(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲＩ環境において使用するための静脈内投与溶液を送達する装置であって、
直線状に液体流路に接続され、複数のポンプエレメントの機械運動に応答して静脈内投与溶液源から前記液体流路を通して液体を移送する、非磁性材料で構成された直線状のぜん動ポンプと、
導電性構造内に配置され、印加された多相電気信号に応答して前記ぜん動ポンプに機械運動を生じさせ前記静脈内投与溶液源からの静脈内投与溶液の容積流量を提供するために、前記ポンプと結合された非磁性材料で構成された超音波アクチュエータと、
前記ぜん動ポンプのポンプ速度を検出して該ポンプ速度を示す出力信号を生成するセンサと、
ＭＲＩ環境において使用するため前記導電性構造内に設けられ、動作プログラムを蓄積するメモリおよび中央処理ユニットを備え、非磁性材料で構成されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記センサと通信して前記出力信号を受け取り、前記超音波アクチュエータと通信して該超音波アクチュエータを選択的に作動させ、これにより前記液体ポンプを通る静脈内投与溶液を制御可能な容積速度で移送するよう構成されており、
該コントローラの周囲に配置された導電性構造には、該導電性構造を通過する導電体の入口を通って妨害無線周波数信号が放射するのを阻止するために、該入口を通過する導電体の周囲に無線周波数干渉フィルタが配置されている、
静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項２】
前記静脈内投与溶液源からの液体流を示す第２の出力信号を生成するよう設けられた第２のセンサを備える、請求項１に記載の静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項３】
前記第２のセンサは、前記液体流路のドリップ・チャンバに設けられたドリップ検出器を含む請求項２に記載の静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項４】
前記ポンプ、超音波アクチュエータ、およびコントローラは一つのRF遮蔽ハウジングに収容されている、請求項１に記載の静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項５】
前記RF遮蔽ハウジングの上部にディスプレイを設けた、請求項４に記載の静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項６】
前記静脈内投与溶液を送達する装置の動作状態を示す出力信号を発するよう構成された少なくとも一つの報知器備える、請求項１に記載の静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項７】
前記静脈内投与溶液を送達する装置の注入パラメータを設定するための入力キーパッドを備える、請求項１に記載の静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項８】
ＭＲＩ環境において使用するための静脈内投与溶液を送達する装置であって、
導電性構造内に設けられ、液体流路を受け入れ、該液体流路を通る液体にポンプ作用を提供する非磁性の直線状のぜん動ポンプと、
前記導電性構造内に配置され、印加された多相電気信号に応答して超音波周波数で前記ぜん動ポンプを動作させ静脈内投与溶液源からの静脈内投与溶液の容積流量を提供する非磁性材料で構成された超音波アクチュエータと、
前記ぜん動ポンプのポンプ速度を検出して該ポンプ速度を示す出力信号を生成する第１のセンサと、
前記静脈内投与溶液源からの液体の流れを検出して該液体の流れを示す出力信号を生成する第２のセンサと、
ＭＲＩ環境において使用するため前記導電性構造内に設けられ、動作プログラムを蓄積するメモリおよび中央処理ユニットを備えるコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記第１および第２のセンサからの出力に応じて前記ポンプを動作させるため超音波周波数で多相信号を前記超音波アクチュエータに加えて、前記静脈内投与溶液源から液体を前記液体流路に流すよう構成されており、該多相信号は、ＭＲＩスキャナの磁場固有のラーマー周波数を回避し、且つ有害な影響を生じさせることなくＭＲＩと共存し得る高いスペクトル純度に選択されており、
前記導電性構造は、前記コントローラから目的外の無線周波数の信号が電子ノイズとして放射されるのを遮蔽するように構成されている、
ＭＲＩ環境において使用するための静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項９】
前記導電性構造は、前記ポンプ、前記超音波アクチュエータおよび前記コントローラからの無線周波数の放射を遮蔽する、請求項８に記載の静脈内投与溶液を送達する装置。
【請求項１０】
ＭＲＩ環境において使用するための静脈内投与溶液を送達する装置であって、
液体流路を受け入れ、静脈内投与溶液源から静脈内投与溶液を該液体流路を通して送るよう配置されたポンプと、
印加された多相電気信号に応答して前記ポンプに機械運動を生じさせ前記静脈内投与溶液源からの静脈内投与溶液の容積流量を生じさせる、非磁性材料で構成された超音波アクチュエータと、
動作プログラムを記憶するメモリおよび中央処理ユニットを備えるコントローラと、を備え、
前記コントローラは、ＭＲＩ環境において使用するため非磁性材料で作られた導電性の遮蔽構造内に設けられ、前記超音波アクチュエータと通信して選択的に該超音波アクチュエータを作動させて前記ポンプを駆動し、これにより前記静脈内投与溶液源から静脈内投与溶液を前記液体流路を通して制御可能な容積速度で移送するよう構成されており、該多相信号は、ＭＲＩスキャナの磁場固有のラーマー周波数を回避し、且つ有害な影響を生じさせることなくＭＲＩと共存し得る高いスペクトル純度に選択されており、
前記導電性構造は、前記コントローラから目的外の無線周波数の信号が電子ノイズとして放射されるのを遮蔽するように構成されており、
前記コントローラの周囲に配置された導電性構造には、該導電性構造を通過する導電体の入口を通って妨害無線周波数信号が放射するのを阻止するために、該入口を通過する導電体の周囲に無線周波数干渉フィルタが配置されている、
静脈内投与溶液を送達する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体注入装置の分野に関する。より具体的には、外部の無線周波数（ＲＦ）信号および磁気共鳴映像（ＭＲＩ）の環境内の磁性材料が撮像プロセスに有害な影響を生じさせ、注入装置の機能を不調にし、患者に危険を呈するＭＲＩシステム内における検査中の処置（operation:手当て、手術）で使用するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者への液体の静脈内投与（ＩＶ）は慎重に制御されることが望ましい。通常入手可能なＩＶ投与セットを介した従来型の重力式のＩＶ溶液送達は、通常、多くのタイプの流体および薬剤の送達に十分正確ではない。様々な容量式ポンピング装置が、このようなＩＶ投与を慎重に制御するために開発されてきた。いくつかのタイプのＩＶポンプは、従来型のＩＶ注入セットのチューブ上で直接、ぜん動（直線状か回転式のいずれか）ポンピング手法を介して標準的なＩＶ投与セット内の流れを制御し、他のタイプは、独自の容積カセットを組み込むことができ、さらに、注射器のような装置を使用しているものもある。しかし、薬剤流体の制御された送達の必要性が多く存在するＭＲＩ室内において完全に安全動作可能なＩＶコントローラは、現在存在していない。しばしば、ＭＲＩ検査を予定された患者は、装置によってＩＶ溶液を投与され、制御されながらＭＲＩ室に到着するが、高い磁場が存在し外部の無線周波妨害（RFI:RF interference）に耐えることができない室内に患者が入るときに、この装置は取り外されなければならない。
【０００３】
注入ポンプの基本的な特徴は、生体の静脈系内への上時間にわたる医療的なまたは栄養的な液体の送達を含む。送達速度および圧力に関するある程度の物理的な制限は、ＩＶ液体注入制御で基本的なことである。ＩＶ流体は、通常、０．２から１０ＰＳＩの範囲の圧力でポンピングされる。注入装置は、過圧力の検知および約２０ＰＳＩ以下の動作上の限界を備えるべきである。ＩＶポンプの典型的な流速範囲は、０．１から２０００ｍｌ／時である。従来型のＩＶ注入装置のこのような仕様は、画像強調造影剤の極めて高速な静脈内ボーラス注入の目的でＭＲＩを含む放射線室でしばしば使用される注入装置の仕様と極めて異なる。このような装置は、ＩＶ薬剤送達とは逆に３００ＰＳＩもの圧力で、かつ極めて短い時間で、造影剤を「押し込む」。造影剤は、単に画像の強調のためであり、患者体内で医薬的な価値は有さない。
【０００４】
ＭＲＩシステムの周囲の強い磁場は、様々な装置（従来型のＩＶ制御装置を含む）、特に磁性材料で製造されている装置の動作に負の影響を与えることがあり、患者または付添い人が位置しているＭＲＩシステムの磁場内に高速で引き付けられることがある磁性材料を装置が使用している結果として、患者の安全性を深刻な危険にさらすことがある。
【０００５】
患者体内に液体を注入するための従来型の装置は通常、注入装置と注入される付随する液体の両方を保持しているＩＶポールに取り付けられた小さい携帯型ユニットである。このような装置のいくつかは、ポンピング・ユニットを駆動するために必要な機械的動力を提供するために、磁性材料を含むステップ型モータか単純なＤＣモータのいずれかを使用している。また、電子制御ユニットのいくつかの形態は、使用者の規定された注入速度設定を受信し、長時間にわたって所要の量の液体を送達するようにポンピング・ユニットを制御する。このような制御ユニットは、不十分な電気的設計または不十分な遮蔽の結果、スプリアス（目的とする電波とは異なる周波数）の無線周波数信号を放射することがある。
【０００６】
体内構造の撮像のためのＭＲＩ処置の出現で、ＭＲＩ環境内での使用を意図された医療用装置の設計では極めて特別な要求が満足されなければならない。ＭＲＩシステムは、関連する磁場内の原子核のＲＦ刺激が、刺激された原子核からの小さなＲＦ「スピン・エコー」放射の結果を生じさせるという原子核磁気共鳴（ＮＭＲ）の物理現象を利用している。患者の撮像の場合、水に結合した水素原子核が、選択された周波数での磁気共鳴の通常の対象である。他の分子または化合物もまた、共鳴特定磁場強度およびそれに付随する無線周波数を選択することによって、原子磁気分光法等の検査のために選択されることができる。簡単のために、通常の水素原子ベースのＭＲ画像取得プロセスがここで引用されているが、本発明は、複数の磁場強度および周波数でのＭＲＩ分光検査にも等しく有用であることを理解されたい。
【０００７】
通常のＭＲＩシステムは、図１に示すように、いくつかの構成要素を備える。たとえば、オペレータ・コンソール２５、２７および様々な処理装置３７、ディスプレイ２９、３１および無線周波数および磁気傾斜増幅装置３３、３５はすべて、画像を劣化させる無線周波数の相互干渉、および磁場に歪みをもたらし、安全上の問題をもたらすことがある金属構造の磁場影響を除去するように構成されなければならないＭＲＩ走査室の環境の外側に配置されている。ＭＲＩ走査ユニットは、大きな磁場およびＲＦ場を作成するが、極めて小さなＲＦ原子「エコー」を受信することが可能でなければならないので、遮蔽された部屋１１の中に通常配置される。このような部屋は、外部のＲＦノイズを大いに減衰させ、スキャナの磁場の封じ込めをいくらか提供する。
【０００８】
しかし、ある装置は、撮像中の患者の治療を補助するために、または付き添いスタッフの使用のために走査室内に配置される必要がある。特に重要なのは、患者が存在し、磁場が「稼動中（ｕｐ）」であり、微小な原子核「エコー」のＲＦ受信が明瞭に取得されなければならない画像取得の間に、走査室内に配置されなければならない装置である。酸素ボトルまたは「緊急用カート」等の電気受容性の金属物品は、スキャナの磁場によって強く引き付けられることが起こりうるため患者に対する安全上の問題を有する。このような物品は、患者が位置している撮像空間内に「引き込まれる」ことがあり、深刻な負傷あるいは死亡に至る可能性を生じさせる。また、撮像空間内の磁束線が極めて一様であることを確実にし、取得される画像が最小の空間的歪みを有することを確実にするために、スキャナ／磁石の製造および設置の間に多大な努力がなされる。このように、スキャナの磁場内に配置されている磁性材料で形成された装置は、この一様な磁場および結果としての画像に歪みをもたらす。磁性材料による危険性のレベルおよび磁場／画像の歪みの程度は、組成および撮像空間に対する位置に依存する。
【０００９】
「飛ぶ」物体による危険性は、アルミニウム製の酸素ボトル等の非鉄製の装置の使用によってある程度抑制することができる。また、いくつかの装置の重量、またはその走査室内での堅固な固定は、撮像空間に対するこのような装置の鉄塊に対する磁気引力を克服するのに十分であるかもしれない。しかし、ある鉄塊をともなうこのような装置は、磁場内に引き込まれるのを阻止されるが、それにもかかわらず、磁場に不均一性を導入する。撮像空間内の磁場の一様性の歪みは、結果として得られる画像またはデータを読むオペレータに対する影響が最小であるようなレベルに保持されなければならない。また、磁場の歪みの可能性は、金属製材料を有する装置が、撮像空間のより近傍に配置されると、比例して増大する。最も危険な位置は、特に患者が配置されている撮像空間の中央の近くである。また、対象の撮像原子によって作成される極めて低いレベルのＲＦ信号のため、活動中の電子回路を有する装置が、電子ノイズの形態としてのスプリアスのＲＦ信号を放出しないことを確実にするように大いに注意しなければならない。このようなノイズは、ＭＲＩセンサ・コイルおよび受信機によって受信される信号の信号対ノイズ比を劣化させるため、画像解像度が低下し、完全に判読不能にされることがある。活動中の回路は、それらのＲＦ放出が、撮像プロセスの指定周波数で極めて低いことを確実にするために注意深く遮蔽されなければならない。逆に、信号伝送、治療等のためのＲＦエネルギー源を、ＭＲＩ環境内に配置することが慎重な設計を通して可能であるが、このような信号は、所定のＭＲＩスキャナの特定の磁場強度に固有の不連続なラーマー周波数を回避するように選択されなければならない。また、いかなる有害な影響も生じさせることなくＭＲＩと共存するように高いスペクトル純度であるようにされなければならない。ＭＲＩスキャナによって作成される強い磁場は、ＭＲＩ走査室内に必要な装置内の共通のＤＣおよびステップ・モータの性能に、それらの制御を困難にする、またはそれらに完全な故障を生じさせる程度にまで、有害な影響を生じさせることがある。
【００１０】
たとえば、画像を強調する造影剤の注入は、通常、実際の画像取得中にこのような造影剤を注入することを必要とし、このよう装置は、磁性材料を含むモータを備えるので、正確な動作および安全のために、ＭＲＩスキャナの磁石との相互干渉の影響を低減させるのに十分な距離をおいて配置されなければならない。スプリアスのＲＦ信号を発生させるコントローラおよび電子部品のコンソールおよびディスプレイは、ＲＦスキャナの感度の高いＲＦ受信機との干渉を回避するためにＭＲＩ走査室の外側に配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、画像取得中、ＭＲＩ環境内の患者に機械的に送達される様々な注入溶液および薬剤のかなり長時間の制御および送達のために、自立型のＭＲＩ対応注入ポンプを提供することが望ましい。このような装置は、ＭＲＩ走査室内からの画像取得動作に悪影響を与え得るいかなる顕著なＲＦ放射も放射してはならず、磁場の歪みを生じさせるように、またはこのような装置の信頼性高い動作を脅かすのに十分にこれらの磁場によって影響されるように、その中の磁場と干渉してはならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の図示した実施形態によると、ＭＲＩ走査室内での使用のための安全で効果的な注入装置は、磁性材料の減少、および正確なポンピング制御ならびにＲＦ放射の減少を達成する。一実施形態では、注入装置は、磁性材料をなくし、有害な磁場を生成せず、外部の磁場によって影響されない超音波モータを備える。超音波モータが、ぜん動式またはその他の適切な液体ポンピング機構を駆動し、ＭＲＩ受信機が最も感度が高い、約６ＭＨｚから１３０ＭＨｚのスペクトル範囲で極めて小さいＲＦ同調ノイズを生成するように特別に設計された多相電気信号によって駆動される。
【００１３】
制御電子機器は、送達される所定の流体量を設定するために入力キー・パッドを通して命令を受信し、このような入力が、モータおよびポンピング機構を制御するための信号に変換される。様々な安全装置が、モータ速度およびポンプ要素の運動、流体経路内の気泡、滴下速度、高圧、低流体、低速／無速、時間超過等の検知を含む動作情報を制御電子回路へフィード・バックする。本注入装置は、携帯用のバッテリ電源を備え、画像を劣化させるＲＦ干渉を導入することまたは一様な磁場の歪みを作成することなく、ＭＲＩシステムによって作成される強い磁場または高レベルのＲＦエネルギーによって影響を受けることなく、ＭＲＩ走査室内のいずれかの都合のよい場所に配置するために１つのＲＦ遮蔽ハウジング内に収容されている。装置のこのような制限されない配置は、従事するＭＲＩスタッフおよび撮像する患者の安全性および簡便性に対して大いに重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ＭＲＩシステムの図１での平面図をここで参照すると、走査室９が、遮蔽境界壁１１内に配置され、オペレータまたは係員のための制御室１３が、走査室９の境界の外側に配置されている。走査室９は、隣接する空間および患者１７の周囲の全体を通してほぼ一様な配列で供給源から放射する強い磁場１６の供給源１５を備える画像取得装置を備える。傾斜磁場コイル１９およびセンサ２１およびＲＦコイル２３を含む、画像取得動作を行うためのシステムの様々な構成要素は、患者の身体が、複数の直交軸に沿って従来の方式で走査されるとき、原子核「エコー」を刺激して、空間的に一様な磁場１６内でのその位置をマッピングするために、患者１７の周囲に配置されている。遮蔽境界壁１１（および天井および床）は、無線周波数の相互干渉に対する遮蔽を提供し、また、鉄の材料で製造されているため、磁気１５の周囲の磁場分散の外側の境界を規定することもできる。
【００１５】
制御室１３は、遮蔽境界壁１１の外側に配置され、コンピュータ入力キーボード２５と、コンピュータ・ディスプレイ２７と、患者のバイタルサイン・モニタ２９と、液体注入装置用の制御部３１等を備える。このような代表的な装置は、走査室９内での画像取得動作へのスプリアスの磁気および静電およびＲＦ信号の侵入を阻止するために遮蔽境界壁１１の外側に収容されている。同様に、Ｘ、ＹおよびＺ座標軸に沿った従来型の傾斜コイル１９〜２１からの信号を増幅するための傾斜増幅器３３および画像処理コンピュータ３７もまた、同じ理由で、遮蔽境界壁１１の外側に配置されている。走査室９内の構成要素と室９の外側に配置された電子機器２５、２７、２９、３１、３３、３５、３７の間の壁を通した相互接続部３９も通常、信号源と、それによっておよびそれを通してＲＦＩ信号が走査室９に入ることができる入口を減らすためのＲＦ遮蔽部を含む。
【００１６】
液体注入装置４１は通常、たとえば、画像取得を強化する（たとえば、造影剤）、またはそうでない場合に走査される患者１７に、診断または治療を行うための液体合成物の患者１７体内へのＩＶ注入のために走査室９内に存在する。このような従来型の注入装置４１は、望ましくは、ＩＶ液体注入を容易にするために患者１７の近くに配置されるべきであるが、均一な磁場１６を乱すことを回避するために、患者１７に隣接する強い磁場での走査に起因する注入装置４１のＲＦＩおよび動作不具合を最小化するために遠くに配置されなければならない。このような注入装置４１の制御は、制御室１３内に配置された遠隔制御部３１を介してもよい。
【００１７】
図２に示す本発明の一実施形態によると、改良型の液体注入装置４３は、単位時間当たりに制御された容積で、生理食塩水や造影剤、または鎮静剤等の液体４５の容積流量(positive displacement)を提供するために、強い磁場内において無視できるＲＦＩで動作可能である。装置は、鉄または磁性の材料を備えず、動作中いかなるＲＦＩの照射からも実質上遮蔽されている。特に、装置４３は、本明細書で後に説明するように下側チャンバ４７内にポンプを備える。ポンプ・チャンバ４７は、注入セットの部品としてこれも従来型のドリップ・チャンバ５１を備える従来型のＩＶ液体注入セットの構成要素として事前に封入され滅菌された可撓性の弾力性のチューブ４９をその中で受けている。チャンバ４７内のポンプの制御部は、注入パラメータを設定するためのオペレータの入力キーボード４８と、供給部４５からの流れを検知するためのドリップ・チャンバ５１の周囲に配置することができるドリップ検知器５３を備える。ディスプレイ５３が、導電被覆されたプラスチックまたはアルミニウム等の非磁性ＲＦ遮蔽材料で形成され得るハウジング５５の上側部分に配置されている。ハウジング５５が、１つまたは複数の締結部５７で、繊維ガラスまたはアルミニウム等の非磁性材料で形成された剛性の支持部５９に取り付けられている。許容できる限界内か、誤差または不具合状態での動作状態を信号送達するために、様々な視覚的および聴覚的な報知器６１が設けられてもよい。
【００１８】
図３のブロック概略図をここで参照すると、ドリップ・チャンバ５１と患者の間全体を通過するチューブ４９の長さで動作させるためのハウジング５５のポンプ・チャンバ４７内に配置されたぜん動タイプの容量移送式ポンプ６０が示されている。ぜん動ポンプ６０（リニアまたは回転式）が、適切な機械連接部６５を介して超音波モータ６４によって駆動され、公知のぜん動ポンピング方式でチューブ４９に接した圧搾ローラを作動し、または線形のチューブ圧搾シーケンスを通して一連の要素６７を作動して公知の方式でぜん動ポンピング動作を作成する。
【００１９】
従来型の超音波駆動モータ６４が、モータ駆動回路６９からそれに付与される多相信号による公知の方式で電力供給されている。装置のためのコントローラ７１は、ランダム・アクセス・メモリ７５、リード・オンリー・メモリ７７、デジタル・アナログ変換器７９および入力／出力チャネル８１を備える、付随する周辺構成要素を備える中央処理ユニット７３を備える。このコントローラ７１は、オペレータのキー・パッド４８から入力制御情報を受信し、センサ８３からポンプ速度について、およびドリップ・チャンバ５１の周囲に配置されたドリップ検知器８５から液体流についてのフィード・バック情報を受信する。それに供給された入力に応答して、コントローラ７１が、格納されたプログラムを実行して動作パラメータ（またはその他のデータ）のディスプレイ５３を動作させ、制御された速度で回転するように超音波モータ６４を動作させるためにモータ・ドライブ・ユニット６９を作動させる。電源６３が、電力を供給するためにコントローラ７１および駆動回路６９と接続され、単独動作中にそれから出力を受けるため、または必要に応じてプラグ６３を介してライン電圧を受けるためにバッテリ８７と接続されている。
【００２０】
本発明のこの実施形態によると、超音波モータ６４、ポンプ６０、電源６３、コントローラ７１および付随する構成要素を備える注入装置４３の構成要素のいずれにも、磁性材料は使用されてない。さらに、このような構成要素はどれも、強い磁場の傍での動作中、悪影響を受けない。また、超音波モータ６４、駆動ユニット６９、コントローラ７１、電源６３または付随する構成要素内の電気信号によって発生されるいかなるＲＦエネルギーも、ＲＦＩの放射を阻止するためにこのような構成要素の周囲に配置された導電性構造９１、９３によって特に遮蔽される。さらに、無線周波数干渉フィルタ９５が、このような入口を通るＲＦＩの放射を阻止するためにすべてのシールド通過導電体の周囲に配置されている。
【００２１】
したがって、本発明の液体注入装置は、ＭＲＩ環境での患者への液体のＩＶ投与のために強い磁場内での動作用の磁性材料なしで構成されている。注入装置は、ＭＲＩスキャナ周囲の一様な磁場を顕著に損なうことなく、また極端に低いレベルのＲＦ「エコー」が画像取得中検知される患者の周囲の近傍で有害なＲＦＩを放射することなく、画像取得中患者の近くに配置されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】操作構成要素の典型的な配置を示す従来型のＭＲＩシステムの絵画的な平面図。
【図２】本発明の一実施形態による注入装置の部分透視図。
【図３】図２の注入装置のブロック概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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