特開 2022-161110 情報処理装置、超音波診断装置及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022161110

(43)【公開日】2022-10-21

(54)【発明の名称】情報処理装置、超音波診断装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20221014BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021065667

(22)【出願日】2021-04-08

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】嶺 喜隆

(72)【発明者】

【氏名】中内 章一

(72)【発明者】

【氏名】松永 智史

【テーマコード（参考）】

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C601BB09

4C601EE09

4C601EE11

4C601FF03

4C601FF11

4C601KK31

4C601LL33

(57)【要約】

【課題】ロボットアームを用いた穿刺支援において、正確な穿刺を容易に実現すること。
【解決手段】実施形態の情報処理装置は、設定部と、穿刺制御部とを備える。設定部は、第１のロボットアームに保持された超音波プローブによって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、第２のロボットアームに保持された穿刺針の制御情報を設定する。穿刺制御部は、前記制御情報に基づいて、前記穿刺針を保持する前記第２のロボットアームの動きを制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のロボットアームに保持された超音波プローブによって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、第２のロボットアームに保持された穿刺針の制御情報を設定する設定部と、
前記制御情報に基づいて、前記穿刺針を保持する前記第２のロボットアームの動きを制御する穿刺制御部と、
を備える、情報処理装置。

【請求項2】

前記超音波プローブに対する操作者による用手的操作を受け付け、前記第１のロボットアームを制御することで、前記超音波プローブに対する用手的操作を支援する走査制御部をさらに有し、
前記設定部は、前記用手的操作によって操作された前記第１のロボットアームに保持された超音波プローブによって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、前記制御情報を設定する、請求項１に記載の情報処理装置。

【請求項3】

前記走査制御部は、前記超音波プローブに対して前記操作者からかかる力を補助するように制御する、請求項２に記載の情報処理装置。

【請求項4】

前記走査制御部は、前記用手的操作によって移動された前記超音波プローブの位置を調整する、請求項２又は３に記載の情報処理装置。

【請求項5】

前記穿刺制御部は、前記穿刺針に対する操作者による用手的操作を受け付け、前記第２のロボットアームを制御することで、前記穿刺針に対する用手的操作を支援する、請求項１～４のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項6】

前記設定部は、前記第１のロボットアーム及び前記第２のロボットアームが動作する空間座標において前記穿刺情報に対応する位置を特定し、特定した位置に基づいて前記穿刺針の制御情報を設定する、請求項１～５のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項7】

前記超音波画像と参照画像との位置合わせを実行する位置合わせ部をさらに備え、
前記設定部は、前記超音波画像との位置合わせが実行された参照画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、第２のロボットアームに保持された穿刺針の制御情報を設定する、請求項１～６のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項8】

前記超音波画像と参照画像との位置合わせを実行する位置合わせ部をさらに備え、
前記走査制御部は、前記超音波画像との位置合わせが実行された参照画像に対して入力された操作情報に基づいて、第１のロボットアームに保持された超音波プローブの動きを制御する、請求項２に記載の情報処理装置。

【請求項9】

前記第２のロボットアームは、前記穿刺針の刺入を誘導する穿刺アダプターを保持する、請求項１～８のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項10】

前記穿刺制御部は、前記穿刺針の穿刺時の状態を再現する疑似穿刺装置を介して入力された操作に応じて、前記第２のロボットアームによる穿刺を制御する、請求項１～９のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項11】

前記穿刺制御部は、前記穿刺針の刺入及び抜去において、圧力及び速度を制御する、請求項１～１０のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項12】

前記穿刺制御部は、前記穿刺針の刺入速度を一定に制御し、当該穿刺針の刺入圧力の変化に応じて、当該穿刺針の刺入速度を制御する、請求項１１に記載の情報処理装置。

【請求項13】

前記穿刺制御部は、前記穿刺針の刺入圧力を一定に制御し、当該穿刺針の刺入速度の変化に応じて、当該穿刺針の刺入圧力を制御する、請求項１１に記載の情報処理装置。

【請求項14】

前記穿刺針の刺入及び抜去における圧力及び速度の情報を表示させるように制御する表示制御部をさらに備える、請求項１１～１３のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項15】

前記穿刺制御部は、複数本の穿刺針を刺入する穿刺プロトコルに応じて前記第２のロボットアームの動きを制御する、請求項１～１４のいずれか１つに記載の情報処理装置。

【請求項16】

前記超音波プローブと、
前記超音波プローブによって送受信された超音波に基づいて前記超音波画像を生成する画像生成部と、
請求項１～１５のいずれか１つに記載の情報処理装置と、
を備える、超音波診断装置。

【請求項17】

第１のロボットアームに保持された超音波プローブによって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、第２のロボットアームに保持された穿刺針の制御情報を設定する設定機能と、
前記制御情報に基づいて、前記穿刺針を保持する前記第２のロボットアームの動きを制御する穿刺制御機能と、
を、情報処理装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書等に開示の実施形態は、情報処理装置、超音波診断装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被検体の体内の様子を容易に観察するために、体表から体内へ超音波を送信し、その反射波に基づいて超音波画像を表示する超音波診断装置が広く用いられる。例えば、超音波診断装置は、超音波画像を略リアルタイムでモニタに表示できることから、生体組織検査やラジオ波焼灼治療（ＲＦＡ：Radio Frequency Ablation）、不可逆電気穿孔法（ＩＲＥ：Irreversible Electroporation）を用いた治療等、穿刺が行われる場合に利用される。

【0003】

このような穿刺針による穿刺では、事前に撮像したＣＴ（Computed Tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等の画像に基づいて穿刺計画が立てられ、治療時に超音波画像をガイドにしながら、穿刺針が挿入される。ここで、超音波画像をガイドに穿刺を行う場合、穿刺針が超音波画像内に描出されるように、穿刺針の角度を固定するニードルアダプターが用いられる場合がある。ニードルアダプターを用いることで、穿刺針が超音波画像と同じ面に存在することとなるため、穿刺中の針視認が困難な場合に有用である。

【0004】

また、超音波画像による穿刺のガイドでは、超音波で患部の描出が難しい場合があるため、穿刺計画の作成に用いたＣＴやＭＲＩ等の画像とリアルタイムの超音波画像とを位置合わせして、両者のプレーンの角度や位置を一致させて表示させるＦｕｓｉｏｎ機能が用いられる場合がある。

【0005】

また、近年、治療を目的とした穿刺では、複数の針を同時に挿入して行う方法が広まってきている。例えば、患部が大きく、一度の治療ではまかなえない場合や、治療方法によっては原理的に複数本必要な場合などに、複数の穿刺針が用いられる。複数の穿刺針を用いた穿刺の一例としては、例えば、ナノナイフ（Nanoknife（登録商標））とも呼ばれる不可逆電気穿孔法が挙げられる。ナノナイフでは電極ごとに針が異なることから、最低でも２本の同時穿刺が必要であり、６本の同時穿刺が行われる場合もある。ナノナイフでは、穿刺後、３０分から１時間ほどパルス波を照射することで電極間にあるターゲットに対して治療を行う。このような複数穿刺は、施術の複雑さから事前の計画を行うことなく実施することは困難であり、ＣＴ、ＭＲＩ、超音波画像を使って事前に穿刺計画が行われる。穿刺は、この穿刺計画に沿いながら、リアルタイム超音波画像をガイドに行われる。

【0006】

また、ロボットアームを利用して超音波走査を行うロボット超音波診断の研究が進められており、超音波ガイド下での穿刺治療にロボットアームを利用する研究も進められている。このようなロボットアームを穿刺治療に利用する場合、事前にＣＴやＭＲＩ等の３次元画像上で治療計画を行い、計画された穿刺位置や穿刺経路で、穿刺をロボットアームが誘導することが想定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１９－１３７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本明細書等に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、ロボットアームを用いた穿刺支援において、正確な穿刺を容易に実現することである。ただし、本明細書等に開示の実施形態により解決される課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を、本明細書等に開示の実施形態が解決する他の課題として位置づけることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の情報処理装置は、設定部と、穿刺制御部とを備える。設定部は、第１のロボットアームに保持された超音波プローブによって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、第２のロボットアームに保持された穿刺針の制御情報を設定する。穿刺制御部は、前記制御情報に基づいて、前記穿刺針を保持する前記第２のロボットアームの動きを制御する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る穿刺支援システムの一例を模式的に示す図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る処理の手順を説明するためのフローチャートである。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る超音波プローブを保持するアームの一例を示す図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る設定機能による処理の一例を説明するための図である。

【図6】図６は、第１の実施形態に係る制御機能による処理の一例を説明するための図である。

【図7】図７は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図8】図８は、第２の実施形態に係る疑似穿刺装置の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本願に係る情報処理装置、超音波診断装置及びプログラムの実施形態を詳細に説明する。なお、本願に係る情報処理装置、超音波診断装置及びプログラムは、以下に示す実施形態によって限定されるものではない。また、以下の説明において、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

【0012】

（第１の実施形態）
まず、本願に係る情報処理装置を含む穿刺支援システムについて説明する。穿刺支援システムは、超音波診断装置とロボットアーム装置とを含み、ロボットアーム装置が保持した穿刺針を情報処理装置の制御によって調整する。図１は、第１の実施形態に係る穿刺支援システム１０００の一例を模式的に示す図である。例えば、図１に示すように、穿刺支援システム１０００は、超音波診断装置（ＵＳ装置）１００と、ロボットアーム装置２００とを含み、被検体に対する穿刺を支援する。

【0013】

超音波診断装置１００は、超音波プローブ１２を有し、超音波プローブ１２によって送受信される超音波に基づいて超音波画像を生成する。例えば、超音波診断装置１００は、超音波プローブ１２によってスキャンされた被検体の穿刺対象の部位の超音波画像を生成する。

【0014】

ロボットアーム装置２００は、例えば、ロボットアーム制御装置２１と、アーム２２ａと、アーム２２ｂと、アーム２２ｃとを有する。アーム２２ａは、穿刺針３１を保持し、ロボットアーム制御装置２１による制御に基づいて、位置を変化させたり、穿刺針３１を刺入方向（穿刺針３１の長手方向）に移動させたりする。アーム２２ｂは、穿刺針３２を保持し、ロボットアーム制御装置２１による制御に基づいて、位置を変化させたり、穿刺針３１を刺入方向（穿刺針３１の長手方向）に移動させたりする。アーム２２ｃは、超音波プローブ１２を保持し、ロボットアーム制御装置２１による制御に基づいて、位置を変化させることで、被検体に対する超音波スキャンを実行させる。

【0015】

ロボットアーム制御装置２１は、アーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃの位置を移動させることで、被検体に対する穿刺針３１、穿刺針３２及び超音波プローブ１２の位置を調整する。ここで、ロボットアーム制御装置２１は、情報処理装置から受信する制御信号に基づいて、アーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃの位置を制御することができる。すなわち、ロボットアーム制御装置２１は、情報処理装置から受信した制御信号に含まれるアームの移動量に基づいて、アーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃを移動させる。なお、アーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃと被検体との位置関係は、アーム２２ｃによって保持される超音波プローブ１２によって収集された超音波画像に基づいて把握することが可能である。

【0016】

なお、図１においては、アーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃの３本のアームを有するロボットアーム装置２００を示しているが、実施形態はこれに限定されるものではなく、穿刺針を保持するアームと超音波プローブ１２を保持するアームとを有するものであればアームの本数は任意である。例えば、穿刺針を保持するアームを１本又は３本以上有する場合でもよく、超音波プローブ１２を保持するアームを２本以上有する場合でもよい。

【0017】

情報処理装置は、ロボットアーム装置２００に対して制御信号を送信することで、ロボットアーム装置２００のアーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃの位置を調整して、被検体に対する穿刺を支援する。ここで、本願に係る情報処理装置は、ロボットアームを用いた穿刺支援において、正確な穿刺を容易に実現することができる。

【0018】

上述したように、穿刺を行う場合には、事前に撮像したＣＴ（Computed Tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等の３次元の画像に基づいて穿刺計画が立てられ、この穿刺計画に沿って穿刺が実行される。しかしながら、ＣＴやＭＲＩ撮像時と穿刺時とでは体位や呼吸時相が異なるため、実際の穿刺時には、穿刺位置や穿刺経路が、治療直前の被検体の体位を画像で確認して決定されることがほとんどである。したがって、ロボットアームを用いた穿刺支援においても、治療直前の被検体の体位で穿刺部位を簡便に決定し、正確に穿刺できることが求められる。

【0019】

さらに、現在行われている用手的方法の穿刺では非常にスキルが必要とされる複数本の穿刺針による治療が正確に実現できれば、超音波ガイド下の穿刺治療の適用範囲を大幅に拡大し、治療品質も向上させることができる。例えば、肝癌では、腫瘍が大きい場合に同時の複数穿刺が求められ、膵癌ではナノナイフ治療や凍結療法があり、前立腺がんでは系統的生検があり、複数本の穿刺針による穿刺が求められている。

【0020】

そこで、本願に係る情報処理装置は、ロボットアームを用いた穿刺支援において、穿刺直前の被検体の体位で収集した超音波画像を用いてロボットアームを制御することで、正確な穿刺を容易に実現することを可能にする。

【0021】

以下、本願の第１の実施形態に係る装置構成の詳細について説明する。なお、第１の実施形態では、本願に係る情報処理装置が超音波診断装置に含まれる場合を例に挙げて説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、以下で説明する超音波診断装置で実行される各種処理を上記した穿刺支援システム１０００におけるいずれの装置において実行される場合でもよい。また、上記した穿刺支援システム１０００に対してさらに情報処置装置が接続され、接続された情報処理装置が以下で説明する超音波診断装置で実行される各種処理を実行する場合でもよい。

【0022】

図２は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置１００は、超音波プローブ１２と、モニタ１３と、入力インターフェース１４と、装置本体１５とを有し、超音波プローブ１２と、モニタ１３と、入力インターフェース１４とが装置本体１５と通信可能に接続される。そして、本実施形態に係る超音波診断装置１００は、さらに、ロボットアーム制御装置２１と通信可能に接続される。なお、ロボットアーム制御装置２１が、装置本体１５に内蔵される場合でもよい。

【0023】

ロボットアーム制御装置２１は、通信インターフェースと、処理回路とを有する。

【0024】

通信インターフェースは、処理回路に接続されており、超音波診断装置１００との間で種々の情報を送受信する。例えば、通信インターフェースは、超音波診断装置１００から制御信号を受信し、受信した制御信号を処理回路に対して出力する。また、通信インターフェースは、アーム２２ａ～アーム２２ｃによって検出された圧力などの情報を超音波診断装置１００に送信する。

【0025】

処理回路は、アーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃの駆動機構に対して制御信号を送信することで、アーム２２ａ、アーム２２ｂ及びアーム２２ｃの駆動を制御する。具体的には、処理回路は、超音波診断装置１００から受け付けたアームの移動情報（移動方向及び移動量）に基づく制御信号を駆動機構に送信することで、各アームを移動させる。なお、処理回路は、各処理に対応するプログラムを図示しないメモリから読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。

【0026】

アーム２２ａは、穿刺針３１を保持し、ロボットアーム制御装置２１による制御のもと、穿刺針３１を移動させる。具体的には、アーム２２ａは、穿刺針３１を保持する保持部と、アームを駆動させるための駆動機構を有する。アーム２２ａは、モータやアクチュエータ等の駆動機構を備えた複数の可動部が、ロボットアーム制御装置２１から受け付けた制御に応じて動くことによって、先端側に保持する穿刺針３１を所望の位置に移動させる。ここで、アーム２２ａは、被検体に対して３次元の任意の位置に穿刺針３１を配置することが可能となるように構成される。

【0027】

アーム２２ｂは、穿刺針３２を保持し、ロボットアーム制御装置２１による制御のもと、穿刺針３２を移動させる。具体的には、アーム２２ｂは、穿刺針３２を保持する保持部と、アームを駆動させるための駆動機構を有する。アーム２２ｂは、モータやアクチュエータ等の駆動機構を備えた複数の可動部が、ロボットアーム制御装置２１から受け付けた制御に応じて動くことによって、先端側に保持する穿刺針３２を所望の位置に移動させる。ここで、アーム２２ｂは、被検体に対して３次元の任意の位置に穿刺針３２を配置することが可能となるように構成される。

【0028】

ここで、アーム２２ａ及びアーム２２ｂは、穿刺針３１及び穿刺針３２を針の長手方向に移動させることもできる。すなわち、アーム２２ａ及びアーム２２ｂは、ロボットアーム制御装置２１の制御のもと、自動で穿刺針の挿入及び抜去を行うように構成されている。例えば、アーム２２ａは、アームの先端側にゴム製ローラーなどを有し、モータやアクチュエータ等の駆動機構と接続され、複数のローラーの間に穿刺針３１を挟むように保持し、複数のローラーの回転によって穿刺針３１を針の長手方向に移動させる。

【0029】

また、アーム２２ａは、さらに、圧力センサを有し、穿刺針３１にかかる圧力を検出する。そして、アーム２２ａは、検出した圧力の情報をロボットアーム制御装置２１に送信する。なお、アーム２２ａは、穿刺針３１を手動で移動可能に保持することもできる。

【0030】

なお、アーム２２ｂにおいても、上記したアーム２２ａの例と同様に、アームの先端側にゴム製ローラーなどを有することで、自動で穿刺針の挿入及び抜去を行うことができる。また、アーム２２ｂは、アーム２２ａと同様に圧力センサを有し、穿刺針３２にかかる圧力を検出するとともに、検出した圧力の情報をロボットアーム制御装置２１に送信する。また、アーム２２ｂは、穿刺針３２を手動で移動可能に保持することもできる。

【0031】

アーム２２ｃは、超音波プローブ１２を保持し、ロボットアーム制御装置２１による制御のもと、超音波プローブ１２を移動させる。具体的には、アーム２２ｃは、超音波プローブ１２を保持する保持部と、アームを駆動させるための駆動機構を有する。アーム２２ｃは、モータやアクチュエータ等の駆動機構を備えた複数の可動部が、ロボットアーム制御装置２１から受け付けた制御に応じて動くことによって、先端側に保持する超音波プローブ１２を所望の位置に移動させる。ここで、アーム２２ｃは、被検体に対して３次元の任意の位置に超音波プローブ１２を配置することが可能となるように構成される。

【0032】

穿刺針３１及び穿刺針３２は、例えば、ラジオ波を発生する電磁針であり、穿刺針３１及び穿刺針３２が発生するラジオ波の出力を制御する治療装置と接続される。この治療装置は、穿刺針３１及び穿刺針３２の温度や、ラジオ波の出力、焼灼領域のインピーダンスをモニタ可能であり、術者は、治療装置を操作して、穿刺針３１及び穿刺針３２を用いたＲＦＡを進める。

【0033】

また、穿刺針３１及び穿刺針３２は、例えば、治療対象の組織に電流を流す電極針であり、穿刺針３１及び穿刺針３２が発生する電流の出力を制御する治療装置と接続される。ここで、この治療装置は、穿刺針３１と穿刺針３２と間で電流を流すことで穿刺針３１及び穿刺針３２の間にある治療対象の組織に電流を流して治療を行う。

【0034】

超音波プローブ１２は、装置本体１５に含まれる送受信回路１５１に接続される。超音波プローブ１２は、例えば、プローブ本体に複数の圧電振動子を有し、これら複数の圧電振動子は、送受信回路１５１から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ１２は、被検体からの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ１２は、プローブ本体において、圧電振動子に設けられる整合層と、圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。なお、超音波プローブ１２は、装置本体１５と着脱自在に接続される。例えば、超音波プローブ１２は、セクタ型、リニア型又はコンベックス型などの超音波プローブである。

【0035】

超音波プローブ１２から被検体に超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体の体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ１２が有する複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。

【0036】

なお、本実施形態は、複数の圧電振動子が一列で配置された１次元超音波プローブである超音波プローブ１２により、被検体を２次元でスキャンする場合であっても、１次元超音波プローブの複数の圧電振動子を機械的に揺動する超音波プローブ１２や複数の圧電振動子が格子状に２次元で配置された２次元超音波プローブである超音波プローブ１２により、被検体を３次元でスキャンする場合であっても、適用可能である。

【0037】

モニタ１３は、超音波診断装置１００の操作者が入力インターフェース１４を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）や、装置本体１５において生成された超音波画像等を表示する。また、モニタ１３は、装置本体１５の処理状況や処理結果を操作者に通知するために、各種のメッセージや表示情報を表示する。また、モニタ１３は、スピーカーを有し、音声を出力することもできる。

【0038】

入力インターフェース１４は、所定の位置（例えば、穿刺のターゲット等）の設定等を行うために操作され、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチモニタ、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インターフェース１４は、後述する処理回路１５５に接続されており、操作者から受け付けた入力操作を電気信号へ変換し処理回路１５５へと出力する。なお、本明細書において入力インターフェース１４は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路１５５へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェースの例に含まれる。

【0039】

装置本体１５は、送受信回路１５１と、Ｂモード処理回路１５２と、ドプラ処理回路１５３と、メモリ１５４と、処理回路１５５と、通信インターフェース１５６とを有する。図２に示す超音波診断装置１においては、各処理機能がコンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ１５４へ記憶されている。送受信回路１５１、Ｂモード処理回路１５２、ドプラ処理回路１５３、及び、処理回路１５５は、メモリ１５４からプログラムを読み出して実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各回路は、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。

【0040】

送受信回路１５１は、パルス発生器、送信遅延回路、パルサ等を有し、超音波プローブ１２に駆動信号を供給する。パルス発生器は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、送信遅延回路は、超音波プローブ１２から発生される超音波をビーム状に集束し、かつ送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生器が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサは、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１２に駆動信号（駆動パルス）を印加する。すなわち、送信遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面から送信される超音波の送信方向を任意に調整する。

【0041】

なお、送受信回路１５１は、後述する処理回路１５５の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。

【0042】

また、送受信回路１５１は、プリアンプ、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換器、受信遅延回路、加算器等を有し、超音波プローブ１２が受信した反射波信号に対して各種処理を行って反射波データを生成する。プリアンプは、反射波信号をチャネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅された反射波信号をＡ／Ｄ変換する。受信遅延回路は、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延回路によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。

【0043】

Ｂモード処理回路１５２は、送受信回路１５１から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理等を行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。

【0044】

ドプラ処理回路１５３は、送受信回路１５１から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、速度、分散、パワー等の移動体情報を多点について抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。例えば、移動体は、血管内を流動する血液や、リンパ管内を流動するリンパ液等の流体である。

【0045】

なお、Ｂモード処理回路１５２及びドプラ処理回路１５３は、２次元の反射波データ及び３次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、Ｂモード処理回路１５２は、２次元の反射波データから２次元のＢモードデータを生成し、３次元の反射波データから３次元のＢモードデータを生成する。また、ドプラ処理回路１５３は、２次元の反射波データから２次元のドプラデータを生成し、３次元の反射波データから３次元のドプラデータを生成する。３次元のＢモードデータは、３次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点（サンプル点）それぞれに位置する反射源の反射強度に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。また、３次元のドプラデータは、３次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点（サンプル点）それぞれに、血流情報（速度、分散、パワー）の値に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。

【0046】

また、Ｂモード処理回路１５２及びドプラ処理回路１５３は、複数の２次元の反射波データを合成して３次元の反射波データを生成し、生成した反射波データから３次元のデータを生成することもできる。例えば、Ｂモード処理回路１５２は、複数の２次元の反射波データを合成して３次元の反射波データを生成し、生成した３次元の反射波データから３次元のＢモードデータを生成する。また、ドプラ処理回路１５３は、複数の２次元の反射波データを合成して３次元の反射波データを生成し、生成した３次元の反射波データから３次元のドプラデータを生成する。

【0047】

メモリ１５４は、処理回路１５５が生成した表示用の画像データを記憶する。また、メモリ１５４は、Ｂモード処理回路１５２やドプラ処理回路１５３が生成したデータを記憶することも可能である。また、メモリ１５４は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。

【0048】

通信インターフェース１５６は、処理回路１５５に接続されており、超音波診断装置１００と各装置との間で行われる通信を制御する。具体的には、通信インターフェース１５６は、各装置から各種の情報を受信し、受信した情報を処理回路１５５に出力する。例えば、通信インターフェース１５６は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、ＮＩＣ（Network Interface Controller）等によって実現される。例えば、通信インターフェース１５６は、処理回路１５５から受け付けた制御信号をロボットアーム制御装置２１に対して送信する。

【0049】

処理回路１５５は、超音波診断装置１００の処理全体を制御する。具体的には、処理回路１５５は、図２に示す制御機能１５５ａ、画像生成機能１５５ｂ、走査制御機能１５５ｃ、設定機能１５５ｄ、穿刺制御機能１５５ｅ、位置合わせ機能１５６ｆに対応するプログラムをメモリ１５４から読み出して実行することで、種々の処理を行う。例えば、処理回路１５５は、各プログラムをメモリ１５４から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路１５５は、図２の処理回路１５５内に示された各機能を有することとなる。

【0050】

ここで、制御機能１５５ａは、表示制御部の一例である。画像生成機能１５５ｂは、画像生成部の一例である。走査制御機能１５５ｃは、走査制御部の一例である。また、設定機能１５５ｄは、設定部の一例である。また、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺制御部の一例である。また、位置合わせ機能１５６ｆは、位置合わせ部の一例である。なお、本実施形態においては、単一の処理回路１５５にて、以下に説明する各処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。

【0051】

制御機能１５５ａは、入力インターフェース１４を介して操作者から入力された各種設定要求や、メモリ１５４から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信回路１５１、Ｂモード処理回路１５２、ドプラ処理回路１５３の処理を制御する。また、制御機能１５５ａは、超音波画像や、種々の情報をモニタ１３に表示させるように制御する。

【0052】

また、制御機能１５５ａは、通信インターフェース１５６を介して、事前に計画された穿刺計画の情報を取得する。例えば、制御機能１５５ａは、ＣＴ装置や、ＭＲＩ装置、超音波診断装置によって収集された３次元の医用画像データの基づいて立てられた穿刺計画を取得する。すなわち、制御機能１５５ａは、穿刺計画に基づいて設定される被検体に対する穿刺位置の情報を取得する。

【0053】

画像生成機能１５５ｂは、Ｂモード処理回路１５２及びドプラ処理回路１５３が生成したデータから超音波画像データを生成する。すなわち、画像生成機能１５５ｂは、Ｂモード処理回路１５２が生成した２次元のＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像データを生成する。Ｂモード画像データは、超音波走査された領域内の組織形状が描出されたデータとなる。また、画像生成機能１５５ｂは、ドプラ処理回路１５３が生成した２次元のドプラデータから移動体情報を表すドプラ画像データを生成する。ドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又は、これらを組み合わせた画像データである。ドプラ画像データは、超音波走査された領域内を流動する流体に関する流体情報を示すデータとなる。

【0054】

ここで、画像生成機能１５５ｂは、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成機能１５５ｂは、超音波プローブ１２による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成機能１５５ｂは、スキャンコンバート以外に種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理（平滑化処理）や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理（エッジ強調処理）等を行なう。また、画像生成機能１５５ｂは、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。

【0055】

更に、画像生成機能１５５ｂは、Ｂモード処理回路１５２が生成した３次元のＢモードデータに対して座標変換を行なうことで、３次元のＢモード画像データを生成する。また、画像生成機能１５５ｂは、ドプラ処理回路１５３が生成した３次元のドプラデータに対して座標変換を行なうことで、３次元のドプラ画像データを生成する。更に、画像生成機能１５５ｂは、ボリュームデータをモニタ１３にて表示するための各種の２次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対してレンダリング処理を行なうことができる。

【0056】

走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２を保持するアーム２２ｃの動きを制御する。具体的には、走査制御機能１５５ｃは、ロボットアーム制御装置２１に対して制御信号を送信することで、アーム２２ｃの動きを制御する。ここで、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２に対する操作者による用手的操作を受け付け、アーム２２ｃを制御することで、超音波プローブ１２に対する用手的操作を支援することができる。具体的には、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２に対して操作者からかかる力を補助するように制御する。

【0057】

設定機能１５５ｄは、アーム２２ｃに保持された超音波プローブ１２によって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）に保持された穿刺針３１（又は／及び穿刺針３２）の制御情報を設定する。具体的には、設定機能１５５ｄは、穿刺針の刺入の直前に収集された超音波画像に対して入力された穿刺に関する情報（穿刺のターゲットの情報など）に基づいて、穿刺針を保持するアームを動作させるための制御情報を設定する。

【0058】

穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針３１（又は／及び穿刺針３２）を保持するアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）の動きを制御する。具体的には、走査制御機能１５５ｃは、ロボットアーム制御装置２１に対して制御信号を送信することで、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）の動きを制御する。具体的には、穿刺制御機能１５５ｅは、設定機能１５５ｄによって設定された制御情報に基づいて、穿刺針を保持するアームの動きを制御する。より具体的には、穿刺制御機能１５５ｅは、制御情報に基づいてアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を制御することで穿刺針３１（又は／及び穿刺針３２）の位置や角度を調整し、穿刺針３１（又は／及び穿刺針３２）を被検体の体表上の刺入位置まで移動させ、穿刺のターゲットに対して穿刺針３１（又は／及び穿刺針３２）を刺入させる。

【0059】

位置合わせ機能１５５ｆは、超音波画像と参照画像との位置合わせを実行する。具体的には、位置合わせ機能１５５ｆは、穿刺の直前で収集された超音波画像と、穿刺計画の作成に用いたＣＴやＭＲＩ等の画像とを位置合わせして、両者のプレーンの角度や位置を一致させる。例えば、位置合わせ機能１５５ｆは、超音波画像で指定された穿刺のターゲットと、参照画像上で設定された穿刺のターゲットとに基づいて、超音波画像と参照画像との位置合わせを実行する。これにより、ロボットアーム装置２００における座標空間と参照画像における座標空間とが対応付けられる。

【0060】

以上、第１の実施形態に係る装置構成について説明した。次に、第１の実施形態に係る情報処理装置（超音波診断装置１００）の詳細について説明する。ここで、まず、図３を用いて、本願の情報処理装置を用いた処理の手順を説明する。図３は、第１の実施形態に係る処理の手順を説明するためのフローチャートである。ここで、図３におけるステップＳ１０１～Ｓ１０２は、穿刺計画を立てる際に実施される手順であり、ステップＳ１０３～Ｓ１０６は、実際に穿刺による治療が実施される際に実施される手順である。なお、ステップＳ１０３は、処理回路１５５が、制御機能１５５ａ、画像生成機能１５５ｂ及び走査制御機能１５５ｃに対応するプログラムをメモリ１５４から読み出して実行することで実現される。また、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５は、処理回路１５５が、設定機能１５５ｄに対応するプログラムをメモリ１５４から読み出して実行することで実現される。また、ステップＳ１０６は、処理回路１５５が、穿刺制御機能１５５ｅに対応するプログラムをメモリ１５４から読み出して実行することで実現される。

【0061】

図３に示すように、本願の情報処理装置を用いた手技では、例えば、術者は、まず、ＣＴ装置や、ＭＲＩ装置、超音波診断装置１００などを用いて、３次元画像データ（ボリュームデータ）を収集する（ステップＳ１０１）。そして、術者は、収集された３次元画像データを用いて、穿刺位置を計画する（ステップＳ１０２）。

【0062】

例えば、術者は、ＣＴ装置や、ＭＲＩ装置、超音波診断装置１００などを用いて収集した３次元画像データを観察して、治療対象となるターゲットの位置を特定する。そして、術者は、ターゲットの形状及びサイズと、周囲の臓器及び骨などの位置とを考慮して、挿入する穿刺針の位置及び本数を決定する。例えば、術者は、血管や、種々の臓器、骨などを避けつつ、ターゲットに対して適切な治療が行うことができるように、各穿刺針の体表上での挿入位置及び角度を決定する。すなわち、穿刺計画では、ボリュームデータの座標において、穿刺針を挿入する体表上の位置と、穿刺針の挿入角度が決定される。

【0063】

上述したように穿刺計画が立てられた後、穿刺が実施される。具体的には、処理回路１５５が、まず、穿刺の直前に、アーム２２ｃを制御して超音波画像を収集させる（ステップＳ１０３）。そして、処理回路１５５は、収集した超音波画像に対する穿刺情報を受け付けて（ステップＳ１０４）、超音波画像に対する穿刺情報に基づいて、穿刺針を保持するアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を制御する制御情報を設定する。

【0064】

その後、処理回路１５５は、制御情報に基づいて、穿刺針を保持するアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を制御し（ステップＳ１０６）、穿刺を実行する。このように、本願の情報処理装置（超音波診断装置１００）は、穿刺の直前に収集した超音波画像に基づいてアームを制御することで、アームを用いた穿刺支援において、正確な穿刺を容易に実現する。以下、超音波診断装置１００による処理の詳細について順に説明する。

【0065】

（超音波画像の収集）
上述したように、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２を保持するアーム２２ｃの動きを制御して、超音波画像を収集する。具体的には、走査制御機能１５５ｃは、ロボットアーム装置２００の操作空間における座標情報を含む制御情報をロボットアーム制御装置２１に送信することで、アーム２２ｃの動きを制御する。

【0066】

ここで、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２に対する操作者による用手的操作を受け付け、アーム２２ｃを制御することで、超音波プローブに対する用手的操作を支援する。具体的には、走査制御機能１５５ｃは、アーム２２ｃによって保持された状態の超音波プローブ１２が操作者の手によって移動される操作を受け付けた際に、アーム２２ｃにおける駆動機構を駆動させることで、操作者による超音波プローブ１２の移動を支援する。

【0067】

すなわち、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２に対して操作者からかかる力を補助するように制御する。例えば、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブやケーブルの重さ等の負荷をリアルタイムに自動的に計算し、かかる負荷を保持することにより、操作者によるプローブ走査の負荷を軽減する。また、走査制御機能１５５ｃは、アーム２２ｃに備えられたセンサによって、用手的に移動される方向を検出し、検出した方向にアーム２２ｃを移動させるように制御することで、操作者によるプローブ走査の負荷を軽減する。

【0068】

これにより、操作者は、従来の超音波プローブを用手的に走査する以上に簡便に、超音波プローブ１２を移動させることができ、穿刺のターゲットを含む超音波画像を収集することができる適切な位置に超音波プローブ１２を配置することができる。その結果、走査制御機能１５５ｃは、ロボットアーム装置２００における座標空間において、穿刺を行う際に適切な超音波画像を収集するためのアーム２２ｃの位置（座標）を把握することができる。

【0069】

ここで、走査制御機能１５５ｃは、用手的操作によって移動された超音波プローブの位置をさらに調整することができる。上述したように、アーム２２ｃによって保持された超音波プローブ１２は、操作者の用手的な走査によって被検体の体表に配置される。しかしながら、被検体の体動などによって、適切な超音波画像を収集するための超音波プローブ１２の位置がわずかにずれる場合がある。

【0070】

そこで、走査制御機能１５５ｃは、アーム２２ｃを制御することで、超音波プローブ１２の位置や角度を微調整する。図４は、第１の実施形態に係る超音波プローブ１２を保持するアーム２２ｃの一例を示す図である。例えば、図４に示すように、アーム２２ｃは、先端側に超音波プローブ１２を保持する。そして、走査制御機能１５５ｃは、アーム２２ｃの駆動機構が駆動させることで、超音波プローブ１２をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる。さらに、走査制御機能１５５ｃは、アーム２２ｃの保持部の駆動機構を駆動させることで、超音波プローブ１２を矢印Ｄ１～Ｄ３の方向に回転させ、超音波プローブ１２の向きを変化させる。走査制御機能１５５ｃは、これらの動きを細かいレベルで実行することで、超音波プローブ１２の位置や角度を微調整する。

【0071】

これにより、超音波プローブ１２のわずかな位置の移動、及び、移動後の位置の固定を容易に行うことができ、より適切な超音波画像を容易に収集することを可能にする。

【0072】

（制御情報の設定）
上述したように、設定機能１５５ｄは、穿刺時にリアルタイムで収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を制御するための制御情報を設定する。すなわち、設定機能１５５ｄは、アーム２２ｃ及びアーム２２ａ（及びアーム２２ｂ）が動作する空間座標において穿刺情報に対応する位置を特定し、特定した位置に基づいて穿刺針の制御情報を設定する。

【0073】

具体的には、設定機能１５５ｄは、穿刺情報が入力された超音波画像を収集した際の、ロボットアーム装置２００の座標空間におけるアーム２２ｃの位置（座標）に基づいて、当該座標空間における超音波画像の位置（座標）を特定することで、超音波画像に対して入力された穿刺情報の位置（座標）を特定する。

【0074】

図５は、第１の実施形態に係る設定機能１５５ｄによる処理の一例を説明するための図である。ここで、図５においては、穿刺のターゲットや穿刺経路などが適切に示された超音波画像が表示された状態での処理を示す。例えば、医師が、図５の上段に示すように超音波画像上でターゲットＴ１を指定し、さらに、穿刺経路を指定すると、設定機能１５５ｄは、指定されたターゲットＴ１に対して指定された穿刺経路で穿刺を実行するための制御情報を設定する。

【0075】

すなわち、設定機能１５５ｄは、超音波画像を収集した際のアーム２２ｃの位置（座標）に基づいて、図５の下段の図に示すように、ロボットアーム装置２００の座標空間Ｓ１における超音波画像の位置（座標）を特定する。そして、設定機能１５５ｄは、超音波画像上で指定されたターゲットＴ１及び穿刺経路の座標空間Ｓ１における位置（座標）を特定する。

【0076】

その後、設定機能１５５ｄは、穿刺針を保持するアーム２２ａ（又は／及び）アーム２２ｂの座標空間Ｓ１における現在位置（座標）と、特定したターゲットＴ１及び穿刺経路の座標空間Ｓ１における位置（座標）とに基づいて、アーム２２ａ（又は／及び）アーム２２ｂを移動させるための制御情報を設定する。すなわち、設定機能１５５ｄは、現在位置から穿刺を実行するための位置までアーム２２ａ（又は／及び）アーム２２ｂを移動させるための制御情報を設定する。

【0077】

超音波ガイドの穿刺においては、適切な腫瘍の画像を得るため、あるいは適切な穿刺経路を確保するために、体位を変えたり、呼吸時相を変えたり、プローブの当て方や、押し方、あおり方など、様々な工夫が行われる。また、超音波ガイドの穿刺においては、人工胸水や人工腹水などで肺のガスによるアーティファクトを低減することも行われる。このような様々な状況下においても、上記した制御情報の設定を行うことで、ロボットアーム装置２００における座標空間での針先位置や穿刺経路の位置座標の変化に対応することでき、簡便に位置修正を行うことができる。

【0078】

また、超音波ガイドの穿刺においては、ＣＴやＭＲＩなどの参照画像を超音波画像と位置合わせして、参照しながら行われる場合がある。このような手技は、通常は、超音波プローブに位置センサを取り付け、リアルタイムの超音波画像の位置情報から参照画像との連動が行われる。しかしながら、本願では、超音波プローブ１２に専用の位置センサを取り付けることなく、ロボットアーム装置２００の座標空間におけるアーム２２ｃの位置情報を利用する。具体的には、位置合わせ機能１５５ｆが、超音波画像や、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像などの参照画像を読み込み、リアルタイムの超音波画像と位置合わせを実行する。これにより、リアルタイムの超音波画像の位置情報と同期して、参照画像上の位置情報をロボットアーム装置２００の座標空間における座標で定義することができる。

【0079】

このように、リアルタイムの超音波画像と参照画像とが位置合わせされると、参照画像上の位置をロボットアーム装置２００の座標空間の位置に変換することができることから、穿刺時のターゲットの位置や穿刺経路を参照画像上で指定することができる。すなわち、設定機能１５５ｄは、超音波画像との位置合わせが実行された参照画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、アームａ（又は／及びアーム２２ｂ）に保持された穿刺針の制御情報を設定する。

【0080】

また、リアルタイムの超音波画像と参照画像とが位置合わせされると、制御機能１５５ａは、リアルタイムの超音波画像とそれに対応する参照画像をモニタ１３に表示させることができる。例えば、制御機能１５５ａは、リアルタイムの超音波画像とそれに対応する参照画像とを並列で表示させる。

【0081】

また、制御機能１５５ａは、参照画像上に超音波プローブ１２の位置や、リアルタイムの超音波画像の位置を表示させることができる。これにより、操作者は、参照画像上に表示された超音波プローブ１２の位置や、リアルタイムの超音波画像の位置を用いて、超音波プローブ１２を保持するアーム２２ｃを移動させることができる。

【0082】

例えば、制御機能１５５ａは、超音波プローブ１２の位置や、超音波画像の位置を示すマーカーを参照画像上に表示させる。また、例えば、制御機能１５５ａは、超音波プローブ１２を移動させる距離や角度を入力するためのＧＵＩを表示させる。操作者は、入力インターフェース１４を介して、マーカーを移動させたり、数値を入力したりすることで、アーム２２ｃの制御情報を設定する。

【0083】

走査制御機能１５５ｃは、超音波画像との位置合わせが実行された参照画像に対して入力された操作情報に基づいて、アーム２２ｃに保持された超音波プローブ１２の動きを制御する。すなわち、走査制御機能１５５ｃは、操作者に設定された制御情報に基づいて、指定された位置の超音波画像が収集されるように、アーム２２を移動させる。

【0084】

（ロボットアームによる穿刺の制御）
上述したように、穿刺制御機能１５５ｅは、設定機能１５５ｄによって設定された制御情報に基づいて、穿刺針を保持するアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）の動きを制御する。具体的には、穿刺制御機能１５５ｅは、制御情報に基づいて、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を穿刺針の刺入位置に移動させる。すなわち、穿刺制御機能１５５ｅは、制御情報に含まれる被検体の体表における刺入位置の座標、ターゲットにおける針先の位置の座標、及び、穿刺経路の座標に基づいて、穿刺針の針先が刺入位置に配置され、穿刺経路の角度で穿刺針が刺入するようにアームの角度を変化させる。

【0085】

ここで、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針に対する操作者による用手的操作を受け付け、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を制御することで、穿刺針に対する用手的操作を支援することができる。すなわち、操作者は、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を手で移動させることができる。

【0086】

そして、穿刺制御機能１５５ｅは、アームを制御することで、穿刺針を長手方向に移動させる。ここで、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入及び抜去において、圧力及び速度を制御することができる。

【0087】

例えば、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入速度を一定に制御し、当該穿刺針の刺入圧力の変化に応じて、当該穿刺針の刺入速度を制御する。一例を挙げると、穿刺制御機能１５５ｅは、刺入速度一定で穿刺針を刺入させながら穿刺針にかかる圧力をモニタし、圧力が閾値を超えた場合に、刺入速度を上昇させるように制御する。

【0088】

また、例えば、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入圧力を一定に制御し、穿刺針の刺入速度の変化に応じて、当該穿刺針の刺入圧力を制御する。一例を挙げると、穿刺制御機能１５５ｅは、刺入圧力一定で穿刺針を刺入させながら穿刺針の刺入速度をモニタし、刺入速度が閾値を下回った場合に、穿刺針にかかる圧力の許容値を上昇させる。

【0089】

また、例えば、穿刺制御機能１５５ｅは、被検体の体表からターゲットまでの位置に応じて、刺入速度一定と刺入圧力一定とを切り替えることもできる。一例を挙げると、穿刺制御機能１５５ｅは、体表から所定の距離を移動した位置までの間を刺入速度一定で制御し、体表から所定の距離を移動してからターゲットまでの間を刺入圧力一定で制御する。

【0090】

上述したように、穿刺制御機能１５５ｅは、刺入速度や刺入圧力、速度や圧力を変更するための閾値、刺入速度一定と刺入圧力一定との切り替えなどの条件を適宜組み合わせて制御することができる。ここで、上記した条件は、被検体における穿刺針の刺入位置や、ターゲットの臓器などに応じて、任意に設定することができる。すなわち、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入位置や、ターゲットの臓器に関する情報を取得し、取得した情報に対応する条件を読み出して、穿刺針の刺入を行う。

【0091】

上述したように、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入速度及び刺入圧力を制御しながら、実際の刺入速度及び刺入圧力をモニタすることができる。この場合、制御機能１５５ａは、穿刺制御機能１５５ｅによって制御されている穿刺針の刺入速度及び刺入圧力と、実際にモニタされている刺入速度及び刺入圧力とをモニタ１３に表示させることができる。

【0092】

図６は、第１の実施形態に係る制御機能１５５ａによる処理の一例を説明するための図である。例えば、制御機能１５５ａは、図６に示すように、超音波ガイドでの穿刺中に、穿刺針を含む超音波画像とともに、実際院モニタされている穿刺針の「速度：ｘｘｘ」と「圧力：ｙｙｙ」を表示させる。なお、制御機能１５５ａは、実際にモニタされている刺入速度及び刺入圧力に加えて、設定されている刺入速度及び刺入圧力を表示させることもできる。

【0093】

（複数本の穿刺針を用いた手技の制御）
ロボットアームによる穿刺の制御は、１本の穿刺針を用いる手技に限らず、複数本の穿刺針を用いる手技についても制御することができる。例えば、ナノナイフ、Celon針による焼灼治療、系統的前立腺生検（予め決められた複数箇所に対して穿刺を実施する手技）など、複数箇所の穿刺を要する手技がある。

【0094】

このような手技については、例えば、穿刺針の刺入速度、刺入圧力及び位置などに関する穿刺制御の条件や、穿刺プロトコルが予めメモリ１５４に登録され、走査制御機能１５５ｃ及び穿刺制御機能１５５ｅが、穿刺制御の条件や穿刺プロトコルに応じた制御を実行する。すなわち、走査制御機能１５５ｃ及び穿刺制御機能１５５ｅが、操作者によって指定された穿刺制御の条件や穿刺プロトコルをメモリ１５４から読み出し、読み出した穿刺制御の条件や穿刺プロトコルに沿って制御を実行する。なお、穿刺制御の条件や、穿刺プロトコルは、適宜編集することが可能である。

【0095】

（手動による穿刺）
上述した例では、穿刺制御機能１５５ｅがアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を制御することで、穿刺針の刺入が自動で実施される場合について説明した。しかしながら、アーム２２ａ及びアーム２２ｂは、手動で穿刺針を刺入することが可能となるように、穿刺針を保持することができる。すなわち、穿刺制御機能１５５ｅによって、穿刺針の針先が刺入位置に配置され、穿刺経路の角度で穿刺針が刺入するようにアームの角度を変化させた後、操作者（医師）が穿刺針を動かして被検体内に刺入することができる。

【0096】

その他、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）が穿刺針の代わりに穿刺針の刺入を誘導する穿刺アダプターを保持することで、手動での穿刺を実施することができる。かかる場合には、設定機能１５５ｄが、穿刺アダプターにおける穿刺針の装着位置が体表の刺入位置に配置され、穿刺アダプターによる穿刺針の保持角度と穿刺経路の角度とが一致するように、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を移動させるための制御情報を設定する。

【0097】

穿刺制御機能１５５ｅは、設定機能１５５ｄによって設定された制御情報に基づいてアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を移動させる。これにより、穿刺アダプターが所望の位置で安定した状態で保持されることとなる。操作者（医師）は、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）に保持された穿刺アダプターに穿刺針を装着して、自ら刺入させることができる。

【0098】

上述したように、第１の実施形態によれば、設定機能１５５ｄは、アーム２２ｃに保持された超音波プローブ１２によって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）に保持された穿刺針の制御情報を設定する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、穿刺直前のリアルタイムの超音波画像を用いて、穿刺針の制御情報を設定することができ、ロボットアームを用いた穿刺支援において、正確な穿刺を容易に実現することを可能にする。

【0099】

また、第１の実施形態によれば、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２に対する操作者による用手的操作を受け付け、アーム２２ｃを制御することで、超音波プローブ１２に対する用手的操作を支援する。設定機能１５５ｄは、用手的操作によって操作されたアーム２２ｃに保持された超音波プローブ１２によって収集された超音波画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、制御情報を設定する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、アームに保持された超音波プローブによる超音波画像の収集を容易に行うことを可能にする。

【0100】

また、第１の実施形態によれば、走査制御機能１５５ｃは、超音波プローブ１２に対して操作者からかかる力を補助するように制御する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、操作者による用手的操作にかかる負荷を低減することを可能にする。

【0101】

また、第１の実施形態によれば、走査制御機能１５５ｃは、用手的操作によって移動された超音波プローブ１２の位置を調整する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、超音波プローブ１２の位置を細かく調整することができるともに、調整後の位置に超音波プローブ１２を安定した状態で維持することを可能にする。

【0102】

また、第１の実施形態によれば、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針に対する操作者による用手的操作を受け付け、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）を制御することで、穿刺針に対する用手的操作を支援する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）の移動を容易に行うことを可能にする。

【0103】

また、第１の実施形態によれば、設定機能１５５ｄは、アーム２２ｃ及びアーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）が動作する空間座標において穿刺情報に対応する位置を特定し、特定した位置に基づいて穿刺針の制御情報を設定する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、超音波画像において指定された位置に正確に穿刺を行うことを可能にする。

【0104】

また、第１の実施形態によれば、位置合わせ機能１５５ｆは、超音波画像と参照画像との位置合わせを実行する。設定機能１５５ｄは、超音波画像との位置合わせが実行された参照画像に対して入力された穿刺情報に基づいて、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）に保持された穿刺針の制御情報を設定する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、穿刺直前の被検体の体位を考慮して、参照画像を用いた穿刺情報の設定を可能にする。

【0105】

また、第１の実施形態によれば、位置合わせ機能１５５ｆは、超音波画像と参照画像との位置合わせを実行する。走査制御機能１５５ｃは、超音波画像との位置合わせが実行された参照画像に対して入力された操作情報に基づいて、アーム２２ｃに保持された超音波プローブ１２の動きを制御する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、参照画像に含まれる情報を参照して、超音波画像の位置を決定することを可能にする。

【0106】

また、第１の実施形態によれば、アーム２２ａ（又は／及びアーム２２ｂ）は、穿刺針の刺入を誘導する穿刺アダプターを保持する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、手動による穿刺針の刺入をより安定した状態で実行することを可能にする。

【0107】

また、第１の実施形態によれば、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入及び抜去において、圧力及び速度を制御する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、種々の手技に対応したロボットアームによる穿刺を実現することを可能にする。

【0108】

また、第１の実施形態によれば、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入速度を一定に制御し、当該穿刺針の刺入圧力の変化に応じて、当該穿刺針の刺入速度を制御する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、生体内の硬さの変化、刺入しやすさの変化を検出して、それに応じた穿刺を実施することを可能にする。

【0109】

また、第１の実施形態によれば、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の刺入圧力を一定に制御し、当該穿刺針の刺入速度の変化に応じて、当該穿刺針の刺入圧力を制御する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、生体内の硬さの変化、刺入しやすさの変化を検出して、それに応じた穿刺を実施することを可能にする。

【0110】

また、第１の実施形態によれば、制御機能１５５ａは、穿刺針の刺入及び抜去における圧力及び速度の情報を表示させるように制御する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、生体内の硬さの変化、刺入しやすさの変化の検出結果を、観察者に提示することを可能にする。

【0111】

また、第１の実施形態によれば、穿刺制御機能１５５ｅは、複数本の穿刺針を刺入する穿刺プロトコルに応じて第２のロボットアームの動きを制御する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、従来、用手的に実施される際にスキルが要求される難しい手技を、安定して実施することを可能にする。その結果、有効な手技を実施する頻度が上昇させることができる。

【0112】

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、穿刺針の刺入を自動又は手動で実施する場合について説明した。第２の実施形態では、疑似穿刺装置を用いて穿刺針を刺入させる場合について説明する。図７は、第２の実施形態に係る超音波診断装置１００の構成の一例を示すブロック図である。ここで、第２の実施形態に係る超音波診断装置１００は、第１の実施形態と比較して、疑似穿刺装置４１が新たに接続される点と、穿刺制御機能１５５ｅによる処理内容が異なる。以下、これらを中心に説明する。

【0113】

疑似穿刺装置４１は、図７に示すように、通信インターフェースを介して装置本体１５と接続される。疑似穿刺装置４１は、触覚デバイスによって実現され、穿刺針の刺入圧力や生体の応力を疑似的に再現する。具体的には、疑似穿刺装置４１は、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）によって検出された穿刺針にかかる圧力を取得し、取得した圧力に基づいて触覚デバイスを操作することで、穿刺針の刺入圧力や生体の応力を再現する。そして、疑似穿刺装置４１は、操作者（医師）から穿刺針に刺入にかかる操作を受け付け、受け付けた操作を穿刺制御機能１５５ｅに通知する。穿刺制御機能１５５ｅは、疑似穿刺装置４１から通知された操作に応じてアーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御する。

【0114】

図８は、第２の実施形態に係る疑似穿刺装置４１の一例を示す模式図である。例えば、疑似穿刺装置４１は、図８に示すように、穿刺針を模擬した穿刺針ツールを有する。操作者（医師）は、疑似穿刺装置４１における穿刺針ツールを把持して操作することで、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御する。すなわち、操作者（医師）は、図８の右側の図に示すように、穿刺針ツールを下に押し下げることで穿刺針が被検体内に刺入されるように、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御する。また、操作者（医師）は、図８の左側の図に示すように、穿刺針ツールを上に押し挙げることで穿刺針が被検体内から抜去されるように、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御する。

【0115】

このとき、疑似穿刺装置４１は、触覚デバイスによって、穿刺針の刺入圧力や生体の応力を再現していることから、操作者（医師）は、穿刺針からの圧力や穿刺針の移動速度を穿刺針ツールで触覚を介して感じ、通常の穿刺のような感覚で、穿刺を実施することができる。

【0116】

第２の実施形態に係る穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の穿刺時の状態を再現する疑似穿刺装置を介して入力された操作に応じて、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）による穿刺を制御する。具体的には、穿刺制御機能１５５ｅは、疑似穿刺装置４１における穿刺針ツールの移動に応じて、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御し、穿刺針の刺入及び抜去を行う。

【0117】

ここで、穿刺制御機能１５５ｅは、操作者（医師）による穿刺針ツールの操作を、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）に対して正確に反映させることができる。すなわち、穿刺制御機能１５５ｅは、操作者（医師）による穿刺針ツールの移動量と同一の移動量で実際の穿刺針が移動するようにアーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御することができる。

【0118】

さらに、穿刺制御機能１５５ｅは、操作者（医師）による穿刺針ツールの操作に対して種々の補正を行い、補正後の移動量でアーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御することもできる。例えば、穿刺制御機能１５５ｅは、操作者（医師）の手振れを補正した後の動作を再現することができる。また、例えば、穿刺制御機能１５５ｅは、操作者（医師）が実際に穿刺針ツールを移動させた移動量に対して、補正された移動量での動作を再現することができる。一例を挙げると、穿刺制御機能１５５ｅは、操作者（医師）が実際に穿刺針ツールを移動させた移動量の１／５（或いは、２倍）の移動量で、実際の穿刺針が移動するように、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）を制御することができる。なお、移動量の補正は、１／５、２倍に限らず、種々設定することができる。

【0119】

上述したように、第２の実施形態によれば、穿刺制御機能１５５ｅは、穿刺針の穿刺時の状態を再現する疑似穿刺装置４１を介して入力された操作に応じて、アーム２２ａ（又はアーム２２ｂ）による穿刺を制御する。したがって、第２の実施形態に係る超音波診断装置１００は、ロボットアームによる穿刺をより感覚的に実現することを可能にする。

【0120】

（その他の実施形態）
上述した実施形態では、本願に係る情報処理装置が超音波診断装置１００に組み込まれる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、本願に係る情報処理装置が、ロボットアーム装置２００に組み込まれる場合でもよい。かかる場合には、上記した各機能がロボットアーム装置２００の処理回路によって実行される。

【0121】

なお、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、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics 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。プロセッサはメモリに保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、メモリにプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。

【0122】

なお、上記の実施形態の説明で図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

【0123】

また、上述した実施形態で説明した制御方法は、あらかじめ用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＵＳＢメモリ及びＳＤカードメモリ等のＦｌａｓｈメモリ等のコンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体に記録され、コンピュータによって非一時的な記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

【0124】

以上、説明したとおり、実施形態によれば、ロボットアームを用いた穿刺支援において、正確な穿刺を容易に実現することを可能にする。

【0125】

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、実施形態同士の組み合わせ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】

１００ 超音波診断装置
１５５ 処理回路
１５５ａ 制御機能
１５５ｃ 走査制御機能
１５５ｄ 設定機能
１５５ｅ 穿刺制御機能
１５５ｆ 位置合わせ機能

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】