JP2002112998A - 超音波穿刺支援装置 - Google Patents
超音波穿刺支援装置Info
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Abstract
体に当てる位置及び角度の最適値を事前に高精度にして
簡単に探索することのできる超音波穿刺支援装置を提供
することにある。 【解決手段】本発明は、穿刺用超音波プローブのガイド
のもとで被検体内に穿刺針を刺し入れて患部組織を採取
又は治療する穿刺術の計画立案を支援する超音波穿刺支
援装置において、X線CTやMRI等の画像収集装置で
収集した3次元ボリュームデータから、操作者により任
意に指定された仮想穿刺用超音波プローブの位置及び角
度に応じた超音波スキャン面に対応する断面画像を穿刺
断面及び情報生成装置9で再構成し、モニタ3に表示す
ることを特徴とする。
Description
刺し入れて患部の組織を採取又は治療する穿刺術の計画
立案及び実際の穿刺術中にその作業を支援するための超
音波穿刺支援装置に関する。
する場合、超音波画像のガイドのもとで、行われること
が多い。この穿刺作業をより容易にするために、超音波
プローブに穿刺針を装着するためのアタッチメント各種
実用化されている。更に近年では、穿刺専用として開発
された超音波プローブもある。
0の外観を示しており、この超音波プローブ100に
は、振動子列102と共に、穿刺針101を導入するた
めの穿刺針導入部103が設けられている。この穿刺針
導入部103に穿刺針101を装着することで、振動子
列102に対して穿刺針101の位置及び角度を固定す
ることができるようになっている。これにより、超音波
スキャン面の中で穿刺針101が進入していく経路を特
定することができ、従って超音波断層像に、穿刺針10
1の進入予測経路をライン状のマーカ(ニードルマー
カ)として表示することができる。術者は、超音波断層
像で当該ニードルマーカ上に存在する組織等を観察し、
そのニードルマーカ上に血管等が存在していないこと及
び穿刺針101が病変部(採取ターゲット)に向かって
いることを確認しながら、患者体表に対する超音波プロ
ーブ100の当接位置及び角度を探索することができ
る。
への影響の少ない超音波断層画像のガイドのもとで行わ
れているが、周知のとおり、Bモード等の超音波断層画
像の画質は、他のX線CTやMRI等の画像診断装置で
得られる画像に比べて低く、そのためターゲットの確認
及びその穿刺針進入経路上の組織確認等に非常に手間取
り、超音波プローブ100の当接位置及び角度を最終的
に決定するまでに長時間を要することがあった。
用超音波プローブを被検体に当てる位置及び角度を事前
に高精度にして簡単に特定することのできる超音波穿刺
支援装置を提供することにある。
プローブのガイドのもとで被検体内に穿刺針を刺し入れ
て患部組織を採取又は治療する穿刺術の計画立案を支援
する超音波穿刺支援装置において、超音波診断装置以外
の画像収集装置で収集した前記患部組織を含む3次元領
域に関する3次元ボリュームデータから、操作者により
任意に指定された仮想穿刺用超音波プローブの位置及び
角度に応じた超音波スキャン面に対応する断面画像を再
構成し、表示することを特徴とする。本発明は、穿刺用
超音波プローブのガイドのもとで被検体内に穿刺針を刺
し入れて患部組織を採取する穿刺術を支援する超音波穿
刺支援装置において、前記穿刺用超音波プローブの実際
の位置及び角度を即時的に測定し、この測定した位置及
び角度に基づいてスキャン面を特定し、この特定したス
キャン面に対応する断面画像を前記3次元ボリュームデ
ータから再構成し、表示することを特徴とする。
好ましい実施形態により説明する。図1に本実施形態に
係る超音波穿刺支援装置の構成を示す。断層画像撮影装
置1としては、超音波診断装置以外の例えば磁気共鳴映
像装置(MRI)又はX線コンピュータ断層撮影装置
(X線CT)が好ましい。周知のとおり、磁気共鳴映像
装置やX線コンピュータ断層撮影装置は、超音波診断装
置よりも高画質で画像を取得することが可能である。こ
れら磁気共鳴映像装置又はX線コンピュータ断層撮影装
置により、図2に示すように、当該患者Pに関する当該
患部(組織採取ターゲット)を含む3次元(3D)領域
50が、マルチスライスで、事前に撮影される。この撮
影に際しては、当該患者の体表の2箇所に、磁気共鳴映
像装置又はX線コンピュータ断層撮影装置の画像上で組
織等と比較してコントラストの著しく高い材質のマーカ
51が貼り付けられる。これらのマーカ51を貼り付け
る位置は、穿刺術を実施する予定の医師が実際の穿刺術
で穿刺用超音波プローブを当てることを想定している位
置に設定される。
撮影装置で例えばマルチスライスで撮影された2次元
(2D)画像群のデータがネットワーク、または光磁気
ディスク(MO)等の可搬性記憶媒体を経由して、超音
波穿刺支援装置のコンピュータユニット2に供給され
る。コンピュータユニット2の3D再構成処理部6は、
マルチスライスの2D画像群のデータから、スライス間
補間等の信号処理により、上記3D領域50に対応する
3Dボリュームデータを発生する。この3Dボリューム
データは、3Dボリュームデータ記憶部7に記憶され
る。穿刺条件入力装置8には、キーボード4、さらには
マウスやタブレット等のポインティングデバイス5を介
して、穿刺条件が入力される。この穿刺条件には、後述
する仮想の穿刺用超音波プローブの位置及び角度、さら
には仮想穿刺針の進入深度が含まれている。
置9に取り込まれる。穿刺断面及び情報生成装置9は、
穿刺条件に基づいて、穿刺術計画立案、つまり患者体表
にあてがう穿刺用超音波プローブの位置及び角度を決定
するための支援情報を生成する。この支援情報の詳細は
後述するが、その一例として、穿刺条件に基づいて仮想
の穿刺用超音波プローブのスキャン面を計算により特定
し、その特定したスキャン面に対応する断面画像を、3
Dボリュームデータから再構成する。この穿刺断面及び
情報生成装置9で生成された支援情報はモニタ3に表示
される。
際の穿刺用超音波プローブの位置及び方向を検出する検
出装置10が接続されている。穿刺用超音波プローブの
位置及び方向を検出する原理としては、例えば穿刺用超
音波プローブに磁石を貼り付け、その磁場を多方向で検
出し、それら検出値から磁場分布を解析して穿刺用超音
波プローブの位置を特定することができる。また、穿刺
用超音波プローブにコントラストマーカを貼り付け、当
該穿刺用超音波プローブを多方向から撮影し、それら画
像中におけるコントラストマーカの位置のずれを解析し
て穿刺用超音波プローブの位置を特定することもでき
る。その他任意の方法を採用することができる。
において、この検出装置10で検出された実際の穿刺用
超音波プローブの位置及び角度の計画位置及び計画角度
に対する変位を計算し、その変位量をモニタ3を通じて
術者に伝達する。
の動作について、計画立案支援段階と術中支援段階とに
分けて説明する。
援装置による計画立案を支援するための動作について説
明する。穿刺術の計画立案とは、穿刺針を最も安全にタ
ーゲットまで進入させることのできる穿刺用超音波プロ
ーブの位置及び角度を決定することを主目的としてい
る。
援情報の表示画面例を示している。穿刺断面及び情報生
成装置9で生成される支援情報には、画像情報(A,
B,C,D,E,F)と、数値情報(G)とが含まれ
る。画像(F)として、3Dボリュームデータから生成
された患者の体表画像が例えば半透明で表示される。こ
の体表画像には、仮想の穿刺用超音波プローブおよびそ
の位置及び角度に応じた仮想スキャン面のグラフィック
が合成される。操作者は、ポインティングデバイス5等
を介して、患者体表に対して仮想の穿刺用超音波プロー
ブを画面上でXYZ各軸に関して任意に移動し、またX
YZ各軸に関して任意の角度傾斜することができる。こ
の仮想の穿刺用超音波プローブに対して、その仮想スキ
ャン面の断面画像が3Dボリュームデータから再構成さ
れ、画像(D)として表示される。この断面画像(D)
には、仮想の穿刺用超音波プローブの位置及び角度に応
じた位置及び方向に、操作者により指定された深度で仮
想穿刺針のマーク(ニードルマーカ)が合成される。
ている。まず、穿刺断面及び情報生成装置9は、3Dボ
リュームデータから、穿刺対象の病変部位の像(ターゲ
ット像)を抽出する(S1)。次に、穿刺条件入力装置
8を介して仮想穿刺用超音波プローブの位置(座標)を
入力するとともに、その位置で仮想穿刺針がターゲット
像の中心を指向するように仮想穿刺用超音波プローブの
向きを計算する(S2)。そして、仮想穿刺用超音波プ
ローブの座標から、仮想穿刺用超音波プローブの開口の
中心点を計算し(S3)、その中心点を中心として設定
視野(視野角、視野深度)で定義された扇状の面を、仮
想穿刺用超音波プローブの位置及び角度で特定すること
で、スキャン面を計算する(S4)。そして最後に、こ
のスキャン面の断面画像を3Dボリュームデータから再
構成し(S5)、そしてニードルマーカを合成して(S
6)、表示する(S7)。
ードルマーカの先端を通り、ニードルマーカに直交する
断面に関する断面画像が3Dボリュームデータから再構
成され表示される。操作者により仮想の穿刺用超音波プ
ローブが画像(F)上で移動され、傾斜されると、それ
に追従して、画像(D)及び画像(E)が次々と再構成
され、表示が切り替わる。なお、基本的には、仮想の穿
刺用超音波プローブが移動されると、それに追従して、
仮想穿刺針が3Dボリュームデータから抽出されたター
ゲット像の中心を指向するように仮想の穿刺用超音波プ
ローブの角度が自動調整される。
ぞれ、3Dボリュームデータから生成されたアキシャ
ル、サジタル、コロナルの直交3面の断面画像である。
これら直交3面は、3Dボリュームデータから抽出され
たターゲット像を交差する位置にそれぞれ設定される。
また、これらの直交3面の断面画像には、仮想の穿刺用
超音波プローブの像及びニードルマーカが合成される。
は、X線CT又はMRIデータを基にしたものであり、
その画質は超音波断面画像に比べて格段に優れており、
またターゲット抽出や血管造影効果を併用すれば、より
高精度で穿刺針経路上の組織や血管の存在を確認するこ
とが可能となる。また、仮想プローブのスキャン面の断
面画像、針先断面画像、更にアキシャル、サジタル、コ
ロナルの直交3面の断面画像の多くの画像を見ながら、
仮想プローブを移動することで、穿刺針を最も安全にタ
ーゲットまで進入させることのできる穿刺用超音波プロ
ーブの位置及び角度を、確実且つ迅速に決定することが
できる。
で想定された穿刺用超音波プローブの位置及び角度に対
する仮想の穿刺用超音波プローブの位置及び角度の変化
量が、XYZ各軸に関する位置的な変位量(ΔdX 、
ΔdY 、ΔdZ )、XYZ各軸に関する回転量(Δ
θX 、ΔθY 、ΔθZ )として計算され、表示さ
れる。体表マークは、図2に示したように、マルチスラ
イス撮影時に、術者が事前に想定した穿刺用超音波プロ
ーブの位置及び角度に応じて患者体表に貼り付けたもの
であり、この体表マークに対する仮想の穿刺用超音波プ
ローブの位置及び角度の変化量を数値情報として提供す
ることで、仮想の穿刺用超音波プローブを使って計画し
たの位置及び角度を現実の位置及び角度に反映させるこ
とが容易になる、つまり実際の術式で、穿刺用超音波プ
ローブを患者体表に当てるに際して、その位置及び角度
を、体表マークから数値情報に従って移動及び傾斜させ
ることにより、仮想の穿刺用超音波プローブを使って計
画したの位置及び角度を比較的正確に再現することがで
きる。
いる。まず、穿刺断面及び情報生成装置9は、3Dボリ
ュームデータから、体表マーカの像とターゲット像とを
抽出する(S11)。次に、抽出した体表マーカの座標
を計算するとともに、その体表マーカの位置に穿刺用超
音波プローブを配置した状態を仮定し、その状態で穿刺
針がターゲット像の中心を指向するように穿刺用超音波
プローブの向きを計算する(S12)。そして、穿刺条
件入力装置8を介して仮想穿刺用超音波プローブの位置
(座標)を入力するとともに、その位置で仮想穿刺針が
ターゲット像の中心を指向するように仮想穿刺用超音波
プローブの向きを計算する(S13)。そして、体表マ
ーカの位置に応じた穿刺用超音波プローブの位置及び角
度に対する仮想穿刺用超音波プローブの位置及び角度の
変化量(変位ΔdX 、ΔdY、ΔdZ、回転角Δθ
X 、ΔθY 、ΔθZ )が計算される(S14)。
最後に、変位ΔdX 、ΔdY 、ΔdZが“mm”に
換算され、回転角ΔθX、ΔθY 、ΔθZ と共に表
示される。なお、仮想プローブを移動しながら最終的に
決定した、穿刺針を最も安全にターゲットまで進入させ
ることのできる穿刺用超音波プローブの位置及び角度
を、計画値と称する。
用超音波プローブの位置及び角度の計画値を使って、実
際に穿刺術が行われる。図6にこの支援情報の生成手順
を示している。まず、穿刺断面及び情報生成装置9に、
穿刺用超音波プローブの位置及び角度の計画値が設定さ
れる(S21)。この穿刺断面及び情報生成装置9に
は、プローブ位置方向検出装置10から、実際の穿刺用
超音波プローブ(仮想プローブに対して、実体プローブ
と称する)の位置及び角度データが周期的に供給される
(S22)。穿刺用超音波プローブの位置及び角度の計
画値に対する、実体プローブの位置及び角度のずれを計
算する(S23)。このXYZ3軸に関するずれを“m
m”に換算し、XYZ3軸に関する角度のずれととも
に、表示する(S24)。術者はこのずれをゼロに近似
させるように実体プローブを移動し傾斜させることで、
計画した位置及び角度を容易に再現することができる。
置及び角度から計算により求めたスキャン面の断面画像
が3Dボリュームデータから再構成される(S25)。
この3Dボリュームデータから再構成したX線CTやM
RIに基づく断面画像は、実体プローブによる実際のリ
アルタイム超音波断面画像及び計画値を得たときの仮想
プローブの断面画像(D)とともに表示される(S2
6)。
して、計画値に対する実体プローブの位置及び角度のず
れが数値情報として提示され、また3Dボリュームデー
タから再構成したX線CTやMRIに基づく断面画像
が、実体プローブによる実際のリアルタイム超音波断面
画像及び計画値を得たときの仮想プローブの断面画像
(D)とともに表示されるので、これらの画像を見なが
ら、計画した位置及び角度を正確に再現するとともに、
穿刺針を最も安全にターゲットまで進入させることので
きる穿刺針の進入経路を最終的に探索し決定することが
できる。
限定されることなく、種々変形して実施可能であること
は言うまでもない。
定された仮想穿刺用超音波プローブの位置及び角度に応
じて、その超音波スキャン面に対応する断面画像が、超
音波診断装置以外の画像収集装置で収集した3次元ボリ
ュームデータから再構成され、表示される。操作者は、
仮想穿刺用超音波プローブの位置及び角度を任意に変更
しながら、穿刺用超音波プローブを被検体に当てる位置
及び角度の最適値を事前に探索することができる。
図。
像群(マルチスライス)の3D領域を示す図。
刺用超音波プローブのスキャン面に対応する断層画像の
生成手順を示す図。
刺用超音波プローブの計画位置及び角度の発生手順を示
す図。
中の支援情報の生成手順を示す図。
図。
Claims (6)
- 【請求項1】 穿刺用超音波プローブのガイドのもとで
被検体内に穿刺針を刺し入れて患部組織を採取又は治療
する穿刺術の計画立案を支援する超音波穿刺支援装置に
おいて、 超音波診断装置以外の画像収集装置で収集した前記患部
組織を含む3次元領域に関する3次元ボリュームデータ
から、操作者により任意に指定された仮想穿刺用超音波
プローブの位置及び角度に応じた超音波スキャン面に対
応する断面画像を再構成し、表示することを特徴とする
超音波穿刺支援装置。 - 【請求項2】 前記超音波診断装置以外の画像収集装置
は、X線コンピュータ断層撮影装置又は磁気共鳴映像装
置であることを特徴とする請求項1記載の超音波穿刺支
援装置。 - 【請求項3】 前記断面画像に仮想穿刺針を前記仮想穿
刺用超音波プローブの位置及び角度に基づいて合成する
ことを特徴とする請求項1記載の超音波穿刺支援装置。 - 【請求項4】 前記スキャン面に対応する断面画像とと
もに、前記仮想穿刺針の先端を通る断面画像を前記3次
元ボリュームデータから再構成し、表示することを特徴
とする請求項3記載の超音波穿刺支援装置。 - 【請求項5】 穿刺用超音波プローブのガイドのもとで
被検体内に穿刺針を刺し入れて患部組織を採取又は治療
する穿刺術を支援する超音波穿刺支援装置において、 前記穿刺用超音波プローブの実際の位置及び角度を即時
的に測定し、この測定した位置及び角度に基づいてスキ
ャン面を特定し、この特定したスキャン面に対応する断
面画像を前記3次元ボリュームデータから再構成し、表
示することを特徴とすることを特徴とする超音波穿刺支
援装置。 - 【請求項6】 前記穿刺用超音波プローブの実際の位置
及び角度の計画位置及び角度に対するずれを計算し、表
示することを特徴とすることを特徴とする請求項5記載
の超音波穿刺支援装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JP2002112998A true JP2002112998A (ja) | 2002-04-16 |
JP4632508B2 JP4632508B2 (ja) | 2011-02-16 |
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JP2000306460A Expired - Lifetime JP4632508B2 (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | 超音波穿刺支援装置 |
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JP (1) | JP4632508B2 (ja) |
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