JP5307310B2

JP5307310B2 - Ｃｔスキャナの安全なボタン押下のための方法及び装置

Info

Publication number: JP5307310B2
Application number: JP2001039369A
Authority: JP
Inventors: モハメド・エル−デマーダシュ; デビッド・ピッタール
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: EP1126365A3; IL141297A0; US6751688B1; IL141297A; JP2001292989A; EP1126365A2

Description

本発明は、１つのデバイスを押しボタン入力からなる１つの組とインタフェースするための方法及び装置に関し、さらに詳細には、押しボタン入力を受け付ける安全かつ効率のよいユーザ・インタフェースを生成するためにＣＴスキャナをネットワークとインタフェース（連絡）させるための方法及び装置に関する。

発明の背景

既知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムの少なくとも１つの構成では、Ｘ線源は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面（一般に「画像作成面」と呼ばれる）内に位置するようにコリメートされたファンビーム（扇形状ビーム）を放出する。Ｘ線ビームは、例えば患者などの画像作成対象を透過する。ビームは、この対象によって減衰を受けた後、放射線検出器のアレイ上に入射する。検出器アレイで受け取った減衰したビーム状放射線の強度は、対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。このアレイの各検出器素子は、それぞれの検出器位置でのビーム減衰の計測値に相当する電気信号を別々に発生する。すべての検出器からの減衰量計測値を別々に収集し、透過プロフィールが作成される。

既知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが画像作成対象を切る角度が一定に変化するようにして、画像作成面内でこの画像作成対象の周りをガントリと共に回転する。あるガントリ角度で検出器アレイより得られる一群のＸ線減衰量計測値（すなわち、投影データ）のことを「ビュー(view)」という。また、画像作成対象の「スキャン・データ」は、Ｘ線源と検出器が１回転する間に、様々なガントリ角度、すなわちビュー角度で得られるビューの集合からなる。アキシャル・スキャンでは、この投影データを処理し、画像作成対象を透過させて得た２次元スライスに対応する画像を構成させる。投影データの組から画像を再構成させるための一方法に、当技術分野においてフィルタ補正逆投影法(filtered back projection)と呼ぶものがある。この処理方法では、スキャンにより得た減衰量計測値を「ＣＴ値」、別名「ハウンスフィールド値」という整数に変換し、これらの整数値を用いて陰極線管ディスプレイ上の対応するピクセルの輝度を制御する。

ＣＴシステムの融通性が高まるのに伴って、ＣＴシステムに対して追加のオペレータ入力が与えられてきた。新たな機能に適応するためにＣＴシステムのガントリ上に追加の押しボタンを付与したために、ケーブルの数が増加することとなった。ハード結線による押しボタンとの接続により動作の高速性と安全性の両者が得られるが、ケーブル配線の増加が必要となり追加の製作コスト及び材料コストを招くこととなる。さらに、必要となるケーブルが大規模となるためケーブルの引き回しの問題が生じている。

したがって、ハード結線による接続の安全性及び高速性を損なうことなく、大がかりで高価なケーブルを必要としないで、ＣＴスキャン・システムに対する追加の押しボタンの必要性に対応した方法及び装置を提供することが望ましい。

したがって、実施の一形態では、その各々が少なくとも１つの押しボタンを有している１つ以上の押しボタンノードから、該ボタンの押下をマスタ・ノードに電子的にネットワークで高効率高信頼に伝達するための方法を提供する。本方法は、各々の押しボタンノードで押しボタンの状態を示しているステータス・メッセージを発生するステップと、ステータス・メッセージをネットワークを介してマスタ・ノードに伝達するステップと、マスタ・ノードにおいて、該伝達されたステータス・メッセージから各々の前記押しボタンノードでの押しボタンの状態を決定するステップと、該伝達されたステータス・メッセージから決定された押しボタンのステータスに従ってマスタ・ノードの応答をトリガ（開始）するステップと、を含む。

上記の方法は、ハード結線による接続の安全性及び高速性を損なうことなく、大がかりで高価なケーブルを必要としないで、ＣＴスキャン・システムに対する追加の押しボタンの必要性に対応している。

図１及び図２を参照すると、「第３世代」のＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０を示している。ガントリ１２は、このガントリ１２の対向面上に位置する検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は、投射され被検体２２（例えば、患者）を透過したＸ線を一体となって検知する検出器素子２０により形成される。検出器アレイ１８は、単一スライス構成で製作される場合とマルチ・スライス構成で製作される場合がある。各検出器素子２０は、入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号、すなわち患者２２を透過したＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを収集するためのスキャンの間に、ガントリ１２及びガントリ上に装着されたコンポーネントは回転中心２４の周りを回転する。

ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含む。制御機構２６内にはデータ収集システム（ＤＡＳ）３２があり、これによって検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングし、このデータを後続の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で画像再構成を行う。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として渡され、コンピュータにより大容量記憶装置３８内に格納される。

コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して、オペレータからのコマンド及びスキャン・パラメータを受け取る。付属の陰極線管ディスプレイ４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成画像やその他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータの発したコマンド及びパラメータを用いて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に対して制御信号や制御情報を提供する。さらにコンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御してガントリ１２内での患者２２の位置決めをするためのテーブル・モータ制御装置４４を操作する。詳細には、テーブル４６により患者２２の各部分はガントリ開口４８を通過できる。

実施の一形態として図３を参照すると、コンピュータ３６は、押しボタン５０のボタン押下に応答し、とりわけ例えば、テーブル・モータ制御装置４６などを制御する。ボタンが押下されると、制御装置エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）５２を介してメッセージが出力される。ＣＡＮ５２はマスタ・ノード５４を含んでいる。このマスタ・ノード５４は、実施の一形態ではコンピュータ３６のハードウェアやソフトウェア内に組み込まれており、また別の実施形態では個別のユニットに組み込まれている。融通性をもたせるため、ＣＡＮ５２はさらに、ＣＴスキャナやイメージング・システム１０などの用途で必要となるだけの多数の押しボタンノード５６を含んでいる（押しボタンノード５６は、実施の一形態では、ＣＴイメージング・システム１０のガントリ１２上に装着された押しボタン５０を含んでいる）。マスタ・ノード５４は押しボタンに応答し、ネットワーク５２内で押下された任意の有効なボタン５０を検出する。マスタ・ノード５４はさらに、ボタン５０からのステータス・メッセージを定期的に（この実施形態では、コンピュータ３６に）出力する。これにより対応するハード結線の実装の出力がミラーリングされる。マスタ・ノード５４はさらに、欠陥のある押しボタンノード５６などＣＡＮ５２の障害を検知する。

実施の一形態では、押しボタンノード５６は、高速シリアル・バス５８（制御装置エリア・ネットワーク・バス（Controller Area Network bus）とも云う）を含むＣＡＮ５２を介して、マスタ・ノード５４に対するメッセージ伝達を定期的に起動させる。実施の一形態では、これらのメッセージはマスタ・ノード５４がボタン５０の押下の通知を受けるのに指定された時間の半分の期間にわたって送信される。ボタン５０が押下されると、そのメッセージにはボタン押下のインジケーションが含まれることになる。押しボタンノード５６により調時式で反復してメッセージが送信されるため、ボタン５０の押下が起こるとその都度、マスタ・ノード５４がボタン押下の通知を受けるのに指定された時間未満の時間でそのボタン押下がマスタ・ノード５４に報告される。さらに別の実施形態では、押しボタンノード５６はメッセージを十分に頻繁に送信し、ボタン５０の押下がいつ起きたかとは無関係に、適当なシステム応答が保証されるような十分な時間内にマスタ・ノード５４が動作した押しボタンノード５６からのメッセージを受け取れるようにしている。これらの実施形態において「応答に十分な時間」は、例えば、「適当なシステム応答」の如何によって異なる。「適当なシステム応答」は、例えば、様々なボタン５０により動作させかつ制御している機能の如何によって異なる。マスタ・ノード５４は、伝達されたステータス・メッセージから各押しボタン５０の状態を判定し、伝達されたステータス・メッセージから判定したステータスに従ってマスタ・ノードの応答をトリガ制御している。この応答とは、この実施形態では、押しボタンの状態をコンピュータ３６にさらに伝達することである。別の実施形態では、マスタ・ノード５４は、押しボタンの状態を模写すなわちミラーリング(mirroring)するＩ／Ｏポートを備えている。実施の一形態では、各Ｉ／Ｏポートが異なる１つの押しボタン５０に対応している。

マスタ・ノード５４は、すべての押しボタンノード５６をチェックし、各押しボタンノード５６から期待される定期的メッセージが受信されていることを確認する。各押しボタンノード５６には、当該押しボタンノード５６が送信した最終のボタン・ステータスを変化させない所定数のウェイクアップ・サイクル（すなわち、ボタン５０のステータスが、例えばＩ／Ｏポートを介して出力される期間にあたるマスタ・ノード５４のウェイクアップ・サイクル）を割り当てている。マスタ・ノード５４は、当該押しボタンノード５６のステータスを既知の安全状態に「デフォルト設定(default)」しており、このデフォルト設定動作は既知の安全状態に対応する応答をトリガ制御することによっている。見逃すウェイクアップ・サイクルを１回余分している余裕のために、「無ジッター(jitter-free)」なシステムを生成させるのに役立つ。押しボタンノード５６のステータスの設定により、ボタン５０が固着されるのを監視するのにも役立つ。さらに別の安全策として、実施の一形態では、押しボタン５０のステータスを含んでいるＣＡＮ５２の各パケットに、押しボタンノード５６が発生したチェックサム値を含ませている。マスタ・ノード５４はこのチェックサムを用いて押しボタンノード５６からのパケットを検証している。

実施の一形態では、さらにセキュリティ及び安全性を得るために、マスタ・ノード５４及び押しボタンノード５６の各々にＣＰＵウオッチドッグ・タイマを装備させ、ファームウェア・エラーを監視している。さらに、すべてのボタン５０はアクティブ・ハイ(active-high)となるように配線して、ボタン５０の固着の表示を生じさせるおそれのある地絡などの意図しない地絡を監視できるようにしている。さらに、実施の一形態では、押しボタンノード５６内でモニタされる各ボタン５０は、２つの信号を発生する。その１つは押下された特定の押しボタン５０に特有の信号であり、またもう１つは、当該押しボタンノード５６のそれ以外の押しボタン５０のすべてにより論理和をとった信号である。論理和をとった出力及び特有の出力信号は、押しボタンノード５６により読み取り、押しボタンノード５６は押下された任意のボタン５０に対するこれらの信号を用いて冗長チェックを実行する。矛盾が発見されると、押しボタンノード５６はマスタ・ノード５４にエラー表示を伝達する。

押しボタンノード５６は、実施の一形態では図４に例示するようにシリアル接続によりマスタ・ノード５４に接続されており、また別の実施形態では図５に例示するようにパラレル接続により接続されている。（図示していないが、実施形態の幾つかではシリアル接続とパラレル接続を組み合わせて用いている。例えば、実施の一形態では、図５の押しボタンノード５４の１つが押しボタンノード５４のシリアル接続と置き換わっている。）パラレル・バスまたはシリアル・バス５８は、少なくとも１本のＣＡＮのｈｉｇｈ配線６０と１本のＣＡＮのｌｏｗ配線６２とを含んでいる。したがって、バス５８により押しボタンノード５４からマスタ・ノード５６にステータス・メッセージを伝達するのに必要な導体は２本だけである。しかし、少なくとも１つの実施形態では、スキャニング・デバイス１０においては速やかな措置が必要となるという特徴を制御するための１つ以上の「緊急(critical)」ボタン６４を備えている。各緊急ボタン６４のためには、別のハード結線回路６６を設けている。各ハード結線回路６６に必要な追加の導体は１本だけでよい。その理由は、実施の一形態では、この目的のためにバス５８のうちの１本のバスライン（例えば、ＣＡＮのｌｏｗ配線６２）を共有しているからである。しかし、別の実施形態では、各ハード結線回路６６は１対の導体を備えておりボタン５０と導体の共有は行っていない。図５に例示した接続などのシリアル接続では、緊急ボタン６４の配置に基づいて、専用のハード結線回路６８は１つ以上の押しボタンノード５６を通過してそのままマスタ・ノード５４に到達することができる。図５に示す接続などのパラレル接続の実施形態では、各押しボタンノード５６はマスタ・ノード５４に直接接続されており、このため専用回路６６は「通過」する必要がない。緊急ボタン６４が押下された場合、押しボタン５０に関するステータス・メッセージとは別に独立に信号がマスタ・ノード５４に即座に伝達される。次いで、この即座に伝達された信号に応答して、マスタ・ノード５４の応答が即座にトリガ制御される。したがって、緊急ボタン６４の押下からトリガ制御までの合計時間は短く、無視できる長さである。いずれの場合でも、この時間は定期的なステータス・メッセージの周期未満である。

実施の一形態として図６を参照すると、ＣＡＮ５２は、その各々がマスタ・ノード５４によりアドレス指定が可能な付属の制御回路（図示せず）を備えている１つ以上の表示ノードまたはインジケータ・ノード７０を有する２方向ネットワークである。表示ノード７０は、マスタ・ノード５４が送信したＣＡＮ表示メッセージに応答してインジケーション、値、アラーム、英数字記号あるいは各種のメッセージをユーザに対して表示させる。実施の一形態では、緊急メッセージまたはインジケーションを表示させるために、マスタ・ノード５４はそのＣＡＮ表示メッセージにチェックサムを選択的に含ませている。表示用押しボタンノード５６には、メッセージを表示させると共にそのチェックサムを検証するための回路が含まれている。実施の一形態では、各メッセージはＣＡＮ５２を介して送信されており、高速シリアル・バスはメッセージが特定のノードに送信されるように構成されている。各メッセージには、その宛先及び／または発信元を特定するためのメッセージ・ヘッダを設けており、またマスタ・ノード５４及び／または表示ノード７０には内蔵ＩＤフィルタを設け、必要に応じてメッセージが発信元及び／または宛先に向けられたものであるとの特定ができるようにしている。表示ノード７０は独立したユニット内に組み込む必要はない。実施の一形態では、ディスプレイまたはインジケータ、並びにこれらの付属制御回路は、押しボタンノード５６に作り込まれ（すなわち、組み込まれ）ている。

実施の一形態として再び図６を参照すると、ＣＴイメージング・システム１０のコンピュータ３６などのデバイスと相互接続させるためにＩ／Ｏポート７２が設けられている。Ｉ／Ｏポート７２はマスタ・ノード５４により制御を受けており、対応するハード結線の実装の出力を模写するように構成されている。例示的構成としては、各Ｉ／Ｏポート７２を異なる１つの押しボタン５０に対応させながら、スイッチのクローズ及び／または接点間抵抗の低下として出現するようにＩ／Ｏポート７２を構成させている構成などがある（ただし、これに限るものではない）。

本発明の様々な実施形態に関する上記の説明から、ＣＡＮ５２により、安全性と効率性の両者を備えた押しボタン検出システムを提供できることは明らかである。安全性は、冗長性（例えば、チェックサム）、ウオッチドッグ・タイマ、並びに安全なデフォルト設定条件のすべてを経て提供される。スピードが重視される医学的応用、並びに同様の特性を有する押しボタン・ネットワークを必要とするその他応用に対処できる十分に高速なシステムを提供するために、ポーリング式(polled)の動作モードは使用していない。各押しボタンにステータスを送信させる具体的な時間間隔を指定しているため、予測が可能となる。送信機時間はもっぱら表示ノード（表示ノードがある場合）に費やされ、また受信器時間はもっぱら押しボタンノードに費やされるため、これによりＣＡＮ５２の効率が上昇する。実施の一形態では、マスタ・ノード５４及びＣＡＮ５２は、マスタ・ノード５４により具体的な押しボタンノード５６をアドレズ付けするよう構成されている。マスタ・ノード５４が押しボタンノード５６のうちの１つに関してエラーを検出した場合には、押しボタンノード５６に対してメッセージが送信され、そのエラーを信号通知すると共に、マスタ・ノード５４に対して障害している押しボタンノード５６をデフォルト設定で安全状態にさせるようにする。この際、ネットワークの残りの部分の完全性を乱すことがない。さらに、ノードをネットワークとして配線しているため、多数のボタンを収容するために必要となるケーブルの複雑性や規模が低下すると共に、ケーブルの引き回しが簡略化される。

本発明の具体的な実施形態を詳細に記載し図示してきたが、これらは説明および例示のためのものに過ぎず、本発明を限定する意図ではないことを明瞭に理解されたい。さらに、本明細書に記載したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方がガントリと共に回転する「第３世代」システムである。本発明は、検出器が全周の静止した検出器でありかつＸ線源のみがガントリと共に回転する「第４世代」システムを含め別の多くのＣＴシステムに適用可能であると共に、押しボタン切り替えを必要とする別の用途及びデバイスに適用可能である。したがって、本発明の精神及び範囲は、特許請求の範囲の各項及びこれと法的に等価なものによって限定されるべきである。

ＣＴイメージング・システムの外観図である。図１に示すシステムのブロック概要図である。押しボタンの押下を検出して応答するシステムの実施の一形態のブロック図である。緊急ボタンに対する独立した回路を示している、シリアル接続による別の実施形態のブロック図である。同じく緊急ボタンに対する独立した回路を示している、パラレル接続による実施形態のブロック図である。表示ノードを備えた別の実施形態のブロック図である。

１０ＣＴイメージング・システム
１２ガントリ
１４Ｘ線源
１６Ｘ線ビーム
１８検出器アレイ
２０検出器素子
２２患者
２４回転中心
２６制御機構
４２陰極線管ディスプレイ
４８ガントリ開口
５０押しボタン
５２制御装置エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）
５６押しボタンノード
５８高速シリアル・バス
６０ＣＡＮのｈｉｇｈ配線
６２ＣＡＮのｌｏｗ配線
６４緊急ボタン
６６ハード結線回路
７０インジケータ・ノード
７２Ｉ／Ｏポート

Claims

各々が複数の押しボタンを有している１つ以上の押しボタンノードから、ボタンの押下をマスタ・ノードに電子的にシリアル・ネットワークで高効率高信頼に伝達するための方法であって、
各々の前記押しボタンノードで少なくとも１つの押しボタンの状態を示しているステータス・メッセージを発生するステップと、
前記ステータス・メッセージを前記ネットワークを介して前記マスタ・ノードに伝達するステップと、
前記マスタ・ノードにおいて、前記伝達されたステータス・メッセージから各々の前記押しボタンノードの押しボタンの状態を決定するステップと、
前記伝達されたステータス・メッセージから決定された押しボタンのステータスを前記マスタ・ノードからＣＴイメージング・システムのコンピュータに伝達するステップと、
前記決定された押しボタンのステータスに応じて、前記コンピュータが前記ＣＴイメージング・システムの構成要素を制御するステップと、
各々の前記押しボタンノードの各々のボタンが、押しボタンノード内で押下された特定の押しボタンに特有の信号と、前記押しボタンノード内の当該押下された押しボタン以外の押しボタンの状態を示す信号を発生するステップと、
前記特有の信号と、前記押下された押しボタン以外の押しボタンの状態を示す信号を用いて冗長チェックを実行してエラーを検出するステップと、
を含み、
前記ステータス・メッセージが各々の前記押しボタンノードにおいて定期的に生成される、方法。
さらに前記方法は、前記マスタ・ノードにおいて、各々の前記押しボタンノードからの期待されるステータス・メッセージの到着をチェックするステップを含み、前記マスタ・ノードの応答をトリガする前記ステップが、所定数のウェイクアップ・サイクルを見逃した押しボタンノードの押しボタンに対応する前記マスタ・ノードのステータス出力を既知の安全状態にデフォルト設定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記マスタ・ノードが、異なる押しボタンに１つずつ対応した複数のＩ／Ｏポートを備えており、前記押しボタンのステータスに従ってマスタ・ノードの応答をトリガする前記ステップが、前記複数のＩ／Ｏポートを介してステータスを伝達することを含む、請求項２に記載の方法。
各々が複数の押しボタンを有している１つ以上の押しボタンノードを含むシリアル・ネットワークを備えており、押しボタンの押下をマスタ・ノードに電子的に高効率高信頼に伝達するためのシステムであって、
各々の前記押しボタンノードでＣＴイメージング・システムに装着された少なくとも１つの押しボタンの状態を示しているステータス・メッセージを発生すること、前記ステータス・メッセージを配線ネットワークを介して前記マスタ・ノードに伝達すること、前記マスタ・ノードにおいて、前記伝達されたステータス・メッセージから各々の前記押しボタンノードの押しボタンの状態を決定すること、前記伝達されたステータス・メッセージから決定された押しボタンのステータスを前記マスタ・ノードからＣＴイメージング・システムの構成要素を制御するコンピュータに伝達すること、を行うように構成されており、
各々の前記押しボタンノードの各々のボタンが、押しボタンノード内で押下された特定の押しボタンに特有の信号と、当該押下された押しボタン以外の押しボタンの状態を示す信号を発生するように構成され、
前記押しボタンノードが、前記特有の信号と、前記押しボタンノード内の前記押下された押しボタン以外の押しボタンの状態を示す信号を用いて冗長チェックを実行してエラーを検出するように構成され、
前記ステータス・メッセージが各々の前記押しボタンノードにおいて定期的に生成されるシステム。
さらに、前記マスタ・ノードにおいて、各々の前記押しボタンノードからの期待されるステータス・メッセージの到着をチェックするように構成されると共に、さらに、前記マスタ・ノードの応答をトリガするように構成することが、前記システムを、所定数のウェイクアップ・サイクルを見逃した押しボタンノードの押しボタンに対応するマスタ・ノードのステータス出力を既知の安全状態にデフォルト設定させるように構成することを含む、請求項４に記載のシステム。
前記マスタ・ノードが、その各々が押しボタンのうちの異なる１つに対応した複数のＩ／Ｏポートを備えていると共に、前記システムを、押しボタンのステータスに従ってマスタ・ノードの応答をトリガ制御させるように構成することが、前記システムを、前記複数のＩ／Ｏポートを介してステータスを伝達させるように構成することを含む、請求項４に記載のシステム。