JP2020525147A - 超音波インタフェース要素及び方法 - Google Patents

Abstract

超音波インタフェース要素１０は、超音波の伝送のために、入射組織面３２とのインタフェースを確立するためのものである。電磁的刺激に応じて変形可能な１つ又は複数の応答性材料要素１６を備える超音波透過性アクティブレイヤ１４が備えられる。１つ又は複数の要素は、組織面３２との外側に拡張するインタフェースを、接触の初期ポイント又はラインから開始して、より広いエリアへと外側に拡がるように、漸進的に確立するように変形するように制御される。

Description

本発明は、超音波トランスデューサと受信面との間のインタフェースを促進するための要素に関する。

超音波を人間又は動物の組織に印加するときに、多くのことが考慮されて、組織への超音波振動の効率的な伝送が可能となっている。この点に関して、エアギャップ又は不均一な接触による効率の損失を回避するために、超音波トランスデューサと組織との間のしっかりした接触を保証することは重要なファクタである。

現在の実務上は、トランスデューサと組織との間のインタフェースは、組織の入射エリアに塗布された超音波透過性ゲルによって促進される。ゲルは、トランスデューサと組織との間にエアギャップが存在しないことを保証する。

しかしながら、ゲルの使用は、患者にとっては不便で不快、超音波オペレータにとっては非効率的であり、処置に余計な時間と手間とが加わり、コストも増加する。

したがって、超音波インタフェーシングを提供するための、より便利で効率的な手段が求められている。

本発明は、特許請求の範囲において定められる。

本発明の態様によると、電磁的刺激に応じて変形するように適合された１つ又は複数の応答性材料要素を備える超音波透過性アクティブレイヤであって、超音波透過性アクティブレイヤは入射組織面への適用のために適合された上側接触面を有する、超音波透過性アクティブレイヤと、
コントローラと
を備え、
超音波透過性アクティブレイヤは、超音波透過性アクティブレイヤの上側接触面の初期ライン又はエリア部分が周囲のエリア部分と比べて盛り上げられた第１の状態に構成可能であり、
コントローラは、初期ライン又はエリア部分を外側に円滑に拡張させて、最終的な、より大きいエリア部分を形成し、それによって超音波透過性アクティブレイヤと入射組織面との間に漸進的に拡張するインタフェースを確立するように、超音波透過性アクティブレイヤの面外に変形するように１つ又は複数の応答性材料要素を制御するように適合され、
制御することは、初期ライン又はエリア部分から外側により大きいエリア部分にわたって順次的パターンで変形するように、超音波透過性アクティブレイヤに備えられる応答性材料要素のアレイを制御すること、或いは少なくともより大きいエリア部分全体にわたって延在する超音波透過性アクティブレイヤに備えられる単一の応答性材料要素を、初期凸状形状から第２の度合いの小さい凸状形状へと遷移するように制御すること、のいずれかを有する、超音波インタフェース要素が提供される。

本発明は、入射組織面との確実なインタフェースを確立するための応答性材料の利用に基づく。特には、本発明は、１つ又は複数の応答性材料要素を備える超音波透過性アクティブレイヤを有するインタフェース要素を提供する。応答性材料要素は、組織面との形状適合したインタフェースを確立するように、よく調整されたやり方で変形するように制御される。形状適合したインタフェースとは、組織面に形状適合したインタフェース、すなわち組織面にモーフィングしたインタフェースを意味する。そして、この要素は、変形可能な音響的「窓」を提供し、エアギャップを生じさせることなく、皮膚への超音波振動の直接的な伝送を可能とする。

使用時に、超音波インタフェース要素は、組織面との音響的インタフェーシングを提供するために超音波トランスデューサに結合されるように提供される。

当業者が認識するであろうように、応答性材料は、１つ又は複数の電磁的刺激に応じて、可逆的に変形又は他のやり方によって構造的特性において変化する特性を有する材料のクラスである。多種多様な応答性材料としては、例として、形状記憶合金及び形状記憶ポリマーなどの熱応答性形状記憶材料、磁歪材料、磁気的形状記憶合金、圧電材料、光応答性材料（フォトメカニカル材料）がある。応答性材料の分野における材料の更なる新興クラスは、特には、電気活性材料（ＥＡＭ）及び電気活性ポリマー（ＥＡＰ）のクラスである。ＥＡＭは、センサ又はアクチュエータとして働き得、様々な形状へと容易に製造され得、多くの様々なシステムへの容易な一体化を可能とする。ＥＡＭは、以下においてより詳細に論じられる。

超音波トランスデューサと関連した応答性材料の使用は新規なものではない。しかしながら、このような材料をより効率的な音響的インタフェーシングを可能とするために使用することは、いまだ考慮されていなかった。この解決策は、ゲルなどの補助的な材料の必要なしに、トランスデューサを組織とインタフェースする迅速で、効率的で、信頼性の高い手法を提供する（しかしながら、実施形態は、ゲルの追加的な使用と両立しないわけではない）。

本発明は、超音波透過性アクティブレイヤを組織面に対して、所望の接触のエリアにわたって、漸進的に適用するためにインタフェーシング要素の超音波透過性アクティブレイヤ内で１つ又は複数の応答性材料要素を制御するように適合されたコントローラを提供する。

疑問を回避するために、本出願のコンテキストにおいて、超音波「透過性」とは、少なくとも部分的に透過性であること（入射した超音波の少なくとも一部分を透過するように適合されること）を意味する。

使用時に、ユーザは、組織面へのインタフェース要素のアクティブレイヤの初期の一時的な適用を行うが、初期接触は、典型的には不完全であり、エアギャップ又は接触が不均一である領域を含む。要素は、アクティブレイヤをゆっくりと組織的に組織面を圧迫し、接触の初期小エリア又はラインから開始して、最終的なより広範なエリアまで漸進的に外側に拡がるように、アクティブレイヤを組織面に対して及び組織面にわたって拡げるように変形するように制御される。組織にわたる圧力のこの連続的で漸進的な印加の結果、捕らわれたエアポケット又は面伝達の他の不整合性が回避され、円滑な、形状適合したインタフェースが、アクティブレイヤと組織面との間にインタフェースエリアの全体にわたって確立される。

本発明によって定められる形状変化の効果は、アクティブ要素の変形が、アクティブレイヤと入射組織面との間のインタフェースのエリアが接触の初期サブ領域又はラインから接触のより広い領域へと外側に拡張するように制御されることであり、制御の終わりには、アクティブレイヤと組織面との間での連続した領域にわたる形状適合したインタフェースが実現される。

アクティブレイヤが結合された１つ又は複数の超音波透過性適合性バッキングレイヤが更に設けられる。これらは、好ましくは、アクティブレイヤの変形に追従するように構成される。例えば、アクティブレイヤと連絡する上側面を有し、アクティブレイヤの変形に追従するように構成された適合性ゲルクッションレイヤが設けられる。これは、２つのレイヤを通じた組織面内への効率的な音響的伝送を可能とし、使用時には、超音波トランスデューサが、適合性ゲルレイヤの入力面に音響的に結合されるように設けられる。

応答性材料要素は、漸進的に拡張するインタフェースを確立するために、面外に変形するように制御される。面外とは、アクティブレイヤの表面から離間する方向を意味する。この用語の使用は、アクティブレイヤを平面的なレイヤに限定するものと意図されるものではない。本発明は、例えば、湾曲した又は曲線を有するレイヤと両立する。

拡張するインタフェースを確立するために、超音波透過性アクティブレイヤは、超音波透過性アクティブレイヤの初期ライン又はエリア部分が周囲のエリア部分と比べて盛り上げられた第１の状態に構成可能であり、コントローラは、第１のエリア部分を外側に円滑に拡張させて、最終的な、より大きいエリア部分を形成するように、面外に変形するように１つ又は複数の応答性材料要素を制御するように適合される。

アクティブレイヤと組織面との間に一様なインタフェースを確立するために必要な圧力の、必要とされる漸進的な外側への印加は、種々の手法によって達成される。

これは、第１のオプションによると、初期ライン又はエリア部分から外側により大きいエリア部分にわたって順次的パターンで変形するように、超音波透過性アクティブレイヤに備えられる応答性材料要素のアレイを制御することを伴う。

これは、第２のオプションによると、少なくともより大きいエリア部分全体にわたって延在する超音波透過性アクティブレイヤに備えられる単一の応答性材料要素を、初期凸状形状から第２の度合いの小さい凸状形状へと遷移するように制御することを伴う。この場合の制御は、単一の応答性材料要素に印加される電磁的刺激のレベルを遷移させ、それによって、初期凸状形状から第２の度合いの小さい凸状形状へと応答性材料要素を遷移させることを有する。

単一の応答性材料要素は、より大きいエリア部分全体を覆い、すなわち、より大きいエリア部分の表面エリア全体を覆う。単一の応答性材料要素は、アクティブレイヤの主な部分、つまりアクティブレイヤの表面エリアの大部分にわたって延在する。例えば、単一の応答性材料要素は、アクティブレイヤの表面エリアの大部分を覆う。単一の応答性材料要素は、アクティブレイヤの全体、すなわち、アクティブレイヤの表面エリアの全体にわたって延在し、例えばこれを覆う。第２のオプションによると、アクティブレイヤは、単一の応答性材料要素のみを備え、他の応答性材料要素を備えない。

より詳細には、第１のオプションによる例において、超音波透過性アクティブレイヤは、超音波透過性アクティブレイヤの全体にわたって延在する応答性材料要素を備え、コントローラは、初期凸状形状から度合いの小さい凸状形状へと漸進的に移動するように応答性材料要素を制御するように適合され、入射組織面に適用されたときに、凸状形状の頂点から度合いの小さい凸状形状のより広範な領域へと漸進的に外側に拡張する形状適合インタフェースが確立されるようにする。この場合のアクティブレイヤは、この１つの応答性材料要素のみを備え、他の応答性材料要素を備えない。応答性材料要素は、アクティブレイヤの全体を覆い、すなわち、アクティブレイヤの表面エリア全体を覆う。制御は、応答性材料要素に印加される電磁的刺激のレベルを遷移させ、それによって初期凸状形状から第２の度合いの小さい凸状形状へ応答性材料要素を遷移させることを有する。

再びこのオプションによると、例えば接触が望まれるエリアの全て又は実質的に全てを覆う応答性材料要素を、凸形状から平坦な形状へと徐々に遷移させることによって、インタフェースの漸進的に拡張するエリアが実現される。この形状変化は、組織面上に応答性材料要素（及びアクティブレイヤ）を、初期中央（頂点）エリアから開始して徐々に外側に拡がるようにゆっくりと拡げ、応答性材料要素（及びアクティブレイヤ）の全体（又はほぼ全体）を包含するようにする効果を有する。例として、アクティブレイヤは、応答性材料の単一の凝集性レイヤから構成され、又は、応答性材料サブレイヤの多レイヤ積層から構成される。

より詳細には、第２のオプションの例によると、超音波透過性アクティブレイヤは、応答性材料要素のアレイを備え、コントローラは、超音波透過性アクティブレイヤと超音波透過性アクティブレイヤが適用される入射組織面との間に形状適合インタフェースを漸進的に確立するように、初期ライン又はエリア部分に対応する応答性材料要素のアレイ内の単一の要素又は要素のラインから外側に順次的パターンで変形するように応答性材料要素のアレイの応答性材料要素を制御するように適合され、応答性材料要素が制御されると、形状適合インタフェースのエリアが単一の要素又は要素のラインから外側に拡張する。

こうして、このオプションによると、応答性材料要素のアレイのよく調整された制御を通じて、インタフェースの漸進的に拡張するエリアが実現され、応答性材料要素のアレイは、例えば行、ライン又は環状のセットなどのセットになって、初期開始要素又は要素のラインから外側に順次的に作動するように制御される。要素の作動は、全ての方向において、又は１つ若しくは複数の方向においてのみ、外側に拡がる。どちらの場合においても、要素の作動は、全て又は実質的に全てが面外の変形を行うまで継続し、したがって、そのエリアの全体又は実質的に全体にわたって、組織面へのアクティブレイヤの適用を拡げる。ここでも、漸進的な外側への圧力印加によって、２つの面の間のインタフェースにおける捕らわれた気泡又は他の欠陥が回避される。

「アレイ」とは、アクティブレイヤにわたって分散され、レイヤによって定められる平面又は面プロファイルに平行な方向において互いから離間された、応答性材料要素の規則的な又は不規則的な配列を意味する。

述べられたように、コントローラは、全ての方向において、単一の要素又は要素のラインから外側に順次的パターンで変形するように応答性材料要素を制御するように適合され、或いは、コントローラは、１つ又は複数の方向のサブセットにおいて、単一の要素又は要素のラインから外側に順次的パターンで変形するように応答性材料要素を制御するように適合される。これは、要素のアレイ内のどこに初期単一の要素又は要素のラインが位置しているかによる。もしも中央に位置しているならば、全ての方向における外側への順次的変形が最も適切である。中央から外れた場所にある場合は、単一の方向のみの変形（例えば、中央に向かって）のほうがより適切である。以下において論じられるように、初期要素又は要素のラインの場所は、アクティブレイヤと組織面との間の検知された初期圧力分布に基づいて選択される。

本発明の任意の実施形態において、超音波インタフェース要素は、超音波透過性アクティブレイヤの振動を誘起する振動手段を備える。組織面とのインタフェースを確立しつつアクティブレイヤを振動させることによって、接触インタフェースから空気が取り払われ得、非理想的な面接触につながる気泡が捕らわれることを回避する。加えて、振動は、摩擦力の減少にもつながり得、それによって、例えば、面インタフェーシングにおける望ましくない欠陥の別の原因になり得る皮膚の折り畳みを生じさせることなく、組織面へのアクティブレイヤの円滑な拡がりを可能とする。

任意選択的に、振動手段は、応答性材料要素のうちの１つ又は複数によって提供され得、コントローラは、振動変形を呈するように応答性材料要素を制御するように適合される。

代替的に、この効果を促進するために、専用の１つ若しくは複数の振動装置要素が設けられ、又は、応答性材料要素の追加的な専用のセットが、アクティブレイヤに振動効果を誘起するこの目的のために特に設けられる。

本発明の任意の実施形態によると、超音波インタフェース要素は、超音波透過性アクティブレイヤと入射組織面との間の接触圧力分布を感知するための接触圧力感知手段を備える。

更に、いくつかの実施形態によると、コントローラは、感知された圧力分布に基づいて、超音波透過性アクティブレイヤと入射組織面との間の接触圧力が最も低いライン又はサブ領域を特定し、特定されたサブ領域又はラインと空間的に整列する単一の応答性材料要素又は要素のラインを特定し、特定された単一の応答性材料要素又は要素のラインを順次的パターンの単一の応答性材料要素又は要素のラインとして選択するように適合される。

本発明の実施形態の目的は、アクティブレイヤと組織面との間の接触において、組織面における例えば捕らわれたエアポケット又は小さな凸状の窪みに起因するギャップ又は破断の発生を回避することであり、この捕らわれたエアポケット又は小さな凸状の窪みは、典型的には、十分な圧力でのこの領域へのアクティブレイヤの適用によって充填されるのではなく、アクティブレイヤによって「橋架け」される。初期面接触圧力の最も小さいポイント（例えば、ユーザによる組織面へのレイヤの初期の軽度の適用の後）を特定することによって、本発明の上記の実施形態は、組織面から最も大きな垂直距離にあるこれらの領域を、効果的に特定する。このポイント又はラインを、そこから組織面へのアクティブレイヤの漸進的な外側への拡がりが始まるポイント又はラインとして選択することによって、これらの領域内での意図しないエアポケットの捕捉が回避される。

１つ又は複数の例によると、接触圧力感知手段は、応答性材料要素のうちの１つ又は複数によって提供され、コントローラは、入射組織面への超音波透過性アクティブレイヤの初期手動適用の際の１つ又は複数の応答性材料要素によって生成された圧力誘起電気的出力に基づいて、接触圧力を感知するように構成される。特には、応答性材料要素が、例えば、電気活性ポリマー材料（又は圧電材料）から構成される場合、要素の（接触圧力を通じて）外部的に誘起された変形は、印加された圧力の大きさに依存する大きさの電圧（又は電流）を有する電気的出力に変換される。このようにして、接触圧力が測定され得る。

１つ又は複数の例によると、接触圧力は、重畳された低振幅ＡＣ信号と高振幅ＤＣ信号とを印加することによって電磁的に誘起された要素の変形と同時に感知され得る。これは、以下のセクションにおいてより詳細に説明される。

直接的に接触圧力を測定することへの代替形態として、アクティブレイヤから離間するように凹んでいる組織面の領域を特定するための別の手段は、アクティブレイヤと組織面との間の接触の領域を特定するための接触感知手段を使用することである。接触感知手段は、例えば、超音波透過性アクティブレイヤの上側面にわたって分散され、コントローラに電気的に結合された、個別にアドレス付け可能な電極のアレイを備える。

コントローラは、電極のうちの任意の２つの間の電流の流れを検知し、電極と入射組織面との間の接触の指標として電流の流れを使用するように適合される。電流の流れは、当該２つの電極を担持するアクティブレイヤのエリアが組織面と接触したということの指標を提供する。

追加的に又は代替的に、コントローラは、電極のうちの１つ又は複数のペアの間の電気容量を監視し、電極と入射組織面との間の接触の指標として電気容量における変化を使用するように適合される。

どちらの場合においても、コントローラは、そのような接触が検知されないラインのポイント（又はラインのポイントのうちの１つ）を、そこから要素の順次的な作動が開始されるポイント又はラインとして選択するように適合される。

１つ又は複数の例によると、電極のアレイは、応答性材料要素の変形を刺激すること、及び超音波透過性アクティブレイヤと入射組織面との間の接触を感知することの両方のために使用される。

本発明の任意の実施形態によると、コントローラは、１つの制御モードによると、超音波透過性アクティブレイヤと入射組織面との間に設置されたインタフェーシング流体又はゲルの横方向の移送を助長するように、材料表面に対して実質的に平行な方向に変形するように、応答性材料要素を制御するように適合される。流体又はゲルは、例えば、超音波透過性ゲルである。前後（左右）への応答性材料要素の小さな横方向運動は、アクティブレイヤと組織面との間の接触インタフェースの外側縁部へとゲルを押し進めることが分かった。要素が全て同一の方向に同時に変形するように制御されるとき、前縁部におけるゲルの流出は後縁部におけるゲルの流入よりも大きく、ゲルの正味の流出につながることが分かった。したがって、これは、接続を確立するときに、ゲルの排出を助長し、アクティブレイヤと組織面との間に残るゲルのレイヤをできる限り薄くするために使用され得る。

任意の実施形態によると、１つ又は複数の応答性材料要素は電気活性材料（ＥＡＭ）から構成される。特定の例において、これは電気活性ポリマー材料（ＥＡＰ）である。ＥＡＰは、本発明の実施形態において、他の形態の応答性材料よりもＥＡＰを優れたものとする多くの利点を有する。これらの利点は次のセクションにおいて論じられる。

本発明の更なる態様によると、超音波デバイスであって、超音波デバイスは、キャリアと、キャリア上に分散された１つ若しくは複数の超音波トランスデューサと、上記において概要が述べられ、或いは本出願の請求項のうちの任意のものにおいて定められた任意の実施形態又は例において説明された超音波インタフェース要素であって、超音波インタフェース要素は、超音波トランスデューサと超音波デバイスが適用される入射組織面との間のインタフェースを促進するために、１つ若しくは複数の超音波トランスデューサの出力パスに配置される、超音波インタフェース要素とを備える超音波デバイスが提供される。超音波トランスデューサは、好ましくは、超音波の最適な音響的結合のために、超音波インタフェース要素と直接的に接触して配置される。

本発明の更なる態様によると、超音波インタフェース要素と超音波インタフェース要素が適用されるように適合される入射組織面との間のインタフェースを確立する方法であって、超音波インタフェース要素は超音波透過性アクティブレイヤを備え、超音波透過性アクティブレイヤは、電磁的刺激に応じて変形するように適合された１つ又は複数の応答性材料要素を備え、
超音波透過性アクティブレイヤは、超音波透過性アクティブレイヤの上側接触面の初期ライン又はエリア部分が周囲のエリア部分と比べて盛り上げられた第１の状態に構成可能であり、
方法は、
初期ライン又はエリア部分を外側に円滑に拡張させて、最終的な、より大きいエリア部分を形成し、それによって超音波透過性アクティブレイヤと入射組織面との間にインタフェースを漸進的に確立するように、超音波透過性アクティブレイヤの面外に変形するように１つ又は複数の応答性材料要素を制御するステップ
を有し、
制御するステップは、初期ライン又はエリア部分から外側により大きいエリア部分にわたって順次的パターンで変形するように、超音波透過性アクティブレイヤに備えられる応答性材料要素のアレイを制御するステップ、或いは少なくともより大きいエリア部分全体にわたって延在する超音波透過性アクティブレイヤに備えられる単一の応答性材料要素を、初期凸状形状から第２の度合いの小さい凸状形状へと遷移するように制御するステップ、のいずれかを有する、方法が提供される。

本発明によって定められる形状変化の効果は、変形が、インタフェースのエリアが接触の初期サブ領域又はラインから接触のより広い領域へと外側に拡張するように制御されることであり、制御の終わりには、アクティブレイヤと組織との間での連続した領域にわたる形状適合が実現される。

次に、本発明の例が、添付の図面を参照して詳細に説明される。

ＥＡＰデバイスのための可能な２つの動作モードのうちの１つを図示する。 ＥＡＰデバイスのための可能な２つの動作モードのうちの１つを図示する。 本発明の１つ又は複数の実施形態による例示的超音波インタフェース要素を図示する。 本発明によるものではない超音波透過性レイヤのための第１の制御手法を示す。 本発明の１つ又は複数の実施形態による超音波透過性レイヤの制御の第１のモードを示す。 本発明の１つ又は複数の実施形態による超音波透過性レイヤの制御の更なるモードを示す。 本発明の１つ又は複数の実施形態による、接触圧力感知に基づいた超音波透過性レイヤの制御の更なるモードを示す。 本発明の１つ又は複数の実施形態による、接触検知に基づいた超音波透過性レイヤの制御の更なるモードを示す。 ＥＡＰの単一のレイヤの使用に基づいた超音波透過性レイヤの制御の更なるモードを示す。 例示的超音波診断撮像システムのブロック図を図示する。

本発明は、超音波の適用のために入射組織面とのインタフェースを確立するための超音波インタフェース要素を提供する。電磁的刺激に応じて変形可能な１つ又は複数の応答性材料要素を備える超音波透過アクティブレイヤが設けられる。１つ又は複数の要素は、アクティブレイヤと組織面との間に、接触の初期ポイント又はラインから開始して、より広いエリアが覆われるまで外側に拡がるインタフェースを漸進的に確立するように変形するように制御される。

特には、１つ又は複数の要素の変形は、アクティブレイヤの初期盛り上がりエリアの円滑な外側への拡張をもたらすものであり、エリアが組織面に対して適用されたときに、この拡張は、レイヤの変形に伴ってサイズにおいて拡大する、アクティブレイヤと組織面との間の円滑な形状適合したインタフェースの確立をもたらすものである。

本発明は、インタフェースの効率的な確立を促進するための応答性材料の使用に基づく。

本発明の好ましい実施形態によると、応答性材料要素は、電気活性材料（ＥＡＭ）から構成される。上に簡単に述べられたように、ＥＡＭは、電気応答性材料の分野における材料のクラスである。作動デバイスにおいて実現されたとき、ＥＡＭを電気的駆動信号に晒すことで、それらのサイズ及び／又は形状を変化させ得る。この効果は、作動及び感知の目的のために使用され得る。無機的及び有機的ＥＡＭが存在する。１つの特定の種類の有機的ＥＡＭは、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）である。

電気活性ポリマー（ＥＡＰ）は、電気応答性材料の分野における材料の新興クラスである。ＥＡＰは、センサ又はアクチュエータとして働き得、様々な形状へと容易に製造され得、多くの様々なシステムへの容易な一体化を可能とする。

材料は、作動応力及び歪みなどの特性に関して発展してきており、これらは過去１０年の間に著しく向上した。技術リスクは、商品開発のために許容可能なレベルにまで低減され、したがって、ＥＡＰへの商業的及び技術的な関心が増してきている。ＥＡＰの利点としては、低電力、小さなフォームファクタ、柔軟性、ノイズのない作動、正確性、高解像度の可能性、迅速な応答時間、及び周期的な作動がある。

ＥＡＰ材料の向上された性能及び特定の利点は、新しい用途への適用性を生む。

ＥＡＰデバイスは、電気的作動に基づいてコンポーネント又はフィーチャの小量の運動が所望される任意の用途において使用され得る。同様に、この技術は、小さな運動を感知するためにも使用され得る。

ＥＡＰの使用は、通常のアクチュエータと比べて、比較的大きな変形と小さな力及び小さなフォームファクタとの組合せによって、以前は不可能だった機能を可能とし、又は通常のセンサ／アクチュエータソリューションに対して大きな利点を提供する。ＥＡＰは、ノイズのない動作、正確な電子制御、迅速な応答、大範囲の、例えば０〜１ＭＨｚなど、最も典型的には２０ｋＨｚよりも下の可能作動周波数も与える。

電気活性ポリマーを使用したデバイスは、フィールド駆動型材料及びイオン駆動型材料に細分され得る。

フィールド駆動型ＥＡＰの例としては、圧電ポリマー、電歪ポリマー（ＰＶＤＦベースのリラクサポリマーなど）及び誘電エラストマーがある。他の例としては、電歪グラフトポリマー、電歪ペーパー、エレクトレット、電気粘弾性エラストマー、及び液晶エラストマーがある。

イオン駆動型ＥＡＰの例としては、共役／導電性ポリマー、イオンポリマー金属複合材（ＩＰＭＣ）及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）がある。他の例としては、イオン性ポリマーゲルがある。

フィールド駆動型ＥＡＰは、直接的な電気機械的結合を通じて電場によって作動される。それらは、通常、高い場（ボルトパーメートル）を必要とするが、小さい電流しか必要としない。ポリマーレイヤは、通常、駆動電圧をできる限り低く保つために、薄い。イオン性ＥＡＰは、イオン及び／又は溶媒の電気的に誘起された移送によって作動される。それらは、通常、低電圧しか必要としないが、大きな電流を必要とする。それらは、液体／ゲル電解質媒体を必要とする（しかしながら、いくつかの材料システムは固体電解質を使用しても動作し得る）。

どちらのクラスのＥＡＰも多くのファミリメンバを有し、各々がそれ自体の利点及び欠点を有する。

フィールド駆動型ＥＡＰの第１の顕著なサブクラスは、圧電及び電歪ポリマーである。従来の圧電ポリマーの電気機械的性能は限定的であるが、この性能を向上させる飛躍的な進歩が、自発的な電気分極（フィールド駆動による整列）を示すＰＶＤＦリラクサポリマーにつながった。これらの材料は、歪み方向において向上された性能のため予備的に歪められ得る（予備的歪みは、より良好な分子整列につながる）。一般に、歪みは、通常、中程度の形態（１〜５％）であるので、金属電極が使用される。他のタイプの電極（導電性ポリマー、カーボンブラックベースのオイル、ゲル又はエラストマーなど）も使用され得る。電極は、連続的であってよく、又はセグメント化されてよい。

フィールド駆動型ＥＡＰの別の興味深いサブクラスは、誘電エラストマーのサブクラスである。この材料の薄膜は、適合性電極の間に挟まれて、平行平板コンデンサを形成する。誘電エラストマーの場合、印加された電場によって誘起されるマクスウェル応力は、膜に応力をもたらし、膜の厚さを収縮させて面積を拡張させる。歪み性能は、典型的には、エラストマーを予備的に歪ませることによって拡大される（予備的歪みを保持するためにフレームを必要とする）。歪みはかなりの大きさになり得る（１０〜３００％）。これは、使用され得る電極のタイプも制限し、低及び中程度の歪みに対しては、金属電極及び導電性ポリマー電極が考慮され得、高歪み形態に対しては、カーボンブラックベースのオイル、ゲル又はエラストマーが典型的に使用される。電極は、連続的であってよく、又はセグメント化されてよい。

いくつかの場合において、ポリマー自体が十分な導電性に欠けている（寸法に関して）とき、薄膜電極が追加される。電解質は、液体、ゲル、又は固体材料（すなわち、高分子量ポリマーと金属塩との複合体）であってよい。最も一般的な共役ポリマーは、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡＮｉ）、ポリチオフェン（ＰＴｈ）である。

アクチュエータは、電解質内に懸濁されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からも形成される。電解質は、ナノチューブによって二重レイヤを形成し、電荷の注入を可能とする。この二重レイヤ電荷注入は、ＣＮＴアクチュエータにおける主要な機構と考えられる。ＣＮＴは、電荷がＣＮＴ内に注入された電極キャパシタとして働き、ＣＮＴ表面への電解質の運動によって形成された電気的二重レイヤによって平衡が保たれる。カーボン原子の電荷を変更することで、Ｃ−Ｃ結合長さの変化がもたらされる。結果として、単一のＣＮＴの拡張及び収縮が観察され得る。

図１及び図２は、ＥＡＰデバイスのための可能な２つの動作モードを図示する。

デバイスは、電極２、４の間に挟まれた電気活性ポリマーレイヤ６を備え、電極２、４は、電気活性ポリマーレイヤ６の両側にある。

図１は、クランプされていないデバイスを図示する。電気活性ポリマーレイヤを、図示されるように全方向に拡張するために電圧が使用される。

図２は、一方向にのみ拡張が起こるように設計されたデバイスを図示する。デバイスは、キャリアレイヤ８によって支持される。電気活性ポリマーレイヤを湾曲させるため、又は弓なりに曲げるために、電圧が使用される。

同時に、電極、電気活性ポリマーレイヤ、及びキャリアは、全体的な電気活性ポリマー構造を構成するものと考えられる。

例えば、この運動の性質は、作動されたときに拡張するアクティブレイヤと受動的キャリアレイヤとの間の相互作用によって生じる。図示されるように軸の周りに非対称的な湾曲を得るために、例えば、分子配向（膜の伸長）が与えられ、移動を一方向にする。

一方向への拡張は、ＥＡＰポリマーにおける非対称性からもたらされ、又は、キャリアレイヤの特性における非対称性からもたらされ、又はその両方の組合せによってもたらされる。

上述の電気活性ポリマー構造は、作動のため及び感知のための両方に使用される。最も顕著な感知機構は力の測定及び歪みの検知に基づく。例えば、誘電エラストマーは、外力によって容易に伸長され得る。センサに低電圧を加えることによって、歪みは、電圧の関数として測定され得る（電圧は面積の関数である）。

フィールド駆動型システムによる感知の別の手法は、電気容量の変化を直接的に測定すること、又は、電極の抵抗の変化を歪みの関数として測定することである。

圧電及び電歪ポリマーセンサは、（結晶化の量が検知可能な電荷を生成するのに十分なほど高ければ）印加された機械的応力に応じて、電荷を生成し得る。共役ポリマーは、圧電イオン効果（機械的応力がイオンの発揮につながる）を利用し得る。ＣＮＴは、応力に晒されたときにＣＮＴ表面上の電荷の変化を経験し、この変化は測定され得る。ガス状分子（例えば、Ｏ_２、ＮＯ_２）と接触するとＣＮＴの抵抗が変化することも示されており、ＣＮＴをガス検知器として使用可能にする。

同時的な感知及び作動は、低振幅ＡＣ信号（感知のため）を、より高い振幅のＤＣ信号（主に変形のため）と重畳して印加することを通じて達成され得る。これを達成するための機構は、例えば、ＷＯ２０１７／０３６６９５において詳細に説明されている。

以下に続く詳細な例において、ＥＡＰ材料から構成される応答性材料要素が提供される。しかしながら、これは単なる例示であり、全ての場合において、説明される実施形態において、ＥＡＰ材料要素は、本発明の全体的な概念、機能、達成される全体的な利点を変化させることなく、様々な異なる応答性材料要素（適切な刺激によって刺激されるもの）によって置き換えられることを理解されたい。

図３は、本発明の１つ又は複数の実施形態による１つの例示的超音波インタフェース要素１０の概略的な例示を図示する。インタフェース要素は、受信媒体内への超音波の効率的なアウトカップリングを促進するための超音波トランスデューサ又はトランスデューサアレイへの設置のためのものである。インタフェース要素は、１つ又は複数の応答性材料要素を備える超音波透過性アクティブレイヤ１４を備える。例として、図３に示される特定のインタフェース要素において、アクティブレイヤは、第１のシリコーンレイヤ２０及び第２のＰＶＤＦ−ＴｒＦＥレイヤ１６を備える多レイヤ積層を備える。この例において、シリコーンレイヤ及びＰＶＤＦ−ＴｒＦＥレイヤは、変形可能な応答性材料要素を提供する。更なる例においては、より多くの数のレイヤが提供されてもよい。しかしながら、例示のために図３においては２つのレイヤが図示されている。

アクティブレイヤの下に積層されているのは、変形の際にアクティブレイヤの面外への屈曲を促進するためのバッキングレイヤ２２である。バッキングレイヤの下に積層されているのは、適合性クッションレイヤ２４である。適合性クッションレイヤは、好ましくは、所定量の封入された超音波透過性ゲルを含む。

適合性バッキングレイヤ２２は、これら２つのレイヤの間のインタフェースにおける内部音響的反射を回避するために、アクティブレイヤ１４の音響インピーダンスと合致する音響インピーダンスを有するように選択又は構成される。

現在の例では、適合性クッションレイヤ２４が設けられるが、これは本発明に不可欠なものではなく、省略され得る。

超音波透過性アクティブレイヤ１４の１つ又は複数の応答性材料要素１６、２０は、応答性材料要素の変形を刺激するための電磁的刺激を印加するための１つ又は複数のそれぞれのペアの電極（図３においては不図示）を備える。電極は、アクティブレイヤ１４の所望のパターンの変形を誘起するように電極への刺激の印加を制御するように適合されたコントローラ２８に動作可能に結合される。電極は、好ましくは、超音波透過性である。

アクティブレイヤ構造の材料レイヤ１６、２０は（その各々が）応答性材料の単一のレイヤを備え、又は応答性材料要素のアレイを備える。述べられたように、応答性材料要素の多レイヤ積層が提供され、これらは、任意選択的に、異なる材料から形成される。

現在の例では、適合性クッションレイヤ２４が設けられるが、これは不可欠なものではない。好ましくは、クッションレイヤは、所定量の封入された変形可能な材料を含み、これはオイル、液体、変形可能なポリマー材料、又は、最も好ましくは、ゲルである。クッションレイヤは、超音波トランスデューサとアクティブレイヤ１４との間に向上された音響的インタフェーシングを提供する。これは、クッションレイヤの下側面が上側面とは異なる形状で変形するからであり、上側面がアクティブレイヤの変形に追従することを可能とする一方、下側面は屈曲して、これに適用される超音波トランスデューサの出力面に形状適合する。こうして、２つの間での効率的な結合が可能とされる。

例として、適合性クッションレイヤは、所定量の封入されたゲルを含む。これは、非限定的な例として、ヒドロゲル、未硬化ポリブタジエンラバー、又は他の粘／弾性材料を含む。

いくつかの従来技術のデバイスとは対照的に、本発明によると、アクティブレイヤ１４の応答性材料要素は、使用時に、インタフェース要素１０を透過する超音波の音響パス内に置かれるように配置される。それ故、アクティブレイヤ１４は超音波透過性であることが必要である。このために、応答性材料要素を駆動する、音響透過的な（又は少なくとも部分的に透過的又は透過性）電極が設けられる。電極は、例えば、サブミクロンの金属レイヤ又は導電性ポリマーである。代替的に、電極は、特定のカーボンに類似した材料、例えば、グラフェン、カーボンブラック又はカーボンナノチューブなどから構成される。

現在の例のために、インタフェース要素１０は、電気活性ポリマー材料から構成される応答性材料要素１６、２０を備えるものと想定される。しかしながら、これは単なる例示のためであり、他の応答性材料が実施形態と両立可能である。

使用時に、アクティブレイヤ１４の１つ又は複数のＥＡＰ要素１６、２０は、面外へのアクティブレイヤ１４の変形又は拡張をもたらすように変形するように制御される。インタフェース要素１０が、入射組織面に近接して、又は入射組織面に対して一時的に保持されるように配置されたとき、この変形が、アクティブレイヤ１４の上側面と入射組織面との間にインタフェースを確立する。

これは、図４において概略的に示され、図４は、超音波トランスデューサ３４を覆うように配置されたインタフェース要素１０を図示する。図４の上側の図は、一様でない組織面を有する組織３２のレイヤに対して一時的に適用されたインタフェース要素１０を図示する。アクティブレイヤ１４の応答性材料要素の刺激及びそれに続くアクティブレイヤの変形は、（図４の下の図に図示されるように）アクティブレイヤと組織面３２との間の接触の確立をもたらす。任意選択的に、アクティブレイヤ１４の応答性材料レイヤは、両側でクランプされ、より大きな力の生成を可能とする。

しかしながら、実際には、アクティブレイヤ１４のＥＡＰ要素１６の単なる均一な刺激は、図４に示される２つの接触面の間に理想的な形状適合をもたらさない。特には、アクティブレイヤ１４の中央の近くに位置する組織において示された窪み３６の周りの領域内で良好な接触を得ることは困難であり、というのは、接触が確立するときに空気が捕らわれ、又は窪みの周りの皮膚が折り畳まれるからである。他の領域においても、アクティブレイヤ１４が組織面３２に単純に平らに適用されると、皮膚の折り畳みが問題となる。皮膚の折り畳みは、２つの面の間の理想的な接触を妨げる。

したがって、本発明の実施形態において、アクティブレイヤ１４の変形は不均一的に行われ、１つの小さな突出エリアのみから始まり、インタフェースのより広範なエリアが確立されるまで、この領域を外側に円滑に拡張する。インタフェースのエリアが徐々に外側に拡張するように制御することによって、凹部領域による捕らわれたエアポケットが回避され、皮膚の折り畳みが防止され得る。

主に２つの手法が可能であり、すなわち、拡張するインタフェースを単一の変形ＥＡＰ要素を使用して確立すること、及び拡張するインタフェースを、ＥＡＰ要素のアレイのよく調整された変形を使用して確立することが可能である。ＥＡＰ要素のアレイを利用した実施形態が先ず説明される。

第１の例が図５において示される。この実施形態によると、アクティブレイヤ１４と組織面３２との間のインタフェースは、接触の単一の初期ポイント（サブ領域）から外側に拡張される。

超音波インタフェース要素１０は、設けられた電極（不図示）を使用したそれぞれの電気的刺激の印加に応じてレイヤ１４の面外に変形するように制御可能なＥＡＰ要素のアレイを備える超音波透過性アクティブレイヤ１４を備える。インタフェース要素は、超音波トランスデューサ３４を覆うように配置されていることが図示されており、組織面３２に一時的に適用されている（図５（ａ））。ＥＡＰ要素の制御された変形は、図５（ｂ）〜図５（ｆ）に図示されている。

アクティブレイヤ１４の単一の小さなサブ領域内に位置するＥＡＰ要素の小さなサブセットの面外の変形を制御することによって、インタフェースの第１の初期エリアが確立される（図５（ｂ））。これは、組織面３２へのＥＡＰ変形の力によって押圧されたレイヤ１４の表面からの小さな突出部の形成をもたらす。

そして、インタフェースのこの小さな初期エリアは、外側に円滑に拡張されて、２つの面の間のインタフェースの漸進的により大きなエリアを覆う。これは、図５（ｃ）〜図５（ｆ）において図示されるように、アレイのＥＡＰ要素を、面外の変形のエリアが拡がり続けるように、初めに作動されたサブセットから順次的に外側に向かって作動させることによって達成される。これは、インタフェースの広範なエリアが実現されるまで、アクティブレイヤ１４と組織面との間のインタフェースのエリアの漸進的な拡張をもたらす。インタフェースの円滑な外側への拡張によって、いかなる凹部においても空気の捕捉が回避される。

図５は、断面図を図示し、例示として、単一方向に沿った（右に向かった）インタフェースの拡張が図示されている。しかしながら、実際には、２つの次元におけるインタフェースの拡張が、Ｘ及びＹ次元における制御された外側への変形を通じて、実行されてよい。

単一のポイント又はサブ領域からのインタフェースの拡張を制御することの代わりに、接触の単一の初期ラインからの拡張が実現される。ここで、超音波透過性アクティブレイヤ１４と組織面３２との間の初期接触は、アレイのＥＡＰ要素の初期ラインの面外の変形によって実現される。これに続いて、隣接するＥＡＰ要素が順に作動され、完全な組織面３２の上にインタフェースを直線的に拡張する。ここでも、インタフェースを確立するこのモードは、エアポケットの捕捉及び皮膚の折り畳みのリスクを低減させる。

インタフェースを確立するためにアクティブレイヤ１４のＥＡＰ要素の変形を制御しつつ、レイヤ１４と組織面３２との間の接触圧力が監視される。これは、ＷＯ２０１７／０３６６９５において説明されている方法を通じて達成され、そこでは、ＥＡＰ要素を使用した同時的な作動と感知が、要素へのＡＣ及びＤＣ信号の重畳された印加を通じて達成され得る。

変形が制御されるときに接触圧力を監視することによって、任意選択的に、しっかりしたインタフェースがアクティブレイヤ１４と組織面３２との間で常に維持されることを保証するように、変形圧力がリアルタイムに調節され得る。これによって、フィードバックシステムが確立される。圧力は、印加される刺激の力を制御することによって変化され得、それによって、変形の程度が精細に調節される。変形圧力は、インタフェースエリア全体にわたる圧力の均一な印加を保証するように調節される。

超音波インタフェース要素１０と組織面３２との間にインタフェースを確立するための説明された手法を使用することによって、（２つの面の間の形状適合を保証するための）インタフェーシングゲルの量及び必要とされる接触圧力が低減される。

本発明の任意の実施形態によると、超音波透過性アクティブレイヤ１４を振動させるための手段が提供される。インタフェースを確立しつつアクティブレイヤを振動させることによって、他の場合には捕らわれる空気が接触インタフェースから取り払われ、又は消散される。振動の使用は、本開示において説明されるインタフェース確立手法の任意のものと組み合わされる。

空気を消散させることに加えて、振動は、アクティブレイヤ１４と組織面３２との間の摩擦力の低減ももたらす。したがって、これは、例えば皮膚の折り畳みを引き起こすことなく、表面を円滑に覆うことを向上させる。

振動手段は、アレイのＥＡＰ要素自体によって提供される。これは、例えば、主なＤＣ変形信号の上に重畳された高周波数信号の印加を通じて実現され、（例えば、ＷＯ２０１７／０３６６９５において説明されているように）振動変形をもたらす。代替的に、別個の振動手段が、アクティブレイヤに機械的に結合された専用の振動装置の形態で提供される。

インタフェースを最も効果的に確立するために、理想的には、上述のインタフェースエリアの外側への拡がりは、アクティブレイヤ１４と組織面３２との間の初期接触圧力が最も低いポイントから始まるべきである。その理由は、初期接触圧力が最も低いポイントは、空気が捕らわれている可能性の最も高い又は皮膚が折り畳まれている可能性の最も高い組織のエリアに対応するからである。例えば、図４の例において、初期接触圧力が最も低いエリアは、窪み３６であり、このポイントは、レイヤ１４に対して最も垂直方向に変位している。

したがって、実施形態のサブセットによると、コントローラは、ＥＡＰ要素のアレイを使用して、超音波透過性レイヤと組織面３２との間の接触圧力の初期分布を感知し、これに基づいて、最も接触圧力の低いサブ領域又はラインを特定するように適合される。次いで、このライン又はサブ領域は、例えば図５において示されたやり方でそこからインタフェースの拡張が制御されるライン又はサブ領域として選択される。

図６は、この手法を概略的に示す。

圧力分布を測定するために、コントローラ２８は、レイヤ１４の全体が初期接触力で組織面３２に一様に適用されるように、アクティブレイヤ１４のＥＡＰ要素１６を先ず均一に変形するように制御するように適合される。これは、図６の左側に図示される。次いで、コントローラは、組織面によってＥＡＰ要素に印加された、超音波透過性アクティブレイヤにわたる接触圧力の分布を測定する。これは、例えばＷＯ２０１７／０３６６９５において説明されている方法によってレイヤの均一な作動と同時に確認される。

ＥＡＰ要素が均一に作動されたときに最初に接触するポイントは、典型的には、初期接触圧力が最も低いポイントである。

最も接触圧力の低いポイント、サブ領域又はラインが特定されると、ＥＡＰ要素は後退され、特定された最も接触圧力の低いポイント、サブ領域又はラインにおいて確立された初期接触エリア又はラインから始まるインタフェースの初期エリアの外側への拡張を通じて、形状適合したインタフェースの確立が行われる。これは、図６の右側に図示される。ここで、中央窪み３６は、最も圧力の低いサブ領域として特定され、コントローラは、超音波透過性レイヤの変形をこのサブ領域から外側に向かって制御する。

圧力分布の測定の代わりに、最も凹んだ（又は、超音波透過性レイヤの表面に対して垂直に変位された）組織面３２の領域が、直接的な接触検知を通じて特定される。ここで、ＥＡＰ要素は、上記の例におけるように、均一に変形するように制御されるが、圧力の測定に優先して、電極のセットは、レイヤ１４と組織面との間の接触のポイントを検知するために使用される。このようにして、非接触ポイントが特定され、凹み領域である可能性が高いとみなされる。この方法は、圧力感知方法よりも敏感であり、非常に低い初期接触圧力における接触も検知し得る。

アクティブレイヤ１４と組織面３２との間の接触のポイントは、電気的に（例えば、抵抗的に又は容量的に）測定される。これは、アクティブレイヤ１４の上面にわたって設置された電極のアレイによって促進される。

抵抗的な接触感知の例が、図７において概略的に示され、これは超音波トランスデューサ３４を覆うように配置された超音波インタフェース要素１０を図示する。超音波透過性アクティブレイヤ１４の上面にわたって、コントローラ２８（不図示）に動作可能に結合された電極３８のアレイが配置される。好ましくは、電極３８は、アクティブレイヤ１４に備えられるＥＡＰ要素のアレイを刺激するために使用される電極と同一の電極である。このことは、変形動作を妨害する可能性のある、アクティブレイヤに重ねられる別個の受動的な電極のレイヤの提供を回避する。

好ましくは、電極３８の各々は、感知のために各々が別個にアドレス付けされることを可能とするために、コントローラに個別に接続される。好ましくは、電極は、作動のために、（均一の刺激が実施されるべきである場合に）全ての電極が容易に一緒に作動されることを可能とするために、互いに相互接続もされる。

凹み領域を特定するために、図７（上側の図）において図示されるように、ＥＡＰ要素は、初期の一時的な接触が確立されるように、先ず、均一に変形するように制御される。

アクティブレイヤ１４と組織面３２との間の接触のポイント又は領域は、任意の２つの隣接する電極３８の間に流れる電流を監視することによって検知される。これは図７（上の図）において示され、組織面３２の右側の突出部３７とアクティブレイヤ１４との間の接触が、それと直接的に接触する２つの電極（太線で示されている）に流れる電流を通じて検知可能である。

接触する更なるポイントを検知するために、均一な変形は継続される。このプロセスを継続することによって、凹みのポイントが、アクティブレイヤ１４と接触しないポイントとして、又は最後に接触するポイントとして特定され得る。これらは、アクティブレイヤ１４と組織面３２との間のインタフェースがそこから外側に拡張されるポイント又はサブ領域として選択される。

このことは、図７の下の図に図示される。中央の窪み３６は、最も大きな凹みのポイントとして特定される。コントローラは、この領域から周辺領域へのインタフェースの外側への拡張を制御する。インタフェースエリアを、最も大きな凹みのポイントから外側に拡げることによって、この領域に任意の空気が捕らわれる可能性が回避される。

更なる例によると、抵抗的な感知の代わりに、接触は、容量的にも感知される。図８に一例が概略的に示される。

ここでも、アクティブレイヤ１４はその上面にわたって電極３８のアレイを備える。好ましくは、これらは、インタフェース要素１０のために必要とされる部品の数を最小化するように、レイヤのＥＡＰ要素を刺激するために使用される電極と同一の電極である。電極は、好ましくは、感知のために個別にアドレス付け可能である。

電極３８は、（平面的な）容量センサとして動作し、１セットの電極と選択された基準値との間の容量差が検知され、電極のペアと組織面３２との間の接触を示すために使用される。

上述の実施形態は、外側に拡張するインタフェースエリアを確立するように超音波透過性レイヤを変形させるために電極のアレイを利用する。第２の手法によると、ＥＡＰ材料の単一のレイヤが設けられ、接触の初期ポイントから外側に拡張するインタフェースを確立するように、適切な電気的刺激に応じて変形するように適合される。

図９に一例が概略的に示される。この例によると、超音波透過性アクティブレイヤ１４を備えるインタフェース要素１０が提供され、適合性ゲルバッキングレイヤ２４を覆って配置される。インタフェース要素は、超音波トランスデューサ３４を覆うように配置される。アクティブレイヤ１４は、第１の凸状形状（図９の上部）から第２の（実質的に）平坦な形状（図９の下部）へと変形するように刺激によって制御可能なＥＡＰの単一のレイヤを備える。

図９に図示されるように、入射組織面３２に対して保持されるとき、この変形は、組織面にわたって徐々に外側に拡張する圧力の印加をもたらし、これは、円滑で、形状適合したインタフェース（すなわち、アクティブレイヤ１４と組織面３２とが形状適合した状態で互いに対して押圧される）の確立につながる。凸状から平坦状への変形は、図３〜図８の実施形態と同一の効果を効果的に達成し、接触の初期サブ領域が確立され（この場合、凸状形状の頂点に覆われた領域）、次いで、レイヤの周囲隣接領域がサブ領域のレベルまで引き上げられ、接触のエリアを漸進的に拡張させる。このようにして、組織面にわたるレイヤ１４の円滑な外側への拡がりが達成される。

図９において示されるように、この単一のＥＡＰレイヤの実施形態は、アクティブレイヤと組織面３２との間からのインタフェーシングゲル４２の効率的な排出を可能とするという利点も与える。

一般に、平坦なレイヤと柔らかい基板との間からゲルを押し出すことは困難であり、これは、圧力分布が、典型的には、接触の外側領域において最大値を有し、中央近くのどこかで最小値を有するからである。その結果、正味のゲル流動は、典型的には、インタフェースのエリアの中央に向けられる。接触エリア全体にわたる正味の流出（すなわち、縁部に向かう移送）を達成するために、圧力は、中央の最大値から縁部のゼロ値又は最小値へと順次的に減少しなければならない。このことは、本実施形態の単一のＥＡＰ要素アクチュエータによって達成され得、これは、初期には（前もって湾曲されて、又は作動を介して）マクロ的な凸状形状を有し、ゆっくりと平坦な形状に適合する。

更なる変形形態によると、インタフェース要素の実施形態と組織面との間からのゲルの正味の流出は、小さな横方向（往復）運動（すなわち、前後運動）を介しても達成され得る。各横方向運動において、後縁部における流出は前縁部における流入よりも大きく、正味の流出につながる。ＥＡＰ要素のアレイ又は適切に適合されたＥＡＰレイヤによって、このような交互の横方向運動は、要素と組織面との間からのゲルの排出を推進するように専用の制御モードに従って実行される。

インタフェース要素と組織面との間からのゲルの排出は、最良の音響的インタフェーシングを可能とする２つの面の間に最も密接な接触を提供するために有用である。

本発明の態様によると、対象者に超音波を施すための超音波デバイスも提供され、デバイスは、本発明の任意の実施形態による超音波インタフェース要素を備える。デバイスの構造は、実質的に、図４〜図９の各々において示されたものであり、超音波トランスデューサ３４が備えられ、これは、その上に重ねられた本発明による超音波インタフェース要素１０を有する。好ましくは、図４〜図９の例の各々におけるように、超音波トランスデューサと超音波透過性レイヤ１４との間に、これら２つのコンポーネント間の良好な音響的インタフェーシング促進するために、適合性ゲル２４のレイヤがある。

本発明の実施形態による超音波撮像デバイスは、表面プローブなどの超音波プローブ若しくは（長期間の監視に適した）超音波パッチの一部として、又は空洞内プローブの一部として提供される。デバイスは、経食道心エコー（ＴＥＥ）及び気管支内超音波のためにも使用される。

別の実施形態において、このような超音波インタフェース要素は、長期間にわたる血流などの血行力学的パラメータの変化を監視するように構成された超音波ベースの監視パッチの一部を形成する。これは、監視期間全体にわたって、ユーザの干渉なしに、パッチが皮膚に音響的に結合されることを保証するという有用性を提供する。入射組織（皮膚）面との超音波インタフェース要素の形状適合は、インタフェースにおける気泡の発生を回避することを可能とし、それによって、測定される信号の向上された品質を保証する。

超音波画像を生成するためにトランスデューサにおいて受信された超音波エコーを処理するために、超音波トランスデューサ３４に動作可能に結合された撮像コントローラが更に提供される。

本発明の実施形態による超音波撮像又は監視デバイスは、より広範な超音波診断撮像又は監視システムの一部を形成し、又はそれらの一部として提供される。

次に、図１０を参照して、例示的超音波システムの一般的な動作が説明される。

例示的システムは、超音波を送信し、エコー情報を受信するためのＣＭＵＴトランスデューサアレイ１００を有するアレイトランスデューサプローブ６０を備える。トランスデューサアレイ１００は、代替的に、ＰＺＴ又はＰＶＤＦなどの材料から形成された圧電トランスデューサを備えてよい。トランスデューサアレイ１００は、２Ｄ平面において、又は３Ｄ撮像のために３次元的にスキャンすることが可能なトランスデューサ１１０の２次元的アレイである。別の例において、トランスデューサアレイは、１Ｄアレイである。

トランスデューサアレイ１００は、ＣＭＵＴアレイセル又は圧電要素によって信号の受信を制御するプローブにおけるマイクロビーム形成器６２に結合される。マイクロビーム形成器は、米国特許第５，９９７，４７９号（Ｓａｖｏｒｄら）、米国特許第６，０１３，０３２号（Ｓａｖｏｒｄ）及び米国特許第６，６２３，４３２号（Ｐｏｗｅｒｓら）において説明されているように、トランスデューサのサブアレイ（又は「グループ」又は「パッチ」）によって受信された信号の少なくとも部分的なビーム形成を行うことができる。

マイクロビーム形成器は全体的に任意選択的であることに留意されたい。以下の例は、アナログ式のビーム形成を想定していない。

マイクロビーム形成器６２は、プローブケーブルによって、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ６６に結合され、これは送信と受信とを切り換え、マイクロビーム形成器が使用されておらず、トランスデューサアレイが主システムビーム形成器によって直接的に動作されているときに主ビーム形成器７０を高エネルギー送信信号から保護する。トランスデューサアレイ６０からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ６６によってマイクロビーム形成器に結合されたトランスデューサコントローラ６８、及び主送信ビーム形成器（不図示）によって指示され、これはユーザインタフェース又は制御パネル８８のユーザ操作から入力を受信する。

トランスデューサコントローラ６８によって制御される機能のうちの１つは、ビームが誘導され、収束される方向である。ビームは、トランスデューサアレイから（垂直に）真っ直ぐ正面に誘導され、又は、より広い視野のために異なる角度で誘導される。トランスデューサコントローラ６８は、ＣＭＵＴアレイのためのＤＣバイアス制御器９５を制御するために結合され得る。ＤＣバイアス制御器９５は、ＣＭＵＴセルに印加されるＤＣバイアス電圧を設定する。

受信チャンネルにおいて、部分的にビーム形成された信号がマイクロビーム形成器６２によって生成され、主受信ビーム形成器７０に結合され、ここで、トランスデューサの個別のパッチからの部分的にビーム形成された信号は、完全にビーム形成された信号へと結合される。例えば、主ビーム形成器７０は、１２８チャンネルを有し、その各々は、数ダース若しくは数百のＣＭＵＴトランスデューサセル又は圧電要素のパッチから、部分的にビーム形成された信号を受信する。こうして、トランスデューサアレイの数千のトランスデューサによって受信された信号が、単一のビーム形成された信号に効率的に寄与し得る。

ビーム形成された受信信号は、信号プロセッサ７２に結合される。信号プロセッサ７２は、受信されたエコー信号を、帯域通過フィルタリング、デシメーション、Ｉ及びＱコンポーネント分離、組織及びマイクロバブルから戻った非線形（基本周波数のより高いハーモニックス）エコー信号の特定を可能とするように線形又は非線形の信号を分離するように働くハーモニック信号分離などの様々なやり方で処理し得る。信号プロセッサは、スペックル低減、信号合成、ノイズ除去などの追加的な信号増強も実施する。信号プロセッサにおける帯域通過フィルタは、トラッキングフィルタでよく、その通過帯域は、エコー信号がより深くから受信されるにつれて、より高い周波数帯域からより低い周波数帯域へとスライドし、それによって、周波数が解剖学的情報を欠いているより深い深さからのより高い周波数のノイズを拒絶する。

送信のため及び受信のためのビーム形成器は、異なるハードウェアにおいて実現され、異なる機能を有し得る。もちろん、受信器ビーム形成器は、送信ビーム形成器の特性を考慮に入れるように設計される。図１０においては、簡略化のために、受信器ビーム形成器６２、７０のみが図示されている。完全なシステムにおいては、送信マイクロビーム形成器及び主送信ビーム形成器を備えた送信チェーンも存在する。

マイクロビーム形成器６２の機能は、アナログ信号パスの数を減少させるために、信号の初期組合せを提供することである。これは、典型的には、アナログドメインにおいて実施される。

最終的なビーム形成は、主ビーム形成器７０において、典型的にはデジタル化の後に行われる。

送信及び受信チャンネルは、固定的な周波数帯域を有する同一のトランスデューサアレイ６０’を使用する。しかしながら、送信パルスが占める帯域幅は、使用された送信ビーム形成に応じて変化し得る。受信チャンネルは、全体的トランスデューサ帯域幅をキャプチャし得（これは古典的な手法である）、又は、帯域通過処理を使用することによって、有用な情報（例えば、主ハーモニックのハーモニックス）を含む帯域幅のみを抽出し得る。

処理された信号は、Ｂモード（すなわち、明るさモード又は２Ｄ撮像モード）プロセッサ７６及びドップラープロセッサ７８に結合される。Ｂモードプロセッサ７６は、臓器の組織及び身体内の血管などの身体における構造の撮像のために、受信された超音波信号の振幅の検知を用いる。身体の構造のＢモード画像は、米国特許第６，２８３，９１９号（Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌら）及び米国特許第６，４５８，０８３号（Ｊａｇｏら）において説明されているように、ハーモニック画像モード又は基本画像モード又はその両方の組合せのいずれかにおいて形成される。ドップラープロセッサ７８は、画像フィールドにおける血球の流動などの物質の運動の検知のために、組織運動及び血流からの時間的に明白な信号を処理する。ドップラープロセッサ７８は、典型的には、身体における選択されたタイプの材質から戻ったエコーを通過及び／又は拒絶するように設定されるパラメータを有するウォールフィルタを含む。

Ｂモード及びドップラープロセッサによって生成された構造及び運動信号は、スキャンコンバータ８２及び多平面リフォーマッタ９４に結合される。スキャンコンバータ８２は、所望の画像フォーマットにおいて、エコー信号を、それらが受信された空間的関係に配置する。例えば、スキャンコンバータは、エコー信号を、２次元的（２Ｄ）セクタ形状フォーマット、又はピラミッド状の３次元的（３Ｄ）画像に配置する。スキャンコンバータは、画像フィールド内の組織の運動及び血流を描写するカラードップラー画像を生成するために、画像フィールドのポイントにおける運動に対応する色を有するＢモード構造画像を、それらのドップラー推定ベロシティと重畳し得る。多平面リフォーマッタは、米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）において説明されているように、身体のボリューム領域中の共通平面におけるポイントから受信されたエコーを、その平面の超音波画像に変換する。ボリュームレンダラ９２は、米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎら）において説明されているように、３Ｄデータセットのエコー信号を、所与の基準ポイントから見た投影３Ｄ画像に変換する。

２Ｄ又は３Ｄ画像は、画像ディスプレイ９０上での表示のための更なる増強、バッファリング、及び一時的保存のために、スキャンコンバータ８２、多平面リフォーマッタ９４、及びボリュームレンダラ９２から、画像プロセッサ８０へと結合される。撮像のために使用されることに加えて、ドップラープロセッサ７８によって生成された血流値及びＢモードプロセッサ７６によって生成された組織構造情報は、定量化プロセッサ８４に結合される。定量化プロセッサは、容積血流量など異なる流動状態の測定値及び臓器のサイズ及び在胎齢などの構造的測定値を生成する。定量化プロセッサは、ユーザ制御パネル８８から、測定が行われるべき画像の解剖学的構造におけるポイントなどの入力を受信する。定量化プロセッサからの出力データは、ディスプレイ９０上に画像とともに測定グラフィック及び値を再現するために、及びディスプレイデバイス９０からの音響的出力のために、グラフィックプロセッサ８６に結合される。グラフィックプロセッサ８６は、超音波画像とともに表示するためのグラフィック重畳も生成し得る。これらのグラフィック重畳は、患者名、画像の日付及び時間、撮像パラメータなどの標準的な識別情報を含み得る。これらの目的のために、グラフィックプロセッサは、ユーザインタフェース８８から患者名などの入力を受信する。ユーザインタフェースは、トランスデューサアレイ６０’からの超音波信号の生成、したがって、トランスデューサアレイ及び超音波システムによって生成された画像を制御するために、送信コントローラ６８にも結合される。コントローラ６８の送信制御機能は、実施される機能の１つに過ぎない。コントローラ６８は、動作のモード（ユーザによって与えられる）、対応して必要となる送信器構成、受信器のアナログ−デジタル変換器における帯域通過構成も考慮する。コントローラ６８は、固定的な状態の状態機械であり得る。

ユーザインタフェースは、複数の多平面リフォーマットされた（ＭＰＲ）画像の平面の選択及び制御のために、多平面リフォーマッタ９４にも結合され、これらの画像は、ＭＰＲ画像の画像フィールドにおける定量化された測定を実施するために使用される。

本明細書において上述された詳細な説明において、本発明によるデバイス及びシステムの構造及び動作はＥＡＰについて説明されたが、本発明は、実のところ、他の種類のＥＡＭ材料などの他の種類の応答性材料に基づくデバイスについても使用される。したがって、特に示されない限り、本明細書において上述されたＥＡＰ材料は、他のＥＡＭ材料などの他の応答性材料によって置き換えられ得る。このような他の応答性材料は、当技術分野において知られており、当業者はこれらをどこで見つけ、どのように適用すればよいか分かるであろう。

ＥＡＰ要素のために適した材料は知られている。電気活性ポリマーとしては、これらに限定されるものではないが、以下のサブクラス、すなわち、圧電ポリマー、電気機械ポリマー、リラクサ強誘電性ポリマー、電歪ポリマー、誘電エラストマー、液晶エラストマー、共役ポリマー、イオンポリマー金属複合材、イオン性ゲル及びポリマーゲルがある。

サブクラスの電歪ポリマーとしては、これらに限定されるものではないが、以下の
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリウレタン又はそれらの混合物がある。

サブクラスの誘電エラストマーとしては、これらに限定されるものではないが、アクリレート、ポリウレタン、シリコーンがある。

サブクラスの共役ポリマーとしては、これらに限定されるものではないが、ポリピロール、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリアニリンがある。

これらの例の全てにおいて、印加された電場に応じてＥＡＰ要素の電気的及び／又は機械的挙動に影響を与えるために追加的な受動的レイヤが設けられてよい。

各ＥＡＰ要素は、電極の間に挟まれる。電極は、ＥＡＰ材料の変形に追従するために、伸長可能である。電極のために適した材料は、超音波透過性でなければならず、例えば、金、銅若しくはアルミニウムなどの薄い金属膜、又はカーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、例えばポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などの有機導電体がある。

電極が非対称的構成に配置される場合、与えられる電圧は、ひねり、回転、ねじれ、旋回及び非対称的屈曲変形などの全ての種類の変形を誘起し得る。

上述のように、本発明の実施形態は、コントローラを使用する。コントローラは、ソフトウェア及び／又はハードウェアによって、必要とされる様々な機能を実施するために、多くのやり方において実現され得る。プロセッサは、必要とされる機能を実施するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムされる１つ又は複数のマイクロプロセッサを用いるコントローラの一例である。しかしながら、コントローラはプロセッサを用いて実現されても又は用いることなく実現されてもよく、いくつかの機能を実施する専用のハードウェアと、他の機能を実施するプロセッサ（例えば、１つ又は複数のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連回路）との組合せとして実現されてもよい。

本開示の様々な実施形態において用いられるコントローラコンポーネントの例としては、これらに限定されるものではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）がある。

様々な実施態様において、プロセッサ又はコントローラは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などの揮発性又は非揮発性コンピュータメモリなどの１つ又は複数の記憶媒体と関連付けられる。記憶媒体は、１つ若しくは複数のプロセッサ及び／又はコントローラ上で実行されたときに必要とされる機能を実施する１つ若しくは複数のプログラムによってエンコードされる。様々な記憶媒体は、プロセッサ又はコントローラ内に固定され、又は可搬性であり、そこに記憶された１つ若しくは複数のプログラムがプロセッサ又はコントローラへとロードされ得る。

開示された実施形態に対する他の変形形態は、特許請求された発明を実践するに当たり、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することによって、当業者によって理解され得、実施され得る。特許請求の範囲において、「備える」という語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数性を排除するものではない。特定の手段が互いに異なる従属請求項において記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。特許請求の範囲における任意の参照記号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. 電磁的刺激に応じて変形する１つ又は複数の応答性材料要素を備える超音波透過性アクティブレイヤであって、入射組織面への適用のために適合された上側接触面を有する、超音波透過性アクティブレイヤと、
   コントローラと
   を備え、
   前記超音波透過性アクティブレイヤは、前記超音波透過性アクティブレイヤの前記上側接触面の初期ライン又はエリア部分が周囲のエリア部分と比べて盛り上げられた第１の状態に構成可能であり、
   前記コントローラは、前記初期ライン又はエリア部分を外側に円滑に拡張させて、最終的な、より大きいエリア部分を形成し、それによって前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間に漸進的に拡張するインタフェースを確立するように、前記超音波透過性アクティブレイヤの面外に変形するように前記１つ又は複数の応答性材料要素を制御し、
   前記制御することは、前記初期ライン又はエリア部分から外側に前記より大きいエリア部分にわたって順次的パターンで変形するように、前記超音波透過性アクティブレイヤに備えられる応答性材料要素のアレイを制御すること、又は、少なくとも前記より大きいエリア部分にわたって延在する前記超音波透過性アクティブレイヤに備えられる単一の応答性材料要素を、初期凸状形状から第２の度合いの小さい凸状形状へと遷移するように制御することのいずれかを有する、超音波インタフェース要素。
2. 前記超音波透過性アクティブレイヤは、前記超音波透過性アクティブレイヤ全体にわたって延在する応答性材料要素を備え、前記コントローラは、初期凸状形状から度合いの小さい凸状形状へと漸進的に移動するように前記応答性材料要素を制御し、前記入射組織面に適用されたときに、前記凸状形状の頂点から前記度合いの小さい凸状形状のより広範な領域へと漸進的に外側に拡張する形状適合インタフェースが確立されるようにする、請求項１に記載の超音波インタフェース要素。
3. 前記超音波透過性アクティブレイヤは、応答性材料要素のアレイを備え、
   前記コントローラは、前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間に漸進的に拡張する前記形状適合インタフェースを確立するように、前記初期ライン又はエリア部分に対応する前記応答性材料要素のアレイ内の単一の要素又は要素のラインから外側に順次的パターンで変形するように前記応答性材料要素のアレイの前記応答性材料要素を制御し、前記応答性材料要素が制御されると、前記形状適合インタフェースのエリアが前記単一の要素又は要素のラインから外側に拡張する、請求項１に記載の超音波インタフェース要素。
4. 前記コントローラは、全ての方向において、前記単一の要素又は要素のラインから外側に順次的パターンで変形するように前記応答性材料要素を制御するか、又は、
   前記コントローラは、１つ又は複数の方向のサブセットにおいて、前記単一の要素又は要素のラインから外側に順次的パターンで変形するように前記応答性材料要素を制御する、請求項３に記載の超音波インタフェース要素。
5. 前記超音波インタフェース要素は、前記超音波透過性アクティブレイヤの振動を誘起する振動手段を備え、任意選択的に、前記振動手段は、前記応答性材料要素のうちの１つ又は複数によって提供され、前記コントローラは、振動変形を呈するように前記応答性材料要素を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波インタフェース要素。
6. 前記超音波インタフェース要素は、前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間の圧力分布を感知するための接触圧力感知手段を備える、請求項３から５のいずれか一項に記載の超音波インタフェース要素。
7. 前記コントローラは、
   感知された前記圧力分布に基づいて、前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間の接触圧力が最も低いライン又はサブ領域を特定し、
   特定された前記サブ領域又はラインと空間的に整列する単一の応答性材料要素又は要素のラインを特定し、
   特定された前記単一の応答性材料要素又は要素のラインを前記順次的パターンの前記単一の応答性材料要素又は要素のラインとして選択する、請求項６に記載の超音波インタフェース要素。
8. 前記接触圧力感知手段は、前記応答性材料要素のうちの１つ又は複数によって提供され、前記コントローラは、前記入射組織面への前記超音波透過性アクティブレイヤの初期手動適用の際の１つ又は複数の前記応答性材料要素によって生成された圧力誘起電気的出力に基づいて、前記接触圧力を感知する、請求項６又は７に記載の超音波インタフェース要素。
9. 前記超音波インタフェース要素は、前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間の接触の領域を特定するための接触感知手段を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の超音波インタフェース要素。
10. 前記接触感知手段は、前記超音波透過性アクティブレイヤの主面にわたって分散され、前記コントローラに電気的に結合された、個別にアドレス付け可能な電極のアレイを備え、任意選択的に、前記コントローラは、
    前記電極のうちの任意の２つの間の電流の流れを検知し、前記電極と前記入射組織面との間の接触の指標として前記電流の流れを使用し、或いは
    前記電極のうちの１つ又は複数のペアの間の電気容量を監視し、前記電極と前記入射組織面との間の接触の指標として前記電気容量における変化を使用する、請求項９に記載の超音波インタフェース要素。
11. 前記電極の前記アレイは、前記応答性材料要素の変形を刺激すること、及び前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間の接触を感知することの両方のために使用される、請求項１０に記載の超音波インタフェース要素。
12. 前記コントローラは、１つの制御モードによると、前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間に設置されたインタフェーシング流体又はゲルの横方向の移送を助長するように、前記超音波透過性アクティブレイヤの表面に対して実質的に平行な方向に変形するように、前記応答性材料要素のうちの１つ又は複数を制御する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の超音波インタフェース要素。
13. 超音波デバイスであって、前記超音波デバイスは、
    キャリアと、
    前記キャリア上に分散された１つ又は複数の超音波トランスデューサと、
    前記１つ又は複数の超音波トランスデューサと前記超音波デバイスが適用される入射組織面との間のインタフェースを促進するために、前記１つ又は複数の超音波トランスデューサの音響出力パスに配置された、請求項１から１２のいずれか一項に記載の超音波インタフェース要素と
    を備える、超音波デバイス。
14. 超音波インタフェース要素と前記超音波インタフェース要素が適用される入射組織面との間のインタフェースを確立する方法であって、前記超音波インタフェース要素は超音波透過性アクティブレイヤを備え、前記超音波透過性アクティブレイヤは、電磁的刺激に応じて変形する１つ又は複数の応答性材料要素を備え、
    前記超音波透過性アクティブレイヤは、前記超音波透過性アクティブレイヤの上側接触面の初期ライン又はエリア部分が周囲のエリア部分と比べて盛り上げられた第１の状態に構成可能であり、
    前記方法は、
    前記初期ライン又はエリア部分を外側に円滑に拡張させて、最終的な、より大きいエリア部分を形成し、それによって前記超音波透過性アクティブレイヤと前記入射組織面との間にインタフェースを漸進的に確立するように、前記超音波透過性アクティブレイヤの面外に変形するように前記１つ又は複数の応答性材料要素を制御するステップ
    を有し、
    前記制御するステップは、前記初期ライン又はエリア部分から外側に前記より大きいエリア部分にわたって順次的パターンで変形するように、前記超音波透過性アクティブレイヤに備えられる応答性材料要素のアレイを制御するステップ、又は、少なくとも前記より大きいエリア部分にわたって延在する前記超音波透過性アクティブレイヤに備えられる単一の応答性材料要素を、初期凸状形状から第２の度合いの小さい凸状形状へと遷移するように制御するステップのいずれかを有する、方法。

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