WO2022153728A1 - 断面画像取得装置 - Google Patents

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WO2022153728A1
WO2022153728A1 PCT/JP2021/045049 JP2021045049W WO2022153728A1 WO 2022153728 A1 WO2022153728 A1 WO 2022153728A1 JP 2021045049 W JP2021045049 W JP 2021045049W WO 2022153728 A1 WO2022153728 A1 WO 2022153728A1
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sectional image
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internal space
control unit
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太輝人 犬飼
祐治 鬼村
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テルモ株式会社
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    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A61B2017/3405—Needle locating or guiding means using mechanical guide means

Definitions

  • the present invention relates to a cross-sectional image acquisition device that acquires a cross-sectional image of a fixed arm with an ultrasonic probe.
  • blood vessel puncture is performed by puncturing the human body with an injection needle.
  • vascular puncture since the operator cannot visually recognize the blood vessel from the skin surface, the position of the blood vessel is estimated by the standard knowledge of blood vessel running and skill such as palpation of blood vessel pulsation.
  • vascular puncture failures often occur, causing physical and mental distress to the patient.
  • Ultrasonic echo can acquire a cross-sectional image of the human body.
  • the surgeon inserts the puncture needle with the other hand while holding the ultrasonic probe with one hand and pressing it against the patient's arm while alternately observing the monitor displaying the acquired cross-sectional image and the puncture site. .. For this reason, a high level of skill of the surgeon was required.
  • Patent Document 1 discloses an ultrasonic echo device provided with a belt for fixing an ultrasonic probe to the human body.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a cross-sectional image acquisition device capable of reliably bringing an imaging unit of an ultrasonic probe into close contact with a human body.
  • the cross-sectional image acquisition device that achieves the above object includes a probe body having an imaging unit that comes into contact with the skin surface and acquires a cross-sectional image of the human body. It has a base portion having an internal space provided with the probe main body, and has. In the probe body, the imaging surface having the imaging unit is exposed in the internal space, and the probe body is exposed.
  • the base portion has a fixed portion at least at a position facing the imaging surface in the internal space. The fixed portion operates so as to reduce the internal space of the base portion by at least the surface approaching the imaging surface.
  • the cross-sectional image acquisition device configured as described above can press the human body inserted through the base portion against the imaging surface by the fixing portion, the imaging portion is surely brought into close contact with the human body, and a clear cross-sectional image is obtained. Can be obtained.
  • the cross-sectional image acquisition device is used when puncturing an arm of a human body, and acquires and displays a cross-sectional image of a fixed arm.
  • the cross-sectional image acquisition device 10 has a base portion 40 for fixing the arm H and a display unit 50 for displaying the acquired cross-sectional image.
  • the base portion 40 is provided with a probe main body 20 having an imaging portion 22 that comes into contact with the skin surface and acquires a cross-sectional image of the human body.
  • the base portion 40 is formed in a cylindrical shape and has an internal space 40a penetrating the base portion 40.
  • the imaging surface 20a having the imaging unit 22 faces the internal space 40a.
  • a fixing portion 45 is provided at a position of the inner peripheral surface of the base portion 40 facing the imaging surface 20a.
  • the fixing portion 45 is composed of a bag-shaped cuff that expands by air supply, and as shown in FIG. 3, the fixing portion 45 can be expanded so that the inner peripheral surface 45a approaches the imaging surface 20a.
  • the imaging unit 22 extends along one direction at the central portion of the imaging surface 20a of the probe main body 20 and is provided so as to extend over substantially the entire width thereof.
  • the imaging unit 22 is an echo device that has a vibrator that generates ultrasonic waves and obtains a cross-sectional image of the inside of the human body by detecting the reflected wave.
  • the image pickup unit 22 is arranged so as to be orthogonal to the length direction of the arm H.
  • the base portion 40 is formed by connecting the first base member 42 and the second base member 43 with a hinge portion 44.
  • the inner surface of the internal space 40a of the base portion 40 is divided into two in the circumferential direction by the first base member 42 and the second base member 43.
  • the first base member 42 and the second base member 43 can be opened and closed around the hinge portion 44.
  • the internal space 40a can be made open, and the arm H can be easily taken in and out.
  • the portion of the base portion 40 facing the internal space 40a such as the imaging surface 20a and the fixed portion 45, can be easily cleaned and sterilized.
  • the inner peripheral surface 45a of the fixing portion 45 moves toward the imaging surface 20a, and the arm H becomes the imaging surface 20a.
  • the arm H is pressed against the imaging surface 20a and comes into close contact with it.
  • the gap between the imaging unit 22 and the arm H is eliminated, and the imaging unit 22 can reliably acquire a cross-sectional image of the arm H.
  • the cross-sectional image acquisition device 10 includes an imaging unit 22 that contacts the skin surface to acquire a cross-sectional image of the human body, a control unit 30 that controls the imaging unit 22 and the fixing unit 45, and a control unit 30. It has a fixed portion 45 connected to the.
  • the control unit 30 is connected to the image pickup unit 22 via the transmission unit 32 and the reception unit 34, and allows the image pickup unit 22 to acquire a cross-sectional image and receive the acquired cross-sectional image.
  • the control unit 30 is connected to a power supply unit 37 composed of a rechargeable battery via a charging circuit 36.
  • control unit 30 includes an open / close detection unit 38 that detects the open / closed state of the first base member 42 and the second base member 43 of the base unit 40, and a pressure sensor 39 that detects the pressure applied to the fixed unit 45. Is connected.
  • the open / close detection unit 38 can be configured by a switch or the like that switches on / off as the first base member 42 and the second base member 43 come into contact with each other.
  • the opening / closing detection unit 38 changes the state in which the first base member 42 and the second base member 43 of the base 40 are closed from each other open.
  • the fixing portion 45 is expanded (S3) after a lapse of a certain period of time (S2).
  • the control unit 30 expands the fixing unit 45 until the pressure detected by the pressure sensor 39 reaches a constant value.
  • the internal space 40a of the base portion 40 becomes smaller, and the arm H is pressed against the imaging surface 20a.
  • the control unit 30 causes the imaging unit 22 to acquire a cross-sectional image (S4).
  • the control unit 30 analyzes the cross-sectional image acquired by the imaging unit 22 to detect the sharpness (S5).
  • the control unit 30 further expands the fixed portion 45, assuming that the pressing of the arm H against the imaging surface 20a by the fixed portion 45 is weak (S6). ..
  • the internal space 40a of the base portion 40 becomes smaller, and the arm H is pressed more strongly against the imaging surface 20a, so that a clearer cross-sectional image can be easily obtained.
  • the control unit 30 causes the imaging unit 22 to acquire a cross-sectional image again.
  • control unit 30 detects the cross-sectional shape of the blood vessel from the image by performing image analysis on the cross-sectional image acquired by the imaging unit 22.
  • the control unit 30 detects a region recognized as a blood vessel in the image, and sets the shape of the region as the shape of the blood vessel.
  • the imaging unit 22 can detect a region having blood flow by the Doppler method and recognize the region as a blood vessel region.
  • arteries and veins can be distinguished based on the position of the bone of the arm H appearing in the cross-sectional image.
  • arteries and veins can be distinguished by the direction of blood flow.
  • the control unit 30 determines whether or not the cross-sectional shape of the blood vessel is close to a circle and is normal (S7). In the present embodiment, since the vein is punctured, the control unit 30 determines the cross-sectional shape of the blood vessel recognized as the vein. In order to detect that the blood vessel is crushed from the acquired cross-sectional image, the control unit 30 detects whether or not there is a difference between the previously acquired and recorded cross-sectional image and the next acquired cross-sectional image. The control unit 30 can determine the crushing based on a predetermined threshold value or based on machine learning. Further, the control unit 30 may confirm whether or not the crushing has been eliminated by comparing the newly acquired cross-sectional image with the first acquired cross-sectional image by a threshold value or machine learning.
  • the control unit 30 contracts the fixed portion 45, assuming that the arm H is pressed too strongly by the fixed portion 45 (the fixed portion 45 is contracted. S8). As a result, the pressing force of the arm H by the fixing portion 45 is weakened, and the state in which the blood vessel is crushed can be eliminated. After the fixing unit 45 is contracted, the control unit 30 causes the imaging unit 22 to acquire a cross-sectional image again.
  • the control unit 30 may determine whether or not the position of the blood vessel is moving from the cross-sectional image acquired by the imaging unit 22 due to the movement of the imaging unit 22 and the fixing unit 45. In order to detect that the blood vessel is moving from the acquired cross-sectional image, the control unit 30 detects whether or not there is a difference between the previously acquired and recorded cross-sectional image and the next acquired cross-sectional image. The control unit 30 can determine the movement based on a predetermined threshold value or based on machine learning. Further, the control unit 30 may confirm whether or not the movement of the blood vessel is eliminated by comparing the newly acquired cross-sectional image with the first acquired cross-sectional image by a threshold value or machine learning.
  • the control unit 30 directs the internal space 40a of the base portion 40 in the movement direction of the blood vessel by expanding or contracting a part of the fixing portion 45 in the circumferential direction.
  • the fixing portion 45 is operated so as to be larger in the direction opposite to the moving direction of the blood vessel.
  • a part of the fixing portion 45 on the opposite side in the circumferential direction is contracted with a part of expansion in the circumferential direction, or a part of the fixing portion 45 is contracted with a part of contraction in the circumferential direction.
  • a part of the portion 45 on the opposite side in the circumferential direction may be expanded.
  • the position of the blood vessel can be specified by detecting the position of the center of gravity of the blood vessel from the cross-sectional image.
  • the control unit 30 detects the position of a blood vessel in the image by performing image analysis on the acquired cross-sectional image.
  • the control unit 30 detects a region recognized as a blood vessel in the image, and sets the position of the center of gravity 100 shown in FIG. 10 as the position of the blood vessel.
  • a region recognized as a blood vessel in an image a large number of images of the same type can be prepared and machine learning or a deep running method can be used.
  • the imaging unit 22 can detect a region having blood flow by the Doppler method and recognize the region as a blood vessel region.
  • arteries and veins can be distinguished based on the position of the bone of the arm H appearing in the cross-sectional image.
  • arteries and veins can be distinguished by the direction of blood flow.
  • the position of the blood vessel is not limited to the position of the center of gravity, and may be based on the inner surface position J of the blood vessel located between the blood vessel to be punctured and the imaging unit 22 or the position K in the membrane of the blood vessel.
  • the fixing unit 45 presses the arm H against the imaging surface 20a by the control unit 30 a good cross-sectional image can be acquired and reliable puncture assistance can be performed.
  • the adjustment flow of the fixing unit 45 by the control unit 30 is not always necessary, and for example, the fixing unit 45 may be manually adjusted.
  • a probe main body 62 is provided on the base portion 60 of the cross-sectional image acquisition device according to the present modification.
  • the probe main body 62 is arranged so that the imaging surface 62a having the imaging unit 63 faces the internal space 60a.
  • the probe main body 62 is arranged near one end in the penetrating direction of the internal space 60a.
  • the base portion 60 has a fixing portion 64 at a position facing the imaging surface 62a.
  • the base portion 60 has an all-around fixing portion 65 extending over the entire inner circumference on the other end side opposite to one end of the internal space 60a in which the probe main body 62 is arranged.
  • the fixed portion 64 and the all-around fixed portion 65 can be expanded toward the inner peripheral side, respectively.
  • the fixing portion 64 and the all-around fixing portion 65 are expanded.
  • the peripheral surface 65a is in close contact with the arm H, respectively.
  • the arm H is fixed so as not to move and is pressed against the image pickup surface 62a, so that the image pickup unit 63 can surely acquire a cross-sectional image of the arm H.
  • the all-around fixing portion 65 which is in close contact with the entire circumference of the arm H, is arranged on the shoulder side of the arm H from the imaging surface 62a. Since the puncture on the arm H is performed at the position on the wrist side of the imaging surface 60a, it is possible to prevent the all-around fixing portion 65 from interfering with the puncture.
  • the first base member 66 and the second base member 67 are connected via a hinge portion 68.
  • the all-around fixing portion 65 is formed so that one portion in the circumferential direction can be divided. As a result, the first base member 66 and the second base member 67 can be opened even if the all-around fixing portion 65 is provided.
  • a groove portion 75 along the circumferential direction is formed inside the base portion 70 included in the cross-sectional image acquisition device of this example.
  • the probe main body 72 has a support portion 76 that engages with the groove portion 75, and is supported by the base portion 70 by the support portion 76. Further, in the probe main body 72, the imaging surface 72a is exposed in the internal space 70a of the base portion 70.
  • the support portion 76 can move the groove portion 75 in the circumferential direction.
  • the imaging surface 72a of the probe main body 72 moves in the circumferential direction with respect to the internal space 70a.
  • the imaging surface 72a can be moved in the circumferential direction with respect to the arm after the arm is inserted through the base portion 70.
  • the probe body 72 By moving the probe body 72 in this way, when the cross-sectional image of the arm is displayed on the display unit 50, the probe body 72 can be moved in the circumferential direction to search for the blood vessel when the blood vessel is not depicted. ..
  • the probe main body 72 is supported so as to be movable in the circumferential direction with respect to the base portion 70, but it may be supported along the length direction of the base portion 70. Further, the probe main body 72 may be supported by a free joint with respect to the base portion 70. In this case, the probe body 72 can change its angle and position with respect to the base 70 along a plurality of axial directions.
  • the cross-sectional image acquisition device can also be applied to an automatic puncture device.
  • the automatic puncture device 80 includes a robot arm 81 capable of three-dimensionally moving the tip portion 82 to which the needle 83 is attached, and a cross-sectional image acquisition device 10.
  • the robot arm 81 can puncture the needle 83 from an arbitrary position at an arbitrary angle by control based on a sensor (not shown).
  • a cross-sectional image is acquired by the probe main body 20, and the control unit 30 detects the blood vessel position, the direction of the blood vessel, and the puncture depth from the cross-sectional image. Further, based on these, the position and angle at which the needle 83 should be punctured are determined.
  • the robot arm 81 punctures the arm H with the needle 83 according to the determined puncture position and angle. Even in the automatic puncture device, since the arm H can be fixed by the fixing portion 45 and pressed against the imaging portion 22, a cross-sectional image for detecting the blood vessel position can be reliably obtained.
  • the cross-sectional image acquisition device 10 has a probe main body 20 having an imaging unit 22 that comes into contact with the skin surface and acquires a cross-sectional image of a human body, and a tubular shape provided with the probe main body 20.
  • the probe main body 20 has a base portion 40 having an internal space 40a, and an imaging surface 20a having an imaging unit 22 is exposed in the internal space 40a, and the base portion 40 has at least an imaging surface 20a in the internal space 40a.
  • the fixing portion 45 is provided at a position facing the image plane, and the fixing portion 45 operates so as to reduce the internal space 40a of the base portion 40 by at least the surface 45a approaching the image pickup surface 20a.
  • the human body inserted through the base portion 40 can be pressed against the imaging surface 20a by the fixing portion 45, so that the imaging unit 22 is surely brought into close contact with the human body.
  • a clear cross-sectional image can be obtained.
  • the fixing portion 45 may operate so that the volume expands toward the inside of the base portion 40. Thereby, the pressure applied to the human body from the fixing portion 45 can be easily adjusted.
  • the base portion 60 may have an all-around fixing portion 65 extending over the entire circumference of the inner surface in a part of the internal space 60a. As a result, the human body can be more reliably fixed to the base portion 60.
  • the inner surface forming the internal space 40a is divided in the circumferential direction by the first base member 42 and the second base member 43, and the first base member 42 and the second base member 42 and the second base are formed.
  • the internal space 40a may be opened by opening the members 43 from each other. As a result, the human body can be easily moved in and out of the internal space 40a of the base portion 40.
  • the probe main body 72 may be supported so that the imaging surface 72a can move in the circumferential direction of the internal space 70a with respect to the base portion 70. This makes it possible to search for blood vessels by moving the imaging surface 72a in the circumferential direction with the human body inserted through the base portion 70.
  • control unit 30 that controls the imaging unit 22 and the fixing unit 45, and the control unit 30 detects the sharpness of the cross-sectional image acquired by the imaging unit 22, and the detected sharpness is from a predetermined threshold value. If it is low, the fixing portion 45 may be operated so as to make the internal space of the base portion 40 smaller. As a result, when the pressing force of the fixing portion 45 against the human body is small, this can be adjusted and a clearer cross-sectional image can be obtained. Further, there is no predetermined threshold value, and the sharpness may be determined by machine learning.
  • the control unit 30 controls the imaging unit 22 and the fixing unit 45, and when the control unit 30 detects that the blood vessel is crushed from the cross-sectional image acquired by the imaging unit 22, the base unit 30
  • the fixing portion 45 may be operated so as to make the internal space 40a of the 40 larger.
  • control unit 30 that controls the imaging unit 22 and the fixing unit 45, and when the control unit 30 detects that the position of the blood vessel is moving from the cross-sectional image acquired by the imaging unit 22, it is based on the control unit 30.
  • the fixing portion 45 may be operated so as to increase the internal space 40a of the base portion 40 toward the moving direction of the blood vessel or in the direction opposite to the moving direction of the blood vessel. As a result, the change in the position of the blood vessel can be prevented, the position of the blood vessel can be fixed, and the puncture can be reliably performed.
  • control unit 30 has a control unit 30 that controls the imaging unit 22 and the fixing unit 45, and an open / close detection unit 38 that detects the open / closed state of the first base member 42 and the second base member 43.
  • the open / close detection unit 38 detects that the first base member 42 and the second base member 43 have changed from a mutually open state to a closed state
  • the internal space 40a of the base unit 40 is filled after a certain period of time.
  • the fixing portion 45 may be operated so as to make it smaller.
  • the cross-sectional image acquired in the present embodiment is displayed on the display unit 50 configured by the monitor, and the control unit 30 detects the blood vessel position, calculates the puncture position, and displays the puncture position.
  • the portion may be provided in the probe main body 20.
  • the fixing portion 45 is formed of a cuff that can be expanded and contracted, but it may be any as long as the internal space 40a can be reduced and the arm H can be pressed against the imaging surface 20a, for example, rubber-like. It can also be formed with a band of.
  • Cross-section image acquisition device 20 Probe body 20a Imaging surface 22 Imaging unit 30 Control unit 32 Transmission unit 34 Reception unit 36 Charging circuit 37 Power supply unit 38 Open / close detection unit 39 Pressure sensor 40 Base unit 40a Internal space 42 First base member 43 2nd base member 44 Hing part 45 Fixed part 45a Inner peripheral surface 50 Display part

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Abstract

超音波プローブの撮像部を人体に対して確実に密着させることのできる断面画像取得装置を提供する。皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部２２を有するプローブ本体２０と、プローブ本体２０が設けられた内部空間４０ａを有する基台部４０と、を有し、プローブ本体２０は、内部空間４０ａに撮像部２２を有する撮像面２０ａが露出し、基台部４０は、少なくとも内部空間４０ａの撮像面２０ａと対向する位置に固定部４５を有し、固定部４５は、少なくとも表面４５ａが撮像面２０ａに向かって近づくことで基台部４０の内部空間４０ａを小さくするように動作する断面画像取得装置１０である。

Description

断面画像取得装置
　本発明は、固定された腕の断面画像を超音波プローブで取得する断面画像取得装置に関する。
　薬剤投与や血管内治療のアクセスサイト確保のため、人体に注射針を穿刺する血管穿刺が行われる。血管穿刺において、術者は、皮膚表面から血管を目視することはできないため、標準的な血管走行の知識や血管脈動の触知などの技量によって、血管位置を推定している。しかし、しばしば血管穿刺の失敗が生じ、患者に身体的、精神的苦痛を与えている。
　穿刺位置を特定するために、近年では、近赤外線画像や超音波エコー、光残響イメージングなどの血管位置を可視化する技術が用いられることがある。超音波エコーは、人体の断面画像を取得できる。術者は、片方の手で超音波プローブを持って患者の腕に押し当てつつ、取得した断面画像を映し出すモニタと穿刺部とを交互に目視しながら、他方の手で穿刺針を刺入する。このため、術者の高度な技量を必要としていた。
　特許文献１には、超音波エコー装置において、人体に対して超音波プローブを固定するベルトを設けたものが開示されている。
特許第６４３３２８６号公報
　超音波エコーによる精細な断面画像を取得するためには、超音波プローブが有する撮像部を人体に対して密着し、空隙がないようにする必要がある。ベルト等で超音波プローブを人体に固定するだけでは、撮像部を人体に対し十分に密着させることができない可能性がある。
　本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、超音波プローブの撮像部を人体に対して確実に密着させることのできる断面画像取得装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明に係る断面画像取得装置は、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部を有するプローブ本体と、
　前記プローブ本体が設けられた内部空間を有する基台部と、を有し、
　前記プローブ本体は、前記内部空間に前記撮像部を有する撮像面が露出し、
　前記基台部は、少なくとも前記内部空間の前記撮像面と対向する位置に固定部を有し、
　前記固定部は、少なくとも表面が前記撮像面に向かって近づくことで前記基台部の内部空間を小さくするように動作する。
　上記のように構成した断面画像取得装置は、固定部により基台部に挿通した人体を撮像面に対して押し付けることができるので、撮像部を人体に対して確実に密着させ、鮮明な断面画像を取得することができる。
本実施形態の断面画像取得装置の正面図である。 プローブ本体を有する基台部の断面図である。 固定部が拡張した状態の基台部の断面図である。 プローブ本体の撮像面を表す図であって、断面画像を取得する腕との位置関係を表した図である。 基台部の側面図である。 第１基台部材と第２基台部材とを相互に開いた状態における基台部の側面図である。 腕を挿通し固定部を拡張させた状態における基台部の断面図である。 断面画像取得装置の構成図である。 断面画像取得から固定部の調整を行うまでのフローチャートである。 血管の重心位置と撮像位置との位置関係を表した図である。 第１変形例に係る断面画像取得装置の基台部の断面図である。 第１変形例に係る断面画像取得装置に腕を挿通し固定部を拡張させた状態における基台部の断面図である。 第１変形例に係る断面画像取得装置の基台部を開いた状態の側面図である。 第２変形例に係る断面画像取得装置の基台部の側面図である。 自動穿刺装置の概要図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
　本発明の実施形態に係る断面画像取得装置は、人体の腕への穿刺を行う際に用いられ、固定した腕の断面画像を取得して表示するものである。
　図１、２に示すように、断面画像取得装置１０は、腕Ｈを固定する基台部４０と、取得した断面画像を表示する表示部５０とを有している。基台部４０には、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部２２を有するプローブ本体２０が設けられる。
　基台部４０は、筒状に形成されており、基台部４０を貫通する内部空間４０ａを有している。プローブ本体２０は、撮像部２２を有する撮像面２０ａが内部空間４０ａに面している。また、基台部４０の内周面のうち、撮像面２０ａと対向する位置には、固定部４５が設けられる。固定部４５は、送気により膨張する袋状のカフで構成されており、図３に示すように、内周表面４５ａが撮像面２０ａに向かって近づくように拡張することができる。
　撮像部２２は、図４に示すように、プローブ本体２０の撮像面２０ａの中央部において一方向に沿って延び、その略全幅に渡るように設けられている。撮像部２２は、超音波を発生する振動子を有し、その反射波を検出することで人体内部の断面画像を得るエコー装置である。本実施形態では、血管の軸方向と直交する断面画像を取得するので、腕Ｈの長さ方向に対して撮像部２２の長さ方向が直交するように配置される。
　図５に示すように、基台部４０は、第１基台部材４２と第２基台部材４３とがヒンジ部４４で接続されて形成されている。基台部４０の内部空間４０ａは、第１基台部材４２と第２基台部材４３とによって、その内面が周方向に２分割されている。図６に示すように、第１基台部材４２と第２基台部材４３とは、ヒンジ部４４を中心に開閉することができる。これにより、内部空間４０ａを開放状とすることができ、腕Ｈの出し入れを容易にすることができる。また、基台部４０を開くことができることにより、撮像面２０ａや固定部４５など、基台部４０の内部空間４０ａに面している部分を簡単に清掃、殺菌することができる。
　基台部４０の内部空間４０ａに腕Ｈを挿通した状態で固定部４５を拡張させることにより、固定部４５の内周表面４５ａが撮像面２０ａに向かって移動し、腕Ｈに撮像面２０ａに向かう圧力を付与する。このため、腕Ｈは撮像面２０ａに押し付けられて密着する。これによって、撮像部２２と腕Ｈとの間の空隙をなくして、撮像部２２により腕Ｈの断面画像を確実に取得できる。
　固定部４５をどの程度拡張させるかは、取得する断面画像の状態に応じて制御される。図８に示すように、断面画像取得装置１０は、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部２２と、撮像部２２や固定部４５を制御する制御部３０と、制御部３０に接続された固定部４５とを有している。制御部３０は、送信部３２および受信部３４を介して撮像部２２と接続されており、撮像部２２に断面画像を取得させ、また、取得した断面画像を受信することができる。制御部３０は、充電回路３６を介して充電池からなる電源部３７に接続されている。また、制御部３０には、基台部４０の第１基台部材４２と第２基台部材４３の開閉状態を検出する開閉検出部３８と、固定部４５にかかる圧力を検出する圧力センサ３９とが接続されている。開閉検出部３８は、第１基台部材４２と第２基台部材４３との接離に伴ってオンオフが切り替わるスイッチ等で構成できる。
　固定部４５の拡張状態の調整を行うフローを説明する。図９に示すように、制御部３０は、開閉検出部３８で基台部４０の第１基台部材４２と第２基台部材４３とが、相互に開いた状態から閉じた状態になったことを検出したら（Ｓ１）、一定時間の経過後（Ｓ２）に、固定部４５を拡張させる（Ｓ３）。制御部３０は、圧力センサ３９で検出される圧力が一定値になるまで固定部４５を拡張させる。これにより、基台部４０の内部空間４０ａが小さくなり、腕Ｈが撮像面２０ａに押し付けられる。この状態で、制御部３０は、撮像部２２に断面画像を取得させる（Ｓ４）。
　制御部３０は、撮像部２２で取得した断面画像を画像解析して、鮮明度を検出する（Ｓ５）。画像の鮮明度が一定より低い、すなわち、画像が不鮮明な場合は、固定部４５による腕Ｈの撮像面２０ａに対する押し付けが弱いものとして、制御部３０は、固定部４５をより拡張させる（Ｓ６）。これにより、基台部４０の内部空間４０ａはより小さくなり、腕Ｈは撮像面２０ａに対してより強く押し付けられるので、より鮮明な断面画像を得やすくなる。制御部３０は、固定部４５をより拡張させたら、再度撮像部２２に断面画像を取得させる。
　また、制御部３０は、撮像部２２で取得した断面画像を画像解析することで、画像中から血管の断面形状を検出する。制御部３０は、画像中で血管と認識される領域を検出し、その領域の形状を血管の形状とする。画像中で血管と認識される領域を検出するには、同種の画像を多数用意して機械学習、あるいはディープランニングの手法を用いることができる。また、撮像部２２においてドップラー法により血流のある領域を検出し、当該領域を血管の領域として認識することもできる。
　断面画像から血管の領域を検出する際に、動脈と静脈を区別して検出する必要がある。動脈と静脈は、断面画像に表れる腕Ｈの骨の位置を基準に区別することができる。また、ドップラー法で血流のある領域を検出した場合には、血流の向きによって動脈と静脈を区別することもできる。
　制御部３０は、血管の断面形状が円形に近い正常であるか否かを判定する（Ｓ７）。本実施形態では、静脈に穿刺を行うので、制御部３０は、静脈と認識される血管について、断面形状を判定する。取得した断面画像から血管が圧潰していることを検出するため、制御部３０は、前回取得し、記録された断面画像とその次に取得した断面画像との差の有無を検出する。制御部３０は、予め決められた閾値に基づき、または、機械学習に基づき、圧潰を判断することができる。さらに、制御部３０は、改めて取得した断面画像と、最初に取得した断面画像とを対比することによって、圧潰が解消されたかどうかを、閾値または機械学習によって確認してもよい。ここで、血管の断面形状が円形ではなく圧潰された形状を有していた場合には、固定部４５による腕Ｈの押し付けが強すぎるものとして、制御部３０は、固定部４５を収縮させる（Ｓ８）。これにより、固定部４５による腕Ｈの押し付け力が弱まり、血管が潰れた状態を解消できる。制御部３０は、固定部４５を収縮させたら、再度撮像部２２に断面画像を取得させる。
　制御部３０は、撮像部２２および固定部４５の移動によって、撮像部２２で取得した断面画像から血管の位置が移動しているか否かを判定してもよい。取得した断面画像から血管が移動していることを検出するため、制御部３０は、前回取得し、記録された断面画像とその次に取得した断面画像との差の有無を検出する。制御部３０は、予め決められた閾値に基づき、または、機械学習に基づき、移動を判断することができる。さらに、制御部３０は、改めて取得した断面画像と、最初に取得した断面画像とを対比することによって、血管の移動が解消されたかどうかを、閾値または機械学習によって確認してもよい。ここで、血管の移動が検出された場合、制御部３０は、固定部４５の周方向一部を拡張、あるいは収縮させることにより、基台部４０の内部空間４０ａを、血管の移動方向に向かって、または、血管の移動方向と反対方向に向かって、より大きくするように固定部４５を動作させる。この際、固定部４５の周方向における一部の拡張に伴い、固定部４５の周方向における反対側の一部を収縮させる、あるいは、固定部４５の周方向における一部の収縮に伴い、固定部４５の周方向における反対側の一部を拡張させるようにしてもよい。
　血管の位置は、血管の重心位置を断面画像から検出することで特定することができる。　制御部３０は、取得した断面画像を画像解析することで、画像中の血管の位置を検出する。制御部３０は、画像中で血管と認識される領域を検出し、図１０に示す重心位置１００を血管の位置とする。画像中で血管と認識される領域を検出するには、同種の画像を多数用意して機械学習、あるいはディープランニングの手法を用いることができる。また、撮像部２２においてドップラー法により血流のある領域を検出し、当該領域を血管の領域として認識することもできる。断面画像から血管の領域を検出する際に、動脈と静脈を区別して検出する必要がある。動脈と静脈は、断面画像に表れる腕Ｈの骨の位置を基準に区別することができる。また、ドップラー法で血流のある領域を検出した場合には、血流の向きによって動脈と静脈を区別することもできる。また、血管の位置は、重心位置に限られず、穿刺する血管と撮像部２２との間に位置する血管の内表面位置Ｊや血管の膜内の位置Ｋに基づいてもよい。
　このように、制御部３０により固定部４５が腕Ｈを撮像面２０ａに押しつける力を調整することで、良好な断面画像を取得して、確実な穿刺補助を行うことができる。なお、制御部３０による固定部４５の調整フローは、必ずしも必要ではなく、例えば固定部４５を手動で調整するなどしてもよい。
　次に、第１変形例の断面画像取得装置について説明する。図１１に示すように、本変形例に係る断面画像取得装置の基台部６０には、プローブ本体６２が設けられている。プローブ本体６２は、撮像部６３を有する撮像面６２ａが内部空間６０ａに面するように配置されている。プローブ本体６２は、内部空間６０ａの貫通方向において一端近傍に配置されている。基台部６０は、撮像面６２ａと対向する位置に固定部６４を有する。また、基台部６０は、プローブ本体６２が配置される内部空間６０ａの一端と反対側の他端側に、内周の全周に渡る全周固定部６５を有している。固定部６４と全周固定部６５は、それぞれ内周側に向かって拡張することができる。
　図１２に示すように、基台部６０に腕Ｈを挿通した状態で固定部６４と全周固定部６５を拡張させることで、固定部６４の内周表面６４ａおよび全周固定部６５の内周表面６５ａは、それぞれ腕Ｈに対して密着する。これにより、腕Ｈが動かないように固定されつつ、撮像面６２ａに対して押し付けられるので、撮像部６３により腕Ｈの断面画像を確実に取得できる。腕Ｈの全周に密着する全周固定部６５は、撮像面６２ａより腕Ｈの肩側に配置されている。腕Ｈに対する穿刺は、撮像面６０ａより手首側の位置でされるので、全周固定部６５が穿刺に干渉することを防止できる。
　図１３に示すように、基台部６０は、ヒンジ部６８を介して第１基台部材６６と第２基台部材６７とが接続されている。全周固定部６５は、周方向の１箇所が分割できるように形成されている。これにより、全周固定部６５があっても、第１基台部材６６と第２基台部材６７とを開くことができる。
　次に、第２変形例の断面画像取得装置について説明する。図１４に示すように、本例の断面画像取得装置が有する基台部７０には、内部に円周方向に沿う溝部７５が形成されている。プローブ本体７２は、溝部７５に係合する支持部７６を有しており、支持部７６によって基台部７０に支持されている。また、プローブ本体７２は、撮像面７２ａが基台部７０の内部空間７０ａに露出している。支持部７６は、溝部７５を周方向に移動することができる。これに伴って、図中一点鎖線で示すように、プローブ本体７２の撮像面７２ａは、内部空間７０ａに対して周方向に移動する。これにより、基台部７０に腕を挿通した後に、撮像面７２ａを腕に対して周方向に移動させることができる。このようにプローブ本体７２が移動できることで、腕の断面画像を表示部５０に表示した際、血管が描写されていない場合に、プローブ本体７２を周方向に移動させ、血管を探索することができる。
　本例では、プローブ本体７２は基台部７０に対して周方向に移動できるように支持されているが、基台部７０の長さ方向に沿うように支持されていてもよい。また、プローブ本体７２は、基台部７０に対してフリージョイントにより支持されていてもよい。この場合には、プローブ本体７２は基台部７０に対し複数軸方向に沿って角度および位置を変えることができる。
　断面画像取得装置は、自動穿刺装置に応用することもできる。図１５に示すように、自動穿刺装置８０は、針８３が取付けられた先端部８２を三次元的に移動させることのできるロボットアーム８１と、断面画像取得装置１０とを有している。ロボットアーム８１は、図示しないセンサに基づく制御により、針８３を任意の位置から任意の角度で穿刺することができる。
　基台部４０に腕Ｈを挿通し、固定部４５により固定したら、プローブ本体２０で断面画像を取得し、断面画像から制御部３０が血管位置と血管の向きおよび穿刺深さを検出する。また、これらに基づき、針８３を穿刺すべき位置および角度を決定する。ロボットアーム８１は、決定された穿刺位置および角度により、腕Ｈに針８３を穿刺する。自動穿刺装置においても、固定部４５により腕Ｈを固定し撮像部２２に押し付けることができることから、血管位置を検出するための断面画像を確実に取得できる。
　以上のように、本実施形態に係る断面画像取得装置１０は、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部２２を有するプローブ本体２０と、プローブ本体２０が設けられた筒状で内部空間４０ａを有する基台部４０と、を有し、プローブ本体２０は、内部空間４０ａに撮像部２２を有する撮像面２０ａが露出し、基台部４０は、少なくとも内部空間４０ａの撮像面２０ａと対向する位置に固定部４５を有し、固定部４５は、少なくとも表面４５ａが撮像面２０ａに向かって近づくことで基台部４０の内部空間４０ａを小さくするように動作する。このように構成した断面画像取得装置１０は、固定部４５により基台部４０に挿通した人体を撮像面２０ａに対して押し付けることができるので、撮像部２２を人体に対して確実に密着させ、鮮明な断面画像を取得することができる。
　また、固定部４５は、基台部４０の内部に向かって体積が拡張するように動作してもよい。これにより、固定部４５から人体に加える圧力を容易に調整できる。
　また、基台部６０は、内部空間６０ａの一部に内面の全周に渡る全周固定部６５を有するようにしてもよい。これにより、人体を基台部６０に対してより確実に固定できる。
　また、基台部４０は、第１基台部材４２と第２基台部材４３により、内部空間４０ａを形成する内面が周方向に分割されており、第１基台部材４２と第２基台部材４３とを相互に開くことで、内部空間４０ａを開放状とするようにしてもよい。これにより、基台部４０の内部空間４０ａに対して人体を容易に出し入れできる。
　また、プローブ本体７２は、基台部７０に対して撮像面７２ａが内部空間７０ａの周方向に移動できるように支持されていてもよい。これにより、人体を基台部７０に挿通させた状態で、撮像面７２ａを周方向に移動させて、血管を探索することができる。
　また、撮像部２２および固定部４５を制御する制御部３０を有し、制御部３０は、撮像部２２で取得した断面画像の鮮明度を検出し、検出した鮮明度が予め決められた閾値より低い場合には、基台部４０の内部空間をより小さくするように固定部４５を動作させるようにしてもよい。これにより、固定部４５による人体に対する押し付け力が小さい場合にこれを調整し、より鮮明な断面画像を取得できる。また、予め決められた閾値がなく、機械学習によって鮮明度が判断されてもよい。
　また、撮像部２２および固定部４５を制御する制御部３０を有し、制御部３０は、撮像部２２で取得した断面画像から血管が圧潰していることを検出した場合には、基台部４０の内部空間４０ａをより大きくするように固定部４５を動作させるようにしてもよい。これにより、固定部４５による人体に対する押し付け力が大きい場合にこれを調整し、血流の状態を良好にして穿刺を行うことができる。
　また、撮像部２２および固定部４５を制御する制御部３０を有し、制御部３０は、撮像部２２で取得した断面画像から血管の位置が移動していることを検出した場合には、基台部４０の内部空間４０ａを、血管の移動方向に向かって、または、血管の移動方向と反対方向に向かって、より大きくするように固定部４５を動作させるようにしてもよい。これにより、血管の位置の変化を防止でき、血管の位置を固定して、確実に穿刺を行うことができる。
　また、撮像部２２および固定部４５を制御する制御部３０と、第１基台部材４２と第２基台部材４３との開閉状態を検出する開閉検出部３８とを有し、制御部３０は、開閉検出部３８で第１基台部材４２と第２基台部材４３とが相互に開いた状態から閉じた状態に変化したことを検出したら、一定時間後に基台部４０の内部空間４０ａを小さくするように固定部４５を動作させるようにしてもよい。これにより、基台部４０に人体を納めたら自動的に断面画像の取得を行うことができ、術者の作業負担を軽減できる。
　なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、本実施形態において取得した断面画像は、モニタで構成される表示部５０に表示されるが、制御部３０にて血管位置を検出して穿刺位置を算出し、その穿刺位置を表示する表示部をプローブ本体２０に設けるようにしてもよい。
　また、上述の実施形態において、固定部４５は拡縮可能なカフで形成されているが、内部空間４０ａを小さくして腕Ｈを撮像面２０ａに押し付けることができるものであればよく、例えばゴム状のバンドで形成することもできる。
　なお、本出願は、２０２１年１月１８日に出願された日本特許出願２０２１－５６１６号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
　１０　　断面画像取得装置
　２０　　プローブ本体
　２０ａ　撮像面
　２２　　撮像部
　３０　　制御部
　３２　　送信部
　３４　　受信部
　３６　　充電回路
　３７　　電源部
　３８　　開閉検出部
　３９　　圧力センサ
　４０　　基台部
　４０ａ　内部空間
　４２　　第１基台部材
　４３　　第２基台部材
　４４　　ヒンジ部
　４５　　固定部
　４５ａ　内周表面
　５０　　表示部

Claims (9)

  1. 　皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部を有するプローブ本体と、
    　前記プローブ本体が設けられた内部空間を有する基台部と、を有し、
    　前記プローブ本体は、前記内部空間に前記撮像部を有する撮像面が露出し、
    　前記基台部は、少なくとも前記内部空間の前記撮像面と対向する位置に固定部を有し、
    　前記固定部は、少なくとも表面が前記撮像面に向かって近づくことで前記基台部の内部空間を小さくするように動作する断面画像取得装置。
  2. 　前記固定部は、前記基台部の内部に向かって体積が拡張するように動作する請求項１に記載の断面画像取得装置。
  3. 　前記基台部は、前記内部空間の一部に内面の全周に渡る全周固定部を有する請求項１または２に記載の断面画像取得装置。
  4. 　前記基台部は、第１基台部材と第２基台部材により、前記内部空間を形成する内面が周方向に分割されており、前記第１基台部材と前記第２基台部材とを相互に開くことで、前記内部空間を開放状とする請求項１～３のいずれか１項に記載の断面画像取得装置。
  5. 　前記プローブ本体は、前記基台部に対して前記撮像面が前記内部空間の周方向に移動できるように支持されている請求項１～４のいずれか１項に記載の断面画像取得装置。
  6. 　前記撮像部および前記固定部を制御する制御部を有し、
    　前記制御部は、前記撮像部で取得した前記断面画像の鮮明度を検出し、検出した前記鮮明度が低い場合には、前記基台部の内部空間をより小さくするように前記固定部を動作させる請求項１～５のいずれか１項に記載の断面画像取得装置。
  7. 　前記撮像部および前記固定部を制御する制御部を有し、
    　前記制御部は、前記撮像部で取得した前記断面画像から血管が圧潰していることを検出した場合には、前記基台部の内部空間をより大きくするように前記固定部を動作させる請求項１～６のいずれか１項に記載の断面画像取得装置。
  8. 　前記撮像部および前記固定部を制御する制御部を有し、
    　前記制御部は、前記撮像部で取得した前記断面画像から血管の位置が移動していることを検出した場合には、前記基台部の内部空間を、前記血管の移動方向に向かって、または、前記血管の移動方向と反対方向に向かって、より大きくするように前記固定部を動作させる請求項１～６のいずれか１項に記載の断面画像取得装置。
  9. 　前記撮像部および前記固定部を制御する制御部と、前記第１基台部材と前記第２基台部材との開閉状態を検出する開閉検出部とを有し、
    　前記制御部は、前記開閉検出部で前記第１基台部材と前記第２基台部材とが相互に開いた状態から閉じた状態に変化したことを検出したら、一定時間後に前記基台部の内部空間を小さくするように前記固定部を動作させる請求項４に記載の断面画像取得装置。
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