JP7086381B2 - 治療装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
[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、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。
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。
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、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。
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、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。
[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。
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。
[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。
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。
Claims (8)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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