(57)【要約】【課題】  ＭＲＩ装置と共に使用した場合であっても、磁場に影響を与えることなく呼吸モニタリングを行い得るエンコーダを提供する。【解決手段】  所定間隔で設定した外部保持体２０とスライド板３０の複数の相対位置を特定する信号を出力するエンコーダ。スライド板３０には、第１配置パターンで複数のスライド板透光窓３１を形成する。外部保持体２０の壁には、第２配置パターンで複数の壁透光窓を形成するとともに、各壁透光窓には外方に延在する光ファイバを接続する。ある１つの壁透光窓とある１つのスライド板透光窓の位置が重なったときに、外部保持体２０およびスライド板３０を通り抜ける光路が開通する。第１配置パターンおよび第２配置パターンは、外部保持体２０とスライド板３０の複数の相対位置の各々に対して一対一の関係で、開通する光路の組合せが異なるように設定する。光信号を利用したエンコーダであるため、磁場に影響を与えない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの壁（２１、２２）を有する外部保持体（２０）と、当該２つの壁間にスライド可能に保持されるスライド板（３０）とを備えていて、
測定の最少単位に一致する距離間隔で設定された外部保持体（２０）とスライド板（３０）の複数の相対位置を特定する信号を出力するエンコーダであって、
（イ）上記スライド板（３０）には、第１配置パターンで複数のスライド板透光窓（３１）が形成されていて、
（ロ）上記２つの壁（２１、２２）には、互いに同一の第２配置パターンで複数の壁透光窓（２３、２４）が形成されているとともに、各壁透光窓には外方に延在する光ファイバ（２３ａ、２４ａ）が接続されていて、その結果、ある１つの壁透光窓（２３）とある１つのスライド板透光窓（３１）の位置が重なったときに、上記２つの壁およびスライド板を通り抜ける光路が開通し、
（ハ）上記第１配置パターンおよび第２配置パターンは、外部保持体（２０）とスライド板（３０）の上記複数の相対位置の各々に対して一対一の関係で、上記光路の異なる組合せを有するように設定されている、エンコーダ。
【請求項２】
上記第２配置パターンにおいて、複数の壁透光窓（２３、２４）は、スライド板（３０）のスライド方向に直角に一列に配置されており、
上記第１配置パターンにおいて、複数のスライド板透光窓（３１）は、スライド板（３０）のスライド方向に上記距離間隔で配置された複数組の列群に分けて配置されており、各列群に属する各スライド板透光窓（３１-1、３１-2、・・・）は、スライド板（３０）のスライド方向に直角に配置されバイナリコードとして機能する、請求項１記載のエンコーダ。
【請求項３】
上記スライド板（３０）には、そのスライド方向に沿って、上記距離間隔で複数のセンター特定用透光窓（３８）が一列に形成されていて、
上記２つの壁（２１、２２）のそれぞれには、対応するセンター特定用透光窓（２８）が１つ形成されるとともに、当該センター特定用透光窓には外方に延在する光ファイバが接続されている、請求項１または２記載のエンコーダ。
【請求項４】
上記各センター特定用透光窓（２８、３８）の面積は、上記スライド板透光窓（３１）および壁透光窓（２３、２４）の面積よりも小さく設定されている、請求項３記載のエンコーダ。
【請求項５】
上記外部保持体およびスライド板を構成する材料として金属を用いていない、請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンコーダ。
【請求項６】
上記外部保持体およびスライド板は、同一の曲率半径をもってスライド方向に湾曲している、請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンコーダ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つのエンコーダを備えたベルト型センサであって、当該ベルト型センサは、
上記外部保持体（２０）が自由端に固定された第１ベルト部材（２ａ）と、
上記スライド板（３）が自由端に固定された第２ベルト部材（２ｂ）と、
第１ベルト部材（２ａ）の自由端と第２ベルト部材（２ｂ）の自由端と連結する伸縮性部材（３ａ、３ｂ）と、を含んでおり、
外部保持体（２０）にスライド板（３０）をスライド可能に保持した状態で、第１ベルト部材（２ａ）および第２ベルト部材（２ｂ）が患者の胴部回りに装着されて、当該患者の呼吸に伴う胴部の変位量を特定する光信号を出力する、ベルト型センサ。
【請求項８】
請求項７記載のベルト型センサと、
ベルト型センサに光入力を与える光源（５１）と、
ベルト型センサからの光出力を電気信号に変換する光信号変換部（５２）と、
光信号変換部（５２）から電気信号を受ける制御部（５３）と、を含んでいて、
制御部（５３）は、上記電気信号に基づいて、（ｉ）上記胴部の変位量をモニタ（５４）に表示し、または（ｉｉ）上記胴部の変位量を特定する電気信号を放射線照射装置の制御部（５５）に送る、呼吸モニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼吸モニタリングに適したエンコーダに関する。さらには、そのエンコーダを使用するセンサおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
肺や肝臓などでのＣＴ（Computerized Tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）撮像診断では、患者呼吸による臓器の移動により画質の劣化やアーティファクト（偽像）が生じ、正確な診断ができなくなるという問題がある。
【０００３】
また、リニアック（直線加速器）などを用いるがんの放射線治療では、患者の呼吸に伴ってがんの患部（ターゲット）が動くことが原因で、患部周辺の正常組織に放射線が照射され障害発生のリスクが高くなるため、患部のみに照射するピンポイント照射を行いたいという要請がある。
【０００４】
そこで、呼吸等で動く患部の動きを検出し、患部が「特定の位置」にあるときに撮像処理や放射線治療照射を同期して行うことができれば、アーティファクト（偽像）を抑えた撮像やピンポイント照射を行うことが可能となる。特許文献１では、患部の呼吸性移動に関する視覚的情報を患者に与えて、患部が「特定の位置」にあるときに患者が自らの意思で呼吸を止めることを可能にしている。これにより、止めたタイミングで患部の形に合致した照射野で放射線治療照射を行うことでピンポイント照射を実現できる。
【０００５】
具体的には、患者の胴部周囲に巻き付けられる伸縮可能なベルトにワイヤ部材を取り付けて、当該ワイヤの他端に検出表示出力部を設けている。患者の呼吸に伴って胴部の周囲寸法が変化すると、ワイヤ部材から検出表示出力部に力が伝達され、当該表示部の針が振れる。患者はこの針を見ながら、針が所定位置に来たときに呼吸を止めれば、がん細胞が「特定の位置」で停止する。そして、当該位置にピンポイントで放射線を当てることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ／２０１３／１７９６７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、ワイヤ部材を用いてベルトと検出表示出力部を伝達しているので、使用する材質によっては、次のような不具合が生じる。すなわち、放射線を用いるＣＴ撮像装置などではワイヤ部材の放射線吸収により撮影画像にアーティファクト（偽像）発生などの不具合があり、また強磁場を発生するＭＲＩ装置では、金属を含む呼吸センサはセンサ自体の使用ができないなどの不具合がある。
したがって、本発明の目的は、そのような不具合を解消できる呼吸センサを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明より、以下の特徴を備えたエンコーダが提供される。本発明のエンコーダは、「対向する２つの壁を有する外部保持体」と「当該２つの壁間にスライド可能に保持されるスライド板」とを備えていて、測定の最少単位に一致する距離間隔で設定された外部保持体とスライド板の複数の相対位置を特定する信号を出力する。
（イ）上記スライド板には、第１配置パターンで複数のスライド板透光窓が形成されている。
（ロ）上記２つの壁には、互いに同一の第２配置パターンで複数の壁透光窓が形成されているとともに、各壁透光窓には外方に延在する光ファイバが接続されている。その結果、ある１つの壁透光窓とある１つのスライド板透光窓の位置が重なったときに、上記２つの壁およびスライド板を通り抜ける光路が開通する。
（ハ）上記第１配置パターンおよび第２配置パターンは、外部保持体とスライド板の上記複数の相対位置の各々に対して一対一の関係で、上記光路の異なる組合せを有するように設定されている。
【０００９】
さらに本発明により、上記エンコーダを組み込んだベルト型センサ、および呼吸モニタリングシステムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成を備えた本発明のエンコーダにおいては、相対スライドする外部保持体とスライド板について、複数の相対位置の各々に対して一対一の関係で上記光路の異なる組合せを有するように、第１配置パターンおよび第２配置パターンが設定されている。したがって、外部保持体とスライド板の相対移動距離を測定することが可能となり、例えば、これを患者の胴部に巻き付けるベルトに組み込むことで、呼吸状態をモニタリングすることができる。
本発明のエンコーダは、スライドするワイヤ部材等を使用しておらず、光信号を出力するものであるため、これをＣＴ装置やＭＲＩ装置と共に使用した場合でも、磁場に影響を与えることがないという優れた効果を奏する。
【００１１】
なお、磁場への影響を防ぐという観点では空気流量を利用するということも考えられるが、その場合には、患者が体を捩っただけでも空気流量は変動するので、測定精度の点で好ましくない。本発明では光信号のオン・オフ（光路の開通・非開通）を利用するので、測定精度の点でも優れている。
【００１２】
本発明においては、第１配置パターンを構成する複数のスライド板透光窓をバイナリコードとして機能させることが好ましい。具体的には、上記第２配置パターンにおいて、複数の壁透光窓を、スライド板のスライド方向に直角に一列に配置し、上記第１配置パターンにおいて、複数のスライド板透光窓を、スライド板のスライド方向に上記距離間隔で配置された複数組の列群に分けて配置し、各列群に属する各スライド板透光窓を、スライド板のスライド方向に直角に配置されバイナリコードとして機能させる。
このような構成を採用した場合には、バイナリコードの光出力がエンコーダから直接出てくるので、電気信号への変換制御が簡単になり、周辺装置の簡略化およびコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンコーダ１０を備えたベルト型センサ１の全体形状を示す概略図。
【図２】図１に概略的に示したエンコーダ１０を詳細に説明する図。
【図３】図２のエンコーダ１０における透光窓の配置パターンを説明する図。
【図４】センター特定用透光窓を設ける例を説明する図。
【図５】図１のベルト型センサ１を使用する呼吸モニタリングシステムを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に詳しく説明する。
《ベルト型センサ１の全体構成》
図１は、本発明の一実施形態に係るエンコーダ１０を備えたベルト型センサ１の全体形状を概略的に示している。ベルト型センサ１は、２つのベルト部材２ａ、２ｂを、伸縮性部材３ａ、３ｂおよびエンコーダ１０で連結して構成されている。ベルト型センサ１は、患者の胴部に巻き付けて使用するもので、ベルト部材２ａ、２ｂは、マジックテープ（登録商標）その他の適宜の手段（図示せず）で連結可能である。
【００１５】
ベルト型センサ１を胴部に装着した患者が呼吸を行うと、それに伴い胴部の直径が変化し、伸縮性部材３ａ、３ｂが伸縮する。また、エンコーダ１０は、外部保持体２０とその内部にスライド可能に保持されるスライド板３０とで構成されており、患者の呼吸に伴ってスライド板３０が外部保持体２０内で相対スライドする。
【００１６】
《エンコーダ１０の構成》
図１ではエンコーダ１０を簡略化して図示しているが、その詳細を、図２を参照して説明する。図示した実施形態では、エンコーダ１０は、相対的にスライド可能な外部保持体２０と、スライド板３０とを備えている。外部保持体２０は、平たいスリーブ状に構成されていて、対向する２つの壁２１、２２を有する。スライド板３０は、これら２つの壁２１、２２の間でスライド可能である（矢印Ａ）。
【００１７】
スライド板３０には、複数のスライド板透光窓３１が特定の配置パターン（第１配置パターン）で配置されている。そして、外部保持体の２つの壁２１、２２には、複数の壁透光窓２３、２４が特定の配置パターン（第２配置パターン）で配置されている。なお、「第１」、「第２」という表現は、単に両者を互いに区別するための表現に過ぎない。
【００１８】
外部保持体の壁２１、２２上の各壁透光窓２３、２４には、外方に延在する光ファイバ２３ａ、２４ａが接続されている。なお、全ての壁透光窓２３、２４に対して、それぞれ１本の光ファイバが接続されるが、図２では簡略化して図示している。
壁２１、２２間に遮る物体が存在しない場合、一方の光ファイバ２３ａから光を送ると、その光は、壁２１、２２を通過して反対側の光ファイバ２４ａから出て行くことができる。つまり、スライド板３０が２つの壁２１、２２の間をスライドするとき、「ある１つの壁透光窓２３」と「ある１つのスライド板透光窓３１」の位置が重なったときに、当該２つの壁２１、２２およびスライド板３０を通り抜ける光路が開通する。
【００１９】
《第１配置パターンと第２配置パターンの関係》
「スライド板透光窓３１の第１配置パターン」と「壁透光窓２３、２４の第２配置パターン」は、次のように設定される。すなわち、相対スライドする外部保持体２０とスライド板３０の複数の相対位置に対して、一対一の関係で、開通する光路の異なる組合せが実現されるように設定する。図２、図３は、そのような配置パターンの一例を、単なる例示として示している。
【００２０】
《第１配置パターン》
スライド板３０上の複数のスライド板透光窓３１は、スライド板３０のスライド方向に等間隔（測定の最少単位に一致している）で複数組の列群に分けて配置されている。図２、図３では、第１列群、第２列群、・・・として表記している。図３に模式的に示したように、各列群に属するスライド板透光窓３１は、スライド板３０のスライド方向（Ａ）に直角に配置されて、バイナリコードとして機能している。
【００２１】
《第２配置パターン》
壁２１上の複数の壁透光窓２３は、スライド板３０のスライド方向（Ａ）に直角に一列に配置されている（第２配置パターン）。同じく、壁２２上の複数の壁透光窓２４も、スライド板３０のスライド方向に直角に一列に配置されている（第２配置パターン）。
【００２２】
全ての光ファイバ２４ａから光を供給した状態で、壁２１、２２に対してスライド板３０が相対スライドして、第１列群が壁透光窓２３の列に一致したとき、第１列群に属するスライド板透光窓３１-1の光路だけが開通して、出力１を得る。
次に、第２列群が壁透光窓２３の列に一致したとき、第２列群に属するスライド板透光窓３１-2の光路だけが開通して、出力２を得る。次に、第３列群が壁透光窓２３の列に一致したとき、第３列群に属するスライド板透光窓３１-3aおよび３１-3bの光路だけが開通して、出力３を得る。
以下同様にして、出力３、出力４・・・を得ることができる。これらの出力は光信号であるため、エンコーダ１０をＣＴ装置やＭＲＩ装置と共に使用した場合でも、磁場に影響を与えることがないという優れた効果を奏する。したがって、外部保持体２０およびスライド板３０を構成する材料についても、磁場に影響を与えないように、金属を用いないことが好ましい。特に、外部保持体２０およびスライド板３０の全てを樹脂製構造体とし、かつセンサ部分の光ファイバも樹脂素材のものとすることが好ましい。
なお、金属を使用しないという観点で空気流量を検出するベローズセンサなどが実用化されているが、ベローズセンサは患者呼吸による胴部の伸縮のみならず患者が体を捩っただけでも空気量が変化するので、測定精度の点で好ましくない。本発明では、金属を使用せず患者の呼吸による患者胴部の伸縮量を直接的に検出できるため測定精度の点で優れている。
【００２３】
上述の通り、スライド板３０上の複数のスライド板透光窓３１はバイナリコードとして機能しているので、出力１、２、３、４・・・をバイナリ信号として、外部保持体２０（壁２１、２２）とスライド板３０との複数の相対位置を特定することができる。したがって、各列群の間隔を測定の最少単位（例えば、０．５ｍｍ、１ｍｍ等）に一致させておけば、これをエンコーダとして、呼吸動作に伴う患者の胴回り寸法の変化を測定するのに使用できる。
【００２４】
なお、本発明のエンコーダを呼吸モニタリング用に使用する場合には、全体で２ｃｍ程度に渡る範囲において、スライド距離が測定できれば足りる。本発明のエンコーダは、勿論、他の用途に使用することもできるが、必要とされる測定総距離に応じて、透光窓の総数を増減すればよい。
なお、図示した例では、外部保持体２０およびスライド板３０は平坦な部材で構成されているが、胴回りに着用して呼吸モニタリングに使用する場合には、適度に湾曲していることが好ましい。その場合には、外部保持体２０およびスライド板３０を、同一の曲率半径をもってスライド方向に湾曲するように構成する。
【００２５】
《センター特定用透光窓２８、３８を設ける例》
図２、図３で説明した具体例では、例えば、壁透光窓２３の列が、スライド板透光窓３１の第１列群と第２列群の中間的位置にある場合には、出力が存在せず一種の不定状態となる。これを解消するための一例を、図４を参照して説明する。図４は、図３に対して、センター特定用透光窓２８、３８を追加した点においてのみ異なる。
【００２６】
外部保持体の壁２１には、壁透光窓２３と一列の関係でセンター特定用透光窓２８が１つ形成されている。この窓２８には、壁透光窓２３と同様に、光ファイバが接続されていて、光源から光が送られる。
スライド板３０には、全ての列群に関して、スライド板透光窓３１と一列の関係でセンター特定用透光窓３８が１つ形成されている。全体として見ると、スライド板３０には、スライド板透光窓３１の各列群の間隔と同じ間隔で（すなわち、測定の最少単位と同じ間隔で）、複数のセンター特定用透光窓３８が一列に形成されている。
【００２７】
２つの壁２１、２２およびスライド板３０に形成されたセンター特定用透光窓２８、３８が重なって光路が開通した場合には、光出力がＯＮとなるので、この信号が受信された時にだけエンコーダ１０からの出力（上記バイナリ信号）を読むように制御すれば、不定状態は存在しなくなる。
【００２８】
図４の例では、センター特定用透光窓２８は壁透光窓２３、２３・・・と一列に配置され、センター特定用透光窓３８は各列群に属するスライド板透光窓３１、３１・・・と一列に配置されている。しかし、センター特定用透光窓２８、３８は、図４に示した位置から、互いの相対位置を保持したまま、全体的に位置をズラしても同じ機能を達成することが可能である。
また、センター特定用透光窓２８、３８の開口面積は、壁透光窓２３、２４およびスライド板透光窓３１の開口面積と同じであってもよいが、正確なセンター特定という観点からは面積を小さくすることが好ましい。図示の例では、センター特定用透光窓２８、３８を小さく形成している。例えば、センター特定用透光窓２８、３８の直径を０．５ｍｍ、壁透光窓２３、２４およびスライド板透光窓３１の直径を０．８ｍｍとする。
【００２９】
《ベルト型センサを用いた放射線治療の例》
次に、図５を参照して、ベルト型センサ１を用いた呼吸モニタリングシステムを説明する。このシステムを用いて、肺がんなど、ターゲットとなるがん細胞が動く場合であっても、ピンポイントでの放射線治療を行うことが可能となる。
患者は、ベルト型センサ１を胴部に装着した状態で診療台上に横たわる。ベルト型センサ１のエンコーダ１０に対して、光源５１から定常的に光を送った状態にて、患者は呼吸を行う。
呼吸に伴い、患者の胴回り寸法が変化し、エンコーダ１０の外部保持体２０とスライド板３０とが相対的にスライドするので、図３で説明した出力１、２、３・・・（バイナリ信号）が光信号変換部５２に送られる。光信号変換部５２は、上記バイナリ信号（光信号）を電気信号に変換し、これを制御部５３に送る（図４の例では、センター特定用の信号も電気信号に変換して制御部に送られる）。制御部５３は、当該電気信号に基づいて、モニタ５４の表示を制御する。あるいは、制御部５３から電気信号を受け取った放射線照射装置制御部５５が、放射線照射装置５６を制御する。具体的には以下の通りである。
【００３０】
例えば、モニタ５４で表示される針が所定位置にあるときターゲットとなるがん細胞が所定の位置にあることが分かっている場合に、患者はモニタ５４を見ながら呼吸を行い、針が所定位置にきた時に呼吸を止めることで、がん細胞の位置を固定することができ、そこに放射線を当てるようにすればよい。これによって、がん細胞だけに放射線をピンポイントで照射することができる。
あるいは、制御部５３からの電気信号に基づいて、がん細胞が所定位置にあるときにだけ放射線を照射するように、放射線照射装置制御５５が放射線照射装置５６を制御する。
【００３１】
《他の実施例》
以上に図示して説明した実施形態では、「スライド板透光窓３１の第１配置パターン」および「壁透光窓２３、２４の第２配置パターン」は、バイナリコードとして機能する光出力が直接得られるような配置に設定していた。
しかしながら、そのような構成でなくても、相対スライドする外部保持体２０とスライド板３０の複数の相対位置に対して、一対一の関係で、開通する光路の異なる組合せが実現される限り、任意の配置パターンを採用することができる。ただ、図示したようなバイナリ信号を利用すれば、信号変換の制御が簡単になり、周辺装置の簡略化およびコストダウンが可能という点で有利である。たとえ一対一の関係があったとしても、ランダムな光信号が出力される場合には、各光信号と各相対位置との関係を予め特定し、それを加味した信号変換が必要となるからである。
【００３２】
《その他》
スライド板透光窓３１および壁透光窓２３、２４の具体的構成としては、代表的には開口部を設けることであるが、光が通過すれば足り、他の構成を採用してもよい。開口部で構成する場合には、エンコーダ全体を適当な材料でカバーする等、目詰まりを防ぐ工夫をすることが好ましい。
光源として使用する光は任意であり、例えば、レーザー光やＬＥＤ光を利用することができる。レーザー光は、直進性が高く好ましいが、一般的に高価である。一方、ＬＥＤは比較的安価であるが、レーザー光と比べて光が拡がる点で劣る。
【符号の説明】
【００３３】
１  ベルト型センサ
２ａ、２ｂ  ベルト部材
３ａ、３ｂ  伸縮性部材
１０  エンコーダ
２０  外部保持体
２１、２２  壁
２３、２４  壁透光窓
２３ａ、２４ａ  光ファイバ
２８  センター特定用透光窓
３０  スライド板
３１  スライド板透光窓
３８  センター特定用透光窓
５１  光源
５２  光信号変換部
５３  制御部
５４  モニタ
５５  放射線照射装置制御部
５６  放射線照射装置
【図１】
2015146901.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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