JP6726193B2 - 人または動物の内臓器官の監視装置およびシステム - Google Patents
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Description
好適なパーソナル通信装置には、例えば、市販のスマートフォン、またはIPOD(登録商標)、MP4、もしくはWI−FIまたはLTE等の無線通信能力を有するアンドロイド装置等の携帯装置が含まれる。当然ながら、パーソナル通信装置は常に開発されており、将来開発され得る任意の好適な装置は、本発明との関わりにおいて有用であり、それは任意の特定の接続可能な装置に限定されるものではない。簡潔に表現するために、すべての好適な装置を、以後、併せて「スマート装置」と称する。
A.プラークと呼ばれる油性物質が頸動脈に増大したかどうかを示す頸動脈のドップラーである。頸動脈におけるプラークの増大は、頸動脈疾患と称される。頸動脈の二重走査は、心臓から首を通して脳へ血液を供給する動脈の血流を評価するために行われる一種の血管超音波研究である。頸動脈は2つあり、その各々がさらに2つ、右内頸動脈および右外頸動脈、ならびに左内頸動脈および左外頸動脈に分かれている。脳に供給する他の主な血管である椎骨脳底動脈系が、同様に研究される場合がある。
超音波装置は、音波の焦点ビームを体に送信し、かつ構造の画像を再構成するために反射された音波の強度および遅延の差を用いることによって、生体組織の画像を形成する。これは、通常、撮像される体に対して加圧されたプローブモジュールの端に載置される圧電(または、他の材料)ベースのトランスデューサアレイにより達成される。圧電トランスデューサ要素は、要素を振動させ、次に、送信された音響波を発生させる、高電圧の鼓動(+/−5VPP〜+/−300VPP)によりシミュレートされる。アレイ内の要素は、通常、体内の所定の位置および距離で音響波の焦点ビームを生成するために互いに整列された位相である。これらの入射波が構造を通過し、組織の層間の音響インピーダンスの差により、トランスデューサに戻る反射を生じる。
非常に高レベルで、超音波システムは、3つの異なる処理ブロック、アナログフロントエンド(AFE)、フロントエンド処理を有するビームフォーマ、およびバックエンドからなる。
●データ捕捉502。入りLVDSデータを非直列化し、時計を同期し、かつ処理用データをバッファーに格納する。
●サンプル504。入りデータをオーバーサンプリングして、引き続きの遅延プロセスにおけるより良好な精度を可能にする。
●補間フィルタ506。遅延誤差をさらに拡大し、かつ調節することによって画像の精度を上げる助けとなる。
●遅延/焦点508。各チャネル上でデータを遅延させて、各トランスデューサ受信要素に対する焦点の位置を調節する。ここでのタイミングをTxビームフォーマと同期し、かつシステムユーザにより実時間で改変してビームおよび焦点を誘導し得る。
●ウィンドウイング/アポディゼーション510。ビーム応答で自然に生じる空間画像エコー(サイドローブ)を取り除く。
●対数圧縮512。画像処理および表示に対する受容可能なレベルにまでデータのダイナミックレンジを低減させる。
●復調514。復調は、エコーキャリア周波数範囲から最終的な走査線を抽出する。本プロセスには、エンベロープ検出、ダウンコンバージョン、デシメーション、フィルタ、および整合フィルタが含まれることが多い。エンベロープ検出に対してヒルベルト変換が典型的に使用される。
●総和516。すべてのチャネルを合算して最終的な走査線表示を作成する。
●角度の合成−同じ焦点の異なる角度からの視野を比較して、加重和演に対してそれらを組み合わせることによってスペックル低減に対して使用される。各角度からの座標を対応付けるために2Dマトリクスによりデータを乗じることを必要とする。
●ウェーブレット分解−スペックルの低減に使用される。ウェーブレット分解は、信号の異なる周波数領域を評価し、かつダウンコンバージョンが必要とされるかどうかを判定する。
●異方性、バイラテラルフィルタ処理−スペックルの低減のため。
●ヒストグラム均等化−画像に対するバランスのとれたコントラストおよび品質を作成する。
●フレーム平滑化−隣接画素を平均化し、かつ調節することによって画像を平滑化するための処理に対してローパスフィルタを利用する。
●エッジ検出−ハイパス、ハイブースト、および派生等の鮮明化フィルタを使用して画像のぼやけを取り除く。
a.麻酔学。超音波を一般に使用して、麻酔専門医(麻酔医)が局部麻酔液を神経近くに配置するとき注射針を誘導する。
b.脈管学。脈管学では、デュプレックス超音波(ドップラーフロー測定と組み合わせたBモード血管撮像)を日常的に使用して、体中の動脈および静脈疾患を診断する。
c.心臓病学。心エコー検査は、心臓の一部の拡張ならびに心室および弁の機能等の診断に対する心臓病学において必須のツールである。
d.救急医療。ポイントオブケア超音波は、外傷後の重度の腹腔内出血または心臓タンポナーデを評価するための外傷用超音波検査による集中的な評価(FAST)試験を含めて、救急科において多くの用途を有する。救急科では、超音波を日常的に使用して、胆石または胆嚢炎を有し得る右上腹部痛のある患者のケアを促進している。
e.消化器病学/結腸直腸手術。腹部超音波検査では、膵臓、大動脈、下大静脈、肝臓、胆嚢、胆管、腎臓、および脾臓等の腹部の固形臓器を撮像する。音波は、腸内のガスによって遮断され、かつ脂肪によって異なる程度に弱められるため、この領域の診断能力が限定されている。炎症がある場合(例えば、虫垂炎でのように)、時に虫垂が見える場合がある。経肛門超音波は、特に便失禁または排便障害等の肛門直腸症状の検査に使用される。超音波は、即時の肛囲生体構造を撮像し、かつ肛門括約筋の裂傷等の隠れた疾患を検出することが可能である。
f.頭および首の手術/耳鼻咽喉学。甲状腺および副甲状腺、リンパ節、および唾液腺を含む首の大部分の構造は、特別な解剖学的詳細を有する高周波数超音波によって上手く視覚化される。超音波は、甲状腺の腫瘍および病変に対する好ましい撮像モダリティであり、超音波検査は、甲状腺癌を罹患している患者の評価、術前計画、および術後性の観察において非常に重要である。診断超音波および超音波ガイド下手技の助けにより、頭および首の多くの他の良性および悪性状態を評価し、かつ管理することが可能である。
g.新生児学。大脳内の構造的異常、出血、脳室拡大または脳水腫、および無酸素症(脳室周囲白質軟化症)の基礎的な評価に対して。超音波は、これらが約1歳で完全に閉じ、かつ超音波を事実上通さない音響障壁を形成するまで、新生児の頭蓋の柔らかい部分(泉門)を通して実行され得る。頭蓋の超音波に対する大部分の共通部位は、大泉門である。泉門が小さいほど、写真の品質は悪くなる。
h.神経学。頸動脈(頸動脈の超音波検査)および大脳内の動脈における血流および狭窄の評価に対して。
i.産科。産科超音波検査は、胎児の成長を確認するために妊娠中によく使用される。
j.眼科学。眼球超音波検査としても知られている目の超音波画像。
k.肺臓学。気管支内超音波(EBUS)プローブは、標準的な可撓性内視鏡用プローブに適用され、かつ経気管支性刺吸引の前に、気管支内病変およびリンパ節の直接視覚化を可能にするために呼吸器科医により使用さる。その多くの使用の中でも特に、EBUSは、大きな手術の必要なくリンパ節のサンプリングを可能にすることによって、肺癌の段階付けに役立っている。
l.泌尿器学。例えば、患者の膀胱に溜まった流体の量を判定するため。骨盤超音波診断器では、骨盤領域の臓器を撮像する。これには、子宮および卵巣または膀胱が含まれる。男性には、時に、その膀胱、前立腺、またはその睾丸の健康を確認するために(例えば、副睾丸炎を睾丸捻転と区別するために)骨盤超音波診断器が与えられる。若い男性では、それは、根治率が高いが、健康および生殖能力を保つために治療しなければならない、より良性の睾丸腫瘍(精索静脈瘤または睾丸瘤)を睾丸癌と区別するために使用される。骨盤超音波検査を外部から、または内部から実行する2つの方法がある。内部の骨盤超音波診断器は、経膣で(女性では)、または経直腸的に(男性では)実行される。骨盤底の超音波撮像は、他の骨盤臓器を含む腹部構造の精確な関係に関する重要な診断情報を生成し得、かつそれは、骨盤脱、便尿失禁、および排便障害に関連する症状を有する患者を治療するための有用なヒントを示している。それを使用して、腎臓結石または腎臓結晶(腎石症)を診断し、より高い周波数で、それを治療する(粉砕する)。
m.筋骨格。腱、筋肉、神経、靱帯、軟組織、および骨表面。
n.心臓血管系。動脈の開存性および閉塞の可能性を動脈超音波検査で評価し、深部静脈血栓症を診断(血小板超音波検査)し、かつ静脈不全の程度および重症度を判定(静脈超音波検査)するため。
Claims (21)
- 患者が容易に操作することができる超音波システム用基体であって、前記基体は、空隙と接続要素を備え、スマート装置を受容し、かつ位置付け、さらに前記基体に前記スマート装置と超音波アレイを機械的および電気的に接続するように適合されており、前記超音波アレイは+/−5VPP〜+/−300VPPの範囲の高電圧パルスによってシミュレートされた少なくとも1つのトランスデューサ要素を備えて当該少なくとも1つのトランスデューサ要素を振動させて1MHz〜15MHzの範囲で音響波を発生するように構成され、
前記スマート装置を前記基体に挿入し、かつ前記基体に機械的に接続するとき、前記基体および前記スマート装置を、患者が自身の内臓器官を検査し、測定し、または監視するために単一ユニットとして移動させることができ、
前記超音波アレイは前記基体の底外側面に配置されている、ことを特徴とする基体。 - 前記超音波アレイが、
a)異なる深度および角度で1つの軸に集束する直進ビームを生成し、その発散が角度および深度と共に増加する1D線形アレイの構成、
b)球面または単一軸焦点を有する3次元での操舵能力を有する2D正方アレイの構成、
c)操舵能力を有し、かつ異なる深度および角度で1つの軸に集束する1.5D正方または矩形マトリクスアレイの構成、
d)異なる深度で球面焦点を有する1D環状アレイの構成、
e)異なる深度および角度で操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する2D分割環状アレイの構成、および
f)操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する1D円形アレイの構成、
のうちの1つを有する、請求項1に記載の基体。 - 前記超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器を備える、請求項1に記載の基体。
- 前記記憶要素が、前記スマート装置、前記基体、および前記基体から遠隔の位置のうちの少なくとも1つに提供される、請求項3に記載の基体。
- 前記超音波アレイを活性化するための電力が、前記基体内に配置された充電式電池およびDC/DCコンバータ、前記基体内に配置された充電式電池ならびに電力段および制御回路から構成されるスイッチング電源、ならびに前記スマート装置内の電池のうちの1つから供給される、請求項1に記載の基体。
- 前記電子機器の一部または全部が、前記基体、前記スマート装置、およびウエハー技術を用いて超音波を生成する要素と一体的に生成された半導体層上のうちのすくなくとも1つに配置される、請求項3に記載の基体。
- 超音波を生成する前記要素が、容量型微細加工超音波トランスデューサ(CMUT)、圧電型微細加工超音波トランスデューサ(PMUT)、圧電複合材料トランスデューサ、またはバルク圧電要素トランスデューサのうちの1つである、請求項1に記載の基体。
- 前記超音波アレイの動作を可能にし、かつ前記動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備える、請求項1に記載の基体。
- 患者が容易に操作することができる超音波撮像用システムであって、基体、スマート装置、超音波アレイ、前記超音波アレイを動作させ、かつそれによって発生された信号を記憶要素に伝達するように適合された電子機器、および前記超音波アレイの動作を可能にし、超音波画像に関連する信号を受信し、前記信号についての所望の動作を実行し、かつ前記動作の結果を可視画像として表示するように適合されたソフトウエアを備え、前記基体が、前記スマート装置を受容し、かつ位置付け、さらに前記基体に前記スマート装置を機械的および電気的に接続するように適合された空隙および接続要素を備え、前記超音波アレイは+/−5VPP〜+/−300VPPの範囲の高電圧パルスによってシミュレートされた少なくとも1つのトランスデューサ要素を備えて当該少なくとも1つのトランスデューサ要素を振動させて1MHz〜15MHzの範囲で音響波を発生するように構成され、
前記スマート装置を前記基体に挿入し、かつ前記基体に機械的に接続するとき、前記基体および前記スマート装置を、患者が自身の内臓器官を検査し、測定し、または監視するために単一ユニットとして移動させることができ、
前記超音波アレイは前記基体の底外側面に配置されている、ことを特徴とするシステム。 - 前記超音波アレイが、
a)異なる深度および角度で1つの軸に集束する直進ビームを生成し、その発散が角度および深度と共に増加する1D線形アレイの構成、
b)球面または単一軸焦点を有する3次元での操舵能力を有する2D正方アレイの構成、
c)操舵能力を有し、かつ異なる深度および角度で1つの軸に集束する1.5D正方または矩形マトリクスアレイの構成、
d)異なる深度で球面焦点を有する1D環状アレイの構成、
e)異なる深度および角度で操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する2D分割環状アレイの構成、および
f)操舵能力を有する楕円形または球面ビームを生成する1D円形アレイの構成、
のうちの1つを有する、請求項9に記載のシステム。 - データ完全性、暗号化、および他のデータ活動が、移動体通信事業者のサーバまたはクラウドによりサポートされ得る、請求項9に記載のシステム。
- 超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、前記基体に配置される、請求項9に記載のシステム。
- 超音波システムのすべてのデジタルおよびアナログ部品が、前記スマート装置上の既存のチップに実装される、請求項9に記載のシステム。
- 超音波画像に関連する信号を受信し、かつ所望の動作を実行するように適合された前記ソフトウエアの少なくとも一部が、前記基体および前記スマート装置のうちの少なくとも1つに配置される、請求項9に記載のシステム。
- 前記スマート装置が、インターネット、クラウド、または前記基体のうちの1つからダウンロードされたアプリケーションの形態で、前記システムの動作に関連する専用ソフトウエアを備える、請求項14に記載のシステム。
- 前記基体と前記スマート装置との間の双方向通信、および前記システムと外部位置との間の双方向通信のうちの少なくとも1つを可能にする通信部品を備える、請求項9に記載のシステム。
- 前記通信部品の少なくとも一部が、前記基体および前記スマート装置のうちの少なくとも1つに配置される、請求項16に記載のシステム。
- 前記基体が、その固有の識別を提供し、それによって遠隔位置との安全な通信を可能にする内部コード(文字および数)を有する、請求項16に記載のシステム。
- 前記安全な通信により、医師が前記スマート装置の前記アプリケーションの制御を引き継ぎ、画像および映像を記録し、かつ前記システムから自身のコンピュータ、クラウド、または任意の他の所望の位置に送信することを可能にする、請求項18に記載のシステム。
- 前記安全な通信により、前記システムを使用する患者が画像または映像を医療センターまたは医師に送信することを可能にする、請求項18に記載のシステム。
- 患者が容易に操作することができる超音波システム用基体であって、前記基体が、
+/−5VPP〜+/−300VPPの範囲の高電圧パルスによってシミュレートされた少なくとも1つのトランスデューサ要素を備える超音波アレイであって、当該少なくとも1つのトランスデューサ要素を振動させて、1MHz〜15MHzの範囲で音響波を発生するように構成された超音波アレイと、
スマート装置を受容し、かつ位置付け、さらに前記基体に前記スマート装置を機械的に接続し、かつ前記スマート装置および前記基体の内側に嵌合する「T」字形状のPCB上に取付けられた電子部品に前記超音波アレイを電気的に接続するように適合された空隙および接続要素を備える下部分と、下部分と一体的である平坦な垂直後壁と、を備え、
スマート装置を前記基体に挿入し、かつ前記基体に機械的に接続するとき、前記基体および前記スマート装置を、患者が自身の内臓器官を検査し、測定し、または監視するために単一ユニットとして移動させることができ、
前記超音波アレイは前記基体の底外側面に配置されている、ことを特徴とする基体。
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