JPWO2014080781A1 - 磁気共鳴イメージング装置、及び、ｓａｒの予測方法 - Google Patents
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Abstract
被検体をMRI装置に配置した状態で簡便にRF照射コイルのQ値を求め、SARを精度よく予測する。そのために、被検体1が撮像空間に配置された状態で、高周波磁場パルスを照射コイル14aから被検体1に向けて照射させ、照射コイル14aの送信電圧と反射電圧を検出する。この送信電圧と反射電圧から被検体1を配置した状態の照射コイルのQ値を求める。このQ値を用いて、撮像パルスシーケンスを被検体に対して実施した場合の比吸収率(SAR)を予測する。
Description
本発明は、被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴(以下、「NMR」という)信号を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を画像化する核磁気共鳴イメージング(以下、「MRI」という)装置に関し、特に、被検体の高周波電磁波吸収量を閾値以下に抑制可能な装置に関する。
MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影時には、被検体を励起する高周波電磁波(Radio Frequency：RF)パルスと、位相エンコード方向および周波数エンコード方向の傾斜磁場パルス等を所定の撮像パルスシーケンスに従って印加する。これにより、被検体が放出するNMR信号に位相エンコードおよび周波数エンコードを付与して、時系列データとして計測する。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。
MRI装置では、RFパルスが被検体に与える温度上昇等の影響を抑制するため、IEC(国際電気標準会議)の規定によりSAR(比吸収率(Specific Absorption Ratio)単位質量あたりのRFの吸収量)をある閾値以下に抑える必要がある(特許文献1)。SARの算出式は、IECによって示されている。
また、非特許文献1に記載されているように、SARを正確に計測または予測するにはRF印加装置(照射コイル)のQ値が必要であることが知られている。Q値は共振の鋭さを表すパラメータとして一般的に知られているが、MRI装置のRF照射コイルのQ値は、RFパルスが照射される被検体自身の内部抵抗に依存する。このため従来は、過去に測定したRF照射コイルの実測値や部位を用いてQ値を予測して用いている。
石黒秋弘、外4名、「MRI装置における各社specific absorption ratio予測値の比較」、日本放射線技術学会雑誌、第56巻、第5号、p．731〜736(AKIHIRO ISHIKURO, et al., Comparison of Specific Absorption Ratio Monitoring Values on Various MRI Systems, Japan Society of Radiological Technology 2000; 56 (5) : 731-736 )
高解像度の再構成画像を取得するためには、SARの閾値を超えない範囲で、できるだけ強度の大きいRFパルスを照射することが望ましい。そのためには、MRI装置で実行しようとしている撮像パルスシーケンスが、撮像しようとしている被検体にとってSARの閾値を超えるのかどうかを精度よく求めることが望ましい。しかしながら、SARの計算に必要なRF照射コイルのQ値は、被検体自身の内部抵抗によって変化するため、Q値を測定するためには、撮像しようとしている被検体を撮像領域に配置した状態で実測する必要がある。
RF照射コイルのQ値を計測するためには、一般的には、Q値計測用機器の着脱を行うことが必要であり、MRI装置で撮像ごとに実施することは現実的には困難である。一方、過去に計測した照射コイルのQ値を用いて、撮像しようとする被検体を配置した状態のQ値を予測する方法は、実測する場合と比較して精度が低下する。
本発明の目的は、被検体をMRI装置に配置した状態で簡便にRF照射コイルのQ値を求め、SARを精度よく予測することにある。
本発明では、被検体が前記撮像空間に配置された状態で、高周波磁場パルスを照射コイルから被検体に向けて照射させ、照射コイルの送信電圧と反射電圧を検出し、送信電圧と反射電圧から被検体を配置した状態の照射コイルのQ値を求める。このQ値を用いて、撮像パルスシーケンスを被検体に対して実施した場合の比吸収率(SAR)を予測する。
本発明によれば、被検体をMRI装置に配置した状態で簡便にRF照射コイルのQ値を求め、SARを精度よく予測することができるため、SARが閾値を超えない範囲でRFパルスのパワー等を大きく設定できる。
本発明のMRI装置は、撮像空間に静磁場を印加する静磁場発生部と、撮像空間に被検体を配置するベッドと、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、撮像空間に高周波磁場を照射する照射コイルと、撮像空間の被検体が発生した核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、制御部とを有する。制御部は、所定の撮像パルスシーケンスにしたがって傾斜磁場コイルの傾斜磁場の印加タイミングおよび照射コイルの高周波磁場の照射タイミングを制御する。制御部は、SAR予測部を備え、撮像パルスシーケンスを被検体に対して実施した場合の比吸収率(SAR)を、照射コイルのQ値を用いて予測する。
SAR予測部は、被検体が撮像空間に配置された状態で、高周波磁場パルスを照射コイルから被検体に照射させ、照射コイルの送信電圧と反射電圧を検出する。検出した送信電圧と反射電圧から被検体を配置した状態の照射コイルのQ値を求め、求めたQ値を用いてSARを予測する。
このように、本発明では、被検体を撮像空間に配置した状態で、実際に照射コイルから高周波磁場パルスを照射し、送信電圧と反射電圧とを検出するため、被検体の内部抵抗等による影響を含めてQ値を求めることができる。よって、このQ値を用いることにより、SARを精度よく予測できる。また、このQ値を求める方法は、特別なQ値計測装置が不要であり、簡便にQ値を求めることができる。
以下、本発明の一実施形態のMRI装置について具体的に説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るものであり、図1に示すように、静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、制御部30と、表示・記憶部7と、操作部25と、被検体1を撮像空間に配置するベッドとを備えている。
制御部30は、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備え、各部の制御のみならず、信号処理を行って画像再構成を行う。
制御部30は、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備え、各部の制御のみならず、信号処理を行って画像再構成を行う。
静磁場発生系2は、被検体1の撮像部位が配置される撮像空間に静磁場を発生させるために静磁場発生源を含む。静磁場発生源としては、永久磁石、常電導磁石あるいは超電導磁石が用いられる。静磁場発生源は、垂直磁場方式であれば被検体の体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば体軸方向に、いずれも均一な静磁場を発生させる。垂直磁場方式の場合、静磁場発生源は、撮像空間を挟んで上下に対向配置された一対の磁石である。
水平磁場方式の場合は、静磁場発生源は、円筒形状であり、円筒の内部空間が撮像空間である。
水平磁場方式の場合は、静磁場発生源は、円筒形状であり、円筒の内部空間が撮像空間である。
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向にそれぞれ傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイル9を駆動する傾斜磁場電源10とを備えて構成されている。傾斜磁場電源10は、シ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれの傾斜磁場コイル9に駆動電流を供給する。
これにより、傾斜磁場発生系3は、撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報を付与する。
これにより、傾斜磁場発生系3は、撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報を付与する。
送信系5は、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と照射コイル14aとを備えている。高周波発振器11は高周波信号を発生し、この高周波信号を変調器12により変調した後、高周波増幅器13により増幅して、信号線31を介して高周波コイル(照射コイル)14aに供給する。照射コイル14aは、高周波信号の供給を受けてRFパルスを撮像空間の被検体1に対して照射し、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせる。
受信系6は、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16とA/D変換器17とを備えて構成される。この構成により、受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出する。具体的には、送信側の高周波コイル14aから照射されたRFパルスによって励起された被検体1が発するNMR信号(エコー信号)が、被検体1に近接して配置された受信コイル14bで検出される。受信信号は、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系を兼用する制御部30に送られる。
制御部30のシーケンサ4は、送信系5の変調器12、傾斜磁場発生系3の傾斜磁場電源10および受信系のA/D変換器17に動作を命令する信号を出力し、所定の撮像パルスシーケンスに定められたタイミングでRFパルスと傾斜磁場パルスを撮像空間の被検体1に印加させる。また、所定のタイミングでエコー信号を取得するように受信系6を制御する。制御部30のCPU8は、内蔵されたメモリに格納された撮像プログラムを実行することにより、所定の撮像パルスシーケンスが実行されるようにシーケンサ4の動作を制御する。
また、制御部30のCPU8は、内蔵されたメモリに格納された信号処理プログラムを実行することにより信号処理系として動作し、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等の制御を行う。CPU8は、受信系6からNMR信号のデータを受け取ると、これを信号処理して画像再構成等の処理を実行し、被検体1の画像を得て、表示・記憶部7のディスプレイ20に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディスク等に格納する。
本実施形態では、制御部30のCPU8が、予め定めたSAR予測プログラムを実行することにより、後述するようにSAR予測部33として機能する。
また、照射コイル14aの信号線31には、方向性結合器32が配置されている。シーケンサ4には、この方向性結合器32により分離された送信信号の一部と反射信号の一部を検出するための電圧検出部34が配置されている。これにより電圧検出部34は、照射コイル14aに供給される送信信号の電圧(送信電圧)と、照射コイル14aと被検体1とのインピーダンスの不整合により反射された反射信号の電圧(反射電圧)を検出することができる。
SAR予測部33は、被検体の撮像前に、被検体が撮像空間に配置された状態で、予め定めた高周波磁場パルスを照射コイル14aから被検体1に照射させ、電圧検出部34により照射コイル14aの送信電圧と反射電圧を検出する。検出した送信電圧と反射電圧から被検体を配置した状態の照射コイル14aのQ値を求め、求めたQ値を用いて、これから行う撮像パルスシーケンスのSARを予測する。これにより、SARの予測値が、IECの定める閾値を超えている場合には、撮像パルスシーケンスの条件を変更することができる。
表示・記憶部7は、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。操作部25は、MRI装置の各種制御情報や信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24を備えている。この操作部25は、ディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
なお、傾斜磁場コイル9および照射コイル14aは、静磁場発生源よりも被検体1に近い位置に配置される。受信コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置される。
現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。
以下、SAR予測部33の動作を第1〜第4の実施形態により具体的に説明する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態では、SAR予測部33は、予め定めた高周波磁場パルスとして、所定の周波数の高周波磁場パルスを照射コイル14aから照射させ、照射コイル14aの送信電圧と反射電圧から定在波比VSWRを求め、定在波比VSWRからQ値を求める。例えば、SAR予測部33は、予め求めておいた定在波比VSWRとQ値との関係から、求めた定在波比VSWRの値に対応するQ値を求めることができる。
第1の実施形態では、SAR予測部33は、予め定めた高周波磁場パルスとして、所定の周波数の高周波磁場パルスを照射コイル14aから照射させ、照射コイル14aの送信電圧と反射電圧から定在波比VSWRを求め、定在波比VSWRからQ値を求める。例えば、SAR予測部33は、予め求めておいた定在波比VSWRとQ値との関係から、求めた定在波比VSWRの値に対応するQ値を求めることができる。
第1の実施形態のSAR予測部33の動作を図2のフロー等を用いて、より具体的に説明する。撮像予測部33は、被検体1を撮像空間に配置した状態で精度よく照射コイル14aのQ値を求め、実行しようとしている撮像パルスシーケンスのSARを予測し、予測したSARが閾値(IEC基準値)を超えている場合には、撮像パルスシーケンス条件の変更を受け付ける。また、撮像パルスシーケンス実行時のSARを実測し、IEC基準値を超える場合には、撮像パルスシーケンスを停止させる。
まず、SAR予測部33は、図3(a)に示した被検体登録GUIをディスプレイ20に表示させ、被検体情報(氏名、性別、生年月日、慎重、体重)と、撮像部位(頭部/胸部/腹部等)、撮像***(うつ伏せ、仰向け等)の入力を、入力部25を介して操作者から受け付ける(ステップ301)。
次に、操作者は、被検体1をベッドに搭載し、撮像部位をMRI装置の撮像空間に配置する。SAR予測部33は、撮像空間の被検体1に予め定めた所定のRFパルス(基準RFパルス)を照射し、照射コイル14aの送信信号の送信電圧および反射信号の反射電圧を求めることにより、Q値を求め、Q値から基準RFパルスについての被検体1のRF吸収量を求める(ステップ302)。このステップ302の詳しい動作については後でさらに説明する。
つぎに、SAR予測部33は、被検体1のうち、照射コイル14aの照射領域内にある部分(領域)の体重(部分体重)を計算により求める(ステップ303)。具体的には、SAR予測部33の内蔵メモリには、被検体1の撮像部位および撮像***で特定される部位ごとに、被検体1の全体に対してその何％が照射コイル14aの照射領域内に位置するかを予め求めたデータが格納されている。例えば、撮像部位が胸部であれば、全体重の約30％が照射コイル14aの照射領域内にある。SAR予測部33は、ステップ301で操作者により入力された撮像部位および撮像***で特定される部位について、被検体1の全体重に占める割合を内蔵メモリから読み出し、これにステップ301で操作者により入力された体重を掛け合わせ、部分体重を求める。
次に、SAR予測部33は、被検体1の撮像に用いる撮像パルスシーケンスの種類(スピンエコー法/グラディエントエコー法等)の選択を操作者から1以上受け付け、それぞれについて詳しいパラメータの設定を操作者から受け付ける(ステップ304)。具体的には、SAR予測部33は、ディスプレイ20に図3(b)の撮像シーケンス条件GUIを表示させ、撮像視野(Field of View)、予め定めておいた複数のシーケンスの中から何れかの選択、繰り返し時間(TR)、撮像枚数、選定されたシーケンスの加算回数(位相エンコード毎のエコー信号の加算回数(計測回数))等を受けつける。これにより、その撮像パルスシーケンスのRFパルスの照射強度、照射回数および照射間隔等が決定される。
次に、SAR予測部33は、ステップ302の基準RFパルスとステップ304で設定された撮像パルスシーケンスのRFパルスの波形比(下記式(1))、ステップ302で基準RFパルスを照射して求めた被検体1のRF吸収量、ステップ304で設定された撮像パルスシーケンスの実行時間、RFパルスの照射強度、照射回数ならびに照射間隔を用いて、SARを演算により求める(ステップ305)。ここでは、6分平均SAR(全身SAR，身体部分SAR，頭部SAR)と、10秒平均SAR(全身SAR，身体部分SAR、頭部SAR)について求める。
ただし、上記式(1)において、F1(t)は、撮像パルスシーケンスで照射する全RFパルスの波形、F0(t)は、ステップ302で照射した基準RFパルスの波形である。
式(1)で求めた波形比とステップ302で求めた被検体1のRF吸収量とを掛け合わせることにより、被検体1のRF吸収量が求められる。このRF吸収量の6分および10秒の時間平均をそれぞれ求め、全身の体重で割ることにより、6分平均全身SARと10秒平均全身SARを求めることができる。また、全身SARに対してステップ303で求めた部分体重の全身体重に対する割合を掛け合わせることにより、身体部分SARを求めることができる。この身体部分SARの6分および10秒の時間平均をそれぞれ求めることにより、6分平均身体部分SARと10秒平均身体部分SARを求めることができる。
頭部SARは、上記RF吸収量頭部が吸収する割合を掛け合わせ、頭部重量で割ることにより求められる。この頭部SARの6分および10秒の時間平均をそれぞれ求めることにより、6分平均頭部SARと10秒平均頭部SARを求めることができる。
ステップ305で求めた各SARの値は、ステップ302で求めたQ値とともに、SAR予測部33が、ディスプレイ20にSAR・Q値表示GUI(図3(c))を表示させる。操作者は、図3(c)のGUIにより各SARとQ値を把握することができる。
SAR予測部33は、求めた(予測した)各SARと、IECにより定められている基準SARとをそれぞれ比較し、いずれかの予測SARがIECの基準SARを超える場合には、このまま撮像パルスシーケンスを実行することができないため、ステップ304に戻って、撮像パルスシーケンスの条件の再設定(パラメータの変更または待ち時間の設定)を操作者から受け付ける(ステップ305)。一方、予測した各SARが基準SARを以下である場合には、ステップ307に進む。
SAR予測部33は、ステップ304で設定した撮像パルスシーケンスの実行をシーケンサに指示する(ステップ307)。これにより、シーケンサ4は、送信系5、傾斜磁場発生系3および受信系6を制御し、撮像パルスシーケンスを実行させる。この間、SAR予測部33は、方向性結合器(directional coupler)32、および、シーケンサ4内の電圧検出部34を介して、送信系5の照射コイル14aの送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflを受け取り、式(2)、(3)により被検体のRF吸収量Pobjectを求める。
ただし、Pfwdは、VfwdからIEC記載の計算式に準じて求める。Prflも、Vrflから同様にして求める。Qは、被検体1を撮像空間に配置してステップ302で求めたQ値を用いる。Q’は、被検体1を配置せずに測定したQ値であり、予め求めておいた値を用いる。
式(2)、(3)より求めた撮像パルスシーケンス実行中のRF吸収量Pobjectについて、6分および10秒の時間平均をそれぞれ求め、全身の体重で割ることにより、6分平均全身SARの実測値と10秒平均全身SARの実測値を求める。また、全身SARに対してステップ303で求めた部分体重の全身体重に対する割合を掛け合わせることにより、身体部分SARの実測値を求める。これの6分および10秒の時間平均をそれぞれ求め、6分平均身体部分SARの実測値と10秒平均身体部分SARの実測値を求める。頭部SARは、上記RF吸収量Pobjectの6分および10秒の時間平均をそれぞれ求め、頭部で吸収する割合を掛け合わせ、頭部重量で割ることにより求められる。
これらの実測値の6分平均全身SAR、10秒平均全身SAR、6分平均身体部分SAR、10秒平均身体部分SAR、および、頭部SARを、IEC基準値と比較し、いずれかのSARがIEC基準値を超えている場合には、シーケンサ4に撮像パルスシーケンスの停止を指示する(ステップ307)。これにより、撮像パルスシーケンスを強制的に停止させ、実測値のSARがSAR基準値を超えないようにする。
ステップ304で同じ被検体1を複数の撮像パルスシーケンスで撮影するように設定されている場合には、ステップ304に戻り、ステップ304〜307をすべての撮像パルスシーケンスが終了するまで繰り返す。撮像パルスシーケンスの実行によって取得したNMR信号を制御部8が信号処理し、被検体1のMRI画像を再構成する。
ここで、上述したステップ302について、図4を用いて詳しく説明する。操作者は、被検体1をベッドに搭載し、撮像部位をMRI装置の撮像空間に配置する。SAR予測部33は、図5に示したSAR計測用パルスシーケンスを実行する(ステップ901)。すなわち、撮像空間の被検体1に、送信系5の照射コイル14aにより予め定めた所定のRFパルス(基準RFパルス)RF1、RF2、RF3・・を所定のTRで所定回数照射する。基準RFパルスRF1、RF2、RF3・・の周波数は、水の共鳴周波数に設定され、その振幅は、ほとんどの被検体においてこのSAR計測用パルスシーケンスを実行してもIECのSAR基準値を超えないことが確認済みの予め定めた振幅に設定されている。
照射の度に、方向性結合器32により、照射コイル14aの送信波と反射波の一部を分離してシーケンサ4内の電圧検出部34により検出することにより、照射コイル14aの送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflを検出する(ステップ902)。
SAR予測部33は、式(4)、(5)により電圧定在波比VSWRを求める(ステップ903)。ただし、ρは、反射係数である。
ρ＝Vrfl/Vfwd ・・・(4)
VSWR＝(1＋ρ)/(1−ρ) ・・・(5)
ρ＝Vrfl/Vfwd ・・・(4)
VSWR＝(1＋ρ)/(1−ρ) ・・・(5)
SAR予測部33は、予め内蔵メモリに格納されている電圧定在波比VSWRとQ値との関係を示す関数またはテーブルまたはグラフ等(図6)を参照することにより、ステップ903で求めた電圧定在波比VSWRに対応するQ値を求める(ステップ904)。このQ値が、撮像空間に被検体1を配置した状態のQ値である。なお、図6のグラフから明らかなように、電圧定在波比VSWRとQ値は、所定の関数の関係にあり、この関数は、ファントムやボランティアの被検体を用いて求めておくことができる。
つぎにSAR予測部33は、ステップ904で求めたQ値と上述の式(2)、(3)により、基準RFパルスを照射した際の被検体のRF吸収量Pobjectを求める。ただし、Pfwdは、VfwdからIEC記載の計算式に準じて求める(ステップ905)。
Prflも、Vrflから同様に求める。Q’は、被検体1を配置せずに測定したQ値であり、予め求めておいた値を用いる。
このように、第1の実施形態では、ステップ302において被検体をMRI装置の撮像空間に配置した状態のRF照射コイル14aのQ値を基準RFパルスを用いて求めることができるため、このQ値を用いて実際の撮像パルスシーケンスのSARを精度よく予測することができる(ステップ305、306)。よって、実際の撮像パルスシーケンスのRFパルスの強度を、SARが基準SARを超えない範囲で大きく設定することができ、高解像度のMRI画像を再構成することができる。
また、本発明によれば、被検体1の体型や、被検体1と装置との相対位置に応じた照射コイル14aのQ値を求めることができる。このQ値を使用することにより、SARの計算に使われる部分体重やコイル内でのRF消費量を求めることができ、SAR監視・制限を正確且つ簡便に行うことができる。これにより、SARの予測値の誤差によって実際の撮像時のSARが閾値を超えることを防ぐために、SARが低めになるように撮像条件を変更していたが、本発明は、その必要がなく、検査(撮像)のスループット低下を回避することができるようになる。
なお、本実施形態では、式(2)のQ’値として、予め測定した値を用いたが、被検体1を撮像空間に配置した状態だけでなく、被検体1を配置しない状態でもステップ302を実行することにより、Q値のみならずQ’値を計測することも可能である。
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、SAR予測部33は、Q値を求めるための高周波磁場パルスとは別の、所定の周波数の高周波磁場パルスを被検体1に向けて照射する。そして、照射コイル14aの送信電圧と反射電圧から送信パワーと反射パワーを求め、その差分とQ値を用いてSARを予測する。
第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、SAR予測部33は、Q値を求めるための高周波磁場パルスとは別の、所定の周波数の高周波磁場パルスを被検体1に向けて照射する。そして、照射コイル14aの送信電圧と反射電圧から送信パワーと反射パワーを求め、その差分とQ値を用いてSARを予測する。
具体的には、第2の実施形態では、図2のステップ302として図7のフローを実行する。このほかの構成は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
図7のフローでは、ステップ901とは別にステップ801でSAR計測用パルスシーケンスを実行する。ステップ901で実行するSAR計測用パルスシーケンスは、ステップ801で実行するSAR計測用パルスシーケンスと同じであってもよいし、異なるシーケンスであってもよい。
ステップ801では、ステップ903で用いるVfwd、Vrflを計測し、電圧定在波比VSWRを求める。ステップ905においては、ステップ902で計測した送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflから求めたPfwd、Prflを用い、式(3)によりPcを求める。Q値は、ステップ801で計測した送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflから求めたものを用いる。
これにより、ステップ901とステップ801において、異なるSAR計測用パルスシーケンスを実行することや、同じSAR計測用パルスシーケンスであっても条件を変更することが可能になる。例えば、照射する基準RFパルスの周波数をステップ901とステップ801とで異なる周波数に設定することができる。他の構成は、第1の実施形態の図4のフローと同様である。
(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、SAR予測部33は、予め定めた高周波磁場パルスを、周波数を異ならせて複数回照射し、照射ごとに照射コイル14aの送信電圧と反射電圧を検出する。送信電圧と反射電圧からインピーダンスを求め、インピーダンスの最大値からQ値を求める。
第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、SAR予測部33は、予め定めた高周波磁場パルスを、周波数を異ならせて複数回照射し、照射ごとに照射コイル14aの送信電圧と反射電圧を検出する。送信電圧と反射電圧からインピーダンスを求め、インピーダンスの最大値からQ値を求める。
具体的には、第3の実施形態では、図2のステップ302として図8のフローを実行する。このほかの構成は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
図8のフローでは、Q値を求めるためにステップ451〜454を実行する点が第1の実施形態とは異なる。
SAR予測部33は、図8のステップ451において、ステップ901のSAR計測用パルスシーケンスと同様に基準RFパルスを照射し、送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflを計測する。計測した送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflと式(6)から、インピーダンスZを求める。ただし、ρは、式(4)で表される反射係数である。Z0は、伝送線路の特性インピーダンスである。
ρ＝Vrfl/Vfwd ・・・(4)
ρ＝Vrfl/Vfwd ・・・(4)
SAR予測部33は、ステップ451を基準RFパルスの周波数fを予め定めた範囲で変化させながら繰り返し実行する(ステップ452、453)。
これにより、図9のように、基準RFパルスの周波数fとインピーダンスZとの関係が得られる。SAR予測部33は、この関係から、インピーダンスZがピーク値Zpとなる周波数fpと、ピーク値Zpの半分の値となる周波数f1，f2を求め、式(7)からQ値を求める。(ステップ454)
ステップ905においては、式(3)によりPcを求める際に用いるPfwd、Prflは、ステップ902で計測した送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflから求めた値を用い、Q値は、ステップ454で求めたものを用いる。
第3の実施形態は、Q値を求めるために、予めQ値と何らかのパラメータとの関係を示す関数を求めておく必要がないというメリットがある。また、関数の信頼度に依存することなく実測値からQ値を求めることができる。
他の構成は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
他の構成は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、SAR予測部33は、予め求めておいたインピーダンスの最大値とQ値との関係から、インピーダンスの最大値に対応するQ値を求める。
第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、SAR予測部33は、予め求めておいたインピーダンスの最大値とQ値との関係から、インピーダンスの最大値に対応するQ値を求める。
具体的には、第4の実施形態では、図2のステップ302として図10のフローを実行する。このほかの構成は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
図10のフローでは、Q値を求めるためにステップ651〜654を実行する点が第1の実施形態とは異なる。
図10のステップ651では、第3の実施形態のステップ451と同様に、SAR計測用パルスシーケンスを実施して送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflを計測する。計測した送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflと式(6)から、インピーダンスZを求める。
ステップ652，653では、インピーダンスZのピーク値Zpが見つかるまで、周波数を変えながら、ステップ451を繰り返す。
ステップ654では、予めSAR予測部33の内蔵メモリに格納しておいた予め求めておいたインピーダンスピーク値ZpとQ値との関係を示す関数(数式、テーブルまたはグラフ等)(図11)から、ステップ652で求めたピーク値Zpに対応するQ値を求める。
ステップ905においては、式(3)によりPcを求める際に用いるPfwd、Prflは、ステップ902で計測した送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflから求めた値を用い、Q値は、ステップ654で求めたものを用いる。
第4の実施形態は、ステップ652でピーク値Zpが見つかる程度に周波数を変化させればよいため、ステップ651で周波数を変化させる範囲が狭くでき、第3の実施形態よりも短時間にQ値を求めることができる。
他の構成は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
1 被検体、2 静磁場発生系、3 傾斜磁場発生系、4 シーケンサ、5 送信系、6 受信系、7 表示・記憶部、8 中央処理装置(CPU)、9 傾斜磁場コイル、10 傾斜磁場電源、11 高周波発信器、12 変調器、13 高周波増幅器、14a 高周波コイル(照射コイル)、14b 高周波コイル(受信コイル)、15 信号増幅器、16 直交位相検波器、17 A/D変換器、18 磁気ディスク、19 光ディスク、10 ディスプレイ、21 ROM、22 RAM、23 トラックボール又はマウス、24 キーボード、30 制御部、31 信号線、32 方向性結合器、33 SAR予測部、34 電圧検出部
表示・記憶部7は、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。操作部25は、MRI装置の各種制御情報や表示・記憶部7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24を備えている。この操作部25は、ディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
第1の実施形態のSAR予測部33の動作を図2のフロー等を用いて、より具体的に説明する。SAR予測部33は、被検体1を撮像空間に配置した状態で精度よく照射コイル14aのQ値を求め、実行しようとしている撮像パルスシーケンスのSARを予測し、予測したSARが閾値(IEC基準値)を超えている場合には、撮像パルスシーケンス条件の変更を受け付ける。また、撮像パルスシーケンス実行時のSARを実測し、IEC基準値を超える場合には、撮像パルスシーケンスを停止させる。
まず、SAR予測部33は、図3(a)に示した被検体登録GUIをディスプレイ20に表示させ、被検体情報(氏名、性別、生年月日、身長、体重)と、撮像部位(頭部/胸部/腹部等)、撮像***(うつ伏せ、仰向け等)の入力を、操作部25を介して操作者から受け付ける(ステップ301)。
SAR予測部33は、求めた(予測した)各SARと、IECにより定められている基準SARとをそれぞれ比較し、いずれかの予測SARがIECの基準SARを超える場合には、このまま撮像パルスシーケンスを実行することができないため、ステップ304に戻って、撮像パルスシーケンスの条件の再設定(パラメータの変更または待ち時間の設定)を操作者から受け付ける(ステップ305)。一方、予測した各SARが基準SAR以下である場合には、ステップ307に進む。
ステップ304で同じ被検体1を複数の撮像パルスシーケンスで撮影するように設定されている場合には、ステップ304に戻り、ステップ304〜307をすべての撮像パルスシーケンスが終了するまで繰り返す。撮像パルスシーケンスの実行によって取得したNMR信号をCPU8が信号処理し、被検体1のMRI画像を再構成する。
ステップ905においては、式(3)によりP c を求める際に用いるPfwd、Prflは、ステップ902で計測した送信電圧Vfwdおよび反射電圧Vrflから求めた値を用い、Q値は、ステップ654で求めたものを用いる。
1 被検体、2 静磁場発生系、3 傾斜磁場発生系、4 シーケンサ、5 送信系、6 受信系、7 表示・記憶部、8 中央処理装置(CPU)、9 傾斜磁場コイル、10 傾斜磁場電源、11 高周波発振器、12 変調器、13 高周波増幅器、14a 高周波コイル(照射コイル)、14b 高周波コイル(受信コイル)、15 信号増幅器、16 直交位相検波器、17 A/D変換器、18 磁気ディスク、19 光ディスク、20 ディスプレイ、23 トラックボール又はマウス、24 キーボード、30 制御部、31 信号線、32 方向性結合器、33 SAR予測部、34 電圧検出部
Claims (10)
- 撮像空間に静磁場を印加する静磁場発生部と、前記撮像空間に被検体を配置するベッドと、前記撮像空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、前記撮像空間に高周波磁場を照射する照射コイルと、前記撮像空間の前記被検体が発生した核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、所定の撮像パルスシーケンスにしたがって前記傾斜磁場コイルからの前記傾斜磁場の印加タイミングおよび前記照射コイルからの前記高周波磁場の照射タイミングを制御する制御部とを有する磁気共鳴イメージング装置であって、
前記制御部は、前記撮像パルスシーケンスを前記被検体に対して実施した場合の比吸収率(SAR)を、前記照射コイルのQ値を用いて予測するSAR予測部を備え、
前記SAR予測部は、前記被検体が前記撮像空間に配置された状態で、高周波磁場パルスを前記照射コイルから前記被検体に向けて照射させ、前記照射コイルの送信電圧と反射電圧を検出し、前記送信電圧と反射電圧から前記被検体を配置した状態の前記照射コイルのQ値を求め、求めた前記Q値を用いて前記SAR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。 - 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SAR予測部が照射する前記高周波磁場パルスは、所定の周波数であり、検出した前記照射コイルの送信電圧と反射電圧から定在波比を求め、前記定在波比から前記Q値を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 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SAR予測部は、予め求めておいた定在波比とQ値との関係から、前記定在波比の値に対応する前記Q値を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波磁場パルスの周波数は、水の共振周波数であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項1または2に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記SAR予測部は、前記Q値を求めるための高周波磁場パルスとは別の、所定の周波数の高周波磁場パルスを前記被検体に向けて照射させ、前記照射コイルの送信パワーと反射パワーを検出し、その差分と前記Q値を用いて前記SAR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。
- 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SAR予測部は、前記高周波磁場パルスを、周波数を異ならせて複数回照射させ、照射ごとに前記照射コイルの送信電圧と反射電圧を検出し、前記送信電圧と反射電圧からインピーダンスを求め、前記インピーダンスの最大値から前記Q値を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記SAR予測部は、前記インピーダンスが最大値となる周波数と、前記インピーダンスの最大値の半分の値となる周波数とを用いて、前記Q値を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項6に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記SAR予測部は、予め求めておいたインピーダンスの最大値とQ値との関係から、前記インピーダンスの最大値に対応する前記Q値を求めることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記照射コイルには、前記高周波磁場パルスを発生させるための高周波信号を供給する信号線が接続され、前記信号線には前記照射コイルの送信電圧と反射電圧を検出するための方向性結合器が備えられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
- 被検体を磁気共鳴イメージング装置の撮像空間に配置した状態で、高周波磁場パルスを照射コイルから被検体に向けて照射して、照射コイルの送信電圧と反射電圧を検出し、
前記送信電圧と反射電圧から前記被検体を配置した状態の前記照射コイルのQ値を求め、求めた前記Q値を用いて、撮像パルスシーケンスを被検体に対して実施した場合のSARを求めることを特徴とするSARの予測方法。
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