JP5531239B2 - Puncture support system - Google Patents
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Description
本発明は、超音波ガイド下における穿刺を支援するためのシステムに係り、更に詳しくは、超音波診断装置によって取得した超音波断層画像を利用し、体内の対象組織内のターゲットに対して穿刺を簡易且つ迅速に行うための穿刺支援システムに関する。 The present invention relates to a system for supporting puncturing under an ultrasonic guide, and more particularly, using an ultrasonic tomographic image acquired by an ultrasonic diagnostic apparatus to puncture a target in a target tissue in the body. The present invention relates to a puncture support system for performing simply and quickly.
患者の体内組織への穿刺は、医療の様々な場面に用いられており、例えば、静脈にカテーテルを挿入して輸液を行うための中心静脈穿刺や、肝がん、乳がんへの経皮的治療等に用いられている。このような穿刺は、超音波診断装置で取得した患者の体内組織の超音波断層画像を目視しながら医師の手で行われる。この際、穿刺針を確実にターゲットまで到達させて停止することが必要となるが、超音波断層画像内における穿刺針の位置が視認しにくいことから、医師の手の動作と穿刺針の動作の関係が把握しにくく、医師が穿刺を正確に行うためには熟練した技術を要する。 Puncture into the patient's body tissue is used in various medical situations, for example, central venous puncture for transfusion by inserting a catheter into a vein and transcutaneous treatment for liver cancer and breast cancer Etc. are used. Such puncture is performed by a doctor's hand while visually observing an ultrasonic tomographic image of a patient's body tissue acquired by an ultrasonic diagnostic apparatus. At this time, it is necessary to ensure that the puncture needle reaches the target and stop, but since the position of the puncture needle in the ultrasonic tomographic image is difficult to see, It is difficult to grasp the relationship, and skill is required for a doctor to perform puncture accurately.
ところで、特許文献1には、体表から体内のターゲットに向かう穿刺針のルートを超音波断層画像上に表示可能な超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置に用いられるプローブの側部には、穿刺針の挿入位置をガイドする挿入部ガイドが設けられており、この挿入部ガイドは、穿刺針が挿入される複数の挿入孔を備えている。特許文献1の超音波診断装置では、医師が、超音波断層画像を目視しながら、挿入部ガイドの位置とターゲットの位置とを結ぶ穿刺ルートを模擬的に設定して超音波断層画像上に表示させ、当該表示に従い、医師の手で、当該穿刺ルートに穿刺可能となる位置の挿入孔から穿刺針を挿入して穿刺を行う。 By the way, Patent Document 1 discloses an ultrasonic diagnostic apparatus capable of displaying a route of a puncture needle from a body surface toward a target in the body on an ultrasonic tomographic image. An insertion portion guide that guides the insertion position of the puncture needle is provided on the side portion of the probe used in the ultrasonic diagnostic apparatus, and the insertion portion guide includes a plurality of insertion holes into which the puncture needle is inserted. ing. In the ultrasonic diagnostic apparatus of Patent Document 1, a doctor sets a puncture route that connects the position of the insertion guide and the target position while visually observing the ultrasonic tomographic image, and displays it on the ultrasonic tomographic image. In accordance with the display, the puncture needle is inserted by the doctor's hand through the insertion hole at a position where the puncture route can be punctured.
しかしながら、前記特許文献1の発明にあっては、医師が超音波断層画像を見ながらマニュアル的に穿刺ルートを設定しなければならない。これにより、当該穿刺ルートを設定した後で、患者に対してプローブが移動し、超音波断層画像内でターゲットが僅かでも移動した場合には、穿刺ルートを再度設定しなければならず面倒であり、穿刺を迅速に行えない。このため、穿刺ルートを設定する間は、比較的長時間に亘って患者に対して同一姿勢を維持して貰いながら、医師が同一位置にプローブを静止保持しておく必要があり、患者及び医師の双方に苦痛をもたらすことになる。しかも、医師は、プローブを患者の体表部分に当てて静止したまま、穿刺ルートの設定用のキーボード操作やマウス操作等が必要になるため、これを一人の医師で行うと、長時間の両手操作を強いられることになり、簡単且つ迅速な穿刺が行えない。 However, in the invention of Patent Document 1, a doctor must manually set a puncture route while viewing an ultrasonic tomographic image. Thereby, after setting the puncture route, if the probe moves with respect to the patient and the target moves even slightly in the ultrasonic tomographic image, the puncture route must be set again, which is troublesome. The puncture cannot be performed quickly. Therefore, while setting the puncture route, it is necessary for the doctor to keep the probe stationary at the same position while maintaining the same posture with respect to the patient for a relatively long time. Will bring pain to both. In addition, the doctor needs to operate the keyboard and mouse for setting the puncture route while keeping the probe resting on the patient's body surface. The operation is forced, and simple and quick puncture cannot be performed.
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、簡単な操作でターゲットに穿刺針を自動的に到達させることができる穿刺支援システムを提供することにある。 The present invention has been devised by paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a puncture support system that can automatically reach a target with a puncture needle with a simple operation. .
(1)前記目的を達成するため、本発明は、患者の皮膚にプローブを接触させることで、当該プローブが接触する皮膚の下の体内部分の超音波断層画像を取得する超音波診断装置からの前記超音波断層画像に基づき、前記体内部分に存在する対象組織内のターゲットに穿刺を行う穿刺支援システムであって、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するプローブ位置姿勢検出手段と、前記プローブ位置姿勢検出手段により検出された前記プローブの位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときの前記プローブから得られた前記超音波断層画像を対応させることで、前記対象組織内に設定されたターゲットの3次元位置を求める3次元位置検出手段と、前記ターゲットに穿刺を行うための穿刺針を動作させる穿刺針動作手段と、前記3次元位置検出手段で検出された前記ターゲットの3次元位置に基づき、当該ターゲットに前記穿刺針が到達するように、前記穿刺針動作手段の動作を制御する動作制御手段とを備える、という構成を採っている。
(1) To achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic diagnostic apparatus for acquiring an ultrasonic tomographic image of a body part under the skin in contact with the probe by bringing the probe into contact with the patient's skin. A puncture support system for puncturing a target in a target tissue existing in the body part based on the ultrasonic tomographic image,
Probe position and orientation detection means for detecting the position and orientation of the probe, and the ultrasonic wave obtained from the probe at the position and orientation to the position and orientation of the probe detected by the probe position and orientation detection means By associating tomographic images, a three-dimensional position detecting means for obtaining a three-dimensional position of a target set in the target tissue, a puncture needle operating means for operating a puncture needle for puncturing the target, An operation control means for controlling the operation of the puncture needle operation means so that the puncture needle reaches the target based on the three-dimensional position of the target detected by the three-dimensional position detection means. Adopted.
(2)また、予め設定した前記対象組織を前記超音波断層画像の中から特定する対象組織特定手段を更に備え、
前記3次元位置検出手段では、前記プローブの移動によって得られた複数の前記超音波断層画像から、前記対象組織特定手段で特定された前記対象組織の各構成部分の3次元位置を求め、当該各構成部分の3次元位置から前記ターゲットの3次元位置を求める、という構成を採ることができる。
(2) Moreover, it further comprises target tissue specifying means for specifying the preset target tissue from the ultrasonic tomographic image,
The three-dimensional position detection means obtains a three-dimensional position of each component of the target tissue specified by the target tissue specifying means from a plurality of the ultrasonic tomographic images obtained by moving the probe, A configuration in which the three-dimensional position of the target is obtained from the three-dimensional position of the constituent part can be employed.
(3)更に、患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を更に備え、
前記3次元位置検出手段では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果と、その際に得られた前記超音波断層画像とを対応させることで、前記ターゲットの3次元位置を求める、という構成も併せて採用するとよい。
(3) Furthermore, a patient position / posture detection means for detecting the position and posture of a fixed part of the patient is further provided,
In the three-dimensional position detection unit, the detection results of the probe position / posture detection unit and the patient position / posture detection unit correspond to the ultrasonic tomographic image obtained at that time, thereby obtaining the three-dimensional position of the target. It is also preferable to adopt a configuration that requires
(4)また、前記穿刺針動作手段は、前記プローブに一体的に取り付けられ、当該プローブで得られた前記超音波断層画像内の範囲で前記穿刺針を動作可能に設けられる、という構成を採用することが好ましい。 (4) Further, the puncture needle operating means is integrally attached to the probe, and adopts a configuration in which the puncture needle is operably provided within a range within the ultrasonic tomographic image obtained by the probe. It is preferable to do.
本発明によれば、穿刺のターゲットとなる部分を有する対象組織が映る超音波断層画像を得るために、医師がプローブを患者の皮膚上の所定範囲を移動する操作を行うだけで、ターゲットへの穿刺を自動的に行うことができる。すなわち、プローブの移動によって得られた超音波断層画像と、そのときのプローブの位置及び姿勢とから、前記ターゲットの3次元位置が自動的に求められ、当該3次元位置に穿刺針を到達させるように、穿刺針動作手段が動作することになる。従って、前記特許文献1のように医師の手で穿刺ラインを設定する必要がなく、好適な位置の超音波断層画像を取得する要領で、簡単且つ迅速に穿刺を行うことが可能になる。 According to the present invention, in order to obtain an ultrasonic tomographic image in which a target tissue having a portion to be punctured is reflected, a doctor simply performs an operation of moving the probe within a predetermined range on the patient's skin. Puncture can be performed automatically. That is, the three-dimensional position of the target is automatically obtained from the ultrasonic tomographic image obtained by moving the probe and the position and orientation of the probe at that time, and the puncture needle is made to reach the three-dimensional position. In addition, the puncture needle operating means operates. Therefore, it is not necessary to set a puncture line by a doctor's hand as in Patent Document 1, and it is possible to perform puncture simply and quickly in the manner of acquiring an ultrasonic tomographic image at a suitable position.
特に、前記(3)のように構成することで、ターゲットの3次元位置を求めた後で患者が動いてターゲットの3次元位置が変わった場合でも、ターゲットの正確な3次元位置を求めることができ、患者の動きに追従した自動的な穿刺が可能になる。 In particular, with the configuration as described in (3) above, even when the patient moves and the three-dimensional position of the target changes after the three-dimensional position of the target is obtained, the accurate three-dimensional position of the target can be obtained. It is possible to automatically puncture following the movement of the patient.
また、前記(4)の構成によれば、穿刺針動作手段は、超音波断層画像の2次元平面上を自由に動かせる3自由度の構成で足りることになり、穿刺針動作手段の構造を簡素化し、穿刺針動作手段をコンパクトにすることができる。このため、穿刺針動作手段をプローブと一体化しても、医師の手によるプローブ操作の妨げにならないように構成できる。 Also, according to the configuration of (4), the puncture needle operating means is sufficient with a configuration of three degrees of freedom that can freely move on the two-dimensional plane of the ultrasonic tomographic image, and the structure of the puncture needle operating means is simplified. Thus, the puncture needle operating means can be made compact. For this reason, even if the puncture needle operation means is integrated with the probe, it can be configured so as not to hinder the probe operation by the doctor's hand.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本実施形態に係る穿刺支援システムの概略構成図が示されている。この図において、穿刺支援システム10は、患者の体内のターゲットTに向かって患者の体表から穿刺針Nを刺入する医療行為である穿刺を超音波断層画像に基づいて自動的に行うシステムである。この穿刺支援システム10は、皮下の体内部分の超音波断層画像を取得可能な超音波診断装置11と、超音波診断装置11によって取得した超音波断層画像に基づき、穿刺針Nを動作させてターゲットTに穿刺を行う穿刺支援ロボット12とにより構成されている。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a puncture support system according to the present embodiment. In this figure, a puncture support system 10 is a system that automatically performs puncture, which is a medical act of inserting a puncture needle N from a patient's body surface toward a target T in a patient's body, based on an ultrasonic tomographic image. is there. This puncture support system 10 includes an ultrasonic diagnostic apparatus 11 that can acquire an ultrasonic tomographic image of a subcutaneous body part, and a target by operating a puncture needle N based on the ultrasonic tomographic image acquired by the ultrasonic diagnostic apparatus 11. The puncture assisting robot 12 performs puncture at T.
前記超音波診断装置11は、患者の皮膚Sに接触して超音波パルスの送波及びエコーの受波を行うプローブ15(超音波探触子)と、プローブ15からの信号によって、プローブ15が接触する皮膚Sの下の体内部分Hの超音波断層画像(Bモード)を生成する断層画像生成手段17と、断層画像生成手段17で生成された超音波断層画像を表示するモニタ18とを備えた公知の構造となっている。
The ultrasonic diagnostic apparatus 11 includes a probe 15 (ultrasonic probe) that transmits ultrasonic pulses and receives echoes in contact with a patient's skin S, and a probe 15 that receives signals from the probe 15. A tomographic
前記穿刺支援ロボット12は、プローブ15及び穿刺針Nをそれぞれ保持するようになっており、医師が超音波断層画像を取得するためにプローブ15の移動を手動で行える一方で、穿刺針Nの移動を自動で行える手持ち型のロボットとなっている。 The puncture assisting robot 12 holds the probe 15 and the puncture needle N, respectively, and the doctor 15 can manually move the probe 15 to obtain an ultrasonic tomographic image, while the puncture needle N moves. It is a hand-held robot that can automatically
この穿刺支援ロボット12は、プローブ15を保持するプローブホルダー20と、当該プローブホルダー20に一体的に設けられるとともに、穿刺針Nを保持して動作させる穿刺針動作手段としての穿刺針動作装置22と、プローブホルダー20に取り付けられ、赤外線を発生させるマーカ24と、マーカ24の位置及び姿勢を測定する3次元位置計測装置25と、穿刺針動作装置22を動作させるための各種処理及び指令を行う処理指令装置26とを備えて構成されている。
The puncture assisting robot 12 includes a
前記プローブホルダー20は、プローブ15が着脱自在に取り付けられるプローブ取付部30と、プローブ取付部30の近傍に位置し、医師等の操作者が把持するためのグリップ31と、当該グリップ31の一部分に設けられ、穿刺針Nの動作指令を行う押しボタン式のスイッチ33と、プローブ取付部30に取り付けられ、プローブ15に対して移動不能にマーカ24を固定するマーカ固定部35とを備えている。
The
前記穿刺針動作装置22は、プローブホルダー20に保持されたプローブ15に対して穿刺針Nが所定の範囲の空間内で移動可能になるように、図示省略した各種モータ、リンク等の各種部材や機構によって構成されている。
The puncture
具体的に、この穿刺針動作装置22は、プローブ15が接触する皮膚Sの下の体内部分Hの超音波断層画像内の範囲で穿刺針Nが移動可能となるように、3自由度の動作が可能な構造となっており、以下のように穿刺針Nが移動可能となっている。すなわち、図2に示されるように、穿刺針Nは、その先端側が超音波断層画像G内で左右方向(同図中矢印A方向)に移動可能となっており、当該移動により、撮像された体内部分Hのうちの穿刺の対象となる対象組織P(例えば、血管、臓器等の器官や癌細胞等)の刺入位置の調整が可能になる。また、穿刺針Nは、その先端側が超音波断層画像G内で上下方向(同図中矢印B方向)に移動可能になっており、当該移動により、対象組織Pへの刺入深さの調整が可能になる。更に、穿刺針Nは、その先端側が超音波断層画像Gに直交する軸線周りの方向(同図中矢印C方向)に回転可能になっており、当該回転により、対象組織Pに対する刺入角度の調整が可能になる。
Specifically, the puncture
前記3次元運動計測装置25は、マーカ24から発生した赤外線を受光可能となるように移動不能に固定配置され、移動するマーカ24からの赤外線の受光状態からマーカ24の位置及び姿勢をリアルタイムに測定可能な公知の構成となっている。つまり、3次元運動計測装置25により、所定の固定点を原点とする絶対座標系におけるマーカ24の3次元の位置及び姿勢が逐次求められ、当該マーカ24は、プローブ15に対する位置及び姿勢が不変であるため、マーカ24の3次元の位置及び姿勢からプローブ15の3次元の位置及び姿勢が一義的に求められる。従って、マーカ24及び3次元運動計測装置25は、プローブ15の絶対座標系における位置及び姿勢を逐次検出するプローブ位置姿勢検出手段を構成する。
The three-dimensional
なお、プローブ位置姿勢検出手段は、プローブ15の絶対座標系における位置及び姿勢を逐次検出できる限り、マーカ25及び3次元運動計測装置25による検出に限らず、加速度センサを使用する等、他の構成を採用することもできる。
The probe position / orientation detection means is not limited to detection by the
前記処理指令装置26は、CPU等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成され、当該コンピュータを以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。
The
すなわち、この処理指令装置26は、取得した超音波断層画像の中から、穿刺の対象となる血管や臓器等の器官や癌細胞等の対象組織Pの部分を特定する対象組織特定手段40と、3次元運動計測装置25により測定されたプローブ15の位置及び姿勢を用い、対象組織P内のターゲットTの3次元位置を求める3次元位置検出手段41と、3次元位置検出手段41で求めたターゲットTの3次元位置に基づき、当該ターゲットTに穿刺針Nが到達するように穿刺針動作装置22の動作を制御する動作制御手段42とを備えている。
That is, the
前記対象組織特定手段40では、処理指令装置26内に予め記憶された複数の対象組織Pの中から、医師等の操作者が所望の対象組織Pを指定すると、得られた超音波断層画像の画像処理により、当該超音波断層画像に映る各種組織の中から、対象組織Pの部分を特定するようになっている。ここでの画像処理は、予め記憶された対象組織Pに係るテンプレートとのマッチングを用い、或いは、超音波診断装置11にカラードプラモードを備えている場合における当該カラードプラモードによる結果の利用等により、体内部分Hを撮像した超音波断層画像から、血管や臓器等の器官、或いは癌細胞等の対象組織Pを自動的に特定する公知の技術が用いられる。
In the target tissue specifying means 40, when an operator such as a doctor designates a desired target tissue P from among a plurality of target tissues P stored in advance in the
なお、本発明において、前記対象組織特定手段40としては、取得した超音波断層画像の中から、操作者が指定した対象組織Pを自動的に特定できる限りにおいて、種々の画像処理手法を適用することが可能である。 In the present invention, as the target tissue specifying means 40, various image processing techniques are applied as long as the target tissue P designated by the operator can be automatically specified from the acquired ultrasonic tomographic images. It is possible.
前記3次元位置検出手段25では、対象組織特定手段40で特定された超音波断層画像内の対象組織Pを構成する各部分について、そのときのプローブ15の位置及び姿勢から、絶対座標系における3次元位置を演算により求めるようになっている。すなわち、得られた超音波断層画像内で特定された対象組織Pの各部分について、画像座標系における2次元座標が特定され、3次元運動計測装置による測定値から、予め記憶された変換式によって、対象組織Pの各部分の絶対座標系における3次元位置が求められる。また、操作者が患者の皮膚S上の複数位置でプローブ15を接触させたときに、各位置で取得した超音波断層画像について同じ演算処理がなされ、対象組織Pの各部分の絶対座標系における3次元位置を蓄積することで、所定の空間領域内での対象組織Pの3次元形状が特定されることになる。 In the three-dimensional position detection means 25, for each part constituting the target tissue P in the ultrasonic tomographic image specified by the target tissue specifying means 40, 3 in the absolute coordinate system is determined from the position and orientation of the probe 15 at that time. The dimension position is obtained by calculation. That is, for each part of the target tissue P specified in the obtained ultrasonic tomographic image, two-dimensional coordinates in the image coordinate system are specified, and from the measurement values obtained by the three-dimensional motion measuring device, a conversion formula stored in advance is used. The three-dimensional position in the absolute coordinate system of each part of the target tissue P is obtained. Further, when the operator touches the probe 15 at a plurality of positions on the patient's skin S, the same calculation process is performed on the ultrasonic tomographic images acquired at each position, and in the absolute coordinate system of each part of the target tissue P. By accumulating the three-dimensional position, the three-dimensional shape of the target tissue P in the predetermined space region is specified.
そして、穿刺針Nの先端を到達させる対象組織P内のターゲットTは、対象組織Pに対応して予め記憶されており、3次元位置検出手段25では、対象組織Pの3次元形状が特定されると、ターゲットTの3次元位置が演算によって自動的に求められることになる。
The target T in the target tissue P that reaches the tip of the puncture needle N is stored in advance corresponding to the target tissue P, and the three-dimensional
例えば、対象組織Pが血管の場合には、血管内腔部分の中心線上の部分がターゲットTとして設定されており、当該中心線上の部分の中からターゲットTの位置が次のようにして特定される。すなわち、先に求めた血管の3次元形状から血管内腔部分の中心線(軸線)が求められ、現在のプローブ15の位置から、穿刺針動作装置22での動作範囲を考慮し、処理指令装置26に操作者が予め入力した刺入角度で刺入した際に到達可能となる血管内腔部分の中心線上の位置をターゲットTとして決定し、当該ターゲットTの3次元位置が特定される。
For example, when the target tissue P is a blood vessel, a portion on the center line of the blood vessel lumen portion is set as the target T, and the position of the target T is specified as follows from the portion on the center line. The That is, the center line (axis line) of the blood vessel lumen portion is obtained from the previously obtained three-dimensional shape of the blood vessel, and the
また、対象組織Pが癌細胞の場合には、癌細胞の中心部分がターゲットTとして設定され、先に求めた癌細胞の3次元形状から、その中心点における絶対座標系の座標を求めることで、ターゲットTの3次元位置が求められる。 When the target tissue P is a cancer cell, the center portion of the cancer cell is set as the target T, and the coordinates of the absolute coordinate system at the center point are obtained from the three-dimensional shape of the cancer cell obtained previously. The three-dimensional position of the target T is obtained.
前記動作制御手段42では、3次元位置検出手段41で求めたターゲットTの3次元位置と、予め設定した穿刺針Nの刺入角度とから、ターゲットTへの刺入ラインL(図2参照)を生成し、当該刺入ラインL上を穿刺針Nが通ってターゲットTに到達して停止するように、穿刺針動作装置22の動作を制御する。
In the operation control means 42, the insertion line L to the target T (see FIG. 2) from the three-dimensional position of the target T obtained by the three-dimensional position detection means 41 and the preset insertion angle of the puncture needle N. And the operation of the puncture
次に、前記穿刺支援システム10を用いた穿刺動作について、血管内への穿刺を例として説明する。 Next, a puncturing operation using the puncture support system 10 will be described by taking puncture into a blood vessel as an example.
先ず、医師等の操作者は、グリップ31を手で把持し、プローブ15を患者の皮膚Sに接触させながら所定範囲内で移動することで、穿刺を行う血管を探索し、モニタ18を見ながら、穿刺を行いたい部位が超音波断層画像上に表れたらプローブ15の移動を停止する。この際、超音波診断装置11の断層画像生成手段17では、プローブ15が接触する皮膚Sの下の体内部分Hの超音波断層画像が逐次生成されることになり、当該超音波断層画像がモニタ18に写し出される。なお、操作者は、予め、ターゲットTへの刺入角度(例えば、15度等)を穿刺支援ロボット12に入力しておく。
First, an operator such as a doctor grasps the
プローブ15の移動に伴って逐次生成された超音波断層画像は、それぞれ以下の処理が行われる。すなわち、絶対座標系におけるプローブ15の位置及び姿勢が3次元運動計測装置25によって計測され、計測されたプローブ15の位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときのプローブ15によって得られた超音波断層画像を対応させる。また、対象組織特定手段40によって、得られた超音波断層画像内から血管の各構成部分(血管壁部分、血管内腔部分)が特定される。そして、3次元位置検出手段41により、得られた超音波断層画像それぞれについて、血管の各構成部分における超音波断層画像内の各点(ピクセル)を画像座標系から絶対座標系に変換することで当該各点の3次元位置が求められる。これら3次元位置の蓄積によって、血管の3次元形状が特定され、血管内腔部分の中心線上の位置からターゲットTが特定される。つまり、プローブ15の移動により多くの超音波断層画像を取得することで、血管の各構成部分の3次元位置が多数求められ、これら3次元位置を構成部分毎に蓄積することにより、血管壁部分や血管内腔部分の3次元形状が特定され、血管内腔部分の中心線の中からターゲットTが特定され、ターゲットTの3次元座標が求められる。
The following processing is performed on the ultrasonic tomographic images sequentially generated as the probe 15 moves. That is, the position and orientation of the probe 15 in the absolute coordinate system are measured by the three-dimensional
そして、穿刺針Nの先端が予め設定された刺入角度でターゲットTに到達するように、絶対座標系における穿刺針Nの刺入ラインLが自動的に設定される。その後、操作者がグリップ31に設けられたスイッチ33を押すと、穿刺針Nが刺入ラインL上を移動するように、穿刺針動作装置22が動作制御手段42で制御されながら動作する。つまり、穿刺針動作装置22により、穿刺針Nは、体外側から皮膚Sに刺入されてターゲットTまで自動的に移動し、予め設定された刺入角度でターゲットTに穿刺されることになる。
Then, the insertion line L of the puncture needle N in the absolute coordinate system is automatically set so that the tip of the puncture needle N reaches the target T at a preset insertion angle. Thereafter, when the operator presses the
また、操作者がプローブ15の動作を止めた後、プローブ15が不意に動いてターゲットTが超音波断層画像上で多少ずれたとしても、穿刺針動作装置22による穿刺針Nの可動範囲である限り、絶対座標系におけるターゲットTの3次元位置が特定されているため、動作制御手段42による穿刺針動作装置22の動作制御により、先に特定した刺入ラインL上を穿刺針Nが移動することになる。
Even if the operator stops the operation of the probe 15 and the probe 15 moves unexpectedly and the target T slightly deviates on the ultrasonic tomographic image, it is within the movable range of the puncture needle N by the puncture
更に、患者が動く等の理由により血管の3次元位置が変わった場合には、超音波断層画像中で再度ターゲットTを探索する要領で、プローブ15を所定範囲内で移動させることにより、前述と同様の手順により、新たな穿刺ラインLが再度構築され、穿刺針動作装置22によるターゲットTへの穿刺が可能になる。
Further, when the three-dimensional position of the blood vessel changes due to the patient moving or the like, the probe 15 is moved within a predetermined range in the manner of searching for the target T again in the ultrasonic tomographic image. By a similar procedure, a new puncture line L is constructed again, and the target T can be punctured by the puncture
従って、このような実施形態によれば、超音波断層画像を取得するためのプローブ15の動作は、医師等の操作者が手動で行う一方、ターゲットへの穿刺針Nの動作は穿刺針動作装置22により自動で行われる。このため、操作者が、体内部分Hに存在する穿刺のターゲットTを探索するためにプローブ15で体表をスキャンする操作を行うだけで、穿刺支援ロボット12によりターゲットTに自動的に穿刺することができ、操作者は、超音波断層画像を見ながら穿刺針Nの動作をコントロールする煩わしさを解消できるという効果を得る。 Therefore, according to such an embodiment, the operation of the probe 15 for acquiring an ultrasonic tomographic image is manually performed by an operator such as a doctor, while the operation of the puncture needle N to the target is performed by a puncture needle operating device. 22 automatically. For this reason, the operator can simply puncture the target T by the puncture assisting robot 12 simply by performing an operation of scanning the body surface with the probe 15 in order to search for the puncture target T existing in the body part H. The operator can eliminate the trouble of controlling the operation of the puncture needle N while viewing the ultrasonic tomographic image.
また、超音波断層画像に映る範囲で穿刺針Nの動作がコントロールされるため、操作者が超音波断層画像上で穿刺針Nを視認でき、操作者の目視による穿刺確認を行えるばかりか、穿刺針動作装置22での動作が3自由度で済むことになり、手持ち型となる穿刺支援ロボット12の小型化、軽量化を図ることができる。
In addition, since the operation of the puncture needle N is controlled within the range reflected in the ultrasonic tomographic image, the operator can visually recognize the puncture needle N on the ultrasonic tomographic image and not only can the operator confirm the puncture but also the puncture. Since the operation with the
なお、穿刺のターゲットTは、手入力で任意に設定できるようにしてもよい。例えば、刺入位置と刺入角度を処理指令装置26に入力することで、先に求めた対象組織Pの3次元形状からターゲットTの3次元位置を演算によって求めることが可能になる。また、操作者がプローブ15を動かしながら都度得られる超音波断層画像をモニタ18上で見ながら、操作者の判断で、超音波断層画像中の穿刺部分を図示しないマウス等でクリックすることで、ターゲットTを設定することもできる。この場合は、クリックされた超音波断層画像を得たときのプローブ15の位置及び姿勢が検出されているため、対象組織Pの3次元形状を求めなくても、ターゲットTの3次元座標を求めることが可能になり、対象組織特定手段40を省くことができる。更に、超音波断層画像の中央に映る部分をターゲットTとすることもでき、この場合には、操作者がプローブ15を手で動かして穿刺したい部分が超音波断層画像の中央に表れたときに、スイッチ33を押すことで穿刺針Nの動作をさせるようにすれば良い。この場合においても、超音波断層画像中の穿刺部分をマウス等でクリックする場合と同様、対象組織Pの3次元形状を求めなくても、ターゲットTの3次元座標を求めることが可能になり、対象組織特定手段40を省くことができる。
The puncture target T may be arbitrarily set manually. For example, by inputting the insertion position and the insertion angle to the
また、患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を設け、3次元位置検出手段41では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果から、プローブ15と前記患者の一定部位のそれぞれの位置及び姿勢に、これらの位置及び姿勢のときに得られた超音波断層画像を対応させることで、ターゲットTの3次元位置を求めるようにしてもよい。前記患者位置姿勢検出手段としては、前記マーカ24及び3次元運動計測装置25と同様の構成を例示でき、穿刺部分の近傍となる患者の体表部分にマーカ24を固定し、当該マーカ24の位置及び姿勢を3次元運動計測装置25で計測することで、マーカ24が固定された患者の体表部分の位置及び姿勢が求められる。このようにすれば、刺入ラインLが設定された後、患者が動く等の理由により対象組織Pの3次元位置が変わったときでも、再度、プローブ15を所定範囲内で移動させずに、穿刺針動作装置22により、患者の動きに追従して穿刺針Nを動作させることができる。
In addition, patient position / posture detection means for detecting the position and posture of a fixed part of the patient is provided, and the three-dimensional position detection means 41 determines the probe 15 and the probe 15 based on the detection results of the probe position / posture detection means and the patient position / posture detection means. The three-dimensional position of the target T may be obtained by associating the ultrasonic tomographic images obtained at these positions and postures with the respective positions and postures of the fixed part of the patient. The patient position / posture detecting means can be exemplified by the same configuration as the
更に、図2に示されるように、自動的に設定された刺入ラインLを、超音波断層画像G中に重畳させて模擬的に表示することも可能である。この場合には、操作者は、超音波断層画像Gを見ながら、ターゲットTへの穿刺のイメージをより具体的に把握することができる。これによって、例えば、操作者は、刺入ラインLの途中に、穿刺針Nの通過を許容できない組織が存在するか否かを把握し易くなり、その場合は、刺入位置を変えたり、ターゲットTを別の位置に設定し直す等の判断が行い易くなる。 Furthermore, as shown in FIG. 2, it is also possible to display the simulation by superimposing the automatically set insertion line L in the ultrasonic tomographic image G. In this case, the operator can more specifically grasp the puncture image on the target T while viewing the ultrasonic tomographic image G. As a result, for example, the operator can easily grasp whether or not there is a tissue that cannot pass the puncture needle N in the middle of the insertion line L. In this case, the operator can change the insertion position, It becomes easy to make a judgment such as resetting T to another position.
また、前記グリップ31に図示しない力覚提示装置を設けるとともに、ターゲットTが穿刺針動作装置22による穿刺針Nの可動範囲外に存在するか否かを判断する手段を設けることもできる。この構成では、ターゲットTが穿刺針Nの可動範囲外に存在する場合、当該可動範囲内にターゲットTが位置するように、前記力覚提示装置により、プローブホルダー20と穿刺針動作装置22を移動させる方向に操作者に力覚が提示される。このようにすることで、操作者の手により、プローブホルダー20及び穿刺針動作装置22を穿刺可能な位置に短時間で移動させることができ、迅速な穿刺が一層可能になる。ここで、前記力覚提示装置を用いずに音声を発生させることにより、プローブホルダー20と穿刺針動作装置22をターゲットTへの穿刺が可能になる位置を操作者に音声で知らせるようにしてもよい。
Further, a force sense presentation device (not shown) may be provided on the
更に、前記実施形態では、穿刺針動作装置22をプローブホルダー20に一体化して、3自由度の動作を可能にしたが、本発明はこれに限らず、穿刺針動作装置22をプローブホルダー20と別体化し、更に多自由度の動作が可能となる構造を採用することもできる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the puncture
また、対象組織特定手段40及び3次元位置検出手段41は、穿刺支援ロボット12側に設けずに、超音波診断装置11側に設けてもよい。
Further, the target
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 In addition, the configuration of each part of the apparatus in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.
10 穿刺支援システム
15 プローブ
22 穿刺針動作装置(穿刺針動作手段)
24 マーカ(プローブ位置姿勢検出手段)
25 3次元運動計測装置(プローブ位置姿勢検出手段)
40 対象組織特定手段
41 3次元位置検出手段
42 動作制御手段
G 超音波断層画像
H 体内部分
N 穿刺針
P 対象組織
S 皮膚
T ターゲット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Puncture support system 15
24 marker (probe position and orientation detection means)
25 3D motion measurement device (probe position and orientation detection means)
40 target tissue specifying means 41 three-dimensional position detecting means 42 operation control means G ultrasonic tomographic image H internal part N puncture needle P target tissue S skin T target
Claims (3)
前記プローブの位置及び姿勢を検出するプローブ位置姿勢検出手段と、前記プローブ位置姿勢検出手段により検出された前記プローブの位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときの前記プローブから得られた前記超音波断層画像を対応させることで、前記対象組織内に設定されたターゲットの3次元位置を求める3次元位置検出手段と、前記ターゲットに穿刺を行うための穿刺針を動作させる穿刺針動作手段と、前記3次元位置検出手段で検出された前記ターゲットの3次元位置に基づき、当該ターゲットに前記穿刺針が到達するように、前記穿刺針動作手段の動作を制御する動作制御手段と、患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段とを備え、
前記3次元位置検出手段では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果と、その際に得られた前記超音波断層画像とを対応させることで、前記ターゲットの3次元位置を求めることを特徴とする穿刺支援システム。 Based on the ultrasonic tomographic image from the ultrasonic diagnostic apparatus that acquires an ultrasonic tomographic image of the body part under the skin in contact with the probe by contacting the probe with the skin of the patient, the probe is present in the body part. A puncture support system for puncturing a target in a target tissue,
Probe position and orientation detection means for detecting the position and orientation of the probe, and the ultrasonic wave obtained from the probe at the position and orientation to the position and orientation of the probe detected by the probe position and orientation detection means By associating tomographic images, a three-dimensional position detecting means for obtaining a three-dimensional position of a target set in the target tissue, a puncture needle operating means for operating a puncture needle for puncturing the target, Based on the three-dimensional position of the target detected by the three-dimensional position detection means, an operation control means for controlling the operation of the puncture needle operation means so that the puncture needle reaches the target ; A patient position and posture detection means for detecting the position and posture ;
In the three-dimensional position detection unit, the detection results of the probe position / posture detection unit and the patient position / posture detection unit correspond to the ultrasonic tomographic image obtained at that time, thereby obtaining the three-dimensional position of the target. puncture support system and obtaining a.
前記3次元位置検出手段では、前記プローブの移動によって得られた複数の前記超音波断層画像から、前記対象組織特定手段で特定された前記対象組織の各構成部分の3次元位置を求め、当該各構成部分の3次元位置から前記ターゲットの3次元位置を求めることを特徴とする請求項1記載の穿刺支援システム。 A target tissue specifying means for specifying the target tissue set in advance from the ultrasonic tomographic image;
The three-dimensional position detection means obtains a three-dimensional position of each component of the target tissue specified by the target tissue specifying means from a plurality of the ultrasonic tomographic images obtained by moving the probe, The puncture support system according to claim 1, wherein a three-dimensional position of the target is obtained from a three-dimensional position of a constituent part.
The puncture needle operating means is integrally attached to the probe, and is provided so that the puncture needle can operate within a range within the ultrasonic tomographic image obtained by the probe. Or the puncture assistance system of 2 description.
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