JP5367293B2 - Ｍｒｉ装置 - Google Patents

Description

本発明は、勾配コイルに勾配コイル用交流電力を供給する電源部を有するＭＲＩ装置に関する。

ＭＲＩ（Magnetic
Resonance Imaging）システムは、電源部に、交流電力を直流電力に変換するコンバータを備えている（特許文献1参照）。
再表２００５−０８８１４

上記の文献の方法では、消費電力の最大値（最大消費電力）と同じ定格電力を有するコンバータ、又は最大消費電力よりも大きい定格電力を有するコンバータが必要となる。したがって、定格電力が大きい大型のコンバータが必要となり、電源部の設置面積が大きくなるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑み、設置面積の小さい電源部を実現することができるＭＲＩシステムを提供することを目的とする。

上記の問題を解決する本発明のＭＲＩ装置は、
勾配コイルと、データ収集期間の各繰返し時間に前記勾配コイルに勾配コイル用交流電力を供給する電源部とを有するＭＲＩ装置であって、
前記電源部は、
交流電力供給源からの入力交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を出力する第１の電力変換部、
前記直流電力を蓄電する蓄電部、および
前記蓄電部から直流電力を取り出し、取り出した前記直流電力を前記勾配コイル用交流電力に変換する第２の電力変換部、
を有し、
前記蓄電部は、前記第２の電力変換部と前記勾配コイルが前記繰返し時間の間に消費する電力を蓄えるのに必要な容量を有しており、
前記第２の電力変換部は、前記繰返し時間の間に、前記蓄電部から直流電力を取り出し、
前記第１の電力変換部は、前記繰返し時間の間に前記蓄電部から取り出された直流電力を、前記繰返し時間の間に、前記蓄電部に補充する。

本発明では、蓄電部は、第２の電力変換部と勾配コイルが繰返し時間の間に消費する電力を蓄えるのに必要な容量を有している。したがって、第１の電力変換部として、定格電力の小さい小型のものを使用することができ、電源部の設置面積を小さくすることができる。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。尚、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。

１．第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態のＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）システム１００の斜視図である。

ＭＲＩシステム１００は、ＭＲＩ装置１１と、ＭＲＩ装置１１を制御する制御装置２１とを有している。ＭＲＩ装置１１は、ＭＲＩ室１０に設置されており、制御装置２１はモニター室２０に設置されている。

ＭＲＩ装置１１は、勾配コイル群１４を有している。勾配コイル群１４は、３つの勾配コイル１４Ｘ、１４Ｙ、および１４Ｚから構成される（後述する図２参照）。

制御装置２１は、操作部２２と、キャビネット２３と、を有している。

キャビネット２３は、ＭＲＩ装置１１に電力を供給したり、受信コイル（図示せず）が受信したＭＲ信号を処理する。キャビネット２３は、勾配コイル電源部２４と、電源制御部４０とを有している。

勾配コイル電源部２４は、ＭＲＩ装置１１の勾配コイル群１４に電力を供給する。勾配コイル電源部２４は、モニター室２０の交流電力供給源２０ａから交流電力を受け取り、受け取った交流電力を、勾配コイル群１４を駆動するための勾配コイル用交流電力に変換する。電源制御部４０は、勾配コイル電源部２４の動作を制御する。電源制御部４０の具体的な役割については、後述する。

図２は、勾配コイル電源部２４と、電源制御部４０と、勾配コイル群１４とを具体的に示す図である。

勾配コイル群１４は、Ｘ軸勾配コイル１４Ｘと、Ｙ軸勾配コイル１４Ｙと、Ｚ軸勾配コイル１４Ｚとを有している。

勾配コイル電源２４は、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１、蓄電部３２、放電部３３、およびＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４を有している。

ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、交流電力供給源２０ａから入力交流電力Ｐac_inを受け取り、入力交流電力Ｐac_inを、直流電力Ｐdcに変換する。ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、絶縁トランス３１ａと、整流器３１ｂとを有している。絶縁トランス３１ａは、交流電力供給源２０ａから入力交流電力Ｐac_inを受け取り、入力交流電力Ｐac_inを、出力交流電力Ｐac_tに変換する。整流器３１ｂは、絶縁トランス３１ａの出力交流電力Ｐac_tを直流電力Ｐdcに変換する。

整流器３１ｂが出力する直流電力Ｐdcは、蓄電部３２に蓄電されたり、あるいは、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４に供給される。

蓄電部３２は、整流器３１ｂから出力された直流電力Ｐdcを蓄電する。本実施形態では、蓄電部３２は、数ファラドの静電容量Ｃを有するコンデンサが使用されている。数ファラドの静電容量Ｃを有するコンデンサとして、例えば電気二重層コンデンサを使用することができる。

放電部３３は、蓄電部３２に溜まっている電荷をシャットダウン期間Ｔsd（図３（ａ）参照）に放電するためのものである。放電部３３は、放電抵抗３３ａと、スイッチ３３ｂとを有している。スイッチ３３ｂがオンになると、放電抵抗３３ａが蓄電部３２に並列接続されるので、蓄電部３２に溜まっている電荷が放電される。

ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４は、整流器３１ｂからの直流電力Ｐdcおよび／又は蓄電部３２からの直流電力Ｐdc_capを受け取り、受け取った直流電力Ｐdcおよび／又は直流電力Ｐdc_capを、勾配コイル群１４に供給される交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４は、３つのＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘ、３５Ｙ、および３５Ｚを有している。

ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘは、直流電力Ｐdcおよび／又は直流電力Ｐdc_capを、Ｘ軸勾配コイル１４Ｘに供給されるＸ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gxに変換する。ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｙは、直流電力Ｐdcおよび／又は直流電力Ｐdc_capを、Ｙ軸勾配コイル１４Ｙに供給されるＹ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gyに変換する。ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｚは、直流電力Ｐdcおよび／又は直流電力Ｐdc_capを、Ｚ軸勾配コイル１４Ｚに供給されるＺ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gzに変換する。

ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘは、インバータ３６とフィルタ３７とを有している。インバータ３６は、直流電力Ｐdcおよび／又は直流電力Ｐdc_capを受け取り、受け取った直流電力Ｐdcおよび／又は直流電力Ｐdc_capを、交流電力Ｐac_invに変換する。フィルタ３７は、インバータ３６からの交流電力Ｐac_invをフィルタ処理し、フィルタ処理された交流電力Ｐac_invを、Ｘ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gxとして出力する。Ｘ軸勾配コイル１４Ｘは、Ｘ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gxが供給されることによって、Ｘ軸方向の勾配磁場を発生する。ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘと勾配コイル１４Ｘとの組合せSetXは、Ｘ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている。

尚、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｙおよび３５Ｚの構造は、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘと同じであるので、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｙおよび３５Ｚの詳しい説明については省略する。ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５ＹとＹ軸勾配コイル１４Ｙとの組合せSetYは、Ｙ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている。また、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５ＺとＺ軸勾配コイル１４Ｚとの組合せSetZは、Ｚ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている。

電源制御部４０は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４が整流器３１ｂおよび／又は蓄電部３２から電力を取り出すタイミングを制御する。また、電源制御部４０は、放電部３３のスイッチ３３ｂのオン、オフを制御する。

図３は、ＭＲＩシステム１００のタイムスケジュールの一例を示す図である。

ＭＲＩシステム１００は、パワーオン期間Ｔpoと、撮像期間Ｔimと、シャットダウン期間Ｔsdとを有している（図３（ａ）参照）。

パワーオン期間Ｔpoは、ＭＲＩシステム１００を立ち上げるための期間である。撮像期間Ｔimは、被検体１２（図１参照）を撮像する期間である。シャットダウン期間Ｔsdは、ＭＲＩシステム１００をシャットダウンするための期間である。

撮像期間Ｔimは、パルスシーケンスが実行されるパルスシーケンス期間Ｔpsを有している。各パルスシーケンス期間Ｔpsは、プリパレーション期間Ｔprepと、データ収集期間Ｔdataとを有している（図３（ｂ）参照）。プリパレーション期間Ｔprepは、被検体１２からデータを収集する前に、被検体１２に先行パルスを送信するための期間である。データ収集期間Ｔdataは、被検体１２からデータを収集するための期間である。

データ収集期間Ｔdataでは、繰返し時間ＴＲごとにデータが収集される（図３（ｃ）参照）。各繰返し時間ＴＲには、データを収集するためのデータ収集用パルスシーケンスが実行される。各繰返し時間ＴＲごとに実行されるデータ収集用パルスシーケンスの一例が、図３（ｄ）に示されている。

図４は、各繰返し時間ＴＲの間に、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４と勾配コイル群１４によって消費される消費電力Ｐcの時間変化の一例を表すグラフである。

本実施形態では、繰返し時間ＴＲの間に、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４が整流器３１ｂおよび／又は蓄電部３２から電力を取り出し、取り出した電力を勾配コイル用交流電力Ｐac_Gx、Ｐac_Gy、およびＰac_Gzに変換する。また、勾配コイル１４Ｘ、１４Ｙ、および１４Ｚは、勾配コイル用交流電力Ｐac_Gx、Ｐac_Gy、およびＰac_Gzが供給されることによって、勾配パルスを印加する。したがって、各繰返し時間ＴＲの間に、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４と勾配コイル群１４によって電力が消費される。

ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４と勾配コイル群１４が繰返し時間ＴＲの間に消費する全消費電力ＡＰtotalは、斜線部分の面積になる。全消費電力ＡＰtotalは、以下の式で表される。

ＡＰtotal＝ＡＰx＋ＡＰy＋ＡＰz・・・（１）
ここで、ＡＰxは、繰返し時間ＴＲの間に、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘと勾配コイル１４Ｘとによって消費される電力である。ＡＰyは、繰返し時間ＴＲの間に、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｙと勾配コイル１４Ｙとによって消費される電力である。ＡＰzは、繰返し時間ＴＲの間に、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｚと勾配コイル１４Ｚとによって消費される電力である。

消費電力Ｐcは、繰返し時間ＴＲの間、一定値を有しているわけではなく、時間ｔと共に大きく変動している。期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、およびＴ７では、消費電力Ｐcは、消費電力Ｐcの平均値（以下、「平均消費電力」と呼ぶ）Ｐaveよりも小さいが、期間Ｔ２、Ｔ４、およびＴ６では、消費電力Ｐcは、平均消費電力Ｐaveよりも大きい。期間Ｔ６の間に、消費電力Ｐcは、最大値（以下、「最大消費電力」と呼ぶ）Ｐmaxに到達する。蓄電部３２は、全消費電力ＡＰtotalと同じ電力、あるいはそれ以上の電力を蓄電することができる容量を有している。ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４は、繰返し時間ＴＲの間に、整流部３１ｂおよび／又は蓄電部３２から、全消費電力ＡＰtotalに相当する電力Ｅtotalを取り出す。この電力Ｅtotalは、以下の式で表される。

Ｅtotal＝Ｅx＋Ｅy＋Ｅz・・・（２）
ここで、Ｅxは、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘが、繰返し時間ＴＲの間に、整流部３１ｂおよび／又は蓄電部３２から取り出す全電力である。Ｅyは、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｙが、繰返し時間ＴＲの間に、整流部３１ｂおよび／又は蓄電部３２から取り出す全電力である。Ｅzは、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｚが、繰返し時間ＴＲの間に、整流部３１ｂおよび／又は蓄電部３２から取り出す全電力である。

一方、整流器３１ｂは、電力Ｅtotal（式（２）参照）のうち、蓄電部３２から取り出された分の電力を、繰返し時間ＴＲの間に蓄電部３２に補充する。したがって、蓄電部３２の蓄電エネルギーは、繰返し時間ＴＲの間に元のエネルギー値に戻るので、蓄電部３２は、次の繰返し時間ＴＲにおいても、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４が必要とする電力を供給することができる。蓄電部３２は、上述したように、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４と勾配コイル群１４が消費する全消費電力ＡＰtotalと同じ電力、あるいはそれ以上の電力を蓄電することができる容量を有している。したがって、蓄電部３２は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４および勾配コイル群１４によって繰返し時間ＴＲの間に消費される電力を、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４に供給することが可能となる。この結果、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１の出力する電力Ｐdcが、最大消費電力Ｐmaxより小さくても、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４および勾配コイル群１４に、必要な電力を供給することができる。したがって、小型の絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂを使用することができ、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１の占有面積を縮小することができるという効果がある。このような効果が得られる理由を説明するため、以下に、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１を備えているが、蓄電部３２を備えていない電源部について考察する。

図５は、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１を備えているが、蓄電部３２を備えていない電源部２４’を示す図である。

図５に示す電源部２４’は、図２に示す電源部２４とは異なり、蓄電部３２を有していないが、その他の構成要素は、図２に示す電源部２４と同じである。

図５の電源部２４’では、整流器３１ｂからの直流電力Ｐdcは、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４に直接供給される。したがって、整流器３１ｂが、平均消費電力Ｐaveと同じ値の直流電力Ｐdc_ave（図４のグラフの右側の縦軸Ｐdc参照）しか出力できない場合、期間Ｔ２、Ｔ４、およびＴ６の間は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４および勾配コイル群１４に十分な電力を供給することができない。したがって、図５に示す電源部２４’を使用する場合、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４および勾配コイル群１４に十分な電力を供給するためには、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、最大消費電力Ｐmaxと同じ値の直流電力Ｐdc_max（図４のグラフの右側の縦軸Ｐdc参照）を出力できるように構成される必要がある。このようなＡＣ／ＤＣ電力変換部３１を実現するためには、定格電力ＮＰＲの大きい絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂを使用することが考えられる。絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂの定格電力ＮＰＲを大きくすればするほど、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４に、より大きな直流電力Ｐdcを供給することができる。したがって、絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂの定格電力ＮＰＲを、直流電力Ｐdc_maxと同じ値の定格電力ＮＰＲ_max（図４のグラフの右側の縦軸ＮＰＲ参照）にすることによって、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は直流電力Ｐdc_maxを出力することができる。しかし、絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂは、電力定格値が大きくなるに伴って、その容積も大きくなる。したがって、絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂが定格電力ＮＰＲ_maxを有する場合、絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂの容積も大きくなり、電源部２４’が大型化するという問題がある。

そこで、本実施形態では、電源部２４の小型化を図ることができるようにするため、電源部２４は、蓄電部３２を有している（図２参照）。このような蓄電部３２を備えることによって、電源部２４の小型化を図ることができる。この理由について、図４を参照しながら説明する。

ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４が、繰返し時間ＴＲの間に、整流部３１ｂおよび／又は蓄電部３２から取り出す全電力Ｅacは、以下の式で表される。
Ｅac＝ＡＰtotal・・・（３）

一方、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が繰返し時間ＴＲの間に出力する全電力Ｅxは、以下の式で表される。
Ｅx＝Ｐdc・ＴＲ・・・（４）

本実施形態では、上述したように、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４が蓄電部から取り出された電力を、繰返し時間ＴＲの間に蓄電部３２に補充する。このような補充をすることができるためには、全電力Ｅac（式（３）参照）とＥx（式（４）参照）は、以下の関係式を満たせばよい。
Ｅx＝Ｅac・・・（５）

式（５）から、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が出力する直流電力をＰdcは、以下の値になる。
Ｐdc＝ＡＰtotal／ＴＲ
＝Ｐave（Ｐave：平均消費電力（図４参照））
＝Ｐdc_ave ・・・（６）

式（６）から、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、平均消費電力Ｐaveと同じ直流電力Ｐdc_aveを出力することができれば、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、蓄電部３２から取り出された全電力を、蓄電部３２に補充できることがわかる。また、蓄電部３２は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４と勾配コイル群１４が消費する全消費電力ＡＰtotalと同じ電力、あるいはそれ以上の電力を蓄電することができる容量を有している。したがって、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が、平均消費電力Ｐaveと同じ直流電力Ｐdc_aveしか出力することができなくても、蓄電部３２から電力を供給することによって、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１に最大消費電力Ｐmaxを供給することができる。このため、絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂは、平均消費電力Ｐaveと同じ定格電力ＮＰＲ_aveを有していればよく、定格電力ＮＰＲ_maxは不要である。したがって、絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂの定格電力を小さくすることができ、絶縁トランス３１ａおよび整流器３１ｂの小型化を図ることができる。また、絶縁トランス３１ａの定格電力を小さくすることができるので、絶縁トランス３１ａに交流電力を供給する交流電力供給源２０ａに必要な電力容量も低減することができる。

次に、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が直流電力Ｐdc_aveを出力する場合、繰返し時間ＴＲの間に、蓄電部３２の蓄電エネルギーがどのように変化するかについて説明する。

図６は、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が直流電力Ｐdc_aveを出力する場合、繰返し時間ＴＲの間に、蓄電部３２の蓄電エネルギーがどのように変化するかについての説明図である。

図６（ａ）は、図３のパワーオン期間Ｔpoと、撮像期間Ｔimと、シャットダウン期間Ｔsdとを概略的に示した図である。図６（ｂ）は、図４に示す消費電力Ｐcのグラフである。図６（ｃ）は、蓄電部３２が蓄えているエネルギーＥcapの時間変化を表す曲線ＥＣ１を示す。図６（ｃ）において、蓄電部３２が蓄電できる最大のエネルギーはＥmaxであり、繰返し時間ＴＲの開始時刻ｔsにおいて、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapはＥcap＝Ｅ１であるとする。

期間Ｔ２、Ｔ４、およびＴ６においては、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が出力する直流電力Ｐdc_aveは、消費電力Ｐcよりも小さい（図６（ｂ）参照）。したがって、期間Ｔ２、Ｔ４、およびＴ６においては、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapは減少する（図６（ｃ）参照）。

一方、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、およびＴ７においては、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が出力する直流電力Ｐdc_aveは、消費電力Ｐcよりも大きい（図６（ｂ）参照）。したがって、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、およびＴ７においては、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapは増加する（図６（ｃ）参照）。

しかし、Ｐdc_ave・ＴＲ＝ＡＰtotalであるので（式（６）参照）、繰返し時間ＴＲの間において、蓄電部３２から取り出される全電力と、蓄電部３２に補充される全電力は等しい。したがって、繰返し時間ＴＲにおいて、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapの増加量と、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapの減少量は等しい。このため、繰返し時間ＴＲの終了時刻ｔeにおける蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapは、開始時刻ｔsと同様に、Ｅcap＝Ｅ１になる。したがって、繰返し時間ＴＲの間に、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４が蓄電部３２から取り出した電力を補充することができ、次の繰返し時間ＴＲにおいても、蓄電部３２は、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３１および勾配コイル群１４に電力を供給することができる。上記の説明では、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、繰返し時間ＴＲの間に蓄電部３２から取り出された電力と同じ電力を、蓄電部３２に補充している。しかし、ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１は、蓄電部３２から取り出された電力よりも大きい電力を、蓄電部３２に補充してもよい。

尚、図６を参照しながら説明したように、本実施形態では、各繰返し時間ＴＲの間に、蓄電部３２に電力が補充されるので、最後の繰返し時間ＴＲの終了時刻ｔeにおいても、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapは、Ｅcap＝Ｅ１となる。したがって、パルスシーケンス期間Ｔpsが終了しても、蓄電部３２に蓄電エネルギーＥ１が蓄電されている。パルスシーケンス期間Ｔpsの終了後は、蓄電部３２に蓄電されている蓄電エネルギーＥ１は不要になるので、蓄電部３２に溜まった電荷を放電する。この放電を行うために、シャットダウン期間Ｔsd（図６（ａ）参照）が設けられている。このシャットダウン期間Ｔsdにおいては、以下のようにして、蓄電部３２の放電が行われる。

図７は、シャットダウン期間Ｔsdにおける蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapの変化を示すグラフである。

シャットダウン期間Ｔsdの時刻ｔ１において、電源制御部４０は（図２参照）、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４が蓄電部３２の蓄電エネルギーを取り出すように制御信号Ｓcを送る。したがって、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４は、蓄電部３２からの電力を勾配コイル用交流電力Ｐac_Gx、Ｐac_Gy、およびＰac_Gzに変換する。勾配コイル用交流電力Ｐac_Gx、Ｐac_Gy、およびＰac_Gzは、それぞれ勾配コイル１４Ｘ、１４Ｙ、および１４Ｚに供給される。したがって、各勾配コイル１４Ｘ、１４Ｙ、および１４Ｚには、それぞれコイル電流Ｉcoil_x、Ｉcoil_y、およびＩcoil_zが流れ、その結果、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapが減少する。蓄電エネルギーＥcapの減少に伴い、蓄電部３２の両端の電圧Ｖcap（図２参照）は次第に小さくなり、Ｖcapが、インバータ３６の動作限界電圧Ｖlimitに到達する（時刻ｔ2）。蓄電部３２の電圧Ｖcapがインバータ３６の動作限界電圧Ｖlimitに到達すると、インバータ３６の動作が停止する。したがって、インバータ３６は、蓄電部３２にまだ残っている蓄電エネルギーＥrを交流電力Ｐac_invに変換することができない。そこで、蓄電部３２に残っている蓄電エネルギーＥrを放電するために、電源制御部４０は、放電部３３のスイッチ３３ｂに、オン信号Ｓonを供給する（図２参照）。スイッチ３３ｂは、このオン信号Ｓonに応答してオンになる。スイッチ３３ｂがオンになるので、放電抵抗３３ａが蓄電部３２に並列に接続される。したがって、蓄電部３２にまだ残っている蓄電エネルギーＥrは、放電抵抗に３３ａに供給され、放電抵抗３３ａで消費される（時刻ｔ3）。このようにして、シャットダウン期間Ｔsdに、蓄電部３２の蓄電エネルギーＥ１を全て放電することができる。

尚、第１の実施形態では、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｘと勾配コイル１４Ｘとの組合せSetXと、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｙと勾配コイル１４Ｙとの組合せSetYと、ＤＣ／ＡＣ電力変換部３５Ｚと勾配コイル１４Ｚとの組合せSetZとが備えられている。しかし、これらの３つの組合せSetX、SetY、およびSetZを備える必要はなく、これらの３つの組合せのうちの１つの組合せ又は２つの組合せのみを備えることも可能である。

２．第２の実施形態
第２の実施形態の説明に当たっては、第１の実施形態との相違点について説明する。

図８は、第２の実施形態における勾配コイル電源２４と勾配コイル群１４とを示す図である。

勾配コイル電源２４は、絶縁トランス２４１、Ｘ軸変換部２４２Ｘ、Ｙ軸変換部２４２Ｙ、およびＺ軸変換部２４２Ｚを有している。

絶縁トランス２４１は、交流電力供給源２０ａから入力交流電力Ｐac_inを受け取り、入力交流電力Ｐac_inを、Ｘ軸出力交流電力Ｐac_X、Ｙ軸出力交流電力Ｐac_Y、およびＺ軸出力交流電力Ｐac_Zに変換する。

Ｘ軸変換部２４２Ｘは、Ｘ軸出力交流電力Ｐac_Xを、Ｘ軸勾配コイル１４Ｘを駆動するためのＸ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gxに変換する。Ｙ軸変換部２４２Ｙは、Ｙ軸出力交流電力Ｐac_Yを、Ｙ軸勾配コイル１４Ｙを駆動するためのＹ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gyに変換する。Ｚ軸変換部２４２Ｚは、Ｚ軸出力交流電力Ｐac_Zを、Z軸勾配コイル１４Ｚを駆動するためのＺ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gzに変換する。

Ｘ軸変換部２４２Ｘは、整流器２４３、蓄電部２４４、放電部２４５、およびＤＣ／ＡＣ電力変換部２４６を有している。

整流器２４３は、絶縁トランス２４１のＸ軸出力交流電力Ｐac_Xを直流電力Ｐdc_Xに変換する。直流電力Ｐdc_Xは、蓄電部２４５やＤＣ／ＡＣ変換部２４６に供給される。

蓄電部２４４は、整流器２４３から出力された直流電力Ｐdc_Xを蓄電する。蓄電部２４４は、全消費電力ＡＰtotal（図４参照）を蓄えておくことができるように、十分に大きい静電容量Ｃ（数ファラドの静電容量）を有している。

放電部２４５は、ＭＲＩ装置１１のシャットダウン期間Ｔsd（図７参照）に、蓄電部２４４に溜まっている電荷を放電するために設けられている。

ＤＣ／ＡＣ電力変換部２４６は、インバータ２４７とフィルタ２４８とを有している。インバータ２４７は、整流器２４３および／又は蓄電部２４４から直流電力Ｐdc_xおよび／又はＰdc_capを受け取り、受け取ったから直流電力Ｐdc_xおよび／又はＰdc_capを、交流電力Ｐac_invに変換する。フィルタ２４８は、インバータ２４７からの交流電力Ｐac_invをフィルタ処理し、フィルタ処理された交流電力Ｐac_invを、Ｘ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gxとして出力する。Ｘ軸勾配コイル１４Ｘは、Ｘ軸勾配コイル用交流電力Ｐac_Gxが供給されることによって、Ｘ軸方向の勾配磁場を発生する。Ｘ軸変換部２４２Ｘと勾配コイル１４Ｘとの組合せSetXは、Ｘ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている。

尚、Ｙ軸変換部２４２ＹおよびＺ軸変換部２４２Ｚの構造は、Ｘ軸変換部２４２Ｘと同じであるので、Ｙ軸変換部２４２ＹおよびＺ軸変換部２４２Ｚの詳しい説明については省略する。Ｙ軸変換部２４２Ｙと勾配コイル１４Ｙとの組合せSetYは、Ｙ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている。また、Ｚ軸変換部２４２Ｚと勾配コイル１４Ｚとの組合せSetZは、Ｚ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている。

第１の実施形態では（図２参照）、整流器３１ｂ、蓄電部３２、および放電部３３は、それぞれ１個つづ備えられているが、第２の実施形態では、整流器２４３、蓄電部２４４、および放電部２４５は、各勾配コイル１４Ｘ、１４Ｙ、および１４Ｚごとに備えられている。このように、勾配コイル電源部２４は、蓄電部２４４（蓄電部３２）に電力を補充できるのであれば、図２および図８に示す構造に限定されることはなく、種々の構造を取り得る。

また、第２の実施形態では、Ｘ軸変換部２４２Ｘと勾配コイル１４Ｘとの組合せSetXと、Ｙ軸変換部２４２Ｙと勾配コイル１４Ｙとの組合せSetYと、Ｚ軸変換部２４２Ｚと勾配コイル１４Ｚとの組合せSetZとが備えられている。しかし、これらの３つの組合せSetX、SetY、およびSetZを備える必要はなく、これらの３つの組合せのうちの１つの組合せ又は２つの組合せのみを備えることも可能である。

尚、第１および第２の実施形態では、蓄電部３２および２４４は、数ファラドの静電容量を有している。しかし、繰返し時間ＴＲの間に蓄電部３２および２４４から取り出される全電力を整流器が補充することができるのであれば、蓄電部３２および２４４の静電容量は数ファラドより大きくても、小さくてもよい。

本発明の第１の実施形態のＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）システム１００の斜視図である。 勾配コイル電源部２４と、電源制御部４０と、勾配コイル群１４との接続関係を示す図である。 ＭＲＩシステム１００のタイムスケジュールの一例を示す図である。 各繰返し時間ＴＲの間に、ＤＣ／ＡＣ電力変換手段３４と勾配コイル群１４によって消費される消費電力Ｐcの時間変化の一例を表すグラフである。 ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１を備えているが、蓄電部３２を備えていない電源部２４’を示す図である。 ＡＣ／ＤＣ電力変換部３１が直流電力Ｐdc_aveを出力する場合、繰返し時間ＴＲの間に、蓄電部３２の蓄電エネルギーがどのように変化するかについての説明図である。 シャットダウン期間Ｔsdにおける蓄電部３２の蓄電エネルギーＥcapの変化を示すグラフである。 第２の実施形態における勾配コイル電源２４と勾配コイル群１４とを示す図である。

符号の説明

１０ ＭＲＩ室
１１ ＭＲＩ装置
１２ 被検体
１４ 勾配コイル群
２０ モニタ室
２１ 制御装置
２２ 操作部
２３ キャビネット
２４ 勾配コイル電源部
３１ ＡＣ／ＤＣ電力変換部
３１ａ、２４１ 絶縁トランス
３１ｂ、２４３ 整流器
３２、２４４ 蓄電部
３３、２４５ 放電部
３３ａ 放電抵抗
３３ｂ スイッチ
３４ ＤＣ／ＡＣ電力変換手段
３６、２４７ インバータ
３７、２４８ フィルタ
４０ 電源制御部

Claims (14)

1. 勾配コイルと、繰返し時間に前記勾配コイルに勾配コイル用交流電力を供給する電源部とを有するＭＲＩ装置であって、
   前記電源部は、
   交流電力供給源からの入力交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を出力する第１の電力変換部、
   前記直流電力を蓄電する蓄電部、および
   前記蓄電部から直流電力を取り出し、取り出した前記直流電力を前記勾配コイル用交流電力に変換する第２の電力変換部、
   を有し、
   前記蓄電部は、前記第２の電力変換部と前記勾配コイルが前記繰返し時間の間に消費する電力を蓄えるのに必要な容量を有しており、
   前記第２の電力変換部は、前記繰返し時間の間に、前記蓄電部から直流電力を取り出し、
   前記第１の電力変換部は、前記繰返し時間の間に、前記蓄電部に直流電力を補充する、ＭＲＩ装置。
2. 前記第２の電力変換部と前記勾配コイルとの組合せを複数組有している、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
3. 前記複数組のうちの第１の組は、Ｘ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられており、
   前記複数組のうちの第２の組は、Ｙ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられており、
   前記複数組のうちの第３の組は、Ｚ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
4. 前記電源部は、前記蓄電部に蓄電された直流電力を消費するための放電部を有する、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
5. 前記放電部は、放電抵抗とスイッチとを有し、
   前記スイッチは、オン信号に応答して、前記放電抵抗を前記蓄電部に電気的に接続する、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
6. 前記第１の電力変換部は、
   前記入力交流電力を出力交流電力に変換する絶縁トランス、および
   前記出力交流電力を直流電力に変換する整流器、
   を有する請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
7. 前記第１の電力変換部は、
   前記入力交流電力を出力交流電力に変換する絶縁トランス、および
   前記出力交流電力を直流電力に変換する整流器、
   を有し、
   前記整流器と、前記蓄電部と、前記第２の電力変換部と、前記勾配コイルとの組合せが複数組備えられている、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
8. 前記複数組の各々は、前記蓄電部に蓄電された直流電力を消費するための放電部を有する、請求項７に記載のＭＲＩ装置。
9. 前記放電部は、放電抵抗とスイッチとを有し、
   前記スイッチは、オン信号に応答して、前記放電抵抗を前記蓄電部に電気的に接続する、請求項８に記載のＭＲＩ装置。
10. 前記複数組のうちの第１の組は、Ｘ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられており、
    前記複数組のうちの第２の組は、Ｙ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられており、
    前記複数組のうちの第３の組は、Ｚ軸方向の勾配磁場を発生させるために設けられている、請求項７〜９のうちのいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
11. 前記絶縁トランスは、前記入力交流電力から、前記第１の組の前記整流器に供給される出力交流電力と、前記第２の組の前記整流器に供給される出力交流電力と、前記第３の組の前記整流器に供給される出力交流電力とを生成する、請求項１０に記載のＭＲＩ装置。
12. 前記第２の電力変換部が前記蓄電部から電力を取り出すタイミングを制御する制御部を有する、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
13. 前記蓄電部はコンデンサである、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載のＭＲＩ装置。
14. 前記コンデンサは電気二重層コンデンサである、請求項１３に記載のＭＲＩ装置。
    

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