(57)【要約】撮像システムにおける視野を制御するためのデバイス、システム、および方法を提供する。例えば、一実施形態において、撮像システムは、患者の体内構造内において使用するために寸法決めおよび成形される可撓性細長部材と、可撓性細長部材の遠位部分内に位置している撮像トランスデューサと、可撓性細長部材の遠位部分内に位置し、トランスデューサの運動プロファイルに対する撮像トランスデューサの位置を示すフィードバック信号を生成するように構成されるモニタとを含む。撮像システムは、また、モニタと通信状態にあり、撮像トランスデューサのための所望の視野を達成するためにフィードバック信号に基づいて制御信号を調整するように構成されるコントローラも含むことができる。
2013503724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体内構造を該体内構造内から撮像する方法であって、該方法は、
撮像デバイスのアクチュエータに制御信号を伝達することであって、該アクチュエータは、該制御信号に基づいて該撮像デバイスの遠位部分に位置している撮像装置の可動構成要素の振動を発生させる、ことと、
該撮像デバイスの該遠位部分に位置しているモニタからフィードバック信号を受信することであって、該フィードバック信号は、該可動構成要素の位置を表す、ことと、
該フィードバック信号を処理することと、
該フィードバック信号の処理に基づいて該制御信号の態様を調整することと、
該撮像デバイスの該アクチュエータに該調整された制御信号を伝達することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記フィードバック信号は、前記可動構成要素が撮像トランスデューサの運動プロファイルの境界に到達していることを表す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記可動構成要素の前記運動プロファイルは、約２５度乃至約３６０度の角を有する弧である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フィードバック信号を受信することは、二値信号を受信することを含み、前記モニタは、スイッチである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記フィードバック信号を処理することは、
前記二値信号が、前記撮像トランスデューサの各運動サイクルに対して有効であるか否かを決定することと、
有効な信号を有する運動サイクルの、ｎ個の運動サイクルに対する割合を計算することと、
該計算された割合を所望の割合と比較することと
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フィードバック信号の処理に基づいて、初期制御信号の態様を調整することは、
前記計算された割合が前記所望の割合未満である場合に、該制御信号の駆動電流を増加させること
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記フィードバック信号の処理に基づいて、前記初期制御信号の態様を調整することは、
前記計算された割合が前記所望の割合を超える場合に、該制御信号の駆動電流を減少させること
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フィードバック信号を処理することは、
前記撮像トランスデューサの運動サイクルに対して、運動サイクルの開始から該フィードバック信号の立ち上がりまでの経過時間を測定することと、
該測定された経過時間を所望の経過時間と比較することと
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記フィードバック信号の処理に基づいて、前記初期制御信号の態様を調整することは、
前記測定された経過時間が前記所望の経過時間を超える場合に、該制御信号の駆動電流を増加させること
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記フィードバック信号を処理することは、
前記撮像トランスデューサの運動サイクルに対して、該フィードバック信号の立ち上がりから該フィードバック信号の立ち下がりまでの時間間隔を測定することと、
該測定された時間間隔を所望の時間間隔と比較することと
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、撮像トランスデューサの振動を発生させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記アクチュエータは、反射要素の振動を発生させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アクチュエータに制御信号を伝達することと、前記モニタからフィードバック信号を受信することと、該フィードバック信号を処理することと、該制御信号の態様を調整することと、該調整された制御信号を伝達することとは、前記撮像デバイスを較正するために利用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御信号の態様を調整することと、前記アクチュエータに該調整された制御信号を伝達することとは、前記撮像デバイスによって提供される画像の中の画像ジッタを削減する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
撮像される前記内部構造は、動脈、静脈、神経血管系構造、心室、心臓弁、胃腸管、および気管支から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
近位部分と遠位部分とを有する可撓性細長部材であって、患者の体内構造内において使用するために寸法決めおよび成形される可撓性細長部材と、
該可撓性細長部材の該遠位部分内に位置している撮像トランスデューサであって、運動プロファイルに沿って可動である撮像トランスデューサと、
該可撓性細長部材の該遠位部分内に位置しているモニタであって、該運動プロファイルに沿った該撮像トランスデューサの位置を示すフィードバック信号を生成するように構成されるモニタと
を備える、撮像システム。
【請求項１７】
前記モニタは、前記撮像トランスデューサが前記運動プロファイルの終点境界に到達すると状態を変更するスイッチを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記スイッチは、第１の電極および第２の電極を備え、前記撮像トランスデューサに関連する導電性表面は、該撮像トランスデューサが前記運動プロファイルの前記終点境界に到達すると、該第１の電極と第２の電極とを電気的に接続する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記スイッチは、第１の電極および第２の電極を備え、前記撮像トランスデューサが前記運動プロファイルの前記終点境界に到達すると、該撮像トランスデューサは、該スイッチの前記状態を変更するために、該第２の電極に対して該第１の電極を変位させる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記撮像トランスデューサが前記運動プロファイルの前記終点境界に到達すると、該撮像トランスデューサは、前記スイッチの状態をオフからオンに変更するために、前記第１の電極を前記第２の電極との電気的接触状態へと変位させる、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記スイッチは、光電スイッチを備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記モニタは、音響ターゲットを備え、前記フィードバック信号は、識別可能な音響信号である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
前記可撓性細長部材は、４ｍｍ以下の直径を有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
前記可撓性細長部材は、１ｍｍ以下の直径を有する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記可撓性細長部材は、０．３ｍｍ以下の直径を有する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記モニタと通信状態にあるコントローラをさらに備え、該コントローラは、前記撮像トランスデューサのための所望の視野を達成するために、該モニタによって生成される前記フィードバック信号に基づいて、前記運動プロファイルに沿って該撮像トランスデューサを移動させるアクチュエータに提供されている制御信号を調整するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２７】
撮像デバイスを制御する方法であって、該方法は、
振動撮像要素の運動プロファイルに関する該振動撮像要素の位置を表すフィードバック信号を受信することであって、該振動撮像要素は、患者の体内構造内に位置するように寸法決めおよび成形される可撓性細長部材の遠位部分内に位置している、ことと、
該フィードバック信号に基づいて該撮像デバイスの態様を制御することと
を含む、方法。
【請求項２８】
前記撮像デバイスの態様を制御することは、前記振動撮像要素が前記運動プロファイルの戻り経路上にあるとき、撮像トランスデューサを作動させることを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記撮像デバイスの態様を制御することは、該撮像デバイスのアクチュエータに制御信号を伝達することを含み、該アクチュエータは、該制御信号に基づいて前記振動撮像要素の振動を発生させる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記フィードバック信号を処理することと、
該フィードバック信号の処理に基づいて、前記制御信号の態様を調整することと、
前記撮像デバイスの前記アクチュエータに該調整された制御信号を伝達することと
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記撮像デバイスの遠位部分に位置している音響ターゲットに対応する画像プロファイルが存在するか否かを決定するために、前記フィードバック信号を処理することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記フィードバック信号は、前記振動撮像要素が前記運動プロファイルの終点境界に到達したことを表す二値信号である、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記フィードバック信号は、前記可撓性細長部材の前記遠位部分内に位置しているモニタによって生成される、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本開示の実施形態は、概して、撮像システムに関し、より具体的には、人間の血管系内において使用するように寸法決めされる撮像システムに関する。一部の事例において、本開示のデバイス、システム、および方法は、そのような撮像システムの視野を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
米国および多くの他の国々において、心臓疾患は死亡および身体障害の主要原因である。１つの具体的な種類の心臓疾患は、動脈硬化であり、身体全体の動脈の壁および管腔の変性を伴う。科学的研究では、脂肪様物質が血管壁上に蓄積するにつれて、動脈壁の肥厚、結果として管腔内への組織の侵入が実証されている。脂肪様物質は「溶血斑」として知られる。溶血斑が蓄積し、管腔が狭窄すると血流が制限される。動脈が過度に狭窄すると、または血栓が損傷した溶血斑部位（病変部）に形成すると、流れは大幅に低下または中断され、その結果、支える筋肉が、酸素の欠乏に起因して損傷または壊死するおそれがある。動脈硬化は、人間の身体全体に発生する可能性があるが、心臓に酸素を供給する冠状動脈を伴うときには最も致死的である。心臓への血流が相当に削減または中断されると、心筋梗塞または「心臓発作」がしばしば発生する。間に合うように治療されない場合、心臓発作はしばしば死亡にいたる。
【０００３】
医療従事者は、薬剤から心臓切開の「バイパス」手術まで、心臓疾患を治療するために、多様なツールに依存する。しばしば、病変部は、鼠径部の大腿動脈を通して冠状動脈へと通されるカテーテルに基づくツールの使用を介して、最小侵襲で診断、治療することができる。例えば、病変に対する１つの治療は、経皮経管冠動脈血管形成術（ＰＴＣＡ）として知られる処置で、その先端に拡張可能なバルーンを備えるカテーテルが病変部に通され、膨張させられる。基底の病変部が再形成され、望ましくは、血流を向上させるために管腔直径が拡大される。そのような技法は、従来、治療介入に関連する血管系の重要な解剖学的特徴を識別するために、手術前に実施されるＣＴスキャンおよび手術中の血管形成に依存してきた。しかしながら、動脈瘤は、時間とともに継続的に変化するので、ＣＴスキャンからの情報は手術時には不正確であることが多い。
【０００４】
その上、心臓空間内の治療介入処置は、継続的に発達している。その点に関して、弁置換、弁修理、不整脈に対するカテーテルアブレーション、左心耳（ＬＡＡ）処置、卵円孔開在（ＰＦＯ）処置、および心房中隔欠損処置を含むがこれらに限定されない構造的な心臓の処置もまた、対応する心臓構造の撮像に依存する。関連構造の正確および詳細な画像なしには、心臓空間内のこれらの治療介入処置を首尾よく実施することは、不可能とは言わないまでも困難になる。
【０００５】
近年、冠状動脈および末梢血管ならびに心臓空間構造についての詳細情報を取得するための技法が開発されている。例えば、血管内超音波（ＩＶＵＳ）および血管内エコー（ＩＣＥ）技法は、管腔、血管組織、および／または血管周辺組織の２次または３次元画像を作成するために、電子的に変換されたエコー信号を体外の撮像システムに提供するために、カテーテルの終端に向かって配置される１つ以上の非常に小型のトランスデューサを採用する。しばしば、これらの高品質画像は、実質的にリアルタイムに生成される。これらの技法からの画像は、使用者が、血液が流れていることを決定するだけにとどまらず、部位の形態および構造を視認することを可能にする。
【０００６】
一部の事例において、これらのデバイスは、多次元空間を繰返しサンプリングするための撮像トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ）の機械的運動に依存する。正確な情報を提供するために、トランスデューサの運動と関連の超音波捕捉とを連携させるように努力がなされる。これに関して、体外の撮像システムが、一般的に、トランスデューサの運動を制御する。例えば、一部の事例において、撮像トランスデューサの変位は、体外の撮像システムによって生成される制御信号の電圧または電流波形と直接的に相関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
既存のデバイスおよび方法は、概して、その意図する目的のために妥当であったが、全ての点で完全に満足するものではなかった。本開示のデバイス、システム、および関連方法は、先行技術の欠点のうちの１つ以上を克服する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
撮像システム内の視野を制御するためのデバイス、システム、および方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の一態様に従う撮像システムの細長部材の一部の模式図である。
【図２】図２は、図１の細長部材の遠位終端部分の部分垂直断面図で、第１の配向にある撮像システムのトランスデューサ要素を例示する。
【図３】図３は、図２に類似の細長部材の遠位終端部分の部分垂直断面図であるが、第２の配向にあるトランスデューサ要素を例示する。
【図４】図４は、図３に類似の細長部材の遠位終端部分の部分垂直断面図であるが、本開示の別の実施形態を例示する。
【図５】図５は、本開示の一態様に従う撮像システムのトランスデューサ要素の運動経路の模式図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態に従うスイッチ構成の斜視図で、開位置にあるスイッチ構成が例示される。
【図７】図７は、図６のスイッチ構成の斜視図であるが、閉位置にあるスイッチ構成を例示する。
【図８】図８は、本開示の別の実施形態に従うスイッチ構成の斜視図で、開位置にあるスイッチ構成が例示される。
【図９】図９は、図８のスイッチ構成の斜視図であるが、閉位置にあるスイッチ構成を例示する。
【図１０】図１０は、本開示の別の実施形態に従うスイッチ構成の斜視図で、閉位置にあるスイッチ構成が例示される。
【図１１】図１１は、図１０のスイッチ構成の斜視図であるが、開位置にあるスイッチ構成を例示する。
【図１２】図１２は、本開示の別の実施形態に従うスイッチ構成の斜視図で、開位置にあるスイッチ構成が例示される。
【図１３】図１３は、図１２のスイッチ構成の斜視図であるが、閉位置にあるスイッチ構成を例示する。
【図１４】図１４は、本開示の実施形態に従うセンサ構成の斜視図である。
【図１５】図１５は、本開示の別の実施形態に従うセンサ構成の斜視図である。
【図１６】図１６は、本開示の一実施形態に従う光学式センサとともに例示される撮像システムのトランスデューサ要素の運動経路の模式図である。
【図１７】図１７は、図１６に類似した撮像システムのトランスデューサ要素の運動経路の模式図であるが、本開示の別の実施形態に従う光学センサを例示する。
【図１８】図１８は、本開示の実施形態に従う音響ターゲットを含む細長部材の遠位終端部分の斜視図である。
【図１９】図１９は、本開示の実施形態に従い、撮像システムの制御信号を制御する方法を例示するフローチャートである。
【図２０】図２０は、本開示の実施形態に従い、撮像システムの制御信号を制御する計算百分率法を例示するフローチャートである。
【図２１】図２１は、本開示の制御信号を制御する方法のうちの１つ以上を実装するために構成された本開示の実施形態に従う撮像システムの一部の模式図である。
【図２２】図２２は、本開示の実施形態に従い、フィードバック信号のタイミングに基づいて撮像システムの制御信号を制御する方法を例示するフローチャートである。
【図２３】図２３は、本開示の実施形態に従い、撮像システムのフィードバック信号を経時的にマッピングするグラフである。
【図２４】図２４は、本開示の別の実施形態に従い、フィードバック信号のタイミングに基づいて撮像システムの制御信号を制御する方法を例示するフローチャートである。
【図２５】図２５は、本開示の実施形態に従い、撮像システムのトランスデューサの角運動を経時的にマッピングするグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の原理の理解を促進することを目的として、以降、図面に例示される実施形態を参照し、それを説明するために具体的な言語が使用される。それでもなお、本開示の範囲を限定する意図が全くないことが理解されるであろう。記載のデバイス、器具、方法、および本明細書に記載される本開示の原理の任意のさらなる適用におけるいかなる変形および修正も、本開示が関係する当業者には通常想定されるであろうと考えられる。具体的には、一実施形態に関して記載される特徴、構成要素、および／またはステップは、本開示の他の実施形態に関して記載される特徴、構成要素、および／またはステップと組み合わされてもよいことが十分に考えられる。
【００１１】
図１〜３を参照すると、本開示の実施形態に従う撮像システムの細長部材１００の態様が示される。より具体的には、図１は、細長部材１００の一部の模式図であり、図２は、細長部材１００の遠位終端部分の部分垂直断面図であり、第１の配向の撮像システムのトランスデューサ要素を例示し、図３は、図２に類似して、細長部材１００の遠位終端部分の部分垂直断面図であるが、第２の配向のトランスデューサを例示する。
【００１２】
図１に示されるように、細長部材１００は、遠位先端１０６まで延在する遠位筐体部分１０４を有する可撓性本体１０２を含む。図２に示されるように、トランスデューサ１０８は、遠位先端１０６に隣接した遠位筐体部分１０４内に配置される。一部の事例において、トランスデューサ１０８は、超音波トランスデューサである。例示される実施形態において、トランスデューサ１０８は、台１１０上に付設され、台１１０は、台１１０の一部を通って延在する駆動ピン１１２によって画定される軸の周りを回転するように構成される。これに関して、トランスデューサ１０８は、矢印１１４の方向に、初期の配向（図２に図示）から完全に回転された配向（図３に図示）まで回転する。トランスデューサは、完全に回転された配向から、矢印１１４の反対の方向に、初期の配向まで回転して戻る。この工程が繰り返されて、トランスデューサ１０８の振動を発生させる。
【００１３】
例示される実施形態において、インターフェースアーム１１６は、台１１０から近位方向に延在し、アクチュエータ１１８と結びついて、トランスデューサ１０８の振動を促進する。図２に示されるように、トランスデューサ１０８が初期の位置にあるとき、アクチュエータ１１８の遠位方向への前進は、矢印１２０によって示されるように、インターフェースアーム１１６を遠位方向に促し、台１１０を駆動ピン１１２の周りに回転させる。台１１０の回転は、トランスデューサ１０８を初期の位置（図２）から完全に回転した位置（図３）までスイープさせる。
【００１４】
図２および３は、振動させられているトランスデューサ１０８を例示するが、他の事例においては、トランスデューサ１０８は、固定位置に維持され、鏡または他の反射要素が振動させられる。これに関して、鏡または他の反射要素は、トランスデューサ自体が振動させられるときに類似した態様で、信号が運動プロファイルを介してスイープさせられるように、固定されたトランスデューサによって生成される信号（例えば、超音波撮像に関連する音響波）を反射する。一部の事例において、固定されたトランスデューサおよび反射器は、参照によってその全体が本明細書に援用される米国特許第７，６５８，７１５号の「ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ  ＡＣＴＵＡＴＯＲ  ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ  ＦＯＲ  ＩＮＴＲＡＶＡＳＣＵＬＡＲ  ＩＭＡＧＩＮＧ」に記載される実施形態に類似した様式で構成される。
【００１５】
概して、細長部材１００は、患者の動脈、静脈、心室、神経血管系構造、ＧＩ管、気管支、臓器、および／または患者の器官の内部撮像が所望される他の部位を含むが、これらに限定されない患者の体内構造内において使用するために寸法決めおよび成形される。これに関して、特定の医療用途に応じて、細長部材１００は、心臓処置、神経血管系処置、肺臓処置、内視鏡処置、大腸内視鏡検査、経管腔処置（経管腔内視鏡手術（ＮＯＴＥＳ）等）、および／または他の医療処置において使用するために構成される。
【００１６】
したがって、いくつかの実施形態において、細長部材１００は、ガイドワイヤまたはカテーテルの形態をとる。一部の事例において、撮像システム全体、細長部材１００、アクチュエータ１１８、および／または撮像システムの他の態様は、各々参照によりその全体をここに組み入れる、米国特許第５，３７９，７７２号「ＦＬＥＸＩＢＬＥ  ＥＬＯＮＧＡＴＥ  ＤＥＶＩＣＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＦＯＲＷＡＲＤ  ＬＯＯＫＩＮＧ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ」、米国特許第７，１１５，０９２号「ＴＵＢＵＬＡＲ  ＣＯＭＰＬＩＡＮＴ  ＭＥＣＨＡＮＩＳＭＳ  ＦＯＲ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＩＮＴＲＡＶＡＳＣＵＬＡＲ  ＩＮＴＥＲＶＥＮＴＩＯＮＡＬ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、および／または米国特許第７，６５８，７１５号「ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ  ＡＣＴＵＡＴＯＲ  ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ  ＦＯＲ  ＩＮＴＲＡＶＡＳＣＵＬＡＲ  ＩＭＡＧＩＮＧ」に記載のそれらに類似する。
【００１７】
最も効率的に機能するためには、トランスデューサ１０８を用いて取得されたデータは、トランスデューサの運動と連携されなければならない。したがって、いくつかの態様において、本開示は、トランスデューサの運動を監視および制御し、それによって、撮像システムの得られる視野を制御するフィードバック制御機構に関する。その点に関して、本開示の態様は、トランスデューサの運動の精度および再現性を増加させる。これによって、撮像システムによって提供される結果としての画像の鮮明度および精度が向上することになる。
【００１８】
図４および５を参照すると、本開示の態様に従って、トランスデューサの運動を監視するために構成される実施形態の細長部材が示される。特に、図４は、細長部材の遠位終端部分の部分垂直断面図であり、図５は、図４の細長部材のトランスデューサ要素の運動経路の模式図である。図４をより具体的に参照すると、例示される遠位終端部分は、多数の点で細長部材１００の遠位終端部分（図３に図示）に類似する。
【００１９】
したがって、同様の部品を表示するために、同様の参照番号が使用されている。しかしながら、図４の遠位終端部分は、追加の要素、すなわち、モニタ１２２を含む。概して、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８の運動の１つ以上の態様を監視するために構成される機構である。これに関して、モニタ１２２のための好適な構成のいくつかの実施例は、図６〜１８を参照して以下に記載される。しかしながら、任意の他の機械的、電気的、光学的、電気機械的、光電子、および／または他の、これらの組み合わせを含む監視デバイスが利用されてもよいことが理解される。
【００２０】
いくつかの実施形態において、モニタ１２２は、その運動プロファイルの間のトランスデューサ１０８の位置を監視する。これに関して、図５は、トランスデューサ１０８の例示的運動プロファイルを例示する。示されるように、トランスデューサ１０８は、駆動ピン１１２の周りを旋回し、起点配向（図面の左端の軸１２６および架空のトランスデューサ１０８によって表される）と終点配向（図面の右端に示される軸１２８およびトランスデューサ１０８によって表される）との間の角１２４を移動する。これに関して、トランスデューサ１０８が起点配向と終点配向との間で移動する角１２４は、概して、撮像用途に応じて、約１度乃至約４００度である。一部の事例において、角１２４は、約２５度乃至約３６０度である。しかしながら、本開示は、任意の量のトランスデューサ回転に適用可能であり、これらの例示的範囲による限定は全く意図されていないことが理解される。
【００２１】
上記のように、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８の位置をその運動プロファイルの間、監視する。これに関して、一部の事例において、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８がその運動プロファイルの所定の点に到達したか否か、および／または到達するときを検出するように構成される。例えば、一部の事例において、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８が、軸１２８によって表される終点配向に到達したか否か、および／または到達するときを検出するように構成される。その他の事例において、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８が、起点配向、中点配向（図面中央の架空に示されるトランスデューサ１０８によって表される）、および／または運動プロファイルに沿った他の配向を含むが、これらに限定されない、その運動プロファイルに沿った他の点に到達したか否か、および／または到達するときを検出するように構成される。これに関して、トランスデューサ１０８の運動プロファイルの境界は、図５において軸１２６および１２８によって例示される。これらの境界は、使用中のトランスデューサの所望の運動プロファイルを表す。しかしながら、使用中のトランスデューサの実際の運動プロファイルは異なる場合があり、したがって、所望の運動プロファイルの境界を越えて移動する場合があることが理解される。
【００２２】
したがって、一部の事例において、モニタは、トランスデューサ１０８が所望の運動プロファイルを越えた所定の点に到達したか否か、および／または到達するときを検出するように構成される。さらに、一部の事例において、モニタ１２２は、運動プロファイルの所定の点に対するトランスデューサ１０８の位置を連続的に追跡するように構成される。
【００２３】
いくつかの実施形態において、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８が、単一の点ではなく、運動プロファイルに沿った２つ以上の点に到達したか否か、および／または到達するときを検出するように構成される。これに関して、一部の事例において、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８が運動プロファイルに沿った点に到達したか否か、および／または到達するときを検出するように構成される。他の実施形態において、モニタ１２２は、２つ以上の構成要素を含み、構成要素が全体として運動プロファイルに沿った２つ以上の点を監視するように、運動プロファイルに沿った単一の点を監視するようにそれぞれ構成される。モニタ１２２が２つ以上の構成要素を含む場合、構成要素のうちの１つ以上は、他の構成要素のうちの１つ以上から間隔をあけて配置されてもよく、または構成要素の全ては、相互に隣接して位置してもよい。モニタ１２２のための構成の例示的な実施形態は、ここで図６〜１８に関連して説明される。明確性および簡易性のために、本明細書の検討は、運動プロファイルに沿った検出点として、トランスデューサの終点配向（図５の右端に示される矢印１２８およびトランスデューサ１０８によって表される）を使用する。一部の事例において、モニタ１２２は、トランスデューサ１０８がその運動プロファイルの終点配向に到達したときに状態を変更する（例えば、オンからオフ、またはオフからオン）スイッチの形態をとる。これに関して、図６〜１３は、モニタ１２２としての使用に適したスイッチの多様な実施形態を例示する。
【００２４】
図６および７をより具体的に参照すると、本開示の一実施形態に従うスイッチ１３０が示される。より具体的には、図６は、開位置にあるスイッチ１３０を例示し、図７は、閉位置にあるスイッチ１３０を例示する。スイッチ１３０は、導電体１３４に連結された電極１３２と、導電体１３８に連結された電極１３６とを含む。これに関して、導電体１３４、１３８は、スイッチ１３０によって生成された信号が、処理のために撮像システムの一部に伝達されることができるように、電極１３２、１３６を撮像システムに接続する。図６に示されるように、トランスデューサ１４０が、その運動プロファイルに沿ってスイッチ１３０から間隔をあけて配置されるとき、電極１３２、１３６は、電極１３２、１３６の間に空間が存在するように、固定配向で相互に間隔をあけて配置される。電極１３２、１３６は、相互に対して固定されているので、スイッチ１３０は、静止スイッチと呼ばれる場合がある。図７を参照すると、トランスデューサ１４０がその運動プロファイルの終点配向に到達したとき、トランスデューサの外面１４２は、電極１３２、１３６を接続する。これに関して、電極１３２、１３６の間の間隙を満たす外面１４２の少なくとも一部は、導電面が電極に接触したときにスイッチ１３０がオンになるように、導電材料から形成される。
【００２５】
したがって、スイッチ１３０は、トランスデューサ１４０がその終点配向に到達し、電極１３２、１３６に接触するときは必ずオンになる。
【００２６】
トランスデューサ１４０は、スイッチ１３０をオンにする要素であると記載されたが、導電面は、取付け台またはトランスデューサに関連する他の構成要素等、トランスデューサに対して既知の配向を有するいくつかの他の要素の部分であってもよいことが全体として理解される。したがって、モニタの残りの実施形態は、トランスデューサとの関連において同様に記載されるが、これによる限定は全く意図されないこと、既知の配向（固定または予測通りに変動のいずれか）を有する任意の他の要素は、明示的に本開示の範囲内にあることが理解される。これに関して、移動するトランスデューサとの関連において記載されるモニタは、トランスデューサが固定された位置にあり、反射要素が移動される実施形態に同等に適用可能であることもまた理解される。そのような実施形態において、モニタは、反射要素、または反射要素に対して既知の配向（固定または予測どおりに変動のいずれか）を有する任意の他の要素の位置を監視するために利用される。
【００２７】
図８および９をここで参照すると、本開示の別の実施形態に従うスイッチ１５０が示される。より具体的には、図８は、開位置にあるスイッチ１５０を例示し、図９は、閉位置にあるスイッチ１５０を例示する。スイッチ１５０は、導電体１５４に連結された電極１５２と、導電体１５８に連結された電極１５６とを含む。これに関して、導電体１５４、１５８は、スイッチ１５０によって生成された信号が、処理のために撮像システムの一部に伝達されることができるように、電極１５２、１５６を撮像システムに接続する。図８に示されるように、開位置において、電極１５２、１５６は、電極１５２、１５６の間に空間が存在するように、相互に間隔をあけて配置される。例示される実施形態において、少なくとも電極１５２および導電体１５４の関連部分は、電極の間の間隙が閉じてスイッチをオンにすることができるように、電極１５６に対して可動である。これに関して、図９に示されるように、トランスデューサ１６０は、その運動プロファイルの終点配向に到達したとき、回路を閉じ、スイッチをオンにするために、電極１５２を電極１５６との接触状態に変位させる。トランスデューサ１６０が、起点配向に向かってその運動プロファイルに沿って戻り続けると、電極１５２は、図８に例示される開位置に戻る。これに関して、電極１５２は、開位置へとバイアスされる。一部の事例において、バネ、弾性要素、または他の弾力的可撓性構成要素（図示せず）が、開位置へと電極１５２をバイアスする。
【００２８】
図１０および１１をここで参照すると、本開示の別の実施形態に従うスイッチ１７０が示される。より具体的には、図１０は、閉位置にあるスイッチ１７０を例示し、図１１は、開位置にあるスイッチ１７０を例示する。スイッチ１７０は、導電体１７４に連結された電極１７２と、導電体１７８に連結された電極１７６とを含む。これに関して、導電体１７４、１７８は、スイッチ１７０によって生成された信号が、処理のために撮像システムの一部に伝達されることができるように、電極１７２、１７６を撮像システムに接続する。図１０に示されるように、閉位置において、電極１７２、１７６は、スイッチがオンになるように接続される。例示される実施形態において、少なくとも電極１７６および導電体１７８の関連部分は、電極の間に間隙が生まれてスイッチをオフにできるように、電極１７２に対して可動である。これに関して、図１１に示されるように、トランスデューサ１６０は、その運動プロファイルの終点配向に到達すると、電極１７２から間隔をあけて配置されて回路を開き、スイッチをオフにするように、電極１７６を変位させる。トランスデューサ１６０が、起点配向に向かってその運動プロファイルに沿って戻り続けると、電極１７６は、図１０に例示される開位置に戻る。これに関して、電極１７６は、閉位置へとバイアスされる。一部の事例において、バネ、弾性要素、または他の弾力的可撓性構成要素（図示せず）が、閉位置へと電極１７６をバイアスする。
【００２９】
図１２および１３をここで参照すると、本開示の別の実施形態に従うスイッチ１８０が示される。より具体的には、図１２は、開位置にあるスイッチ１８０を例示し、図１３は、閉位置にあるスイッチ１８０を例示する。スイッチ１８０は、導電体１８４に連結された電極１８２と、導電体１８８に連結された電極１８６とを含む。これに関して、導電体１８４、１８８は、スイッチ１８０によって生成された信号が、処理のために撮像システムの一部に伝達されることができるように、電極１８２、１８６を撮像システムに接続する。図１２に示されるように、開位置において、電極１８２、１８６は、電極１８２、１８６の間に空間が存在するように、筐体１９０内部で相互に間隔をあけて配置される。例示される実施形態において、電極１８６は筐体１９０の壁に固定して付設され、一方で電極１８２および導電体１８４の関連部分は、電極の間の間隙を閉じてスイッチをオンにできるように、電極１８６に対して可動である。これに関して、バネ、弾性要素、または他の弾力的可撓性構成要素等の弾力的可撓性構成要素１９２は、電極１８６から離れるように開位置に向かって電極１８２をバイアスする。電極１８２は、筐体を通って延在するシャフト１９４に、直接的または間接的のいずれかで連結される。シャフトの終端にある接触部材１９４は、図１３に示されるように、トランスデューサ１９８がその運動プロファイルの終点配向に到達するときにトランスデューサと接続するように構成されるので、電極１９８はシャフト１９４を変位させ、これによって、回路を閉じ、スイッチをオンにするように電極１８６との接触状態にシャフト１９４を変位させることになる。トランスデューサ１９８が、起点配向に向かってその運動プロファイルに沿って戻り続けると、弾力的可撓性構成要素は、図１２に例示される電極１８２を強制的に開位置に戻す。
【００３０】
図１４をここで参照すると、本開示の実施形態に従うスイッチ２００が示される。圧力モニタ２００は、圧力センサ２０２と、関連の導電体２０４とを含む。これに関して、導電体２０４は、圧力センサ２０２によって生成された信号が、処理のために撮像システムの一部に伝達されることができるように、圧力センサを撮像システムに接続する。これに関して、圧力センサ２０２は、トランスデューサ２０６が完全な視野に到達するときに生じる圧力量を監視する。これに関して、一部の事例において、所定のレベルの圧力は、所望の視野に関連付けられる。圧力センサ２０２は、トランスデューサ２０６によって生じた圧力量を示す電気信号を送信する。したがって、システムは、完全な視野に到達しているトランスデューサ２０６に対応する閾値レベルの圧力が到達されるときを認識することができる。これによって、圧力モニタ２００は、上記のスイッチに類似した二値様式で機能することが可能になる。さらに、一部の事例において、システムはさらに、発生した圧力が特定の視野に対する最大の所望の閾値を超えるときを認識するように構成される。これによって、事実上、システムは、トランスデューサ２０６が目的の完全な視野に関連する所望の圧力範囲内で動作しているか否か、圧力センサ２０２から提供される値を介して決定することが可能になる。したがって、システムは、一定の基準で所望の完全な視野内にトランスデューサの運動プロファイルを維持するために、アクチュエータに供給される電圧／電流を増加および／または減少させることができる。
【００３１】
図１５をここで参照すると、本開示の実施形態に従う細長部材２１０の遠位部分が示される。細長部材２１０の遠位部分は、遠位先端２１６まで延在する筐体２１４を含む。さらに、トランスデューサ２１８は、細長部材２１０の遠位部分内に位置している駆動ピン２２０の周りを旋回する。細長部材２１０は、また、感知要素がトランスデューサ２１８の運動プロファイルの間に任意の構成要素によって直接的に接触されないように、トランスデューサ２１８およびその関連構成要素の運動プロファイルから間隔をあけて配置された感知要素２２２を含む。例示された実施形態において、感知要素２２２は、駆動ピン２２０の近位に位置している。他の実施形態において、感知要素２２２は、駆動ピンの遠位にではあるが、依然として、トランスデューサ２１８の運動プロファイルと接触せずに位置している。感知要素２２２は、トランスデューサ２１８の運動プロファイルを監視するように構成される。
【００３２】
一実施形態において、感知要素２２２は、加速度計等の振動センサである。これに関して、振動センサは、トランスデューサ２１８から近位に間隔をあけて配置することができ、振動センサの寸法および形状における柔軟性の向上を可能にする。いくつかの実施例において、振動センサは、細長部材の近位部分に隣接して位置している。振動センサは、筐体２１４上で感じられる振動の強度を監視することによって、トランスデューサ２１８が、スキャン運動プロファイルの終点配向に到達するか否かを検出する。これに関して、振動センサは、トランスデューサ２１８が完全な視野に到達するときに生じる振動量を監視する。これに関して、一部の事例において、所定のレベルの振動は、所望の視野に関連付けられる。振動センサは、トランスデューサ２１８によって生じた振動量を示す電気信号を送信する。したがって、システムは、完全な視野に到達しているトランスデューサ２１８に対応する、閾値レベルの振動が到達されるときを認識することができる。これによって、振動センサは二値様式で機能することが可能になる。さらに、一部の事例において、システムはさらに、発生した振動が特定の視野に対する最大の所望の閾値を超えるときを認識するように構成される。これによって、事実上、システムは、トランスデューサ２１８が目的の完全な視野に関連する所望の振動範囲内で動作しているか否かを、振動センサから提供される値を通じて決定することができる。したがって、システムは、一定のベースで所望の完全な視野内にトランスデューサの運動プロファイルを維持するために、アクチュエータに供給される電圧／電流を増加および／または減少させることができる。
【００３３】
ここで図１６および１７を参照すると、本開示の態様に従う光学式および／または光電気式モニタの例示的実施形態が示される。これに関して、本開示の撮像システム内部で使用するために適したサイズの範囲で使用可能な、多種の光電気式センサが存在する。例えば、環境光センサ、赤外線（ＩＲ）センサ、カラーセンサ、光から電圧への変換器、光から周波数への変換器、リニアセンサアレイおよび反射光センサが、本開示の実施形態に従い利用されてもよい。図１６をここで参照すると、本開示の実施形態に従う光学式モニタ２３０が示される。光学式モニタ２３０は、トランスデューサ１０８の運動プロファイルに向かって経路２３４に沿って光を送るエミッタ２３２（発光ダイオード（ＬＥＤ）等）を含む。光学式モニタ２３０はまた、経路２３８に沿ってトランスデューサ１０８の運動プロファイルから反射光を受けるレシーバ２３６（光電子式センサ等）を含む。これに関して、少なくともレシーバ２３６は、レシーバ２３６によって生成された信号が、処理のために撮像システムの一部に伝達されることができるように、撮像システムと通信状態にある。例示される実施形態において、光学式モニタ２３０は、トランスデューサ１０８が、軸１２８によって表される終点配向に到達するか否か、および到達するときを検出するように配向される。トランスデューサ１０８が、光経路２３４を中断すると、光は、経路２３８に沿ってレシーバ２３６まで反射される。したがって、レシーバ２３６がそのような反射光を受けると、システムは、完全な視野に到達したことを示す、トランスデューサ１０８が終点配向に到達したことを認識することができる。これに関して、レシーバ２３６、または撮像システム内の関連プロセッサは、運動プロファイルの終点配向に到達しているトランスデューサに関連する所定のパターンおよび強度を識別するように設計される。したがって、光学式モニタ２３０は、二値様式で動作することができる。
【００３４】
代替として、他の実施形態において、光学式モニタ２３０は、終点配向に加えて、運動プロファイルの少なくともある部分に沿ってトランスデューサ１０８の位置を追跡できるように配向される。例えば、一部の事例において、光学式モニタ２３０は、いくつかの実施形態において、運動プロファイル全体を含む、運動プロファイルの大部分に沿ってトランスデューサ１０８の一部を連続的に追跡するように構成される。そのような実施形態において、光学式モニタ２３０は、線形制御信号を生成することができ、制御信号は、その運動プロファイルに沿ったトランスデューサ１０８の相対的位置に基づいている。一部の事例において、トランスデューサ１０８の位置は、所望の運動プロファイルの終点配向に対して測定される。さらに、一部の事例において、光学式モニタ２３０は、運動プロファイルに沿った複数の離散点に対するトランスデューサ１０８の位置を追跡するように構成される。
【００３５】
図１７をここで参照すると、本開示の別の実施形態に従う光学式モニタ２４０が示されている。多くの点で、光学式モニタ２４０は、上記の光学式モニタ２３０に類似の態様で機能する。したがって、光学式モニタ２４０の動作の詳細説明は提供されない。しかしながら、図１７に示されるように、光学式モニタ２４０は、エミッタおよびレシーバの両方として機能する光ファイバ２４２を含む。これに関して、光ファイバ２４２は、トランスデューサ１０８の運動プロファイルに向かって経路２４４に沿って光を送り、経路２４６に沿ってトランスデューサ１０８の運動プロファイルから反射光を受ける。光学式モニタ２４０は、細長部材の遠位終端に隣接した単一の光ファイバだけを必要とし、光学式モニタは、筐体の中に非常に小さいプロファイルを占有することが可能になる。
【００３６】
図１８をここで参照すると、本開示の実施形態に従う細長部材２５０の遠位部分が示される。細長部材２５０の遠位部分は、遠位先端２５６まで延在する筐体２５４を含む。さらに、超音波トランスデューサ２５８は、細長部材２５０の遠位部分内に位置し、駆動ピン２６０の周りを旋回する。細長部材２５０はまた、アーム２６４と２６６との間に位置している音響ターゲット２６２も含む。例示される実施形態において、音響ターゲット２６２は、超音波トランスデューサ２５８がその運動プロファイルの終点配向に到達すると、音響ターゲット２６２が超音波トランスデューサ２５８の可視フィールド内にあるように位置している。これに関して、音響ターゲット２６２が超音波トランスデューサ２５８の可視フィールドまたは枠内にあるとき、音響ターゲット２６２は、音響信号として認識可能である。これに関して、音響ターゲット２６２は、高い音響反射度を有する材料から形成され、音響ターゲット２６２は、単純な幾何学的プロファイル等、容易に認識可能な形状を有する。したがって、超音波トランスデューサ２５８からデータを受信するプロセッサは、音響ターゲット２６２が任意の特定の画像または画像の組の中に存在するか否かを決定することができる。
【００３７】
したがって、システムは、超音波トランスデューサ２５８が完全な視野に到達するときを認識することができる。
【００３８】
さらに、音響ターゲット２６２は超音波トランスデューサ２５８との関連において記載されるが、同様の概念は、光学式または光電子式センサによって採用されても良いことが理解される。これに関して、音響ターゲットの代わりに、光学式センサによって識別可能である視覚ターゲットが利用されてもよい。さらにまた、一部の事例において、複数の音響ターゲット２６２は、起点配向、中点配向、終点配向、および／またはその間の点を含むが、これらに限定されない、トランスデューサの運動プロファイルに沿った離散点において利用される。
【００３９】
本開示のモニタは、広範囲のカテーテル、ガイドワイヤ、および医療用途を有する他の細長画像デバイスにおいて使用するために好適である。これに関して、モニタは、一部の事例において、前方視および／または側方視の能力を有する撮像デバイスに組み込まれる。すなわち、モニタは、概して撮像デバイスの縦軸に沿って（すなわち、前方視）および／または概して撮像デバイスの横軸に直交して（すなわち、側方視）撮像するように構成される。さらに、一部の事例において、モニタは、撮像デバイスの縦軸に対して（遠位または近位方向のいずれかに）鋭角で撮像するように構成される撮像デバイスに組み込まれる。
【００４０】
上記のモニタの実施形態のうちの１つ以上の組み合わせも使用することができる。本明細書に記載のモニタの寸法が小さいこと、および比較的単純であることから、１つだけではなく、２つ以上のモニタが、外径または断面幅が０．５Ｆｒ（０．１６ｍｍ、０．００６インチ）乃至１２Ｆｒ（４ｍｍ、０．１インチ）の範囲またはこれより大きいカテーテルまたはガイドワイヤ内に収まるような、小型モニタを生産することが可能になる。例えば、いくつかの特定の実施形態において、本開示のフィードバック機構は、０．０１１インチの直径または０．０１４インチの直径を有するガイドワイヤに組み入れられる。
【００４１】
図１９をここで参照すると、本開示の実施形態に従って、撮像システムの制御信号を制御する方法２７０を例示するフローチャートが示される。これに関して、方法２７０は、より一貫したスキャンおよび正確な撮像のためにフィードバック制御を提供するように、上記のモニタのうちの１つ以上を使用して取得されたデータを利用する。これに関して、方法２７０は、ステップ２７２で開始し、撮像システムは、上記の細長部材等の撮像デバイスにベースライン制御信号を提供する。ステップ２７４において、撮像デバイスからフィードバック信号が受信される。これに関して、フィードバック信号は、上記のモニタから受信された信号である。したがって、一部の事例において、フィードバック信号は、運動プロファイルに沿ったトランスデューサの位置を表す。これに関して、フィードバック信号は二値または線形であってもよい。一部の事例において、システムは、閉ループシステムの線形入力制御変数として、二値フィードバック信号を利用する。ステップ２７６において、フィードバック信号は、制御信号に対する任意の調整が必要か否かを決定するために処理される。必要がない場合、方法２７０は、ステップ２７８に続き、前の制御信号は撮像デバイスに再び出力される。しかしながら、制御信号に対する調整が必要な場合、方法２７０は、ステップ２８０に続き、制御信号は、ステップ２７４において撮像デバイスから受信されたフィードバック信号に基づいて調整される。ステップ２８０において計算された制御信号に対する適切な補正によって、調整された制御信号は、ステップ２８２において撮像デバイスに出力される。次いで、方法２７０は、ステップ２７４に続き、調整された制御信号に基づくフィードバック信号が受信される。この相互作用プロセスは、一貫したトランスデューサの運動プロファイルを提供し、ひいては正確な撮像を提供するために、撮像システムの動作中、継続する。
【００４２】
図２０をここで参照すると、本開示の実施形態に従って、撮像システムの制御信号を制御する計算百分率法３００を例示するフローチャートである。一般的事項として、計算百分率法は、トランスデューサが運動プロファイルの終点配向に到達したことを示す有効な二値信号が検出されるサイクルの割合を利用する。これに関して、システムは、トランスデューサの運動を統括する際の線形制御変数として、終点配向に到達するサイクルの割合を利用する。計算百分率法は特に、トランスデューサ運動制御に優れた解像度を有するが、トランスデューサ運動に大きな変動を有する撮像システムまたはデバイスに好適である。すなわち、システムは平均としてトランスデューサの運動に関して良好な制御を有するが、運動プロファイルの任意の特定のサイクルに対して、平均のまわりにかなりの量の変動を有する場合がある。
【００４３】
方法３００は、ステップ３０２で開始し、初期制御信号が撮像デバイスに送信される。ステップ３０４において、撮像デバイスからフィードバック信号が受信される。ステップ３０６において、システムは、各運動サイクルに対して有効な信号が受信されたか否かを決定する。ステップ３０８において、所与の数（ｎ個）の運動サイクルに対して受信された有効な信号の割合が計算される。これに関して、運動サイクルの数は、個々の運動サイクルにおける変動を把握することに十分でなければならない。
【００４４】
したがって、一部の事例において、運動サイクルの数は、２サイクル乃至１００，０００サイクルであり、１０サイクル乃至１，０００サイクルであってもよい。ステップ２１０において、有効な信号の計算された割合は、有効な信号の所望の割合と比較される。これに関して、一部の事例において、有効な信号の所望の割合は、トランスデューサの所望の運動プロファイルに基づいて設定される。所望の割合は、比較を容易にするために、システムにアクセス可能な記憶装置に記憶される。概して、所望の割合は、３０％乃至９０％の割合であり、一部の事例においては、５０％乃至８０％の割合である。しかしながら、いくつかの実施形態において、所望の割合はこれらの範囲の外（すなわち、９０％を超えるか、または３０％未満）であってもよい。一部の事例において、所望の割合は、単一の割合（例えば、５０％）ではなく、むしろ、割合の範囲（例えば、４０％乃至６０％）であることが理解される。
【００４５】
ステップ３１２において、制御信号は、必要に応じて、比較に基づいて調整される。これに関して、計算された割合が、所望の割合マッチに一致するか、または所望の割合の範囲内にある場合には、制御信号に全く調整が行われない。しかしながら、計算された割合が所望の割合未満である場合には、制御信号の電圧／電流は、トランスデューサの運動範囲を増加させるように増加される。同様に、計算された割合が所望の割合を超える場合には、制御信号の電圧／電流は、トランスデューサの運動範囲を減少させるように減少させられる。所望の割合と計算された百位率との間の相対的な差は、制御信号の変化の量を決定する。これに関して、システムは、所望の運動制御調整を達成するために、割合の差が対応する制御信号の変化に等しくなるように変換係数を利用する。最後に、ステップ３１４において、調整された制御信号が撮像デバイスに出力され、プロセスはステップ３０４に続き、フィードバック信号が撮像システムから受信される。撮像システムの制御信号を制御するためのこの繰返しプロセスは、システムの性能を最適化するために、撮像システムの動作中、継続する。
【００４６】
図２１をここで参照すると、本開示の実施形態に従う撮像システム３２０の一部の模式図が示される。ここで、撮像システム３２０の例示された部分は、本開示の制御信号を制御する方法のうちの１つ以上を実装するために構成される。しかしながら、明確化のために、撮像システム３２０の構成要素は、上記に詳細を記載した計算百分率法３００との関連において検討される。
【００４７】
示されるように、撮像システム３２０は、コントローラ３２２と、撮像デバイス３２４とを含む。コントローラ３２２は、撮像デバイス３２４まで制御信号を送信する制御信号出力部３２６を有する。コントローラ３２２はまた、撮像システムからフィードバック信号を受信する。これに関して、コントローラ３２２は、撮像デバイスからフィードバック信号を受信する決定ユニット３２８を含む。決定ユニット３２８は、サイクル期間中に有効な信号が受信されているか否かの二値決定を行う。計算ユニット３３０は、決定ユニット３２８と通信状態にある。計算ユニット３３０は、有効な信号が受信されているサイクルの割合を計算する。計算ユニット３３０と通信状態にある演算ユニット３３２は、計算ユニットによって提供される計算された割合を所望の割合と比較する。これに関して、所望の値は、演算ユニット３３２にアクセス可能である記憶装置３３４の中に記憶される。これに関して、所望の百位率は、一部の事例において、ユーザによって任意選択的に設定、および／または修正される。コントローラ３２２は、想像線で例示されている構成要素によって示されるように、任意選択的に、ループゲイン３２６および／またはループフィルタ３２８を含む。コントローラ３２２はまた、計算された割合と所望の割合との間の差に基づいて、制御信号への適切な調整を決定する演算ユニット３４０も含む。これに関して、演算ユニット３４０は、累積制御調整を提供するために、経時的に制御調整の追跡を保存する。撮像システムおよび、特にコントローラ３２２は、図２１に図示されない任意の数の他の電子構成要素および／または回路を含んでもよいことが理解される。さらに、上記のコントローラ３２２の多様な構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはこれらの組み合わせに実装されてもよいことが理解される。これに関して、上記のコントローラ３２２の多様な構成要素のうちの２つ以上は、単一のハードウェアまたはソフトウェア構成要素に組み合わされてもよいこともまた理解される。同様に、上記のコントローラ３２２の単一の構成要素は、２つ以上のハードウェアまたはソフトウェア構成要素に分割されてもよいことが理解される。さらに、コントローラ３２２の構成要素は、単一のシャーシ内に位置している必要がなく、代わりに、別個の筐体内に位置していても、および／または相互に遠隔に位置していてもよいことが理解される。これに関して、システムの構成要素は、ネットワーク上の接続を要求する通信を含む、有線および／または無線プロトコルを介して通信できることが理解される。
【００４８】
ここで図２２〜２４を参照し、フィードバック信号のタイミングに基づいて撮像システムの制御信号を制御する方法を検討する。図２２に関して、フィードバック信号の立ち上がりまでの測定時間に基づいて制御信号を制御する方法３５０を記載する。これに関して、方法は、概して、運動サイクルの開始から、有効な二値フィードバック信号の立ち上がりが検出されるまでの時間を測定する。この測定された時間は、トランスデューサ要素の運動を管轄する際に線形制御変数として利用される。この立ち上がり時間方法は、特に、時間の関数としてのトランスデューサ位置が単調（例えば、常に左または右に移動）で、時間内に均一に増圧および減圧され得る関数である撮像システムまたはデバイスに対して最適である。
【００４９】
方法３５０は、ステップ３５２で開始し、初期制御信号が撮像デバイスへ送信される。ステップ３５４において、撮像デバイスからフィードバック信号が受信される。ステップ３５６において、システムは、各運動サイクルに対して立ち上がりまでの時間量を計算する。これに関して、図２３は、撮像システムの経時的フィードバック信号の例示的グラフを例示する。これに関して、運動サイクルは、時間＝０において開始する。示されるように、トランスデューサは、運動プロファイルの終点配向に到達していないので、二値フィードバック信号は最初は０である。しかしながら、時間ＴＬ（立ち上がりまでの時間）において、二値フィードバック信号は１になり、トランスデューサがその運動プロファイルの終点配向に到達したことを示す。時間ＴＴ（または立ち下りまでの時間）において、二値フィードバック信号は０になり、トランスデューサは終点配向ではなくなり、その運動プロファイルに沿って起点配向に向かって戻っていることを示す。これに関して、二値フィードバック信号が１である時間量は、ＴＩＮＴ（または時間間隔）によって示される。本開示によると、アルゴリズムまたは他の計算される決定は、制御信号に対する必要な調整を決定するために、制御変数としてＴＬ、ＴＴおよびＴＩＮＴのうちの１つ以上を利用する。これに関して、システムは、結果として生じるＴＬ、ＴＴ、ＴＩＮＴおよび／またはこれらの組み合わせが既定値に一致すると安定状態に到達する。
【００５０】
これに関して、図２２を再び参照すると、ステップ３５８において、計算された時間は所望の時間と比較される。これに関して、一部の事例において、所望の時間は、トランスデューサの所望の運動プロファイルに基づいて設定される。所望の時間は、比較を容易にするために、システムにアクセス可能な記憶装置に記憶される。一部の事例において、所望の時間は、１ミリ秒乃至２０ミリ秒で、４ミリ秒乃至１０ミリ秒であってもよい。しかしながら、いくつかの実施形態において、所望の時間はこれらの範囲の外（すなわち、１ミリ秒未満、または２０ミリ秒を超える）であってもよい。一部の事例において、所望の時間は特定の時間量（すなわち、８ミリ秒）ではなく、時間枠（例えば、４ミリ秒乃至１０ミリ秒）であることが理解される。
【００５１】
ステップ３６０において、制御信号は、比較に基づいて、必要に応じて調整される。所望の時間と計算された時間との間の相対的な差は、制御信号の変化の量を決定する。最後に、ステップ３６２において、調整された制御信号が撮像デバイスに出力され、プロセスはステップ３５４に続き、フィードバック信号が、撮像システムから受信される。撮像システムの制御信号を制御するためのこの繰返しプロセスは、システムの性能を最適化するために、撮像システムの動作中、継続する。
【００５２】
図２４をここで参照すると、本開示の別の実施形態に従い、フィードバック信号のタイミングに基づいて、撮像システムの制御信号を制御する方法３７０を例示するフローチャートが示される。この時間間隔方法は、特に、トランスデューサの運動プロファイルの境界において、自然に低い減速および加速を有する撮像システムまたはデバイスに最適である。方法３７０は、ステップ３７２で開始し、初期制御信号が撮像デバイスへ送信される。ステップ３７４において、撮像デバイスからフィードバック信号が受信される。ステップ３７６において、システムは、各運動サイクルに対して有効なフィードバック信号の時間間隔（ＴＩＮＴ）の量を計算する。ステップ３７８において、計算された時間間隔が所望の時間間隔と比較される。これに関して、一部の事例において、所望の時間間隔は、トランスデューサの所望の運動プロファイルに基づいて設定される。所望の時間間隔は、比較を容易にするために、システムにアクセス可能な記憶装置に記憶される。一部の事例において、所望の時間間隔は、１マイクロ秒乃至１ミリ秒である。しかしながら、一部の事例において、所望の時間間隔はこの範囲外であってもよい（すなわち、１マイクロ秒未満または１ミリ秒を超える）。一部の事例において、所望の時間間隔は、特定の時間量（すなわち、６マイクロ秒）ではなく、時間枠（例えば、４マイクロ秒乃至８マイクロ秒）であることが理解される。
【００５３】
ステップ３８０において、制御信号は、比較に基づいて、必要に応じて調整される。所望の時間間隔と計算された時間間隔との間の相対的な差は、制御信号の変化の量を決定する。最後に、ステップ３８２において、調整された制御信号が撮像デバイスに出力され、プロセスはステップ３７４に続き、フィードバック信号が、撮像システムから受信される。撮像システムの制御信号を制御するためのこの繰返しプロセスは、システムの性能を最適化するために、撮像システムの動作中、継続する。上記のモニタおよび／またはフィードバック信号ループを利用して、スキャン機構の性能は、デバイス毎の変動を把握するために、リアルタイムで調整することができる。これに関して、アクチュエータシャフト摩擦、アクチュエータ戻りバネ、トランスデューサ戻りバネの事前負荷、トランスデューサの高さおよび直径、ならびに筐体摩擦等、デバイス毎の変動に寄与するいくつかのパラメータが存在する。製造および組み立て中にこれらのパラメータ間の変動を削減するために努力されるが、変動を完全に排除することは不可能である。その結果、その特定のデバイス／システムのスキャン性能変動（例えば、スキャン時間、スキャン速度）を決定するために、完成品の撮像デバイス／システムそれぞれに対して、時間を要する特性化ステップが典型的に必要である。デバイス／システムの特性化にかかる時間に加えて、将来その特定デバイス／システムを稼動するには、そのデバイス／システムに特定の情報が記憶、追跡、および使用されなければならない。上記のモニタおよび関連フィードバックループのうちの１つ以上を利用することによって、フィードバックループ自体が最適化された撮像性能を保証するためにデバイス／システムの必要な較正を提供するので、特性化およびデバイス／システム特有の情報追跡に対する必要性は、排除または実質的に削減することができる。これに関して、上記のように、本開示のフィードバック機構は、変動を補正するために、アクチュエータの電流またはアクチュエータの電流波形等のスキャンパラメータを動作中に調整することができる。その結果、デバイス間（または経時的に単一のデバイス内部）に存在する任意の変動は、デバイスが使用されると同時にリアルタイムで把握され、調整される。
【００５４】
さらに、本開示のモニタおよびフィードバック制御ループは、また、画像ジッタを削減するためにも適する。画像ジッタとは、２つの連続的なフレームまたは連続的フレーム群の間のスキャン角度対時間の変動として定義される。ジッタは、連続スキャン中に経験される熱環境のわずかな変化または摩擦の結果であり得る。これらの変動は、本開示のフィードバック機構を使用してリアルタイムで把握し、補正することができる。これに関して、いくつかのパラメータの追跡を保存することによって（個別にまたは組み合わせて）、画像は、ジッタまたは２つの連続的フレームの間のスキャン角度対時間変動を削減または排除するために、リアルタイムで調整することができる。追跡されるパラメータは、ＴＬ、ＴＴ、ＴＩＮＴ、音響ターゲットの場所、上記のモニタおよびフィードバック制御ループに関して検討されたパラメータのうちのいずれか、ならびに／またはこれらの組み合わせを含んでもよい。したがって、アクチュエータを駆動している電流は、安定した画像を維持するために、ジッタを動的に削除するために、各スキャンサイクルまたはスキャンサイクルの群に対して調整される。一部の事例において、スキャン、前のスキャン、またはいくつかのスキャンの平均に対してフィードバック機構から取得された情報は、ジッタ効果を削減するために、音響ラインデータを異なる角度位置に変位させるように利用される。
【００５５】
画像ジッタは、また、スキャン角度の関数である。これに関して、スキャンの最後の部分は、その前のスキャンの位置に比べて、増加した画像ジッタの影響を受けやすい。したがって、この問題に対応する１つの態様は、最後の１、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５度、またはこれらの値のうちの２つによって定義される範囲等、スキャンの最後の位置を無視することである。スキャンの最後の位置を表示しないことによって、ほとんどの問題のあるジッタ領域は削減される。したがって、スキャン機構をユーザに表示されないスキャン角度の量だけ過剰に駆動することによって、スキャンの最後の部分に関連するジッタ問題を伴わずに、完全な視野がユーザに提供される。これに関して、上記のフィードバック制御機構は、スキャンの過剰駆動量を監視し、必要に応じて調整するように利用することができる。例えば、一実施形態において、立ち上がり時間方法（図２２を参照して上記に記載）は、スキャンが適切なレベルで過剰駆動されることを検証するために利用される。
【００５６】
さらにまた、図２５をここで参照すると、本開示のフィードバック制御機構はまた、戻り経路（すなわち、終点配向から起点配向までの運動経路）の撮像トランスデューサを作動させるために利用することもできる。これに関して、図２５は、経時的に撮像システムのトランスデューサの角運動を例示するグラフである。示されるように、戻り経路は概して、初期の経路よりも３０乃至４０％だけ長く、戻り経路に沿ったトランスデューサの最大速度は、５０％だけより遅い可能性がある。いくつかの実施形態において、戻り速度は、トランスデューサをその起点位置に戻させるトランスデューサの捻りバネ定数に完全に依存するので、本来の作動ステップおよびフレームレートとは無関係である。戻り経路における最高速度は、初期のスキャンの場合のように、スキャンの終了時であり、ＦＯＶの中間ではない。戻りスキャン速度は、示される実施形態においてトランスデューサのバネ定数によって支配されるので、アクチュエータの変動効果は、戻りスキャンで撮像することによって排除または削減することができる。
【００５７】
戻りスキャンが開始することができる正確な時間はしばしば、ジッタに起因して、決定することが困難である。したがって、戻り経路上で画像の取得をいつ開始するかを知ることは困難である。しかしながら、この問題は、上記のフィードバック制御機構を利用することによって克服することができる。特に、戻りスキャン撮像は、モニタが、トランスデューサが運動プロファイルの終点配向に到達したことを示し、これによってトランスデューサが戻り経路に沿って開始していることを示すときに始動されることができる。
【００５８】
本開示は、撮像トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ）の使用に関して主に記載してきたが、本開示は、高速振動運動を利用している診断および／または治療処置を提供することが所望される他の医療デバイスにおいて利用され得ることが理解されるであろう。
【００５９】
例示の実施形態が示され、説明されたが、前述の開示において広範囲の修正、変更、および代用が考案され、一部の事例においては、本開示のいくつかの特徴は、対応する他の特徴を使用することなく、採用されてもよい。そのような変形は、本開示の範囲から逸脱することなく、前述において行われてもよいことが理解される。したがって、添付の請求項が、広義に、かつ本開示の範囲と一致した様式で解釈されることが適切である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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