JP2002085419A - 医用画像診断装置を用いた穿刺針挿入制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 医用画像診断装置の断層画像上に穿刺針の挿
入目標位置と穿刺針の挿入開始位置を設定することによ
り、穿刺針の挿入操作を計画的に行ない、穿刺針の挿入
操作を簡易化する穿刺針挿入制御システムを提供する。 【解決手段】 医用画像診断装置の断層画面上に穿刺針
の挿入目標位置と穿刺針の挿入開始位置を入力・設定・
表示する手段を設ける。さらに、入力された設定情報と
断層画像の情報から穿刺針の挿入機器の制御に必用な情
報を算出する手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医用画像診断装置
で被検体の連続画像撮影を行いながら、前記被検体の病
巣へ穿刺針を挿入し、病巣の治療または検査を行う穿刺
針挿入制御システムに関し、特に、穿刺針の挿入を自動
的に行えるようにした医用画像診断装置を用いた穿刺針
挿入制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体の病巣へ穿刺針を挿入することに
よって、病巣へ治療薬を挿入したり、病巣の検査を行う
治療・検査方法が、一般的に行われている。その際、医
用画像診断装置は、連続撮影（高速撮像を連続して行
い、画像を連続表示する）が用いられ、医師は連続撮影
で穿刺針の先端位置を確認しながら、被検体の病巣に穿
刺針が到達するように穿刺針の挿入操作を手動で行う。

【０００３】しかし、医用画像診断装置としてＸ線ＣＴ
装置や磁気共鳴イメージング装置を用いる場合、画像再
構成に一定の時間がかかり完全なリアルタイム画像が得
られないため、医師は数秒前の画像を見ながら穿刺針の
挿入操作をしなければならなく、画像上での穿刺針先端
位置と実際の穿刺針先位置とにズレが生じることがある
事を把握した上で穿刺針の挿入操作をしなければならな
かった。そのため、挿入操作には医師に精神的肉体的に
負担を強いるものであった。また、医用画像診断装置と
してディジタルＸ線撮影装置や超音波画像診断装置を用
いた場合にも、医者が手で穿刺針を挿入することは、挿
入が不安定になるものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、本発明で
は、穿刺針の挿入操作を自動化した穿刺針挿入制御シス
テムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被検体にＸ
線、超音波、電磁波等の画像情報をもたらすエネルギー
媒体を照射し経時的に複数枚の画像情報を検出する手段
と、前記検出された検出情報をもとに画像を順次形成す
る手段と、前記画像を表示する画像表示手段とを備える
医用画像診断装置と、前記被検体の病巣の治療または検
査を行うために前記病巣へ挿入する穿刺針の挿入角度と
挿入開始から停止までの挿入量とを制御信号により設定
し穿刺針の挿入を制御する制御装置を備えた穿刺針挿入
装置とから成る穿刺針挿入制御システムにおいて、前記
表示手段の初期画像上に穿刺針の挿入目標位置と穿刺針
の挿入開始位置を入力する手段と、この入力手段によっ
て入力された情報に基いて前記穿刺針の挿入角度、目標
位置までの前記穿刺針の移動距離を計算する手段と、前
記計算された挿入角度と移動距離に対応する信号を前記
制御装置へ出力する手段とを備えたことを特徴とする医
用画像診断装置を用いた穿刺針挿入制御システムによっ
て達成される。

【０００６】また、前記穿刺針の挿入は前記穿刺針が前
記病巣の位置（穿刺針の挿入目標位置）に到達した時に
ただちに停止される手段を備えたことを特徴とする医用
画像診断装置を用いた穿刺針挿入制御システムによって
達成される。

【０００７】また、前記連続画像の一連の２枚の画像か
ら差分画像を作成し各画素の差分値の絶対値の合計を算
出することにより、画像の変化を検出し、そのことによ
って前記被検体が動いたかどうかを判定する判定手段
と、動いた場合にはその情報に基づいて穿刺針の挿入を
ただちに停止させる手段を備えたことを特徴とする医用
画像診断装置を用いた穿刺針挿入制御システムによって
達成される。

【０００８】また、前記医用画像診断装置がディジタル
Ｘ線撮影装置、Ｘ線ＣＴ装置、超音波画像診断装置、磁
気共鳴イメージング装置であることを特徴とする医用画
像診断装置を用いた穿刺針挿入制御システムによって達
成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明では医用画
像診断装置を用いた穿刺針挿入制御システムにおける医
用画像診断装置として、磁気共鳴イメージング装置を用
いた場合を例にとる。

【００１０】初めに図８は本発明に用いる磁気共鳴イメ
ージング装置の全体構成を示すブロック図である。この
磁気共鳴イメージング装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現
象を利用して被検体の断層像を得るもので、静磁場発生
磁石２と、傾斜磁場発生系３と、シーケンサ４と、送信
系５と、受信系６と、信号処理系７と、シーケンサ４
と、中央処理装置（ＣＰＵ）８とを備えている。

【００１１】上記静磁場発生磁石２は、被検体１の周り
にその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁
場を発生させるもので、上記被検体１の周りのある広が
りをもった空間に永久磁石方式または常電導磁石方式あ
るいは超電導磁石方式の磁場発生手段が配置されてい
る。

【００１２】傾斜磁場発生系３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸方
向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場
コイルを駆動する傾斜磁場電源１０とから成り、後述の
シーケンサ４からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾
斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの三
軸方向の傾斜磁場Ｇx，Ｇy，Ｇzを被検体１に印加する
ようになっている。この傾斜磁場の加え方により被検体
１に対するスライス面を設定することができる。

【００１３】シーケンサ４は、上記被検体１の生体組織
を構成する原子の原子核に磁気共鳴を起こさせる高周波
磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印
加するもので、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の断
層像のデータ収集に必要な種々の命令を、送信系５及び
磁場勾配発生系３並びに受信系６に送るようになってい
る。

【００１４】送信系５は、上記シーケンサ４から送り出
される高周波パルスに従って被検体１の生体組織を構成
する原子の原子核に磁気共鳴を起こさせるために高周波
磁場を照射するもので、高周波発振器１１と変調器１２
と高周波増幅器１３と送信側の高周波コイル１４aとか
ら成り、前記高周波発振器１１から出力された高周波パ
ルスをシーケンサ７の命令にしたがって変調器１２で振
幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増
幅器１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された
高周波コイル１４aに供給することにより、電磁波が上
記被検体１に照射されるようになっている。

【００１５】受信系６は、被検体１の生体組織の原子核
の磁気共鳴により放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号）
検出するもので、受信側の高周波コイル１４b（受信コ
イル）と増幅器１５と直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変
換器１７とから成り、上記送信側の高周波コイル１４a
から照射された電磁波による被検体１の応答の電磁波
（ＮＭＲ信号）は被検体１に近接して配置された高周波
コイル１４b（受信コイル）で検出され、増幅器１５及
び直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に入力
してディジタル量に変換され、さらにシーケンサ４から
の命令によるタイミングで直交位相検波器１６によりサ
ンプリングされた二系列の収集データとされ、その信号
が信号処理系７に送られるようになっている。

【００１６】この信号処理系７は、ＣＰＵ８と、磁気デ
ィスク１８及び磁気テープ１９等の記録装置と、ＣＲＴ
等のディスプレイ２０とから成り、上記ＣＰＵ８でフー
リエ変換、補正係数計算像再構成等の処理を行い、任意
断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な演算を
行って得られた分布を画像化してディスプレイ２０に断
層像として表示するようになっている。

【００１７】次に、本発明である穿刺針挿入装置の正面
図を図１に示す。図１において２２は穿刺針挿入装置で
あり、２３はこれに取り付ける穿刺針である。穿刺針挿
入装置はヘルメットのような形をしている。

【００１８】図２は、穿刺針挿入装置のブロック構成図
を示している。図２において２４は被検体へ穿刺針を挿
入する穿刺針挿入部、２５は穿刺針挿入部へ指令を発し
穿刺針の被検体への挿入をコントロールする（制御す
る）ＣＰＵ、２６は、穿刺針の挿入の開始と停止をＣＰ
Ｕへ命令するスイッチ、２７は、磁気共鳴イメージング
装置との間で、穿刺針の挿入制御情報をやりとりするた
めのインターフェイスである。

【００１９】次に、図３のフローチャートを用いて概略
処理を説明する。

【００２０】［ステップ１］：被検体の磁気共鳴イメー
ジング画像を撮影し、表示する。

【００２１】［ステップ２］：［ステップ１］で得られ
た画像をもとに病巣を探し、その病巣を針の目標位置と
して入力し、更に、その病巣にどの位置から穿刺針を挿
入するかを入力する。図４は、本発明の一実施例の表示
模式図である。［ステップ２］では、図４に示すように
ディスプレイ２０に表示された断層画像上に、操作者が
穿刺針の挿入目標位置（Ｘ、病巣）と穿刺針の挿入開始
位置（Ｙ）を入力する。目標位置（Ｘ）の入力は、マウ
ス２１を操作して画像上のマーカーを穿刺針の挿入目標
先の位置（Ｘ）まで動かし、マウス２１をクリックす
る。目標位置（Ｘ）が設定されると、次に目標位置への
穿刺針の挿入開始位置（Ｙ）を入力する。穿刺針の挿入
開始位置の入力は、マウス２１を操作して画像上のマー
カーを穿刺針の挿入開始位置まで動かし、マウス２１を
クリックする。それにより、挿入目標位置と挿入開始位
置の間に直線が引かれ、これが画像上での穿刺針の挿入
軌跡となる。

【００２２】［ステップ３］：［ステップ２］で入力し
た画像上での穿刺針の挿入軌跡をもとに、xyz座標空間
上での穿刺針の挿入開始位置、穿刺針の挿入角度、穿刺
針の目標位置までの移動距離を算出する。それら算出は
磁気共鳴イメージング装置のＣＰＵ８において行われ
る。

【００２３】まず、図５に示す磁気共鳴イメージング画
像上の位置Ａ(x、y)から図６に示すxyz座標空間上の位
置Ａ’(ｘ’，ｙ’，ｚ’)への変換は、磁気共鳴イメー
ジング画像情報のImage Position(Ｉx，Ｉy，Ｉz)，Ima
ge Orientation(Ｍx，Ｍy，Ｍz，Ｎx，Ｎy，Ｎz)、ＦＯ
Ｖサイズと表示画像のPixelサイズ(Ｗx，Ｗy)から式
(1)，(2)，(3)のように求められる。

【数１】 磁気共鳴イメージング画像上の穿刺針の挿入目標位置、
画像上での穿刺針の挿入開始位置設定時でのマウス２１
のクリック位置からxyz座標空間上に変換された位置が
上記の式(1)，(2)，(3)で求められる。

【００２４】次に、xyz座標空間上に変換された穿刺針
の挿入目標位置を図７に示すようにＯ(Ｏx，Ｏy，Ｏ
z)、同じく変換された穿刺針の挿入開始位置をＳ（Ｓ
x，Ｓy，Ｓz）とするとxyz座標空間上の穿刺針の挿入軌
跡は、式(4)として求められる。

【数２】

【００２５】図７に示すようにxy平面、xz平面上での穿
刺針の挿入角度θxy、θxzは、xyz座標空間上での穿刺
針の挿入目標位置Ｏ(Ｏx，Ｏy，Ｏz)、穿刺針の挿入開
始位置Ｓ(Ｓx，Ｓy，Ｓz)とすると式(5)，(6)のように
求められる。

【数３】

【００２６】更に、xyz座標空間上での穿刺針の挿入開
始位置から目標位置までの移動距離dは，式(7)のように
求められる。

【数４】

【００２７】［ステップ４］：［ステップ３］で算出し
た数値に対応した信号をＩ／Ｆ27を介して穿刺針挿入装
置２２に送信し、穿刺針挿入装置にその値が設定され
る。（穿刺針挿入制御システムはあらかじめ、［ステッ
プ３］で算出した数値により穿刺針挿入を行えるよう
に、つまり、その座標系を正確にxyz座標空間上での穿
刺針の挿入開始位置、穿刺針の挿入角度、穿刺針の目標
位置までの移動距離が規定できるように位置決めされて
いる。）

【００２８】［ステップ５］：穿刺針の挿入操作中にも
し被検体が動いた場合に穿刺針の挿入を停止させるた
め、以下の［ステップ７］および［ステップ８］では被
検体が動いていないかを確認しながら穿刺針の挿入操作
が行われる。これにより安全に被検体に穿刺針を挿入す
ることができる。被検体が動いていないかの判断のた
め、［ステップ５］では画像表示毎に式(8)に示す差分
値Dを算出する。差分値Ｄは、現在表示されている画像
ｆ(x，y)とその前に表示された画像ｆ’(x，y)との差分
画像で、全画素の絶対値の合計とする。

【数５】

【００２９】穿刺針を挿入する前に、何枚かの磁気共鳴
イメージング画像を撮影しておく。これらの撮影画像よ
り、被検体が動かない場合の２枚の画像の差分値がどの
程度の範囲までに収まっているかを把握して、その値を
しきい値としておく。図８は、被検体に動きがない場合
と動きがある場合の差分値の模式図を示す。図８に示す
ように差分値は、画像中に動きがない時は小さい値で、
画像中に動きがある時は大きい値になる。穿刺針を挿入
した時、連続した２枚の画像の差分値がこの範囲を逸脱
した時、被検体が動いたと判定できる。

【００３０】［ステップ６］：穿刺針挿入制御システム
に設置された挿入開始停止スイッチを用い、穿刺針の挿
入を開始する。同時に磁気共鳴イメージング装置による
連続撮影（フルオロスコピー）も開始する。

【００３１】［ステップ７］：連続した２枚の画像の差
分値を常時算出する。

【００３２】［ステップ８］：［ステップ７］で算出し
た値が［ステップ５］で定めた範囲を逸脱していないか
を判定する。更に、穿刺針の先端が［ステップ２］で入
力した穿刺針の挿入目標位置に達したかを判定する。ま
た、挿入開始停止スイッチが停止になっていないかを判
定する。［ステップ５］で入力した範囲を逸脱していな
い時、または、［ステップ２］で入力した挿入目標位置
に到達していない時、または挿入開始停止スイッチが停
止になっていない時Ｎｏとし、それ以外の場合はYesと
判定する。

【００３３】［ステップ９］：［ステップ８］でＮｏの
場合、穿刺針の挿入部２４に穿刺針の移動をさせ、再び
［ステップ６］へ移る。

【００３４】［ステップ１０］：［ステップ８］におけ
る判定結果がＹｅｓの場合、穿刺針の挿入部２４に穿刺
針の移動を停止させる。

【００３５】以上実施例は医用画像診断装置として磁気
共鳴イメージング装置のみで述べたが、本発明は医用画
像診断装置としてディジタルＸ線撮影装置ＣＸ線ＣＴ装
置、超音波画像診断装置にも適用できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によればＶ医用画像診断装置の断
層画像上に穿刺針の挿入目標位置と穿刺針の挿入開始位
置を設定することにより、穿刺針挿入制御システムによ
る穿刺針の挿入操作を計画的に行ない、目標位置への穿
刺針の挿入精度と安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】穿刺針挿入装置の正面図。

【図２】本発明の穿刺針挿入制御システムのブロック構
成図。

【図３】本発明の概略処理のフローチャート図。

【図４】本発明の穿刺針の挿入目標位置と挿入開始位置
の設定図。

【図５】本発明の磁気共鳴イメージング画像上の図。

【図６】ＭＲＩ画像空間をxyz空間へ変換する図。

【図７】本発明の穿刺針の挿入角度を示す図。

【図８】被検体の動作を判別するための差分説明図。

【図９】本発明の磁気共鳴イメージング装置の全体概略
図。

【符号の説明】

１被検体、８ ＣＰＵ、１８ 磁気ディスク、２０ デ
ィスプレイ、２１ マウス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ６１Ｂ 6/12 Ａ６１Ｂ 8/00 8/00 19/00 ５０１ 19/00 ５０１ 5/05 ３７０ Ｇ０１Ｒ 33/32 ３８０ Ｇ０１Ｎ 24/02 ５２０Ｙ Ｆターム(参考） 4C060 FF26 FF31 4C093 AA07 AA22 AA30 CA50 EE30 4C096 AA01 AA18 AB36 AB38 AB46 AB50 AD03 AD23 AD25 CA02 CA03 CA05 DA01 DA02 DA30 DB02 DC23 DC33 DD09 DD13 FC16 FC20 4C301 EE11 EE13 EE14 EE19 FF17 JC12 KK24 KK27 LL20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体にＸ線、超音波、電磁波等の画像
   情報をもたらすエネルギー媒体を照射し経時的に複数枚
   の画像情報を検出する手段と、前記検出された検出情報
   をもとに画像を順次形成する手段と、前記画像を表示す
   る画像表示手段とを備える医用画像診断装置と、前記被
   検体の病巣の治療または検査を行うために前記病巣へ挿
   入する穿刺針の挿入角度と挿入開始から停止までの挿入
   量とを制御信号により設定し穿刺針の挿入を制御する制
   御装置を備えた穿刺針挿入装置とから成る穿刺針挿入制
   御システムにおいて、前記表示手段の初期画像上に穿刺
   針の挿入目標位置と穿刺針の挿入開始位置を入力する手
   段と、この入力手段によって入力された情報に基いて前
   記穿刺針の挿入角度、目標位置までの前記穿刺針の移動
   距離を計算する手段と、前記計算された挿入角度と移動
   距離に対応する信号を前記制御装置へ出力する手段とを
   備えたことを特徴とする医用画像診断装置を用いた穿刺
   針挿入制御システム。
2. 【請求項２】 前記穿刺針の挿入は前記穿刺針が前記病
   巣の位置（穿刺針の挿入目標位置）に到達した時にただ
   ちに停止される手段を備えたことを特徴とする請求項１
   記載の医用画像診断装置を用いた穿刺針挿入制御システ
   ム。
3. 【請求項３】 前記連続画像の一連の２枚の画像から差
   分画像を作成し各画素の差分値の絶対値の合計を算出す
   ることにより、画像の変化を検出し、そのことによって
   前記被検体が動いたかどうかを判定する判定手段と、動
   いた場合にはその情報に基づいて穿刺針の挿入をただち
   に停止させる手段を備えたことを特徴とする請求項１又
   は２の記載の医用画像診断装置を用いた穿刺針挿入制御
   システム。
4. 【請求項４】 前記医用画像診断装置がディジタルＸ線
   撮影装置、Ｘ線ＣＴ装置、超音波画像診断装置、磁気共
   鳴イメージング装置であることを特徴とする請求項１〜
   ３記載の医用画像診断装置を用いた穿刺針挿入制御シス
   テム。