JP2014147455A - 医用画像診断装置及び穿刺術支援装置 - Google Patents

医用画像診断装置及び穿刺術支援装置 Download PDF

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Abstract

【課題】穿刺術の簡便化及び確実性の向上。
【解決手段】穿刺計画部33は、ユーザからの指示に従って前記医用画像上に焼灼予定領域を設定する。穿刺計画部33は、当該焼灼予定領域の位置、形状、及び大きさの少なくとも一つの幾何学的特性に基づいて、実施予定の焼灼術における使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路を決定する。表示制御部35は、当該予定刺入経路を医用画像に重畳して表示する。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、医用画像診断装置及び穿刺術支援装置に関する。
複数の穿刺針を用いた穿刺システムが販売されている。複数の穿刺針を用いた穿刺術においては、スキャン中の超音波画像を観察しながら複数の穿刺針を目標位置まで刺入して焼灼対象部位を焼灼する。このような焼灼術の穿刺計画において、焼灼対象部位と実際の患者人体との相関が可視化されていない。そのため、実際に焼灼される位置及び範囲は、術者の経験や勘を頼りに想像するしかなく、穿刺計画が非常に困難なものとなっている。
特開2010−158294号公報
目的は、穿刺術の簡便化及び確実性を向上する医用画像診断装置及び穿刺術支援装置を提供することにある。
本実施形態に係る医用画像処理装置は、被検体に関する医用画像のデータを発生する画像発生部と、ユーザからの指示に従って前記医用画像上に焼灼予定領域を設定する設定部と、前記焼灼予定領域の位置、形状、及び大きさの少なくとも一つの幾何学的特性に基づいて、実施予定の焼灼術における使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路を決定する決定部と、前記予定刺入経路を医用画像に重畳して表示する表示部と、を具備する。
本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。 図1の、穿刺術ファイル記憶部に記憶される穿刺術ファイルを模式的に示す図。 本実施形態の実施例1に係るシステム制御部の制御のもとに行われる穿刺術支援処理の典型的な流れを示す図。 図3のステップSA1において穿刺計画部により行われる焼灼予定領域の設定処理を説明するための図。 図3のステップSA2において穿刺計画部により行われる穿刺術ファイルの選択処理を説明するための図。 図3のステップSA3において穿刺計画部により行われる使用予定本数分の穿刺針の予定刺入経路と焼灼可能領域との決定処理を説明するための図。 図3のステップSA4において表示制御部により表示される表示画面の一例を示す図。 図3のステップSA7において表示制御部により表示される、焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域が重畳された超音波画像を示す図。 図8の表示画面において行われる、焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域が重畳された超音波画像の画像観察方向の変更を示す図。 図8の表示画面において行われる、穿刺ガイドラインと焼灼可能領域との修正を説明するための図。 図3のステップSA8において表示制御部により表示される、穿刺術中における表示画面の一例を示す図。 図3のステップSA8において表示制御部により実行される、重複する複数の一穿刺針焼灼可能範囲R3に基づく単一の焼灼可能範囲の算出処理について説明するための図。 本実施形態の実施例2に係るシステム制御部の制御のもとに行われる穿刺術支援処理の典型的な流れを示す図。 図13のステップSB2において穿刺計画部により実行される、使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路と焼灼可能領域との決定処理について説明するための図。 図13のステップSB2において穿刺計画部により実行される、使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路と焼灼可能領域との決定処理について説明するための他の図。 図13のステップSB2において穿刺計画部により実行される、使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路と焼灼可能領域との決定処理について説明するための他の図。 図13のステップSB2において穿刺計画部により実行される、使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路と焼灼可能領域との決定処理について説明するための他の図。 本実施形態の変形例5に係る穿刺術支援装置の構成を示す図。
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる医用画像診断装置及び穿刺術支援装置を説明する。
本実施形態に係る医用画像診断装置は、穿刺針を利用した穿刺術において利用され、医用画像を発生することが可能であれば如何なる装置であっても良い。具体的には、本実施形態に係る医用画像診断装置としては、超音波診断装置やX線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴診断装置、核医学診断装置等が利用可能である。しかしながら、以下、説明を具体的に行なうため、医用画像診断装置は超音波診断装置であるものとする。
図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1の構成を示す図である。図1に示すように、超音波診断装置1は、システム制御部11を中枢として、超音波プローブ13、送受信部15、送受信制御部17、信号処理部19、画像発生部21、画像記憶部23、穿刺針位置検出部25、高周波発生部27、焼灼制御部29、穿刺術ファイル記憶部31、穿刺計画部33、表示制御部35、表示部37、及び操作部39を有している。
超音波プローブ13は、一次元状または2次元状に配列された複数の振動子を有している。振動子は、送受信部15からの送信駆動信号を受け、超音波を発生する。超音波は、被検体の体内組織の音響インピーダンスの不連続点(エコー源)で次々と反射される。反射された超音波は、振動子により受波される。振動子は、超音波を受波すると、受波された超音波に由来するエコー信号(電気信号)に変換する。エコー信号は、送受信部15に供給される。
送受信部15は、送受信制御部17による制御に従って、超音波プローブ13を介して超音波を送受信する。具体的には、送受信部15は、超音波を送信するため、超音波プローブ13に送信駆動信号を繰り返し送信する。これにより超音波プローブ13は、既定の送信方向に関し既定の送信フォーカス位置に焦点を有するビーム状の超音波を発生する。また、送受信部15は、超音波を受信するため、超音波プローブ13からのエコー信号に基づいて、既定の受信方向に関し既定の受信フォーカス位置に焦点を有する超音波ビームに関する受信信号を生成する。生成された受信信号は、信号処理部19に供給される。
送受信制御部17は、既定のスキャン条件等に従って超音波スキャンが実行されるように送受信部15を制御する。
信号処理部19は、送受信部15からの受信信号に信号処理を施す。具体的には、信号処理部19は、受信信号に対数圧縮や包絡線検波処理等のBモード処理を施し、受信信号の強度を輝度で表現するBモード信号を発生する。Bモード信号は、画像発生部21に供給される。
画像発生部21は、信号処理部19からのBモード信号に基づいて被検体に関する超音波画像のデータを発生する。超音波画像のデータは、画像記憶部23に供給される。超音波画像は、表示制御部35による制御に従って表示部37により即時的に表示される。超音波画像は、穿刺術における穿刺針41のガイドに用いられる。
本実施形態に係る穿刺針41は、少なくとも一本の穿刺針41を利用するものとする。図1においては2本の穿刺針41が例示されているが、穿刺術に用いられる穿刺針41は一本でも良いし、3本以上でも良い。
穿刺針位置検出部25は、穿刺針41の先端部分の位置を電気的、磁気的、あるいは電磁気的に検出する。具体的には、穿刺針41の先端部分には位置センサが設けられている。穿刺針位置検出部25は、位置センサからの電気信号に基づいて各穿刺針41の先端部分の位置を算出する。穿刺針41の先端位置に関するデータは、穿刺針位置信号は、システム制御部11に供給される。
また、穿刺針41には高周波発生部27が接続されている。高周波発生部27は、焼灼制御部29による制御に従って、穿刺針41の先端部分に取り付けられた電極に高周波エネルギーを印加する。高周波エネルギーが印加された電極は発熱する。電極の発熱により当該電極の周囲に存在する生体組織が焼灼される。
焼灼制御部29は、既定の焼灼出力条件に従って焼灼が行われるように高周波発生部27を制御する。焼灼出力条件は、少なくとも出力値の項目と出力時間の項目とを含んでいる。出力値は、電極に印加される高周波エネルギーの強度である。出力時間は、電極への高周波エネルギーの印加の継続時間、すなわち、焼灼時間である。
穿刺術ファイル記憶部31は、複数の穿刺術ファイルを記憶している。各穿刺術ファイルは、過去に実際に実施された穿刺術に関する種々のデータを穿刺術毎に管理したファイルである。
図2は、穿刺術ファイル記憶部31に記憶される穿刺術ファイルを模式的に示す図である。図2に示すように、穿刺術ファイルは、過去穿刺針位置、過去穿刺針刺入経路、過去焼灼条件、過去焼灼予定領域、過去焼灼実施領域、過去医用画像データセット、及び過去超音波画像データセットに関する項目を含んでいる。過去穿刺針位置は、過去の穿刺術において検出された穿刺針の先端部分の位置座標である。過去穿刺針位置は、時刻等に関連付けて記憶されている。過去穿刺針刺入経路は、過去の穿刺術において表示された穿刺針刺入経路のマークである。以下、穿刺針の刺入経路のマークを穿刺ガイドラインと呼ぶことにする。過去の穿刺ガイドラインは、当該穿刺ガイドラインの実空間上の位置座標に関連付けて記憶されている。過去焼灼条件は、過去の穿刺術における焼灼条件である。焼灼条件は、具体的には、焼灼出力条件、焼灼部位、穿刺針使用本数等の項目を含む。焼灼出力条件は、例えば、穿刺針に印加された高周波エネルギーの出力値や出力時間(焼灼時間)等の項目を含む。過去焼灼予定領域は、過去の穿刺術において設定された焼灼予定領域の画像データである。過去焼灼予定領域は、過去医用画像及び過去超音波画像において焼灼目標部位を包括するように設定される。過去焼灼予定領域は、当該領域の実空間上の位置座標に関連付けられて記憶されている。過去焼灼実施領域は、過去の穿刺術において実際に焼灼された領域の画像データである。過去焼灼実施領域は、当該領域の実空間上の位置座標に関連付けられて記憶されている。過去医用画像データセットは、医用画像診断装置により発生され、過去の穿刺術において参照のために利用された医用画像(以下、過去医用画像と呼ぶ)と当該過去医用画像のスキャン部位の空間的な位置座標とを含んでいる。過去医用画像には、穿刺ガイドラインと過去焼灼予定領域と過去焼灼実施領域とが重畳されている。過去医用画像データセットを発生する医用画像診断装置は、X線診断装置、X線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴診断装置、超音波診断装置、核医学診断装置等の既存の如何なるモダリティであっても良い。過去超音波画像データセットは超音波診断装置により発生され、過去の穿刺術においてリアルタイムに表示された超音波画像(以下、過去超音波画像と呼ぶ)と当該過去超音波画像のスキャン部位の空間的な位置座標とを含んでいる。過去超音波画像には、穿刺ガイドラインと過去焼灼予定領域と過去焼灼実施領域とが重畳されている。
穿刺計画部33は、実施予定の穿刺術に関する穿刺術ファイルを発生する。例えば、穿刺計画部33は、焼灼領域設定機能と刺入経路決定機能とを有している。焼灼領域設定機能において穿刺計画部33は、ユーザからの指示に従って医用画像上に焼灼予定領域を設定する。刺入経路決定機能において穿刺計画部33は、設定された焼灼予定領域の幾何学的特性に基づいて、実施予定の穿刺術における使用候補本数分の穿刺針41の予定刺入経路を決定する。穿刺計画部33の処理の詳細については後述する。
表示制御部35は、種々の情報を表示するように表示部37を制御する。例えば、表示制御部35は、穿刺計画部33により決定された予定刺入経路を医用画像に重畳して表示するように表示部37を制御する。
表示部37は、表示制御部35による制御に従って種々の情報を表示する。表示部37としては、例えば、例えばCRTディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、プラズマディスプレイ等が挙げられる。
操作部39は、入力機器によるユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力機器としては、キーボードや各種スイッチ、タッチパネル等が利用可能である。
システム制御部11は、超音波診断装置1の各部を統括する。システム制御部11は、CPU(central processing unit)とRAM(random access memory)とを有している。例えば、システム制御部11は、超音波診断装置1のプログラムの動作プログラムを読み出して展開し、当該プログラムにより表現された指示に従って各部を制御し、本実施形態に係る穿刺術支援処理を実行する。
以下、本実施形態に係る超音波診断装置1の動作例について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置1は、複数の穿刺針41を利用する穿刺術において、焼灼予定領域から使用候補本数分の穿刺針41の予定刺入経路を決定して表示する。予定刺入経路は、例えば、当該予定刺入経路を医用画像上で表現する穿刺ガイドラインの形態で表示される。予定刺入経路の決定方法は、二つに大別される。第1の方法は、過去の穿刺術ファイルを利用して予定刺入経路を決定する方法である。第2の方法は、過去の穿刺術ファイルを利用せず、画像処理により予定刺入経路を決定する方法である。以下、第1の方法を利用した動作例を実施例1で説明し、第2の方法を利用した動作例を実施例2で説明する。
(実施例1)
以下、実施例1に係る超音波診断装置1の動作例について説明する。
図3は、実施例1に係るシステム制御部11の制御のもとに行われる穿刺術支援処理の典型的な流れを示す図である。まず、システム制御部11は、ユーザにより操作部39を介して穿刺術支援処理の開始指示がなされることを待機している。開始指示がなされることを契機としてシステム制御部11は、穿刺計画部33に設定処理を行わせる(ステップSA1)。ステップSA1において穿刺計画部33は、ユーザによる操作部39を介した指示に従って、医用画像上に焼灼予定領域を設定する。
図4は、焼灼予定領域R1の設定処理を説明するための図である。図に4示すように、まず、ステップSA1において、表示制御部35により過去医用画像I1が表示部37に表示される。過去医用画像I1は、実施予定の穿刺術の対象患者に関し、穿刺計画に先立って医用画像診断装置により発生された医用画像が好ましい。過去医用画像I1としては、良好に診断が可能な画像であれば、発生元であるモダリティの種類は限定されない。例えば、過去医用画像I1として、X線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴診断装置により発生された画像等の焼灼部位の形態が明瞭に描出される画像が用いられても良い。表示制御部35は、ユーザにより操作部39を介して指定された過去医用画像I1を穿刺術ファイル記憶部31から読み出して表示部37に表示する。過去医用画像I1が表示されるとユーザは、操作部39を介して焼灼条件を設定する。焼灼予定領域R1は、焼灼条件の一つとして設定される。焼灼予定領域R1は、腫瘍等の焼灼対象部位を包含するように過去医用画像I1に指定される。他の焼灼条件としては、焼灼部位、使用予定の穿刺針の本数、出力値、出力時間等が該当する。設定された焼灼予定領域R1と焼灼条件とは、穿刺術ファイル記憶部31により、実施予定の穿刺術に関する穿刺術ファイルに保存される。
ステップSA1が行われるとシステム制御部11は、穿刺計画部33に選択処理を行わせる(ステップSA2)。ステップSA2において穿刺計画部33は、穿刺術ファイルに記憶されている複数の穿刺術ファイルの中から、ステップSA1において設定された焼灼予定領域に応じて、穿刺計画に利用する穿刺術ファイルを選択する。
図5は、穿刺術ファイルの選択処理を説明するための図である。図5に示すように、穿刺計画部33は、穿刺術ファイル記憶部31に記憶されている全ての穿刺術ファイル内の過去焼灼実施領域を読み出す。図5においては、穿刺術ファイルA、穿刺術ファイルB、及び穿刺術ファイルCが例示されている。穿刺計画部33は、各穿刺術ファイルに含まれる焼灼実施領域とステップSA1において設定された焼灼予定領域との幾何学的な一致率を算出する。具体的には、まず、穿刺計画部33は、各穿刺術ファイルに含まれる焼灼実施領域とステップSA1において設定された焼灼予定領域とを位置合わせする。ここで、位置合わせ処理は、磁気センサ、赤外線、光学カメラ、GPS(global positioning system)等を利用する実空間座標系上での位置合わせが望ましい。また、位置合わせ処理は、パターンマッチングやタグ等の画像処理空間上での位置合わせでも良い。幾何学的な一致率は、例えば、各穿刺術ファイルに含まれる焼灼実施領域とステップSA1において設定された焼灼予定領域との形状及び位置の一致度合により規定される。穿刺計画部33は、各穿刺術ファイルに含まれる焼灼実施領域についてステップSA1において設定された焼灼予定領域との一致率を算出する。そして穿刺計画部33は、複数の一致率のうち最も高い一致率を特定し、特定された一致率に関する焼灼実施領域を含む穿刺術ファイルを参照用の穿刺術ファイルとして選択する。
例えば、図5に示すように、穿刺術ファイルAの焼灼実施領域R1AとステップSA1において設定された焼灼予定領域R11との一致率が70%であり、穿刺術ファイルBの焼灼実施領域R1Bと焼灼予定領域R11との一致率が60%であり、穿刺術ファイルCの焼灼実施領域R1Cと焼灼予定領域R11との一致率が95%である。この場合、参照用の穿刺術ファイルとしては、穿刺術ファイルCが選択される。
なお、上記において、参照用の穿刺術ファイルは、一致度に応じて参照用の穿刺術ファイルが自動的に選択されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、穿刺計画部33は、一致度に応じて利用候補の穿刺術ファイルが自動的に選択され、ユーザからの指示に従って、利用候補の穿刺術ファイルの中から参照用の穿刺術ファイルとして選択しても良い。具体的には、穿刺計画部33は、複数の一致率を算出すると、当該複数の一致率の各々を既定の閾値と比較し、既定の閾値以上の一致率を有する穿刺術ファイルを利用候補の穿刺術ファイルとして選択する。利用候補の穿刺術ファイルは、表示部37に表示される。ユーザは、利用候補の穿刺術ファイルの中から、実施予定の穿刺術において利用する参照用の穿刺術ファイルを指定する。穿刺計画部33は、指定された穿刺術ファイルを参照用の穿刺術ファイルとして選択する。これにより参照用の穿刺術ファイルの選択にユーザの意思を反映させることができる。また、穿刺計画部33は、一致率を計算せず、ユーザによる操作部39を介した指示に従って、複数の穿刺術ファイルの中から参照用の穿刺術ファイルを直接的に選択しても良い。
また、上記において、参照用の穿刺術ファイルは、焼灼予定領域と当該穿刺術ファイルに保存されている焼灼実施領域との一致度に応じて選択されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、参照症の穿刺術ファイルは、上記の一致度の他に、ステップSA1において設定された他の焼灼条件に基づいて選択されても良い。例えば、他の焼灼条件が使用予定の穿刺針の本数の場合、利用候補の穿刺術ファイルは、ステップSA1において設定された穿刺針使用予定本数に一致する穿刺針使用本数に関するファイルに限定されると良い。
ステップSA2が行われるとシステム制御部11は、穿刺計画部33に決定処理を行わせる(ステップSA3)。ステップSA3において穿刺計画部33は、ステップSA2において選択された穿刺術ファイルを利用して、ステップSA1において設定された焼灼予定領域から使用予定本数分の穿刺針41の予定刺入経路と焼灼可能領域とを決定する。
図6は、使用予定本数分の穿刺針41の予定刺入経路と焼灼可能領域との決定処理を説明するための図である。図6に示すように、ステップSA3において穿刺計画部33は、焼灼予定領域R1の幾何学的特性と、参照用の穿刺術ファイルに含まれる焼灼実施領域R1´と刺入経路を表現する穿刺ガイドラインP1との幾何学的特性とに基づいて、使用予定本数分の穿刺針41の予定刺入経路と焼灼可能領域とを決定する。具体的には、穿刺計画部33は、焼灼実施領域R1´が焼灼予定領域R1に含まれるように焼灼実施領域R1´と穿刺ガイドラインP1´とをまとめて座標変換する。例えば、穿刺計画部33は、複数の穿刺ガイドラインP1´の基準点が焼灼予定領域の基準点PR1に向かうように焼灼実施領域R2と穿刺ガイドラインP1´とを移動する。具体的には、複数の穿刺ガイドラインP1´の先端部分PE1´の重心が基準点PR1に一致するように焼灼実施領域R1´と穿刺ガイドラインP1´とが移動される。ここで、基準点PR1としては、例えば、重心が用いられると良い。そして、穿刺計画部33は、移動後の複数の穿刺ガイドラインP1´に基づく暫定的な焼灼可能領域R2´を算出する。具体的には、穿刺計画部33は、移動後の複数の穿刺ガイドラインP1´の先端部分PE1´の位置座標とステップSA1において設定された焼灼出力条件とを利用して焼灼可能領域R2´を算出する。
穿刺計画部33は、暫定的な焼灼可能領域(焼灼実施領域)R2´が焼灼予定領域R1に包含されるまで、焼灼実施領域R2と穿刺ガイドラインP1´との移動と、焼灼可能領域R2´の算出とを繰り返す。暫定的な焼灼可能領域R2´が焼灼予定領域R1に包含された場合、当該暫定的な焼灼可能領域R2´が正式な焼灼可能領域R2に決定され、穿刺ガイドラインP1´が正式な穿刺ガイドラインP1に決定される。この焼灼可能領域R2、穿刺ガイドラインP1(予定刺入経路)、及び穿刺ガイドラインP1の先端部分PRの位置座標は、穿刺術ファイル記憶部31により、実施予定の穿刺術に関する穿刺術ファイルに保存される。
穿刺ガイドラインが複数本ある場合、隣合う穿刺ガイドラインが現実的に許容できない程度に接近または離反する場合がある。この場合、穿刺計画部33は、複数の穿刺ガイドライン間の間隔に応じて実施予定の穿刺術における穿刺針の使用本数を変更する。例えば、穿刺計画部33は、二本の穿刺ガイドライン間の間隔を算出し、当該間隔を下方閾値と上方閾値との各々について比較する。下方閾値と上方閾値とは、一本の穿刺針が焼灼可能な範囲(以下、一穿刺針焼灼可能範囲と呼ぶ)に基づいて決定される。一穿刺針焼灼可能範囲は、出力値や出力時間等の穿刺針の焼灼出力条件に応じて決定される。下方閾値は、当該二本の穿刺ガイドラインが現実的に許容できない程度に接近していることを検出するために設定される。下方閾値は、例えば、一穿刺針焼灼可能範囲の直径に設定される。上方閾値は、当該二本の穿刺針一穿刺針焼灼可能範囲が現実的に許容できない程度に離反していることを検出するために設定される。上方閾値は、例えば、一穿刺針焼灼可能範囲の直径の2倍に設定される。間隔が下方閾値よりも小さい場合、穿刺計画部33は、当該二本の穿刺ガイドラインのうちの一本を削除する。間隔が上方閾値よりも大きい場合、穿刺計画部33は、当該二本の穿刺ガイドラインの間にさらに新たな穿刺ガイドラインを挿入する。穿刺ガイドラインの削除または挿入が行われた場合、穿刺計画部33は、再度、上述のように、焼灼可能領域を算出し直す。
なお穿刺計画部33は、必ずしも穿刺ガイドライン間の間隔に応じて穿刺針41の本数を増減させる必要はない。穿刺ガイドライン間の距離が所定値から接近または離反している状況が穿刺術において許容できる場合、穿刺針41の本数を増減しなくても良い。この場合、参照用の穿刺術ファイルに保存されている穿刺針使用本数が実施予定の穿刺術に関する穿刺針使用本数に規定される。
なお、焼灼予定領域が参照用の穿刺術ファイル内の過去焼灼実施領域に対して逸脱が無い場合、穿刺計画部33は、参照用の穿刺術ファイル内の過去焼灼実施領域を実施予定の穿刺術に関する焼灼実施領域に設定しても良い。
焼灼予定領域、穿刺針予定刺入経路、及び焼灼可能領域は、当該実施予定の穿刺術ファイルにおいて、実空間上の3次元座標に関連付けて穿刺術ファイル記憶部31により記憶される。
ステップSA3においてシステム制御部11は、表示制御部35に表示処理を行わせる(ステップSA4)。ステップSA4において表示制御部35は、図7に示すように、焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、及び焼灼可能領域R2を過去医用画像I1に重畳して表示部37に表示する。ユーザは、この表示画像を観察することにより実施予定の穿刺術における穿刺針の刺入経路を確認する。この際、ユーザは、操作部39を介して、穿刺ガイドラインが描く経路を適宜修正可能である。穿刺ガイドラインP1の修正に伴い穿刺計画部33は、焼灼可能領域R2を再計算する。修正後の穿刺ガイドラインと焼灼可能領域R2とは、穿刺術ファイル記憶部31により上書き保存される。
例えば、心臓等の主要な臓器領域に穿刺ガイドラインが重複している場合、この経路に沿って穿刺針41が挿入されてしまうと、穿刺針41が当該臓器を貫通してしまう。この場合、患者に重大な危険が及んでしまうこととなる。従って、穿刺計画部33は、穿刺ガイドラインのユーザによるマニュアル修正を許容している。これによりユーザは、穿刺ガイドラインが当該臓器等に重複しないように穿刺ガイドラインを修正することができる。従って、超音波診断装置1による穿刺術の支援精度の向上を図ることができる。
ステップSA4が行われるとシステム制御部11は、超音波スキャンの開始指示がなされることを待機する(ステップSA5)。ユーザは、穿刺針41の予定刺入経路の確認後、超音波スキャンの開始指示を操作部39等を介して入力する。システム制御部11は、開始指示が入力されたことを契機として送受信制御部17に送受信処理を行わせる(ステップSA6)。超音波スキャンにおいてユーザは、焼灼部位がスキャン領域に含まれるように、超音波プローブ13を患者の体表に当接する。ステップSA6において送受信制御部17は、送受信部15を制御してスキャン領域を超音波で繰り返しスキャンする。信号処理部19は、送受信部15からの受信信号に基づいてBモード信号を即時的に発生し、画像発生部21は、信号処理部19からのBモード信号に基づいて超音波画像を即時的に発生する。
ステップSA6が行われるとシステム制御部11は、表示制御部35に表示処理を行わせる(ステップSA7)。ステップSA7において表示制御部35は、ステップSA6において発生された超音波画像を即時的に表示部37に表示する。この際、表示制御部35は、超音波画像と焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域とを位置合わせし、超音波画像に焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域を重畳する。位置合わせ処理は、上記の方法と同様に磁気センサ、赤外線、光学カメラ、GPS(global positioning system)等を利用する実空間上での位置合わせが望ましい。また、位置合わせ処理は、パターンマッチングやタグ等の画像処理空間上での位置合わせでも良い。なお、表示制御部35は、超音波診断装置1によるスキャン位置を基準として位置合わせ処理を行っても良い。スキャン位置は、ユーザにより操作部39を介して入力されると良い。
図8は、焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、及び焼灼可能領域R2が重畳された超音波画像I2を示す図である。図8に示すように、超音波画像I2と焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、及び焼灼可能領域R2とは、表示制御部35により実空間上の3次元座標に従って位置合わせして表示される。ユーザは、この画像I2を観察することにより、焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、及び焼灼可能領域R2の実空間上の位置を穿刺術の直前段階において即時的に把握することができる。
この際、表示制御部35は、ユーザによる操作部39を介した指示に従って、焼灼予定領域、穿刺針予定刺入経路、及び焼灼可能領域が重畳された超音波画像の画像観察方向(視線方向)を変更することができる。図9は、焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、及び焼灼可能領域R2が重畳された超音波画像I2の画像観察方向の変更を示す図である。図9に示すように、焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、焼灼可能領域R2、及び超音波画像I2は、3次元画像空間上において規定されている。表示制御部35は、ユーザによる操作部39を介した指示に従って、超音波画像I2の画像観察方向を変更することができる。このように画像観察方向を変更することにより種々の方向から穿刺針の刺入経路や焼灼領域を検討することができる。
表示制御部35は、ユーザによる操作部39を介した指示に従って、穿刺ガイドラインと焼灼可能領域とを修正することができる。図10は、穿刺ガイドラインP1と焼灼可能領域R2との修正を説明するための図である。上記の通り、心臓等の主要な臓器領域に穿刺ガイドラインP1´が重複している場合は望ましくない。従って、ユーザは、操作部39を操作することにより、心臓等の主要な臓器領域に重複しないように穿刺ガイドラインP1´を修正する。例えば、修正により穿刺ガイドラインP1´が穿刺ガイドラインP1に修正される。穿刺ガイドラインP1´の修正に伴い穿刺計画部33は、焼灼可能領域R2´を画像処理により自動的に修正する。例えば、修正前の穿刺ガイドラインP1´から修正後の穿刺ガイドラインP1への座標変換式を修正前の焼灼可能領域R2´に適用することにより修正後の焼灼可能領域R2が計算される。穿刺計画部33は、修正後の穿刺ガイドラインP1と焼灼可能領域R2とを上書き保存する。
このようにユーザは、焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域が重畳された超音波画像を観察しながら、穿刺術における穿刺針の刺入経路や焼灼領域についての最終確認を行う。穿刺術の準備が整うとユーザは、焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域が重畳された超音波画像を観察しながら穿刺術を実行する(ステップSA8)。図11は、穿刺術中における表示画面の一例を示す図である。図11に示すように、表示画面には、焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、及び焼灼可能領域R2が重畳された超音波画像I2の他に、穿刺中の穿刺針に関する画素領域(以下、穿刺針領域と呼ぶ)P2が描出される。
穿刺術中において表示制御部35は、図11に示すように、表示画面内の穿刺針領域P2の先端部PEに一穿刺針焼灼可能範囲R3を重畳させても良い。例えば、表示制御部35は、範囲R3の中心が先端部PE2に位置するように範囲R3を表示する。このように、表示制御部35は、範囲R3を穿刺針領域P2の先端部PE2に追従させる。表示制御部35は、穿刺針の先端に設けられた位置センサからの電気信号を利用して穿刺針領域P2の先端部PE2を検出しても良いし、表示画面に描出される穿刺針領域P2の先端部PE2を画像処理に検出しても良い。範囲R3を先端部PE2に重畳させることによりユーザは、各穿刺針41による焼灼可能範囲を即時的に把握することができる。
なお、複数の穿刺針に関する穿刺針領域に由来する複数の一穿刺針焼灼可能範囲が重複する場合、表示制御部35は、重複する複数の一穿刺針焼灼可能範囲に基づく単一の焼灼可能範囲を算出する。図12は、重複する複数の一穿刺針焼灼可能範囲R3に基づく単一の焼灼可能範囲R3の算出処理について説明するための図である。図12に示すように、既に穿刺済みの穿刺針に穿刺中の穿刺針が一定距離以上接近する場合、既に穿刺済みの穿刺針に関する穿刺針領域P21に由来する一穿刺針焼灼可能範囲R31と穿刺中の穿刺針に関する穿刺針領域P22に由来する一穿刺針焼灼可能範囲R32とが重複する。この場合、表示制御部35は、範囲R31と範囲R32との合成範囲R33を算出する。合成範囲R33は、例えば、範囲R31と範囲R32との論理和領域に規定されると良い。もちろん、他の範囲R31と範囲R32とに基づいて他の方法により合成範囲R33が算出されても良い。
穿刺術においてユーザは、表示画面を観察しながら、穿刺ガイドラインに沿って穿刺針を被検体内に刺入し、焼灼可能領域を参照して焼灼を行う。このように穿刺針予定ガイドラインと焼灼可能領域とを参照しながら穿刺術を行うことによりユーザは、安全かつストレス無く穿刺を行うことができる。
穿刺術が終了すると、ユーザは、焼灼後の超音波画像を観察しながら実際に焼灼した領域を確認する。穿刺計画部33は、焼灼後の超音波画像に画像処理を施して実際に焼灼した領域(焼灼実施領域)を認識する。穿刺術ファイル記憶部31は、設定された焼灼実施領域の画像データ及び当該焼灼実施領域の実空間上の3次元座標を焼灼部位に関連付けて記憶する。なお、焼灼実施領域は、画像処理により自動的に認識されるのみに限定されない。例えば、焼灼実施領域は、ユーザによる操作部39を介した指示に従って穿刺計画部33により設定されても良い。
以上で実施例1に係る超音波診断装置の動作例の説明を終了する。
(実施例2)
以下、実施例2に係る超音波診断装置の動作例について説明する。なお以下の説明において、実施例1と略同一の機能を有する構成要素及び工程については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
図13は、実施例2に係るシステム制御部11の制御のもとに行われる穿刺術支援処理の典型的な流れを示す図である。まず、システム制御部11は、ユーザにより操作部39を介して穿刺術支援処理の開始指示がなされることを待機している。開始指示がなされることを契機としてシステム制御部11は、穿刺計画部33に設定処理を行わせる(ステップSA1)。
ステップSA1が行われるとシステム制御部11は、穿刺計画部33に決定処理を行わせる(ステップSB2)。ステップSB2において穿刺計画部33は、一穿刺針焼灼可能範囲に応じて、ステップSA1において設定された焼灼予定領域から使用候補本数分の穿刺針41の予定刺入経路と焼灼可能領域とを決定する。一穿刺針焼灼可能範囲は、上述のように焼灼出力条件に基づいて算出可能である。
図14、図15、図16、及び図17は、実施例2に係る使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路と焼灼可能領域との決定処理について説明するための図である、なお図14及び図15において過去医用画像I1は超音波画像であるとする。穿刺計画部33は、焼灼予定領域R1を所定の重複度の制限のもとに少なくとも一つの一穿刺針焼灼可能範囲R3で埋める。具体的には、図14に示すように、範囲R3を体表面側の端部からで掃引(スイープ:sweep)し、範囲R3が焼灼予定領域R1に包含される最初の場所を特定する。特定された場所が一番目の穿刺針の位置に決定される。次に、図15に示すように、二本目以降の穿刺針の位置が決定される。具体的には、二本目以降の穿刺針に関する一穿刺針焼灼可能範囲R3´を一番目の穿刺針の位置から掃引し、範囲R3が焼灼予定領域R1に包含され且つ他の既に配置されている範囲R3に所定の重複度以上に重複しない位置を暫定的に特定する。重複度は、二つの一穿刺針焼灼可能範囲が重複している画素領域の面積または画素数等により規定される。所定の重複度の値は、ユーザにより操作部39を介して任意に設定可能である。
図16に示すように、穿刺計画部33は、暫定的な一穿刺針焼灼可能範囲R3´と既に配置されている一穿刺針焼灼可能範囲R3とに基づいて暫定的に焼灼可能領域R2´を算出(再計算)する。再計算された焼灼可能領域R2´が焼灼予定領域R1に包含される場合、暫定的な一穿刺針焼灼可能範囲R3´が当該二本目以降の穿刺針の位置に決定される。焼灼可能領域R2´が焼灼予定領域R1に包含されない場合、すなわち、焼灼可能領域R2´が焼灼予定領域R1から逸脱している場合、範囲R3´を、焼灼可能領域R2´が焼灼予定領域R1に包含される位置まで移動させる。この移動後の範囲R3´の位置が当該二本目以降の穿刺針の位置に決定される。穿刺計画部33は、この処理を一穿刺針焼灼可能範囲が配置できなくなるまで繰り返す。このようにして使用予定の穿刺針の本数と当該使用予定の各穿刺針の先端位置とが決定される。焼灼可能領域は、複数の一穿刺針焼灼可能範囲に内接する楕円領域または円領域に設定されると良い。
図17に示すように、穿刺計画部33は、一穿刺針焼灼可能範囲R3の中心の位置に応じて当該穿刺針の予定刺入経路を決定する。具体的には、穿刺計画部33は、まず、範囲R3の中心を穿刺ガイドラインP1の先端部に設定する。次に、穿刺計画部33は、先端部PE1から所定方向に延びる直線を穿刺ガイドラインP1に決定する。当該所定方向は、典型的には、体表面側に垂直に延びる方向に規定される。しかしながら、所定方向は、体表面側に垂直に延びる方向に限定されるものではなく、体表面側に向かう方向であれば如何なる方向であっても良い。
ステップSB2が行われるとシステム制御部11は、表示制御部35に表示処理を行わせる(ステップSA4)。ステップSA4において表示制御部35は、焼灼予定領域R1、穿刺ガイドラインP1、及び焼灼可能領域R2を過去医用画像I1に重畳して表示部37に表示する。この際、穿刺計画部33は、実施例1と同様に、ユーザにより操作部39を介した穿刺ガイドラインの修正操作に従って当該穿刺ガイドラインを修正することができる。
ステップSA4が行われるとシステム制御部11は、超音波スキャンの開始指示がなされることを待機する(ステップSA5)。ユーザは、穿刺ガイドライン等を確認した超音波スキャンの開始指示を操作部39等を介して入力する。システム制御部11は、開始指示が入力されたことを契機として送受信制御部17に送受信処理を行わせる(ステップSA6)。
ステップSA6が行われるとシステム制御部11は、表示制御部35に表示処理を行わせる(ステップSA7)。ステップSA7において表示制御部35は、ステップSA6において発生された超音波画像を即時的に表示部37に表示する。この際、表示制御部35は、超音波画像と焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域とを位置合わせし、超音波画像に焼灼予定領域、穿刺ガイドライン、及び焼灼可能領域を重畳する。この際、穿刺計画部33は、実施例1と同様に、ユーザにより操作部39を介した穿刺ガイドラインの修正操作に従って当該穿刺ガイドラインを修正することができる。
穿刺術の準備が整うとユーザは、焼灼予定領域、穿刺針予定刺入経路、及び焼灼可能領域が重畳された超音波画像を観察しながら穿刺術を実行する(ステップSA8)。
以上で実施例2に係る超音波診断装置の動作例の説明を終了する。
(変形例1)
上記の実施形態において実施例1と実施例2とは独立した穿刺術フローであるとして説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、実施例1と実施例2とが単一の穿刺術フローに組み込まれても良い。例えば、実施例1のステップSA2において穿刺術ファイルの適切な候補が選択されなかった場合、実施例2が行われても良い。
(変形例2)
上記の穿刺術ファイルは、穿刺術ファイル記憶部31により部位別に管理されても良い。この管理方法により、過去の穿刺術ファイルの読み出しが容易となる。従って表示制御部35は、新たな穿刺術において、当該新たな穿刺術において発生された医用画像に、過去の穿刺術に関する穿刺術ファイルに保存された穿刺ガイドライン等の穿刺計画情報を表示することができる。かくして変形例2によれば、穿刺術ファイルを、穿刺術での効果判定や経過観察における参考情報として容易に利用することができる。
(変形例3)
上記の穿刺術ファイルは、他の医用画像診断装置において復元されても良い。これにより、穿刺術の効果判定を行うためにスキャンを実行する際のプランニングに利用することができる。
(変形例4)
上記の実施形態のステップSA1において、一本の穿刺針により焼灼可能な範囲(一穿刺針焼灼可能範囲)より小さい焼灼予定領域が設定される場合が想定される。この場合、当該焼灼予定領域または焼灼条件で穿刺術を行うことは危険である。従って、表示制御部35は、この旨を警告する。具体的には、焼灼予定領域が設定された場合、当該焼灼予定領域のサイズが一穿刺針焼灼可能範囲のサイズよりも大きいか否かを判定する。当該焼灼予定領域のサイズが一穿刺針焼灼可能範囲のサイズよりも大きいと判定した場合、表示制御部35は、警告を発しない。当該焼灼予定領域のサイズが一穿刺針焼灼可能範囲のサイズよりも大きくないと判定した場合、表示制御部35は、その旨の警告を発する。例えば、表示制御部35は、「指定された焼灼予定領域のサイズが一穿刺針焼灼可能範囲のサイズよりも小さいです」等のメッセージを表示する。あるいは、表示制御部35は、「一穿刺針焼灼可能範囲が指定の焼灼予定領域を超えています」等のメッセージを表示しても良い。また、この場合、表示制御部35は、焼灼予定領域または焼灼条件の再設定を促す画面を表示すると良い。これにより、焼灼予定領域のサイズが一穿刺針焼灼可能範囲のサイズよりも小さいという事態を避けることができる。
(変形例5)
上記の実施形態において、穿刺計画部33及び高周波発生部27等の超音波スキャンに関与しない構成が超音波診断装置1に組み込まれているとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、穿刺計画部33及び高周波発生部27等の超音波スキャンに関与しない構成は、超音波診断装置1とは別体の装置(穿刺術支援装置)に組み込まれていても良い。以下、変形例5に係る穿刺術支援装置について説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素及び工程については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
図18は、変形例5に係る穿刺術支援装置200の構成を示す図である。図18に示すように、穿刺術支援装置200は、超音波診断装置100に接続されている。超音波診断装置100は、超音波の送受信機能や信号処理機能、画像発生機能等を有する既存の超音波診断装置である。例えば、超音波診断装置100は、超音波プローブを介して超音波を送受信し、超音波プローブからのエコー信号に基づいて超音波画像のデータを発生し、発生された超音波画像のデータを穿刺術支援装置200に送信する。
穿刺術支援装置200は、システム制御11を中枢として、画像記憶部23、穿刺針位置検出部25、高周波発生部27、焼灼制御部29、穿刺術ファイル記憶部31、穿刺計画部33、表示制御部35、表示部37、操作部39、及び通信部201を有している。通信部201は、超音波診断装置100との間で種々のデータを送受信する。例えば、通信部201は、超音波診断装置100からの超音波画像のデータを受信する。受信された超音波画像のデータは、画像記憶部23に記憶される。
[効果]
上記の説明の通り、本実施形態に係る超音波診断装置1及び穿刺術支援装置200は、少なくとも穿刺計画部33と表示制御部35とを有している。穿刺計画部33は、設定機能と決定部機能とを有している。設定機能において穿刺計画部33は、ユーザからの指示に従って前記医用画像上に焼灼予定領域を設定する。決定機能において穿刺計画部33は、当該焼灼予定領域の位置、形状、及び大きさの少なくとも一つの幾何学的特性に基づいて、実施予定の焼灼術における使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路を決定する。表示制御部35は、当該予定刺入経路を医用画像に重畳して表示する。
上記構成により、超音波診断装置1及び穿刺術支援装置200は、複数の穿刺針を使用する穿刺針において、焼灼予定領域に応じた適切な穿刺針の挿入経路をユーザに提示することができる。従ってユーザは、安全且つストレス無く確実な効果を得られる穿刺及び焼灼を行う事が出来る。
かくして、本実施形態によれば、穿刺術の簡便化及び確実性が向上する。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…超音波診断装置、11…システム制御部、13…超音波プローブ、15…送受信部、17…送受信制御部、19…信号処理部、21…画像発生部、23…画像記憶部、25…穿刺針位置検出部、27…高周波発生部、29…焼灼制御部、31…穿刺術ファイル記憶部、33…穿刺計画部、35…表示制御部、37…表示部、39…操作部、41…穿刺針、100…超音波診断装置、200…穿刺術支援装置、201…通信部

Claims (12)

  1. 被検体に関する医用画像のデータを発生する画像発生部と、
    ユーザからの指示に従って前記医用画像上に焼灼予定領域を設定する設定部と、
    前記焼灼予定領域の位置、形状、及び大きさの少なくとも一つの幾何学的特性に基づいて、実施予定の焼灼術における使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路を決定する決定部と、
    前記予定刺入経路を医用画像に重畳して表示する表示部と、
    を具備する医用画像診断装置。
  2. 過去に実施された複数の穿刺術に関する複数の過去穿刺術画像データセットを記憶する部であって、前記複数の過去穿刺術画像データセットの各々は当該穿刺術における実際の使用本数分の穿刺針の実際の刺入経路と実際の焼灼領域とが描出された画像データセットを含む、穿刺術記憶部をさらに備え、
    前記決定部は、前記焼灼予定領域の幾何学的特性に基づいて前記焼灼予定領域に近似する実際の焼灼領域を含む過去穿刺術画像データセットを前記複数の過去穿刺術画像データセットの中から特定し、前記特定された過去穿刺術画像データセットに基づいて前記使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路を決定する、
    請求項1記載の医用画像診断装置。
  3. 前記決定部は、前記特定された過去穿刺術画像データセットを画像処理して前記使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路と前記使用候補本数分の穿刺針による焼灼可能領域とを決定し、
    前記表示部は、前記予定刺入経路と前記焼灼可能領域とを前記医用画像に重畳して表示する、
    請求項2記載の医用画像診断装置。
  4. 前記穿刺術記憶部は、前記予定刺入経路と前記焼灼可能領域とを含む画像データセットを過去穿刺術画像データセットとして記憶する、請求項3記載の医用画像診断装置。
  5. 前記決定部は、前記焼灼予定領域の幾何学的特性と実施予定の焼灼術に関する焼灼条件とに基づいて前記使用候補本数と前記使用候補本数分の穿刺針の予定先端位置と前記使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路とを決定する、請求項1記載の医用画像診断装置。
  6. 前記決定部は、前記焼灼予定領域と前記焼灼条件と前記使用候補本数と前記予定刺入経路とに基づいて前記使用候補本数分の穿刺針による焼灼可能領域を決定する、請求項5記載の医用画像診断装置。
  7. 前記予定刺入経路は、前記予定先端位置から体表面に向けて所定方向にのびる直線である、請求項5記載の医用画像診断装置。
  8. 前記使用候補本数に応じた予定刺入経路を、ユーザからの指示に従って任意に変更する変更部をさらに備える、請求項1記載の医用画像診断装置。
  9. 前記予定刺入経路と前記焼灼可能領域とを含む画像データセットを焼灼部位に関連付けて記憶する穿刺術記憶部をさらに備える、請求項6記載の医用画像診断装置。
  10. 前記医用画像に重畳された前記予定刺入経路をユーザからの指示に従って任意に修正可能な操作部、をさらに備える、請求項1記載の医用画像診断装置。
  11. 前記焼灼予定領域が閾値よりも小さい場合、警告を発する警告部、をさらに備える、請求項1記載の医用画像診断装置。
  12. 被検体に関する医用画像のデータを記憶する画像記憶部と、
    ユーザからの指示に従って前記医用画像上に焼灼予定領域を設定する設定部と、
    前記焼灼予定領域の位置、形状、及び大きさの少なくとも一つの幾何学的特性に基づいて、実施予定の焼灼術における使用候補本数分の穿刺針の予定刺入経路を決定する決定部と、
    前記予定刺入経路を医用画像に重畳して表示する表示部と、
    を具備する穿刺術支援装置。
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