(57)【要約】  医用イメージングに用いられる装置は、複数自由度の運動能力を有するロボットアーム２２０と、ロボットアームの端部に近接して結合されるスキャニングトランスデューサ２３０と、１又は複数の機械的リンケージを有し、ロボットアームと通信し、１又は複数の方向又は角度でロボットアームを動かすためにコマンド信号を出し、ロボットアームからフィードバック信号を受け取るように適応されるハプティックインタフェース２５０と、を有することができる。
2010504127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医用イメージングに使用されるハプティックシステムであって、
複数自由度の運動能力を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの端部に近接して結合されるスキャニングトランスデューサと、
１又は複数の機械的リンケージを有し、前記ロボットアームと通信し、１又は複数の方向又は角度で前記ロボットアームを動かすためにコマンド信号を出し、前記ロボットアームからフィードバック信号を受け取るように構成されるハプティックインタフェースと、
を有するハプティックシステム。
【請求項２】
前記スキャニングトランスデューサは、超音波イメージングシステムに超音波画像データを提供することができる超音波トランスデューサである、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項３】
前記スキャニングトランスデューサに結合される１又は複数の力センサを更に有する、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項４】
前記１又は複数の力センサが、前記スキャニングトランスデューサの中心軸に沿った力を検知することができる第１の力センサを有する、請求項３に記載のハプティックシステム。
【請求項５】
前記１又は複数の力センサが、前記スキャニングトランスデューサに対して横方向の力を検知することができる１又は複数の第２の力センサを有し、前記横方向の力は、前記スキャニングトランスデューサの前記中心軸に垂直な平面内にある、請求項４に記載のハプティックシステム。
【請求項６】
前記１又は複数の力センサが、前記スキャニングトランスデューサの前記中心軸に関する回転力を検知することができる１又は複数の第２の力センサを有する、請求項４に記載のハプティックシステム。
【請求項７】
前記ハプティックインタフェースは、前記１又は複数の力センサから得られる、力に関するフィードバック信号を受け取ることができ、前記ハプティックインタフェースは、前記ハプティックインタフェースと接触するオペレータの手に対して、前記力に関するフィードバック信号と整合する力を表すことができる、請求項４に記載のハプティックシステム。
【請求項８】
前記ロボットアームは、少なくとも３自由度の装置であり、前記自由度は、前記スキャニングトランスデューサのｘ位置、前記スキャニングトランスデューサのｙ位置、前記スキャニングトランスデューサのｚ位置、前記スキャニングトランスデューサのｘ角度、前記スキャニングトランスデューサのｙ角度、前記スキャニングトランスデューサのｚ角度及び前記スキャニングトランスデューサの軸回転の角度から選択される、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項９】
前記ロボットアームは、６自由度の装置であり、前記自由度は、前記スキャニングトランスデューサのｘ位置、前記スキャニングトランスデューサのｙ位置、前記スキャニングトランスデューサのｚ位置、前記スキャニングトランスデューサのｘ角度、前記スキャニングトランスデューサのｙ角度、前記スキャニングトランスデューサのｚ角度及び前記スキャニングトランスデューサの軸回転の角度から選択される、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項１０】
前記ロボットアームは、７自由度の装置であり、前記自由度は、前記スキャニングトランスデューサのｘ位置、前記スキャニングトランスデューサのｙ位置、前記スキャニングトランスデューサのｚ位置、前記スキャニングトランスデューサのｘ角度、前記スキャニングトランスデューサのｙ角度、前記スキャニングトランスデューサのｚ角度及び前記スキャニングトランスデューサの軸回転の角度を含む、請求項９に記載のハプティックシステム。
【請求項１１】
前記ロボットアームは、前記ハプティックインタフェースから位置コマンド信号を受け取るように構成され、更に、前記受け取られた位置コマンド信号に従うように構成される、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項１２】
前記ハプティックインタフェースは、前記ロボットアームから力フィードバック信号を受け取るように構成され、更に、前記受け取られた力フィードバック信号に従うように構成される、請求項１１に記載のハプティックシステム。
【請求項１３】
前記ロボットアームは、前記ハプティックインタフェースから力コマンド信号を受け取るように構成され、更に、前記受け取られた力コマンド信号に従うように構成され、
前記ハプティックインタフェースは、前記ロボットアームから位置フィードバック信号を受け取るように構成され、更に、前記受け取られた位置フィードバック信号に従うように構成される、請求項１に記載のハプティックシステム。
【請求項１４】
力コマンド信号及び検知された力フィードバック信号のうちの少なくとも一方が、前記ハプティックインタフェースの力感度を増加させ又は減少させるために、非一の伝達関数を使用してスケーリングされる、請求項４に記載のハプティックシステム。
【請求項１５】
オペレータが患者に対して医用スキャニングプロシージャを遠隔的に実施することを可能にするように構成されるハプティックシステムであって、
それに結合される１又は複数の力センサを有するスキャニングトランスデューサと、
患者に対する前記スキャニングトランスデューサの位置及び角度を制御することができるコマンド信号を出し、前記ハプティック制御手段を扱うオペレータに触覚的なフィードバックを提供するためのフィードバック信号を受け取るハプティック制御手段と、
を有するシステム。
【請求項１６】
前記コマンド信号を受け取り、前記受け取られたコマンド信号に応じて、前記スキャニングトランスデューサの前記位置及び角度を変更する移動手段を有する、請求項１５に記載のハプティックシステム。
【請求項１７】
オペレータが遠隔位置から患者に対して超音波医用画像スキャンを実施することを可能にする方法であって、
オペレータによる機械的なマニピュレーションに応じて、ハプティック装置によってコマンド信号を生成するステップと、
前記生成されたコマンド信号に応じて、超音波トランスデューサが患者と物理的に接触するように、それに結合される該超音波トランスデューサを有するロボットアームを位置付けるステップと、
前記ロボットアームからの位置及び力フィードバック信号の少なくとも一方を検知するステップと、
前記ハプティック装置に、前記フィードバック信号に従うようにさせるステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記ロボットアームは、前記スキャニングトランスデューサに印加される１又は複数のフォースベクトルを検知することができる複数の力センサを有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ロボットアームを位置付ける前記ステップは、前記ハプティックインタフェースの力感度を増加させ又は減少させるために非一の伝達関数を使用してスケーリングされる検知される力信号を使用して実施される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記超音波トランスデューサに結合される超音波イメージングシステムの操作上の設定を遠隔制御するために遠隔オペレータインタフェースを使用するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、医用イメージングのハプティックシステム及びハプティックシステムによるスキャニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線写真撮影、リニアトモグラフィ、ポリトモグラフィ、コンピュータ体軸断層写真（ＣＡＴ／ＣＴ）、核磁気共鳴（ＮＭＲ）及び超音波イメージングを含む、現代医療において使用されるさまざまな医用イメージング技術がある。すべてのこれらの技術のうち、超音波イメージングだけが、しばしば「ソノグラファ（超音波検査技師）」と呼ばれる医療専門家の直接の手動の対応を要求する。例えば、技術者は、放射線露光を回避するために、日常的に、完全に異なる部屋の有利な位置から患者のＸ線画像を撮影するが、ソノグラファは、意味ある画像を得るために、患者皮膚に対して超音波トランスデューサを物理的に保持し、巧妙に操作しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超音波イメージングの知られている手動の方法は、一般に、安全であり、ほとんどの状況について良好に機能する一方、これらの従来の方法が、ソノグラファに不快であり又は潜在的に危険である状況を招く多くのシナリオがある。例えば、手術中、ソノグラファが絶え間ない画像フィードバックを外科医に提供することが必要でありえるが、そうすることは、ソノグラファが長時間体をゆがめた不快な姿勢をとることを必要とし、このことは、時間とともにソノグラファの長期の障害をもたらしうる実際がある。更に、例えばＸ線検査室のように、患者が物理的に危険な環境に位置する状況において、Ｘ線及び超音波画像を同時に撮影することは、ソノグラファにとって困難であり且つ危険でありえる。従って、超音波イメージングに関する新しい方法及びシステムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示的な実施例において、医用イメージングにおいて使用されるハプティックシステムが、複数自由度の運動能力を有するロボットアームと、ロボットアームの端部に近接して結合されるスキャニングトランスデューサと、１又は複数の機械的リンケージを有し、ロボットアームと通信し、１又は複数の方向又は角度でロボットアームを動かすためにコマンド信号を発行し、ロボットアームからフィードバック信号を受け取るように適応されるハプティックインタフェースと、を有する。
【０００５】
他の例示的な実施例において、オペレータが患者に医用スキャニングプロシージャを遠隔的に実施することを可能にするように構成されるハプティックシステムは、それに結合される１又は複数の力センサを有するスキャニングトランスデューサと、患者に対するスキャニングトランスデューサの位置及び角度を制御することができるコマンド信号を発行し、ハプティック制御手段を扱うオペレータに触覚的なフィードバックを提供するためにフィードバック信号を受け取るハプティック制御手段と、を有する。
【０００６】
更に別の例示的な実施例において、オペレータが遠隔位置から患者に超音波医用画像走査を実施することを可能にするための方法は、オペレータによる機械的マニピュレーションに応じて、ハプティック装置によってコマンド信号を生成するステップと、超音波トランスデューサが患者と物理的に接触するように、生成されたコマンド信号に応じて、それに結合される超音波トランスデューサを有するロボットアームを位置付けるステップと、ロボットアームから位置及び力フィードバック信号の少なくとも一方を検知するステップと、ハプティック装置にフィードバック信号に従うようにさせるステップと、を含む。
【０００７】
例示的な実施例は、添付の図面とともに読まれるとき、以下の詳細な説明から最も良く理解される。さまざまなフィーチャが、必ずしも一定の比率で描かれていないことを強調して述べておく。実際、寸法は、考察の明快さのために、任意に増大され又は減少されていることがある。適用でき且つ実際的である場合、同様の参照数字が、同様の構成要素をさす。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ハプティックフィードバック技術を使用するネットワーク化された医用イメージングシステムの例示のブロック図。
【図２】ロボットアームに関連して使用される例示の超音波イメージング装置を示す図。
【図３】それに作用する関心のあるさまざまなフォースベクトルを有する例示の超音波トランスデューサを示す図。
【図４】例示のハプティックコントローラを示す図。
【図５】ハプティック制御されるイメージングシステムと共に使用可能な例示の制御システムを示すブロック図。
【図６】ハプティック制御される超音波イメージングシステムと共に使用される例示の制御モデルを示す図。
【図７】医用イメージング装置のハプティック制御に向けられるさまざまな例示のオペレーションを概略的に示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明において、制限するためではなく説明の目的で、具体的な詳細を開示する例示的な実施例が、本教示に従って実施例の完全な理解を提供するために示される。しかしながら、本開示の利益を得た当業者であれば、ここに開示される特定の詳細から離れる本教示に従う他の実施例が、添付の特許請求の範囲内に依然としてあることが明らかであろう。更に、よく知られている装置及び方法の説明は、例示的な実施例の説明を不明瞭にしないようにするために省略されうる。このような方法と装置は、明らかに、本教示の範囲内にある。
【００１０】
図１は、ハプティックフィードバック技術を使用する医用イメージングシステム１００の例示的な実施例を示している。図１に示すように、医用イメージングシステム１００は、リンク１１２を介して共通ネットワーク１１０に接続される遠隔ハプティックコントローラ１３０及び医療機器１２０を有する。
【００１１】
動作中、ハプティックコントローラ１３０のところに位置するオペレータ／ソノグラファは、ハンドヘルドの「基準ワンド」の空間位置及び角度位置を規定するために、特別に構成された制御機構を操作することができる。さまざまな実施例において、ハプティックコントローラ１３０は、（いくつかの基準ポイントに対する）基準ワンドのＸ、Ｙ及びＺ位置及び基準ワンドが配置されるＸ、Ｙ及びＺ角度を含む６自由度（ＤＯＦ）を規定するために使用されることができる。基準ワンドの位置及び角度は、医療機器１２０のところに位置する超音波トランスデューサの（患者に対する）空間位置及び角度を規定するために使用されることができる。
【００１２】
例示のハプティックコントローラ１３０は、６ＤＯＦシステムであるが、他の実施例において、基準ワンドの中心軸に関する回転自由度を更に含む７ＤＯＦハプティックコントローラが使用されることもでき、それにより、ソノグラファがその中心軸に関してワンド（及びデフォルトで超音波トランスデューサ）をスピンさせることを可能にする。しかしながら、他の実施例において、６より少ない自由度が、使用されることもできる。例えば、一実施例において、単一の直線方向制御及び３次元の角度制御を使用する４ＤＯＦシステムが、使用されることができ、他の実施例においては、単一の直線方向に沿って操作されることができる１ＤＯＦシステムが使用されることもできる。特に、回転が必要とされるケースは比較的少ない。
【００１３】
動作中、ソノグラファが、ハプティックコントローラの基準ワンドを操ると、例示のハプティックコントローラ１３０は、基準ワンドの位置及び角度を表すある形の制御信号及び／又はソノグラファが基準ワンドに印加する力を表す制御信号を、ネットワーク１１０及びリンク１１２を介して医療機器１２０に送信することができる。
【００１４】
次に、医療機器１２０に上述の超音波トランスデューサを保持するロボットアームは、制御信号に反応することができ、すなわち、ハプティックコントローラの基準ワンドの位置及び角度に一致する／従うような態様で、又はソノグラファが基準ワンドに印加するそれらの力を模倣するような態様で、超音波トランスデューサの位置及び角度を変更することができる。
【００１５】
ロボットアームが、制御信号に従うように反応するとき、ロボットアームに位置し及び／又は超音波トランスデューサに結合されるさまざまな位置及び力センサは、ハプティックコントローラ１３０に、さまざまなフィードバック信号を提供することができる。例えば、トランスデューサに印加される力を検出するために超音波トランスデューサに１又は複数の力センサを結合することによって、医療機器１２０は、フィードバック信号を、ハプティックコントローラ１３０に提供することができ、かかるフィードバック信号は、ソノグラファの手に対して類似の力を生じさせて、ソノグラファがあたかも医療機器１２０のところでトランスデューサを直接操作しているかのように経験するであろう触覚的な感触を効果的にシミュレーションするために使用されることができる。
【００１６】
ハプティックインタフェースに加えて、ハプティックコントローラ１３０及び医療機器１２０は、超音波トランスデューサを支持する超音波機器の「バックエンド」を遠隔制御するために、ある形のシステムを任意に有することができる。例えば、特別に設計されたソフトウェアパッケージを含むパーソナルコンピュータをハプティックコントローラ１３０に装備することによって、ソノグラファは、例えばその周波数及び電力設定のような任意の数の超音波機器設定を変更することができ、さもなければ、ソノグラファは、超音波機器の前面パネルに直接アクセスする必要がある。加えて、超音波機器のディスプレイに生成されうる任意の画像が、ソノグラファに対して一層便利に表示されるように、パーソナルコンピュータに任意に送信されることができる。
【００１７】
例示のネットワーク１１０は、ＩＥＥＥ１５８８準拠の信号を伝えることができるイーサネット（登録商標）通信システムである。しかしながら、他の実施例において、ネットワーク１１０は、コンピュータに基づくシステムをリンクすることができる装置及びシステムの任意の現実的な組み合わせでありうる。ネットワーク１１０は、以下を含みうるが、これに限定されるものではない：ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット又はエクストラネットを通じた接続、任意の数の分散処理ネットワーク又はシステムを通じた接続、仮想プライベートネットワーク、インターネット、プライベートネットワーク、公衆網、付加価値ネットワーク、イーサネット（登録商標）に基づくシステム、トークンリング、ファイバ分散データリンクインタフェース（ＦＤＤＩ）、非同期転送モード（ＡＴＭ）に基づくシステム、Ｔ１及びＥ１装置を有する電話ベースのシステム、ワイヤードシステム、光学システム又はワイヤレスシステム。言及されたネットワークの各々について知られているプロトコルが、含まれるが、ここに詳述されない。
【００１８】
本実施例のさまざまなリンク１１２は、イーサネット（登録商標）ベースのネットワークにコンピュータベースのシステムを結合するように構成される装置及びソフトウェア／ファームウェアの組み合わせである。しかしながら、それぞれ異なる実施例において、リンク１１２は、イーサネット（登録商標）リンク、モデム、ネットワークインタフェースカード、シリアルバス、パラレルバス、ＷＡＮ又はＬＡＮインタフェース、ワイヤレス又は光学インタフェース、及び必要に応じた同様のもの又は設計選択によって指示されるものの形をとりうる。
【００１９】
図２は、例示の実施例に従って、ＣＴスキャニングシステム２１０に関連して使用される超音波イメージングシステム１２０を示す。図２に示されるように、ＣＴスキャニングシステム２１０は、患者が横になりうるベッド２１２を伴う。６ＤＯＦロボットアーム２２０は、ＣＴスキャニングシステム２１０に取り付けられ、超音波トランスデューサ２３０が、ロボットアーム２２０の端部に結合される。リモートインタフェース２５０が更に、ロボットアーム２２０に結合され、バックエンド超音波モジュール２４０が、超音波トランスデューサ２３０に結合される。特に、ベッド２１２は、ＣＴスキャニングシステム２１０を通って患者を並進させるように適応させる任意の構造でありうる。更に、制御ロボットアームにベッド２１２の並進を結合させることにより、アームがベッド２１２と共に「ロックステップ」で移動することを可能にすることが有用でありうる。
【００２０】
動作中、例えばハプティックコントローラのような外部装置によって送られる制御信号は、リモートインタフェース２５０によって受け取られることができる。リモートインタフェース２５０は、受け取られた制御信号を調整し、例えばスケーリングし、ロボットアーム２２０に調整された制御信号を伝送することができる。次に、ロボットアーム２２０は、調整された制御信号に従うように、トランスデューサ２３０の位置及び角度を変更することができる。
【００２１】
ロボットアームが、制御信号に従うように反応するとき、ロボットアーム内のさまざまな位置センサ（図示せず）及びトランスデューサに結合される力センサ（図示せず）を使用することにより、リモートインタフェース２５０を介して、ハプティックコントローラを使用して、遠隔に位置するソノグラファに触覚的なフィードバックを提供することができる。例えば、ロボットアーム２２０が、患者の腹部に対してトランスデューサ２３０の表面を位置付けるとすると、力センサは、トランスデューサ２３０と患者との間の力を検出することができる。検出された力は、次に、ハプティックコントローラを使用して、ソノグラファの手に対して類似する力の組を生成するために、使用されることができる。従って、ソノグラファは、ＣＴ装置２１０によって生成されるいかなる放射線にも露呈される必要なく、極めて正確な触覚的な感触から利益を得ることができる。
【００２２】
超音波トランスデューサ２３０が、患者に対して有利に位置付けられるとき、超音波モジュール２４０は、超音波トランスデューサ２３０によって検知されるそれらの超音波反射信号を受け取り、局所的なディスプレイを使用して適当な画像を生成し、及び／又はリモートインタフェース２５０を介してソノグラファに利用可能ないかなる画像をも任意に提供することができる。加えて、ソノグラファは、このような超音波イメージング機器のところに直接存在する任意のソノグラファのように、リモートインタフェース２５０を介して超音波モジュール２４０のさまざまな設定を変更することができる。
【００２３】
図３は、ソノグラファに触覚的なフィードバックを提供するために使用されることができる関心のあるさまざまなフォースベクトルとともに図２の超音波トランスデューサ２３０を示している。図３に示されるように、超音波トランスデューサ２３０は、超音波トランスデューサ２３０の長さに沿って走る中心軸を有し、その中心軸には、超音波トランスデューサ２３０の前方の先端／面（位置Ａにおいて）に対して印加される力を表す第１のフォースベクトルＦＺが示されている。
【００２４】
中心軸に沿ったフォースベクトルＦＺに加えて、例えばフォースベクトルＦＺに対して垂直な平面内に存在し、互いに対して垂直でありえるフォースベクトルＦＸ及びＦＹによって表されるような、トランスデューサ前面に対して横方向に印加される力を測定することが有利でありえる。ベクトルＦＸ及びＦＹに沿って力を検知することは、例えば、トランスデューサ表面が患者皮膚の表面に沿って引きずられるときに生じる摩擦及び圧力の触覚的な感触のような、改善された触覚的なフィードバックをソノグラファに提供することができる。
【００２５】
更に、ソノグラファがトランスデューサ２３０を患者の皮膚と接触させながら回転させることを望むうる状況において、触覚的なフィードバックを提供するために、フォースベクトルＦθによって表されるトランスデューサ２３０の中心軸に関する回転力が、任意に検出されることができる。
【００２６】
図４へ続き、例示的な実施例のハプティックコントローラ１３０が、示されている。ハプティックコントローラ１３０は、基準ワンド４２０が付加される機械的なアーマチュア／リンケージ４１０を有する基部４００を有する。例示的な基準ワンド４２０は、図２及び図３のトランスデューサ２３０のように形作られるが、当然ながら、基準ワンド４２０の特定の構成は、実施例ごとに変わりうる。
【００２７】
例示のハプティックコントローラ１３０は、複数の位置センサ（図示せず）を使用して基部４００に対して、基準ワンド４２０の先端位置を３次元で検知するとともに、基準ワンド４２０の角度を３次元で検知するように構成されることができる。ある実施例において、基準ワンド４２０は、付加的に、基準ワンドの中心軸に関する回転（又は回転力）を検知する能力を備えていてもよく、他の実施例において、ハプティックコントローラ１３０が全体として６より少ない自由度を有することができる。
【００２８】
更に、ハプティック装置１３０が、ソノグラファの手４３０に適当な触覚的なフィードバックを提供するために、複数の力センサ及び駆動モータ（図示せず）が、インストールされることができる。こうして、適切な制御及びインタフェースが、ハプティック装置１３０並びに個々のロボットアーム及びトランスデューサに印加されるとき、ソノグラファの手４３０によって基準ワンド４２０に加えられる任意の力は、個々のロボットアーム及びトランスデューサによって提供される触覚的なフィードバックによって返されることができる。
【００２９】
いくつかの実施例のために使用可能なさまざまなハプティックコントローラの実施例は、SensAble Technologies, Inc社（15 Constitution Way, Woburn, MA）によって製造されるＰＨＡＭＴＯＭ  Ｏｍｎｉ装置、ＰＨＡＭＴＯＭデスクトップ装置、ＰＨＡＭＴＯＭプレミアム装置及びＰＨＡＭＴＯＭプレミアム６ＤＯＦ装置を有する。
【００３０】
図５は、ハプティック制御されるイメージングシステム用に適応される例示的な実施例のリモートインタフェース２５０のブロック図である。リモートインタフェース２５０は、コントローラ５１０、メモリ５２０、第１のドライバセット５３２及び第１のデータ取得装置５３４を有する第１の計器セット５３０、第２のドライバセット５４２及び第２のデータ取得装置５４４を有する第２の計器セット５４０、制御ループモデリング装置５５０、オペレータインタフェース５６０及び入力／出力装置５９０を有することができる。コントローラ５１０は、必ずしもロボットアームの粗い移動を模倣しないが、３Ｄ空間でロボットアームによって印加される圧力を模倣する。コントローラによって印加される力に応じて加えられる抵抗がない（すなわち力がない）場合、ロボットアームの粗い動きが、コントローラに印加される力に応じて生じる。
【００３１】
図５のリモートインタフェース２５０は、バス接続されるアーキテクチャを使用するが、当業者であれば、多くの他のアーキテクチャが、使用のために企図されることが理解されるであろう。例えば、多様な実施例において、各種コンポーネント５１０―５９０は、非常に特化されたアーキテクチャに構成される一連の別個のバス又は一群の専用論理を介して一緒に結合される別個の電子コンポーネントの形をとりうる。
【００３２】
更に、上記に列挙したコンポーネント５３０―５９０のいくつかの一部又は全ては、メモリ５２０にあって、コントローラ５１０によって実行されることができるソフトウェア／ファームウェアルーチン、又は異なるコントローラによって実行される別個のサーバ／コンピュータ内の別個のメモリにあるソフトウェア／ファームウェアルーチンの形をとるができる。
【００３３】
動作時、リモートインタフェース２５０は、第２のデータ取得装置５４４を介して、例えば図４に示されるようなハプティックコントローラから制御信号を受け取ることができ、制御ループモデリング装置５５０を使用して制御信号を処理することができる。受信された制御信号のためのさまざまな処理は、感度を増減するために制御信号のゲインを変更すること、個々のロボットアームが呈するべきである最大の位置又は力を制限するために制御信号にガバナ／リミッタを追加すること等を含むことができる。一実施例において、「デッドマン」安全策が、制御信号を介してロボットアームに提供される。このようなフィーチャは有用であり、例えば、ネットワーク通信リンクが途絶される場合、印加される力がゼロにされる。
【００３４】
一旦制御信号が調整されると、制御信号は、任意のフィードフォワード及びフィードバック補償を使用して制御ループモデリング装置５５０の複合制御ループに従って更に処理されつつ、（ドライバ５３２を介して）個々のロボットアームに供給されることができる。
【００３５】
同時に、第１のデータ取得装置５３４は、個々のロボットアームから位置及び／又は力フィードバック情報を受け取ることができるとともに、例えばゲインを変更し又はより複雑な伝達関数を課すことによって、制御情報と全く同じように、フィードバック情報を任意に調整することができる。調整されたフィードバック情報は、制御ループモデリング装置５５０においてモデル化された制御ループプロセスに従って処理されつつ、（ドライバ５４２を介して）ハプティックコントローラに提供されることができる。
【００３６】
図６は、例示の実施例に従う、ハプティック制御されるイメージングシステと共に使用される制御モデル６００を示している。図６に示すように、第１のスケーリングモジュール６１０は、ハプティックコントローラ１３０から、制御信号、一般には位置又は力データを受け取ることができ、そののち、制御信号は、第１のフィードフォワード補償モジュール６１２、ロボットアーム２２０の機構及び第１のフィードバック補償モジュール６１４を含む制御ループに従って処理されることができる。
【００３７】
同様に、第２のスケーリングモジュール６２０は、ロボットアーム２２０及びトランスデューサ２３０から位置及び／又は力フィードバック信号を受け取ることができ、そののち、フィードバック信号は、第２のフィードフォワード補償モジュール６２２、ハプティックコントローラ１３０の機構及び第２のフィードバック補償モジュール６２４を含む第２の制御ループに従って処理されることができる。
【００３８】
ハプティックコントローラ１３０によって提供される制御信号が、主に位置情報を含む場合、以降の（上流の）制御ループは、位置制御ループであり、フィードバック信号は、主に力情報を含み、以降の（下流の）制御ループは、力制御ループである。逆に、ハプティックコントローラ１３０によって提供される制御信号が、主に力情報を含む場合、上流の制御ループは、力制御ループであり、フィードバック信号は、主に位置情報を含み、下流の制御ループは、位置制御ループである。
【００３９】
更に、図６に示される特定の制御モデルは、単に例示的なものであり、実際の制御モデルは、図６に示される唯一の実施例に制限されるべきではない。
【００４０】
図５に戻って、さまざまな計器５３０及び５４０並びに制御ループモデリング装置５５０は、ソノグラファが触覚的なフィードバックにより超音波トランスデューサを遠隔的に位置付けることを可能にするとき、オペレータインタフェース５６０及び入出力装置５９０を任意に使用して、実際の手によるアクセスを行うソノグラファが行うのとほぼ同じやり方で、超音波トランスデューサに接続される超音波計器のバックエンドを遠隔的に調整することができる。加えて、オペレータインタフェース５６０及び入出力装置５９０は、超音波計器からソノグラファに超音波画像データを伝送するために使用されることができる。
【００４１】
さまざまな実施例において、リモートインタフェース２５０は、２又はそれ以上の部分に分けられることができ、これは、ハプティック制御装置及びロボットアームがかなりの距離隔てられるとき有利でありうることに留意されたい。例えば、２つの別個のインタフェース２５０Ａ及び２５０Ｂが、ハプティックコントローラによって位置付けられるリモートインタフェース２５０Ａ及び個々のロボットアームによって位置付けられるリモートインタフェース２５０Ｂに関して使用されることができる。この例において、リモートインタフェース２５０Ａは、サーボ機構を駆動するとともに、ハプティックコントローラのトランスデューサデータを収集することができ、リモートインタフェース２５０Ｂは、サーボ機構を駆動するとともに、ロボットアーム及び超音波トランスデューサのトランスデューサデータを収集することができる。制御及びフィードバックデータは、個々の入出力装置を介して交換されることができ、全体の制御は、２つのリモートインタフェース２５０Ａ及び２５０Ｂのうちの１つに委ねられてもよい。
【００４２】
図７は、医用イメージング装置のハプティック制御にあてられるさまざまな例示のオペレーションを概略的に示すブロック図である。プロセスは、ステップ７０２において開始し、超音波イメージング装置（又は同様な境遇にある医用装置）が、超音波イメージング装置のトランスデューサ及び複数の力センサに結合されるロボットアームと共にセットアップされる。次に、ステップ７０４において、ハプティックコントローラが、同様にセットアップされ、ステップ７０２のロボットアーム及びトランスデューサに通信可能に接続される。制御は、ステップ７０６へ続く。
【００４３】
ステップ７０６において、例えば訓練されたソノグラファのようなオペレータは、力又は位置制御信号を生成するために、ハプティックコントローラの制御表面（例えば基準ワンド）を動かすことができる。次に、ステップ７０８において、制御信号は、任意にスケーリングされ、又は他の方法で処理されることができ、ステップ７０２のロボットアームに送られる。制御は、ステップ７１０へ続く。
【００４４】
ステップ７１０において、ロボットアームは、スケーリングされた／処理された制御信号に反応することができ、反応プロセス中、位置及び／又は力フィードバック信号を生成することができる。次に、ステップ７１２において、フィードバック信号は、任意にスケーリングされ／処理されて、ハプティックコントローラに送られることができる。次いで、ステップ７１４において、ハプティックコントローラは、ソノグラファに超音波トランスデューサの触覚的な感触を与えるために、フィードバック信号に応答することができる。制御は、ステップ７２０へ続く。
【００４５】
ステップ７２０において、ステップ７０６―７１４に記述された制御されたハプティックフィードバックプロセスを行い続けるべきか判定がなされる。ハプティックフィードバックプロセスが続けられる場合、制御は、ステップ７０６へジャンプし、そうでない場合、制御は、ステップ７５０へ続き、そこでプロセスが終了する。
【００４６】
上述のシステム及び／又は方法が、例えばコンピュータベースのシステム又はプログラマブル論理のようなプログラマブル装置を使用して実現されるさまざまな実施例において、上述のシステム及び方法は、例えば「Ｃ」、「Ｃ＋＋」、「ＦＯＲＴＲＡＮ」、「Ｐａｓｃａｌ」、「ＶＨＤＬ」などのさまざまな知られている又は後に開発されるプログラミング言語の任意のものを使用して実現されることができることが理解されるべきである。
【００４７】
従って、上述のシステム及び／又は方法を実現するために例えばコンピュータのような装置に指図することができる情報を含むことができる例えば磁気コンピュータディスク、光ディスク、電子メモリなどのさまざまな記憶媒体が、用意されることができる。一旦適当な装置が、記憶媒体上に含まれる情報及びプログラムにアクセスすると、記憶媒体は、装置に情報及びプログラムを提供することができ、それによって装置が、上述のシステム及び／又は方法を実施することを可能にする。
【００４８】
例えば、例えばソースファイル、オブジェクトファイル、実行可能ファイル等の適当なマテリアルを含むコンピュータディスクが、コンピュータに備えられる場合、コンピュータは、情報を受け取り、適切にそれ自体を構成し、さまざまな機能を実現するために上述の図面及びフローチャートに概略的に示されているさまざまなシステム及び方法の機能を実施することができる。すなわち、コンピュータは、上述のシステム及び／又は方法のさまざまな異なる構成要素に関連するディスクから、情報のさまざまな部分を受け取り、個別のシステム及び／又は方法を実現し、上述の個別のシステム及び／又は方法の機能を調和させる。
【００４９】
この開示からみて本願明細書に記述されるさまざまな方法及び装置は、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアにおいて実現されることができることに注意されたい。更に、さまざまな方法及びパラメータは、例示として含められているにすぎず、制限するものではない。この開示から、当業者は、自分自身の技法及びこれらの技法を実現するために必要とされる機器を決定する際に添付の特許請求の範囲内にあるまま本教示を実現することができる。
【図１】
2010504127.tif 000003
【図２】
2010504127.tif 000004
【図３】
2010504127.tif 000005
【図４】
2010504127.tif 000006
【図５】
2010504127.tif 000007
【図６】
2010504127.tif 000008
【図７】
2010504127.tif 000009
【国際調査報告】
2010504127.tif 000010
2010504127.tif 000011
2010504127.tif 000012