JP7199761B2 - 穿刺支援システム、穿刺支援システムの作動方法およびプログラム - Google Patents
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Description
(項1)
生体組織内に穿刺される先端において少なくとも2つの電極が長手方向に配置されている電極針の前記電極に高周波を印加して、前記電極が位置する前記生体組織の電気インピーダンスを繰り返し測定する測定装置と、
繰り返し測定される前記電気インピーダンスの時間的な変化に基づいて、前記生体組織の種類を判別する判別装置と、
を備える、穿刺支援システム。
(項2)
前記判別装置は、所定の時間内における前記電気インピーダンスの時間平均値を算出し、算出した前記時間平均値を、前記生体組織の種類と前記時間平均値の参照値とが対応付けられているデータベースと照合することにより、前記生体組織の種類を判別する、項1に記載の穿刺支援システム。
(項3)
前記判別装置による判別結果に応じた報知を行う報知部をさらに備える、項2に記載の穿刺支援システム。
(項4)
前記報知部は、算出した前記時間平均値が、前記参照値を含む所定の値の範囲外である場合に、報知を行う、項3に記載の穿刺支援システム。
(項5)
前記判別装置は、所定の時間内における前記電気インピーダンスの変化量を算出し、算出した前記変化量が所定の値の範囲内である場合に、前記生体組織の種類が変化したと判別する、項1から4のいずれか一項に記載の穿刺支援システム。
(項6)
前記判別装置は、所定の時間内における前記電気インピーダンスの前記変化量を、
|EI2-EI1|/EI1 または |EI2-EI1|/EI2
に基づいて算出し、ここで、EI1は、前記電極針の先端に位置する前記生体組織の種類が第1の組織から第2の組織に変化する場合の、前記第1の組織の電気インピーダンスの測定値であり、EI2は、前記第2の組織の電気インピーダンスの測定値である、項5に記載の穿刺支援システム。
(項7)
前記判別装置は、前記電極が神経組織内に位置するか否かを判別する、項5または6に記載の穿刺支援システム。
(項8)
前記判別装置は、前記電極が筋と筋との間の生体組織に位置するか否かを判別する、項5または6に記載の穿刺支援システム。
(項9)
前記電極に電気パルスを印加して、前記生体組織を刺激する電気刺激発生装置をさらに備える、項7に記載の穿刺支援システム。
(項10)
前記電極針は中空であり、前記電極針を通じて前記電極が位置する前記生体組織に麻酔剤が注入される、項7に記載の穿刺支援システム。
(項11)
生体組織内に穿刺される先端において少なくとも2つの電極が長手方向に配置されている電極針の前記電極に高周波を印加して、前記電極が位置する前記生体組織の電気インピーダンスを繰り返し測定するステップと、
繰り返し測定される前記電気インピーダンスの時間的な変化に基づいて、前記生体組織の種類を判別するステップと、
を含む、穿刺支援方法。
(項12)
コンピュータに、
生体組織内に穿刺される先端において少なくとも2つの電極が長手方向に配置されている電極針の前記電極に高周波を印加して、前記電極が位置する前記生体組織の電気インピーダンスを繰り返し測定する機能と、
繰り返し測定される前記電気インピーダンスの時間的な変化に基づいて、前記生体組織の種類を判別する機能と、
を実現させるためのプログラム。
[発明の概略]
[穿刺支援システムの構成]
[判別装置の構成]
[処理手順]
ステップS12において、算出した時間平均値を、参照値データベース42内の参照値と照合する。電気インピーダンス41の時間平均値に関する参照値データベース42の一例を表1に示す。なお、表1~表4に示す値は、後述する実施例においてウサギを対象として測定および決定された値である。本実施形態では、説明の便宜上、ヒトに対しても実施例と同様の数値を適用することが可能であるとの想定で説明する。
ステップS17において、算出した変化量が所定の値(参照値)の範囲内であるか否かを判定する。算出した変化量と対比するための、電気インピーダンス41の変化量の参照値の一例を表2に示す。本実施形態では、表2に示す電気インピーダンス41の変化量の参照値は、参照値データベース42に記憶されており、照合のために適宜参照される。
[効果]
[他の実施形態]
[その他の形態]
[実施例1]
実験は、全身麻酔下で3匹のウサギ(3.06kg)に対して実施した。耳静脈を確保したうえで、プロポフォールを使用して麻酔を導入した。リドカイン浸潤後、気管切開術を実施し、人工呼吸管理を行った。全身麻酔はプロポフォールの持続注入により維持し、麻酔の深さはまぶたの反射により確認した。
研究集団は記述統計学を用いて記述した。統計分析は、Rソフトウェアバージョン2.10.1(R Foundation for Statistical Computing、オーストリア国)を用いて行った。Mann-WhitneyのU検定を行って、「神経内電気インピーダンス」と「神経外電気インピーダンス」の中央値相対電気インピーダンス変動を比較した。P値は両側であり、関連性がある場合は95%信頼区間を計算した。
図8は、坐骨神経の内外における電気インピーダンス値の平均値を示すグラフである。図9は、穿刺を行う間の電気インピーダンス値の時間変化を示すグラフである。
本実施例では、連続した電気インピーダンス値の測定を実行するために、周波数1kHz、振幅1Vの高周波を使用した。この設定は、臨床神経ブロック設定で使用されている設定と比較してはるかに低い設定である。また、針の前進中に電気インピーダンスの変化を検出するために、双極針を使用した。1msの増分で連続的に電気インピーダンスの変化を観察できる高周波を使用することによって、電極針が坐骨神経に入る直前に針先の前進を止めることを可能にし、それによって坐骨神経の著しい損傷を回避することを可能にした。それは、直接観察および凍結切片の観察の両方により、染色された局所麻酔薬が坐骨神経の表面に位置したことにより確認できた。
[実施例2]
実験は、上記した実施例1と同様に実施した。電気インピーダンス値(EI値)は、筋肉(内腹斜筋)と、2つの筋間(内腹斜筋と腹横筋との間の組織面)とにおいて測定した。電気インピーダンス値を100分の1秒ごとにビデオで記録し、ビデオを再生することによって、針が内腹斜筋内から内腹斜筋と腹横筋との間の組織面に達するまでの電気インピーダンス値の変化を記録した。電気インピーダンス値の測定は、3匹のウサギの腹部右側および左側で合計52回行った。
上記した実施例1と同様に実施した。Mann-WhitneyのU検定を行って、「筋肉内電気インピーダンス」と「組織面電気インピーダンス」の中央値相対電気インピーダンス変動を比較した。P値は両側であり、関連性がある場合は95%信頼区間を計算した。
図11は、内腹斜筋および組織面における電気インピーダンス値の平均値を示すグラフである。図12は、穿刺を行う間の電気インピーダンス値の時間変化を示すグラフである。
本実施例では、内腹斜筋の電気インピーダンス値が安定していることが確認された。また、内腹斜筋と側腹筋との間の組織面において電気インピーダンスが組織表面に変化していることが確認された。この違いは、針先の位置を検出するのに十分であり、そしてこの時点において実際に局所麻酔薬を注入した結果、局所麻酔が筋肉間に注射されたことを超音波画像および目視観察によって確認することが可能であった。外側腹部平面(TAP)ブロックは、感覚神経を麻酔するために設計された末梢神経ブロックであり、これは内腹斜筋と腹横筋との間を通る前腹壁を提供している。局所麻酔薬を筋肉間に正確に注入できるという事実は、電気インピーダンス値の測定によるTAPブロックの実行が十分に可能であることを示した。
[実施例3]
実験は、上記した実施例1と同様に実施した。実験は5匹のウサギのそれぞれに対して行われ、5匹のウサギすべてについて、電極針の先端の位置が坐骨神経外の組織である筋から坐骨神経内の組織である坐骨神経鞘に変化した際の、電気インピーダンスの測定値が得られた。
図14は、電極針の先端の位置が筋から坐骨神経鞘に変化した際の、電気インピーダンスの測定値の変化を示すグラフである。グラフの横軸は、電極針の先端が、坐骨神経内に入る直前の坐骨神経外の筋に位置したときの電気インピーダンスの測定値(単位:kΩ)である。このときの電気インピーダンスの測定値はEI@T1と表される。グラフの縦軸は、電極針の先端の位置が、坐骨神経内に入る直前の坐骨神経外の筋から坐骨神経鞘に変化した際の、電気インピーダンスの測定値の変化量(単位:kΩ)である。この電気インピーダンスの測定値の変化量は、|EI@T1-EI@T0|と表される。
・筋の電気インピーダンスの測定値EI@T1が高ければ、電気インピーダンスの測定値の変化量|EI@T1-EI@T0|も大きい。
・筋の電気インピーダンスの測定値EI@T1と、電気インピーダンスの測定値の変化量|EI@T1-EI@T0|との間には、正の相関(相関係数r=0.63)がある。
図14のグラフについて、グラフの横軸に示す値と縦軸に示す値との間に正の相関があることが示された。このことから、本実施例では、電極針の先端の位置が筋から坐骨神経鞘に変化する際に、筋の電気インピーダンスの測定値EI@T1が増加するにつれて、電気インピーダンスの測定値の変化量|EI@T1-EI@T0|も増加する傾向にあることが確認された。
2 判別装置
3 電極針
4 超音波プローブ
5 超音波診断装置
6 電気刺激発生装置
7 麻酔剤
9 生体組織
10 穿刺支援システム
11 データ処理手段
12 補助記憶装置
13 入力部
14 表示部
15 インタフェース(I/F)部
16 報知部
21 測定動作制御手段
22 判別手段
31 電極(内極針)
31A 内極針の端部
32 電極(外極針)
32A 外極針の端面
33,34 絶縁層
35 中空の空間
37,38 接続コード
41 電気インピーダンス
42 参照値データベース
43,44 判別結果
51 超音波画像
71 薬液チューブ
91 外腹斜筋
92 内腹斜筋
93 腹横筋
94 組織面
P 穿刺支援プログラム
T 標的組織
Claims (10)
- 生体組織内に穿刺される先端において少なくとも2つの電極が長手方向に配置されている電極針の前記電極に高周波を印加して、前記電極が位置する前記生体組織の電気インピーダンスを繰り返し測定する測定装置と、
繰り返し測定される前記電気インピーダンスの時間的な変化に基づいて、前記生体組織の種類を判別する判別装置と、
を備え、
前記判別装置は、所定の時間内における前記電気インピーダンスの変化量を、
|EI2-EI1|/EI1 または |EI2-EI1|/EI2に基づいて算出し、ここで、EI1は、前記電極針の先端に位置する前記生体組織の種類が第1の組織から第2の組織に変化する場合の、前記第1の組織の電気インピーダンスの測定値であり、EI2は、前記第2の組織の電気インピーダンスの測定値であり、算出した前記変化量が所定の値の範囲内である場合に、前記生体組織の種類が変化したと判別する、穿刺支援システム。 - 前記判別装置は、所定の時間内における前記電気インピーダンスの時間平均値を算出し、算出した前記時間平均値を、前記生体組織の種類と前記時間平均値の参照値とが対応付けられているデータベースと照合することにより、前記生体組織の種類を判別する、請求項1に記載の穿刺支援システム。
- 前記判別装置による判別結果に応じた報知を行う報知部をさらに備える、請求項2に記載の穿刺支援システム。
- 前記報知部は、算出した前記時間平均値が、前記参照値を含む所定の値の範囲外である場合に、報知を行う、請求項3に記載の穿刺支援システム。
- 前記判別装置は、前記電極が神経組織内に位置するか否かを判別する、請求項1に記載の穿刺支援システム。
- 前記判別装置は、前記電極が筋と筋との間の生体組織に位置するか否かを判別する、請求項1に記載の穿刺支援システム。
- 前記電極に電気パルスを印加して、前記生体組織を刺激する電気刺激発生装置をさらに備える、請求項5に記載の穿刺支援システム。
- 前記電極針は中空であり、前記電極針を通じて前記電極が位置する前記生体組織に麻酔剤が注入される、請求項5に記載の穿刺支援システム。
- 測定装置と判別装置とを備える穿刺支援システムの作動方法であって、
前記測定装置が、生体組織内に穿刺される先端において少なくとも2つの電極が長手方向に配置されている電極針の前記電極に高周波を印加して、前記電極が位置する前記生体組織の電気インピーダンスを繰り返し測定するステップと、
前記判別装置が、前記測定装置によって繰り返し測定される前記電気インピーダンスの時間的な変化に基づいて、前記生体組織の種類を判別するステップと、を含み、
前記判別するステップは、前記判別装置が、所定の時間内における前記電気インピーダンスの変化量を、
|EI2-EI1|/EI1 または |EI2-EI1|/EI2に基づいて算出し、ここで、EI1は、前記電極針の先端に位置する前記生体組織の種類が第1の組織から第2の組織に変化する場合の、前記第1の組織の電気インピーダンスの測定値であり、EI2は、前記第2の組織の電気インピーダンスの測定値であり、算出した前記変化量が所定の値の範囲内である場合に、前記生体組織の種類が変化したと判別するステップである、穿刺支援システムの作動方法。 - 生体組織内に穿刺される先端において少なくとも2つの電極が長手方向に配置されている電極針の前記電極に高周波を印加して、前記電極が位置する前記生体組織の電気インピーダンスを繰り返し測定する測定装置と、判別装置とを備える穿刺支援システムにおいて、
前記判別装置として動作するコンピュータに、
繰り返し測定される前記電気インピーダンスの時間的な変化に基づいて、前記生体組織の種類を判別する機能であり、所定の時間内における前記電気インピーダンスの変化量を、
|EI2-EI1|/EI1 または |EI2-EI1|/EI2に基づいて算出し、ここで、EI1は、前記電極針の先端に位置する前記生体組織の種類が第1の組織から第2の組織に変化する場合の、前記第1の組織の電気インピーダンスの測定値であり、EI2は、前記第2の組織の電気インピーダンスの測定値であり、算出した前記変化量が所定の値の範囲内である場合に、前記生体組織の種類が変化したと判別する機能、
を実現させるためのプログラム。
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