JP7616865B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来、超電導型の静磁場磁石（超電導コイル）を有する磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置と呼ぶ）は、冷媒として、例えば、１０００リットル程度のヘリウム（Ｈｅ）を使っている。近年、ヘリウムの価格の高騰により、ＭＲＩ装置の購入から廃却までにかかるライフタイムコストが圧迫されることがある。ライフタイムコストの抑制のためには冷媒容量を可能な限り少なくすることが有効である。しかしながら、冷媒容量を少なくした場合、自然災害や落雷等不慮の事故にともなう停電時に、超電導磁石内部の温度上昇によるクエンチが発生するまでの時間が短くなるというデメリットがある。クエンチが発生すると、超電導コイルの伝導状態を常伝導状態から超電導状態に移行させるために、例えば、１か月程度にわたってヘリウムを冷却し続けることや、冷却されたヘリウムに入れ替えることなどが必要となる。

瞬断などを除く停電に備えるために、例えば、病院設備などに商用電源とは別の独自の停電対応の電源（非常用電源）を配置し、停電時に商用電源から非常用電源に電力供給を切り替えることでクエンチを未然に防ぐことができる。しかしながら、非常用電源の使用時においてＭＲＩ装置全体を動作させた場合、非常用電源に要求される電源容量が大きくなり、非常用電源にかかるコストが増大し、かつ非常用電源による電力の供給可能時間が短縮することがある。

国際公開第２０１３－１７２１４８号

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、磁気共鳴イメージング装置に関するコストを低減することにある。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、電力供給元として常用電源とから非常用電源とに切り替え可能であって、冷却部と、給電選択部とを備える。冷却部は、静磁場を発生する超電導コイルを冷却する。給電選択部は、前記非常用電源が前記電力供給元である場合、前記常用電源による電力供給の状態の監視に関する監視情報に基づいて、電力供給先として前記冷却部が選択される給電関係を維持する。

図１は、実施形態に係り、常用電源からの電力供給時におけるＭＲＩ装置の一例を示すブロック図。 図２は、実施形態に係り、非常用電源からの電力供給時におけるＭＲＩ装置の一例を示すブロック図。 図３は、実施形態に係る供給切替処理における動作タイミングの一例を示すタイミングチャート。 図４は、実施形態に係る供給切替処理の手順の一例を示すフローチャート。 図５は、実施形態の第１変形例に係り、非常用電源からの電力供給時におけるＭＲＩ装置の一例を示すブロック図。 図６は、実施形態の第２変形例に係り、非常用電源からの電力供給時におけるＭＲＩ装置の一例を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら、磁気共鳴イメージング装置および給電制御方法の実施形態について詳細に説明する。図１は、常用電源３からの電力供給時における磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置と呼ぶ）１の一例を示すブロック図である。常用電源３は、ＭＲＩ装置１が設置された病院などにおける設備電源、すなわち商用電源に相当する。なお、本実施形態における技術的思想は、ＭＲＩ装置１と、非常用電源５と、電源系統切替スイッチ７とを備えたＭＲＩシステムとして実現されてもよい。

ＭＲＩ装置１は、常用電源３または非常用電源５に接続され、電力供給元として常用電源３と非常用電源５とに切り替え可能である。具体的には、ＭＲＩ装置１は、電源系統切替スイッチ７を介して、常用電源３または少なくとも１つの非常用電源５と電気的に接続される。

常用電源３は、電源系統切替スイッチ７を介して、電力をＭＲＩ装置１に供給する。このとき、常用電源３から供給された電力は、ＭＲＩ装置１におけるシステムトランス１３を介して、ＭＲＩ装置１の全ユニット、例えば、撮像系１１や静磁場発生ユニット１５に供給される。なお、常用電源３から供給された電力は、不図示のコンソールや寝台などにも供給されてもよい。

非常用電源５は、電源監視装置（もしくは機能）５１を有する。非常用電源５は、常用電源３とは独立した電源であって、例えば、３相交流を生成する。３相交流を生成する非常用電源５は、例えば、発動機を伴う発電機を有し、当該発動機の駆動により３相交流を生成する。電源監視装置５１は、常用電源３によるＭＲＩ装置１への電力供給の状態の監視するモニターとして機能する。非常用電源５は、常用電源３による電力供給の状態の監視に関する監視情報を、ＭＲＩ装置１に出力する。監視情報は、例えば、常用電源３の通電状態の情報（以下、停電有無情報と呼ぶ）と、ＭＲＩ装置１の電力供給元である常用電源３または非常用電源５との電気的な接続に関する情報（以下、接続先情報と呼ぶ）とを有する。監視情報は、例えば電流信号として、電源監視装置５１から出力される。

停電有無情報は、常用電源３すなわち商用電源における停電の有無を示す情報であって、撮像系電力供給スイッチ１７のＯＮ状態（閉塞）とＯＦＦ状態（開放）との切り替えに用いられる。具体的には、電源監視装置５１は、停電有無情報を、ＭＲＩ装置１における撮像系電力供給スイッチ１７に出力する。なお、停電有無情報は、絶縁トランスを介して、撮像系電力供給スイッチ１７へ出力されてもよい。このとき、絶縁トランスは、撮像系電力供給スイッチ１７と電源監視装置５１との間の経路上に設けられる。接続先情報は、電源系統切替スイッチ７における通電の接続先を変更する情報であって、電源系統切替スイッチ７における通電の接続先の切り替えに用いられる。電源監視装置５１は、接続先情報を、電源系統切替スイッチ７に出力する。

図２は、非常用電源５からの電力供給時におけるＭＲＩ装置１の一例を示すブロック図である。図１との相違は、電源系統切替スイッチ７における通電の接続先が非常用電源５側であって、撮像系電力供給スイッチ１７が解放されていることにある。

電源系統切替スイッチ７は、電源監視装置５１から出力された接続先情報に基づいて、ＭＲＩ装置１との通電の接続先を、常用電源３と非常用電源５との間で切り替える。例えば、常用電源３において停電が発生した場合、電源系統切替スイッチ７は、ＭＲＩ装置１との通電の接続先を、常用電源３から非常用電源５に切り替える。また、常用電源３が復電した場合、電源系統切替スイッチ７は、ＭＲＩ装置１との通電の接続先を、非常用電源５から常用電源３に切り替える。これにより、常用電源３が停電から復帰した場合、常用電源３から後述の冷却部へ電力が供給される、

ＭＲＩ装置１は、撮像系（撮像装置）１１と、システムトランス１３と、静磁場発生ユニット１５と、撮像系電力供給スイッチ１７とを有する。静磁場発生ユニット１５は、静磁場の発生に関する超電導コイル１５２を有する冷却容器１５１と、冷凍機１５３と、冷凍機監視装置１５９とを有する。冷却容器１５１と、冷凍機１５３と、冷凍機監視装置１５９とは、静磁場を発生する超電導コイル１５２を冷却する冷却部（冷却装置）を構成する。すなわち、冷却部は、超電導コイル１５２の冷却に関する冷媒を冷却する冷凍機１５３を有する。冷媒は、例えばヘリウムである。

撮像系１１は、被検体の撮像に関する各種ユニットを有する。各種ユニットは、例えば、位置識別のための勾配磁場を出すため傾斜磁場電源１１１と、傾斜磁場コイルと、磁気共鳴現象を起こすためのエネルギー供給するためのＲＦアンプ１１３を搭載した送信回路と、送信コイルと、受信コイルと、受信回路と、シーケンス制御回路と、寝台と、磁気共鳴現象の結果得られた信号を画像化するための再構成ユニット１１５を搭載した計算機システムとを有する。撮像系１１における各構成要素については後程説明する。

システムトランス１３は、常用電源３または非常用電源５から供給された電力を、静磁場発生ユニット１５と撮像系電力供給スイッチ１７とに分配する機能（以下、分電機能と呼ぶ）を有する。システムトランス１３は、分電機能により、常用電源３または非常用電源５から供給された電力を、静磁場発生ユニット１５と、撮像系電力供給スイッチ１７とに供給する。

静磁場発生ユニット１５は、中空の略円筒形状に形成された超電導コイル１５２を有し、内部の空間に静磁場を発生する。静磁場発生ユニット１５による発生される静磁場は、超電導磁石により発生される。超電導磁石は、冷却容器１５１における超電導コイル１５２に、超電導状態で電流を供給することにより実現される。冷却容器１５１は、概略円筒形状に形成され、不図示の真空容器の円筒壁内に収納される。一般的な例としては、冷却容器１５１は、容器内を十分に低温な状態に保つため、円筒壁内に液体ヘリウムと、超電導コイル１５２とを収容する。冷却容器１５１内では、液体ヘリウムと、液体ヘリウムが気化されたヘリウムガスとが平衡状態にある。

冷却容器１５１の内部には、不図示のヒータが設けられる。ヒータは、冷却容器１５１内のヘリウムを暖めて気化させ、冷却容器１５１内の圧力を調整する。圧力の調整は、例えば、冷却容器１５１内に意図しない空気の流入を防ぐためである。冷却容器１５１内のヘリウムガスが過度に冷やされると、冷却容器１５１内の液体ヘリウムの割合が多くなり、冷却容器１５１内の圧力が低下する。冷却容器１５１内の圧力が下がり、負圧になると、冷却容器１５１内に空気が流入してしまう。ヒータは、冷却容器１５１内の圧力が予め設定された範囲内となるように、冷凍機監視装置１５９により制御され、冷却容器１５１内のヘリウムを暖める。

冷凍機１５３は、冷却容器１５１に収容された冷媒を冷却する。冷凍機１５３は、圧縮器１５５と、コールドヘッド１５７と、不図示の供給管、排出管と、通気弁、吸気弁、バッファタンク等を有する。また、冷凍機１５３は、冷媒を水冷する水冷装置または冷媒を空冷する空冷装置を有する。水冷装置は、冷凍機１５３における冷媒を、水を用いて連続的に冷却する。冷水装置は、冷却水循環装置に相当し外気との熱交換を行うチラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）とも称される。空冷装置およびチラーは、既存の装置を用いることができるため、空冷装置およびチラーに関する説明は省略する。

圧縮器１５５は、例えば、モーターによりヘリウムガス等の冷媒ガスを圧縮し、高圧状態となった冷媒ガスを、供給管を介してコールドヘッド１５７へ供給する。モーターは、例えば、インバータ駆動である。また、圧縮器１５５は、コールドヘッド１５７の内部で膨張した冷媒ガスを、排出管を介して回収する。また、圧縮器１５５は、冷媒ガスが充填されたバッファタンクと、通気弁および吸気弁を介して接続する。バッファタンクには、冷媒ガスが充填される。圧縮器１５５は、冷媒ガスを、通気弁を介してバッファタンクへ排気する。圧縮器１５５は、バッファタンクに充填される冷媒ガスを、吸気弁を介して吸気する。

コールドヘッド１５７は、供給管を介して供給される高圧状態の冷媒ガスを膨張させ、冷却容器１５１における冷媒を冷却する。これにより、コールドヘッド１５７は、冷媒の沸点以下の温度まで、冷媒を冷却する。一定以上冷却容器１５１が冷却されると、冷却容器１５１内のヘリウムガスが液体ヘリウムへ再凝縮される。なお、図１および図２では、１つのコールドヘッド１５７が冷却容器１５１に設置される場合を例に示したが、コールドヘッド１５７は、１つに限定されず、複数であってもよい。

通気弁および吸気弁は、圧縮器１５５とバッファタンクとを繋ぐ管に設けられる。通気弁は、冷凍機監視装置１５９からの指示に従い、圧縮器１５５内の冷媒ガスをバッファタンクへ排気する。圧縮器１５５内の冷媒ガスが排気されることにより、圧縮器１５５からコールドヘッド１５７へ供給される冷媒ガスの圧力が低下する。吸気弁は、冷凍機監視装置１５９からの指示に従い、バッファタンクに充填される冷媒ガスを圧縮器１５５へ供給する。圧縮器１５５へ冷媒ガスが供給されることにより、圧縮器１５５からコールドヘッド１５７へ供給される冷媒ガスの圧力が上昇する。

冷凍機監視装置１５９は、冷凍機１５３および冷却容器１５１における冷媒を監視する。例えば、冷凍機監視装置１５９は、冷却容器１５１内の圧力を監視し、冷却容器１５１内の圧力が予め設定された範囲内となるように、ヒータを制御する。冷凍機監視装置１５９は、圧縮器１５５からコールドヘッド１５７へ供給される冷媒ガスの圧力を監視し、当該圧力が所定の範囲内となるように、通気弁および吸気弁を制御する。

撮像系電力供給スイッチ１７は、システムトランス１３と撮像系１１における電力供給に関する複数のユニッとの間に設けられる。すなわち、撮像系電力供給スイッチ１７は、静磁場発生ユニット１５の冷却に関わらない傾斜磁場電源１１１等の複数のユニットへの電力供給ラインの前に設けられる。撮像系電力供給スイッチ１７は、撮像系１１における当該複数のユニットへの電力供給に関する複数のスイッチを有する。撮像系電力供給スイッチ１７は、図１および図２に示すように、例えば、傾斜磁場電源１１１と電気的に接続可能な第１スイッチＳＷ１と、ＲＦアンプ１１３に電気的に接続可能な第２スイッチＳＷ２と、再構成ユニット１１５に電気的に接続可能な第３スイッチＳＷ３とを有する。

なお、図１および図２において、撮像系１１における当該複数のユニットは、傾斜磁場電源１１１と、ＲＦアンプ１１３と、再構成ユニット１１５とが記載されているが、これらに限定されず、例えば、寝台など撮像系１１に関する他のユニットをさらに有していてもよい。このとき、撮像系電力供給スイッチ１７は、他のユニットと電気的に接続可能なさらなるスイッチを有する。図１に示すように、常用電源３からの電力供給時において、撮像系電力供給スイッチ１７における全スイッチは、クローズ（閉塞）している。このため、ＭＲＩ装置１における全ユニットには、常用電源３から電力が供給される。一方、常用電源３による電力供給が停止、すなわち停電した場合、図２に示すように、電力供給元は電源系統切替スイッチ７により非常用電源５が選択され、且つ、非常用電源５から送出された監視情報に基づいて撮像系電力供給スイッチ１７は、オープン（開放）される。これにより、常用電源３の停電時において、非常用電源５から供給された電力は超電導コイル１５２の冷却に必要なユニットのみに供給される。

撮像系電力供給スイッチ１７は、非常用電源５が電力供給元である場合、監視情報に基づいて、電力供給先として冷却部が選択される給電関係を維持する。具体的には、撮像系電力供給スイッチ１７は、電源監視装置５１から出力された停電有無情報に基づいて、複数のスイッチの閉塞（ＯＮ）と開放（ＯＦＦ）とを切り替える。例えば、常用電源３において停電が発生した場合、撮像系電力供給スイッチ１７は、複数のスイッチを開放する。また、常用電源３が復電した場合、撮像系電力供給スイッチ１７は、複数のスイッチを閉塞する。撮像系電力供給スイッチ１７は、給電選択部に相当する。なお、給電選択部は、上述の複数のスイッチと、当該スイッチの開閉を制御するプロセッサとにより構成されてもよい。このとき、プロセッサは、停電有無情報に基づいて、複数のスイッチの開閉を制御する。

なお、給電選択部は、ＭＲＩ装置１の消費電力の低減時において、ＭＲＩ装置１への電源投入指示、すなわちＭＲＩ装置１への電源ＯＮの指示が、後述の入力インタフェースを介してユーザにより入力された場合でも、電力供給先として冷却部が選択される給電関係を維持する。

以下、撮像系１１に含まれる構成要素について簡単に説明する。

傾斜磁場コイルは、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、円筒形の冷却容器１５１の内面側に配置される。傾斜磁場コイルは、互いに直交するＸ、Ｙ、及びＺの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生する。

傾斜磁場電源１１１は、システムトランス１３および撮像系電力供給スイッチ１７を介して供給された電力により、ＭＲＩ装置１におけるシーケンス制御回路の制御の下、傾斜磁場コイルに電流を供給する。

送信コイルは、送信回路からＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パルスの供給を受けて、ＭＲＩ装置１における撮像空間に高周波磁場を発生する。

送信回路は、シーケンス制御回路による制御のもと、ラーモア周波数に対応するＲＦパルスを送信コイルに送信する。送信回路は、例えば、発振部や位相選択部、周波数変換部、振幅変調部、ＲＦアンプ１１３などを有する。発振部は、静磁場中における対象原子核に固有の共鳴周波数のＲＦパルスを発生する。位相選択部は、発振部によって発生したＲＦパルスの位相を選択する。周波数変換部は、位相選択部から出力されたＲＦパルスの周波数を変換する。振幅変調部は、周波数変換部から出力されたＲＦパルスの振幅を例えばｓｉｎｃ関数に従って変調する。ＲＦアンプ１１３は、システムトランス１３および撮像系電力供給スイッチ１７を介して供給された電力により振幅変調部から出力されたＲＦパルスを増幅して送信コイルに供給する。

受信コイルは、傾斜磁場コイルの内側に配置され、高周波磁場の影響によって被検体から発せられるＭＲ信号を受信する。受信コイルは、受信したＭＲ信号を受信回路へ出力する。なお、受信コイルが送信コイルと兼用される構成を採用してもよい。

受信回路は、受信コイルから出力されるアナログのＭＲ信号をアナログ・デジタル（ＡＤ）変換して、ＭＲデータを生成する。受信回路は、生成したＭＲデータをシーケンス制御回路へ送信する。

シーケンス制御回路は、計算機システムから送信されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源１１１、送信回路および受信回路を駆動することによって、被検体の撮像を行う。シーケンス情報は、撮像を行うための手順を定義した情報である。シーケンス制御回路は、傾斜磁場電源１１１、送信回路及び受信回路を駆動して被検体を撮像した結果、受信回路からＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータを計算機システムへ転送する。シーケンス制御回路は、例えばプロセッサにより実現される。

寝台は、被検体が載置される天板を備える。寝台は、天板および寝台を駆動する各種モーターなどのアクチュエータと、アクチュエータにより発生された動力を可動部に伝達する動力伝達ユニットなどとにより構成される。寝台および天板は、計算機システムによる制御の下で、天板の長手方向および上下方向に移動される。

計算機システムは、ＭＲＩ装置１の全体制御や、ＭＲ画像の生成等を行う。計算機システムは、例えば、ネットワークインタフェース、記憶回路、処理回路、入力インタフェース、およびディスプレイなどを備える。

記憶回路は、ネットワークインタフェースによって受信されたＭＲデータ、後述の処理回路によってｋ空間に配置されたｋ空間データ、および処理回路によって生成された画像データ等を記憶する。記憶回路は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、または光ディスク等により実現される。

入力インタフェースは、操作者からの各種指示（例えば、電源投入指示）や情報入力を受け付ける。入力インタフェースは、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インタフェースは、処理回路に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路へと出力する。なお、本明細書において入力インタフェースは、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、計算機システムとは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェースの例に含まれる。

ディスプレイは、処理回路の制御の下、各種のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）や、処理回路によって生成された磁気共鳴画像等を表示する。ディスプレイは、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。

処理回路は、ＭＲＩ装置１の全体の制御を行う。より詳細には、処理回路は、例えば、撮像制御機能、および再構成機能などを備える。再構成機能を実現する処理回路は、再構成ユニット１１５の一例である。撮像制御機能および再構成機能などの各機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路に記憶されている。処理回路は、プロセッサである。例えば、処理回路は、プログラムを記憶回路から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路は、撮像制御機能および再構成機能などの各機能を有することとなる。

上記説明では、「プロセッサ」が各機能に対応するプログラムを記憶回路から読み出して実行行する例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

プロセッサが例えばＣＰＵである場合、プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。一方、プロセッサがＡＳＩＣである場合、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。また、単一の記憶回路が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路は個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

撮像制御機能は、ＭＲＩ装置１の各部を制御して、磁気共鳴画像の撮像を実行する。より詳細には、撮像制御機能は、シーケンス情報の生成、ＭＲデータの収集などを実行する。

再構成機能は、システムトランス１３および撮像系電力供給スイッチ１７を介して供給された電力により、ｋ空間データの生成および磁気共鳴画像の生成を実行する。再構成機能は、生成されたｋ空間データに対して２次元もしくは３次元フーリエ変換による画像再構成処理を行い、磁気共鳴画像を生成する。再構成機能は、生成した磁気共鳴画像を、例えば、記憶回路に保存する。

以上のように構成された本実施形態のＭＲＩ装置１により実行される電力供給元の切り替えに伴ってＭＲＩ装置１における電力供給先を切り替える制御の処理（以下、供給切替処理と呼ぶ）について、図３および図４を用いて説明する。図３は、実施形態に係る供給切替処理における動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図４は、実施形態に係る供給切替処理の手順の一例を示すフローチャートである。

（供給切替処理）
（ステップＳ４０１）
非常用電源５における電源監視装置５１により、常用電源３における停電が検知されなければ（ステップＳ４０１のＮＯ）、本ステップが繰り返される。電源監視装置５１により、常用電源３における停電が検知されれば（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、ステップＳ４０２の処理が実行される。図３における停電の検知は、時刻ｔ１に相当する。停電の検知を契機として、電源監視装置５１は、停電有無情報を、撮像系電力供給スイッチ１７に出力する。このとき、停電有無情報は、停電を知らせる信号であって、撮像系電力供給スイッチ１７を開放することに用いられる。また、停電の検知を契機として、電源監視装置５１は、接続先情報を、電源系統切替スイッチ７に出力する。このとき、接続先情報は、電力供給元の通電の接続先を、常用電源３から非常用電源５に切り替える信号に相当する。

（ステップＳ４０２）
非常用電源５が始動する。具体的には、図３における時刻ｔ１において、非常用電源５における発動機が始動し、非常用電源５は発電を開始する。

（ステップＳ４０３）
電源系統切替スイッチ７において、常用電源３から非常用電源５に接続が切り替えられる。具体的には、電源系統切替スイッチ７は、接続先情報の受信を契機として、すなわち図３に示す時刻ｔ２において、接続先情報にしたがって、ＭＲＩ装置１への電力供給元を、常用電源３から非常用電源５に切り替える。すなわち、電力供給元は、常用電源３の停電時に、常用電源３から非常用電源５に切り替わる。

（ステップＳ４０４）
撮像系電力供給スイッチ１７が解放される。具体的には、撮像系電力供給スイッチ１７は、停電有無情報の受信を契機として、すなわち図３に示す時刻ｔ２において、停電有無情報にしたがって、第１スイッチＳＷ１乃至第３スイッチＳＷ３を開放する。

（ステップＳ４０５）
停電の検知から切替時間が経過したか否かが、例えば、電源監視装置５１により判定される。切替時間とは、非常用電源５の始動後、非常用電源５から出力される電力（例えば電圧）が安定するまでの期間に相当する。すなわち、切替時間は、非常用電源５の始動時刻（図３におけるｔ１）から、非常用電源５で生成された電力が安定するまでの期間ＴＬであって、例えば４０秒以内である。なお、切替時間ＴＬは、例えば、常用電源３における周波数の１サイクル以上で１０分以内の時間幅で適宜設定されてもよい。また、非常用電源５として、大容量の蓄電池が用いられる場合、本ステップは不要となる。

停電の検知、すなわち非常用電源５における発動機の始動開始時刻ｔ１から、切替時間ＴＬが経過しなければ（ステップＳ４０５のＮＯ）、本ステップにおける処理が繰り返される。停電の検知、すなわち非常用電源５における発動機の始動開始時刻ｔ１から、切替時間ＴＬが経過すれば（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、ステップＳ４０６の処理が実行される。

（ステップＳ４０６）
非常用電源５から静磁場発生ユニット１５への電力の供給が開始される。すなわち、非常用電源５から冷却部へ選択的に電力が供給される。換言すれば、電力供給先として冷却部が選択される給電関係が維持される。非常用電源５から静磁場発生ユニット１５への電力の供給開始時刻は、図３に示す時刻ｔ３に相当する。すなわち、時刻ｔ３において、非常用電源５から静磁場発生ユニット１５に電力が供給される。

（ステップＳ４０７）
非常用電源５における電源監視装置５１により、常用電源３における復電が検知されなければ（ステップＳ４０７のＮＯ）、本ステップが繰り返される。ステップＳ４０１のＹＥＳから本ステップのＮＯまでの期間において、電源投入指示が入力インタフェースを介してユーザにより入力された場合であっても、非常用電源５により生成された電力は、撮像系１１へ供給されず、冷却部へ供給されることとなる。

電源監視装置５１より、常用電源３における復電が検知されれば（ステップＳ４０７のＹＥＳ）、ステップＳ４０８の処理が実行される。図３における復電の検知は、時刻ｔ４に相当する。復電の検知を契機として、電源監視装置５１は、停電有無情報を、撮像系電力供給スイッチ１７に出力する。このとき、停電有無情報は、復電を知らせる信号であって、撮像系電力供給スイッチ１７を閉塞することに用いられる。また、復電の検知を契機として、電源監視装置５１は、接続先情報を、電源系統切替スイッチ７に出力する。このとき、接続先情報は、電力供給元の通電の接続先を、非常用電源５から常用電源３に切り替える信号に相当する。

（ステップＳ４０８）
撮像系電力供給スイッチ１７が閉塞される。具体的には、撮像系電力供給スイッチ１７は、停電有無情報の受信を契機として、すなわち図３に示す時刻ｔ５において、停電有無情報にしたがって、第１スイッチＳＷ１乃至第３スイッチＳＷ３を閉塞する。

（ステップＳ４０９）
電源系統切替スイッチ７において、非常用電源５から常用電源３に接続が切り替えられる。具体的には、電源系統切替スイッチ７は、接続先情報の受信を契機として、すなわち図３に示す時刻ｔ６において、接続先情報にしたがって、ＭＲＩ装置１への電力供給元を、非常用電源５から常用電源３に切り替える。これにより、常用電源３が停電から復帰した場合、常用電源３から冷却部へ電力が供給される。

（ステップＳ４１０）
非常用電源５において、発電が停止される。具体的には、非常用電源５における発動機の動作が停止する。以上により、供給切り替え処理は終了する。

以上に述べた実施形態に係るＭＲＩ装置１は、電力供給元として常用電源３と非常用電源５とに切り替え可能であって、静磁場を発生する超電導コイル１５２を冷却し、非常用電源５が電力供給元である場合、常用電源３による電力供給の状態の監視に関する監視情報に基づいて、電力供給先として冷却部が選択される給電関係を維持する。また、実施形態に係るＭＲＩ装置１における冷却部は、冷媒を水冷する冷水装置または冷媒を空冷する空冷装置をさらに有する。

これにより、本実施形態に係るＭＲＩ装置１は、常用電源３の停電時においても超電導コイル１５２を冷却する冷却部に優先的に電力を供給することができるため、ヘリウムなどの高価な冷媒の使用量を極力削減することができる。これにより、冷媒に係るコストを低減することができる。加えて、本ＭＲＩ装置１によれば、非常用電源５における電源監視装置５１から出力された監視情報（停電有無情報および接続先情報）に基づいて、常用電源３の停電時において電力の供給先を冷却部に限定して電力を供給することができるため、非常用電源５の電源容量を低減することができる。

特に、非常用電源５が常用電源３とは独立した電源であって、発動機により３相交流を生成可能な発電機である場合、本実施形態に係るＭＲＩ装置１によれば、非常用電源５の電源容量を低減できるため、非常用電源５の電源容量に応じて増加する非常用電源５の購入コストを低減することができる。これらのことから、本実施形態に係るＭＲＩ装置１によれば、ＭＲＩ装置１に関するトータルコスト（購入から破却までに要するコストであってライフタイムコストともいう）を低減することができる。すなわち、本ＭＲＩ装置１によれば、非常用電源５の発電能力の低容量化により、ＭＲＩ装置１のトータルコストの低減を実現することができる。

例えば、代表的には冷凍機１５３は約２５ｋＶＡの消費電力、撮像系１１は７５ｋＶＡの消費電力がある場合、本実施形態によれば、更なる効果として、非常用電源５における発電機の稼働時間を、例えば４倍近く延長することが可能となる。また、１００ｋＶＡと２５ｋＶＡとにおける非常用電源５の価格差により、ＭＲＩ装置１のライフタイムコストの低減が図れ、かつ消費電力の差に応じて、非常用電源５の設置スペースを削減することができる。

また、本実施形態に係るＭＲＩ装置１によれば、非常用電源５の始動後、非常用電源５から出力される電力が安定するまでの期間（切替時間ＴＬ）の経過を契機として、非常用電源５から冷却部へ選択的に電力を供給する。これにより、例えば、ＭＲＩ装置１の動作に影響がない常用電源３の瞬断（例えば１/４サイクル程度の瞬間停電）が起きた場合、電力供給元を非常用電源５へ切り替えるスイッチング動作の不要な発生を未然に防ぐことができ、非常用電源５の使用に係るコストを低減すること、すなわちＭＲＩ装置１のライフタイムコストを低減することができる。なお、上記瞬断は、１／４サイクルに限定されず、例えば、１／２サイクルから１秒以内であってもよい。

また、本実施形態に係るＭＲＩ装置１によれば、絶縁トランスを介して、停電有無情報を非常用電源５から給電選択部へ出力することができる。これにより、本ＭＲＩ装置１によれば、非常用電源５自体を漏れ電流測定の対象となる構成から排除でき、非常用電源５まで医療機器の構成に含める必要がなくなるため、漏れ電流測定に関するコストを削減することができる。また、本実施形態に係るＭＲＩ装置１によれば、ＭＲＩ装置１の消費電力の低減時において、ＭＲＩ装置１への電源投入指示がユーザにより入力された場合であっても、電力供給先として冷却部が選択される給電関係を継続して維持できる。これにより、本ＭＲＩ装置１によれば、冷却部へ優先して電力を供給することができるため、クエンチなどによる冷媒の放出を防ぐことができ、冷媒に係るコストを低減することができる。

また、本実施形態に係るＭＲＩ装置１によれば、常用電源３が停電から復帰した場合、常用電源３から冷却部へ電力が供給される。これにより、常用電源３の復電を契機として、ＭＲＩ装置１への電力供給元が常用電源３に切り替わるため、非常用電源５の電源容量を低減することができる。また、本実施形態に係るＭＲＩ装置１によれば、冷凍機１５３に用いられるモーターとして、インバータ駆動のモーターを用いる。これにより、常用電源３の停電時において、冷凍機１５３におけるモーターの駆動の際に発生する突入電流を低減することができるため、非常用電源５の電源容量をさらに低減することができる。これらにより、非常用電源５の購入コストを低減することができる。

（第１変形例）
第１変形例は、図１および図２に示すＭＲＩ装置１において、無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ：以下、ＵＰＳと呼ぶ）をさらに有することにある。図５は、第１変形例に係り、非常用電源５からの電力供給時におけるＭＲＩ装置２の一例を示すブロック図である。第１変形例において、ＵＰＳ１２を有しているために停電発生時でも冷凍機１５３への電力供給が中断されず、結果として冷凍機１５３のモーターの始動に起因する突入電流の発生が無くなるために、冷凍機１５３に設けられるモーターとしてインバータ駆動に限定されず、任意の駆動方式のモーターの適用が容易になる。

ＵＰＳ１２は、システムトランス１３と静磁場発生ユニット１５との間に設けられる。ＵＰＳ１２は、電力供給元が常用電源３から非常用電源５への切り替え期間において、冷却部へ電力を供給する。具体的には、図４におけるステップＳ４０１のＹＥＳの後からステップＳ４０５のＹＥＳとなるまでの期間、換言すれば図３における時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間において、ＵＰＳ１２は、静磁場発生ユニット１５に電力を供給する。タイミングチャートおよび供給切替処理の手順は、図３および図４とそれぞれ同様なため、説明は省略する。

本実施形態の第１変形例に係るＭＲＩ装置２によれば、電力供給元が常用電源３から非常用電源５への切り替え期間において、冷却部へ電力を供給するＵＰＳ１２をシステムトランス１３と静磁場発生ユニット１５との間に設ける。これにより、本ＭＲＩ装置２によれば、停電時において冷凍機１５３へ非常用電源５から電力の投入を開始する場合に発生するモーターの始動にかかる突入電流の発生を抑制することができる。このため、本ＭＲＩ装置２によれば、モーターにより消費される突入電流を許容できる電源容量を有する非常用電源を選択する必要がなく、場合によっては突入電流を加味した電源容量の半分以下の電源容量を有する非常用電源５を用意すればよいため、非常用電源５の購入に関して大幅にコストを低減することができる。すなわち、本実施形態の第１変形例に係るＭＲＩ装置２によれば、ＵＰＳ１２を配置することで冷凍機１５３におけるモーターの始動による突入電流の発生が抑えられ、準備する非常用電源５の電源容量の低減に寄与することができ、ＭＲＩ装置２のライフタイムコストを低減することができる。

（第２変形例）
第２変形例は、常用電源３の出力先がシステムトランス１３と直接的に接続され、非常用電源５による電力が、システムトランス１３を介さずに静磁場発生ユニット１５に供給されることにある。

図６は、第２変形例に係り、非常用電源５からの電力供給時におけるＭＲＩ装置４の一例を示す図である。図６に示すように、ＭＲＩ装置４は、電源系統切替スイッチ１８を有する。本変形例における電源系統切替スイッチ１８は、給電選択部に相当する。図６に示すように、電源系統切替スイッチ１８は、被検体の撮像に関する撮像系１１へ電力を分配するシステムトランス１３を非経由で、電力供給先として冷却部が選択される給電関係として非常用電源５と冷却部とを電気的に接続する。第２変形例における電源系統切替スイッチ１８は、接続先情報に基づいて、システムトランス１３からの出力と非常用電源５からの出力とを切り替える。また、電源系統切替スイッチ１８と静磁場発生ユニット１５との間には、ＵＰＳ１２が配置される。

第２変形例における供給切替処理は、図４を参照にして図４と異なる処理について説明する。第２変形例では、実施形態および第１変形例で説明した撮像系電力供給スイッチ１７は不要であるため、ステップＳ４０４は不要となる。

（ステップＳ４０３）
電源系統切替スイッチ１８において、常用電源３と接続されたシステムトランス１３の出力から非常用電源５に接続が切り替えられる。具体的には、電源系統切替スイッチ１８は、接続先情報の受信を契機として、すなわち図３に示す時刻ｔ２において、接続先情報にしたがって、ＭＲＩ装置４への電力供給元を、常用電源３から非常用電源５に切り替える。

ＵＰＳ１２は、電力供給元が常用電源３から非常用電源５への切り替え期間において、静磁場発生ユニット１５における冷却部へ電力を供給する。具体的には、図４におけるステップＳ４０１のＹＥＳの後からステップＳ４０５のＹＥＳとなるまでの期間、換言すれば図３における時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間において、ＵＰＳ１２は、静磁場発生ユニット１５に電力を供給する。タイミングチャートおよび供給切替処理の手順は、図３および図４とそれぞれ同様なため、説明は省略する。

本実施形態の第２変形例に係るＭＲＩ装置４によれば、被検体の撮像に関する撮像系１１へ電力を分配するシステムトランス１３を非経由で、電力供給先として冷却部が選択される給電関係として非常用電源５と冷却部とを電気的に接続する。これにより、本ＭＲＩ装置４によれば、システムトランス１３の始動における残留磁化に伴う突入電流を、非常用電源５における電源容量で支援する必要がなく、かつ冷凍機１５３はＵＰＳ１２でバックアップされる。このため、本ＭＲＩ装置４によれば、非常用電源５の始動から電力供給の開までの間（時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間であって、非常用電源５が発動機型の場合は、例えば４０秒）において、冷凍機１５３は停止することなく、冷凍機１５３おける突入電流の消費を、非常用電源５の電源容量で賄う必要が無い。

これらのことから、第２変形例に係るＭＲＩ装置４によれば、電力供給側から見てシステムトランス１３の後段に電源系統切替スイッチ１８を配置し、かつ電源系統切替スイッチ１８の後段にＵＰＳ１２を配置することで、冷凍機１５３におけるモーターの始動およびシステムトランス１３の始動による突入電流の発生が抑えられ、非常用電源５の発電容量をさらに低減することができる。これにより、ＭＲＩ装置４のコストをさらに低減することができる。

実施形態における技術的思想を給電制御方法で実現する場合、給電制御方法は、常用電源３または非常用電源５により、静磁場を発生する超電導コイル１５２を冷却し、非常用電源５が電力供給元である場合、常用電源３による電力供給の状態の監視に関する監視情報に基づいて、超電導コイル１５２を冷却する冷却部が電力供給先として選択される給電関係を維持する。給電制御方法により実行される供給切替処理の手順および効果は、実施形態と同様なため、説明は省略する。

以上説明した実施形態等によれば、ＭＲＩ装置１に関するコストを低減することができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

以上の実施形態に関し、発明の一側面および選択的な特徴として以下の付記を開示する。
（付記１）
電力供給元として常用電源から非常用電源に切り替え可能な磁気共鳴イメージング装置であって、
静磁場を発生する超電導コイルを冷却する冷却部と、
前記非常用電源が前記電力供給元である場合、前記常用電源による電力供給の状態の監視に関する監視情報に基づいて、電力供給先として前記冷却部が選択される給電関係を維持する給電選択部と、
を備える磁気共鳴イメージング装置。
（付記２）
前記電力供給元は、前記常用電源の停電時に、前記常用電源から前記非常用電源に切り替わってもよい。
（付記３）
前記冷却部は、前記超電導コイルの冷却に関する冷媒を冷却する冷凍機を有してもよい。
（付記４）
前記冷却部は、前記冷媒を水冷する冷水装置または前記冷媒を空冷する空冷装置をさらに有してもよい。
（付記５）
前記非常用電源は、前記常用電源とは独立した電源であって、３相交流を生成してもよい。
（付記６）
前記監視情報は、前記常用電源の通電状態の情報と、前記電力供給元である前記常用電源または前記非常用電源との電気的な接続に関する情報とを有してもよい。
（付記７）
前記非常用電源の始動後、前記非常用電源から出力される電力が安定するまでの期間の経過を契機として、前記非常用電源から前記冷却部へ選択的に電力が供給されてもよい。 （付記８）
前記通電状態の情報は、絶縁トランスを介して、前記非常用電源から前記給電選択部へ出力されてもよい。

（付記９）
前記給電選択部は、前記磁気共鳴イメージング装置の消費電力の低減時において、前記磁気共鳴イメージング装置への電源投入指示がユーザにより入力された場合、前記給電関係を維持してもよい。
（付記１０）
前記常用電源が停電から復帰した場合、前記常用電源から前記冷却部へ電力が供給されてもよい。
（付記１１）
前記冷却部は、前記超電導コイルの冷却に関する冷媒を冷却する冷凍機を有してもよく、
前記冷凍機における圧縮器のモーターは、インバータ駆動であってもよい。
（付記１２）
前記電力供給元が前記常用電源から前記非常用電源への切り替え期間において、前記冷却部へ電力を供給する無停電電源装置をさらに有してもよい。
（付記１３）
前記給電選択部は、被検体の撮像に関する撮像系へ電力を分配するシステムトランスを非経由で、前記給電関係として前記非常用電源と前記冷却部とを電気的に接続してもよい。
（付記１４）
常用電源または非常用電源により、静磁場を発生する超電導コイルを冷却し、
前記非常用電源が電力供給元である場合、前記常用電源による電力供給の状態の監視に関する監視情報に基づいて、前記超電導コイルを冷却する前記冷却部が電力供給先として選択される給電関係を維持する、
ことを備える給電制御方法。

１ ＭＲＩ装置
２ ＭＲＩ装置
３ 常用電源
４ ＭＲＩ装置
５ 非常用電源
７ 電源系統切替スイッチ
１１ 撮像系
１２ 無停電電源装置（ＵＰＳ）
１３ システムトランス
１５ 静磁場発生ユニット
１７ 撮像系電力供給スイッチ
１８ 電源系統切替スイッチ
５１ 電源監視装置
１１１ 傾斜磁場電源
１１３ ＲＦアンプ
１１５ 再構成ユニット
１５１ 冷却容器
１５２ 超電導コイル
１５３ 冷凍機
１５５ 圧縮器
１５７ コールドヘッド
１５９ 冷凍機監視装置

Claims (12)

1. 静磁場を発生する超電導コイルを冷却する冷却部と、
   前記冷却部とは異なる負荷と、
   商用電源から前記冷却部及び前記負荷に電力が供給され且つ前記商用電源とは異なる非常用電源から前記冷却部及び前記負荷に電力が供給されない第１の状態と、前記非常用電源から前記冷却部に電力が供給され且つ前記非常用電源から前記負荷に電力が供給されず且つ前記商用電源から前記冷却部及び前記負荷に電力が供給されない第２の状態と、に切り替わる切替部と、を備え、
   前記切替部は、
   前記商用電源から前記冷却部に電力が供給され且つ前記非常用電源から前記冷却部に電力が供給されない第３の状態と、前記非常用電源から前記冷却部に電力が供給され且つ前記商用電源から前記冷却部に電力が供給されない第４の状態と、に切り替わる第１のスイッチ部と、
   前記負荷に電力が供給される第５の状態と前記負荷に電力が供給されない第６の状態とに切り替わる第２のスイッチ部と、を備え、
   前記第２のスイッチ部は、前記第１のスイッチ部が前記第３の状態である場合は前記第５の状態になり、前記第１のスイッチ部が前記第４の状態である場合は前記第６の状態になる、
   磁気共鳴イメージング装置。
2. 静磁場を発生する超電導コイルを冷却する冷却部と、
   前記冷却部とは異なる負荷と、
   商用電源から前記冷却部及び前記負荷に電力が供給され且つ前記商用電源とは異なる非常用電源から前記冷却部及び前記負荷に電力が供給されない第１の状態と、前記非常用電源から前記冷却部に電力が供給され且つ前記非常用電源から前記負荷に電力が供給されず且つ前記商用電源から前記冷却部及び前記負荷に電力が供給されない第２の状態と、に切り替わる切替部と、を備え、
   前記切替部は、前記商用電源から前記冷却部に電力が供給され且つ前記非常用電源から前記冷却部に電力が供給されない第３の状態と、前記非常用電源から前記冷却部に電力が供給され且つ前記商用電源から前記冷却部に電力が供給されない第４の状態と、に切り替わるスイッチ部を備え、
   前記商用電源は、前記スイッチ部が前記第３の状態であるか前記第４の状態であるかにかかわらず前記負荷に電気的に接続される、
   磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記切替部は、前記商用電源からの電力の供給が停止した際に、前記第１の状態から前記第２の状態に切り替わる、請求項１または２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記切替部は、前記商用電源からの電力の供給が復帰した場合、前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる、請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記商用電源からの電力の供給が停止したか否かを検知する検知部であって、前記第１のスイッチ部に絶縁トランスを介して電気的に接続される検知部、を更に備え、
   前記検知部の検知結果は、前記絶縁トランスを介して、前記第２のスイッチ部へ出力される、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記冷却部は、前記超電導コイルの冷却に関する冷媒を冷却する冷凍機を有する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
7. 前記冷却部は、前記超電導コイルの冷却に関する冷媒を水冷する冷水装置または前記冷媒を空冷する空冷装置をさらに有する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
8. 前記非常用電源は、前記商用電源とは独立した電源であって、発電機を備える、請求項１乃至７の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記非常用電源は、３相交流を生成する、請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記負荷は、被検体に傾斜磁場を印加する傾斜磁場ユニットである、請求項１乃至９の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記負荷は、被検体に印加されるＲＦ信号を生成するＲＦアンプである、請求項１乃至９の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記負荷は、被検体により生成される磁気共鳴信号に基づいて画像を生成する生成部である、請求項１乃至９の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。