JP6170930B2 - 磁場データモデム - Google Patents

Description

本願はデータ通信、モデム、及び磁場に関し、具体的には磁気共鳴画像化環境におけるデータ通信に関する。

磁気共鳴画像化は、無線周波数波がシールドされた部屋で行われる。無線周波数（ＲＦ）コイルを用いて、被験者中に磁気共鳴を誘起し、微弱な無線周波数磁気共鳴信号を受信する。外部の無線周波数波が画像化にネガティブな影響を与えることがある。一般的に、ＭＲＩスキャナーは外部の無線周波数波に対してシールドされた部屋に設置される。よく使われるシールドは、銅、アルミニウムなどの非鉄シールドでＭＲルームの壁、天井、床を覆うことである。部屋のシールドはファラデーケージ（Faraday cage）と呼ばれることがある。

スキャナー、被験者、または関連装置の外部信号源との通信は、このシールドを通過する。コントロールルームとスキャナールーム間で通信されるデータには、患者パラメータ、患者モニタリングデータ、ＭＲＩ画像化データなどが含まれる。シールドに小さな穴が開いているだけで、大量の漂遊ＲＦ汚染がリークするおそれがある。様々な手法を用いてＲＦシールドされた部屋と通信することができる。これらの手法の多くは、シールドに穴を開けるものである。光ファイバ、導波管、パッシブアンテナなどである。穴を開け、複雑なシールドの努力をして、漂遊ＲＦリークを止める。いくつかのＭＲルームには、細かいメッシュスクリーンを埋め込むことにより十分な導電性を有する窓があり、ファラデーケージの一部として機能する。光通信や赤外線通信はこうした窓を通過できるが、窓用のスペースと機器を特定の場所に配置する必要がある。

ＲＦフィールドを用いる通信は、磁気共鳴スキャナーが使う磁場周波数を回避する。グラディエントコイルは、一般的にはキロヘルツレンジの周波数を用いる。共鳴周波数はメガヘルツレンジである。

本出願は、上記の問題等を解消する、新しい、改良された磁気データモデムを提供するものである。

一態様では、磁場モデムは、電子放射シールドされた送信器セクションと受信器セクションとを含む。電磁放射シールドされた送信器は、データを変調し、無線周波数シールドを通して、磁場を介して、データを送信する。受信器セクションは、無線周波数シールドを通して磁場を検知し、データを復調する。

他の一態様では、ＲＦシールドを通してデータを通信する方法は、ＲＦシールドの第１の側の第１のモデムユニットが、データを受信するステップを含む。第１のモデムユニットは、第１のデータで変調された磁場を発生し、ＲＦシールドを通して、変調された磁場を送信する。ＲＦシールドの第２の側の第２のモデムユニットは、変調された磁場を受信する。第２のモデムユニットは、受信した磁場からデータを復調して、データを再生（recover）し、再生したデータを出力する。

一利点は、通信のための穴、スロット、窓スペースが必要ないことである。

他の一利点は、ＲＦシールドやＲＦシールドされた壁を通してモデムが送信することである。

他の一利点は、装置が再配置される時にモデムを容易に移動でき、新しい装置が追加される時にモデムを容易に配置できることである。

他の一利点はモデムが小型で、セットアップが容易であることである。

他の一利点は、シールドされた部屋の壁の両側の近いところにモデムを自由に配置できることである。

他の一利点は、モデムが、MRIスキャナールームからコントロールルームに、患者パラメータ、患者モニタリングデータ、及びMRIデータを送信できることである。

本発明のさらに別の優位性は、以下の詳細な説明を読んで理解すれば当業者には明らかになるであろう。

本発明は、様々なコンポーネントとその構成、及び様々なステップとその構成の形を取る。図面は好ましい実施形態を例示することのみを目的とし、本発明を限定するものと解してはならない。

モデムが設置されたシールドＭＲルームを示す図である。 モデムの一実施形態を示す図である。 ＲＦシールドされた部屋の壁のどちらかの側にモデムを配置する２通りの構成を示す図である。 一実施形態の、発生された磁場とブロックされた電磁放射を示す図である。 全二重の一実施形態の、発生された磁場とブロックされた電磁放射を示す図である。 モデムを用いる方法を示すフローチャートである。

図１を参照して、ＭＲルーム１０にはＭＲスキャナー１２とそれに付随する患者テーブルまたはサポート１４がある。壁１６、床１８及び天井（図示せず）は、銅のシート２０などの接地された導電面で覆われており、ファラデーシールドを構成している。ドア２２は、患者ガーニーが通過できるほど大きく、シールドされている。ドアラッチ（図示せず）は、ドアをしっかりと閉めて、ドアと壁のシールド間をギャップ無く接触させる。

室内装置２４は、患者モニタリング装置、ＭＲ制御ユニット、ＭＲ信号出力ユニットなどであるが、磁気データモデム２６と接続されている。モデムは、オペレータコンソール２８と接続されている。オペレータコンソール２８は、モデムから受け取ったデータを処理し、表示を生成し、記録を格納したり、及び／またはモデムを通してＭＲルームに信号を送ったりする。磁気データモデム２６は、室内モデムユニット３０と室外モデムユニット３２を含む。磁気データモデム２６は、室内患者モニター装置を含んでいてもよく、送信セクションは患者モニタリングデータを送信してもよい。

図２を参照して、磁気データモデム２６の一実施形態のコンポーネントを示す。単純化のために、図２には一方向モデムを示した。室内ユニット３０は送信セクション３４を含み、室外ユニット３２は受信セクション３６を含む。コンポーネントは、構成に応じて、物理的に異なる構成であっても、共有されていてもよい。もちろん、双方向通信の場合、室内ユニット及び室外ユニットは両方とも送信セクションと受信セクションの両方を有していてもよい。同様に、他方向の一方向通信の場合、室内ユニットは受信セクションのみを有し、室外ユニットは送信セクションのみを有していてもよい。ＲＦシールドされた壁２０の一方の側の送信セクション３４と、ＲＦシールドされた壁２０の反対側の受信セクション３６は、シンプレックス構成である。デュプレックス構成では、送信セクション３４と受信セクション３６の両方が、ＲＦシールドされた壁の各側にあり、同時に動作できる。ハーフデュプレックス構成の場合、送信セクションと受信セクションのいくつかのコンポーネントが共有され、各モデムは、ある時点で、送信セクション３４のみとしての動作と受信セクション３６のみとしての動作の間を交互に切り替える。

送信発信器４０はモデム１０により変調される動作周波数を決定する。ＩＳＭ（Industrial, Scientific and Medical）アロケーションとして規制機関により確保された周波数など、様々な周波数を用いることができる。理想的には、発信器周波数は、室内のスキャナー装置やその他の装置によりすでに用いられているその他の発信器周波数とは異なる。

データモジュレータ５０は、送信発信器４０とコントローラ６０とに接続されている。コントローラ６０は、次に送信するデータアイテムを供給する。データ変調器５０は、振幅変調、周波数変調、位相変調、パルス変調、またはこれらの組み合わせにより、増幅器７０により増幅された搬送波に次のデータアイテムをエンコードする。磁気トランスデューサ８０は、増幅された電気信号を振動磁場信号に変換する。磁気信号は電磁放射と比較して弱い。データは、振幅、周波数、またはパルスにおける変化としてエンコードされている。磁気トランスデューサ８０は磁場アンテナを含む。ループ及びソレノイドはアンテナとして十分なものであるが、他のアンテナ構成でもよい。

磁気シールド９０は、ＲＦシールドされた壁の反対側の磁気トランスデューサ８０を囲んでいる。磁気シールドは、銅やアルミニウムなどの導電性メッシュやシートを含む。磁気シールド９０は、磁気トランスデューサ８０から放射される無線周波数の電磁放射をブロックして、スキャナールーム内のＭＲＩスキャナーその他の装置を保護する。スキャナールームの壁２０またはファラデーケージの壁は、モデムと壁との間の電磁放射をブロックするが、磁場はブロックしない。

コントローラ６０は、変調器５０によりエンコードされる次のデータアイテムを供給するように動作する。コントローラ６０は、シリアル入力データポートなどの入力ポート１００に接続されている。コントローラ６０は、メモリバッファを用いて、データ入力を保持し、データ変調器５０に次のデータアイテムを供給する。想定しているその他の実施形態には、データ変調器５０に次のデータアイテムを供給する前にシリアル化するパラレルデータ入力がある。室内装置２４は、ツイストペアワイヤ、光ファイバ、同軸、その他の既知のデータ通信手法により、入力ポート１００にデータを送ることができる。無線通信を用いてもよい。

受信セクション３６は、磁気トランスデューサ１１０を含む。磁気トランスデューサ１１０は、モデムトランスデューサ８０の磁場周波数がピーク感度になるように調整される。磁気トランスデューサ１１０は、磁気的な波を電気的な信号に変換し、その信号は受信チャンネルフィルタ１２０によりフィルタリングされる。受信チャンネルフィルタ１２０は、その信号から不要なノイズ、例えば送信周波数でない成分を除去する。その信号は増幅器１３０に入力される。増幅器１３０は、フィルタ１２０からの信号を拡大し、拡大された信号は復調器１４０により処理される。復調器１４０は、搬送周波数を除去して、データ変調器５０がオシレータ４０からの搬送周波数に重畳した（placed）データを読み出す。コントローラ１５０は、データユニットをバッファに入れ、データ出力ポート１６０への伝送を容易にする。出力ポート１６０の一実施形態はシリアルポートである。他の実施形態では、復調データをバッファし、そのデータを、並列伝送されるデジタルデータに変換する。このデジタルデータは、送信器セクションのデータ入力ポートで使われる接続タイプや方法を反映したものである。

図３を参照して、モデム２６の一実施形態によるＲＦシールド２０に対する配置を示す。ＲＦシールド２０やファラデーケージの貫通は必要ない。一実施形態では、室内モデムユニット３０及び／または室外ユニット３２は、接着剤２１０を用いて壁に固定されている。他の一実施形態であって、室外モデムユニット３２及び／または室内ユニット３０がスタンド２２０に取り付けられたものを示した。壁のどちら側であっても、緻密な配置は必要ない。磁気トランスデューサは、シールド２０の一方の側で発生された磁場がシールド２０の他方の側で検知されるところに十分近く配置される。距離の制限は、発生される磁場の強さ、及び送信セクション３４の磁気トランスデューサ８０と受信セクション３６の磁気トランスデューサ１１０との間の距離の関数である。磁気トランスデューサ８０、１１０の間のギャップを最小化すると、伝送効率が最大になる。
図４を参照するに、図は発生される磁場２５０と発生される電磁場２６０を示す。ＲＦシールド２０やファラデーケージにより、室内ユニット３０の送信セクション３４の一方の側の電磁波はブロックされる。シールド９０は、ＲＦ電磁放射がスキャナールーム１０に入るのをブロックする。送信セクション３４が室外モデムユニット３２上にある場合、シールド９０により、ＲＦ電磁放射がスキャナールーム外の制御室その他のエリアに配置された装置に影響を与えるのをブロックする。室内モデムユニット３０の送信セクション３４の磁気トランスデューサ８０により発生された磁場２５０は、ＲＦシールド２０の外側に配置された室外モデムユニット３２の受信セクション３６の磁気トランスデューサ１１０により検知される。

図５を参照するに、図は、デュプレックス構成の、発生される磁場２５０と、発生される電磁場２６０とを示す。室内ユニットと室外ユニットは両方とも送信セクション３４と受信セクション３６とを含む。両ユニットは、同時にデータを送受信できる。搬送信号は、双方向通信のいくつかの側面では、異なる必要がある。ループアンテナ８０、１１０をこの例に示した。データ入力ポートとデータ出力ポートは、この例では組み合わせられて、各モデムユニット３０、３２の単一の双方向データポート１７０になっている。

図６を参照するに、モデム２６を用いる方法を示すフローチャートを示す。ステップ３００において、ＲＦシールドの一方の側に室内モデムユニット３０を配置する。ステップ３１０において、ＲＦシールド２０の他方の側に室外モデム３２を配置する。ステップ３００と３１０は逆であってもよい。ステップ３２０として、モデムユニット３０、３２の少なくとも一方の入力ポート１００において、伝送されるデータを受信する。ステップ３３０で、入力データを変調する。ステップ３４０において、送信磁気トランスデューサ８０が変調磁場２５０を発生し、その変調磁場２５０はシールド２０を通して伝送される。ステップ３５０において、受信器セクション３６の磁気トランスデューサ１１０は変調された磁場を受け取る。ステップ３６０として、受信セクション３６の復調器１４０は、受信した磁場送信を復調して、データをバッファに入れる。ステップ３７０として、出力ポート１６０を用いてデータを出力する。モデムが双方向またはデュプレックス通信用に構成されている場合、ステップ３３０ないし３７０は各方向について実行される。

本発明を好ましい実施形態を参照して説明した。前述の詳細な説明を読んで理解すれば、修正と変更に想到することができる。本発明は、添付した請求項とその均等の範囲内に入るこのような修正案及び代替案をすべて含むものと解釈しなければならない。

Claims (15)

1. データを変調し、変調された磁場を介して前記データを送信するように構成された送信器セクションと、
   前記変調された磁場を受信し、前記データを復調するように構成された受信器セクションと、
   前記送信器セクションから前記受信器セクションへの電磁放射をブロックするが、前記送信器セクションから前記受信器セクションへの前記変調された磁場は通す、前記送信器セクションと前記受信器セクションとの間に置かれた無線周波数シールドと
   を有する、磁場を用いたデータ通信システム。
2. 前記送信器セクションは、さらに、
   搬送信号を発生するオシレータと、
   前記データで前記搬送信号を変調する、前記オシレータに接続された変調器と、
   前記変調された搬送信号を増幅する、前記変調器に接続された増幅器と、
   前記変調された搬送信号を変調された磁気信号に変換する、前記増幅器に接続された磁気トランスデューサとを有する、請求項１に記載のデータ通信システム。
3. 前記受信器セクションは、さらに、
   前記無線周波数シールドを通して前記送信され変調された磁場を受け取り、前記受け取った変調された磁場を変調されたデータ信号に変換する磁気トランスデューサと、
   前記データ信号を復調して前記データを再生する復調器と
   を有する、請求項２に記載のデータ通信システム。
4. 前記受信器セクションは、さらに、
   前記復調器から前記変調された入力データを受け取り、送信のため前記入力データをバッファに格納する、前記復調器に接続されたコントローラと、
   前記バッファから前記入力データを送信する出力データポートと
   を有し、
   前記送信器セクションは、さらに、
   前記データを受信する入力データポートと、
   前記変調器と前記入力データポートとに接続され、受信した入力データを前記変調器に利用可能とするコントローラと
   を有する、
   請求項３に記載のデータ通信システム。
5. 前記受信器セクションは、さらに、
   前記変調されたデータ信号から不要なノイズをフィルタする、前記磁気トランスデューサに接続されたチャンネルフィルタと、
   前記チャンネルフィルタに接続された増幅器と
   を有する、請求項２に記載のデータ通信システム。
6. 前記受信器セクションと送信器セクションは、シンプレックス通信のため別々のユニットに構成された、
   請求項１に記載のデータ通信システム。
7. 前記データ通信システムは、
   （１）第１ユニット受信器セクションと前記送信器セクションとを含む第１ユニットと、
   （２）前記受信器セクションと第２ユニット送信器セクションとを含む第２ユニットとを含み、
   前記無線周波数シールドは、さらに、前記第２ユニット送信器セクションから前記第１ユニット受信器セクションへの電磁放射をブロックし、前記第２ユニット送信器セクションから前記第１ユニット受信器セクションへの変調された磁場は通すように構成されている、
   請求項１に記載のデータ通信システム。
8. （Ｉ）前記第１ユニットの前記送信器セクションと前記第１ユニット受信器セクション、及び
   （ＩＩ）前記第２ユニットの前記受信器セクションと前記第２ユニット送信器セクションとのうち少なくとも一方は、コンポーネントを共有する、請求項７に記載のデータ通信システム。
9. さらに、前記送信器セクションに接続された患者モニター装置を含み、前記送信器セクションは前記患者モニター装置からの患者モニタリングデータを送信する、
   請求項１に記載のデータ通信システム。
10. 前記送信器セクションと前記受信器セクションとのうち少なくとも一方はスタンドまたは前記シールドに取り付けられている、
    請求項１に記載のデータ通信システム。
11. 前記無線周波数シールドは銅シートまたは非鉄導電性メッシュを含む、請求項１に記載のデータ通信システム。
12. 無線周波数シールドでシールドされた部屋と、
    前記部屋の中に配置された磁気共鳴スキャナーと、
    データを変調し、変調された磁場を介して前記データを送信するように構成された、前記部屋の中に配置された電磁放射シールドされた送信器セクションと、
    前記変調された磁場を受信し、前記データを復調する、前記部屋の外に配置された受信器セクションと、を含み、
    前記無線周波数シールドは、前記電磁放射シールドされた送信器セクションと前記受信器セクションとの間に置かれ、前記送信器セクションから前記受信器セクションへの電磁放射をブロックし、前記送信器セクションから前記受信器セクションへの前記変調された磁場を通す、
    磁気共鳴スイート。
13. 無線周波数（ＲＦ）シールドを通してデータを通信する方法であって、
    前記ＲＦシールドの第１の側の第１のモデムユニットが、
    第１のデータを受信するステップと、
    前記第１のデータで変調された磁場を発生するステップと、
    前記ＲＦシールドを通して前記変調された磁場を送信するステップと、
    を有し、
    前記ＲＦシールドの第２の側の第２のモデムユニットが、
    前記変調された磁場を受信するステップと、
    前記受信した磁場から前記第１のデータを復調して、前記第１のデータを再生するステップと、
    前記再生した第１のデータを出力するステップと
    を有し、
    前記ＲＦシールドが、前記第１のモデムユニットから前記第２のモデムユニットへの電磁放射をブロックするが、前記第１のモデムユニットから前記第２のモデムユニットへ送信される前記変調された磁場を通すステップとを有する
    方法。
14. さらに、少なくとも前記第１のモデムユニットから放射された無線周波数電磁放射をシールドするステップを含む、
    請求項１３に記載の、ＲＦシールドを通してデータを通信する方法。
15. さらに、前記第２のモデムユニットが、
    第２のデータを受信するステップと、
    前記第２のデータで変調された磁場を発生するステップと、
    前記ＲＦシールドを通して前記変調された磁場を送信するステップとを有し、
    前記第１のモデムユニットが、
    前記変調された磁場を受信するステップと、
    前記受信した磁場から前記第２のデータを復調して、前記第２のデータを再生するステップと、
    前記再生した第２のデータを出力するステップとを有する、
    請求項１３に記載の、ＲＦシールドを通してデータを通信する方法。

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