JP2010012293A

JP2010012293A - 電気装置

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Publication number: JP2010012293A
Application number: JP2009211494A
Authority: JP
Inventors: Georg Heiserholt; ハイザーホルトゲオルク; Michael Kramer; クラーマーミヒャエル
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2010-01-21
Also published as: JPH10328164A; DE19722221A1; US6198287B1; DE19722221C2

Abstract

【課題】高周波シールドルーム内で障害を生じないで、制御計算機のコミュニケーション機能の負担を軽減すること。
【解決手段】電気装置、例えば、診断用核磁気共鳴装置は、高周波シールドルーム内に配設された第１の構成要素と、高周波シールドルーム外に配設された第２の構成要素と、制御線路を介して構成要素と接続されている制御計算機とを有している。制御線路は直列センサ／アクタバスとして構成されており、センサ／アクタバスは、電気バス線路を有する第１のバス部と光バス線路を有する第２のバス部を有しており、光バス線路は、高周波シールドルーム内に接続されていて、該高周波シールドルーム内で、第１の構成要素と接続されており、第１のバス部は、電気−光インターフェースを介して第２のバス部と接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気装置、例えば、診断用核磁気共鳴装置であって、高周波シールドルーム内に配設された少なくとも１つの、第１の構成要素と、前記高周波シールドルーム外に配設された少なくとも１つの、第２の構成要素と、制御線路を介して構成要素と接続されている制御計算機とを有している電気装置に関する。

診断用核磁気共鳴装置の形式での、冒頭に記載したような電気装置は、非特許文献１で概説されている。大雑把に区分すると、核磁気共鳴装置は、高周波シールドルーム内に配設された構成要素、高周波シールドルーム外に配設された構成要素を有する。診断用核磁気共鳴装置は、高周波シールドルーム外に配設された制御計算機によって制御される。その際、シールドルーム外に配設された構成要素の制御は、中央バスを介して行われる。核磁気共鳴装置の作動時の障害を回避するために、高周波シールドルーム内に配設された構成要素に光導波路を介して制御信号を供給するか、又は、測定シーケンスの間、この構成要素をスイッチオフする。光導波路は、従来技術ではスター形状に、制御計算機から高周波シールドルーム内の個別構成要素に接続されていたが、この接続は、コスト高であり、複雑であった。更に、この制御計算機には、個別制御信号の形成の他に、個別構成要素とのコミュニケーションによっても負担が加わる。

核磁気共鳴装置の構成要素全体の制御用の公知のバス解決手段を用いると、制御計算機のコミュニケーション機能の負担が軽減されるが、ここでは使用することはできない。と言うのは、電気データ線路をそれぞれ高周波シールドルーム内に引き込むと、高感度の核磁気共鳴測定が損なわれてしまうからである。その種のデータバスのフィルタリング及びシールドは、コスト高であり、データ転送率が著しく制限されてしまう。

新規性に関してのみ考慮すべき特許文献１では、少なくとも１つのバス結合要素を備えた機械装置の各要素の制御のためのＣＡＮバス（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ−Ｂｕｓ）について説明されており、そのＣＡＮバスには、光伝送区間を用いて、何らかの装置を接続することができる。光伝送区間を用いてデータ伝送することによって、機械装置のそれぞれの要素を簡単、高信頼度且つ高速に調節することができる。ＣＡＮバスに接続された周辺装置の代わりに、別のノード、有利には、スター状ノードを設けてもよく、それによって、複数の光導波路を別のスター状ノード乃至周辺装置に接続することができる。

特許文献２には、データ伝送チャンネル又はデータバス、殊に一本のデータバスの制御用の装置及び方法が記載されており、このデータバスでは、データが所定の伝送プロトコル又はバスプロトコルによってビット列で伝送される（例えば、ＣＡＮバスのように）。

例えば、医療技術での核スピントモグラフ用の高周波磁場用のシールドルームは、例えば、特許文献３又は特許文献４から公知である。

ドイツ連邦共和国特許公開第１９６２５９９７号公報ドイツ連邦共和国特許公開第１９６１６７５３号公報ドイツ連邦共和国特許第３８０９３２３号ドイツ連邦共和国実用新案Ｇ９０１７３４４．９号

ＨｅｉｎｚＭｏｒｎｅｂｕｒｇ編ＢｉｌｄｇｅｂｅｎｄｅＳｙｓｔｅｍｅｆｕｅｒｄｉｅＭｅｄｉｚｉｎｉｓｃｈｅＤｉａｇｎｏｓｔｉｋ，３版、１９９５年刊、ＰｕｂｌｉｃｉｓＭＣＤＶｅｒｌａｇ、５０１−５０３頁

本発明の課題は、高周波シールドルーム内で障害を生じないで、制御計算機のコミュニケーション機能の負担を軽減することにある。

この課題は、本発明によると、制御線路は直列センサ／アクタバスとして構成されており、前記センサ／アクタバスは、電気バス線路を有する第１のバス部と光バス線路を有する第２のバス部を有しており、前記光バス線路は、高周波シールドルーム内に接続されていて、該高周波シールドルーム内で、第１の構成要素と接続されており、前記第１のバス部は、電気−光インターフェースを介して第２のバス部と接続されており、前記第１のバス部は、前記電気バス線路と共に、前記第２のバス部は、光バス線路と共に共通のバスであり、第２のバス部は、それぞれ第１及び第２の光導波路部材を有しており、該光導波路部材は、隣り合った第１の構成要素を相互に接続し、電気−光インターフェースを該電気−光インターフェースの隣り合った第１の構成要素と相互に接続することによって解決される。

診断用核磁気共鳴装置の主要構成要素の略図電気−光混合バスの構成のブロック接続図電気−光インターフェースのブロック接続図光二重Ｔ部材のブロック接続図

本発明によると、構成要素の制御のために、共通のバスを使用することができ、制御計算機は、コミュニケーションの負担から軽減される。それと同時に、高周波シールドルーム外の臨界的でないスペースでの、コストが小さい電気バス部の利点を利用することができ、光導波路を用いることによって、高周波シールドルーム内での上述の電磁的な（ＥＭＶ−）問題を回避することができる。電気−光インターフェースによって、バスの電気部を光部に接続したり、光部を電気部に接続したりすることができる。

特に有利な実施例では、センサ／アクタバスは、コントローラ−エリア−ネットワーク（ＣＡＮ−バス）として構成されている。このＣＡＮ−バスは、簡単に構成され、且つ障害の影響を受けない。しかも、ＣＡＮ−バスの仕様を充足する構成要素は、複数の製造業者から入手することができる。

本発明の、その他の実施例は、従属請求項によって示されている。

以下、本発明について、図示の実施例を用いて説明する。

診断用核磁気共鳴装置の構成については、他のところで様々に説明されているが、先ず、その種の装置に属する主要な構成について概説する。高周波シールドルーム２内には、診断用核磁気共鳴装置の固有の検査装置が設置されている。この検査装置は、均一な磁場を形成するために、最も大きな構成ユニットとしてマグネット装置３を有している。環状容器４内には、超伝導フィールドコイル６が設けられており、このコイルは円筒状の内部空間内に、マグネット装置３の軸線方向に配向された主磁場を形成する。マグネット装置の内部（ｗａｒｍｂｏｒｅ）には、先ず、グラジエントコイルセット８が組み込まれており、そのグラジエントコイルセット８には、全身用高周波アンテナ１０が接続されており、この高周波アンテナ１０は、患者１２の撮像用に構成されている。患者１２を内部空間に載置及び運搬するために、移動可能な患者架台１４が設けられている。特定の身体領域の検査のために、局所アンテナ１６が設けられている。

別の構成要素として、シールドルーム２内に、送受信切換器１８及び高周波アンテナ１０の作動用の切換スイッチ２０、局所アンテナ１６又はアレイアンテナも設けられている。高周波アンテナ１０は、整合及び同調回路２１を用いて同調することができ、出力インピーダンスに整合することができる。高周波シールドルーム２の外側には、グラジエントコイルセット８の制御用の構成要素、グラジエント増幅器２２及びグラジエントパルス波形発生器２４が設けられている。同様に、高周波シールドルーム２の外側に設けられている、高周波核磁気共鳴信号の送受信用の高周波部分は、送信部分内に出力増幅器２６、モジュレータ２８及びデジタルアナログ変換器３０を有している。高周波受信チャンネルは、プリアンプ３２、直角位相復調器３４及びアナログデジタル変換器３６を有している。モジュレータ２８及びデモジュレータ３４は、アナログデジタル変換器３６を有している。モジュレータ２８及びデモジュレータ３４は、高周波発生器３８と接続されている。デジタルアナログ変換器３０、アナログデジタル変換器３６及びグラジエントパルス波形発生器２４は、パルスシーケンス制御部４０によって制御信号が供給される。装置制御計算機４２は、中央バス４４を介して、高周波シールドルーム２の外側に配設された構成要素、例えば、グラジエントパルス波形発生器２４、デジタルアナログ変換器３０、アナログデジタル変換器３６及びパルスシーケンス制御部４０を制御する。更に、画像計算機４６、ビデオメモリ４８及び大容量メモリ５０が中央バス４４に接続されている。核磁気共鳴装置の操作及び制御のために、モニタ５１付の操作卓がビデオメモリ４８を介して中央バス４４と接続されている。

中央バス４４は、高周波シールドルーム２の外側に、電気的なバス線路を備えた電気的なバス部分として構成されているが、高周波ルーム内に配設された構成要素、例えば、患者架台１４、送受信切換器１８、切換スイッチ２０及び整合及び同調回路２１が、第２のバス部５２を介して光バス線路と接続されている。電気バス部４４及び光バス部５２は、電気−光インターフェース５４を介して相互に接続されており、その結果、両バス部は、一体的なセンサ−アクタ−バスを形成する。

図２には、核磁気共鳴装置の制御用に使用されるバス構造のブロック接続図が略示されている。このバスは、コントローラ−エリア−ネットワーク（ＣＡＮ−バス）として構成されている。バスに接続された構成要素は、ノードを示し、このノードは、バス上のデータを検出し、データ点と接続された識別器でのアクセプタンステストが正である場合、このデータを受信し、又は、データさえもバス上に送信する。ＣＡＮバスにより、原理的にマルチマスターバス作動を行うことができるにも拘わらず、このパスに接続された構成要素は、ここでは、実質的に装置制御計算機４２によって制御される。装置制御計算機４２は、第１のノードとしてここではＣＡＮ−ＭＡＳＴＥＲと呼ばれる。装置制御計算機４２によって、右側の電気バス部４４Ａと左側の電気バス部４４Ｂが開始する。右側の電気バス部４４Ａは、先ず第２のノードと接続されており、この第２のノードは、送信器３０とデータ交換を行い、その際、電気−光インターフェース５４と接続されている。電気−光インターフェース５４は、電気ＣＡＮバスを、ＣＡＮ規格を充足する光バスに接続されている。ＣＡＮバス用の典型的な優勢なビットレベルは、「点灯」によって実施され、典型的な劣勢なビットレベルは、「消灯」によって実施される。この光バス部５２は、順次連続してシールドルーム２内の個別構成要素に接続されている。光バス部５２の第１のノード６０として、送受信切換器１８及び切換スイッチ２０がバスに接続されている。第２のノード６２を介して、全身用アンテナ１０用の整合及び同調ユニット２１がバスに接続されている。第３のノード６４を介して、患者架台１４はバスに接続されている。光バス部５２は、ノード６４以上に更に拡張することができる。電気バス部４４Ｂの左側部分には、グラジエントパルス波形増幅器２４の別のノード並びに別の外部構成要素が接続されている。電気バス部４４Ｂも拡張することができる。

電気バス部４４，４４Ａ，４４Ｂは、公知のようにして撚り合わせ２線線路として構成されている。光バス部５２は、二重光導波路を用いる。電気−光インターフェース５４から出発して、第１のノード６０に至る迄、それから、順次連続して別のノード６２，６４等に至る迄、それぞれ２つの光導波路部材６６，６８が用いられている。光導波路部材６６，６８上でのデータ流は、矢印７０によって示されている。矢印７０は、それぞれ光送信器から、光二重Ｔ結合器７１内に設けられた光受信器迄を示す。光バス部５２内の各ノード６０，６２，６４には、二重Ｔ結合器７１が配属されている。

図３には、ブロック接続図で、電気−光インターフェース５４の構成が示されており、この電気−光インターフェースは、電気バス部４４を光バス部５２に接続し、また、光バス部５２を電気バス部４４に接続する。インターフェース５４は、ここでは、このインターフェースを光バス部内に挿入することができるように構成されている。電気−光インターフェースが光バス内に挿入されている場合、隣り合った２つのノード６０及び６０´を接続することができる。

電気−光インターフェース５４は、電気バス部４４乃至４４Ａ用の端子を有している。端子７２は、一方では、ＣＡＮコントローラバスモジュール７４と接続されており、他方では、修正ＲＳ−４８５−ドライバモジュール７６と接続されている。ＲＳ−４８５−ドライバモジュール７６の出力側は、アンドゲート８０及びアンドゲート８２の入力側７８と接続されている。アンドゲート８０の出力側は、第１の光送信器８４と接続されており、アンドゲート８２の出力側は、第２の光送信器８６と接続されている。第１の光受信器８８は、アンドゲート８２の第２の入力側９０及び別のアンドゲート９４の第１の入力側９２と接続されている。別の光受信器９６の電気出力側は、アンドゲート８０の第２の入力側９８及びアンドゲート９４の第２の入力側１００と接続されている。アンドゲート９４の出力側は、修正ＲＳ−４８５−ドライバモジュール７６の入力側と接続されている。３つのアンドゲート８０，８２及び９４は、一緒に論理回路１０２を形成し、この論理回路１０２を用いて、ノード６０との信号交換が可能であり、場合によっては接続された別のノード６０´との信号交換が可能である。更に、論理回路１０２は、修正ＲＳ−４８５−ドライバモジュール７６と共働して、電気バス部４４，４４Ａと、ＣＡＮコントローラ７４によって制御された光バス部５２との信号交換を行う。

図４には、光Ｔ結合器７１の構成が示されており、この光Ｔ結合器７１は、電気バス端子７２を除いて、電気−光インターフェース５４の構成に相応している。光二重Ｔ結合器７１によって、隣合ったノードとのデータ交換を行うことができ、その際、もう一つのリピータ機能を構成することができる。例えば、二重Ｔ結合器７１がノード６２に配属されている場合、隣り合った両二重Ｔ結合器７１を介して、ノード６０及び６４とのデータ交換を実施することができる。ノード６０に配属された二重Ｔ結合器７１は、ノード６２の隣り合った二重Ｔ結合器７１と電気−光インターフェース５４とのリピータ機能付きのデータ交換を実行する。

２高周波シールドルーム
３マグネット装置
４容器
６フィールドコイル
８グラジエントコイルセット
１０全身用高周波アンテナ
１２患者
１４患者架台
１６局所アンテナ
１８送受信切換器
２０切換スイッチ
２１整合及び同調回路
２２グラジエント増幅器
２４グラジエントパルス形成発生器
２６電力増幅器
２８モジュレータ
３０デジタルアナログ変換器
３２プリアンプ
３４直角位相復調器
３６アナログデジタル変換器
３８高周波発生器
４０パルスシーケンス制御部
４２装置制御計算機
４４中央バス、４４Ａ，４４Ｂ
４６画像計算機
４８ビデオメモリ
５０大容量メモリ
５１モニタ付操作卓
５２第２バス部
５４電気−光インターフェース
６０，６０´ 第１ノード
６２第２ノード
６４第３ノード
６６，６８光導波路
７０矢印
７１二重Ｔ結合器
７２端子
７４ＣＡＮコントローラモジュール
７６ＲＳ４８５ドライバモジュール
７８入力側
８０，８２アンドゲート
８４第１光送信器
８６第２光送信器
８８光受信器
９０第２入力側
９２入力側
９４別のアンドゲート
９６別の光受信器
９８，１００第２入力側
１０２論理回路

Claims

電気装置であって、高周波シールドルーム（２）内に配設された少なくとも１つの、第１の構成要素（１４，１８，２０，２１）と、前記高周波シールドルーム（２）外に配設された少なくとも１つの、第２の構成要素（２４，３０）と、制御線路を介して構成要素（１４，１８，２０，２１，２４，３０）と接続されている制御計算機（４２）とを有している電気装置において、
制御線路は直列センサ／アクタバスとして構成されており、前記センサ／アクタバスは、電気バス線路を有する第１のバス部（４４，４４Ａ，４４Ｂ）と光バス線路を有する第２のバス部（５２）を有しており、前記光バス線路（５２）は、高周波シールドルーム（２）内に接続されていて、該高周波シールドルーム（２）内で、第１の構成要素（１４，１８，２０，２１）と接続されており、前記第１のバス部（４４Ａ）は、電気−光インターフェース（５４）を介して第２のバス部（５２）と接続されており、前記第１のバス部（４４，４４Ａ，４４Ｂ）は、前記電気バス線路と共に、前記第２のバス部（５２）は、光バス線路と共に共通のバスであり、第２のバス部（５２）は、それぞれ第１及び第２の光導波路部材（６６，６８）を有しており、該光導波路部材は、隣り合った第１の構成要素（例えば、６２，６４）を相互に接続し、電気−光インターフェースを該電気−光インターフェースの隣り合った第１の構成要素（例えば、６０）と相互に接続する
ことを特徴とする電気装置。
高周波シールドルーム（２）内には、複数の第１の構成要素（１４，１８，２０，２１）が設けられており、前記複数の第１の構成要素（１４，１８，２０，２１）は、２チャネル光結合器（７１）を介して光バス線路（５２）と接続されている請求項１記載の電気装置。
２チャネル光結合器（７１）は、リピータ機能を有している請求項２記載の電気装置。
第１の光導波路部材（６６）のそれぞれ一端は、それぞれ光送信器（８６）と接続されており、第２の光導波路部材（６８）の同じ端は、それぞれ光受信器（８８）と接続されており、前記第１の光導波路部材（６６）の他端は、それぞれ光受信器と接続されており、前記第２の光導波路部材（６８）の他端は、それぞれ光送信器と接続されており、前記光送信器（８４，８６）及び前記受信器（８８，９６）は、それぞれ相応の２チャネル光結合器（７１）又は電気−光インターフェースに属している請求項１記載の電気装置。
第１のバス部（４４，４５Ａ，４４Ｂ）は、差動２線バスとして構成されている請求項１〜４までのいずれか１記載の電気装置。
センサ／アクタバスは、マルチマスタバスとして構成されている請求項１〜５までのいずれか１記載の電気装置。
センサ／アクタバスは、コントローラ−エリア−ネットワークとして構成されている請求項６記載の電気装置。
第２のバス部（５２）には、優勢なビットレベルが「点灯」によって構成され、劣性なビットレベルが「消灯」によって構成される請求項７記載の電気装置。