日本人の約6割が三大生活習慣病である悪性新生物(ガン)，心疾患(心臓病)，脳血管疾患(脳卒中)で 亡くなっている．(右図参照)
　このうち，心疾患，脳血管疾患の主な原因は動脈硬化である．動脈硬化は加齢とともに進行していくが，進行度合は日常生活の習慣や家庭環境，社会環境に影響されるため，動脈硬化症(動脈硬化が原因で起こる病気)が 発症する時期は人によって異なっている．
　この動脈硬化の進行度合を早期に検査し，予防と治療にあたることは心疾患，脳血管疾患を防ぐ上で非常に重要である．
　動脈硬化の診断法には，診断する血管によって異なるが，血管撮影やエックス線CT検査， 超音波断層法，超音波ドプラー法などさまざまな方法がある． その中のひとつで，超音波診断装置を用いて頸動脈の血圧と血流速を測定し，Wave Intensity（以下:WI）とよばれる心臓の収縮力を示す指標を算出することで 動脈硬化の進行度合を診断するWI計測という診断法がある．
　われわれはこの診断法に注目し，現在のWI計測における問題点の解決と 計測を支援する新たなロボットシステムの研究開発を行っている．
　一方，同じく死因の約3割を占めるガンを発見するための方法として，超音波による腹部のスクリーニング が挙げられる．この腹部のスクリーニング診断を補助するためのロボットシステムについても研究開発を行っている． （WTA-2）

　Wave Intensityは心臓から抹消へ向かう前進波と抹消から心臓へ向かう反射波による合成波形である動脈の血圧と 血流速度の波形がどちらの影響が優勢であるカを判別する指標としてPakerとJonesが提案した指標であり， 音波の強度と同じ単位であることからそのように呼ばれるようになったものである． WIはその正負の符号が持つ物理的意味(前進波と反射波の影響の優劣)にのみ注目されてたが， 姫路獨協大学の菅原教授の研究によりWIの大きさが重要な生理学的意味を持つことが明らかになり， 血流力学の新たな指針として注目されている．
　WIは血圧(P)と血流速度(U)の時間微分値の積

大まかな位置合わせ
　(ワンタッチで固定/非固定の切り替え可能，パッシブ)
　 ・アーム
　 ・プローブホルダ
微調整
　(マスタースレーブ方式，アクティブ)
　 ・マニピュレータ（スレーブ）
　 ・コントローラ（マスター）
　 ・モータドライバ

　マニピュレータは，直動型6自由度パラレルリンク機構を有しており，先端にプローブホルダが付属している． パラレルリンク機構のリンク部はスチュワートプラットフォーム型と似ているが， 違う点はリンク部とアクチュエータ部に分かれていることである． このような構成にすることにより，リンクを細くすることが可能となり，リンク同士が干渉しにくくなるので， 可動範囲を広く取れるようできる．
　医療現場での実用化に向けて，マニピュレータを小型化と精度の向上が必要となり， 遺伝的アルゴリズムを使用してのリンク配置の最適化による小型化と， 各部品が有するガタの軽減による精度の向上を実現させた．
　大きさは幅96[mm]×高さ74[mm]，全長384〜443[mm]で，重さは約2.9[kg]となっている．

アクチュエータ

　リニアアクチュエータはDCモータとボールねじから構成されており， ボールねじの送りにより，ボールスプラインを伸縮させている．
　リニアアクチュエータからエンドまでは，アクチュエータ1本当たり，リニアアクチュエータ(1-DOF)， ユニバーサルジョイント1個(2-DOF)，滑り球面軸受け(3-DOF)の計6-DOFから構成されている．
　また，リンクの太さは4[mm]で，ユニバーサルジョイント・滑り球面軸受けの可動角は45[deg]となっている．

　プローブを保持することと，マニピュレータとの間に1自由度のジョイント を設けることを目的とした機構である．ギアと板ばねから構成されており， 2つががかみ合うことで固定することができる． 固定角度は，ギアの歯間の角度10[deg]きざみ， プローブの姿勢をx軸回りに±45[deg]の間で変化させることができる．
　また，プローブをz軸回りに90[deg]回転させるラチェット機構を内蔵しており， 頸動脈の縦断面もスキャンできるようになっている．

WI計測に必要な画像の要件は以下の4点である．

�@頸動脈の長軸断面が画面を横断している．
�A頸動脈の分岐点(頸動脈洞)から20[mm]心臓側に寄った
　位置が画面の中央に表示されている．
�B頸動脈が水平から約5[deg]の傾きをもって表示されている．
�C内膜が明瞭に描出されている．（内膜検出）

アルゴリズム（概要）

�@一定間隔の縦線上を上から下までスキャンし輝度に閾値を適用して低輝度域を抽出する(右図(a))．

�A横方向の連続性を調べ，�@で抽出した低輝度域を連結する(右図(b)).

　内膜の検出は，血管中心を超音波ビームが捕えているかどうかの判定基準とされている． 動脈壁は外側から外膜，中膜，内膜の3層構造をなしており，超音波断層画像中では一般に外膜， 内膜が高輝度（白色），中膜が低輝度（黒色）で描出される． しかし，超音波ビームが血管壁に垂直に当たっていないと描出が不鮮明になり， 一般に外膜しか描出されない．
　このため，内膜が見えていれば，超音波ビームが血管壁に垂直に当たっており， それは血管径が最大となる血管中心を捕らえていると，WI計測ではみなしている． WI計測では血管径の微小な変化を計測するため， 超音波ビームが血管の中心からずれてしまうことは計測の精度に影響する．
　ここでは血管壁周辺の輝度勾配により，内膜の明瞭度を評価するアルゴリズムを開発した．

　プローブの動作を下記のように作成した.

�@皮膚座標取得
　プローブを頸部表皮に向かって下降させつつ，皮膚接触を検出したらストップし， 下記�Aのプローブ姿勢修正ののち，プローブの6軸座標を記憶する．
　次にプローブを上方へ持ち上げ，頸部内側へ並行移動し， 上記動作を繰り返し，皮膚表面座標を4点記憶する．(下左図：皮膚座標取得と頸動脈探索)

�Aプローブ姿勢修正
　画面の左右端の欠けを検出したらプローブを画面欠けがなくなるまで回転させる．
　これらを，皮膚接触検出時，頸動脈探索時にも並行して行うことにより， 常にプローブが皮膚に密着している状態が保たれる．(下中央図：プローブ姿勢修正)

�B頸動脈探索
　�@で取得した4座標を順番にプローブでたどる(下左図：皮膚座標取得と頸動脈探索)ことにより，頸部広域のスキャンを行う． 頸動脈を検出した時点でスキャン動作をストップする．

�D分岐点位置設定
分岐点（頸動脈洞）の確認は操作者が行うこととした．
　PCの画面からマウス操作によって，頸動脈を明瞭に表示させたままプローブを上流側， 下流側に並行移動させることができるようにした．

�E角度調整
　検出した頸動脈壁の水平からの角度と目標角度との差でフィードバックをかけ，プローブのZ軸回転角を調整する．(下左図：角度調整)

�F内膜探索
プローブを微小範囲について，往復させ，内膜明瞭度が最大となる位置にプローブを誘導する．

�Gずれ判定
　内膜スコアの低下を検知して，内膜探索を再度行う． これにより，ずれが発生しても速やかに計測可能画像に復帰する．

プローブ自動位置決めアルゴリズムを実装した実機の動作動画を示す．(下右図：プローブ自動位置決め動作)

　マニピュレータの位置決め精度を光学3次元測定装置（Optotrak）を用いて測定した．
測定内容は，目標可動範囲内の3点において，並進方向・回転方向に規定値往復させた際の 往復誤差を測定した．
　並進方向に移動させた際に発生した並進・回転方向最大誤差の3点の平均と， 回転方向について同様に計算したものを右図に示す．
　NewはWTA-2R，Oldは参考として旧型機の測定結果を示した．

　操作性評価試験として，超音波診断技師5名に，本ロボット（WTA-2R）と旧型機（WTA-2）を用いて 頸動脈の検出を行っていただき，それに要する時間の測定と，操作性等についてのアンケートによる評価を行った．
頸動脈の検出操作としては，
　(1)アームとプローブホルダを用いた大まかな位置合わせ
　(2)マニピュレータを用いた微調整
とした．
　結果は，下記の�@)�A)のようになった．