(57)【要約】      （修正有）【課題】医師や技師などの操作者のスキルに依存することなく、熟練者以上に安定した軌跡で超音波プローブを移動させることができる超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波診断装置は、超音波プローブ１１２と、超音波プローブを保持し、被検体の体表面に沿って超音波プローブを移動させるロボットアーム１１０と、ロボットアームによって超音波プローブを移動させるための指示軌跡情報を記憶する記憶部と、記憶された指示軌跡情報に従って超音波プローブを移動させるように、ロボットアームの駆動を制御する制御部１４０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを保持し、被検体の体表面に沿って前記超音波プローブを移動させるロボットアームと、
前記ロボットアームによって前記超音波プローブを移動させるための指示軌跡情報を記憶する記憶部と、
記憶された前記指示軌跡情報に従って前記超音波プローブを移動させるように、前記ロボットアームの駆動を制御する制御部と、
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記ロボットアームに保持された前記超音波プローブを操作者が手動で移動させることによって得られる手動移動情報に基づいて、前記記憶部に記憶される前記指示軌跡情報の元となる参照軌跡情報を生成する参照軌跡情報生成部と、
前記参照軌跡情報を修正して、前記記憶部に記憶される前記指示軌跡情報を生成する指示軌跡情報生成部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記手動移動情報に基づく前記参照軌跡情報は、前記ロボットアーム及び前記超音波プローブの少なくとも一方に装着されるセンサの情報に基づいて生成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記参照軌跡情報は、前記センサの情報に加えて或いは前記センサの情報に換えて、前記超音波プローブに設けられる磁気センサ又はジャイロセンサ、若しくは、前記超音波プローブの外部に設けられる赤外センサ又は画像センサの各センサのうち、少なくとも１つのセンサの情報に基づいて生成される、
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記記憶部に記憶される前記指示軌跡情報、及び前記参照軌跡情報は、夫々、移動軌跡上の各位置における、前記超音波プローブの位置、向き、移動速度、及び生体接触圧力の少なくとも１つを含み、
指示軌跡情報生成部は、前記参照軌跡情報の中の、前記超音波プローブの位置、向き、移動速度及び生体接触圧力の少なくとも１つを修正して、前記指示軌跡情報を生成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記指示軌跡情報及び前記参照軌跡情報は、夫々、生体上の基準位置に基づいて、前記基準位置に対する相対的な位置情報として規定された情報である、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記指示軌跡情報生成部は、複数の前記参照軌跡情報を用いた最適化処理によって、前記指示軌跡情報を生成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記指示軌跡情報は、機械学習によって最適化された情報である、
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記指示軌跡情報生成部は、検査対象者の体格、又は、臓器位置に基づいて前記参照軌跡情報を修正して、前記指示軌跡情報を生成する、
ことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記指示軌跡情報生成部は、検査対象者を撮像したＣＴ画像、又は、ＭＲＩ画像に基づいて、前記参照軌跡情報を修正して前記指示軌跡情報を生成する、
ことを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記指示軌跡情報生成部は、検査対象者の生体基準位置の情報に基づいて前記参照軌跡情報を修正して、前記指示軌跡情報を生成する、
ことを特徴とする請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記ロボットアームの動き制約するための制約条件に従って、前記ロボットアームの駆動を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記制約条件は、前記ロボットアームに保持される前記超音波プローブの可動範囲、移動加速度範囲、移動速度範囲、及び生体接触圧力範囲、の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
前記ロボットアーム、又は、前記超音波プローブは、（ａ）位置センサ、（ｂ）位置センサ及び速度センサ、又は、（ｃ）位置センサ、速度センサ及び加速度センサを具備し、
前記制御部は、（ａ）位置センサ、（ｂ）位置センサ及び速度センサ、又は、（ｃ）位置センサ、速度センサ及び加速度センサからの信号に基づいて前記ロボットアームの駆動を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記ロボットアーム、又は、前記超音波プローブは圧力センサをさらに備え、
前記制御部は、前記圧力センサの生体接触圧力情報に基づいて前記ロボットアームの駆動をさらに制御する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
ＥＣＧセンサ及び呼吸センサの少なくとも１つをさらに備え、
前記制御部は、前記ＥＣＧセンサ及び呼吸センサの少なくとも１つからの生体情報を用いて、前記ロボットアームの駆動をさらに制御する、
ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記超音波プローブ、又は前記ロボットアームの位置及び動きを検出するカメラを備え、
前記制御部は、前記カメラで検出された前記ロボットアームの位置及び動きに基づいて、前記ロボットアームの駆動を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１８】
前記超音波プローブ、又は前記ロボットアームの位置及び動き、並びに生体の位置及び動きを検出するカメラを備え、
前記制御部は、前記カメラで検出された前記生体の位置及び動きに基づいて、前記ロボットアームの駆動を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１９】
前記ロボットアームに保持された前記超音波プローブの生体接触圧力情報を遠隔で検出すると共に、前記ロボットアームの駆動を遠隔から制御する触覚付入力デバイス、をさらに備え、
前記制御部は、前記触覚付入力デバイスからの制御にしたがって前記ロボットアームの駆動を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項２０】
前記超音波プローブ、又は前記ロボットアームの位置及び動きを撮影するカメラと、
前記カメラで撮影された前記位置及び動きを表示するディスプレイと、
前記ロボットアームに保持された前記超音波プローブの生体接触圧力情報を遠隔で検出すると共に、前記ロボットアームの駆動を遠隔から制御する触覚付入力デバイスと、を備え、
前記制御部は、前記ディスプレイに表示された前記超音波プローブ、又は前記ロボットアームの位置及び動きを観察しながら操作される前記触覚付入力デバイスからの制御にしたがって前記ロボットアームの駆動を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項２１】
前記制御部は、前記超音波プローブを自動で移動させるよう前記ロボットアームを制御する一方、前記超音波プローブの自動移動中に、検査対象者の音声情報、検査対象者の生体情報、操作者による前記ロボットアーム又は前記超音波プローブへの接触情報、操作者による音声情報、前記ロボットアームに保持された前記超音波プローブの生体接触圧力情報を遠隔で検出する触覚付入力デバイスからの入力情報、前記超音波プローブ又は前記ロボットアームの位置及び動きを撮影するカメラで撮影した画像の解析情報、超音波画像の解析情報、及び、検査対象者に装着された位置センサ情報の少なくとも１つからなる軌跡変更情報に基づいて、前記超音波プローブの移動を停止させる、或いは移動経路を変更するように前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項２２】
超音波プローブを具備する超音波診断装置に連接される超音波診断支援装置であって、
前記超音波プローブを保持し、被検体の体表面に沿って前記超音波プローブを移動させるロボットアームと、
前記ロボットアームによって前記超音波プローブを移動させるための指示軌跡情報を記憶する記憶部と、
記憶された前記指示軌跡情報に従って前記超音波プローブを移動させるように、前記ロボットアームの駆動を制御する制御部と、
を備える超音波診断支援装置。
【請求項２３】
前記ロボットアームに保持された前記超音波プローブを操作者が手動で移動させることによって得られる手動移動情報に基づいて、前記記憶部に記憶される前記指示軌跡情報の元となる参照軌跡情報を生成する参照軌跡情報生成部と、
前記参照軌跡情報を修正して、前記記憶部に記憶される前記指示軌跡情報を生成する指示軌跡情報生成部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の超音波診断支援装置。
【請求項２４】
前記手動移動情報に基づく前記参照軌跡情報は、前記ロボットアーム及び前記超音波プローブの少なくとも一方に装着されるセンサの情報に基づいて生成される、
ことを特徴とする請求項２３に記載の超音波診断支援装置。
【請求項２５】
前記超音波プローブの位置、及び、超音波画像の位置の少なくとも１つを、前記超音波診断装置に送信できるインターフェース、
をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の超音波診断支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波診断装置及び超音波診断支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素子から発生する超音波パルスや超音波連続波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生じる超音波反射を振動素子により電気信号に変換して、被検体内の情報を非侵襲的に収集するものである。超音波診断装置を用いた医療検査は、超音波プローブを体表に接触させる操作によって、各種の動画像データやリアルタイム画像データを容易に収集することができるため、臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。
【０００３】
また、３次元画像データを収集するために、１次元アレイを機械的に搖動させる４Ｄプローブや２次元アレイプローブを備えた３Ｄ超音波診断装置や、３次元画像データをほぼリアルタイムで時系列に収集する４Ｄ超音波診断装置も知られている。
【０００４】
さらに、超音波プローブをロボットアームに保持させ、熟練した操作者による体表面の走査をプログラムしておくことにより、検査のスピードアップを図ることができるとする超音波診断装置等も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８２３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波診断装置を用いた診断は、ＣＴ装置やＭＲＩ装置を用いた診断と比較して客観性が低いと言われている。この理由の１つとして、超音波画像の取得が、医師や技師等の操作者のスキルに依存する程度が大きいことが挙げられている。
【０００７】
例えば、同じの臓器を検査する場合であっても、症例に応じて様々な方向から走査されるため、操作者に依存して、取得される画像もまちまちである。超音波画像の画質は、ガスや骨、アーチファクト等の影響を受けるため、検査の目的に応じて最適なプローブの位置や角度を設定し、最適な経路に沿ってプローブを移動させて走査を行う必要がある。しかしながら、このことが、超音波画像が操作者のスキルへの依存性を生じさせている理由の１つとなっている。また、記録される画像に関しても、操作者によって選択された画像のみが記録されるため、操作をしていない医師が記録された画像のみから客観的に症例を観察することが困難な場合もありうる。さらに、病院によっては、所定のスキルをもつ医師や技師を安定的に確保することが困難な場合もある。
【０００８】
また、体表面を手動でプローブを移動させるため、スキルのある医師や技師であっても、常に一定のスピードでプローブを移動させるのは難しく、また、常に一定の断面間隔で断面画像を収集するのは難しい。また、健康診断等のように、複数の臓器全体を検査するルーチン検査の場合においても、各臓器をもれなく走査したか否かの判断は操作者の主観に委ねられており、客観的な確認をすることができない。
【０００９】
そこで、手動でプローブを移動させることに起因する上記の様々な課題を解決することができる超音波診断装置が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブを保持し、被検体の体表面に沿って前記超音波プローブを移動させるロボットアームと、前記ロボットアームによって前記超音波プローブを移動させるための指示軌跡情報を記憶する記憶部と、記憶された前記指示軌跡情報に従って前記超音波プローブを移動させるように、前記ロボットアームの駆動を制御する制御部と、を備える
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る超音波診断装置の基本構成を示す図。
【図２】本実施形態に係る超音波診断装置の第１変形例の構成を示す図。
【図３】本実施形態に係る超音波診断装置の第２変形例の構成を示す図。
【図４】本実施形態に係る超音波診断装置の第３変形例の構成を示す図。
【図５】本実施形態に係る超音波診断装置の基本構成の、より詳細な構成を示すブロック図。
【図６】本実施形態に係る超音波診断装置の第１変形例の、より詳細な構成を示すブロック図。
【図７】本実施形態に係る超音波診断装置の第２変形例の、より詳細な構成を示すブロック図。
【図８】本実施形態に係る超音波診断装置の第３変形例の、より詳細な構成を示すブロック図。
【図９】参照軌跡情報を生成するフェーズの第１の処理例を示すフローチャート。
【図１０】参照軌跡情報を生成するフェーズの第２の処理例を示すフローチャート。
【図１１】参照軌跡情報の一例と、生体基準位置とを例示する図。
【図１２】参照軌跡情報を修正又は編集して指示軌跡情報を生成するフェーズの処理例を示すフローチャート。
【図１３】参照軌跡情報を修正して指示軌跡情報を生成する第１の例を示す図。
【図１４】参照軌跡情報を修正して指示軌跡情報を生成する第２の例を示す図。
【図１５】参照軌跡情報を修正して指示軌跡情報を生成する第３の例を示す図。
【図１６】参照軌跡情報を修正して指示軌跡情報を生成する第４の例を示す図。
【図１７】ＣＴ画像やＭＲＩ画像に基づいて参照軌跡情報を修正し指示軌跡情報を生成する例を示す図。
【図１８】複数の参照軌跡情報に対して最適化処理を行い、最適化された指示軌跡情報を生成する例を示す図。
【図１９】指示軌跡情報にしたがってロボットアームを駆動するフェーズの処理例を示すフローチャート。
【図２０】実施形態の超音波診断支援装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
（全般及び構成）
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の概略の基本構成を示す図である。超音波診断装置１は、超音波診断装置本体２００（以下、単に装置本体２００と呼ぶ）、超音波プローブ１２０、ロボットアーム１１０、及びロボットアーム制御部１４０を少なくとも備える。
【００１４】
ロボットアーム１１０は、例えばその先端部において超音波プローブ１２０を保持し、ロボットアーム制御部１４０からの制御信号にしたがって、超音波プローブ１２０を６自由度で移動させることができる。６自由度で移動させることができるとは、例えば、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の並進３方向成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの回転３方向成分（θｘ、θｙ、θｚ）の６成分を任意の組み合わせで移動させることができるという意味である。換言すれば、ロボットアーム１１０は、超音波プローブ１２０を３次元空間内で任意の位置、任意の傾きで設置し、任意の軌跡、任意の速度で移動させることができる。
【００１５】
ロボットアーム１１０には、アームセンサ１１１が設けられており、アームセンサ１１１によって、ロボットアーム１１０の各部の動きを検出する。アームセンサ１１１として、ロボットアーム１１０には少なくとも位置センサが設けられ、この位置センサによって上記の６成分の位置を検出する。また、ロボットアーム１１０は位置センサに加えて、速度センサをアームセンサ１１１として設けてもよいし、さらに、位置センサと速度センサに加えて、加速度センサをアームセンサ１１１として設けてもよい。
【００１６】
また、ロボットアーム１１０は、アームセンサ１１１として、好ましくは圧力センサを備える。超音波プローブ１２０の生体接触圧力は、超音波プローブアダプタ１２２を介してロボットアーム１１０に伝達し、ロボットアーム１１０に内蔵される圧力センサで検出される。
【００１７】
図１では、アームセンサ１１１が、ロボットアーム１１０の先端部の関節に設置される例を示しているが、アームセンサの設置位置は一箇所に限定されない。ロボットアーム１１０が図１に例示するように複数の関節を持つ場合、アームセンサ１１１を先端部の関節以外に設置しても良いし、また、アームセンサ１１１が具備する複数のセンサを、複数の関節に分散させて設置しても良い。
【００１８】
上述したアームセンサ１１１に換えて、或いは、アームセンサ１１１に加えて、超音波プローブ１２０自体に、圧力センサ、位置センサ、速度センサ、加速度センサ等のプローブセンサ１１２を装着させるようにしてもよい。
【００１９】
上記の位置センサ及び圧力センサの検出信号、或いはさらに速度センサや加速センサの検出信号を加えたこれらの検出信号は、ロボットアーム制御部１４０のよるフィードバック制御に用いられる。後述するように、ロボットアーム１１０は、指示軌跡情報に従ってロボットアーム制御部１４０で駆動される。指示軌跡情報は、超音波プローブ１２０の位置、傾き、移動経路、移動速度、生体接触圧力等を規定する情報である。移動経路は、基本的には、ロボットアームが移動する３次元の座標空間（ロボット座標系）で規定される。さらに、生体の臓器等との位置と関連づけるために、生体に設定される座標系（生体座標系）とロボット座標系との関連付け情報が、指示軌跡情報に含まれることもある。ロボットアーム制御部１４０は、この指示軌跡情報と各アームセンサからの検出信号を用いて、超音波プローブ１２０が指示軌跡情報に従って動くように、ロボットアーム１１０をフィードバック制御する。
【００２０】
上述したように、ロボットアーム１１０は、ボットアーム制御部１４０による制御の下、指示軌跡情報にしたがって、超音波プローブ１２０を被検体Ｐの体表面に沿って自動で移動させることができる。この動作モードを、以下、指示移動モードと呼ぶ。
【００２１】
一方、これとは逆に、超音波プローブ１２０がロボットアーム１１０に保持された状態で、操作者が超音波プローブ１２０を手動で移動させることもできる。この動作モードを、以下、手動移動モードと呼ぶ。手動移動モードでは、ロボットアーム１１０は、ロボットアーム制御部１４０から切り離されて、操作者による超音波プローブ１２０の手動による操作にしたがって動くことになる。この場合においても、ロボットアーム１１０に取り付けられている位置センサや圧力センサ等のアームセンサ１１１は、動作し続けており、各アームセンサ１１１で検出した位置、速度、加速度や、生体接触圧力等の検出信号は、装置本体２００に逐次送信される。
【００２２】
この他、手動支援モードを設けてもよい。手動支援モードでは、操作者が超音波プローブ１２０を手動で移動させる場合、ロボットアーム１１０は、ロボットアーム制御部１４０から切り離されることなく、操作者による超音波プローブ１２０の手動による操作を支援する。手動支援モードにより、例えば、操作者が超音波プローブ１２０を手動で操作する際に、ロボットアーム１１０は、プローブの重量を支える、プローブの移動スピードを一定に保つ、プローブのブレを抑止する、生体接触圧力を一定に保つ、等の種々の支援を提供することができる。
【００２３】
図２は、本実施形態の第１変形例の構成を示す図である。第１変形例の超音波診断装置１では、図１の基本構成に加えて、カメラ１３０及びモニタ１３２を備える。カメラ１３０は、ロボットアーム１１０の動作を監視する。
【００２４】
カメラ１３０の画像を解析することによって、ロボットアーム１１０や超音波プローブ１２０の位置や動きを検出することができる。また、カメラ１３０で撮影した生体の画像を解析することにより、体表の位置や概ねの臓器の位置を認識することができる。カメラ１３０は、可視カメラとして構成することもできるし、赤外線カメラとして構成することもできる。
【００２５】
カメラ１３０の画像を、装置本体２００の近傍に設けたモニタ１３２に表示させてもよい。モニタ１３２は、その撮影画像の表示に加えて、切り替えや並列の表示方法にて、超音波画像を表示することもできる。
【００２６】
図３は、本実施形態の第２変形例の構成を示す図である。第２変形例の超音波診断装置１では、第１変形例の構成（図２）に加えて、触覚付入力デバイス１６０とモニタ１３１を具備する。触覚付入力デバイス１６０とモニタ１３１は、例えば、装置本体２００から離れた遠隔地に設置される。触覚付入力デバイス１６０は、インターネット等のネットワーク１６１を介して、装置本体２００や、ロボットアーム制御部１４０に接続される。触覚付入力デバイス１６０は、操作者がモニタ１３１を見ながら触覚付入力デバイス１６０を操作することによって、ロボットアーム１１０を手動で駆動させることができるように構成されている。ここで、触覚付とは、いわゆる触覚装置（ハプックデバイス：haptic device）を備えているという意味である。
【００２７】
触覚付き入力デバイス１６１では、ロボットアーム１１０に搭載されているアームセンサ１１１により検知された超音波プローブ１２０の生体接触圧力が再現される。また、モニタ１３１により、プローブの体表での走査位置や動きの確認することができる。また、モニタ１３２と同様に、モニタ１３１により超音波画像を観察することもできる。
【００２８】
図４は、本実施形態の第３変形例の構成を示す図である。第３変形例の超音波診断装置１では、第２変形例の構成（図３）に加えて、磁気や赤外線などによる位置センサを備える。図４に示す構成例では、磁気送信機１５０、磁気センサ１２１、及び磁気センサ１９０等の位置センサを備える。
磁気送信機１５０により、プローブ１２１や被検体Ｐを含む領域に磁場空間が生成される。磁気送信機１５０を原点とする磁場座標系とロボット座標系は、それぞれの座標系の原点と軸によって関連づけることができる。
【００２９】
超音波プローブ１２０に設置した磁気センサ１２１によって、監視カメラ１３０で得られるプローブの位置情報よりも正確な位置や回転の情報を得ることができる。この結果、磁気センサ１２１により、ロボットアーム１１０による超音波プローブ１２０の精度を高めることができる。
【００３０】
一方、被検体Ｐの体表に設置した磁気センサ１９０は、生体の特定部位の位置情報を検出する。体動によりロボット座標系と生体座標系の位置関係に変化が生じたときに、体表に設置した磁気センサ１９０が検出する被検体Ｐの動きの情報により、体動の影響を除去することができる。監視カメラ１３０によって体表の位置情報の検出も可能であるが、磁気センサ１９０によって、より高精度で安定した位置情報の検出が可能となる。
【００３１】
磁気センサ１９０を、穿刺針に設置することもできる。この場合、穿刺針のグリップや針先位置を、ロボット座標系でも生体座標系でも検知することができる。また、ロボットアーム１１０が、磁気センサ１９０が設置された穿刺針を支持することも可能である。この場合、穿刺針を支持した状態で、生体内での穿刺針の針先位置をモニタし、針先位置を移動や調整することが可能である。さらに、穿刺針の針先を生体内外の所定の位置に誘導することもできる。
【００３２】
図５は、本実施形態の超音波診断装置１のより詳細な構成を示すブロック図であり、特に、装置本体２００の細部構成を図示している。図５に示すブロック図は、図１に示す基本構成に対応するものである。
【００３３】
上述したように、装置本体２００には、超音波プローブ１２０、ロボットアーム１１０、アームセンサ１１１、及びアーム制御回路１４０（図１においては、ロボットアーム制御部１４０）が接続される。この他、ＥＣＧ／呼吸センサ１８０も装置本体２００に接続可能となっている。また、前述したように、アームセンサ１１１に換えて、或いは、アームセンサ１１１に加えて、アームセンサ１１１と同様のプローブセンサ１１２を、超音波プローブ１２０に装着してもよい。
【００３４】
装置本体２００は、送信回路２３１、受信回路２３２、第１の処理回路２１０、ディスプレイ２５０、入力デバイス２６０、第２の処理回路２２０、参照軌跡情報記憶回路２４２、指示軌跡情報記憶回路２４３、生体情報データベース２４４を備えている。
【００３５】
送信回路２３１は、トリガ発生回路、遅延回路、パルサ回路等を有し、超音波プローブ１２０に駆動信号を供給する。トリガ発生回路は、所定のレート周波数でレートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、超音波プローブ１２０が有する振動素子毎に、レートパルスを所定の遅延量だけ遅延させる回路であり、送信ビームを集束させる、或いは所望の方向に指向させるための回路である。パルサ回路は、遅延させたレートパルスに基づいてパルス信号を生成し、超音波プローブ１２０の各振動素子に印加する。
【００３６】
超音波プローブ１２０は、被検体へ超音波信号を送信する一方、被検体内部からの超音波反射信号を受信する。超音波プローブ１２０として、通常検査で利用される１Ｄアレイプローブ、１．２５Ｄアレイプローブ、１．５Ｄアレイプローブ、１．７５Ｄアレイプローブ、３Ｄ画像の連続表示が可能な２Ｄアレイプローブ、あるいは１Ｄアレイプローブを揺動、及び又は回転して３次元的なデータ収集が連続的に可能なメカニカル４Ｄプローブを、装置本体２００に装着できる。超音波プローブ１２０で受信した超音波信号は各振動素子で電気信号に変換され、受信回路２３２に供給される。
【００３７】
受信回路２３２は、増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路、ビーム形成回路等を有する。超音波プローブ１２０の各振動素子から供給されるアナログ受信信号を増幅回路で増幅したのち、Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換する。その後、ビーム形成回路において、振動素子毎に遅延量を与え、これらを加算することよって、所望のビーム方向に対応する受信信号が形成される。
【００３８】
第１の処理回路２１０は、例えばプロセッサとメモリを具備し、メモリに保存されたプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。第１の処理回路２１０は、例えば、Ｂモード処理機能２１１、カラーモード処理機能２１２、ドップラモード処理機能２１３、表示制御機能２１４、画像解析機能２１５、３次元画像処理機能２１６等を実現する。
【００３９】
Ｂモード処理機能２１１は、受信信号に対して包絡線検波や対数変換処理等を施してＢモード画像を生成する。カラーモード処理機能２１２は、受信信号に対してＭＴＩフィルタ処理や自己相関処理を施してカラーモード画像を生成する。ドップラモード処理機能２１３は、受信信号に対してフーリエ変換処理等を施してスペクトラム画像を生成する。生成されたＢモード画像、カラーモード画像、スペクトラム画像は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成される画像記憶回路２４１に保存される。
【００４０】
表示制御機能２１４は、Ｂモード画像、カラーモード画像、スペクトラム画像等を、ディスプレイ２５０に表示させるための表示制御をおこなって、これらの画像や、これらの画像に関連するデータをディスプレイ２５０に表示させる。
【００４１】
画像解析機能２１５は、Ｂモード画像、カラーモード画像、スペクトラム画像等に対して、各種の画像解析を行い、解析結果をディスプレイ２５０に表示させる。３次元画像処理機能２１６は、位置情報付きで収集されたＢモードビームデータ、カラーモードビームデータを３次元再構成して、ＭＰＲ（Multi-Planar Reconstruction/Reformation）法にて任意方向の断層像を生成したり、ＶＲ（Volume Rendering）法やＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）法で３次元画像を生成したりする。ディスプレイ２５０は、例えば液晶パネル等を備える表示装置である。
【００４２】
入力デバイス２６０は、操作者の操作等によって各種のデータや情報を入力するためのデバイスである。入力デバイス２６０は、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック、タッチパネル等の操作デバイスや、音声入力デバイス等の各種の情報入力デバイスを含み得る。
【００４３】
第２の処理回路２２０は、第１の処理回路２１０と同様に、例えばプロセッサとメモリを具備し、メモリに保存されたプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。
【００４４】
第２の処理回路２２０は、例えば、参照軌跡情報生成機能２２１、指示軌跡情報生成機能２２２、制約条件設定機能２２３、及び軌跡学習機能２２５を実現する。
【００４５】
参照軌跡情報とは、ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０を操作者が手動で移動させることよって得られる手動移動情報に基づいて生成される軌跡情報のことである。参照軌跡情報生成機能２２１は、アームセンサ１１１の検出信号に基づいて操作者による超音波プローブ１２０の動きから手動移動情報を取得し、この手動移動情報から参照軌跡情報を生成する機能である。生成した参照軌跡情報は、ＨＤＤ等のメモリで構成される参照軌跡情報記憶回路２４２に保存される。
【００４６】
参照軌跡情報は、超音波プローブ１２０の位置、傾き、移動経路、移動速度、生体接触圧力等を含む情報である。移動経路は、基本的には、ロボットアーム１１０が移動する３次元の座標空間（ロボット座標系）で規定される。さらに、生体の臓器等との位置と関連づけるために、参照軌跡情報には、生体に設定される座標系（生体座標系）とロボット座標系との関連付け情報が含まれることもある。
【００４７】
事前に生体臓器の特定の位置、例えば、みぞおちの位置、を生体座標系で登録し、ロボットアーム１１０で支持された超音波プローブ１２０を、対応する生体臓器の特定の位置に設置する。そのときのロボット座標系での超音波プローブ１２０の位置やロボット座標系での超音波画像に表示されている特定位置を記録する。生体臓器の特定の位置が生体座標系とロボット座標系とで規定されることにより、ロボット座標系と生体座標系とを関連づけることができる。プローブの移動経路は、生体座標系でも記述することができる。
【００４８】
指示軌跡情報は、ロボットアーム１１０を駆動して、ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０を自動で移動させるための軌跡情報である。指示軌跡情報生成機能２２２は、参照軌跡情報生成機能２２１によって生成された参照軌跡情報を修正して指示軌跡情報を生成する、或いは参照軌跡情報に基づいて指示軌跡情報を生成する機能である。生成された指示軌跡情報は、ＨＤＤ等のメモリで構成される指示軌跡情報記憶回路２４３に記憶される。
【００４９】
アーム制御回路１４０（制御部）は、指示軌跡情報記憶回路２４３に記憶された指示軌跡情報に従って超音波プローブ１２０を自動で移動させるように、ロボットアーム１１０の駆動を制御する。アーム制御回路１４０も、第１、第２の処理回路２１０、２２０と同様に、例えばプロセッサとメモリを具備し、メモリに保存されたプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。
【００５０】
制約条件設定機能２２３は、例えば安全上の観点等からロボットアーム１１０の動きを制限するための制約条件を設定する機能である。制約条件は、例えば、入力デバイス２６０を介して操作者によって設定される。制約条件は、アーム制御回路１４０に入力され、ロボットアーム１１０の動きを規制する。例えば、ベッドサイドにロボットアーム１１０が設置されているときに、ロボットアーム１１０の可動空間を規定する。これにより、ロボットアーム１１０が稼働中に患者、医師、看護師、ベッド、検査機器、治療機器、壁、天井などにぶつかることを防止することができる。
【００５１】
軌跡学習機能２２５は、複数の参照軌跡情報に対して最適化処理を行い、最適化された指示軌跡情報を生成する機能である。最適化された指示軌跡情報は、指示軌跡情報記憶回路２４３に記憶され、ロボットアーム１１０の駆動制御に利用される。複数の参照軌跡情報を用いた最適化処理には、いわゆる機械学習による最適化処理が含まれる。
【００５２】
生体情報データベース２４４は、被検体の体格や臓器位置等の生体情報や、被検体を他のモダリティ装置、例えばＣＴ装置やＭＲＩ装置で撮像した画像データ等を、被検体の識別情報に関連付けて記憶するデータベースである。生体情報データベース２４４に記憶される生体情報は、指示軌跡情報の修正処理に利用される。
【００５３】
図６は、本実施形態の第１変形例の超音波診断装置１の、より詳細な構成を示すブロック図である。図６に示すブロック図は、図２に示す第１変形例の構成に対応するものである。図６では、図５のブロック図に対して、監視カメラ１３０、監視カメラモニタ１３２、及びカメラ画像解析機能２２４が付加されている。
【００５４】
カメラ画像解析機能２２４は、ロボットアーム１１０や超音波プローブ１２０の動きを撮影した監視カメラ１３０の画像を解析し、解析結果から、ロボットアーム１１０の動きや超音波プローブ１２０動きを検出する機能である。生体の画像を解析することにより、体表の位置や概ねの臓器の位置を認識することができる。検出したロボットアーム１１０の動きや超音波プローブ１２０動き、生体の動きは、必要に応じて、参照軌跡情報の生成に利用される。
【００５５】
図７は、本実施形態の第２変形例の超音波診断装置１の、より詳細な構成を示すブロック図である。図７に示すブロック図は、図３に示す第２変形例の構成に対応するものである。図７では、図６のブロック図に対して、触覚付き入力デバイス１６０、監視カメラモニタ１３１、及び触覚付き入力デバイス制御機能２２６が付加されている。
【００５６】
触覚付入力デバイス制御機能２２６は、前述した触覚付入力デバイス１６０を制御するための機能である。ロボットアーム１１０の圧力センサで検出した生体接触圧力を触覚付入力デバイス１６０に送信する一方、ロボットアーム１１０を駆動するため触覚付入力デバイス１６０からの信号を、アーム制御回路１４０に供給する。
【００５７】
また、監視カメラ１３０の画像が監視カメラモニタ１３１に表示されるため、触覚付入力デバイス１６０の操作者は、ロボットアーム１１０による超音波プローブ１２０のプローブ走査を、遠隔地においても見ることができる。また、監視カメラモニタ１３１により、プローブの体表での走査位置やプローブの動きを確認できるほか、同時に超音波画像の観察も可能である。
【００５８】
図８は、本実施形態の第３変形例の超音波診断装置１の、より詳細な構成を示すブロック図である。図８に示すブロック図は、図４に示す第３変形例の構成に対応するものである。第３変形例の超音波診断装置１は、第２変形例に対して、磁気や赤外線などによる位置センサと位置センサ制御回路２４５が付加されている。
【００５９】
図８に示す例では、超音波プローブ１２０に装着される、磁気の位置センサとしてのプローブセンサ１２１と、生体の所定の基準位置に設置される、磁気の位置センサとしての生体基準位置センサ１７０を有している。位置センサ制御回路２４５に制御される、プローブセンサ１２１及び生体基準位置センサ１７０により、磁場送信機１５０を原点とする磁場座標系で、それぞれのセンサの位置を検出することができる。位置情報は、位置センサ制御回路２４５を介して、参照軌跡情報生成機能２２１に伝達される。
【００６０】
一方、磁場座標系とロボット座標系は、それぞれの座標系の原点と軸を関連づけることができる。また、ロボット座標系と生体座標系も互いに関連づけられている。したがって、体動によりロボット座標系と生体座標系の位置関係に変化が生じた場合であっても、体表に設置した生体基準位置センサ１７０の動きの情報により、体動の影響を除去することができる。
【００６１】
また、磁気の位置センサとして、穿刺針に針位置センサ１９０を設置してもよい。針位置センサ１９０によって、穿刺針のグリップや針先の位置を、ロボット座標系でも生体座標系でも検知可能である。
【００６２】
（ロボットアームに関連する動作）
実施形態の超音波診断装置１は、上述したようにロボットアーム１１０を具備している。以下、実施形態の超音波診断装置１における、ロボットアーム１１０に関連する動作について、第１のフェーズ、第２のフェーズ、及び第３のフェーズに分けて、より具体的に説明する。
【００６３】
第１のフェーズは、ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０を、操作者が手動で被検体の体表面に沿って移動させることによって参照軌跡情報を生成するフェーズである。第２のフェーズは、参照軌跡情報を修正又は編集して指示軌跡情報を生成するフェーズである。第３のフェーズは、生成された指示軌跡情報に従ってロボットアーム１１０を駆動し、ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０を、被検体の体表面に沿って自動で移動させるフェーズである。
【００６４】
図９は、参照軌跡情報を生成するフェーズ(第１のフェーズ）の第１の処理例を示すフローチャートである。図９は、生体基準位置センサ１７０が設けられている場合（図４及び図８参照）に対応する。
【００６５】
ステップＳＴ１００で、ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０を、検査目的に応じた所望の経路で、被検体の体表面に沿って移動させる。
【００６６】
ステップＳＴ１０２では、ロボットアーム１１０に装着されているアームセンサ１１１の検出情報を取得する。アームセンサ１１１は、例えば、ロボットアーム１１０の各関節などに装着された複数の位置センサ、速度センサ、加速度センサなどであり、これらのセンサによって、６自由度の位置情報、速度情報、加速度情報が取得される。また、アームセンサ１１１は、圧力センサを含んでおり、超音波プローブ１２０からプローブアダプタ１２２を介して伝達される生体接触圧力の情報も取得される。アームセンサ１１１の各情報は、これらを取得した時刻と共に、参照軌跡情報生成機能２２１に入力される。
また、ステップＳＴ１０２では、超音波プローブ１２０に装着されているプローブセンサ１１２、１２１から、超音波プローブ１２０の位置情報等を取得しても良い。
【００６７】
アームセンサ１１１、及び／又は、プローブセンサ１１２、１２１の各情報は、ロボットアーム１１０と超音波プローブ１２０の形状情報より、超音波プローブ１２０の開口面の中心位置に換算されて、参照軌跡情報生成機能２２１に入力されても良い。また、圧力センサで検出された圧力情報も、超音波プローブ１２０の体表接触面の生体接触圧力に換算されて、参照軌跡情報生成機能２２１に入力されても良い。
【００６８】
アームセンサ１１１で検出されるロボットアーム１１０の位置情報、及び／又は、プローブセンサ１１２、１２１で検出される超音波プローブ１２０の位置情報は、例えば、本装置の近傍の所定の空間位置を原点とし、所定の直交３方向をＸ、Ｙ、Ｚ方向とするロボット座標系における位置情報として規定することができる。
【００６９】
ロボット座標系で規定された参照軌跡情報は、寝台に対する被検体の相対的な位置や、被検体の姿勢には依存しない。
【００７０】
これに対して、被検体体表面上の所定の位置（以下、生体基準位置と呼ぶ）と所定の方向（例えば、体軸方向、即ち頭足方向）を基準とする生体座標系で参照軌跡情報を規定した方が便利な場合も多い。このような場合、被検体の体表面上の基準となる位置、即ち、生体基準位置に生体基準位置センサ１７０を取り付ける。生体基準位置としては、例えば、剣状突起（胸骨の下端に突出する突起）の位置に対応する体表面位置等が考えられる。生体基準位置センサ１７０は、例えば磁気センサであり、磁気送信機１５０（図４参照）が生成する磁場を検出して、生体基準位置を検出する。生体基準位置センサ１７０の数は１つでもよいが、複数設けても良い。例えば、剣状突起の上に１つ設置し、剣状突起から体軸方向に延びる線上に１つ設置する。
【００７１】
ステップＳＴ１０３で、生体基準位置センサ１７０の検出情報を取得する。生体基準位置センサ１７０で検出される位置もロボット座標系となる。
【００７２】
ステップＳＴ１０４では、超音波プローブ１２０の移動が終了したか否かを判定する。この判定は、例えば入力デバイス２６０から入力される操作情報等に基づいて判定する。
【００７３】
ステップＳＴ１０５では、ステップＳＴ１０２で取得されたアームセンサ１１１、及び／又は、プローブセンサ１１２、１２１の情報から、参照軌跡情報を生成する。
【００７４】
ステップＳＴ１０６では、必要に応じて、生体基準位置情報を用いて、参照軌跡情報を生体基準位置に対する相対的な位置情報に変換する。即ち、ロボット座標系で規定された参照軌跡情報を、生体座標系で規定された参照軌跡情報に変換する。
【００７５】
そして、ステップＳＴ１０７で、生成した参照軌跡情報を参照軌跡情報記憶回路２４２に保存する。
【００７６】
なお、ステップＳＴ１０２からステップＳＴ１０７の処理は、第２の処理回路２２１によって行われる。また、ステップＳＴ１０２からステップＳＴ１０７の処理は、図３に示した順序に規定されるものではない。例えば、各センサの情報を同時に取得してもよいし、プローブの移動中に参照軌跡情報を逐次生成してもよい。
【００７７】
図１０は、参照軌跡情報を生成するフェーズ(第１のフェーズ）の第２の処理例を示すフローチャートである。生体基準位置情報は、必ずしも生体基準位置センサ１７０を利用しなくても良い。そこで、第２の処理例では、生体基準位置センサ１７０を利用して生体基準位置情報を取得するステップ（図９のステップＳＴ１０３）に換えて、ステップＳＴ１１０を設けている。その他のステップは図９と同じである。
【００７８】
ステップＳＴ１１０では、超音波プローブ１２０を生体基準位置に移動させて、ロボット座標系で生体基準位置の位置情報を取得する。ロボットアーム１１０に支持された超音波プローブ１２０を生体基準位置、例えばみぞおち、に置くことで、そのときのロボット座標系での位置を生体基準位置情報にすることができる。さらには、超音波画像で対象領域や対象物を画像化し、対象物を超音波画像上で指定することにより、生体基準位置情報にすることもできる。
【００７９】
図１１は、参照軌跡情報の一例と、生体基準位置とを例示する図である。この例では、生体基準位置センサ１７０は、剣状突起の位置に設置されている。操作者が、ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０を、移動させることによって、図１１に太い矢印線で示す参照軌跡情報が生成されることになる。
【００８０】
参照軌跡情報は、超音波プローブ１２０の位置の時系列な配列だけではなく、各位置における超音波プローブ１２０の傾き（姿勢角）や、各位置における生体接触圧力に関する情報を含むものである。さらに、超音波プローブ１２０を動かす際の速度や、加速度情報を含んでもよい。
【００８１】
また、参照軌跡情報は、検査対象となる被検体の指定された構造物や、体軸方向を基準とする生体座標系に変換されたものでもよい。
【００８２】
図１２は、参照軌跡情報を修正又は編集して指示軌跡情報を生成するフェーズ(第２のフェーズ）の処理例を示すフローチャートである。
【００８３】
ステップＳＴ２００で、参照軌跡情報記憶回路２４２に記憶された参照軌跡情報を読み込む。
【００８４】
ステップＳＴ２０１で、参照軌跡情報の変動や不均一性を修正して、滑らかな、或いは均一性の高い指示軌跡情報を生成する。参照軌跡情報は、医師や技師などの操作者が超音波プローブ１２０を手動で移動させた軌跡に基づいて生成されるものである。このため、熟練した操作者であっても、何らかの変動を伴っている。例えば、超音波プローブ１２０の移動速度を一定にしようとしても、完全には一定とはならない。また、超音波プローブ１２０の傾きを一定に保って移動させようとしても、傾きは完全には一定とはならない。また、手ブレによって、体表に対する上下の変動が軌跡に発生する。
【００８５】
図１３の上段は、参照軌跡情報における超音波プローブ１２０の移動速度が一定とならない例を示しており、図１３の下段は、ステップＳＴ２０１の処理によって、移動速度が一定となるように修正された指示軌跡情報を例示している。
【００８６】
また、図１４の上段は、参照軌跡情報における超音波プローブ１２０の傾きが一定とならない例を示しており、図１４の下段は、ステップＳＴ２０１の処理によって、傾きが一定となるように修正された指示軌跡情報を例示している。
【００８７】
また、図１５の上段は、参照軌跡情報における超音波プローブ１２０の位置（上下方向）が手ぶれのために一定とならない例を示しており、図１５の下段は、ステップＳＴ２０１の処理によって、位置（上下方向）が一定となるように修正された指示軌跡情報を例示している。
【００８８】
指示軌跡情報は、参照軌跡情報に含まれる移動速度の時系列データや、超音波プローブ１２０の傾きの時系列データを、最少二乗法によって直線近似したり、所定の次数の曲線で近似したりすることによって、滑らかなラインとして生成することができる。
【００８９】
ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０は、指示軌跡情報にしたがって、自動的に移動される。超音波プローブ１２０の走査を同じ被検体(患者）に対して繰り返すことがしばしばある。このような場合、最初の走査は操作者が行うものの、２回目以降は、最初の走査によって生成された参照軌跡情報に基づいて生成された指示軌跡情報に基づいてロボットアーム１１０が自動的に行う。このため、再現性の高いプローブ走査を、操作者に負担をかけることなく行うことができる。
【００９０】
さらに、上述したように、指示軌跡情報は、参照軌跡情報の変動や不均一性が修正されたものであるため、熟練した操作者でも実現ができないような高い水準の均一性が確保された状態で超音波プローブ１２０を移動させることが可能となる。例えば、常に一定の速度で超音波プローブ１２０を移動させることによって、間隔が完全に均一な断層画像を撮像することも可能となる。
【００９１】
なお、同じ臓器（例えば、肝臓）に対する検査を異なる被検体に対して行う場合や、健康診断などで異なる被検体に対して同じ検査を繰り返すことがある。この場合、参照軌跡情報を取得した被検体（第１の患者）と、指示軌跡情報を用いた自動走査を行おうとする被検体（第２の患者）は異なるため、第２の患者と第１の患者との間で、体格や臓器位置が大きく異なる場合も十分に考えられる。このような場合、第１の患者から取得した参照軌跡情報から生成した指示軌跡情報は、第２の患者の臓器位置に合致しない。
【００９２】
図１６は、左側の被検体（第１の患者）と右側の被検体（第２の患者）とで、体格が大きく異なっている例を示しており、臓器位置も当然異なってくる。そこで、このような場合、ステップＳＴ２０２において、指示軌跡情報を、被検体の体格や臓器位置に応じてさらに修正する。
【００９３】
例えば、過去の多数の検査結果等から生成された、体重、身長、性別、年齢等の患者体型に応じた臓器位置情報を生体情報データベース２４４に保持しておく。そして、参照軌跡情報を生成した被検体（第１の患者）の患者体型と、ロボットアーム１１０で自動走査しようとする被検体(第２の患者）の患者体型に関連付けられた臓器位置情報をそれぞれ生体情報データベース２４４から取得し、両者の臓器位置の差に基づいて、参照軌跡情報を修正して、指示軌跡情報を生成することができる。
【００９４】
また、ロボットアーム１１０で自動走査しようとする被検体(第２の患者）の診断画像、例えば、ＣＴ画像やＭＲＩ画像が存在する場合には、これらの診断画像を参照して、より正確に参照軌跡情報を修正して指示軌跡情報を生成することができる。このような場合、被検体(第２の患者）のＣＴ画像やＭＲＩ画像を、例えば病院内ネットワーク等を介して取得し、生体情報データベース２４４に保存しておく。
【００９５】
そして、ステップＳＴ２０３で、被検体(第２の患者）のＣＴ画像やＭＲＩ画像を、生体情報データベース２４４から取得し、これらの診断画像に基づいて、参照軌跡情報を修正する。図１７は、心臓のＣＴ画像やＭＲＩ画像に基づいて参照軌跡情報を修正し、指示軌跡情報を生成する例を示したものである。例えば、異なる患者間のＣＴデータにおいて、非剛体の位置合わせや、解剖学的特徴形状（ランドマーク）に基づく位置合わせを行う。そして、これらの位置合わせによる臓器の変形情報により、参照軌跡情報を変形させる。或いは、被検体(第２の患者）のＣＴ画像やＭＲＩ画像の３次元画像上で仮想的なプローブ走査を行う。この仮想的なプローブ走査の軌跡を参照軌跡情報として生成する。
【００９６】
ステップＳＴ２０４では、上記のステップＳＴ２０１乃至ステップＳＴ２０３で修正、又は生成された参照軌跡情報を、指示軌跡情報として指示軌跡情報記憶回路２４３に保存する。
【００９７】
なお、ステップＳＴ２００乃至ステップＳＴ２０４の各処理も、第２の処理回路２２１によって行われる。
【００９８】
指示軌跡情報は、複数の参照軌跡情報から生成することもできる。複数の参照軌跡情報は参照軌跡情報記憶回路２４２に記憶される。例えば、図１８の上段に例示するような複数の参照軌跡情報が参照軌跡情報記憶回路２４２に記憶される。
【００９９】
第２の処理回路２２１の軌跡学習機能２２５は、複数の参照軌跡情報に対して最適化処理を行い、図１８の下段に例示するような１つの最適化された指示軌跡情報を生成する。最適化された指示軌跡情報は、指示軌跡情報記憶回路２４３に記憶され、ロボットアーム１１０の駆動制御に利用される。
【０１００】
同一部位や同一疾患に対して生成された参照軌跡情報は、複数の超音波診断装置によって大量に収集することができる。この大量に収集された参照軌跡情報と収集画像の品質評価によって、機械学習を用いてプローブ移動軌跡を最適化することもできる。そして、機械学習によって最適化されたプローブ移動軌跡を指示軌跡情報とし、この指示軌跡情報を用いてロボットアーム１１０を駆動することができる。機械学習に基づく指示軌跡情報は、参照軌跡情報を経時的に順次増加させることにより、その品質を向上させることができる。
【０１０１】
図１９は、第３のフェーズ、即ち、指示軌跡情報記憶回路２４３に記憶された指示軌跡情報にしたがってロボットアーム１１０を駆動するフェーズの処理例を示すフローチャートである。
【０１０２】
ステップＳＴ３００で、指示軌跡情報記憶回路２４３から指示軌跡情報を読み込む。そして、ステップＳＴ３０１で、アーム制御回路１４０が、指示軌跡情報にしたがってロボットアーム１１０を駆動し、超音波プローブ１２０を、指示軌跡情報に従った動きで移動させる。指示軌跡情報には、超音波プローブ１２０の位置だけでなく、超音波プローブ１２０の傾き（姿勢角）や、生体接触圧力、或いはさらに移動速度が規定されており、超音波プローブ１２０は、これらの指示軌跡情報に従って、被検体の体表面に沿って、自動で移動する。
【０１０３】
指示軌跡情報は、参照軌跡情報に基づいて生成されるため、同じ被検体に対して同じ検査を繰り返す場合、操作者の操作負担なく、高い再現性で繰り返すことができる。また、指示軌跡情報は、手動操作に起因する超音波プローブ１２０の移動速度や傾きの変動やふらつきがなく、熟練した操作者以上に安定したプローブ走査を実現することができる。
【０１０４】
さらに、複数の参照軌跡情報を用いて、機械学習等で最適化された指示軌跡情報で超音波プローブ１２０を移動させることができるため、より適切な診断が可能となる。
【０１０５】
また、参照軌跡情報を取得した被検体と、これから検査しようとする被検体が異なる場合でも、生体情報データベースや、ＣＴ画像やＭＲＩ画像などの診断画像を参照して、検査対象の被検体の臓器位置に適合した指示軌跡情報で、超音波プローブ１２０を移動させることができる。
【０１０６】
ステップＳＴ３０１におけるロボットアーム１１０の駆動処理では、被検体に装着された磁気センサ等の生体基準位置センサの検出信号を用いて、指示軌跡情報を更新するようにしてもよい。寝台に対する被検体の相対的な位置は、検査の都度異なる可能性がある。また、検査中においても、被検体の姿勢は変化する可能性がある。このような場合、検体に装着された生体基準位置センサの検出信号は、被検体の位置や姿勢、或いは被検体の動きに応じて時々刻々変化する。この検出信号を用いて、指示軌跡情報記憶回路２４３に記憶されている指示軌跡情報を、時々刻々更新することにより、寝台上の被検体の動きに連動して超音波プローブ１２０を移動させ、当初予定した体表面の経路に沿ったプローブ走査を実現することができる。被検体の姿勢の変化は、監視カメラ１３０の画像を解析することによっても検出できる。
【０１０７】
前述したように、ロボットアーム１１０を、装置本体２００とは離れた場所に設置される触覚付入力デバイス１６０によって駆動することもできる。触覚付入力デバイス１６０には、ロボットアーム１１０に装着されている圧力センサによって検出される生体接触圧力の情報が伝達される。このため、触覚付入力デバイス１６０の操作者は、監視カメラ１３０のモニタ１３１の画像によって、ロボットアーム１１０に保持された超音波プローブ１２０の動きを制御するだけでなく、超音波プローブ１２０の生体接触圧力を感じながら、生体接触圧力をも制御することができる。
【０１０８】
また、被検体の臓器位置は、心拍の時相や、呼吸の時相に応じて変化する。そこで、心拍の時相を検出するＥＣＧセンサや呼吸の時相を検出する呼吸センサ（ＥＣＧ／呼吸センサ１８０）を装置本体２００に接続する。そして、例えば、心拍や呼吸による臓器位置の変動が少ない時相を検出し、臓器位置の変動が少ない時相の期間のみ、超音波プローブ１２０を移動させるように、ロボットアーム１１０の動きを制限してもよい。呼吸の時相は、監視カメラ１３０の画像を解析することによっても検出できる。
【０１０９】
この他、ロボットアーム１１０の駆動を、被検体に対する安全上の観点から制限する必要もある。また、ロボットアーム１１０の駆動は、装置本体２００の周囲の器材の配置や寝台の位置等によって、制限しなければならない場合もある。制約条件設定機能２２３は、そのような機能を実現するものである。制約条件としては、例えば、ロボットアーム１１０の駆動範囲、超音波プローブ１２０の移動速度の制限範囲、生体接触圧力の許容範囲等が挙げられる。これらの制約条件は、入力デバイス２６０を介して設定され、所定のメモリに記憶される。
【０１１０】
ステップＳＴ３０２では、指示軌跡情報、或いはアームセンサ１１１から得られるロボットアーム１１０の位置や速度、或いは生体接触圧力が、上記の制約条件の範囲内であるか否かを判定し、範囲外の場合には、ステップＳＴ３０３に進み、ロボットアーム１１０の駆動を停止する、或いは、安全な位置に退避させる。
【０１１１】
さらにステップＳＴ３０４では、超音波プローブ１２０の自動移動中に、ロボットアーム１１０の駆動を停止させる情報が入力されたか否かを判定する。例えば、寝台上の被検体が突然姿勢を変えたり、大きく移動したりして、当初予定していな状況が発生した場合は、操作者はロボットアーム１１０に触れる。ロボットアーム１１０に対する操作者のこの接触は、ロボットアーム１１０の駆動を停止させるための情報となる。この接触情報によって、ステップＳＴ３０４では、駆動を停止させる情報が入力されたものと判定し、ステップＳＴ３０３において、ロボットアーム１１０の駆動を停止する。
【０１１２】
この他、ロボットアーム１１０の駆動を停止させる情報としては、被検体（患者）の音声情報や生体情報、被検体（患者）に装着された磁気センサ等の情報、操作者による音声情報、監視カメラ１３０の撮影画像の解析情報、超音波画像の解析情報、などがある。これらの情報によって、ステップＳＴ３０４では、駆動を停止させる情報が入力されたものと判定し、ステップＳＴ３０３において、ロボットアーム１１０の駆動を停止する。
【０１１３】
また、ステップＳＴ３０５では、超音波プローブ１２０の自動移動中に、ロボットアーム１１０の移動軌跡を変更する情報が入力されたか否かを判定する。軌跡変更情報の例としては、例えば、触覚付き入力デバイス１６０から指示される経路情報が挙げられる。軌跡変更情報が入力された場合には、ステップＳＴ３０６にて、入力された軌跡変更情報にしたがって、ロボットアーム１１０を駆動する軌跡が変更される。
【０１１４】
ステップＳＴ３０７では、ロボットアーム１１０による駆動が終了したか否かが判定され、終了していない場合は、ステップＳＴ３０１に戻って駆動を継続する。
【０１１５】
なお、ステップＳＴ３００乃至ステップＳＴ３０７の処理は、アーム制御回路１４０によって行われる。
【０１１６】
（超音波診断支援装置）
図２０の下段に、本実施形態の超音波診断支援装置３００の構成例を示す。超音波診断支援装置３００は、ここまで説明してきた超音波診断装置１の構成（図５に示した構成）から、図２０の上段に示す構成（即ち、超音波プローブ１２０、送信回路２３１、受信回路２３２、第１の処理回路２１０、画像記憶回路３２４、ディスプレイ２５０、及び入力デバイス２６０）を取り除いた構成を有する。
【０１１７】
言い換えると、超音波診断支援装置３００は、ロボットアーム１１０、ロボットアーム制御回路１４０、プローブセンサ１１２、アームセンサ１１１、第２の処理回路２２０、参照軌跡情報記憶回路２４２、指示軌跡情報記憶回路２４３、生体情報データベース２４４、ＥＣＧ／呼吸センサ１８０を備えて構成される。
【０１１８】
また、本実施形態の超音波診断支援装置３００の構成を、図６乃至図８に示した第１乃至第３変形例の構成から、超音波プローブ１２０、送信回路２３１、受信回路２３２、第１の処理回路２１０、画像記憶回路３２４、ディスプレイ２５０、及び入力デバイス２６０）を取り除いた構成とすることもできる。なお、超音波診断支援装置３００の構成及び動作は、ここまで既に説明してきているため、その説明を省略する。
【０１１９】
本実施形態の超音波診断支援装置３００を、従来の超音波診断装置（即ち、図２０の上段に示す構成）に連接することにより、ここまで説明してきたロボットアーム１１０に関する各種の制御が可能となり、超音波プローブ１２０を、ロボットアーム１１０を用いて安定した軌跡で移動させることが可能となる。超音波診断装置は、超音波診断支援装置３００より超音波画像の３次元空間の位置情報を取得し、３次元画像の生成を行うことができる。また、超音波診断装置は、各画像の位置情報や軌跡情報を利用した画像表示が可能となる。なお、超音波診断支援装置３００は、超音波プローブ１２０の位置、及び、超音波画像の位置の少なくとも１つを、従来の超音波診断装置に送信できるインターフェースを有している。
【０１２０】
以上説明してきたように、実施形態の超音波診断装置１によれば、医師や技師などの操作者のスキルに依存することなく、熟練者以上に安定した軌跡で（例えば、常に一定の速度で、常に一定の傾きで、常に一定の断面間隔で）超音波プローブ１２０を移動させることができる。また、同じ目的のプローブ走査を繰り返し行う場合でも、操作者に負担をかけることなく、再現性の高いプローブ走査を実現することができる。
【０１２１】
なお、図２に記載される第１の処理回路２１０、第２の処理回路２２０、アーム制御回路１４０は、前述したように、例えばプロセッサとメモリを具備し、プログラムがメモリに保存されたプログラムを実行することによって所定の機能を実現する。
【０１２２】
また、上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。
【０１２３】
第１の処理回路２１０、第２の処理回路２２０、アーム制御回路１４０で使用するプロセッサは、記憶回路に保存された、もしくはプロセッサの回路内に直接組み込まれたプログラムを読み出し、実行することで各機能を実現する。第１の処理回路２１０、第２の処理回路２２０、及びアーム制御回路１４０は、それぞれ１以上のプロセッサを設ける構成でもよい。或いは、１つのプロセッサが、第１の処理回路２１０、第２の処理回路２２０、及びアーム制御回路１４０のうち、任意の２つの回路の処理を実行するように構成してもよいし、３つの回路の全ての処理を実行するように構成してもよい。
【０１２４】
なお、実施形態のアーム制御回路、指示軌跡情報記憶回路、参照軌跡情報生成機能、及び指示軌跡情報生成機能は、夫々、特許請求の範囲の制御部、記憶部、参照軌跡情報生成部、及び指示軌跡情報生成部の一例である。
【０１２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２６】
１  超音波診断装置
１１０  ロボットアーム
１１１  アームセンサ
１１２  プローブセンサ
１２０  超音波プローブ
１２１  プローブセンサ
１２２  プローブアダプタ
１３０  カメラ（監視カメラ）
１３１、１３２  モニタ（監視カメラモニタ）
１４０  ロボットアーム制御部(制御部）
１５０  磁気送信機
１６０  触覚付入力デバイス
１７０  生体基準位置センサ
１９０  針位置センサ
２１０  第１の処理回路
２２０  第２の処理回路
２２１  参照軌跡情報生成部
２２２  指示軌跡情報生成部
２２５  軌跡学習部
２２６  触覚付入力デバイス制御部
２４２  参照軌跡情報記憶回路
２４３  指示軌跡情報記憶回路
２４４  生体情報データベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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