JP5170540B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）に係わり、特に、連続して撮影を実施した場合においても静磁場均一度が安定しており、高画質を得られるＭＲＩ装置に関する。

ＭＲＩ装置は、被検者を静磁場空間に配設して核磁気共鳴（以下、ＮＭＲと称する）を生じさせる高周波磁場を印加し、発生するＮＭＲ信号を取得し、画像再構成を行うことにより、被検体画像を得る。このとき、ＮＭＲ信号に位置情報を付加するために、互いに直交する３軸方向に強度勾配を生ずる傾斜磁場を静磁場に重畳している。

画像撮影処理能力の向上や新たな画像撮影機能の開発等のために、傾斜磁場の強度を大きく、そのスイッチング速度を高速にすることが望まれている。しかし、傾斜磁場コイルに大電流を印加すると傾斜磁場コイルが発熱するという問題がある。例えば、特許文献１には、傾斜磁場コイルを封止する樹脂が、傾斜磁場コイルの発熱により破損してしまうことを防止するために、傾斜磁場コイルの温度を測定し、封止樹脂の耐熱温度より低い所定温度に達した場合、撮影を禁止するＭＲＩ装置が開示されている。特許文献２には、傾斜磁場コイルの温度が撮影の途中で所定温度に達し、撮影が継続できなくなるのを防止するために、撮影途中の温度上昇を予測するＭＲＩ装置が開示されている。

一方、特許文献３には、鉄ヨークを備える構造の静磁場発生磁石において、鉄ヨークが熱膨張により歪み、静磁場均一度が変化するという問題を解決するために、静磁場発生磁石の温度を測定してシムコイルへの供給電流を制御する技術が開示されている。
特開平３‐２６１４５５号公報 特開平６‐２９２６６２号公報 特開２０００−３４２５５４号公報

近年、ＭＲＩ画像の歪みを低減するとともに、脂肪と水の組織を精度良く分離した画像を得るために、静磁場をこれまで以上に均一化させることが望まれている。一般的には、静磁場均一度の向上には、シム鉄片やシムコイルが用いられる。しかし、シム鉄片を用いた場合、傾斜磁場コイルの発熱に伴う輻射熱および傾斜磁場のスイッチングによる誘導電流によりシム鉄片の温度が上昇してシム量が変化することが発明者らの研究により判明した。そのため、傾斜磁場強度およびスイッチング速度を増大させつつ、静磁場均一度をこれまで以上に向上させることは困難である。

シム鉄片の温度上昇によるシム量変化は、傾斜磁場コイルの封止樹脂を損傷させる温度よりも低い温度で発生する。このため、特許文献１および２のような従来の技術ではこの問題を解決することはできない。また、特許文献３の技術は、鉄ヨークの熱膨張に起因する静磁場発生磁石そのものの静磁場変化をシム電流で補正しようとするものであり、シム鉄片のシム量変化を把握することはできない。

特に、撮影空間の上下に磁石部を対向配置させたオープン構造の超電導磁石は、撮影空間を広げ、同時に、遮音特性を向上させるために、超電導磁石の凹部空間に傾斜磁場コイルを収容した構造のものがある。この構造では、傾斜磁場コイルが凹部に密閉されるため、傾斜磁場コイルからの輻射熱によりシム鉄片が加熱されやすい。

本発明の目的は、シム鉄片の温度変化に伴うシム量の変化を把握し、高い静磁場均一度を維持した状態で撮影を行うことができるＭＲＩ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明によれば、以下のようなＭＲＩ装置が提供される。すなわち、被検体を配設する撮影空間の上下に分割して配置された一対の静磁場発生部と、一対の静磁場発生部の撮影空間側に配置され、静磁場発生部の静磁場均一度を調整する磁場を発生するシム用磁性体と、傾斜磁場発生部と、高周波磁場発生部と、シム用磁性体の温度を直接または間接的に計測する温度センサーと、傾斜磁場発生部および高周波磁場発生部を制御して撮影パルスシーケンスを実行させる制御部とを有するＭＲＩ装置であって、制御部は、温度センサーの出力から、シム用磁性体の温度変化に伴う磁場調整量の変化を加味した静磁場不均一度を求め、求めた静磁場不均一度が予め定めた許容値より大きい場合には、警報を報知するものである。このように、シム用磁性体の温度を直接または間接的に計測することにより、シム用磁性体の温度変化に伴うシム量の変化を把握することができるため、静磁場不均一度の変化を求めることができる。これにより、所定の許容値を超えている場合には、警報を報知することが可能になり、高い静磁場均一度を維持した状態での撮影が可能になる。

例えば、制御部は、温度センサーの計測する温度から、撮影パルスシーケンスを実行させた場合の撮影中の温度を予測し、これを用いて撮影中の静磁場の不均一度を予測する。これにより、制御部は、撮影中の静磁場均一度を予測して、予め警報を報知できるため、撮影途中で温度が上昇して静磁場均一度が劣化し、高精度な画像が得られず、撮影が無駄になるというおそれを排除できる。

また、制御部は、温度センサーが温度を計測した時点の静磁場の不均一度を求めることも可能である。

また、静磁場を調整する磁場を発生するシムコイルをさらに有する場合には、制御部は、静磁場の不均一度が予め定めた許容値より大きい場合には、前記シムコイルにシム電流を供給することにより補償可能かどうか判断し、補償可能な範囲を超えるときに前記警報を報知することも可能である。これにより、シム電流で補償できる場合には、撮影を続行できる。

制御部は、警報を報知した後、操作者から撮影を実行するか中止するかの指示を受け付ける構成にすることもできる。静磁場均一度の劣化は、傾斜磁場コイル等装置自体に損傷を与えるものではないため、例えば、撮影方法が高い静磁場均一度を要求しない方法である場合には、撮影を続行することを操作者が許容することもあり得るためである。

制御部は、警報を報知した後、操作者から撮影パルスシーケンスの撮影パラメータの修正を受け付ける構成にすることもできる。撮影パラメータの修正することにより、撮影中の温度上昇を抑制できるためである。また、制御部は、操作者から撮影中止の指示を受けた場合には、所定の時間待機し、シム用磁性体を冷却する構成にすることができる。

また、制御部は、撮影中の静磁場不均一度を予測する手法として、例えば、予め求めておいた、撮影パルスシーケンスを実行した場合の温度センサーの計測温度の上昇量から撮影中の温度を予測し、予め求めておいた、温度センサーの温度と静磁場の不均一度との関係を用いて、予測した前記温度センサーの温度に対応する撮影中の静磁場の不均一度を求める手法を用いることができる。

また、制御部は、温度計測時点の静磁場均一度を求める手法として、例えば、予め求めておいた、温度センサーの温度と静磁場の不均一度との関係を用いて、温度センサーの計測した温度に対応する静磁場の不均一度を求める手法を用いることができる。

温度センサーは、傾斜磁場発生部の温度を計測することにより、間接的にシム用磁性体の温度を計測することができる。

本発明によれば、シム鉄片の温度変化に伴うシム量の変化を把握することができるため、高い静磁場均一度を維持した状態で撮影を行うことができる開放的なＭＲＩ装置を提供できる。これにより、常に安定な画像を得ることができる。

本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
（実施形態１）
まず、実施形態１のオープン型ＭＲＩ装置の構成を、図１、図２および図３を用いて説明する。図１は、オープン型ＭＲＩ装置の全体構成図、図２は、超電導磁石１０１の断面図、図３は、ＭＲＩ装置のブロック図である。

図１のように、オープン型ＭＲＩ装置は、シールド検査室１０９に配置された超電導磁石１０１を備えている。静磁場を発生する超電導磁石１０１は、被検者１０２が配置される撮影空間１０３に所望の静磁場強度を発生する。超電導磁石１０１は、図１および図２に示したように撮影空間１０３を挟んで上下に配置された起磁力部（クライオスタット）１０１ａ、１０１ｂを含む。上下のクライオスタット１０１ａ，１０１ｂには、撮影空間１０３側の面に凹部２１０が設けられている。それぞれの凹部２１０の内側空間には、撮影空間１０３側から順に高周波コイル１０６、傾斜磁場コイル１０５、シムプレート１０４が順に配置されている。このように、上下クライオスタット１０１ａ、１０１ｂの凹部２１０内に高周波コイル１０６，傾斜磁場コイル１０５およびシムプレート１０４を配置することにより、撮影空間１０３の増大を図っている。

シムプレート１０４は、クライオスタット１０１ａ、１０１ｂにしっかりと固定されている。シムプレート１０４は、磁性体（例えば鉄）からなるシムボルト２１２を取り付けることが可能な穴が所定の間隔で設けられた板状部材である。例えば、約１ｃｍの格子間隔でＭ１０（ISO規格）のネジ孔があけられた厚さ１ｃｍのアルミニューム板をシムプレート１０４として用いることができる。この場合、シムボルト２１２として、鉄製のＭ１０のネジを用い、シムプレート１０４の必要な位置のネジ孔に挿入することにより、シムボルト２１２が発生する磁場（シム量）により撮影空間１０３の静磁場分布を補正することができる。これにより、超電導磁石１０１が撮影空間１０３に発生する静磁場の均一度を３ｐｐｍ以下に調整している。３ｐｐｍ以下と定めている理由は、水脂肪分離画像を得る際に利用される水分子の水素原子と、脂肪組織のメチル基に含まれる水素原子の核磁気共鳴周波数差（ケミカルシフト）が３ｐｐｍであるため、静磁場不均一度を少なくともケミカルシフトの値以下とするためである。

傾斜磁場コイル１０５は、シムプレート１０４に対して所定の間隔（例えば５ｍｍ）をあけて、クライオスタット１０１ａ、１０１ｂにボルト２１４により固定されている。この傾斜磁場コイル１０５は、撮影空間１０３の互いに直交する３方向、すなわち、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向について、静磁場の磁束密度の強度に勾配をつける磁束を発生するコイルを積層してエポキシ樹脂で封止した平板状のコイルである。傾斜磁場コイル１０５は、シムプレート１０４側への磁束漏洩を最小限とするためにシールドタイプとしている。撮影パルスシーケンスで定められたタイミングと強度に対応したパルス的電流をこの傾斜磁場コイル１０５に流すことで、それぞれの軸にパルス的な磁場勾配が撮影空間１０３内に発生する。これにより被検者１０２の検査部位のそれぞれの位置に磁場強度の勾配が対応することになり、ＮＭＲ信号に空間的な情報が付与される。

また、傾斜磁場コイル１０５の内部には、静磁場均一度を補正するための電流シムコイル３０５（図１、図２では不図示）と、温度を計測するための熱電対センサー２１５（図１、図２では不図示）が傾斜磁場コイルとともにエポキシ樹脂で封止されている。

高周波コイル１０６は、超電導磁石１０１の開放的な構造を妨げないように平板状のコイルが採用され、凹部２１０の開口を塞ぐように配置されている。高周波コイル１０６は、被検者１０２の検査組織に含まれる水素原子核スピンを核磁気共鳴励起するのに必要な高周波磁場を発生する。ここでは、例えば、１．２テスラの静磁場強度で水素原子核が核磁気共鳴現象を起こす５０メガヘルツの高周波磁場を発生するように設定されている。

このように、シムプレート１０４、傾斜磁場コイル１０５と高周波コイル１０６が凹部空間２１０内に全て組み込まれることにより、超電導コイル２０４の発生する磁束を有効に活用できるとともに、超電導磁石１０１をコンパクトに製作することができる。更に、傾斜磁場コイル１０５等で撮影空間１０３を狭めることがなく、超電導磁石１０１の開放構造を十分に活用することができる。また、高周波コイル１０６が凹部２１０の開口を塞ぐように配置されていることにより、傾斜磁場コイル１０５の振動による騒音が撮影空間１０３に伝播するのを抑える効果もある。

被検者１０２の検査位置には、ＮＭＲ信号を検出する検出コイル１０７が配置されている。超電導磁石１０１の前面には、図１のように、被検者１０２の検査部位を撮影空間１０３の中心に配置するための搬送手段となる患者テーブル１０８が組み合わされている。超電導磁石１０１、傾斜磁場コイル１０５、高周波コイル１０６、検出コイル１０７および患者テーブル１０８は、電磁遮蔽されたシールド検査室１０９に配置されている。これにより、外来の電磁波がノイズとなって検出コイル１０７に混入するのを防止している。

シールド検査室１０９の壁面には、図１のように超電導磁石１０１の運転状態を監視する磁石制御ユニット１１０と、フィルター回路１１１が取り付けられている。磁石制御ユニット１１０には、傾斜磁場コイル１０５内の熱電対センサー２１５および超電導磁石１０１に取り付けられている各種センサーの出力が入力される。シールド検査室１０９の外には、回路キャビネット１１２とコンピュータ１１３が配置されている。回路キャビネット１１２には、図３に示したように、シムコイル３０５に電流を供給するシム電源３０４、傾斜磁場コイル１０５を駆動する傾斜磁場電源３０１、高周波コイル１０６に高周波電流を流す高周波パワーアンプ３０２、検出コイル１０７で検出されたＮＭＲ信号を増幅する高周波信号処理ユニット３０３が組み込まれている。コンピュータ１１３は、ＮＭＲ信号を診断に供するための画像に変換処理する処理、ならびに、ＭＲＩ装置の動作状態を監視し制御する処理を行う。コンピュータ１１３には、画像を表示するディスプレー１１４と操作入力する入力装置１１５が接続されている。フィルター回路１１１は、シールド検査室１０９内のコイル等の機器とシールド検査室１０９外の回路キャビネット１１２およびコンピュータ１１３とをノイズ成分を除去して接続する。

つぎに、図２を用いて、超電導磁石１０１の上下クライオスタット１０１ａ、１０１ｂの構造についてさらに説明する。

上クライオスタット１０１ａは、図２のように、液体ヘリウムを貯えた上ヘリウム容器２０３と、その内部に配置された複数からなる超電導コイル２０４とを含む。同様に、下クライオスタット１０１ｂは、液体ヘリウムを貯えた下ヘリウム容器２０５と、その内部に配置された複数の超電導コイル２０４を含む。上ヘリウム容器２０３と下ヘリウム容器２０５とは、支柱を兼ねた連結管２０６により連結されている。上下ヘリウム容器２０３、２０５の外側、ならびに、連結管２０６の最外部は、十分な剛性を有する真空容器２０７で覆われている。例えば、真空容器２０７は、厚さ１５ｍｍのステンレススチール製のものを用いることができる。真空容器２０７と上下ヘリウム容器２０３、２０５との間の空間、ならびに、真空容器２０７と連結管２０６との間の空間には、外部からの熱侵入を防ぐ熱遮蔽板が配置されている。連結管２０６には、超電導コイル２０４を接続する超電導リード線や各種センサー回路（図１、図２では図示されていない）が配置されている。

超電導コイル２０４は、撮影空間１０３に、上クライオスタット１０１ａから下クライオスタット１０１ｂに向かう方向２０９の磁束を有する静磁場を発生する。例えば、直径４０ｃｍの撮影空間１０３で、磁場強度１．２テスラ、磁場均一度３ｐｐｍ以内の静磁場を発生させることができる。また、漏洩磁場を低減し、磁場均一度を改善するために、複数の超電導コイル２０４が組み合わせられて使用される。すなわち、最も外側に配置された超電導コイル２０４の発生する磁束の向きが、内側の超電導コイル２０４の磁束の向きと反対になるように電流を流すことで、周辺に分布する磁界強度をキャンセルする。また、超電導コイル２０４の起磁力をできるだけ効率よく使うために、超電導コイル２０４は撮影空間１０３にできるだけ近くになるように、そのクライオスタットを構成することができる。本実施形態では、超電導コイル２０４の内径部分に凹部空間２１０を設けることにより、撮影空間１０３の拡大を図っている。

上クライオスタット１０１ａには、図２に示すようにクライオクーラー２１１が取り付けられている。クライオクーラー２１１は、上ヘリウム容器２０３内の気化したヘリウムガスを再凝縮する。下ヘリウム容器２０５には、再凝縮された液体ヘリウムが連結管２０６を通して上ヘリウム容器２０３から供給される。このように連結管２０６とクライオクーラー２１１とを備えたことにより、超電導磁石１０１は、上クライオスタット１０１ａと下クライオスタット１０１ｂとに分割された開放構造であっても、気化したヘリウムガスを再凝縮して冷媒として利用することができる。これにより、開放構造の超電導磁石１０１でありながら、一個のクライオスタットの超電導磁石と同じように、密閉型のクライオスタットを実現できる。

図１および図２に示したオープンＭＲＩ装置の構成において、静磁場均一度の調整方法を図４を用いて説明する。この調整は、一般的に、規定の室温（例えば２０℃）で行い、この温度で最も静磁場不均一度が小さくなるように行う。

まず、現在の静磁場不均一度を測定するため、ファントムを撮影する（ステップ４０１）。操作者が、標準試料である均一なファントムを撮影空間１０３の中心に配置した後、コンピュータ１１３は定められたタイミングチャートである撮影パルスシーケンスに従って、傾斜磁場電源３０１と高周波パワーアンプ３０２を動作させる。傾斜磁場コイル１０５から出力された傾斜磁場と高周波コイル１０６から出力された高周波磁場が、静磁場中のファントムに印加される。この動作により、ファントムの特定部位の水素原子核がＮＭＲ現象を起こし、ＮＭＲ信号を発生する。検出コイル１０７は、ＮＭＲ信号を受信する。受信された信号は、高周波信号処理ユニット３０３で増幅・検波処理され、デジタル信号に変換される。

この信号を受け取ったコンピュータ１１３は、画像再構成処理を行なうと共に、再構成した各画素の位相情報（位相量）より静磁場の不均一成分を計算して求める。均一な物質であるファントムのＮＭＲ信号は、傾斜磁場と静磁場の不均一成分によってのみ位相変調される。コンピュータ１１３は、位相量より、印加強度が把握できる傾斜磁場に起因する位相量を除外することにより、静磁場の不均一成分に起因する位相量のみを抽出し、抽出した位相量から静磁場の不均一成分を正確に計算で求めることができる（ステップ４０２）。

次に、計算により求めた不均一成分を補正するようにシムボルト２１２の配置を決定する。ｘ、ｙ、ｚ成分については、傾斜磁場電源３０１の電流量を調整することによりこれを補正することも可能である。また、シムコイル３０５に適切な電流を供給するようシム電源３０４を制御することにより不均一成分を補償する（ステップ４０３）。調整後に残存する磁場不均一度の値は、後述する図５の撮影時の動作で使用するため、コンピュータ１１３内のメモリ領域に格納しておく。以上で、オープンＭＲＩ装置の撮影準備が整い、被検者１０２の撮影が実施可能な状態となる。

次に、本実施の形態のＭＲＩ装置の撮影時のコンピュータ１１３の動作について図５を用いて説明する。

操作者が患者テーブル１０８を操作することにより、被検者１０２が撮影空間１０３に配置されたならば（ステップ５０１）、コンピュータ１１３は、操作者による入力装置１１５の操作により、撮影パラメータの設定を受け付ける（ステップ５０２）。

コンピュータ１１３は、傾斜磁場コイル１０５に組み込まれた熱電対センサー２１５の出力を磁石制御ユニット１１０を介して取り込み、傾斜磁場コイル１０５の温度を計測する（ステップ５０３）。このとき磁石制御ユニット１１０は、熱電対センサー２１５の信号をコンピュータ１１３で処理可能な電気信号に変換する動作をする。

つぎに、コンピュータ１１３は、計測した傾斜磁場コイル１０５の温度が、予め定められた傾斜磁場コイル１０５の許容温度以下の温度であるかどうか判定する（ステップ５０４）。傾斜磁場コイル１０５の許容温度としては、傾斜磁場コイル１０５の発熱による破損を防止するために、傾斜磁場コイル１０５の封止樹脂の耐熱温度よりも数度〜十数度程度低い所定温度が予め定められている。計測した傾斜磁場コイル１０５の温度が、許容温度を超えている場合には、傾斜磁場コイル１０５が冷却されるまで撮影を中止することを操作者に知らせる表示をディスプレイ１１４に表示し、ステップ５０３に戻る。これにより、傾斜磁場コイル１０５が樹脂の耐熱温度を超えることを防止する。

一方、ステップ５０４において、傾斜磁場コイル１０５の温度が許容温度以下である場合には、シムボルト２１２の温度を傾斜磁場コイル１０５の温度から求め、これに基づき、現在の静磁場不均一度を求める（ステップ５０６）。このように、シムボルト２１２の温度から静磁場不均一度を求めるのは、後述するようにシムボルト２１２の僅かな温度変化により透磁率が変化し、静磁場不均一度が変化するためである。

求めた静磁場不均一度が予め定めた許容値（例えば３ｐｐｍ）を超えている場合にはステップ５０７に進み、図６に一例を示したように、その旨を操作者に警告する表示をディスプレイ１１４に表示する（ステップ５０７）。通常、水脂肪分離画像の撮影等、高精度な静磁場均一度での撮影が望ましいため、操作者は撮影の中止を選択することができる。コンピュータ１１３は、入力装置１１５を介して操作者から撮影を中止する指示を受け取った場合には、シムボルト２１２が冷却されるまで所定時間経過するのを待ち、ステップ５０３に戻る（ステップ５０８、５０９）。これにより、所定の静磁場均一度になるまでシムボルト２１２が冷却されるのを待って、撮影を行うことができる。

一方、操作者は、高精度な静磁場均一度での撮影を望まない場合には、ステップ５０８で撮影の続行を選択することができる。コンピュータ１１３は、入力装置１１５を介して操作者から撮影続行の指示を受け取った場合には、撮影パルスシーケンスを実行して撮影を行う（ステップ５１０）。このように、撮影の続行を望むのは、検査が緊急を要する場合や、検査の内容が脂肪抑制画像を厳格に必要としない場合等である。ステップ５０４、５０５で行っている傾斜磁場コイル１０５の管理は、傾斜磁場コイル１０５に損傷を与えないように制御する必要があるため、警告を無視する選択肢はありえず、許容値を超えている場合は冷却されるまで撮影はできない。これに対し、ステップ５０６、５０７，５０８では、磁場均一度の変化が高品質のＭＲＩ画像を得るために許容される範囲であるかどうかを判断するため、警告があっても検査の内容によっては撮影を実行するという選択肢を操作者が選択する自由度を持たせることができる。

ここで、シムボルト２１２の温度変化と超電導磁石１０１の磁場均一度の関係について、図７を用いて説明する。

図７に示したように、上クライオスタット１０１ａに取り付けられたシムプレート１０４と傾斜磁場コイル１０５、下クライオスタット１０１ｂに取り付けられたシムプレート１０４と傾斜磁場コイル１０５は、垂直軸に沿って順次配置されている。被検者１０２の撮影にあたって、撮影パルスシーケンスに従って傾斜磁場電源３０１から電流（ｉ）が印加されると、傾斜磁場コイル１０５の抵抗成分（ｒ）で消費する電力（ｒ×ｉ^２）が熱となって、傾斜磁場コイル１０５の温度を上昇させる。上クライオスタット１０１ａに取り付けた傾斜磁場コイル１０５の熱はシムプレート１０４との間隙に対流７０１を発生させ、シムプレート１０４との間で熱交換が行われる。一方、下クライオスタット１０１ｂに取り付けた傾斜磁場コイル１０５の熱は高周波コイル１０６との間隙で対流７０２となり、高周波コイル１０６との間で熱交換が行われる。即ち、上クライオスタット１０１ａに組み込まれたシムプレート１０４は対流と輻射熱で加熱される。下クライオスタット１０１ｂに組み込まれたシムプレート１０４は輻射熱のみで加熱される。さらに、傾斜磁場コイル１０５が発生する交番磁界による局所的な渦電流によっても上下のシムプレート１０４のシムボルト２１２は加熱される。この結果、上下のシムプレート１０４に組み込まれたシムボルト２１２は加熱される。また、上クライオスタット１０１ａの方が下クライオスタット１０１ｂよりも高温になり、上下のシムプレート１０４に温度差が生ずる。

シムプレート１０４に組み込まれたシムボルト２１２の鉄の透磁率の温度に対する変化量は４０００ｐｐｍ／℃と大きな値である。このため、傾斜磁場コイル１０５の温度が許容温度まで達していなくても、傾斜磁場コイル１０５によりシムボルト２１２が僅かに加熱されることにより、静磁場均一度が変化する。さらに、上下のシムプレートで温度差が生じることによっても静磁場均一度が変化する。

そこで、本実施の形態では、シムボルト２１２の温度を計測し、静磁場の不均一度の変化を把握する。このとき、シムボルト２１２に温度センサーを取り付け、その温度を直接計測することももちろん可能であるが、シムボルト２１２は小型で、しかも、複数配置され、さらに複数のシムボルト２１２に空間的な温度分布を生じるため、直接その温度を測定しようとすると測定点を多くする必要がある。そこで、ここでは、傾斜磁場コイル１０５の温度により、シム用磁性体の温度を間接的に計測する。

具体的には、上述のステップ５０６において、傾斜磁場コイル１０５の温度を用い、これに基づきシムボルト２１２の温度を間接的に測定し、静磁場均一度の変化を求める。さらに具体的には、傾斜磁場コイル１０５の温度変化により生じるシムボルト２１２の温度変化を予め実験により求め、シムボルト２１２の温度変化に起因して起こる静磁場の各成分の変化（不均一度）を予め計測しておく。これを傾斜磁場コイル１０５の温度と磁場不均一度との関係として、例えば図８のグラフのように求め、これをコンピュータ１１３内のメモリに格納しておくことによりステップ５０３で計測した傾斜磁場コイル１０５の温度から静磁場不均一度を求めることが可能になる。

図８のグラフについて説明する。横軸は傾斜磁場コイル１０５の温度を示しており、図８では、傾斜磁場コイル１０５の温度が１０℃から８０℃の範囲を計測範囲としている。左側の縦軸は、静磁場不均一成分の磁場の不均一度をｐｐｍ単位で示す。図８では、不均一成分のうち代表的なｘの３次項成分ｘ3とｙの２次項成分ｙ2を示している。ｘの３次項成分ｘ3はシムボルト２１２の温度が低いとき（傾斜磁場コイルの温度が１０℃）は約０．７ｐｐｍの不均一成分を発生し、温度の上昇とともに減少、２０℃を超えると不均一成分の極性がマイナスに転じ、６５℃付近から再びプラスの不均一成分が発生することを示している。一方、ｙの２次項成分ｙ2は低温時のマイナス誤差から高温時のプラス誤差にかけて一様に不均一成分が変化することを示している。

図８では簡略のため２成分のみ記述しているが、不均一成分には図８に示した以外にｘ、ｙ、ｚの一次項などＭＲＩの画像に影響する十数項がある。実際には、それらを全て計測する。全ての不均一成分の総和（静磁場不均一度）を図８の実線グラフのように求めておく。右側の縦軸は、不均一成分の総和（静磁場均一度）の値を示し、０ｐｐｍから２ｐｐｍまでの目盛になっている。上述したシムボルト２１２は、規定の室温（例えば２０℃）で最も不均一度が小さくなるように調整されているので、傾斜磁場コイルの温度が同じ２０℃であれば、均一度の劣化は無く、０ｐｐｍを示している。２０℃からの差が大きくなるに従って不均一度が大きくなり８０℃では１．５ｐｐｍまで劣化する。

したがって、例えば、２０℃での静磁場の不均一度が１．８ｐｐｍに調整されているとすると、傾斜磁場コイルの温度が７０度に達した時、温度変化による磁場不均一度が１．２ｐｐｍに達するため、この時点の静磁場の不均一度は３ｐｐｍ（１．８ｐｐｍ＋１．２ｐｐｍ）を超えることになる。またこの時のｘの３次項やｙの２次項の変化がそれぞれ＋０．１ｐｐｍと＋０．４ｐｐｍを示すことがわかる。

そこで、図８のグラフ、または、グラフを数式化したものをコンピュータ１１３のメモリー領域に記録しておき、ステップ５０３で計測した傾斜磁場コイル１０５の温度データを当てはめることによって、その時点の温度変化による磁場不均一度を求めることができる。求めた静磁場調整時の磁場不均一度と加算することにより、ステップ５０６において、許容値を超えているかどうか判定が可能になり、超えている場合にはステップ５０７で適切な警告を発することができる。

なお、上述の実施の形態では、静磁場不均一度が許容値を超えている場合、ステップ５０８において操作者が撮影の続行か中止かを選択する構成であったが、コンピュータ１１３が自動判定する構成にすることも可能である。例えば、ステップ５０２において設定された撮影パラメータから、撮影方法が高精度な静磁場不均一性を要求する方法（例えば水脂肪分離画像の撮影方法）であるかどうか判定し、その場合には撮影を中止する構成にすることができる。

なお、図８のグラフは、超電導磁石１０１全体の静磁場均一度の変化と、直接または間接的に計測したシムプレートの温度との関係を明らかにするものであればよい。よって、上記実施形態１では傾斜磁場コイル１０５の温度を計測しているが、シムプレートの温度や、シムプレートの周辺温度を計測して、静磁場均一度との関係を求め、図８と同様のグラフを得て、図５のステップ５０６で用いることももちろん可能である。また、傾斜磁場コイル１０５の温度についても、上下の傾斜磁場コイル１０５の温度を両方計測することも可能であるし、いずれか一方のみを計測することも可能である。例えば、高温になる上側の傾斜磁場コイル１０５の温度を計測することが可能である。

また、上記実施形態１においては、傾斜磁場コイルの温度を計測する際には、熱電対センサー２１５以外の方法を用いることも可能である。例えば、傾斜磁場コイル１０５に組み込まれている水冷用の配管から排出される冷却水の温度を測定することにより、傾斜磁場コイルの温度に相関する静磁場不均一度の変化値を求めることができる。冷却水温度は、傾斜磁場コイル１０５の温度と相関関係がある。静磁場の磁場均一度に影響を与える傾斜磁場コイル１０５の温度の範囲は、図８からも明らかなように水の沸点(100℃)より低い値であるため、冷却水温度を測定することにより、静磁場不均一度を求めることが可能である。この場合、図８のグラフに代えて、冷却水温度と静磁場不均一度との関係を示すグラフ又は数式を予め実験により求めておき、これを図５のステップ５０６において用いる。

（実施形態２）
つぎに、実施形態２のＭＲＩ装置について説明する
実施形態２のＭＲＩ装置では、その動作を図９に示したように、現在の静磁場不均一度ではなく、撮影を実行した場合の撮影途中の静磁場不均一度を予測し、この予測値に基づいて警告を表示するかどうか判断する。予測値を用いるのは、撮影実行に伴い傾斜磁場コイル１０５の温度が上昇するため、シムボルト２１２の温度も上昇し、静磁場不均一度が撮影前よりも大きくなるためである。

具体的には、図９のようにステップ５０３において傾斜磁場コイル１０５の温度（Ａ）を計測する。つぎに、撮影パルスシーケンスを実行した場合の傾斜磁場コイル１０５の上昇温度（Ｃ）を求める。例えば、コンピュータ１１３内のメモリには、設定可能な撮影パラメータの組み合わせごとに予め実験により求めておいた上昇温度データを格納しておく。コンピュータ１１３は、メモリ内のデータから、ステップ５０２で設定された撮影パラメータに対応する温度を読み出して、温度（Ｃ）として用いる。

つぎに、コンピュータ１１３は、温度（Ａ＋Ｃ）を演算し、これを撮影中の傾斜磁場コイル１０５の温度であると推測する。この温度（Ａ＋Ｃ）を、実施形態１の図８のグラフまたはグラフを表す数式に適用することにより、温度（Ａ＋Ｃ）に対応する静磁場不均一度を求めることができる。求めた静磁場不均一度の変化量を、初期状態（例えば２０度）の磁場不均一度と合算することにより、撮影中の静磁場不均一度を推測することができる（ステップ６０１）。

コンピュータ１１３は、推測した撮影中の静磁場不均一度を用いて、実施形態１と同様に静磁場不均一度が許容値を超えているかどうかを判定する（ステップ６０２）。推測した静磁場不均一度が、許容値以内の場合は、撮影パルスシーケンスに従って画像を撮影する（ステップ５１０）。許容値を超えている場合には、警告を表示し（ステップ５０７）、撮影続行かどうか、操作者の指示を受け付ける（ステップ５０８）。撮影を中止する場合、傾斜磁場コイル１０５の温度が冷却されるまで所定時間待機するか、または、撮影パルスシーケンスのパラメータの修正を操作者から受け付けることができる（ステップ６０３）。このように撮影パラメータの変更を受け付けるのは、撮影パラメータを変更することにより、撮影中の温度上昇を抑制することができ、傾斜磁場コイル１０５の冷却を待たずに撮影を続行することができる場合があるためである。

次の画像撮影継続の有無を判定し（ステップ５１１）、画像撮影が無い場合は終了する。画像撮影がある場合は、ステップ５０２に戻る。

実施形態２のＭＲＩ装置の他の構成および動作は、実施形態１の装置と同様であるので説明を省略する。

実施形態２のＭＲＩ装置では、撮影中の磁場不均一度を推測して、それが許容値以内かどうかを判断できるため、撮影の途中で温度上昇に伴い磁場不均一度が劣化し、所望の画像が得られないという可能性を排除できる。これにより、撮影が無駄にならず、高い磁場均一度で撮影した画像を得ることができる。

（実施形態３）
次に、実施形態３のＭＲＩ装置について説明する。
実施形態３のＭＲＩ装置は、実施形態２のＭＲＩ装置と同様に、撮影途中の静磁場不均一度を予測した上で、この静磁場不均一度がシム電流で補償可能である場合には、これを補償した後に撮影を実行する。シム電流で補償できない場合には、警告を表示するものである。

実施形態３のＭＲＩ装置の動作を図１０を用いて以下説明する。

図１０に示したように、操作者により被検者１０２が撮影空間１０３に配置された後（ステップ５０１）、コンピュータ１１３は、撮影パラメータの設定を受け付け（ステップ５０２）。傾斜磁場コイル１０５の温度を熱電対センサー２１５から取り込む（ステップ５０３）。その後、撮影を実行した場合の撮影中の静磁場不均一度を予測する（ステップ６０１）。予測した撮影中の静磁場不均一度を用いて、静磁場不均一度が許容値を超えているかどうかを判定する（ステップ６０２）。ここまでの動作は、実施形態２と同様である。

実施形態３では、ステップ６０１で予測した静磁場不均一度が許容値を超えている場合、その静磁場不均一度がシムコイル３０５にシム電流を供給することにより補償可能な範囲であるかどうかを判定する（ステップ７０４）。具体的には、シムコイル３０５の構成する各コイルごとに予め定められた最大シム電流でそれぞれ発生する磁場成分と、予測した静磁場不均一度の各成分とを比較することにより、補償できるかどうかを判定する。

シム電流で補償可能な場合は、撮影パルスシーケンスを実行しながら、コンピュータ１１３は適切なシム電流を供給するようシム電源３０４を制御し、静磁場不均一度が補償された状態で撮影を行う（ステップ７０５、５１０）。その後、続けて撮影がある場合には（ステップ５１１）、ステップ５０２に戻る。

一方、予測した静磁場不均一度がシム電流で補償できない大きさである場合には、操作者にその旨を知らせる警告を表示する（ステップ５０７）。その後、そのまま撮影を続行するか中止するかの指示を操作者から受け付け（ステップ５０８）、撮影を中止する場合には、電流シムで補償可能になるまで傾斜磁場コイル１０５の冷却を所定時間待つ処理、或いは、操作者から撮影パルスシーケンスのパラメータ変更を受け付ける処理を実施する（ステップ６０３）。その後、ステップ５０３に戻る。

実施形態３のＭＲＩ装置の他の構成は、実施形態１の装置と同様であるので、ここでは説明を省略する。

このように、実施形態３では、予測した静磁場不均一度が許容値を超えていても、シム電流により補償可能な範囲である場合には、補償しながら撮影を行うことができるため、実施形態２の装置と比較すると撮影を実行できる確率が高くなる。

なお、実施形態１では、図５のステップ５０６において、静磁場の不均一度が許容値を超えている場合、すぐにステップ５０７で警告を表示する構成であったが、実施形態３と同様に、静磁場の不均一度が許容値を超えている場合、図１０のステップ７０４を実行することによりシム電流で補償可能であるかどうかを判断することもできる。これにより、補償可能である場合には、ステップ７０５でシム電流で補償することにより、撮影を行うことができる。

上述してきたように本発明によれば、開放的で騒音を低減した検査環境を提供するＭＲＩ装置において、シムボルトの温度上昇に伴う静磁場均一度の劣化を把握し、常に安定な画像を得ることができる。

なお、上記実施形態１〜３において、ステップ５０７の警告はディスプレイ１１４に表示するだけでなく、通信回線等を介してＭＲＩ装置を管理する遠隔サービスの関係者に対して送信し、表示する構成、または、音声メッセージを発する構成にすることも可能である。

警告表示の内容は、上記実施形態では静磁場不均一度が劣化することを報知する内容であるが、この他に、傾斜磁場コイルの温度センサーの値や、静磁場不均一度の値を表示することもできる。あるいは、これらの表示を同時に表示することもできる。

また、上記実施形態では、傾斜磁場コイル１０５の温度計測（ステップ５０３）を画像撮影の開始前に行う場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、常時、傾斜磁場コイル１０５の温度センサーの出力をコンピュータ１１３が取り込んで、静磁場均一度を求め、警報を発する形態にすることも可能である。

本発明の実施形態１のオープン型ＭＲＩ装置の全体構成を示す説明図。 図１のＭＲＩ装置の超電導磁石と傾斜磁場コイルとシムプレートの断面図。 図１のＭＲＩ装置のシステム構成を示すブロック図。 図１のＭＲＩ装置の静磁場均一度を調整する手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態１のＭＲＩ装置の動作を示すフローチャート。 図５の動作において、警報表示のためのディスプレイに表示される警告画面例を示す説明図。 図１のＭＲＩ装置において、傾斜磁場コイル１０５の発熱によりシムプレートが温度上昇すること示す説明図。 本発明の実施形態１において、傾斜磁場コイルの温度と磁場均一度の相関を示すグラフ。 本発明の実施形態２のＭＲＩ装置の動作を示すフローチャート。 本発明の実施形態３のＭＲＩ装置の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１０１…超電導磁石、１０１ａ…上クライオスタット（起磁力部）、１０１ｂ…下クライオスタット（起磁力部）、１０２…被検体、１０３…撮影空間、１０４…シムプレート、１０５…傾斜磁場コイル、１０６…高周波コイル、１０７…検出コイル、１１０…磁石制御ユニット、１１１…フィルター回路、１１３…コンピュータ、１１４…ディスプレイ、２１０…凹部、２１２…シムボルト、２１５…熱電対センサー、３０１…傾斜磁場電源、３０４…シム電源、３０５…シムコイル。

Claims (10)

1. 被検体を配設する撮影空間の上下に分割して配置された一対の静磁場発生部と、一対の前記静磁場発生部の撮影空間側に配置され、静磁場を調整する磁場を発生するシム用磁性体と、傾斜磁場発生部と、高周波磁場発生部と、前記シム用磁性体の温度を直接または間接的に計測する温度センサーと、前記傾斜磁場発生部および高周波磁場発生部を制御して撮影パルスシーケンスを実行させる制御部とを有し、
   前記制御部は、前記温度センサーの出力から、前記シム用磁性体の温度変化に伴う磁場調整量の変化を加味した前記静磁場の不均一度を求め、求めた前記静磁場の不均一度が予め定めた許容値より大きい場合には、警報を報知することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、前記温度センサーの計測する温度から、前記撮影パルスシーケンスを実行させた場合の撮影中の温度を予測し、これを用いて撮影中の前記静磁場の不均一度を予測することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、前記温度センサーが温度を計測した時点の前記静磁場の不均一度を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、静磁場を調整する磁場を発生するシムコイルをさらに有し、
   前記制御部は、前記静磁場の不均一度が予め定めた許容値より大きい場合には、前記シムコイルにシム電流を供給することにより補償可能かどうか判断し、補償可能な範囲を超えるときに前記警報を報知することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、前記警報を報知した後、操作者から撮影を実行するか中止するかの指示を受け付けることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、前記警報を報知した後、操作者から撮影パルスシーケンスの撮影パラメータの修正を受け付けることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項５に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、操作者から撮影中止の指示を受けた場合、所定の時間待機し、シム用磁性体を冷却することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、予め求めておいた、前記撮影パルスシーケンスを実行した場合の前記温度センサーの計測温度の上昇量から撮影中の温度を予測し、予め求めておいた、前記温度センサーの温度と前記静磁場の不均一度との関係を用いて、前記予測した前記温度センサーの温度に対応する撮影中の前記静磁場の不均一度を予測することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記制御部は、予め求めておいた、前記温度センサーの温度と前記静磁場の不均一度との関係を用いて、前記温度センサーの計測した温度に対応する前記静磁場の不均一度を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記温度センサーは、前記傾斜磁場発生部の温度を計測することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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