JP6646467B2 - Medical support equipment - Google Patents
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Description
本発明は、被検体の器官内にカテーテルを挿入して、該器官の特定部位に対して検査又は治療を行うための医療支援装置に関する。 The present invention relates to a medical support device for inserting a catheter into an organ of a subject and performing examination or treatment on a specific site of the organ.
血管等の器官内にカテーテルを挿入して、病変部に対して検査や治療を行うことが行われている。 2. Description of the Related Art Inspection and treatment are performed on a lesion by inserting a catheter into an organ such as a blood vessel.
特許文献１には、被検体を撮影して得た３次元画像データから観察対象となる血管部の画像データを抽出し、血管部にカテーテルを挿入したときのカテーテルの進行方向をシミュレーションして、カテーテルの進行可否を判別する医用診断支援装置が開示されている。 In Patent Document 1, image data of a blood vessel portion to be observed is extracted from three-dimensional image data obtained by imaging a subject, and the traveling direction of the catheter when the catheter is inserted into the blood vessel portion is simulated. There is disclosed a medical diagnosis support apparatus for determining whether or not a catheter can be advanced.
ところで、カテーテルを用いた治療の一つに、カテーテル・アブレーション治療がある。このカテーテル・アブレーション治療は、カテーテルの先端に取り付けた電極に高周波電流を流して、接触している生体組織を焼灼する治療法で、例えば、心房細動の治療等に適用されている。 By the way, one of the treatments using a catheter is a catheter ablation treatment. This catheter ablation treatment is a treatment method in which a high-frequency current is applied to an electrode attached to the tip of a catheter to cauterize a living tissue in contact, and is applied to, for example, treatment of atrial fibrillation.
しかしながら、例えば、心房細動における異常な電気信号の伝導路は、肺静脈の周囲に亘るため、異常な部位を全て焼灼するには、焼灼を点状に繰り返し行う必要がある。また、異常な伝導路がなくなったかどうかは、電極のついたカテーテルを再度挿入して確認する必要がある。そのため、治療に時間がかかるという問題がある。加えて、焼灼するポイントを特定するために、高度な位置認識システムが必要になる。 However, for example, a conduction path of an abnormal electric signal in atrial fibrillation extends around the pulmonary vein, and therefore, to cauterize all abnormal sites, it is necessary to repeatedly perform cauterization in a point-like manner. In addition, it is necessary to re-insert the catheter with the electrode to check whether the abnormal conduction path has disappeared. Therefore, there is a problem that the treatment takes time. In addition, an advanced position recognition system is required to identify the point to cauterize.
このような問題に対して、カテーテルの先端にバルーンを取り付け、バルーン内に液体を注入することによってバルーンを膨らませた後、バルーン内の液体を温めることによって、バルーンの表面と接触している生体組織を焼灼する治療法が提案されている。この治療法によれば、バルーンが柔軟な球形を有しているので、心房細動の治療部位である左心房と肺静脈との接合近傍の内壁面に、膨らんだバルーンの外周面をリング状に接触させることができる。そのため、一度に肺静脈の周囲を焼灼することができ、短時間に、かつ確実に治療部位を焼灼することができる。また、バルーン内の液体を介して、間接的に治療部位を加熱するので、安全に治療部位を焼灼することができる。 To address such problems, a balloon is attached to the tip of the catheter, the balloon is inflated by injecting a liquid into the balloon, and then the liquid inside the balloon is warmed, whereby the living tissue in contact with the surface of the balloon is heated. A treatment for cauterizing has been proposed. According to this treatment method, since the balloon has a flexible spherical shape, the outer peripheral surface of the inflated balloon is ring-shaped on the inner wall surface near the junction between the left atrium and the pulmonary vein, which is the treatment site for atrial fibrillation. Can be contacted. Therefore, the periphery of the pulmonary vein can be cauterized at once, and the treatment site can be cauterized in a short time and reliably. Further, since the treatment site is indirectly heated via the liquid in the balloon, the treatment site can be cauterized safely.
従来、医師は、治療前に撮影したＣＴ画像に、手書きでバルーンを書き込み、血管（肺静脈）とバルーンとの接触状態を作図して、治療のイメージを図っていた。しかしながら、実際の治療においては、Ｘ線透視画像では血管の位置や形状は造影剤を注入した瞬間しか見えないため、バルーンの変形形状をたよりに治療が行われる。そのため、治療にあたる医者は、血管とバルーンとの接触状態を可視的に確認することができないため、経験に乏しい医師は、カテーテルを操作することが難しかった。 Conventionally, a doctor has drawn a balloon on a CT image taken before treatment by handwriting, and drawn a contact state between a blood vessel (pulmonary vein) and the balloon to achieve an image of the treatment. However, in the actual treatment, the position and shape of the blood vessel can be seen only at the moment of injection of the contrast agent in the X-ray fluoroscopic image, and thus the treatment is performed based on the deformed shape of the balloon. For this reason, a doctor who performs treatment cannot visually confirm the contact state between the blood vessel and the balloon, so that it is difficult for a doctor with little experience to operate the catheter.
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、被検体の器官内にカテーテルを挿入して、該器官の特定部位に対して検査又は治療を行うのに際し、検査又は治療前に、カテーテルと器官の特定部位との接触状態をシミュレーションにより求め、これを画面表示することによって、検査又は治療の支援を行う医療支援装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to insert a catheter into an organ of a subject to perform an inspection or treatment on a specific site of the organ. Before, it is an object of the present invention to provide a medical support apparatus that obtains a contact state between a catheter and a specific site of an organ by simulation and displays the screen on a screen to support examination or treatment.
本発明に係る医療支援装置は、被検体の器官内にカテーテルを挿入して、該器官の特定部位に対して検査又は治療を行うための医療支援装置であって、被検体を撮影して得られた３次元画像データから、器官のデータを抽出する抽出部と、抽出した器官のデータを、サーフェスデータに変換する変換部と、器官の特定部位近傍に挿入されたカテーテルの外周面と、サーフェスデータで表示された器官の内壁面との接触状態をシミュレーションする解析部と、解析部でシミュレーションされたカテーテルの外周面と器官の内壁面との接触状態を表示する表示部とを備えていることを特徴とする。 A medical support apparatus according to the present invention is a medical support apparatus for inserting a catheter into an organ of a subject and performing examination or treatment on a specific portion of the organ, and obtains an image of the subject. An extracting unit for extracting organ data from the obtained three-dimensional image data, a converting unit for converting the extracted organ data into surface data, an outer peripheral surface of a catheter inserted near a specific site of the organ, and a surface. An analysis unit that simulates the contact state of the organ with the inner wall surface displayed by the data, and a display unit that displays the contact state between the outer peripheral surface of the catheter and the inner wall surface of the organ simulated by the analysis unit It is characterized by.
本発明によれば、被検体の器官内にカテーテルを挿入して、該器官の特定部位に対して検査又は治療を行うのに際し、検査又は治療前に、カテーテルと器官の特定部位との接触状態をシミュレーションにより求め、これを画面表示することによって、検査又は治療の支援を行うことができる医療支援装置を提供することができる。 According to the present invention, when a catheter is inserted into an organ of a subject and a test or treatment is performed on a specific site of the organ, the contact state between the catheter and the specific site of the organ before the test or treatment is performed. Is obtained by simulation, and by displaying this on a screen, a medical support apparatus capable of supporting examination or treatment can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. Further, modifications can be made as appropriate without departing from the range in which the effects of the present invention are exhibited.
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における医療支援装置１０に適用されるカテーテルの一例を模式的に示した図である。 FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating an example of a catheter applied to a medical support apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
カテーテル２０は、その先端にバルーン２０ａが備えられており、図１（ａ）は、バルーン２０ａが萎んだ状態を表している。図１（ｂ）は、バルーン２０ａ内に液体を注入することによって、バルーン２０ａの外周面がほぼ球状に拡張された状態を表している。また、バルーン２０ａの先には、カテーテル２０を先導するガイドワイヤー２０ｂが取り付けられている。 The catheter 20 is provided with a balloon 20a at the distal end, and FIG. 1A shows a state where the balloon 20a is deflated. FIG. 1B shows a state where the outer peripheral surface of the balloon 20a is expanded substantially spherically by injecting a liquid into the balloon 20a. A guide wire 20b for guiding the catheter 20 is attached to the tip of the balloon 20a.
図２は、先端にバルーン２０ａが備えられたカテーテル２０を、心房細動のアブレーション治療に適用した例を模式的に示した図である。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、心房細動の治療部位である左心房３０と肺静脈３１との接合近傍の周囲を、バルーン２０ａを用いて焼灼するステップを模式的に示した図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an example in which the catheter 20 provided with a balloon 20a at the distal end is applied to atrial fibrillation ablation treatment. FIGS. 3A to 3C schematically show steps of cauterizing the vicinity of the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31 as a treatment site for atrial fibrillation using the balloon 20a. FIG.
図３（ａ）に示すように、カテーテル２０を、左心房３０と肺静脈３１との接合近傍まで挿入させる。次に、図３（ｂ）に示すように、バルーン２０ａ内に液体を注入してバルーン２０ａを膨らます。バルーン２０ａは、柔軟な球形を有しているので、膨らんだバルーン２０ａの外周面を、左心房３０と肺静脈３１との接合近傍の内壁面にリング状に接触させることができる。次に、図３（ｃ）に示すように、バルーン２０ａ内の液体を温めることによって、バルーン２０ａの外周面と接触している左心房３０と肺静脈３１との接合近傍の周囲２１を一度に焼灼する。なお、バルーン２０ａ内の液体の加熱は、例えば、高周波で液体を抵抗加熱することによって行うことができる。 As shown in FIG. 3A, the catheter 20 is inserted to a position near the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31. Next, as shown in FIG. 3B, a liquid is injected into the balloon 20a to inflate the balloon 20a. Since the balloon 20a has a flexible spherical shape, the outer peripheral surface of the inflated balloon 20a can be brought into ring contact with the inner wall surface near the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31. Next, as shown in FIG. 3 (c), by heating the liquid in the balloon 20a, the surroundings 21 near the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31 which are in contact with the outer peripheral surface of the balloon 20a are simultaneously formed. Cauterize. The heating of the liquid in the balloon 20a can be performed by, for example, resistance heating the liquid at a high frequency.
図４は、本実施形態における医療支援装置で使用する被検体（患者）の器官の３次元画像データを取得するＸ線ＣＴ装置１の構成を模式的に示した図である。 FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of the X-ray CT apparatus 1 that acquires three-dimensional image data of an organ of a subject (patient) used in the medical support apparatus according to the present embodiment.
図４に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、被検体２を支持する架台７と、Ｘ線発生器３と、Ｘ線発生器３に対向して配置された撮像部４とを備えている。Ｘ線発生器３は、被検体２の所定部位に向かってＸ線を照射し、被検体２を透過したＸ線を、撮像部４で検出する。画像処理部６は、撮像部４で検出されたＸ線から３次元画像データを作成する。表示部５は、画像処理部６で作成した３次元画像データを表示する。 As shown in FIG. 4, the X-ray CT apparatus 1 includes a gantry 7 that supports the subject 2, an X-ray generator 3, and an imaging unit 4 that is arranged to face the X-ray generator 3. I have. The X-ray generator 3 irradiates a predetermined portion of the subject 2 with X-rays, and the X-ray transmitted through the subject 2 is detected by the imaging unit 4. The image processing unit 6 creates three-dimensional image data from the X-rays detected by the imaging unit 4. The display unit 5 displays the three-dimensional image data created by the image processing unit 6.
図５は、本実施形態における医療支援装置１０の構成を示したブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the medical support apparatus 10 according to the present embodiment.
本実施形態における医療支援装置１０は、被検体の器官内にカテーテルを挿入して、当該器官の特定部位に対して検査又は治療を行うのに際し、検査又は治療前に、検査又は治療に必要な情報を取得して、検査又は治療の支援を行うものである。 The medical support apparatus 10 according to the present embodiment, when inserting a catheter into an organ of a subject and performing an inspection or treatment on a specific site of the organ, before the examination or treatment, necessary for the examination or treatment. The information is obtained to support the examination or treatment.
図５に示すように、本実施形態における医療支援装置１０において、記憶部１１では、Ｘ線ＣＴ装置１で取得した被検体の３次元画像データが記憶される。また、抽出部１２では、記憶部１１に記憶された３次元画像データから、検査又は治療の対象となる特定器官のデータが抽出される。変換部１３では、抽出部１２で抽出した器官のデータを、３次元のサーフェスデータに変換する。解析部１４では、器官の特定部位近傍に挿入されたカテーテルの外周面と、３次元のサーフェスデータで表示された器官の内壁面との接触状態をシミュレーションする。判定部１５では、解析部１４でシミュレーションされた接触状態に基づいて、検査又は治療を行うべき器官の特定部位に対して、カテーテルの最適条件を判定する。表示部１６では、解析部１４でシミュレーションされたカテーテルの外周面と器官の内壁面との接触状態を表示する。また、判定部１５で行った判定結果も表示することができる。出力部１７では、表示部１６で表示した解析結果等を外部に出力する。 As illustrated in FIG. 5, in the medical support apparatus 10 according to the present embodiment, the storage unit 11 stores the three-dimensional image data of the subject acquired by the X-ray CT apparatus 1. The extracting unit 12 extracts data of a specific organ to be inspected or treated from the three-dimensional image data stored in the storage unit 11. The conversion unit 13 converts the organ data extracted by the extraction unit 12 into three-dimensional surface data. The analysis unit 14 simulates a contact state between the outer peripheral surface of the catheter inserted near a specific part of the organ and the inner wall surface of the organ displayed by three-dimensional surface data. The determination unit 15 determines the optimum condition of the catheter for the specific site of the organ to be inspected or treated based on the contact state simulated by the analysis unit 14. The display unit 16 displays the state of contact between the outer peripheral surface of the catheter and the inner wall surface of the organ simulated by the analyzing unit 14. Further, the result of the determination performed by the determination unit 15 can be displayed. The output unit 17 outputs the analysis result and the like displayed on the display unit 16 to the outside.
以下、本実施形態における医療支援装置１０を、心房細動のカテーテル・アブレーション治療の支援に適用する例を用いて説明する。 Hereinafter, an example in which the medical support apparatus 10 according to the present embodiment is applied to support for catheter ablation treatment of atrial fibrillation will be described.
図６は、本実施形態における医療支援装置１０を用いて、心房細動のカテーテル・アブレーション治療の支援に必要な情報を取得する手順を示したフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure for acquiring information necessary for supporting catheter ablation treatment for atrial fibrillation using the medical support apparatus 10 according to the present embodiment.
ステップＳ１では、記憶部１１に記憶された被検体の３次元画像データを抽出部１２に読み込む。この３次元画像データは、Ｘ線ＣＴ装置１で撮影されたボリュームデータからなり、少なくとも心臓の領域を含むものであればよい。 In step S1, three-dimensional image data of a subject stored in the storage unit 11 is read into the extraction unit 12. The three-dimensional image data is composed of volume data captured by the X-ray CT apparatus 1 and may include at least a heart region.
ステップＳ２では、抽出部１２で、心房細動の治療部位を抽出エリアとして指定する。本例では、抽出エリアとして、少なくとも左心房３０と肺静脈３１との接合近傍を含むエリアであればよい。そして、３次元画像データから、指定した抽出エリアの３次元画像データを抽出する（ステップＳ３）。図７（ａ）は、抽出前の３次元画像データの一例を示し、左心房３０と左心房３０に接合する４つの肺静脈３１とを含む３次元画像データである。 In step S2, the extraction unit 12 specifies a treatment site for atrial fibrillation as an extraction area. In this example, the extraction area may be any area including at least the vicinity of the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31. Then, three-dimensional image data of the designated extraction area is extracted from the three-dimensional image data (step S3). FIG. 7A shows an example of three-dimensional image data before extraction, which is three-dimensional image data including a left atrium 30 and four pulmonary veins 31 joined to the left atrium 30.
次に、ステップＳ４では、変換部１３で、抽出部１２で抽出した３次元画像データ（ボリュームデータ）を、３次元のサーフェスデータに変換する。ここで、３次元のサーフェスデータは、ボリュームデータから、表面のデータだけを抽出した３次元データで、本例では、左心房３０及び肺静脈３１の内壁面４０をモデル化したデータである。図７（ｂ）は、図７（ａ）に例示した３次元画像データを変換した３次元のサーフェスデータである。 Next, in step S4, the conversion unit 13 converts the three-dimensional image data (volume data) extracted by the extraction unit 12 into three-dimensional surface data. Here, the three-dimensional surface data is three-dimensional data obtained by extracting only the surface data from the volume data. In this example, the three-dimensional surface data is data that models the left atrium 30 and the inner wall surface 40 of the pulmonary vein 31. FIG. 7B illustrates three-dimensional surface data obtained by converting the three-dimensional image data illustrated in FIG. 7A.
なお、ボリュームデータから３次元のサーフェスデータに変換する手法としては、既知の画像変換法を用いて行うことができるが、例えば、マーチングキューブ法などを用いて行うことができる。 As a technique for converting the volume data into three-dimensional surface data, a known image conversion method can be used. For example, a marching cube method or the like can be used.
次に、ステップＳ５で、３次元のサーフェスデータに、カテーテルをモデル化したデータを重畳して、左心房３０と肺静脈３１との接合近傍に挿入するカテーテルの位置等を調整する。図８（ａ）は、３次元のサーフェスデータにおいて、カテーテル２０に取り付けたバルーン２０ａが、肺静脈３１に挿入された状態を示した３次元のサーフェスデータである。また、図８（ｂ）は、バルーン２０ａを膨らませて、バルーン２０ａの外周面が、肺静脈３１及び左心房３０の接合近傍の内壁面４０と接触している状態を示した３次元のサーフェスデータである。 Next, in step S5, data modeling the catheter is superimposed on the three-dimensional surface data, and the position of the catheter to be inserted near the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31 is adjusted. FIG. 8A is three-dimensional surface data showing a state in which the balloon 20 a attached to the catheter 20 is inserted into the pulmonary vein 31 in the three-dimensional surface data. FIG. 8B shows three-dimensional surface data showing a state in which the balloon 20a is inflated and the outer peripheral surface of the balloon 20a is in contact with the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30. It is.
次に、ステップＳ６では、解析部１４で、肺静脈３１に挿入して膨らませられたバルーン２０ａの外周面と、肺静脈３１及び左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触状態をシミュレーションする。 Next, in step S6, the analysis unit 14 simulates a contact state between the outer peripheral surface of the balloon 20a inserted into the pulmonary vein 31 and inflated, and the inner wall surface 40 near the junction between the pulmonary vein 31 and the left atrium 30. .
シミュレーションは、図９（ａ）に示すように、左心房３０と肺静脈３１との接合近傍に挿入されたバルーン２０ａの位置を初期位置Ｐ０、及び、初期位置Ｐ０における挿入方向を挿入軸Ｊとして、Ａ）初期位置Ｐ０からのバルーン２０ａの挿入距離（ΔＬ、−ΔＬ）、Ｂ）バルーン２０ａの拡張容積、及び、Ｃ）バルーン２０ａの挿入軸Ｊに対する挿入角度（Δα、Δβ）、をそれぞれパラメータとして、これらＡ）〜Ｃ）の３つのパラメータを変えたときの、拡張されたバルーン２０ａの外周面と、肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触状態（治療に適した接触状態）をシミュレーションする。なお、初期位置Ｐ０は、左心房３０と肺静脈３１との接合近傍であれば、任意の位置でよく、図９（ａ）では、バルーン２０ａの先端部が肺静脈３１の入口に位置する状態を初期位置Ｐ０としている。また、挿入角度（Δα、Δβ）は、それぞれ、挿入軸Ｊを法線とする平面を構成するベクトルの回転角を示し、挿入軸Ｊに垂直な一方向の軸周りの回転をΔα、挿入軸Jに垂直なもう一方の軸周りの回転をΔβとしている。 In the simulation, as shown in FIG. 9A, the position of the balloon 20a inserted near the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31 is defined as an initial position P 0 , and the insertion direction at the initial position P 0 is defined as an insertion axis. as J, a) insertion distance of the balloon 20a from the initial position P 0 (ΔL, -ΔL), B) extend the volume of the balloon 20a, and, C) insertion angle relative to the insertion axis J of the balloon 20a (Δα, Δβ), When the three parameters A) to C) are changed with each parameter as a parameter, the contact state between the outer peripheral surface of the expanded balloon 20a and the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 Simulation of contact conditions suitable for treatment). Incidentally, the initial position P 0, if near the junction of the left atrium 30 and the pulmonary vein 31 can be any position, in FIG. 9 (a), the tip of the balloon 20a is located at the entrance of the pulmonary veins 31 It is the initial position P 0 the state. Also, the insertion angles (Δα, Δβ) indicate the rotation angles of the vectors forming the plane with the insertion axis J as the normal, respectively, and the rotation about the axis in one direction perpendicular to the insertion axis J is Δα, The rotation about the other axis perpendicular to J is defined as Δβ.
図９（ｂ）は、バルーン２０ａを膨らませたときの、バルーン２０ａの外周面と、肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触状態の一例を示した図である。拡張されたバルーン２０ａは、左心房３０又は肺静脈３１の内壁面４０に当たって、その形状が変形し、バルーン２０ａの外周面の一部２１が、左心房３０および肺静脈３１の接合近傍の内壁面４０の周囲に亘って接触状態になっている。 FIG. 9B is a diagram illustrating an example of a contact state between the outer peripheral surface of the balloon 20a and the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 when the balloon 20a is inflated. The expanded balloon 20a hits the inner wall surface 40 of the left atrium 30 or the pulmonary vein 31 and its shape is deformed, so that a part 21 of the outer peripheral surface of the balloon 20a becomes an inner wall surface near the junction of the left atrium 30 and the pulmonary vein 31. It is in a contact state around the periphery of 40.
ここで、バルーン２０ａの外周面と肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触状態のシミュレーションは、既知の数値解析法で行うことができるが、例えば、有限要素法を用いて行うことができる。なお、アブレーション治療に適用されるバルーン２０ａは、柔軟な材料からなるので、膨らんだバルーン２０ａが肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０に接触したとき、肺静脈３１および左心房３０の接合近傍は大きくは変形せず、バルーン２０ａが大きく変形する。従って、本実施形態のシミュレーションでは、バルーン２０ａ、及び、肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の物理モデルとして、それぞれ弾性体モデル及び剛体モデルを用いて行っても、精度的には支障がない。このような物理モデルを用いることによって、バルーン２０ａの接触状態のシミュレーション時間を大幅に短縮することができる。 Here, the simulation of the contact state between the outer peripheral surface of the balloon 20a and the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 can be performed by a known numerical analysis method. Can be done. Since the balloon 20a applied to the ablation treatment is made of a flexible material, when the inflated balloon 20a comes into contact with the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30, the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 In the vicinity of the joint, the balloon 20a is not largely deformed, and the balloon 20a is largely deformed. Therefore, in the simulation of the present embodiment, there is no problem in terms of accuracy even when the elastic body model and the rigid body model are used as the physical model near the joint of the balloon 20a and the pulmonary vein 31 and the left atrium 30, respectively. . By using such a physical model, the simulation time of the contact state of the balloon 20a can be significantly reduced.
図１０（ａ）〜（ｄ）は、初期位置Ｐ０からのバルーン２０ａの挿入距離、及び挿入角度を固定して、バルーン２０ａの拡張容積を変えたときのバルーン２０ａの形状変化を模式的に示した図である。 Figure 10 (a) ~ (d), the insertion distance of the balloon 20a from the initial position P 0, and the insertion angle were fixed, the change in shape of the balloon 20a when changing the expansion volume of the balloon 20a schematically FIG.
図１０（ａ）に示すように、バルーン２０ａが十分に拡張されていないときは、バルーン２０ａの外周面は、肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０と接触せずに、ほぼ球状になっている。図１０（ｂ）〜（ｄ）に示すように、バルーン２０ａをさらに拡張させていくと、その形状が、徐々に変形していくとともに、バルーン２０ａの外周面と肺静脈３１及び左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触部位２１の幅が広くなっていく。 As shown in FIG. 10A, when the balloon 20 a is not sufficiently expanded, the outer peripheral surface of the balloon 20 a does not contact the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 and is almost It is spherical. As shown in FIGS. 10B to 10D, as the balloon 20a is further expanded, the shape gradually changes, and the outer peripheral surface of the balloon 20a and the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 are formed. The width of the contact portion 21 with the inner wall surface 40 near the joint increases.
このように、上記Ａ）〜Ｃ）の３つのパラメータのうち、１つのパラメータを複数ステップ変更してシミュレーションを行い、拡張されたバルーン２０ａの外周面と肺静脈３１及び左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触状態を、表示部１６でアニメーション表示することによって、アブレーション治療の前に、各パラメータとバルーン２０ａの形状変化との関係を、より深く理解することができる。 As described above, simulation is performed by changing one of the three parameters A) to C) by a plurality of steps, and the outer peripheral surface of the expanded balloon 20a and the vicinity of the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 are measured. By displaying an animation of the contact state with the inner wall surface 40 on the display unit 16, the relationship between each parameter and the change in the shape of the balloon 20a can be understood more deeply before the ablation treatment.
なお、サーフェスデータは３次元データであるため、表示部１６では、抽出部１２で抽出した治療部位を移動あるいは回転させながら表示することができるため、様々な方向から、バルーン２０ａの接触状態を解析することができる。 Since the surface data is three-dimensional data, the display unit 16 can display the treatment site extracted by the extraction unit 12 while moving or rotating the treatment site. Therefore, the contact state of the balloon 20a can be analyzed from various directions. can do.
次に、ステップＳ７では、判定部１５で、心房細動の治療部位である左心房３０と肺静脈３１との接合近傍に挿入したバルーン２０ａの接触状態が、焼灼を行うのに最適な状態であるかどうかを判定する。 Next, in step S7, the determination unit 15 determines that the contact state of the balloon 20a inserted near the junction between the left atrium 30 and the pulmonary vein 31, which is the treatment site for atrial fibrillation, is the optimal state for performing cauterization. Determine if there is.
心房細動のアブレーション治療においては、肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０の周囲を、できるだけ一定に、かつ確実に焼灼することが望ましい。そのためには、バルーン２０ａの接触状態として、拡張されたバルーン２０ａの外周面と肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触面積や接触幅、あるいは接触圧力が、焼灼を行う条件として重要となる。 In atrial fibrillation ablation treatment, it is desirable to cauterize the periphery of the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 as uniformly and reliably as possible. For this purpose, as the contact state of the balloon 20a, the contact area and the contact width or the contact pressure between the outer peripheral surface of the expanded balloon 20a and the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 perform cauterization. It becomes important as a condition.
従って、ステップＳ７では、上記Ａ）〜Ｃ）の３つのパラメータをそれぞれ変更してシミュレーションを行い、得られた接触状態に基づいて、焼灼を行うのに最適な各パラメータの範囲を判定する。 Therefore, in step S7, simulation is performed by changing each of the three parameters A) to C), and a range of each parameter optimal for performing cauterization is determined based on the obtained contact state.
図１１は、上記Ａ）〜Ｃ）の３つのパラメータのうち、バルーン２０ａの挿入角度を固定して、バルーン２０ａの初期位置Ｐ０からの挿入距離、及びバルーン２０ａの拡張容積を複数ステップ変更してシミュレーションを行ったときの、バルーン２０ａの外周面と肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触状態の変化をマトリックス表示した図である。 11, among the three parameters of the A) -C), by fixing the insertion angle of the balloon 20a, the insertion distance from the initial position P 0 of the balloon 20a, and the expansion volume and multi-step change of the balloon 20a FIG. 10 is a diagram showing a matrix display of changes in the contact state between the outer peripheral surface of the balloon 20a and the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 when the simulation is performed.
なお、図１１では、バルーン２０ａの初期位置Ｐ０からの挿入距離を挿入量ΔＬ（ｍｍ）として表示し、また、バルーン２０ａの拡張容積を、バルーン２０ａ内に注入する液体の液量Ｓ（ｍｌ）として表示している。なお、挿入量ΔＬの数値におけるプラス・マイナスは、バルーン２０ａの位置が、初期位置Ｐ０に対して、挿入方向の前方にあるか、後方にあるかを表している。 In FIG. 11, to display the insertion distance from the initial position P 0 of the balloon 20a as the insertion amount [Delta] L (mm), also an expansion volume of the balloon 20a, the liquid to be injected into the balloon 20a liquid volume S (ml ). Incidentally, plus or minus the value of the insertion amount ΔL, the position of the balloon 20a is, relative to the initial position P 0, or in front of the insertion direction, and represents what is behind.
図１１に示すように、上記Ａ）〜Ｃ）の３つのパラメータのうち、２つのパラメータを複数ステップ変更してシミュレーションを行い、拡張されたバルーン２０ａの外周面と肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触状態を、マトリクッス表示することによって、アブレーション治療の前に、２つのパラメータとバルーン２０ａの形状変化との関係を、より深く理解することができる。 As shown in FIG. 11, a simulation is performed by changing two of the three parameters A) to C) in a plurality of steps, and the outer peripheral surface of the expanded balloon 20a and the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 are changed. By displaying the state of contact with the inner wall surface 40 in the vicinity of the joint in a matrix display, the relationship between the two parameters and the shape change of the balloon 20a can be understood more deeply before the ablation treatment.
また、実際の治療においては、Ｘ線透視画像では血管は見えないため、バルーン２０ａの形状だけを見ながら治療が行われるが、図１１に示すように、２つのパラメータを変更したときのバルーン２０ａの変形状態や接触状態を、治療前にイメージすることができるため、バルーン２０ａの適格な操作を容易にすることができる。 Further, in the actual treatment, the blood vessel is not visible in the X-ray fluoroscopic image, so the treatment is performed only by looking at the shape of the balloon 20a. However, as shown in FIG. Since the deformed state and contact state of the balloon 20a can be imaged before the treatment, appropriate operation of the balloon 20a can be facilitated.
また、判定部１５では、バルーン２０ａの形状変化のシミュレーションだけでなく、焼灼を行うのに際し、拡張されたバルーン２０ａの外周面と肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触面積や接触幅、あるいは接触圧力の定量的な解析に基づいて、上記Ａ）〜Ｃ）の３つのパラメータの最適範囲を判定することができる。これにより、上記Ａ）〜Ｃ）の３つの各パラメータが、所定の範囲に入っているか否かで、焼灼を行うのに適した条件であるかどうかを判断することができる。また、この判断を、各パラメータが、最適な範囲にどれだけ近いかをスコア表示することによって、より容易に行うことができる。 The determination unit 15 not only simulates the shape change of the balloon 20a, but also performs contact between the outer peripheral surface of the expanded balloon 20a and the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 when performing ablation. The optimum ranges of the three parameters A) to C) can be determined based on the quantitative analysis of the area, the contact width, or the contact pressure. This makes it possible to determine whether or not each of the three parameters A) to C) is in a condition suitable for performing cauterization, based on whether or not each of the three parameters falls within a predetermined range. Also, this determination can be made more easily by displaying a score indicating how close each parameter is to the optimal range.
最後に、ステップＳ８では、ステップＳ６及びステップＳ７で行った解析結果を、出力部１７で出力する。 Finally, in step S8, the output unit 17 outputs the analysis results performed in steps S6 and S7.
なお、出力部１７では、シミュレーション結果を、１枚の用紙に表示してレポートとして出力してもよい。これにより、従来、紙にバルーン２０ａの形状を予測して記載したレポートと同じような形態で、シミュレーション結果をレポートとして出力することができるため、医師は、治療前にカテーテルの操作イメージを整理することができる。 The output unit 17 may display the simulation result on one sheet of paper and output the report as a report. As a result, the simulation result can be output as a report in a form similar to a report in which the shape of the balloon 20a is predicted and described on paper, so that the doctor arranges the operation image of the catheter before treatment. be able to.
また、医療支援装置１０で行った解析結果を、出力部１７からＸ線ＣＴ装置１の表示部５に出力させてもよい。これにより、医者は、カテーテル・アブレーション治療中に、Ｘ線ＣＴ装置１で実際に撮影されるバルーン２０ａの形状と、シミュレーションによるバルーン２０ａの形状とを視覚的に比較することができるため、カテーテルの操作をよりスムーズに行うことができる。この場合、表示部１６では、シミュレーションによるバルーン２０ａの形状を、実際の治療で使用する透視方向に対応した画像で表示（シネ表示）することが好ましい。 The analysis result performed by the medical support apparatus 10 may be output from the output unit 17 to the display unit 5 of the X-ray CT apparatus 1. Thereby, the doctor can visually compare the shape of the balloon 20a actually photographed by the X-ray CT apparatus 1 with the shape of the balloon 20a by simulation during the catheter ablation treatment. The operation can be performed more smoothly. In this case, it is preferable that the display unit 16 displays (cine-display) the shape of the balloon 20a by simulation in an image corresponding to the fluoroscopic direction used in the actual treatment.
以上、説明したように、本実施形態における医療支援装置１０では、被検体の肺静脈３１および左心房３０の接合近傍に、バルーン２０ａを備えたカテーテル２０を挿入して、肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の特定部位に対して検査又は治療を行うのに際し、検査又は治療前に、拡張されたバルーン２０ａと肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の特定部位との接触状態をシミュレーションにより求め、これを画面表示することによって、アブレーション治療の前に、バルーン２０ａの挿入条件（挿入距離、拡張容積、及び挿入角度の３つのパラメータ）を変更したときのバルーン２０ａの変形状態や接触状態を、治療前にイメージすることができるため、バルーン２０ａの適格な操作を容易にすることができる。 As described above, in the medical support apparatus 10 according to the present embodiment, the catheter 20 having the balloon 20a is inserted near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 of the subject, and the pulmonary vein 31 and the left atrium are inserted. In performing an inspection or treatment on a specific site near the junction of the 30, before the inspection or treatment, the contact state between the expanded balloon 20 a and the specific site near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 is simulated. Before the ablation treatment, the deformation state and the contact state of the balloon 20a when the insertion conditions (the three parameters of the insertion distance, the expansion volume, and the insertion angle) are changed are displayed and displayed on the screen. Since the image can be imaged before the treatment, appropriate operation of the balloon 20a can be facilitated.
また、拡張されたバルーン２０ａの外周面と肺静脈３１および左心房３０の接合近傍の内壁面４０との接触面積や接触幅、あるいは接触圧力の定量的な解析に基づいて、上記３つのパラメータの最適範囲を判定することによって、アブレーション治療の前に、焼灼を行うのに適した条件を予め確認することができる。 Further, based on a quantitative analysis of the contact area and contact width or contact pressure between the outer peripheral surface of the expanded balloon 20a and the inner wall surface 40 near the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30, the above three parameters are determined. By determining the optimal range, conditions suitable for performing ablation can be confirmed in advance before ablation treatment.
これにより、従来、医師が、治療前に撮影したＣＴ画像に、手書きでバルーン２０ａを書き込み、バルーン２０ａと肺静脈３１および左心房３０の接合近傍との接触状態を作図して、治療のイメージを図っていたのに対して、治療前に、バルーン２０ａと肺静脈３１および左心房３０の接合近傍との接触状態を、イメージとして確認することができるため、経験に乏しい医師でも、バルーン２０ａの操作を容易に行うことができる。 Thereby, conventionally, the doctor writes the balloon 20a by hand on the CT image taken before the treatment, draws the contact state between the balloon 20a and the vicinity of the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30, and draws the image of the treatment. On the other hand, before treatment, since the state of contact between the balloon 20a and the vicinity of the junction of the pulmonary vein 31 and the left atrium 30 can be confirmed as an image, even an inexperienced doctor can operate the balloon 20a. Can be easily performed.
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。 As described above, the present invention has been described by the preferred embodiments. However, such description is not a limitation, and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、医療支援装置１０を、心房細動のカテーテル・アブレーション治療の支援に適用する例を用いて説明したが、これに限定されず、器官の特定部位近傍に挿入したカテーテルの外周面を、器官の内壁面と接触させた状態で、検査又は治療を行う例にも適用することができる。例えば、検査又は治療の対象部位が、血管や、心臓その他の臓器であってもよい。この場合、カテーテルが挿入される器官の特定部位は、血管や、心臓その他の臓器となり、拡張されたバルーンの外周面と、血管又は心臓その他の臓器の内壁面との接触状態がシミュレーションされる。 For example, in the above embodiment, the medical support apparatus 10 has been described using an example in which the medical support apparatus 10 is applied to support for catheter ablation treatment for atrial fibrillation. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to an example in which inspection or treatment is performed in a state where the outer peripheral surface is in contact with the inner wall surface of the organ. For example, the site to be examined or treated may be a blood vessel, heart, or other organ. In this case, the specific site of the organ into which the catheter is inserted is a blood vessel, heart, or other organ, and the contact state between the outer peripheral surface of the expanded balloon and the inner wall surface of the blood vessel or heart or other organ is simulated.
また、上記実施形態では、カテーテルとして、バルーンを備えたカテーテルを例に説明したが、これに限定されず、その外周が拡張する形態のカテーテルであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, a catheter having a balloon is described as an example of the catheter, but the catheter is not limited to this, and may be a catheter in which the outer periphery is expanded.
また、上記実施形態では、抽出部１２で抽出する器官の３次元画像データとして、一つの治療部位（左心房３０と肺静脈３１との接合近傍）の３次元画像データを抽出したが、複数の治療部位を同時に抽出して、それぞれの抽出部位の内壁面とカテーテルの外周面との接触状態をシミュレーションしてもよい。この場合、表示部１６では、各抽出部位におけるシミュレーション結果を、１画面で分割して表示してもよい。 In the above embodiment, the three-dimensional image data of one treatment site (near the junction of the left atrium 30 and the pulmonary vein 31) is extracted as the three-dimensional image data of the organ to be extracted by the extraction unit 12. The treatment site may be extracted at the same time, and the contact state between the inner wall surface of each extraction site and the outer peripheral surface of the catheter may be simulated. In this case, the display unit 16 may divide and display the simulation result of each extracted part on one screen.
また、上記実施形態では、被検体の３次元画像データを取得する装置として、Ｘ線ＣＴ装置を例に説明したが、これに限定されず、例えば、磁気共鳴診断装置等を用いて取得してもよい。 In the above-described embodiment, an X-ray CT apparatus has been described as an example of an apparatus for acquiring three-dimensional image data of a subject. However, the present invention is not limited to this. Is also good.
１ Ｘ線ＣＴ装置
２ 被検体
３ Ｘ線発生器
４ 撮像部
５ 表示部
６ 画像処理部
７ 架台
１０ 医療支援装置
１１ 記憶部
１２ 抽出部
１３ 変換部
１４ 解析部
１５ 判定部
１６ 表示部
１７ 出力部
２０ カテーテル
２０ａ バルーン
２１ 接触部位
３０ 左心房
３１ 肺静脈
４０ 内壁面
1 X-ray CT system
2 Subject
3 X-ray generator
4 Imaging unit
5 Display
6 Image processing unit
7 Stand
10 Medical support equipment
11 Storage unit
12 Extraction unit
13 Conversion unit
14 Analysis unit
15 Judgment unit
16 Display
17 Output section
20 catheters
20a balloon
21 Contact site
30 Left atrium
31 Pulmonary vein
40 inner wall
Claims (9)
前記被検体を撮影して得られた３次元画像データから、前記器官のデータを抽出する抽出部と、
前記抽出した器官のデータを、３次元のサーフェスデータに変換する変換部と、
前記器官の特定部位近傍に挿入され、拡張された前記カテーテルの外周面と、前記３次元のサーフェスデータで表示された前記器官の内壁面との接触状態をシミュレーションする解析部と、
前記解析部でシミュレーションされた前記カテーテルの外周面と前記器官の内壁面との接触状態を表示する表示部と、
前記解析部でシミュレーションされた接触状態に基づいて、検査又は治療を行うべき前記器官の特定部位に対して、前記カテーテルの挿入距離、拡張容積、及び挿入角度の最適範囲を判定する判定部と、
を備えた医療支援装置。 Into an organ of a subject, by inserting a catheter outer peripheral surface is extended, a medical support device for inspecting or treatment for a specific site of the organ,
An extraction unit configured to extract data of the organ from three-dimensional image data obtained by imaging the subject;
A conversion unit that converts the extracted organ data into three-dimensional surface data;
An analysis unit that simulates a contact state between the outer peripheral surface of the catheter that is inserted near the specific site of the organ and the expanded catheter and the inner wall surface of the organ that is displayed by the three-dimensional surface data.
A display unit that displays a contact state between the outer peripheral surface of the catheter and the inner wall surface of the organ simulated by the analysis unit,
Based on the contact state simulated by the analysis unit, for a specific site of the organ to be examined or treated, the insertion distance of the catheter, the expanded volume, and a determination unit to determine the optimal range of the insertion angle,
Medical support device equipped with
前記被検体を撮影して得られた３次元画像データから、前記器官のデータを抽出する抽出部と、
前記抽出した器官のデータを、３次元のサーフェスデータに変換する変換部と、
前記器官の特定部位近傍に挿入され、拡張された前記カテーテルの外周面と、前記３次元のサーフェスデータで表示された前記器官の内壁面との接触状態をシミュレーションする解析部と、
前記解析部でシミュレーションされた前記カテーテルの外周面と前記器官の内壁面との接触状態を表示する表示部と、
を備え、
前記解析部において、前記器官の特定部位近傍に挿入された前記カテーテルの位置を初期位置として、前記初期位置からの前記カテーテルの挿入距離、前記カテーテルの拡張容積、及び前記カテーテルの挿入角度をパラメータとして、前記３つのパラメータのうち、少なくとも1つのパラメータを変えたときの、拡張された前記カテーテルの外周面と、前記器官の内壁面との接触状態をシミュレーションし、
前記表示部において、前記３つのパラメータのうち、２つのパラメータを複数ステップ変更してシミュレーションを行ったときの、拡張された前記カテーテルの外周面と前記器官の内壁面との接触状態をマトリックス表示する、医療支援装置。 In the organ of the subject, by inserting a catheter whose outer peripheral surface is expanded, a medical support device for performing an inspection or treatment on a specific site of the organ,
An extraction unit configured to extract data of the organ from three-dimensional image data obtained by imaging the subject;
A conversion unit that converts the extracted organ data into three-dimensional surface data;
An analysis unit that simulates a contact state between the outer peripheral surface of the catheter that is inserted near the specific site of the organ and the expanded catheter and the inner wall surface of the organ that is displayed by the three-dimensional surface data.
A display unit that displays a contact state between the outer peripheral surface of the catheter and the inner wall surface of the organ simulated by the analysis unit,
With
In the analysis unit, the position of the catheter inserted near the specific site of the organ as an initial position, the insertion distance of the catheter from the initial position, the expanded volume of the catheter, and the insertion angle of the catheter as parameters When changing at least one of the three parameters, the outer peripheral surface of the expanded catheter and the contact state with the inner wall surface of the organ are simulated,
The display unit displays a matrix of the contact state between the expanded outer peripheral surface of the catheter and the inner wall surface of the organ when a simulation is performed by changing two of the three parameters in a plurality of steps. , Medical support equipment.
前記カテーテルは、バルーンを備えたカテーテルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療支援装置。 The specific site is a blood vessel that is a target site for examination or treatment,
The catheter, medical support device according to claim 1 or 2, characterized in that a catheter with a balloon.
前記カテーテルは、バルーンを備えたカテーテルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療支援装置。 The specific site is near the junction between the left atrium and the pulmonary vein,
The catheter, medical support device according to claim 1 or 2, characterized in that a catheter with a balloon.
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