JP2017506969A - 経食道心エコー超音波トランスデューサプローブのための触覚フィードバックのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

システム及び方法は、患者に配置される経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブの遠位端における遠位先端を操作することに関して、触覚フィードバックを提供する。音響イメージングシステムが、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブに接続され、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブからの１又は複数の信号に応じて音響画像を生成する。制御装置が、患者に対しＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端を操作するために提供される。接触力検知装置は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力を検知し、フィードバック機構は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合に触覚、オーディオ及び／又は視覚フィードバックを提供する。

Description

本発明は、経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブに関し、特に、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブのオペレータに触覚フィードバックを伝達するシステム及び方法に関する。

超音波システムは、さまざまな状況においてますます用いられるようになっている。例えば、超音波イメージングは、最小侵襲性の外科手術の状況においてますます用いられるようになっている。

特に、経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブは、外科プロシージャの前又は最中にライブの３次元心臓イメージングを提供するために用いられることができる。イメージング能力が、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端において実現され、遠位先端は、超音波を生成し、超音波に応答して生成される超音波エコーを検出するためのコンポーネントを有する。心臓に対する消化管の近さは、消化管を、超音波送信のための最適な管路にする。ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブが食道又は胃の中に位置付けられると、オペレータは、手動制御部を用いてプローブ挿入の深さ及び遠位先端ポジショニングを操作することにより、イメージングのためにＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの配置を最適化することができる。

ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブを動作させる間、オペレータは、許容できる物理的制限を越えてＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端を不注意に操作し又は関節運動させることがあり、それにより、患者の食道又は胃に外傷又は損傷をもたらす可能性がある。手動制御器は、遠位先端が固有の関節運動の物理的制限に近づくにつれて、調節するのがこわばり又は硬くなることによって、直接的な触覚フィードバックをオペレータに提供することができる。

しかしながら、発明者は、患者に対する食道又は胃の外傷又は損傷を防ぐようにＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端の接触力が安全限度を越えること防ぐためには、触覚フィードバックのこの洗練されていない形の感受性が状況によっては不適当でありうることが分かった。これは特に、オペレータに対する触覚フィードバックが欠如しているロボット制御されるＴＥＥ超音波トランスデューサプローブが開発され展開される場合に当てはまることがある。

従って、特に、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者の間の接触力が患者の食道又は胃の外傷又は損傷を防ぐための安全限度に達する又は越える場合に、オペレータにアドバイスするために、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブのオペレータに対し、センシティブでありロバストであり応答の早い触覚フィードバックを供給するシステム及び方法を提供することが望ましい。

本発明の１つの見地において、システムは、その遠位端に遠位先端を有する経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブと、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブに接続され、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブからの１又は複数の信号に応じて音響画像を生成するように構成される音響イメージングシステムと、患者に対してＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端を操作する制御装置と、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力を検知する接触力検知装置と、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合に、触覚、オーディオ及び視覚フィードバックの少なくとも１つを提供するフィードバック機構と、を有する。

ある実施形態において、制御装置は、少なくとも１つの制御機構を有し、フィードバック機構は、制御機構を通じて触覚フィードバックを提供する。

ある実施形態において、触覚フィードバックは、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合に少なくとも１方向における制御機構の更なる移動に対する抵抗を増大させることを含む。

ある実施形態において、触覚フィードバックは、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合に、制御機構による、少なくとも１方向におけるＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの阻止される関節運動を含む。

ある実施形態において、フィードバック機構は、接触力が閾値力を越えることを示す少なくとも１つの光生成素子による視覚標示と、接触力が閾値力を越えることを示す可聴音とのうち少なくとも１つを提供するユーザインタフェースを有する。

ある実施形態において、接触力検知装置は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位端に配置される複数の力感受性抵抗器を有し、力感受性抵抗器の少なくとも１つの抵抗は、接触力の関数である。

これらの実施形態の変形例において、システムは更に、力感受性抵抗器の少なくとも１つに接続されるとともに接触力の関数である出力信号を生成するように構成される処理装置を有する。

これらの実施形態のある変形例において、処理装置は、力感受性抵抗器の少なくとも１つに接続されるホイートストンブリッジと、ホイートストンブリッジの出力に接続される増幅器とを有する。

ある実施形態において、制御装置は、少なくとも１つの制御機構と、制御機構が遠位先端を操作することができるように、制御機構と遠位先端との間に接続される少なくとも１つの関節運動ケーブルとを有し、接触力検知装置が、関節運動ケーブルと制御機構との間のトルクを検知し、それに応じて、接触力の関数である出力信号を生成するように構成されるトルクセンサを有する。

これらの実施形態のある変形例において、制御機構はギア装置を有し、トルクセンサが、ギア装置に少なくとも１つのトルク測定ギアを有する。

ある実施形態において、システムは、接触力が閾値力を越えない場合に、接触力と閾値力との間の関係を示すように構成されるユーザインタフェースを有する。

本発明の別の見地において、方法は、患者に対して経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブの遠位端において遠位先端を操作すること、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力を検知すること、及び接触力が閾値を越えるときを示すフィードバック信号を提供することを有する。

ある実施形態において、フィードバック信号は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端を操作するために使用される制御機構によって、少なくとも１方向の更なる移動に対する増大される抵抗を生じさせる。

ある実施形態において、フィードバック信号は、接触力が閾値を越える場合に可聴アラート及び視覚アラートの一方をトリガする。

ある実施形態において、フィードバック信号は更に、接触力が閾値力を越えない場合に接触力と閾値力との間の関係を示す。

ある実施形態において、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力を検知することは、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位端に配置された複数の力感受性抵抗器を通じて接触力を検知することを含む。

これらの実施形態のある変形例において、処理装置は、力感受性抵抗器の少なくとも１つに接続され、力感受性抵抗器の抵抗の関数である出力信号を生成し、かかる抵抗の関数は、接触力の関数である。

ある実施形態において、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力を検知することは、ギア装置と少なくとも１つの関節ケーブルとの間のトルクを検知することを含み、かかる関節運動ケーブルは、ギア装置が患者に対し遠位先端を操作することができるように、ギア装置と遠位先端のとの間に接続される。

これらの実施形態のある変形例において、トルクは、ギア装置における少なくとも１つのトルク測定ギアによって検知される。

ある実施形態において、方法は更に、接触力が閾値を更に越えることになるＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端の更なる関節運動を阻止することを含む。

経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブを有する音響イメージングシステムの１つの例示の実施形態を示す図。 ＴＥＥプローブ及び関連する制御装置の１つの例示の実施形態を示す図。 ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端を操作するための４つの自由度を示す図。 ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブと患者との間の接触力が閾値を越えるときを示すためにＴＥＥ超音波トランスデューサプローブのオペレータに触覚フィードバックを提供するプロセスの１つの例示の実施形態を示す。 その遠位端に配置された複数の力感受性抵抗器を有するＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの１つの例示の実施形態の一部を示す図。 力感受性抵抗器の例示の実施形態について接触力対抵抗をプロットした図。 接触力センサによって検知される接触力の関数である出力信号を生成するプロセッサの一実施形態の一部を示す図。 接触力センサによって検知される接触力の関数である出力信号を生成するプロセッサの一実施形態の一部を示す図。 ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端を操作するためのトルク測定ギア機構の１つの例示の実施形態を示す図。 トルク測定ギアの１つの例実施形態を例示する。

本発明は、本発明の好適な実施形態が示されている添付の図面を参照してより詳しく記述される。しかしながら、本発明は、さまざまな異なる形態で具体化されることができ、ここに示される実施形態に制限されるものとして解釈されるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の例を示すものとして提供される。

図１は、音響イメージングシステム１１０及び関連する経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブ１２０を有するシステム１００の１つの例示の実施形態を示す。音響イメージングシステムは、例えば静脈内で実施される最小侵襲性の外科手術のような外科手術の前又は最中に用いられることができる３次元心臓イメージングのような超音波イメージングを提供するために、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０とインタフェースする任意の適切なシステムでありうる。ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０は、その遠位端の遠位先端に配置される、例えば１又は２次元音響トランスデューサアレイのような音響トランスデューサを有し、音響トランスデューサは、患者の食道又は胃の中に位置付けられることができる。ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０は、関心領域に超音波を送信するために、電子的にステアリングされるマイクロビームフォーミング技術を利用することができる。

制御装置１３０を通じて、オペレータは、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０により生成されるイメージングを最適化するように遠位先端を手動で操作することができる。

ある実施形態において、制御装置１３０は、オペレータが１又は複数のケーブルを通じてＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端を操作することを可能にする１又は複数の制御ノブを有するハンドルを有することができ、ケーブルは、挿入管を通り、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端から制御ノブまで接続される。ケーブルは、ハンドルの外側に取り付けられる制御ノブを回転させてＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端を操作することによって、操作されることができる。

ある実施形態において、制御装置１３０は、遠位先端の４方向（２平面）の関節運動及び患者に対する先端の改善された接触を与えることができる。

図２は、図１のＴＥＥプローブ１２０及び制御装置１３０にそれぞれ対応しうるＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ２２０及び関連する制御装置２３０の１つの例示の実施形態を示す。ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ２２０は、その遠位端に配置される遠位先端２２２を有し、その近位端において制御装置２３０に接続される。制御装置２３０は、プローブハンドル２３２及び１又は複数の制御機構（例えばノブ）２３４を有する。ある実施形態において、プローブハンドル２３２の中に、ラック及びピニオンシステムが、その遠位先端２２２の関節運動を駆動するために、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ２２０のシース内に配置された１つの関節運動ケーブル（プルケーブルとも呼ばれる）に取り付けられることができる。制御ノブ２３４は、ユーザが制御ノブ２３４を操作することによって遠位先端２２２を操作し又は関節運動することを可能にするように、このラック及びピニオンシステムに関連付けられることができる。

図３は、制御装置２３０によって提供されることができる、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端を操作するための４つの自由度−前後（surge）３０２、回転（roll）３０４、上下（heave）３０６及び左右（sway）３０８−を示す。

上述したように、場合によって、オペレータは、許容できる物理的制限を越えてＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端を不注意に操作することがあり、それにより、患者の食道又は胃に外傷又は損傷をもたらす可能性がある。

従って、システム１００は、患者に配置されるＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位端における遠位先端を操作することに関して、オペレータに触覚フィードバックを提供する。このために、システム１００は、処理装置１５０、ユーザインタフェース１４０、及びＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端と患者との間の接触力に応答する少なくとも１つの接触力応答装置又は手段を有する。ある実施形態において、システム１００は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端に配置される１又は複数の接触力センサ、及び／又は制御装置１３０に関連付けられる１又は複数の接触力センサを有し、接触力センサは、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の近位端に配置されることができる。このような接触力応答装置又は手段の例示の実施形態は、以下に更に詳しく記述される。

図１の破線は、ある実施形態において、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端に設けられる１又は複数の接触力センサが、処理装置１５０と通信し、他の実施形態において、制御装置１３０に関連付けられて提供される１又は複数の接触力センサが、処理装置１５０と通信することを示している。ある実施形態において、１又は複数の接触力センサは、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端に設けられるとともに制御装置１３０に関連付けられることができ、これらの接触力センサの各々は、処理装置１５０と通信する。

処理装置１５０は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端に提供され及び／又は制御装置１３０に関連付けられる１又は複数の接触力センサから、患者と超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端との間の接触力に応じた出力信号を生成する。

ある実施形態において、処理装置１５０は、比較器を有することができ、比較器は、患者とＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端との間の接触力に応じた出力信号を、閾値と比較し、患者とＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端との間の接触力が閾値を越えるときを示すフィードバック信号を生成する。ある実施形態において、閾値は、患者の食道又は胃の外傷又は損傷の予防を確実にするためにＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端によって患者に印加されるべきである最大安全接触力を表現することができる。ある実施形態において、閾値は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０及び／又はシステム１００に関する較正プロシージャの間に決定されることができ、それはその部位で実施されることができる。

ある実施形態において、フィードバック信号は更に、接触力が閾値力を越えない場合に接触力と閾値力との間で関係を示すことができる。例えば、ある実施形態において、フィードバック信号は、接触力が閾値力を越えない場合に接触力の相対レベル（例えば閾値力のパーセンテージ）を示すことができ、それにより、閾値接触力が到達されそうか否かをオペレータが評価し判断することを可能にするように、フィードバックがオペレータに提供されることができる。

ある実施形態において、処理装置１５０は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びアナログ−デジタル変換器のような付加の回路を有することができ、これらは、システム１００の１又は複数の接触力センサから得られる情報を利用してフィードバック信号を生成するために、用いられることができる。例えば、ある実施形態において、システム１００の１又は複数の接触力センサから導き出される１又は複数のアナログ信号は、デジタル信号に変換され、マイクロプロセッサに供給されることができ、メモリに記憶されることができる例えば最大閾値を含む接触力レベルに関する１又は複数の較正された値と比較される。

ある実施形態において、このような値は、システム１００及び／又はＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０のための較正プロシージャの間に得られることができる。

ある実施形態において、処理装置１５０からのフィードバック信号は、遠位先端と患者との間の接触力が閾値を越える場合にＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端の更なる関節運動を阻止し又は防ぐために、制御装置１３０に提供されることができる。その場合、制御装置１３０は、触覚フィードバックをユーザ又はオペレータに供給することができ、これは、ユーザが受け取ることができるフィードバックに似ている。例えば、ある実施形態では、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合、処理装置１５０からのフィードバック信号は、制御装置１３０のサーボモータに、１又は複数の方向における１又は複数の制御機構の更なる移動に対してオペレータが経験する抵抗を増大させるように、提供されることができる。ある実施形態において、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合、処理装置１５０からのフィードバック信号は、制御装置１３０に、１又は複数の方向における１又は複数の制御機構の更なる移動を阻止又は防止させることができる。

ある実施形態において、処理装置１５０からのフィードバック信号は、接触力が過剰であると考えられ、オペレータによって低減されるべきであるときをオペレータに警告するためにユーザインタフェース１４０に供給されることができる。ある実施形態において、ユーザインタフェース１４０は、接触力が閾値力を越えない場合に接触力の相対レベルを示すことができ、それにより、オペレータは、閾値接触力が到達されそうか否かを評価し判断することができる。

ある実施形態において、ユーザインタフェース１４０は、ＬＥＤ１４２のような１又は複数の照明装置を有することができ、照明装置は、接触力が閾値を越える場合に可視フィードバックをシステム１００のオペレータに提供するために、照明され又は点滅する。ある実施形態において、ユーザインタフェースは、異なる色に着色された複数のＬＥＤを有することができ、接触力が閾値を越えるとき、照明されるＬＥＤの色が変わる（例えば、１又は複数の緑色ＬＥＤを照明することから１又は複数の赤色ＬＥＤを照明することに変わる）。ある実施形態において、ユーザインタフェース１４０は、複数のＬＥＤ（例えば５個）を有することができ、照明されるＬＥＤの数は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０と患者との間の相対接触力に対応する。例えば、接触力が低い場合、ゼロ又は１のＬＥＤが照明されることができ、他方、接触力が閾値を越える場合、ＬＥＤの全てが照明されることができる。

ある実施形態において、ユーザインタフェース１４０は、ＬＣＤディスプレイのような表示装置１４４を有することができる。その場合、ある実施形態において、例えば警告テキストメッセージ（例えば「プローブによって適用される力の量を低減してください」）又はアイコンのような、過剰な接触力の視覚的警告が、ＬＣＤディスプレイに供給されることができる。このような視覚的警告は、適当な色を使用して（例えば赤で）表示されることができ、及び／又はオペレータにとってそれらをより目立つようにするためにディスプレイ上で点滅することができる。

ある実施形態において、ユーザインタフェース１４０は更に、音響イメージングシステム１１０からの音響画像用の表示装置に組み込まれることができる。その場合、過剰な接触力の視覚的警告は、音響画像を表示するのと同じ表示装置に提供されることができる。

ある実施形態において、ユーザインタフェース１４０は、システム１００のオペレータに可聴フィードバックを提供するために、ベル、ブザー又はスピーカのようなサウンド生成装置１４６を有することができる。その場合、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０と患者との間の接触力が閾値を越えるときはいつも、可聴のアラートが提供されることができる。ある実施形態において、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０と患者との間の相対接触力を示す可聴のフィードバック信号が生成されることができる。例えば、可聴信号のボリューム及び／又はピッチは、接触力が増大するにつれて増大されることができる。ある実施形態において、上述の可聴フィードバック装置の１又は複数、及び可視フィードバック装置の１又は複数が一緒に使用されることができ、又はユーザ選択可能でありうる。ユーザインタフェース１４０を通じたオペレータに対するフィードバックのさまざまな他の形態が企図される。

フィードバックの上述の形態の一部又は全部が、システム１００及びＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０のさまざまな実施形態において提供されることができる。

図４は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０と患者との間の接触力が閾値を越える場合にオペレータにフィードバックを提供するプロセス４００の１つの例示の実施形態を示す。

プロセスは、処理４１０で始まる。

処理４２０において、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端を操作するためのオペレータの入力が受け取られるか否かが判定される。

処理４２０において、オペレータの入力が受け取られていないと判定される場合、ステータスが維持され、オペレータに提供されている現在の接触力レベルを示す現在フィードバックは、不変のままであり、動作４３０において、オペレータに提供されることが続けられる。

「現在フィードバック」は、アクティブな信号を含まなくてもよく、例えば、現在フィードバックは、現在接触力が閾値より小さい場合にアラームがオフにされる等であってもよいことが理解されるべきである。その場合、例えば、警告ブザー又はＬＥＤは、オフにされることができる等である。

処理４２０において、オペレータの入力が受け取られると判定される場合、システム１００の１又は複数の接触力センサが、処理４４０においてチェックされる。

処理４５０において、オペレータの入力によって接触力圧力が接触力閾値を越えることになるか否かが、接触センサから判定される。上述したように、閾値は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０及び／又はシステム１００のための較正プロシージャの間に決定されることができ、これは、その部位で実施されることができる。

処理４５０において、オペレータの入力によって接触力圧力が閾値を越えることになると判定される場合、次に処理４３０において、上述したように、閾値接触力を越えることを示すフィードバックがユーザに供給される。プロセスは、処理４２０に戻る。

処理４５０において、オペレータの入力によって接触力圧力が閾値を越えることにならないと判定される場合、処理４６０において、モータ又は他の駆動手段が、前の処理４２０においてユーザ入力によって示されるように、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の遠位先端を操作するためにアクティブにされる。プロセスは、処理４２０に戻る。

上述のプロセスの多くの変更例が当然ながら可能である。

接触力センサの例示の実施形態が以下に記述される。

図５は、その遠位端に配置される複数の力感受性抵抗器５１０及び超音波トランスデューサ５２０を有するＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ５００の１つの例示の実施形態の一部を示す。ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ５００は、システム３００のＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０の一実施形態でありうる。

ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ５００において、力感受性抵抗器５１０は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ５００の遠位先端と患者との間の接触力を直接測定することができる。有利には、力感受性抵抗器５１０は、患者接触を経験する見込みが最も高いと考えられる遠位先端のロケーションに配置される。図５は、４つの力感受性抵抗器５１０を有する実施形態を示しているが、原則として、任意の数の力感受性抵抗器５１０が含まれることができる。より多くの力感受性抵抗器５１０が配置される場合、遠位先端の任意の部分の過剰な接触力を検出する見込みが増大されることができるが、これは、増大されるシステムの複雑さの代償として得られる。

力感受性抵抗器５１０の各々の抵抗は、それが経験する接触力の結果として、パッドに対する変形又はひずみに応じて変化する。ある実施形態において、力感受性抵抗器５１０は、それらに及ぼされる力に基づいてそれらの抵抗を変えるために、特別な設計を利用することができる。この設計は、空気の小さい間隙を層間に有してサンドイッチされる離間された３層を組み込むことができる。その場合、力が、２つの外側の層のいずれかに印加されるとき、外側の層が、内側の層と接触し、それにより、抵抗を低下させる。抵抗のこの低下は、力感受性抵抗器５１０に及ぼされている力に相関付けられる。印加される力がない場合、力感受性抵抗器５１０は、ほぼ無限の抵抗を有することができる。

図６は、力感受性抵抗器の例示の実施形態に関する接触力対抵抗をプロットする。

図６の例示の実施形態において、力感受性抵抗器５１０の抵抗は、力の値の広いレンジにわたってほぼ直線的に変化することが分かる。ある実施形態において、この線形のレンジにわたって力感受性抵抗器５１０を動作させることが有利でありえ、又は特に、閾値接触力値が力感受性抵抗器５１０のこの線形のレンジの範囲内にある力感受性抵抗器５１０を提供することが有利でありうる。

各々の力感受性抵抗器５１０の抵抗値は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ５００の遠位先端と患者との間の接触力が閾値を越えるか否か判定するために、及び／又はある実施形態において、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ５００の遠位先端と患者との間の相対接触力を（例えば閾値のパーセンテージとして）決定するために、検出されるべきである。

図７Ａ及び図７Ｂは、力感受性抵抗器５１０のような接触力センサによって検知される接触力の関数である出力信号を生成するプロセッサの一実施形態の部分を示す。

図７Ａは、例えば力感受性抵抗器５１０のような接触力センサの抵抗の関数である信号を生成するために使用されるホイートストンブリッジ７１０を示す。図７Ａにおいて、力感受性抵抗器５１０は、ＤＣ電圧源に電気的に接続され、ホイートストンブリッジ７１０の中で作動される。力感受性抵抗器５１０の変形の際、抵抗の変化が回路内で検出される。力感受性抵抗器５１０の電気抵抗が接触力によって直線的に変わる場合（上述の図６を参照）、ホイートストンブリッジ７１０から結果として得られる信号の大きさが、増幅され、触覚力測定に容易に相関付けられることができる。図７Ｂは、このような増幅器７２０の一実施形態を示す。

ある実施形態において、増幅器７２０は、出力信号７２５を生成し、出力信号は、遠位先端ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ５００の最大安全接触圧力に対応する閾値電圧と比較されることができる。閾値電圧は、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ２２０、５００又はシステム１００に関する較正プロシージャを通じて決定されることができる。増幅器７２０は、閾値電圧との比較のために適切なレンジ内で出力信号を配置するように調整されることができるゲイン制御を有する。

ある実施形態において、出力信号７２５は、比較器によって閾値電圧と比較されることができる。ある実施形態において、出力信号７２５はアナログ−デジタル変換器を通じてデジタル値に変換されることができ、デジタル値は、マイクロプロセッサによって閾値電圧と比較されることができる。他の構成が企図される。

図８は、例えばＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０のようなＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端を操作するためのトルク測定ギア機構８００の１つの例示の実施形態を示す。この装置において、１又は複数のサーボモータ８０２が、関連するトルク測定ギア８１０を作動させるために用いられることができる。トルク測定ギア機構８００は、ユーザ又はオペレータが制御ノブとして用いるために提供されることができ、又はより人間工学的観点で親しみやすい制御ノブ構造が、ユーザが制御機構を動作することを可能にするように、トルク測定ギア機構８００に提供されることができる。

図９は、トルク測定ギア８１０の１つの例示の実施形態を示す。トルク測定ギア８１０は、内側リング９０２、外側リング９０４及び複数のスポーク９０６を有する。ひずみゲージ９１０が、スポーク９０６の１又は複数に設けられる。ひずみゲージ９１０の１つの一般的なタイプは、金属フォイルパターンを支持する絶縁可撓性バッキングを有する。ゲージは、適切な接着剤によって対象に取り付けられる。トルク測定ギア８１０が変形されるとき、フォイルが変形され、それにより、その電気抵抗を変化させる。この抵抗変化は、ホイートストンブリッジ（図６Ａを参照）を使用して測定されることができ、ゲージ係数として知られる量によりひずみに関連付けられる。

上述したように、ある実施形態において、プローブハンドル内に、ラック及びピニオンシステムが、遠位先端の関節運動を駆動するためにプルケーブル又は関節運動ケーブルに取り付けられることができる。関節運動の物理的制限に近づくとき、ベンディングネック内のこれらのケーブルを囲む圧縮シースが、ケーブル間に引っ張り及び摩擦を生じさせるように大きく収縮することができる。ハンドル上の制御ノブは、回転させるのがますます困難になりうる。トルク測定ギア機構８００の１又は複数のトルク測定ギア８１０の１又は複数のスポーク９０６は、ハンドルのプルケーブルから伝達されるひずみを経験することができる。トルク測定ギア８１０上に戦略的に配置されるひずみゲージ９１０は、上述したように、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位先端と患者との間の接触力に関連するフィードバックのために、この機械的変形を電気信号に変換するために使用されることができる。

ある実施形態において、関節運動又はプルケーブルによって生成される摩擦力は、システムの使用中に、オープンループフィードバックプロセスを通じて取得され、記憶され、特徴付けられることができる。このデータは、真の触覚力測定を決定するために、ひずみゲージ９１０によって生成される信号から減算されることができる。図７Ａ及び図７Ｂに示されるものと同様の検出回路が、ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブ１２０と患者との間で接触力が閾値を越える場合にオペレータに警告するためのフィードバック信号を生成するために、ひずみゲージ９１０と共に用いられることができる。

好適な実施形態がここに詳しく開示されているが、本発明の概念及び範囲内にある多くの変更例が可能である。このような変更例は、本願の明細書、図面及び請求項の検討の後に当業者に明らかになる。従って、本発明は、添付の請求項の範囲内であること以外に制限されない。

Claims (20)

1. その遠位端に遠位先端を有する経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブと、
   前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブに接続され、前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブからの１又は複数の信号に応じて音響画像を生成する音響イメージングシステムと、
   患者に対し前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端を操作する制御装置と、
   前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端と患者との間の接触力を検知する接触力検知装置と、
   前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合に、触覚、オーディオ及び視覚フィードバックのうち少なくとも１つを提供するフィードバック機構と、
   を有するシステム。
2. 前記制御装置が、少なくとも１つの制御機構を有し、前記フィードバック機構が、前記制御機構を通じて触覚フィードバックを提供する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記触覚フィードバックは、前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端と患者との間の接触力が閾値力を越える場合に少なくとも１方向において前記制御機構の更なる移動に対する抵抗を増大させることを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記触覚フィードバックは、前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端と患者との間で接触力が閾値力を越える場合に、前記制御機構を通じて少なくとも１方向における前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの阻止される関節運動を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記フィードバック機構が、前記接触力が閾値力を越えることを示す少なくとも１つの光生成素子による視覚標示と、前記接触力が閾値力を越えることを示す可聴音と、の少なくとも一方を提供するユーザインタフェースを有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記接触力検知装置が、前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位端に配された複数の力感受性抵抗器を有し、前記力感受性抵抗器の少なくとも１つの抵抗が、前記接触力の関数である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記力感受性抵抗器の少なくとも１つに接続され、前記接触力の関数である出力信号を生成する処理装置を更に有する、請求項４に記載のシステム。
8. 前記処理装置が、
   前記力感受性抵抗器の少なくとも１つに接続されるホイートストンブリッジと、
   前記ホイートストンブリッジの出力に接続され、前記出力信号を生成する増幅器と、
   を有する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記制御装置が、
   少なくとも１つの制御機構と、
   前記制御機構が前記遠位先端を操作することができるように、前記制御機構と前記遠位先端との間に接続される少なくとも１つの関節運動ケーブルと、
   を有し、前記接触力検知装置が、前記関節運動ケーブルと前記制御機構との間のトルクを検知し、検知されるトルクに応じて前記接触力の関数である出力信号を生成するトルクセンサを有する、請求項１に記載のシステム。
10. 前記制御機構がギア装置を有し、前記トルクセンサが、前記ギア装置に少なくとも１つのトルク測定ギアを有する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記システムは、前記接触力が閾値力を越えない場合に前記接触力と閾値力との間の関係を示すユーザインタフェースを有する、請求項１に記載のシステム。
12. 患者に対し経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波トランスデューサプローブの遠位端における遠位先端を操作するステップと、
    前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端と患者との間の接触力を検知するステップと、
    前記接触力が閾値を越える場合にフィードバック信号を供給するステップと、
    を有する方法。
13. 前記フィードバック信号は、前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端を操作するために使用される制御機構により、少なくとも１方向における更なる移動に対し増大される抵抗をもたらす、請求項１２に記載の方法。
14. 前記フィードバック信号は、前記接触力が閾値を越える場合に可聴アラート及び視覚アラートの一方をトリガする、請求項１２に記載の方法。
15. 前記フィードバック信号は更に、前記接触力が閾値力を越えない場合に前記接触力と前記閾値力との間の関係を示す、請求項１２に記載の方法。
16. 前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端と患者との間の接触力を検知する前記ステップが、前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの遠位端に配された複数の力感受性抵抗器を通じて前記接触力を検知することを含む、請求項１２に記載の方法。
17. 処理装置が、前記力感受性抵抗器の少なくとも１つに接続され、前記力感受性抵抗器の抵抗の関数である出力信号を生成し、前記出力信号は、前記接触力の関数である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端と患者との間の接触力を検知する前記ステップが、ギア装置が前記遠位先端を操作することができるように該ギア装置と前記遠位先端との間に接続される少なくとも１つの関節運動ケーブルと、該ギア装置との間のトルクを検知することを含む、請求項１２に記載の方法。
19. 前記トルクは、前記ギア装置における少なくとも１つのトルク測定ギアによって検知される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記接触力が閾値を更に越えることになる前記ＴＥＥ超音波トランスデューサプローブの前記遠位先端の更なる関節運動を阻止するステップを更に有する、請求項１２に記載の方法。

Images