磁共振成像装置的制作方法

磁共振成像装置
1.本技术以日本专利申请2021-008023(申请日：2021年1月21日)为基础，通过该申请享有优先的利益。本技术通过参照该申请，包含该申请的全部内容。
技术领域
2.本说明书以及附图所公开的实施方式涉及磁共振成像装置。


背景技术：

3.磁共振成像装置是用拉莫尔频率的高频(rf：radio frequency)信号激发被放置在静磁场中的被检体的原子核自旋、并将伴随激发而从被检体产生的磁共振信号(mr(magnetic resonance)信号)重构而生成图像的摄像装置。
4.许多磁共振成像(mri：magnetic resonance imaging)装置具有被称为机架的结构，在机架上形成有圆筒形的空间(该空间被称为腔)。横卧在顶板上的被检体(例如，患者)在被搬入到圆筒形的空间内的状态下被进行摄像。在机架的内部收纳有圆筒状的静磁场磁铁、圆筒状的梯度磁场线圈、以及圆筒状的rf线圈(即，wb(全身，whole body)线圈)。在以往存在较多的这种磁共振成像装置中，静磁场磁铁、梯度磁场线圈、rf线圈为圆筒形，因此以下将这种磁共振成像装置称为圆筒型磁共振成像装置。
5.在圆筒型磁共振成像装置中，由于在腔内的封闭空间中进行摄像，因此，例如，存在难以对幽闭恐惧症等一部分患者进行摄像的情况。
6.对此，提出并开发了以下磁共振成像装置，该磁共振成像装置构成为：将静磁场磁铁、梯度磁场线圈以及rf线圈的形状设为平板状，例如在被2个平板状的静磁场磁铁夹着的开放空间中对患者等被检体进行摄像。以下，将这种磁共振成像装置称为平面开放型磁共振成像装置。在平面开放型的磁共振成像装置中，由于在被开放的空间中摄像，所以也能够进行幽闭恐惧症的患者的摄像。
7.另一方面，在圆筒型磁共振成像装置中，由于在狭窄的封闭空间内进行摄像，因此患者的活动受到限制，但在平面开放型磁共振成像装置中，由于在开放空间对患者进行摄像，因此活动的自由度高，在摄像中患者有可能活动。通常，使用了磁共振成像装置的摄像需要比较长的时间，因此难以保持相同的姿势，这也成为在摄像中患者活动的主要原因。在平面开放型磁共振成像装置中，当患者活动时，难以正常地生成图像。


技术实现要素：

8.本说明书以及附图中公开的实施方式要解决的技术问题之一在于，在使用了平面开放型的磁共振成像装置的摄像中，即使被检体在摄像中活动，也能够正常地生成图像。但是，本说明书以及附图中公开的实施方式要解决的技术问题不限于上述技术问题。也能够将与后述的各实施方式所示的各结构的各效果对应的技术问题定位为其他技术问题。
9.一个实施方式的磁共振成像装置具备电流驱动型的磁铁、检测部和控制部。电流驱动型的磁铁生成支配性地决定磁共振频率的磁场。检测部检测在所述磁场内在能够活动
的状态下被进行摄像的被检体的位置。控制部基于检测出的所述被检体的位置来控制所述磁铁的驱动电流。
10.根据实施方式的磁共振成像装置，在使用了平面开放型的磁共振成像装置的摄像中，即使在摄像中被检体活动，也能够正常地生成图像。
附图说明
11.图1是表示实施方式所涉及的平面开放型的磁共振成像装置的第一动作概念的图。
12.图2是表示实施方式所涉及的平面开放型的磁共振成像装置的第二动作概念的图。
13.图3是表示实施方式所涉及的磁铁的内部结构的一例的图。
14.图4是表示第一实施方式所涉及的磁共振成像装置的结构例的框图。
15.图5是表示第一实施方式的第一变形例所涉及的磁共振成像装置的结构例的框图。
16.图6是表示第一实施方式的第二变形例所涉及的磁共振成像装置的结构例的框图。
17.图7是表示第二实施方式所涉及的磁共振成像装置的结构例的框图。
18.图8是说明磁场传感器的配置和摄像区域的推定磁场强度的第一图。
19.图9是说明磁场传感器的配置和摄像区域的推定磁场强度的第二图。
20.图10是表示其他实施方式所涉及的磁共振成像装置的磁铁的构造例的图。
具体实施方式
21.以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
22.(第一实施方式)
23.图1是表示第一实施方式所涉及的平面开放型的磁共振成像装置1的第一结构例的图。如图1所例示的那样，磁共振成像装置1例如具有圆形平板状(换言之，薄的圆筒形状)的2个磁铁10。
24.各个磁铁10以磁铁10的中心轴、即通过圆筒形状的两端面的圆的中心的轴例如相对于地面平行的方式配置。另外，2个磁铁10以夹着被检体的方式配置。通过这样的磁铁10的配置，在2个磁铁10之间的被开放的空间形成磁场。被检体在该开放空间中例如以立位的状态被摄像。
25.在以往的圆筒型的磁共振成像装置中，支配性地决定磁共振频率的磁场被称为静磁场，由静磁场磁铁生成。静磁场磁铁构成为始终生成恒定的强度的磁场。例如，在由超导线圈构成静磁场磁铁的情况下，在励磁模式中，通过将从静磁场用电源供给的电流施加于超导线圈而产生静磁场，之后，若转移到永久电流模式，则静磁场用电源被切断，始终产生恒定的强度的磁场。也可以将静磁场磁铁构成为永久磁铁。在该情况下，由作为静磁场磁铁的永久磁铁生成的磁场的强度也始终恒定。
26.另一方面，实施方式的磁铁10也在生成支配性地决定磁共振频率的磁场这一点上，与以往的静磁场磁铁相同。但是，如后所述，实施方式的磁铁10与以往的静磁场磁铁有
很大不同的点在于，在动作中(即，摄像中)也构成为由电流驱动的电磁铁这一点。实施方式的磁铁10能够依赖于驱动电流的大小而使磁场强度变化，因此由磁铁10生成的磁场严格来说不是“静磁场”。因此，以下，将实施方式的磁铁10所生成的磁场称为“主磁场”，或者简称为“磁场”。
27.图2是表示第一实施方式所涉及的平面开放型的磁共振成像装置1的第二结构例的图。图1表示对立位的被检体进行摄像的结构例，与之相对，图2表示对横卧在从诊视床81延伸出的顶板80上的卧位的被检体进行摄像的结构例。在对卧位的被检体进行摄像的情况下，2个磁铁10如图2所示，以其中心轴成为铅垂方向的方式配置，例如，一个磁铁10配置于顶板80的下方，另一个磁铁10配置于顶板80的上方。
28.如图1及图2所示，在使用了实施方式的磁铁10的摄像中，被检体能够进行被开放的磁场空间的摄像，因此，即使是例如幽闭恐惧症的患者也能够进行摄像。另一方面，由于成为在开放空间中的摄像，因此活动的自由度高，在摄像中被检体活动的可能性变高。
29.因此，如上所述，将实施方式的磁铁10构成为电流驱动型的磁铁(即电磁铁)。而且，根据被检体的活动，或者根据被检体的位置，控制施加于磁铁10的驱动电流，由此使支配性地决定磁共振频率的磁场的空间分布变化。其结果，能够根据被检体的活动或者根据被检体的位置而使可从被检体得到规定的磁共振频率的信号的区域、即被检体的摄像区域移动。
30.图3是表示磁铁10的内部结构的一例的图。图3的(a)是例示从与中心轴正交的方向观察磁铁10而得到的内部截面的图。另外，图3的(b)是例示从中心轴方向观察磁铁10而得到的内部截面的图，是图3的(a)的a-a’剖视图。
31.磁铁10由1个以上的线圈单元构成，该1个以上的线圈单元如图3所示，例如被收纳于具有规定的厚度的平板状的磁铁壳体。在图3所示的例子中，在磁铁壳体之中收纳有例如截面积不同的2个圆形的线圈单元(线圈单元11以及线圈单元12)。
32.各线圈单元11、12构成为磁场强度依赖于驱动电流的大小而变化的电磁铁。线圈单元11、12既可以构成为超导电磁铁，也可以构成为常导电磁铁(日语：常電動電磁石)。通过线圈单元11、12，生成支配性地决定磁共振频率的磁场(即，主磁场)。
33.与磁铁壳体相邻地配设有：梯度磁场线圈60，生成与主磁场重叠的梯度磁场；rf线圈62，对被检体施加rf(radio frequency)脉冲，并且接收从被检体发出的磁共振信号(mr信号)。
34.梯度磁场线圈60例如构成为包含x方向梯度磁场线圈、y方向梯度磁场线圈、z方向梯度磁场线圈。各方向的梯度磁场线圈例如构成为平板状线圈。另外，rf线圈62例如也构成为平板状线圈。
35.图4是表示具备上述的磁铁10的、第一实施方式的磁共振成像装置1的结构例的框图。该磁共振成像装置1具有2个磁铁单元，该磁铁单元由图3所示的磁铁10、梯度磁场线圈60以及rf线圈62构成。而且，2个磁铁单元以夹着被检体而对置的方式配置。另外，磁共振成像装置1除了上述的磁铁单元之外，至少具备检测装置20、控制电路30以及磁铁电源40。检测装置20检测在由磁铁10生成的磁场内在可移动的状态下被摄像的被检体的位置。
36.控制电路30基于由检测装置20检测出的被检体的位置来计算向磁铁10施加的驱动电流的电流值。图4所例示的磁铁10具有2个线圈单元11、12，因此分别计算针对线圈单元
11、12的电流值(1)和电流值(2)。通过控制电流值(1)、(2)，能够根据被检体的活动来设定被检体的摄像区域。
37.磁铁电源40是生成与由控制电路30计算出的电流值(1)、(2)对应的电流(1)、(2)并作为驱动电流向2个线圈单元11、12施加的电源。
38.由磁铁电源40生成的电流(1)、(2)分别被施加于线圈单元(1)、(2)，磁铁10生成具有与电流(1)、(2)对应的磁场强度的分布的磁场。
39.在图4所示的结构例中，将电流(1)、(2)分别供给到夹着被检体的左右的2个磁铁10，对各个磁铁10的线圈单元(1)、(2)施加电流(1)、(2)，但实施方式的磁共振成像装置1并不限定于该结构。例如，也可以构成为，仅对夹着被检体的左右的2个磁铁10中的一个磁铁10(例如，仅对图4中的右侧的磁铁10)供给以根据被检体的位置而变化的方式被控制的电流值的电流(1)、(2)，对另一个磁铁10供给电流值恒定的电流。或者，也可以构成为，另一个磁铁10在励磁模式下产生规定的静磁场后与电源断开，转移到永久电流模式而使其运转。
40.另外，在图4所示的结构例中，将电流(1)、(2)分别施加于线圈单元(1)、(2)，但并不限定于该结构。例如，也可以构成为将线圈单元(1)与线圈单元(2)串联或者并联连接，并对线圈单元(1)以及线圈单元(2)施加1个电流(例如，电流(1))。
41.如图4所示，实施方式的磁共振成像装置1除了上述的结构以外，还具备梯度磁场电源51、发送接收电路52、序列控制器53、摄像条件设定电路54以及重构处理电路55。
42.摄像条件设定电路54对序列控制器53设定经由未图示的用户接口输入的脉冲序列的种类、各种参数的值等的摄像条件。
43.序列控制器53基于被设定的摄像条件，分别驱动梯度磁场电源51及发送接收电路52，由此进行被检体的扫描。梯度磁场电源51基于来自序列控制器53的驱动信号，对梯度磁场线圈60施加梯度磁场电流。
44.发送接收电路52基于来自序列控制器53的驱动信号，生成rf脉冲，并将rf脉冲施加于rf线圈62。rf线圈62向被检体施加rf脉冲，另一方面，接收根据该施加而从被检体发出的mr信号。由rf线圈62接收到的mr信号在发送接收电路52中从模拟信号被变换为数字信号。被变换为数字信号的mr信号作为k空间数据被供给到重构处理电路55。
45.重构处理电路55对k空间数据实施傅立叶逆变换处理等重构处理，生成磁共振图像。
46.此外，摄像条件设定电路54、序列控制器53以及重构处理电路55例如由执行规定的程序的处理器、fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)、asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)等硬件构成。
47.在第一实施方式的磁共振成像装置1中，检测装置20具备照相机21和位置检测电路22。照相机21对被检体、或者被检体所装配的接收用的表面线圈上附加的标记25进行摄影。位置检测电路22根据由相机21摄影到的标记25的图像来检测标记25的位置，进而，基于标记25的位置，检测被检体的摄像对象位置、例如心脏或肺这样的脏器的位置、肩或膝那样的器官的位置。
48.在以x轴、y轴、z轴这3维检测被检体的位置的情况下，只要设置1个以上的照相机21并根据从1个以上的方向对标记25进行摄影而得到的图像来检测被检体的位置即可。另一方面，在通过用夹具等限定被检体的活动从而被检体的位置仅被限定于1轴方向例如z轴
方向的情况下，能够用1个照相机21检测被检体的位置。
49.检测装置20在摄像中也继续动作，即使在被检体在摄像空间内活动的情况下，不仅是移动前后的摄像对象的位置、连移动中的摄像对象的位置也持续性地继续检测。
50.控制电路30以及磁铁电源40基于由检测装置20检测出的摄像对象的位置，控制向线圈单元11、12施加的电流(1)、(2)，以使得在磁铁10(在图4的例子中为线圈单元11、12)中生成的磁场强度在检测出的摄像对象的位置处成为所希望的磁场强度。
51.通过磁铁10具有2个以上的线圈单元，并且对各线圈单元的每个线圈单元独立地设定向各线圈单元施加的电流的值和电流的方向，从而能够将磁场分布形成为自由度高的形状。但是，也可以将磁铁10所具备的线圈单元的数量设为1个。
52.磁场的空间分布在x方向、y方向、z方向上成为3维状的分布。在此，z方向对应于磁铁10的中心轴方向，例如，对应于与地面平行的方向。y方向是与中心轴正交的方向，例如，对应于铅垂方向。x方向与z方向和y方向双方正交，例如对应于纸面的进深方向。
53.若使施加于线圈单元11、12的电流变化，则磁场分布发生变化，同一磁场强度的位置也变化。
54.众所周知，磁共振频率由磁场强度决定。另外，为了正常地生成图像，需要将与被检体的摄像对象部位对应的区域、即摄像区域的磁共振频率在摄像中也维持为相同的值。另一方面，由磁铁10生成的磁场强度不一定是一样的空间分布，根据位置呈现不同的值。因此，在被检体例如在摄像过程中在被2个磁铁10夹着的开放空间内移动了的情况下，与摄像对象部位对应的区域的磁共振频率根据被检体的活动而变化，难以形成正常的图像。
55.因此，在实施方式的磁共振成像装置1中，即使在被检体在摄像过程中移动了的情况下，也通过检测装置20依次检测被检体的位置。然后，基于检测出的被检体的位置来控制线圈单元11、12的施加电流，由此将摄像区域(即，磁场强度为恒定的区域，换言之，磁共振频率为恒定的区域)动态地设定为追随被检体的活动。
56.根据检测出的被检体的位置来决定线圈单元11、12的施加电流的方法可以考虑各种方法。
57.例如，针对多个不同的驱动电流预先计算由线圈单元11、12生成的磁场的空间分布，并将与驱动电流建立了关联的磁场分布作为数据库保存在磁共振成像装置1的适当的存储电路中。另一方面，作为摄像的初始条件，预先设定期望的磁共振频率fr、或者与磁共振频率fr对应的期望的磁场强度b0。
58.然后，能够从数据库中提取出在检测出的被检体的位置(x、y、z)可得到磁场强度b0的磁场分布，并将与提取出的磁场分布建立了关联的施加电流决定为对线圈单元11、12施加的电流。
59.在该情况下，也可以检测被检体的位置(x、y、z)作为规定的装置坐标中的绝对值，并计算施加电流作为电流的绝对值。在此，装置坐标的取得方法没有特别限定，但例如能够将以线圈单元11、12的线圈面的重心位置为原点、以与线圈面垂直的方向(即，磁铁10的中心轴方向)为z方向、以与z方向垂直且从地面铅垂地延伸的方向为y方向、以与z方向以及y方向双方垂直的方向为x方向的坐标设为装置坐标。
60.或者，例如，也可以将摄像开始时的被检体的位置(x，y，z)设为基准位置，将摄像开始时的施加电流的值设为基准电流i0。而且，也可以根据摄像开始时后的被检体的移动
量(δx、δy、δz)，求出施加电流相对于基准电流的增减量δi。
61.另外，也可以代替使用数据库求出电流值的方法，使用规定的计算式实时地计算并求出电流值。例如，能够使用基于毕奥-萨伐尔定律(biot-savart law)的计算式，实时地计算用于在被检体的位置(x、y、z)得到期望的磁场强度b0的线圈单元11、12的电流值。
62.(第一实施方式的第一变形例)
63.图5是表示第一实施方式的第一变形例所涉及的磁共振成像装置1的结构例的框图。第一实施方式(图4)与第一变形例的差异在于检测装置20的结构。第一变形例的检测装置20具备重量传感器23和位置检测电路22。重量传感器23例如设置于地面，检测被检体的位置(例如重心位置)。或者，重量传感器23例如也可以设置于诊视床81的顶板80，基于被检体的身高、体重来计算被检体的重心位置。
64.除了重量传感器23之外，例如，也可以使用红外线传感器或压力传感器等各种传感器来检测被检体的位置。
65.(第一实施方式的第二变形例)
66.图6是表示第一实施方式的第二变形例所涉及的磁共振成像装置1的结构例的框图。与第一实施方式(图4)的差异，与第一变形例同样地在于检测装置20的结构。第二变形例的检测装置20构成为，在摄像前和摄像中输入被检体的磁共振信号，使用所输入的磁共振信号来检测被检体的位置。
67.第二变形例的位置检测电路22也可以通过使用磁共振信号实时地重构被检体的图像，来检测被检体的位置。或者，在被检体的位置被限定于特定的1个方向(例如z方向)的情况下，也可以对所输入的磁共振信号实时地实施特定的1个方向的一维傅立叶变换，根据傅立叶变换后的信号的峰值位置来检测被检体的位置。
68.(第二实施方式)
69.图7是表示第二实施方式的磁共振成像装置1的结构例的框图。第二实施方式的磁共振成像装置1成为在第一实施方式的结构或其各变形例的结构中附加了磁场传感器70和磁场测定/判定电路72而成的结构。
70.磁场传感器70是测定由磁铁10生成的磁场的强度的传感器，能够使用nmr(nuclear magnetic resonance：核磁共振)探头、高斯计等作为磁场传感器70。磁场传感器70的位置没有特别限定，既可以配置于远离收纳磁铁10的磁铁壳体的磁场空间，也可以如图7所示那样配设于接近于磁铁壳体的位置、例如梯度磁场线圈60、rf线圈62的一部分区域。
71.磁铁10有时从开始施加电流起到成为所希望的磁场强度为止需要时间。在该情况下，磁场测定/判定电路72基于由磁场传感器70检测出的磁场强度，判定磁铁10生成的磁场强度是否在规定的范围。若判定为磁场的强度在规定的范围内，则磁场测定/判定电路72对序列控制器53发出摄像开始的指令。序列控制器53基于该指令，自动开始摄像。或者，也可以在判定为磁场的强度在规定的范围内之后，例如与心电同步摄像的同步信号取and而开始摄像。或者，在判定为磁场的强度在规定的范围内的情况下，也可以使用磁共振成像装置1所具备的适当的显示装置或显示设备等向检查技师等用户通知该情况，根据用户的判断来开始摄像。
72.另外，磁场测定/判定电路72也可以具有进行由驱动电流生成的磁场的校正的功
能。校正既可以在摄像开始前按照每次摄来进行，也可以在将磁共振成像装置1安装于医院等医疗机构时进行。
73.图8及图9是说明磁场传感器70的配置、例如进行校正时的磁场传感器70的配置和摄像区域的推定磁场强度的图。
74.图8是例示使磁铁10所包含的多个线圈单元例如2个线圈单元11、12的线圈面相互平行且相对于磁铁10的中心轴90垂直地配置的情况、即相对于中心轴90而对称地配置有2个线圈单元11、12的情况的磁场强度的变动的图。在此，线圈面是指包含构成各线圈单元11、12的环状的导线的整周在内的平面。另外，在图8中，例示了仅对夹着被检体的2个磁铁10中的一个磁铁10(面向纸面的右侧的磁铁10)的线圈单元11、12施加可变的电流，并对另一个磁铁10的线圈单元11、12施加的电流为恒定的情况下的磁场强度的变动。
75.在该情况下，根据施加电流的大小，磁场强度沿着中心轴90的方向而变化，与同一磁场强度对应的摄像区域的位置沿着中心轴90的方向移动。并且，在该情况下，能够通过1个磁场传感器70来推定摄像区域的磁场强度。因此，通过1个磁场传感器70，能够校正由驱动电流生成的摄像区域的磁场。
76.另一方面，图9是例示出使多个线圈单元例如2个线圈单元11、12的线圈面相互倾斜、且将至少1个线圈面相对于磁铁10的中心轴90倾斜地配置的情况、即相对于中心轴90而言非对称地配置有2个线圈单元11、12的情况的磁场强度的变动的图。另外，在图9中，也例示了仅对夹着被检体的2个磁铁10中的一个磁铁10(面向纸面的右侧的磁铁10)的线圈单元11、12施加可变的电流、并将对另一个磁铁10的线圈单元11、12施加的电流设为恒定的情况下的磁场强度的变动。
77.在该情况下，能够根据各线圈单元的施加电流的大小、朝向，使磁场强度的分布的形状在x轴、y轴、z轴方向上变化，与同一磁场强度对应的摄像区域的位置也能够在x轴、y轴、z轴方向的3维方向上移动。在该情况下，通过由2个以上的磁场传感器70测定磁场强度的空间分布，由此以3维的方式推定出由驱动电流生成的磁场。由此，能够校正由驱动电流生成的摄像区域的磁场强度的空间分布。
78.(其他实施方式)
79.图10是表示其他实施方式的磁共振成像装置1的磁铁10的构造例的图。至此，对图3等所示的平板状的磁铁10进行了说明，但磁共振成像装置1的磁铁10并不限定于平板状的形状。另外，在该情况下，梯度磁场线圈60、rf线圈62也不限定于平板状的形状。
80.例如，如图10的(a)所示，能够将2个磁铁10分别形成为单侧的端面被开放、另一侧的端面被堵塞的圆筒状的形状。另外，如图10的(b)所示，也可以将磁铁10的数量设为1个，并设为以往的圆筒型磁共振成像装置所具备的、两侧的端面被开放的圆筒状的形状。
81.图10的(a)的上段所示的图是图10的(a)的下段所示的图的a-a’截面。图10的(a)所示的磁铁构成为具备多个线圈单元、例如线圈单元11、12、13。在这样的磁铁10中，摄像空间既可以是磁铁10的圆筒的内侧的封闭空间100，也可以是2个磁铁10之间的开放空间102。
82.另一方面，图10的(b)的上段所示的图是图10的(b)的下段所示的图的b-b’截面。图10的(b)所示的磁铁构成为具备多个线圈单元、例如线圈单元11、12、13、14。在这样的磁铁10中，摄像空间既可以是磁铁10的圆筒的内侧的封闭空间100，也可以是远离磁铁10的圆筒的开放空间102。
83.另外，至此，如图1、图2、图4至图9所例示的那样，对实施方式的磁共振成像装置1具有夹着被检体的2个磁铁10的结构进行了说明，但实施方式的磁共振成像装置1并不限定于这样的结构。例如，也可以构成为仅具有夹着被检体的2个磁铁10中的一个磁铁10。在该结构中，也能够得到上述的技术效果。
84.以上说明的各实施方式的说明中的检测电路是权利要求书中记载的检测部的一例。另外，各实施方式的说明中的控制电路、或者控制电路与磁铁电源的组合是权利要求书中记载的控制部的一例。
85.根据以上说明的至少1个实施方式，在使用了平面开放型的磁共振成像装置的摄像中，即使被检体在摄像中活动，也能够正常地生成图像。
86.对几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更、实施方式彼此的组合。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明及其等价的范围内。