JP2014111083A - 穿刺支援装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】穿刺対象に対して安全に穿刺する複数の穿刺経路の候補領域を表示するとともに、体表画像上の穿刺刺入点の候補領域を表示することができる穿刺支援装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る穿刺支援装置は、表示手段と、３次元のボリュームデータを取得するボリュームデータ取得手段と、前記取得したボリュームデータにおいて穿刺対象を設定する穿刺対象設定手段と、前記取得したボリュームデータにおいて体表画像上の穿刺可能領域を設定する穿刺可能領域設定手段と、前記設定された体表画像上の穿刺可能領域から前記穿刺対象までの穿刺経路を抽出する穿刺経路抽出手段と、前記抽出された穿刺経路の安全度を算出する安全度算出手段と、前記算出された安全度に基づいて、前記穿刺対象に穿刺する穿刺刺入点の候補領域を設定し、その候補領域を前記表示手段に表示させる刺入点候補領域表示制御手段と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、穿刺支援装置に関する。
近年、穿刺による治療が多々行われている。穿刺とは、体外から血管・体腔内や内臓に注射針（穿刺針）を刺すことをいう。この穿刺による治療は、患者の体内に溜まった体液や膿を排出したり、薬物を注入するために行われる。また、穿刺は、患者体内の組織の採取にも用いられている。そして、現在では、超音波診断装置を使用して患者の体内を撮像したリアルタイム画像を見ながら、術者が手動で患者の体内に穿刺針を挿入する治療が、広く行われている。
ここで、穿刺を用いた具体的な治療法（肝細胞癌の穿刺治療）について説明する。現在、非進行肝細胞癌の治療方法には、外科的肝切除と局所療法とが知られている。
外科的肝切除は、肝機能の良い人が適用対象となり、肝機能の悪い人には内科的治療が選択されることが一般的である。肝切除は、腫瘍の大きさ・場所により切除量・肝臓に与える侵襲が変わってくる。また、肝臓の再生能力は高いので、肝臓自体の働きを示す肝予備能が十分なときは、肝臓全体の８割近くの切除を耐術し、肝再生能力によりその大きさは、１年あまりで元の大きさに戻る。
しかしながら、肝機能の低い状態では、肝切除後、肝臓の再生ができず、肝臓が疲弊し肝不全になることもある。
一方、局所療法は、肝細胞癌に対して穿刺を行い、エタノールを注入して癌組織を死滅させる経皮的エタノール注入療法と、高周波を与えて癌組織を死滅させるラジオ波熱凝固療法が、主に行われている。
肝臓は血流が豊富であり、穿刺によって主要な血管を損傷すると、その血管が栄養分を供給する肝細胞癌以外の正常肝組織にもダメージを与えてしまうことがある。また、肝細胞癌が肝臓表面に存在する場合は、ラジオ波熱凝固療法では、肝臓と接する横隔膜や胸膜にも熱が伝わり、熱損傷やそれによる合併症を引き起こす危険性がある。そのため、局所療法においては、安全な穿刺経路（穿刺ルート）の計画とその実施が非常に重要となっている。
ここで、穿刺による治療を行う際に、穿刺対象を含む３次元画像において、穿刺対象を中心として、穿刺対象を含む対象物の断面画像を回転表示させる画像処理表示装置が開示されている。この画像処理表示装置では、術者が対象物となる被検体の断面画像を変更しながら、穿刺経路上に血管などの保護すべき対象が含まれていないか確認することができるようになっている（特許文献１参照）。
特開２００５−１６９０７０号公報
ところで、従来の穿刺計画では、所定の穿刺対象に安全に到達できる経路を特定することを目的としていた。しかしながら、所定の穿刺対象に安全に到達できる経路は１つのみ存在するとは言えず、現実には、多くの場合、複数の候補が存在し得る。
また、実際の穿刺術において、術者は、穿刺計画で決定された穿刺経路における穿刺針の刺入点を被検体の体表上で特定していた。
しかしながら、穿刺計画は、穿刺経路の設定を断面画像上で行っているため、体表上の穿刺針の刺入点が術者にとって分かりづらかった。
すなわち、従来の穿刺計画では、穿刺対象に対して安全に穿刺する穿刺経路が複数存在するにも関わらず、１つの穿刺経路を特定することしかできず、また、穿刺対象を含んだ断面画像上でしか穿刺経路を設定することができなかったので、術者は、最適な穿刺針の刺入点が分かりづらかった。
本実施形態に係る穿刺支援装置は、表示手段と、３次元のボリュームデータを取得するボリュームデータ取得手段と、前記取得したボリュームデータにおいて穿刺対象を設定する穿刺対象設定手段と、前記取得したボリュームデータにおいて体表から前記設定された穿刺対象まで到達する体表画像上の穿刺可能領域を設定する穿刺可能領域設定手段と、前記設定された体表画像上の穿刺可能領域から前記穿刺対象までの穿刺経路を抽出する穿刺経路抽出手段と、前記抽出された穿刺経路の安全度を算出する安全度算出手段と、前記算出された安全度に基づいて、前記穿刺可能領域をグループに分けて、その所定のグループに属する穿刺可能領域において前記穿刺対象に穿刺する穿刺刺入点の候補領域を設定し、その候補領域を前記表示手段に表示させる刺入点候補領域表示制御手段と、を備える。
第１の実施形態に係るワークステーションを用いた穿刺システムの概略の構成の一例を示した概略構成図。 第１の実施形態に係るワークステーションの機能を示す機能ブロック図。 第１の実施形態に係るワークステーションの構成を示すハードウエアブロック図。 第１の実施形態に係るワークステーションが、体表画像上に穿刺刺入点の候補領域を表示する穿刺刺入点表示処理を示したフローチャート。 第１の実施形態に係るワークステーションの穿刺対象設定部が、体表画像上の穿刺可能領域を設定する場合の説明図。 第１の実施形態に係るワークステーションの穿刺経路抽出部が、穿刺経路を抽出する方法について説明する説明図。 第１の実施形態に係るワークステーションの穿刺経路抽出部が、穿刺可能領域から穿刺対象までの穿刺経路を抽出する方法を示す説明図。 第１の実施形態に係るワークステーションの安全度算出部が、穿刺可能領域から穿刺対象までの穿刺経路の安全度を算出する安全度算出方法を説明する説明図。 第１の実施形態に係るワークステーションの安全度算出部が、距離に対して重み付けを行った場合の各保護対象の安全度を示した説明図。 第１の実施形態に係るワークステーションの安全度算出部が、危険度を用いて、距離に対して重み付けを行った場合の説明図。 第１の実施形態に係るワークステーションの刺入点候補表示制御部が、安全度を色分け表示した安全度マップを体表画像上に表示させて、表示部にさせた場合の説明図。 第１の実施形態に係るワークステーションの刺入点候補表示制御部が、穿刺刺入候補領域の穿刺刺入点を体表画像上に表示した場合の説明図。 第２の実施形態に係るワークステーションが、指定された穿刺刺入点（または穿刺刺入候補領域）に関連する穿刺支援情報を表示部に表示した場合の説明図。 第３の実施形態に係るワークステーションを用いた穿刺システムの概略の構成の一例を示した概略構成図。 第３の実施形態に係るワークステーションの刺入点候補表示部が、図示しないプロジェクタによって、図１１で示した穿刺刺入点の候補を被検体の体表上に投影させた場合の説明図。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るワークステーション（穿刺支援装置）３００について、添付図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係るワークステーション３００を用いた穿刺システム６００の概略の構成の一例を示した概略構成図である。
図１に示すように、この穿刺システム６００は、モダリティ１００、画像サーバ２００、ワークステーション３００、超音波診断装置４００、ネットワーク５００などを備えて構成されている。
モダリティ１００は、被検体を撮像するための装置（撮像装置）を分類するときに使用される医用システム名である。例えば、モダリティ１００として、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置（磁気共鳴診断装置）、超音波診断装置などがある。なお、Ｘ線ＣＴ装置は、放射線などを利用して物体を走査しコンピュータを用いて処理する撮影装置である。ＭＲＩ装置は、磁場と電波を用いて被検体の体内などの画像を撮影する装置である。超音波診断装置は、超音波を被検体に当てて、その反響を映像化する画像診断装置である。本実施形態では、３次元のボリュームデータを撮像できれば、いずれの装置でもモダリティ１００として適用することができる。
画像サーバ２００は、医療用画像管理システム（ＰＡＣＳ：Picture Archiving and Communication System）を構成する画像管理サーバであり、モダリティ１００によって被検体（患者）を撮像することにより得られた３次元のボリュームデータを、保管、閲覧、管理するサーバである。
ワークステーション（穿刺支援装置）３００は、モダリティ１００によって被検体を撮影することにより得られた３次元のボリュームデータや画像サーバ２００に格納されている３次元のボリュームデータに対して、コンピュータ処理を施すことによって３次元表示の映像化を図ったり、定量解析を行う装置である。なお、本実施形態に係るワークステーション３００は、医用画像処理装置により構成されているものとする。また、本実施形態に係るワークステーション３００の詳細については、後述する。
超音波診断装置４００は、穿刺時において超音波プローブにより得られる被検体の患部や穿刺針の位置を撮像し、その撮像した部位を表示するようになっている。なお、本実施形態では、穿刺を行う装置として超音波診断装置４００を採用して説明しているが、穿刺に用い得ることが可能であれば、Ｘ線ＣＴ装置あるいはＭＲＩ装置を用いてもよい。
ネットワーク５００は、穿刺システム６００に接続されている各装置を相互に接続するためのネットワークである。
次に、第１の実施形態に係るワークステーション３００の構成について、詳細に説明する。
図２は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の機能を示す機能ブロック図である。
図２に示すように、このワークステーション３００は、ボリュームデータ取得部３１０、穿刺対象設定部３１２、穿刺可能領域設定部３１４、保護対象設定部３１６、穿刺不可領域設定部３１８、穿刺経路抽出部３１９、安全度算出部３２０、刺入点候補領域表示制御部３２２、ボリュームデータ記憶部３３０および表示部３４６などを備えて構成されている。
ボリュームデータ取得部３１０は、モダリティ１００によって撮像され、画像サーバ２００（図１）に保管されている３次元のボリュームデータを取得するようになっている。そして、ボリュームデータ取得部３１０は、取得したボリュームデータをボリュームデータ記憶部３３０に格納するようになっている。
穿刺対象設定部３１２は、取得したボリュームデータにおいて穿刺対象を設定するようになっている。穿刺対象設定部３１２は、ボリュームデータにおいて穿刺対象を設定すると、穿刺対象が設定されたそのボリュームデータをボリュームデータ記憶部３３０に格納するようになっている。
なお、穿刺対象設定部３１２は、一例として、図示しない３次元再構成部によりボリュームデータが３次元画像処理に適したボクセルデータとして再構成された後、ボリュームレンダリング画像として再構成されて穿刺対象を設定するようになっているが、ボリュームデータからソフトウエアにより穿刺対象を抽出できる場合には、自動的に穿刺対象を設定するようにしてもよい。
穿刺可能領域設定部３１４は、取得したボリュームデータにおいて、体表から設定された穿刺対象まで到達する体表画像上の穿刺可能領域を設定するようになっている。例えば、穿刺可能領域設定部３１４は、取得したボリュームデータにおいて、設定された穿刺対象を中心として、使用する穿刺針の穿刺可能な深さを半径とする穿刺針到達可能範囲により、体表画像上の穿刺可能領域を設定することができる。そして、穿刺可能領域設定部３１４は、ボリュームデータにおいて穿刺可能領域を設定すると、穿刺可能領域が設定されたそのボリュームデータをボリュームデータ記憶部３３０に格納するようになっている。
保護対象設定部３１６は、保護すべき領域を示す保護対象を、被検体における穿刺針到達可能範囲の領域に設定することができるようになっている。例えば、保護対象設定部３１６は、３次元のボリュームデータをボリュームレンダリング画像によって表示させ、血管や横隔膜などを保護対象として設定することができ、また、その３次元のボリュームデータから血管や横隔膜などをソフトウエアによって抽出することができる場合には、自動的に保護対象を設定するようにしてもよい。
穿刺不可領域設定部３１８は、穿刺することのできない領域を示す穿刺不可領域を、被検体における穿刺針到達可能範囲の領域に設定することができるようになっている。例えば、穿刺不可領域設定部３１８は、３次元のボリュームデータをボリュームレンダリング画像によって表示させ、骨領域を穿刺不可領域とすることができ、また、その３次元のボリュームデータから骨領域をソフトウエアによって抽出することができる場合には、自動的に穿刺不可領域を設定するようにしてもよい。
ここで、保護対象設定部３１６と穿刺不可領域設定部３１８は、任意の構成要素であり、ユーザの所望により、適宜、設定することができる。このため、保護対象設定部３１６と穿刺不可領域設定部３１８は、常に両方設定する必要はなく、いずれか一方のみを設定するようにしてもよい。そして、保護対象設定部３１６と穿刺不可領域設定部３１８は、保護対象または穿刺不可領域を設定すると、保護対象または穿刺不可領域が設定されたボリュームデータをボリュームデータ記憶部３３０に格納するようになっている。
穿刺経路抽出部３１９は、設定された体表画像上の穿刺可能領域から穿刺対象までの穿刺経路を抽出するようになっている。例えば、保護対象設定部３１６により保護対象が設定された場合には、穿刺経路抽出部３１９は、穿刺針到達可能範囲の領域からその保護対象を除いた第１の穿刺針到達可能範囲の領域に基づいて、体表画像上の穿刺可能領域から穿刺対象までの穿刺経路を抽出する。
また、例えば、穿刺不可領域設定部３１８により穿刺不可領域が設定された場合には、穿刺経路抽出部３１９は、穿刺針到達可能範囲の領域からその穿刺不可領域を除いた第２の穿刺針到達可能範囲の領域に基づいて、体表画像上の穿刺可能領域から穿刺対象までの穿刺経路を抽出する。そして、穿刺経路抽出部３１９は、抽出した穿刺経路をボリュームデータ記憶部３３０に格納するようになっている。
なお、保護対象と穿刺不可領域の両方が設定された場合には、穿刺経路抽出部３１９は、穿刺針到達可能範囲の領域から、その保護対象と穿刺不可領域を除いた穿刺針到達可能範囲の領域に基づいて、体表画像上の穿刺可能領域から穿刺対象までの穿刺経路を抽出する。
安全度算出部３２０は、抽出された穿刺経路の安全度を算出するようになっている。例えば、安全度算出部３２０は、設定された体表画像上の穿刺可能領域から穿刺対象までを結ぶ穿刺経路の集合を穿刺経路群として、その穿刺経路群の各穿刺経路と保護対象との位置関係に基づいて、安全度を算出する。そして、安全度算出部３２０は、各穿刺経路の安全度を算出すると、穿刺経路とその安全度をボリュームデータ記憶部３３０に格納するようになっている。
刺入点候補領域表示制御部３２２は、算出した安全度に基づいて、穿刺可能領域をグループに分けて、その所定のグループに属する穿刺可能領域において穿刺対象に穿刺する穿刺刺入点の候補領域を設定し、後述する表示部３４６に表示させるようになっている。例えば、刺入点候補領域表示制御部３２２は、所定のグループに属する穿刺可能領域の重心を穿刺刺入点として、その穿刺可能領域の面積またはその穿刺経路の距離の少なくともいずれかに基づいて、穿刺刺入点の候補領域を表示部３４６に表示させる。そして、刺入点候補領域表示制御部３２２は、グループ分けした穿刺可能領域を、ボリュームデータ記憶部３３０に格納するようになっている。
ボリュームデータ記憶部３３０は、ボリュームデータ取得部３１０において取得した３次元のボリュームデータを格納するようになっている。また、ボリュームデータ取得部３１０で取得したボリュームデータに対して上述した各設定が行われる度に、その設定されたボリュームデータや設定内容がボリュームデータ記憶部３３０に格納される。
次に、本実施形態に係るワークステーション３００のハードウエアの構成について説明する。
図３は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の構成を示すハードウエアブロック図である。
図３に示すように、ワークステーション３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４３、ネットワークインターフェース部３４４、操作部３４５、表示部３４６、記憶部３４７、内部バス３４８などを備えて構成されている。
ＣＰＵ３４１は、ＲＯＭ３４２に格納されている各種プログラムをＲＡＭ３４３にロードして、そのプログラムを展開することにより、各種プログラムの機能を実現することできるようになっている。ＲＡＭ３４３は、ワークエリア（作業用メモリ）として利用されるようになっている。ＲＯＭ３４２は、各種プログラムを格納するようになっている。ＲＯＭ３４２に格納されている各種プログラムには、図２で示したワークステーション３００の各機能を実現するためのプログラムが含まれる。
ネットワークインターフェース部３４４は、ネットワーク５００（図１）を介して、画像サーバ２００の記憶部に格納された３次元のボリュームデータを受信したり、超音波診断装置４００からボリュームデータを受信するためのインターフェース部である。
操作部３４５は、ワークステーション３００のボリュームデータ記憶部３３０に格納されている３次元のボリュームデータに対して、穿刺対象、保護対象または穿刺不可領域の設定を行ったり、プログラムの入力、編集、登録などを行う入力装置などにより構成されている。具体的には、操作部３４５は、キーボードやマウスなどのポインティングデバイスにより構成されている。
表示部３４６は、画像サーバ２００から取得した３次元のボリュームデータを表示したり、穿刺対象、保護対象または穿刺不可領域を設定する際のボリュームレンダリング画像を表示する表示部として構成されている。この表示部３４６は、液晶ディスプレイやモニタなどにより構成されている。
記憶部３４７は、記憶メモリを構成する記憶部であり、ＲＡＭやハードディスクなどによって構成されている。本実施形態では、記憶部３４７は、例えば、３次元のボリュームデータを格納するボリュームデータ記憶部３３０を構成するようになっている。
内部バス３４８は、ＣＰＵ３４１がワークステーション３００全体を統括制御するように、各構成要素に接続されている。
このように、本実施形態では、記憶部３４７は、ボリュームデータ記憶部３３０を構成し、また、ＲＯＭ３４２に格納されているプログラムを実行することにより、図２に示したワークステーション３００の各機能を実現することができるようになっている。
（穿刺刺入点表示処理）
次に、第１の実施形態に係るワークステーション３００による穿刺刺入点表示処理の動作について説明する。
図４は、第１の実施形態に係るワークステーション３００が、体表画像上に穿刺刺入点の候補領域を表示する穿刺刺入点表示処理を示したフローチャートである。図４において、Ｓに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示している。
まず、ステップＳ１０１では、ボリュームデータ取得部３１０が、ネットワーク５００を介して画像サーバ２００から３次元のボリュームデータを取得する。ボリュームデータ取得部３１０は、取得した３次元のボリュームデータをボリュームデータ記憶部３３０に格納する。
ステップＳ１０３では、穿刺対象設定部３１２が、取得したボリュームデータにおいて穿刺対象を設定する。
ステップＳ１０５では、穿刺可能領域設定部３１４が、設定された穿刺対象を中心として、使用する穿刺針の穿刺可能な深さを半径とする穿刺針到達可能範囲により、体表画像上の穿刺可能領域を設定する。
図５は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の穿刺対象設定部３１２が、体表画像上の穿刺可能領域を設定する場合の説明図である。
図５（Ａ）では、被検体Ｐの撮像画像をサジタル断面で示している。また、図５（Ｂ）では、被検体Ｐの撮像画像をアキシャル断面で示している。図５（Ａ）に示すサジタル断面像では、紙面（図５（Ａ））に対して左側に被検体Ｐの頭が位置し、紙面（図５（Ａ））に対して右側に被検体Ｐの足が位置するようになっている。
一方、図５（Ｂ）に示すアキシャル断面像では、図５（Ａ）のアキシャル断面位置での断面像を示しており、紙面（図５（Ｂ））に対して紙面奥側に足が位置し、紙面（図５（Ｂ））に対して紙面手前側に頭が位置するようになっている。
図５（Ａ）および（Ｂ）の例では、３次元のボリュームデータに対し、穿刺対象として穿刺対象ＯＢを設定している。穿刺可能領域設定部３１４は、穿刺対象ＯＢを中心として、使用する穿刺針の穿刺可能な深さを半径とする穿刺針到達可能範囲ＲＮによって、被検体Ｐの体表画像上の穿刺可能領域ＥＲを設定する。
ここで、一例として、設定された体表画像上の穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路を抽出する方法について説明する。
図６は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の穿刺経路抽出部３１９が、穿刺経路を抽出する方法について説明する説明図である。
図６では、図５で示した内容に、穿刺経路群ＰＲが付加して表示されている。具体的には、穿刺経路抽出部３１９が、穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの略直線となる穿刺経路を抽出し、その穿刺経路の集合を穿刺経路群ＰＲとして表示している。すなわち、穿刺経路群ＰＲは、穿刺経路抽出部３１９により各穿刺経路が抽出され、穿刺対象ＯＢを中心とする穿刺経路が複数あることを示している。
なお、図６（Ａ）は、図５（Ａ）に対応するとともに、図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に対応するものとする。また、穿刺経路は、３次元的な位置関係を有しているものとする。
ステップＳ１０７では（図４）、保護対象設定部３１６が、保護すべき領域を示す保護対象を、被検体Ｐにおける穿刺針到達可能範囲ＲＮの領域に設定することができる。
ステップＳ１０９では、穿刺不可領域設定部３１８が、穿刺することのできない領域を示す穿刺不可領域を、被検体Ｐにおける穿刺針到達可能範囲ＲＮの領域に設定することができる。
ステップＳ１１１では、穿刺経路抽出部３１９が、体表画像上の穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路を抽出する。
ここで、ステップＳ１０７と１０９で説明した保護対象と穿刺不可領域を設定した場合、穿刺経路抽出部３１９がどのような穿刺経路を抽出するか、図面を用いて説明する。
図７は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の穿刺経路抽出部３１９が、穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路を抽出する方法を示す説明図である。なお、図７では、アキシャル面を表示しているが、穿刺経路は、穿刺対象ＯＢを中心として３次元的な位置関係を有しているものとする。
図７に示すように、被検体Ｐの穿刺針到達可能範囲ＲＮに、保護対象である血管を示す保護対象ＰＯと穿刺不可領域を示す骨領域ＢＯとが設定されている。図７の例では、穿刺経路ＰＲ１には血管を示す保護対象ＰＯが存在する。このため、穿刺経路ＰＲ１は危険な経路となる。一方、穿刺経路ＰＲ２と穿刺経路ＰＲ４には穿刺針到達可能範囲ＲＮにおいて遮るものがない。このため、穿刺経路ＰＲ２と穿刺経路ＰＲ４は安全な経路となる。これに対して、穿刺経路ＰＲ３には穿刺不可領域を示す骨領域ＢＯが存在する。このため、穿刺経路ＰＲ３は穿刺ができない穿刺不能経路となる。
したがって、穿刺経路抽出部３１９は、穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢにおいて、被検体Ｐの穿刺針到達可能範囲ＲＮの領域の中から、保護対象ＰＯや骨領域ＢＯなどの穿刺経路を遮るものがない略直線の安全な穿刺経路を抽出する。
ステップＳ１１３（図４）では、安全度算出部３２０が、抽出された穿刺経路の安全度を算出する。
具体的には、安全度算出部３２０は、体表画像上の穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでを結ぶ穿刺経路の集合を穿刺経路群として、その穿刺経路群の各穿刺経路と保護対象との位置関係に基づいて、安全度を算出する。
ここで、一例として、安全度算出部３２０が、穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路の安全度を算出する安全度算出方法について、説明する。
図８は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の安全度算出部３２０が、穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路の安全度を算出する安全度算出方法を説明する説明図である。
図８に示すように、穿刺経路ＰＲｍは、穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路を示しており、保護対象（ＰＯ１からＰＯ４）から穿刺経路ＰＲｍまでの距離により安全度が算出される。例えば、穿刺経路ＰＲｍにおいて、保護対象（ＰＯ１からＰＯ４）に対する全ての安全度のうち最も安全度の低い値を、その穿刺経路の安全度を示す値として採用することができる。
ここで、図８において、穿刺経路から保護対象までの距離に応じて閾値を割り当て、例えば、穿刺経路から１ｃｍ未満の場合は安全度「１」とし、穿刺経路から１ｃｍ以上２ｃｍ未満の場合は安全度「２」とし、穿刺経路から２ｃｍ以上３ｃｍ未満（または、２ｃｍ以上）の場合は安全度「３」とする。
図８の場合、保護対象ＰＯ１は、穿刺経路ＰＲｍとの距離が１ｃｍ未満であるため、安全度Ｄ１は「１」となり、保護対象ＰＯ２も、穿刺経路ＰＲｍとの距離が１ｃｍ未満であるため、安全度Ｄ２は「１」となる。保護対象ＰＯ３は、穿刺経路ＰＲｍとの距離が１ｃｍ以上２ｃｍ未満であるため、安全度Ｄ３は「２」となり、保護対象ＰＯ４は、穿刺経路ＰＲｍとの距離が２ｃｍ以上であるため、安全度Ｄ４は「３」となる。したがって、例１の場合には、穿刺経路ＰＲｍの安全度は「１」となる。
なお、安全度の算出方法は、これに限定されるものではない。例えば、全ての保護対象（ＰＯ１からＰＯ４）の安全度から、総合的な安全度を算出するようにしてもよい。具体的には、保護対象それぞれの安全度の逆数を取ることにより、保護対象それぞれの危険度を求め、その総和を算出する。そして、その危険度の総和の逆数を取ることにより、総合的な安全度とすることができる。
また、総合的な安全度を算出する際も、閾値を用いて判別するようにしてもよい。また、安全度を算出する際に、距離をそのまま適用して、安全度を算出するようにしてもよい。また、距離や閾値に対して、適宜、重み付けをするようにしてもよい。
例えば、血管は、横隔膜または心臓などよりも安全度が高いため、血管の安全度が横隔膜や心臓の安全度よりも相対的に高くなるように、距離に対して１より大きい安全度算出係数を乗算する。
この場合、横隔膜や心臓は、血管よりも安全度が低いので、横隔膜や心臓の安全度が血管の安全度よりも相対的に安全度が低くなるように、血管の安全度算出係数よりも小さい安全度係数を、距離に対してそれぞれ乗算する。
図９は、第１の実施形態に係るワークステーションの安全度算出部３２０（図２）が、距離に対して重み付けを行った場合の各保護対象の安全度を示した説明図である。
図９では、一例として、保護対象が、血管、横隔膜、心臓の場合において、安全度算出部３２０が、穿刺経路からの距離に対してそれぞれ所定の安全度算出係数を乗算して重み付けを行い、各保護対象の距離に対する安全度を算出している。例えば、血管は、横隔膜に対して、約２倍程度安全度が高くなるように重み付けがされているとともに、心臓に対して、約３倍程度安全度が高くなるように重み付けがされている。
したがって、安全度算出部３２０は、図９において、穿刺経路から保護対象までの距離が同一の距離であっても、保護対象によっては安全度が異なることを示すとともに、安全度が、安全度１＜安全度２＜安全度３＜安全度４となるように重み付けがされていることを示している。
また、本実施形態では、安全度算出部３２０は、安全度を算出するために、安全度の逆数である危険度を用いて、穿刺経路の安全度を表すようにしてもよい。
図１０は、第１の実施形態に係るワークステーションの安全度算出部３２０（図２）が、危険度を用いて、距離に対して重み付けを行った場合の説明図である。
図１０では、一例として、安全度算出部３２０が、距離に対して図９と同様な重み付けを行った場合において、各保護対象の距離に対する危険度を示している。この場合、心臓は、横隔膜や血管よりも危険度が高いことを示すともに、横隔膜は、血管よりも危険度が高いことを示している。なお、危険度は、安全度の逆数となる関係で表されるため、安全度とは反比例の関係を有している。
ステップＳ１１５では（図４）、刺入点候補領域表示制御部３２２が、算出された安全度に基づいて、穿刺可能領域ＥＲをグループに分けて、体表画像上に穿刺の安全度を色分け表示する。例えば、安全度の高い安全度高領域は青色、安全度の中程度の安全度中領域は黄色、危険度の高い（安全度の低い）危険度高領域は赤色、穿刺ができない穿刺不可領域は灰色などにより、体表画像上に安全度を色分け表示する。
図１１は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の刺入点候補領域表示制御部３２２が、安全度を色分け表示した安全度マップを体表画像上に表示させて、表示部３４６にさせた場合の説明図である。
図１１に示すように、刺入点候補領域表示制御部３２２は、安全度の高い安全度高領域ＡＡを青色で、安全度の中程度の安全度中領域ＢＢを黄色で、危険度の高い（安全度の低い）危険度高領域ＮＮを赤色で、穿刺ができない穿刺不可領域ＸＸを灰色で、体表画像上に表示させている。
図１１の例では、危険度の高い（安全度の低い）危険度高領域ＮＮは、心臓、横隔膜および血管などの保護対象が含まれる領域を示しており、また、穿刺ができない穿刺不可領域ＸＸは、骨領域などの穿刺不可領域を示している。
ステップＳ１１７では（図４）、刺入点候補領域表示制御部３２２が、所定のグループに属する穿刺可能領域において穿刺対象に穿刺する穿刺刺入点の候補領域を表示させる。例えば、刺入点候補領域表示制御部３２２は、安全度の高い安全度高領域ＡＡのグループに属する穿刺可能領域の中から穿刺刺入候補領域を抽出し、その穿刺刺入候補領域の重心を穿刺刺入点として、各穿刺刺入候補領域の面積またはその穿刺経路の距離の少なくともいずれかに基づいて、得点順に穿刺刺入点の候補領域（すなわち、穿刺刺入候補領域）を表示させる。
図１２は、第１の実施形態に係るワークステーション３００の刺入点候補領域表示制御部３２２が、穿刺刺入候補領域の穿刺刺入点を体表画像上に表示した場合の説明図である。
図１２に示すように、刺入点候補領域表示制御部３２２は、安全度高領域ＡＡのグループの中から、各穿刺可能領域の面積またはその穿刺経路の距離の少なくともいずれかに基づいて、穿刺刺入候補領域ＣＡ１、ＣＡ２とその穿刺刺入点とを、体表画像上に表示させている。
ここで、穿刺可能領域の面積が相対的に大きい場合には、穿刺計画時と実際の穿刺実行時に穿刺刺入点に誤差があったとしても保護対象を傷つける危険性が低いと考えられる。また、穿刺刺入点から穿刺対象までの穿刺経路の距離が相対的に短い場合には、穿刺の深さが浅くなるので、術者にとっても被検体にとっても負担が軽減されると考えられる。
そこで、例えば、穿刺可能領域ＥＲの安全度高領域ＡＡのグループにおける点の集合を、隣接する点同士で連結し、複数のクラスタに分割する。刺入点候補領域表示制御部３２２は、各クラスタを穿刺刺入候補領域（例えば、ＣＡ１、ＣＡ２）として扱い、各穿刺刺入候補領域の面積と、各穿刺刺入候補領域の重心から穿刺対象ＯＢまでの距離とを算出する。
そして、刺入点候補領域表示制御部３２２は、算出した穿刺刺入候補領域の面積が相対的に大きい場合には高得点となるように割り当てる一方、穿刺刺入候補領域の面積が相対的に小さい場合には低得点となるように割り当てる。また、刺入点候補領域表示制御部３２２は、穿刺刺入候補領域の重心から穿刺対象までの距離が相対的に短い場合には高得点となるように割り当てる一方、穿刺刺入候補領域の重心から穿刺対象までの距離が相対的に長い場合には低得点となるように割り当てる。
このように、刺入点候補領域表示制御部３２２は、各穿刺刺入候補領域の面積または各穿刺刺入候補領域の重心から穿刺対象までの距離の少なくともいずれかに基づいて、穿刺刺入候補領域を、得点の順に術者に提示することができる。
なお、図１２では、得点の一番高い穿刺刺入候補領域を穿刺刺入候補領域ＣＡ１として表示し、その次に得点の高い穿刺刺入候補領域を穿刺刺入候補領域ＣＡ２として表示している。また、刺入点候補領域表示制御部３２２は、各穿刺刺入候補領域の重心を穿刺刺入点（図中の×印）として、術者に提示している。
以上説明したように、本実施形態に係るワークステーション３００は、ネットワーク５００を介して画像サーバ２００から３次元のボリュームデータを取得して、そのボリュームデータに穿刺対象ＯＢを設定する。ワークステーション３００は、ボリュームデータにおいて保護対象ＰＯと穿刺不可領域（骨領域ＢＯ）を設定することができ、穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路を抽出する。ワークステーション３００は、抽出した穿刺経路に対して安全度を算出し、算出した安全度に基づいて、穿刺可能領域をグループに分けて、所定のグループに属する穿刺可能領域において穿刺対象に穿刺する穿刺刺入点の候補領域を表示させる。
このように、本実施形態に係るワークステーション３００は、所定のグループに属する穿刺可能領域において穿刺刺入点の候補領域（すなわち、穿刺刺入候補領域）を表示させることができるので、術者は、安全度の高い複数の穿刺刺入点の候補領域を体表画像上で容易に一覧することができるとともに、その複数の穿刺刺入点の候補領域の中から、最も安全に穿刺することができる穿刺刺入点を選択することができる。
なお、本実施形態に係るワークステーション３００は、保護対象設定部３１６と穿刺不可領域設定部３１８によって保護対象ＰＯと穿刺不可領域（骨領域ＢＯ）が設定された後に、安全度算出部３２０が安全度を算出するようになっていたが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
例えば、保護対象設定部３１６と穿刺不可領域設定部３１８とにおいて、保護対象ＰＯと骨領域ＢＯのいずれも設定しなかった場合には、穿刺経路抽出部３１９は、体表画像上の穿刺可能領域ＥＲから穿刺対象ＯＢまでの穿刺経路を抽出し、安全度算出部３２０は、その抽出された穿刺経路における穿刺対象ＯＢまでの距離のみに応じて安全度を算出するようにしてもよい。
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、本実施形態に係るワークステーション３００の刺入点候補領域表示制御部３２２は、安全度高領域ＡＡのグループに属する穿刺可能領域の面積またはその穿刺経路の距離の少なくともいずれかに基づいて、穿刺刺入点の候補領域（すなわち、穿刺刺入候補領域）を体表画像上で表示するようになっていた。
第２の実施形態では、第１の実施形態に加え、体表画像上に表示された穿刺刺入点の候補領域を術者が操作部３４５（仮想穿刺受付手段）によって指定すると、その穿刺刺入点の候補領域に関する穿刺支援情報を表示部３４６に表示するようになっている。
ここで、穿刺支援情報とは、穿刺刺入点または穿刺刺入候補領域に関する情報を含み、穿刺刺入点から穿刺対象までの穿刺経路や断面画像が、体表画像（例えば、図１２）以外の画像によって表示される情報のことをいうものとする。次に、第２の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１３は、第２の実施形態に係るワークステーション３００が、指定された穿刺刺入点（または穿刺刺入候補領域）に関連する穿刺支援情報を表示部３４６に表示した場合の説明図である。なお、同一の部材については同一の符号を付すこととし、説明を省略する。
図１３に示すように、術者が被検体Ｐの体表画像上にある穿刺刺入点ＳＰまたは穿刺刺入候補領域ＣＡ３を指定した場合、穿刺支援情報として、その穿刺刺入点ＳＰと穿刺対象ＯＢを結ぶ穿刺経路ＰＲ５を含む断面画像を表示する。この場合、安全度を算出する際に安全度の算出の根拠となった保護対象ＰＯが断面画像に含まれる場合には、その保護対象ＰＯが含まれる断面画像を自動的に選択して、表示部３４６に表示させるようになっている。
この場合、想定される仮想的な穿刺経路をグラフィック表示により表示してもよく、また、保護対象ＰＯを強調表示するようにしてもよい。また、第２の実施形態における断面画像の表示形態は、図１３のようなボリュームレンダリング画像に限定されるものではなく、２次元で表示される断面図であってもよい。
このように、術者は、体表画像上に表示された穿刺刺入候補領域ＣＡ３の穿刺刺入点ＳＰだけでなく、その穿刺刺入点ＳＰから穿刺した場合の断面画像も容易に視認することができるので、最適な穿刺刺入点や穿刺刺入候補領域を選択し、決定することができる。
（第３の実施形態）
上述した第１の実施形態では、ワークステーション３００の刺入点候補領域表示制御部３２２が、所定のグループに属する穿刺可能領域に、穿刺対象に穿刺する穿刺刺入点の候補領域（すなわち、穿刺刺入候補領域）を表示させ、また、第２の実施形態では、穿刺刺入点ＳＰに対応する穿刺支援情報（例えば、断面画像）を表示させるようになっていた。
第３の実施形態では、第１および第２の実施形態に加え、体表画像上の穿刺可能領域ＥＲを、被検体Ｐに投影するプロジェクタ（投影装置）をさらに備えるようになっている。これにより、刺入点候補領域表示制御部３２２（図２）は、プロジェクタによって穿刺刺入点の候補領域（すなわち、穿刺刺入候補領域）を被検体Ｐの体表上に直接投影させることができる。ここで、第３の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１４は、第３の実施形態に係るワークステーション３００を用いた穿刺システム６１０の概略の構成の一例を示した概略構成図である。
図１４に示すように、この穿刺システム６１０は、モダリティ１００、画像サーバ２００、ワークステーション３００、超音波診断装置４００、プロジェクタ４１０、ネットワーク５００などを備えて構成されている。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、プロジェクタ４１０をさらに備えていることである。そのため、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付すこととし、その説明を省略する。
プロジェクタ４１０は、ワークステーション３００の表示部３４６に表示された、例えば、体表画像上の穿刺可能領域や３次元のボリュームデータまたは断面画像などを被検体Ｐに投影するようになっている。
図１５は、第３の実施形態に係るワークステーション３００の刺入点候補領域表示制御部３２２が、プロジェクタ４１０によって、図１３で示した穿刺刺入点の候補領域を被検体Ｐの体表上に投影させた場合の説明図である。なお、図１３と同一の部材については同一の符号を付すこととし、説明を省略する。
図１５では、図１３に示した穿刺刺入候補領域ＣＡ３を含む穿刺可能領域ＥＲを被検体Ｐの体表上に投影するとともに、穿刺刺入点ＳＰと、刺入方向ガイドＳＧとを投影している。
ここで、刺入方向ガイドＳＧは、穿刺刺入点ＳＰに刺入する方向を投影したもののことであり、また、穿刺対象ガイドＯＧは、穿刺対象ＯＢ（図１３）を体表上の位置に投影したもののことをいう。
また、第３の実施形態では、穿刺刺入候補領域ＣＡ１、ＣＡ２（図１２）を投影することもでき、また、刺入点候補領域表示制御部３２２は、危険度の高い危険度高領域ＮＮや穿刺ができない穿刺不可領域ＸＸも投影させることができる。
これにより、例えば、肋骨による穿刺不可領域ＸＸと実際の肋骨との位置ずれを目視により補正することができる。また、剣状突起の一例である鳩尾（みぞおち）などの特徴物を穿刺計画用の３次元のボリュームデータにおいて特定し、この特徴物を体表に投影することにより目視による位置ずれを補正することもできる。
また、第３の実施形態では、投影する情報はこれらに限定されるものではなく、例えば、体表から穿刺対象ＯＢまでの深さを長さで表示したり、刺入角度を体表上に投影するようにしてもよい。この場合、長さや刺入角度は、数値で表示してもよく、また、長さを擬似的に投影したり、刺入角度を擬似的に投影してもよい。
また、第１から第３の実施形態において、例えば、複数の穿刺刺入点の中から穿刺刺入点ＳＰを決定した場合であって、その穿刺刺入点ＳＰと穿刺対象ＯＢの位置情報から被検体Ｐに対して超音波診断装置４００を自動的に配置することができる場合には、自動的に超音波診断装置４００を配置するようにしてもよい。
本発明の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。
また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。
１００ モダリティ
２００ 画像サーバ
３００ ワークステーション（穿刺支援装置）
３１０ ボリュームデータ取得部
３１２ 穿刺対象設定部
３１４ 穿刺可能領域設定部
３１６ 保護対象設定部
３１８ 穿刺不可領域設定部
３１９ 穿刺経路抽出部
３２０ 安全度算出部
３２２ 刺入点候補領域表示制御部
３３０ ボリュームデータ記憶部
３４１ ＣＰＵ
３４２ ＲＯＭ
３４３ ＲＡＭ
３４４ ネットワークインターフェース部
３４５ 操作部
３４６ 表示部
３４７ 記憶部
３４８ 内部バス
４００ 超音波診断装置
４１０ プロジェクタ（投影装置）
５００ ネットワーク
６００ 穿刺システム
６１０ 穿刺システム
ＥＲ 穿刺可能領域
ＯＢ 穿刺対象
Ｐ 被検体
ＰＯ、ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯ３、ＰＯ４ 保護対象
ＰＲ 穿刺経路群
ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４ 穿刺経路
ＲＮ 穿刺針到達可能範囲
ＳＰ 穿刺刺入点
ＸＸ 穿刺不可領域

Claims (9)

  1. 表示手段と、
    ３次元のボリュームデータを取得するボリュームデータ取得手段と、
    前記取得したボリュームデータにおいて穿刺対象を設定する穿刺対象設定手段と、
    前記取得したボリュームデータにおいて体表から前記設定された穿刺対象まで到達する体表画像上の穿刺可能領域を設定する穿刺可能領域設定手段と、
    前記設定された体表画像上の穿刺可能領域から前記穿刺対象までの穿刺経路を抽出する穿刺経路抽出手段と、
    前記抽出された穿刺経路の安全度を算出する安全度算出手段と、
    前記算出された安全度に基づいて、前記穿刺可能領域をグループに分けて、その所定のグループに属する穿刺可能領域において前記穿刺対象に穿刺する穿刺刺入点の候補領域を設定し、その候補領域を前記表示手段に表示させる刺入点候補領域表示制御手段と、
    を備える穿刺支援装置。
  2. 前記穿刺可能領域設定手段は、
    前記取得したボリュームデータにおいて、前記設定された穿刺対象を中心として、使用する穿刺針の穿刺可能な深さを半径とする穿刺針到達可能範囲により、前記体表画像上の穿刺可能領域を設定する
    請求項１に記載の穿刺支援装置。
  3. 保護すべき領域を示す保護対象を、前記穿刺針到達可能範囲の領域に設定する保護対象設定手段をさらに備え、
    前記穿刺経路抽出手段は、
    前記穿刺針到達可能範囲の領域において前記保護対象が設定され、穿刺針到達可能範囲の領域からその保護対象を除いた第１の穿刺針到達可能範囲の領域に基づいて、前記体表画像上の穿刺可能領域から前記穿刺対象までの前記穿刺経路を抽出し、
    前記安全度算出手段は、
    その抽出された穿刺経路の安全度を算出する
    請求項２に記載の穿刺支援装置。
  4. 穿刺することのできない領域を示す穿刺不可領域を、前記穿刺針到達可能範囲の領域に設定する穿刺不可領域設定手段をさらに備え、
    前記穿刺経路抽出手段は、
    前記穿刺針到達可能範囲の領域において前記穿刺不可領域が設定され、穿刺針到達可能範囲の領域からその穿刺不可領域を除いた第２の穿刺針到達可能範囲の領域に基づいて、前記体表画像上の穿刺可能領域から前記穿刺対象までの前記穿刺経路を抽出し、
    前記安全度算出手段は、
    その抽出された穿刺経路の安全度を算出する
    請求項２または３に記載の穿刺支援装置。
  5. 前記安全度算出手段は、
    前記設定された体表画像上の穿刺可能領域から前記穿刺対象までを結ぶ穿刺経路と前記保護対象との位置関係に基づいて、前記安全度を算出する
    請求項２から４のいずれか１項に記載の穿刺支援装置。
  6. 前記刺入点候補領域表示制御手段は、
    前記所定のグループに属する穿刺可能領域の重心を前記穿刺刺入点として、その穿刺可能領域の面積またはその穿刺経路の距離の少なくともいずれかに基づいて、前記穿刺刺入点の候補領域を表示させる
    請求項１から５のいずれか１項に記載の穿刺支援装置。
  7. 前記安全度算出手段は、
    前記穿刺経路と前記保護対象との距離に基づいて、前記安全度を算出する
    請求項１から６のいずれか１項に記載の穿刺支援装置。
  8. 前記表示された穿刺刺入点の候補領域の中から仮想的に穿刺する仮想穿刺刺入点の入力を受け付ける仮想穿刺受付手段を備え、
    前記刺入点候補領域表示制御手段は、
    前記仮想穿刺刺入点の入力を受け付けたときは、その仮想穿刺刺入点に対応付けられた穿刺支援情報を前記表示手段に表示させる
    請求項１から７のいずれか１項に記載の穿刺支援装置。
  9. 前記体表画像上の穿刺可能領域を被検体に投影する投影装置をさらに備え、
    前記刺入点候補領域表示制御手段は、
    前記穿刺刺入点の候補領域を前記投影装置によって前記被検体の体表上に投影させる
    請求項１から８のいずれか１項に記載の穿刺支援装置。
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