JP2014204904A - Medical guide system - Google Patents

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JP2014204904A JP2013085149A JP2013085149A JP2014204904A JP 2014204904 A JP2014204904 A JP 2014204904A JP 2013085149 A JP2013085149 A JP 2013085149A JP 2013085149 A JP2013085149 A JP 2013085149A JP 2014204904 A JP2014204904 A JP 2014204904A
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聡一 生熊
Soichi Ikuma
聡一 生熊
長谷川 潤
Jun Hasegawa
潤 長谷川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a medical guide system which guides a medical device to a position in which appropriate treatment can be performed.SOLUTION: A medical guide system has: an ultrasound endoscope 2; a coil 21b which detects a position and direction of the ultrasound endoscope 2; an abdomen sensor (coil 10 for body surface detection) which acquires position information on the basis of the vibration of a subject; and a position detection device 3B which calculates a phase on the basis of the position in the actual space and temporal change in the coil 10 for body surface detection. On the basis of a position calculation result and phase calculation result of the position detection device 3B, position information on a predetermined object in a phase within a predetermined range is calculated, and the ultrasound endoscope 2 is guided to a guide position and in a guide direction on the basis of a calculation result.

Description

本発明は、医用ガイドシステムに関し、特に、人体の組織構造の3次元的な位置及び配向を視覚的に示すことが可能な医用ガイドシステムに関するものである。   The present invention relates to a medical guide system, and more particularly to a medical guide system that can visually indicate a three-dimensional position and orientation of a tissue structure of a human body.

被検者の光学像を取得可能な内視鏡、及び、被検者の断層像を取得可能な超音波内視鏡等の体腔内プローブは、消化管、気管支、胆膵管または血管等の管腔内及び腹腔内へ挿入可能な構成を有しており、該管腔及び周辺臓器の観察及び診断等を行う場合において従来広く用いられている。   Endoscopes that can acquire an optical image of a subject, and intracavity probes such as an ultrasonic endoscope that can acquire a tomographic image of a subject are digestive tract, bronchus, bile pancreatic duct, blood vessel, etc. It has a structure that can be inserted into a cavity and an abdominal cavity, and has been widely used in the past when observing and diagnosing the lumen and surrounding organs.

また、前記光学像及び前記断層像の情報だけでは、体腔内プローブを管腔の所望の部位まで進めるのが困難な場合に、例えば、体腔内プローブの先端部が該所望の部位へ容易に到達できるようにするために、超音波観測装置の観察位置をガイドするシステムが提案されている。   Further, when it is difficult to advance the body cavity probe to a desired part of the lumen only by the information of the optical image and the tomographic image, for example, the distal end portion of the body cavity probe easily reaches the desired part. In order to be able to do so, a system for guiding the observation position of the ultrasonic observation apparatus has been proposed.

係るガイドシステムの一例として、特許文献1および2には、術前のCT画像から臓器の3次元データを構築して、その3次元データ上に超音波観測位置を表示する技術が示されている。   As an example of such a guide system, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for constructing three-dimensional organ data from pre-operative CT images and displaying ultrasonic observation positions on the three-dimensional data. .

一方、近年、この種の超音波観測装置は、画像診断のみならず、超音波ガイド下穿刺または超音波ガイド下治療(ステントの留置等)を行う際にも使用されるようになっている。その際、超音波画像で穿刺対象または治療対象を描出しながら、穿刺針または治療器具の刺入ルートを探索し、または計画して実行する。   On the other hand, in recent years, this type of ultrasonic observation apparatus has been used not only for image diagnosis but also when performing ultrasonic guided puncture or ultrasonic guided treatment (stent placement, etc.). At that time, while drawing the puncture target or the treatment target with the ultrasonic image, the puncture route of the puncture needle or the treatment instrument is searched or planned and executed.

特開2008−6108号公報JP 2008-6108 A 特開2010−69018号公報JP 2010-69018 A

ところが、上記超音波観測装置において超音波ガイド下穿刺または超音波ガイド下治療(ステントの留置等)を行う際には、被検者の呼吸または心拍による穿刺対象または治療対象の移動が問題となる。   However, when performing ultrasound-guided puncture or ultrasound-guided treatment (stent placement, etc.) in the ultrasonic observation apparatus, movement of the puncture target or treatment target due to breathing or heartbeat of the subject becomes a problem. .

すなわち、超音波画像は平面の情報しかないため、穿刺対象または治療対象が移動すると超音波画像から当該対象が消える虞がある。また、超音波画像上に対象が存在したとしても穿刺可能範囲外に移動してしまう虞もある。特に、腫瘍、細い管等が穿刺対象の場合は、穿刺の成否に関わる虞もあった。   That is, since the ultrasonic image has only plane information, there is a possibility that the target disappears from the ultrasonic image when the puncture target or the treatment target moves. Moreover, even if the target exists on the ultrasonic image, there is a possibility that the target moves outside the puncturable range. In particular, when a tumor, a thin tube, or the like is a puncture target, there is a risk of puncture success or failure.

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、医用装置を的確な処置を行い得る位置に誘導する医用ガイドシステムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a medical guide system that guides a medical device to a position where an accurate treatment can be performed.

本発明における一態様の医用ガイドシステムは、被検体に対して超音波を照射し当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段と、前記超音波画像取得手段における位置及び方向を検出する位置方向検出手段と、当該被検体の振動に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段と、前記超音波画像取得手段により取得された画像上の所定の対象物に対して、前記超音波画像上の画素の座標および前記位置方向検出手段により取得された位置及び方向情報に基づいて、実空間上における位置を算出する位置算出手段と、前記基準位置情報取得手段における経時変化に基づいて、位相を算出する位相算出手段と、前記位置算出手段および前記位相算出手段の算出結果に基づいて、所定の範囲内の位相における前記所定の対象物の位置情報を算出する誘導位置情報算出手段と、前記誘導位置情報算出手段の算出結果に基づいて、医用装置に対して提示する、位置及び方向の誘導情報を生成する誘導情報生成手段と、を備える。   The medical guide system according to one aspect of the present invention includes an ultrasonic image acquisition unit that irradiates a subject with ultrasonic waves and acquires an ultrasonic image based on a reflected wave from the subject, and the ultrasonic image acquisition unit. Position and direction detection means for detecting the position and direction of the object, reference position information acquisition means for acquiring position information based on vibration of the subject, and a predetermined object on the image acquired by the ultrasonic image acquisition means. On the other hand, in the position calculation means for calculating the position in the real space based on the coordinates of the pixel on the ultrasonic image and the position and direction information acquired by the position and direction detection means, and in the reference position information acquisition means A phase calculation unit that calculates a phase based on a change over time, and a previous phase in a predetermined range based on the calculation result of the position calculation unit and the phase calculation unit. Guide position information calculation means for calculating position information of a predetermined object, and guide information generation for generating position and direction guide information to be presented to the medical device based on the calculation result of the guide position information calculation means Means.

本発明における医用ガイドシステムによると、医用装置を的確な処置を行い得る位置に誘導する医用ガイドシステムを提供することができる。   According to the medical guide system of the present invention, it is possible to provide a medical guide system that guides the medical device to a position where an appropriate treatment can be performed.

図1は、本発明の第1の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a medical guide system according to a first embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に挿通する穿刺針を示した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a puncture needle that is inserted through the ultrasonic endoscope in the medical guide system of the first embodiment. 図3は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に穿刺針を挿通した状態における医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an overall configuration of the medical guide system in a state where the puncture needle is inserted through the ultrasonic endoscope in the medical guide system of the first embodiment. 図4は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおける呼吸センサによる被検体振動の1周期分の経時変化を示したグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing changes over time of one cycle of subject vibration by the breathing sensor in the medical guide system of the first embodiment. 図5は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図4に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 4 in the medical guide system of the first embodiment. 図6は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置を指定するタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the breathing phase of the subject at the timing for designating the position of the puncture target and the position of the puncture target at the timing in the medical guide system of the first embodiment. 図7は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図6に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 6 in the medical guide system of the first embodiment. 図8は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置を指定する別のタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示したグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the breathing phase of the subject at another timing for designating the position of the puncture target and the position of the puncture target at the timing in the medical guide system of the first embodiment. 図9は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図8に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 8 in the medical guide system of the first embodiment. 図10は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置と呼吸センサの振幅変動から推定された穿刺対象の位置変動を示したグラフ図である。FIG. 10 is a graph showing the position variation of the puncture target estimated from the position of the puncture target and the amplitude variation of the respiration sensor in the medical guide system of the first embodiment. 図11は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図10に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 10 in the medical guide system of the first embodiment. 図12は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図10に示す位置変動情報によるグラフを時間で微分して得られた穿刺対象の速度変化を示したグラフ図である。FIG. 12 is a graph showing the speed change of the puncture target obtained by differentiating the graph based on the position variation information shown in FIG. 10 with respect to time in the medical guide system of the first embodiment. 図13は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図12に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 12 in the medical guide system of the first embodiment. 図14は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置変動情報と穿刺タイミング位置範囲を示したグラフ図である。FIG. 14 is a graph showing position variation information of a puncture target and a puncture timing position range in the medical guide system of the first embodiment. 図15は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図12に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 12 in the medical guide system of the first embodiment. 図16は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺タイミングの報知例を示した図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a notification example of puncture timing in the medical guide system according to the first embodiment. 図17は、本発明の第2の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an overall configuration of a medical guide system according to the second embodiment of the present invention. 図18は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープ先端を気管支に挿入した際の様子を示した図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a state when the distal end of the bronchovideoscope is inserted into the bronchus in the medical guide system according to the second embodiment. 図19は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。FIG. 19 is a diagram showing a state when an ultrasonic probe is inserted from the bronchial videoscope to the vicinity of a lesioned part in the medical guide system of the second embodiment. 図20は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した状態において、呼吸位相を特定する様子を示した図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a state in which a respiratory phase is specified in a state where an ultrasonic probe is inserted from the bronchial videoscope to the vicinity of a lesioned part in the medical guide system of the second embodiment. 図21は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際の全体構成を示した図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an overall configuration when the ultrasonic probe is removed from the medical guide system according to the second embodiment. 図22は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際のガイドシースを示した図である。FIG. 22 is a view showing a guide sheath when the ultrasonic probe is removed from the medical guide system according to the second embodiment. 図23は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の全体構成を示した図である。FIG. 23 is a diagram showing an overall configuration when a biopsy forceps is inserted from the bronchial videoscope to the vicinity of a lesioned part in the medical guide system of the second embodiment. 図24は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。FIG. 24 is a diagram showing a state when a biopsy forceps is inserted from the bronchial videoscope to the vicinity of a lesioned part in the medical guide system of the second embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示した図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a medical guide system according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態の医用ガイドシステム1は、医用装置としての超音波内視鏡2と、アンテナユニット3Aと、検出部としての機能を有する位置検出装置3Bと、超音波診断装置4と、画像処理装置5と、医用ガイドシステム1の操作に係る種々の指示を行うことが可能な操作指示部6と、モニタ7と、複数の体表検出用コイル10と、を要部として有して構成されている。   As shown in FIG. 1, the medical guide system 1 of the present embodiment includes an ultrasonic endoscope 2 as a medical device, an antenna unit 3A, a position detection device 3B having a function as a detection unit, and an ultrasonic diagnosis. The apparatus 4, the image processing apparatus 5, an operation instruction unit 6 capable of giving various instructions related to the operation of the medical guide system 1, a monitor 7, and a plurality of body surface detection coils 10 are principal parts. And is configured.

超音波内視鏡2は、被検者100の体腔内へ挿入可能な先端部21と、先端部21の後端側に連設された細長の挿入部22と、挿入部22の後端側に連設された操作部23と、種々の信号の入出力を行うための複数の信号線が内部に配設されたケーブル24と、を具備する。   The ultrasonic endoscope 2 includes a distal end portion 21 that can be inserted into the body cavity of the subject 100, an elongated insertion portion 22 that is connected to the rear end side of the distal end portion 21, and the rear end side of the insertion portion 22. And a cable 24 in which a plurality of signal lines for inputting and outputting various signals are provided.

ここで、前記超音波内視鏡2は、当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段としての役目を果たす。   Here, the ultrasonic endoscope 2 serves as an ultrasonic image acquisition unit that acquires an ultrasonic image based on a reflected wave from the subject.

先端部21は、コンベックス走査式(またはラジアル走査式)の超音波振動子21aと、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル21bと、カバーガラスで構成された図示しない光学観察窓と、図示しないレンズと、図示しないCCD(charge coupled device)カメラと、体腔内に照明光を照射する図示しない照明光照射窓と、を具備している。   The tip portion 21 includes a convex scanning (or radial scanning) ultrasonic transducer 21a, a coil 21b that outputs an electric signal in accordance with a magnetic field applied from the outside, and an optical observation (not shown) that is configured by a cover glass. A window, a lens (not shown), a CCD (charge coupled device) camera (not shown), and an illumination light irradiation window (not shown) for irradiating illumination light into the body cavity are provided.

そして、体腔表面の像は前記光学観察窓からレンズを経由してCCDカメラに結像し、CCDカメラからのCCD信号は信号線を経由して光学観察装置へ出力される。   The image of the body cavity surface is formed on the CCD camera from the optical observation window via the lens, and the CCD signal from the CCD camera is output to the optical observation device via the signal line.

ここで、前記コイル21bは、前記超音波内視鏡2の位置及び方向を検出する位置方向検出手段としての役目を果たす。   Here, the coil 21b serves as a position / direction detection means for detecting the position and direction of the ultrasonic endoscope 2.

超音波振動子21aは、超音波診断装置4からの駆動信号に基づいて駆動し、生体の内部へ超音波ビームを出射する。また、超音波振動子21aは、生体の内部の生体組織において超音波ビームが反射した反射波を受波し、該反射波に応じたエコー信号を超音波診断装置4へ出力する。   The ultrasonic transducer 21a is driven based on a drive signal from the ultrasonic diagnostic apparatus 4, and emits an ultrasonic beam into the living body. The ultrasonic transducer 21 a receives a reflected wave reflected by the ultrasonic beam in the living tissue inside the living body, and outputs an echo signal corresponding to the reflected wave to the ultrasonic diagnostic apparatus 4.

挿入部22には、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル22aが、長手方向に沿って複数配置されている。   In the insertion portion 22, a plurality of coils 22 a that output an electric signal in accordance with a magnetic field applied from the outside are arranged along the longitudinal direction.

操作部23は、医用ガイドシステム1の操作に係る種々の指示を行うことが可能な、図示しないスイッチ等を有している。   The operation unit 23 includes a switch (not shown) that can give various instructions related to the operation of the medical guide system 1.

ケーブル24は、一端側が操作部23から延出されているとともに、超音波診断装置4に接続可能なコネクタ24aが他端側に設けられている。また、コネクタ24aの内部には、超音波内視鏡2に関する種々の情報が格納された、例えばメモリにより構成されたスコープID格納部24bが設けられている。   One end of the cable 24 extends from the operation unit 23, and a connector 24 a that can be connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 4 is provided on the other end. Further, inside the connector 24a, a scope ID storage unit 24b configured by, for example, a memory, in which various information related to the ultrasonic endoscope 2 is stored, is provided.

なお、本実施形態のスコープID格納部24bには、超音波内視鏡2に関する種々の情報として、例えば、超音波振動子21aに設けられた超音波アレイの配列の形状情報、及び、該超音波アレイの挿入部22に対する実装位置配向情報等の情報が格納されているとする。   In the scope ID storage unit 24b of the present embodiment, as various information related to the ultrasound endoscope 2, for example, the shape information of the array of the ultrasound array provided in the ultrasound transducer 21a, and the ultrasound It is assumed that information such as mounting position orientation information for the insertion portion 22 of the acoustic wave array is stored.

そして、スコープID格納部24bは、コネクタ24aが超音波診断装置4に接続された際に、前述した、超音波内視鏡2に関する種々の情報(以降、超音波走査情報と称する)を、超音波診断装置4へ出力する。   When the connector 24a is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 4, the scope ID storage unit 24b transmits various information related to the ultrasonic endoscope 2 (hereinafter referred to as ultrasonic scanning information) to the ultrasonic The sound is output to the sonic diagnostic apparatus 4.

また、前記超音波内視鏡2には、操作部23から先端部21にかけての長手方向に沿って、中空のチューブによりトンネル構造をなすように形成された鉗子チャンネル25が形成されている。この鉗子チャンネル25には、先端部21に鉗子チャンネル口25aが、操作部23に鉗子チャンネル口25bが、それぞれ開口している。   The ultrasonic endoscope 2 is formed with a forceps channel 25 formed so as to form a tunnel structure with a hollow tube along the longitudinal direction from the operation portion 23 to the distal end portion 21. In the forceps channel 25, a forceps channel port 25 a is opened at the distal end portion 21, and a forceps channel port 25 b is opened at the operation portion 23.

また、この鉗子チャンネル25には、穿刺針等の処置具を挿通することができるようになっている。   Further, a treatment instrument such as a puncture needle can be inserted into the forceps channel 25.

前記鉗子チャンネル25の鉗子チャンネル口25aは、処置具たる穿刺針29(図2参照)等が超音波走査範囲内に突出するように、挿入軸に対して所定の角度をなす中心軸を有する開口となるように構成されている。   The forceps channel port 25a of the forceps channel 25 has an opening having a central axis that forms a predetermined angle with respect to the insertion axis so that a puncture needle 29 (see FIG. 2) as a treatment tool protrudes into the ultrasonic scanning range. It is comprised so that.

図2は、本実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に挿通する穿刺針の構成を示した斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a puncture needle that is inserted through an ultrasonic endoscope in the medical guide system of the present embodiment.

図2に示すように、穿刺針29は、生体に刺入され得る処置具であり、内部が中空であって、細胞等の吸引またはエタノール等の注入を行うことができる構造となっている。そして、この穿刺針29の中空部分には、先端が鋭敏な針として構成された処置具たるスタイレット29aが挿通されている。   As shown in FIG. 2, the puncture needle 29 is a treatment tool that can be inserted into a living body, and has a hollow inside, and has a structure capable of sucking cells or the like or injecting ethanol or the like. In the hollow portion of the puncture needle 29, a stylet 29a that is a treatment instrument configured as a needle having a sharp tip is inserted.

また、図3は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に穿刺針を挿通した状態における医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating an overall configuration of the medical guide system in a state where the puncture needle is inserted through the ultrasonic endoscope in the medical guide system of the first embodiment.

図3に示すように、穿刺針29の先端部(スタイレット29a)は、前記鉗子チャンネル25の鉗子チャンネル口25aから超音波振動子21aの超音波走査範囲内に突出されると共に、図示しない生体の所定箇所に刺入されるようになっている。   As shown in FIG. 3, the distal end portion (stylet 29a) of the puncture needle 29 protrudes from the forceps channel port 25a of the forceps channel 25 into the ultrasonic scanning range of the ultrasonic transducer 21a and is not shown in the drawing. It is designed to be inserted into a predetermined place.

図1および図3に示すように、複数の体表検出用コイル10は、被検者100の体表上において、1つずつ異なる箇所に配置される。具体的には、体表検出用コイル10は、例えば、被検者100の体表上の4つの箇所である、剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、及び、腰椎椎体棘突起に相当する箇所に夫々1つずつ配置される。   As shown in FIGS. 1 and 3, the plurality of body surface detection coils 10 are arranged at different locations one by one on the body surface of the subject 100. Specifically, the body surface detection coil 10 includes, for example, the xiphoid process, the upper left anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, and the lumbar vertebrae, which are four locations on the body surface of the subject 100. One each is arranged at a position corresponding to the spinous process.

ここで、前記複数の体表検出用コイル10は、コイル21bまたはコイル22aと同様の構成を夫々有しており、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するが、本実施形態においては、当該被検体の振動(被検体の呼吸等)に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段としての呼吸センサとしての役目も果たす。   Here, each of the plurality of body surface detection coils 10 has a configuration similar to that of the coil 21b or the coil 22a, and outputs an electrical signal in accordance with a magnetic field applied from the outside. Also serves as a respiration sensor as reference position information acquisition means for acquiring position information based on vibration of the subject (respiration of the subject, etc.).

アンテナユニット3Aは、外部へ向けて磁界を放射する磁界放射アンテナ31と、磁界放射アンテナ31を駆動させるアンテナ駆動部32と、を具備している。   The antenna unit 3 </ b> A includes a magnetic field radiation antenna 31 that radiates a magnetic field toward the outside, and an antenna driving unit 32 that drives the magnetic field radiation antenna 31.

位置検出装置3Bは、コイル21bからの電気信号に基づき、コイル21bが存在する位置、及び、コイル21bの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた先端部位置・配向データを順次生成する。   The position detection device 3B performs calculation for specifying the position where the coil 21b exists and the orientation of the coil 21b based on the electrical signal from the coil 21b, and thereby the tip position / orientation data corresponding to the calculation result. Are generated sequentially.

また、位置検出装置3Bは、各コイル22aからの電気信号に基づき、各コイル22aが存在する位置、及び、各コイル22aの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた挿入部位置・配向データを順次生成する。   Further, the position detection device 3B performs an operation for specifying the position where each coil 22a exists and the orientation of each coil 22a based on the electrical signal from each coil 22a, thereby inserting according to the operation result. The part position / orientation data is sequentially generated.

さらに、位置検出装置3Bは、各体表検出用コイル10からの電気信号に基づき、各体表検出用コイル10が存在する位置を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた被検者位置・配向データを順次生成する。   Further, the position detection device 3B performs an operation for specifying the position where each body surface detection coil 10 is present based on the electrical signal from each body surface detection coil 10, so that the position detection device 3B corresponds to the calculation result. Inspector position / orientation data is sequentially generated.

このように、位置検出装置3Bは、前記コイル21b等により取得された電気信号に基づいて、実空間上における先端部位置・配向等を算出する位置方向検出手段および基準位置情報取得手段を構成する。   As described above, the position detection device 3B constitutes the position direction detection means and the reference position information acquisition means for calculating the tip position / orientation in the real space based on the electrical signal acquired by the coil 21b and the like. .

そして、位置検出装置3Bは、生成した先端部位置・配向データと、挿入部位置・配向データと、被検者位置・配向データとを併せて画像処理装置5へ出力する。さらに、位置検出装置3Bは、アンテナユニット3Aの駆動に要する電力をアンテナ駆動部32へ供給する。   Then, the position detection device 3B outputs the generated tip portion position / orientation data, insertion portion position / orientation data, and subject position / orientation data to the image processing device 5 together. Further, the position detection device 3B supplies power required for driving the antenna unit 3A to the antenna drive unit 32.

前記超音波診断装置4は、超音波振動子21aを駆動させるための駆動信号を生成及び出力する。また、超音波診断装置4は、超音波振動子21aからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、スコープID格納部24bの超音波走査情報に応じたフレームレートにより順次生成する。そして、超音波診断装置4は、生成した超音波画像を画像処理装置5へ順次出力する。   The ultrasonic diagnostic apparatus 4 generates and outputs a drive signal for driving the ultrasonic transducer 21a. Further, the ultrasonic diagnostic apparatus 4 sequentially generates an ultrasonic image as a tomographic image of the living body based on the echo signal from the ultrasonic transducer 21a at a frame rate corresponding to the ultrasonic scanning information in the scope ID storage unit 24b. To do. Then, the ultrasonic diagnostic apparatus 4 sequentially outputs the generated ultrasonic image to the image processing apparatus 5.

さらに超音波診断装置4は、スコープID格納部24bから出力される超音波走査情報に基づき、超音波振動子21aに設けられた超音波アレイの挿入部22に対する実装位置配向情報、超音波振動子21aから出射される超音波ビームの出射方向の情報、超音波振動子21aから出射される超音波ビームによる走査範囲形状情報(画角情報)、超音波振動子21aから同時に出射され得る超音波ビームの本数の情報、超音波振動子21aから出射される超音波ビームのフォーカス個数及び位置の情報、及び、超音波振動子21aから出射される超音波ビームに応じたフレームレートの情報からなる走査状態データを検出する。   Furthermore, the ultrasonic diagnostic apparatus 4 is based on the ultrasonic scanning information output from the scope ID storage unit 24b, the mounting position orientation information for the insertion unit 22 of the ultrasonic array provided in the ultrasonic transducer 21a, and the ultrasonic transducer. Information on the emission direction of the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic wave 21a, scanning range shape information (angle of view information) by the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic vibrator 21a, and an ultrasonic beam that can be emitted simultaneously from the ultrasonic vibrator 21a The scanning state is composed of the information on the number of the laser beam, the information on the number and position of the focus of the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic transducer 21a, and the information on the frame rate corresponding to the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic transducer 21a. Detect data.

一方、超音波診断装置4は、各種の指示に係る指示信号が操作指示部6から入力された場合に、超音波振動子21aから出射される超音波ビームの出射方向、超音波振動子21aから出射される超音波ビームによる走査範囲形状(画角)、及び、超音波振動子21aから同時に出射される超音波ビームの本数を適宜変更するための制御を超音波振動子21aに対して行う。そして、超音波診断装置4は、前述した制御の内容を走査状態データに反映させつつ、変更後の走査状態データを画像処理装置5へ出力する。   On the other hand, when an instruction signal related to various instructions is input from the operation instruction unit 6, the ultrasound diagnostic apparatus 4 emits the ultrasound beam emitted from the ultrasound transducer 21a and the ultrasound transducer 21a. Control for appropriately changing the scanning range shape (angle of view) by the emitted ultrasonic beam and the number of ultrasonic beams simultaneously emitted from the ultrasonic transducer 21a is performed on the ultrasonic transducer 21a. Then, the ultrasonic diagnostic apparatus 4 outputs the changed scanning state data to the image processing device 5 while reflecting the above-described control contents in the scanning state data.

また、超音波診断装置4は、モニタ7への画像出力(モニタ7における画像表示)に係る指示信号が操作指示部6から入力された場合に、該指示信号を画像処理装置5へ出力する。   In addition, when an instruction signal related to image output to the monitor 7 (image display on the monitor 7) is input from the operation instruction unit 6, the ultrasound diagnostic apparatus 4 outputs the instruction signal to the image processing apparatus 5.

画像処理装置5は、制御部51と、データ保持部としての機能を有する記憶部52と、ガイド画像生成部53と、表示画像生成部54と、タイミング演算部55と、を具備している。   The image processing apparatus 5 includes a control unit 51, a storage unit 52 having a function as a data holding unit, a guide image generation unit 53, a display image generation unit 54, and a timing calculation unit 55.

制御部51は、超音波診断装置4から出力される走査状態データに基づき、超音波振動子21aの走査状態が可視化された超音波断層像マーカを生成させるための制御をガイド画像生成部53に対して行う。   The control unit 51 controls the guide image generation unit 53 to generate an ultrasonic tomographic image marker in which the scanning state of the ultrasonic transducer 21 a is visualized based on the scanning state data output from the ultrasonic diagnostic apparatus 4. Against.

また、前記制御部51は、超音波診断装置4を介して入力される操作指示部6からの指示信号に基づき、モニタ7への画像出力(モニタ7における画像表示)状態を変更するための制御をガイド画像生成部53、表示画像生成部54およびタイミング演算部55に対して行う。   Further, the control unit 51 controls to change the state of image output to the monitor 7 (image display on the monitor 7) based on the instruction signal from the operation instruction unit 6 input via the ultrasonic diagnostic apparatus 4. Is performed on the guide image generation unit 53, the display image generation unit 54, and the timing calculation unit 55.

前記記憶部52は、ハードディスクドライブ等により構成され、画像処理装置5以外の他の装置と通信を行うための通信回線としてのネットワーク回線8を介し、例えば、X線3次元ヘリカルCT装置または3次元MRI装置等からなる3次元断層画像生成装置9と接続されている。これにより、記憶部52には、3次元断層画像生成装置9を用いた走査を超音波内視鏡2の観察対象となる被検者100に対して予め行うことにより得られた3次元断層画像が、ネットワーク回線8を介して各々入力及び蓄積される。   The storage unit 52 is configured by a hard disk drive or the like, and is, for example, an X-ray three-dimensional helical CT device or a three-dimensional device via a network line 8 as a communication line for communicating with other devices than the image processing device 5. It is connected to a three-dimensional tomographic image generation device 9 composed of an MRI apparatus or the like. As a result, the storage unit 52 obtains a three-dimensional tomographic image obtained by performing in advance a scan using the three-dimensional tomographic image generation device 9 on the subject 100 to be observed by the ultrasonic endoscope 2. Are respectively input and stored via the network line 8.

また、記憶部52には、3次元断層画像の取得対象となった被検者100の頭足方向及び背腹方向を示すための体軸方向データが、該3次元断層画像に関連付けられた状態として入力される。   Further, in the storage unit 52, the state in which the body axis direction data for indicating the head and foot direction and the dorsoventral direction of the subject 100 as the acquisition target of the three-dimensional tomographic image is associated with the three-dimensional tomographic image. Is entered as

前記タイミング演算部55は、前記制御部51に制御され、前記位置検出装置3Bから出力される先端部位置・配向データおよび被検者位置・配向データに基づき、対象部位の穿刺に適したタイミングデータ、すなわち穿刺に適した位相範囲となる時刻範囲および穿刺タイミング位置範囲等の誘導位置のデータと、当該タイミングデータを算出するまでの算出途中データとを生成する。   The timing calculation unit 55 is controlled by the control unit 51, and based on the tip position / orientation data and the subject position / orientation data output from the position detection device 3B, timing data suitable for puncture of the target site In other words, data of a guide position such as a time range that is a phase range suitable for puncture and a puncture timing position range, and mid-calculation data until the timing data is calculated are generated.

そして、タイミング演算部55は、制御部51に制御され、前記タイミングデータと前記算出途中データとをガイド画像生成部へ出力する。   And the timing calculating part 55 is controlled by the control part 51, and outputs the said timing data and the said calculation middle data to a guide image generation part.

このようにタイミング演算部55は、超音波画像上における穿刺対象部位の座標および前記位置検出装置3Bにより取得された先端部位置・配向情報に基づいて、実空間上における穿刺対象部位の位置を算出する位置算出手段としての役目を果たす。   In this way, the timing calculation unit 55 calculates the position of the puncture target site in the real space based on the coordinates of the puncture target site on the ultrasound image and the tip position / orientation information acquired by the position detection device 3B. It serves as a position calculation means.

また、タイミング演算部55は、前記被検者位置・配向データに基づいて当該被検体の振動による穿刺対象部位の位置変化の位相を算出する位相算出手段としての役目を果たす。   In addition, the timing calculation unit 55 serves as a phase calculation unit that calculates the phase of the position change of the puncture target site due to the vibration of the subject based on the subject position / orientation data.

さらに、タイミング演算部55は、前記位置算出手段および前記位相算出手段の算出結果に基づいて、所定の範囲内の位相における対象部位の位置情報を算出する誘導位置情報算出手段としての役目を果たす。   Furthermore, the timing calculation unit 55 serves as a guidance position information calculation unit that calculates position information of a target part in a phase within a predetermined range based on the calculation results of the position calculation unit and the phase calculation unit.

ガイド画像生成部53は、位置検出装置3Bから出力される先端部位置・配向データと、挿入部位置・配向データとに基づき、超音波内視鏡2の挿入形状を示すための挿入形状データを生成する。   The guide image generation unit 53 generates insertion shape data for indicating the insertion shape of the ultrasonic endoscope 2 based on the distal end portion position / orientation data output from the position detection device 3B and the insertion portion position / orientation data. Generate.

また、ガイド画像生成部53は、制御部51の制御と、位置検出装置3Bから出力される先端部位置・配向データとに基づき、超音波振動子21aの走査状態を可視化するための超音波断層像マーカ、及び、超音波振動子21aを含む先端部21の構成を画像化したスコープ先端部マーカを生成する。   In addition, the guide image generation unit 53 visualizes the scanning state of the ultrasonic transducer 21a based on the control of the control unit 51 and the tip position / orientation data output from the position detection device 3B. A scope distal end marker that images the configuration of the distal end portion 21 including the image marker and the ultrasonic transducer 21a is generated.

さらにガイド画像生成部53は、記憶部52に蓄積された3次元断層画像に基づき、被検者100の内部に存在する臓器群等の組織構造の3次元生体組織モデルデータを生成する。   Further, the guide image generation unit 53 generates three-dimensional biological tissue model data of a tissue structure such as an organ group existing inside the subject 100 based on the three-dimensional tomographic image accumulated in the storage unit 52.

さらにガイド画像生成部53は、指標生成部としての機能を有し、記憶部52から読み込んだ体軸方向データに基づき、前記3次元生体組織モデルデータに対応する被検者モデル画像データを生成する。   Further, the guide image generation unit 53 has a function as an index generation unit, and generates subject model image data corresponding to the three-dimensional biological tissue model data based on the body axis direction data read from the storage unit 52. .

一方、前記ガイド画像生成部53は、前記タイミング演算部55から出力される算出途中データおよび前記タイミングデータに基づいて誘導画像情報を生成する。すなわち、ガイド画像生成部53は、タイミング演算部55の算出結果に基づいて、前記超音波画像取得手段に対して提示する、位置及び方向の誘導画像情報を生成する誘導情報生成手段としての役目を果たす。   On the other hand, the guide image generation unit 53 generates guide image information based on the calculation intermediate data output from the timing calculation unit 55 and the timing data. That is, the guide image generation unit 53 serves as a guide information generation unit that generates guide image information of a position and a direction to be presented to the ultrasonic image acquisition unit based on the calculation result of the timing calculation unit 55. Fulfill.

そして、ガイド画像生成部53は、制御部51の制御に基づき、挿入形状データと、超音波断層像マーカと、スコープ先端部マーカと、3次元生体組織モデルデータと、被検者モデル画像データと、誘導画像情報とを組み合わせることにより、各種ガイド画像を生成して表示画像生成部54へ出力する。   Based on the control of the control unit 51, the guide image generation unit 53 inserts the insertion shape data, the ultrasonic tomographic image marker, the scope tip marker, the three-dimensional biological tissue model data, and the subject model image data. By combining the guide image information, various guide images are generated and output to the display image generation unit 54.

表示画像生成部54は、制御部51の制御に基づき、超音波診断装置4から出力される超音波画像と、ガイド画像生成部53から出力されるガイド画像とを合成した合成画像を生成した後、該合成画像に基づく映像信号を生成してモニタ7へ出力する。   The display image generation unit 54 generates a composite image obtained by combining the ultrasound image output from the ultrasound diagnostic apparatus 4 and the guide image output from the guide image generation unit 53 based on the control of the control unit 51. A video signal based on the composite image is generated and output to the monitor 7.

操作指示部6は、文字入力の指示、及び、(例えば超音波画像の左右反転等の)所定の機能の実行の指示に係る指示信号を出力するキーボード6aと、モニタ7の画面上に表示されるポインタの操作等の指示に係る指示信号を出力するマウス6bと、を具備している。   The operation instruction unit 6 is displayed on a screen of a monitor 6 and a keyboard 6a that outputs an instruction signal related to a character input instruction and an instruction to execute a predetermined function (for example, left-right reversal of an ultrasonic image). And a mouse 6b for outputting an instruction signal relating to an instruction for operating the pointer.

モニタ7は、画像処理装置5からの映像信号に応じた種々の画像を画面上に表示する。   The monitor 7 displays various images on the screen according to the video signal from the image processing device 5.

次に、本実施形態の医用ガイドシステム1の作用について説明を行う。なお、以降においては、超音波振動子21aがコンベックス走査式である場合についての説明を主に行うものとする。   Next, the operation of the medical guide system 1 of the present embodiment will be described. In the following, a description will be mainly given of a case where the ultrasonic transducer 21a is a convex scanning type.

まず、術者等は、医用ガイドシステム1の各部の電源を投入することにより、該各部を起動状態とする。   First, the surgeon or the like turns on each part of the medical guide system 1 to activate each part.

この後、術者等は、3次元断層画像生成装置9からの3次元断層画像が画像処理装置5に入力される事前に、該3次元断層画像を参照しながら、被検者100に4個の体表検出用コイル10を取り付けた位置に相当する該3次元断層画像の位置を夫々指定する。   Thereafter, the surgeon and the like refer to the three-dimensional tomographic image from the three-dimensional tomographic image generation device 9 and input four images to the subject 100 while referring to the three-dimensional tomographic image. Each position of the three-dimensional tomographic image corresponding to the position where the body surface detection coil 10 is attached is designated.

そして、3次元断層画像における体表検出用コイル10を取り付けた位置の指定結果は、3次元断層画像上体表検出用コイル座標として画像処理装置5に入力される。   Then, the designation result of the position where the body surface detection coil 10 is attached in the three-dimensional tomographic image is input to the image processing device 5 as the three-dimensional tomographic image body surface detection coil coordinates.

超音波振動子21aは、超音波診断装置4の起動に伴って駆動し、生体の内部へ超音波ビームを出射した後、該生体の内部の生体組織において超音波ビームが反射した反射波を受波し、該反射波に応じたエコー信号を出力する。   The ultrasonic transducer 21a is driven when the ultrasonic diagnostic apparatus 4 is activated, emits an ultrasonic beam to the inside of the living body, and then receives a reflected wave reflected by the living body tissue inside the living body. And outputs an echo signal corresponding to the reflected wave.

超音波診断装置4は、超音波振動子21aからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、スコープID格納部24bの超音波走査情報に応じたフレームレートにより順次生成する。そして、超音波診断装置4は、生成した超音波画像を画像処理装置5へ順次出力する。   The ultrasonic diagnostic apparatus 4 sequentially generates an ultrasonic image as a tomographic image of a living body based on an echo signal from the ultrasonic transducer 21a at a frame rate corresponding to the ultrasonic scanning information in the scope ID storage unit 24b. Then, the ultrasonic diagnostic apparatus 4 sequentially outputs the generated ultrasonic image to the image processing apparatus 5.

一方、コイル21b、各コイル22a及び各体表検出用コイル10は、アンテナユニット3Aによって印加された磁界を検知し、検知した磁界に応じた電気信号をそれぞれ位置検出装置3Bへ出力する。   On the other hand, the coil 21b, each coil 22a, and each body surface detection coil 10 detect a magnetic field applied by the antenna unit 3A, and output an electrical signal corresponding to the detected magnetic field to the position detection device 3B.

位置検出装置3Bは、超音波内視鏡2からの電気信号に基づいてコイル21b及び各コイル22aが存在する位置、及び、コイル21b及び各コイル22aの配向を特定するための演算を行う。   The position detection device 3B performs a calculation for specifying the position where the coil 21b and each coil 22a exist and the orientation of the coil 21b and each coil 22a based on the electrical signal from the ultrasonic endoscope 2.

そして、位置検出装置3Bは、前述の演算により得られた先端部位置・配向データ及び挿入部位置・配向データを画像処理装置5へ出力する。   Then, the position detection device 3B outputs the tip portion position / orientation data and the insertion portion position / orientation data obtained by the above-described calculation to the image processing device 5.

また位置検出装置3Bは、各体表検出用コイル10からの電気信号に基づき、各体表検出用コイル10が存在する位置を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた被検者位置・配向データを画像処理装置5へ出力する。   In addition, the position detection device 3B performs a calculation for specifying the position where each body surface detection coil 10 exists based on the electrical signal from each body surface detection coil 10, thereby detecting the test according to the calculation result. The person position / orientation data is output to the image processing device 5.

ここで、被検体の呼吸または拍動等による被検体の振動により、被検者位置・配向データは時間とともに変化することとなる。   Here, the subject position / orientation data changes with time due to vibration of the subject due to respiration or pulsation of the subject.

次に、本実施形態の医用ガイドシステムにおける前記誘導画像情報を生成する工程について説明する。   Next, the process of generating the guide image information in the medical guide system of this embodiment will be described.

図4は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおける呼吸センサによる被検体振動の1周期分の経時変化を示した図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a change over time of one cycle of subject vibration by the respiratory sensor in the medical guide system of the first embodiment.

本実施形態においては、まず、制御部51の制御下において、呼吸センサである体表検出用コイル10からの振動情報(被検体の呼吸等による振動情報)に基づいてタイミング演算部55は、被検体位置の経時変化の1周期分の情報を抜き出して算出途中データとしてガイド画像生成部に出力する。   In the present embodiment, first, under the control of the control unit 51, the timing calculation unit 55 is based on vibration information from the body surface detection coil 10 that is a respiration sensor (vibration information due to breathing of the subject). Information for one cycle of the temporal change in the specimen position is extracted and output to the guide image generation unit as mid-calculation data.

次にガイド画像生成部53は、制御部51に制御され、算出途中データである前記被検体位置の経時変化の1周期分の情報をモニタ7に表示するための誘導画像情報を含んだガイド画像を生成して表示画像生成部54に出力する。   Next, the guide image generating unit 53 is controlled by the control unit 51 and includes guide image information including guidance image information for displaying on the monitor 7 information for one cycle of the temporal change in the subject position, which is calculation-in-progress data. Is output to the display image generation unit 54.

前記表示画像生成部54は、制御部51に制御され、受け取った前記ガイド画像に基づいて合成画像を生成しモニタ7に対して出力する。   The display image generation unit 54 is controlled by the control unit 51, generates a composite image based on the received guide image, and outputs it to the monitor 7.

図5は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図4に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。   FIG. 5 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 4 in the medical guide system of the first embodiment.

ここで、モニタ7には、画像処理装置5における表示画像生成部54を経てリアルタイムの超音波画像が指定されたフレームレートで表示されるようになっている。すなわち、リアルタイムに表示される超音波画像が表示されるモニタ7の画面上において、図4に示す如き、算出途中データである前記被検体位置の経時変化の1周期分の情報が表示されるようになっている。   Here, a real-time ultrasonic image is displayed on the monitor 7 at a designated frame rate via the display image generation unit 54 in the image processing apparatus 5. That is, on the screen of the monitor 7 on which the ultrasonic image displayed in real time is displayed, as shown in FIG. 4, information for one cycle of the temporal change of the subject position, which is data during calculation, is displayed. It has become.

このように、本実施形態の医用ガイドシステムは、体表検出用コイル10で検出した被検体信号の経時変化の1周期分を図4、図5に示す如きグラフにしてモニタ7に表示する。   As described above, the medical guide system of the present embodiment displays on the monitor 7 a graph as shown in FIGS. 4 and 5 for one cycle of the change in the subject signal detected by the body surface detection coil 10 over time.

また、モニタ7における体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化のグラフ(図5参照)上には、現在の位相示すマーカ201が表示される。そして、このマーカ201の位置は時刻とともにリアルタイムに変化するようになっている。   In addition, a marker 201 indicating the current phase is displayed on a graph (see FIG. 5) of the change over time of the body surface detection coil 10 (respiration sensor) on the monitor 7. The position of the marker 201 changes in real time with time.

なお、本実施形態においては、この体表検出用コイル10で検出した位置の経時変化のグラフを、超音波画像を表示する前記モニタ7に表示するものとしたが、これに限らず、専用のモニタに表示しても良い。   In the present embodiment, the graph of the change with time of the position detected by the body surface detection coil 10 is displayed on the monitor 7 for displaying an ultrasonic image. You may display on a monitor.

また、ここでは説明を簡単にするため、体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化が正弦波であるものとして説明する。   Further, here, in order to simplify the description, it is assumed that the change over time of the body surface detection coil 10 (respiration sensor) is a sine wave.

次に、超音波画像上において所定の穿刺対象の位置を指定する工程について説明する。   Next, a process of designating a predetermined puncture target position on the ultrasonic image will be described.

図6は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、穿刺対象の1点目の位置を指定したタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示した図であり、図7は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図6に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the breathing phase of the subject at the timing when the first position of the puncture target is designated and the position of the puncture target at the timing in the medical guide system of the first embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 6 in the medical guide system of the first embodiment.

<1点目の指定>
上述したように、超音波診断装置4は、超音波振動子21aからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、スコープID格納部24bの超音波走査情報に応じたフレームレートにより順次生成し、生成した超音波画像を画像処理装置5へ順次出力する。
<Specifying the first point>
As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus 4 converts an ultrasonic image as a tomographic image of the living body based on the echo signal from the ultrasonic transducer 21a to a frame rate corresponding to the ultrasonic scanning information in the scope ID storage unit 24b. Are sequentially generated, and the generated ultrasonic images are sequentially output to the image processing apparatus 5.

そして、上述したように、画像処理装置5における表示画像生成部54を経てモニタ7には、リアルタイムの超音波画像が指定されたフレームレートで表示されるようになっている(図5の状態)。   As described above, the real-time ultrasonic image is displayed at the designated frame rate on the monitor 7 via the display image generation unit 54 in the image processing apparatus 5 (state in FIG. 5). .

この状態において術者は、超音波内視鏡2を操作し、モニタ7にリアルタイムで表示される超音波画像上において、時間とともに位置がずれる穿刺対象が一部の時間でも当該超音波画像上に描出される位置に当該超音波内視鏡2を配置する。   In this state, the surgeon operates the ultrasonic endoscope 2 and the puncture target whose position shifts with time on the ultrasonic image displayed in real time on the monitor 7 is also displayed on the ultrasonic image even during a part of the time. The ultrasonic endoscope 2 is arranged at a position to be drawn.

次に術者は、超音波診断装置4に接続されたキーボード6aまたはマウス6b等のポインティングデバイスを用いて、穿刺対象が超音波画像上に描出されるタイミングで、この穿刺対象の位置を超音波画像上で指定する(この時刻をt1とする)。   Next, the operator uses a pointing device such as a keyboard 6a or a mouse 6b connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 4 to ultrasonically determine the position of the puncture target at the timing when the puncture target is drawn on the ultrasonic image. It is designated on the image (this time is set to t1).

ここで穿刺対象が指定されると、画像処理装置5における前記タイミング演算部55は、超音波内視鏡2の位置及び方向と、超音波画像上で指定された位置の画素の座標と、超音波画像のレンジ情報とに基づいて、実空間上の穿刺対象の位置p1=(x1,y1,z1)を算出する。   When the puncture target is designated here, the timing calculation unit 55 in the image processing device 5 performs the position and direction of the ultrasonic endoscope 2, the coordinates of the pixel at the designated position on the ultrasonic image, Based on the range information of the sound image, the position p1 = (x1, y1, z1) of the puncture target in the real space is calculated.

なお、上述したように、本実施形態における超音波内視鏡2の前記スコープID格納部24bには、当該超音波内視鏡2に関する種々の情報として、例えば、超音波振動子21aに設けられた超音波アレイの配列の形状情報、及び、該超音波アレイの挿入部22に対する実装位置配向情報等の情報の他、選択可能な超音波画像の表示レンジ情報が入っている。   Note that, as described above, the scope ID storage unit 24b of the ultrasonic endoscope 2 according to the present embodiment is provided with, for example, the ultrasonic transducer 21a as various pieces of information regarding the ultrasonic endoscope 2. In addition to information such as the shape information of the array of the ultrasonic array and the mounting position orientation information for the insertion portion 22 of the ultrasonic array, display range information of a selectable ultrasonic image is included.

そして、術者は、操作部23における所定の指示スイッチ部または操作指示部6により表示レンジを選択することができるようになっている。   The surgeon can select a display range by using a predetermined instruction switch unit or the operation instruction unit 6 in the operation unit 23.

上述したように、術者によって超音波画像上で穿刺対象の位置が指定されると同時に、タイミング演算部55は、時刻t1での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化(上述したようにここでは正弦波とする)における時刻t1での位相(φ1)を算出する。   As described above, the position of the puncture target is designated on the ultrasonic image by the operator, and at the same time, the timing calculation unit 55 uses the body surface detection coil based on the subject position / orientation data at time t1. The phase (φ1) at time t1 in the time-dependent change of 10 (respiration sensor) (here, sine wave is used as described above) is calculated.

このタイミング演算部55において算出した時刻t1での位相(φ1)情報(算出途中データ)に基づいて、ガイド画像生成部53は、図6に示すように、モニタ7に新たに表示される穿刺対象の位置のグラフにおける位相φ1の位置に表示すべく、時刻t1での穿刺対象位置p1のマーカ301の画像情報を含んだガイド画像を作成する。そしてそのガイド画像を表示画像生成部54に受け渡し、表示画像生成部54は、このマーカ301を含んだガイド画像をモニタ7に表示する。   Based on the phase (φ1) information (calculation halfway data) at time t1 calculated by the timing calculation unit 55, the guide image generation unit 53 performs a puncture target newly displayed on the monitor 7, as shown in FIG. A guide image including image information of the marker 301 at the puncture target position p1 at time t1 is generated so as to be displayed at the position of the phase φ1 in the position graph. Then, the guide image is transferred to the display image generation unit 54, and the display image generation unit 54 displays the guide image including the marker 301 on the monitor 7.

なお、図6は代表図としてx座標についてのみ記載したが、同様にy座標、z座標について表示されるようにしても良い。また、位置変化が大きい座標についてのみ表示するようにしても良い。   Although FIG. 6 shows only the x coordinate as a representative diagram, the y coordinate and the z coordinate may be displayed similarly. Further, only coordinates having a large position change may be displayed.

また、モニタ7における穿刺対象の位置のグラフ(図7参照)には、上記同様に、現在の位相示すマーカ201が表示される。   Further, in the graph of the position of the puncture target on the monitor 7 (see FIG. 7), the marker 201 indicating the current phase is displayed as described above.

<2点目の指定>
図8は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、穿刺対象の2点目の位置を指定した1点目とは別のタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示した図であり、図9は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図8に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。
<Specifying the second point>
FIG. 8 shows the phase of breathing of the subject at a timing different from the first point where the second position of the puncture target is designated and the position of the puncture target at the timing in the medical guide system of the first embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 8 in the medical guide system of the first embodiment.

この後、術者は再び超音波内視鏡2操作し、モニタ7にリアルタイムで表示される超音波画像上において、時間とともに位置がずれる穿刺対象が一部の時間でも超音波画像上に描出される「別の位置」に当該超音波内視鏡2を移動する。   Thereafter, the operator operates the ultrasonic endoscope 2 again, and on the ultrasonic image displayed in real time on the monitor 7, the puncture target whose position shifts with time is depicted on the ultrasonic image even during a part of the time. The ultrasonic endoscope 2 is moved to “another position”.

そして術者は、モニタ7に表示される体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化のグラフ(図5参照)または穿刺対象の位置のグラフ(図7参照)を確認することで、超音波画像上に穿刺対象が表示されるタイミングにおける位相が前記位相φ1とは異なることを確認することができる。   Then, the surgeon confirms the time-dependent graph (see FIG. 5) of the body surface detection coil 10 (respiration sensor) displayed on the monitor 7 or the graph of the position of the puncture target (see FIG. 7). It can be confirmed that the phase at the timing when the puncture target is displayed on the sound wave image is different from the phase φ1.

すなわち、上述したように、体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化のグラフ上および穿刺対象の位置のグラフには、リアルタイムに変化する現在の位相示すマーカ201が表示される。   That is, as described above, the marker 201 indicating the current phase that changes in real time is displayed on the graph of the temporal change of the body surface detection coil 10 (respiration sensor) and the graph of the position of the puncture target.

その後術者は、穿刺対象が超音波画像上に描出されるタイミングで、上記同様のポインティングデバイスを用いて、穿刺対象の位置を超音波画像上で指定する(この時刻をt2とする;図8参照)。   Thereafter, the operator designates the position of the puncture target on the ultrasonic image using a pointing device similar to the above at the timing when the puncture target is drawn on the ultrasonic image (this time is assumed to be t2; FIG. 8). reference).

ここで穿刺対象が指定されると、タイミング演算部55は、超音波内視鏡2の位置及び方向と、超音波画像上で指定された位置の画素の座標と、超音波画像の前記レンジ情報とに基づいて、実空間上の対象の位置p2=(x2,y2,z2)を算出する。   When the puncture target is designated here, the timing calculation unit 55 determines the position and direction of the ultrasonic endoscope 2, the coordinates of the pixel at the designated position on the ultrasonic image, and the range information of the ultrasonic image. Based on the above, the target position p2 = (x2, y2, z2) in the real space is calculated.

同時に、タイミング演算部55は、時刻t1での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化(同様にここでは正弦波とする)における時刻t2での位相(φ2)を算出する(図8参照)。   At the same time, the timing calculation unit 55, based on the subject position / orientation data at time t1, at time t2 in the time-dependent change of the body surface detection coil 10 (respiratory sensor) (also referred to as a sine wave here). Is calculated (see FIG. 8).

また制御部51は、前記位相φ1とφ2との差が画像処理装置5における前記記憶部52に予め格納されたしきい値以下の場合、または、実空間上の対象の位置p1(マーカ301)とp2(マーカ302)との距離が、同様に当該記憶部52に予め格納されたしきい値以下の場合であると判断した際には、タイミング演算部55および表示画像生成部54を制御して、術者に対してモニタ7上においてもう1点取得するように告知する。   The control unit 51 also determines that the difference between the phases φ1 and φ2 is equal to or smaller than a threshold value stored in advance in the storage unit 52 in the image processing apparatus 5, or the target position p1 (marker 301) in the real space. Similarly, when it is determined that the distance between p2 (marker 302) is equal to or less than the threshold value stored in advance in the storage unit 52, the timing calculation unit 55 and the display image generation unit 54 are controlled. Then, the operator is notified to acquire another point on the monitor 7.

<穿刺対象の位置変動の推定>
次に、超音波画像上における穿刺対象の位置変動の推定工程について説明する。
<Estimation of position variation of puncture target>
Next, the process for estimating the position variation of the puncture target on the ultrasound image will be described.

図10は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置と呼吸センサの振幅変動から推定された穿刺対象の位置変動を示したグラフ図であり、図11は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図10に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。   FIG. 10 is a graph showing the position variation of the puncture target estimated from the position of the puncture target and the amplitude variation of the respiration sensor in the medical guide system of the first embodiment, and FIG. 11 is a diagram illustrating the first embodiment. 11 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 10 in the medical guide system of FIG.

まず、タイミング演算部55は、呼吸センサの振幅変動を数式で近似する。本実施形態では呼吸センサの振幅変動が正弦波であるものとして説明しているため、x=35sin(φ)となる。   First, the timing calculation unit 55 approximates the amplitude variation of the respiration sensor with a mathematical expression. In the present embodiment, since the amplitude variation of the respiration sensor is described as being a sine wave, x = 35 sin (φ).

次に、穿刺対象の位置変動も呼吸センサの振幅変動と相関があるものと仮定して、x=x0+ax sin(φ)とする。ここで、振幅(a=(ax,ay,az))と位相0での位置p0=(x0,y0,z0)は未知数である。   Next, assuming that the position variation of the puncture target is also correlated with the amplitude variation of the respiratory sensor, x = x0 + ax sin (φ). Here, the amplitude (a = (ax, ay, az)) and the position p0 = (x0, y0, z0) at phase 0 are unknowns.

更に上記p1,p2,φ1,φ2から、未知数である振幅(a=(ax,ay,az))と位相0での位置p0=(x0,y0,z0)とを、算出する。  Further, the amplitude (a = (ax, ay, az)), which is an unknown number, and the position p0 = (x0, y0, z0) at phase 0 are calculated from the above p1, p2, φ1, and φ2.

すなわち、
x1=x0+ax sin(φ1)
x2=x0+ax sin(φ2)
の連立方程式を解くことで、x0とaxを算出し、式1を位置変動として推定する。
That is,
x1 = x0 + ax sin (φ1)
x2 = x0 + ax sin (φ2)
X0 and ax are calculated by solving the simultaneous equations, and Equation 1 is estimated as a position variation.

x=x0+ax sin(φ) ・・・・・・・・式1
なお、y方向の位置変動とz方向の位置変動も同様に推定する。
x = x0 + ax sin (φ) (1)
The position fluctuation in the y direction and the position fluctuation in the z direction are estimated in the same manner.

そして、制御部51の制御の下、ガイド画像生成部53が、上述の如くタイミング演算部55において特定された穿刺対象の位置変動情報に基づくガイド画像を作成する。   Then, under the control of the control unit 51, the guide image generation unit 53 creates a guide image based on the position variation information of the puncture target specified by the timing calculation unit 55 as described above.

すなわち、ガイド画像生成部53は、上記位置変動情報(算出途中データ)の曲線を上記図8に示すグラフに追加した図10に示す如き誘導画像情報を含むガイド画像を作成し、表示画像生成部54を介してモニタ7に表示する。   That is, the guide image generation unit 53 generates a guide image including the guide image information as illustrated in FIG. 10 in which the curve of the position variation information (calculation midway data) is added to the graph illustrated in FIG. 8, and the display image generation unit The information is displayed on the monitor 7 via 54.

図10は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図8に加え上記のとおり推定された穿刺対象の位置変動を示した図である。   FIG. 10 is a diagram showing the position variation of the puncture target estimated as described above in addition to FIG. 8 in the medical guide system of the first embodiment.

<速度の低い位置の計算>
図12は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図10に示す位置変動情報によるグラフを時間で微分して得られた穿刺対象の速度変化を示したグラフ図であり、図13は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図12に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。
<Calculation of low speed position>
FIG. 12 is a graph showing the speed change of the puncture target obtained by differentiating the graph based on the position variation information shown in FIG. 10 with respect to time in the medical guide system of the first embodiment. FIG. 13 is a diagram showing a display example on the monitor of the graph shown in FIG. 12 in the medical guide system of the first embodiment.

また、図14は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置変動情報と穿刺タイミング位置範囲を示したグラフ図であり、図15は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図12に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。   FIG. 14 is a graph showing position variation information and a puncture timing position range of the puncture target in the medical guide system of the first embodiment, and FIG. 15 is a graph showing the position of the puncture timing position in the medical guide system of the first embodiment. It is the figure which showed the example of a display in the monitor of the graph shown in FIG.

次に、タイミング演算部55は穿刺対象の移動速度が所定の速度しきい値以下となる位相φの範囲を算出する。   Next, the timing calculation unit 55 calculates the range of the phase φ in which the moving speed of the puncture target is equal to or less than a predetermined speed threshold value.

具体的には、上記移動速度は上記式1を時間で微分することで得られ、当該微分値が所定の速度しきい値(例えば、0.5mm/sec以下)である位相φの範囲を穿刺タイミング位相範囲として算出する(図12参照)。   Specifically, the moving speed is obtained by differentiating Equation 1 with respect to time, and punctures the range of phase φ in which the differential value is a predetermined speed threshold value (for example, 0.5 mm / sec or less). The timing phase range is calculated (see FIG. 12).

また、タイミング演算部55はさらに、その位相範囲での穿刺対称位置の範囲を穿刺タイミング位置範囲として算出する(図14参照)。   Further, the timing calculation unit 55 further calculates the puncture symmetric position range in the phase range as the puncture timing position range (see FIG. 14).

そして、この穿刺タイミング位相範囲となる時刻範囲と穿刺タイミング位置範囲とが上述した「タイミングデータ」となり、タイミング演算部55からガイド画像生成部53に対して出力されることとなる。   The time range that is the puncturing timing phase range and the puncturing timing position range are the “timing data” described above, and are output from the timing calculation unit 55 to the guide image generation unit 53.

次に、ガイド画像生成部53による誘導画像の具体的な作成工程について説明する。   Next, a specific creation process of the guide image by the guide image generation unit 53 will be described.

ガイド画像生成部53は、上記結果となる穿刺タイミングデータを使用して、次の各選定方法により超音波内視鏡2の誘導先を算出し、誘導画像を作成する。   The guide image generation unit 53 calculates the guide destination of the ultrasonic endoscope 2 by the following selection methods using the puncture timing data resulting from the above, and creates a guide image.

なお、術者はまず、前記キーボード6a等を用いてこれら各選定方法のうち何れを採用するかを選択する。以下、選定方法毎に具体的に説明する。   The surgeon first selects which of these selection methods is to be employed using the keyboard 6a or the like. Hereinafter, it demonstrates concretely for every selection method.

<超音波内視鏡の誘導先の選定方法(方法1)>
以下に示す方法1は最も好ましい例である。
<Selection method of ultrasonic endoscope guide (method 1)>
Method 1 shown below is the most preferred example.

術者により当該方法1が選択された場合、ガイド画像生成部53は、上記穿刺タイミング位置範囲を含む、すべての位相での穿刺対象の位置が、すべてひとつの超音波画像上の穿刺可能領域に描出されるように、超音波内視鏡2の誘導先である位置及び方向を算出し、当該超音波内視鏡2を誘導する誘導画像を作成する。   When the method 1 is selected by the surgeon, the guide image generation unit 53 causes all the positions of the puncture target in all phases including the puncture timing position range to be in a puncturable region on one ultrasonic image. As depicted, the position and direction that are the guidance destination of the ultrasonic endoscope 2 are calculated, and a guidance image for guiding the ultrasonic endoscope 2 is created.

ここで、超音波内視鏡2の先端位置に対する穿刺可能領域は、鉗子チャンネル口25aの位置、鉗子起上台の稼動可能な角度範囲、穿刺針29の太さおよび硬さの範囲等から算出可能である。   Here, the puncturable region with respect to the distal end position of the ultrasonic endoscope 2 can be calculated from the position of the forceps channel port 25a, the angular range in which the forceps raising base can be operated, the thickness and hardness ranges of the puncture needle 29, and the like. It is.

<超音波内視鏡の誘導先の選定方法(方法2)>
上述した方法1が最良であるが、超音波内視鏡2が体腔内で採れる姿勢および先端位置は限られていることから、方法1による誘導は困難となる場合も想定できる。
<Selection method of ultrasonic endoscope guide (method 2)>
Although the method 1 described above is the best, since the posture and the tip position that the ultrasonic endoscope 2 can take in the body cavity are limited, it can be assumed that the guidance by the method 1 is difficult.

そこで、本実施形態の変形例として、以下のようにいくつかの条件を用意し、術者が選択した条件の組合せ、または、術者が指定した優先順位に基づいて超音波内視鏡2を誘導することも可能である。   Therefore, as a modification of the present embodiment, several conditions are prepared as follows, and the ultrasonic endoscope 2 is set based on a combination of conditions selected by the operator or a priority order specified by the operator. It is also possible to guide.

方法2a)穿刺タイミング位置範囲が穿刺可能領域に描出されるように誘導する誘導画像を作成する。   Method 2a) A guidance image for guiding the puncture timing position range to be depicted in the punctureable region is created.

この方法2a)の効果としては、穿刺対象の移動速度が遅く、穿刺しやすい位置を超音波画像で描出できるような位置に誘導できるため、穿刺の奏功率の向上につながることが期待できる。   As an effect of the method 2a), since the moving speed of the puncture target is slow and a position where puncture is easy can be guided to a position where an ultrasonic image can be drawn, it can be expected to lead to an improvement in the success rate of puncture.

方法2b)穿刺タイミング位置範囲が鉗子チャンネル口25aに近い位置に入るように誘導する誘導画像を作成する。   Method 2b) A guidance image for guiding the puncture timing position range to a position close to the forceps channel port 25a is created.

この方法2b)の効果としては、上記方法2aの効果に加え、穿刺距離が短くなるため、穿刺中に穿刺針が曲がった場合でもその影響は少なく、穿刺の奏功率の向上につながることが期待できる。   As an effect of the method 2b), in addition to the effect of the method 2a, since the puncture distance is shortened, even if the puncture needle is bent during the puncture, the effect is small, and it is expected to lead to an improvement in the success rate of the puncture. it can.

また、穿刺距離が短くなるため、穿刺中に穿刺対象が変形する確率や変形量も小さくなり、穿刺の奏功率の向上につながることが期待できる。   In addition, since the puncture distance is shortened, the probability and amount of deformation of the puncture target during puncture are reduced, and it can be expected to lead to an improvement in the success rate of puncture.

方法2c)複数箇所ある穿刺タイミング位置範囲のうち2箇所を結ぶ直線と超音波画像平面との角度差が少なくなるように誘導する誘導画像を作成する。   Method 2c) A guide image is generated for guiding so that an angle difference between a straight line connecting two positions in a plurality of puncture timing position ranges and an ultrasonic image plane is reduced.

この方法2c)の効果としては、穿刺対象が超音波画像上で動く時間が長く、見えている時間が長いという利点がある。   As an effect of this method 2c), there is an advantage that the puncture target moves on the ultrasonic image for a long time and is visible for a long time.

<誘導画像の作成>
なお、本実施形態における前記誘導画像としては、以下に示す例も考えられる。
<Create guidance image>
Note that the following example is also conceivable as the guide image in the present embodiment.

a)3次元空間上に、現在の内視鏡先端の位置および姿勢と、誘導先の内視鏡先端の位置および姿勢とを表示し、2次元平面に投影した画像。   a) An image in which the current position and posture of the endoscope tip and the position and posture of the guide end of the endoscope are displayed on a three-dimensional space and projected onto a two-dimensional plane.

b)現在の先端位置および姿勢から、誘導先の内視鏡先端の位置及び姿勢へと移動させるための、内視鏡の押し引き量、湾曲量または捩じり量等を数値で指示する画像。   b) An image indicating numerically the push / pull amount, bending amount, twist amount, etc. of the endoscope for moving from the current tip position and posture to the position and posture of the endoscope tip as the guidance destination .

そして、ガイド画像生成部53は、これら誘導画像のいずれかを、または両方を採用して作成してもよい。   Then, the guide image generation unit 53 may create either one of these guide images or both.

<誘導後の穿刺タイミング表示>
また、本実施形態においては、体表検出用コイル10(呼吸センサ)の位置が穿刺タイミング位相範囲となる時刻範囲のときに、ガイド画像生成部53は、タイミング演算部55から出力されるタイミングデータに基づいてガイド画像の何らかの表示態様を変更し穿刺タイミングを報知する。
<Puncture timing display after guidance>
In the present embodiment, the guide image generation unit 53 outputs the timing data output from the timing calculation unit 55 when the position of the body surface detection coil 10 (respiration sensor) is within the time range within the puncture timing phase range. Based on this, some display mode of the guide image is changed to notify the puncture timing.

図16は、第1の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺タイミングの報知例を示した図である。   FIG. 16 is a diagram illustrating a notification example of puncture timing in the medical guide system according to the first embodiment.

例えば、図11は表示画像生成部において作成される、モニタに表示される画像の一例を示した図であるが、斯様な画像が表示される際に、例えば、図16の示すようにガイド画像上の超音波断層像マーカの色を変化させることにより、術者に穿刺タイミングを報知する。   For example, FIG. 11 is a diagram showing an example of an image displayed on the monitor created by the display image generation unit. When such an image is displayed, for example, as shown in FIG. The operator is notified of the puncture timing by changing the color of the ultrasonic tomographic image marker on the image.

例えば、図16の示すようにガイド画像上の現在の位相を示すマーカの色を変化させることにより、術者に穿刺タイミングを報知する。   For example, the puncture timing is notified to the surgeon by changing the color of the marker indicating the current phase on the guide image as shown in FIG.

また、例えば、図16の示すように超音波画像の周囲の枠を強調表示させることにより、術者に穿刺タイミングを報知する。この方法は、穿刺時に術者が超音波画像を注視するため、その超音波画像の周囲にタイミングを表示するため、術者が視線を移すことなくタイミングを把握でき有用である。   Further, for example, as shown in FIG. 16, the surrounding frame of the ultrasonic image is highlighted to notify the operator of the puncture timing. This method is useful because the surgeon gazes at the ultrasound image at the time of puncture, and the timing is displayed around the ultrasound image, so that the surgeon can grasp the timing without moving his / her line of sight.

なお、本実施形態において、穿刺対象が比較的大きい場合は、指定する2点のズレが大きくなりやすいが、もともと対象が大きいことから、多少計算が不正確でも許容できる。一方、穿刺対象が比較的小さい場合は、指定する2点のズレも小さくなることから計算が正確になる。   In this embodiment, when the puncture target is relatively large, the difference between the two specified points tends to be large, but since the target is originally large, even if the calculation is somewhat inaccurate, it is acceptable. On the other hand, when the puncture target is relatively small, the difference between the two specified points is small, so that the calculation is accurate.

なお、本実施形態の医用ガイドシステムにおいては、上述したように2点において穿刺対象を指定し、穿刺対象の動きの振幅と位相0での位置をこれら異なる時刻での対象の位置情報を元に算出したが、これに限らず、例えば、1点(あるいは2点)の指定情報にドップラー等の速度情報を加味することで上記穿刺対象の動きの振幅と位相0での位置を求めても良い。   In the medical guide system of this embodiment, the puncture target is specified at two points as described above, and the movement amplitude of the puncture target and the position at phase 0 are based on the position information of the target at these different times. Although it is calculated, the present invention is not limited to this. For example, the position of the puncture target in the amplitude and phase 0 may be obtained by adding velocity information such as Doppler to one point (or two points) of designation information. .

また、超音波内視鏡2の位置検出手段は、磁気式の他、光学式、ロボットアーム式、光ファイバ方式または地磁気センサ、加速度センサ若しくはジャイロを組み合わせたモーションセンサ方式等、実空間での位置及び方向が検出できれば、何でも構わない。   Further, the position detection means of the ultrasonic endoscope 2 is not only magnetic type but also optical type, robot arm type, optical fiber type or motion sensor type combining geomagnetic sensor, acceleration sensor or gyro, etc. As long as the direction and direction can be detected, anything is acceptable.

さらに、CT等の術前画像を記憶して当該術前画像から3次元画像を作成し、3次元画像と実空間との位置合わせを行い、そして、その3次元画像上に、超音波内視鏡2の現在の先端位置及び姿勢と、誘導先の内視鏡先端の位置及び姿勢とを表示し、誘導画像としても良い。   Furthermore, a preoperative image such as CT is stored, a three-dimensional image is created from the preoperative image, the three-dimensional image is aligned with the real space, and ultrasonic endoscopic observation is performed on the three-dimensional image. The current tip position and posture of the mirror 2 and the position and posture of the leading endoscope tip may be displayed as a guide image.

上述したように、本実施形態の医用ガイドシステム1によれば、被検体の呼吸または拍動等により穿刺対象が経時的に移動する場合でも、穿刺対象の移動速度が遅いなどの穿刺に適したタイミングで、穿刺対象を超音波画像の穿刺可能範囲に抽出し易くすることができ、これにより的確な穿刺を行い得るという効果を奏する。   As described above, according to the medical guide system 1 of the present embodiment, even when the puncture target moves with time due to breathing or pulsation of the subject, the medical guide system 1 is suitable for puncture where the movement speed of the puncture target is slow. At the timing, it is possible to easily extract the puncture target into the puncturable range of the ultrasonic image, thereby achieving an effect that accurate puncture can be performed.

(第2の実施形態)
図17は、本発明の第2の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示した図である。
(Second Embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing an overall configuration of a medical guide system according to the second embodiment of the present invention.

上述した第1の実施形態は、誘導情報生成手段において生成した「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置が、被検体に対して超音波を照射し当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する「超音波画像取得手段」としての超音波内視鏡2であるのに対して、本第2の実施形態は、当該「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置が、「超音波画像取得手段」ではなく、被検体に対して所定の処置を行う、たとえば生検鉗子または細胞診ブラシ等の処置具であることを特徴とする。   In the first embodiment described above, the medical device to which the “position and direction guidance information” generated by the guidance information generation unit is presented is irradiated with ultrasonic waves to the reflected wave from the subject. Whereas the ultrasonic endoscope 2 is an “ultrasonic image acquisition unit” that acquires an ultrasonic image based on the second embodiment, the present second embodiment provides a presentation destination of the “position and direction guidance information” The medical device is not an “ultrasonic image acquisition unit” but a treatment tool such as a biopsy forceps or a cytodiagnosis brush that performs a predetermined treatment on a subject.

図17に示すように、本実施形態の医用ガイドシステム101は、気管支ビデオスコープ102と、気管支ビデオスコープ102に挿入可能な医用装置としての超音波プローブ122と、アンテナユニット3Aと、検出部としての機能を有する位置検出装置103Bと、超音波診断装置104と、画像処理装置105と、医用ガイドシステム101の操作に係る種々の指示を行うことが可能な操作指示部6と、モニタ7と、複数の体表検出用コイル10と、を要部として有して構成されている。   As shown in FIG. 17, the medical guide system 101 of this embodiment includes a bronchial videoscope 102, an ultrasonic probe 122 as a medical device that can be inserted into the bronchial videoscope 102, an antenna unit 3A, and a detection unit. A position detection device 103B having a function, an ultrasonic diagnostic device 104, an image processing device 105, an operation instruction unit 6 capable of giving various instructions relating to the operation of the medical guide system 101, a monitor 7, and a plurality of And the body surface detection coil 10 as a main part.

なお、ここでは、第1の実施形態と異なる部分の説明に留め、第1の実施形態と同様の構成、作用についての詳しい説明は省略する。   It should be noted that here, only the differences from the first embodiment will be described, and a detailed description of the same configuration and operation as in the first embodiment will be omitted.

前記気管支ビデオスコープ102は、先端部に対物レンズ124を配設し、当該対物レンズで受光した被検体像をイメージファイバ127,リレーレンズ125を経由して基端側に配設したCCD126に入力するようになっている。   The bronchial videoscope 102 has an objective lens 124 at the distal end, and inputs the subject image received by the objective lens to the CCD 126 disposed on the proximal side via the image fiber 127 and the relay lens 125. It is like that.

また、このCCD126の撮像信号は、後述する画像処理装置105における画像処理回路56に入力され、適宜画像処理が施された後、モニタ7に出力されるようになっている。   Further, the image pickup signal of the CCD 126 is input to an image processing circuit 56 in an image processing apparatus 105 to be described later, and is appropriately subjected to image processing and then output to the monitor 7.

また、気管支ビデオスコープ102の操作部102b付近には鉗子挿入口102aが形成されると共に、気管支ビデオスコープ102の先端部にはチャンネル開口部102dが形成され、これら鉗子挿入口102aおよびチャンネル開口部102dに連通する鉗子チャンネル102cが形成されている。   A forceps insertion opening 102a is formed in the vicinity of the operation portion 102b of the bronchial videoscope 102, and a channel opening 102d is formed at the distal end of the bronchial videoscope 102. The forceps insertion opening 102a and the channel opening 102d are formed. A forceps channel 102c that communicates with each other is formed.

前記鉗子挿入口102aから鉗子チャンネル102cには、超音波プローブ122およびガイドシース123が挿入されるようになっており、当該鉗子挿入口102aからから挿入された超音波プローブ122は、鉗子チャンネル102cを経由して前記チャンネル開口部102dから突出するようになっている。   The ultrasonic probe 122 and the guide sheath 123 are inserted into the forceps channel 102c from the forceps insertion opening 102a. The ultrasonic probe 122 inserted from the forceps insertion opening 102a passes through the forceps channel 102c. It protrudes from the channel opening 102d via.

また、この鉗子チャンネル102cには、後述する生検鉗子等の医用装置を挿通することができるようになっている。   Further, a medical device such as a biopsy forceps described later can be inserted into the forceps channel 102c.

前記超音波プローブ122は、鉗子チャンネル102cを経由して被検者100の体腔内へ挿入可能な先端部121を備え、当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段としての役目を果たす。   The ultrasonic probe 122 includes a distal end portion 121 that can be inserted into the body cavity of the subject 100 via the forceps channel 102c, and acquires an ultrasonic image based on a reflected wave from the subject. Acts as an acquisition means.

また、前記先端部121は、超音波振動子121aと、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル121bと、を具備している。   The tip 121 includes an ultrasonic transducer 121a and a coil 121b that outputs an electric signal in accordance with a magnetic field applied from the outside.

ここで、前記コイル121bは、前記超音波プローブ122の位置及び方向を検出する位置方向検出手段としての役目を果たす。   Here, the coil 121b serves as position / direction detection means for detecting the position and direction of the ultrasonic probe 122.

前記超音波振動子121aは、超音波診断装置104からの駆動信号に基づいて駆動し、生体の内部へ超音波ビームを出射する。また、超音波振動子121aは、生体の内部の生体組織において超音波ビームが反射した反射波を受波し、該反射波に応じたエコー信号を超音波診断装置104へ出力する。   The ultrasonic transducer 121a is driven based on a drive signal from the ultrasonic diagnostic apparatus 104 and emits an ultrasonic beam into the living body. Further, the ultrasonic transducer 121 a receives a reflected wave reflected by the ultrasonic beam in the living tissue inside the living body, and outputs an echo signal corresponding to the reflected wave to the ultrasonic diagnostic apparatus 104.

挿入部122には、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル122aが、長手方向に沿って複数配置されている。   In the insertion portion 122, a plurality of coils 122a that output an electrical signal in accordance with a magnetic field applied from the outside are arranged along the longitudinal direction.

図17に示すように、複数の体表検出用コイル10は、第1実施形態と同様に、被検者100の体表上において、1つずつ異なる箇所に配置され、当該被検体の振動(被検体の呼吸等)に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段としての呼吸センサとしての役目を果たす。   As shown in FIG. 17, the plurality of body surface detection coils 10 are arranged at different locations on the body surface of the subject 100, similarly to the first embodiment, and the vibration ( It serves as a respiration sensor as reference position information acquisition means for acquiring position information based on the respiration of the subject.

また、第2の実施形態においても、位置検出装置103Bは、超音波プローブ122先端部のコイル121bからの電気信号に基づき、コイル121bが存在する位置、及び、コイル121bの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた先端部位置・配向データを順次生成する。   In the second embodiment, the position detection device 103B also specifies the position where the coil 121b exists and the orientation of the coil 121b based on the electrical signal from the coil 121b at the tip of the ultrasonic probe 122. By performing the calculation, tip position / orientation data corresponding to the calculation result is sequentially generated.

また、位置検出装置103Bは、各コイル122aからの電気信号に基づき、各コイル122aが存在する位置、及び、各コイル122aの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた超音波プローブ122の挿入部位置・配向データを順次生成する。   In addition, the position detection device 103B performs an operation for specifying the position where each coil 122a exists and the orientation of each coil 122a based on the electrical signal from each coil 122a, so The insertion portion position / orientation data of the acoustic probe 122 is sequentially generated.

さらに、位置検出装置103Bは、各体表検出用コイル10からの電気信号に基づき、各体表検出用コイル10が存在する位置を特定するための演算を行うことにより、第1の実施形態と同様に、演算結果に応じた被検者位置・配向データを順次生成する。   Furthermore, the position detection device 103B performs the calculation for specifying the position where each body surface detection coil 10 exists based on the electrical signal from each body surface detection coil 10, and thereby the first embodiment and Similarly, subject position / orientation data corresponding to the calculation result is sequentially generated.

このように、位置検出装置103Bは、前記コイル121b等により取得された電気信号に基づいて、実空間上における先端部位置・配向等を算出する位置方向検出手段および基準位置情報取得手段を構成する。   As described above, the position detection device 103B constitutes a position direction detection unit and a reference position information acquisition unit that calculate the tip position / orientation in the real space based on the electrical signal acquired by the coil 121b and the like. .

そして、位置検出装置103Bは、第1の実施形態と同様に、生成した先端部位置・配向データと、挿入部位置・配向データと、被検者位置・配向データとを併せて画像処理装置105へ出力する。   As in the first embodiment, the position detection device 103B combines the generated tip portion position / orientation data, insertion portion position / orientation data, and subject position / orientation data together with the image processing device 105. Output to.

本第2の実施形態において超音波診断装置104は、超音波振動子121aを駆動させるための駆動信号を生成及び出力する。また、超音波診断装置104は、超音波振動子121aからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を所定のフレームレートにより順次生成する。そして、超音波診断装置104は、生成した超音波画像を画像処理装置105へ順次出力する。   In the second embodiment, the ultrasound diagnostic apparatus 104 generates and outputs a drive signal for driving the ultrasound transducer 121a. The ultrasound diagnostic apparatus 104 sequentially generates ultrasound images as a tomographic image of the living body at a predetermined frame rate based on the echo signal from the ultrasound transducer 121a. Then, the ultrasonic diagnostic apparatus 104 sequentially outputs the generated ultrasonic image to the image processing apparatus 105.

画像処理装置105は、前記CCD126の撮像信号を入力し、適宜画像処理が施された後、モニタ7に出力する画像処理回路56を備える他は第1の実施形態と同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。   The image processing apparatus 105 is the same as that of the first embodiment except that it includes an image processing circuit 56 that inputs an image pickup signal of the CCD 126 and appropriately performs image processing and then outputs the image processing circuit 56. Detailed description of is omitted.

次に、本第2の実施形態の医用ガイドシステム101の作用について説明を行う。   Next, the operation of the medical guide system 101 of the second embodiment will be described.

図18は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープ先端を気管支に挿入した際の様子を示した図であり、図19は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。   FIG. 18 is a diagram illustrating a state in which the distal end of the bronchial videoscope in the medical guide system of the second embodiment is inserted into the bronchus, and FIG. 19 is a bronchial videoscope of the medical guide system of the second embodiment. It is the figure which showed the mode at the time of inserting an ultrasonic probe to the lesioned part vicinity more.

まず、術者等は、医用ガイドシステム101の各部の電源を投入することにより、該各部を起動状態とする。   First, the surgeon or the like turns on each part of the medical guide system 101 to activate each part.

この後、術者等は、3次元断層画像生成装置9からの3次元断層画像が画像処理装置105に入力される事前に、該3次元断層画像を参照しながら、被検者100に4個の体表検出用コイル10を取り付けた位置に相当する該3次元断層画像の位置を夫々指定する。   Thereafter, the surgeon and the like refer to the three-dimensional tomographic image from the three-dimensional tomographic image generation device 9 and input four images to the subject 100 while referring to the three-dimensional tomographic image. Each position of the three-dimensional tomographic image corresponding to the position where the body surface detection coil 10 is attached is designated.

そして、3次元断層画像における体表検出用コイル10を取り付けた位置の指定結果は、3次元断層画像上体表検出用コイル座標として画像処理装置105に入力される。   Then, the designation result of the position where the body surface detection coil 10 is attached in the three-dimensional tomographic image is input to the image processing apparatus 105 as the three-dimensional tomographic image body surface detection coil coordinates.

次に、術者等は、図18に示すように、気管支ビデオスコープ102の先端を気管支131に挿入する。   Next, the surgeon or the like inserts the distal end of the bronchial videoscope 102 into the bronchus 131 as shown in FIG.

ここで図18に示すように、気管支131は、気管支ビデオスコープ102が挿入できない細い気管支131aおよび気管支131bを備え、処置対象である病変部130がこの細い気管支131bのさらに数分岐分先に位置するものとする。   Here, as shown in FIG. 18, the bronchus 131 includes a thin bronchus 131a and a bronchus 131b into which the bronchial videoscope 102 cannot be inserted, and a lesion 130 to be treated is located a few branches ahead of the thin bronchus 131b. Shall.

本実施形態では、このように処置対象である病変部130が、気管支ビデオスコープ102が挿入できない細い気管支部分に在る場合であっても、本第2の実施形態における超音波プローブ122であれば到達できる場合について有効である。   In the present embodiment, even if the lesioned part 130 to be treated is present in a thin bronchial portion where the bronchial videoscope 102 cannot be inserted, the ultrasonic probe 122 in the second embodiment can be used. Useful when reachable.

この場合、術者は、ガイドシース123に一旦超音波プローブ122を挿入した状態で、これらを気管支ビデオスコープ102の前記鉗子挿入口102aから鉗子チャンネル102cに向けて挿入する。   In this case, the operator inserts the ultrasonic probe 122 into the guide sheath 123 once, and inserts them into the forceps channel 102c from the forceps insertion port 102a of the bronchovideoscope 102.

その後、さらに挿入を推し進め、図19に示すように、前記チャンネル開口部102dから突出させて、超音波プローブ122の先端部121を病変部130付近まで到達させる。   Thereafter, the insertion is further advanced, and, as shown in FIG. 19, the distal end portion 121 of the ultrasonic probe 122 reaches the vicinity of the lesioned portion 130 by projecting from the channel opening portion 102d.

次に、本第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける誘導画像情報を生成する工程について説明する。   Next, a process of generating guide image information in the medical guide system of the second embodiment will be described.

第2の実施形態においても、誘導画像情報を生成する工程は基本的には第1の実施形態と同様である。   Also in the second embodiment, the process of generating the guide image information is basically the same as in the first embodiment.

まず、制御部51の制御下において、呼吸センサである体表検出用コイル10からの振動情報(被検体の呼吸等による振動情報)に基づいてタイミング演算部55は、被検体位置の経時変化の1周期分の情報を抜き出して算出途中データとしてガイド画像生成部に出力する。   First, under the control of the control unit 51, the timing calculation unit 55 determines whether the subject position has changed over time based on vibration information from the body surface detection coil 10 that is a respiration sensor (vibration information due to breathing of the subject). Information for one period is extracted and output to the guide image generation unit as mid-calculation data.

その他、体表検出用コイル10で検出した被検体信号の経時変化の1周期分が、上記第1の実施形態における図4、図5に示す如きグラフとしてモニタ7に表示される。   In addition, one cycle of the temporal change of the subject signal detected by the body surface detection coil 10 is displayed on the monitor 7 as a graph as shown in FIGS. 4 and 5 in the first embodiment.

次に、第2の実施形態における、超音波画像上において所定の穿刺対象の位置を指定する工程について説明する。   Next, a step of designating a predetermined puncture target position on the ultrasound image in the second embodiment will be described.

<1点目の指定>
図20は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した状態において、呼吸位相を特定する様子を示した図である。
<Specifying the first point>
FIG. 20 is a diagram illustrating a state in which a respiratory phase is specified in a state where an ultrasonic probe is inserted from the bronchial videoscope to the vicinity of a lesioned part in the medical guide system of the second embodiment.

第1の実施形態と同様に、超音波診断装置104は、超音波振動子121aからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、所定のフレームレートにより順次生成し、生成した超音波画像を画像処理装置105へ順次出力する。   Similar to the first embodiment, the ultrasonic diagnostic apparatus 104 sequentially generates and generates ultrasonic images as a tomographic image of a living body at a predetermined frame rate based on an echo signal from the ultrasonic transducer 121a. Ultrasonic images are sequentially output to the image processing apparatus 105.

そして、上述したように、画像処理装置105における表示画像生成部54を経てモニタ7には、リアルタイムの超音波画像が指定されたフレームレートで表示されるようになっている。   As described above, a real-time ultrasonic image is displayed on the monitor 7 through the display image generation unit 54 in the image processing apparatus 105 at a designated frame rate.

この状態において術者は、超音波プローブ122の先端部121を病変部130付近まで到達させた後、超音波プローブ122を操作し、モニタ7にリアルタイムで表示される超音波画像が病変部130に合致するよう当該超音波プローブ122の位置を調整する。   In this state, the surgeon causes the distal end portion 121 of the ultrasonic probe 122 to reach the vicinity of the lesioned portion 130 and then operates the ultrasonic probe 122 so that an ultrasonic image displayed in real time on the monitor 7 is displayed on the lesioned portion 130. The position of the ultrasonic probe 122 is adjusted so as to match.

そして、術者によって超音波振動子121aによる超音波画像が病変部130に合致するよう調整されると、術者は、超音波診断装置104に接続されたキーボード6aまたはマウス6b等のポインティングデバイスを用いて、超音波画像が病変部130に合致するタイミングで、この処置対象の位置を超音波画像上で指定する(この時刻をt1とする)。   When the surgeon adjusts the ultrasound image by the ultrasound transducer 121a to match the lesioned part 130, the surgeon moves the pointing device such as the keyboard 6a or the mouse 6b connected to the ultrasound diagnostic apparatus 104. The position of the treatment target is designated on the ultrasonic image at the timing when the ultrasonic image matches the lesioned part 130 (this time is set as t1).

なお、この他の1点目の指定処理は、第1の実施形態と同様である。   The other first point designation processing is the same as in the first embodiment.

このように、本第2の実施形態においても、術者によって超音波振動子121aにより超音波画像が病変部130に合致するよう調整されるタイミングで、タイミング演算部55は、当該時刻t1での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化における時刻t1での位相(φ1)を算出する。   As described above, also in the second embodiment, the timing calculation unit 55 at the time t1 is adjusted by the operator so that the ultrasonic image is adjusted to match the lesioned part 130 by the ultrasonic transducer 121a. Based on the subject position / orientation data, the phase (φ1) at time t1 in the time-dependent change of the body surface detection coil 10 (respiration sensor) is calculated.

すなわち、超音波振動子121aによる超音波画像が病変部130に合致した時刻t1での被検者100の呼吸位相をφ1とする(図20(a))。   That is, the respiratory phase of the subject 100 at time t1 when the ultrasound image by the ultrasound transducer 121a matches the lesioned part 130 is φ1 (FIG. 20A).

<2点目の指定>
この後、被検者の呼吸変動により病変部130と超音波画像との位置がずれると(図20(b)参照)、術者は再び超音波プローブ122を操作し、モニタ7にリアルタイムで表示される超音波画像が病変部130に合致するよう、再度、当該超音波プローブ122の位置を調整する。
<Specifying the second point>
Thereafter, when the position of the lesioned part 130 and the ultrasound image shift due to the subject's respiratory fluctuation (see FIG. 20B), the operator operates the ultrasound probe 122 again and displays it on the monitor 7 in real time. The position of the ultrasonic probe 122 is adjusted again so that the ultrasonic image to be matched with the lesioned part 130.

そして、術者によって、再度、超音波振動子121aによる超音波画像が病変部130に合致するよう調整されると、術者は、再度超音波診断装置104に接続されたキーボード6aまたはマウス6b等のポインティングデバイスを用いて、超音波画像が病変部130に合致するタイミングで、この処置対象の位置を超音波画像上で指定する(この時刻をt2とする)。   Then, when the surgeon adjusts the ultrasound image by the ultrasound transducer 121a again so as to match the lesioned part 130, the surgeon again has the keyboard 6a or the mouse 6b connected to the ultrasound diagnostic apparatus 104, or the like. The position of this treatment target is designated on the ultrasound image at the timing when the ultrasound image matches the lesioned part 130 using this pointing device (this time is assumed to be t2).

なお、この他の2点目の指定処理は、第1の実施形態と同様である。   Note that the other second designation process is the same as in the first embodiment.

このように、本第2の実施形態においても、術者によって超音波振動子121aにより再度、超音波画像が病変部130に合致するよう調整されるタイミングで、タイミング演算部55は、当該時刻t2での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル10(呼吸センサ)の経時変化における時刻t2での位相(φ2)を算出する。   As described above, also in the second embodiment, the timing calculation unit 55 performs the time t2 at a timing at which the operator again adjusts the ultrasonic image to match the lesioned part 130 by the ultrasonic transducer 121a. The phase (φ2) at time t2 in the time-dependent change of the body surface detection coil 10 (respiration sensor) is calculated based on the subject position / orientation data.

すなわち、超音波振動子121aによる超音波画像が病変部130に合致した時刻t2での被検者100の呼吸位相をφ2とする(図20(c))。   That is, the respiratory phase of the subject 100 at time t2 when the ultrasonic image by the ultrasonic transducer 121a matches the lesioned part 130 is φ2 (FIG. 20C).

そして、本第2の実施形態においても、この後の、「穿刺対象の位置変動の推定工程」、「誘導画像の作成工程」については、第1の実施形態と同様である。   Also in the second embodiment, the subsequent “position variation estimation process for the puncture target” and “guide image creation process” are the same as those in the first embodiment.

次に、本第2の実施形態における、「誘導情報の提示工程」について説明する。   Next, the “guidance information presenting step” in the second embodiment will be described.

上述したように、本第2の実施形態は、「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置が、「超音波画像取得手段」ではなく、被検体に対して所定の処置を行う、たとえば生検鉗子等の処置具であることを特徴とする。   As described above, according to the second embodiment, the medical device to which the “position and direction guidance information” is presented performs a predetermined treatment on the subject instead of the “ultrasonic image acquisition unit”. For example, it is a treatment tool such as a biopsy forceps.

図21は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際の全体構成を示した図であり、図22は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際のガイドシースを示した図である。   FIG. 21 is a diagram illustrating an overall configuration when the ultrasonic probe is extracted from the medical guide system of the second embodiment, and FIG. 22 is an illustration of extracting the ultrasonic probe from the medical guide system of the second embodiment. It is the figure which showed the guide sheath at the time of doing.

図21、図22に示すように、術者は、被検者100の呼吸位相φ1およびφ2を取得した後、病変部130の近傍にガイドシース123を残した状態で超音波プローブ122のみを抜去する。   As shown in FIG. 21 and FIG. 22, after obtaining the respiratory phases φ1 and φ2 of the subject 100, the operator removes only the ultrasonic probe 122 with the guide sheath 123 remaining in the vicinity of the lesioned part 130. To do.

その後、術者は、ガイドシース123を残した状態で、気管支ビデオスコープ102の前記鉗子挿入口102aから、たとえば、生検鉗子142を鉗子チャンネル102cに挿通しているガイドシース123の中に挿入する。   Thereafter, the operator inserts, for example, the biopsy forceps 142 into the guide sheath 123 inserted through the forceps channel 102c from the forceps insertion opening 102a of the bronchial videoscope 102 with the guide sheath 123 left. .

図23は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の全体構成を示した図であり、図24は、第2の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。   FIG. 23 is a diagram showing an overall configuration when a biopsy forceps is inserted from the bronchial videoscope to the vicinity of a lesioned part in the medical guide system of the second embodiment, and FIG. 24 is a medical view of the second embodiment. It is the figure which showed the mode at the time of inserting biopsy forceps to the lesioned part vicinity from the bronchial videoscope in a guide system.

図23、図24に示すように、生検鉗子142は、鉗子チャンネル102cを経由して被検者100の体腔内へ挿入可能な先端部141に、所定を処置を行う鉗子141aおよび外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル141bを具備している。   As shown in FIGS. 23 and 24, the biopsy forceps 142 is applied to the distal end portion 141 that can be inserted into the body cavity of the subject 100 via the forceps channel 102c and the forceps 141a for performing predetermined treatment and the outside. A coil 141b that outputs an electrical signal in response to the generated magnetic field is provided.

また、生検鉗子142の挿入部には、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル142aが、長手方向に沿って複数配置されている。   In addition, a plurality of coils 142 a that output an electrical signal in accordance with a magnetic field applied from the outside are disposed in the insertion portion of the biopsy forceps 142 along the longitudinal direction.

前記コイル141bおよびコイル142aは、いずれも位置検出装置103Bに接続され、当該位置検出装置103Bは、コイル141bおよびコイル142aからの電気信号に基づき、先端部位置・配向データおよび挿入部位置・配向データを生成するようになっている。   The coil 141b and the coil 142a are both connected to the position detection device 103B, and the position detection device 103B is based on the electrical signals from the coil 141b and the coil 142a, and the tip portion position / orientation data and the insertion portion position / orientation data. Is supposed to generate.

そして、本第2の実施形態においては、まずは気管支ビデオスコープ102に位置情報を得るセンサ(コイル121a等)を備える超音波プローブ122に挿入し、上述した所定の誘導情報を得た後に、気管支ビデオスコープ102から当該超音波プローブ122を抜去すると共に位置情報を得るセンサ(コイル141a等)を備える生検鉗子142等の処置具を挿入し、当該生検鉗子142等の処置具に前記誘導情報を提示することを特徴とするものである。   In the second embodiment, first, the bronchial videoscope 102 is inserted into the ultrasonic probe 122 including a sensor (such as the coil 121a) for obtaining position information, and after obtaining the above-described predetermined guidance information, the bronchial video is obtained. The ultrasonic probe 122 is removed from the scope 102 and a treatment tool such as a biopsy forceps 142 including a sensor (coil 141a or the like) for obtaining position information is inserted, and the guidance information is transmitted to the treatment tool such as the biopsy forceps 142. It is characterized by presenting.

具体的には、生検位置範囲と生検タイミング位相範囲を提示し、生検位置範囲に生検鉗子を誘導し、生検タイミングを報知することになる。   Specifically, the biopsy position range and the biopsy timing phase range are presented, the biopsy forceps are guided to the biopsy position range, and the biopsy timing is notified.

なお、本第2の実施形態における上記構成例においては、「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置として生検鉗子を採用したが、これに限らず、当該「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置として細胞診ブラシまたは吸引生検針を採用しても良い。   In the configuration example in the second embodiment, the biopsy forceps is employed as the medical device to which the “position and direction guidance information” is presented. However, the present invention is not limited thereto, and the “position and direction guidance” is not limited thereto. A cytodiagnosis brush or a suction biopsy needle may be employed as the medical device to which information is presented.

この場合、「位置及び方向の誘導情報」の作成工程については、前記生検鉗子の場合と同様である。   In this case, the creation process of “position and direction guidance information” is the same as in the case of the biopsy forceps.

上述したように、本第2の実施形態の医用ガイドシステムによれば、被検体の呼吸または拍動等により処置(生検)対象が経時的に移動する場合でも、生検対象を超音波画像の処置可能範囲に位置させ易くすることができ、経時的な移動に合わせた適切なタイミングで生検できるようになることで、的確な生検を行い得るという効果を奏する。   As described above, according to the medical guide system of the second embodiment, even when the treatment (biopsy) target moves with time due to breathing or pulsation of the subject, the biopsy target is detected as an ultrasonic image. It can be easily positioned within the treatment possible range, and a biopsy can be performed at an appropriate timing according to the movement over time, so that an accurate biopsy can be performed.

また、本第2の実施形態のような、ガイドシースを用いた生検方法では、生検時に生検対象を画像化することができないため、従来は盲目的に生検していた。しかし、本第2の実施形態によると、生検対象の位置に生検鉗子を誘導でき、更に生検タイミングを報知できるため、生検の奏功率向上への効果は大きい。   Further, in the biopsy method using the guide sheath as in the second embodiment, since the biopsy target cannot be imaged at the time of biopsy, conventionally, biopsy is performed blindly. However, according to the second embodiment, the biopsy forceps can be guided to the position of the biopsy target, and further the biopsy timing can be notified, so that the effect of improving the biopsy success rate is great.

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the spirit of the invention.

1:医用ガイドシステム
2:超音波内視鏡
3A:アンテナユニット
3B:位置検出装置
4:超音波診断装置
5:画像処理装置
6:操作指示部
7:モニタ
10:体表検出用コイル
51:制御部
52:記憶部
53:ガイド画像生成部
54:表示画像生成部
55:タイミング演算部
100 被検者
1: Medical guide system 2: Ultrasound endoscope 3A: Antenna unit 3B: Position detection device 4: Ultrasound diagnosis device 5: Image processing device 6: Operation instruction unit 7: Monitor 10: Coil for body surface detection 51: Control Unit 52: Storage unit 53: Guide image generation unit 54: Display image generation unit 55: Timing calculation unit 100 Subject

Claims (14)

被検体に対して超音波を照射し当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段と、
前記超音波画像取得手段における位置及び方向を検出する位置方向検出手段と、
当該被検体の振動に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段と、
前記超音波画像取得手段により取得された画像上の所定の対象物における、前記超音波画像上の画素の座標および前記位置方向検出手段により取得された位置及び方向情報に基づいて、実空間上における位置を算出する位置算出手段と、
前記基準位置情報取得手段における経時変化に基づいて、位相を算出する位相算出手段と、
前記位置算出手段および前記位相算出手段の算出結果に基づいて、所定の範囲内の位相における前記所定の対象物の位置情報を算出する誘導位置情報算出手段と、
前記誘導位置情報算出手段の算出結果に基づいて、医用器具に対して提示する、位置及び方向の誘導情報を生成する誘導情報生成手段と、
を備えることを特徴とする医用ガイドシステム。
Ultrasonic image acquisition means for irradiating the subject with ultrasonic waves and acquiring an ultrasonic image based on a reflected wave from the subject;
Position and direction detection means for detecting the position and direction in the ultrasonic image acquisition means;
Reference position information acquisition means for acquiring position information based on vibration of the subject;
Based on the coordinates of the pixel on the ultrasonic image and the position and direction information acquired by the position / direction detection unit in a predetermined object on the image acquired by the ultrasonic image acquisition unit, in real space Position calculating means for calculating a position;
A phase calculating means for calculating a phase based on a change with time in the reference position information acquiring means;
Guided position information calculating means for calculating position information of the predetermined object in a phase within a predetermined range based on the calculation results of the position calculating means and the phase calculating means;
Based on the calculation result of the guide position information calculation means, guide information generation means for generating guide information of position and direction to be presented to the medical instrument;
A medical guide system comprising:
前記医用器具は、前記超音波画像取得手段であることを特徴とする請求項1に記載の医用ガイドシステム。   The medical guide system according to claim 1, wherein the medical instrument is the ultrasonic image acquisition unit. 前記超音波画像取得手段に形成された刺入ガイド機構と、
前記超音波画像取得手段の位置及び方向から、前記刺入ガイド機構に挿通された穿刺針の穿刺可能範囲を算出する穿刺範囲算出手段と、
を更に有し、
前記誘導情報生成手段は、さらに前記穿刺可能範囲に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項1または2に記載の医用ガイドシステム。
An insertion guide mechanism formed in the ultrasonic image acquisition means;
Puncture range calculation means for calculating a puncture possible range of a puncture needle inserted through the insertion guide mechanism from the position and direction of the ultrasonic image acquisition means;
Further comprising
The medical guide system according to claim 1, wherein the guide information generating unit further generates the guide information based on the puncturable range.
前記誘導情報生成手段は、前記超音波画像取得手段に対して前記誘導情報として押し引き量、湾曲量または捩り量のうち少なくとも1つを提示することを特徴とする請求項1−3のいずれか1項に記載の医用ガイドシステム。   The guidance information generation unit presents at least one of a push-pull amount, a bending amount, and a twist amount as the guidance information to the ultrasonic image acquisition unit. The medical guide system according to item 1. 前記医用器具は、生検鉗子であることを特徴とする請求項1に記載の医用ガイドシステム。   The medical guide system according to claim 1, wherein the medical instrument is a biopsy forceps. 前記生検鉗子の位置及び方向を検出する生検鉗子位置方向検出手段をさらに備え、
前記誘導情報生成手段は、前記生検鉗子位置方向検出手段による検出結果に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項5に記載の医用ガイドシステム。
Further comprising biopsy forceps position direction detecting means for detecting the position and direction of the biopsy forceps,
The medical guide system according to claim 5, wherein the guide information generation unit generates the guide information based on a detection result by the biopsy forceps position direction detection unit.
前記医用器具は、細胞診ブラシであることを特徴とする請求項1に記載の医用ガイドシステム。   The medical guide system according to claim 1, wherein the medical instrument is a cytodiagnosis brush. 前記細胞診ブラシの位置及び方向を検出する細胞診ブラシ位置方向検出手段をさらに備え、
前記誘導情報生成手段は、前記細胞診ブラシ位置方向検出手段による検出結果に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項7に記載の医用ガイドシステム。
Cytodiagnosis brush position direction detection means for detecting the position and direction of the cytodiagnosis brush is further provided,
The medical guide system according to claim 7, wherein the guidance information generation unit generates the guidance information based on a detection result by the cytodiagnosis brush position direction detection unit.
前記医用器具は、吸引生検針であることを特徴とする請求項1に記載の医用ガイドシステム。   The medical guide system according to claim 1, wherein the medical instrument is a suction biopsy needle. 前記吸引生検針の位置及び方向を検出する吸引生検針位置方向検出手段をさらに備え、
前記誘導情報生成手段は、吸引生検針位置方向検出手段による検出結果に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項9に記載の医用ガイドシステム。
A suction biopsy needle position direction detecting means for detecting the position and direction of the suction biopsy needle;
The medical guide system according to claim 9, wherein the guidance information generation unit generates the guidance information based on a detection result by the suction biopsy needle position / direction detection unit.
前記誘導位置情報算出手段は、前記所定の対象物の複数の位置情報を算出し、
前記誘導情報生成手段は、前記誘導位置情報算出手段の算出結果である前記複数の位置情報に基づいて、前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項1−10のいずれか1項に記載の医用ガイドシステム。
The guidance position information calculating means calculates a plurality of position information of the predetermined object,
The said guidance information production | generation means produces | generates the said guidance information based on these several positional information which is the calculation result of the said guidance position information calculation means, The any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned. Medical guide system.
前記誘導位置情報算出手段は、前記所定の対象物の移動速度が0となる位置に係る位置情報を算出することを特徴とする請求項1−10のいずれか1項に記載の医用ガイドシステム。   The medical guide system according to any one of claims 1 to 10, wherein the guidance position information calculation unit calculates position information related to a position at which the moving speed of the predetermined object is zero. 前記位相算出手段において異なる時刻での前記被検体の位置の検出結果に基づいて、前記被検体の動きを推定する動き推定手段を更に備えることを特徴とする請求項1−10のいずれか1項に記載の医用ガイドシステム。   The motion estimation means for estimating the motion of the subject based on the detection results of the subject position at different times in the phase calculation means. Medical guide system as described in. 前記所定の対象物の移動速度が0となるタイミングを報知する報知手段を更に備えることを特徴とする請求項1−10のいずれか1項に記載の医用ガイドシステム。   The medical guide system according to any one of claims 1 to 10, further comprising notification means for notifying a timing at which the moving speed of the predetermined object becomes zero.
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