JPH08257008A - 磁気共鳴イメージング装置およびその振動・騒音抑制方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＲＩ装置の傾斜磁場コイル駆動時に発生す
るローレンツ力による傾斜磁場コイルの振動、騒音を効
果的に防止する。 【構成】 コイル導体及び保持部材からなる円筒状の傾
斜磁場コイル９の軸方向に複数の圧電素子３０を配列さ
せる。圧電素子３０は傾斜磁場コイル９断面の図心から
離れた位置に位置するようにする。これら圧電素子３０
に印加する電圧は、ローレンツ力によって主として軸方
向に生じるモーメント分布と逆或いは同じ分布となるよ
うにする。これによりローレンツ力によるモーメントそ
のものをキャンセルし、それによる振動、騒音を低減す
る。更に圧電素子３０は、その印加電圧と変位との関係
が線形である範囲で、即ち圧電素子の逆分極が生じない
範囲で駆動するように電圧をコントロールする。圧電素
子３０を駆動するためにＭＲＩ装置のシーケンサからの
傾斜磁場コイル駆動情報を利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメージング
装置（以下、ＭＲＩ装置という）、特に傾斜磁場発生装
置が発生する騒音及び振動低減に関するものであり、特
に圧電素子を用いて傾斜磁場で発生する騒音及び振動を
打ち消す場合に好適な圧電素子の駆動方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、静磁場内に置かれた検査
対象に電磁波を照射することによって、検査対象内の原
子核に核磁気共鳴現象を生じさせ、これにより検査対象
から発生する磁気共鳴信号に基づいて検査対象の物理的
性質を表す画像を得るもので、静磁場、傾斜磁場の各磁
場発生手段と、検査対象に電磁波を照射したり、検査対
象からの核磁気共鳴信号を検出する高周波コイルと、検
出信号を使って検査対象の物理的性質を表す画像を得る
画像再構成手段とを備えている。

【０００３】傾斜磁場は、ＮＭＲ信号に位置情報を付加
するために静磁場に重畳して印加されるもので、静磁場
発生装置の発生する磁場内に位置させた傾斜磁場コイル
とその保持部材とからなり、傾斜磁場コイルにパルス状
電流を流すことにより駆動される。この場合磁場内でパ
ルス電流を流すことによってフレミングの左手の法則に
従い、電磁力が作用する。そしてこの電磁力が傾斜磁場
コイルを変形させようとし、騒音、振動が発生する。こ
のような騒音や振動は検査対象である患者に恐怖感、不
快感を与えるので好ましくなく、防音或いは消音するこ
とが好ましい。

【０００４】このためＭＲＩ装置では従来より装置外周
を覆う化粧カバーの内側に吸音材等を設け傾斜磁場の騒
音を低減すると共に、傾斜磁場コイルを保持する保持部
材に制振部材を用い、制振部材のダンピング特性を利用
して振動振幅の絶対値を軽減すると共に、減衰時間を短
くする方法を採用していた。しかし化粧カバーの内側に
吸音材を配置した場合には、ある程度の消音効果はある
ものの、騒音は十分に減衰せず、良好な消音は行えな
い。また制振部材による制御は、基本的には保持部材に
ゴム系の材料を混ぜることでダンピング効果を得るもの
であるため、保持部材の剛性が下がり、傾斜磁場コイル
の変位が大きくなる。このような傾斜磁場コイルの変位
は、発生する傾斜磁場を変化させ画像劣化を来す。特に
近年、ＭＲＩ装置で行われている撮影手法はＮＭＲ信号
の位相の高精度化が必要であり、このため傾斜磁場コイ
ルの変位は数ミクロンから数十ミクロンオーダーでなけ
ればならず、従来の振動の制御方法では対応できなくな
ってきている。

【０００５】一方、各種の騒音を軽減する方法として、
騒音と逆位相で同一振幅の音波を付加音源から発生して
騒音を消音する能動的消音方法が知られている。この消
音方法では、騒音に関係した信号を検出する装置（マイ
ク）と、消音したい場所付近において騒音源からの音響
エネルギーを最小にする装置（スピーカ）とが常に耳元
に位置しなければ良好な消音はできない。従ってこの消
音方法をＭＲＩ装置に適用する場合、ＭＲＩ装置では被
検者の位置は撮影部位によって変化するので、マイクや
スピーカを被検者に装着しなければならず、被検者に違
和感や不快感を与える。

【０００６】また、ＭＲＩ装置には適用例はないが、圧
電素子を使用して装置の振動を検出するとともに、さら
に検出された信号と逆位相の振動を発生させ、振動を打
ち消す方法が米国特許５０２２２７２号などに記載され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの米国特許に
開示される方法では、複雑な変形を伴うＭＲＩ装置の傾
斜磁場コイルには直接適用することは困難である。まず
複雑な変形パターンを有する傾斜磁場コイルの変形を検
出するためには数多くの振動検出用圧電素子（以下、セ
ンサという）が必要となり、同時に変形を発生する圧電
素子（以下、アクチュエータという）の数も多くなる。

【０００８】またこの方法は振動共振モードを打ち消す
ようにセンサ、アクチュエータが配置されており、振動
ピーク周波数は低減できても、必ずしも騒音が低減され
るとは言えない。本発明者らがＭＲＩ装置の傾斜磁場コ
イルによる振動と騒音との関係を解析した結果では、こ
れらのピーク周波数は一致しないことが確認されてお
り、上記米国特許の方法では大きな騒音低減は望めない
ことになる。また、傾斜磁場コイルの振動は、コイルの
駆動電流が台形状であることから保持部材を共振させる
ものでなく、共振モードにおける変形量だけを低減した
のでは不十分と言える。

【０００９】更に上記方法では、センサからの信号をフ
ィードバックしアクチュエータを駆動するようにしてい
るので、振動開始後の数周期は騒音を打ち消す効果が得
られない。即ち、ＭＲＩ装置に適用した場合には撮影開
始直後の騒音を防止することはできない。本発明は、Ｍ
ＲＩ装置の傾斜磁場コイルに発生する複雑な変形を抑制
し、振動、騒音を効率よくキャンセルできるＭＲＩ装置
及び振動・騒音抑制方法を提供することを目的とする。
また本発明はＭＲＩ装置の撮影と同時に応答性よく振
動、騒音を抑制することができるＭＲＩ装置及び振動・
騒音抑制方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の第１の態様によるＭＲＩ装置は、ＭＲＩ装置
の傾斜磁場発生手段を、傾斜磁界を発生させるコイル導
体と、このコイル導体を保持する保持部材と、これらコ
イル導体及び保持部材から成る積層体に固定され、電気
的エネルギーを機械的エネルギーに変換可能な複数の変
換素子とから構成し、各変換素子に印加される電圧をコ
イル導体のローレンツ力によって保持部材に生じるモー
メント分布をキャンセルするモーメント分布を生ずるよ
うにするものである。

【００１１】また、傾斜磁場発生手段は上記傾斜磁場コ
イル導体及びその保持部材に加え、傾斜磁界を遮断する
シールドコイル導体とその保持部材とを備える場合に
は、それらコイル導体及び保持部材と電気的エネルギー
を機械的エネルギーに変換可能な複数の変換素子とを一
体に構成し、各変換素子に印加される電圧が傾斜磁場コ
イル及びシールドコイルの各ローレンツ力の合力によっ
て保持部材に生じるモーメント分布をキャンセルするモ
ーメント分布を生ずるようにするものである。

【００１２】変換素子は圧電素子であり、コイル導体と
保持部材とからなる積層体の断面の図心から離れた位置
であって、積層体の軸方向に配列される。本発明のＭＲ
Ｉ装置の第２の態様によれば、傾斜磁場発生手段は、傾
斜磁界を発生させるコイル導体と、このコイル導体を保
持する保持部材と、電気的エネルギーを機械的エネルギ
ーに変換可能な複数の変換素子とから構成し、各変換素
子に印加される電圧が制御手段の情報に基づき制御され
るとともに、一定の直流オフセットを有するものとす
る。変換素子は圧電素子の場合には、各圧電素子に印加
される電圧が圧電素子に逆分極が起こらない範囲の振動
電圧となるように制御する。本発明においてコイル導体
とは、傾斜磁場を発生するコイル導体のみならず、この
傾斜磁場コイル導体が発生するコイル導体外側の磁場を
打ち消すような傾斜磁場を発生するシールドコイル導体
をも含むものである。

【００１３】

【作用】図１（ａ）に示すように傾斜磁場コイル９が電
磁力（ローレンツ力）５０によって変形しようとすると
き、保持部材にモーメントが作用する。このモーメント
は位置により分布を生じる。変換素子は電気的エネルギ
ー（電圧）を印加することにより、機械的エネルギーを
発生し、傾斜磁場コイルに生じる変形を打ち消すように
作用し、これにより傾斜磁場コイルの振動、騒音を低減
する。この際、変換素子３０に印加する電圧を制御し
て、ローレンツ力によって傾斜磁場コイルに発生するモ
ーメント分布と逆の方向を持つモーメント分布を発生さ
せることにより、ローレンツ力によって生じる静的変形
（ローレンツ力そのもの）をキャンセルすることができ
る（同図（ｂ））。

【００１４】傾斜磁場コイルが傾斜磁場コイル導体とそ
の外側の磁場を打ち消すシールドコイル導体とを有して
いる場合には、これら各コイル導体のローレンツ力の合
力によってモーメント分布が生じるので、その合力によ
るモーメント分布と逆の方向をもつモーメント分布を発
生させることにより、単独の傾斜磁場コイル導体を有す
る場合と同様に振動、騒音を低減することができる。

【００１５】また変換素子３０が圧電素子である場合に
は、電圧を印加することによって単純圧縮力或いは引張
り力（図中左右方向の力）を発生する。従ってこのよう
な圧電素子はコイル導体及び保持部材から成る積層体９
の断面（板厚）の図心（図１（ｃ）における点線位置）
にある場合には、積層体に単なる左右方向の単純圧縮力
或いは引張り力を与えるのみであるが、図心から離れた
位置に配置することによって、モーメント６０を発生す
ることができる。このモーメントの方向は図心からの位
置が図示する位置と反対側の場合には逆向きとなる。即
ち圧電素子により発生するモーメントはその配置される
位置によって決まる。従って、ローレンツ力により発生
するモーメントをキャンセルするためには、図心からの
位置に応じて変換素子に印加する電圧の分布をモーメン
ト分布と略反対の分布にすればよい。

【００１６】また本発明者らの解析によれば、傾斜磁場
に発生するモーメントは主として円筒状の傾斜磁場コイ
ルの場合には円筒の軸方向に作用する。従って変換素子
を傾斜磁場コイルの軸方向に配置することにより、主と
して軸方向に作用するモーメントを効率よく打ち消すこ
とができる。更に変換素子を駆動する電圧として、ＭＲ
Ｉ装置の検査条件を制御する制御手段の情報、即ち傾斜
磁場コイルの駆動タイミング、電流波形等を利用するこ
とにより、フィードフォワード制御が可能となり、傾斜
磁場コイル駆動開始と同時にその振動、騒音を低減でき
る。この際、変換素子に電圧を印加して機械的エネルギ
ーを発生する場合には、変換素子の変換特性が略リニア
であることが必要となるが、制御手段からの情報は０Ｖ
を基準として±に振幅を有する振動電圧として与えられ
るので、必ずしも変換素子の変換特性がリニアの範囲と
は限らない。従って、このような制御手段からの情報に
対し、一定の直流オフセットを与えることにより、変換
素子を所望の電圧範囲で駆動させることが可能となる。

【００１７】また変換素子が圧電素子の場合には、図２
に示すように電圧Ｖ（横軸）を＋方向に上げて行くと変
位Ｘ（縦軸）が上昇するが、逆に電圧を下げて行くと変
位も減少するが、電圧がマイナスを少し過ぎた時点で変
位の極性が反転する。従って、この分極反転（逆分極）
を生じる電圧より高い電圧で圧電素子を駆動することに
より、ほぼリニアな特性を得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図３は本発明のＭＲＩ装置の一実施例を示
す全体構成を示すブロック図である。このＭＲＩ装置
は、磁気共鳴現象を利用して被検体１の断層画像を得る
もので、そのために必要な十分大きなボア径をもった静
磁場発生磁気回路２と、傾斜磁場発生系３と、送信系４
と、受信系５と、信号処理系６と、シーケンサ７と、中
央処理装置（以下、ＣＰＵという）８とを備えている。
シーケンサ７は、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体の断
層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系４及び
傾斜磁場発生系３並びに受信系５に送るものであり、Ｃ
ＰＵ８とともに検査条件を制御する制御手段として機能
する。

【００１９】静磁場発生磁気回路２は、被検体１の周り
にその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な磁束
を発生するもので、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または常電導方式或いは超電導方
式の磁場発生手段が配置されている。傾斜磁場発生系３
は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三方向に巻かれた傾斜磁場コイル９と
それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源１０とから成
り、シーケンサ７からの命令に従って各傾斜磁場電源１
０を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの三方向の傾斜磁
場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを被検体１に印加するようになって
いる。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る。これら傾斜磁場コ
イルには、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換
する変換素子として圧電素子３０が一体的に設置されて
いる。圧電素子３０の配置及び駆動については後述す
る。

【００２０】送信系４は、高周波発振器１１と変調器１
２と高周波増幅器１３と送信側高周波コイル１４ａとか
ら成り、高周波発振器１１から出力された高周波パルス
をシーケンサ７の命令に従って、変調器１２で振幅変調
し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１
３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、電磁波が被検体１
に照射されるようになっている。

【００２１】受信系５は、受信側高周波コイル１４ｂと
増幅器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７と
からなり、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の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）を被
検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検出
し、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ
変換器１７に入力してデジタル量に変換する。この際、
Ａ／Ｄ変換器１７はシーケンサ７からの命令によるタイ
ミングで、直交位相検波器１６から出力された二系列の
信号をサンプリングし、二系列のデジタルデータを出力
する。それらのデジタル信号は信号処理系６に送られフ
ーリエ変換されるようになっている。

【００２２】信号処理系６は、ＣＰＵ８と磁気ディスク
１８及び磁気テープ１９等の記録装置とＣＲＴ等のディ
スプレイ２０とからなり、デジタル信号を用いてフーリ
エ変換、補正係数計算、画像再構成等の処理を行い、任
意断面の信号強度分布或いは複数の信号に適当な演算を
行って得られた分布を画像化してディスプレイ２０に表
示する。

【００２３】尚、図３において、傾斜磁場コイル９は、
被検体１の周りの空間に配置された静磁場発生磁気回路
２の磁場空間内に配置され、さらに傾斜磁場コイル９の
内側に送信側及び受信側の高周波コイル１４ａ、１４ｂ
（１つの高周波コイルが送受信を兼ねる場合もある）が
配置されている。次に本発明における傾斜磁場コイルの
構成を更に詳述する。

【００２４】図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の
第１の実施例である円筒状の傾斜磁場コイルの斜視図及
び断面図である。本実施例において傾斜磁場コイル９は
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に線形に変化する磁場を発生する傾斜磁
場コイル導体９１と、それらを保持する保持部材である
ＦＲＰ製ボビン９２とが積層された構造を有しており、
コイル導体９１はボビン９２に接着剤で接着、もしくは
ネジ止めされている。尚、図では傾斜磁場コイル導体９
１とボビン９２がそれぞれ１層のみからなる構成を示し
たが、各Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の各傾斜磁場コイル導体が異な
る層に形成されていてもよい。

【００２５】このような傾斜磁場コイルのボビン９２の
内側には、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換
する変換素子としての圧電素子３０が軸方向に数列配置
され、これら圧電素子３０はボビン９２にダンピングが
少ない接着剤で接続されている。或いは圧電素子は、コ
イル導体９１の外側に固定しても、またコイルの外形を
モールドした樹脂に固定してもよい。

【００２６】このような圧電素子３０は、例えば断面が
略矩形で長手方向の変形が他方向の変形よりも大きくな
るものを用い、より大きな変形を生じる方向が円筒の軸
方向と一致するように一列に配置され、円周方向に適当
な間隔を置いて複数の列に配置される。長手方向に大き
な変形を生じる圧電素子３０として、好適には分極方向
に積層された薄板状の積層体を用いることができ、その
分極方向が軸方向となるように配置される。

【００２７】尚、圧電素子としては、圧電現象を生じる
ＢａＴｉＯ₃系、ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃系などの圧
電セラミックが好適に用いられる。次に以上のような構
成における圧電素子の駆動方法について図１を参照して
説明する。図１（ａ）は、円筒状の傾斜磁場コイル９を
軸方向の断面（一部）を示すものであるが、既に述べた
ように静磁場中に置かれた傾斜磁場コイル９が傾斜磁界
を発生させるために駆動された場合、コイルに電流が流
れることによりローレンツ力が作用し、モーメントに分
布を生じる。図では円筒の中央部において最も大きなモ
ーメントが作用している。一方、軸方向に配置された圧
電素子の１つに着目した場合、図１（ｃ）に示すように
１つの圧電素子３０に電圧を印加することにより、圧電
素子３０に単純引張り力が発生するが、圧電素子３０は
ボビン９２の内側、即ち傾斜磁場コイル断面の図心から
離れた位置に位置するため、磁場コイル９に対し、モー
メント６０を発生する。このモーメントは圧電素子に印
加する電圧に略比例する。従って、図１（ａ）に示すモ
ーメント分布と略逆の分布を有するような電圧を各圧電
素子に印加することにより、ローレンツ力によって生じ
るモーメントを打消すことができる。

【００２８】即ち、軸方向のｚ位置における圧電素子の
発生するモーメントをＭp（ｚ）とし、ｚ位置における
ローレンツ力により発生するモーメントをＭL（ｚ）と
するとき、 ＭP（ｚ）＝ｋＶd （１） （式（１）中、Ｖｄは圧電素子駆動電圧、ｋは定数を表
す）であるので、 ＭL（ｚ）≒−Ｍp（ｚ） （２） となるように圧電素子駆動電圧Ｖdを決めればよい。ＭL
（ｚ）及びｋは予め傾斜磁場コイルを駆動することによ
り、或いはシミュレートによる演算によって求めておく
ことができる。ここで図４に示すように複数の圧電素子
を配置した場合、各圧電素子の相互作用があるためロー
レンツ力によるモーメント分布をキャンセルするための
電圧の分布は、モーメント分布と全く同じではないの
で、複数の圧電素子を駆動することによってローレンツ
力によるモーメント分布と逆のモーメント分布を生じる
ように個々の圧電素子について最適な値ｋを決めること
が好ましい。

【００２９】尚、上式（２）は圧電素子がボビン９２の
内側に配置されている場合を示したものであるが、圧電
素子がコイル導体の外側（図１（ｃ）中、上側）に配置
される場合には、逆のモーメントを生じるので、 ＭL（ｚ）≒Ｍp（ｚ） （３） となるように駆動電圧Ｖdを決める必要がある。

【００３０】尚、以上の実施例ではローレンツ力による
モーメントが主として円筒の軸方向に生じ、その分布が
軸方向に存在する場合について説明したが、モーメント
分布が円筒の周方向にも存在する場合には、周方向のモ
ーメント分布に対応して周方向の圧電素子の配列につい
ても駆動電圧に分布をもたせることができる。圧電素子
に印加する電圧は、好適には後述するようにＭＲＩ装置
のシーケンサからの情報（傾斜磁場強度即ち傾斜磁場コ
イルに印加する電圧値、印加タイミング等に）基づき決
定されるが、このように圧電素子ごとに決定された電圧
値に、ローレンツ力によるモーメント分布に対応する一
定のゲインを与えることにより、駆動電圧に分布をもた
せることができる。

【００３１】次に、傾斜磁場コイルとして主傾斜磁場コ
イルと、主傾斜磁場コイルが発生する外側の磁場を打消
すような傾斜磁場を発生するシールドコイルとを備えた
傾斜磁場コイルに本発明を適用した実施例について説明
する。図５にこのような傾斜磁場コイルの構造を示す。
この実施例も円筒状の傾斜磁場コイルで、主傾斜磁場コ
イル（以下、主コイルという）９とシールドコイル９’
で構成されており、主コイル９及びシールドコイル９’
はともにＸ、Ｙ、Ｚ方向に線形に変形する磁場を発生す
るコイル導体９１、９１’と、これらコイル導体９１、
９１’を保持する保持部材であるボビン（主ボビン９
２、シールドボビン９２’）とからなる。コイル導体９
１、９１’はそれぞれ主ボビン９２及びシールドボビン
９２’の外周に例えばエポキシ樹脂系接着剤で固定さ
れ、主コイル９のコイル導体９１とシールドコイル９’
のボビン９２とは樹脂９３で剛性よく接続され一体化さ
れている。

【００３２】このような傾斜磁場コイルにおいて、図示
されていないが圧電素子３０は、主ボビン９２の内側、
シールドコイル圧電導体９１’の外側或いはコイル導体
９１（９１’）とボビン９２（９２’）との間等に図４
に示す実施例と同様に円筒の軸方向に沿って複数列配置
される。積層体の厚さ方向における圧電素子の位置は、
いずれの場合も図心から離れた位置とする。これによっ
て既に述べたようにモーメントを発生することができ
る。

【００３３】このような傾斜磁場コイルでは、コイル導
体９１の駆動と同期してシールドコイル導体９１’が駆
動され、シンルドコイル導体９１’に印加される電圧
は、コイル導体９１によってその外側に生じる傾斜磁場
を打ち消すような値に設定されている。そしてこれら両
コイル導体９１、９１’を駆動することにより、それぞ
れのローレンツ力が作用し、結果としてローレンツ力の
合力が傾斜磁場コイル全体に作用する。従って、圧電素
子はローレンツ力の合力の作用により生じるモーメント
分布を打ち消すように、略同一或いは逆の分布を持つ電
圧が印加される。

【００３４】これにより図４に示す実施例と同様に傾斜
磁場コイル駆動時に生じるモーメントを効果的に抑制す
ることができる。次に圧電素子の制御方法について説明
する。以下説明する制御方法は、以上述べたすべての構
成において適用することができる。圧電素子３０は図６
に示すように電源４１及び制御装置４２に接続されてい
る。制御装置４２は、キャンセルすべきローレンツ力に
関する情報に基づき電源４１を駆動し、圧電素子３０が
ローレンツ力によるモーメントを打ち消す力を生じるよ
うに電気的エネルギーである電圧を印加する。このロー
レンツ力に関する情報は、予めシミュレーションによっ
て得た情報を格納しておいてもよいが、好適にはシーケ
ンサ７からの傾斜磁場駆動情報（傾斜磁場強度、タイミ
ング）を利用する。シーケンサ７の傾斜磁場駆動情報と
しては、傾斜磁場強度、印加タイミング、印加軸が利用
される。

【００３５】図６の構成において、制御装置４２は、予
め複数の圧電素子３０の各々に加える電圧の比率（重み
付量）を求めメモリに格納しておき、この重み付量に基
づき、各圧電素子に印加する電圧を決定する。重み付量
は以下のように決定される。まず３軸の傾斜磁場コイル
のうちＸ軸のみ、ある傾斜磁場強度（Ｇ₀）で駆動し、
そのときに発生する各部の圧電素子の電圧をＡ／Ｄ変換
し、その値を制御装置４２のメモリに格納する。同様に
Ｙ、Ｚ軸の傾斜磁場の場合についても各部の圧電素子の
電圧の値を求めメモリに格納する。これら各軸の傾斜磁
場駆動に伴う各圧電素子３０に加える電圧について、そ
の比率を演算し、重み付け量（ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ）とす
る。

【００３６】そして実際の撮影時に、制御装置４２はシ
ーケンサ７から傾斜磁場駆動情報を取込み、印加軸とそ
の傾斜磁場強度の情報から全体の傾斜磁場強度を求め、
その値を各圧電素子ごとに重み付けし、さらにローレン
ツ力によるモーメント分布に対応する一定のゲインを与
え、その信号で各圧電素子の電源４１を駆動し圧電素子
３０に電圧を印加する。この圧電素子駆動のタイミング
は、シーケンサ７からの印加タイミング情報に合せて行
う。ところで、実際の撮像シーケンス実行時において
は、複数の傾斜磁場が同時に印加される場合が多い。例
えば撮像時の傾斜磁場強度をＧとし３軸同時に印加した
とすると、１つの圧電素子に印加する電圧は、その圧電
素子の重み付け量をｋｘ、ｋｙ、ｋｚとすると、−Ｇ
（ｋｘ＋ｋｙ＋ｋｚ）／Ｇ₀となる。この電圧に一定の
ゲインを与えた電圧がシーケンサ７の信号の出力に基づ
くタイミングで印加される。

【００３７】尚、モーメント分布に対応してきめられる
ゲイン量は、モーメント分布が一定である場合には各圧
電素子について一定であるので、ハード的に一定のゲイ
ンを与えるように構成できる。また制御装置４２のメモ
リに重み付量とともに格納しておくことも可能である。
このようにシンケンサ７の情報を利用することにより、
応答性に優れ、効果的に振動、騒音のキャンセルを行う
ことができる。

【００３８】以上、本発明の第１の態様として複数の変
換素子に印加する電圧をローレンツ力によるモーメント
分布に対応して制御することを説明したが、次に本発明
の第２の態様として変換素子に印加する電圧をその特性
に対応して制御することを実施例により説明する。上記
実施例においては、圧電素子３０は主として傾斜磁場コ
イルに生じるモーメントに着目し、それを打ち消すため
に好適な配置を説明したが、本実施例では、傾斜磁場コ
イルに発生する複雑な変形に対応して、モーメントのみ
ならず単純圧縮力或いは引張り力を打ち消すための種々
の配置とすることができる。図７に円周方向及び軸方向
に発生するモーメントに対応するための圧電素子の配置
を示す。

【００３９】図７（ｂ）に示す傾斜磁場コイル９は、図
４の傾斜磁場コイルと同様にＸ、Ｙ、Ｚ３軸方向の傾斜
磁界を発生するコイル導体９１とそれらを保持するボビ
ン９２とがネジ止め或いはダンピングの少ない接着剤で
接着し一体化した円筒状で、このコイル導体９１の外側
に軸方向に大きな変形を生じる圧電素子３０と円周方向
に大きな変形を生じる圧電素子３０’とがそれぞれ複
数、配置されている。これら圧電素子は、個々の圧電素
子３０の間に圧電素子とほぼ同面積の電極を挟んだ構造
をしており、分極の方向（図中、矢印方向）が交互に反
対側を向くように積層されている。これら圧電素子３０
は一層おきに外部電極により電気的に並列接続されてお
り、隣接する圧電素子の境界面の電圧が同一でも同一方
向に変形する。しかも、多数の圧電素子を積層した構造
をしているので、分極方向に大きな変換エネルギーを得
ることができる。従って、分極方向が軸方向と一致する
ように配置された圧電素子３０を駆動することにより、
軸方向に生じるモーメントを抑制することができ、分極
方向が円周方向と一致するように配置された圧電素子３
０’を駆動することにより、円周方向に生じるモーメン
トを抑制することができる。

【００４０】尚、本態様による傾斜磁場コイル及び圧電
素子の配置は図７に限定されるものではなく、傾斜磁場
コイルは図５に示すようなシールドコイルを備えたもの
であってもよく、また圧電素子はボビン９２の内側、さ
らにはコイルとボビンからなる積層体の内部に配置して
もよい。次にこのように傾斜磁場コイルに配置された圧
電素子の駆動制御方法について説明する。図８は傾斜磁
場コイルの駆動も含めた圧電素子駆動の制御を示すブロ
ック図で、圧電素子に関する基本的な構成は図６に示す
ブロック図と同様であり、圧電素子制御部４２と圧電素
子アンプ４１（図６の電源に対応）とから成る。

【００４１】また傾斜磁場コイル９は傾斜磁場コントロ
ール部７０とアンプ７１とを備えており、これら傾斜磁
場コントロール部７０及びアンプ７１は図３に示す傾斜
磁場電源１０に対応する。傾斜磁場コントロール部７０
は、傾斜磁場コイルで発生する渦電流によって傾斜磁場
の磁場立ち上がり波形がなまる現象を補償する機能を有
する。傾斜磁場コントロール部７０の出力はアンプ７１
に入力され傾斜磁場コイル９に１５０Ａものパルス電流
を流す。ディレイ７２はシーケンサ７からの信号が一定
の遅延時間をもって送信系４、受信系５及び傾斜磁場コ
ントロール部７０に入力するようにするためのもので、
圧電素子制御部４２における演算時間を経て圧電素子に
供給される振動電圧と傾斜磁場コイルに供給される電流
波形とが時間的に一致するように調整する。尚、送信系
４、受信系５にも同様のディレイ７２が設けられている
のは、送信系４及び受信系５への信号送出タイミング
は、イメージングの原理から傾斜磁場系への電圧印加タ
イミングとの関係が決定されているため、傾斜磁場系に
ディレイ７２を設けたことに伴い設けられたものであ
る。

【００４２】圧電素子制御部４２は、各圧電素子ごとに
傾斜磁場コイル９で発生する振動を圧電素子で打ち消す
のに必要な駆動信号を発生するために、シーケンサ７か
らの情報に基づき所定の演算を行う。圧電素子制御部４
２は例えばデジタルシグナルプロセッサから成り、シー
ケンサ７からのアナログ情報をＡ／Ｄ変換後所定の演算
を行い、Ｄ／Ａ変換し所定の振動電圧として圧電素子ア
ンプ４１に出力する。圧電素子制御部４２で行う演算は
既に述べたような各圧電素子ごとの重み付量等に対応す
るゲイン演算、位相演算を含み、更に圧電素子の特性を
考慮したフィルタ処理及び直流オフセット電圧演算が含
まれる。

【００４３】直流オフセット電圧演算は、圧電素子が逆
分極を生じない範囲で振動電圧を印加するためになされ
る。即ち、圧電素子への印加電圧とそれにより生じる変
形との関係を示す図２からもわかるように、圧電素子に
電圧を＋方向に下げて行くと、矢印１０１に示すような
変位も減少するが、電圧を−方向に下げて行くと矢印１
０１に示すように変位も減少するが、電圧がマイナスを
少し過ぎた時点で逆分極が生じる。このような逆分極
は、例えば電圧を±１００〜１５０Ｖの範囲で印加した
ときに２０〜３０μの変位が得られる圧電素子について
は、−４０Ｖ付近で起こる。従ってこのような圧電素子
では印加する電圧と圧電素子の変位との関係がリニアで
ある−４０Ｖ以上の範囲で振動電圧を与える必要があ
る。通常シーケンサ７からの傾斜磁場駆動情報は、図９
に示すように０Ｖを基準電圧とする振動電圧１０２とし
て与えられるので、逆分極を生じない範囲で圧電素子を
駆動するためには、上記例では−４０Ｖの直流オフセッ
ト１０３を持たせればよいことになる。これにより傾斜
磁場の振動をキャンセルするための振動波形１０２と直
流オフセット１０３の和である電圧１０４が圧電素子３
０に印加される。

【００４４】更に本実施例では直流電圧１０３は緩やか
な立ち上がり及び立ち下がり波形となるように印加され
る。このように振動波形印加前に、緩やかな立ち上がり
波形で電圧を印加することにより、また撮影終了時に緩
やかな立ち下がり波形で直流電圧をオフすることによ
り、直流電圧印加時の振動、騒音発生を防止している。
圧電素子制御部４２におけるフィルタ処理は圧電素子の
共振周波数付近より低い部分でローパスフィルタをかけ
る処理であり、圧電素子印加電圧に対する変形の直線性
の悪化を防止する。

【００４５】以上のような構成において、圧電素子制御
部４２はシーケンサ７から傾斜磁場駆動情報が入力され
ると、それに対しゲイン演算、位相演算、フィルタ処理
及び直流オフセット演算を行い、図９に１０４で示すよ
うな振動電圧をそれぞれ各圧電素子アンプ４１に送り、
各圧電素子３０を駆動する。またシーケンサ７からの傾
斜磁場駆動情報は、圧電素子制御部４２における演算に
要する所定の遅延時間をもって傾斜磁場コントロール部
７０に入力されアンプ７１を介して傾斜磁場コイル９を
駆動するので、傾斜磁場コイル９の駆動開始（撮影開
始）と同時にその振動及び騒音を抑制することができ
る。この際、圧電素子は直線性のよい電圧範囲で駆動さ
れるので効率よく振動及び騒音が防止される。

【００４６】以上、図８を参照して圧電素子の制御方法
について説明したが、本発明は図８の構成に限定される
ものではなく、例えば図１０〜１２に示すような種々の
変形が可能である。図１０の実施例では、シーケンサ７
から傾斜磁場コントロール部７０を介して出力される傾
斜磁場駆動情報を圧電素子制御部４２に利用する構成で
あり、傾斜磁場コイルへの駆動情報を所定時間遅延させ
るためのディレイ７２は傾斜磁場コントロール部７０と
アンプ７１との間に設けられている。また図１１及び図
１２の実施例では圧電素子制御部４２自体に遅延機能を
持たせたもので、その他の構成はそれぞれ図８及び図１
０の構成と対応している。傾斜磁場駆動情報を傾斜磁場
コントロール部７０から取り出した図１０及び図１２の
構成では、渦電流を補償するように傾斜磁場コイル９に
印加される電圧そのものの情報が得られるので、より精
度のよい振動及び騒音の抑制が可能となる。

【００４７】尚、上述した実施例ではシーケンサ７から
の情報に対し一定の直流オフセットを持たせるようにし
ているが、圧電素子駆動電源の設定等によって逆分極を
起こさない範囲の振動電圧となるように、例えば−４０
Ｖと１００Ｖの範囲の振動電圧とすることも可能であ
る。また以上電気的エネルギーを機械的エネルギーに変
換可能な変換素子として圧電素子を例示して説明した
が、本発明は圧電素子に限定されるものではなく電圧の
印加によって所定の変形を生じる素子であれば使用でき
る。

【００４８】

【発明の効果】以上の実施例からの明らかなようじ、本
発明によればＭＲＩ装置の振動及び騒音の発生源である
傾斜磁場コイルに、電気的エネルギーを機械的エネルギ
ーに変換する変換素子を配置し、これら変換素子に印加
する電圧をコントロールすることにより、効率よく振動
源及び騒音源となる傾斜磁場コイルに発生する電磁力を
キャンセルすることができる。これにより傾斜磁場コイ
ルの振動、騒音を防止し、被検体の恐怖感、不快感が解
消される。

【００４９】また本発明によれば、傾斜磁場コイル駆動
時のローレンツ力により発生するモーメント分布に対応
して変換素子に印加する電圧をコントロールするように
したので、モーメントによる変形、それに伴う騒音を効
果的に防止することができる。さらに本発明によれば、
変換素子の特性が線形である範囲で変換素子を駆動した
ので高精度の振動、騒音抑制が可能となる。更に本発明
によれば、このような変換素子に印加する電圧の制御
を、傾斜磁場コイルを駆動するシーケンサからの情報に
基づいて行うことにより、撮影の開始と同時に応答性よ
く騒音、振動を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるＭＲＩ装置の振動・騒音抑制方
法を説明する図で、（ａ）は傾斜磁場コイルに作用する
ローレンツ力及びそれによって生じるモーメント分布を
示す図、（ｂ）は（ａ）のモーメント分布に対応した電
圧分布を示す図、（ｃ）は単一の圧電素子によるモーメ
ントを示す図。

【図２】 圧電素子の印加電圧と変位との関係を示す
図。

【図３】 本発明のＭＲＩ装置の全体構成図。

【図４】 本発明のＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルの１実
施例を示す図で、（ａ）はその一部切り欠け斜視図、
（ｂ）はその断面図。

【図５】 本発明のＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルの他の
実施例を示す断面図。

【図６】 本発明のＭＲＩ装置における圧電素子の制御
の一実施例を説明するブロック図。

【図７】 本発明のＭＲＩ装置の傾斜磁場コイルの他の
実施例を示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその
一部拡大図。

【図８】 本発明のＭＲＩ装置における傾斜磁場コイル
及び圧電素子の制御の一実施例を説明するブロック図。

【図９】 本発明におけるシーケンサからの情報と圧電
素子に印加される電圧との関係を示す図。

【図１０】 本発明のＭＲＩ装置における傾斜磁場コイ
ル及び圧電素子の制御の他の実施例を説明するブロック
図。

【図１１】 本発明のＭＲＩ装置における傾斜磁場コイ
ル及び圧電素子の制御の他の実施例を説明するブロック
図。

【図１２】 本発明のＭＲＩ装置における傾斜磁場コイ
ル及び圧電素子の制御の他の実施例を説明するブロック
図。

【符号の説明】

１・・・・・・被検体（検査対象） ２・・・・・・静磁場発生回路（静磁場発生手段） ３・・・・・・傾斜磁場発生系（傾斜磁場発生手段） ６・・・・・・信号処理系（画像再構成手段） ７・・・・・・シーケンサ（制御手段） ８・・・・・・ＣＰＵ（画像再構成手段） ９・・・・・・主コイル（傾斜磁場発生コイル） ９’・・・・・・シールドコイル １４ａ、１４ｂ・・・・・・高周波コイル ３０・・・・・・圧電素子（変換素子） ４２・・・・・・圧電素子制御装置 ９１・・・・・・主コイル導体（コイル導体） ９１’・・・・・・シールドコイル導体（コイル導体） ９２・・・・・・主ボビン（保持部材）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静磁場、傾斜磁場の各磁場発生手段と、検
   査対象に電磁波を照射したり、検査対象からの核磁気共
   鳴信号を検出する高周波コイルと、前記検出信号を使っ
   て検査対象の物理的性質を表す画像を得る画像再構成手
   段と、検査条件を制御する制御手段とを備えた磁気共鳴
   イメージング装置において、 前記傾斜磁場発生手段は、傾斜磁界を発生させる少なく
   とも１つのコイル導体と、前記コイル導体を保持する少
   なくとも１つの保持部材と、前記コイル導体及び前記保
   持部材から成る積層体に固定され、電気的エネルギーを
   機械的エネルギーに変換可能な複数の変換素子とから構
   成され、各変換素子は前記コイル導体のローレンツ力に
   よって又はコイル導体が複数であるときは各コイル導体
   のローレンツ力の合力によって前記保持部材に生じるモ
   ーメント分布をキャンセルするモーメント分布を生ずる
   ように電圧が印加されることを特徴とする磁気共鳴イメ
   ージング装置。
2. 【請求項２】前記変換素子は圧電素子であり、前記積層
   体の断面の図心から離れた位置であって前記コイル導体
   の軸方向に配列されていることを特徴とする請求項１記
   載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 【請求項３】磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイ
   ルを駆動する際に発生するローレンツ力により生ずる振
   動及び騒音を抑制する方法であって、 前記傾斜磁場コイルと一体的に、電気的エネルギーを機
   械的エネルギーに変換可能な複数の変換素子を配置し、
   各変換素子に印加される電圧によって前記傾斜磁場コイ
   ルのローレンツ力により前記傾斜磁場コイルに生ずるモ
   ーメント分布をキャンセルするモーメント分布を生ずる
   ように前記変換素子を駆動することを特徴とする磁気共
   鳴イメージング装置の振動・騒音抑制方法。
4. 【請求項４】静磁場、傾斜磁場の各磁場発生手段と、検
   査対象に電磁波を照射したり、検査対象からの核磁気共
   鳴信号を検出する高周波コイルと、前記検出信号を使っ
   て検査対象の物理的性質を表す画像を得る画像再構成手
   段と、検査条件を制御する制御手段とを備えた磁気共鳴
   イメージング装置において、 前記傾斜磁場発生手段は、傾斜磁界を発生させる少なく
   とも１つのコイル導体と、前記コイル導体を保持する少
   なくとも１つの保持部材と、前記コイル導体及び前記保
   持部材から成る積層体に固定され、電気的エネルギーを
   機械的エネルギーに変換可能な複数の変換素子とから構
   成され、各変換素子に印加される電圧は前記制御手段の
   情報に基づき制御されるとともに、一定の直流オフセッ
   トを有していることを特徴とする磁気共鳴イメージング
   装置。
5. 【請求項５】静磁場、傾斜磁場の各磁場発生手段と、検
   査対象に電磁波を照射したり、検査対象からの核磁気共
   鳴信号を検出する高周波コイルと、前記検出信号を使っ
   て検査対象の物理的性質を表す画像を得る画像再構成手
   段と、検査条件を制御する制御手段とを備えた磁気共鳴
   イメージング装置において、 前記傾斜磁場発生手段は、傾斜磁界を発生させる少なく
   とも１つのコイル導体と、前記コイル導体を保持する少
   なくとも１つの保持部材と、複数の圧電素子とから構成
   され、各圧電素子に印加される電圧は前記圧電素子に逆
   分極が起こらない範囲の振動電圧となるように制御され
   ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 【請求項６】磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイ
   ルを駆動する際に発生するローレンツ力により生ずる振
   動及び騒音を抑制する方法であって、 前記傾斜磁場コイルと一体的に、複数の圧電素子を配置
   し、各圧電素子に印加される電圧が前記圧電素子に逆分
   極が起こらない範囲の振動電圧となるように制御するこ
   とを特徴とする磁気共鳴イメージング装置の振動・騒音
   抑制方法。