穿刺支援システム
【課題】 簡単な操作でターゲットに穿刺針を自動的に到達させること。
【解決手段】 穿刺支援システム１０は、超音波診断装置１１によって取得した超音波断層画像に基づき、穿刺針Ｎを動作させてターゲットＴに穿刺を行う穿刺支援ロボット１２を備えている。穿刺支援ロボット１２は、プローブ１５の位置及び姿勢を検出するためのマーカ２４及び３次元運動計測装置２５と、プローブ１５の位置及び姿勢に、そのときのプローブ１５から得られた超音波断層画像を対応させることで、対象組織Ｐ内に設定されたターゲットＴの３次元位置を求める３次元位置検出手段４１と、穿刺針Ｎを動作させる穿刺針動作装置２２と、３次元位置検出手段４１で検出されたターゲットＴの３次元位置に基づき、ターゲットＴに穿刺針Ｎが到達するように、穿刺針動作装置２２の動作を制御する動作制御手段４２とを備えている。
【解決手段】 穿刺支援システム１０は、超音波診断装置１１によって取得した超音波断層画像に基づき、穿刺針Ｎを動作させてターゲットＴに穿刺を行う穿刺支援ロボット１２を備えている。穿刺支援ロボット１２は、プローブ１５の位置及び姿勢を検出するためのマーカ２４及び３次元運動計測装置２５と、プローブ１５の位置及び姿勢に、そのときのプローブ１５から得られた超音波断層画像を対応させることで、対象組織Ｐ内に設定されたターゲットＴの３次元位置を求める３次元位置検出手段４１と、穿刺針Ｎを動作させる穿刺針動作装置２２と、３次元位置検出手段４１で検出されたターゲットＴの３次元位置に基づき、ターゲットＴに穿刺針Ｎが到達するように、穿刺針動作装置２２の動作を制御する動作制御手段４２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波ガイド下における穿刺を支援するためのシステムに係り、更に詳しくは、超音波診断装置によって取得した超音波断層画像を利用し、体内の対象組織内のターゲットに対して穿刺を簡易且つ迅速に行うための穿刺支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体内組織への穿刺は、医療の様々な場面に用いられており、例えば、静脈にカテーテルを挿入して輸液を行うための中心静脈穿刺や、肝がん、乳がんへの経皮的治療等に用いられている。このような穿刺は、超音波診断装置で取得した患者の体内組織の超音波断層画像を目視しながら医師の手で行われる。この際、穿刺針を確実にターゲットまで到達させて停止することが必要となるが、超音波断層画像内における穿刺針の位置が視認しにくいことから、医師の手の動作と穿刺針の動作の関係が把握しにくく、医師が穿刺を正確に行うためには熟練した技術を要する。
【０００３】
ところで、特許文献１には、体表から体内のターゲットに向かう穿刺針のルートを超音波断層画像上に表示可能な超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置に用いられるプローブの側部には、穿刺針の挿入位置をガイドする挿入部ガイドが設けられており、この挿入部ガイドは、穿刺針が挿入される複数の挿入孔を備えている。特許文献１の超音波診断装置では、医師が、超音波断層画像を目視しながら、挿入部ガイドの位置とターゲットの位置とを結ぶ穿刺ルートを模擬的に設定して超音波断層画像上に表示させ、当該表示に従い、医師の手で、当該穿刺ルートに穿刺可能となる位置の挿入孔から穿刺針を挿入して穿刺を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９８４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の発明にあっては、医師が超音波断層画像を見ながらマニュアル的に穿刺ルートを設定しなければならない。これにより、当該穿刺ルートを設定した後で、患者に対してプローブが移動し、超音波断層画像内でターゲットが僅かでも移動した場合には、穿刺ルートを再度設定しなければならず面倒であり、穿刺を迅速に行えない。このため、穿刺ルートを設定する間は、比較的長時間に亘って患者に対して同一姿勢を維持して貰いながら、医師が同一位置にプローブを静止保持しておく必要があり、患者及び医師の双方に苦痛をもたらすことになる。しかも、医師は、プローブを患者の体表部分に当てて静止したまま、穿刺ルートの設定用のキーボード操作やマウス操作等が必要になるため、これを一人の医師で行うと、長時間の両手操作を強いられることになり、簡単且つ迅速な穿刺が行えない。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、簡単な操作でターゲットに穿刺針を自動的に到達させることができる穿刺支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、患者の皮膚にプローブを接触させることで、当該プローブが接触する皮膚の下の体内部分の超音波断層画像を取得する超音波診断装置からの前記超音波断層画像に基づき、前記体内部分に存在する対象組織内のターゲットに穿刺を行う穿刺支援システムであって、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するプローブ位置姿勢検出手段と、前記プローブ位置姿勢検出手段により検出された前記プローブの位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときの前記プローブから得られた前記超音波断層画像を対応させることで、前記対象組織内に設定されたターゲットの３次元位置を求める３次元位置検出手段と、前記ターゲットに穿刺を行うための穿刺針を動作させる穿刺針動作手段と、前記３次元位置検出手段で検出された前記ターゲットの３次元位置に基づき、当該ターゲットに前記穿刺針が到達するように、前記穿刺針動作手段の動作を制御する動作制御手段とを備える、という構成を採っている。
【０００８】
（２）また、予め設定した前記対象組織を前記超音波断層画像の中から特定する対象組織特定手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブの移動によって得られた複数の前記超音波断層画像から、前記対象組織特定手段で特定された前記対象組織の各構成部分の３次元位置を求め、当該各構成部分の３次元位置から前記ターゲットの３次元位置を求める、という構成を採ることができる。
【０００９】
（３）更に、患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果と、その際に得られた前記超音波断層画像とを対応させることで、前記ターゲットの３次元位置を求める、という構成も併せて採用するとよい。
【００１０】
（４）また、前記穿刺針動作手段は、前記プローブに一体的に取り付けられ、当該プローブで得られた前記超音波断層画像内の範囲で前記穿刺針を動作可能に設けられる、という構成を採用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、穿刺のターゲットとなる部分を有する対象組織が映る超音波断層画像を得るために、医師がプローブを患者の皮膚上の所定範囲を移動する操作を行うだけで、ターゲットへの穿刺を自動的に行うことができる。すなわち、プローブの移動によって得られた超音波断層画像と、そのときのプローブの位置及び姿勢とから、前記ターゲットの３次元位置が自動的に求められ、当該３次元位置に穿刺針を到達させるように、穿刺針動作手段が動作することになる。従って、前記特許文献１のように医師の手で穿刺ラインを設定する必要がなく、好適な位置の超音波断層画像を取得する要領で、簡単且つ迅速に穿刺を行うことが可能になる。
【００１２】
特に、前記（３）のように構成することで、ターゲットの３次元位置を求めた後で患者が動いてターゲットの３次元位置が変わった場合でも、ターゲットの正確な３次元位置を求めることができ、患者の動きに追従した自動的な穿刺が可能になる。
【００１３】
また、前記（４）の構成によれば、穿刺針動作手段は、超音波断層画像の２次元平面上を自由に動かせる３自由度の構成で足りることになり、穿刺針動作手段の構造を簡素化し、穿刺針動作手段をコンパクトにすることができる。このため、穿刺針動作手段をプローブと一体化しても、医師の手によるプローブ操作の妨げにならないように構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る穿刺支援システムの概略構成図。
【図２】超音波断層画像内における穿刺針の動作を説明するための超音波断層画像の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１には、本実施形態に係る穿刺支援システムの概略構成図が示されている。この図において、穿刺支援システム１０は、患者の体内のターゲットＴに向かって患者の体表から穿刺針Ｎを刺入する医療行為である穿刺を超音波断層画像に基づいて自動的に行うシステムである。この穿刺支援システム１０は、皮下の体内部分の超音波断層画像を取得可能な超音波診断装置１１と、超音波診断装置１１によって取得した超音波断層画像に基づき、穿刺針Ｎを動作させてターゲットＴに穿刺を行う穿刺支援ロボット１２とにより構成されている。
【００１７】
前記超音波診断装置１１は、患者の皮膚Ｓに接触して超音波パルスの送波及びエコーの受波を行うプローブ１５（超音波探触子）と、プローブ１５からの信号によって、プローブ１５が接触する皮膚Ｓの下の体内部分Ｈの超音波断層画像（Ｂモード）を生成する断層画像生成手段１７と、断層画像生成手段１７で生成された超音波断層画像を表示するモニタ１８とを備えた公知の構造となっている。
【００１８】
前記穿刺支援ロボット１２は、プローブ１５及び穿刺針Ｎをそれぞれ保持するようになっており、医師が超音波断層画像を取得するためにプローブ１５の移動を手動で行える一方で、穿刺針Ｎの移動を自動で行える手持ち型のロボットとなっている。
【００１９】
この穿刺支援ロボット１２は、プローブ１５を保持するプローブホルダー２０と、当該プローブホルダー２０に一体的に設けられるとともに、穿刺針Ｎを保持して動作させる穿刺針動作手段としての穿刺針動作装置２２と、プローブホルダー２０に取り付けられ、赤外線を発生させるマーカ２４と、マーカ２４の位置及び姿勢を測定する３次元位置計測装置２５と、穿刺針動作装置２２を動作させるための各種処理及び指令を行う処理指令装置２６とを備えて構成されている。
【００２０】
前記プローブホルダー２０は、プローブ１５が着脱自在に取り付けられるプローブ取付部３０と、プローブ取付部３０の近傍に位置し、医師等の操作者が把持するためのグリップ３１と、当該グリップ３１の一部分に設けられ、穿刺針Ｎの動作指令を行う押しボタン式のスイッチ３３と、プローブ取付部３０に取り付けられ、プローブ１５に対して移動不能にマーカ２４を固定するマーカ固定部３５とを備えている。
【００２１】
前記穿刺針動作装置２２は、プローブホルダー２０に保持されたプローブ１５に対して穿刺針Ｎが所定の範囲の空間内で移動可能になるように、図示省略した各種モータ、リンク等の各種部材や機構によって構成されている。
【００２２】
具体的に、この穿刺針動作装置２２は、プローブ１５が接触する皮膚Ｓの下の体内部分Ｈの超音波断層画像内の範囲で穿刺針Ｎが移動可能となるように、３自由度の動作が可能な構造となっており、以下のように穿刺針Ｎが移動可能となっている。すなわち、図２に示されるように、穿刺針Ｎは、その先端側が超音波断層画像Ｇ内で左右方向（同図中矢印Ａ方向）に移動可能となっており、当該移動により、撮像された体内部分Ｈのうちの穿刺の対象となる対象組織Ｐ（例えば、血管、臓器等の器官や癌細胞等）の刺入位置の調整が可能になる。また、穿刺針Ｎは、その先端側が超音波断層画像Ｇ内で上下方向（同図中矢印Ｂ方向）に移動可能になっており、当該移動により、対象組織Ｐへの刺入深さの調整が可能になる。更に、穿刺針Ｎは、その先端側が超音波断層画像Ｇに直交する軸線周りの方向（同図中矢印Ｃ方向）に回転可能になっており、当該回転により、対象組織Ｐに対する刺入角度の調整が可能になる。
【００２３】
前記３次元運動計測装置２５は、マーカ２４から発生した赤外線を受光可能となるように移動不能に固定配置され、移動するマーカ２４からの赤外線の受光状態からマーカ２４の位置及び姿勢をリアルタイムに測定可能な公知の構成となっている。つまり、３次元運動計測装置２５により、所定の固定点を原点とする絶対座標系におけるマーカ２４の３次元の位置及び姿勢が逐次求められ、当該マーカ２４は、プローブ１５に対する位置及び姿勢が不変であるため、マーカ２４の３次元の位置及び姿勢からプローブ１５の３次元の位置及び姿勢が一義的に求められる。従って、マーカ２４及び３次元運動計測装置２５は、プローブ１５の絶対座標系における位置及び姿勢を逐次検出するプローブ位置姿勢検出手段を構成する。
【００２４】
なお、プローブ位置姿勢検出手段は、プローブ１５の絶対座標系における位置及び姿勢を逐次検出できる限り、マーカ２５及び３次元運動計測装置２５による検出に限らず、加速度センサを使用する等、他の構成を採用することもできる。
【００２５】
前記処理指令装置２６は、ＣＰＵ等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成され、当該コンピュータを以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。
【００２６】
すなわち、この処理指令装置２６は、取得した超音波断層画像の中から、穿刺の対象となる血管や臓器等の器官や癌細胞等の対象組織Ｐの部分を特定する対象組織特定手段４０と、３次元運動計測装置２５により測定されたプローブ１５の位置及び姿勢を用い、対象組織Ｐ内のターゲットＴの３次元位置を求める３次元位置検出手段４１と、３次元位置検出手段４１で求めたターゲットＴの３次元位置に基づき、当該ターゲットＴに穿刺針Ｎが到達するように穿刺針動作装置２２の動作を制御する動作制御手段４２とを備えている。
【００２７】
前記対象組織特定手段４０では、処理指令装置２６内に予め記憶された複数の対象組織Ｐの中から、医師等の操作者が所望の対象組織Ｐを指定すると、得られた超音波断層画像の画像処理により、当該超音波断層画像に映る各種組織の中から、対象組織Ｐの部分を特定するようになっている。ここでの画像処理は、予め記憶された対象組織Ｐに係るテンプレートとのマッチングを用い、或いは、超音波診断装置１１にカラードプラモードを備えている場合における当該カラードプラモードによる結果の利用等により、体内部分Ｈを撮像した超音波断層画像から、血管や臓器等の器官、或いは癌細胞等の対象組織Ｐを自動的に特定する公知の技術が用いられる。
【００２８】
なお、本発明において、前記対象組織特定手段４０としては、取得した超音波断層画像の中から、操作者が指定した対象組織Ｐを自動的に特定できる限りにおいて、種々の画像処理手法を適用することが可能である。
【００２９】
前記３次元位置検出手段２５では、対象組織特定手段４０で特定された超音波断層画像内の対象組織Ｐを構成する各部分について、そのときのプローブ１５の位置及び姿勢から、絶対座標系における３次元位置を演算により求めるようになっている。すなわち、得られた超音波断層画像内で特定された対象組織Ｐの各部分について、画像座標系における２次元座標が特定され、３次元運動計測装置による測定値から、予め記憶された変換式によって、対象組織Ｐの各部分の絶対座標系における３次元位置が求められる。また、操作者が患者の皮膚Ｓ上の複数位置でプローブ１５を接触させたときに、各位置で取得した超音波断層画像について同じ演算処理がなされ、対象組織Ｐの各部分の絶対座標系における３次元位置を蓄積することで、所定の空間領域内での対象組織Ｐの３次元形状が特定されることになる。
【００３０】
そして、穿刺針Ｎの先端を到達させる対象組織Ｐ内のターゲットＴは、対象組織Ｐに対応して予め記憶されており、３次元位置検出手段２５では、対象組織Ｐの３次元形状が特定されると、ターゲットＴの３次元位置が演算によって自動的に求められることになる。
【００３１】
例えば、対象組織Ｐが血管の場合には、血管内腔部分の中心線上の部分がターゲットＴとして設定されており、当該中心線上の部分の中からターゲットＴの位置が次のようにして特定される。すなわち、先に求めた血管の３次元形状から血管内腔部分の中心線（軸線）が求められ、現在のプローブ１５の位置から、穿刺針動作装置２２での動作範囲を考慮し、処理指令装置２６に操作者が予め入力した刺入角度で刺入した際に到達可能となる血管内腔部分の中心線上の位置をターゲットＴとして決定し、当該ターゲットＴの３次元位置が特定される。
【００３２】
また、対象組織Ｐが癌細胞の場合には、癌細胞の中心部分がターゲットＴとして設定され、先に求めた癌細胞の３次元形状から、その中心点における絶対座標系の座標を求めることで、ターゲットＴの３次元位置が求められる。
【００３３】
前記動作制御手段４２では、３次元位置検出手段４１で求めたターゲットＴの３次元位置と、予め設定した穿刺針Ｎの刺入角度とから、ターゲットＴへの刺入ラインＬ（図２参照）を生成し、当該刺入ラインＬ上を穿刺針Ｎが通ってターゲットＴに到達して停止するように、穿刺針動作装置２２の動作を制御する。
【００３４】
次に、前記穿刺支援システム１０を用いた穿刺動作について、血管内への穿刺を例として説明する。
【００３５】
先ず、医師等の操作者は、グリップ３１を手で把持し、プローブ１５を患者の皮膚Ｓに接触させながら所定範囲内で移動することで、穿刺を行う血管を探索し、モニタ１８を見ながら、穿刺を行いたい部位が超音波断層画像上に表れたらプローブ１５の移動を停止する。この際、超音波診断装置１１の断層画像生成手段１７では、プローブ１５が接触する皮膚Ｓの下の体内部分Ｈの超音波断層画像が逐次生成されることになり、当該超音波断層画像がモニタ１８に写し出される。なお、操作者は、予め、ターゲットＴへの刺入角度（例えば、１５度等）を穿刺支援ロボット１２に入力しておく。
【００３６】
プローブ１５の移動に伴って逐次生成された超音波断層画像は、それぞれ以下の処理が行われる。すなわち、絶対座標系におけるプローブ１５の位置及び姿勢が３次元運動計測装置２５によって計測され、計測されたプローブ１５の位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときのプローブ１５によって得られた超音波断層画像を対応させる。また、対象組織特定手段４０によって、得られた超音波断層画像内から血管の各構成部分（血管壁部分、血管内腔部分）が特定される。そして、３次元位置検出手段４１により、得られた超音波断層画像それぞれについて、血管の各構成部分における超音波断層画像内の各点（ピクセル）を画像座標系から絶対座標系に変換することで当該各点の３次元位置が求められる。これら３次元位置の蓄積によって、血管の３次元形状が特定され、血管内腔部分の中心線上の位置からターゲットＴが特定される。つまり、プローブ１５の移動により多くの超音波断層画像を取得することで、血管の各構成部分の３次元位置が多数求められ、これら３次元位置を構成部分毎に蓄積することにより、血管壁部分や血管内腔部分の３次元形状が特定され、血管内腔部分の中心線の中からターゲットＴが特定され、ターゲットＴの３次元座標が求められる。
【００３７】
そして、穿刺針Ｎの先端が予め設定された刺入角度でターゲットＴに到達するように、絶対座標系における穿刺針Ｎの刺入ラインＬが自動的に設定される。その後、操作者がグリップ３１に設けられたスイッチ３３を押すと、穿刺針Ｎが刺入ラインＬ上を移動するように、穿刺針動作装置２２が動作制御手段４２で制御されながら動作する。つまり、穿刺針動作装置２２により、穿刺針Ｎは、体外側から皮膚Ｓに刺入されてターゲットＴまで自動的に移動し、予め設定された刺入角度でターゲットＴに穿刺されることになる。
【００３８】
また、操作者がプローブ１５の動作を止めた後、プローブ１５が不意に動いてターゲットＴが超音波断層画像上で多少ずれたとしても、穿刺針動作装置２２による穿刺針Ｎの可動範囲である限り、絶対座標系におけるターゲットＴの３次元位置が特定されているため、動作制御手段４２による穿刺針動作装置２２の動作制御により、先に特定した刺入ラインＬ上を穿刺針Ｎが移動することになる。
【００３９】
更に、患者が動く等の理由により血管の３次元位置が変わった場合には、超音波断層画像中で再度ターゲットＴを探索する要領で、プローブ１５を所定範囲内で移動させることにより、前述と同様の手順により、新たな穿刺ラインＬが再度構築され、穿刺針動作装置２２によるターゲットＴへの穿刺が可能になる。
【００４０】
従って、このような実施形態によれば、超音波断層画像を取得するためのプローブ１５の動作は、医師等の操作者が手動で行う一方、ターゲットへの穿刺針Ｎの動作は穿刺針動作装置２２により自動で行われる。このため、操作者が、体内部分Ｈに存在する穿刺のターゲットＴを探索するためにプローブ１５で体表をスキャンする操作を行うだけで、穿刺支援ロボット１２によりターゲットＴに自動的に穿刺することができ、操作者は、超音波断層画像を見ながら穿刺針Ｎの動作をコントロールする煩わしさを解消できるという効果を得る。
【００４１】
また、超音波断層画像に映る範囲で穿刺針Ｎの動作がコントロールされるため、操作者が超音波断層画像上で穿刺針Ｎを視認でき、操作者の目視による穿刺確認を行えるばかりか、穿刺針動作装置２２での動作が３自由度で済むことになり、手持ち型となる穿刺支援ロボット１２の小型化、軽量化を図ることができる。
【００４２】
なお、穿刺のターゲットＴは、手入力で任意に設定できるようにしてもよい。例えば、刺入位置と刺入角度を処理指令装置２６に入力することで、先に求めた対象組織Ｐの３次元形状からターゲットＴの３次元位置を演算によって求めることが可能になる。また、操作者がプローブ１５を動かしながら都度得られる超音波断層画像をモニタ１８上で見ながら、操作者の判断で、超音波断層画像中の穿刺部分を図示しないマウス等でクリックすることで、ターゲットＴを設定することもできる。この場合は、クリックされた超音波断層画像を得たときのプローブ１５の位置及び姿勢が検出されているため、対象組織Ｐの３次元形状を求めなくても、ターゲットＴの３次元座標を求めることが可能になり、対象組織特定手段４０を省くことができる。更に、超音波断層画像の中央に映る部分をターゲットＴとすることもでき、この場合には、操作者がプローブ１５を手で動かして穿刺したい部分が超音波断層画像の中央に表れたときに、スイッチ３３を押すことで穿刺針Ｎの動作をさせるようにすれば良い。この場合においても、超音波断層画像中の穿刺部分をマウス等でクリックする場合と同様、対象組織Ｐの３次元形状を求めなくても、ターゲットＴの３次元座標を求めることが可能になり、対象組織特定手段４０を省くことができる。
【００４３】
また、患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を設け、３次元位置検出手段４１では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果から、プローブ１５と前記患者の一定部位のそれぞれの位置及び姿勢に、これらの位置及び姿勢のときに得られた超音波断層画像を対応させることで、ターゲットＴの３次元位置を求めるようにしてもよい。前記患者位置姿勢検出手段としては、前記マーカ２４及び３次元運動計測装置２５と同様の構成を例示でき、穿刺部分の近傍となる患者の体表部分にマーカ２４を固定し、当該マーカ２４の位置及び姿勢を３次元運動計測装置２５で計測することで、マーカ２４が固定された患者の体表部分の位置及び姿勢が求められる。このようにすれば、刺入ラインＬが設定された後、患者が動く等の理由により対象組織Ｐの３次元位置が変わったときでも、再度、プローブ１５を所定範囲内で移動させずに、穿刺針動作装置２２により、患者の動きに追従して穿刺針Ｎを動作させることができる。
【００４４】
更に、図２に示されるように、自動的に設定された刺入ラインＬを、超音波断層画像Ｇ中に重畳させて模擬的に表示することも可能である。この場合には、操作者は、超音波断層画像Ｇを見ながら、ターゲットＴへの穿刺のイメージをより具体的に把握することができる。これによって、例えば、操作者は、刺入ラインＬの途中に、穿刺針Ｎの通過を許容できない組織が存在するか否かを把握し易くなり、その場合は、刺入位置を変えたり、ターゲットＴを別の位置に設定し直す等の判断が行い易くなる。
【００４５】
また、前記グリップ３１に図示しない力覚提示装置を設けるとともに、ターゲットＴが穿刺針動作装置２２による穿刺針Ｎの可動範囲外に存在するか否かを判断する手段を設けることもできる。この構成では、ターゲットＴが穿刺針Ｎの可動範囲外に存在する場合、当該可動範囲内にターゲットＴが位置するように、前記力覚提示装置により、プローブホルダー２０と穿刺針動作装置２２を移動させる方向に操作者に力覚が提示される。このようにすることで、操作者の手により、プローブホルダー２０及び穿刺針動作装置２２を穿刺可能な位置に短時間で移動させることができ、迅速な穿刺が一層可能になる。ここで、前記力覚提示装置を用いずに音声を発生させることにより、プローブホルダー２０と穿刺針動作装置２２をターゲットＴへの穿刺が可能になる位置を操作者に音声で知らせるようにしてもよい。
【００４６】
更に、前記実施形態では、穿刺針動作装置２２をプローブホルダー２０に一体化して、３自由度の動作を可能にしたが、本発明はこれに限らず、穿刺針動作装置２２をプローブホルダー２０と別体化し、更に多自由度の動作が可能となる構造を採用することもできる。
【００４７】
また、対象組織特定手段４０及び３次元位置検出手段４１は、穿刺支援ロボット１２側に設けずに、超音波診断装置１１側に設けてもよい。
【００４８】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 穿刺支援システム
１５ プローブ
２２ 穿刺針動作装置（穿刺針動作手段）
２４ マーカ（プローブ位置姿勢検出手段）
２５ ３次元運動計測装置（プローブ位置姿勢検出手段）
４０ 対象組織特定手段
４１ ３次元位置検出手段
４２ 動作制御手段
Ｇ 超音波断層画像
Ｈ 体内部分
Ｎ 穿刺針
Ｐ 対象組織
Ｓ 皮膚
Ｔ ターゲット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波ガイド下における穿刺を支援するためのシステムに係り、更に詳しくは、超音波診断装置によって取得した超音波断層画像を利用し、体内の対象組織内のターゲットに対して穿刺を簡易且つ迅速に行うための穿刺支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体内組織への穿刺は、医療の様々な場面に用いられており、例えば、静脈にカテーテルを挿入して輸液を行うための中心静脈穿刺や、肝がん、乳がんへの経皮的治療等に用いられている。このような穿刺は、超音波診断装置で取得した患者の体内組織の超音波断層画像を目視しながら医師の手で行われる。この際、穿刺針を確実にターゲットまで到達させて停止することが必要となるが、超音波断層画像内における穿刺針の位置が視認しにくいことから、医師の手の動作と穿刺針の動作の関係が把握しにくく、医師が穿刺を正確に行うためには熟練した技術を要する。
【０００３】
ところで、特許文献１には、体表から体内のターゲットに向かう穿刺針のルートを超音波断層画像上に表示可能な超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置に用いられるプローブの側部には、穿刺針の挿入位置をガイドする挿入部ガイドが設けられており、この挿入部ガイドは、穿刺針が挿入される複数の挿入孔を備えている。特許文献１の超音波診断装置では、医師が、超音波断層画像を目視しながら、挿入部ガイドの位置とターゲットの位置とを結ぶ穿刺ルートを模擬的に設定して超音波断層画像上に表示させ、当該表示に従い、医師の手で、当該穿刺ルートに穿刺可能となる位置の挿入孔から穿刺針を挿入して穿刺を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９８４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の発明にあっては、医師が超音波断層画像を見ながらマニュアル的に穿刺ルートを設定しなければならない。これにより、当該穿刺ルートを設定した後で、患者に対してプローブが移動し、超音波断層画像内でターゲットが僅かでも移動した場合には、穿刺ルートを再度設定しなければならず面倒であり、穿刺を迅速に行えない。このため、穿刺ルートを設定する間は、比較的長時間に亘って患者に対して同一姿勢を維持して貰いながら、医師が同一位置にプローブを静止保持しておく必要があり、患者及び医師の双方に苦痛をもたらすことになる。しかも、医師は、プローブを患者の体表部分に当てて静止したまま、穿刺ルートの設定用のキーボード操作やマウス操作等が必要になるため、これを一人の医師で行うと、長時間の両手操作を強いられることになり、簡単且つ迅速な穿刺が行えない。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、簡単な操作でターゲットに穿刺針を自動的に到達させることができる穿刺支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、患者の皮膚にプローブを接触させることで、当該プローブが接触する皮膚の下の体内部分の超音波断層画像を取得する超音波診断装置からの前記超音波断層画像に基づき、前記体内部分に存在する対象組織内のターゲットに穿刺を行う穿刺支援システムであって、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するプローブ位置姿勢検出手段と、前記プローブ位置姿勢検出手段により検出された前記プローブの位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときの前記プローブから得られた前記超音波断層画像を対応させることで、前記対象組織内に設定されたターゲットの３次元位置を求める３次元位置検出手段と、前記ターゲットに穿刺を行うための穿刺針を動作させる穿刺針動作手段と、前記３次元位置検出手段で検出された前記ターゲットの３次元位置に基づき、当該ターゲットに前記穿刺針が到達するように、前記穿刺針動作手段の動作を制御する動作制御手段とを備える、という構成を採っている。
【０００８】
（２）また、予め設定した前記対象組織を前記超音波断層画像の中から特定する対象組織特定手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブの移動によって得られた複数の前記超音波断層画像から、前記対象組織特定手段で特定された前記対象組織の各構成部分の３次元位置を求め、当該各構成部分の３次元位置から前記ターゲットの３次元位置を求める、という構成を採ることができる。
【０００９】
（３）更に、患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果と、その際に得られた前記超音波断層画像とを対応させることで、前記ターゲットの３次元位置を求める、という構成も併せて採用するとよい。
【００１０】
（４）また、前記穿刺針動作手段は、前記プローブに一体的に取り付けられ、当該プローブで得られた前記超音波断層画像内の範囲で前記穿刺針を動作可能に設けられる、という構成を採用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、穿刺のターゲットとなる部分を有する対象組織が映る超音波断層画像を得るために、医師がプローブを患者の皮膚上の所定範囲を移動する操作を行うだけで、ターゲットへの穿刺を自動的に行うことができる。すなわち、プローブの移動によって得られた超音波断層画像と、そのときのプローブの位置及び姿勢とから、前記ターゲットの３次元位置が自動的に求められ、当該３次元位置に穿刺針を到達させるように、穿刺針動作手段が動作することになる。従って、前記特許文献１のように医師の手で穿刺ラインを設定する必要がなく、好適な位置の超音波断層画像を取得する要領で、簡単且つ迅速に穿刺を行うことが可能になる。
【００１２】
特に、前記（３）のように構成することで、ターゲットの３次元位置を求めた後で患者が動いてターゲットの３次元位置が変わった場合でも、ターゲットの正確な３次元位置を求めることができ、患者の動きに追従した自動的な穿刺が可能になる。
【００１３】
また、前記（４）の構成によれば、穿刺針動作手段は、超音波断層画像の２次元平面上を自由に動かせる３自由度の構成で足りることになり、穿刺針動作手段の構造を簡素化し、穿刺針動作手段をコンパクトにすることができる。このため、穿刺針動作手段をプローブと一体化しても、医師の手によるプローブ操作の妨げにならないように構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る穿刺支援システムの概略構成図。
【図２】超音波断層画像内における穿刺針の動作を説明するための超音波断層画像の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１には、本実施形態に係る穿刺支援システムの概略構成図が示されている。この図において、穿刺支援システム１０は、患者の体内のターゲットＴに向かって患者の体表から穿刺針Ｎを刺入する医療行為である穿刺を超音波断層画像に基づいて自動的に行うシステムである。この穿刺支援システム１０は、皮下の体内部分の超音波断層画像を取得可能な超音波診断装置１１と、超音波診断装置１１によって取得した超音波断層画像に基づき、穿刺針Ｎを動作させてターゲットＴに穿刺を行う穿刺支援ロボット１２とにより構成されている。
【００１７】
前記超音波診断装置１１は、患者の皮膚Ｓに接触して超音波パルスの送波及びエコーの受波を行うプローブ１５（超音波探触子）と、プローブ１５からの信号によって、プローブ１５が接触する皮膚Ｓの下の体内部分Ｈの超音波断層画像（Ｂモード）を生成する断層画像生成手段１７と、断層画像生成手段１７で生成された超音波断層画像を表示するモニタ１８とを備えた公知の構造となっている。
【００１８】
前記穿刺支援ロボット１２は、プローブ１５及び穿刺針Ｎをそれぞれ保持するようになっており、医師が超音波断層画像を取得するためにプローブ１５の移動を手動で行える一方で、穿刺針Ｎの移動を自動で行える手持ち型のロボットとなっている。
【００１９】
この穿刺支援ロボット１２は、プローブ１５を保持するプローブホルダー２０と、当該プローブホルダー２０に一体的に設けられるとともに、穿刺針Ｎを保持して動作させる穿刺針動作手段としての穿刺針動作装置２２と、プローブホルダー２０に取り付けられ、赤外線を発生させるマーカ２４と、マーカ２４の位置及び姿勢を測定する３次元位置計測装置２５と、穿刺針動作装置２２を動作させるための各種処理及び指令を行う処理指令装置２６とを備えて構成されている。
【００２０】
前記プローブホルダー２０は、プローブ１５が着脱自在に取り付けられるプローブ取付部３０と、プローブ取付部３０の近傍に位置し、医師等の操作者が把持するためのグリップ３１と、当該グリップ３１の一部分に設けられ、穿刺針Ｎの動作指令を行う押しボタン式のスイッチ３３と、プローブ取付部３０に取り付けられ、プローブ１５に対して移動不能にマーカ２４を固定するマーカ固定部３５とを備えている。
【００２１】
前記穿刺針動作装置２２は、プローブホルダー２０に保持されたプローブ１５に対して穿刺針Ｎが所定の範囲の空間内で移動可能になるように、図示省略した各種モータ、リンク等の各種部材や機構によって構成されている。
【００２２】
具体的に、この穿刺針動作装置２２は、プローブ１５が接触する皮膚Ｓの下の体内部分Ｈの超音波断層画像内の範囲で穿刺針Ｎが移動可能となるように、３自由度の動作が可能な構造となっており、以下のように穿刺針Ｎが移動可能となっている。すなわち、図２に示されるように、穿刺針Ｎは、その先端側が超音波断層画像Ｇ内で左右方向（同図中矢印Ａ方向）に移動可能となっており、当該移動により、撮像された体内部分Ｈのうちの穿刺の対象となる対象組織Ｐ（例えば、血管、臓器等の器官や癌細胞等）の刺入位置の調整が可能になる。また、穿刺針Ｎは、その先端側が超音波断層画像Ｇ内で上下方向（同図中矢印Ｂ方向）に移動可能になっており、当該移動により、対象組織Ｐへの刺入深さの調整が可能になる。更に、穿刺針Ｎは、その先端側が超音波断層画像Ｇに直交する軸線周りの方向（同図中矢印Ｃ方向）に回転可能になっており、当該回転により、対象組織Ｐに対する刺入角度の調整が可能になる。
【００２３】
前記３次元運動計測装置２５は、マーカ２４から発生した赤外線を受光可能となるように移動不能に固定配置され、移動するマーカ２４からの赤外線の受光状態からマーカ２４の位置及び姿勢をリアルタイムに測定可能な公知の構成となっている。つまり、３次元運動計測装置２５により、所定の固定点を原点とする絶対座標系におけるマーカ２４の３次元の位置及び姿勢が逐次求められ、当該マーカ２４は、プローブ１５に対する位置及び姿勢が不変であるため、マーカ２４の３次元の位置及び姿勢からプローブ１５の３次元の位置及び姿勢が一義的に求められる。従って、マーカ２４及び３次元運動計測装置２５は、プローブ１５の絶対座標系における位置及び姿勢を逐次検出するプローブ位置姿勢検出手段を構成する。
【００２４】
なお、プローブ位置姿勢検出手段は、プローブ１５の絶対座標系における位置及び姿勢を逐次検出できる限り、マーカ２５及び３次元運動計測装置２５による検出に限らず、加速度センサを使用する等、他の構成を採用することもできる。
【００２５】
前記処理指令装置２６は、ＣＰＵ等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成され、当該コンピュータを以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。
【００２６】
すなわち、この処理指令装置２６は、取得した超音波断層画像の中から、穿刺の対象となる血管や臓器等の器官や癌細胞等の対象組織Ｐの部分を特定する対象組織特定手段４０と、３次元運動計測装置２５により測定されたプローブ１５の位置及び姿勢を用い、対象組織Ｐ内のターゲットＴの３次元位置を求める３次元位置検出手段４１と、３次元位置検出手段４１で求めたターゲットＴの３次元位置に基づき、当該ターゲットＴに穿刺針Ｎが到達するように穿刺針動作装置２２の動作を制御する動作制御手段４２とを備えている。
【００２７】
前記対象組織特定手段４０では、処理指令装置２６内に予め記憶された複数の対象組織Ｐの中から、医師等の操作者が所望の対象組織Ｐを指定すると、得られた超音波断層画像の画像処理により、当該超音波断層画像に映る各種組織の中から、対象組織Ｐの部分を特定するようになっている。ここでの画像処理は、予め記憶された対象組織Ｐに係るテンプレートとのマッチングを用い、或いは、超音波診断装置１１にカラードプラモードを備えている場合における当該カラードプラモードによる結果の利用等により、体内部分Ｈを撮像した超音波断層画像から、血管や臓器等の器官、或いは癌細胞等の対象組織Ｐを自動的に特定する公知の技術が用いられる。
【００２８】
なお、本発明において、前記対象組織特定手段４０としては、取得した超音波断層画像の中から、操作者が指定した対象組織Ｐを自動的に特定できる限りにおいて、種々の画像処理手法を適用することが可能である。
【００２９】
前記３次元位置検出手段２５では、対象組織特定手段４０で特定された超音波断層画像内の対象組織Ｐを構成する各部分について、そのときのプローブ１５の位置及び姿勢から、絶対座標系における３次元位置を演算により求めるようになっている。すなわち、得られた超音波断層画像内で特定された対象組織Ｐの各部分について、画像座標系における２次元座標が特定され、３次元運動計測装置による測定値から、予め記憶された変換式によって、対象組織Ｐの各部分の絶対座標系における３次元位置が求められる。また、操作者が患者の皮膚Ｓ上の複数位置でプローブ１５を接触させたときに、各位置で取得した超音波断層画像について同じ演算処理がなされ、対象組織Ｐの各部分の絶対座標系における３次元位置を蓄積することで、所定の空間領域内での対象組織Ｐの３次元形状が特定されることになる。
【００３０】
そして、穿刺針Ｎの先端を到達させる対象組織Ｐ内のターゲットＴは、対象組織Ｐに対応して予め記憶されており、３次元位置検出手段２５では、対象組織Ｐの３次元形状が特定されると、ターゲットＴの３次元位置が演算によって自動的に求められることになる。
【００３１】
例えば、対象組織Ｐが血管の場合には、血管内腔部分の中心線上の部分がターゲットＴとして設定されており、当該中心線上の部分の中からターゲットＴの位置が次のようにして特定される。すなわち、先に求めた血管の３次元形状から血管内腔部分の中心線（軸線）が求められ、現在のプローブ１５の位置から、穿刺針動作装置２２での動作範囲を考慮し、処理指令装置２６に操作者が予め入力した刺入角度で刺入した際に到達可能となる血管内腔部分の中心線上の位置をターゲットＴとして決定し、当該ターゲットＴの３次元位置が特定される。
【００３２】
また、対象組織Ｐが癌細胞の場合には、癌細胞の中心部分がターゲットＴとして設定され、先に求めた癌細胞の３次元形状から、その中心点における絶対座標系の座標を求めることで、ターゲットＴの３次元位置が求められる。
【００３３】
前記動作制御手段４２では、３次元位置検出手段４１で求めたターゲットＴの３次元位置と、予め設定した穿刺針Ｎの刺入角度とから、ターゲットＴへの刺入ラインＬ（図２参照）を生成し、当該刺入ラインＬ上を穿刺針Ｎが通ってターゲットＴに到達して停止するように、穿刺針動作装置２２の動作を制御する。
【００３４】
次に、前記穿刺支援システム１０を用いた穿刺動作について、血管内への穿刺を例として説明する。
【００３５】
先ず、医師等の操作者は、グリップ３１を手で把持し、プローブ１５を患者の皮膚Ｓに接触させながら所定範囲内で移動することで、穿刺を行う血管を探索し、モニタ１８を見ながら、穿刺を行いたい部位が超音波断層画像上に表れたらプローブ１５の移動を停止する。この際、超音波診断装置１１の断層画像生成手段１７では、プローブ１５が接触する皮膚Ｓの下の体内部分Ｈの超音波断層画像が逐次生成されることになり、当該超音波断層画像がモニタ１８に写し出される。なお、操作者は、予め、ターゲットＴへの刺入角度（例えば、１５度等）を穿刺支援ロボット１２に入力しておく。
【００３６】
プローブ１５の移動に伴って逐次生成された超音波断層画像は、それぞれ以下の処理が行われる。すなわち、絶対座標系におけるプローブ１５の位置及び姿勢が３次元運動計測装置２５によって計測され、計測されたプローブ１５の位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときのプローブ１５によって得られた超音波断層画像を対応させる。また、対象組織特定手段４０によって、得られた超音波断層画像内から血管の各構成部分（血管壁部分、血管内腔部分）が特定される。そして、３次元位置検出手段４１により、得られた超音波断層画像それぞれについて、血管の各構成部分における超音波断層画像内の各点（ピクセル）を画像座標系から絶対座標系に変換することで当該各点の３次元位置が求められる。これら３次元位置の蓄積によって、血管の３次元形状が特定され、血管内腔部分の中心線上の位置からターゲットＴが特定される。つまり、プローブ１５の移動により多くの超音波断層画像を取得することで、血管の各構成部分の３次元位置が多数求められ、これら３次元位置を構成部分毎に蓄積することにより、血管壁部分や血管内腔部分の３次元形状が特定され、血管内腔部分の中心線の中からターゲットＴが特定され、ターゲットＴの３次元座標が求められる。
【００３７】
そして、穿刺針Ｎの先端が予め設定された刺入角度でターゲットＴに到達するように、絶対座標系における穿刺針Ｎの刺入ラインＬが自動的に設定される。その後、操作者がグリップ３１に設けられたスイッチ３３を押すと、穿刺針Ｎが刺入ラインＬ上を移動するように、穿刺針動作装置２２が動作制御手段４２で制御されながら動作する。つまり、穿刺針動作装置２２により、穿刺針Ｎは、体外側から皮膚Ｓに刺入されてターゲットＴまで自動的に移動し、予め設定された刺入角度でターゲットＴに穿刺されることになる。
【００３８】
また、操作者がプローブ１５の動作を止めた後、プローブ１５が不意に動いてターゲットＴが超音波断層画像上で多少ずれたとしても、穿刺針動作装置２２による穿刺針Ｎの可動範囲である限り、絶対座標系におけるターゲットＴの３次元位置が特定されているため、動作制御手段４２による穿刺針動作装置２２の動作制御により、先に特定した刺入ラインＬ上を穿刺針Ｎが移動することになる。
【００３９】
更に、患者が動く等の理由により血管の３次元位置が変わった場合には、超音波断層画像中で再度ターゲットＴを探索する要領で、プローブ１５を所定範囲内で移動させることにより、前述と同様の手順により、新たな穿刺ラインＬが再度構築され、穿刺針動作装置２２によるターゲットＴへの穿刺が可能になる。
【００４０】
従って、このような実施形態によれば、超音波断層画像を取得するためのプローブ１５の動作は、医師等の操作者が手動で行う一方、ターゲットへの穿刺針Ｎの動作は穿刺針動作装置２２により自動で行われる。このため、操作者が、体内部分Ｈに存在する穿刺のターゲットＴを探索するためにプローブ１５で体表をスキャンする操作を行うだけで、穿刺支援ロボット１２によりターゲットＴに自動的に穿刺することができ、操作者は、超音波断層画像を見ながら穿刺針Ｎの動作をコントロールする煩わしさを解消できるという効果を得る。
【００４１】
また、超音波断層画像に映る範囲で穿刺針Ｎの動作がコントロールされるため、操作者が超音波断層画像上で穿刺針Ｎを視認でき、操作者の目視による穿刺確認を行えるばかりか、穿刺針動作装置２２での動作が３自由度で済むことになり、手持ち型となる穿刺支援ロボット１２の小型化、軽量化を図ることができる。
【００４２】
なお、穿刺のターゲットＴは、手入力で任意に設定できるようにしてもよい。例えば、刺入位置と刺入角度を処理指令装置２６に入力することで、先に求めた対象組織Ｐの３次元形状からターゲットＴの３次元位置を演算によって求めることが可能になる。また、操作者がプローブ１５を動かしながら都度得られる超音波断層画像をモニタ１８上で見ながら、操作者の判断で、超音波断層画像中の穿刺部分を図示しないマウス等でクリックすることで、ターゲットＴを設定することもできる。この場合は、クリックされた超音波断層画像を得たときのプローブ１５の位置及び姿勢が検出されているため、対象組織Ｐの３次元形状を求めなくても、ターゲットＴの３次元座標を求めることが可能になり、対象組織特定手段４０を省くことができる。更に、超音波断層画像の中央に映る部分をターゲットＴとすることもでき、この場合には、操作者がプローブ１５を手で動かして穿刺したい部分が超音波断層画像の中央に表れたときに、スイッチ３３を押すことで穿刺針Ｎの動作をさせるようにすれば良い。この場合においても、超音波断層画像中の穿刺部分をマウス等でクリックする場合と同様、対象組織Ｐの３次元形状を求めなくても、ターゲットＴの３次元座標を求めることが可能になり、対象組織特定手段４０を省くことができる。
【００４３】
また、患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を設け、３次元位置検出手段４１では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果から、プローブ１５と前記患者の一定部位のそれぞれの位置及び姿勢に、これらの位置及び姿勢のときに得られた超音波断層画像を対応させることで、ターゲットＴの３次元位置を求めるようにしてもよい。前記患者位置姿勢検出手段としては、前記マーカ２４及び３次元運動計測装置２５と同様の構成を例示でき、穿刺部分の近傍となる患者の体表部分にマーカ２４を固定し、当該マーカ２４の位置及び姿勢を３次元運動計測装置２５で計測することで、マーカ２４が固定された患者の体表部分の位置及び姿勢が求められる。このようにすれば、刺入ラインＬが設定された後、患者が動く等の理由により対象組織Ｐの３次元位置が変わったときでも、再度、プローブ１５を所定範囲内で移動させずに、穿刺針動作装置２２により、患者の動きに追従して穿刺針Ｎを動作させることができる。
【００４４】
更に、図２に示されるように、自動的に設定された刺入ラインＬを、超音波断層画像Ｇ中に重畳させて模擬的に表示することも可能である。この場合には、操作者は、超音波断層画像Ｇを見ながら、ターゲットＴへの穿刺のイメージをより具体的に把握することができる。これによって、例えば、操作者は、刺入ラインＬの途中に、穿刺針Ｎの通過を許容できない組織が存在するか否かを把握し易くなり、その場合は、刺入位置を変えたり、ターゲットＴを別の位置に設定し直す等の判断が行い易くなる。
【００４５】
また、前記グリップ３１に図示しない力覚提示装置を設けるとともに、ターゲットＴが穿刺針動作装置２２による穿刺針Ｎの可動範囲外に存在するか否かを判断する手段を設けることもできる。この構成では、ターゲットＴが穿刺針Ｎの可動範囲外に存在する場合、当該可動範囲内にターゲットＴが位置するように、前記力覚提示装置により、プローブホルダー２０と穿刺針動作装置２２を移動させる方向に操作者に力覚が提示される。このようにすることで、操作者の手により、プローブホルダー２０及び穿刺針動作装置２２を穿刺可能な位置に短時間で移動させることができ、迅速な穿刺が一層可能になる。ここで、前記力覚提示装置を用いずに音声を発生させることにより、プローブホルダー２０と穿刺針動作装置２２をターゲットＴへの穿刺が可能になる位置を操作者に音声で知らせるようにしてもよい。
【００４６】
更に、前記実施形態では、穿刺針動作装置２２をプローブホルダー２０に一体化して、３自由度の動作を可能にしたが、本発明はこれに限らず、穿刺針動作装置２２をプローブホルダー２０と別体化し、更に多自由度の動作が可能となる構造を採用することもできる。
【００４７】
また、対象組織特定手段４０及び３次元位置検出手段４１は、穿刺支援ロボット１２側に設けずに、超音波診断装置１１側に設けてもよい。
【００４８】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 穿刺支援システム
１５ プローブ
２２ 穿刺針動作装置（穿刺針動作手段）
２４ マーカ（プローブ位置姿勢検出手段）
２５ ３次元運動計測装置（プローブ位置姿勢検出手段）
４０ 対象組織特定手段
４１ ３次元位置検出手段
４２ 動作制御手段
Ｇ 超音波断層画像
Ｈ 体内部分
Ｎ 穿刺針
Ｐ 対象組織
Ｓ 皮膚
Ｔ ターゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の皮膚にプローブを接触させることで、当該プローブが接触する皮膚の下の体内部分の超音波断層画像を取得する超音波診断装置からの前記超音波断層画像に基づき、前記体内部分に存在する対象組織内のターゲットに穿刺を行う穿刺支援システムであって、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するプローブ位置姿勢検出手段と、前記プローブ位置姿勢検出手段により検出された前記プローブの位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときの前記プローブから得られた前記超音波断層画像を対応させることで、前記対象組織内に設定されたターゲットの３次元位置を求める３次元位置検出手段と、前記ターゲットに穿刺を行うための穿刺針を動作させる穿刺針動作手段と、前記３次元位置検出手段で検出された前記ターゲットの３次元位置に基づき、当該ターゲットに前記穿刺針が到達するように、前記穿刺針動作手段の動作を制御する動作制御手段とを備えたことを特徴とする穿刺支援システム。
【請求項２】
予め設定した前記対象組織を前記超音波断層画像の中から特定する対象組織特定手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブの移動によって得られた複数の前記超音波断層画像から、前記対象組織特定手段で特定された前記対象組織の各構成部分の３次元位置を求め、当該各構成部分の３次元位置から前記ターゲットの３次元位置を求めることを特徴とする請求項１記載の穿刺支援システム。
【請求項３】
患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果と、その際に得られた前記超音波断層画像とを対応させることで、前記ターゲットの３次元位置を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の穿刺支援システム。
【請求項４】
前記穿刺針動作手段は、前記プローブに一体的に取り付けられ、当該プローブで得られた前記超音波断層画像内の範囲で前記穿刺針を動作可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の穿刺支援システム。
【請求項１】
患者の皮膚にプローブを接触させることで、当該プローブが接触する皮膚の下の体内部分の超音波断層画像を取得する超音波診断装置からの前記超音波断層画像に基づき、前記体内部分に存在する対象組織内のターゲットに穿刺を行う穿刺支援システムであって、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するプローブ位置姿勢検出手段と、前記プローブ位置姿勢検出手段により検出された前記プローブの位置及び姿勢に、当該位置及び姿勢のときの前記プローブから得られた前記超音波断層画像を対応させることで、前記対象組織内に設定されたターゲットの３次元位置を求める３次元位置検出手段と、前記ターゲットに穿刺を行うための穿刺針を動作させる穿刺針動作手段と、前記３次元位置検出手段で検出された前記ターゲットの３次元位置に基づき、当該ターゲットに前記穿刺針が到達するように、前記穿刺針動作手段の動作を制御する動作制御手段とを備えたことを特徴とする穿刺支援システム。
【請求項２】
予め設定した前記対象組織を前記超音波断層画像の中から特定する対象組織特定手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブの移動によって得られた複数の前記超音波断層画像から、前記対象組織特定手段で特定された前記対象組織の各構成部分の３次元位置を求め、当該各構成部分の３次元位置から前記ターゲットの３次元位置を求めることを特徴とする請求項１記載の穿刺支援システム。
【請求項３】
患者の一定部位の位置及び姿勢を検出する患者位置姿勢検出手段を更に備え、
前記３次元位置検出手段では、前記プローブ位置姿勢検出手段及び前記患者位置姿勢検出手段の検出結果と、その際に得られた前記超音波断層画像とを対応させることで、前記ターゲットの３次元位置を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の穿刺支援システム。
【請求項４】
前記穿刺針動作手段は、前記プローブに一体的に取り付けられ、当該プローブで得られた前記超音波断層画像内の範囲で前記穿刺針を動作可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の穿刺支援システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−３５０１０（Ｐ２０１２−３５０１０Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８０５５９（Ｐ２０１０−１８０５５９）
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
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