(57)【要約】【課題】  静磁場調整部内へ磁場均一度調整材を配置して行う磁場調整を、高精度且つ容易にできるようにする。【解決手段】  静磁場を発生する静磁場発生部と、磁場均一度調整材を搭載して静磁場の空間的均一度を調整する複数の静磁場調整部と、を備え、複数の静磁場調整部の各々は、サイズの異なる複数のポケットを有し、磁場均一度調整材は、ポケットのサイズにそれぞれ適合したサイズの異なる複数種類を有し、同じサイズのダミー磁場均一度調整材を介して、キャップ部によりポケットに固定されて配置されることを特徴とする。【選択図】          図4
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する静磁場発生部と、
磁場均一度調整材を搭載して前記静磁場の空間的均一度を調整する複数の静磁場調整部と、
を備えた静磁場発生磁石であって、
前記複数の静磁場調整部の各々は、サイズの異なる複数の凹状のポケットを有し、
前記磁場均一度調整材は、前記ポケットのサイズにそれぞれ適合したサイズの異なる複数種類を有し、同じサイズのダミー磁場均一度調整材を介して、キャップ部により前記ポケットに固定されて配置される
ことを特徴とする静磁場発生磁石。
【請求項２】
被検体が配置される撮影空間に静磁場を発生する静磁場発生部と、
磁場均一度調整材を搭載して前記静磁場の空間的均一度を調整する複数の静磁場調整部と、
を備えた磁気共鳴撮影装置であって、
前記複数の静磁場調整部の各々は、サイズの異なる複数の凹状のポケットを有し、
前記磁場均一度調整材は、前記ポケットのサイズにそれぞれ適合したサイズの異なる複数種類を有し、同じサイズのダミー磁場均一度調整材を介して、キャップ部により前記ポケットに固定されて配置される
ことを特徴とする磁気共鳴撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は核磁気共鳴現象(以下、NMRと略記する)を利用して被検体の任意断面を画像表示する磁気共鳴撮影(以下、MRIと略記する)装置に関し、特に静磁場空間の均一性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
静磁場発生磁石を用いて静磁場を発生させるMRI装置は、均一な静磁場空間に置かれた被検体に高周波磁場パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して画像を得ることが出来る。
【０００３】
MRI装置において、画質向上をもたらす要因の一つとして、撮影空間内の静磁場の空間的均一度の向上がある。このためMRI装置に用いられる静磁場発生磁石では、撮影空間内に発生する静磁場を空間的に均一にするために、組み立てや装置据付時において磁場調整が行われている。
【０００４】
このうち据付段階における静磁場発生磁石の磁場調整は、種々の設置空間条件によって生じる静磁場不均一成分が低減するように、磁性材からなる磁場均一度調整材の静磁場発生磁石への配置量を調整する。
【０００５】
具体的には、静磁場発生磁石の磁場調整は、撮影空間の磁場分布を磁気センサーにて測定し、測定結果から演算して磁場均一度調整材の配置量を決定し、決定した配置量の磁場均一度調整材を静磁場発生磁石内に配置する、これら一連の作業を、目的の均一度を達成するまで繰り返すことで行われる。
【０００６】
この磁場均一度調整材は、一般的には、静磁場発生磁石の磁場発生源とその内側に配置される傾斜磁場発生部との間の空間内に、静磁場調整部に搭載されて配置される(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2008-289703号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、より高画質を得るために、より高精細な静磁場均一度の調整が必要になってきている。磁場調整量は磁場均一度調整材の質量で決まるため、高精細な磁場調整が必要な場合には、静磁場調整部によって規定される定格の磁場均一度調整材より細かい定格外の磁場均一度調整材を使用する必要がある。特許文献1に開示のシムトレイであっても同様の状況が生じると考えられる。
【０００９】
この定格外の磁場均一度調整材は、静磁場調整部内に例えば接着して配置できるが、定格外のため、静磁場調整部内において磁場の影響で撮影中に動く可能性がある。動いた場合には、静磁場不均一の発生や電気的なノイズを発生し、画像に悪影響を与えることがある。また、再度の磁場均一度調整の結果、一度配置した磁場均一度調整材を交換する場合などには、接着を剥がして交換する作業が困難な場合もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、静磁場調整部内へ磁場均一度調整材を配置して行う磁場調整を、高精度且つ容易にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、静磁場を発生する静磁場発生部と、磁場均一度調整材を搭載して静磁場の空間的均一度を調整する複数の静磁場調整部と、を備え、複数の静磁場調整部の各々は、サイズの異なる複数のポケットを有し、磁場均一度調整材は、ポケットのサイズにそれぞれ適合したサイズの異なる複数種類を有し、同じサイズのダミー磁場均一度調整材を介して、キャップ部によりポケットに固定されて配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静磁場発生磁石及びMRI装置によれば、静磁場調整部内へ磁場均一度調整材を配置して行う磁場調整を、高精度且つ容易にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るMRI装置の全体構成図。
【図２】本発明に係るMRI装置のブロック図。
【図３】静磁場調整部とその静磁場発生磁石内の配置位置を説明する図。
【図４】(a)は、静磁場調整部の詳細を示す図。(b)は、(a)をB-B’線で切った断面図。
【図５】静磁場調整の処理フローを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の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。
【００１５】
図1に本発明に係る水平磁場方式のMRI装置の一実施形態に関する全体斜視図を示す。
【００１６】
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、図1に示すように被検体にNMR現象を誘起してNMR信号を受信するための各種装置を収容するガントリー31と、被検体を載置する天板36を備えた寝台32と、ガントリー内各種装置を駆動する電源や制御する各種制御装置を収納した筐体33と、受信したNMR信号を処理して被検体の断層画像を再構成する処理装置34と、からなり、それぞれ電源・信号線35で接続される。天板36の移動を操作する操作パネル37は、ガントリー31開口部の正面左右に配置され、天板36の移動を操作するためのスイッチ等を備えている。
【００１７】
ガントリー31とテーブル32は、高周波電磁波と静磁場を遮蔽するシールドルーム内に配置され、筐体33と処理装置34はシールドルーム外に配置される。
【００１８】
また、図1のMRI装置の構成をより詳細な機能毎に分解したブロック構成図を図2に示す。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体101の断層画像を得るもので、図2に示すように、静磁場発生磁石102と、傾斜磁場コイル103及び傾斜磁場電源109と、RF送信コイル104及びRF送信部110と、RF受信コイル105及び信号処理部107と、計測制御部111と、全体制御部112と、表示・操作部118と、被検体101を搭載する天板を静磁場発生磁石102の内部に出し入れするベッド106と、を備えて構成される。
【００１９】
静磁場発生磁石102は、垂直磁場方式であれば被検体101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、それぞれ均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。
【００２０】
傾斜磁場コイル103は、MRI装置の実空間座標系(静止座標系)であるX、Y、Zの3軸方向に巻かれたコイルであり、それぞれの傾斜磁場コイルは、それを駆動する傾斜磁場電源109に接続され電流が供給される。具体的には、各傾斜磁場コイルの傾斜磁場電源109は、それぞれ後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、それぞれの傾斜磁場コイルに電流を供給する。これにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzが発生する。この傾斜磁場コイル103と傾斜磁場電源109とを含めて傾斜磁場発生部となる。
【００２１】
2次元スライス面の撮像時には、スライス面(撮像断面)に直交する方向にスライス傾斜磁場パルス(Gs)が印加されて被検体101に対するスライス面が設定され、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード(読み出し)傾斜磁場パルス(Gf)が印加されて、核磁気共鳴信号(エコー信号)にそれぞれの方向の位置情報がエンコードされる。
【００２２】
RF送信コイル104は、被検体101にRFパルスを照射するコイルであり、RF送信部110に接続され高周波パルス電流が供給される。これにより、被検体101の生体組織を構成する原子のスピンにNMR現象が誘起される。具体的には、RF送信部110が、後述の計測制御部111からの命令に従って駆動されて、高周波パルスを振幅変調し、増幅した後に被検体101に近接して配置されたRF送信コイル104に供給することにより、RFパルスが被検体101に照射される。このRF送信コイル104とRF送信部110とを含めてRFパルス発生部となる。
【００２３】
RF受信コイル105は、被検体101の生体組織を構成するスピンのNMR現象により放出されるエコー信号を受信するコイルであり、信号処理部107に接続されて受信したエコー信号が信号処理部107に送られる。
【００２４】
信号処理部107は、RF受信コイル105で受信されたエコー信号の検出処理を行う。具体的には、後述の計測制御部111からの命令に従って、信号処理部107が、受信されたエコー信号を増幅し、直交位相検波により直交する二系統の信号に分割し、それぞれを所定数(例えば128、256、512等)サンプリングし、各サンプリング信号をA/D変換してディジタル量に変換する。従って、エコー信号は所定数のサンプリングデータからなる時系列のデジタルデータ(以下、エコーデータという)として得られる。そして、信号処理部107は、エコーデータに対して各種処理を行い、処理したエコーデータを計測制御部111に送る。
【００２５】
計測制御部111は、被検体101の断層画像の再構成に必要なエコーデータ収集のための種々の命令を、主に、傾斜磁場電源109と、RF送信部110と、信号処理部107に送信してこれらを制御する制御部である。
【００２６】
具体的には、計測制御部111は、後述する全体制御部112の制御で動作し、ある所定のパルスシーケンスの制御データに基づいて、傾斜磁場電源109、RF送信部110及び信号処理部107を制御して、被検体101へのRFパルスの照射及び傾斜磁場パルスの印加と、被検体101からのエコー信号の検出と、を繰り返し実行し、被検体101の撮像領域についての画像の再構成に必要なエコーデータの収集を制御する。繰り返しの際には、2次元撮像の場合には位相エンコード傾斜磁場の印加量を、3次元撮像の場合には更にスライスエンコード傾斜磁場の印加量も、変えて行なう。位相エンコードの数は通常1枚の画像あたり128、256、512等の値が選ばれ、スライスエンコードの数は、通常16、32、64等の値が選ばれる。これらの制御により信号処理部107からのエコーデータを全体制御部112に出力する。
【００２７】
全体制御部112は、計測制御部111の制御、及び、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ものであって、演算処理部(CPU)114と、メモリ113と、磁気ディスク等の内部記憶部115と、外部ネットワークとのインターフェースを行うネットワークIF116と、を有して成る。また、全体制御部112には、光ディスク等の外部記憶部117が接続されていても良い。
【００２８】
具体的には、計測制御部111に撮像シーケンスの実行によりエコーデータを収集させ、計測制御部111からのエコーデータが入力されると、演算処理部114がそのエコーデータに印加されたエンコード情報に基づいて、メモリ113内のk空間に相当する領域に記憶させる。以下、エコーデータをk空間に配置する旨の記載は、エコーデータをメモリ113内のk空間に相当する領域に記憶させることを意味する。また、メモリ113内のk空間に相当する領域に記憶されたエコーデータ群をk空間データともいう。
【００２９】
そして演算処理部114は、このk空間データに対して信号処理やフーリエ変換による画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体101の画像を、後述の表示・操作部118に表示させ、内部記憶部115や外部記憶部117に記録させたり、ネットワークIF116を介して外部装置に転送したりする。
【００３０】
表示・操作部118は、再構成された被検体101の画像を表示する表示部と、MRI装置の各種制御情報や上記全体制御部112で行う処理の制御情報を入力するトラックボール又はマウス及びキーボード等の操作部と、から成る。この操作部は表示部に近接して配置され、作業者が表示部を見ながら操作部を介してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
【００３１】
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。
【００３２】
＜静磁場調整部の構成＞
次に、上記静磁場発生磁石及びこれを用いたMRI装置における、本発明の静磁場調整部の一例を図3、図4に基づいて説明する。
【００３３】
図3は、水平磁場方式のMRI装置であって、円筒状の静磁場発生磁石102がその内側空隙空間内に静磁場を発生し、傾斜磁場コイル103が、静磁場発生磁石102の内側空隙空間内に配置される。また、静磁場発生磁石102と傾斜磁場コイル103との間の空間において周方向に複数設けられたA部(静磁場調整部の挿入孔)の各々内に静磁場調整部150がそれぞれ配置される。図3は、24箇所に静磁場調整部150が配置される例であるが、本発明は24個所に限定されず、これより多くても少なくてもよい。更に、傾斜磁場コイル103の内側に静磁場空間130(撮影空間)が形成され、この静磁場空間130に被検体が挿入されて診断のための撮像が行えるようになっている。
【００３４】
この静磁場調整部150は、サイズの異なる複数の凹状のポケットを有したトレイ部と、各ポケットのサイズにそれぞれ適合して互いにサイズの異なる複数種類の磁場均一度調整材(以下、シム材と略記する)と、同じサイズのダミー磁場均一度調整材(以下、ダミー材と略記する)と、これらシム材とダミー材とをポケットに固定するキャップ部と、を有して成る。シム材は鉄等の磁性材料で構成され、ダミー材は樹脂等の非磁性材料で構成される。
【００３５】
図4は、図3における各A部に配置される複数の静磁場調整部150の内の一つの詳細図を示す。(a)は静磁場調整部150の斜視図を、(b)は(a)図の静磁場調整部150を線B-B’で切った断面図を示す。
【００３６】
トレイ部453は、サイズの異なる複数のポケット455,456を組み合わせて成るポケットユニットを、A部への挿入方向(静磁場方向)に複数配列して成る細長い構造を有している。各ポケットユニットのポケット455はポケット456よりサイズが大きく、ポケット456はポケット455より深い溝になっている。従って、サイズの大きいポケット455は、低精細(大まかな)均一度調整用のポケットであり、サイズの小さいポケット456は、高精細均一度調整用のポケットである。なお、サイズの異なるポケットの数は3つ以上でも良い。そして、静磁場の均一度を向上させるようにシム材が配置されるポケット及びその配置量が決定されて、決定されたポケット内に決定された量のシム材が配置されて位置決めされる。
【００３７】
シム材は、ポケット456のサイズに適合しポケット456に配置されて高精度に静磁場を調整するためのサイズの小さいシム材451と、ポケット455のサイズ又はポケット455及びポケット456と合わせたポケット458のサイズに適合し、ポケット455又はポケット458(つまり、ポケット455及びポケット456とに跨って)配置されて、大まかに静磁場を調整するためのサイズの大きいシム材450と、を有する。換言すれば、サイズの小さいシム材451は、高精細均一度調整用のシム材であり、サイズの大きいシム材450は、低精細(大まかな)均一度調整用のシム材である。
【００３８】
さらに、高精細均一度調整用のサイズの小さいシム材451は、深い溝のサイズの小さいポケット456に配置されるので、低精細均一度調整用のサイズの大きいシム材450よりも静磁場空間130に近い位置に配置される。これにより、被検体が配置される静磁場空間130に近い位置で静磁場均一度をより高精細に調整しやすくなる。
【００３９】
また、シム材451と同じサイズのダミー材457と、シム材450と同じサイズのダミー材452と、を有する。これらのダミー材452,457は、トレイ部453のポケット内でシム材450,451が動ごくことを防ぐためにポケットの空いた空間に詰め込んで使用される。
【００４０】
さらに、低精細均一度調整用のサイズの大きいシム材450が、ポケット458に適合する形状、つまり、ポケット455とポケット456とを覆うサイズの形状であれば、シム材450がシム材451に覆いかぶさることになる。その結果、シム材451が、深い溝のポケット456内に押し込められて動かないようになる。
【００４１】
その上、各シム材と各ダミー材とが、キャップ部454により、各ポケット455,456に固定されて配置される。このキャップ部454は、トレイ部453の各ポケット455,456に配置されたシム材450,451が飛び出さないようにするための蓋の役目をする。これにより、各シム材と同じ大きさのダミー材は、適合するポケット内で位置決めされる。
【００４２】
なお、シム材及び同じ大きさのダミー材は、磁場の影響で動かないように、対応するポケットと略同じサイズとすることが好ましいが、この限りではない。
【００４３】
＜静磁場調整の処理フロー＞
静磁場調整は、シム材の質量で決まるため、精度を向上させるために複数種類のシム材を使用して行われる。また、静磁場発生磁石の組み立て精度や、シム材の素材成分のバラツキ等により、上記のような静磁場調整を3〜4回程度繰り返し、繰り返しの都度、ポケット毎のシム材の配置量を増減することによって、静磁場空間の均一度を向上させていく。
【００４４】
そこで、本発明の静磁場調整は、最初に、サイズの大きいシム材450のサイズの大きいポケット455毎への配置量を調整して、仕様近くまで静磁場の均一度を向上させる。サイズの大きいシム材450では対応しきれない精細な調整を行う場合には、更に、トレイ部453内のサイズの小さいポケット456毎にサイズの小さいシム材551の配置量を調整して、静磁場均一度の精細な調整を行う。
【００４５】
具体的には、図5のフロ―チャートで示す処理手順で静磁場均一度を向上させる静磁場調整が行われる。以下各ステップを詳細に説明する。
【００４６】
ステップ501で、作業者は、静磁場空間(撮影空間)130に磁気センサーを配置し、静磁場空間130内の磁場分布の計測を起動する。
【００４７】
ステップ502で、計測制御部111は、静磁場空間130内の磁場分布の計測を行ない、測定データを取得する。
【００４８】
ステップ503で、演算処理部114は、ステップ502で取得された測定データに基づいて、静磁場空間130内の静磁場均一度が所定の第1基準値以下か否かを判定する。第1基準値以下であればステップ506に移行し、第1基準値より大きければステップ504に移行する。この第1基準値は、サイズの大きいシム材450で達成可能な静磁場均一度とする。
【００４９】
ステップ504で、演算処理部114は、ステップ502で取得された測定データに基づいて、各静磁場調整部150内のトレイ部453のサイズの大きいポケット455毎に、サイズの大きいシム材450の配置量をそれぞれ決定する。これにより、サイズの大きいシム材450の配置量及び配置位置が決定される。
【００５０】
ステップ505で、作業者は、A部(静磁場調整部の挿入孔)から静磁場調整部150を取り出し、ステップ504で決定された、サイズの大きいポケット455毎のサイズの大きいシム材450の配置量に基づいて、サイズの大きいシム材450をサイズの大きい各ポケット455にそれぞれ配置して、A部(静磁場調整部の挿入孔)に静磁場調整部150を挿入して戻す。そして、作業者は、再度静磁場空間130内の磁場分布の計測を起動して、ステップ502に移行する。
【００５１】
ステップ506で、演算処理部114は、ステップ502で取得された測定データに基づいて、静磁場空間130内の静磁場均一度が所定の第2基準値(第1基準値より厳しい(低い)基準値)以下か否かを判定する。第2基準値以下であれば処理を終了し、第2基準値より大きければステップ507に移行する。この第2基準値は、サイズの小さいシム材451で達成可能な静磁場均一度とする。
【００５２】
ステップ507で、演算処理部114は、ステップ502で取得された測定データに基づいて、各静磁場調整部150内のトレイ部453のサイズの小さいポケット456毎に、サイズの小さいシム材451の配置量をそれぞれ決定する。これにより、サイズの小さいシム材451の配置量及び配置位置が決定される。
【００５３】
ステップ508で、作業者は、ステップ507で決定された、サイズの小さいポケット456毎のサイズの小さいシム材451の配置量に基づいて、サイズの小さいシム材451をサイズの小さい各ポケット456にそれぞれ配置して、A部に静磁場調整部150を挿入して戻す。そして、再度静磁場空間130内の磁場分布の計測を起動して、ステップ502に移行する。
以上までが、静磁場調整の処理フローの概要である。
【００５４】
以上、説明したように、本発明の静磁場発生磁石及びMRI装置によれば、サイズの小さいシム材451を容易に固定設置できるようになり、撮影中にシム材が動くことが無く、静磁場均一度や画像に悪影響を与えることがない。さらに作業者が行うシム材の交換作業の負担を低減することができ、現場での作業時間も短縮できるようになる。つまり、静磁場調整部内へシム材を配置して行う磁場調整が、高精度且つ容易にできるようになる。
【符号の説明】
【００５５】
31  ガントリー、32  寝台、33  筐体、34  処理装置、35  電源・信号線、36  天板、37  操作パネル、101  被検体、102  静磁場発生磁石、103  傾斜磁場コイル、104  送信RFコイル、105  RF受信コイル、106  寝台、107  信号処理部、108  全体制御部、109  傾斜磁場電源、110  RF送信部、111  計測制御部、113  メモリ、114  演算処理部(CPU)、115  内部記憶部、116  ネットワークIF、117  外部記憶部、118  表示・操作部、150  静磁場調整部、450  サイズの大きいシム材、451  サイズの小さいシム材、452  サイズの大きいダミー材、453  トレイ部、454  キャップ部、455  サイズの大きいポケット、456  サイズの小さいポケット、457  サイズの小さいダミー材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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