JP5599197B2 - 超音波スキャンのための支持アーム - Google Patents

Description

本発明は超音波スキャンのための支持アームに関する。

超音波を用いたスキャンでは、超音波検査技師が所望の位置にトランスジューサプローブを保持する。しかし、重さから来る負担、超音波検査技師によるぎこちない位置決め、または画像を見るのに邪魔であるといった理由から、トランスジューサプローブを保持するのは困難である。

ロボットアームや他の支持アームを使用して超音波検査技師を補助することも可能である。例えば、ボリュームスキャンのために、患者の近傍でシザーアーム構造によってトランスジューサプローブを保持する。摩擦係合やシザーアーム構造における他の抵抗が重量の点で近似的な平衡をもたらす。超音波検査技師は、トランスジューサプローブのハンドルを用いて患者の近傍に、例えば胸部上方に、トランスジューサプローブを位置決めする。一旦位置決めしたら、超音波検査技師は超音波スキャンを開始する。患者のボリュームがスキャンされる。スキャンを上手く行かせるために、トランスジューサプローブと患者との間の接触が維持される。超音波検査技師は圧力をかける

本発明の課題は、超音波スキャンのために超音波トランスジューサを容易に位置決めすることができるようにした超音波スキャンシステムを提供することである。

上記課題は、超音波トランスジューサと、前記超音波トランスジューサと連結した少なくとも第１の支持アームと、前記第１の支持アームに印加される重力による力よりも小さなまたは大きな力を相殺するように形成された抵抗装置とを有しており、前記第１の支持アームは可動であり、前記超音波トランスジューサは重力によってスキャンの対象物に押し当てられるが、前記抵抗装置の抵抗により、前記抵抗装置なしで前記第１の支持アームに印加される重力による力から生じる圧力よりも小さな圧力で押し当てられることを特徴とする、超音波スキャンのためのシステムにより解決される。

超音波スキャンシステムの１つの実施形態を示す。 抵抗の大きさを変化させる可調節加力器の１つの実施形態を示す。 支持構造上にモニタを有する、超音波スキャンシステムの別の実施形態を示す。 超音波トランスジューサを支持し、支持されたトランスジューサを使用する方法の１つの実施形態のフローチャートを示す。

重力との平衡状態に維持された支持システムを使用する代わりに、非平衡を用いる。非平衡はちょうどスキャン中に得られるが、他のとき（例えば、位置決め中または使用後に患者から離す際）にも得られる。ばね系またはガスばね系は重量の一部を相殺するが、全重量を相殺しはしない。可動シャフトは止めたり、制動したりすることができる。システム全体のピボットシャフトまたはライニングシャフトは制動されない。１つまたは複数のシャフトを制動しないようにすれば、意図的に平衡をなくすことにより、ある一定の付加的な接触圧力を対象物に及ぼすことができる。接触圧力はユーザが圧力を印加しなくてももたらされる。これにより、対象物と超音波ヘッドのカプリングが増強される。

あるシャフトが他のシャフトと完全に平衡しているような部分支持では、超音波検査技師は容易に位置決めをすることができる。支持構造は位置決めのあいだ重量の一部またはすべてを相殺する。スキャンのために一旦位置決めされれば、超音波検査技師が所望する位置は支持構造をロックすることにより測定プロセスのあいだ保証される。位置の変更または測定中の傾動から生じる誤った測定は防止される。ある軸（例えば垂直軸）における重量平衡のミスチューニングにより、システム自体（例えば、１つまたは複数のアーム、任意のモニタ、トランスジューサプローブ）の重量を利用して、トランスジューサプローブをスキャンされる対象物に押し当てることができる。システムは、呼吸による運動のように対象物が動いている間、対象物に計画通りのまたは所望の圧力を自由に印加することができる。

図１には、超音波スキャンシステムの１つの実施形態が示されている。このシステムは胸部スキャンのためのものであるが、他の種類のスキャンにも使用しうる。システムは、超音波トランスジューサ１２、アーム１４，１８，２０，２６、ブレーキ３０、抵抗装置１６，２２およびヒンジ２４のような、支持アーム構造を含んでいる。参照しやすいように、繰り返す要素は図示されていない。例えば、アーム２６内またはアーム２６上の抵抗装置、アーム１４，２０の間以外のジョイント部のブレーキ、およびアーム１４，２０の間以外のジョイント部のヒンジ２４などは図示されていない。要素を付け加えてもよいし、異なる要素またはより少ない要素が設けられていてもよい。例えば、１つだけ、２つだけ、３つだけ、またはそれ以上など、任意の数のアーム１４，１８，２０，２６が設けられる。別の例では、ブレーキ３０が抵抗装置２２の一部である。さらに別の例では、超音波撮像システムは支持構造に隣接または連結している。

超音波トランスジューサ１２はプローブハウジング内のトランスジューサ素子のアレイである。これら素子は１次元または２次元のアレイとして配置される。これらの素子は電子的または機械的に操舵される。例えば、アレイは揺動アレイである。別の例では、アレイは２次元アレイである。アレイは平坦であってもよいし、湾曲していてもよい。

ハウジングには、超音波トランスジューサ１２を所望の位置に位置決めするハンドルが付いていてもよいし、付いていなくてもよい。ハウジングはブラダーを含んでいる。このブラダーは患者とアレイの間での位置決めのために底部に結合している。ブラダーは、例えば音響減衰のほとんどない液体または患者と類似した音響インピーダンスをもつ液体などの液体で満たされている。ブラダーは患者からアレイへの音響経路が存在するあいだ患者の輪郭に順応する。代替的な実施形態では、ブラダーを用いない。音響接触は患者または超音波トランスジューサ１２にゲルを塗布することによって得られる。ブラダーの代わりにダイヤフラムを用いてもよい。

超音波トランスジューサ１２は支持アーム１４，１８，２０および２６と連結している。トランスジューサ１２は支持アーム１８と直接連結している。トランスジューサ１２は異なる支持アームまたは付加的な支持アーム１４，１８，２０もしくは２６と直接連結していてもよい。連結部はボールとソケットであり、これにより超音波トランスジューサ１２は支持アーム１８の周りを相対的に旋回することができる。あるいは、連結部はヒンジ、または他の回転可能、延長可能もしくは可動の連結部である。連結部はブレーキを含んでいてよい。例えば、戻り止め構造、ピン、ブレーキパッド、または超音波トランスジューサ１２をロックおよび解除する他の装置などを含んでいてよい。他の実施形態では、連結部は固定されており、支持アーム１８と超音波トランスジューサ１２は互いに対して相対的に動くことができない。

支持アーム１８，１４，２０および２６は、金属、プラスチック、グラスファイバ、木材、これらの組合せ、または他の材料からなる。支持アーム１８，１４，２０および２６の長さ、形状またはサイズは任意である。例えば、支持アーム１８は比較的短い長さの管状リンクである。別の例では、支持アーム１４および２０は正方形または長方形の断面を有し、内部は中空であってもよいし、中空でなくてもよい。別の例では、支持アーム２６は入れ子状の円筒から形成される。支持アーム１４，１８，２０，２６は同じ構造または異なる構造を有するリンクである。支持アーム１４，１８，２０，２６は互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。複数の種類の支持アームの任意の組合せを用いてよい。

ヒンジ２４はボールとソケット、折り畳みヒンジ、ストレートヒンジ、またはリンクを連結する他のジョイントである。例えば、ヒンジ２４は４つの孔をもつプレートであり、支持アーム１４，２０と相応する抵抗装置１６，２２を旋回可能に連結する。別の実施形態では、ヒンジ２４は２つ以上の支持アーム１４，１８，２０，２６の連結部、例えば孔を通って２つの支持アーム１４，２０の中へと延びるピンのような連結部によって形成される。

ヒンジ２４と支持アーム１４，１８，２０，２６は相対的な運動が可能である。この運動はリンク軸回りの回転であってもよいし、あるリンクが（例えばヒンジされた）他のリンクに対してある角度をもってする回転であってもよいし、および／または、リンク軸に沿った伸長または収縮であってもよい。１つの実施形態では、支持構造は支持構造底部の周りのボリュームの中のどんな位置にも超音波トランスジューサ１２を位置決めすることができる。支持アーム１４，１８，２０，２６のうちの１つまたは複数が上下（例えば垂直）方向に可動である。代替的にまたは付加的に、他の方向における運動ができるようにしてもよい。

支持アーム２０のような支持構造は他の構造に取り付けられる。例えば、支持アーム２０は、アーム２６なしで、壁、天井、壁搬器もしくは床搬器、撮像システムまたは他の位置に取り付けられる。取り付けはヒンジによるか、または固定である。別の例として、支持アーム２６は床もしくは天井または搬器に取り付けられる。別の実施形態では、支持アームは自立式である。

１つの実施形態では、支持アーム１４，１８，２０，２６は、歯科設備、ｘ線設備または患者に関係する他の設備を位置決めするのに使用されるのと類似したまたは同じ支持構造である。現在公知の、または今後開発される任意の支持構造を使用してもよい。別の実施形態では、支持構造はロボット式である。１つまたは複数のモータが支持構造または支持構造の一部を動かす。

ブレーキ３０はブレーキパッド、戻り止め構造、ピン、ギア、モータ、または、リンクおよび／またはヒンジ２４の相対位置をロックおよび解除する他の装置である。ブレーキ３０を入れたり、解除したりするために、サーボのようなモータを設けてもよい。代替的にまたは付加的に、ブレーキ３０を手動で入れたり、解除したりしてもよい。１つの実施形態では、ブレーキ３０はバルブ、ピン、または抵抗装置１６，２２をロックする他の構造である。例えば、可動ピンがガスばねをロックさせる。

ブレーキ３０はリンクの相対位置を維持する。例えば、ブレーキ３０は支持アーム２０と支持アーム２６およびヒンジ２４／支持アーム１４との間の相対位置を維持する。ブレーキ３０は１つまたは複数のリンクを安定した位置に維持するリンクホルダである。ブレーキ３０は１つまたは複数の支持アーム１４，１８，２０，２６の位置をロックする。

図では、ブレーキ３０はヒンジ３０に隣接する支持アーム２０の端部にある。他のブレーキは、他のヒンジ（例えばジョイント）に、または相対的に可動の位置などの他の位置に配置されている。１つまたは複数のジョイントがブレーキ３０を有していなくてもよい。例えば、支持構造はヒンジ２４または支持アーム２０の位置をロックするブレーキ３０を含むが、その一方で他の支持アーム２４はロックされない、または圧力を印加する抵抗装置１６が許す通りに自由に動く。

抵抗装置１６，２２は、ばね、ガスばね、圧力パッド、摩擦面、または、重力および／または動きに抵抗する他の装置である。各リンクに１つまたは複数の抵抗装置１６，２２が設けられている。あるいは、１つまたは複数のリンクが抵抗装置１６，２２を共有してもよい。抵抗装置１６，２２はリンクに隣接しているが、リンク内にあっても、リンク上にあってもよいし、またはリンクから離れていてもよい。

抵抗装置１６，２２は、リンクホルダとして作用することによって、支持構造の全体または一部に対する重力の作用を相殺する。例えば、支持アーム２６は支持構造の残りの部分と超音波トランスジューサ１２とに作用する重力を相殺するエアシリンダまたはガスばねを含む。抵抗は支持アーム２６によって支持される全支持構造の重量と実質的に平衡している。実質的に、抵抗装置がゆっくりと（例えば数分または数時間にわたって）支持構造を持ち上げたり、ロックされていないときには重量のせいでゆっくりと下がったりするような許容差は許される。別の例では、抵抗装置２２が支持アーム２０と、支持アーム２０と超音波トランスジューサ１２の間に接続された他の構成要素とからの重量と実質的に平衡している。この抵抗は重力の作用を相殺すのに十分である。別の例では、抵抗装置１６が支持アーム１４，１８と超音波トランスジューサ１２の重量を相殺する。

１つまたは複数の抵抗装置１６，２２，２６がミスチューニングされていてもよい。例えば、メイン支持アーム１４上で超音波トランスジューサ１２の最も近くにある抵抗装置１６がミスチューニングされる。別の例としては、底部支持アーム２６における抵抗装置がミスチューニングされる。１つの実施形態では、ベース支持アーム２６が回転なしの、垂直とは別の上下方向における動きを提供する。ベース支持アーム２６で使用されるガスばねまたはガスショックはロックおよび／またはミスチューニングすることができる。他の例では、２つ以上の抵抗装置１６，２２が、スキャンのための圧力を提供するために協調して動作できるようにミスチューニングされる。

ミスチューニングは調節、サイジング、または、平衡させないという選択を含む。支持アームに印加される重力の力のすべてには満たない力が相殺される。ミスチューニングのゆえに、超音波トランスジューサ１２は重力によってスキャンの対象物に押し当てられるか、対象物に接触していないときには下向きに動く。ミスチューニングによって、数分またはそれ未満にわたる可能な運動範囲の両端の間の動きが可能になる。ミスチューニングは、スキャンされる対象物のダイ寸法や他の考察に応じて、３重量ポンド以上の圧力を可能にする。ミスチューニングされた抵抗装置１６は重力の作用の幾分かを相殺するので、トランスジューサ１２の重力による患者２８への圧力は抵抗装置１６なしで支持アームに印加される重力による力によって生じる圧力よりも小さい。支持構造の残りの部分がロックさているとき、ミスチューニングされた抵抗装置１６が、患者２８への圧力または超音波トランスジューサ１２の下向きの動きを可能にする。他の方向の動きはロックされるかまたは重力によって妨げられる。

圧力は圧力センサからのフィードバックなしに印加される。圧力の印加はミスチューニングだけで可能になる。例えば、停電の間、支持アーム１４は、ロックはされていないがミスチューニングされている抵抗装置１６によって運動が可能になる。超音波検査技師または患者２８は、抵抗装置の支援のもと、重力に逆らって超音波トランスジューサ１２を持ち上げるのに十分な力をかけるだけでよい。あるいは、圧力センサと共にまたは圧力センサなしで、１つまたは複数のモータを使用して所望の大きさの圧力を印加してもよい。しかし、停電中には、このようなモータ駆動のセンシングされた圧力は得られず、支持アーム１４はロックされてしまう。

抵抗装置１６，２２による抵抗の大きさは製造時、取付時、校正時または使用中に設定される。１つの実施形態では、抵抗装置１６，２２による抵抗は固定されている。他の実施形態では、抵抗は調節可能である。図２には、可調節加力器３４の１つの実施形態が示されている。抵抗装置１６は同じ大きさの抵抗力を印加する。可調節加力器３４を動かすことによって、様々な大きさの、重量に逆らう力が印加される。可調節加力器３４の場合、ステップモータと、スクリュー駆動装置、ベルト駆動装置または他の装置がベースプレートの位置を変える。機械ばねがベースプレートと駆動装置とを連結しており、機械ばねの圧縮と伸長が可能である。圧縮または伸長により、可調節加力器３４が印加する力よりも大きいまたは小さい力が生じる。所望の抵抗を設定するために、ばねまたはプレートの位置が光センサまたはモータセンサによって検出される。図では、抵抗装置１６と可調節加力器３４が直列に接続されているが、並列に接続してもよい。また、他の構造を使用してもよい。リンクの運動に対する抵抗の大きさは変更可能である。抵抗の大きさは支持構造の取付時、使用時または校正時に変更される。

１つの実施形態では、抵抗力の大きさは使用中に調節される。例えば、支持アーム１４の角度に応じて、小さなまたは大きな、重力による力が印加される。支持アーム１４が水平ならば、抵抗装置１６は比較的大きな、重力による力に抵抗しなければならない。支持アーム１４が垂直ならば、抵抗装置１６は重力による力にほとんどまたはまったく抵抗しなくてよい。代わりに、ヒンジ２４、抵抗装置２２およびブレーキ３０が重力を相殺する。

ジョイントセンサ３６は角度を検出する。ジョイントセンサ３６は光センサ、角度センサ、モータセンサ、または支持アーム１６の角度を求める他のセンサである。角度情報は可調節加力器３４の位置選択のために制御器にフィードバックされる。可調節抵抗が重力による力の方向に対する支持アーム１４の角度に応じて調節されるので、圧力は角度にかかわらず実質的に一定である。抵抗の大きさは角度に応じて調節される。所望のどんな圧力範囲も得ることができる。可能な角度と質量が与えられれば、可調節抵抗印加器３４の離散的な調節位置の数が、超音波トランスジューサ１２によって患者２８に印加される圧力の範囲を決定する。例えば、５〜１５重量ポンドの力をもたらすように抵抗の大きさが調節または設定される。より大きな範囲、より小さな範囲、または異なる範囲を提供してもよい。呼吸やその他の動きがある場合でも、小さい方の圧力で十分に超音波トランスジューサ１２はスキャンのための接触ができなければならない。大きな方の圧力は患者２８が不快に感じない程度でなければならない。センサ、機械式リミッタ、または他の制御を用いれば、ある特定の圧力を超えてしまうのを防ぐことができる。危険な圧力を防ぐために、フィードバックセンサを用いてもよい。択一的には、フィードバックセンサは使用されない。

他の構成要素を支持構造に加えてもよい。例えば、図３には、支持アーム１８と連結されたモニタ３２が示されている。モニタ３２は異なるリンクまたは付加的なリンクと連結してもよい。モニタ３２はＣＲＴ、ＬＣＤ、または医用画像を表示するための他のディスプレイ装置である。例えば、超音波トランスジューサ１２が患者をスキャンする。超音波システムはスキャンされた領域の１つまたは複数の画像を生成する。画像はモニタ３２に表示されるので、超音波検査技師にとってもっと見易い場所に画像が提供される。

図４には、超音波トランスジューサを支持する方法の１つの実施形態のフローチャートが示されている。この方法は図１〜３の構造的支持体または別の構造的支持体によって実施される。一連のステップは図示された順序で実行してもよいし、別の順序で実行してもよい。ステップ４０〜４６は全般的に構造的支持体の製造に相当し、ステップ４８〜５４は全般的に構造支持体の使用に相当する。ステップ４０〜４６はステップ４８〜５４なしで実行してもよいし、また逆にステップ４８〜５４をステップ４０〜４６なしで実行してもよい。ステップを付加したり、別のステップを実行したり、より少ないステップにすることも可能である。例えば、ステップ４６のミスチューニングされた抵抗は、ブレーキの配置ならびにステップ４２および４４のブレーキングなしに得られる。別の例としては、ステップ４８においてユーザではなく、コンピュータが位置決めをする。

ステップ４０では、超音波トランスジューサ支持体のアームが連結される。連結は直接的であっても間接的であってもよい。任意のジョイント、ヒンジ、または他の種類の連結を用いることも可能である。連結はスナップフィット連結、ボルト連結、ねじ連結、ラッチ連結、または他の任意の種類の組合せである。

任意の数のアームを連結してよい。連結が支持構造を形成する。アームは、超音波トランスジューサ支持構造に連結された超音波トランスジューサを患者エリア内の任意の位置に支持できるように連結される。

ステップ４２では、少なくとも１つのブレーキが支持構造上に配置される。ブレーキは支持構造が組み立てられるにしたがって付加される。例えば、各アームの上下以外の自由度のそれぞれについてブレーキが設けられる。アームのうちの幾つかまたはすべてが上下運動に対するブレーキも含んでいてよい。ブレーキはアームに組み込んでもよいし、別個に付加してもよい。例えば、ロックタブ付きのガスばねがアームと並列に連結される。ブレーキを支持構造に固定するのにどんな種類の連結を用いてもよい。

ブレーキは患者をスキャンする位置に超音波トランスジューサ支持構造をロックするために支持構造上で位置決めされる。与えられたジョイントまたはアームおよび運動機構の自由度に応じて、１つまたは複数のブレーキが動きを妨げるように位置決めされる。ブレーキを制御線、センサ、および／または制御器と接続してもよい。

ステップ４４では、超音波トランスジューサ支持構造の少なくとも１つの部分を動かすことが許される。支持構造とブレーキは、ブレーキによってロックされているときでさえ、支持構造のある部分が少なくとも１つの自由度に沿って動く（回転および／または並進）ことができるように配置される。例えば、超音波トランスジューサ支持構造がロックされている間にも、ある１つのアームは垂直に動くことができる。垂直運動は回転または並進を介したものであってよい。可動部によって支持されている任意の構成要素または部分も同様に可動であってよい。運動は自由であるか、または束縛されているかである。束縛は反力、摩擦、またはリミッタ（例えば、ある限度を超えた動きを妨げるプレート）に因るものであってよい。

１つの実施形態では、制動された運動が、ブレーキのうちの１つをロックしないことまたはブレーキをかけないことによって可能となる。例えば、ある１つのアームに沿ったガスばねはロックされずに、他のアームに沿った他のガスばね、または同じアームに沿っていても他のガスばねはロックされる。ブレーキを他の目的でロックしてもよい。

ステップ４６では、重力に対する抵抗がミスチューニングされる。前記部分の動く能力は回転または並進の少なくとも１つの範囲のあいだ制限されるが、なくなりはしない。前記部分と任意の支持部材とに作用する重力によって、トランスジューサは患者に押し当てられる。重力の作用は制限されるが、完全に相殺されるわけではない。例えば、ガスばねによる、運動への抵抗は、患者なしではある部分をスキャン中に（すなわち、この部分が空中にあり、何かに寄りかかっていない間）保持するには不十分である。抵抗は生じるが、重力により生じる圧力や運動を妨げるには十分ではない。摩擦抵抗、圧力による抵抗、モータ駆動による抵抗、弾性抵抗、または機械抵抗などの任意の抵抗を用いてよい。

支持構造のある部分が制動された運動を行えるようにすることと、平衡抵抗をミスチューニングすることによって、スキャン中に患者に対してトランスジューサを保持する支持構造が得られる。ロックすることで、横運動のような不所望の運動が防止される。患者が動けば（例えば、胸部スキャンの最中の呼吸）、患者から生じる力が支持構造を持ち上げるように作用する。しかし、重力が患者の動きに関係なく実質的に同じ圧力を維持する。ここで、「実質的に」という語は加速度と許容差の効果を明らかにするために使用されている。圧力はより複雑なフィードバックセンシングとロボット制御を行わずに得られる。他の実施形態においては、または所望の圧力の維持を支援するためには、フィードバックセンサを用いてよい。

ステップ４８では、組み立てられた支持構造が超音波検査技師によって使用される。超音波トランスジューサはユーザによって位置決めされる。ユーザはトランスジューサおよび／または支持構造に力を印加する。ユーザは支持構造とトランスジューサの位置決めをする。トランスジューサは患者に隣接して、例えば患者の胸部上方にまたは胸部に押し当てて、位置決めされる。代替的な実施形態では、ユーザではなく、モータや他の動力源によって印加された力が超音波トランスジューサを位置決めする。

位置決めの間、支持構造は一般に重力との平衡を維持する。ユーザはこの平衡または他の摩擦を克服するために力を印加する。ミスチューニングされる部分は位置決めの最中にミスチューニングされるようにしてよい。ユーザはミスチューニングされた部分を位置決めするために重力による力を相殺したり、重力による力に付勢する。代替的に、ミスチューニングされた部分は、位置決めのあいだまたは使用していないときに、前記部分が平衡状態にあるように調節される。

ステップ５０では、超音波トランスジューサ支持構造がロックされる。運動を妨げるよう位置決めされた機械式リミッタのようなブレーキがかけられる。ユーザはスイッチを作動させる。これに応答して、制御器がブレーキを作動させる。例えば、サーボまたはステップモータが、ブレーキパッドを表面に対して位置決めする、ギアロックを係合させる、ジョイントモータを止める、ピンを調節する、またはブレーキをロックする他の動作を行う。あるいは、ユーザが手動で１つまたは複数のブレーキをロックする。他の実施形態では、ロックを行わない。代わりに、平衡が利用される。重力または他の運動に対する抵抗が支持構造を十分に保持する。上向きのどの運動もミスチューニングされた部分の下向きの運動によって相殺される。

ステップ５２では、超音波トランスジューサが患者に押し当てられる。例えば、トランスジューサが胸部に押し当てられる。圧力は、モータを使用せずに、受動的に印加される。

圧力の大きさは任意である。押し当ては重力に対する抵抗をミスチューニングすることで生じる。患者に印加される圧力を制限するために抵抗を与えることもある。支持構造の前記部分は、支持構造の残りの部分がロックされていたり、平衡状態で圧力を印加しているときでも、可動である。

調節可能な抵抗ならば、ステップ５０のロック動作で抵抗の調節が行われる。これがミスチューニングを活動化させる。代替的には、ミスチューニングはスキャンに使用されていないときでも存在する。支持アームは、ミスチューニングされた部分をリミッタにもたれ掛けさせたり、垂直位置に保ったりするなどのように、ミスチューニングされた部分の運動を妨げるように収容される。

ステップ５４では、超音波トランスジューサによって患者がスキャンされる。送信波形がトランスジューサに印加される。トランスジューサは波形を音響エネルギーに変換する。音響エネルギーからのエコーがトランスジューサによって受信され、電気エネルギーに変換される。素子のアレイおよび／またはトランスジューサの機械的運動を用いることで、患者の２次元または３次元領域のスキャンが可能になる。例えば、患者の胸部ボリュームがスキャンされる。音波干渉を避けるために、スキャン中、トランスジューサは患者に当てられたままで維持される。ミスチューニングによる一定圧力がスキャンのための接触を維持するのに十分な圧力を印加する。

画像は受信した電気信号を用いて生成される。ビームフォーミングを用いることで、種々の場所を表すデータが生成される。このデータは、平面またはレンダリングされたボリュームを表す２次元画像を生成するために、スキャン変換され、レンダリングされる。画像は超音波検査技師が使用できるモニタに、例えば支持アームに取り付けられたモニタなどに、表示される。

別の実施形態では、トランスジューサホルダが機械化されたスキャンシステムを有する。この機械化されたスキャンシステムは、３次元スキャンを実行するために、１次元アレイの揺動または直線運動のようにアレイを動かす。超音波システムは電気信号を受信および処理し、スクリーン上に３次元画像を表示する。アームロック機構はアーム支持体を保持し、スキャン持続時間（例えば６０〜１２０秒）の間、不所望な運動を防止する。

スキャン後、超音波検査技師はシステムのロックを解除し、トランスジューサホルダを位置を変えることができる。別の実施形態では、スキャンが完了したときにミスチューニングが調節される。スキャンの完了は、ユーザによるアームのロック解除、他のユーザ入力、または３Ｄスキャンの完了によって示される。これに応えて、ミスチューニングは戻される。抵抗は重力を克服する以上に増大する。その結果、支持アームとトランスジューサは患者から離れて上に向かって動く。これにより、患者が自由に動けるほどの高さまでトランスジューサを移動させることができ、超音波検査技師は所望の高さのクリアランスまで手が届かなくてもよい。

これまで本発明を複数の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更を加えることが可能であるものと理解されたい。それゆえ、上記の詳細な説明は限定を意図するものではなく、説明目的のものであり、本発明の趣旨および範囲を決定するのは、添付した特許請求の範囲およびそれに相等するもの全てであると理解されなければならない。

Claims (19)

1. 超音波スキャンのためのシステムであって、
   超音波トランスジューサと、
   前記超音波トランスジューサと連結した少なくとも第１の支持アームと、
   抵抗装置とを有しており、
   前記第１の支持アームは可動であり、
   前記抵抗装置は、前記抵抗装置なしの場合の前記第１の支持アームに印加される重力による力から生じる圧力よりも小さな圧力で前記超音波トランスジューサがスキャンの対象物に押し当てられるように、前記第１の支持アームに印加される重力による力よりも小さな力で、前記第１の支持アームに印加される重力による力に対抗するように構成され、
   前記抵抗装置は可調節抵抗を含んでおり、該可調節抵抗が重力による力の方向と前記第１の支持アームとがなす角度に応じて調節されることにより、該角度にかかわらず圧力が実質的に一定となる、
   ことを特徴とする超音波スキャンのためのシステム。
2. 前記第１の支持アームは上下方向に可動である、請求項１記載のシステム。
3. 前記抵抗装置はガスばねを含んでいる、請求項１記載のシステム。
4. 前記抵抗装置はばねを含んでいる、請求項１記載のシステム。
5. 圧力センサからのフィードバックなしに圧力が印加される、請求項１記載のシステム。
6. 前記第１の支持アームに連結された第２の支持アームをさらに有しており、該第２の支持アームの前記第１の支持アームへの連結が前記第２の支持アームの軸回りに回転可能である、ヒンジ連結である、または回転可能かつヒンジ連結である、請求項１記載のシステム。
7. さらにブレーキを有しており、該ブレーキは、前記第２の支持アームの位置を固定するとともに、前記第１の支持アームが圧力を印加できるように形成されている、請求項６記載のシステム。
8. 前記第１の支持アームは、停電中、前記第２の支持アームがロックされているあいだ可動である、請求項７記載のシステム。
9. 前記第１の支持アームに連結されたモニタをさらに有しており、該モニタは前記超音波トランスジューサによって得た前記対象物の画像を表示することができる、請求項１記載のシステム。
10. 超音波トランスジューサと、超音波トランスジューサ支持構造と、抵抗装置とを備えた超音波スキャンのためのシステムの作動方法であって、ここで、前記抵抗装置は可調節加力器を含んでおり、前記方法は、
    患者をスキャンする位置に超音波トランスジューサ支持構造をロックするために少なくとも１つのブレーキが配置され、
    前記超音波トランスジューサ支持構造がロックされている間、前記超音波トランスジューサ支持構造の少なくとも一部分が少なくとも１つの方向に沿って動かされ、
    前記超音波トランスジューサが患者に押し当てられるように、前記一部分における重力による力と前記抵抗装置の抵抗とが非平衡状態となるように前記抵抗が調節され、
    前記可調節加力器を用いて、前記抵抗装置によって印加される力を、重力による力の方向に対して、前記超音波トランスジューサと連結した第１の支持アームがなす角度に応じて調節することにより、該角度にかかわらず、前記患者に印加する圧力を実質的に一定にする、
    ことを特徴とする、方法。
11. 前記第１の支持アームにロックタブ付きの第１のガスばねが設けられ、前記超音波トランスジューサ支持構造の前記一部分にある第２のガスばねはロックされず、前記１つの方向は垂直方向であり、前記患者なしでは前記一部分を保持できない程度に前記第２のガスばねで前記抵抗が調節される、請求項１０記載の方法。
12. 前記超音波トランスジューサは、患者の呼吸に関係なく、フィードバックセンシングを用いずに、実質的に同じ圧力で患者に押し当てられる、請求項１０記載の方法。
13. 前記超音波トランスジューサ支持構造のアームは、前記超音波トランスジューサ支持構造に連結された超音波トランスジューサを患者エリア内の任意の位置に支持できるように連結され、前記少なくとも１つのブレーキが上下以外の各自由度について設けられる、請求項１０記載の方法。
14. 前記超音波トランスジューサ支持構造に連結された超音波トランスジューサは、ユーザによって印加された力により患者の胸部に隣接するように位置決めされ、前記超音波トランスジューサ支持構造はロックされ、前記超音波トランスジューサは前記抵抗装置の抵抗に従って前記胸部に押し当てられ、前記胸部が前記超音波トランスジューサでスキャンされる、請求項１０記載の方法。
15. 超音波スキャンのためのシステムであって、
    互いに対して可動の複数のリンクと、
    前記複数のリンクのうちの第１のリンクと結合された超音波プローブと、
    前記複数のリンクのうちの第２のリンクまたは前記第１のリンクを安定した位置に維持する第１のリンクホルダと、
    下向きの動きを可能にし、前記複数のリンクのうちで前記第１のリンクホルダによって維持されるリンクとは別の前記第２のリンクまたは前記第１のリンクの動きに抵抗するように構成された第２のリンクホルダと、
    前記第２のリンクホルダの動きに対する抵抗の大きさを変えるように形成された可調節加力器と、
    を含んでおり、前記可調節加力器は、前記第１のリンクまたは前記第２のリンクの水平からの角度に応じて前記抵抗の大きさを調節して、前記角度にかかわらず、スキャンの対象物に印加される圧力を実質的に一定にする、
    ことを特徴とする超音波スキャンのためのシステム。
16. 前記第１のリンクまたは前記第２のリンクの水平からの角度を求めるジョイントセンサをさらに含んでいる、請求項１５記載のシステム。
17. 前記第２のリンクホルダに接続された前記第１または第２のリンクは停電中に動くように形成されている、請求項１５記載のシステム。
18. 前記第１または第２のリンクに結合されたモニタをさらに含んでおり、該モニタは前記超音波トランスジューサによって得た前記対象物の画像を表示することができる、請求項１５記載のシステム。
19. 前記抵抗の大きさは使用中に５〜１５重量ポンドの力を生じさせる、請求項１５記載のシステム。

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