JP6363229B2 - 超音波データ収集 - Google Patents

Description

関連出願

[0001] 本出願は、２０１４年２月５日に出願され、本明細書にその全体が参照によって組み込まれている米国仮出願第６１／９３６，２３２号に優先権を主張する。

［0002］ 図１は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図５は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図６は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図７は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図８は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図９は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１０は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１１は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１２は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１３は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１４は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１５は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１６は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１７は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図８は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図１９は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２０は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２１は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２２は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２３は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２４は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２５は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２６は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２７は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２８は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図２９は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３０は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３１は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３２は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３３は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３４は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３５は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３６は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３７は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３８は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図３９は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４０は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４１は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４２は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４３は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４４は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４５は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４６は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４７は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４８は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図４９は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図５０は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。 図５１は、本発明の一つまたはそれより多くの実施形態に従った特徴を示す。

詳細な説明

［0003］この特許出願は、本発明の１つまたはそれより多くの実施形態を説明することを意図する。「しなければならない（must）」、「しようとする（will）」、等々の絶対的な用語の使用、ならびに、特定の量は、そのような実施形態の１つまたはそれより多くに適用可能であるが、必ずしも全てのそのような実施形態に適用可能ではないと解釈されるべきとして理解されるべきである。このように、本発明の実施形態は、そのような絶対的な用語の文脈において記載された１つまたはそれより多くの特徴または機能の改変を省略したり、または、含んだりすることができる。

［0004］ 本発明の実施形態は、多数の汎用または専用のコンピューティングシステム環境または構成で動作することができる。本発明と共に使用するに好適であり得る、周知のコンピューティングシステム、環境、および/または、構成の例は、限定はされないが、電子医療デバイス、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドまたはラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、セットトップボックス、プログラム可能な民生機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のシステムまたはデバイスのいずれかを含む分散コンピューティング環境、等々が含まれる。

［0005］ 本発明の実施形態は、コンピュータによって、および/または、そのような命令またはモジュールが記憶され得るコンピュータ読み取り可能な媒体により実行される、プログラムモジュール等のコンピュータ実行可能命令の全般的な文脈の中で説明され得る。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、特定の抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。本発明は、また、タスクが通信ネットワークを介してリンクされるリモート処理デバイスによって実行される、分散コンピューティング環境で実施され得る。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、メモリ記憶デバイスを含むローカルとリモートの両方のコンピュータ記憶媒体に配置され得る。

［0006］ 本発明の実施形態は、様々なコンピュータ読み取り可能な媒体に含まれる、または、実装され得る。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得、揮発性および不揮発性媒体の両方、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体を含む。限定ではなく例として、コンピュータ読取り可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体、および、通信媒体を含み得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、または、他のデータ等の情報の記憶のための任意の方法または技術で実装される揮発性および不揮発性、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、限定はされないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、フラッシュメモリ、または、他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、または、他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、または、所望の情報を記憶するために用いられることができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含む。通信媒体は、通常、搬送波または他の移送機構等の変調されたデータ信号の中にコンピュータ読取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または、他のデータを具現化し、任意の情報配信媒体を含む。「変調されたデータ信号（modulated data signal）」の用語は、信号内に情報を符号化するような方法で設定または変更された特性の１つまたはそれより多くを有する信号を意味する。限定ではなく例として、通信媒体は、有線ネットワーク、または、直接有線接続等の有線媒体、および、音響、ＲＦ、赤外線、および、他の無線媒体等の無線媒体を含む。上記のいずれの組合せも、コンピュータ読出し可能な媒体の範囲内に含まれるべきである。

［0007］ １つまたはそれより多くの実施形態に従って、コンピュータ読出し可能な媒体とソフトウェアまたはコンピュータ実行可能命令の組み合わせは、機械または装置を作りだす結果となる。同様に処理デバイスによるソフトウェアまたはコンピュータ実行可能命令の実行は、一実施形態に従って、処理デバイスそれ自体から区別することができる機械またはデバイスを作りだす結果となる。

［0008］ これに対応し、コンピュータ読み出し可能な媒体は、ソフトウェアまたはコンピュータ実行可能命令をその上に記憶することによって変化されることが理解されるべきである。同様に、処理デバイスは、ソフトウェアまたはコンピュータ実行可能命令を実行する過程で変化される。さらに、処理デバイスによるソフトウェアまたはコンピュータ実行可能命令の実行中に、または、その他それに関連して処理デバイスに入力されるデータの第１のセットは、そのような実行の結果としてデータの第２のセットに変換される。このデータの第２のセットは、その後、記憶され、表示され、または、他の方法で通信され得る。上記の各例で触れられた、このような変換は、コンピュータ読み取り可能な媒体の部分の物理的変化の結果であり得、または、その他含んでいてもよい。上記の各例において言及された、そのような変換は、また、例えば、処理デバイスによるソフトウェアまたはコンピュータ実行可能命令の実行中の処理デバイスに関連付けられたレジスタおよび／またはカウンタの状態の物理的変化の結果、または、その他の方法で含み得る。

［0009］ 本明細書において用いられる場合、「自動的に（automatically）」行われるプロセスは、機械実行される命令の結果として行われ、ユーザの嗜好の設定以外に、手作業を必要としないことを意味し得る。

［0010］ 本発明の開示は、ある種の超音波スキャナ（本文書において、ＢｌａｄｄｅｒＳｃａｎ製品と呼ばれ得る）のための既存のキャリブレーション方法に対するいくつかの潜在的なオプションとしての利点を論じる。実施形態は、キャリブレーションプロセスに含まれる３つの問題を解決しようと試みている。第１に、この方法は、キャリブレーション結果を劣化させることが知られているトランスデューサの回転とドームの中心との間のずれ量を検出し、キャリブレーション手順への負の影響を最小化する。第２に、この方法は、ギアバックラッシュおよび/または機械加工誤差によって引き起こされる双方向スキャンによって獲得される画像フレーム間のずれを最小限にすることを試みしました。実施形態が取り組もうと試みる第３の問題は、水タンクと外部の超音波ターゲットを使用せずにキャリブレーションを可能にすることである。

［0011］ 実施形態は、このような超音波スキャナの既存のキャリブレーション方法上のオプションとしての利点を提案する。

［0012］ＢｌａｄｄｅｒＳｃａｎ製品は、３次元（３Ｄ）円錐状の超音波データを獲得し、解析することにより膀胱の容積を測定する。ＢｌａｄｄｅｒＳｃａｎを用いた容積測定結果の精度に影響を与える最も重要な要因の一つは、取得した３次元超音波データの、キャリブレーションパラメータのセットによって決定される、幾何学的構造である。既存のアルゴリズムを用いたキャリブレーションパラメータの計算は、組み立て誤差によって引き起こされるトランスデューサの回転とドームの中心とのずれ量に敏感であることがわかった。したがって、提案された方法が解決することを提案する第１の問題は、回転とドームとの中心の間のずれ量を検出し、キャリブレーションプロセスへの悪影響を最小にすることである。

［0013］ １方向のスキャンのみが行われるＢｌａｄｄｅｒＳｃａｎ９４００と異なり、次世代のＢｌａｄｄｅｒＳｃａｎ製品は、モータを、時計回りまたは反時計回り方向、または、連続して両方向に動かすことによってデータフレームが獲得され得る、双方向のスキャンを行う。双方向スキャンの利点の１つは、リアルタイムＢモードのフレームレートが、モータ速度が両方の場合で同じであるとして、１方向スキャンに比べて倍になることである。また、３Ｄ容積のためのデータ取得時間が半分に減少され得る。他方、潜在的な加工誤差やギアのバックラッシュにより、２つの異なるスキャンによって取得されるデータフレームは、お互いに自動的に整列されず、リアルタイムのＢモード画像のずれと容積測定の正確性への負の影響をもたらす。そうして、実施形態が解決しようとする第２の問題は、双方向スキャンによって取得された超音波画像を整列することである。

［0014］ 現在のＢｌａｄｄｅｒＳｃａｎ９４００のキャリブレーション処理については、プラスチック製の水槽に設置されたスパイラル状の超音波ターゲットが使用される。オペレータは、キャリブレーションを行う際に十分な量の水でタンクを満たし、完了後にタンクを空にする必要があり、それは時間の浪費である。また、上述したように、現在のキャリブレーションアルゴリズムの１つの仮定は、回転とドームとの中心間の完全な整列である。超音波ターゲットは水槽内に配置されているので、ドーム中心がスパイラル状ターゲットの中心と整列されるべきであるとの要件もある。また、トランスデューサの回転とドームとの中心間のずれと同様に、ドームと超音波ターゲットとの中心間の小さなずれが、正しくないファイ（Phi）オフセット値の原因となり、時にはキャリブレーションに失敗させる。従って、キャリブレーションプロセスからの水槽の必要性を除くことによって、不正確なキャリブレーション結果に寄与する１つのエラー源を排除することができる。そうだから、解決したい第３の問題は、水槽や超音波ターゲット等の外的な備品を何ら使用せずにキャリブレーションを可能にすることである。

［0015］ ３つの異なるアプローチが検討されている。最初のアプローチは、（すなわち、アルゴリズム Ｉ）は、回転とドームとの中心間のずれの量を確定的に算出し、双方向スキャンのファイ発射オフセット値（Phi firing offset values）を推定し、ＤＣＭの潜在的な障害を検出する。第２のアプローチ（即ち、アルゴリズム ＩＩ）は、再帰的な最適化方法でキャリブレーションパラメータを解くよう努め、そこでは、最適なパラメータが、計算されたドームジオメトリによって構築される球体と完全な球体との間の差を最小化することにより推定される。第３のアプローチは、ファイオフセットとギアのバックラッシュ値を推定することにおいて、相互相関を利用する。

［アルゴリズム Ｉ］
（概要）
[0016] 図１は、提案されたアルゴリズムのハイレベルブロック図を示す。アルゴリズムの最初のステップはＢｌａｄｄｅｒＳｃａｎのデータ収集モジュール（data collection module：ＤＣＭ）の回転とドームとの中心間の距離（即ち、ずれ量）を検出することである。ずれ、並びに、最大のずれ量をもった対応する面を検出した後、アルゴリズムは、当該平面に垂直な平面にシータ（Theta）モータを回転させる。このプロセスは図２（ａ）により明確に示されており、青い円がドームを表している（プローブの頂部から見て）。回転とドームとの中心間の面内ずれが潜在的に存在する最初のシータ面で常にキャリブレーションを行う代わりに、提案されたアルゴリズムは、ずれの悪影響が最小になるように、最小量の面内のずれをもった面でキャリブレーションを行う（図２（ｂ）。シータモータの回転後、アルゴリズムは、データ面の対称性情報に基づいて、順方向および逆方向のスキャンのためのファイ発射オフセットを決定する。算出されたファイ発射オフセットでもって、キャリブレーションアルゴリズムは、ＤＣＭに、ＤＣＭの潜在的なゆがんだ背の検出のために使用される３Ｄデータの新しいセットを取得するよう指示します。最後に、全てのデータ面からの中央のスキャンラインが、それらの間の類似性をチェックすることにおいて比較されます。これらのスキャンライン間の差が予め定められたカットオフ値以下である場合、キャリブレーション処理は成功する。それ以外の場合は、キャリブレーションは、背のひどいゆがみに起因して失敗となる。

（ステップ１．ずれの検出）
［0017］ 図３は、ずれ検出アルゴリズムの図示を提供します。青い円は（プローブの頂部から見た）ドームを表し、青い点はドームの中心部である。赤い点は回転中心を表し、赤の実線は最初のシータ面内における最初のスキャンラインを表す。赤の実線の長さは、回転中心とドームの壁との間の距離を表す。赤い円は、回転中心（すなわち、赤いドット）の周りに赤い実線を３６０度回転させることによって形成された。

[0018] 回転とドームとの中心間にずれが存在しないと仮定する、即ち、赤と青のドットが同じ位置にあると、赤と青の円も、お互いに重ねられるべきである。回転中心からの距離（即ち、赤の実線）からの距離が全てのシータ面で同じあるべきであることを意味する。しかし、回転とドームとの中心間のずれに起因して、赤と青の円は、図３に示されるように、もはやお互いに重ねられない。回転中心とドームの間の距離は、異なる面について変化させることになる。図３において、回転中心とドームとの間の最短および最長の距離は、それぞれ、Ｓ２およびＳ３として示される。

［0019］ 理論的には、距離Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が、アルゴリズム ＩＩで説明されたように、反射された超音波エコーに存在する反響パターンに基づいて推定することができる。しかし、計算はノイズに比較的敏感である。線Ｓ１、Ｓ２、および、Ｓ３の間の相対変位に基づいて、回転（赤い点）とドーム（青い点）との中心間の距離は、以下の式を介して推定され得る。
ｄ_１＝ｄｉｓｐ（Ｓ_２， Ｓ_１） （１）
ｄ_２＝ｄｉｓｐ（Ｓ_３， Ｓ_１） （２）
ｄ＝（ａｂｓ（ｄ_１）＋ａｂｓ（ｄ_２））／２） （３）

[0020] ここで、ｄｉｓｐ（ ， ）は２信号間の変位を計算し、それを距離に変換するものであり、ａｂｓ（ ）は絶対値を得るものであり、ｄ１とｄ２は、それぞれ、Ｓ１とＳ２との間、および、Ｓ１とＳ３との間の距離を表し、ｄは回転とドームとの中心間のずれ量である。

［0021］ 回転とドームとの中心間のずれ量を取得した後、面のどれが面内ずれの最大量を持つのかも知ることになる。そうして、アルゴリズムは、最大の面内ずれを有する面に垂直な面にシータモータを回転させるよう、ＤＣＭに命令し得（図２（ａ））、キャリブレーション手順の残りを実行する。

（ステップ２．ホーム（垂直）からデータが変換器によって収集され始める角度までのブラインドスポットである、前方スキャンファイ発射オフセットの決定）
［0022］ 前方スキャンファイ発射オフセット値の目的は、前方スキャンフレームが対称であることを保証することにおいて、前方スキャンの間の最初のスキャンライン（即ち、最初の超音波送信）位置を決定するためである。前方スキャンファイ発射オフセット値は、図４に示されるように、データフレームの対称性情報に基づいて、反復的に決定され得る。デフォルトファイ発射オフセット値で始まって、前方スキャンデータが獲得され、データの非対称性が推定される。非対称性の量に基づいて、ファイ発射オフセット値が調整され、更新され、その後、前方スキャンデータが、更新されたファイ発射オフセット値で再度獲得される。データ非対称性の量が極小である場合に最適なファイ発射オフセット値が見出されることを示唆し、図４に示されるように、この手順は、青い点のカーブがゼロを横切るまで、複数回繰り返される。そして、この前方スキャンファイ発射オフセット値は、スキャンパラメータの１つとして保存され、また、キャリブレーションプロセスの残りのために用いられ得る。

（ステップ３．後方スキャンファイ発射オフセットの決定）
［0023］ 前方スキャンフレームが対称であることを確実にした後、アルゴリズムは、後方スキャンを前方スキャンフレームに一致させようとする。後方スキャンフレームのファイ発射オフセットが図４に示されたものと同じステップを通して決定されない理由は、前方と後方とのスキャンフレームをお互いにずれさせるであろう、潜在的なギアのバックラッシュが存在することである。ギアバックラッシュを補償するために、別のアプローチが、後方スキャンファイ発射オフセット値を決定するのに使用される。

［0024］ 後方スキャンのファイ発射オフセット値を決定する手順が図５に示される。青の線は、前方スキャンからのスキャンラインを表し、赤の線は後方スキャンのスキャンラインを表す。前方と後方のスキャンを整列させるために、前方スキャンの最後のスキャンライン（青）を、後方スキャンの最初のスキャンライン（赤）と整列する必要がある。モータが一定の速度で動作すると２つの連続するスキャンラインの間のスペースインターバルが合理的に同じであるので、前方と後方とのスキャン面の間の整列は、前方スキャンの最後のスキャンラインと後方スキャンの最初のスキャンラインを整列させることによって達成される。

［0025］ 前方と後方とのスキャンからの２つのスキャンライン間の最良の一致を探索することにおける時間を最小限にするために、図５に示されるように、非常に高い密度のスキャンラインが、より頻繁に超音波信号を送受信することによって形成される。各スキャンラインの超音波シグナチャは、モータが動く間に超音波信号ドームの異なる領域から反射し戻るので、お互いの間で変化する。２つのスキャンラインがドームの同じスポットから反射される場合、それらの間の相関が最大にされるべきである。前方スキャンの最後のスキャンラインと後方スキャンの間に収集されたスキャンライン（高密度）毎との間の相関を計算することによって、後方スキャンからの最良一致スキャンラインが特定され得、スキャンラインのタイミングが、後方スキャンについてのファイ発射オフセット値のために使用され得る。

（ステップ４．ゆがんだ背の検出）
［0026］ 不正確な膀胱容積測定に寄与する主要な発生源の１つは、図６（ｂ）に示されたゆがんだ背であり、ＴＸＵは、紙の中と紙の外に移動するトランスデューサを表す。ＤＣＭ中の潜在的なスゆがんだ背を検出し、好ましくは、容積測定の不正確さを補償するために、オプションとして有利である。

［0027］ 前方および後方スキャンのファイ発射オフセット値を決定した後、ＤＣＭの背がひどくはゆがんでいないと仮定すると、全ての画像面からの中心スキャンラインは、図７（ａ）に示されるようにドームの合理的に同じスポットから反射されるので、全ての画像面からの中心スキャンラインは、大部分は同様であるべきである。他方、図７（ｂ）におけるゆがんだ背により、異なる面からの中心スキャンラインは異なる位置でドームと交差し、より大きくゆがんだ背は、中央スキャンライン間のより大きな差につながる。スキャンライン間の差の量（相関係数によって測定される）が、それを容積の不正確さと相関することによって決められ得る、予め定められたカットオフ値を超えた場合に、キャリブレーションアルゴリズムは、図１に示されたように、ＤＣＭの障害についてカスタマに通知すべきである。

［アルゴリズム ＩＩ］
［0028］ このアルゴリズムのために、連続したパターン間のギャップの大きさは、トランスデューサとドーム面との間の距離として決定されるとの主要なことを使用する。ギャップサイズ情報を、ファイ／シータテーブルとゆがみ角／オフセット値とから得られるトランスデューサ位置情報と組み合わせることによって、各スキャンラインにおけるドーム面に対応するサンプル点の位置、即ち、ドームジオメトリ、が推定され得る。このプロセスは、真球に最も近いドームジオメトリを得るまで、様々なゆがみ角／オフセット値を用いて繰り返され得る。最も良く一致するドームジオメトリに対応するゆがみ角／オフセット値の情報は、キャリブレーションパラメータとして使用される。このアルゴリズムは、トランスデューサとドーム面との間の距離に依存するので、トランスデューサ回転とドーム中心との間の意図的なオフセット値が、対称性による、検出不可能な動き誤差を回避することが望ましい（図９）。例えば、トランスデューサ回転とドーム中心が同じ場合、トランスデューサ−ドーム距離がファイオフセットに関係なく一定であるから、トランスデューサのファイ動きにおける誤ったオフセット値は検出されることができない。獲得された面とスキャンラインの数は、システムに応じて変わり得る。以下は、提案されたキャリブレーションアルゴリズムの詳細な手順（図８）である。

（ステップ１．超音波データ収集）
［0029］ キャリブレーションの最初のステップとして、超音波データが、空気中で（即ち、水槽と超音波ターゲットなしで）収集される。

（ステップ２．空気中スキャンパターン間のギャップサイズ推定）
［0030］ 連続した空気中スキャン反響パターン間のギャップの大きさは、トランスデューサ−ドーム距離に比例する（図１０）。ギャップの大きさは、空気中スキャンパターンを検出することにより、Ｂモード画像で検出され得る。より進んだ方法として、より正確にギャップの大きさを推定するために、反響パターンの群を抜いて高い空間周波数を検出することができる（図１１）。

（ステップ３．ドームジオメトリの推定）
［0031］ トランスデューサの動きに誤差がないと仮定した場合、各スキャンラインについてのトランスデューサの３Ｄ位置は、ファイと回転情報から得られることができる。そして、各スキャンラインでのドーム表面に対応するサンプル点の位置は、スキャンラインでのギャップの大きさ情報を用いることによって推定され得る。このドームジオメトリ推定結果の例が、図１２に示される。同じように、ドームジオメトリが、トランスデューサの動き誤差が存在する場合に推定され得る。このドームジオメトリ推定プロセスは、トランスデューサのゆがみ角度とオフセット値を変えることによって、何度も繰り返される。

（ステップ４．最も良く一致するゆがみ角／オフセット値の選択）
［0032］ 最も良くフィットする球が、推定されたドームジオメトリの各々について決定され得る（図１３）。ドーム形状が真球状であるという仮定に基づいて、そのフィットする球から最も小さい偏差（例えば、平均二乗誤差）をもたらしたドームジオメトリが、最も良く一致したケースとして選択される。最も良く一致するケースに対応するゆがみ角とオフセット値は、キャリブレーション結果として考慮され得る。

［アルゴリズム ＩＩＩ］
［0033］ キャリブレーション処理の主な目的の一つは、Ｂモード画像の配向を正しくするために、適切なファイオフセットおよび発射遅延値を推定することである。これは、図１４に示されるように、Ｂモード画像を、１８０度シータ回転後の同じスキャン面における別のＢモード画像と比較することによって行われ得る。オフ角度検出の感度を増すために、ファイ回転とドーム中心間の意図的なオフセット（図９）が望まれる。

［0034］ ファイの動き自身、例えば、ギアのバックラッシュ、におけるいくつかの小さな誤差は、上記の手順を用いて検出することはできない。ギアバックラッシュを補償するようにファイオフセットと発射遅延値を推定するために、追加のステップが、オプションとして有利になる。このプロセスは、シータモータを動かすことなく異なるファイの動きでもって獲得された画像を比較することを除き、基本的に図１４と同じである。単純な空気中スキャンキャリブレーションのための詳細なステップ毎の手順は次のとおりである（図１５）。

（ａ．ファイオフセットキャリブレーション）
［0035］ ステップ１： スキャン面において空気中のスキャンデータ（Ｂモード）を収集する。

［0036］ ステップ２： １８０度のシータ回転後に、同じファイの動きでもって、同じ面における別の空気中のスキャンデータを収集する。

［0037］ ステップ３： ２つのＢモード画像間のファイ角度差を推定する。２つの画像の相互相関が、単純な推定方法として使用され得る。

［0038］ ステップ４： 推定されたファイ角度差が十分に小さい場合、現在のファイオフセット／発射遅延値をキャリブレーションのために使用する。そうでなければ、校正のための遅延値を発射/オフセット。それ以外の場合は、差に応じてファイオフセット／発射遅延を調整し、その後、ステップ１−４を繰り返す。

（ｂ．バックラッシュキャリブレーション）
［0039］ ステップ１： 前方ファイ動きでのスキャン面における空気中スキャンデータ（Ｂモード）を収集する。

［0040］ ステップ２： 後方ファイ動きでの同じ面における別の空気中スキャンデータを収集する。

［0041］ ステップ３： ２つのＢモード画像間のファイ角度差を推定する。２つの画像の相互相関が、単純な推定方法として使用され得る。

［0042］ ステップ４： 推定されたファイ角度差が十分に小さい場合、バックラッシュキャリブレーションのために、現在のファイオフセット／発射遅延値を使用する。そうでなければ、差に応じてファイオフセット／発射遅延を調整し、その後、ステップ１−４を繰り返す。

（位置センサを用いたリアルタイムＣモードのための方法）
[0043] 三次元超音波は、音波伝達および/または機械的なトランスデューサの運動のための遅延時間から、達成可能なボリュームレートに制限をもつ。同じ制限をもつ現在の超音波膀胱スキャナでは、プローブがスキャンの間に静止に留まっていない場合、動きによるひどいぼやけ（severe motion blur）が生じる。このため、ほとんどの膀胱スキャナは、プローブ照準についてのリアルタイムイメージングモダリティを提供しない。いくつかの最近導入された膀胱スキャナは、より高いフレームレートのために１つの平面内でのトランスデューサの動きを制限することによって、リアルタイムのＢモードをサポートする。Ｂモード撮像面は、プローブの運動の面に対して垂直であるため、このＢモードは、有用だが、依然不便である。代わりに、理想的な照準ガイドとして、本発明は、それを実現するために、リアルタイムＣモード膀胱画像化と二つの方法を導入する。第一の方法は、プローブの動きを補償するために、位置センサから得られるプローブの並進運動/回転運動の情報を使用する。他の方法は、ユーザに、より効率的に動きよるぼやけが生じたデータを解釈させるために、新しいユーザインタフェースを使用する。

［0044］ ３次元超音波は、音波伝達についての遅延時間から、達成可能なボリュームレートの制限をもつ。機械式３Ｄプローブでは、制限は、トランスデューサの動きのための追加の遅延に因りより厳しくなり、それは、通常、ボリュームスキャンのために２−３秒を必要とする現在の超音波膀胱スキャナの場合である。この低ボリュームレートで、オペレータによるプローブの動きは、超音波データに動きによる深刻なぼやけを生じる。このため、現在の超音波膀胱スキャナの大半は、リアルタイムイメージングモダリティを提供していない。これは、プローブを照準することにおいて不便を引き起こす。最近、いくつかの新しい膀胱スキャナは、より高いフレームレートのために１つの平面内のトランスデューサの動きを制限することにより、リアルタイムＢモードを提供するが、Ｂモードは、それが膀胱の位置と形状の部分的な情報のみを提供するため、プローブ照準についての理想的なイメージングモダリティから依然として遠い。加えて、Ｂモードは、撮像面がプローブ運動の面に対して垂直であるため、使用することは容易でない。対照的に、Ｃモードは、その撮像面がプローブの動きと平行であるので、非常に直観的である。しかし、Ｃモードは、それが完全な３次元ボリュームデータを必要とするため、低ボリュームレートのプローブでは、リアルタイムで実現することは困難である。

［0045］ 本発明の実施形態は、理想的なプローブ照準ガイドとして、リアルタイムＣモード膀胱イメージングのための新しい方法を導入する。第一の方法は、超音波データと組み合わせて、プローブ位置と方向の情報を測定する／導出するために使用することができる、例えば、慣性測定ユニット、磁気や光センサ、等のセンサを使用する。位置センサを用いたリアルタイムＣモードプロセスは、以下のように概説される：
ａ．リアルタイムで、相互に同期された超音波とプローブ位置センサデータを取得する。

ｂ．最新の１−５秒間に取得された超音波データから、各スキャンラインでの膀胱壁に対応するサンプル点を検出する。

ｃ．プローブからの膀胱壁のサンプル点の相対的位置情報を導出する。

ｄ．各スキャンラインでの位置センサデータから、絶対的なプローブの位置および方向の情報を導出し、各スキャンラインでのプローブの並進運動と回転運動の情報を導出する。

ｅ．各スキャンラインにおいてプローブの並進運動と回転運動を補償することによって、相対的な膀胱壁のサンプル位置を絶対的な位置に変換する。

ｆ．絶対的な膀胱壁の位置に基づいて、プローブの動き補償を最適化し、集められたサンプル点を膀胱様の形状にするために、プローブの運動パラメータを微調整する。

ｇ．プローブの視線に対して垂直な平面への動き補償された膀胱壁のサンプル点の投影を計算し、プローブの視点からの膀胱形状を推定する。投影からＣモード画像を生成する。

ｈ．Ｃモードにおいて膀胱中心の位置を確認する。それが、ある時間期間の間に良好にセンタリングされている場合、オンターゲットインジケータをオンにする（または、自動的に容積測定を開始する）。

ｉ．（オプション） 最新のボリュームデータにおけるプローブの動きを検出する。大きな動きがない場合、応答性を要求されたときに、バッファ内のデータを使用して、瞬時に膀胱容積を計算し、表示する。

［0046］ 第二の方法は、位置センサを使用するが、人間の目は、ぼやけた対象物が尾を持った彗星のように見える場合にその動きを推定することによって正確な対象物の位置を認識することができるという事実を利用する新しいユーザーインターフェイス（ＵＩ）を使用する。この新しいＵＩは、より最近のデータに対応する膀胱壁がより深い色またはより低い透明度を有するようにすることによって実現され得る。この新たなＣモードはまだ動きによるぼやけを有するが、それはプローブ照準のために必要なすべての情報を提供する。新しいＵＩを用いたリアルタイムＣモードのプロセスは、以下のように概説される：
ａ．リアルタイムで、相互に同期がとれた超音波とプローブ位置センサデータを取得する。

ｂ．最新の１−５秒間に取得された超音波データから、各スキャンラインにおける膀胱壁に対応するサンプル点を検出する。

ｃ．プローブからの膀胱壁のサンプル点の相対的な位置情報を導出する。

ｄ．膀胱壁情報からＣモード画像を生成する。動きによってぼやけたＣモードを、尾をもった彗星のように見せるために、より最近の情報を、透明度をより少なくするか、より深い色を持つようにする。

ｅ．Ｃモードでの膀胱中心の位置を確認する。それが、あり時間期間の間、良好にセンタリングされている場合、オンターゲットインジケータをオンにする（または、自動的に容積測定を開始する）。

[0047] ａ．超音波膀胱スキャナでの困難なプローブ照準： どの超音波膀胱容量スキャナも、これまで、プローブヘッドの視点からの膀胱形状を示すアルタイムＣモードを提供していない。慣れるためにトレーニングを必要とするＢモードとは異なり、Ｃモードは、画像平面がプローブの運動の平面と平行であるために、非常に直観的であり、皮膚表面上の仮想窓から膀胱を見ることと似ている。

[0048] ｂ．膀胱容積測定の間のプローブの動き（位置センサ方法）： プローブ上の起動ボタンが、膀胱容積測定の不正確さを増加させ得る小さいプローブの動きを引き起こす。リアルタイムＣモードにおいて、デバイスは、膀胱がオペレータによるボタン押下なしに正しくターゲット上にあるとき、自動的に容積測定を開始し得る。加えて、加速度計が、容積データ取得の間、プローブの動きを監視する。大きな動きが検出された場合、デバイスは、プローブが静止するまで、警告サインを光らせるか、または、データ収集を自動的に繰り返す。

［0049］ ｃ．プローブコンソールアライメント問題（位置センサ方法、オプション）： プローブの絶対的な方向を追跡することによって、Ｃモード表示の方向が、自動的にプローブの方向に揃えられ得る。従って、オペレータは、混乱または手動での表示調整なしに、コンソール位置に拘わらず、患者の両側から検査を行うことができる。

［方法１： 位置センサを用いてリアルタイムＣモード］
具体的な、位置センサを用いたリアルタイムＣモードプロセス

（ステップ１：データ取得）
［0050］ リアルタイムで相互に同期した超音波とプローブの位置／回転センサデータ取得される（図１７．１）。三軸加速度計、磁力計およびジャイロスコープから成る慣性測定ユニット（ＩＭＵ）は、位置センサの一例である。マーカーを有する光センサ、送信器を有する磁気センサ、または、ＩＭＵ、光学および磁気センサの任意の組み合わせは、位置追跡のために使用することができる。データバッファは、最近の１−５秒の間に取得されたデータを格納するのに十分な大きさであるべきである。

（ステップ２：膀胱壁検出）
[0051] 膀胱壁に対応するサンプル点は、最新の１−５秒の間に取得された超音波データから各スキャンラインで検出される。ＢＶＩ９４００アルゴリズムまたは任意の新しいアルゴリズムは、このプロセスのために使用され得る。検出結果から、膀胱壁のサンプル点の相対的な３Ｄ位置情報が導出される。この段階では、膀胱壁の位置は、各スキャンラインでのプローブから相対的であり、即ち、プローブの動きは補償されず、動きによるぼやけを有し得る（図１７．２）。

（ステップ3：プローブの位置/方向推定）
［0052］ 位置センサのデータから、プローブの位置と方向の情報が、各スキャンラインにおいて推定される。

（ステップ４：プローブ動き補償）
［0053］ 相対的な膀胱壁の位置は、各スキャンラインにおいてプローブの並進運動と回転運動を補償することにより、絶対的な位置に変換される（図１７．２と１７．３との間の図）。

（ステップ５：動き補償の微調整（オプション）
[0054] 位置／回転センサの出力は、特にＩＭＵでもって、時に安定しない。例えば、加速度計の出力における小さなオフセットは、推定並進値において数インチの誤差を引き起こす可能性がある。従って、動き補償結果を安定化する追加のステップが所望される。可能なアプローチの一つは、結果の膀胱壁サンプル点が球面状の形状をなすように（または、代わりに、お互いが可能な限り近く）、センサオフセット値を推定することである。プローブの位置を測定することができる他のセンサ、例えば、光センサ、がある場合、それが、加速度計／ジャイロスコープの誤差を補償するために使用され得る。

（ステップ６：Ｃモード画像生成）
［0055］ Ｃモードを作るために、または、プローブの視点からの膀胱形状を推定するために、プローブの視線に垂直な平面に対して、動き補償された膀胱壁のサンプル点の投影が計算される（図１７．３）。投影されたサンプル点の輪郭を検出することにより、Ｃモード画像が生成される（図１７．４）。また、恥骨通過するスキャンラインは、９ｘまたは同様のアルゴリズムを使用してこの手順で検出され得る。

（ステップ７：オンターゲットインジケータ）
［0056］ 生成されたＣモードから、膀胱が十分にセンタリングされているか否かを決定し得る。それが、ある時間期間の間、例えば２秒、に、良好にセンタリングされている場合、オンターゲットインジケータが起動され得る（図１７．５）。このオンターゲットインジケータも、膀胱容積計算プロセスをトリガするために使用され得る。

（ステップ８：プローブ動き検出（オプション））
［0057］ オプションとして、加速度計データが、最近の１−２秒のためのプローブの動きを検出するために使用され得る。この情報に基づいて、最近の容積データの完全性が検査され得、それは、膀胱容積計算が、データバッファに既にあるデータを使用してなされ得ることを意味する。

［方法２：改善されたユーザインタフェースを備えたリアルタイムＣモード］
[0058] 位置センサが使用されていない場合は、Ｃモードにおける動きによるぼやけは避けられない。しかし、この場合であっても、新しいユーザーインターフェイス（ＵＩ）が、ぼやけたＣモードを、あまり悩ませず、より使いやすくすることができる。例えば、典型的に非常に低いフレームレート（図１８）を有するレーダーディスプレイにおいて、より最近のデータは、より明るい色で表示される。そして、ユーザは、より明るい情報により多くの重みを置くことによって、より正確に対象の位置を追跡し得る。

［0059］ 別の例は、尾をもった彗星のように見えるホッケーパックエンハンスメント技術である（図１９）。彗星の尾は、動きによるぼやけの一種であるが、それは、物体位置を混乱させず、むしろ、パックの次の位置を推定するのに役立つ。これは、人間の視覚系が、彗星の尾のような対象の形状から動きの方向と速度を自然に知覚するからである。

［0060］ リアルタイムＣモードの場合は、同様のアプローチが適用され得る。新しいＵＩは、基本的には９ｘ Ｃモードと同様であり、即ち、ｘ−ｙ平面上で、検出された膀胱壁の位置をプロットする。しかし、新しいＵＩは、尾を持つ彗星のような膀胱軌道を作るために、透過性をより少なく（または、より暗い色などで）、より最近のデータを表示する。このモードでは、人間の目は、「彗星の頭」に焦点を合わせ、彗星の尾の形状に基づいてその動きを自然に追跡する（図２０）。この新しいＣモードは、従来のＣモードとは異なるように見えるが、それは、直観的な方法で照準を合わせるための必要な全ての情報を提供する。

［具体的な、新しいＵＩを用いたリアルタイムＣモードプロセス］
（ステップ１：データ取得）
［0061］ リアルタイムでお互いに同期された超音波とプローブの位置／回転センサデータが取得される（図２２．１）。データバッファは、最近の１−５秒の間に取得されるデータを記憶するのに十分な大きさであるべきである。

（ステップ２：膀胱壁検出）
[0062] 膀胱壁に対応するサンプル点が、最近の１−５秒の間に取得された超音波データから各スキャンラインにおいて検出される。ＢＶＩ９４００アルゴリズム、または、任意の新しいアルゴリズムが、このプロセスのために使用され得る。このプロセスにより、全てスキャンラインは、２つのグループに分類される： １）膀胱を通過するスキャンライン、および、２）その他、（図２２．２）。また、恥骨を通過するスキャンラインは、９ｘまたは同様のアルゴリズムを使用してこの手順で検出され得る。

（ステップ３：Ｃモード画像生成）
［0063］ 彗星の尾のモードでは、膀胱を通過するスキャンラインは、ｘ−ｙ平面内に点としてプロットされる（図２２．３）。より最近取得されたデータからの点は、Ｃモードに彗星の尾状の形状を持たせるために、透明度がより小さい。恥骨情報が彗星の尾の画像に重ねられ得る。

（ステップ４：オンターゲットインジケータ（オプション））
［0064］ 生成されたCモードから、膀胱が十分にセンタリングされているか否かが決定される。それが、ある時間期間の間、例えば、２秒、良好にセンタリングされている場合、オンターゲットインジケータが起動され得る（図２２．４）。オンターゲットインジケータも、膀胱容積計算プロセスをトリガするために使用され得る。

＜プレートターゲットを用いた較正方法＞
［0065］ 典型的な超音波膀胱スキャナは、ドーム状のプローブヘッドの中で機械的に動く、単一要素のトランスデューサを使用する。このタイプのデバイスにとって、トランスデューサの動きの正確な較正は、正確な容積測定のために、オプションとして有益である。水タンク内の既知の形状、例えば、スパイラル状またはひも状、をもった超音波ターゲットが、典型的に、この目的のために使用される。典型的な較正方法の課題の一つは、視差の問題があることである。本発明の実施形態は、この問題を解決し、スパイラル／ひものターゲットの位置／形状情報を用いる代わりに、プレートターゲットから反射されたビームの強度情報を利用することによって、より小さい較正備品とより高い信頼性を含む他の利点を提供する。

［0066］ 本発明の実施形態は、膀胱容積測定のために使用される機械的な３次元の１チャンネル超音波プローブの異常なトランスデューサ動き検出のための方法を提供する。このタイプのプローブは、鉱油等のカップリング／潤滑流体で満たされたドーム状のプローブヘッドの中で動くトランスデューサを有する。このプローブにおいて、トランスデューサの動きは、図２３に示されるように、二つの軸、ファイ（ｐｈｉ）とシータ（ｔｈｅｔａ）について回転することを特徴とする。トランスデューサの動きがいくつかの理由、例えば、ファイ／シータ回転軸の傾き角度、ギアバックラッシュ、磨滅や破断、等のために不正確になり得る場合、正確な容積測定のために、それが正確に測定され、較正される必要があるが、一般的には、水槽に浸漬された外部の較正ターゲット、例えば、スパイラル状またはひも状、を使用して行われている。

［0067］ 典型的な較正方法の課題の一つは、視差の問題があり得ることである。図２４（ａ）は、曲がったトランスデューサを有するプローブを示す。この場合、超音波ビームは、デバイスの意図とは違って真っ直ぐには行かない。この誤差を補償するために、典型的な較正方法は、シータ軸の周りに１８０度回転する前と後に得られた２つの超音波画像上の較正ターゲットの位置を一致するよう試みる。トランスデューサが図２４（ｂ）のように曲がっていない場合、デバイスは、ビームを真っ直ぐに加工させるファイ角度を正確に見つけることができる。しかし、斜めになっているトランスデューサだと、実際の較正結果は、図２４（ｃ）に示されたように、視差誤差により、依然として正確ではない。この視差があると、図２４（ｄ）における所望の較正結果は、達成するのが困難である。視差の問題は、較正ターゲットがトランスデューサから遠くにあれば緩和され得るが、そのとき、遠距離音場に超音波の悪い方位分解能が較正の正確さに影響し、校正備品があまりにもかさばるなる可能性がある。

［0068］ 視差の問題を持たない新しい校正方法として、実施形態は、一般的なひも状またはらせん状ターゲットに代わり、反射プレートターゲット、例えば、金属表面、を使用する。典型的に用いられるターゲット位置情報の代わりに、プレートターゲットからの反射ビームの強度情報を用いることにより、実施形態は、何ら視差の問題なく構成を行うより正確な方法、並びに、より小さな備品とより高い信頼性のような他の利点を提供する。

［0069］ ａ．較正における視差： 本発明の実施形態は、視差の問題をもたないプレートターゲットを使用する。

[0070] ｂ．嵩高な較正備品： プレートターゲットはプローブに非常に近くにすることができるので、小さな備品が、プレート較正のために使用され得る。そこで、実施形態は、従来の嵩高な水槽の代わりに、いくつかの異なるタイプの較正備品、例えば、その中にプレートターゲットがはいっている較正カップまたは小さなゴムブロックの使用を可能にする。

［0071］ ｃ．プローブの小さな許容誤差−ターゲットアライメント： プレートターゲットは、提案された方法を用いる較正のために、プローブと十分に整列される必要はない。これは、校正備品における何らかの不整列または誤差が校正結果に影響を与えないので、プレート較正は、従来の方法よりも信頼性が高いことを意味する。

（Ａ．ファイオフセット較正）
［0072］ 較正プロセスの主な目的の一つは、Ｂモード画像の方向を正しくするために、適切なファイオフセットと発射遅延値を推定することである。これは、図２５に示されるように、ビームピーク強度プロファイルを、１８０度のシータ回転後の同じスキャン平面内の別のものと比較することによって行われ得る。例えば、何らファイ誤差をもたないシステムにとって、第１および第２のプロファイルにおける最大ピーク強度角度、φ_{ｐｅａｋ１}とφ_{ｐｅａｋ２}、のそれぞれは、 φ_{ｐｅａｋ１}＝１８０°−φ_{ｐｅａｋ２} の関係をもつ。ビームの実際のファイ角度が正しい方向からφ_{ｏｆｆｓｅｔ}だけ斜めになっているシステムの場合、最大ピークの２つの角度は、以下の式に合致する：
２φ_{ｏｆｆｓｅｔ}＝φ_{ｐｅａｋ１}−（１８０°−φ_{ｐｅａｋ２}）。
ピーク強度角度の間のこの関係を利用することによって、ファイオフセットは、以下の手順を介して較正され得る：

ステップ１： スキャン平面において超音波データ（ＲＦ、ＩＱ、または、Ｂモード）を収集する。

ステップ２： データから最大超音波強度プロファイルを計算する。

ステップ３： １８０度のシータ回転後の同じファイ運動でもって同じ平面内の別の超音波データを収集する。

ステップ４： 第２のデータから第２の最大強度プロファイルを計算する。

ステップ５： ２つのプロファイル間のファイ角度差を推定する。ピーク検出、または、より良い精度のための相互相関方法が、送信プロファイルを反転した後に使用され得る。

ステップ６： 推定されたファイ角度差が十分に小さい場合、較正のために、現在のファイオフセット／発射遅延値を使用する。そうでなければ、差に応じてファイオフセット／発射遅延を調整する。必要な場合は、ステップ１−６を繰り返す。

[0073] プレート較正の長所の一つは、ピーク角度間の関係が表面ターゲットの角度にかかわらず有効であり、従って、ターゲットが、図２４におけるようにプローブから斜めにされ得ることである。従って、プローブホルダを含むプレート較正備品は、一般的なものに比べて、より低い精度で、より容易につくられ得る。

（Ｂ．ギアバックラッシュ較正）
［0074］ プローブが、ファイモータを両方向に回転することによる双方向スキャンを行う場合、主としてギアバックラッシュにより、前方と後方スキャンの間に少量のずれがあり得る。このバックラッシュは、図２６に示されるように、ファイオフセット推定のために使用されるのと類似の方法を用いて推定することができる。この場合には、２つのピークファイ角度、φ_{ｐｅａｋ＿ｆｏｒｗａｒｄ}とφ_{ｐｅａｋ＿ｂａｃｋｗａｒｄ}、は、以下の式に合致する：
２φ_{ｂａｃｋｌａｓｈ}＝φ_{ｐｅａｋ＿ｆｏｒｗａｒｄ}−φ_{ｐｅａｋ＿ｂａｃｋｗａｒｄ} 。
詳細な構成手順は以下の通り：

ステップ１： 前方ファイ動きで、スキャン面における超音波データ（ＲＦ、ＩＱ、または、Ｂモード）を収集する。

ステップ２： データから最大超音波強度プロファイルを計算する。

ステップ３： 後方ファイ動きで、同一面における別の超音波データを収集する。

ステップ４： 第２のデータから第２の最大強度プロファイルを計算する。

ステップ５： ２つのプロファイル間のファイ角度差を推定する。２つのプロファイルの相互相関が、推定方法として使用され得る。

ステップ６： 推定されたファイ角度差が十分に小さい場合は、較正のために現在のバックラッシュ値を使用する。そうでなければ、差に応じてバックラッシュを調整する。必要な場合は、ステップ１−６を繰り返す。

（Ｃ．スキャン面に垂直な傾斜角の推定）
[0075] ファイ動きの方向における幾何学的な誤差（タイプＩ誤差）は、ファイオフセット／バックラッシュを調整することによって補償することができるが、スキャン面に垂直である別のタイプの誤差（タイプＩＩ誤差）がある。実際には、幾何学的な誤差は、これら２つのタイプの誤差の合成である可能性が高い。タイプＩＩの誤差は、モータの動き、または、発射遅延を制御することによって物理的に補償することが困難であるが、タイプＩＩの誤差上の情報は、欠陥のあるプローブを検出するために、または、ソフトウェアで膀胱容積を補償するために使用され得る。プレートターゲットを用いて、タイプＩＩの誤差は、以下の手順に従って推定され得る：

ステップ１： 前方ファイ動きでもって、プレートターゲット上で超音波コーン（cone）データ（ＲＦ、ＩＱ、または、Ｂモード）を収集する。

［0076］ コーンをカバーするスキャンラインの全ての中で、少なくとも１つのスキャンラインは、プレートターゲットに対して垂直である。（これは、プレートがコーン接平面と考えることができるからである。接触点を横切るスキャンラインは、プレートターゲットに対して垂直である。スキャンラインの数は、より良好な角度の精度を得るために補間によって増加させることができる。）しかし、スキャンラインのいずれも通過しない、ハリケーンの目のような穴がタイプＩＩ誤差により存在する例外的なケースがあり得る。この場合、スキャンラインのいずれも、プレートターゲットに対して垂直であることができない。このような状況を回避するために、プレートターゲットは、プローブから直に見られる面から傾斜される必要がある。例えば、予想される最大のタイプＩＩの誤差が５度である場合、プレートターゲットは、少なくとも５度傾斜されるべきである。

ステップ２： プレートに垂直なスキャン面を見つける。そして、入射角度とピーク強度との間の関係を見つける。

［0077］ プレートターゲットに対して垂直であるスキャンラインは、最も大きいピーク強度を持つスキャンラインを見つけることによって見つけることができる。スキャンラインを含むスキャン面は、プレートに垂直であるべきである。このスキャン面において、垂直のおかげで、入射角度（ファイ角度）とプレートターゲットからのピーク強度との間の関係を導出することができる。

ステップ３： スキャン面において超音波データを収集し、１８０度のシータ回転後の同じ面において別のものを収集する。この場合、スキャン面に垂直な方向にプローブから直に見られる表面からの期待される最大のタイプＩＩ誤差と少なくとも同じくらい、プレートターゲットが傾けられていることを確認する。

［0078］ この個別のデータ収集ステップの代わりに、簡便のために、ステップ１において、最初のスキャン面を、１８０度のシータ角度差をもった最後のスキャン面に重ならせることができた。または、ファイオフセット較正で用いられるデータが、プローブとプレートターゲットが動いていない場合、再び使用され得る。

ステップ4： ステップ２で導かれた入射角度−ピーク強度関係を用いて、ステップ３で取得した２つの面についての最大強度ビームの入射角度を計算する。入射角度の差を２で割ることによって、タイプＩＩの誤差を計算する。

[0079] タイプＩＩの誤差エラーがない場合、２つの面は完全に重なり、２つの入射角度は、ファイオフセット較正の後、同じであるべきである。タイプＩＩの誤差の存在下では、２つの面は、２つの入射角度の間の差を引き起こす角度ギャップを有する。ステップ３において、最大のタイプＩＩの誤差よりも大きくターゲットを傾けたとすると、２つのスキャン面は、スキャン面について同じ方向に傾けられる。従って、単に、一方の入射角度から他方を引き、２による除算が続く、ことで、タイプＩＩの誤差が計算され得る。

（Ｄ．シミュレーション例）
［0080］提案方法の一例を示すために、１３面ピーク強度プロファイルデータが、Ｍａｔｌａｂを使用してシミュレートされた。最初の面は、１８０度のシータ角度差をもった１３番目の面と重なる。このシミュレーションでは、プレートターゲットを意図的に南東に向かって５度だけ傾斜し、プローブは３度のファイオフセットと１度のタイプＩＩ誤差を有していると仮定した。

[0081] 図２７は、平面＃１と＃１３（比較のために反転）における２つの強度プロファイルを示す。３度のファイオフセットに起因する２つのピークの間の６度の差は、図で明らかに観察される。ファイオフセットの正確な推定のために、強度プロファイルは、角度分解能を改善するために補間され得る。ピーク強度がお互いに異なっていることを注記する。これは、タイプＩＩの誤差が、この場合にゼロではないことを示唆する。バックラッシュは、このシミュレーションでは試験されないが、それは、同じファイオフセット推定に同じ原理を用いて推定されることができる。

[0082] 図２８は、１０４０スキャンライン位置（８０スキャンライン×１３面）における反射ビームのピーク強度を示す。この図では、最大強度をもつスキャンラインが１０番目の面上にある。だから、１０番目の面が、プレートターゲットに対して垂直あると推定することができる。（より正確には、プレートに正確に垂直な面を見つけるために、１０番目の面を１番目の面で補完することができる。）図２９に示されるように、この面のピーク強度プロファイルから、ビーム入射角度とピーク強度との間の関係を導き出すことができる。このプロファイルは、より良い精度のために、補間でもって平滑化された。

［0083］ 図２７において、面１および１３におけるピーク強度は、それぞれ、２．３２ と ３．１６ であった。これらの値は、それぞれ、図６における ６．０５ と ４．０３度 の入射角度に対応する。角度の間の差を２で割ることにより、タイプＩＩ誤差を取得することができる： 即ち、（６．０５−４．０３）／２＝１．０１度。この値は、シミュレーションパラメータ、１度のタイプＩＩの誤差に良く一致する。

＜ボール−ソケット半球スキャン機構＞
［0084］ 本実施形態は、例えばＢｌａｄｄｅｒｓｃａｎとＡｏｒｔａｓｃａｎ製品ラインに使用するための信頼性の高い半球スキャン機構を含む。

［１．実施形態の説明：］
（Ａ．目的）
［0085］ この機構は、様々な所望の方向でデバイスを送り、受け、従って、半球状の領域内で、関心の２次元領域をマッピングする指向性をサポートし、ポインティングする目的のために発明された。

（Ｂ．図面）
［0086］ 本発明の実施形態が、以下の図３０−３８に示される。明確化のために、モータと小さいピニオンギヤ（図３４）は示されない。

（Ｃ．パーツの説明）
［0087］ 本発明の実施形態は、３つの主コンポーネント、一体の「緯度」ギア歯（図３５）をもった球状の「アイボール（eyeball）」トランスデューサホルダ、一体の「経度」ギア歯（図３６）をもったジンバルリング、および、経度リング溝（図３７）をもったサポートフレーム、からなる。

[0088] 経度モータ（明確にするため、図示されない）がサポートフレームに取り付けられ、緯度モータ（明確にするため、図示されない）がジンバルリングに取り付けられる。ジンバルリングの内側表面は、球状の輪郭をもって形成される。トランスデューサホルダ球体は、ジンバルリングコンポーネントの中に位置付けられる。それは、ジンバルリングのそれと一致する球状輪郭をもった外表面を有する。

[0089] トランスデューサホルダとジンバルリングが２つの電気モータによって駆動されるとき、指向性トランスデューサは、半球状の領域内で任意の所望の方向に向けられ得る。

（Ｄ．使用）
［0090］ 動作時に、２つのモータは、独立して同時に動き、アプリケーションが必要とする、半球状の領域内の、任意の緯度と経度の座標に向けてトランスデューサを向けるように、内側のトランスデューサホルダと外側のジンバルリングを位置決めする。

（Ｅ．特徴）
[0091] 半球スキャン機構は、典型的には、半球状の領域内で様々な方向にトランスデューサデバイスを向けるために、２つのモータと２つの関連するギア機構を使用する。２つの一般的な従来技術の機構は、望遠鏡を指示するために用いられる経緯台式マウント（図３０）とコンパスやジャイロスコープをサポートするために使用されるジンバルマウント（図３１）である。

［0092］ 経緯台式およびジンバルマウントは、本発明の実施形態が回避する欠点を有する。特に、先行技術のデバイスは、大きく、繊細で、かつ複雑である。これは、それらを、比較的重くし、高価にし、信頼性を低くし、誤用を通じて損傷の許容度を低くする。

［0093］ 本発明の実施形態は、２つの新規なアイデアを組み合わせることにより、これらの欠点を回避する：
１． それは、より一般的な接手軸受（図３３）の代わりに、ボール−ソケット支持機構（図３２）を使用する。
２． それは、それらに関連するジンバルリングとトランスデューサホルダパーツの中に２つの必要とされる駆動ギアを内蔵する。

（特徴）
［0094］ 新規な特徴の結果として、発明は、先行技術に見られる半球状のスキャン機構に比べて次のような利点を有する：
・ それは、比較的少数の部品しか必要としない。
・ 少数のコンポーネントは、製造が比較的容易である。
・ 少数のコンポーネントは、個々に頑丈であり、従って、破損に耐える。
・ 少数のコンポーネントは、製造が安価である。
・ 少数のコンポーネントは、あまり遠くに縦または横方向に伸びない。これは、機構を、全体として、コンパクトで頑丈にする。
・ 少数のコンポーネントは、あまり遠くに縦または横方向に伸びない。これは、衝撃マウントスプリング態様のための空間を可能にする。
・ 少しのコンポーネントは、あまり遠くに縦または横方向に伸びない。これは、プローブハンドピースの中のより多くの電子回路のための空間を可能にする。
・ 少数のコンポーネントは、あまり遠くに縦または横方向に伸びない。これは、プローブハンドピースの中の電子回路のより良好な電気シールドのための空間を可能にする。
・ トランスデューサの電気接続ケーブルが、１つまたはれより多くのモータの周りで繰り返し巻かれ、解かれることなく、多くの空間方向が、半球内でサンプリングされ得る。
・ トランスデューサデバイスへの電気的接続は、比較的短くされ得、従って、信号干渉の機会を減少させ得る。

（Ｆ．テスト）
［0095］ 本実施形態のコンピュータＣＡＤモデルは、それらが実際の使用において動く場合に、様々なコンポーネントの相対的な動きを検査することができるよう作成された。

＜球状スパイラルパススキャン機構＞
［２．実施形態の説明］
（Ａ．目的）
［0096］ 本発明の実施形態は、様々な方向にデバイスを送り、受ける、従って、半球状の領域内で、関心の２次元領域をマッピングする、指向性をサポートし、ポインティングする目的を達成する。

（Ｂ．図面）
［0097］ 本発明の実施形態が、図４１−４９に示される。

（Ｃ．パーツの説明）
［0098］ スキャン機構の実施形態は、モータによって駆動される場合、半球状の領域内の多くの方向に向けるように指向性トランスデューサを動かす、５つの主要なコンポーネントから成る。

［0099］ コンポーネントは、次のとおり: トランスデューサホルダをサポートするために、１）内側リングと２）外殻と、をもったジンバルマウントと、３）スパイラル状経路に沿ったトランスデューサの向きの方向をガイドするためのスパイラル状の溝をもったカップ、４）定義されたスパイラル状経路に沿ってトランスデューサの向きを強いるために、溝付きカップ体におけるスパイラル状の溝と係合する、ホルダ体から下方に伸びる短いピンをもったトランスデューサホルダ、５）スパイラル状方向にスパイラル状の溝にガイドされるピンを移動させるためのスロット付きカップ、６）ピンが、溝の交差点において方向を変える機会無く、鋭角にスパイラル溝を横断することを可能にするオプションの往復態様（図示されず）。

（Ｄ．使用）
[00100] 動作時には、モータトルクが、スロットが付けられたカップコンポーネントから下方に伸びるシャフトに印加される。このトルクは、スロット付きカップを回転させる。スロットが付けられたカップが回転すると、トランスデューサホルダの底部から下方に伸びる、捕捉されたピン態様は、捕捉されたピンを含むスパイラルスロットに追従するように強制される。捕捉されたピンがスパイラル状スロット内を移動すると、トランスデューサデバイスは、必ず、ピンから離れる方向で、その軸と同軸の方向に向けられる。この方法で、スパイラル状のスキャン経路が、機構の内側のジンバルリングの中に、または、上にマウントされたトランスデューサデバイスによって送られ、および／または、受け取られる任意のエネルギービームによって移動される。

（Ｅ．新規な特徴）
[00101] 半球スキャン機構は、典型的には、半球状の領域内の様々な方向にトランスデューサデバイスを向けるために、２つのモータと２つの関連するギア機構を使用する。先行文献に記載されていない本発明の実施形態は、任意のギア機構を用いることなく、半球内の関心領域をカバーする多くの方向にトランスデューサ機構を向ける。また、スパイラルスキャン経路を採用することにより、機構は、半球状の領域内で、２つの空間座標において、多くの点をスキャンするためにただ１つのモータを必要とし得る。

[00102] この方法は、半球状の領域において、点の格子をスキャンするために、機構が通過しなければならない角度経路を短くするから、スパイラル経路スキャン案は有用である。角度スキャン経路を劇的に短くすることは、非常に速いスキャンレート、および／または、機構の消費電力の大幅な低減を可能にする。

[00103] 実施形態の追加の新規な態様は、十文字交差（crisscross）されたスパイラル溝の態様のオプションとしての組み込みである。十文字交差された溝は、スパイラル状のトランスデューサビーム向きの経路が、回転要素の回転の方向または速度を変えることなく、中央領域から外側へと、周囲領域から内側へとの両方で渦巻き型に進むことを可能にする。これは、高い角度スキャン速度の維持を可能にし、一方で、同時に、駆動電力の必要性を減らす。

（Ｆ．特徴）
［0104］ 新規な特徴の結果として、本発明の実施形態は、先行技術に見られる半球状のスキャン機構に対して、以下の顕著な特徴を有する。
・ それは、比較的少数のコンポーネントしか有しない。
・ 少数のコンポーネントは、形状において比較的単純である。
・ 少数のコンポーネントは、個々に頑丈であり、従って、破損に耐える。
・ 少数のコンポーンネントは、製造が安価である。
・ 少数のコンポーネントは、駆動モータの上にあまり遠くに伸びない。これは、機構を、全体として、コンパクトで頑丈にする。
・ 少数のコンポーネントは、駆動モータの上にあまり遠くに伸びない。これは、衝撃マウントスプリング態様のための空間を可能にする。
・ 少数のコンポーネントは、駆動モータの上にあまり遠くに伸びない。これは、プローブハンドピースの中により多くの電子回路のための空間を可能にする。
・ 少数のコンポーネントは、駆動モータの上にあまり遠くに伸びない。これは、プローブハンドピース内の電子回路のより良好な電気シールドのための空間を可能にする。
・ １つだけのモータの使用は、コストを削減する。
・ １つだけのモータの使用は、サイズを小さくする。
・ １つだけのモータの使用は、重さを減少させる。
・ 空間サンプルポイントの所与の数に対して、合計のスパイラルスキャン経路の長さが短い。これは非常に短い時間で、多くの空間方向のサンプリングを可能にする。
・ 高速スキャン時間は、動きのアーチファクトを低減する。
・ 高速スキャン時間は、スムーズなリアルタイムスキャンイメージングを可能にする。
・ スパイラルスキャンパスは、トランスデューサデバイスの加減速を課さない。これは、モータ電力を低減する。
・ スパイラルスキャンパスは、トランスデューサデバイスの頻繁な加減速を課さない。これは、機構の振動を低減する。
・ スパイラルスキャンパスは、トランスデューサデバイスの頻繁な加減速を課さない。これは、機構の磨滅や破損を低減し、従って、信頼性を向上させる。
・ トランスデューサの電気的接続ケーブルが、モータシャフト軸の周りに、巻かれたり解かれたりすることなく、多くの空間方向が半球内でサンプリングされ得る。
・ トランスデューサデバイスへの電気的接続は、比較的短くすることができ、従って、信号干渉の機会を減少させる。
・ 軸対称トランスの一次巻線および二次巻線が、回転するサブアセンブリの中に、および／または、外にトランスデューサ信号を結合するために使用される場合、十文字交差スパイラル溝の態様は、スキャン速度の非常な増加のための機会を与え、一方、同時に、駆動電力の必要性を低減する。

（ｇ．テスト）
[00105] コンピュータＣＡＤモデルは、それらが実際の使用において動くように、様々な構成要素の相対的な動きを検査することを可能にするように作成されている。

[00106] 図４１ − ピンに従う指標の溝をもったトランスデューサホルダ
[00107] 図４２ − 内側のジンバルリング
[00108] 図４３ − 外側のジンバルヨーク
[00109] 図４４ − 溝付きカップ
[00110] 図４５ − スロット付きカップ
[00111] 図４６ − 機構の断面
[00112] 図４７ − メカニズム等角図
[00113] 図４８ − 十文字スパイラルスキャン経路の上面視図
[00114] 楕円形の溝フォロアが、溝の交差点において「脱線」または間違った経路に従わせない。溝フォロア。任意のヒステリシスのある「バックラッシュ」が較正し得る。
[00115] 図４９ − ピンに従う楕円形の溝が、進行方向を維持する。

＜汎用コンピューティングディスプレイへのインタフェースを備えたワイヤレス使い捨てビデオ喉頭鏡＞
[00116] 本発明の実施形態は、ワイヤレスに通信し、専用のアプリケーションソフトウェアを実行する一般的なタブレットコンピュータ（または、他のデバイス）上に画像を表示する、単一患者用の使い捨てビデオ喉頭鏡ブレードである。このアーキテクチャは、使用やメンテナンスのシステム資本コストと複雑さの両方を低減することにより、喉頭鏡製品の形態を途絶する可能性がある。このシステムアーキテクチャにおいて、表示コンポーネントは、独自の専用デバイスではなく、代わりに、病院環境内の既存の一般的なモバイルコンピューティングデバイスを活用する。タブレットがオフィス機器として扱われ、アプリケーションソフトウェアのみが医療デバイスとして登録される、最近の有効な規則の先例がある。

[00117] この技術を可能にする実施形態のオプションとしての有利な属性は以下を含む：
１． 挿管手順を容易にするために、信号伝送における限られた遅延や中断でもって、リアルタイムでビデオをストリーミングすることができるワイヤレス通信プロトコル。
２． デバイスが、充電、または、配線された電源接続なしに、単一の一次電池で動作することを可能にする低電力ワイヤレス通信プロトコル。
３． 医療デバイスが、医療デバイスの専用モニタコンポーネントを必要とすることなく、商業的に利用可能なコンピューティングディスプレイ上に表示することを可能にする多産な通信プロトコル。
４． 医療デバイスとコンピュータとの間の信頼性の高いワイヤレス通信プロトコルとバンド。
５． 医療デバイスとディスプレイを排他的に関連付けるために、医療デバイスパッケージ上のバーコード／ＱＲコード（登録商標）、ＲＦＩＤタグ、ＮＦＣタグ等の医療デバイスとそのディスプレイをリンクさせる迅速なペアリング方法。
６． 製品の低価格化を可能にするためのフレックス回路上の低コストチップが、＄１２−１５のターゲット売上原価でデバイスを販売した。
７． 医療デバイスが再使用を許されないことを確実にするための掛けがね式電源ボタン。

[00118] このアーキテクチャは、システム資本コストと使用とメンテナンスの複雑さとの両方を低減することにより、喉頭鏡製品の形態を途絶する可能性がある。
・ コスト削減専用モニターなし、充電式バッテリーなし、充電器なし、スタンドなし、ケーブルなし
・ メンテナンス軽減充電なし、または、充電状態の管理なし、使用の間での殺菌なし、ＥＲ機器設置面積の軽減

［0119］ 以上から、パーソナライズされた供給システムの具体的な実施形態が例示の目的のために本明細書に記載されているが、種々の改変が本発明の真髄および範囲から逸脱することなく行うことができることが理解される。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲による場合を除き、限定されるものではない。
以下、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］ 添付の明細書に記載された仕組みに従ったシステム。
［Ｃ２］ 添付の明細書に記載された仕組みに従った方法。

Claims (7)

1. ファイ軸とシータ軸とを中心として回転するトランスデューサを有する超音波スキャナを較正する方法であって、前記ファイ軸は前記シータ軸に垂直であり、
   前記ファイ軸を中心として前記トランスデューサを回転することにより、反射プレートターゲットから、スキャン平面において、第１の超音波データを収集することと、
   前記第１の超音波データから、第１の最大ピーク強度ファイ角度を計算することと、
   前記ファイ軸を中心として前記トランスデューサを回転することにより、前記反射プレートターゲットから、前記スキャン平面において、第２の超音波データを収集することと、
   前記第２の超音波データから、第２の最大ピーク強度ファイ角度を計算することと、
   前記第１の最大ピーク強度ファイ角度と第２の最大ピーク強度ファイ角度との間の差を決定することと、
   を備える方法。
2. 前記第１の最大ピーク強度ファイ角度を計算した後で、および、前記反射プレートターゲットから、前記スキャン平面において、前記第２の超音波データを収集する前に、前記シータ軸を中心として、前記トランスデューサを１８０度回転することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記反射プレートターゲットは金属である、請求項２に記載の方法。
4. 収集された第１の超音波データと第２の超音波データはＢモードデータである、請求項２に記載の方法。
5. 前記反射プレートターゲットから前記第１の超音波データを収集することは、前記ファイ軸を中心として、第１の方向に前記トランスデューサを回転することにより、前記反射プレートターゲットから、スキャン平面において、前記第１の超音波データを収集することを含み、
   前記反射プレートターゲットから前記第２の超音波データを収集することは、前記ファイ軸を中心として、前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記トランスデューサを回転することにより、前記反射プレートターゲットから、前記スキャン平面において、前記第２の超音波データを収集することを含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記反射プレートターゲットは金属である、請求項５に記載の方法。
7. 収集された第１の超音波データと第２の超音波データはＢモードデータである、請求項５に記載の方法。