(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷となる磁場発生コイルに接続された複数のスイッチング電源と、前記スイッチング電源の駆動を制御する制御手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置用電源装置において、
前記スイッチング電源に対して流入及び流出される電流をそれぞれ検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された検出値を流入側及び流出側それぞれについて総和を求める２つの加算手段と、前記２つの加算手段の出力を比較し、両者の差に基づき前記磁場発生コイルにおける短絡の有無を判定する判断手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用電源装置。
【請求項２】
複数の磁場発生コイルの各々と接続された複数のスイッチング電源と、各磁場発生コイルに流れる電流を制御するため前記複数のスイッチング電源の駆動を制御する制御手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置用電源装置において、
前記複数のスイッチング電源に対して流入及び流出される電流をそれぞれ検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された検出値を流入側及び流出側それぞれについて総和を求める２つの加算手段と、前記２つの加算手段の出力を比較し、両者の差に基づき前記磁場発生コイルにおける短絡の有無を判定する判断手段とを備え
前記判断手段の結果に基づき前記複数の磁場発生コイルのいずれに短絡が生じているかを判断し、対応する前記スイッチング電源を停止させる磁気共鳴イメージング装置用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置（以下「ＭＲＩ装置」という）用電源装置に係わり、特に駆動制御手段に特徴のある静磁場発生用、傾斜磁場発生用のＭＲＩ装置用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ装置は一定強度の磁場を発生させる静磁場発生装置、位置によって磁場強度の異なる傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生装置等の磁場発生装置を備え、これら磁場発生装置用電源は、複数のスイッチング電源と、これらのスイッチング電源の駆動を制御する制御手段とを備えている。
【０００３】
傾斜磁場発生装置の場合、Ｘ方向用、Ｙ方向用及びＺ方向用の傾斜磁場コイルに対応するそれぞれ３つの電源装置を備えている。
【０００４】
ところで、ＭＲＩ装置用電源装置による撮像法としてエコープラーナーイメージング法等の高速結像手法が開発され、静磁場強度を増大し、撮影時間を短縮することが要求されている。これに伴い傾斜磁場発生装置の出力電流も増大する必要があり、数百Ａ程度の出力が必要になる。一方、ＭＲＩ装置の小型化の要請があり、これに伴いコイルの小型化、コイル間の近接化が進むことになり、１つのコイルのみならずＸ、Ｙ、Ｚの各方向用の磁場発生コイル間の短絡が問題となる。特に磁場発生装置の出力電流の増大に伴い、コイル間が短絡すると非常に大きな電流が流れるため、傾斜磁場発生装置の破壊、爆発が起こる可能性があり、安全性の面からコイル間の短絡の有無を検出することが重要である。
【０００５】
従来のＭＲＩ装置用電源装置は、このようなコイルの短絡の有無を検出するために、電流検出手段によって電源装置からコイルに出力された電流のみを監視し、その電流がしきい値を超えた場合に、異常があると判断し、コイルの駆動を停止する安全機構を備えていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、傾斜磁場を発生するＸ方向用コイル、Ｙ方向用コイル、Ｚ方向用コイルの回路定数は抵抗値、インダクタンス等で表されるものであるため、各コイルごとに異なっており、そのため流れる電流値は一様ではなく、しきい値の設定が必ずしも適切に行えるわけではない。また、コイル内の短絡の有無はこのようなしきい値による判断でも検出可能であるが、複数のコイルが存在し、１つのコイルと他のコイルとの間に短絡があった場合、必ずしも設定されたしきい値を超えるとは限らず、このような異常については発見できなかった。更にこの場合、どのコイルが短絡しているかという情報は得られなかった。
【０００７】
そこで本発明は、コイル間の短絡を確実に検出し、更に短絡位置をも特定できる安全機構を備えたＭＲＩ装置用電源装置を備えたＭＲＩ装置を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明のＭＲＩ装置用電源装置は、負荷となる磁場発生コイルに接続された複数のスイッチング電源と、スイッチング電源の駆動を制御する制御手段とを備えた磁気共鳴イメージング装置用電源装置において、
スイッチング電源に対して流入及び流出される電流をそれぞれ検出する電流検出手段を備え、制御手段は、電流検出手段により検出された検出値を流入側及び流出側それぞれについて総和を求める２つの加算手段と、２つの加算手段の出力を比較し、両者の差に基づき前記磁場発生コイルにおける短絡の有無を判定する判断手段とを備えたものである。
【００１０】
更に、本発明のＭＲＩ装置用電源装置は、複数の磁場発生コイルの各々と接続された複数のスイッチング電源と、各磁場発生コイルに流れる電流を制御するため複数のスイッチング電源の駆動を制御する制御手段とを備えたものであって、複数のスイッチング電源に対して流入及び流出される電流をそれぞれ検出する電流検出手段を備え、制御手段は、電流検出手段により検出された検出値を流入側及び流出側それぞれについて総和を求める２つの加算手段と、２つの加算手段の出力を比較し、両者の差に基づき磁場発生コイルにおける短絡の有無を判定する判断手段とを備え、判断手段の結果に基づき複数の磁場発生コイルのいずれに短絡が生じているかを判断し、対応するスイッチング電源を停止させるものである。
【００１１】
このようなＭＲＩ装置用電源装置において、電流検出手段は各スイッチング電源から流出する電流、各スイッチング電源に流入する電流をそれぞれ検出する。これらの検出値は制御手段に入力され、そして、流入電流の検出値の総和及び流出電流の検出値の総和がそれぞれ加算手段により求められる。判断手段により、流出電流と流入電流との偏差が求められ、偏差が許容範囲内の場合には正常と判定され、偏差が許容範囲外の場合には異常、即ちコイルの短絡等が有ると判定される。ここで許容範囲とは、理想的には正常の場合には偏差はゼロとなるべきものであるが、現実の装置に基づいて安全性を確保できる範囲内で定めたゼロに近い値である。
【００１２】
このようにして、本発明のＭＲＩ装置用電源装置は、接続された磁場発生コイルに短絡があるかどうかを検出することができる。
【００１３】
また、複数の磁場発生コイルを備える場合には、ＭＲＩ装置用電源装置の制御手段は判断手段において、接続されたそれぞれの磁場発生コイルの短絡の有無を判定すると共に、判定結果に基づいてどのコイルの間で短絡しているかを判断し、対応するスイッチング電源の駆動を停止させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のＭＲＩ装置用電源装置の実施例について図１を用いて説明する。
【００１５】
ＭＲＩ装置用電源装置１は、負荷となる磁場発生コイル１００に電流を供給するため、並列に接続された２つのスイッチング電源１０、１１と、スイッチング電源１０、１１の出力端子に接続されたリアクトル１２、１４と、スイッチング電源１０、１１の入力端子に接続されたリアクトル１３、１５と、スイッチング電源１０、１１から流出する電流ＩＬ１、ＩＬ２を検出する電流検出器１６、１８と、スイッチング電源１０、１１に流入する電流ＩＲ１、ＩＲ２を検出する電流検出器１７、１９とを備えている。スイッチング電源１０の出力端子はリアクトル１２を介して、スイッチング電源１１の出力端子はリアクトル１４を介して合成点ａで接続され、スイッチング電源１０の入力端子はリアクトル１３を介して、スイッチング電源１１の入力端子はリアクトル１５を介して合成点ｂで接続されており、合成点ａと合成点ｂは負荷である傾斜磁場コイル１００のそれぞれの端に接続されている。更にこのＭＲＩ装置用電源装置１は、電流検出器１６〜１９により検出された検出値及び外部から入力された駆動条件を入力とし、スイッチング電源１０、１１に制御信号を送出する制御回路５０を備えている。
【００１６】
この制御回路５０は本発明におけるＭＲＩ装置用電源装置１の特徴となる部分であり、図２を用いて更に詳しく説明する。制御回路５０は、図２に示すように、流出電流の検出値ＩＬ１、ＩＬ２を入力としてこれらの和ＩＬを算出する加算器２０と、流入電流の検出値ＩＲ１、ＩＲ２を入力としてこれらの和ＩＲを算出する加算器２１と、総流出値ＩＬと総流入値ＩＲとを比較し偏差Ｄを送出する比較器２２と、偏差Ｄに基づき正常状態か異常状態かを判断する判定回路２３と、判定回路２３の判定及び外部から入力される駆動条件に基づきスイッチング電源１０、１１に駆動に関する制御信号を送出する駆動信号生成部２４とを備えている。
【００１７】
このような構成のＭＲＩ装置用電源装置は、次のように動作する。まず、スイッチング電源１０から出力された電流ＩＬ１はリアクトル１２を介し、スイッチング電源１１から出力された電流ＩＬ２はリアクトル１４を介し、合成点ａで合成され電流Ｉとなり、傾斜磁場コイル１００に流れ、傾斜磁場を発生させる。電流Ｉは合成点ｂで電流ＩＲ１と電流ＩＲ２とに分かれ、電流ＩＲ１はリアクトル１３を介してスイッチング電源１０に流入し、電流ＩＲ２はリアクトル１５を介してスイッチング電源１１に流入する。従って、傾斜磁場コイル１００が短絡等せず正常である場合には、スイッチング電源１０、１１から流出する電流と、傾斜磁場コイル１００を駆動させスイッチング電源１０、１１へ戻ってくる流入電流は等しくなる。このような電流の流れは、電流検出器１６〜１９により検出され、それぞれの検出値は制御回路５０に入力される。
【００１８】
電流検出器１６、１８により検出された検出値ＩＬ１、ＩＬ２は加算器２０に入力され、流出電流の総和ＩＬが比較器２２に送出される。同様に、電流検出器１７、１９により検出された検出値ＩＲ１、ＩＲ２は加算器２１に入力され、流入電流の総和ＩＲが比較器２２に送出される。比較器２２は総流出電流値ＩＬから総流入電流値ＩＲを引いたものを算出し、これを偏差Ｄとして判定器２３に送出する。
【００１９】
この場合、傾斜磁場コイル１００が短絡等することなく電流が流れていれば、総流出電流値ＩＬ、総流入電流値ＩＲ、傾斜磁場コイル１００に流れる電流Ｉの値は等しいものとなり、偏差Ｄはゼロとなる。従って、偏差Ｄがゼロの場合、判定器２３は正常であると判断し、正常判定を駆動信号生成部２４に送出する。その結果、駆動信号生成部２４はスイッチング電源１０、１１の駆動を継続させるための制御信号をスイッチング電源１０、１１に送出し、スイッチング電源１０、１１はその条件に従って電流を出力する。このように、ＭＲＩ装置用電源装置１の駆動は正常に継続される。
【００２０】
一方、傾斜磁場発生コイル１００が短絡等している場合には、短絡部から電流が外部に流出する結果、総流出電流値ＩＬと総流入電流値ＩＲのバランスは崩れて各電流値は異なったものとなり、偏差Ｄはゼロでなくなる。従って、偏差Ｄがゼロでない場合、判定器２３は異常があると判断し、異常判定を駆動信号生成部２４に送出する。その結果、駆動信号生成部２４はスイッチング電源１０、１１の駆動を停止させるための制御信号をスイッチング電源１０、１１に送出し、スイッチング電源１０、１１は電流の出力を停止する。
【００２１】
ここで、偏差Ｄがゼロの場合のみに正常判定がなされ、それ以外の場合は異常判定がなされるとして説明したが、現実のＭＲＩ装置用電源装置においては、運転する際の微妙な条件の変動等を考慮してゼロに近い所定の値を許容範囲として設定し、この範囲内のものを正常、範囲を逸脱するものを異常として判定する。
【００２２】
このようにして、スイッチング電源１０、１１の流出・流入電流を検出、比較することにより、従来のしきい値により短絡の有無を判定していたときには検出できなかったコイルの異常、即ちしきい値内の異常であっても精度よく検出できる。
【００２３】
尚、以上単一のコイルに接続されたＭＲＩ装置用電源について説明したが、ＭＲＩ装置用電源装置が複数のコイルを備えている場合には、それぞれについて図１、図２に示すようなＭＲＩ装置用電源装置を備えているものとする。この場合、ＭＲＩ装置の安全性を確保するためには、単独のコイルにおける短絡の有無を検出するだけでなく、複数存在するコイル間の短絡の有無を検出し、その短絡位置についても特定することが必要となる。以下に、複数の磁場発生コイルを備えたＭＲＩ装置用電源装置について、コイル間の短絡を検出し、その位置を特定する方法について図３を用いて説明する。
【００２４】
図３においてＸ方向用傾斜磁場コイル６０、Ｙ方向用傾斜磁場コイル７０、Ｚ方向用傾斜磁場コイル８０はそれぞれＭＲＩ装置に備えられたＸ方向用、Ｙ方向用、Ｚ方向用それぞれの傾斜磁場発生コイルであり、それぞれ図１及び図２に示すようなＭＲＩ装置用電源装置及び制御回路に接続されている。ここでは各ＭＲＩ装置用電源装置の構成は簡略化して示しており、例えばＸ方向用については、Ｘ方向用傾斜磁場コイル６０を駆動するＸ方向用スイッチング電源６１と、Ｘ方向用スイッチング電源６１を駆動制御するＸ方向用制御回路６２と、Ｘ方向用制御回路６２に設置され、流出電流と流入電流との偏差を求めるＸ方向用比較器６３とにより表している。Ｙ方向用、Ｚ方向用についても同様に、Ｙ（Ｚ）方向用スイッチング電源７１（８１）、Ｙ（Ｚ）方向用制御回路７２（８２）及びＹ（Ｚ）方向用比較器７３（８３）で表す。そして、これら３組の電源装置について、Ｘ方向制御回路６２、Ｙ方向用制御回路７２及びＺ方向用制御回路８２はＭＲＩ装置を総括的に制御する主制御回路９０にそれぞれ接続されている。
【００２５】
このようなＭＲＩ装置において、例えば、Ｘ方向用傾斜磁場コイル６０とＹ方向用傾斜磁場コイル７０との間が短絡している場合について説明する。Ｘ方向用スイッチング電源６１から流出した電流ＩＬＸはＸ方向用傾斜磁場コイル６０を流れる電流ＩＸとなり、この電流ＩＸの一部はＸ方向用スイッチング電源６１への流入電流ＩＲＸとして戻り、残りの電流は短絡箇所を介してＹ方向傾斜磁場コイル７０に短絡電流ＩＳとして流れる。このとき、Ｙ方向用傾斜磁場コイル７０に流れる電流ＩＹは、Ｙ方向用スイッチング電源７１から流出する電流ＩＬＹと短絡電流ＩＳとの和であり、この電流ＩＹがＹ方向用スイッチング電源７１への流入電流ＩＲＹとなる。従って、
ＩＬＸ＞ＩＲＸ（＝ＩＬＸ−ＩＳ）                          （１）
ＩＬＹ＜ＩＲＹ（＝ＩＬＹ＋ＩＳ）                          （２）
となるため、Ｘ方向用比較器６３により算出される偏差ＤＸ（＝ＩＬＸ−ＩＲＸ）は正の値を示し、Ｙ方向用比較器７３により算出される偏差ＤＹ（＝ＩＬＹ−ＩＲＹ）は負の値を示す。一方、Ｚ方向用傾斜磁場コイル８０については短絡箇所がないため、Ｚ方向用スイッチング電源８１についての流出電流ＩＬＺと流入電流ＩＲＺとは等しく、Ｚ方向用比較器８３により算出される偏差ＤＺ（＝ＩＬＺ−ＩＲＺ）はゼロとなる。
【００２６】
個々の電源装置については図１、図２で示したＭＲＩ装置用電源装置と同様に動作するため、ゼロでない値を受けたＸ方向用制御回路６２及びＹ方向用制御回路７２は異常ありと判断し、その結果、Ｘ方向用制御回路６２はＸ方向用スイッチング電源６１を停止させ、Ｙ方向用制御回路７２はＹ方向用スイッチング電源７１を停止させる。一方、Ｚ方向用制御回路８２は正常と判断し、Ｚ方向用スイッチング電源８１を継続して駆動する。
【００２７】
Ｘ方向用制御回路６２、Ｙ方向用制御回路７２及びＺ方向用制御回路８２は正常又は異常の判定を主制御回路９０にも送出し、主制御回路９０はこれらの判定結果から短絡箇所を判断する。本実施例の場合は、Ｘ方向用制御回路６２及びＹ方向用制御回路７２は異常判定、Ｚ方向用制御回路８２は正常判定であることから、コイル間の短絡箇所はＸ方向用傾斜磁場コイル６０とＹ方向用傾斜磁場コイル７０との間であると判断する。そして、駆動中のＺ方向用の電源装置についてもＭＲＩ装置の安全性を維持するための所定の手順を経て停止させる。
【００２８】
上述したＸ−Ｙ間のコイルの短絡のみならず、Ｙ−Ｚ間、Ｘ−Ｚ間のコイルの短絡も同様に判定できる。
【００２９】
これにより、コイル間の短絡を検出すると共に、短絡箇所を特定することができ、また、すべての電源装置を一度に停止させることなく、異常箇所から順に停止させることができるため、突然の停止による電源装置の破壊を防止することができる。
【００３０】
このように、スイッチング電源から流出する電流とスイッチング電源へ流入する電流とを比較、判断することにより、単一のコイルにおける短絡であっても、複数のコイル間における短絡であっても検出することができ、このような異常時にはＭＲＩ装置用電源装置の駆動を安全に停止させることができる。
【００３１】
尚、図１に示すＭＲＩ装置用電源装置の実施例においては、２つの並列接続されたスイッチング電源を用いた場合について説明したが、スイッチング電源の数は１つであっても２以上であってもよく、また、スイッチング電源の配置も並列接続に限られるものではなく、直列接続や並列及び直列接続を併用したものであってもよい。また、上記実施例では傾斜磁場発生用の電源装置について説明したが、このような電源装置は静磁場発生用にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のＭＲＩ装置用電源装置は、スイッチング電源から流出する電流とスイッチング電源に流入する電流とを比較し、両者の偏差により正常・異常を判断する手段を設けたことにより、単独のコイルにおける短絡、複数のコイル間における短絡等をより精度よく、確実に検出することができる。
【００３３】
また、本発明のＭＲＩ装置用電源装置は、複数のスイッチング電源を有する場合には、複数設けられたスイッチング電源から流出する電流の総和とスイッチング電源に流入する電流の総和とを比較し、両総和の偏差により正常・異常を判断する手段を設けたことにより、同様に、単独のコイルにおける短絡、複数のコイル間における短絡等をより精度よく、確実に検出することができる。このため、コイルの短絡等により流れる大電流によるＭＲＩ装置用電源装置の破壊を防止することができる。
【００３４】
また、本発明のＭＲＩ装置用電源装置においては、出力電圧を制御するのために既存の傾斜磁場コイル用電源装置にも設置されているスイッチング電源からの流出電流を検出する電流検出手段をそのまま利用することができるので、ハードウエアとしての構成に大きな変更を加えることなく、制御回路によるソフトウエア処理の変更のみで対処できるところが多い。このため、開発コストを抑えることができるという利点もある。
【００３５】
更に、本発明のＭＲＩ装置用電源装置は、複数の磁場発生コイルに接続された場合においては、短絡箇所を特定することができ、各電源装置について適切な駆動制御が可能となり、そのためＭＲＩ装置用電源装置ばかりでなくＭＲＩ装置の安全をも確保することができると共に、保守管理にも効果的である。更に、ＭＲＩ装置全体を制御するに際して、既存のＭＲＩ装置に必ず装備されているシーケンスや駆動を制御するための制御部に、その機能をもたせることができるためＭＲＩ装置を小型に維持したままで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭＲＩ装置用電源装置の実施例を示す図。
【図２】本発明のＭＲＩ装置用電源装置の制御回路のブロック図。
【図３】本発明のＭＲＩ装置の実施例をＸ−Ｙ間のコイルの短絡との関係で説明する図。
【符号の説明】
２０、２１・・・・・・加算器（加算手段）
２２・・・・・・比較器（判断手段）
２３・・・・・・判定器（判断手段）
５０・・・・・・制御回路（制御手段）
ＩＬ１、ＩＬ２・・・・・・流出側の検出値
ＩＲ１、ＩＲ２・・・・・・流入側の検出値
ＩＬ・・・・・・流入側の検出値の総和
ＩＲ・・・・・・流出側の検出値の総和
Ｄ・・・・・・偏差（＝ＩＬ−ＩＲ）
【図１】
0003618173.tif 000002
【図２】
0003618173.tif 000003
【図３】
0003618173.tif 000004