(57)【要約】【課題】  ＭＲＩ装置の強い磁場の影響を受けにくく正確な位置を穿刺することのできる穿刺システムとこれに用いる圧力制御弁及び空気圧駆動システムを提供することである。【解決手段】  円筒状の圧力制御弁本体と、超音波モーターによって回動可能に圧力制御弁本体内に収容され圧力制御弁本体内を第１及び第２の圧力室に仕切る第１及び第２の隔壁を備えた回動壁と、第１の圧力室を第１及び第３の圧力室に仕切る第３の隔壁と、第１の隔壁と第３の隔壁を連結する弾性体と、第３の圧力室に接続され圧縮流体を導入する導入口と、第２の圧力室に接続され圧縮流体を外部へ排出する開放口と、圧力制御弁本体に接続される第１の流路と、この第１の流路と第１の圧力室とを連通する第２の流路と、この第２の流路に接続され圧縮流体による圧力を供給する制御圧力出力口とを有し、第１の流路は第２の隔壁の回動によって第２の圧力室又は第３の圧力室に接続されるものである。【選択図】  図１
2005163898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成された圧力制御弁本体と、超音波モーターによって回動可能に前記圧力制御弁本体内に収容され前記圧力制御弁本体内を第１の圧力室と第２の圧力室に仕切る第１の隔壁と第２の隔壁を備える回動壁と、前記圧力制御弁本体内に仕切られた第１の圧力室を第１の圧力室と第３の圧力室に仕切る第３の隔壁と、この第３の隔壁と前記第１の隔壁を連結する弾性体と、前記圧力制御弁本体内の第３の圧力室に接続され圧縮流体を導入する導入口と、前記圧力制御弁本体内の第２の圧力室に接続され圧縮流体を外部へ排出する開放口と、前記圧力制御弁本体に接続される第１の流路と、この第１の流路と前記第１の圧力室とを連通する第２の流路と、この第２の流路に接続され前記圧縮流体による圧力を供給する制御圧力出力口とを有し、前記第１の流路は前記第２の隔壁の回動によって前記圧力制御弁本体の第２の圧力室又は第３の圧力室に接続されることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力制御弁と、この圧力制御弁の導入口に圧縮流体を供給する圧縮流体供給部と、前記圧力制御弁の制御圧力出力口から供給される前記圧縮流体によって駆動される空気圧ピストンと、この空気圧ピストンを収容した空気圧シリンダとを有することを特徴とする空気圧駆動システム。
【請求項３】
請求項２に記載の空気圧駆動システムの前記空気圧ピストンに非磁性体の穿刺針を取設したことを特徴とする穿刺システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーキンソン病等の治療に用いるＭＲＩ装置対応の穿刺システムとその穿刺システムに用いられる圧力制御弁及び空気圧駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＭＲＩ（磁気共鳴画像）装置は強い磁気を利用して人体の組織を画像化する装置であり、まず検体を強力な静磁場中に置いて検体中の水素原子核を一方向に向け、さらに、この状態である特定周波数の電磁波を照射すると水素原子核が電磁波エネルギーを吸収して励起し磁場を発生する。そして、この発生した磁場に垂直な磁場を加えることによって電磁誘導を起こし、これによって検出される電流を解析処理して画像化するものである。
【０００３】
一方、パーキンソン病は中脳の黒質でつくられて脳深部の線条体の細胞に送られるドーパミンという物質が何らかの原因で欠乏し、黒質細胞と線条体との連絡網が欠落することによって起こる病気であり、主に、手の震え、筋固縮、動作緩慢及び姿勢反射障害等の症状がみられる。
パーキンソン病の治療法としてはドーパミンやドーパミン分解抑制剤等を投与する薬物療法、ドーパミン生産組織の移植や定位脳手術等の手術療法、リハビリテーション療法及び食事療法があるが、不足しているドーパミンを補うあるいは確保することによってパーキンソン病の進行を抑えることができるという観点からドーパミンを補充する薬物療法が主に行われている。また、近年では定位脳手術の中でも視床、淡蒼球や視床下核の脳深部に微小電極である穿刺針を精度よく刺して電流を流すことによって手の震えや歩行障害などを解消することのできるＤＢＳ（脳深部刺激療法）が注目されており、このような定位脳手術の穿刺操作はＭＲＩ画像等で穿刺針を刺す位置や穿刺針の位置を確認しながら行われる。
【０００４】
しかしながら、前述のとおりＭＲＩ装置は検体を強い静磁場下に置くことによって画像を得るものであるため、ペースメーカー、人工関節、メスやクリップ等の磁性体医療器具をＭＲＩ装置と併用して手術を行うと装置の動作不良が生じたりＭＲＩ画像にノイズを与える。そのため、ＭＲＩ装置使用下で磁性体の穿刺針を用いて穿刺操作を行うことは難しいという課題があった。また、穿刺針としてＭＲＩ装置によって発生される磁場の影響を受けない非磁性体の穿刺針を用いる場合においても、遠隔操作によって手術を行う場合には遠隔治療ロボットの駆動部にソレノイドを用いているものが多いためＭＲＩ装置の発生磁場により装置等に不具合が生じるという課題があった。
【０００５】
このような課題に対処するため、いくつかの発明及び考案が開示されている。
例えば、特許文献１には、「インターベンショナルＭＲＩ用の磁気共鳴イメージング装置及びその準備方法」という名称で、ＭＲＩ装置使用下でカテーテルや穿刺針等のデバイスの位置を正確かつ短時間で検出しデバイスの位置、向き及び進行方向を把握することのできるインターベンショナルＭＲＩ用の磁気共鳴イメージング装置に関する発明が開示されている。
【０００６】
以下、図５を参照しながら、特許文献１に開示された技術について説明する。
図５に示すインターベンショナルＭＲＩ用の磁気共鳴イメージング装置は検体を静磁場中に置くためのガントリ４３を備え、ガントリ４３は一部が均一な強度の静磁場によって形成される診断用空間を備えた円筒型あるいはオープンタイプの静磁場磁石４４を有している。また、静磁場磁石４４の壁体及び内側空間には傾斜磁場コイル４５及び撮影用のプローブ（ＲＦコイル）４０が設置されている。  傾斜磁場コイル４５は静磁場に重畳しスライス方向、位相エンドコード方向及び読出し方向の傾斜磁場パルスを発生させるＸ，Ｙ及びＺコイルから構成され、これらのコイルに供給するパルス電流はシーケンサ３５から送られるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚに対する制御信号ＳＧｘ，ＳＧｙ，ＳＧｚを受けた傾斜磁場アンプ３２によって制御されている。一方、プローブ（ＲＦコイル）４０は送信コイルと受信コイルの両方の機能を兼ね備えており、受信器３３及び送信器３４に接続されている。プローブ（ＲＦコイル）４０による送信、すなわち、検体へのＲＦ磁場パルスの印加はシーケンサ３５から送信器３４に送られてきた制御信号Ｓｆを周波数ｆの送信ＲＦ信号としてプローブ（ＲＦコイル）４０に送ることによって行われ、プローブ（ＲＦコイル）４０により受信された発生ＭＲ信号はＲＦ電流信号に変換されて受信器３３に送られさらに受信器３３で増幅、検波及びデジタル化等の処理を施した後デジタル量のＭＲデータとしてシーケンサ３５を介してホスト計算機３６に送られる。ホスト計算機３６は傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚや周波数ｆを調整したり、受信器３３に制御信号Ｓφを送り受信器３３内の位相検波の参照位相φを調整したりしているとともに、ＣＰＵとメモリを備えて装置全体の駆動タイミングの制御、撮像のためのスキャン制御や撮像断面を穿刺針等のデバイスに追尾させる制御等を行っている。符号３７，３８，３９は入力器、表示器及び記憶装置である。
【０００７】
また、検体に穿刺や治療を行うための穿刺針４１は固い材料からなる細い針体であり、この穿刺針４１の所定の位置２点には穿刺針４１の位置を検出するための位置センサ４２ａ，４２ｂが設けられている。そのため、位置センサ４２ａ，４２ｂの位置検出信号ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２を位置情報演算回路３１ａ，３１ｂを介してホスト計算機３６に送信することで磁気共鳴イメージング装置内での穿刺針４１の位置を知ることができる。位置センサ４２ａ，４２ｂは微小なＲＦ検出コイル（マイクロコイル)、磁気センサあるいは光センサ等からなるパッシブ素子またはアクティブ素子から構成されており、ＭＲＩ画像撮影中に限らず穿刺作業中に磁気的または光学的な位置信号を発生受信しこれを電気的な信号に変えて信号をホスト計算機３６に送るものである。なお、表示器３８に表示される撮影画像は穿刺針４１に設けられている２個の位置センサ４２ａ，４２ｂを含む直交３断面、または、このうちの少なくとも１断面を自動的に選択して表示している。
以上のような構造の磁気共鳴イメージング装置を用いることによってＭＲＩ装置の使用と穿刺作業等の手術操作とを並行して行うことができる。
【０００８】
また、特許文献２には、「画像表示方法、画像表示装置およびＭＲＩ装置」という名称で、検体内部に挿入した穿刺針等の挿入物の位置をリアルタイムでＭＲＩ画像上に表示することのできる画像表示方法、画像表示装置およびＭＲＩ装置に関する発明が開示されている。
【０００９】
以下、特許文献２を引用しながら、特許文献２に開示された技術について説明する。
特許文献２のＭＲＩ装置は検体をスキャンする撮像装置と、先端部にチップコイルが取り付けられた生検や薬液投与に用いる穿刺針と、処理装置と、処理装置にデータを入力する入力装置と、処理装置から得られるデータを記憶する記憶装置及び表示装置とから構成される。さらに、処理装置は撮像装置からスキャンデータを取得するデータ取得部と、スキャンデータを用いて画像再構成処理を行いＭＲイメージを生成する画像再構成部と、穿刺針先端部のチップコイルの３次元位置を検出するチップコイル位置検出部と、記憶装置で記憶されたＭＲイメージから表示するＭＲイメージを選択するＭＲイメージ選択部と、ＭＲイメージ上に穿刺針先端部の現在位置を示す穿刺針位置マークを表示するマーク表示部とで構成されている。
このような構造のＭＲＩ装置ではまずはじめに撮像装置で検体をスキャンして処理装置内のデータ取得部に取り込みさらにこれを画像再構成部で処理してスライス面のＭＲイメージを記憶装置に記憶する。次に、穿刺針先端部のチップコイル位置検出シーケンスを実行して穿刺針先端の３次元位置を計算しチップコイルの３次元位置を通るスライス面を求める。そして、このスライス面に相当するＭＲイメージを記憶装置から取り出してＭＲイメージ上に穿刺針先端部の位置をマーク表示する。これによってＭＲＩ装置使用下でも穿刺針の現在位置を知ることができる。また、穿刺針の先端及び末端にチップコイルを設ける構造とすると、穿刺針位置マークに加えてさらに穿刺針の挿入方向を示す挿入方向インジケータをＭＲイメージ上に表示することができるため医師や技師等が体内での穿刺針の位置及び挿入方向を容易に把握することができる。
【００１０】
特許文献３には、「全方位簡便型定位脳手術装置」という名称で、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）あるいはＭＲＩ装置と併用できる全方位簡便型定位脳手術装置に関する発明が開示されている。
【００１１】
以下、特許文献３を引用しながら、特許文献３に開示された技術について説明する。
特許文献３の全方位簡便型定位脳手術装置は、検体の頭部に固定される金属製のコ字状フレームと、コ字状フレームの上部直線部に長手方向に設けられた溝孔と、この溝孔に沿って左右方向移動する穿刺針固定装置と、穿刺針固定装置に挿入されている穿刺針と、穿刺針固定装置に脱着可能に取り付けられ穿刺針固定装置とともに移動する弧状フレームと、弧状フレームに取り付けられる穿刺針固定装置及びこれに挿入される穿刺針とからなり、コ字状フレームはコ字状フレーム一側に設けられた頭蓋固定ピン１本と他側に設けられた頭蓋固定ピン２本によって一側の１本の頭蓋固定ピンと他側の頭蓋固定ピンの１本を結んだ線上の中心に病変目標点がくるように検体頭部に固定されている。また、頭蓋固定ピンの固定位置と２本の穿刺針の穿刺位置は事前にＣＴあるいはＭＲＩ装置を利用して頭皮上にマークされている。
したがって、マークに合わせて頭蓋固定ピンを検体の頭部に固定してコ字状フレームの穿刺針先端を穿刺針マーク位置に合わせると弧状フレームの穿刺針の穿刺方向が定まるため、事前に検体の頭皮上にマークされていた弧状フレームの穿刺針の穿刺針マーク位置に穿刺針を挿入することで病変目標点を容易かつ正確に穿刺することができる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−５８６５８号公報
【特許文献２】特開２０００−２１０２６７号公報
【特許文献３】特開平１１−１３７５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述の従来の技術においては、例えば特許文献１に開示された発明においては、穿刺針にＲＦコイルのような位置センサを設けてこれより得られる磁気的あるいは光学的な位置信号を電気的信号に変換することによって検体内の穿刺針の位置をリアルタイムで把握しながらＭＲＩ装置使用下で穿刺作業を行うことができるものの、例えば能動カテーテル等の場合でコイルなどを含む場合には強磁場下での使用によってノイズが発生したり、位置センサの送受信信号に対してＭＲＩ装置の強い磁場の影響によるノイズが重畳する可能性があるという課題があった。
【００１４】
また、特許文献２に開示された発明においては、穿刺針先端部の位置検出データと検体のスキャンデータを交互に取り入れながらＭＲイメージを作成することによってＭＲＩ装置を使用しながら穿刺作業を行うことができるものの、予め検体のＭＲイメージデータを取得しておき、そのＭＲイメージに対して穿刺針先端部の位置検出データを対応させる方式であるため検体のＭＲイメージデータを取得した時間と穿刺針に関するデータを取得した時間の差が生じており、リアルタイムに作業を行うことができないという課題があった。また、穿刺針の位置はチップコイルによって間接的に検出されるものであり、もし検体のＭＲイメージデータと穿刺針の位置検出データを同時に取得しようとすると、ＭＲＩ発生磁場等により穿刺針に備えられたチップコイルに大きなノイズが発生し正確な穿刺針の位置データが得られなかったりＭＲイメージデータに大きなノイズが重畳してしまうという課題があった。
【００１５】
特許文献３に開示された発明においては、ＭＲＩ画像を見ながら穿刺操作を行わなくても容易かつ正確に病変部を穿刺することができるものの、事前に頭皮上にＣＴあるいはＭＲＩを用いて穿刺針の穿刺位置等をマークしこれに従ってＭＲＩ画像等を見ることなく穿刺操作を行うためマークが適切に行われていない場合には正確な角度及び位置から正確な深度で穿刺針を挿入できない可能性があるという課題があった。
【００１６】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、ＭＲＩ装置の強い磁場の影響を受けにくく正確な位置に穿刺することのできる穿刺システムとこれに用いる圧力制御弁及び空気圧駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である圧力制御弁は、円筒状に形成された圧力制御弁本体と、超音波モーターによって回動可能に圧力制御弁本体内に収容され圧力制御弁本体内を第１の圧力室と第２の圧力室に仕切る第１の隔壁と第２の隔壁を備える回動壁と、圧力制御弁本体内に仕切られた第１の圧力室を第１の圧力室と第３の圧力室に仕切る第３の隔壁と、この第３の隔壁と第１の隔壁を連結する弾性体と、圧力制御弁本体内の第３の圧力室に接続され圧縮流体を導入する導入口と、圧力制御弁本体内の第２の圧力室に接続され圧縮流体を外部へ排出する開放口と、圧力制御弁本体に接続される第１の流路と、この第１の流路と第１の圧力室とを連通する第２の流路と、この第２の流路に接続され圧縮流体による圧力を供給する制御圧力出力口とを有し、第１の流路は第２の隔壁の回動によって圧力制御弁本体の第２の圧力室又は第３の圧力室に接続されるものである。
上記構成の圧力制御弁においては、超音波モーターによる回動壁の回転トルクと、導入口から圧力制御弁本体内に取り込まれる圧縮流体の圧力及び第１の圧力室を形成する第１の隔壁と第３の隔壁を連結している弾性体の復元力をバランスさせることによって回動壁を静止させ、その際に制御圧力出力口から供給される圧力を調整するという作用を有する。
超音波モーターによって回動壁を駆動させる構造とすることで超音波モーターに印加される電力パラメーター、例えば、周波数や位相差を変化させることで回動壁の回転トルクを制御しながら圧力制御を行うという作用を有する。これは、回動壁の回転トルクを調節することで第１及び第２の流路内を流れる圧縮流体の圧力、すなわち、制御圧力出力口から排出される圧縮流体の圧力を調節するという作用に基づくものである。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明である空気圧駆動システムは、請求項１に記載の圧力制御弁と、この圧力制御弁の導入口に圧縮流体を供給する圧縮流体供給部と、圧力制御弁の制御圧力出力口から供給される圧縮流体によって駆動される空気圧ピストンと、この空気圧ピストンを収容した空気圧シリンダとを有するものである。
上記構成の空気圧駆動システムにおいては、前述したとおり圧力制御弁の制御圧力出力口から排出される圧縮流体の圧力は回動壁を回転させる超音波モーターの電力パラメーターを変化させることによって制御することが可能であるため、超音波モーターの電力パラメーターを変化させることにより空気圧シリンダ内の空気圧ピストンの位置や駆動速度などを制御するという作用を有する。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明である穿刺システムは、請求項２に記載の空気圧駆動システムの空気圧ピストンに非磁性体の穿刺針を取設したものである。
上記構成の穿刺システムにおいては、超音波モーターの電力パラメーター制御により空気圧ピストンに取り付けられた非磁性体の穿刺針を検体の患部に対して挿入あるいは抜出する操作を遠隔で行うという作用を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１に記載の圧力制御弁においては、超音波モーターの周波数や位相差等の電力パラメーターを調節することにより制御圧力出力口から排出される圧縮流体の圧力を制御することができる。その制御には、ソレノイドなどのように磁場の影響を受ける要素が不要であり、電気的なノイズを発生することがなくＭＲＩ装置の近傍で使用することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項２に記載の空気圧駆動システムにおいては、請求項１に記載の圧力制御弁によって調整され制御圧力出力口から排出された圧縮流体の圧力により空気圧シリンダ内の空気圧ピストンの位置を自由に動かすことができる。請求項１に記載の圧力制御弁を使用するため同様にＭＲＩ装置の近傍で使用することができる。
【００２２】
本発明の請求項３に記載の穿刺システムにおいては、ＭＲＩ装置の発生磁場の影響を受けにくい超音波モーターや空気圧を用いて圧力制御弁、空気圧駆動システム及びこれの空気圧ピストンに取設されている非磁性体の穿刺針を自由に動かせる構造とすることで、ＭＲＩ装置使用下で遠隔操作により穿刺操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ＭＲＩ装置使用下でもＭＲＩ画像の乱れや装置の操作不良を生じることなく利用できる穿刺システムとこれに用いる圧力制御弁及び空気圧駆動システムを提供するという目的を、システム等を複雑な構造とすることなく実現した。以下に、発明を実施するための最良の形態に係る実施例を説明する。
【実施例】
【００２４】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係る圧力制御弁の実施例を図１乃至図３に基づき説明する。
【００２５】
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る圧縮制御弁の概念図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る圧力制御弁１を上から見た概念図であり、圧力制御弁１は円筒状の圧力制御弁本体２とこれの内部を第１の圧力室３、第２の圧力室４及び第３の圧力室５に分ける第１の隔壁６ｅと第２の隔壁６ｆを有する回転可能な回動壁６及び第３の隔壁７と、第３の圧力室５に接続され圧力制御弁本体２内に圧縮流体を導入する圧縮流体取入口９と、第２の圧力室４に接続され圧力制御弁本体２内の圧縮流体を外部へと排出する圧縮流体開放口１０と、第１の隔壁６ｅと第３の隔壁７を連結するバネ１３とから構成されている。このような構造により、第１の圧力室３及び第３の圧力室５の容積は回動壁６の回転により変動させることができる。
また、圧力制御弁本体２の底部には圧縮流体出入口１１，１２が設けられており、圧縮流体出入口１２は第１の圧力室３内の底部に設けられて常に第１の圧力室３に接続され、圧縮流体出入口１１は回動壁６の回転により第２の圧力室４あるいは第３の圧力室５に接続されるかもしくは第２の隔壁６ｆによって遮蔽される。そして、第１の隔壁６ｅ、第２の隔壁６ｆ及び第３の隔壁７の上部が図１（ｂ）に示すように圧力制御弁本体２上部の内側に当接しているとともに圧力制御弁本体２の上部が閉口した構造となっている。そのため、圧力制御弁本体２内はほぼ密閉状態にあり、回動壁６の回転による第１の圧力室３及び第３の圧力室５の容積の変動、圧縮流体取入口９から第３の圧力室５に取り込まれる圧縮流体及び圧縮流体出入口１１，１２から出入する圧縮流体によって圧力制御弁本体２内の第１の圧力室３、第２の圧力室４及び第３の圧力室５には圧力差が生じる。本発明の圧力制御弁１ではこの圧力差を利用して図４に示す空気圧駆動システム及び穿刺システムを駆動させるものである。符号６ａ，６ｂ及び６ｃ，６ｄは第１の隔壁６ｅ及び第２の隔壁６ｆの壁面であり、符号８は回動壁６の回転軸となるシャフトである。
【００２６】
また、図１（ｂ）に示すように圧力制御弁本体２の上部には電圧をかけることによって駆動する超音波モーター１５が設けられており、シャフト８を介してこれと回動壁６を連結させることによって回動壁６を時計回りに回転させることができる。したがって、回動壁６を回転させることにより圧力制御弁本体２底部に設けられる圧縮流体出入口１１を第２の圧力室４あるいは第３の圧力室５に接続するか、もしくは第２の隔壁６ｆで塞ぐことができる。符号１１ａは圧縮流体出入口１１に接続される第１の流路であり、符号１２ａは圧縮流体出入口１２から第１の流路１１ａに連通する第２の流路である。さらに、これらの第１、第２の流路１１ａ，１２ａは制御圧力出力口１４に連通している。圧力制御弁１によって制御される圧力制御弁本体２内外の圧縮流体の流れ及び圧力制御弁１の動作原理については後述する。
【００２７】
ここで、図１（ｂ）中の超音波モーター１５について図２を用いて簡単に説明する。
図２は図１（ｂ）中符号１５で示される超音波モーターの詳細図である。図２において、図１（ｂ）に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
【００２８】
図２に示す超音波モーター１５は主としてスライダ１７と下面に超音波振動を発生させる圧電振動子２０が接着されたステーター１９（弾性振動体）とから構成される市販の超音波モーターであり、上面に櫛歯のような溝が形成されたステーター１９の上にスライダ１７を重ねた構造となっている。よって、ステーター１９下面の圧電振動子２０に特定の高周波電圧を加えて圧電振動子２０を励振させると、この励振が圧電振動子２０と接着しているステーター１９にも伝わり弾性振動体であるステーター１９上に一方向に進む進行波が作り出されるのでさらにスライダ１７をステーター１９に一定の圧力で圧着する。すると、これによってスライダ１７とステーター１９との間に摩擦力が発生し、スライダ１７はこの摩擦力によりステーター１９の進行波の進行方向と逆の方向に移動する。すなわち、超音波モーター１５が駆動する。そして、シャフト８を介してこの超音波モーター１５の駆動力が図１に示す圧力制御弁１の回動壁６の回転力へと変換される。符号１８，１６はシャフト８のベアリング及びケースである。
【００２９】
次に、図３を用いて圧力制御弁１の動作原理について説明する。
【００３０】
図３（ａ）は回転子が反時計回りに回転しようとするときの概念図であり、図３（ｂ）は回転子が静止しているときの概念図であり、図３（ｃ）は回転子が時計回りに回転しようとするときの概念図である。図３において、図１に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
圧力制御弁１の動作原理を説明するにあたって、図３については超音波モーター１５に任意の電圧がかけられて回動壁６に時計回りに回転しようとする力が生じていること、圧縮流体取入口９からある一定圧力の圧縮流体が供給されていること、バネ１３が引きバネであるということ及び時計回りの方向を正とすることを前提とする。
【００３１】
図３（ａ）において、第１の圧力室３内の圧縮流体が回動壁６の壁面６ａを押す力をＦ１、圧縮流体取入口９から第３の圧力室５に導入された圧縮流体が第２の隔壁６ｆの壁面６ｄを押す力をＦ２、バネ１３の復元力をＦｓ、超音波モーター１５により発生するトルクをＦｍ、回動壁６の慣性力をＦとすると、これらの力の間には式（１）に示す力のつり合いが成り立っている。
【００３２】
【数１】
2005163898.tif 000003
【００３３】
また、回動壁６が静止している状態では回動壁６に慣性力Ｆが働いていないためＦ＝０となり、式（２）で示す関係が成り立つ。式（３）は式（２）を書き換えたものである。圧縮流体取入口９から第３の圧力室５に供給される圧縮流体が壁面６ｄを押す力Ｆ２とバネ１３の復元力Ｆｓはほぼ一定であるため、この式（３）から超音波モーター１５により発生するトルクＦｍの大きさを変えることによって壁面６ａを押す力Ｆ１を調節可能であることがわかる。
よって、超音波モーター１５により発生するトルクＦｍの大きさを変えて壁面６ａを押す力Ｆ１を調節することで式（１）に示す回動壁６の慣性力Ｆを正にしたり負にしたりして回動壁６を時計回りあるいは反時計回りに回転させることができる。なお、超音波モーター１５により発生するトルクＦｍの大きさや回転速度は周波数を一定値に固定した状態で位相差を変えたり、さらに位相差あるいは周波数を変化させることによって増加または減少させることが可能である。
【００３４】
【数２】
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【００３５】
【数３】
2005163898.tif 000005
【００３６】
まず、図３（ａ）に示すように、圧縮流体出入口１１が第２の圧力室４に接続されている状態では、圧縮流体取入口９からの圧縮流体が圧縮流体出入口１１を介して第１の流路１１ａに供給されない。したがって、第１の圧力室３に供給されていた圧縮流体は、図中矢印Ｂで示されるとおり圧縮流体出入口１２から第２の流路１２ａ及び第１の流路１１ａ、圧縮流体出入口１１を経由して第２の圧力室４内に流出し、圧縮流体開放口１０から放出されてしまう。これによって、第１の圧力室３内は徐々に減圧され、壁面６ａを押す力Ｆ１が減少する。
一方、圧縮流体取入口９から第３の圧力室５に圧縮流体は供給されるため、壁面６ｄを押す力Ｆ２は一定のままであり、バネ１３の復元力Ｆｓもまた一定のままである。
ここで、超音波モーター１５により発生するトルクＦｍが一定であるとすると、壁面６ａを押す力Ｆ１の減少により式（２）の平衡が崩れて式（２）は式（４）へと変わる。これは、壁面６ａを押す力Ｆ１の減少によって負の方向に働いている壁面６ｄを押す力Ｆ２とバネ１３の復元力Ｆｓの合力が、正の方向に働いている壁面６ａを押す力Ｆ１と超音波モーター１５により発生するトルクＦｍとの合力よりも大きくなるためである。
したがって、回動壁６は図３（ａ）中矢印Ｃで示される反時計回りの方向へと回転して次の図３（ｂ）に示される状態へ移行しようとする。
【００３７】
【数４】
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【００３８】
次に、図３（ｂ）は回動壁６が圧縮流体出入口１１を塞いでいる状態である。この図３（ｂ）の状態に、例えば図３（ａ）の状態から反時計回りに回転して移行したとする。この場合、もし壁面６ａを押す力Ｆ１の減少が大きい場合にはさらに反時計回りに回転するが、その回転によってバネ１３の伸びは小さくなりバネ１３の復元力Ｆｓも小さくなるためそれによって式（４）に示される関係から再び式（２）に示されるようなバランスを保つようになることがある。その場合には回動壁６は静止することになり、Ｆ＝０となる。
しかしながら、もし、バネ１３の復元力Ｆｓの減少分よりも壁面６ａを押す力Ｆ１の減少分が大きくさらに図中矢印Ｄで示されるように反時計回りに回転すると図３（ｃ）に示されるような状態となる。
この図３（ｃ）に示される状態では、第３の圧力室５と第１の圧力室３が第１の流路１１ａ及び第２の流路１２ａを介して連通されるため、図中矢印Ｇで示されるように圧縮流体取入口９から供給される圧縮流体が第１の圧力室３に流入し、その圧力によって壁面６ａを押す力Ｆ１が再び増加する。よって、今度は式（２）の左辺が大きくなるため式（５）が成り立ち、回動壁６は図３（ｃ）中矢印Ｅで示す時計回りの方向に反転する。すなわち、図３（ｂ）に示す状態へと移行する。
このようにして、超音波モーター１５により発生するトルクＦｍを定めた場合に、図３（ａ）では第１の圧力室３を減圧し、図３（ｃ）では第１の圧力室３を加圧しながら、結局図３（ｂ）で示される状態でバランスし、第１の圧力室３の圧力を一定に制御することができる。このように図３（ｂ）でＦ＝０となる状態において得られる壁面６ａを押す力Ｆ１を実現する圧力が、制御圧力出力口１４から供給される制御圧力となる。
【００３９】
【数５】
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【００４０】
本実施例における圧力制御弁１では、その制御圧力は最大で圧縮流体取入口９から供給される圧力となり、最小で大気圧となる。また、式（３）から理解されるとおり、大きな制御圧力を得ようとした場合には超音波モーター１５によって発生するトルクＦｍを小さくして回動壁６を反時計回りに回転させるようにし、小さな制御圧力を得る場合には逆に超音波モーター１５によって発生するトルクＦｍを大きくして回動壁６を時計回りに回転させるようにする。
図３（ｂ）に示される状態で静止している回動壁６に対し、その状態における制御圧力よりも高い制御圧力を必要とした場合には超音波モーター１５によって発生するトルクＦｍを小さくする。そのような場合には、回動壁６は反時計回りに回転して図３（ｃ）に示す状態となり、第１の圧力室３が圧縮流体による加圧を受けて制御圧力が上昇する。上昇が大きすぎると、図３（ｂ）を越えて図３（ａ）の状態となり、圧縮流体開放口１０によって減圧され、最終的には図３（ｂ）で示される状態となって回動壁６が静止し、所望の制御圧力を得ることができる。逆に図３（ｂ）の状態で静止している回動壁６に対し、その状態における制御圧力を必要とした場合には超音波モーター１５によって発生するトルクＦｍを大きくするとよい。
【００４１】
以上のことより、超音波モーター１５により発生するトルクＦｍを調節することによって、壁面６ａを押す力Ｆ１、すなわち制御圧力出力口１４に供給される圧縮流体の圧力を容易に制御することができる。超音波モーター１５により発生するトルクＦｍの強弱の調節については、前述のとおり位相差や周波数等の電力パラメーターを変更させることによって低トルクあるいは高トルクに切り替えて行う。
【００４２】
図４は本発明の実施の形態に係る空気圧駆動システム及び穿刺システムの概念図である。
図４において空気圧駆動システムとは図１及び図３に示す圧力制御弁１と同様の構成、作用及び効果をもつ圧力制御弁１ａ，１ｂと、配管９ａ，９ｂを介してこれに圧縮流体を供給しているコンプレッサ２６と、配管１４ａ，１４ｂを介して圧力制御弁１ａ，１ｂに連結されている空気圧シリンダ２１及び空気圧ピストン２２から構成されるものであり、穿刺システムはこのような構造の空気圧駆動システムの空気圧ピストン２２に非磁性体の穿刺針２３を取り付けたものである。なお、図４中の符号Ｈ，Ｇは、圧力制御弁１ａ，１ｂの制御圧力出力口１４から排出される圧縮流体の移動方向及び圧力制御弁１ａ，１ｂに供給される圧縮流体の移動方向を示しており、配管１４ａ，１４ｂを介して空気圧シリンダ２１内に供給される圧縮流体の圧力によって空気圧ピストン２２が図４中矢印Ｉあるいは矢印Ｊで示される方向へと移動する。そして、穿刺針２３もこれに伴って図４中矢印Ｌあるいは矢印Ｋで示される方向へと移動し、ＭＲＩ装置２８内の寝台２９に横たわっている検体３０の頭部３０ａを穿刺することができる。なお、図４に示す穿刺システムはＭＲＩ装置対応のためのものであるため、穿刺針２３だけでなく穿刺システムを構成する空気圧駆動システム及び圧力制御弁も非磁性体材料からなるものである。すなわち、空気圧シリンダ２１、空気圧ピストン２２、配管９ａ，９ｂ，１４ａ，１４ｂ、圧力制御弁１ａ，１ｂ、そして、これらを構成する圧力制御弁本体２、回動壁６、第３の隔壁７、圧縮流体取入口９、圧縮流体開放口１０、第２の流路１２ａ、第１の流路１１ａ、制御圧力出力口１４、バネ１３及びシャフト８はＭＲＩ装置により発生される磁場の影響を受けない非磁性体で作製されている。
【００４３】
図３を参照しながら図４に示す穿刺システムの穿刺操作について説明する。
図４に示す穿刺システムを用いて検体３０の頭部３０ａを穿刺する場合には、まずコンプレッサ２６から圧力制御弁１ａ，１ｂ内に一定圧力の圧縮流体を導入しながらコンピュータ２５で圧力制御弁１ａに対する印加電力の位相差φ１，周波数ｆ１及び圧力制御弁１ｂに対する印加電力の位相差φ２，周波数ｆ２を制御して圧力制御弁１ａ，１ｂの超音波モーター１５に超音波モーター１５により発生するトルクＦｍを発生させる。
この超音波モーター１５により発生するトルクＦｍが与えられると、圧力制御弁本体２内に第１の隔壁６ｅの壁面６ａを押す力Ｆ１、第２の隔壁６ｆの壁面６ｄを押す力Ｆ２、バネ１３の復元力Ｆｓとのバランスによって、回動壁６が時計回りあるいは反時計回りに回転しながら図３（ｂ）に示される状態で停止する。その結果、式（３）で示されるＦ１が得られ、この力を与える圧力が制御圧力として配管１４ａ，１４ｂに供給される。
ここで、２つの圧力制御弁１ａ，１ｂに対して制御圧力を独立に制御することで配管１４ａと配管１４ｂに圧力差を生じさせて空気圧ピストン２２を駆動させて穿刺針２３を頭部３０ａに穿刺する。
穿刺針２３で頭部３０ａを穿刺する場合には図４に示す配管１４ｂを介して圧縮流体を空気圧シリンダ２１に供給し空気圧ピストン２２を矢印Ｊで示す方向に移動させればよいので、圧力制御弁１ａは静止させたままで圧力制御弁１ｂのみ制御圧力を上昇させる操作をする。すなわち、図３を参照して説明した圧力制御弁１の動作原理により、超音波モーター１５により発生するトルクＦｍを小さくして回動壁６を反時計回りの方向へと回転させる。例えば、圧力制御弁１ｂが図３（ｂ）に示す状態でバランスしていた場合に、回動壁６が反時計回りに回転し図３（ｃ）の状態へ移行することによって圧縮流体が供給され、制御圧力が上昇した後にバランスしながら再び図３（ｂ）の状態に戻る。このような操作によって再び図３（ｂ）の状態に戻った際には、圧力制御弁１ｂから配管１４ｂを介して空気圧シリンダ２１に操作前よりも加圧された圧縮流体が送り込まれるため、矢印Ｊで示す方向へと空気圧ピストン２２を移動させることができる。したがって、空気圧ピストン２２の右方向への移動により穿刺針２３を矢印Ｋの方向へ移動させて検体３０の頭部３０ａを穿刺することができる。
【００４４】
逆に、検体３０の頭部３０ａから穿刺針２３を引き抜く場合には、空気圧ピストン２２を図４中矢印Ｉで示す方向へ移動させ穿刺針２３を矢印Ｌで示される方向へと移動させる。つまり、穿刺針２３で穿刺する場合とは反対に圧力制御弁１ｂを図３（ｂ）の状態に保ったままで圧力制御弁１ａのみを操作して空気圧シリンダ２１内右側に圧縮流体を送り込んで空気圧ピストン２２を矢印Ｉで示す方向へと移動させる。図３を用いて説明すると、穿刺針２３で頭部３０ａを穿刺した状態では圧力制御弁１ａ及び圧力制御弁１ｂは共に図３（ｂ）の状態にあるため、圧力制御弁１ａの超音波モーター１５により発生するトルクＦｍのみ小さくして図３（ｂ）の状態から図３（ｃ）の状態へ移行させ圧力制御弁１ａのみから圧縮流体が配管１４ａを介して空気圧シリンダ２１内に供給されるようにする。すると、空気圧ピストン２２の右壁面が圧縮流体によって押されて空気圧ピストン２２が図４中矢印Ｉで示される方向へと動かされる。よって、空気圧ピストン２２に取設されている穿刺針２３も空気圧ピストン２２の移動方向と同じ方向、図４中では矢印Ｌで示される方向へと動かされ頭部３０ａから穿刺針２３を引き抜くことができる。
以上は、いずれも空気圧シリンダ２１内を加圧することによって穿刺針２３を挿入引抜きすることとしたが、挿入する際に圧力制御弁１ａ側を減圧したり、引抜きする際に圧力制御弁１ｂ側を減圧することによってもよいことは言うまでもない。
【００４５】
以上のことより、コンピュータ２５を用いた遠隔操作で超音波モーター１５の印加電力の位相差及び周波数を制御することによって圧力制御弁１ａ，１ｂの圧力制御弁本体２内の圧縮流体の圧力を容易に調節することができる。加えて、このような効果を有した２つの圧力制御弁１ａ，１ｂを用いることで空気圧の操作によって空気圧ピストン２２に付随する穿刺針２３を容易に操作することができるとともに、ＭＲＩ装置２８の発生磁場の影響を受けにくい空気圧、超音波モーター１５及び非磁性体の穿刺針２３を用いることによってＭＲＩ装置２８を併用しながら穿刺針２３の穿刺操作及び引き抜き操作を行うことができる。符号２４，２７は電源及び検体３０中の穿刺針２３位置を検出するセンサである。なお、本実施例では、コンピュータ２５によって印加電力の位相差や周波数を制御することとしているが、電源２４にそのような制御機能を持たせたり、コンピュータ２５以外にこのような機能を備える装置を付加してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
ＭＲＩ装置使用下でＭＲＩ画像やＭＲＩ装置周辺の装置に不具合を生じることなく穿刺操作を行うことができるとともに、遠隔操作による定位脳手術を行うのに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る圧縮制御弁の概念図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】図１（ｂ）中符号１５で示される超音波モーターの詳細図である。
【図３】（ａ）は回転子が反時計回りに回転しようとするときの概念図であり、（ｂ）は回転子が静止しているときの概念図であり、（ｃ）は回転子が時計回りに回転しようとするときの概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る空気圧駆動システム及び穿刺システムの概念図である。
【図５】従来技術に係るインターベンショナルＭＲＩ用の磁気共鳴イメージング装置の概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１ａ，１ｂ…圧力制御弁  ２…圧力制御弁本体  ３…第１の圧力室  ４…第２の圧力室  ５…第３の圧力室  ６…回動壁  ６ａ〜６ｄ…壁面  ６ｅ…第１の隔壁  ６ｆ…第２の隔壁  ７…第３の隔壁  ８…シャフト  ９…圧縮流体取入口  ９ａ，９ｂ…配管  １０…圧縮流体開放口  １１…圧縮流体出入口  １１ａ…第１の流路  １２…圧縮流体出入口  １２ａ…第２の流路  １３…バネ  １４…制御圧力出力口  １４ａ，１４ｂ…配管  １５…超音波モーター  １６…ケース  １７…スライダ  １８…ベアリング  １９…ステーター  ２０…圧電振動子  ２１…空気圧シリンダ  ２２…空気圧ピストン  ２３…穿刺針  ２４…電源  ２５…コンピュータ  ２６…コンプレッサ  ２７…センサ  ２８…ＭＲＩ装置  ２９…寝台  ３０…検体  ３０ａ…頭部  ３１ａ，３１ｂ…位置情報演算回路  ３２…傾斜磁場アンプ  ３３…受信器  ３４…送信器  ３５…シーケンサ  ３６…ホスト計算機  ３７…入力器  ３８…表示器  ３９…記憶装置  ４０…プローブ（ＲＦコイル）  ４１…穿刺針  ４２ａ，４２ｂ…位置センサ  ４３…ガントリ  ４４…静磁場磁石  ４５…傾斜磁場コイル  Ｆ１…壁面６ａを押す力  Ｆ２…壁面６ｄを押す力  Ｆｍ…超音波モーターにより発生するトルク  Ｆ…回転壁の慣性力  Ｆｓ…バネ１３の復元力  φ…印加電力の位相差  φ１…圧力制御弁１ａに対する印加電力の位相差  φ２…圧力制御弁１ｂに対する印加電力の位相差  ｆ…印加電力の周波数  ｆ１…圧力制御弁１ａに対する印加電力の周波数  ｆ２…圧力制御弁１ｂに対する印加電力の周波数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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