JP3628811B2 - 磁界感知システム - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、磁界センサに関し、より詳細には、電子装置と共に用いられ且つ感知電磁界の強さに応じて該電子装置の動作を制御する磁界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴映像(MRI)システムには、その直ぐ近傍に強烈な磁界を作り出す大型の磁気コイル構造体が包含されている。そのコイル構造体の開口部内部（ここに患者が配置される）では、磁界強度が2,000ガウス〜15,000ガウスの範囲にあることがある。磁界強度は、コイル構造体からの距離が増えるにつれ急速に減少するが、MRIの無線周波数(RF)囲い内部にはやはり強い残留磁界が存在することが知られている。この理由のため、磁性物品はどれもMRIのRF囲いに入れないよう、もしくはMRIのコイル構造体の近傍に持ち込まないよう細心の注意が払われている。
【０００３】
今日、患者のいくつかの診断処置は、その患者がMRIユニット内に置かれている間に実施される。これらの処置中、患者の生命に関する徴候を監視する必要がある。従来のシステムでは、監視機器は、安全な磁界レベルにあることが予め分かっている領域に配置しなければならなかったが、このことは該機器の使用上の融通性を制限することになった。
【０００４】
ある種の監視用電子機器は、MRIのRF囲い内部に保持することが望まれるが、その電子機器を移動する過程で、技師がそれを高磁界強度領域内へ持ち込むかも知れない、という危険性は常に存在している。そのような磁界は、機器の損傷の原因となるか、又は緊急事態が不正確に報知されるか又は、可能性としてより深刻なのは、緊急信号が誤りを正常(false normal)として掩蔽される程まで患者の生命徴候を偽るかもしくは患者の信号を改変するようにして、処置中の患者の信号を歪曲する虞があることである。従って、電子機器が、MRIユニットのRF囲い内部に据え付けられて、しかも患者の正確な生命徴候の信号を確実に発生するように動作すること、という要求がある。加えて、技師が電子機器をMRIユニットの間近に持ち込むような場合にそれを保護する必要性がある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、高レベルの電磁界の存在下における搬送可能な電子システムを、該電磁界から保護するための装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
高レベルの電磁界が存在する時、電子機器は保護回路によって制御される。保護回路は磁界センサ装置を包含し、これによって3つの直交空間軸に沿う磁界強度成分を表す出力信号が与えられる。ベクトル変換器回路が磁界センサに接続されており、電磁界強度成分のベクトル和を表す大きさを有する出力を与える。第一指示器は、第一しきい値に到達するベクトル変換器出力に応答して磁界強度が警戒レベルに既に到達したという警告信号を明示する。第二指示器は、第一しきい値より高い第二しきい値に到達するベクトル変換器出力に応答して、電子機器を使用不能にする。さらに別の回路は、磁界が第一しきい値を越える領域の外へ電子機器を移動する時にそれを再使用可能にするために設けられる。
【０００７】
【実施例】
図1において、MRI 10は、動作中、そのコア部12の内部に高強度の電磁界を発生する。磁界はまた、磁力線14及び16で示されているように、コア外部まで広がる。車輪が装備されたトロリ18は、その上に患者21の生命徴候を監視できるよう電子機器20を搭載している。電子機器20には保護回路が設けられており、その詳細を図2に示す。トロリ18がMRIユニット10の近傍に移動される時、技師は電子機器20を磁石間近に接近させ且つ極めて高い磁界強度にそれをさらすことができる。
【０００８】
電子機器20の内部の保護回路は、図2に示されており、センサ22、24及び26の配置に関するデカルト座標系の各軸に合致した成分磁界強度を感知できるようにそれぞれ方位を合わせた3つのホールデバイス磁界センサ22、24及び26を包含している。ホールセンサ22は、X軸に沿う方向の磁界成分を表す信号出力を与えるよう方向を定める（図1参照）。ホールセンサ24は、Y軸に沿う方向の磁界成分を表す信号出力を与えるよう配置しさらにホールセンサ26は、Z軸に沿う方向の磁界成分を表す信号出力を与えるよう配置する。
【０００９】
ホールセンサ22、24及び26は、そのぞれぞれの出力をベクトル変換器28へ送り、これが、次に、その値がセンサ出力の各々を2乗した値の和の平方根に等しい電圧出力を与える。ライン30上に生ずる電位は、ホールセンサ22、24及び26で感知されたX、Y及びZの磁界成分の各々のベクトル和の絶対値に等しい。ベクトル変換器28は、市販回路であり、Analog Devices社から販売されている3つのベクトル変換器モジュールAD637から成る。
【００１０】
ベクトル変換器の出力は、比較器32及び34に印加する。一対の基準電圧A及びBも比較器32及び34に印加され、それらの出力にライン30上の電圧が各基準電圧を超える時に段階値を示すようにさせることができる。比較器34は、ヒステリシスを示し、それによって、その出力は、高くなりさえすれば、その出力を高い状態へ旋回させた入力値より少ない設定値であるレベルにその入力値が減らされるまで高い状態で維持される。
【００１１】
基準電圧Aは、感知されるベクトル磁界強度値が警戒状態に達する時の電圧変換器30からの出力を表すレベルに設定する。故に、ライン30上の電位が基準電圧Aを越える時、比較器34の出力は高レベルに上昇しそれによってトランジスタ36が導通状態になる。結果として、黄色の表示灯が点灯して電子機器20の近辺の磁界強度が既に警戒状態に達したという警報を発する。
【００１２】
基準電圧Bは、電圧レベルAより高いレベルに設定され、且つ感知されたベクトル磁界強度が機器損傷又は顕著な信号の品質低下を生じ得るレベルに達した時に生ずるベクトル変換器28からの信号出力を表す。該条件下で、比較器32は、トランジスタ42及び44を導通状態にする高出力を与える。トランジスタ42の導通によって、赤の停止表示灯46が点灯する。トランジスタ44の導通によって、コレクタライン45上でマイナスの電圧変動が生じ、これは電子機器20のオン／オフ制御入力（非表示）によって停止信号と認知される。それに応答して、電子機器は、正の電圧シフトがコレクタライン45上で再度感知されるまでその動作を停止する。
【００１３】
その後でもしオペレータが、高磁界強度の領域から、ライン30の出力が基準電圧A以下に、少なくとも比較器32のヒステリシスレベルまで降下するよう、電子機器20を移動させると、比較器32の出力は低レベルまで落ちる。この作用でトランジスタ42及び44が非導通状態になり、これにより停止表示灯46がタンオフされそして電子機器20がタンオンされる。
【００１４】
図3に戻り、図2で示した回路のディジタル型を図示する。ベクトル変換器28からの出力がアナログ／ディジタル(A/D)変換器50に印加され、これが次に状態機械52にその出力を供給する。一例として、状態機械52は、30ガウスのベクトル磁界量に等価であるA/D変換器50からの入力電位に応答して黄色の警報灯54を点灯してよい。同時に、可聴アラーム56が付勢され注意を払うよう知らせる。
【００１５】
もし、A/D変換器50からの検出磁界強度の出力が50ガウスを越えると、ライン58経由で振動信号がアラーム56に印加され、これがアラーム56の音色を初期周波数に変調する働きをする。測定磁界強度が増加するにつれ、アラーム56の変調周波数も増加し、その装置が比較的高い磁界強度を経験しつつあることを指し示す。表示された磁界強度90ガウスでは、状態機械52は赤色灯60を点灯し、これによって停止が差し迫っていることを示す。最後に、A/D変換器50からの出力が100ガウス以上の磁界強度を示すと、マイナス方向の電圧振動を出力するラッチ62へ出力が送られ、これが上述のように電子機器20を使用不能にする。感知される磁界強度がプリセットレベル以下に下がる時だけ、ラッチ62がリセットされ、それによってプラス方向の電圧振動が与えられ電子機器20の動作を再設定する。
【００１６】
上に示すように、ベクトル変換器28は、各平方の和の平方根を算出することによって3つのセンサ出力のベクトル和を計算して、感知磁界のベクトルの大きさに比例する電圧を音声アラームと状態機械52の両方に供給する。ベクトル計算は、比較器を各ホールセンサと共に用いた場合より正確な入射磁界強度の特性付けを考慮したものである。ベクトル値の計算に固有なものとして、ベクトル変換器28はセンサ電圧の平方を計算し且つ用いるので、従って同じ性能でバイポーラ磁界を感知することが可能である。ベクトル変換器28の出力は、線形かもしくは対数の何れであってもよい。後者の場合、基準電位は適宜に調整する。
【００１７】
前出の記述は本発明の例証になるものに過ぎないと理解すべきである。種々の代替及び修正は、本発明から逸れることなく当業者によって案出されてよい。例えば、3つの磁界センサを示したが、それより少ないセンサでも所望の磁界強度信号を与えるには十分であることもある（例えば、X及びY）。さらに、受動磁束指示素子を用いて入射磁界を加算し且つその加算磁界を単一の磁界センサへ送ってよい。上文では好ましい磁界センサとしてホール効果デバイスを説明したが、他の磁力測定技術：例えば、磁気抵抗装置、飽和インダクタンス装置、磁束ゲート装置、及び磁性光学材料を用いる光ファイバセンサを使用することもできる。
【００１８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００１９】
[実施態様１]高レベルの電磁界(16)の存在下における搬送可能な電子システムの保護用回路であって、
前記電磁界(16)の成分磁界強度を表す出力信号を生成する磁界感知手段(22、24、26)と、
前記磁界感知手段に接続され、前記出力信号に応答して、前記電磁界(16)のベクトル強度を表す大きさを有する出力を与える回路手段(28)と、
第一しきい値(Ref A)に到達する前記回路手段(28)からの出力に応答して、前記電磁界(16)の前記ベクトル強度が警戒レベルに到達したという信号を明示する第一指示手段(34、36、38、52)と、
前記回路手段(28)からの出力が、前記第一しきい値より高い第二しきい値(RefB)に到達した時に表示を発する第二指示手段(32、42、44、52)と、
を備えて成る回路。
【００２０】
[実施態様２]前記第二指示手段(32、42、44、52)からの前記表示によって前記電子システムが使用不能になることを特徴とする実施態様1記載の回路。
【００２１】
[実施態様３]前記第二指示手段（３２、42、44、52）がさらに、前記回路手段(28)からの前記出力が前記第二しきい値(Ref B)に到達した時に前記表示を発する比較器(32)を有し、該比較器(32)はさらに、前記回路手段(28)からの前記出力が前記第一しきい値(Ref A)より下に下がった時だけ前記表示を除去するよう作用することを特徴とする実施態様1記載の回路。
【００２２】
[実施態様４]前記第一指示手段(52)がさらに、前記回路手段(28)からの前記出力が前記第一しきい値(Ref A)を越えた時に可聴アラーム(56)を始動させ、さらに前記可聴アラーム(56)を変調して、聞き手が前記第一しきい値(Ref A)と第二しきい値(RefB)との間で前記電磁界(16)の前記ベクトル強度の変化を識別できるようにした実施態様3記載の回路。
【００２３】
[実施態様５]前記第一しきい値(Ref A)と第二しきい値(Ref B)との間にあって、前記第二しきい値(Ref B)により近い第三しきい値に達した時に、前記第二指示手段が警報灯(60)を点灯させることを特徴とする実施態様3記載の回路。
【００２４】
[実施態様６]前記磁界感知手段(22、24、26)が、三次元デカルト座標系の軸に沿って存在する成分磁界強度を感知できるようにそれぞれ方位を合わせた、少なくとも3つのホール感知装置を備えている実施態様1記載の回路。
【００２５】
[実施態様７]前記第一指示手段(34、36、38、52)と前記第二指示手段(32、42、44、52)とがディジタル型の状態機械(52)の一部分として形成されることを特徴とする実施態様1記載の回路。
【００２６】
[実施態様８]高レベルの電磁界の存在下において搬送可能な電子システムを保護するための方法において、
前記電磁界の成分磁界強度を表す出力信号を生成するステップと、
前記出力信号を結合して、前記電磁界のベクトル強度を表す大きさを有するベクトル出力を与えるステップと、
前記ベクトル出力が第一しきい値に達した時に、前記電磁界の前記ベクトル強度が警戒レベルに到達したという信号を明示するステップと、
前記ベクトル出力が、前記第一しきい値より高い第二しきい値に到達した時に、そのことを示す表示を発するステップと、
を備えて成る方法。
【００２７】
［実施態様９］前記表示に応答して前記電子システムを使用不能にするステップをさらに備えて成る実施態様8記載の方法。
【００２８】
[実施態様１０]前記ベクトル出力が前記第二しきい値に到達した時前記表示が発せられた後、前記ベクトル出力が前記第一しきい値より下に下がる時だけ前記表示を除去するステップをさらに備えて成る実施態様8記載の方法。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いることにより、高レベルの電磁界の存在下における搬送可能な電子システムを、該電磁界から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】MRIユニットと患者に取り付けられる移動可能な電子監視システムとを示す略図である。
【図２】本発明を具体化する保護回路を示す図である。
【図３】アラーム状態の複数表示を可能にする保護回路の一部の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
２２、２４、２６：ホールセンサ
２８：ベクトル変換器
３２、３４：比較器
３８、４６：表示灯

Claims (10)

  1. 高レベルの電磁界の存在下における搬送可能な電子システムの保護用回路であって、
    前記電磁界の成分磁界強度を表す出力信号を生成する磁界感知手段と、
    前記磁界感知手段に接続され、前記出力信号に応答して、前記電磁界のベクトル強度を表す大きさを有する出力を与える回路手段と、
    第一しきい値に到達する前記回路手段からの出力に応答して、前記電磁界の前記ベクトル強度が警戒レベルに到達したという信号を明示する第一指示手段と、
    前記回路手段からの出力が、前記第一しきい値より高い第二しきい値に到達した時に表示を発する第二指示手段と、
    を備えて成る回路。
  2. 前記第二指示手段からの前記表示によって前記電子システムが使用不能になることを特徴とする請求項 1 記載の回路。
  3. 前記第二指示手段がさらに、前記回路手段からの前記出力が前記第二しきい値に到達した時に前記表示を発する比較器を有し、該比較器はさらに、前記回路手段からの前記出力が前記第一しきい値より下に下がった時だけ前記表示を除去するよう作用することを特徴とする請求項 1 記載の回路。
  4. 前記第一指示手段がさらに、前記回路手段からの前記出力が前記第一しきい値を越えた時に可聴アラームを始動させ、さらに前記可聴アラームを変調して、聞き手が前記第一しきい値と第二しきい値との間で前記電磁界の前記ベクトル強度の変化を識別できるようにした請求項 3 記載の回路。
  5. 前記第一しきい値と第二しきい値との間にあって、前記第二しきい値により近い第三しきい値に達した時に、前記第二指示手段が警報灯を点灯させることを特徴とする請求項 3 記載の回路。
  6. 前記磁界感知手段が、三次元デカルト座標系の軸に沿って存在する成分磁界強度を感知できるようにそれぞれ方位を合わせた、少なくとも 3 つのホール感知装置を備えている請求項 1 記載の回路。
  7. 前記第一指示手段と前記第二指示手段とがディジタル型の状態機械の一部分として形成されることを特徴とする請求項 1 記載の回路。
  8. 高レベルの電磁界の存在下において搬送可能な電子システムを保護するための方法において、
    前記電磁界の成分磁界強度を表す出力信号を生成するステップと、
    前記出力信号を結合して、前記電磁界のベクトル強度を表す大きさを有するベクトル出力を与えるステップと、
    前記ベクトル出力が第一しきい値に達した時に、前記電磁界の前記ベクトル強度が警戒レベルに到達したという信号を明示するステップと、
    前記ベクトル出力が、前記第一しきい値より高い第二しきい値に到達した時に、そのことを示す表示を発するステップと、
    を備えて成る方法。
  9. 前記表示に応答して前記電子システムを使用不能にするステップをさらに備えて成る請求項 8 記載の方法。
  10. 前記ベクトル出力が前記第二しきい値に到達した時前記表示が発せられた後、前記ベクトル出力が前記第一しきい値より下に下がる時だけ前記表示を除去するステップをさらに備えて成る請求項 8 記載の方法。
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