(57)【要約】  装置(100)は鉄系の電気機械素子を有する装置(80)を保護し、電気機械素子は強い磁場(40)の中では飽和して危険な強い電流を流す。電流センサ(110)は磁場(40)の中又は近辺において保護対象装置(80)の安全な動作状態を逸脱している電流を検出する。電流スイッチ(120)は、電流センサ(110)により制御されかつ電力供給部(90)及び装置(80)の間に介在し、飽和に起因する閾値を超える電流を電流センサ(110)が検出した場合に、保護対象装置(80)に対する電流を遮断する。
2014530703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場による飽和に起因する過剰な電流から電気機械素子を保護するための装置であって、
保護対象装置の安全な動作状態を逸脱している電流を検出する電流センサと、
前記電流センサに接続されかつ電力供給部と前記保護対象装置との間に介在する電流スイッチであって、前記電流センサにより検出された電流に基づいて前記保護対象装置に対する電流を遮断する電流スイッチと
を有する装置。
【請求項２】
前記安全な動作状態を逸脱する電流はもはや流れない程度に飽和の状態が緩和された場合に、前記電流スイッチが電流を再び流し始める、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記安全な動作状態が、前記保護対象装置の鉄系の電気機械素子のヒステリシス曲線によって決定されている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
当該装置が、電流が遮断されたこと及び前記保護対象装置が機能を停止したことを臨床医に通知する警告装置を有し、
前記警告装置は、
視覚的なインジケータ、
聴覚的なインジケータ、
前記保護対象装置に対する信号、及び
ホストシステムに対する信号
のうちの少なくとも1つを利用する、請求項１−３の何れか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記電流スイッチによる電流の遮断を所定の時間期間だけ遅延させる時間遅延回路を更に有する請求項１−４の何れか１項に記載の装置。
【請求項６】
当該装置が、前記電流センサにより検出される電流に基づいて前記電流スイッチを制御する回路を更に有し、前記回路は前記電流スイッチを所定の期間の間開放状態に維持する、請求項１−５の何れか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記所定の期間の後、前記電流が前記安全な動作状態を逸脱していることを前記電流センサが検出しない限り、前記電流スイッチは前記保護対象装置に電流を供給するように閉状態にある、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記保護対象装置が患者の監視装置を含む、請求項１−７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記保護対象装置が、
ポンプ、
モータ及び
ソレノイド
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１−８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記保護対象装置が、
ＮＩＢＰモニタ、
ＣＯ２モニタ、
プリンタ、
人工呼吸器、
麻酔ワークステーション、
注射器、
点滴ポンプ、
娯楽装置、及び
麻酔ガスモニタ
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１−９の何れか１項に記載の装置。
【請求項１１】
当該装置が前記保護対象装置内に組み込まれている、請求項１−１０の何れか１項に記載の装置。
【請求項１２】
当該装置は前記保護対象装置が繋がれた個別装置であり、該個別装置が電源出力の差し込み口に繋がっている、請求項１−１１の何れか１項に記載の装置。
【請求項１３】
当該装置が前記電力供給部に組み込まれている、請求項１−１２の何れか１項に記載の装置。
【請求項１４】
ＭＲＩ検査室の電力供給装置であって、
少なくとも１００００ガウスの磁場を生成するＭＲＩスキャナと、
前記ＭＲＩスキャナにより検査される患者について使用される医療装置と、
請求項１−１３の何れか１項に記載の装置と
を有し、前記装置は、前記医療装置内の鉄系の要素が飽和する程度に充分に前記ＭＲＩスキャナの近くに移動したことに応答して、前記医療装置に対する電流を遮断することにより、前記医療装置を保護する、ＭＲＩ検査室の電力供給装置。
【請求項１５】
磁場中の電気機械装置を保護するための方法であって、
磁場中で飽和して安全な動作状態を逸脱する電流を流す電気機械素子を有する装置に対する電流を検出するステップと、
検出した電流が閾値を超えることに応じて前記装置に対する電流を遮断するステップと
を有する方法。
【請求項１６】
前記安全な動作状態を逸脱する電流はもはや流れない程度に飽和の状態が緩和された場合に、電流を再び流し始める請求項１５に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【請求項１７】
電流が遮断されたこと及び前記保護対象装置が機能を停止したことを臨床医に通知する警告装置を起動するステップを更に有する請求項１５又は１６に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【請求項１８】
電流の遮断を所定の時間期間だけ遅延させるステップを更に有する、請求項１５−１７の何れか１項に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【請求項１９】
電流スイッチを所定の期間の間開放状態に維持するステップを更に有する請求項１５−１８の何れか１項に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【請求項２０】
前記保護対象装置が前記安全な動作状態を逸脱する電流を依然として流すか否かを検査するために前記保護対象装置に対する電流を周期的に再開するステップを更に有する請求項１５−１８の何れか１項に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴スキャナの近辺のような強い磁場の中で電気機械素子を保護すること等に関連する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴画像処理(MRI)スキャナの磁石は強い静磁場(B0フィールド)を生成する。磁場の典型的な強さは約30,000ガウス(1テスラ=10,000ガウス)である。共鳴を空間的にエンコードする場合には傾斜コイル又はローカルコイルを利用して更なる磁場がMRIシステムにおいて生成される。
【０００３】
何らかの対象者(subject)が救命救急診療(critical  care)を受ける場合、対象者のスキャニングが行われる。救命救急診療は、緊急事態における無意識の対象者や線密な監視を要する対象者等を対象とする。スキャン又は検査される対象者は、彼らの治療に関連する他の付随する装置をしばしば有している。これらの装置は例えば人工呼吸器(酸素吸入器、ベンチレータ)、注射器、点滴ポンプ(輸液ポンプ)等を含む。これらの装置は、血圧モニタ、CO2モニタ、麻酔ガスモニタ等のような監視する装置を含むかもしれない。これらの装置には、プリンタ、ワークステーション等のような補助的又は付随的な装置が含まれてもよく、娯楽装置さえ含まれてもよい。
【０００４】
これらの装置は何れも検査される対象者に付随するかもしれない。これらの装置が磁場の中に移動すると、これらの装置はしばしばダメージ(損傷)を受ける。これらの装置の多くは高価であり交換や修理は高くつく。一般に、装置が強い磁場の中で使用されると、装置内の電気機械素子が焼け切ってしまう。強い磁場の中で鉄系の素子(ferrous  component)は飽和して過剰な電流を流すおそれがある。そのような電気機械素子は、モータ、ポンプ、ソレノイド等を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第2007/191914号明細書
【特許文献２】国際公開第2006/081434号
【特許文献３】米国特許第5629622号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Champagne  K.  et  al.,“Magnetic  field  monitoring  using  a  novel  wireless  sensor  system  in  an  Intra-Operative  MRI  Workflow”,  PROCEEDINGS  OF  THE  INTERNATIONAL  SOCIETY  FOR  MAGNETIC  RESONANCE  IN  MEDICINE,  19TH  ANNUAL  MEETING  PROCEEDINGS,  9  May  2011(2011-05-09),  page  1789,  XP002693149
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのようなダメージを防ぐ一般的な対応策は製品ラベリング(product  labelling)である。製品ラベルは、磁場の近くで装置を使用することに対して注意を促し、通常、MRI環境で製品(又は装置)を使用しないように注意を喚起する、或いは強力な磁石の近辺で製品(又は装置)が存在し得る距離を制限するように注意を喚起する。スキャナを収容している部屋は、例えば5000ガウスのライン等のような或る距離を示すテープを床に貼っていることがしばしばある。これは容易なことではなく、対象者の治療に集中する者(又は介護者又は関係者)が気を付ける必要がある。更に、磁場の強さと磁石までの距離との間の距離の相互関係は非線形である。磁場は2つの極において最強でありかつ2つの極の間で最弱である。これは治療する者が強い磁場の影響を推定することを困難にする。
【０００８】
別の対応策は製品(又は装置)に対して磁気遮蔽手段を付加することである。しかしながら、磁気遮蔽手段は重く、携帯性を制限し、場合によっては製品(又は装置)の安全性を制限してしまう。磁気遮蔽手段が磁石に接近してくると、磁気遮蔽手段は磁石の治療中心(isocenter)に引き寄せられ、強力な磁石の穴の方向に向かって動く物体となってしまう。磁石の穴の内側は検査プロセスの最中に対象者が位置する空間と同じ空間である。
【０００９】
磁場センサを利用することも可能であるが、磁場センサで直接的に磁場を測定することは容易でない。磁場に対するセンサの方向感度を補償するために複数のセンサが必要になるかもしれない。
【００１０】
本願の課題は、強い磁場の中であっても上記及びその他の問題を少なくとも軽減する新規かつ改善された装置保護手段等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一観点による装置は、
磁場による飽和に起因する過剰な電流から電気機械素子を保護するための装置であって、
保護対象装置の安全な動作状態を逸脱している電流を検出する電流センサと、
前記電流センサに接続されかつ電力供給部と前記保護対象装置との間に介在する電流スイッチであって、前記電流センサにより検出された電流に基づいて前記保護対象装置に対する電流を遮断する電流スイッチと
を有する装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】MRIスキャナを含む一般的な部屋を模式的に示す図。
【図２】保護対象手段の一例に関するコンポーネントを示す図。
【図３】非観血式血圧モニタのための保護手段の一例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態の概要＞
一形態において、磁場中の電気機械素子を保護するための装置は、電流センサ及び電流スイッチを含む。電流センサは、保護対象装置の安全な動作状態を逸脱している電流を検出する。電流スイッチは、電流センサに接続されかつ電力供給部と保護対象装置との間に介在し、電流センサにより検出された電流に基づいて保護対象装置に対する電流を遮断する。
【００１４】
別の形態において、MRI検査室の電力供給装置は、MRIスキャナと、医療装置と、医療装置を保護するための装置とを含む。MRIスキャナは、少なくとも10000ガウスの磁場を生成する。医療装置は、MRIスキャナによりスキャン又は検査される患者について使用される。装置は、医療装置内の鉄系の要素が飽和する程度に充分にMRIスキャナの近くに移動したことに応答して、医療装置に対する電流を遮断する。
【００１５】
別の形態において、磁場中の電気機械装置を保護するための方法は、磁場中で飽和して閾値を上回る電流を流す電気機械素子を有する装置に対する電流を検出するステップを含む。検出した電流が閾値を超えたことに応じて、装置に対する電流は遮断される。
【００１６】
利点の1つは、磁場に起因して装置に及ぶダメージを防ぐ点にある。
【００１７】
別の利点は、自動的に復旧する点にある。
【００１８】
別の利点は、状況が安全になった場合に自動的に電力供給を再開する点にある。
【００１９】
別の利点は、新しい装置及び既存の装置に簡易に組み込むことができる点にある。
【００２０】
別の利点は、磁場の強度及び幾何学形状を測定する必要がない点にある。
【００２１】
更に別の利点は、以下の詳細な説明を参照及び理解することにより当業者にとって更に明らかになるであろう。
【００２２】
本発明は様々なコンポーネント、コンポーネントの配置、様々なステップ及びステップの組み合わせ等の形式をとってよい。図面は好適実施例を示すことしか意図しておらず、本発明を限定するように解釈されてはならない。
【００２３】
＜実施の形態の詳細な説明＞
図1を参照すると、MRIスキャナ20を含む一般的な部屋10が示されている。スキャナ20は強力な磁石30を含む。磁石30からは磁場40が生じており、磁場40はボア50の開口において最強となりかつ磁石から離れるにつれて減衰する。対象者又は患者は、検査の最中にボア50の中で動く患者運搬台60(輸送台、長いす又はカウチ)に乗せられる。ワーニングライン(警告線)70がしばしば床70にマーキングされ、磁場の増加強度に関する基準位置を介護者(診察に関わる者又は関係者)に示し、例えば3000ガウスのライン、5000ガウスのライン、10000ガウスのライン等が示される。装置80は電源又は電力供給部90に接続される。電源90は携帯可能であってもよく、バッテリを含んでもよい。他の電源は電源出力部(又はコンセント又は電力差し込み口)を有する。
【００２４】
装置80は、人工呼吸器、注射器、点滴ポンプ、監視装置(例えば、血圧モニタ、CO2モニタ、麻酔ガスモニタ等)を含んでもよく、プリンタ、ワークステーション、娯楽装置を含んでもよい。装置80は、モータ又はソレノイド又はその他の鉄系の素子(ferrous  component)を利用する任意の装置を含んでもよい。電源又は電力供給部90は、装置80内に組み込まれてもよいし、別個の装置として分離されていてもよいし、或いは電力のための一般的な差し込み口を利用するプラグであってもよい。電力供給部90はAC/DC変換部を含んでいてもよい。電力の条件は装置80にとって固有である。装置が受ける磁場40の影響はヒステリシス又はBH曲線により決定される。装置80に流れる電流は、装置80が磁場40の増加を検知するにつれて、鉄系のコアその他のコンポーネントが飽和して(電流が)最大値に達するまで増加し続ける。飽和点(saturation  point)において、装置80は、過剰に流れる電流に起因して電気機械素子のダメージ又は故障(burn  out)の影響を受けやすくなる。装置と電源との間に保護手段100が介在し、磁場に誘導された過剰に流れる電流に起因してダメージを受けないように装置を保護する。
【００２５】
一例による保護手段100は、装置80が磁場40の中で強度の増加を感じる場合に、装置に流れる電流を判定する。装置が飽和に近い場合、保護手段は電力供給部90からの電流を遮断(又は中断又は停止)する。装置80がほぼ飽和している場合、電力は遮断されたままである。装置80が磁場40から遠ざかるように移動する場合、又は磁場40の強度が減衰する場合、電力は自動的に復旧する。
【００２６】
図2を参照すると、図2は保護手段100の一例に関するコンポーネント(要素又は部分又は構成要素)を示す。保護手段80が磁場40の中で動くと、装置80に流れる電流が増える。電流センサ110は、装置80に固有の安全な電流動作マージンの範囲内で装置80が動作しているか否かを判断する。装置80が安全な動作状態を逸脱している(例えば、過剰な電流が流れている)、と電流センサ110が判断した場合、電流スイッチ120は開放され、保護対象装置80に対する電流を遮断又はブロックする。高い電流が検出された場合、時間遅延部130が起動され、例えばモータが初めて起動した場合のように通常生じる電流の一時的な高まりによっては電流スイッチが開放されないようにする。別の例において、過剰電流状態が治まっているか否か、特に装置が移動して磁石から離れることにより過剰電流状態が治まっているか否かを、タイマにより周期的又は定期的に検査してもよい。例えば数ミリ秒間のような時間期間終わりに、電流スイッチが閉じられ、電流(値)が再び判定される。流れる電流が依然として高すぎた場合、電流スイッチは再び開放される。
【００２７】
電流センサ110は、一実施形態では、電力供給部90に直列な抵抗器を含む。抵抗器は、特定の装置80に対する通常の動作電流の範囲に基づいている(抵抗値が決定される)。抵抗器にかかる電圧は、INA193又はAD8207等のような何らかの市販の電流シャントモニタ集積回路(current  shunt  monitor  integrated  circuit)により読み取ることが可能である。
【００２８】
例えばレジスタ(抵抗器)/キャパシタによる回路等のような時間遅延回路130は、電流スイッチが開く前に所定の遅延を導入し、電気機械装置の通常の一時的な電流の高まりに起因して不適切に電力を遮断してしまうことを防ぐ。電流センサが閾値を越える電流を検出した場合、時間遅延回路は、スイッチが開放される前に、電流を閾値未満に落とすための遅延期間を与える。例えばミリ秒のオーダーの時間遅延が、装置又は状況に応じて調整できる。
【００２９】
電流スイッチ120は、流れる電流が閾値を越えていることを電流センサ110が判断したことに基づいて電流を遮断する。パワー電界効果トランジスタ(FET)等のような電流スイッチ120は、飽和に起因する過剰電流が装置80にダメージをもたらしてしまう前に、電源90を分離する。
【００３０】
図3を参照すると、回路図は、装置80が非観血式血圧(non-invasive  blood  pressure：NIBP)モニタ200を含む例を示している。電力供給部90は12Vの直流(DC)を出力する。直流はバッテリから直接的に得られてもよいし、一般的な壁の差し込み口(コンセント)(110V又は220Vの交流(AC))から12Vの直流に変換されてもよい。保護手段100は電源90及び保護対象装置80(特に、NIBPモニタのモータ及びソレノイドアセンブリ200)の間に設けられる。保護手段100を設けているので、(それがなかったならば)400ガウスでダメージを受けていたであろうNIBPモニタは、30000ガウス以上の磁場40にさらされてもダメージを受けずにすむ。
【００３１】
保護手段を実現する際に様々な要素を利用することが可能である。一実施形態では、市販のホットスワップ電力管理集積回路が使用される。電流センサ110は、保護対象装置に流れる電流を検出するための抵抗器を含む。プロセッサ回路210は、検出した電流と閾値とを比較し、比較結果に応じてFETを開閉するようにFET電流スイッチ120のゲートを制御する。抵抗/容量式の時間遅延部130は、装置に流れる電流の通常の一時的な高まりに対応するように選択された遅延の間、電流スイッチの開放を遅らせる。一実施形態において、警報信号(ワーニング信号)が警報装置220(例えば、光又は音の生成部)に送信され、装置の動作が停止したことを関係者に警告する。警報信号はホストシステム230にも送信できる。一実施形態において、電流スイッチは、何れかの関係者によりリセットされるまで開放されたままである。別の実施形態において、電流スイッチは所定の期間の後に閉じられ、装置が過剰に強い電流を依然として流そうとするか否かを検査してもよい。
【００３２】
警報信号は、装置に対する電流が復旧した場合に、終了してもよい。この信号は保護装置に対する電力の遮断を介護者(関係者)に通知し、強い磁場に起因して装置が影響を受ける危険性を知らせる。介護者(関係者)は、信号が止まりかつ保護対象装置に対する電力が回復する程度に充分遠い場所に装置を動かすことができる。
【００３３】
以上、本発明は好ましい実施形態を参照しながら説明されてきた。上記の詳細な説明を参照及び理解することにより、他の変形例や代替例も得られる。そのような変形例や代替例の全てが添付の特許請求の範囲に記載された請求項及び均等物による本発明の範囲に包含されることが意図されている。
【図１】
2014530703.tif 000003
【図２】
2014530703.tif 000004
【図３】
2014530703.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月25日(2014.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場による飽和に起因する過剰な電流から電気機械素子を保護するための装置であって、
保護対象装置の安全な動作状態を逸脱している電流を検出する電流センサと、
前記電流センサに接続されかつ電力供給部と前記保護対象装置との間に介在する電流スイッチであって、前記電流センサにより検出された電流に基づいて前記保護対象装置に対する電流を遮断する電流スイッチと
を有する装置。
【請求項２】
前記安全な動作状態を逸脱する電流はもはや流れない程度に飽和の状態が緩和された場合に、前記電流スイッチが電流を再び流し始める、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記安全な動作状態が、前記保護対象装置の鉄系の電気機械素子のヒステリシス曲線によって決定されている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
当該装置が、電流が遮断されたこと及び前記保護対象装置が機能を停止したことを臨床医に通知する警告装置を有し、
前記警告装置は、
視覚的なインジケータ、
聴覚的なインジケータ、
前記保護対象装置に対する信号、及び
ホストシステムに対する信号
のうちの少なくとも1つを利用する、請求項１−３の何れか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記電流スイッチによる電流の遮断を所定の時間期間だけ遅延させる時間遅延回路を更に有する請求項１−４の何れか１項に記載の装置。
【請求項６】
当該装置が、前記電流センサにより検出される電流に基づいて前記電流スイッチを制御する回路を更に有し、前記回路は前記電流スイッチを所定の期間の間開放状態に維持する、請求項１−５の何れか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記保護対象装置が患者の監視装置を含み、前記患者の監視装置は、ＮＩＢＰモニタ、ＣＯ２モニタ、プリンタ、人工呼吸器、麻酔ワークステーション、注射器、点滴ポンプ、娯楽装置、又は麻酔ガスモニタである、請求項１−６の何れか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記保護対象装置が、
ポンプ、
モータ及び
ソレノイド
のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
当該装置が前記保護対象装置内に組み込まれている又は前記電力供給部に組み込まれている、請求項１−８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１０】
当該装置は前記保護対象装置が繋がれた個別装置であり、該個別装置が電源出力の差し込み口に繋がっている、請求項１−９の何れか１項に記載の装置。
【請求項１１】
磁場中の電気機械装置を保護するための方法であって、
磁場中で飽和して安全な動作状態を逸脱する電流を流す電気機械素子を有する装置に対する電流を検出するステップと、
検出した電流が閾値を超えることに応じて前記装置に対する電流を遮断するステップと
を有する方法。
【請求項１２】
前記安全な動作状態を逸脱する電流はもはや流れない程度に飽和の状態が緩和された場合に、電流を再び流し始める請求項１１に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【請求項１３】
電流が遮断されたこと及び前記保護対象装置が機能を停止したことを臨床医に通知する警告装置を起動するステップを更に有する請求項１１又は１２に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【請求項１４】
電流の遮断を所定の時間期間だけ遅延させるステップを更に有する、請求項１１−１３の何れか１項に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【請求項１５】
電流スイッチを所定の期間の間開放状態に維持するステップと、
前記保護対象装置が安全な動作状態を逸脱する電流を依然として流すか否かを検査するために電流を周期的に再開するステップと
を更に有する請求項１１−１４の何れか１項に記載の磁場中の電気機械装置を保護するための方法。
【国際調査報告】
2014530703.tif 000006
2014530703.tif 000007
2014530703.tif 000008