JP2014204904A - 医用ガイドシステム - Google Patents

Abstract

【課題】医用装置を的確な処置を行い得る位置に誘導する医用ガイドシステムを提供する。【解決手段】超音波内視鏡２と、超音波内視鏡２の位置及び方向を検出するコイル２１ｂと、被検体の振動に基づく位置情報を取得する腹部センサ（体表検出用コイル１０）と、実空間上における位置および前記体表検出用コイル１０における経時変化に基づいて、位相を算出する位置検出装置３Ｂと、位置検出装置３Ｂの位置算出結果および位相算出結果に基づいて、所定の範囲内の位相における前記所定の対象物の位置情報を算出し、この算出結果に基づいて超音波内視鏡２を誘導位置及び方向に誘導する。【選択図】図１

Description

本発明は、医用ガイドシステムに関し、特に、人体の組織構造の３次元的な位置及び配向を視覚的に示すことが可能な医用ガイドシステムに関するものである。

被検者の光学像を取得可能な内視鏡、及び、被検者の断層像を取得可能な超音波内視鏡等の体腔内プローブは、消化管、気管支、胆膵管または血管等の管腔内及び腹腔内へ挿入可能な構成を有しており、該管腔及び周辺臓器の観察及び診断等を行う場合において従来広く用いられている。

また、前記光学像及び前記断層像の情報だけでは、体腔内プローブを管腔の所望の部位まで進めるのが困難な場合に、例えば、体腔内プローブの先端部が該所望の部位へ容易に到達できるようにするために、超音波観測装置の観察位置をガイドするシステムが提案されている。

係るガイドシステムの一例として、特許文献１および２には、術前のＣＴ画像から臓器の３次元データを構築して、その３次元データ上に超音波観測位置を表示する技術が示されている。

一方、近年、この種の超音波観測装置は、画像診断のみならず、超音波ガイド下穿刺または超音波ガイド下治療（ステントの留置等）を行う際にも使用されるようになっている。その際、超音波画像で穿刺対象または治療対象を描出しながら、穿刺針または治療器具の刺入ルートを探索し、または計画して実行する。

特開２００８−６１０８号公報 特開２０１０−６９０１８号公報

ところが、上記超音波観測装置において超音波ガイド下穿刺または超音波ガイド下治療（ステントの留置等）を行う際には、被検者の呼吸または心拍による穿刺対象または治療対象の移動が問題となる。

すなわち、超音波画像は平面の情報しかないため、穿刺対象または治療対象が移動すると超音波画像から当該対象が消える虞がある。また、超音波画像上に対象が存在したとしても穿刺可能範囲外に移動してしまう虞もある。特に、腫瘍、細い管等が穿刺対象の場合は、穿刺の成否に関わる虞もあった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、医用装置を的確な処置を行い得る位置に誘導する医用ガイドシステムを提供することを目的としている。

本発明における一態様の医用ガイドシステムは、被検体に対して超音波を照射し当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段と、前記超音波画像取得手段における位置及び方向を検出する位置方向検出手段と、当該被検体の振動に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段と、前記超音波画像取得手段により取得された画像上の所定の対象物に対して、前記超音波画像上の画素の座標および前記位置方向検出手段により取得された位置及び方向情報に基づいて、実空間上における位置を算出する位置算出手段と、前記基準位置情報取得手段における経時変化に基づいて、位相を算出する位相算出手段と、前記位置算出手段および前記位相算出手段の算出結果に基づいて、所定の範囲内の位相における前記所定の対象物の位置情報を算出する誘導位置情報算出手段と、前記誘導位置情報算出手段の算出結果に基づいて、医用装置に対して提示する、位置及び方向の誘導情報を生成する誘導情報生成手段と、を備える。

本発明における医用ガイドシステムによると、医用装置を的確な処置を行い得る位置に誘導する医用ガイドシステムを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に挿通する穿刺針を示した斜視図である。 図３は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に穿刺針を挿通した状態における医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。 図４は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおける呼吸センサによる被検体振動の１周期分の経時変化を示したグラフ図である。 図５は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図４に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。 図６は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置を指定するタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示したグラフ図である。 図７は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図６に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。 図８は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置を指定する別のタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示したグラフ図である。 図９は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図８に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。 図１０は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置と呼吸センサの振幅変動から推定された穿刺対象の位置変動を示したグラフ図である。 図１１は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１０に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。 図１２は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１０に示す位置変動情報によるグラフを時間で微分して得られた穿刺対象の速度変化を示したグラフ図である。 図１３は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１２に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。 図１４は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置変動情報と穿刺タイミング位置範囲を示したグラフ図である。 図１５は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１２に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。 図１６は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺タイミングの報知例を示した図である。 図１７は、本発明の第２の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。 図１８は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープ先端を気管支に挿入した際の様子を示した図である。 図１９は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。 図２０は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した状態において、呼吸位相を特定する様子を示した図である。 図２１は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際の全体構成を示した図である。 図２２は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際のガイドシースを示した図である。 図２３は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の全体構成を示した図である。 図２４は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示した図である。

図１に示すように、本実施形態の医用ガイドシステム１は、医用装置としての超音波内視鏡２と、アンテナユニット３Ａと、検出部としての機能を有する位置検出装置３Ｂと、超音波診断装置４と、画像処理装置５と、医用ガイドシステム１の操作に係る種々の指示を行うことが可能な操作指示部６と、モニタ７と、複数の体表検出用コイル１０と、を要部として有して構成されている。

超音波内視鏡２は、被検者１００の体腔内へ挿入可能な先端部２１と、先端部２１の後端側に連設された細長の挿入部２２と、挿入部２２の後端側に連設された操作部２３と、種々の信号の入出力を行うための複数の信号線が内部に配設されたケーブル２４と、を具備する。

ここで、前記超音波内視鏡２は、当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段としての役目を果たす。

先端部２１は、コンベックス走査式（またはラジアル走査式）の超音波振動子２１ａと、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル２１ｂと、カバーガラスで構成された図示しない光学観察窓と、図示しないレンズと、図示しないＣＣＤ(charge coupled device)カメラと、体腔内に照明光を照射する図示しない照明光照射窓と、を具備している。

そして、体腔表面の像は前記光学観察窓からレンズを経由してＣＣＤカメラに結像し、ＣＣＤカメラからのＣＣＤ信号は信号線を経由して光学観察装置へ出力される。

ここで、前記コイル２１ｂは、前記超音波内視鏡２の位置及び方向を検出する位置方向検出手段としての役目を果たす。

超音波振動子２１ａは、超音波診断装置４からの駆動信号に基づいて駆動し、生体の内部へ超音波ビームを出射する。また、超音波振動子２１ａは、生体の内部の生体組織において超音波ビームが反射した反射波を受波し、該反射波に応じたエコー信号を超音波診断装置４へ出力する。

挿入部２２には、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル２２ａが、長手方向に沿って複数配置されている。

操作部２３は、医用ガイドシステム１の操作に係る種々の指示を行うことが可能な、図示しないスイッチ等を有している。

ケーブル２４は、一端側が操作部２３から延出されているとともに、超音波診断装置４に接続可能なコネクタ２４ａが他端側に設けられている。また、コネクタ２４ａの内部には、超音波内視鏡２に関する種々の情報が格納された、例えばメモリにより構成されたスコープＩＤ格納部２４ｂが設けられている。

なお、本実施形態のスコープＩＤ格納部２４ｂには、超音波内視鏡２に関する種々の情報として、例えば、超音波振動子２１ａに設けられた超音波アレイの配列の形状情報、及び、該超音波アレイの挿入部２２に対する実装位置配向情報等の情報が格納されているとする。

そして、スコープＩＤ格納部２４ｂは、コネクタ２４ａが超音波診断装置４に接続された際に、前述した、超音波内視鏡２に関する種々の情報（以降、超音波走査情報と称する）を、超音波診断装置４へ出力する。

また、前記超音波内視鏡２には、操作部２３から先端部２１にかけての長手方向に沿って、中空のチューブによりトンネル構造をなすように形成された鉗子チャンネル２５が形成されている。この鉗子チャンネル２５には、先端部２１に鉗子チャンネル口２５ａが、操作部２３に鉗子チャンネル口２５ｂが、それぞれ開口している。

また、この鉗子チャンネル２５には、穿刺針等の処置具を挿通することができるようになっている。

前記鉗子チャンネル２５の鉗子チャンネル口２５ａは、処置具たる穿刺針２９（図２参照）等が超音波走査範囲内に突出するように、挿入軸に対して所定の角度をなす中心軸を有する開口となるように構成されている。

図２は、本実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に挿通する穿刺針の構成を示した斜視図である。

図２に示すように、穿刺針２９は、生体に刺入され得る処置具であり、内部が中空であって、細胞等の吸引またはエタノール等の注入を行うことができる構造となっている。そして、この穿刺針２９の中空部分には、先端が鋭敏な針として構成された処置具たるスタイレット２９ａが挿通されている。

また、図３は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波内視鏡に穿刺針を挿通した状態における医用ガイドシステムの全体構成を示す図である。

図３に示すように、穿刺針２９の先端部（スタイレット２９ａ）は、前記鉗子チャンネル２５の鉗子チャンネル口２５ａから超音波振動子２１ａの超音波走査範囲内に突出されると共に、図示しない生体の所定箇所に刺入されるようになっている。

図１および図３に示すように、複数の体表検出用コイル１０は、被検者１００の体表上において、１つずつ異なる箇所に配置される。具体的には、体表検出用コイル１０は、例えば、被検者１００の体表上の４つの箇所である、剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、及び、腰椎椎体棘突起に相当する箇所に夫々１つずつ配置される。

ここで、前記複数の体表検出用コイル１０は、コイル２１ｂまたはコイル２２ａと同様の構成を夫々有しており、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するが、本実施形態においては、当該被検体の振動（被検体の呼吸等）に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段としての呼吸センサとしての役目も果たす。

アンテナユニット３Ａは、外部へ向けて磁界を放射する磁界放射アンテナ３１と、磁界放射アンテナ３１を駆動させるアンテナ駆動部３２と、を具備している。

位置検出装置３Ｂは、コイル２１ｂからの電気信号に基づき、コイル２１ｂが存在する位置、及び、コイル２１ｂの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた先端部位置・配向データを順次生成する。

また、位置検出装置３Ｂは、各コイル２２ａからの電気信号に基づき、各コイル２２ａが存在する位置、及び、各コイル２２ａの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた挿入部位置・配向データを順次生成する。

さらに、位置検出装置３Ｂは、各体表検出用コイル１０からの電気信号に基づき、各体表検出用コイル１０が存在する位置を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた被検者位置・配向データを順次生成する。

このように、位置検出装置３Ｂは、前記コイル２１ｂ等により取得された電気信号に基づいて、実空間上における先端部位置・配向等を算出する位置方向検出手段および基準位置情報取得手段を構成する。

そして、位置検出装置３Ｂは、生成した先端部位置・配向データと、挿入部位置・配向データと、被検者位置・配向データとを併せて画像処理装置５へ出力する。さらに、位置検出装置３Ｂは、アンテナユニット３Ａの駆動に要する電力をアンテナ駆動部３２へ供給する。

前記超音波診断装置４は、超音波振動子２１ａを駆動させるための駆動信号を生成及び出力する。また、超音波診断装置４は、超音波振動子２１ａからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、スコープＩＤ格納部２４ｂの超音波走査情報に応じたフレームレートにより順次生成する。そして、超音波診断装置４は、生成した超音波画像を画像処理装置５へ順次出力する。

さらに超音波診断装置４は、スコープＩＤ格納部２４ｂから出力される超音波走査情報に基づき、超音波振動子２１ａに設けられた超音波アレイの挿入部２２に対する実装位置配向情報、超音波振動子２１ａから出射される超音波ビームの出射方向の情報、超音波振動子２１ａから出射される超音波ビームによる走査範囲形状情報（画角情報）、超音波振動子２１ａから同時に出射され得る超音波ビームの本数の情報、超音波振動子２１ａから出射される超音波ビームのフォーカス個数及び位置の情報、及び、超音波振動子２１ａから出射される超音波ビームに応じたフレームレートの情報からなる走査状態データを検出する。

一方、超音波診断装置４は、各種の指示に係る指示信号が操作指示部６から入力された場合に、超音波振動子２１ａから出射される超音波ビームの出射方向、超音波振動子２１ａから出射される超音波ビームによる走査範囲形状（画角）、及び、超音波振動子２１ａから同時に出射される超音波ビームの本数を適宜変更するための制御を超音波振動子２１ａに対して行う。そして、超音波診断装置４は、前述した制御の内容を走査状態データに反映させつつ、変更後の走査状態データを画像処理装置５へ出力する。

また、超音波診断装置４は、モニタ７への画像出力（モニタ７における画像表示）に係る指示信号が操作指示部６から入力された場合に、該指示信号を画像処理装置５へ出力する。

画像処理装置５は、制御部５１と、データ保持部としての機能を有する記憶部５２と、ガイド画像生成部５３と、表示画像生成部５４と、タイミング演算部５５と、を具備している。

制御部５１は、超音波診断装置４から出力される走査状態データに基づき、超音波振動子２１ａの走査状態が可視化された超音波断層像マーカを生成させるための制御をガイド画像生成部５３に対して行う。

また、前記制御部５１は、超音波診断装置４を介して入力される操作指示部６からの指示信号に基づき、モニタ７への画像出力（モニタ７における画像表示）状態を変更するための制御をガイド画像生成部５３、表示画像生成部５４およびタイミング演算部５５に対して行う。

前記記憶部５２は、ハードディスクドライブ等により構成され、画像処理装置５以外の他の装置と通信を行うための通信回線としてのネットワーク回線８を介し、例えば、Ｘ線３次元ヘリカルＣＴ装置または３次元ＭＲＩ装置等からなる３次元断層画像生成装置９と接続されている。これにより、記憶部５２には、３次元断層画像生成装置９を用いた走査を超音波内視鏡２の観察対象となる被検者１００に対して予め行うことにより得られた３次元断層画像が、ネットワーク回線８を介して各々入力及び蓄積される。

また、記憶部５２には、３次元断層画像の取得対象となった被検者１００の頭足方向及び背腹方向を示すための体軸方向データが、該３次元断層画像に関連付けられた状態として入力される。

前記タイミング演算部５５は、前記制御部５１に制御され、前記位置検出装置３Ｂから出力される先端部位置・配向データおよび被検者位置・配向データに基づき、対象部位の穿刺に適したタイミングデータ、すなわち穿刺に適した位相範囲となる時刻範囲および穿刺タイミング位置範囲等の誘導位置のデータと、当該タイミングデータを算出するまでの算出途中データとを生成する。

そして、タイミング演算部５５は、制御部５１に制御され、前記タイミングデータと前記算出途中データとをガイド画像生成部へ出力する。

このようにタイミング演算部５５は、超音波画像上における穿刺対象部位の座標および前記位置検出装置３Ｂにより取得された先端部位置・配向情報に基づいて、実空間上における穿刺対象部位の位置を算出する位置算出手段としての役目を果たす。

また、タイミング演算部５５は、前記被検者位置・配向データに基づいて当該被検体の振動による穿刺対象部位の位置変化の位相を算出する位相算出手段としての役目を果たす。

さらに、タイミング演算部５５は、前記位置算出手段および前記位相算出手段の算出結果に基づいて、所定の範囲内の位相における対象部位の位置情報を算出する誘導位置情報算出手段としての役目を果たす。

ガイド画像生成部５３は、位置検出装置３Ｂから出力される先端部位置・配向データと、挿入部位置・配向データとに基づき、超音波内視鏡２の挿入形状を示すための挿入形状データを生成する。

また、ガイド画像生成部５３は、制御部５１の制御と、位置検出装置３Ｂから出力される先端部位置・配向データとに基づき、超音波振動子２１ａの走査状態を可視化するための超音波断層像マーカ、及び、超音波振動子２１ａを含む先端部２１の構成を画像化したスコープ先端部マーカを生成する。

さらにガイド画像生成部５３は、記憶部５２に蓄積された３次元断層画像に基づき、被検者１００の内部に存在する臓器群等の組織構造の３次元生体組織モデルデータを生成する。

さらにガイド画像生成部５３は、指標生成部としての機能を有し、記憶部５２から読み込んだ体軸方向データに基づき、前記３次元生体組織モデルデータに対応する被検者モデル画像データを生成する。

一方、前記ガイド画像生成部５３は、前記タイミング演算部５５から出力される算出途中データおよび前記タイミングデータに基づいて誘導画像情報を生成する。すなわち、ガイド画像生成部５３は、タイミング演算部５５の算出結果に基づいて、前記超音波画像取得手段に対して提示する、位置及び方向の誘導画像情報を生成する誘導情報生成手段としての役目を果たす。

そして、ガイド画像生成部５３は、制御部５１の制御に基づき、挿入形状データと、超音波断層像マーカと、スコープ先端部マーカと、３次元生体組織モデルデータと、被検者モデル画像データと、誘導画像情報とを組み合わせることにより、各種ガイド画像を生成して表示画像生成部５４へ出力する。

表示画像生成部５４は、制御部５１の制御に基づき、超音波診断装置４から出力される超音波画像と、ガイド画像生成部５３から出力されるガイド画像とを合成した合成画像を生成した後、該合成画像に基づく映像信号を生成してモニタ７へ出力する。

操作指示部６は、文字入力の指示、及び、（例えば超音波画像の左右反転等の）所定の機能の実行の指示に係る指示信号を出力するキーボード６ａと、モニタ７の画面上に表示されるポインタの操作等の指示に係る指示信号を出力するマウス６ｂと、を具備している。

モニタ７は、画像処理装置５からの映像信号に応じた種々の画像を画面上に表示する。

次に、本実施形態の医用ガイドシステム１の作用について説明を行う。なお、以降においては、超音波振動子２１ａがコンベックス走査式である場合についての説明を主に行うものとする。

まず、術者等は、医用ガイドシステム１の各部の電源を投入することにより、該各部を起動状態とする。

この後、術者等は、３次元断層画像生成装置９からの３次元断層画像が画像処理装置５に入力される事前に、該３次元断層画像を参照しながら、被検者１００に４個の体表検出用コイル１０を取り付けた位置に相当する該３次元断層画像の位置を夫々指定する。

そして、３次元断層画像における体表検出用コイル１０を取り付けた位置の指定結果は、３次元断層画像上体表検出用コイル座標として画像処理装置５に入力される。

超音波振動子２１ａは、超音波診断装置４の起動に伴って駆動し、生体の内部へ超音波ビームを出射した後、該生体の内部の生体組織において超音波ビームが反射した反射波を受波し、該反射波に応じたエコー信号を出力する。

超音波診断装置４は、超音波振動子２１ａからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、スコープＩＤ格納部２４ｂの超音波走査情報に応じたフレームレートにより順次生成する。そして、超音波診断装置４は、生成した超音波画像を画像処理装置５へ順次出力する。

一方、コイル２１ｂ、各コイル２２ａ及び各体表検出用コイル１０は、アンテナユニット３Ａによって印加された磁界を検知し、検知した磁界に応じた電気信号をそれぞれ位置検出装置３Ｂへ出力する。

位置検出装置３Ｂは、超音波内視鏡２からの電気信号に基づいてコイル２１ｂ及び各コイル２２ａが存在する位置、及び、コイル２１ｂ及び各コイル２２ａの配向を特定するための演算を行う。

そして、位置検出装置３Ｂは、前述の演算により得られた先端部位置・配向データ及び挿入部位置・配向データを画像処理装置５へ出力する。

また位置検出装置３Ｂは、各体表検出用コイル１０からの電気信号に基づき、各体表検出用コイル１０が存在する位置を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた被検者位置・配向データを画像処理装置５へ出力する。

ここで、被検体の呼吸または拍動等による被検体の振動により、被検者位置・配向データは時間とともに変化することとなる。

次に、本実施形態の医用ガイドシステムにおける前記誘導画像情報を生成する工程について説明する。

図４は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおける呼吸センサによる被検体振動の１周期分の経時変化を示した図である。

本実施形態においては、まず、制御部５１の制御下において、呼吸センサである体表検出用コイル１０からの振動情報（被検体の呼吸等による振動情報）に基づいてタイミング演算部５５は、被検体位置の経時変化の１周期分の情報を抜き出して算出途中データとしてガイド画像生成部に出力する。

次にガイド画像生成部５３は、制御部５１に制御され、算出途中データである前記被検体位置の経時変化の１周期分の情報をモニタ７に表示するための誘導画像情報を含んだガイド画像を生成して表示画像生成部５４に出力する。

前記表示画像生成部５４は、制御部５１に制御され、受け取った前記ガイド画像に基づいて合成画像を生成しモニタ７に対して出力する。

図５は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図４に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。

ここで、モニタ７には、画像処理装置５における表示画像生成部５４を経てリアルタイムの超音波画像が指定されたフレームレートで表示されるようになっている。すなわち、リアルタイムに表示される超音波画像が表示されるモニタ７の画面上において、図４に示す如き、算出途中データである前記被検体位置の経時変化の１周期分の情報が表示されるようになっている。

このように、本実施形態の医用ガイドシステムは、体表検出用コイル１０で検出した被検体信号の経時変化の１周期分を図４、図５に示す如きグラフにしてモニタ７に表示する。

また、モニタ７における体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化のグラフ（図５参照）上には、現在の位相示すマーカ２０１が表示される。そして、このマーカ２０１の位置は時刻とともにリアルタイムに変化するようになっている。

なお、本実施形態においては、この体表検出用コイル１０で検出した位置の経時変化のグラフを、超音波画像を表示する前記モニタ７に表示するものとしたが、これに限らず、専用のモニタに表示しても良い。

また、ここでは説明を簡単にするため、体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化が正弦波であるものとして説明する。

次に、超音波画像上において所定の穿刺対象の位置を指定する工程について説明する。

図６は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、穿刺対象の1点目の位置を指定したタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示した図であり、図７は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図６に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。

＜１点目の指定＞
上述したように、超音波診断装置４は、超音波振動子２１ａからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、スコープＩＤ格納部２４ｂの超音波走査情報に応じたフレームレートにより順次生成し、生成した超音波画像を画像処理装置５へ順次出力する。

そして、上述したように、画像処理装置５における表示画像生成部５４を経てモニタ７には、リアルタイムの超音波画像が指定されたフレームレートで表示されるようになっている（図５の状態）。

この状態において術者は、超音波内視鏡２を操作し、モニタ７にリアルタイムで表示される超音波画像上において、時間とともに位置がずれる穿刺対象が一部の時間でも当該超音波画像上に描出される位置に当該超音波内視鏡２を配置する。

次に術者は、超音波診断装置４に接続されたキーボード６ａまたはマウス６ｂ等のポインティングデバイスを用いて、穿刺対象が超音波画像上に描出されるタイミングで、この穿刺対象の位置を超音波画像上で指定する（この時刻をｔ１とする）。

ここで穿刺対象が指定されると、画像処理装置５における前記タイミング演算部５５は、超音波内視鏡２の位置及び方向と、超音波画像上で指定された位置の画素の座標と、超音波画像のレンジ情報とに基づいて、実空間上の穿刺対象の位置ｐ１＝（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する。

なお、上述したように、本実施形態における超音波内視鏡２の前記スコープＩＤ格納部２４ｂには、当該超音波内視鏡２に関する種々の情報として、例えば、超音波振動子２１ａに設けられた超音波アレイの配列の形状情報、及び、該超音波アレイの挿入部２２に対する実装位置配向情報等の情報の他、選択可能な超音波画像の表示レンジ情報が入っている。

そして、術者は、操作部２３における所定の指示スイッチ部または操作指示部６により表示レンジを選択することができるようになっている。

上述したように、術者によって超音波画像上で穿刺対象の位置が指定されると同時に、タイミング演算部５５は、時刻ｔ１での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化（上述したようにここでは正弦波とする）における時刻ｔ１での位相（φ１）を算出する。

このタイミング演算部５５において算出した時刻ｔ１での位相（φ１）情報（算出途中データ）に基づいて、ガイド画像生成部５３は、図６に示すように、モニタ７に新たに表示される穿刺対象の位置のグラフにおける位相φ１の位置に表示すべく、時刻ｔ１での穿刺対象位置ｐ１のマーカ３０１の画像情報を含んだガイド画像を作成する。そしてそのガイド画像を表示画像生成部５４に受け渡し、表示画像生成部５４は、このマーカ３０１を含んだガイド画像をモニタ７に表示する。

なお、図６は代表図としてｘ座標についてのみ記載したが、同様にｙ座標、ｚ座標について表示されるようにしても良い。また、位置変化が大きい座標についてのみ表示するようにしても良い。

また、モニタ７における穿刺対象の位置のグラフ（図７参照）には、上記同様に、現在の位相示すマーカ２０１が表示される。

＜２点目の指定＞
図８は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、穿刺対象の2点目の位置を指定した1点目とは別のタイミングにおける被検体の呼吸の位相と、当該タイミングにおける穿刺対象の位置の関係を示した図であり、図９は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図８に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。

この後、術者は再び超音波内視鏡２操作し、モニタ７にリアルタイムで表示される超音波画像上において、時間とともに位置がずれる穿刺対象が一部の時間でも超音波画像上に描出される「別の位置」に当該超音波内視鏡２を移動する。

そして術者は、モニタ７に表示される体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化のグラフ（図５参照）または穿刺対象の位置のグラフ（図７参照）を確認することで、超音波画像上に穿刺対象が表示されるタイミングにおける位相が前記位相φ１とは異なることを確認することができる。

すなわち、上述したように、体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化のグラフ上および穿刺対象の位置のグラフには、リアルタイムに変化する現在の位相示すマーカ２０１が表示される。

その後術者は、穿刺対象が超音波画像上に描出されるタイミングで、上記同様のポインティングデバイスを用いて、穿刺対象の位置を超音波画像上で指定する（この時刻をｔ２とする；図８参照）。

ここで穿刺対象が指定されると、タイミング演算部５５は、超音波内視鏡２の位置及び方向と、超音波画像上で指定された位置の画素の座標と、超音波画像の前記レンジ情報とに基づいて、実空間上の対象の位置ｐ２＝（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する。

同時に、タイミング演算部５５は、時刻ｔ１での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化（同様にここでは正弦波とする）における時刻ｔ２での位相（φ２）を算出する（図８参照）。

また制御部５１は、前記位相φ１とφ２との差が画像処理装置５における前記記憶部５２に予め格納されたしきい値以下の場合、または、実空間上の対象の位置ｐ１（マーカ３０１）とｐ２（マーカ３０２）との距離が、同様に当該記憶部５２に予め格納されたしきい値以下の場合であると判断した際には、タイミング演算部５５および表示画像生成部５４を制御して、術者に対してモニタ７上においてもう１点取得するように告知する。

＜穿刺対象の位置変動の推定＞
次に、超音波画像上における穿刺対象の位置変動の推定工程について説明する。

図１０は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置と呼吸センサの振幅変動から推定された穿刺対象の位置変動を示したグラフ図であり、図１１は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１０に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。

まず、タイミング演算部５５は、呼吸センサの振幅変動を数式で近似する。本実施形態では呼吸センサの振幅変動が正弦波であるものとして説明しているため、ｘ＝３５ｓｉｎ（φ）となる。

次に、穿刺対象の位置変動も呼吸センサの振幅変動と相関があるものと仮定して、ｘ＝ｘ０＋ａｘ ｓｉｎ（φ）とする。ここで、振幅（ａ＝（ａｘ，ａｙ，ａｚ））と位相０での位置ｐ０＝（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は未知数である。

更に上記ｐ１，ｐ２，φ１，φ２から、未知数である振幅（ａ＝（ａｘ，ａｙ，ａｚ））と位相０での位置ｐ０＝（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とを、算出する。

すなわち、
ｘ１＝ｘ０＋ａｘ ｓｉｎ（φ１）
ｘ２＝ｘ０＋ａｘ ｓｉｎ（φ２）
の連立方程式を解くことで、ｘ０とａｘを算出し、式１を位置変動として推定する。

ｘ＝ｘ０＋ａｘ ｓｉｎ（φ） ・・・・・・・・式１
なお、ｙ方向の位置変動とｚ方向の位置変動も同様に推定する。

そして、制御部５１の制御の下、ガイド画像生成部５３が、上述の如くタイミング演算部５５において特定された穿刺対象の位置変動情報に基づくガイド画像を作成する。

すなわち、ガイド画像生成部５３は、上記位置変動情報（算出途中データ）の曲線を上記図８に示すグラフに追加した図１０に示す如き誘導画像情報を含むガイド画像を作成し、表示画像生成部５４を介してモニタ７に表示する。

図１０は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図８に加え上記のとおり推定された穿刺対象の位置変動を示した図である。

＜速度の低い位置の計算＞
図１２は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１０に示す位置変動情報によるグラフを時間で微分して得られた穿刺対象の速度変化を示したグラフ図であり、図１３は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１２に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。

また、図１４は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺対象の位置変動情報と穿刺タイミング位置範囲を示したグラフ図であり、図１５は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて、図１２に示したグラフのモニタにおける表示例を示した図である。

次に、タイミング演算部５５は穿刺対象の移動速度が所定の速度しきい値以下となる位相φの範囲を算出する。

具体的には、上記移動速度は上記式１を時間で微分することで得られ、当該微分値が所定の速度しきい値（例えば、０．５ｍｍ／ｓｅｃ以下)である位相φの範囲を穿刺タイミング位相範囲として算出する（図１２参照）。

また、タイミング演算部５５はさらに、その位相範囲での穿刺対称位置の範囲を穿刺タイミング位置範囲として算出する（図１４参照）。

そして、この穿刺タイミング位相範囲となる時刻範囲と穿刺タイミング位置範囲とが上述した「タイミングデータ」となり、タイミング演算部５５からガイド画像生成部５３に対して出力されることとなる。

次に、ガイド画像生成部５３による誘導画像の具体的な作成工程について説明する。

ガイド画像生成部５３は、上記結果となる穿刺タイミングデータを使用して、次の各選定方法により超音波内視鏡２の誘導先を算出し、誘導画像を作成する。

なお、術者はまず、前記キーボード６ａ等を用いてこれら各選定方法のうち何れを採用するかを選択する。以下、選定方法毎に具体的に説明する。

＜超音波内視鏡の誘導先の選定方法（方法１）＞
以下に示す方法１は最も好ましい例である。

術者により当該方法１が選択された場合、ガイド画像生成部５３は、上記穿刺タイミング位置範囲を含む、すべての位相での穿刺対象の位置が、すべてひとつの超音波画像上の穿刺可能領域に描出されるように、超音波内視鏡２の誘導先である位置及び方向を算出し、当該超音波内視鏡２を誘導する誘導画像を作成する。

ここで、超音波内視鏡２の先端位置に対する穿刺可能領域は、鉗子チャンネル口２５ａの位置、鉗子起上台の稼動可能な角度範囲、穿刺針２９の太さおよび硬さの範囲等から算出可能である。

＜超音波内視鏡の誘導先の選定方法（方法２）＞
上述した方法１が最良であるが、超音波内視鏡２が体腔内で採れる姿勢および先端位置は限られていることから、方法１による誘導は困難となる場合も想定できる。

そこで、本実施形態の変形例として、以下のようにいくつかの条件を用意し、術者が選択した条件の組合せ、または、術者が指定した優先順位に基づいて超音波内視鏡２を誘導することも可能である。

方法２ａ）穿刺タイミング位置範囲が穿刺可能領域に描出されるように誘導する誘導画像を作成する。

この方法２ａ）の効果としては、穿刺対象の移動速度が遅く、穿刺しやすい位置を超音波画像で描出できるような位置に誘導できるため、穿刺の奏功率の向上につながることが期待できる。

方法２ｂ）穿刺タイミング位置範囲が鉗子チャンネル口２５ａに近い位置に入るように誘導する誘導画像を作成する。

この方法２ｂ）の効果としては、上記方法２ａの効果に加え、穿刺距離が短くなるため、穿刺中に穿刺針が曲がった場合でもその影響は少なく、穿刺の奏功率の向上につながることが期待できる。

また、穿刺距離が短くなるため、穿刺中に穿刺対象が変形する確率や変形量も小さくなり、穿刺の奏功率の向上につながることが期待できる。

方法２ｃ）複数箇所ある穿刺タイミング位置範囲のうち２箇所を結ぶ直線と超音波画像平面との角度差が少なくなるように誘導する誘導画像を作成する。

この方法２ｃ）の効果としては、穿刺対象が超音波画像上で動く時間が長く、見えている時間が長いという利点がある。

＜誘導画像の作成＞
なお、本実施形態における前記誘導画像としては、以下に示す例も考えられる。

ａ）３次元空間上に、現在の内視鏡先端の位置および姿勢と、誘導先の内視鏡先端の位置および姿勢とを表示し、２次元平面に投影した画像。

ｂ）現在の先端位置および姿勢から、誘導先の内視鏡先端の位置及び姿勢へと移動させるための、内視鏡の押し引き量、湾曲量または捩じり量等を数値で指示する画像。

そして、ガイド画像生成部５３は、これら誘導画像のいずれかを、または両方を採用して作成してもよい。

＜誘導後の穿刺タイミング表示＞
また、本実施形態においては、体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の位置が穿刺タイミング位相範囲となる時刻範囲のときに、ガイド画像生成部５３は、タイミング演算部５５から出力されるタイミングデータに基づいてガイド画像の何らかの表示態様を変更し穿刺タイミングを報知する。

図１６は、第１の実施形態の医用ガイドシステムにおいて穿刺タイミングの報知例を示した図である。

例えば、図１１は表示画像生成部において作成される、モニタに表示される画像の一例を示した図であるが、斯様な画像が表示される際に、例えば、図１６の示すようにガイド画像上の超音波断層像マーカの色を変化させることにより、術者に穿刺タイミングを報知する。

例えば、図１６の示すようにガイド画像上の現在の位相を示すマーカの色を変化させることにより、術者に穿刺タイミングを報知する。

また、例えば、図１６の示すように超音波画像の周囲の枠を強調表示させることにより、術者に穿刺タイミングを報知する。この方法は、穿刺時に術者が超音波画像を注視するため、その超音波画像の周囲にタイミングを表示するため、術者が視線を移すことなくタイミングを把握でき有用である。

なお、本実施形態において、穿刺対象が比較的大きい場合は、指定する２点のズレが大きくなりやすいが、もともと対象が大きいことから、多少計算が不正確でも許容できる。一方、穿刺対象が比較的小さい場合は、指定する２点のズレも小さくなることから計算が正確になる。

なお、本実施形態の医用ガイドシステムにおいては、上述したように２点において穿刺対象を指定し、穿刺対象の動きの振幅と位相０での位置をこれら異なる時刻での対象の位置情報を元に算出したが、これに限らず、例えば、１点（あるいは２点）の指定情報にドップラー等の速度情報を加味することで上記穿刺対象の動きの振幅と位相０での位置を求めても良い。

また、超音波内視鏡２の位置検出手段は、磁気式の他、光学式、ロボットアーム式、光ファイバ方式または地磁気センサ、加速度センサ若しくはジャイロを組み合わせたモーションセンサ方式等、実空間での位置及び方向が検出できれば、何でも構わない。

さらに、ＣＴ等の術前画像を記憶して当該術前画像から３次元画像を作成し、３次元画像と実空間との位置合わせを行い、そして、その３次元画像上に、超音波内視鏡２の現在の先端位置及び姿勢と、誘導先の内視鏡先端の位置及び姿勢とを表示し、誘導画像としても良い。

上述したように、本実施形態の医用ガイドシステム１によれば、被検体の呼吸または拍動等により穿刺対象が経時的に移動する場合でも、穿刺対象の移動速度が遅いなどの穿刺に適したタイミングで、穿刺対象を超音波画像の穿刺可能範囲に抽出し易くすることができ、これにより的確な穿刺を行い得るという効果を奏する。

（第２の実施形態）
図１７は、本発明の第２の実施形態の医用ガイドシステムの全体構成を示した図である。

上述した第１の実施形態は、誘導情報生成手段において生成した「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置が、被検体に対して超音波を照射し当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する「超音波画像取得手段」としての超音波内視鏡２であるのに対して、本第２の実施形態は、当該「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置が、「超音波画像取得手段」ではなく、被検体に対して所定の処置を行う、たとえば生検鉗子または細胞診ブラシ等の処置具であることを特徴とする。

図１７に示すように、本実施形態の医用ガイドシステム１０１は、気管支ビデオスコープ１０２と、気管支ビデオスコープ１０２に挿入可能な医用装置としての超音波プローブ１２２と、アンテナユニット３Ａと、検出部としての機能を有する位置検出装置１０３Ｂと、超音波診断装置１０４と、画像処理装置１０５と、医用ガイドシステム１０１の操作に係る種々の指示を行うことが可能な操作指示部６と、モニタ７と、複数の体表検出用コイル１０と、を要部として有して構成されている。

なお、ここでは、第１の実施形態と異なる部分の説明に留め、第１の実施形態と同様の構成、作用についての詳しい説明は省略する。

前記気管支ビデオスコープ１０２は、先端部に対物レンズ１２４を配設し、当該対物レンズで受光した被検体像をイメージファイバ１２７，リレーレンズ１２５を経由して基端側に配設したＣＣＤ１２６に入力するようになっている。

また、このＣＣＤ１２６の撮像信号は、後述する画像処理装置１０５における画像処理回路５６に入力され、適宜画像処理が施された後、モニタ７に出力されるようになっている。

また、気管支ビデオスコープ１０２の操作部１０２ｂ付近には鉗子挿入口１０２ａが形成されると共に、気管支ビデオスコープ１０２の先端部にはチャンネル開口部１０２ｄが形成され、これら鉗子挿入口１０２ａおよびチャンネル開口部１０２ｄに連通する鉗子チャンネル１０２ｃが形成されている。

前記鉗子挿入口１０２ａから鉗子チャンネル１０２ｃには、超音波プローブ１２２およびガイドシース１２３が挿入されるようになっており、当該鉗子挿入口１０２ａからから挿入された超音波プローブ１２２は、鉗子チャンネル１０２ｃを経由して前記チャンネル開口部１０２ｄから突出するようになっている。

また、この鉗子チャンネル１０２ｃには、後述する生検鉗子等の医用装置を挿通することができるようになっている。

前記超音波プローブ１２２は、鉗子チャンネル１０２ｃを経由して被検者１００の体腔内へ挿入可能な先端部１２１を備え、当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段としての役目を果たす。

また、前記先端部１２１は、超音波振動子１２１ａと、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル１２１ｂと、を具備している。

ここで、前記コイル１２１ｂは、前記超音波プローブ１２２の位置及び方向を検出する位置方向検出手段としての役目を果たす。

前記超音波振動子１２１ａは、超音波診断装置１０４からの駆動信号に基づいて駆動し、生体の内部へ超音波ビームを出射する。また、超音波振動子１２１ａは、生体の内部の生体組織において超音波ビームが反射した反射波を受波し、該反射波に応じたエコー信号を超音波診断装置１０４へ出力する。

挿入部１２２には、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル１２２ａが、長手方向に沿って複数配置されている。

図１７に示すように、複数の体表検出用コイル１０は、第１実施形態と同様に、被検者１００の体表上において、１つずつ異なる箇所に配置され、当該被検体の振動（被検体の呼吸等）に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段としての呼吸センサとしての役目を果たす。

また、第２の実施形態においても、位置検出装置１０３Ｂは、超音波プローブ１２２先端部のコイル１２１ｂからの電気信号に基づき、コイル１２１ｂが存在する位置、及び、コイル１２１ｂの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた先端部位置・配向データを順次生成する。

また、位置検出装置１０３Ｂは、各コイル１２２ａからの電気信号に基づき、各コイル１２２ａが存在する位置、及び、各コイル１２２ａの配向を特定するための演算を行うことにより、演算結果に応じた超音波プローブ１２２の挿入部位置・配向データを順次生成する。

さらに、位置検出装置１０３Ｂは、各体表検出用コイル１０からの電気信号に基づき、各体表検出用コイル１０が存在する位置を特定するための演算を行うことにより、第１の実施形態と同様に、演算結果に応じた被検者位置・配向データを順次生成する。

このように、位置検出装置１０３Ｂは、前記コイル１２１ｂ等により取得された電気信号に基づいて、実空間上における先端部位置・配向等を算出する位置方向検出手段および基準位置情報取得手段を構成する。

そして、位置検出装置１０３Ｂは、第１の実施形態と同様に、生成した先端部位置・配向データと、挿入部位置・配向データと、被検者位置・配向データとを併せて画像処理装置１０５へ出力する。

本第２の実施形態において超音波診断装置１０４は、超音波振動子１２１ａを駆動させるための駆動信号を生成及び出力する。また、超音波診断装置１０４は、超音波振動子１２１ａからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を所定のフレームレートにより順次生成する。そして、超音波診断装置１０４は、生成した超音波画像を画像処理装置１０５へ順次出力する。

画像処理装置１０５は、前記ＣＣＤ１２６の撮像信号を入力し、適宜画像処理が施された後、モニタ７に出力する画像処理回路５６を備える他は第１の実施形態と同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。

次に、本第２の実施形態の医用ガイドシステム１０１の作用について説明を行う。

図１８は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープ先端を気管支に挿入した際の様子を示した図であり、図１９は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。

まず、術者等は、医用ガイドシステム１０１の各部の電源を投入することにより、該各部を起動状態とする。

この後、術者等は、３次元断層画像生成装置９からの３次元断層画像が画像処理装置１０５に入力される事前に、該３次元断層画像を参照しながら、被検者１００に４個の体表検出用コイル１０を取り付けた位置に相当する該３次元断層画像の位置を夫々指定する。

そして、３次元断層画像における体表検出用コイル１０を取り付けた位置の指定結果は、３次元断層画像上体表検出用コイル座標として画像処理装置１０５に入力される。

次に、術者等は、図１８に示すように、気管支ビデオスコープ１０２の先端を気管支１３１に挿入する。

ここで図１８に示すように、気管支１３１は、気管支ビデオスコープ１０２が挿入できない細い気管支１３１ａおよび気管支１３１ｂを備え、処置対象である病変部１３０がこの細い気管支１３１ｂのさらに数分岐分先に位置するものとする。

本実施形態では、このように処置対象である病変部１３０が、気管支ビデオスコープ１０２が挿入できない細い気管支部分に在る場合であっても、本第２の実施形態における超音波プローブ１２２であれば到達できる場合について有効である。

この場合、術者は、ガイドシース１２３に一旦超音波プローブ１２２を挿入した状態で、これらを気管支ビデオスコープ１０２の前記鉗子挿入口１０２ａから鉗子チャンネル１０２ｃに向けて挿入する。

その後、さらに挿入を推し進め、図１９に示すように、前記チャンネル開口部１０２ｄから突出させて、超音波プローブ１２２の先端部１２１を病変部１３０付近まで到達させる。

次に、本第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける誘導画像情報を生成する工程について説明する。

第２の実施形態においても、誘導画像情報を生成する工程は基本的には第１の実施形態と同様である。

まず、制御部５１の制御下において、呼吸センサである体表検出用コイル１０からの振動情報（被検体の呼吸等による振動情報）に基づいてタイミング演算部５５は、被検体位置の経時変化の１周期分の情報を抜き出して算出途中データとしてガイド画像生成部に出力する。

その他、体表検出用コイル１０で検出した被検体信号の経時変化の１周期分が、上記第１の実施形態における図４、図５に示す如きグラフとしてモニタ７に表示される。

次に、第２の実施形態における、超音波画像上において所定の穿刺対象の位置を指定する工程について説明する。

＜１点目の指定＞
図２０は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより超音波プローブを病変部付近まで挿入した状態において、呼吸位相を特定する様子を示した図である。

第１の実施形態と同様に、超音波診断装置１０４は、超音波振動子１２１ａからのエコー信号に基づき、生体の断層像としての超音波画像を、所定のフレームレートにより順次生成し、生成した超音波画像を画像処理装置１０５へ順次出力する。

そして、上述したように、画像処理装置１０５における表示画像生成部５４を経てモニタ７には、リアルタイムの超音波画像が指定されたフレームレートで表示されるようになっている。

この状態において術者は、超音波プローブ１２２の先端部１２１を病変部１３０付近まで到達させた後、超音波プローブ１２２を操作し、モニタ７にリアルタイムで表示される超音波画像が病変部１３０に合致するよう当該超音波プローブ１２２の位置を調整する。

そして、術者によって超音波振動子１２１ａによる超音波画像が病変部１３０に合致するよう調整されると、術者は、超音波診断装置１０４に接続されたキーボード６ａまたはマウス６ｂ等のポインティングデバイスを用いて、超音波画像が病変部１３０に合致するタイミングで、この処置対象の位置を超音波画像上で指定する（この時刻をｔ１とする）。

なお、この他の１点目の指定処理は、第１の実施形態と同様である。

このように、本第２の実施形態においても、術者によって超音波振動子１２１ａにより超音波画像が病変部１３０に合致するよう調整されるタイミングで、タイミング演算部５５は、当該時刻ｔ１での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化における時刻ｔ１での位相（φ１）を算出する。

すなわち、超音波振動子１２１ａによる超音波画像が病変部１３０に合致した時刻ｔ１での被検者１００の呼吸位相をφ１とする（図２０（ａ））。

＜２点目の指定＞
この後、被検者の呼吸変動により病変部１３０と超音波画像との位置がずれると（図２０（ｂ）参照）、術者は再び超音波プローブ１２２を操作し、モニタ７にリアルタイムで表示される超音波画像が病変部１３０に合致するよう、再度、当該超音波プローブ１２２の位置を調整する。

そして、術者によって、再度、超音波振動子１２１ａによる超音波画像が病変部１３０に合致するよう調整されると、術者は、再度超音波診断装置１０４に接続されたキーボード６ａまたはマウス６ｂ等のポインティングデバイスを用いて、超音波画像が病変部１３０に合致するタイミングで、この処置対象の位置を超音波画像上で指定する（この時刻をｔ２とする）。

なお、この他の２点目の指定処理は、第１の実施形態と同様である。

このように、本第２の実施形態においても、術者によって超音波振動子１２１ａにより再度、超音波画像が病変部１３０に合致するよう調整されるタイミングで、タイミング演算部５５は、当該時刻ｔ２での被検者位置・配向データに基づいて、体表検出用コイル１０（呼吸センサ）の経時変化における時刻ｔ２での位相（φ２）を算出する。

すなわち、超音波振動子１２１ａによる超音波画像が病変部１３０に合致した時刻ｔ２での被検者１００の呼吸位相をφ２とする（図２０（ｃ））。

そして、本第２の実施形態においても、この後の、「穿刺対象の位置変動の推定工程」、「誘導画像の作成工程」については、第１の実施形態と同様である。

次に、本第２の実施形態における、「誘導情報の提示工程」について説明する。

上述したように、本第２の実施形態は、「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置が、「超音波画像取得手段」ではなく、被検体に対して所定の処置を行う、たとえば生検鉗子等の処置具であることを特徴とする。

図２１は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際の全体構成を示した図であり、図２２は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける超音波プローブを抜去した際のガイドシースを示した図である。

図２１、図２２に示すように、術者は、被検者１００の呼吸位相φ１およびφ２を取得した後、病変部１３０の近傍にガイドシース１２３を残した状態で超音波プローブ１２２のみを抜去する。

その後、術者は、ガイドシース１２３を残した状態で、気管支ビデオスコープ１０２の前記鉗子挿入口１０２ａから、たとえば、生検鉗子１４２を鉗子チャンネル１０２ｃに挿通しているガイドシース１２３の中に挿入する。

図２３は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の全体構成を示した図であり、図２４は、第２の実施形態の医用ガイドシステムにおける気管支ビデオスコープより生検鉗子を病変部付近まで挿入した際の様子を示した図である。

図２３、図２４に示すように、生検鉗子１４２は、鉗子チャンネル１０２ｃを経由して被検者１００の体腔内へ挿入可能な先端部１４１に、所定を処置を行う鉗子１４１ａおよび外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル１４１ｂを具備している。

また、生検鉗子１４２の挿入部には、外部から印加された磁界に応じて電気信号を出力するコイル１４２ａが、長手方向に沿って複数配置されている。

前記コイル１４１ｂおよびコイル１４２ａは、いずれも位置検出装置１０３Ｂに接続され、当該位置検出装置１０３Ｂは、コイル１４１ｂおよびコイル１４２ａからの電気信号に基づき、先端部位置・配向データおよび挿入部位置・配向データを生成するようになっている。

そして、本第２の実施形態においては、まずは気管支ビデオスコープ１０２に位置情報を得るセンサ（コイル１２１ａ等）を備える超音波プローブ１２２に挿入し、上述した所定の誘導情報を得た後に、気管支ビデオスコープ１０２から当該超音波プローブ１２２を抜去すると共に位置情報を得るセンサ（コイル１４１ａ等）を備える生検鉗子１４２等の処置具を挿入し、当該生検鉗子１４２等の処置具に前記誘導情報を提示することを特徴とするものである。

具体的には、生検位置範囲と生検タイミング位相範囲を提示し、生検位置範囲に生検鉗子を誘導し、生検タイミングを報知することになる。

なお、本第２の実施形態における上記構成例においては、「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置として生検鉗子を採用したが、これに限らず、当該「位置及び方向の誘導情報」の提示先の医用装置として細胞診ブラシまたは吸引生検針を採用しても良い。

この場合、「位置及び方向の誘導情報」の作成工程については、前記生検鉗子の場合と同様である。

上述したように、本第２の実施形態の医用ガイドシステムによれば、被検体の呼吸または拍動等により処置（生検）対象が経時的に移動する場合でも、生検対象を超音波画像の処置可能範囲に位置させ易くすることができ、経時的な移動に合わせた適切なタイミングで生検できるようになることで、的確な生検を行い得るという効果を奏する。

また、本第２の実施形態のような、ガイドシースを用いた生検方法では、生検時に生検対象を画像化することができないため、従来は盲目的に生検していた。しかし、本第２の実施形態によると、生検対象の位置に生検鉗子を誘導でき、更に生検タイミングを報知できるため、生検の奏功率向上への効果は大きい。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

１：医用ガイドシステム
２：超音波内視鏡
３Ａ：アンテナユニット
３Ｂ：位置検出装置
４：超音波診断装置
５：画像処理装置
６：操作指示部
７：モニタ
１０：体表検出用コイル
５１：制御部
５２：記憶部
５３：ガイド画像生成部
５４：表示画像生成部
５５：タイミング演算部
１００ 被検者

Claims (14)

1. 被検体に対して超音波を照射し当該被検体からの反射波に基づいて超音波画像を取得する超音波画像取得手段と、
   前記超音波画像取得手段における位置及び方向を検出する位置方向検出手段と、
   当該被検体の振動に基づく位置情報を取得する基準位置情報取得手段と、
   前記超音波画像取得手段により取得された画像上の所定の対象物における、前記超音波画像上の画素の座標および前記位置方向検出手段により取得された位置及び方向情報に基づいて、実空間上における位置を算出する位置算出手段と、
   前記基準位置情報取得手段における経時変化に基づいて、位相を算出する位相算出手段と、
   前記位置算出手段および前記位相算出手段の算出結果に基づいて、所定の範囲内の位相における前記所定の対象物の位置情報を算出する誘導位置情報算出手段と、
   前記誘導位置情報算出手段の算出結果に基づいて、医用器具に対して提示する、位置及び方向の誘導情報を生成する誘導情報生成手段と、
   を備えることを特徴とする医用ガイドシステム。
2. 前記医用器具は、前記超音波画像取得手段であることを特徴とする請求項１に記載の医用ガイドシステム。
3. 前記超音波画像取得手段に形成された刺入ガイド機構と、
   前記超音波画像取得手段の位置及び方向から、前記刺入ガイド機構に挿通された穿刺針の穿刺可能範囲を算出する穿刺範囲算出手段と、
   を更に有し、
   前記誘導情報生成手段は、さらに前記穿刺可能範囲に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の医用ガイドシステム。
4. 前記誘導情報生成手段は、前記超音波画像取得手段に対して前記誘導情報として押し引き量、湾曲量または捩り量のうち少なくとも１つを提示することを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の医用ガイドシステム。
5. 前記医用器具は、生検鉗子であることを特徴とする請求項１に記載の医用ガイドシステム。
6. 前記生検鉗子の位置及び方向を検出する生検鉗子位置方向検出手段をさらに備え、
   前記誘導情報生成手段は、前記生検鉗子位置方向検出手段による検出結果に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項５に記載の医用ガイドシステム。
7. 前記医用器具は、細胞診ブラシであることを特徴とする請求項１に記載の医用ガイドシステム。
8. 前記細胞診ブラシの位置及び方向を検出する細胞診ブラシ位置方向検出手段をさらに備え、
   前記誘導情報生成手段は、前記細胞診ブラシ位置方向検出手段による検出結果に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項７に記載の医用ガイドシステム。
9. 前記医用器具は、吸引生検針であることを特徴とする請求項１に記載の医用ガイドシステム。
10. 前記吸引生検針の位置及び方向を検出する吸引生検針位置方向検出手段をさらに備え、
    前記誘導情報生成手段は、吸引生検針位置方向検出手段による検出結果に基づいて前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項９に記載の医用ガイドシステム。
11. 前記誘導位置情報算出手段は、前記所定の対象物の複数の位置情報を算出し、
    前記誘導情報生成手段は、前記誘導位置情報算出手段の算出結果である前記複数の位置情報に基づいて、前記誘導情報を生成することを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載の医用ガイドシステム。
12. 前記誘導位置情報算出手段は、前記所定の対象物の移動速度が０となる位置に係る位置情報を算出することを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載の医用ガイドシステム。
13. 前記位相算出手段において異なる時刻での前記被検体の位置の検出結果に基づいて、前記被検体の動きを推定する動き推定手段を更に備えることを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載の医用ガイドシステム。
14. 前記所定の対象物の移動速度が０となるタイミングを報知する報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載の医用ガイドシステム。