WO2022195776A1 - 超音波診断システム - Google Patents

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WO2022195776A1
WO2022195776A1 PCT/JP2021/010902 JP2021010902W WO2022195776A1 WO 2022195776 A1 WO2022195776 A1 WO 2022195776A1 JP 2021010902 W JP2021010902 W JP 2021010902W WO 2022195776 A1 WO2022195776 A1 WO 2022195776A1
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WO
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probe
diagnostic system
ultrasonic
body surface
moving device
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PCT/JP2021/010902
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直史 吉田
泰弘 山下
伸哉 近藤
誠 西内
学 下神
史義 大島
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株式会社Fuji
朝日インテック株式会社
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Publication date
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    • A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures

Definitions

  • This specification discloses an ultrasound diagnostic system.
  • the probe when the probe is moved by a moving device in a specific pattern different from the normal movement pattern, depending on the specific pattern, if the probe is moved while being pressed against the subject, the body of the subject may be heavily burdened. .
  • the main purpose of the present disclosure is to further reduce the burden on the subject's body when moving the probe in a specific pattern in ultrasound diagnosis in which the probe is moved by a moving device.
  • the ultrasound diagnostic system of the present disclosure includes: an ultrasonic diagnostic apparatus having a probe; a moving device for moving the probe; When ultrasonic diagnosis is performed on a subject, the moving device is controlled so that the probe is pressed against the body surface of the subject, or the pressing of the probe against the body surface is released or relaxed.
  • a control device that performs specific pattern control for The main gist is to provide
  • the probe is moved by a moving device during ultrasonic diagnosis. Further, the ultrasonic diagnostic system can reduce the burden on the subject during ultrasonic diagnosis.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an ultrasonic diagnostic system according to a first embodiment;
  • FIG. It is a side view of a robot.
  • 2 is a block diagram showing the electrical connection relationship among the robot, control device, and ultrasonic diagnostic device of the first embodiment;
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of ultrasonic diagnostic processing; It is a flow chart which shows an example of specific operation processing.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the electrical connection relationship between the robot, the control device, and the ultrasonic diagnostic device of the second embodiment;
  • 9 is a flowchart showing ultrasonic diagnostic processing according to the second embodiment; It is a flow chart which shows specific action processing of a 2nd embodiment. It is a flow chart which shows specific action processing of a 3rd embodiment. It is a flow chart which shows specific operation processing of a 4th embodiment.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the ultrasonic diagnostic system of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the robot.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an electrical connection relationship between the robot, the control device, and the ultrasonic diagnostic device according to the first embodiment.
  • the horizontal direction is the X-axis
  • the front-rear direction is the Y-axis
  • the vertical direction is the Z-axis.
  • the ultrasonic diagnostic system 10 of the first embodiment holds an ultrasonic probe 101 at the tip of a robot 20, and automatically or remotely operates the robot 20 so that the ultrasonic probe 101 is pressed against the patient's body surface.
  • An ultrasonic echo image is acquired by driving.
  • the ultrasonic diagnostic system 10 is used for catheter treatment, for example.
  • the operator who operates the guide wire of the catheter advances the guide wire while recognizing the positional relationship between the tip of the guide wire and the blood vessel from the ultrasonic echo image obtained by applying the ultrasonic probe 101 to the body surface of the patient. , the guidewire can be accurately passed through the center of the occlusion or stenosis of the blood vessel.
  • the ultrasonic diagnostic system 10 includes a robot 20, a force sensor 28, a controller 70 for controlling the robot 20, an ultrasonic diagnostic apparatus 100 including an ultrasonic probe 101, Prepare.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 includes an ultrasonic probe 101 and an ultrasonic diagnostic apparatus body 102 connected to the ultrasonic probe 101 via a cable 101a.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus main body 102 includes a control unit 103 for controlling the entire apparatus, an instruction input unit 104 for inputting an instruction such as the start of diagnosis, and a signal received from the ultrasonic probe 101 to process an ultrasonic echo image.
  • An image processing unit 105 for generating and a display unit 106 for displaying the generated ultrasonic echo image are included.
  • the robot 20 includes a first arm 21, a second arm 22, a base 25, a pedestal 26, a first arm driving device 35, a second arm driving device 36, and an attitude holding device.
  • a device 37 , a lifting device 40 , a rotating three-axis mechanism 50 and a holder 60 are provided. Note that the first arm 21, the second arm 22, and the rotating three-axis mechanism 50 may be simply referred to as arms.
  • the base end of the first arm 21 is connected to the base 25 via a first joint shaft 31 extending in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the first arm driving device 35 includes a motor 35a and an encoder 35b.
  • a rotating shaft of the motor 35a is connected to the first joint shaft 31 via a speed reducer (not shown).
  • the first arm driving device 35 rotates (revolves) the first arm 21 about the first joint shaft 31 along a horizontal plane (XY plane) by rotationally driving the first joint shaft 31 with a motor 35a.
  • the encoder 35b is attached to the rotating shaft of the motor 35a and configured as a rotary encoder for detecting the amount of rotational displacement of the motor 35a.
  • the proximal end of the second arm 22 is connected to the distal end of the first arm 21 via a vertically extending second joint shaft 32 .
  • the second arm driving device 36 includes a motor 36a and an encoder 36b.
  • the rotating shaft of the motor 36a is connected to the second joint shaft 32 via a speed reducer (not shown).
  • the second arm driving device 36 rotates (revolves) the second arm 22 along the horizontal plane with the second joint shaft 32 as a fulcrum by rotationally driving the second joint shaft 32 with a motor 36a.
  • the encoder 36b is attached to the rotary shaft of the motor 36a and configured as a rotary encoder that detects the amount of rotational displacement of the motor 36a.
  • the base 25 is provided so as to be able to move up and down with respect to the base 26 by an elevating device 40 installed on the base 26 .
  • the lifting device 40 includes a slider 41 fixed to the base 25 and a guide member 42 fixed to the base 26 and extending vertically to guide the movement of the slider 41 .
  • a ball screw shaft 43 (elevating shaft) that extends vertically and is screwed into a ball screw nut (not shown) fixed to the slider 41; a motor 44 that rotationally drives the ball screw shaft 43; 45 (see FIG. 3).
  • the lifting device 40 moves the base 25 fixed to the slider 41 up and down along the guide member 42 by rotationally driving the ball screw shaft 43 by the motor 44 .
  • the encoder 45 is configured as a linear encoder that detects the vertical position (lifting position) of the slider 41 (base 25).
  • the rotating 3-axis mechanism 50 is connected to the distal end of the second arm 22 via a posture holding shaft 33 extending in the vertical direction.
  • the rotating three-axis mechanism 50 includes a first rotating shaft 51, a second rotating shaft 52, and a third rotating shaft 53 that are orthogonal to each other, a first rotating device 55 that rotates the first rotating shaft 51, and a second rotating shaft 52.
  • a second rotating device 56 for rotating and a third rotating device 57 for rotating the third rotating shaft 53 are provided.
  • the first rotating shaft 51 is supported in a posture orthogonal to the posture holding shaft 33 .
  • the second rotating shaft 52 is supported in an orthogonal posture with respect to the first rotating shaft 51 .
  • the third rotating shaft 53 is supported in a posture perpendicular to the second rotating shaft 52 .
  • the first rotating device 55 has a motor 55a that rotationally drives the first rotating shaft 51, and an encoder 55b that is attached to the rotating shaft of the motor 55a and detects the amount of rotational displacement of the motor 55a.
  • the second rotating device 56 has a motor 56a that rotationally drives the second rotating shaft 52, and an encoder 56b that is attached to the rotating shaft of the motor 56a and detects the amount of rotational displacement of the motor 56a.
  • the third rotating device 57 has a motor 57a that rotationally drives the third rotating shaft 53, and an encoder 57b that is attached to the rotating shaft of the motor 57a and detects the amount of rotational displacement of the motor 57a.
  • a holder 60 for holding the ultrasonic probe 101 is attached to the third rotating shaft 53 . In this embodiment, the ultrasonic probe 101 is held by the holder 60 so as to be coaxial with the third rotating shaft 53 .
  • the robot 20 of this embodiment performs translational motion in three directions, namely, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, by means of the first arm drive device 35, the second arm drive device 36, and the lifting device 40, and a rotary three-axis mechanism.
  • the ultrasonic probe 101 can be moved to any position in any posture. can.
  • the posture holding device 37 holds the posture of the rotating three-axis mechanism 50 (orientation of the first rotating shaft 51) in a constant direction regardless of the postures of the first arm 21 and the second arm 22.
  • the posture holding device 37 includes a motor 37a and an encoder 37b.
  • the rotating shaft of the motor 37a is connected to the attitude holding shaft 33 via a speed reducer (not shown).
  • the posture holding device 37 maintains the posture based on the rotation angle of the first joint shaft 31 and the rotation angle of the second joint shaft 32 so that the axial direction of the first rotating shaft 51 is always in the left-right direction (X-axis direction).
  • a target rotation angle of the holding shaft 33 is set, and the motor 37a is driven and controlled so that the attitude holding shaft 33 reaches the target rotation angle.
  • the force sensor 28 is attached to the tip of the arm, and detects force components acting in the directions of the X, Y, and Z axes and torque components acting around each axis as external forces acting on the arm.
  • the control device 70 is configured as a microprocessor centered around a CPU 71, and in addition to the CPU 71, it also has a ROM 72, a RAM 73, an input/output port and a communication port (not shown).
  • a detection signal from the force sensor 28 and a detection signal from each of the encoders 35b, 36b, 37b, 45, 55b, 56b, 57b, etc. are input to the control device 70 via an input port.
  • Drive signals to the motors 35a, 36a, 37a, 44, 55a, 56a, and 57a are output from the control device 70 via output ports.
  • the control device 70 communicates with the control unit 103 of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 via a communication port to exchange data.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of ultrasonic diagnostic processing executed by the CPU 71 of the control device 70. As shown in FIG. This process is executed, for example, when the instruction input unit 104 gives an instruction to start diagnosis from the user.
  • the CPU 71 first drives and controls the corresponding motors of the robot 20 to start moving the ultrasonic probe 101 with respect to the patient (step S100). Movement of the ultrasonic probe 101 is performed as follows. That is, the CPU 71 determines the target position and target orientation of the arm that holds the ultrasonic probe 101 according to a pre-created task program. Subsequently, the CPU 71 determines the target rotation angle of the first joint shaft 31, the target rotation angle of the second joint shaft 32, the target rotation angle of the posture holding shaft 33, and the base 25 for moving the arm to the target position in the target posture.
  • the target rotation angle of the first rotation shaft 51, the target rotation angle of the second rotation shaft 52, and the target rotation angle of the third rotation shaft 53 are set. Then, the CPU 71 controls the corresponding motors so that the rotation angles or elevation positions detected by the encoders 35b, 36b, 37b, 45, 55b, 56b, and 57b match the corresponding target rotation angles or target elevation positions. .
  • the CPU 71 aligns the scanning direction of the ultrasonic probe 101 with the central axis direction (longitudinal direction) of the patient's blood vessel, and adjusts the scanning direction according to the advancement of the guide wire of the catheter.
  • the robot 20 is controlled by setting a moving route and moving speed so that the ultrasonic probe 101 moves.
  • the CPU 71 sets a predetermined value ⁇ 1 as the target value ⁇ tag of the pressing force when pushing the ultrasonic probe 101 against the patient's body surface (step S110).
  • the CPU 71 acquires the pressing force .delta. 37a, 44, 55a, 56a and 57a are controlled (step S130).
  • the predetermined value ⁇ 1 is determined in advance by experiments, etc., within a range in which the patient does not feel pain or discomfort, and the distance between the ultrasonic probe 101 and the blood vessel, which is an object to be diagnosed, is within the effective depth of ultrasonic waves.
  • the ultrasonic probe 101 can be determined by By setting a predetermined value ⁇ 1 as the target value ⁇ tag and controlling the pressing of the ultrasonic probe 101, the ultrasonic probe 101 can be pressed against the patient with an appropriate force, without imposing an excessive burden on the patient. , a good ultrasound echo image can be obtained.
  • the CPU 71 determines whether or not the conditions for executing the action (specific action) according to the specific pattern are satisfied (step S140).
  • the condition for executing the specific action may be established at a predetermined timing, or may be established when the instruction input unit 104 instructs the execution of the specific action from the user.
  • the CPU 71 determines whether or not the current diagnosis is completed (step S190). This determination may be made based on whether or not the ultrasonic probe 101 has reached a predetermined position, or may be made based on whether or not the instruction input unit 104 has been instructed by the user to end the diagnosis.
  • step S195 the ultrasonic diagnostic processing.
  • the CPU 71 determines in step S140 that the conditions for executing the specific action are satisfied, it temporarily stops the movement of the ultrasonic probe 101 (step S150) and executes specific action processing (step S160).
  • the specific operation is an operation that excessively burdens the patient when performed while the ultrasonic probe 101 is pressed against the body surface of the patient. Examples include a rotating operation for rotating, a moving operation for moving the ultrasonic probe 101 by a predetermined distance or more at once, and the like.
  • the posture of the ultrasonic probe 101 is changed from scanning in the longitudinal direction of the blood vessel to scanning in the width direction of the blood vessel.
  • FIG. 5 is a flow chart showing an example of the specific action process executed by the CPU 71. As shown in FIG.
  • the CPU 71 first sets the target value ⁇ tag of the pressing force to a predetermined value ⁇ 2 that is smaller than the predetermined value ⁇ 1 described above (step S200). Subsequently, the CPU 71 acquires the pressing force ⁇ of the ultrasonic probe 101 from the force sensor 28 (step S210), and controls the corresponding motor of the robot 20 so that the pressing force ⁇ matches the target value ⁇ tag. (Step S220). In this process, the target value ⁇ tag of the pressing force is set to a predetermined value ⁇ 2 that is smaller than usual, and the pressing of the ultrasonic probe 101 is controlled to release or reduce the pressing of the ultrasonic probe 101 . be.
  • the predetermined value ⁇ 2 is set, for example, near 0 so that the pressing of the ultrasonic probe 101 is released. Then, the CPU 71 determines whether or not the pressing force ⁇ matches the target value ⁇ tag (step S230). When the CPU 71 determines that the pressing force ⁇ does not match the target value ⁇ tag, the CPU 71 returns to step S210, repeats control to release or reduce the pressing force, and determines that the pressing force ⁇ matches the target value ⁇ tag. Then, the specific action is started (step S240), and the specific action process ends. As described above, if the specific action is performed while the ultrasonic probe 101 is pressed against the patient's body surface, the patient will be overburdened.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 may output a warning to the display unit 106 when the amount of deviation exceeds a predetermined amount.
  • the CPU 71 waits for the specific action to end (step S170), resumes movement of the ultrasonic probe 101 (step S180), and returns to step S110. That is, the CPU 71 restores the target value ⁇ tag of the pressing force from the predetermined value ⁇ 2 to the predetermined value ⁇ 1, and presses the ultrasonic probe 101 against the body surface of the patient at the target value ⁇ tag of the predetermined value ⁇ 1. to resume movement.
  • the ultrasonic probe 101 of this embodiment corresponds to the probe of the present disclosure
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 corresponds to the ultrasonic diagnostic apparatus
  • the robot 20 corresponds to the moving apparatus
  • the control apparatus 70 corresponds to the control apparatus.
  • the force sensor 28 corresponds to a force sensor.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the electrical connection relationship between the robot, the control device, and the ultrasonic diagnostic device according to the second embodiment.
  • the robot 120 replaces the force sensor 28 as a sensor used to control the position of the ultrasonic probe 101 when the ultrasonic probe 101 is pressed against the body surface of the patient.
  • a position measurement sensor 128 is provided at the end. Examples of the position measurement sensor 128 include a camera sensor, an eddy current displacement sensor, a reflection laser displacement sensor, a capacitive displacement sensor, a magnetic induction displacement sensor, and the like.
  • FIG. 7 is a flowchart showing ultrasonic diagnostic processing according to the second embodiment. Also, FIG. 8 is a flow chart showing the specific operation process of the second embodiment. Among the ultrasonic diagnostic processing in FIG. 7, the same steps as the ultrasonic diagnostic processing in FIG. 4 are given the same step numbers, and redundant description is omitted.
  • the CPU 71 sets the position P1 as the target value Ptag of the position (probe position) of the ultrasonic probe 101 (step S110B).
  • the CPU 71 captures an image of the patient's body surface in advance with the camera sensor before diagnosis, and measures the position of the body surface from the obtained captured image as a reference position. back.
  • the target value Ptag is determined as the position (position P1) of the ultrasonic probe 101 when the ultrasonic probe 101 is pushed by a predetermined amount with respect to the reference position.
  • the CPU 71 acquires the probe position P from the position measurement sensor 128 (step S120B), and rotates the motors 35a, 36a, 37a, 44, 55a, 56a, 56a, 56a, 56a, 56a, 56a, 56a so that the acquired probe position P matches the target value Ptag. 57a (step S130B).
  • the CPU 71 determines in step S140 that the conditions for executing the specific operation are not satisfied and determines in step S190 that the diagnosis has not been completed, the CPU 71 returns to step S120B and holds the probe position P at the target value Ptag. while continuing to move the ultrasonic probe 101 .
  • step S140 when the CPU 71 determines in step S140 that the conditions for executing the specific operation are satisfied, the CPU 71 temporarily stops the movement of the ultrasonic probe 101 and then executes specific operation processing. 101 is resumed (steps S150 to S180), and the process returns to step S110B.
  • the CPU 71 sets the position P2 as the target value Ptag of the probe position (step S300).
  • the position P2 is determined as a position spaced apart from the body surface of the patient by a predetermined distance or more than when the ultrasonic probe 101 is pushed in with the position P1 as the target value Ptag in the ultrasonic diagnostic processing of FIG.
  • the CPU 71 acquires the probe position P (step S310).
  • the CPU 71 controls the motors 35a, 36a, 37a, 44, 55a, 56a, 57a so that the obtained probe position P matches the target value Ptag (step S320).
  • the CPU 71 determines whether or not the probe position P matches the target value Ptag (step S330). If the CPU 71 determines that the probe position P does not match the target value Ptag, it returns to step S310 and repeats the process. S340), the specific action process is terminated.
  • the CPU 71 acquires the probe position P from the position measurement sensor 128 and controls the pressing of the ultrasonic probe 101 based on the acquired probe position P and the reference position.
  • the CPU 71 calculates the arm position P by forward kinematics based on the rotation angle or elevation position detected by the encoders 35b, 36b, 37b, 45, 55b, 56b, 57b of each joint axis and each rotation axis, The pressing of the ultrasonic probe 101 may be controlled based on the calculated probe position P and the reference position.
  • the ultrasonic diagnostic system of the third embodiment controls the pressing torque of the ultrasonic probe 101 to release or relax the pressing of the ultrasonic probe 101 against the patient's body surface.
  • FIG. 9 is a flowchart showing specific operation processing according to the third embodiment.
  • the CPU 71 sets a predetermined torque T2 as the torque target value Ttag of the motor that outputs the pressing torque for pressing the ultrasonic probe 101 against the patient's body surface (step S400).
  • the predetermined torque T2 is set to a torque that is smaller by a predetermined amount than the torque T1 in the pressing direction required when the ultrasonic probe 101 is pressed against the patient's body surface in the ultrasonic diagnostic processing.
  • the CPU 71 acquires the torque command value T of the motor that outputs the torque in the pressing direction of the ultrasonic probe 101 (step S410). Subsequently, the CPU 71 reduces the acquired torque command value T so that it matches the target value Ttag and controls the corresponding motor (step S420).
  • the CPU 71 determines whether or not the torque command value T matches the target value Ptag (step S430). If the CPU 71 determines that the torque command value T does not match the target value Ttag, the CPU 71 returns to step S410 and repeats the process. End the specific action process.
  • FIG. 10 is a flowchart showing specific operation processing according to the fourth embodiment.
  • the CPU 71 acquires an ultrasonic echo image (step S500). Subsequently, the CPU 71 performs image processing for recognizing the diagnostic object (blood vessel) from the acquired ultrasonic echo image (step S510), and determines whether or not the recognition is successful (step S520). Image processing can be performed, for example, by applying pattern matching to the acquired ultrasound echo images.
  • the CPU 71 determines that the recognition is successful, the CPU 71 controls the corresponding motor so that the ultrasonic probe 101 is separated from the body surface of the patient by a predetermined amount (step S530), returns to step S500, and performs the processing of steps S500 to S520. repeat.
  • step S540 the CPU 71 determines in step S520 that recognition of the object to be diagnosed has failed in the process of repeating the process.
  • the CPU 71 executes the specific action (step S540) and terminates the specific action process.
  • the ultrasonic probe 101 is separated from the patient's body surface by a predetermined amount, the definition of the obtained ultrasonic echo image gradually decreases. Therefore, when the diagnostic object (blood vessel) cannot be recognized from the ultrasonic echo image, the CPU 71 determines that the ultrasonic probe 101 is sufficiently separated from the body surface and the pressing of the ultrasonic probe 101 is released or relaxed. can judge.
  • the robot 20 is configured as a seven-axis articulated robot capable of translational motion in three directions and rotational motion in three directions.
  • the number of axes can be any number.
  • the robot 20 may be configured by a so-called vertical multi-joint robot, a horizontal multi-joint robot, or the like.
  • the ultrasonic diagnostic system 10 is provided with the robot 20 that automatically operates according to the task program.
  • the ultrasonic diagnostic system is connected to a master device installed at a remote location that can be operated by an operator, and is connected to the master device via a communication line.
  • a teleoperated robot that operates an arm may also be provided.
  • the controller cancels or relaxes the pressing of the probe against the body surface of the subject.
  • the probe is moved according to a specific pattern.
  • the control device presses the probe against the body surface when the movement according to the specific pattern is completed.
  • the ultrasonic diagnostic system of the present disclosure can also employ the following configuration. That is, in the ultrasonic diagnostic system of the present disclosure, the specific pattern may be a pattern that rotates the probe about an axis or a pattern that moves the probe over a predetermined distance.
  • the ultrasonic diagnostic system of the present disclosure includes a force sensor that detects a reaction force acting on the probe, and the control device performs the specific pattern control based on the reaction force detected by the force sensor.
  • the moving device may be controlled so that the pressing against the body surface is released or relieved. In this way, the pressing of the probe can be properly released or relaxed.
  • a position measurement sensor that measures the position of the probe is provided, and the control device controls the body surface based on the position measured by the position measurement sensor as the specific pattern control.
  • the moving device may be controlled so that the pressing against the is released or relaxed. In this way, the pressing of the probe can be properly released or relaxed.
  • the moving device moves the probe by driving a motor based on a torque command value, and the control device controls the torque command value as the specific pattern control.
  • the moving device may be controlled such that the pressure on the body surface is released or relaxed by reducing the pressure. In this way, the pressing of the probe can be properly released or relieved without using a sensor.
  • the control device cancels or relaxes the pressing on the body surface based on a change in the ultrasonic image acquired from the ultrasonic diagnostic device.
  • the mobile device may be controlled such that In this way, the pressing of the probe can be properly released or relieved without using a sensor.
  • the moving device may be an arm robot having an articulated arm, and the probe may be attached to the distal end of the articulated arm.
  • a second ultrasonic diagnostic system of the present disclosure includes an ultrasonic diagnostic apparatus having a probe, a moving device for moving the probe, a force sensor for detecting a reaction force acting on the probe, and an ultrasonic diagnostic system for a subject.
  • the probe When performing acoustic diagnosis, the probe is pressed against the body surface of the subject based on the reaction force detected by the force sensor, or the pressing of the probe against the body surface is released or relaxed. and a control device for controlling the moving device such that
  • a third ultrasonic diagnostic system of the present disclosure includes an ultrasonic diagnostic apparatus having a probe, a moving device that moves the probe, and a position measurement sensor that measures the position of the probe, and performs ultrasonic diagnosis on a subject.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus having a probe, a moving device that moves the probe, and a position measurement sensor that measures the position of the probe, and performs ultrasonic diagnosis on a subject.
  • the probe When performing, based on the position measured by the position measurement sensor, the probe is pressed against the body surface of the subject, or the pressing of the probe against the body surface is released or relaxed. and a control device for controlling the moving device.
  • the present disclosure can be used in the manufacturing industry of ultrasonic diagnostic systems.

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Abstract

超音波診断システムは、プローブを有する超音波診断装置と、プローブを移動させる移動装置と、制御装置と、を備える。制御装置は、被験者に対して超音波診断を行なうに際して、被験者の体表面にプローブが押し当てられるように移動装置を制御し、プローブの移動パターンとして特定パターンが指定された場合、体表面へのプローブの押し当てが解除または緩和されるように移動装置を制御した後、プローブが特定パターンにより移動するように移動装置を制御し、特定パターンでの移動が終了すると、体表面にプローブが押し当てられるように移動装置を制御する特定パターン制御を行なう。

Description

超音波診断システム
　本明細書は、超音波診断システムについて開示する。
　従来、この種の超音波診断システムとしては、ロボットアームの先端に診断プローブを含む治療ヘッドが取り付けられたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、治療ヘッドを介してロボットアームに作用する力の大きさや方向を検出する力覚センサを備え、治療対象に診断プローブを押し当てる際に、力覚センサにより検出される力が閾値以下となるようにプローブ駆動装置を制御する。
特開２０１９－１６５８３９号公報
　ところで、移動装置によりプローブを通常の移動パターンとは異なる特定パターンで移動させる場合、特定パターンによっては、被験者に押し当てた状態でプローブを移動させると、被験者の体に大きな負担がかかる場合がある。
　本開示は、超音波診断に際して移動装置によりプローブを移動させるものにおいて、プローブを特定パターンで移動させる際に被験者の体にかかる負担をより低減させることを主目的とする。
　本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
　本開示の超音波診断システムは、
　プローブを有する超音波診断装置と、
　前記プローブを移動させる移動装置と、
　被験者に対して超音波診断を行なうに際して、被験者の体表面に前記プローブが押し当てられるように、または、前記体表面への前記プローブの押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する特定パターン制御を行なう制御装置と、
　を備えることを主な要旨とする。
　この本開示の超音波診断システムでは、超音波診断に際して移動装置によりプローブを移動させるものである。そして、超音波診断システムは、超音波診断に際して被験者にかかる負担を低減させることができる。
第１実施形態の超音波診断システムの外観斜視図である。 ロボットの側面図である。 第１実施形態のロボットと制御装置と超音波診断装置との電気的な接続関係を示すブロック図である。 超音波診断処理の一例を示すフローチャートである。 特定動作処理一例を示すフローチャートである。 第２実施形態のロボットと制御装置と超音波診断装置との電気的な接続関係を示すブロック図である。 第２実施形態の超音波診断処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の特定動作処理を示すフローチャートである。 第３実施形態の特定動作処理を示すフローチャートである。 第４実施形態の特定動作処理を示すフローチャートである。
　次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の超音波診断システムの外観斜視図である。図２は、ロボットの側面図である。図３は、第１実施形態のロボットと制御装置と超音波診断装置との電気的な接続関係を示すブロック図である。なお、図１中、左右方向がＸ軸であり、前後方向がＹ軸方向であり、上下方向がＺ軸方向である。
　第１実施形態の超音波診断システム１０は、ロボット２０の手先に超音波プローブ１０１を保持し、超音波プローブ１０１が患者の体表面に押し当てられるようにロボット２０を自動的に或いは遠隔操作により駆動することにより超音波エコー画像を取得する。超音波診断システム１０は、例えばカテーテル治療に用いられる。カテーテルのガイドワイヤを操作する術者は、超音波プローブ１０１を患者の体表面に当てて得られる超音波エコー画像からガイドワイヤの先端と血管との位置関係を認識しながら、ガイドワイヤを進めることで、ガイドワイヤを正確に血管の閉塞部位や狭窄部位の中央を通すことができる。
　超音波診断システム１０は、図１～図３に示すように、ロボット２０と、力覚センサ２８と、ロボット２０を制御する制御装置７０と、超音波プローブ１０１を含む超音波診断装置１００と、を備える。
　超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１と、超音波プローブ１０１とケーブル１０１ａを介して接続される超音波診断装置本体１０２と、を備える。超音波診断装置本体１０２は、装置全体の制御を司る制御部１０３と、診断開始などの指示を入力する指示入力部１０４と、超音波プローブ１０１からの受信信号を処理して超音波エコー画像を生成するための画像処理部１０５と、生成された超音波エコー画像を表示する表示部１０６と、を含む。
　ロボット２０は、図２に示すように、第１アーム２１と、第２アーム２２と、ベース２５と、基台２６と、第１アーム駆動装置３５と、第２アーム駆動装置３６と、姿勢保持装置３７と、昇降装置４０と、回転３軸機構５０と、保持具６０とを備える。なお、第１アーム２１と第２アーム２２と回転３軸機構５０とは、単にアームと呼ぶ場合がある。
　第１アーム２１の基端部は、上下方向（Ｚ軸方向）に延在する第１関節軸３１を介してベース２５に連結されている。第１アーム駆動装置３５は、モータ３５ａと、エンコーダ３５ｂとを備える。モータ３５ａの回転軸は、図示しない減速機を介して第１関節軸３１に接続されている。第１アーム駆動装置３５は、モータ３５ａにより第１関節軸３１を回転駆動することにより、第１関節軸３１を支点に第１アーム２１を水平面（ＸＹ平面）に沿って回動（旋回）させる。エンコーダ３５ｂは、モータ３５ａの回転軸に取り付けられ、モータ３５ａの回転変位量を検出するロータリエンコーダとして構成される。
　第２アーム２２の基端部は、上下方向に延在する第２関節軸３２を介して第１アーム２１の先端部に連結されている。第２アーム駆動装置３６は、モータ３６ａと、エンコーダ３６ｂとを備える。モータ３６ａの回転軸は、図示しない減速機を介して第２関節軸３２に接続されている。第２アーム駆動装置３６は、モータ３６ａにより第２関節軸３２を回転駆動することにより、第２関節軸３２を支点に第２アーム２２を水平面に沿って回動（旋回）させる。エンコーダ３６ｂは、モータ３６ａの回転軸に取り付けられ、モータ３６ａの回転変位量を検出するロータリエンコーダとして構成される。
　ベース２５は、基台２６上に設置された昇降装置４０により、基台２６に対して昇降可能に設けられている。昇降装置４０は、図１および図２に示すように、ベース２５に固定されたスライダ４１と、基台２６に固定されると共に上下方向に延出してスライダ４１の移動をガイドするガイド部材４２と、上下方向に延出すると共にスライダ４１に固定されたボールねじナット（図示せず）に螺合されるボールねじ軸４３（昇降軸）と、ボールねじ軸４３を回転駆動するモータ４４と、エンコーダ４５（図３参照）とを備える。昇降装置４０は、モータ４４によりボールねじ軸４３を回転駆動することにより、スライダ４１に固定されたベース２５をガイド部材４２に沿って上下に移動させる。エンコーダ４５は、スライダ４１（ベース２５）の上下方向における位置（昇降位置）を検出するリニアエンコーダとして構成される。
　回転３軸機構５０は、上下方向に延在する姿勢保持用軸３３を介して第２アーム２２の先端部に連結されている。回転３軸機構５０は、互いに直交する第１回転軸５１，第２回転軸５２および第３回転軸５３と、第１回転軸５１を回転させる第１回転装置５５と、第２回転軸５２を回転させる第２回転装置５６と、第３回転軸５３を回転させる第３回転装置５７と、を備える。第１回転軸５１は、姿勢保持用軸３３に対して直交姿勢で支持されている。第２回転軸５２は、第１回転軸５１に対して直交姿勢で支持されている。第３回転軸５３は、第２回転軸５２に対して直交姿勢で支持される。第１回転装置５５は、第１回転軸５１を回転駆動するモータ５５ａと、モータ５５ａの回転軸に取り付けられモータ５５ａの回転変位量を検出するエンコーダ５５ｂとを有する。第２回転装置５６は、第２回転軸５２を回転駆動するモータ５６ａと、モータ５６ａの回転軸に取り付けられモータ５６ａの回転変位量を検出するエンコーダ５６ｂとを有する。第３回転装置５７は、第３回転軸５３を回転駆動するモータ５７ａと、モータ５７ａの回転軸に取り付けられモータ５７ａの回転変位量を検出するエンコーダ５７ｂとを有する。また、第３回転軸５３には、超音波プローブ１０１を保持するための保持具６０が取り付けられている。超音波プローブ１０１は、本実施形態において、第３回転軸５３と同軸上に位置するように保持具６０に保持される。
　本実施形態のロボット２０は、第１アーム駆動装置３５と第２アーム駆動装置３６と昇降装置４０とによるＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３方向の並進運動と、回転３軸機構５０によるＸ軸回り（ピッチング），Ｙ軸回り（ローリング）およびＺ軸回り（ヨーイング）の３方向の回転運動との組み合わせにより、超音波プローブ１０１を任意の姿勢で任意の位置へ移動させることができる。
　姿勢保持装置３７は、第１アーム２１および第２アーム２２の姿勢によらず回転３軸機構５０の姿勢（第１回転軸５１の向き）を一定の向きに保持するものである。姿勢保持装置３７は、モータ３７ａと、エンコーダ３７ｂとを備える。モータ３７ａの回転軸は、図示しない減速機を介して姿勢保持用軸３３に接続されている。姿勢保持装置３７は、第１回転軸５１の軸方向が常時、左右方向（Ｘ軸方向）となるように第１関節軸３１の回転角度と第２関節軸３２の回転角度とに基づいて姿勢保持用軸３３の目標回転角度を設定し、姿勢保持用軸３３が目標回転角度となるようにモータ３７ａを駆動制御する。これにより、３方向の並進運動の制御と３方向の回転運動の制御とをそれぞれ独立して行なうことが可能となり、制御が容易となる。
　力覚センサ２８は、アームの先端に取り付けられ、アームに作用する外力としてＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向に作用する力成分と各軸周りに作用するトルク成分とを検出する。
　制御装置７０は、図３に示すように、ＣＰＵ７１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７１の他に、ＲＯＭ７２やＲＡＭ７３、入出力ポートおよび通信ポート（図示せず）を備える。制御装置７０には、力覚センサ２８からの検出信号や各エンコーダ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂ，４５，５５ｂ，５６ｂ，５７ｂからの検出信号などが入力ポートを介して入力されている。また、制御装置７０からは、各モータ３５ａ，３６ａ，３７ａ，４４，５５ａ，５６ａ，５７ａへの駆動信号が出力ポートを介して出力されている。また、制御装置７０は、超音波診断装置１００の制御部１０３と通信ポートを介して通信しており、データのやり取りを行なう。
　次に、こうして構成された本実施形態の超音波診断システム１０の動作について説明する。図４は、制御装置７０のＣＰＵ７１により実行される超音波診断処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、指示入力部１０４によりユーザから診断開始が指示されたときに実行される。
　超音波診断処理が実行されると、ＣＰＵ７１は、まず、ロボット２０の対応するモータを駆動制御して患者に対して超音波プローブ１０１の移動を開始する（ステップＳ１００）。超音波プローブ１０１の移動は、以下のようにして行なわれる。すなわち、ＣＰＵ７１は、予め作成されたタスクプログラムに従って超音波プローブ１０１を保持するアームの目標位置および目標姿勢を決定する。続いて、ＣＰＵ７１は、アームを目標姿勢で目標位置へ移動させるための第１関節軸３１の目標回転角度と第２関節軸３２の目標回転角度と姿勢保持用軸３３の目標回転角度とベース２５の目標昇降位置と第１回転軸５１の目標回転角度と第２回転軸５２の目標回転角度と第３回転軸５３の目標回転角度とをそれぞれ設定する。そして、ＣＰＵ７１は、各エンコーダ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂ，４５，５５ｂ，５６ｂ，５７ｂにより検出される回転角度あるいは昇降位置が対応する目標回転角度あるいは目標昇降位置と一致するように対応するモータを制御する。超音波診断処理をカテーテル治療に適用する場合、ＣＰＵ７１は、超音波プローブ１０１のスキャン方向を患者の血管の中心軸方向（長さ方向）と一致させつつ、カテーテルのガイドワイヤの進み具合に合わせて超音波プローブ１０１が移動するよう移動ルートおよび移動速度を設定してロボット２０を制御する。
　ＣＰＵ７１は、超音波プローブ１０１の移動を開始すると、患者の体表面に対して超音波プローブ１０１を押し込む際の押し当て力の目標値δｔａｇとして所定値δ１を設定する（ステップＳ１１０）。次に、ＣＰＵ７１は、力覚センサ２８から超音波プローブ１０１の押し当て力δを取得し（ステップＳ１２０）、押し当て力δが目標値δｔａｇに一致するようにロボット２０の各モータ３５ａ，３６ａ，３７ａ，４４，５５ａ，５６ａ，５７ａを制御する（ステップＳ１３０）。ここで、所定値δ１は、患者が痛みや不快感を感じない範囲で、且つ、超音波プローブ１０１と診断対象物である血管との距離が超音波の有効深度内に入るように予め実験などにより定めることができる。目標値δｔａｇとして所定値δ１を設定して超音波プローブ１０１の押し当てを制御することで、超音波プローブ１０１を患者に適切な力で押し当てることができ、患者に過度な負担をかけることなく、良好な超音波エコー画像を取得することができる。
　次に、ＣＰＵ７１は、特定パターンによる動作（特定動作）の実行条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。特定動作の実行条件は、予め定められたタイミングで成立するものとしてもよいし、指示入力部１０４によりユーザから特定動作の実行が指示されたときに成立するようにしてもよい。ＣＰＵ７１は、特定動作の実行条件が成立していないと判定すると、今回の診断が終了したか否かを判定する（ステップＳ１９０）。この判定は、超音波プローブ１０１が予め定められた位置に到達したか否かに基づいて行なわれてもよいし、指示入力部１０４によりユーザから診断終了が指示されたか否かに基づいて行なわれてもよい。ＣＰＵ７１は、今回の診断が終了していないと判定すると、ステップＳ１２０に戻り、押し当て力δを目標値δｔａｇに保持しながら、超音波プローブ１０１の移動を継続する。一方、ＣＰＵ７１は、今回の診断が終了したと判定すると、超音波プローブ１０１の移動を停止して（ステップＳ１９５）、超音波診断処理を終了する。
　ステップＳ１４０において、ＣＰＵ７１は、特定動作の実行条件が成立していると判定すると、超音波プローブ１０１の移動を一旦停止し（ステップＳ１５０）、特定動作処理を実行する（ステップＳ１６０）。ここで、特定動作は、超音波プローブ１０１が患者の体表面に押し当てられた状態で行われると、患者の負担が過大となる動作であり、例えば、超音波プローブ１０１を軸周りに９０度回転させる回転動作や、超音波プローブ１０１を所定距離以上一度に移動させる移動動作などを挙げることができる。回転動作は、例えば、カテーテル治療において、超音波プローブ１０１が血管の長さ方向をスキャンしている状態から血管の幅方向をスキャンする状態へ姿勢変化させ、得られた血管の幅方向断面の超音波エコー画像からカテーテルのガイドワイヤが血管の中心からずれていないかを検査するために行われる。また、移動動作は、例えば、一度に複数箇所を診断する際に一方の診断箇所の診断が終了した後、別の診断箇所に移動させるために行なわれる。以下、特定動作処理についてさらに詳細に説明する。図５は、ＣＰＵ７１により実行される特定動作処理の一例を示すフローチャートである。
　特定動作処理では、ＣＰＵ７１は、まず、押し当て力の目標値δｔａｇに上述した所定値δ１よりも小さい所定値δ２を設定する（ステップＳ２００）。続いて、ＣＰＵ７１は、力覚センサ２８から超音波プローブ１０１の押し当て力δを取得し（ステップＳ２１０）、押し当て力δが目標値δｔａｇに一致するようにロボット２０の対応するモータを制御する（ステップＳ２２０）。この処理は、押し当て力の目標値δｔａｇに通常よりも小さい所定値δ２を設定して超音波プローブ１０１の押し当てを制御することで、超音波プローブ１０１の押し当てを解除または緩和するものである。本実施形態においては、所定値δ２は、超音波プローブ１０１の押し当てが解除されるように、例えば値０近傍に定められる。そして、ＣＰＵ７１は、押し当て力δが目標値δｔａｇに一致したか否かを判定する（ステップＳ２３０）。ＣＰＵ７１は、押し当て力δが目標値δｔａｇに一致していないと判定すると、ステップＳ２１０に戻って押し当て力を解除または緩和する制御を繰り返し、押し当て力δが目標値δｔａｇに一致したと判定すると、特定動作を開始して（ステップＳ２４０）、特定動作処理を終了する。上述したように、特定動作は超音波プローブ１０１が患者の体表面に押し当てた状態で行われると、患者の負担が過大となる動作であるため、特定動作の実行に先立って、超音波プローブ１０１の押し当てを解除または緩和することで、患者にかかる負担を軽減することができる。上述したように、カテーテル治療において、特定動作として回転動作を行なうと共にガイドワイヤが挿入された血管の幅方向をスキャンし、得られた超音波エコー画像から血管の中心に対するガイドワイヤのずれ量を検査する場合、超音波診断装置１００は、ずれ量が所定量を超えると、表示部１０６に警告を出力するようにしてもよい。
　超音波診断処理に戻って、ＣＰＵ７１は、特定動作を開始すると、特定動作が終了するのを待って（ステップＳ１７０）、超音波プローブ１０１の移動を再開し（ステップＳ１８０）、ステップＳ１１０に戻る。すなわち、ＣＰＵ７１は、押し当て力の目標値δｔａｇを所定値δ２から所定値δ１に戻し、所定値δ１の目標値δｔａｇで超音波プローブ１０１を患者の体表面に押し当てつつ、当該超音波プローブ１０１の移動を再開する。
　ここで、実施形態の主要な要素と請求の範囲に記載した本開示の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、本実施形態の超音波プローブ１０１が本開示のプローブに相当し、超音波診断装置１００が超音波診断装置に相当し、ロボット２０が移動装置に相当し、制御装置７０が制御装置に相当する。また、力覚センサ２８が力覚センサに相当する。
　なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、ＣＰＵ７１は、特定動作を実行する場合に、その実行前に、力覚センサ２８からの信号に基づいて押し当て力を制御することで、患者の体表面への超音波プローブ１０１の押し当てを解除または緩和した。これに対して、第２実施形態の超音波診断システムは、超音波プローブ１０１の位置を制御することで、患者の体表面への超音波プローブ１０１の押し当てを解除または緩和する。図６は、第２実施形態のロボットと制御装置と超音波診断装置との電気的な接続関係を示すブロック図である。図示するように、第２実施形態では、ロボット１２０は、超音波プローブ１０１を患者の体表面に押し当てる際の超音波プローブ１０１の位置を制御するのに用いるセンサとして、力覚センサ２８に代えて位置計測センサ１２８を備える。位置計測センサ１２８としては、例えば、カメラセンサや、渦電流式変位センサ、反射型レーザ変位センサ、静電容量式変位センサ、磁気誘導式変位センサなどを挙げることができる。
　図７は、第２実施形態の超音波診断処理を示すフローチャートである。また、図８は、第２実施形態の特定動作処理を示すフローチャートである。図７の超音波診断処理のうち図４の超音波診断処理と同一の処理については同一のステップ番号を付し、その説明は重複するから省略する。
　第２実施形態の超音波診断処理では、ＣＰＵ７１は、ステップＳ１００で超音波プローブ１０１の移動を開始すると、超音波プローブ１０１の位置（プローブ位置）の目標値Ｐｔａｇとして位置Ｐ１を設定する（ステップＳ１１０Ｂ）。ここで、位置計測センサ１２８としてカメラセンサが用いられる場合、ＣＰＵ７１は、診断前に予めカメラセンサで患者の体表面を撮像し、得られた撮像画像から体表面の位置を基準位置として計測しておく。目標値Ｐｔａｇは、基準位置に対して超音波プローブ１０１を所定量押し込んだときの超音波プローブ１０１の位置（位置Ｐ１）として定められる。続いて、ＣＰＵ７１は、位置計測センサ１２８からプローブ位置Ｐを取得し（ステップＳ１２０Ｂ）、取得したプローブ位置Ｐが目標値Ｐｔａｇに一致するように各モータ３５ａ，３６ａ，３７ａ，４４，５５ａ，５６ａ，５７ａを制御する（ステップＳ１３０Ｂ）。そして、ＣＰＵ７１は、ステップＳ１４０で特定動作の実行条件が成立していないと判定すると共にステップＳ１９０で診断が終了していないと判定すると、ステップＳ１２０Ｂに戻り、プローブ位置Ｐを目標値Ｐｔａｇに保持しながら、超音波プローブ１０１の移動を継続する。一方、ＣＰＵ７１は、ステップＳ１４０で特定動作の実行条件が成立していると判定すると、超音波プローブ１０１の移動を一旦停止した後、特定動作処理を実行し、特定動作が終了すると、超音波プローブ１０１の移動を再開して（ステップＳ１５０～Ｓ１８０）、ステップＳ１１０Ｂに戻る。
　第２実施形態の特定動作処理では、ＣＰＵ７１は、プローブ位置の目標値Ｐｔａｇとして位置Ｐ２を設定する（ステップＳ３００）。位置Ｐ２は、図７の超音波診断処理において位置Ｐ１を目標値Ｐｔａｇとして超音波プローブ１０１を押し込んだときよりも患者の体表面から所定距離以上離間した位置として定められる。次に、ＣＰＵ７１は、プローブ位置Ｐを取得する（ステップＳ３１０）。続いて、ＣＰＵ７１は、取得したプローブ位置Ｐが目標値Ｐｔａｇに一致するように各モータ３５ａ，３６ａ，３７ａ，４４，５５ａ，５６ａ，５７ａを制御する（ステップＳ３２０）。そして、ＣＰＵ７１は、プローブ位置Ｐが目標値Ｐｔａｇに一致したか否かを判定する（ステップＳ３３０）。ＣＰＵ７１は、プローブ位置Ｐが目標値Ｐｔａｇに一致していないと判定すると、ステップＳ３１０に戻って処理を繰り返し、プローブ位置Ｐが目標値Ｐｔａｇに一致したと判定すると、特定動作を開始して（ステップＳ３４０）、特定動作処理を終了する。
　なお、第２実施形態では、ＣＰＵ７１は、位置計測センサ１２８からプローブ位置Ｐを取得し、取得したプローブ位置Ｐと基準位置とに基づいて超音波プローブ１０１の押し当てを制御するものとした。しかし、ＣＰＵ７１は、各関節軸や各回転軸のエンコーダ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂ，４５，５５ｂ，５６ｂ，５７ｂにより検出される回転角度あるいは昇降位置に基づいて順運動学によりアーム位置Ｐを算出し、算出したプローブ位置Ｐと基準位置とに基づいて超音波プローブ１０１の押し当てを制御してもよい。
　第３実施形態の超音波診断システムは、超音波プローブ１０１の押し当てトルクを制御することで、患者の体表面への超音波プローブ１０１の押し当てを解除または緩和する。図９は、第３実施形態の特定動作処理を示すフローチャートである。
　第３実施形態の特定動作処理では、ＣＰＵ７１は、超音波プローブ１０１を患者の体表面に押し当てる押し当てトルクを出力するモータのトルクの目標値Ｔｔａｇとして所定トルクＴ２を設定する（ステップＳ４００）。所定トルクＴ２は、超音波診断処理において超音波プローブ１０１を患者の体表面に押し当てたときに要した押し当て方向のトルクＴ１よりも所定程度小さいトルクに定められる。次に、ＣＰＵ７１は、超音波プローブ１０１の押し当て方向のトルクを出力しているモータのトルク指令値Ｔを取得する（ステップＳ４１０）。続いて、ＣＰＵ７１は、取得したトルク指令値Ｔが目標値Ｔｔａｇに一致するように当該トルク指令値Ｔを低減して対応するモータを制御する（ステップＳ４２０）。そして、ＣＰＵ７１は、トルク指令値Ｔが目標値Ｐｔａｇに一致したか否かを判定する（ステップＳ４３０）。ＣＰＵ７１は、トルク指令値Ｔが目標値Ｔｔａｇに一致していないと判定すると、ステップＳ４１０に戻って処理を繰り返し、目標値Ｔｔａｇに一致したと判定すると、特定動作を実行して（ステップＳ４４０）、特定動作処理を終了する。
　第４実施形態の超音波システムは、超音波エコー画像により患者の血管を認識できなくなるまで、超音波プローブ１０１を患者から離間させることで、患者の体表面への超音波プローブ１０１の押し当てを解除または緩和する。図１０は、第４実施形態の特定動作処理を示すフローチャートである。
　第４実施形態の特定動作処理では、ＣＰＵ７１は、超音波エコー画像を取得する（ステップＳ５００）。続いて、ＣＰＵ７１は、取得した超音波エコー画像から診断対象物（血管）を認識する画像処理を行ない（ステップＳ５１０）、認識に成功したか否かを判定する（ステップＳ５２０）。画像処理は、例えば、取得された超音波エコー画像にパターンマッチングを適用することにより行なうことができる。ＣＰＵ７１は、認識に成功したと判定すると、超音波プローブ１０１が患者の体表面から所定量だけ離間するように対応するモータを制御し（ステップＳ５３０）、ステップＳ５００に戻り、ステップＳ５００～Ｓ５２０の処理を繰り返す。そして、ＣＰＵ７１は、処理の繰り返しの過程でステップＳ５２０において、診断対象物の認識に失敗したと判定すると、特定動作を実行して（ステップＳ５４０）、特定動作処理を終了する。超音波プローブ１０１を患者の体表面から所定量ずつ離間させると、得られる超音波エコー画像の鮮明度は徐々に下がっていく。したがって、ＣＰＵ７１は、超音波エコー画像から診断対象物（血管）が認識できなった時点で、超音波プローブ１０１が体表面から十分に離間し、超音波プローブ１０１の押し当てが解除または緩和されたと判断することができる。
　上述した実施形態では、ロボット２０は、３方向の並進運動と３方向の回転運動とが可能な７軸の多関節ロボットとして構成されるものとした。しかし、軸の数はいくつであっても構わない。また、ロボット２０は、いわゆる垂直多関節ロボットや水平多関節ロボットなどにより構成されてもよい。
　上述した実施形態では、超音波診断システム１０は、タスクプログラムに従って自動的に動作するロボット２０を備えるものとした。しかし、超音波診断システムは、遠隔地に設置されオペレータによる操作が可能なマスタ装置と、マスタ装置と通信回線を介して接続されると共に超音波プローブをアームに保持しマスタ装置の操作に応じてアームを動作する遠隔操作ロボットとを備えるものとしてもよい。
　以上説明したように、本開示の超音波診断システムでは、制御装置は、プローブの移動パターンとして特定パターンが指定された場合には、被験者の体表面へのプローブの押し当てを解除または緩和してから、プローブを特定パターンにより移動させる。そして、制御装置は、特定パターンによる移動が終了すると、体表面にプローブを押し当てる。特定パターンとして、被験者に負担のかかり易い移動パターンを定めることで、超音波診断に際して被験者にかかる負担を低減させることができる。
　また、本開示の超音波診断システムでは、以下の構成を採用することもできる。すなわち、本開示の超音波診断システムにおいて、前記特定パターンは、前記プローブを軸周りに回転させるパターンまたは前記プローブを所定距離以上移動させるパターンであるものとしてもよい。
　さらに、本開示の超音波診断システムにおいて、前記プローブに作用する反力を検出する力覚センサを備え、前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記力覚センサにより検出される反力に基づいて前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御してもよい。こうすれば、プローブの押し当ての解除または緩和を適切に行なうことができる。
　また、本開示の超音波診断システムにおいて、前記プローブの位置を計測する位置計測センサを備え、前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記位置計測センサにより計測される位置に基づいて前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御してもよい。こうすれば、プローブの押し当ての解除または緩和を適切に行なうことができる。
　また、本開示の超音波診断システムにおいて、前記移動装置は、トルク指令値に基づいてモータを駆動することにより前記プローブを移動させ、前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記トルク指令値を低減させることで前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御してもよい。こうすれば、センサによることなく、プローブの押し当ての解除または緩和を適切に行なうことができる。
　また、本開示の超音波診断システムにおいて、前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記超音波診断装置から取得される超音波画像の変化に基づいて前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御してもよい。こうすれば、センサによることなく、プローブの押し当ての解除または緩和を適切に行なうことができる。
　また、本開示の超音波診断システムにおいて、前記移動装置は、多関節アームを有するアームロボットであり、前記プローブは、前記多関節アームの先端部に取り付けられてもよい。
  本開示の第２の超音波診断システムは、プローブを有する超音波診断装置と、前記プローブを移動させる移動装置と、前記プローブに作用する反力を検出する力覚センサと、被験者に対して超音波診断を行なうに際して、前記力覚センサにより検出される反力に基づいて、被験者の体表面に前記プローブが押し当てられるように、または、前記体表面への前記プローブの押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する制御装置と、を備えることを要旨とする。
　本開示の第３の超音波診断システムは、プローブを有する超音波診断装置と、前記プローブを移動させる移動装置と、前記プローブの位置を計測する位置計測センサを備え、被験者に対して超音波診断を行なうに際して、前記位置計測センサにより計測される位置に基づいて、被験者の体表面に前記プローブが押し当てられるように、または、前記体表面への前記プローブの押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する制御装置と、を備えることを要旨とする。
　本開示は、超音波診断システムの製造産業などに利用可能である。
　１０　超音波診断システム、２０，１２０　ロボット、２１　第１アーム、２２　第２アーム、２５　ベース、２６　基台、２８　力覚センサ、３１　第１関節軸、３２　第２関節軸、３３　姿勢保持用軸、３５　第１アーム駆動装置、３５ａ　モータ、３５ｂ　エンコーダ、３６　第２アーム駆動装置、３６ａ　モータ、３６ｂ　エンコーダ、３７　姿勢保持装置、３７ａ　モータ、３７ｂ　エンコーダ、４０　昇降装置、４１　スライダ、４２　ガイド部材、４３　ボールねじ軸、４４　モータ、４５　エンコーダ、５０　回転３軸機構、５１　第１回転軸、５２　第２回転軸、５３　第３回転軸、５５　第１回転装置、５５ａ　モータ、５５ｂ　エンコーダ、５６　第２回転装置、５６ａ　モータ、５６ｂ　エンコーダ、５７　第３回転装置、５７ａ　モータ、５７ｂ　エンコーダ、６０　保持具、７０　制御装置、７１　ＣＰＵ、７２　ＲＯＭ、７３　ＲＡＭ、１００　超音波診断装置、１０１　超音波プローブ、１０１ａ　ケーブル、１０２　超音波診断装置本体、１０３　制御部、１０４　指示入力部、１０５　画像処理部、１０６　表示部、１２８　位置計測センサ。

Claims (9)

  1. 　プローブを有する超音波診断装置と、
    　前記プローブを移動させる移動装置と、
    　被験者に対して超音波診断を行なうに際して、被験者の体表面に前記プローブが押し当てられるように前記移動装置を制御し、前記プローブの移動パターンとして特定パターンが指定された場合、前記体表面への前記プローブの押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御した後、前記プローブが前記特定パターンにより移動するように前記移動装置を制御し、前記特定パターンでの移動が終了すると、前記体表面に前記プローブが押し当てられるように前記移動装置を制御する特定パターン制御を行なう制御装置と、
    　を備える超音波診断システム。
  2. 　請求項１に記載の超音波診断システムであって、
    　前記特定パターンは、前記プローブを軸周りに回転させるパターンまたは前記プローブを所定距離以上移動させるパターンである、
    　超音波診断システム。
  3. 　請求項１または２に記載の超音波診断システムであって、
    　前記プローブに作用する反力を検出する力覚センサを備え、
    　前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記力覚センサにより検出される反力に基づいて前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する、
    　超音波診断システム。
  4. 　請求項１または２に記載の超音波診断システムであって、
    　前記プローブの位置を計測する位置計測センサを備え、
    　前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記位置計測センサにより計測される位置に基づいて前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する、
    　超音波診断システム。
  5. 　請求項１または２に記載の超音波診断システムであって、
    　前記移動装置は、トルク指令値に基づいてモータを駆動することにより前記プローブを移動させ、
    　前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記トルク指令値を低減させることで前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する、
    　超音波診断システム。
  6. 　請求項１または２に記載の超音波診断システムであって、
    　前記制御装置は、前記特定パターン制御として、前記超音波診断装置から取得される超音波画像の変化に基づいて前記体表面への押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する、
    　超音波診断システム。
  7. 　請求項１ないし６いずれか１項に記載の超音波診断システムであって、
    　前記移動装置は、多関節アームを有するアームロボットであり、
    　前記プローブは、前記多関節アームの先端部に取り付けられる、
    　超音波診断システム。
  8. 　プローブを有する超音波診断装置と、
    　前記プローブを移動させる移動装置と、
    　前記プローブに作用する反力を検出する力覚センサと、
    　被験者に対して超音波診断を行なうに際して、前記力覚センサにより検出される反力に基づいて、被験者の体表面に前記プローブが押し当てられるように、または、前記体表面への前記プローブの押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する制御装置と、
    　を備える超音波診断システム。
  9. 　プローブを有する超音波診断装置と、
    　前記プローブを移動させる移動装置と、
    　前記プローブの位置を計測する位置計測センサを備え、
    　被験者に対して超音波診断を行なうに際して、前記位置計測センサにより計測される位置に基づいて、被験者の体表面に前記プローブが押し当てられるように、または、前記体表面への前記プローブの押し当てが解除または緩和されるように前記移動装置を制御する制御装置と、
    　を備える超音波診断システム。
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