JP6333575B2 - Puncture support device - Google Patents

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Description

本発明は、患者の体内の標的部位に対して穿刺を簡便・確実に行うための穿刺支援装置に関する。   The present invention relates to a puncture assisting apparatus for simply and reliably performing puncture on a target site in a patient's body.

腹部の肝腫瘍に対して、従来より、穿刺針によるラジオ波やマイクロ波による焼灼療法が広く用いられている。肝腫瘍は体表から深部に位置するため、超音波画像の粗い画像では肝腫瘍の検知が困難であり、また、肋骨や肺等を避けて腫瘍に穿刺針を刺入する必要がある。また、焼灼を繰り返し行う場合には、焼灼によって発生する微小な気泡が超音波画像の観察を困難にする。そこで、本発明者等は、肝腫瘍の検知および穿刺針の穿刺経路の決定に、従来の超音波画像に代えて縦型オープンMR装置を用いて患者のリアルタイムのMR画像を取得し、さらに、あらかじめ指定した標的を自動的に追尾する穿刺支援ロボットを、縦型オープンMR装置の磁石の間に設置し、上記MR画像と施術前に取得した3D画像とを再構成した再構成画像を参照しながら針を腫瘍内に穿刺する技術を開発した(非特許文献1)。   Conventionally, ablation therapy using radio waves or microwaves with a puncture needle has been widely used for abdominal liver tumors. Since the liver tumor is located deep from the body surface, it is difficult to detect the liver tumor with an image with a rough ultrasonic image, and it is necessary to insert a puncture needle into the tumor avoiding the ribs and lungs. In addition, when the cauterization is repeated, minute bubbles generated by the cauterization make it difficult to observe the ultrasonic image. Therefore, the present inventors obtain a real-time MR image of a patient using a vertical open MR device instead of a conventional ultrasonic image for detection of a liver tumor and determination of a puncture route of a puncture needle, A puncture assisting robot that automatically tracks a target specified in advance is installed between magnets of a vertical open MR device, and the reconstructed image obtained by reconstructing the MR image and the 3D image acquired before the procedure is referred to. Thus, a technique for puncturing a needle into a tumor was developed (Non-patent Document 1).

しかし、縦型オープンMR装置は患部に直接アクセスできるという大きな利点があるが、購入および維持する費用が高価であるため一部の医療現場にしか普及していないのが実情である。また、縦型オープンMR装置によるMR画像は、一般的なトンネル型MR装置によるMR画像よりも画質が劣るという欠点もある。そのため縦型オープンMR装置が設置されていない医療現場では、トンネル型MR装置と穿刺支援ロボットを用いた、図7に示すような手順での治療が行われている。   However, the vertical open MR apparatus has a great advantage that the affected part can be directly accessed. However, since it is expensive to purchase and maintain, the vertical open MR apparatus is only popular in some medical sites. In addition, the MR image obtained by the vertical open MR apparatus has a disadvantage that the image quality is inferior to that of the MR image obtained by a general tunnel MR apparatus. Therefore, in a medical site where a vertical open MR apparatus is not installed, treatment using a tunnel MR apparatus and a puncture assisting robot is performed according to the procedure shown in FIG.

まず、トンネル型MR装置(以下、単にMR装置と称する)内に患者をピットインし、患者の高精細の3D画像を撮像する(S1)。続いて、モニタ画面上に3D画像を表示し、腫瘍などの標的部位の座標(標的座標)を決定する(S2)。続いて、患者をMR装置からピットアウトして、MR装置の近傍に設置された穿刺支援ロボットに、決定された標的座標の情報を送信し、穿刺支援ロボットは、標的座標に基づき、穿刺針の先端位置を仮想の標的部位に一致させるとともに、3D画像からその穿刺経路に沿った直交2面の断層画像を切り出して、モニタに再構成画像を表示して術者に提示する(S3)。術者は、再構成画像に基づき、肋骨や肺等の障害物のない最適な穿刺経路を決定する(S4)。続いて、術者が指定された深さまで穿刺針を実際に刺入する(S5)。   First, a patient is pit-in into a tunnel type MR apparatus (hereinafter simply referred to as an MR apparatus), and a high-definition 3D image of the patient is captured (S1). Subsequently, a 3D image is displayed on the monitor screen, and coordinates (target coordinates) of a target site such as a tumor are determined (S2). Subsequently, the patient is pit-out from the MR apparatus, and the information on the determined target coordinates is transmitted to the puncture support robot installed in the vicinity of the MR apparatus. The tip position is made to coincide with the virtual target site, and a tomographic image of two orthogonal planes along the puncture path is cut out from the 3D image, and the reconstructed image is displayed on the monitor and presented to the operator (S3). Based on the reconstructed image, the surgeon determines an optimal puncture route free from obstacles such as ribs and lungs (S4). Subsequently, the surgeon actually inserts the puncture needle to the specified depth (S5).

このとき、患者の呼吸によって臓器が移動したり、穿刺角度が小さいときに臓器表面において穿刺針が滑ることにより、穿刺針が曲がって針先が標的部位に到達しない場合がある。しかし、患者はMR装置からピットアウトされた状態にあり、術者は穿刺針の位置をMR画像でリアルタイムに確認できない。そのため、刺入完了後、穿刺針を刺入れたまま患者をMR装置内に再度ピットインし、撮像を行って針先位置を確認する必要がある(S6)。針先位置が適切でない場合は(S7においてNO)、患者をMR装置からピットアウトして再度穿刺針を刺入して(S8)、ステップS7を繰り返す。一方、針先位置が適切である場合(S7においてNO)、患者をMR装置からピットアウトして焼灼などの治療を行う(S9)。その後、未処理部位がなくなるまで(S10においてNO)、S3〜S9を繰り返す。   At this time, when the organ moves due to patient respiration or the puncture needle slips on the surface of the organ when the puncture angle is small, the puncture needle may be bent and the needle tip may not reach the target site. However, the patient is in a pit-out state from the MR apparatus, and the surgeon cannot confirm the position of the puncture needle in real time with the MR image. Therefore, after the insertion is completed, it is necessary to pit the patient into the MR apparatus again with the puncture needle inserted, and to perform imaging to confirm the needle tip position (S6). If the needle tip position is not appropriate (NO in S7), the patient is pit-out from the MR apparatus, the puncture needle is inserted again (S8), and step S7 is repeated. On the other hand, when the needle tip position is appropriate (NO in S7), the patient is pit-out from the MR apparatus to perform treatment such as cauterization (S9). Thereafter, S3 to S9 are repeated until there is no unprocessed part (NO in S10).

森川茂廣、他9名、「MRイメージガイド下肝腫瘍マイクロ波凝固のための穿刺支援ロボットの開発と臨床応用」、日本コンピュータ外科学会大会、2007年11月、p. 35-36Shigeaki Morikawa and 9 others, “Development and clinical application of a puncture assisting robot for MR image-guided liver tumor microwave coagulation”, Japanese Society of Computer Aided Surgery, November 2007, p. 35-36

上記の治療手順では、術者が患者に穿刺針を刺入する際に(S5)、針先位置をリアルタイムに確認することができないため、患者をMR装置内にピットインし、撮像を行って針先位置を確認する必要がある(S6)。その結果、針先位置が適切でない場合は(S7においてNO)、穿刺針を再度刺入して(S8)、患者をMR装置内に再度ピットインする必要がある(S6)。このように、針先位置を確認するたびにMR画像を撮像する必要があるため、術者および患者の負担が大きいという問題があった。   In the above treatment procedure, when the operator inserts the puncture needle into the patient (S5), the position of the needle tip cannot be confirmed in real time. It is necessary to confirm the destination position (S6). As a result, if the needle tip position is not appropriate (NO in S7), it is necessary to insert the puncture needle again (S8), and pit the patient into the MR apparatus again (S6). Thus, since it is necessary to take an MR image every time the needle tip position is confirmed, there is a problem that the burden on the operator and the patient is heavy.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、穿刺による焼灼などの治療を迅速かつ簡便・確実に行うための穿刺支援装置の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a puncture assisting device for quickly, simply, and reliably performing treatment such as cauterization by puncture.

本発明に係る穿刺支援装置は、上記課題を解決するためになされたものであり、患者の3D画像に基づいて決定された前記患者の標的部位の座標および穿刺経路に基づいて、穿刺針を前記標的部位に指向させる穿刺針保持手段と、前記患者の皮膚に接触させることで、前記穿刺経路を含む前記患者の超音波断層画像を取得する超音波プローブと、前記超音波断層画像を表示する超音波画像表示装置と、を備える。   The puncture assisting device according to the present invention is made to solve the above-described problem, and the puncture needle is placed on the basis of the coordinates of the target site of the patient and the puncture route determined based on the 3D image of the patient. A puncture needle holding means for directing to a target site, an ultrasonic probe for acquiring an ultrasonic tomographic image of the patient including the puncture route by contacting the skin of the patient, and an ultrasonic for displaying the ultrasonic tomographic image A sonic image display device.

上記穿刺支援装置において、前記穿刺針保持手段は、前記超音波プローブを前記穿刺針の周囲を回転可能に保持することが好ましい。   In the puncture assisting device, it is preferable that the puncture needle holding means holds the ultrasonic probe so as to be rotatable around the puncture needle.

上記穿刺支援装置において、前記穿刺針保持手段は、前記超音波プローブの指向軸を前記穿刺針に対して所定範囲の角度だけ傾けた状態で前記超音波プローブを保持することが好ましい。   In the puncture assisting apparatus, it is preferable that the puncture needle holding means holds the ultrasonic probe in a state where a directivity axis of the ultrasonic probe is inclined by a predetermined range with respect to the puncture needle.

上記穿刺支援装置において、前記所定範囲の角度は0〜10°であることが好ましい。   In the puncture assisting device, the angle in the predetermined range is preferably 0 to 10 °.

上記穿刺支援装置において、前記3D画像は、MR装置またはCT装置によって撮影されることが好ましい。   In the puncture assisting device, the 3D image is preferably taken by an MR device or a CT device.

上記穿刺支援装置において、前記MR装置は、トンネル型のMR装置であってもよい。   In the puncture assisting device, the MR device may be a tunnel type MR device.

上記穿刺支援装置において、前記穿刺針保持手段はRCM制御可能な穿刺支援ロボットであることが好ましい。   In the puncture assisting apparatus, it is preferable that the puncture needle holding means is a puncture assisting robot capable of RCM control.

本発明によれば、針先位置を確認するたびに必要とされていたMR装置内への患者の再度のピットインを不要とし、穿刺針による焼灼などの治療を迅速かつ簡便に行うことができる。   According to the present invention, it is unnecessary to pit-in the patient again into the MR apparatus every time the needle tip position is confirmed, and treatment such as cauterization with a puncture needle can be performed quickly and easily.

本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the puncture assistance apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 穿刺支援ロボットの保持部の拡大図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は側面図である。It is an enlarged view of the holding | maintenance part of a puncture assistance robot, (a) is the top view seen from the top, (b) is a side view. 上記保持部の拡大側面図である。It is an expanded side view of the said holding | maintenance part. 本発明の一実施形態における、焼灼治療の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the ablation treatment in one Embodiment of this invention. 超音波画像の一例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of an ultrasonic image. 超音波画像の一例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of an ultrasonic image. 従来の焼灼治療の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the conventional ablation treatment.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置1の構成を示すブロック図である。穿刺支援装置1は、トンネル型のMR装置2の近傍に設けられており、穿刺支援ロボット3と、超音波プローブ4と、演算処理装置5と、超音波画像表示装置6とを備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a puncture assisting apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The puncture support device 1 is provided in the vicinity of the tunnel-type MR device 2 and includes a puncture support robot 3, an ultrasonic probe 4, an arithmetic processing device 5, and an ultrasonic image display device 6.

MR装置2は、ピットインされた患者の体内の水素や燐等の原子核からの磁気共鳴信号を測定することにより、患者の高精細な3D画像(MR画像)を撮像することができる。   The MR apparatus 2 can take a high-definition 3D image (MR image) of a patient by measuring magnetic resonance signals from nuclei such as hydrogen and phosphorus in the body of the patient who has been pit-in.

穿刺支援ロボット3は、非磁性体の材料で構成されており、2自由度で回転できるアーム31を備えている。アーム31の端部には、超音波プローブ4と穿刺針7とを取り付けるための保持部32が接続されている。また、穿刺支援ロボット3には、台座に3軸の超音波モータ(図示省略)が取り付けられており、保持部32の向きを、水平方向の直交する2軸と垂直方向の1軸との合計3軸の方向に調節することが可能となっている。これらの構成によって、穿刺支援ロボット3は、穿刺前の長さを指定した仮想の穿刺針7の先端位置を、指定した所定位置に一致させつつ穿刺角度を自在に変更することができるようにRCM(Remote-Center-of-Motion)制御することが可能である。   The puncture assisting robot 3 is made of a nonmagnetic material and includes an arm 31 that can rotate with two degrees of freedom. A holding portion 32 for attaching the ultrasonic probe 4 and the puncture needle 7 is connected to the end portion of the arm 31. The puncture assisting robot 3 has a three-axis ultrasonic motor (not shown) attached to the pedestal, and the orientation of the holding portion 32 is a sum of two orthogonal axes in the horizontal direction and one axis in the vertical direction. It is possible to adjust in the direction of three axes. With these configurations, the puncture assisting robot 3 can freely change the puncture angle while matching the tip position of the virtual puncture needle 7 for which the length before puncture is designated with the designated predetermined position. (Remote-Center-of-Motion) control is possible.

超音波プローブ4は、患者の皮膚に接触して超音波パルスの送波およびエコーの受波を行う。これにより、超音波プローブ4は、穿刺針7の穿刺経路を含む患者の超音波断層画像を取得することができる。後述するように、超音波プローブ4は、穿刺針7の周囲を180°回転できるように保持部32に取り付けられる。取得された超音波断層画像は、超音波画像表示装置6に表示される。   The ultrasonic probe 4 is in contact with the patient's skin and transmits ultrasonic pulses and receives echoes. Thereby, the ultrasonic probe 4 can acquire an ultrasonic tomographic image of the patient including the puncture route of the puncture needle 7. As will be described later, the ultrasonic probe 4 is attached to the holding portion 32 so that the circumference of the puncture needle 7 can be rotated by 180 °. The acquired ultrasonic tomographic image is displayed on the ultrasonic image display device 6.

図2は、図1に示す保持部32の拡大図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は側面図である。保持部32は、アーム31の端部に接続されており、超音波プローブ4を把持するプローブ把持部321と、穿刺針7を挿通させるための挿通部322とを備えている。プローブ把持部321は、アーム31に取り外し可能に接続されており、矩形枠状に形成されている。矩形枠の大きさは超音波プローブ4の外形にほぼ等しく、枠内に超音波プローブ4を挿入し、ネジ323を締めることにより、超音波プローブ4を把持することができる。挿通部322は、プローブ把持部321を構成する矩形枠の一辺に形成された貫通孔である。穿刺針7の直径が貫通孔の直径よりも小さい場合は、外径が貫通孔の直径と等しく内径が穿刺針7の直径と等しいコレットを、貫通孔に挿入する。   FIG. 2 is an enlarged view of the holding portion 32 shown in FIG. 1, (a) is a plan view seen from above, and (b) is a side view. The holding part 32 is connected to the end of the arm 31 and includes a probe gripping part 321 for gripping the ultrasonic probe 4 and an insertion part 322 for inserting the puncture needle 7. The probe grip 321 is detachably connected to the arm 31 and is formed in a rectangular frame shape. The size of the rectangular frame is substantially equal to the outer shape of the ultrasonic probe 4, and the ultrasonic probe 4 can be gripped by inserting the ultrasonic probe 4 into the frame and tightening the screw 323. The insertion part 322 is a through-hole formed in one side of the rectangular frame constituting the probe gripping part 321. When the diameter of the puncture needle 7 is smaller than the diameter of the through hole, a collet having an outer diameter equal to the diameter of the through hole and an inner diameter equal to the diameter of the puncture needle 7 is inserted into the through hole.

挿通部322を構成する貫通孔の長手方向、すなわち、挿通部322に挿通される穿刺針7の長手方向をZ方向とし、Z方向に垂直な平面をXY平面とすると、図2(a)に示す破線のように、プローブ把持部321は、挿通部322を中心にXY平面に沿って180°回転することができる。これにより、プローブ把持部321に把持された超音波プローブ4は、穿刺針7の周囲を180°回転することができる。   When the longitudinal direction of the through hole constituting the insertion portion 322, that is, the longitudinal direction of the puncture needle 7 inserted through the insertion portion 322 is defined as the Z direction, and the plane perpendicular to the Z direction is defined as the XY plane, FIG. As indicated by the broken line, the probe gripping portion 321 can rotate 180 ° along the XY plane around the insertion portion 322. Thereby, the ultrasonic probe 4 gripped by the probe gripping portion 321 can rotate around the puncture needle 7 by 180 °.

図2(b)に示すように、プローブ把持部321は、XY平面に平行にアーム31に接続されている。そのため、プローブ把持部321に把持された超音波プローブ4は、超音波の指向軸が穿刺針7の長手方向と平行になる。   As shown in FIG. 2B, the probe grip 321 is connected to the arm 31 in parallel to the XY plane. Therefore, the ultrasonic probe 4 gripped by the probe gripping portion 321 has an ultrasonic directional axis parallel to the longitudinal direction of the puncture needle 7.

図3は、保持部32の変形例を示す側面図であり、プローブ把持部321の形状が、図2(b)に示すプローブ把持部321と異なっている。図3に示すプローブ把持部321は、XY平面に対して角度θ1だけ傾いており、0<θ1≦10°であることが望ましい。さらに、角度θ1が異なるプローブ把持部321を複数用意し、患者の体表とアーム31との相対位置に応じて、最適な形状のプローブ把持部321を選択することが望ましい。これにより、常に超音波プローブ4を患者の体表に密着させることができる。   FIG. 3 is a side view showing a modified example of the holding portion 32, and the shape of the probe gripping portion 321 is different from that of the probe gripping portion 321 shown in FIG. The probe gripping portion 321 shown in FIG. 3 is inclined by an angle θ1 with respect to the XY plane, and 0 <θ1 ≦ 10 ° is desirable. Furthermore, it is desirable to prepare a plurality of probe gripping portions 321 having different angles θ1 and to select a probe gripping portion 321 having an optimal shape according to the relative position between the patient's body surface and the arm 31. Thereby, the ultrasonic probe 4 can always be brought into close contact with the patient's body surface.

演算処理装置5は、MR装置2からの3D画像の処理や、穿刺支援ロボット3の動作制御などを行うものであり、標的座標決定部51、動作制御部52および再構成画像生成部53を備えている。MR装置2の近傍は高磁場環境であるため、演算処理装置5は、MR装置2から離れた位置に設けられることが望ましい。   The arithmetic processing device 5 performs processing of 3D images from the MR device 2, operation control of the puncture support robot 3, and the like, and includes a target coordinate determination unit 51, an operation control unit 52, and a reconstructed image generation unit 53. ing. Since the vicinity of the MR apparatus 2 is a high magnetic field environment, the arithmetic processing apparatus 5 is desirably provided at a position away from the MR apparatus 2.

標的座標決定部51は、患者の標的部位の座標を決定する機能を有している。具体的には、MR装置2から受信された3D画像が図示しないモニタに表示され、術者が3D画像における標的部位を指定すると、標的座標決定部51は、3D画像における指定された位置に基づき、穿刺支援ロボット3が設けられた患者ベッドにおける仮想の標的部位の座標(標的座標)を演算して決定する。   The target coordinate determination unit 51 has a function of determining the coordinates of the target site of the patient. Specifically, when the 3D image received from the MR apparatus 2 is displayed on a monitor (not shown) and the operator designates a target site in the 3D image, the target coordinate determination unit 51 is based on the designated position in the 3D image. Then, the coordinates (target coordinates) of the virtual target region in the patient bed provided with the puncture assisting robot 3 are calculated and determined.

動作制御部52は、穿刺支援ロボット3を制御するための制御信号を出力するものである。穿刺支援ロボット3には、MR装置2からピットアウトされた患者と穿刺針7との相対位置を計測する光学式の位置センサ(図示省略)が取り付けられている。動作制御部52は、位置センサから送信された患者および穿刺針7の相対位置情報と、標的座標決定部51において決定された標的座標とを照合する。これにより、動作制御部52は、ピットアウトされた患者の標的部位に穿刺針7が常に指向するように、穿刺支援ロボット3をRCM制御する。   The operation control unit 52 outputs a control signal for controlling the puncture support robot 3. The puncture assisting robot 3 is attached with an optical position sensor (not shown) that measures the relative position between the patient pit-out from the MR apparatus 2 and the puncture needle 7. The operation control unit 52 collates the relative position information of the patient and the puncture needle 7 transmitted from the position sensor with the target coordinates determined by the target coordinate determination unit 51. Thereby, the operation control unit 52 performs RCM control of the puncture assisting robot 3 so that the puncture needle 7 always points to the target site of the patient who is pit-out.

再構成画像生成部53は、体表に貼り付けたマーカーを用いたレジストレーションのプロセスを必要とせず、磁石に取り付けた位置マーカー、患者ベッドに取り付けた位置マーカー、穿刺支援ロボット3の位置マーカーの座標系を統合して、穿刺支援ロボット3の穿刺針7の先端位置を仮想の標的部位に一致させるとともに、3D画像からその穿刺経路に沿った直交2面の断層画像を切り出して、図示しないモニタに再構成画像を表示して術者に提示する。術者は、再構成画像に基づいて、体表と標的部位との間に障害物や血管や胆管などの重要構造がない最短の経路を穿刺経路として決定する。また、穿刺支援ロボット3は、穿刺経路決定時の穿刺針7の向きを保持する。   The reconstructed image generation unit 53 does not require a registration process using a marker pasted on the body surface, and includes a position marker attached to the magnet, a position marker attached to the patient bed, and a position marker of the puncture assisting robot 3. The coordinate system is integrated so that the tip position of the puncture needle 7 of the puncture assisting robot 3 matches the virtual target site, and a tomographic image of two orthogonal planes along the puncture path is cut out from the 3D image, and a monitor (not shown) The reconstructed image is displayed on the screen and presented to the operator. Based on the reconstructed image, the surgeon determines the shortest route having no important structure such as an obstacle, blood vessel, or bile duct between the body surface and the target site as the puncture route. The puncture assisting robot 3 maintains the direction of the puncture needle 7 when determining the puncture route.

超音波画像表示装置6は、患者ベッドの近傍に設置されており、超音波プローブ4によって取得された超音波断層画像を表示する。これにより、術者は、超音波断層画像を参照して、標的部位の位置および穿刺針7のリアルタイムの位置を確認しながら、穿刺針7を刺入することができる。   The ultrasonic image display device 6 is installed in the vicinity of the patient bed, and displays an ultrasonic tomographic image acquired by the ultrasonic probe 4. Thereby, the surgeon can insert the puncture needle 7 while referring to the ultrasonic tomographic image while confirming the position of the target site and the real-time position of the puncture needle 7.

図4を参照して、本実施形態に係る穿刺支援装置1を用いたマイクロ波凝固療法の手順を説明する。   With reference to FIG. 4, the procedure of the microwave coagulation therapy using the puncture assistance apparatus 1 which concerns on this embodiment is demonstrated.

まず、MR装置2内に患者をピットインし、患者の高精細の3D画像を撮像する(S11)。3D画像は、演算処理装置5に送信され、標的座標決定部51が、標的部位の座標(標的座標)を決定する(S12)。続いて、患者をMR装置2からピットアウトして、動作制御部52が、決定された標的座標に基づき、穿刺支援ロボット3を制御する。これにより、穿刺支援ロボット3は、穿刺針7の先端位置を仮想の標的部位に一致させる。穿刺針7の向きに連動して、再構成画像生成部53は、3D画像からその穿刺経路に沿った直交2面の断層画像を切り出して、モニタに再構成画像を表示して術者に提示する(S13)。術者は、再構成画像に基づき、肋骨や肺等の障害物のない最適な穿刺経路を決定する(S14)。また、穿刺支援ロボット3は、穿刺経路決定時の穿刺針7の向きを保持する。   First, a patient is pit-in in the MR apparatus 2 and a high-definition 3D image of the patient is captured (S11). The 3D image is transmitted to the arithmetic processing unit 5, and the target coordinate determination unit 51 determines the coordinates of the target part (target coordinates) (S12). Subsequently, the patient is pit-out from the MR apparatus 2, and the motion control unit 52 controls the puncture assisting robot 3 based on the determined target coordinates. Thereby, the puncture assisting robot 3 makes the tip position of the puncture needle 7 coincide with the virtual target site. In conjunction with the direction of the puncture needle 7, the reconstructed image generation unit 53 cuts out two tomographic images along two puncture paths from the 3D image, displays the reconstructed image on the monitor, and presents it to the operator. (S13). Based on the reconstructed image, the surgeon determines an optimal puncture route free from obstacles such as ribs and lungs (S14). The puncture assisting robot 3 maintains the direction of the puncture needle 7 when determining the puncture route.

続いて、穿刺支援ロボット3はその方向を保持したままで任意の距離だけ患者に近づき、保持部32に保持された超音波プローブ4を患者の体表に押し当てて、術者近傍の超音波画像表示装置6に超音波断層画像を表示させる(S15)。穿刺の距離は初期に設定した針の長さから体表に近づいた距離を差し引いて決定する。これにより、術者は、超音波断層画像を参照して、標的部位の位置および穿刺針7のリアルタイムの位置を確認しながら、穿刺針7を刺入することができる(S16)。刺入の途中に穿刺針7が撓み、指向方向が標的部位からずれた場合であっても、術者は、穿刺針7を軸方向に回転させることにより、指向方向を制御することができる。よって、確実に穿刺針7の先端を標的部位に到達させることができる。そのため、直ちに焼灼などの治療を行うことができる(S17)。その後、未処理部位がなくなるまで(S18においてNO)、S13〜S17を繰り返す。   Subsequently, the puncture assisting robot 3 approaches the patient by an arbitrary distance while maintaining the direction, presses the ultrasonic probe 4 held by the holding unit 32 against the patient's body surface, and performs ultrasonic waves near the operator. An ultrasonic tomographic image is displayed on the image display device 6 (S15). The puncture distance is determined by subtracting the distance approaching the body surface from the initially set needle length. Thus, the surgeon can insert the puncture needle 7 while referring to the ultrasonic tomographic image while confirming the position of the target site and the real-time position of the puncture needle 7 (S16). Even when the puncture needle 7 is bent during the insertion and the pointing direction is deviated from the target site, the operator can control the pointing direction by rotating the puncture needle 7 in the axial direction. Therefore, the tip of the puncture needle 7 can reliably reach the target site. Therefore, treatment such as ablation can be performed immediately (S17). Thereafter, S13 to S17 are repeated until there is no unprocessed part (NO in S18).

以上のように、本実施形態では、穿刺針7がリアルタイムに表示された超音波断層画像を参照して、穿刺針7の刺入を行うことができるので、確実に穿刺針7の先端を標的部位に到達させることができる。従来のように針先位置を確認するたびにMR装置2内に患者を繰り返しピットインさせる必要がない。よって、穿刺針による焼灼治療を迅速かつ簡便に行うことができ、患者および術者の負担軽減にも寄与する。   As described above, in this embodiment, since the puncture needle 7 can be inserted with reference to the ultrasonic tomographic image displayed on the puncture needle 7 in real time, the tip of the puncture needle 7 can be reliably targeted. The site can be reached. There is no need to repeatedly pit the patient into the MR apparatus 2 every time the needle tip position is confirmed as in the prior art. Therefore, ablation treatment with a puncture needle can be performed quickly and easily, which contributes to reducing the burden on the patient and the operator.

また、本実施形態では、図2(a)に示すように、穿刺支援ロボット3の保持部32が、超音波プローブ4を穿刺針7の周囲を180°回転可能に保持することができる。よって、穿刺支援ロボット3のアーム31の患者の体表に対する角度に関わらず、超音波プローブ4を皮膚に密着させることができる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the holding unit 32 of the puncture assisting robot 3 can hold the ultrasonic probe 4 around the puncture needle 7 so as to be rotatable by 180 °. Therefore, the ultrasonic probe 4 can be brought into close contact with the skin regardless of the angle of the arm 31 of the puncture assisting robot 3 with respect to the patient's body surface.

さらに、図3に示すように、保持部32は、超音波プローブ4を穿刺針7に対して所定範囲の角度θ1(例えば、0〜10°)だけ傾けて保持することができるように構成されている。これにより、超音波断層画像において、体表のより浅い位置から穿刺針7の位置を確認することができる。以下、その理由を図5および図6を参照して説明する。   Further, as shown in FIG. 3, the holding unit 32 is configured to hold the ultrasonic probe 4 while being inclined with respect to the puncture needle 7 by an angle θ1 (for example, 0 to 10 °) within a predetermined range. ing. Thereby, in the ultrasonic tomographic image, the position of the puncture needle 7 can be confirmed from a shallower position on the body surface. Hereinafter, the reason will be described with reference to FIG. 5 and FIG.

図5は、超音波プローブ4および穿刺針7を体表に対して垂直に押し当てた場合(すなわち、保持部32が、図2(b)に示すようにプローブ把持部321のXY平面に対する角度が0°となる状態で、超音波プローブ4および穿刺針7を保持した場合)の超音波断層画像を示している。図中、P1は超音波プローブ4と体表との接触位置であり、P2は穿刺針7の刺入位置であり、Tは標的部位であり、A1は超音波プローブ4の指向軸である。指向軸A1は、穿刺針7の長手方向と平行であり、接触位置P1と刺入位置P2との距離をd1とする。超音波プローブ4の撮像範囲は、接触位置P1から扇形に広がる領域であり、撮像範囲の一方の縁と体表との成す角度をθ2とすると、穿刺針7の超音波断層画像に表示される部分は、体表から
D1=d1・tanθ2
より深い部分となる。
FIG. 5 shows the case where the ultrasonic probe 4 and the puncture needle 7 are pressed perpendicularly to the body surface (that is, the angle of the holding part 32 with respect to the XY plane of the probe holding part 321 as shown in FIG. 2B). 2 shows an ultrasonic tomographic image of the case where the ultrasonic probe 4 and the puncture needle 7 are held in a state where is 0 °. In the figure, P1 is the contact position between the ultrasonic probe 4 and the body surface, P2 is the insertion position of the puncture needle 7, T is the target site, and A1 is the pointing axis of the ultrasonic probe 4. The directional axis A1 is parallel to the longitudinal direction of the puncture needle 7, and the distance between the contact position P1 and the insertion position P2 is d1. The imaging range of the ultrasound probe 4 is a region that expands in a fan shape from the contact position P1, and is displayed in the ultrasound tomographic image of the puncture needle 7 when the angle formed by one edge of the imaging range and the body surface is θ2. The part is D1 = d1 · tan θ2 from the body surface.
It becomes a deeper part.

図6は、超音波プローブ4を穿刺針7に対して角度θ1だけ傾けた状態で、超音波プローブ4および穿刺針7を体表に押し当てた場合の超音波断層画像を示している。図中、P3は、傾けられた超音波プローブ4と体表との接触位置であり、A2は傾けられた超音波プローブ4の指向軸である。なお、図6では、便宜上、超音波断層画像全体を傾けて示している。   FIG. 6 shows an ultrasonic tomographic image when the ultrasonic probe 4 and the puncture needle 7 are pressed against the body surface in a state where the ultrasonic probe 4 is inclined by the angle θ1 with respect to the puncture needle 7. In the figure, P3 is a contact position between the tilted ultrasonic probe 4 and the body surface, and A2 is a directional axis of the tilted ultrasonic probe 4. In FIG. 6, the entire ultrasonic tomographic image is shown tilted for convenience.

撮像範囲の一方の縁と体表との成す角度をθ3とすると、穿刺針7の超音波断層画像に表示される部分は、体表から
D2=d2・tanθ3
より深い部分となる。上記のように、超音波プローブ4は穿刺針7に対して角度θ1だけ傾いているので、接触位置P3と刺入位置P2との距離をd2とすると、d2<d1となる。また、指向軸A1と指向軸A2との成す角度はθ1となるので、θ3=θ2−θ1<θ2となる。よって、D2<D1となる。すなわち、超音波プローブ4を穿刺針7に対して傾けない場合に比べ、超音波断層画像においてより浅い領域における穿刺針7の位置を確認することができる。
Assuming that the angle formed by one edge of the imaging range and the body surface is θ3, the portion displayed in the ultrasonic tomographic image of the puncture needle 7 is D2 = d2 · tan θ3 from the body surface.
It becomes a deeper part. As described above, since the ultrasonic probe 4 is inclined by the angle θ1 with respect to the puncture needle 7, if the distance between the contact position P3 and the insertion position P2 is d2, d2 <d1. Further, since the angle formed by the directional axis A1 and the directional axis A2 is θ1, θ3 = θ2−θ1 <θ2. Therefore, D2 <D1. That is, the position of the puncture needle 7 in a shallower region in the ultrasonic tomographic image can be confirmed as compared with the case where the ultrasonic probe 4 is not inclined with respect to the puncture needle 7.

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the claims, and a form obtained by appropriately combining technical means disclosed in the embodiment is also included in the present invention. Included in the technical scope.

上記の実施形態では、MR装置2がトンネル型のMR装置であったが、これに限定されず、例えば、縦型オープンMR装置を用いてもよい。MR装置がトンネル型またはオープン型のいずれの態様であっても、MR画像の撮像はS11に示す最初の一回だけで良い。   In the above embodiment, the MR apparatus 2 is a tunnel type MR apparatus. However, the present invention is not limited to this. For example, a vertical open MR apparatus may be used. Regardless of whether the MR apparatus is a tunnel type or an open type, the MR image may be captured only once at S11.

また、上記の実施形態では、高精細の3D画像の撮像にMR装置を使用したが、3D画像を撮像できる装置であれば特に限定されない。例えば、MR装置に代えてCT装置を使用して3D画像を撮像してもよい。これにより、CT装置が設置されている医療現場においても、穿刺による肝腫瘍の焼灼治療を行うことが可能となる。またこの態様においても、CT画像の撮像はS11に示す最初の一回だけで良く、特にCT画像の撮像には放射線の被曝を伴うため、CT画像の取得回数が必要最低限に低減されることにより、患者および術者の被爆を必要最小限に抑えることができる。   In the above embodiment, the MR apparatus is used to capture a high-definition 3D image. However, the apparatus is not particularly limited as long as the apparatus can capture a 3D image. For example, a 3D image may be captured using a CT apparatus instead of the MR apparatus. This makes it possible to perform ablation treatment of a liver tumor by puncture even at a medical site where a CT apparatus is installed. Also in this aspect, the CT image needs to be captured only once at the first time shown in S11. In particular, since the CT image capture involves radiation exposure, the number of CT image acquisitions is reduced to the minimum necessary. As a result, the exposure of the patient and the operator can be minimized.

また、上記の実施形態では、穿刺針7を保持するために穿刺支援ロボットを用いたが、穿刺針7の先端を常に標的部位に指向させることが可能であれば、穿刺支援ロボット以外の穿刺針保持手段を用いてもよい。   In the above embodiment, the puncture assisting robot is used to hold the puncture needle 7. However, if the tip of the puncture needle 7 can always be directed to the target site, the puncture needle other than the puncture assist robot is used. A holding means may be used.

さらに、再構成画像から標的部位のみを切り出し、超音波断層画像の対応する位置に標的部位を合成してもよい。これにより、超音波断層画像における標的部位が明瞭に表示されるので、手術がさらに容易になる。   Furthermore, only the target site may be cut out from the reconstructed image, and the target site may be synthesized at a corresponding position in the ultrasonic tomographic image. Thereby, since the target site | part in an ultrasonic tomographic image is displayed clearly, surgery becomes still easier.

本発明は、肝腫瘍の治療だけでなく、穿刺による治療が可能であれば、体内のあらゆる患部の治療に適用可能である。また穿刺による精度のよい生検にも適応可能である。   The present invention is applicable not only to the treatment of liver tumors, but also to the treatment of all affected areas in the body as long as treatment by puncture is possible. It can also be applied to accurate biopsy by puncture.

1 穿刺支援装置
2 MR装置
3 穿刺支援ロボット(穿刺針保持手段)
321 プローブ把持部
322 挿通部
323 ネジ
4 超音波プローブ
5 演算処理装置
51 標的座標決定部
52 動作制御部
53 再構成画像生成部
6 超音波画像表示装置
7 穿刺針
1 Puncture support device 2 MR device 3 Puncture support robot (puncture needle holding means)
321 Probe gripping part 322 Insertion part 323 Screw 4 Ultrasonic probe 5 Arithmetic processing unit 51 Target coordinate determination part 52 Operation control part 53 Reconstructed image generation part 6 Ultrasound image display apparatus 7 Puncture needle

Claims (7)

3D画像撮像装置により取得される患者の3D画像に基づいて前記患者の標的部位の座標を決定する標的座標決定手段と
前記患者および穿刺針の相対位置を計測する位置センサと、
前記患者および前記穿刺針の相対位置の座標と、前記患者の前記標的部位の座標とを照合して、前記穿刺針を前記標的部位に指向させるための制御信号を生成する動作制御手段と、
前記制御信号を受信して動作し、前記穿刺針を前記標的部位に指向させる穿刺針保持手段と、
前記3D画像撮像装置、前記患者を載置する台、および前記穿刺針保持手段に取り付けられた位置マーカの座標系を統合して、前記3D画像から前記穿刺針の延伸方向に沿って切り出した断層画像であって、術者が当該画像に基づいて穿刺経路を決定するための画像である再構成画像を生成する再構成画像生成手段と、
前記患者の皮膚に接触させることで、前記穿刺経路を含む前記患者の超音波断層画像を取得する超音波プローブと、
前記超音波断層画像を表示する超音波画像表示装置と、
を備え
前記穿刺針保持手段は、前記延伸方向が前記穿刺経路に一致するように、前記穿刺針の向きを保持す穿刺支援装置。
Based on the 3D image of the patient acquired by the 3D image capturing apparatus, and the target coordinate determining means for determining the coordinates of the target site of the patient,
A position sensor for measuring the relative position of the patient and the puncture needle;
Operation control means for collating the coordinates of the relative positions of the patient and the puncture needle with the coordinates of the target site of the patient and generating a control signal for directing the puncture needle to the target site;
A puncture needle holding means that operates by receiving the control signal and directs the puncture needle to the target site;
A tomography cut out from the 3D image along the extending direction of the puncture needle by integrating the coordinate system of the position marker attached to the 3D image imaging device, the stage on which the patient is placed, and the puncture needle holding means Reconstructed image generating means for generating a reconstructed image, which is an image for an operator to determine a puncture path based on the image;
An ultrasonic probe for acquiring an ultrasonic tomographic image of the patient including the puncture path by contacting the patient's skin;
An ultrasonic image display device for displaying the ultrasonic tomographic image;
Equipped with a,
The biopsy needle holding means such that said stretching direction coincides with the puncture route, that holds the orientation of the puncture needle, puncture support device.
前記穿刺針保持手段は、前記超音波プローブを前記穿刺針の周囲を回転可能に保持する、請求項1に記載の穿刺支援装置。   The puncture support device according to claim 1, wherein the puncture needle holding means holds the ultrasonic probe rotatably around the puncture needle. 前記穿刺針保持手段は、前記超音波プローブの指向軸を前記穿刺針に対して所定範囲の角度だけ傾けた状態で前記超音波プローブを保持する、請求項1または2に記載の穿刺支援装置。   The puncture support device according to claim 1 or 2, wherein the puncture needle holding means holds the ultrasonic probe in a state in which a directing axis of the ultrasonic probe is inclined by a predetermined range with respect to the puncture needle. 前記所定範囲の角度は0〜10°である、請求項3に記載の穿刺支援装置。   The puncture assisting device according to claim 3, wherein the angle in the predetermined range is 0 to 10 °. 前記3D画像は、MR装置またはCT装置によって撮影される、請求項1から4のいずれかに記載の穿刺支援装置。   The puncture assisting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the 3D image is taken by an MR device or a CT device. 前記MR装置は、トンネル型のMR装置である、請求項5に記載の穿刺支援装置。   The puncture assisting device according to claim 5, wherein the MR device is a tunnel type MR device. 前記穿刺針保持手段はRCM制御可能な穿刺支援ロボットである、請求項1から6のいずれかに記載の穿刺支援装置。   The puncture support device according to any one of claims 1 to 6, wherein the puncture needle holding means is a puncture support robot capable of RCM control.
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