WO2025062859A1 - Puncture control device - Google Patents
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/13—Tomography
- A61B8/14—Echo-tomography
Definitions
- the present invention relates to a puncture control device that displays cross-sectional images of the human body obtained by an ultrasound probe in order to perform a puncture.
- Vascular puncture involves inserting a needle into the human body to secure an access route to blood vessels for drug administration or intravascular treatment.
- the operator cannot see the blood vessels from the surface of the skin, so they estimate the location of the blood vessels using standard knowledge of vascular anatomy and skills such as palpation of vascular pulsation.
- FIG. 1 is a perspective view of a blood vessel puncture device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a side view of the vascular puncture device of the present embodiment. 2 is a partial side view of an imaging section and a puncture section of the vascular puncture device.
- FIG. 1 is a diagram showing the positional relationship between the bottom surface of the imaging unit and the arm of a human body.
- FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a blood vessel puncture device.
- FIG. 2 is a flow diagram of the operation of the blood vessel puncture device up to the start of puncture.
- 1A is a plan view showing the initial position of the puncture part relative to the arm, as viewed from the palm side, and FIG.
- FIG. 1B is a plan view showing the initial position of the puncture part relative to the arm, as viewed from the palm side, when the orientation of the puncture part does not match the orientation of the blood vessel, and when the orientation of the puncture part matches the orientation of the blood vessel.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the imaging unit, the inside of the arm, and the puncture unit, illustrating the state before the tip of the puncture unit reaches the target blood vessel.
- 9 is an example of a screen displayed on a display unit in the state of FIG. 8.
- FIG. 2 is a flow diagram of the operation of the blood vessel puncture device when performing puncture.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the imaging unit and the inside of the arm and the puncture unit, and shows the state when the tip position of the puncture unit has reached the imaging surface of the imaging unit.
- 12 is an example of a screen displayed on a display unit in the state of FIG. 11.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the imaging unit, the inside of the arm, and the puncture unit, and showing the state when the tip position of the puncture unit has reached the target position.
- 14 is an example of a screen displayed on the display unit in the state of FIG. 13.
- 13 is an example of a screen display displayed on a display unit, in which an error range for the tip position of the needle tip is displayed on a current position indicator.
- 13 is an example of a screen displayed on the display unit, showing the state of reverse blood.
- the puncture control device 10 is used when puncturing the arm H of a human body, acquiring a cross-sectional image of the arm H, detecting the position of the blood vessel to be punctured, and automatically puncturing that blood vessel.
- the imaging unit 40 is fixed to the upper frame 21, and has an ultrasound probe 41 at its lower end that generates and transmits ultrasound waves and receives reflected waves (echoes) from within the living body.
- the ultrasound probe 41 is provided to extend in one direction (the Y-axis direction) at the center of the probe surface 42, which is the bottom surface, and spans almost the entire width of the probe surface.
- the imaging unit 40 has a transducer that generates ultrasound waves, and can obtain cross-sectional images of the inside of the human body by detecting the reflected waves.
- cross-sectional images perpendicular to the axial direction of the blood vessels are obtained, so the imaging unit 40 is positioned so that its length is perpendicular to the length of the arm H.
- the Y-axis direction, which is the width direction, and the X-axis direction, which is the length direction are perpendicular to each other and perpendicular to the Z-axis direction.
- the upper frame 21 is formed in a generally arch-like shape that convexly faces upward when viewed from the X-axis direction.
- the upper frame 21 has two upper walls 22 formed on both sides in the Y-axis direction, a top surface 23 connecting the two upper walls 22, and an opening 24 in which the imaging unit 40 and the puncture unit 50 are disposed.
- the upper frame 21 is formed, for example, from a hard resin material.
- Each upper wall 22 has a main body connecting surface 25 at its lower end.
- a display unit 90 that displays an image captured by the imaging unit 40 is disposed on the upward-facing surface of the top surface 23.
- the opening 24 is formed in a concave shape when viewed from above on the peripheral side of the upper frame 21 in the X-axis direction. That is, the top surface 23 is formed shorter on the peripheral side in the X-axis direction than the upper wall 22, thereby forming the opening 24 in the upper frame 21.
- the opening 24 is disposed on the peripheral side of the top surface 23. From the opening 24, the arm H, which is imaged by the imaging unit 40 and punctured by the puncture unit 50, is exposed.
- the imaging unit 40 is connected to the opening 24.
- the imaging unit 40 may be removable from the opening 24 or may not be removable. Alternatively, the imaging unit 40 may be configured separately from the main body 20.
- the drive unit 60 is a drive source that is controlled by the control unit 70 to change the position and/or angle of the puncture unit 50 to automatically adjust the puncture position and perform the puncture operation.
- the drive unit 60 has a height direction drive unit 61 that moves the entire puncture unit 50 up and down (Z-axis direction) relative to the upper frame 21, a rotation drive unit 63 that tilts the entire puncture unit 50, a width direction drive unit 64 that moves the entire puncture unit 50 in the width direction (Y-axis direction) of the arm H, a puncture direction drive unit 65 that moves the inner needle 51 forward and backward in the puncture direction, an outer tube drive unit 66 that moves the outer tube 52 forward and backward along the inner needle 51, and a length direction drive unit 67 that moves the entire puncture unit 50 in the length direction (X-axis direction) of the arm H.
- the puncture unit 50 can be moved in the Z-axis direction by the height direction drive unit 61 independently of the imaging unit 40.
- the drive unit 60 is configured by combining a rotary drive source such as a motor, a structure that converts the rotary motion of the rotary drive source into linear motion (e.g., a feed screw mechanism), and a structure that changes the angle (e.g., a hinge), but the configuration is not limited.
- the driving unit 60 has a load detection unit 75 that detects the load applied to the puncture unit 50.
- the load detection unit 75 can detect a load along the puncture direction of the puncture unit 50.
- the load detection unit 75 may be able to detect a load along a direction perpendicular to the puncture direction of the puncture unit 50.
- the control unit 70 is connected to the imaging unit 40 via the transmission unit 72 and the reception unit 73, and can cause the imaging unit 40 to acquire cross-sectional images and receive the acquired cross-sectional images.
- the control unit 70 can cause the display unit 90 to display the cross-sectional images acquired by the imaging unit 40.
- the control unit 70 can control the drive unit 60 to operate the imaging unit 40 and the puncture unit 50 to acquire cross-sectional images and perform puncture.
- the control unit 70 can also cause the load detection unit 75 to detect the load applied to the puncture unit 50.
- the control unit 70 has a memory circuit and an arithmetic circuit as physical components.
- the memory circuit can store programs and various parameters.
- the arithmetic circuit can perform arithmetic processing.
- the control unit 70 may be disposed in the upper frame 21, or in the imaging unit 40 or the drive unit 60. Alternatively, the control unit 70 may be configured separately from the main body 20.
- the control unit 70 can identify the position of the blood vessel in the image by performing image analysis on the acquired cross-sectional image.
- the control unit 70 can also detect the relative position of the inner needle 51 with respect to the imaging unit 40 by performing image analysis.
- the outer tube 52 is made of resin and therefore cannot be detected by ultrasound. However, for example, if the outer tube 52 is made of resin containing metal, it can be detected by ultrasound, and the control unit 70 can detect the relative position of the outer tube 52 with respect to the imaging unit 40.
- the control unit 70 can also display the cross-sectional image on the display unit 90 by performing image analysis on the acquired cross-sectional image. Furthermore, the control unit 70 can control the drive unit 60 to adjust the position and angle of the puncture unit 50, and automatically perform puncture with the inner needle 51 and outer tube 52 at the desired position and angle.
- the display unit 90 is a monitor or the like capable of displaying a cross-sectional image.
- the display unit 90 is preferably placed near the puncture unit 50 that performs the puncture.
- the display unit 90 is placed, for example, on the upward-facing surface of the top surface 23 adjacent to the opening 24 in which the puncture unit 50 is placed. This allows the operator to visually check the skin of the arm H to be punctured while viewing the cross-sectional image of the blood vessel on the display unit 90.
- the display unit 90 may also be placed away from the main body 20 and the support base 30.
- the support base 30 has a lower frame 31 and a holding portion 80 that holds the arm H.
- the lower frame 31 is formed in a generally arch shape that is convex downward when viewed from the X-axis direction.
- the lower frame 31 has two lower walls 32 formed on both sides in the Y-axis direction, and a bottom surface portion 33 that connects the two lower walls 32.
- the lower frame 31 is formed, for example, from a hard resin material.
- the bottom surface portion 33 has a bottom surface 37 that contacts the operating table or the like, and a support surface 38 that faces upward.
- a holding portion 80 that holds the arm H is fixed to the support surface 38.
- the main body 20 or the support base 30 may have a cushion that holds the arm H.
- the cushion may be soft or hard, but is preferably soft and conforms to the shape of the arm. If the cushion is soft, it may be expanded or contracted by injecting and discharging gas or liquid into it. To do this automatically, a pressure sensor can be provided in the cushion. Also, partitions can be provided inside the cushion, and a pressure sensor can be provided for each partition. This makes it possible to measure the pressure applied by the arm H in each direction. By measuring this pressure change, the movement of the arm H can be detected.
- the main body 20 or the support base 30 may have an inertial sensor consisting of an inclination sensor, an acceleration sensor, or a gyro sensor. This makes it possible to measure the inclination or displacement of the puncture control device 10 after the arm H is fixed. If it is detected that the puncture control device 10 has inclined or displaced by more than a certain amount, it is determined that the puncture control device 10 has moved, and a notification can be given or the operation of the drive unit 60 can be stopped.
- the main body 20 may have a camera that captures an image of the surface of the arm H.
- the camera captures an image of the surface of the fixed arm H, and detects feature points such as wrinkles, moles, veins, and pores. Movement of the arm H can be detected by comparing the positions of feature points in the surface image captured by the camera immediately after the arm H is fixed with the latest surface image.
- the drive unit 60 may have a proximity sensor at a position facing the inner needle 51 or the outer tube 52.
- the proximity sensor is a sensor that can detect characteristic points such as grooves or identification marks on the inner needle 51 or the outer tube 52.
- the proximity sensor detects the movement of the characteristic points on the inner needle 51 or the outer tube 52, and can provide a notification or stop the operation of the drive unit 60 if it detects an abnormality in this movement.
- the control unit 70 moves the imaging unit 40 along the X-axis direction to confirm the running direction of the target blood vessel.
- the control unit 70 adjusts the orientation of the puncture unit 50 so that it faces the same direction as the running direction of the blood vessel.
- the control unit 70 may also display on the display unit 90 a display for adjusting the orientation of the puncture unit 50, and the operator may adjust the orientation of the puncture unit 50 or the arm H accordingly.
- the control unit 70 calculates the initial position of the needle tip 53 based on the needle information of the puncture unit 50.
- the artery 200 and the vein 201 can be distinguished based on the position of the arm bone 202 and the magnitude of the pulsation that appear in the cross-sectional image.
- the artery 200 and the vein 201 can also be distinguished based on the direction of the blood flow.
- the operator can select any artery.
- the position where the tip position P4 of the needle tip 53 is projected onto the imaging plane W of the ultrasound probe 41 is P5.
- the target position P1, the arrival projection position P2, and the passing position P3 are set in S1-4 to S1-6.
- the control unit 70 can calculate position P2, where target position P1 is projected onto the imaging surface W, from target position P1 and the position of the ultrasonic probe 41.
- the control unit 70 can calculate and estimate tip position P4 of needle tip 53 from the initial position and orientation of needle tip 53 and the operation history of the drive unit 60.
- the control unit 70 can calculate position P5, where tip position P4 of needle tip 53 is projected onto the imaging surface W, from position P4 and the position of the ultrasonic probe 41.
- the control unit 70 also displays a passing position index 94 and a reaching position index 93 on the cross-sectional image 91.
- the passing position index 94 indicates the position P3 where the tip position P4 of the needle tip 53 passes through the imaging plane W.
- the passing position index 94 is displayed as a point on the cross-sectional image 91.
- the reaching position index 93 indicates the position P2 where the target position P1 is projected onto the imaging plane W.
- the reaching position index 93 is displayed as an intersection of a dotted vertical line 93a and a dotted horizontal line 93b on the cross-sectional image 91.
- the passing position index 94 and the reaching position index 93 do not change after their positions are set in S1-3, so they do not move within the screen even after the puncture unit 50 starts puncturing.
- the passing position index 94 and the reaching position index 93 may be displayed as either a point or an intersection of a vertical line and a horizontal line, or may be displayed using other lines or figures.
- the current position indicator 92, the arrival position indicator 93, and the passing position indicator 94 are always displayed. However, in order not to impede the operator's observation of the cross-sectional image, they may be made to blink or temporarily not be displayed depending on their positional relationship.
- the control unit 70 displays a load graph section 95 on the right side of the cross-sectional image 91.
- the control unit 70 causes the load detection unit 75 to detect the load applied to the puncture unit 50, and displays the magnitude of the load applied to the puncture unit 50 at a position corresponding to the current position indicator 92, specifically at the same position horizontally as the current position indicator 92, thereby making it possible to represent the change in load as the puncture unit 50 punctures as a graph.
- the control unit 70 may display, on the display unit 90, in addition to the cross-sectional image 91 and the load graph section 95, structural information about the blood vessel that is the puncture target outside the cross-sectional image 91.
- the control unit 70 drives the drive unit 60 to cause the puncture unit 50 to perform puncture (S2-1), and then causes the load detection unit 75 to measure the puncture resistance (S2-2).
- the control unit 70 also estimates the tip position of the needle tip 53 from the operating state of the drive unit 60 (S2-3).
- the control unit 70 causes the imaging unit 40 to acquire a cross-sectional image, and causes the display unit 90 to display the acquired cross-sectional image (S2-4).
- the control unit 70 determines whether the puncture resistance, which is the load applied to the puncture unit 50 detected by the load detection unit 75, is appropriate (S2-7). If the puncture is not performed properly, such as when the needle tip 53 hits a bone instead of a blood vessel, the puncture resistance will be larger than expected. Therefore, by determining whether the puncture resistance is appropriate, it is possible to determine whether the puncture is performed properly. Also, as shown in Figures 12 and 14, when the needle tip 53 penetrates the blood vessel wall, the puncture resistance temporarily increases. Therefore, it is possible to determine whether the puncture resistance is large at the position of the blood vessel wall estimated from the cross-sectional image, and if the puncture resistance is not large, to determine that the puncture resistance is abnormal. If the puncture resistance is determined to be inappropriate, the control unit 70 stops driving the puncture unit 50 by the drive unit 60 (S2-6). If the puncture resistance is determined to be appropriate in S2-7, proceed to the next step.
- the control unit 70 repeats steps S2-2 to S2-7 until the needle tip 53 reaches the imaging surface W (S2-8). As shown in FIG. 11, when the tip position of the needle tip 53 reaches the imaging surface W, the captured needle tip 53 is displayed in the cross-sectional image 91 as shown in FIG. 12. In this way, it is possible to determine that the needle tip 53 has reached the imaging surface W because the needle tip 53 is captured in the cross-sectional image acquired by the imaging unit 40. When the needle tip 53 reaches the imaging surface W, the control unit 70 determines whether the tip position of the needle tip 53 is appropriate (S2-9).
- the control unit 70 can determine that the tip position of the needle tip is not appropriate if the difference between the position P3 where the previously calculated tip position P4 of the needle tip 53 passes through the imaging surface W and the tip position of the needle tip 53 actually appearing on the imaging surface W is equal to or greater than a certain value. In this case, the control unit 70 stops the operation of the drive unit 60 (S2-10). If the tip position of the needle tip 53 is appropriate, proceed to the next step.
- the control unit 70 repeats steps S2-2 to S2-9 by driving the driving unit 60 in the initially set direction and amount of movement until the needle tip 53 reaches the target position (S2-11).
- the tip position P4 of the needle tip 53 is calculated and estimated by the control unit 70 based on the initial position and orientation of the needle tip 53 and the operation history of the driving unit 60, as well as the tip position of the needle tip 53 appearing on the imaging surface W.
- the control unit 70 compares the tip position P4 of the needle tip 53 estimated at that time with the target position P1, and determines whether the two are apart by a certain amount or more (S2-12). As shown in FIG.
- the position of the needle tip 53 is determined to be appropriate. If the estimated tip position P4 of the needle tip 53 is a certain distance or more from the target position P1, the control unit 70 determines that the needle position is not appropriate and stops the operation of the drive unit 60 (S2-10). If the needle position is appropriate, the control unit 70 determines that the puncture is complete and performs completion processing (S2-13). Thereafter, the drive unit 60 retracts the inner needle 51 while leaving the tip of the outer tube 52 inside the blood vessel, and pulls it out from the outer tube 52. Note that the operator may manually retract the inner needle 51. Also, when pulling out the inner needle 51, the tip position P4 of the needle tip 53 may be estimated and the current position indicator 92 may continue to be displayed on the cross-sectional image 91.
- the operator When blood vessel puncture by the puncture control device 10 is complete, the operator removes both or either of the inner needle 51 and the outer tube 52 from the drive unit 60. Next, the operator lifts the main body 20 and detaches it from the support base 30 to remove it. After removing the main body 20, the operator can perform the catheter procedure via the outer tube 52.
- the error range of the estimated tip position of the needle tip 53 can be calculated from the tolerance information included in the needle information acquired in S1-1. As shown in FIG. 15, an error range indicator 96 indicating the calculated error range may be displayed together with the current position indicator 92 displayed on the cross-sectional image 91.
- the error range indicator 96 only needs to be able to indicate the error range, and may be displayed, for example, by changing the hue along the circumferential direction, or may be displayed by the size of the horizontal position indicator section 92c and the vertical position indicator section 92d.
- the puncture control device 10 may have a backflow detection unit that detects backflow blood flowing from a blood vessel to the base end side of the inner needle 51.
- the backflow detection unit may be configured with a pressure sensor that detects the internal pressure of the inner needle 51.
- the control unit 70 can acquire information on the internal pressure of the inner needle 51 detected by the backflow detection unit while moving the puncture unit 50 by the drive unit 60. As shown in FIG. 16, the control unit 70 displays an estimated current position indicator 92 of the needle tip 53 on a cross-sectional image 91 acquired by the ultrasonic probe 41, while displaying a backflow graph section 97 to the right of the cross-sectional image 91.
- the control unit 70 may stop the operation of the drive unit 60. This allows the puncture control device 10 to automatically stop puncturing when there is a detectable abnormality in the load applied to the puncture unit 50, thereby making it possible to reduce the depth of injury to the patient caused by a failed puncture.
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Abstract
Description
本発明は、穿刺を行うために超音波プローブで取得した人体の断面画像を表示する穿刺制御装置に関する。 The present invention relates to a puncture control device that displays cross-sectional images of the human body obtained by an ultrasound probe in order to perform a puncture.
薬剤投与や血管内治療のための血管へのアクセスルートの確保のため、人体に針を穿刺する血管穿刺が行われる。血管穿刺において、操作者は、皮膚表面から血管を目視できないため、標準的な血管解剖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。 Vascular puncture involves inserting a needle into the human body to secure an access route to blood vessels for drug administration or intravascular treatment. When performing vascular puncture, the operator cannot see the blood vessels from the surface of the skin, so they estimate the location of the blood vessels using standard knowledge of vascular anatomy and skills such as palpation of vascular pulsation.
近年では、血管穿刺を自動で行うデバイスが存在する。血管穿刺を自動で行うデバイスは、超音波プローブで人体の断面画像を取得し、この断面画像を基に穿刺目標位置を算出し、算出した穿刺目標位置に向かって針を駆動制御する。断面画像は、表示部で表示され、操作者は検出された針の先端と血管との位置関係を把握できる。このような穿刺制御装置として、例えば特許文献1に挙げるものがある。
In recent years, there are devices that perform automatic vascular puncture. Devices that perform automatic vascular puncture use an ultrasound probe to obtain cross-sectional images of the human body, calculate the puncture target position based on this cross-sectional image, and control the drive of the needle toward the calculated puncture target position. The cross-sectional image is displayed on a display unit, allowing the operator to grasp the positional relationship between the detected tip of the needle and the blood vessel. An example of such a puncture control device is given in
穿刺の実行時において、操作者は、針の動作を監視し、異常が発生した場合にはこれを認識して対応する必要がある。操作者が手動で穿刺を行う場合は、視覚や触覚による直感的な情報から、針の位置や軌跡を操作者が容易に予想できるため、異常を比較的容易に認識することができる。しかし、自動で血管穿刺を行う場合、操作者は針の状態を直感的に把握することが困難である。 When performing the puncture, the operator must monitor the movement of the needle and recognize and respond if an abnormality occurs. When the operator performs the puncture manually, the operator can easily predict the needle's position and trajectory from intuitive information obtained through sight and touch, making it relatively easy to recognize abnormalities. However, when vascular puncture is performed automatically, it is difficult for the operator to intuitively grasp the condition of the needle.
自動で血管穿刺を行うデバイスにおいて、穿刺における異常は、操作者が超音波プローブで取得した断面画像と、針の状態を直接観察することとによって、認識することができる可能性があるが、実際にはこれら2つを同時に監視することは困難である。また、針の先端部が体内に進入した際に、断面画像では、超音波プローブの撮像面外に針の先端がある場合、その位置を表示することができない。このため、操作者は、穿刺中の針の先端部の軌跡を把握することができない。 In devices that automatically perform vascular puncture, it may be possible for an operator to recognize abnormalities during puncture by directly observing the cross-sectional images acquired by the ultrasound probe and the condition of the needle, but in practice it is difficult to monitor these two simultaneously. Furthermore, when the tip of the needle enters the body, if the tip is outside the imaging plane of the ultrasound probe, the position cannot be displayed in the cross-sectional image. As a result, the operator cannot grasp the trajectory of the needle tip during puncture.
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、自動で血管穿刺を行う際に、断面画像と針の先端部の状態を同時に把握できる穿刺制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a puncture control device that can simultaneously grasp cross-sectional images and the state of the needle tip when automatically puncturing a blood vessel.
上記目的を達成する本発明に係る(1)穿刺制御装置は、皮膚の表面に接触して超音波を発振し、受信した反射波に基づき人体の断面画像を取得する超音波プローブと、鋭利な針先を備えた穿刺部と、前記穿刺部を前記超音波プローブに対して相対的に移動させる駆動部と、前記超音波プローブに前記断面画像を取得させ、前記駆動部を動作させる制御部と、前記断面画像を表示する表示部と、を備える穿刺制御装置であって、前記制御部は、前記駆動部を動作させる前の前記針先の先端位置と前記駆動部の動作履歴とに基づいて、前記針先の先端位置を推定し、前記表示部に表示する前記断面画像上に、推定した前記針先の先端位置を投影した現在位置指標を表示する。 The puncture control device (1) according to the present invention, which achieves the above object, is a puncture control device comprising an ultrasonic probe that contacts the surface of the skin to emit ultrasonic waves and obtain a cross-sectional image of the human body based on the received reflected waves, a puncture unit with a sharp needle tip, a drive unit that moves the puncture unit relative to the ultrasonic probe, a control unit that causes the ultrasonic probe to obtain the cross-sectional image and operates the drive unit, and a display unit that displays the cross-sectional image, and the control unit estimates the tip position of the needle tip based on the tip position of the needle tip before operating the drive unit and the operation history of the drive unit, and displays a current position indicator that projects the estimated tip position of the needle tip onto the cross-sectional image displayed on the display unit.
上記のように構成した(1)穿刺制御装置は、推定した針先の先端位置を断面画像上に表示するので、自動で血管穿刺を行う際に、操作者が断面画像と針先の位置とを同時に把握し、穿刺が正常に行われているかを容易に認識できる。 The puncture control device (1) configured as described above displays the estimated tip position of the needle on the cross-sectional image, so that when automatically puncturing a blood vessel, the operator can simultaneously grasp the cross-sectional image and the position of the needle tip, and can easily confirm whether the puncture is being performed correctly.
(2)上記(1)の穿刺制御装置において、前記制御部は、前記超音波プローブで取得した前記断面画像から標的とする血管の位置を検出し、前記検出した前記血管の位置に基づいて、前記針先の目標位置と、前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過する位置と、を算出し、前記表示部に表示する前記断面画像上に、算出した前記針先の目標位置を投影した到達位置指標と、前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過する位置を示す通過位置指標と、を表示してもよい。これにより、穿刺制御装置は、断面画像上で針先の目標位置と通過位置とを把握できることから、操作者がこれらの位置に異常がないか容易に把握でき、また、穿刺が正常に行われているかの指標として用いることができる。 (2) In the puncture control device of (1) above, the control unit may detect the position of a target blood vessel from the cross-sectional image acquired by the ultrasonic probe, calculate the target position of the needle tip and the position where the needle tip passes through the imaging plane of the ultrasonic probe based on the detected position of the blood vessel, and display, on the cross-sectional image displayed on the display unit, a reach position index projected with the calculated target position of the needle tip and a pass position index indicating the position where the needle tip passes through the imaging plane of the ultrasonic probe. In this way, the puncture control device can grasp the target position and pass position of the needle tip on the cross-sectional image, allowing the operator to easily grasp whether there is any abnormality in these positions and can also be used as an indicator of whether puncture is being performed normally.
(3)上記(2)の穿刺制御装置において、前記制御部は、前記駆動部が前記穿刺部を移動させている際に、推定した前記針先の先端位置と算出した前記針先の目標位置との位置関係に異常を検出したら、前記駆動部の動作を停止させてもよい。これにより、穿刺制御装置は、針先の先端位置に異常がある場合に、自動的に穿刺を停止し、穿刺が失敗したことによる患者の傷を浅くすることができる。 (3) In the puncture control device of (2) above, the control unit may stop the operation of the drive unit if it detects an abnormality in the positional relationship between the estimated tip position of the needle tip and the calculated target position of the needle tip while the drive unit is moving the puncture unit. This allows the puncture control device to automatically stop the puncture when there is an abnormality in the tip position of the needle tip, thereby making it possible to reduce the depth of wounds on the patient caused by failed puncture.
(4)上記(2)または(3)のいずれかの穿刺制御装置において、前記制御部は、前記駆動部により前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過した際に、推定した前記針先の先端位置が算出した前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過する位置と一定以上離れている場合に、前記駆動部の動作を停止させてもよい。これにより、穿刺制御装置は、針先が撮像面を通過して実際に撮像された位置に基づき、推定した針先の位置が異常な場合に自動的に穿刺を停止できるので、穿刺が失敗したことによる患者の傷を浅くすることができる。 (4) In the puncture control device of either (2) or (3) above, the control unit may stop the operation of the drive unit if, when the needle tip is caused to pass through the imaging plane of the ultrasound probe by the drive unit, the estimated tip position of the needle tip is at least a certain distance from the calculated position where the needle tip passes through the imaging plane of the ultrasound probe. This allows the puncture control device to automatically stop the puncture if the estimated needle tip position is abnormal, based on the actual imaged position of the needle tip as it passes through the imaging plane, thereby making it possible to reduce the wound on the patient caused by a failed puncture.
(5)上記(1)~(4)のいずれかの穿刺制御装置において、前記穿刺部に加わる荷重を検出する荷重検出部を備え、前記制御部は、前記駆動部により前記穿刺部を移動させている際に、前記荷重検出部で前記穿刺部に加わる荷重を検出させ、推定した前記針先の先端位置と対応させて前記穿刺部に加わる荷重の変化を前記表示部に表示させてもよい。これにより、穿刺制御装置は、撮像範囲外で針先が骨等に突き当たった場合などに、異常をいち早く検出することかできる。 (5) In any of the puncture control devices (1) to (4) above, a load detection unit that detects a load applied to the puncture unit may be provided, and the control unit may cause the load detection unit to detect the load applied to the puncture unit when the puncture unit is being moved by the drive unit, and cause the display unit to display a change in the load applied to the puncture unit in correspondence with the estimated tip position of the needle tip. This allows the puncture control device to quickly detect an abnormality when, for example, the needle tip hits a bone or the like outside the imaging range.
(6)上記(5)の穿刺制御装置において、前記制御部は、前記駆動部により前記穿刺部を移動させている際に、前記荷重検出部で一定以上の荷重を検出した場合、前記駆動部の動作を停止させてもよい。これにより、穿刺制御装置は、穿刺部にかかる荷重の異常により検出できる異常があった場合に、自動的に穿刺を停止し、穿刺が失敗したことによる患者の傷を浅くすることができる。 (6) In the puncture control device of (5) above, if the load detection unit detects a load equal to or greater than a certain level while the puncture unit is being moved by the drive unit, the control unit may stop the operation of the drive unit. This allows the puncture control device to automatically stop the puncture when there is an abnormality that can be detected by an abnormality in the load applied to the puncture unit, thereby making it possible to reduce the depth of injury to the patient caused by a failed puncture.
(7)上記(1)~(6)の穿刺制御装置において、前記穿刺部に血管から流入する逆血を検出する逆血検出部を備え、前記制御部は、前記駆動部により前記穿刺部を移動させている際に、前記逆血検出部で前記穿刺部に流入する逆血を検出させ、時間または前記針先の到達深度に対する逆血の検出の有無を前記表示部に表示させてもよい。これにより、穿刺制御装置は、逆血の検出により血管への穿刺をより確実に認識することができる。 (7) In the puncture control device of (1) to (6) above, a backflow detection unit is provided that detects backflow blood flowing from a blood vessel into the puncture section, and the control unit may cause the backflow detection unit to detect backflow blood flowing into the puncture section while the drive unit is moving the puncture section, and cause the display unit to display whether backflow blood has been detected relative to time or the depth reached by the needle tip. This allows the puncture control device to more reliably recognize the puncture of a blood vessel by detecting backflow blood.
(8)上記(1)~(7)のいずれかの穿刺制御装置において、前記制御部は、前記駆動部により前記穿刺部を移動させる前に、前記穿刺部の公差範囲を取得し、前記駆動部により前記穿刺部を移動させている際に、取得した前記穿刺部の公差範囲に基づき、推定した前記針先の先端位置に対する誤差範囲を前記表示部に表示させてもよい。これにより、穿刺制御装置は、操作者が誤差の範囲を加味して針先の位置を把握することができる。 (8) In any of the puncture control devices (1) to (7) above, the control unit may acquire a tolerance range for the puncture unit before moving the puncture unit with the drive unit, and while moving the puncture unit with the drive unit, cause the display unit to display an error range for the estimated tip position of the needle tip based on the acquired tolerance range of the puncture unit. This allows the puncture control device to allow the operator to grasp the position of the needle tip taking the error range into account.
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。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the dimensional ratios in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and may differ from the actual ratios.
本発明の実施形態に係る穿刺制御装置10は、人体の腕Hへの穿刺を行う際に用いられ、腕Hの断面画像を取得して穿刺する血管の位置を検出し、その血管を自動的に穿刺するものである。
The
図1~3に示すように、穿刺制御装置10は、血管の穿刺を自動で行う本体20と、本体20とZ軸方向に重なり、本体20の下側に配置されて本体20を支持する支持台30とを備えている。高さ方向であるZ軸方向は、穿刺制御装置10を水平な面に配置した際に、水平な面と垂直な方向である。本体20は、上フレーム21と、皮膚表面に接触して人体の断面画像を取得する撮像部40と、穿刺を行う穿刺部50と、穿刺部50を撮像部40に対して移動させる駆動部60と、断面画像の画像解析および駆動部60の制御を行う制御部70と、断面画像を表示可能な表示部90とを有している。穿刺部50は、駆動部60に支持されている。
As shown in Figures 1 to 3, the
撮像部40は、上フレーム21に固定され、下端に、超音波を発生させて送信するとともに、生体内から反射した反射波(エコー)を受信する超音波プローブ41を有している。図4に示すように、超音波プローブ41は、底面であるプローブ面42の中央部において一方向(Y軸方向)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40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ことができる。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40の長さ方向が直交するように配置される。なお、幅方向となるY軸方向および長さ方向となるX軸方向は、互いに直交し、Z軸方向と垂直な方向である。
The
本体20は、撮像部40をZ軸方向に移動可能に支持している。撮像部40をZ軸方向に移動させて超音波プローブ41と腕Hとの距離を調整することで、よりノイズの少ない画像を撮像したり過度の接触による皮膚や血管の変形を防止したりできる。
The
上フレーム21は、X軸方向から見て上側へ凸となる略アーチ状に形成される。上フレーム21は、Y軸方向の両側に形成される2つの上側壁22と、2つの上側壁22をつなぐ天面部23と、撮像部40および穿刺部50が配置される開口部24とを有している。上フレーム21は、例えば硬質の樹脂材料により形成される。各々の上側壁22は、下端に本体連結面25を有している。天面部23は、上側を向く面に、撮像部40により撮像された画像を表示する表示部90が配置される。
The
開口部24は、上フレーム21のX軸方向の末梢側に、上方から見て凹状に形成される。すなわち、天面部23が上側壁22よりもX軸方向の末梢側に短く形成されることで、上フレーム21に開口部24が形成される。開口部24は、天面部23の末梢側に配置される。開口部24からは、撮像部40による撮像および穿刺部50による穿刺を行う腕Hが露出する。開口部24には、撮像部40が連結される。撮像部40は、開口部24に対して取り外し自在であっても、取り外し不能であってもよい。または、撮像部40は、本体20とは別体で構成されてもよい。
The
穿刺部50は、図3に示すように、鋭利な針先53が先端に形成された金属製の内針51と、内針51の外周面に被さるように配置される柔軟な管状の外筒52とを備えている。内針51の外側に外筒52が被さった状態において、内針51の針先53は、外筒52から突出している。内針51および外筒52は、駆動部60の穿刺方向駆動部65に対して着脱可能である。
As shown in FIG. 3, the
駆動部60は、制御部70により制御されて、穿刺部50の位置および/または角度を変化させて、穿刺する位置の調整や穿刺動作を自動で行うことための駆動源である。駆動部60は、穿刺部50を上フレーム21に対して、穿刺部50の全体を上下方向(Z軸方向)に移動させる高さ方向駆動部61と、穿刺部50の全体を傾ける回転駆動部63と、穿刺部50の全体を腕Hの幅方向(Y軸方向)へ移動させる幅方向駆動部64と、内針51を穿刺する方向へ前進および後退させる穿刺方向駆動部65と、外筒52を内針51に沿って前進および後退させる外筒駆動部66と、穿刺部50の全体を腕Hの長さ方向(X軸方向)へ移動させる長さ方向駆動部67と、を有している。穿刺部50は、高さ方向駆動部61により、撮像部40と独立してZ軸方向に移動させることができる。駆動部60は、例えばモータ等の回転駆動源と、回転駆動源の回転運動を直線運動に変換する構造(例えば、送りねじ機構)と、角度を変化させる構造(例えば、ヒンジ)等を組み合わせて構成されるが、構成は限定されない。
The
駆動部60は、穿刺部50に加わる荷重を検出する荷重検出部75を有している。荷重検出部75は、穿刺部50に対して穿刺方向に沿う荷重を検出することができる。これに加えて、荷重検出部75は、穿刺部50の穿刺方向と直交する方向に沿う荷重を検出できてもよい。
The driving
図5に示すように、制御部70は、送信部72および受信部73を介して撮像部40と接続されており、撮像部40に断面画像を取得させ、取得した断面画像を受信することができる。制御部70は、撮像部40で得られた断面画像を表示部90に表示させることができる。制御部70は、駆動部60を制御して、撮像部40や穿刺部50を断面画像取得や穿刺のために動作させることができる。また、制御部70は、荷重検出部75に穿刺部50に加わる荷重を検出させることができる。制御部70は、物理的な構成として、記憶回路および演算回路を備えている。記憶回路は、プログラムや、各種パラメータを格納できる。演算回路は、演算処理を行うことができる。
As shown in FIG. 5, the
制御部70は、上フレーム21に配置されてもよく、または撮像部40や駆動部60に配置されてもよい。または、制御部70は、本体20とは別体で構成されてもよい。
The
制御部70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特定できる。また、制御部70は、画像解析することで、撮像部40に対する内針51の相対位置を検出できる。なお、外筒52は樹脂製であるため、超音波により検出されない。しかしながら、例えば外筒52が金属を含有した樹脂製である場合には、超音波により検出できるため、制御部70は、撮像部40に対する外筒52の相対位置を検出できる。また、制御部70は、得られた断面画像を画像解析することで、断面画像を表示部90に表示させることができる。さらに、制御部70は、駆動部60を制御して穿刺部50の位置や角度を調節し、望ましい位置および角度で、内針51および外筒52による穿刺を自動で行うことができる。
The
表示部90は、断面画像を表示可能なモニター等である。表示部90は、穿刺を行う穿刺部50の近くに配置されることが好ましい。表示部90は、例えば、穿刺部50が配置される開口部24に隣接する天面部23の上側を向く面に配置される。これにより、操作者は、表示部90によって血管の断面画像を視認しつつ、腕Hの穿刺される皮膚を目視することができる。なお、表示部90は、本体20および支持台30から離れて配置されてもよい。
The
支持台30は、下フレーム31と、腕Hを保持する保持部80とを有している。下フレーム31は、X軸方向から見て下側へ凸となる略アーチ状に形成される。下フレーム31は、Y軸方向の両側に形成される2つの下側壁32と、2つの下側壁32をつなぐ底面部33とを有している。下フレーム31は、例えば硬質の樹脂材料により形成される。
The
底面部33は、手術台等に接する底面37と、上側を向く載置面38とを有している。載置面38には、腕Hを保持する保持部80が固定されている。
The
本体20または支持台30は、固定した腕Hの位置変化を検出するセンサを有していてもよい。本体20または支持台30は、固定した腕Hに対向する位置に距離センサを少なくとも1つ備えていてもよい。この場合、腕Hを固定した後、距離センサにより腕Hとの相対距離の変動を監視する。距離センサと腕Hとの相対距離が一定以上変化した場合、固定された腕Hが動いていると判断し、通知する他、穿刺中であれば駆動部60の動作を停止することができる。また、腕Hの固定の強化等を指示してもよい。この指示は、操作者が選択することもできる。距離センサは、腕Hまでの距離を直接検出する他、色調、明度、温度などを検出することで、腕Hまでの距離を推定できるものであればよい。距離センサは、複数設けられていてもよく、この場合は、皮膚の起伏を距離として計測し、その動きを監視することができる。
The
本体20または支持台30は、腕Hを挟むクッションを有していてもよい。クッションは、軟質でも硬質でもよいが、軟質で腕の形状に追従することが好ましい。クッションは、軟質である場合、内部に気体又は液体を注入、排出して、膨張、収縮するようにしてもよい。これを自動的に行うため、クッションには圧力センサを設けることができる。また、クッションの内部に仕切りを設け、仕切りごとに圧力センサを設けることもできる。これにより、腕Hからかかる圧力を方向ごとに計測することができる。この圧力変化を計測することで、腕Hの動きを検出することができる。
The
本体20または支持台30は、傾斜センサまたは加速度センサあるいはジャイロセンサからなる慣性センサを有していてもよい。これにより、腕Hを固定した後、穿刺制御装置10の傾きや変位を計測することができる。穿刺制御装置10が一定以上傾く、あるいは変位したことが検出されたら、穿刺制御装置10が移動したと判断し、通知や駆動部60の動作停止を行うことができる。
The
本体20は、腕Hの表面を撮影するカメラを有していてもよい。カメラは、固定された腕Hの表面画像を取得し、皺や黒子、静脈、毛穴等の特徴点を検出する。カメラにより取得された腕Hの固定直後の表面画像と最新の表面画像との特徴点の位置を比較することで、腕Hの移動を検出できる。
The
駆動部60は、内針51または外筒52と対向する位置に近接センサを有していてもよい。近接センサは、内針51または外筒52の溝や識別マーク等の特徴点を検出できるセンサである。近接センサは、内針51または外筒52の特徴点の動きを検出し、この動きに異常を検出した場合に、通知あるいは駆動部60の動作停止を行うことができる。
The
次に、本実施形態に係る穿刺制御装置10の動作を説明する。予め、操作者は、手術台等の台に支持台30を載せ、患者の腕Hを、保持部80に配置する。このとき、手首の掌側を上に向けて反らせた状態で、腕Hを保持部80に配置する。これにより、この後の穿刺の際に、皮膚がずれるように移動して穿刺位置がずれることを抑制できる。
Next, the operation of the
この後、操作者は、穿刺制御装置10を作動させる。図6に示すように、穿刺制御装置10の制御部70は、穿刺部50の針情報を取得する(S1-1)。針情報としては、針の外径や長さなどの寸法と関連付けられた品種情報や、針の公差情報、穿刺方向駆動部65から針先53までの距離が含まれる。針の公差情報は、針の品種ごとに事前に登録しておいてもよいし、使用の度に測定して入力してもよい。また、穿刺方向駆動部65から針先53までの距離が、既定の値になるように調整して取り付けてもよい。
Then, the operator activates the
次に、穿刺部50の初期位置を設定する(S1-2)。図7(a)に示すように、穿刺部50の針先53が延びる方向D1と穿刺目標である動脈200が延びる方向D2とが異なる場合、針先53の先端が穿刺目標位置210に到達することができない。このため、図7(b)に示すように、針先53が延びる方向D1と穿刺目標である動脈200が延びる方向D2とを一致させるように、穿刺部50の向きを調整する。この調整は、操作者が視覚や触覚で血管の走行方向を予想して行ってもよいし、穿刺制御装置10が自動的に行ってもよい。穿刺制御装置10が自動で行う場合、制御部70は、撮像部40をX軸方向に沿って移動させ、目標となる血管の走行方向を確認する。次に、制御部70は、血管の走行方向と同じ方向を向くように、穿刺部50の向きを調整する。また、制御部70は、表示部90で穿刺部50の向きを調整するための表示をし、操作者がそれに従って穿刺部50または腕Hの向きを調整してもよい。穿刺部50の初期位置を調整したら、制御部70は、穿刺部50の針情報に基づき、針先53の初期位置を算出する。
Next, the initial position of the
次に、制御部70は、撮像部40の超音波プローブ41により人体の断面画像を取得する(S1-3)。制御部70は、取得した断面画像に基づき、位置を設定する(S1-4)。ここで設定の対象となる位置は、(1)穿刺部50が備える針先53の目標位置を断面画像上に投影した到達投影位置と、(2)針先53が超音波プローブ41の撮像面を通過する位置である通過位置と、の2つである。
Next, the
位置を設定するため、制御部70は、断面画像から目標の血管を認識する。本実施形態において目標の血管は動脈200である。制御部70は、断面画像中で動脈200と認識される領域を検出する。断面画像中で動脈200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ーニングの手法を用いることができる。また、超音波プローブ41においてドップラー法により血流のある領域を検出し、当該領域を動脈200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200と静脈201を区別して検出する必要がある。動脈200と静脈201は、断面画像に表れる腕の骨202の位置や脈動の大きさ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200と静脈201を区別することもできる。ここで、動脈200が複数検出された場合、操作者が任意の動脈を選択することができる。
To set the position, the
制御部70は、断面画像中で認識した動脈200の位置から、到達投影位置と通過位置とを算出する。
The
位置の設定を行ったら、制御部70は、表示部90の断面画像上に到達投影位置と通過位置とを表示し、操作者は、各位置が適正か否かを判別する(S1-5)。断面画像上で到達投影位置や通過位置が操作者の意図する位置とはかけ離れた位置に表示されている場合、制御部70で動脈200の位置が正しく認識されていないなどの原因が考えられるので、操作者が撮像部40と腕Hとの位置関係などを調整する、または、操作者が任意で到達投影位置と通過位置を断面画像上で指定した上(S1-6)、S1-3からのステップを繰り返す。なお、操作者が任意で到達投影位置と通過位置を断面画像上で指定した場合、制御部70による到達投影位置と通過位置の算出をスキップする。S1-5で各位置が適正と操作者が判断した場合、各位置と針先53の初期位置に基づき、制御部70は、針先53の先端位置が通過位置を通過して目標位置に達するように、穿刺駆動部62の動作方向および動作量を設定する。その後、制御部70は駆動部60を駆動して、穿刺部50による穿刺を開始する(S1-7)。なお、S1-5とS1-6は、穿刺制御装置10において自動的に行うようにしてもよい。
After the positions are set, the
穿刺を開始したら、制御部70は、表示部90に表示する各位置を算出する。図8に示すように、超音波プローブ41の撮像面Wは、超音波プローブ41が当接する腕Hの表面から垂直方向に延びている。針先53の目標位置P1は、動脈200を貫通した先の位置に設定され、目標位置P1と通過位置P3が針先53の延びる方向の延長上となるように駆動部60によって穿刺部50が配置される。目標位置P1を超音波プローブ41の撮像面Wに投影した位置をP2とする。針先53の先端位置P4が超音波プローブ41の撮像面Wを通過する位置をP3とする。針先53の先端位置P4を超音波プローブ41の撮像面Wに投影した位置をP5とする。目標位置P1と到達投影位置P2および通過位置P3は、S1-4~S1-6において設定される。目標位置P1を撮像面Wに投影した位置P2は、目標位置P1と超音波プローブ41の位置から制御部70が算出することができる。針先53の先端位置P4は、針先53の初期位置および向きと駆動部60の動作履歴から制御部70が算出して推定できる。針先53の先端位置P4を撮像面Wに投影した位置P5は、位置P4と超音波プローブ41の位置から制御部70が算出することができる。
Once the puncture has begun, the
図9に示すように、制御部70は、超音波プローブ41で取得した断面画像91上に推定した針先53の現在位置指標92を表示する。現在位置指標92は、針先53の先端位置P4を撮像面Wに投影した位置P5を示すものである。現在位置指標92は、表示部90において、縦線92aと横線92bの交わる点として表示される。また、現在位置指標92は、断面画像91の下側に表示される横位置指標部92cと断面画像91の右側に表示される縦位置指標部92dによっても表されている。現在位置指標92により、操作者は、断面画像91を見ながら針先53の現在位置を把握できる。現在位置指標92は、制御部70が針先53の先端位置P4を推定する度に更新される。このため、現在位置指標92は、穿刺部50の穿刺開始後は、針先53の動きに合わせて画面内を移動する。
As shown in FIG. 9, the
制御部70は、断面画像91に通過位置指標94と到達位置指標93も併せて表示する。通過位置指標94は、針先53の先端位置P4が撮像面Wを通過する位置P3を示すものである。通過位置指標94は、断面画像91上で点状に表示される。到達位置指標93は、目標位置P1を撮像面Wに投影した位置P2を示すものである。到達位置指標93は、断面画像91上で点線の縦線93aと横線93bの交わる点として表示される。通過位置指標94と到達位置指標93は、S1-3で位置を設定した後、変化しないので、穿刺部50の穿刺開始後も画面内を移動しない。なお、通過位置指標94と到達位置指標93の表示は、上記の点や縦線と横線の交点のどちらでもよく、また、他の線や図形を用いて表示されてもよい 。
The
断面画像91において、現在位置指標92と到達位置指標93および通過位置指標94は、常時表示される。ただし、操作者による断面画像の観察を阻害しないように、これらの位置関係に応じて点滅あるいは一時的に表示しないようにしてもよい。
In the
制御部70は、断面画像91の右側に荷重グラフ部95を表示する。制御部70は、駆動部60により穿刺部50を移動させている際に、穿刺部50に加わる荷重を荷重検出部75に検出させ、現在位置指標92と対応した位置、具体的には現在位置指標92と水平方向において同位置に、穿刺部50に加わる荷重の大きさを表示していくことで、穿刺部50が穿刺されていく際の荷重の変化をグラフとして表すことができる。
The
制御部70は、表示部90において、断面画像91と荷重グラフ部95の他、穿刺目標となる血管の構造情報を断面画像91外に表示するようにしてもよい。
The
穿刺部50による穿刺実行以降の穿刺制御装置10のフローについて説明する。図10に示すように、制御部70は、駆動部60を駆動させて穿刺部50に穿刺を実行させたら(S2-1)、荷重検出部75により穿刺抵抗を計測させる(S2-2)。また、駆動部60の動作状態から針先53の先端位置を推定する(S2-3)。制御部70は、撮像部40に断面画像を取得させて、取得した断面画像を表示部90に表示させる(S2-4)。
The flow of the
制御部70は、取得した断面画像から、血管の輪郭が適正か否かを判別する(S2-5)。制御部70は、穿刺目標となる動脈200について、その位置が変化しているか否かを判別することで、血管の輪郭が適正か否かを判別する。針先53が動脈200に近づくことにより、動脈200の位置が移動して、針先53を動脈200に刺すことができなくなる場合がある。血管の輪郭が適正か否かを判別することで、この状態を認識することができる。血管の輪郭が適正でないと判別される場合、制御部70は駆動部60による穿刺部50の駆動を停止する(S2-6)。S2-5で血管の輪郭が適正と判別される場合、次のステップに進む。
The
制御部70は、荷重検出部75で検出した穿刺部50に加わる荷重である穿刺抵抗が、適正か否かを判別する(S2-7)。針先53が血管ではなく骨に突き当たった場合など、正常に穿刺されていないと、穿刺抵抗が想定よりも大きくなることから、穿刺抵抗が適正か否かを判別することで、穿刺が正常に行われているかを判別できる。また、図12や図14に示すように、針先53が血管壁を貫通する際には、一時的に穿刺抵抗が大きくなることから、断面画像から想定される血管壁の位置において、穿刺抵抗が大きくなっているか否かを判別し、穿刺抵抗が大きくなっていない場合には、穿刺抵抗が異常と判断してもよい。穿刺抵抗が適正でないと判別される場合、制御部70は駆動部60による穿刺部50の駆動を停止する(S2-6)。S2-7で穿刺抵抗が適正と判別される場合、次のステップに進む。
The
制御部70は、針先53が撮像面Wに到達するまで、S2-2~S2-7のステップを繰り返す(S2-8)。図11に示すように、針先53の先端位置が撮像面Wに到達すると、図12に示すように、断面画像91には撮像された針先53が表示される。このように、針先53が撮像面Wに到達したことは、撮像部40で取得した断面画像に針先53が撮像されることで判別することができる。針先53が撮像面Wに到達したら、制御部70は、針先53の先端位置が適正か否かを判別する(S2-9)。制御部70は、先に算出した針先53の先端位置P4が撮像面Wを通過する位置P3と実際に撮像面Wに表れた針先53の先端位置との差が一定以上の場合に、針先の先端位置が適正でないと判別できる。この場合、制御部70は、駆動部60の動作を停止させる(S2-10)。針先53の先端位置が適正な場合、次のステップに進む。
The
制御部70は、最初に設定された駆動部60の動作方向および動作量の駆動を行って針先53が目標位置に到達するまで、S2-2~S2-9のステップを繰り返す(S2-11)。ここで、針先53の先端位置P4は、針先53の初期位置および向きと駆動部60の動作履歴に加え、撮像面Wに表れた針先53の先端位置を基に制御部70が算出して推定する。図13に示すように、針先53が目標位置に到達したら、制御部70は、その時点で推定した針先53の先端位置P4と目標位置P1とを比較し、両者が一定以上離れているか否かを判別する(S2-12)。図14のように、現在位置指標92で示される推定した針先53の先端位置P4と到達位置指標93で示される目標位置P1との相違が小さい場合、針先53の位置は適正と判別される。推定した針先53の先端位置P4が目標位置P1から一定以上離れている場合、針位置が適正でないものとして、制御部70は駆動部60の動作を停止させる(S2-10)。針位置が適正である場合、制御部70は穿刺が完了したものとして、完了処理を行う(S2-13)。この後、駆動部60は、外筒52の先端を血管内に残した状態で、内針51を後退させ、外筒52から引き抜く。なお、内針51の後退は、操作者が手作業で行ってもよい。また、内針51を引き抜く際にも、針先53の先端位置P4を推定し、現在位置指標92を断面画像91上に表示し続けてもよい。
The
穿刺制御装置10による血管穿刺が完了すると、操作者は、内針51および外筒52の両方または一方を、駆動部60から取り外す。次に、操作者は、本体20を持ち上げて、本体20を支持台30から離脱させて取り除く。操作者は、本体20を取り除いた後に、外筒52を介してカテーテル手技を行うことができる。
When blood vessel puncture by the
S1-1で取得した針情報に含まれる公差情報から、推定した針先53の先端位置の誤差範囲を算出することができる。図15に示すように、断面画像91に表示する現在位置指標92には、算出した誤差の範囲を示す誤差範囲指標96を併せて表示するようにしてもよい。誤差範囲指標96は、誤差の範囲を示すことができればよく、例えば周方向に沿って色相を変化させるように表示してもよいし、横位置指標部92cと縦位置指標部92dの大きさで表示してもよい。
The error range of the estimated tip position of the
穿刺制御装置10は、内針51の基端側に血管から流入する逆血を検出する逆血検出部を有していてもよい。逆血検出部は、内針51の内圧を検出する圧力センサで構成することができる。制御部70は、駆動部60により穿刺部50を移動させている際に、逆血検出部で検出した内針51の内圧の情報を取得することができる。図16に示すように、制御部70は、超音波プローブ41で取得した断面画像91上に推定した針先53の現在位置指標92を表示しつつ、断面画像91の右側に逆血グラフ部97を表示する。逆血グラフ部97は、横軸が時間または針先の到達深度で縦軸が逆血検出部で検出した内針51の内圧を示している。内針51が血管を穿刺すると、逆血が生じて内針51の内圧が上昇することが、逆血グラフ部97から確認できる。これにより、断面画像91に表示される針先53の現在位置指標92と併せて血管への穿刺がされたかを容易に判断することができる。なお、穿刺制御装置10は、先に説明した荷重検出部75と逆血検出部の両方を有していてもよく、穿刺部50にかかる荷重と逆血の状態の両方を表示部90に表示するようにしてもよい。
The
以上のように、本実施形態における(1)穿刺制御装置10は、皮膚の表面に接触して超音波を発振し、受信した反射波に基づき人体の断面画像を取得する超音波プローブ41と、鋭利な針先53を備えた穿刺部50と、穿刺部50を超音波プローブ41に対して相対的に移動させる駆動部60と、超音波プローブ41に断面画像を取得させ、駆動部60を動作させる制御部70と、断面画像を表示する表示部90と、を備える穿刺制御装置10であって、制御部70は、駆動部60を動作させる前の針先53の先端位置と駆動部60の動作履歴とに基づいて、針先53の先端位置を推定し、表示部90に表示する断面画像91上に、推定した針先53の先端位置を投影した現在位置指標92を表示する。このように構成した穿刺制御装置10は、推定した針先53の先端位置を断面画像91上に表示するので、自動で血管穿刺を行う際に、操作者が断面画像91と針先53の位置とを同時に把握し、穿刺が正常に行われているかを容易に認識できる。
As described above, in this embodiment, (1) the
(2)上記(1)の穿刺制御装置10において、制御部70は、超音波プローブ41で取得した断面画像91から標的とする血管の位置を検出し、検出した血管の位置に基づいて、針先53の目標位置と、針先53が超音波プローブ41の撮像面を通過する位置と、を算出し、表示部90に表示する断面画像91上に、算出した針先53の目標位置を投影した到達位置指標93と、針先53が超音波プローブ41の撮像面を通過する位置を示す通過位置指標94と、を表示してもよい。これにより、穿刺制御装置10は、断面画像91上で針先53の目標位置と通過位置とを把握できることから、操作者がこれらの位置に異常がないか容易に把握でき、また、穿刺が正常に行われているかの指標として用いることができる。
(2) In the
(3)上記(2)の穿刺制御装置10において、制御部70は、駆動部60が穿刺部50を移動させている際に、推定した針先53の先端位置と算出した針先53の目標位置との位置関係に異常を検出したら、駆動部60の動作を停止させてもよい。これにより、穿刺制御装置10は、針先53の先端位置に異常がある場合に、自動的に穿刺を停止し、穿刺が失敗したことによる患者の傷を浅くすることができる。
(3) In the
(4)上記(2)または(3)のいずれかの穿刺制御装置10において、制御部70は、駆動部60により針先53が超音波プローブ41の撮像面を通過した際に、推定した針先53の先端位置が算出した針先53が超音波プローブ41の撮像面を通過する位置と一定以上離れている場合に、駆動部60の動作を停止させてもよい。これにより、穿刺制御装置10は、針先53が撮像面を通過して実際に撮像された位置に基づき、推定した針先53の位置が異常な場合に自動的に穿刺を停止できるので、穿刺が失敗したことによる患者の傷を浅くすることができる。
(4) In the
(5)上記(1)~(4)のいずれかの穿刺制御装置10において、穿刺部50に加わる荷重を検出する荷重検出部75を備え、制御部70は、駆動部60により穿刺部50を移動させている際に、荷重検出部75で穿刺部50に加わる荷重を検出させ、推定した針先53の先端位置と対応させて穿刺部50に加わる荷重の変化を表示部90に表示させてもよい。これにより、穿刺制御装置10は、撮像範囲外で針先53が骨等に突き当たった場合などに、異常をいち早く検出することかできる。
(5) In any of the
(6)上記(5)の穿刺制御装置10において、制御部70は、駆動部60により穿刺部50を移動させている際に、荷重検出部75で一定以上の荷重を検出した場合、駆動部60の動作を停止させてもよい。これにより、穿刺制御装置10は、穿刺部50にかかる荷重の異常により検出できる異常があった場合に、自動的に穿刺を停止し、穿刺が失敗したことによる患者の傷を浅くすることができる。
(6) In the
(7)上記(1)~(6)の穿刺制御装置10において、穿刺部50に血管から流入する逆血を検出する逆血検出部を備え、制御部70は、駆動部60により穿刺部50を移動させている際に、逆血検出部で穿刺部50に流入する逆血を検出させ、時間または針先53の到達深度に対する逆血の検出の有無を表示部90に表示させてもよい。これにより、穿刺制御装置10は、逆血の検出により血管への穿刺をより確実に認識することができる。
(7) The
(8)上記(1)~(7)のいずれかの穿刺制御装置10において、制御部70は、駆動部60により穿刺部50を移動させる前に、穿刺部50の公差範囲を取得し、駆動部60により穿刺部50を移動させている際に、取得した穿刺部50の公差範囲に基づき、推定した針先53の先端位置に対する誤差範囲を表示部90に表示させてもよい。これにより、穿刺制御装置10は、操作者が誤差の範囲を加味して針先53の位置を把握することができる。
(8) In any of the
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made by those skilled in the art within the technical concept of the present invention.
なお、本出願は、2023年9月21日に出願された日本特許出願2023-155463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。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2023-155463, filed on September 21, 2023, the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
10 穿刺制御装置
20 本体
30 支持台
40 撮像部
41 超音波プローブ
42 プローブ面
50 穿刺部
51 内針
52 外筒
53 針先
60 駆動部
70 制御部
75 荷重検出部
90 表示部
91 断面画像
92 現在位置指標
93 到達位置指標
94 通過位置指標
95 荷重グラフ部
96 誤差範囲指標
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
鋭利な針先を備えた穿刺部と、
前記穿刺部を前記超音波プローブに対して相対的に移動させる駆動部と、
前記超音波プローブに前記断面画像を取得させ、前記駆動部を動作させる制御部と、
前記断面画像を表示する表示部と、
を備える穿刺制御装置であって、
前記制御部は、
前記駆動部を動作させる前の前記針先の先端位置と前記駆動部の動作履歴とに基づいて、前記針先の先端位置を推定し、
前記表示部に表示する前記断面画像上に、推定した前記針先の先端位置を投影した現在位置指標を表示する、穿刺制御装置。 an ultrasonic probe that contacts the surface of the skin to emit ultrasonic waves and obtains cross-sectional images of the human body based on the received reflected waves;
A puncture unit having a sharp needle tip;
a drive unit that moves the puncture unit relative to the ultrasonic probe;
a control unit that causes the ultrasonic probe to acquire the cross-sectional image and operates the drive unit;
A display unit that displays the cross-sectional image;
A puncture control device comprising:
The control unit is
estimating a tip position of the needle tip based on a tip position of the needle tip before operating the driving unit and an operation history of the driving unit;
a puncture control device that displays a current position indicator obtained by projecting the estimated tip position of the needle tip onto the cross-sectional image displayed on the display unit.
前記超音波プローブで取得した前記断面画像から標的とする血管の位置を検出し、
前記検出した前記血管の位置に基づいて、前記針先の目標位置と、前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過する位置と、を算出し、
前記表示部に表示する前記断面画像上に、算出した前記針先の目標位置を投影した到達位置指標と、前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過する位置を示す通過位置指標と、を表示する、請求項1に記載の穿刺制御装置。 The control unit is
Detecting a position of a target blood vessel from the cross-sectional image acquired by the ultrasonic probe;
Calculating a target position of the needle tip and a position where the needle tip passes through an imaging plane of the ultrasonic probe based on the detected position of the blood vessel;
The puncture control device according to claim 1, further comprising: a first section for projecting a calculated target position of the needle tip onto the cross-sectional image; and a second section for projecting a calculated target position of the needle tip onto the cross-sectional image.
前記駆動部が前記穿刺部を移動させている際に、推定した前記針先の先端位置と算出した前記針先の目標位置との位置関係に異常を検出したら、前記駆動部の動作を停止させる、請求項2に記載の穿刺制御装置。 The control unit is
The puncture control device according to claim 2, wherein if an abnormality is detected in the positional relationship between the estimated tip position of the needle tip and the calculated target position of the needle tip while the drive unit is moving the puncture unit, the operation of the drive unit is stopped.
前記駆動部により前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過した際に、推定した前記針先の先端位置が算出した前記針先が前記超音波プローブの撮像面を通過する位置と一定以上離れている場合に、前記駆動部の動作を停止させる、請求項2に記載の穿刺制御装置。 The control unit is
The puncture control device according to claim 2, wherein when the needle tip is caused to pass through the imaging surface of the ultrasonic probe by the driving unit, if the estimated tip position of the needle tip is away from the calculated position where the needle tip passes through the imaging surface of the ultrasonic probe by a certain distance or more, the operation of the driving unit is stopped.
前記制御部は、
前記駆動部により前記穿刺部を移動させている際に、前記荷重検出部で前記穿刺部に加わる荷重を検出させ、
推定した前記針先の先端位置と対応させて前記穿刺部に加わる荷重の変化を前記表示部に表示させる、請求項1に記載の穿刺制御装置。 a load detection unit that detects a load applied to the puncture unit,
The control unit is
detecting a load applied to the puncture unit by the load detection unit while the puncture unit is being moved by the drive unit;
The puncture control device according to claim 1 , further comprising: a display unit that displays a change in the load applied to the puncture portion in correspondence with the estimated tip position of the needle tip.
前記制御部は、
前記駆動部により前記穿刺部を移動させている際に、前記逆血検出部で前記穿刺部に流入する逆血を検出させ、
時間または前記針先の到達深度に対する逆血の検出の有無を前記表示部に表示させる、請求項1に記載の穿刺制御装置。 a backflow detection unit for detecting backflow of blood flowing from a blood vessel into the puncture unit,
The control unit is
When the puncture unit is moved by the drive unit, the backflow detection unit detects backflow flowing into the puncture unit,
The puncture control device according to claim 1 , wherein the display unit displays whether backflow of blood has been detected relative to time or the depth reached by the needle tip.
前記駆動部により前記穿刺部を移動させる前に、前記穿刺部の公差範囲を取得し、
前記駆動部により前記穿刺部を移動させている際に、取得した前記穿刺部の公差範囲に基づき、推定した前記針先の先端位置に対する誤差範囲を前記表示部に表示させる、請求項1~7のいずれか1項に記載の穿刺制御装置。
The control unit is
obtaining a tolerance range of the puncture unit before moving the puncture unit by the drive unit;
A puncture control device as described in any one of claims 1 to 7, wherein when the puncture part is moved by the drive unit, an error range for the estimated tip position of the needle tip is displayed on the display unit based on the acquired tolerance range of the puncture part.
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