JP7158005B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本開示は制御装置に関する。

従来、ＨＩＦＵ（High Intensity Focused Ultrasound）治療システムが知られている。ＨＩＦＵ治療システムは、超音波を照射する照射部を備える。照射部から照射された超音波は焦点に収束する。術者は、超音波を照射する前に、超音波の照射位置が目標照射位置と一致するように、照射部を移動させる。目標照射位置は治療したい患部である。ＨＩＦＵ治療システムは、特許文献１に開示されている。

特許第５９９８０１７号公報

照射部が超音波を照射し始めた後や、照射の準備中に患者の体が動くことがある。患者の体が動くと、照射部が患者の体に強く押し付けられた状態（以下では押し付け状態とする）となる。本開示は、照射部が超音波を照射し始めた後や、照射の準備中に患者の体が動いた場合でも、押し付け状態の発生を抑制できる制御装置を提供する。

本開示の一局面は、経皮的治療デバイスを制御する制御装置であって、センサを用いて、患者の体が前記経皮的治療デバイスの照射部に加える荷重を取得するように構成された荷重取得ユニットと、前記荷重、又は前記荷重の変化量である指標が予め設定された指標閾値を超えたか否かを判断するように構成された指標判断ユニットと、前記指標が前記指標閾値を超えたと前記指標判断ユニットが判断することを必要条件として、前記照射部を前記患者の体から遠ざける退避ユニットと、を備える制御装置である。

本開示の一局面である制御装置は、照射部が超音波を照射し始めた後や、照射の準備中に患者の体が動いた場合でも、押し付け状態の発生を抑制できる。

治療システム１の構成を表す説明図である。 治療システム１の電気的構成を表すブロック図である。 制御装置３の機能的構成を表すブロック図である。 制御装置３が実行する処理を表すフローチャートである。 指標Ｉの時系列データの例を表す説明図である。 制御装置３が実行する処理を表すフローチャートである。 制御装置３が実行する処理を表すフローチャートである。

本開示の例示的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
１．治療システム１の構成
治療システム１の構成を図１～図３に基づき説明する。図１、図２に示すように、治療システム１は、制御装置３と、ＨＩＦＵ制御部５と、超音波診断部７と、ロボット制御部９と、ロボットアーム１１と、先端ユニット１３と、監視用力覚センサ１５と、呼吸数計測センサ１６と、を備える。

図２に示すように、制御装置３は、ＣＰＵ１７と、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ１９とする）と、を有するマイクロコンピュータを備える。制御装置３の各機能は、ＣＰＵ１７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１９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、制御装置３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。

制御装置３は、図３に示すように、荷重取得ユニット１０１と、指標判断ユニット１０３と、退避ユニット１０５と、周期判断ユニット１０７と、上限値判断ユニット１０９と、呼吸数計測ユニット１１１と、呼吸周期設定ユニット１１３と、設定時間判断ユニット１１５と、照射終了ユニット１１７と、を備える。

制御装置３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は、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。

ＨＩＦＵ制御部５は、後述するＨＩＦＵ照射部３３のアンプを備える。また、ＨＩＦＵ制御部５は、ＨＩＦＵ照射部３３による超音波の照射を開始したり、停止したりする。また、ＨＩＦＵ制御部５は、ＨＩＦＵ照射部３３が照射する超音波の出力を調整する。

超音波診断部７は、後述する診断プローブ３５を用いて、超音波画像を取得する。超音波画像は、患者３４の体内を表す画像である。超音波診断部７はモニタ８を備えている。超音波診断部７は超音波画像をモニタ８に表示することができる。

ロボット制御部９は、ロボットアーム１１の動作を制御する。図１に示すように、ロボットアーム１１の根元部２７は台２９に固定されている。ロボットアーム１１の先端部３１には、先端ユニット１３及び監視用力覚センサ１５が取り付けられている。ロボットアーム１１は、動作することにより、先端ユニット１３及び監視用力覚センサ１５の位置を変化させることができる。ロボットアーム１１は、先端ユニット１３のうち、後述する水袋３７を患者３４の体に押し付けることができる。患者３４は、ベッド３６の上に横臥している。

先端ユニット１３は、ＨＩＦＵ照射部３３、診断プローブ３５、水袋３７、操作部３９、及び操作用力覚センサ４１を備える。ＨＩＦＵ照射部３３は、焦点に収束した超音波を患者３４の体に照射する。先端ユニット１３及びＨＩＦＵ制御部５は、経皮的治療デバイスに対応する。経皮的治療デバイスとは、超音波、放射線等を外部から患者の体内に照射するデバイスである。先端ユニット１３は照射部に対応する。水袋３７は、ＨＩＦＵ照射部３３と患者３４との間に位置する。水袋３７は患者３４に押し当てられる。

診断プローブ３５は、超音波を用いて、患者３４の体内を表す超音波画像を作成する。診断プローブ３５は超音波画像を超音波診断部７に送る。
操作部３９は、術者４３が把持可能なハンドルである。操作部３９は術者４３により操作される。操作用力覚センサ４１は、術者４３によって操作部３９に加えられた力の大きさと方向とを検出する。ロボット制御部９は、操作用力覚センサ４１が検出した力の大きさと方向とに応じてロボットアーム１１を動作させる。

監視用力覚センサ１５は、患者３４の体が先端ユニット１３に加える荷重を検出する。呼吸数計測センサ１６は、患者３４の呼吸数を計測する。
２．制御装置３が実行する処理
ＨＩＦＵ照射部３３が超音波を照射しているときに制御装置３が実行する処理を図４及び図５に基づき説明する。制御装置３は、この処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。図４のステップ１では、荷重取得ユニット１０１が、監視用力覚センサ１５を用いて、患者３４の体が先端ユニット１３に加える荷重を取得する。取得した荷重を初期荷重Ｆ０とする。

ステップ２では、荷重取得ユニット１０１が、監視用力覚センサ１５を用いて、患者３４の体が先端ユニット１３に加える荷重を取得する。取得した荷重を荷重Ｆとする。
ステップ３では、荷重取得ユニット１０１が、指標Ｉを算出する。指標Ｉは、直前の前記ステップ２で取得した荷重Ｆから、前記ステップ１で取得した初期荷重Ｆ０を差し引いた値の絶対値である。指標Ｉは荷重の変化量に対応する。

ステップ４では、前記ステップ３で算出した指標Ｉが、予め設定された上限値Ｔｈ１以下であるか否かを上限値判断ユニット１０９が判断する。指標Ｉが上限値Ｔｈ１以下であると判断した場合、本処理はステップ５に進む。指標Ｉが上限値Ｔｈ１を超えると判断した場合、本処理はステップ９に進む。

ステップ５では、前記ステップ３で算出した指標Ｉが、予め設定された指標閾値Ｔｈ２以下であるか否かを指標判断ユニット１０３が判断する。指標閾値Ｔｈ２は上限値Ｔｈ１より小さい。指標閾値Ｔｈ２は、例えば、２０Ｎである。指標Ｉが指標閾値Ｔｈ２以下であると判断した場合、本処理はステップ６に進む。指標Ｉが指標閾値Ｔｈ２を超えると判断した場合、本処理はステップ８に進む。

ステップ６では、超音波を照射し始めた時点から、設定時間が経過したか否かを設定時間判断ユニット１１５が判断する。設定時間が経過したと判断した場合、本処理はステップ７に進む。設定時間が経過していないと判断した場合、本処理はステップ２に進む。

ステップ７では、照射終了ユニット１１７が超音波の照射を終了する。
ステップ８では、指標Ｉの時系列データが、予め設定された呼吸周期で周期的に変化しているか否かを周期判断ユニット１０７が判断する。指標Ｉの時系列データとは、複数回実行した前記ステップ３の処理により算出した複数の指標Ｉを、算出した時刻の順に並べたデータである。指標Ｉの時系列データの例を図５に示す。

呼吸周期は、患者３４の呼吸の周期を含むように設定された、周期の数値範囲である。呼吸周期は、例えば、１．５秒以上、１０秒以下の範囲である。制御装置３は、例えば、以下のようにして呼吸周期を設定することができる。呼吸数計測ユニット１１１が、呼吸数計測センサ１６を用いて患者３４の呼吸数を計測する。呼吸周期設定ユニット１１３は、計測した呼吸数を、患者３４の呼吸の周期に換算する。呼吸周期設定ユニット１１３は、患者３４の呼吸の周期を含むように、呼吸周期の範囲を設定する。

指標Ｉの時系列データが呼吸周期で周期的に変化していると判断した場合、本処理はステップ６に進む。指標Ｉの時系列データが呼吸周期で周期的に変化していないと判断した場合、本処理はステップ９に進む。指標Ｉの時系列データが呼吸周期で周期的に変化していないと判断する場合として、指標Ｉの時系列データが周期的に変化していない場合がある。また、指標Ｉの時系列データが呼吸周期で周期的に変化していないと判断する場合として、指標Ｉの時系列データが周期的に変化しているが、変化の周期が呼吸周期の範囲外である場合がある。

ステップ９では、退避ユニット１０５が超音波の照射を停止する。
ステップ１０では、退避ユニット１０５が、ロボットアーム１１を動かすことで、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざける。先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけるときの先端ユニット１３の移動方向は、先端ユニット１３が直前に患者３４に近づいたときの移動方向とは反対方向である。退避ユニット１０５は、荷重取得ユニット１０１が取得する荷重Ｆの値が予め設定された閾値以下となるまで、先端ユニット１３を移動させる。

３．制御装置３が奏する効果
（１Ａ）患者３４の体が動くことにより、指標Ｉが大きくなることがある。制御装置３は、指標Ｉが指標閾値Ｔｈ２を超えることを必要条件として、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざける。そのため、制御装置３は、患者３４の体が動いた場合でも、押し付け状態の発生を抑制できる。

（１Ｂ）患者３４の呼吸によって指標Ｉが大きくなることがある。患者３４の呼吸によって指標Ｉが大きくなっている場合、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざける必要性は低い。また、患者３４の呼吸によって指標Ｉが大きくなっている場合、超音波の照射を停止する必要性は低い。

患者３４の呼吸によって指標Ｉが大きくなっている場合、指標Ｉの時系列データが呼吸周期で周期的に変化する。制御装置３は、指標Ｉが指標閾値Ｉを超えていたとしても、指標Ｉの時系列データが呼吸周期で周期的に変化していれば、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけない。

そのため、制御装置３は、患者３４の呼吸によって指標Ｉが大きくなっている場合に、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけてしまうことを抑制できる。また、制御装置３は、患者３４の呼吸によって指標Ｉが大きくなっている場合に、超音波の照射を停止してしまうことを抑制できる。
例えば、図５に示す時刻ｔ１に指標Ｉを算出したと想定する。このときの指標Ｉは、閾値指標Ｔｈ２を超えており、上限値Ｔｈ１より小さい。時刻ｔ１の直前における指標Ｉの時系列データは、患者３４の呼吸に起因して、呼吸周期で周期的に変化している。この場合、制御装置３は、前記ステップ４で肯定判断し、前記ステップ５で否定判断し、前記ステップ８で肯定判断する。その結果、制御装置３は、先端ユニット１３を退避させない。

また、例えば、図５に示す時刻ｔ２に指標Ｉを算出したと想定する。このときの指標Ｉは、閾値指標Ｔｈ２を超えており、上限値Ｔｈ１より小さい。時刻ｔ２の直前における指標Ｉの時系列データは不規則に変化している。指標Ｉの時系列データが不規則に変化している理由は、患者３４の呼吸ではなく、例えば、患者３４の体動等である。この場合、制御装置３は、前記ステップ４で肯定判断し、前記ステップ５で否定判断し、前記ステップ８で否定判断する。その結果、制御装置３は、前記ステップ９において超音波の照射を停止し、前記ステップ１０で先端ユニット１３を退避させる。

（１Ｃ）制御装置３は、指標Ｉが上限値Ｔｈ１を超えた場合は、指標Ｉの時系列データが呼吸周期で周期的に変化しているか否かの判断結果によらず、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざける。そのため、制御装置３は、著しい押し付け状態が発生してしまうことを抑制できる。

例えば、図５に示す時刻ｔ３に指標Ｉを算出したと想定する。このときの指標Ｉは、上限値Ｔｈ１を超えている。この場合、制御装置３は、前記ステップ４で否定判断する。その結果、制御装置３は、前記ステップ９で超音波の照射を停止し、前記ステップ１０で先端ユニット１３を退避させる。

（１Ｄ）制御装置３は、患者３４の呼吸数を計測する。そして、制御装置３は、計測した呼吸数に基づき、呼吸周期を設定する。そのため、制御装置３は、患者３４に適した呼吸周期を設定することができる。

（１Ｅ）患者３４の体が動き、押し付け状態となると、照射位置が目標照射位置からずれることがある。制御装置３は、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけるとき、超音波の照射を停止する。そのため、制御装置３は、目標照射位置から外れた位置に超音波を照射してしまうことを抑制できる。

（１Ｆ）先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけるときの先端ユニット１３の移動方向は、先端ユニット１３が直前に患者３４に近づいたときの移動方向とは反対方向である。そのため、制御装置３は、押し付け状態の発生を一層確実に抑制できる。
＜第２実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、図４に示す処理を実行する。これに対し、第２実施形態では、図６に示す処理を実行する点で、第１実施形態と相違する。
２．制御装置３が実行する処理
ＨＩＦＵ照射部３３が超音波を照射しているときに制御装置３が実行する処理を図６に基づき説明する。制御装置３は、この処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。

ステップ１１～１３の処理は、第１実施形態における前記ステップ１～３の処理と同じである。
ステップ１４では、前記ステップ１３で算出した指標Ｉが、予め設定された指標閾値Ｔｈ２以下であるか否かを指標判断ユニット１０３が判断する。指標Ｉが指標閾値Ｔｈ２以下であると判断した場合、本処理はステップ１５に進む。指標Ｉが指標閾値Ｔｈ２を超えていると判断した場合、本処理はステップ１７に進む。

ステップ１５～１９の処理は、第１実施形態における前記ステップ６～１０の処理と同じである。
３．制御装置３が奏する効果
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ａ）、（１Ｂ）、（１Ｄ）、及び（１Ｅ）を奏する。
＜第３実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、図４に示す処理を実行する。これに対し、第３実施形態では、図７に示す処理を実行する点で、第１実施形態と相違する。
２．制御装置３が実行する処理
ＨＩＦＵ照射部３３が超音波を照射しているときに制御装置３が実行する処理を図７に基づき説明する。制御装置３は、この処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。

ステップ２１～２３の処理は、第１実施形態における前記ステップ１～３の処理と同じである。
ステップ２４では、前記ステップ２３で算出した指標Ｉが、予め設定された指標閾値Ｔｈ２以下であるか否かを指標判断ユニット１０３が判断する。指標Ｉが指標閾値Ｔｈ２以下であると判断した場合、本処理はステップ２５に進む。指標Ｉが指標閾値Ｔｈ２を超えていると判断した場合、本処理はステップ２７に進む。

ステップ２５～２８の処理は、第１実施形態における前記ステップ６、７、９、１０の処理と同じである。
３．制御装置３が奏する効果
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ａ）、（１Ｄ）、及び（１Ｅ）を奏する。
＜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。

（１）第１実施形態において、指標Ｉは、前記ステップ２で取得した荷重Ｆであってもよい。指標Ｉが荷重Ｆである場合でも、第１実施形態の効果を奏することができる。第２実施形態において、指標Ｉは、前記ステップ１２で取得した荷重Ｆであってもよい。指標Ｉが荷重Ｆである場合でも、第２実施形態の効果を奏することができる。第３実施形態において、指標Ｉは、前記ステップ２２で取得した荷重Ｆであってもよい。指標Ｉが荷重Ｆである場合でも、第３実施形態の効果を奏することができる。

（２）第１～第３実施形態において、制御装置３は、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけるとき、先端ユニット１３の移動量が予め設定された値となるまで、先端ユニット１３を移動させてもよい。予め設定された値は、例えば、１～１００ｍｍとすることができる。

（３）第１～第３実施形態において、呼吸周期の範囲は固定された範囲でもよい。
（４）第１～第３実施形態において、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけるときの先端ユニット１３の移動方向は、ＨＩＦＵ照射部３３の軸方向に沿って移動する方向であってもよい。この場合も、制御装置３は、押し付け状態の発生を一層確実に抑制できる。

（５）第１～第３実施形態において、ＨＩＦＵ照射部３３の代わりに、他の経皮的治療デバイスを用いてもよい。他の経皮的治療デバイスとして、例えば、放射線照射デバイス等が挙げられる。

（６）第１実施形態において、前記ステップ５で否定判断した場合、常に前記ステップ９に進んでもよい。この場合も、制御装置３は、第１実施形態の効果（１Ａ）、（１Ｃ）～（１Ｆ）を奏することができる。

（７）第１～第３実施形態において、超音波の照射を開始する前に、上記の処理を行ってもよい。超音波の照射を開始する前である状態として、例えば、先端ユニット１３が患者３４の体に接触しているが、未だ超音波の照射は開始していない状態が挙げられる。

（８）第１～第３実施形態において、制御装置３は、超音波の照射を続けたまま、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけてもよい。
（９）第１～第３実施形態において、制御装置３は、先端ユニット１３を患者３４の体から遠ざけることなく、超音波の照射を停止してもよい。
（１０）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。

（１１）上述した制御装置の他、当該制御装置を構成要素とする治療システム、当該制御装置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、治療システムの制御方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…治療システム、３…制御装置、５…ＨＩＦＵ制御部、７…超音波診断部、８…モニタ、９…ロボット制御部、１１…ロボットアーム、１３…先端ユニット、１５…監視用力覚センサ、１６…呼吸数計測センサ、１７…ＣＰＵ、１９…メモリ、２７…根元部、２９…台、３１…先端部、３３…ＨＩＦＵ照射部、３４…患者、３５…診断プローブ、３６…ベッド、３７…水袋、３９…操作部、４１…操作用力覚センサ、４３…術者、１０１…荷重取得ユニット、１０３…指標判断ユニット、１０５…退避ユニット、１０７…周期判断ユニット、１０９…上限値判断ユニット、１１１…呼吸数計測ユニット、１１３…呼吸周期設定ユニット、１１５…設定時間判断ユニット、１１７…照射終了ユニット

Claims (6)

1. 経皮的治療デバイスを制御する制御装置であって、
   センサを用いて、患者の体が前記経皮的治療デバイスの超音波又は放射線を照射する照射部に加える荷重を取得するように構成された荷重取得ユニットと、
   前記荷重、又は前記荷重の変化量である指標が予め設定された指標閾値を超えたか否かを判断するように構成された指標判断ユニットと、
   前記指標が前記指標閾値を超えたと前記指標判断ユニットが判断することを必要条件として、前記照射部を前記患者の体から遠ざける退避ユニットと、
   前記指標の時系列データが、予め設定された呼吸周期で周期的に変化しているか否かを判断するように構成された周期判断ユニットと、
   を備え、
   前記退避ユニットは、前記指標が前記指標閾値を超えたと前記指標判断ユニットが判断し、且つ、前記時系列データは前記呼吸周期で周期的に変化していないと前記周期判断ユニットが判断することを必要条件として、前記照射部を前記患者の体から遠ざける制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記指標が、前記指標閾値より大きくなるように予め設定された上限値を超えたか否かを判断するように構成された上限値判断ユニットをさらに備え、
   前記退避ユニットは、前記指標が前記上限値を超えたと前記上限値判断ユニットが判断した場合は、前記周期判断ユニットの判断結果によらず、前記照射部を前記患者の体から遠ざける制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の制御装置であって、
   前記患者の呼吸数を計測するように構成された呼吸数計測ユニットと、
   前記呼吸数計測ユニットが計測した呼吸数に基づき、前記呼吸周期を設定するように構成された呼吸周期設定ユニットと、
   をさらに備える制御装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の制御装置であって、
   前記退避ユニットは、前記照射部を前記患者の体から遠ざけるとき、前記経皮的治療デバイスの照射を停止する制御装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置であって、
   前記退避ユニットは、前記照射部を前記患者の体から遠ざけるとき、前記照射部を、直前に前記照射部が前記患者に近づいたときの移動方向とは反対方向に移動させる制御装置。
6. 請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置であって、
   前記退避ユニットは、前記照射部を前記患者の体から遠ざけるとき、前記照射部を、前記照射部の軸方向に沿って移動させる制御装置。

Images