JP5902332B1 - 呼吸同期システム - Google Patents

Abstract

【課題】呼吸同期システムの使用者が被検体の呼吸動作の異常状態を検出した場合に、ゲート信号の供給停止を単純な操作で迅速且つ誤りなく確実に行う。【解決手段】呼吸同期システム１０において、ゲート遮断スイッチ５０は、ＬＥＤ６６及び常開型のスイッチ部６８の直列回路７６を有する。直列回路７６には電源線５８及び接地線６０が接続され、ＬＥＤ６６とスイッチ部６８との接続点７０にはゲート遮断信号線６２が接続されている。スイッチ部６８が押されると、ゲート遮断信号がゲート遮断信号線６２を介してセンサポート１２に出力され、外部機器２０に対するゲート信号の供給が停止される。【選択図】図１０

Description

本発明は、被検体の呼吸動作に同期して、当該被検体に対する放射線治療又は画像撮影を外部機器に行わせる呼吸同期システムに関する。

従来より、被検体の呼吸動作を呼吸センサで検知し、呼吸センサが検知した呼吸動作に応じた呼吸信号に基づきゲート信号を作成し、当該ゲート信号を外部機器に供給することで、呼吸動作に同期した被検体に対する放射線治療又は画像撮影を外部機器に行わせる呼吸同期システムが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１及び２の技術を適用した呼吸同期システムでは、センサポートに呼吸センサ及び外部機器が接続され、当該センサポートは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）に接続されている。呼吸センサから出力された呼吸信号は、センサポートからＰＣに送信される。ＰＣは、呼吸信号に基づいて、外部機器を制御するためのゲート信号を作成する。作成されたゲート信号は、ＰＣからセンサポートを介して外部機器に送信される。従って、放射線治療装置又は画像診断装置等の外部機器は、受信したゲート信号に従って被検体に放射線を照射し、又は、画像撮影を実行することにより、呼吸動作に同期した被検体に対する放射線治療又は画像撮影が可能となる。

特開２００４−８３７０号公報 特開２００４−１０５３５９号公報

被検体に対する放射線治療又は画像撮影の実行中、呼吸同期システムの使用者が被検体の外観的状態や呼吸信号の時間的変化から、被検体の呼吸動作が異常状態にあることを検出した場合、使用者は、例えば、ＰＣのキーボードやマウス等の入力操作部を操作して、外部機器に対するゲート信号の供給停止をＰＣに指示することにより、ゲート信号の供給を停止させ、外部機器による放射線治療又は画像撮影を停止させる。

一方、被検体の呼吸動作が異常状態から通常状態に復旧した場合、復旧を認識した使用者は、入力操作部を操作して、ゲート信号の供給再開をＰＣに指示する。これにより、被検体に対する放射線治療又は画像撮影を再開させることができる。

しかしながら、ゲート信号の供給停止をＰＣの入力操作部から行う場合、例えば、マウスでカーソルを特定の位置に移動した上でクリックする等の一連の操作を要するため、ゲート信号の供給停止を迅速且つ誤りなく確実に行うことは難しかった。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、呼吸同期システムの使用者が被検体の呼吸動作の異常状態を検出した場合に、ゲート信号の供給停止を単純な操作で迅速且つ誤りなく確実に行うことができる呼吸同期システムを提供することを目的とする。

本発明は、被検体の呼吸動作を検知する呼吸センサ、及び、前記被検体に対して放射線治療又は画像撮影を行う外部機器に接続されるセンサポートと、前記センサポートに接続されるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）とを備える呼吸同期システムに関する。

前記呼吸同期システムは、前記呼吸センサが検知した前記呼吸動作に応じた呼吸信号に基づいてゲート信号を作成し、前記外部機器に前記ゲート信号を供給することにより、前記呼吸動作に同期した前記放射線治療又は前記画像撮影を行わせる。

そして、当該呼吸同期システムは、上記の目的を達成するため、下記のように構成されている。

すなわち、前記呼吸同期システムは、前記ゲート信号の供給を遮断するゲート遮断スイッチをさらに有する。前記ゲート遮断スイッチは、発光素子と、該発光素子に対して直列に接続された常開型のスイッチ部とを有する。前記発光素子及び前記スイッチ部の直列回路の両端には、２本の電源供給線が接続され、前記発光素子と前記スイッチ部との接続点には、信号線が接続されている。

ここで、前記２本の電源供給線を介して前記直列回路に電源が供給されている場合に、前記スイッチ部が押されて導通状態となっている間、前記ゲート遮断スイッチは、前記発光素子を点灯させると共に、前記接続点の電位に応じたゲート遮断信号を前記信号線を介して前記センサポートに出力する。これにより、前記センサポートは、前記ゲート遮断信号の入力に基づき、前記外部機器に対する前記ゲート信号の供給を停止する。

このように、本発明では、前記被検体に対する前記放射線治療又は前記画像撮影の実行中に、前記被検体の呼吸動作が異常状態であることを使用者が検出した場合、使用者は、前記スイッチ部を押すことにより、前記ゲート遮断スイッチから前記センサポートに前記ゲート遮断信号を出力させる。当該センサポートは、前記ゲート遮断信号に基づき前記外部機器への前記ゲート信号の供給を停止するので、前記放射線治療又は前記画像撮影は停止に至る。

従って、本発明によれば、前記被検体の呼吸動作が異常状態にある場合、前記使用者が前記スイッチ部を押すだけで、前記ゲート信号の供給が停止され、これにより、前記放射線治療又は前記画像撮影が停止される。この結果、前記ＰＣの入力操作部から、例えば、マウスでカーソルを特定の位置に移動した上でクリックする等の一連の操作を行う方法と比べて、本発明では、前記ゲート信号の供給停止を単純な操作で迅速且つ誤りなく確実に行うことができる。

また、本発明では、前記呼吸同期システムを上記のように構成することで、以下のような効果も得られる。

すなわち、前記ゲート遮断スイッチ内で前記発光素子及び前記スイッチ部が直列接続され、前記直列回路に対して前記２本の電源供給線と前記信号線とが接続される。そのため、前記使用者が前記呼吸同期システムを動作させる前に、前記スイッチ部を押して前記発光素子の点灯の有無を確認することにより、前記ゲート遮断スイッチが正常に機能することを事前に確認することが可能となる。この結果、前記放射線治療又は前記画像撮影中に前記使用者が前記スイッチ部を押しても、前記ゲート遮断スイッチが故障していたため機能しない（前記ゲート遮断スイッチを操作しても故障のため前記ゲート信号を遮断できない）という問題を回避することができる。

また、本発明において、前記センサポートは、前記ゲート遮断信号の入力に起因して前記外部機器に対する前記ゲート信号の供給を停止した後、前記スイッチ部が開放状態に戻ることに起因して前記ゲート遮断信号の入力が停止し、前記ゲート信号の供給を再開する際の前記ゲート遮断スイッチの動作モードを設定するモード設定部をさらに有してもよい。

この場合、本発明では、前記ゲート信号は、前記被検体の呼吸動作に同期して繰り返し作成されるパルス信号である。そのため、前記モード設定部は、前記ゲート遮断信号の入力が停止すると前記ゲート信号の供給を直ちに再開する第１モード、又は、前記ゲート遮断信号の入力が停止すると次のパルス信号の立ち上がりから前記ゲート信号の供給を再開する第２モードのいずれかに設定すればよい。

これにより、前記被検体の呼吸動作に同期し、且つ、前記外部機器の種類に応じた的確なタイミングで、前記外部機器に対する前記ゲート信号の供給を再開することができる。

すなわち、前記外部機器が放射線治療装置である場合には、前記ゲート信号の供給期間中に放射線が照射されるので、前記放射線治療に対する前記被検体の拘束時間を少しでも短縮するため、前記第１モードにより、前記ゲート遮断信号の入力停止後、直ちに前記ゲート信号の供給を再開すればよい。

一方、前記外部機器がＣＴ又はＭＲＩ等の画像診断装置である場合には、前記ゲート信号の供給の立ち上がりに同期して画像撮影を行わせるため、前記第２モードにより、前記ゲート遮断信号の入力停止後、次のパルス信号が立ち上がるのを待って前記ゲート信号の供給を再開すればよい。前記呼吸信号に同期せずに前記ゲート信号の供給を再開すると、取得される診断画像の画質が低下するが、前記次のパルス信号が立ち上がるのを待って前記ゲート信号の供給を再開することで、前記呼吸信号に同期して撮影された、より高画質の診断画像を取得することができる。

本発明によれば、被検体の呼吸動作が異常状態にある場合、使用者がスイッチ部を押すだけで、ゲート信号の供給が停止され、これにより、放射線治療又は画像撮影が停止される。この結果、ＰＣの入力操作部から、例えば、マウスでカーソルを特定の位置に移動した上でクリックする等の一連の操作を行う方法と比べて、本発明では、前記ゲート信号の供給停止を単純な操作で迅速且つ誤りなく確実に行うことができる。

比較例の呼吸同期システムのブロック図である。 図１の比較例の動作を示すタイミングチャートである。 図１の比較例での外部機器、センサポート及びＰＣ間の情報通信の時間経過を図示したシーケンス図である。 本実施形態に係る呼吸同期システムのブロック図である。 図４の本実施形態での外部機器、センサポート及びＰＣ間の情報通信の時間経過を図示したシーケンス図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、ゲート出力指示、ゲート作成開始指示及びゲート作成停止指示をそれぞれ受信したときのセンサポート内のゲート信号処理部の処理を示すフローチャートである。 ゲート信号を作成する際のセンサポート内のゲート信号処理部の処理を図示したフローチャートである。 図７のステップＳ６４の処理（第２ゲート信号の作成処理）の詳細を図示したフローチャートである。 ゲート信号処理部の一機能を説明するためのタイミングチャートである。 図４の呼吸同期システムの一部回路構成図である。 本実施形態でのゲート遮断時の動作を図示したタイミングチャートである。 センサポート内のゲート信号処理部のゲート遮断処理を図示したフローチャートである。

本発明に係る呼吸同期システムの好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

［１．比較例の構成］
本実施形態に係る呼吸同期システム１０（図４参照）の説明に先立ち、従来の呼吸同期システム３０（比較例）の構成について、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、比較例の呼吸同期システム３０は、センサポート１２とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１４とを有する。センサポート１２とＰＣ１４との間では、中継ボックス１６を介して、所定周期毎（例えば、２５ｍｓ毎）に、パケット通信により信号又は情報の送受信を双方向に行うことが可能である。

センサポート１２には、呼吸センサ１８と外部機器２０とが接続されている。外部機器２０は、図示しない患者等の被検体の患部に放射線を照射して放射線治療を行う放射線治療装置、又は、被検体の患部を含む所定の画像を撮影するＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）等の画像診断装置である。一方、ロードセル等の圧力センサ又はレーザセンサからなる呼吸センサ１８は、被検体の呼吸動作を検知し、検知結果を呼吸信号としてセンサポート１２に出力する。

呼吸信号は、図２に例示するように、周期Ｔ（例えば、Ｔ＝５ｓ）の略正弦波状の波形信号であり、半周期の上側の波形が吸気に対応し、半周期の下側の波形が呼気に対応する。なお、呼吸センサ１８及び外部機器２０は、特許文献１及び２に開示されているので、本明細書では、その詳細な説明を省略する。

図１に戻り、センサポート１２は、記憶部２２に予め記憶されているファームウェアを読み出して実行することにより、センサポート１２の各種機能を実現する。すなわち、センサポート１２は、記憶部２２に加え、ゲート信号処理部２４及び転送データ生成部２８を有する。また、センサポート１２は、ファームウェアを実行することにより、ＰＣ１４の処理周期や、センサポート１２とＰＣ１４との間のパケット通信の通信周期（２５ｍｓ）よりも速い処理周期（例えば、２．５ｍｓ）で、各種の処理を実行可能である。

ゲート信号処理部２４は、ＰＣ１４から中継ボックス１６を介して受信した所定の指示に従って、ＰＣ１４内で作成されたゲート信号（第１ゲート信号）を外部機器２０に供給する。

ここで、ゲート信号とは、被検体の呼吸動作に同期して、被検体に対する放射線の照射又は画像撮影を外部機器２０に実行させるために、当該外部機器２０に供給される制御信号である。すなわち、図２に例示するように、呼吸信号に対してゲート出力上限値（閾値、変化条件）とゲート出力下限値とが設定されている場合、ゲート出力上限値とゲート出力下限値との間に呼吸信号が入っているときに、ゲート信号はオン状態となる。一方、ゲート出力上限値とゲート出力下限値との間に呼吸信号が入っていないとき、ゲート信号はオフ状態となる。

具体的に、ゲート信号は、吸気側の半周期において時間経過に伴い呼吸信号の値が低下し、時点ｔ１でゲート出力上限値まで下降すれば、オフ状態からオン状態に切り替わる。その後、呼気側の半周期において時間経過に伴い呼吸信号の値が増加し、時点ｔ２でゲート出力上限値まで上昇すれば、ゲート信号は、オン状態からオフ状態に切り替わる。

なお、ゲート出力上限値及びゲート出力下限値は、例えば、使用者がＰＣ１４の入力操作部３６（図１参照）を操作することで、所望の値に指定することができる。

また、呼吸信号は、周期Ｔの略正弦波波形の信号であるため、ＰＣ１４は、周期Ｔ毎に、呼気側でオン状態となるパルス信号を作成する。そのため、図２では、ｔ１〜ｔ２の時間帯にパルス信号が作成された後、時点ｔ１から周期Ｔ後の時点ｔ３で次のパルス信号が作成される場合を図示している。従って、各周期Ｔで呼吸信号の値が時間経過に対して同じように変化すれば、ＰＣ１４は、周期Ｔ毎の同じタイミングでゲート信号を繰り返し作成することができる。

このように、ＰＣ１４が周期Ｔ毎にゲート信号としてのパルス信号を繰り返し作成するので、ゲート信号処理部２４は、ＰＣ１４が作成したゲート信号を外部機器２０に出力することで、被検体の呼吸動作に同期して、周期Ｔ毎の同じタイミングで被検体に対する放射線の照射又は画像撮影を外部機器２０に実行させることができる。

転送データ生成部２８は、ＰＣ１４から中継ボックス１６を介して送信された所定の指示を受けて、呼吸信号や外部機器２０へのゲート信号の供給状態等を含む所定のデータを転送データとして生成し、生成した転送データを通信周期毎にパケット通信により、中継ボックス１６を介してＰＣ１４に送信する。この場合、転送データ生成部２８は、ＰＣ１４からデータ転送開始指示を受け取ることで、転送データの生成及び送信を開始し、一方で、ＰＣ１４からデータ転送停止指示を受け取ることで、転送データの生成及び送信を停止する。

一方、図１において、ＰＣ１４は、記憶部３４に予め記憶されているアプリケーション（ソフトウェア）を読み出して実行することにより、ＰＣ１４の各種機能を実現する。すなわち、ＰＣ１４は、記憶部３４に加え、入力操作部３６、表示部３８、初期化指示部４０、データ転送指示部４２、ゲート信号作成部（第１ゲート信号作成部）４６及び呼吸異常判断部４８を有する。この場合、ＰＣ１４は、ＯＳを搭載しているので、センサポート１２よりも処理速度は低いが、アプリケーションを実行することで、複雑な処理を実行可能である。

具体的に、入力操作部３６は、呼吸同期システム３０の使用者が操作するキーボード又はマウス等であり、表示部３８は、使用者向けに各種の情報が表示されるディスプレイ等の表示装置である。

初期化指示部４０は、初期化処理の実行を指示する初期化指示を、中継ボックス１６を介してセンサポート１２に送信することにより、センサポート１２に初期化処理を実行させる。データ転送指示部４２は、転送データの送信開始を指示するデータ転送開始指示と、転送データの送信停止を指示するデータ転送停止指示とを、中継ボックス１６を介してセンサポート１２に送信する。

ゲート信号作成部４６は、ＰＣ１４が受信した転送データに含まれる呼吸信号に基づき第１ゲート信号を作成し、作成した第１ゲート信号を、ゲート出力指示として、中継ボックス１６を介してセンサポート１２に送信する。

呼吸異常判断部４８は、受信した転送データに含まれる呼吸信号の時間変化に基づき、被検体の呼吸動作が異常状態にあるか否かを判断する。

この場合、呼吸異常判断部４８は、呼吸動作が異常状態にあると判断すれば、その判断結果をゲート信号作成部４６に通知する。ゲート信号作成部４６は、通知された判断結果に基づき、第１ゲート信号の作成を停止する。

一方、呼吸異常判断部４８は、呼吸動作が異常状態から通常状態に復旧したと判断すれば、その判断結果をゲート信号作成部４６に通知する。ゲート信号作成部４６は、通知された判断結果に基づき、第１ゲート信号の作成を再開する。

［２．比較例の動作とその課題］
比較例の呼吸同期システム３０は、以上のように構成される。次に、比較例の動作と、その課題とについて、図１〜図３を参照しながら説明する。

従来より、呼吸同期システム３０の性能を示す重要な指標の一つとして、ゲート遅延時間Ｔｄがある。ゲート遅延時間Ｔｄとは、被検体の呼吸動作が変化してから、その呼吸動作の変化に対応するゲート信号を出力するまでに、当該呼吸同期システム３０が要する処理時間と定義される。なお、図２では、理想的なゲート信号の波形を実線で図示すると共に、ゲート遅延時間Ｔｄが発生している場合を一点鎖線で図示している。図２では、ｔ１〜ｔ４、ｔ２〜ｔ５、ｔ３〜ｔ６の時間をゲート遅延時間Ｔｄとして例示している。

そのため、ゲート遅延時間Ｔｄが大きければ、外部機器２０が呼吸動作に同期した放射線の照射又は画像撮影（以下、呼吸同期照射ともいう。）を行う際に、誤差が生じる。具体的に、放射線治療の場合では、放射線の照射位置の誤差となる。また、画像撮影の場合には、撮影タイミングの誤差となり、画質の低下につながる。例えば、被検体の呼吸回数が毎分１２回である場合、Ｔ＝５ｓとなる。そのため、Ｔｄ＝１００ｍｓであれば、周期Ｔに対して２％の時間的な誤差が生じることになる。従って、呼吸動作に同期して放射線の照射又は画像撮影を精度良く行うためには、周期Ｔに対して無視できる程度にまでゲート遅延時間Ｔｄを短縮する必要がある。

比較例の呼吸同期システム３０では、呼吸信号からゲート信号を作成する処理は、ＰＣ１４のソフトウェアで行っている。ゲート信号の作成には複数のゲートモード（ゲート信号作成時の動作モード）があり、ゲートモード毎に参照すべき複数の設定パラメータがある。そのため、ゲート信号の作成条件が複雑となることから、ＰＣ１４のソフトウェアによって、このような複雑な処理を行っている。

例えば、放射線治療において、咳、くしゃみ、しゃっくり等に起因した呼吸信号の異常状態を検出した場合には、患者の安全を確保するため、一時的にゲート信号をオフ状態にして放射線の照射を中断する必要がある。この場合、呼吸信号の異常状態を検出するためには、呼吸信号の波形予測等、さらに大規模で複雑な処理を必要とする。そのため、比較例では、高性能のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と大容量のメモリとを備えたＰＣ１４のソフトウェアで、上記の処理を実現している。従って、ＰＣ１４のソフトウェアの実行以外の方法により、上記の複雑な処理を実行することは考えられなかった。

しかしながら、ＰＣ１４のソフトウェアは、ＯＳ上のアプリケーションとして実行される。そのため、常に高速な実時間応答性を保証することは難しい。また、ＯＳ中の特定のタスクがＣＰＵを占有した場合等、稀に短時間、アプリケーションの実行が阻害されるおそれがあった。さらに、外部機器２０に対するゲート信号の供給にかかる時間については、アプリケーションの処理時間に加えて、センサポート１２から中継ボックス１６を介してＰＣ１４に呼吸信号を転送する時間と、ゲート信号（の作成結果）をＰＣ１４からセンサポート１２に転送する時間とを考慮する必要がある。そのため、呼吸センサ１８からセンサポート１２への呼吸信号の入力より、センサポート１２から外部機器２０へのゲート信号の出力までのゲート遅延時間Ｔｄについて、呼吸同期システム３０では、大幅に短縮することは困難であった。

ここで、比較例の呼吸同期システム３０において、ＰＣ１４とセンサポート１２との間のパケット通信と、外部機器２０に対するゲート信号の供給とを含む、外部機器２０、センサポート１２とＰＣ１４との間の信号又は情報の送受信について、図３のシーケンス図を参照しながら説明する。

ＰＣ１４内において、記憶部３４に記憶されたアプリケーションが読み出されて起動すると、ＰＣ１４では下記の各種処理が実行される。一方、センサポート１２内において、記憶部２２に記憶されたファームウェアが読み出されて起動すると、センサポート１２では下記の各種処理が実現される。

先ず、ステップＳ１において、初期化指示部４０は、初期化指示のパケットをセンサポート１２に送信する。センサポート１２は、受信したパケットに含まれる初期化設定情報に従って、センサポート１２内のハードウェア及びファームウェアの状態を初期化する。

なお、センサポート１２から外部機器２０に供給されるゲート信号については、放射線の照射又は画像撮影の停止を示すオフ状態に初期化される。

ステップＳ３において、ＰＣ１４のデータ転送指示部４２は、データ転送開始指示のパケットをセンサポート１２に送信する。ステップＳ４において、センサポート１２の転送データ生成部２８は、データ転送開始指示を受けて、ＰＣ１４に対するデータ転送動作を開始する。すなわち、転送データ生成部２８は、呼吸センサ１８からの呼吸信号に対して、ディジタル化、ノイズ低減及び呼吸位相検出等の処理を行った上で、呼吸信号データ、呼吸位相データ、呼吸センサ１８の状態及びセンサポート１２の状態等の各種情報を含む転送データを生成し、生成した転送データのパケットを中継ボックス１６経由でＰＣ１４に送信する。

この場合、転送データ生成部２８は、ＰＣ１４からデータ転送停止指示のパケットを受信するまで、一定時間（例えば、２５ｍｓ）間隔で転送データのパケットをＰＣ１４に送信する（ステップＳ５）。なお、図３では、他の信号又は情報の送受信と区別するため、ステップＳ５の送信処理が一定時間間隔で行われることを、破線の矢印で図示している。

ＰＣ１４では、転送データのパケットを受信する毎に、当該転送データに含まれる上記の各種情報を記憶部３４に格納する。そして、ステップＳ６において、ゲート信号作成部４６は、受信した各種情報に基づき、予め設定されたゲート信号出力条件に従ったゲート信号の値を作成する。ゲート信号の値、呼吸波形、呼吸位相、呼吸センサ１８の状態及びセンサポート１２の状態等の各種情報は、表示部３８の画面上に表示される。

ゲート信号作成部４６は、作成したゲート信号の値を含むゲート出力指示のパケットをセンサポート１２に送信する。ゲート信号処理部２４は、ゲート出力指示のパケットを受信すると、ステップＳ７において、当該値を示すゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、外部機器２０は、ステップＳ８において、供給されたゲート信号に従って、被検体に対する放射線の照射を開始することができる。

ステップＳ５において、転送データが一定時間間隔でセンサポート１２からＰＣ１４に送信されるので、ゲート信号作成部４６は、転送データを受信する毎にステップＳ６の処理を実行してゲート信号の値を作成し、一定時間間隔でセンサポート１２にゲート出力指示を送信する。従って、センサポート１２は、一定時間間隔で、ＰＣ１４が作成したゲート信号を外部機器２０に出力して放射線の照射を指示することができる。

ところで、ＰＣ１４の呼吸異常判断部４８は、ＰＣ１４で転送データが受信される毎に、転送データに含まれる呼吸信号について、予め設定された正常範囲を逸脱しているか否か、すなわち、呼吸信号に応じた被検体の呼吸動作に異常状態が発生しているか否かを判断している。

そして、ステップＳ９において、呼吸動作が異常状態にあると判断した場合、呼吸異常判断部４８は、その判断結果をゲート信号作成部４６に通知する。ステップＳ１０において、ゲート信号作成部４６は、呼吸異常判断部４８からの通知に基づき、ゲート信号の作成を一旦停止する。すなわち、ゲート信号作成部４６は、ゲート信号を構成するパルス信号の値をオン状態からオフ状態に移行させ、その結果を含めたゲート出力指示（オフ）のパケットをセンサポート１２に送信する。

ステップＳ１１において、ゲート信号処理部２４は、ゲート出力指示（オフ）のパケットを受信すると、オフ状態を示すゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、外部機器２０は、ステップＳ１２において、供給されたゲート信号に従って、被検体に対する放射線の照射を停止する。

その後、ステップＳ１３において、ＰＣ１４で受信される転送データに含まれる呼吸信号に基づき、被検体の呼吸動作が正常状態に復旧したと判断できた場合、呼吸異常判断部４８は、その判断結果をゲート信号作成部４６に通知する。これにより、ステップＳ１４において、ゲート信号作成部４６は、呼吸異常判断部４８からの通知に基づき、次に受信される転送データに含まれる呼吸信号データ等の各種情報に基づき、ゲート信号の作成を再開し、作成したゲート信号の値を含むゲート出力指示（オン）のパケットをセンサポート１２に送信する。

ステップＳ１５において、ゲート信号処理部２４は、ステップＳ７と同様に、ゲート出力指示のパケットを受信すると、当該値を示すゲート信号を外部機器２０に出力する。この結果、ステップＳ１６において、外部機器２０は、供給されたゲート信号に従って、被検体に対する放射線の照射を再開することができる。

その後、使用者が入力操作部３６を操作して、放射線照射の終了を指示すると、ステップＳ１７において、ゲート信号作成部４６は、ゲート信号の作成を終了し、ゲート信号をオン状態からオフ状態に移行させる。そして、ゲート信号作成部４６は、ゲート出力指示（オフ）のパケットをセンサポート１２に送信する。

ステップＳ１８において、ゲート信号処理部２４は、ゲート出力指示（オフ）のパケットを受信すると、ステップＳ１１と同様に、オフ状態を示すゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、外部機器２０は、ステップＳ１９において、供給されたゲート信号に従い、被検体に対する放射線照射を終了する。

最後に、ステップＳ２０において、データ転送指示部４２は、データ転送停止指示のパケットをセンサポート１２に送信する。ステップＳ２１で、転送データ生成部２８は、データ転送停止指示を受けて、ＰＣ１４に対するデータ転送動作を停止する。

以上説明したように、比較例の呼吸同期システム３０では、ＰＣ１４上のソフトウェアによりゲート信号を作成していた。そのため、呼吸動作の異常状態の発生時を含めて、複雑なゲート信号出力条件に基づき、ゲート信号を作成することができる。

しかしながら、前述のように、ＯＳ上のアプリケーションとして実行されるので、外部機器２０に対するゲート信号の供給にかかる時間は、アプリケーションの処理時間に加え、センサポート１２とＰＣ１４との間のパケットの通信時間も考慮する必要がある。そのため、ゲート遅延時間Ｔｄを現状の値（例えば、数十ｍｓ）よりさらに短縮することが難しい。また、ゲート信号の作成をソフトウェアに頼っているため、ソフトウェアのゲート信号の作成処理等に何らかの不具合が発生し、本来はゲート信号がオフ状態であるべきところ、誤ってオン状態となって出力されれば、被検体に対して放射線が誤照射され、被検体に対して不用意に放射線を照射することになる。

［３．本実施形態の構成］
次に、本実施形態に係る呼吸同期システム１０の構成について、図４を参照しながら説明する。なお、呼吸同期システム１０の説明において、比較例の呼吸同期システム３０（図１参照）と同じ構成要素については、同じ参照符号を用いて説明し、その詳細な説明を省略する。

比較例の呼吸同期システム３０と比較して、本実施形態に係る呼吸同期システム１０では、ＰＣ１４側に、中継ボックス１６を介してセンサポート１２に接続されるゲート遮断スイッチ５０が設けられている。また、呼吸同期システム１０において、センサポート１２は、記憶部２２及び転送データ生成部２８に加え、電源供給部５２と、前述のゲート信号処理部２４（図１参照）に複数の新たな機能を持たせたゲート信号処理部５４とをさらに有する。さらに、呼吸同期システム１０において、ＰＣ１４は、ゲート信号作成指示部４４をさらに有する。

このように構成される本実施形態に係る呼吸同期システム１０において、ゲート信号処理部５４は、外部機器２０に対するゲート信号の供給機能に加え、記憶部２２に記憶されたファームウェアを読み出して起動させることにより、さらなる機能を実現可能である。

具体的に、ゲート信号処理部５４は、ＰＣ１４から中継ボックス１６を介して受信した所定の指示に従って、呼吸信号に基づく所定のゲート信号（第２ゲート信号）の作成を開始し、又は、該ゲート信号の作成を停止する。すなわち、ゲート信号処理部５４は、ゲート信号の作成開始を指示するゲート作成開始指示を受け取ってから当該ゲート信号の作成を開始し、ゲート信号の作成停止を指示するゲート作成停止指示を受け取ると、ゲート信号の作成を停止する第２ゲート信号作成部として機能する。

従って、ゲート信号処理部５４は、ゲート作成開始指示を受け取ると、ゲート作成開始指示を参照してゲート出力上限値及びゲート出力下限値を設定した後に、呼吸信号（呼吸動作）に同期して、周期Ｔ毎の同じタイミングで第２ゲート信号を繰り返し作成する。

また、ゲート信号処理部５４は、作成した第２ゲート信号、又は、ＰＣ１４内で作成された第１ゲート信号のうち、いずれか一方のゲート信号を外部機器２０に供給するゲート信号出力部として機能する。具体的に、ゲート信号処理部５４は、ゲート作成開始指示を受け取ってからゲート作成停止指示を受け取るまでの時間帯において、第２ゲート信号を作成中であれば、作成した第２ゲート信号を外部機器２０に出力する。一方、第２ゲート信号を作成中でなければ、ゲート信号処理部５４は、ＰＣ１４が作成した第１ゲート信号を外部機器２０に出力する。

さらに、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号の作成中、第１ゲート信号がオフ状態のときの第２ゲート信号のオン状態の継続時間を監視し、その継続時間が所定の閾値時間に到達すると、外部機器２０に出力するゲート信号をオフ状態に移行させるゲート信号監視部として機能する。

本実施形態では、センサポート１２及びＰＣ１４の双方がゲート信号をそれぞれ作成する。そのため、ゲート遅延時間Ｔｄを少しでも短くし、ゲート信号をリアルタイムで外部機器２０に供給するためには、センサポート１２のゲート信号処理部５４で第２ゲート信号を作成し、外部機器２０に出力すればよい。

しかしながら、使用者が操作するＰＣ１４で作成した第１ゲート信号とは異なる第２ゲート信号が作成され、外部機器２０に供給される場合には、被検体に対して不用意に放射線の照射又は画像撮影が実行されるおそれがある。これを阻止するため、ゲート信号処理部５４は、第１ゲート信号がオフ状態であるにも関わらず、第２ゲート信号がオン状態にあり、この状態が閾値時間以上継続した場合には、安全側の観点から、外部機器２０に出力するゲート信号をオフ状態に切り替える。これにより、ゲート信号処理部５４から外部機器２０へのゲート信号の供給が強制的に停止され、呼吸同期照射を停止させることができる。

さらに、ゲート信号処理部５４は、図２の吸気側で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで下降し、第２ゲート信号がオフ状態からオン状態に変化した場合に、ゲート出力上限値を中心としたヒステリシス幅ｗｈ（図９参照）の範囲内で呼吸信号が変動している期間中は、第２ゲート信号の次の状態変化であるオン状態からオフ状態への移行を禁止させる呼吸信号監視部として機能する。

また、ゲート信号処理部５４は、図２の呼気側で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで上昇し、第２ゲート信号がオン状態からオフ状態に変化した場合に、ゲート出力上限値を中心としたヒステリシス幅ｗｈの範囲内で呼吸信号が変動している期間中は、第２ゲート信号の次の状態変化であるオフ状態からオン状態への移行を禁止させる。

図４に戻り、ＰＣ１４のゲート信号作成指示部４４は、使用者による入力操作部３６の操作に起因して、ゲート作成開始指示とゲート作成停止指示とを、中継ボックス１６を介してセンサポート１２に送信する。この場合、呼吸異常判断部４８は、センサポート１２から受信した転送データに含まれる呼吸信号の時間変化に基づき、被検体の呼吸動作が異常状態にあると判断すれば、その判断結果をゲート信号作成指示部４４にも通知する。これにより、ゲート信号作成指示部４４は、ゲート信号処理部５４が第２ゲート信号を作成中でも、通知された判断結果に基づき、中継ボックス１６を介してセンサポート１２にゲート作成停止指示を通知する。この結果、ゲート信号処理部５４は、受信したゲート作成停止指示に基づき、第２ゲート信号の作成を停止する。

一方、呼吸異常判断部４８は、呼吸動作が異常状態から通常状態に復旧したと判断すれば、その判断結果をゲート信号作成指示部４４にも通知する。ゲート信号作成指示部４４は、ゲート信号処理部５４が第２ゲート信号の作成を停止中でも、通知された判断結果に基づき、中継ボックス１６を介してセンサポート１２にゲート作成開始指示を通知する。これにより、ゲート信号処理部５４は、受信したゲート作成開始指示に基づき、第２ゲート信号の作成を再開する。

なお、ゲート遮断スイッチ５０と、当該ゲート遮断スイッチ５０に関わるセンサポート１２及びＰＣ１４内の機能とについては、後述する。

本実施形態に係る呼吸同期システム１０は、以上のように構成されるものであり、次に、呼吸同期システム１０の特徴的な機能（第１実施形態、第２実施形態）について説明する。

［４．第１実施形態の機能］
第１実施形態は、上述の項目２．で説明した比較例の課題を解決するための呼吸同期システム１０の特徴的な機能である。

すなわち、第１実施形態は、ゲート遅延時間Ｔｄを短縮した呼吸同期システム１０を提供することを第１の目的とする。また、第１実施形態は、ゲート信号の信頼性及び安全性を高めた呼吸同期システム１０を提供することを第２の目的とする。さらに、第１実施形態は、呼吸信号に含まれるノイズの影響を受けにくい呼吸同期システム１０を提供することを第３の目的とする。

第１及び第２の目的を達成するため、第１実施形態では、ＰＣ１４内のソフトウェア（により機能する構成要素）が呼吸信号に基づく第１ゲート信号の作成処理を実行する一方で、センサポート１２のファームウェア（により機能する構成要素）でも並行して呼吸信号に基づく第２ゲート信号の作成処理を実行する。すなわち、呼吸同期システム１０においては、通常、ファームウェアにより作成された第２ゲート信号を外部機器２０に出力し、一方で、第２ゲート信号を作成中でないときには第１ゲート信号を外部機器２０に出力する。

このように、通常時は、センサポート１２のファームウェアが作成した第２ゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、センサポート１２とＰＣ１４との間の通信時間、及び、ＰＣ１４のソフトウェアの処理時間を含まない、ゲート遅延時間Ｔｄの短い第２ゲート信号を外部機器２０に出力することができる。

また、第１実施形態では、第２ゲート信号がオン状態であると共に、第１ゲート信号がオフ状態である時間帯が一定時間継続した場合には、外部機器２０に供給するゲート信号をオフ状態にする。このように、ファームウェアが作成した第２ゲート信号と、ソフトウェアが作成した第１ゲート信号とを照合し、第２ゲート信号のオン状態及び第１ゲート信号のオフ状態が一定時間以上継続したら、安全側のオフ状態のゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、ゲート信号の作成処理における不具合に起因して、危険側のオン状態のゲート信号が出力され続けることを回避し、信頼性及び安全性の高いゲート信号を外部機器２０に出力することができる。

さらに、第１実施形態では、呼吸信号に応じた被検体の呼吸動作が異常状態にあることを検出したときには、第１ゲート信号及び第２ゲート信号の作成処理を停止させ、第１ゲート信号及び第２ゲート信号をオフ状態にして、通常状態への復旧を待つようにし、通常状態に復旧したら、第１ゲート信号及び第２ゲート信号の作成処理を再開する。このように、呼吸信号の異常状態の検出や、異常状態の発生後の回復処理等の高度な処理に関しては、ＰＣ１４のソフトウェアの制御で行うことにより、従来と同様の高い機能レベルを実現することができる。

さらに、第３の目的を達成するため、第１実施形態では、ゲート信号の作成条件に基づきファームウェアが呼吸信号から第２ゲート信号を作成する際に、第２ゲート信号の状態を変化させるべき条件（オン状態からオフ状態、又は、オフ状態からオン状態に変化させるための条件）を検出した場合、第２ゲート信号の状態を変化させると共に、呼吸信号がそのときの値から一定値以上変動しないうちは、第２ゲート信号の次の状態変化を抑止する。このように、呼吸信号のレベル判定処理にヒステリシス特性を持たせることで、呼吸信号に含まれるノイズの振幅が一定値（ヒステリシス幅）未満であれば、第２ゲート信号が短期間のうちに再度変化する現象（変化時のバタツキ）を防ぐことができる。ファームウェアは、ソフトウェアと比較して、第２ゲート信号を高速処理により作成可能である一方で、呼吸信号に含まれるノイズの影響を受けやすい。従って、このようなノイズ対策を施すことにより、より信頼性の高い第２ゲート信号を作成して外部機器２０に供給することができる。

［５．第１実施形態の動作］
次に、第１実施形態を実現するための具体的な動作について、図４〜図９を参照しながら説明する。ここでは、図１〜図３で説明した比較例の呼吸同期システム３０と同様の動作については、同じステップ番号を付して詳細な説明を省略する。

呼吸同期システム１０では、センサポート１２がゲート信号処理部５４をさらに有し、ＰＣ１４がゲート信号作成指示部４４をさらに有し、これらの構成要素の動作に伴って他の構成要素も所定の動作を行う点で、比較例の呼吸同期システム３０とは異なる。これらの構成要素の動作は、センサポート１２でのファームウェアの実行、及び、ＰＣ１４でのアプリケーションの実行によって実現される。また、図５のシーケンス図に示すように、呼吸同期システム１０においても、図３の場合と同様に、ステップＳ１〜Ｓ５の処理が先ず実行される。

そして、一定時間毎のステップＳ５の実行が開始された後のステップＳ３１において、使用者がＰＣ１４の入力操作部３６を操作して、被検体に対する呼吸同期照射の開始を指示すると、ゲート信号作成指示部４４は、第２ゲート信号の作成開始を指示するゲート作成開始指示のパケットをセンサポート１２に送信する。このゲート作成開始指示のパケットには、第２ゲート信号の作成条件を示すゲートモードや各種のパラメータ情報が含まれている。

従って、ステップＳ３２において、ゲート信号処理部５４は、受信したゲート作成開始指示に従って、呼吸信号に基づき第２ゲート信号の作成を開始する。ステップＳ３３において、作成された第２ゲート信号がオン状態になると、ゲート信号処理部５４は、この第２ゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、外部機器２０は、ステップＳ８において、入力された第２ゲート信号に従って、被検体に対する放射線の照射を開始する。なお、第２ゲート信号の作成処理は、通常、ＰＣ１４からゲート作成停止指示のパケットを受信するまで継続して行われる。

その後、ＰＣ１４のゲート信号作成部４６は、ステップＳ６の処理を実行し、ゲート出力指示（オン）のパケットをセンサポート１２に送信する。センサポート１２では、ゲート信号処理部５４から外部機器２０への第２ゲート信号の出力処理が開始されている。そのため、センサポート１２がゲート出力指示（オン）を受信しても、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号を外部機器２０へ出力し続ける。

なお、ステップＳ３３で外部機器２０に対する第２ゲート信号の出力が開始されると、それ以降のステップＳ５の処理において、転送データ生成部２８は、ゲート信号処理部５４が外部機器２０に出力したゲート信号の値を、転送データに含めてＰＣ１４に送信する。

次に、ステップＳ９の実行により呼吸動作が異常状態であると呼吸異常判断部４８が判断すると、その判断結果は、ゲート信号作成指示部４４及びゲート信号作成部４６に通知される。これにより、ステップＳ３４において、ゲート信号作成指示部４４は、第２ゲート信号の作成停止を指示するゲート作成停止指示のパケットを作成してセンサポート１２に送信する。ステップＳ３５において、センサポート１２のゲート信号処理部５４は、ゲート作成停止指示を受け取ると、第２ゲート信号の作成を停止する。

また、ＰＣ１４のゲート信号作成部４６は、ステップＳ１０において、呼吸異常判断部４８の判断結果を受け、第１ゲート信号の作成を停止すると共に、第１ゲート信号がオフ状態になったことを示すゲート出力指示（オフ）のパケットを作成してセンサポート１２に送信する。この結果、ステップＳ３６において、ゲート信号処理部５４は、外部機器２０へ供給するゲート信号をオフ状態とし、外部機器２０による放射線の照射を停止させる（ステップＳ１２）。

その後、ステップＳ１３において、呼吸動作が正常状態に復旧したと呼吸異常判断部４８が判断すると、その判断結果は、ゲート信号作成指示部４４及びゲート信号作成部４６に通知される。これにより、ステップＳ３７において、ゲート信号作成指示部４４は、第２ゲート信号の作成開始（作成再開）を指示するゲート作成開始指示のパケットを作成してセンサポート１２に送信する。ステップＳ３８において、センサポート１２のゲート信号処理部５４は、ゲート作成開始指示を受け取ると、第２ゲート信号の作成を再開する。この結果、ステップＳ３９において、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号の出力を再開し、外部機器２０による放射線の照射を再開させる（ステップＳ１６）。

また、ＰＣ１４のゲート信号作成部４６は、ステップＳ１４において第１ゲート信号の作成を再開し、作成した第１ゲート信号の値を含むゲート出力指示（オン）のパケットをセンサポート１２に送信する。

その後、次のステップＳ４０において、作成された第２ゲート信号がオフ状態になると、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号をオン状態からオフ状態に移行させ、オフ状態の第２ゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、外部機器２０は、ステップＳ１９において、供給された第２ゲート信号に従って、被検体に対する放射線の照射を停止する。

一方、ＰＣ１４においても、ステップＳ１７において、ゲート信号作成部４６は、第１ゲート信号をオン状態からオフ状態に移行し、ゲート出力指示（オフ）のパケットをセンサポート１２に送信する。

次のステップＳ４１において、使用者がＰＣ１４の入力操作部３６を操作して、呼吸同期照射の終了を指示すると、ゲート信号作成指示部４４は、ゲート作成停止指示のパケットを作成してセンサポート１２に送信する。ステップＳ４２において、センサポート１２のゲート信号処理部５４は、ゲート作成停止指示を受け取ると、第２ゲート信号の作成を停止する。第２ゲート信号は既にオフ状態となっているが、第２ゲート信号を作成停止にすることで、ゲート信号処理部５４から外部機器２０にオン状態の第２ゲート信号が誤って出力されることを阻止することができる。

最後に、データ転送指示部４２は、ステップＳ２０の処理を行ってデータ転送停止指示のパケットをセンサポート１２に送信し、転送データ生成部２８は、ステップＳ２１の処理を行い、データ転送停止指示を受け、ＰＣ１４に対するデータ転送動作を停止する。

次に、図５のシーケンス図中、センサポート１２内の一部の処理の詳細について、図６Ａ〜図６Ｃを参照しながら説明する。

図６Ａは、ＰＣ１４からゲート出力指示のパケットを受信したときのゲート信号処理部５４（図４参照）の処理を図示したフローチャートである。この場合、当該パケットに含まれるパラメータが、第１ゲート信号がオン状態であるゲート出力指示（オン）であるとき（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ５２において、第１ゲート信号の値を１（オン状態）に設定する。一方、当該パケットに含まれるパラメータが、第１ゲート信号をオフ状態にするゲート出力指示（オフ）であるとき（ステップＳ５１：ＮＯ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ５３において、第１ゲート信号を０（オフ状態）にリセットする。このような処理により、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号の作成を停止している場合には、第２ゲート信号に代えて、第１ゲート信号を外部機器２０に供給することが可能となる。

図６Ｂは、図５のステップＳ３２、Ｓ３８において、ＰＣ１４からゲート作成開始指示のパケットを受け取ったときのゲート信号処理部５４の処理を図示したフローチャートである。この場合、ゲート信号処理部５４は、当該パケットを受け取ると、ステップＳ５４において、パケットに含まれる作成条件（ゲート出力上限値、ゲート出力下限値等）に基づいて、ゲート信号処理部５４における第２ゲート信号の作成条件の初期設定を行う。次のステップＳ５５において、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号を作成中であることを示す第２ゲート信号作成中フラグを１にセットする。この結果、ゲート信号処理部５４が第２ゲート信号を作成可能な状態に至ると共に、第２ゲート信号を作成中であることをセンサポート１２内の各部に認識させることができる。

図６Ｃは、図５のステップＳ３５、Ｓ４２において、ＰＣ１４からゲート作成停止指示のパケットを受け取ったときのゲート信号処理部５４の処理を図示したフローチャートである。この場合、ゲート信号処理部５４は、当該パケットを受け取ると、ステップＳ５６において、第２ゲート信号作成中フラグを０にリセットする。この結果、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号の作成を停止すると共に、第２ゲート信号の作成停止をセンサポート１２内の各部に認識させることができる。

呼吸同期システム１０の第１実施形態における外部機器２０、センサポート１２及びＰＣ１４間での信号又は情報の送受信については、概略以上の通りである。次に、センサポート１２におけるゲート信号の作成処理について、図７〜図９を参照しながら、より具体的に説明する。ここでは、主として、ゲート信号処理部５４の動作について説明する。

図７は、ゲート信号処理部５４の処理動作を説明するためのフローチャートである。図７に示す動作としては、第２ゲート信号を作成して外部機器２０に出力する場合と、第２ゲート信号に代えて第１ゲート信号を外部機器２０に出力する場合と、オフ状態のゲート信号を強制的に出力する場合とがある。従って、図７は、図５中、ステップＳ２、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３５、Ｓ３６、Ｓ３８、Ｓ３９、Ｓ４０、Ｓ４２の処理に対応する。

具体的に、ゲート信号処理部５４におけるゲート信号の作成処理は、ゲート信号処理の先頭部分で行われる処理であり、タイマ割込みの形で、一定時間（例えば、２．５ｍｓ）間隔で常に実行される。

すなわち、ステップＳ６１において、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号作成中フラグが１であるか否かを判断する。ステップＳ２等の初期状態では第２ゲート信号作成中フラグは０であるから（ステップＳ６１：ＮＯ）、ゲート信号処理部５４は、次のステップＳ６２において、第１ゲート信号を外部機器２０に供給すべきゲート信号として設定する。これにより、ゲート信号処理部５４は、設定内容に従って、第１ゲート信号を外部機器２０に供給する。

また、ゲート信号処理部５４は、図示しないタイマを有しており、ステップＳ６３において、タイマの値を０にリセットし、今回の処理を終了する。

その後、ステップＳ３２等でゲート作成開始指示のパケットをセンサポート１２が受信すると、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号作成中フラグを１に設定しているため（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、ステップＳ６４で第２ゲート信号の作成処理を行う。従って、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号作成中フラグが１であり、且つ、第２ゲート信号の作成処理を行っているため、ステップＳ６５において、第２ゲート信号を外部機器２０に供給すべきゲート信号として設定する。

次のステップＳ６６において、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号が１（オン状態）、且つ、第１ゲート信号が０（オフ状態）であるか否かを判断する。第２ゲート信号が０であるか、又は、第１ゲート信号が１であれば（ステップＳ６６：ＮＯ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ６３の処理を行ってタイマを０にリセットし、今回の処理を終了する。

一方、ステップＳ６６において、第２ゲート信号が１、且つ、第１ゲート信号が０の場合（ステップＳ６６：ＹＥＳ）、ゲート信号処理部５４は、タイマの値が２００未満であれば（ステップＳ６７：ＹＥＳ）、ステップＳ６８において、タイマの値を１だけ加算して、今回の処理を終了する。

図７の処理を繰り返し行った結果、ステップＳ６７において、タイマの値が２００に到達すれば（ステップＳ６７：ＮＯ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ６９において、外部機器２０に供給すべきゲート信号をオフ状態にして、今回の処理を終了する。

なお、第１ゲート信号が０で、且つ、第２ゲート信号が１の場合（ステップＳ６６：ＹＥＳ）とは、ＰＣ１４側で第１ゲート信号をオフ状態にすべき旨の指示を出しているにも関わらず、第２ゲート信号がオン状態になっていることをいう。この場合、センサポート１２から外部機器２０への第２ゲート信号の供給を継続すれば、被検体に対して不用意に放射線が照射される可能性がある。

そこで、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号が１で且つ第１ゲート信号が０である、ゲート信号の異常状態が継続していることを監視するタイマを有している。これにより、図７に示す処理が２．５ｍｓ毎に実行されるとタイマの値を１だけ加算し、タイマの値が２００に到達、すなわち、タイマの計時開始から５００ｍｓ（＝２．５ｍｓ×２００）経過すると、それ以降、ゲート信号の異常状態が解消されるまで、ゲート信号処理部５４は、センサポート１２から外部機器２０へのゲート信号の出力をオフにする。

次に、図７のステップＳ６４の処理について、図８のフローチャート及び図９のタイミングチャートを参照しながら、より詳しく説明する。

ステップＳ７１において、ゲート信号処理部５４は、ゲート変化抑止フラグが０であるか否かを判断する。

ここで、ゲート変化抑止フラグについて、図９を参照しながら説明する。時間経過に伴って呼吸信号が略正弦波状に変化する場合（図２参照）、時点ｔ１で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで低下すると、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号をオフ状態からオン状態に移行させる。この場合、ゲート信号処理部５４は、時点ｔ１から時点ｔ２まで第２ゲート信号をオン状態に維持し、その後、時点ｔ２で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで上昇すると、第２ゲート信号をオン状態からオフ状態に移行させる。

ところで、図９に示すように、呼吸信号にノイズが含まれている場合、例えば、時点ｔ１でオン状態に移行し、時点ｔ１直後の時点ｔ７で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで上昇すると、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号をオン状態からオフ状態に移行させる。そして、時点ｔ７から時間Ｔｃ１経過後の時点ｔ８で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで低下すると、オン状態に移行させる。

すなわち、第２ゲート信号は、理想的には、周期Ｔ中、時点ｔ１から時点ｔ２までオン状態となる。しかしながら、図９に一点鎖線で示す理想的な呼吸信号の波形に、実線で示したノイズが重畳すると、時点ｔ１での第２ゲート信号の状態変化時にバタツキ（チャタリング）が発生することになる。

このことは、時点ｔ２での第２ゲート信号の状態変化時にも発生するおそれがある。この場合、時点ｔ２直後の時点ｔ９で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで下降すると、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号をオフ状態からオン状態に移行させ、時点ｔ９から時間Ｔｃ２経過後の時点ｔ１０で呼吸信号の値がゲート出力上限値まで上昇すると、オフ状態に移行させる。

そこで、呼吸同期システム１０では、センサポート１２のゲート信号処理部５４が、時点ｔ１、ｔ２の周辺で、ゲート出力上限値を中心とした上下にｗｈのヒステリシス幅を設定する。そして、時点ｔ１以降、呼吸信号がヒステリシス幅ｗｈ内で上下動する場合、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号のオン状態を維持して、次の状態変化であるオフ状態への移行を禁止する。また、時点ｔ２以降、呼吸信号がヒステリシス幅ｗｈ内で上下動する場合、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号のオフ状態を維持して、次の状態変化であるオン状態への移行を禁止する。これによって、呼吸信号に重畳したノイズによる第２ゲート信号の状態変化時のバタツキの発生を抑止するようにしている。

そこで、図８に戻り、ステップＳ７１でのゲート変化抑止フラグとは、第２ゲート信号の状態が変化したときに１にセットされ、呼吸信号がヒステリシス幅ｗｈ内に留まっている間、１の値をとるフラグである。そのため、ゲート変化抑止フラグは、ヒステリシス幅ｗｈ内の期間中、第２ゲート信号の次の状態変化を抑止する役割を持つ。なお、この期間以外の時間では、ゲート変化抑止フラグは０となる。

ここで、ヒステリシス幅ｗｈは、呼吸信号に重畳するノイズの振幅より大きな値とする必要がある。従って、ヒステリシス幅ｗｈは、予め定められた所定値（例えば、呼吸信号の可変範囲の２％）とするか、又は、ＰＣ１４からゲート信号作成開始指示のパケットのパラメータで指定してもよい。

従って、図５のステップＳ２等の初期状態では、ゲート作成開始指示のパケットをセンサポート１２が受信していないため、図８でゲート変化抑止フラグは０である（ステップＳ７１：ＹＥＳ）と共に、第２ゲート信号も０である（ステップＳ７２：ＹＥＳ）。

次に、ゲート信号処理部５４は、現在の呼吸信号の値がゲート作成条件、すなわち、ゲート出力上限値とゲート出力下限値との間に入っているかどうかを検査する（ステップＳ７３）。呼吸信号の値がゲート出力上限値とゲート出力下限値との間にあれば（ステップＳ７３：ＹＥＳ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ７４で第２ゲート信号を１にセットし、次のステップＳ７５でゲート変化抑止フラグを１にセットして、今回のステップＳ６４の処理を終了する。

一方、ゲート出力上限値とゲート出力下限値との間に呼吸信号の値が入っていなければ（ステップＳ７３：ＮＯ）、ゲート信号処理部５４は、今回のステップＳ６４の処理を直ちに終了する。

次に、ステップＳ７１において、ゲート変化抑止フラグが１の場合、すなわち、第２ゲート信号の状態が変化した直後の場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、次のステップＳ７６において、ゲート信号処理部５４は、現在の呼吸信号の値がヒステリシス幅ｗｈ内に収まっているか否かを検査する。呼吸信号の値がヒステリシス幅ｗｈ内に収まっていれば（ステップＳ７６：ＹＥＳ）、ゲート信号処理部５４は、今回のステップＳ６４の処理を直ちに終了する。すなわち、時点ｔ１又は時点ｔ２で一旦オン状態又はオフ状態となった第２ゲート信号の状態を維持し、ノイズに起因したヒステリシス幅ｗｈ内での第２ゲート信号の次の状態変化の発生を阻止する。

一方、呼吸信号の値がヒステリシス幅ｗｈから脱していれば（ステップＳ７６：ＮＯ）、次のステップＳ７７において、ゲート信号処理部５４は、ノイズに起因する第２ゲート信号の状態変化は発生しないと判断し、ゲート変化抑止フラグを０にリセットして今回のステップＳ６４の処理を終了する。

このように、ゲート変化抑止フラグは、第２ゲート信号の値が変化したときに１にセットされ、ゲート出力上限値を中心とするヒステリシス幅ｗｈから呼吸信号が離れるまで、第２ゲート信号の次の状態変化を抑止する役割を持つ。これにより、第２ゲート信号の状態変化時、呼吸信号に含まれるノイズにより第２ゲート信号が短期間のうちに再度変化する現象（状態変化時のバタツキ）の発生を防ぐことができる。

次に、ゲート変化抑止フラグが０（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、且つ、第２ゲート信号が１（ステップＳ７２：ＮＯ）の場合、ステップＳ７８において、ゲート信号処理部５４は、現在の呼吸信号の値がゲート出力上限値とゲート出力下限値との間に入っているか否かを検査する。

呼吸信号の値がゲート出力上限値とゲート出力下限値との間に入っていない場合（ステップＳ７８：ＮＯ）、次のステップＳ７９において、ゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号を０にリセットする。次のステップＳ８０において、ゲート信号処理部５４は、ゲート変化抑止フラグを１にセットして、今回のステップＳ６４の処理を終了する。

一方、ゲート出力上限値とゲート出力下限値との間に呼吸信号の値が入っていれば（ステップＳ７８：ＹＥＳ）、ゲート信号処理部５４は、今回のステップＳ６４の処理を直ちに終了する。

［６．第１実施形態の効果］
以上説明したように、第１実施形態では、外部機器２０に接続されたセンサポート１２に備わるゲート信号処理部５４が第２ゲート信号を作成し、外部機器２０に出力する。これにより、外部機器２０に出力されるゲート信号のゲート遅延時間Ｔｄを容易且つ確実に短くすることができる。この結果、外部機器２０に対してゲート信号をリアルタイムで供給し、より高い精度で呼吸に同期して当該外部機器２０を動作させることができる。

すなわち、第１実施形態では、呼吸信号からゲート信号を作成する処理を、従来のＰＣ１４のソフトウェアに加えて、センサポート１２のファームウェアでも並行して行うようにしている。従って、通常は、ファームウェアが作成した第２ゲート信号を外部機器２０に出力する。これにより、通常時は、ファームウェアが作成した第２ゲート信号を外部機器２０に出力することで、センサポート１２とＰＣ１４との間の通信時間及びソフトウェアの処理時間を含まない、ゲート遅延時間Ｔｄの短いゲート信号を外部機器２０に出力することができる。

なお、第２ゲート信号を作成中でなければ、ゲート信号処理部５４は、外部機器２０を確実に動作させるため、第１ゲート信号を外部機器２０に供給する。

また、ゲート信号作成指示部４４は、第２ゲート信号の作成開始を指示するゲート作成開始指示と、第２ゲート信号の作成停止を指示するゲート作成停止指示とをセンサポート１２に通知するので、ゲート信号処理部５４は、ゲート作成開始指示を受けてからゲート作成停止指示を受けるまでの間、第２ゲート信号を確実に作成することができる。

また、センサポート１２のゲート信号処理部５４は、第２ゲート信号の作成中、第１ゲート信号がオフ状態のときの第２ゲート信号のオン状態の継続時間を監視し、継続時間が所定の閾値時間（第１実施形態では５００ｍｓ）に到達した場合に、第２ゲート信号をオフ状態に移行させる。ファームウェアが作成した第２ゲート信号がオン状態で、ソフトウェアが作成した第１ゲート信号がオフ状態であり、このような状態が一定時間継続した場合には、ゲート信号をオフ状態にして外部機器２０に出力する。これにより、安全性及び信頼性の高いゲート信号の供給を可能とする。

すなわち、ＰＣ１４側でオフ状態の第１ゲート信号を作成しているにも関わらず、センサポート１２側でオン状態の第２ゲート信号を作成し続けている場合には、外部機器２０に供給するゲート信号を強制的にオフ状態に移行させることで、不要なゲート信号が外部機器２０に供給されて、被検体に対する放射線治療又は画像撮影が不用意に行われることを回避することができる。

このように、ファームウェアが作成した第２ゲート信号とソフトウェアが作成した第１ゲート信号とを照合し、第２ゲート信号のオン状態と第１ゲート信号のオフ状態とが一定時間以上継続したら、外部機器２０に対して安全側のオフ状態のゲート信号を出力することにより、ファームウェア又はソフトウェアにおけるゲート信号の作成処理の不具合に起因して、危険側のオン状態のゲート信号が出力され続けることを回避し、信頼性及び安全性の高いゲート信号を外部機器２０に出力することができる。

また、ＰＣ１４は、呼吸信号に基づいて呼吸動作が異常状態にあるか否かを判断する呼吸異常判断部４８を有している。これにより、ゲート信号作成指示部４４は、呼吸動作が異常状態にあると呼吸異常判断部４８が判断した場合、ゲート作成停止指示をセンサポート１２に送信し、一方で、呼吸動作が異常状態から通常状態に復旧したと呼吸異常判断部４８が判断した場合、ゲート作成開始指示をセンサポート１２に送信することができる。この場合でも、安全性及び信頼性の高いゲート信号の供給が可能となる。

つまり、ソフトウェアが呼吸信号の異常状態を検出したときには、ファームウェアによる第２ゲート信号の作成処理を停止させ、第２ゲート信号をオフ状態にして異常状態からの復旧を待ち、通常状態に復旧したらファームウェアによる第２ゲート信号の作成処理を再開させる。従って、呼吸信号の異常状態の検出や、異常状態からの回復処理等の高度な処理については、ソフトウェアの制御で行うことで、第１実施形態では、従来と同様の高い処理レベルを実現することができる。

また、ゲート作成開始指示には、指定されたゲート出力上限値及びゲート出力下限値が第２ゲート信号の状態を変化させる条件として含まれている。そして、センサポート１２のゲート信号処理部５４は、この変化条件に基づき第２ゲート信号を作成する場合に、第２ゲート信号の状態が変化した後に、ゲート出力上限値を中心とした所定のヒステリシス幅ｗｈの範囲内で呼吸信号が変動しているときには、第２ゲート信号の次の状態変化を禁止する。

つまり、第２ゲート信号の作成条件に基づいて、ファームウェアが呼吸信号から第２ゲート信号を作成する際に、第２ゲート信号の状態を変化させるべき条件を検出したら、第２ゲート信号の状態を変化させると共に、呼吸信号がそのときの値からヒステリシス幅ｗｈ以上変動しないうちは、第２ゲート信号の次の状態変化を抑止する。

このように、第２ゲート信号の状態変化後にヒステリシス幅の範囲内で呼吸信号が変動している間、第２ゲート信号の次の状態変化を禁止することで、呼吸信号に含まれるノイズに起因して、第２ゲート信号の状態変化後の短期間で当該第２ゲート信号の状態が再度変化する現象（状態変化時のバタツキ）が発生することを防ぐことができる。

［７．第２実施形態の構成］
次に、本実施形態に係る呼吸同期システム１０の第２実施形態について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。

第２実施形態では、図４に示したように、ＰＣ１４側にゲート遮断スイッチ５０を設け、センサポート１２に電源供給部５２及びゲート信号処理部５４を設ける。そして、第２実施形態では、使用者のゲート遮断スイッチ５０の操作に起因して、ゲート信号処理部５４から外部機器２０へのゲート信号の出力を強制的に停止させる。以下に、第２実施形態について、詳細に説明する。

なお、第１実施形態でも説明したように、ゲート信号処理部５４は、図７のフローチャートに従って、外部機器２０に供給するゲート信号を作成する。そのため、以下の第２実施形態の説明において、「ゲート信号」は、ゲート信号処理部５４から外部機器２０に供給される信号をいう。

図１０に示すように、センサポート１２とゲート遮断スイッチ５０との間には、３本の配線が設けられている。このうち、２本は、電源供給線としての電源線５８と接地線６０とであり、残りの１本は、ゲート遮断信号線６２である。電源供給部５２は、抵抗値Ｒ１を有する抵抗器６４が電源線５８に接続されている。

ゲート遮断スイッチ５０では、発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）６６と常開型のスイッチ部６８とが直列に接続されている。この場合、ＬＥＤ６６のアノード側に電源線５８が接続されている。また、ＬＥＤ６６のカソード側とスイッチ部６８との間の接続点７０には、ゲート遮断信号線６２が接続されている。スイッチ部６８の接続点７０とは反対側の端部は、接地線６０を介してセンサポート１２のアース７２に接地されている。センサポート１２において、ゲート遮断信号線６２と接地線６０との間には、抵抗値Ｒ２（Ｒ１≪Ｒ２）の抵抗器７４が接続されている。なお、ＬＥＤ６６とスイッチ部６８とによって直列回路７６が構成される。

この場合、電源供給部５２から抵抗器６４、電源線５８及び接地線６０を介してゲート遮断スイッチ５０に電源供給（例えば、＋５Ｖの電源供給）が行われている場合に、スイッチ部６８が押されていなければ、抵抗器７４の抵抗値Ｒ２が大きいため、ＬＥＤ６６には僅かな順方向電流しか流れず、ＬＥＤ６６は消灯状態を維持する。この状態では、抵抗器６４及びＬＥＤ６６の電圧降下は小さいため、ゲート遮断信号線６２は＋５Ｖに近いハイレベル電圧となる。

一方、スイッチ部６８が押されて導通状態となっている間、スイッチ部６８によって抵抗器７４が短絡されるので、ＬＥＤ６６には大きな順方向電流が流れ、ＬＥＤ６６は点灯する。この場合、ゲート遮断スイッチ５０は、接続点７０の電位に応じた信号を、ゲート遮断信号として、ゲート遮断信号線６２を介してセンサポート１２に出力する。なお、スイッチ部６８が導通状態となった場合、アース７２と接続点７０とが略同じ電位となるため、ゲート遮断信号は、０Ｖに近いローレベル信号となる。

ゲート信号処理部５４は、スイッチ部６８が押されてローレベルのゲート遮断信号が入力された場合、外部機器２０へのゲート信号の出力を停止する。一方、スイッチ部６８が開放状態となってローレベルのゲート遮断信号が入力されなくなると、ゲート信号処理部５４は、外部機器２０へのゲート信号の出力を再開する。

また、ゲート信号処理部５４は、ゲート遮断信号の入力に起因して外部機器２０に対するゲート信号の出力を停止した後、スイッチ部６８が開放状態に戻ることに起因してゲート遮断信号の入力が停止し、ゲート信号の出力を再開する際、センサポート１２に対するゲート遮断スイッチ５０の動作モードを設定するモード設定部として機能する。具体的に、ゲート信号は、図１１に示すように、所定の周期Ｔ毎に繰り返し作成されるパルス信号であるため、ゲート信号処理部５４は、ゲート遮断信号の入力が停止するとゲート信号の出力を直ちに再開する第１モード（治療モード）に設定するか、又は、ゲート遮断信号の入力が停止すると次のパルス信号の立ち上がりからゲート信号の出力を再開する第２モード（診断モード）に設定する。

図１１では、時点ｔ１１から時点ｔ１２までの時間Ｔｇだけスイッチ部６８が押された場合を図示している。この場合、第１モードでは、時間Ｔｇの経過後、時点ｔ１２から直ちにゲート信号の出力が再開される。

一方、第２モードでは、時点ｔ１２でゲート信号の出力が再開されることはなく、２番目のパルス信号が時点ｔ１３でオフ状態となり、時点ｔ１１から時間Ｔｓ経過後の時点ｔ１４で３番目のパルス信号がオン状態となるタイミングで、外部機器２０に対するゲート信号の出力を再開する。これにより、ゲート信号は、常に、呼吸信号に同期したタイミングで立ち上がる。

なお、治療モードとは、外部機器２０が放射線治療装置である場合に、被検体に対して放射線を照射する放射線治療を行う場合でのゲート信号の供給モードをいう。また、診断モードとは、外部機器２０が画像診断装置である場合に、被検体に対して画像撮影を行う場合でのゲート信号の供給モードをいう。

また、第２実施形態でも、センサポート１２からＰＣ１４に一定間隔毎に転送データのパケットが送信される。そのため、ゲート遮断スイッチ５０からセンサポート１２にゲート遮断信号が入力された場合、ゲート信号処理部５４が第１モード又は第２モードを設定し、ゲート信号処理部５４が設定した動作モードによって外部機器２０に対するゲート信号の出力が停止又は再開したときに、転送データ生成部２８は、これらの状況を示す情報を転送データに含ませてＰＣ１４に送信することができる。従って、ＰＣ１４では、当該転送データを受信すると、表示部３８は、ゲート遮断スイッチ５０の操作状態の情報も画面上に表示することができる。

［８．第２実施形態の特徴的な機能］
次に、第２実施形態の特徴的な機能について説明する。

先ず、第２実施形態において、ゲート遮断スイッチ５０は、被検体に対する放射線治療又は画像撮影の実行中に、被検体に呼吸状態の突発的な変化等、何らかの異常が発生した場合、外部機器２０に出力されるゲート信号を直ちにオフ状態に移行させて、放射線の照射又は画像撮影を停止するための操作手段として機能する。

従って、ゲート遮断スイッチ５０は、通常操作されることはほとんどない。但し、被検体の異常時に放射線の照射や画像撮影を停止するための重要な安全手段であるため、実際に使用する際に故障していて、本来の機能を果たせないという不具合が発生しないようにする必要がある。そこで、第２実施形態では、ゲート遮断スイッチ５０等を構成する部品のうち、いずれか１個の部品の単一故障、すなわち、１個の部品だけが故障し、他の部品は正常であるような故障が発生した場合に、当該故障により被検体に及ぼす影響を回避すると共に、ゲート遮断スイッチ５０の操作が効かないという事態を回避するようにしている。

すなわち、第２実施形態において、使用者は、放射線の照射又は画像撮影に先立ち、電源供給部５２からゲート遮断スイッチ５０に電源供給が行われる状態で、スイッチ部６８を押してＬＥＤ６６が点灯し、且つ、スイッチ部６８から手を離すことによりＬＥＤ６６が消灯することを事前に確認する。この事前確認の結果、ゲート遮断スイッチ５０等を構成する各部品の単一故障が発生した場合に現れる障害現象について、以下に説明する。

（１）ＬＥＤ６６の短絡故障又は開放故障が発生している場合、事前確認時にスイッチ部６８を押しても、ＬＥＤ６６は点灯しない。従って、当該事前確認によりＬＥＤ６６の短絡故障又は開放故障を検出することが可能である。

（２）スイッチ部６８の短絡故障が発生している場合、抵抗器７４が短絡状態となるので、スイッチ部６８を押さなくても、ＬＥＤ６６は常時点灯する。従って、事前確認によりスイッチ部６８の短絡故障を検出することが可能である。

（３）スイッチ部６８の開放故障が発生している場合、スイッチ部６８を押しても、ＬＥＤ６６は点灯しない。従って、事前確認によりスイッチ部６８の開放故障を検出することが可能である。

（４）抵抗器６４は、電源線５８を流れる電流を抑制する電流制限抵抗器として機能する。そのため、抵抗器６４の短絡故障が発生している場合、事前確認時、電源線５８には過大電流が流れる。従って、図示しない電流センサ等で過大電流を検出することにより、抵抗器６４の短絡故障を事前に検出することが可能である。なお、電流センサの検出結果についても、転送データに含めてセンサポート１２からＰＣ１４に送信し、使用者に通知してもよい。

（５）抵抗器６４の開放故障が発生している場合、事前確認時、スイッチ部６８を押しても、ＬＥＤ６６は点灯しない。従って、事前確認により抵抗器６４の開放故障を検出することが可能である。

（６）抵抗器７４の短絡故障が発生している場合、正常時にスイッチ部６８を押したときと同じ状態になる。そのため、スイッチ部６８を押さなくても、ＬＥＤ６６は常時点灯する。従って、事前確認により抵抗器７４の短絡故障を検出することが可能である。

（７）抵抗器７４の開放故障が発生している場合、抵抗値Ｒ２が極めて大きな値になっている状態であり、事前確認時には、スイッチ部６８を押すとＬＥＤ６６は点灯し、スイッチ部６８から手を離すとＬＥＤ６６は消灯する。この状態は、ゲート遮断スイッチ５０の動作上、故障による影響はなく、正常に動作する。

（８）電源線５８の断線が発生している場合、事前確認時、スイッチ部６８を押しても、ＬＥＤ６６は点灯しない。従って、事前確認により電源線５８の断線故障を検出することが可能である。

（９）ゲート遮断信号線６２の断線が発生している場合、常時、ゲート遮断信号線６２の電位が低いので、ゲート遮断スイッチ５０からゲート遮断信号が出力され続けている状態となる。この場合、安全側への故障障害となる。また、この故障障害の結果についても、ゲート遮断スイッチ５０の操作状態を転送データに含めてセンサポート１２からＰＣ１４に通知し、ＰＣ１４の表示部３８が当該操作状態の情報を表示（通知）することにより、使用者は、前記操作状態を事前に検出することができる。

（１０）接地線６０の断線、又は、電源線５８とゲート遮断信号線６２との短絡が発生している場合、事前確認時、スイッチ部６８を押しても、ＬＥＤ６６は点灯しない。従って、事前確認により、接地線６０の断線、又は、電源線５８とゲート遮断信号線６２との短絡を検出することが可能である。

（１１）接地線６０とゲート遮断信号線６２との短絡が発生している場合、スイッチ部６８を押さなくても、ＬＥＤ６６は常時点灯する。従って、事前確認により、接地線６０とゲート遮断信号線６２との短絡を検出することが可能である。

（１２）電源線５８と接地線６０との短絡が発生している場合、事前確認時、スイッチ部６８を押しても、ＬＥＤ６６は点灯しない。従って、事前確認により、電源線５８と接地線６０との短絡を検出することが可能である。

このように、（７）及び（９）以外の故障は、全て事前確認により検出可能である。すなわち、（７）の故障は、ゲート遮断スイッチ５０の動作に影響しない。また、（９）の故障の場合、常にゲート遮断動作が行われるため、外部機器２０に対してゲート信号が出力されないという安全側の障害になる。

この結果、放射線の照射又は画像撮影中にゲート遮断スイッチ５０が効かないという障害の発生を回避することができる。また、（９）の故障については、前述のように、センサポート１２がゲート遮断信号の状態をＰＣ１４に通知し、ソフトウェアによってゲート遮断スイッチ５０の状態を表示部３８の画面上に表示して使用者に通知すれば、事前に検出することが可能となる。

ところで、外部機器２０が放射線治療装置である場合、放射線治療装置は、ゲート信号がオン状態のときに放射線を照射し、ゲート信号がオフ状態のときに放射線の照射を停止する。一方、外部機器２０がＣＴ、ＭＲＩ等の画像診断装置である場合には、ゲート信号の立上り（オフ状態からオン状態への状態変化時）に撮影を行う。

従って、ゲート遮断スイッチ５０が操作された場合、センサポート１２は、直ちにゲート信号をオフ状態にする。そして、ゲート遮断スイッチ５０の操作が解除された後のゲート信号の出力再開方法に関して、センサポート１２は、外部機器２０の要求条件に応じて、第１モード（治療モード）と第２モード（診断モード）との２つの動作モードを持つ。従って、センサポート１２は、いずれか一方の動作モードで動作することにより、ゲート信号の出力を再開する。この動作モードは、予めＰＣ１４のソフトウェアに設定された情報に基づき、ソフトウェアがセンサポート１２に対する初期化指示（図３及び図５のステップＳ１参照）の一環として、センサポート１２に指示すればよい。

図１１に示すように、使用者が時点ｔ１１から時点ｔ１２の時間Ｔｇの間、ゲート遮断スイッチ５０を押下する場合、第１モードでは、ゲート遮断スイッチ５０が操作された期間だけゲート信号をオフ状態とし、ゲート遮断スイッチ５０の操作が解除された時点で、直ちにゲート信号の出力を再開する。これにより、第１モードでは、時点ｔ１２からゲート信号が出力される。この結果、放射線治療の場合には、治療時間の短縮化を図ることができる。

一方、第２モードでは、ゲート遮断スイッチ５０が操作された期間（時間Ｔｇ）に加え、操作解除後のパルス信号の立下り（時点ｔ１３）までゲート信号をオフ状態とする。そして、次のパルス信号の立上り（時点ｔ１４）からゲート出力を再開する。つまり、時点ｔ１１から時点ｔ１４までの時間Ｔｓでは、ゲート信号の出力が禁止される。

従って、ＣＴ、ＭＲＩ等の画像診断の場合、ゲート遮断スイッチ５０の操作が解除されたら、次のパルス信号の立上りから被検体の呼吸動作に同期して撮影が再開される。これにより、ゲート遮断スイッチ５０の操作による診断画像に乱れが発生することを抑制することができる。

［９．第２実施形態の動作］
次に、第２実施形態の動作について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、センサポート１２のゲート信号処理部５４におけるゲート遮断処理を説明したものである。

ゲート遮断処理は、ゲート信号処理の最終部分、すなわち、ゲート信号をセンサポート１２から外部機器２０に出力する段階で行われる処理であり、タイマ割込みの形で、一定周期（例えば、２．５ｍｓ）毎に常に実行される。

センサポート１２において、初期状態では、図７のフローチャートによって作成されるゲート信号の値は０であるから（ステップＳ８１：ＮＯ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ８２において、第２モード（診断モード）でゲート遮断動作を実行中であることを示すゲート遮断フラグを０にリセットする。その後、ステップＳ８３において、ゲート信号処理部５４から外部機器２０に出力されるゲート信号の値を０（オフ状態）に設定して、今回の処理を終了する。

次に、ＰＣ１４からセンサポート１２への第１ゲート信号の供給が開始されるか、又は、ゲート信号処理部５４で第２ゲート信号の作成が開始されると、ゲート信号が１（オン状態）になる（ステップＳ８１：ＹＥＳ）。そこで、ステップＳ８４において、ゲート信号処理部５４は、ゲート遮断スイッチ５０から入力したゲート遮断信号の値を確認する。

この場合、ゲート遮断信号がハイレベル信号であれば、スイッチ部６８が押されていないことになるので（ステップＳ８４：ＮＯ）、次のステップＳ８５において、ゲート信号処理部５４は、ゲート遮断フラグが０であるか否かを判断する。初期状態では、ゲート遮断フラグが０であるため（ステップＳ８５：ＹＥＳ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ８３において、外部機器２０に出力するゲート信号の値を１に設定して、今回の処理を終了する。すなわち、ゲート信号処理部５４は、オン状態のゲート信号を外部機器２０に供給する。

次に、ゲート遮断スイッチ５０のスイッチ部６８が押されて、ゲート遮断信号がローレベル信号になると（ステップＳ８４：ＹＥＳ）、次のステップＳ８６において、第２モード（診断モード）であれば（ステップＳ８６：ＹＥＳ）、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ８７において、ゲート遮断フラグを１にセットし、次のステップＳ８８において、外部機器２０に出力するゲート信号の値を０に設定する。これにより、ゲート信号処理部５４は、ステップＳ８３で、オフ状態のゲート信号を外部機器２０に出力する。

ゲート遮断フラグは、第２モードでゲート遮断動作を開始したことを記憶部２２に記憶するための制御フラグである。この場合、ゲート遮断フラグが一旦セットされると（ステップＳ８５：ＮＯ）、ゲート遮断スイッチ５０が解除され、ゲート遮断信号がハイレベル信号に戻っても、ステップＳ８８において、ゲート信号を０に変えて、オフ状態のゲート信号を外部機器２０に出力する。従って、第２モードでは、ゲート遮断動作は、図７のフローチャートにより作成されたゲート信号が０になり、ゲート遮断フラグが０にリセットされるまで継続される。

一方、第１モード（治療モード）では（ステップＳ８６：ＮＯ）、ゲート遮断フラグはセットされないため、ゲート遮断スイッチ５０のスイッチ部６８が押され、ゲート遮断信号が０である期間に限り、ゲート遮断動作を行うことになる。

［１０．第２実施形態の効果］
従来は、被検体に対する放射線治療又は画像撮影の実行中、使用者が被検体の外観的状態や呼吸信号の時間的変化から、被検体の呼吸動作が異常状態にあることを検出した場合、使用者は、例えば、ＰＣ１４の入力操作部３６を操作して、ゲート信号の供給停止をＰＣ１４に指示することにより、外部機器２０に対するゲート信号の供給を停止させ、外部機器２０による放射線治療又は画像撮影を停止させていた。

一方、被検体の呼吸動作が異常状態から通常状態に復旧した場合には、復旧を認識した使用者は、入力操作部３６を操作して、ゲート信号の供給再開をＰＣ１４に指示することにより、外部機器２０に対するゲート信号の供給を再開させ、被検体に対する放射線治療又は画像撮影を再開させていた。

しかしながら、ゲート信号の供給停止をＰＣ１４の入力操作部３６から行う場合、例えば、マウスでカーソルを特定の位置に移動した上でクリックする等の一連の操作を要するため、ゲート信号の供給停止を迅速且つ誤りなく確実に行うことは難しかった。

そこで、第２実施形態では、上述のように、被検体に対する放射線治療又は画像撮影の実行中に、被検体の呼吸動作が異常状態であることを使用者が検出した場合、使用者は、スイッチ部６８を押すことにより、ゲート遮断スイッチ５０からセンサポート１２にゲート遮断信号を出力させる。当該センサポート１２は、ゲート遮断信号に基づき外部機器２０へのゲート信号の供給を停止するので、放射線治療又は画像撮影は停止に至る。

従って、第２実施形態によれば、被検体の呼吸動作が異常状態にある場合、使用者がスイッチ部６８を押すだけで、ゲート信号の供給が停止され、これにより、放射線治療又は画像撮影が停止される。この結果、ＰＣ１４の入力操作部３６から、例えば、マウスでカーソルを特定の位置に移動した上でクリックする等の一連の操作を行う方法と比べて、第２実施形態では、ゲート信号の供給停止を単純な操作で迅速且つ誤りなく確実に行うことができる。

また、第２実施形態では、呼吸同期システム１０を上記のように構成することで、以下のような効果も得られる。

すなわち、ゲート遮断スイッチ５０内でＬＥＤ６６及びスイッチ部６８が直列接続され、直列回路７６に対して電源線５８、接地線６０及びゲート遮断信号線６２が接続される。そのため、使用者が呼吸同期システム１０を動作させる前に、スイッチ部６８を押してＬＥＤ６６の点灯の有無を確認することにより、ゲート遮断スイッチ５０が正常に機能することを事前に確認することが可能となる。この結果、放射線治療又は画像撮影中に使用者がスイッチ部６８を押しても、ゲート遮断スイッチ５０が故障していたため機能しない（ゲート遮断スイッチ５０を操作しても故障のためゲート信号を遮断できない）という問題を回避することができる。

また、第２実施形態において、ゲート信号処理部５４は、ゲート遮断信号の入力が停止すると外部機器２０に対するゲート信号の供給を直ちに再開する第１モード、又は、ゲート遮断信号の入力が停止すると次のパルス信号の立ち上がりから外部機器２０に対するゲート信号の供給を再開する第２モードのいずれかに設定する。

これにより、被検体の呼吸動作に同期し、且つ、外部機器２０の種類に応じた的確なタイミングで、外部機器２０に対するゲート信号の供給を再開することができる。

すなわち、外部機器２０が放射線治療装置である場合には、ゲート信号の供給期間中に放射線が照射されるので、放射線治療に対する被検体の拘束時間を少しでも短縮するため、第１モードにより、ゲート遮断信号の入力停止後、直ちにゲート信号の供給を再開すればよい。

一方、外部機器２０がＣＴ又はＭＲＩ等の画像診断装置である場合には、ゲート信号の供給の立ち上がりに同期して画像撮影を行わせるため、第２モードにより、ゲート遮断信号の入力停止後、次のパルス信号が立ち上がるのを待ってゲート信号の供給を再開すればよい。呼吸信号に同期せずにゲート信号の供給を再開すると、取得される診断画像の画質が低下するが、次のパルス信号が立ち上がるのを待ってゲート信号の供給を再開することで、呼吸信号に同期して撮影された、より高画質の診断画像を取得することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…呼吸同期システム １２…センサポート
１４…ＰＣ １８…呼吸センサ
２０…外部機器 ４４…ゲート信号作成指示部
４８…呼吸異常判断部 ５０…ゲート遮断スイッチ
５２…電源供給部 ５４…ゲート信号処理部
５８…電源線 ６０…接地線
６２…ゲート遮断信号線 ６６…ＬＥＤ
６８…スイッチ部 ７０…接続点
７６…直列回路

Claims (2)

1. 被検体の呼吸動作を検知する呼吸センサ、及び、前記被検体に対して放射線治療又は画像撮影を行う外部機器に接続されるセンサポートと、前記センサポートに接続されるパーソナルコンピュータとを備え、
   前記呼吸センサが検知した前記呼吸動作に応じた呼吸信号に基づいてゲート信号を作成し、前記外部機器に前記ゲート信号を供給することにより、前記呼吸動作に同期した前記放射線治療又は前記画像撮影を行わせる呼吸同期システムにおいて、
   前記ゲート信号の供給を遮断するゲート遮断スイッチをさらに有し、
   前記ゲート遮断スイッチは、発光素子と、該発光素子に対して直列に接続された常開型のスイッチ部とを有し、
   前記発光素子及び前記スイッチ部の直列回路の両端に２本の電源供給線が接続されると共に、前記発光素子と前記スイッチ部との接続点に信号線が接続され、
   前記２本の電源供給線を介して前記直列回路に電源が供給されている場合に、前記スイッチ部が押されて導通状態となっている間、前記ゲート遮断スイッチは、前記発光素子を点灯させると共に、前記接続点の電位に応じたゲート遮断信号を前記信号線を介して前記センサポートに出力し、
   前記センサポートは、前記ゲート遮断信号の入力に基づき、前記外部機器に対する前記ゲート信号の供給を停止することを特徴とする呼吸同期システム。
2. 請求項１記載の呼吸同期システムにおいて、
   前記センサポートは、前記ゲート遮断信号の入力に起因して前記外部機器に対する前記ゲート信号の供給を停止した後、前記スイッチ部が開放状態に戻ることに起因して前記ゲート遮断信号の入力が停止し、前記ゲート信号の供給を再開する際の前記ゲート遮断スイッチの動作モードを設定するモード設定部をさらに有し、
   前記ゲート信号は、前記被検体の呼吸動作に同期して繰り返し作成されるパルス信号であり、
   前記モード設定部は、前記ゲート遮断信号の入力が停止すると前記ゲート信号の供給を直ちに再開する第１モード、又は、前記ゲート遮断信号の入力が停止すると次のパルス信号の立ち上がりから前記ゲート信号の供給を再開する第２モードのいずれかに設定することを特徴とする呼吸同期システム。

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