(57)【要約】【課題】穿刺ロボットと医用画像診断装置とを利用する穿刺術において医師の手術時間を削減すること。【解決手段】実施形態に係る穿刺計画装置は、被検体に関する医用画像を利用して穿刺針の刺入位置から穿刺対象位置への穿刺経路を決定する穿刺経路決定部と、前記穿刺経路と穿刺針を移動する穿刺針移動装置の第１の稼働制限範囲と前記被検体に対し医用撮像を施す医用画像診断装置の第２の稼働制限範囲とに基づいて、前記被検体のための穿刺術における前記穿刺針移動装置の第１の動作計画と前記医用画像診断装置の第２の動作計画とを決定する動作計画決定部と、を具備する。【選択図】      図３
2020039406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に関する医用画像を利用して穿刺針の刺入位置から穿刺対象位置への穿刺経路を決定する穿刺経路決定部と、
前記穿刺経路と穿刺針を移動する穿刺針移動装置の第１の稼働制限範囲と前記被検体に対し医用撮像を施す医用画像診断装置の第２の稼働制限範囲とに基づいて、前記被検体のための穿刺術における前記穿刺針移動装置の第１の動作計画と前記医用画像診断装置の第２の動作計画とを決定する動作計画決定部と、
を具備する穿刺計画装置。
【請求項２】
前記穿刺経路決定部は、前記刺入位置を、前記医用画像に描出された皮膚の表面上の位置又は前記表面から外側に所定距離だけ離れた位置に設定する、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項３】
前記第１の動作計画は、前記穿刺針移動装置による前記穿刺針の前記刺入位置までの移動経路及び移動時間と、前記穿刺針移動装置による前記穿刺針の前記刺入位置から前記穿刺対象位置までの移動経路及び移動時間とを含む、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項４】
前記動作計画決定部は、前記医用画像診断装置の初期位置と前記第２の稼働制限範囲とに基づいて前記初期位置に配置された前記医用画像診断装置に前記穿刺針と前記穿刺針移動装置とが干渉しない条件の下で前記第１の動作計画を決定する、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項５】
前記動作計画決定部は、前記被検体の存在範囲と前記第１の動作計画と前記医用画像診断装置の前記初期位置と前記第２の稼働制限範囲とに基づいて、前記被検体と前記第１の動作計画に従い移動する前記穿刺針及び前記穿刺針移動装置とに前記医用画像診断装置が干渉しない条件の下で前記第２の動作計画を決定する、請求項４記載の穿刺計画装置。
【請求項６】
前記第２の動作計画は、前記医用画像診断装置に含まれる撮像部の撮影位置までの移動経路及び移動時間を含む、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項７】
前記第２の動作計画は、前記医用画像診断装置に含まれる寝台に載置された前記被検体の撮像部位を撮像視野の中心へ移動するための前記寝台の移動経路及び移動時間を含む、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項８】
前記第２の動作計画は、前記医用画像診断装置の撮影条件を含む、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項９】
前記第１の動作計画と前記第２の動作計画とをディスプレイに表示する表示部を更に備える、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項１０】
前記表示部は、前記ディスプレイにおいて、前記穿刺針と前記穿刺針移動装置と前記医用画像診断装置とをそれぞれ模擬する穿刺針モデルと移動装置モデルと撮像装置モデルとを前記第１の動作計画と前記第２の動作計画とに従い移動させる、請求項９記載の穿刺計画装置。
【請求項１１】
前記第１の動作計画と前記第２の動作計画とに基づいて前記穿刺術に要する予測総時間を算出する算出部を更に備え、
前記表示部は、前記予測総時間を表示する、
請求項９記載の穿刺計画装置。
【請求項１２】
前記第１の動作計画と前記第２の動作計画とに基づいて前記穿刺術における前記被検体の予測被曝量を算出する算出部を更に備え、
前記表示部は、前記予測被曝量を表示する、
請求項９記載の穿刺計画装置。
【請求項１３】
前記医用画像診断装置は、Ｘ線診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、超音波診断装置及び核医学診断装置のうちの少なくとも１つである、請求項１記載の穿刺計画装置。
【請求項１４】
被検体に医用撮像を施して医用画像を生成する医用画像診断装置と、
前記被検体に刺入する穿刺針を移動する穿刺針移動装置と、
前記医用画像診断装置による医用撮像と前記穿刺針移動装置による前記穿刺針の移動との双方を一操作で指示するための指示部と、
を具備する穿刺制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、穿刺計画装置及び穿刺制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
穿刺術において穿刺針を移動する穿刺ロボットと患者の医用画像を収集する医用画像診断装置とが利用されている。穿刺ロボットと医用画像診断装置とは独立に稼働している。穿刺ロボットが移動する穿刺針の経路に最適化して医用画像診断装置が動作すべきであるが、医用画像診断装置が穿刺針や穿刺ロボットの経路が分からないため、最短時間で動作することができない。従って穿刺術における医師の手術時間が長期化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０９６５１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５４８２６号公報
【特許文献３】特開２０１７−２１７１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、穿刺ロボットと医用画像診断装置とを利用する穿刺術において医師の手術時間を削減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る穿刺計画装置は、被検体に関する医用画像を利用して穿刺針の刺入位置から穿刺対象位置への穿刺経路を決定する穿刺経路決定部と、前記穿刺経路と穿刺針を移動する穿刺針移動装置の第１の稼働制限範囲と前記被検体に対し医用撮像を施す医用画像診断装置の第２の稼働制限範囲とに基づいて、前記被検体のための穿刺術における前記穿刺針移動装置の第１の動作計画と前記医用画像診断装置の第２の動作計画とを決定する動作計画決定部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態に係る穿刺制御システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、手術室に配置された穿刺針移動装置と医用画像診断装置とを示す図である。
【図３】図３は、図１の穿刺計画装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、図１の穿刺制御システムによる穿刺計画の作成の典型的な流れを示す図である。
【図５】図５は、図４のステップＳＡ３において決定される穿刺経路を示す図である。
【図６】図６は、図４のステップＳＡ４において行われる穿刺ロボットの動作計画の決定処理を模式的に示す図である。
【図７】図７は、図４のステップＳＡ５において行われるＸ線ＣＴ装置の動作計画の決定処理を模式的に示す図である。
【図８】図８は、図４のステップＳＡ７においてディスプレイに表示される、穿刺計画表示画像を含む表示画面の一例を示す図である。
【図９】図９は、図１の穿刺制御システムによる穿刺術の動作の典型的な流れを示す図である。
【図１０】図１０は、図１の制御指示器の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０の稼働ボタンによる穿刺ロボットとＸ線ＣＴ装置との制御指示を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、図１０の曝射ボタンによる穿刺ロボットとＸ線ＣＴ装置との制御指示を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る穿刺計画装置及び穿刺制御システムを説明する。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る穿刺制御システム１００の構成を示す図である。図１に示すように、穿刺制御システム１００は、穿刺針移動装置１、医用画像診断装置３、穿刺計画装置５及び制御指示器７を有する。穿刺針移動装置１、医用画像診断装置３、穿刺計画装置５及び制御指示器７は、互いに有線又は無線で通信可能に接続されている。穿刺針移動装置１、医用画像診断装置３及び制御指示器７は、例えば、穿刺術が行われる手術室に配置される。穿刺計画装置５は手術室とは別室の制御室や機械室等に配置される。本実施形態に係る医用画像診断装置３としては、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）やコーンビームＣＴ装置、磁気共鳴イメージング、超音波診断装置、核医学診断装置等の医用モダリティが利用可能である。医用画像診断装置３は一台だけ用いられても良いし、複数台が用いられても良い。以下の実施例において医用画像診断装置３はＸ線ＣＴ装置であるとする。
【０００９】
図２は、手術室に配置された穿刺針移動装置１と医用画像診断装置３とを示す図である。図１及び図２に示すように、穿刺針移動装置１は、穿刺針２を移動可能に支持する装置である。例えば、穿刺針移動装置１は、穿刺針２を移動自在に支持する多関節型のアームを有するロボットである。以下、穿刺針移動装置１を穿刺ロボットと呼ぶことにする。詳細には、穿刺ロボット１は、基台１１、第１アーム１３、第２アーム１５及び第３アーム１７を有する。基台１１には移動のための複数の車輪が設けられる。基台１１には第１アーム１３、第２アーム１５及び第３アーム１７が設けられる。第１アーム１３、第２アーム１５及び第３アーム１７が多関節アームを構成する。具体的には、基台１１には第１アーム１３が１軸（以下、第１軸と呼ぶ）周りに回転可能に設けられる。第１アーム１３には第２アーム１５が、第１軸に直交する１軸（以下、第２軸と呼ぶ）に沿って移動可能に設けられる。第２アーム１５には第２軸に水平に直交する１軸（以下、第３軸と呼ぶ）に沿って移動可能に第３アーム１７が設けられる。第３アーム１７には穿刺針２が軸心に沿って移動可能に設けられる。
【００１０】
図２に示すように、Ｘ線ＣＴ装置３は、架台３１と寝台３３とを有する、架台３１は、Ｘ線管とＸ線検出器とを回転可能に支持する回転フレームを収容する。Ｘ線管はＸ線を発生する。Ｘ線検出器は被検体を透過したＸ線を検出する。Ｘ線検出器にはデータ収集回路が接続されている。データ収集回路はＸ線検出器からの出力信号を投影データに変換する。投影データは図示しないコンソールに伝送される。コンソールは投影データに基づいて患者のＣＴ画像を再構成する。寝台３３は床面に設置された基台３４を有する。基台３４は天板３５をスライド可能に支持する。
【００１１】
図３は、穿刺計画装置５の構成を示す図である。穿刺計画装置５は、穿刺術に関する穿刺計画を作成するコンピュータである。穿刺計画は、被検体体内における穿刺針の移動経路（以下、穿刺経路と呼ぶ）と穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画との総称である。
【００１２】
図３に示すように、穿刺計画装置５は、処理回路５１、記憶回路５２、ディスプレイ５３、入力インタフェース５４及び通信インタフェース５５を有する。処理回路５１、記憶回路５２、ディスプレイ５３、入力インタフェース５４及び通信インタフェース５５は、互いにバスを介して通信可能に接続されている。
【００１３】
処理回路５１は、ハードウェア資源として、（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphical Processing Unit）等のプロセッサを有する。処理回路５１は、穿刺計画の作成に関するプログラム（以下、穿刺計画作成プログラムと呼ぶ）を実行し、穿刺経路決定機能５１１、動作計画決定機能５１２、穿刺術指標算出機能５１３及び表示制御機能５１４のうちの少なくとも一の機能を実現する。
【００１４】
穿刺経路決定機能５１１において処理回路５１は、被検体に関する医用画像を利用して穿刺針２の刺入位置から穿刺対象位置への穿刺経路を決定する。当該医用画像としては、例えば、Ｘ線ＣＴ装置３により収集されたＣＴ画像が用いられる。
【００１５】
動作計画決定機能５１２において処理回路５１は、穿刺経路と穿刺ロボット１の稼働制限範囲とＸ線ＣＴ装置３の稼働制限範囲とに基づいて、被検体のための穿刺術における穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とを決定する。
【００１６】
穿刺術指標算出機能５１３において処理回路５１は、穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とに基づいて穿刺術指標の指標値を算出する。穿刺術指標は、穿刺術を評価するための種々の指標である。例えば、穿刺術指標としては、穿刺術の総時間の予測値（以下、予測総時間と呼ぶ）やＸ線ＣＴ装置３による被検体への被曝量の予測値（以下、予測被曝量と呼ぶ）等がある。
【００１７】
表示制御機能５１４において処理回路５１は、ＣＴ画像や穿刺経路、穿刺ロボット１の動作計画、Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画、穿刺計画に関する表示画面等の種々の情報をディスプレイ５３に表示する。
【００１８】
記憶回路５２は、種々の情報を記憶するＲＡＭやＲＯＭ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。例えば、記憶回路５２は、ＣＴ画像や穿刺経路、穿刺ロボット１の動作計画、Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画、穿刺計画プログラム等を記憶する。ハードウェアとして記憶回路５２は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記録媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。
【００１９】
ディスプレイ５３は、種々の情報を表示する。ディスプレイ５３は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【００２０】
入力インタフェース５４は、入力機器を介して受け付けた医師等のユーザからの各種指令を入力する。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。入力インタフェース５４は、入力機器からの出力信号を、バスを介して処理回路５１に供給する。
【００２１】
通信インタフェース５５は、図示しない有線又は無線を介して、穿刺ロボット１やＸ線ＣＴ装置３、制御指示器７等との間でデータ通信を行う。
【００２２】
図１に示すように、制御指示器７は、穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３との稼働を指示するための機器である。制御指示器７は、医師等のユーザにより穿刺術中において使用される。例えば、制御指示器７は、穿刺ロボット１による穿刺針２の移動とＸ線ＣＴ装置３によるＣＴ撮像との双方を一操作で指示する事が可能に構成される。
【００２３】
以下、本実施形態に係る穿刺制御システム１００による穿刺計画の作成について説明する。
【００２４】
図４は、穿刺制御システム１００による穿刺計画の作成の典型的な流れを示す図である。穿刺計画の作成は、例えば、穿刺術の実施の直前に行われる。図４に示すように、まず、Ｘ線ＣＴ装置１は、被検体である患者をＣＴ撮影する（ステップＳＡ１）。ステップＳＡ１のＣＴ撮影の撮影範囲には穿刺針２による穿刺対象が含まれる。ＣＴ撮影によりＸ線ＣＴ装置１は、患者の穿刺対象が描出されるＣＴ画像を生成する。ＣＴ画像は、Ｘ線ＣＴ装置１により穿刺計画装置５に伝送される。
【００２５】
ステップＳＡ１が行われると穿刺計画装置５の処理回路５１は、表示制御機能５１４によりＣＴ画像をディスプレイ５３に表示する（ステップＳＡ２）。
【００２６】
ステップＳＡ２が行われると処理回路５１は、穿刺経路決定機能５１１により、ステップＳＡ２において表示されたＣＴ画像に基づいて穿刺経路を決定する（ステップＳＡ２）。
【００２７】
図５は、ステップＳＡ３において決定される穿刺経路ＩＰＰを示す図である。図５に示すように、ステップＳＡ２において表示されるＣＴ画像ＩＣ１は、患者の体内に関する画像領域（以下、患者体内領域ＩＲ１と呼ぶ）と患者の体表に関する画像領域（以下、患者体表領域ＩＲ２と呼ぶ）とを含む。患者体内領域に穿刺対象位置ＩＰ１が設定される。穿刺対象は、例えば、悪性腫瘍が疑われる候補領域である。穿刺対象位置ＩＰ１は、処理回路５１による画像処理により抽出されても良いし、医師により入力インタフェース５４を介して指定されても良い。
【００２８】
次に患者体表領域ＩＲ２に刺入位置ＩＰ２が設定される。刺入位置ＩＰ２は、患者体表領域ＩＲ２上の点であって、穿刺対象位置ＩＰ１に対して所定の位置関係にある点に設定される。例えば、患者の体表に対して垂直に穿刺針２を刺す計画の場合、刺入位置ＩＰ２は、患者体表領域ＩＲ２に垂直に交差し穿刺対象位置ＩＰ１を通る直線が患者体表領域ＩＲ２に交差する点に設定される。例えば、患者の体表に対して３０度傾けて穿刺針２を刺す計画の場合、刺入位置ＩＰ２は、患者体表領域ＩＲ２に３０度で交差し穿刺対象位置ＩＰ１を通る直線が患者体表領域ＩＲ２に交差する点に設定される。刺入位置ＩＰ２は、処理回路５１により計算されても良いし、医師により入力インタフェース５４を介して指定されても良い。
【００２９】
次にデフォルト刺入位置ＩＰ３が設定される。デフォルト刺入位置ＩＰ３は、刺入位置ＩＰ２と穿刺対象位置ＩＰ１とを結ぶ直線の延長線上にあって刺入位置ＩＰ２から所定距離だけ患者体表領域ＩＲ２から離れた点に設定される。デフォルト刺入位置ＩＰ３は、穿刺針２による患者への刺入動作の開始点である。所定距離は、任意の値で良いが、例えば、１ｃｍ程度に設定される。穿刺対象が悪性腫瘍候補領域である場合、デフォルト刺入位置ＩＰ３は、例えば、患者体外の上側皮膚表面から１ｃｍ離れた位置に設定される。デフォルト刺入位置ＩＰ３は、処理回路５１により計算されても良いし、医師により入力インタフェース５４を介して指定されても良い。デフォルト刺入位置ＩＰ３と穿刺対象位置ＩＰ１とを結ぶ直線状の領域が穿刺経路ＩＰＰに設定される。
【００３０】
ステップＳＡ３が行われると処理回路５１は、動作計画決定機能５１２により、穿刺ロボット１の動作計画を決定する（ステップＳＡ４）。穿刺ロボット１の動作計画は、穿刺ロボット１による穿刺針２の刺入位置又はデフォルト刺入位置までの移動経路及び移動時間と、穿刺ロボット１による穿刺針２の刺入位置又はデフォルト刺入位置から穿刺対象位置までの移動経路及び移動時間とを含む。処理回路５１は、Ｘ線ＣＴ装置３の初期位置とＸ線ＣＴ装置３の稼働制限範囲とに基づいて、初期位置に配置されたＸ線ＣＴ装置３に穿刺針２と穿刺ロボット１とが干渉しない条件の下で穿刺ロボット１の動作計画を決定する。穿刺ロボット１の動作計画は、穿刺制御システム１００を模擬するグラフィックモデルを用いた動作シミュレーションにより決定される。
【００３１】
図６は、ステップＳＡ４において行われる穿刺ロボット１の動作計画の決定処理を模式的に示す図である。図６に示すように、Ｘ線ＣＴ装置３の形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、架台モデルと呼ぶ）ＭＣ１、穿刺ロボット１の形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、穿刺ロボットモデルと呼ぶ）ＭＲ１、穿刺針２の形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、穿刺針モデルと呼ぶ）ＭＰＮ、患者の形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、患者モデルと呼ぶ）ＭＰ１、寝台の形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、寝台モデルと呼ぶ）ＭＢ１が、穿刺計画ツールの三次元画像処理空間に配置される。架台モデルＭＣ１、患者モデルＭＰ１及び寝台モデルＭＢ１は、例えば、ホームポジションに配置される。
【００３２】
図６に示すように、穿刺ロボットモデルＭＲ１は、基台の形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、基台モデルと呼ぶ）ＭＲ２、第１アームの形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、第１アームモデルと呼ぶ）ＭＲ３、第２アームの形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、第２アームモデルと呼ぶ）ＭＲ４、第３アームの形態を模擬する３次元のグラフィックモデル（以下、第３アームモデルと呼ぶ）ＭＲ５等により構築される。
【００３３】
図６に示すように、初期的には、穿刺ロボットモデルＭＲ１は、ホームポジションに配置され且つ初期姿勢をとっている。処理回路５１は、穿刺ロボットモデルＭＲ１を、ホームポジション且つ初期姿勢から、穿刺針モデルＭＰＮの先端位置がデフォルト刺入位置ＭＰ２に配置される位置及び姿勢に移行する最短の移動経路を探索する。この際、処理回路５１は、穿刺ロボットモデルＭＲ１が架台モデルＭＣ１と患者モデルＭＰ１と寝台モデルＭＢ１とに干渉しないように最短経路を決定する。架台モデルＭＣ１の存在範囲に、マージンとして稼働制限範囲ＭＣ２が加えられても良い。これにより、Ｘ線ＣＴ装置３の稼働を加味した最短経路を決定することが可能になる。そして穿刺ロボット１の動作速度と同一速度で最短経路に沿って穿刺ロボットモデルＭＲ１を動かすことにより、移動時間を算出する。
【００３４】
次に処理回路５１は、穿刺針モデルＭＰＮの先端がデフォルト刺入位置から穿刺対象位置まで穿刺経路に沿って移動するように穿刺ロボットモデルＭＲ１を動かす。この際、穿刺ロボットモデルＭＲ１がＸ線ＣＴ装置３の撮像面に最小限の範囲のみ浸入する条件で穿刺ロボットモデルＭＲ１が移動される。これにより穿刺針モデルＭＰＮの先端がデフォルト刺入位置から穿刺対象位置まで移動する際の、穿刺ロボットモデルＭＲ１の最短の移動経路が決定される。次に処理回路５１は、穿刺ロボットモデルＭＲ１を最短経路に沿って穿刺ロボット１の動作速度と同一速度で動かす。これにより処理回路５１は、穿刺ロボットモデルＭＲ１又は穿刺針モデルＭＰＮの移動時間を算出する。
【００３５】
ステップＳＡ４が行われると処理回路５１は、動作計画決定機能５１２により、Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画を決定する（ステップＳＡ５）。Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画は、架台３１の撮影位置までの移動経路及び移動時間を含む。処理回路５１は、患者の存在範囲と穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の初期位置とＸ線ＣＴ装置３の稼働制限範囲とに基づいて、患者と穿刺ロボット１の動作計画に従い移動する穿刺針２及び穿刺ロボット１とにＸ線ＣＴ装置３が干渉しない条件の下でＸ線ＣＴ装置３の動作計画を決定する。Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画は、穿刺ロボット１の動作計画と同様、グラフィックモデルを用いた動作シミュレーションにより決定される。
【００３６】
図７は、ステップＳＡ５において行われるＸ線ＣＴ装置３の動作計画の決定処理を模式的に示す図である。架台モデルＭＣ１は、ホームポジション及び初期姿勢から撮影位置及び撮影姿勢に移動される。穿刺ロボットモデルＭＲ１、患者モデルＭＰ１及び寝台モデルＭＢ１の移動経路に沿う各位置についてモデルＭＲ１、ＭＰ１及びＭＢ１に干渉しないような架台モデルＭＣ１の位置が算出される。この際、Ｘ線ＣＴ装置３の稼働制限範囲ＭＣ２、寝台モデルＭＢ１の稼働制限範囲及び穿刺ロボット１の稼働制限範囲ＭＲ６を加味して、架台モデルＭＣ１がモデルＭＲ１、ＭＰ１及びＭＢ１に干渉しないようなモデルＭＣ１の位置が算出されると良い。稼働制限範囲を加味することにより、より干渉の危険性の小さい経路を決定することができる。そしてＸ線ＣＴ装置３の動作速度と同一速度で最短経路に沿って架台モデルＭＣ１を動かすことにより、移動時間を算出する。
【００３７】
次に処理回路５１は、Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画として、Ｘ線ＣＴ装置３の撮影条件を決定しても良い。撮影条件としては、例えば、ＦＯＶ（Field Of View：撮像視野）の大きさや撮影範囲、チルト角が決定される。また、処理回路５１は、Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画として、Ｘ線ＣＴ装置３に含まれる寝台に載置された患者の撮像部位をＦＯＶの中心へ移動するための当該寝台の移動経路及び移動時間を決定しても良い。寝台の移動経路及び移動時間も寝台モデルＭＢ１を移動することにより決定可能である。
【００３８】
ステップＳＡ５が行われると処理回路５１は、穿刺術指標算出機能５１３により、穿刺術指標の予測値を算出する（ステップＳＡ６）。より詳細には、処理回路５１は、穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とに基づいて穿刺術指標の予測値を算出する。穿刺術指標としては予測総時間と予測被曝量とがある。例えば、処理回路５１は、穿刺ロボット１の動作計画に含まれる移動時間とＸ線ＣＴ装置３の動作計画に含まれる移動時間とその他の所定時間とを合計することにより予測総時間を計算する。所定時間としては、穿刺針２による細胞収集時間や穿刺針２を体内から引き抜く時間、穿刺ロボット１やＸ線ＣＴ装置３を刺入位置や撮影位置からホームポジションに戻すまでの時間等が挙げられる。また、処理回路５１は、Ｘ線ＣＴ装置３による撮影時間とＸ線条件（管電流、管電圧及び曝射時間）とに基づいて予測被曝量を算出する。
【００３９】
ステップＳＡ６が行われると処理回路５１は、表示制御機能５１４により、穿刺計画をディスプレイ５３に表示する（ステップＳＡ７）。具体的には、処理回路５１は、ステップＳＡ３において決定された穿刺経路、ステップＳＡ４において決定された穿刺ロボット１の動作計画、ステップＳＡ５において決定されたＸ線ＣＴ装置３の動作計画及びステップＳＡ６において算出された穿刺術指標の予測値をディスプレイ５３に表示する。
【００４０】
図８は、ステップＳＡ７においてディスプレイ５３に表示される、穿刺計画表示画像ＩＰＮを含む表示画面ＩＳ１の一例を示す図である。表示画面ＩＳ１は、医師により確認される。表示画面ＩＳ１には穿刺計画表示画像ＩＰＮと穿刺術指標表示欄ＩＳＲとが含まれる。穿刺計画表示画像ＩＰＮには、架台モデルＭＣ、穿刺ロボットモデルＭＲ、患者モデルＭＰ及び寝台モデルＭＢが描出される。例えば、処理回路５１は、穿刺計画のための三次元画像処理空間に配置された架台モデルＭＣ、穿刺ロボットモデルＭＲ、患者モデルＭＰ及び寝台モデルＭＢにレンダリング処理を施して、任意の視点に関する穿刺計画表示画像ＩＰＮに変換する。処理回路５１は、穿刺計画表示画像ＩＰＮにおいて、ステップＳＡ４において決定された穿刺ロボット１の動作計画とステップＳＡ５において決定されたＸ線ＣＴ装置３の動作計画とに従い、架台モデルＭＣ、穿刺ロボットモデルＭＲ、患者モデルＭＰ及び寝台モデルＭＢを移動する。このように架台モデルＭＣ、穿刺ロボットモデルＭＲ、患者モデルＭＰ及び寝台モデルＭＢを動画表示することにより医師は、患者、穿刺針２、穿刺ロボット１、架台３１及び寝台３３が穿刺術において如何に動くのかを視覚的に把握することができる。また、患者へどのように穿刺針２が入っていくか、細胞収集後にどのようにホームポジションに穿刺針２と穿刺ロボット１とが戻るのかも把握することができる。
【００４１】
図８に示すように、表示画面ＩＳ１の穿刺術指標表示欄ＩＳＲには予測被曝量の表示欄ＩＳＲ１と予測総時間の表示欄ＩＳＲ２とが設けられる。表示欄ＩＳＲ１にはステップＳＡ６において計算された予測被曝量が表示され、表示欄ＩＳＲ２にはステップＳＡ６において計算された予測総時間が表示される。予測被曝量や予測総時間が表示されることにより医師は、穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とが適切か否かを判断することができる。
【００４２】
なお、表示画面ＩＳ１には、他の情報が表示されても良い。例えば、架台モデルＭＣ、穿刺ロボットモデルＭＲ、患者モデルＭＰ及び寝台モデルＭＢの移動開始からの経過時間が表示されても良い。また、架台モデルＭＣ、穿刺ロボットモデルＭＲ、患者モデルＭＰ及び寝台モデルＭＢ間の干渉の危険性が高い場合、警告を表示しても良い。例えば、患者と架台とが近接している場合、患者の呼吸動により患者と架台とが干渉するおそれがある。このように患者の呼吸動を考慮すると患者と架台とが干渉するおそれがある場合、表示画面ＩＳ１に警告が表示されると良い。また、アーチファクトが許容できない場合、撮影範囲を広げたり、チルト撮影を推奨する等の表示が行われても良い。
【００４３】
穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とに問題等がある場合、医師は、入力インタフェース５４を介して、穿刺経路や穿刺ロボット１の動作計画、Ｘ線ＣＴ装置３の動作計画、患者の位置等を任意に修正可能である。確定後の穿刺ロボット１の動作計画は穿刺ロボット１に供給され、確定後のＸ線ＣＴ装置３の動作計画はＸ線ＣＴ装置３に供給される。
【００４４】
ステップＳＡ７が行われると穿刺制御システム１００による穿刺計画の作成の処理が終了する。
【００４５】
次に、穿刺制御システム１００による穿刺術が行われる。
【００４６】
図９は、穿刺制御システム１００による穿刺術の動作の典型的な流れを示す図である。図９の処理は、図４の処理が終了すると開始される。穿刺制御システム１００による穿刺術においては制御指示器７を用いて穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とに指示がなされる。
【００４７】
図１０は、制御指示器７の一例を示す図である。図１０に示すように、制御指示器７は、稼働ボタン９１と曝射ボタン９３とを有する。稼働ボタン９１と曝射ボタン９３とはデッドマンスイッチである。
【００４８】
図１１は、稼働ボタン９１による穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３との制御指示を模式的に示す図である。図１１に示すように、稼働ボタン９１は、穿刺ロボット１の第１アーム、第２アーム及び第３アームの移動とＸ線ＣＴ装置３の移動との双方を一操作で指示するボタンである。稼働ボタン９１が押下されている間、制御指示器７は、移動を指示する旨の電気信号（以下、移動信号と呼ぶ）を穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３の架台３１とに繰り返し供給する。移動信号が供給されている間、穿刺ロボット１は、動作計画に従い初期位置からデフォルト刺入位置まで穿刺針２を移動させる。移動信号が供給されている間、Ｘ線ＣＴ装置３の架台３１と寝台３３とは動作計画に従いホームポジションから撮影位置まで移動する。なお寝台３３は架台３１の制御に従い移動する。稼働ボタン９１が解放された場合、制御指示器７は、移動の停止を指示する旨の電気信号（以下、移動停止信号と呼ぶ）を穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３の架台３１とに供給する。移動停止信号が供給された場合、架台３１と寝台３３と穿刺ロボット１とは移動を停止する。
【００４９】
図１２は、曝射ボタン９３による穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３との制御指示を模式的に示す図である。図１２に示すように、曝射ボタン９３は、穿刺ロボット１による穿刺針２の移動とＸ線ＣＴ装置３によるＸ線曝射との双方を一操作で指示するボタンである。曝射ボタン９３が押下されている間、制御指示器７は、Ｘ線曝射を指示する旨の電気信号（以下、Ｘ線曝射信号と呼ぶ）を穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３の架台３１とに繰り返し供給する。Ｘ線曝射信号が供給されている間、穿刺ロボット１は、動作計画に従いデフォルト刺入位置から穿刺対象位置まで穿刺針２を刺入させる。Ｘ線曝射信号が供給されている間、Ｘ線ＣＴ装置３の架台３１は動作計画に従いＸ線曝射、すなわち、ＣＴ撮影を行う。曝射ボタン９３が解放された場合、制御指示器７は、Ｘ線曝射の停止を指示する旨の電気信号（以下、曝射停止信号と呼ぶ）を穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３の架台３１とに供給する。曝射停止信号が供給された場合、架台３１はＸ線曝射（ＣＴ撮影）を停止する。
【００５０】
図９に示すように、制御指示器７は、稼働ボタン９１が押下されることを待機する（ステップＳＢ１）。例えば、医師は、ステップＳＡ７において表示される穿刺計画表示画像ＩＰＮを観察し、穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とに問題がないと判断した場合、稼働ボタン９１を押下する（ステップＳＢ１：Ｙｅｓ）。なお、穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とが確定された場合、稼働ボタン９１がＬＥＤランプ等により点灯しても良い。
【００５１】
稼働ボタン９１が押下されている間（ステップＳＢ１：Ｙｅｓ）、図１１に示すように、移動信号が穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とに繰り返し供給され、穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とが移動する。移動信号が供給されている間、穿刺ロボット１は、初期位置からデフォルト刺入位置まで穿刺針２を移動させるために動作計画に従い移動する。移動信号が供給されている間、Ｘ線ＣＴ装置３の架台３１と寝台３３とは動作計画に従いホームポジションから撮影位置まで移動する。
【００５２】
稼働ボタン９１が押下されている間、穿刺ロボット１は、穿刺針２がデフォルト刺入位置に到達することを待機している（ステップＳＢ３）。穿刺ロボット１は、穿刺針２がデフォルト刺入位置に到達すると判断した場合（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）、移動を停止する。その後、医師は、実際の位置関係を目視で確認する。
【００５３】
穿刺針２がデフォルト刺入位置に到達すると判断した場合（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）、穿刺ロボット１は、その旨の電気信号（以下、到達信号と呼ぶ）を制御指示器７に供給する。到達信号の供給を受けた場合、制御指示器７は、曝射ボタン９３の押下を受け付ける（ステップＳＢ４）。押下の受け付け状態であることを医師に把握させるため、ＬＥＤランプ等により曝射ボタン９３が点滅されても良い。そして曝射ボタン９３が押下されている場合、制御指示器７は、図１２に示すように、Ｘ線曝射信号を穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３の架台３１とに繰り返し供給し、Ｘ線ＣＴ装置３によるＣＴ撮影と穿刺ロボット１による穿刺針２の刺入とが開始される（ステップＳＢ５）。
【００５４】
より詳細には、Ｘ線曝射信号が供給されている間、穿刺ロボット１は、動作計画に従いデフォルト刺入位置から穿刺対象位置まで穿刺針２を刺入させる。Ｘ線曝射信号が供給されている間、Ｘ線ＣＴ装置３の架台３１は動作計画に従いＣＴ撮影を行う。撮影範囲には穿刺針２が入り込んでいる。ＣＴ撮影が行われた場合、一旦、医師は、曝射ボタン９３を解放する。
【００５５】
ＣＴ撮影により収集されたＣＴ画像は、例えば、穿刺計画装置５に伝送され、手術室に設置されたディスプレイ等にリアルタイムで表示される。ＣＴ画像には穿刺針が描出される。医師は、ＣＴ画像に穿刺針を認めることで、穿刺針が撮影断面に正しく入っていることを確認することができる。また、穿刺針２の長さが十分足りているかも確認することができる。なお、穿刺針２の長さの確認は処理回路５１が行っても良い。例えば、処理回路５１は、ＣＴ画像を画像処理して、刺入可能な穿刺針２の軸心方向の長さを計測する。具体的には、処理回路５１は、ＣＴ画像に画像処理を施して穿刺針に対応する画像領域（以下、穿刺針領域と呼ぶ）を抽出し、穿刺針領域の軸心方向の画素数を計数し、画素数に単位画素の実測長さを乗じることにより、刺入可能な穿刺針２の軸心方向の長さを計測する。処理回路５１は、計測された穿刺針２の長さを、予め規定された必要長さに対して比較する。計測された穿刺針２の長さが必要長さに比して短い場合、処理回路５１は、警告をディスプレイ５３に表示する。なお処理回路５１は、穿刺針２の本来の長さと第３アームが把持している穿刺針２の位置と穿刺ロボット１の姿勢とに基づいて、刺入可能な穿刺針２の軸心方向の長さを計測しても良い。
【００５６】
医師は、問題ないと判断した場合、再び曝射ボタン９３を押下する。曝射ボタン９３が押下されている場合、制御指示器７は、図１２に示すように、Ｘ線曝射信号を穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３の架台３１とに繰り返し供給する。これにより、Ｘ線ＣＴ装置３によるＣＴ撮影と穿刺ロボット１による穿刺針２の刺入とが再開される。Ｘ線曝射信号が供給されている間、穿刺ロボット１は、動作計画に従い穿刺対象位置に向かい穿刺針２を刺入させ、Ｘ線ＣＴ装置３の架台３１は動作計画に従い一定間隔又は連続的にＣＴ撮影を行う。なお、穿刺針２が患者の皮膚に入るまでの期間においてＸ線ＣＴ装置３は、患者のＦＯＶ全体をＣＴ撮影する。穿刺針２が皮膚に入った後の期間においてＸ線ＣＴ装置３は、穿刺対象位置と穿刺針２の先端との間に限定してＣＴ撮影をしても良い、穿刺針２が皮膚に入った後の期間においては０．１秒間隔でＣＴ撮影及び画像更新が行われると良い。これにより、患者の被曝量を低減しつつ穿刺針２の針先を略リアルタイムで観察することができる。
【００５７】
穿刺ロボット１は、穿刺針２の先端が穿刺対象位置の所定距離手間の位置に到達したと判断すると、穿刺針２の移動速度を低下させる。この状況下において医師は、いつでも曝射ボタン９３を解放できる状態である。
【００５８】
制御指示器７は、曝射ボタン９３が解放されることを待機する（ステップＳＢ６）。医師はＣＴ画像を観察しながら曝射ボタン９３を押下し続け、穿刺針２の先端が穿刺対象位置に到達したとき曝射ボタン９３から手を離す。
【００５９】
曝射ボタン９３が解放された場合（ステップＳＢ６：Ｙｅｓ）、穿刺ロボット１による穿刺針２の刺入が停止され、Ｘ線ＣＴ装置３によるＣＴ撮影も停止する。
【００６０】
その後、穿刺針２により細胞が収集される（ステップＳＢ７）。例えば、医師は、穿刺針２に設けられた収集ボタンを押下する。収集ボタンが押下された場合、穿刺針２に収容された鉤針を穿刺針２の先端部から出し、鉤針により細胞を収集し、鉤針を再び穿刺針２に収容する。
【００６１】
その後、医師が稼働ボタン９１を押下している間、穿刺ロボット１は動作計画に従い穿刺針２を患者から引き抜き（ステップＳＢ８）、穿刺針２の引き抜き後、穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とは動作計画に従いホームポジションに戻る（ステップＳＢ９）。
【００６２】
これにより、穿刺制御システム１００による穿刺術が終了する。
【００６３】
なお、上記の穿刺術の動作の流れは一例であり、これに限定されない。例えば、上記実施例において穿刺術は、図４の穿刺計画の直後に行われるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。図９の穿刺術は、穿刺計画の後段に行われるのであれば、穿刺計画から数時間後又は数日後等に行われても良い。
【００６４】
また、上記実施例において穿刺ロボット１及びＸ線ＣＴ装置３への移動指示やＸ線曝射指示は制御指示器７により行われるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置３への移動指示やＸ線曝射指示は、Ｘ線ＣＴ装置３が備える既存のスイッチにより行われても良いし、寝台に設けられたフットスイッチにより行われても良い。
【００６５】
上記の通り、本実施形態に係る穿刺計画装置５は、少なくとも処理回路５１を有する。処理回路５１は、少なくとも穿刺経路決定機能５１１と動作計画決定機能５１２とを実現する。穿刺経路決定機能５１１により処理回路５１は、被検体に関する医用画像を利用して穿刺針２の刺入位置から穿刺対象位置への穿刺経路を決定する。動作計画決定機能５１２により処理回路５１は、穿刺経路と穿刺針２を移動する穿刺ロボット１の稼働制限範囲とＸ線ＣＴ装置３の稼働制限範囲とに基づいて、被検体のための穿刺術における穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とを決定する。
【００６６】
上記の構成によれば、穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とが互いに干渉しないように穿刺ロボット１の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とを決定することができる。この動作計画に従い穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とを動作させることにより、互いに干渉することなく自動的又は半自動的に穿刺術を完遂することができる。これにより医師による穿刺術の作業時間を、穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とを独立に稼働していた従来に比して、減少させることができる。
【００６７】
なお、上記の実施形態において穿刺計画装置５は穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３とから独立したコンピュータであるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、穿刺計画装置５の穿刺経路決定機能５１１、動作計画決定機能５１２、穿刺術指標算出機能５１３及び表示制御機能５１４は、穿刺ロボット１とＸ線ＣＴ装置３との一方又は双方に実装されても良い。
【００６８】
また、本実施形態に係る穿刺ロボット１が把持するのは穿刺針２であるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。穿刺ロボット１が把持するのは、アブレーションカテーテルやクライオサージェリのメス、骨切開用の器具等の治療具を把持しても良い。すなわち、本実施形態に係る処理回路５１は、上記実施形態と同様の手法により、被検体に関する医用画像を利用して治療具の刺入位置から治療対象位置への経路を決定し、当該経路と治療具を移動する治療具移動装置の稼働制限範囲とＸ線ＣＴ装置３の稼働制限範囲とに基づいて、治療術式における当該移動装置の動作計画とＸ線ＣＴ装置３の動作計画とを決定することも可能である。
【００６９】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、穿刺ロボットと医用画像診断装置とを利用する穿刺術において医師の手術時間を削減することができる。
【００７０】
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ））、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、プログラムを実行するのではなく、論理回路の組合せにより当該プログラムに対応する機能を実現しても良い。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１及び図３における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
【００７１】
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。
【符号の説明】
【００７２】
１  穿刺針移動装置（穿刺ロボット）
２  穿刺針
３  医用画像診断装置
５  穿刺計画装置
７  制御指示器
１１  基台
１３  第１アーム
１５  第２アーム
１７  第３アーム
３１  架台
３３  寝台
３４  基台
３５  天板
５１  処理回路
５２  記憶回路
５３  ディスプレイ
５４  入力インタフェース
５５  通信インタフェース
９１  稼働ボタン
９３  曝射ボタン
１００  穿刺制御システム
５１１  穿刺経路決定機能
５１２  動作計画決定機能
５１３  穿刺術指標算出機能
５１４  表示制御機能
【図１】
2020039406.tif 000003
【図２】
2020039406.tif 000004
【図３】
2020039406.tif 000005
【図４】
2020039406.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020039406.tif 000009
【図８】
2020039406.tif 000010
【図９】
2020039406.tif 000011
【図１０】
2020039406.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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