(57)【要約】  ドリブンモード運転の超電導磁石の磁場強度を安定にし、MRI画像の画質向上を達成する。そのために、磁気ロック用試料122は、超電導コイル105が発生した磁場が印加される位置であって、被検体101と物理的に干渉しない位置に配置される。磁場ロック部(123)は、磁場ロック用試料122に高周波磁場を照射し、磁場ロック用試料122が発生したNMR信号(B)を検出し、検出結果に応じて静磁場の強度を調整し、静磁場を一定にする。好ましくは、磁場ロック用試料は、計測部が検出する核磁気共鳴信号(A)の磁気共鳴周波数とは異なる磁気共鳴周波数の核磁気共鳴信号(B)を発生する原子核種を含む。
2015072301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像空間に静磁場を形成する超電導コイルと、前記超電導コイルが前記静磁場を形成している間、前記超電導コイルに電流を継続供給する磁石電源と、前記撮像空間に傾斜磁場を生じさせる傾斜磁場発生部と、前記撮像空間に配置された被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部と、前記被検体の核磁共鳴信号(A)を検出する計測部と、
前記超電導コイルが発生した磁場が印加される位置であって、前記被検体と物理的に干渉しない位置に配置された磁場ロック用試料と、
前記磁場ロック用試料に高周波磁場を照射し、前記磁場ロック用試料が発生した核磁気共鳴信号(B)を検出し、検出結果に応じて前記静磁場の強度を調整し、前記静磁場を一定にする磁場ロック部とを有する磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック用試料は、前記計測部が検出する前記核磁気共鳴信号(A)の磁気共鳴周波数とは異なる磁気共鳴周波数の核磁気共鳴信号(B)を発生する原子核種を含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記傾斜磁場発生部が前記傾斜磁場を発生している間、前記核磁気共鳴信号(B)の検出結果に応じた前記静磁場の強度の調整を一時的に停止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４】
請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記傾斜磁場発生部が前記傾斜磁場を発生している間は、前記停止直前の調整量を保持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５】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波磁場発生部は、高周波トランスミッターコイルと、前記高周波トランスミッターコイルに前記高周波磁場を発生させるための高周波信号を供給する高周波信号生成部とを含み、
前記磁場ロック部は、前記磁場ロック用試料に高周波を照射する磁場ロック用高周波トランスミッターコイルと、前記磁場ロック用高周波トランスミッターコイルに前記高周波磁場を発生させるための高周波信号を供給する磁場ロック用高周波信号生成部とを含み、  前記高周波信号生成部および前記磁場ロック用高周波信号生成部には、共通の基準周波数信号を供給する基準周波数発生器が接続されてい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】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記被検体を搭載するテーブルをさらに有し、
前記磁場ロック用試料は、前記撮像空間の外側であって、前記計測部および前記テーブルと物理的に干渉しない位置に配置されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記被検体を搭載して搬送するテーブルをさらに有し、
前記磁場ロック用試料は、前記テーブルの被検体が搭載される天板内の1か所以上に配置され、前記被検体とともに前記撮像空間内に挿入されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記計測部は、前記核磁気共鳴信号(A)を受信する高周波レシーバーコイルと、前記高周波レシーバーコイルを保持する保持部とを含み、
前記磁場ロック用試料は、前記高周波レシーバーコイルの前記保持部に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。
【請求項９】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック用試料は、配置される位置における前記超電導コイルの発生する磁場の強度勾配の影響を受けない大きさの容器内に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記磁場ロック用試料の磁気共鳴周波数と同じ周波数の信号を参照信号として、前記核磁気共鳴信号(B)を位相検波する位相検波部を含み、前記位相検波の出力がゼロになるように前記撮像空間の磁場強度を調整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１１】
請求項10記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記位相検波部の出力がゼロになったことをオペレータに報知する表示部を有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１２】
請求項10記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記計測部は、前記位相検波部の出力がゼロになった状態で、前記被検体の核磁気共鳴信号(A)を計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１３】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記核磁気共鳴信号(B)の検出結果に応じて、前記磁石電源の出力電流を変化させることにより前記静磁場の強度を調整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１４】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記撮像空間に補正磁場を発生する補正コイルをさらに有し、
前記磁場ロック部は、前記核磁気共鳴信号(B)の検出結果に応じて、前記補正コイルに供給する電流を変化させることにより前記静磁場の強度を調整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１５】
請求項7記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック用試料は、前記テーブルの前記天板の複数個所にそれぞれ配置され、
前記磁場ロック部は、複数の前記磁場ロック用試料のうちの少なくとも一つを選択して、前記核磁気共鳴信号(B)の検出に用いることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置(Magnetic Resonance Imaging装置、以下、MRI装置と称する)に係わり、特に、超電導コイルに電流を印加する電源を接続して運転するドリブンモードの超電導磁石を用いたMRI装置の磁場強度安定化に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRI装置は永久磁石を用いた0.5テスラ以下の磁場強度の装置と超電導磁石を用いた1.0テスラ以上の磁場強度の装置の二種類が広く医療施設に設置されている。永久磁石によるMRI装置は設置に関する制約が少ないことや運転コストが安いメリットがある。一方、超電導磁石はNbTiやNb3Snなどの超電導線を臨界温度以下に冷やすため、寒剤となる液体ヘリウムのサービスエリア内に設置する必要があるなど、その設置に関する制約が多いが、磁場強度に比例して核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance、以下、NMRと称する)信号の検出感度が高くなることから、高い診断能力を有する。【０００３】
特許文献1に示すように、超電導磁石は超電導コイルをループ状に接続し、永久電流を流すモードで運転することが一般的であった。しかし、特許文献2に示すように、より高い磁場強度を得るため、ならびに、液体ヘリウムを使わない高温超電導線を用いるために、電源から常時電流を流し続けるドリブンモードのNMR装置やMRI装置の超電導磁石も開発されている。【０００４】
しかし、ドリブンモードの超電導磁石は、特許文献2に示されているように、電源の温度ドリフトなどにより、その磁場強度の安定性は、1時間あたり5ppm程度であった。
そこで、特許文献2に開示されている技術では、磁場測定器プローブを磁場空間に配し、磁場測定器プローブによって測定されたメインコイルの磁場の変動とは逆方向の磁場を誘起するようにメインコイルの電流を調整し、1時間あたり0.01ppmの安定した磁場強度を達成しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2005-124721号公報
【特許文献２】特開2008-020266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
MRI装置では、超電導磁石の発生する均一な磁場空間に被検体を配設する。また、超電導磁石の大きさや製造コストの制約から、均一な磁場空間は、被検体の大きさとほぼ一致するように製造されている。即ち、MRI検査に必要とされる3ppm以下の均一磁場空間は直径が約40センチメートルの球空間となっている。この空間外では、磁場均一度は急激に劣化、即ち、磁束密度が変化する磁場強度勾配を有する。【０００７】
また、MRI装置では、被検体の検査部位を選択するためや、NMR信号に位置情報を与えるために、互いに直交する三軸、即ち、磁場空間のx、y、z軸に沿って磁場強度に意図的に勾配を生じるように傾斜磁場を印加する。即ち、MRIの検査中は傾斜磁場が印加されるので、超電導磁石の発生する均一な磁場空間は、x、y、z軸に沿ってその磁場強度が変化することになる。【０００８】
このため、ドリブンモード運転の超電導磁石の磁場強度を安定化させるため、磁場測定器プローブで測定された信号で、電源のドリフト分を補償する特許文献2の技術をMRI装置の超電導磁石に採用するにあたっては、下記の問題が生じる。【０００９】
(1)被検体を配設する均一磁場空間に、被検体と磁場測定器プローブを同時に配置することが難しい。このため、被検体のNMR信号を検出しながら磁場強度を磁場測定プローブで測定することは容易ではない。【００１０】
(2)MRI検査時に動作させる傾斜磁場によって、均一磁場空間の磁場が変化するため、磁場測定プローブで正確な均一磁場強度を測定することが難しい。【００１１】
(3)磁場測定プローブの検出した高周波信号が、MRI検査の被検体から検出した高周波信号と干渉する。【００１２】
(4)磁場補償が動作し、磁場強度が正確であるかどうかを、オペレータが把握することが難しい。【００１３】
特許文献2には、被検体と磁場測定器プローブとの位置関係や、検出信号の干渉等に関する記載が一切なく、被検体が配置されていない状態で磁場を測定していると推測される。このため、上記問題を特許文献2の技術で解決することはできない。【００１４】
本発明は上記問題に鑑みて行なわれたもので、その目的は、ドリブンモード運転の超電導磁石の磁場強度を安定にし、MRI画像の画質向上を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明のMRI装置は、撮像空間に静磁場を形成する超電導コイルと、超電導コイルが静磁場を形成している間、超電導コイルに電流を継続供給する磁石電源と、撮像空間に傾斜磁場を生じさせる傾斜磁場発生部と、撮像空間に配置された被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部と、被検体の核磁共鳴信号(A)を検出する計測部と、磁気ロック用試料と、磁気ロック部とを備えている。磁気ロック用試料は、超電導コイル105が発生した磁場が印加される位置であって、被検体と物理的に干渉しない位置に配置される。磁場ロック部は、磁場ロック用試料に高周波磁場を照射し、磁場ロック用試料が発生した核磁気共鳴信号(B)を検出し、検出結果に応じて静磁場の強度を調整し、静磁場を一定にする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ドリブンモードの超電導磁石の磁場強度を安定にし、MRI画像の画質向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態のMRI装置の全体構成を示すブロック図
【図２】図1の装置の計測系高周波ユニット112と磁場ロック系高周波ユニット123の回路構成を示すブロック図
【図３】本実施形態のMRI装置を構成する超電導磁石の断面図
【図４】天板内の複数個所に磁場ロック用試料を配置した構成を示す断面図
【図５】磁場ロック用試料を高周波レシーバーコイルの保持部内に配置した構成を示す断面図
【図６】磁場ロック用試料の側面図
【図７】図2の位相検波器の(a)入出力信号を示す説明図、(b)入出力信号の波形を示す説明図
【図８】実施形態の撮像パルスシーケンスと磁場ロックの動作を示すタイミングチャート図
【図９】第1の実施形態のMRI装置の動作を示すフロー図
【図１０】第2の実施形態のMRI装置の動作を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のMRI装置は、図1〜図3に示すように撮像空間102に静磁場を形成する超電導コイル105と、超電導コイル105が静磁場を形成している間、超電導コイル105に電流を継続供給する磁石電源106と、撮像空間102に傾斜磁場を生じさせる傾斜磁場発生部(109、110)と、撮像空間102に配置された被検体101に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部(111、112)と、被検体101の核磁共鳴(NMR)信号(A)を検出する計測部(112、113)とを備えている。さらに本発明のMRI装置は、磁気ロック用試料122と、磁気ロック部(123)とを備えている。
【００１９】
磁気ロック用試料122は、超電導コイル105が発生した磁場が印加される位置であって、被検体101と物理的に干渉しない位置に配置される。磁場ロック部(123)は、磁場ロック用試料122に高周波磁場を照射し、磁場ロック用試料122が発生したNMR信号(B)を検出し、検出結果に応じて静磁場の強度を調整し、静磁場を一定にする。
【００２０】
このように本発明では、被検体101と干渉しない位置に磁場ロック用試料122を配置し、磁場ロック用試料122のNMR信号(B)に基づいて静磁場強度を磁場ロック部(123)が調整することにより、被検体101のNMR信号(A)を計測しながら、静磁場均一度の調整を行うことが可能になる。これにより、磁場発生中に常に超電導コイルが磁石電源から電流供給を受けるドリブンモード運転の超電導磁石の撮像空間の磁場強度を、高精度に均一な状態に維持することができるため、MRI画像の画質を向上させることができる。
【００２１】
磁場ロック用試料122は、計測部(112)が検出するNMR信号(A)の磁気共鳴周波数とは異なる磁気共鳴周波数のNMR信号(B)を発生する原子核種を含むものを用いることが望ましい。これにより、NMR信号(A)とNMR信号(B)との電気的な相互干渉を防止でき、同時にそれぞれ検出することができる。例えば、計測部(112)が検出するNMR信号(A)が、水素原子核(プロトン)1HのNMR信号である場合、磁場ロック用試料122としては、フッ素原子核19F、重水素原子核2Hおよびリン原子核15Pのいずれかを含む材料を用いることができる。
【００２２】
磁場ロック部(123)は、傾斜磁場発生部(109、110)が傾斜磁場を発生している間は、NMR信号(B)の検出結果に応じた静磁場の強度の調整を一時的に停止することが望ましい。これにより、磁場ロック部(123)が、傾斜磁場が重畳された状態の静磁場を検出して、静磁場を調整するのを防止できるため、傾斜磁場の影響を受けることなく、静磁場の均一度を向上させることができる。例えば、磁場ロック部(123)は、傾斜磁場発生部(109、110)が傾斜磁場を発生している間は、停止直前の調整量を保持するようにする。
【００２３】
高周波磁場発生部(111，112)は、例えば、高周波トランスミッターコイル111と、高周波トランスミッターコイル111に高周波磁場を発生させるための高周波信号を供給する高周波信号生成部(112)とを含む。磁場ロック部(123)は、磁場ロック用試料122に高周波を照射する磁場ロック用高周波トランスミッターコイル(703)と、磁場ロック用高周波トランスミッターコイル(703)に高周波磁場を発生させるための高周波信号を供給する磁場ロック用高周波信号生成部(123)とを含む。高周波信号生成部(112)および磁場ロック用高周波信号生成部(123)には、共通の基準周波数信号を供給する基準周波数発生器201が接続されていることが望ましい。
【００２４】
これにより、基準周波数信号の周波数が変動した場合であっても、高周波トランスミッターコイル111の高周波磁場と、磁場ロック用高周波トランスミッターコイル(703)の高周波磁場との相関関係が維持できるため、磁場ロック部(123)は、正確に静磁場の変動を検出することができる。
【００２５】
磁場ロック用試料122は、例えば図3のように、撮像空間102の外側であって、計測部(112、113)および、被検体101を搭載するテーブル118と物理的に干渉しない位置に常時配置される構成にすることができる。もしくは、図4のように、磁場ロック用試料122は、テーブル118の被検体101を搭載する天板119内の1か所以上に配置され、被検体101とともに撮像空間102内に挿入される構成にしてもよい。
【００２６】
図4のように磁場ロック用試料122をテーブル118の天板119の複数個所にそれぞれ配置した場合、磁場ロック部(123)は、複数の磁場ロック用試料122のうちのいずれかを選択して、NMR信号(B)の検出に用いることができる。
【００２７】
また、図5のように磁場ロック用試料122は、計測部(112、113)の高周波レシーバーコイル113を保持する保持部(801)に配置することができる。
【００２８】
磁場ロック用試料122は、配置される位置における、超電導コイル105の発生する磁場の強度勾配の影響を受けない大きさの容器(701)(例えば、図6参照)内に配置されていることが望ましい。
【００２９】
また、磁場ロック部(123)は、例えば、図2および図7のように、磁場ロック用試料122の磁気共鳴周波数と同じ周波数の信号を参照信号302として、NMR信号(B)(301)を位相検波する位相検波部(213)を含む構成とすることが可能である。
【００３０】
この場合、磁場ロック部(123)は、位相検波の出力(303)がゼロになるように(フェーズロック状態)、撮像空間102の磁場強度を調整する。この場合、磁場ロック部(123)は、位相検波部(213)の出力がゼロになったこと(フェーズロック状態)をオペレータに報知する表示部(217)を有することが好ましい。また、計測部(112)は、位相検波部(213)の出力がゼロになった状態(フェーズロック状態)で、被検体101のNMR信号(A)を計測することが好ましい。
【００３１】
磁場ロック部(123)は、NMR信号(B)の検出結果に応じて、磁石電源106の出力電流を変化させることにより静磁場の強度を調整する構成にすることが可能である。
【００３２】
また、磁場ロック部(123)は、NMR信号(B)の検出結果に応じて、撮像空間102に補正磁場を発生する補正コイル215に電流を供給する電流を変化させ、静磁場の強度を調整してもよい。
【００３３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づ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。
【００３４】
(第1の実施形態)
＜MRI装置の全体構成＞
図1は、本実施形態のMRI装置の全体構成示すブロック図であり、図2は、回路構成を示すブロックであり、図3は、超電導磁石104の断面図である。図1〜3はいずれも、医療施設に設置され、被検体101である患者頭部の医学診断画像を撮影している状態のMRI装置を図示している。
【００３５】
撮像空間102に均一な静磁場を発生する超電導磁石103は、NS極となる二つの磁極を有する鉄ヨーク104と、一対の超電導コイル105と、磁石電源106とを備えて構成されている。また、超電導磁石103が発生する静磁場を補正する補正磁場を発生する補正コイル215が、超電導磁石103と撮像空間102との間に配置されている。被検体101の検査部位は、均一な静磁場が発生している撮像空間102の中心に配設される。
【００３６】
超電導磁石103は、図3のように、鉄ヨーク104の他に、超電導コイル105を収めた真空容器107と、超電導コイル105を低温に維持する冷凍機108とをさらに備えて構成されている。鉄ヨーク104の重量は14トンで、一部が開口部となるC型の断面形状をしている。例えば、55センチの開口部で0.5テスラの磁場強度を発生する磁束密度を確保するとともに、鉄ヨーク104外に漏れる磁束をできるだけ少なくするように、その形状が決められている。
【００３７】
また、鉄ヨーク104の開口部は、均一な磁場を発生させるため、凹面に加工された一対の磁極601を有する。磁極601の周囲には一対からなる超電導コイル105が組込まれているドーナツ状の真空容器107が組込まれている。鉄ヨーク104は、真空容器107を支える機能を有している。
【００３８】
このような磁石構成により、撮像空間102の前方(y軸)と左右の両側(x軸)は視界を遮るものが無く、開放的な検査環境を提供することが可能となっている。
【００３９】
超電導コイル105は、冷凍機108に熱伝導部材によって熱的に接続され、20ケルビン温度に冷却されて安定な超電導状態を維持している。超電導コイル105には、磁石電源106より、例えば160アンペアの電流が印加され、撮像空間102に、例えば0.5テスラ強度となるz軸(NMR装置やMRI装置では静磁場の方向をz軸にすることが慣用となっている)に沿った磁束を発生している。撮像空間102は、例えば直径40センチの球空間であり、FOV(Field of View)とも呼ばれる。撮像空間の磁場均一度は、磁場ロック部(123)が動作していない状態で、3ppm以下になっている。
【００４０】
なお、磁石電源106には、冷凍機108に高圧ヘリウムガスを供給する圧縮機や超電導磁石103の運転状態をモニターするセンサー回路も組込まれている。
【００４１】
二つの磁極601には、傾斜磁場コイル組立体109が取り付けられ、撮像空間102内で互いに直交する3軸方向に磁場強度に勾配を有する傾斜磁場を発生する。図1および図3では区別されていないが、傾斜磁場コイル組立体109には、x、y、zの三種類のコイルが積層されている。
【００４２】
例えば、z傾斜磁場コイルにプラスの電流が流れると、上磁極に取り付けられたz傾斜磁場コイルは、超電導コイル105が発生する磁束と同じ＋z軸方向に磁束を発生し、重畳してその密度を増す。一方、下磁極に取付けられたz傾斜磁場コイルは、超電導コイル105の発生する磁束と反対方向の-z軸に沿った磁束を発生し、その密度を減ずる。この結果、撮像空間102のz軸に沿って下から上に向かって磁束密度が増加する傾斜磁場を作ることができる。x傾斜磁場コイルは、撮像空間102のx軸に沿って、y傾斜磁場コイルは撮像空間102のy軸に沿って、超電導コイル105の発生する磁束密度を変化させる。x、y、zの傾斜磁場コイルには、それぞれ独立して動作する傾斜磁場電源110が接続され、それぞれに例えば、500アンペアの電流を流すことで、1メートルで25ミリテスラの磁場強度が変化する25mT／mの傾斜磁場を発生することができる。
【００４３】
更に、傾斜磁場コイル組立体109の撮像空間102側には、一対の高周波トランスミッターコイル111が組み込まれている。高周波トランスミッターコイル111は、開放的な検査環境を阻害しないように、平板構造であって、撮像空間102のx‐y平面に平行な磁束が発生するようにコイル導体がプリント配線されている。高周波トランスミッターコイル111には、複数の容量素子が組込まれ(図では記載してない)、ここでは21.28MHzのLC共振回路となっている。計測系高周波ユニット112に組込まれている高周波電源より、21.28MHzの高周波電流を流すことによって、撮像空間102に高周波磁界が発生する。
【００４４】
以上説明した静磁場と傾斜磁場と高周波磁場を組み合わせることで、被検体101の特定部位の水素原子核(プロトン)にNMR現象を起こし、水素原子核(プロトン)のラーモア歳差運動の過程でx、y、z傾斜磁場パルスで空間情報を付与する。
【００４５】
このようにして空間情報が付与され水素原子核(プロトン)のラーモア歳差運動を、NMR信号(A)として検出するために、被検体101の検査部位には高周波レシーバーコイル113が装着されている。高周波レシーバーコイル113は高周波トランスミッターコイル111同様、容量素子が組込まれ(図では記載してない)、21.28MHzで共振するLC共振回路となっている。高周波トランスミッターコイル111と異なる点は、高効率で核スピンのラーモア歳差運動を電磁誘導にて電気信号として検出するように、検査部位の体形にフィットする形状となっている点である。図1〜3では、被検体101の頭部を検出する高周波レシーバーコイル113が記載されている。
【００４６】
高周波レシーバーコイル113で検出されたNMR信号(A)は、計測系高周波ユニット112内の増幅器で増幅、検波処理、アナログ・デジタル変換処理が行われ、シーケンサー114と呼ばれるインターフェース回路を経由して、コンピュータ115に記録される。高周波レシーバーコイル113および計測系高周波ユニット112は、計測部を構成している。
【００４７】
コンピュータ115では、NMR信号はフーリエ変換等の演算処理が施されて、医学診断に有効な断層画像やスペクトル分布図に信号処理される。これらのデータはコンピュータ115の記憶装置(図では記載していない)に保存されるとともに、ディスプレイ116に表示される。他方で、コンピュータ115は、被検体101の検査部位から診断目的の断層画像等が得られるように、傾斜磁場電源110と計測系高周波ユニット112を種々のパルスシーケンスに従って動作させるため、シーケンサー114を介して制御する機能も有する。このため、MRI装置のオペレータが、パルスシーケンスの種類等を選択する入力装置117がコンピュータ115に接続されている。
【００４８】
また、超電導磁石103の前方には、被検体101を搭載して、その検査部位を撮像空間102の中心に搬入搬出するための天板119と、天板119を搬入搬出方向等に移動させるテーブル118が配置されている。超電導磁石103とテーブル118は、電磁波遮蔽を施された検査室120に設置される。
【００４９】
検査室120の外側には、傾斜磁場電源110と、計測系高周波ユニット112と、磁場ロック系高周波ユニット123と、磁石電源106と、シーケンサー114と、コンピュータ115と、入力装置117と、表示装置116が配置されている。傾斜磁場電源110、計測系高周波ユニット112、磁場ロック系高周波ユニット123、および、磁石電源106は、フィルター回路121を介して、それぞれ検査室120内の傾斜磁場コイル組立体109、高周波トランスミッターコイル111／レシーバーコイル113、磁場ロック用高周波トランスミッターコイル(703)、および、超電導コイル105に接続されている。これにより、コンピュータ115やその他の機器が発する電磁波が、高周波レシーバーコイル113にノイズとして混入するのを防いでいる。
【００５０】
＜磁場ロック用試料＞
本実施形態では、超電導コイル105が発生した磁場が印加される位置であって、被検体101と物理的に干渉しない位置に、磁場ロック用試料122を配置し、そのNMR信号(B)を磁場ロック部(123)によって検出する。
【００５１】
磁場ロック用試料122は、ここではフッ素原子核19Fを含むフッ素化合物(例えばCFCl3溶液や液化フロン)を用いる。磁場ロック用試料122は、図6に示すように、例えば内径5ミリメートルの球体のマイクロキャピラリー701に封入され、マイクロキャプラリー701は、封じ切られている。マイクロキャピラリー701の大きさは、磁場ロック用試料122が、超電導コイル105の発生する磁場の強度勾配の影響を受けない(磁場強度分布を無視できる)大きさに設計されている。
【００５２】
例えば、図3のように、天板119の下部であって、高周波トランスミッターコイル111の外周側面に、磁気ロック用試料122を配置する。この場合、マイクロキャピラリー701は、直径5ミリメートル程度とする。このサイズであれば、天板119の下の空間での超電導コイル105の磁場強度分布は無視することができる。
【００５３】
マイクロキャピラリー701の表面には、磁場ロック用試料のNMR現象を励起する高周波磁界を発生するとともに、生じたNMR信号(B)を検出するソレノイドコイル703が巻回されている。すなわち、ソレノイドコイル703は、磁場ロック用高周波トランスミッターコイルと磁場ロック用高周波レシーバーコイルとを兼用している。そして、ソレノイドコイル703の軸が、撮像空間102のz軸と直交するように、テフロン(登録商標)樹脂で形成されたホルダー704に組込まれて、保持されている。ホルダー704は、例えば、図3のように天板119の下部に固定される。
【００５４】
図3に示す磁場ロック用試料122の位置は、磁極601の影響で、撮像空間102の磁場強度より高い磁場強度を示す。例えば、撮像空間102の磁場強度が0.5テスラである場合、天板119の下の磁場ロック用試料122の位置は0.51テスラとなる。0.51テスラの静磁場を印加された磁場ロック用試料(フッ素原子核19F)122の磁気共鳴周波数である20.42MHzの高周波磁場が、ソレノイドコイル703から照射される。すなわち、共鳴周波数20.42MHzのソレノイドコイル703を用い、後述の磁場ロック系トランスミッター209から、周波数20.42MHzの高周波電流をソレノイドコイル703に供給し、磁場ロック用試料122の磁気共鳴周波数の高周波磁場をソレノイドコイル703から照射する。なお、磁場ロック用試料122を配置する位置によって、超電導コイル105の静磁場強度は異なるため、位置に応じた磁気共鳴周波数の高周波磁場をソレノイドコイル703から磁場ロック用試料122に照射する。
【００５５】
＜計測部と磁場ロック部の回路構成＞
本実施形態のMRI装置には、高周波トランスミッターコイル111から被検体101に向かって高周波磁場を発生させ、NMR信号(A)を計測するための計測部(計測系高周波ユニット)112と、ソレノイドコイル703から磁場ロック用試料122に向かって高周波磁場を発生させ、NMR信号(B)を検出し、静磁場を調整する磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123が備えられている。
【００５６】
これらの回路構成と機能について、図2を用いてより詳細に説明する。
【００５７】
図2のように、計測系高周波ユニット112は、計測系トランスミッター202と、ゲート機能付き高周波パワーアンプ203と、高周波増幅器204と、検波器205と、オーディオアンプ206と、A／D変換回路207とを含んでいる。一方、磁場ロック系高周波ユニット123は、磁場ロック系トランスミッター209と、高周波スイッチ210と、高周波電力アンプ211と、プリアンプ212と、位相検波器(PSD：Phase Sensitive Detector)213と、積分型直流アンプ214と、電圧比較アンプ216とを含んでいる。
【００５８】
計測系高周波ユニット112の計測系トランスミッター202と、磁場ロック系高周波ユニット123の磁場ロック系トランスミッター209には、基準周波数発生器201が共通して接続されている。基準周波数発信器201は、クリスタル振動子による10メガヘルツの基準周波数信号を発生する。用いられているクリスタル振動子は長期間のエージング処理が施されており、経時変化が無視できるものである。かつ、温度補償された容器内に収められ、10-8オーダーの安定度を有している。
【００５９】
計測系高周波ユニット112の動作について説明する。計測系トランスミッター202は、10メガヘルツの基準周波数信号より0.5テスラの磁場強度で水素原子核(プロトン)1HがNMR現象を起こす21.28MHzの周波数を生成する。21.28MHzの高周波信号は、ゲート機能付きの高周波パワーアンプ203で増幅され、高周波パルスに変調され、高周波トランスミッターコイル111に印加される。高周波トランスミッターコイル111は、周波数21.28MHzの高周波磁場を被検体101に向かって照射する。これにより、被検体101の水素原子核(プロトン)のNMR信号(A)を発生する。
【００６０】
NMR信号(A)は、高周波レシーバーコイル113で検出され、高周波増幅器204で約60dBに増幅処理される。増幅されたNMR信号は、計測系トランスミッター202で合成された21.28MHzの高周波信号を参照信号として、検波器205で検波され、可聴周波数帯に変化される。可聴周波数に変換されたNMR信号(A)は、オーディオアンプ206で増幅され、A／D変換回路207でディジタル信号に変換処理され、シーケンサー114を介して、コンピュータ115に受け渡される。
【００６１】
シーケンサー114は、上記高周波トランスミッターコイル111からの高周波磁場の照射、および、高周波レシーバーコイル113によるNMR信号(A)の計測のタイミングおよび強度を、オペレータの選択した撮影パルスシーケンスに従って制御する。
【００６２】
また、シーケンサー114は、撮影パルスシーケンスに従って、D／A変換回路208を介してアナログ信号の傾斜磁場信号をx、y、zの傾斜磁場電源110に入力することにより、傾斜磁場コイル組立体109からx、y、zのそれぞれの方向の傾斜磁場を被検体101に所定のタイミングおよび強度で印加する。これにより、シーケンサー114は、所望の撮影パルスシーケンスを実行させ、得られたNMR信号(A)は、コンピュータ115によって再構成処理され、断層像等が生成される。
【００６３】
つぎに、磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123の動作について説明する。磁場ロック系トランスミッター209は、基準周波数発生器201の10メガヘルツの基準周波数信号から、フッ素原子核19Fが0.51テスラの磁場で核磁気共鳴する20.42MHzの高周波信号を生成する。このように、同一の基準周波数信号から、上述の水素原子核(プロトン)1Hの高周波信号21.28MHzとフッ素原子核19Fの高周波信号20.42MHzを生成することにより、基準周波数信号が温度等によりドリフトした場合でも、完全に相関が保たれる。
【００６４】
磁場ロック系トランスミッター209で生成された20.42MHzの高周波信号は、高周波スイッチ210(この高周波スイッチの回路210の機能については後述する)を経由して、高周波電力アンプ211で増幅され、天板119の下に配置された磁場ロック用試料122に巻回されたソレノイドコイル703に印加される。ソレノイドコイル703は、20.42MHzの高周波磁場を磁場ロック用試料(フッ素原子核19F)122に照射する。磁場ロック用試料122は、磁場が0.51テスラである場合、20.42MHzのNMR信号(B)を発生する。
【００６５】
磁場ロック用試料122の発生したNMR信号(B)は、ソレノイドコイル703で受信され、プリアンプ212で増幅される。このように、核スピンを励起する高周波磁界の発生するソレノイドコイル703に、NMR信号を検出するソレノイドコイルを兼用させる方式をシングルコイル法という。この方式は、広く知られた技術である(例えば、Farrar ＆ Becker著 Academic Press社刊のPulse and Fourier Transform NMR等参照)。
【００６６】
プリアンプ212で増幅されたNMR信号(B)は、磁場ロック系トランスミッター209で生成された20.42MHzの高周波信号を参照信号302として位相検波器(PSD)213で位相検波される。
【００６７】
ここで、位相検波器213について、図7(a)、(b)を用いてより詳細に説明する。図7(a)のように、位相検波器213には、NMR信号(B)301と、参照信号302が入力され、これらの位相が同じ(同期していると称する)場合、図7(b)のように出力信号303はゼロとなる。一方、入力信号301が参照信号302に対して位相が進んだ場合、図7(b)のように、出力信号303はプラス側に振れ、180°の位相差のとき出力信号303は最大値を示す。逆に、位相が遅れると出力信号303はマイナス側に振れ、180°の位相遅れのとき出力信号303はマイナスの最大値を示す。
【００６８】
上述したように撮像空間102の静磁場強度が所望の0.5テスラである場合、磁場ロック用試料122が配置されている天板119下の位置の静磁場強度0.51テスラの関係にある。磁場強度0.51テスラである場合、磁場ロック用試料(フッ素原子核19F)122は、共鳴周波数20.42MHzのNMR信号(B)を出力するため、参照信号302の周波数と同期し、位相検波器213の出力は、ゼロになる。
【００６９】
一方、超電導コイル105に供給される電流がドリフトする等し、超電導コイル105が撮像空間102に形成する静磁場が0.5テスラより大きくなり、磁場ロック用試料122が配置されている位置の静磁場強度が、0.51テスラより大きくなると、磁場ロック用試料(フッ素原子核19F)122のNMR信号(B)の周波数も高くなる。これにより、NMR信号(B)301の位相は、参照信号302より進むことになり、位相検波器(PSD)213の出力信号303は、プラスの値を発生することになる。
【００７０】
位相検波器(PSD)213のプラスの出力信号303は、積分型直流アンプ214で極性を反転して積分され、所望の値に増幅され、磁場補正コイル215に印加される。これにより、補正コイル215は、超電導コイル105の発生する静磁場強度を低減する向きの磁場を発生する。よって、撮像空間102の磁場強度は、磁場補正コイル215が発生する磁場分が減じられて、再び0.5テスラの値に戻る。これにより、磁場ロック用試料122の配置されている位置の磁場強度も再び0.51テスラに戻るため、NMR信号(B)301と参照信号301は、再び同期し、位相検波器213の出力信号はゼロに戻り、積分型直流アンプ214の出力値も変化しない。
【００７１】
逆に、超電導コイル105が撮像空間102に形成する静磁場が0.5テスラより小さくなり、磁場ロック用試料122が配置されている位置の静磁場強度が、0.51テスラより小さくなると、磁場ロック用試料(フッ素原子核19F)122のNMR信号(B)の周波数も低くなる。このため、NMR信号(B)301の位相は、参照信号302より遅れ、位相検波器213の出力信号303はマイナスの値を発生する。位相検波器213のマイナスの出力信号303は、積分型直流アンプ214で極性を反転して積分され、所望の値に増幅され、磁場補正コイル215に印加される。補正コイル215は、超電導コイル105の発生する静磁場強度を増加させる向きの磁場を発生する。これにより、撮像空間102の磁場強度は、再び0.5テスラの値に戻り、磁場ロック用試料122の配置されている位置の磁場強度も再び0.51テスラに戻るため、NMR信号(B)301と参照信号301は、再び同期し、位相検波回路213の出力信号はゼロなる。
【００７２】
このように、本実施形態によれば、磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123が、磁場ロック用試料122のNMR信号(B)の周波数に応じて、補正コイル215の発生する補正磁場をフィードバック制御するため、基準周波数発生器201の基準周波数の安定度10-8と同等のオーダー(0.01ppm)まで、撮像空間105の磁場強度を安定化させることができる。
【００７３】
また、磁場ロック用試料122は、被検体101と物理的に干渉しない位置に配置されるとともに、NMR信号(B)は、被検体101のNMR信号(A)とは周波数が異なり電気的に干渉しないため、撮像パルスシーケンスを実行している最中であっても、フィードバック制御を行って静磁場強度を安定化させることができる。
【００７４】
磁場強度が基準周波数に一致している状態、すなわち位相検波器213の出力信号がゼロの状態を磁場ロック・オンと称する。
【００７５】
電圧比較アンプ216は、位相検波器213の出力信号を受け取り、磁場ロック・オンの状態を表示装置217に表示させる。表示装置217は、パイロットランプであっても、画像表示装置であってもよい。これにより、オペレータは、磁場が安定化した状態になったことを把握することができ、所望の動作(撮像パルスシーケンスを開始等)を指示することができる。
【００７６】
また、電圧比較アンプ216は、磁場ロック・オン状態を示す信号218をシーケンサー114を介してコンピュータ115に受け渡す。これにより、コンピュータ115は、磁場ロック・オンの状態で、撮像パルスシーケンスを実行させること等が可能になる。
【００７７】
また、本実施形態では、計測系高周波ユニット112の計測系トランスミッター202と、磁場ロック系高周波ユニット123の磁場ロック系トランスミッター209に、同一の基準周波数発生器201を接続し、共通の基準周波数信号を供給している。これにより、磁場ロック系のフッ素原子核19Fのラーモア周波数と、計測系の水素原子1Hのラーモア周波数の相関を取っている。この作用について、さらに詳しく説明する。
【００７８】
核スピンの核磁気共鳴のラーモア歳差運動(Larmor precession)は、核種固有の磁気回転比γと磁場強度B0で決定され、その周波数fは次(1)式で示される。
【００７９】
2πf  ＝  γB0      ・・・(1)
(1)式にフッ素原子核19Fスピンのラーモア周波数fF(＝20.42MHz)、フッ素原子核19Fの磁気回転比γF(＝25.18)代入すると、磁場強度B0は0.51テスラとなる。この磁場ロック・オン状態で、イメージングに用いられる水素原子核(プロトン)1Hの磁気共鳴条件を検証すると、即ち、水素原子核(プロトン)の磁気回転比γH(＝26.75)と、磁場強度B0(＝0.5テスラ)を(1)式に代入すると、水素原子核(プロトン)1Hのラーモア周波数fHは21.28MHzとなる。
【００８０】
温度ドリフト等で基準周波数発生器201の周波数がわずかに変位すると、磁場ロック用試料122のフッ素原子核19Fのラーモア周波数が変位して、位相検波器213の出力がゼロではなくなり、磁場強度フィードバックループの制御により、撮像空間102の磁場強度B0がわずかに変位する。この場合、磁場強度B0のわずかな変位に伴って、水素原子核(プロトン)1Hのラーモア周波数もわずかに変化するが、計測系トランスミッター202が生成する高周波信号および検波器205に入力される参照信号の周波数も、同じ基準周波数発生器201の出力信号から生成されているため、磁場強度B0の変位に相関して、同じ割合だけわずかに変位する。このため、磁場強度B0の変化に対応して水素原子核(プロトン)1Hの共鳴条件(1)式が維持され、NMR信号(A)の検出精度は変わらない。
【００８１】
このように、本実施形態では、磁場ロック・オンにより、超電導磁石103の磁場強度を基準周波数発生器201の安定度と同等の10-8オーダー(0.01ppm)することができるとともに、計測系高周波ユニット112と磁場ロック系高周波ユニット123に、同一の基準周波数発生器201を接続して周波数の相関を取っていることにより、温度ドリフト等により基準周波数が変動した場合でも、共鳴条件を維持して、高精度かつ安定してNMR信号(A)を検出することができる。
【００８２】
＜傾斜磁場動作と磁場ロック動作＞
NMR信号(A)とNMR信号(B)が干渉しないため、撮像シーケンス中であっても、磁場ロックが可能であることについて説明したが、実際の撮影パルスシーケンスでは、傾斜磁場パルスが印加され、静磁場に傾斜磁場が重畳される。このため、磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123は、傾斜磁場パルスが重畳された静磁場をNMR信号(B)によってフィードバック制御を行うと、本来の静磁場を高精度に安定化させることができない。
【００８３】
そこで、傾斜磁場が印加されている期間中は、磁場ロック高周波ユニット121の動作を停止する。そして、傾斜磁場の印加の直前の補正状態(フィードバック制御量)を維持するように構成することが望ましい。このように構成することで、傾斜磁場による磁場変動に影響されず、超電導コイル105の発生する磁場強度やその他の外乱による磁場変化のみを補償して撮像空間102の磁場強度を安定化させることができる。傾斜磁場の印加時間が通常数ミリ秒のパルス動作であるのに対し、磁石電源106の温度ドリフトや外乱磁場妨害による磁場変化は数秒以上の長時間にわたる変化であるため、傾斜磁場が印加されている期間だけ磁場のフィードバック制御(磁場ロック動作)を停止させても、撮像空間102の磁場強度を高精度に安定させることができる。
【００８４】
傾斜磁場が印加されている期間に磁場ロック動作を停止させる処理について図8を用いて説明する。図8は、撮影パルスシーケンス(傾斜磁場電源110の傾斜磁場パルスの印加タイミングと、計測系高周波ユニット112の高周波磁界の照射タイミングおよびNMR信号(A)の検出タイミング)と、磁場ロック系高周波ユニット123の動作との関係をタイミングチャートとして示した図である。
【００８５】
図8の撮像パルスシーケンスは、患者頭部の横断面(体軸となるy軸に直交するx-z面)をスピンエコー法で撮影するシーケンスである。
【００８６】
過程(1)：最初に、傾斜磁場電源110は傾斜磁場コイル組立体109に駆動電流を供給し、撮影する横断面を決定するためのy傾斜磁場パルス(スライス選択傾斜磁場パルス)401が撮像空間102の被検体101に印加される。同時に、高周波パワーアンプ203から21.28MHzの高周波電流が高周波トランスミッターコイル111に供給され、高周波磁界402が照射される。選択された横断面の水素核原子核(プロトン)1Hは熱平衡状態から共鳴励起状態に移行する。
【００８７】
過程(2)：次に、共鳴励起された水素核原子核(プロトン)1Hは、ラーモア歳差運動を起しながら、緩和時定数(これを縦緩和時間T1と称する)に従って元の熱平衡状態に戻る。この緩和過程でx-z面の位置情報をラーモア歳差運動に付加するため、z傾斜磁場パルス(位相エンコード傾斜磁場パルス)403-1とx傾斜磁場パルス(周波数エンコード傾斜磁場パルス)404が印加される。x傾斜磁場パルス404の印加中に、NMR信号(A)405を高周波レシーバーコイル113によって検出する。
【００８８】
過程(3)：スピンエコー法の撮影モードで選択された時間パラメータに従った待ち時間の間待機する。
【００８９】
待ち時間が経過したならば、過程(1)と過程(2)と過程(3)を繰返す。繰返し数は、例えば256回であり、MRI画像の画素数と一致する。この繰返しで、位相エンコード傾斜磁場は、z傾斜磁場パルス403-1、403-2、……403-256とその強度を256ステップ状に変化させて印加する。この過程(1)から過程(3)の256回の繰り返し期間はイメージング検査の期間406となる。
【００９０】
この期間406中、磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123は、過程(1)および過程(2)の時間は、傾斜磁場パルス401，403，404が印加されているので、磁場ロック用試料122のNMR信号(B)を検出しない休止期間407とする。
【００９１】
そして、積分型直流アンプ214の出力である磁場補正電流はその値を保持する。そして、過程(3)の時間は、磁場ロック用試料122のNMR信号(B)を検出して磁場補正電流を更新する動作期間408となる。
【００９２】
イメージング検査の期間406の前後の患者搬入搬出の時間や待ち時間であるイメージング検査の休止期間409も、磁場ロックは動作期間408となる。
【００９３】
磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123の動作期間408と休止期間409の切り替えは、図2の高周波スイッチ210が行う。即ち、高周波スイッチ210は、シーケンサー114から制御信号219によってオン・オフ制御される。制御信号219は傾斜磁場電源110の入力信号となるD／A変換回路208の制御信号220に連動している。
【００９４】
傾斜磁場が印加される休止期間407は、制御信号219により高周波スイッチ210はオフとなり、磁場ロック系トランスミッター209の出力する20.02MHzの高周波信号は、高周波電力アンプ211および位相検波器213の双方に入力されなくなる。
【００９５】
よって、フッ素原子核19Fが共鳴励起されないばかりか、位相検波器213は参照信号302が無いので、その出力信号はゼロとなる。積分型直流アンプ214は、入力信号がゼロなので、その出力はそれまでの値を維持した状態となる。そして、磁場補正コイル215の印加電流も変化しないのであるから、それまでの補正磁場の値が保持される。一方、傾斜磁場が印加されない動作期間408は、高周波スイッチ210はオンとなり、磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123は、検出したNMR信号(B)に応じて、磁場補正コイル215をフィードバック制御し、静磁場を安定化させる。
【００９６】
＜MRI装置の超電導磁石の動作のフロー＞
次に、MRI装置の超電導磁石の全体の動作を図9を用いて説明する。図9は本実施形態のMRI装置の日常のオペレーションを示すフローチャート図である。
【００９７】
当日の検査施行に先だって、磁石電源106より予め決められた電流160アンペアを超電導磁石103の超電導コイル105に流して静磁場を発生させる(ステップ501)。この操作は、オペレータによる入力装置117の操作で行ってもよいし、コンピュータ115に予めプログラムされた自動立ち上機能を使って行うことも可能である。
【００９８】
超電導磁石103の励磁作業が完了すると、磁場ロック系高周波ユニット123が動作し、磁場ロック用試料122から得られたフッ素原子核19FのNMR信号(B)を用いて、積分型直流アンプ214より磁場補正コイル215に供給する電流をフィードバック制御する。これにより、撮像空間102の磁場強度は、例えば0.5テスラ(磁場ロック・オン状態)になり、維持される(ステップ502)。電圧比較増幅器216の出力信号が、コンピュータ115に入力される。同時に表示装置217に磁場ロック・オン状態であることが表示される。
【００９９】
オペレータは磁場ロック・オン状態であることを、表示装置217で確認後、最初の被検体101を撮像空間102に搬入する(ステップ503)。通常の人体では磁場に影響を与えることはないが、磁性体を装着している場合や、医療インプラントによっては磁性を有していることがあり、この場合、撮像空間102の磁場強度やその均一度分布を変化するが、磁場ロック系高周波ユニット123のフィードバック制御により、撮像空間102の磁場強度を0.5テスラの磁場ロック・オン状態で維持される。通常、被検体101の影響による磁場変化はわずかであるのと、その変化スピード(被検体101の搬入や搬出の操作)に対しては、磁場ロック系高周波ユニット123の応答スピードで充分にカバーすることが可能であるため、磁場ロックがロック・アウト状態になることはない。
【０１００】
次に、被検体101の検査部位のイメージング検査(撮像)が、検査目的に合わせた撮影パルスシーケンスを実行することにより行われる。このとき、傾斜磁場の動作していない期間は、磁場ロック系高周波ユニット123は磁場ロック用試料122のNMR信号を検出し、撮像空間102の磁場強度をフィードバック制御する。傾斜磁場の動作中は、フィードバック制御を停止し、直前の補正量を維持する。これにより、撮影パルスシーケンスの実行中も撮像空間102の磁場強度を0.5テスラに維持できる(ステップ504)。
【０１０１】
最初の被検体101のイメージング検査が終了したならば、撮像空間102より搬出する。この搬出操作中も、磁場強度は0.5テスラのロック・オン状態に維持される(ステップ505)。
【０１０２】
そして、次の被検体101の検査の有無を判定し(ステップ506)、次の被検体101が検査が有る場合は、ステップ503に戻り、ステップ503〜505を繰り返す。この間も磁場ロック・オン機能は維持されたままであり、オペレータは磁場ロック・オンの表示装置217を確認するだけでよい。もちろん、磁場ロック・オン状態の信号218はコンピュータ115に常時入力されているので、磁場ロック・アウト状態でのイメージング検査が施行されることはない。
【０１０３】
一方、ステップ506において、次の被検体101の検査がない場合は、MRI装置は、終了動作に進むか、急患など予約外の被検体101を待機するかを、予め定めた判定基準により判定する(ステップ507)。例えば、オペレータの指示により、終了動作に進むことを指示した場合や、医療施設の終業時刻を経過した場合は、超電導磁石103の消磁作業に移行し、それ以外の場合は、待機すると判定することができる。待機の場合は、ステップ506に戻る。
【０１０４】
終了する場合、超電導磁石103の消磁作業を行う(ステップ508)。消磁作業は、オペレータが入力装置117を介して指示した動作を実行することにより行うか、もしくは、コンピュータ115が予め定められた自動的な消磁動作を実行することにより行う。
【０１０５】
この消磁作業に入ると、磁場ロック系高周波ユニット123は動作を終了し、磁場ロック・アウト状態となる(ステップ508)。
【０１０６】
以上で、一日のMRI装置の動作のフローを説明したが、上述のステップ503〜507までの間、磁場ロック・オン状態が維持される。よって、超電導コイル105のわずかな抵抗成分による磁場減衰や、磁石電源106の温度ドリフトによる出力電流の変化や磁性体の移動等による外乱による磁場変動は補償され、安定に0.5テスラを維持される。
【０１０７】
なお、上述の実施形態では、撮像空間102の静磁場の補正を補正コイル215により行う例について説明したが、この方法に限られるものではない。磁石電源106が超電導コイル105に供給する電流を、位相検波器213の出力信号303に応じてフィードバック制御することにより、超電導コイル105が発生する静磁場を直接補正することも可能である。
【０１０８】
なお、補正コイル215のインダクタンスは、一般的な超電導コイル105に比べ、三桁小さい数百ミリヘンリーにすることができるため、超電導コイル105をフィードバック制御する場合と比較して、高精度な補正が実現可能である。よって、両者の補正を組み合わせたハイブリッド法を採用することも可能である。即ち、磁石電源106のフィードバック制御によって磁場強度を粗調整した後に、補正磁場コイル215で微調整する方法を用いることができる。あるいは、普段は補正磁場コイル215を用いて調整し、磁場強度が大きく変わった場合にのみ、磁石電源106で磁場強度を粗調整することも可能である。
【０１０９】
なお、上述の実施形態では、磁場ロック用の試料に、フッ素原子核19Fを用いたが、重水素原子核2Hの重水(D2O、あるいは2H2Oや重クロロホルムCDCl3)を用いてもよい。この場合は、磁場ロック系トランスミッター209で合成する周波数は3.333MHzとなる。どちらも、水素原子核(プロトン)1Hの磁気共鳴周波数とは異なっているので、磁場ロック系の高周波信号が高周波レシーバーコイル113に誘起したりすることが無く、被検体101の安定なMRI画像が得られる。
【０１１０】
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、磁場ロック用試料122を高周波レシーバーコイル113を保持する保持部(801)に配置する例について説明する。
【０１１１】
高周波レシーバーコイル113は、コイル導体を、絶縁性の材料で構成された所望形状の保持部801によって被覆した構造である。コイル導体および保持部801は、検査部位に応じた形状であり、例えば、図5のように、人体頭部用の高周波レシーバーコイル113は、保持部801は円筒状であり、頭受け台座を備えている。図5の例では、保持部8の頭受け台座の内部に、磁場ロック用試料122を配置している例を示す。
【０１１２】
このように、高周波レシーバーコイル113の内部に磁場ロック用試料122を配置した場合、磁場ロック用試料122は、撮像空間102(撮影領域(FOV))内に位置するが、磁場ロック用試料122にはイメージング検査の水素原子核(プロトン)1Hが含まれないので、イメージング画像には描出されない。
【０１１３】
第2の実施形態の場合、磁場ロック用試料122を撮像空間102内に配置し、しかも、その中心に最も近づけることができる。このことにより、磁場ロック用試料122のフッ素原子核19Fはイメージング検査の水素原子核(プロトン)1Hと同じ強度で同じ均一度の静磁場中に存在するため、NMR信号(B)をNMR信号(A)とより高い相関性で高精度に検出することができる。また、磁場ロック用試料122を高周波レシーバーコイル113毎に、最適な位置や大きさで配置することができる。よって、撮像空間102の磁場を高い精度で安定化させることが可能になる。
【０１１４】
第2の実施形態では、高周波レシーバーコイル113に磁場ロック用試料122が配置されているため、磁場ロックの動作の開始タイミングが、第1の実施形態とは異なる。第2の実施形態の超電導磁石103の動作フローを図10を用いて説明する。
【０１１５】
まず、当日の検査施行に先だって超電導磁石103に所定の電流160アンペアを供給して例示し、超電導コイル105に静磁場を発生させる(ステップ501)。この動作は、図9のステップ501と同じである。超電導磁石103の励磁作業が完了すると、オペレータは、最初の被検体101にイメージング検査目的に適合した高周波レシーバーコイル113を装着して、撮像空間102に搬入する(ステップ1001)。このステップ1001によって、高周波レシーバーコイル113に備えられている磁場ロック用試料122が撮像空間102内に配置されるため、磁場ロック系高周波ユニット123は、磁場ロック用試料122のNMR信号(B)を検出可能になり、静磁場のフィードバック制御が開示され、磁場ロック・オン状態となる(ステップ1002)。電圧比較増幅器216の出力信号218がコンピュータ115に入力され、同時に表示装置217に磁場ロック・オン状態が表示される。
【０１１６】
次に、ステップ504を第1の実施形態と同様に行って、被検体101の検査部位のイメージング検査が施行される。
【０１１７】
最初の被検体101のMRI検査が終了して、撮像空間102より搬出すると、超電導コイル105の形成する磁場から磁場ロック用試料122も搬出されるため、磁場ロック機能は解除される(ステップ1003)。
【０１１８】
次の被検体101の検査の有無を判定するステップ506を経て、次の被検体101有りの場合は、ステップ1001に戻り、被検体101を撮像空間102に搬入する。ここで再び、磁場ロック・オン状態となる(ステップ1002)。
【０１１９】
ステップ506において、次の被検体101の予約がない場合は、MRI装置はステップ507に進み、超電導磁石の消磁のステップ1004に進むか、または、ステップ506に戻って待機するか判定する。ステップ1004では、第1の実施形態のステップ508と同様に、超電導磁石103の消磁作業を行う。なお、ステップ1003ですでに磁場ロックは終了しているので、ステップ1004は消磁のみを行う。
【０１２０】
他の構成および動作は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２１】
(第3の実施形態)
第3の実施形態として、磁場ロック用試料122を被検体101の搬入・搬出する天板119内の複数個所に配置する実施形態を図4を用いて説明する。
【０１２２】
図4のように、天板119内には、被検体101の体軸方向に沿って異なる位置(図4では3箇所)に磁場ロック用試料122-1、122-2、122-3をそれぞれ配置している。この構成の場合、被検体101の検査部位に応じて、撮像空間102に対する天板119の位置が変化する。例えば、被検体101の頭部の検査の場合は、磁場ロック用試料122-1が最も撮像空間102の中心近くに配設される。よって、磁場ロック系高周波ユニット123は、シーケンサー114を介してコンピュータ115から天板119の位置情報を受け取り、それに応じて、複数の磁場ロック用試料122の中から、撮像空間102に最も近い磁気ロック用試料122-1を選択し、磁気ロック用試料122-1のNMR信号(B)を用いて、静磁場のフィードバック制御を行う。
【０１２３】
第3の実施形態において、磁場ロックの開始および終了タイミングは、被検体が搬入・搬出されたタイミングであるので、第2の実施形態の図10のフローと同様である。他の構成および動作は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【符号の説明】
【０１２４】
101  被検体、102  撮像空間、103  超電導磁石、105  超電導コイル、106  磁石電源、109  傾斜磁場コイル組立体、111  高周波トランスミッターコイル、112  計測系高周波ユニット、113  高周波レシーバーコイル、114  シーケンサー、115  コンピュータ、119  天板、122  磁場ロック用試料、123  磁場ロック系高周波ユニット、201  基準周波数発生器、209  磁場ロック系トランスミッター、210  高周波スイッチ、211  高周波パワーアンプ、213  位相検波器(PSD)、214  積分型直流アンプ、215  磁場補正コイル、217  ロック・オン表示装置、701  マイクロキャピラリー、702  フッ素化合物
【図１】
2015072301.tif 000003
【図２】
2015072301.tif 000004
【図３】
2015072301.tif 000005
【図４】
2015072301.tif 000006
【図５】
2015072301.tif 000007
【図６】
2015072301.tif 000008
【図７】
2015072301.tif 000009
【図８】
2015072301.tif 000010
【図９】
2015072301.tif 000011
【図１０】
2015072301.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月27日(2016.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像空間に静磁場を形成する超電導コイルと、前記超電導コイルが前記静磁場を形成している間、前記超電導コイルに電流を継続供給する磁石電源と、前記撮像空間に傾斜磁場を生じさせる傾斜磁場発生部と、前記撮像空間に配置された被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部と、前記被検体の核磁共鳴信号(A)を検出する計測部と、
前記超電導コイルが発生した磁場が印加される位置であって、前記被検体と物理的に干渉しない位置に配置された磁場ロック用試料と、
前記磁場ロック用試料に前記高周波磁場を照射し、前記磁場ロック用試料が発生した核磁気共鳴信号(B)を検出し、検出結果に応じて前記静磁場の強度を調整し、前記静磁場を一定にする磁場ロック部とを有する磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック用試料は、前記計測部が検出する前記核磁気共鳴信号(A)の磁気共鳴周波数とは異なる磁気共鳴周波数の前記核磁気共鳴信号(B)を発生する原子核種を含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記傾斜磁場発生部が前記傾斜磁場を発生している間、前記核磁気共鳴信号(B)の検出結果に応じた前記静磁場の強度の調整を一時的に停止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４】
請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記傾斜磁場発生部が前記傾斜磁場を発生している間は、前記停止直前の調整量を保持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５】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記高周波磁場発生部は、高周波トランスミッターコイルと、前記高周波トランスミッターコイルに前記高周波磁場を発生させるための高周波信号を供給する高周波信号生成部とを含み、
前記磁場ロック部は、前記磁場ロック用試料に高周波を照射する磁場ロック用高周波トランスミッターコイルと、前記磁場ロック用高周波トランスミッターコイルに前記高周波磁場を発生させるための高周波信号を供給する磁場ロック用高周波信号生成部とを含み、  前記高周波信号生成部および前記磁場ロック用高周波信号生成部には、共通の基準周波数信号を供給する基準周波数発生器が接続されてい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】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記被検体を搭載するテーブルをさらに有し、
前記磁場ロック用試料は、前記撮像空間の外側であって、前記計測部および前記テーブルと物理的に干渉しない位置に配置されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記被検体を搭載して搬送するテーブルをさらに有し、
前記磁場ロック用試料は、前記テーブルの被検体が搭載される天板内の1か所以上に配置され、前記被検体とともに前記撮像空間内に挿入されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記計測部は、前記核磁気共鳴信号(A)を受信する高周波レシーバーコイルと、前記高周波レシーバーコイルを保持する保持部とを含み、
前記磁場ロック用試料は、前記高周波レシーバーコイルの前記保持部に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。
【請求項９】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック用試料は、配置される位置における前記超電導コイルの発生する磁場の強度勾配の影響を受けない大きさの容器内に配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記磁場ロック用試料の磁気共鳴周波数と同じ周波数の信号を参照信号として、前記核磁気共鳴信号(B)を位相検波する位相検波部を含み、前記位相検波の出力がゼロになるように前記撮像空間の磁場強度を調整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１１】
請求項10記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記位相検波部の出力がゼロになったことをオペレータに報知する表示部を有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１２】
請求項10記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記計測部は、前記位相検波部の出力がゼロになった状態で、前記被検体の核磁気共鳴信号(A)を計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１３】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック部は、前記核磁気共鳴信号(B)の検出結果に応じて、前記磁石電源の出力電流を変化させることにより前記静磁場の強度を調整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１４】
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記撮像空間に補正磁場を発生する補正コイルをさらに有し、
前記磁場ロック部は、前記核磁気共鳴信号(B)の検出結果に応じて、前記補正コイルに供給する電流を変化させることにより前記静磁場の強度を調整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１５】
請求項7記載の磁気共鳴イメージング装置において、前記磁場ロック用試料は、前記テーブルの前記天板の複数個所にそれぞれ配置され、
前記磁場ロック部は、複数の前記磁場ロック用試料のうちの少なくとも一つを選択して、前記核磁気共鳴信号(B)の検出に用いることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明のMRI装置は、撮像空間に静磁場を形成する超電導コイルと、超電導コイルが静磁場を形成している間、超電導コイルに電流を継続供給する磁石電源と、撮像空間に傾斜磁場を生じさせる傾斜磁場発生部と、撮像空間に配置された被検体に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部と、被検体の核磁共鳴信号(A)を検出する計測部と、磁場ロック用試料と、磁場ロック部とを備えている。磁場ロック用試料は、超電導コイル105が発生した磁場が印加される位置であって、被検体と物理的に干渉しない位置に配置される。磁場ロック部は、磁場ロック用試料に高周波磁場を照射し、磁場ロック用試料が発生した核磁気共鳴信号(B)を検出し、検出結果に応じて静磁場の強度を調整し、静磁場を一定にする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明のMRI装置は、図1〜図3に示すように撮像空間102に静磁場を形成する超電導コイル105と、超電導コイル105が静磁場を形成している間、超電導コイル105に電流を継続供給する磁石電源106と、撮像空間102に傾斜磁場を生じさせる傾斜磁場発生部(109、110)と、撮像空間102に配置された被検体101に高周波磁場を照射する高周波磁場発生部(111、112)と、被検体101の核磁共鳴(NMR)信号(A)を検出する計測部(112、113)とを備えている。さらに本発明のMRI装置は、磁場ロック用試料122と、磁場ロック部(123)とを備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
磁場ロック用試料122は、超電導コイル105が発生した磁場が印加される位置であって、被検体101と物理的に干渉しない位置に配置される。磁場ロック部(123)は、磁場ロック用試料122に高周波磁場を照射し、磁場ロック用試料122が発生したNMR信号(B)を検出し、検出結果に応じて静磁場の強度を調整し、静磁場を一定にする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
このように本発明では、被検体101と干渉しない位置に磁場ロック用試料122を配置し、磁場ロック用試料122が発生したNMR信号(B)に基づいて静磁場強度を磁場ロック部(123)が調整することにより、被検体101のNMR信号(A)を計測しながら、静磁場均一度の調整を行うことが可能になる。これにより、磁場発生中に常に超電導コイルが磁石電源から電流供給を受けるドリブンモード運転の超電導磁石の撮像空間の磁場強度を、高精度に均一な状態に維持することができるため、MRI画像の画質を向上させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
また、磁場ロック部(123)は、NMR信号(B)の検出結果に応じて、撮像空間102に補正磁場を発生する磁場補正コイル215に電流を供給する電流を変化させ、静磁場の強度を調整してもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
撮像空間102に均一な静磁場を発生する超電導磁石103は、NS極となる二つの磁極を有する鉄ヨーク104と、一対の超電導コイル105と、磁石電源106とを備えて構成されている。また、超電導磁石103が発生する静磁場を補正する補正磁場を発生する磁場補正コイル215が、超電導磁石103と撮像空間102との間に配置されている。被検体101の検査部位は、均一な静磁場が発生している撮像空間102の中心に配設される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
超電導コイル105は、冷凍機108に熱伝導部材によって熱的に接続され、20ケルビン温度に冷却されて安定な超電導状態を維持している。超電導コイル105には、磁石電源106より、例えば160アンペアの電流が印加され、撮像空間102に、例えば0.5テスラ強度となるz軸(NMR装置やMRI装置では静磁場の方向をz軸にすることが慣用となっている)に沿った磁束を発生している。撮像空間102は、例えば直径40センチの球空間であり、FOV(Field of View)とも呼ばれる。撮像空間102の磁場均一度は、磁場ロック部(123)が動作していない状態で、3ppm以下になっている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
例えば、図3のように、天板119の下部であって、高周波トランスミッターコイル111の外周側面に、磁場ロック用試料122を配置する。この場合、マイクロキャピラリー701は、直径5ミリメートル程度とする。このサイズであれば、天板119の下の空間での超電導コイル105の磁場強度分布は無視することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
マイクロキャピラリー701の表面には、磁場ロック用試料122のNMR現象を励起する高周波磁界を発生するとともに、生じたNMR信号(B)を検出するソレノイドコイル703が巻回されている。すなわち、ソレノイドコイル703は、磁場ロック用高周波トランスミッターコイルと磁場ロック用高周波レシーバーコイルとを兼用している。そして、ソレノイドコイル703の軸が、撮像空間102のz軸と直交するように、テフロン(登録商標)樹脂で形成されたホルダー704に組込まれて、保持されている。ホルダー704は、例えば、図3のように天板119の下部に固定される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
計測系高周波ユニット112の計測系トランスミッター202と、磁場ロック系高周波ユニット123の磁場ロック系トランスミッター209には、基準周波数発生器201が共通して接続されている。基準周波数発生器201は、クリスタル振動子による10メガヘルツの基準周波数信号を発生する。用いられているクリスタル振動子は長期間のエージング処理が施されており、経時変化が無視できるものである。かつ、温度補償された容器内に収められ、10-8オーダーの安定度を有している。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
磁場ロック系トランスミッター209で生成された20.42MHzの高周波信号は、高周波スイッチ210(この高周波スイッチの回路の機能については後述する)を経由して、高周波電力アンプ211で増幅され、天板119の下に配置された磁場ロック用試料122に巻回されたソレノイドコイル703に印加される。ソレノイドコイル703は、20.42MHzの高周波磁場を磁場ロック用試料(フッ素原子核19F)122に照射する。磁場ロック用試料122は、磁場が0.51テスラである場合、20.42MHzのNMR信号(B)を発生する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
位相検波器(PSD)213のプラスの出力信号303は、積分型直流アンプ214で極性を反転して積分され、所望の値に増幅され、磁場補正コイル215に印加される。これにより、磁場補正コイル215は、超電導コイル105の発生する静磁場強度を低減する向きの磁場を発生する。よって、撮像空間102の磁場強度は、磁場補正コイル215が発生する磁場分が減じられて、再び0.5テスラの値に戻る。これにより、磁場ロック用試料122の配置されている位置の磁場強度も再び0.51テスラに戻るため、NMR信号(B)301と参照信号302は、再び同期し、位相検波器213の出力信号はゼロに戻り、積分型直流アンプ214の出力値も変化しない。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
逆に、超電導コイル105が撮像空間102に形成する静磁場が0.5テスラより小さくなり、磁場ロック用試料122が配置されている位置の静磁場強度が、0.51テスラより小さくなると、磁場ロック用試料(フッ素原子核19F)122のNMR信号(B)の周波数も低くなる。このため、NMR信号(B)301の位相は、参照信号302より遅れ、位相検波器213の出力信号303はマイナスの値を発生する。位相検波器213のマイナスの出力信号303は、積分型直流アンプ214で極性を反転して積分され、所望の値に増幅され、磁場補正コイル215に印加される。磁場補正コイル215は、超電導コイル105の発生する静磁場強度を増加させる向きの磁場を発生する。これにより、撮像空間102の磁場強度は、再び0.5テスラの値に戻り、磁場ロック用試料122の配置されている位置の磁場強度も再び0.51テスラに戻るため、NMR信号(B)301と参照信号302は、再び同期し、位相検波回路213の出力信号はゼロなる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
このように、本実施形態によれば、磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123が、磁場ロック用試料122のNMR信号(B)の周波数に応じて、磁場補正コイル215の発生する補正磁場をフィードバック制御するため、基準周波数発生器201の基準周波数の安定度10-8と同等のオーダー(0.01ppm)まで、撮像空間102の磁場強度を安定化させることができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
2πf  ＝  γB0      ・・・(1)
(1)式にフッ素原子核19Fスピンのラーモア周波数fF(＝20.42MHz)、フッ素原子核19Fの磁気回転比γF(＝25.18)代入すると、磁場強度B0は0.51テスラとなる。この磁場ロック・オン状態で、イメージングに用いられる水素原子核(プロトン)1Hの磁気共鳴条件を検証すると、即ち、水素原子核(プロトン)の磁気回転比γH(＝26.75)と、磁場強度B0(＝0.5テスラ)を(1)式に代入すると、水素原子核(プロトン)1Hのラーモア周波数fHは21.28MHzとなる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
そこで、傾斜磁場が印加されている期間中は、磁場ロック系高周波ユニット123の動作を停止する。そして、傾斜磁場の印加の直前の補正状態(フィードバック制御量)を維持するように構成することが望ましい。このように構成することで、傾斜磁場による磁場変動に影響されず、超電導コイル105の発生する磁場強度やその他の外乱による磁場変化のみを補償して撮像空間102の磁場強度を安定化させることができる。傾斜磁場の印加時間が通常数ミリ秒のパルス動作であるのに対し、磁石電源106の温度ドリフトや外乱磁場妨害による磁場変化は数秒以上の長時間にわたる変化であるため、傾斜磁場が印加されている期間だけ磁場のフィードバック制御(磁場ロック動作)を停止させても、撮像空間102の磁場強度を高精度に安定させることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
図8の撮像パルスシーケンスは、被検体頭部の横断面(体軸となるy軸に直交するx-z面)をスピンエコー法で撮影するシーケンスである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
イメージング検査の期間406の前後の被検体搬入搬出の時間や待ち時間であるイメージング検査の休止期間409も、磁場ロックは動作期間408となる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
よって、フッ素原子核19Fが共鳴励起されないばかりか、位相検波器213は参照信号302が無いので、その出力信号はゼロとなる。積分型直流アンプ214は、入力信号がゼロなので、その出力はそれまでの値を維持した状態となる。そして、磁場補正コイル215の印加電流も変化しないのであるから、それまでの補正磁場の値が保持される。一方、傾斜磁場が印加されない動作期間408は、高周波スイッチ210はオンとなり、磁場ロック部(磁場ロック系高周波ユニット)123は、検出したNMR信号(B)に応じて、磁場補正コイル215をフィードバック制御し、静磁場を安定化させる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
当日の検査施行に先だって、磁石電源106より予め決められた電流160アンペアを超電導磁石103の超電導コイル105に流して静磁場を発生させる(ステップ501)。この操作は、オペレータによる入力装置117の操作で行ってもよいし、コンピュータ115に予めプログラムされた自動立ち上げ機能を使って行うことも可能である。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
超電導磁石103の励磁作業が完了すると、磁場ロック系高周波ユニット123が動作し、磁場ロック用試料122から得られたフッ素原子核19FのNMR信号(B)を用いて、積分型直流アンプ214より磁場補正コイル215に供給する電流をフィードバック制御する。これにより、撮像空間102の磁場強度は、例えば0.5テスラ(磁場ロック・オン状態)になり、維持される(ステップ502)。電圧比較アンプ216の出力信号が、コンピュータ115に入力される。同時に表示装置217に磁場ロック・オン状態であることが表示される。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
なお、上述の実施形態では、撮像空間102の静磁場の補正を磁場補正コイル215により行う例について説明したが、この方法に限られるものではない。磁石電源106が超電導コイル105に供給する電流を、位相検波器213の出力信号303に応じてフィードバック制御することにより、超電導コイル105が発生する静磁場を直接補正することも可能である。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
なお、磁場補正コイル215のインダクタンスは、一般的な超電導コイル105に比べ、三桁小さい数百ミリヘンリーにすることができるため、超電導コイル105をフィードバック制御する場合と比較して、高精度な補正が実現可能である。よって、両者の補正を組み合わせたハイブリッド法を採用することも可能である。即ち、磁石電源106のフィードバック制御によって磁場強度を粗調整した後に、磁場補正コイル215で微調整する方法を用いることができる。あるいは、普段は磁場補正コイル215を用いて調整し、磁場強度が大きく変わった場合にのみ、磁石電源106で磁場強度を粗調整することも可能である。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
なお、上述の実施形態では、磁場ロック用試料122に、フッ素原子核19Fを用いたが、重水素原子核2Hの重水(D2O、あるいは2H2Oや重クロロホルムCDCl3)を用いてもよい。この場合は、磁場ロック系トランスミッター209で合成する周波数は3.333MHzとなる。どちらも、水素原子核(プロトン)1Hの磁気共鳴周波数とは異なっているので、磁場ロック系の高周波信号が高周波レシーバーコイル113に誘起したりすることが無く、被検体101の安定なMRI画像が得られる。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
まず、当日の検査施行に先だって超電導磁石103に所定の電流160アンペアを供給して例示し、超電導コイル105に静磁場を発生させる(ステップ501)。この動作は、図9のステップ501と同じである。超電導磁石103の励磁作業が完了すると、オペレータは、最初の被検体101にイメージング検査目的に適合した高周波レシーバーコイル113を装着して、撮像空間102に搬入する(ステップ1001)。このステップ1001によって、高周波レシーバーコイル113に備えられている磁場ロック用試料122が撮像空間102内に配置されるため、磁場ロック系高周波ユニット123は、磁場ロック用試料122のNMR信号(B)を検出可能になり、静磁場のフィードバック制御が開示され、磁場ロック・オン状態となる(ステップ1002)。電圧比較アンプ216の出力信号218がコンピュータ115に入力され、同時に表示装置217に磁場ロック・オン状態が表示される。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
図4のように、天板119内には、被検体101の体軸方向に沿って異なる位置(図4では3箇所)に磁場ロック用試料122-1、122-2、122-3をそれぞれ配置している。この構成の場合、被検体101の検査部位に応じて、撮像空間102に対する天板119の位置が変化する。例えば、被検体101の頭部の検査の場合は、磁場ロック用試料122-1が最も撮像空間102の中心近くに配設される。よって、磁場ロック系高周波ユニット123は、シーケンサー114を介してコンピュータ115から天板119の位置情報を受け取り、それに応じて、複数の磁場ロック用試料122の中から、撮像空間102に最も近い磁場ロック用試料122-1を選択し、磁場ロック用試料122-1のNMR信号(B)を用いて、静磁場のフィードバック制御を行う。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
101  被検体、102  撮像空間、103  超電導磁石、105  超電導コイル、106  磁石電源、109  傾斜磁場コイル組立体、111  高周波トランスミッターコイル、112  計測系高周波ユニット、113  高周波レシーバーコイル、114  シーケンサー、115  コンピュータ、119  天板、122、122-1、122-2、122-3  磁場ロック用試料、123  磁場ロック系高周波ユニット、201  基準周波数発生器、209  磁場ロック系トランスミッター、210  高周波スイッチ、211  高周波パワーアンプ、213  位相検波器(PSD)、214  積分型直流アンプ、215  磁場補正コイル、217  ロック・オン表示装置、701  マイクロキャピラリー、702  フッ素化合物
【手続補正２９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2015072301.tif 000013
【手続補正３０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【国際調査報告】
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