(57)【要約】医師が患者の身体検査を遠隔的に行うことを可能にするデバイスが開示される。デバイスは、医師の手に適応するような形状を有するハンド制御ユニット（１００）を含み、加えられた圧力を検出することと圧力を医師に加えることとを同時に行うことができる複数の感覚調整サブユニット（１４０）を含む。患者検査モジュール（２００）は、可撓性パッド（２０２）を形成するアレイに配列された複数の感覚調整サブユニット（２４０）を含む。動作としては、患者検査モジュール（２００）の感覚調整サブユニット（２４０）が、医師によってハンド制御ユニット（１００）に加えられた圧力の位置と大きさとを示す信号をハンド制御ユニット（１００）から受信し、その圧力を感覚調整サブユニット（２４０）を介して患者内に複製する。【選択図】図１
2004510479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者を遠隔的に直接触診するデバイスであって、ハンド性よユニットと、患者検査モジュールと、コンピュータとを備え、該患者検査モジュールおよび該ハンド制御ユニットが該コンピュータに動作可能に接続されており、かつ、入力信号に応答して力を生成すること、および検出された力に応答して出力信号を生成することがそれぞれ可能である、デバイス。
【請求項２】
前記ハンド制御ユニットが、少なくとも１つの感覚調整サブユニットを含み、該感覚調整サブユニットは、該感覚調整サブユニットに加えられた力に直接関連する出力信号を生成することと、入力信号に応答して抵抗力を加えることとを同時に行うことが可能である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの感覚調整サブユニットが、埋め込まれた圧力トランスデューサを有する、弾性材料のスラブを含み、該弾性材料のスラブが可変圧力生成デバイスに取り付けられている、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記可変圧力生成デバイスが、シングルチャネルピストン型可変レジスタである、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ハンド制御ユニットが、前記コンピュータと選択的に相互作用する手段をさらに備えた、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記コンピュータと選択的に相互作用する手段が、トラッキングボールとボタンとを備えた、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ハンド制御ユニットが、手の形状を有する上面を有し、前部と後部とをさらに含み、該前部および該後部が摺動可能に接続されており、それにより該ハンド制御ユニットが異なるサイズの手に適応するように調整され得る、請求項２に記載のデバイス。
【請求項８】
前記手の形状を有する上面が、各々が少なくとも１つの感覚調整サブユニットを含む４つの指先部と、少なくとも１つの感覚調整サブユニットを含む手のひら末端部と、少なくとも１つの感覚調整サブユニットを含む手のひら基部とを備えた、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記患者検査モジュールが、
（ａ）前記患者に取り外し可能に取り付け可能なパッドであって、支持体に取り付けられた複数の拡張可能セルと、該パッドを該患者に取り付ける手段とを含むパッドと、
（ｂ）該複数の拡張可能セルに取り付けられた複数の圧力トランスデューサであって、該パッドと該患者との間のインターフェース圧力に直接関連する信号を生成するように適応される、複数の圧力トランスデューサと、
（ｃ）該複数の拡張可能セルのいくつかに選択的に向けられ得、該拡張可能セル内で所望の圧力を生成する流体媒体と、
を備えた、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記流体媒体が空気である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記流体媒体が液圧流体である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
各々が、前記複数の拡張可能セルの１つと加圧された流体媒体リザーバとの間に設けられている、複数の電気的に作動されるバルブをさらに備えた、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
命令制御ボックスであって、前記複数のバルブと前記複数の圧力トランスデューサとに電気的に接続されたコントローラを有する命令制御ボックスをさらに備えた、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ハンド制御ユニットが、
（ａ）前記コンピュータに動作可能にリンクされたコンピュータ入力デバイスであって、ユーザが前記患者検査モジュールの１以上のセルを選択し得る、コンピュータ入力デバイスと、
（ｂ）該ユーザによって加えられた圧力を検出することが可能なセンサを含む少なくとも１つの感覚調整サブユニットであって、該センサが該コンピュータに動作可能にリンクされ、該センサが該検出された圧力に比例する信号を生成する、少なくとも１つの感覚調整サブユニットと、
（ｃ）該ユーザによって検出可能な力を加えることが可能なピストンであって、該ピストンが前記コンピュータに動作可能にリンクされ、該加えられた力が前記患者検査モジュールによって生成された前記信号に応答する、ピストンと、
を備えた、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記感覚調整サブユニットが、前記支持体に接続されたリニアアクチュエータと、該リニアアクチュエータと前記患者との間に位置づけられた圧力トランスデューサとを備えた、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記感覚調整サブユニットに電気的に接続されたコントローラを有する命令制御ボックスをさらに備えた、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
患者を遠隔的に検査するデバイスであって、第１の位置の第１のデータ通信システムを有する第１のコンピュータに接続されたハンド制御ユニットと、第２の位置の第２のデータ通信システムを有する第２のコンピュータに接続された患者検査モジュールとを備え、該第１のコンピュータが該第２のコンピュータと通信し得るように、該第１のデータ通信システムが該第２のデータ通信システムとインターフェースし得る、デバイス。
【請求項１８】
前記第１のデータ通信システムおよび前記第２のデータ通信システムが、標準的な電話線を介してインターフェースする、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第１のデータ通信システムおよび前記第２のデータ通信システムが、グローバルテレコミュニケーションシステムを介してインターフェースする、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記第１のデータ通信システムおよび前記第２のデータ通信システムが、光ファイバネットワークを介してインターフェースする、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
遠隔の身体との触覚相互作用をシミュレートするデバイスであって、
（ａ）少なくとも１つの感覚調整サブユニットを有するハンド制御ユニットと、
（ｂ）該ハンド制御ユニットから遠隔に位置する検査サブユニットであって、複数の感覚調整サブユニットを有する検査サブユニットと、
（ｃ）該ハンド制御ユニットの少なくとも１つの感覚調整サブユニットを、検査ユニットの少なくとも１つの感覚調整サブユニットに動作可能に接続する手段であって、１つの接続された感覚調整サブユニットに加えられた力が、他の接続された感覚調整サブユニットによって対応する力が加えられることを引き起こすようになっている、手段と、
を備えたデバイス。
【請求項２２】
前記感覚調整サブユニットが、少なくとも１つの圧力トランスデューサと少なくとも１つの可変圧力生成デバイスとを備えた、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記感覚調整サブユニットを動作可能に接続する手段が、少なくとも１つのコンピュータと、通信システムとを備え、該通信システムが、前記ハンド制御ユニットの該感覚調整サブユニットと検査モジュールの該感覚調整サブユニットとを該コンピュータに動作可能に接続する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記ハンド制御ユニットが、前記検査モジュールの前記少なくとも１つの感覚調整サブユニットを選択する手段をさらに備え、該手段が、該ハンド制御ユニットの該少なくとも１つの感覚調整サブユニットと動作可能に接続する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記選択手段が、前記ハンド制御ユニットの底面に配置されたトラックボールと、該ハンド制御ユニットの上部上に配置されたボタンとを備えた、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
身体を触覚的に検査する方法であって、
（ａ）複数の感覚調整サブユニットを有する検査モジュール内に該身体の一部分を包む工程と、
（ｂ）該検査モジュールの該感覚調整サブユニットのうち少なくとも１つを、遠隔位置にあるハンド制御ユニット上の少なくとも１つの感覚調整サブユニットに動作可能に接続する工程と、
（ｃ）該ハンド制御ユニット上の該少なくとも１つの感覚調整サブユニットに手で力を加え、それにより該検査モジュールの該接続された感覚調整サブユニットにおいて対応する力を生成し、該検査モジュールからのフィードバック力を検出する工程と、
を包含する方法。
【請求項２７】
前記検査モジュールの前記複数の感覚調整サブユニットのうち、前記ハンド制御ユニットの前記少なくとも１つの感覚調整サブユニットに動作可能に接続する、少なくとも１つを遠隔的に選択する工程をさらに包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記検査モジュールを前記ハンド制御ユニットに動作可能に接続する工程が、該検査モジュールと該ハンド制御ユニットとの間でグローバルテレコミュニケーションシステムを介して信号を伝送する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
身体を触覚的に検査する方法であって、
（ａ）加えられた力に応答して出力信号を生成し、同時に、受信した入力信号に応答して力を加えることができる複数の感覚調整サブユニットを有する検査モジュール内に該身体の一部分を包む工程と、
（ｂ）該検査モジュールを、該入力信号および出力信号を送受信し得る第１の通信システムに接続する工程と、
（ｃ）加えられた力に応答して出力信号を生成し、同時に、受信した入力信号に応答して力を加えることができる、少なくとも１つの感覚調整サブユニットを有するハンド制御ユニットを、該第１の通信システムと通信し得る第２の通信システムに接続する工程と、
（ｄ）該ハンド制御ユニットの出力信号が該検査モジュールによって受信され、該検査モジュールの出力信号が該ハンド制御ユニットによって受信されるように、該第１の通信システムと該第２の通信システムとを動作可能に接続する工程と、
（ｅ）一連の力を手で該ハンド制御ユニットの感覚調整サブユニットに加え、それにより該ハンド制御ユニットの該感覚調整サブユニットによって加えられた力であって、該検査ユニットからの受信された出力信号から得られる力が、検出されるようにする、工程と、
を包含する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、遠隔位置から個人へ触覚情報を伝達する医療デバイスに関し、特に、医師の位置から離れた位置にいる患者の診断を援助するデバイスに関する。
【０００２】
（発明の背景）
個人がインターネットおよび他の広域ネットワークを介して通信するためのコンピュータ技術および向上した性能により、現在の社会は大きく変化している。これらの通信プラットフォームは、効率的かつ有効な世界的規模のデータ転送を可能にし、かつ、一般社会に対してこの情報を入手可能にしている。人々が通信し、情報を交換し、取引する方法は、これらの発達によって大きく影響を受けつつある。従来のビジネス手法が発展して、コンピュータおよびウェブサイトを用いるいずれのビジネスも、世界中のコンピュータを有する消費者にアクセスする可能性を有するようになっている。現在、各ビジネスは、本質的に世界的な顧客基盤を有している。多くのビジネスがこの風潮を利用しているが、医療産業は、大幅に遅れている顕著な例外の一つである。
【０００３】
医療環境は、極めて複雑である。この分野の第三者ならびに資金の提供および管理に関係する政府役人は、医療問題を予測可能なビジネスモデルに「規格化する」ように患者、病院、および医師に圧力をかけているが、現在のところ、これは困難な課題である。各個人の独自性および生物学的有機体の根底にある基本的性質により、医学は、全ての観点において正しく予測できる正確な科学にはならない。患者、患者の疾病、類似の疾病による個人別の症状、ならびに医師の技術、訓練、および治療方法が変化しやすいために、医療情報の収集、データ格納、治療方法、結果、およびビジネスモデルの構築を規格化することは困難である。
【０００４】
医療実務はさらに、非常にユニークな個人サービスである。病気の患者は、健康状態が改善される、または苦痛が緩和するという期待を持って、独自の技術を有する専門家とやり取りをする。その基礎を成す医師−患者の出合いは、実際は、複雑なデータ収集のやり取りである。データは医師によって処理され、続いて、医師が最適な診断および治療プランを作成する。医師−患者のやり取りによる入力データは、患者の身体的検査、実験室でのテスト、および放射線画像法を含む様々な情報源から生じる。入力情報の最も重要な情報源は、多くの場合、患者の実際の身体検査である。身体検査は、患者から医師への個人病歴情報の伝達、患者が現在服用している薬の再調査、ならびに医師による患者の身体の直接観察および触診からなる。
【０００５】
患者の身体の触診は、触診に対する身体の反応を判定するために腹部、胸部、および四肢に沿って優しく手で圧力をかけることを含む。感染症、膿瘍、血栓症（血塊）、中空または中空でない臓器の穿孔、あるいは骨折などの炎症状態は、抵抗の増加した疼痛反応を生み出す。これは、有害性の付与刺激に対して「ガード」または保護するためである。腫瘍または臓器の肥大は、それ以外は正常な皮膚表面下で検出される抵抗の変化によって検出され得る。これは靴の中に石が入っているのを感じることに似ている。さらに腹部内の流体（腹水症）も、腹部の一端に手の圧力をかけ、同じ腔内の反対位置で得られる流体波を検出することによって検出され得る。
【０００６】
専門的に実施される病歴および身体検査は、ほぼ９０％の精度で正しい診断を提供する。ほとんどの場合、実験室および放射線画像データが、診断の確認および患者の状態に関する付随的な詳細を提供する。一般的には、医師は、様々な情報源から利用可能な入力データをすべて収集し、医師の個人的知識または参考ベースに照らしてその情報を処理し、入力された情報に基づいて診断結果となる可能性のあるもののリストを確立することにより、コンピュータとして機能する。医師はその後、患者の健康状態を向上させると考えられる治療プランを推薦する。
【０００７】
正確な医学的診断を行うために必要なデータの一部は、患者、実験室、放射線医学、および医師の間で、様々な通信方法を用いて交換され得、通信するものどうしが直接顔を合わせる必要はない。現在の通信革命により、病歴情報、実験室データ、遠隔測定データ、および放射線医学研究の交換を電話、ページャ、ファックス、電子メール、およびビデオで行うことが可能になっている。これらの進歩は、あらゆる種類のビジネスに利益を与え、医学も例外ではない。しかし、１つの医学特有のデータ収集プロセスとして、医師が患者の身体を直接触診することがあり、これに関しては現在、遠隔データ取得ができない。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、上記に特定した必要性を満足するシステムを提供する。デバイスは、ハンド制御ユニット、遠隔検査モジュール、および遠隔検査モジュールにハンド制御ユニットを接続するコンピュータシステムを含む。本発明は、概して、ユーザが、遠隔にある身体に圧力入力といった触覚刺激を送信することを可能にするシステムに関する。これにより、遠隔にある身体が刺激を経験し、応答を生成する。上記システムはさらに、遠隔にある身体の触覚応答を検出してフィードバックを生成し、その触覚フィードバックをユーザに送信する。本発明の好適な実施形態は、離れた患者の検査に向けられ、医師のハンド制御ユニット（ＨＣＵ）を含む。ハンド制御ユニットは、医師によって用いられて触覚の刺激を引き起こし、コンピュータシステムによって患者の検査モジュール（ＰＥＭ）に接続される。患者の検査モジュールは、患者に触覚の刺激を加えて、検出された応答に対応するフィードバックをＨＣＵに送信する。
【０００９】
ＨＣＵは、少なくとも１つ、好適には複数の感覚調整サブユニットを有する。ＨＣＵは、医師の手を受け取って医師が感覚調整サブユニットへのアクセスを有するように適応される。ＰＥＭは、好適には患者の一部を包むことによって、患者の身体の一部に接触して受け取るように適応される。ＰＥＭは、少なくとも１つ、好適には複数の感覚調整サブユニットを有し、これらは患者に隣接して設けられる。感覚調整サブユニットは、サブユニットに加えられた力または圧力を検出し、対応する出力信号を生成して、入力信号に応答して力および／または変位を加える。好適には、力の検出および付与は、ほぼ同時に起こる。ＨＣＵの感覚調整サブユニットは、コンピュータシステムを介してＰＥＭの感覚調整サブユニットに接続される。一実施形態において、コンピュータシステムは、ＨＣＵに取り付けられた第１のコンピュータおよびＰＥＭに取り付けられた第２のコンピュータを含む。ここで、第１および第２のコンピュータは、互換性のある情報通信システムを有し、これによりネットワークを介して第１および第２のコンピュータ間の情報通信を可能にする。
【００１０】
ＨＣＵの感覚調整サブユニットは、検出された圧力をフィードバックするソフトウェアを介してＰＥＭの感覚調整サブユニットに接続されており、このことにより、医師が遠隔の患者と実際の身体的接触をシミュレートすることが可能になる。
【００１１】
本デバイスの第１の好適な実施形態において、ＰＥＭは、機械的ピストン型可変圧力生成デバイス（例えば、リニアアクチュエータ）を有する感覚調整サブユニットを利用して、入力信号に応答する圧力を加える。デバイスの第２の実施形態において、ＰＥＭは、気圧システムまたは液圧システム、および拡張可能セルを利用して、入力信号に応答して加えられた圧力を生成する。
【００１２】
本発明の１局面において、ＨＣＵは、ユーザの手にとってアクセス可能なトラッキングボールおよびボタンを含む。これにより、医師は、コンピュータマウスに類似した様態でＨＣＵを使用してコンピュータとやり取りすること（例えば、インターフェースすべきＰＥＭの特定部分を選択する）が可能になる。
【００１３】
（好適な実施形態の詳細な説明）
本明細書中に開示されるデバイスにより、医師は、患者と医師とが直接身体を接触させること、または近傍に存在することなしに、患者の身体を直接検査することを可能にする。これにより、通常、患者と医師との間の直接的な手の接触から得られる種類の医学データが、従来のグローバル情報伝達システムを介して集められ、伝送されることが可能になる。現在のところ、「遠隔治療」、すなわち診断および治療プランを提供するための患者と医師との間の医学情報の交換は、ある点までのみ可能である。身体検査の所見が、意思決定において非常に重大である場合、患者は、かかりつけの医師に実際に診てもらうように、あるいは、医師が身体検査を行い得る緊急治療室に行くようにとの助言を受ける。遠隔的に身体データを取得してそれを別の場所にいる医師に確実に転送することができないということは、医療実務の進化、および他のビジネスがグローバル通信プラットフォームおよび潜在的消費者の進化の面で恩恵を受けている有効性および効率を利用するという医学の能力にとって障害である。
【００１４】
本明細書において、以下の用語は以下の意味を有する。
【００１５】
感覚調整サブユニットは、（１）デバイスに加えた力を検出し、検出された力に関連した出力信号を生成すること、および（２）入力信号を受信し、受信された入力信号に関連した力および／または変位を生成すること、が可能である任意のデバイスを意味する。
【００１６】
ハンド制御ユニット、すなわちＨＣＵは、ユーザの身体の一部（例えば、ユーザの手）に接触するか、またはユーザの身体の一部を受け取るように適合され、受け取られたユーザの手によってアクセスされ得る感覚調整サブユニットを有する任意のデバイスを意味する。
【００１７】
患者検査モジュール、すなわちＰＥＭは、人の（または他の生物学的有機体の）生体組織の一部を受け取るように適合され、受け取られた生体組織の部分に隣接する感覚調整サブユニットを有する任意のデバイスを意味する。ＰＥＭは、患者の検査用に本発明に基づいて使用され得るが、用語ＰＥＭは、他の目的のために生体組織の触覚、または他の物体または物質の触覚に適応されたデバイスををも含むと理解されるべきである。
【００１８】
図１を参照すると、本発明は、身体から得られた医学データの遠隔的取得および送信に関して、概して３つの部分、すなわち、ハンド制御ユニット１００（ＨＣＵ）、患者検査モジュール２００（ＰＥＭ）、およびコンピュータソフトウェアを有する。これらは、医師（ＨＣＵを介して）と患者（ＰＥＭを介して）との間の身体データの取得、較正、伝送、および転換を制御するためのものである。本発明は、医師が、ＨＣＵ１００に手の圧力を加えることを可能にする。この手の圧力は、遠隔位置にいる患者に伝えられ、ＰＥＭ２００を介して患者の身体の選択された部分に加えられる。患者の身体からの圧力反応は、逆に医師に伝えられ、それにより、医師と患者との間の直接接触をシミュレートする。
【００１９】
（ハンド制御ユニット（ＨＣＵ））
図２に示されるＨＣＵ１００は、実際の手の形状に形成された成形プラスチックシェル１０１を有する。この種の構造の利点は、軽くて、製造し易く、耐久性があり、衝撃抵抗があることである。例えば、木材、紙、アルミニウム、石材、プレキシガラス（Ｒ）、またはまだ開発されていない材料といった他の材料もまた、デバイス構造に使用され得る。ＨＣＵ１００は、人の手の内部表面の一部、または好ましくは内部表面全体に適応するような形状に形成され、手のひら基部１０８および手のひら末端部１０７、指先１０６、ならびに親指部分１０５を含む手のひら表面１０２を有する。任意の設計構造の目的は、ユーザの手の感覚部分およびモーター部分とＨＣＵ１００との間の快適な接触表面を提供することである。好適な実施形態において、ＨＣＵ１００は、手のひら表面１０２に僅かな中央隆起を有する。手のひら表面１０２の周囲は、ＨＣＵ１００の境界部１０４に僅かな窪みを有しており、手のひら表面１０２上に快適に置かれているユーザの手に適応する。指先１０６の部分および手のひら基部１０８の僅かな手のひら隆起（ユーザの指関節のレベルが指および手の他の部分よりも高くなる）は、土台の広いピラミッド型構造を形成する。この設計は、指先、手のひら末端、および手のひら基部に対して圧力を加えることおよび圧力を受けること、デバイス制御、ならびに機能性に関して最大の可撓性を提供する。ＨＣＵ１００は、ユーザの手のひらの表面および指の全ての部分と、ＨＣＵ１００の手のひら表面１０２との間の完全な接触を可能にする。好適な実施形態において、ＨＣＵ１００のシェル１０１は、側方に置かれた２つのセグメント１０１ａ、１０１ｂで形成されており、概してユーザの手のひらの中央の襞の位置に横断分割部１１０が位置する。２つのセグメント１０１ａ、１０１ｂは、手の長さを調整可能とするために相対的な長手方向の動きを可能にするようにスライド可能に接続されている。これは、様々な手のサイズに適合するためである。随意的に、ＨＣＵ１００は、「グローブ」コンポーネント（図示せず）を含み得る。この場合、手全体がハンド制御ユニットに挿入される。このことは、上面（背面）の手の表面との接触を可能にし、これにより、オペレータの手の上面から生じた検査の動作および感覚に関する入力に関連する機能が提供される。
【００２０】
窪みまたはキャビティ１１２、１１４、１１６は、それぞれ指先１０６、手のひら末端１０７、および手のひら基部１０８に提供される。図３に最も明瞭に示されるように、それぞれの窪み１１２、１１４、１１６内に、圧力リレーおよびレセプション感覚調整サブユニット１４０が収容される。感覚調整サブユニットの上部１４０は、柔軟な材料、たとえば、模造された皮膚表面を形成するシリコンゴムまたはソフトプラスチックマトリクス、のスラブ１４２からなる。他の適切な材料は、この「皮膚」の接触表面用の他の天然または人工生体材料（人工、模造、培養、または工作された皮膚細胞またはその代用品）を含み得る。各スラブ１４２のサイズは、ＨＣＵ１００の各窪み１１２、１１４、１１６のサイズに応じて変化する。概して、デバイスの指先１０６領域のそれぞれに対して指先サイズの感覚調整サブユニット１４０があり、手のひら基部１０８に対して手のひら基部サイズのサブユニット１４０があり、手のひら末端１０７に対して手のひら末端サイズのサブユニット１４０がある。ＨＣＵ１００の感度および機能性を高めるために、各モジュールは複数に細分され、各窪みは、以下に記載する包括的サブユニットに基づいてより小さい機能的な調整サブユニットを集めた物を含み得る。
【００２１】
次に、図４を参照すると、感度調整サブユニット１４０は、模造された皮膚のスラブ１４２内に埋め込まれる１方向シングルチャネル圧力トランスデューサ１４４を含む。圧力トランスデューサ１４４の作業面または圧力受け面１４５は、上方（すなわち、ユーザの手のひら表面に対向する方向）に向けられる。圧力トランスデューサ１４４は、ユーザによって加えられる圧力が、圧力トランスデューサ１４４の作業面１４５に加えられ、トランスデューサ１４４の後方から加えられウェハ圧力または力は直接感知されないように方向付けられる。好適な実施形態において、シングル圧力トランスデューサ１４４は、各指先１０６内に配置され、各手のひら部１０７、１０８は２つの圧力域に細分される。ワイヤまたは他の適切な接続機構（図示せず）は、圧力トランスデューサ１４４への、および圧力トランスデューサ１４４からの信号アクセスを提供する。
【００２２】
埋め込まれたシングルチャネル圧力トランスデューサ１４４を有する模造された皮膚のスラブ１４２は、好適には金属製またはプラスチック製の薄い支持プラットフォーム１４６にマウントされる。支持プラットフォーム１４６の下面には、リニアアクチュエータ、シングルチャネルピストン型可変レジスタなどの可変力生成デバイス、または他の可変圧力生成デバイス１４８が取り付けられる。本明細書中で「ピストンレジスタ」と呼ぶリニアアクチュエータ（すなわち、可変圧力生成デバイス１４８）は、当該分野で公知である多くの方法で実施され得、これらの方法は、電気的、機械的、気圧、または液圧プロセスによって、可変力を生成するデバイスを含む。このようなデバイスの代表的なサンプリングは、例えば、Ｋｒａｍｅｒによる米国特許第５，６３１，８６１号（図８ａ〜ｍに示される）に記載され、上記特許で「ｆｉｎｇｅｒ　ｔｉｐ　ｔｅｘｔｕｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ」と呼ばれる。本発明の好適な実施形態において、磁気的に刺激されるデバイスが利用される。ピストンレジスタ１４８は、患者の検査モジュール２００（以下に述べる）から生じる応答信号に依存して、模造された皮膚のスラブ１４２の下面に対する対向圧または抵抗力を提供する。スラブ１４２、トランスデューサ１４４、支持プラットフォーム１４６、およびピストンレジスタ１４８は、ＨＣＵ１００の窪み１１２、１１４、１１６内に配置される。ホール１５０は、各窪み１１２、１１４、１１６内に設けられ、ピストンレジスタ１４８の自由端の挿入に適応する。ホール１５０の深さは、支持プラットフォーム１４６が窪みの底面から僅かに高められ、その結果、ユーザによって感じられる抵抗が模造された皮膚のスラブ１４２自体の抵抗だけであるように、選択される。
【００２３】
様々なタイプの圧力トランスデューサが当該分野において公知であり、本発明の使用に適している。例えば、Ｒｅｉｎｂｏｌｄらに付与された米国特許第６，０３３，３７０号は、２つの導電層間に挟まれたポリウレタンフォームの誘電体を有する容量圧力トランスデューサ（ｃａｐａｃｉｔａｔｉｖｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｆｏｒｃｅ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を開示しているが、本発明はこれに限定されない。類似のデバイスあ、米国特許第４，８５２，４４３号においてＤｕｎｃａｎらによって開示されている。このデバイスでは、キャパシタ電極上の圧縮性突起が誘電シートのいずれかの側に配置される。可変抵抗コンポーネントに基づく圧力トランスデューサが、Ｂｕｒｇｅｓｓによる米国特許第５，０６０，５２７号に開示されている。
【００２４】
再び図２を参照すると、ＨＣＵ１００の、対応する親指部１０５は、コンピュータソフトウェア（例えば、マウスクリック制御または他の入力デバイス）に関する機能を制御し、オプションを選択するボタン１５２を収納する。ＨＣＵ１００の下面は、トラッキングボール１５４を支持し、それによりコンピュータ選択機能を提供し、ＰＥＭ２００を介する患者に関連して空間内でのＨＣＵ１００の２次元座標位置を提供する。ボタン１５２およびトラッキングボール１５４が、コンピュータマウスの基本的機能を提供し、よく知られた周知の様態でコンピュータと選択的に相互作用するように用いられ得ることは、当業者にとって明らかである。他のタイプの選択機構（タッチ感知パッドおよび光学システムを含む）が利用され得ることも明らかである。ＨＣＵ１００はさらに、信号プロセッサ１３０およびアナログ−デジタル／デジタル−アナログ信号変換器１３２にリンクされる。
【００２５】
ＨＣＵ１００は、医師と、遠隔の患者との間のインタフェースまたは接触点として動作する。ＨＣＵ１００は、医師の手によって生成された、物理的に与えられた圧力信号を受信し、圧力トランスデューサ１４４を介してその信号を電気信号に変換する。同時にＨＣＵ１００は、患者の検査モジュール２００において圧力応答から生じた入来電気信号を抵抗信号に変換する。この抵抗信号は、支持プラットフォームに対してマウントされたピストンレジスタ１４８に与えられる。ユーザによって加えられた入力圧力を「検出」し、同時に、直接的な抵抗フィードバック応答をユーザに提供する、感覚調整サブユニット１４０の性能は、ユーザが別の物体に手を押し付けたときに生じる実際の事象をシミュレートする。患者に加えられた直接的圧力（ＨＣＵ１００からの入力圧力によって決定されたような）に応答してＰＥＭ２００によって検出された高い抵抗（実際の患者の反応）は、ＨＣＵ１００にリレーバックされ、ピストンレジスタ１４８を介して医師にフィードバックされる。ＰＥＭ２００によって検出された増加する抵抗は、支持プラットフォーム１４６の下面に加えられている増加する力に対応する。これは、模造された皮膚のスラブ１４２にとっては、より大きい抵抗、すなわち「弾力性の欠如」を知覚することとなる。このフィードバック抵抗は、医師によって加えられた力に対する患者からの直接応答としてユーザによって認知される。
【００２６】
ＨＣＵ１００は、随意的に、単一または複数のマルチチャネル圧力トランスデューサ／レジスタデバイスに組み入れられ、および／または抵抗の絶対値変化がハンド制御ユニットを介して医師の手に変換され得る。親指部１０５は、現在ソフトウェアのコマンド機能に使用されているが、それに代えて感覚調整サブユニット１４０を収容してもよい。親指の動きを検査プロセスに統合する能力、感覚入力を手の親指部に戻す能力は、ＨＣＵ１００の機能および感度を拡張することを可能にする。ＨＣＵの最も複雑な実施形態は、オペレータの手の全ての部分に完全に接触すること、およびＨＣＵの至る所に多くの感覚調整サブユニット１４０が取り付けられることを含む。サブユニット１４０の数を制限するのは、これらの２方向圧力変換デバイスを小型化する能力のみである。多数の感覚調整サブユニットによって、ユーザは、オペレータの手の全ての部分からの物理的入力および感覚的入力を生成し、受け取ることができる。
【００２７】
（患者の検査モジュール（ＰＥＭ））
次に図５および６を参照すると、ＰＥＭ２００は、柔軟な半可撓性材料（例えば、ナイロン、ゴム、シリコン、またはソフトプラスチック基板）で作られるパッドまたはパッド状構造２０２からなる。パッド２０２全体は、硬く、好適には、ＨＣＵ１００の模造された皮膚のスラブ１４２に類似した粘弾性特性を有する。パッド２０２は、セルまたはセル領域２０４と呼ばれる基本構造ユニットに細分化される。パッド２０２の全体的サイズ、およびパッド２０２内のセル２０４の数は、特定の用途に依存して変化する。各セル領域２０４は、好適には、ＨＣＵ１００の対応する感覚調整サブユニット１４０に類似するサイズを有する、パッド２０２内の領域に対応する。図６に示されるように、単一のチャネル圧力トランスデューサ２４４は、各セル２０４内にマウントされ、作業／受け面２４５が患者の方向を向くように方向付けられる。好適なパッド２０２は、複数の埋め込まれた圧力トランスデューサ２４４を有する連続的なゲルタイプ構造２４２である。パッド２０２の背面２０６は、可撓性の半剛性シートを含む。背面２０６用の現在の好適な材料は、プラスチックまたはポリマー材である。プラスチックまたはポリマー材は、セル領域２０４に対して剛性な支持を維持し、しかも、様々な身体サイズへの適応を提供するために、ある程度の撓みを提供する。例えば、金属、木材、または合成材といったさらに硬い材料もまた、剛性な支持構造を提供し、身体の多様な曲線を有する表面に沿って関節状に屈曲する限り、使用され得る。シングルチャネルピストン型可変圧力生成感覚調整サブユニット２４０を含むリニアアクチュエータは、好適には金属製またはプラスチック製である薄い支持プラットフォーム２４６の下面に取り付けられる。支持プラットフォーム２４６は、好適には、ＨＣＵ１００の指先１０６のサイズと類似する。概してセル２０４および支持体２０６との間の境界面に設けられている各圧力トランスデューサ２４４の直下を中心として、ピストン型可変圧力生成デバイス２４８、または類似のリニアアクチュエータが、支持体２０６内に埋め込まれ、圧力トランスデューサ２４４下方の支持プラットフォーム２４６の中央の下方に向けられる。
【００２８】
検査パッド２０２は、患者身体の表面のうちの検査すべき部分に直接適用され、例えばナイロン製のループ−フック型クロージャ２５０によって適切な位置に保持される。ナイロン製のループ−フック型クロージャ２５０は、調整可能性を提供し、多様な身体の形状およびサイズに対する適用を可能にする。パッド２０２はさらに、胸部に適用するためにベストとして、腹部に適用するためにベルトとして、上肢部に適用するために袖、長手袋、または手袋として、下肢部に適用するためにズボンの脚部またはブーツとして、あるいは、指またはつま先などの小さい部分に適用するために小さい細片として作られ得る。ＰＥＭの好適な実施形態は定位置に位置するパッドとして構成されるが、患者、他のスタッフ、またはロボットガイドが患者の表皮の表面上、または身体の腔内を移動させる可動感知ユニットもまた、本発明の範囲内である。
【００２９】
好適な一実施形態において、ＰＥＭ２００は、電気接続線３０２を介して命令制御ボックス３００に取り付けられる。好適な実施形態において、命令制御ボックス３００は、電源３０４、小型の中央演算処理装置（ＣＰＵ）３０６、信号プロセッサ３０８、デジタル−アナログ変換器３１０、および通信システム３１２を含む。命令制御ボックス３００は、ＰＥＭ２００へ、およびＰＥＭ２００からデータを送受信して、ＰＥＭ２００を医師のＨＣＵ１００にリンクする。電源３０４は好適には、交流（家庭または産業）および直流（バッテリ動作）の両方で動作する能力を提供する。接続線３０２が図示されているが、ワイアレスデータリンクといった他のデータリンクもまた本発明の範囲内である。
【００３０】
好適な実施形態の通信システム３１２は、ＨＣＵ１００の近くに設けられた医師のコンピュータ１６０がＰＥＭ２００の近くに設けられた遠隔コンピュータ２６０に接続することを可能にする内部モデム（図示せず）を含む。他の通信システムもまた可能であり、例えば、（１）光ファイバケーブルチャネルおよび非ファイバ光ベースのデータ／音声／視覚信号伝達方法を含む光ベース／光学ベースの通信、（２）音声および／またはデータ情報が送受信され得る無線周波数、超高周波数、マイクロ波、または衛星システムを含むがこれらには限定されない無線通信、（３）赤外光、磁力、可視光および非可視光の放射線である他の波長、生体物質（バイオロボットまたはウイルスベクターを含む）、あるいは微粒子／半微粒子）などの現在使われていない媒体を利用する音声またはデータ通信の任意の将来的方法、などである。最適には、命令制御ボックス３００は可撓性の接続線３０２を介してパッド２０２に接続される。これは、患者に直接適用される重量が低減すること、サイズの制限、および可能な限りの安全性（すなわち、通信／データ伝送によってＲＦまたはマイクロ波放射に曝されることが低減すること）を考慮してのことである。接続線３０２はさらに、感覚調整サブユニット２４０内の圧力トランスデューサ２４４および可変圧力生成デバイス２４８を電源３０４に接続する。
【００３１】
他のデバイス構造は、単一または複数のマルチチャネル圧力トランスデューサ／レジスタデバイスを組み入れ得、抵抗の絶対値変化が、ＨＣＵ１００を介してユーザの手に戻され得る。ＰＥＭ２００の感度または機能性を向上させる試みとして、各セル領域２０４は、複数に細分化され得、多数の感度調整サブユニットがＰＥＭ２００の至る所に適用され得る。機能的サブユニットの数を制限するのは、これらの双方向感度調整サブユニットを小型化する能力のみである。多数の小型感度調整サブユニットが、ＰＥＭ２００のあらゆる部分からの機械的入力および感覚的入力を生成し、受け取る能力を提供する。
【００３２】
ＰＥＭ４００の第２の実施形態は、上述した電気機械的構造ではなく、図７および図８に示される気圧式加圧媒体または液圧式加圧媒体を利用する。第２の実施形態において、ＰＥＭ４００は、柔軟な半可撓性材料（例えば、ナイロン、ゴム、シリコン、またはソフトプラスチック基板）で作られるパッド４０２またはパッド状構造からなる。パッド４０２は、複数のセル４０４に細分化される。パッド４０２の全体的サイズおよびパッド４０２内のセル４０４の数は、デバイスモデルおよび用途によって変化する。各セル４０４は、空気、水、作動液、または電気化学ゲルなどの加圧媒体の流入／流出を可能にする１つの二重機能入口／出口線４１０と１つのバルブ４１４、および単一の圧力トランスデューサ４４４を有する気密および液密中空チャンバ４１６として設計されている。圧力トランスデューサ４４４は、上述したＨＣＵ１００用のトランスデューサ１４４に類似した単一のチャネルトランスデューサである。圧力トランスデューサ４４４は、患者の身体表面に直接適用される材料シート内にマウントされる。従って、オープンセル構造は、圧力トランスデューサ４４４の後方にある。トランスデューサの受け面４４５は、患者に対向するように方向付けられる。
【００３３】
パッド４０２は、患者の身体表面のうちの検査すべき部分に直接適用され、例えば、ループ−フック型クロージャ２５０によって適切な位置に保持される。ループ−フック型クロージャ２５０は、調整可能性を提供し、多様な身体の形状およびサイズに対する適用を可能にする。パッド４０２はさらに、上述したように、ベスト、ベルト、袖、長手袋、手袋、ズボンの脚部、ブーツ、または指またはつま先などの小さい部分に適用するための小さい細片として、作られ得る。パッド４０２の外表面はさらに、必要であれば、重い強化層（すなわち、鉛、金属またはプラスチック）を含み得、それによりさらなる安定性または対向圧が提供される。各セル４０４の入口／出口線４１０は、ポンプ機構に接続される。ポンプ機構は、ポンプ（図示せず）、および加圧媒体を収容する加圧リザーバ４１８を含む。中間バルブ４１４が、圧力リザーバ４１８と各セル４０４との間の入口／出口線４１０に沿って設けられる。ＰＥＭ４００は、上述のように接続線３０２を介して命令制御ボックス３００に取り付けられる。
【００３４】
好ましくは、ＰＥＭ４００のこの制御部は、患者から離れて配置される。これは、患者に直接適用される重量が低減すること、パックが四肢または指などの身体の小さい部分に適用される場合のサイズの制限、または可能な限りの安全性（すなわち、通信／データ伝送によってＲＦまたはマイクロ波放射に曝されることが低減すること）を考慮してのことである。命令制御ボックス３００の仕様および機能は上記した通りである。接続線３０２はさらに、圧力トランスデューサ４４４と電源３０４とを接続し、加圧媒体用の入口／出口線４１０とバルブ４１４とを接続する。
【００３５】
特定のＨＣＵ１００の設計に依存して、ポンプおよび加圧リザーバ４１８は、共に命令制御ボックス３００内に収容されるか、共にＰＥＭ４００自体の上に設けられるか、または互いに独立して何れかの領域に含まれ得る。
【００３６】
加圧媒体として空気を利用するＰＥＭ４００は、半閉鎖式回路設計を利用する。好適な実施形態において、ポンプ機構は、ユニット外部から、パッド４０２の背面に設けられた単一の加圧リザーバ４１８に空気を引き込む。加圧リザーバ４１８は、概してパッド４０２と同一のサイズである。バルブ４１４は、加圧リザーバ４１８内の、下層セル４０４に対応する複数の位置に設けられる。従って、加圧リザーバ４１８は、中間バルブ４１４を介して各圧力セル４０４と直接連通している。圧力調節回路（図示せず）は、内部チャンバの圧力を感知し、その情報を命令制御ボックス３００に中継して、それにより適切なチャンバ圧力を保証するために、加圧リザーバ４１８に組み込まれる。適切なセル４０４が活性化され、所望のポンプチャンバ圧（ＨＣＵ１００からの適切な与えられた圧力信号に対応する）が達成された後、その結果得られる患者の応答信号は、命令制御ボックス３００を介してＨＣＵ１００に伝送され、ポンプは、圧力チャンバ４１６の内容物を、ポンプを介して大気中に吐き出す。液圧式加圧媒体を利用するＰＥＭ４００は、内蔵型の閉式流動体システム回路からなる。
【００３７】
ＰＥＭ４００の機能は、ＨＣＵ１００においてユーザによって加えられた圧力を直接的に患者に「伝送」し、それにより生じた患者からの抵抗応答信号を医師のＨＣＵ１００に送信することである。ソフトウェアおよび医師のＨＣＵ１００を用いて、圧力を加えるべき適切な上部セル４０４を「選択すること」によってＰＥＭ４００内の身体の多様なセグメントが、検査され得る。ソフトウェアは、適切な命令を送信して、選択されたセル４０４に対応するバルブ４１４を開く。選択されたセル４０４の数は、医師が「押圧」して、加えられた「手」の圧力に対する患者の応答を引き出すことを望む患者の身体領域に対応する。さらに、医師は、リターン圧力データがユーザに送信され得るセルまたは身体の領域を独立して選択し得る。多くの場合、加圧されているセルは、何らかの検査機能のために医師のＨＣＵ１００にリターン圧力データ信号を送り返すこともしているが、１つのセルセットに加圧し異なるセルセットから受け取ることが最適である。
【００３８】
第２のＨＣＵが組み込まれ、第１のＨＣＵとは反対方向に手に適応するように構成することも考えられる。この場合、医師は、一方の手を用いて患者の１つの位置に圧力を（第１のＨＣＵおよびＰＥＭを介して）加え、患者の別の位置からの圧力応答をもう一方の手に（第２のＨＣＵを介して）受け得る。
【００３９】
コンピュータソフトウェアは、医師のＨＣＵ１００、ＰＥＭ２００または４００、システムダイナミックス、および通信プロトコルの多様な機能に対する命令を制御する。ＨＣＵ１００の機能は、活性化すべき特定のセルまたはセル群、および得られたリターン信号を伝送するセルを活性化するセル選択機能を含む。ソフトウェアはさらに、指定される医師のＨＣＵ１００の特定の圧力応答パッドを、圧力信号を送信する送信パッチおよび患者のデータを医師に送信する受信パッドとして示す割り当てることを可能にする。
【００４０】
患者の身体に対する、医師のＨＣＵ１００の空間的な方向はさらに、コンピュータソフトウェアによって追跡される。ＨＣＵ１００の動きは、変換され、ＰＥＭ２００または４００に送信され得、それにより患者の身体全体に対する手の動きがシミュレートされる。さらに、解剖学のデータベースが取り込まれ得、それにより、検査されている特定の身体領域の断面解剖図および三次元解釈が提供される。
【００４１】
ソフトウェアは、医師によってＨＣＵ１００に加えられた物理的圧力応答を電気信号に変換する。規格化、較正、および信号および信号強度のリアルタイムでのモニタリングが、典型的なプログラム機能である。ソフトウェアはさらに、電気信号変換、ならびにＨＣＵ１００からＰＥＭ２００または４００への伝送およびその逆の伝送のための伝送プロトコルを担う。伝送プロトコルは、地上ベースの、および非地上ベースの通信プラットフォームを介した信号伝送を含む。全てのポンプおよびバルブ命令は、ポンプチャンバ加圧、および伝送された電気信号を、ハンド制御ユニットにおいて加えられた実際の圧力と同等の大きさに相関する適切な加圧命令に較正および変換すること、ならびに選択されたバルブのオン／オフ状態を含むが、これらもまた、デバイスソフトウェアによって制御される。
【００４２】
図９は、本発明の電気機械的および気圧／液圧の両方の実施形態に関するデバイス機能の包括的プロセスフロー図を表す。ＨＣＵ１００を用いて、医師は、セル２０４または４０４の下にある、活性化されるべき関心のある領域を選択する。この部分は、手で検査されるべき領域に対応する。感覚調整サブユニット１４０を介してＨＣＵ１００に圧力を加えると、信号が発生する。この信号は、信号プロセッサ１３０およびアナログ−デジタル変換器１３２を介して、医師のコンピュータ１６０に送信される。次に、医師のコンピュータ１６０は、コンピュータ命令を送信して、関心のある領域の下にあるＰＥＭ２００または４００の感覚調整サブユニット２４０または４４０を作動させる。関心のある領域とは、ＨＣＵ１００の圧力信号が向けられるべき領域である。その後、圧力刺激が加えられた後に、ユーザが「触れたい」と思う患者の領域に対応する圧力トランスデューサ２４４または４４４が、作動される。この命令が、受信セルの圧力トランスデューサ２４４または４４４を作動し、それにより出力信号が医師のＨＣＵ１００の元に伝送され得る。
【００４３】
次に、医師は、指先、手のひら基部、および手のひら末端の表面の任意の組み合わせ（一本の指先から手のひら全体の表面に亘る）を用いてＨＣＵ１００の感覚調整サブユニット１４０を直接押圧し、患者の触診中に通常加える力に等しい、所望の入力圧力刺激を生成する。加えられた圧力は、個人、状況、および検査されている患者の領域によって変わる。ＨＣＵ１００の感覚調整サブユニット１４０に対して医師によって加えられた圧力は、圧力トランスデューサ１４４によって感知され、電気出力信号に変換される。電気出力信号は、信号プロセッサ１３０に送信され、処理後のアナログ電気信号が、デジタル信号１３２に変換される。次に、デジタル信号は、医師のコンピュータ１６０に入力される。
【００４４】
医師のコンピュータ１６０において、ソフトウェアプログラムは、ＨＣＵ１００の様々な送受信部と、ＰＥＭ２００または４００との間のリンクされたシステム経路のソフトウェア命令を担う。これらのソフトウェア命令とは、ユーザ側および患者側の装置用の信号プロセッサ１３０、３０８、圧力トランスデューサ１４４、２４４、４４４、ピストンレジスタ１４８、および様々な圧力生成デバイス２４８の較正、ならびに、ＨＣＵ１００電気入力信号を対応するＰＥＭ２００、４００の電気出力信号に変換することを含む。ポンプシステムがＰＥＭ４００に使用される場合、媒体加圧リザーバ４１８内の圧力センサ（図示せず）が、較正される。医師のコンピュータ１６０は、ＰＥＭ２００、４００の電気信号および関連するソフトウェア命令を通信システム３１２を介して遠隔コンピュータ２６０に送信する。あるいは、患者側（すなわち遠隔側）は、ＰＥＭ２００または４００の近くに設けられた遊離型静置命令制御ボックス３００を利用し得る。次に、デジタル圧力生成信号は、デジタル−アナログ変換器によってアナログ電気信号３１０に変換され、後処理され（３０８）、次いで、ＰＥＭ２００または４００の適切な前もって選択された圧力生成デバイスに中継される。その後、ＰＥＭ２００または４００は、ユーザまたは医師によってＨＣＵ１００に加えられた圧力に基づいた、方向付けられた圧力を患者に加える。
【００４５】
ＰＥＭ４００に関しては、ソフトウェアは、ＨＣＵ１００の各アクティブ領域からの入来電気信号を受信すること、ＨＣＵ１００の様々な部分に加えられた入力圧力のそれぞれの大きさを評価すること、およびこの情報を特定のポンプ命令に変換することを担う。次に、圧力命令は、患者の遠隔位置における遠隔コンピュータ２６０に送信されるか、または上述のＰＥＭ４００の命令制御ボックス３００部分に直接送信される。その後ＰＥＭ４００は、医師によってＨＣＵ１００に直接加えられた圧力に等しい出力圧力を達成するために、ポンプ機構を作動し、加圧チャンバ４１８を加圧する。チャンバ４１８の内部圧力は、圧力センサによってモニタリングされる。圧力センサは、所望の入力圧力が達成されるまで、ポンピングを継続する必要があるか否か、または中断する必要があるか否かに関して連続的フィードバックを提供する。次に、加圧チャンバ４１８内の加圧媒体は、入口／出口線４１０を介して、開状態の圧力バルブ４１４を有する選択されたセル４０４の各々に送られる。次に、加圧媒体は、選択されたセル４０４に流れ込み、ＨＣＵ１００で医師によって加えられた力に対応してセル容積およびセルの内部圧力を増大する。
【００４６】
ＰＥＭ２００または４００の一方に加えられた下向きの力は、患者からの対向応答を引き出すが、この対向抵抗は、全く抵抗がなくて領域の更なる窪みが検査されている状態から、大きな抵抗、すなわち「ガード」の状態まで様々である。活性化されたセルからの加えられた力に応答する患者からのこの抵抗は、セル圧力トランスデューサ２４４または４４４によって検出される。
【００４７】
ＰＥＭ２００または４００の、作動された圧力トランスデューサ２４４または４４４によって検出された機械的な抵抗応答は、電気信号に変換される。電気信号は、患者の位置にある命令制御ボックス３００または遠隔コンピュータ２６０に送信される。入力命令セットに関して上述したように、このアナログ電気信号は、処理され（３０８）、デジタル信号３１０に変換される。次に、このデジタル信号は、通信システム３１２を介して医師のコンピュータ１６０に送信される。ＨＣＵ１００の出力信号に関して上述したように、ソフトウェアプログラムは、ＰＥＭ２００、４００の各アクティブ領域からの入来電気信号を受信すること、ＰＥＭ２００、４００のそれぞれの出力圧力の大きさを評価すること、および上記出力圧力を、等価なＨＣＵ１００のデジタル抵抗信号に変換することを担う。次に、デジタル信号は、等価なアナログ電気信号１３２に変換され、後処理され（１３０）、ＨＣＵ１００の適切な前もって選択されたピストンレジスタに向けられる。ＨＣＵ１００においてピストンレジスタ１４８によって生成された出力抵抗は、ＨＣＵ１００の入力圧力刺激に応答して患者により生成された応答圧力に等しい。
【００４８】
ピストンレジスタ１４８によって提供された対向抵抗は、医師に、患者の身体の選択された領域上に加えられた圧力に対する患者の応答の触覚刺激を提供する。システムはリアルタイム、かつ、ダイナミックであり、それにより医師は、前もって選択されたセルの範囲内で、押圧／解除または押圧／部分解除の操作を連続的にシミュレートし得る。デバイスの３つの主要コンポーネント、すなわち医師のハンド制御ユニット、コンピュータソフトウェア、および患者の検査モジュールは、連続的でリアルタイムの作用／反作用フィードバックループ用のシステムを提供する。その後医師は、医師により加えられた圧力と、ハンド制御ユニットに対して医師の手により認知された患者の抵抗応答との間の抵抗差を解釈し、医学的意思決定のために用いることができる。
【００４９】
好適な実施形態のソフトウェアによって制御されるプロセス全体を示すフローチャートを、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す。ユーザ（概して医師）は、まずシステム５００にログインする。ログインのメカニズムは、例えば、ＨＣＵの生物測定走査装置（すなわち、図示しないが指紋リーダ）を含む従来の任意の手段によって提供される。あるいは、ユーザ識別およびパスワードに対する更なる従来のリクエスタが、医師のコンピュータ１６０に提供され得る。次にソフトウェアは、システムの日時を問い合わせ（５０２）、ＰＥＭとの接続を確立し、ＨＣＵおよびＰＥＭの状態をチェックして（５０４）、その後それらの間の必要な通信リンクを確立する（５０６）。好適な実施形態において、第１のデータベースが医師のコンピュータ１６０によってアクセスされ（５０８）、ＨＣＵおよびＰＥＭのコンポーネント、例えば圧力トランスデューサおよび圧力生成デバイス（リニアアクチュエータ）用の様々な較正ファクタが取得される。その後ソフトウェアによって様々な他の初期化機能が行われる（５１０）。初期化機能は、圧力トランスデューサ用のサンプリングレートを確立すること、コンポーネントを初期化し較正すること（例えば、圧力トランスデューサ用の「ゼロ圧力」レベルを確立すること）を含み得る。
【００５０】
次いで患者の識別情報および生物測定情報が入力され（５１２）、医療記録に関して患者のアイデンティティがベリファイされ、かつ、検査に役立ち得る基本的パラメータが確立される。基本的パラメータとは、例えば、患者のサイズおよび年齢の概略を含む。その後医師は、検査すべき身体の位置を選択する（５１４）。好適な実施形態においては、身体データのデータベースがアクセスされる。（５１６）。このデータベースは、検査すべき身体部分の包括的静止画または動画を含み得る。本発明の実施形態は、様々なシステムパラメータを調整するために、検査すべき身体部分に関する包括的情報に加えて、患者の医療情報および生物測定情報を用い得ることが考えられる。上記システムパラメータとは、例えば、圧力トランスデューサおよびリニアアクチュエータの感度である。その後医師は、ＰＥＭに出力信号を提供するＨＣＵの部分を選択し（５１８）、ＰＥＭからのフィードバック圧力を受け取るＨＣＵの部分を選択し（５２０）、ＨＣＵからの圧力信号を受信するＰＥＭのセルを選択し（５２２）、ＨＣＵ５２４に圧力信号を送信するＰＥＭのセルを選択する（５２４）。ほとんどの用途において、ＨＣＵのアクティブ部と作動されたＰＥＭセルとの間には１対１の関係があると予期される。例えば、ＨＣＵ感覚調整サブユニットは、同一のＰＥＭセルへの、およびＰＥＭセルからの圧力信号を送受信する。しかし、送信信号と受信信号との関係を断つ能力は、システムに更なる機能を提供すると考えられる。本発明は、ＨＣＵの入力圧力信号と出力圧力信号との関係を断つことが不可能であるシステムを考えている。
【００５１】
ソフトウェアはさらに、ＨＣＵの活性化されたセグメントの位置をＰＥＭ５２６と調和させ得る。それにより、マウスの動きに似たＨＣＵの動きは、システムによって追跡され、活性化されているＰＥＭセルに対応する変更が加えられる。システムに何らかの力が加えられる前に、所定の力変更機能が与えられる（５２８）。これは例えば、ＨＣＵおよびＰＥＭ出力信号の力の増幅／拡大または縮小／最小化である。ユーザによってＨＣＵに力が加えられ（５３０）、圧力信号は、圧力トランスデューサ１４４内に低アンペア信号（ＨＣＵ−Ｐ１）を生成する（５３２）。低アンペア信号は、信号プロセッサに送信され、対応するより高いアンペアを有する信号が生成される（５３４）。その後信号は、デジタル信号（Ｄ−ＨＵＣ−Ｐ１）に変換される（５３６）。Ｄ−ＨＵＣ−Ｐ１は、ＰＥＭ用のデジタル圧力信号（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１）を生成する（５３８）ために用いられ、医師のコンピュータ１６０から遠隔コンピュータ２６０に送信される（５４０）。Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１圧力信号はその後、低アンペアアナログ信号（ＰＥＭ−Ｐ１）に変換され（５４２）、このアナログ信号はＰＥＭの可変圧力生成デバイス２４８に与えられ、対応する力が患者に加えられる（５４６）。
【００５２】
患者の抵抗応答は、選択されたＰＥＭセルによって検出され（５４８）、それにより圧力応答信号（ＰＥＭ−Ｐ２）を生成する（５５０）。ＰＥＭ−Ｐ２は処理されてより高いアンペアを有する信号を生成し（５５２）、デジタル化（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ２）される（５５４）。Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ２圧力信号は、ＨＣＵ用の対応するデジタル圧力信号を生成する（５５６）ために用いられ、遠隔のコンピュータから医師のコンピュータに送信され（５５８）、アナログ信号に変換される（５６０）。このアナログ信号は、適切なＨＣＵピストン型可変レジスタ１４８に提供されて（５６２）、ＨＣＵにおいて応答力が生成される。検査が完了すると（５６６）、システムはリセットされて医師が患者の身体の別の部分の別の検査を始めることを可能にする。それ以外の場合、医師は追加の力を加えて患者からの追加の応答を検出し得る。
【００５３】
好適な実施形態についてプロセスを述べてきたが、上記プロセスに対する変更が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、圧力トランスデューサからの圧力信号が、より高いアンペアを有するように前処理することなく使用可能である実施形態、あるいは、圧力トランスデューサが一体型Ａ−Ｄ変換器と共に用いられ、それによりデジタル信号が直接生成される実施形態も可能であり得る。随意的に、ユーザおよび患者が近い場所にいる場合のために、ＨＣＵおよびＰＥＭが、共通コンピュータまたは専用データ処理システムに直接接続されてもよい。本発明は、身体データベースによって提供される追加の機能がなくても明らかに実施される。さらに、上記のＰＥＭの液圧または気圧の実施形態を可能にするために、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すプロセスフローがどのようにして改変されるかは、当業者にとって明らかである。
【００５４】
（追加の用途）
ＨＣＵ１００の元々の意図は、遠隔位置の患者の身体検査をシミュレートすることであったが、医療分野での用途は、厳しい環境、例えば深海、空間、戦場の状態、遠隔位置、および／または山岳地帯／ジャングルへの遠征、などにおいて患者を検査する能力を含む。本発明はさらに、非医療および／またはリクレーションでの用途にも適用され得る。この場合、個人が、遠隔位置の別の個人、身体、物体を検査し、感じ、あるいは触覚応答を引き出すことが望ましい。
【００５５】
さらに職場内での医局ではポータブル版が適用され得る。これにより、患者が実際に職場を離れて医師の元に行かなければならないという必要性がなくなる。職場を離れて医師の元に行くというのは、患者および医師の両方にとって非常に非効率的である。
【００５６】
さらに、動作を行うロボットツールの使用が増すにつれて、上記の発明が、簡単な様式で、医師に触覚フィードバックを提供する一方でロボットシステムを用いて動作を行うように改変されることも考えられる。
【００５７】
ポータブル版はさらに家庭でも用いられる。この場合、何らかの評価をすることにより、通常の勤務時間後に緊急治療室に行く必要がなくなり得る。この効率の良さは、ヘルスケアにかかる総コストに大きな影響を及ぼす。
【００５８】
離れた位置にいる個人が必要とする物理的構造の触覚情報または３次元的触覚モデルを要するものであれば、いかなる用途も本発明の範囲内である。
【００５９】
本発明はさらに、目の不自由な人が、物体と実際に直接的物理的に接触することなくコミュニケートする、または物体を感じる能力を向上するように適用され得る。
【００６０】
本明細書で説明し記載した好適な実施形態は患者の身体表面の検査に関するが、ＰＥＭは身体の腔または切開部内で用いるためにも構成され得る。
【００６１】
排他的財産または特権を請求する本発明の実施形態を特許請求の範囲に記載する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明のシステムが用いられる好適な実施形態を示し、医師から遠隔位置にいる患者を検査する医師を示す。
【図２】
図２は、本発明によるハンド制御ユニットの平面図である。
【図３】
図３は、図２のハンド制御ユニットの模式的断面図である。
【図４】
図４は、本発明による、図３に示すハンド制御ユニット用の感覚調整サブユニットの断面図である。
【図５】
図５は、本発明による、患者の胴を検査する患者検査モジュールの好適な実施形態の正面図である。
【図６】
図６は、図５に示す患者検査モジュールからのセルの断面図である。
【図７】
図７は、本発明による、患者の胴を検査する患者検査モジュールの第２の好適な実施形態の正面図である。
【図８】
図８は、図７に示す患者検査モジュールからのセルの断面図である。
【図９】
図９は、本発明の好適な実施形態の概略プロセスフロー図である。
【図１０Ａ】
図１０Ａは、図１に示す好適な実施形態を制御するソフトウェアの作用を詳細に示すフロー図である。
【図１０Ｂ】
図１０Ｂは、図１に示す好適な実施形態を制御するソフトウェアの作用を詳細に示すフロー図である。
【図１０Ｃ】
図１０Ｃは、図１に示す好適な実施形態を制御するソフトウェアの作用を詳細に示すフロー図である。
【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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