JP2019084088A - Ultrasonic probe moving device - Google Patents

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Abstract

To move an ultrasonic probe in a proper state while following a surface shape of an inspection object using a less number of actuators.SOLUTION: An ultrasonic probe moving device 10 comprises: a probe holding unit 11 including a holding body 23 holding an ultrasonic probe P; and a slide mechanism 12 slide-moving the probe holding unit 11 to orthogonal two axis directions which are longitudinal and lateral directions of a subject H in plan view by driving actuators 41, 42. The probe holding unit 11 comprises: a surface shape following mechanism allowing for movement of the ultrasonic probe P to the body surface B at a constant posture while bringing the ultrasonic probe P into contact with a body surface B, regardless of a shape of the body surface B by only motion power application by the slide mechanism 12; and a contact force maintaining mechanism cancelling pressurizing force to the body surface B by gravity force, and bringing the ultrasonic probe P into contact with the body surface B at a constant contact force F.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波プローブ移動装置に係り、更に詳しくは、検査対象の表面に超音波プローブを接触させた状態で、アクチュエータの動力を利用して超音波プローブを移動させる超音波プローブ移動装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe moving apparatus, and more particularly, to an ultrasonic probe moving apparatus that moves an ultrasonic probe using the power of an actuator in a state where the ultrasonic probe is in contact with the surface to be inspected. .

わが国の産科医療現場では、産科医不足が大きな問題となっており、その結果、産科医のみならず妊婦にも通院等の負担が生じている。そこで、本発明者らは、産科医療における産科医と妊婦の双方の負担軽減を目指し、医師の遠隔操作による経腹超音波検査を支援するロボットの開発を行ってきた。ここで、超音波検査に用いられる音波は周波数が非常に高く、体表面との間に空気層が存在するとエコー画像が途切れてしまうことから、超音波プローブを体表面に隙間なく接触させる必要がある。このため、超音波プローブの先端の接触面の一部が体表面に対して浮く片当たりにより、エコー画像の欠落が生じないように、超音波プローブを体表面に対してほぼ垂直となる垂直起立姿勢に維持し、その接触部の全域を体表面に接触させることが必要である。また、超音波プローブは、ある程度の力で体表面に接触させなければ、鮮明なエコー画像を得ることができないが、このときの接触力が過大になると身体的負担が生じるため、必要最低限の接触力を付与する必要がある。   In obstetrics and medical care in Japan, the shortage of obstetrics has become a major problem, and as a result, not only obstetricians but also pregnant women are burdened with going to hospitals. Therefore, the present inventors have developed a robot that supports transabdominal ultrasound examination by remote control by a doctor, aiming to reduce the burden on both obstetrics and pregnant women in obstetrics and medical care. Here, the frequency of the sound wave used for the ultrasonic examination is very high, and if there is an air layer between it and the body surface, the echo image is cut off, so it is necessary to make the ultrasonic probe contact the body surface without gap. is there. For this reason, the ultrasonic probe is vertically erected so that the ultrasonic probe is substantially perpendicular to the body surface so that a part of the contact surface at the tip of the ultrasonic probe floats against the body surface and a drop of the echo image does not occur It is necessary to maintain the posture and bring the entire area of the contact portion into contact with the body surface. In addition, an ultrasonic probe can not obtain a clear echo image unless it is brought into contact with the body surface with a certain amount of force, but if the contact force at this time becomes excessive, physical burden will occur, so the minimum necessary It is necessary to apply contact force.

ところで、特許文献１には、遠隔操作により、被検査者の体表面に沿って超音波プローブを走査させるための医療用ロボット装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a medical robot apparatus for scanning an ultrasonic probe along a body surface of a subject by remote control.

特開２０１４−１００３７７号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-100377

しかしながら、前記特許文献１の医療用ロボット装置にあっては、その構造上、妊婦の腹部等のように、大きな湾曲面となる体表面に沿って超音波プローブを移動させる場合に、前記垂直起立姿勢を維持できず、また、体表面の傾斜により、当該体表面に対する超音波プローブの接触力を一定にすることができない。   However, in the medical robot apparatus of Patent Document 1, when the ultrasonic probe is moved along the body surface to be a large curved surface like the abdomen of a pregnant woman or the like due to its structure, the vertical standing The posture can not be maintained, and due to the inclination of the body surface, the contact force of the ultrasonic probe on the body surface can not be made constant.

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、より少ないアクチュエータにより、検査対象の表面形状に追従しながら適正な状態で超音波プローブを移動させることができる超音波プローブ移動装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to move the ultrasonic probe in an appropriate state while following the surface shape of the object to be inspected with fewer actuators. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe moving device that can be used.

前記目的を達成するため、本発明は、主として、検査対象の表面に超音波プローブを接触させた状態で、アクチュエータの動力を利用し、前記表面に沿って前記超音波プローブを移動させる超音波プローブ移動装置において、前記超音波プローブを保持する保持体を含むプローブ保持ユニットと、前記アクチュエータの駆動により、平面視における前記検査対象の縦横方向となる直交２軸方向に、前記プローブ保持ユニットをそれぞれスライド移動させるスライド機構とを備え、前記プローブ保持ユニットは、前記スライド機構による動力付与のみで、前記表面の形状に関わらず、前記超音波プローブを前記表面に接触させながら当該表面に対して一定の姿勢で移動可能にする表面形状追従機構を備える、という構成を採っている。   In order to achieve the above object, the present invention mainly relates to an ultrasonic probe that moves the ultrasonic probe along the surface by using the power of an actuator while the ultrasonic probe is in contact with the surface to be inspected. In the moving device, a probe holding unit including a holding body for holding the ultrasonic probe and a drive of the actuator slide the probe holding unit in two orthogonal axial directions which are the vertical and horizontal directions of the inspection object in plan view. A slide mechanism for moving the probe holding unit, the probe holding unit is only powered by the slide mechanism, regardless of the shape of the surface, while the ultrasonic probe is in contact with the surface, a fixed posture relative to the surface It has a configuration in which it has a surface shape following mechanism that makes it possible to move.

本発明によれば、前記表面形状追従機構により、プローブ保持ユニットを直交２軸方向にスライド移動させるアクチュエータのみの駆動力で、超音波プローブは、検査対象の表面の形状に沿って受動的に動作し、当該表面に接触しながら一定の姿勢で表面上を移動可能になる。従って、操作者の操作指令により超音波プローブ移動装置を動作させる際には、検査対象の表面の形状が平面でない複雑な湾曲面形状であっても、２軸方向の操作指令のみで良く、簡単な操作により、超音波プローブを適正状態で前記表面に沿って移動させることができる。特に、操作者が、検査場所から離れた遠隔地で操作する場合でも、検査対象の表面形状に関わらず、超音波プローブによる走査を簡単且つ適切に行うことができる。   According to the present invention, the ultrasonic probe passively operates along the shape of the surface to be inspected by the driving force of only the actuator which slides the probe holding unit in two orthogonal axial directions by the surface shape following mechanism. While being in contact with the surface, it can move on the surface in a fixed posture. Therefore, when operating the ultrasonic probe movement device according to the operation command of the operator, even if the shape of the surface to be inspected is a complicated curved surface shape which is not flat, only the operation command in two axial directions is sufficient, which is simple The ultrasonic probe can be moved along the surface in a proper state by any operation. In particular, even when the operator operates at a remote place away from the examination site, the scanning by the ultrasonic probe can be easily and appropriately performed regardless of the surface shape of the examination object.

また、前記接触力維持機構により、検査対象の表面形状に関わらず、当該表面に対する超音波プローブの接触力が、操作者の操作によらずに一定に維持され、安全性を考慮した必要最低限の接触力を常時維持することができる。   Further, the contact force maintaining mechanism keeps the contact force of the ultrasonic probe on the surface constant regardless of the operation of the operator regardless of the surface shape of the inspection object, and the necessary minimum considering safety Contact force can be maintained at all times.

更に、前記受動回転機構と前記ガイド部材により、検査対象の表面形状に関わらず、表面に対する超音波プローブの垂直起立姿勢が、操作者の操作によらずに受動的に維持されるため、取得した超音波画像の部分的な欠落を低減し、適正な超音波画像の取得を支援することができる。   Further, the vertical posture of the ultrasonic probe with respect to the surface is passively maintained by the passive rotation mechanism and the guide member regardless of the surface shape of the inspection object, regardless of the operation of the operator. Partial omission of ultrasound images can be reduced to support acquisition of proper ultrasound images.

本実施形態に係る超音波プローブ移動装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the ultrasonic probe movement device concerning this embodiment. 検査対象の表面上を超音波プローブが走査する状態を表す前記超音波プローブ移動装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the said ultrasonic probe movement apparatus showing the state which an ultrasonic probe scans on the surface of a test object. 図２の概略正面図である。It is a schematic front view of FIG. 図２の概略側面図である。It is a schematic side view of FIG. 検査時における前記超音波プローブ移動装置の配置を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating arrangement | positioning of the said ultrasonic probe movement apparatus at the time of test | inspection. 先端部を下方から見た概略拡大斜視図である。It is the general | schematic expansion perspective view which looked at the front-end | tip part from downward. （Ａ）は、湾曲レールによるｙ軸回りの回転を説明するための概念図であり、（Ｂ）は、装置の姿勢を変えたときの（Ａ）と同様の概念図である。(A) is a conceptual diagram for demonstrating rotation around the y-axis by a curved rail, (B) is a conceptual diagram similar to (A) when the attitude of the device is changed. （Ａ）、（Ｂ）は、接触力維持機構を説明するための概念図であり、（Ｃ）は、装置の姿勢を変えたときの（Ａ）と同様の概念図である。(A), (B) is a conceptual diagram for demonstrating a contact force maintenance mechanism, (C) is a conceptual diagram similar to (A) when the attitude | position of an apparatus is changed.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１には、本実施形態に係る超音波プローブ移動装置の概略斜視図が示され、図２には検査対象の表面上を超音波プローブが走査する状態を表す前記超音波プローブ移動装置の概略斜視図が示されている。また、図３には、図２の概略正面図が示され、図４には、図２の概略側面図が示されている。   FIG. 1 is a schematic perspective view of the ultrasonic probe moving device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic view of the ultrasonic probe moving device showing a state in which the ultrasonic probe scans over the surface of the inspection object. A perspective view is shown. Further, FIG. 3 shows a schematic front view of FIG. 2 and FIG. 4 shows a schematic side view of FIG.

なお、以下の説明において、特に明記しない限り、位置又は方向を表す用語については、図１の姿勢を基準とする。すなわち、図１の直交３軸におけるｘ軸方向を「横方向」又は「左右方向」と称し、同ｙ軸方向を「縦方向」又は「前後方向」と称し、同ｚ軸方向を「高さ方向」又は「上下方向」と称する。   In the following description, unless otherwise stated, terms representing position or direction are based on the posture shown in FIG. That is, the x-axis direction in three orthogonal axes in FIG. 1 is referred to as “lateral direction” or “left-right direction”, the y-axis direction is referred to as “longitudinal direction” or “front-back direction”, and the z-axis direction is referred to as “height”. It is called "direction" or "vertical direction".

これらの図の超音波プローブ移動装置１０は、特に限定されるものではないが、本実施形態において、妊婦の経腹超音波検査時に使用される。この超音波プローブ移動装置１０は、医師等の操作者の遠隔操作により、図２〜４に示されるように、検査対象となる被検査者の腹部表面（体表面Ｂ）に沿って超音波プローブＰを移動させるように動作する。また、超音波プローブ移動装置１０は、例えば、図５に模式的に示されるように、フレームやアーム等の支持体Ａによって支持され、被検査者Ｈの検査時の身体の向きに応じて、被検査Ｈに対する全体の傾斜角度θが検査前に予め調整されるようになっている。なお、図５は、被検査者Ｈの頭部側から身体を見た図になっている。つまり、この超音波プローブ移動装置１０は、被検査者Ｈの前後を分割する冠状面Ｋに平行となる姿勢で配置される。   Although the ultrasonic probe movement device 10 in these figures is not particularly limited, in the present embodiment, it is used at the time of transabdominal ultrasonic examination of a pregnant woman. The ultrasonic probe movement apparatus 10 is an ultrasonic probe along the abdominal surface (body surface B) of the subject to be inspected as shown in FIGS. 2 to 4 by the remote control of the operator such as a doctor or the like. Operate to move P. In addition, the ultrasonic probe moving device 10 is supported by a support A such as a frame or an arm, as schematically shown in FIG. The entire inclination angle θ with respect to the inspection H is adjusted in advance before the inspection. FIG. 5 is a view of the body of the examinee H as seen from the head side. That is, the ultrasonic probe movement apparatus 10 is disposed in a posture parallel to the coronal plane K that divides the front and rear of the subject H.

前記超音波プローブ移動装置１０は、図１〜図４に示されるように、超音波プローブＰ（図２等参照）が保持されるプローブ保持ユニット１１と、検査時の平面視における被検査者Ｈの縦横方向（頭尾方向と左右方向）となる直交２軸方向に、プローブ保持ユニット１１をそれぞれスライド移動させるスライド機構１２とにより構成される。   The ultrasonic probe movement apparatus 10, as shown in FIGS. 1 to 4, has a probe holding unit 11 for holding an ultrasonic probe P (see FIG. 2 etc.) and an examinee H in plan view at the time of inspection The slide mechanism 12 is configured to slide the probe holding unit 11 in two orthogonal axial directions which are the vertical and horizontal directions (the head-tail direction and the left-right direction).

前記プローブ保持ユニット１１は、図１のｘ軸方向から見たとき、また、同ｙ軸方向から見たときに、それぞれｚ軸に対してほぼ対称となる形状となっている。このプローブ保持ユニット１１は、超音波プローブＰの取り付け部位を含む下部構造体１４と、下部構造体１４を揺動可能に支持する中間構造体１５と、中間構造体１５を上下方向にスライド移動可能に支持するとともに、スライド機構１２に取り付けられる上部構造体１６とにより構成される。   The probe holding unit 11 has a shape that is substantially symmetrical with respect to the z-axis when viewed in the x-axis direction of FIG. 1 and when viewed in the y-axis direction. The probe holding unit 11 can slide the lower structure 14 including the attachment site of the ultrasonic probe P, the intermediate structure 15 that swingably supports the lower structure 14, and the intermediate structure 15 in the vertical direction. And an upper structure 16 attached to the slide mechanism 12.

前記下部構造体１４は、超音波プローブＰの装着部位となる下端側の先端部１８と、先端部１８をｘ軸回りに揺動可能に支持する先端支持部１９と、先端支持部１９の上側に固定されるとともに、湾曲しながら左右方向（ｘ軸方向）に延びる円弧状の湾曲レール２０とを備えている。   The lower structure 14 has a lower end end portion 18 to be a mounting portion of the ultrasonic probe P, an end support portion 19 supporting the end portion 18 so as to be pivotable about the x axis, and an upper side of the end support portion 19. And an arc-shaped curved rail 20 extending in the lateral direction (x-axis direction) while curving.

前記先端部１８は、最下端側に位置するリング状のガイド部材２２と、ガイド部材２２の上側に一体的に取り付けられ、超音波プローブＰを着脱自在に保持する構造の保持体２３とからなる。   The distal end portion 18 includes a ring-shaped guide member 22 positioned on the lowermost end side, and a holding body 23 having a structure integrally attached to the upper side of the guide member 22 and detachably holding the ultrasonic probe P. .

前記ガイド部材２２は、後述するプローブ保持ユニット１１の作用により、球面のような湾曲面を有する体表面Ｂ（図２等参照）に、所定の接触力で先端部１８が押し当てられたときに、前記湾曲面に対する接平面Ｃ（図３，４参照）に沿って体表面Ｂに接触するようになっている。また、図６に示されるように、保持体２３に保持された超音波プローブＰの先端に位置する超音波ビームの送受信部分となる接触部Ｐ１が、ガイド部材２２の中央の中空部分２２Ａを通じて下側に表出するようになっている。なお、ガイド部材２２は、体表面Ｂに沿って超音波プローブＰを走査させる際に、当該体表面Ｂに接触しながら移動することから、外縁部分に丸みを持たせた形状とし、当該移動時の体表面Ｂ上での引っ掛かりを防止するようになっている。   When the tip end portion 18 is pressed against the body surface B (refer to FIG. 2 etc.) having a curved surface such as a spherical surface by the action of the probe holding unit 11 described later, the guide member 22 is pressed by a predetermined contact force. The body surface B is in contact along a tangent plane C (see FIGS. 3 and 4) to the curved surface. Further, as shown in FIG. 6, the contact portion P1 serving as the transmitting / receiving portion of the ultrasonic beam located at the tip of the ultrasonic probe P held by the holding body 23 is lowered through the hollow portion 22A at the center of the guide member 22. It is supposed to be exposed to the side. Since the guide member 22 moves in contact with the body surface B when scanning the ultrasonic probe P along the body surface B, the outer edge portion has a rounded shape, and the movement time is the same. Of the body surface B on the body surface.

なお、ガイド部材２２としては、図示した真円のリング状のものに限らず、体表面Ｂに接触する際の超音波プローブＰの位置決めとなる接平面Ｃを形成可能な部材、すなわち、体表面Ｂに接触する最低３点の相対位置関係が不変となる形状を有する部材を種々採用することができる。   The guide member 22 is not limited to the illustrated perfect circular ring-shaped member, but may be a member capable of forming a tangent plane C for positioning the ultrasonic probe P when contacting the body surface B, that is, the body surface Various members having a shape in which the relative positional relationship of at least three points in contact with B is invariable can be adopted.

前記保持体２３は、ガイド部材２２に対して超音波プローブＰを垂直方向に起立させる姿勢で超音波プローブＰを固定するようになっている。この際、超音波プローブＰは、その接触部Ｐ１が体表面Ｂに接触可能な高さ位置で保持体２３に固定される。本実施形態では、検査時において、体表面Ｂの弾性によりガイド部材２２を少し沈ませることを考慮し、超音波プローブＰは、その接触部Ｐ１がガイド部材２２の中空部分２２Ａよりもやや上方となる図６中奥行側に後退するように配置される。なお、逆に、超音波プローブＰを中空部分２２Ａから外側にやや突出させる配置も可能である。   The holding body 23 fixes the ultrasonic probe P in a posture in which the ultrasonic probe P is erected in the vertical direction with respect to the guide member 22. At this time, the ultrasonic probe P is fixed to the holding body 23 at a height position at which the contact portion P1 can contact the body surface B. In the present embodiment, in consideration of the fact that the guide member 22 is slightly sunk by the elasticity of the body surface B at the time of inspection, in the ultrasonic probe P, the contact portion P1 is slightly above the hollow portion 22A of the guide member 22. It is arranged to be retracted to the depth side in FIG. On the contrary, the ultrasonic probe P may be slightly protruded outward from the hollow portion 22A.

前記先端支持部１９は、保持体２３の左右両側に取り付けられた回転ピン２５を介して、先端部１８全体をｘ軸回りとなるピッチ方向に回転可能に支持する。また、回転ピン２５には、先端部１８の揺動時に抵抗力を付与するための図示省略したばね等の付勢部材が設けられている。この付勢部材は、次のような付勢力を作用させるように設定される。すなわち、後述するように、超音波プローブＰが、接平面Ｃに対してほぼ垂直方向に起立する垂直起立姿勢のままで湾曲面となる体表面Ｂ上を移動する際に、体表面Ｂの傾斜に沿って超音波プローブＰが傾くときに、超音波プローブＰを含む先端部１８の自重によるピッチ方向の回転時のモーメントをキャンセル可能に設定される。   The tip support portion 19 rotatably supports the entire tip portion 18 in the pitch direction around the x-axis via the rotation pins 25 attached to the left and right sides of the holder 23. Further, the rotating pin 25 is provided with a biasing member such as a spring (not shown) for applying a resistance force when the tip end portion 18 swings. The biasing member is set to apply the following biasing force. That is, as will be described later, when the ultrasonic probe P moves on the body surface B, which is a curved surface, with the vertical standing posture standing upright in a direction substantially perpendicular to the tangential plane C, the body surface B is inclined. When the ultrasonic probe P tilts along the distance, the moment at the time of rotation in the pitch direction due to the weight of the tip portion 18 including the ultrasonic probe P can be canceled.

前記湾曲レール２０は、図７（Ａ）の概念図に示されるように、保持体２３に保持された状態の超音波プローブＰの接触部Ｐ１における中央点２７を中心とする円弧に沿う形状をなし、中間構造体１５に対してローラ２９（図１等参照）を介してスライド自在になっている。このスライドにより、中間構造体１５に対する湾曲レール２０の連結位置が変位することになり、当該変位によって保持体２３が揺動することになる。つまり、前記スライドにより、湾曲レール２０に一体的に繋がる超音波プローブＰの前記中央点２７を中心として、ｙ軸回りのロール方向に超音波プローブＰが回転可能になる。また、中間構造体１５と湾曲レール２０の間には、ばね等の付勢部材３１が、ワイヤ３２を介してプーリ３３に掛け回された状態で取り付けられている。この付勢部材３１は、次のような付勢力を作用させるように設定される。すなわち、超音波プローブＰが前記垂直起立姿勢のままで湾曲面をなす表面Ｂ上を移動する際に、体表面Ｂの傾斜に沿って超音波プローブＰが傾くときに、超音波プローブＰを含む下部構造体１４の自重によるロール方向の回転時のモーメントをキャンセル可能に設定される。   The curved rail 20 has a shape along an arc centered on the central point 27 at the contact portion P1 of the ultrasonic probe P in the state of being held by the holding body 23, as shown in the conceptual view of FIG. 7A. None, which is slidable with respect to the intermediate structure 15 via the roller 29 (see FIG. 1 etc.). By this slide, the connection position of the curved rail 20 with respect to the intermediate structure 15 is displaced, and the displacement causes the holder 23 to swing. That is, the slide enables the ultrasonic probe P to rotate in the roll direction about the y-axis about the central point 27 of the ultrasonic probe P integrally connected to the curved rail 20. Further, a biasing member 31 such as a spring is attached between the intermediate structure 15 and the curved rail 20 in a state of being wound around a pulley 33 via a wire 32. The biasing member 31 is set to apply the following biasing force. That is, the ultrasonic probe P includes the ultrasonic probe P when the ultrasonic probe P inclines along the inclination of the body surface B when the ultrasonic probe P moves on the surface B having a curved surface while maintaining the vertical standing posture. The moment at the time of rotation in the roll direction due to the weight of the lower structure 14 is set to be cancelable.

以上の構成によれば、先端支持部１９と回転ピン２５、及び、湾曲レール２０とその延出方向にスライド自在に支持する中間構造体１５は、体表面Ｂの形状に追従しながら、保持体２３をｘ軸，ｙ軸の２軸回りにそれぞれ受動的に回転可能にする受動回転機構を構成する。この受動回転機構において、保持体２３のｘ軸回りにおける回転は、その回転軸上の回転ピン２５により行われる一方、同ｙ軸回りにおける回転は、中央点２７を通る図７（Ａ）の紙面直交方向の回転軸上に存在しない湾曲レール２０のスライドによって行われる。このため、保持体２３に繋がる回転要素を回転ピン２５のみとして、保持体２３を２軸回りに回転させることができ、もう一方の回転方向に係る回転要素を保持体２３に直接設けることによる移動時の体表面Ｂ上での引っ掛かりを防止し、保持体２３のスムーズな受動動作が可能になる。   According to the above configuration, the tip support portion 19 and the rotation pin 25, and the intermediate structure 15 slidably supported in the extending direction with the curved rail 20 follow the shape of the body surface B while the holder A passive rotation mechanism is configured to make it possible to rotate 23 passively around two axes of x axis and y axis. In this passive rotation mechanism, the rotation of the holding body 23 around the x axis is performed by the rotation pin 25 on the rotation axis, while the rotation around the same y axis passes through the center point 27 as shown in FIG. The sliding of the curved rail 20 which does not exist on the rotation axis in the orthogonal direction is performed. For this reason, the holder 23 can be rotated about two axes by using only the rotation pin 25 as the rotary element connected to the holder 23, and the movement by providing the holder 23 directly with the rotary element according to the other rotation direction At the same time, the catching on the body surface B is prevented, and the smooth passive operation of the holder 23 becomes possible.

前記中間構造体１５は、図１等に示されるように、上部構造体１６に対してローラ３４を介して上下方向にスライド可能に取り付けられている。この中間構造体１５は、保持体２３に装着された超音波プローブＰを体表面Ｂに接触させながら移動する際に、当該体表面Ｂからの反力による上下方向の変位に追従して、上下方向に受動的にスライド自在となっている。従って、中間構造体１５及び上部構造体１６は、体表面Ｂの形状に追従しながら、保持体２３をｚ軸方向に受動的に並進可能にする受動並進機構を構成する。   The intermediate structural body 15 is slidably attached to the upper structural body 16 via a roller 34 in the vertical direction, as shown in FIG. 1 and the like. When moving the ultrasonic probe P mounted on the holding body 23 in contact with the body surface B, the intermediate structural body 15 follows the vertical displacement due to the reaction force from the body surface B to move up and down. It is passively slidable in the direction. Accordingly, the intermediate structure 15 and the upper structure 16 constitute a passive translation mechanism that enables the holder 23 to passively translate in the z-axis direction while following the shape of the body surface B.

以上により、プローブ保持ユニット１１は、スライド機構１２による動力付与のみで、体表面Ｂの形状に関わらず、超音波プローブＰを体表面Ｂに接触させながら、体表面Ｂに対して一定の姿勢で移動可能にする表面形状追従機構を備えていることになる。   As described above, the probe holding unit 11 is in a constant posture with respect to the body surface B while the ultrasonic probe P is in contact with the body surface B regardless of the shape of the body surface B only by power application by the slide mechanism 12. It is provided with the surface shape following mechanism which makes it movable.

前記上部構造体１６には、超音波プローブＰが体表面Ｂ上を移動する際に、当該体表面Ｂに対し、超音波プローブＰを常時一定の接触力で接触させる接触力維持機構を備えている。   The superstructure 16 is provided with a contact force maintaining mechanism that causes the ultrasonic probe P to always contact with the body surface B with a constant contact force when the ultrasonic probe P moves on the body surface B. There is.

この接触力維持機構は、図８（Ａ）に概念的に示されるように、中間構造体１５を上下方向にスライド可能に繋がる本体フレーム３５と、本体フレーム３５に取り付けられて回転可能に設けられた滑車３６と、滑車３６に掛け回されて中間構造体１５に一部領域が固定されたワイヤ３７と、滑車３７を隔てて中間構造体１５の反対側となるワイヤ３７の一部領域に固定されたカウンターウエイト３９と、本体フレーム３５とカウンターウエイト３９との間で接続され、一定の付勢力を付与する付勢部材４０とを備えている。   The contact force maintaining mechanism is provided rotatably on the main body frame 35, which slidably connects the intermediate structural body 15 in the vertical direction, and the main body frame 35, as schematically shown in FIG. 8A. The pulley 36, a wire 37 wound around the pulley 36 and fixed in part to the intermediate structure 15, and a part of the wire 37 on the opposite side of the intermediate structure 15 with the pulley 37 separated And a biasing member 40 connected between the main body frame 35 and the counterweight 39 to apply a constant biasing force.

前記カウンターウエイト３９は、超音波プローブＰが体表面Ｂに接触する際に、当該体表面Ｂに作用する超音波プローブＰや下部構造体１４等の重力の影響、すなわち、当該重力による体表面Ｂへの押圧力をキャンセル可能な重さに設定され、当該重力とのバランスを取るようになっている。ここで、前述した受動並進機構により、体表面Ｂの凹凸や傾斜に応じて中間構造体１５が高さ方向（上下方向）に変位したときでも、滑車３７とワイヤ３７の動作により、図８（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、カウンターウエイト３９が上下方向に変位しながら前記重力とのバランスを取るようになっている。   When the ultrasonic probe P contacts the body surface B, the counterweight 39 is affected by the gravity of the ultrasonic probe P, the lower structure 14 and the like acting on the body surface B, that is, the body surface B by the gravity. The pressing force is set to a weight that can cancel the pressure and balance with the gravity. Here, even when the intermediate structural body 15 is displaced in the height direction (vertical direction) according to the unevenness and inclination of the body surface B by the above-described passive translation mechanism, the operation of the pulley 37 and the wire 37 As shown in A) and (B), the counterweight 39 balances with the gravity while being displaced in the vertical direction.

前記付勢部材４０としては、例えば、定荷重ばねが用いられ、カウンターウエイト３９の上下方向の変位に関わらず、カウンターウエイト３９を上向きに引っ張る方向の一定の付勢力Ｆを付与するようになっている。このため、滑車３６を隔てた反対側の中間構造体１５には、付勢力Ｆと同一の大きさの下向きの力が常時作用することになり、当該常時一定の力が、超音波プローブＰ及びガイド部材２２（図示省略）による体表面Ｂへの接触力Ｆとなる。   As the biasing member 40, for example, a constant load spring is used to apply a constant biasing force F in a direction in which the counterweight 39 is pulled upward regardless of the vertical displacement of the counterweight 39. There is. For this reason, a downward force having the same magnitude as the biasing force F always acts on the opposite intermediate structural body 15 separating the pulleys 36, and the constant force is the ultrasonic probe P and the ultrasonic probe P. The contact force F to the body surface B by the guide member 22 (not shown) is obtained.

前記スライド機構１２は、図１等に示されるように、プローブ保持ユニット１１が取り付けられて、プローブ保持ユニット１１全体を横方向（左右方向）に移動可能にｘ軸方向に延びるレール状の第１の直動アクチュエータ４１と、第１の直動アクチュエータ４１が取り付けられて、第１の直動アクチュエータ４１とともにプローブ保持ユニット１１を縦方向（前後方向）に移動可能にｙ軸方向に延びるレール状の第２の直動アクチュエータ４２とからなる。   As shown in FIG. 1 and the like, the slide mechanism 12 is provided with a probe holding unit 11, and a rail-shaped first extending in the x-axis direction so that the entire probe holding unit 11 can move in the lateral direction (left and right direction). The first linear actuator 41 and the first linear actuator 41 are attached, and the first linear actuator 41 and the probe holding unit 11 extend in the y-axis direction so as to be movable in the longitudinal direction (back and forth direction). And a second linear actuator 42.

これら直動アクチュエータ４１，４２は、詳細な図示を省略するが、モータの駆動によるねじ軸の回転により、当該ねじ軸に係合する取付部分を延出方向に移動させる公知の送りねじ軸構造を有するものが用いられる。なお、スライド機構１２としては、アクチュエータの駆動により、プローブ保持ユニット１１を直交２軸方向に移動させることができる限り、種々の構造のものを採用することが可能である。これら直動アクチュエータ４１，４２は、図示しない前記操作者等による操作指令によって駆動される。   Although these linear motion actuators 41 and 42 are not shown in detail, they have a known feed screw shaft structure in which the mounting portion engaged with the screw shaft is moved in the extension direction by the rotation of the screw shaft by the drive of the motor. The one having is used. The slide mechanism 12 may have various structures as long as the probe holding unit 11 can be moved in the directions of two orthogonal axes by driving the actuator. The linear motion actuators 41 and 42 are driven by an operation command from the operator or the like (not shown).

以上の構成の超音波プローブ移動装置１０では、外部からの操作指令によるスライド機構１２の駆動により、超音波プローブＰが縦横方向に任意に移動する。この際、前記接触力維持機構により、超音波プローブＰは、常に一定の接触力で体表面Ｂに接触しながら移動する。また、体表面Ｂの凹凸や傾斜に追従して、中間構造体１５が上部構造体１６に対して受動的に上下動し、超音波プローブＰが体表面Ｂに常に接触した状態で移動する。そして、超音波プローブＰが体表面Ｂに接触したときの反力により、ガイド部材２２がその全面を体表面Ｂに接触させようとして、接平面Ｃ（図３，４等参照）に沿った姿勢になるように、体表面Ｂの形状に追従して、超音波プローブＰを保持する保持部２３を含む先端部１８全体が前述の２軸回りに受動的に回転する。これによって、ガイド部材２２に対して垂直姿勢に保持された超音波プローブＰは、体表面Ｂの形状に関わらず、接平面Ｃに対して前記垂直起立姿勢のまま体表面Ｂ上を移動することになる。これにより、体表面Ｂに接触する際の超音波プローブＰの姿勢が、理想とする前記垂直起立姿勢に維持されるため、体表面Ｂに対する超音波プローブＰの傾きによる片当たりが抑制され、エコー画像の部分的な欠落の防止に寄与できる。   In the ultrasonic probe moving apparatus 10 having the above configuration, the ultrasonic probe P is arbitrarily moved in the vertical and horizontal directions by driving the slide mechanism 12 by an operation command from the outside. At this time, the ultrasonic probe P moves while being in contact with the body surface B with a constant contact force by the contact force maintaining mechanism. Further, following the unevenness and inclination of the body surface B, the intermediate structure 15 passively moves up and down relative to the upper structure 16, and the ultrasonic probe P moves in a state in which it is always in contact with the body surface B. Then, the reaction force when the ultrasonic probe P contacts the body surface B causes the guide member 22 to contact the entire body surface B with the posture along the tangential plane C (see FIGS. 3 and 4). Thus, following the shape of the body surface B, the entire distal end portion 18 including the holding portion 23 for holding the ultrasonic probe P passively rotates around the above-mentioned two axes. Thereby, the ultrasonic probe P held in the vertical posture with respect to the guide member 22 moves on the body surface B with the vertical standing posture with respect to the tangential plane C regardless of the shape of the body surface B. become. As a result, the posture of the ultrasonic probe P when contacting the body surface B is maintained in the ideal vertical standing posture, so that the contact of the ultrasonic probe P with respect to the body surface B due to the inclination is suppressed. It can contribute to the prevention of partial loss of images.

次に、超音波プローブ移動装置１０の設置について説明する。   Next, installation of the ultrasonic probe movement apparatus 10 will be described.

例えば、被検査者Ｈが仰向けに寝ながら超音波検査を行う場合、つまり、被検査者Ｈの前後を分割する冠状面が、被検査者Ｈの配置面となるベッドにほぼ水平になるような場合、超音波プローブ移動装置１０は、スライド機構１２が水平面に平行となる図１の水平姿勢で設置される。このとき、スライド機構１２は、前記水平面上の直交２軸方向に配置されることになる。   For example, when the subject H performs an ultrasound while lying on his back, that is, the coronal plane dividing the front and back of the subject H becomes substantially horizontal to the bed on which the subject H is disposed. In this case, the ultrasonic probe movement apparatus 10 is installed in the horizontal attitude of FIG. 1 in which the slide mechanism 12 is parallel to the horizontal plane. At this time, the slide mechanism 12 is disposed in two orthogonal axial directions on the horizontal plane.

一方、図５に示されるように、被検査者Ｈが左右どちらかに傾いた横向きの姿勢で寝ながら超音波検査を行う場合、超音波プローブ移動装置１０は、前記配置面となるベッドＳの表面に対する前記冠状面Ｋの傾斜に合せた傾斜姿勢で設置される。この傾斜姿勢では、スライド機構１２が、冠状面Ｋの平行面上における直交２軸方向に配置されることになる。なお、例えば、図５の場合、被検査者Ｈの左右方向に沿って第１の直動アクチュエータが配置され、同頭尾方向（同図中紙面直交方向）に沿って第２の直動アクチュエータが配置される。   On the other hand, as shown in FIG. 5, in the case of performing an ultrasonic inspection while lying in a horizontal posture in which the subject H is inclined to the left or right, the ultrasonic probe moving device 10 is of the bed S serving as the arrangement surface. It is installed in an inclined posture in accordance with the inclination of the coronal plane K with respect to the surface. In this inclined posture, the slide mechanism 12 is arranged in two orthogonal axial directions on the parallel surface of the coronal plane K. For example, in the case of FIG. 5, the first direct acting actuator is disposed along the left and right direction of the examinee H, and the second direct acting actuator along the same head-to-tail direction (the direction orthogonal to the sheet of FIG. 5). Is placed.

また、図７に示されるように、冠状面Ｋの傾斜状態に応じて、湾曲レール２０にワイヤ３２を固定する取付位置Ｄが変更される。すなわち、同図（Ａ）に示されるように、前記水平姿勢のときは、ワイヤ３２の取付位置Ｄが湾曲レール２０の延出方向のほぼ中央に固定される。一方、同図（Ｂ）に示されるように、前記傾斜姿勢のときは、水平姿勢の場合よりも、ワイヤ３２を伸ばして、傾斜角度θに対応して、湾曲レール２０の前記中央から外れた取付位置Ｄに固定される。   Further, as shown in FIG. 7, the attachment position D at which the wire 32 is fixed to the curved rail 20 is changed in accordance with the inclination state of the coronal plane K. That is, as shown in the figure (A), in the horizontal posture, the mounting position D of the wire 32 is fixed substantially at the center of the extending direction of the curved rail 20. On the other hand, as shown in FIG. 6B, in the case of the inclined posture, the wire 32 is stretched more than in the case of the horizontal posture, and deviated from the center of the curved rail 20 in accordance with the inclination angle θ. It is fixed to the mounting position D.

なお、前記傾斜姿勢のときにおいても、図８（Ｃ）に示されるように、超音波プローブＰ及びガイド部材２２（図示省略）の体表面Ｂに対する接触力Ｆは、接触力維持機構の付勢部材４０と超音波プローブＰの姿勢関係が相対的に変わらないため、付勢部材４０による一定の付勢力が作用し、超音波プローブ移動装置１０の設置姿勢に関わらず、常に一定の前記接触力Ｆを体表面Ｂに作用させることができる。   Even in the inclined posture, as shown in FIG. 8C, the contact force F of the ultrasonic probe P and the guide member 22 (not shown) to the body surface B is an urging force of the contact force maintaining mechanism. Since the posture relationship between the member 40 and the ultrasonic probe P does not change relatively, a constant biasing force is exerted by the biasing member 40, and the contact force is always constant regardless of the installation posture of the ultrasonic probe moving device 10. F can act on body surface B.

また、前記実施形態では、超音波プローブ移動装置１０を妊婦の経腹超音波検査に使用される場合を図示説明したが、本発明はこれに限らず、他の検診を含む超音波プローブＰの走査用として使用することも可能である。ここで、移動時に維持される超音波プローブＰの姿勢は、前記垂直起立姿勢に限らず、保持体２３による超音波プローブＰの保持状態を変えることで、所望とする一定の姿勢での維持が可能となる。   In the above embodiment, although the ultrasonic probe moving apparatus 10 is used for the transabdominal ultrasonic examination of a pregnant woman, it is illustrated and described, but the present invention is not limited thereto. It is also possible to use for scanning. Here, the posture of the ultrasonic probe P maintained at the time of movement is not limited to the above vertical standing posture, but by changing the holding state of the ultrasonic probe P by the holding body 23, maintenance at a desired constant posture is possible. It becomes possible.

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。   In addition, the configuration of each part of the device in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications can be made as long as substantially the same function is exhibited.

１０ 超音波プローブ移動装置
１１ プローブ保持ユニット（表面形状追従機構）
１２ スライド機構
１４ 下部構造体（受動回転機構）
１５ 中間構造体（受動回転機構、受動並進機構）
１６ 上部構造体（受動並進機構）
１９ 先端支持部（受動回転機構）
２０ 湾曲レール（受動回転機構）
２２ ガイド部材
２３ 保持体
２５ 回転ピン（受動回転機構）
３１ 付勢部材
３５ 本体フレーム（接触力維持機構）
３６ 滑車（接触力維持機構）
３７ ワイヤ（接触力維持機構）
３９ カウンターウエイト（接触力維持機構）
４０ 付勢部材（接触力維持機構）
Ｂ 体表面（表面）
Ｃ 接平面
Ｈ 被検査者（検査対象）
Ｐ 超音波プローブ 10 ultrasonic probe moving device 11 probe holding unit (surface shape following mechanism)
12 slide mechanism 14 lower structure (passive rotation mechanism)
15 Intermediate structure (passive rotation mechanism, passive translation mechanism)
16 upper structure (passive translation mechanism)
19 Tip support (passive rotation mechanism)
20 Curved Rail (Passive Rotation Mechanism)
22 Guide member 23 Holding body 25 Rotating pin (passive rotation mechanism)
31 biasing member 35 body frame (contact force maintaining mechanism)
36 Pulley (contact force maintenance mechanism)
37 wire (contact force maintenance mechanism)
39 Counterweight (contact force maintenance mechanism)
40 Biasing member (contact force maintenance mechanism)
B Body surface (surface)
C Contact plane H Examinee (subject to inspection)
P ultrasonic probe

Claims (7)

検査対象の表面に超音波プローブを接触させた状態で、アクチュエータの動力を利用し、前記表面に沿って前記超音波プローブを移動させる超音波プローブ移動装置において、
前記超音波プローブを保持する保持体を含むプローブ保持ユニットと、前記アクチュエータの駆動により、平面視における前記検査対象の縦横方向となる直交２軸方向に、前記プローブ保持ユニットをそれぞれスライド移動させるスライド機構とを備え、
前記プローブ保持ユニットは、前記スライド機構による動力付与のみで、前記表面の形状に関わらず、前記超音波プローブを前記表面に接触させながら当該表面に対して一定の姿勢で移動可能にする表面形状追従機構を備えることを特徴とする超音波プローブ移動装置。 In an ultrasonic probe moving device for moving the ultrasonic probe along the surface by using the power of an actuator in a state where the ultrasonic probe is in contact with the surface to be inspected.
A probe holding unit including a holding body for holding the ultrasonic probe, and a slide mechanism for sliding the probe holding unit in two orthogonal axial directions, which are vertical and horizontal directions of the inspection object in plan view, by driving the actuator. Equipped with
The probe holding unit is capable of moving the ultrasonic probe in a fixed posture relative to the surface while making the ultrasonic probe in contact with the surface regardless of the shape of the surface only by power application by the slide mechanism. An ultrasonic probe moving device comprising a mechanism. 前記プローブ保持ユニットは、重力による前記表面への押圧力をキャンセルして、前記超音波プローブを一定の接触力で前記表面に接触させる接触力維持機構を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ移動装置。   The said probe holding | maintenance unit is equipped with the contact force maintenance mechanism which cancels the pressing force to the said surface by gravity, and makes the said ultrasonic probe contact the said surface by fixed contact force, Ultrasonic probe movement device. 前記表面形状追従機構は、前記表面の形状に追従しながら、前記保持体を前記２軸回りにそれぞれ受動的に回転可能にする受動回転機構を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波プローブ移動装置。   The surface shape following mechanism includes a passive rotation mechanism that allows the holder to passively rotate around the two axes while following the shape of the surface. Ultrasonic probe movement device. 前記受動回転機構は、前記保持体に一体化された円弧状の湾曲レールと、当該湾曲レールをその延出方向にスライド自在に支持する中間構造体とを備え、当該スライドによる前記保持体の揺動により、前記超音波プローブの先端中央を回転中心として、前記２軸のうちの１軸回りに前記超音波プローブを回転可能にすることを特徴とする請求項３記載の超音波プローブ移動装置。   The passive rotation mechanism includes an arc-shaped curved rail integrated with the holder, and an intermediate structure slidably supporting the curved rail in the extension direction, and the swing of the holder by the slide 4. The ultrasonic probe moving apparatus according to claim 3, wherein the ultrasonic probe can be rotated about one of the two axes by rotation, centering on the tip center of the ultrasonic probe. 前記受動回転機構には、前記超音波プローブが傾斜する際に生じるモーメントをキャンセルするように、前記保持体の回転方向に付勢力を付与する付勢部材が設けられていることを特徴とする請求項３記載の超音波プローブ移動装置。   The passive rotation mechanism is provided with a biasing member that applies a biasing force in the rotational direction of the holding body so as to cancel a moment generated when the ultrasonic probe tilts. The ultrasonic probe moving device according to Item 3. 前記表面形状追従機構は、前記表面の形状に追従しながら、前記保持体を前記２軸に直交する１軸方向に受動的に並進可能にする受動並進機構を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波プローブ移動装置。   The surface shape following mechanism includes a passive translation mechanism that enables the holder to be passively translatable in an axial direction orthogonal to the two axes while following the shape of the surface. Or 2 ultrasonic probe movement apparatuses. 前記プローブ保持ユニットには、湾曲面を有する前記表面に当接したときに、当該表面に対する接平面を形成するガイド部材が前記保持体と一体的に設けられ、当該ガイド部材と前記受動回転機構により、前記表面に対する前記超音波プローブを垂直起立姿勢に維持することを特徴とする請求項３記載の超音波プローブ移動装置。   When the probe holding unit abuts on the surface having a curved surface, a guide member forming a tangent plane to the surface is provided integrally with the holding body, and the guide member and the passive rotation mechanism The ultrasonic probe moving apparatus according to claim 3, wherein the ultrasonic probe with respect to the surface is maintained in a vertical standing posture.
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