(57)【要約】【課題】磁気共鳴イメージング装置の動作による温度変化に基づくＲＦ照射ゲインの変化を予測して修正することが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現する。【解決手段】初期のＲＦゲインの調整を行い、被検体１を撮像し、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６により傾斜磁場の印加量を計算する。計算した傾斜磁場の印加量に基づいてＲＦ照射ゲインの変化率の計算を行いＲＦ照射ゲイン変化率が閾値を超えたか否かを判断する。ＲＦ照射ゲイン変化率が閾値を超えた場合、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６はＲＦ照射ゲイン変化率に基づいてＲＦ照射ゲインを調整する。【選択図】図１
2009225952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波信号発生手段と、高周波信号受信手段と、この高周波信号受信手段により受信された核磁気共鳴信号に基づいて画像を再構成する画像再構成手段と、上記静磁場発生手段、傾斜磁場発生手段、高周波信号発生手段、高周波信号受信手段及び画像再構成手段の動作を制御して、撮像動作を制御する制御手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記傾斜磁場発生手段から発生される傾斜磁場の印加量に対応して、上記高周波信号発生手段の高周波信号発生ゲインを補正する高周波信号発生ゲイン補正手段を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
上記高周波信号発生ゲイン補正手段は、傾斜磁場の印加量の積算値と上記高周波信号発生ゲインの変化率との関係を示すデータを記憶し、上記傾斜磁場の印加量の積算値を算出して、算出した傾斜磁場の印加量の積算値に対応する高周波信号発生ゲインの変化率が閾値を超えたとき、上記高周波信号発生ゲインを補正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３】
請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、
上記高周波信号発生ゲイン補正手段は、上記制御手段による撮像動作の停止時間を計測し、計測した停止時間に従って上記傾斜磁場印加量の積算値を補正し、補正した積算値に基づいて、上記高周波信号発生ゲインの変化率を算出す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に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）は、静磁場中に置かれた原子核の磁気モーメントに対し、固有の周波数を有するＲＦパルスを印加し、これにより生じる磁気共鳴現象を利用して物質の自然科学的な情報を測定し、画像として可視化する装置である。
【０００３】
ＭＲＩ装置は静磁場発生装置、ＲＦ発生装置、傾斜磁場発生装置を備えている。この内、静磁場発生装置は一定の磁場を供給するため、定常的に動作するが、高周波磁場発生装置と傾斜磁場発生装置は設定されたシーケンスパターンに応じてそれぞれ動作する。これらは磁気モーメントの振る舞いを制御する手段であるため、高度に調整、制御されている必要がある。
【０００４】
しかし、実際には装置の動作中に様々な要因によって生じるハードの特性変化が中心周波数などの物理量の変動を引き起こすことがあり、ＲＦ発生装置や傾斜磁場発生装置の制御目標値と実際の値とが撮像中にずれていく可能性があった。
【０００５】
この解決法として、装置の動作により各物理量が影響を受けない材質や構造を用いるなどハード的なアプローチが考えられている。
【０００６】
また、特許文献１には、静磁場発生装置の温度変化による中心周波数の変動量に従ってＲＦ発生装置の周波数を変更し、ボケ画像の発生を抑制する技術が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−７６５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＭＲＩ装置では、高周波信号を測定対象に照射することでスピンを励起しスピンの緩和現象を生じさせる。このときの励起の度合いはＲＦ照射ゲインを撮像前に調整することにより調整される。しかし、その調整に時間を要するため、一撮像対象につき最初のスキャンの前に１回のみ行うが普通である。
【０００９】
したがって、撮像中にＲＦ照射ゲインが変化すると、スピンの励起の度合いを正しく制御できなくなるため、ＲＦ照射ゲインの変化量によっては画質に影響を及ぼすことが考えられる。
【００１０】
特許文献１に記載の技術のように、ハードの特性変化に応じてＲＦ発生装置の周波数を変更しているが、ＲＦ照射ゲインについては、何ら考慮されていない。
【００１１】
本発明の目的は、磁気共鳴イメージング装置の動作による温度変化に基づくＲＦ照射ゲインの変化を予測して修正することが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
【００１３】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置において、傾斜磁場発生手段から発生される傾斜磁場の印加量に従って、高周波信号発生手段の高周波信号発生ゲインを補正する高周波信号発生ゲイン補正手段を備える。
【発明の効果】
【００１４】
磁気共鳴イメージング装置の動作による温度変化に基づくＲＦ照射ゲインの変化を予測して修正することが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
まず、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概要を説明する。図１はＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図である。図１において、ＭＲＩ装置は、静磁場発生磁気系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、操作部２５とを備えている。
【００１７】
静磁場発生磁気回路２は、被検体１の周りにその体軸方向又は体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体１の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式又は常電導方式や超電導方式の磁場発生手段が配置されている。
【００１８】
傾斜磁場発生系３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれのコイル９を駆動する傾斜磁場電源１０とを有し、シーケンサ４から命令に従ってそれぞれのコイル９の傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の傾斜磁場Ｇｓ、Ｇｐ、Ｇｆを被検体１に印加する。この傾斜磁場の加え方により、被検体１に対するスライス面を設定することができ、またエコー信号をエンコードし位置情報を付与する。
【００１９】
また、傾斜磁場の印加に起因する渦電流の空間的かつ時間的な情報から、静磁場発生磁気系２の一部を形成しているシムコイル、あるいは傾斜磁場発生系３に対して補償電流を印加することが出来る。
【００２０】
送信系５は、シーケンサ４から送出される高周波磁場パルスにより被検体１の生体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信号を照射するもので、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１４ａとを有する。
【００２１】
高周波発振器１１から出力された高周波パルスは、高周波増幅器１３で増幅された後に被検体１に近接して配置された送信側の高周波コイル１４ａに供給される。そして、高周波コイル１４ａからの電磁波（高周波信号）が被検体１に照射される。
【００２２】
受信系６は、被検体１の生体組織の原子核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１４ｂと、増幅器１５と、直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とを有する。送信側の高周波コイル１４ａから照射された電磁波による被検体１の応答電磁波（ＮＭＲ信号）は被検体１に近接して配置された受信側の高周波コイル１４ｂで検出され、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に入力され、デジタル量に変換される。
【００２３】
さらに、シーケンサ４からの命令によるタイミングで直交位相検波器１６によりサンプリングされた二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系７に送られるようになっている。
【００２４】
信号処理系７は、受信系６で検出したエコー信号を用いて画像再構成演算を行うと共に画像表示をするもので、エコー信号についてフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の処理及びシーケンサ４の制御を行うＣＰＵ８と、経時的な画像解析処理及び計測を行うプログラムやその実行において用いる不変のパラメータなどを記憶するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）２１と、前計測で得た計測パラメータや受信系６で検出したエコー信号、及び関心領域設定に用いる画像を一時保管すると共にその関心領域を設定するためのパラメータなどを記憶するＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリ）２２とを備える。さらに、信号処理系７は、ＣＰＵ８で再構成された画像データを記録するデータ格納部となる光磁気ディスク１９及び磁気ディスク１８と、これらの光磁気ディスク１９又は磁気ディスク１８から読み出した画像データを映像化して断層像として表示する表示部となるディスプレイ２０とを備える。
【００２５】
シーケンサ４は、被検体１の生体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高周波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あり、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系５及び傾斜磁場発生系３並びに受信系６に送るようになっている。
【００２６】
また、操作部２５は、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２３及びキーボード２４を備える。
【００２７】
ＲＦ照射ゲイン補正装置２６は、演算とデータの蓄積が可能なＰＣで構成され、後述するＲＦ照射ゲインの変動を予測するためのシーケンスパターン解析作業を行う。なお、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６の機能を信号処理系７に含めてもよい。
【００２８】
ここで、送信側の高周波コイル１４ａは受信機能も備え、送受信高周波コイルである場合がある。また、傾斜磁場コイル９と高周波コイル１４ａは、図２に示すように、静磁場に対して並んで設置されており、その間にはＲＦシールド２７が設置されている。
【００２９】
ＲＦシールド２７は、傾斜磁場電源１０から発生するノイズが高周波コイル１４ａに侵入するのを防ぐ。また、ＲＦシールド２７は高周波用のシールドであるため、可聴周波数で動作する傾斜磁場に対しては透明であるが、ラジオ周波数で動作するＲＦパルスに対しては不透明であり、お互いのカップリングを防止する目的も担っている。
【００３０】
ＲＦシールド２７は、シールド効果を有する一方で、導電体で構成されているので、渦電流が誘導される。このため、誘導された渦電流により生じる磁場が高周波コイル１４ａから照射されるＲＦパルスを打ち消す方向に発生し、高周波コイル１４ａのＲＦ照射効率を下げるデメリットもある。このデメリットは、ＲＦシールド２７と高周波コイル１４ａとの設置距離に依存し、ＲＦシールド２７が高周波コイル１４ａに近ければ近いほどＲＦ照射効率を下げることになる。
【００３１】
また、このとき、高周波コイル１４ａが受信機能も有する場合には同時に受信に対しても効率を下げ、画像のＳＮＲ低下の要因となる。
【００３２】
以上の理由からＲＦシールド２７は、高周波コイル１４ａから極力離して設置するのが好ましい。
【００３３】
しかし、ここで別の問題が生じてしまう。前述したようにＲＦシールド２７は高周波コイル１４ａと傾斜磁場コイル９との間に設置されるため、ＲＦシールド２７を高周波コイル１４ａから離すと傾斜磁場コイル９に近づくことになる。傾斜磁場コイル９には傾斜磁場発生の際に大きな電流が流れるため撮像中の発熱量が大きく、隣接するＲＦシールド２７にも熱が伝わってしまう。
【００３４】
その結果、ＲＦシールド２７が局所的に温度が上昇して熱膨張することで撓みが生じることによりシールド性能が変化し、高周波コイル１４ａのＲＦ照射効率が変わってしまう可能性がある。
【００３５】
ＭＲＩ装置では、スキャン前にＲＦ照射ゲインの調整を行うことで励起時のフリップアングル制御の精度を維持しているが、調整に時間を要するためスキャン毎には行わず、通常は一被検体に付き最初の１回のみ調整を行っている。
【００３６】
よって、撮像中にＲＦ照射効率が変化した場合にはＲＦ照射ゲインが不適切となり、フリップアングルのずれから画質の不良に繋がる可能性がある。
【００３７】
そこで、本発明においては、ＲＦシールド２７を高周波コイル１４ａから離れた位置に設置し、高いＲＦ照射効率と受信効率を維持したままＲＦ照射ゲインのずれによる画質劣化を回避する。
【００３８】
まず、発熱の影響を受けたときのＲＦシールド２７によるＲＦ照射ゲインの変化を定量化する。具体的には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の傾斜磁場を個々に印加した場合に、傾斜磁場の印加量（Ｔ・ｓｅｃ／ｍ）、つまり、印加傾斜磁場の積分値とＲＦ照射ゲインの変化率（温度上昇前のＲＦ照射ゲインを基準）との関係を測定し、そのデータをＲＦ照射ゲイン補正装置（高周波信号発生ゲイン補正手段）２６の内部メモリに保存しておく（図３に示す）。
【００３９】
ここで、ＲＦ照射ゲイン（高周波信号発生ゲイン）について変化率としたのは、測定対象によってＲＦ照射ゲインの基準値が異なるためである。変化率とすることで汎用性を持たせている。また、傾斜磁場の印加量はシーケンサ４から与えられた傾斜磁場の印加パターンの印加面積から求める。ただし、定量化が可能ならば傾斜磁場印加面積以外の値でも構わない。また、傾斜磁場印加量とＲＦ照射ゲインの変化とを直接関係づけることが難しい場合には、他の測定量を介して関係づけても構わない。
【００４０】
例えば、「傾斜磁場印加量と傾斜磁場コイル９の温度変化」の関係と、「傾斜磁場コイル９の温度変化とＲＦシールド２７との温度変化」の関係と、「ＲＦシールド２７の温度変化とＲＦ照射ゲイン変化率」の関係とを測定し、測定したこれらの関係から、傾斜磁場印加量とＲＦ照射ゲインの変化との関係を算出することもできる。
【００４１】
ＭＲＩ装置で被検体１の撮像を行う際には、操作部２５から撮像条件の設定を行い、これに従ってシーケンサ４がＲＦパルス及び傾斜磁場パルスの印加パターン（以下、撮像シーケンスという）を作成する。ここで、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６により撮像シーケンスの傾斜磁場部分を解析し、各軸における傾斜磁場の印加面積を求める。
【００４２】
求めた印加面積は撮像毎に加算され、図３で示した基本データと照合しながらＲＦ照射ゲインの上昇予測値を随時求め、撮像に使用しているＲＦ照射ゲインと実際に適合したＲＦ照射ゲインとのずれを監視する。ここで、ＲＦ照射ゲインの変化率に関して予め画質に影響を及ぼしてしまう閾値を決めておく。
【００４３】
ただし、ＲＦ照射ゲインにおいてどの程度のずれが画質に影響を及ぼしてしまうかはシーケンスの種類によって異なることが考えられるため、閾値はシーケンス毎に設定しても構わない。その場合には閾値を超えたかどうかの判断を行う際に、判断の後に実行されるシーケンスの種類毎に設定された閾値を用いればよい。
【００４４】
撮像を行っている際に、予測されるＲＦ照射ゲインが設定した閾値を超えたとき、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６はＲＦ照射ゲインの再調整命令を出し、ＲＦ照射ゲインの再調整を実行することにより、不適切なＲＦ照射ゲインによる画質不良を回避することができる。
【００４５】
図４は、ＲＦ照射ゲイン調整処理の動作フローチャートである。図４のステップＳ１において、初期のＲＦゲイン（高周波コイル１４ａから照射される高周波信号の初期ゲイン）の調整を行う。この処理は従来技術と同様な処理であり、操作者により行ってもよいし、ＣＰＵ８の指令により自動的に行うように構成することも可能である。
【００４６】
次に、被検体１を撮像し、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６により、傾斜磁場の印加量を計算し、計算した傾斜磁場の印加量に基づいてＲＦ照射ゲインの変化率計算を行う（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４）。
【００４７】
次に、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６は、ＲＦ照射ゲインの変化率が閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ５）。このステップＳ５において、ＲＦ照射ゲインの変化率が閾値を超えていない場合は、撮像を続行し（ステップＳ６）、ステップＳ３に戻る。
【００４８】
ステップＳ５において、ＲＦ照射ゲインの変化率が閾値を超えた場合は、ステップＳ７に進み、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６は、計算したＲＦ照射ゲイン変化率に基づいて、ＲＦ照射ゲインを調整する。この場合、変化率が０となるように、ＲＦ照射ゲインを調整することが好ましいが、変化率が０となるように調整するのではなく、上記閾値未満であって、適切な値（例えば、閾値の５０％）に調整することもできる。また、このステップＳ５において、ＲＦ照射ゲインを再調整中であることをディスプレイ２０に表示し、再調整終了後には、終了したことを表示した後に、その表示をディスプレイ２０から消去するように構成すること０もできる。そして、処理は、ステップＳ６を介してステップＳ３に戻る。
【００４９】
予定した撮像処理が終了すれば、図４に示したＲＦ照射ゲイン調整処理の動作も終了する。
【００５０】
図４に示した動作を行うことにより、必要最小限のＲＦゲイン調整回数によって効率よく画質不良を回避することが可能である。
【００５１】
なお、上記ではＲＦシールド２７及び傾斜磁場コイル９が加熱され続けると仮定したが、実際には傾斜磁場の印加が行われない撮像の合間では傾斜磁場コイル９は、冷却されるはずである。よって、冷却によるＲＦ照射ゲイン変化の時間依存性を予め測定しておけば、撮像と撮像の間の冷却によりどれだけＲＦ照射ゲインが戻ったかを考慮し、より適切なタイミングで再調整を行うことが可能となる。
【００５２】
つまり、図５に示すように、図４と同様に横軸を傾斜磁場印加量とし、縦軸をＲＦ照射ゲインの変化率とすると、撮像Ａと、その後に実行された撮像Ｂとの間の冷却分を戻した点における傾斜磁場印加量として、撮像ＢによるＲＦ照射ゲイン変化率を求める。具体的には、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６は、撮像動作の停止時間（撮像Ａの終了時点と撮像Ｂの開始時点との間の時間）を計測し、その計測した停止時間に対応する量だけ傾斜磁場印加量の積算値を減少させる補正を行う。そして、補正した傾斜磁場印加量から印加量の積算を開始し、対応するＲＦ照射ゲイン変化率が閾値を超えたとき、ＲＦ照射ゲインを調整する。
【００５３】
また、被検体１が変わったときには基準となるＲＦ照射ゲインが変わる。また、このとき、必ずしもＲＦシールド２７の温度が戻るわけではないため、図６に示すように、被検体Ａから被検体Ｂに変更する間に要した時間による冷却分だけ（個々のＭＲＩ装置毎に予め経過時間とＲＦ照射ゲイン変化率の戻り量を予め求めておく）、ＲＦ照射ゲインの変化率を戻す。そして、被検体Ｂの撮像開始から測定した傾斜磁場印加量に基づいて、ＲＦ照射ゲイン変化率を算出すればよい。
【００５４】
図７は、あるシーケンスを用いて傾斜磁場を印加し続けた際の傾斜磁場コイル９及びＲＦシールド２７の温度変化を測定した一例を示すグラフである。図７の横軸は、経過時間（分）を示し、縦軸は、温度（摂氏）を示す。また、図７の丸印は、傾斜磁場コイル９の温度を示し、三角印はＲＦシールド２７の温度を示す。
【００５５】
図７において、１１分間の傾斜磁場印加により、傾斜磁場コイル９の温度が約２０度上昇しており、それに伴ってＲＦシールド２７の温度も同様に上昇している。このときの傾斜磁場印加前後におけるＲＦ照射ゲイン変化量は約１０％であり、１１分間に印加された傾斜磁場印加量をＡとする。
【００５６】
画質に影響を及ぼすＲＦ照射ゲインの変化閾値を２０％に設定した場合を考える。１分間の傾斜磁場印加量の合計がＢであるシーケンスを連続実行する場合、ＲＦ照射ゲインの変化が２０％に達するのは、単純に２Ａ／Ｂ分後である。したがって、傾斜磁場の印加を継続して２Ａ／Ｂ分を超えて行った場合には、同一被検体であっても次のスキャン実行前にＲＦ照射ゲインの調整を改めて実行することで適切なＲＦ照射ゲイン値に更新する。
【００５７】
その後、傾斜磁場の印加時間を計測し、更新時間となったときには、ＲＦ照射ゲインの調整を実行する。
【００５８】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、傾斜磁場印加量とＲＦ照射ゲインの変化率との関係を予め求めておき、被検体の撮像に際して、ＲＦ照射ゲイン補正装置２６が、ＲＦ照射ゲイン変化率の閾値に対応する傾斜磁場印加量となったことを判断すると、ＲＦ照射ゲインを自動的に調整するように構成されている。
【００５９】
したがって、磁気共鳴イメージング装置の動作による温度変化に基づくＲＦ照射ゲインの変化を予測して修正することが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することでき、ＲＦ照射ゲインの変化による画質劣化を抑制することが可能となる。
【００６０】
なお、上述した例では、傾斜磁場印加の合計量に基づいて、ＲＦ照射ゲインの調整可否を判断としているが、ハードの構造によっては傾斜磁場コイル９の温度上昇が傾斜磁場を印加する絶対軸に依存することも考えられる。したがって、ハードに適した形で絶対軸毎に重み付けをすることで精度の向上を期待することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明が適用されたＭＲＩ装置の全体構成図である。
【図２】ＭＲＩ装置における送受信高周波コイル、傾斜磁場コイル、ＲＦシールドの位置関係の模式図である。
【図３】ＲＦ照射ゲイン変化率との傾斜磁場印加量との関係を説明するグラフである。
【図４】本発明の一実施形態によるＲＦ照射ゲインの再調整実施フローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態において撮像処理間の傾斜磁場コイルの冷却によるＲＦ照射ゲインの戻りを考慮した場合の変化予測動作を説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態において被検体を変えたときのＲＦ照射ゲインの戻りを考慮した場合の変化予測動作を説明する図である。
【図７】連続した傾斜磁場印加を行った際の傾斜磁場コイルおよびＲＦシールドの温度変化例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・被検体、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・・・ＣＰＵ、９・・・傾斜磁場コイル、１０・・・傾斜磁場電源、１１・・・高周波発振器、１２・・・変調器、１３・・・高周波増幅器、１４ａ、１４ｂ・・・高周波コイル、１５・・・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・・・トラックボール等、２４・・・キーボード、２５・・・操作部、２６・・・ＲＦ照射ゲイン補正装置、２７・・・ＲＦシールド
【図１】
2009225952.tif 000003
【図２】
2009225952.tif 000004
【図３】
2009225952.tif 000005
【図４】
2009225952.tif 000006
【図５】
2009225952.tif 000007
【図６】
2009225952.tif 000008
【図７】
2009225952.tif 000009