JP7086381B2 - 治療装置 - Google Patents

Description

本開示は、ロボットアームに取り付けた治療ヘッドを用いて治療を行う治療装置に関する。

下記特許文献１には、ロボットアームの先端に超音波診断用の診断プローブ及び収束超音波（以下、ＨＩＦＵ）照射用の照射部を取り付け、診断プローブを用いて患者の患部を観察し、照射部を用いて患部にＨＩＦＵを照射して治療する超音波治療装置が記載されている。ＨＩＦＵは、High Intensity Focused Ultrasoundの略である。

一般的に、患部を観察するときには、呼吸による臓器の移動を抑制するために、診断プローブで患者を押さえつけた状態で患部を観察する。また、見つけた患部を見逃さないように、押さえつけた状態を保持したまま、治療ヘッドを移動させて治療を行う。更に、観察および治療は、診断プローブから照射される超音波によって得られる画像を確認しながら行われる。

特許第４１３１５８０号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術では以下の課題が見出された。
従来技術では、一般にロボットアームの制御、及び診断プローブから得られる診断画像の表示には、診断プローブの先端を原点とし、超音波が照射される領域の中心を通るプローブ軸を座標軸として含む直交座標系（以下、プローブ座標系）が用いられる。そして、診断画像は、診断画像におけるプローブ軸に沿った方向を、表示画面の上下方向に一致させて表示される。

ここで、例えば、地面を基準とした直交座標系である対地座標系の水平面に対して、診断プローブのプローブ軸が直交している場合、表示画面の左右方向と、対地座標系における水平方向（以下、単に水平方向）と一致する。しかし、診断プローブの姿勢が傾いている場合、表示画面の左右方向と水平方向とは一致せず、水平方向は、表示画面中では斜め方向を示す。このため、プローブ座標系に従って、診断プローブを表示画面の左右方向に移動させた場合、対地座標系でみると、診断プローブは、水平面に対して傾斜した方向に移動する。つまり、診断プローブを患者に接触した状態でこのような移動が行われると、移動方向によっては、移動に伴って患者に対する診断プローブの食い込み量、ひいては診断プローブによる患者への押圧力が増大し、患者に苦痛を感じさせてしまう場合があった。

また、患部の観察及び治療に用いる超音波は、骨などの密度が高い部位で反射するため、患部が肋骨の内側に存在する場合、肋骨を避けて肋間から患部に焦点を合わせてＨＩＦＵを照射する操作が必要となる。しかし、動きの自由度が高いロボットアームでは、観察や治療のために診断プローブの位置及び姿勢を変化させると、診断プローブの先端が肋間から外れてしまう場合があり、操作が難しかった。

本開示の１つの局面は、治療の場面に応じた的確なロボット操作を容易にする技術を提供することにある。

本開示の一態様による治療装置は、ロボットアームと、治療ヘッドと、制御部と、指示入力部と、基点取得部と、を備える。
ロボットアームは、６自由度を有する。治療ヘッドは、ロボットアームの先端に設けられ、照射部および診断プローブを有する。照射部は、収束超音波を照射する。診断プローブは、照射部の中心から収束超音波の照射方向に向けて突設され、収束超音波とは異なる診断用超音波を送受信する。制御部は、制御モードとしてフリーモードおよび制限モードを有し、外部からの入力に応じてロボットアームの動作を制御する。フリーモードは、治療ヘッドの位置及び姿勢を任意に変化させる制御モードである。制限モードは、治療ヘッドの位置及び姿勢を制限付きで変化させる制御モードである。指示入力部は、制御部の制御モードを、フリーモードおよび制限モードのいずれかに切り替える切替指示が少なくとも入力される。基点取得部は、指示入力部からの切替指示により、制御部の制御モードが制限モードに切り替わった時点での診断プローブの先端の位置を基点として取得する。そして、制御部は、制御モードが制限モードである場合、治療ヘッドの動きを、基点取得部にて取得された基点に拘束された動きに制限する。

このような構成によれば、制限モードでの治療ヘッドの動きが、基点に拘束された動きに制限される。そして、制限モードでは、実際の治療の場面から想定される治療ヘッドの動きに合わせた制限を適宜加えることによって、その場面に応じた的確なロボット操作を容易に行うことができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

治療装置の概要を示す模式図である。 治療装置の機能的な構成を示すブロック図である。 モード切替処理のフローチャートである。 フリーモードでの駆動処理のフローチャートである。 平面限定モードでの駆動処理のフローチャートである。 回動限定モードでの駆動処理のフローチャートである。 治療ヘッドの姿勢と水平限定モードでの移動量との関係を示す説明図である。 ＨＩＦＵの焦点調整制御に関する説明図である。 診断プローブの退避制御に関する説明図である。 診断画像に関する説明図である。 他の実施形態の診断画像に関する説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１及び図２に示す、治療装置１は、治療台１００に支持される治療対象１０１に対して収束超音波（以下、ＨＩＦＵ）を照射することで治療を行う装置である。ＨＩＦＵは、High Intensity Focused Ultrasoundの略である。治療装置１は、ロボットアーム２と、治療ヘッド３と、超音波診断装置４と、制御部５と、遠隔操作部６とを備える。

［１－１．治療ヘッド］
治療ヘッド３は、治療対象１０１に対して治療用の超音波であるＨＩＦＵと、ＨＩＦＵとは異なる超音波である診断用超音波とを照射する機器である。

治療ヘッド３は、照射部３１と、診断プローブ３２と、水袋３３と、プローブ駆動部３４とを備える。
照射部３１は、凹面に形成された照射面を有し、焦点となる１点に向けてＨＩＦＵを照射する。照射部３１から焦点までの距離は一定である。

診断プローブ３２は照射部３１の照射面の中心から、ＨＩＦＵの照射方向に向けて突設された軸状の部材である。診断プローブ３２は、その先端にて診断用超音波を送受信する。診断プローブ３２は、その中心軸（以下、プローブ軸）を延長した方向、即ち、照射部３１に対する突出方向を中心とする予め設定された角度範囲に向けて診断用超音波を照射し、その反射波を受信する。

水袋３３は、照射部３１及び診断プローブ３２を覆う水密の袋である。水袋３３は、照射部３１から照射されるＨＩＦＵの減衰を抑制するために、ＨＩＦＵの伝達媒体となる水で満たされる。また、治療対象１０１に対する診察及び治療は、治療ヘッド３の水袋３３を治療対象１０１に接触させた状態で行われる。水袋３３は、通常、診断プローブ３２の先端が内側から接触する部位、または、プローブ軸上に位置する部位が治療対象１０１に接触する。

プローブ駆動部３４は、診断プローブ３２を、プローブ軸に沿って移動させるアクチュエータであり、照射部３１に対する診断プローブ３２の突出量（以下、プローブ位置）、ひいては、照射部３１と診断プローブ３２の先端との相対的な位置関係を変化させる。

［１－２．ロボットアーム］
ロボットアーム２は、その先端に治療ヘッド３が取り付けられ、治療ヘッド３の位置及び姿勢の制御に使用される。ロボットアーム２は、多関節アーム２１と、アーム駆動部２２と、力覚センサ２３と、ダイレクト操作部２４とを備える。

多関節アーム２１は複数の関節で連結された複数のリンクを有し、６自由度での動きを実現する。アーム駆動部２２は、多関節アーム２１の各関節に設置された複数のモータを有する。アーム駆動部２２は、制御部５からの指示により多関節アーム２１の形状を変化させる。

力覚センサ２３は、多関節アーム２１の先端に設けられる。つまり、治療ヘッド３は、力覚センサ２３を介して多関節アーム２１の先端、ひいてはロボットアーム２の先端に取り付けられる。力覚センサ２３は、治療ヘッド３を介してロボットアーム２に伝わる力の大きさや方向を検出して制御部５に通知する。

ダイレクト操作部２４は、ロボットアーム２の先端付近に設けられ、ロボットアーム２を手動操作する際に、作業者１０２によって把持される。また、ダイレクト操作部２４は、制御部５に対する指示を入力するための複数のスイッチを有する。

複数のスイッチには、操作切替スイッチＳ１と、制御切替スイッチＳ２と、調整指示スイッチＳ３と、退避指示スイッチＳ４とが含まれる。
操作切替スイッチＳ１は、ロボットアーム２の操作モードを、手動モードおよび遠隔モードのいずれかに切り替える場合に操作されるスイッチである。手動モードは、ロボットアーム２を手動操作する際に設定される。遠隔モードは、ロボットアーム２を、遠隔操作部６を介して遠隔操作する際に設定される。

制御切替スイッチＳ２は、ロボットアーム２の制御モードを、フリーモード、平面限定モード、及び回動限定モードのいずれかに切り替える場合に操作されるスイッチである。フリーモードは、治療ヘッド３の位置および姿勢を任意に変化させることが可能な制御モードである。平面限定モードは、治療ヘッド３の動きを、基点を含むように設定された指定平面での移動に制限する制御モードである。回動限定モードは、治療ヘッド３の動きを、基点を中心とする回動動作に制限する制御モードである。なお、基点は、制御モードが平面限定モードまたは回動限定モードに切り替わった時点で、診断プローブ３２の先端が位置する地点である。

調整指示スイッチＳ３は、ＨＩＦＵの焦点の調整を行う場合に、調整指示を入力するために操作されるスイッチである。退避指示スイッチＳ４は、診断プローブ３２によるＨＩＦＵの遮りが抑制される退避位置まで、診断プローブを移動させる場合に、対被指示を入力するために操作されるスイッチである。

［１－３．操作部］
遠隔操作部６は、治療装置１の遠隔制御に必要な機能を有し、オペレータ１０３によって操作される。具体的には、遠隔操作部６は、ダイレクト操作部２４が有する複数のスイッチＳ１～Ｓ４と同等の指示入力を受け付ける機能と、治療ヘッド３の動きに関する指示入力を受け付ける機能とを少なくとも有する。

遠隔操作部６は、専用の機器であってもよいし、例えば、汎用のパーソナルコンピュータに、治療装置１の遠隔制御に必要なアプリケーションがインストールされたものであってもよい。

［１－４．超音波診断装置］
超音波診断装置４は、診断制御部４１と、モニタ４２とを備える。
診断制御部４１は、制御部５からの指示に従って、診断プローブ３２から診断用超音波を照射させ、診断プローブ３２が受信する反射波を画像処理することで、治療対象１０１の内部の状態を表す２次元の画像データを生成する。診断制御部４１は、画像データに基づく診断画像をモニタ４２に表示させると共に、画像データを制御部５に供給する。

また、診断制御部４１は、図１０に示すように、照射部３１からのＨＩＦＵの照射による治療精度に応じた間隔のグリッドＧを、診断画像に重畳してモニタ４２に表示する。例えば、５ｍｍの治療精度が要求されるのであれば、５ｍｍ四方のグリッドがモニタ４２に表示される。

［１－５．制御部］
制御部５は、ＣＰＵ５ａと、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ）５ｂと、を有するマイクロコンピュータを備える。制御部５の各機能は、ＣＰＵ５ａが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ５ｂが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部５は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

制御部５は、機能単位のブロックとして、アームコントローラ５１と、ＨＩＦＵコントローラ５２と、システムコントローラ５３とを備える。制御部５に含まれる各部の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能が、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

アームコントローラ５１は、力覚センサ２３での検出結果と、システムコントローラ５３からの指示とに従ってアーム駆動部２２を駆動し、多関節アーム２１の形状を変化させることで、治療ヘッド３の位置および姿勢を制御する。また、アームコントローラ５１は、ロボットアーム２の状態（以下、アーム状態）をシステムコントローラ５３に通知する。なお、アームコントローラ５１は、システムコントローラ５３からの指示として、操作モード及び制御モードの設定と、調整指示および退避指示の有無と、治療ヘッド３の移動指示とが与えられる。アームコントローラ５１は、制御モード毎に異なる駆動処理を実行する。その詳細については後述する。

アームコントローラ５１は、操作モードが手動モードである場合、作業者１０２がロボットアーム２に加える作用力の大きさと方向を、力覚センサ２３によって検出し、その検出結果から治療ヘッド３の移動指示を生成し、この移動指示に従って、アーム駆動部２２に属する各モータの制御量を算出して、各モータを駆動する。また、アームコントローラ５１は、操作モードが遠隔モードである場合、遠隔操作部６から入力されシステムコントローラ５３を介して通知される治療ヘッド３の移動指示、または予め設定されたプログラムに従って算出される治療ヘッド３の移動指示を取得し、その移動指示に従って、アーム駆動部２２に属する各モータの制御量を算出して、各モータを駆動する。

なお、治療ヘッド３の移動指示は、プローブ座標系を用いて、移動方向および移動量が示される。プローブ座標系は、診断プローブ３２の先端、即ち、診断用超音波の送受信点を原点とし、プローブ軸に沿った方向をＺ軸方向、Ｚ軸に直交する平面をＸ－Ｙ平面とする三次元直交座標系である。なお、Ｘ軸及びＹ軸は、モニタ４２にＸ―Ｚ平面の画像が表示されるように設定される。以下、プローブ座標系のＸ軸をＸｐ、Ｙ軸をＹｐ、Ｚ軸をＺｐで表す。

ＨＩＦＵコントローラ５２は、システムコントローラ５３からの指示に従い、照射部３１によるＨＩＦＵの照射を制御する。また、ＨＩＦＵコントローラ５２は、システムコントローラ５３からの指示に従い、プローブ駆動部３４を駆動して、プローブ位置を変化させる。更に、ＨＩＦＵコントローラ５２は、プローブ位置をシステムコントローラ５３に通知する。

システムコントローラ５３は、遠隔操作部６からの入力またはダイレクト操作部２４のスイッチ群Ｓ１～Ｓ４からの入力と、アームコントローラ５１からのアーム状態と、ＨＩＦＵコントローラ５２からのプローブ位置と、診断制御部４１からの画像データとに従って、アームコントローラ５１およびＨＩＦＵコントローラ５２の動作、並びにモニタ４２の表示を制御する。

システムコントローラ５３は、目標表示処理、焦点表示処理、指示算出処理、モード切替処理を少なくとも実行する。
図８及び図１０に示すように、目標表示処理は、ＨＩＦＵの照射対象となる患部を含んだ目標範囲Ｔを設定し、診断制御部４１に通知することで、モニタ４２の診断画像に目標範囲を重畳表示させる。目標範囲Ｔは、例えば、診断制御部４１からの画像データに対する画像処理によって患部として抽出される領域であってもよいし、モニタ４２で確認のうえ遠隔操作部６からの入力に従って設定される領域であってもよい。

焦点表示処理は、アーム状態およびプローブ位置からＨＩＦＵの焦点位置Ｆを算出し、診断制御部４１に通知することで、モニタ４２の診断画像に焦点位置Ｆを重畳表示させる。なお、焦点表示処理では、焦点位置Ｆに加えて、プローブ位置を変化させることによって変化させることが可能な焦点位置の範囲である焦点範囲（図示せず）を算出し、モニタ４２に表示させてもよい。

指示算出処理は、目標範囲Ｔが設定されると、目標範囲の中心をプローブ軸が通るようにアーム状態を変化させるための移動指示を自動的に生成する。指示算出処理は、操作モードが遠隔モードであり、かつ、遠隔操作部６からの入力によらずに移動指示を生成する旨の設定がされている場合に実行される。

［２．処理］
［２－１．モード切替処理］
システムコントローラ５３によって繰り返し実行されるモード切替処理を、図３のフローチャートを用いて説明する。

なお、初期状態では、診断プローブ３２は、例えば、プローブ位置が取りうる範囲の中間位置に設定される。これに限らず、最も突出させた位置に設定されてもよい。
システムコントローラ５３は、Ｓ１１０では、遠隔操作部６又はダイレクト操作部２４を介して操作モードの切り替えが行なわれたか否かを判断する。操作モードの切り替えが行なわれていないと判断された場合は、Ｓ１２０に処理を移行し、操作モードの切り替えが行なわれたと判断された場合は、Ｓ１３０に処理を移行する。

システムコントローラ５３は、Ｓ１２０では、実施された切り替え操作の内容に従って、操作モードを手動モードまたは遠隔モードのいずれかに設定して、Ｓ１３０に処理を進める。

システムコントローラ５３は、Ｓ１３０では、遠隔操作部６又はダイレクト操作部２４を介して制御モードの切り替えが行われたか否かを判断する。制御モードの切り替えが行われたと判断された場合は、Ｓ１４０に処理を移行し、制御モードの切り替えが行われていないと判断された場合は、処理を終了する。

システムコントローラ５３は、Ｓ１４０では、実施された切り替え操作の内容に従って、制御モードを、フリーモード、平面限定モード、および回動限定モードのいずれかに設定して、Ｓ１５０に処理を進める。

システムコントローラ５３は、Ｓ１５０では、Ｓ１４０で設定された制御モードがフリーモードであるか否かを判断する。設定された制御モードがフリーモードであると判断された場合は、処理を終了する。設定された制御モードがフリーモードではなく、平面限定モードまたは回動限定モードであると判断された場合は、Ｓ１６０に処理を移行する。

システムコントローラ５３は、Ｓ１６０では、診断プローブ３２の先端の位置を、基点として取得し、メモリ５ｂに記憶して、処理を終了する。
［２－２．フリーモード］
制御モードがフリーモードである場合に、アームコントローラ５１が繰り返し実行する駆動処理を、図４のフローチャートを用いて説明する。

アームコントローラ５１は、Ｓ２１０では、治療ヘッド３の位置及び姿勢を変化させるための移動指示の入力がある否かを判断する。移動指示の入力があると判断された場合は、Ｓ２２０に処理を移行し、移動指示の入力がないと判断された場合は、処理を終了する。なお、移動指示は、操作モードが手動モードの場合は、力覚センサ２３の検出結果から算出され、操作モードが遠隔モードの場合は、システムコントローラ５３から入力される。システムコントローラ５３から入力される移動量は、遠隔操作部６から入力されるものであってもよいし、指示算出処理によって自動生成されるものであってもよい。

アームコントローラ５１は、Ｓ２２０では、指示入力とアーム状態とに基づいて、ロボットアーム２の制御量、即ち、アーム駆動部２２に属する各モータの制御量を算出する。
アームコントローラ５１は、Ｓ２３０では、Ｓ２２０で算出された制御量に従ってアーム駆動部２２を駆動しアーム状態を変化させることで、治療ヘッド３の位置及び姿勢を変化させる。

アームコントローラ５１は、Ｓ２４０では、力覚センサ２３にて、予め設定された圧力閾値以上の力が検出されたか否かを判断する。圧力閾値は、治療対象１０１に治療ヘッド３を押し付けたときに治療対象１０１に生じる痛みの程度を考慮して、例えば、治療対象に苦痛を与えることがない大きさに設定される。圧力閾値以上の力が検出されたと判断された場合は、Ｓ２５０に処理を移行し、圧力閾値以上の力が検出されていないと判断された場合は、Ｓ２６０に処理を移行する。

アームコントローラ５１は、Ｓ２５０では、診断プローブ３２の先端が、照射部３１に接近する方向に所定量だけ移動するようにＨＩＦＵコントローラ５２を介してプローブ駆動部３４を駆動して、Ｓ２４０に処理を戻す。これにより、治療ヘッド３による治療対象１０１への押圧力を軽減する。

アームコントローラ５１は、Ｓ２６０では、Ｓ２３０の処理に基づくロボットアーム２の駆動が終了したか否かを判断する。駆動が終了していないと判断された場合は、Ｓ２４０に処理を戻す。駆動が終了していると判断された場合は、処理を終了する。

Ｓ２４０～Ｓ２６０の処理により、押圧力が、圧力閾値以下となるまでプローブ位置が変化する。つまり、治療ヘッド３の位置及び姿勢の変化に伴って、治療対象１０１に苦痛を感じさせてしまうことを抑制できる。

［２－２．平面限定モード］
制御モードが平面限定モードである場合に、アームコントローラ５１によって繰り返し実行される駆動処理を、図５のフローチャートを用いて説明する。

なお、先のＳ１６０で取得された基点Ｐを含み、治療対象１０１を支持する治療台１００において治療対象１０１を支持する支持面１００ａに平行な平面を指定平面という。
アームコントローラ５１は、Ｓ３１０では、治療ヘッド３の位置及び姿勢を変化させるための移動指示の入力がある否かを判断する。なお、この判断は、Ｓ１１０の場合と同様である。移動指示の入力があると判断された場合は、Ｓ３２０に処理を移行し、移動指示の入力がないと判断された場合は、処理を終了する。

アームコントローラ５１は、Ｓ３２０では、移動指示が示す移動方向が、Ｘ軸方向であるか否かを判断する。移動方向がＸ軸方向であると判断された場合は、Ｓ３３０に処理を移行し、移動方向がＸ軸方向でなはないと判断された場合は、Ｓ３４０に処理を移行する。

アームコントローラ５１は、Ｓ３３０では、移動指示に示されたプローブ座標系のＸ軸方向への移動量ΔＸｐを、（１）式を用いて、指定平面におけるＸ軸方向の移動量ΔＸｈに換算して、Ｓ３５０に処理を移行する。なお、θは、プローブ座標系のＸ軸に対する指定平面のＸ軸方向の傾きである。

ΔＸｈ＝ΔＸｐ／ｃｏｓθ （１）
アームコントローラ５１は、Ｓ３４０では、Ｓ３３０にて算出された移動量ΔＸｈを用い、治療ヘッド３の姿勢を維持したまま、治療ヘッド３の位置を、指定平面のＸ軸方向に移動量ΔＸｈだけ移動させるためのロボットアーム２の制御量を算出して、Ｓ３７０に処理を進める。

アームコントローラ５１は、Ｓ３５０では、移動指示が示す移動方向が、Ｙ軸方向であるか否かを判断する。移動方向がＹ軸方向であると判断された場合は、Ｓ３６０に処理を移行する。移動方向がＹ軸方向ではないと判断された場合、即ち、Ｚ軸方向であると判断された場合は、Ｓ３８０に処理を移行する。

アームコントローラ５１は、Ｓ３６０では、移動指示に示されたプローブ座標系のＹ軸方向への移動量ΔＹｐを用い、治療ヘッド３の姿勢を維持したまま、治療ヘッド３の位置を、指定平面のＹ軸方向にΔＹｐだけ移動させるためのロボットアーム２の制御量を算出して、Ｓ３７０に処理を進める。

アームコントローラ５１は、Ｓ３７０では、Ｓ３４０又はＳ３６０で算出されたロボットアームの制御量に従ってアーム駆動部２２を駆動しアーム状態を変化させることで、治療ヘッド３の位置を変化させて、処理を終了する。

アームコントローラ５１は、Ｓ３８０では、調整指示の入力があるか否かを判断する。調整指示は、調整指示スイッチＳ３または遠隔操作部６から入力される。調整指示の入力がないと判断された場合は、処理を終了し、調整指示の入力があると判断された場合は、Ｓ３９０に処理を移行する。

アームコントローラ５１は、Ｓ３９０では、移動指示に示されたＺ軸方向への移動量ΔＺｐを用いて、治療ヘッド３の姿勢を維持したまま、治療ヘッド３の位置を、プローブ座標系のＺ軸方向に移動量ΔＺｐだけ移動させるためのロボットアーム２の制御量を算出する。更に、Ｚ軸方向に沿った治療ヘッド３の移動に対して、指定平面における診断プローブ３２の先端位置が変化することがないように、ロボットアーム２の動きに同期して、プローブ位置を変化させるための制御を算出する。

アームコントローラ５１は、Ｓ４００では、Ｓ３９０にて算出されたロボットアーム２の制御量およびプローブ位置の制御量に従ってアーム駆動部２２およびプローブ駆動部３４を同期駆動する焦点調整制御を実行して、処理を終了する。

Ｓ４００の駆動により、診断プローブ３２の先端位置が固定されたまま、プローブ位置が変化することにより、図８に示すように、治療対象１０１内におけるＨＩＦＵ焦点位置ＦがＺ軸方向に沿って変化する。

［２－３．回動限定モード］
制御モードが回動限定モードである場合に、アームコントローラ５１によって繰り返し実行される駆動処理を、図６のフローチャートを用いて説明する。

アームコントローラ５１は、Ｓ５１０では、治療ヘッド３の位置及び姿勢を変化させるための移動指示の入力があるか否かを判断する。移動指示の入力があると判断された場合は、Ｓ５２０に処理を移行し、移動指示の入力がないと判断された場合は、Ｓ５４０に処理を移行する。

アームコントローラ５１は、Ｓ５２０では、移動指示に示された移動量ΔＸｐ，ΔＹｐに従って、治療ヘッド３が取り付けられたロボットアーム２の先端を、Ｓ１６０で取得され基点を中心とする球面に沿って移動させることで、治療ヘッド３の姿勢を変化させるためのロボットアーム２の制御量を算出する。

アームコントローラ５１は、Ｓ５３０では、Ｓ５３０にて算出された制御量に従ってアーム駆動部２２を駆動することで、治療ヘッド３の姿勢を変化させて、処理を終了する。
アームコントローラ５１は、Ｓ５４０では、退避指示の入力があるか否かを判断する。退避指示は、退避指示スイッチＳ４または遠隔操作部６から入力される。退避指示の入力がないと判断された場合は、処理を終了する。退避指示の入力があると判断された場合は、Ｓ５５０に処理を移行する。

アームコントローラ５１は、Ｓ５５０では、診断プローブ３２が退避位置まで移動するようにプローブ駆動部３４を駆動する退避制御を実行して、本処理を終了する。なお、退避位置は、初期状態のプローブ位置よりも照射部２１側に移動した位置に設定される。
［３．動作］
以下、診断から治療までの一連の流れに沿って、治療装置１の動作を説明する。なお、操作モードは、手動モードおよび遠隔モードのいずれでもよく、以下の手順の任意のタイミングで、操作モードの設定を切り替えてもよい。

まず、作業者１０２又はオペレータ１０３は、制御モードをフリーモードに設定し、診断プローブ３２に診断用超音波を送受信させることでモニタ４２に診断画像を表示させる。作業者１０２又はオペレータ１０３は、診断画像を確認しながら、治療ヘッド３の位置および姿勢を任意に変化させて、患部の大まかな位置を探す。このとき、治療ヘッド３の先端、即ち診断プローブ３２の先端を治療対象１０１に接触させ、圧力閾値より小さい押圧力を加えた状態で探す。但し、治療対象１０１に対する押圧力が、圧力閾値を超えると、押圧力を減少させる方向にプローブ位置が変化する。

作業者１０２又はオペレータ１０３は、患部が見つかると、制御モードをフリーモードから平面限定モードに切り替える。このとき、治療対象１０１に接触している治療ヘッドの先端、即ち診断プローブ３２の先端の位置が、基点Ｐとして記憶される。

平面限定モードでは、治療ヘッド３の移動が、指定平面に限定される。プローブ座標系のＺ軸、即ちプローブ軸が、対地座標系の垂直方向と一致している場合、モニタ４２上における指定平面のＸ軸Ｘｈと、プローブ座標系のＸ軸Ｘｐとは一致する。しかし、図１０に示すように、プローブ座標系のＺ軸が、対地座標系の垂直方向に対して傾斜している場合、モニタ４２上における指定平面のＸ軸Ｘｈは、プローブ座標系のＸ軸方向Ｘｐに対して傾斜する。

平面限定モードでは、プローブ座標系のＸ軸Ｘｐ方向に沿った移動指示については、指定平面のＸ軸Ｘｈ方向への移動に変換され、移動量もΔＸｈに変換される。移動量ΔＸｈは、図７に示すように、変換した移動量ΔＸｈだけＸｈ方向に移動させたときと、Ｘ変換前の移動量ΔＸｐだけＸｐ方向に移動させたときとで、移動後の治療ヘッド３のＺ軸が一致するように設定される。つまり、移動量ΔＸｐを変換することなくＸｈ方向に移動させると、モニタ４２上のグリッドを用いて確認した所望の位置、例えば、患部の正面まで治療ヘッド３を移動させることができない。つまり、指定平面に沿った移動を行うことによって生じる移動量の誤差を補償するために移動量も変換する必要がある。

平面限定モードを用いることにより、治療ヘッド３の姿勢が傾いていても、治療対象１０１に対して水平方向に治療ヘッド３が移動するため、治療ヘッド３の移動に伴って治療対象１０１に対する押圧力が増大し患者に苦痛を与えてしまうことを抑制できる。また逆に、治療ヘッド３の移動に伴って治療対象１０１に対する押圧力が減少し、その結果、内蔵が移動することで患部を見失ってしまうことを抑制できる。

作業者１０２又はオペレータは、患部の正面に治療ヘッド３を移動させた後、調整指示と共にＺ軸方向の移動指示を入力することで、ＨＩＦＵの焦点位置を調整する。このとき、図８に示すように、モニタ４２には、治療ヘッド３の正面に目標範囲Ｔが位置するように表示されると共に、ＨＩＦＵの焦点位置Ｆも表示されるため、目標範囲Ｔに焦点位置Ｆが重なるようにＺ軸方向の移動量を簡単に指定することができる。

その後、照射部３１にＨＩＦＵを照射させることで、治療が行われる。
次に、患部が肋骨の内側にあり、肋骨の間から患部の診断および治療を行う場合について説明する。

まず、上述の場合と同様に、制御モードをフリーモードに設定し、診断プローブ３２に診断用超音波を送受信させることでモニタ４２に診断画像を表示させる。作業者１０２又はオペレータ１０３は、診断画像を確認しながら、治療ヘッド３の位置および姿勢を任意に変化させて患部を探す。

作業者１０２又はオペレータ１０３は、患部が見つかると、患部が治療ヘッド３の正面に位置するように治療ヘッド３の位置および姿勢を調整した上で、制御モードを回動制限モードに切り替える。なお、制御モードを、フリーモードから回動限定モードに切り替える前に、一旦、平面限定モードに切り替えて、位置の微調整および焦点位置の調整を行った後、回動限定モードに切り替えてもよい。いずれにしろ、回動限定モードに切り替わった時点での診断プローブ３２の先端の位置が基点として記憶される。

次に、作業者１０２又はオペレータ１０３は、退避指示を入力することで、図９に示すように、治療ヘッド３の位置および姿勢を保持したまま、診断プローブ３２のみを退避位置まで移動させる。これにより、肋間を通過させるＨＩＦＵが診断プローブ３２によって遮られることを抑制することができる。

その後、作業者１０２又はオペレータ１０３は、移動指示を入力することで基点Ｐを中心として治療ヘッド３の姿勢を変化させながら、照射部３１にＨＩＦＵを照射させることで治療を行う。

この場合、患部は肋骨の内側にありため、診断プローブ３２による押圧力が除去されても、患部周辺の状態が変化することはなく、的確な治療が実現される。
［４．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）治療装置１では、制御モードがフリーモードから、平面限定モード又は回動限定モードに切り替わったときの診断プローブ３２の先端を基点Ｐとして、平面限定モードおよび回動限定モードでは、ロボットアーム２の動作が、基点Ｐに拘束された動きに制限される。

特に、平面限定モードでは、治療ヘッド３の動きが、基点Ｐを含む指定平面に沿った移動に制限されるため、治療ヘッド３の姿勢が傾いている場合でも、治療ヘッド３の移動に伴って、治療対象１０１に対する押圧力が増減することを抑制できる。その結果、治療ヘッド３の移動に伴って押圧力が増大し、治療対象１０１に苦痛を与えてしまうことを抑制できる。また、逆に、治療ヘッド３の移動に伴って押圧力が減少し、内蔵が移動することで患部を見失ってしまうことを抑制できる。

また、回動限定モードでは、治療ヘッド３の動きが、基点Ｐを中心とした回動に制限されるため、治療ヘッド３と治療対象１０１との接触部位を肋間等に保持したまま、ＨＩＦＵの照射方向を容易に変化させることができ、効率よく治療を行うことができる。

（２）治療装置１では、平面限定モードにおいて、治療ヘッド３の移動方向を変換するだけでなく、プローブ座標系に従った移動指示と実際の移動方向とが異なることにより生じる移動量の誤差が補償されるように移動量も変換している。従って、プローブ座標系に従ったモニタ４２の表示に基づいて移動指示を生成した場合でも、治療ヘッド３の位置を的確に制御することができる。

（３）治療装置１では、平面限定モードにおいて、調整指示と共にＺ軸方向の移動指示を入力することで、診断プローブ３２の先端を基点に保持したままプローブ位置を変化させている。このため、治療対象１０１の内蔵の状態を変化させることなく、ＨＩＦＵの焦点位置を適宜調整することができる。

（４）治療装置１では、回動限定モードにおいて、退避指示を入力することで、治療ヘッド３の位置および姿勢を保持したまま、診断プローブ３２を退避位置まで移動させている。このため、肋間からＨＩＦＵを照射する場合でも、診断プローブ３２に遮られることなく、効率よく患部にＨＩＦＵを照射できる。

（５）治療装置１では、フリーモードにおいて、診断プローブ３２による治療対象１０１への押圧力が押圧閾値より小さくなるように、診断プローブ３２のプローブ位置が自動的に制御される。このため、何らかの理由で治療ヘッド３を治療対象１０１に強く押し当ててしまうことにより、治療対象１０１に苦痛を与えてしまうことを抑制できる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（ａ）上記実施形態では、モニタには、プローブ座標系に従ってＺ軸が画面の縦方向、Ｘ軸が画面の横方向と一致する表示が行われているが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、制御モードが平面限定モードの場合、図１１に示すように、モニタに、限定座標面のＸ軸が画面の横方向と一致するように、画像を傾けて表示してもよい。この場合、モニタから読み取られるＸ軸方向への移動量と、限定座標面内でのＸ軸方向への移動量とが一致するため、移動量を変換することなくそのまま制御に用いることができる。

（ｂ）上記実施形態では、治療対象１０１が支持される治療台１００の支持面１００ａは、対地座標系の水平面と一致しているが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、治療対象１０１として患者の腕のみを支持するために支持面１００ａが対地座標系の垂直面と一致していてもよい。

（ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（ｄ）上述した治療装置１の他、当該治療装置１を構成要素とするシステム、当該治療装置１の制御部５としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、ロボットアームの制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…治療装置、２…ロボットアーム、３…治療ヘッド、４…超音波診断装置、５…制御部、５ａ…ＣＰＵ、５ｂ…メモリ、６…遠隔操作部、２２…アーム駆動部、２３…力覚センサ、２４…ダイレクト操作部、３１…照射部、３２…診断プローブ、３４…プローブ駆動部、４１…診断制御部、４２…モニタ、５１…アームコントローラ、５２…ＨＩＦＵコントローラ、５３…システムコントローラ、Ｓ１…操作切替スイッチ、Ｓ２…制御切替スイッチ、Ｓ３…調整指示スイッチ、Ｓ４…退避指示スイッチ。

Claims (8)

1. ６自由度を有するロボットアーム（２）と、
   前記ロボットアームの先端に設けられ、収束超音波を照射する照射部（３１）、および前記照射部の中心から前記収束超音波の照射方向に向けて突設され、前記収束超音波とは異なる診断用超音波を送受信する診断プローブ（３２）を有する治療ヘッド（３）と、
   前記治療ヘッドの位置及び姿勢を任意に変化させる制御モードであるフリーモード、および前記治療ヘッドの位置及び姿勢を制限付きで変化させる制御モードである制限モードを有し、外部からの入力に応じて前記ロボットアームの動作を制御するように構成された制御部（５）と、
   前記制御部の制御モードを、前記フリーモードおよび前記制限モードのいずれかに切り替える切替指示が少なくとも入力されるように構成された指示入力部（６，２４）と、
   前記指示入力部からの切替指示により、前記制御部の制御モードが前記制限モードに切り替わった時点での前記診断プローブの先端の位置を基点として取得するように構成された基点取得部（５：Ｓ１６０）と、
   を備え、
   前記制御部は、前記制御モードが前記制限モードである場合、前記治療ヘッドの動きを、前記基点取得部にて取得された前記基点に拘束された動きに制限するように構成された
   治療装置。
2. 請求項１に記載の治療装置であって、
   前記制限モードの一つとして、前記治療ヘッドの動きを、前記基点を含み、治療対象が支持される支持面に対して平行な平面である指定平面内での移動に制限する平面限定モードを有する
   治療装置。
3. 請求項２に記載の治療装置であって、
   前記診断プローブを介して前記診断用超音波を送受信することで得られる前記治療対象の内部を表す診断画像を、前記診断プローブの先端を原点とし、前記照射部に対する前記診断プローブの突出方向に沿った軸を座標軸の一つとして含む三次元直交座標系であるプローブ座標系に従って表示を行うように構成された画像表示部（４）を更に備え、
   前記指示入力部は、前記プローブ座標系で表現された前記治療ヘッドの移動方向および移動量を表す移動指示が入力されるように構成され、
   前記制御部は、前記移動指示に従って、前記治療ヘッドの位置及び姿勢を変化させる遠隔制御を行うように構成された
   治療装置。
4. 請求項３に記載の治療装置であって、
   前記画像表示部は、前記制御モードが前記平面限定モードの場合、前記診断画像における前記診断プローブの突出方向を表示画面の上下方向に一致させて表示するように構成され、
   前記制御部は、前記制御モードが前記平面限定モードの場合、移動後の前記診断プローブの中心軸の位置が、前記表示画面の左右方向に移動させた場合と一致するように、前記移動指示に示された前記表示画面の左右方向への移動量を、前記指定平面内での移動量に変換して前記遠隔制御を行うように構成された
   治療装置。
5. 請求項３に記載の治療装置であって、
   前記画像表示部は、前記制御モードが前記平面限定モードの場合、前記診断画像における前記指定平面に沿った方向を表示画面の左右方向に一致させて表示するように構成された
   治療装置。
6. 請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の治療装置であって、
   前記照射部に対する前記診断プローブの突出量を変化させるプローブ駆動部（３４）を更に備え、
   前記指示入力部は、前記収束超音波の焦点の調整を指示する調整指示が入力されるように構成され、
   前記制御部は、前記制御モードが前記平面限定モードであり、かつ、前記調整指示が入力された場合、前記診断プローブの先端を前記指定平面に保持したまま、前記照射部と前記診断プローブの先端との相対位置が変化するように、前記プローブ駆動部と前記ロボットアームとを同期させて制御する焦点調整制御を行うように構成された
   治療装置。
7. 請求項１に記載の治療装置であって、
   前記制限モードの一つとして、前記治療ヘッドの動きを、前記基点を中心とした回動に制限する回動限定モードを有する
   治療装置。
8. 請求項７に記載の治療装置であって、
   前記照射部に対する前記診断プローブの突出量を変化させるプローブ駆動部（３４）を更に備え、
   前記指示入力部は、前記診断プローブを退避させる退避指示が入力されるように構成され、
   前記制御部は、前記制御モードが前記回動限定モードであり、かつ、前記退避指示が入力された場合、前記診断プローブによる前記収束超音波の遮りが抑制される予め設定された退避位置まで前記診断プローブが移動するように前記プローブ駆動部を制御する退避制御を行うように構成された
   治療装置。

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