JP2015016300A - 生検支援装置及び生検支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波ガイド下で、穿刺針周辺の組織を光学顕微鏡レベルの分解能で観察しながら生検を支援する生検支援システムを提供する。
【解決手段】 生体に接触させた超音波プローブからの信号に基いて、超音波画像を生成する超音波装置と、前記生体内に穿刺された生検プローブからの信号に基いて、光画像を生成する光撮影装置と、前記超音波装置と前記光撮影装置とを制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記超音波画像における特徴部とそれに対応する前記光画像の特徴部とを位置合わせすることにより、前記生検プローブと前記ターゲットとの位置関係を計算し、前記位置関係に基いて、前記生検プローブの穿刺状態を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、穿刺による生検を支援するための生検支援装置及び生検支援方法に関する。

乳癌の検査には、乳房Ｘ線装置（マンモグラフィー）や超音波装置が用いられる。病変が発見された場合の良悪性の判断は、生検による病理診断で決定される。超音波ガイド下の生検は、画像の分解能が悪く、穿刺針に所望の組織が入っていることの確認ができない。そのため、生検回数を多くするか、一回あたりの採取組織を多めにするなどで成功率を上げている。特許文献１には、超音波ガイド下において簡単な操作でターゲットに穿刺針を自動的に到達させる穿刺支援システムが開示されている。このシステムでは、超音波プローブの位置及び姿勢に、この時のプローブから得られた超音波画像を対応させることにより、対象組織内のターゲットの３次元位置を求め、その位置に到達するように穿刺針を制御する。

特許文献２では、光干渉断層装置（以下、ＯＣＴ装置）を用いた内視鏡が開示されている。ＯＣＴ装置で生体組織を確認したのちに、生検鉗子で組織を切り取ることができる。但し、消化器などの管腔に挿入する内視鏡は、直径が１０ｍｍ前後であるため、生検鉗子ポート、ＯＣＴ観察ポート、通常観察ポートなど複数のポートを離して配置することができる。一方、穿刺細胞診では、針の外径１ｍｍ以下、コアニードル生検で針の外径１−２ｍｍ程度で、消化器分野に用いられる内視鏡より細い。乳房の生検においては、できるだけ外径を小さくして浸襲度を下げ、生検の回数も必要最小限で、成功率を上げる穿刺針が望まれている。

マンモグラフィーでは、微小石灰化に代表される微細な病変が発見できる。しかしながら、マンモグラフィーは放射線による被ばくがあるため頻繁に用いることはできない。一方、微小石灰化は、超音波装置やＭＲ装置での観察が難しいため、これらのモダリティー下での穿刺は行われていない。特許文献３には、圧迫板により乳房を固定した状態で、Ｘ線装置によりＸ線撮影して病巣位置を特定し、ＭＲ装置又は治療装置により病巣を治療する乳房撮影治療装置が開示されている。

特開２０１２−０３５０１０ 特開２００２−２６３０５５ 特開２００６−２８０４４４

しかし、超音波画像の分解能は十分ではなく、又、穿刺中に乳房が変形する場合もあるため、設定したターゲットを正確に穿刺できたかを確認し難い。また、設定したターゲットそのものが正しかったかどうか判断できないという問題もある。そのため、生検の成功率を上げることは、採取する回数の増加や、一回あたりの採取量の増加につながり、被険者にとっては負担となる。

穿刺針周辺の組織を顕微鏡に近いレベルで観察し、病変の存在を確実に確認できることができれば、超音波装置の不得意とするところをカバーできる。本発明の目的は、超音波ガイド下で、穿刺針周辺の組織を光学顕微鏡レベルの分解能で観察しながら生検を支援する生検支援装置を提供することにある。

また、マンモグラフィーにより微小石灰化の病変が発見され、インフォームドコンセントを行った後、日を改めて生検を行うような場合は、従来の生検支援装置では、病変の位置を特定することが難しい。検査時と生検時とで乳房の形状を物理的に同じにするのではなく、既存のマンモグラフィーの画像データに基いて、穿刺時における病変の位置を特定できることが望ましい。

本発明の目的は、以下の生検支援システムを提供することにある。過去に行われたマンモグラフィー等の生体外側から取得した画像データを用いて、病変に穿刺針を誘導し、生体内側からの光学的撮影により、病変に近い組織の画像を取得することによって穿刺位置を特定する。

本発明は、生体内の超音波画像と光画像とを取得して、前記超音波画像と前記光画像とに基いて、前記生体内のターゲットに穿刺するための生検支援装置であって、生体に接触させた超音波プローブからの信号に基いて、前記超音波画像を生成する超音波装置と、前記生体内に穿刺された生検プローブからの信号に基いて、前記光画像を生成する光撮影装置と、前記超音波装置と前記光撮影装置とを制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記生検プローブの進行方向を、前記超音波プローブの走査により超音波が照射される面内に設定し、
前記超音波画像における特徴部とそれに対応する前記光画像の特徴部とを位置合わせすることにより、前記生検プローブと前記ターゲットとの位置関係を計算し、前記位置関係に基いて、前記生検プローブの穿刺状態を制御することを特徴とする。

また、本発明は、生体組織の一部を採取するための生検支援装置であって、生体組織の光画像を得るための光学素子と出射窓とが配置された探索針と、採取した生体組織の一部を格納する格納部を備え、前記探索針をガイドとしてスライド可能な穿刺針とを有し、前記出射窓が前記格納部に対して突出した位置にある第１の状態と、前記出射窓が前記格納部に沿った位置にある第２の状態とで、それぞれ光画像を得ることを特徴とする。

さらに、本発明は、被検体内のターゲットに穿刺するための生検支援装置であって、
前記被検体内に生検プローブを穿刺することで、前記被検体内の光画像を生成する光撮影装置と、前記光撮影装置と前記生検プローブの穿刺状態とを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、予め、３次元画像撮影装置により撮影された前記被検体の３次元撮影画像のデータを取得し、前記３次元撮影画像のデータに基いて、前記生検プローブの侵入経路を決定することを特徴とする。

超音波画像とＯＣＴ画像との位置合わせをすることによって、穿刺針の位置を確認し目標に到達させることができる。さらに、探索針によってＯＣＴ画像を得て、穿刺針周辺の所望の組織の観察を光学顕微鏡レベルで行うことができる。

また、採取される組織の状態をＯＣＴ撮影で確認でき、探索針をガイドにして穿刺針の位置を調整できため、不要な生検を減らし、生検の成功率を向上させることができる。

さらに、過去に取得したマンモグラフィーの画像データに基いて、穿刺針を病変近傍へ誘導し、ＯＣＴ装置により針先近傍の組織を確認して穿刺できる。そのため、超音波装置では検出できないような微小石灰化などの病変に対しても、超音波装置ガイド下での生検を可能とする。

実施形態１に係る生検支援装置のブロック図 実施形態１に係る生検プローブを説明するための模式図 実施形態１に係る生検支援方法を説明するためのフローチャート 実施形態１に係る乳房、超音波プローブ、穿刺針の関係を説明するための模式図 実施形態１に係る超音波画像、ＯＣＴ画像の関係を説明するための模式図 実施形態１に係る組織切除の様子を説明するための模式図 実施形態２に係る生検プローブを説明するための模式図 実施形態２に係るＯＣＴ画像について説明するための説明図 実施形態３に係る生検支援方法を説明するためのフローチャート 実施形態３に係る乳房、超音波プローブ、穿刺針の関係を説明するための模式図 実施形態３に係る超音波画像、Ｘ線画像、ＯＣＴ画像の関係を説明するための模式図 実施形態３に係る組織切除の様子を説明するための模式図

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、乳房用の生検支援装置の概略ブロック図である。

生検支援装置１００は、ロボットシステムを用いて、超音波プローブ１１０及び生検プローブ１０８を制御することにより、生検の精度を上げるものである。固定台１０７には、乳房検査台１１１、超音波プローブ用アーム１０９、生検プローブ用アーム１１２が配置されている。超音波プローブ用アーム１０９は、超音波プローブ１１０の位置を制御し、生検プローブ用アーム１１２は、生検プローブ１０８の動作を制御する。ＯＣＴ装置１０２（光撮影装置に相当）は、生検プローブ１０８からの信号に基いて光干渉断層画像（ＯＣＴ画像）（光画像に相当）を生成する。用いる光の波長としては、生体内（被検体内）に侵入しやすい１．３μｍの中心波長である。深さ分解能は１０μｍ程度のものを使用する。侵入深さは組織にもよるが３ｍｍ以内である。超音波装置１０４は、生体（被検体）に接触された超音波プローブ１１０からの信号に基いて、超音波画像を生成する。用いる超音波は、７−１５ＭＨｚの周波数で、２５６ｃｈからなるリニア型のプローブを用いている。超音波の波長は１０ＭＨｚの周波数で水中を通ったとすると１５０μｍ程度になる。そのため距離分解能は波数が２で１５０μｍ、５で４００μｍ、１０で７５０μｍ程度である。組織採取装置１０３は、生検プローブ１０８で採取した生体組織を保持する。制御装置１０１は、ＯＣＴ装置１０２、組織採取装置１０３、超音波装置１０４を、それぞれ連携制御する。

乳房１１３は、検査台１１１に置かれ、超音波プローブ１１０によって乳房の超音波画像を得ることができる。超音波プローブ１１０や生検プローブ１０８の初期位置は、術者によって手動で大まかに決めるが、その後は表示器１０６を見ながら、術者がコンソール１０５で操作する。コンソール１０５には、ジョイスティックコントローラー、押しボタンスイッチ、フットペダルなどが含まれる。

図２は、乳房を対象とした生検プローブの構造を示した図であり、（ａ）全体図、（ｂ）穿刺針上面図及びＡＡ’断面で投影した図、（ｃ）穿刺針側面図及びＢＢ’断面で投影した図、（ｄ）探索針断面図となっている。生検プローブ本体２０１から穿刺針２０２が出て、穿刺針２０２から探索針２０３が出る構造となっている。術者は、生検プローブ本体を手に持って様々なボタンを操作しながら、組織の一部を採取する。場合によって、フットペダルなどを用いて操作する。

穿刺針２０２は、生体組織を格納する格納部２０４を有している。格納部２０４に入った生体組織は、外筒カッター（切取り部）２０７を格納部２０４に移動させることによって、生体から切り離される。穿刺針２０２の外径は例えば１．２ｍｍ〜４ｍｍ程度である。

探索針２０３は、３６０度回転可能で、穿刺針先端２０６より長手方向にスライド可能である。探索針２０３は、円筒形の金属チューブ２１３を有し、金属チューブ２１３の内部に、光ファイバー２０９、レンズ２１０、ミラー２１１等の光学素子が配置されている。レーザー光は、光学素子を通り出射窓２０８より探索針２０３の外へ出る。金属チューブ２１３の外径は、０．４〜１ｍｍである。探索針２０３は、光画像を形成するための信号をＯＣＴ装置１０２に出力する。なお、穿刺針２０２は、探索針２０３とともにディスポーザブルで、使用毎に交換される。

次に、制御装置１０１により制御される穿刺プロセスを、図３のフローチャートで説明する。また、図４に、乳房１１３、超音波プローブ１１０、探索針２０３の関係を示す。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は側面図である。ここでは、ｘｙ平面に平行に超音波プローブのリニアアレイが配置されているものとする。さらに、超音波画像、ＯＣＴ画像の関係を図５に示す。図５（ａ）は超音波画像、図５（ｂ）はＯＣＴ画像のボリュームデータである。

Ａ１ステップで、穿刺を開始する。必要に応じて乳房１１３に消毒や麻酔が施されている。測定の姿勢は立位とするが、椅子やベッドを用い、座位、仰臥位の姿勢であってもよい。図４に示すように、乳房１１３は、圧迫板４０１と乳房検査台１１１によって挟まれている。乳房１１３には、音響インピーダンスマッチングをとるためのジェル４０２が塗られている。

Ａ２ステップで、広域の３次元の超音波画像を取得する。図４に示すように、超音波プローブ１１０は一次元のリニア電子走査ができ、ｘｙ平面に平行な一次元の機械走査と組み合わすことによって３次元の超音波画像を得ることができる。ドップラー撮影を行うことによって、３次元の血管構造のマッピングを行ってもよい。さらに、エラストグラフィー法などを用いた測定で組織の弾性マッピングを行ってもよい。これらを併用すると、位置合わせの時の情報が増える。

Ａ３ステップで、探索針２０３の侵入経路を設定する。Ａ２ステップで取得した３次元超音波画像によって、ターゲット４０３の位置を確認する。ターゲット４０３の位置及び探索針２０３の侵入経路が決定したら、超音波プローブ１１０の走査方向と生検プローブ１０８の進行方向とが略同一平面に入るように超音波プローブ１１０の角度を変え、固定する。即ち、生検プローブ１０８の進行方向を、超音波プローブ１１０の走査により超音波が照射される面内に設定する。このような操作により、図５（ａ）に示すように、超音波画像で、探索針２０３の侵入の様子をリアルタイムで観察することができる。なお超音波プローブ１１０を探索針２０３と直角方向に小振幅で振動させ、針先端が超音波プローブ１１０から外れた方向が分かるようにモニターしてもよい。

Ａ４ステップで、探索針２０３を、乳房１１３に侵入させる。Ａ３ステップで決定した経路に従って、穿刺針２０２から探索針２０３を出し、組織に挿入させながらＯＣＴ撮影を行う。探索針２０３は長手方向に対して直角に回転させるため、侵入するにつれて円柱状に３次元ＯＣＴ画像を得ることができる。直進は回転とは独立に制御し、１秒あたり１ｍｍ進める、場合によって０．５ｍｍ、２ｍｍなどに変更する。回転は、１ｍｍで１０回転、場合によっては１００回転させて画像を取得する。直進と回転の制御としては、１ｍｍに１０回転の場合１００μｍ進むごと、１００回転の場合連続的になどと適宜選択する。ターゲット近傍に近づくにつれ細かく撮影することが望ましい。超音波画像は、４００μｍ程度の分解能を用いたとして、１００μｍ毎のＯＣＴ画像取得で位置合わせを行う。

Ａ５ステップで、制御装置１０１は、超音波画像とＯＣＴ画像とを取得する。超音波画像は１秒間に１０フレームのリニアアレイからの超音波画像を得る。超音波画像の画素数は、４００×６００画素である。ＯＣＴ画像は、回転方向に５００ライン、深さ方向に５００ピクセルで、穿刺針２０２の外周５０６と探索針２０３の外径の間に生体組織５０５がある。針の侵入に伴って、体表側５０３から体内５０４へと進み、円柱状のボリュームデータが大きくなる。生体組織５０５としては、乳管、間質組織、小葉、血管、病変などである。探索針２０３によって得たＯＣＴ画像から所望の領域を特定したのちに、組織を格納部に収めるように探索針２０３の挿入角度および停止位置を決める。

Ａ６ステップで、制御装置１０１は、超音波画像とＯＣＴ画像とを融合する。図５（ａ）のように超音波画像は、ターゲット４０３と探索針２０３の位置関係をモニターしている。ＯＣＴ装置のボリュームデータの中から、超音波画像内のＯＣＴ画像５０１、それと直角なＯＣＴ画像５０２を抜き出す。長手方向のＯＣＴ画像が１０μｍまたは１００μｍ刻みで撮影されている。そして、探索針２０３の侵入深さ及び超音波画像におけるＯＣＴ画像の特徴部の位置を融合させる。探索針２０３の侵入深さのデータと、超音波画像における特徴部とそれに対応するＯＣＴ画像の特徴部とを位置合わせすることにより、生検プローブ１０８とターゲット４０３との位置関係を計算する。特徴部は、血管又は乳管の分岐点、病変と正常組織４０４との境界、異なる組織間の境界などである。

Ａ７ステップで、探索針２０３の穿刺状態を制御する。Ａ６ステップで得た超音波画像とＯＣＴ画像の関係から、Ａ２ステップで得た３次元超音波画像とＯＣＴ画像の関係が割り出される。そこで、生検プローブ１０８とターゲット４０３との位置関係に基いて、生検プローブ１０８の侵入角度および次のステップまでの侵入距離を決める。探索針２０３の侵入とともに乳房が変形するため経路に誤差が発生する。そのため、逐次経路を更新しながら探索針２０３を侵入させる必要がある。

Ａ８ステップで、探索針２０３がターゲット４０３に到達したかどうかを判断する。判断の基準は、超音波画像により、探索針２０３が所望の位置まで侵入したかを判断する。ターゲットに到達したと判断した場合は、Ａ９のステップに進む。ターゲットに到達していない場合は、Ａ４ステップに戻る。ただし、ＯＣＴ画像によって所望の組織が含まれる経路を通ってきたかを判定できる。特別なケースとして、超音波画像でターゲットに到達したと判断した場合で、所望の組織が含まれていない場合もありうる。この場合は、その内容を表示し、Ａ４に戻らず測定を中止し、術者の判断を待つ。術者が中止と判断した場合は、探索針を引き抜く。

Ａ９ステップで、穿刺位置を設定する。穿刺位置は超音波画像でターゲットに設定したところをＯＣＴ画像によって拡大して確認する。ＯＣＴ装置１０２は、屈折率の変化を画像化する。また、分解能は１０μｍ程度であり、光学顕微鏡画像に近いものが得られる。そのため、微細な石灰化組織で周辺組織の屈折率が異なるものは画像に表示される。

ここで、図６に病変６０２の辺縁部の組織を採取する場合の模式図を示す。図６（ａ）は、探索針２０３が穿刺針２０２の中から突出し、探索針２０３の上に病変６０２が位置する状態を示している。このとき、病変６０２の中に設定しても良い。なお、表示器１０６には、現在撮影中の光断層画像に加えて、穿刺針２０２の挿入前の光断層画像を合わせて表示してもよい。

Ａ１０ステップで、組織採取を行う。図６（ｂ）は、格納部２０４の挿入位置である。探索針２０３をガイドにして穿刺針２０２をスライドさせる。探索針２０３をガイドにしているため、穿刺針２０２が観察した位置から大きく外れることはない。この状態において、格納部２０４に沿った位置に、その先端が来るように探索針２０３を移動させる。図６（ｃ）は、探索針２０３によって病変６０２をＯＣＴ撮影している様子である。所望の組織が格納部２０４に格納されていれば、図６（ｄ）のように、外筒カッター２０７で生体組織を切除する。なお、組織を切除した後に、格納部内の組織をＯＣＴ撮影で観察してもよい。病理診断の時のマーキングなどに活用することができる。また、同じ軌道内で別の個所の生検を行いたければ、探索針２０３を残したまま、穿刺針２０２を抜く。さらに、格納部２０４から組織を採取した後、再度穿刺針２０２を挿入してもよい。

Ａ１１ステップで、穿刺を終了する。穿刺針２０２を生体より抜き取る。生検を終了する場合は止血等の必要な処理を行う。

このように、超音波画像とＯＣＴ画像を比較しながら、生検プローブ１０８の穿刺状態を逐次制御することで、ターゲットに迅速にアプローチすることができる。そして、ＯＣＴ画像によりターゲットに所望の組織があるかどうかを確認することができる。このように超音波画像で不得意とする領域を補間することで、生検の精度を向上することができる。

本実施形態では、ＯＣＴ画像を用いたが、生体内側からその他の光画像を取得する装置として、光散乱、蛍光画像、ラマン画像、赤外画像などであってもよい。当然、造影剤と併用することによってより良い画像が得られる場合は、造影剤を用いる。また、生体内において探索針から光を発し、生体外の超音波プローブで光音響信号を取得する方法にて光画像を得てもよい。当然、これらの光画像は複数枚の画像を組合せて用いてもよい。

さらに、生体内において探索針から観察時と異なる光を発し、癌細胞に代表されるような生体組織を焼く治療を行ってもよい。

また、穿刺針による乳房の変形をシミュレーションしながら挿入を行ってもよい。なお、光画像で十分な診断ができるようになれば、組織採取機構は必須ではなくなる。

［実施形態２］
図７に穿刺針の別の例を示す。図７（ａ）は、内側カッター７０１がある場合である。組織切除部が内側にあることで、外側にある時と比べて生体組織との摩擦がなくなり、組織切除部の移動がスムーズになる。図７（ｂ）は、穿刺針２０２の格納部２０４の底面に、空気穴７０２がある場合である。空気穴７０２により、空気圧の制御を行い、格納部２０４に対する生体組織の出し入れをスムーズにすることができる。組織の密着が悪い場合に減圧すれば生体組織が吸着する。逆に、所望の組織でないことがわかり格納部２０４から生体組織を出したい場合に、加圧すれば生体組織が外に押し出される。図７（ｃ）は、格納部２０４の大きさを可変にする場合である。調整機構７０３によって切り取る生体組織の大きさに合わせることで、必要最小限の切り出しが可能となる。図７（ｄ）は、レーザー光を探索針の先端より遠くに出射するために４５度より鋭角にミラーをつけた構成である。探索針の先端より先の観察が可能となり、侵入経路を変更する制御に適している。

ここで、探索針２０３によるＯＣＴ撮影の詳細な様子を図８に示す。図８（ａ）は、探索針２０３の一回転で撮影されたＯＣＴ画像の模式図である。ＯＣＴ画像の波長としては、生体内に侵入しやすい１．３μｍの中心波長とする。光の侵入深さは組織にもよるが３ｍｍ以内である。一枚のＯＣＴ画像は、回転方向に５００ライン、深さ方向に５００ピクセルで構成される。１ｍｍあたり、１００回転の場合には、１０μｍのピッチで長手方向の画像を得る。画像データは、探索針２０３の外径８０１と最外周８０２の間の体内組織８０３に対応する。体内組織８０３としては、乳管、間質組織、小葉、血管、病変などの組織がある。

図８（ｂ）は、進行方向に撮影したボリュームデータである。体表側８０５から体内側８０６へと円筒状にＯＣＴ撮影をしながら侵入している場合である。図８（ｃ）は、ボリュームデータのうち探索針の長手方向と平行なＯＣＴ画像８０４である。縦横の画素数は４００×６００であり、縦方向は固定で一画素あたり１０μｍの分解能であり４ｍｍのエリアを表示できる。一方、横方向は一画素あたり１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍのように変更できて、それぞれ、６ｍｍ、１２ｍｍ、３０ｍｍ、６０ｍｍのエリアを表示できる。侵入距離の経路を見たい場合には粗めの分解能を選択し、針先端の組織の状況を確認したい場合には最小の分解能にする。組織の画像とともに、探索針自体に係るその外径８０１の画像も得ることができるので、採取される組織の状態を画像として確認しやすい。

探索針２０３がターゲット（病変）４０３に入ったことを超音波画像で確認すれば、探索針２０３の直線運動を止める。図８（ｄ）は、切除位置８０７での観察範囲８０８を示したものである。探索針２０３によって取得したＯＣＴ画像を確認し、切除位置８０７を設定する。これらが設定できれば、探索針２０３をガイドにして穿刺針２０２を挿入する。

［実施形態３］
制御装置１０１により制御される穿刺プロセスを、図９のフローチャートで説明する。また、説明をわかりやすくするため、図１０に、乳房１１３、超音波プローブ１１０、探索針２０３の関係を示す。図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は側面図である。ここでは、ｘｙ平面に平行に超音波プローブのリニアアレイが配置されているものとする。さらに、光渉断層画像、超音波画像、マンモグラフィー画像の関係を図１１の模式図に示す。図１１（ａ）は、ＯＣＴ画像のボリュームデータ、図１１（ｂ）は、超音波画像、図１１（ｃ）は、マンモグラフィー画像である。各ステップへの移行は、術者の操作により行われる。

Ｂ１ステップで、穿刺を開始する。必要に応じて乳房の消毒や麻酔が施されている。測定の姿勢は立位とするが、椅子やベッドを用い、座位、仰臥位のようにその他の姿勢であってもよい。乳房１１３は、圧迫板４０１と乳房検査台１１１とによって挟まれている。乳房１１３には、音響インピーダンスマッチングをとるためのジェル４０２が塗られている。

Ｂ２ステップで、侵入経路を選択する。まず、超音波プローブ１１０により３次元の超音波画像を取得する。超音波装置１０４は、ｘ方向に電子走査を行い、ｙ方向に機械的走査を行う。同時にドップラー撮影を行うことによって、３次元の血管構造のマッピングを行ってもよい。エラストグラフィー法などを用いた測定で組織の弾性マッピングを行ってもよい。これらを併用すると、位置合わせの時の情報が増える。次に、ここで得られた３次元の超音波画像と、あらかじめ取得しておいたマンモグラフィー画像とを比較してマッチングさせる。マンモグラフィーは、３次元撮影画像を得られるトモシンセシス等のデジタルマンモグラフィーが望ましい。画像のマッチングは、画像の特徴部（乳管、間質組織、小葉、血管、微小石灰化以外の大きな病変）を、それぞれの画像から検出し、それらの位置が一致するように、それぞれの画像を処理し、合成することにより実行される。マンモグラフィーで特定された病変４０３を超音波画像上に重ね合わせ、仮想病変９０７として表示する。仮想病変９０７の位置に応じて選択された侵入経路に基いて、穿刺針２０２の配置が決定される。超音波プローブ１１０は、穿刺針２０２と病変４０３とが同一面内に入る位置に固定される。

Ｂ３ステップで、探索針２０３を乳房１１３に挿入し、穿刺状態を制御する。穿刺針２０２から探索針２０３を出し、組織に挿入させながらＯＣＴ撮影を行う。探索針２０３は長手方向に対して直角に回転させるため、侵入するにつれて円柱状に３次元ＯＣＴ画像を得ることができる。直進は回転とは独立に制御し、１秒あたり１ｍｍ進める、場合によって０．５ｍｍ、２ｍｍなどに変更する。回転は、１ｍｍで１０回転、場合によっては１００回転させて画像を取得する。直進と回転の制御としては、１ｍｍに１０回転の場合１００μｍ進むごと、１００回転の場合連続的などと適宜選択する。穿刺のターゲットとなる病変４０３の近傍に近づくにつれ細かく撮影することが望ましい。超音波画像は、４００μｍ程度の分解能を用いたとして、１００μｍ毎のＯＣＴ画像取得で位置合わせを行う。

Ｂ４ステップで、ＯＣＴ画像と超音波画像とを比較する。まず、ＯＣＴ画像は、回転方向に５００ライン、深さ方向に５００ピクセルで、外周９０６と探索針２０３の外径の間に体内組織９０５がある。体内組織９０５としては、乳管、間質組織、小葉、血管、病変などである。図１１（ａ）のように、探索針２０３の侵入に伴って、体表側９０３から体内９０４へと進み、円柱状のボリュームデータが生成される。このボリュームデータの中から、超音波画像内のＯＣＴ画像９０１、それと直角なＯＣＴ画像９０２を抜き出す。ここで、長手方向のＯＣＴ画像は、１０μｍ又は１００μｍ刻みで撮影されている。

超音波画像は、フレームレートが、毎秒１０フレーム、画素数が、４００×６００である。そして、図１１（ｂ）のように探索針２０３の侵入をモニターしている。ＯＣＴ画像と超音波画像のデータの比較及び探索針２０３の移動距離を元に、超音波画像とそれに対応するＯＣＴ画像とを重ね合わせる。ＯＣＴ画像と超音波画像のデータの比較は、それぞれの画像の中の特徴部となる体内組織９０５を比較する。さらに、超音波画像における探索針２０３の位置からマンモグラフィー画像における探索針２０３の位置を推定する。図１１（ｃ）は、マンモグラフィー画像で、推定した探索針２０３が含まれる平面画像９０１を重ね合わせたものである。術者は、病変４０３と探索針２０３の先端位置を確認する。

Ｂ５ステップで、病変４０３に到達できる範囲に入っているか確認を行う。Ｂ４ステップで得た、マンモグラフィー画像における探索針２０３の位置を元に、探索針２０３をこのまま侵入させた場合の到達点を予測する。探索針２０３が、病変４０３に到達しない場合にはＢ６ステップに進み、病変４０３に到達する場合はＢ７ステップに進む。

Ｂ６ステップで、探索針２０３及び超音波プローブ１１０の方向制御をする。探索針２０３の方向制御は、生検プローブ用アーム１１２による生検プローブ１０８の方向制御によって行われる。もし、探索針２０３の挿入に伴い乳房が変形し、病変４０３と探索針２０３とが超音波画像から外れる場合には、超音波プローブ用アーム１０９を用いて超音波プローブ１１０の制御もあわせて行う。超音波画像から外れるかどうかは、前述したＯＣＴ画像９０１と直角なＯＣＴ画像９０２と３次元超音波画像の対応する部分との比較で行う。これらの方向制御を行うとＢ７ステップに進む。

Ｂ７ステップで、探索針２０３が病変４０３に到達したかどうかを判断する。判断の基準は、超音波画像により、探索針２０３が所望の位置まで侵入したかを判断する。病変４０３に到達したと判断した場合は、Ｂ８のステップに進む。病変４０３に到達していない場合は、Ｂ３ステップに戻る。また、ＯＣＴ画像によって、所望の組織が含まれる経路を通ってきたかを判定できる。特別なケースとして、超音波画像で病変４０３に到達したと判断した場合で、所望の組織が含まれていない場合もありうる。この場合は、その内容を表示し、Ｂ３に戻らず測定を中止し、術者の判断を待つ。

Ｂ８ステップで、穿刺位置を設定する。穿刺位置は、探索針２０３の先端と病変近傍（ターゲット近傍）の組織とを同一画面内に表示させたＯＣＴ画像によって、術者が確認する。ＯＣＴ装置１０２は、屈折率の変化を画像化する。また、分解能は１０μｍ程度であり、光学顕微鏡画像に近いものが得られる。そのため、微細な石灰化組織で周辺組織の屈折率が異なるものは画像に表示される。

Ｂ９ステップで、組織採取を行う。図１２は、組織採取の様子を示す模式図である。図１２（ａ）は、探索針２０３と生体６０１の病変４０３の位置関係を示している。ここでは石灰化病変を採取することを目的としている。病変４０３が格納部２０４に格納されるように探索針２０３の位置を設定する。図１２（ｂ）に示されるように、探索針２０３をガイドにして穿刺針２０２を挿入する。探索針２０３をガイドにしているため、穿刺針２０２が設定された位置から大きく外れることはない。この状態において、格納部２０４の探索針２０３に対する位置及び角度を決定する。図１２（ｃ）は、探索針２０３によって病変４０３のＯＣＴ画像を取得している状態である。なお、表示器１０６には、現在撮影中の光断層画像に加えて、穿刺針２０２の挿入前のＯＣＴ画像を合わせて表示してもよい。格納部２０４の位置が適正であることを確認して、外筒カッター２０７で組織を切除する。図１２（ｄ）は、組織切除の状態を示している。格納部２０４に切除した組織を格納した後、外筒カッター内でＯＣＴ撮影をしてもよい。病理診断の時のマーキングなどに活用することができる。また、同じ軌道内で別の個所の生検を行いたければ、探索針２０３を残したまま、穿刺針２０２を抜く。さらに、格納部２０４から組織を採取した後、再度穿刺針２０２を挿入してもよい。

Ｂ１０ステップで、穿刺針２０２を乳房１１３から抜き取り、穿刺を終了する。組織を採取した後、生検を終了する場合は止血等の必要な処理を行う。

このように、超音波画像では検出できない病変４０３も、マンモグラフィー画像と超音波画像の位置合わせにより、超音波画像内で病変４０３の位置を設定することができる。そして、超音波画像とＯＣＴ画像を比較しながら挿入することで、病変４０３に効率的にアプローチすることができる。さらに、ＯＣＴ画像により病変４０３位置に所望の組織があるかどうかを確認することができる。

本実施形態では、光画像撮影装置として、ＯＣＴ画像を用いたが、その他の光画像として、光散乱、蛍光画像、ラマン画像、赤外画像などを用いてもよい。また、造影剤と併用することによって、より正確な画像を得られる場合は、造影剤を用いる。これらの光画像は複数用いてもよい。なお、生体外側から画像を取得する３次元画像撮影装置として、マンモグラフィーだけでなく、Ｘ線ＣＴ装置、核磁気共鳴装置、陽電子断層撮影装置などでも良い。超音波画像そのものであってもよい。それぞれのモダリティーにて検出できる病変を超音波装置ガイド下で穿刺できる。

逆に、本実施形態では、超音波画像装置を用いたが、光画像に十分な深達度があり、光画像と３次元画像の対比が容易にできれば、超音波画像装置は必須ではない。また、穿刺針による乳房の変形をシミュレーションしながら挿入を行ってもよい。なお、光画像で十分な診断ができるようになれば、組織採取機構は必須でなくなる。さらに、生体内において探索針から光を発し、周辺の超音波プローブで光音響信号を取得することによって光画像を得てもよい。また、探索針からより観察時と異なる光を発し、癌細胞に代表されるような生体組織を焼く治療を行ってもよい。

上記した各実施形態では、乳房を例にとったが、肝臓、前立腺など他の臓器であってもよい。

１１０ 超音波プローブ
１０４ 超音波装置
１０８ 生検プローブ
１０２ 光撮影装置、
１０１ 制御装置
４０３ ターゲット
６０１ 生体組織
２０８ 出射窓
２０３ 探索針
２０４ 格納部
２０２ 穿刺針
１１３ 被検体

Claims (18)

1. 生体内の超音波画像と光画像とを取得して、前記超音波画像と前記光画像とに基いて、前記生体内のターゲットに穿刺するための生検支援装置であって、
   生体に接触させた超音波プローブからの信号に基いて、前記超音波画像を生成する超音波装置と、
   前記生体内に穿刺された生検プローブからの信号に基いて、前記光画像を生成する光撮影装置と、
   前記超音波装置と前記光撮影装置とを制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、
   前記生検プローブの進行方向を、前記超音波プローブの走査により超音波が照射される面内に設定し、
   前記超音波画像における特徴部とそれに対応する前記光画像の特徴部とを位置合わせすることにより、前記生検プローブと前記ターゲットとの位置関係を計算し、
   前記位置関係に基いて、前記生検プローブの穿刺状態を制御することを特徴とする生検支援装置。
2. 前記特徴部は、血管又は乳管の分岐点、病変と正常組織の境界、異なる組織間の境界である請求項１記載の生検支援装置。
3. 前記生検プローブの動作を制御する生検プローブ用アームを有することを特徴とする請求項１記載の生検支援装置。
4. 生体組織の一部を採取するための生検支援装置であって、
   生体組織の光画像を得るための光学素子と出射窓とが配置された探索針と、
   採取した生体組織の一部を格納する格納部を備え、前記探索針をガイドとしてスライド可能な穿刺針とを有し、
   前記出射窓が前記格納部に対して突出した位置にある第１の状態と、前記出射窓が前記格納部に沿った位置にある第２の状態とで、それぞれ光画像を得ることを特徴とする生検支援装置。
5. 前記第２の状態における光画像は、生体組織の画像とともに前記探索針自体に係る画像も得られることを特徴とする請求項４記載の生検支援装置。
6. 前記格納部の空気圧を制御できることを特徴とする請求項４に記載の生検支援装置。
7. 前記光画像が、ＯＣＴ画像であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載の生検支援装置。
8. 被検体内のターゲットに穿刺するための生検支援装置であって、
   前記被検体内に生検プローブを穿刺することで、前記被検体内の光画像を生成する光撮影装置と、
   前記光撮影装置と前記生検プローブの穿刺状態とを制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、
   予め、３次元画像撮影装置により撮影された前記被検体の３次元撮影画像のデータを取得し、
   前記３次元撮影画像のデータに基いて、前記生検プローブの侵入経路を決定することを特徴とする生検支援装置。
9. 前記被検体内に侵入した生検プローブと、前記ターゲット近傍の組織とを、前記光画像の同一画面内に表示させることを特徴とする請求項８記載の生検支援装置。
10. 前記被検体に超音波プローブを接触させることにより、超音波画像を生成する超音波装置をさらに有し、
    前記制御装置は、
    前記３次元撮影画像のデータを用いて、前記超音波画像内に前記ターゲットを表示させる請求項８記載の生検支援装置。
11. 前記制御装置は、前記３次元撮影画像と前記超音波画像の特徴部を検出し、前記特徴部の位置合わせにより、前記超音波画像内に前記ターゲットを表示させる請求項１０記載の生検支援装置。
12. 前記３次元画像撮影装置がマンモグラフィー装置である請求項８〜１１の何れか１項に記載の生検支援装置。
13. 前記光撮影装置がＯＣＴ装置である請求項８〜１２の何れか１項に記載の生検支援装置。
14. 前記生検プローブは、
    前記光画像を生成するための信号を出力する探索針と、
    採取した前記ターゲットの生体組織を格納する格納部を備え、前記探索針をガイドとしてスライド可能な穿刺針とからなることを特徴とする請求項１又は８に記載の生検支援装置。
15. 前記穿刺針は、前記格納部に入った生体組織を切取る切取り部を有することを特徴とする請求項１４記載の生検支援装置。
16. 生体内の超音波画像と光画像とを取得して、前記超音波画像と前記光画像とに基いて、前記生体内のターゲットに穿刺するための生検支援方法であって、
    生体に接触させた超音波プローブからの信号に基いて、前記超音波画像を生成するステップと、
    生体内に穿刺された生検プローブからの信号に基いて、前記光画像を生成するステップと、
    前記生検プローブの進行方向を、前記超音波プローブの走査により超音波が照射される面内に設定するステップと、
    前記超音波画像における特徴部とそれに対応する前記光画像の特徴部とを位置合わせすることにより、前記生検プローブと前記ターゲットとの位置関係を計算するステップと、前記位置関係に基いて、前記生検プローブの穿刺状態を制御するステップとを有することを特徴とする生検支援方法。
17. 生体組織の一部を採取するための生検支援装置の制御方法であって、
    前記生検支援装置は、生体組織の光画像を得るための光学素子と出射窓とが配置された探索針と、
    採取した生体組織の一部を格納する格納部を備え、前記探索針をガイドとしてスライド可能な穿刺針とを有し、
    前記出射窓が前記格納部に対して突出した位置にある第１の状態と、前記出射窓が前記格納部に沿った位置にある第２の状態とで、それぞれ光画像を得ることを特徴とする生検支援装置の制御方法。
18. 被検体内のターゲットに穿刺するための生検支援方法であって、
    前記被検体内に生検プローブを穿刺することで、前記被検体内の光画像を生成するステップと、
    前記生検プローブの穿刺状態を制御するステップと、
    予め、３次元画像撮影装置により撮影された前記被検体の３次元撮影画像のデータを取得するステップと、
    前記３次元撮影画像のデータに基いて、前記生検プローブの侵入経路を決定するステップとを有することを特徴とする生検支援方法。

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