JP2003290349A - Mri対応注入装置 - Google Patents

Mri対応注入装置

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JP2003290349A JP2002184234A JP2002184234A JP2003290349A JP 2003290349 A JP2003290349 A JP 2003290349A JP 2002184234 A JP2002184234 A JP 2002184234A JP 2002184234 A JP2002184234 A JP 2002184234A JP 2003290349 A JP2003290349 A JP 2003290349A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被験者に注入する薬液の圧力を磁性体からな
る圧力センサなどを使用することなく検出できるMRI
対応注入装置を提供する。 【解決手段】 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110に入力し、超音波モータ1
10のロータ部の回転によりシリンジのピストン部をス
ライドさせる。このとき、薬液の圧力は超音波モータ1
10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の
で、超音波モータ110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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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MR
I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I
CU(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、MR
I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MR
I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10
4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1
10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1
11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 Proce
ssing 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CP
U122とに順番に接続されており、このサブCPU1
22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、V
CO116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(Alter
nating 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10
0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3
00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1
00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CP
U122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20
0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1
15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1
11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1
14にデータ登録し、この位相制御回路114がサブC
PU122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1
10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10
0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5
02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(C
u+Sn+P)、チタン合金(Ti-6Al-4V)、マグネシウム合金(M
g+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5
03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5
00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】
100,400 MRI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 300 MRI装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4C066 BB01 CC01 DD12 FF05 HH02 LL30 QQ17 QQ82 4C096 AA11 AB31 AB50 AD19 FC14

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MRI(Magnetic Resonance Imaging)装
    置で撮像される被験者に薬液を少なくとも注入するシリ
    ンジのピストン部をスライドさせるMRI対応注入装置
    であって、 前記シリンジのシリンダ部を保持するシリンジホルダ
    と、 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
    が回転する超音波モータと、 保持された前記シリンジのピストン部を前記ロータ部の
    回転によりスライドさせるスライダ機構と、 前記超音波モータの回転速度を検出するロータリエンコ
    ーダと、 特定の周波数の前記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、 前記回転速度に対応して前記駆動信号の周波数を前記薬
    液の圧力にデータ変換する圧力変換手段と、を有してい
    るMRI対応注入装置。
  2. 【請求項2】 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シリンジのピストン部をスライドさ
    せるMRI対応注入装置であって、 前記シリンジのシリンダ部を保持するシリンジホルダ
    と、 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
    が回転する超音波モータと、 保持された前記シリンジのピストン部を前記ロータ部の
    回転によりスライドさせるスライダ機構と、 前記超音波モータの回転速度を検出するロータリエンコ
    ーダと、 駆動電圧を生成する電圧生成手段と、 前記駆動電圧を対応する周波数の前記駆動信号に変換し
    て前記超音波モータに入力する信号生成手段と、 前記回転速度に対応して前記駆動電圧を前記薬液の圧力
    にデータ変換する圧力変換手段と、を有しているMRI
    対応注入装置。
  3. 【請求項3】 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。
  4. 【請求項4】 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または3に記載のMRI対応注入
    装置。
  5. 【請求項5】 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データ変換さ
    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または3に記載のMRI対応注入装
    置。
  6. 【請求項6】 前記シリンジホルダは、複数種類の前記
    シリンジが交換自在に装着され、 前記シリンジホルダで保持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駆動電圧を前記薬液の圧力にデー
    タ変換する請求項1ないし5の何れか一項に記載のMR
    I対応注入装置。
  7. 【請求項7】 前記シリンジホルダは、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、 前記シリンジホルダで保持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4に
    記載のMRI対応注入装置。
  8. 【請求項8】 前記シリンジホルダは、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、 前記シリンジホルダで保持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5に記載
    のMRI対応注入装置。
  9. 【請求項9】 前記シリンジホルダで保持された前記シ
    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6ないし8
    の何れか一項に記載のMRI対応注入装置。
  10. 【請求項10】 前記圧力変換手段でデータ変換された
    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9の何れ
    か一項に記載のMRI対応注入装置。
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