JP5565701B2

JP5565701B2 - 穿刺操作支援システム

Info

Publication number: JP5565701B2
Application number: JP2010230257A
Authority: JP
Inventors: 祐造下出; 裕之辻; 正人高羽; 実永田; 卓葛原; モシ人歳森; 涼太中川; 太貴遠藤; 隆志前
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT); Kanazawa Medical University
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT); Kanazawa Medical University
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP2012081102A

Description

穿刺吸引細胞診等、被検体に穿刺針を刺入し、対象部位から細胞を採取したり、病変部から組織片を採取する場合、あるいは生体患部に薬液を注入したり、さらには、患部に溜まった液を抜き取る治療等を行うために多くの分野にて穿刺針の穿刺操作がなされている。
本発明はこのような穿刺操作を安全にかつ適格に実施するための穿刺操作支援システムに関する。

例えば、甲状腺結節性病変や腫大した頚部リンパ節病変に対して、超音波診断画像の下で穿刺吸引細胞診が実施されている。
頚部リンパ節腫大した症例に対しては総頸、内外頸動脈を始め多数の動静脈や神経、その他の臓器に隣接して局在している上、下顎骨、鎖骨などがあるために、ガイドとなる超音波の方向にも制限があり穿刺部位や穿刺軸、穿刺姿勢を一定にできないことから、甲状腺結節への穿刺に比べて合併症を生じやすい。
そこで、その都度穿刺の姿勢角度を変える必要があり、時に出血を来す恐れがあった。
従来は図６に示すように刺入する医者等２は、超音波装置３０のプローブ３１を操作しモニター４０を見る姿勢と穿刺１１０の姿勢が異なるため、首をずらす等の作業で穿刺軸がずれることから知らぬ間に危険な部位へ針が進行する恐れがあった。

特許文献１に超音波プローブに穿刺アダプタを設け、この穿刺アダプタに沿って穿刺針を刺入することで穿刺針の移動量や刺入角度を検知する技術を開示する。
しかし、同公報に開示する技術では超音波プローブによる撮像方向と穿刺針の刺入方向が交差しているためにモニター画像と穿刺針の刺入方向、深さを一致させるのが難しい問題があった。

特開２００５−３２３６６９号公報

本発明は両側の耳に装着したイヤホーンの左右からの音声信号にて穿刺針の適正な刺入深さを認識することができ、構造が簡単でありながら穿刺針の刺入深さに対する音声信号の応答性に優れた穿刺操作支援システムの提供を目的とする。
また、超音波診断画像を眼前装着した小型モニターで見ながらの穿刺操作を可能にした穿刺操作支援システムの提供を目的とする。

本発明に係る穿刺操作支援システムは、穿刺針の刺入深さを計測するためのセンサーと、当該センサーに基づいて計測された信号を正弦波に変換し発振する正弦波発振手段と、
出力された正弦波を、概ね同一のカットオフ周波数のハイパスフィルタとローパスフィルタを組合せ、ハイパスフィルタ側を通過させた音声を左右のホーンからなるイヤホーンのうち、一方のホーンに出力し、ローパスフィルタ側を通過させた音声を他方のホーンに出力することで最適刺入深さを音声信号にて感知できるようにしたことを特徴とする。

ここで穿刺針の刺入深さを計測するためのセンサーとは、穿刺針の刺入量を信号として検出できればその手段を問わない。
例えば赤外線を刺入部位の体表面に照射及び反射させ、その計測距離とセンサーと針先の距離との差から刺入深さを計測することができる。
また、本発明で用いる正弦波は周辺医療機器に誤動作を生じさせないように、周波数２，０００Ｈｚ以下の低周波数のものを用いるのがよい。

概ね同一のカットオフ周波数（閾値）に対してそれよりも周波数が低いと通過が抑制されるハイパスフィルタと、このカットオフ周波数よりも高いと通過が抑制されるローパスフィルタを組み合せたことにより、左右の耳に入ってくる音声は、相対的に低周波数側音声と高周波数側音声とに切り替わり、カットオフ周波数の近傍にて出力が最大となるように作用する。

本発明は、前記穿刺針の刺入操作をする者の両眼のうち、少なくとも一方の眼前に装着する小型モニターと、当該小型モニターに画像を出力するための超音波装置を有するようにすると、従来のようにモニター画面を見るために首を廻す必要がなくなり、操作者が眼前に装着した小型モニターを見ながら片手で超音波のプローブを操作し、他方の片手で穿刺器具を操作することができる。
この場合にイヤホーンに小型モニターを連結し、小型モニターを眼前に装着脱自在にしてもよく、イヤホーンに小型マイクを連結し、小型マイクに音声入力することで当該システムを制御できるようにしてもよい。

本発明に係る穿刺操作支援システムは、左右の耳に入ってくる音声信号にて穿刺針の刺入深さを認識できるようにするとともに、刺入深さが予定した深さに近づくと、小さな音声から大きな音声に変化し、さらに深く刺入しようとすると高周波数側の音声に変化するようにすることもできるので、誤って深く刺入するのを防ぎ、操作者の手の動きに対する音声の応答性に優れる。

眼前に小型モニターを装着すると、首を廻すことなく視点を変えるだけで画像を確認しながら刺入操作ができる。

距離を測定するセンサーにて得られた信号に基づいてイヤホーンに音声を出力するための機能ブロック図を示す。本発明に係るシステムを構成する機器の組み合せ例を示す。穿刺器具の構造例を示す。穿刺操作の状態を示す。小型モニターの装着脱構造例を示す。従来の穿刺操作方法を示す。

以下、図面に基づいて本発明に係るシステムの説明をするが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨の範囲にて適宜、変更、応用が可能である。

図２に本発明に係るシステムを構成する機器等の構成例を示し、図３に穿刺器具の構造例を示す。
まず初めに図１に基づいてイヤホーン２１から音声を出力するための機能ブロックについて説明する。
穿刺針を刺入する部位に相当する体表面１に対して赤外線を照射するランプ２２ａと体表面１からの反射光を検出する検出部２２ｂとからなるセンサー２２にて体表面１とセンサー２２との距離を計測する。
センサー２２が体表面１に近づいたり遠のいたりすると、その距離が変化し、例えば、センサー２２の出力電圧が変化する。
この出力電圧信号をアナログ演算部Ｓ_１にて演算処理し、サイン波発振回路Ｓ_２に電圧入力するとアナログ信号化した正弦波に変換される。
人の耳には、８００Ｈｚ前後の周波数の音声が聞き取り易いことから、６００Ｈｚ〜１，０００Ｈｚの周波数を用いることにしたが、センサー２２が体表面１から遠く離れた状態でも音声が出るのを防ぐ目的で、出力された正弦波を、１次音声フィルタＳ_３、例えばカットオフ周波数４００Ｈｚのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）にてそれより低周波数成分の通過を抑制した。
次に、例えば８００Ｈｚをカットオフ周波数（閾値）にしたローパスフィルタ（ＬＰＦ）［右音声フィルタ］を用いてフィルタリングした信号Ｓ_４を右チャンネル電力増幅器にて出力アップした音声信号をイヤホーン２１の右ホーン２１ｂに出力する（Ｓ_６）。
一方、同じく８００Ｈｚをカットオフ周波数（閾値）にしたハイパスフィルタ（ＨＰＦ）［左音声フィルタ］を用いてフィルタリングした信号Ｓ_５を左チャンネル電力増幅器にて出力アップした音声信号をイヤホーン２１の左ホーン２１ａに出力する。
このようにすると、右ホーン２１ｂからは相対的に低い周波数による音声が出力され、左ホーン２１ａからは相対的に高い周波数の音声が出力される。
これにより、穿刺針の刺入深さが最適になった状態ではＳ_７のグラフにてｆ_０で示すようにハイパスフィルタとローパスフィルタの両方から音声が通過し、最も大きい音声として両耳から感知される。
穿刺針の刺入深さが目標より浅い状態では小さな低音が右ホーンから耳に入り、電池切れで無いことが確認でき、最適深さに近づくと音の大きさが大きく変化するので目標とする刺入深さが得られる。
仮にさらに深く刺入すると今度は高音の小さい音声が左ホーンから聞こえる。
よって、深く誤って刺入するのを効果的に防止する。

次に、システムの構成例について説明する。
図２に示すように穿刺器具１０に取り付けたセンサー２２は制御部２０とコード２０ｂにて接続され、この制御部２０とイヤホーン２１ともコード２０ａにて電気接続されている。
本実施例に示したイヤホーン２１は左耳に装着する左ホーン２１ａと右耳に装着する右ホーン２１ｂを有し、さらに小型モニター５０を取り付けてある。
小型モニター５０は駆動部５２に連結され、図５に示すように片眼の前に装着脱自在になっている。
これにより、必要に応じて小型モニター５０を眼前に装着したり、駆動部側に収納したりでき、視界が遮られるのを最小限にできる。
本実施例ではイヤホーン２１にさらにマイク６０を取り付けた例になっていて、マイク６０を介して制御部２０，超音波装置３０等を制御できる例になっているがこのマイク６０は必ずしも必要ない。
刺入部位の診断には通常、超音波装置３０に据え付けられているモニター４０に画像を出力しながら超音波装置３０にコード３１ｂにて連結したプローブ３１の検診部３１ａを体表面に当接して行う。

図３に穿刺器具１０の構造例を示す。
注射器１５のシリンダー１５ａのつば部１５ｂを装置するための装着部１４と、グリップ１１との間をスライド杆１２にて連結してある。
スライド杆１２に沿って操作部１３が前後にスライド可能になっていて、この操作部１３の溝部１３ａに注射器のピストン１５ｃのつば部を嵌着させてある。
注射器１５の先端側には穿刺針１６が取り付けられている。
装着部１４の前側には体表面１からの距離Ｌを測定するためのセンサー２２を取り付けてあり、このセンサー２２はゲージ２３に沿ってＬ寸法の調整が可能になっている。
穿刺針１６の先端部１６ａとこのセンサー２２との間の距離は予め分かっているので、センサー２２にて体表面１からの距離を測定すると、上記との差分として刺入深さｄが求められる。
グリップ１１を把持し、穿刺針１６をイヤホーン２１の音声を聞きながら、小型モニター５０に写し出された画像をガイド情報として刺入する。
目標部位に針先が届いた状態で操作部１３をグリップ１１側に引くと注射器１５内に細胞や組織片が採取される。
この操作の状態を図４に示す。
一方の片手でプローブ３１を操作しながら、他方の片手で穿刺針１６を刺入操作する。
このように小型モニター５０がイヤホーン２１に取り付けられているので首を廻すことなく、刺入角度を確認しながら音声信号に基づいて安全且つ的確に刺入操作を行うことができる。

本発明に係るシステムは人及び動物等の検体から細胞又は組織片の採取する分野に限らず、薬液注入等の各種医療分野にも適用できる。

１体表面
１０穿刺器具
１６穿刺針
２０制御部
２１イヤホーン
２１ａ左ホーン
２１ｂ右ホーン
２２センサー
３０超音波装置
３１プローブ
４０モニター
５０小型モニター
６０マイク

Claims

穿刺針の刺入深さを計測するためのセンサーと、当該センサーに基づいて計測された信号を正弦波に変換し発振する正弦波発振手段と、
出力された正弦波を、概ね同一のカットオフ周波数のハイパスフィルタとローパスフィルタを組合せ、ハイパスフィルタ側を通過させた音声を左右のホーンからなるイヤホーンのうち、一方のホーンに出力し、ローパスフィルタ側を通過させた音声を他方のホーンに出力することで最適刺入深さを音声信号にて感知できるようにしたことを特徴とする穿刺操作支援システム。
前記穿刺針の刺入操作をする者の両眼のうち、少なくとも一方の眼前に装着する小型モニターと、
当該小型モニターに画像を出力するための超音波装置を有することを特徴とする請求項１記載の穿刺操作支援システム。
前記イヤホーンに前記小型モニターを連結するとともに前記小型モニターを眼前に装着脱自在にしたことを特徴とする請求項２記載の穿刺操作支援システム。
前記イヤホーンに小型マイクを連結するとともに小型マイクに音声入力することで前記システムを制御できるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の穿刺操作支援システム。