JP7337667B2 - Puncture support device - Google Patents

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Description

本明細書等に開示の実施形態は、穿刺支援装置に関する。 The embodiments disclosed in this specification and the like relate to a puncture assist device.

従来、被検体の体内の様子を容易に観察するために、体表から体内へ超音波を送信し、その反射波に基づいて超音波画像を表示する超音波診断装置が広く用いられる。例えば、超音波診断装置は、超音波画像を略リアルタイムでモニタに表示できることから、生体組織検査やラジオ波焼灼治療(RFA:Radio Frequency Ablation)、不可逆電気穿孔法(IRE:Irreversible Electroporation)を用いた治療等、穿刺が行われる場合に利用される。 2. Description of the Related Art Conventionally, in order to easily observe the inside of a subject's body, an ultrasonic diagnostic apparatus has been widely used that transmits ultrasonic waves from the body surface into the body and displays an ultrasonic image based on the reflected waves. For example, since an ultrasonic diagnostic apparatus can display an ultrasonic image on a monitor in substantially real time, biopsy, radio frequency ablation (RFA), and irreversible electroporation (IRE) are used. It is used when puncturing is performed, such as for medical treatment.

このような穿刺針による穿刺では、事前に撮像したCT(Computed Tomography)やMRI(Magnetic Resonance Imaging)等の画像に基づいて穿刺計画が立てられ、治療時に超音波画像をガイドにしながら、穿刺針が挿入される。ここで、超音波画像をガイドに穿刺を行う場合、穿刺針が超音波画像内に描出されるように、穿刺針の角度を固定するニードルアダプターが用いられる場合がある。ニードルアダプターを用いることで、穿刺針が超音波画像と同じ面に存在することとなるため、穿刺中の針視認が困難な場合に有用である。 In puncture using such a puncture needle, a puncture plan is made based on images taken in advance such as CT (Computed Tomography) and MRI (Magnetic Resonance Imaging), and the puncture needle is guided by ultrasound images during treatment. inserted. Here, when performing puncture using an ultrasound image as a guide, a needle adapter that fixes the angle of the puncture needle may be used so that the puncture needle is visualized in the ultrasound image. By using a needle adapter, the puncture needle is present on the same plane as the ultrasonic image, which is useful when it is difficult to visually recognize the needle during puncture.

また、超音波画像による穿刺のガイドでは、超音波で患部の描出が難しい場合があるため、穿刺計画の作成に用いたCTやMRI等の画像とリアルタイムの超音波画像とを位置合わせして、両者のプレーンの角度や位置を一致させて表示させるFusion機能が用いられる場合がある。 In addition, it is sometimes difficult to visualize the affected area with ultrasound when guiding puncture using ultrasound images. A Fusion function may be used to match the angles and positions of both planes for display.

また、近年、治療を目的とした穿刺では、複数の針を同時に挿入して行う方法が広まってきている。例えば、患部が大きく、一度の治療ではまかなえない場合や、治療方法によっては原理的に複数本必要な場合などに、複数の穿刺針が用いられる。複数の穿刺針を用いた穿刺の一例としては、例えば、ナノナイフ(Nanoknife(登録商標))とも呼ばれる不可逆電気穿孔法が挙げられる。ナノナイフでは電極ごとに針が異なることから、最低でも2本の同時穿刺が必要であり、6本の同時穿刺が行われる場合もある。ナノナイフでは、穿刺後、30分から1時間ほどパルス波を照射することで電極間にあるターゲットに対して治療を行う。このような複数穿刺は、施術の複雑さから事前の計画を行うことなく実施することは困難であり、CT、MRI、超音波画像を使って事前に穿刺計画が行われる。穿刺は、この穿刺計画に沿いながら、リアルタイム超音波画像をガイドに行われる。 Moreover, in recent years, a method of inserting a plurality of needles simultaneously has become widespread in puncture for the purpose of treatment. For example, a plurality of puncture needles are used when the affected area is large and cannot be treated with one treatment, or when a plurality of needles are required in principle depending on the treatment method. One example of puncture using a plurality of puncture needles is irreversible electroporation, also called Nanoknife (registered trademark). Since the nanoknife uses a different needle for each electrode, at least two simultaneous punctures are required, and six simultaneous punctures may be performed. The nanoknife treats a target between electrodes by irradiating a pulse wave for about 30 minutes to 1 hour after puncturing. Such multiple punctures are difficult to perform without prior planning due to the complexity of the procedure, and puncture planning is performed in advance using CT, MRI, and ultrasound images. Puncture is performed according to this puncture plan, guided by real-time ultrasound images.

特開2019-13788号公報JP 2019-13788 A

本明細書等に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、穿刺に係る負荷を低減することである。ただし、本明細書等に開示の実施形態により解決される課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を、本明細書等に開示の実施形態が解決する他の課題として位置づけることもできる。 One of the problems to be solved by the embodiments disclosed in this specification and the like is to reduce the load associated with puncturing. However, the problems to be solved by the embodiments disclosed in this specification and the like are not limited to the above problems. A problem corresponding to each effect of each configuration shown in the embodiments described later can be positioned as another problem to be solved by the embodiments disclosed in this specification and the like.

実施形態の穿刺支援装置は、取得部と、算出部と、制御部とを備える。取得部は、穿刺計画に基づいて設定される被検体に対する穿刺位置の情報を取得する。算出部は、前記穿刺位置の情報における前記被検体の位置情報と、前記被検体から収集されたリアルタイムの超音波画像に基づく被検体の位置情報との差分を算出する。制御部は、前記穿刺計画に基づいて前記被検体に対して刺入される穿刺針を保持するロボットアームの位置を、前記差分を用いて調整するように制御する。 A puncture assistance device according to an embodiment includes an acquisition unit, a calculation unit, and a control unit. The acquisition unit acquires information on the puncture position for the subject set based on the puncture plan. The calculation unit calculates a difference between the position information of the subject in the puncture position information and the position information of the subject based on real-time ultrasonic images acquired from the subject. The control unit controls a position of a robot arm holding a puncture needle to be inserted into the subject based on the puncture plan so as to adjust the position using the difference.

図1は、第1の実施形態に係る穿刺支援システムの一例を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a puncture support system according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment. 図3は、第1の実施形態に係るロボットアーム装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the robot arm device according to the first embodiment. 図4は、第1の実施形態に係る穿刺針を保持するアームの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an arm that holds a puncture needle according to the first embodiment; 図5は、第1の実施形態に係る超音波プローブを保持するアームの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an arm that holds an ultrasonic probe according to the first embodiment; 図6は、第1の実施形態に係る手技の手順を説明するためのフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart for explaining the procedure of the procedure according to the first embodiment. 図7は、第1の実施形態に係る穿刺計画の一例を模式的に示した図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of a puncture plan according to the first embodiment; 図8は、第1の実施形態に係るFusion機能の一例を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the Fusion function according to the first embodiment; 図9は、第1の実施形態に係る超音波画像を介した位置の指定の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of specifying a position via an ultrasound image according to the first embodiment. 図10は、第1の実施形態に係る表示制御機能による処理の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of processing by the display control function according to the first embodiment; 図11は、第1の実施形態に係る表示制御機能による処理の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of processing by the display control function according to the first embodiment; 図12は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の処理の手順を説明するためのフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart for explaining the processing procedure of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment. 図13は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の処理の手順を説明するためのフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart for explaining the processing procedure of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment.

以下、添付図面を参照して、本願に係る穿刺支援装置の実施形態を詳細に説明する。なお、本願に係る穿刺支援装置は、以下に示す実施形態によって限定されるものではない。また、以下の説明において、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a puncture assisting device according to the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the puncture assistance device according to the present application is not limited to the embodiments shown below. In addition, in the following description, common reference numerals are assigned to similar components, and duplicate descriptions are omitted.

(第1の実施形態)
まず、本願に係る穿刺支援装置を含む穿刺支援システムについて説明する。穿刺支援システムは、超音波診断装置とロボットアーム装置とを含み、ロボットアーム装置が保持した穿刺針を穿刺支援装置の制御によって調整する。図1は、第1の実施形態に係る穿刺支援システム1000の一例を模式的に示す図である。例えば、図に示すように、穿刺支援システム1000は、超音波診断装置(US装置)1と、ロボットアーム装置200とを含み、被検体に対する穿刺を支援する。
(First embodiment)
First, a puncture assistance system including a puncture assistance device according to the present application will be described. The puncture assistance system includes an ultrasonic diagnostic device and a robot arm device, and adjusts a puncture needle held by the robot arm device under control of the puncture assistance device. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a puncture support system 1000 according to the first embodiment. For example, as shown in the figure, a puncture support system 1000 includes an ultrasonic diagnostic device (US device) 1 and a robot arm device 200, and supports puncture of a subject.

超音波診断装置100は、超音波プローブ12を有し、超音波プローブ12によって送受信される超音波に基づいて超音波画像を生成する。例えば、超音波診断装置100は、超音波プローブ12によってスキャンされた被検体の穿刺対象の部位の超音波画像を生成する。 The ultrasonic diagnostic apparatus 100 has an ultrasonic probe 12 and generates an ultrasonic image based on ultrasonic waves transmitted and received by the ultrasonic probe 12 . For example, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 generates an ultrasonic image of the puncture target site of the subject scanned by the ultrasonic probe 12 .

ロボットアーム装置200は、例えば、ロボットアーム制御装置21と、アーム22aと、アーム22bと、アーム22cとを有する。アーム22aは、穿刺針31を保持し、ロボットアーム制御装置21による制御に基づいて、位置を変化させたり、穿刺針31を刺入方向(穿刺針31の長手方向)に移動させたりする。アーム22bは、穿刺針32を保持し、ロボットアーム制御装置21による制御に基づいて、位置を変化させたり、穿刺針31を刺入方向(穿刺針31の長手方向)に移動させたりする。アーム22cは、超音波プローブ12を保持し、ロボットアーム制御装置21による制御に基づいて、位置を変化させることで、被検体に対する超音波スキャンを実行させる。 The robot arm device 200 has, for example, a robot arm control device 21, an arm 22a, an arm 22b, and an arm 22c. The arm 22a holds the puncture needle 31 and changes its position or moves the puncture needle 31 in the insertion direction (longitudinal direction of the puncture needle 31) under the control of the robot arm control device 21. The arm 22b holds the puncture needle 32 and changes its position or moves the puncture needle 31 in the insertion direction (longitudinal direction of the puncture needle 31) under the control of the robot arm control device 21. The arm 22 c holds the ultrasonic probe 12 and changes its position based on the control by the robot arm control device 21 to execute an ultrasonic scan on the subject.

ロボットアーム制御装置21は、アーム22a、アーム22b及びアーム22cの位置を移動させることで、被検体に対する穿刺針31、穿刺針32及び超音波プローブ12の位置を調整する。ここで、ロボットアーム制御装置21は、穿刺支援装置から受信する制御信号に基づいて、アーム22a、アーム22b及びアーム22cの位置を制御することができる。すなわち、ロボットアーム制御装置21は、穿刺支援装置から受信した制御信号に含まれるアームの移動量に基づいて、アーム22a、アーム22b及びアーム22cを移動させる。なお、アーム22a、アーム22b及びアーム22cと被検体との位置関係は、被検体に取り付けられた位置センサ61bによって取得される位置情報に基づいて把握することが可能である。 The robot arm control device 21 adjusts the positions of the puncture needle 31, the puncture needle 32, and the ultrasonic probe 12 with respect to the subject by moving the positions of the arms 22a, 22b, and 22c. Here, the robot arm control device 21 can control the positions of the arms 22a, 22b, and 22c based on control signals received from the puncture support device. That is, the robot arm control device 21 moves the arms 22a, 22b, and 22c based on the amount of movement of the arms included in the control signal received from the puncture support device. The positional relationship between the arms 22a, 22b, and 22c and the subject can be grasped based on the positional information acquired by the position sensor 61b attached to the subject.

穿刺支援装置は、ロボットアーム装置200に対して制御信号を送信することで、ロボットアーム装置200のアーム22a、アーム22b及びアーム22cの位置を調整して、被検体に対する穿刺を支援する。ここで、本願に係る穿刺支援装置は、穿刺に係る負荷を低減することができる。具体的には、穿刺支援装置は、穿刺計画に沿って行う穿刺において、術者に係る負荷を低減することを可能にする。 The puncture assistance device transmits a control signal to the robot arm device 200 to adjust the positions of the arms 22a, 22b, and 22c of the robot arm device 200, thereby assisting the puncture of the subject. Here, the puncture assistance device according to the present application can reduce the load related to puncture. Specifically, the puncture support device makes it possible to reduce the burden on the operator when performing puncture according to a puncture plan.

上述したように、穿刺を行う場合には、事前に撮像したCT(Computed Tomography)やMRI(Magnetic Resonance Imaging)等の3次元の画像に基づいて穿刺計画が立てられ、この穿刺計画に沿って穿刺が実行される。しかしながら、穿刺計画では、被検体内の臓器を剛体として扱うため、穿刺時における被検体の体位や呼吸の変化による臓器の変形が原因でズレが生じ、穿刺針の刺入が必ずしも計画通りに実施できるとは限らない。したがって、このズレを補正することが必要になるが、リアルタイムで収集する超音波画像の2次元情報からでは、補正方向や補正量を的確に把握することが困難である。また、リアルタイムの超音波画像を収集するためには、穿刺針の位置による制限が加わることから、超音波プローブの位置や角度の調整が難しくなる。また、Fusion機能を用いることで、補正方向や補正量を算出することができるが、算出した補正方向や補正量を、穿刺針の位置や角度に対してどのように適用させるべきかを把握することも容易ではない。 As described above, when performing a puncture, a puncture plan is made based on a three-dimensional image such as CT (Computed Tomography) or MRI (Magnetic Resonance Imaging) captured in advance, and the puncture is performed according to this plan. is executed. However, in the puncture planning, since the organs in the subject are treated as rigid bodies, deviations occur due to deformation of the organs due to changes in the subject's posture and respiration during puncture, and the insertion of the puncture needle does not necessarily go as planned. Not always possible. Therefore, it is necessary to correct this deviation, but it is difficult to accurately grasp the correction direction and correction amount from the two-dimensional information of the ultrasonic image acquired in real time. In addition, in order to acquire real-time ultrasound images, it is difficult to adjust the position and angle of the ultrasound probe due to the restriction imposed by the position of the puncture needle. Also, by using the Fusion function, it is possible to calculate the correction direction and correction amount, but it is necessary to grasp how the calculated correction direction and correction amount should be applied to the position and angle of the puncture needle. It's not easy either.

また、複数穿刺を行う場合には、術者には高いスキルが求められる。かかる場合、術者には、例えば、体内に配置される複数の穿刺針と臓器の関係とを3次元的に把握することや、穿刺針の視認が可能かつ穿刺のために適切な位置に超音波プローブを配置してスキャンを行うこと等が求められる。 Moreover, when performing multiple punctures, the operator is required to have high skill. In such a case, for example, the operator must be able to three-dimensionally grasp the relationship between a plurality of puncture needles placed in the body and the organ, and must be able to visually recognize the puncture needle and place it in an appropriate position for puncture. It is required to arrange a sound wave probe and perform a scan.

このように、穿刺では、術者に対して様々な負荷がかかることから、本願に係る穿刺支援装置は、ロボットアーム装置200を制御して、穿刺針を穿刺計画に沿った穿刺位置に配置するとともに、リアルタイムの超音波画像をもとに穿刺針の位置を調整することで、穿刺に係る負荷を低減することを可能にする。また、さらに、穿刺支援装置は、生体信号センサ62によって取得される情報に基づいて被検体の体動を検出し、検出した体動に合わせてロボットアーム装置200を制御することも可能である。 In this way, since puncturing places various loads on the operator, the puncture support device according to the present application controls the robot arm device 200 to place the puncture needle at the puncture position according to the puncture plan. In addition, by adjusting the position of the puncture needle based on real-time ultrasound images, it is possible to reduce the load associated with puncture. Furthermore, the puncture assistance device can detect body movement of the subject based on information acquired by the biological signal sensor 62 and control the robot arm device 200 in accordance with the detected body movement.

以下、本願の第1の実施形態の詳細について説明する。なお、第1の実施形態では、本願に係る穿刺支援装置が超音波診断装置に含まれる場合を例に挙げて説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、以下で説明する超音波診断装置で実行される各種処理を上記した穿刺支援システム1000におけるいずれの装置において実行される場合でもよい。また、上記した穿刺支援システム1000に対してさらに穿刺支援装置が接続され、接続された穿刺支援装置が以下で説明する超音波診断装置で実行される各種処理を実行する場合でもよい。 Details of the first embodiment of the present application will be described below. In the first embodiment, a case in which the puncture assisting apparatus according to the present application is included in an ultrasonic diagnostic apparatus will be described as an example, but the embodiment is not limited to this. That is, the various processes executed by the ultrasonic diagnostic apparatus described below may be executed by any device in the puncture support system 1000 described above. Further, a puncture assistance apparatus may be further connected to the puncture assistance system 1000 described above, and the connected puncture assistance apparatus may execute various processes executed by the ultrasonic diagnostic apparatus described below.

図2は、第1の実施形態に係る超音波診断装置100の構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置100は、超音波プローブ12と、ディスプレイ13と、入力インターフェース14と、装置本体15とを有し、超音波プローブ12と、ディスプレイ13と、入力インターフェース14とが装置本体15と通信可能に接続される。そして、本実施形態に係る超音波診断装置100は、さらに、ロボットアーム装置200と通信可能に接続される。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to this embodiment includes an ultrasonic probe 12, a display 13, an input interface 14, and an apparatus body 15. The ultrasonic probe 12 and the display 13 , the input interface 14 is communicatively connected to the device body 15 . Further, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the present embodiment is further communicably connected to the robot arm apparatus 200 .

また、超音波診断装置100は、位置センサ61a、位置センサ61b、トランスミッタ61c、生体信号センサ62と接続される。 The ultrasonic diagnostic apparatus 100 is also connected to a position sensor 61a, a position sensor 61b, a transmitter 61c, and a biological signal sensor 62. FIG.

位置センサ61aは、例えば、磁気センサであり、超音波プローブ12に取り付けられる。位置センサ61bは、例えば、磁気センサであり、被検体に取り付けられる。トランスミッタ61cは、自装置を中心として外側に向かって磁場を形成する装置であり、装置本体15の近傍の任意の位置に配置される。位置センサ61a、位置センサ61b及びトランスミッタ61cは、超音波プローブ12の位置情報と被検体の位置情報とを検出するための位置検出システムである。 The position sensor 61 a is, for example, a magnetic sensor and attached to the ultrasonic probe 12 . The position sensor 61b is, for example, a magnetic sensor and attached to the subject. The transmitter 61c is a device that forms a magnetic field outward from its center, and is arranged at an arbitrary position near the device main body 15 . The position sensor 61a, the position sensor 61b, and the transmitter 61c are a position detection system for detecting position information of the ultrasonic probe 12 and position information of the subject.

位置センサ61aは、トランスミッタ61cによって形成された3次元の磁場の強度と傾きとを検出する。そして、位置センサ61aは、検出した磁場の情報に基づいて、トランスミッタ61cを原点とする空間における自装置の位置(座標及び角度)を算出し、算出した位置を装置本体15に送信する。ここで、位置センサ61aは、自装置が位置する3次元の座標及び角度を、超音波プローブ12の3次元位置情報として、装置本体15に送信する。これにより、装置本体15は、トランスミッタ61cを原点とする空間における超音波画像の位置を算出することができる。 The position sensor 61a detects the intensity and gradient of the three-dimensional magnetic field produced by the transmitter 61c. Then, the position sensor 61a calculates the position (coordinates and angles) of its own device in the space with the transmitter 61c as the origin based on the detected magnetic field information, and transmits the calculated position to the device body 15. FIG. Here, the position sensor 61a transmits the three-dimensional coordinates and angle of its own device to the device main body 15 as three-dimensional position information of the ultrasonic probe 12 . Thereby, the device main body 15 can calculate the position of the ultrasonic image in the space with the transmitter 61c as the origin.

また、位置センサ61bは、被検体上に複数配置され、トランスミッタ61cによって形成された3次元の磁場の強度と傾きとを検出する。そして、位置センサ61bは、検出した磁場の情報に基づいて、トランスミッタ61cを原点とする空間における自装置の位置(座標及び角度)を算出し、算出した位置を装置本体15に送信する。ここで、位置センサ61bは、自装置が位置する3次元の座標及び角度を、被検体の3次元位置情報として、装置本体15に送信する。装置本体15は、複数の位置センサ61bからそれぞれ受信した被検体の3次元位置情報(被検体における各位置センサ61bが取り付けられた位置の3次元位置情報)と、予め入力された被検体の形状及びサイズの情報とから、トランスミッタ61cを原点とする空間における被検体の各位置を算出することができる。 A plurality of position sensors 61b are arranged on the subject and detect the strength and inclination of the three-dimensional magnetic field formed by the transmitter 61c. Then, the position sensor 61b calculates the position (coordinates and angles) of its own device in the space with the transmitter 61c as the origin based on the detected magnetic field information, and transmits the calculated position to the device body 15. FIG. Here, the position sensor 61b transmits the three-dimensional coordinates and angle of its own device to the device body 15 as three-dimensional position information of the subject. The device main body 15 receives three-dimensional positional information of the subject (three-dimensional positional information of the position of the subject where each position sensor 61b is attached) received from each of the plurality of position sensors 61b, and pre-input shape of the subject. and size information, each position of the subject in the space with the transmitter 61c as the origin can be calculated.

なお、本実施形態は、上記の位置検出システム以外のシステムにより、超音波プローブ12及び被検体の位置情報を取得する場合であっても適用可能である。例えば、本実施形態は、ジャイロセンサや加速度センサ等を用いて、超音波プローブ12及び被検体の位置情報を取得する場合でも良い。 Note that this embodiment can be applied even when the position information of the ultrasonic probe 12 and the subject is acquired by a system other than the position detection system described above. For example, in the present embodiment, a gyro sensor, an acceleration sensor, or the like may be used to obtain the position information of the ultrasonic probe 12 and the subject.

生体信号センサ62は、被検体の呼吸を検出するセンサや、ECG(electrocardiogram)を検出するセンサ、体表の動きを検出する体表センサ等である。生体信号センサ62は、被検体から取得した呼吸情報、ECG情報、体表の動き情報を装置本体15に送信する。 The biological signal sensor 62 is a sensor that detects respiration of the subject, a sensor that detects an ECG (electrocardiogram), a body surface sensor that detects movement of the body surface, or the like. The biomedical signal sensor 62 transmits respiratory information, ECG information, and body surface movement information acquired from the subject to the apparatus main body 15 .

超音波プローブ12は、装置本体15に含まれる送受信回路151に接続される。超音波プローブ12は、例えば、プローブ本体に複数の圧電振動子を有し、これら複数の圧電振動子は、送受信回路151から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ12は、被検体からの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ12は、プローブ本体において、圧電振動子に設けられる整合層と、圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。なお、超音波プローブ12は、装置本体15と着脱自在に接続される。例えば、超音波プローブ12は、セクタ型、リニア型又はコンベックス型などの超音波プローブである。 The ultrasonic probe 12 is connected to a transmission/reception circuit 151 included in the device body 15 . The ultrasonic probe 12 has, for example, a plurality of piezoelectric transducers in its probe body, and these piezoelectric transducers generate ultrasonic waves based on drive signals supplied from the transmission/reception circuit 151 . The ultrasonic probe 12 also receives reflected waves from the subject and converts them into electrical signals. Further, the ultrasonic probe 12 has, in the probe main body, a matching layer provided on the piezoelectric vibrator, a backing material for preventing ultrasonic waves from propagating backward from the piezoelectric vibrator, and the like. The ultrasonic probe 12 is detachably connected to the device body 15 . For example, the ultrasonic probe 12 is a sector type, linear type or convex type ultrasonic probe.

超音波プローブ12から被検体に超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体の体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ12が有する複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。 When ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe 12 to the subject, the transmitted ultrasonic waves are successively reflected by discontinuous surfaces of acoustic impedance in the body tissue of the subject, and the ultrasonic probe 12 emits a reflected wave signal. received by a plurality of piezoelectric vibrators. The amplitude of the received reflected wave signal depends on the difference in acoustic impedance at the discontinuity from which the ultrasonic waves are reflected. When the transmitted ultrasonic pulse is reflected by the moving blood flow or the surface of the heart wall, the reflected wave signal depends on the velocity component of the moving object in the ultrasonic transmission direction due to the Doppler effect. subject to frequency shifts.

なお、本実施形態は、複数の圧電振動子が一列で配置された1次元超音波プローブである超音波プローブ12により、被検体を2次元でスキャンする場合であっても、1次元超音波プローブの複数の圧電振動子を機械的に揺動する超音波プローブ12や複数の圧電振動子が格子状に2次元で配置された2次元超音波プローブである超音波プローブ12により、被検体を3次元でスキャンする場合であっても、適用可能である。 In this embodiment, even when the subject is scanned two-dimensionally by the ultrasonic probe 12, which is a one-dimensional ultrasonic probe in which a plurality of piezoelectric transducers are arranged in a line, the one-dimensional ultrasonic probe The ultrasonic probe 12 mechanically oscillates a plurality of piezoelectric transducers or the ultrasonic probe 12, which is a two-dimensional ultrasonic probe in which a plurality of piezoelectric transducers are arranged two-dimensionally in a grid pattern, vibrates the subject into three It is applicable even when scanning in dimensions.

ディスプレイ13は、超音波診断装置100の操作者が入力インターフェース14を用いて各種設定要求を入力するためのGUI(Graphical User Interface)を表示したり、装置本体15において生成された超音波画像等を表示したりする。また、ディスプレイ13は、装置本体15の処理状況や処理結果を操作者に通知するために、各種のメッセージや表示情報を表示する。また、ディスプレイ13は、スピーカーを有し、音声を出力することもできる。 The display 13 displays a GUI (Graphical User Interface) for the operator of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 to input various setting requests using the input interface 14, and displays ultrasonic images and the like generated in the apparatus main body 15. to display. Further, the display 13 displays various messages and display information in order to notify the operator of the processing status and processing results of the device body 15 . The display 13 also has a speaker and can output sound.

入力インターフェース14は、所定の位置(例えば、関心領域等)の設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチモニタ、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インターフェース14は、後述する処理回路155に接続されており、操作者から受け付けた入力操作を電気信号へ変換し処理回路155へと出力する。なお、本明細書において入力インターフェース14は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路155へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェースの例に含まれる。 The input interface 14 includes a trackball for setting a predetermined position (for example, a region of interest, etc.), a switch button, a mouse, a keyboard, a touch pad for performing input operations by touching the operation surface, a display screen and a touch pad. It is realized by a touch monitor integrated with and a non-contact input circuit using an optical sensor, an audio input circuit, and the like. The input interface 14 is connected to a processing circuit 155 to be described later, converts an input operation received from an operator into an electric signal, and outputs the electric signal to the processing circuit 155 . It should be noted that the input interface 14 in this specification is not limited to having physical operation parts such as a mouse and a keyboard. For example, the input interface includes an electrical signal processing circuit that receives an electrical signal corresponding to an input operation from an external input device provided separately from the device and outputs the electrical signal to the processing circuit 155 .

装置本体15は、送受信回路151と、Bモード処理回路152と、ドプラ処理回路153と、メモリ154と、処理回路155と、通信インターフェース156とを有する。図2に示す超音波診断装置1においては、各処理機能がコンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ154へ記憶されている。送受信回路151、Bモード処理回路152、ドプラ処理回路153、及び、処理回路155は、メモリ154からプログラムを読み出して実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各回路は、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。 The device main body 15 has a transmission/reception circuit 151 , a B-mode processing circuit 152 , a Doppler processing circuit 153 , a memory 154 , a processing circuit 155 and a communication interface 156 . In the ultrasonic diagnostic apparatus 1 shown in FIG. 2, each processing function is stored in the memory 154 in the form of a computer-executable program. The transmission/reception circuit 151, the B-mode processing circuit 152, the Doppler processing circuit 153, and the processing circuit 155 are processors that read and execute programs from the memory 154 to implement functions corresponding to each program. In other words, each circuit with each program read has a function corresponding to the read program.

送受信回路151は、パルス発生器、送信遅延回路、パルサ等を有し、超音波プローブ12に駆動信号を供給する。パルス発生器は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、送信遅延回路は、超音波プローブ12から発生される超音波をビーム状に集束し、かつ送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生器が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサは、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ12に駆動信号(駆動パルス)を印加する。すなわち、送信遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面から送信される超音波の送信方向を任意に調整する。 The transmission/reception circuit 151 has a pulse generator, a transmission delay circuit, a pulser, and the like, and supplies drive signals to the ultrasonic probe 12 . A pulse generator repeatedly generates rate pulses at a predetermined rate frequency to form a transmitted ultrasound wave. In addition, the transmission delay circuit focuses the ultrasonic waves generated from the ultrasonic probe 12 into a beam, and the pulse generator generates a delay time for each piezoelectric transducer necessary for determining the transmission directivity. given for each rate pulse. Also, the pulsar applies a driving signal (driving pulse) to the ultrasonic probe 12 at a timing based on the rate pulse. That is, the transmission delay circuit arbitrarily adjusts the transmission direction of the ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric transducer surface by changing the delay time given to each rate pulse.

なお、送受信回路151は、後述する処理回路155の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。 The transmitting/receiving circuit 151 has a function capable of instantaneously changing the transmission frequency, the transmission drive voltage, etc. in order to execute a predetermined scan sequence based on instructions from the processing circuit 155, which will be described later. In particular, the change of the transmission drive voltage is realized by a linear amplifier type oscillator circuit capable of instantaneously switching the value or by a mechanism for electrically switching between a plurality of power supply units.

また、送受信回路151は、プリアンプ、A/D(Analog/Digital)変換器、受信遅延回路、加算器等を有し、超音波プローブ12が受信した反射波信号に対して各種処理を行って反射波データを生成する。プリアンプは、反射波信号をチャネル毎に増幅する。A/D変換器は、増幅された反射波信号をA/D変換する。受信遅延回路は、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延回路によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。 Further, the transmission/reception circuit 151 has a preamplifier, an A/D (Analog/Digital) converter, a reception delay circuit, an adder, etc., and performs various processing on the reflected wave signal received by the ultrasonic probe 12 to Generate wave data. A preamplifier amplifies the reflected wave signal for each channel. The A/D converter A/D converts the amplified reflected wave signal. A reception delay circuit provides a delay time required to determine reception directivity. The adder adds the reflected wave signals processed by the reception delay circuit to generate reflected wave data. The addition processing of the adder emphasizes the reflection component from the direction corresponding to the reception directivity of the reflected wave signal, and the reception directivity and the transmission directivity form a comprehensive beam for ultrasonic wave transmission/reception.

Bモード処理回路152は、送受信回路151から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理等を行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ(Bモードデータ)を生成する。 The B-mode processing circuit 152 receives the reflected wave data from the transmitting/receiving circuit 151, performs logarithmic amplification, envelope detection processing, etc., and generates data (B-mode data) in which the signal strength is represented by brightness of luminance. .

ドプラ処理回路153は、送受信回路151から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、速度、分散、パワー等の移動体情報を多点について抽出したデータ(ドプラデータ)を生成する。例えば、移動体は、血管内を流動する血液や、リンパ管内を流動するリンパ液等の流体である。 The Doppler processing circuit 153 frequency-analyzes velocity information from the reflected wave data received from the transmission/reception circuit 151, extracts blood flow, tissue, and contrast agent echo components due to the Doppler effect, and obtains moving body information such as velocity, dispersion, and power. Data extracted from multiple points (Doppler data) is generated. For example, the moving body is fluid such as blood flowing in blood vessels and lymph fluid flowing in lymphatic vessels.

なお、Bモード処理回路152及びドプラ処理回路153は、2次元の反射波データ及び3次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、Bモード処理回路152は、2次元の反射波データから2次元のBモードデータを生成し、3次元の反射波データから3次元のBモードデータを生成する。また、ドプラ処理回路153は、2次元の反射波データから2次元のドプラデータを生成し、3次元の反射波データから3次元のドプラデータを生成する。3次元のBモードデータは、3次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点(サンプル点)それぞれに位置する反射源の反射強度に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。また、3次元のドプラデータは、3次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点(サンプル点)それぞれに、血流情報(速度、分散、パワー)の値に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。 The B-mode processing circuit 152 and the Doppler processing circuit 153 can process both two-dimensional reflected wave data and three-dimensional reflected wave data. That is, the B-mode processing circuit 152 generates two-dimensional B-mode data from the two-dimensional reflected wave data, and generates three-dimensional B-mode data from the three-dimensional reflected wave data. The Doppler processing circuit 153 also generates two-dimensional Doppler data from the two-dimensional reflected wave data, and generates three-dimensional Doppler data from the three-dimensional reflected wave data. The three-dimensional B-mode data is data to which luminance values corresponding to the reflection intensity of the reflection source located at each of a plurality of points (sample points) set on each scanning line in the three-dimensional scanning range are assigned. In the three-dimensional Doppler data, each of a plurality of points (sample points) set on each scanning line in the three-dimensional scanning range is assigned a brightness value corresponding to the value of blood flow information (velocity, dispersion, power). data.

また、Bモード処理回路152及びドプラ処理回路153は、複数の2次元の反射波データを合成して3次元の反射波データを生成し、生成した反射波データから3次元のデータを生成することもできる。例えば、Bモード処理回路152は、複数の2次元の反射波データを合成して3次元の反射波データを生成し、生成した3次元の反射波データから3次元のBモードデータを生成する。また、ドプラ処理回路153は、複数の2次元の反射波データを合成して3次元の反射波データを生成し、生成した3次元の反射波データから3次元のドプラデータを生成する。 The B-mode processing circuit 152 and the Doppler processing circuit 153 combine a plurality of two-dimensional reflected wave data to generate three-dimensional reflected wave data, and generate three-dimensional data from the generated reflected wave data. can also For example, the B-mode processing circuit 152 combines a plurality of two-dimensional reflected wave data to generate three-dimensional reflected wave data, and generates three-dimensional B-mode data from the generated three-dimensional reflected wave data. The Doppler processing circuit 153 also generates three-dimensional reflected wave data by synthesizing a plurality of two-dimensional reflected wave data, and generates three-dimensional Doppler data from the generated three-dimensional reflected wave data.

メモリ154は、処理回路155が生成した表示用の画像データを記憶する。また、メモリ154は、Bモード処理回路152やドプラ処理回路153が生成したデータを記憶することも可能である。また、メモリ154は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報(例えば、患者ID、医師の所見等)や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、メモリ154は、位置センサ61a、位置センサ61b、生体信号センサ62から受信した各種情報を記憶する。 The memory 154 stores image data for display generated by the processing circuit 155 . The memory 154 can also store data generated by the B-mode processing circuit 152 and the Doppler processing circuit 153 . In addition, the memory 154 stores control programs for transmitting and receiving ultrasonic waves, image processing, and display processing, diagnostic information (for example, patient ID, doctor's findings, etc.), various data such as diagnostic protocols and various body marks. do. In addition, the memory 154 stores various information received from the position sensor 61a, the position sensor 61b, and the biological signal sensor 62. FIG.

通信インターフェース156は、処理回路155に接続されており、超音波診断装置100と各装置との間で行われる通信を制御する。具体的には、通信インターフェース156は、各装置から各種の情報を受信し、受信した情報を処理回路155に出力する。例えば、通信インターフェース156は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、NIC(Network Interface Controller)等によって実現される。例えば、通信インターフェース156は、処理回路155から受け付けた制御信号をロボットアーム装置200に対して送信する。 The communication interface 156 is connected to the processing circuit 155 and controls communications between the ultrasonic diagnostic apparatus 100 and each apparatus. Specifically, the communication interface 156 receives various information from each device and outputs the received information to the processing circuit 155 . For example, the communication interface 156 is implemented by a network card, network adapter, NIC (Network Interface Controller), or the like. For example, the communication interface 156 transmits the control signal received from the processing circuit 155 to the robot arm device 200 .

処理回路155は、超音波診断装置100の処理全体を制御する。具体的には、処理回路155は、図2に示す制御機能155a、画像生成機能155b、取得機能155c、算出機能155d、アーム制御機能155e、表示制御機能156fに対応するプログラムをメモリ154から読み出して実行することで、種々の処理を行う。例えば、処理回路155は、各プログラムをメモリ154から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路155は、図2の処理回路155内に示された各機能を有することとなる。 The processing circuitry 155 controls the entire processing of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 . Specifically, the processing circuit 155 reads from the memory 154 programs corresponding to the control function 155a, the image generation function 155b, the acquisition function 155c, the calculation function 155d, the arm control function 155e, and the display control function 156f shown in FIG. By executing it, various processes are performed. For example, the processing circuit 155 is a processor that reads out each program from the memory 154 and executes it to implement the function corresponding to each program. In other words, the processing circuit 155 with each program read has each function shown in the processing circuit 155 of FIG.

ここで、制御機能155aは、取得部の一例である。取得機能155cは、生体情報取得部の一例である。また、算出機能155dは、算出部の一例である。また、アーム制御機能155eは、制御部の一例である。また、表示制御機能156fは、表示制御部の一例である。なお、本実施形態においては、単一の処理回路155にて、以下に説明する各処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。 Here, the control function 155a is an example of an acquisition unit. Acquisition function 155c is an example of a biometric information acquisition unit. Also, the calculation function 155d is an example of a calculation unit. Also, the arm control function 155e is an example of a control unit. Also, the display control function 156f is an example of a display control unit. In this embodiment, a single processing circuit 155 is assumed to implement each processing function described below. may implement the function by executing the program.

制御機能155aは、入力インターフェース14を介して操作者から入力された各種設定要求や、メモリ154から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信回路151、Bモード処理回路152、ドプラ処理回路153の処理を制御する。 The control function 155a controls the transmission/reception circuit 151, the B-mode processing circuit 152, and the Doppler processing circuit based on various setting requests input by the operator via the input interface 14 and various control programs and various data read from the memory 154. 153 processing is controlled.

また、制御機能155aは、通信インターフェース156を介して、事前に計画された穿刺計画の情報を取得する。例えば、制御機能155aは、CT装置や、MRI装置、超音波診断装置によって収集された3次元の医用画像データの基づいて立てられた穿刺計画を取得する。すなわち、制御機能155aは、穿刺計画に基づいて設定される被検体に対する穿刺位置の情報を取得する。 In addition, the control function 155a acquires information on a preplanned puncture plan via the communication interface 156. FIG. For example, the control function 155a acquires a puncture plan based on three-dimensional medical image data acquired by a CT device, MRI device, or ultrasonic diagnostic device. That is, the control function 155a acquires information on the puncture position for the subject set based on the puncture plan.

画像生成機能155bは、Bモード処理回路152及びドプラ処理回路153が生成したデータから超音波画像データを生成する。すなわち、画像生成機能155bは、Bモード処理回路152が生成した2次元のBモードデータから反射波の強度を輝度にて表したBモード画像データを生成する。Bモード画像データは、超音波走査された領域内の組織形状が描出されたデータとなる。また、画像生成機能155bは、ドプラ処理回路153が生成した2次元のドプラデータから移動体情報を表すドプラ画像データを生成する。ドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又は、これらを組み合わせた画像データである。ドプラ画像データは、超音波走査された領域内を流動する流体に関する流体情報を示すデータとなる。 The image generation function 155b generates ultrasound image data from the data generated by the B-mode processing circuit 152 and the Doppler processing circuit 153. FIG. That is, the image generation function 155b generates B-mode image data representing the intensity of the reflected wave by luminance from the two-dimensional B-mode data generated by the B-mode processing circuit 152. FIG. The B-mode image data is data representing the tissue shape in the ultrasonically scanned region. Further, the image generation function 155b generates Doppler image data representing moving body information from the two-dimensional Doppler data generated by the Doppler processing circuit 153. FIG. Doppler image data is velocity image data, variance image data, power image data, or image data combining these. The Doppler image data is data representing fluid information about fluid flowing within the ultrasonically scanned region.

ここで、画像生成機能155bは、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換(スキャンコンバート)し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成機能155bは、超音波プローブ12による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成機能155bは、スキャンコンバート以外に種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理(平滑化処理)や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理(エッジ強調処理)等を行なう。また、画像生成機能155bは、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。 Here, the image generating function 155b generally converts (scan-converts) a scanning line signal train of ultrasonic scanning into a scanning line signal train of a video format typified by television, etc., and converts the ultrasonic wave for display. Generate image data. Specifically, the image generating function 155b performs coordinate conversion according to the scanning mode of ultrasonic waves by the ultrasonic probe 12, thereby generating ultrasonic image data for display. In addition, the image generation function 155b performs various image processing other than scan conversion, such as image processing (smoothing processing) for regenerating an average brightness image using a plurality of image frames after scan conversion, Image processing (edge enhancement processing) or the like using a differential filter is performed within the image. Further, the image generating function 155b synthesizes character information of various parameters, scales, body marks, etc. with the ultrasonic image data.

すなわち、Bモードデータ及びドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成機能155bが生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Bモードデータ及びドプラデータは、生データ(Raw Data)とも呼ばれる。 That is, the B-mode data and Doppler data are ultrasound image data before scan conversion processing, and the data generated by the image generation function 155b are ultrasound image data for display after scan conversion processing. B-mode data and Doppler data are also called raw data.

更に、画像生成機能155bは、Bモード処理回路152が生成した3次元のBモードデータに対して座標変換を行なうことで、3次元のBモード画像データを生成する。また、画像生成機能155bは、ドプラ処理回路153が生成した3次元のドプラデータに対して座標変換を行なうことで、3次元のドプラ画像データを生成する。すなわち、3次元のBモードデータ及び3次元のドプラデータは、スキャンコンバート処理前のボリュームデータであり、3次元のBモード画像データ及び3次元のドプラ画像データは、スキャンコンバート後のボリュームデータである。 Further, the image generation function 155b performs coordinate transformation on the three-dimensional B-mode data generated by the B-mode processing circuit 152 to generate three-dimensional B-mode image data. The image generation function 155b also performs coordinate transformation on the three-dimensional Doppler data generated by the Doppler processing circuit 153 to generate three-dimensional Doppler image data. That is, the three-dimensional B-mode data and three-dimensional Doppler data are volume data before scan conversion processing, and the three-dimensional B-mode image data and three-dimensional Doppler image data are volume data after scan conversion. .

更に、画像生成機能155bは、ボリュームデータをディスプレイ13にて表示するための各種の2次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対してレンダリング処理を行なうことができる。 Furthermore, the image generation function 155b can perform rendering processing on volume data in order to generate various types of two-dimensional image data for displaying the volume data on the display 13. FIG.

取得機能155cは、位置センサ61aによって取得された超音波プローブ12の3次元位置情報を取得する。また、取得機能155cは、複数の位置センサ61bによって取得された被検体の3次元位置情報をそれぞれ取得する。また、取得機能155cは、生体信号センサ62によって取得された呼吸情報、心電図、体表の動き情報などを取得する。 The acquisition function 155c acquires the three-dimensional position information of the ultrasonic probe 12 acquired by the position sensor 61a. Also, the acquisition function 155c acquires the three-dimensional position information of the subject acquired by the plurality of position sensors 61b. In addition, the acquisition function 155c acquires respiratory information, an electrocardiogram, body surface movement information, and the like acquired by the biological signal sensor 62 .

算出機能155dは、穿刺計画時の被検体の位置情報と、穿刺実施時の被検体の位置情報とのズレを算出する。具体的には、算出機能155dは、穿刺計画時の体表と臓器の位置関係と、穿刺実施時の体表と臓器の位置関係とのズレを算出する。例えば、算出機能155dは、穿刺位置の情報における被検体の位置情報と、被検体から収集されたリアルタイムの超音波画像に基づく被検体の位置情報との差分を算出する。 The calculation function 155d calculates the difference between the position information of the subject when planning the puncture and the position information of the subject when performing the puncture. Specifically, the calculation function 155d calculates the deviation between the positional relationship between the body surface and the organ when planning the puncture and the positional relationship between the body surface and the organ when performing the puncture. For example, the calculation function 155d calculates the difference between the position information of the subject in the puncture position information and the position information of the subject based on real-time ultrasound images acquired from the subject.

アーム制御機能155eは、算出機能155dによって算出された位置情報のズレに基づいて、穿刺針を保持するロボットアーム装置200を制御する。具体的には、アーム制御機能155eは、まず、穿刺計画時の位置情報に基づく位置に穿刺針を配置するように、ロボットアーム装置200に対して制御信号を送信する。そして、アーム制御機能155eは、算出機能155dによって算出されたズレに応じて、穿刺針の位置や角度を調整するように、ロボットアーム装置200を制御する。例えば、アーム制御機能155eは、穿刺計画に基づいて被検体に対して刺入される穿刺針を保持するアームの位置を、差分を用いて調整するように、ロボットアーム装置200に対して制御信号を送信する。 The arm control function 155e controls the robot arm device 200 that holds the puncture needle based on the position information deviation calculated by the calculation function 155d. Specifically, the arm control function 155e first transmits a control signal to the robot arm device 200 so as to place the puncture needle at the position based on the position information at the time of planning the puncture. The arm control function 155e controls the robot arm device 200 so as to adjust the position and angle of the puncture needle according to the deviation calculated by the calculation function 155d. For example, the arm control function 155e sends a control signal to the robot arm device 200 to adjust the position of the arm holding the puncture needle to be inserted into the subject based on the puncture plan using the difference. to send.

表示制御機能155fは、メモリ154が記憶する表示用の超音波画像データ(以下、超音波画像とも記す)をディスプレイ13にて表示するように制御する。また、表示制御機能155fは、処理結果をディスプレイ13にて表示するように制御する。また、表示制御機能155fは、入力インターフェース14のタッチモニタにおける種々の情報の表示を制御する。 The display control function 155f controls the display 13 to display ultrasonic image data for display (hereinafter also referred to as an ultrasonic image) stored in the memory 154 . Further, the display control function 155f controls to display the processing result on the display 13. FIG. The display control function 155f controls display of various information on the touch monitor of the input interface 14. FIG.

図3は、第1の実施形態に係るロボットアーム装置200の構成の一例を示すブロック図である。図3に示すように、本実施形態に係るロボットアーム装置200は、ロボットアーム制御装置21と、アーム22aと、アーム22bと、アーム22cとを有する。また、ロボットアーム装置200は、アーム22a、アーム22b及びアーム22cに、位置センサ23a、位置センサ23b及び位置センサ23cを備える。そして、本実施形態に係るロボットアーム装置200は、さらに、超音波診断装置100と通信可能に接続される。また、ロボットアーム装置200は、生体信号センサ62と接続される。 FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the robot arm device 200 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the robot arm device 200 according to this embodiment has a robot arm control device 21, an arm 22a, an arm 22b, and an arm 22c. The robot arm device 200 also includes position sensors 23a, 23b and 23c on the arms 22a, 22b and 22c. Further, the robot arm device 200 according to this embodiment is connected to the ultrasonic diagnostic device 100 so as to be able to communicate therewith. The robot arm device 200 is also connected to the biosignal sensor 62 .

なお、図3においては、アーム22a、アーム22b及びアーム22cの3本のアームを有するロボットアーム装置200を示しているが、実施形態はこれに限定されるものではなく、穿刺針を保持するアームと超音波プローブ12を保持するアームとを有するものであればアームの本数は任意である。例えば、穿刺針を保持するアームを1本又は3本以上有する場合でもよく、超音波プローブ12を保持するアームを2本以上有する場合でもよい。 Although FIG. 3 shows the robot arm device 200 having three arms 22a, 22b, and 22c, the embodiment is not limited to this. and arms for holding the ultrasonic probe 12, the number of arms is arbitrary. For example, it may have one arm or three or more arms that hold the puncture needle, or it may have two or more arms that hold the ultrasonic probe 12 .

アーム22aは、穿刺針31を保持し、ロボットアーム制御装置21による制御のもと、穿刺針31を移動させる。具体的には、アーム22aは、穿刺針31を保持する保持部と、アームを駆動させるための駆動機構を有する。アーム22aは、モータやアクチュエータ等の駆動機構を備えた複数の可動部が、ロボットアーム制御装置21から受け付けた制御に応じて動くことによって、先端側に保持する穿刺針31を所望の位置に移動させる。ここで、アーム22aは、被検体に対して3次元の任意の位置に穿刺針31を配置することが可能となるように構成される。 Arm 22 a holds puncture needle 31 and moves puncture needle 31 under the control of robot arm control device 21 . Specifically, the arm 22a has a holder that holds the puncture needle 31 and a drive mechanism that drives the arm. The arm 22a moves the puncture needle 31 held on the distal end side to a desired position by moving a plurality of movable parts having drive mechanisms such as motors and actuators according to control received from the robot arm control device 21. Let Here, the arm 22a is configured so that the puncture needle 31 can be arranged at any three-dimensional position with respect to the subject.

アーム22bは、穿刺針32を保持し、ロボットアーム制御装置21による制御のもと、穿刺針32を移動させる。具体的には、アーム22bは、穿刺針32を保持する保持部と、アームを駆動させるための駆動機構を有する。アーム22bは、モータやアクチュエータ等の駆動機構を備えた複数の可動部が、ロボットアーム制御装置21から受け付けた制御に応じて動くことによって、先端側に保持する穿刺針32を所望の位置に移動させる。ここで、アーム22bは、被検体に対して3次元の任意の位置に穿刺針32を配置することが可能となるように構成される。 Arm 22 b holds puncture needle 32 and moves puncture needle 32 under the control of robot arm control device 21 . Specifically, the arm 22b has a holder that holds the puncture needle 32 and a drive mechanism that drives the arm. The arm 22b moves the puncture needle 32 held on the distal end side to a desired position by moving a plurality of movable parts having drive mechanisms such as motors and actuators according to control received from the robot arm control device 21. Let Here, the arm 22b is configured so that the puncture needle 32 can be arranged at any three-dimensional position with respect to the subject.

ここで、アーム22a及びアーム22bは、穿刺針31及び穿刺針32を針の長手方向に移動させることもできる。すなわち、アーム22a及びアーム22bは、ロボットアーム制御装置21の制御のもと、自動で穿刺針の挿入及び抜去を行うように構成することができる。図4は、第1の実施形態に係る穿刺針を保持するアームの一例を示す図である。例えば、アーム22aは、図4に示すように、アームの先端側にゴム製ローラー221を有する。ゴム製ローラー221は、モータやアクチュエータ等の駆動機構と接続され、複数のローラーの間に穿刺針31を挟むように保持し、複数のローラーの回転によって穿刺針31を針の長手方向に移動させる。 Here, the arms 22a and 22b can also move the puncture needles 31 and 32 in the longitudinal direction of the needles. That is, the arms 22a and 22b can be configured to automatically insert and remove the puncture needle under the control of the robot arm control device 21. FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an arm that holds a puncture needle according to the first embodiment; For example, the arm 22a has a rubber roller 221 on the tip side of the arm, as shown in FIG. The rubber rollers 221 are connected to a driving mechanism such as a motor or an actuator, hold the puncture needle 31 between a plurality of rollers, and move the puncture needle 31 in the longitudinal direction of the needle by rotating the plurality of rollers. .

ここで、ゴム製ローラー221は、穿刺針31が針の長手方向以外の方向に動かないように、穿刺針31を保持する。また、ゴム製ローラー221は、例えば、cm単位で穿刺針31を移動させることができる。すなわち、ゴム製ローラー221は、cm単位で穿刺針31を移動させるように、ローラーの回転が制御される。 Here, the rubber roller 221 holds the puncture needle 31 so that the puncture needle 31 does not move in any direction other than the longitudinal direction of the needle. Also, the rubber roller 221 can move the puncture needle 31 in centimeter units, for example. That is, the rotation of the rubber roller 221 is controlled so as to move the puncture needle 31 in centimeter units.

ここで、ゴム製ローラー221は、さらに、保持する穿刺針31を自動で開放することができる。例えば、ゴム製ローラー221は、圧力センサを有し、いずれかのローラーに対して閾値以上の圧力がかかった場合に、保持する穿刺針31を自動で開放する。これにより、例えば、被検体の体動や、アーム22aに対して外部から力がかかった場合などに対して、安全性を確保することができる。 Here, the rubber roller 221 can further automatically release the held puncture needle 31 . For example, the rubber roller 221 has a pressure sensor, and automatically releases the held puncture needle 31 when a pressure equal to or greater than a threshold value is applied to any of the rollers. As a result, for example, safety can be ensured against the subject's body movement and the case where an external force is applied to the arm 22a.

なお、アーム22bにおいても、上記したアーム22aの例と同様に、アームの先端側にゴム製ローラーを有することで、自動で穿刺針の挿入及び抜去を行うことができる。なお、アーム22a及びアーム22bは、入力インターフェース212を介して、穿刺針の保持力を調整することができる。例えば、術者は、入力インターフェース212を介して穿刺針の保持力を弱めることで、穿刺針31及び穿刺針32を手動で挿入させることができる。 Also in the arm 22b, similarly to the example of the arm 22a described above, by having a rubber roller on the distal end side of the arm, the puncture needle can be automatically inserted and removed. The arms 22a and 22b can adjust the holding force of the puncture needle via the input interface 212. FIG. For example, the operator can manually insert the puncture needles 31 and 32 by weakening the holding force of the puncture needles via the input interface 212 .

アーム22cは、超音波プローブ12を保持し、ロボットアーム制御装置21による制御のもと、超音波プローブ12を移動させる。具体的には、アーム22cは、超音波プローブ12を保持する保持部と、アームを駆動させるための駆動機構を有する。アーム22cは、モータやアクチュエータ等の駆動機構を備えた複数の可動部が、ロボットアーム制御装置21から受け付けた制御に応じて動くことによって、先端側に保持する超音波プローブ12を所望の位置に移動させる。ここで、アーム22cは、被検体に対して3次元の任意の位置に超音波プローブ12を配置することが可能となるように構成される。 The arm 22 c holds the ultrasonic probe 12 and moves the ultrasonic probe 12 under the control of the robot arm control device 21 . Specifically, the arm 22c has a holder that holds the ultrasonic probe 12 and a drive mechanism that drives the arm. The arm 22c moves the ultrasonic probe 12 held on the distal end side to a desired position by moving a plurality of movable parts having drive mechanisms such as motors and actuators according to control received from the robot arm control device 21. move. Here, the arm 22c is configured so that the ultrasonic probe 12 can be placed at any three-dimensional position with respect to the subject.

図5は、第1の実施形態に係る超音波プローブ12を保持するアームの一例を示す図である。例えば、図5に示すように、アーム22cは、先端側に超音波プローブ12を保持する。そして、アーム22cは、ロボットアーム制御装置21による制御のもと、アームの駆動機構が駆動することで、超音波プローブ12をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に移動させる。さらに、アーム22cは、ロボットアーム制御装置21による制御のもと、保持部の駆動機構が駆動することで、超音波プローブ12を矢印41~43の方向に回転させ、超音波プローブ12の向きを変化させる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of an arm that holds the ultrasonic probe 12 according to the first embodiment. For example, as shown in FIG. 5, the arm 22c holds the ultrasonic probe 12 on the distal end side. Under the control of the robot arm controller 21, the arm drive mechanism drives the arm 22c to move the ultrasonic probe 12 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Further, the arm 22c rotates the ultrasonic probe 12 in the directions of the arrows 41 to 43 by driving the drive mechanism of the holding portion under the control of the robot arm control device 21, thereby changing the orientation of the ultrasonic probe 12. change.

ここで、アーム22cの保持部は、さらに、保持する超音波プローブ12を自動で開放することができる。例えば、アーム22cの保持部は、圧力センサを有し、保持部に対して閾値以上の圧力がかかった場合に、保持する超音波プローブ12を自動で開放する。これにより、例えば、超音波スキャンの状態が悪い場合に、術者が超音波プローブ12をつかみいずれかの方向に力を加えることで、超音波プローブ12を容易に外すことができる。 Here, the holding portion of the arm 22c can further automatically release the held ultrasonic probe 12 . For example, the holding portion of the arm 22c has a pressure sensor, and automatically releases the held ultrasonic probe 12 when a pressure equal to or higher than a threshold is applied to the holding portion. As a result, for example, when the ultrasonic scanning condition is poor, the operator can easily remove the ultrasonic probe 12 by grasping the ultrasonic probe 12 and applying force in any direction.

また、アーム22cの保持部は、さらに、自動で超音波プローブ12を保持するように構成することもできる。具体的には、術者が超音波プローブ12を保持部に近づけることで、アーム22cの保持部は、超音波プローブ12を掴んで保持する。かかる場合には、例えば、アーム22cの保持部が非接触式のセンサなどを備え、非接触式のセンサからの信号に応じて、制御機能213aが、アーム22cの保持部を動かす。 Also, the holding portion of the arm 22c can be further configured to automatically hold the ultrasonic probe 12 . Specifically, when the operator brings the ultrasonic probe 12 closer to the holding part, the holding part of the arm 22c grabs and holds the ultrasonic probe 12 . In such a case, for example, the holding portion of the arm 22c is equipped with a non-contact sensor or the like, and the control function 213a moves the holding portion of the arm 22c according to the signal from the non-contact sensor.

図3に戻って、位置センサ23aは、トランスミッタ61cによって形成された3次元の磁場の強度と傾きとを検出する。そして、位置センサ23aは、検出した磁場の情報に基づいて、トランスミッタ61cを原点とする空間における自装置の位置(座標及び角度)を算出し、算出した位置をロボットアーム制御装置21に送信する。ここで、位置センサ23aは、自装置が位置する3次元の座標及び角度を、アーム22aの3次元位置情報として、ロボットアーム制御装置21に送信する。ロボットアーム制御装置21は、位置センサ23aが取り付けられた位置と、予め入力されたアーム22aの形状及びサイズの情報とから、トランスミッタ61cを原点とする空間におけるアーム22aの位置を算出することができる。 Returning to FIG. 3, position sensor 23a detects the strength and gradient of the three-dimensional magnetic field formed by transmitter 61c. Then, the position sensor 23 a calculates the position (coordinates and angles) of its own device in the space with the transmitter 61 c as the origin based on the detected magnetic field information, and transmits the calculated position to the robot arm control device 21 . Here, the position sensor 23a transmits the three-dimensional coordinates and angle of its own device to the robot arm control device 21 as three-dimensional position information of the arm 22a. The robot arm control device 21 can calculate the position of the arm 22a in the space with the transmitter 61c as the origin from the position where the position sensor 23a is attached and the information on the shape and size of the arm 22a that has been input in advance. .

同様に、位置センサ23b及び位置センサ23cは、トランスミッタ61cによって形成された3次元の磁場の強度と傾きとをそれぞれ検出する。そして、位置センサ23b及び位置センサ23cは、検出した磁場の情報に基づいて、トランスミッタ61cを原点とする空間における自装置の位置(座標及び角度)をそれぞれ算出し、算出した位置をロボットアーム制御装置21にそれぞれ送信する。ロボットアーム制御装置21は、位置センサ23b及び位置センサ23cが取り付けられた位置と、予め入力されたアーム22b及びアーム22cの形状及びサイズの情報とから、トランスミッタ61cを原点とする空間におけるアーム22b及びアーム22cの位置を算出することができる。 Similarly, position sensor 23b and position sensor 23c detect the strength and gradient of the three-dimensional magnetic field produced by transmitter 61c, respectively. Then, the position sensors 23b and 23c calculate the positions (coordinates and angles) of their own devices in the space with the transmitter 61c as the origin based on the detected magnetic field information, and transmit the calculated positions to the robot arm control device. 21 respectively. Based on the positions where the position sensors 23b and 23c are attached and information on the shapes and sizes of the arms 22b and 22c previously input, the robot arm control device 21 determines the positions of the arms 22b and 22c in the space with the transmitter 61c as the origin. The position of arm 22c can be calculated.

穿刺針31及び穿刺針32は、例えば、ラジオ波を発生する電磁針であり、穿刺針31及び穿刺針32が発生するラジオ波の出力を制御する治療装置と接続される。この治療装置は、穿刺針31及び穿刺針32の温度や、ラジオ波の出力、焼灼領域のインピーダンスをモニタ可能であり、術者は、治療装置を操作して、穿刺針31及び穿刺針32を用いたRFAを進める。 The puncture needle 31 and the puncture needle 32 are, for example, electromagnetic needles that generate radio waves, and are connected to a therapeutic device that controls the output of the radio waves generated by the puncture needles 31 and 32 . This therapeutic device can monitor the temperature of the puncture needles 31 and 32, the output of radio waves, and the impedance of the cauterization region. Proceed with the RFA used.

また、穿刺針31及び穿刺針32は、例えば、治療対象の組織に電流を流す電極針であり、穿刺針31及び穿刺針32が発生する電流の出力を制御する治療装置と接続される。ここで、この治療装置は、穿刺針31と穿刺針32と間で電流を流すことで穿刺針31及び穿刺針32の間にある治療対象の組織に電流を流して治療を行う。 The puncture needle 31 and the puncture needle 32 are, for example, electrode needles that apply current to the tissue to be treated, and are connected to a therapeutic device that controls the output of the current generated by the puncture needle 31 and the puncture needle 32 . Here, this treatment apparatus applies current to the tissue to be treated between the puncture needles 31 and 32 by passing an electric current between the puncture needles 31 and 32 for treatment.

ロボットアーム制御装置21は、通信インターフェース211と、入力インターフェース212と、処理回路213とを有する。 The robot arm control device 21 has a communication interface 211 , an input interface 212 and a processing circuit 213 .

通信インターフェース211は、処理回路213に接続されており、ロボットアーム制御装置21と各装置との間で行われる通信を制御する。具体的には、通信インターフェース211は、各装置から各種の情報を受信し、受信した情報を処理回路213に出力する。例えば、通信インターフェース211は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、NIC(Network Interface Controller)等によって実現される。例えば、通信インターフェース211は、超音波診断装置100から制御信号を受け付け、受け付けた制御信号を処理回路213に対して出力する。 The communication interface 211 is connected to the processing circuit 213 and controls communication between the robot arm control device 21 and each device. Specifically, the communication interface 211 receives various types of information from each device and outputs the received information to the processing circuit 213 . For example, the communication interface 211 is implemented by a network card, network adapter, NIC (Network Interface Controller), or the like. For example, the communication interface 211 receives a control signal from the ultrasonic diagnostic apparatus 100 and outputs the received control signal to the processing circuit 213 .

入力インターフェース212は、各種設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチモニタ、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インターフェース212は、処理回路213に接続されており、操作者から受け付けた入力操作を電気信号へ変換し処理回路213へと出力する。なお、本明細書において入力インターフェース212は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路213へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェースの例に含まれる。 The input interface 212 includes a trackball, a switch button, a mouse, a keyboard, a touch pad for performing input operations by touching the operation surface, a touch monitor in which the display screen and the touch pad are integrated, an optical It is realized by a non-contact input circuit using a sensor, an audio input circuit, and the like. The input interface 212 is connected to the processing circuit 213 , converts an input operation received from an operator into an electric signal, and outputs the electric signal to the processing circuit 213 . It should be noted that the input interface 212 in this specification is not limited to having physical operation parts such as a mouse and a keyboard. For example, an electrical signal processing circuit that receives an electrical signal corresponding to an input operation from an external input device provided separately from the device and outputs the electrical signal to the processing circuit 213 is also included in the input interface.

処理回路213は、ロボットアーム制御装置21の処理全体を制御する。具体的には、処理回路213は、図3に示す制御機能213a、演算機能213b、取得機能213cに対応するプログラムを図示しないメモリから読み出して実行することで、種々の処理を行う。例えば、処理回路213は、各プログラムを図示しないメモリから読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路213は、図3の処理回路213内に示された各機能を有することとなる。 A processing circuit 213 controls the entire processing of the robot arm control device 21 . Specifically, the processing circuit 213 performs various processes by reading and executing programs corresponding to the control function 213a, the calculation function 213b, and the acquisition function 213c shown in FIG. 3 from a memory (not shown). For example, the processing circuit 213 is a processor that implements functions corresponding to each program by reading each program from a memory (not shown) and executing the program. In other words, the processing circuit 213 with each program read has each function shown in the processing circuit 213 of FIG.

なお、本実施形態においては、単一の処理回路213にて、以下に説明する各処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。 In this embodiment, the single processing circuit 213 is assumed to implement each processing function described below. may implement the function by executing the program.

制御機能213aは、アーム22a、アーム22b及びアーム22cの駆動機構に対して制御信号を送信することで、アーム22a、アーム22b及びアーム22cの駆動を制御する。具体的には、制御機能213aは、演算機能213bから受け付けたアームの移動情報(移動方向及び移動量)に基づく制御信号を駆動機構に送信することで、各アームを移動させる。また、制御機能213aは、通信インターフェース211を介して超音波診断装置100から受け付けたアームの移動情報に基づく制御信号を駆動機構に送信することで、各アームを移動させる。なお、超音波診断装置100から受け付けるアームの移動情報については、後に詳述する。 The control function 213a controls driving of the arms 22a, 22b and 22c by transmitting control signals to the drive mechanisms of the arms 22a, 22b and 22c. Specifically, the control function 213a moves each arm by transmitting a control signal based on the arm movement information (movement direction and movement amount) received from the arithmetic function 213b to the drive mechanism. Further, the control function 213a moves each arm by transmitting a control signal based on arm movement information received from the ultrasonic diagnostic apparatus 100 via the communication interface 211 to the drive mechanism. The arm movement information received from the ultrasonic diagnostic apparatus 100 will be described in detail later.

演算機能213bは、アーム22a、アーム22b及びアーム22cの現在の位置(3次元座標)と、移動先の位置(3次元座標)とからアームの移動情報を算出して、算出したアームの移動情報を制御機能213aに送信する。例えば、演算機能213bは、各アームの現在の位置と、入力インターフェース212を介して入力された移動先の位置とから移動方向及び移動量を算出して、制御機能213aに送信する。また、例えば、演算機能213bは、各アームの現在の位置と、通信インターフェース211を介して超音波診断装置100から受け付けた移動先の位置とから移動方向及び移動量を算出して、制御機能213aに送信することもできる。 The calculation function 213b calculates arm movement information from the current positions (three-dimensional coordinates) of the arms 22a, 22b, and 22c and the movement destination positions (three-dimensional coordinates), and calculates the calculated arm movement information. to the control function 213a. For example, the arithmetic function 213b calculates the movement direction and the movement amount from the current position of each arm and the position of the movement destination input via the input interface 212, and transmits them to the control function 213a. Further, for example, the calculation function 213b calculates the movement direction and the movement amount from the current position of each arm and the position of the movement destination received from the ultrasonic diagnostic apparatus 100 via the communication interface 211, and calculates the movement direction and the movement amount. You can also send to

取得機能213cは、位置センサ23aによって取得されたアーム22aの3次元位置情報を取得する。また、取得機能213cは、位置センサ23bによって取得されたアーム22bの3次元位置情報を取得する。また、取得機能213cは、位置センサ23cによって取得されたアーム22cの3次元位置情報を取得する。また、取得機能213cは、生体信号センサ62によって取得された呼吸情報、心電図、体表の動き情報などを取得する。取得機能213cは、取得した3次元位置情報や、呼吸情報、心電図、体表の動き情報などを、制御機能213a及び演算機能213bに送信する。 The acquisition function 213c acquires the three-dimensional position information of the arm 22a acquired by the position sensor 23a. Also, the acquisition function 213c acquires the three-dimensional position information of the arm 22b acquired by the position sensor 23b. Also, the acquisition function 213c acquires the three-dimensional position information of the arm 22c acquired by the position sensor 23c. Also, the acquisition function 213c acquires respiratory information, an electrocardiogram, movement information of the body surface, and the like acquired by the biological signal sensor 62 . The acquisition function 213c transmits the acquired three-dimensional position information, respiratory information, electrocardiogram, movement information of the body surface, etc. to the control function 213a and the calculation function 213b.

以上、第1の実施形態に係る穿刺支援システム1000の全体構成について説明した。次に、第1の実施形態に係る穿刺支援装置(超音波診断装置100)の詳細について説明する。ここで、まず、図6を用いて、本願の穿刺支援装置を用いた手技の手順を説明する。図6は、第1の実施形態に係る手技の手順を説明するためのフローチャートである。ここで、図6におけるステップS101~S102は、穿刺計画を立てる際に実施される手順であり、ステップS103~S109は、実際に穿刺による治療が実施される際に実施される手順である。 The overall configuration of the puncture support system 1000 according to the first embodiment has been described above. Next, the details of the puncture support device (ultrasonic diagnostic device 100) according to the first embodiment will be described. Here, first, the procedure of the procedure using the puncture assistance device of the present application will be described with reference to FIG. 6 . FIG. 6 is a flowchart for explaining the procedure of the procedure according to the first embodiment. Here, steps S101 to S102 in FIG. 6 are procedures performed when making a puncture plan, and steps S103 to S109 are procedures performed when treatment by puncture is actually performed.

図6に示すように、本願の穿刺支援装置を用いた手技では、例えば、術者は、まず、CT装置や、MRI装置、超音波診断装置100などを用いて、3次元画像データ(ボリュームデータ)を収集する(ステップS101)。そして、術者は、収集された3次元画像データを用いて、穿刺位置を計画する(ステップS102)。 As shown in FIG. 6, in a procedure using the puncture assist device of the present application, for example, the operator first uses a CT device, an MRI device, an ultrasonic diagnostic device 100, or the like to obtain three-dimensional image data (volume data). ) is collected (step S101). Then, the operator uses the collected three-dimensional image data to plan the puncture position (step S102).

図7は、第1の実施形態に係る穿刺計画の一例を模式的に示した図である。例えば、術者は、CT装置や、MRI装置、超音波診断装置100などを用いて収集した3次元画像データを観察して、治療対象となるターゲットの位置を特定する。そして、術者は、ターゲットの形状及びサイズと、周囲の臓器及び骨などの位置とを考慮して、挿入する穿刺針の位置及び本数を決定する。例えば、術者は、血管や、種々の臓器、骨などを避けつつ、ターゲットに対して適切な治療が行うことができるように、各穿刺針の体表上での挿入位置及び角度を決定する。すなわち、穿刺計画では、ボリュームデータの座標において、穿刺針を挿入する体表上の位置と、穿刺針の挿入角度が決定される。 FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of a puncture plan according to the first embodiment; For example, the operator observes three-dimensional image data acquired using a CT device, an MRI device, the ultrasonic diagnostic device 100, or the like, and identifies the position of the target to be treated. Then, the operator determines the positions and the number of puncture needles to be inserted in consideration of the shape and size of the target and the positions of surrounding organs and bones. For example, the operator determines the insertion position and angle of each puncture needle on the body surface so that the target can be treated appropriately while avoiding blood vessels, various organs, and bones. . That is, in the puncture plan, the position on the body surface where the puncture needle is to be inserted and the insertion angle of the puncture needle are determined at the coordinates of the volume data.

上述したように穿刺計画が立てられた後、術者は、ロボットアーム装置200を操作して計画された穿刺位置に穿刺針をセットするとともに(ステップS103)、ロボットアーム装置200に超音波プローブ12を保持させて超音波画像を収集させる(ステップS104)。 After the puncture plan is made as described above, the operator operates the robot arm device 200 to set the puncture needle at the planned puncture position (step S103), and attaches the ultrasonic probe 12 to the robot arm device 200. is held to acquire an ultrasound image (step S104).

超音波診断装置100は、収集した超音波画像に基づく被検体の位置と、計画された位置との間で相違があるか否かを確認して(ステップS105)、位置ずれがあるか否かを判定する(ステップS106)。ここで、位置ずれがある場合(ステップS106肯定)、超音波診断装置100は、位置ずれを修正する(ステップS107)。位置ずれを修正した後、或いは、位置ずれが無い場合(ステップS106否定)、術者は、穿刺を実施して(ステップS108)、治療を実施する(ステップS109)。 The ultrasonic diagnostic apparatus 100 checks whether there is a difference between the position of the subject based on the acquired ultrasonic image and the planned position (step S105), and determines whether there is any positional deviation. is determined (step S106). Here, if there is positional deviation (Yes at step S106), the ultrasonic diagnostic apparatus 100 corrects the positional deviation (step S107). After correcting the positional deviation, or when there is no positional deviation (No at step S106), the operator performs puncture (step S108) and performs treatment (step S109).

上述したように、第1の実施形態に係る穿刺支援装置(超音波診断装置100)は、超音波画像を用いて、穿刺計画時と穿刺時との位置ずれを検出し、検出した位置ずれを修正する。ここで、超音波診断装置100は、穿刺計画時と穿刺時との位置ずれを検出するため、Fusion機能を用いる。 As described above, the puncture assisting apparatus (ultrasonic diagnostic apparatus 100) according to the first embodiment uses an ultrasound image to detect the positional deviation between when planning the puncture and when performing the puncture, and detects the detected positional deviation. fix it. Here, the ultrasound diagnostic apparatus 100 uses the Fusion function in order to detect the positional deviation between when the puncture is planned and when the puncture is performed.

具体的には、超音波診断装置100の制御機能155aは、超音波画像と穿刺計画に用いられたボリュームデータとの位置合せを実行する。より具体的には、制御機能155aは、超音波画像が収集された3次元空間(トランスミッタ61cによって形成された第1座標空間)と、ボリュームデータが収集された3次元空間(第2座標空間)との座標の対応関係を決定する。すなわち、制御機能155aは、第1座標空間における超音波画像の位置(座標)に対応する第2座標空間の位置(座標)を決定する。 Specifically, the control function 155a of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 performs registration between the ultrasonic image and the volume data used for the puncture planning. More specifically, the control function 155a controls the three-dimensional space in which the ultrasound images were acquired (the first coordinate space formed by the transmitter 61c) and the three-dimensional space in which the volume data was acquired (the second coordinate space). Determine the correspondence of the coordinates with That is, the control function 155a determines the position (coordinates) in the second coordinate space corresponding to the position (coordinates) of the ultrasound image in the first coordinate space.

一例を挙げると、制御機能155aは、超音波画像に含まれる部位とボリュームデータにおいて対応する部位とを略同一の位置に合わせ、その時のボリュームデータの座標空間(第2座標空間)における超音波画像の位置を決定する。これにより、超音波診断装置100は、図8に示すように、リアルタイムで収集されている超音波画像(図中右側)と略同一位置の参照画像(図中左側)をボリュームデータから生成して表示させることができる。また、Fusion機能を用いることにより、表示制御機能155fは、リアルタイムで収集されている超音波画像上に、穿刺計画で計画された穿刺位置のガイドラインを表示させることもできる。なお、図8は、第1の実施形態に係るFusion機能の一例を説明するための図である。 For example, the control function 155a aligns the part included in the ultrasound image and the corresponding part in the volume data to substantially the same position, and adjusts the ultrasound image in the coordinate space (second coordinate space) of the volume data at that time. determine the position of As a result, as shown in FIG. 8, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 generates a reference image (left side in the drawing) at substantially the same position as the ultrasonic image (right side in the drawing) acquired in real time from the volume data. can be displayed. In addition, by using the Fusion function, the display control function 155f can also display a guideline of the puncture position planned in the puncture plan on the ultrasound image acquired in real time. FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the Fusion function according to the first embodiment.

このように、制御機能155aによって第1座標空間と第2座標空間との位置関係が対応付けられることにより、算出機能155dは、穿刺計画時と穿刺時の位置ずれを検出することができる。具体的には、算出機能155dは、ボリュームデータの座標空間(第2の座標空間)内で計画された穿刺針の挿入位置(体表上の座標)を、第1座標空間の位置に変換し、変換後の挿入位置から穿刺計画で計画された角度で穿刺針を挿入した場合の穿刺計画とのずれを算出する。 In this way, the positional relationship between the first coordinate space and the second coordinate space is associated by the control function 155a, so that the calculation function 155d can detect the positional deviation between when the puncture is planned and when the puncture is performed. Specifically, the calculation function 155d converts the insertion position (coordinates on the body surface) of the puncture needle planned in the coordinate space (second coordinate space) of the volume data to the position in the first coordinate space. , the deviation from the puncture plan when the puncture needle is inserted at the angle planned in the puncture plan from the insertion position after conversion is calculated.

すなわち、算出機能155dは、穿刺計画における被検体の所定領域と穿刺針との位置関係と、リアルタイムの超音波画像に基づく被検体の位置に対して穿刺計画で穿刺針を刺入した場合の当該穿刺針と所定領域との位置関係との差分を算出する。例えば、算出機能155dは、第1座標空間において穿刺計画に沿った挿入位置及び角度で穿刺針を挿入した場合のターゲットと穿刺針との位置関係と、計画した位置関係との差分を算出する。 That is, the calculation function 155d calculates the positional relationship between the predetermined region of the subject and the puncture needle in the puncture plan, and the position of the subject based on the real-time ultrasound image when the puncture needle is inserted in the puncture plan. A difference between the positional relationship between the puncture needle and the predetermined area is calculated. For example, the calculation function 155d calculates the difference between the positional relationship between the target and the puncture needle when the puncture needle is inserted at the insertion position and angle along the puncture plan in the first coordinate space and the planned positional relationship.

アーム制御機能155eは、位置関係の差分に応じて、穿刺計画に基づいて配置されたロボットアームの位置を移動させるように制御する。具体的には、アーム制御機能155eは、まず、Fusion機能によって第1座標空間と第2座標空間とが関連付けられると、穿刺計画で設定された挿入位置に対応する第1座標空間上での位置を特定し、特定した位置から穿刺計画で設定された挿入角度で穿刺針を挿入するように、穿刺針を保持するアームの位置を移動させる。 The arm control function 155e controls to move the position of the robot arm arranged based on the puncture plan according to the difference in the positional relationship. Specifically, when the first coordinate space and the second coordinate space are associated with each other by the Fusion function, the arm control function 155e establishes a position on the first coordinate space corresponding to the insertion position set in the puncture plan. is identified, and the position of the arm holding the puncture needle is moved so that the puncture needle is inserted from the identified position at the insertion angle set in the puncture plan.

なお、アーム制御機能155eは、位置センサ61bから取得される被検体の体表の位置と、位置センサ23a及び位置センサ23bから取得されるアーム22a及びアーム22bの位置と、穿刺針31及び穿刺針32の形状とサイズとから、被検体とアーム及び穿刺針との位置関係を把握することができ、これにより、アーム22a及びアーム22bを正確に移動させることができる。 The arm control function 155e controls the position of the subject's body surface acquired from the position sensor 61b, the positions of the arms 22a and 22b acquired from the position sensors 23a and 23b, the puncture needle 31 and the puncture needle. From the shape and size of 32, it is possible to grasp the positional relationship between the subject, the arm, and the puncture needle, so that the arm 22a and the arm 22b can be moved accurately.

そして、アーム制御機能155eは、穿刺計画に沿って配置されたアームによって保持される穿刺針がインプレーン表示される位置に超音波プローブ12を配置するように、アーム22cの位置を移動させる。ここで、アーム制御機能155eは、他の穿刺針やアーム、骨の位置などを考慮して、アームを移動させることができる。穿刺針のインプレーン画像は、穿刺針の周囲360°で収集することができるが、他の穿刺針やアーム、さらに骨の位置によって収集することができる範囲が狭められる。 Then, the arm control function 155e moves the position of the arm 22c so that the ultrasound probe 12 is placed at a position where the puncture needle held by the arm arranged along the puncture plan is displayed in-plane. Here, the arm control function 155e can move the arm in consideration of other puncture needles, arms, positions of bones, and the like. An in-plane image of the puncture needle can be acquired 360° around the puncture needle, but other puncture needles, arms, and even bone locations limit the range that can be acquired.

そこで、アーム制御機能155eは、アーム22a及びアーム22bの位置、穿刺針31及び穿刺針32の位置、及び、穿刺計画時のボリュームデータから推定される被検体内の骨の位置とから、アーム22cの移動先を決定する。例えば、アーム制御機能155eは、骨が画像内に入ると推定される位置(方向)を除外し、さらに、アーム22a及びアーム22bの位置、及び、穿刺針31及び穿刺針32の位置とから、超音波プローブ12を配置することが難しい位置を除外する。そして、アーム制御機能155eは、除外後の範囲から位置を選択してアーム22cを移動させる。 Therefore, the arm control function 155e uses the positions of the arms 22a and 22b, the positions of the puncture needles 31 and 32, and the positions of the bones in the subject estimated from the volume data at the time of planning the puncture to determine the position of the arm 22c. determine where to move the For example, the arm control function 155e excludes the position (orientation) where the bone is presumed to enter the image, and from the positions of the arms 22a and 22b and the positions of the puncture needles 31 and 32, Locations where it is difficult to place the ultrasound probe 12 are excluded. Then, the arm control function 155e selects a position from the excluded range and moves the arm 22c.

なお、アーム制御機能155eは、位置センサ61bから取得される被検体の体表の位置と、位置センサ23cから取得されるアーム22cの位置と、位置センサ61aから取得される超音波プローブ12の位置と、超音波プローブ12の形状及びサイズとから、被検体とアーム及び超音波プローブ12との位置関係を把握することができ、これにより、アーム22cを正確に移動させることができる。 The arm control function 155e controls the position of the subject's body surface obtained from the position sensor 61b, the position of the arm 22c obtained from the position sensor 23c, and the position of the ultrasonic probe 12 obtained from the position sensor 61a. , and the shape and size of the ultrasonic probe 12, the positional relationship between the subject, the arm, and the ultrasonic probe 12 can be grasped, so that the arm 22c can be moved accurately.

上述したようにアーム制御機能155eが、穿刺針のインプレーン画像を収集すると、算出機能155dが、穿刺計画に沿った挿入位置及び角度で穿刺針を挿入した場合のターゲットと穿刺針との位置関係と、計画した位置関係との差分を算出する。なお、超音波プローブ12によって収集されるインプレーン画像は、穿刺針が実際に挿入される前の画像であり、超音波画像には穿刺針は描出されていない。 When the arm control function 155e acquires the in-plane image of the puncture needle as described above, the calculation function 155d calculates the positional relationship between the target and the puncture needle when the puncture needle is inserted at the insertion position and angle according to the puncture plan. and the difference from the planned positional relationship. Note that the in-plane image acquired by the ultrasonic probe 12 is an image before the puncture needle is actually inserted, and the puncture needle is not depicted in the ultrasonic image.

例えば、算出機能155dは、穿刺計画に応じた挿入位置及び角度で穿刺針を挿入した場合の超音波画像内での穿刺針の位置を特定し、特定した位置とターゲットとの位置関係を算出する。ここで、例えば、インプレーン画像内にターゲットが含まれている場合には、算出機能155dは、超音波画像内での穿刺針とターゲットとの位置関係を算出する。一方、インプレーン画像内にターゲットが含まれていない場合には、算出機能155dは、現在のスキャン位置の周囲をさらにスキャンするように、アーム制御機能155eに信号を送信する。 For example, the calculation function 155d identifies the position of the puncture needle in the ultrasound image when the puncture needle is inserted at the insertion position and angle according to the puncture plan, and calculates the positional relationship between the identified position and the target. . Here, for example, when the target is included in the in-plane image, the calculation function 155d calculates the positional relationship between the puncture needle and the target in the ultrasound image. On the other hand, if the target is not contained within the in-plane image, calculation function 155d signals arm control function 155e to scan further around the current scan position.

アーム制御機能155eは、算出機能155dから信号を受信すると、現在のスキャン位置の周囲をスキャンするように、アーム22cを制御する。ここで、アーム制御機能155eの制御によって各位置で収集された複数の超音波画像は、位置情報がそれぞれ付帯される。算出機能155dは、各位置で収集された複数の超音波画像からインプレーン画像でターゲットが含まれる超音波画像を抽出して、抽出した超音波画像を用いて穿刺針の位置とターゲットとの位置関係を算出する。 Arm control function 155e, upon receiving a signal from calculation function 155d, controls arm 22c to scan around the current scan position. Here, the plurality of ultrasound images acquired at each position under the control of the arm control function 155e are attached with position information. The calculation function 155d extracts an in-plane ultrasonic image including the target from a plurality of ultrasonic images acquired at each position, and calculates the position of the puncture needle and the position of the target using the extracted ultrasonic image. Calculate relationships.

ここで、算出機能155dは、ボリュームデータを用いて、穿刺針の位置とターゲットとの位置関係を算出することもできる。上述したように、アーム制御機能155eの制御によって各位置で収集された複数の超音波画像は、位置情報がそれぞれ付帯される。そこで、画像生成機能155bは、収集された複数の超音波画像を、位置情報に基づいて合成することで、ボリュームデータを生成する。算出機能155dは、ボリュームデータ内のターゲット及び穿刺針の位置を抽出して、穿刺針の位置とターゲットとの位置関係を算出する。これにより、インプレーン画像でターゲットが含まれる超音波画像がない場合でも、算出機能155dは、穿刺針の位置とターゲットとの位置関係を算出することができる。なお、ボリュームデータを合成する場合には、超音波画像が収集されるごとに更新されるようにしてもよい。 Here, the calculation function 155d can also use volume data to calculate the positional relationship between the position of the puncture needle and the target. As described above, a plurality of ultrasound images acquired at each position under the control of the arm control function 155e are attached with position information. Therefore, the image generation function 155b generates volume data by synthesizing a plurality of acquired ultrasound images based on position information. The calculation function 155d extracts the positions of the target and the puncture needle in the volume data, and calculates the positional relationship between the position of the puncture needle and the target. As a result, even when there is no ultrasonic image including the target in the in-plane image, the calculation function 155d can calculate the positional relationship between the position of the puncture needle and the target. Note that when synthesizing volume data, it may be updated each time an ultrasonic image is acquired.

そして、算出機能155dは、算出した位置関係と、穿刺計画における穿刺針とターゲットとの位置関係とを比較して、差分を算出する。具体的には、算出機能155dは、算出した位置関係と、穿刺計画における穿刺針とターゲットとの位置関係との差分を算出して、算出した位置関係を穿刺計画時の位置関係とするためのアームの移動方向及び移動量を算出する。そして、算出機能155dは、算出した移動方向及び移動量をアーム制御機能155eに送信する。なお、穿刺計画における穿刺針とターゲットとの位置関係との差分が無い場合には、移動量は「0」となる。 The calculation function 155d then compares the calculated positional relationship with the positional relationship between the puncture needle and the target in the puncture plan to calculate the difference. Specifically, the calculation function 155d calculates a difference between the calculated positional relationship and the positional relationship between the puncture needle and the target in the puncture plan, and uses the calculated positional relationship as the positional relationship in the puncture plan. The moving direction and moving amount of the arm are calculated. The calculation function 155d then transmits the calculated movement direction and movement amount to the arm control function 155e. Note that when there is no difference in the positional relationship between the puncture needle and the target in the puncture plan, the movement amount is "0".

アーム制御機能155eは、算出機能155dから受信した移動方向及び移動量に基づいて、アームの位置を移動させる。これにより、穿刺時の体内の臓器の位置が、穿刺計画時の位置と異なっている場合でも穿刺針を正確に配置することができる。 The arm control function 155e moves the position of the arm based on the movement direction and movement amount received from the calculation function 155d. As a result, the puncture needle can be positioned accurately even when the position of the organ in the body at the time of puncture is different from the position at the time of planning the puncture.

なお、アーム22a及びアーム22bが自動で穿刺針を移動させることができる場合、アーム制御機能155eは、算出機能155dから受信した移動方向及び移動量に基づいてアームの位置を移動させた後、穿刺針を体表の方向に移動するようにゴム製ローラー221を駆動することで、穿刺針を体内に挿入させることができる。 When the arm 22a and the arm 22b can automatically move the puncture needle, the arm control function 155e moves the position of the arm based on the movement direction and movement amount received from the calculation function 155d. The puncture needle can be inserted into the body by driving the rubber roller 221 so as to move the needle toward the body surface.

ここで、アーム制御機能155eは、取得機能155cによって取得される生体情報に基づいて、アームの動きを制御することができる。例えば、アーム制御機能155eは、生体情報に基づいて被検体の体動を検出し、被検体の体動が相対的に少ないタイミングでアーム22a及びアーム22bに保持された穿刺針31及び穿刺針32の刺入を開始するように制御する。例えば、アーム制御機能155eは、被検体から取得した呼吸情報やECG、体表の動きの情報に基づいて、被検体の動きが小さいタイミングを特定し、特定したタイミングでゴム製ローラー221を駆動するように制御する。これにより、動きの影響を低減した穿刺針の挿入を行うことができる。 Here, the arm control function 155e can control the movement of the arm based on the biological information acquired by the acquisition function 155c. For example, the arm control function 155e detects the body movement of the subject based on biological information, and detects the puncture needle 31 and the puncture needle 32 held by the arms 22a and 22b at a timing when the body movement of the subject is relatively small. control to start the insertion of the For example, the arm control function 155e identifies the timing when the movement of the subject is small based on the respiratory information, ECG, and body surface movement information acquired from the subject, and drives the rubber roller 221 at the identified timing. to control. As a result, it is possible to insert the puncture needle with reduced influence of movement.

また、例えば、アーム制御機能155eは、生体情報に基づいて被検体の体動を検出し、被検体の体動に合わせて穿刺針を保持したアーム22a及びアーム22bの位置を調整するように制御する。穿刺針31及び穿刺針32は、治療が終了するまでアーム22a及びアーム22bによって保持された状態である。したがって、穿刺針が挿入された状態で被検体が動くと穿刺針が挿入された部位に負荷がかかる。そこで、アーム制御機能155eは、取得機能155cによって取得された生体情報(例えば、体表の動きを示す情報)に基づいて、被検体が動く方向を検出し、検出した動きと同一の方向に穿刺針が動くように、アームの位置を調整する。 Further, for example, the arm control function 155e detects the body movement of the subject based on biological information, and performs control to adjust the positions of the arms 22a and 22b holding the puncture needle according to the body movement of the subject. do. The puncture needle 31 and the puncture needle 32 are held by the arms 22a and 22b until the treatment is completed. Therefore, when the subject moves while the puncture needle is inserted, a load is applied to the site where the puncture needle is inserted. Therefore, the arm control function 155e detects the direction in which the subject moves based on the biological information (for example, information indicating the movement of the body surface) acquired by the acquisition function 155c, and punctures in the same direction as the detected movement. Adjust the position of the arm so that the needle moves.

例えば、腹部は、呼吸によって体表が穿刺針の挿入方向に往復するように動くため、穿刺針の位置を固定した状態の場合、呼吸に伴って穿刺針が深く刺さったり、抜けたりするようになる。そこで、アーム制御機能155eは、被検体の体動のうち穿刺針の挿入方向の動きに合わせて、アーム22a及びアーム22bの穿刺針の挿入方向の位置を調整するように制御する。 For example, breathing causes the body surface of the abdomen to reciprocate in the direction in which the puncture needle is inserted. Become. Therefore, the arm control function 155e performs control so as to adjust the positions of the arms 22a and 22b in the insertion direction of the puncture needle according to the movement in the insertion direction of the puncture needle among the body movements of the subject.

このように、体動にあわせて穿刺針を保持するアームを移動させることで、呼吸によってターゲットの位置が規則的に移動する場合でも、ターゲットと穿刺針との位置関係を一定に保つことができる。 In this way, by moving the arm holding the puncture needle according to body movements, the positional relationship between the target and the puncture needle can be kept constant even when the position of the target moves regularly due to respiration. .

なお、アーム制御機能155eは、穿刺針31及び穿刺針32を保持するアーム22a及びアーム22bだけではなく、超音波プローブ12を保持するアーム22cについても、生体情報に基づく制御を行うことができる。すなわち、アーム制御機能155eは、体表の動きに追従してアーム22cを移動させることで、超音波プローブ12の体表への接触状態を一定に保つことができる。 The arm control function 155e can control not only the arms 22a and 22b that hold the puncture needles 31 and 32, but also the arm 22c that holds the ultrasonic probe 12 based on biological information. That is, the arm control function 155e can keep the contact state of the ultrasonic probe 12 with the body surface constant by moving the arm 22c following the movement of the body surface.

上述したように、アーム制御機能155eは、アーム22a、アーム22b、アーム22cの位置を自動で調整することができる。さらに、アーム制御機能155eは、術者からの指示に応じてアーム22a、アーム22b、アーム22cの位置を移動させることもできる。 As described above, the arm control function 155e can automatically adjust the positions of the arms 22a, 22b, and 22c. Furthermore, the arm control function 155e can also move the positions of the arms 22a, 22b, and 22c according to instructions from the operator.

例えば、アーム制御機能155eは、超音波画像に対する操作に応じて、アーム22a、アーム22b、アーム22cの位置を移動させる。一例を挙げると、術者が超音波画像に対して位置を指定すると、アーム制御機能155eは、指定された位置にアームを移動させるように制御する。 For example, the arm control function 155e moves the positions of the arms 22a, 22b, and 22c according to the operation on the ultrasound image. For example, when the operator designates a position on the ultrasound image, the arm control function 155e controls to move the arm to the designated position.

図9は、第1の実施形態に係る超音波画像を介した位置の指定の一例を示す図である。例えば、図9に示すように、術者が超音波画像上の複数の穿刺針停止位置を指定すると、アーム制御機能155eは、指定された位置で穿刺針の先端が停止するようにアームの移動を制御する。すなわち、アーム制御機能155eは、超音波画像上で指定された各穿刺針停止位置の第1座標空間内の座標を取得し、取得した座標に穿刺針の先端が位置するように穿刺針の移動を制御する。 FIG. 9 is a diagram showing an example of specifying a position via an ultrasound image according to the first embodiment. For example, as shown in FIG. 9, when the operator designates a plurality of puncture needle stop positions on the ultrasound image, the arm control function 155e moves the arm so that the tip of the puncture needle stops at the designated positions. to control. That is, the arm control function 155e acquires the coordinates within the first coordinate space of each puncture needle stop position designated on the ultrasound image, and moves the puncture needle so that the tip of the puncture needle is positioned at the acquired coordinates. to control.

例えば、腫瘍の治療をおこなった後、穿刺針を抜去する場合には、穿刺針が抜けてくる経路に腫瘍細胞を残さないように、穿刺針を少しずつ後退させ、経路の各位置で焼灼を行いながら穿刺針が抜去される。このような場合に、超音波画像上で位置を指定するだけで、自動で穿刺針の抜去を行うことができる。 For example, when removing the puncture needle after treating a tumor, the needle is gradually retracted so as not to leave tumor cells in the path through which the needle is pulled out, and cauterization is performed at each position along the path. The puncture needle is removed while performing. In such a case, the puncture needle can be automatically removed simply by designating the position on the ultrasound image.

なお、位置の指定に用いられる画像は、2次元の超音波画像だけではなく、穿刺計画に用いられたボリュームデータから生成されたレンダリング画像や、リアルタイム中に収集した超音波画像を用いて生成されたボリュームデータに基づく超音波画像が用いられる場合でもよい。また、位置の指定は、任意の位置に点や線を配置するだけなく、穿刺のガイドラインを移動させることで行われる場合でもよい。さらに、術者の音声入力に基づいて位置が指定される場合もよい。 The images used to specify the position are not only two-dimensional ultrasound images, but also rendered images generated from volume data used for puncture planning, and ultrasound images collected in real time. It may also be possible to use an ultrasound image based on the volume data obtained. Also, the position may be specified not only by arranging a point or line at an arbitrary position, but also by moving the puncture guideline. Furthermore, the position may be specified based on voice input by the operator.

また、上述したインプレーン画像の収集を、術者の指定に応じて行うこともできる。例えば、複数の穿刺針を用いた手技では、穿刺針を配置した後も位置のずれが無いかを確認するため、各穿刺針についてインプレーン画像が観察される。 In addition, the collection of in-plane images described above can also be performed according to the operator's designation. For example, in a procedure using a plurality of puncture needles, an in-plane image is observed for each puncture needle in order to confirm that there is no positional deviation after placing the puncture needles.

そこで、表示制御機能155fは、リアルタイムの超音波画像に描出させる穿刺針を選択するためのボタンを入力インターフェース14に表示させる。例えば、表示制御機能155fは、リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブ12を保持するアーム22cと、穿刺針を保持するアーム22a及びアーム22bとの位置関係に基づいてリアルタイムの超音波画像に穿刺針を描出可能か否か判定し、描出可能である穿刺針に対応するボタンを入力インターフェース14に表示させる。 Therefore, the display control function 155f causes the input interface 14 to display a button for selecting a puncture needle to be visualized in a real-time ultrasonic image. For example, the display control function 155f displays real-time ultrasound images based on the positional relationship between the arm 22c that holds the ultrasound probe 12 that acquires real-time ultrasound images and the arms 22a and 22b that hold the puncture needles. A determination is made as to whether or not the puncture needle can be visualized, and buttons corresponding to the puncture needles that can be visualized are displayed on the input interface 14 .

図10は、第1の実施形態に係る表示制御機能155fによる処理の一例を示す図である。例えば、表示制御機能155fは、穿刺針A、穿刺針B、穿刺針Cの3本の穿刺針について、インプレーン画像を表示させるためのボタンを、入力インターフェース14であるタッチモニタ(タッチコマンドスクリーン)に表示させる。術者は、ボタンA~Cのいずれかをタッチすることにより、穿刺針A、穿刺針B及び穿刺針Cのインプレーン画像を切り替えて表示させることができる。すなわち、アーム制御機能155eは、タッチされたボタンに対応する穿刺針のインプレーン画像が収集されるように、保持するアームを移動させる。表示制御機能155fは、移動後に収集された超音波画像をディスプレイ13に表示させる。 FIG. 10 is a diagram showing an example of processing by the display control function 155f according to the first embodiment. For example, the display control function 155f controls buttons for displaying in-plane images of the three puncture needles A, B, and C on a touch monitor (touch command screen) that is the input interface 14. to display. The operator can switch between the in-plane images of the puncture needle A, the puncture needle B, and the puncture needle C by touching one of the buttons A to C. That is, the arm control function 155e moves the holding arm so that an in-plane image of the puncture needle corresponding to the touched button is acquired. The display control function 155f causes the display 13 to display the ultrasound image acquired after the movement.

また、複数の穿刺針が用いられる場合には、穿刺針の相対的な位置関係や、超音波プローブの性能によって、複数の穿刺針が同一画像内にインプレーンとなる場合がある。そこで、表示制御機能155fは、リアルタイムの超音波画像に複数の穿刺針が同時に描出可能である場合に、複数の穿刺針を同時に描出させるためのボタンを入力インターフェース14に表示させる。すなわち、表示制御機能155fは、複数の穿刺針が同一画像内にインプレーンとなるか否かを判定して、同一画像内にインプレーンとなる場合には、複数の穿刺針が同一画像内に描出されたインプレーン画像を表示させるためのボタンをタッチモニタに表示させる。 Moreover, when a plurality of puncture needles are used, the plurality of puncture needles may be in-plane in the same image depending on the relative positional relationship of the puncture needles and the performance of the ultrasonic probe. Therefore, the display control function 155f causes the input interface 14 to display a button for simultaneously visualizing a plurality of puncture needles when a plurality of puncture needles can be simultaneously visualized on a real-time ultrasound image. That is, the display control function 155f determines whether or not a plurality of puncture needles are in-plane within the same image. A button is displayed on the touch monitor to display the rendered in-plane image.

図11は、第1の実施形態に係る表示制御機能155fによる処理の一例を示す図である。例えば、表示制御機能155fは、穿刺針B及び穿刺針Cが同一画像内にインプレーンとなる場合に、図11に示すように、ボタンA~Cに加えて、ボタン(B,C)を表示させる。 FIG. 11 is a diagram showing an example of processing by the display control function 155f according to the first embodiment. For example, when puncture needle B and puncture needle C are in-plane in the same image, the display control function 155f displays buttons (B, C) in addition to buttons A to C, as shown in FIG. Let

なお、収集するインプレーン画像の指定は、上述したタッチモニタのボタンだけではなく、アームを識別するための識別情報(例えば、アームごとに予め付与した番号など)が入力されることで行われてもよい。或いは、アームごとにそれぞれスイッチが設けられ、スイッチが押下されることで、収集するインプレーン画像が指定されてもよい。 The designation of the in-plane image to be collected is performed not only by the touch monitor button described above, but also by inputting identification information for identifying the arm (for example, a number assigned in advance to each arm). good too. Alternatively, a switch may be provided for each arm, and an in-plane image to be acquired may be specified by pressing the switch.

次に、図12、図13を用いて、第1の実施形態に係る超音波診断装置100の処理について説明する。図12、図13は、第1の実施形態に係る超音波診断装置100の処理の手順を説明するためのフローチャートである。ここで、図12は、2本の穿刺針を挿入する場合の処理について示す。図12に示すステップS201及びステップS211は、超音波診断装置100の処理前後に術者によって実施される手順を示す。 Next, processing of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13. FIG. 12 and 13 are flowcharts for explaining the procedure of processing of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment. Here, FIG. 12 shows processing when inserting two puncture needles. Steps S201 and S211 shown in FIG. 12 show procedures performed by the operator before and after processing by the ultrasonic diagnostic apparatus 100 .

ステップS202は、処理回路155がメモリ154から制御機能155aに対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。ステップS203~S204、S206~S207、S209~S210は、処理回路155がメモリ154からアーム制御機能155eに対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。ステップS205、S208は、処理回路155がメモリ154から算出機能155d及びアーム制御機能155eに対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。 Step S202 is a step in which the processing circuit 155 reads a program corresponding to the control function 155a from the memory 154 and executes it. Steps S203-S204, S206-S207, and S209-S210 are steps executed by the processing circuit 155 reading out a program corresponding to the arm control function 155e from the memory 154. FIG. Steps S205 and S208 are steps in which the processing circuit 155 reads out programs corresponding to the calculation function 155d and the arm control function 155e from the memory 154 and executes them.

図13に示すステップS301及びステップS309は、超音波診断装置100の処理前後に術者によって実施される手順を示す。ステップS302~S307は、処理回路155がメモリ154から取得機能155c、算出機能155d及びアーム制御機能155eに対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。ステップS308は、処理回路155がメモリ154からアーム制御機能155eに対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。 Steps S<b>301 and S<b>309 shown in FIG. 13 indicate procedures performed by the operator before and after processing by the ultrasonic diagnostic apparatus 100 . Steps S302 to S307 are steps executed by the processing circuit 155 reading programs corresponding to the acquisition function 155c, the calculation function 155d, and the arm control function 155e from the memory 154. FIG. Step S308 is a step in which the processing circuit 155 reads a program corresponding to the arm control function 155e from the memory 154 and executes it.

第1の実施形態に係る超音波診断装置100では、図12に示すように、術者が患者を術台に載せ、位置センサ61bを取り付けて位置を確定させると(ステップS201)、処理回路155が、穿刺計画に基づき、穿刺位置を設定する(ステップS202)。そして、処理回路155は、穿刺針31を保持するアーム22aを初期位置に設定して(ステップS203)、アーム22aの穿刺針31が超音波診断装置に表示されるように、アーム22cを制御して超音波プローブ12の位置を設定する(ステップS204)。 In the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 12, when the operator places the patient on the operating table and attaches the position sensor 61b to fix the position (step S201), the processing circuit 155 sets the puncture position based on the puncture plan (step S202). Then, the processing circuit 155 sets the arm 22a holding the puncture needle 31 to the initial position (step S203), and controls the arm 22c so that the puncture needle 31 of the arm 22a is displayed on the ultrasonic diagnostic apparatus. to set the position of the ultrasonic probe 12 (step S204).

その後、処理回路155は、アーム22aに接続された穿刺針31が計画通りの位置か否かを判定する(ステップS205)。ここで、計画通りの位置ではない場合には(ステップS205否定)、処理回路155は、リアルタイムの超音波画像に基づいて、穿刺針31の位置を制御する(ステップS206)。 Thereafter, processing circuit 155 determines whether or not puncture needle 31 connected to arm 22a is positioned as planned (step S205). Here, if the position is not as planned (No at step S205), the processing circuitry 155 controls the position of the puncture needle 31 based on the real-time ultrasound image (step S206).

ステップS205の判定において、計画通りの位置である場合には(ステップS205肯定)、処理回路155は、アーム22bの穿刺針32が超音波診断装置に表示されるように、アーム22cを制御して超音波プローブ12の位置を設定する(ステップS207)。 In the determination in step S205, if the position is as planned (Yes in step S205), the processing circuit 155 controls the arm 22c so that the puncture needle 32 of the arm 22b is displayed on the ultrasonic diagnostic apparatus. The position of the ultrasonic probe 12 is set (step S207).

その後、処理回路155は、アーム22bに接続された穿刺針32が計画通りの位置か否かを判定する(ステップS208)。ここで、計画通りの位置ではない場合には(ステップS208否定)、処理回路155は、リアルタイムの超音波画像に基づいて、穿刺針32の位置を制御する(ステップS209)。 Thereafter, processing circuit 155 determines whether or not puncture needle 32 connected to arm 22b is positioned as planned (step S208). Here, if the position is not as planned (No at step S208), the processing circuitry 155 controls the position of the puncture needle 32 based on the real-time ultrasound image (step S209).

ステップS208の判定において、計画通りの位置である場合には(ステップS208肯定)、処理回路155は、穿刺手術が完了したか否かを判定する(ステップS209)。ここで、完了していない場合には(ステップS209否定)、処理回路155は、ステップS204に戻って、処理を継続する。一方、完了している場合には(ステップS209肯定)、術者が、穿刺針、超音波プローブ12などを患者から外す(ステップS211)。 In the judgment of step S208, if the position is as planned (Yes in step S208), the processing circuit 155 judges whether or not the puncture operation is completed (step S209). Here, if not completed (No at step S209), the processing circuit 155 returns to step S204 and continues the processing. On the other hand, if completed (Yes at step S209), the operator removes the puncture needle, ultrasonic probe 12, etc. from the patient (step S211).

また、第1の実施形態に係る超音波診断装置100では、図13に示すように、術者が患者を術台に載せ、位置センサ61bを取り付けて位置を確定させると(ステップS301)、処理回路155が、生体情報に基づいて、相対的に体動の少ないタイミングを件検出する(ステップS202)。なお、図示していないが、ステップS301とS302との間には、図12で示したステップS202~S209の処理が実行される。 Further, in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 13, when the operator places the patient on the operating table and attaches the position sensor 61b to fix the position (step S301), the process The circuit 155 detects the timing of relatively little body movement based on the biological information (step S202). Although not shown, the processes of steps S202 to S209 shown in FIG. 12 are executed between steps S301 and S302.

そして、処理回路155は、検出したタイミングで穿刺を開始して、穿刺針31及び穿刺針32を配置する(ステップS303)。そして、処理回路155は、アーム22aの穿刺針31が体動によってズレが生じるか否かを判定する(ステップS304)。ここで、ズレが生じる場合には(ステップS304肯定)、処理回路155は、体動に合わせてアーム22aをコントロールして、穿刺針31の位置を制御する(ステップS305)。 Then, the processing circuit 155 starts puncturing at the detected timing and places the puncture needles 31 and 32 (step S303). Then, the processing circuit 155 determines whether or not the puncture needle 31 of the arm 22a is displaced due to body movement (step S304). Here, if there is a deviation (Yes at step S304), the processing circuit 155 controls the arm 22a in accordance with body movement to control the position of the puncture needle 31 (step S305).

その後、処理回路155は、アーム22bの穿刺針32が体動によってズレが生じるか否かを判定する(ステップS306)。ここで、ズレが生じる場合には(ステップS306肯定)、処理回路155は、体動に合わせてアーム22bをコントロールして、穿刺針32の位置を制御する(ステップS307)。 After that, the processing circuit 155 determines whether or not the puncture needle 32 of the arm 22b is displaced due to body movement (step S306). Here, if there is a deviation (Yes at step S306), the processing circuit 155 controls the arm 22b in accordance with body movement to control the position of the puncture needle 32 (step S307).

そして、処理回路155は、穿刺手術が完了したか否かを判定する(ステップS308)。ここで、完了していない場合には(ステップS308否定)、処理回路155は、ステップS304に戻って、処理を継続する。一方、完了している場合には(ステップS308肯定)、術者が、穿刺針、超音波プローブ12などを被検体から外す(ステップS309)。 Processing circuitry 155 then determines whether or not the puncture operation is completed (step S308). Here, if not completed (No at step S308), the processing circuit 155 returns to step S304 to continue the processing. On the other hand, if completed (Yes at step S308), the operator removes the puncture needle, ultrasonic probe 12, etc. from the subject (step S309).

上述したように、第1の実施形態によれば、制御機能155aは、穿刺計画に基づいて設定される被検体に対する穿刺位置の情報を取得する。算出機能155dは、穿刺位置の情報における被検体の位置情報と、被検体から収集されたリアルタイムの超音波画像に基づく被検体の位置情報との差分を算出する。アーム制御機能155eは、穿刺計画に基づいて被検体に対して刺入される穿刺針を保持するアームの位置を、差分を用いて調整するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、穿刺時の実際の位置に基づいて、穿刺針の位置を調整することができ、穿刺に係る負荷を低減することを可能にする。 As described above, according to the first embodiment, the control function 155a acquires information on the puncture position for the subject that is set based on the puncture plan. The calculation function 155d calculates the difference between the position information of the subject in the puncture position information and the position information of the subject based on real-time ultrasound images acquired from the subject. The arm control function 155e controls to adjust the position of the arm holding the puncture needle that is inserted into the subject based on the puncture plan using the difference. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment can adjust the position of the puncture needle based on the actual position at the time of puncture, and can reduce the load associated with puncture.

また、第1の実施形態によれば、算出機能155dは、穿刺位置の情報における被検体の所定領域と穿刺針との位置関係と、リアルタイムの超音波画像に基づく被検体の位置に対して穿刺位置の情報で穿刺針を刺入した場合の当該穿刺針と所定領域との位置関係との差分を算出する。アーム制御機能155eは、位置関係の差分に応じて、穿刺計画に基づいて配置されたアームの位置を移動させるように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、穿刺針とターゲットとの位置関係を穿刺計画に沿ったものに調整することができ、正確な穿刺を容易に実現することを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the calculation function 155d calculates the positional relationship between the predetermined region of the subject in the puncture position information and the puncture needle, and the position of the subject based on the real-time ultrasound image. A difference between the positional relationship between the puncture needle and the predetermined area when the puncture needle is inserted is calculated based on the positional information. The arm control function 155e controls to move the position of the arm arranged based on the puncture plan according to the difference in the positional relationship. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment can adjust the positional relationship between the puncture needle and the target in line with the puncture plan, and can easily achieve accurate puncture. do.

また、第1の実施形態によれば、取得機能155cは、被検体の生体情報を取得する。アーム制御機能155eは、生体情報に基づいて、アームをさらに調整するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、生体情報に合わせたアームの移動を実現させることを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the acquisition function 155c acquires biological information of the subject. The arm control function 155e controls to further adjust the arm based on biological information. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to move the arm in accordance with biological information.

また、第1の実施形態によれば、アーム制御機能155eは、生体情報に基づいて被検体の体動を検出し、被検体の体動が相対的に少ないタイミングでアームに保持された穿刺針の刺入を開始するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、精度の高い穿刺針の挿入を行うことを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the arm control function 155e detects the body movement of the subject based on biological information, and detects the puncture needle held by the arm at a timing when the body movement of the subject is relatively small. control to start the insertion of the Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment enables highly accurate puncture needle insertion.

また、第1の実施形態によれば、アーム制御機能155eは、生体情報に基づいて被検体の体動を検出し、被検体の体動に合わせて穿刺針を保持したアームの位置を調整するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置1は、呼吸などの生体情報に合わせてアームを移動させることを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the arm control function 155e detects the body movement of the subject based on biological information, and adjusts the position of the arm holding the puncture needle according to the body movement of the subject. to control. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the first embodiment makes it possible to move the arm according to biological information such as respiration.

また、第1の実施形態によれば、アーム制御機能155eは、被検体の体動のうち穿刺針の刺入方向の動きに合わせて、アームの穿刺針の刺入方向の位置を調整するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、呼吸に伴う穿刺針の移動を抑止することを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the arm control function 155e adjusts the position of the arm in the puncture needle insertion direction in accordance with the body movement of the subject in the puncture needle insertion direction. to control. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to suppress movement of the puncture needle associated with breathing.

また、第1の実施形態によれば、アーム制御機能155eは、超音波画像に対する操作に応じて、穿刺針を保持したロボットアームの位置を調整するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、所望の位置へのアームの移動を容易に行うことを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the arm control function 155e performs control to adjust the position of the robot arm holding the puncture needle according to the operation on the ultrasound image. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to easily move the arm to a desired position.

また、第1の実施形態によれば、アーム制御機能155eは、リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブを保持するアームと、穿刺針を保持するアームとの位置関係に基づいて、穿刺針がリアルタイムの超音波画像に描出されるように、超音波プローブを保持するアームの位置を調整するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、インプレーン画像の収集の自由度を高めることを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the arm control function 155e controls the puncture needle based on the positional relationship between the arm that holds the ultrasound probe that acquires real-time ultrasound images and the arm that holds the puncture needle. The position of the arm holding the ultrasound probe is adjusted so that the is depicted on the real-time ultrasound image. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to increase the degree of freedom in acquiring in-plane images.

また、第1の実施形態によれば、表示制御機能155fは、リアルタイムの超音波画像に描出させる穿刺針を選択するためのボタンを入力インターフェース14に表示させる。表示制御機能155fは、リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブ12を保持するアームと、穿刺針を保持するアームとの位置関係に基づいてリアルタイムの超音波画像に穿刺針を描出可能か否か判定し、描出可能である穿刺針に対応するボタンを入力インターフェース14に表示させる。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、インプレーン画像の表示を容易に行うことを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the display control function 155f causes the input interface 14 to display a button for selecting a puncture needle to be visualized in a real-time ultrasound image. The display control function 155f determines whether the puncture needle can be visualized in the real-time ultrasound image based on the positional relationship between the arm holding the ultrasound probe 12 that acquires real-time ultrasound images and the arm holding the puncture needle. Then, the input interface 14 is caused to display a button corresponding to the puncture needle that can be drawn. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to easily display an in-plane image.

また、第1の実施形態によれば、表示制御機能155fは、リアルタイムの超音波画像に複数の穿刺針が同時に描出可能である場合に、複数の穿刺針を同時に描出させるためのボタンを入力インターフェース14に表示させる。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、複数の穿刺針を含むインプレーン画像の表示を容易に行うことを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the display control function 155f provides a button for simultaneously visualizing a plurality of puncture needles in a real-time ultrasound image when the plurality of puncture needles can be simultaneously visualized in the input interface. 14 is displayed. Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to easily display an in-plane image including a plurality of puncture needles.

また、第1の実施形態によれば、アーム制御機能155eは、術者による音声入力に基づいて、穿刺針を保持するアーム及びリアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブを保持するアームの位置を調整するように制御する。従って、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、アームの移動を容易に行うことを可能にする。 Further, according to the first embodiment, the arm control function 155e controls the positions of the arm holding the puncture needle and the arm holding the ultrasound probe for acquiring real-time ultrasound images based on voice input by the operator. control to adjust Therefore, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment makes it possible to easily move the arm.

(その他の実施形態)
さて、これまで第1の実施形態について説明したが、上述した第1の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。
(Other embodiments)
Now, although the first embodiment has been described so far, it may be implemented in various different forms other than the first embodiment described above.

上述した実施形態では、リアルタイムで収集する超音波画像が2次元画像である場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、3次元の超音波画像がリアルタイムで収集される場合でもよい。 In the above-described embodiments, the case where the ultrasonic images acquired in real time are two-dimensional images has been described. However, embodiments are not limited to this, and may be the case where three-dimensional ultrasound images are acquired in real time.

また、上述した実施形態では、表示制御機能155fが、ボリュームデータから生成したレンダリング画像や、リアルタイムの超音波画像を表示させる場合について説明した。しかしながら、表示制御機能155fは、その他種々の情報を表示させることができる。例えば、表示制御機能155fは、穿刺計画に用いたボリュームデータから生成したレンダリング画像に対して実際の穿刺針の位置を示した画像を表示させることができる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the display control function 155f displays a rendering image generated from volume data or a real-time ultrasound image has been described. However, the display control function 155f can cause various other information to be displayed. For example, the display control function 155f can display an image showing the actual position of the puncture needle on the rendered image generated from the volume data used for the puncture plan.

すなわち、表示制御機能155fは、位置センサに基づくアーム22a(アーム22b)の位置や超音波画像に描出された穿刺針の位置に基づいて、第1座標空間内での穿刺針31(穿刺針32)の位置を特定する。そして、表示制御機能155fは、特定した位置に対応するボリュームデータ内の位置をさらに特定する。これにより、表示制御機能155fは、レンダリング画像内に穿刺針を示した画像を表示させることができる。 That is, the display control function 155f controls the puncture needle 31 (puncture needle 32 ). Then, the display control function 155f further identifies a position within the volume data corresponding to the identified position. Thereby, the display control function 155f can display an image showing the puncture needle in the rendered image.

また、表示制御機能155fは、穿刺針の情報及び画像情報を提示するように制御する。例えば、表示制御機能155fは、穿刺計画に用いたボリュームデータから生成したレンダリング画像を表示するとともに、穿刺針31、穿刺針32、超音波プローブ12、アーム22a、アーム22b、アーム22cの位置をアニメーションで表示させ、さらに、超音波プローブ12のスキャン位置を表示させることで、ライブシェーマ機能を実現することもできる。 In addition, the display control function 155f controls to present the information of the puncture needle and the image information. For example, the display control function 155f displays a rendered image generated from the volume data used for the puncture plan, and animates the positions of the puncture needle 31, the puncture needle 32, the ultrasonic probe 12, the arm 22a, the arm 22b, and the arm 22c. , and by displaying the scanning position of the ultrasonic probe 12, a live schema function can be realized.

また、上述した実施形態では、Fusion機能を用いて位置を調整する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、Fusion機能を用いない場合でもよい。かかる場合には、例えば、穿刺計画時に臓器、体表、骨、大きな血管などについてセグメンテーションが実行される。そして、リアルタイムで収集される超音波画像上でターゲットが指定される。 Also, in the above-described embodiment, the case where the position is adjusted using the Fusion function has been described. However, the embodiments are not limited to this, and for example, the Fusion function may not be used. In such cases, for example, segmentation is performed for organs, body surfaces, bones, large vessels, etc. during puncture planning. A target is then specified on an ultrasound image acquired in real time.

アーム制御機能155eは、位置センサ61bから取得される被検体の位置情報に対して、穿刺計画でセグメンテーションの情報を適用することで、第1座標空間における臓器、骨、大きな血管の位置を特定する。そして、アーム制御機能155eは、リアルタイムの超音波画像で指定されたターゲットの位置と、特定した第1座標空間における臓器、骨、大きな血管の位置とに基づいて、穿刺針の挿入位置及び角度を決定する。すなわち、アーム制御機能155eは、骨や、血管などを避けた穿刺経路を決定する。これにより、アーム制御機能155eは、Fusion機能を用いることなく、穿刺針の位置を自動で調整することができる。 The arm control function 155e identifies the positions of organs, bones, and large blood vessels in the first coordinate space by applying segmentation information in a puncture plan to the subject's position information obtained from the position sensor 61b. . Then, the arm control function 155e determines the insertion position and angle of the puncture needle based on the position of the target specified in the real-time ultrasound image and the positions of the internal organs, bones, and large blood vessels in the specified first coordinate space. decide. That is, the arm control function 155e determines a puncture route that avoids bones, blood vessels, and the like. Thereby, the arm control function 155e can automatically adjust the position of the puncture needle without using the Fusion function.

また、アーム制御機能155eは、術者が超音波画像上でターゲット及び挿入位置を指定すると、指定された挿入位置から指定されたターゲットに向けて穿刺針を挿入することができるようにアームの位置を制御することもできる。 In addition, when the operator designates a target and an insertion position on an ultrasound image, the arm control function 155e controls the position of the arm so that the puncture needle can be inserted from the designated insertion position toward the designated target. can also be controlled.

また、アーム制御機能155eは、超音波画像の画像情報に基づいてアームを制御することもできる。例えば、インプレーン画像において、画像上の針が存在する位置の画素値が特異的に高くない場合に、アーム制御機能155eは、超音波プローブ12のあおり角を変化させ、輝度値の変化から最大輝度の角度であおりを停止させるように制御する。 The arm control function 155e can also control the arm based on the image information of the ultrasound image. For example, in an in-plane image, when the pixel value at the position where the needle exists on the image is not particularly high, the arm control function 155e changes the tilt angle of the ultrasonic probe 12, Control to stop tilting at the angle of luminance.

また、表示制御機能155fは、超音波プローブ12を保持するアーム22cの位置に応じて、自動でアプリケーションを起動させることができる。例えば、アーム22cがインプレーン画像を表示させる位置に配置された場合に、針強調モードや、針ナビゲーション、穿刺ラインなどのアプリケーションを自動で起動させ、表示を行う。 Further, the display control function 155f can automatically activate an application according to the position of the arm 22c holding the ultrasonic probe 12. FIG. For example, when the arm 22c is positioned to display an in-plane image, applications such as a needle emphasis mode, needle navigation, and puncture line are automatically activated and displayed.

上述した実施形態では、本願に係る穿刺支援装置が超音波診断装置100に組み込まれる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、本願に係る穿刺支援装置が、ロボットアーム装置200に組み込まれる場合でもよい。かかる場合には、上記した各機能が処理回路213によって実行される。 In the above-described embodiment, the case where the puncture assistance device according to the present application is incorporated in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 has been described. However, the embodiments are not limited to this, and for example, the puncture assistance device according to the present application may be incorporated in the robot arm device 200. In such a case, the functions described above are performed by processing circuitry 213 .

なお、上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサはメモリに保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、メモリにプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。 In addition, the term "processor" used in the above description includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), an application specific integrated circuit (ASIC), a programmable logic device ( For example, it means circuits such as Simple Programmable Logic Device (SPLD), Complex Programmable Logic Device (CPLD), and Field Programmable Gate Array (FPGA). The processor implements its functions by reading and executing programs stored in memory. It should be noted that instead of storing the program in the memory, the program may be directly embedded in the circuit of the processor. In this case, the processor realizes its function by reading and executing the program embedded in the circuit. Note that each processor of the present embodiment is not limited to being configured as a single circuit for each processor, and may be configured as one processor by combining a plurality of independent circuits to realize its function. good.

なお、上記の実施形態の説明で図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPUおよび当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。 It should be noted that each component of each device illustrated in the description of the above embodiment is functionally conceptual, and does not necessarily need to be physically configured as illustrated. In other words, the specific form of distribution and integration of each device is not limited to the illustrated one, and all or part of them can be functionally or physically distributed and integrated in arbitrary units according to various loads and usage conditions. Can be integrated and configured. Furthermore, all or any part of each processing function performed by each device can be implemented by a CPU and a program analyzed and executed by the CPU, or implemented as hardware based on wired logic.

また、上述した実施形態で説明した制御方法は、あらかじめ用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク(FD)、CD-ROM、MO、DVD、USBメモリ及びSDカードメモリ等のFlashメモリ等のコンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体に記録され、コンピュータによって非一時的な記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。 Further, the control method described in the above embodiments can be realized by executing a prepared control program on a computer such as a personal computer or a work station. This control program can be distributed via a network such as the Internet. In addition, this control program is recorded on a computer-readable non-temporary recording medium such as a hard disk, flexible disk (FD), CD-ROM, MO, DVD, USB memory, and Flash memory such as SD card memory, It can also be executed by being read from a non-transitory recording medium by a computer.

以上、説明したとおり、実施形態によれば、穿刺に係る負荷を低減することを可能にする。 As described above, according to the embodiments, it is possible to reduce the load associated with puncturing.

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments have been described, these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations of embodiments can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

100 超音波診断装置
155、213 処理回路
155a 制御機能
155c 取得機能
155d 算出機能
155e アーム制御機能
155f 表示制御機能
100 ultrasonic diagnostic apparatus 155, 213 processing circuit 155a control function 155c acquisition function 155d calculation function 155e arm control function 155f display control function

Claims (14)

穿刺計画に基づいて設定される被検体に対する穿刺位置の情報を取得する取得部と、
前記穿刺位置の情報に基づく超音波スキャンの座標空間における前記穿刺計画時の前記被検体の位置情報と、前記被検体から収集されたリアルタイムの超音波画像に基づく前記超音波スキャンの座標空間における被検体の位置情報との差分を算出する算出部と、
前記穿刺計画に基づいて前記被検体に対して刺入される穿刺針を保持するロボットアームの位置を、前記差分を用いて調整するように制御する制御部と、
を備える、穿刺支援装置。
an acquisition unit that acquires information on the puncture position for the subject that is set based on the puncture plan;
The position information of the subject at the time of the puncture planning in the coordinate space of the ultrasound scan based on the information of the puncture position, and the subject in the coordinate space of the ultrasound scan based on the real-time ultrasound image collected from the subject a calculation unit that calculates the difference from the position information of the sample;
a control unit that controls the position of a robot arm that holds a puncture needle to be inserted into the subject based on the puncture plan so as to be adjusted using the difference;
A puncture assist device.
前記算出部は、前記穿刺位置の情報における前記被検体の所定領域と前記穿刺針との位置関係と、前記リアルタイムの超音波画像に基づく被検体の位置に対して前記穿刺位置の情報で前記穿刺針を刺入した場合の当該穿刺針と前記所定領域との位置関係との差分を算出し、
前記制御部は、前記位置関係の差分に応じて、前記穿刺計画に基づいて配置された前記ロボットアームの位置を移動させるように制御する、請求項1に記載の穿刺支援装置。
The calculation unit calculates the positional relationship between the predetermined region of the subject and the puncture needle in the puncture position information, and performs the puncture with the puncture position information with respect to the position of the subject based on the real-time ultrasonic image. calculating the difference between the positional relationship between the puncture needle and the predetermined region when the needle is inserted;
The puncture assisting apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls to move the position of the robot arm arranged based on the puncture plan according to the difference in the positional relationship.
前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得部をさらに備え、
前記制御部は、前記生体情報に基づいて、前記ロボットアームをさらに調整するように制御する、請求項1又は2に記載の穿刺支援装置。
further comprising a biological information acquisition unit that acquires biological information of the subject;
The puncture assistance device according to claim 1 or 2, wherein the control unit controls the robot arm to further adjust the robot arm based on the biological information.
前記制御部は、前記生体情報に基づいて前記被検体の体動を検出し、前記被検体の体動が相対的に少ないタイミングで前記ロボットアームに保持された穿刺針の刺入を開始するように制御する、請求項3に記載の穿刺支援装置。 The control unit detects the body movement of the subject based on the biological information, and starts inserting the puncture needle held by the robot arm at a timing when the body movement of the subject is relatively small. 4. The puncture assisting device according to claim 3, which controls to 前記制御部は、前記生体情報に基づいて前記被検体の体動を検出し、前記被検体の体動に合わせて前記穿刺針を保持したロボットアームの位置を調整するように制御する、請求項3に記載の穿刺支援装置。 3. The control unit detects a body movement of the subject based on the biological information, and controls the robot arm holding the puncture needle to adjust the position of the robot arm according to the body movement of the subject. 4. The puncture assistance device according to 3. 前記制御部は、前記被検体の体動のうち前記穿刺針の刺入方向の動きに合わせて、前記ロボットアームの前記穿刺針の刺入方向の位置を調整するように制御する、請求項5に記載の穿刺支援装置。 6. The control unit performs control so as to adjust the position of the robot arm in the puncture direction of the puncture needle in accordance with movement of the puncture needle in the puncture direction of the body movement of the subject. The puncture assist device according to . 前記制御部は、前記超音波画像に対する操作に応じて、前記穿刺針を保持したロボットアームの位置を調整するように制御する、請求項1~6のいずれか1つに記載の穿刺支援装置。 The puncture assisting apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit controls to adjust the position of the robot arm holding the puncture needle according to the operation on the ultrasonic image. 前記制御部は、前記リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブを保持するプローブ用ロボットアームと、前記穿刺針を保持するロボットアームとの位置関係に基づいて、前記穿刺針が前記リアルタイムの超音波画像に描出されるように、前記プローブ用ロボットアームの位置を調整するように制御する、請求項1~7のいずれか1つに記載の穿刺支援装置。 Based on the positional relationship between a probe robot arm that holds an ultrasonic probe that acquires the real-time ultrasonic image and a robot arm that holds the puncture needle, the control unit controls the position of the puncture needle in the real-time ultrasonic image. The puncture assisting apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein control is performed so as to adjust the position of the probe robot arm so as to be depicted in a sound wave image. 前記リアルタイムの超音波画像に描出させる穿刺針を選択するためのボタンを入力インターフェースに表示させる表示制御部をさらに備え、
前記表示制御部は、前記リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブを保持するプローブ用ロボットアームと、前記穿刺針を保持するロボットアームとの位置関係に基づいて前記リアルタイムの超音波画像に穿刺針を描出可能か否か判定し、描出可能である穿刺針に対応するボタンを前記入力インターフェースに表示させる、請求項8に記載の穿刺支援装置。
further comprising a display control unit for displaying a button for selecting a puncture needle to be depicted in the real-time ultrasound image on the input interface;
The display control unit displays the real-time ultrasound image based on the positional relationship between a probe robot arm that holds an ultrasound probe that acquires the real-time ultrasound image and a robot arm that holds the puncture needle. The puncture assisting device according to claim 8, which determines whether or not a needle can be visualized, and causes the input interface to display a button corresponding to a puncture needle that can be visualized.
前記表示制御部は、前記リアルタイムの超音波画像に複数の穿刺針が同時に描出可能である場合に、前記複数の穿刺針を同時に描出させるためのボタンを前記入力インターフェースに表示させる、請求項9に記載の穿刺支援装置。 10. The display control unit causes the input interface to display a button for simultaneously depicting the plurality of puncture needles when the plurality of puncture needles can be simultaneously depicted in the real-time ultrasound image. The puncture assist device described. 前記リアルタイムの超音波画像は、2次元又は3次元の画像である、請求項1~10のいずれか1つに記載の穿刺支援装置。 The puncture assisting device according to any one of claims 1 to 10, wherein said real-time ultrasound image is a two-dimensional or three-dimensional image. 前記穿刺針の情報及び画像情報を提示するように制御する表示制御部をさらに備える、請求項1~11のいずれか1つに記載の穿刺支援装置。 The puncture assisting apparatus according to any one of claims 1 to 11, further comprising a display control unit that controls to present the information of the puncture needle and the image information. 前記制御部は、術者による音声入力に基づいて、前記穿刺針を保持するロボットアーム及び前記リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブを保持するプローブ用ロボットアームの位置を調整するように制御する、請求項1~12のいずれか1つに記載の穿刺支援装置。 The control unit controls to adjust the positions of the robot arm that holds the puncture needle and the probe robot arm that holds the ultrasonic probe that acquires the real-time ultrasonic image, based on voice input by the operator. The puncture assisting device according to any one of claims 1 to 12, wherein 穿刺計画に基づいて設定される被検体に対する穿刺位置の情報を取得する取得部と、an acquisition unit that acquires information on the puncture position for the subject that is set based on the puncture plan;
前記穿刺位置の情報における前記被検体の位置情報と、前記被検体から収集されたリアルタイムの超音波画像に基づく被検体の位置情報との差分を算出する算出部と、a calculation unit that calculates the difference between the position information of the subject in the puncture position information and the position information of the subject based on real-time ultrasound images collected from the subject;
前記穿刺計画に基づいて前記被検体に対して刺入される穿刺針を保持するロボットアームの位置を、前記差分を用いて調整するように制御する制御部と、a control unit that controls the position of a robot arm that holds a puncture needle to be inserted into the subject based on the puncture plan so as to be adjusted using the difference;
前記リアルタイムの超音波画像に描出させる穿刺針を選択するためのボタンを入力インターフェースに表示させる表示制御部と、a display control unit for displaying on the input interface a button for selecting a puncture needle to be depicted in the real-time ultrasound image;
を備え、with
前記制御部は、前記リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブを保持するプローブ用ロボットアームと、前記穿刺針を保持するロボットアームとの位置関係に基づいて、前記穿刺針が前記リアルタイムの超音波画像に描出されるように、前記プローブ用ロボットアームの位置を調整するように制御し、Based on the positional relationship between a probe robot arm that holds an ultrasonic probe that acquires the real-time ultrasonic image and a robot arm that holds the puncture needle, the control unit controls the position of the puncture needle in the real-time ultrasonic image. Control to adjust the position of the probe robot arm so as to be depicted in the sound wave image,
前記表示制御部は、前記リアルタイムの超音波画像を収集する超音波プローブを保持するプローブ用ロボットアームと、前記穿刺針を保持するロボットアームとの位置関係に基づいて前記リアルタイムの超音波画像に穿刺針を描出可能か否か判定し、描出可能である穿刺針に対応するボタンを前記入力インターフェースに表示させる、穿刺支援装置。The display control unit displays the real-time ultrasound image based on the positional relationship between a probe robot arm that holds an ultrasound probe that acquires the real-time ultrasound image and a robot arm that holds the puncture needle. A puncture assisting device that determines whether or not a needle can be visualized, and causes the input interface to display a button corresponding to the puncture needle that can be visualized.
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