-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Erfindungsgebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Ultraschallsystem,
und genauer ein medizinisches Ultraschallsystem zum Erkennen eines
Zielgewebes durch Senden und Empfangen von Ultraschall und zum Errechnen
von Information bezüglich
der Position des erkannten Zielgewebes.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Diagnostische
Ultraschallvorrichtungen werden aktiv in medizinischer Diagnose
und Behandlung eingesetzt. Medizinische Verfahren, welche eine Vorrichtung
zur Ultraschalldiagnose zur Bestimmung der Position eines zu behandelnden
Gewebes benutzen, umfassen beispielsweise Strahlenbehandlung einschließlich Bestrahlung
von Krebstumoren.
-
Bei
Strahlenbehandlung wird intensive Strahlung auf karzinomatöses Gewebe
angewendet, um das Gewebe zu töten.
Da es wünschenswert
ist, die Bestrahlung von normalem Gewebe zu minimieren, wenn solch
eine Strahlenbehandlung durchgeführt
wird, ist es wichtig, dass die Position des Tumorgewebes präzise bestimmt
wird, um so die Strahlung genau auf das Tumorgewebe zu fokussieren.
Um die Tumorposition zu bestimmen, wird Bilddiagnose durch Mittel
aus Röntgenographie,
CT (Computertomographie) oder MRI (Kernspin-Resonanztomographie)
vor der Strahlenbehandlung ausgeführt, so dass die Position eines
tumorösen Gewebes
bestimmt wird, bevor die Position oder der Bereich der Bestrahlung
fest gelegt ist. Mit einem derartigen Verfahren kann jedoch genaue
Bestrahlung eines tumorösen
Gewebes nicht durchgeführt
werden, wenn die Position des tumorösen Gewebes aufgrund von, beispielsweise
Verlagerung der Position des Patienten oder dem Einfluss der Atmung,
bewegt wird.
-
Um
die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden, wird eine Strahlenbehandlung
vorgeschlagen, in der die Position eines Gewebes durch die Verwendung
einer Vorrichtung zur Ultraschalldiagnose bestimmt wird. Genauer
wird, bei diesem Verfahren Strahlung in Richtung eines tumorösen Gewebes
gerichtet, wobei die Position des Gewebes durch eine Vorrichtung
zur Ultraschalldiagnose ermittelt wird. Zum Beispiel offenbart das
veröffentlichte
japanische Patent, Publikationsnummer Hei 8-24263 eine Vorrichtung,
welche ein Ultraschallbild zur Stoßwellenbestrahlung verwendet.
-
Jedoch
leidet das oben genannte Verfahren ebenso an einem Problem. Insbesondere,
da herkömmliche
Vorrichtungen zur Ultraschalldiagnose Informationen bezüglich einer
Gewebeposition unter Verwendung einer Ultraschallsonde als Referenz
erhalten, kann es schwierig sein, geeignete Informationen bezüglich der Position
des Gewebes zu erhalten, abhängig
von den Gegebenheiten, in denen die Ultraschallsonde verwendet wird.
Zum Beispiel in dem Fall, in dem ein Arzt oder ein anderer Mediziner
eine Ultraschallsonde in seiner Hand hält, um so eine Bewegung eines
tumorösen
Gewebes auf einem Bildschirm der Vorrichtung zur Ultraschalldiagnose
zu detektieren, ist es nicht möglich,
festzustellen, ob die detektierte Bewegung durch eine Verlagerung
des Tumorgewebes selbst oder durch eine Verlagerung der Ultraschallsonde,
während
der Tumor ruhig bleibt, erzeugt wird, oder durch eine Kombination
solcher Bewegungen.
-
Da
Information bezüglich
der Gewebeposition, die durch herkömmliche Vorrichtungen zur Ultraschalldiagnose
erhalten wird, auf der Ultraschallsonde, welche wie oben beschrieben
als Referenz fungiert, basierend ist, hängt Information bezüglich der
Position des Zielgewebes von der Position der Ultraschallsonde ab.
-
WO
01/06917 offenbart ein Verfahren zum Feststellen der Position und
Orientierung einer Sonde innerhalb eines undurchsichtigen Körpers. Typischerweise
ist der undurchsichtige Körper
ein Patient, der einer medizinischen Prozedur unterzogen wird, und
die Sonde ist ein Katheter. Weiterhin ist die Sonde mit einem Transducer
ausgestattet, welchem möglich
ist, mit einem physikalischen Feld aktiv zu interagieren, entweder durch
Senden eines Signales in das Feld oder durch Empfangen von Signalen
aus diesem Feld.
-
Es
ist deswegen ein Vorteil der Erfindung, ein medizinisches Ultraschallsystem
vorzusehen, welches im Stande ist, geeignete Information bezüglich der
Gewebeposition auszugeben.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der zuvor genannten Probleme
des Standes der Technik konzipiert und bietet ein medizinisches
Ultraschallsystem mit einem Wellentransceiver zum Senden und Empfangen
von Ultraschall in Bezug auf einen Bereich, der ein Zielgewebe aufweist
und zum Ausgeben eines empfangenen Wellensignals; ersten relativen
Koordinatenverarbeitungsmitteln zum Ermitteln von ersten relativen
Koordinateninformationen des Zielgewebes, basierend auf dem empfangenen
Wellensignal, wobei der Wellentransceiver als ein Ursprung verwendet
wird; zweiten relativen Koordinatenverarbeitungsmitteln zum Ermitteln
von zweiten relativen Koordinateninformationen des Wellentransceivers,
wobei eine Referenzposition als ein Ursprung verwendet wird; und
kombinierten relativen Koordinatenverarbeitungsmitteln zum Ermitteln
von kombinierten relativen Koordinateninformationen des Zielgewebes,
basierend auf den ersten relativen Koordinateninformationen und
den zweiten relativen Koordinateninformationen, wobei die Referenzposition als
ein Ursprung verwendet wird, und zum Ausgeben der kombinierten relativen
Koordinateninformationen.
-
Mit
der oben genannten Anordnung können
die Koordinaten des Zielgewebes unabhängig von den Koordinaten des
Wellensenders/-empfängers bestimmt
werden, da die Koordinateninformation des Zielgewebes unter Verwenden
eines gewünschten
Referenzpunktes als ein Ursprung erhalten werden kann. Zum Beispiel
können
die Koordinaten des Zielgewebes, sogar wenn sich der Wellentransceiver
bewegt oder wenn die Koordinaten des Wellentransceivers nicht bekannt
sind, als relative Koordinaten in Bezug auf die bekannte Referenzposition
bestimmt werden. Bei der oben beschriebenen Anordnung kann jede
der ersten relativen Koordinateninformation und der zweiten relativen
Koordinateninformation zusammengefügte Informationen bezüglich einer
Vielzahl von Koordinatensystemen sein. Zum Beispiel kann die zweite
relative Koordinateninformation eine Koordinateninformation sein,
die durch Synthese der zweiten (ersten) relativen Koordinateninformation
und der zweiten (zweiten) relativen Koordinateninformation erhalten
wird. So ist es möglich,
die kombinierte relative Koordinateninformation aus drei oder mehr
Positionen von Koordinateninformationen inklusive der dritten relativen
Koordinateninformation, der vierten relativen Koordinateninformation,
und Ähnlichem
zu berechnen, basierend auf denselben Grundprinzipien, die zur Berechnung
der kombinierten relativen Koordinateninformation aus den ersten
und zweiten relativen Koordinateninformationen verwendet werden.
-
Bevorzugt
empfängt
und sendet der Wellentransceiver Ultraschall in Bezug auf einen
dreidimensionalen Bereich, welcher das Zielgewebe beinhaltet, und
jede der ersten relativen Koordinateninformation, der zweiten relativen
Koordinateninformation und der kombinierten relativen Koordinateninformation
sind dreidimensionale relative Koordinateninformationen. Bevorzugter
beinhaltet die zweite relative Koordinateninformation Positionsinformation
und Richtungsinformation des Wellentransceivers, wobei die Referenzposition
als Ursprung verwendet wird.
-
Bevorzugt
weist das oben beschriebene medizinische Ultraschallsystem ferner
einen Generator zum Erzeugen eines Messsignales, welcher an irgendeinem
Messursprung vorgesehen ist, dessen räum liche Orientierung zu der
Referenzposition und dem Wellentransceiver bekannt ist, und einen
Detektor zum Detektieren des Messsignals, welcher an dem anderen
Messursprung und dem Wellentransceiver vorgesehen ist, auf, und die
zweiten relativen Koordinatenverarbeitungsmittel ermitteln die zweite
relative Koordinateninformation des Wellentransceivers, basierend
auf dem Detektionsergebnis des Detektors, wobei die Referenzposition
als ein Ursprung verwendet wird. Bei einer derartigen Anordnung,
in der eine Koordinatenermittlungsanordnung ohne Kontakt durch einen
Generator und einen Detektor erreicht wird, ist die Bewegung des
Wellentransceivers während
der Koordinatenermittelung nicht begrenzt. Es ist anzumerken, dass
das Messsignal ein Signal ist, welches zum Messen der Koordinaten
von beispielsweise der Position des Wellentransceivers verwendet
wird. Bevorzugt ist der Generator ein magnetischer Feldgenerator
zum Erzeugen eines magnetischen Feldes und der Detektor ist ein
magnetischer Felddetektor zum Detektieren des magnetischen Feldes.
Mit dieser Anordnung ist es möglich,
da das magnetische Feld durch den magnetischen Felddetektor detektiert
werden kann, ohne dass es von einem menschlichen Körper blockiert
wird, die Genauigkeit bei der Berechnung der Koordinaten des Wellentransceivers
unabhängig
von der Körperposition
eines Arztes oder Untersuchenden aufrechtzuerhalten. Weiterhin können, da
magnetische Felder und Ultraschall nicht miteinander interagieren,
der Einfluss des magnetischen Feldes, das durch den magnetischen
Feldgenerator erzeugt wird, auf den Ultraschall des Wellentransceivers
oder der Einfluss des Ultraschalls auf die magnetischen Felder vernachlässigt werden.
-
Bevorzugterweise
berechnen die ersten relativen Koordinatenverarbeitungsmittel die
erste relative Koordinateninformation des Zielgewebes, wobei der
Wellentransceiver als ein Ursprung verwendet wird, basierend auf
Koordinateninformation, die durch einen Untersuchenden bestimmt
wurden, wobei ein Ultraschallbild verwendet wird, welches auf dem
empfangenen Wellensignal basierend ausgebildet ist.
-
Bevorzugt
weist das oben beschriebene medizinische Ultraschallsystem weiter
einen Halterungsmechanismus zum Halten des Wellentransceivers und
eine Messinformations-Verarbeitungseinheit zum Ausgeben von Messinformation
in Bezug auf den Wellentransceiver, welcher durch den Halterungsmechanismus
gehalten wird, auf, und die zweiten relativen Koordinatenverarbeitungsmittel
berechnen die zweite relative Koordinateninformation des Wellentransceivers,
basierend auf der Messinformation, wobei die Referenzposition als ein
Ursprung verwendet wird. Bevorzugter ist die Messinformation Koordinateninformation
des Wellentransceivers relativ zu einem Messursprung, dessen räumliche
Orientierung in Bezug auf die Referenzposition bekannt ist. Noch
bevorzugter ist der Halterungsmechanismus ein Gelenkroboter und
die Messinformation ist Information, die auf Längendaten und Winkeldaten jeder
beweglichen Sektion des Gelenkroboters basiert. Weiter bevorzugt
wird der Wellentransceiver in Kontakt mit der Körperoberfläche eines Patienten gebracht,
und der Halterungsmechanismus weist einen Drucksensor zum Messen
des Kontaktdruckes auf, welcher auf dem Patienten durch den Wellentransceiver
ausgeübt
wird, um den Kontaktdruck auf einen vorbestimmten Wert, basierend
auf der Ausgabe des Drucksensors, zu steuern.
-
Bevorzugt
weist das oben beschriebene medizinische Ultraschallsystem eine
Strahlungsquellenvorrichtung zum Ausführen von Bestrahlung mit Strahlung
auf, während
ein Ziel, basierend auf der kombinierten relativen Koordinateninformation
kontrolliert wird. Mit dieser Anordnung ist es möglich, durch derartiges Steuern
des Ziels, dass die Strahlung genau auf das Zielgewebe angewendet
wird, die Strahlung intensiv auf das Zielgewebe anzuwenden, während die
Bestrahlung von anderem Gewebe als dem Zielgewebe minimiert wird. So
kann der Tumor getötet
werden, während
die Bestrahlung von normalem Gewebe reduziert wird. Als Strahlung
können
elektromagnetische Strahlung wie Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung
und Partikelstrahlen wie Protonenstrahlen oder Deuteronstrahlen
verwendet werden.
-
Bevorzugt
steuert die Strahlenquellenvorrichtung die Richtung in Bezug auf
eine Bewegung des Zielgewebes, basierend auf der kombinierten relativen
Koordinateninformation. Mit dieser Anordnung ist es möglich, sogar
wenn oder sogar während
sich das Zielgewebe bewegt, Strahlung intensiv auf das Zielgewebe
anzuwenden, während
die Bestrahlung von anderem Gewebe als dem Zielgewebe durch das
Steuern des Ziels, so dass die Strahlung genau auf das Zielgewebe
angewendet wird, minimiert wird. So kann der Tumor getötet werden,
während
die Bestrahlung von normalem Gewebe reduziert wird.
-
Das
oben beschriebene medizinische Ultraschallsystem kann weiter eine
Punktierungsvorrichtung zum Steuern einer Punktierungsposition aufweisen,
basierend auf der kombinierten relativen Koordinateninformation.
Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, durch Einführen der
Punktierungsnadel während
eine Richtung so gesteuert wird, dass die Punktur auf das Zielgewebe
fokussiert ist, zu veranlassen, dass eine Punktierungsnadel das
Zielgewebe genau erreicht.
-
Weiterhin
ist in Bezug auf ein anderes Ziel der Erfindung, ein medizinisches
Ultraschallsystem vorgesehen mit einer Ultraschallsonde, welche
von einem Sondenhalterungsmechanismus gehalten wird, zum Ausgeben
von Positions- und Richtungsinformation und mit der Körperoberfläche eines
Patienten in Kontakt gebracht wird, wobei die Ultraschallsonde Ultraschall
in Bezug auf einen dreidimensionalen Bereich, welcher ein Zielgewebe
umfasst, sendet/empfängt;
einer Einrichtung zur Ultraschalldiagnose zum Erlangen von Echodaten
mit Hilfe der Ultraschallsonde über
jedes der Voxel, welche den dreidimensionalen Bereich ausbilden;
und einem Hostcontroller, welcher ein Voxel, basierend auf dem Echoniveau
der Echodaten auswählt,
welches dem Zielgewebe entspricht, welcher erste relative Koordinateninformationen
des Zielgewebes ermittelt, wobei die Ultraschallsonde als ein Ursprung
verwendet wird, welcher zweite relative Koordinateninformation der
Ultraschallsonde, basierend auf der Positions- und Richtungsinformation,
ermittelt, wobei eine Referenzposition als ein Ursprung verwendet
wird, und welcher kombinierte relative Koordinateninformationen
des Zielgewebes, basierend auf der ersten relativen Koordinateninformation
und der zweiten relativen Koordinateninformation ermittelt, wobei
die Referenzposition als ein Ursprung verwendet wird, und welcher
die kombinierte relative Koordinateninformation ausgibt.
-
Bevorzugt
weist das oben beschriebene medizinische Ultraschallsystem weiterhin
eine Strahlenquellenvorrichtung mit einem heilsamen Strahl auf,
zum Ausführen
von Bestrahlung mit einem heilsamen Strahl, während eine Richtung, basierend
auf den kombinierten relativen Koordinateninformationen in Bezug
auf eine Bewegung des Zielgewebes, gesteuert wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
-
Diese
und andere Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit beiliegenden Zeichnungen erklärt, worin:
-
1 ein
Diagramm ist, welches die Anordnung eines erfindungsgemäßen medizinischen
Ultraschallsystems zeigt;
-
2 ein
Diagramm ist, welches das Senden und Empfangen von Ultraschall in
Bezug auf einen dreidimensionalen Bereich zeigt;
-
3 ein
Diagramm ist, welches eine Beziehung zwischen Positionsvektoren
in der Erfindung zeigt;
-
4 ein
Diagramm ist, welches eine Beziehung zwischen Koordinatensystemen
in der Erfindung zeigt;
-
5 ein
Diagramm ist, welches ein heilsames Verfahren, das ein erfindungsgemäßes medizinisches Ultraschallsystem
verwendet, zeigt;
-
6 ein
Diagramm ist, welches die Anordnung eines medizinischen Ultraschallsystems
nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt;
-
7 ein
Diagramm ist, welches die Beziehung zwischen Positionsvektoren in
der Erfindung zeigt; und
-
8 ein
Diagramm ist, welches ein heilsames Verfahren, das ein erfindungsgemäßes medizinisches Ultraschallsystem
verwendet, zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
-
[Ausführungsform 1]
-
1 zeigt
die Gesamtanordnung eines medizinischen Ultraschallsystems nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung. Das medizinische Ultraschallsystem, das in 1 gezeigt
ist, besteht hauptsächlich aus
einer dreidimensionalen Sonde (dreidimensionale Echodaten aufnehmende
Sonde) 10, welche ein Wellentransceiver ist, einer diagnostischen
Ultraschalleinrichtung 12, einem magnetischen Feldgenerator 14,
einem magnetischen Felddetektor 16, einer Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18,
welche eine Strahlungsquelleneinrichtung ist, und einem Hostcontroller 20 mit
einem ersten relativen Koordinatenberechner, einem zweiten relativen
Koordinatenberechner und einem kombinierten relativen Koordinatenberechner.
-
Die
dreidimensionale Sonde 10 weist einen Array-Messwandler 22,
einen Antriebsmotor 24 zum Antreiben des Array-Messwandlers 22 und
einen Positionsdetektor 26 für den Messwandler, zum Detektieren
der Position des Array-Messwandlers 22, auf. Die dreidimensionale
Sonde 10 kann Ultraschall 28 in Bezug auf einen
dreidimensionalen Bereich senden und empfangen, dadurch dass der
Array-Messwandler 22, welcher Ultraschall 28 sendet
und empfängt,
von dem Antriebsmotor 24 zum Schwingen gebracht wird. Der
Array-Messwandler 22,
welcher durch den Antriebsmotor 24 in eine vorbestimmte
Position bewegt wird, führt
ein elektronisches Scannen aus, um eine Scanebene S zu bilden und
erhält
empfangene Wellendaten aus der Scanebene. Die empfangenen Wellendaten,
die so durch den Array-Messwandler 22 erhalten wurden und
die Transducer-Positionsdaten, die von dem Positionsdetektor 26 des
Trans ducers ermittelt wurden, werden an die diagnostische Ultraschalleinrichtung 12 ausgegeben.
Der Array-Messwandler 22 führt elektronisches Scannen zum
Senden und Empfangen von Ultraschall aus, wobei die Scanebene S
durch Oszillation des Array-Messwandlers 22 durch
den Antriebsmotor 24 bewegt wird, so dass Aussenden/Empfangen
von Ultraschall 28 über den
Raum der Scanebene ausgeführt
wird.
-
2 zeigt
Aussenden/Empfangen von Ultraschall 28 in Bezug auf den
dreidimensionalen Bereich. In 2 sendet
und empfängt
der Array-Messwandler 22 Ultraschall 28 in der
Tiefenrichtung r und in der elektronischen Scanrichtung θ um die
Scanebene S auszubilden. Anschließend wird der Array-Messwandler 22 in der
Oszillationsrichtung φ oszilliert,
um den Scanbereich V auszubilden, der einen Tumor 30, welcher
ein Zielgewebe ist, und einen zentralen Punkt P des Tumors aufweist.
Es ist anzumerken, dass die Sonde, die dreidimensionale Echodaten
erhält,
entsprechend dieser Ausführungsform
einen zweidimensionalen Array-Messwandler enthalten kann, nämlich einen
Messwandler, welches elektronisches Scannen über den Raum des Scanbereichs
V ausführt.
Weiterhin ist eine Sonde nicht auf eine Sonde, die dreidimensionale
Echodaten erhält,
begrenzt und kann ebenso eine Sonde sein, die zweidimensionale Echodaten
erhält,
nämlich
eine Sonde, welche Ultraschall 28 nur in die Scanebene
S, aus 2, sendet.
-
Wieder
Bezug nehmend auf 1, steuert ein Sendestrahl-Ausbilder 32 in
der diagnostischen Ultraschalleinrichtung 12 ein Sendeansteuerungssignal,
welches an den Array-Messwandler 22 geleitet wird, zum Ausbilden
des Ultraschalls 28 über
die dreidimensionale Sonde 10. Ein Empfangsstrahl-Ausbilder 34 sammelt empfangene
Wellendaten zum Ausbilden von Echodaten, die von dem Array-Messwandler 22 zur
Verfügung gestellt
werden. Eine Steuerung (Motorpositions- und Sende-/Empfangssteuereinheit) 36 steuert
den Antriebsmotor 24 für
den Array-Messwandler 22 an und empfängt ebenso Oszillationspositionsdaten
des Array-Messwandlers 22 von dem Messwandlerpositionsdetektor 26,
und steuert damit die Oszillationsposition des Array-Messwandlers 22.
Die Steuerung 36 steuert außerdem den Sendestrahlausbilder 32 und den
Empfangsstrahlausbilder 34 zum Ausbilden des Ultraschalls 28 und
Sammeln der empfangenen Wellendaten des Array-Messwandlers 22 in
jedem Oszillationspunkt. Genauer sendet die Steuerung 36 durch
Steuern des Sendestrahlausbilder 32, des Empfangstrahlausbilders 34 und
des Antriebsmotors 24 des Array-Messwandlers den Ultraschall 28 in
einen gewünschten
dreidimensionalen Bereich und erhält Echodaten für jedes
Voxel, welche den dreidimensionalen Bereich ausbilden. Die Echodaten
jedes Voxels sind mit einer Adresse bezeichnet, die mit relativen
Koordinaten korrespondiert, welche die dreidimensionale Sonde 10 als
Referenz verwenden. Die Echodaten werden dann in einen dreidimensionalen
Speicher 40 geschrieben und auch an den Hostcontroller 20 ausgegeben.
Die Echodaten werden gleichzeitig an eine Bilderzeugungseinheit 42 innerhalb
der diagnostischen Ultraschalleinrichtung 12 ausgegeben,
um ein Ultraschallbild auszubilden, welches dann in einer Bilddarstellungseinheit 44 in
Form eines dreidimensionalen Ultraschallbildes oder ähnlichem
dargestellt wird.
-
Der
Hostcontroller 20 hat eine Gewebeextraktionseinheit 46 und
eine Verarbeitungseinheit 48 für Gewebekoordinaten, welche
den ersten relativen Koordinatenberechner darstellen, eine Steuerungseinheit 50 zum
Magnetfeldsenden/-empfangen und eine Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten,
welche den zweiten relativen Koordinatenberechner darstellen, und
eine Verarbeitungseinheit 54 für kombinierte Gewebekoordinaten,
welcher ein kombinierter relativer Koordinatenberechner ist. Ein
Teil oder alle dieser Elemente, die den Hostcontroller 20 ausbilden,
können
in die diagnostische Ultraschalleinrichtung 12 oder die
Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 eingebunden
sein.
-
Die
Gewebeextraktionseinheit 46 extrahiert den Tumor 30,
welcher ein Zielgewebe ist, basierend auf den Echodaten innerhalb
des dreidimensionalen Bereiches, welche in den dreidimensionalen
Speicher 40 geschrieben sind. Bei einem beispielhaften
Extraktionsverfahren werden Echoniveaus zuvor als Echodaten empfangen
und die Echoniveaus werden verwendet, um den Tumor 30 vom
normalen Gewebe zu unterscheiden. Genauer wird das Echoniveau für jedes
Echodatum, das in den dreidimensionalen Speicher 40 ge schrieben wird,
mit einem zuvor bestimmten Niveau verglichen, welches einem Grenzbereich
zwischen den Echoniveaus des Tumors 30 und den Echoniveaus
des normalen Gewebes entspricht, um Echodatenbereiche, die den Echoniveaus
des Tumors 30 entsprechen, als Tumor 30 festzustellen.
Da jedes Echodatum mit einer Adresse bezeichnet ist, die mit relativen
Koordinaten korrespondiert, welche die dreidimensionale Sonde 10 als
Referenz verwenden, bevor die Daten in den dreidimensionalen Speicher 40,
wie oben beschrieben, geschrieben werden, ist es möglich, die
relativen Koordinaten der Echodaten festzustellen, welche mit dem
Tumor 30 korrespondieren. Jedoch können andere Verfahren, als
das oben beschriebene Verfahren, ebenso verwendet werden, um den
Tumor zu unterscheiden. Zum Beispiel kann eine Bildanalyse wie eine
Texturanalyse verwendet werden.
-
Die
Verarbeitungseinheit 48 für Gewebekoordinaten berechnet
Zielgewebekoordinaten unter Verwendung der dreidimensionalen Sonde 10 als
Referenz, basierend auf den relativen Koordinaten des ausgewählten Echodatenbereiches,
welcher dem Tumor 30 entspricht, wobei die dreidimensionale
Sonde 10 als Referenz verwendet wird. Die Koordinaten des
Zielgewebes können
durch Errechnen der Position des Schwerkraftzentrums des Tumors 30 aus
den äußeren Oberflächenkoordinaten
des ermittelten Bereichs des Tumors 30, nur für den zentralen
Punkt des Tumors 30 erhalten werden. Alternativ können alle
relativen Koordinaten, welche als der Tumor 30 festgestellt
wurden, als Zielgewebekoordinaten ausgegeben werden. Weiterhin kann eine
Position auf dem Ultraschallbild des Zielgewebes, welches auf der
Bilddarstellungseinheit 44 dargestellt wird, die von dem
Untersuchenden bestimmt wird, der das Ultraschallbild überwacht,
als Zielgewebekoordinaten festgestellt werden. Auf jeden Fall verwenden
die Koordinaten des extrahierten Zielgewebes die dreidimensionale
Sonde 10 als eine Referenz, da der Ultraschall 28 ausgesendet
und empfangen wird, wobei die dreidimensionale Sonde 10 als
eine Referenz verwendet wird. In der folgenden Beschreibung wird
ein Fall beschrieben, in dem die Koordinaten nur für den zentralen
Punkt des Tumors 30, als Zielgewebekoordinaten, ausgegeben
werden.
-
Die
Steuerungseinheit 50 zum Magnetfeldsenden/-empfangen steuert
den auf der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 angebrachten
Magnetfeldgenerator 14, um eine Magnetfeldverteilung in
einem Raum zu erzeugen, zum Messen von Information in Bezug auf
die Position der dreidimensionalen Sonde 10. Die Steuerungseinheit 50 zum
Magnetfeldsenden/-empfangen steuert auch den Magnetfelddetektor 16,
der auf der dreidimensionalen Sonde 10 angebracht ist,
um die Magnetfeldverteilung, die innerhalb des Raumes erzeugt wird,
zu detektieren. Genauer weist der Magnetfeldgenerator 14 drei
Magnetfeld erzeugende Spulen auf, deren axiale Richtungen drei Richtungen
entsprechen, welche orthogonal zueinander sind, zum Erzeugen der Magnetfeldverteilung.
Der Magnetfelddetektor 16 weist ebenfalls drei Magnetfelddetektionsspulen
auf, deren axiale Richtungen drei Richtungen entsprechen, welche
orthogonal zueinander sind. Der Magnetfeldgenerator 14 und
Magnetfelddetektor 16 sind so eingestellt, dass nicht nur
Detektion von Information bezüglich
der Position des Magnetfelddetektors 16 relativ zu dem
Magnetfeldgenerator 14 möglich ist, sondern auch Information
bezüglich
der Richtung des Magnetfelddetektors 16. Die Information
bezüglich
der Position der dreidimensionalen Sonde 10 (Koordinateninformation)
wird so durch den Magnetfeldgenerator 14 und den Magnetfelddetektor 16 gemessen.
Informationen bezüglich
der Position und der Richtung können
unter Verwendung von jeglichen geeigneten bekannten Verfahren detektiert
werden.
-
Das
Verfahren zur Detektion der Koordinateninformation der dreidimensionalen
Sonde 10 ist nicht auf das Detektionsverfahren, welches
den Magnetfeldgenerator 14 und den Magnetfelddetektor 16 wie
oben beschrieben verwendet, beschränkt, und jedes andere geeignete
Verfahren kann ebenso verwendet werden. Beispielsweise kann nicht
nur ein Magnetfeld sondern Licht, akustische Wellen oder Radiowellen
für die
Detektion verwendet werden. Wird die Detektion durch Lichtmittel
ausgeführt,
wird ein Lichtsignalgenerator und ein Lichtdetektor an Stelle des
Magnetfeldgenerators 14 und des Magnetfelddetektors 16 dementsprechend
verwendet. Der Lichtsignalgenerator erzeugt Licht mit einer Verteilung
so, dass die Intensität
des erzeugten Lichtes unterschiedlich an unter schiedlichen Positionen
des Raumes ist, was dann von dem Lichtdetektor detektiert wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Lichtdetektor an der dreidimensionalen
Sonde 10 an drei verschiedenen Punkten angebracht und durch
das Detektieren der Positionen der drei Punkte ist es möglich, durch
Verwendung von Triangulation nicht nur Positionsinformation sondern
auch Richtungsinformation der dreidimensionalen Sonde 10 zu
errechnen. Weiterhin ist es ersichtlich, dass, wenn der Generator
auf der dreidimensionalen Sonde 10 angebracht ist und der
Detektor an einer Referenzposition angebracht ist, es ebenso möglich ist,
die Positionsinformation und die Richtungsinformation der dreidimensionalen
Sonde 10, in Bezug auf die Referenzposition nach demselben
Prinzip zu errechnen.
-
Die
Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten errechnet
die Position und Richtungsinformation des Magnetfelddetektors 16 unter
Verwendung des Magnetfeldgenerators 14 als eine Referenz,
basierend auf dem von der Steuerungseinheit 50 zum Magnetfeldsenden/-empfangen
ausgegebenem Detektionsergebnis. Das ausgegebene Detektionsergebnis
von der Steuerungseinheit 50 zum Magnetfeldsenden/-empfangen
basiert auf Positionsinformation und Richtungsinformation des Magnetfelddetektors 16 in
Bezug auf den Magnetfeldgenerator 14. So kann, durch das
Anbringen des Magnetfeldgenerators 14 an einer gewünschten
Position, wie beispielsweise dem Ursprung der Röntgenstrahlungsguelleneinrichtung 18 und
durch das Anbringen des Magnetfelddetektors 16 in dem Ursprung
der dreidimensionalen Sonde 10 es möglich gemacht werden, direkt Information
in Bezug auf die Position und Richtung der dreidimensionalen Sonde 10,
bezüglich
des Ursprungs der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 zu
detektieren. Aufgrund von Ausführungsbeschränkungen
gibt es jedoch Fälle,
in denen der Magnetfeldgenerator 14 nicht an der Ursprungsposition
der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 angebracht
werden kann, oder in denen der Magnetfelddetektor 16 nicht
in der Ursprungsposition der dreidimensionalen Probe 10 angebracht
werden kann. Diese Fälle
werden in Verbindung mit 3 beschrieben.
-
In 3 bezeichnet
ein Unterschiedsvektor a 56 eine Abweichung zwischen der
Ursprungsposition 58 der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18,
welche als eine Referenzposition für Röntgenstrahlungsbestrahlung
fungiert, und einer Position 60 des Magnetfeldgenerators,
welche einem Messursprung für
die Messung der Position und Richtung der dreidimensionalen Sonde 10 entspricht.
Des Weiteren zeigt ein Unterschiedsvektor b 62 eine Abweichung zwischen
der Ursprungsposition 64 der dreidimensionalen Sonde 10 und
einer Magnetfelddetektorposition 66 an. Die Detektionsergebnisausgabe
von der Steuerungseinheit 50 zum Magnetfeldsenden/-empfangen (siehe 1)
ist ein Messvektor 70, der einem relativen Positionsvektor
der Position des Magnetfelddetektors 66 relativ zu der
Position 60 des Magnetfeldgenerators entspricht. Des Weiteren ist
die Koordinateninformationsausgabe von der Verarbeitungssektion 48 der
Gewebekoordinaten (siehe 1) ein Ultraschalldetektionsvektor
(die erste relative Koordinateninformation) 72, der einem
relativen Positionsvektor der Tumorposition 68 in Bezug
auf die Ursprungsposition 64 der dreidimensionalen Sonde 10 entspricht.
-
Entsprechend
ist es notwendig, um einen kombinierten Vektor (kombinierte relative
Koordinateninformation) 69 zu erhalten, der die Tumorposition 68 anzeigt,
wobei die Ursprungsposition 58 der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung
als Referenz verwendet wird, einen Sondenpositionsvektor (die zweite
relative Koordinateninformation) 71 durch Addieren des
Unterschiedsvektors a 56 und des Unterschiedsvektors b 62 zu dem
Messvektor 70 und anschließendem Addieren des Ultraschalldetektionsvektors 72 zu
dem berechneten Sondenpositionsvektors 71, zu berechnen.
Da der Magnetfeldgenerator 14 und der Magnetfelddetektor 16 an der
Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 und
an der dreidimensionalen Sonde 10 jeweils angebracht sind, sind
beide, der Unterschiedsvektor a 56 und der Unterschiedsvektor
b 62, feste Vektoren und können deshalb vor der Messung
der Position 68 des Tumors, welcher ein Zielgewebe ist,
vermessen werden.
-
Beim
Berechnen der Koordinaten der Tumorposition 68 ist es,
durch das Ausführen
von Koordinatentransformation, basierend auf den Unterschiedsvektoren
a 56 und b 62, welche im Vorhinein gemessen wurden,
möglich,
die Ursprungsposition 58 der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 und
die Position 60 des Magnetfeldgenerators gleich zu behandeln
und ebenso die Ursprungsposition 64 der dreidimensionalen
Sonde 10 und die Position 66 des Magnetfelddetektors
gleich zu behandeln. In der folgenden Beschreibung wird angenommen,
dass eine solche Koordinatentransformation ausgeführt wurde,
so dass das Koordinatensystem, welches einen Ursprung hat, welcher
der Ursprungsposition 58 der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 entspricht,
mit dem Koordinatensystem, welches einen Ursprung hat, der der Position
des Magnetfeldgenerators 60 entspricht, übereinstimmt,
und dass das Koordinatensystem, welches einen Ursprung hat, der
der Ursprungsposition 64 der dreidimensionalen Sonde 10 entspricht,
mit dem Koordinatensystem, welches einen Ursprung hat, der der Position
des Magnetfelddetektors 66 entspricht, übereinstimmt.
-
Zurück zu 1,
dort berechnet die Verarbeitungseinheit 54 für kombinierte
Gewebekoordinaten des Zielgewebes Koordinaten des Zielgewebes in
Bezug auf den Ursprung der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18,
basierend auf der Koordinateninformation des Zielgewebes, wobei
die dreidimensionale Sonde 10 als ihr Ursprung verwendet
wird, welche Ausgabe der Verarbeitungseinheit 48 für Gewebekoordinaten
ist, und der Position und Richtungsinformation der dreidimensionalen
Sonde 10 in Bezug auf den Ursprung der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18,
welche Ausgabe der Verarbeitungseinheit 52 für Sonderkoordinaten
sind. Zu diesem Punkt wird nun angenommen, dass Koordinatentransformation
zwischen dem Magnetfeldgenerator 14 und der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 und
zwischen dem Magnetfelddetektor 16 und der dreidimensionalen
Sonde 10 in der Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten,
wie oben beschrieben, ausgeführt
wurde. Mit anderen Worten, stimmen die Koordinaten, die einen Ursprung,
der Position des Magnetfeldgenerators entsprechend, und die Koordinaten,
die einen Ursprung, der Position der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung
entsprechend haben, miteinander überein
und die Koordinaten, die einen Ursprung, der Position des Magnetfelddetektors
entsprechend und die Koordinaten, die einen Ur sprung, der Position
der dreidimensionalen Sonde entsprechend haben, stimmen miteinander überein.
-
Ein
Berechnungsverfahren in der Verarbeitungseinheit 54 für kombinierte
Gewebekoordinaten wird in Bezug auf 4 beschrieben.
In 4 ist ein Koordinatensystem (X, Y, Z) ein Koordinatensystem,
welches an dem Magnetfeldgenerator 14 angebracht ist, das
einen Ursprung an der Position 60 des Magnetfeldgenerators
hat und welches dem Koordinatensystem entspricht, welches die Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 als
eine Referenz verwendet. Ein Koordinatensystem (x, y, z) ist ein
Koordinatensystem, welches an dem Magnetfelddetektor 16 angebracht
ist, das einen Ursprung an der Position des Magnetfelddetektors 66 hat, und
dem Koordinatensystem entspricht, welches die dreidimensionale Sonde 10 als
eine Referenz verwendet. Hier entspricht der Ursprung des Koordinatensystems
(x, y, z), welcher der Position des Magnetfelddetektors 66 entspricht,
bei der Verwendung des Koordinatensystems (X, Y, Z) als eine Referenz,
So (Xo, Yo, Zo). Ein Punkt e bezeichnet die Position eines Tumors,
welcher ein Zielgewebe ist, und wird durch e (xe, ye, ze) repräsentiert
in Bezug auf das Koordinatensystem (x, y, z), welches eine Referenz
ist. Des Weiteren sind Achsen X',
Y' und Z' vorgesehen, welche
jeweils parallel zu der X-Achse, Y-Achse und der Z-Achse sind, für die ein Koordinatensystem,
welches den Punkt So als seinen Ursprung hat, durch das Koordinatensystem
(X', Y', Z') repräsentiert
wird.
-
Die
räumliche
Beziehung zwischen dem Koordinatensystem (x, y, z) und dem Koordinatensystem
(X', Y', Z') ist derart, dass
wenn das Koordinatensystem (X',
Y', Z') in der Reihenfolge
X'-Achse, Y'-Achse und dann Z'-Achse um jeweils α-Grad, β-Grad und γ-Grad gedreht wird, fällt die
X'-Achse mit der
x-Achse überein,
die Y'-Achse mit der y-Achse überein und
die Z'-Achse mit
der z-Achse überein.
Wie oben beschrieben, wurde die Information bezüglich der Position und Richtung
des Magnetfelddetektors unter Verwendung des Magnetfeldgenerators
als Referenz in der Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten
berechnet. Genauer wurde die Ursprungspositionsinformation (Xo,
Yo, Zo) des Koordinatensystems (x, y, z) in Bezug auf das Koordinatensystem
(X, Y, Z) und die sechsdimensionale Information der Richtungsinformation
(α, β, γ), in der
Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten berechnet.
Die Koordinatentransformation von dem Koordinatensystem (x, y, z)
zu dem Koordinatensystem (X',
Y', Z') kann dann durch
folgenden Ausdruck ausgedrückt
werden.
-
-
Des
Weiteren kann Koordinatentransformation von dem Koordinatensystem
(X', Y', Z') in das Koordinatensystem
(X, Y, Z) wie folgt ausgedrückt
werden:
-
-
Entsprechend
der oberen Ausdrücke
1 und 2 kann Koordinatentransformation von dem Koordinatensystem
(x, y, z) in das Koordinatensystem (X, Y, Z) wie folgt ausgedrückt werden:
-
-
Dementsprechend
kann bei Verwendung der obigen Koordinatentransformationsmatrix
[T] die Koordinatentransformation von dem Koordinatensystem (x,
y, z) in das Koordinatensystem (X, Y, Z) ausgeführt werden, mit anderen Worten,
von dem Koordinatensystem, welches den Magnetfelddetektor als Referenz
verwendet in das Koordinatensystem, welches den Magnetfeldgenerator
als Referenz verwendet.
-
Zurück zu 1,
dort erstellt die Verarbeitungseinheit 54 für kombinierte
Gewebekoordinaten die Transformationsmatrix [T], basierend auf den
Informationen bezüglich
der Position und Richtung des Magnetfelddetektors 16 (dreidimensionale
Sonde 10), wobei der Magnetfeldgenerator 14 (Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18)
als Referenz verwendet wird, welche Ausgabe von der Verarbeitungseinheit 52 von
Sondenkoordinaten sind. Anschließend wird die Transformationsmatrix
dazu verwendet, die Koordinateninformationsausgabe aus der Verarbeitungseinheit 48 für Gewebekoordinaten
bezüglich
der Position 68 des Tumors, welcher ein Zielgewebe ist,
wobei der Magnetfelddetektor 16 (dreidimensionale Sonde 10)
als ihr Ursprung verwendet wird, in die Koordinateninformation in
dem Koordinatensystem zu transformieren, welches den Magnetfeldgenerator 14,
nämlich
die Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 als
Referenz verwendet. Die Positionsinformation über das Zielgewebe, bei dem
die Röntgenstrahlungs quelleneinrichtung 18 als
eine Referenz verwendet wird, welche derartig errechnet wurde, wird
von dem Hostcontroller 20 an die Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 ausgegeben.
-
5 zeigt
ein Heilverfahren, welches das medizinische Ultraschallsystem, das
in 1 gezeigt ist, verwendet. Die diagnostische Ultraschalleinrichtung 12,
die dreidimensionale Sonde 10, der magnetische Feldgenerator 14,
der magnetische Felddetektor 16 und der Hostcontroller 20 arbeiten
wie oben beschrieben, so dass die Information bezüglich der
Position des Tumors 30, von dem Hostcontroller 20 an
die Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 ausgegeben
werden, wobei die Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 als
eine Referenz verwendet wird. Die Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 steuert
eine Armeinheit 76 und eine Bestrahlungseinheit 78,
basierend auf der Positionsinformation des Tumors 30, so
dass Röntgenstrahlung
intensiv auf den Tumor 30, der innerhalb des Körpers eines
Patienten M angeordnet ist, angewendet wird. Weiterhin ist es durch
die Steuerung der Richtung in Verbindung mit der Bewegung des Tumors 30 möglich, intensive
Röntgenstrahlung
nur auf den Tumor anzuwenden, während
die Bestrahlung von normalem Gewebe minimiert wird, sogar wenn die
Position des Tumors sich bewegt. Wird die Richtung abhängig von
der Bewegung des Tumors 30 gesteuert, ist es bevorzugt,
wenn der Tumor 30 kontinuierlich durch die dreidimensionale
Sonde 10 während
der Röntgenstrahlungsbestrahlung
detektiert wird. In diesem Fall kann die dreidimensionale Sonde 10 von
einem Arzt oder einer anderen Person gehalten werden, oder kann
an einer Befestigungseinrichtung befestigt sein, welche separat
für die
dreidimensionale Sonde 10 vorgesehen ist. Hält ein Arzt
oder ein anderer Benutzer die dreidimensionale Sonde 10 zum
Ausführen
der Röntgenstrahlungsbestrahlung,
müssen
bestimmte Maßnahmen
ergriffen werden, wie zum Beispiel dass der Untersuchende Röntgenstrahlungsprotektoren
anzieht. Weiterhin kann, obwohl der Magnetfeldgenerator 14 an
der Basiseinheit 74 der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung
in 5 angebracht ist, der Platz, an dem der magnetische
Feldgenerator 14 vorgesehen ist, geeignet entsprechend
der Verwendungssituation gewählt
werden, und der magnetische Feldgenerator 14 kann an einer
anderen Position in dem Raum befestigt sein.
-
[Ausführungsform 2]
-
6 zeigt
die Gesamtanordnung eines medizinischen Ultraschallsystems entsprechend
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Kurz gesagt, weist das medizinische Ultraschallsystem,
das in 6 gezeigt ist, eine dreidimensionale Sonde (Sonde
zur Aufnahme von dreidimensionalen Echodaten) 10, welche ein
Wellentransceiver ist, einen Gelenkroboter 80, eine diagnostische
Ultraschalleinrichtung 12, eine Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 und
einen Hostcontroller 20 auf, der einen ersten relativen
Koordinatenverarbeiter, einen zweiten relativen Koordinatenverarbeiter
und einen kombinierten relativen Koordinatenverarbeiter aufweist.
-
Die
dreidimensionale Sonde 10 und die diagnostische Ultraschalleinrichtung 12 sind
dieselben, wie die in 1 in Bezug auf die erste Ausführungsform
gezeigten. Genauer sendet die diagnostische Ultraschalleinrichtung 12 Ultraschall 28 in
einen dreidimensionalen Bereich innerhalb eines Patientenkörpers über die
dreidimensionale Sonde 10, sammelt empfangene Wellendaten
zum Erhalten von Echodaten und stellt ein dreidimensionales Ultraschallbild,
basierend auf den erhaltenen Echodaten auf dem Bilddarsteller dar.
Die erhaltenen Echodaten werden auch an den Hostcontroller 20 ausgegeben.
-
Der
Gelenkroboter 80, welcher die dreidimensionale Sonde 10 hält, bewegt
sich in eine diagnostische Position auf der Oberfläche des
Patientenkörpers,
und ändert
ebenso die Richtung der dreidimensionalen Sonde 10. Die
dreidimensionale Sonde 10 ist an einem Probenansatz 82 angebracht
und ändert
ihre Position und Richtung, wenn die Antriebseinheiten 84a bis 84d angetrieben
werden. Ein Antriebsmotor (nicht gezeigt) ist in jeder der Antriebseinheiten 84a bis 84d vorgesehen
zum Antreiben der Arme 85a bis 85c. Der Betrieb
jedes Antriebsmotors wird durch eine Motorsteuereinheit 86 gesteuert.
Die dreidimensionale Sonde 10, die von dem Gelenkroboter 80 gehalten
wird, sendet und empfängt
Ultraschall 28 in Bezug auf den dreidimensionalen Bereich
innerhalb des Patientenkörpers,
der den Tumor aufweist.
-
Die
Motorsteuereinheit 86 steuert jeden Antriebsmotor innerhalb
jeder der Antriebseinheiten 84a bis 84d, basierend
auf einer Benutzeroperation. Die Motorsteuerungseinheit 86 kann
jeden Antriebsmotor so steuern, dass die Arme automatisch der Bewegung
des Tumors folgen. Weiterhin ist ein Drucksensor (nicht gezeigt)
in dem Sondenansatz 82 vorgesehen, zur Detektion des Druckes,
der auf die Oberfläche
des Patientenkörpers
ausgeübt
wird, wenn die dreidimensionale Sonde 10 in Kontakt mit
der Körperoberfläche gebracht wird,
und zum Ausgeben des detektierten Druckes an die Motorsteuereinheit 86.
Anschließend
steuert die Motorsteuereinheit 86 jeden Antriebsmotor so,
dass der Druck, der auf die Oberfläche des Patientenkörpers ausgeübt wird,
auf einem festen Wert gehalten wird, zum Beispiel um somit einem übermäßigen Druck,
der auf den Patienten ausgeübt
wird, vorzubeugen. Der Gelenkroboter 80 gibt die Motoransteuerungsinformation,
welche die Antriebszustände
der Antriebseinheiten 84a bis 84d anzeigt, an
den Hostcontroller 20 aus.
-
Die
Motorantriebsinformation-Ausgabe des Gelenkroboters 80 wird
im Folgenden beschrieben. Angenommen, dass der Anordnungsort des
Gelenkroboters 80 (zum Beispiel der zentrale Punkt auf
dem unteren Bereich des Gelenkroboters 80) ein Messursprung
ist, und die Antriebseinheit 84a an einer festen Position
relativ zu dem Messursprung angeordnet ist. Die Antriebseinheit 84a ist
mit einem Ende des Arms 85a verbunden, um den Arm 85a zu
drehen oder aufwärts
und abwärts
zu bewegen und damit einen Winkel des Armes 85a einzustellen.
Das andere Ende des Arms 85a ist mit der Antriebseinheit 84b verbunden.
So ist die Position der Antriebseinheit 84b in Bezug auf
den Messursprung durch die Länge
und den Winkel des Armes 85a festgelegt. Demnach gibt der
Gelenkroboter 80, basierend auf der Motorsteuerungsinformation
(die Winkeldaten des Armes 85a), die mit der Antriebseinheit 84a korrespondiert,
eine Transformationsmatrix Ta zum Herleiten der Positionskoordinaten
(Xb, Yb, Zb) der Antriebseinheit 84b in Bezug auf den Messursprung
der Messursprungskoordinaten (Xr, Yr, Zr) aus.
-
Die
Antriebseinheit 84b ist mit einem Ende des Armes 85b zum
Aufwärts-
und Abwärtsbewegen
des Armes 85b verbunden. Das andere Ende des Armes 85b ist
mit der Antriebseinheit 84c verbunden. Deswegen kann die
Position der Antriebseinheit 84c in Bezug auf die Antriebseinheit 84b durch
die Länge
und den Winkel des Arms 85b bestimmt werden. Dementsprechend
gibt der Gelenkroboter 80, basierend auf der Motorantriebsinformation
(den Winkeldaten des Armes 85b), die mit der Antriebseinheit 84b korrespondieren,
eine Transformationsmatrix Tb zum Herleiten der Positionskoordinaten
(Xc, Yc, Zc) der Antriebseinheit 84c in Bezug auf den Messursprung
von den Positionskoordinaten (Xb, Yb, Zb) der Antriebseinheit 84b aus.
-
Die
Position der Antriebseinheit 84d in Bezug auf die Antriebseinheit 84c wird
durch die Länge
und den Winkel des Armes 85c bestimmt. Dementsprechend
gibt der Gelenkroboter 80, basierend auf der Motorantriebsinformation
(den Winkeldaten des Armes 85c), die mit der Antriebseinheit 84c korrespondiert,
eine Transformationsmatrix Tc zum Herleiten der Positionskoordinaten
(Xd, Yd, Zd) der Antriebseinheit 84d in Bezug auf den Messursprung
der Positionskoordinaten (Xc, Yc, Zc) der Antriebseinheit 84c,
aus. Des Weiteren gibt der Gelenkroboter 80, da sich die
dreidimensionale Sonde 10 in Bezug auf die Drehung der
Antriebseinheit 84d dreht, basierend auf der Motorantriebsinformation,
die mit der Antriebseinheit 84d korrespondiert, eine Transformationsmatrix
Td zum Herleiten der Koordinaten für die Ursprungsposition (Xs,
Ys, Zs) der dreidimensionalen Sonde 10, in Bezug auf den
Messursprung der Positionskoordinaten (Xd, Yd, Zd) der Antriebseinheit 84d,
aus. Anschließend
werden die Transformationsmatrizen Ta, Tb, Tc und Td, die den Haltezustand
der dreidimensionalen Sonde 10 darstellen, an die Verarbeitungseinheit 52 der
Sondenkoordination des Hostcontrollers 20 ausgegeben.
-
Die
Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordination berechnet
dann die Position und Richtung der dreidimensionalen Sonde 10 in Bezug
auf den Messursprung (den Anordnungsort des Gelenkroboters 80),
basierend auf der Motorantriebsinformation, die von dem Gelenkroboter 80 ausgegeben
wurde. Die Positionskoordinaten (Xs, Ys, Zs) der dreidimensionalen
Sonde 10 in Bezug auf den Messursprung wird durch folgenden
Ausdruck ausgerechnet.
-
[Ausdruck 4]
-
- [Xs, Ys, Zs, 1]
= [Xr, Yr, Zr, 1] [Ta] [Tb] [Tc]
[Td] wobei Ta, Tb, Tc und Td Transformationsmatrizen sind, basierend
auf der Motorantriebsinformation-Ausgabe des Gelenkroboters 80 und
(Xr, Yr, Zr) Koordinaten des Messursprungs darstellen.
-
Hierbei
kann die Richtung der dreidimensionalen Sonde 10 aus den
Positionskoordinaten (Xd, Yd, Zd) der Antriebseinheit 84d und
den Positionskoordinaten (Xs, Ys, Zs) der dreidimensionalen Sonde 10 errechnet werden.
Genauer ist es möglich,
die Gerade, die die Koordinaten (Xs, Ys, Zs) und (Xd, Yd, Zd) verbindet,
zu erhalten und die Richtung der dreidimensionalen Sonde 10 entlang
dieser Linie zu erhalten. In dieser Art berechnet die Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten
die Position und Richtung der dreidimensionalen Sonde 10 in
Bezug auf den Messursprung.
-
Die
Gewebeextraktionseinheit 46 und die Verarbeitungseinheit 48 der
Gewebekoordinaten in dem Hostcontroller 20 arbeiten gleich
wie jene in der ersten Ausführungsform
(siehe 1). Genauer extrahiert die Gewebeextraktionseinheit 46 einen
Tumor, basierend auf Echodaten innerhalb des dreidimensionalen Bereiches,
welche Ausgabe der diagnostischen Ultraschalleinrichtung 12 sind,
um die relativen Koordinaten der Echodaten, die mit dem Tumor übereinstimmen,
festzustellen. Die Verarbeitungseinheit 48 für Gewebekoordinaten
berechnet dann Koordinaten des zentralen Punktes des Tumors unter
Verwendung der dreidimensionalen Sonde 10 als eine Referenz.
-
Die
kombinierte Verarbeitungseinheit 54 für Gewebekoordinaten verwendet
die Koordinateninformation des zentralen Punktes des Tumors, welche
einen Ursprung an der dreidimensionalen Probe 10 haben,
welche eine Ausgabe der Verarbeitungseinheit 48 für Gewebekoordinaten
ist und die Informationen bezüglich
der Position und Richtung der dreidimensionalen Probe 10 in
Bezug auf einen Messpunkt, welche eine Ausgabe der Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten
sind, um die Koordinaten des zentralen Punktes des Tumors in Bezug
auf den Ursprung der Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 zu
berechnen. Die Berechnung, die von der Verarbeitungseinheit 54 für kombinierte
Gewebekoordinaten ausgeführt
wird, wird nun beschrieben.
-
7 ist
ein Diagramm zu Beschreiben der Berechnung, die von der Verarbeitungseinheit 54 für kombinierte
Gewebekoordinaten ausgeführt
wird. Es wird angenommen, dass die Referenzposition für die Protonenstrahlbestrahlung
eine Ursprungsposition 92 der Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 ist
und dass der Messursprung zum Messen der Position und Richtung der
dreidimensionalen Sonde ein unterer zentraler Punkt 94 des
Gelenkroboters 80 ist. Weiter wird angenommen, dass ein
Positionsvektor des unteren zentralen Punktes (Messursprung) 94 in
Bezug auf die Ursprungsposition (Referenzposition) 92 ein
Differenzvektor a' 96 ist.
Die Koordinateninformationsausgabe der Verarbeitungseinheit 52 für Sondenkoordinaten
(siehe 6) ist ein Messvektor 98, welcher mit
einem relativen Positionsvektor der Ursprungsposition 64 in
Bezug auf den unteren zentralen Punkt 94 übereinstimmt
und die Koordinateninformationsausgabe der Verarbeitungseinheit 48 für Gewebekoordinaten
ist ein Ultraschalldetektionsvektor (erste relative Koordinateninformation) 72,
welche einem relativen Positionsvektor der Tumorposition 68 in
Bezug auf die Ursprungsposition 64 der dreidimensionalen
Sonde 10 entspricht.
-
Dementsprechend
ist es notwendig, um einen kombinierten Vektor (kombinierte relative
Koordinateninformation) zu berechnen, der die Koordinaten der Tumorposition 68 aufzeigt,
wobei die Ursprungsposition 92 der Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 als
Referenz verwendet wird, erst einen Sondenpositionsvektor (zwei te
relative Koordinateninformation) 71 durch Addieren des
Messvektors 98 und des Differenzvektors a' 96 zu berechnen
und dann den berechneten Probenpositionsvektor 71 mit dem
Ultraschalldetektionsvektor 72 zu addieren. Der Differenzvektors
a' 96 ist
ein bekannter Vektor, da der Zustand, in welchem der Gelenkroboter 80 und
die Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 angeordnet sind,
bekannt ist. Es ist deswegen möglich,
den Differenzvektor a' 96 zuvor
zu messen, vor der Messung der Position 68 des Tumors,
welcher das Zielgewebe ist.
-
Zurück in 6,
wird die Information bezüglich
der Koordinaten des Tumors in Bezug auf die Referenzposition, wie
die Koordinaten des zentralen Punktes des Tumors, welche von der
Verarbeitungseinheit 54 für kombinierte Gewebekoordinaten
ausgerechnet werden, an die Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 ausgegeben,
welche dann die Protonenstrahlen in Richtung der Position lenkt,
die mit den Koordinaten des zentralen Punktes des Tumors übereinstimmen.
-
8 zeigt
ein Heilverfahren, das das medizinische Ultraschallsystem aus 6 verwendet.
Die diagnostische Ultraschalleinrichtung 12, der Gelenkroboter 80 und
der Hostcontroller 20 arbeiten wie in Bezug auf 6 beschrieben,
so dass die Information bezüglich
der Position des Tumors 30 in Bezug auf die Referenzposition
von dem Hostcontroller 20 an die Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 ausgegeben
wird. Basierend auf der Positionsinformation des Tumors 30 steuert
die Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 eine Armeinheit 104 und
eine Bestrahlungseinheit 106 zum intensiven Anwenden von
Protonenstrahlen 10 auf einen Tumor 30 innerhalb
eines Patienten M. Des Weiteren steuert die Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 das
Ziel in Abhängigkeit
von der Bewegung des Tumors 30, so dass Protonenstrahlen
intensiv nur auf den Tumor 30 abgegeben werden können, während die
Bestrahlung des normalen Gewebes minimiert wird, sogar wenn sich
der Tumor bewegt. Während
in dem Beispiel, welches in den 6 und 8 gezeigt
ist, die Referenzposition an die Ursprungsposition der Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 gelegt
ist, kann die Referenzposition geeignet in Abhängigkeit mit der endgültigen Ver wendung
gewählt
werden, wie an einem vorbestimmten Ort in einem Raum, in welchem
die Behandlung ausgeführt
wird.
-
Zusätzlich können andere
Strahlenquelleneinrichtungen inklusive einer lithotomischen Einrichtung
an Stelle der Röntgenstrahlungsquelleneinrichtung 18 und
der Protonenstrahlquelleneinrichtung 90 für das heilende
Verfahren, welches ein erfindungsgemäßes medizinisches Ultraschallsystem
verwendet, angewendet werden. Es ist natürlich möglich, andere heilende Strahlen
als Strahlung zu verwenden. Ein medizinisches Verfahren, welches
eine Punktureinrichtung verwendet, welche eine Punkturnadel in Richtung
des Zielgewebes einführt,
kann ebenso verwendet werden. Auf jeden Fall wird die Steuerung
von verschiedenen heilenden Strahlen-Bestrahlungen oder Einführung von
Punkturnadeln ausgeführt,
basierend auf der Information bezüglich der Position des Zielgewebes,
wobei eine gewünschte
Referenzposition als Ursprung verwendet wird.
-
Wie
oben beschrieben, kann mit dem erfindungsgemäßen medizinischen Ultraschallsystem
geeignete Information bezüglich
der Gewebeposition erhalten werden.
-
Während die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung unter der Verwendung von bestimmten Begriffen beschrieben
wurden, hat eine derartige Beschreibung nur illustrierende Zwecke
und es ist zu verstehen, dass Änderungen
und Variationen gemacht werden können,
ohne aus dem Schutzbereich der angehängten Ansprüche zu gelangen.
