仮想診察機能を用いる遠隔地の患者を直接的な身体診察
物体の触覚反応をシミュレートするシミュレータ・アセンブリ（６００）を開示する。このシミュレータ・アセンブリ（６００）は、入力信号に応じた力を出すことができる感覚変調サブユニット（６３６）を備える再生モジュール（６０２）を含む。また、入力信号をユーザの触感に変換するための触覚再生アセンブリ（８００）も提供する。この触覚再生アセンブリは、ユーザに対して入力信号に応じた力を発生させるようになっている感覚変調サブユニットを備える再生着衣（８０６）を含む。身体を触診し、かつその身体の画像を得るためのイメージング診断アセンブリ（９００）も開示する。超音波画像システムをさらに開示する。手を使った患者への直接診察を離れた場所で行うための装置を開示する。触感をユーザの身体に伝える方法を開示する。触覚データを記録する方法を開示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本明細は、２０００年１０月６日に出願された米国出願第６８５，３２７号の一部分継続出願であり、その出願日からの優先権を米国特許法１２０条に基づいて主張し、その開示は参考として本明細に組み込まれる。
【０００２】
発明の属する分野
本発明は、一般に触覚情報を処理及び／又は取得する装置に関連し、さらに詳しくは、離れた場所で又は離れた時間に取得した触覚情報を送信、記録、再生、及び再現する装置に関連する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
１９８０年代、農村部における医師不足を切り抜ける努力として、遠く離れた専門医と患者との間での医療情報交換のため、通信及びコンピュータ・システムを使うという発想が生まれ、「テレメディシン」の発展を促した。インターネット及び廉価な音声、映像システムの出現とともに、テレメディシンの応用範囲は拡大し続けている。多くの患者がインターネットを使用して一般医療情報を捜し求めている一方、現在、多くの医師がｅメールを使って、患者と連絡している。しかしながら、現在の形のテレメディシン・システムでは、適切な身体診察が実施できず、限定されたものになっている。
【０００４】
医師は、基本的な身体診察プロセスとして、多様な情報源（病歴、直接身体診察、臨床試験及び画像診断）から、患者の状態についての情報を集め、それらのデータを解析して治療に反映させる必要がある。最も重要な情報源は、実際の患者の身体診察から来るものである。専門的に実施された身体診察だけを使っても、９０％を超える精度で正しい診断を下すことができる。ある種の治療情報は、電話、ファックス又はインターネット経由で送信することができるが、手を使った診察プロセスにおける医師及び患者間の実際の物理的接触から得られた情報はそれができない、だが、これはテレメディシン全体の診察プロセスの中の数少ない主要ステップに当たる。リモートで身体データを取得し、その情報を離れた場所の医師に確実に転送することができないので、ほとんどの重大な医療問題に対するテレメディシンの信頼性は限られたものになっている。
【０００５】
このため、離れた場所にいる患者の直接身体診察を可能にするコンピュータ・ハードウエア及びソフトウエア・システムであって、患者と医師との間に実際の直接的な物理的接触をいっさいすることなく、医師が患者の身体の手による直接診察を行えるシステムが求められている。さらに、触覚及び「物理的接触」データを収集し、既存の世界的通信システムを通して送信するシステムが求められている。このようなシステムは、世界中のどの医師にも、農村部又は遠隔地域、緊急事態又は戦争又はいっさいの劣悪な環境の「現地」を含め、どのような場所のどのような患者をも診察する手段を提供するであろう。また、加えた／又は受けた触覚圧力をデジタルに変換し、これをインターネット、又はこのような信号を送受信できる他のいっさいのタイプの通信プラットフォーム経由で送信し、最後には、相手方の端末に送信して、そのデジタル信号を適切な出力（加圧）触覚圧力に変換できるようにすることが求められている。さらに、このデジタル触覚データを記録し、これにより、診察（問診）を受けた元の人又は物体に内在する身体的特徴の再現又はモデリングのため、システムによってこのデジタル触覚データを再生することができるようにすることが求められている。
【０００６】
さらに、身体内部の２−Ｄ又は３−Ｄ画像データと同時に、触覚データを取得できるイメージング診断アセンブリが求められている。身体内部画像を含めることで、医師ユーザは、診察中に触診している内側の組織及び器官の場所及び内部特徴につながる、より充実した局所解剖的情報を得ることができる。現在、２−Ｄ又は３−Ｄ診断画像を得るために、患者は、診断プロセスで追加の検査項目又は検査ステップを受ける必要がある。現在利用可能な非侵襲性画像システムには、超音波、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）、核スキャン、及び陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）スキャンが含まれる。ＣＴスキャン、ＰＥＴスキャン、及びＭＲＩでは、患者は、検査データを作成するために、大きな囲いの中に体を横たえる必要がある。だが、超音波システムは、２−Ｄ又は３−Ｄの身体画像に変換できる音響情報を生成するため音波を使用する非常に持ち運び易く安全なシステムである。現在の超音波システムは、超音波装置使用に精通している技術者又は医師のいずれかを必要とし、手を使って患者の身体の関心のある箇所に超音波プローブを当てる。このプローブは、電力及び画像処理システムを備えた超音波機器に物理的に接続される。
【０００７】
超音波装置は、特定の周波数で超音波エネルギーのパルスを放出し、身体組織に向け送り出す。組織からは反響が返され、これをトランスジューサが収集する。静止した組織から戻って来る反響が検出され、グレースケールの画像として表示される。深さ及び明度は、戻って来る反響特性の到着時間及び信号強度により決めることができる。戻って来る反響の周波数の変化は、下部の構造の内部での動きを示す。これらの情報は、検診している構造の内部画像を生成するため、画像システム・ソフトウエアによって処理される。医師は、映像及びスペクトル・データを使って、診断及び治療の決定をすることができる。超音波診断のでは、検診している内在構造のさらなる特性を検出するために、技術者又は医師ユーザがトランスジューサ・スキャン・ヘッドを身体表面に押し当てなければならない場合が多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、離れた場所にいる二人の人の間で、２−Ｄ及び３−Ｄ超音波情報をはじめ、触覚情報をリアルタイムで検出し送信するため使えるシステムが求められている。さらに、同時リアルタイム２−Ｄ又は３−Ｄの内部又は外部身体画像をユーザに提供するような画像データをはじめ、離れた場所にいる二人の人の間でリアルタイム触覚情報データを同時に送信、受信及び交換できる装置が必要である。また、他端のユーザが、問題の身体構造組織を感じ取る又は触診することを可能にし、加えた触覚圧力の体内への影響を観察する能力を持つ機能強化された医療診断機器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の要約
本発明に従って、物体の触覚感応をシミュレートするためのシミュレータ・アセンブリを提供する。このシミュレータ・アセンブリは、一般にシミュレートされる物体の少なくとも一部の形状に形作られた再生モジュール、外部表皮を含む再生モジュール体を含む。シミュレータ・アセンブリは再生モジュール体の中で外部表皮下部に配置された複数のキャビティをさらに含む。このシミュレータ・アセンブリは、複数の感覚変調サブユニットを含み、それぞれの感覚変調サブユニットは、少なくとも部分的に複数キャビティの一つの内部に配置されている。また、各感覚変調サブユニットは、入力信号に応じて外部表皮に対する力を発生させる構成になっている。
【００１０】
シミュレータ・アセンブリに、加えられた力に応じて出力信号を発生させるようになっている圧力トランスジューサを含めることができる。シミュレータ・アセンブリに、コンピュータ・システムを組み入れて感覚変調サブユニットに機能的に接続し、そのコンピュータ・システムに、感覚変調サブユニットが出す力を動的に制御するための入力信号を送信させることができる。コンピュータ・システムは、感覚変調サブユニットが発生した出力信号を受信し、受信した出力信号を使って感覚変調サブユニットへの入力信号を決定することができる。コンピュータ・システムに、シミュレートされた物体の硬さを判定するデータを格納したメモリ・モジュールを組み込んで、そのデータを使って感覚変調サブユニットへの入力信号を決定することができる。
【００１１】
本発明に従って、プレーヤーから受信した入力信号をユーザの触感に変換する触覚再生アセンブリを提供する。この触覚再生アセンブリは、ユーザが取外し可能な双方型圧力再生着衣を含む。触覚再生アセンブリは、着衣中に配置された複数のセル、及び、それぞれがセルの一つの中に配置された複数の感覚変調サブユニットをさらに含む。感覚変調サブユニットは、入力信号に応じてユーザに加わる力を発生するように構成される。
【００１２】
触覚再生アセンブリに、プレーヤーから受信した入力信号に応じて、ユーザの身体上への力を発生させるための可変圧力生成装置を持つ感覚変調サブユニットを含めることができ、これによって力の大きさが可変となり、プレーヤーから受信した入力信号によって力を決めることができる。触覚再生アセンブリの中に、感覚変調サブユニットに入力信号を供給するため感覚変調サブユニットに機能的に結合された再生装置を含めることができる。触覚再生アセンブリに、映像出力を発生する再生装置を取り入れて、感覚変調サブユニットの信号とこの映像信号とを相関させることができる。
【００１３】
本発明に従って、触覚データ記録アセンブリを提供する。触覚データ記録アセンブリは、ユーザの身体の少なくとも部分に脱着可能な双方型圧力記録着衣を含む。また、触覚データ記録アセンブリは、着衣内に配置された複数のセルも含む。触覚データ記録アセンブリは、複数の感覚変調サブユニットも含んでおり、各感覚変調サブユニットは、少なくとも部分的にセルの一つの中に収納され、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に応じて、出力信号を発生するよう構成される。触覚データ記録アセンブリは、出力信号記録装置をさらに含み、その出力信号記録装置は、感覚変調サブユニットが発生した出力信号を記録するために、機能的に複数の感覚変調サブユニットに連結されている。
【００１４】
出力信号の大きさが感覚変調サブユニットに加わった触覚圧力の大きさと相関するように、感覚変調サブユニットが大きさを変えて出力信号を発生できるようにすることができる。触覚データ記録アセンブリに、圧力トランスジューサを内蔵した弾力性の厚板片を含む感覚変調サブユニットを含めることができ、この圧力トランスジューサは、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に直接的に関連する信号を発生するように構成される。
【００１５】
本発明に従って、身体を触診し、かつその身体画像を取得するためのイメージング診断アセンブリを開示する。このイメージング診断アセンブリは、筐体及び少なくとも部分的に筐体内に配置された画像化装置含み、その画像化装置を身体画像の取得のために使用する。また、イメージング診断アセンブリは、少なくとも部分的に筐体内に配置され、可変圧力生成装置を内蔵する感覚変調サブユニットを含み、この可変圧力生成装置は身体への触覚圧力を発生するために使われる。感覚変調サブユニットは、圧力トランスジューサをさらに含み、この圧力トランスジューサは、感覚変調サブユニットと身体との間の接触面圧力に直接相関する信号を発生するように構成される。
【００１６】
可変圧力生成装置に、膨張チャンバをさらに含めることができ、加圧流体を選択的に導き入れて膨張チャンバを膨張させ、所望の触覚圧力を身体に加えることができる。イメージング診断アセンブリに、バルブをさらに含めることができ、バルブを膨張チャンバと加圧媒体流のタンクの間に設置して、そのバルブを膨張チャンバへの媒体流の出入りの制御に使うことができる。イメージング診断アセンブリに、筐体内に配置した超音波トランスジューサをさらに含め、このトランスジューサが超音波を身体内に送り出すように構成することができる。超音波を超音波を検出するように構成することもできる。イメージング診断アセンブリに、筐体内に配置した二番目の超音波トランスジューサをさらに含め、この二番目の超音波トランスジューサを、超音波を検出するように構成することもできる。イメージング診断アセンブリを、身体の内部画像を取得するために使うことができる。
【００１７】
本発明に従って、超音波画像システムを提供する。この超音波画像システムは、第一場所に配備された超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システムを含む。また、超音波画像システムには、超音波を放出及び検出する超音波トランスジューサ・アセンブリが含まれ、この超音波トランスジューサ・アセンブリは第二場所に配備される。これら超音波トランスジューサ・アセンブリは、コンピュータ・システムを通して、超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システムと結合される。
【００１８】
本発明に従って、手を使った患者の直接診察をリモートで行う装置を提供する。この装置は、少なくとも一つの第一感覚変調サブユニットを備える手動制御ユニットを含み、この第一場所の感覚変調サブユニットは、これに加えられた力を検出し、検出された力に応じて第一信号を発生し、また、第二場所から受信した信号に応じて力を生成する。また、この装置は、患者検診モジュールを含み、この患者検診モジュールは、第一感覚変調サブユニットと選択的に接続可能な、複数の第二感覚変調サブユニットを有する。第二の感覚変調サブユニットは、第一からの信号を受信し、受信した第一の信号に応じて力を発生させることができる。また、第二の感覚変調サブユニットは、加えられた力に対する抵抗力を検出し、検出した抵抗力に基づいて第二信号を発生し、第一感覚変調サブユニットがこの第二信号を受信する。この装置は、第一及び第二感覚変調サブユニットと信号通信しており、第一及び第二の信号を記録する記録装置をさらに含む。
【００１９】
この装置は、第一感覚変調サブユニットを第一のコンピュータに信号通信結合させ、第二感覚変調サブユニットを第二のコンピュータに信号通信結合させるように構成することができる。通信ネットワークを通して、第一コンピュータと第二コンピュータとを動作可能なように接続する。また、手動制御ユニットと患者検診モジュールとを離れた場所に置くようにこの装置を構成することもできる。
【００２０】
本発明に従って、身体への触感をユーザに伝える方法を提供する。この方法は、双方型圧力再生着衣でユーザの身体部分を包むことを含み、この双方型圧力再生着衣は、入力信号に応じてユーザの身体上に触覚圧力を発生させることのできるリニア・アクチュエータの配列を有する。また、この方法は、双方型圧力再生着衣と、ユーザの身体上の触覚圧力を選択的に伝えるリニア・アクチベータの配列に伝達する一連の入力信号を発生することのできるデータ出力装置とを、信号通信接続することも含む。
【００２１】
本発明に従って、触覚データを記録する方法を開示する。この方法は、圧力検知パッドでユーザの身体部分を包むことを含み、この圧力検知パッドは、圧力検知パッド上に受けた触覚圧力に応じて出力信号を発生する能力を持つ複数の感覚セルを有する。また、この方法は、圧力検知パッドと出力信号記録装置とを信号通信接続することも含む。この方法は、圧力検知パッドを少なくとも一つの力にさらすこと、及び接触力受圧パッドが発生する出力信号を出力信号記録装置に記録することをさらに含む。
【００２２】
添付の図面と関連付けて以下の詳細説明を参照すれば、前記の本発明の特徴及び付随する多くの利点がより分かりやすくなり、その十分な理解がより容易に得られよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
好適な実施形態の詳細な説明
本明細書で開示する装置は、患者と医師との間で実際の直接接触又は接近なしに、医師が患者の身体の直接的身体診察ができるようにする。これは、通常は、患者と医師との間の手による直接の接触によって取得されるタイプのデータを、既存の世界的通信システムを経由して収集し、送信することを可能にする。現在のところ、「テレメディシン」、すなわち診断及び治療計画の提供を目的とした患者と医師との間の医療情報の交換はある程度までしか進展することができず、身体診察所見が意思決定プロセスの中で重要になると、患者は、かかりつけの医師に診てもらうように勧められるか、医師が身体診察を行える救急処置室に来るように勧められる。リモートで身体データを取得しそれを他の場所にいる医師に確実に送信することができないことは、他の産業が世界通信プラットフォームの進展及び世界中の潜在的な消費者から享受する効果性及び効率性を利用し医療行為及び医学の力を発展させるうえで障害となっている。
【００２４】
本明細書に使用されている次の用語は、次に示す意味を持つものとする。
【００２５】
感覚変調サブユニットとは、（１）その装置に加えられた力を検知し、検知された力と関連する出力信号発生させる能力、及び／又は（２）入力信号を受信し、その受信信号に関連する力及び／又は変位を発生させる能力を持ついっさいの装置をいう。
【００２６】
手動制御ユニットすなわちＨＣＵは、ユーザの手のようなユーザの身体の一部と接触するか、又はそれを受けるように構成されるいっさいの装置をいい、この装置が受け取ったユーザの手によってアクセスできる感覚変調サブユニットを備えるいっさいの装置をいう。
【００２７】
患者検診モジュールすなわちＰＥＭとは、人（又は他の生命体）の生体組織の部分を受けるよう構成され、受けた生体組織に隣接する感覚変調サブユニットを備えるいっさいの装置をいう。本発明に従って、ＰＥＭを患者の検診に使用できるが、ＰＥＭという用語は、他の目的による生体組織への触感用になっている、又は他の物体や物質の触感用になっているいっさいの装置を包含すると理解されるべきものである。
【００２８】
図１を参照しながら説明する。本発明は、実際に得られた医療データのリモート採取及び送信のために、三つの一般的部分を含む、すなわち、手動制御ユニット１００（ＨＣＵ）、患者検診モジュール２００（ＰＥＭ）、及び医師（ＨＣＵを通して）と患者（ＰＥＭを通して）との間での身体データの取得、校正、転送、及び変換を制御するためのコンピュータ・ソフトウエアの三つの部分である。本発明は、医師が、ＨＣＵに手で圧力を加え、それを離れた場所にいる患者に送信し、ＰＥＭ２００を通して患者の身体の選定された部分に加えることができるようにする。患者の身体からの圧力反応は、医師に返信され、これにより、医師と患者との間の直接接触をシミュレートする。
【００２９】
手動制御ユニット（ＨＣＵ）
図２に示したＨＣＵ１００は、実際の手の形状に形作られた成型プラスチック外部構造１０１を持つ。このタイプの構造の利点は、軽量で、製造が容易で、耐久性があり、耐衝撃性があることである。木材、紙、アルミニウム、石、プレキシグラス（商標）、又は今後開発される材料のような他の材料もこの装置の製作に使えよう。ＨＣＵ１００は人間の手首先の内側の部分、望ましくはその全体に合わせて形作られており、近位掌部分１０８及び遠位掌部分１０７、指先１０６、及び親指部分１０５を含む掌表面１０２を保有する。これらいっさいの設計配置構成の目的は、ユーザの手の感覚部分及び運動部分とＨＣＵ１００との間になじめる接触面を提供することである。この好適実施形態において、ＨＣＵ１００は、掌表面１０２中の中央にわずかな盛上がりがある。掌表面１０２の周辺部はＨＣＵ１００上の輪郭１０４に比べてわずかな下降があって、掌表面１０２上のユーザ手の落ち着きがよくなるよう調整されている。指先１０６及び近位掌部分１０８の位置と比べてのわずかな掌の盛上がり（ユーザの指関節のレベルが指及び手の他の部分より高くなることになる）により、ベースの広いピラミッドの形を形成する。このデザインにより、指先、遠位側掌及び近位側掌による加圧、受圧、装置の制御及びこれらの機能性に関して最大の柔軟性が得られる。ＨＣＵ１００は、ユーザの掌及び指の表面のすべての内側部分が、ＨＣＵ１００の掌表面１０２と完全に接触できるようにする。この好適実施形態において、ＨＣＵ１００の外部構造１０１は、一般に中央手掌線ひだの箇所に位置する横方向の割れ目１１０によって分離され、側面にそって配置された２つの部分１０１ａ、１０１ｂで形成されている。この２つの部分１０１ａ、１０１ｂは、スライドするように接続されていて、いろいろな手のサイズに合わせるためにその長さに対する調整ができるように、縦方向への相対的な動きができるように構成されている。オプションとしてＨＣＵ１００に「手袋」型部品（図示せず）を含めることが可能で、手首から先全体を手動制御ユニットに挿入する。これによって、手の最高部（背面部）表面と接触ができるようになり、操作者の手の最高部表面から得られる診断動作及び感覚入力に関する機能が実施可能になる。
【００３０】
凹部すなわちキャビティ１１２、１１４、１１６は、指先１０６、遠位掌部分１０７、及び近位掌部分１０８にそれぞれ設けられている。それぞれの凹部１１２、１１４、１１６の中には、図３で最も明瞭に見られるように、圧力リレー及び受圧感覚変調サブユニット１４０が収納されている。感覚変調サブユニット１４０の頂上部は、模擬皮膚面を形成するシリコンゴム又は柔らかなプラスチック基材のような柔軟な材料の厚板片１４２で構成されている。この「皮膚」接触面として適当な他の材料には、他の自然又は人工的生体適合物質（人工、模擬、培養、又は加工皮膚細胞又は代替材料）が含まれよう。各厚板片のサイズは、ＨＣＵ１００中のそれぞれの凹部１１２、１１４、１１６のサイズによって異なる。一般に、装置の指先１０６区域のそれおぞれに対しては、指先サイズの感覚変調サブユニット１４０、近位掌部分１０８及び遠位掌部分１０７に対しては、それぞれ、近位掌サイズのサブユニット１４０及び遠位掌サイズのサブユニット１４０がある。ＨＣＵ１００の感度と機能性とを増加させるために、各モジュールを複数に分割することができ、下記のサブユニット概要に基づいて、それぞれの凹部に、より小型のサブユニットの集合を含めることができよう。
【００３１】
図４を参照しながら説明する。感覚変調サブユニット１４０は、模擬表皮厚板片１４２に内蔵されている一方向単一チャンネル圧力トランスジューサ１４４を含む。圧力トランスジューサ１４４の作用面すなわち受圧面１４５は上方向を向いている、すなわちユーザの手の掌面に向き合う方向になっている。この圧力トランスジューサ１４４は、ユーザが加えた圧力が圧力トランスジューサ１４４の作用面１４５にかかるように方向付けされており、圧力トランスジューサ１４４の背面から加えられた圧力又は力は直接感知しない。この好適実施形態において、それぞれの指先１０６には一個の圧力トランスジューサ１４４が設置され、掌部分１０７、１０８はそれぞれ２つの圧力ゾーンにさらに分割されている。配線又は他の適切な接続メカニズム（図示せず）が圧力トランスジューサ１４４への出入り信号にアクセスを提供する。
【００３２】
単一チャンネル圧力トランスジューサ１４４を内蔵する模擬皮膚の厚板片１４２は、望ましくは金属又はプラスチック製の薄い支持プラットフォーム１３６上に装着される。支持プラットフォーム１３６下側面に取り付けられているのはリニア・アクチュエータ、単一チャンネル・ピストン・タイプ可変圧力抵抗体のような可変圧力生成装置、又は他の可変圧力生成装置１４８である。リニア・アクチュエータ又は可変圧力生成装置、ここでは「ピストン抵抗体」という、は、電気的、機械的、気圧的又は液圧的プロセスによって可変圧力を生成する装置を含め、技術的に知られたいくつかのやり方で具現することができる。このような装置の代表的な見本は、例えば、クラマー（Ｋｒａｍｅｒ）の米国特許Ｎｏ．５，６３１，８６１中の図８ａ−ｍに図示され、その中では「指先組織シミュレータ」と呼ばれている。本発明のこの好適実施形態においては、磁気的に駆動される装置が使われている。ピストン抵抗体１４８は、患者検診モジュール２００（後記）に由来する反応信号に従って、模擬皮膚厚板片１４２の下側面に対し逆圧又は抵抗圧力を加える。厚板片１４２、トランスジューサ１４４、支持プラットフォーム１４６及びピストン抵抗体１４８は、ＨＣＵ１００の凹部１１２、１１４、１１６の中に配置される。各凹部１１２、１１４、１１６の中には、穴１５０が設けられ、ピストン抵抗体１４８の開放端を挿入するように調整されている。穴１５０の深さは、支持プラットフォーム１４６が凹部の底面からやや持ち上がり、これによってユーザが感じる反発抵抗が模擬皮膚厚板片１４２自体によるものだけになるように選定される。
【００３３】
本発明の使用に適している様々の種類の圧力トランスジューサが技術的に知られている。例えば、以下の例示は本発明の範囲を制限するものでないが、ラインボルド（Ｒｅｉｎｂｏｌｄ）その他に発行された米国特許Ｎｏ．６，０３３，３７０は、２つの導電層の間にサンドイッチされたポリウレタン発泡材誘電体を持つ容量性圧力トランスジューサを開示している。ダンカン（Ｄｕｎｃａｎ）その他が米国特許Ｎｏ．４，８５２，４４３で類似の装置を開示しており、これはコンデンサ電極上に載せた圧縮性突起を絶縁シートの両側に配置している。可変抵抗力部品に基づく圧力トランスジューサが、米国特許Ｎｏ．５，０６０，５２７の中でバージェス（Ｂｕｒｇｅｓｓ）によって開示されている。
【００３４】
図２を再度参照しながら説明する。ＨＣＵ１００の親指に対応する部分１０５は、コンピュータ・ソフトウエアに関する機能及び選択肢を制御し、選択するためのボタン１５２を格納する（マウス・クリック制御又は他の入力デバイス）。ＨＣＵ１００の下側面は、追跡ボール１５４を支え、コンピュータの選択機能、及びＰＥＭ２００を通して、患者にかかわる空間におけるＨＣＵ１００の二次元座標軸の位置確認を可能にしている。当業者には、ボタン１５２及び追跡ボール１５４がコンピュータ・マウスの基本的機能を提供し、おなじみのよく知られたやり方でコンピュータと選択的にやり取りできることは明らかであろう。タッチ・パッド及び光システムを含め、他の種類の選択メカニズムの使用が可能なことも明らかであろう。また、ＨＣＵ１００は、信号プロセッサ１３０及びアナログ・デジタル／デジタル・アナログ信号コンバータ１３２にも連結されている。
【００３５】
ＨＣＵ１００は、医師と離れた場所の患者との間のインタフェース又は接触ポイントの機能を果たしている。ＨＣＵ１００は、医師の手が発生させた機械的に加えられた圧力信号を受けて、それを圧力トランスジューサ１４４を通して電気信号に変換し、同時に、患者検診モジュール２００での圧力反応から得られた着信電気信号を抵抗力信号に変換し、それが、支持プラットフォームに対し装着されたピストン抵抗体１４８に加えられる。この感覚変調サブユニット１４０の、ユーザが加えた入力圧力を「感知」し、同時にユーザに対して直接の抵抗フィードバック反応を提供する能力は、人がその手を他の物体に押し付けたときに起こる実際の事象をシミュレートする。患者に加えられた直接の圧力（ＨＣＵ１００からの入力圧力により決まる）に応じて、ＰＥＭ２００を通して感知された高いレベルの抵抗力（実際の患者の反応）は、ＨＣＵ１００にリレー返信され、ピストン抵抗体１４８を通して医師にフィードバックされる。ＰＥＭ２００が抵抗力の増大を感知すると、それに応じて、支持プラットフォーム１４６の下側面に加わる力が増大することになる。これは、模擬皮膚厚板片１４２に対するより大きな抵抗力の感覚、又はその「弾力性の欠如」に変換される。このフィードバック抵抗は、医師が加えた力に対する患者からの直接反応としてユーザに知覚される。
【００３６】
オプションとして単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ／抵抗体デバイスをＨＣＵ１００に組み入れることができ、及び／又は、抵抗力の絶対変化を変換し、手動制御ユニットを通して医師の手に加えることができよう。現在ソフトウエア命令機能に使用している親指部分１０５に、前記に代えて感覚変調サブユニット１４０を収納することができる。親指の動きを診察プロセスに組み入れ、手のこの箇所に戻り感知入力を保持することにより、ＨＣＵ１００の機能的能力及び感度を拡張することができよう。ＨＣＵの最も複雑な実施形態には、操作者の手のあらゆる箇所との全面的な接触、及び、ＨＣＵ全体に多数の感覚変調サブユニット１４０を取り付けることが含まれよう。サブユニット１４０の数を制限するのは、これらの双方型圧力変換デバイスを小型化する能力だけである。数多くの感覚変調サブユニット１４０は、操作者の手のあらゆる部分で、機械的及び感覚的入力を生成し感受する能力をユーザに提供するであろう。
【００３７】
患者検診モジュール（ＰＥＭ）
図５及び６を参照しながら説明する。ＰＥＭ２００は、ナイロン、ゴム、シリコン又は軟プラスチック・サブストレートのような柔らかく、半軟弱材料でできたパッド又はパッド様の構造２０２で構成される。全体のパッド２０２は、望ましくは、ＨＣＵ１００の擬似皮膚厚板片１４２に類似した粘弾性的な性質を持つ固形物である。パッド２０２は、セル又はセル域と呼ばれる基本構造に分割される。パッド２０２の全体サイズも、パッド２０２内のセル２０４の数も特定の用途によって変わることになる。各セル域２０４は、パッド２０２内の区域に対応し、望ましくは、対応するＨＣＵ１００の感覚変調サブユニット１４０と同じようなサイズである。図６に示すように、単一チャンネル圧力トランスジューサ２４４は、各セル２０４内に装着されており、その作用／受圧面２４５が患者の方に向くよう方向付けされている。望ましいパッド２０２は、多数の圧力トランスジューサ２４４を内蔵する連続したゲル・タイプ構造２４２である。パッド２０２の背面２０６は、フレキシブルで、半硬質のシーティングを含む。現時点でこの背面２０６に好ましい材料は、セル域２０４に対ししっかりした支持を維持しながら、多様な身体サイズへの応用に合わせてある程度の屈曲が可能なプラスチック又はポリマー・サブストレートである。金属、木材又は合成材料のようなもっと硬い材料も、しっかりした支持構造を備え、身体の多様な輪郭を持つ表面のそった屈曲が可能ならば使用することができよう。単一チャンネル・ピストン・タイプ可変圧力生成感覚変調サブユニット２４０を含むリニア・アクチュエータは、望ましくは金属又はプラスチック製の薄い支持プラットフォーム２４６の下側面に取り付けられている。支持プラットフォーム２４６は、望ましくは、ＨＣＵ１００中の指先１０６と同じ様なサイズである。ピストン・タイプ可変圧力生成デバイス２４８、又は同様なリニア・アクチュエータは、一般にセル２０４と支持体２０６との間の境界面に所在する各圧力トランスジューサ２４４の直接真下に位置決めされ、支持体２０６内に収納されて圧力トランスジューサ２４４下部の支持プラットフォーム２４６の下側に配置されている。
【００３８】
診察パッド２０２は、診察する患者の身体表面部分に直接にあてがわれ、例えば、貼り付けチャック・タイプの固定具２５０でそこに固定される。貼り付けチャック固定具２５０は、融通が利き、多様な身体形状及びサイズへの使用が可能であろう。また、パッド２０２を、胸への使用にはベストに、腹部への使用には帯に、袖に、長手袋に、又は手腕上部には手袋に、ズボンの脚、又は足下部にはブーツに、また、手指や足指のような小さな用途には、小さな布片に仕立てることもできよう。このＰＥＭの好適実施形態は、位置を固定したパッド構造になっているが、患者、他の人員又はロボット・ガイドが、患者の表皮面又は身体内の空洞を動かす移動式感知ユニットも本発明の範囲内である。
【００３９】
一つの好適実施形態では、ＰＥＭ２００は、電気接続コード３０２を介してコマンド制御ボックス３００につながれている。この好適実施形態では、コマンド制御ボックス３００は、電源３０４、小型中央演算装置（ＣＰＵ）３０６、信号プロセッサ３０８、デジタル・アナログ・コンバータ３１０、及び通信システム３１２を含む。コマンド制御ボックス３００は、ＰＥＭ２００からデータを受信及びこれに送信することによりＰＥＭ２００を医師のＨＣＵ１００に連結している。電源３０４は、望ましくは、交流（家庭用又は産業用）又は直流（バッテリ使用作業）双方での稼動能力を備える。接続コード３０２が図示されているが、無線データ・リンクのような他のデータ・リンクも、本発明の範囲である。
【００４０】
この好適実施形態の通信システム３１２は、内蔵モデム（図示せず）を含み、ＨＣＵ１００の近くに置かれた医師のコンピュータ１６０がＰＥＭ２００の近くに置かれたリモート・コンピュータ２６０と接続できるようにしている。下記の通信方式に基づくシステムを含め、他の通信システムも可能である。（１）光ファイバー・ケーブル・チャンネル及び非ファイバー光ベースのデータ／音声／映像信号送信方法を含め、光ベースの通信；（２）以下に限定はされないが、ラジオ周波数、極超短波周波数、マイクロ波又は衛星システムを含め、音声及び／又はデータ情報を送受信できる無線通信；及び（３）赤外光、磁気、他の波長の可視又は非可視放射、生体材料（生体ロボット又はウイルス生命体を含む）、原子／素粒子、のような現在まだ使用されていないいっさいのメディアを使った将来のいっさいの音声又はデータ送信方法。好ましくは、直接患者に加わる重量の軽減、サイズ上の制限及びおそらくは安全性（通信／データ送信からのＲＦ又はマイクロ波放射への曝露の低減）を考慮して、フレキシブルな接続コード３０２を通してパッド２０２をコマンド制御ボックス３００に接続する。また、接続コード３０２は、感覚変調サブユニット２４０内の圧力トランスジューサ２４４及び可変圧力生成装置２４８を電源３０４に接続する。
【００４１】
他のデバイス構成に、単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ／抵抗体デバイスを組み込んで、ＨＣＵ１００を通して、ユーザの手に抵抗力の絶対変化を変換伝達することができよう。ＰＥＭ２００の感度及び機能性を増大させる試みとして、各セル域２０４をさらに分割し、ＰＥＭ２００全体に多数の感覚変調サブユニット１４０を取り付けることができよう。機能サブユニットの数を制限するのは、これらの双方型圧力変換デバイスを小型化する能力だけである。数多くの感覚変調サブユニット１４０は、ユーザに、操作者の手のあらゆる部分で、機械的及び感覚的入力を生成し感受する能力を提供するであろう。
【００４２】
ＰＥＭ４００の二番目の実施形態は、図７及び図８に示すように、前記の電気機械的構造でなく、気圧媒体流又は液圧媒体流を使う。この二番目の実施形態では、ＰＥＭ４００は、ナイロン、ゴム、シリコン又は軟プラスチック・サブストレートのような柔らかく、半軟弱材料でできたパッド４０２又はパッド様の構造で構成される。パッド４０２は複数のセル４０４に再分割される。パッド４０２の全体サイズも、パッド４０２内のセル４０４の数も装置のモデルと用途によって変わることになる。それぞれのセル４０４は、一つの流入／流出二重機能ライン４１０、及び空気、水、油圧液、又は電気化学ゲルのような加圧媒体流の流入及び流出を可能にする一つのバルブ４１４、及び単一圧力トランスジューサ４４４を伴った、気密性又は水密性の空洞チャンバ４１６として設計されている。圧力トランスジューサ４４４は、ＨＣＵ１００について前記した圧力トランスジューサ１４４と同様な単一チャネルのトランスジューサである。圧力トランスジューサ４４４は、患者の身体の表面に直接あてがうシート材料の中に装着されている。したがって、セル構造のオープン部分は圧力トランスジューサ４４４の後ろ側にくることになる。トランスジューサの受圧面４４５は患者の方向に向くことになる。
【００４３】
パッド４０２は、診察する患者の身体表面部分に直接にあてがわれ、例えば、貼り付けチャック・タイプの固定具２５０でそこに固定される。貼り付けチャック固定具２５０は、融通が利き、多様な身体形状及びサイズへの使用が可能であろう。また、パッド４０２を、胸への使用にはベストに、腹部への使用には帯に、袖に、長手袋に、又は手腕上部には手袋に、ズボンの脚、又は足下部にはブーツに、また、手指や足指のような小さな用途には、小さな布片に仕立てることもできよう。また、必要に応じ、パッド４０２の外部表面に重量のある強化層（鉛、金属又はプラスチック）を取り付けて安定性又は逆圧を増すこともできよう。各セル４０４の流入／流出ライン４１０は、ポンプ（図示せず）及び加圧した媒体流を収納するための加圧タンク４１８を含むポンプ機構に接続されている。介在バルブ４１４は、流入／流出ライン４１０にそって加圧タンク４１８とそれぞれのセル４０４の間に設置される。ＰＥＭ４００は、前記したように、接続コード３０２を介してコマンド制御ボックス３００につながれる。
【００４４】
望ましくは、ＰＥＭ４００のこの制御部分は、直接患者に加わる重量の軽減、パックを手足や指のような身体の小さな部分に置く場合のサイズ上の制限、又はおそらくは安全性（通信／データ送信からのＲＦ又はマイクロ波放射への曝露の低減）への考慮から、患者から離れた所に設置する。このコマンド制御ボックス３００の仕様及び機能は前記されている。また、接続コード３０２は、加圧媒体流の流入／流出ライン４１０及びバルブ４１４をはじめ圧力トランスジューサ４４４を電源３０４に接続している。
【００４５】
特定のＨＣＵ１００の設計によっては、ポンプ及び加圧タンク４１８双方ともにコマンド制御ボックス３００部分に、又はともにＰＥＭ４００自体に、又は相互にかかわり無くどちらかの区域に含めることができよう
加圧媒体流として空気を使っているＰＥＭ４００は、半閉鎖式回路を使うことになろう。この好適実施形態において、ポンプ機構は、ユニットの外部からパッド４０２の背面に取り付けられた単一の加圧流体タンク４１８に空気を吸引する。一般に、加圧タンク４１８は、パッド４０２と同じサイズである。バルブ４１４は、加圧タンク４１８内の下側にあるセル４０４に対応する複数の場所に設置される。したがって、加圧タンク４２８は、介在バルブ４１４を通してそれぞれの圧力セル４０４と直接連絡する。適切なチャンバ圧力を確実にするため、チャンバ内部の圧力を感知しその情報をコマンド制御ボックス３００に送り返すために、加圧タンク４１８内に圧力調整回路（図示せず）が組み込まれる。適切なセル４０４が駆動され、所望のポンプ・チャンバ圧力が実現され（ＨＣＵ１００からの対応加圧信号に応じて）、その結果生じた患者の反応信号がコマンド制御ボックス３００を介してＨＣＵ１００に返信された後、ポンプが排気して、加圧チャンバ４１６の内部を大気圧に戻す。液圧流体を使用しているＰＥＭ４００は、内蔵型の閉鎖流体システムで構成される。
【００４６】
ＰＥＭ４００の機能は、ユーザがＨＣＵ１００に加えた圧力を患者へ直接「送信」し、その結果生ずる患者からの抵抗反応信号を医師のＨＣＵ１００に送信することである。ソフトウエア及び医師のＨＣＵ１００を使って、ＰＥＭ４００のカバー範囲内にある身体のいろいろな部分を、その上に乗った適切な加圧セルを「選定」することによって診断することができる。ソフトウエアが、選定されたセル４０４に対応するバルブ４１４を開くための適切なコマンドを送信する。選定されるセル４０４の数は、加えた「手」の圧力に対する患者の反応を引き出すため、医師が「押す」ことを望む患者の身体区域に対応している。さらに、医師はその戻り圧力データがユーザに返信されてくるセル、すなわち身体の区域を無差別に選定することができる。多くの状況では、圧力を加えるセルが、その戻り圧力データ信号を医師のＨＣＵ１００に返信することになるが、いくつかの診察機能のために、あるセルのセットで圧力を加え、違ったセルのセットから圧力を受ける選択肢もある。
【００４７】
二番目のＨＣＵを組み入れて、一番目のＨＣＵと反対側の手に合わせ、医師が片側の手を使って患者のある部位に（一番目のＨＣＵとＰＥＭを通して）圧力を加え、患者の違った部位からの圧力反応を（二番目のＨＣＵを通して）反対側の手に受けられるようにすることも考えられる。
【００４８】
コンピュータ・ソフトウエアは、医師のＨＣＵ１００、ＰＥＭ２００又は４００、システム・ダイナミクス、及び通信プロトコルの様々な機能に対するコマンドを制御する。ＨＣＵ１００の機能は、アクチブにする特定のセル又はセルのグループ、及びその結果の戻り信号を伝えるセルを駆動するためのセル選定機能を含む。また、このソフトウエアは、医師の特定のＨＣＵ１００圧力反応パッドを、医師が圧力信号を送信するための送りパッチ、及び患者のデータを医師に戻すための受信パッドに指定する割り当てができる。
【００４９】
患者の身体上における医師のＨＣＵ１００の位置関係もコンピュータ・ソフトウエアが追跡する。ＨＣＵ１００の動きを変換し、ＰＥＭ２００又は４００に送信して、患者の身体のあらゆる箇所で手の動きをシミュレートすることができる。加えて、解剖学的データベースを組み入れて、診断する特定身体区域の生体組織横断面及び三次元レンダリングを提供することができる。
【００５０】
このソフトウエアは、医師がＨＣＵ１００に加えた物理的圧力反応を電気信号に転換する。信号及び信号強度の標準化、校正及びリアルタイム監視は、典型的なプログラム機能である。このソフトウエアは、ＨＣＵ１００からＰＥＭ２００又は４００への、及びその反対方向への電気信号変換及び送信のための送信プロトコルも担っている。送信プロトコルは、地上ベース及び非地上ベースの通信プラットフォームを含む。ポンプ・チャンバ昇圧、校正、及び送信されてきた電気信号を、手動制御ユニットに加えられた実際の圧力と等しい大きさに相関を取って適切な昇圧コマンドに変換すること、ならびに、選定されたバルブの開閉状態を含め、ポンプ及びバルブに対するすべてのコマンドは、装置のソフトウエアにより制御される。
【００５１】
図９は、本発明の電気機械的及び気圧／液圧機構的双方の実施形態に対する装置機能の一般的プロセス流れを表す。医師は、関心のある身体区域を選定し、ＨＣＵ１００を使ってこれを触診を行う範囲に対応する駆動セル２０４又は４０４の下側にあわせる。感覚変調サブユニット１４０を介してＨＣＵ１００に圧力を加えることにより信号が発生し、それが信号プロセッサ１３０及びアナログ・デジタル・コンバータ１３２を通して医師のコンピュータ１６０に送られ、今度はこれが、ＨＣＵ１００からの圧力信号を向けることになる、ＰＥＭ２００又は４００上の関心範囲の感覚変調サブユニット２４０又は４４０を駆動するためのコンピュータ・コマンドを送信する。そこで、ユーザが、圧力刺激を加えた後で「感じ取り」たい患者の身体域に対応する圧力トランスジューサ２４４又は４４４が駆動される。このコマンドは、出力信号を医師のＨＣＵ１００に返信できるように、受信セルの圧力トランスジューサ２４４又は４４４を駆動する。
【００５２】
医師は、指先、近位側掌、及び遠位側掌の手表面のどんな組み合わせでも使って（一本指から掌表面全体までにわたって）ＨＣＵ１００の感覚変調サブユニット１４０上を直接押して、通常、自分が手で患者の診察を行うときに加えると同等な力の所望入力圧力刺激を発生させる。この加圧力は、人、環境及び患者の診断部位によって異なることになろう。医師がＨＣＵ１００の感覚変調サブユニット１４０に加えた圧力は、圧力トランスジューサ１４４により感知され、電気出力信号に変換される。この電気信号は信号プロセッサ１３０に送信され、処理されたアナログ電気信号はデジタル信号１３２に変換される。次に、このデジタル信号は医師のコンピュータ１６０に入力される。
【００５３】
医師のコンピュータ１６０では、ソフトウエア・プログラムは、ＨＣＵ１００及びＰＥＭ２００又は４００の様々な送信及び受信部分の間にリンクされたシステム経路；ユーザ側及び患者側双方設備の信号プロセッサ１３０、３０８、圧力トランスジューサ１４４、２４４、４４４、ピストン抵抗体１４８及び可変圧力生成装置２４８の校正、ならびに、ＨＣＵ１００からの入力電気信号を対応するＰＥＭ２００、４００への電気出力信号へ変換することについての責任を担っている。ＰＥＭ４００にポンプ・システムを使う場合には、メディア加圧タンク４１８内部の圧力センサー（図示せず）が校正されることになる。医師のコンピュータ１６０は、通信システム３１２を介してリモート・コンピュータ２６０にＰＥＭ２００、４００への電気信号及び関連するソフトウエア・コマンドを送信する。前記に代えて、患者側すなわちリモート側で、独立のコマンド制御ボックス３００を使用し、ＰＥＭ２００又は４００の近くに配置することができる。デジタル圧力発生信号は、デジタル・アナログ・コンバータによってアナログ電気信号３１０に再変換され、後処理３０８され、次にＰＥＭ２００又は４００の、前もって選定された適切な圧力発生装置に送られる。そこで、ＰＥＭ２００又は４００が、ユーザすなわち医師がＨＣＵ１００に加えた力に基づいて、直接、患者へ力を加える。
【００５４】
ソフトウエアは、ＰＥＭ４００のために、ＨＣＵ１００のアクチブな各区域から入ってくる電気信号の受信、ＨＣＵ１００の様々な部分に加えられた入力圧力のそれぞれに対応する大きさの算定、及びこれらの情報を特定のポンプ・コマンドへ変換する役割を担う。この圧力コマンドは、次に患者のいる離れた場所のリモート・コンピュータ２６０、もしくは、前記のＰＥＭ４００のコマンド制御ボックス３００部分のいずれかに直接送信される。そこで、医師がＨＣＵ１００に直接加えた圧力と等しい出力圧力を実現するために、ＰＥＭ４００がポンプ機構を駆動させ、加圧チャンバ４１８を昇圧することになる。圧力センサーがチャンバ４１８の内部圧力を監視し、所望の入力圧力が得られるまで、ポンプ稼動の継続、停止の必要性に関する連続したフィードバックを提供する。次に、加圧チャンバ４１８の中の加圧されたメディアが、流入／流出ライン４１０経由で、選定され圧力バルブ４１４が開かれたそれぞれのセル４０４に送り込まれる。加圧されたメディアは選定されたセル４０４に流入し、医師がＨＣＵ１００に加えた力に応じてセルの容積及び内部セル圧力を増大させる。
【００５５】
ＰＥＭ２００もしくは４００によって患者に加えられた下向きの力は、患者から、まったくの無抵抗で診断した区域がさらにへこむ程度から、大きな抵抗又は「防御」に至る範囲の反応を引き出す。駆動されたセルが加えた力に対抗する患者からのこの抵抗力は、セルの圧力トランスジューサ２４４又は４４４により検出されることになる。
【００５６】
ＰＥＭ２００又は４００の作動された圧力トランスジューサ２４４に検出された機械的抵抗反応は電気信号に変換され、患者所在地のコマンド制御ボックス３００又はリモート・コンピュータ２６０に返信される。入力コマンド・セットについて前記したように、このアナログ電気信号は、３０８で処理されデジタル信号３１０に変換されることになる。このデジタル信号は、通信システム３１２経由で医師のコンピュータ１６０に返信される。ＨＣＵ１００出力信号について前記したように、ソフトウエア・プログラムは、ＰＥＭ２００、４００上のアクチブな各区域から着信するデジタル電気信号を受信すること、ＰＥＭ２００、４００出力圧力それぞれに対応するの大きさを算定すること、及びこれらと同等なデジタルＨＣＵ１００抵抗力信号へ変換することについての役割を担う。このデジタル信号は同等なアナログ電気信号１３２に変換され、後処理１３０され、そこで前もって選定された適切なＨＣＵ１００のピストン抵抗体に向けらる。ＨＣＵ１００のピストン抵抗体１４８によって生成される抵抗出力は、患者がＨＣＵ１００の入力圧力刺激に応じて生成した抵抗出力と等しい。
【００５７】
ピストン抵抗体１４８が与える反応抵抗は、患者生体組織の選定された区域に加えられた圧力に対する患者の反応の触覚シミュレーションを医師に提供するものである。このシステムはリアルタイムかつ動的あり、医師は、前もって選定されたセル区域内に対し、連続して、押す−放す又は押す−部分的に放すの操作による刺激を行うことができる。この装置の３つの主要構成要素、すなわち医師の手動制御ユニット、コンピュータ・ソフトウエア、及び患者検診モジュールは、連続的、リアルタイム、作用・反作用フィードバック・ループのためのシステムを提供する。医師は、医師が加えた圧力と、医師の手が手動制御ユニットに対して感知した患者の抵抗反応との抵抗力の差異を解釈し、医療上の意思決定に使うのである。
【００５８】
好適実施形態において、ソフトウエアが制御することになる全体的プロセスを示すフローチャートを図１０Ａ−１０Ｃに図示する。ユーザは一般的に医師であるが、まずシステム５００にログインする。ログインするための仕組みは、例えば、ＨＣＵ中のバイオメトリック・スキャナ（指紋読取り装置、図示せず）を含め、何らかの既存の手段を備えるか、あるいは、もっと従来型のユーザ識別要求の仕組み及びパスワードを医師のコンピュータ１６０に備えることができる。次に、ソフトウエアはシステム日付及び時間５０２を問い合わせ、ＰＥＭとの接続を設定し、ＨＣＵ及びＰＥＭ５０４のステータスを点検し、次にそれらの間に必要な通信リンクを設定する。この好適実施形態において、医師のコンピュータ１６０が第一データベースにアクセスして５０８、圧力トランスジューサ及び圧力生成デバイス（リニア・アクチュエータ）のようなＨＣＵ及びＰＥＭの部品についての様々の校正ファクタを取得する。そこで、ソフトウエアが他の様々の初期化機能を実施するが５１０、この機能に圧力トランスジューサのサンプリング・レートの設定、部品類の初期化と校正を含めることができる（例えば、圧力トランスジューサに対して「ゼロ圧力」を設定する）。
【００５９】
次に、医療記録について特許の身元を検証すること、及び患者の一般的なサイズ及び年齢のような診察の助力となることのある基本パラメータを設定することの双方のために、患者の識別及びバイオメトリック情報が入力される５１２。次に、医師は診察する解剖学的部位を選定する５１４。この好適実施形態では、解剖学的データのデータベースへのアクセスが行われ５１６、これには診察する生体組織部分の包括的な静止画又は動画が含めることができる。本発明の実施形態において、診察する生体組織部分に関する包括的情報に加え、患者の治療及びバイオメトリック情報を使って、圧力トランスジューサ及びリニア・アクチュエータの感度のような各種のシステム・パラメータを調整することが考えられる。次に、医師は、ＰＥＭに出力信号を提供するＨＣＵの部分５１８、ＰＥＭからフィードバック圧力を受け取るＨＣＵの部分５２０、ＨＣＵから圧力信号を受信するＰＥＭのセル５２２、及びＨＣＵに圧力信号を返信するＰＥＭのセル５２４を選定する。ほとんどの応用において、アクチブなＨＣＵの部分と駆動されたＰＥＭセルとの間で、例えば、ＨＣＵの感覚変調サブユニットが、ＰＥＭの同一セルとの間で圧力信号の送受信をするといった一対一の対応があると予期される。しかしながら、送信と受信信号を切り離せる能力は、システムにさらなる機能性を提供すると考えられている。本発明は、ＨＣＵの入力及び出力圧力信号を切り離すことができないシステムを意図している。
【００６０】
また、このソフトウエアは、マウスを動かすのと同様な方法で、システムがＨＣＵの動きを追跡し、それに対応して駆動するＰＥＭセルを変更するといったように、ＨＣＵの駆動部分の位置をＰＥＭのものと連係させることができる５２６。システムにいっさいの圧力を加える前に、ＨＣＵ及びＰＥＭ出力信号の圧力増幅／拡大又は低減／最小化といった、前もって定めた力の修正機能を適用することができる５２８。ユーザがＨＣＵに力を加え５３０、その圧力信号が圧力トランスジューサ１４４の中に低電流の信号（ＨＣＵ−Ｐ１）を発生させ５３２、それが信号プロセッサに送られ、これに対応する、より高い電流の信号が生成され５３４、次にデジタル信号（Ｄ−ＨＣＵ−Ｐ１）に変換される５３６。Ｄ−ＨＣＵ−Ｐ１圧力信号を使って、ＰＥＭに対するデジタル圧力信号（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１）が生成され５３８、それが医師のコンピュータ１６０からリモートコンピュータ２６０に送信される５４０。そこで、Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１圧力信号は低電流アナログ信号（ＰＥＭ−Ｐ１）に変換され５４２、ＰＥＭの可変圧力生成装置２４８に印加され、それに対応する力が患者に加えられる５４６。
【００６１】
選定されたＰＥＭセルが、患者の抵抗反応を検知して５４８、圧力反応信号（ＰＥＭ−Ｐ２）を発生し５５０、それが処理されてより高い電流の信号を生成し５５２、デジタル化（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ２）される５５４。Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ２圧力信号を使って、ＨＣＵのための対応デジタル圧力信号（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１）が生成され５５６、それがリモートコンピュータから医師のコンピュータに送信され５５８、アナログ信号に変換され５６０、それが適切なＨＣＵピストン・タイプ可変圧抵抗体１４８に印加されて５６２ＨＣＵ上に反応力を生成する。診察が完了した場合には５５６、システムはリセットされ、医師が、患者の身体組織の異なる部分の別の診察を開始することができるようにする。そうでなければ、医師は、引き続き力を加え、患者からのさらなる反応を検知することができる。
【００６２】
このプロセスは、好適実施形態に関連して記載されているが、当業者には、前記のプロセスの変形応用が可能なことは明白であろう。例えば、圧力トランスジューサからの圧力信号を、より高い電流の信号へ前処理しないで使うことができるようにする、あるいは、内蔵Ａ−Ｄコンバータとともに使用して、デジタル信号を直接生成することができるようにする実施形態が可能であろう。オプションとして、患者と医師とが近接している場合には、ＨＣＵ及びＰＥＭを直接共通のコンピュータ又はこの用途専用のデータ処理システムに接続することもできる。本発明は、解剖学的データベースにより提供される付加的な機能なしでも、明らかに実施可能である。さらに、当業者には、上記のＰＥＭを液圧又は気圧による実施形態に合わせるため、図１０Ａ−１０Ｃに示したプロセスをどのように変更したらよいかは明白であろう。
【００６３】
このＨＣＵ１００は、離れた場所にいる患者の身体診察のシミュレーションを可能にすることを意図したものである。医学分野における応用には、深海、宇宙、戦場状態、遠隔地、及び／又は山岳／ジャングル探検のような劣悪な環境の中で患者を診察する能力も含まれよう。また、本発明は、非医療及び／又はレクレーション用途にも合わせることができ、人が離れた場所に所在する他の人、身体又は物体からの触覚反応を調べたり、感じたり、又は他の方法で引き出すことを望むような場合に使えよう。
【００６４】
携帯バージョンを、例えば、患者が実際に職場を離れて医師の診察室に出かける必要性をなくすため、職場内の医療室で応用することもできよう。
【００６５】
また、手術を実施するためのロボット用具使用の増加に伴い、医師がロボット・システムを使って手術を実施しているときに、触覚フィードバックを提供するように、上記の発明を直接的なやり方で改造することも考えられる。
【００６６】
携帯バージョンを、例えば、家庭で応用し、家庭への来診、診察室訪問又は時間外の救急医療室への訪問を避けることもできよう。この効率性は、全体的な医療コストに大きな影響を与えよう。
【００６７】
近接していない場所にいる人が必要とする身体構造の触覚情報又は三次元触覚モデリングを必要とするいっさいの応用は、本発明の範囲内である。
【００６８】
また、本発明を、物体と視覚障害者との間に実際の直接的な物理的接触なしに、その物体の感じを伝え又はシミュレートする視覚障害者の能力を高めるために適合させることもできよう
第一の代替実施形態
図１１を参照しながら、本発明に従ったシミュレータ・アセンブリ６００の一番目の代替実施形態を図示する。この代替実施形態は、身体診察の触診部分を記録し、再生する能力を提供する。下記で論じるように、シミュレータ・アセンブリ６００は、身体診察の触診部分を医療記録に記録し、例えば、コンサルタント、予備の医師、患者、法医学の場、研究、教育、患者情報などに転送できるようにすることを意図している。シミュレータ・アセンブリ６００は、身体形再生モジュール６０２と連結しているデータ操作システム６２８を含む。このデータ操作システム６２８は、その中にデジタル・データファイル６２２を格納しているコンパクトディスク６２６（以下「ＣＤ」）を含み、デジタル・データファイル６２２は、前記のＨＣＵ１００及びＰＥＭ２００を使って実施した検診のような、身体診察の触診部分をデジタル的に表現する。また、データ操作システム６２８は、周知のコンピュータ６０６のような、校正、変換、モデリング及び／又はデジタル・データファイル６２２の転送を制御するよう動作可能なコンピュータ・ソフトウエアを備えたコントローラを含む。周知のケーブル６１２が上記構成要素間の信号通信を結合する。
【００６９】
運用において、図解したシミュレータ・アセンブリ６００の実施形態では、前回の診断で得られ、デジタル・データファイル６２２として保存され、事前記録又は格納された触覚データを、身体形再生モジュール６０２上で再生することができる。このように、身体形再生モジュール６０２を、離れた時間又は場所において以前に診察した人又は物体の実際の物理的特徴を表現又は再現するために使うことができる。
【００７０】
デジタル・データファイル６２２は身体診察のデジタル表現である。もっと具体的には、デジタル・データファイル６２２は、望ましくは、前記した実施形態の中で、ＨＣＵ及びＰＥＭを助力として行った身体診察の実施中に作動された圧力センサー、光エンコーダ、モータ・コマンド、ピストン・タイプ可変圧抵抗体、空気圧技術装置、マイクロコントローラなどの間の相互作用の複雑なシリーズを表現する。さらに、元の診察を行う際には、技術的に既知の方法を使って、前記のＨＣＵ及びＰＥＭの圧力センサー、光エンコーダ、モータ、ピストン・タイプ可変圧抵抗体、空気圧技術装置、マイクロコントローラなどの間の相互作用を表現するデジタル・データを記録し、デジタル・データファイル６２２を作成する。
【００７１】
このデジタル・データは、ＣＤ６２６、デジタル・ビデオ・ディスク（以下「ＤＶＤ」）、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ又は他の現在知られている、あるいは開発中の様々な記憶メディアいっさいのような、どのような既知のデジタル・データ記憶メディアにこれを記録又は格納し、これによりデジタル・データファイル６２２を形成してもよい。格納されたデジタル・データファイル６２２を持つことにより、医師ユーザは、医学論文作成、オンコール医師に引き渡す際の治療の継続、又は医学生、レジデント、患者に対する教育ツール及び研究のような目的に動作可能な診察所見及び患者の特徴を再現するための使用に適した情報を有することになろう。
【００７２】
注記として、身体診察を行う中で実施される事柄及び処置の精密な順序は当業者にはよく知られており、したがって、本明細書には詳記しない。また、図解した実施形態においては、実際の診察中に得られたデジタル・データを記録することにより、デジタル・データの実施手順を得るのが望ましいが、当業者には、例えば、虫垂炎からくる腹部のこわばりのような、特定の疾病に対し身体の様々な部分に触れたときに予期される抵抗力をコンピュータ・モデリングするといった、技術的に周知の何らかの適当な方法で、格納デジタル・データファイル６２２を作成できることは明白であろう。
【００７３】
図解した実施形態において、コンピュータ・ソフトウエアは、格納されたデジタル・データファイル６２２を取り出し、石のＨＣＵ１００の様々の部分及びそれに対応するＰＥＭ２００からの反応から加圧値の実施手順を再設定することができる。診察対象の身体の特定部分について、時間及び場所双方の面から、この作用・反作用の一連のパターンをソフトウエア・システムがマップすることになる。解剖学的場所の特定は、元の診察のときの元のＰＥＭデータ要素の特徴を読むことによって決定される。
【００７４】
考え方としては、このプロセスには、患者の動的３−Ｄモデルを展開することが関わる。最初に、ソフトウエアは、格納されたデジタル・データファイル６２２からＨＣＵとともに使用されたＰＥＭユニットのデータを明確化する。次に、ソフトウエアは、（使用された特定の区域ＰＥＭに基づいて）診察された身体部分のグラフィック表現を設定し、デジタル・データファイル６２２内に格納されたデジタル・データを順番に再生する。入力圧力値、時間関数としての圧力（圧力プロフィール）、ストロークの動きの値、及び元の加圧から記録されたＨＣＵの触覚表面の部品の動きの度合いが、それらのデータが指向した、すなわち加わえられた力で作動された元のＰＥＭの特定区域について、詳細に描写されることになる。ＨＣＵ１００に加えられた力によりもたらされ、ＰＥＭが検知した引き続いての反応力も、上記の各パラメータに関して変換されることになる。
【００７５】
各ＰＥＭユニットはより小さなサブユニットのシリーズで構成されているので、その上に力と圧力データがマップできるます目パターンはすでに設定されている。そこで、このＨＣＵに加えられた力とＰＥＭ反作用反応とは、問題のある生体組織の特定の区域に沿ってマップされることになる。診察の手順を再生して、診察時の力と圧力プロフィールのマップを判定し、診察された人又は物体に内在する特徴のモデルを生成することができる。このデータを、身体形再生モジュール６０２に直接接続されたコンピュータ６０６から身体形再生モジュール６０２にダウンロード、あるいは、通信ネットワークを通して送信し、離れた場所のコンピュータ又は身体形再生モジュール６０２にダウンロードすることができる。
【００７６】
コンピュータ通信分野における通信ネットワークは周知のものである。定義としては、ネットワークは通信施設又は連結体によって接続されているコンピュータ及び関連装置のグループである。ネットワーク通信は、専用ケーブル経由のような恒久的性質のものであることもあり、電話回線又は無線連結を通して行われる通信のような一時的性質のこともある。ネットワークには、数台のコンピュータ又はワークステーション及び関連装置で構成されるローカル・エリア・ネットワーク（「ＬＡＮ」）から、地理的に分散されたコンピュータ及びＬＡＮを相互接続する広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）や一時的通信リンク経由で離れた場所のコンピュータを相互接続する遠隔接続サービス（「ＲＡＳ」）まで、いろいろなサイズのものがある。次に、インターネット・ワークは、データの転送及び様々のネットワークからの変換を容易にするゲートウエイ及びルータを使った類似の及び異なった種類の多数のコンピュータ・ネットワークの共同体である。
【００７７】
図１１〜１３を参照し、身体形再生モジュール６０２に焦点を合わせながら説明するが、身体形再生モジュール６０２は、ＰＥＭを使用して診察される身体組織に対応する三次元（３−Ｄ）身体モデルとして形作られている。例えば、身体形再生モジュール６０２を全身にも、又は、胸部、腹部、頭部、首、腕、手、脚、足、骨盤や指のような、身体のどこかの関心部分にも形作ることができる。図解した実施形態の身体形再生モジュール６０２は、人体の腹部を模倣して形成されている。望ましくは、元の診察で使われたＰＥＭの身体構造に対応した身体形再生モジュール６０２を使用するが、それに代えて、一般的な身体形再生モジュールを使用することができる。
【００７８】
図解した実施形態において、身体形再生モジュール６０２は、ゲル、ナイロン、ゴム、シリコン又は軟プラスチック・サブストレートのような、柔らかで、半軟弱な材料で成型される。各身体形再生モジュール６０２は、望ましくは、皮膚表面６１８をシミュレートするために弾力性のある外部接触表面を含む。
【００７９】
身体形再生モジュール６０２は、セル６３２の配列６３０を含む。セル６３２は、前記したＨＣＵ１００及びＰＥＭ２００のセル２０４と同様である。前に記した感覚変調サブユニット５０６は、力の検知及び発生の双方を行うが、当業者には、この実施形態のセル６３２は、前記に換えて、力を検出する能力なしに、加圧だけを行うように構成することができるのは明らかであろう。このような構成は、肋骨骨折による腹腔変形のような身体の形状又は状態を静的に表現するために使用することができる。
【００８０】
身体形再生モジュール６０２の全体サイズ、及び各身体形再生モジュール６０２中のセル６３２の数は、所望の用途に合わせて選定することができる。望ましくは、それぞれのセル６３２のサイズと場所は、対応するＰＥＭ２００内のセル２０４のものと相関している。もちろん、セル６０２は、一般的には、対応するＰＥＭのセルと反対に機能することになる。概念として、写真フィルムの処理を例えに使うと、ＰＥＭはネガを表し、身体形再生モジュール６０２は（ポジ）プリントを表すことになろう。
【００８１】
図１３を参照しながら説明する。各セル６３２は、対応するＰＥＭ中の感覚変調サブユニットのサイズと寸法に対応した、数ミリメータ深さのキャビティ６３４を含む。各キャビティ６３４内には、感覚変調サブユニット６３６が収納される。感覚変調サブユニット６３６の最上部は、例えば、天然、人工又は生体適合材料（人工、模擬、培養又は加工皮膚細胞又はその代替品）を含め、擬似皮膚材料シリコン・ゴム、軟プラスチック基材、又は、他の適切な材料で形成された厚板片６３８を含む。それぞれの厚板片６３８は、のぞましくは、おおよそ指先サイズの大きさである。装置の感度と機能性を増大するために。各セル６３２をさらに分割し、各キャビティ６３４がより小型の機能感覚変調サブユニットの集合体を代表するようにすることができる。
【００８２】
代表的な感覚変調サブユニット６３６の詳細を説明する。サブユニット６３６は、模擬皮膚の厚板片６３８中に内蔵された一方向圧力トランスジューサ６４０を含む。圧力トランスジューサ６４０の作用面６４２すなわち受圧面は上方向、すなわち、ユーザの手に面する方向を向いている。圧力トランスジューサ６４０の向きは、ユーザから入ってくる圧力が、圧力トランスジューサ６４０の作用面６４２と向き合うようになっている。
【００８３】
内蔵圧力トランスジューサ６４０を持つ模擬皮膚である厚板片６４２は、金属又はプラスチックのような硬い材料で形成された支持プラットフォーム６４４上に搭載される。支持プラットフォーム６４４の下側面には可変圧力生成抵抗体６４６が取り付けられ、これは、図解した実施形態では、単一チャンネルのピストン・タイプ可変圧抵抗体６４６である。ピストン抵抗体６４６は、データ操作システム６２８から受信した反応信号に応じて、擬似皮膚である厚板片６３８の下側面に対し逆圧又は反応力を与える。厚板片６３８、圧力トランスジューサ６４０支持プラットフォーム６４４及びピストン抵抗体６４６を含め、各セル６３２の部品類は、各セルのキャビティ６３４内に配置され、これに支持されている。各キャビティ６３４内には穴６４８が設けられ、ピストン抵抗体６４６の開放端を挿入するように合わされている。開始した実施形態では、この穴６４８のサイズは、支持プラットフォーム６４４が、キャビティ６３４の底面からわずかに上昇するように設定され、したがって、ユーザが感じる抵抗は模擬皮膚厚板片６３８自体によるものだけである。
【００８４】
望ましくは、それぞれのセル６３２は、支持プラットフォーム６４４と擬似皮膚厚板片６３８の底面との境界面に配置された二番目の圧力トランスジューサ６５０を含む。この二番目の圧力トランスジューサ６５０は、望ましくは、その作用面６５２が、擬似皮膚厚板片６３８の底面６５４と反対側になるような方向にする。二番目の圧力トランスジューサ６５０の機能は、内部抵抗を監視し、各セル６３２内で適当な大きさの駆動力が維持されているかどうかを判定することである。このデータは、例えば、ユーザの手６０５が、身体形再生モジュールの表面に触れたり、動かしたりしたときに、適切な抵抗パターンが再現されることを確実にするために使われる。
【００８５】
前記に代えて、ピストン抵抗体システムを使うのでなく、リニア・アクチュエータ、モータ、及び／又は光エンコーダのシステムを使って、各セル６３２内に選定された力及び圧力のプロフィールを発生させ、維持するように各セル６３２を構築することができる。図１４を参照しながら説明すると、例えば、図１３のピストン抵抗体６４６を機械的作動システム６８０で置き換えることができる。機械的作動システム６８０は、リニア・ギア・ラック６８８を駆動できるステッパ・モータ６８４で構成されるリニア・アクチュエータ６５６を含む。ステッパ・モータ６８４は、ギア・ラック６８８とかみ合って、それを長さ方向に選択的に駆動するギア６８６を含む。ギア・ラックの先端部には支持プラットフォーム６４４が取り付けられている。このように、当業者には明白なように、ステップ・モータを選択的に制御して、ギア・ラック６８８及び取り付けられた支持プラットフォーム６４４をリニアに駆動し、厚板片６８３の下側面に対して加える圧力及び抵抗力を調整することができる。加える圧力及び抵抗力は、データ操作システムから受信する反応信号により決まる。図解した実施形態には、特定のリニア・アクチュエータ６５６の実施形態が描かれているが、当業者には、支持プラットフォーム６４４をリニアに駆動できる、技術的によく知られた他のリニア・アクチュエータが、本発明への使用に適していることは明らかであろう。
【００８６】
機械的作動システム６８０は、望ましくは光エンコーダ６８２を含む。光エンコーダ６８２は、ギア・ラック６８８のいっさいのリニアな動きが、関連するギア６９０の回転を引き起こすような形で、ギア・ラック６８８とかみ合わせ配置されているギア６９０を含む。そこで、光エンコーダ６８２をギア・ラック６８８の位置を監視するのに使って、これにより、厚板片６３８の外部表面の境界面における力を間接的に監視することができる。
【００８７】
図１３−１５を参照しながら説明する。本発明では、他の感覚変調サブユニット構成も考慮している。例えば、各セル中の単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ又は抵抗体を組み込んだ感覚変調サブユニットは、本発明での使用に適している。このような構成においては、圧力又は抵抗の絶対的変化は、単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ又は抵抗体に負荷された力の集合を取って算定される。
【００８８】
図１１を参照しながら説明する。図解した実施形態の身体形再生モジュール６０２は従来型のケーブル６１２を通してエンド・ユーザのコンピュータ６０６につながっている。
【００８９】
図１５を参照しながら説明する。前記のシミュレータ・アセンブリへの使用に適したセル７００の他の実施形態を示す。この代替実施形態では、セル７００は、空気、水、電気化学ゲル、又は油圧流体のような加圧媒体流を用いて、支持プラットフォーム７２２をリニアに変位させている。
【００９０】
それぞれのセル７００は、加圧媒体流の流入と流出とを受け持つ一つの取入れ／排出二重機能ライン７０４とともに、膨張チャンバ７０２を含む。バルブ７０６は、膨張チャンバ７０２への加圧媒体流の出入り流入及び流出を調整する。また、各セル７００は、一番目の単一チャンネル圧力トランスジューサ７０８及び二番目の単一チャンネル圧力トランスジューサ７１０を含む。一番目の圧力トランスジューサ７０８は、その作用面が外側に面する方向、二番目の圧力トランスジューサ７１０は、その作用面が内側の膨張チャンバに面する方向に設置されている。圧力トランスジューサ７０８及び７１０は、ユーザが加えた触覚圧力の監視及び記録はもとより、診察中に身体区域の特定の部分に検知された抵抗をシミュレートするため必要な膨張チャンバ７０２圧力を維持するため機能する。
【００９１】
各セル７００の取り入れ／排出ライン７０４は、望ましくは、加圧媒体流を収納するための貯蔵チャンバ７１６とつながれている。バルブ７０６は、各セルの膨張チャンバと貯蔵チャンバ７１６との間の加圧媒体流の流れを調整する。膨張チャンバ７０２への流入は、膨張チャンバ７０２の膨張をもたらし、これによりシミュレートされた抵抗力を増大させる。同様に、膨張チャンバ７０２からの流出は、膨張チャンバ７０２の縮小をもたらし、これによりシミュレート抵抗を低減させる。
【００９２】
加圧アセンブリ７１２は、貯蔵チャンバ７１６に加圧媒体流を供給するために貯蔵チャンバ７１６と連結されたポンプ７１４のような、従来型の加圧装置を含む。望ましくは、加圧アセンブリ７１２及び関連する制御ハードウエアは、身体形再生モジュールの中に直接組み入れられるが、これを外部に設置することもできる。
【００９３】
加圧媒体流として空気を使用している身体形再生モジュールには、例えば、ポンプ７１４が、身体形再生モジュールの外部から、セル７００配列の下部に配置された貯蔵チャンバ７１６の中に空気を吸引するといった半閉鎖型の回路設計を使うことができる。この好適実施形態においては、複数のバルブ７０６が貯蔵チャンバ７１６内に配置され、それぞれのセル７００が、その中の、各セル７００の膨張チャンバ７０２と連結された一つのバルブ７０６を有する。そこで、バルブ７０６を選択的に作動させて、貯蔵チャンバ７１６と各セルの膨張チャンバ７０２との間の加圧媒体流の流れを制御することができる。したがって、この単一の貯蔵チャンバは、介在バルブ７０６を通して、各膨張チャンバ７０２と直接に連絡している。
【００９４】
圧力調整回路７１８は、望ましくは、チャンバ内部圧力を感知してその情報をコントローラ７２０に送信し、所望の貯蔵チャンバ圧力を維持する。適切な膨張チャンバ７０２が加圧された後、貯蔵チャンバ７１６に所望の圧力が達成され（ＨＣＵから伝達されたしかるべき圧力信号に応じて）、これにより引き起こされた患者の反応信号が、コントローラ７２０を介してＨＣＵへ返信される。必要ならば、貯蔵チャンバ７１６は、大気圧まで排出して、貯蔵チャンバ７１６内に収納されている加圧メディアの圧力を低減する。液圧加圧媒体流を使用している身体形再生モジュールは、内蔵型の、密閉流体システム回路で構成されることになろうが、当業者には、前記の開示に照らしてその構造は明白であろう。
【００９５】
図１１を参照しながら説明する。身体形再生モジュール６０２は、前記のＨＣＵ及びＰＥＭユニットの使用により得られ記録された内部抵抗及び圧力を再現し、ユーザに、離れた時間又は場所で感じられた患者の身体部分の触感の臨場感ある表現を提供するものである。身体形再生モジュール６０２は、事後においても、例えば他のユーザが、元の診察時に診察者が感じたシミュレート触感を感じるために、これを物理的に操作することができる。
【００９６】
上記に図解した本発明の実施形態は、説明目的のため、特定の医学上の応用に関して記載しているが、当業者は、開示された第一の実施形態が説明的性質のものであって、身体診察における実際の身体所見の再現への応用に限定されると解釈すべきでないことは十分理解するであろう。したがって、当業者には、この代替実施形態が広い応用分野を持ち、離れた場所にいる人が触覚情報又は身体構造の三次元モデリングを必要とするいっさいの状況下において使用できることは明白であろう。例えば、本発明に従って形成された実施形態は、科学的応用（考古学又は生物学のような）の中で、現場の科学者が自分たちの発見／作業成果の触覚的特性を所属する組織の同僚に送信する必要がある、又はそうすることを望むことがある場合のような、非医療面での応用に適している。このように、本発明に従って形成された実施形態は、非生物体のような、人体以外の物体にも適している。
【００９７】
第二の代替実施形態
本発明の、エンタテインメント産業での使用に適したもう一つの実施形態において、触覚データは、ＤＶＤ、ＣＤ、コンピュータ・ゲーム及びＴＶ放送のようなエンタテインメント・メディアに組み入れられ、事前にレコードされた映画、オーディオ及びビデオ様式の中に触れ感覚を持ち込む。図１６を参照しながら、触覚再生アセンブリ８００を示す。触覚再生アセンブリ８００は、再生装置８０２、多重チャンネル・コントローラ８０４及び双方向型圧力再生着衣８０６を含む。
【００９８】
図解した実施形態の再生装置８０２は、外観及び機能においてＤＶＤプレイヤーに類似している。しかしながら、当業者には、再生装置８０２が、格納されたデータ、例えばデジタル・データ、を双方向型圧力再生着衣８０６が使用可能な制御信号に変換することができる、どのような適切な形をも取ることができるのは明白であろう。例えば、ＣＤ、デジタル・テープＤＡＴ、ＭＰ３ファイル、バードドライブ装置等のようなメディア記憶装置を使うことができ、これらにデジタル・エンコードされた触覚データを変換して、消費者／ユーザが着用している双方向型圧力再生着衣８０６に送信できるどのような再生装置も本発明での使用に適している。双方向型圧力再生着衣８０６は、前記の実施形態ですでに説明したＰＥＭ装置の構造及び動作と実質的に同様となろう。また、双方向型圧力再生着衣８０６は、図示するようにユーザの全身、あるいは胸部、腹部、腕、手、脚、足、などのようなユーザの一部だけを覆うことができる。
【００９９】
運用において、双方向型圧力再生着衣８０６は、再生装置８０１から送信されてくるデジタル・エンコード触覚データを受信し、そのデータを、双方向型圧力再生着衣８０６内に配置されたセル８０８配列の中に内蔵された複数の可変圧力生成装置を駆動するための入力信号に変換する。この圧力生成装置は選択的に作動され、双方向型圧力再生着衣８０６を着用したユーザに所望の力又は触感を加える。この圧力生成装置は前に説明しているので、ここでは説明しない。しかしながら、双方向型圧力再生着衣８０６を、着衣８０６が力を加えることだけができ、力の検知能力がないように簡素化することが可能なことは、十分理解できるであろう。したがって、簡素化した双方向型圧力再生着衣８０６を所望する場合には、前に説明した圧力トランスジューサのうちの一つを除去できる。
【０１００】
触覚再生アセンブリ８００は、触覚情報をエンコードし、現行のオーディオ及びビデオ情報と一緒に組み込み、これを、コンピュータ・ゲーム、映画及びインターネット・ベースのオーディオ／ビデオ通信を含む娯楽メディアのすべての形態に応用することを可能にする。例えば、ＤＶＤフィルム・トラックへ触覚イベント・データを組み込むことにより、消費者は、映写されているアクションの触覚感の一部を経験することができるであろう。このような例には、ホラーものやミステリーものを見ているときに、登場人物の後ろからその肩に置いた手を感じられること、また、アクション映画の中で登場人物が耐えるパンチやキックを感じる能力が含まれる。当業者には明らかなように、同様な応用を、コンピュータ・ゲーム、及び他の形態の娯楽メディアにも組み込むことができる。以下も当業者には明らかなことであるが、再生装置を使って、通信ネットワークを介し、離れた場所に設置された再生着衣８０６にデータを送信することができる。
【０１０１】
第三の代替実施形態
図１７を参照しながら、本発明に従って形成された第三の実施形態を、触覚記録アセンブリ８５０として説明する。この触覚記録アセンブリ８５０は、記録装置８５２、多重チャンネル・コントローラ８５４、及び双方向型圧力記録着衣８５６を含む。
【０１０２】
記録装置８５２は、双方向型圧力記録着衣８５６から受信したデジタル・エンコード触覚データをメディア記録装置に格納する。図解した実施形態の記録装置８５２は、その外観及び機能がＤＶＤレコーダに類似している。望ましい使用において、例えば、俳優又はスタントパーソンといったユーザが、双方向型圧力記録着衣８５６を着用する。次に、双方向型圧力記録着衣８５６は、例えば、他の俳優又はスタントパーソンのような外部からの衝撃を受ける。双方向型圧力記録着衣８５６に加えられた触覚圧力は、双方向型圧力記録着衣８５６と信号通信結合された記録装置８５２によって記録される。このようにして、デジタル・ファイルデータを作成することができ、図１６に描いたこの代替実施形態中の再生装置８０２が、双方向型圧力再生着衣８０６上にそれを再生することができる。
【０１０３】
運用において、双方向型圧力再生着衣８０６は、セル８５８の配列中に内蔵された複数の感覚変調サブユニット上に触覚圧力を受け、受けた触覚圧力を出力信号に変換し、その出力信号を多重チャンネル・コントローラ８５４に送信する。感覚変調サブユニットは、大きさが可変の出力信号を発生させる能力を持ち、この出力信号の大きさが感覚変調サブユニットに加えられる触覚圧力の大きさと相関する。多重チャンネル・コントローラ８５４は、双方向型圧力記録着衣８５６から受信した信号を処理し、処理した信号を記録装置８５２に送信して格納する。双方向型圧力記録着衣８５６の感覚変調サブユニットは、その構造と機能において、前記の実施形態の中で説明したＰＥＭ装置の感覚変調サブユニットと実質的に同様なので、さらなる詳細はここでは説明しない。双方向型圧力記録着衣８５６は、ユーザの全体の身体を覆うように描かれているが、当業者には、前記に代えてこの双方向型圧力記録着衣８５６を、胸部、腹部、腕、手、脚、足など、ユーザの身体のどこかの部分を覆うようにすることもできるのは明らかであろう。
【０１０４】
図１６及び１７を参照しながら説明する。この好適実施形態において、デジタル・データファイルは、双方向型圧力記録着衣８５６の着用を通して作成されるが、当業者には、このデータファイルを、双方向型圧力記録着衣８５６による助力なしで、コンピュータ生成デジタル・データファイルのような、他の手段によって生成することができるのは明らかであろう。まださらに、双方向型圧力再生着衣８０６を近接した場所にある双方向型圧力記録着衣８５６に直接結合すること、又は、着衣８０６と８５６とが離れた場所に所在する場合には、世界的コンピュータ・ネットワークのような通信ネットワークを通して結合することができるのは明白であろう。このようにして、双方向型圧力再生着衣８０６を着用した一番目のユーザは、双方向型圧力記録着衣８５６を着用した二番目のユーザから受信した触覚圧力を感じることができる。
【０１０５】
第四の代替実施形態
図１８−２１に図示されているのは、本発明に従って形成された第四の実施形態であり、一般にイメージング診断アセンブリ９００と呼ばれる。このイメージング診断アセンブリ９００は、患者と医師との間に実際の直接的な物理的接触なしに、患者の体の身体診察を可能にする。イメージング診断アセンブリ９００は、２−Ｄ又は３−Ｄの内部又は外部身体画像を同時に生成するよう動作可能な画像化装置９３６を含む。イメージング診断アセンブリ９００は、身体画像データと同時並行して触覚データをも取得する。これにより、医師／ユーザは、問題の組織又は身体をリモートで触覚的に感じ又は動かしながら、同時に加えた触覚圧力の体内及び／又は体外への影響を視ることができよう。この能力は、医療診断機器としてのこの装置の機能性を高める。
【０１０６】
イメージング診断アセンブリ９００は、一般に３つの構成部分からなる、すなわち、ＨＣＵ（図示せず）、患者診察−イメージング・モジュール９０４（以下、「ＰＥＩＭ」）、及び、離れた場所にいる医師と患者との間での、身体触覚情報及び画像処理データ双方の、取得、校正、転送、及び変換の制御に使えるコンピュータ・ソフトウエアの３つである。このＨＣＵは、図１−４に図示した実施形態について前記したＨＣＵと実質的に同じなので、簡潔化のためにここでは説明しない。
【０１０７】
ＰＥＩＭ９０４は、望ましくは、人の手のサイズに似せて、一般には直方体形状に形作られた成型プラスチック・デバイスである。このタイプの構造の利点は、その軽量さ、動かし易さ、デバイスの成形、耐久性、及び耐衝撃性の点からの製造の容易さにある。図示したＰＥＩＭ９０４の実施形態は長方形であるが、当業者には、ＰＥＩＭ９０４をどのような適当な形状に形作ることもできることは明白であろう。ただし、望ましくは、ＰＥＩＭ９０４は、装置の重要な感知、運動及びイメージング部分と、診断される人又は物体との間になじみやすい接触面を備えるように形作られる。
【０１０８】
図解した実施形態において、ＰＥＩＭ９０４は、ＰＥＩＭ９０４の上面９１０に、周辺部と比べてわずかな盛り上がりを有し、動作底面９１２には、わずかな凹部又は陥没部を有する。上面９１０のわずかな盛り上がりにより、患者は、ＰＥＩＭ９０４の上部に手を置いて、離れた場所に所在する診察医師の指示に従って、自分の身体の各部分にこれを固定したり、身体部分に沿って動かしたりできる。前記に代えて、ＰＥＩＭ９０４を「手袋」形状にデザインし、患者の手全体をＰＥＩＭ９０４の中に挿入することもできる。
【０１０９】
ＰＥＩＭ９０４の動作底面９１２は、触感プロセッサとして機能するセル９１４に分割されている。ＰＥＩＭ９０４の触感処理の方式は、前記の実施形態の触感処理方式と実質的に同様なので、ここでは簡潔に述べる。手短には、セル９１４は、成型プラスチックのＰＥＩＭ９０４上に、複数のキャビティ９１６（一般には深さ数ミリメータ）をくり抜いてこれを形成する。それぞれのキャビティ９１６内に、感覚変調サブユニット９１８を収納する。感覚変調サブユニット９１８の電気機械的及び／又は空気圧システム構造は、前記の実施形態で説明した感覚変調サブユニット９１８と変わりがないので、ここでは繰り返さない。
【０１１０】
それぞれの感覚変調サブユニット９１８のサイズは、ＰＥＩＭ９０４中のそれぞれのキャビティ９１６によって異なることになる。一般に、各感覚変調サブユニット９１８の底面積は、指先の寸法に近いものにする。図の実施形態では、８つの感覚変調サブユニット９１８を収納する２×４行列のセル９１４が示されている。感覚変調サブユニット９１８のサイズ、形状及び数を変えて、装置の感度と機能性とを増大（望ましくはないが、減少）させることができる。例えば、ある好適実施形態においては、感覚変調サブユニットは、４×４行列で、１６個の感覚変調サブユニット９１８が収納されるように形成される。それぞれの感覚変調サブユニット９１８をさらに分割して、各キャビティ９１６が、より小型の感覚変調サブユニット９１８の集合となるようにすることができる。
【０１１１】
ＰＥＩＭ９０４のイメージング・システム機能は、望ましくは、超音波画像化技術プラットフォームを通して提供される。図解したＰＥＩＭ９０４の実施形態において、画像化装置９３６は、ＰＥＩＭ９０４の底面９１２の中央部分にそって配置される。画像化装置９３６は、超音波信号発生及び受信能力を備えるリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を含む。リニア・アレイ・トランスジューサ９０８は、標準の信号ゲート技術を使って信号の送信及び受信双方を行う多機能トランスジューサ９２０を含む。ゲル・マトリクス材のような非干渉材料で構成される模擬皮膚表面９２２が、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８の上に被せられる。空気が、望ましい超音波伝導に干渉するので、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８と患者の皮膚との間の境界面にゲル・マトリクス材が置かれる。リニア・アレイ・トランスジューサ９０８は、所望するＰＥＩＭ９０４の機能及び必要な超音波の浸透深さにより、その構成及び周波数双方の面で異なってこよう。一般に、深部の組織構造を画像化するための装置は、より低い放出周波数のリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を使用し、もっと表面に近い身体構造のためには、より高い周波数能力を持つリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を使用することになる。
【０１１２】
ＰＥＩＭ９０４は、前記の実施形態において説明したシステム・ソフトウエア及びＨＣＵとともに使うように意図されている。ＰＥＩＭ９０４は、患者側端にあるコンピュータ又は通信装置（図示せず）に接続されることになる。患者は、ＰＥＩＭ９０４を保持し、医師の指示に従ってそれを自分の身体にそって動かすことになろう。そこで、医師は、ＨＣＵを使って通信ネットワークを通してＰＥＩＭ９０４に圧力信号を送信することができる。次に、ＰＥＩＭ９０４は、患者の対抗圧力反応を検知し、これによる逆圧信号をＨＣＵに送信することができる。
【０１１３】
これに加えて、ＰＥＩＭ９０４は、超音波パルス情報を送受信できる。この好適実施形態において、医師側のコンピュータ上の処理ソフトウエアから通信ネットワーク経由で放出信号が送信され、ＰＥＩＭ９０４内のリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を駆動し、患者に超音波信号が放出される。次に、ゲート機能が実行され、同じリニア・アレイ・トランスジューサ９０８が、帰ってくる反響を受信する。その情報は医師のホスト・コンピュータに返信される。
【０１１４】
図解した実施形態において、よく知られた画像処理方法を使って、Ｂモード、スペクトル、デュープレクス、及び／又は色情報を提供できる。これら情報を、望ましくは、通信ネットワークを介して診察を行っている医師が、リアルタイムで利用できる。イメージング診断アセンブリ９００の他の機能と同様に、これらのデジタル情報を、触覚イベント・データを画像データに組み入れて保存し、再生することができる。
【０１１５】
前記のＰＥＩＭに対し、ＰＥＩＭを、診察する患者の身体上に直接あてがい貼り付けチャック固定具のような取り外し可能固定具によって支える診察パッドを備えた、身に付けられる着衣として構成するといった、別途のデバイス構成を用いることができる。貼り付けチャック固定具は、融通が利き、多様な身体形状及びサイズへの使用を可能にしてくれよう。ＰＥＩＭを、胸部用のベスト、腹部用の帯、袖、長手袋、又は上肢用の手袋、脚用のズボン又は下肢用のブーツ、あるいは手指や足指のような小さな箇所用に小バンドに仕立てることがでる。別途バージョンには、前記のような液圧及び気圧システムをベースにした感覚変調サブユニットも含まれる。
【０１１６】
ＰＥＩＭ９０４を、電気接続コード９３８経由でコマンド制御ボックス（図示せず）又は直接に患者側端末コンピュータ、又は通信装置に取り付けることができる。コマンド制御ボックスには、周知の電源、小型中央演算ユニット、信号プロセッサ、デジタル・アナログ・コンバータ、及び、ＰＥＩＭ９０４がデータを受信及び送信しこれを医師のＨＣＵの機能に連結するための通信システムが組み入れられよう。
【０１１７】
この通信システムには、通信ネットワークへの接続、地上ベース又は直接有線電話ライン、もしくは以下を可能にする他のいっさいの現行又は将来の装置へのコンピュータ接続又は直接接続を可能にする内蔵モデムが含まれよう；（１）光ファイバー・ケーブル・チャンネル及び非ファイバー光ベースのデータ／音声／映像信号送信方法を含め、光ベースの通信、（２）以下に限定はされないが、ラジオ周波数、極超短波周波数、マイクロ波又は衛星システムを含め、音声及び／又はデータ情報を送受信できる無線通信、及び（３）赤外光、磁気、他の波長の可視又は非可視放射、生体材料（生体ロボット又はウイルス生命体を含む）、原子／素粒子、のような現在まだ使用されていないいっさいのメディアを使った将来のいっさいの音声又はデータ送信。
【０１１８】
望ましくは、ＰＥＩＭ９０４のこの制御部分は、直接患者に加わる重量の軽減、特にＰＥＩＭ９０４を手足や指のような身体の小さな部分に置く場合のＰＥＩＭサイズの低減、及び／又はユニットの安全性の向上（通信／データ送信からのＲＦ又はマイクロ波放射への曝露の低減）のため、患者から離れた所に置かれることになろう。当業者には明らかなように、電気接続コード９３８に、感覚変調サブユニットの圧力トランスジューサ及び可変圧力生成装置、画像化装置９０８と、電源との間に配置された接続線を含めることができる。
【０１１９】
当業者には明らかなように、ＰＥＩＭ９０４を単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ／抵抗体デバイスで構成して、ＨＣＵ（図示せず）を通してユーザの手に抵抗力の絶対変化を変換、伝達することもできる。ＰＥＩＭ９０４の感度及び機能性を増大させるために、それぞれのセル９１４をさらに分割し、ＰＥＩＭ９０４全体に多数の感覚変調サブユニットを取り付けることができる。
【０１２０】
前記の実施形態では、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８は、感覚変調サブユニット９１８を内蔵するセル９１４とは離されて、ＰＥＩＭ９０４内に配置されているが、当業者には、本発明の範囲において、他の構成が可能なことは明らかであろう。例えば、図２１に示すように、超音波トランスジューサ９０８をそれぞれのセル９１４内に配置し、各セル９１４が感覚変調サブユニット及び超音波トランスジューサ９０８の両方を包含することができる。
【０１２１】
図２２は、イメージング診断アセンブリ９００に関連する全体的なプロセスを示すフローチャートである。ソフトウエアは、ＨＣＵ、ＰＥＩＭ、システム・ダイナミクス、及び通信プロトコルの様々の機能を制御する。ソフトウエア１０００の個別機能は、本発明のイメージング側面に関する追加特性を除いて、前記の実施形態で説明したものと同様である。したがって、以下の説明は、ＰＥＩＭ９０４のイメージング側面を制御するため用いられる特徴に焦点を合わせ、簡潔化のため、前に記載したソフトウエアの機能の詳細については説明しない。
【０１２２】
この追加のソフトウエア機能は、特定の信号処理機能、信号解析、及びＢモード、スペクトル解析、色、及び／又は複式ドップラー画像を提供するための処理コマンドをはじめ、超音波信号放出、ゲート切替え、及び通信プロトコルのすべてを含む。このソフトウエアは、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８の作動部分と、触覚データを提供するＰＥＩＭ９０４の残りの部分との間に配置された通信ネットワークを使って、放出源及び帰還データのためのデバイス送信プロトコルを制御する。
【０１２３】
図２２を参照しながら説明する。コンピュータ１０１４は、パルス発生器１０２４からのパルス受信に基づいて放出信号を発生させる。この放出信号は、コンピュータ１０１６と一体的に形成されたマイクロプロセッサ１０１６によって受信される。放出信号はソフトウエアによって処理され、放出信号がデジタル・ゲート１００６もしくはデジタル・アナログ変換ゲート１００４のいずれを通過したかによって、デジタル信号又はアナログ信号のいずれかの形で、例えば世界的コンピュータ・ネットワークのようなコンピュータ・ネットワーク１０１２を介してリニア・アレイ・トランスジューサ１００２に送信される。リニア・アレイ・トランスジューサ１００２は、この放出信号を受信、処理して、受信放出信号に応じた超音波を発生させる。超音波は患者の身体内に向けられる。リニア・アレイ・トランスジューサ１００２によって受信された戻り超音波は、適宜デジタル・ゲート又はアナログ・デジタル変換ゲートを経由して、マイクロプロセッサ１００８に送信される。マイクロプロセッサ１００８は、受信した信号を処理し、その信号をコンピュータ１０１０に送信する。コンピュータ１０１０は受信した信号を処理し、超音波画像を表現する処理データを、通信ネットワーク１０１２を介して、第二のコンピュータ１０１４に送信する。
【０１２４】
コンピュータ１０１４は受信したデータを処理し、データをマイクロプロセッサ１０１６に送信し、次にデジタル・ゲート１０１８又はデジタル・アナログ変換ゲート１０２０を通して受信器１０２６に送る。受信器１０２６は、受信したデータを、グレースケール・ディスプレー装置又はカラー・ディスプレー装置で動作可能なように処理し、そのデータをメモリ・ユニット１０２０及び、望ましくは、ディスプレー装置１０３０に送信する。ディスプレー装置１０３０は、そのデータをユーザ／医師の使用のため視像様式で表示する。
【０１２５】
パルス発生器１０２４は、図示したシステムの各種構成要素を同期させる。具体的には、技術的によく知られているように、超音波画像装置は、超音波を短時間放出する。次に、超音波トランスジューサは放出機能を停止し、戻り反響を短時間聴取する。パルス発生器１０２４は、超音波画像化プロセス中に実行される各種のイベントをトリガーし、同期するためのタイミング・パルスを発信する。
【０１２６】
図解した本発明の実施形態のパルス発生器１０２４は、メモリ・ユニット１０２８、受信器１０２４、及び増幅器１０２２と、信号通信結合されている。増幅器１０２２がパルス発生器１０２４からパルスを受信すると、増幅器１０２２は電圧の形で出力信号を発生させ、その信号は、マイクロプロセッサ１０１６への送信のため、デジタル・ゲート１０１８又はアナログ・デジタル変換ゲート１０２０のいずれかに向けられる。信号は、マイクロプロセッサ１０１６内で処理され、コンピュータ１０１４に送信される。コンピュータは信号をさらに処理し、その信号を、インターネット１０１２のような通信ネットワークにより、もう一つのコンピュータ１０１０に送信する。コンピュータ１０１０は、信号を処理し、その信号を、さらなる処理のためマイクロプロセッサ１００８に送信する。次にマイクロプロセッサ１００８は、望ましくは、信号増幅器１００３を通して、トランスジューサ・アレイ１００２に送信するために、信号をデジタル・ゲート１００６又はアナログ・デジタル・ゲート１０２０のいずれかに伝送する。トランスジューサ・アレイ１００２が受信した信号いかんによって、トランスジューサ・アレイ１００２は、放出又は受信いずれかの構成をとる。
【０１２７】
説明目的のため、本発明の実施形態を、特定の医療応用に関連させて延べているが、当業者は、開示された各種の実施形態が説明的な性質のものであって、身体診察に関する実際身体所見の再現に限定されると解釈すべきでないことを十分理解していよう。したがって、代替の実施形態は、幅広い応用範囲を持ち、離れた場所にいる人が、触覚情報や身体構造の三次元モデリング必要とするいっさいの状況において使用できることは明らかであろう。
【０１２８】
例えば、例示した本発明の実施形態は、離れた場所にいる患者の身体診察をシミュレートするのに使えるものとして説明されているが、医学分野内におけるさらなる応用には、深海、宇宙、戦場状態、遠隔地、山岳／ジャングル探検のような劣悪な環境の中で、触診の他にリアルタイムの体内画像化能力も組み入れて患者を診察する能力も含まれよう。さらに、携帯バージョンを、患者が実際に職場を離れて医師の診察室に出かける必要性をなくすため、職場内の医療室で使うこともできよう。これは、患者及び医師の双方にとって非常に非効率的である。また、携帯バージョンを、家庭に応用し、いくつかの診断については、時間外の救急医療室への訪問を省くこともできよう。この効率性は、全体的な医療コストに大きな影響を与えるであろう。さらに、例示した実施形態を、他の科学的応用（考古学、生物学、深海のような）の中で、現場の科学者が自分たちの発見／作業成果の触覚的及び内部画像特性を所属する組織の同僚に送信する必要がある、又はそうすることを望むことがある場合に応用できる。
【０１２９】
本発明の実施形態を例示して説明したが、本発明の精神と範囲から離れることなく、これに対し様々な変更を加えることができることが十分理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】図１は、本発明を使用したシステムの好適実施形態の図示で、医師が、離れた場所にいる患者を診察しているところを示す。
【図２】図２は、本発明に従った手動制御ユニットの平面図である。
【図３】図３は、図２の手動制御ユニットの略断面図である。
【図４】図４は、本発明に従った、図３に示した手動制御ユニットのための感覚変調サブユニットの断面の略図である。
【図５】図５は、本発明に従った、患者の胴体診察のための患者検診モジュールの好適実施形態の前面図である。
【図６】図６は、図５に示した患者検診モジュールのセルの断面図である。
【図７】図７は、本発明に従った、患者の胴体診察のための患者検診モジュールの第２の好適実施形態の前面図である。
【図８】図８は、図７に示す患者検診モジュールのセルの断面図である。
【図９】図９は、本発明の好適実施形態の一般的プロセス・フロー図である。
【図１０Ａ】図１０Ａ−１０Ｃは、図１に示した好適実施形態を制御するソフトウエアの機能を詳記した流れ図を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａ−１０Ｃは、図１に示した好適実施形態を制御するソフトウエアの機能を詳記した流れ図を示す。
【図１０Ｃ】図１０Ａ−１０Ｃは、図１に示した好適実施形態を制御するソフトウエアの機能を詳記した流れ図を示す。
【図１１】図１１は、本発明に従って形成した第一の代替実施形態で、一般的にシミュレータ・アセンブリと称するものの斜視図であり、このシミュレータ・アセンブリは、データ操作システムとケーブルで連結された身体形状の再生モジュールを含む。
【図１２】図１２は、図１１に図示した身体形再生モジュールの組立分解図であり、シミュレートされた表皮部を除去した内部のセル配列を示している。
【図１３】図１３は、図１２に図示した身体形再生モジュールのセルの断面図であり、この断面図は、図１２の「１３−１３」のほぼ断面を取ったものであり、セル内部に配置された感覚変調サブユニットとともに図示されている。
【図１４】図１４は、本発明に従って形成された感覚変調サブユニットの代替実施形態で、図１１及び１２に図示した身体形再生モジュールへの使用に適したものの立面図である。
【図１５】図１５は、本発明に従って形成された感覚変調サブユニットのペアの代替実施形態で、図１１及び１２に図示した身体形再生モジュールへの使用に適したものの立面図である。
【図１６】図１６は、本発明に従って形成された、第２の代替実施形態の立面図で、この代替実施形態を一般に触覚再生アセンブリと称し、この触覚再生アセンブリは、再生装置、多重チャンネル・コントローラ、及び双方型圧力再生着衣を含む。
【図１７】図１７は、本発明に従って形成された、第３の代替実施形態の立面図で、この代替実施形態を一般的にエンターティンメント記録アセンブリと称し、このエンターティンメント記録アセンブリは、記録装置、多重チャンネル・コントローラ、及び双方型圧力記録着衣を含む。
【図１８】図１８は、本発明に従って形成された、第４の代替実施形態の斜視図で、この代替実施形態を一般にイメージング診断アセンブリと称する。
【図１９】図１９は、図１８に図示したイメージング診断アセンブリの斜視図で、イメージング診断アセンブリの底面を示している。
【図２０】図２０は、図１９に図示したイメージング診断アセンブリの断面図で、図１９のほぼ「２０−２０」を通る断面を取ったものである。
【図２１】図２１は、図１８−２０に図示したイメージング診断アセンブリの代替実施形態の斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明に従って形成され、図１８−２０に図示した第４の代替実施形態の一般的プロセス・フロー図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本明細は、２０００年１０月６日に出願された米国出願第６８５，３２７号の一部分継続出願であり、その出願日からの優先権を米国特許法１２０条に基づいて主張し、その開示は参考として本明細に組み込まれる。
【０００２】
発明の属する分野
本発明は、一般に触覚情報を処理及び／又は取得する装置に関連し、さらに詳しくは、離れた場所で又は離れた時間に取得した触覚情報を送信、記録、再生、及び再現する装置に関連する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
１９８０年代、農村部における医師不足を切り抜ける努力として、遠く離れた専門医と患者との間での医療情報交換のため、通信及びコンピュータ・システムを使うという発想が生まれ、「テレメディシン」の発展を促した。インターネット及び廉価な音声、映像システムの出現とともに、テレメディシンの応用範囲は拡大し続けている。多くの患者がインターネットを使用して一般医療情報を捜し求めている一方、現在、多くの医師がｅメールを使って、患者と連絡している。しかしながら、現在の形のテレメディシン・システムでは、適切な身体診察が実施できず、限定されたものになっている。
【０００４】
医師は、基本的な身体診察プロセスとして、多様な情報源（病歴、直接身体診察、臨床試験及び画像診断）から、患者の状態についての情報を集め、それらのデータを解析して治療に反映させる必要がある。最も重要な情報源は、実際の患者の身体診察から来るものである。専門的に実施された身体診察だけを使っても、９０％を超える精度で正しい診断を下すことができる。ある種の治療情報は、電話、ファックス又はインターネット経由で送信することができるが、手を使った診察プロセスにおける医師及び患者間の実際の物理的接触から得られた情報はそれができない、だが、これはテレメディシン全体の診察プロセスの中の数少ない主要ステップに当たる。リモートで身体データを取得し、その情報を離れた場所の医師に確実に転送することができないので、ほとんどの重大な医療問題に対するテレメディシンの信頼性は限られたものになっている。
【０００５】
このため、離れた場所にいる患者の直接身体診察を可能にするコンピュータ・ハードウエア及びソフトウエア・システムであって、患者と医師との間に実際の直接的な物理的接触をいっさいすることなく、医師が患者の身体の手による直接診察を行えるシステムが求められている。さらに、触覚及び「物理的接触」データを収集し、既存の世界的通信システムを通して送信するシステムが求められている。このようなシステムは、世界中のどの医師にも、農村部又は遠隔地域、緊急事態又は戦争又はいっさいの劣悪な環境の「現地」を含め、どのような場所のどのような患者をも診察する手段を提供するであろう。また、加えた／又は受けた触覚圧力をデジタルに変換し、これをインターネット、又はこのような信号を送受信できる他のいっさいのタイプの通信プラットフォーム経由で送信し、最後には、相手方の端末に送信して、そのデジタル信号を適切な出力（加圧）触覚圧力に変換できるようにすることが求められている。さらに、このデジタル触覚データを記録し、これにより、診察（問診）を受けた元の人又は物体に内在する身体的特徴の再現又はモデリングのため、システムによってこのデジタル触覚データを再生することができるようにすることが求められている。
【０００６】
さらに、身体内部の２−Ｄ又は３−Ｄ画像データと同時に、触覚データを取得できるイメージング診断アセンブリが求められている。身体内部画像を含めることで、医師ユーザは、診察中に触診している内側の組織及び器官の場所及び内部特徴につながる、より充実した局所解剖的情報を得ることができる。現在、２−Ｄ又は３−Ｄ診断画像を得るために、患者は、診断プロセスで追加の検査項目又は検査ステップを受ける必要がある。現在利用可能な非侵襲性画像システムには、超音波、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）、核スキャン、及び陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）スキャンが含まれる。ＣＴスキャン、ＰＥＴスキャン、及びＭＲＩでは、患者は、検査データを作成するために、大きな囲いの中に体を横たえる必要がある。だが、超音波システムは、２−Ｄ又は３−Ｄの身体画像に変換できる音響情報を生成するため音波を使用する非常に持ち運び易く安全なシステムである。現在の超音波システムは、超音波装置使用に精通している技術者又は医師のいずれかを必要とし、手を使って患者の身体の関心のある箇所に超音波プローブを当てる。このプローブは、電力及び画像処理システムを備えた超音波機器に物理的に接続される。
【０００７】
超音波装置は、特定の周波数で超音波エネルギーのパルスを放出し、身体組織に向け送り出す。組織からは反響が返され、これをトランスジューサが収集する。静止した組織から戻って来る反響が検出され、グレースケールの画像として表示される。深さ及び明度は、戻って来る反響特性の到着時間及び信号強度により決めることができる。戻って来る反響の周波数の変化は、下部の構造の内部での動きを示す。これらの情報は、検診している構造の内部画像を生成するため、画像システム・ソフトウエアによって処理される。医師は、映像及びスペクトル・データを使って、診断及び治療の決定をすることができる。超音波診断のでは、検診している内在構造のさらなる特性を検出するために、技術者又は医師ユーザがトランスジューサ・スキャン・ヘッドを身体表面に押し当てなければならない場合が多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、離れた場所にいる二人の人の間で、２−Ｄ及び３−Ｄ超音波情報をはじめ、触覚情報をリアルタイムで検出し送信するため使えるシステムが求められている。さらに、同時リアルタイム２−Ｄ又は３−Ｄの内部又は外部身体画像をユーザに提供するような画像データをはじめ、離れた場所にいる二人の人の間でリアルタイム触覚情報データを同時に送信、受信及び交換できる装置が必要である。また、他端のユーザが、問題の身体構造組織を感じ取る又は触診することを可能にし、加えた触覚圧力の体内への影響を観察する能力を持つ機能強化された医療診断機器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の要約
本発明に従って、物体の触覚感応をシミュレートするためのシミュレータ・アセンブリを提供する。このシミュレータ・アセンブリは、一般にシミュレートされる物体の少なくとも一部の形状に形作られた再生モジュール、外部表皮を含む再生モジュール体を含む。シミュレータ・アセンブリは再生モジュール体の中で外部表皮下部に配置された複数のキャビティをさらに含む。このシミュレータ・アセンブリは、複数の感覚変調サブユニットを含み、それぞれの感覚変調サブユニットは、少なくとも部分的に複数キャビティの一つの内部に配置されている。また、各感覚変調サブユニットは、入力信号に応じて外部表皮に対する力を発生させる構成になっている。
【００１０】
シミュレータ・アセンブリに、加えられた力に応じて出力信号を発生させるようになっている圧力トランスジューサを含めることができる。シミュレータ・アセンブリに、コンピュータ・システムを組み入れて感覚変調サブユニットに機能的に接続し、そのコンピュータ・システムに、感覚変調サブユニットが出す力を動的に制御するための入力信号を送信させることができる。コンピュータ・システムは、感覚変調サブユニットが発生した出力信号を受信し、受信した出力信号を使って感覚変調サブユニットへの入力信号を決定することができる。コンピュータ・システムに、シミュレートされた物体の硬さを判定するデータを格納したメモリ・モジュールを組み込んで、そのデータを使って感覚変調サブユニットへの入力信号を決定することができる。
【００１１】
本発明に従って、プレーヤーから受信した入力信号をユーザの触感に変換する触覚再生アセンブリを提供する。この触覚再生アセンブリは、ユーザが取外し可能な双方型圧力再生着衣を含む。触覚再生アセンブリは、着衣中に配置された複数のセル、及び、それぞれがセルの一つの中に配置された複数の感覚変調サブユニットをさらに含む。感覚変調サブユニットは、入力信号に応じてユーザに加わる力を発生するように構成される。
【００１２】
触覚再生アセンブリに、プレーヤーから受信した入力信号に応じて、ユーザの身体上への力を発生させるための可変圧力生成装置を持つ感覚変調サブユニットを含めることができ、これによって力の大きさが可変となり、プレーヤーから受信した入力信号によって力を決めることができる。触覚再生アセンブリの中に、感覚変調サブユニットに入力信号を供給するため感覚変調サブユニットに機能的に結合された再生装置を含めることができる。触覚再生アセンブリに、映像出力を発生する再生装置を取り入れて、感覚変調サブユニットの信号とこの映像信号とを相関させることができる。
【００１３】
本発明に従って、触覚データ記録アセンブリを提供する。触覚データ記録アセンブリは、ユーザの身体の少なくとも部分に脱着可能な双方型圧力記録着衣を含む。また、触覚データ記録アセンブリは、着衣内に配置された複数のセルも含む。触覚データ記録アセンブリは、複数の感覚変調サブユニットも含んでおり、各感覚変調サブユニットは、少なくとも部分的にセルの一つの中に収納され、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に応じて、出力信号を発生するよう構成される。触覚データ記録アセンブリは、出力信号記録装置をさらに含み、その出力信号記録装置は、感覚変調サブユニットが発生した出力信号を記録するために、機能的に複数の感覚変調サブユニットに連結されている。
【００１４】
出力信号の大きさが感覚変調サブユニットに加わった触覚圧力の大きさと相関するように、感覚変調サブユニットが大きさを変えて出力信号を発生できるようにすることができる。触覚データ記録アセンブリに、圧力トランスジューサを内蔵した弾力性の厚板片を含む感覚変調サブユニットを含めることができ、この圧力トランスジューサは、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に直接的に関連する信号を発生するように構成される。
【００１５】
本発明に従って、身体を触診し、かつその身体画像を取得するためのイメージング診断アセンブリを開示する。このイメージング診断アセンブリは、筐体及び少なくとも部分的に筐体内に配置された画像化装置含み、その画像化装置を身体画像の取得のために使用する。また、イメージング診断アセンブリは、少なくとも部分的に筐体内に配置され、可変圧力生成装置を内蔵する感覚変調サブユニットを含み、この可変圧力生成装置は身体への触覚圧力を発生するために使われる。感覚変調サブユニットは、圧力トランスジューサをさらに含み、この圧力トランスジューサは、感覚変調サブユニットと身体との間の接触面圧力に直接相関する信号を発生するように構成される。
【００１６】
可変圧力生成装置に、膨張チャンバをさらに含めることができ、加圧流体を選択的に導き入れて膨張チャンバを膨張させ、所望の触覚圧力を身体に加えることができる。イメージング診断アセンブリに、バルブをさらに含めることができ、バルブを膨張チャンバと加圧媒体流のタンクの間に設置して、そのバルブを膨張チャンバへの媒体流の出入りの制御に使うことができる。イメージング診断アセンブリに、筐体内に配置した超音波トランスジューサをさらに含め、このトランスジューサが超音波を身体内に送り出すように構成することができる。超音波を超音波を検出するように構成することもできる。イメージング診断アセンブリに、筐体内に配置した二番目の超音波トランスジューサをさらに含め、この二番目の超音波トランスジューサを、超音波を検出するように構成することもできる。イメージング診断アセンブリを、身体の内部画像を取得するために使うことができる。
【００１７】
本発明に従って、超音波画像システムを提供する。この超音波画像システムは、第一場所に配備された超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システムを含む。また、超音波画像システムには、超音波を放出及び検出する超音波トランスジューサ・アセンブリが含まれ、この超音波トランスジューサ・アセンブリは第二場所に配備される。これら超音波トランスジューサ・アセンブリは、コンピュータ・システムを通して、超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システムと結合される。
【００１８】
本発明に従って、手を使った患者の直接診察をリモートで行う装置を提供する。この装置は、少なくとも一つの第一感覚変調サブユニットを備える手動制御ユニットを含み、この第一場所の感覚変調サブユニットは、これに加えられた力を検出し、検出された力に応じて第一信号を発生し、また、第二場所から受信した信号に応じて力を生成する。また、この装置は、患者検診モジュールを含み、この患者検診モジュールは、第一感覚変調サブユニットと選択的に接続可能な、複数の第二感覚変調サブユニットを有する。第二の感覚変調サブユニットは、第一からの信号を受信し、受信した第一の信号に応じて力を発生させることができる。また、第二の感覚変調サブユニットは、加えられた力に対する抵抗力を検出し、検出した抵抗力に基づいて第二信号を発生し、第一感覚変調サブユニットがこの第二信号を受信する。この装置は、第一及び第二感覚変調サブユニットと信号通信しており、第一及び第二の信号を記録する記録装置をさらに含む。
【００１９】
この装置は、第一感覚変調サブユニットを第一のコンピュータに信号通信結合させ、第二感覚変調サブユニットを第二のコンピュータに信号通信結合させるように構成することができる。通信ネットワークを通して、第一コンピュータと第二コンピュータとを動作可能なように接続する。また、手動制御ユニットと患者検診モジュールとを離れた場所に置くようにこの装置を構成することもできる。
【００２０】
本発明に従って、身体への触感をユーザに伝える方法を提供する。この方法は、双方型圧力再生着衣でユーザの身体部分を包むことを含み、この双方型圧力再生着衣は、入力信号に応じてユーザの身体上に触覚圧力を発生させることのできるリニア・アクチュエータの配列を有する。また、この方法は、双方型圧力再生着衣と、ユーザの身体上の触覚圧力を選択的に伝えるリニア・アクチベータの配列に伝達する一連の入力信号を発生することのできるデータ出力装置とを、信号通信接続することも含む。
【００２１】
本発明に従って、触覚データを記録する方法を開示する。この方法は、圧力検知パッドでユーザの身体部分を包むことを含み、この圧力検知パッドは、圧力検知パッド上に受けた触覚圧力に応じて出力信号を発生する能力を持つ複数の感覚セルを有する。また、この方法は、圧力検知パッドと出力信号記録装置とを信号通信接続することも含む。この方法は、圧力検知パッドを少なくとも一つの力にさらすこと、及び接触力受圧パッドが発生する出力信号を出力信号記録装置に記録することをさらに含む。
【００２２】
添付の図面と関連付けて以下の詳細説明を参照すれば、前記の本発明の特徴及び付随する多くの利点がより分かりやすくなり、その十分な理解がより容易に得られよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
好適な実施形態の詳細な説明
本明細書で開示する装置は、患者と医師との間で実際の直接接触又は接近なしに、医師が患者の身体の直接的身体診察ができるようにする。これは、通常は、患者と医師との間の手による直接の接触によって取得されるタイプのデータを、既存の世界的通信システムを経由して収集し、送信することを可能にする。現在のところ、「テレメディシン」、すなわち診断及び治療計画の提供を目的とした患者と医師との間の医療情報の交換はある程度までしか進展することができず、身体診察所見が意思決定プロセスの中で重要になると、患者は、かかりつけの医師に診てもらうように勧められるか、医師が身体診察を行える救急処置室に来るように勧められる。リモートで身体データを取得しそれを他の場所にいる医師に確実に送信することができないことは、他の産業が世界通信プラットフォームの進展及び世界中の潜在的な消費者から享受する効果性及び効率性を利用し医療行為及び医学の力を発展させるうえで障害となっている。
【００２４】
本明細書に使用されている次の用語は、次に示す意味を持つものとする。
【００２５】
感覚変調サブユニットとは、（１）その装置に加えられた力を検知し、検知された力と関連する出力信号発生させる能力、及び／又は（２）入力信号を受信し、その受信信号に関連する力及び／又は変位を発生させる能力を持ついっさいの装置をいう。
【００２６】
手動制御ユニットすなわちＨＣＵは、ユーザの手のようなユーザの身体の一部と接触するか、又はそれを受けるように構成されるいっさいの装置をいい、この装置が受け取ったユーザの手によってアクセスできる感覚変調サブユニットを備えるいっさいの装置をいう。
【００２７】
患者検診モジュールすなわちＰＥＭとは、人（又は他の生命体）の生体組織の部分を受けるよう構成され、受けた生体組織に隣接する感覚変調サブユニットを備えるいっさいの装置をいう。本発明に従って、ＰＥＭを患者の検診に使用できるが、ＰＥＭという用語は、他の目的による生体組織への触感用になっている、又は他の物体や物質の触感用になっているいっさいの装置を包含すると理解されるべきものである。
【００２８】
図１を参照しながら説明する。本発明は、実際に得られた医療データのリモート採取及び送信のために、三つの一般的部分を含む、すなわち、手動制御ユニット１００（ＨＣＵ）、患者検診モジュール２００（ＰＥＭ）、及び医師（ＨＣＵを通して）と患者（ＰＥＭを通して）との間での身体データの取得、校正、転送、及び変換を制御するためのコンピュータ・ソフトウエアの三つの部分である。本発明は、医師が、ＨＣＵに手で圧力を加え、それを離れた場所にいる患者に送信し、ＰＥＭ２００を通して患者の身体の選定された部分に加えることができるようにする。患者の身体からの圧力反応は、医師に返信され、これにより、医師と患者との間の直接接触をシミュレートする。
【００２９】
手動制御ユニット（ＨＣＵ）
図２に示したＨＣＵ１００は、実際の手の形状に形作られた成型プラスチック外部構造１０１を持つ。このタイプの構造の利点は、軽量で、製造が容易で、耐久性があり、耐衝撃性があることである。木材、紙、アルミニウム、石、プレキシグラス（商標）、又は今後開発される材料のような他の材料もこの装置の製作に使えよう。ＨＣＵ１００は人間の手首先の内側の部分、望ましくはその全体に合わせて形作られており、近位掌部分１０８及び遠位掌部分１０７、指先１０６、及び親指部分１０５を含む掌表面１０２を保有する。これらいっさいの設計配置構成の目的は、ユーザの手の感覚部分及び運動部分とＨＣＵ１００との間になじめる接触面を提供することである。この好適実施形態において、ＨＣＵ１００は、掌表面１０２中の中央にわずかな盛上がりがある。掌表面１０２の周辺部はＨＣＵ１００上の輪郭１０４に比べてわずかな下降があって、掌表面１０２上のユーザ手の落ち着きがよくなるよう調整されている。指先１０６及び近位掌部分１０８の位置と比べてのわずかな掌の盛上がり（ユーザの指関節のレベルが指及び手の他の部分より高くなることになる）により、ベースの広いピラミッドの形を形成する。このデザインにより、指先、遠位側掌及び近位側掌による加圧、受圧、装置の制御及びこれらの機能性に関して最大の柔軟性が得られる。ＨＣＵ１００は、ユーザの掌及び指の表面のすべての内側部分が、ＨＣＵ１００の掌表面１０２と完全に接触できるようにする。この好適実施形態において、ＨＣＵ１００の外部構造１０１は、一般に中央手掌線ひだの箇所に位置する横方向の割れ目１１０によって分離され、側面にそって配置された２つの部分１０１ａ、１０１ｂで形成されている。この２つの部分１０１ａ、１０１ｂは、スライドするように接続されていて、いろいろな手のサイズに合わせるためにその長さに対する調整ができるように、縦方向への相対的な動きができるように構成されている。オプションとしてＨＣＵ１００に「手袋」型部品（図示せず）を含めることが可能で、手首から先全体を手動制御ユニットに挿入する。これによって、手の最高部（背面部）表面と接触ができるようになり、操作者の手の最高部表面から得られる診断動作及び感覚入力に関する機能が実施可能になる。
【００３０】
凹部すなわちキャビティ１１２、１１４、１１６は、指先１０６、遠位掌部分１０７、及び近位掌部分１０８にそれぞれ設けられている。それぞれの凹部１１２、１１４、１１６の中には、図３で最も明瞭に見られるように、圧力リレー及び受圧感覚変調サブユニット１４０が収納されている。感覚変調サブユニット１４０の頂上部は、模擬皮膚面を形成するシリコンゴム又は柔らかなプラスチック基材のような柔軟な材料の厚板片１４２で構成されている。この「皮膚」接触面として適当な他の材料には、他の自然又は人工的生体適合物質（人工、模擬、培養、又は加工皮膚細胞又は代替材料）が含まれよう。各厚板片のサイズは、ＨＣＵ１００中のそれぞれの凹部１１２、１１４、１１６のサイズによって異なる。一般に、装置の指先１０６区域のそれおぞれに対しては、指先サイズの感覚変調サブユニット１４０、近位掌部分１０８及び遠位掌部分１０７に対しては、それぞれ、近位掌サイズのサブユニット１４０及び遠位掌サイズのサブユニット１４０がある。ＨＣＵ１００の感度と機能性とを増加させるために、各モジュールを複数に分割することができ、下記のサブユニット概要に基づいて、それぞれの凹部に、より小型のサブユニットの集合を含めることができよう。
【００３１】
図４を参照しながら説明する。感覚変調サブユニット１４０は、模擬表皮厚板片１４２に内蔵されている一方向単一チャンネル圧力トランスジューサ１４４を含む。圧力トランスジューサ１４４の作用面すなわち受圧面１４５は上方向を向いている、すなわちユーザの手の掌面に向き合う方向になっている。この圧力トランスジューサ１４４は、ユーザが加えた圧力が圧力トランスジューサ１４４の作用面１４５にかかるように方向付けされており、圧力トランスジューサ１４４の背面から加えられた圧力又は力は直接感知しない。この好適実施形態において、それぞれの指先１０６には一個の圧力トランスジューサ１４４が設置され、掌部分１０７、１０８はそれぞれ２つの圧力ゾーンにさらに分割されている。配線又は他の適切な接続メカニズム（図示せず）が圧力トランスジューサ１４４への出入り信号にアクセスを提供する。
【００３２】
単一チャンネル圧力トランスジューサ１４４を内蔵する模擬皮膚の厚板片１４２は、望ましくは金属又はプラスチック製の薄い支持プラットフォーム１３６上に装着される。支持プラットフォーム１３６下側面に取り付けられているのはリニア・アクチュエータ、単一チャンネル・ピストン・タイプ可変圧力抵抗体のような可変圧力生成装置、又は他の可変圧力生成装置１４８である。リニア・アクチュエータ又は可変圧力生成装置、ここでは「ピストン抵抗体」という、は、電気的、機械的、気圧的又は液圧的プロセスによって可変圧力を生成する装置を含め、技術的に知られたいくつかのやり方で具現することができる。このような装置の代表的な見本は、例えば、クラマー（Ｋｒａｍｅｒ）の米国特許Ｎｏ．５，６３１，８６１中の図８ａ−ｍに図示され、その中では「指先組織シミュレータ」と呼ばれている。本発明のこの好適実施形態においては、磁気的に駆動される装置が使われている。ピストン抵抗体１４８は、患者検診モジュール２００（後記）に由来する反応信号に従って、模擬皮膚厚板片１４２の下側面に対し逆圧又は抵抗圧力を加える。厚板片１４２、トランスジューサ１４４、支持プラットフォーム１４６及びピストン抵抗体１４８は、ＨＣＵ１００の凹部１１２、１１４、１１６の中に配置される。各凹部１１２、１１４、１１６の中には、穴１５０が設けられ、ピストン抵抗体１４８の開放端を挿入するように調整されている。穴１５０の深さは、支持プラットフォーム１４６が凹部の底面からやや持ち上がり、これによってユーザが感じる反発抵抗が模擬皮膚厚板片１４２自体によるものだけになるように選定される。
【００３３】
本発明の使用に適している様々の種類の圧力トランスジューサが技術的に知られている。例えば、以下の例示は本発明の範囲を制限するものでないが、ラインボルド（Ｒｅｉｎｂｏｌｄ）その他に発行された米国特許Ｎｏ．６，０３３，３７０は、２つの導電層の間にサンドイッチされたポリウレタン発泡材誘電体を持つ容量性圧力トランスジューサを開示している。ダンカン（Ｄｕｎｃａｎ）その他が米国特許Ｎｏ．４，８５２，４４３で類似の装置を開示しており、これはコンデンサ電極上に載せた圧縮性突起を絶縁シートの両側に配置している。可変抵抗力部品に基づく圧力トランスジューサが、米国特許Ｎｏ．５，０６０，５２７の中でバージェス（Ｂｕｒｇｅｓｓ）によって開示されている。
【００３４】
図２を再度参照しながら説明する。ＨＣＵ１００の親指に対応する部分１０５は、コンピュータ・ソフトウエアに関する機能及び選択肢を制御し、選択するためのボタン１５２を格納する（マウス・クリック制御又は他の入力デバイス）。ＨＣＵ１００の下側面は、追跡ボール１５４を支え、コンピュータの選択機能、及びＰＥＭ２００を通して、患者にかかわる空間におけるＨＣＵ１００の二次元座標軸の位置確認を可能にしている。当業者には、ボタン１５２及び追跡ボール１５４がコンピュータ・マウスの基本的機能を提供し、おなじみのよく知られたやり方でコンピュータと選択的にやり取りできることは明らかであろう。タッチ・パッド及び光システムを含め、他の種類の選択メカニズムの使用が可能なことも明らかであろう。また、ＨＣＵ１００は、信号プロセッサ１３０及びアナログ・デジタル／デジタル・アナログ信号コンバータ１３２にも連結されている。
【００３５】
ＨＣＵ１００は、医師と離れた場所の患者との間のインタフェース又は接触ポイントの機能を果たしている。ＨＣＵ１００は、医師の手が発生させた機械的に加えられた圧力信号を受けて、それを圧力トランスジューサ１４４を通して電気信号に変換し、同時に、患者検診モジュール２００での圧力反応から得られた着信電気信号を抵抗力信号に変換し、それが、支持プラットフォームに対し装着されたピストン抵抗体１４８に加えられる。この感覚変調サブユニット１４０の、ユーザが加えた入力圧力を「感知」し、同時にユーザに対して直接の抵抗フィードバック反応を提供する能力は、人がその手を他の物体に押し付けたときに起こる実際の事象をシミュレートする。患者に加えられた直接の圧力（ＨＣＵ１００からの入力圧力により決まる）に応じて、ＰＥＭ２００を通して感知された高いレベルの抵抗力（実際の患者の反応）は、ＨＣＵ１００にリレー返信され、ピストン抵抗体１４８を通して医師にフィードバックされる。ＰＥＭ２００が抵抗力の増大を感知すると、それに応じて、支持プラットフォーム１４６の下側面に加わる力が増大することになる。これは、模擬皮膚厚板片１４２に対するより大きな抵抗力の感覚、又はその「弾力性の欠如」に変換される。このフィードバック抵抗は、医師が加えた力に対する患者からの直接反応としてユーザに知覚される。
【００３６】
オプションとして単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ／抵抗体デバイスをＨＣＵ１００に組み入れることができ、及び／又は、抵抗力の絶対変化を変換し、手動制御ユニットを通して医師の手に加えることができよう。現在ソフトウエア命令機能に使用している親指部分１０５に、前記に代えて感覚変調サブユニット１４０を収納することができる。親指の動きを診察プロセスに組み入れ、手のこの箇所に戻り感知入力を保持することにより、ＨＣＵ１００の機能的能力及び感度を拡張することができよう。ＨＣＵの最も複雑な実施形態には、操作者の手のあらゆる箇所との全面的な接触、及び、ＨＣＵ全体に多数の感覚変調サブユニット１４０を取り付けることが含まれよう。サブユニット１４０の数を制限するのは、これらの双方型圧力変換デバイスを小型化する能力だけである。数多くの感覚変調サブユニット１４０は、操作者の手のあらゆる部分で、機械的及び感覚的入力を生成し感受する能力をユーザに提供するであろう。
【００３７】
患者検診モジュール（ＰＥＭ）
図５及び６を参照しながら説明する。ＰＥＭ２００は、ナイロン、ゴム、シリコン又は軟プラスチック・サブストレートのような柔らかく、半軟弱材料でできたパッド又はパッド様の構造２０２で構成される。全体のパッド２０２は、望ましくは、ＨＣＵ１００の擬似皮膚厚板片１４２に類似した粘弾性的な性質を持つ固形物である。パッド２０２は、セル又はセル域と呼ばれる基本構造に分割される。パッド２０２の全体サイズも、パッド２０２内のセル２０４の数も特定の用途によって変わることになる。各セル域２０４は、パッド２０２内の区域に対応し、望ましくは、対応するＨＣＵ１００の感覚変調サブユニット１４０と同じようなサイズである。図６に示すように、単一チャンネル圧力トランスジューサ２４４は、各セル２０４内に装着されており、その作用／受圧面２４５が患者の方に向くよう方向付けされている。望ましいパッド２０２は、多数の圧力トランスジューサ２４４を内蔵する連続したゲル・タイプ構造２４２である。パッド２０２の背面２０６は、フレキシブルで、半硬質のシーティングを含む。現時点でこの背面２０６に好ましい材料は、セル域２０４に対ししっかりした支持を維持しながら、多様な身体サイズへの応用に合わせてある程度の屈曲が可能なプラスチック又はポリマー・サブストレートである。金属、木材又は合成材料のようなもっと硬い材料も、しっかりした支持構造を備え、身体の多様な輪郭を持つ表面のそった屈曲が可能ならば使用することができよう。単一チャンネル・ピストン・タイプ可変圧力生成感覚変調サブユニット２４０を含むリニア・アクチュエータは、望ましくは金属又はプラスチック製の薄い支持プラットフォーム２４６の下側面に取り付けられている。支持プラットフォーム２４６は、望ましくは、ＨＣＵ１００中の指先１０６と同じ様なサイズである。ピストン・タイプ可変圧力生成デバイス２４８、又は同様なリニア・アクチュエータは、一般にセル２０４と支持体２０６との間の境界面に所在する各圧力トランスジューサ２４４の直接真下に位置決めされ、支持体２０６内に収納されて圧力トランスジューサ２４４下部の支持プラットフォーム２４６の下側に配置されている。
【００３８】
診察パッド２０２は、診察する患者の身体表面部分に直接にあてがわれ、例えば、貼り付けチャック・タイプの固定具２５０でそこに固定される。貼り付けチャック固定具２５０は、融通が利き、多様な身体形状及びサイズへの使用が可能であろう。また、パッド２０２を、胸への使用にはベストに、腹部への使用には帯に、袖に、長手袋に、又は手腕上部には手袋に、ズボンの脚、又は足下部にはブーツに、また、手指や足指のような小さな用途には、小さな布片に仕立てることもできよう。このＰＥＭの好適実施形態は、位置を固定したパッド構造になっているが、患者、他の人員又はロボット・ガイドが、患者の表皮面又は身体内の空洞を動かす移動式感知ユニットも本発明の範囲内である。
【００３９】
一つの好適実施形態では、ＰＥＭ２００は、電気接続コード３０２を介してコマンド制御ボックス３００につながれている。この好適実施形態では、コマンド制御ボックス３００は、電源３０４、小型中央演算装置（ＣＰＵ）３０６、信号プロセッサ３０８、デジタル・アナログ・コンバータ３１０、及び通信システム３１２を含む。コマンド制御ボックス３００は、ＰＥＭ２００からデータを受信及びこれに送信することによりＰＥＭ２００を医師のＨＣＵ１００に連結している。電源３０４は、望ましくは、交流（家庭用又は産業用）又は直流（バッテリ使用作業）双方での稼動能力を備える。接続コード３０２が図示されているが、無線データ・リンクのような他のデータ・リンクも、本発明の範囲である。
【００４０】
この好適実施形態の通信システム３１２は、内蔵モデム（図示せず）を含み、ＨＣＵ１００の近くに置かれた医師のコンピュータ１６０がＰＥＭ２００の近くに置かれたリモート・コンピュータ２６０と接続できるようにしている。下記の通信方式に基づくシステムを含め、他の通信システムも可能である。（１）光ファイバー・ケーブル・チャンネル及び非ファイバー光ベースのデータ／音声／映像信号送信方法を含め、光ベースの通信；（２）以下に限定はされないが、ラジオ周波数、極超短波周波数、マイクロ波又は衛星システムを含め、音声及び／又はデータ情報を送受信できる無線通信；及び（３）赤外光、磁気、他の波長の可視又は非可視放射、生体材料（生体ロボット又はウイルス生命体を含む）、原子／素粒子、のような現在まだ使用されていないいっさいのメディアを使った将来のいっさいの音声又はデータ送信方法。好ましくは、直接患者に加わる重量の軽減、サイズ上の制限及びおそらくは安全性（通信／データ送信からのＲＦ又はマイクロ波放射への曝露の低減）を考慮して、フレキシブルな接続コード３０２を通してパッド２０２をコマンド制御ボックス３００に接続する。また、接続コード３０２は、感覚変調サブユニット２４０内の圧力トランスジューサ２４４及び可変圧力生成装置２４８を電源３０４に接続する。
【００４１】
他のデバイス構成に、単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ／抵抗体デバイスを組み込んで、ＨＣＵ１００を通して、ユーザの手に抵抗力の絶対変化を変換伝達することができよう。ＰＥＭ２００の感度及び機能性を増大させる試みとして、各セル域２０４をさらに分割し、ＰＥＭ２００全体に多数の感覚変調サブユニット１４０を取り付けることができよう。機能サブユニットの数を制限するのは、これらの双方型圧力変換デバイスを小型化する能力だけである。数多くの感覚変調サブユニット１４０は、ユーザに、操作者の手のあらゆる部分で、機械的及び感覚的入力を生成し感受する能力を提供するであろう。
【００４２】
ＰＥＭ４００の二番目の実施形態は、図７及び図８に示すように、前記の電気機械的構造でなく、気圧媒体流又は液圧媒体流を使う。この二番目の実施形態では、ＰＥＭ４００は、ナイロン、ゴム、シリコン又は軟プラスチック・サブストレートのような柔らかく、半軟弱材料でできたパッド４０２又はパッド様の構造で構成される。パッド４０２は複数のセル４０４に再分割される。パッド４０２の全体サイズも、パッド４０２内のセル４０４の数も装置のモデルと用途によって変わることになる。それぞれのセル４０４は、一つの流入／流出二重機能ライン４１０、及び空気、水、油圧液、又は電気化学ゲルのような加圧媒体流の流入及び流出を可能にする一つのバルブ４１４、及び単一圧力トランスジューサ４４４を伴った、気密性又は水密性の空洞チャンバ４１６として設計されている。圧力トランスジューサ４４４は、ＨＣＵ１００について前記した圧力トランスジューサ１４４と同様な単一チャネルのトランスジューサである。圧力トランスジューサ４４４は、患者の身体の表面に直接あてがうシート材料の中に装着されている。したがって、セル構造のオープン部分は圧力トランスジューサ４４４の後ろ側にくることになる。トランスジューサの受圧面４４５は患者の方向に向くことになる。
【００４３】
パッド４０２は、診察する患者の身体表面部分に直接にあてがわれ、例えば、貼り付けチャック・タイプの固定具２５０でそこに固定される。貼り付けチャック固定具２５０は、融通が利き、多様な身体形状及びサイズへの使用が可能であろう。また、パッド４０２を、胸への使用にはベストに、腹部への使用には帯に、袖に、長手袋に、又は手腕上部には手袋に、ズボンの脚、又は足下部にはブーツに、また、手指や足指のような小さな用途には、小さな布片に仕立てることもできよう。また、必要に応じ、パッド４０２の外部表面に重量のある強化層（鉛、金属又はプラスチック）を取り付けて安定性又は逆圧を増すこともできよう。各セル４０４の流入／流出ライン４１０は、ポンプ（図示せず）及び加圧した媒体流を収納するための加圧タンク４１８を含むポンプ機構に接続されている。介在バルブ４１４は、流入／流出ライン４１０にそって加圧タンク４１８とそれぞれのセル４０４の間に設置される。ＰＥＭ４００は、前記したように、接続コード３０２を介してコマンド制御ボックス３００につながれる。
【００４４】
望ましくは、ＰＥＭ４００のこの制御部分は、直接患者に加わる重量の軽減、パックを手足や指のような身体の小さな部分に置く場合のサイズ上の制限、又はおそらくは安全性（通信／データ送信からのＲＦ又はマイクロ波放射への曝露の低減）への考慮から、患者から離れた所に設置する。このコマンド制御ボックス３００の仕様及び機能は前記されている。また、接続コード３０２は、加圧媒体流の流入／流出ライン４１０及びバルブ４１４をはじめ圧力トランスジューサ４４４を電源３０４に接続している。
【００４５】
特定のＨＣＵ１００の設計によっては、ポンプ及び加圧タンク４１８双方ともにコマンド制御ボックス３００部分に、又はともにＰＥＭ４００自体に、又は相互にかかわり無くどちらかの区域に含めることができよう
加圧媒体流として空気を使っているＰＥＭ４００は、半閉鎖式回路を使うことになろう。この好適実施形態において、ポンプ機構は、ユニットの外部からパッド４０２の背面に取り付けられた単一の加圧流体タンク４１８に空気を吸引する。一般に、加圧タンク４１８は、パッド４０２と同じサイズである。バルブ４１４は、加圧タンク４１８内の下側にあるセル４０４に対応する複数の場所に設置される。したがって、加圧タンク４２８は、介在バルブ４１４を通してそれぞれの圧力セル４０４と直接連絡する。適切なチャンバ圧力を確実にするため、チャンバ内部の圧力を感知しその情報をコマンド制御ボックス３００に送り返すために、加圧タンク４１８内に圧力調整回路（図示せず）が組み込まれる。適切なセル４０４が駆動され、所望のポンプ・チャンバ圧力が実現され（ＨＣＵ１００からの対応加圧信号に応じて）、その結果生じた患者の反応信号がコマンド制御ボックス３００を介してＨＣＵ１００に返信された後、ポンプが排気して、加圧チャンバ４１６の内部を大気圧に戻す。液圧流体を使用しているＰＥＭ４００は、内蔵型の閉鎖流体システムで構成される。
【００４６】
ＰＥＭ４００の機能は、ユーザがＨＣＵ１００に加えた圧力を患者へ直接「送信」し、その結果生ずる患者からの抵抗反応信号を医師のＨＣＵ１００に送信することである。ソフトウエア及び医師のＨＣＵ１００を使って、ＰＥＭ４００のカバー範囲内にある身体のいろいろな部分を、その上に乗った適切な加圧セルを「選定」することによって診断することができる。ソフトウエアが、選定されたセル４０４に対応するバルブ４１４を開くための適切なコマンドを送信する。選定されるセル４０４の数は、加えた「手」の圧力に対する患者の反応を引き出すため、医師が「押す」ことを望む患者の身体区域に対応している。さらに、医師はその戻り圧力データがユーザに返信されてくるセル、すなわち身体の区域を無差別に選定することができる。多くの状況では、圧力を加えるセルが、その戻り圧力データ信号を医師のＨＣＵ１００に返信することになるが、いくつかの診察機能のために、あるセルのセットで圧力を加え、違ったセルのセットから圧力を受ける選択肢もある。
【００４７】
二番目のＨＣＵを組み入れて、一番目のＨＣＵと反対側の手に合わせ、医師が片側の手を使って患者のある部位に（一番目のＨＣＵとＰＥＭを通して）圧力を加え、患者の違った部位からの圧力反応を（二番目のＨＣＵを通して）反対側の手に受けられるようにすることも考えられる。
【００４８】
コンピュータ・ソフトウエアは、医師のＨＣＵ１００、ＰＥＭ２００又は４００、システム・ダイナミクス、及び通信プロトコルの様々な機能に対するコマンドを制御する。ＨＣＵ１００の機能は、アクチブにする特定のセル又はセルのグループ、及びその結果の戻り信号を伝えるセルを駆動するためのセル選定機能を含む。また、このソフトウエアは、医師の特定のＨＣＵ１００圧力反応パッドを、医師が圧力信号を送信するための送りパッチ、及び患者のデータを医師に戻すための受信パッドに指定する割り当てができる。
【００４９】
患者の身体上における医師のＨＣＵ１００の位置関係もコンピュータ・ソフトウエアが追跡する。ＨＣＵ１００の動きを変換し、ＰＥＭ２００又は４００に送信して、患者の身体のあらゆる箇所で手の動きをシミュレートすることができる。加えて、解剖学的データベースを組み入れて、診断する特定身体区域の生体組織横断面及び三次元レンダリングを提供することができる。
【００５０】
このソフトウエアは、医師がＨＣＵ１００に加えた物理的圧力反応を電気信号に転換する。信号及び信号強度の標準化、校正及びリアルタイム監視は、典型的なプログラム機能である。このソフトウエアは、ＨＣＵ１００からＰＥＭ２００又は４００への、及びその反対方向への電気信号変換及び送信のための送信プロトコルも担っている。送信プロトコルは、地上ベース及び非地上ベースの通信プラットフォームを含む。ポンプ・チャンバ昇圧、校正、及び送信されてきた電気信号を、手動制御ユニットに加えられた実際の圧力と等しい大きさに相関を取って適切な昇圧コマンドに変換すること、ならびに、選定されたバルブの開閉状態を含め、ポンプ及びバルブに対するすべてのコマンドは、装置のソフトウエアにより制御される。
【００５１】
図９は、本発明の電気機械的及び気圧／液圧機構的双方の実施形態に対する装置機能の一般的プロセス流れを表す。医師は、関心のある身体区域を選定し、ＨＣＵ１００を使ってこれを触診を行う範囲に対応する駆動セル２０４又は４０４の下側にあわせる。感覚変調サブユニット１４０を介してＨＣＵ１００に圧力を加えることにより信号が発生し、それが信号プロセッサ１３０及びアナログ・デジタル・コンバータ１３２を通して医師のコンピュータ１６０に送られ、今度はこれが、ＨＣＵ１００からの圧力信号を向けることになる、ＰＥＭ２００又は４００上の関心範囲の感覚変調サブユニット２４０又は４４０を駆動するためのコンピュータ・コマンドを送信する。そこで、ユーザが、圧力刺激を加えた後で「感じ取り」たい患者の身体域に対応する圧力トランスジューサ２４４又は４４４が駆動される。このコマンドは、出力信号を医師のＨＣＵ１００に返信できるように、受信セルの圧力トランスジューサ２４４又は４４４を駆動する。
【００５２】
医師は、指先、近位側掌、及び遠位側掌の手表面のどんな組み合わせでも使って（一本指から掌表面全体までにわたって）ＨＣＵ１００の感覚変調サブユニット１４０上を直接押して、通常、自分が手で患者の診察を行うときに加えると同等な力の所望入力圧力刺激を発生させる。この加圧力は、人、環境及び患者の診断部位によって異なることになろう。医師がＨＣＵ１００の感覚変調サブユニット１４０に加えた圧力は、圧力トランスジューサ１４４により感知され、電気出力信号に変換される。この電気信号は信号プロセッサ１３０に送信され、処理されたアナログ電気信号はデジタル信号１３２に変換される。次に、このデジタル信号は医師のコンピュータ１６０に入力される。
【００５３】
医師のコンピュータ１６０では、ソフトウエア・プログラムは、ＨＣＵ１００及びＰＥＭ２００又は４００の様々な送信及び受信部分の間にリンクされたシステム経路；ユーザ側及び患者側双方設備の信号プロセッサ１３０、３０８、圧力トランスジューサ１４４、２４４、４４４、ピストン抵抗体１４８及び可変圧力生成装置２４８の校正、ならびに、ＨＣＵ１００からの入力電気信号を対応するＰＥＭ２００、４００への電気出力信号へ変換することについての責任を担っている。ＰＥＭ４００にポンプ・システムを使う場合には、メディア加圧タンク４１８内部の圧力センサー（図示せず）が校正されることになる。医師のコンピュータ１６０は、通信システム３１２を介してリモート・コンピュータ２６０にＰＥＭ２００、４００への電気信号及び関連するソフトウエア・コマンドを送信する。前記に代えて、患者側すなわちリモート側で、独立のコマンド制御ボックス３００を使用し、ＰＥＭ２００又は４００の近くに配置することができる。デジタル圧力発生信号は、デジタル・アナログ・コンバータによってアナログ電気信号３１０に再変換され、後処理３０８され、次にＰＥＭ２００又は４００の、前もって選定された適切な圧力発生装置に送られる。そこで、ＰＥＭ２００又は４００が、ユーザすなわち医師がＨＣＵ１００に加えた力に基づいて、直接、患者へ力を加える。
【００５４】
ソフトウエアは、ＰＥＭ４００のために、ＨＣＵ１００のアクチブな各区域から入ってくる電気信号の受信、ＨＣＵ１００の様々な部分に加えられた入力圧力のそれぞれに対応する大きさの算定、及びこれらの情報を特定のポンプ・コマンドへ変換する役割を担う。この圧力コマンドは、次に患者のいる離れた場所のリモート・コンピュータ２６０、もしくは、前記のＰＥＭ４００のコマンド制御ボックス３００部分のいずれかに直接送信される。そこで、医師がＨＣＵ１００に直接加えた圧力と等しい出力圧力を実現するために、ＰＥＭ４００がポンプ機構を駆動させ、加圧チャンバ４１８を昇圧することになる。圧力センサーがチャンバ４１８の内部圧力を監視し、所望の入力圧力が得られるまで、ポンプ稼動の継続、停止の必要性に関する連続したフィードバックを提供する。次に、加圧チャンバ４１８の中の加圧されたメディアが、流入／流出ライン４１０経由で、選定され圧力バルブ４１４が開かれたそれぞれのセル４０４に送り込まれる。加圧されたメディアは選定されたセル４０４に流入し、医師がＨＣＵ１００に加えた力に応じてセルの容積及び内部セル圧力を増大させる。
【００５５】
ＰＥＭ２００もしくは４００によって患者に加えられた下向きの力は、患者から、まったくの無抵抗で診断した区域がさらにへこむ程度から、大きな抵抗又は「防御」に至る範囲の反応を引き出す。駆動されたセルが加えた力に対抗する患者からのこの抵抗力は、セルの圧力トランスジューサ２４４又は４４４により検出されることになる。
【００５６】
ＰＥＭ２００又は４００の作動された圧力トランスジューサ２４４に検出された機械的抵抗反応は電気信号に変換され、患者所在地のコマンド制御ボックス３００又はリモート・コンピュータ２６０に返信される。入力コマンド・セットについて前記したように、このアナログ電気信号は、３０８で処理されデジタル信号３１０に変換されることになる。このデジタル信号は、通信システム３１２経由で医師のコンピュータ１６０に返信される。ＨＣＵ１００出力信号について前記したように、ソフトウエア・プログラムは、ＰＥＭ２００、４００上のアクチブな各区域から着信するデジタル電気信号を受信すること、ＰＥＭ２００、４００出力圧力それぞれに対応するの大きさを算定すること、及びこれらと同等なデジタルＨＣＵ１００抵抗力信号へ変換することについての役割を担う。このデジタル信号は同等なアナログ電気信号１３２に変換され、後処理１３０され、そこで前もって選定された適切なＨＣＵ１００のピストン抵抗体に向けらる。ＨＣＵ１００のピストン抵抗体１４８によって生成される抵抗出力は、患者がＨＣＵ１００の入力圧力刺激に応じて生成した抵抗出力と等しい。
【００５７】
ピストン抵抗体１４８が与える反応抵抗は、患者生体組織の選定された区域に加えられた圧力に対する患者の反応の触覚シミュレーションを医師に提供するものである。このシステムはリアルタイムかつ動的あり、医師は、前もって選定されたセル区域内に対し、連続して、押す−放す又は押す−部分的に放すの操作による刺激を行うことができる。この装置の３つの主要構成要素、すなわち医師の手動制御ユニット、コンピュータ・ソフトウエア、及び患者検診モジュールは、連続的、リアルタイム、作用・反作用フィードバック・ループのためのシステムを提供する。医師は、医師が加えた圧力と、医師の手が手動制御ユニットに対して感知した患者の抵抗反応との抵抗力の差異を解釈し、医療上の意思決定に使うのである。
【００５８】
好適実施形態において、ソフトウエアが制御することになる全体的プロセスを示すフローチャートを図１０Ａ−１０Ｃに図示する。ユーザは一般的に医師であるが、まずシステム５００にログインする。ログインするための仕組みは、例えば、ＨＣＵ中のバイオメトリック・スキャナ（指紋読取り装置、図示せず）を含め、何らかの既存の手段を備えるか、あるいは、もっと従来型のユーザ識別要求の仕組み及びパスワードを医師のコンピュータ１６０に備えることができる。次に、ソフトウエアはシステム日付及び時間５０２を問い合わせ、ＰＥＭとの接続を設定し、ＨＣＵ及びＰＥＭ５０４のステータスを点検し、次にそれらの間に必要な通信リンクを設定する。この好適実施形態において、医師のコンピュータ１６０が第一データベースにアクセスして５０８、圧力トランスジューサ及び圧力生成デバイス（リニア・アクチュエータ）のようなＨＣＵ及びＰＥＭの部品についての様々の校正ファクタを取得する。そこで、ソフトウエアが他の様々の初期化機能を実施するが５１０、この機能に圧力トランスジューサのサンプリング・レートの設定、部品類の初期化と校正を含めることができる（例えば、圧力トランスジューサに対して「ゼロ圧力」を設定する）。
【００５９】
次に、医療記録について特許の身元を検証すること、及び患者の一般的なサイズ及び年齢のような診察の助力となることのある基本パラメータを設定することの双方のために、患者の識別及びバイオメトリック情報が入力される５１２。次に、医師は診察する解剖学的部位を選定する５１４。この好適実施形態では、解剖学的データのデータベースへのアクセスが行われ５１６、これには診察する生体組織部分の包括的な静止画又は動画が含めることができる。本発明の実施形態において、診察する生体組織部分に関する包括的情報に加え、患者の治療及びバイオメトリック情報を使って、圧力トランスジューサ及びリニア・アクチュエータの感度のような各種のシステム・パラメータを調整することが考えられる。次に、医師は、ＰＥＭに出力信号を提供するＨＣＵの部分５１８、ＰＥＭからフィードバック圧力を受け取るＨＣＵの部分５２０、ＨＣＵから圧力信号を受信するＰＥＭのセル５２２、及びＨＣＵに圧力信号を返信するＰＥＭのセル５２４を選定する。ほとんどの応用において、アクチブなＨＣＵの部分と駆動されたＰＥＭセルとの間で、例えば、ＨＣＵの感覚変調サブユニットが、ＰＥＭの同一セルとの間で圧力信号の送受信をするといった一対一の対応があると予期される。しかしながら、送信と受信信号を切り離せる能力は、システムにさらなる機能性を提供すると考えられている。本発明は、ＨＣＵの入力及び出力圧力信号を切り離すことができないシステムを意図している。
【００６０】
また、このソフトウエアは、マウスを動かすのと同様な方法で、システムがＨＣＵの動きを追跡し、それに対応して駆動するＰＥＭセルを変更するといったように、ＨＣＵの駆動部分の位置をＰＥＭのものと連係させることができる５２６。システムにいっさいの圧力を加える前に、ＨＣＵ及びＰＥＭ出力信号の圧力増幅／拡大又は低減／最小化といった、前もって定めた力の修正機能を適用することができる５２８。ユーザがＨＣＵに力を加え５３０、その圧力信号が圧力トランスジューサ１４４の中に低電流の信号（ＨＣＵ−Ｐ１）を発生させ５３２、それが信号プロセッサに送られ、これに対応する、より高い電流の信号が生成され５３４、次にデジタル信号（Ｄ−ＨＣＵ−Ｐ１）に変換される５３６。Ｄ−ＨＣＵ−Ｐ１圧力信号を使って、ＰＥＭに対するデジタル圧力信号（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１）が生成され５３８、それが医師のコンピュータ１６０からリモートコンピュータ２６０に送信される５４０。そこで、Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１圧力信号は低電流アナログ信号（ＰＥＭ−Ｐ１）に変換され５４２、ＰＥＭの可変圧力生成装置２４８に印加され、それに対応する力が患者に加えられる５４６。
【００６１】
選定されたＰＥＭセルが、患者の抵抗反応を検知して５４８、圧力反応信号（ＰＥＭ−Ｐ２）を発生し５５０、それが処理されてより高い電流の信号を生成し５５２、デジタル化（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ２）される５５４。Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ２圧力信号を使って、ＨＣＵのための対応デジタル圧力信号（Ｄ−ＰＥＭ−Ｐ１）が生成され５５６、それがリモートコンピュータから医師のコンピュータに送信され５５８、アナログ信号に変換され５６０、それが適切なＨＣＵピストン・タイプ可変圧抵抗体１４８に印加されて５６２ＨＣＵ上に反応力を生成する。診察が完了した場合には５５６、システムはリセットされ、医師が、患者の身体組織の異なる部分の別の診察を開始することができるようにする。そうでなければ、医師は、引き続き力を加え、患者からのさらなる反応を検知することができる。
【００６２】
このプロセスは、好適実施形態に関連して記載されているが、当業者には、前記のプロセスの変形応用が可能なことは明白であろう。例えば、圧力トランスジューサからの圧力信号を、より高い電流の信号へ前処理しないで使うことができるようにする、あるいは、内蔵Ａ−Ｄコンバータとともに使用して、デジタル信号を直接生成することができるようにする実施形態が可能であろう。オプションとして、患者と医師とが近接している場合には、ＨＣＵ及びＰＥＭを直接共通のコンピュータ又はこの用途専用のデータ処理システムに接続することもできる。本発明は、解剖学的データベースにより提供される付加的な機能なしでも、明らかに実施可能である。さらに、当業者には、上記のＰＥＭを液圧又は気圧による実施形態に合わせるため、図１０Ａ−１０Ｃに示したプロセスをどのように変更したらよいかは明白であろう。
【００６３】
このＨＣＵ１００は、離れた場所にいる患者の身体診察のシミュレーションを可能にすることを意図したものである。医学分野における応用には、深海、宇宙、戦場状態、遠隔地、及び／又は山岳／ジャングル探検のような劣悪な環境の中で患者を診察する能力も含まれよう。また、本発明は、非医療及び／又はレクレーション用途にも合わせることができ、人が離れた場所に所在する他の人、身体又は物体からの触覚反応を調べたり、感じたり、又は他の方法で引き出すことを望むような場合に使えよう。
【００６４】
携帯バージョンを、例えば、患者が実際に職場を離れて医師の診察室に出かける必要性をなくすため、職場内の医療室で応用することもできよう。
【００６５】
また、手術を実施するためのロボット用具使用の増加に伴い、医師がロボット・システムを使って手術を実施しているときに、触覚フィードバックを提供するように、上記の発明を直接的なやり方で改造することも考えられる。
【００６６】
携帯バージョンを、例えば、家庭で応用し、家庭への来診、診察室訪問又は時間外の救急医療室への訪問を避けることもできよう。この効率性は、全体的な医療コストに大きな影響を与えよう。
【００６７】
近接していない場所にいる人が必要とする身体構造の触覚情報又は三次元触覚モデリングを必要とするいっさいの応用は、本発明の範囲内である。
【００６８】
また、本発明を、物体と視覚障害者との間に実際の直接的な物理的接触なしに、その物体の感じを伝え又はシミュレートする視覚障害者の能力を高めるために適合させることもできよう
第一の代替実施形態
図１１を参照しながら、本発明に従ったシミュレータ・アセンブリ６００の一番目の代替実施形態を図示する。この代替実施形態は、身体診察の触診部分を記録し、再生する能力を提供する。下記で論じるように、シミュレータ・アセンブリ６００は、身体診察の触診部分を医療記録に記録し、例えば、コンサルタント、予備の医師、患者、法医学の場、研究、教育、患者情報などに転送できるようにすることを意図している。シミュレータ・アセンブリ６００は、身体形再生モジュール６０２と連結しているデータ操作システム６２８を含む。このデータ操作システム６２８は、その中にデジタル・データファイル６２２を格納しているコンパクトディスク６２６（以下「ＣＤ」）を含み、デジタル・データファイル６２２は、前記のＨＣＵ１００及びＰＥＭ２００を使って実施した検診のような、身体診察の触診部分をデジタル的に表現する。また、データ操作システム６２８は、周知のコンピュータ６０６のような、校正、変換、モデリング及び／又はデジタル・データファイル６２２の転送を制御するよう動作可能なコンピュータ・ソフトウエアを備えたコントローラを含む。周知のケーブル６１２が上記構成要素間の信号通信を結合する。
【００６９】
運用において、図解したシミュレータ・アセンブリ６００の実施形態では、前回の診断で得られ、デジタル・データファイル６２２として保存され、事前記録又は格納された触覚データを、身体形再生モジュール６０２上で再生することができる。このように、身体形再生モジュール６０２を、離れた時間又は場所において以前に診察した人又は物体の実際の物理的特徴を表現又は再現するために使うことができる。
【００７０】
デジタル・データファイル６２２は身体診察のデジタル表現である。もっと具体的には、デジタル・データファイル６２２は、望ましくは、前記した実施形態の中で、ＨＣＵ及びＰＥＭを助力として行った身体診察の実施中に作動された圧力センサー、光エンコーダ、モータ・コマンド、ピストン・タイプ可変圧抵抗体、空気圧技術装置、マイクロコントローラなどの間の相互作用の複雑なシリーズを表現する。さらに、元の診察を行う際には、技術的に既知の方法を使って、前記のＨＣＵ及びＰＥＭの圧力センサー、光エンコーダ、モータ、ピストン・タイプ可変圧抵抗体、空気圧技術装置、マイクロコントローラなどの間の相互作用を表現するデジタル・データを記録し、デジタル・データファイル６２２を作成する。
【００７１】
このデジタル・データは、ＣＤ６２６、デジタル・ビデオ・ディスク（以下「ＤＶＤ」）、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ又は他の現在知られている、あるいは開発中の様々な記憶メディアいっさいのような、どのような既知のデジタル・データ記憶メディアにこれを記録又は格納し、これによりデジタル・データファイル６２２を形成してもよい。格納されたデジタル・データファイル６２２を持つことにより、医師ユーザは、医学論文作成、オンコール医師に引き渡す際の治療の継続、又は医学生、レジデント、患者に対する教育ツール及び研究のような目的に動作可能な診察所見及び患者の特徴を再現するための使用に適した情報を有することになろう。
【００７２】
注記として、身体診察を行う中で実施される事柄及び処置の精密な順序は当業者にはよく知られており、したがって、本明細書には詳記しない。また、図解した実施形態においては、実際の診察中に得られたデジタル・データを記録することにより、デジタル・データの実施手順を得るのが望ましいが、当業者には、例えば、虫垂炎からくる腹部のこわばりのような、特定の疾病に対し身体の様々な部分に触れたときに予期される抵抗力をコンピュータ・モデリングするといった、技術的に周知の何らかの適当な方法で、格納デジタル・データファイル６２２を作成できることは明白であろう。
【００７３】
図解した実施形態において、コンピュータ・ソフトウエアは、格納されたデジタル・データファイル６２２を取り出し、石のＨＣＵ１００の様々の部分及びそれに対応するＰＥＭ２００からの反応から加圧値の実施手順を再設定することができる。診察対象の身体の特定部分について、時間及び場所双方の面から、この作用・反作用の一連のパターンをソフトウエア・システムがマップすることになる。解剖学的場所の特定は、元の診察のときの元のＰＥＭデータ要素の特徴を読むことによって決定される。
【００７４】
考え方としては、このプロセスには、患者の動的３−Ｄモデルを展開することが関わる。最初に、ソフトウエアは、格納されたデジタル・データファイル６２２からＨＣＵとともに使用されたＰＥＭユニットのデータを明確化する。次に、ソフトウエアは、（使用された特定の区域ＰＥＭに基づいて）診察された身体部分のグラフィック表現を設定し、デジタル・データファイル６２２内に格納されたデジタル・データを順番に再生する。入力圧力値、時間関数としての圧力（圧力プロフィール）、ストロークの動きの値、及び元の加圧から記録されたＨＣＵの触覚表面の部品の動きの度合いが、それらのデータが指向した、すなわち加わえられた力で作動された元のＰＥＭの特定区域について、詳細に描写されることになる。ＨＣＵ１００に加えられた力によりもたらされ、ＰＥＭが検知した引き続いての反応力も、上記の各パラメータに関して変換されることになる。
【００７５】
各ＰＥＭユニットはより小さなサブユニットのシリーズで構成されているので、その上に力と圧力データがマップできるます目パターンはすでに設定されている。そこで、このＨＣＵに加えられた力とＰＥＭ反作用反応とは、問題のある生体組織の特定の区域に沿ってマップされることになる。診察の手順を再生して、診察時の力と圧力プロフィールのマップを判定し、診察された人又は物体に内在する特徴のモデルを生成することができる。このデータを、身体形再生モジュール６０２に直接接続されたコンピュータ６０６から身体形再生モジュール６０２にダウンロード、あるいは、通信ネットワークを通して送信し、離れた場所のコンピュータ又は身体形再生モジュール６０２にダウンロードすることができる。
【００７６】
コンピュータ通信分野における通信ネットワークは周知のものである。定義としては、ネットワークは通信施設又は連結体によって接続されているコンピュータ及び関連装置のグループである。ネットワーク通信は、専用ケーブル経由のような恒久的性質のものであることもあり、電話回線又は無線連結を通して行われる通信のような一時的性質のこともある。ネットワークには、数台のコンピュータ又はワークステーション及び関連装置で構成されるローカル・エリア・ネットワーク（「ＬＡＮ」）から、地理的に分散されたコンピュータ及びＬＡＮを相互接続する広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）や一時的通信リンク経由で離れた場所のコンピュータを相互接続する遠隔接続サービス（「ＲＡＳ」）まで、いろいろなサイズのものがある。次に、インターネット・ワークは、データの転送及び様々のネットワークからの変換を容易にするゲートウエイ及びルータを使った類似の及び異なった種類の多数のコンピュータ・ネットワークの共同体である。
【００７７】
図１１〜１３を参照し、身体形再生モジュール６０２に焦点を合わせながら説明するが、身体形再生モジュール６０２は、ＰＥＭを使用して診察される身体組織に対応する三次元（３−Ｄ）身体モデルとして形作られている。例えば、身体形再生モジュール６０２を全身にも、又は、胸部、腹部、頭部、首、腕、手、脚、足、骨盤や指のような、身体のどこかの関心部分にも形作ることができる。図解した実施形態の身体形再生モジュール６０２は、人体の腹部を模倣して形成されている。望ましくは、元の診察で使われたＰＥＭの身体構造に対応した身体形再生モジュール６０２を使用するが、それに代えて、一般的な身体形再生モジュールを使用することができる。
【００７８】
図解した実施形態において、身体形再生モジュール６０２は、ゲル、ナイロン、ゴム、シリコン又は軟プラスチック・サブストレートのような、柔らかで、半軟弱な材料で成型される。各身体形再生モジュール６０２は、望ましくは、皮膚表面６１８をシミュレートするために弾力性のある外部接触表面を含む。
【００７９】
身体形再生モジュール６０２は、セル６３２の配列６３０を含む。セル６３２は、前記したＨＣＵ１００及びＰＥＭ２００のセル２０４と同様である。前に記した感覚変調サブユニット５０６は、力の検知及び発生の双方を行うが、当業者には、この実施形態のセル６３２は、前記に換えて、力を検出する能力なしに、加圧だけを行うように構成することができるのは明らかであろう。このような構成は、肋骨骨折による腹腔変形のような身体の形状又は状態を静的に表現するために使用することができる。
【００８０】
身体形再生モジュール６０２の全体サイズ、及び各身体形再生モジュール６０２中のセル６３２の数は、所望の用途に合わせて選定することができる。望ましくは、それぞれのセル６３２のサイズと場所は、対応するＰＥＭ２００内のセル２０４のものと相関している。もちろん、セル６０２は、一般的には、対応するＰＥＭのセルと反対に機能することになる。概念として、写真フィルムの処理を例えに使うと、ＰＥＭはネガを表し、身体形再生モジュール６０２は（ポジ）プリントを表すことになろう。
【００８１】
図１３を参照しながら説明する。各セル６３２は、対応するＰＥＭ中の感覚変調サブユニットのサイズと寸法に対応した、数ミリメータ深さのキャビティ６３４を含む。各キャビティ６３４内には、感覚変調サブユニット６３６が収納される。感覚変調サブユニット６３６の最上部は、例えば、天然、人工又は生体適合材料（人工、模擬、培養又は加工皮膚細胞又はその代替品）を含め、擬似皮膚材料シリコン・ゴム、軟プラスチック基材、又は、他の適切な材料で形成された厚板片６３８を含む。それぞれの厚板片６３８は、のぞましくは、おおよそ指先サイズの大きさである。装置の感度と機能性を増大するために。各セル６３２をさらに分割し、各キャビティ６３４がより小型の機能感覚変調サブユニットの集合体を代表するようにすることができる。
【００８２】
代表的な感覚変調サブユニット６３６の詳細を説明する。サブユニット６３６は、模擬皮膚の厚板片６３８中に内蔵された一方向圧力トランスジューサ６４０を含む。圧力トランスジューサ６４０の作用面６４２すなわち受圧面は上方向、すなわち、ユーザの手に面する方向を向いている。圧力トランスジューサ６４０の向きは、ユーザから入ってくる圧力が、圧力トランスジューサ６４０の作用面６４２と向き合うようになっている。
【００８３】
内蔵圧力トランスジューサ６４０を持つ模擬皮膚である厚板片６４２は、金属又はプラスチックのような硬い材料で形成された支持プラットフォーム６４４上に搭載される。支持プラットフォーム６４４の下側面には可変圧力生成抵抗体６４６が取り付けられ、これは、図解した実施形態では、単一チャンネルのピストン・タイプ可変圧抵抗体６４６である。ピストン抵抗体６４６は、データ操作システム６２８から受信した反応信号に応じて、擬似皮膚である厚板片６３８の下側面に対し逆圧又は反応力を与える。厚板片６３８、圧力トランスジューサ６４０支持プラットフォーム６４４及びピストン抵抗体６４６を含め、各セル６３２の部品類は、各セルのキャビティ６３４内に配置され、これに支持されている。各キャビティ６３４内には穴６４８が設けられ、ピストン抵抗体６４６の開放端を挿入するように合わされている。開始した実施形態では、この穴６４８のサイズは、支持プラットフォーム６４４が、キャビティ６３４の底面からわずかに上昇するように設定され、したがって、ユーザが感じる抵抗は模擬皮膚厚板片６３８自体によるものだけである。
【００８４】
望ましくは、それぞれのセル６３２は、支持プラットフォーム６４４と擬似皮膚厚板片６３８の底面との境界面に配置された二番目の圧力トランスジューサ６５０を含む。この二番目の圧力トランスジューサ６５０は、望ましくは、その作用面６５２が、擬似皮膚厚板片６３８の底面６５４と反対側になるような方向にする。二番目の圧力トランスジューサ６５０の機能は、内部抵抗を監視し、各セル６３２内で適当な大きさの駆動力が維持されているかどうかを判定することである。このデータは、例えば、ユーザの手６０５が、身体形再生モジュールの表面に触れたり、動かしたりしたときに、適切な抵抗パターンが再現されることを確実にするために使われる。
【００８５】
前記に代えて、ピストン抵抗体システムを使うのでなく、リニア・アクチュエータ、モータ、及び／又は光エンコーダのシステムを使って、各セル６３２内に選定された力及び圧力のプロフィールを発生させ、維持するように各セル６３２を構築することができる。図１４を参照しながら説明すると、例えば、図１３のピストン抵抗体６４６を機械的作動システム６８０で置き換えることができる。機械的作動システム６８０は、リニア・ギア・ラック６８８を駆動できるステッパ・モータ６８４で構成されるリニア・アクチュエータ６５６を含む。ステッパ・モータ６８４は、ギア・ラック６８８とかみ合って、それを長さ方向に選択的に駆動するギア６８６を含む。ギア・ラックの先端部には支持プラットフォーム６４４が取り付けられている。このように、当業者には明白なように、ステップ・モータを選択的に制御して、ギア・ラック６８８及び取り付けられた支持プラットフォーム６４４をリニアに駆動し、厚板片６８３の下側面に対して加える圧力及び抵抗力を調整することができる。加える圧力及び抵抗力は、データ操作システムから受信する反応信号により決まる。図解した実施形態には、特定のリニア・アクチュエータ６５６の実施形態が描かれているが、当業者には、支持プラットフォーム６４４をリニアに駆動できる、技術的によく知られた他のリニア・アクチュエータが、本発明への使用に適していることは明らかであろう。
【００８６】
機械的作動システム６８０は、望ましくは光エンコーダ６８２を含む。光エンコーダ６８２は、ギア・ラック６８８のいっさいのリニアな動きが、関連するギア６９０の回転を引き起こすような形で、ギア・ラック６８８とかみ合わせ配置されているギア６９０を含む。そこで、光エンコーダ６８２をギア・ラック６８８の位置を監視するのに使って、これにより、厚板片６３８の外部表面の境界面における力を間接的に監視することができる。
【００８７】
図１３−１５を参照しながら説明する。本発明では、他の感覚変調サブユニット構成も考慮している。例えば、各セル中の単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ又は抵抗体を組み込んだ感覚変調サブユニットは、本発明での使用に適している。このような構成においては、圧力又は抵抗の絶対的変化は、単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ又は抵抗体に負荷された力の集合を取って算定される。
【００８８】
図１１を参照しながら説明する。図解した実施形態の身体形再生モジュール６０２は従来型のケーブル６１２を通してエンド・ユーザのコンピュータ６０６につながっている。
【００８９】
図１５を参照しながら説明する。前記のシミュレータ・アセンブリへの使用に適したセル７００の他の実施形態を示す。この代替実施形態では、セル７００は、空気、水、電気化学ゲル、又は油圧流体のような加圧媒体流を用いて、支持プラットフォーム７２２をリニアに変位させている。
【００９０】
それぞれのセル７００は、加圧媒体流の流入と流出とを受け持つ一つの取入れ／排出二重機能ライン７０４とともに、膨張チャンバ７０２を含む。バルブ７０６は、膨張チャンバ７０２への加圧媒体流の出入り流入及び流出を調整する。また、各セル７００は、一番目の単一チャンネル圧力トランスジューサ７０８及び二番目の単一チャンネル圧力トランスジューサ７１０を含む。一番目の圧力トランスジューサ７０８は、その作用面が外側に面する方向、二番目の圧力トランスジューサ７１０は、その作用面が内側の膨張チャンバに面する方向に設置されている。圧力トランスジューサ７０８及び７１０は、ユーザが加えた触覚圧力の監視及び記録はもとより、診察中に身体区域の特定の部分に検知された抵抗をシミュレートするため必要な膨張チャンバ７０２圧力を維持するため機能する。
【００９１】
各セル７００の取り入れ／排出ライン７０４は、望ましくは、加圧媒体流を収納するための貯蔵チャンバ７１６とつながれている。バルブ７０６は、各セルの膨張チャンバと貯蔵チャンバ７１６との間の加圧媒体流の流れを調整する。膨張チャンバ７０２への流入は、膨張チャンバ７０２の膨張をもたらし、これによりシミュレートされた抵抗力を増大させる。同様に、膨張チャンバ７０２からの流出は、膨張チャンバ７０２の縮小をもたらし、これによりシミュレート抵抗を低減させる。
【００９２】
加圧アセンブリ７１２は、貯蔵チャンバ７１６に加圧媒体流を供給するために貯蔵チャンバ７１６と連結されたポンプ７１４のような、従来型の加圧装置を含む。望ましくは、加圧アセンブリ７１２及び関連する制御ハードウエアは、身体形再生モジュールの中に直接組み入れられるが、これを外部に設置することもできる。
【００９３】
加圧媒体流として空気を使用している身体形再生モジュールには、例えば、ポンプ７１４が、身体形再生モジュールの外部から、セル７００配列の下部に配置された貯蔵チャンバ７１６の中に空気を吸引するといった半閉鎖型の回路設計を使うことができる。この好適実施形態においては、複数のバルブ７０６が貯蔵チャンバ７１６内に配置され、それぞれのセル７００が、その中の、各セル７００の膨張チャンバ７０２と連結された一つのバルブ７０６を有する。そこで、バルブ７０６を選択的に作動させて、貯蔵チャンバ７１６と各セルの膨張チャンバ７０２との間の加圧媒体流の流れを制御することができる。したがって、この単一の貯蔵チャンバは、介在バルブ７０６を通して、各膨張チャンバ７０２と直接に連絡している。
【００９４】
圧力調整回路７１８は、望ましくは、チャンバ内部圧力を感知してその情報をコントローラ７２０に送信し、所望の貯蔵チャンバ圧力を維持する。適切な膨張チャンバ７０２が加圧された後、貯蔵チャンバ７１６に所望の圧力が達成され（ＨＣＵから伝達されたしかるべき圧力信号に応じて）、これにより引き起こされた患者の反応信号が、コントローラ７２０を介してＨＣＵへ返信される。必要ならば、貯蔵チャンバ７１６は、大気圧まで排出して、貯蔵チャンバ７１６内に収納されている加圧メディアの圧力を低減する。液圧加圧媒体流を使用している身体形再生モジュールは、内蔵型の、密閉流体システム回路で構成されることになろうが、当業者には、前記の開示に照らしてその構造は明白であろう。
【００９５】
図１１を参照しながら説明する。身体形再生モジュール６０２は、前記のＨＣＵ及びＰＥＭユニットの使用により得られ記録された内部抵抗及び圧力を再現し、ユーザに、離れた時間又は場所で感じられた患者の身体部分の触感の臨場感ある表現を提供するものである。身体形再生モジュール６０２は、事後においても、例えば他のユーザが、元の診察時に診察者が感じたシミュレート触感を感じるために、これを物理的に操作することができる。
【００９６】
上記に図解した本発明の実施形態は、説明目的のため、特定の医学上の応用に関して記載しているが、当業者は、開示された第一の実施形態が説明的性質のものであって、身体診察における実際の身体所見の再現への応用に限定されると解釈すべきでないことは十分理解するであろう。したがって、当業者には、この代替実施形態が広い応用分野を持ち、離れた場所にいる人が触覚情報又は身体構造の三次元モデリングを必要とするいっさいの状況下において使用できることは明白であろう。例えば、本発明に従って形成された実施形態は、科学的応用（考古学又は生物学のような）の中で、現場の科学者が自分たちの発見／作業成果の触覚的特性を所属する組織の同僚に送信する必要がある、又はそうすることを望むことがある場合のような、非医療面での応用に適している。このように、本発明に従って形成された実施形態は、非生物体のような、人体以外の物体にも適している。
【００９７】
第二の代替実施形態
本発明の、エンタテインメント産業での使用に適したもう一つの実施形態において、触覚データは、ＤＶＤ、ＣＤ、コンピュータ・ゲーム及びＴＶ放送のようなエンタテインメント・メディアに組み入れられ、事前にレコードされた映画、オーディオ及びビデオ様式の中に触れ感覚を持ち込む。図１６を参照しながら、触覚再生アセンブリ８００を示す。触覚再生アセンブリ８００は、再生装置８０２、多重チャンネル・コントローラ８０４及び双方向型圧力再生着衣８０６を含む。
【００９８】
図解した実施形態の再生装置８０２は、外観及び機能においてＤＶＤプレイヤーに類似している。しかしながら、当業者には、再生装置８０２が、格納されたデータ、例えばデジタル・データ、を双方向型圧力再生着衣８０６が使用可能な制御信号に変換することができる、どのような適切な形をも取ることができるのは明白であろう。例えば、ＣＤ、デジタル・テープＤＡＴ、ＭＰ３ファイル、バードドライブ装置等のようなメディア記憶装置を使うことができ、これらにデジタル・エンコードされた触覚データを変換して、消費者／ユーザが着用している双方向型圧力再生着衣８０６に送信できるどのような再生装置も本発明での使用に適している。双方向型圧力再生着衣８０６は、前記の実施形態ですでに説明したＰＥＭ装置の構造及び動作と実質的に同様となろう。また、双方向型圧力再生着衣８０６は、図示するようにユーザの全身、あるいは胸部、腹部、腕、手、脚、足、などのようなユーザの一部だけを覆うことができる。
【００９９】
運用において、双方向型圧力再生着衣８０６は、再生装置８０１から送信されてくるデジタル・エンコード触覚データを受信し、そのデータを、双方向型圧力再生着衣８０６内に配置されたセル８０８配列の中に内蔵された複数の可変圧力生成装置を駆動するための入力信号に変換する。この圧力生成装置は選択的に作動され、双方向型圧力再生着衣８０６を着用したユーザに所望の力又は触感を加える。この圧力生成装置は前に説明しているので、ここでは説明しない。しかしながら、双方向型圧力再生着衣８０６を、着衣８０６が力を加えることだけができ、力の検知能力がないように簡素化することが可能なことは、十分理解できるであろう。したがって、簡素化した双方向型圧力再生着衣８０６を所望する場合には、前に説明した圧力トランスジューサのうちの一つを除去できる。
【０１００】
触覚再生アセンブリ８００は、触覚情報をエンコードし、現行のオーディオ及びビデオ情報と一緒に組み込み、これを、コンピュータ・ゲーム、映画及びインターネット・ベースのオーディオ／ビデオ通信を含む娯楽メディアのすべての形態に応用することを可能にする。例えば、ＤＶＤフィルム・トラックへ触覚イベント・データを組み込むことにより、消費者は、映写されているアクションの触覚感の一部を経験することができるであろう。このような例には、ホラーものやミステリーものを見ているときに、登場人物の後ろからその肩に置いた手を感じられること、また、アクション映画の中で登場人物が耐えるパンチやキックを感じる能力が含まれる。当業者には明らかなように、同様な応用を、コンピュータ・ゲーム、及び他の形態の娯楽メディアにも組み込むことができる。以下も当業者には明らかなことであるが、再生装置を使って、通信ネットワークを介し、離れた場所に設置された再生着衣８０６にデータを送信することができる。
【０１０１】
第三の代替実施形態
図１７を参照しながら、本発明に従って形成された第三の実施形態を、触覚記録アセンブリ８５０として説明する。この触覚記録アセンブリ８５０は、記録装置８５２、多重チャンネル・コントローラ８５４、及び双方向型圧力記録着衣８５６を含む。
【０１０２】
記録装置８５２は、双方向型圧力記録着衣８５６から受信したデジタル・エンコード触覚データをメディア記録装置に格納する。図解した実施形態の記録装置８５２は、その外観及び機能がＤＶＤレコーダに類似している。望ましい使用において、例えば、俳優又はスタントパーソンといったユーザが、双方向型圧力記録着衣８５６を着用する。次に、双方向型圧力記録着衣８５６は、例えば、他の俳優又はスタントパーソンのような外部からの衝撃を受ける。双方向型圧力記録着衣８５６に加えられた触覚圧力は、双方向型圧力記録着衣８５６と信号通信結合された記録装置８５２によって記録される。このようにして、デジタル・ファイルデータを作成することができ、図１６に描いたこの代替実施形態中の再生装置８０２が、双方向型圧力再生着衣８０６上にそれを再生することができる。
【０１０３】
運用において、双方向型圧力再生着衣８０６は、セル８５８の配列中に内蔵された複数の感覚変調サブユニット上に触覚圧力を受け、受けた触覚圧力を出力信号に変換し、その出力信号を多重チャンネル・コントローラ８５４に送信する。感覚変調サブユニットは、大きさが可変の出力信号を発生させる能力を持ち、この出力信号の大きさが感覚変調サブユニットに加えられる触覚圧力の大きさと相関する。多重チャンネル・コントローラ８５４は、双方向型圧力記録着衣８５６から受信した信号を処理し、処理した信号を記録装置８５２に送信して格納する。双方向型圧力記録着衣８５６の感覚変調サブユニットは、その構造と機能において、前記の実施形態の中で説明したＰＥＭ装置の感覚変調サブユニットと実質的に同様なので、さらなる詳細はここでは説明しない。双方向型圧力記録着衣８５６は、ユーザの全体の身体を覆うように描かれているが、当業者には、前記に代えてこの双方向型圧力記録着衣８５６を、胸部、腹部、腕、手、脚、足など、ユーザの身体のどこかの部分を覆うようにすることもできるのは明らかであろう。
【０１０４】
図１６及び１７を参照しながら説明する。この好適実施形態において、デジタル・データファイルは、双方向型圧力記録着衣８５６の着用を通して作成されるが、当業者には、このデータファイルを、双方向型圧力記録着衣８５６による助力なしで、コンピュータ生成デジタル・データファイルのような、他の手段によって生成することができるのは明らかであろう。まださらに、双方向型圧力再生着衣８０６を近接した場所にある双方向型圧力記録着衣８５６に直接結合すること、又は、着衣８０６と８５６とが離れた場所に所在する場合には、世界的コンピュータ・ネットワークのような通信ネットワークを通して結合することができるのは明白であろう。このようにして、双方向型圧力再生着衣８０６を着用した一番目のユーザは、双方向型圧力記録着衣８５６を着用した二番目のユーザから受信した触覚圧力を感じることができる。
【０１０５】
第四の代替実施形態
図１８−２１に図示されているのは、本発明に従って形成された第四の実施形態であり、一般にイメージング診断アセンブリ９００と呼ばれる。このイメージング診断アセンブリ９００は、患者と医師との間に実際の直接的な物理的接触なしに、患者の体の身体診察を可能にする。イメージング診断アセンブリ９００は、２−Ｄ又は３−Ｄの内部又は外部身体画像を同時に生成するよう動作可能な画像化装置９３６を含む。イメージング診断アセンブリ９００は、身体画像データと同時並行して触覚データをも取得する。これにより、医師／ユーザは、問題の組織又は身体をリモートで触覚的に感じ又は動かしながら、同時に加えた触覚圧力の体内及び／又は体外への影響を視ることができよう。この能力は、医療診断機器としてのこの装置の機能性を高める。
【０１０６】
イメージング診断アセンブリ９００は、一般に３つの構成部分からなる、すなわち、ＨＣＵ（図示せず）、患者診察−イメージング・モジュール９０４（以下、「ＰＥＩＭ」）、及び、離れた場所にいる医師と患者との間での、身体触覚情報及び画像処理データ双方の、取得、校正、転送、及び変換の制御に使えるコンピュータ・ソフトウエアの３つである。このＨＣＵは、図１−４に図示した実施形態について前記したＨＣＵと実質的に同じなので、簡潔化のためにここでは説明しない。
【０１０７】
ＰＥＩＭ９０４は、望ましくは、人の手のサイズに似せて、一般には直方体形状に形作られた成型プラスチック・デバイスである。このタイプの構造の利点は、その軽量さ、動かし易さ、デバイスの成形、耐久性、及び耐衝撃性の点からの製造の容易さにある。図示したＰＥＩＭ９０４の実施形態は長方形であるが、当業者には、ＰＥＩＭ９０４をどのような適当な形状に形作ることもできることは明白であろう。ただし、望ましくは、ＰＥＩＭ９０４は、装置の重要な感知、運動及びイメージング部分と、診断される人又は物体との間になじみやすい接触面を備えるように形作られる。
【０１０８】
図解した実施形態において、ＰＥＩＭ９０４は、ＰＥＩＭ９０４の上面９１０に、周辺部と比べてわずかな盛り上がりを有し、動作底面９１２には、わずかな凹部又は陥没部を有する。上面９１０のわずかな盛り上がりにより、患者は、ＰＥＩＭ９０４の上部に手を置いて、離れた場所に所在する診察医師の指示に従って、自分の身体の各部分にこれを固定したり、身体部分に沿って動かしたりできる。前記に代えて、ＰＥＩＭ９０４を「手袋」形状にデザインし、患者の手全体をＰＥＩＭ９０４の中に挿入することもできる。
【０１０９】
ＰＥＩＭ９０４の動作底面９１２は、触感プロセッサとして機能するセル９１４に分割されている。ＰＥＩＭ９０４の触感処理の方式は、前記の実施形態の触感処理方式と実質的に同様なので、ここでは簡潔に述べる。手短には、セル９１４は、成型プラスチックのＰＥＩＭ９０４上に、複数のキャビティ９１６（一般には深さ数ミリメータ）をくり抜いてこれを形成する。それぞれのキャビティ９１６内に、感覚変調サブユニット９１８を収納する。感覚変調サブユニット９１８の電気機械的及び／又は空気圧システム構造は、前記の実施形態で説明した感覚変調サブユニット９１８と変わりがないので、ここでは繰り返さない。
【０１１０】
それぞれの感覚変調サブユニット９１８のサイズは、ＰＥＩＭ９０４中のそれぞれのキャビティ９１６によって異なることになる。一般に、各感覚変調サブユニット９１８の底面積は、指先の寸法に近いものにする。図の実施形態では、８つの感覚変調サブユニット９１８を収納する２×４行列のセル９１４が示されている。感覚変調サブユニット９１８のサイズ、形状及び数を変えて、装置の感度と機能性とを増大（望ましくはないが、減少）させることができる。例えば、ある好適実施形態においては、感覚変調サブユニットは、４×４行列で、１６個の感覚変調サブユニット９１８が収納されるように形成される。それぞれの感覚変調サブユニット９１８をさらに分割して、各キャビティ９１６が、より小型の感覚変調サブユニット９１８の集合となるようにすることができる。
【０１１１】
ＰＥＩＭ９０４のイメージング・システム機能は、望ましくは、超音波画像化技術プラットフォームを通して提供される。図解したＰＥＩＭ９０４の実施形態において、画像化装置９３６は、ＰＥＩＭ９０４の底面９１２の中央部分にそって配置される。画像化装置９３６は、超音波信号発生及び受信能力を備えるリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を含む。リニア・アレイ・トランスジューサ９０８は、標準の信号ゲート技術を使って信号の送信及び受信双方を行う多機能トランスジューサ９２０を含む。ゲル・マトリクス材のような非干渉材料で構成される模擬皮膚表面９２２が、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８の上に被せられる。空気が、望ましい超音波伝導に干渉するので、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８と患者の皮膚との間の境界面にゲル・マトリクス材が置かれる。リニア・アレイ・トランスジューサ９０８は、所望するＰＥＩＭ９０４の機能及び必要な超音波の浸透深さにより、その構成及び周波数双方の面で異なってこよう。一般に、深部の組織構造を画像化するための装置は、より低い放出周波数のリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を使用し、もっと表面に近い身体構造のためには、より高い周波数能力を持つリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を使用することになる。
【０１１２】
ＰＥＩＭ９０４は、前記の実施形態において説明したシステム・ソフトウエア及びＨＣＵとともに使うように意図されている。ＰＥＩＭ９０４は、患者側端にあるコンピュータ又は通信装置（図示せず）に接続されることになる。患者は、ＰＥＩＭ９０４を保持し、医師の指示に従ってそれを自分の身体にそって動かすことになろう。そこで、医師は、ＨＣＵを使って通信ネットワークを通してＰＥＩＭ９０４に圧力信号を送信することができる。次に、ＰＥＩＭ９０４は、患者の対抗圧力反応を検知し、これによる逆圧信号をＨＣＵに送信することができる。
【０１１３】
これに加えて、ＰＥＩＭ９０４は、超音波パルス情報を送受信できる。この好適実施形態において、医師側のコンピュータ上の処理ソフトウエアから通信ネットワーク経由で放出信号が送信され、ＰＥＩＭ９０４内のリニア・アレイ・トランスジューサ９０８を駆動し、患者に超音波信号が放出される。次に、ゲート機能が実行され、同じリニア・アレイ・トランスジューサ９０８が、帰ってくる反響を受信する。その情報は医師のホスト・コンピュータに返信される。
【０１１４】
図解した実施形態において、よく知られた画像処理方法を使って、Ｂモード、スペクトル、デュープレクス、及び／又は色情報を提供できる。これら情報を、望ましくは、通信ネットワークを介して診察を行っている医師が、リアルタイムで利用できる。イメージング診断アセンブリ９００の他の機能と同様に、これらのデジタル情報を、触覚イベント・データを画像データに組み入れて保存し、再生することができる。
【０１１５】
前記のＰＥＩＭに対し、ＰＥＩＭを、診察する患者の身体上に直接あてがい貼り付けチャック固定具のような取り外し可能固定具によって支える診察パッドを備えた、身に付けられる着衣として構成するといった、別途のデバイス構成を用いることができる。貼り付けチャック固定具は、融通が利き、多様な身体形状及びサイズへの使用を可能にしてくれよう。ＰＥＩＭを、胸部用のベスト、腹部用の帯、袖、長手袋、又は上肢用の手袋、脚用のズボン又は下肢用のブーツ、あるいは手指や足指のような小さな箇所用に小バンドに仕立てることがでる。別途バージョンには、前記のような液圧及び気圧システムをベースにした感覚変調サブユニットも含まれる。
【０１１６】
ＰＥＩＭ９０４を、電気接続コード９３８経由でコマンド制御ボックス（図示せず）又は直接に患者側端末コンピュータ、又は通信装置に取り付けることができる。コマンド制御ボックスには、周知の電源、小型中央演算ユニット、信号プロセッサ、デジタル・アナログ・コンバータ、及び、ＰＥＩＭ９０４がデータを受信及び送信しこれを医師のＨＣＵの機能に連結するための通信システムが組み入れられよう。
【０１１７】
この通信システムには、通信ネットワークへの接続、地上ベース又は直接有線電話ライン、もしくは以下を可能にする他のいっさいの現行又は将来の装置へのコンピュータ接続又は直接接続を可能にする内蔵モデムが含まれよう；（１）光ファイバー・ケーブル・チャンネル及び非ファイバー光ベースのデータ／音声／映像信号送信方法を含め、光ベースの通信、（２）以下に限定はされないが、ラジオ周波数、極超短波周波数、マイクロ波又は衛星システムを含め、音声及び／又はデータ情報を送受信できる無線通信、及び（３）赤外光、磁気、他の波長の可視又は非可視放射、生体材料（生体ロボット又はウイルス生命体を含む）、原子／素粒子、のような現在まだ使用されていないいっさいのメディアを使った将来のいっさいの音声又はデータ送信。
【０１１８】
望ましくは、ＰＥＩＭ９０４のこの制御部分は、直接患者に加わる重量の軽減、特にＰＥＩＭ９０４を手足や指のような身体の小さな部分に置く場合のＰＥＩＭサイズの低減、及び／又はユニットの安全性の向上（通信／データ送信からのＲＦ又はマイクロ波放射への曝露の低減）のため、患者から離れた所に置かれることになろう。当業者には明らかなように、電気接続コード９３８に、感覚変調サブユニットの圧力トランスジューサ及び可変圧力生成装置、画像化装置９０８と、電源との間に配置された接続線を含めることができる。
【０１１９】
当業者には明らかなように、ＰＥＩＭ９０４を単一又は複数の多重チャンネル圧力トランスジューサ／抵抗体デバイスで構成して、ＨＣＵ（図示せず）を通してユーザの手に抵抗力の絶対変化を変換、伝達することもできる。ＰＥＩＭ９０４の感度及び機能性を増大させるために、それぞれのセル９１４をさらに分割し、ＰＥＩＭ９０４全体に多数の感覚変調サブユニットを取り付けることができる。
【０１２０】
前記の実施形態では、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８は、感覚変調サブユニット９１８を内蔵するセル９１４とは離されて、ＰＥＩＭ９０４内に配置されているが、当業者には、本発明の範囲において、他の構成が可能なことは明らかであろう。例えば、図２１に示すように、超音波トランスジューサ９０８をそれぞれのセル９１４内に配置し、各セル９１４が感覚変調サブユニット及び超音波トランスジューサ９０８の両方を包含することができる。
【０１２１】
図２２は、イメージング診断アセンブリ９００に関連する全体的なプロセスを示すフローチャートである。ソフトウエアは、ＨＣＵ、ＰＥＩＭ、システム・ダイナミクス、及び通信プロトコルの様々の機能を制御する。ソフトウエア１０００の個別機能は、本発明のイメージング側面に関する追加特性を除いて、前記の実施形態で説明したものと同様である。したがって、以下の説明は、ＰＥＩＭ９０４のイメージング側面を制御するため用いられる特徴に焦点を合わせ、簡潔化のため、前に記載したソフトウエアの機能の詳細については説明しない。
【０１２２】
この追加のソフトウエア機能は、特定の信号処理機能、信号解析、及びＢモード、スペクトル解析、色、及び／又は複式ドップラー画像を提供するための処理コマンドをはじめ、超音波信号放出、ゲート切替え、及び通信プロトコルのすべてを含む。このソフトウエアは、リニア・アレイ・トランスジューサ９０８の作動部分と、触覚データを提供するＰＥＩＭ９０４の残りの部分との間に配置された通信ネットワークを使って、放出源及び帰還データのためのデバイス送信プロトコルを制御する。
【０１２３】
図２２を参照しながら説明する。コンピュータ１０１４は、パルス発生器１０２４からのパルス受信に基づいて放出信号を発生させる。この放出信号は、コンピュータ１０１６と一体的に形成されたマイクロプロセッサ１０１６によって受信される。放出信号はソフトウエアによって処理され、放出信号がデジタル・ゲート１００６もしくはデジタル・アナログ変換ゲート１００４のいずれを通過したかによって、デジタル信号又はアナログ信号のいずれかの形で、例えば世界的コンピュータ・ネットワークのようなコンピュータ・ネットワーク１０１２を介してリニア・アレイ・トランスジューサ１００２に送信される。リニア・アレイ・トランスジューサ１００２は、この放出信号を受信、処理して、受信放出信号に応じた超音波を発生させる。超音波は患者の身体内に向けられる。リニア・アレイ・トランスジューサ１００２によって受信された戻り超音波は、適宜デジタル・ゲート又はアナログ・デジタル変換ゲートを経由して、マイクロプロセッサ１００８に送信される。マイクロプロセッサ１００８は、受信した信号を処理し、その信号をコンピュータ１０１０に送信する。コンピュータ１０１０は受信した信号を処理し、超音波画像を表現する処理データを、通信ネットワーク１０１２を介して、第二のコンピュータ１０１４に送信する。
【０１２４】
コンピュータ１０１４は受信したデータを処理し、データをマイクロプロセッサ１０１６に送信し、次にデジタル・ゲート１０１８又はデジタル・アナログ変換ゲート１０２０を通して受信器１０２６に送る。受信器１０２６は、受信したデータを、グレースケール・ディスプレー装置又はカラー・ディスプレー装置で動作可能なように処理し、そのデータをメモリ・ユニット１０２０及び、望ましくは、ディスプレー装置１０３０に送信する。ディスプレー装置１０３０は、そのデータをユーザ／医師の使用のため視像様式で表示する。
【０１２５】
パルス発生器１０２４は、図示したシステムの各種構成要素を同期させる。具体的には、技術的によく知られているように、超音波画像装置は、超音波を短時間放出する。次に、超音波トランスジューサは放出機能を停止し、戻り反響を短時間聴取する。パルス発生器１０２４は、超音波画像化プロセス中に実行される各種のイベントをトリガーし、同期するためのタイミング・パルスを発信する。
【０１２６】
図解した本発明の実施形態のパルス発生器１０２４は、メモリ・ユニット１０２８、受信器１０２４、及び増幅器１０２２と、信号通信結合されている。増幅器１０２２がパルス発生器１０２４からパルスを受信すると、増幅器１０２２は電圧の形で出力信号を発生させ、その信号は、マイクロプロセッサ１０１６への送信のため、デジタル・ゲート１０１８又はアナログ・デジタル変換ゲート１０２０のいずれかに向けられる。信号は、マイクロプロセッサ１０１６内で処理され、コンピュータ１０１４に送信される。コンピュータは信号をさらに処理し、その信号を、インターネット１０１２のような通信ネットワークにより、もう一つのコンピュータ１０１０に送信する。コンピュータ１０１０は、信号を処理し、その信号を、さらなる処理のためマイクロプロセッサ１００８に送信する。次にマイクロプロセッサ１００８は、望ましくは、信号増幅器１００３を通して、トランスジューサ・アレイ１００２に送信するために、信号をデジタル・ゲート１００６又はアナログ・デジタル・ゲート１０２０のいずれかに伝送する。トランスジューサ・アレイ１００２が受信した信号いかんによって、トランスジューサ・アレイ１００２は、放出又は受信いずれかの構成をとる。
【０１２７】
説明目的のため、本発明の実施形態を、特定の医療応用に関連させて延べているが、当業者は、開示された各種の実施形態が説明的な性質のものであって、身体診察に関する実際身体所見の再現に限定されると解釈すべきでないことを十分理解していよう。したがって、代替の実施形態は、幅広い応用範囲を持ち、離れた場所にいる人が、触覚情報や身体構造の三次元モデリング必要とするいっさいの状況において使用できることは明らかであろう。
【０１２８】
例えば、例示した本発明の実施形態は、離れた場所にいる患者の身体診察をシミュレートするのに使えるものとして説明されているが、医学分野内におけるさらなる応用には、深海、宇宙、戦場状態、遠隔地、山岳／ジャングル探検のような劣悪な環境の中で、触診の他にリアルタイムの体内画像化能力も組み入れて患者を診察する能力も含まれよう。さらに、携帯バージョンを、患者が実際に職場を離れて医師の診察室に出かける必要性をなくすため、職場内の医療室で使うこともできよう。これは、患者及び医師の双方にとって非常に非効率的である。また、携帯バージョンを、家庭に応用し、いくつかの診断については、時間外の救急医療室への訪問を省くこともできよう。この効率性は、全体的な医療コストに大きな影響を与えるであろう。さらに、例示した実施形態を、他の科学的応用（考古学、生物学、深海のような）の中で、現場の科学者が自分たちの発見／作業成果の触覚的及び内部画像特性を所属する組織の同僚に送信する必要がある、又はそうすることを望むことがある場合に応用できる。
【０１２９】
本発明の実施形態を例示して説明したが、本発明の精神と範囲から離れることなく、これに対し様々な変更を加えることができることが十分理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】図１は、本発明を使用したシステムの好適実施形態の図示で、医師が、離れた場所にいる患者を診察しているところを示す。
【図２】図２は、本発明に従った手動制御ユニットの平面図である。
【図３】図３は、図２の手動制御ユニットの略断面図である。
【図４】図４は、本発明に従った、図３に示した手動制御ユニットのための感覚変調サブユニットの断面の略図である。
【図５】図５は、本発明に従った、患者の胴体診察のための患者検診モジュールの好適実施形態の前面図である。
【図６】図６は、図５に示した患者検診モジュールのセルの断面図である。
【図７】図７は、本発明に従った、患者の胴体診察のための患者検診モジュールの第２の好適実施形態の前面図である。
【図８】図８は、図７に示す患者検診モジュールのセルの断面図である。
【図９】図９は、本発明の好適実施形態の一般的プロセス・フロー図である。
【図１０Ａ】図１０Ａ−１０Ｃは、図１に示した好適実施形態を制御するソフトウエアの機能を詳記した流れ図を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａ−１０Ｃは、図１に示した好適実施形態を制御するソフトウエアの機能を詳記した流れ図を示す。
【図１０Ｃ】図１０Ａ−１０Ｃは、図１に示した好適実施形態を制御するソフトウエアの機能を詳記した流れ図を示す。
【図１１】図１１は、本発明に従って形成した第一の代替実施形態で、一般的にシミュレータ・アセンブリと称するものの斜視図であり、このシミュレータ・アセンブリは、データ操作システムとケーブルで連結された身体形状の再生モジュールを含む。
【図１２】図１２は、図１１に図示した身体形再生モジュールの組立分解図であり、シミュレートされた表皮部を除去した内部のセル配列を示している。
【図１３】図１３は、図１２に図示した身体形再生モジュールのセルの断面図であり、この断面図は、図１２の「１３−１３」のほぼ断面を取ったものであり、セル内部に配置された感覚変調サブユニットとともに図示されている。
【図１４】図１４は、本発明に従って形成された感覚変調サブユニットの代替実施形態で、図１１及び１２に図示した身体形再生モジュールへの使用に適したものの立面図である。
【図１５】図１５は、本発明に従って形成された感覚変調サブユニットのペアの代替実施形態で、図１１及び１２に図示した身体形再生モジュールへの使用に適したものの立面図である。
【図１６】図１６は、本発明に従って形成された、第２の代替実施形態の立面図で、この代替実施形態を一般に触覚再生アセンブリと称し、この触覚再生アセンブリは、再生装置、多重チャンネル・コントローラ、及び双方型圧力再生着衣を含む。
【図１７】図１７は、本発明に従って形成された、第３の代替実施形態の立面図で、この代替実施形態を一般的にエンターティンメント記録アセンブリと称し、このエンターティンメント記録アセンブリは、記録装置、多重チャンネル・コントローラ、及び双方型圧力記録着衣を含む。
【図１８】図１８は、本発明に従って形成された、第４の代替実施形態の斜視図で、この代替実施形態を一般にイメージング診断アセンブリと称する。
【図１９】図１９は、図１８に図示したイメージング診断アセンブリの斜視図で、イメージング診断アセンブリの底面を示している。
【図２０】図２０は、図１９に図示したイメージング診断アセンブリの断面図で、図１９のほぼ「２０−２０」を通る断面を取ったものである。
【図２１】図２１は、図１８−２０に図示したイメージング診断アセンブリの代替実施形態の斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明に従って形成され、図１８−２０に図示した第４の代替実施形態の一般的プロセス・フロー図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の触覚反応をシミュレートするシミュレータ・アセンブリであって、
（ａ） シミュレートされる物体の少なくとも一部の形状にほぼ形作った再生モジュールであって、外部表皮を含む再生モジュール、
（ｂ） 再生モジュールの中で、外部表皮の下側に配置された複数のキャビティ、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットの少なくとも部分的に複数のキャビティの一つの中に配置され、各感覚変調サブユニットが、入力信号に応じて外部表皮に対し力を加えるようになっているサブユニット
を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項２】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、加えられた力に応じて出力信号を発生させるようになっている圧力トランスジューサをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項３】
請求項２のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットに機能的に接続されたコンピュータ・システムをさらに含み、コンピュータ・システムは入力信号を感覚変調サブユニットによって加えられる力をダイナミックに制御するための入力信号を発信する、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項４】
請求項３のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、感覚変調サブユニットが発生させた出力信号をさらに受信し、さらに、受信した出力信号が、感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われる、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項５】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、シミュレートされる物体の硬さを定義するデータを格納するメモリ・モジュールをさらに含み、データが感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われる、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項６】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがピストン・タイプ可変抵抗体を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項７】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータを含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項８】
請求項７のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータの動きを検知し、反応信号を発生させる光エンコーダをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項９】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットが、加圧流体を受け入れるようになっている膨張チャンバを含む、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１０】
請求項９のシミュレータ・アセンブリであって、加圧流体タンクをさらに含み、複数の感覚変調サブユニットはバルブでタンクに流体接続されている、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１１】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、シミュレートされる物体が人間の身体部分である、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１２】
プレイヤーから受信した入力信号をユーザに対する触感に変換する触覚再生アセンブリであって、
（ａ） 双方向型圧力再生着衣であって、取り外し可能なようにユーザに取り付けることのできる双方向型圧力再生着衣、
（ｂ） 着衣の中に配置された複数のセル、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットがセルの一つに配置され、入力信号に応じてユーザに対する力を発生させるようになっている感覚変調サブユニット
を含む触覚再生アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２の触覚再生アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、プレーヤーから受信した入力信号に応じてユーザの身体に対する力を発生させるよう動作可能な可変圧力生成装置を含み、力の大きさは可変で、プレーヤーから受信した入力信号によって決まる、触覚再生アセンブリ。
【請求項１４】
請求項１２の触覚再生アセンブリであって、感覚変調サブユニットに入力信号を供給するために、感覚変調サブユニットと動作可能に連結されている再生装置をさらに含む触覚再生アセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４の触覚再生アセンブリであって、再生装置はビデオ出力信号をさらに発生させ、感覚変調サブユニットへの信号がビデオ出力信号と相関している、触覚再生アセンブリ。
【請求項１６】
請求項１２の触覚再生アセンブリであって、再生着衣が少なくとも一つの手袋を含む、触覚再生アセンブリ。
【請求項１７】
触覚データ記録アセンブリであって、
（ａ） 双方向型圧力記録着衣であって、少なくともユーザの一部に取り外し可能なように取り付けることのできる着衣、
（ｂ） 着衣の中に配置された複数のセル、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットは少なくとも部分的にセルの一つに配置され、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に応じて出力信号を発生させるようになっている、サブユニット、及び
（ｄ） 出力信号記録装置であって、感覚変調サブユニットが発生させた出力信号を記録するために複数の感覚変調サブユニットと動作可能に連結された出力信号記録装置
を含む触覚データ記録アセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７の触覚記録アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、出力信号の大きさが感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力の大きさと相関する可変の大きさの出力信号を発生させる能力を有する、触覚記録アセンブリ。
【請求項１９】
請求項１７の触覚記録アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、圧力トランスジューサを内蔵する弾力性材料の厚板片を含み、圧力トランスジューサが、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に直接関連する信号を発生させるようになっている、触覚記録アセンブリ。
【請求項２０】
身体を触診し、身体のイメージを得るためのイメージング診断アセンブリであって、
（ａ） 筐体、
（ｂ） 筐体内に少なくとも部分的に配置された画像化装置であって、身体のイメージを取得するよう使用可能な画像化装置、及び
（ｃ） 少なくとも部分的に筐体内に配置され、可変圧力生成装置を含む感覚変調サブユニットであって、可変圧力生成装置は、身体に対して触診圧力を発生させるよう動作可能な、感覚変調サブユニットは、圧力トランスジューサをさらに含み、圧力トランスジューサは、感覚変調サブユニットと身体との間の境界面圧力に直接関連する信号を発生させるようになっている、サブユニット
を含むイメージング診断アセンブリ。
【請求項２１】
請求項２０のイメージング診断アセンブリであって、可変圧力生成装置は膨張チャンバをさらに含み、加圧流体は選択的に膨張チャンバに送り込まれ膨張チャンバを膨らませ、身体上に所望の触診圧力を生成することができる、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２２】
請求項２１のイメージング診断アセンブリであって、アセンブリは、バルブをさらに含み、バルブは膨張チャンバと加圧媒体流・タンクとの間に配置され、バルブは膨張チャンバへの媒体流の流入及び流出を制御するよう使用可能な、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２３】
請求項２２のイメージング診断アセンブリであって、アセンブリは、バルブに接続されたコントローラをさらに含み、コントローラが選択的にバルブを開閉するようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２４】
請求項２０のイメージング診断アセンブリであって、アセンブリは、筐体内に配置された超音波トランスジューサをさらに含み、トランスジューサは超音波を身体の中に発信するようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２５】
請求項２４のイメージング診断アセンブリであって、筐体内に配置された第２の超音波トランスジューサをさらに含み、トランスジューサは超音波を検知するようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２６】
請求項２４のイメージング診断アセンブリであって、超音波トランスジューサは超音波の検知もするようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２７】
請求項２４のイメージング診断アセンブリであって、超音波トランスジューサはリニア・アレイ・トランスジューサである、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２８】
請求項２０のイメージング診断アセンブリであって、画像化装置が身体の内部画像を取得するよう動作可能な、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２９】
超音波画像システムであって、
（ａ） 第一場所に配置された超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システム、及び
（ｂ） 超音波を発し、検知する超音波トランスジューサ・アセンブリであって、第二場所に配置されている超音波トランスジューサ・アセンブリを含み、超音波トランスジューサ・アセンブリは、コンピュータ・ネットワークを通して超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システムに結合されている
超音波画像システム。
【請求項３０】
離れた場所から直接手による患者の診察を行うための装置であって、
（ａ）（ｉ） 第一感覚変調サブユニットに加えられた力を検知し、検知された力に応じて第一信号を発生させ
（ｉｉ） 受信した第二信号に応じて力を発生させ、
少なくとも一つの第一感覚変調サブユニットを備える手動制御ユニット、
（ｂ） 患者検診モジュールであって、選択的に第一感覚変調サブユニットと接続できる複数の第二感覚変調サブユニットを備え、
（ｉ） 第二感覚変調サブユニットは、第一信号を受信し、受信した第一信号に応じて力を生成する、及び
（ｉｉ） 上記サブユニットは、加えた力に抵抗する力を検知し、検知した抵抗力に基づいて第二信号を発生させ、第二信号を第一感覚変調サブユニットが受信するようになっている患者検診モジュール、及び
（ｃ） 第一及び第二感覚変調サブユニットと信号通信ができ、第一及び第二信号を記録する記録装置
を含む装置。
【請求項３１】
請求項３０の装置であって、第一感覚変調サブユニットは、第一コンピュータと信号通信結合されており、第二感覚変調サブユニットは、第二コンピュータと信号通信結合されていて、通信ネットワークが、第一コンピュータを動作可能なように第二コンピュータに接続している、装置。
【請求項３２】
請求項３１の装置であって、通信ネットワークが、世界的遠距離通信網を介して動作している、装置。
【請求項３３】
請求項３０の装置であって、手動制御ユニットと患者検診モジュールとが相互に離れた場所にある、装置。
【請求項３４】
触感をユーザの身体に伝える方法であって、
（ａ） ユーザの身体部分にモジュールをあてがい、モジュールは、入力信号に応じてユーザの身体に対し触覚圧力を発生させることのできるアクチュエータの配列を有するものとすること、及び
（ｂ） ユーザの身体に接触圧力を選択的に伝えるアクチュエータ配列に送信するための一連の入力信号を発生させることのできるデータ出力装置にモジュールを信号通信接続すること
を含む方法。
【請求項３５】
請求項３４の方法であって、アクチュエータが作用したときに、ユーザの身体が出す抵抗力を数値化した抵抗データを取得することをさらに含む方法。
【請求項３６】
請求項３５の方法であって、ユーザの身体の画像データを同時に取得することをさらに含む方法。
【請求項３７】
請求項３６の方法であって、通信ネットワークを介して、抵抗データと画像データとを送信することをさらに含む方法。
【請求項３８】
請求項３５の方法であって、抵抗データを記憶メディアに記録することをさらに含む方法。
【請求項３９】
請求項３５の方法であって、抵抗データを記憶メディアに記録すること、記録された抵抗データを再生すること、及び記録された抵抗データを、記録された抵抗データを受信し、再生モジュールの選択した部分の抵抗力を変化させ、ユーザの身体の抵抗力をシミュレートするよう動作可能な再生モジュールに送信することをさらに含む方法。
【請求項４０】
触覚データを記録する方法であって、
（ａ） ユーザ身体の部分を圧力検知パッドで包み、圧力検知パッドは、圧力検知パッド上に受けた触覚圧力に応じて出力信号を発生させることのできる複数の感知セルを有するものとすること、
（ｂ） 圧力検知パッドを出力信号記録装置に信号通信接続すること、
（ｃ） 圧力検知パッドを少なくとも一つの力に曝すこと、及び
（ｄ） 触覚圧力を受けたパッドが発生させた出力信号を出力信号記録装置に記録すること
を含む方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実物の触覚反応をシミュレートするシミュレータ・アセンブリであって、
（ａ） 実物の触診から作成されたデータファイルを備えた再生モジュールであって、再生モジュールは、データファイルを使用して実物の触覚特性ををシミュレートし、シミュレートされる実物の少なくとも一部の形状にほぼ形作られ、外部表皮を含む再生モジュール、
（ｂ） 再生モジュールの中で、外部表皮の下側に配置された複数のキャビティ、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットは少なくとも部分的に複数のキャビティの一つの中に配置され、各感覚変調サブユニットは、受信した入力信号に応じて外部表皮に対し力を加え、入力信号が再生モジュールに加えられた力に対応している、サブユニット
を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項２】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットが、加えられた力に応じて出力信号を発生させるようになっ手いる圧力トランスジューサをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項３】
請求項２のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットに機能的に接続されたコンピュータ・システムをさらに含み、コンピュータ・システムが入力信号を感覚変調サブユニットによって加えられる力をダイナミックに制御するための入力信号を発信する、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項４】
請求項３のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、感覚変調サブユニットが発生させた出力信号をさらに受信し、さらに、受信した出力信号が、感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われる、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項５】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、シミュレートされる物体の硬さを定義するデータを格納するメモリ・モジュールをさらに含み、データが感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われるシミュレータ・アセンブリ。
【請求項６】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがピストン・タイプ可変抵抗体を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項７】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータを含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項８】
請求項７のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータの動きを検知し、反応信号を発生させる光エンコーダをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項９】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットが、加圧流体を受け入れるようになっている膨張チャンバを含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項１０】
請求項９のシミュレータ・アセンブリであって、加圧流体タンクをされに含み、複数の感覚変調サブユニットは、バルブでタンクに流体接続されているシミュレータ・アセンブリ。
【請求項１１】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、シミュレートされる物体が人間の身体部分である、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１のシミュレータ・アセンブリであって、データファイルは患者の医療記録を含む、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１３】
離れた場所から直接手による患者の診察を行うための装置であって、
（ａ）（ｉ） 第一感覚変調サブユニットに加えられた力を検知し、検知された力に応じて第一信号を発生させ
（ｉｉ） 受信した第二信号に応じて力を発生させ、
少なくとも一つの第一感覚変調サブユニットを備える手動制御ユニット、
（ｂ） 患者検診モジュールであって、選択的に第一感覚変調サブユニットと接続できる複数の第二感覚変調サブユニットを備え、
（ｉ） 第二感覚変調サブユニットは、第一信号を受信し、受信した第一信号に応じて力を生成する、及び
（ｉｉ） 上記サブユニットは、加えた力に抵抗する力を検知し、検知した抵抗力に基づいて第二信号を発生させ、第二信号を第一感覚変調サブユニットが受信するようになっている患者検診モジュール、及び
（ｃ） 第一及び第二感覚変調サブユニットと信号通信ができ、第一及び第二信号を記録する記録装置
を含む装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置であって、第一感覚変調サブユニットは、第一コンピュータと信号通信結合されており、第二感覚変調サブユニットは、第二コンピュータと信号通信結合されていて、通信ネットワークが、第一コンピュータを動作可能なように第二コンピュータに接続している、装置
【請求項１５】
請求項１４の装置であって、通信ネットワークが、世界的遠距離通信網を介して動作している、装置。
【請求項１６】
請求項１３の装置であって、手動制御ユニットと患者検診モジュールとが相互に離れた場所にある、装置。
【請求項１７】
医療記録を記録する方法であって、
外部から加えられた力に対する患者の触覚反応を検知するセンサー・アレイを患者にあてがうステップ、
外部からの力を患者に加えるステップ、及び
外部から加えられた力に対する患者の触覚反応を触覚シミュレータ・アセンブリで再生できるように記録するステップ
を含む方法。
【請求項１】
物体の触覚反応をシミュレートするシミュレータ・アセンブリであって、
（ａ） シミュレートされる物体の少なくとも一部の形状にほぼ形作った再生モジュールであって、外部表皮を含む再生モジュール、
（ｂ） 再生モジュールの中で、外部表皮の下側に配置された複数のキャビティ、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットの少なくとも部分的に複数のキャビティの一つの中に配置され、各感覚変調サブユニットが、入力信号に応じて外部表皮に対し力を加えるようになっているサブユニット
を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項２】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、加えられた力に応じて出力信号を発生させるようになっている圧力トランスジューサをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項３】
請求項２のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットに機能的に接続されたコンピュータ・システムをさらに含み、コンピュータ・システムは入力信号を感覚変調サブユニットによって加えられる力をダイナミックに制御するための入力信号を発信する、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項４】
請求項３のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、感覚変調サブユニットが発生させた出力信号をさらに受信し、さらに、受信した出力信号が、感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われる、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項５】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、シミュレートされる物体の硬さを定義するデータを格納するメモリ・モジュールをさらに含み、データが感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われる、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項６】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがピストン・タイプ可変抵抗体を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項７】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータを含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項８】
請求項７のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータの動きを検知し、反応信号を発生させる光エンコーダをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項９】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットが、加圧流体を受け入れるようになっている膨張チャンバを含む、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１０】
請求項９のシミュレータ・アセンブリであって、加圧流体タンクをさらに含み、複数の感覚変調サブユニットはバルブでタンクに流体接続されている、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１１】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、シミュレートされる物体が人間の身体部分である、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１２】
プレイヤーから受信した入力信号をユーザに対する触感に変換する触覚再生アセンブリであって、
（ａ） 双方向型圧力再生着衣であって、取り外し可能なようにユーザに取り付けることのできる双方向型圧力再生着衣、
（ｂ） 着衣の中に配置された複数のセル、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットがセルの一つに配置され、入力信号に応じてユーザに対する力を発生させるようになっている感覚変調サブユニット
を含む触覚再生アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２の触覚再生アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、プレーヤーから受信した入力信号に応じてユーザの身体に対する力を発生させるよう動作可能な可変圧力生成装置を含み、力の大きさは可変で、プレーヤーから受信した入力信号によって決まる、触覚再生アセンブリ。
【請求項１４】
請求項１２の触覚再生アセンブリであって、感覚変調サブユニットに入力信号を供給するために、感覚変調サブユニットと動作可能に連結されている再生装置をさらに含む触覚再生アセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４の触覚再生アセンブリであって、再生装置はビデオ出力信号をさらに発生させ、感覚変調サブユニットへの信号がビデオ出力信号と相関している、触覚再生アセンブリ。
【請求項１６】
請求項１２の触覚再生アセンブリであって、再生着衣が少なくとも一つの手袋を含む、触覚再生アセンブリ。
【請求項１７】
触覚データ記録アセンブリであって、
（ａ） 双方向型圧力記録着衣であって、少なくともユーザの一部に取り外し可能なように取り付けることのできる着衣、
（ｂ） 着衣の中に配置された複数のセル、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットは少なくとも部分的にセルの一つに配置され、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に応じて出力信号を発生させるようになっている、サブユニット、及び
（ｄ） 出力信号記録装置であって、感覚変調サブユニットが発生させた出力信号を記録するために複数の感覚変調サブユニットと動作可能に連結された出力信号記録装置
を含む触覚データ記録アセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７の触覚記録アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、出力信号の大きさが感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力の大きさと相関する可変の大きさの出力信号を発生させる能力を有する、触覚記録アセンブリ。
【請求項１９】
請求項１７の触覚記録アセンブリであって、感覚変調サブユニットは、圧力トランスジューサを内蔵する弾力性材料の厚板片を含み、圧力トランスジューサが、感覚変調サブユニットに加えられた触覚圧力に直接関連する信号を発生させるようになっている、触覚記録アセンブリ。
【請求項２０】
身体を触診し、身体のイメージを得るためのイメージング診断アセンブリであって、
（ａ） 筐体、
（ｂ） 筐体内に少なくとも部分的に配置された画像化装置であって、身体のイメージを取得するよう使用可能な画像化装置、及び
（ｃ） 少なくとも部分的に筐体内に配置され、可変圧力生成装置を含む感覚変調サブユニットであって、可変圧力生成装置は、身体に対して触診圧力を発生させるよう動作可能な、感覚変調サブユニットは、圧力トランスジューサをさらに含み、圧力トランスジューサは、感覚変調サブユニットと身体との間の境界面圧力に直接関連する信号を発生させるようになっている、サブユニット
を含むイメージング診断アセンブリ。
【請求項２１】
請求項２０のイメージング診断アセンブリであって、可変圧力生成装置は膨張チャンバをさらに含み、加圧流体は選択的に膨張チャンバに送り込まれ膨張チャンバを膨らませ、身体上に所望の触診圧力を生成することができる、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２２】
請求項２１のイメージング診断アセンブリであって、アセンブリは、バルブをさらに含み、バルブは膨張チャンバと加圧媒体流・タンクとの間に配置され、バルブは膨張チャンバへの媒体流の流入及び流出を制御するよう使用可能な、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２３】
請求項２２のイメージング診断アセンブリであって、アセンブリは、バルブに接続されたコントローラをさらに含み、コントローラが選択的にバルブを開閉するようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２４】
請求項２０のイメージング診断アセンブリであって、アセンブリは、筐体内に配置された超音波トランスジューサをさらに含み、トランスジューサは超音波を身体の中に発信するようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２５】
請求項２４のイメージング診断アセンブリであって、筐体内に配置された第２の超音波トランスジューサをさらに含み、トランスジューサは超音波を検知するようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２６】
請求項２４のイメージング診断アセンブリであって、超音波トランスジューサは超音波の検知もするようになっている、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２７】
請求項２４のイメージング診断アセンブリであって、超音波トランスジューサはリニア・アレイ・トランスジューサである、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２８】
請求項２０のイメージング診断アセンブリであって、画像化装置が身体の内部画像を取得するよう動作可能な、イメージング診断アセンブリ。
【請求項２９】
超音波画像システムであって、
（ａ） 第一場所に配置された超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システム、及び
（ｂ） 超音波を発し、検知する超音波トランスジューサ・アセンブリであって、第二場所に配置されている超音波トランスジューサ・アセンブリを含み、超音波トランスジューサ・アセンブリは、コンピュータ・ネットワークを通して超音波パルス発生器及び超音波画像ディスプレー・システムに結合されている
超音波画像システム。
【請求項３０】
離れた場所から直接手による患者の診察を行うための装置であって、
（ａ）（ｉ） 第一感覚変調サブユニットに加えられた力を検知し、検知された力に応じて第一信号を発生させ
（ｉｉ） 受信した第二信号に応じて力を発生させ、
少なくとも一つの第一感覚変調サブユニットを備える手動制御ユニット、
（ｂ） 患者検診モジュールであって、選択的に第一感覚変調サブユニットと接続できる複数の第二感覚変調サブユニットを備え、
（ｉ） 第二感覚変調サブユニットは、第一信号を受信し、受信した第一信号に応じて力を生成する、及び
（ｉｉ） 上記サブユニットは、加えた力に抵抗する力を検知し、検知した抵抗力に基づいて第二信号を発生させ、第二信号を第一感覚変調サブユニットが受信するようになっている患者検診モジュール、及び
（ｃ） 第一及び第二感覚変調サブユニットと信号通信ができ、第一及び第二信号を記録する記録装置
を含む装置。
【請求項３１】
請求項３０の装置であって、第一感覚変調サブユニットは、第一コンピュータと信号通信結合されており、第二感覚変調サブユニットは、第二コンピュータと信号通信結合されていて、通信ネットワークが、第一コンピュータを動作可能なように第二コンピュータに接続している、装置。
【請求項３２】
請求項３１の装置であって、通信ネットワークが、世界的遠距離通信網を介して動作している、装置。
【請求項３３】
請求項３０の装置であって、手動制御ユニットと患者検診モジュールとが相互に離れた場所にある、装置。
【請求項３４】
触感をユーザの身体に伝える方法であって、
（ａ） ユーザの身体部分にモジュールをあてがい、モジュールは、入力信号に応じてユーザの身体に対し触覚圧力を発生させることのできるアクチュエータの配列を有するものとすること、及び
（ｂ） ユーザの身体に接触圧力を選択的に伝えるアクチュエータ配列に送信するための一連の入力信号を発生させることのできるデータ出力装置にモジュールを信号通信接続すること
を含む方法。
【請求項３５】
請求項３４の方法であって、アクチュエータが作用したときに、ユーザの身体が出す抵抗力を数値化した抵抗データを取得することをさらに含む方法。
【請求項３６】
請求項３５の方法であって、ユーザの身体の画像データを同時に取得することをさらに含む方法。
【請求項３７】
請求項３６の方法であって、通信ネットワークを介して、抵抗データと画像データとを送信することをさらに含む方法。
【請求項３８】
請求項３５の方法であって、抵抗データを記憶メディアに記録することをさらに含む方法。
【請求項３９】
請求項３５の方法であって、抵抗データを記憶メディアに記録すること、記録された抵抗データを再生すること、及び記録された抵抗データを、記録された抵抗データを受信し、再生モジュールの選択した部分の抵抗力を変化させ、ユーザの身体の抵抗力をシミュレートするよう動作可能な再生モジュールに送信することをさらに含む方法。
【請求項４０】
触覚データを記録する方法であって、
（ａ） ユーザ身体の部分を圧力検知パッドで包み、圧力検知パッドは、圧力検知パッド上に受けた触覚圧力に応じて出力信号を発生させることのできる複数の感知セルを有するものとすること、
（ｂ） 圧力検知パッドを出力信号記録装置に信号通信接続すること、
（ｃ） 圧力検知パッドを少なくとも一つの力に曝すこと、及び
（ｄ） 触覚圧力を受けたパッドが発生させた出力信号を出力信号記録装置に記録すること
を含む方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実物の触覚反応をシミュレートするシミュレータ・アセンブリであって、
（ａ） 実物の触診から作成されたデータファイルを備えた再生モジュールであって、再生モジュールは、データファイルを使用して実物の触覚特性ををシミュレートし、シミュレートされる実物の少なくとも一部の形状にほぼ形作られ、外部表皮を含む再生モジュール、
（ｂ） 再生モジュールの中で、外部表皮の下側に配置された複数のキャビティ、及び
（ｃ） 複数の感覚変調サブユニットであって、各感覚変調サブユニットは少なくとも部分的に複数のキャビティの一つの中に配置され、各感覚変調サブユニットは、受信した入力信号に応じて外部表皮に対し力を加え、入力信号が再生モジュールに加えられた力に対応している、サブユニット
を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項２】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットが、加えられた力に応じて出力信号を発生させるようになっ手いる圧力トランスジューサをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項３】
請求項２のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットに機能的に接続されたコンピュータ・システムをさらに含み、コンピュータ・システムが入力信号を感覚変調サブユニットによって加えられる力をダイナミックに制御するための入力信号を発信する、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項４】
請求項３のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、感覚変調サブユニットが発生させた出力信号をさらに受信し、さらに、受信した出力信号が、感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われる、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項５】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、コンピュータ・システムは、シミュレートされる物体の硬さを定義するデータを格納するメモリ・モジュールをさらに含み、データが感覚変調サブユニットへの入力信号を決定するために使われるシミュレータ・アセンブリ。
【請求項６】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがピストン・タイプ可変抵抗体を含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項７】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータを含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項８】
請求項７のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットがリニア・アクチュエータの動きを検知し、反応信号を発生させる光エンコーダをさらに含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項９】
請求項４のシミュレータ・アセンブリであって、感覚変調サブユニットが、加圧流体を受け入れるようになっている膨張チャンバを含むシミュレータ・アセンブリ。
【請求項１０】
請求項９のシミュレータ・アセンブリであって、加圧流体タンクをされに含み、複数の感覚変調サブユニットは、バルブでタンクに流体接続されているシミュレータ・アセンブリ。
【請求項１１】
請求項１のシミュレータ・アセンブリであって、シミュレートされる物体が人間の身体部分である、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１のシミュレータ・アセンブリであって、データファイルは患者の医療記録を含む、シミュレータ・アセンブリ。
【請求項１３】
離れた場所から直接手による患者の診察を行うための装置であって、
（ａ）（ｉ） 第一感覚変調サブユニットに加えられた力を検知し、検知された力に応じて第一信号を発生させ
（ｉｉ） 受信した第二信号に応じて力を発生させ、
少なくとも一つの第一感覚変調サブユニットを備える手動制御ユニット、
（ｂ） 患者検診モジュールであって、選択的に第一感覚変調サブユニットと接続できる複数の第二感覚変調サブユニットを備え、
（ｉ） 第二感覚変調サブユニットは、第一信号を受信し、受信した第一信号に応じて力を生成する、及び
（ｉｉ） 上記サブユニットは、加えた力に抵抗する力を検知し、検知した抵抗力に基づいて第二信号を発生させ、第二信号を第一感覚変調サブユニットが受信するようになっている患者検診モジュール、及び
（ｃ） 第一及び第二感覚変調サブユニットと信号通信ができ、第一及び第二信号を記録する記録装置
を含む装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置であって、第一感覚変調サブユニットは、第一コンピュータと信号通信結合されており、第二感覚変調サブユニットは、第二コンピュータと信号通信結合されていて、通信ネットワークが、第一コンピュータを動作可能なように第二コンピュータに接続している、装置
【請求項１５】
請求項１４の装置であって、通信ネットワークが、世界的遠距離通信網を介して動作している、装置。
【請求項１６】
請求項１３の装置であって、手動制御ユニットと患者検診モジュールとが相互に離れた場所にある、装置。
【請求項１７】
医療記録を記録する方法であって、
外部から加えられた力に対する患者の触覚反応を検知するセンサー・アレイを患者にあてがうステップ、
外部からの力を患者に加えるステップ、及び
外部から加えられた力に対する患者の触覚反応を触覚シミュレータ・アセンブリで再生できるように記録するステップ
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公表番号】特表２００６−５０２８１８（Ｐ２００６−５０２８１８Ａ）
【公表日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４６６４９（Ｐ２００４−５４６６４９）
【出願日】平成１５年１月２７日（２００３．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／００２６６０
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３７０８４
【国際公開日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【出願人】（５０４２６５７０９）ケル−コム エルエルシー (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１月２７日（２００３．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／００２６６０
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３７０８４
【国際公開日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【出願人】（５０４２６５７０９）ケル−コム エルエルシー (3)
【Ｆターム（参考）】
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