JP2024036700A - 血管位置表示器 - Google Patents

Abstract

【課題】術者が穿刺位置付近から目線を動かすことなく穿刺できる血管位置表示器を提供する。【解決手段】皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する第１撮像部２２を一方向に沿って有するプローブ本体２０と、断面画像から血管位置を検出する制御部３０と、制御部３０で検出された血管位置であって少なくとも第１撮像部２２が沿う一方向における血管位置を表示する表示部２７と、を有する血管位置表示器１０である。また、表示部２７は、プローブ本体２０のうち第１撮像部２２が沿う一方向と同方向に沿う外面の第１撮像部近傍位置に配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、エコー装置で取得された画像から血管の位置を検出し、検出された血管の位置に基づき穿刺点を表示する血管位置表示器に関する。

薬剤投与や血管内治療のアクセスサイト確保のため、人体に注射針を穿刺する血管穿刺が行われる。血管穿刺において、術者は、皮膚表面から血管を目視することはできないため、標準的な血管走行の知識や血管脈動の触知などの技量によって、血管位置を推定している。しかし、しばしば血管穿刺の失敗が生じ、患者に身体的、精神的苦痛を与えている。

穿刺位置を特定するために、近年では、近赤外線画像や超音波エコー、光残響イメージングなどの血管位置を可視化する技術が用いられることがある。例えば、超音波エコー装置によりモニタに腕の断面画像を表示するものとして、特許文献１に挙げるようなものがある。

再公表特許第２０１７／０２２０７３号公報

前述の血管位置を可視化する技術により、穿刺の際に血管位置の特定することが可能になるが、可視化された画像と皮膚表面との位置関係が必ずしも明確でないため、穿刺位置を把握するには一定の技量が必要である。特に、超音波エコー装置を用いた穿刺では、超音波エコー装置で取得された断面画像がモニタに表示され、その断面画像から患者の腕における穿刺位置を、術者がイメージしながら穿刺する必要がある。また、近赤外線画像は、皮膚表面に血管画像を投影することができるが、近赤外線が体内で反射、減衰することから、位置の精度が低く、実際の血管位置との乖離が生じる可能性が高い。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、術者が穿刺位置付近から目線を動かすことなく穿刺できる血管位置表示器を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る血管位置表示器は、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する第１撮像部を一方向に沿って有するプローブ本体と、
前記断面画像から血管位置を検出する制御部と、
前記制御部で検出された血管位置であって少なくとも前記第１撮像部が沿う前記一方向における血管位置を表示する表示部と、
を有する。

上記のように構成した血管位置表示器は、第１撮像部で取得した断面画像から血管位置を高精度に特定し、プローブ本体の穿刺点近傍に穿刺点の位置が表示されるので、術者が目線をモニタ等に移す必要がなく、穿刺動作に集中できることで、術者の技量によらず確実に穿刺を行うことができる。

本実施形態の血管位置表示器の正面図である。 血管位置表示器の側面図である。 血管位置表示器の皮膚接触面を表す図であって、断面画像を取得する腕との位置関係を表した図である。 血管位置表示器が腕に接触し血管位置の表示を行っている状態の拡大側面図である。 腕に接触しているプローブ本体の皮膚接触面および側面付近拡大図である。 血管位置表示器の構成図である。 撮像部で取得される画像の例を表した図である。 血管の重心位置と撮像位置および穿刺点との位置関係を表した図である。 血管位置および血管径を表示する位置表示部の拡大図である。 複数の撮像部を有する血管位置表示器の皮膚接触面を表す図であって、断面画像を取得する腕との位置関係を表した図である。 複数の撮像部を有する血管位置表示器が腕に接触し血管位置の表示を行っている状態の拡大側面図である。 第１変形例に係る表示部を有するプローブ本体の下端付近拡大図である。 第２変形例に係る表示部を有するプローブ本体の下端付近拡大図である。 第３変形例に係る表示部を有するプローブ本体の下端付近拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。

本発明の実施形態に係る血管位置表示器は、人体の腕への穿刺を行う際に用いられ、腕の断面画像を取得して血管位置を検出し、血管位置を穿刺位置の近傍に表示するものである。

図１、２に示すように、血管位置表示器１０は、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部２２を有するプローブ本体２０を有している。撮像部２２は、プローブ本体２０の皮膚接触面２０ａに設けられる。プローブ本体２０の外面の一つである側面２０ｂには、表示部２７が設けられている。

プローブ本体２０は、術者が把持する縦長の持ち手部２４を有している。持ち手部２４は、ロボットに固定されてもよい。なお、持ち手部２４がロボットに固定される場合、持ち手部２４は縦長以外の形状を有していてもよい。撮像部２２は、図３に示すように、プローブ本体２０の皮膚接触面２０ａの中央部において一方向に沿って延び、その略全幅に渡るように設けられている。撮像部２２は、超音波を発生する振動子を有し、その反射波を検出することで人体内部の断面画像を得るエコー装置である。本実施形態では、血管の軸方向と直交する断面画像を取得するので、腕Ｈの長さ方向に対して撮像部２２の長さ方向が直交するように配置される。表示部２７は、撮像部２２が延びる一方向と同方向に沿って延びる側面２０ｂに設けられる。腕に穿刺する針は、側面２０ｂ側から挿入される。

図４に示すように、表示部２７は、側面２１ａのうち皮膚接触面２０ａの近傍に配置される位置表示部２８と、その上方に配置される深さ表示部２９とを有している。位置表示部２８は、多数の表示エレメント２８ａが水平方向に沿って配置されており、各表示エレメント２８ａは点灯と消灯とを切り替えることができる。図４では、中央やや左寄りの２つの表示エレメント２８ａが点灯し、それ以外の表示エレメント２８ａは消灯している。点灯している表示エレメント２８ａは、撮像部２２の長さ方向における血管位置を表している。また、位置表示部２８は、同時に点灯している表示エレメント２８ａの数により、血管径を表している。位置表示部２８の光源には、ＬＥＤを用いることができる。ただし、それ以外の光源を用いてもよい。ＬＥＤからの光は、セパレータにより分岐されて、表示エレメント２８ａを選択的に点灯させることができる。

深さ表示部２９は、液晶画面によって構成される。深さ表示部２９は、針を挿入すべき深さである穿刺深さを数値で表示する。ここで穿刺深さは、穿刺位置から一定の角度（例えば３０°）の角度で穿刺した際に、穿刺位置から血管の重心位置までの距離のことである。ただし、穿刺深さとして、穿刺位置から血管の重心位置まで延びる直線を皮膚表面に投影した長さを表示してもよい。

図５に示すように、位置表示部２８は、プローブ本体２０の側面２０ｂのうち、皮膚接触面２０ａの近傍に配置される。針６０は、腕Ｈの皮膚表面の垂線に対して３０°の角度で挿入されるのが一般的である。位置表示部２８の下端位置は、挿入される針６０と干渉しないように、皮膚表面との間に隙間を有している。この隙間は、１ｃｍ以下、好ましくは針６０の直径が１ｍｍ程度であることを考慮して、２ｍｍ以下とされる。位置表示部２８は、針６０が挿入されるプローブ本体２０の側面２０ｂのうち下端近傍に配置されるので、術者は、穿刺位置から目線を動かすことなく、穿刺すべき位置を把握し、穿刺動作に集中することができる。

次に、血管位置および穿刺深さを特定する方法について説明する。図６に示すように、血管位置表示器１０は、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部２２と、断面画像から血管位置を検出する制御部３０と、制御部３０で検出された血管位置を表示する表示部２７とを有している。制御部３０は、送信部３２および受信部３４を介して撮像部２２と接続されており、撮像部２２に断面画像を取得させ、また、取得した断面画像を受信することができる。制御部３０は、充電回路３６を介して充電池からなる電源部３７に接続されている。

制御部３０は、撮像部２２から図７に示すような断面画像を取得する。断面画像における横方向、すなわち腕の幅方向をＸ方向、断面画像における縦方向、すなわち腕の深さ方向をＹ方向、断面画像の紙面と直交する方向、すなわち腕の長さ方向をＺ方向とする。この断面画像における左上の点の座標を起点（０，０，０）とする。

制御部３０は、取得した断面画像を画像解析することで、画像中の血管の位置を検出する。制御部３０は、画像中で血管と認識される領域を検出し、その重心位置７０を血管の位置とする。画像中で血管と認識される領域を検出するには、同種の画像を多数用意して機械学習、あるいはディープランニングの手法を用いることができる。また、撮像部２２においてドップラー法により血流のある領域を検出し、当該領域を血管の領域として認識することもできる。断面画像から血管の領域を検出する際に、動脈と静脈を区別して検出する必要がある。動脈と静脈は、断面画像に表れる腕Ｈの骨の位置を基準に区別することができる。また、ドップラー法で血流のある領域を検出した場合には、血流の向きによって動脈と静脈を区別することもできる。検出された血管の重心位置７０の座標を（ｘ，ｙ，０）とする。また、制御部３０は、断面画像から検出した血管の径も検出する。

穿刺位置となるプローブ本体２０の側面２０ｂのＺ方向の座標ｚは、プローブ本体２０の皮膚接触面２０ａの幅Ｗの半分であるので、ｚ＝Ｗ／２で算出される。皮膚表面の垂線に対する血管重心位置から穿刺位置に向かう線の角度θは、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｚ／ｙ）で算出される。穿刺深さａは、ａ＝ｙ／ｃｏｓθで算出される。これらにより、穿刺位置のｘ方向の座標と穿刺深さａが規定される。制御部３０は、表示部２７の位置表示部２８のうちｘ方向の座標位置および血管径に対応する表示エレメント２８ａを点灯させると共に、深さ表示部２９に穿刺深さを表示させる。

図９（ａ）と図９（ｂ）に示すように、位置表示部２８は、検出された血管位置のｘ座標および血管径に応じて、点灯する表示エレメント２８ａの位置および数が変化する。また、図９（ｃ）に示すように、血管の重心位置のｘ座標に対応する１つの表示エレメント２８ａと、血管径の範囲にあるその他の表示エレメント２８ａとで、表示を異ならせることもできる。表示の相違は、光の濃淡、色の違い、あるいは点滅の有無などとすることができる。これにより、術者が針の先端を挿入すべき血管の重心位置を容易に把握できる。

制御部３０は、取得した断面画像の画像解析において、血管の重心位置に加えて血管内壁の位置を検出してもよい。この場合に、血管の重心位置と、血管内壁の位置と、血管の重心位置と血管内壁の位置の間とで、表示エレメント２８ａでの表示をそれぞれ異ならせることができる。例えば、血管の重心位置に対応する表示エレメント２８ａは赤色、血管内壁の位置に対応する表示エレメント２８ａは緑色、血管の重心位置と血管内壁の位置との間に対応する表示エレメント２８ａは青色とすることができる。表示の相違は、前述のようにそれ以外の態様であってもよい。

次に、穿刺位置に加えて穿刺方向を表示する変形例について説明する。図１０に示すように、プローブ本体２０の皮膚接触面２０ａには、第１撮像部２５と第２撮像部２６の２つが設けられる。第１撮像部２５と第２撮像部２６は、これらが延びる一方向と直交する方向に離隔して配置されている。第１撮像部２５と第２撮像部２６が延びる方向と直交する方向に対し、血管が傾斜している場合、第１撮像部２５と第２撮像部２６で検出される血管位置が相違する。

制御部３０は、第１撮像部２５と第２撮像部２６で取得した断面画像からそれぞれの位置における血管位置を検出する。図１１に示すように、プローブ本体２０の側面２０ｂには、第１撮像部２５と第２撮像部２６に対応して、第１位置表示部４０と第２位置表示部４１とが、プローブ本体２０の撮像部２２が設けられる側から把持される側に向かう方向に沿って２段に配置される。また、第２位置表示部４１の上方には、深さ表示部２９が配置される。

第１位置表示部４０と第２位置表示部４１には、第１撮像部２５の位置における血管のＸ方向位置と、第２撮像部２６の位置における血管のＸ方向位置とが表示されるので、術者は、血管の走行方向を視覚的に認識することができる。穿刺の際には、血管の走行方向に沿って針を挿入することで、より確実な穿刺を行うことができる。

次に、表示部の変形例について説明する。図１２に示すように、表示部４２は、縦長の表示エレメント４２ａを横方向に多数配置して形成されている。表示部４２は、検出された血管のＸ方向位置に対応する表示エレメント４２ａを、穿刺深さに対応した長さで表示する。このように、穿刺深さを数値ではなく表示部４２における線の長さで表してもよい。これにより、術者は穿刺深さを直感的に把握できる。

図１３に示すように、表示部４３を１つの液晶画面で構成してもよい。表示部４３には、検出された血管のＸ方向位置を示す矢印と、穿刺深さの数値とが表示される。図１４に示すように、表示部４４は、穿刺位置に加えて穿刺方向も表示する場合に、これらが立体的に把握できるように、矢印を斜視表示してもよい。このように、表示部における表示は任意に設定することができる。

以上のように、本実施形態に係る血管位置表示器１０は、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する第１撮像部２２を一方向に沿って有するプローブ本体２０と、断面画像から血管位置を検出する制御部３０と、制御部３０で検出された血管位置であって少なくとも第１撮像部２２が沿う一方向における血管位置を表示する表示部２７と、を有する。このように構成した血管位置表示器１０は、第１撮像部２２で取得した断面画像から血管位置を高精度に特定し、プローブ本体２０の穿刺点近傍に穿刺点の位置が表示されるので、術者が目線をモニタ等に移す必要がなく、穿刺動作に集中できることで、術者の技量によらず確実に穿刺を行うことができる。

また、表示部２７は、プローブ本体２０のうち第１撮像部２２が沿う一方向と同方向に沿う外面の第１撮像部２５面近傍位置に配置されるようにしてもよい。これにより、表示部２７が穿刺する位置に近い位置にあるので、術者がより穿刺位置を把握しやすくすることができる。

また、制御部３０は、断面画像から血管位置に加えて皮膚表面からの穿刺深さを算出し、表示部２７は、血管位置の表示と併せて穿刺深さを表示するようにしてもよい。これにより、術者が穿刺深さを容易に把握することができる。

また、表示部２７は、穿刺深さを数値または線の長さで表示するようにしてもよい。これにより、術者が穿刺深さを直感的に把握することができる。

また、制御部３０は、断面画像から血管位置に加えて血管径を検出し、表示部２７は、血管位置の表示と併せて血管径を表示するようにしてもよい。これにより、術者が血管径を容易に把握することができる。

また、プローブ本体２０の皮膚接触面２０ａにおいて一方向に沿った第１撮像部２５と直交する方向に離隔して配置された第２撮像部２６を有し、制御部３０は、第１撮像部２５と第２撮像部２６で取得した断面画像からそれぞれの位置における血管位置を検出し、表示部４０、４１は、複数の撮像部２５、２６のそれぞれの位置における血管位置に基づいた血管の長さ方向に沿う方向を表示するようにしてもよい。これにより、術者が穿刺方向を把握できるので、血管の長さ方向が第１撮像部２５と第２撮像部２６の長さ方向と直交する方向に対して傾斜していても、確実に穿刺を行うことができる。

また、第１撮像部２５と第２撮像部２６が沿う一方向における血管位置を表示する表示部４０、４１が、プローブ本体２０の第１撮像部２５が設けられる側から把持または固定される側に向かう方向に沿って複数配置されることで、血管の長さ方向に沿う方向を表示するようにしてもよい。これにより、術者が穿刺方向を直感的に把握できる。

なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、本実施形態において取得した断面画像を表示するモニタは図示されていないが、血管位置表示器１０をモニタに接続して、断面画像を目視できるようにしてもよい。

また、本実施形態では、断面画像から穿刺する血管の重心位置を検出しているが、穿刺する血管の重心位置以外の位置を検出して、表示部２７で表示してもよい。例えば、制御部３０は、断面画像から穿刺する血管と撮像部２２との間に位置する血管の内表面Ｊや、血管の膜内の位置Ｋを検出し、その位置を表示部２７で表示するようにしてもよい。また、制御部３０は、断面画像から穿刺する血管と撮像部２２との間に位置する血管の内表面Ｊや、血管の膜内の位置Ｋを検出し、この位置から一定の距離だけ離れた位置を表示部２７で表示するようにしてもよい。これらによって、表示部２７で表示する位置と穿刺すべき血管との距離を長くして、血管を針で穿刺した後に、さらに針を挿入して血管を貫通することを防止できる。一定の距離だけ離れた位置は主に血管の軸方向に離れた位置である。径方向に離れた位置でもよい。

穿刺時には、針に押されることにより、血管の位置が変化することがある。目的の血管に対し確実に穿刺するために、血管の位置変化の方向および程度を第１位置表示部４０および第２位置表示部４１に表示させることができる。

血管の位置変化の方向および程度は、制御部３０が、記憶された穿刺前の断面画像と、穿刺後の断面画像とを比較することで検出される。このため、制御部３０は、血管がどの方向に位置変化しても、方向および程度を検出できる。血管の位置変化の方向および程度が検出されたら、制御部３０は、第１位置表示部４０や第２位置表示部４１に血管の位置変化の方向および程度を表示させる。

例えば、血管が針によって皮膚表面に対し奥側に移動した場合には、皮膚表面側に位置する第１位置表示部４０の表示が変化する。第１位置表示部４０の表示の変化は、点灯状態から点滅状態になる、あるいは、表示の色が変化するなどとすることができる。また、血管の位置変化の程度を表すために、第１位置表示部４０の点滅の速さ、あるいは色の濃淡が変化する。

また、血管が針によって皮膚表面と平行な方向に移動した場合には、第１位置表示部４０または第２位置表示部４１において、血管位置を表示する表示エレメントの位置を移動した分だけ変化させる。これにより、血管の位置変化の方向および程度を表すことができる。なお、この際に、変化後に表示する表示エレメントは、変化前に表示する表示エレメントと異なる色で点灯、あるいは点滅するなど、表示態様を変化させてもよい。

１０ 血管位置表示器
２０ プローブ本体
２０ａ 皮膚接触面
２０ｂ 側面
２２ 撮像部
２４ 持ち手部
２５ 第１撮像部
２６ 第２撮像部
２７ 表示部
２８ 位置表示部
２８ａ 表示エレメント
２９ 深さ表示部
３０ 制御部
３２ 送信部
３４ 受信部
３６ 充電回路
３７ 電源部
４０ 第１位置表示部
４１ 第２位置表示部
４２ 表示部
４２ａ 表示エレメント
６０ 針
７０ 重心位置

Claims (7)

1. 皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する第１撮像部を一方向に沿って有するプローブ本体と、
   前記断面画像から血管位置を検出する制御部と、
   前記制御部で検出された血管位置であって少なくとも前記第１撮像部が沿う前記一方向における血管位置を表示する表示部と、
   を有する血管位置表示器。
2. 前記表示部は、前記プローブ本体のうち前記第１撮像部が沿う前記一方向と同方向に沿う外面の前記第１撮像部近傍位置に配置される請求項１に記載の血管位置表示器。
3. 前記制御部は、前記断面画像から前記血管位置に加えて皮膚表面からの穿刺深さを算出し、
   前記表示部は、前記血管位置の表示と併せて前記穿刺深さを表示する請求項１または２に記載の血管位置表示器。
4. 前記表示部は、前記穿刺深さを数値または線の長さで表示する請求項３に記載の血管位置表示器。
5. 前記制御部は、前記断面画像から前記血管位置に加えて血管径を検出し、
   前記表示部は、前記血管位置の表示と併せて前記血管径を表示する請求項１～４のいずれか１項に記載の血管位置表示器。
6. 前記プローブ本体の皮膚接触面において、前記一方向に沿った前記第１撮像部と直交する方向に離隔して配置された第２撮像部を有し、
   前記制御部は、前記第１撮像部と前記第２撮像部で取得した断面画像からそれぞれの位置における血管位置を検出し、
   前記表示部は、複数の前記撮像部のそれぞれの位置における血管位置に基づいた血管の長さ方向に沿う方向を表示する請求項１～５のいずれか１項に記載の血管位置表示器。
7. 前記第１撮像部と前記第２撮像部とが沿う前記一方向における血管位置を表示する表示部が、前記プローブ本体の前記第１撮像部が設けられる側から把持または固定される側に向かう方向に沿って複数配置されることで、前記血管の長さ方向に沿う方向を表示する請求項６に記載の血管位置表示器。