JP2007289223A - Identifying system of position of invasive instrument in living body - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an identifying system of positions of invasive instruments in living bodies for easily identifying a position of an injection needle, which is an invasive instrument, in a normal surgical environment. <P>SOLUTION: The identifying system of positions of invasive instruments in living bodies comprises a measuring means provided at the distal end of the invasive instrument invading a living body for measuring light absorption and reflectance of tissues inside the living body, a conversion table which houses a correspondence relationship between the light absorption or the reflectance of the tissues inside the living body and the display brightness information on tissues in the living body in nuclear magnetic resonance images, an operation means which performs an estimation operation of an insertion position of the distal end of the invasive instrument in the nuclear magnetic resonance image by comparing the light absorption or the reflectance measured by the measuring means and the display brightness information of the tissues in the living body by referring to the conversion table, and an output means for outputting a coordinate position of the invasive instrument which is acquired by performing the estimation operation by the operation means. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、侵襲性器具の生体内位置同定システムに関するものであり、詳細には、生体の手術を行う際に注射針などの侵襲性器具を生体に侵襲する場合に、先に取得しておいた生体の核磁気共鳴画像(MRI画像)において当該侵襲性器具の侵襲した位置を表示することにより、生体内での侵襲性器具の位置を同定することができる侵襲性器具の生体内位置同定システムに関するものである。   The present invention relates to an in-vivo position identification system for an invasive instrument, and more specifically, when an invasive instrument such as an injection needle is invaded into a living body when performing a surgical operation on the living body, it is acquired in advance. In vivo position identification system for an invasive device capable of identifying the position of the invasive device in the living body by displaying the invaded position of the invasive device in the nuclear magnetic resonance image (MRI image) of the living body It is about.

生きている実験動物に注射針を刺入し、トレーサーと呼ばれる薬物を注入することで、脳内の神経回路結合を解析することが広く行われている。また、近年では、注射針を刺入して脳内に薬物を注入することにより、パーキンソン病やアルツハイマー病を治療する試みも行われている。   It is widely practiced to analyze neural circuit connections in the brain by inserting a needle into a living experimental animal and injecting a drug called a tracer. In recent years, attempts have been made to treat Parkinson's disease and Alzheimer's disease by inserting a needle and injecting a drug into the brain.

しかし、脳内の特定の領域に正確に注射針の先端部を位置させ、薬物を注入することは容易ではない。現在、通常に行われる方法では、被験者を脳定位装置に固定したうえで、MRI(核磁気共鳴画像法)によりあらかじめ脳内構造を撮影し、目的の脳領域の頭部に対する3次元(x,y,z)座標を定め、座標位置決め装置を用いて、その三次元(x,y,z)座標の位置に注射針を刺入する方法により行われる。しかし、この方法では、微小な脳領域に薬物を注入するにはしばしば失敗を伴う。   However, it is not easy to inject a drug by accurately positioning the tip of the injection needle in a specific region in the brain. Currently, in a method that is normally performed, a subject is fixed to a brain stereotaxic apparatus, and then the internal structure of the brain is imaged in advance by MRI (nuclear magnetic resonance imaging), and the three-dimensional (x, (y, z) coordinates are determined, and a method of inserting an injection needle into the position of the three-dimensional (x, y, z) coordinates using a coordinate positioning device is performed. However, this method often involves failure to inject a drug into a small brain region.

このような技術に関係する公知例として、特許文献1に示されるように、磁気共鳴断層撮影装置内での検査または内視鏡による検査中に医療用の製剤、とくに薬剤または造影剤を患者の体内に注射するための装置の提案がある。この装置は、マニピュレータ制御式の注射針を備えた薬剤調量システムである。   As a known example related to such a technique, as shown in Patent Document 1, a medical preparation, particularly a drug or a contrast agent is applied to a patient during an examination in a magnetic resonance tomography apparatus or an examination by an endoscope. There are proposals for devices for injection into the body. This device is a drug metering system with a manipulator controlled injection needle.

また、特許文献2に示されるように、侵襲性器具をヒトまたは非ヒト動物の身体の脈管構造の中に、または前記身体の脈管化組織を通して挿入し、前記器具を含んでいる前記身体の一部のMR画像を発生させる介入的または体内手術的なMRI方法がある。この方法では、侵襲性器具を通じた造影剤の直接注射によって、またはこの造影剤の患者への直接の静脈注射によって前記身体の脈管構造の中に造影剤に投与し、これによって前記器具の前記画像における透視を容易にする。   Further, as shown in Patent Document 2, an invasive device is inserted into or through the vasculature of the body of a human or non-human animal, and the body including the device There are interventional or intraoperative MRI methods that generate partial MR images. In this method, the contrast agent is administered into the vasculature of the body by direct injection of the contrast agent through an invasive device or by direct intravenous injection of the contrast agent into a patient, thereby Facilitates fluoroscopy in images.

これに対して、本発明者等は、侵襲性器具を用いて生体内組織を同定する装置として、特許文献3に示されるような「生体内組織の同定装置」の発明を提案した。この生体内組織の同定装置は、注射針をはじめとした侵襲性器具に光ファイバを設置し、侵襲性器具である注射針の先端部で計測した吸光度または反射率に基づいて脳内の組織を同定して、脳内構造を同定するものである。
特表2004−516859号公報 特表2003−500132号公報 特開2006−6919号公報
On the other hand, the present inventors have proposed the invention of “in vivo tissue identification device” as disclosed in Patent Document 3 as a device for identifying in vivo tissue using an invasive instrument. This in vivo tissue identification device installs an optical fiber in an invasive device such as an injection needle, and identifies tissue in the brain based on the absorbance or reflectance measured at the tip of the injection needle that is an invasive device. Identify and identify brain structures.
JP-T-2004-516859 Special table 2003-500132 gazette JP 2006-6919 A

ところで、脳内組織の特定の領域に薬剤を注入する場合は、侵襲性器具の先端の位置が正確に位置決めされなければならないが、そのためには、例えば、特許文献1または特許文献2に示されるように、装置が大がかりなものとなり、通常の手術環境は、簡便に注射針の位置を同定できるものは開発されていない。   By the way, when injecting a drug into a specific region of the brain tissue, the position of the tip of the invasive instrument must be accurately positioned. For this purpose, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2 shows. Thus, the apparatus becomes large-scale, and a normal surgical environment has not been developed that can easily identify the position of the injection needle.

また、特許文献3に示されるように、本発明者等は、侵襲性器具である注射針の先端部で計測した吸光度または反射率に基づいて脳内の組織を同定して、脳内構造を同定する装置を開発したが、この装置を用いることにより、侵襲性器具を生体内に刺入した場合に生体の組織を同定できるが、その場合において、侵襲性器具を生体内に刺入した位置を同定することはできない。   In addition, as shown in Patent Document 3, the present inventors identify tissues in the brain based on the absorbance or reflectance measured at the tip of an injection needle that is an invasive instrument, and determine the structure in the brain. We have developed a device for identification. By using this device, it is possible to identify the tissue of the living body when the invasive instrument is inserted into the living body. In this case, the position where the invasive instrument is inserted into the living body. Cannot be identified.

本発明は上記のような状況を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、通常の手術環境において簡便に侵襲性器具である注射針の位置を同定できる侵襲性器具の生体内位置同定システムを提供することにある。また、本発明の別の目的は、注射針などの侵襲性器具を生体に侵襲する場合に、先に取得しておいた生体のMRI画像において当該侵襲性器具の侵襲した位置を同定して表示することができる侵襲性器具の生体内位置同定システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described situation, and an object of the present invention is to provide an in vivo living body for an invasive device that can easily identify the position of an injection needle that is an invasive device in a normal surgical environment. It is to provide a position identification system. Another object of the present invention is to identify and display the invaded position of the invasive device in the previously acquired MRI image of the living body when an invasive device such as an injection needle is invaded into the living body. It is an object of the present invention to provide an in vivo position identification system for an invasive instrument.

上記のような目的を達成するため、本発明は、第1の態様として、本発明にかかる侵襲性器具の生体内位置同定システムは、侵襲性器具を侵襲させる生体の核磁気共鳴画像を取得しておき、当該生体に侵襲性器具を侵襲させる際に前記核磁気共鳴画像上において侵襲性器具の生体内の位置を同定する生体内位置同定システムであって、生体に侵襲させる侵襲性器具の先端に設けられ当該生体の内部の組織の吸光度または反射率を計測する計測手段と、生体内部の組織の吸光度または反射率と核磁気共鳴画像における生体内組織の表示輝度情報の対応関係を格納した変換テーブルと、前記計測手段により計測された吸光度または反射率と核磁気共鳴画像の生体内組織の表示輝度情報とを前記変換テーブルを参照して比較して核磁気共鳴画像における侵襲性器具の先端の刺入位置を推定演算する演算手段と、演算手段により推定演算された侵襲性器具の座標位置を出力する出力手段とを備えるように構成される。   In order to achieve the above object, as a first aspect of the present invention, an in vivo position identification system for an invasive instrument according to the present invention acquires a nuclear magnetic resonance image of a living body invading the invasive instrument. An in-vivo position identification system for identifying a position of an invasive instrument in the living body on the nuclear magnetic resonance image when the invasive instrument is invaded into the living body, and the tip of the invasive instrument to invade the living body A measuring means for measuring the absorbance or reflectance of the tissue inside the living body, and a conversion storing the correspondence between the absorbance or reflectance of the tissue inside the living body and the display luminance information of the in vivo tissue in the nuclear magnetic resonance image The table, the absorbance or reflectance measured by the measuring means, and the display luminance information of the tissue in the body of the nuclear magnetic resonance image are compared with reference to the conversion table to obtain the nuclear magnetic resonance image. Calculating means for the insertion position of the tip of the invasive instrument to estimate calculation that, configured and output means for outputting coordinate positions of the estimated computed invasive instrument by computing means.

また、第2の態様として、上記の構成に加えて、本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムにおいては、前記出力手段が、侵襲性器具の座標位置を表示する場合、侵襲性器具の画像を核磁気共鳴画像に重ねて表示し、当該侵襲性器具の画像における侵襲性器具の先端位置を前記座標位置とするように構成される。   As a second aspect, in addition to the above configuration, in the in vivo position identification system for an invasive instrument according to the present invention, when the output means displays the coordinate position of the invasive instrument, The image is displayed so as to be superimposed on the nuclear magnetic resonance image, and the tip position of the invasive device in the image of the invasive device is configured as the coordinate position.

また、第3の態様として、上記の構成に加えて、本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムにおいては、更に、利用者から表示する生体内位置及び方向の指定を受け付ける入力手段と、前記入力手段により受け付けた生体内位置及び方向の指定に基づいてMRI画像上における侵襲性器具の生体内位置を指定の方向及び断面について表示する表示手段とを備えるように構成される。   Further, as a third aspect, in addition to the above configuration, in the in vivo position identification system for an invasive instrument according to the present invention, an input means for receiving designation of the in vivo position and direction to be displayed from the user; Display means for displaying the in-vivo position of the invasive instrument on the MRI image for the specified direction and cross-section based on the in-vivo position and direction designation received by the input means.

このように構成された本発明に係る侵襲性器具の生体内位置同定システムによれば、MRI(核磁気共鳴画像法)によって得られた画像のデータと、侵襲性器具(注射針、電極など)の先端に取り付けられた計測手段から得られた組織の吸光度または反射率のデータにより、変換テーブルを参照してその相関をとり、侵襲性器具の先端の刺入位置を推定する。この推定された位置は、生体内での侵襲性器具の刺入位置として、MRI画像上に重ねて表示される。これにより、侵襲性器具である注射針の先端の位置を確認しながら刺入することができるようになり、より正確に目的の脳領域に薬物を注入することが可能となる。   According to the in vivo position identification system for an invasive instrument according to the present invention configured as described above, image data obtained by MRI (nuclear magnetic resonance imaging) and an invasive instrument (injection needle, electrode, etc.) Based on the absorbance or reflectance data of the tissue obtained from the measuring means attached to the tip, the correlation is referred to and the insertion position of the tip of the invasive instrument is estimated. This estimated position is displayed on the MRI image as an insertion position of the invasive instrument in the living body. Thereby, it becomes possible to insert while confirming the position of the tip of the injection needle which is an invasive device, and it becomes possible to inject the drug into the target brain region more accurately.

本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムは、比較的簡便な構成のシステムでありながら、注射針をはじめとした侵襲性器具の針先位置をリアルタイムで確認することができるため、従来法に比べてより正確な脳内位置に侵襲性器具の位置させることができる。   The in vivo position identification system for an invasive instrument according to the present invention is a system with a relatively simple configuration, but can confirm the needle point position of an invasive instrument including an injection needle in real time. The invasive device can be positioned at a more accurate intracerebral position as compared to the above.

このため、本発明のシステムを用いることにより、例えば、薬物を脳内の微小な領域に正確に注入することができる。従来法でも、実験や手術の前には、MRI画像を撮影するが、その画像をそのまま利用して脳内構造との相関を計測するために、従来法と比べて手間を増やすことはほとんど無い。   Therefore, by using the system of the present invention, for example, a drug can be accurately injected into a minute region in the brain. Even in the conventional method, an MRI image is taken before an experiment or operation, but since the image is used as it is to measure the correlation with the structure in the brain, there is little increase in labor compared to the conventional method. .

以下、本発明の実施するための形態について、実施例に基づいて図面を参照して説明する。図1は、本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムのシステム構成を説明する図である。図1において、110は対象とする生体組織を示しており、生体組織110は、生体組織表面層110a、第1内部組織110b、第2内部組織110c、第3内部組織110dから構成されており、これらの第1内部組織110b、第2内部組織110c、第3内部組織110dは、それぞれの組織の吸光度または反射率が異なる。111は侵襲性器具であるシリンジ(注射器)である。ここでの生体組織を脳とし、脳に電気刺激を与える場合には侵襲性器具111は電極となる。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated with reference to drawings based on an Example. FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration of an in vivo position identification system for an invasive instrument according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 110 denotes a target biological tissue. The biological tissue 110 includes a biological tissue surface layer 110a, a first internal tissue 110b, a second internal tissue 110c, and a third internal tissue 110d. The first internal tissue 110b, the second internal tissue 110c, and the third internal tissue 110d have different absorbances or reflectances. A syringe 111 is an invasive device. When the living tissue here is the brain and electrical stimulation is given to the brain, the invasive instrument 111 becomes an electrode.

107は生体内部の組織の吸光度または反射率を測定する測定装置である。この測定装置107は、本発明者等が、生体内部の組織の吸光度または反射率が異なることを利用して、生体内組織を同定する生体内組織の同定装置として既に提案しているもの(特開2006−6919号公報)で利用しているものであり、この同定装置における生体内部の組織の吸光度または反射率を測定する測定装置である。   Reference numeral 107 denotes a measuring device that measures the absorbance or reflectance of tissue inside the living body. This measuring device 107 has been proposed by the present inventors as an in vivo tissue identification device that identifies in vivo tissue using the fact that the absorbance or reflectance of the tissue inside the living body is different (special feature). This is a measuring device that measures the absorbance or reflectance of the tissue inside the living body in this identification device.

生体内部の組織の吸光度または反射率を測定する測定装置107は、光ファイバにより測定対象の組織位置まで延長された光量測定部107aおよび光源部107bから構成されており、測定した光量のデータは、測定装置107に備えられた表示部において表示されると共に、データ処理を行うために入力部100に送られる。なお、112はシリンジ111の先端部であり、生体内部の組織の吸光度または反射率を測定する測定点である。また、対象とする組織に対する侵襲性器具の刺入位置である。測定装置107の光源部107bからの照明光が光ファイバを介して、生体組織内部の測定点112まで導入され、測定点112における組織を透過した光量または組織に反射された光量が同じく光ファイバを介して導出されて光量測定部107aにより計測される。   The measuring device 107 that measures the absorbance or reflectance of the tissue inside the living body is composed of a light amount measuring unit 107a and a light source unit 107b that are extended to the tissue position to be measured by an optical fiber. The data is displayed on a display unit provided in the measuring apparatus 107 and sent to the input unit 100 for data processing. In addition, 112 is a front-end | tip part of the syringe 111, and is a measurement point which measures the light absorbency or reflectance of the structure | tissue inside a biological body. Moreover, it is the insertion position of the invasive instrument with respect to the structure | tissue made into object. Illumination light from the light source unit 107b of the measuring device 107 is introduced to the measurement point 112 inside the living tissue via the optical fiber, and the amount of light transmitted through the tissue at the measurement point 112 or reflected by the tissue is also transmitted through the optical fiber. And is measured by the light quantity measuring unit 107a.

また、図1において、100はキーボードおよびマウスからの入力操作を受け付けるとともに外部から測定データを入力するための入力ポートを備えた入力部、101は例えば数値データ等の入力操作のためのキーボード、102はシステムを操作する入力操作のためのポインティングデバイスのマウスである。103はマイクロプロセッサ(CPU)およびメモリなどのシステム装置から構成される演算部、104は例えばディスプレイ装置から構成される出力部、105はハードディスク装置などから構成されるデータ格納装置である。106は出力部のディスプレイ装置により表示される表示画面を模式的に示している。   In FIG. 1, reference numeral 100 denotes an input unit that receives an input operation from a keyboard and mouse and has an input port for inputting measurement data from the outside. Reference numeral 101 denotes a keyboard for input operation such as numerical data. Is a pointing device mouse for input operation to operate the system. Reference numeral 103 denotes an arithmetic unit composed of a system device such as a microprocessor (CPU) and a memory, 104 denotes an output unit composed of a display device, for example, and 105 denotes a data storage device composed of a hard disk device. Reference numeral 106 schematically shows a display screen displayed by the display device of the output unit.

データ格納装置105には、侵襲性器具の生体内の位置を同定する処理のために用いられるデータとして、対象とする生体組織のMRI画像データ105a、生体内組織の吸光度または反射率と核磁気共鳴画像における生体内組織の表示輝度情報の対応関係を格納した変換テーブル105bが格納されている。   The data storage device 105 includes MRI image data 105a of a target living tissue, absorbance or reflectance of the living tissue, and nuclear magnetic resonance as data used for the process of identifying the position of the invasive instrument in the living body. A conversion table 105b that stores the correspondence relationship between the display luminance information of the in-vivo tissue in the image is stored.

変換テーブル105bのデータは、図3に示すように、MRI画像上の明度(グレイレベル)と組織反射率の相関のデータが、これまでの実験により得られているので、このデータに基づいて、対象とする生体組織の位置情報を含むMRI画像データと、生体内組織の吸光度または反射率と核磁気共鳴画像における生体内組織の表示輝度情報との対応関係を作成して格納したものである。MRI画像上の明度(グレイレベル)と組織反射率の相関は、組織の種類や計測条件によって異なるので、その都度計測を行い、組織の種類や計測条件のデータと共に最適な変換テーブル(複数)を作成しておき、侵襲性器具の生体内の位置を同定する処理を行う場合に、当該生体に応じてそれぞれの条件に適合した変換テーブルを使用する。   As shown in FIG. 3, the data of the conversion table 105b is obtained by the experiment so far as the correlation between the lightness (gray level) on the MRI image and the tissue reflectance, and based on this data, The correspondence between the MRI image data including the position information of the target living tissue, the absorbance or reflectance of the living tissue, and the display luminance information of the living tissue in the nuclear magnetic resonance image is created and stored. The correlation between the lightness (gray level) on the MRI image and the tissue reflectance varies depending on the tissue type and measurement conditions. Therefore, measurement is performed each time, and an optimal conversion table (multiple) is obtained together with the tissue type and measurement condition data. When a process is performed to identify the position of the invasive instrument in the living body, a conversion table suitable for each condition is used according to the living body.

図2は、本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムにおけるデータ処理を説明する図である。図2を参照して説明する。このデータ処理では、前処理として、図2の右側の処理(ステップ301〜304)の処理を行って侵襲性器具の導入経路についてプロファイルデータを作成しておき、作成されたプロファイルデータに基づいて、その後に、図2の左側の処理(ステップ201〜206)をリアルタイムに行って、侵襲性器具の刺入位置をリアルタイムに推定演算して表示する(ステップ401〜402)。   FIG. 2 is a diagram for explaining data processing in the in vivo position identification system for an invasive instrument according to the present invention. This will be described with reference to FIG. In this data processing, as preprocessing, processing on the right side of FIG. 2 (steps 301 to 304) is performed to create profile data for the introduction route of the invasive instrument, and based on the created profile data, Thereafter, the processing on the left side of FIG. 2 (steps 201 to 206) is performed in real time, and the insertion position of the invasive instrument is estimated and displayed in real time (steps 401 to 402).

前処理では、まず、対象とする生体組織のMRI画像を撮影してMRI画像データを得る(ステップ301)。MRI画像データはデータ格納装置105に格納される。次に、MRI画像上で導入目的位置と導入開始位置を設定する(ステップ302)。侵襲性器具の導入経路についてプロファイルデータを作成するため、理想的な導入経路と、経路の位置または角度が偏移した場合の導入経路を設定し(ステップ303)、設定した導入経路のそれぞれに対して、MRI画像の上の距離を横軸に、ピクセルの輝度を縦軸にとったプロファイルを作成する(ステップ304)。また、プロファイルの縦軸を、MRI画像上の明度と組織反射率の相関から得られた変換テーブルにより変換する処理を行う(ステップ305)。この変換処理は、後述する位置推定演算処理の中で行われるような構成とされても良い。これにより、導入開始位置からの経路となる複数の候補に経路についてのプロファイルデータ306が作成される。   In the preprocessing, first, an MRI image of a target biological tissue is captured to obtain MRI image data (step 301). The MRI image data is stored in the data storage device 105. Next, an introduction target position and an introduction start position are set on the MRI image (step 302). In order to create profile data for the introduction route of the invasive device, an ideal introduction route and an introduction route when the position or angle of the route is shifted are set (step 303), and each of the set introduction routes is set. Then, a profile is created with the distance on the MRI image as the horizontal axis and the luminance of the pixel as the vertical axis (step 304). Further, the vertical axis of the profile is converted by a conversion table obtained from the correlation between the brightness on the MRI image and the tissue reflectance (step 305). This conversion process may be configured to be performed in a position estimation calculation process described later. As a result, profile data 306 for the route is created for a plurality of candidates that are routes from the introduction start position.

次に、対象の生体に対して侵襲性器具を導入するが、この侵襲性器具は、導入の先端部に光ファイバが設けられた前述した組織の吸光度または反射率を計測する測定装置が付加されたものである。前処理が完了した段階で、光ファイバ付き侵襲性器具を生体内に導入し(ステップ201)、侵襲性器具を生体内で移動する(ステップ202)。この時、侵襲性器具先端に取り付けられた光ファイバにより吸光度または反射率を測定する(ステップ203)。そして、ここで測定されたデータが得られた場合に、導入開始点からの距離と、吸光度または反射率のデータを転送する(ステップ204)。そして、侵襲性器具の移動距離を横軸に、吸光度または反射率を縦軸にとったプロファイルを作成する(ステップ205)。   Next, an invasive instrument is introduced into the target living body, and this invasive instrument is added with a measuring device for measuring the absorbance or reflectance of the aforementioned tissue provided with an optical fiber at the leading end of the introduction. It is a thing. When the pretreatment is completed, the invasive device with an optical fiber is introduced into the living body (step 201), and the invasive device is moved in the living body (step 202). At this time, absorbance or reflectance is measured with an optical fiber attached to the tip of the invasive instrument (step 203). Then, when the data measured here is obtained, the distance from the introduction start point and the data of absorbance or reflectance are transferred (step 204). Then, a profile is created with the movement distance of the invasive instrument on the horizontal axis and the absorbance or reflectance on the vertical axis (step 205).

そして、作成された侵襲性器具の移動に伴うプロファイルデータ206と、先に作成した導入開始位置からの経路となる複数の候補の導入経路についてのプロファイルデータ306とを比較して、その導入経路の候補を判定すると共に、その導入経路に基づいて刺入位置の推定演算を行う。   Then, the created profile data 206 associated with the movement of the invasive instrument is compared with the profile data 306 on the plurality of candidate introduction routes that are the routes from the introduction start position created earlier, and The candidate is determined, and the insertion position is estimated based on the introduction route.

刺入位置の推定演算(ステップ401)の結果は、出力処理(ステップ402)によって、表示画面上における座標位置として出力部104のディスプレイ表示装置に出力される。この出力処理においては、既存の画像処理プログラムの処理と同様な画像処理が行われる。例えば、侵襲性器具の座標位置を表示する場合、侵襲性器具の画像を核磁気共鳴画像に重ねて表示すると共に、目的とする位置を表示し、また、当該侵襲性器具の画像における侵襲性器具の先端位置を前記座標位置とする表示処理を行う。   The result of the insertion position estimation calculation (step 401) is output to the display display device of the output unit 104 as a coordinate position on the display screen by the output process (step 402). In this output processing, image processing similar to that of the existing image processing program is performed. For example, when displaying the coordinate position of an invasive instrument, the image of the invasive instrument is displayed superimposed on the nuclear magnetic resonance image, the target position is displayed, and the invasive instrument in the image of the invasive instrument is displayed. The display processing is performed with the tip position of the coordinate position as the coordinate position.

また、このような表示処理を行う場合については、利用者からの通常の画像表示処理におけるユーザインタフェース処理による指示を受けて、様々な形態で表示するように構成される。例えば、ここでの表示処理では、ポインティングデバイスのマウスにより、利用者から表示する生体内位置及び方向の指定を受け付け、マウスにより受け付けた生体内位置及び方向の指定に基づいてMRI画像上における侵襲性器具の生体内位置を指定の方向及び断面について表示するように構成される。また、この表示処理では、目的とする侵襲性器具の刺入位置を合わせて表示し、リアルタイムで演算処理を行いながら、実際の生体内における刺入位置をMRI画像上に表示する。   Further, in the case of performing such display processing, it is configured to display in various forms in response to an instruction from a user interface process in a normal image display process from a user. For example, in the display process here, designation of the in-vivo position and direction to be displayed from the user is received by the mouse of the pointing device, and the invasiveness on the MRI image is based on the designation of the in-vivo position and direction received by the mouse. The in-vivo position of the instrument is configured to display for a specified direction and cross section. In this display process, the insertion position of the target invasive instrument is displayed together, and the actual insertion position in the living body is displayed on the MRI image while performing calculation processing in real time.

具体例で説明すると、本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムの目的は侵襲性器具を生体内の正確な位置に導入することである。そのために、侵襲性器具の先端に備え付けられた光ファイバから直接得られた光学情報(吸光度または反射率)を利用する。   Illustratively, the purpose of the invasive instrument in-vivo location identification system according to the present invention is to introduce the invasive instrument into the correct location in the organism. For this purpose, optical information (absorbance or reflectance) obtained directly from an optical fiber provided at the tip of an invasive instrument is used.

侵襲性器具を導入する場合には、まず生体組織をステレオフレーム(3次元座標軸の設置された固定器具)に固定した上で、MRI(核磁気共鳴画像法)を用いて、生体組織内部の3次元画像を撮影する。   When introducing an invasive instrument, first, the living tissue is fixed to a stereo frame (fixing instrument on which a three-dimensional coordinate axis is installed), and then the MRI (Nuclear Magnetic Resonance Imaging) is used. Take a dimensional image.

MRI画像上で目的とする導入位置と、導入を開始するための組織表面位置を、ステレオフレーム上の座標として決定する。   A target introduction position on the MRI image and a tissue surface position for starting the introduction are determined as coordinates on the stereo frame.

生体組織に器具を導入する実験(または手術)を開始するにあたって、ステレオフレーム上の位置から想定された導入開始位置の座標に、マニュピレータをもちいて侵襲性器具を設置する。   In starting an experiment (or operation) for introducing an instrument into a living tissue, an invasive instrument is installed using a manipulator at the coordinates of the introduction start position assumed from the position on the stereo frame.

実際に侵襲性器具を刺入して行く段階では、マニュピレータの目盛りから侵襲性器具先端部の導入開始点からの移動距離(組織内での深さ)が測定される。さらに、侵襲性器具の先端に備え付けられた光ファイバから、吸光度または反射率の光学情報も同時に得られる。「導入開始点からの移動距離」と「吸光度または反射率」の二つの情報がPCに送られる。器具の移動距離を横軸に、吸光度または反射率を縦軸にとったプロファイル206がPC上で作成される。   In the stage of actually inserting the invasive instrument, the movement distance (depth in the tissue) from the introduction start point of the invasive instrument tip is measured from the scale of the manipulator. Furthermore, optical information of absorbance or reflectance can be obtained simultaneously from the optical fiber provided at the tip of the invasive instrument. Two pieces of information, “movement distance from the introduction start point” and “absorbance or reflectance”, are sent to the PC. A profile 206 is created on the PC with the movement distance of the instrument on the horizontal axis and the absorbance or reflectance on the vertical axis.

一方で、MRI画像上で設定された導入目的位置と導入開始位置から、理想的な導入経路が設定される。さらに、経路の位置または角度が理想の導入経路と比べて偏移した場合の経路に関しても設定される。設定された導入経路のそれぞれに対して、MRI画像上の距離を横軸に、ピクセルの輝度を縦軸にとったプロファイル306が作成される。   On the other hand, an ideal introduction route is set from the introduction target position and the introduction start position set on the MRI image. Furthermore, a route when the position or angle of the route is deviated from the ideal introduction route is also set. For each of the set introduction routes, a profile 306 is created with the distance on the MRI image as the horizontal axis and the luminance of the pixel as the vertical axis.

器具から得られたプロファイル206とMRIから得られたプロファイル306の適合をすることで、現在侵襲性器具が生体内のどの位置にあるのかを推定する。これらのプロファイルを比較する場合には、縦軸のデータ(MRI画像上の明度と組織反射率の間のデータ)を整合させるための変換処理が行われる。   By fitting the profile 206 obtained from the instrument and the profile 306 obtained from the MRI, it is estimated where the invasive instrument is currently located in the living body. When these profiles are compared, conversion processing for matching the data on the vertical axis (data between the brightness on the MRI image and the tissue reflectance) is performed.

この方法を用いることで、ステレオフレームの座標だけに頼っていた従来の導入法よりもより正確な位置に侵襲性器具を導入することが可能となる。   By using this method, it becomes possible to introduce an invasive instrument at a more accurate position than the conventional introduction method that relies only on the coordinates of the stereo frame.

本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムによれば、注射針を刺入した時の、先端から得られた吸光度または反射率の変化とMRI画像の相関をリアルタイムで適合させる演算を行うことにより、注射針の先端部が脳内のどの位置に存在するかをMRI画像上にリアルタイムで表示することができ、従来法よりも、組織内の正確な位置に侵襲性器具を導入することができる。   According to the in vivo position identification system of an invasive instrument according to the present invention, a calculation is performed to adapt the correlation between the change in absorbance or reflectance obtained from the tip and the MRI image in real time when the injection needle is inserted. Thus, the position of the tip of the injection needle in the brain can be displayed in real time on the MRI image, and an invasive instrument can be introduced at a more accurate position in the tissue than the conventional method. it can.

本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムのシステム構成を説明する図である。It is a figure explaining the system configuration | structure of the in-vivo position identification system of the invasive instrument by this invention. 本発明による侵襲性器具の生体内位置同定システムにおけるデータ処理を説明する図である。It is a figure explaining the data processing in the in-vivo position identification system of the invasive instrument by this invention. MRI画像上の明度と組織反射率の相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation of the brightness on a MRI image, and a tissue reflectance.

符号の説明Explanation of symbols

100 入力部
101 キーボード
102 マウス
103 演算部
104 出力部
105 データ格納装置
106 表示画面
107 測定装置
110 生体組織
111 シリンジ(注射器)
112 シリンジの先端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Input part 101 Keyboard 102 Mouse 103 Calculation part 104 Output part 105 Data storage apparatus 106 Display screen 107 Measuring apparatus 110 Living tissue 111 Syringe (syringe)
112 Syringe tip

Claims (3)

侵襲性器具を侵襲させる生体の核磁気共鳴画像を取得しておき、当該生体に侵襲性器具を侵襲させる際に前記核磁気共鳴画像上において侵襲性器具の生体内の位置を同定する生体内位置同定システムであって、
生体に侵襲させる侵襲性器具の先端に設けられ当該生体の内部の組織の吸光度または反射率を計測する計測手段と、
生体内部の組織の吸光度または反射率と核磁気共鳴画像における生体内組織の表示輝度情報の対応関係を格納した変換テーブルと、
前記計測手段により計測された吸光度または反射率と核磁気共鳴画像の生体内組織の表示輝度情報とを前記変換テーブルを参照して比較して核磁気共鳴画像における侵襲性器具の先端の刺入位置を推定演算する演算手段と、
演算手段により推定演算された侵襲性器具の座標位置を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする侵襲性器具の生体内位置同定システム。
An in-vivo position for acquiring a nuclear magnetic resonance image of a living body that invades an invasive instrument and identifying the position of the invasive instrument in the living body on the nuclear magnetic resonance image when the invasive instrument is invaded into the living body. An identification system,
A measuring means provided at the tip of an invasive instrument for invading the living body to measure the absorbance or reflectance of the tissue inside the living body;
A conversion table storing the correspondence between the absorbance or reflectance of the tissue inside the living body and the display luminance information of the tissue inside the living body in the nuclear magnetic resonance image;
The insertion position of the tip of the invasive instrument in the nuclear magnetic resonance image by comparing the absorbance or reflectance measured by the measuring means with the display luminance information of the tissue in the body of the nuclear magnetic resonance image with reference to the conversion table Computing means for estimating
An in vivo position identification system for an invasive instrument, comprising: output means for outputting a coordinate position of the invasive instrument estimated and calculated by the calculation means.
請求項1に記載の侵襲性器具の生体内位置同定システムにおいて、
前記出力手段は、侵襲性器具の座標位置を表示する場合、侵襲性器具の画像を核磁気共鳴画像に重ねて表示し、当該侵襲性器具の画像における侵襲性器具の先端位置を前記座標位置とする
ことを特徴とする侵襲性器具の生体内位置同定システム。
The in vivo position identification system for an invasive instrument according to claim 1,
When the coordinate position of the invasive instrument is displayed, the output means displays the image of the invasive instrument superimposed on the nuclear magnetic resonance image, and the tip position of the invasive instrument in the image of the invasive instrument is the coordinate position. An in-vivo position identification system for an invasive instrument characterized by:
請求項1に記載の侵襲性器具の生体内位置同定システムにおいて、更に、
利用者から表示する生体内位置及び方向の指定を受け付ける入力手段と、
前記入力手段により受け付けた生体内位置及び方向の指定に基づいてMRI画像上における侵襲性器具の生体内位置を指定の方向及び断面について表示する表示手段と
を備えることを特徴とする侵襲性器具の生体内位置同定システム。
The in vivo position identification system for an invasive instrument according to claim 1, further comprising:
Input means for accepting designation of the in-vivo position and direction to be displayed from the user;
An invasive device comprising: display means for displaying the in-vivo position of the invasive device on the MRI image based on the designation of the in-vivo position and direction received by the input unit with respect to the designated direction and cross section. In vivo position identification system.
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