JP2009521973A - 血管の位置を特定するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

血管を検出し、その血管に関して例えば形状、深さ及び直径のようなパラメタを正確に決めるための方法及びシステムである。例えばＩＲ撮像のような光学撮像は、そこから目標の血管が規定され、その血管の横方向位置が決められる関心領域における血管パターンの一般概要１６を得るために使用される。超音波撮像は次いで、前記目標の血管に関して、例えば深さ及び直径のようなパラメタを正確に測定するために用いられる。結果生じるシステムは非常に低コストであり、実施及び使用が比較的簡単である。

Description

本発明は一般的に、外科用縫合針が手動で挿入される又は侵襲医療処置を行うための全自動ロボティックシステムで挿入される血管の位置を正確に検出するために開業医により使用されるような血管の位置を特定するための方法及びシステムに関する。

開業医は、例えば血液に薬剤を注入する、採血を行う又はカテーテルを挿入することを目的とするように、外科用縫合針を血管内に挿入することを必要とされる状況が多くある。針を血管に挿入することは、血管を見つけ、次いでこの針を選択した血管に正確に位置決める問題によって達成するのがしばしば難しい。

超音波撮像は、異なる音響インピーダンスを持つ２つの媒体間にある境界を検出及び位置を特定するためのよく知られた技術である。超音波放射線のショートバーストが関心領域に印加され、反射及び後方散乱信号の振幅及び到達時間は、異なる音響インピーダンス及び音響減衰を持つ２つの媒体間にある境界をマッピングするために測定される。この技術は例えば材料及び医学のような分野に広く使用される。

これにより、超音波撮像は血管の深さ、直径及び形状を正確に決めるのに使用されることができる。しかしながら、殆ど場合において、この技術を用いて二次元データが得られ、血管の経路の三次元の概要を得るために、超音波プローブが走査される必要がある。その上、血管を周囲組織と区別することは難しく、画像再構成及びパターン認識アルゴリズムは、血管の経路及び位置パラメタを得るために利用される必要があり、このことはさらにシステムのコスト及び複雑性を増大させる。

本発明の目的はゆえに、血管のパラメタ、例えば位置、深さ及び／又は直径を決めるための方法及びシステムを提供することであり、これは従来の装置よりも正確であり、コスト及び複雑性は小さい。

本発明によると、血管の１つ以上のパラメタを決めるための方法が提供され、この方法は、
−電磁放射線を用いて被験者の関心領域を照射するステップ、
−前記被験者から反射される又は前記被験者を通り伝達される電磁放射線を受信して、前記受信した電磁放射線の強度分布を表す画像データを生成するステップ、
−前記画像データから前記関心領域内の目標エリアを特定するステップ、
−前記目標エリアに対して超音波トランスデューサを位置決め、前記目標エリアに超音波放射線を印加するステップ、
−前記被験者の前記目標エリアから反射及び／又は後方散乱した超音波放射線を受信するステップ、
−前記血管の壁部とその血管の周辺部との間において前記目標エリア内の血管に関して境界を特定するために、前記受信した超音波放射線の振幅及び／又は到達時間を測定するステップ、並びに
−そこから前記血管の少なくとも１つの寸法を決めるステップ
を有する。

さらに本発明によると、血管の１つ以上のパラメタを決めるためのシステムが提供され、このシステムは、
−電磁放射線を用いて被験者の関心領域を照射する手段、
−前記被験者から反射される又は前記被験者を通り伝達される電磁放射線を受信して、前記受信した電磁放射線の強度分布を表す画像データを生成する手段、
−前記画像データから前記関心領域内の目標エリアの特定を可能にして、前記目標エリアに対する超音波トランスデューサの位置決めを可能にする手段、
−前記目標エリアに超音波放射線を印加する手段、
−前記被験者の前記目標エリアから反射及び／又は後方散乱した超音波放射線を受信する手段、
−前記血管の壁部と前記血管の周辺部との間において前記目標エリア内の血管に関して境界を特定するために、前記受信した超音波放射線の振幅及び／又は到達時間を測定する手段、並びに
−そこから前記血管の少なくとも１つの寸法を決める手段
を有する。

これにより、本発明は、目標の血管及び関心領域内におけるその血管の横方向位置が特定されることを可能にするために、この関心領域内の血管パターンの概要を最初に可能にすることにより上述した目的を達成する。このとき超音波撮像技術は前記目標の血管の深さ及び／又は直径を決めるために、選択した横方向位置において"ズーム"するのに使用される。

好ましい実施例において、電磁放射線は光学放射線及びさらに好ましくは赤外線又は近赤外線を有する。

関心領域に関して画像データは（関心領域内の血管パターンの概要を開業医に提供するために）好ましくは表示され、目標エリアの選択及びこのエリアに対する超音波トランスデューサの位置決めが手動で行われる。しかしながら、前記目標エリアを自動的に決めるために形状認識技術が代わりに用いられてもよく、手動又は自動的のどちらかで選択された選択した目標エリアに対して前記超音波トランスデューサを自動的に位置決めするための動力手段が提供される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施例から明らかであると共に、これら実施例を参照して説明される。

本発明の実施例は、単に例として及び添付する図面を参照して説明される。

図１を参照すると、本発明の例示的な実施例によるシステムは、赤外線（ＩＲ）撮像ユニット１０（最も好ましくは、図３ｂに示されるユニット）及びこのＩＲ撮像ユニット１０に接続される又は一体的に設けられる音響トランスデューサ１２を有する。この音響トランスデューサは、電気信号を機械的振動に及びその逆に変換するための手段を有する。ＩＲ撮像ユニット１０及び音響トランスデューサ１２は、信号処理モジュール１４に接続され、このモジュールはＰＣ等の形式で設けられる。

図２を追加として参照すると、ＩＲ撮像ユニット１０は、被験者１８の関心領域に赤外線を当て、この関心領域から後方散乱放射線を受信し、この後方散乱放射線の強度分布を表す画像データを生成することにより、検査中の前記関心領域の赤外線画像１６を生成する（ステップ１００）。この画像データは次いで信号処理モジュール１４に転送され、既知の画像処理技術を用いて強調され、血管マップが得られ（ステップ１０２）、目標の血管が選択され、この目標の血管の二次元座標が前記関心領域の結果生じる画像から最終的に得られる（ステップ１０４）。前記血管の深さ及び大きさは、音響トランスデューサ１２及び信号処理モジュール１４を用いて検出される（ステップ１０６）。前記方法の出力データは、（手動又は自動的の一方で）選択された目標の血管の横方向の位置（ステップ１０４）並びに血管の深さ及び直径（ステップ１０６）の合計である。

図３ａを追加として参照すると、検査される物体は、放射線源ユニット３０により放出される放射線に曝される。検査される身体３２の表面上に光分布の二次元マップが光検出器、例えばカメラ３１により測定される。特定の実施に依存して、波長フィルタ３４は検出器ノイズを減少させるために使用される。要件に依存して、９０°偏移した偏光子の使用は、調査される物体の表面から反射される光の量を減少させることにより、この調査される物体３３の表面より下にある構造物の視認性を増大させることができる。

図３ｂを追加として参照すると、前記調査される物体は、光源３６のマトリックスにより放出される放射線に曝される。前記調査される身体３２の表面上の光分布の二次元マップは、調査される身体の間近に置かれる光検出器３７のマトリックスにより測定される。

前記光学撮像システムの構造に依存して、手段１０は、前記調査される物体を制限するための手段３１又は３６、及び前記調査される物体の表面上に前記光分布をマッピングするための手段３０又は３７から構成される。

例えば赤外線撮像のような光学撮像技術はよく知られ、前記調査される物体の照射及び被験者から反射される又は被験者を通り伝達される光子の検出に基づいている。この技術は、調査中の被験者の光学特性がマッピングされることを可能にして、血管の存在及び血管の横方向位置がリアルタイムに且つ比較的低コストで比較的容易に決められることが可能である重要な利点を有する。他方、例えば血管の直径のような正確な深さ及び寸法は、この技術を使用して得るのにはさらに難しい。おおよその深さの再構成だけを供給可能である光学撮像を使用する既知の方法が幾つかあり、これら方法はとにかく高価であり、時間がかかり及び実施するのが難しい。

従って、代わりに本発明に従って、血管パターンの概要がＩＲ撮像を使用して一度得られると、外科用縫合針が挿入される（可能性がある）血管は次いで、血管の幾何学的形状の二次元表現を用いて選択され（ステップ１０２）、この血管の横方向位置（ＬＰ）が得られる（ステップ１０４）。次に、音響トランスデューサ１２は、選択された血管の位置に（手動又は自動的の一方で）位置決めされ、例えば血管の深さ及び／又は直径が既知の超音波撮像及び／又は測定技術を使用して決められ、必要とされる形式で出力する。

これにより、関心領域の一般概要は、血管パターンの概要を提供するために、ＩＲ撮像を使用して得られることができる。これは目標の血管が規定され、この血管の横方向位置が決められることを可能にする。超音波撮像技術を用いて選択された横方向位置に"ズームする"ことは、前記目標の血管の深さ及び寸法が正確に決められることを可能にする。この応用に必要とされる超音波装置は、それ程複雑ではなく、これにより従来の高級な超音波スキャナよりも安い。

前記縫合針を挿入するために血管の位置を正確に特定するのに必要とされ、本発明が使用するのに適している状況が多数ある。重要な利点は、血管の位置及びパラメタに関するかなり正確なデータを比較的低コストで含んでいる。

上述した実施例は本発明を制限するのではなく、説明しているのであり、当業者は添付される特許請求の範囲により定義されるような本発明の範囲から外れることなく代替実施例を設計することが可能であることに注意すべきである。特許請求の範囲において、括弧内に置かれる如何なる参照符号も請求項を制限するとは考えない。"有する"及び"有している"等の用語は、如何なる請求項又は明細書全体に挙げられる要素若しくはステップ以外の要素若しくはステップの存在を排除するものではない。要素を単数で表現することがその要素が複数あること及びその反対を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別の要素を有するハードウェアを用いて実施されてもよく、適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されてもよい。幾つかの手段を列挙している装置の請求項において、これら手段の幾つかがハードウェアの同じアイテムにより具現化されてもよい。幾つかの測定が互いに異なる独立請求項に挙げられているという単なる事実は、これら測定の組み合わせが有利に使用されないことを示しているのではない。

本発明の例示的な実施例によるシステムの主要部品を説明している概略図。 本発明の例示的な実施例による方法の主要ステップを説明している概略的な流れ図である。 一体化した物体の画像を離れて撮ることが可能である光学撮像システムの概略図。 調査される物体の画像を間近に又は直接触れて撮ることが可能である光学撮像システムの概略図。

Claims (7)

1. 血管の１つ以上のパラメタを決めるための方法において、
   −電磁放射線を用いて被験者の関心領域を照射するステップ、
   −前記被験者から反射される又は前記被験者を通り伝達される電磁放射線を受信して、前記受信した電磁放射線の強度分布を表す画像データを生成するステップ、
   −前記画像データから前記関心領域内の目標エリアを特定するステップ、
   −前記目標エリアに対して超音波トランスデューサを位置決め、前記目標エリアに超音波放射線を印加するステップ、
   −前記被験者の前記目標エリアから反射及び／又は後方散乱した超音波放射線を受信するステップ、
   −前記血管の壁部とその血管の周辺部との間において前記目標エリア内の血管に関して境界を特定するために、前記受信した超音波放射線の振幅及び／又は到達時間を測定するステップ、並びに
   −そこから前記血管の少なくとも１つの寸法を決めるステップ
   を有する方法。
2. 前記電磁放射線は光学放射線を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記光学放射線は赤外線又は近赤外線を有する請求項２に記載の方法。
4. 前記関心領域に関する前記画像データが表示され、前記目標エリアの選択及び前記目標エリアに対する前記超音波トランスデューサの位置決めは、前記表示される画像データを用いて行われる請求項１に記載の方法。
5. 前記目標エリアに対する前記超音波トランスデューサの位置決めは、手動で行われる請求項１に記載の方法。
6. 前記目標エリアに対する前記超音波トランスデューサの位置決めは、駆動手段により自動的に行われる請求項１に記載の方法。
7. 血管の１つ以上のパラメタを決めるためのシステムにおいて、
   −電磁放射線を用いて被験者の関心領域を照射する手段、
   −前記被験者から反射される又は前記被験者を通り伝達される電磁放射線を受信して、前記受信した電磁放射線の強度分布を表す画像データを生成する手段、
   −前記画像データから前記関心領域内の目標エリアの特定を可能にして、前記目標エリアに対する超音波トランスデューサの位置決めを可能にする手段、
   −前記目標エリアに超音波放射線を印加する手段、
   −前記被験者の前記目標エリアから反射及び／又は後方散乱した超音波放射線を受信する手段、
   −前記血管の壁部と前記血管の周辺部との間において前記目標エリア内の血管に関して境界を特定するために、前記受信した超音波放射線の振幅及び／又は到達時間を測定する手段、並びに
   −そこから前記血管の少なくとも１つの寸法を決める手段
   を有するシステム。

Images