專利名稱：利用虛擬檢查功能對遠(yuǎn)程患者直接進(jìn)行人工檢查的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于處理和/或獲取觸覺信息的設(shè)備，更特別地，涉及用于傳輸、記錄、回放和再生從距離個(gè)體很遠(yuǎn)的位置那里獲取的觸覺信息的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在二十世紀(jì)八十年代，為了克服農(nóng)村地區(qū)醫(yī)生缺乏的現(xiàn)象，使用通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在彼此相隔很遠(yuǎn)的專業(yè)醫(yī)生和患者之間交換醫(yī)療信息的想法促成“遠(yuǎn)程醫(yī)療”的出現(xiàn)。隨著因特網(wǎng)和廉價(jià)的音頻和視頻通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，遠(yuǎn)程醫(yī)療的范圍繼續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，許多醫(yī)生使用電子郵件與患者進(jìn)行通信，同時(shí)許多患者也在使用因特網(wǎng)來搜索一般醫(yī)學(xué)信息。然而，現(xiàn)有形式的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的限制是，不能進(jìn)行令人滿意的身體檢查。
基礎(chǔ)的身體檢查過程要求醫(yī)生從各種來源(病史、直接身體檢查、實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)和成像研究)中收集有關(guān)患者狀況的特定信息，然后分析這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行影響治療。最關(guān)鍵的信息源來自患者的實(shí)際身體檢查。利用專家獨(dú)自進(jìn)行的身體檢查作出正確診斷的準(zhǔn)確性超過90％。盡管可以通過電話、傳真或因特網(wǎng)傳輸某些醫(yī)學(xué)信息，但是無法傳輸人工檢查期間根據(jù)醫(yī)生和患者之間的實(shí)際體接觸而導(dǎo)出的信息，這正是整個(gè)遠(yuǎn)程醫(yī)療檢查過程中的主要限制性步驟。無法遠(yuǎn)程獲取物理數(shù)據(jù)，以及無法向非鄰接位置的醫(yī)師可靠傳輸信息，限制了非常嚴(yán)重的醫(yī)療問題的遠(yuǎn)程醫(yī)療的可靠性。
因此，需要能夠直接對非鄰接位置的患者進(jìn)行人工檢查的計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)，其中無需患者和醫(yī)師之間的實(shí)際的直接的體接觸，醫(yī)師可以對患者的身體進(jìn)行人工檢查。此外，需要能夠收集觸覺和“體接觸”數(shù)據(jù)并借助常規(guī)全球通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)。此類系統(tǒng)將為世界上的醫(yī)師提供用于檢查任何位置的任何患者的裝置，上述位置包括農(nóng)村或偏遠(yuǎn)地區(qū)，緊急情況或戰(zhàn)役期間的“戰(zhàn)場”，或任何敵對環(huán)境。同時(shí)，需要把施加的和/或接收的觸覺力轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后通過因特網(wǎng)或能夠傳輸和接收此類信號的任何其它類型的通信平臺進(jìn)行傳輸，最后傳輸?shù)搅硪欢说脑O(shè)備，后者將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)妮敵?施加的)觸覺力。另外，需要記錄上述數(shù)字觸覺檢查數(shù)據(jù)，其中可以回放數(shù)字觸覺檢查數(shù)據(jù)，以再現(xiàn)或創(chuàng)建系統(tǒng)最初檢查的(詢問的)人員或物品的下層物理特征的模型。
另外，需要能夠同時(shí)獲取觸覺檢查數(shù)據(jù)和2D或3D體內(nèi)成像數(shù)據(jù)的成像檢查組件。包含體內(nèi)成像將允許醫(yī)師用戶獲取與檢查期間處理的下層組織和器官的位置和內(nèi)部特征關(guān)聯(lián)的增強(qiáng)的部位解剖信息。當(dāng)前，獲取診斷2D或3D身體成像需要患者具有附加的測驗(yàn)部件或進(jìn)入診斷過程。當(dāng)前使用的非侵入成像系統(tǒng)包括超聲波，計(jì)算機(jī)X射線斷層分析(CT)掃描，核磁共振成像(MRI)，同位素掃描和正電子放射X射線斷層分析(PET)掃描。CT掃描、PET掃描和MRI要求患者的身體在一個(gè)大的外殼內(nèi)，以生成研究數(shù)據(jù)。然而，超聲波系統(tǒng)的非常便攜、安全的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用超聲波生成能夠轉(zhuǎn)換為2D或3D身體圖像的聽覺信息。當(dāng)前，超聲波系統(tǒng)要求熟悉超聲波設(shè)備使用的技術(shù)人員或醫(yī)師把超聲波探針人工放置到患者身體上的感興趣部位。探針與提供電源和圖像處理系統(tǒng)的超聲波設(shè)備物理連接。
超聲波裝置以特定頻率發(fā)射超聲波能量脈沖，后者傳輸?shù)襟w組織。組織返回回波，并由換能器收集。檢測從固定組織返回的回波，并用灰度級表示圖像。根據(jù)返回回波的到達(dá)時(shí)間和信號強(qiáng)度特征確定深度和亮度。返回回波的頻率變化表示下面的結(jié)構(gòu)的下層運(yùn)動(dòng)。然后用成像系統(tǒng)軟件處理該信息，以生成正在評價(jià)的結(jié)構(gòu)的內(nèi)部圖像。醫(yī)師使用視覺和光譜數(shù)據(jù)作出診斷和治療決策。超聲波檢查的許多方面要求技術(shù)人員或醫(yī)師用戶用換能器掃描頭強(qiáng)壓身體表面，以檢測正在評價(jià)的下層結(jié)構(gòu)的附加特征。
因此，需要能夠在非鄰接位置中的兩個(gè)個(gè)體之間檢測并傳輸實(shí)時(shí)觸覺信息，以及2D和3D超聲波信息的系統(tǒng)。此外，需要能夠在非鄰接位置的兩個(gè)個(gè)體之間同時(shí)傳輸、接收和交換實(shí)時(shí)觸覺信息數(shù)據(jù)以及成像數(shù)據(jù)的設(shè)備，以便為用戶提供同時(shí)發(fā)生的實(shí)時(shí)2D或3D內(nèi)部或外部身體成像。另外，需要能夠允許最終用戶感覺或處理正在考慮的組織或身體結(jié)構(gòu)并且能夠查看施加的觸覺力的內(nèi)部影響的改進(jìn)的醫(yī)療診斷儀器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供用于模擬項(xiàng)目的觸覺反應(yīng)的模擬器組件。模擬器組件包括其形狀至少為被模擬項(xiàng)目的一部分的回放模塊，回放模塊主體包括一個(gè)外殼。該模擬器組件還包括布置在回放模塊主體內(nèi)部并且在外殼下面的多個(gè)空腔。該模擬器組件還包括多個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件，其中每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件的至少一部分布置在多個(gè)空腔的一個(gè)空腔內(nèi)。同時(shí)，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件適合于響應(yīng)輸入信號對外殼施加作用力。
模擬器組件可以包括一個(gè)壓力換能器，后者適合于響應(yīng)施加的作用力生成一個(gè)輸出信號。模擬器組件可以包括其功能與感覺調(diào)節(jié)子組件相連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸輸入信號，以動(dòng)態(tài)控制感覺調(diào)節(jié)子組件施加的作用力。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以接收感覺調(diào)節(jié)子組件生成的輸出信號，其中使用接收的輸出信號來確定感覺調(diào)節(jié)子組件輸入信號。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括一個(gè)存儲器模塊，該模塊包含用來定義被模擬的項(xiàng)目的堅(jiān)固性的數(shù)據(jù)，其中利用該數(shù)據(jù)來確定感覺調(diào)節(jié)子組件輸入信號。
根據(jù)本發(fā)明，提供觸覺回放組件，用于把從演奏者那里接收的輸入信號轉(zhuǎn)換為用戶之上的觸感。觸覺回放組件包括交互式壓力回放外衣，外衣以可拆卸方式與用戶相連。觸覺回放組件還包括布置在外衣內(nèi)的許多單元，以及許多感覺調(diào)節(jié)子組件，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件被布置在一個(gè)單元內(nèi)。感覺調(diào)節(jié)子組件適合于響應(yīng)輸入信號在用戶之上生成一個(gè)作用力。
觸覺回放組件可以包括感覺調(diào)節(jié)子組件，后者具有可變壓力生成設(shè)備，該設(shè)備響應(yīng)從演奏者那里接收的輸入信號，在用戶的身體上生成作用力，其中作用力大小是可變的，并且是根據(jù)從演奏者那里接收的輸入信號確定的。觸覺回放組件可以包括與感覺調(diào)節(jié)子組件相連接的播放設(shè)備，用于為感覺調(diào)節(jié)子組件提供輸入信號。觸覺回放組件可以包括能夠生成視頻輸出信號的播放設(shè)備，其中感覺調(diào)節(jié)子組件信號與視頻輸出信號有關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明，提供觸覺數(shù)據(jù)記錄組件。觸覺數(shù)據(jù)記錄組件包括交互式壓力記錄外衣，外衣以可拆卸方式與用戶的至少一部分相連。觸覺數(shù)據(jù)記錄組件還包括布置在外衣內(nèi)的多個(gè)單元。觸覺數(shù)據(jù)記錄組件還包括多個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件的至少一部分安裝在一個(gè)單元內(nèi)，感覺調(diào)節(jié)子組件適合于生成一個(gè)輸出信號，該信號與感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的觸覺作用力一致。觸覺數(shù)據(jù)記錄組件還包括輸出信號記錄設(shè)備，其中輸出信號記錄設(shè)備與多個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件連接，用于記錄感覺調(diào)節(jié)子組件生成的輸出信號。
感覺調(diào)節(jié)子組件能夠生成大小可變的輸出信號，從而輸出信號的大小與感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的觸覺作用力的大小相關(guān)聯(lián)。觸覺數(shù)據(jù)記錄組件可以包括感覺調(diào)節(jié)子組件，后者包括內(nèi)部嵌有壓力換能器的平板彈性材料，壓力換能器適合于生成直接與感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的觸覺作用力相關(guān)的信號。
根據(jù)本發(fā)明，公開了用于觸摸身體并且生成身體的圖像的成像檢查組件。成像檢查組件包括外殼和其一部分至少布置在外殼內(nèi)的成像設(shè)備，成像設(shè)備是可操作的以獲取身體的圖像。成像檢查組件還包括其一部分至少布置在外殼內(nèi)的感覺調(diào)節(jié)子組件，并且包括可變壓力生成設(shè)備，可變壓力生成設(shè)備是可操作的，以便在身體上生成觸摸壓力。感覺調(diào)節(jié)子組件還包括壓力換能器，壓力換能器適合于生成直接與感覺調(diào)節(jié)子組件的身體之間的界面壓力有關(guān)的信號。
可變壓力生成設(shè)備還包括膨脹室，其中有選擇地將加壓流體引向膨脹室以使膨脹室膨脹，從而在身體上生成所需的觸摸壓力。成像檢查組件還包括一個(gè)閥門，閥門位于膨脹室和加壓流體貯存器之間，閥門是可操作的以控制流體流入膨脹室和從膨脹室中流出。成像檢查組件還包括布置在外殼內(nèi)的超聲換能器，該換能器適合于向身體傳輸超聲波。超聲換能器適合于檢測超聲波。成像檢查組件還包括布置在外殼內(nèi)的第二超聲換能器，第二超聲換能器適合于檢測超聲波。成像檢查組件是可操作的，以獲取身體的內(nèi)部圖像。
根據(jù)本發(fā)明，提供超聲波成像系統(tǒng)。超聲波成像系統(tǒng)包括超聲波脈沖發(fā)生器和布置在第一位置的超聲波成像系統(tǒng)。超聲波成像系統(tǒng)還包括用于發(fā)射并檢測超聲波的超聲波換能器組件，該超聲波換能器組件布置在第二位置。超聲波換能器組件通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與超聲波脈沖發(fā)生器和超聲波圖像顯示系統(tǒng)相連。
根據(jù)本發(fā)明，提供遠(yuǎn)程對患者進(jìn)行直接人工檢查的設(shè)備。該設(shè)備包括具有至少一個(gè)第一感覺調(diào)節(jié)子組件的手控部件，第一感覺調(diào)節(jié)子組件檢測第一感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的作用力并響應(yīng)檢測的作用力生成第一信號，該設(shè)備響應(yīng)接收的第二信號施加作用力。該設(shè)備還包括患者檢查模塊，患者檢查模塊有許多第二感覺調(diào)節(jié)子組件，第二感覺調(diào)節(jié)子組件可以與第一感覺調(diào)節(jié)子組件選擇連接。第二感覺調(diào)節(jié)子組件是可操作的以接收第一信號，并響應(yīng)接收的第一信號施加作用力。第二感覺調(diào)節(jié)子組件也是可操作的，以檢測抵抗施加的作用力的作用力，并根據(jù)檢測的抗力生成第二信號，第二信號由第一感覺調(diào)節(jié)子組件接收。該設(shè)備還包括記錄設(shè)備，后者與第一和第二感覺調(diào)節(jié)子組件進(jìn)行信號通信，記錄第一和第二信號。
可以配置該設(shè)備，從而第一感覺調(diào)節(jié)子組件與第一計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號通信，第二感覺調(diào)節(jié)子組件與第二計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號通信。通信網(wǎng)絡(luò)連接第一計(jì)算機(jī)和第二計(jì)算機(jī)。同時(shí)，可以配置該設(shè)備，從而手控部件與患者檢查模塊位于非鄰接位置。
根據(jù)本發(fā)明，提供給予用戶的身體以觸感的方法。該方法包括用交互式壓力回放外衣包裹用戶的一部分身體，交互式壓力回放外衣具有線性致動(dòng)器陣列，線性致動(dòng)器能夠響應(yīng)輸入信號在用戶的身體上生成觸覺作用力。該方法還包括連接交互式壓力回放外衣，與能夠生成一系列輸入信號的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備進(jìn)行信號通信，以便傳輸?shù)骄€性致動(dòng)器陣列，從而有選擇地給予用戶的身體以觸覺作用力。
根據(jù)本發(fā)明，公開了記錄觸覺數(shù)據(jù)的方法。該方法包括用作用力檢測墊包裹用戶的一部分身體，作用力檢測墊有許多感覺單元，感覺單元響應(yīng)在作用力檢測墊上接收的觸覺作用力生成輸出信號。該方法還包括連接作用力檢測墊，以便與輸出信號記錄設(shè)備進(jìn)行信號通信。該方法還包括使作用力檢測墊遭受至少一個(gè)作用力，并利用輸出信號記錄設(shè)備記錄觸覺作用力接收墊生成的輸出信號。


通過連同附圖一起參照以下詳細(xì)說明書，本發(fā)明的上述方面和許多附屬優(yōu)勢將更容易理解，其中附圖為圖1是本發(fā)明使用的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式，說明醫(yī)師檢查遠(yuǎn)離醫(yī)師的患者的情況；圖2是根據(jù)本發(fā)明的手控部件的平面圖；圖3是圖2的手控部件的示意截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖3所示的手控部件的感覺調(diào)節(jié)子組件的截面草圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明檢查患者的軀干的患者檢查模塊的優(yōu)選實(shí)施方式的平面圖；圖6是圖5所示的患者檢查模塊的某個(gè)單元的截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明檢查患者的軀干的患者檢查模塊的第二優(yōu)選實(shí)施方式的平面圖；圖8是圖7所示的患者檢查模塊的某個(gè)單元的截面圖；圖9是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的一般處理流程；圖10A-10C是流程圖，詳細(xì)說明用于控制圖1所示的優(yōu)選實(shí)施方式的軟件的功能；圖11是根據(jù)本發(fā)明形成的一般稱為模擬器組件的第一備選實(shí)施方式的透視圖，模擬器組件包括利用電纜與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連的體形回放模塊；圖12是圖11描述的體形回放模塊的分解頂視圖，其中移除模擬表層以顯示下層的單元排列；圖13是圖12描述的體形回放模塊的某個(gè)單元的截面圖，該截面是通過圖12中的截面13-13截取的，利用散布在該單元內(nèi)的感覺調(diào)節(jié)子組件進(jìn)行描述；圖14是根據(jù)本發(fā)明形成的適合于圖11和12描述的體形回放模塊使用的感覺調(diào)節(jié)子組件的備選實(shí)施方式的正視圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明形成的適合于圖11和12描述的體形回放模塊使用的一對感覺調(diào)節(jié)子組件的備選實(shí)施方式的正視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明形成的第二備選實(shí)施方式的正視圖，該備選實(shí)施方式一般稱為觸覺回放組件，觸覺回放組件包括回放設(shè)備，多通道控制器和交互式壓力回放外衣；圖17是根據(jù)本發(fā)明形成的第三備選實(shí)施方式的正視圖，該備選實(shí)施方式一般稱為娛樂記錄組件，娛樂記錄組件包括記錄設(shè)備，多通道控制器和交互式壓力記錄外衣；圖18是根據(jù)本發(fā)明形成的第四備選實(shí)施方式的透視圖，該備選實(shí)施方式一般稱為成像檢查組件；圖19是圖18描述的成像檢查組件的透視圖，表示成像檢查組件的底部；圖20是圖19描述的成像檢查組件的截面圖，該截面是通過圖19中的截面20-20截取的；圖21是圖18-20描述的成像檢查組件的備選實(shí)施方式的透視圖；以及圖22是根據(jù)本發(fā)明形成的圖18-20描述的第四備選實(shí)施方式的一般處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
本文公開的設(shè)備使得醫(yī)師能夠?qū)颊叩纳眢w進(jìn)行直接身體檢查，而不要求直接體接觸或患者與醫(yī)師鄰近。從而可以收集通常通過患者和醫(yī)師之間的直接人工接觸而獲取的物理數(shù)據(jù)，并經(jīng)由常規(guī)全球通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。迄今為止，為作出診斷和治療方案而進(jìn)行的“遠(yuǎn)程醫(yī)療”，即患者與醫(yī)師之間的醫(yī)學(xué)信息交換，只能進(jìn)行到某一點(diǎn)，如果醫(yī)師的檢查結(jié)果對決策過程很關(guān)鍵，則建議患者去看它的私人醫(yī)生或去急診室找醫(yī)師進(jìn)行身體檢查。就全球通信平臺方面的進(jìn)展和潛在的全球消費(fèi)者觀眾而言，不能遠(yuǎn)程獲取物理數(shù)據(jù)且不能可靠地傳輸給位于另一位置的醫(yī)師，是利用其它業(yè)務(wù)正在享受的效力和效率的醫(yī)療實(shí)踐進(jìn)展和醫(yī)學(xué)能力的障礙。
正如本文使用的那樣，以下術(shù)語的含義是傳感調(diào)節(jié)子組件系指能夠(1)檢測設(shè)備上施加的作用力并且生成與檢測的作用力有關(guān)的輸出信號；和/或(2)接收輸入信號并且生成與接收的輸入信號有關(guān)的作用力和/或位移的設(shè)備。
手控部件，即HCU，系指適合于接觸或接納用戶的一部分身體(如用戶的手)并且具有供接納的用戶的手接近的感覺調(diào)制子組件的設(shè)備。
患者檢查模塊，即PEM，系指適合于接納身體的(或其它生物體的)組織的一部分并且具有與接納的組織部分相鄰的感覺調(diào)制子組件的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，PEM可以用于患者檢查，但是應(yīng)該理解，術(shù)語PEM還包括適合于為其它目的而對組織進(jìn)行觸覺檢查或?qū)ζ渌矬w或物質(zhì)進(jìn)行觸覺檢查的設(shè)備。
現(xiàn)在參照圖1，用于遠(yuǎn)程獲取并傳輸從身體上導(dǎo)出的醫(yī)療數(shù)據(jù)的本發(fā)明包括三個(gè)部分手控部件100(HCU)，患者檢測模塊200(PEM)，以及控制醫(yī)師(通過HCU)和患者(通過PEM)之間的物理數(shù)據(jù)的獲取、校準(zhǔn)、傳送和轉(zhuǎn)換的計(jì)算機(jī)軟件。本發(fā)明允許醫(yī)師把手壓應(yīng)用于HCU 100上，由此傳輸?shù)轿挥谶h(yuǎn)方的患者，通過PEM 200應(yīng)用于患者身體的選定部位。將來自患者身體的壓力反應(yīng)回傳給醫(yī)師，由此模擬醫(yī)師和患者之間的直接接觸。
手控部件(HCU)圖2所示的HCU 100具有用實(shí)際的手形成形的模塑外殼101。此類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、易于制造、耐用和抗沖擊。該設(shè)備結(jié)構(gòu)也可以使用其它材料，如木材、紙張、鋁、石頭、PlexiglasTM或仍然需要研制的材料。使HCU 100成形以容納人手的一部分，最好容納人手的整個(gè)內(nèi)表面，人手有手掌部分102、指尖106和拇指部分105，手掌部分102包括近側(cè)手掌部分108和遠(yuǎn)側(cè)手掌部分107。所有設(shè)計(jì)配置的目的是在用戶的手感和HCU 100的電動(dòng)機(jī)部分之間提供舒適的接觸表面。在優(yōu)選實(shí)施方式中，HCU 100的中心在手掌表面102中輕微凸起。手掌表面102的外圍比HCU 100的邊界104稍低，以使用戶的手舒適地靠在手掌表面102上。通過使手掌稍稍高出指尖106和近側(cè)手掌部分108的位置(從而用戶的指節(jié)的水平面高于手指或手的其它部分)，形成寬闊的金字塔形的外形。該設(shè)計(jì)提供最靈活的指尖、遠(yuǎn)側(cè)手掌和近側(cè)手掌壓力應(yīng)用和接收、設(shè)備控制和功能性。HCU 100允許用戶的手掌和手指的手掌表面的所有部分與HCU 100的手掌表面102的完全接觸。在優(yōu)選實(shí)施方式中，HCU 100的外殼101是由兩個(gè)橫向布置的段101a和101b形成的，通常在用戶手掌中部的折痕位置有一個(gè)橫向裂口110。兩段101a和101b是移動(dòng)連接的，允許縱向移動(dòng)，從而能夠相對于手的長度進(jìn)行調(diào)整，以容納不同大小的手。作為選擇，HCU 100可以包括一個(gè)“手套”組件(未示出)，從而把整個(gè)手插入到手控部件中。由此與手的上表面(手背)接觸，以允許與根據(jù)操作員的手的上表面導(dǎo)出的檢查運(yùn)動(dòng)和感覺輸入有關(guān)的功能。
分別在指尖106、遠(yuǎn)側(cè)手掌107和近側(cè)手掌部分108中提供凹槽或空腔112、114和116。在各凹槽112、114和116內(nèi)，安裝壓力繼電器和接收感覺調(diào)節(jié)子組件140，正如圖3中清楚看到的那樣。感覺調(diào)節(jié)子組件140的頂部由柔性材料的平板142組成，柔性材料如構(gòu)成模擬皮膚表面的硅橡膠或軟塑料基質(zhì)。其它合適材料包括用于該“皮膚”接觸表面的其它天然或人造生物材料(人造的、模擬的、人工培養(yǎng)的或工程皮膚細(xì)胞或代用品)。每個(gè)平板142的尺寸隨HCU 100中的每個(gè)凹槽112、114和116的尺寸變化。通常，對于該設(shè)備的每個(gè)指尖106區(qū)域，有指尖大小的感覺調(diào)節(jié)子組件140，對于近側(cè)手掌108和遠(yuǎn)側(cè)手掌107部分，分別有近側(cè)手掌大小的子組件140和遠(yuǎn)側(cè)手掌大小的子組件140。為增加HCU 100的靈敏度和功能性，可進(jìn)一步細(xì)分每個(gè)模塊，并且每個(gè)凹槽包括基于下述通用子組件描述的更小的功能子組件。
現(xiàn)在參照圖4，感覺調(diào)節(jié)子組件140包括內(nèi)嵌在模擬皮膚的平板142內(nèi)的單向單通道壓力換能器144。壓力換能器144的工作面或受壓面145是朝上的，即面對用戶的手的手掌表面的方向。確定壓力換能器144的定向，從而用戶施加的壓力應(yīng)用到壓力換能器144的工作面145上，而不會(huì)直接感到從換能器144的后面施加的壓力或作用力。在優(yōu)選實(shí)施方式中，單一壓力換能器144位于每個(gè)指尖106內(nèi)，而把每個(gè)手掌部分107、108細(xì)分為兩個(gè)壓力區(qū)。電線或其它合適的連接機(jī)制(未示出)提供進(jìn)入和來自壓力換能器144的信號。
把內(nèi)嵌有單通道壓力換能器144的模擬皮膚平板142安裝到薄的支撐平臺146上，支撐平臺146最好是用金屬或塑料制成的。支撐平臺146的下面連接有線性致動(dòng)器，后者是變力生成設(shè)備，如單通道活塞類型的可變電阻器，或其它變壓生成設(shè)備148?？梢杂迷擃I(lǐng)域中熟知的許多方式實(shí)現(xiàn)本文稱為“活塞電阻器”的線性致動(dòng)器，即變壓生成設(shè)備148，包括利用電子、機(jī)械、氣動(dòng)或液壓處理生成變力的設(shè)備。例如，在發(fā)明人為Kramer的美國專利No.5,631,861中，其圖8a-m所示的稱為“指尖紋理模擬器”的設(shè)備描述此類設(shè)備的典型樣品。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，使用利用磁力進(jìn)行推動(dòng)的設(shè)備。活塞電阻器148依據(jù)從患者檢查模塊200(以下描述)導(dǎo)出的響應(yīng)信號，相對于模擬皮膚平板142的底面提供逆壓或阻力。將平板142、換能器144、支撐平臺146和活塞電阻器148布置在HCU 100中的凹槽112、114和116內(nèi)。在每個(gè)凹槽112、114和116內(nèi)提供洞孔150，以插入活塞電阻器148的自由活動(dòng)端。選擇洞孔150的深度，從而支撐平臺146稍稍高出凹槽的底面，因此用戶感受到的唯一阻力是模擬皮膚平板142自身的阻力。
各種類型的壓力換能器都是技術(shù)人員熟知的，并且適合本發(fā)明使用。例如，不作為對本發(fā)明的范圍的限制，發(fā)給Reinbold等人的美國專利No.6,033,370公開了在兩個(gè)導(dǎo)體層之間夾有聚氨酯泡沫的電容性的壓力換能器。Duncan等人在美國專利No.4,852,443中也公開了類似設(shè)備，其中把電容器電極上的可壓縮的突出部分布置到介電片的兩端。發(fā)明人為Burgess的美國專利No.5,060,527公開了基于可變阻力元件的壓力換能器。
再次參照圖2，HCU 100的對應(yīng)拇指部分105中安裝有按鈕152，用于控制并選擇與計(jì)算機(jī)軟件有關(guān)的功能和選項(xiàng)(例如，鼠標(biāo)按鍵控制或其它輸入設(shè)備)。HCU 100的底面支持跟蹤球154，用于提供計(jì)算機(jī)選擇功能，以及HCU 100在通過PEM 200與患者有關(guān)的空間中的二維坐標(biāo)定位。熟練技術(shù)人員顯然清楚，按鈕152和跟蹤球154提供計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的基本功能，并且能夠以公知方式使用它們與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。顯然，可以使用其它類型的選擇機(jī)制，包括觸敏墊和光學(xué)系統(tǒng)。HCU 100還與信號處理器130以及模數(shù)/數(shù)模信號轉(zhuǎn)換器132相連。
HCU 100作為醫(yī)師和遠(yuǎn)程患者之間的接口或觸點(diǎn)。HCU 100接收利用醫(yī)師的手生成的用機(jī)械方法施加的壓力信號，并通過壓力換能器144轉(zhuǎn)換為電信號，其間，同時(shí)把根據(jù)患者檢測模塊200的壓力反應(yīng)導(dǎo)出的輸入電信號轉(zhuǎn)換為阻力信號，將該信號施加到緊靠支撐平臺安裝的活塞電阻器148上。感覺調(diào)節(jié)子組件140同時(shí)“感知”用戶施加的輸入壓力并且同時(shí)向用戶提供直接阻力反饋響應(yīng)的能力，可以模擬用戶用手按壓其它物體時(shí)發(fā)生的實(shí)際活動(dòng)。把PEM 200(實(shí)際患者反應(yīng))響應(yīng)于給患者施加的直接壓力(正如利用來自HCU 100的輸入壓力確定的那樣)檢測的更高程度的阻力，轉(zhuǎn)給HCU 100，并通過活塞電阻器148反饋給醫(yī)師。增加PEM 200檢測的阻力會(huì)增加給支撐平臺146的底面施加的作用力。這轉(zhuǎn)換為模擬皮膚平板142的更大阻力的感覺或“給予不足”。用戶把反饋?zhàn)枇斫鉃榛颊邔︶t(yī)師施加的作用力的直接反應(yīng)。
HCU 100可以選擇安裝單個(gè)或多個(gè)多通道壓力換能器/電阻器設(shè)備，并經(jīng)由手控部件把阻力的絕對變化回傳給醫(yī)師的手。作為選擇，用于軟件命令功能的拇指部分105可以安裝感覺調(diào)節(jié)子組件140。把拇指動(dòng)作集成到檢查過程中的能力以及向手的拇指部分反向輸入感覺，能夠提供HCU 100的擴(kuò)展功能能力和靈敏度。HCU的最復(fù)雜的實(shí)施方式包括與操作員的手的每個(gè)部分的完全接觸，以及在HCU內(nèi)應(yīng)用的許多感覺調(diào)節(jié)子組件140。子組件140的數(shù)目僅僅受小型化雙向壓力換能設(shè)備的能力的限制。許多感覺調(diào)節(jié)子組件允許用戶生成并接收來自操作員的手的每個(gè)部分的機(jī)械輸入和感覺輸入。
患者檢查模塊(PEM)現(xiàn)在參照圖5和圖6，PEM 200由襯墊或類似襯墊的結(jié)構(gòu)202組成，結(jié)構(gòu)202是用諸如尼龍、橡膠、硅或軟塑料基質(zhì)之類的柔軟的半柔順材料制成的。整個(gè)襯墊202都是實(shí)心的，最好具有與HCU 100的模擬皮膚平板142類似的粘彈性。把襯墊202細(xì)分為稱為單元或單元區(qū)域204的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元。襯墊202的外形尺寸以及襯墊202內(nèi)的單元204的數(shù)目隨特定應(yīng)用而變化。每個(gè)單元區(qū)域204對應(yīng)于襯墊202內(nèi)的一個(gè)區(qū)域，其大小最好與HCU 100的相應(yīng)感覺調(diào)節(jié)子組件140的大小類似。正如圖6顯示的那樣，在每個(gè)單元204內(nèi)安裝單通道壓力換能器244，其工作/接收面245面對患者方向。優(yōu)選襯墊202為連續(xù)的凝膠類型結(jié)構(gòu)242，其中有許多內(nèi)嵌壓力換能器244。襯墊202的背面206包括一個(gè)柔軟的半剛性薄片。目前，背面206的優(yōu)選材料是能夠保持單元區(qū)域204的剛性背襯的塑料或聚合物材料，但是允許某些彎曲以容納各種體形尺寸。也可以使用諸如金屬、木材或復(fù)合材料之類的更牢固的材料，只要能夠提供剛性背襯結(jié)構(gòu)并且考慮身體的波狀外形表面周圍的關(guān)節(jié)聯(lián)接即可。把單通道的活塞類型的可變壓力生成感覺調(diào)節(jié)子組件240組成的線性致動(dòng)器連接到薄的支撐平臺246的底面上，支撐平臺246最好是用金屬或塑料制成的。支撐平臺246的大小最好類似于HCU 100中的指尖106的大小。在位于單元204和背襯206之間的接合部位的每個(gè)壓力換能器244的下方的中心位置，把活塞類型的可變壓力生成設(shè)備248，即類似的線性致動(dòng)器，內(nèi)嵌到背襯206中，方位為壓力換能器244下面的支撐平臺246的中心點(diǎn)的下面。
把檢查襯墊202直接放置到需要檢查的患者的身體表面部分上，并且利用例如尼龍鉤環(huán)類型的搭扣250進(jìn)行固定。尼龍鉤環(huán)搭扣250提供可調(diào)整性，從而能夠應(yīng)用于各種體形和尺寸。同時(shí)，可以把襯墊202作成用于胸腔應(yīng)用的背心；用于腹部應(yīng)用的腹帶；用于上肢應(yīng)用的袖子、手套式繃帶或手套；用于下肢應(yīng)用的褲管或長靴；或用于手指或腳趾之類的小應(yīng)用的窄條帶。盡管把PEM的優(yōu)選實(shí)施方式構(gòu)造為固定定位的襯墊，但是由患者、其他職員或機(jī)器人操縱通過患者的表皮的表面或體腔內(nèi)的移動(dòng)檢測部件也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，經(jīng)由電子臍帶302，把PEM 200連接到命令控制箱300。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，命令控制箱300包括電源304，小的中央處理器(CPU)306，信號處理器308，數(shù)模轉(zhuǎn)換器310和通信系統(tǒng)312。命令控制箱300接收來自PEM 200的數(shù)據(jù)并向其傳輸數(shù)據(jù)，把PEM 200連接到醫(yī)師的HCU 100。電源304最好具有使用交流(家用或工業(yè))或直流(電池操作)進(jìn)行工作的能力。盡管舉例說明臍帶302，但是諸如無線數(shù)據(jù)鏈路之類的其它數(shù)據(jù)鏈路也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
優(yōu)選實(shí)施方式的通信系統(tǒng)312包括內(nèi)部調(diào)制解調(diào)器(未示出)，從而位于HCU 100附近的醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160能夠與位于PEM 200附近的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)260相連。其它通信系統(tǒng)也是可行的，包括以下系統(tǒng)(1)包括光纜通道和非光纖在內(nèi)的基于光的/基于光學(xué)的通信，基于光的數(shù)據(jù)/語音/視頻信號傳輸方法；(2)無線通信，包括但不限于可以傳輸或接收語音和/或數(shù)據(jù)信息的射頻、超高頻、微波或衛(wèi)星系統(tǒng)；以及(3)利用目前未用過的介質(zhì)傳輸語音或數(shù)據(jù)的任何未來方法，未用過的介質(zhì)如紅外光、磁力、其它波長的可見和不可見射線、生物材料(包括生物機(jī)器人或病毒媒介)或原子粒子/亞原子粒子?？紤]到降低直接作用到患者上的重量，尺寸限制和可能的安全性(即，降低通信/數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞F或微波輻射)，最好通過柔性臍帶302把命令控制箱300連接到襯墊202。同時(shí)，臍帶302把感覺調(diào)節(jié)子組件240內(nèi)的壓力換能器244和可變壓力生成設(shè)備248連接到電源204。
其它設(shè)備構(gòu)造可以包括單個(gè)或多個(gè)多通道壓力換能器/電阻器設(shè)備，并且可通過HCU 100把阻力的絕對變化回傳給用戶的手。為了增加PEM 200的靈敏度和功能性，可以進(jìn)一步細(xì)分每個(gè)單元區(qū)域204，并且在PEM 200內(nèi)應(yīng)用許多感覺調(diào)節(jié)子組件。功能子組件的數(shù)目僅僅受小型化雙向感覺調(diào)節(jié)子組件的能力的限制。許多小的感覺調(diào)節(jié)子組件能夠生成并接收來自PEM 200的每個(gè)部分的機(jī)械輸入和感覺輸入。
圖7和圖8表示使用氣動(dòng)加壓流體介質(zhì)或液壓加壓流體介質(zhì)而不是上述機(jī)電結(jié)構(gòu)的PEM 400的第二實(shí)施方式。在第二實(shí)施方式中，PEM 400由襯墊402或類似襯墊的結(jié)構(gòu)組成，襯墊是用諸如尼龍、橡膠、硅或軟塑料基質(zhì)之類的柔軟的半柔順材料制成的。把襯墊402細(xì)分為許多單元404。襯墊402的外形尺寸以及襯墊402內(nèi)的單元404的數(shù)目隨設(shè)備型號和應(yīng)用而變化。把每個(gè)單元404設(shè)計(jì)成密封防水的中空腔416和單一壓力換能器444，中空腔416帶有一條雙功能的入口/出口線410和一個(gè)閥門414，以便諸如空氣、水、液壓流體或電化學(xué)凝膠之類的加壓流體介質(zhì)流入和流出。壓力換能器444為單通道換能器，類似于以上描述的HCU 100的換能器144。把壓力換能器444安裝在直接作用到患者身體表面上的材料片內(nèi)。因此，開放單元結(jié)構(gòu)在壓力換能器444的后面。換能器的接收表面445面向患者方向。
把襯墊402直接放置到需要檢查的患者的身體表面部分上，并且利用例如鉤環(huán)類型的搭扣250進(jìn)行固定。鉤環(huán)搭扣250提供可調(diào)整性，從而能夠應(yīng)用于各種體形和尺寸。同時(shí)，如上所述，可以把襯墊402作成背心、腹帶、袖子、手套式繃帶、手套、褲管、長靴或用于手指或腳趾之類的小應(yīng)用的窄條帶。如果需要的話，襯墊402的外表面可以包括一個(gè)加重層(例如，鉛、金屬或塑料)，以提供附加穩(wěn)定性或逆壓。把每個(gè)單元404的入口/出口線410連接到泵浦機(jī)制，后者包括泵(未示出)和貯存加壓流體介質(zhì)的加壓貯存器418。沿壓力貯存器418和每個(gè)單元404之間的入口/出口線410放置居間閥門414。如上所述，經(jīng)由臍帶302把PEM 400連接到命令控制箱300。
考慮到降低直接作用到患者上的重量，把該組合件放到諸如四肢或手指之類的身體上的一小部分時(shí)的尺寸限制，或可能的安全性(即，降低通信/數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞F或微波輻射)，PEM 400的控制部分最好遠(yuǎn)離患者。命令控制箱300的規(guī)格和功能如上所述。同時(shí)，臍帶302連接壓力換能器444和電源304，以及入口/出口線410和加壓流體介質(zhì)的閥門414。
依靠特殊的HCU 100設(shè)計(jì)，泵和加壓貯存器418可以通過包含在命令控制箱300中，同時(shí)在PEM 400上，或者在彼此獨(dú)立的兩個(gè)區(qū)域中。
利用空氣作為加壓流體介質(zhì)的PEM 400需要使用半封閉的電路設(shè)計(jì)。在首選實(shí)施方式中，泵浦機(jī)制把設(shè)備外部的空氣吸入到單個(gè)加壓貯存器418中，由此施加到襯墊402的背面。加壓貯存器418的尺寸通常與襯墊402的尺寸相同。閥門414位于與下層單元404相對應(yīng)的加壓貯存器418內(nèi)的多個(gè)位置。因此，加壓貯存器418經(jīng)由居間閥門414直接與各壓力單元404相通。把壓力調(diào)節(jié)電路(未示出)集成到加壓貯存器418中，以檢測內(nèi)艙壓力，并把該信息回傳給命令控制箱300，以確保適當(dāng)?shù)呐搲?。在激活適當(dāng)單元404后，實(shí)現(xiàn)所需的泵艙壓力(與來自HCU 100的適當(dāng)外加壓力信號一致)，并且經(jīng)由命令控制箱300把作為結(jié)果的患者反應(yīng)信號回傳給HCU 100，利用泵把壓力艙416中的空氣排到大氣中。使用液壓加壓流體介質(zhì)的PEM 400包括一個(gè)自持的封閉的流體系統(tǒng)電路。
PEM 400的功能是把用戶在HCU 100施加的壓力直接“傳送”給患者，并且把來自患者的結(jié)果阻力反應(yīng)信號回送給醫(yī)師的HCU 100。通過使用軟件和醫(yī)師的HCU 100來“選擇”要加壓的適當(dāng)?shù)母采w單元404，可以檢查PEM 400的范圍內(nèi)的身體的不同部分。軟件發(fā)送適當(dāng)命令，以打開與選定的單元404相對應(yīng)的閥門414。選定單元404的數(shù)目與醫(yī)師希望“按壓”以得出患者對外加的“手”壓的反應(yīng)的患者的身體區(qū)域一致。另外，醫(yī)師可以獨(dú)立選擇能夠向該用戶回送返回壓力數(shù)據(jù)的單元或身體區(qū)域。盡管在許多情況中被加壓的單元也會(huì)向醫(yī)師的HCU 100回送返回壓力數(shù)據(jù)信號，但是對于某些檢查功能而言，最好加壓一組單元而接收不同單元的反應(yīng)。
同時(shí)，可以設(shè)想安裝、配置第二HCU，以便在第一HCU的對面容納(另一只)手，其中醫(yī)師使用一只手向患者的某一部位施加壓力(通過第一HCU和PEM)，而另一只手接收該患者的不同部位的壓力反應(yīng)(通過第二HCU)。
計(jì)算機(jī)軟件控制用于醫(yī)師的HCU 100的各種功能、PEM 200或400、系統(tǒng)力學(xué)和通信協(xié)議的命令。HCU 100的功能包括單元選擇功能，用于激活需要激活的特殊單元或單元組，并且激活用來傳送結(jié)果返回信號的單元。同時(shí)，該軟件能夠指派醫(yī)師的HCU 100的特殊壓力反應(yīng)襯墊作為用來傳輸醫(yī)師的壓力信號的發(fā)送襯墊，以及用來向醫(yī)師回傳患者數(shù)據(jù)的接收襯墊。
同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)軟件跟蹤醫(yī)師的HCU 100相對于患者身體的空間方位?？梢越忉孒CU 100的運(yùn)動(dòng)，并發(fā)送給PEM 200或400，以模擬手在患者的身體上的運(yùn)動(dòng)。另外，可以安裝解剖數(shù)據(jù)庫，以提供正在檢查的特定身體部位的截面解剖和三維透視圖。
該軟件把醫(yī)師向HCU 100施加的實(shí)際壓力反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號。信號和信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)化、校準(zhǔn)和實(shí)時(shí)監(jiān)控是典型的程序功能。該軟件還負(fù)責(zé)電信號轉(zhuǎn)換以及從HCU 100到PEM 200或400的傳輸?shù)膫鬏攨f(xié)議，反之亦然。傳輸協(xié)議包括陸基和非陸基通信平臺上的信號傳輸。所有的泵和閥門命令，包括泵艙加壓，與手控部件施加的實(shí)際壓力的等值量值關(guān)聯(lián)的回傳給適當(dāng)加壓命令的電信號的校準(zhǔn)和轉(zhuǎn)換，以及選定閥門的打開/關(guān)閉狀態(tài)也是由該設(shè)備軟件控制的。
圖9說明用于本發(fā)明的機(jī)電和氣動(dòng)/液壓實(shí)施方式的設(shè)備功能的一般處理流程圖。通過使用HCU 100，醫(yī)師選擇需要激活的與手工檢查區(qū)域相對應(yīng)的單元202或404下面的感興趣區(qū)域。通過經(jīng)由感覺調(diào)節(jié)子組件140向HCU 100施加壓力，生成通過信號處理器130和模數(shù)轉(zhuǎn)換器132發(fā)送給醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160的信號，接著，計(jì)算機(jī)160發(fā)送計(jì)算機(jī)命令，以激活HCU 100的壓力信號指向的感興趣區(qū)域下面的PEM 200或400的感覺調(diào)節(jié)子組件240或440。然后激活與該用戶希望在施加壓力刺激后進(jìn)行“觸摸”的患者的區(qū)域相對應(yīng)的壓力換能器244或444。該命令激活接收單元的壓力換能器244或444，從而可以向醫(yī)師的HCU 100回傳輸出信號。
接著，醫(yī)師通過使用指尖、近側(cè)手掌和遠(yuǎn)側(cè)手掌表面的任意組合(從單個(gè)指尖到整個(gè)手掌表面)直接按壓HCU 100的感覺調(diào)節(jié)子組件140，生成所需的與他或她在手工檢查患者期間施加的作用力相等的輸入壓力刺激。外加力隨個(gè)體、環(huán)境情況和正在檢查的患者的區(qū)域而變化。壓力換能器144檢測醫(yī)師對HCU 100的感覺調(diào)節(jié)子組件140施加的壓力，并轉(zhuǎn)換為電輸出信號。把電輸出信號發(fā)送到信號處理器130，并且把處理后的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號132。然后把數(shù)字信號輸入到醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160。
在醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160中，軟件程序負(fù)責(zé)HCU 100和PEM 200或400的各種發(fā)送和接收部分之間的鏈接系統(tǒng)通路的軟件命令；用戶端和患者端設(shè)備的信號處理器130、138，壓力換能器144、244、444，活塞電阻器148，以及可變壓力生成設(shè)備248的校準(zhǔn)，以及把HCU 100的電輸入信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的PEM 200、400的電輸出信號。如果PEM400使用泵浦系統(tǒng)，則需要校準(zhǔn)介質(zhì)加壓貯存器418內(nèi)的壓力傳感器(未示出)。醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160經(jīng)由通信系統(tǒng)312向遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)260傳送PEM 200、400電信號和有關(guān)軟件命令。作為選擇，患者端(即，遠(yuǎn)端)可以使用位于PEM 200或400附近的獨(dú)立的命令控制箱300。利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的后處理308，把數(shù)字壓力生成信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號310，接著，傳送給PEM 200或400的適當(dāng)?shù)念A(yù)先選擇的壓力生成設(shè)備。PEM 200或400向患者施加定向作用力，后者是以用戶或醫(yī)師向HCU 100施加的作用力為基礎(chǔ)的。
對于PEM 400，該軟件負(fù)責(zé)接收HCU 100的每個(gè)活動(dòng)區(qū)域的輸入電信號，估計(jì)施加到HCU 100的各個(gè)部分的每個(gè)輸入壓力的對應(yīng)數(shù)值，并將該信息轉(zhuǎn)換為特殊的泵浦命令。然后向位于患者的遠(yuǎn)程位置的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)260傳送壓力命令，或者直接傳送到先前描述的PEM400的命令控制箱300。接著，PEM 400激活泵浦機(jī)制，對加壓艙418進(jìn)行加壓，以便達(dá)到與醫(yī)師直接施加到HCU 100上的壓力相等的輸出壓力。利用壓力傳感器監(jiān)控艙418的內(nèi)部壓力，直至達(dá)到所需的輸入壓力，壓力傳感器提供是繼續(xù)泵送還是停止泵送的連續(xù)反饋。經(jīng)由入口/出口線410，借助打開的施壓閥414，把加壓艙418中的加壓介質(zhì)輸送到每個(gè)選定的單元404中。加壓介質(zhì)流入選定單元404中，增加單元的容積，并且內(nèi)部單元壓力與醫(yī)師在HCU 100施加的作用力一致。
PEM 200或400向患者施加的向下力將引起患者的逆反應(yīng)，其范圍從被檢查區(qū)域根據(jù)沒有阻力并且進(jìn)一步凹陷直至很大阻力，即“腹壁緊張”。單元壓力換能器244或444將檢測響應(yīng)來自激活單元的外加力的患者的阻力。
把PEM 200或400的激活壓力換能器244或444檢測的機(jī)械阻力反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號，回傳給命令控制箱300或位于患者位置的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)260。如上所述，對于輸入命令集，該模擬電信號需要處理308并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號310。經(jīng)由通信系統(tǒng)312，把該數(shù)字信號回傳給醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160。如上所述，對于HCU 100的輸出信號，軟件程序負(fù)責(zé)接收PEM 200或400的每個(gè)活動(dòng)區(qū)域的輸入數(shù)字電信號，估計(jì)每個(gè)PEM 200或400的輸出壓力的對應(yīng)量值，并將其轉(zhuǎn)換為相等的數(shù)字HCU 100的阻力信號。接著，將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相等的模擬電信號132，進(jìn)行后處理130，并指向HCU 100的適當(dāng)?shù)念A(yù)先選擇的活塞電阻器。活塞電阻器148在HCU 100中生成的輸出阻力等于患者響應(yīng)HCU 100的輸入壓力刺激生成的反應(yīng)壓力。
活塞電阻器148提供的逆阻力，將為醫(yī)師提供患者對施加到該患者的解剖體的選定區(qū)域上的壓力的反應(yīng)的觸覺模擬。該系統(tǒng)是實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的，從而醫(yī)師可以在預(yù)先選擇的單元區(qū)域內(nèi)連續(xù)模擬解除按壓或部分解除按壓手法。該設(shè)備的三個(gè)關(guān)鍵組成部分是醫(yī)師手控部件，計(jì)算機(jī)軟件和提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)作反應(yīng)反饋環(huán)系統(tǒng)的患者檢查模塊。醫(yī)師可以解釋該醫(yī)師施加的壓力和緊靠手控部件的醫(yī)師的手感覺到的患者的阻力反應(yīng)之間的差異阻力，并用于醫(yī)療決策。
圖10A-10C表示首選實(shí)施方式中用軟件控制的整個(gè)處理的流程圖。用戶(通常為醫(yī)師)首先登錄500系統(tǒng)?？衫萌魏纬Ｒ?guī)方法來提供登錄機(jī)制，例如包括HCU中生物特征掃描儀(即，指紋閱讀器，未示出)，或者在醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160中提供的更常規(guī)的用戶識別和密碼請求。接著，該軟件查詢502系統(tǒng)日期和時(shí)間，建立506與PEM的連接并且檢查HCU和PEM的狀態(tài)，并建立506它們之間的必要通信鏈路。在首選實(shí)施方式中，利用醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160訪問508第一數(shù)據(jù)庫，以獲取HCU和PEM組件的各種校準(zhǔn)系數(shù)，組件如壓力換能器和壓力生成設(shè)備(線性致動(dòng)器)。由該軟件執(zhí)行510各種其它初始化功能，這些功能包括建立壓力換能器的采樣率，初始化并校準(zhǔn)組件(例如，建立壓力換能器的“零壓力”標(biāo)準(zhǔn))。
然后輸入512患者標(biāo)識和生物特征信息，以核對用于病史檔案的患者的身份，并建立對檢查有幫助的基準(zhǔn)參數(shù)，如患者的全身尺寸和年齡。接著，醫(yī)師選擇514需要檢查的解剖部位。在首選實(shí)施方式中，訪問516解剖數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包括要檢查的解剖部分的靜態(tài)圖片或動(dòng)畫?？梢栽O(shè)想，除了與要檢查的解剖部分有關(guān)的一般信息之外，本發(fā)明的實(shí)施方式可以使用患者的醫(yī)療和生物特征信息，以調(diào)整各種系統(tǒng)參數(shù)，如壓力換能器和線性致動(dòng)器的靈敏度。醫(yī)師然后選擇518將向PEM提供輸出信號的HCU的部分，選擇520接收PEM的反饋壓力的HCU的部分，選擇522接收HCU的壓力信號的PEM的單元，以及選擇524向HCU回送壓力信號的PEM的單元?？梢灶A(yù)料在大部分應(yīng)用中，活動(dòng)HCU部分和激活的PEM單元之間有一一對應(yīng)，例如，HCU感覺調(diào)節(jié)子組件向PEM單元發(fā)送壓力信號，并接收來自同一PEM單元的壓力信號。然而，能夠分離發(fā)送和接收信號的能力可以為該系統(tǒng)提供附加功能性。本發(fā)明考慮不能分離HCU輸入和輸出壓力信號的系統(tǒng)。
同時(shí)，該軟件可以協(xié)調(diào)526 HCU的激活部分的位置與PEM，從而該系統(tǒng)可以跟蹤HCU的運(yùn)動(dòng)，類似于移動(dòng)鼠標(biāo)，以使被激活的PEM單元發(fā)生相應(yīng)改變。在對該系統(tǒng)應(yīng)用任何作用力之前，可以應(yīng)用528預(yù)定的作用力變更功能，如作用力放大/擴(kuò)大或HCU和PEM輸出信號的縮減/最小化。用戶向HCU施加530作用力，該壓力信號在壓力換能器144(HCU-P1)中生成532低安培信號，將該信號發(fā)送到信號處理器以生成534相應(yīng)的高安培信號，然后轉(zhuǎn)換為536數(shù)字信號(D-HCU-P1)。使用D-HCU-P1生成538用于PEM的數(shù)字壓力信號(D-PEM-P1)，并且從醫(yī)師的計(jì)算機(jī)160傳送540到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)260。然后把D-PEM-P1壓力信號轉(zhuǎn)換為542低安培模擬信號(PEM-P1)，將該信號應(yīng)用于PEM的可變壓力生成設(shè)備248，并且向患者施加546相應(yīng)的作用力。
利用選定的PEM單元來檢測548患者的阻力反應(yīng)，從而生成550壓力反應(yīng)信號(PEM-P2)，處理該信號以生成552高安培信號并進(jìn)行數(shù)字化554(D-PEM-P2)。使用D-PEM-P2壓力信號生成556用于HCU的相應(yīng)數(shù)字壓力信號，從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)傳送558到醫(yī)師的計(jì)算機(jī)，并轉(zhuǎn)換為560模擬信號，向適當(dāng)?shù)腍CU的活塞類型的可變電阻器148提供562該信號，以便在HCU中生成響應(yīng)作用力。如果檢查完成566，則該系統(tǒng)復(fù)位，以便允許醫(yī)師開始檢查該患者的解剖體的不同部位。否則，醫(yī)師可以施加附加作用力并檢查患者的附加反應(yīng)。
盡管該過程是從優(yōu)選實(shí)施方式的觀點(diǎn)來描述的，但是對一般技術(shù)人員而言，對上述過程作出各種變更是顯而易見的。例如，以下實(shí)施方式是可行的，其中來自壓力換能器的壓力信號的可用的，無需預(yù)處理為高安培信號，或者壓力換能器可以與積分A-D轉(zhuǎn)換器一起使用，從而直接生成數(shù)字信號。作為選擇，可以把HCU和PEM直接連接到通用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中用戶和患者非常接近。顯然，無需解剖數(shù)據(jù)庫提供附加功能性，也可實(shí)施本發(fā)明。另外，對于一般技術(shù)人員而言，顯然可以修改圖10A-10C所示的處理流程，以適應(yīng)以上描述的PEM的液壓或氣動(dòng)實(shí)施方式。
HCU 100是用來模擬位于偏遠(yuǎn)位置的患者的身體檢查的。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用包括在敵對環(huán)境中對患者進(jìn)行檢查的能力，敵對環(huán)境如深海、太空、戰(zhàn)場環(huán)境、偏遠(yuǎn)位置和/或高山/叢林探險(xiǎn)。本發(fā)明也適合于非醫(yī)學(xué)和/或娛樂用途，此時(shí)個(gè)體希望檢查、感受或引起位于偏遠(yuǎn)位置的另一個(gè)個(gè)體、實(shí)體或物體的觸覺反應(yīng)。
便攜形式可以應(yīng)用于諸如車間內(nèi)的醫(yī)療救護(hù)站，因此患者無需丟下工作前往醫(yī)師的診所。
同時(shí)，可以設(shè)想隨著進(jìn)行手術(shù)的自動(dòng)工具的使用越來越多，可以直接修改本發(fā)明，以便在使用自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)時(shí)為醫(yī)師提供觸覺反饋。
便攜形式也可以應(yīng)用于家庭，例如，可以消除呼叫器，診所出診，甚至需要幾小時(shí)的旅途勞頓后才能到達(dá)急診室。此種效率會(huì)顯著影響總的衛(wèi)生保健費(fèi)用。
需要觸覺信息的所有應(yīng)用或非鄰接位置中的個(gè)體需要的物理結(jié)構(gòu)的三維觸覺建模均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
同時(shí)，本發(fā)明適合于在不借助物體和盲人之間的實(shí)際體接觸的情況下，增強(qiáng)視力受損者傳達(dá)或模擬物體之感覺的能力。
第一備選實(shí)施方式參照圖11，該圖表示根據(jù)本發(fā)明形成的模擬器組件600的第一備選實(shí)施方式。該備選實(shí)施方式提供用來記錄和回放身體檢查的觸覺部分的能力。如下所述，模擬器組件600企圖把身體檢查的觸覺部分記錄到病史檔案中，并且例如為會(huì)診醫(yī)生、保險(xiǎn)醫(yī)師、患者、法醫(yī)情景、研究、教學(xué)、患者信息等進(jìn)行重放。模擬器組件600包括與體形回放模塊602相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)628。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)628包括其上存儲有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622的光盤626(以下稱為CD)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622用數(shù)字表示身體檢查的觸覺部分，如使用以上描述的HCU 100或PEM200進(jìn)行的檢查。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)628還包括一個(gè)控制器，如眾所周知的計(jì)算機(jī)606，后者具有能夠控制校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換、建模和/或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622之傳送的計(jì)算機(jī)軟件。公知電纜612用信號通信的方式連接上述組件。
運(yùn)行時(shí)，模擬器組件600的所示實(shí)施方式允許在體形回放模塊602上回放預(yù)先記錄或存儲的根據(jù)先前的檢查導(dǎo)出的、另存為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622的數(shù)字觸覺數(shù)據(jù)。因此，可以使用體形回放模塊602來表現(xiàn)或重建在很久以前或者在遠(yuǎn)處檢測的人或物的實(shí)際身體特征。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622是身體檢查的數(shù)字表示。更準(zhǔn)確地說，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622最好描述在借助先前描述的實(shí)施方式的HCU和PEM進(jìn)行身體檢查期間激活的壓力傳感器、光學(xué)編碼器、馬達(dá)控制、活塞類型的可變電阻器、氣動(dòng)裝置、微控制器等之間的一系列復(fù)雜交互作用。此外，在進(jìn)行最初的檢查時(shí)，利用技術(shù)人員熟知的方法，記錄用于描述上述HCU和PEM的壓力傳感器、光學(xué)編碼器、馬達(dá)、活塞類型的可變電阻器、氣動(dòng)裝置和微控制器等之間的交互作用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以創(chuàng)建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622。
可以在任何公知數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲介質(zhì)上記錄或存儲以上數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，存儲介質(zhì)如CD 626、數(shù)字視盤(以下稱為DVD)、光盤、軟盤、磁帶或目前已知或尚在開發(fā)的任何其它類型的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，由此構(gòu)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622。借助存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622，醫(yī)師用戶現(xiàn)在具有適合于用來重建檢查結(jié)果和患者特征的信息，該信息用于以下目的，如醫(yī)療文獻(xiàn)，出院轉(zhuǎn)到隨叫隨到醫(yī)師時(shí)的繼續(xù)護(hù)理，或者作為用于醫(yī)科學(xué)生、居民、患者和研究的教學(xué)工具。
請注意，對熟練技術(shù)人員而言，在進(jìn)行身體檢查時(shí)完成的活動(dòng)和動(dòng)作的準(zhǔn)確順序是眾所周知的，因此不再詳細(xì)描述。同時(shí)，盡管在所示實(shí)施方式中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列最好是通過記錄實(shí)際檢查期間獲取的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而獲得的，但是對熟練技術(shù)人員，顯然存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622可以是利用任何合適的公知方法導(dǎo)出的，例如，利用計(jì)算機(jī)建立因特殊疾病引起的身體的不同部分的期望觸摸阻力的模型，如因闌尾炎引起的腹部堅(jiān)硬。
在所示實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)軟件可以取出存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622，重新建立來自醫(yī)師的HCU 100的不同部分的施加壓力值和來自PEM 200的相應(yīng)反應(yīng)的序列。相對于正在檢測的身體的特定部分上面的時(shí)間和位置，利用軟件系統(tǒng)來映射該作用反應(yīng)響應(yīng)的順序模式。通過讀取最初檢查期間使用的原始PEM組件的簽名，確定解剖位置特性。
概念上，該過程包括開發(fā)患者的動(dòng)態(tài)3D模型。該軟件首先根據(jù)存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622確定與HCU一起使用的PEM部件。接著，該軟件建立所檢查的身體部分的圖形表示(根據(jù)使用的特定區(qū)域的PEM)，并順序重放數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件622內(nèi)存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。把輸入壓力值，作為時(shí)間之函數(shù)的壓力(壓力分布)，沖程運(yùn)動(dòng)值，以及根據(jù)最初施加的壓力記錄的HCU的觸覺表面的組件運(yùn)動(dòng)速度，映射到該數(shù)據(jù)指向的由外加力激活的原始PEM的特定區(qū)域。同時(shí)，相對于以上描述的參數(shù)，轉(zhuǎn)換由于施加到HCU的作用力引起的PEM檢測的并發(fā)作用力反應(yīng)。
由于每個(gè)PEM都是由一系列小的子組件組成的，所以已經(jīng)建立了可以映射作用力和壓力數(shù)據(jù)的網(wǎng)格模式。然后沿著感興趣的解剖體的特定區(qū)域，映射施加到HCU的一系列作用力和PEM的反應(yīng)響應(yīng)。通過重放該檢查的序列，可以確定該檢查的作用力和壓力分布圖，并且可以創(chuàng)建所檢查的人或物的下層特征的模型。從與體形回放模塊602直接相連的計(jì)算機(jī)606中，將該數(shù)據(jù)下載到體形回放模塊602，或者通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，并下載到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或體形回放模塊602。
在計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域中，通信網(wǎng)絡(luò)是眾所周知的。按照定義，網(wǎng)絡(luò)是用通信設(shè)備或鏈路連接起來的一組計(jì)算機(jī)和關(guān)聯(lián)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)通信可以是永久性的，如利用電纜，也可以是臨時(shí)性的，如通過電話或無線鏈路實(shí)現(xiàn)的連接。網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?？梢宰兓?，從由幾臺計(jì)算機(jī)或工作站以及關(guān)聯(lián)設(shè)備組成的局域網(wǎng)(LAN)；到互連地理位置分散的計(jì)算機(jī)和LAN的廣域網(wǎng)(WAN)；再到經(jīng)由臨時(shí)通信鏈路互連遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程接入服務(wù)(RAS)。反過來，因特網(wǎng)系指利用方便數(shù)據(jù)傳送和不同網(wǎng)絡(luò)之轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)或路由器，連接眾多同構(gòu)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)在參照圖11-13并且專注于體形回放模塊602，體形回放模塊602是按照與使用PEM檢查的解剖體一致的三維(3D)實(shí)體模型成形的。例如，可以使體形回放模塊602成形以模擬整個(gè)身體，或感興趣的任何部分，如胸腔、腹部、頭、頸、手臂、手、腿、腳、骨盆或手指。使體形回放模塊602的所示實(shí)施方式成形，以模擬人體的腹部。盡管最好使用與最初檢查使用的PEM的解剖體一致的體形回放模塊602，但是也可以選擇使用普通體形回放模塊。
在所示實(shí)施方式中，體形回放模塊602是用諸如凝膠、尼龍、橡膠、硅或軟塑料基質(zhì)之類的柔軟的半柔順材料模壓的。每個(gè)體形回放模塊602最好包括用來模擬皮膚表面618的一個(gè)有彈性的外部接觸面。
體形回放模塊602包括單元632的陣列630。單元632類似于以上描述的HCU 100和PEM 200的單元204。盡管以上描述的感覺調(diào)節(jié)子組件506檢測并生成作用力，但是對熟練技術(shù)人員而言，顯然可以選擇構(gòu)造本實(shí)施方式的單元632以便僅僅施加作用力，而無需檢測作用力?？梢岳么祟悩?gòu)造來靜態(tài)表現(xiàn)身體的外形或狀態(tài)，如由于肋骨骨折而引起的腹腔變形。
可以選擇體形回放模塊602的外形尺寸以及每個(gè)體形回放模塊602內(nèi)的單元632的數(shù)目，以適應(yīng)所需的應(yīng)用。每個(gè)單元632最好直接與對應(yīng)PEM 200內(nèi)的單元204的尺寸和位置關(guān)聯(lián)。當(dāng)然，單元632的活動(dòng)通常與PEM單元204的活動(dòng)相反。概念上，如果使用照相底片處理作類比的話，PEM代表負(fù)片，而體形回放模塊602代表(正片)照片。
現(xiàn)在參照圖13，每個(gè)單元632包括深度為幾毫米的一個(gè)空腔634，空腔的大小和尺寸與對應(yīng)PEM中的感覺調(diào)節(jié)子組件一致。每個(gè)空腔634中裝有一個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件636。感覺調(diào)節(jié)子組件636的頂部包括一個(gè)平板638，后者是用諸如硅橡膠、軟塑料基質(zhì)或其它合適材料之類的模擬皮膚材料構(gòu)成的，其它合適材料包括天然、人造或生物材料(人造的、模擬的、人工培養(yǎng)的或工程皮膚細(xì)胞或代用品)。每個(gè)平板638最好類似于指尖大小。為了增加該設(shè)備的靈敏度和功能性，可以細(xì)分每個(gè)單元632，并且每個(gè)空腔634可以代表一組更小的功能感覺調(diào)節(jié)子組件。
現(xiàn)在詳細(xì)描述典型的感覺調(diào)節(jié)子組件636。子組件636包括內(nèi)嵌在模擬皮膚的平板638內(nèi)的一個(gè)單向壓力換能器640。換能器640的工作面642或受壓面朝上，即，面對用戶的手的方向。確定換能器640的定向，從而來自用戶的輸入壓力面對壓力換能器640的工作面642。
接著，把帶有內(nèi)嵌壓力換能器640的模擬皮膚的平板642安裝到支撐平臺644上，后者是用諸如金屬或塑料之類的剛性材料構(gòu)成的。支撐平臺644的底面連接有可變壓力生成設(shè)備，在所示實(shí)施方式中，該設(shè)備為單通道活塞類型的可變電阻器646?；钊娮杵?46依據(jù)從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)628那里接收的響應(yīng)信號，相對于模擬皮膚的平板638的底面提供逆壓或阻力。包括平板638、壓力換能器640、支撐平臺644和活塞電阻器646在內(nèi)的每個(gè)單元632的所有組件均位于各單元空腔634內(nèi)，并由該空腔支撐。在各空腔634內(nèi)提供洞孔648，以插入活塞電阻器646的自由活動(dòng)端。在公開的實(shí)施方式中，選擇洞孔648的尺寸，從而支撐平臺644稍稍高出空腔634的下表面，因此用戶感受到的唯一阻力是模擬皮膚平板638自身的阻力。
各單元632最好包括布置在支撐平臺644和模擬皮膚平板638的底面的分界面上的第二壓力換能器650。第二壓力換能器650的優(yōu)選定向是，其工作面652面對遠(yuǎn)離模擬皮膚平板638的底面654的方向。第二壓力換能器650的功能是監(jiān)控內(nèi)部阻力，并且確定是否在每個(gè)單元632內(nèi)保持適量的驅(qū)動(dòng)力。使用該數(shù)據(jù)的目的是，當(dāng)例如用用戶的手605觸摸和操縱體形回放模塊的表面時(shí)，確保創(chuàng)建適當(dāng)?shù)淖枇δＪ健?br> 作為選擇，通過使用能夠在各單元632內(nèi)生成并保持選定作用力和壓力分布的線性致動(dòng)器、馬達(dá)和或光學(xué)編碼器系統(tǒng)，而不是活塞電阻器系統(tǒng)，可以構(gòu)建各單元632。例如，參照圖14，可以利用機(jī)械致動(dòng)系統(tǒng)680取代圖13中的活塞電阻器646。機(jī)械致動(dòng)系統(tǒng)680包括線性致動(dòng)器656，后者包含能夠驅(qū)動(dòng)線性齒條688的步進(jìn)馬達(dá)684。步進(jìn)馬達(dá)684包括用于嚙合并沿其長度方向選擇驅(qū)動(dòng)齒條688的齒輪686。齒條688的頂部連接支撐平臺644。因此，正如熟練技術(shù)人員理解的那樣，可以選擇控制步進(jìn)馬達(dá)684，以便以線性方式驅(qū)動(dòng)齒條688和連接的支撐平臺644，由此調(diào)節(jié)向平板638的底面施加的壓力或阻力。施加的壓力或阻力依賴于從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)那里接收的響應(yīng)信號。盡管所示實(shí)施方式描述了線性致動(dòng)器656的特定實(shí)施方式，但是對熟練技術(shù)人員而言，能夠以線性方式驅(qū)動(dòng)支撐平臺644的該領(lǐng)域中熟知的其它線性致動(dòng)器顯然能夠與本發(fā)明一起使用。
機(jī)械致動(dòng)系統(tǒng)680最好包括一個(gè)光學(xué)編碼器682。光學(xué)編碼器682包括一個(gè)齒輪690，布置齒輪690與齒條688嚙合，從而齒條688的任何線性運(yùn)動(dòng)均會(huì)引起齒輪690的相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，可使用光學(xué)編碼器682來監(jiān)控齒條688的位置，進(jìn)而間接監(jiān)控平板638的外表面的接觸面上的作用力。
現(xiàn)在參照圖11-15，本發(fā)明可以考慮其它感覺調(diào)節(jié)子組件構(gòu)造。例如，各單元中安裝有單個(gè)或多個(gè)多通道壓力換能器或電阻器的感覺調(diào)節(jié)子組件適合本發(fā)明使用。在此類構(gòu)造中，通過計(jì)算單個(gè)或多個(gè)多通道壓力換能器或電阻器施加的作用力的總和，確定壓力或阻力的絕對變化。
參照圖11，經(jīng)由常規(guī)電纜612，把所示實(shí)施方式的體形回放模塊602連接到最終用戶的計(jì)算機(jī)606。
參照圖15，該圖表示適合上述模擬器組件使用的單元700的備選實(shí)施方式。在該備選實(shí)施方式中，單元700利用諸如空氣、水、電化學(xué)凝膠或液壓流體之類的加壓流體介質(zhì)，以線性方式移動(dòng)支撐平臺722。
各單元700包括一個(gè)膨脹室702，膨脹室702帶有一個(gè)雙功能入口/出口線704，從而允許加壓流體介質(zhì)的流入和流出。閥門706調(diào)節(jié)加壓流體介質(zhì)流入膨脹室702和從膨脹室702中流出。各單元700還包括一個(gè)第一單通道壓力換能器708和一個(gè)第二單通道壓力換能器710。確定第一換能器708的方向，使其工作面面對膨脹室702的向外方向，并確定第二換能器710的方向，使其工作面面對膨脹室702的向內(nèi)方向。壓力換能器708和710的功能是，保持所需的膨脹室702壓力，以模擬檢查期間在身體區(qū)域的特定部位感覺到的阻力，同時(shí)監(jiān)控并記錄用戶施加的觸摸壓力。
最好把每個(gè)單元700的入口/出口線704連接到用于存儲加壓流體介質(zhì)的貯存艙716。閥門706調(diào)節(jié)加壓流體介質(zhì)在每個(gè)單元700的膨脹室702和貯存艙716之間的流動(dòng)。流入膨脹室702引起膨脹室702膨脹，從而增加模擬阻力。同樣，從膨脹室702中流出引起膨脹室702收縮，從而降低模擬阻力。
加壓組件712包括常規(guī)加壓設(shè)備，例如與貯存艙716相連的用于向貯存艙716提供加壓流體介質(zhì)的泵714。最好把加壓組件712和有關(guān)控制硬件直接集成到體形回放模塊中，盡管它可以在該模塊的外部。
例如，使用空氣作為加壓流體介質(zhì)的體形回放模塊可以使用半封閉的電路設(shè)計(jì)，其中泵714把體形回放模塊外部的空氣吸入到布置在單元700的陣列下面的貯存艙716中。在優(yōu)選實(shí)施方式中，在貯存艙716中布置許多閥門706，其中每個(gè)單元700具有與每個(gè)單元700的膨脹室702關(guān)聯(lián)的單一閥門706。因此，可以選擇激活閥門706，以控制加壓流體介質(zhì)在貯存艙716和每個(gè)單元的膨脹室702之間的流動(dòng)。因此，單一貯存艙716經(jīng)由居間閥門706直接與各膨脹室702相通。
最好把壓力調(diào)節(jié)電路718集成到貯存艙716中，以檢測內(nèi)艙壓力，并向控制器720傳輸該信息，以便保持所需的貯存艙壓力。在使適當(dāng)膨脹室702加壓后，實(shí)現(xiàn)所需的貯存艙716壓力(與HCU施加的壓力信號一致)，并經(jīng)由控制器720向HCU回傳作為結(jié)果的患者響應(yīng)信號。如果需要的話，把貯存艙716中的介質(zhì)排到大氣中，以降低貯存艙716中包含的加壓介質(zhì)的壓力。使用液壓加壓流體介質(zhì)的體形回放模塊包括一個(gè)自持的封閉流體系統(tǒng)電路，根據(jù)上述公開，此類構(gòu)造對熟練技術(shù)人員是顯而易見的。
參照圖11，體形回放模塊602的功能是，重建通過使用上述HCU和PEM導(dǎo)出和記錄的阻力和壓力的內(nèi)部模式，以便為用戶提供在很久以前或者從遠(yuǎn)處感覺到的患者身體的某一部位的觸感的當(dāng)前現(xiàn)場再現(xiàn)。隨后可以實(shí)際操縱體形回放模塊602，例如，另一個(gè)用戶感覺在最初檢查期間檢查者感覺到的模擬觸感。
盡管本發(fā)明的上述實(shí)施方式是從用于說明目的的特定醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面描述的，但是相關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，所公開的第一備選實(shí)施方式的本質(zhì)是說明性的，不應(yīng)該解釋為其應(yīng)用限定在重建與身體檢查有關(guān)的實(shí)際生理發(fā)現(xiàn)。因此，對熟練技術(shù)人員而言，顯然該備選實(shí)施方式有廣泛應(yīng)用，并且可以在需要觸覺信息的情況中使用，或者在非鄰接位置的個(gè)體需要對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模時(shí)使用。例如，根據(jù)本發(fā)明形成的實(shí)施方式適合于在非醫(yī)學(xué)應(yīng)用中使用，例如在科學(xué)應(yīng)用(如考古學(xué)或生物學(xué))中使用，此時(shí)現(xiàn)場科學(xué)家可能需要或希望向其上級組織的同事回傳其發(fā)現(xiàn)/工作的觸覺性質(zhì)。因此，根據(jù)本發(fā)明形成的實(shí)施方式適合于與除人體之外的非生命體項(xiàng)目一起使用。
第二備選實(shí)施方式在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，把適合娛樂行業(yè)使用的觸覺數(shù)據(jù)集成到娛樂媒介中，例如把觸覺引入預(yù)先錄制的電影、音頻和視頻格式的DVD、CD、計(jì)算機(jī)游戲以及TV廣播中。參照圖16，該圖表示觸覺回放組件800。觸覺回放組件800包括回放設(shè)備802，多通道控制器804，以及交互式壓力回放外衣806。
本實(shí)施方式的回放設(shè)備802的外觀和操作類似于DVD播放器。然而，熟練技術(shù)人員可以理解，回放設(shè)備802可以采取能夠?qū)⒗鐢?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之類的存儲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為供交互式壓力回放外衣806使用的控制信號的各種合適形式。例如，能夠接受諸如CD、數(shù)字磁帶DAT、MP3文件、硬盤單元之類的媒體存儲設(shè)備，并且能夠轉(zhuǎn)換其上存儲的數(shù)字編碼的觸覺數(shù)據(jù)以傳輸給消費(fèi)者/用戶穿戴的交互式壓力回放外衣806的任何回放設(shè)備802，均可以與本發(fā)明一起使用。交互式壓力回放外衣806的構(gòu)造和操作類似于上述實(shí)施方式描述的PEM設(shè)備。交互式壓力回放外衣806可以按所示方式覆蓋用戶的整個(gè)身體，或者僅僅覆蓋該用戶的一部分，如胸腔、腹部、手臂、手、腿、腳等。
運(yùn)行時(shí)，交互式壓力回放外衣806接收回放設(shè)備802發(fā)送的用數(shù)字方式編碼的觸覺數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸入信號，以驅(qū)動(dòng)布置在交互式壓力回放外衣806中的單元808的陣列中安裝的眾多可變壓力生成設(shè)備。選擇激活壓力生成設(shè)備以便向穿戴交互式壓力回放外衣806的用戶施加所需的作用力或觸感。壓力生成設(shè)備在上文描述，因此不再贅述。然而，可以理解，可以簡化交互式壓力回放外衣806，從而外衣806的單元僅能施加作用力，而無需檢測作用力。因此，如果需要經(jīng)過簡化的交互式壓力回放外衣806的話，則可以消除上文描述的一個(gè)壓力換能器。
觸覺回放組件800允許對觸覺信息進(jìn)行編碼，并集成到現(xiàn)有音頻和視頻信息中，然后應(yīng)用于所有形式的娛樂媒介，包括計(jì)算機(jī)游戲、電影以及基于因特網(wǎng)的音頻/視頻傳輸。例如，通過把觸覺事件數(shù)據(jù)集成到DVD電影中，消費(fèi)者可以體驗(yàn)所播放的動(dòng)作的某些觸感。例子包括，在恐怖或神秘事故中，能夠感到從他們的后面放到某個(gè)人物的肩膀上的手，能夠感到動(dòng)作片中的人物遭受的拳打或腳踢。正如熟練技術(shù)人員理解的那樣，可以把類似應(yīng)用集成到計(jì)算機(jī)游戲和其它形式的娛樂媒介中。正如熟練技術(shù)人員理解的那樣，回放設(shè)備802可以操作，以便通過通信網(wǎng)絡(luò)向位于非鄰接位置的回放外衣806傳輸數(shù)據(jù)。
第三備選實(shí)施方式參照圖17，以觸覺記錄組件850的方式描述根據(jù)本發(fā)明形成的第三備選實(shí)施方式。觸覺記錄組件850包括記錄設(shè)備852，多通道控制器854，以及交互式壓力記錄外衣856。
記錄設(shè)備852把從交互式壓力記錄外衣856那里接收的數(shù)字編碼的觸覺數(shù)據(jù)存儲到媒體存儲設(shè)備上。所示實(shí)施方式的記錄設(shè)備852的外觀和操作類似于DVD錄像機(jī)。在優(yōu)選用途中，用戶(如男演員或特級演員)穿戴交互式壓力記錄外衣856。然后用外力(如第二個(gè)男演員或特級演員)撞擊交互式壓力記錄外衣856。利用借助信號通信與交互式壓力記錄外衣856相連的記錄設(shè)備852，記錄向交互式壓力記錄外衣856施加的觸覺作用力。因此，可以創(chuàng)建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件，然后利用圖16描述的備選實(shí)施方式的交互式壓力回放外衣806上的回放設(shè)備802進(jìn)行回放。
運(yùn)行時(shí)，交互式壓力記錄外衣856接收安裝在單元858的陣列內(nèi)的眾多感覺調(diào)節(jié)子組件上的觸覺作用力，將接收的觸覺作用力轉(zhuǎn)換為輸出信號，然后將該輸出信號發(fā)送到多通道控制器854。感覺調(diào)節(jié)子組件能夠生成量值可變的輸出信號，從而輸出信號的量值與施加到感覺調(diào)節(jié)子組件上的觸覺作用力的量值關(guān)聯(lián)。多通道控制器854處理從交互式壓力記錄外衣856那里接收的信號，并將經(jīng)過處理的信號傳輸?shù)接涗浽O(shè)備852進(jìn)行存儲。交互式壓力記錄外衣856的感覺調(diào)節(jié)子組件的構(gòu)造和操作類似于以上實(shí)施方式描述的PEM設(shè)備的感覺調(diào)節(jié)子組件，因此此處不再詳細(xì)描述。盡管把交互式壓力記錄外衣856描述為覆蓋用戶的整個(gè)身體，但是熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，交互式壓力記錄外衣856可以選擇覆蓋該用戶的任意部分，如胸腔、腹部、手臂、手、腿、腳等。
參照圖16和17，盡管在首選實(shí)施方式中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件是通過穿戴交互式壓力記錄外衣856而創(chuàng)建的，但是熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，無需借助交互式壓力記錄外衣856也可以利用其它方法生成數(shù)據(jù)文件，例如利用計(jì)算機(jī)生成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件。另外，顯然可以把交互式壓力回放外衣806直接連接到鄰近位置中的交互式壓力記錄外衣856，或者當(dāng)外衣806和856處理非鄰接位置時(shí)，通過諸如全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之類的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。因此，穿戴交互式壓力回放外衣806的第一用戶，可以感到穿戴交互式壓力記錄外衣856的第二用戶受到的觸覺作用力。
第四備選實(shí)施方式圖18-21表示根據(jù)本發(fā)明形成的通常稱為成像檢查組件900的第四備選實(shí)施方式。成像檢查組件900允許醫(yī)師檢查患者的身體，而不需要患者和醫(yī)師之間的實(shí)際體接觸。成像檢查組件900包括能夠同時(shí)生成2D或3D內(nèi)部或外部身體成像的成像設(shè)備936。并且成像檢查組件900獲得同時(shí)帶有身體成像數(shù)據(jù)的觸覺數(shù)據(jù)。因此，醫(yī)師/用戶能夠遠(yuǎn)程觸摸檢測或操縱有問題的組織或身體，同時(shí)查看所施加的觸覺作用力的內(nèi)部和/或外部影響。此種能力增強(qiáng)了作為醫(yī)療診斷器械的設(shè)備的功能性。
成像檢查組件900通常由三個(gè)組件組成HCU(未示出)，患者檢查成像模塊904(以下稱為PEIM)，以及能夠控制醫(yī)師和位于非鄰接位置的患者之間的物理觸覺信息和圖像處理數(shù)據(jù)的獲取、校準(zhǔn)、傳輸和轉(zhuǎn)換的計(jì)算機(jī)軟件。該HCU與圖1-4所示實(shí)施方式中描述的HCU大致相同，因此為簡便起見不再贅述。
PEIM 904通常為矩形形狀的實(shí)心模塑設(shè)備，其大小與人的手接近。此類構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、易于移動(dòng)、設(shè)備的成形和外形易于加工、耐用和抗沖擊。盡管PEIM 904的所示實(shí)施方式是矩形，但是熟練技術(shù)人員可以理解，PEIM 904可以具有任何合適形狀。然而，PEIM904具有的形狀最好能夠提供該設(shè)備的關(guān)鍵感覺、馬達(dá)和成像部分與正在檢查的人或物之間的舒適的接觸面。
在所示實(shí)施方式中，PEIM 904具有一個(gè)稍稍高出的頂面910，而底部的工作面912相對于PEIM 904的邊緣有輕微凹陷或凹面。稍稍高出的頂面910允許患者把他的手放在PEIM 904的頂部，并保持在適當(dāng)位置或者按照在遠(yuǎn)端進(jìn)行檢查的醫(yī)師的指示沿其身體的一部分移動(dòng)。作為選擇，可以把PEIM 904設(shè)計(jì)成“手套”，患者可以把整個(gè)手插入到PEIM 904中。
把PEIM 904的底部工作面912分成單元914，后者充當(dāng)觸感處理器。PEIM 904的觸感處理方面與以上描述的實(shí)施方式的感覺處理方面大致類似，因此，本文僅僅進(jìn)行簡短描述。簡短地，單元914是通過在PEIM 904的模塑中挖出許多空腔916(其深度通常為幾毫米)而形成的。在每個(gè)空腔916內(nèi)，安裝一個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件918。感覺調(diào)節(jié)子組件918的機(jī)電/氣動(dòng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與以上實(shí)施方式描述的感覺調(diào)節(jié)子組件918相同，因此不再重復(fù)。
每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件918的大小隨PEIM 904中的每個(gè)空腔916的大小而變化。通常，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件918腳印與指尖的尺寸接近。在所示實(shí)施方式中，顯示安裝有8個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件918的單元914的2×4矩陣。感覺調(diào)節(jié)子組件918的尺寸、形狀和數(shù)目可以變化，以增加(或降低，盡管并非首選)該設(shè)備的靈敏度和功能性。例如，在首選實(shí)施方式中，感覺調(diào)節(jié)子組件918的形狀為安裝有16個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件918的4×4矩陣?？梢约?xì)分每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件918，因此，每個(gè)空腔916可以代表一組更小的功能感覺調(diào)節(jié)子組件918。
最好通過超聲波成像技術(shù)平臺提供PEIM 904的成像系統(tǒng)功能。在PEIM 904的所示實(shí)施方式中，沿PEIM 904的底面912的中部布置成像設(shè)備936。成像設(shè)備936包括具有超聲波信號生成和接收能力的線性陣列換能器908。線性陣列換能器908包括使用標(biāo)準(zhǔn)信號選通技術(shù)來發(fā)送和接收信號的多功能換能器920。在線性陣列換能器908上布置由諸如凝膠基質(zhì)材料之類的非干擾材料組成的模擬皮膚表面922。由于空氣干擾所需的超聲波的傳輸，所以在線性陣列換能器908和患者的皮膚之間的分界面上涂敷凝膠基質(zhì)。線性陣列換能器908的構(gòu)造和頻率隨PEIM 904的所需功能性和所需的超聲波的滲透深度而變化。通常，深層組織結(jié)構(gòu)成像所用的設(shè)備將利用具有較低傳輸頻率的線性陣列換能器908，而更膚淺的結(jié)構(gòu)的成像將利用具有較高頻率容量的線性陣列換能器908。
期望PEIM 904與以上實(shí)施方式描述的系統(tǒng)軟件和HCU一起使用。把PEIM 904連接到位于患者端的計(jì)算機(jī)或通信設(shè)備(未示出)上?；颊吣米EIM 904，并且按照醫(yī)師的指示沿其身體移動(dòng)它。通過通信網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)師用HCU向PEIM 904傳送壓力信號。接著，PEIM904檢測患者的逆壓反應(yīng)，并向HCU傳送作為結(jié)果的逆壓信號。
另外，PEIM 904可以傳送和接收超聲波脈沖信息。在首選實(shí)施方式中，經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)，從醫(yī)師端的計(jì)算機(jī)上的處理軟件中傳送發(fā)送信號，以激活PEIM 904內(nèi)的線性陣列換能器908，并且向患者傳送超聲波信號。接著，執(zhí)行選通功能，并且同一線性陣列換能器908接收返回的回波。將該信息回傳給醫(yī)師的主計(jì)算機(jī)。
在所示實(shí)施方式中，可以使用眾所周知的圖像處理來提供B模式、光譜、雙工和/或彩色信息。通過通信網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行檢查的醫(yī)師最好能夠?qū)崟r(shí)獲得該信息。如同成像檢查組件900的其它功能一樣，可以存儲和回放該數(shù)字信息，由此合并觸覺事件數(shù)據(jù)和成像數(shù)據(jù)。
附加設(shè)備構(gòu)造可以用于上述PEIM，例如，把PEIM配置為可以穿著的外衣，其中檢查襯墊直接施加到要檢查的患者的身體上，并利用諸如鉤環(huán)扣件之類的活動(dòng)扣件固定到適當(dāng)位置。鉤環(huán)扣件提供可調(diào)整性，從而能夠應(yīng)用于各種體形和尺寸?？梢园裀EIM作成用于胸腔應(yīng)用的背心；用于腹部應(yīng)用的腹帶；用于上肢應(yīng)用的袖子、手套式繃帶或手套；用于下肢應(yīng)用的褲管或長靴；或用于手指或腳趾之類的小應(yīng)用的窄條帶。附加形式還包括基于以上描述的液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)的感覺調(diào)節(jié)子組件。
經(jīng)由電子臍帶938，把PEIM 904連接到命令控制箱(未示出)，或者直接連接到患者端的計(jì)算機(jī)或傳輸設(shè)備上。命令控制箱包括眾所周知的電源，小的中央處理器，信號處理器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及通信系統(tǒng)，PEIM 904利用該系統(tǒng)來接收和傳送數(shù)據(jù)，并與醫(yī)師的HCU的功能部件相連。
通信系統(tǒng)包括內(nèi)部調(diào)制解調(diào)器，從而可以連接通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)，或直接連接到陸基或直連電話線或支持以下通信的任何現(xiàn)有或未來設(shè)備(1)包括光纜通道和非光纖在內(nèi)的基于光的/基于光學(xué)的通信，基于光的數(shù)據(jù)/語音/視頻信號傳輸方法，(2)無線通信，包括但不限于可以傳輸或接收語音和/或數(shù)據(jù)信息的射頻、超高頻、微波或衛(wèi)星系統(tǒng)，以及(3)利用目前未用過的介質(zhì)傳輸語音或數(shù)據(jù)的任何未來方法，未用過的介質(zhì)如紅外光、磁力、其它波長的可見和不可見射線、生物材料(包括生物機(jī)器人或病毒媒介)或原子粒子/亞原子粒子。
為了降低直接作用到患者上的重量，減少PEIM的尺寸，特別是把PEIM 904放到諸如四肢或手指之類的身體上的一小部分時(shí)，和/或增加該部件的安全性(降低通信/數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞F或微波輻射)，PEIM904的控制部分最好遠(yuǎn)離患者。正如熟練技術(shù)人員理解的那樣，電子臍帶938包括布置在壓力換能器和感覺調(diào)節(jié)子組件的可變力生成設(shè)備之間，以及成像設(shè)備908和電源之間的連接線。
正如熟練技術(shù)人員理解的那樣，也可以為PEIM 904配置單個(gè)或多個(gè)多通道換能器/電阻設(shè)備，其中經(jīng)由HCU(未示出)向用戶的手回傳阻力的絕對變化。為增加PEIM 904的靈敏度和功能性，可以細(xì)分每個(gè)單元914，并且在整個(gè)PEIM 904中應(yīng)用許多感覺調(diào)節(jié)子組件。
盡管在上述實(shí)施方式中把線性陣列換能器908布置在與安裝感覺調(diào)節(jié)子組件918的單元914分離的PEIM 904中，但是熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，其它構(gòu)造也是可行的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，正如圖21所示，可以在每個(gè)單元914內(nèi)布置超聲波換能器，從而每個(gè)單元同時(shí)包含感覺調(diào)節(jié)子組件和超聲波換能器908。
圖22是一個(gè)流程圖，表示與成像檢查組件900關(guān)聯(lián)的一般處理。軟件控制HCU、PEIM、系統(tǒng)力學(xué)和通信協(xié)議的各種功能。除與本發(fā)明的成像方面有關(guān)的附加特征之外，軟件1000的特殊功能類似于前述實(shí)施方式描述的功能。因此，以下論述專注于在控制PEIM 904的成像方面時(shí)使用的那些方面，并且為簡便起見，不再詳細(xì)描述先前描述的軟件功能。
附加軟件功能包括所有的超聲波信號傳輸、選通和通信協(xié)議，以及用于提供B模式、光譜分析、彩色和/或雙工多普勒圖像的特殊信號處理功能、信號分析和處理命令。通過使用位于線性陣列換能器908和提供觸覺數(shù)據(jù)的PEIM 904的剩余部分之間的通信網(wǎng)絡(luò)，該軟件控制用于原始發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備傳輸協(xié)議。
參照圖22，計(jì)算機(jī)1014根據(jù)從脈沖發(fā)生器1024那里接收的脈沖，生成一個(gè)發(fā)送信號。微處理器1016接收該發(fā)送信號，其中可以把微處理器1016集成到計(jì)算機(jī)1014中。利用軟件處理該發(fā)送信號，通過諸如全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之類的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1012，傳輸?shù)骄€性陣列換能器1002，信號或者為數(shù)字信號，或者為模擬信號，這取決于該發(fā)送信號是通過數(shù)字門電路1006還是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換門電路1004。線性陣列換能器1002接收并處理該發(fā)送信號，響應(yīng)接收的發(fā)送信號生成超聲波。將超聲波指向患者的身體。處理線性陣列換能器1002接收的返回超聲波，經(jīng)由適當(dāng)?shù)臄?shù)字門電路1006或模數(shù)轉(zhuǎn)換門電路1004，傳輸?shù)轿⑻幚砥?008。微處理器1008處理接收的信號，并將該信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)1010。計(jì)算機(jī)1010處理接收的信號，并通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1012，將經(jīng)過處理的代表超聲波圖像的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降诙?jì)算機(jī)1014。
計(jì)算機(jī)1014處理接收的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑻幚砥?016，接著，通過數(shù)字門電路1018或數(shù)模轉(zhuǎn)換門電路1020到達(dá)接受器1026。接受器1026處理接收的數(shù)據(jù)，以便供灰度等級顯示裝置或彩色顯示裝置使用，并將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯ζ?028，最好傳輸?shù)斤@示裝置1030。顯示裝置1030用可視方式顯示該數(shù)據(jù)，以便供用戶/醫(yī)師使用。
脈沖發(fā)生器1024同步所描述的系統(tǒng)的各種組件。更準(zhǔn)確地說，正如技術(shù)人員熟知的那樣，超聲波成像設(shè)備在短期內(nèi)傳輸超聲波。然后關(guān)閉換能器的傳輸功能，該超聲波換能器在短期內(nèi)收聽返回回波。脈沖發(fā)生器1024傳輸定時(shí)脈沖，以觸發(fā)并同步超聲波成像處理期間發(fā)生的各種事件。
用信號通信的方式連接本發(fā)明的所示實(shí)施方式的脈沖發(fā)生器1024與存儲器1028、接受器1026和放大器1022。一旦放大器1022收到來自脈沖發(fā)生器1024的脈沖，放大器1022就生成電壓形式的輸出信號，該信號或者指向數(shù)字門電路1018，或者指向模數(shù)轉(zhuǎn)換門電路1020，以傳輸?shù)轿⑻幚砥?016。在微處理器1016中處理該信號，然后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)1014。計(jì)算機(jī)1014進(jìn)一步處理該信號，通過諸如因特網(wǎng)1012之類的通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)搅硪慌_計(jì)算機(jī)1010。計(jì)算機(jī)1010處理該信號，并將該信號傳輸?shù)轿⑻幚砥?008以便進(jìn)一步處理。接著，微處理器1008將該信號傳輸?shù)綌?shù)字門電路1006或數(shù)模轉(zhuǎn)換門電路1004，最好通過信號放大器1003，傳輸?shù)綋Q能器陣列1002。根據(jù)換能器陣列1002接收的信號，換能器陣列1002或者采取傳輸配置，或者采取接收配置。
盡管本發(fā)明的實(shí)施方式是從用于說明目的的特定醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面描述的，但是相關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，所公開的備選實(shí)施方式的本質(zhì)是說明性的，不應(yīng)該解釋為其應(yīng)用限定在重建與身體檢查有關(guān)的實(shí)際生理發(fā)現(xiàn)。因此，應(yīng)該理解，備選實(shí)施方式有廣泛應(yīng)用，并且可以在需要觸覺信息的情況中使用，或者在非鄰接位置的個(gè)體需要對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模時(shí)使用。
例如，盡管把本發(fā)明的所示實(shí)施方式描述為能夠模擬位于偏遠(yuǎn)位置的患者的身體檢查，但是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的附加應(yīng)用還包括在敵對環(huán)境中對患者進(jìn)行檢查的能力，敵對環(huán)境如深海、太空、戰(zhàn)場環(huán)境、偏遠(yuǎn)位置、高山/叢林探險(xiǎn)，同時(shí)包含觸覺檢查和實(shí)時(shí)內(nèi)部成像能力。另外，便攜形式可以應(yīng)用于諸如車間內(nèi)的醫(yī)療救護(hù)站，因此患者無需丟下工作前往醫(yī)師的診所。而丟下工作前往診所對患者和醫(yī)師都是很無效的。便攜形式也可以應(yīng)用于家庭，某些評估可以避免需要幾小時(shí)的旅途勞頓前往急診室。此種效率會(huì)顯著影響總的衛(wèi)生保健費(fèi)用。另外，所示實(shí)施方式適合于其它科學(xué)應(yīng)用(如考古學(xué)、生物學(xué)或深海)，此時(shí)現(xiàn)場科學(xué)家可能需要或希望向其上級組織的同事回傳其發(fā)現(xiàn)/工作的觸覺和內(nèi)部圖像性質(zhì)。
盡管舉例說明并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解，可以作出各種變更而并不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.用于模擬項(xiàng)目的觸覺反應(yīng)的模擬器組件，該模擬器組件包括(a)其形狀至少為被模擬項(xiàng)目的一部分的回放模塊，回放模塊包括一個(gè)外殼；(b)布置在回放模塊內(nèi)部并且在外殼下面的許多空腔；以及(c)許多感覺調(diào)節(jié)子組件，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件的至少一部分布置在許多空腔的一個(gè)空腔內(nèi)，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件適合于響應(yīng)輸入信號對外殼施加作用力。
2.權(quán)利要求1的模擬器組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件還包括一個(gè)適合于響應(yīng)施加的作用力生成輸出信號的壓力換能器。
3.權(quán)利要求2的模擬器組件還包括其功能與感覺調(diào)節(jié)子組件相連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸輸入信號，以動(dòng)態(tài)控制感覺調(diào)節(jié)子組件施加的作用力。
4.權(quán)利要求3的模擬器組件，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還接收感覺調(diào)節(jié)子組件生成的輸出信號，并且其中使用接收的輸出信號來確定感覺調(diào)節(jié)子組件輸入信號。
5.權(quán)利要求4的模擬器組件，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括一個(gè)存儲器模塊，該模塊包含用來定義被模擬的項(xiàng)目的堅(jiān)固性的數(shù)據(jù)，并且其中利用該數(shù)據(jù)來確定感覺調(diào)節(jié)子組件輸入信號。
6.權(quán)利要求4的模擬器組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件包括活塞類型的可變電阻器。
7.權(quán)利要求4的模擬器組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件包括線性致動(dòng)器。
8.權(quán)利要求7的模擬器組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件還包括光學(xué)編碼器，光學(xué)編碼器檢測線性致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)并生成響應(yīng)信號。
9.權(quán)利要求4的模擬器組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件包括適合于接收加壓流體的膨脹室。
10.權(quán)利要求9的模擬器組件還包括加壓流體的貯存器，并且其中利用流體連接眾多感覺調(diào)節(jié)子組件和帶有閥門的貯存器。
11.權(quán)利要求1的模擬器組件，其中被模擬項(xiàng)目為人體的一部分。
12.一種觸覺回放組件，用于把從演奏者那里接收的輸入信號轉(zhuǎn)換為用戶之上的觸感，該觸覺回放組件包括(a)交互式壓力回放外衣，外衣以可拆卸方式與用戶相連；(b)布置在外衣內(nèi)的許多單元；以及(c)許多感覺調(diào)節(jié)子組件，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件被布置在一個(gè)單元內(nèi)，感覺調(diào)節(jié)子組件適合于響應(yīng)輸入信號在用戶之上生成一個(gè)作用力。
13.權(quán)利要求12的觸覺回放組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件包括可變壓力生成設(shè)備，該設(shè)備響應(yīng)從演奏者那里接收的輸入信號，在用戶的身體上生成作用力，其中作用力大小是可變的，并且是根據(jù)從演奏者那里接收的輸入信號確定的。
14.權(quán)利要求12的觸覺回放組件還包括與感覺調(diào)節(jié)子組件相連接的播放設(shè)備，用于為感覺調(diào)節(jié)子組件提供輸入信號。
15.權(quán)利要求14的觸覺回放組件，其中播放設(shè)備還生成視頻輸出信號，并且其中感覺調(diào)節(jié)子組件信號與視頻輸出信號有關(guān)。
16.權(quán)利要求12的觸覺回放組件，其中回放外衣包括至少一個(gè)手套。
17.一種觸覺數(shù)據(jù)記錄組件，包括(a)交互式壓力記錄外衣，外衣以可拆卸方式與用戶的至少一部分相連(b)布置在外衣內(nèi)的許多單元；(c)許多感覺調(diào)節(jié)子組件，每個(gè)感覺調(diào)節(jié)子組件的至少一部分安裝在一個(gè)單元內(nèi)，感覺調(diào)節(jié)子組件適合于生成一個(gè)輸出信號，該信號與感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的觸覺作用力一致；以及(d)輸出信號記錄設(shè)備，其中輸出信號記錄設(shè)備與眾多感覺調(diào)節(jié)子組件連接，用于記錄感覺調(diào)節(jié)子組件生成的輸出信號。
18.權(quán)利要求17的觸覺記錄組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件能夠生成大小可變的輸出信號，從而輸出信號的大小與感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的觸覺作用力的大小相關(guān)聯(lián)。
19.權(quán)利要求17的觸覺記錄組件，其中感覺調(diào)節(jié)子組件包括內(nèi)部嵌有壓力換能器的平板彈性材料，壓力換能器適合于生成直接與感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的觸覺作用力相關(guān)的信號。
20.用于觸摸身體并且生成身體的圖像的成像檢查組件，包括(a)外殼；(b)其一部分至少布置在外殼內(nèi)的成像設(shè)備，成像設(shè)備可以獲取身體的圖像；以及(c)其一部分至少布置在外殼內(nèi)的感覺調(diào)節(jié)子組件，并且包括可變壓力生成設(shè)備，可變壓力生成設(shè)備是可操作的，以便在身體上生成觸摸壓力，感覺調(diào)節(jié)子組件還包括壓力換能器，壓力換能器適合于生成直接與感覺調(diào)節(jié)子組件的身體之間的界面壓力有關(guān)的信號。
21.權(quán)利要求20的成像檢查組件，其中可變壓力生成設(shè)備還包括膨脹室，其中有選擇地將加壓流體引向膨脹室以使膨脹室膨脹，從而在身體上生成所需的觸摸壓力。
22.權(quán)利要求21的成像檢查組件還包括一個(gè)閥門，閥門位于膨脹室和加壓流體貯存器之間，閥門是可操作的以控制流體流入膨脹室和從膨脹室中流出。
23.權(quán)利要求22的成像檢查組件還包括與閥門相連的控制器，控制器適合于選擇打開和關(guān)閉閥門。
24.權(quán)利要求20的成像檢查組件還包括布置在外殼內(nèi)的超聲換能器，換能器適合于向身體傳輸超聲波。
25.權(quán)利要求24的成像檢查組件還包括布置在外殼內(nèi)的第二超聲換能器，第二超聲換能器適合于檢測超聲波。
26.權(quán)利要求24的成像檢查組件，其中超聲換能器適合于檢測超聲波。
27.權(quán)利要求24的成像檢查組件，其中超聲換能器為線性陣列致動(dòng)器。
28.權(quán)利要求20的成像檢查組件，成像檢查組件是可操作的，以獲取身體的內(nèi)部圖像。
29.一種超聲波成像系統(tǒng)，包括(a)超聲波脈沖發(fā)生器和布置在第一位置的超聲波成像系統(tǒng)；以及(b)用于發(fā)射并檢測超聲波的超聲波換能器組件，該超聲波換能器組件布置在第二位置；其中超聲波換能器組件通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與超聲波脈沖發(fā)生器和超聲波圖像顯示系統(tǒng)相連。
30.遠(yuǎn)程對患者進(jìn)行直接人工檢查的設(shè)備，包括(a)具有至少一個(gè)第一感覺調(diào)節(jié)子組件的手控部件，第一感覺調(diào)節(jié)子組件(i)檢測第一感覺調(diào)節(jié)子組件上施加的作用力并響應(yīng)檢測的作用力生成第一信號，并且(ii)響應(yīng)接收的第二信號施加作用力；(b)患者檢查模塊，患者檢查模塊有許多第二感覺調(diào)節(jié)子組件，第二感覺調(diào)節(jié)子組件可以與第一感覺調(diào)節(jié)子組件選擇連接，以至(i)第二感覺調(diào)節(jié)子組件接收第一信號，并響應(yīng)接收的第一信號施加作用力，并且(ii)檢測抵抗施加的作用力的作用力，并根據(jù)檢測的抗力生成第二信號，第二信號由第一感覺調(diào)節(jié)子組件接收；以及(c)記錄設(shè)備，該設(shè)備與第一和第二感覺調(diào)節(jié)子組件進(jìn)行信號通信，記錄第一和第二信號。
31.權(quán)利要求30的設(shè)備，其中第一感覺調(diào)節(jié)子組件與第一計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號通信，第二感覺調(diào)節(jié)子組件與第二計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號通信，并且其中通信網(wǎng)絡(luò)選擇連接第一計(jì)算機(jī)和第二計(jì)算機(jī)。
32.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中通信網(wǎng)絡(luò)在全球通信網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。
33.權(quán)利要求30的設(shè)備，其中手控部件與患者檢查模塊位于非鄰接位置。
34.給予用戶的身體以觸感的方法，包括(a)使用戶的一部分身體與某一模塊嚙合，該模塊具有線性致動(dòng)器陣列，線性致動(dòng)器能夠響應(yīng)輸入信號在用戶的身體上生成觸覺作用力；以及(b)用信號通信的方式連接該模塊與能夠生成一系列輸入信號的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，以便傳輸?shù)街聞?dòng)器陣列，從而有選擇地給予用戶的身體以觸覺作用力。
35.權(quán)利要求34的方法，還包括獲取阻力數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)量化致動(dòng)器起作用時(shí)向用戶的身體施加的阻力。
36.權(quán)利要求35的方法，還包括同時(shí)獲取用戶的身體的成像數(shù)據(jù)。
37.權(quán)利要求36的方法，還包括通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸阻力數(shù)據(jù)和成像數(shù)據(jù)。
38.權(quán)利要求35的方法，還包括在存儲介質(zhì)上記錄阻力數(shù)據(jù)。
39.權(quán)利要求35的方法，還包括在存儲介質(zhì)上記錄阻力數(shù)據(jù)，播放記錄的阻力數(shù)據(jù)，并且向回放模塊傳輸記錄的阻力數(shù)據(jù)，其中回放模塊能夠接收記錄的阻力數(shù)據(jù)，并改變回放模塊的選定部分的阻力以模擬用戶的身體的阻力。
40.記錄觸覺數(shù)據(jù)的方法，包括(a)用作用力檢測墊包裹用戶的一部分身體，作用力檢測墊有許多感覺單元，感覺單元響應(yīng)在作用力檢測墊上接收的觸覺作用力生成輸出信號；(b)用信號通信的方式連接作用力檢測墊和輸出信號記錄設(shè)備；(c)使作用力檢測墊遭受至少一個(gè)作用力；以及(d)利用輸出信號記錄設(shè)備記錄觸覺作用力接收墊生成的輸出信號。
全文摘要
公開了用于模擬項(xiàng)目的觸覺反應(yīng)的模擬器組件(600)。該模擬器組件包括回放模塊(602)，該模塊具有感覺調(diào)節(jié)子組件(636)，感覺調(diào)節(jié)子組件能夠響應(yīng)輸入信號施加作用力。同時(shí)提供將輸入信號轉(zhuǎn)換為用戶上的觸感的觸覺回放組件(800)。觸覺回放組件包括具有感覺調(diào)節(jié)子組件的回放外衣(806)，感覺調(diào)節(jié)子組件適合于響應(yīng)輸入信號生成作用力。同時(shí)公開了觸摸身體并獲取身體圖像的成像檢查組件(900)。此外公開了超聲波成像系統(tǒng)。公開了遠(yuǎn)程對患者進(jìn)行直接手工檢查的設(shè)備。公開了給予用戶的身體以觸感的方法。公開了記錄觸覺數(shù)據(jù)的方法。
文檔編號G06F3/01GK1688252SQ03824356
公開日2005年10月26日 申請日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者馬克·P·翁布雷拉羅 申請人:塞爾-克姆有限責(zé)任公司