JP5792811B2 - 高磁場環境に対しプラテンを駆動させるために使用される圧電モータを備えるレコーダ - Google Patents

Description

以下のことは、医療技術、磁気共鳴技術、画像診断技術及び関連技術に関する。それが磁気共鳴撮像、分光法及び強磁場を生じさせる他の磁気応用等に応用される。

従来の磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピー（ＭＲＳ）は、強力な磁場を用いて検査領域にいる被験者又は患者にある双極子を並べる。しばしば、ＭＲＩの磁石を収容する部屋(suite)は、この強力な磁場及び無線周波数（ＲＦ）場が他の装置と干渉するのを防ぐため、並びに浮遊ＲＦ場がＭＲシステムと干渉するのを防ぐために遮蔽される。この強力な磁場の１つの潜在的に危険な副作用は、強磁性体材料の近くでのその磁場が及ぼす物理的引力である。鉄の物体又は鉄の成分を含む物体は、磁場があるとき、磁石から安全な距離まで、一般に５ガウス線の向こうに離されなければならない。磁石の引力が装置を全体として物理的に変位させるほど十分な強さでなくても、磁場は依然として、この装置の動作に影響する力及び回転モーメント（トルク）を及ぼす。他の有害な副作用は、磁場が磁気に敏感な器具を破損させることがあり、これらの器具を故障又は誤動作を引き起こすことである。物体を物理的に変位させることが大きな危険ではない距離であっても、磁場は依然として敏感な構成要素に影響を及ぼしている。これは、一時的な故障であり、一旦磁場から取り除かれると、装置は普通に動作する。しかしながら、永久的な損傷が例えば脱分極(de-polarizing)又は再分極(re-polarizing)する永久磁石、及び変形等によって引き起こされる。電磁気又は鉄の部品を移動させる際の磁力は、永久的な故障につながる装置の余計な負荷を生じさせる。

例えばレコーダは、ＤＣモータ又は磁気ステッピングモータ(stepper motor)の何れかによりしばしば駆動する帯状の用紙のための駆動ローラを含み、それらモータの何れも磁気共鳴システムの磁場内で効果的に動作しない。前記レコーダは、磁場内で簡単に故障する。あるいは、磁石モータは、特に磁場強度が高いＭＲシステムの主磁石に、例えば５ガウス線内に近づけられるとき、磁化を失う、再分極される、動作が遅くなる、又は逆に動作する。ＭＲ検査を受けている患者に近接して生理学的データをレコーダに記録させることが時として有利である。例えば、レコーダは、ＥＣＧモニタ又は血圧モニタ等に組み込まれることができる。レコーダがＭＲ検査を受けている患者に近接しているとき、レコーダは、患者と同じように実質的に全場(full field)に曝されている。

以下のことは、上述した課題及びその他を克服する新しい及び改善される装置並びに方法を提供している。

ある態様に従って、高磁場内に配される患者から生理学的データを記録するためのレコーダ装置が提供される。このレコーダ装置は、高磁場内に配される患者からの生理学的データを印刷する印刷ヘッド組立体を含む。圧電モータは、高磁場内にいる患者からの生理学的データが印刷されるように、前記印刷組立体を通り用紙を送る。

他の態様に従って、高磁場内に配される患者からの生理学的データの印刷を生じさせるための方法が提供される。高磁場にいる患者からの生理学的データは監視されている。圧電モータは、この監視される生理学的データを用紙に印刷する印刷ヘッドを通過した用紙を送るように制御される。

ある利点は、強磁場の存在下でレコーダを駆動させることにある。

もう１つの利点は、ＭＲシステムに近接して患者情報を印刷することにある。

もう１つの利点は、長尺の接続による問題のある導電経路又はループを採用することなくＭＲ環境において生理学的データを記録することにある。

本発明の他の利点は、以下の詳細な説明を読み、理解すると、当業者には明らかとなるであろう。

組み合わされた磁気共鳴データ取得システムを概略的に示す。 図１のシステムに使用するためのレコーダ装置を概略的に示す。 図２のレコーダ装置を駆動させるのに適合する電力制御信号を概略的に示す。 ＭＲ環境下にいる患者の患者情報を記録するようにレコーダ装置を操作するための方法の説明図。

図１を参照すると、磁気共鳴（ＭＲ）システムは、検査領域１２内に時間的に静止している主磁場（Ｂ_０）を発生させる主磁石１０を持つＭＲスキャナ８を含んでいる。説明される実施例において、主磁石１０は、ヘリウム又は他の低温流体を用いて低温容器１４内に配される超電導磁石である、或いは常伝導主磁石が使用されることもできる。説明される実施例において、磁石の組立体１０、１４は、穿孔、例えば円筒の内腔に検査領域１２を規定する一般的に円筒形のスキャナハウジング１６に配される、或いは例えばオープン型のＭＲ形状のような他の形状が使用されることもできる。例えば説明される全身用直交ボディコイル１８のような１つ以上の無線周波数コイル、又は例えば頭部コイル若しくは胸部コイルのような１つ以上の局所コイル或いはコイルのアレイにより、磁気共鳴が励起及び検出される。励起した磁気共鳴は、空間符号化される、位相及び/又は周波数シフトされる又は他の方法で勾配磁場コイル２０の組により選択的に発生する勾配磁場により操作される。

磁気共鳴スキャナ８は、磁気共鳴データメモリ２４に記憶されている磁気共鳴データ、例えば投影又はｋ空間サンプルを生成、空間符号化及び読み取るために、専用のデジタル処理装置又は適切にプログラムされた汎用コンピュータ等により適切に具現化される磁気共鳴データ取得制御器２２により操作される。取得した空間符号化した磁気共鳴データは、検査領域１２内に配される患者被験者４の１つ以上の画像を生成するために、磁気共鳴再構成処理器２６により再構成される。再構成処理器２６は、空間符号化に適合する再構成アルゴリズム、例えば取得した投影データを再構成するための逆投影ベースのアルゴリズム又はｋ空間サンプルを再構成するためのフーリエ変換ベースのアルゴリズムを用いる。

コンピュータインタフェースシステム３２は、例えば説明されるキーボード３４又はマウス若しくは他のポインティング形式の入力装置等のような１つ以上のユーザ入力装置も含み、このシステムは、放射線科医師、心臓専門医又は他のユーザが画像を操作すること、及び説明される実施例において磁気共鳴スキャナ制御器２２と連動することを可能にする。前記１つ以上の再構成される画像は、磁気共鳴画像メモリ２８に記憶され、これら画像はコンピュータインタフェースシステム３２の表示装置３０に適切に表示される又はプリンター又は他のマーキングエンジン(marking engine)３６を用いて印刷される、あるいは画像がインターネット若しくは病院のデジタルネットワークを介して送信される、又は磁気ディスク若しくは他のアーカイブ式の記憶装置に記憶される、又は他の方法で利用される。

図１を引き続き参照すると、ＭＲシステム８は、患者４に動作可能なように接続される様々なセンサを含む生理学的モニタ装置４２を含む。診断検出装置４２は、呼吸センサ、侵襲性又は非侵襲性の血圧センサ、ＥＣＧ、ＳＰ０２又はＭＲシステム８の生理学的検査領域１２内の異なる形式の患者の生理学的データを検出するように動作する他の何れかの医療装置に含まれてもよい。ある実施例において、生理学的モニタ４２は、例えば血圧の変化を検出するために、患者の四肢又は胴体の周りに延在するカフ(cuff)又はベルト４０を含む。生理学的モニタは、ＥＣＧ電極及び他の心臓モニタ等を含むこともできる。本開示は、何れかの特定の医療装置に限定されない。生理学的モニタ４２は、検査領域に近接する又は検査領域内にある刺激を検出する。この生理学的モニタは、生理学的データを含む、若しくはこのデータをレコーダ３８に送る。任意で、このモニタ４２は、この生理学的データをワイヤレスで、bluetooth（登録商標）を介して、光ファイバー又は電線ケーブル４０等によりデータ取得制御器５０に送信する。デジタル信号処理器５６は、モニタ３０に表示するため、及び患者データベースに記憶する等のために生理学的データの形式を合わせる（フォーマットする）。

患者から検出したデータは、磁場内において主磁石１０に近接して置かれるレコーダ３８に送られる。レコーダは、例えば帯状記録紙に検出した生理学的データの記録を印刷する。レコーダ装置３８は、例えば１．５Ｔ、３Ｔ等のような全場に置かれる及び動作する。カフ４０は、磁気共鳴データ取得と干渉しない又はごくわずかしか干渉しないように、電極又は低い磁化率を持つ材料からなる他の検出部品を含む及び/又は高い透磁率の小さなサイズの部品（例えば電極）を含んでもよい。

図１を引き続き参照すると共に、さらに図２を参照すると、レコーダ装置３８の説明される実施例は、ＭＲスキャナ８の主磁石により発生する高磁場内での操作に適切であり、ここでは永久磁石のモータが妨げられている。

レコーダ装置３８は、例えばその間にある用紙の通路に沿って送られる用紙６４に患者の情報を記録するように動作可能である印刷ヘッド６６及びプラテンローラ６２を持つプリンター組立体６０を含む。ある実施例において、印刷ヘッド６６は、用紙６４に印刷するためのサーマル印刷ヘッドを含む。レコーダ３８は、前記印刷ヘッドを通過した用紙６４を送るためにローラプラテンのピニオン６５を介して前記プラテンローラ６２を駆動させる圧電モータ６８を含んでいる。圧電モータ６８は、例えば電場が印加されるとき、圧電材料の形状が変化するような圧電効果に基づく電気モータである。材料は、圧電モータの形式に依存して、例えば線形又は回転運動を生み出すために、機械的、音響的又は超音波的振動を生み出す。回転式の圧電モータは、圧電モータのピニオン７２を回すために回転運動を供給する。線形圧電モータは、線形運動を回転運動に変換するための機械的なインタフェースを使用する。

ある実施例において、一次制御盤７０は、従来の電気機械式のステッピングモータを駆動させるための電磁ステッピングモータパルスを生成する。一次制御盤７０は、用紙６４を選択した速度で送るために、前記パルスを選択した周波数で生成するためのクロックを含む又はクロックと連動する。一次制御盤は、二次制御盤７４に前記パルスを送るインタフェース７８を含む。

二次制御盤７４は、受信したパルスを制御信号に変換し、この制御信号は、用紙を同じ選択した速度で及び一次制御盤７０により受信される信号に基づいて動かすために従来の電気機械式のステッピングモータに似ている形で圧電モータ６８を駆動させるのに適している。圧電モータ制御信号は、例えばパルス幅及び振幅のような既定サイズのパルス、並びに電磁ステッピングモータに類似する回転速度で圧電モータ６８を操作するための周波数を含む。例えば、分かっている時間及び繰り返し率のパルスに励起周波数を与えることにより、圧電モータ６８は、電磁ステッピングモータの動作に似させる。例えば、電磁ステッピングモータは、のこぎり歯状のギアが１ステップ当たり角度で約７．５度回転するステップで動作する。圧電ステッピングモータはさらに小さなステップで進み、７．５度の回転運動を作り出すために、約２７０００個の圧電励起パルスを使用する、すなわち圧電モータの分解能は１パルス当たり約１秒角(arc-second)である。一次制御盤７０で生成される電気機械式のステッピングモータパルスを圧電モータのためのより高い周波数の制御パルスに変換するのは、二次制御盤７４により行われる。

前記印刷組立体はさらに、圧電モータにより動作する圧電モータのピニオン７２からローラプラテンへ運動を移送するように構成される遊動輪(idler wheel)６３を含む。圧電モータ６８は、電気機械式のステッピングモータよりも高い電圧で動作するので、電源７６が設けられる。この電源は、外部電源であっても又は圧電モータ６８を駆動させるために二次制御盤７４の内部にあってもよい。

図３を参照すると、図２の一次制御盤７０と二次制御盤７４とからの出力信号１０２が説明されている。電気機械式のステッピングモータの信号９０は、本開示において圧電モータにより真似られるステッピングモータの動作の性質を実演している。多相交流同期型電気機械式モータは理想的には正弦波電流により駆動する。ステッピングピニオンが回転している全ステップの波形は、正弦波の総近似である。例えば半ステッピング及びマイクロステッピングのような正弦波の駆動波形をうまく近似するために様々な駆動技術が開発され、当業者はそれを理解することができる。

例えば、電気機械式のステッピングモータは一般に、ステッピングモータのピニオンの周りに配される複数の"歯状の"電磁石、例えばピニオンの両側に配される４つの電磁石を持っている。電磁石（図示せず）は、一次制御盤７０により通電され、前記電気機械式のステッピングモータの信号９０に従って駆動する。モータのシャフトを回転させるために、軸に沿った第１の電磁石は、電力制御出力信号９２により電力が与えられ、これはピニオンの歯を電磁石の歯に磁力で引き付けさせる。ピニオンの歯は従って、第１の電磁石に並べられるとき、これらの歯は次の電磁石から僅かにオフセットし、故に、次の電磁石の組が電力制御出力信号９４を用いてオンになるとき、前記第１の電磁石はオフになり、次の電磁石と並ぶためにギアが僅かに回転し、そこから電力制御信号９６及び９８を用いて処理が繰り返される。これらの僅かな回転の各々は、"ステップ"と呼ばれ、これらステップの数が一回転となる。このようにして、モータは正確な角度、一般に約７．５度ずつ回転することができる。

圧電モータは、約９０°の位相差を持つ二重直交振動モードにより通常は駆動する。２つの面の間にある接点は楕円形の経路で振動し、これらの面の間に摩擦力を生み出す。通常、一方の面は固定され、他方の面を動かす。例えば、多くの圧電モータにおいて、圧電性水晶は、圧電モータの共鳴周波数又は励起周波数で圧電励起信号１００により励起される。この信号１００は、電磁ステッピングモータの特徴的な行動を真似て、ピニオン７２を駆動させるために、既知の時間τ及び繰り返し率１０４からなる高い周波数圧電信号のパルスに与えられる。故に、レコーダ装置のローラプラテン６２は、ＭＲシステムにおける患者情報を印刷するために回転する。例えば、約２７０００個の励起パルスが生成され、７．５度のステッピングモータの動きを作り出す。

主磁石及びレコーダ装置を持つ磁気共鳴（ＭＲ）システムを用いた磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）スキャン中に得られる患者情報に対応するデータの印刷を生じさせるための方法４００の１つの実施例が図４に説明されている。前記方法４００が一連の動作又は事象として以下に説明及び開示されているのに対し、このような動作又は事象の説明される順番が限定する意味で解釈されないことが理解されるであろう。例えば、幾つかの動作が異なる順番で起こる及び/又はここに説明又は開示されているのとは別の動作又は事象と同時に起こってもよい。加えて、説明した全ての動作は、ここでの説明の１つ以上の態様又は実施例を実施するのに必要でなくてもよい。さらに、ここに述べた１つ以上の動作が１つ以上の異なる動作及び/又は局面で実行されてもよい。

前記方法４００は、スタートで始まり、４０２においてレコーダ装置３８は、ＭＲシステムの主磁石に近接して置かれ、患者に動作できるように関連付けられる。ＭＲ検査中、レコーダ装置は、ＭＲシステムの５ガウス線の周界内、通例は全場に置かれる。磁場及びＲＦ場は、例えば生理学的領域に磁気共鳴の患者データを生成するために、４０４においてＭＲＩスキャンのために発生する。

４０６において、高い周波数の圧電信号は、レコーダ装置３８の一次制御盤７０からのステッピングモータ信号に基づいて、二次制御盤７４により生成される。圧電信号は、４０８において、ステッピングモータのピニオン７２を回転させるために、同様の機構を用いて圧電モータ６８を操作する。例えば、圧電信号は、一次制御盤からの電気機械式のステッピングモータの信号９０を圧電信号１００に変換する二次制御盤７４により生成される。圧電モータにおいて対応する電気機械式のステッピングモータの動作を真似るために、多くの圧電モータ信号が生成される。圧電信号１００は、ステッピングモータと同様の方法で圧電モータを操作するために、電気機械式のステッピングモータの信号９０に基づいて、既定の回数及び既定の率で供給される圧電励起周波数に従う多数のパルス１０２を持つ。

ローラプラテン６２は、４１０において、このプラテンに結合されるピニオン６５により回転され、用紙６４は圧電モータ６８を駆動させる圧電信号に反応して、この用紙の通路に沿って送られる。ステップ４１２において、印刷ヘッドは、モニタ４２からの生理学的データに反応して、監視される生理学的な患者データの表現、例えばＥＣＧチャート、血圧チャート、事象の発生及び終了を示す記号又は定期的に読み取られる数値データ等を印刷する。

本発明は、好ましい実施例を参照して説明されている。上記の詳細な説明を読み、理解すると、当業者に修正案及び代替案が思い浮かぶことがある。このような修正案及び代替案の全てが付随する特許請求の範囲又はそれに同等なものの範囲内にある限り、本発明はこれら修正案及び代替案の全てを含んでいると考えられることを意図している。

Claims (19)

1. 高磁場内に配される患者から生理学的データを記録するためのレコーダ装置において、
   前記高磁場内に配される患者からの前記生理学的データを印刷するための印刷組立体、及び
   前記高磁場内にいる患者からの生理学的データが印刷されるように、用紙を前記印刷組立体に送り込むように構成される、前記高磁場内に配される圧電モータ
   を有するレコーダ装置。
2. 前記印刷組立体は、前記生理学的データを印刷する印刷ヘッド、及び用紙を前記印刷ヘッドに通すローラプラテンを含み、並びに
   前記圧電モータは、前記ローラプラテンを回転させ、用紙を前記印刷ヘッドに通すために、前記印刷組立体に動作可能なように結合されている、
   請求項１に記載のレコーダ装置。
3. クロック信号に基づいて電気機械式のステッピングモータの駆動信号を生成するように構成される一次制御盤、
   前記一次制御盤から前記ステッピングモータの駆動信号を受信し、前記圧電モータを駆動させる圧電モータの駆動信号を生成するために、前記一次制御盤及び前記圧電モータに動作可能なように接続される二次制御盤
   をさらに有する請求項１又は２に記載のレコーダ装置。
4. 前記電気機械式のステッピングモータの駆動信号は、前記用紙を事前に選択した速度で送るように構成され、前記二次制御盤は、前記電気機械式のステッピングモータの駆動信号を、前記用紙を事前に選択した速度で送るように前記圧電モータを駆動させる圧電駆動信号に再構成する、請求項３に記載のレコーダ装置。
5. 前記二次制御盤は、前記圧電モータ信号の振幅を増大させる、当該二次制御盤に電気結合される電源を含む請求項３又は４に記載のレコーダ装置。
6. 前記二次制御盤は、外部電源を前記圧電モータに結合することなく、直接前記圧電モータを駆動させるように構成される請求項３乃至５の何れか一項に記載のレコーダ装置。
7. 圧電モータの駆動信号の約２７０００個のパルスが７．５度の回転運動を作り出す、請求項３乃至５の何れか一項に記載のレコーダ装置。
8. 前記高磁場内に配される患者からの生理学的データを表示する前記印刷組立体に動作可能なように接続されるモニタをさらに有する請求項１乃至７の何れか一項に記載のレコーダ装置。
9. 前記印刷組立体はサーマル印刷ヘッドを含んでいる請求項１乃至８の何れか一項に記載のレコーダ装置。
10. 前記印刷組立体は、前記圧電モータにより動作するピニオンから、用紙を前記印刷組立体に送り込むローラプラテンに運動を移送するように構成される遊動輪を含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載のレコーダ装置。
11. 前記圧電モータは、ピニオンを回転させるように構成される回転型の圧電モータを含み、前記ピニオンは、プラテンローラのピニオンを介してローラプラテンに機械的に結合されている、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のレコーダ装置。
12. 患者の検査領域に静磁場Ｂ_０を発生させる主磁石、
    前記静磁場に勾配磁場を加える勾配コイル、
    磁気共鳴を誘発及び操作するための無線周波数場を印加する無線周波数コイル、
    前記勾配コイル及び前記無線周波数コイルを制御して、前記検査領域内に置かれる患者から共鳴情報を取得する制御器、並びに
    前記検査領域内に置かれる患者からの生理学的データを印刷するために、前記検査領域内に又はその近傍に置かれる、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のレコーダ装置
    を有するＭＲＩシステム。
13. 高磁場内に置かれる患者からの生理学的データの印刷を生じさせるための方法において、
    前記高磁場内にいる患者からの前記生理学的データを監視するステップ、
    用紙を印刷ヘッドに通すために、前記高磁場内に置かれる圧電モータを制御するステップ、及び
    前記印刷ヘッドを用いて、前記監視される生理学的データを用紙に印刷するステップ
    を有する方法。
14. クロック信号に基づいて、機械式のステッピングモータの駆動信号を生成するステップ、及び
    前記機械式のステッピングモータの駆動信号から、前記圧電モータを駆動させる圧電モータの駆動信号を生成するステップ
    をさらに有する請求項１３に記載の方法。
15. 前記圧電モータの駆動信号を生成するステップは、前記ステッピングモータの駆動信号に基づいて、既定の回数及び既定の率で供給される圧電励起周波数で多数のパルスを生成するステップを有する、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 圧電励起駆動信号の約２７０００個のパルスは、７．５度の回転運動を作り出す、請求項１５に記載の方法。
17. 前記圧電モータを用いて、用紙を前記監視される生理学的データを印刷する前記印刷ヘッドに通すプラテンローラのピニオンを介してローラプラテンに機械的に結合されているステッピングモータのピニオンを回転させるステップをさらに含んでいる、請求項１３乃至１６の何れか一項に記載の方法。
18. 前記生理学的データは、患者のＭＲスキャン中に監視及び印刷される、請求項１３乃至１７の何れか一項に記載の方法。
19. 患者を通る静磁場を発生させるステップ、
    前記静磁場に勾配磁場を加えるステップ、
    前記患者に無線周波数場を誘発させるステップ、
    前記患者から磁気共鳴情報を取得するステップ、及び
    前記患者からの生理学的データの印刷を生じさせるために、請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の方法を実行するステップ
    を有するＭＲＩシステムを動作させるための方法。

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