JP2012110355A - Signal generating device for respiratory synchronization and body movement detection sensor unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部から入力される呼吸同期用信号に基づいて制御され、呼吸による体動の影響を抑制することができるようになっている、CTスキャン装置、PET装置、放射線治療シミュレーション装置、放射線治療装置等の医療機器に対して、前記呼吸同期用信号を生成して出力することができる呼吸同期用信号生成装置と、呼吸の動作を検出する体動検出センサに関するものである。 The present invention is controlled based on a respiratory synchronization signal input from the outside, and is capable of suppressing the influence of body movement due to respiration, a CT scanning device, a PET device, a radiation therapy simulation device, a radiation The present invention relates to a respiratory synchronization signal generation device capable of generating and outputting the respiratory synchronization signal to a medical device such as a treatment device, and a body motion detection sensor for detecting a respiratory motion.
人体を任意の部分で輪切りにした断層画像を撮影することができる医療機器として、いわゆる断層撮影装置が周知であり、X線を曝射して撮影するCTスキャン装置、患者に放射性トレーサを投与して放射性トレーサから放出されるガンマ線を検出して撮影するPET装置等が知られている。また、断層撮影装置に所定の装置を付加した医療機器も周知であり、いわゆる放射線治療シミュレーション装置、放射線治療装置等が知られている。放射線治療シミュレーション装置は、患者の断層画像を撮影してそれを基に放射線治療のシミュレーションを実施できる装置であり、これにより治療計画を立案することができる。また、放射線治療装置は、放射線治療計画に基づいて操作者が装置を操作して、患部に放射線を照射する装置である。 A so-called tomography device is well known as a medical device that can take a tomographic image of a human body cut at an arbitrary part. A CT scan device that takes an image by exposing X-rays, and a patient is given a radioactive tracer. A PET apparatus that detects and captures gamma rays emitted from a radioactive tracer is known. In addition, medical equipment in which a predetermined device is added to a tomographic apparatus is also known, and so-called radiation therapy simulation apparatuses, radiation therapy apparatuses, and the like are known. The radiotherapy simulation apparatus is an apparatus that can take a tomographic image of a patient and perform a radiotherapy simulation based on the acquired tomographic image, thereby making a treatment plan. The radiotherapy apparatus is an apparatus that irradiates an affected area with radiation by an operator operating the apparatus based on a radiotherapy plan.
CTスキャン装置は、従来周知のように、中央部を貫通する所定の内径の開口部を備えたガントリと、患者が仰臥する寝台と、データを処理するコンピュータとから構成されている。ガントリの内部には、X線を曝射するX線源と、人体を透過したX線を検出する多数のセンサからなる検出器アレイとが、開口部を挟んで対向する位置に配置され、X線源と検出器アレイは、開口部を中心として円周方向に回転できるようになっている。そして、開口部は、寝台上に仰臥した患者が寝台と共に挿入されるようになっている。このようなCTスキャン装置で断層画像を得る場合、寝台を駆動して寝台上に仰臥した患者をガントリの開口部に挿入して、撮影対象の所定の部位がX線の曝射野に位置するようにする。そして、X線源と検出器アレイを回転させながら、異なる方向からX線を曝射して、人体を透過したX線を検出器アレイで検出する。このようにして検出されたデータをコンピュータにおいて統合的に処理すると1枚の断層画像が得られる。 As is well known in the art, the CT scanning apparatus is composed of a gantry having an opening with a predetermined inner diameter penetrating the central portion, a bed on which a patient lies, and a computer for processing data. Inside the gantry, an X-ray source that emits X-rays and a detector array composed of a large number of sensors that detect X-rays transmitted through the human body are arranged at positions facing each other across the opening. The radiation source and the detector array can be rotated in the circumferential direction around the opening. Then, the opening is configured so that a patient who is supine on the bed is inserted together with the bed. When a tomographic image is obtained with such a CT scanning apparatus, a patient who is lying on the bed by driving the bed is inserted into the opening of the gantry, and a predetermined region to be imaged is located in the X-ray exposure field. Like that. Then, while rotating the X-ray source and the detector array, X-rays are emitted from different directions, and the X-ray transmitted through the human body is detected by the detector array. When the data detected in this way is processed in an integrated manner by a computer, one tomographic image is obtained.
断層撮影装置においては、寝台を駆動して撮影対象の部位を少しずつ移動させて、複数枚の断層画像を撮影する。そうすると、撮影対象の部位を立体的に画像化することができる。ところで、断層画像を撮影するとき、患者は寝台の上で動かないように注意しているが、患者は、呼吸の動作や心臓の鼓動によるわずかな動き、すなわち体動によって動いてしまう。患者が体動によって動いてしまうと、撮影される複数枚の断層画像間にずれが生じてしまうので、立体的な断層画像は鮮明なものが得られない。そうすると、診断において腫瘍を見落としたり、腫瘍の位置を正確に特定することができない。また、放射線治療シミュレーション装置において適切に治療計画を立案することもできないし、放射線治療装置においては、腫瘍以外の健全な組織に誤って放射線を照射して、これを損傷してしまうことがある。 In the tomography apparatus, a bed is driven to move a region to be imaged little by little, and a plurality of tomographic images are captured. If it does so, the site | part of imaging | photography object can be imaged in three dimensions. By the way, when taking a tomographic image, the patient is careful not to move on the bed, but the patient moves due to a slight movement, that is, a body movement due to a breathing movement or heartbeat. If the patient moves due to body movement, a shift occurs between a plurality of tomographic images to be photographed, so that a three-dimensional tomographic image cannot be obtained clearly. If it does so, a tumor cannot be overlooked in a diagnosis, or the position of a tumor cannot be pinpointed correctly. In addition, it is impossible to appropriately design a treatment plan in the radiotherapy simulation apparatus, and in the radiotherapy apparatus, a healthy tissue other than a tumor may be accidentally irradiated with radiation to be damaged.
呼吸の動作や心臓の鼓動に同期して断層撮影装置を制御して、体動による影響を最小限にしてずれの少ないデータを収集し、鮮明な断層画像を得る断層撮影方法は周知である。このような断層撮影方法を実施する場合、人体の体動を検出して断層撮影装置に送信する必要がある。特許文献1には、患者の胸部に貼り付けられた心電図検出用のセンサによって心臓の鼓動の同期信号を得て、心臓の断層画像を撮影するCTスキャン装置が記載されている。特許文献1に記載のCTスキャン装置によると、CTスキャン装置は心臓の鼓動に同期して制御されるので、心臓の鼓動の影響を受けずに断層画像を撮影でき、心臓について鮮明な断層画像が得られる。しかしながら、呼吸の動作については考慮されていないので、心臓以外の他の部位の断層画像を撮影すると、呼吸の動作によって断層画像がぼやけてしまう。呼吸の動作を検出して断層撮影装置に同期用信号を送信する必要がある。呼吸の動作を検出する方法として、例えば、胸部の上下動を検出する方法、腹部の膨張と収縮を検出する方法、皮膚の張力を検出する方法等が知られている。胸部の上下動を検出する方法には、マーカによる方法、計測竿による方法があり、マーカによる方法は、患者の胸部に貼られたマーカを外部のCCDカメラで監視して胸部の上下動を検出する方法であり、計測竿による方法は、計測竿の一方の端部を患者の胸部に接触させ、患者の近傍に計測竿の支点を設けて、他方の端部において胸部の上下動を増幅して検出する方法である。また、腹部の膨張と収縮を検出する方法は、腹部に巻かれたベルトの張力または中空のベルト内の空気圧の変化を検出して腹部の膨張と収縮を検出するする方法であり、皮膚の張力を検出する方法は、患者の体表に歪センサを貼り付け、皮膚の張力を検出して、呼吸の動作を検出する方法である。
A tomographic method for obtaining a clear tomographic image is known in which a tomographic apparatus is controlled in synchronism with breathing motion and heartbeat to collect data with little deviation while minimizing the influence of body motion. When performing such a tomography method, it is necessary to detect the body movement of the human body and transmit it to the tomography apparatus.
特許文献2には、患者が仰臥するベッドに設けられ、患者の背中に接触して呼吸の動作による体動を検出することができる、シート状の圧電センサが記載されている。特許文献2に記載の圧電センサは、PVDFフィルムまたは窒化アルミニウムの薄膜からなる圧力検出素子が、薄い樹脂製シートによって挟み込まれた、いわゆるラミネート加工された構造のセンサであり、呼吸の動作による体動を電圧の変化として検出することができる。
上記したような呼吸の動作を検出する方法を実施したり、特許文献2に記載の圧電センサを使用すれば、呼吸の動作による体動を検出することができる。そして、検出された体動の信号を断層撮影装置に信号を送信して、断層撮影装置が当該信号に基づいて同期させてスキャンすれば、呼吸の動作による体動の影響を受けない鮮明な断層画像を得ることができる。しかしながら、解決すべき問題点も見受けられる。例えば、マーカによる方法の場合、マーカを貼り付ける位置の選定の問題がある。すなわち、マーカは患者の胸部に貼り付けるとき、X線の曝射の妨げにならないようにすると共にマーカの安定性を確保できる位置に貼り付ける必要があり、位置の選定に熟練を要する。さらには、マーカは胸部に貼り付けるために他の問題が生じる。つまり、断層画像の撮影の間、患者は防寒用の毛布をまとうことができないし、放射線治療を実施する場合には、マーカが放射線照射の妨げになってしまう。計測竿による方法にも問題が認められる。計測竿は支点を固定する固定具がX線の曝射の妨げになるし、計測竿全体が画像に映ってしまうこともある。さらには、計測竿は外部に突き出ているので、CTスキャン装置のガントリにぶつかってしまうという問題もある。腹部の膨張と収縮を検出する方法についても問題がある。すなわち、健常者においては呼吸時に横隔膜と肋間筋が共に活発に動くが、体力の弱った患者の場合は、横隔膜の働きが十分でなく肋間筋の細かい動作による浅い呼吸が多くなってしまう。そうすると、ベルト等によって腹部の膨張と収縮を検出しても、呼吸を正確に検出できない場合がある。また、ベルトによって患者を圧迫すると、患者のストレスになってしまう。皮膚の張力を検出する方法についても問題が認められ、患者の皮膚に弛みがある場合には検出の精度が悪くなるし、歪センサに接続されている通信用の信号線が邪魔になってしまう。
If the method for detecting the breathing motion as described above is implemented or the piezoelectric sensor described in
特許文献2に記載の圧電センサを利用する場合には、上記した問題点の多くは解決する。例えば、圧電センサは、患者が仰臥するベッドに設けられて患者の背中に接触して呼吸の動作を検出するようになっているので、患者の邪魔にならないし、放射線治療において妨げになったり断層撮影装置にぶつかるようなこともない。また、圧電センサは、PVDFフィルムまたは窒化アルミニウムの薄膜からなるので、比較的断層撮影の画像に映り難い。しかしながら、特許文献2に記載の圧電センサは構成によっては、全く画像に映らないという保証はない。また、PVDFフィルムまたは窒化アルミニウムの薄膜からなる圧力検出素子に固有の問題も認められる。すなわち、このような圧力検出素子は、むき出しでは耐久性が高くなく、圧力検出素子が薄い樹脂製シートによって挟み込まれていても、患者の背中によって繰り返し押されると、圧力検出素子が早期に劣化してしまう。圧力検出素子を挟み込む樹脂製シートを厚くすればある程度耐久性は向上するが、センサの感度が低下するという別の問題が生じてしまう。また、このような圧力検出素子には検出された電圧を外部に送信する信号線が設けられているが、圧力検出素子が薄膜状に形成されているので、圧力検出素子と信号線の接合部の強度は弱く問題である。特許文献2に記載の圧電センサの場合、直接患者の背中に圧力検出素子が敷かれて圧力の変動を検出するようになっているので、早期に接合部が破損して信号線が断線してしまう危険が高い。また、窒化アルミニウムは一般的に小面積のものしか製造することができないので、圧力の変化を検出できる背中の部分が小面積になってしまい、接触させる部分によっては呼吸の動作を確実に検出できない。さらには、患者の背中から受ける圧力は、圧電センサに均一に作用するとは限らないので、圧力検出素子で受ける圧力にはムラが生じてしまい、センサの検出精度が十分に得られない場合がある。すなわち、患者の背中と圧電センサが接触している位置、面積等の状態によっては、患者の体動に伴う圧力の変動を正確に検出できない場合がある。
When the piezoelectric sensor described in
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたもので、具体的には、断層撮影において画像に映ったり放射線治療において妨げになることがなく、断層撮影装置にぶつかるようなこともなく、熟練を要することなく患者の呼吸による体動を確実に検出できる、安価で耐久性の高い体動検出センサと、このセンサで検出された呼吸動作に同期した呼吸同期用信号を生成して、断層撮影装置、放射線治療装置等の医療機器に呼吸同期用信号を出力することができる呼吸同期用信号生成装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems. Specifically, the present invention does not appear in an image in tomography or interfere with radiotherapy, and does not collide with a tomography apparatus. , A low-cost and highly durable body motion detection sensor that can reliably detect patient motion due to patient breathing without requiring skill, and a respiratory synchronization signal synchronized with the breathing motion detected by this sensor, An object of the present invention is to provide a respiratory synchronization signal generation device capable of outputting a respiratory synchronization signal to medical equipment such as a tomography apparatus and a radiotherapy apparatus.
本発明は、上記目的を達成するために、体動検出センサを、可撓性を有し全体が扁平なシート状を呈する中空の容器と、当該容器または別の容器に格納されているPVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサと、これ等の容器に気密的または液密的に封入されている流体とを一体的に形成する。そして、容器に作用する圧力が、流体を介して薄膜センサに作用して検出されるように構成する。また、このような容器を、患者の背面とテーブルの接触部に挿入し受圧部の面積が、前記薄膜センサの面積よりも広くなるようにする。また、本発明においては、体動検出センサを、可撓性を有し全体が扁平なシート状を呈する中空の第1の容器と、中空の第2の容器と、中空部を連通するようにこれらを連結している管路と、第2の容器に格納されているPVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサと、容器の内部に気密的または液密的に封入されている流体とから構成し、第1の容器に作用する圧力が、流体を介して薄膜センサに作用して検出されるように構成する。そして、このような体動検出センサによって検出される圧力の変化を受信して、呼吸に同期する呼吸同期用信号を生成する呼吸同期用信号生成装置として構成する。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a body motion detection sensor comprising: a hollow container having a flexible and flat sheet shape; and a PVDF stored in the container or another container; A thin film sensor made of aluminum nitride or zinc oxide and a fluid hermetically or liquid-tightly sealed in these containers are integrally formed. And it is comprised so that the pressure which acts on a container may be detected by acting on a thin film sensor via a fluid. Further, such a container is inserted into the contact portion between the back surface of the patient and the table so that the area of the pressure receiving portion is larger than the area of the thin film sensor. Further, in the present invention, the body motion detection sensor is configured so that the hollow portion communicates with the hollow first container, the hollow second container, which is flexible and has a flat sheet shape as a whole. A conduit connecting them, a thin film sensor made of PVDF, aluminum nitride, or zinc oxide stored in a second container, and a fluid hermetically or liquid-tightly sealed inside the container The pressure applied to the first container is configured to be detected by acting on the thin film sensor via the fluid. Then, the apparatus is configured as a respiratory synchronization signal generation device that receives a change in pressure detected by such a body motion detection sensor and generates a respiratory synchronization signal synchronized with respiration.
かくして、請求項1記載の発明は、上記目的を達成するために、CTスキャン装置、PET装置、放射線治療シミュレーション装置、放射線治療装置等の医療用装置において、患者が仰臥する寝台の上に設けられ、患者の背面とテーブルの接触部に挿入して呼吸の動作に伴う圧力の変化を検出するセンサであって、前記センサは、可撓性を有する中空の容器と、前記容器に格納されているPVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサと、前記容器に気密的または液密的に封入されている流体とから、全体が扁平なシート状を呈するように形成され、前記容器に作用する圧力が、前記流体を介して前記薄膜センサに作用して検出されるように構成される。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のセンサにおいて、前記容器は、前記患者の背面とテーブルの接触部に挿入された受圧部の面積が、前記薄膜センサの面積よりも広くなっるように構成される。
そして、請求項3に記載の発明は、CTスキャン装置、PET装置、放射線治療シミュレーション装置、放射線治療装置等の医療用装置において、患者が仰臥する寝台の上に設けられ、患者の背面とテーブルの接触部に挿入して呼吸の動作に伴う圧力の変化を検出するセンサであって、前記センサは、可撓性を有し全体が扁平なシート状を呈する中空の第1の容器と、中空の第2の容器と、前記第1、2の容器を連結していると共にそれぞれの中空部を連通する管路と、前記第2の容器に格納されているPVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサと、前記第1、2の容器および前記管路に気密的または液密的に封入されている流体とから構成され、前記第1の容器に作用する圧力が、前記流体を介して前記薄膜センサに作用して検出されるように構成される。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかの項に記載のセンサにおいて、前記流体は、シリコンオイルまたは鉱物油からなる液体であるように構成され、請求項5に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかの項に記載のセンサにおいて、前記流体は、空気または不活性ガスからなる気体であるように構成される。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかの項に記載の前記体動検出センサで検出される圧力の変化を受信して、呼吸に同期する呼吸同期用信号を生成することを特徴とする呼吸同期用信号生成装置として構成され、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の装置において、前記体動検出センサには送信機が、前記呼吸同期用信号生成装置には前記送信機に対応する受信機がそれぞれ設けられ、前記圧力の変化の信号が、Bluetooth通信、または近赤外線通信で送受信されるように構成される。
Thus, in order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the sensor according to the first aspect, in the container, the area of the pressure receiving portion inserted into the contact portion between the back surface of the patient and the table is larger than the area of the thin film sensor. Configured to be
According to a third aspect of the present invention, there is provided a medical device such as a CT scan device, a PET device, a radiation treatment simulation device, or a radiation treatment device, which is provided on a bed on which a patient lies, A sensor that is inserted into a contact portion to detect a change in pressure associated with breathing motion, the sensor having a hollow first container that is flexible and has a flat sheet shape, and a hollow A second container, a pipe line connecting the first and second containers and communicating the hollow portions thereof, and PVDF, aluminum nitride, or zinc oxide stored in the second container. The thin film sensor is composed of a fluid that is hermetically or liquid-tightly sealed in the first and second containers and the conduit, and pressure acting on the first container is transmitted through the fluid. Thin film sensor Configured to be detected acts.
According to a fourth aspect of the present invention, in the sensor according to any one of the first to third aspects, the fluid is a liquid made of silicon oil or mineral oil. In the sensor according to any one of the first to third aspects, the fluid is configured such that the fluid is a gas composed of air or an inert gas.
A sixth aspect of the invention receives a change in pressure detected by the body motion detection sensor according to any one of the first to fifth aspects, and generates a respiratory synchronization signal synchronized with respiration. The invention according to claim 7 is the apparatus according to claim 6, wherein a transmitter is provided in the body motion detection sensor, and the signal generation for breath synchronization is generated. Each apparatus is provided with a receiver corresponding to the transmitter, and the pressure change signal is transmitted and received by Bluetooth communication or near infrared communication.
以上のように、本発明によると、体動検出センサは、可撓性を有する中空の容器と、容器に格納されているPVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサと、容器に気密的または液密的に封入されている流体とから、全体が扁平なシート状を呈するように形成され、容器に作用する圧力が、流体を介して薄膜センサに作用して検出されるように構成されているので、流体を介して確実に圧力を検出することができ、熟練を要さずに呼吸動作を検出することができる。そして、薄膜センサには、直接力が作用せずに流体を介して圧力が作用するので、薄膜センサが早期に劣化してしまうことがないし、薄膜センサに接続されている信号線にも直接負荷がかからないので、信号線が断線することがなく、高い耐久性が得られる。また、体動検出センサは、患者が仰臥する寝台の上に設けられ、患者の背面とテーブルの接触部に挿入して呼吸の動作に伴う圧力の変化を検出するセンサとして構成されているので、センサが断層撮影装置にぶつかるようなことも、放射線治療において妨げになることもない。さらには、PVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサは、X線を吸収し難いので、断層画像に映る恐れはほとんどない。本発明によると、体動検出センサの容器は、患者の背面とテーブルの接触部に挿入され受圧部の面積が、薄膜センサの面積よりも広くなるように構成されているので、背中の圧力の変化を確実に検出することが可能になる。そして、本発明によると、体動検出センサは、中空の第1の容器と中空の第2の容器と薄膜センサと容器に封入されている流体とから構成されているので、第1の容器を患者の背中に敷くようにすれば、第1の容器はX線を吸収することがないので、センサが断層画像に映ることがなく、鮮明な断層画像を得ることができる。また、薄膜センサは、圧力を直接受ける第1の容器とは別の容器である第2の容器内に格納されているので、薄膜センサが折れ曲がったり劣化することがない。さらには、薄膜センサに接続されている信号線が薄膜センサから外れる恐れもない。すなわち、非常に耐久性が高い。さらには、本発明によると、このような容器に封入されている流体は、空気または不活性ガスからなる気体であるようにも構成されているので、万一容器が破損しても液漏れ等の事故が発生することがなく、高価な医療機器の安全を確保することができる。また、このような体動検出センサからの信号をBluetooth通信、または近赤外線通信によって受信して、呼吸同期用信号を生成する呼吸同期用信号生成装置に関する発明によると、センサと呼吸同期用信号生成装置は、医療機器が誤動作を引き起こす恐れがなく、信号線が邪魔にならないので、呼吸同期用信号生成装置を安全に設置することが可能になる。 As described above, according to the present invention, the body motion detection sensor includes a flexible hollow container, a thin film sensor made of PVDF, aluminum nitride, or zinc oxide stored in the container, and an airtight container. Alternatively, it is formed so as to form a flat sheet from the fluid-tightly sealed fluid, and the pressure acting on the container is detected by acting on the thin film sensor via the fluid. Therefore, the pressure can be reliably detected through the fluid, and the breathing motion can be detected without requiring skill. The thin film sensor is not subjected to direct force, but pressure is applied through the fluid, so that the thin film sensor does not deteriorate at an early stage, and the signal line connected to the thin film sensor is also directly loaded. Therefore, the signal line is not disconnected and high durability is obtained. In addition, the body motion detection sensor is provided on the bed on which the patient lies, and is configured as a sensor that is inserted into the contact portion of the back surface of the patient and the table and detects a change in pressure accompanying the breathing operation. The sensor does not hit the tomography device, nor does it interfere with radiotherapy. Furthermore, since a thin film sensor made of PVDF, aluminum nitride, or zinc oxide hardly absorbs X-rays, there is almost no risk of being reflected in a tomographic image. According to the present invention, the body motion detection container is inserted into the contact portion between the patient's back and the table so that the pressure receiving area is larger than the area of the thin film sensor. It becomes possible to detect changes reliably. According to the present invention, the body motion detection sensor is composed of the hollow first container, the hollow second container, the thin film sensor, and the fluid sealed in the container. If the first container is placed on the back of the patient, the first container does not absorb X-rays, so that the sensor does not appear in the tomographic image, and a clear tomographic image can be obtained. In addition, since the thin film sensor is stored in a second container that is a container different from the first container that directly receives pressure, the thin film sensor does not bend or deteriorate. Furthermore, there is no possibility that the signal line connected to the thin film sensor is disconnected from the thin film sensor. That is, the durability is very high. Furthermore, according to the present invention, since the fluid sealed in such a container is also configured to be a gas composed of air or an inert gas, even if the container is broken, liquid leakage, etc. Thus, the safety of expensive medical equipment can be ensured. In addition, according to the invention relating to the respiratory synchronization signal generating device that receives the signal from the body motion detection sensor by Bluetooth communication or near infrared communication and generates a respiratory synchronization signal, the sensor and the respiratory synchronization signal generation Since the apparatus does not cause a malfunction of the medical device and the signal line does not get in the way, it is possible to safely install the respiratory synchronization signal generation apparatus.
本実施の形態に係る呼吸同期用信号生成装置について、呼吸同期用信号生成装置を備えたCTスキャン装置を例に説明する。
CTスキャン装置1は、図1に示されているように、従来周知のCTスキャン装置と同様に、人体を走査するガントリ2、患者が仰臥する寝台3、等から概略構成されている。ガントリ2には、その中央部に、人体が挿入される所定の内径の貫通孔が明けられている。すなわち開口部5が設けられている。ガントリ2の内部には、図1には示されていないが、X線を曝射するX線源と、人体を透過したX線を検出する多数のセンサからなる検出器アレイとが、開口部5を挟んで対向する位置に設けられている。このようなX線源と検出器アレイは、お互いに開口部5を挟んで対向する位置を採りながら、開口部5を中心に円周方向に回転できるようになっている。ガントリ2には、ガントリ2と寝台3を制御したりデータを処理するコンピュータが設けられている。
The respiratory synchronization signal generation apparatus according to the present embodiment will be described using a CT scan apparatus provided with the respiratory synchronization signal generation apparatus as an example.
As shown in FIG. 1, the
寝台3は、床に設置される台座7と、台座7の上に設けられている略長方形の板状を呈するテーブル8とから構成されている。そしてテーブル8は、図1には示されていないが、台座7の内部に設けられているテーブル駆動機構によって長手方向にスライドすることができるようになっている。このような寝台3は、ガントリ2に隣接して設置され、テーブル駆動機構を駆動すると、テーブル8が開口部5に挿入されたり、後退するようになっている。
The
テーブル8の上面には、本実施の形態に係る体動検出センサ11が設けられている。体動検出センサ11は、後でその構造を詳しく説明するように、圧力を受ける受圧部がシート状に形成されたセンサであり、テーブル8の上面に患者が仰臥したときに、患者の背面が受圧部が当たるようにして、呼吸の動きによる体動を電圧の変化として検出することができる。体動検出センサ11には、フラットケーブル12が接続され、フラットケーブル12の先端には送信機14が接続されている。送信機14は、テーブル8の長辺の端面に固定されており、フラットケーブル12は十分に短いので、フラットケーブル12と送信機14が断層画像の撮影の妨げになったり患者の邪魔になることはない。
The body
ガントリ2の近傍には、呼吸同期用信号生成装置16が設置され、呼吸同期用信号生成装置16とガントリ2は所定の信号ケーブル18によって接続されている。呼吸同期用信号生成装置16は、オープンコレクタ端子、TTLレベルラインドライバ出力端子、START/STOP出力端子、RS422接続端子を備えているので、信号ケーブル18には、ガントリ2の入力端子19に対応する任意のタイプのケーブルを選定することができる。呼吸同期用信号生成装置16には、受信部あるいは受信機が設けられ、送信機14から送信される信号を受信することができるようになっている。なお、送信機14と受信機における通信は、電磁波漏洩による機器の誤動作を引き起こす恐れの無い、Bluetooth通信、あるいは近赤外線通信によって実施される。従って、断層画像装置1や周辺に設置されている医療機器は誤動作の恐れがない。
A respiratory
本実施の形態に係る体動検出センサ11は、図2に示されているように、上面の面積が大きいシート状を呈する中空の第1の容器21、所定の大きさの中空の第2の容器22、第2の容器22に格納されている薄膜センサ23等から概略構成されている。第1の容器21は、患者の背面とテーブルの間に挿入されて患者の背面の圧力を受ける受圧部になっているので、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等の可撓性材料から形成されているが、第2の容器22は、薄膜センサ23を保護する容器であるので、特に可撓性を有する必要はなく、本実施の形態においてはアクリル樹脂から形成されている。第1、2の容器21、22は可撓性材料からなる連結管25によって、気密的または液密的に連結され、それぞれの中空部が連通している。薄膜センサ23は、PVDF(polyvinilidene fluorite)、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる所定の大きさの薄膜状の圧電素子であり、本実施の形態においては窒化アルミニウムからなる。薄膜センサ23には、以下に説明するように所定の接続用チップを介してフラットケーブル12が接続され、フラットケーブル12には、既に説明したように、送信機14が接続されている。このような体動検出センサ11、すなわち第1、2の容器21、22と連結管25には、シリコンオイル27が封入され、薄膜センサ23は全体がシリコンオイル27中に浸された状態になっている。
As shown in FIG. 2, the body
窒化アルミニウムの圧電素子からなる薄膜センサ23と、フラットケーブル12は、所定の接続用チップ、すなわちフレキシブルICチップ30によって接続される。フレキシブルICチップ30は、図3の(ア)に示されているように、切り込み31が入れられた平板状のチップであり、銅の薄膜からなる第1、2の導線33、34が、切り込み31で分けられたチップの第1の小片35と第2の小片36とに、平行になるように設けられている。なお、第1の導線33はチップの表面に、第2の導線34はチップの裏面に設けられている。このようなフレキシブルICチップ30によって、薄膜センサ23をフラットケーブル12に接続する方法について説明する。フレキシブルICチップ30を、第1の小片35を下方に、第2の小片36を上方に湾曲させて、切り込み31に薄膜センサ23を挿入する。そうすると、図3の(イ)に示されているように、薄膜センサ23をフレキシブルICチップ30の第1、2の小片35、36で挟み込むことができる。薄膜センサ23は、ポリイミド系樹脂からなる基板38とその上に蒸着された窒化アルミニウム結晶層39が、アルミニウム等からなる第1、2の金属膜41、42によって上面と下面が被覆された構造を呈している。このような薄膜センサ23の第1、2の金属膜41、42に異方性導電接着剤44、44を塗布して、フレキシブルICチップ30の第1、2の小片35、36を押圧して接着する。そうすると、第1の金属膜41と第1の導線33、第2の金属膜42と第2の導線34のそれぞれが導通する。フレキシブルICチップ30の端部46に所定のコネクタ47を接続し、コネクタ47を介してフラットケーブル12を接続する。薄膜センサ23とフラットケーブル12が接続される。
The
本実施の形態に係る呼吸同期用信号生成装置を備えたCTスキャン装置1の作用を説明する。図1に示されているように、患者Kを寝台3のテーブル8の上に仰臥させる。このとき、体動検出センサ11の受圧部、すなわち第1の容器21の位置を調整して、例えば、肩胛骨近傍、臀部等の、患者の背面とテーブル8が接触する部分に受圧部が当たるように挿入する。患者Kは呼吸の動作と心臓の鼓動による体動によってわずかに動く。体動検出センサ11の受圧部は体動による圧力の変化を受ける。そして、シリコンオイル27を介して作用した圧力の変化を、薄膜センサ23において電圧の変化として検出する。受圧部の面積は十分に広いので効率よく背中の圧力を受けることができ、シリコンオイル27によって薄膜センサ23の全表面に均一に圧力が作用するので、圧力の変化を精度良く検出することができる。検出された電圧の変化を送信機14によって呼吸同期用信号生成装置16に送信する。呼吸同期用信号生成装置16では、入力された電圧の波形を処理して呼吸に同期するパルス信号、すなわち同期用信号を生成する。生成した同期用信号をガントリ2に入力する。ところで、電圧の波形には、呼吸の動作と心臓の鼓動による異なる周波数成分が含まれ、さらにはノイズも含まれている。従って、フーリエ変換、ウェーブレット変換等の周知の分析方法を適用して呼吸の動作に対応する周波数成分を抽出する。そうすると、呼吸のタイミングを得ることができる。なお、入力される電力の波形には、短時間に変化する周波数成分が多く含まれているので、ウェーブレット変換による分析方法が特に有効である。分析方法として、例えば、日本機械学会[No.01−5]福祉工学シンポジウムCD−ROM論文集[2001.8.7,東京]の論文「W301 PVDFセンサを用いた睡眠時呼吸・心拍の無拘束侵襲計測に関する研究(第2報:ウェーブレット変換を用いた呼吸心拍の検出)」に記載されている方法を適用することができる。
The operation of the
テーブル8を駆動して患者Kを開口部5に挿入し、断層画像を撮影したい部位が開口部5の中心に位置するようにする。ガントリ2に入力される同期用信号に同期して、X線を曝射して断層画像を撮影する。このとき、患者Kの患者の背面とテーブルの接触部に挿入されている受圧部、すなわち、体動検出センサ11の第1の容器21とシリコンオイル27はX線を吸収しないので、断層画像にこれらが映ることはない。引き続き、テーブル8を駆動して患者Kをわずかに挿入して、同期用信号に同期して断層画像を撮影する。以下同様にして複数枚の断層画像を撮影する。
The table 8 is driven to insert the patient K into the
図4には、第2の実施の形態に係る体動検出センサ11'が示されている。前記実施の形態に係る体動検出センサ11の構成要素と同様の要素には、同じ参照番号を付して詳しくは説明しない。第2の実施の形態に係る体動検出センサ11'は、図4に示されているように、薄膜センサ23が、第1の容器21'に格納されており、第2の容器は設けられていない。すなわち、薄膜センサ23は、受圧部である第1の容器21'の所定の部分に格納されている。このようにすると、体動検出センサ11'をより安価に製造することが可能になる。なお、第1の容器21'の薄膜センサ23が格納されている部分について、所定の補強部材を設ければ、薄膜センサ23を適切に保護することができる。
FIG. 4 shows a body
本実施の形態に係る断層画像装置は、色々な変形が可能である。例えば、体動検出センサ11と呼吸同期用信号生成装置16は、送受信機によって無線通信されているように説明されているが、所定の信号ケーブルによって直接接続されていてもよい。ただし、このような信号ケーブルは、寝台のテーブルの裏側や縁部に配線して、断層画像の撮影の妨げにならないようにする必要がある。また、体動検出センサ11の第1、2の容器21、22にはシリコンオイルが封入されているように説明されているが、鉱物油等の他の液体であっても同様に実施することができる。さらには、このようなシリコンオイル等の液体の代わりに、二酸化炭素、窒素ガス等の不活性ガス、空気等の気体が封入されていてもよい。そうすると、万一、第1、2の容器21、22が破損しても、液漏れ事故が発生しない。
The tomographic image apparatus according to the present embodiment can be variously modified. For example, the body
1 CTスキャン装置 2 ガントリ
3 寝台 5 開口部
7 台座 8 テーブル
11 体動検出センサ 12 フラットケーブル
14 送信機
16 呼吸同期用信号生成装置
21 第1の容器 22 第2の容器
23 薄膜センサ 25 連結管
27 シリコンオイル
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記センサは、可撓性を有する中空の容器と、前記容器に格納されているPVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサと、前記容器に気密的または液密的に封入されている流体とから、全体が扁平なシート状を呈するように形成され、
前記容器に作用する圧力が、前記流体を介して前記薄膜センサに作用して検出されるようになっていることを特徴とする体動検出センサ。 In a medical device such as a CT scan device, a PET device, a radiation treatment simulation device, a radiation treatment device, etc., a pressure that is provided on a bed on which the patient lies and is inserted into a contact portion between the patient's back and the table and is associated with a breathing operation. A sensor for detecting a change in
The sensor includes a flexible hollow container, a thin film sensor made of PVDF, aluminum nitride, or zinc oxide housed in the container, and a fluid hermetically or liquid-tightly sealed in the container And formed so as to present a flat sheet as a whole,
A body motion detection sensor, wherein pressure acting on the container is detected by acting on the thin film sensor via the fluid.
前記センサは、可撓性を有し全体が扁平なシート状を呈する中空の第1の容器と、中空の第2の容器と、前記第1、2の容器を連結していると共にそれぞれの中空部を連通する管路と、前記第2の容器に格納されているPVDF、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛からなる薄膜センサと、前記第1、2の容器および前記管路に気密的または液密的に封入されている流体とから構成され、
前記第1の容器に作用する圧力が、前記流体を介して前記薄膜センサに作用して検出されるようになっていることを特徴とする体動検出センサ。 In a medical device such as a CT scan device, a PET device, a radiation treatment simulation device, a radiation treatment device, etc., a pressure that is provided on a bed on which the patient lies and is inserted into a contact portion between the patient's back and the table and is associated with a breathing operation. A sensor for detecting a change in
The sensor is connected to the hollow first container, the hollow second container, and the first and second containers, which are flexible and have a flat sheet shape as a whole, and are respectively hollow. A pipe line that communicates with each other, a thin film sensor made of PVDF, aluminum nitride, or zinc oxide stored in the second container, and an airtight or liquid-tight structure in the first and second containers and the pipe line And the fluid enclosed in the
The body motion detection sensor, wherein the pressure acting on the first container acts on the thin film sensor via the fluid and is detected.
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