JP4276410B2

JP4276410B2 - Ｍｒｉ対応注入装置

Info

Publication number: JP4276410B2
Application number: JP2002184234A
Authority: JP
Inventors: 茂根本; 世一小野
Original assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Current assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: JP2003290349A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンジのピストン部をスライドさせる注入装置に関し、特に、ＭＲＩ装置で撮像される被験者に薬液を少なくとも注入するＭＲＩ対応注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、医療現場で利用されているＭＲＩ装置は、磁気共鳴効果を利用して被験者の断層画像をリアルタイムに撮像することができる。その場合、作業者が所望のタイミングで被験者に造影剤や生理食塩水などの薬液を注入することがあり、この注入を機械的に実行する注入装置も実用化されている。また、一般病棟やＩＣＵ(Intersive Care Unit)などで被験者に薬品からなる薬液を微量ずつ継続的に注入することもあり、この注入を自動的に実行する注入装置も実用化されている。
【０００３】
このような注入装置を使用する場合、薬液が充填されているシリンジのシリンダ部を延長チューブで被験者に連結し、そのシリンダ部をシリンジホルダで保持する。このように保持されたシリンジのピストン部をモータ駆動するスライダ機構で移動させるので、これで薬液が被験者に注入され、必要により吸引される。
【０００４】
ただし、磁気共鳴効果で断層画像を撮像するＭＲＩ装置では磁気の影響を無視できないので、ＭＲＩ対応注入装置は磁場を極力乱さないことが要求される。このため、本発明者は非磁性体で形成した超音波モータを利用することにより、無用に磁場を乱さないＭＲＩ対応注入装置を開発した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の超音波モータを利用したＭＲＩ対応注入装置では、磁場を極力乱さずにシリンジの薬液を被験者に注入することができる。しかし、このようなＭＲＩ対応注入装置を使用する現場では、注入する薬液の圧力をモニタできることが要望されている。
【０００６】
例えば、ＣＴ(Computed Tomography)スキャナとともに使用されるＣＴ用注入装置には、シリンジのピストン部を押圧するスライダ機構に圧力センサを実装することにより、ピストン部を押圧する圧力を検出して薬液の圧力を算出するものがある。しかし、このような圧力センサは一般的に磁性体からなるので、ＭＲＩ対応注入装置に適用することは困難である。
【０００７】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、無用に磁場を乱すことなく注入または吸引する薬液の圧力を検出できるＭＲＩ対応注入装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＭＲＩ対応注入装置では、特定の周波数の駆動信号を超音波モータに入力することにより、超音波モータのロータ部を回転させてシリンジのピストン部をスライドさせ、薬液を被験者に注入または吸引する。このとき、薬液の圧力は超音波モータの負荷に反映され、この負荷は駆動信号による予定の回転速度と実際の回転速度との差分に反映される。そこで、本発明のＭＲＩ対応注入装置では、超音波モータの実際の回転速度に対応して、駆動信号の周波数または駆動電圧を薬液の圧力にデータ変換する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。本実施の形態のＭＲＩ対応注入装置は、シリンジホルダ、超音波モータ、スライダ機構、ロータリエンコーダ、電圧生成手段、信号生成手段、圧力変換手段、を有している。
【００１０】
本形態のＭＲＩ対応注入装置では、超音波モータは、入力される駆動信号の周波数に対応した速度でロータ部が回転し、シリンジホルダは、シリンジのシリンダ部を保持し、スライダ機構は、保持されたシリンジのピストン部を超音波モータのロータ部の回転によりスライドさせる。
【００１１】
電圧生成手段は、駆動電圧を生成し、信号生成手段は、駆動電圧を対応する周波数の駆動信号に変換して超音波モータに入力する。これで超音波モータのロータ部が回転するので、シリンジのピストン部がスライドされて薬液が被験者に注入または吸引される。
【００１２】
このとき、ロータリエンコーダは、超音波モータの回転速度を検出し、圧力変換手段は、その回転速度に対応して駆動信号の周波数と駆動電圧との少なくとも一方を薬液の圧力にデータ変換するので、磁性体からなる圧力センサなどを必要とすることなく薬液の圧力が検出される。
【００１３】
なお、本発明で云う各種手段は、その機能を実現するように形成されていれば良く、例えば、所定の機能を発揮する専用のハードウェア、所定の機能がコンピュータプログラムにより付与されたデータ処理装置、コンピュータプログラムによりデータ処理装置の内部に実現された所定の機能、これらの組み合わせ、等で良い。
【００１４】
また、本発明で云う各種手段は、個々に独立した存在である必要もなく、複数の手段が１個の装置として形成されていること、ある手段が他の手段の一部であること、ある手段の一部と他の手段の一部とが重複していること、等も可能である。
【００１５】
さらに、本発明で云う薬液とは、ＭＲＩ装置の近傍で被験者に注入される液体を意味しており、例えば、ＭＲＩ装置用のＭＲ造影剤、生理食塩水、血液、各種の薬品、等が可能である。
【００１６】
［実施例の構成］
本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００は、図２に示すように、ヘッド部１０１と装置本体１０２からなり、この装置本体１０２はスタンド１０３の上端に装着されている。装置本体１０２の側部にはアーム１０４が装着されており、このアーム１０４の先端にヘッド部１０１が装着されている。
【００１７】
このヘッド部１０１は、同図および図３に示すように、シリンジホルダ１０６を有しており、このシリンジホルダ１０６で交換自在なシリンジ２００のシリンダ部２０１を保持する。シリンジホルダ１０６の後方にはスライダ機構１０７が形成されており、このスライダ機構１０７は、シリンジホルダ１０６に保持されたシリンジ２００のピストン部２０２を把持してスライドさせる。
【００１８】
ヘッド部１０１の後部には超音波モータ１１０が内蔵されており、この超音波モータ１１０のロータ部はネジ機構などによりスライダ機構１０７に連結されているので(図示せず)、このスライダ機構１０７は超音波モータ１１０の回転によりスライドする。
【００１９】
本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００では、図２に示すように、装置本体１０２に操作パネル１１１と液晶ディスプレイ１１２とが搭載されており、図１に示すように、これらがメインＣＰＵ(Central Processing Unit)１１３に接続されている。
【００２０】
このメインＣＰＵ１１３には、位相制御回路１１４、積分回路１１５、信号生成手段であるＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)１１６、信号生成回路１１７、モータ駆動回路１１８、が順番に接続されており、このモータ駆動回路１１８が超音波モータ１１０に接続されている。
【００２１】
この超音波モータ１１０のロータ部にはロータリエンコーダ１２０が装着されており、このロータリエンコーダ１２０は位相制御回路１１４にフィードバック接続されている。さらに、ＶＣＯ１１６とロータリエンコーダ１２０とは周波数計測回路１２１とサブＣＰＵ１２２とに順番に接続されており、このサブＣＰＵ１２２はメインＣＰＵ１１３に接続されている。
【００２２】
また、シリンジホルダ１０６には複数種類のシリンジ２００が交換自在に装着されるので、そのシリンジホルダ１０６に装着されたシリンジ２００の識別データが種類入力手段となる操作パネル１１１に入力されると、これをサブＣＰＵ１２２はデータ記憶する。
【００２３】
位相制御回路１１４は、速度記憶手段および電圧生成手段として機能し、超音波モータ１１０の希望の回転速度をデータ記憶しており、ロータリエンコーダ１２０で検出される超音波モータ１１０の実際の回転速度を希望の回転速度に一致させる駆動電圧を発生する。
【００２４】
積分回路１１５は、駆動電圧を積分し、ＶＣＯ１１６は、積分された駆動電圧を対応する周波数の駆動信号に変換する。信号生成回路１１７は、図５(ａ)に示すように、駆動信号を４相のＤＣ(Direct Current)パルスに変換し、モータ駆動回路１１８は、同図(ｂ)に示すように、ＤＣパルスからなる駆動信号をＡＣ(Alternating Current)電圧に変換する。
【００２５】
なお、ロータリエンコーダ１２０は、超音波モータ１１０の回転速度に対応した周波数の検出信号を出力することにより、超音波モータ１１０の回転速度を検出する。周波数計測回路１２１は、ＶＣＯ１１６から出力される駆動信号とロータリエンコーダ１２０の検出信号との周波数を各々計測し、サブＣＰＵ１２２は、検出信号の周波数に対応して駆動信号の周波数を薬液であるＭＲ造影剤の圧力にデータ変換する。
【００２６】
より具体的には、サブＣＰＵ１２２は、プロセッサ部やレジスタ部が一体化されたワンチップマイコンからなり、ファームウェアなどで実装されているコンピュータプログラムに対応して所定のデータ処理を実行する。サブＣＰＵ１２２には、検出信号と駆動信号の周波数の組み合わせごとに圧力がデータ設定されたデータテーブルがシリンジ２００の識別データごとに登録されているので、前述のようにシリンジ２００の識別データが入力されてから検出信号と駆動信号との周波数が入力されると、一つの圧力を選定してメインＣＰＵ１１３にデータ出力する。
【００２７】
このメインＣＰＵ１１３も、コンピュータプログラムが実装されているワンチップマイコンからなり、サブＣＰＵ１２２から圧力がデータ入力されると、圧力表示手段として圧力の経時グラフをリアルタイムにデータ生成して液晶ディスプレイ１１２にデータ表示させる。また、操作パネル１１１から希望の注入速度がデータ入力されると、その注入速度を超音波モータ１１０の希望の回転速度に換算して位相制御回路１１４にデータ登録する。
【００２８】
なお、本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００は、図４に示すように、ＭＲＩ装置３００の撮像ユニット３０１の近傍で使用され、必要によりＭＲＩ装置３００の制御ユニット３０２に接続される。この制御ユニット３０２はコンピュータシステムからなり、撮像ユニット３０１を動作制御するとともに断層画像を表示する。
【００２９】
［実施例の動作］
上述のような構成において、本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００を使用する場合、作業者はＭＲＩ装置３００の撮像ユニット３０１に位置する被験者に延長チューブでシリンジ２００を連結し(図示せず)、図３に示すように、そのシリンジ２００のシリンダ部２０１をヘッド部１０１のシリンジホルダ１０６に保持させるとともにピストン部２０２をスライダ機構１０７に把持させる。
【００３０】
このような状態で装置本体１０２の操作パネル１１１にシリンジ２００の識別データと希望の注入速度とを入力すると、サブＣＰＵ１２２が識別データを記憶し、メインＣＰＵ１１３が注入速度を回転速度に換算して位相制御回路１１４にデータ登録する。このような状態で注入開始を入力すると、位相制御回路１１４はデータ登録された回転速度に対応して駆動電圧を発生する。
【００３１】
この駆動電圧をＶＣＯ１１６が対応する周波数の駆動信号に変換し、この駆動信号で超音波モータ１１０が駆動されるので、これでスライダ機構１０７がシリンジ２００のピストン部２０２をスライドさせる。このとき、超音波モータ１１０の実際の回転速度をロータリエンコーダ１２０が検出し、この実際の回転速度が希望の回転速度に一致するように位相制御回路１１４が駆動電圧を発生するので、本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００は、設定された速度でシリンジ２００のＭＲ造影剤を被験者に注入する。
【００３２】
さらに、本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００では、ロータリエンコーダ１２０が出力する検出信号とＶＣＯ１１６が出力する駆動信号との周波数を周波数計測回路１２１が各々計測し、その検出信号の周波数とシリンジ２００の識別データとに対応して、サブＣＰＵ１２２が駆動信号の周波数をＭＲ造影剤の圧力にデータ変換する。この圧力からメインＣＰＵ１１３が経時グラフをリアルタイムにデータ生成し、この経時グラフを液晶ディスプレイ１１２がデータ表示する。
【００３３】
［実施例の効果］
本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００では、上述のように超音波モータ１１０の回転速度をフィードバック制御するので、シリンジ２００のＭＲ造影剤を被験者に所定速度で注入することができ、その注入速度を所望により自在に設定することができる。
【００３４】
しかも、超音波モータ１１０の駆動信号と実際の回転速度から注入されるＭＲ造影剤の圧力を検出するので、磁性体からなる圧力センサなどを必要とすることなくＭＲ造影剤の圧力を検出することができる。特に、この検出したＭＲ造影剤の圧力を経時グラフとしてリアルタイムにデータ表示するので、例えば、ＭＲ造影剤の漏出を圧力低下により発見するようなことができる。
【００３５】
［実施例の変形例］
本発明は本実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、本実施例では位相制御回路１１４が生成する駆動電圧をＶＣＯ１１６で駆動信号に変換し、この駆動信号を超音波モータ１１０の回転速度に対応してＭＲ造影剤の圧力にデータ変換することを例示した。
【００３６】
しかし、図６に例示するＭＲＩ対応注入装置４００のように、位相制御回路１１４が生成する駆動電圧を超音波モータ１１０の回転速度に対応してＭＲ造影剤の圧力にデータ変換することも可能である。同図では位相制御回路１１４が生成する駆動電圧を積分回路１１５で積分してからアンプ４０１で増幅しているが、位相制御回路１１４が生成する駆動電圧を直接にＭＲ造影剤の圧力にデータ変換することも可能である。
【００３７】
また、本実施例では作業者が操作パネル１１１の手動操作で希望の注入速度を入力することを例示したが、例えば、複数種類のシリンジ２００ごとに回転速度をデータ登録しておき、シリンジホルダ１０６に装着されるシリンジ２００の種別を検出して対応する回転速度を自動的に有効とすることも可能である。
【００３８】
さらに、本実施例では操作パネル１１１から入力される希望の注入速度をメインＣＰＵ１１３が希望の回転速度に変換して位相制御回路１１４にデータ登録し、この位相制御回路１１４がデータ登録された希望の回転速度に超音波モータ１１０の実際の回転速度を一致させることを例示した。
【００３９】
しかし、操作パネル１１１から入力される希望の注入圧力をメインＣＰＵ１１３が位相制御回路１１４にデータ登録し、この位相制御回路１１４がサブＣＰＵ１２２でデータ生成される圧力を希望の圧力に一致させる駆動電圧を生成することも可能である。
【００４０】
また、本実施例では検出したＭＲ造影剤の圧力を経時グラフとしてデータ表示することのみ例示したが、例えば、予め圧力の上限をデータ登録しておき、検出する圧力が上限の圧力に到達すると超音波モータ１１０の駆動を強制的に停止させることも可能である。
【００４１】
さらに、本実施例ではＭＲＩ対応注入装置１００が被験者に１個のシリンジ２００から薬液としてＭＲ造影剤を注入することを例示したが、例えば、薬液として生理食塩水を注入することも可能であり、２個のシリンジ２００からＭＲ造影剤と生理食塩水とを適宜注入することも可能である。
【００４２】
なお、本実施例のＭＲＩ対応注入装置１００は、前述のようにＭＲＩ装置３００の近傍で使用されるので、各部を非磁性体で形成することが好適である。例えば、超音波モータ１１０やスライダ機構１０７は、ステンレス鋼や快削黄銅などの非磁性体で形成することが好適であり、ヘッド部１０１のハウジングなどは、樹脂やアルミニウムなどの非磁性体で形成することや、チタンや軟鉄などの防磁素材で形成することが好適である。
【００４３】
また、本実施例ではＭＲＩ装置３００で撮像される被験者にＭＲ造影剤を注入する、ＭＲ造影剤注入装置と呼称されるＭＲＩ対応注入装置１００を例示したが、例えば、図７および図８に示すように、治療中の被験者に薬品からなる薬液を微量ずつ継続的に注入する、薬液ポンプやシリンジポンプと呼称されるＭＲＩ対応注入装置５００なども実施可能である。
【００４４】
このＭＲＩ対応注入装置５００では、スライダ機構１０７がギヤ列５０１とスクリューシャフト５０２とスライダ５０３で形成されており、このスライダ５０３の初期位置と最終位置とを各々検出するリミットセンサ５０４，５０５がメインＣＰＵ１２３に接続されている。
【００４５】
また、スライダ５０３には、燐青銅合金(Cu+Sn+P)、チタン合金(Ti-6Al-4V)、マグネシウム合金(Mg+Al+Zn)、などの非磁性体からなるロードセル５０６が内蔵されており、このロードセル５０６は、スライダ５０３がシリンジ２００のピストン部材２０２を押圧する圧力を検出する。
【００４６】
このようなＭＲＩ対応注入装置５００は、ＭＲＩ装置３００による撮像とは関係なく、一般病棟やＩＣＵなどで被験者に薬液を微量ずつ継続的に注入することに使用される。ただし、このＭＲＩ対応注入装置５００で薬液を注入中の被験者をＭＲＩ装置３００で撮像することがあり、このような場合でも上述のＭＲＩ対応注入装置５００はＭＲＩ装置３００の磁場に影響することがない。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のＭＲＩ対応注入装置では、シリンジのピストン部をスライドさせる超音波モータの実際の回転速度に対応して駆動周波数や駆動電圧を薬液の圧力にデータ変換するので、磁性体からなる圧力センサなどを必要とすることなく、簡単な構造で薬液の圧力を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のＭＲＩ対応注入装置の回路構造を示すブロック図である。
【図２】ＭＲＩ対応注入装置の外観を示す斜視図である。
【図３】シリンジをヘッド部に装着する状態を示す斜視図である。
【図４】ＭＲＩ装置の外観を示す斜視図である。
【図５】超音波モータの駆動信号を示す特性図である。
【図６】一変形例のＭＲＩ対応注入装置の回路構造を示すブロック図である。
【図７】一変形例のＭＲＩ対応注入装置の内部構造を示す模式的なブロック図である。
【図８】ＭＲＩ対応注入装置の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００，４００ＭＲＩ対応注入装置
１０６シリンジホルダ
１０７スライダ機構
１１０超音波モータ
１１１種類入力手段として機能する操作パネル
１１３圧力表示手段として機能するメインＣＰＵ
１１４速度記憶手段および電圧生成手段として機能する位相制御回路
１１６信号生成手段であるＶＣＯ
１２２圧力変換手段として機能するサブＣＰＵ
２００シリンジ
２０１シリンダ部
２０２ピストン部
３００ＭＲＩ装置

Claims

ＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置で撮像される被験者に薬液を注入するためのＭＲＩ対応注入装置であって、
シリンジのピストン部をスライドさせるスライダ機構と、
該スライダ機構を駆動させる超音波モータと、
特定の周波数の駆動信号を生成して前記超音波モータに入力する信号生成手段と、
前記超音波モータの実際の回転速度に対応する周波数の信号を検出信号として検出するロータリエンコーダと、
前記駆動信号と前記検出信号の周波数の組み合わせごとに圧力が設定されたデータテーブルと、
該データテーブルを用いることによって、入力された前記駆動信号による前記超音波モータの予定の回転速度と、前記ロータリエンコーダで検出された回転速度とから前記薬液の圧力を検出する圧力変換手段と、
を有しているＭＲＩ対応注入装置。
駆動電圧を生成する電圧生成手段も有しており、
前記信号生成手段は、前記駆動電圧を対応する周波数の前記駆動信号に変換する、請求項１に記載のＭＲＩ対応注入装置。
前記超音波モータの希望の回転速度を記憶している速度記憶手段も有しており、
前記電圧生成手段は、前記ロータリエンコーダで検出される回転速度を前記希望の回転速度に一致させる駆動電圧を生成する、請求項２に記載のＭＲＩ対応注入装置。
前記薬液を注入する希望の圧力をデータ記憶している圧力記憶手段も有しており、
前記電圧生成手段は、前記圧力変換手段で検出される前記圧力を前記希望の圧力に一致させる駆動電圧を生成する、請求項２記載のＭＲＩ対応注入装置。
複数種類の前記シリンジが交換自在に装着され、
装着された前記シリンジの識別データが入力される種類入力手段も有しており、
前記圧力変換手段は、入力された前記シリンジの識別データにも対応して前記薬液の圧力を検出する、請求項１ないし４の何れか一項に記載のＭＲＩ対応注入装置。
複数種類の前記シリンジが交換自在に装着され、
前記速度記憶手段は、複数種類の前記シリンジごとに前記回転速度がデータ登録されており、
装着された前記シリンジの識別データが入力される種類入力手段と、
入力された前記シリンジの種類に対応して前記速度記憶手段にデータ登録されている複数の前記回転速度の一つを有効とする速度選択手段と、
を有している請求項３に記載のＭＲＩ対応注入装置。
複数種類の前記シリンジが交換自在に装着され、
前記圧力記憶手段は、複数種類の前記シリンジごとに前記圧力がデータ登録されており、
装着された前記シリンジの識別データが入力される種類入力手段と、
入力された前記シリンジの種類に対応して前記圧力記憶手段にデータ登録されている複数の前記圧力の一つを有効とする圧力選択手段と、
を有している請求項４に記載のＭＲＩ対応注入装置。
装着された前記シリンジの種類を検知して前記種類入力手段に識別データを出力する種類検知手段も有している、請求項５ないし７の何れか一項に記載のＭＲＩ対応注入装置。
前記圧力変換手段で検出された前記圧力を経時グラフとしてリアルタイムにデータ表示する圧力表示手段も有している、請求項１ないし８の何れか一項に記載のＭＲＩ対応注入装置。