JP2010069006A - 手術支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＩＦＵプローブを正確な位置に誘導し、生体情報に同期した治療を可能とし、カラードップラー画像とエラストグラフィ画像とMRI画像を用いて、肉眼または画像上では判別しにくかった組織の境界を画像情報として術者に提示し、精度の高い治療技術を提供する。
【解決手段】MRIと三次元位置検出装置による術具位置の検出装置とＭＲＩ装置内部で撮像可能な超音波装置と生体に穿刺した針を介して生体内の病変を壊死させるための治療装置と３Dボリューム画像を三次元再構成する画像処理する機能を備え、生体情報と同期して３D撮像後、特定領域を抽出し、生体の超音波屈折率を考慮してＨＩＦＵプローブを正確な位置に誘導し、MRI装置と超音波装置を交互に撮像して治療前後の画像を術者に提示しながら、画像処理にて追加治療判断情報を自動的に算出し術者に提示し、治療装置へフィードバックすることで治療の進展を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、核磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）とＭＲＩ装置内部で撮像可能な超音波装置とを有する手術支援装置に係り、特に、ＭＲＩ装置と、三次元位置検出装置による術具位置の検出装置と、生体情報をモニタするためのユニットと、ＭＲＩ装置内部で撮像可能な超音波装置と、収束超音波装置にて生体内の病変を壊死させるための治療手技を行う治療装置と、３Dボリューム画像を三次元再構成する画像処理する機能において、３D画像を処理して特定領域を抽出と臓器の情報を登録しながら、収束超音波治療計画を実施する手術支援装置に関する。

ＭＲＩ装置は、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号（以下、ＭＲ信号と称する）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものである。現在、臨床で普及しているＭＲＩ装置の撮像対象は、被検体の主たる構成物質、プロトンである。ＭＲＩは、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮像する。

一般的なＭＲＩ装置は、患者の周囲に静磁場を発生する磁石と、この空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、この領域に高周波磁場を発生するＲＦコイルと、患者が発生するＭＲ信号を検出するＲＦ受信コイルを含み構成されている。傾斜磁場コイルは、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイルは、ＲＦ送信部の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦコイルの信号は、信号検出部で検出され、信号処理部で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像信号は、表示部で断層像として表示される。傾斜磁場電源、ＲＦ送信部、信号検出部などは、制御部で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。患者は、ベッドに横たわってＲＦ受信コイル、ＲＦコイル傾斜磁場コイルなどで囲まれた装置内の空間に搬送され、断層面の撮像が行われる。

このようなＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺モニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ−ＭＲＩ装置、または、Ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ−ＭＲＩ装置の略称）では、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定したいという要望がある。撮像する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザインタフェースにＭＲＩ画像を表示して、画面上のボタンをクリックして、次に撮像する断層面を決定する方法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ：Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ＭＲＩ ｏｎ ａ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｃａｎｎｅｒ；ＡＢ.Ｋｅｒｒ他、３８巻、ｐｐ.３５５−３６７（１９９７））や、３次元マウスなどを使う方法（ＵＳＰ−５５１２８２７）などが提案されている。これらの方法では、撮像する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮像する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。その手法として、ＵＳＰ−５３６５９２７やＵＳＰ−６０２６３１５などの断層面指示デバイス（ポインタなど）を用いて撮像する断層面を決定するＭＲＩ装置が提案されている。ＵＳＰ−５３６５９２７は、断層面指示デバイスであるポインタに発光ダイオードが設けられ、操作者がポインタで指し示した位置を赤外線カメラで検出したり、関節にセンサが備えられたアームの先端部にポインタを設け、アームの関節の角度などでポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面を自動的に調整するものである。また、ＵＳＰ−６０２６３１５は、２個の赤外線カメラと３個の反射球を備えたポインタとを使って指示した断層面を自動的に決定して撮像するものである。実際に実用レベルにあるシステムは図１１に示すものがあり、学会等においても臨床適用結果についても多数発表されている（特願2001-285331、特願2001-285949、特願2002-96291があり、国際特許としてはWO 03/026505 A1（特許文献１）がある）。

図１１に示すＭＲＩ装置１は、例えば、垂直磁場方式０.３Ｔ永久磁石ＭＲＩ装置１であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石３と下部磁石５、これら磁石を連結するとともに上部磁石３を支持する支柱７、位置検出デバイス９、アーム１１、モニタ１３、モニタ支持部１５、基準ツール１７、パーソナルコンピュータ１９、ベッド２１、制御部２３などを含んで構成されている。ＭＲＩ装置１の図示しない傾斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度１５ｍＴ／ｍで、スルーレート２０ｍＴ／ｍ／ｍｓである。更に、ＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器、被検体２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器を備え、これらは１２.８ＭＨｚの共振型コイルである。

位置検出デバイス９は、２台の赤外線カメラ２５と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出するものである。また、位置検出デバイス９は、アーム１１により移動可能に上部磁石３に連結され、図１１に示すように、ＭＲＩ装置１に対する配置を適宜変更することができる。モニタ１３は、図１１に示すように、操作者２９が把持するポインタ２７により指示された被検体２４の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部１５により、赤外線カメラ２５同様上部磁石３に連結されている。基準ツール１７は、赤外線カメラ２５の座標系とＭＲＩ装置１の座標系をリンクさせるもので、３つの反射球３５を備え、上部磁石３の側面に設けられている。パーソナルコンピュータ１９には、赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の情報が、術具位置データとして、例えば、ＲＳ２３２Ｃケーブル３３を介して送信される。制御部２３は、ワークステーションで構成され、図示しないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。また、制御部２３は、パーソナルコンピュータ１９と接続されている。パーソナルコンピュータ１９では赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の位置から術具３６を考慮してＭＲＩ装置１で利用可能な位置データに変換し、制御部２３へ送信する。位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映される。新たな撮像断面で取得された画像は液晶モニタに表示される。また、画像は映像記録装置３４に同時記録される。例えば断層面指示デバイスであるポインタを穿刺針などにとりつけ、穿刺針のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタには針を常に含む断面が表示されることになる。

ＭＲＩによる高速撮像シーケンスの応用のひとつとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成を繰り返すことにより、あたかもX線透視撮像のように体内組織の動態抽出や体内に外部から挿入した器具の位置把握に用いることができる動態画像を生成・表示する。この応用は三次元高速撮像にも応用されている。方法として、Rawデータを間引いて撮像し、以前のデータを用いて補完・再構成する技術がある（U.S.Patent Number 6044290（特許文献２）を参照）。例えば、TR = 1、 Phase Encode = 100とすれば、100ms毎に１スライス画像を連続取得することができる。

一方、位置検出装置と過去に撮像したボリュームデータを用いた手術ナビゲーションシステムは手術時に患者に対してポインタなどにより指定される位置を、当該位置を含む患者の直交３平面それぞれを断面とする断層画像上に表示することにより手術操作をナビゲーションするシステムであり、脳神経外科手術などの高精度の外科手術に適用されている。

ここで、このような手術ナビゲーションシステムにおける患者の断層画像は、予め、MRI装置によって撮像した３次元のデータであるボリュームデータにより生成される。一方、ポインタによる指定位置を定めるために必要とされるポインタの位置検出の方式には、機械式、光学式、磁気式、超音波式などの方式がある。このような手術ナビゲーションの技術については、特開：2002-35007、特開：2003-79637に提案されている。同様に、上記I-MRIと3D手術ナビゲーションシステムを組み合わせた技術については特開2003-190117（特許文献３）に提案されている。

次に、超音波診断装置の構成を図３に示す。超音波診断装置301は、被検体302内に超音波を送受信し得られた反射エコー信号を用いて診断部位について2次元超音波画像或いは3次元超音波画像を形成して表示するもので、被検体302に超音波を照射し受信する振動子素子を備えた超音波探触子303と、超音波信号を送受信する超音波送受信部304と、受信信号に基づいて2次元超音波画像（Ｂモード画像）或いは3次元超音波画像を構成する超音波画像構成部305と、超音波画像構成部305構成された超音波画像を表示する表示部306素を制御する制御部307と、制御部307に指示を与えるコントロールパネル308とを有している。

ここで、各構成要素を具体的に説明する。超音波探触子303は、振動子素子が超音波探触子の長軸方向に１〜ｍチャンネル分配列される。ここで、短軸方向にもｋ個に切断されて１〜ｋチャンネル分配列されている場合、短軸方向の各振動子素子（１〜ｋチャンネル）に与える遅延時間を変えることにより、短軸方向にも送波や受波のフォーカスがかけられるようになっている。また、短軸方向の各振動子素子に与える超音波送信信号の振幅を変えることにより送波重み付けがかけられ、短軸方向の各振動子素子からの超音波受信信号の増幅度又は減衰度を変えることにより受波重み付けがかけられるようになっている。さらに、短軸方向のそれぞれの振動子素子をオン、オフすることにより、口径制御ができるようになっている。

なお、この超音波探触子303は、超音波送受信部304から供給される駆動信号に重畳して印加されるバイアス電圧の大きさに応じて超音波送受信感度つまり電気機械結合係数が変化する、例えばｃＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer：IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Contr. Vol45 pp.678-690 May 1998等）を適用できる。ｃＭＵＴは、半導体微細加工プロセス（例えば、ＬＰＣＶＤ：Low Pressure Chemical Vapor Deposition）により製造される超微細容量型超音波振動子である。
超音波送受信部304は、超音波探触子303に送信信号を供給すると共に受信した反射エコー信号を処理するもので、その内部には、超音波探触子303を制御し超音波ビームの打ち出しをさせる送波回路と、この打ち出された超音波ビームの被検体内からの反射エコー信号を受信し生体情報を収集する受波回路と、これらを制御する制御回路とを有している。

超音波画像構成部305は、超音波送受信部304で処理した反射エコー信号を超音波断層像に変換するもので、順次入力される反射エコー信号に基づいて超音波画像を形成するデジタルスキャンコンバータと、超音波画像を記憶する磁気ディスク装置及びRAMとからなる記憶装置とから成り、超音波送受信部304で受信した反射エコー信号を信号処理し、2次元超音波画像や3次元超音波画像、各種ドプラ画像に画像化して出力する。
表示部306は、超音波画像構成部５で作成された画像を表示制御部を介して入力し超音波画像として表示するもので、例えばＣＲＴモニタ、液晶モニタから成る。
そして、制御部307は、前記各構成要素の動作を制御するもので、ユーザインターフェース回路とのインターフェースを有する制御用コンピュータシステムより構成されている。この制御部307は、それに含まれるユーザインターフェース及び該ユーザインターフェースからの情報等から超音波送受信部304を制御する。また、超音波送受信部304で受信した生体情報を超音波画像構成部305に転送したり、超音波画像構成部305で画像化した情報を表示制御部に伝送するなどの制御を行う。

現在、超音波画像処理の技術は進歩しており、探触子に向かう方向の血流を赤色で、遠ざかる方向の血流を青色で表示するカラードップラー法がある（特許第3029706号）。利点としては、早い血流と遅い血流とを同時に表示できるだけでなく、カラーゲインを調節して速度が早いほど明るく表示することで血流を評価する。

従来の一般的な超音波診断装置は、被検体内部の生体組織の構造を例えばＢモード像として表示するだけでなく、最近、被検体の体表面から圧迫装置もしくは探触子で人為的に生体内部組織を圧迫し、時系列的に隣接する２フレーム（連続２フレーム）の超音波受信信号の相関演算を利用して、各点における変位を求め、さらにその変位を空間微分することによって歪みを計測し、この歪みデータを画像化する手法、更には、外力による応力分布と歪みデータから、生体組織のヤング率等に代表される弾性率データを画像化する手法が現実的になってきている。このような歪み及び弾性率データ（以下、弾性フレームデータ）を基にした弾性画像によれば、生体組織の硬さや柔らかさを計測して表示することができる。このような機能は一般的にはエラストグラフィと呼ばれ、特許文献１又は特許文献２に記載されたものなどがある。
一方、超音波は、体外あるいは体腔内から収束させることにより侵襲性の低い治療を行うことが原理的に可能である。直腸内に配置した超音波発生器を用いた泌尿器領域の部位の治療についても従来から超音波を用いた装置が考案されてきた。図４に収束超音波の装置構成を示す。

例えば、前立腺は直腸内に配置した超音波発生器を用いて治療可能である。前立腺に関する疾患で超音波による治療が適する例としては、前立腺肥大症が挙げられる。前立腺肥大症は前立腺の少なくとも一部が肥大することで尿道が屈曲し、患者に顕著な尿流の閉塞、切迫尿、頻尿をもたらす疾患であり、治療法としては外科手術により患部を除去する手法、レーザ照射により患部を焼き切る手法などが考案されている。これらの手法に対し、アメリカ合衆国特許5676692号に示されるように、より簡便でまた早い術後の回復が期待できる手法として、収束超音波を用いた治療装置が考案されている。この治療装置は、治療用の連続波の発生および超音波断層像を得るためのパルス波の発生という二つの役割を併せもつ収束型超音波発生源を含む治療用プローブ402、および治療用プローブに接続された超音波診断装置と収束超音波発生用の電源、超音波を反射することを特徴とする尿道用カテーテルから構成されている。治療は、まずカテーテルを尿道から膀胱までいれた状態で超音波断層装置プローブを直腸に挿入し、前立腺付近の超音波断層像を得、治療予定部位をあらかじめ決定しておく。次に、治療用プローブを直腸に挿入し、治療用プローブからの超音波パルス信号により前立腺付近の超音波診断像を得る。本治療装置においては、超音波断層像用超音波発生源は連続波を照射する治療用超音波発生源を兼ねることから、診断画像用のパルス波発生に最適化することが困難であり、良質な断層像を得ることが困難である。このため、本治療装置においては超音波を反射する特徴を有するカテーテルを用いて、カテーテルから強い反射信号が得られるよう構成されている。カテーテルの位置を断層像中で確認することにより、先ほどの超音波断層装置プローブを用いて得られた断層像中において示された治療予定部位の、本治療装置を用いて得られた断層像中での位置を確認する。以上の操作の後に、治療用プローブから治療用超音波を治療予定部位に照射する。一回の超音波照射は通常数秒間であり、複数の部位を治療する場合には、通常十数秒間の間隔を設ける。治療効果は、超音波照射により組織が熱凝固する温度以上に加熱されることにより得られると考えられている。

国際公開特許WO 03/026505 A1 米国特許U.S. Patent No. 6044290 特開2003-190117号公報 特開平05-317303号公報 特開2000-60853号公報

一般的な腹部ＨＩＦＵ（High Intensity Focused Ultra Sound）治療では、臓器の呼吸性移動の影響からターゲットの捕獲および治療精度不安定という問題がある。また、患者の息止めにより臓器移動を抑制できるが、息止め時間には限度があり、それを越えると呼吸によって臓器が動き、ターゲットとは異なる臓器を損傷させ、合併症を誘発する可能性が高くなる。

また、MRI画像による手術適用は行われているが、高い画像解像度を必要とする細かい手術や治療中の組織の硬さ情報を取得できないことから、正常組織と腫瘍の判別を容易にすることができなかった。

一方、超音波二次元画像を用いたカラードップラー画像は、リアルタイム血流情報を閲覧することができるので、診断のみならず手術分野においても重要な役割が期待できる。さらに、超音波を駆使したエラストグラフィ画像は、乳腺疾患の良悪性診断において診断基準が勘弁かつ有用である。しかし、単独では良悪性腫瘍を判別できず手術にはあまり適用されていないという現実があった。

そこで、本発明の目的は、ＨＩＦＵプローブを正確な位置に誘導し、生体情報に同期した治療を可能とし、さらにカラードップラー画像による血流情報とエラストグラフィ画像による良悪性診断とMRI画像による軟部組織情報から正常組織と腫瘍の判別情報を瞬時に表示し、肉眼または画像上では判別しにくかった組織の境界を画像情報として術者に提示し、周囲の環境（血管，胆管，正常臓器等）への配慮と臓器移動における治療装置の制御を可能とすることにより、精度の高い治療技術を提供することにある。

上記の課題は、次の手段により解決することができる。
本発明は、MRIと三次元位置検出装置による術具位置の検出装置と生体情報をモニタするためのユニットとＭＲＩ装置内部で撮像可能な超音波装置と生体に穿刺した針を介して生体内の病変を壊死させるための治療手技を行う治療装置と３Dボリューム画像を三次元再構成する画像処理する機能において、臓器の情報を用いて治療経路を修正し、ＨＩＦＵプローブ（術具）設置位置を補正する。MRI装置と超音波装置を交互に撮像しながら画像情報を用いてＨＩＦＵプローブを治療計画位置に誘導し、生体情報に同期して収束超音波治療を行う。治療画像と治療前画像の差分画像から治療領域と残治療領域を求め、必要に応じてＨＩＦＵプローブ設置位置の再計算と治療装置へフィードバックを行い、治療の進展を制御する手段を備えた分野である。

本発明により、超音波屈折率を考慮してＨＩＦＵプローブを正確な位置に誘導し、生体情報に同期した治療中が可能となることから、治療精度の向上が期待できる。更に、カラードップラー画像による血流情報とエラストグラフィ画像による良悪性診断とMRI画像による軟部組織情報から正常組織と腫瘍の判別情報を瞬時に表示することができるようになり、肉眼または画像上では判別しにくかった組織の境界を画像情報として術者に提示できるようになる。

本システムを併用することで、周囲の環境（血管、胆管、正常臓器等）への配慮と臓器移動における治療装置の制御ができることから、合併症予防と術者・患者に対するストレス低減と手術時間短縮による低侵襲が期待できる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図５に、本発明の装置構成を示す。図１１の従来ＩＳＣ構成に対して超音波装置４０を加えている。ＭＲＩ対応超音波プローブ３７には、位置を検出するためのポインタ２７が取り付けられており、超音波画像は専用のモニタ３８に映し出されるだけでなく、パーソナルコンピュータ１９に転送されることで、画像処理が行われ術者用モニタ１４に映し出される。

図１に、本発明のフロー図を示す。MRIを用いて３D撮像を行い１０１、取得データを画像処理にて特定領域を抽出する（セグメンテーション）１０２。セグメンテーション画像毎に臓器の登録を行う１０３。治療領域１０４および超音波照射位置を指定することで１０５、ＨＩＦＵ治療計画を行う。ここで、登録された臓器の情報から臓器毎の音速を抽出し、算出した治療計画の経路と登録した臓器の情報（音速）からスネルの法則を用いて経路間の屈折角を算出するものであり、屈折を考慮した経路を逆算することでプローブの位置を補正することができる１０６。患者には生体情報を取得するためのモニタが付いており、随時生体情報（例：血圧・心拍数・発汗・体温等の異常上昇や意識の喪失）をモニタリングしている１０７。ユーザは治療パラメータを入力し１０８、ナビゲーション機能を起動して１０９手術を開始する１１０。手術はＨＩＦＵプローブ位置を追随してナビゲーション画像上に重畳表示することで１１１、術者は術具や数値情報を用いてＨＩＦＵプローブを治療計画位置（目的位置）へ誘導する１１２。誘導後は超音波画像やMRI画像にてターゲットの位置を確認後１１３、補正済みの治療予定位置を見て１１４、生体モニタに同期して治療を開始する１１５。例えば、治療パラメータ１０８で呼気時に１秒間を５回治療と設定すれば、患者の呼気に合わせて５回治療が行われることになる。治療効果は超音波またはMRI画像にて確認され１１６、追加治療が必要な場合は１１７、画像情報から残治療領域を抽出し１１８、周辺臓器情報を用いてプローブ位置の再シミュレーションを行い１１９、治療予定領域をメモリ上に再セットして１２０、再度プローブのナビゲーションを行うことになる。これを治療が終了するまで繰り返す。但し、MRI装置と超音波装置を交互に撮像する手段は、各装置の撮像時間を干渉することなく規程時間毎に交互に撮像するものであり、超音波装置は通常の撮像の他に血流方向を描出する撮像と組織の硬さを計測する方法も必要に応じて併用される。

図２に、臓器の情報を用いたＨＩＦＵプローブ位置補正フローを示す。ＨＩＦＵ照射位置からターゲットまでに存在する臓器を確認後２０１、予め登録した１０３音速パラメータを用いて臓器毎に屈折角の計算を行う２０２。屈折角の計算方法はスネルの法則に基づいて計算され２０３、ターゲット位置を基準としてＨＩＦＵの経路を修正する２０４。修正結果はＧＵＩ上に描写され２０５、ユーザは補正経路を参照して手術を行う。ここで、音速は計算式にあるとおり２１０、２１１、
Ｃ＝λ／Ｔ＝λ・Ｆ ・・・（１）
T：周期［MS］ λ：波長［mm］ F：周波数［Hz］
Ｃ＝√（Ｋ／ρ） ・・・（２）
K：媒質の弾性率 ρ：媒質の密度
で表され、一般的に各臓器の音速は２１２のように定義されている。ターゲット２１６へ向けて照射された超音波装置２１３から送信された音波が、組織Ａ２１８を通り２１４、組織Ｂ２１９へと伝達されるが２１７、屈折により進路が変更される２１５。屈折角度は例えば、媒質１ ２２１から媒質２ ２２２へ進んだ場合に境界との垂直軸との角度θ_１と屈折角θ_２との関係は次式２２３にて定義される。
sinθ₁／Ｃ₁＝sinθ₂／Ｃ₂・・・（３）
Ｃ_１、Ｃ_２は各媒質の音速であり、臓器の音速は２１２から引用される。

図６に、ＭＲＩ、超音波撮像断面構成図を示す。患者６０１に対して術者６０２、６０４が術具６０３や超音波４０探触子６０５による画像情報を用いてターゲットに対してアプローチが行われる。画像情報はモニタ１３、１４、３８に表示される。超音波プローブ６０５による超音波撮像断面６１１と術具６０３位置によるＭＲＩ撮像断面６１２は必ずしも同一断面とは限らないので、それぞれ交互に撮像を行い画像情報を取得する。

図８に、ＭＲＩおよび超音波撮像タイミングを示す。時間軸上にＭＲＩ信号を取得する時間と８０２、８０９、８１１、８１７、超音波信号を取得する時間８０５、８１３が別々に設けられており、ＭＲＩ画像はユーザ指定のシーケンスを用いて術具ガイディングまたは治療中の画像情報を取得する８０３、８１０、８１２、８１８。一方、超音波画像はその特徴から高速に画像を取得することができるので、通常のＢモード画像８０６、８１４、ドップラー画像８０７、８１５、エラストグラフィ画像８０８、８１６を繰り返し撮像する。また、必要に応じて３Ｄ撮像を行い、形態学・解剖学的な情報を取得してもよい。

図７に、本発明のタイムチャートを示す。３Ｄボリューム撮像７００の後、画像情報を画像処理機能に転送７０１し、特定領域を抽出する７０２。ＨＩＦＵ治療計画７０３を行い、補正処理に従ってＨＩＦＵプローブ位置算出７０４する。手術開始７０５と同時に術具位置検出７０６を開始し、術具位置情報は超音波装置、ＭＲＩシステム、画像処理機能にそれぞれ送信７０７〜７０９される。術具位置情報に基づき超音波撮像７１０、ＩＳＣ撮像７１１が行われ、画像情報は画像処理機能に随時送信７１３、７１４される。画像処理機能はナビゲーション上に術具位置情報と更新画像情報を表示して術者に手術情報として供給する７１５。これら画像情報に基づいてＨＩＦＵプローブを計画位置へ誘導する。更に生体モニタ情報を取得７１２し、生体モニタ情報を超音波装置および画像処理機能へ送信７１６、７１７している。術者はＧＵＩ上に表示されている治療予定領域７１８を参照して、治療開始指示７１９、７２０をし、超音波装置にてＨＩＦＵによる治療が行われる７２１。治療領域はＭＲＩ ７２２や超音波装置にて確認され、画像データは画像処理機能へ送信７２３、７２４され、治療画像７２５と治療効果確認７２６が行われる。

図９に、手術前のGUI表示例およびＨＩＦＵプローブ位置補正方法を示す。ＭＲＩまたは超音波装置の３Ｄ撮像ボタンを押下することで９０１、９０３、Ａｘｉａｌ断面９１０、Ｓａｇｉｔａｌ断面９１１、Ｃｏｌｏｎａｌ断面９１２、Ｖｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画面９１３に再構成され、特定領域抽出ボタンを押下することでマウス等のツールを用いて臓器毎のセグメンテーションが行われる９０２、９０４。ボリューム情報およびセグメンテーション情報は別画面９３１にも表示され、スライス画像情報９３２〜９３５と特定領域９３６を別視点から閲覧することもできる。この特定領域の設定はＭＲＩ、超音波画像それぞれ設定できる。その他、ボリューム情報、プローブ情報、特定領域を含むスライス情報等の数値データも一緒に表示される９３７。次にセグメンテーションされた領域と臓器の対応付けを行う９０５。登録した領域情報９１０〜９１３を用いて臓器の登録を行う９２１。ＨＩＦＵ治療計画ボタンを押下し９０６、ターゲット９１４と仮プローブ位置９１５を設定することで、仮照射経路がＧＵＩ上に描写される９１７。ここで、登録臓器９２１と臓器の音速データ９２２から仮照射経路９１７の補正が行われ、補正経路９１８からプローブ位置補正結果９１６がＧＵＩ上に表示される。

図１０に、臨床時のGUI表示例を示す。ナビゲーションボタン１００１を押下することで、Ａｘｉａｌ断面１０１０、Ｓａｇｉｔａｌ断面１０１１、Ｃｏｌｏｎａｌ断面１０１２、Ｖｏｌｕｍｅ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画面１０１３上にターゲット１０１６が表示され、術具情報ボタンを押下することで１００２、三次元位置検出装置が起動し、術具位置を検出する。検出されたプローブ位置情報は画像情報としてＧＵＩ上に表示される１０１４。ここで、ＨＩＦＵ照射経路ボタン１００４を押下することで、最終プローブ位置１０１５、ＨＩＦＵ照射経路１０１７が表示される。更に治療予定領域ボタンを押下することで、ターゲット周辺１０２０の拡大画面１０２１が別画面１０２０に表示される。拡大画面１０２１は腫瘍領域１０２２と治療予定領域が三次元的に表示されており、実際にＨＩＦＵ照射による治療が始まると同時に生体モニタ情報が読み込まれ１００５、ユーザ設定情報による治療が開始される。例えば、呼気時に１秒間を５回治療と設定すれば、患者の呼気に合わせて５回治療が行われることになる。治療効果は超音波またはMRI画像にて確認され１１６、実際の治療領域１０２３は画像情報として撮像毎に更新される。その他、治療情報は数値情報も有しており、腫瘍領域の数値計算結果、治療経過時間および残治療予定時間、病変・治療領域直径／半径、治療インターバルタイム、各種経過時間、脈拍等患者情報、警告情報もリアルタイム表示される機能も備えている１０２４。治療モニタの結果、必要に応じて追加治療が行われる。

また、本発明は術者による治療支援機能であるが、ロボット手術に適用することで臓器の動き抑制しながら治療が可能となり、更なる治療精度向上が期待できる。

本発明の実施形態であるＨＩＦＵ治療計画高精度化による手術支援機能を示すフローチャート図。 本発明のＨＩＦＵプローブ位置補正方法を示すフローチャート図。 従来の超音波装置の構成を示す模式図。 従来の収束超音波治療装置の構成を示す模式図。 本発明の実施形態である超音波＋ＭＲＩ装置構成を示す模式図。 本発明の超音波装置およびＭＲＩ撮像断面構成を示す模式図。 本発明のタイムチャートを示す模式図。 本発明の超音波装置およびＭＲＩ撮像タイミングを示す模式図。 本発明の実施形態を示すGUI（手術前）模式図。 本発明の実施形態であるナビゲーション画面を示すGUI（手術中）模式図。 従来の診断治療機器構成を示す模式図。

符号の説明

１…ＭＲＩ装置、
３…上部磁石、
５…下部磁石、
７…支柱、
９…位置検出デバイス、
１１…アーム、
１３…モニタ、
１４…モニタ、
１５…モニタ支持部、
１７…基準ツール、
１９…パーソナルコンピュータ、
２１…ベッド、
２３…制御部、
２４…被検体、
２５…赤外線カメラ（位置検出デバイス）、
２７…ポインタ、
２９…操作者（術者）、
３０…術者用モニタ、
３２…開口部、
３４…映像記録装置、
３５…反射球、
３８…超音波モニタ、
４０…超音波装置。

Claims (13)

1. 核磁気共鳴装置と、三次元位置検出装置による術具位置の検出装置と、生体情報をモニタするための生体モニタユニットと、前記核磁気共鳴装置内部で撮像可能な超音波装置と、収束超音波装置を用いて生体内の病変を壊死させるための治療手技を行う治療装置と、３Ｄボリューム画像を三次元再構成する画像処理する機能を有する手術支援装置において、
   患者に装着した前記生体モニタユニットを用いて得られた生体情報に同期して３Ｄボリューム画像の撮像を行う撮像手段と、
   前記３Ｄボリューム画像を処理して特定領域を抽出し、前記特定領域における前記患者の臓器の情報を登録する登録手段と、
   前記３Ｄボリューム画像から前記特定領域における治療経路を決定して収束超音波治療計画を実施する手段と、を有し、
   登録された前記臓器の情報を用いて前記収束超音波治療計画による治療経路を修正し、初期設定された術具の設置位置を該修正後の治療経路に対応した術具位置に補正することを特徴とする手術支援装置。
2. 請求項１記載の手術支援装置において、
   前記核磁気共鳴装置と前記超音波装置とを交互に撮像して画像を得る手段と、
   前記三次元位置検出装置による術具位置情報をＧＵＩ上に表示して前記術具を治療計画位置に誘導する手段と、
   前記生体情報に同期して収束超音波治療を行う手段と、
   前記収束超音波治療を行った後の治療画像と治療前の画像との差分画像から、治療が完了した治療領域と未治療の残治療領域の情報を得る手段と、
   前記残治療領域の情報から前記術具の設置位置を自動的に算出し術者に提示する手段と、
   得られた前記情報を治療装置へフィードバックすることで、治療の進展を制御する手段とを備えることを特徴とする手術支援装置。
3. 請求項２記載の手術支援装置において、
   前記特定領域に近づいた時には警告を発する手段を、さらに備えることを特徴とする手術支援装置。
4. 請求項１記載の手術支援装置において、
   前記特定領域を抽出し，臓器の情報を登録する手段は、３Ｄ画像を用いてターゲットや血管等の危険領域を抽出するものであり、該危険領域は分類された後、メモリ上に格納され必要に応じてリアルタイムに描写できることを特徴とする手術支援装置。
5. 請求項１記載の手術支援装置において、
   前記収束超音波治療計画を実施する手段は、予め登録されている治療装置のパラメータを用いて画像上に明示するものであり、ユーザによる治療領域とアプローチ位置から求められることを特徴とする手術支援装置。
6. 請求項１記載の手術支援装置において、
   前記術具の設置位置を補正する手段は、算出した前記収束超音波治療計画の治療経路と登録した臓器の情報から得られた経路間の屈折角を算出し、該屈折角を考慮して治療経路を逆算することにより術具の設置位置を補正することを特徴とする手術支援装置。
7. 請求項２記載の手術支援装置において、
   前記核磁気共鳴装置と前記超音波装置とを交互に撮像して画像を得る手段は、各装置の撮像時間を干渉することなく規定時間毎に交互に撮像するものであり、
   前記超音波装置は、通常の撮像の他に血流方向を描出する撮像と組織の硬さを計測する手段も有していることを特徴とする手術支援装置。
8. 請求項１記載の手術支援装置において、
   前記術具を前記収束超音波治療計画の位置に誘導する手段は、前記三次元位置検出装置から得られる術具位置情報を３Ｄボリューム画像上に重畳表示することを特徴とする手術支援装置。
9. 請求項２記載の手術支援装置において、
   前記生体情報に同期して治療する手段は、生体リズム（呼吸、脈波、心拍等）のある時相に同期して照射治療するものであり、分割数に応じて複数回照射して治療することを特徴とする手術支援装置。
10. 請求項２記載の手術支援装置において、
    前記残治療領域の情報を得る手段は、術前に計画した治療計画領域と実治療領域と病変部から残治療領域を抽出する手段であり、生体情報に基づく３Ｄ画像とリアルタイム画像の減算または治療開始直後の画像とリアルタイム画像との減算によって求められることを特徴とする手術支援装置。
11. 請求項１記載の手術支援装置において、
    前記残治療領域情報から術具の設置位置を自動的に算出する手段は、血管等の治療禁止領域を自動的に排除しながら、前記残治療領域情報と術具の位置から最短の術具の修正位置を計算し、ＧＵＩ上に表示することを特徴とする手術支援装置。
12. 請求項２記載の手術支援装置において、
    前記治療の進展を制御する手段は、解析した追加治療判断情報と治療計画領域を比べて治療続行の有無を判断するものであり、画像処理結果を用いて自動的に治療続行の判断を行う機能とユーザ判断による治療続行の判断を行うモードを備えることを特徴とする手術支援装置。
13. 請求項３記載の手術支援装置において、
    前記警告を発する手段は、予めユーザが指定した領域に対して術具または治療域間の距離が予め設定された閾値以下になったときに警告を発することを特徴とする手術支援装置。

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