特開 2024-15252 超音波プローブ操作システムおよび超音波プローブを操作するロボットの制御方法

(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】P2024015252

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】超音波プローブ操作システムおよび超音波プローブを操作するロボットの制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20240125BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023206575

(22)【出願日】2023-12-07

(62)【分割の表示】P 2022500186の分割

【原出願日】2020-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】390030731

【氏名又は名称】朝日インテック株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】弁理士法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 直史

(72)【発明者】

【氏名】山下 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】平野 敬典

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 広将

(72)【発明者】

【氏名】西内 誠

(72)【発明者】

【氏名】下神 学

(72)【発明者】

【氏名】大島 史義

(57)【要約】

【課題】ユーザにとっての使い勝手を改善できるようにした超音波プローブ操作システムおよび方法を提供すること。
【解決手段】超音波プローブ１１１を操作するシステムであって、血管４の超音波エコー画像２１，２２を取得する超音波プローブを操作するセンサ操作部１１，１２と、センサ操作部の動作を制御する制御部１とを備え、制御部は、センサ操作部により超音波プローブの配置を、血管の横方向の断面の画像を取得する第１配置と血管の長手方向の断面の画像を取得する第２配置とで切り替えてもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波プローブを操作する超音波プローブ操作システムであって、
血管の超音波エコー画像を取得する超音波プローブを操作するセンサ操作部と、
前記センサ操作部の動作を制御する制御部と、
前記超音波プローブにより取得される超音波エコー画像を表示する表示部を備え、
前記制御部は、
前記センサ操作部により前記超音波プローブの配置を、血管の横方向の断面の第１超音波エコー画像を取得する第１配置と血管の長手方向の断面の第２超音波エコー画像を取得する第２配置とで切り替え、
前記第１配置で取得される第１超音波エコー画像と前記第２配置で取得される第２超音波エコー画像とを対応付けて前記表示部に表示させ、
前記第１超音波エコー画像と前記第２超音波エコー画像とのうちで、前記超音波プローブの現在又は過去の配置に対応する超音波エコー画像を、それ以外の配置に対応する超音波エコー画像と区別して前記表示部に表示させる、
超音波プローブ操作システム。

【請求項2】

前記超音波エコー画像には、血管内の長尺状医療用デバイスの画像も含まれており、
前記制御部は、前記第１超音波エコー画像及び/又は前記第２超音波エコー画像において、前記長尺状医療用デバイスと前記血管との間のずれ量を算出する、
請求項１に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記算出されたずれ量を前記第１超音波エコー画像及び／又は前記第２超音波エコー画像に対応付けて前記表示部に表示させる、
請求項２に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記ずれ量が所定の閾値に達した場合に警報を出力する、
請求項２に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項5】

前記制御部は、血管の長手方向に離間する複数の箇所において前記超音波プローブを前記第１配置に設定することにより、前記第１超音波エコー画像中の血管の中心位置を検出し、それら中心位置間の距離と前記複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の長手方向の傾きを算出し、前記算出された傾きに基づいて前記ずれ量を補正する、
請求項２に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項6】

前記制御部は、血管の長手方向に離間する複数の箇所において前記第１超音波エコー画像中の血管の中心位置を検出し、それら中心位置間の距離と前記複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の長手方向の傾きを算出し、前記算出された血管の長手方向の傾きに基づいて、前記血管の中心位置を通る縦断面画像として前記第２超音波エコー画像を取得する、
請求項１に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項7】

前記制御部は、前記算出された血管の長手方向の傾きに応じて、前記超音波プローブの姿勢を制御する、
請求項６に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項8】

前記制御部は、前記算出された血管の長手方向の傾きに応じて前記超音波プローブを傾けて体表面に押し当てることにより前記超音波プローブを前記第２配置に設定し、前記第２超音波エコー画像において血管の長手方向の画像を水平に表示させる、
請求項７に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項9】

前記制御部は、前記超音波プローブを傾けて体表面に押し当てたまま所定角度回転させることにより、前記第１配置と前記第２配置の間で切り替える、
請求項８に記載の超音波プローブ操作システム。

【請求項10】

超音波プローブを操作するロボットの制御方法であって、
前記ロボットにより、
血管の超音波エコー画像を取得する超音波プローブの配置を、血管の横方向の断面の第１超音波エコー画像を取得する第１配置と血管の長手方向の断面の第２超音波エコー画像を取得する第２配置とで切り替えさせ、
前記第１配置で取得される第１超音波エコー画像と前記第２配置で取得される第２超音波エコー画像とのうちで、前記超音波プローブの現在又は過去の配置に対応する超音波エコー画像を、それ以外の配置に対応する超音波エコー画像と区別して表示部に表示させる、
超音波プローブを操作するロボットの制御方法。

【請求項11】

前記超音波エコー画像には、血管内の長尺状医療用デバイスの画像も含まれており、
前記第１超音波エコー画像において、前記長尺状医療用デバイスと前記血管との間のずれ量が算出される、
請求項１０に記載の超音波プローブを操作するロボットの制御方法。

【請求項12】

前記ロボットにより、
血管の長手方向に離間する複数の箇所において前記第１超音波エコー画像中の血管の中心位置を検出し、
それら中心位置間の距離と前記複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の長手方向の傾きを算出し、
前記算出された血管の長手方向の傾きに基づいて、血管の中心位置を通る縦断面画像として前記第２超音波エコー画像が取得される、
請求項１０に記載の超音波プローブを操作するロボットの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波プローブ操作システムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

カテーテルを用いる治療では、第１操作者（医師または技師など）が超音波プローブを患者の体表面に押し当て、血管及び血管内のガイドワイヤの超音波エコー画像を取得し、第２操作者（医師、手技者）は超音波エコー画像を見て血管とガイドワイヤの位置を確認しながら、ガイドワイヤを血管内へ挿入していく。確認すべきガイドワイヤの位置には、血管軸方向におけるガイドワイヤ先端の位置と、血管内の断面におけるガイドワイヤ先端の位置とが含まれる。

【0003】

ガイドワイヤを血管の所定位置へ適切かつ速やかに送るためには、超音波プローブの操作とガイドワイヤの操作とが連携している必要があるが、第１操作者と第２操作者の二人が息を合わせて微妙な操作を実行するのは難しく、各操作者の負担が大きい。

【0004】

従来技術には、血管の中心軸に交差するように超音波プローブを配置するための指標、例えば、心拍に同期した血管断面積の変化という指標を与える方法が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－２２９８２３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術では、超音波プローブの配置に関する指標を出力するだけの技術であり、血管の長手方向の断面と横方向の断面とを正確に検出することは難しく、医師や技師などにとって使い勝手が低い。さらに、従来技術では、血管内におけるガイドワイヤ先端の位置を血管の長手方向の断面および横方向の断面の両方でほぼ同時に特定することは難しい。

【0007】

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ユーザにとっての使い勝手を改善できるようにした超音波プローブ操作システムおよび方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決すべく、本発明の一つの観点に従う超音波プローブ操作システムは、超音波プローブを操作する超音波プローブ操作システムであって、血管の超音波エコー画像を取得する超音波プローブを操作するセンサ操作部と、センサ操作部の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、センサ操作部により超音波プローブの配置を、血管の横方向の断面の画像を取得する第１配置と血管の長手方向の断面の画像を取得する第２配置とで切り替えてもよい。

【0009】

操作部は、所定の回転軸を中心に超音波プローブを回転させることにより、第２配置と第１配置とを切り替えてもよい。

【0010】

さらに、超音波プローブにより取得される超音波エコー画像を表示する表示部を備え、制御部は、第１配置で取得される第１超音波エコー画像と第２配置で取得される第２超音波エコー画像とを対応付けて表示部に表示させてもよい。

【0011】

制御部は、第１超音波エコー画像と第２超音波エコー画像とのうちで、超音波プローブの現在又は過去の配置に対応する超音波エコー画像を、それ以外の配置に対応する超音波エコー画像と区別して表示部に表示させてもよい。

【0012】

超音波エコー画像には、血管内の長尺状医療用デバイスの画像も含まれており、制御部は、第１超音波エコー画像及び／又は第２超音波エコー画像において、長尺状医療用デバイスと血管のとの間のずれ量を算出してもよい。

【0013】

制御部は、算出されたずれ量を第１超音波エコー画像及び／又は第２超音波エコー画像に対応付けて表示部に表示させてもよい。

【0014】

制御部は、ずれ量が所定の閾値に達した場合に警報を出力してもよい。

【0015】

制御部は、血管の長手方向に離間する複数の箇所において第１超音波エコー画像中の血管の中心位置を検出し、それら中心位置間の距離と複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の長手方向の傾きを算出してもよい。

【0016】

制御部は、血管の長手方向に離間する複数の箇所において超音波プローブを第１配置に設定することにより、第１超音波エコー画像中の血管の中心位置を検出し、それら中心位置間の距離と複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の長手方向の傾きを算出し、算出された傾きに基づいてずれ量を補正してもよい。

【0017】

制御部は、算出された血管の長手方向の傾きに基づいて、血管の中心位置を通る縦断面画像として第２超音波エコー画像を取得してもよい。

【0018】

制御部は、算出された血管の長手方向の傾きに応じて、超音波プローブの姿勢を制御してもよい。

【0019】

制御部は、算出された血管の長手方向の傾きに応じて超音波プローブを傾けて体表面に押し当てることにより超音波プローブを第２配置に設定し、第２超音波エコー画像において血管の長手方向の画像を水平に表示させてもよい。

【0020】

制御部は、超音波プローブを傾けて体表面に押し当てたまま所定角度回転させることにより、第１配置と第２配置とを切り替えてもよい。

【0021】

制御部は、血管の長手方向に離間する複数の箇所において第１超音波エコー画像中の血管の中心位置を検出し、それら中心位置間の距離と複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の経路を検出してもよい。

【0022】

本発明は、超音波プローブ操作方法として把握されてもよい。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、超音波プローブの配置を、血管の横方向の断面の画像を取得する第１配置と血管の長手方向の断面の画像を取得する第２配置とで切り替えることができ、ユーザにとっての使い勝手が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本実施形態の概要を示す説明図。

【図2】本実施形態に係る処理のフローチャート。

【図3】実施例の構成例を示す説明図。

【図4】超音波プローブの操作を説明するための基本図。

【図5】超音波プローブの上面図、正面図および側面図。

【図6】超音波プローブによって血管の断面を検出する様子を示す説明図。

【図7】図６に続く説明図。

【図8】図７に続く説明図。

【図9】図８に続く説明図。

【図10】図９に続く説明図。

【図11】図１０に続く説明図。

【図12】血管を探索する処理のフローチャート。

【図13】血管の長手方向断面を探す処理を示すフローチャート。

【図14】第２実施例に係り、血管の長手方向断面を探す処理のフローチャート。

【図15】第３実施例に係り、血管の長手方向断面図を探す処理のフローチャート。

【図16】第４実施例に係り、超音波プローブおよびガイドワイヤの操作処理を示すフローチャート。

【図17】図１６に続くフローチャート。

【図18】第５実施例に係り、血管探索処理を示すフローチャート。

【図19】図１８に続くフローチャート。

【図20】第６実施例に係り、血管探索処理を示すフローチャート。

【図21】図２０に続くフローチャート。

【図22】第７実施例に係り、超音波プローブおよびガイドワイヤの操作に応じた画面を示す説明図。

【図23】図２２に続く説明図。

【図24】図２３に続く説明図。

【図25】図２４に続く説明図。

【図26】図２５に続く説明図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本実施形態に用いられる長尺状医療デバイスの例としては、ガイドワイヤ、ガイディングカテーテル、マイクロカテーテル、バルーンカテーテル、カッティングバルーン、およびステントデリバリーデバイスが挙げられる。

【0026】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明に長尺状医療用デバイスが用いられる実施の形態については、長尺状医療デバイスがガイドワイヤである場合を一例として、説明する。本実施形態では、超音波診断装置用の超音波プローブを操作する場合を例に挙げて説明するが、超音波診断装置以外の装置で使用される超音波プローブにも適用することができる。

【0027】

本実施形態では、超音波プローブを血管に対して異なる方向に位置させることにより、血管の位置を検出する。一例として、本実施形態では、超音波プローブを、血管の横方向の断面の画像を取得する第１配置と血管の長手方向の断面の画像を取得する第２配置とで切り替えることにより、血管の位置を検出する。「血管の横方向の断面」とは、血管をその中心軸に交差する平面に沿って切断した断面を意味する。

【0028】

図１および図２を用いて、本実施形態の概要を説明する。本実施形態に含まれる複数の実施例については、図を改めて後述する。図１および図２は、本実施形態の概要を示しており、本発明の範囲を規定するものではない。図１および図２に開示された構成の一部から本発明が構成されてもよいし、図１および図２に開示されていない構成を含んで本発明が構成されてもよい。

【0029】

本実施形態に係る超音波プローブ操作システム（以下、プローブ操作システム）は、例えば、制御部１と、表示部２と、超音波プローブ１１１と、ロボット１２１とを含む。第１配置部１１と第２配置部１２とロボット１２１と後述するロボット制御装置１２０とは、「センサ操作部」の例に該当する。

【0030】

例えば６軸ロボットであるロボット１２１の先端には、超音波プローブ１１１が回動可能に取り付けられている。超音波プローブ１１１で撮影された画像（超音波エコー画像）は、制御部１に送られて処理される。以下では、超音波エコー画像をエコー画像または画像と省略する場合がある。

【0031】

制御部１は、例えば、第１配置部１１と、第２配置部１２と、超音波エコー画像処理部１３と、演算部１４と、警告部１５とを含む。

【0032】

第１配置部１１は、被検体ＳＵの血管４の横方向の断面を撮影できるように、超音波プローブ１１１を、血管４を横切る方向に配置させる機能を有する。第２配置部１２は、血管４の長手方向の断面を撮影できるように、超音波プローブ１１１を血管４の長手方向に沿って配置させる機能を有する。

【0033】

以下、血管の横方向の断面を第１断面（横方向断面または横断面）と、血管の長手方向の断面を第２断面（長手方向断面または縦断面）と呼ぶ場合がある。血管の横方向を血管の短軸方向と、血管の長手方向を血管の長軸方向と呼ぶこともできる。

【0034】

超音波エコー画像処理部１３は、第１配置部１１により第１配置に置かれた超音波プローブ１１１からの第１超音波エコー画像と、第２配置部１２により第２配置に置かれた超音波プローブ１１１からの第２超音波エコー画像とを取得する機能を有する。以下の説明では、第１超音波エコー画像を第１断面の画像と、第２超音波エコー画像を第２断面の画像と呼ぶ場合がある。

【0035】

演算部１４は、超音波エコー画像処理部１３から取得された第１超音波エコー画像および第２超音波エコー画像を解析する機能を有する。演算部１４は、例えば、血管の傾きを算出する機能１６と、ずれ量を算出する機能１７と、血管の経路を検出する機能１８と、超音波プローブ１１１の姿勢を制御する機能１９とを有する。

【0036】

血管の傾きを算出する機能１６は、血管４の傾きを算出する。例えば、血管の傾きを算出する機能１６は、血管４の長手方向に離間する複数の箇所において第１超音波エコー画像中の血管の中心位置をそれぞれ検出し、それら中心位置間の距離と複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の長手方向の傾きを算出してもよい。最初に検出された血管の中心位置を基準とし、次に検出された血管の中心位置との差異と各血管の中心位置間の距離とから、血管の傾きを算出することができる。これに代えて、超音波プローブを操作する三次元空間を最初に定義することにより、異なる二つの血管の中心位置の前記三次元空間における座標から、それら二つの血管の中心位置を結ぶ線の傾き（方向）をベクトル計算により求めることができる。この場合、各血管の中心位置間の距離は不明でもよい。

【0037】

ずれ量算出機能１７は、算出された血管の傾きに基づいて、血管４の横断面の中心とガイドワイヤ３の先端とのずれ量（距離）を算出する。

【0038】

血管経路を検出する機能１８は、算出された血管の傾きに基づいて、血管４の経路を検出する。血管経路を検出する機能１８は、例えば、血管４の長手方向に離間する複数の箇所において第１超音波エコー画像中の血管の中心位置を検出し、それら中心位置間の距離と複数の箇所間の距離とに基づいて、血管の経路を検出してもよい。

【0039】

超音波プローブの姿勢を制御する機能１９は、算出された血管４の傾きに基づき、血管の傾きおよび経路に合わせて超音波プローブ１１１の姿勢を追従させる機能である。

【0040】

プローブ姿勢制御機能１９は、例えば、算出された血管の長手方向の傾きに応じて超音波プローブ１１１を傾けて体表面に押し当てさせることにより、超音波プローブ１１１を第２配置に設定し、第２超音波エコー画像２２において血管の長手方向の画像を水平に表示させる。なお、超音波プローブ１１１の姿勢を変化させるのではなく、第２超音波エコー画像２２中の血管４が水平に表示されるように、画像２２を処理してもよい。

【0041】

なお、演算部１４内の各機能１６～１９を結ぶ矢印は、一例を示したものである。各機能１６～１９の関係は、図１に示す矢印、あるいは矢印の向きに限定されない。

【0042】

警告部１５は、演算部１４による演算結果が所定の閾値に達した場合に、ユーザに向けて警告を発する機能である。警告部１５は、例えば、ずれ量算出機能１７により算出されたずれ量が所定の閾値に達した場合に、警報、警告メッセージあるいはこれらの組合せにより、ユーザへ警告する。警告部１５は、ずれ量に限らず、例えば、血管の傾き、血管の経路、超音波プローブ１１１の姿勢についても警告可能である。所定の閾値は、ユーザが任意に設定してもよいし、手術の履歴データから算出された値を用いてもよい。

【0043】

表示部２は、超音波エコー画像をユーザに提示する。表示部２は、第１超音波エコー画像２１および第２超音波エコー画像２２のいずれか一つまたは両方を画面に表示することにより、ユーザへ提供する。表示部２は、超音波プローブ１１１からの生画像をそのまま画面表示させることもできるし、生画像に輪郭強調などの画像処理を施した結果を画面表示させることもできる。

【0044】

表示部２は、第１超音波エコー画像２１（第１断面画像）と第２超音波エコー画像２２（第２断面画像）とを対応付けて（例えば、画像２１に表示される血管４と、画像２２に表示される血管４とが、所定の位置関係に配置されるように）表示する。

【0045】

図１において、画像２１と画像２２とは、表示部２の左右方向に沿って並べて配置されている。第２超音波エコー画像２２中の血管４が水平に表示されるように、画像２２を処理してもよい。第２超音波エコー画像２２中の血管４の長さ方向と画像２２の左右方向とにより形成される鋭角が小さくなるように、あるいは前記の両者の方向が一致するように、画像２２を処理してもよい。

【0046】

画像２１と画像２２とは、表示部２の上下方向に沿って並べて配置することもできる。画像２２中の血管４が垂直に表示されるように、画像２２を処理してもよい。第２超音波エコー画像２２中の血管４の長さ方向と画像２２の上下方向とにより形成される鋭角が小さくなるように、あるいは前記の両者の方向が一致するように、画像２２を処理してもよい。

【0047】

さらに、表示部２は、第１超音波エコー画像２１と第２超音波エコー画像２２とのうち、超音波プローブ１１１の現在の配置に対応する画像を区別するための標識を表示する。一例として、図１では「Ｌｉｖｅ」という単語を標識として用いる。単語などの文字に限らず、色彩、画面サイズなどを標識として用いてもよい。例えば、超音波プローブ１１１の現在の配置に対応する画像を赤色などで囲うことにより、区別してもよい。あるいは、超音波プローブ１１１の現在の配置に対応する画像を他の画像よりも大きく表示することにより、区別してもよい。同様に、表示部２は、第１超音波エコー画像２１と第２超音波エコー画像２２とのうち、超音波プローブ１１１の過去の配置に対応する画像を区別するための標識を表示することもできる。

【0048】

本実施形態では、後述のように、所定の回転軸を中心に超音波プローブを回転させることにより、第２配置と第１配置とを切り替える。所定の回転軸とは、例えば、超音波プローブ１１１の先端のレンズ中心点ＣＰを現在位置に固定したままで、超音波プローブ１１１を第１配置と第２配置との間で回動させる軸である。このような正確な操作は、ロボット１２１を用いることにより実現される。ただし、単に超音波診断装置にロボット１２１を導入しただけでは、超音波プローブ１１１を、中心点ＣＰを動かさずに第１配置と第２配置との間で回動させるという構成に到達することはない。

【0049】

図２のフローチャートを用いて、本実施形態に係るプローブ操作システムにより実行される処理の例を説明する。図２中の左側は、超音波プローブ１１１の配置を切り替えて超音波エコー画像を取得する処理を示し、図２中の右側は取得された超音波エコー画像を利用してガイドワイヤ３を操作する処理を示す。

【0050】

超音波エコー画像取得処理では、制御部１は、超音波プローブ１１１を第１配置に設定させて（Ｓ１１）、第１超音波エコー画像を取得する（Ｓ１２）。さらに、制御部１１は、超音波プローブ１１１を第１配置から第２配置に切り替えさせて（Ｓ１３）、第２超音波エコー画像を取得する（Ｓ１４）。

【0051】

画像利用処理では、制御部１は、第１超音波エコー画像および第２超音波エコー画像に基づいて、血管の長手方向に沿った２箇所の点のうち第１箇所において、血管４の第１断面（横断面）における中心を検出する（Ｓ２１）。制御部１は、超音波プローブ１１１を血管４の長手方向に移動させて第２箇所の点に位置させる（Ｓ２２）。制御部１は、第２箇所において、血管４の第１断面における中心を検出する（Ｓ２３）。超音波プローブ１１１により撮影された超音波エコー画像に写っている血管を追跡させることにより、血管の長手方向に沿って超音波プローブ１１１を移動させることができる。

【0052】

制御部１は、第１箇所における血管の中心と第２箇所における血管の中心と第１箇所から第２箇所までの超音波プローブ１１１の移動距離とに基づいて、血管４の傾きを算出する（Ｓ２４）。上述の通り、第１箇所における血管中心の位置を基準とし、第２箇所における血管中心の位置を相対的に求め、これら各血管中心の位置と第１箇所と第２箇所との距離とから、血管の傾きを算出することができる。これに代えて、定義された三次元空間において、第１箇所での血管中心の座標と第２箇所での血管中心の座標とから、血管の傾きを演算により求めることもできる。

【0053】

さらに、制御部１は、ガイドワイヤ３の先端位置と血管４の第１断面における中心とのずれ量を算出する（Ｓ２５）。

【0054】

さらに、制御部１は、各超音波エコー画像を解析することにより、血管４の経路（どの方向に血管が延びているか）を検出する（Ｓ２６）。

【0055】

ユーザまたは制御部１は、血管の経路や傾きに応じて、血管に追従するように超音波プローブ１１１の姿勢を制御することができる（Ｓ２７）。

【0056】

ユーザまたは制御部１は、ステップＳ２１～Ｓ２７で得られた情報に基づいて、ガイドワイヤ３を操作する（Ｓ２８）。

【0057】

このように構成される本実施形態によれば、正確に血管を検出することができ、ユーザにとっての使い勝手が向上する。

【実施例0058】

図３～図１３を用いて第１実施例を説明する。図３は、超音波診断装置用超音波プローブ操作システムの構成例を示す説明図である。

【0059】

本実施例のプローブ操作システムは、例えば、超音波診断装置１１０と、ロボット制御装置１２０と、ロボット１２１と、ユーザインターフェース（図中、ＵＩ）装置２００とを含む。

【0060】

超音波診断装置１１０は、超音波プローブ１１１により撮影された超音波エコー画像に基づいて診断する装置である。超音波診断装置１１０は、超音波エコー画像を処理する超音波エコー画像処理部１１２を備える。

【0061】

ロボット制御装置１２０は、例えば６軸ロボットとして構成されるロボット１２１を制御する。ロボット制御装置１２０は、超音波診断装置１１０に対して撮影を制御するための信号を出力することもできる。

【0062】

ロボット制御装置１２０は、例えば、マイクロプロセッサ（図中ＣＰＵ：Central Processing Unit）１２４と、メモリ１２５と、記憶装置１２６と、媒体インターフェース１２７と、通信部１２８とを含む。ロボット制御装置１２０は、専用回路を備える専用装置でもよいし、所定のコンピュータプログラムを実行させる汎用計算機でもよい。さらに、ロボット制御装置１２０は、複数の装置を連携させてもよい。例えば、複数の計算機を協調させることにより、一つまたは複数のロボット制御装置１２０を生成してもよい。

【0063】

記憶装置１２６は、例えば、表示制御部１２２を実現するコンピュータプログラムと、駆動制御部１２３を実現する他のコンピュータプログラムと、オペレーティングシステム（不図示）などを格納する。

【0064】

マイクロプロセッサ１２４は、記憶装置１２６に格納された所定のコンピュータプログラム１２２，１２３をメモリ１２５に読み込んで実行することにより、プローブ操作システムとしての各機能を実現させる。

【0065】

媒体インターフェース１２７は、例えば、半導体メモリまたはハードディスクなどの記憶媒体ＭＭとの間でデータを通信する回路である。所定のコンピュータプログラム１２２，１２３の少なくとも一部を記憶媒体ＭＭに格納しておき、その記憶されたコンピュータプログラムを記憶媒体ＭＭから記憶装置１２６へインストールさせることができる。あるいは、記憶装置１２６に格納された所定のコンピュータプログラム１２２，１２３の少なくとも一部を記憶媒体ＭＭに転送して格納させることもできる。なお、記憶媒体ＭＭに代えて、ロボット制御装置１２０の通信部１２８に接続された通信ネットワークＣＮを所定のコンピュータプログラムの伝送媒体として用いることもできる。

【0066】

ユーザインターフェース装置２００は、超音波診断装置１１０およびロボット制御装置１２０との間で情報を交換する。ユーザインターフェース装置２００は、情報入力装置と情報出力装置とを含む。情報入力装置と情報出力装置とが一体化されてもよい。情報入力装置としては、例えば、キーボード、押釦、音声入力装置、タッチパネル、マウスなどのポインティングデバイスなどがある。情報出力装置としては、例えば、モニタディスプレイ、プリンタ、音声合成装置、ライトなどがある。

【0067】

図３中の左下には超音波プローブ１１１が第１配置に設定された場合が、図３中の右下には超音波プローブ１１１が第２配置に設定された場合が、それぞれ示されている。

【0068】

図４および図５を用いて、超音波プローブ１１１の操作を説明するために、超音波プローブ１１１の各部を定義する。

【0069】

図４（１）は、超音波プローブ１１１を正面から見た図であり、超音波プローブ１１１の先端のレンズの中央部には中心点ＣＰが設定される。本実施例では、この中心点ＣＰを固定したままで、超音波プローブ１１１を第１配置と第２配置との間で切り替える。

【0070】

図４（２）は、超音波プローブ１１１の斜視図である。超音波プローブ１１１の短軸方向の中心軸をＸ軸と、超音波プローブ１１１の長軸方向の中心軸をＹ軸と、超音波プローブ１１１の深さ方向の中心軸をＺ軸と、それぞれ呼ぶ。

【0071】

図４（３）は、超音波プローブ１１１で撮影された超音波エコー画像２０を示し、画像２０の水平方向を画像２０の幅方向と、画像２０の垂直方向を画像２０の深さ方向と、それぞれ呼ぶ。画像２０は、第１超音波エコー画像２１と第２超音波エコー画像２２を含む概念である。

【0072】

図５（１）は、超音波プローブ１１１を上面から見た図である。図５（２）は、超音波プローブ１１１を正面から見た図である。図５（３）は、超音波プローブ１１１を側面から見た図である。

【0073】

図６～図１１を用いて、超音波プローブ１１１を操作することにより血管４の断面（横方向断面、長手方向断面）を検出する様子を説明する。

【0074】

図６～図１１には、血管４の横方向のエコー画像２１から血管４の断面の中心を求め、これによりガイドワイヤ３の先端部を認識し、血管４の中心軸からのガイドワイヤ３のずれ量を求める所定の技術が開示されている。

【0075】

所定の技術には、血管４の横方向のエコー画像２１（血管４の横断面）から血管４の断面の中心を検出し、ガイドワイヤの先端部と血管４の中心とのずれ量を出力すること、が含まれる。

【0076】

所定の技術には、血管４の横方向のエコー画像２１から血管４の断面の中心を検出することにより、ガイドワイヤ３の先端部を認識して、ガイドワイヤ３と血管４の中心軸とのずれ量が所定の閾値を越えたら警告を発すること、が含まれている。

【0077】

所定の技術には、複数の（２つの）箇所における血管４の横方向の断面中心と超音波プローブ１１１の移動量とから、血管４の長手方向の傾きを算出し、算出された血管４の長手方向の傾きに基づいて、ガイドワイヤ３の血管中心からのずれ量を補正すること、が含まれている。すなわち、この場合、血管４の横方向のエコー画像２１から血管４の断面の中心を求めた後で、超音波プローブ１１１を離れた箇所に移動させ、血管４の横方向のエコー画像２１を再び取得して血管４の断面の中心を求め、超音波プローブ１１１の移動距離と各中心の位置とから、血管４の長手方向の傾きを算出する。算出された血管４の長手方向の傾きに基づいて、ガイドワイヤ３と血管中心とのずれ量を補正できる。

【0078】

所定の技術には、血管４の横方向のエコー画像から、ガイドワイヤ３と血管４の中心軸とのずれ量を算出すること、が含まれる。

【0079】

図６～図１１に示す（１）～（１１）の上段には、血管４を有する被検体ＳＵと超音波プローブ１１１とを、ある状態の超音波プローブ１１１の上面から（上方から）見た模式図と、その超音波プローブ１１１の側面から（側方から）見た模式図と、そのときに得られる超音波エコー画像（第１超音波エコー画像２１または第２超音波エコー画像２２）の模式図とが横一列に並んで示されている。

【0080】

そして、それら上段に示す一連の模式図の下側には、超音波プローブ１１１を所定操作した場合において、血管４を有する被検体ＳＵと超音波プローブ１１１とを、血管４を有する被検体ＳＵと超音波プローブ１１１とを、超音波プローブ１１１の上面から（上方から）見た模式図と超音波プローブ１１１の側面から（側方から）見た模式図と超音波エコー画像２０の模式図とが、示されている。

【0081】

図６（１）の上段では、血管４の横方向断面のエコー画像２１から血管４の断面の中心を求めている。図６（１）の下段では、超音波プローブ１１１を被検体ＳＵに押し当てている位置を中心に超音波プローブ１１１を回転させることにより、血管４の中心軸を通った長手方向のエコー画像２２を検出する。

【0082】

図６（２）の上段では、血管４の中心軸を通った長手方向断面のエコー画像２２内での血管４の傾きを求める。図６（２）の下段では、検出された血管の傾きに応じて、超音波プローブ１１１を傾けることにより、血管４の中心軸を通り、かつエコー画像２０に水平な長手方向断面のエコー画像２２を検出する。すなわち、エコー画像２２において、血管４の長手方向の画像を水平に表示させる。

【0083】

図７（３）の上段では、血管４の横方向断面のエコー画像２１から血管４の断面の中心を求め、その検出位置を中心に超音波プローブ１１１を回転させることにより血管の中心軸を通った長手方向断面のエコー画像２２を取得し、そのエコー画像２２内での血管４の傾きを検出する。図７（３）の下段では、検出された血管４の傾きに応じて超音波プローブ１１１を所定角度だけ傾けた後に、超音波プローブ１１１を、Ｚ軸方向（超音波プローブの深さ方向）を中心として所定角度（例えば９０度）回転させることにより、血管４の横方向断面２１を取得する。

【0084】

図７（４）の上段では、血管４の横方向断面のエコー画像２１から血管４の断面の中心を求める。図７（４）の下段では、超音波プローブ１１１を被検体ＳＵに押し当てている現在の位置を中心に超音波プローブ１１１を回転させることにより、エコー画像２１内の血管断面の幅が最小となるプローブ位置を検出する。

【0085】

図８（５）の上段に示す血管断面の幅が最小となる位置から、図８（５）の下段に示すように、超音波プローブ１１１をさらに所定角度（例えば９０度）回転させることにより、血管４の長手方向断面のエコー画像２２を検出する。

【0086】

図８（６）上段では、血管４の中心軸を通った長手方向断面のエコー画像２２中での傾きを求め、図８（６）下段では、血管４の傾きに応じて超音波プローブ１１１を傾けることにより、血管４の中心軸を通り、かつエコー画像２２内で水平な長手方向断面を捉えている。

【0087】

図９～図１１では、超音波プローブ１１１を血管４の長手方向に移動させながら複数のエコー画像を取得し、それらエコー画像と超音波プローブ１１１の位置とから血管４の経路を求める。

【0088】

図９（７）では、超音波プローブ１１１を血管の長手方向に移動させて、それぞれの位置での横方向断面のエコー画像２１を取得し、それらエコー画像２１内での血管４の位置のずれを算出する。

【0089】

図９（８）～図１１（１１）では、別の方法を開示する。図９（８）の上段では、血管４の横方向断面のエコー画像２１から血管４の断面の中心を求める。図９（８）の下段では、超音波プローブ１１１を被検体ＳＵに押し当てている現在の位置を中心に超音波プローブ１１１を回転させることにより、エコー画像２１内の血管断面の幅が最小となるプローブ位置を検出する。

【0090】

図１０（９）の上段（図９（８）の下段）から、超音波プローブ１１１を血管４の長手方向と交差する方向に移動させて、エコー画像２１の幅方向の中心に血管４が表示されるようにする。

【0091】

図１０（１０）の上段（図１０（９）の下段）から、血管４の傾きに応じて超音波プローブ１１１を傾けることにより、血管４の中心軸を通り、かつエコー画像２２内で水平な長手方向断面を捉える。

【0092】

図１１（１１）の上段（図１０（１０）の下段）から、超音波プローブ１１１を血管の長手方向に移動させて、それぞれの位置での横方向断面のエコー画像２１を取得し、それらエコー画像２１内での血管４の位置のずれを算出する。

【0093】

図１２は、血管を探索する処理を示すフローチャートである。ここでは、脚の血管を探索する場合を例に挙げて説明する。この処理では、ロボット１２１が自動的に超音波プローブ１１１を操作してもよいし、一部の操作だけをロボット１２１が担当し、それ以外の操作をユーザが担当してもよい。ここでは、ロボット１２１とユーザとが協働して血管を探索する場合を説明する。以下の説明では、主にロボット制御装置１２０を判断の主体として説明するが、ユーザが判断の主体であってもよい。判断の主体がロボット制御装置１２０またはユーザのいずれである場合でも、超音波プローブ１１１を第１配置と第２配置とで切り替える操作はロボット制御装置１２０により実行される。図中では、超音波プローブをプローブと略記する。フローチャート中では、ステップの内容を簡潔に表現するために、血管の横方向断面のエコー画像２１を第１断面画像２１と、長手方向断面のエコー画像２２を第２断面画像２２とそれぞれ呼ぶが、フローチャートについての以下の説明では、理解のしやすさを優先し、横方向断面、長手方向断面と呼ぶ場合がある。

【0094】

ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１を、鼠径部付近であって体表に対して垂直であり、かつ血管４の横方法断面を撮影可能な向き（第１配置）に設置させる（Ｓ３１）。

【0095】

ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈が検出されるまで（Ｓ３３：ＮＯ）、超音波プローブ１１１を移動させる（Ｓ３２）。ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈が検出されると（Ｓ３３：ＹＥＳ）、総大腿動脈の横方向断面を正確に撮影させるべく、超音波プローブ１１１の向きを自動的に回転させる（Ｓ３４）。

【0096】

すなわち、ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１の向きを順次回転させてエコー画像２１を取得し、そのエコー画像２１のスコアを算出し、算出されたスコアから総大腿動脈の横方向断面を正確に写せる位置を検出する（Ｓ３４）。ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈の横方向断面を正確に検出するまで（Ｓ３５：ＮＯ）、超音波プローブ１１１を回転させて横方向断面のスコアを算出する（Ｓ３４）。

【0097】

ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈の正確な横方向断面を検出すると（Ｓ３５：ＹＥＳ）、超音波プローブ１１１を第２配置に切り替えて、総大腿動脈の長手方向の断面を撮影させる（Ｓ３６）。

【0098】

ロボット制御装置１２０は、ユーザからの指示に応じて、超音波プローブ１１１を総大腿動脈の抹消側へ移動させる（Ｓ３７）。ユーザは、例えば音声やスイッチ操作により、ロボット制御装置１２０に指示することができる。

【0099】

ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈の分岐を検出したか判定する（Ｓ３８）。ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈の分岐を検出したと判定すると（Ｓ３８：ＹＥＳ）、血管の分岐における超音波プローブ１１１の進路候補をユーザインターフェース装置２００の画面へ表示させ、ユーザによる選択を待つ（Ｓ３９）。

【0100】

ロボット制御装置１２０は、ユーザにより選択された進路上で超音波プローブ１１１を移動させ（Ｓ４０）、患部４１（あるいは長尺状医療用デバイスによる診断又は治療の対象となる血管の所定部位）へ到達したか判定する（Ｓ４１）。ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１が患部４１へ到達したと判定すると（Ｓ４１：ＹＥＳ）、超音波プローブ１１１を第１配置と第２配置とで交互に切り替えながら、大腿動脈の中心軸を通る長手方向の断面の検出を試みる（Ｓ４２）。

【0101】

ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈の中心軸を通る長手方向の断面を検出すると（Ｓ４３：ＹＥＳ）、本処理を終了する。ロボット制御装置１２０は、総大腿動脈の中心軸を通る長手方向の断面を検出できない場合（Ｓ４３：ＮＯ）、超音波プローブ１１１の位置を補正し（Ｓ４４）、ステップＳ４３へ戻る。

【0102】

図１３は、観察中の血管の先にある血管の長手方向の断面を探索する処理を示すフローチャートである。本処理は、例えば、図１２で述べたステップＳ３６，Ｓ４２で使用することができる。なお、図１３～図１５では、一部のステップについて超音波プローブ１１１の位置と画像の関係を模式的に示す。

【0103】

ロボット制御装置１２０は、対象の血管を撮影可能なプローブ位置を検出し（Ｓ５１）、検出された位置で超音波プローブ１１１を体表面へ押し当て、超音波プローブ１１１のＺ軸方向に回転させ、対象の血管（以下、血管）の横方向断面のエコー画像２１（第１断面画像２１）を取得する（Ｓ５２）。

【0104】

ロボット制御装置１２０は、ステップＳ５２で取得された複数の第１断面画像２１から、血管断面の中心位置を検出する（Ｓ５３）。

【0105】

ロボット制御装置１２０は、ステップＳ５３で検出された中心位置を回転中心として超音波プローブ１１１を回転させることにより、血管の中心軸を通る長手方向断面のエコー画像２２（第２断面画像２２）を得る（Ｓ５４）。

【0106】

このように構成される本実施例によれば、超音波プローブ１１１を第１配置と第２配置とで切り替えることにより、血管の位置を正確かつ容易に検出することができるため、ユーザにとっての使い勝手が向上する。

【0107】

さらに、本実施例では、ユーザとロボット１２１（およびロボット制御装置１２０）が協働して超音波プローブ１１１を操作するため、例えば、血管の分岐における進路を選択したか、患部４１へ到達したか否かといった高度な判断はユーザに委ねる一方、超音波プローブ１１１の先端レンズの中心点ＣＰを固定したままで第１配置と第２配置を切り替えるといった正確な操作はロボットに委ねることができる。したがって、本実施例によれば、ユーザの負担を軽減して超音波プローブ１１１による血管の探索を容易に行うことができる。

【実施例0108】

図１４を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に説明する。

【0109】

図１４は、観察中の血管の先にある血管の長手方向の断面を探索する処理を示すフローチャートである。

【0110】

ロボット制御装置１２０は、対象の血管を撮影可能なプローブ位置を検出し（Ｓ６１）、検出された位置で超音波プローブ１１１を体表面へ押し当て、超音波プローブ１１１のＺ軸方向に回転させることにより、血管断面のエコー画像をそれぞれの位置で取得する（Ｓ６２）。

【0111】

ロボット制御装置１２０は、ステップＳ６２で取得された複数のエコー画像から、エコー画像の幅方向ＷＬに沿った血管断面の長さに基づいて、血管の長手方向断面のエコー画像２２を選択する（Ｓ６３）。

【0112】

ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１の先端レンズの中心点ＣＰを固定したままで、超音波プローブ１１１をＸ軸方向中心に回動（傾動）させることにより、血管の第２断面画像をエコー画像２２内で水平にする（Ｓ６４）。

【0113】

ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１の先端レンズの中心点ＣＰを固定したままで、超音波プローブ１１１を、Ｚ軸方向を中心に９０度回転させ、第１配置に設定し、血管の横方向断面のエコー画像２１（第１断面画像２１）を取得する（Ｓ６５）。

【0114】

ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１の先端レンズの中心点ＣＰを固定したままで、超音波プローブ１１１を、Ｘ軸方向を中心に回動せしめることにより、正確な第１断面画像２１を得る（Ｓ６６）。すなわち、ロボット制御装置１２０は、正しい第１断面画像２１を取得するために、超音波プローブ１１１の位置を微調整する。

【0115】

ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１の先端レンズの中心点ＣＰを固定したままで、Ｚ軸方向を中心に超音波プローブ１１１を９０度回転せしめて第２配置に設定し、血管の長手方向断面である第２断面画像２２を取得する（Ｓ６７）。

【0116】

ロボット制御装置１２０は、超音波プローブ１１１をＹ軸方向へ移動させて、血管の第２断面画像をさらに取得する（Ｓ６８）。

【0117】

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。