(57)【要約】      （修正有）【課題】シーケンスに応じて傾斜磁場電源や傾斜磁場コイルを冷却することが可能なMRI装置を提供する。【解決手段】傾斜磁場発生系を水量と水流の目標指令値を設定して水冷する冷却部107と、前記水量と水流および冷却部の温度を検出する温度センサ105bと、該検出器で検出した水量と水流および冷却部の温度を、前記傾斜磁場発生系の軸ごとに与えられたシーケンス指令値に基づき前記水量と水流の目標指令値を設定制御するシーケンサ4と備える。【選択図】図２
2013118969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生手段と、前記静磁場へ重畳して傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生手段と、前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する高周波コイルと、前記被検体から発生するＮＭＲ信号を検出する手段と、前記検出された信号を画像化する手段と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
少なくとも前記傾斜磁場発生手段を水量と水流の目標指令値を設定して水冷する冷却部と、
前記水量と水流および冷却部の温度を検出する検出器と、
該検出器で検出した水量と水流および冷却部の温度を、前記傾斜磁場発生手段の軸ごとに与えられたシーケンス指令値に基づき前記水量と水流の目標指令値を設定制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
前記冷却部は、前記目標指令値により水量・水流を流す分配装置を備え、
前記制御手段により制御した前記水流・水量値を冷却のために流すように保つ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の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(以下、「MRI」という)装置に係り、特に傾斜磁場コイル、傾斜磁場電源の冷却に好適な水冷システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
MRI装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するNMR信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を2次元的に或いは3次元的に画像化する装置である。撮影においては、NMR信号には、傾斜磁場によって異なる位相エンコードが付与されるとともに周波数エンコードされて、時系列データとして計測される。計測されたNMR信号は、2次元又は3次元フーリエ変換されることにより画像に再構成される。
【０００３】
そして、MRI装置の電源と傾斜磁場コイルは、特許文献1に記載されているように、水冷式等により冷却する方式が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009-273591号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、MRI装置の撮像シーケンス(以下、単にシーケンス、という)ごとに、傾斜磁場コイルのX軸、Y軸、Z軸のそれぞれの発熱量が異なる点、MRI装置を設置する室内の急激な温度変化がある点を考えると、特許文献1のように、傾斜磁場コイルのXYZ全軸共に同じ冷却方法では冷却の効率が悪く、冷却効率の改善の余地がある。
【０００６】
つまり、特許文献1には、シーケンスに対応して傾斜磁場コイルのX軸、Y軸、Z軸のそれぞれの冷却能力を制御することに関して配慮がされていなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、シーケンスに応じて傾斜磁場電源や傾斜磁場コイルを冷却することが可能なMRI装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のMRI装置は、少なくとも前記傾斜磁場発生手段を水量と水流の目標指令値を設定して水冷する冷却部と前記水量と水流および冷却部の温度を検出する検出器と、該検出器で検出した水量と水流および冷却部の温度を、前記傾斜磁場発生手段の軸ごとに与えられたシーケンス指令値に基づき前記水量と水流の目標指令値を設定制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明 によれば、シーケンスに応じて傾斜磁場電源や傾斜磁場コイルを冷却することが可能なMRI装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の全体構成を説明するための図である。
【図２】図1の傾斜磁場コイルと傾斜磁場電源の部分構成を説明する図。
【図３】図2の冷却部の動作の説明する機能ブロック図である。
【図４】図2の冷却部の動作例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。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。
【００１２】
最初に、本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。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、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。
【００１３】
静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1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。
【００１４】
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイル9を駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する。撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、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方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。傾斜磁場電源10は、シーケンサ4から受けた命令を変換した電流値をデジタル値に変換するA/ Dコンバータを内蔵している。
【００１５】
シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。
【００１６】
送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力されたRFパルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調されたRFパルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。
【００１７】
受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA／D変換器17でデジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。 
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。
【００１８】
操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
【００１９】
なお、図1において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。
【００２０】
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。
【００２１】
図2は図1の傾斜磁場コイルと傾斜磁場電源の部分構成を説明する図である。傾斜磁場コイルと傾斜磁場電源の部分構成は、シーケンサ4と、傾斜磁場電源制御部103と、水冷制御回路104と、電流アンプ部105と、傾斜磁場コイル9と、冷却のための冷却部107と、水冷制御回路104からの指令に応じて水温調整をする熱交換器108と、水量調整バルブ109と、を備えている。
【００２２】
傾斜磁場電源制御部103は、各軸の傾斜磁場電源10の内部で電源制御を行う。水冷制御回路104は冷却水の流れを制御する。電流アンプ部105はシーケンスによって設定された電流を傾斜磁場コイル9に供給する。電流アンプ部105の回路はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)105aを含んでいる。IGBT105aは傾斜磁場電源制御部103の主な発熱源であり、IGBT105aの周囲温度を測定するために公知の半導体温度センサ(以下、単に温度センサ、という)105bが設けられている。温度センサ105bの測定値は、シーケンサ4に常に信号伝達している。冷却部107は水冷制御回路104にて制御された水を冷却する。熱交換器108は水冷制御回路104からの指令に応じて水温調整をする。水量調整バルブ109は熱交換器108により各電流アンプに分配される水の水量・水流を調整する。
【００２３】
次に、傾斜磁場電源制御部と傾斜磁場コイルの水冷の動作について説明する。
図3は、図2の冷却部の動作の説明する機能ブロック図で、図4は図2の冷却部の動作例を説明するフローチャートである。
【００２４】
MRI装置で撮像するために、シーケンス条件を入力する操作部25から入力された値は、シーケンサ4にて傾斜磁場電源10の制御値に変換され、水冷制御回路104を有した傾斜磁場電源10にてその値に応じた電流が生成され、生成された電流は傾斜磁場コイル9に流され、傾斜磁場コイル9は傾斜磁場を発生する一方で発熱する。
【００２５】
MRI装置において冷却が必要なコンポーネントは、傾斜磁場コイル9だけでなく、傾斜磁場電源10とヘリウムコンプレッサー305がある。
【００２６】
これらの各コンポーネントへの水の流れは次の経路を辿る。
つまり、冷却部107より流れ出した水は、傾斜磁場電源10の内部の水冷制御回路104、熱交換器108、水量調整バルブ109を経由して、傾斜磁場電源10と傾斜磁場コイル9とヘリウムコンプレッサー305へ流されて、再び冷却部107に戻る。
【００２７】
次に、図4のフローチャートと図3の機能ブロック図を用いて動作手順を説明する。
操作者は、所定のシーケンスでMRI装置が撮像するために、所定のシーケンスのパラメータを操作部25に入力する(ステップ401)。
【００２８】
シーケンサ4は、操作部25に入力されたシーケンスのパラメータを電流値指令値に変換し、変換された電流値指令値傾斜磁場電源10へ送る。傾斜磁場電源10は各軸の電流値をデジタル値に変換する(ステップ402)。
【００２９】
シーケンサ4は、ステップ402でデジタル値に変換された電流値が許容電流値Imaxを超えていないことを判定する。判定した結果、超えていればエラーとしてシーケンスを停止するステップ408(No)に移行し、超えていなければ次のステップ404(Yes)に移行する(ステップ403)。
【００３０】
シーケンサ4は、変換された電流値・フィードバック値に応じた冷却水の水温、水量、水流を計算する(ステップ404)。
【００３１】
シーケンサ4は、各コンポーネントに流すための冷却水を熱交換器102に作らせる (ステップ405)。
【００３２】
シーケンサ4は、水量・水流調整バルブ109を制御し、指令された条件で各コンポーネントに冷却水を分配する(ステップ406)。
【００３３】
シーケンサ4は、冷却対象の温度を測定し、測定された温度が指定温度を超えていないか否かを判定する。判定の結果、超えていればステップ404(No)に移行し、超えていなければステップ409(Yes)に移行する。
【００３４】
例えば、冷却対象を傾斜磁場電源とすれば温度センサ105bによってIGBT105aの周辺温度を測定する。温度センサ105bが測定する温度が指定温度を超えている場合にはステップ404に戻り、超えていない場合にはステップ409に進み、検査続行とし、シーケンスでの撮像動作に移行する。
【００３５】
以上、本発明によれば、被検体を収容する空間に均一な静磁場を発生させる静磁場発生系2と、前記静磁場へ重畳して傾斜磁場を発生させる傾斜磁場発生系3と、前記被検体へ照射する高周波磁場を発生する送信系5と、前記被検体から発生するNMR信号を検出する受信系6と、前記検出された信号を画像化する信号処理系7と、を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、傾斜磁場発生系3を水量と水流の目標指令値を設定して水冷する冷却部107と、前記水量と水流および冷却部の温度を検出する温度センサ105bと、該検出器で検出した水量と水流および冷却部の温度を、前記傾斜磁場発生系3の軸ごとに与えられたシーケンス指令値に基づき前記水量と水流の目標指令値を設定制御するシーケンサ4と備えたため、シーケンスに応じて傾斜磁場電源や傾斜磁場コイルを冷却することが可能なMRI装置を提供することができる。
【００３６】
また、冷却部107は、前記目標指令値により水量・水流を流す水量調整バルブ109を備え、シーケンサ4により制御した前記水流・水量値を冷却のために、傾斜磁場発生系3に冷却水を流すように保つ制御を行ってもよい。
【００３７】
また、上記実施例の固有の効果は、傾斜磁場電源や傾斜磁場コイルへの冷却において、シーケンスに応じた効率の良い冷却を行うことができる。
【００３８】
また、温度検出を行って制御回路に最適な水冷を行うことができるため、モジュールや部品の寿命を延ばすことができ、例えば傾斜磁場電源用モジュール内の温度上昇によるIGBT105aの破損などを回避することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
1  被検体、2  静磁場発生系、3  傾斜磁場発生系、4  シーケンサ、5  送信系、6  受信系、7  信号処理系、8  中央処理装置(CPU)、9  傾斜磁場コイル、10  傾斜磁場電源、11  高周波発信器、12  変調器、13  高周波増幅器、14a  高周波コイル(送信コイル)、14b  高周波コイル(受信コイル)、15  信号増幅器、16  直交位相検波器、17  A/D変換器、18  磁気ディスク、19  光ディスク、20  ディスプレイ、21  ROM、22  RAM、23  トラックボール又はマウス、24  キーボード、103  傾斜磁場電源制御部、104  水冷制御回路部、105  電流アンプ部、105a  IGBT、105b  温度センサ、107  冷却部、108:熱交換機、109:水量調整バルブ、205:ヘリウムコンプレッサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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