JPH1071131A - 核磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮影（スキャン）の実行による装置温度を事
前に把握できるようにする。 【解決手段】 被検者Ａの断層像の撮影のために、被検
者Ａをガントリ３内部に送り込む。そして、術者がコン
ソール１を操作して撮影条件を設定すると、システムコ
ントローラ４に設けられているパラメータ演算回路７が
設定された撮影条件の熱量パラメータＱを算出する。温
度予測回路８は、パラメータ演算回路７で算出された熱
量パラメータＱと、装置のスキャン中の温度上昇特性、
スキャン停止中の温度下降（放熱）特性に対応する時定
数より、定された撮影条件で撮影（スキャン）が実行さ
れた際の装置温度の予測演算を行ない、温度データを出
力し、表示器２ならびに判定回路９に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴を利用
して被検者の所望の断層面を映像化する核磁気共鳴イメ
ージング装置、特に、撮影時に傾斜磁場発生手段からの
発熱によって生じる温度上昇を、温度測定手段を用いる
ことなく事前に把握できる機能を備えた核磁気共鳴イメ
ージング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴イメージング装置（以下ＭＲ
Ｉ装置という）は、核磁気共鳴現象を利用して計測した
信号を演算処理することで被検者中の所望の検査部位に
おける核スピンの密度分布、緩和時間分布等を計測し
て、その計測信号を演算処理し、上記検査部位の断層像
として画像表示するもので、被検者に均一な磁場を与え
る静磁界発生磁気回路と、傾斜磁場を与える傾斜磁場コ
イルと、被検者の組織を構成する原子の原子核に核磁気
共鳴を起こさせるために高周波磁場を与える高周波パル
ス送信手段と、前記核磁気共鳴による信号を検出する核
磁気共鳴信号検出手段と、この核磁気共鳴信号を用いて
画像再構成演算を行う演算手段とを備えている。

【０００３】ところで、最近のＭＲＩ装置では高速撮影
や患者スループットの向上に加え、血流を計測し、画像
化する二次元ＴＯＦアンジオグラフィ計測機能を搭載す
ることが必要不可欠となってきている。このようなアン
ジオ計測は、スピンの結像に傾斜磁場の反転を利用する
グラジエントエコー法にリフェーズ機能を加えたシーケ
ンスを利用し、非常に短い繰り返し時間、薄いスライス
厚で長時間スキャンする撮像法であり、これに使用する
傾斜磁場の強度及び使用頻度は今までの撮像法に比べ数
倍に達している。

【０００４】したがって、傾斜磁場コイルに印加される
電流も使用する傾斜磁場に比例して増大し、熱の問題が
大きくなってきている。すなわち、傾斜磁場コイルに大
電流が流れた場合、コイル線材の抵抗によって熱が発生
し、ＭＲＩ装置が配置された室内の温度が上昇する。そ
して、傾斜コイルを連続的に駆動した場合には、傾斜コ
イルの温度が１００℃以上に上がることもあり、このよ
うな場合には、傾斜コイルが焼損する危険性がある。ま
た、被検者の診断中に、ＭＲＩ装置が配置された室内の
温度が被検者に不快感を与える温度に達した場合には、
患者保護のため診断を中止する必要がある。

【０００５】一方、静磁界発生磁気回路として永久磁石
を使用したＭＲＩ装置では、周囲温度の変化によりその
静磁場の強度が変化する傾向がある。このように、温度
の影響を受けて静磁界の大きさが変化すると、静磁界に
対して傾斜磁場コイルにより発生させられる傾斜磁場を
加えて位置を磁界の大きさに対応させ、その位置に応じ
た共鳴周波数を発生させて、この共鳴周波数を持つＮＭ
Ｒ信号を検出して位置の特定を行う動作に誤差が生じる
ことになる。そして、この位置検出のずれは、画像の歪
み、ぼけをも生じる原因となるので、永久磁石方式のＭ
ＲＩ装置では、温度変化を防ぐために温度制御を行い、
常に磁石の温度を一定に保っている。

【０００６】このように、ＭＲＩ装置では、温度を測定
する必要があるため、ＭＲＩ装置が配置された室内又
は、室外に温度測定手段を設け、この温度測定手段の出
力によって制御装置を制御したり、温度測定手段の測定
結果を表示したりしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＭＲＩ
装置では、ＭＲＩ装置が配置された室内又は、室外に温
度測定手段を設けているが、当該温度測定手段の温度セ
ンサとしては、通常、熱電対やサーミスタ等の温度によ
って抵抗値の変化するセンサを使用することが考えられ
ている。このような熱電対やサーミスタ等の温度センサ
は、温度変化を抵抗値の変化として検出するので、セン
サに電流を流す必要がある。ＭＲＩ装置では、このよう
な電流が撮像時に、強力なノイズとなるので、このよう
なセンサをＭＲＩ装置に使用することができず、シール
ドルームから外部に排出される温調装置の空気の温度を
測定したり、空気の膨脹による圧力変動を利用した非電
気的な温度センサを使用していた。しかし、このような
非電気的な温度測定手段では、温度測定に誤差が生じ傾
斜磁場コイルの保護、及び被検者の不快感をなくすなど
の温度管理が十分に図れない。

【０００８】また、温度を高精度に測定する必要がある
場合には、画像への影響があるにもかかわらず、熱電対
やサーミスタ等の温度センサを使用していた。しかし、
熱電対やサーミスタ等の温度センサを使用した測温方法
では、クリアな画像が得られないだけでなく、ＭＲＩ装
置が撮像時に照射する高周波磁界によってセンサに誘導
電流が生じるため、この様な高周波磁界発生時に、セン
サが検出する温度に狂いが生じるという問題もあった。

【０００９】さらに、温度測定手段では現時点の装置温
度は知ることができても、これから行なおうとする撮影
が実行された場合の傾斜磁場コイルの発熱による装置温
度を知ることができないことから、装置ならびに被検者
の安全の確保という面で問題があった。

【００１０】本発明は、上記の事情に鑑み、熱電対、サ
ーミスタのような高精度なセンサを有する温度測定手段
を使用することなく、傾斜磁場コイルを含む核磁気共鳴
イメージング装置の温度を予測することで、装置温度を
事前に把握できるようにした核磁気共鳴イメージング装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の核磁気共鳴イメージング装置は、設定さ
れた撮影条件における熱量パラメータを算出するパラメ
ータ演算手段と、算出された熱量パラメータと装置の撮
影時の温度上昇ならびに撮影停止時の時定数より装置温
度の予測演算を行ない装置温度情報を出力する温度予測
手段とを備えたことを特徴としている。

【００１２】本発明の核磁気共鳴イメージング装置によ
れば、術者が撮影（スキャン）の実行のためにコンソー
ル等で撮影条件を設定すると、設定された撮影条件に対
応する熱量パラメータをパラメータ演算手段が算出す
る。温度予測手段は、パラメータ演算手段で算出された
熱量パラメータと装置の発熱、放熱特性の時定数より設
定された撮影条件で、撮影（スキャン）が実行された際
の装置温度の予測演算を行ない、装置温度情報を出力す
る。ここで、予測演算に使用する時定数は、装置の撮影
時の傾斜磁場の発熱による温度上昇特性、ならびに撮影
停止時の放熱特性を実際の装置の実測等により求め、設
定される。

【００１３】したがって、温度予測手段は、設定された
撮影条件で撮影が実行された際のパラメータ演算手段で
求められた熱量パラメータに従って時定数で増加し、ま
た、撮影停止中は時定数で減少する装置温度をシュミレ
ーションする。この結果、温度予測手段の出力信号は、
設定された撮影条件でスキャンが実行された際の装置温
度情報を出力しており、それを表示器に供給し温度表示
することにより、スキャンが実行された際における装置
の予測温度を表示することができる。

【００１４】また、温度予測手段の出力信号を警報回
路、ないしＭＲＩ装置の制御回路に供給すれば、設定さ
れた撮影条件で撮影を実行すれば、装置温度が許容温度
を超えることを術者に警鐘し、注意を促したり、また
は、撮影の禁止、それの解除を制御することができ、装
置ならびに被検者の安全を未然に確保することが可能と
なる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＭＲＩ装置の実施
例について図面により説明する。図１は、本発明のＭＲ
Ｉ装置の一実施例の基本構成図であり、１は術者が撮影
（スキャン）条件の設定と撮影（スキャン）の実行を指
示するコンソール、２は表示器、３はガントリでそれ内
には図では省略されている被検者に均一な磁場を与える
静磁界発生磁気回路、傾斜磁場を与える傾斜磁場コイ
ル、被検者の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴
をおこさせるために高周波磁場を与える高周波パルス送
信手段および、上記核磁気共鳴による信号を検出する核
磁気共鳴信号受信手段が設けられている。４は、コンソ
ール１で術者が設定した撮影条件に応じて傾斜磁場コイ
ル及び高周波送受信手段を制御して所望の撮影用パルス
シーケンスを実行するシステムコントローラ、５はシー
ルドルーム、６はベッドである。

【００１６】システムコントローラ４は、図２に示すよ
うにコンソール１で設定された撮影条件のパルスシーケ
ンスより熱量パラメータを算出するパラメータ演算回路
７と、算出された熱量パラメータと実際の装置の実測等
による撮影時の傾斜磁場コイルの発熱による温度上昇特
性、撮影停止時の放熱特性に対応して設定された時定数
Ｋより設定された撮影条件でもって撮影が実行された際
の装置温度の予測演算を行なってシュミレーションする
温度予測回路（温度予測手段）８と、温度予測回路８の
出力が供給される判定回路９とを備えており、温度予測
回路８の出力は表示器２にも供給される。表示器２は温
度予測回路８の出力信号を温度データに変換し装置の予
測温度を表示し、判定回路９は許容温度を超えた際に警
報信号を発生すると共に許容温度に達しない場合は撮影
（スキャン）実行信号をする。

【００１７】つぎに、パラメータ演算回路７による熱量
パラメータの算出、ならびに温度予測回路８による温度
予測演算、ならびに、予測演算に使用する時定数の設定
について説明する。パラメータ演算回路７は、術者によ
りコンソール１に撮影条件が入力されると、入力された
撮影条件に対応したパルスシーケンスにより、例えば次
の式１で熱量パラメータＱを算出する。

【００１８】

【数１】 式１では熱量パラメータＱは、図３の波形図に示すよう
にＴＲと傾斜磁場波形の電流値という２つのパラメータ
によって導びかれる。

【００１９】ＴＲは、パルスシーケンスの繰り返し時間
であり、ＭＲＩ装置における撮像では、この時間ＴＲの
パルスシーケンスが繰り返される。また、電流値は、パ
ルスシーケンスの種別や撮像範囲、スライス厚等によっ
て決定される傾斜磁場コイルに流す電流量である。ＭＲ
Ｉ装置における温度上昇は、主として傾斜磁場コイルに
流す電流量に依存するため、熱量パラメータはこの電流
量を基準として導出する。ここで傾斜磁場コイルの発熱
量は、電流値の２乗にコイルの巻線抵抗をかけたもので
あり、この電流が図３に示すようなパターンで出力され
るため、傾斜磁場コイルによる発熱量は式１を満たし、
熱量パラメータＱに比例する。また、温度予測回路８に
よる温度予測は次の手順で行なわれる。

【００２０】図４は実施例の温度予測回路８による温度
予測の基本的な考え方を模式的に示したものである。ま
ず、傾斜磁場コイルに電流を流すことによるそれの発熱
により上昇する実際の温度は、図４（ａ）の温度上昇特
性で示す傾斜磁場コイルによる発熱量から傾斜磁場コイ
ルないし装置を冷却する冷却装置によって奪われる熱量
を差し引いたものである（図４（ｃ）の特性図）。ここ
で奪われる熱量は冷却装置の冷却能力が一定であれば、
図４（ｂ）に示す温度下降特性を満たす。

【００２１】従って、傾斜磁場コイルの発熱による温度
変化は、パラメータ演算回路７で算出された熱量パラメ
ータＱと、冷却装置によって奪われる熱量が平衡に達し
たときの温度を平衡温度とし、この温度まである時定数
Ｋをもった関数に従って変化すると考えることができ
る。そこで、この関数を時定数Ｋに従って変化する次式
で近似することができる。 ｔ時間経過後の温度＝（現在の温度−平衡温度）ｅ^-t/k
＋平衡温度 上式は、ｔ時間経過後の温度を近似的に予測するもので
あり、ある熱量を継続的に加えた場合の温度変化は、現
在の温度からその熱量における平衡温度に向かって時定
数Ｋで変化することを示す。

【００２２】ここで温度変化は熱量に比例することを考
慮し以下の予測を行なう。まず、撮影（スキャン）が開
始するまでの未使用状態（装置の停止状態）により温度
が低下しているので、前回のスキャン終了からの経過時
間Ｔ₁ より、次式で現在の温度を表わす積分用変数ｓを
算出する。

【００２３】

【数２】 次に、これから行なうスキャンによって温度がどれだけ
上昇するかを予測するために、パラメータ演算回路７で
算出された熱量パラメータＱを用いて次式により熱量Ｓ
を計算する。

【００２４】

【数３】 この算出された熱量Ｓの値が、温度の許容点Ｓmax を超
えなければ、設定された撮影条件でスキャンを実行し、
Ｓmax を超えた場合は、警告信号を発する。Ｓmax はス
キャン実行による熱量と温度の関係を予め測定しておき
決定する。なお、図５は、温度予測回路８で行なわれる
上記の温度予測の手順を示すフローチャートである。

【００２５】また、式３により熱量Ｓを算出するには、
装置の時定数Ｋを設定しておく必要があり、それは以下
の手法によって導出する。 １）実際の装置における熱量パラメータのスキャンを実
行した時の温度上昇及び下降特性を測定する。 ２）次式に、１）で測定した各時間における実測温度
（℃）と時間（秒）を代入し時定数を求める。 実測温度＝（最初の温度−最終温度）ｅ^{-t／時定数}＋最
終温度 なお、上式で「最終温度」は、スキャンを実行した時の
装置の許容温度の上限値、ないし、それより低い温度
を、スキャン停止時における放熱による温度低下の最低
温度（すなわち室温）を意味する。 ３）２）によって求めた時定数は、各測定時間において
それぞれ存在するので温度近似のモデルとしては、各時
定数の平均をとるのが望ましい。

【００２６】このように時定数が設定された実施例のＭ
ＲＩ装置の動作を説明する。まず、術者は、被検者Ａの
断層像を撮像するために、被検者Ａを可動式のベッド６
に載せ、図１に示すように被検者Ａのガントリ３の内部
に送り込む。そして、術者はコンソール１に撮影条件を
入力し、スキャンを実行すると、パラメータ演算回路７
は入力（設定）された撮影条件のパルスシーケンスにし
たがって熱量パラメータＱを算出する。温度予測回路８
は、算出された熱量パラメータＱと設定された時定数Ｋ
を用いて式３の演算を行ない、設定された撮影条件でス
キャンを実行した場合における装置の上昇温度を予測す
る。

【００２７】熱量パラメータＱは、傾斜磁場コイルによ
る発熱量に比例し、また、時定数Ｋは実装置のスキャン
時の温度上昇特性、スキャン停止後の温度下降（放熱）
特性に一致するように定められているので、温度予測回
路８の出力は装置温度を示しているので、これを温度デ
ータとして表示器２に入力すれば表示器２は、設定され
た撮影条件でスキャンが実行された場合における装置の
温度を表示し、術者は表示値より、スキャン実行時の装
置の温度状態を知ることができる。

【００２８】温度予測回路８の出力温度データは判定回
路９にも供給され、許容温度を超えていない場合には、
スキャン実行信号を出力してスキャンを実行する。また
許容温度を超えている場合には警報信号を出力して図示
しない警報回路を駆動し術者に警告を行なうと共に、ス
キャン実行可能となる温度まで装置を冷却するため所定
時間スキャン実行を禁止する。なお、図６は、上記の動
作のフローチャートである。また、図７は、ある熱量パ
ラメータのスキャンを２時間（7200秒）連続して実行し
た後、スキャンを停止した場合における実測温度と実施
例の構成による予測温度との関係を示した温度特性図で
あり、予測による近似温度が実測温度とほぼ一致してい
る。なお、図において横軸は時間（秒）、縦軸は温度
（℃）である。

【００２９】

【発明の効果】本発明の核磁気共鳴イメージング装置に
よれば、スキャン実行による装置温度を事前に予測でき
るので、装置ならびに被検者の安全を確保することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の核磁気共鳴イメージング装置の一実施
例を示す模式図である。

【図２】図１のシステムコントローラの一実施例を示す
図である。

【図３】傾斜磁場波形を示す図である。

【図４】温度予測の説明用図である。

【図５】温度予測回路の動作を示すフローチャートであ
る。

【図６】実施例装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】実測温度と予測温度とを示す特性図である。

【符号の説明】

１：コンソール ２：表示器
３：ガントリ ４：システムコントローラ ５：シールドルーム
６：ベッド ７：パラメータ演算回路 ８：温度予測回路
９：判定回路 Ａ：被検者

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検者に均一な磁場を与える手段と、傾
   斜磁場を与える手段と、前記被検者の組織を構成する原
   子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波磁場
   を与える高周波パルス送信手段と、前記核磁気共鳴によ
   る信号を検出する核磁気共鳴信号検出手段と、この核磁
   気共鳴信号を用いて画像再構成演算を行う演算手段とを
   有する核磁気共鳴イメージング装置であって、設定され
   た撮影条件における熱量パラメータを求めるパラメータ
   演算手段と、演算で求められた熱量パラメータと装置の
   撮影時の温度上昇ならびに撮影停止時の放熱特性に対応
   する時定数より装置温度を予測演算し装置温度情報を出
   力する温度予測手段とを備えたことを特徴とする核磁気
   共鳴イメージング装置。