JP2006314788A

JP2006314788A - 医用イメージング装置のための安全運動可能化シーケンス及びシステム

Info

Publication number: JP2006314788A
Application number: JP2006129819A
Authority: JP
Inventors: Rajagopal Narayanasamy; ラジャゴパル・ナラヤナサミー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: JP5041731B2; US20060258932A1; FR2885509B1; DE102006021860A1; FR2885509A1

Abstract

【課題】位置決め装置のための、例えば、医用イメージング装置における血管用位置決め装置のための安全運動可能化方法を提供する。
【解決手段】本発明方法は、一実施形態では、重力の影響に抗して所定の静止位置に位置決め装置を保持する行為（１０２）と、前記位置決め装置用の駆動モータを所定の低い速度で動作させる行為（２０１）と、前記駆動モータに流れる電流を測定する行為（３０２）と、前記駆動モータに流れる電流の大きさに応答して前記位置決め装置を解放する行為（４０２）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的に云えば安全運動可能化(safe motion enabling)シーケンスに関し、より具体的には医用イメージング装置内の位置決め装置のための安全運動可能化シーケンスに関するものである。

一般的に云えば、医用イメージング装置内の位置決め装置は、医用イメージングのために患者の位置決めに使用される。位置決め装置の一例は、Ｃ形アーム及び旋回軸を有する血管用ガントリ(vascular gantry) である。医用イメージング装置の例としては、Ｘ線装置及び血管イメージング装置が挙げられる。位置決め装置は、血管用ガントリの昇降及び旋回のため並びに患者テーブルの縦方向及び横方向傾斜のための機構を含む。

典型的には、これらの機構は、様々な軸、例えば、縦軸、昇降軸及び傾斜軸に沿って位置決め装置を駆動するための１つ以上の駆動モータと、患者位置決めのために所望の状態に位置決め装置を保持するための制動装置とを含む。また、中央処理装置からの指令信号に応答して駆動モータを動作させるための運動制御装置が設けられる。

しかしながら、例えば、血管用ガントリの昇降軸や患者テーブルの（傾斜した位置における）縦軸のような軸に沿った動きは、重力の影響を受け易く、そこで、位置決め装置の制御された動きを可能にするため、従って医用イメージングのために患者の安全な位置決めを可能にするためには、駆動モータについて適切な駆動シーケンスが必要とされる。

駆動モータ制御シーケンスの既知のシステムは、重力の影響を受け易い軸について駆動モータの動作を可能にした後に制動装置を解放することを含む。しかしながら、このような既知のシステムは位置決め装置に実質的に制御された運動を生じさせるけれども、このようなシステムでは、駆動モータの機能障害、電力増幅器やケーブル・ハーネスなどの付属装置の故障のような状況の際に、充分に安全な患者位置決めが可能ではない。

従って、駆動モータの機能障害、電力増幅器やケーブル・ハーネスなどの付属装置の故障のような状況の際に充分に安全な患者位置決めを可能にする駆動モータ制御シーケンスが必要とされている。

本書では上記のような短所、不利な点及び問題を解決しようとするものであり、それについては以下の説明を読むことことにより理解されよう。

一実施形態では、位置決め装置のための、例えば、医用イメージング装置における血管用位置決め装置のための安全運動可能化シーケンスを提供し、該シーケンスは、(i) 重力の影響に抗して所定の静止位置に位置決め装置を保持する行為と、(ii)前記位置決め装置用の駆動モータを所定の低い速度で動作させる行為と、(iii) 前記駆動モータに流れる電流を測定する行為と、(iv)前記駆動モータに流れる電流の大きさに応答して前記位置決め装置を解放する行為とを含む。

別の実施形態では、位置決め装置のための、例えば、医用イメージング装置の血管用位置決め装置のための安全運動可能化システムを提供し、該システムは、(i) 駆動モータに結合された運動制御装置と、(ii)前記運動制御装置及び前記駆動モータに結合された電流センサと、(iii) 前記電流センサ及び前記運動制御装置に結合された処理装置と、(iv)前記運動制御装置に結合された制動装置とを含んでおり、前記運動制御装置は前記電流センサの出力に応答して前記制動装置を動作させるように構成されている。

更に別の実施形態では、位置決め装置用のための、例えば、医用イメージング装置の血管用位置決め装置のための安全運動可能化システムを提供し、該システムは、(i) 重力の影響に抗して位置決め装置を保持するように構成されている第１のユニットと、(ii)前記位置決め装置用の駆動モータを所定の低い速度で動作させるように構成されている第２のユニットと、(iii) 前記駆動モータに流れる電流を測定するように構成されている電流センサと、(iv)前記駆動モータに流れる電流に応答して前記位置決め装置を解放するように構成されている処理装置とを含む。

本書では様々な範囲の装置、システム及び方法を述べる。この項で述べた様々な面及び利点に加えて、更に別の面及び利点が図面を参照する共に以下の説明を読むことによって明らかになろう。

以下の説明では、その一部を形成する添付図面を参照する。図面には実施することのできる特定の実施形態を例として示している。それらの実施形態は、当業者が該実施形態を実施することができるように充分に詳しく説明する。ここで、他の実施形態を利用できること、並びに実施形態の範囲を逸脱することなく、論理的、機械的、電気的及びその他の変更を為しうることを理解されたい。従って、以下の詳しい説明は限定を表すものとして取るべきではない。

本発明の様々な実施形態では、例えば、Ｘ線装置、ＣＴスキャナ、血管イメージング装置などの医用イメージング装置における血管用位置決め装置のような位置決め装置のための安全運動可能化シーケンス及びシステムを提供する。

様々な実施形態では、駆動モータによって駆動される血管用位置決め装置のような位置決め装置のための安全運動可能化システムが、重力の影響に抗して所定の静止位置に位置決め装置を保持するように構成されている第１のユニットと、前記駆動モータを所定の低い速度で動作させるように構成されている第２のユニットと、前記駆動モータに流れる電流を測定するように構成されている電流センサと、前記駆動モータに流れる電流に応答して前記位置決め装置を解放するように構成されている処理装置とを含んでいる。

一実施形態では、位置決め装置は、血管用ガントリ及び患者テーブルの内の少なくとも一方を有する血管用位置決め装置を含んでいる。例えば、血管用ガントリは、重力の影響を受け易い少なくとも１つの昇降軸を含んでいる。

一実施形態では、患者テーブルは、重力の影響を受け易い少なくとも１つの縦軸を含んでいる。

例えば、傾斜した位置では、患者テーブルの縦軸は重力の影響を受け易い。

図１及び図２は、患者寝台１００を有する患者テーブルの一実施形態を示しており、患者寝台１００は、検査のために患者を支持する少なくとも１つの患者支持面１０を含んでいる。患者支持面１０は、この患者支持面１０の下側から縦方向板１１に堅固に結合されている。縦方向板１１及び患者支持面１０は、リニア軸受（図示せず）を介して傾斜板１２（図２参照）の上に移動可能に支持されている。

一例では、リニア軸受は、傾斜板に装着されたリニア・ブロック及び縦方向板に装着された案内部材を含むことができる。

一実施形態では、傾斜板１２は蝶番１６（図２参照）を介して基部６に装着されている。傾斜駆動装置２０が縦方向板１１に装着されていて、傾斜駆動装置２０は、この傾斜駆動装置２０が作動されたときに傾斜板１２を蝶番１６の周りに所定の角度まで傾斜させて、検査のための患者の位置決めが便宜良く行えるように地面に対して患者支持面１０を傾斜させる運動を生じさせるようになっている。

一実施形態では、患者支持面１０を縦軸（Ｙ）に沿って、例えば、患者支持面１０の縦方向に沿って動かすために、少なくとも１つの縦方向駆動装置１１０が縦方向板１１に装着されている。縦方向駆動装置１１０は、伝動装置１１５（これは、例えば、歯車箱及びクラッチを有する）を介して患者支持面１０に結合された駆動モータ１１２（縦方向駆動モータ）を含んでいる。

例えば、駆動モータ１１２はブラシレス直流モータとすることができる。

駆動モータ１１２がオフに切り換えられたときに縦方向板１１をしっかりと保持するために、縦方向駆動装置１１０と組み合わせて制動装置１１８、例えば、電磁制動装置が設けられている。

ここで、患者位置決めの際、患者寝台１００が傾斜した位置では、制動装置１１８がオペレータによって設定された所望の位置に縦方向板１１を保持して、重力の影響による（縦軸に沿った）患者寝台１００の滑りを防止し、従って安全な患者位置決めを可能にすることに留意されたい。

図３は、本発明による安全運動可能化回路の一例を示しており、該回路は、サーボ制御ループ３２を持つように構成されている運動制御装置３０を有する。駆動モータ１１２が運動制御装置３０に結合される。また、電流センサ３４が駆動モータ１１２及び運動制御装置３０に結合される。運動制御装置３０は制動装置１１８に結合される。

一実施形態では、ＣＰＵ３８が運動制御装置３０に結合される。ＣＰＵ３８は、運動制御装置３０に運動指令を供給するように構成される。例えば、駆動モータ１１２はブラシレス直流モータであり、また電流センサ３４は電流−電圧変換装置、ホール効果センサ及び相電流センサの内の少なくとも１つを含む。

一実施形態では、運動制御装置３０は、サーボ制御ループ３２と共に動作するディジタル信号処理装置４０を含んでいる。

図４はサーボ制御ループ３２の一実施形態を示しており、サーボ制御ループ３２はトルク（電流）制御装置４２、速度制御装置４４及び位置制御装置４６の内の少なくとも１つを含み、それらは比例、積分及び微分（ＰＩＤ）ループ形式の内の少なくとも１つを持つ。

例えば、電流センサ３４はトルク制御ループに結合される。

一実施形態では、トルク制御装置４２、位置制御装置４６及び速度制御装置４４は所定の低い利得で動作するように構成される。

例えば、比例、積分及び微分利得の値は、駆動モータ動作パラメータと、駆動軸、例えば、縦軸、横軸及び傾斜軸とに基づいて設定される。

ここで、運動制御装置３０は中央処理装置（ＣＰＵ）３８を含めて、単一のモジュール内に構成することができることを留意されたい。

また、中央処理装置３８及び運動制御装置３０を別々のモジュールとして構成する他の実施形態も可能であることも留意されたい。

図５及び図６は、位置決め装置（患者テーブル）のための安全運動制御シーケンスについての流れ図及びタイミング線図の一例をそれぞれ示している。この例での方法は、行為１０２において、重力の影響に抗して所定の静止位置に患者寝台１００を保持することを含む。

例えば、患者位置決めの際、ＣＰＵ３８は、縦方向板１１を所望の（傾斜した）位置にしっかりと保持するために制動装置を適用するように運動制御装置３０を動作させる構成になっている。

行為２０２において、本シーケンスは、駆動モータ１１２を所定の低い速度で動作させることを含む。

例えば、駆動モータ１１２はほぼゼロの速度で動作させ、更にサーボ制御ループは所定の低い利得に設定する。

例えば、サーボ制御ループの利得は必要な利得値の半分未満の値に設定される。この必要な利得値は、駆動モータのパラメータと、駆動軸、例えば、縦軸、横軸及び傾斜駆動軸とに依存する。サーボ制御ループの利得値には、トルク制御装置の比例利得、トルク制御装置の積分利得、速度制御装置の比例利得及び速度制御装置の積分利得が含まれる。モータのパラメータは、モータ巻線抵抗、モータ巻線インダクタンス、負荷の慣性、モータの慣性などによって定められる。

行為３０２において、本シーケンスは、駆動モータ１１２が所定の低い速度で動作している間に、駆動モータ１１２に流れる電流を測定することを含む。例えば、電流の測定は、電流センサ３４を使用して行うことができる。

行為４０２において、測定電流が駆動モータ１１２の無負荷電流よりも大きい場合に患者寝台１００を解放するように、制動装置１１８を動作させる。例えば、運動制御装置３０は、駆動モータ１１２に流れる電流が駆動モータ１１２の無負荷電流よりも大きいか否か検査するように構成されている。駆動モータ１１２に流れる電流が無負荷電流よりも大きい場合、運動制御装置３０は、制動装置１１８を解放し、従って駆動モータ１１２が患者寝台１００を所望の位置へ動かすことができるように構成されている。

ここで、駆動モータ１１２に機能障害が存在しているか又はサーボ制御ループ３２と駆動モータ１１２との間のケーブル・ハーネス１２０（図３参照）に欠陥が存在している場合、サーボ制御ループ３２は駆動モータ１１２を制御することができず、従って患者位置決めのために患者寝台１００を制御した態様で動かすことができないことに留意されたい。

また、駆動モータ１１２に流れる電流が無負荷電流よりも大きい場合、駆動モータ１１２が患者寝台１００に加えられる制動力に抗して動作すると云われていることに留意されたい。この電流測定値は、サーボ制御ループ３２と駆動モータ１１２との間のケーブル・ハーネス１２０が無傷であることを保証するために、正帰還として使用される。また、電流測定値は、駆動モータ１１２並びにこの駆動モータ１１２に接続された電力増幅器４８のような付属装置の何らかの機能障害を示した。

駆動モータ１１２に流れる電流が無負荷電流以下である場合は、運動制御装置３２は制動装置１１８を保持位置に保ち、その結果として患者寝台１００を静止位置に保持するように構成されている。

ここで、駆動モータ１１２に流れる電流が無負荷電流以下である場合、駆動モータ１１２はサーボ制御ループ３２から制御されずに動作すると云われており、従って、重力の影響の下で患者寝台１００が制御を受けずに動く可能性があり、これにより患者に障害を及ぼすことがあることに留意されたい。

本発明の様々な特定の実施形態は、位置決め装置、例えば、医用イメージング装置における血管用位置決め装置について駆動制御を行う方法及びシステムを提供する。

従って、本発明を様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には本発明を様々に修正して実施できることが明らかであろう。ところで、このような全ての修正は特許請求の範囲内に入るものと考えられる。

本発明の一実施形態による位置決め装置の一例としての患者寝台の斜視図である。図１の患者寝台の底面斜視図である。本発明による駆動制御回路の一例を示す概略図である。本発明によるサーボ制御ループの一例を示す概略図である。本発明の一実施形態による駆動制御方法の流れ図である。本発明による安全運動可能化シーケンスの一例の時間線図である。

符号の説明

６基部
１０患者支持面
１１縦方向板
１２傾斜板
１６蝶番
２０傾斜駆動装置
１００患者寝台
１１０縦方向駆動装置
１１５伝動装置
１１８制動装置
１２０ケーブル・ハーネス

Claims

位置決め装置のための安全運動可能化方法であって、
(i) 重力の影響に抗して所定の静止位置に前記位置決め装置を保持する行為（１０２）と、
(ii)前記位置決め装置用の駆動モータを所定の低い速度で動作させる行為（２０１）と、
(iii) 前記駆動モータに流れる電流を測定する行為（３０２）と、
(iv)前記駆動モータに流れる電流に応答して前記位置決め装置を解放する行為（４０２）と、
を有している安全運動可能化シーケンス。
前記位置決め装置は、位置決め装置軸を持つ血管用位置決め装置を含んでいる、請求項１記載の方法。
前記血管用位置決め装置は、血管用ガントリ及び患者テーブルの内の少なくとも１つを含んでいる、請求項２記載の方法。
前記駆動モータは、サーボ制御ループを持つように構成されている運動制御装置に結合されており、前記行為(ii)は、前記駆動モータをほぼゼロの速度で動作させ且つ前記サーボ制御ループを所定の低い利得に設定することを含んでいる、請求項１記載の方法。
前記行為(iv)は、測定した電流が無負荷電流よりも大きいときに前記位置決め装置を解放すること（３０２）を含んでいる、請求項１記載の方法。
前記位置決め装置は制動装置に結合されており、前記制動装置は重力の影響に抗して前記位置決め装置を保持し及び解放するために動作する、請求項１記載の方法。
位置決め装置のための安全運動可能化システムであって、
(i) サーボ制御ループ（３２）を持つように構成されている運動制御装置（３０）と、
(ii)前記運動制御装置（３０）に結合された駆動モータ（１１２）と、
(iii) 前記運動制御装置（３０）及び前記駆動モータ（１１２）に結合された電流センサ（３４）と、
(iv)前記運動制御装置（３０）に結合された制動装置（１１８）と、を含んでおり、
前記運動制御装置（３０）が前記電流センサ（３４）の出力に応答して前記制動装置（１１８）を動作させるように構成されていること、
を特徴とする安全運動可能化システム。
更に、前記サーボ制御ループ（３２）と共に動作するディジタル信号処理装置（４０）を含んでいる請求項７記載のシステム。
前記位置決め装置は血管用ガントリ及び患者テーブル（１００）の内の少なくとも１つを含んでいる、請求項８記載のシステム。
前記運動制御装置（３０）はサーボ制御ループを含んでおり、該ループは所定の低い利得を持つように構成されている、請求項７記載のシステム。