WO2015037418A1

WO2015037418A1 - 穿刺支援装置

Info

Publication number: WO2015037418A1
Application number: PCT/JP2014/072074
Authority: WO
Inventors: 正克藤江; 洋小林; 誠橋爪; 猛大平; 盛雅富川; 宗則植村; 張　博; 小笠原　伸浩; 裕司小山; 健一柳
Original assignee: 学校法人早稲田大学; 国立大学法人九州大学; 株式会社菊池製作所
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2014-08-24
Publication date: 2015-03-19
Also published as: JP2015053996A

Abstract

　超音波診断画像を見ながら一人の医師が的確に穿刺操作ができる穿刺支援装置を提供する。　使用者が把持して移動できるように構成された装置本体１０と、装置本体１０に設けられた、超音波プローブ４０を保持する超音波プローブ保持部１５と、装置本体１０に変位可能に設けられた、穿刺針Ｎが装着可能な穿刺針駆動ユニット２０と、穿刺針駆動ユニット２０を駆動するモーターＭ１、Ｍ２及びＭ３と、装置本体１０に設けられた、超音波プローブ４０によって得られた超音波断層画像を表示するモニター３０と、モーターＭ１，Ｍ２及びＭ３を制御する制御装置６０とを備える。モーターＭ１、Ｍ２及びＭ３は、制御装置６０による制御に従って、穿刺針Ｎが装着された穿刺針駆動ユニット２０を駆動し、もってモニター３０に表示された超音波断層画像上で設定された穿刺経路に沿って穿刺針Ｎを移動させる。

Description

穿刺支援装置

　本発明は、穿刺支援装置に関し、さらに言えば、超音波診断画像を見ながら一人の医師が的確に穿刺操作をすることができると共に、長軸穿刺と短軸穿刺の双方に対応可能な穿刺支援装置に関する。

　患者の体内組織への穿刺は、医療の様々な場面で用いられている。例えば、静脈にカテーテルを挿入して薬液を注入したり、肝ガンや乳ガンに針を穿刺して経皮的治療を行ったりする場合に実施されている。

　患者の体内組織への穿刺を行う場合、通常は、医師が、超音波診断装置のプローブ（探触子）を患部に当て、超音波診断装置の画面上に表示される患部の超音波断層画像を肉眼で見ながら患部に穿刺し、患部の所望箇所（以下、ターゲットということがある）に穿刺針を到達させる。この穿刺操作では、医師が、超音波断層画像から目視で、穿刺針の先端がターゲットで停止するように穿刺経路を決定し、その穿刺経路に沿って所望深さまで穿刺針を移動させる必要があるため、熟練した技術が必要である。

　そこで、それほど熟練していない医師でも的確に所望の穿刺操作を行えるようにするために、以前から種々の穿刺支援装置が開発されて来ている。

　例えば、特許文献１（特開２０１２－０３５０１０号公報）には、穿刺支援システムが開示されている。この穿刺支援システムは、プローブ位置姿勢検出手段で検出したプローブの位置及び姿勢に、前記プローブから得られた超音波断層画像を対応させることで、患部に設定されたターゲットの三次元位置を求め、その三次元位置に基づいて前記ターゲットに穿刺針が到達するように穿刺針動作手段を制御する。こうすることで、簡単な動作でターゲットに穿刺針を自動的に到達させるようにしている。

　また、特許文献２（特開２０１２－０８１１０２号公報）には、穿刺操作支援システムが開示されている。この穿刺操作支援システムは、穿刺針の刺入深さを計測するセンサーによって得た信号を正弦波に変換し、得られた正弦波をカットオフ周波数が概ね同一のハイパスフィルタとローパスフィルタで分離して、その高周波側音声をイヤホーンを構成する一方のホーンに出力し、その低周波側音声をイヤホーンを構成する他方のホーンに出力するように構成されており、それら二つの音声信号の音量変化で最適刺入深さを認識することができるようにしている。

　前記イヤホーンには小型モニターが装着されており、必要時にその小型モニターを一方の眼の前に配置することで、医師は、眼前の小型モニターで超音波断層画像を視認しながら穿刺操作を行うことが可能である。

特開２０１２－０３５０１０号公報特開２０１２－０８１１０２号公報

　上述した特許文献１の「穿刺支援システム」によれば、患部に設定されたターゲットに簡単な操作で穿刺針を自動的に到達させることが可能である。しかし、超音波断層画像が表示されるのは少し離れた超音波診断装置の画面であるから、医師は、手元にある穿刺箇所と超音波診断装置の画面とを交互に見ながら、穿刺針を穿刺する位置と向きと深さを決め、穿刺操作を行わなければならない。このため、穿刺支援システムを用いて、臨床で一人の医師が穿刺操作を的確に行うのは難しい。

　上述した特許文献２の「穿刺操作支援システム」によれば、医師は、イヤホーンを構成する左右のホーンから出力される音声信号の音量変化を利用して最適刺入深さを認識することができる。また、イヤホーンに装着された小型モニターを眼前に配置することで、超音波断層画像を眼前で視認しながら穿刺操作を行うことができる。しかし、イヤホーンに装着された小型モニターは小さすぎるから、その小型モニター上の超音波断層画像を利用して穿刺する位置と向きを正確に決定することは困難である。よって、この穿刺操作支援システムを利用しても、臨床で一人の医師が穿刺操作を的確に行うのは簡単ではない。

　また、穿刺操作を手技で行う際に、穿刺操作を容易にする市販のアタッチメントが使用されることがある。このアタッチメントは、穿刺針をガイドする構成を持っていると共に、使い捨てであるが、長軸穿刺すなわち「血管に沿った方向の穿刺」にしか対応していない。このため、短軸穿刺すなわち「血管に直交する方向の穿刺」には使用できないという難点がある。

　本発明は、以上述べたような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、超音波診断画像を見ながら一人の医師が的確に穿刺操作をすることができる穿刺支援装置を提供することにある。

　本発明の他の目的は、長軸穿刺と短軸穿刺の双方に対応可能な穿刺支援装置を提供することにある。

　ここに明記しない本発明のさらに他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかである。

　（１）　本発明の穿刺支援装置は、
　患部に当てた超音波プローブから得た超音波断層画像を用いて前記患部に穿刺針を穿刺する際に使用される穿刺支援装置であって、
　使用者が把持して移動できるように構成された装置本体と、
　前記装置本体に設けられた、超音波プローブを保持するための超音波プローブ保持部と、
　前記装置本体に変位可能に設けられた、穿刺針が装着可能な穿刺針駆動ユニットと、
　前記穿刺針駆動ユニットを駆動する駆動手段と、
　前記装置本体に設けられた、前記超音波プローブによって得られた超音波断層画像を表示する表示装置と、
　前記駆動手段を制御する制御装置とを備え、
　前記駆動手段は、前記制御装置による制御に従って、穿刺針が装着された前記穿刺針駆動ユニットを駆動し、もって前記表示装置に表示された超音波断層画像上で設定された穿刺経路に沿って前記穿刺針を移動させることを特徴とするものである。

　本発明の穿刺支援装置は、上記のような構成を有するので、使用者が、前記装置本体の前記超音波プローブ保持部に保持された前記超音波プローブを患者の患部に当てると、超音波断層画像が得られ、その超音波断層画像は前記装置本体の前記表示装置に表示される。所望の穿刺経路は、必要に応じて、前記表示装置に表示された超音波断層画像上で設定されることができる。穿刺針は、必要に応じて、前記穿刺針駆動ユニットに装着されることができる。

　そこで、使用者が、前記表示装置に表示された超音波断層画像上で所望の穿刺経路を設定し、所望の穿刺針を前記穿刺針駆動ユニットに装着してから、前記制御装置によって制御しながら前記駆動手段を作動させると、前記穿刺針駆動ユニットに装着された前記穿刺針は、前記穿刺経路に沿って自動的に移動する。

　このように、本発明の穿刺支援装置では、使用者は、前記装置本体の近傍に配置された前記超音波プローブを患部に当てながら、同時に、前記超音波断層画像を前記装置本体に設けられた前記表示装置で見ることができる。また、所望の穿刺経路も、前記装置本体に設けられた前記表示装置上で設定することができる。よって、超音波診断画像を見ながら一人の医師が的確に穿刺操作をすることができる。

　（２）　本発明の穿刺支援装置の好ましい例では、前記超音波プローブ保持部が、前記超音波プローブ保持部に保持された超音波プローブの前記装置本体または前記穿刺針に対する向きを変更して保持することが可能とされる。この例では、血管に対する長軸穿刺と短軸穿刺の双方に対応することができるという利点がある。

　本発明の穿刺支援装置のさらに好ましい例では、前記超音波プローブ保持部が、前記装置本体に設けられた主保持部材に回動軸によって保持され、前記超音波プローブ保持部が前記回動軸の周りに回動可能とされる。この例では、前記超音波プローブ保持部に保持された超音波プローブの向きの変更を容易に実現できるという利点がある。

　本発明の穿刺支援装置のさらに好ましい例では、前記超音波プローブ保持部が、前記装置本体に設けられた主保持部材に回動軸によって保持され、前記超音波プローブ保持部が前記回動軸の周りに回動可能とされると共に、回動防止手段（例えばナット）によって前記超音波プローブ保持部が長軸穿刺位置または短軸穿刺位置に固定される。この例では、前記超音波プローブ保持部に保持された超音波プローブの向きの変更を容易に実現できるという利点がある。

　本発明の穿刺支援装置のさらに他の好ましい例では、前記表示装置がタッチ入力式とされ、前記表示装置の表示画面上で使用者がタッチ入力することで、前記穿刺経路が設定される。この例では、前記穿刺経路の設定がいっそう簡単になるという効果がある。

　本発明の穿刺支援装置のさらに他の好ましい例では、前記駆動手段として、前記装置本体に対する前記穿刺針駆動ユニットの位置を調整する穿刺位置調整モータと、前記装置本体に対する前記穿刺針駆動ユニットの角度を調整する穿刺角度調整モータと、前記穿刺針駆動ユニットに装着された前記穿刺針をその軸心方向に駆動する穿刺針駆動モータとを含む。この例では、前記穿刺針駆動ユニットを駆動する前記駆動手段が、簡易な構成で実現できるという効果がある。

　本発明の穿刺支援装置によれば、超音波診断画像を見ながら一人の医師が的確に穿刺操作をすることができる、という効果がある。

本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置の全体構成を示す、左方から見た斜視図で、超音波プローブは長軸穿刺位置に固定されている。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置の全体構成を示す、右方から見た斜視図で、超音波プローブは長軸穿刺位置に固定されている。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置の全体構成を示す正面図で、超音波プローブは長軸穿刺位置に固定されている。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置に含まれている制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置に含まれている制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置で穿刺経路を設定する方法を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置で長軸穿刺を行う場合の、超音波プローブと血管と穿刺針との関係を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置で短軸穿刺を行う場合の、超音波プローブと血管と穿刺針との関係を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置の全体構成を示す、左方から見た斜視図で、超音波プローブは短軸穿刺位置に固定されている。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置の全体構成を示す、右方から見た斜視図で、超音波プローブは短軸穿刺位置に固定されている。本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置の全体構成を示す正面図で、超音波プローブは短軸穿刺位置に固定されている。

　以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。

　図１～図３に、本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置１の全体構成を示す。この穿刺支援装置１は、患部に当てた超音波プローブから得た超音波断層画像を用いて、前記患部に穿刺針を穿刺する際に使用されるものである。図１～図３では、超音波プローブが長軸穿刺位置に固定されている。

　この穿刺支援装置１は、使用者が把持して移動できるように構成された装置本体１０と、装置本体１０に設けられた穿刺針駆動ユニット２０と、装置本体１０に設けられたモニター（表示装置）３０と、超音波診断装置５０に接続されると共に、装置本体１０に取り外し可能に装着された超音波プローブ４０と、穿刺針駆動ユニット２０及びモニター３０を制御する制御装置６０とを備えている。

　装置本体１０は、中央位置に、ほぼ水平に延在する略棒状の主保持部材１１を有している。主保持部材１１には、それに対して前方（穿刺針駆動ユニット２０のある側）に傾斜した状態で略板状のモータ保持部材１２が接続されている。モータ保持部材１２には、穿刺位置調整モータＭ１と、穿刺位置調整モータＭ１の回転運動を直線運動に変換して伝達する回転伝達機構Ｋ１（例えばボールねじ）が装着されている。穿刺位置調整モータＭ１は、図示しないケーブルを介して制御装置６０に接続されている。

　回転伝達機構Ｋ１の一端には、モータ保持部材１６が接続されている。モータ保持部材１６は、モータ保持部材１２に対して、穿刺位置調整モータＭ１の回転に応じて回転伝達機構Ｋ１の延在方向に沿って直線的に変位可能である。

　モータ保持部材１６には、穿刺角度調整モータＭ２と、穿刺角度調整モータＭ２の回転運動をそれと直交する方向の回転運動に変換して伝達する回転伝達機構Ｋ２（例えばウォームギアとウォームホイール）が装着されている。穿刺角度調整モータＭ２の回転運動により、穿刺角度調整モータＭ２の回転軸に直交する回転軸Ｓが回転する。穿刺角度調整モータＭ２は、図示しないケーブルを介して制御装置６０に接続されている。

　回転軸Ｓの一端は穿刺針駆動ユニット２０に接続されており、回転軸Ｓの回転により、穿刺針駆動ユニット２０の傾斜角度、すなわち、穿刺針Ｎの穿刺角度が調整されるようになっている。

　装置本体１０の主保持部材１１には、さらに、使用者である医師が片手で把持できるように形成された把持部１３と、モニター３０を支持する一対のアーム１４と、超音波プローブ４０を保持する超音波プローブ保持部１５が設けられている。超音波プローブ保持部１５は、垂直方向に延在する回転軸によって主保持部材１１に固定されているが、その回転軸の上端にねじ込まれたナットＴを緩めてから回動（図１～図３では水平面内で９０°回動）させることにより、その向き（装置本体１０または穿刺針Ｎに対する向き）を変更可能である（図９～図１１を参照）。このため、長軸穿刺と短軸穿刺の双方に対応可能である。

　把持部１３は、主保持部材１１に対して少し後方（穿刺針駆動ユニット２０とは反対側）に配置されている。一対のアーム１４は、主保持部材１１のほぼ真上に延在してから、主保持部材１１より少し斜め後方に延在している。モニター３０は、一対のアーム１４の上端部にある傾斜した部分に固定されている。把持部１３は、モニター３０に対して少し後方に位置し、また、モニター３０の中央より少し左側にずれている。

　超音波プローブ保持部１５は、略四角筒状で、主保持部材１１の下部に固定されている。超音波プローブ４０は、超音波プローブ保持部１５に上下方向に挿通されて、少し後方に傾斜した状態で保持される。超音波プローブ保持部１５に保持された超音波プローブ４０は、モニター３０とほぼ重なる位置にあり、また、モニター３０の中央より少し右側にずれた位置にある。超音波プローブ４０の下端にある感知面４１は、モニター３０の真下に来るように調整されている。超音波プローブ４０は、図示しないケーブルを介して超音波診断装置５０に接続されている。

　穿刺針駆動ユニット２０は、穿刺針Ｎを保持して駆動するためのユニットで、回転軸Ｓの一端に接続された主フレーム２６と、穿刺針保持フレーム２１とを有している。穿刺針駆動ユニット２０は、穿刺角度調整モータＭ２の回転によって惹起された回転軸Ｓの回転により、回転軸Ｓの周りに回動する。図１～図３に示した状態では、回転軸Ｓが水平方向に配置されているので、穿刺針駆動ユニット２０は垂直面に沿って回動することになる。これにより、穿刺針駆動ユニット２０の傾斜角度が変わり、結果として、穿刺針駆動ユニット２０に装着された穿刺針Ｎの患部に対する角度（穿刺角度）が変わる（調整される）ようになっている。

　主フレーム２６には、穿刺針駆動モータＭ３と、穿刺針駆動モータＭ３の回転運動を直線運動に変換して伝達する回転伝達機構Ｋ３（例えばボールねじ）が装着されている。穿刺針駆動モータＭ３の回転により、穿刺針保持フレーム２１が、主フレーム２６に対して、穿刺針駆動モータＭ３の回転軸に沿って直線状に変位するようになっている。これによって、穿刺針駆動ユニット２０に装着された穿刺針Ｎがその軸心方向に直線移動する。穿刺針駆動モータＭ３は、図示しないケーブルを介して制御装置６０に接続されている。

　穿刺針保持フレーム２１には、穿刺針保持部２２が設けてあり、穿刺針保持部２２には穿刺針Ｎが取り外し可能に装着されている。穿刺針保持部２２には、圧力センサ２３が装着されていて、穿刺針Ｎに作用する圧力を検出するようになっている。穿刺針保持部２２には、穿刺針Ｎに薬剤を供給するチューブを接続するための接続口２４が設けされている。このため、穿刺針Ｎを介して患部に薬液を供給したり、患部から体液を抽出したりすることができる。

　表示装置としてのモニター３０は、表示画面としても機能するタッチパネル３１を有しており、超音波診断装置によって得た超音波断層画像を表示するだけでなく、所望の位置に指でタッチすることで、穿刺の開始点及び到達点と穿刺経路とを指定することができる。モニター３０は、図示しないケーブルを介して、制御装置６０に接続されている。タッチパネル３１上で指定された穿刺開始点及び到達点と穿刺経路の情報は、図示しないケーブルを介して制御装置６０に送られ、穿刺支援装置１の三つのモータ、すなわち、穿刺位置調整モータＭ１、穿刺角度調整モータＭ２及び穿刺針駆動モータＭ３の駆動及び制御に使用される。

　穿刺位置調整モータＭ１、穿刺角度調整モータＭ２及び穿刺針駆動モータＭ３が、穿刺針駆動ユニット２０の「駆動手段」に対応する。

　タッチパネル３１上で指定された穿刺開始点及び到達点と穿刺経路は、制御装置６０の制御プログラムに入力される。この制御プログラムにより、穿刺位置調整モータＭ１と穿刺角度調整モータＭ２と穿刺針駆動モータＭ３が制御される。その結果、穿刺針Ｎは、指定された穿刺開始点から患部に入り、指定された穿刺経路を通って患部内を移動し、指定された到達点で停止する。こうして、穿刺支援装置１により、所望の穿刺が自動的に実行される。

　超音波プローブ４０は、公知の構成を持っていて、公知の超音波診断装置５０に接続されている。超音波プローブ４０の感知面４１を患部の表面に当てて患部内に超音波を発信・伝播させることで、患部の超音波断層画像が得られる。超音波診断装置５０は、モニター３０にも接続されているので、こうして得られた超音波断層画像は、超音波診断装置５０に組み込まれた画面だけでなく、モニター３０の表示画面（タッチパネル３１）にも表示される。このため、穿刺操作を行う医師（使用者）は、患部がある手元でその患部の超音波断層画像を視認することができる。したがって、医師は、特許文献１の穿刺支援システムで必要であった、「手元にある穿刺箇所と超音波診断装置の画面とを交互に見ながら、穿刺針を穿刺する位置と向きと深さを決めて穿刺操作を行う」という面倒で不便な操作が不要である。

　超音波診断装置５０は、公知の構成及び機能を有している。したがって、その構成と機能の詳細な説明は省略する。

　制御装置６０は、通常、制御プログラムを内臓したパーソナルコンピュータであり、その制御プログラムにより穿刺位置調整モータＭ１、穿刺角度調整モータＭ２及び穿刺針駆動モータＭ３、ひいては穿刺支援装置１を制御する。

　次に、図５を参照しながら、以上の構成を持つ穿刺支援装置１に組み込まれている制御装置６０の構成及び機能を説明する。

　制御装置６０は、図５に示すような構成を有しており、超音波画像情報取得部６１と、超音波画像情報転送部６２、穿刺経路情報取得部６３、穿刺経路情報演算部６４、穿刺動作制御部６５とを備えている。

　超音波画像情報取得部６１は、超音波診断装置５０にケーブル（図示せず）によって接続された超音波プローブ４０を、患部の表面に押し当てて超音波を体内組織に発信・伝播させることで、超音波診断装置５０によって生成された超音波画像情報を取得する。そのために、制御装置６０は、ケーブル（図示せず）によって超音波診断装置５０に接続されている。

　超音波画像情報転送部６２は、超音波画像情報取得部６１で取得した超音波画像情報をモニター３０に転送する。モニター３０は、その超音波画像情報を受信してタッチパネル３１（表示画面）に表示する。

　穿刺経路情報取得部６３は、モニター３０のタッチパネル３１（表示画面）に表示された超音波画像上で医師によって指定される、穿刺経路に関する情報（穿刺経路情報）を取得する。

　穿刺経路情報演算部６４は、穿刺経路情報取得部６３で取得した穿刺経路情報（すなわち穿刺位置と穿刺角度と穿刺距離）を実空間での座標における情報（実空間情報）に変換し、穿刺位置調整モータＭ１、穿刺角度調整モータＭ２及び穿刺針駆動モータＭ３で利用できる情報を算出する。

　穿刺動作制御部６５は、穿刺経路情報演算部６４で算出された実空間情報を、穿刺位置調整モーターＭ１、穿刺角度調整モーターＭ２及び穿刺針駆動モーターＭ３に振り分けて、制御信号として各モータＭ１、Ｍ２及びＭ３に供給する。また、穿刺動作が制御信号のとおりに実行されているかどうかを監視し、制御信号のとおりに実行されていないことが分かった場合は、「エラー」と認定し、同じ動作を再度実行するようモニター３０に表示する。穿刺動作制御部６５は、このようにして穿刺動作を制御する。

　次に、図４を参照しながら、上述した構成を持つ制御装置６０の動作を説明する。

　制御装置６０は、まず、超音波画像情報取得部６１により、超音波診断装置５０で生成された超音波画像情報を取得する（ステップＳ１）。取得した超音波画像情報は、超音波画像情報転送部６２によってモニター３０に転送される（ステップＳ２）。その結果、モニター３０が、タッチパネル３１（表示画面）に、転送されてきた超音波画像情報に基づいて超音波画像を表示するので（ステップＳ３）、医師はタッチパネル３１上でその超音波画像を視認できるようになる。

　続いて、穿刺経路情報取得部６３は、穿刺経路の指定があったかどうかを判断する（ステップＳ４）。医師によって、モニター３０（タッチパネル３１）に表示されている超音波画像上で穿刺経路が指定されると、穿刺経路情報取得部６３により、その穿刺経路の情報（すなわち穿刺位置と穿刺角度と穿刺距離）を取得する（ステップＳ５）。そして、その穿刺経路の情報を実空間の位置情報に変換してから（ステップＳ５）、穿刺位置調整モーターＭ１、穿刺角度調整モーターＭ２及び穿刺針駆動モーターＭ３に対する制御信号を生成する（ステップＳ６）。これは穿刺経路情報演算部６４が行う。その後、こうして生成された三つのモーターＭ１、Ｍ２及びＭ３に対する制御信号は、穿刺動作制御部６５によって、三つのモーターＭ１、Ｍ２及びＭ３に供給される（ステップＳ７）。

　穿刺動作制御部６５は、さらに、穿刺エラーが生じたかどうかを判断し（ステップＳ８）、エラーが生じたと判断した場合は、超音波画像情報を再度取得して操作をやり直すよう、モニター３０（タッチパネル３１）に表示する（ステップＳ９）。エラーが生じなかったと判断した場合は、制御信号によって指定した穿刺動作が終了したか否かを判断し（ステップＳ１０）、穿刺動作が終了していないと判断した場合は、終了するまで待機し、終了したと判断した場合は、穿刺動作の終了をモニター３０（タッチパネル３１）に表示して（ステップＳ１１）、穿刺動作を終了する。

　次に、上述した穿刺支援装置１で穿刺経路を設定する方法を、図６を参照しながら説明する。

　まず、図６（ａ）に示すように、超音波プローブ４０を用いて超音波診断装置５０によって生成された超音波断層画像を取得する。この超音波断層画像は、穿刺支援装置１に組み込まれた小型のモニター３０に転送され、そのタッチパネル３１に表示される。この超音波断層画像では、患者の体内組織の断面が表示されており、そのほぼ中央に血管が見える。図６（ａ）に表示されているのは、その血管を含む体内組織の縦断面である。

　穿刺によりこの血管に薬液を投与する場合、医師は、タッチパネル３１に表示されている超音波断層画像上で、図６（ｂ）に示すように、穿刺針Ｎの先端の停止位置（穿刺針Ｎの先端の到達位置）として、血管内部の点Ａを指定し、また、穿刺針Ｎの通過点として体内組織内に点Ｂを指定する。すると、指定された二つの点Ａ及びＢを結ぶ直線が、穿刺針Ｎが通過すべき穿刺経路に設定される。穿刺経路の指定は、医師が、タッチパネル３１に表示されている超音波断層画像上で、自分の指で直接点ＡとＢに対応する箇所にタッチするだけで行えるので、穿刺経路の指定が非常に簡単かつ正確に行えるという利点がある。

　特に、医師は、穿刺支援装置１に装着された超音波プローブ４０によって得た患部の超音波断層画像を、同じ穿刺支援装置１に組み込まれたモニター３０のタッチパネル３１で視認できるので、超音波断層画像を視認するために穿刺支援装置１から離れた位置にある超音波診断装置５０の表示画面を見る必要がない。よって、超音波プローブ４０を把持して患部表面を走査している医師は、視線や首を動かす必要がないだけでなく、超音波プローブ４０の近傍で穿刺経路の指定ができるので、非常に便利である。その結果、穿刺支援装置１を利用すれば、医師一人で、超音波断層画像を見ながら所望の穿刺作業を的確に実行することが可能となる。

　さらに、上述した穿刺支援装置１は、図６に示したような長軸穿刺だけでなく、短軸穿刺も可能である。そこで、その点について図７と図８を参照しながら説明する。図７は長軸穿刺をする場合の説明図、図８は短軸穿刺をする場合の説明図である。

　長軸穿刺をする場合は、超音波プローブ４０は、図７（ｂ）に示すように、対象となる血管に沿うように、換言すれば、穿刺の対象となる血管の長軸（延在方向）に沿うように、超音波プローブ保持部１５に装着される。この場合、図１～図３に示すように、超音波プローブ４０は、穿刺支援装置１の前後方向に傾斜して延在する。穿刺針Ｎは、超音波プローブ４０に向かい合うような形で穿刺される。

　超音波プローブ４０の感知面４１を患部の皮膚の表面に当てて超音波を発信・伝播させると、図７（ａ）に示したような、血管の長軸（延在方向）に沿った超音波断層画像が得られる。血管に刺された穿刺針Ｎは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、皮膚の表面から、血管の長軸（延在方向）に沿って血管内に入り込んでいる。穿刺針Ｎの先端は、血管の内部に位置している。これにより、穿刺針Ｎを介して血管内に直接、薬剤の投与をしたり、血管から血液を採取したりすることが可能となる。

　短軸穿刺をする場合は、超音波プローブ４０は、図８（ｂ）に示すように、対象となる血管に直交するように、換言すれば、穿刺の対象となる血管の長軸（延在方向）に直交するように、超音波プローブ保持部１５に装着される。このとき、超音波プローブ保持部１５は、超音波プローブ４０の感知面４１を含む平面内で、図１～図３の状態から９０°回転させた状態になる。その結果、図９～図１１に示すように、超音波プローブ４０は、穿刺支援装置１の左右方向に傾斜して延在する。穿刺針Ｎは、超音波プローブ４０に直交するような形で穿刺される。

　超音波プローブ４０の感知面４１を皮膚の表面に当てて超音波を発信・伝播させると、図８（ａ）に示したような、血管の長軸（延在方向）に直交する方向の超音波断層画像が得られる。血管に刺された穿刺針Ｎは、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、皮膚の表面から、血管の短軸（延在方向に直交する方向）に沿って血管内に刺し込まれている。穿刺針Ｎの先端は、血管の内部に位置している。これにより、穿刺針Ｎを介して血管内に直接、薬剤の投与をしたり、血管から血液を採取したりすることが可能となる。

　以上説明したように、本発明の一実施形態に係る穿刺支援装置１は、使用者が把持して移動できるように構成された装置本体１０と、装置本体１０に設けられた、超音波プローブ４０を保持するための超音波プローブ保持部１５と、装置本体１０に変位可能に設けられた、穿刺針Ｎが装着可能な穿刺針駆動ユニット２０と、穿刺針駆動ユニット２０を駆動する穿刺位置調整モータＭ１、穿刺角度調整モータＭ２及び穿刺針駆動モータＭ３（駆動手段）と、装置本体１０に設けられた、超音波プローブ４０によって得られた超音波断層画像を表示するモニター３０（表示装置）と、三つのモータＭ１，Ｍ２及びＭ３を制御する制御装置６０とを備えている。そして、三つのモータＭ１，Ｍ２及びＭ３は、制御装置６０による制御に従って、穿刺針Ｎが装着された穿刺針駆動ユニット２０を駆動し、もってモニター３０（表示装置）に表示された超音波断層画像上で設定された穿刺経路に沿って穿刺針Ｎを移動させるようになっている。

　このため、医師（使用者）が、超音波プローブ保持部１５に保持された超音波プローブ４０を患者の患部に当てると、超音波断層画像が得られ、その超音波断層画像は装置本体１０のモニター３０のタッチパネル３１に表示される。所望の穿刺経路は、必要に応じて、タッチパネル３１に表示された超音波断層画像上で設定されること。穿刺針Ｎは、必要に応じて、穿刺針駆動ユニット２０に装着されることができる。

　そこで、医師が、タッチパネル３１に表示された超音波断層画像上で所望の穿刺経路を設定し、所望の穿刺針を穿刺針駆動ユニット２０に装着してから、制御装置６０によって制御しながら三つのモータＭ１，Ｍ２及びＭ３を作動させると、穿刺針駆動ユニット２０に装着された穿刺針Ｎは、穿刺経路に沿って自動的に移動する。

　このように、本実施形態に係る穿刺支援装置１によれば、医師は、装置本体１０の近傍に配置された超音波プローブ４０を患部に当てながら、同時に、超音波断層画像を装置本体１０に設けられたタッチパネル３１で見ることができる。また、所望の穿刺経路も、装置本体１０に設けられたタッチパネル３１上で設定することができる。よって、超音波診断画像を見ながら一人の医師が的確に穿刺操作をすることができる。

　また、装置本体１０に対する超音波プローブ保持部４０の角度が、調整可能とされているので、感知面４１を含む面内で、装置本体１０に対する超音波プローブ４０の向きを９０°変えることができる。したがって、血管に対する長軸穿刺と短軸穿刺の双方に容易に対応することができる。

　さらに、モニター３０がタッチ入力式のタッチパネル３１を有していて、そのタッチパネル３１上で使用者がタッチ入力することで、前記穿刺経路が設定されるので、前記穿刺経路の設定がいっそう簡単になる。

　なお、本実施形態に係る穿刺支援装置１は、そのほぼ全体を収容するカバーを取り外し可能として備えてもよい。この場合、医師が把持する把持部１３と、患部に当てられる超音波プローブ４０の感知面４１と、医師が視認するモニター３０の表示側は、カバーから露出せしめられる。

　（他の変形例）
　上述した実施形態は、本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。

　例えば、上述した実施形態では、本発明を血管への穿刺に適用した例を使用しているが、本発明はこれに限定されない。血管への穿刺以外の任意の用途、例えばガン細胞への穿刺にも適用可能である。

　また、装置本体１０や穿刺針駆動ユニット２０、モニター３０、超音波プローブ４０の構成や機能も、上述した実施形態に採用されたものに限定されない。装置本体１０は、使用者が把持して移動できるように構成されていれば足り、図示された構成でなくてもよいことは言うまでもない。穿刺針駆動ユニット２０も同様であり、装置本体１０に変位可能に設けられ且つ穿刺針Ｎが装着可能であれば、図示された構成でなくてもよい。モニター３０も、装置本体１０に設けられ且つ超音波プローブ４０によって得られた超音波断層画像を表示することができれば、図示した構成以外の表示装置も使用可能である。超音波プローブ４０も、装置本体１０に設けられた超音波プローブ保持部１５によって保持可能であれば足り、図示した構成以外の超音波プローブも使用可能である。

　本発明は、患者の体内組織への穿刺が必要な分野、より具体的には、患部に当てた超音波プローブから得た超音波断層画像を用いて前記患部に穿刺針を穿刺することが必要とされる分野に適用可能である。

１　穿刺支援装置
１０　装置本体
１１　主保持部材
１２　モータ保持部材
１３　把持部
１４　アーム
１５　超音波プローブ保持部
１６　モータ保持部材
２０　穿刺針駆動ユニット
２１　穿刺針保持フレーム
２２　穿刺針保持部
２３　圧力センサ
２４　接続口
２６　主フレーム
３０　モニター
３１　タッチパネル
４０　超音波プローブ
４０　超音波プローブ保持部
４１　感知面
５０　超音波診断装置
６０　制御装置
６１　超音波画像情報取得部
６２　超音波画像情報転送部
６３　穿刺経路情報取得部
６４　穿刺経路情報演算部
６５　穿刺動作制御部
Ｋ１　回転伝達機構
Ｋ２　回転伝達機構
Ｋ３　回転伝達機構
Ｍ１　穿刺位置調整モータ
Ｍ２　穿刺角度調整モータ
Ｍ３　穿刺針駆動モータ
Ｎ　穿刺針
Ｓ　回転軸
Ｔ　ナット

Claims

　患部に当てた超音波プローブから得た超音波断層画像を用いて前記患部に穿刺針を穿刺する際に使用される穿刺支援装置であって、
　使用者が把持して移動できるように構成された装置本体と、
　前記装置本体に設けられた、超音波プローブを保持するための超音波プローブ保持部と、
　前記装置本体に変位可能に設けられた、穿刺針が装着可能な穿刺針駆動ユニットと、
　前記穿刺針駆動ユニットを駆動する駆動手段と、
　前記装置本体に設けられた、前記超音波プローブによって得られた超音波断層画像を表示する表示装置と、
　前記駆動手段を制御する制御装置とを備え、
　前記駆動手段は、前記制御装置による制御に従って、穿刺針が装着された前記穿刺針駆動ユニットを駆動し、もって前記表示装置に表示された超音波断層画像上で設定された穿刺経路に沿って前記穿刺針を移動させることを特徴とする穿刺支援装置。
　前記超音波プローブ保持部が、前記超音波プローブ保持部に保持された超音波プローブの前記装置本体または前記穿刺針に対する向きを変更して保持することが可能とされている請求項１に記載の穿刺支援装置。
　前記超音波プローブ保持部が、前記装置本体に設けられた主保持部材に回動軸によって保持されており、前記超音波プローブ保持部が前記回動軸の周りに回動可能とされている請求項１または２に記載の穿刺支援装置。
　前記超音波プローブ保持部が、前記装置本体に設けられた主保持部材に回動軸によって保持されており、
　前記超音波プローブ保持部が前記回動軸の周りに回動可能とされると共に、回動防止手段によって前記超音波プローブ保持部が長軸穿刺位置または短軸穿刺位置に固定可能とされている請求項１または２に記載の穿刺支援装置。
　前記表示装置がタッチ入力式とされており、前記表示装置の表示画面上で使用者がタッチ入力することで、前記穿刺経路が設定されている請求項１～４のいずれかに記載の穿刺支援装置。
　前記駆動手段として、前記装置本体に対する前記穿刺針駆動ユニットの位置を調整する穿刺位置調整モータと、前記装置本体に対する前記穿刺針駆動ユニットの角度を調整する穿刺角度調整モータと、前記穿刺針駆動ユニットに装着された前記穿刺針をその軸心方向に駆動する穿刺針駆動モータとを含んでいる請求項１～５のいずれかに記載の穿刺支援装置。