JP2012000290A

JP2012000290A - 治療支援装置及び治療支援システム

Info

Publication number: JP2012000290A
Application number: JP2010138601A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Nakamoto; 秀和仲本
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-17
Also published as: JP5463214B2

Abstract

【課題】温熱治療における組織変形に連動したナビゲーション画像を提供する。
【解決手段】温熱治療の対象となる被検体の特定部位1103の拡張量1104を算出するための治療パラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、治療パラメータを用いて前記温熱治療による前記特定部位の拡張量を算出する拡張量算出手段と、算出された拡張量に基づいて温熱治療前に取得した被検体の３次元ボリュームデータに基づく３次元再構成画像1105の伸縮処理を行い、温熱治療による特定部位の拡張量を反映した更新３次元再構成画像1115を生成する更新画像生成手段と、更新３次元再構成画像1115を表示する表示手段と、を備える。
【選択図】図１１

Description

本発明は、治療支援装置及び治療支援システムに係り、特に、温熱治療中の術具のナビゲーション技術に関する。

従来、位置検出装置と過去に撮像したボリュームデータとを用いた手術ナビゲーションシステムがある。この手術ナビゲーションシステムで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。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、特許文献１に記載されている。

特開２００３−１９０１１７号公報

一般に、生体に温熱治療の治療エネルギーを加えると、治療エネルギーが照射された部位が腫れ、部位の形状や、面積、体積が変化する。しかし、形状が変化した３次元画像を特許文献１におけるナビゲーションで用いようとすると、３次元画像を構成するための画像データ（ＭＲＩ装置による３次元ボリューム撮影）のために手技を一時中断したり、また、３次元画像の再構成演算に必要な時間中は、ナビゲーション画像の更新ができず、円滑な手技の進行やナビゲーション画像のリアルタイム性の確保が困難であるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、温熱治療による病変部位の形状等の変化に対して、即座に追従可能な３次元ナビゲーション画像を表示する治療支援装置及び治療システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る治療支援装置は、温熱治療の対象となる被検体の特定部位の拡張量を算出するための治療パラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、前記治療パラメータを用いて前記温熱治療による前記特定部位の拡張量を算出する拡張量算出手段と、前記算出された拡張量に基づいて前記温熱治療前に取得した前記被検体の３次元ボリュームデータに基づく３次元再構成画像の伸縮処理を行い、前記温熱治療による前記特定部位の拡張量を反映した更新３次元再構成画像を生成する更新画像生成手段と、前記更新３次元再構成画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る治療支援システムは、被検体の特定部位に対して温熱治療を行う治療器具と、当該治療器具を駆動・制御する駆動部と、を備えた治療装置と、前記特定部位の拡張量を算出するための治療パラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、前記パラメータを用いて前記治療器具を用いた温熱治療による前記特定部位の拡張量を算出する拡張量算出手段と、前記温熱治療前に取得した前記被検体の３次元ボリュームデータに基づく３次元再構成画像の伸縮処理を行い、前記算出された拡張量に基づいて、前記温熱治療による前記特定部位の拡張量を反映した更新後３次元画像を生成する更新画像生成手段と、前記更新後３次元画像を表示する表示手段と、を備えた治療支援装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温熱治療による病変部位の形状等の変化に対して、即座に追従可能な３次元ナビゲーション画像を表示することができる。

本実施形態に係る治療支援システムの概略構成図超音波診断治療装置の構成を示すブロック図治療プローブ３６の構成を示す説明図治療支援システム１０に用いられる治療支援プログラムの構成を示すブロック図本実施形態に係る治療支援システムの処理の流れを示すフローチャート治療パラメータ設定時のＧＵＩの一例を示す模式図治療器具毎のエネルギー分布を示す説明図エネルギー投与量と拡張（膨張）係数との関係を示すグラフ図８の拡張係数を用いた治療領域周辺の拡張シミュレーションを示す説明図エネルギー投与量と画像伸縮半径との関係を示すグラフ本発明のGUI表示例（治療時）である。パラメータに応じたナビゲーション画像伸縮処理を説明する説明図術具ナビゲーション時のＧＵＩの一例を示す模式図治療時のＧＵＩの一例を示す模式図

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。同一機能を有する構成及び同一の処理内容の手順には同一符号を付し、その説明の繰り返しを省略する。

本実施形態に係る治療支援システムは、被検体の病変部位、例えば腫瘍に対し、操作者が超音波診断治療装置を用いて集束超音波を照射することにより、病変部位(例えば腫瘍など)に対する加熱治療を行う術式において、加熱治療に伴い腫瘍が腫れることにより、治療前の３次元ボリュームデータを用いたナビゲーション画像に描出された病変部位及びその周辺部位の形状と、実際の被検体の病変部位及びその周辺部位の形状と、の不整合を抑止しする治療支援システムである。

本実施形態では、加熱治療装置として集束超音波を照射可能な超音波診断治療装置を用いるが、加熱治療装置は、超音波診断支援装置に限らず、例えば、被検体内の病変部位に穿刺を行い、その穿刺針に一対の電極を用いるモノポーラ方式や展開針方式を用いた温熱治療装置を接続し、穿刺針による加熱治療を行う術式でもよい。また、一般に、温熱治療による病変部位の物理量（例えば形状、面積、体積等）の変化は、加熱治療において顕著であるが、凍結治療による病変部位の変化に対しても本実施形態は適用できる。また、加熱治療によりる病変部位の変化は、組織の膨張（拡張）が顕著であるので、本明細書では組織の変形量を拡張量（膨張量）と記載するが、拡張量（膨張量）には、組織の収縮量（マイナスの拡張量）を含んでもよい。

本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎技術について説明する。被検体画像の撮像装置の一例としてＭＲＩ装置が知られている。このＭＲＩ装置とは、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。

このＭＲＩ装置を用い、術中にリアルタイム画像を生成することがある。このような術中の撮像、例えば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や、３次元マウスなどを使う方法などがある。

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。そこで、術具に先端部にポインタを設け、三次元位置検出装置にてポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面の位置や向きを調整、設定することが行われている。

一方、近年、診断画像を得る超音波診断装置と、集束超音波を照射して加熱治療を行う超音波治療装置と、が一体として構成された、超音波診断治療装置がある。本実施形態では、この超音波診断治療装置を用いて、病変部である腫瘍領域に対して加熱治療を行う場合を例に説明する。

超音波診断装置は、被検体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２４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と、超音波信号を送受信する超音波送受信部と、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と、超音波画像構成部構成された超音波画像を表示する表示部素を制御する制御部と、制御部に指示を与えるコントロールパネルとを有している。

超音波画像処理の一例として、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。この利点としては、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できる点である。

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る。

一方、超音波は、体外あるいは体腔内から集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。本実施形態にかかる超音波診断治療装置は、上述の診断画像を得るためのプローブと、集束超音波を照射するプローブとを一体に構成したものである。

上記技術を前提として、以下、本発明の実施形態を説明する。

本実施形態に係る治療支援システムは、画像処理機能を有する医療用診断装置（Ｘ線装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、超音波装置等）と、３次元位置検出装置による術具位置検出による画像誘導機能と、生体患部を治療する治療機器と、撮像視野（FOV:Field Of View）内部の歪みを検出して補正する機能において、手術前に登録した特定領域（セグメンテーション）を画像情報としてモニタ表示して術具を治療領域に誘導するものである。また、事前に登録した治療パラメータを用いて、治療前後の形状・体積（または面積）を検出し、元の形状・体積と異なっている場合には、パラメータに沿って画像情報を伸縮・更新させるだけでなく、残治療領域を表示して再治療を促す警告と術具誘導により治療精度を向上させる治療画補償機能を有するものである。

＜概略構成＞
以下、図１に基づいて、本実施形態に係る治療支援システムの構成について説明する。図１は、本実施形態に係る治療支援システムの概略構成図である。

本実施形態に係る治療システムは、主に、核磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）１と、治療装置と一体化した超音波診断治療装置４０とが、パーソナルコンピュータ１９と連結され、ＭＲＩ装置１及び超音波診断治療装置４０間の連結情報はモニタ２０、１３上に表示される。そして、治療プローブ３６に取り付けられたポインタ２７を位置検出デバイス９が連続的に追随し、ポインタ２７の位置情報を転送することで、超音波画像とＭＲＩ（またはＣＴ）装置と治療装置とが連結される。

図１のＭＲＩ装置１は、垂直磁場方式０．３Ｔの永久磁石ＭＲＩ装置であり、患者の周囲に垂直な静磁場を発生する上部磁石３と下部磁石５とが支柱７により垂直方向に並べて配置される。上部磁石３と下部磁石５との間に構成された開口部３２内に、被検体２４がベッド２１に載置されて搬送される。また、ＭＲＩ装置１は、図示を省略するものの、この静磁場空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部を備える。この斜磁場発生部は、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の共振型の傾斜磁場コイルにより構成される。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。被検体２４は、ベッド２１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ＭＲＩ装置１内の空間に搬送され、断層面の撮像が行われる。

モニタ１３は、操作者２９が把持する治療プローブ３６に備えられたポインタ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。

本実施形態のＭＲＩ装置１は、Ｉ−ＭＲＩ装置として用いるための位置検出デバイス９を備える。位置検出デバイス９は、間隔をおいて（視差を持たせて）設けられた複数の赤外線カメラ２５、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。この位置検出デバイス９は、アーム１１により移動可能に上部磁石３に連結され、ＭＲＩ装置１に対する配置を適宜変更することができる。また、ポインタ２７の位置検出の方式には、上記に限らず。機械式、光学式、磁気式、超音波式などの方式を用いてもよい。

基準ツール１７は、ポインタ２７とＭＲＩ装置１との相対的な位置関係を検出するためのものであって、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つの反射球からなるマーカ３５を備え、上部磁石３の側面に設けられている。マーカは、反射球に代えて、発光ダイオードなどの光源でもよい。位置検出の手法については後述の＜レジストレーション＞欄にて記載する。

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、本体とＭＲＩ装置１と電気的に接続される。そして、図示しないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。更に制御部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の位置から治療プローブ３６の位置データを取得し、その位置データを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からなるモニタ１３及びモニタ２０に表示される。例えば断層面指示デバイスであるポインタ２７を治療プローブ３６にとりつけ、治療プローブ３６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１３、２０には治療プローブ３６から照射される集束超音波の焦点を含む断面が表示されることになる。また、治療プローブ３６に代わり、穿刺針を用いた手技において、穿刺針のある位置を常に撮像断面とするように構成した場合、モニタ１３、２０には、穿刺針の先端部を常に含む断面が表示されることとなる。その他、生体情報に同期した計測をすることも可能であり、被検体２４に取り付けられた同期（時相）計測装置４１にて各種情報（脈波、心電、呼吸）を取得することができる。

ＭＲＩ装置１及び超音波診断治療装置３０は、手術室１００内に設置され、パーソナルコンピュータ１９及びこれに接続されたモニタ２０、制御部２３、映像記録装置２４は、手術室に隣接する操作室１０１内に備えられる。そして、モニタ１３は、術者２９が視認し、モニタ２０は、操作室１０１内の操作者（図示を省略）が視認する。更に、パーソナルコンピュータ１９には、映像記録装置３４が接続され、術中の動画像（映像信号）は映像記録装置３４に同時記録される。

次に、超音波診断治療装置４０について説明する。以下、図２、３に基づいて、超音波診断治療装置４０の構成について説明する。図２は、超音波診断治療装置の構成を示すブロック図、図３は、治療プローブ３６の構成を示す説明図である。

超音波診断治療装置４０は、術者２９が集束超音波の出力条件などを入力するためのＧＵＩからなるコントロールパネル４１と、コントロールパネル４１に接続され、超音波診断治療装置４０の動作を制御する制御部４２と、制御部４２に接続され、放射状の超音波４５及び集束超音波４６（図３参照）を送信したり、反射波を検出したりする超音波送受信部４３と、超音波送受信部４３及び制御部４２に接続され、受信した反射波に基づいて超音波画像を構成する超音波画像構成部４４とを備える。超音波画像構成部４４にはモニタ３８が接続され、モニタ３８に生成した超音波画像が表示される。

治療プローブ３６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構成される。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。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、この治療プローブ３６は、超音波送受信部４３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 Micro machined Ultrasonic Transducer）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４３は、治療プローブ３６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、治療プローブ３６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４４は、超音波送受信部４３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４３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。

モニタ３８は、超音波画像構成部４４で作成された超音波画像を表示するもので、例えばＣＲＴモニタ、液晶モニタから成る。

そして、制御部４２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（コントロールパネル４１に相当）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４２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に基づいて超音波送受信部４３を制御する。また、超音波送受信部４３で受信した生体情報を超音波画像構成部４４に転送したり、超音波画像構成部４４で画像化した超音波画像をモニタ３８に伝送するなどの制御を行う。

治療プローブ３６は、図３に示すように、集束超音波を発生する治療プローブ４４の中に診断用コンベックス型超音波プローブ（以下「診断プローブ」という）４３を内蔵した治療プローブである。診断プローブ４３が放射状の超音波４５を発する一方、治療プローブ４４は、焦点４７に向かって集束する集束超音波４６を発する。治療プローブ３６は、集束超音波４６の焦点４７と、放射状の超音波４５の中心軸とをほぼ一致させて、診断プローブ４３を治療用プローブ４４と一体化して構成される。

治療プローブ３６から集束超音波を治療予定領域に照射するときの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。

次に、図４に基づいて、治療支援システム１０に用いられる治療支援プログラムについて説明する。図４は、治療支援システム１０に用いられる治療支援プログラムの構成を示すブロック図である。治療支援プログラムは、パーソナルコンピュータ１９の図示しない記憶装置に格納される。

治療支援プログラムは、被検体２４の３Dボリュームデータを取得する画像データ取得部１９ａと、３Dボリュームデータに基づいて被検体の再構成画像、（例えば、アキシャル画像、サジタル画像、コロナル画像からなる３軸断層画像や、ボリュームレンダリング画像）を生成する画像再構成部１９ｂと、被検体の再構成画像から病変部位が撮影された領域（以下病変部位を「特定部位」、病変部位が撮影された領域を「特定領域」という）を抽出する特定領域抽出部１９ｃと、温熱治療に用いる治療器具（以下「術具」という）を登録する治療器具登録部１９ｄと、被検体の再構成画像に特定領域の位置や治療プローブ３６の位置を重畳表示したナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成部１９ｅと、温熱治療による特定部位の拡張量を算出する拡張量算出部１９ｇと、特定部位の拡張量を算出するための治療パラメータを記憶するパラメータ記憶部１９ｆと、術前の被検体の３次元ボリュームデータを格納するボリュームデータ記憶部１９ｈと、位置検出デバイス９からの位置情報に基づいて、治療プローブ３６及び被検体２４の実空間上の位置を求め、これをＭＲＩ装置１が使用可能な検出空間の座標系に変換し、更に検出空間の座標系を被検体の再構成画像上の座標系に変換して、被検体画像と治療プローブ３６及び被検体２４の実空間上の座標とを一致させる位置検出処理部１９ｉと、被検体の再構成画像内の特定領域にマーカを付与するマーキング部１９ｊと、術具の経路、特に本実施形態では、集束超音波の焦点位置や経路（集束超音波の中心軸の進行方向：図７以下におけるｚ軸に相当）を、位置検出デバイス９が求めたポインタ２７の傾きや集束超音波の周波数、深度などのパラメータに基づいて算出したり、特定領域のうち治療がされていない領域（以下「残治療領域」という）へのアプローチ方向を算出する経路算出部１９ｋと、ナビゲーション画像や超音波画像をモニタ２０、１３へ表示制御する表示制御部１９ｌと、特定部位の形状や物理量を測定し、術前の形状、物理量と、温熱治療中の形状、物理量とを比較して、特定部位が拡張したか否かを判断する組織拡張判定部１９ｍと、集束超音波の照射時間を計測する計時部１９ｎと、治療器具の位置や経路及び投与されたエネルギー量に基づいて算出されたエネルギー投与領域を治療済領域として表示する治療済領域表示部１９ｏと、治療済領域を時系列に沿って記録したログ情報を生成するログ生成部１９ｐと、ログ情報を記録するログ記憶部１９ｑと、特定領域から治療済領域を除いた残治療領域を求める残治療領域算出部１９ｒと、を備える。画像再構成部１９bは、画像データ取得部１９ａが、再構成画像を取得する場合には必須ではない。

上記プログラムは、パーソナルコンピュータ１９に備えられた図示しないメモリにロードされてＣＰＵにより実行されることにより、各プログラムとパーソナルコンピュータ１９を構成するハードウェアとが協働し、プログラムが備える機能が実現される。

＜治療支援システムの処理の流れ＞
以下、図５〜１３に基づいて、本実施形態に係る温度計測併用治療補助機能について説明する。図５は、本実施形態に係る治療支援システムの処理の流れを示すフローチャートである。図６は、治療パラメータ時のＧＵＩの一例を示す模式図である。図７は、治療器具毎のエネルギー分布を示す説明図である。図８は、エネルギー投与量と拡張（膨張）係数との関係を示すグラフである。図９は、図８の拡張係数を用いた治療領域周辺の拡張シミュレーションを示す説明図である。図１０は、エネルギー投与量と画像伸縮半径との関係を示すグラフである。図１１は、パラメータに応じたナビゲーション画像伸縮処理を説明する説明図である。図１２は、術具ナビゲーション時のＧＵＩの一例を示す模式図である。図１３は、治療時のＧＵＩの一例を示す模式図である。

以下、図５のフローチャートのステップ順に沿って説明する。治療支援システム１０の処理を開始する前の初期状態において、モニタ２０には、図６に示す治療パラメータ時の画面６０が表示される。画面６０は、被検体２４の画像が表示される画像表示領域６１と、選択・登録された治療器具の情報が表示される選択治療器具情報表示領域６２と、操作ボタンが表示されるボタン領域６３と、を含む。

ボタン領域６３には、温熱治療に用いる治療器具の登録／選択を行うボタン「治療器具登録／選択」６３１と、「特定領域指定」ボタン６３２と、被検体の３Ｄボリューム撮像を行う撮像ボタン「３ＤＳｃａｎ（Ｔ_１Ｗ）」６３３及び「３ＤＳｃａｎ（Ｔ_２Ｗ）」６３４と、３次元再構成画像のうち病変部位が撮影された領域（以下「特定領域」という）を検出する「特定領域描出」ボタン６３５と、術具（本実施形態における治療プローブ３６に相当）とその初期位置を登録するための「レジストレーション」ボタン６３６と、が備えられる。

（ステップＳ１）
操作者は、手術直前に「治療器具登録／選択」ボタン６３１を押下し、手術に使用する術具の選択・登録を行う（Ｓ１）。これは、術具によって、その術具から発生する外部エネルギーの分布が異なるため、後述するステップＳ５において、術具に応じた治療パラメータを読み出すためである。

治療器具登録部１９ｄは、「治療器具登録／選択」ボタン６３１が押されると、予め治療パラメータ記憶部１９ｆに記憶された治療パラメータに対応する術具を、画面６０に例えばリスト表示し、操作者がマウス等のポインティングデバイスで指定することにより、治療器具の選択と登録が行われる。治療器具登録部１９ｄは、選択治療器具情報表示領域６２内に選択された治療器具の詳細情報、例えば術具の種類を文字情報で、x、y、z方向の治療半径、伸縮範囲A,Bの各半径、を数値６３１と模式図６３３とにより表示する。模式図６３３には、プローブ６３２、特定領域６３４、伸縮範囲A６３５、伸縮範囲B６３６が図示される。

（ステップＳ２）
操作者は、「３DＳｃａｎ（Ｔ_１Ｗ）」６３３又は「３DＳｃａｎ（Ｔ_２Ｗ）」６３４を押下げ、被検体２４の治療対象部位を含む３次元ボリューム画像を撮像する（Ｓ２）。これらの３次元ボリューム画像は、術具ナビゲーションに用いられるが、事前に取得した３次元ボリュームデータを用いて術具ナビゲーション画像を生成する場合には、本ステップを省略することができる。

「３DＳｃａｎ（Ｔ_１Ｗ）」６３３又は「３DＳｃａｎ（Ｔ_２Ｗ）」６３３が押し下げられると、ＭＲＩ装置１が被検体２４の３次元ボリューム撮像を行い、画像データ取得部１９ａが、ＭＲＩ装置１から３次元ボリュームデータを取得し、ボリュームデータ記憶部１９ｈに格納される。画像再構成部１９ｂは、ボリュームデータ記憶部１９ｈから３次元ボリュームデータを読出して画像再構成演算を行い、３軸断層像（アキシャル像、サジタル像、コロナル像）、及びボリュームレンダリング像を再構成する。再構成された被検体画像は、画像表示領域６１内に、それぞれアキシャル像６２０、サジタル像６２１、コロナル像６２２、ボリュームレンダリング像６２３として表示される。

なお、本実施形態では、術前の３次元ボリューム画像を、治療支援システム１０に含まれるＭＲＩ装置１を用いて撮像するが、被検体２４に対する被検体マーカの位置が同じ状態であれば、他の撮像装置、例えばＭＲＩ装置１とは異なる撮像装置、例えば他のＭＲＩ装置やＸ線ＣＴ装置により撮像し、被検体マーカが写り込んでいる３次元ボリューム画像を用いて再構成された被検体画像をモニタ２０に表示し、これに基づいて治療対象となる特定領域を抽出してもよい。

例えば、被検体２４の治療対象部位が腹部にある場合、被検体の剣状突起に被検体マーカを添付して３D撮像することにより、術前の３次元ボリューム画像に写り込んだ剣状突起部分の被検体マーカと、ベッド２１に載置された被検体２４の剣状突起部分の実座標と、を一致させることにより、呼吸による体動による位置ずれを抑止しつつ、術前、術中の３次元ボリューム画像の位置合わせを行うことができる。

（ステップＳ３）
操作者が、「特定領域描出」ボタン６３５を押下げると、３次元ボリュームデータから病変部位が撮像された領域である特定領域が抽出される。更に、抽出された特定領域のうち、所望する特定領域を選択して「特定領域指定」ボタン６３２を押し下げることにより、拡張量の算出を行う対象となる特定領域を設定する（Ｓ３）。

特定領域抽出部１９cは、画像再構成部１９ｄが生成した３次元被検体画像から、濃度値（ＣＴ値）や形状を基に特定領域を抽出する。特定領域の抽出は、特定領域抽出部１９ｃによる自動抽出に代えて、モニタ２０に表示されたアキシャル画像、サジタル画像、コロナル画像、ボリュームレンダリング画像のいずれか上において、操作者が図示しない制御部２３に備えられたマウスを用いて入力してもよい。組織拡張判定部１９ｍは、抽出された特定領域の形状、体積（又は面積）を測定する。測定値は、温熱治療により特定領域が拡張（膨張）したか否かの判定に用いられる。

また、操作者が、３次元画像上において抽出された特定領域を指定し、「拡散（膨張）領域指定」ボタン６３２を押下げると、拡張量算出部１９ｇは、指定された特定領域を拡張量の算出対象となる特定領域として設定する。これにより、ナビゲーション画像に複数の特定領域が含まれる場合にも、これから治療を行う予定の特定領域のうち、拡張量の算出を行う特定領域を指定することができる。

マーキング部１９ｊは、抽出された特定領域６２４にマーカを付す。また、必要に応じて特定領域６２４を含む領域であって、過度の温熱治療を抑止するために、想定値以上の組織の変性（膨張や温度上昇）がされると警告を発するための警告領域（図１３における警告領域１０２６）を設定し、警告領域に対してもマーキングを行ってもよい。

（ステップＳ４）
操作者が、「レジストレーション」ボタン６３６を押下げると、位置検出処理部１９ｉが、術具（本実施形態における治療プローブ３６）とその初期位置の登録処理（レジストレーションという）を開始する（Ｓ４）。

位置検出処理部１９ｉは、まず、ポインタ２７の実空間上のＭＲＩ装置１に対する相対的な座標を、基準ツール１７を基準に算出する。

位置検出処理部１９ｉは、位置検出デバイス９の各カメラ２５、２５の撮影した各画像中の基準ツール１７のマーカ３５の位置の変位より各マーカ３５の、位置検出デバイス９に対して初期的に定義された検出空間上の座標を求める。そして、この各マーカ３５の座標を基準に、検出空間の定義を、ＭＲＩ装置１において定義されている検出空間に一致するよう修正する。すなわち、同じ実空間の座標に対応する、位置検出処理部１９ｉの検出する検出空間上の座標と、ＭＲＩ装置１が用いる検出空間上の座標とが一致するようにする。

次に、位置検出処理部１９ｉは、位置検出デバイス９の各カメラ２５、２５の撮影した各画像中のポインタ２７の位置の変位より各ポインタ２７の検出空間上の座標や、ポインタ２７先端の座標を算出する。また、本実施形態では、位置検出処理部１９ｉにおいて、各マーカ２７の検出空間上の座標よりポインタ２７の指示方向、すなわちポインタ２７の向きをも算出する。経路算出部１９ｋは、ポインタ２７の向きから術具の進行方向（本実施形態の場合には、集束超音波の中心軸（ｚ軸）方向）を算出し、点線６２５により再構成画像６２０、６２１、６２２、６２３上に重畳表示する。

次に、位置検出処理部１９ｉは、被検体２４の剣状突起上に置かれた被検体マーカ２４aを指示している状態に対して算出したポインタ２７の先端の検出空間の座標より、ボリュームデータ記憶部１９ｈに記憶されているボリュームデータの画像系の座標と検出空間上の座標との関係式、すなわち、検出空間上の現在の患者の剣状突起がある位置と、ボリュームデータ中において被検体２４の剣状突起が写り込んだ位置（画像系の座標）と、を対応づける関係式を求め、これをレジストレーション結果として記憶する。より具体的には、たとえば、その時点でポインタ２７の先端で指示している被検体マーカ２４aのボリュームデータ中の座標への、算出したポインタ２７の先端の検出空間の座標の変換を行う、または、その逆の変換を行う座標変換式を求め、これをレジストレーション結果として記憶する。検出空間の座標は、モニタ２０に表示される画像における画像上の座標に変換される。

被検体マーカ２４ａの被検体２４に対する位置が不変であれば、ステップＳ１において、ＭＲＩ装置１とは異なる装置、例えばＸ線ＣＴ装置により被検体マーカ２４ａを装着した被検体２４を撮像してもよい。異なる装置で得た３次元ボリューム画像にも、被検体マーカ２４ａが写り込んでいるため、ベッド２１に載置した被検体２４の被検体マーカ２４ａをポインタ２７の先端で指して位置を検出することにより、ベッド２１に載置した被検体２４の実空間座標と、Ｘ線ＣＴ装置で撮像したときに被検体２４の実空間座標とが異なっていても、ベッド２１に載置した被検体２４の被検体マーカ２４ａの実空間座標を検出空間上の座標に変換し、変換後の座標と３次元ボリューム画像に写り込んだ被検体マーカ２４ａの画像上の座標とを一致させることができ、３次元ボリューム画像上にポインタ２７から得られる画像を、画像上の座標を一致させて表示することができる。Ｘ線ＣＴ装置から得た３次元ボリューム画像を用いる場合には、特定領域抽出部１９ｃは、ＣＴ値を基に、特定領域の自動抽出を行ってもよい。

また、被検体２４にポインタを取り付けられない場合は、レーザを用いたサーフェススキャン法を用いてもよい。このサーフェススキャン法では、術前にレーザによるサーフェススキャンを行って被検体形状を取得・記録し、そのデータを基にレジストレーションを行い、手術中は随時レーザにより被検体形状を取得し続けることによりポインタ装着と同じ効果が得られる。これにより、被検体２４の呼吸動・体動による位置ズレが生じた場合でも、レーザによるサーフェス再スキャンの結果に基づいて撮像断面を自動追従・補正することで、常に三次元空間と画像画素の位置関係を一定に保つことができる。

レジストレーションが終了すると、モニタ２０の画面は、図６の治療パラメータ設定時の画面６０から図１２の術具ナビゲーション時の画面１２０に遷移する。画面１２０は、リアルタイム画像を表示するリアルタイム画像領域１２１と、ナビゲーション画像を表示するナビ画像領域１２２と、各種ボタンが配列されるボタン領域１２３とを備える。

ボタン領域１２３には、「Planning」ボタン１２３１「生体情報」ボタン１２３２、「超音波画像」ボタン１２３３、「ナビゲーション画像」ボタン１２３４、「パラメータ／治療器具変更」ボタン１２３５、「画像情報変更（ＭＲＩ、ＣＴ画像）」ボタン１２３６、「拡張（膨張）率シミュレーション」ボタン１２３７、「装置起動」ボタン１２３８、が備えられる。

「Planning」ボタン１２３１を押し下げると、経路算出部１９ｋが手術経路（本実施形態では集束超音波の中心軸の経路）を作成し、ナビゲーション画像上に点線６２５を用いて重畳表示する。また、「Planning」ボタン１２３１により、温熱治療に用いるエネルギー投与量、集束超音波の照射時間など、温熱治療に必要な各種治療条件を設定することができる。

「生体情報」ボタン１２３２を押し下げると、画面１２１６内に被検体２４の情報、例えば、脈、呼吸等の患者情報が、術具（治療装置）等の詳細情報とともに表示されるが、この表示内容及び表示位置は、リアルタイム画像領域１２１１に限らず、適宜変更可能である。

「超音波画像」ボタン１２３３を押し下げると、超音波診断治療装置４０が撮像した超音波画像１２１１が表示される。超音波画像１２１１は深度や周波数等の各種パラメータも表示されている。超音波診断治療装置４０が撮像した超音波画像をリアルタイム画像として用いるため、超音波画像がリアルタイム画像領域１２１１に表示される。

「ナビゲーション画像」１２３４を押し下げると、術前に撮像した３次元ボリュームデータに基づいて再構成された再構成像、すなわち３軸断面アキシャル像６２０、サジタル像６２１、コロナル像６２２、ボリュームレンダリング像６２４を用いたナビゲーション画像が表示される。ナビゲーション画像には、治療プローブ３６の位置１２１２が重畳表示される。なお、ナビ画像領域１２２に表示される３軸断面画像の中心は、一般的には、登録された特定領域６２４に設定されているが、治療プローブ３６の現在位置に応じた特定領域を再構成して表示させることも可能である。

「パラメータ／治療器具変更」ボタン１２３５を押し下げると、事前に設定したパラメータ群（エネルギー量、エネルギー分布及び画像拡張率、超音波画像設定、ナビゲーション設定等）を一括変更することができ、押下するごとにパラメータをリアルタイムに変更することができる。また、事前に登録した治療器具を変更することもできる。

「画像情報変更（ＭＲＩ、ＣＴ画像）」ボタン１２３６を押し下げると、ナビゲーション画像としてＭＲＩ画像の他、ＣＴ画像など複数の３次元ボリュームデータに基づく画像を予め登録しておいた場合に、ナビゲーション画像に用いる再構成像を変更することができる。すなわち、ボリュームデータ記憶部１９ｈに複数の３次元ボリュームデータを格納し、画像再構成部１９ｂがこれらの各３次元ボリュームデータを用いて再構成画像を予め生成し、記憶装置（図示を省略）しておく。そして、「画像情報変更（ＭＲＩ、ＣＴ画像）」ボタン１２３６が押し下げられると、それまでナビゲーション画像に用いられていたのとは別種の再構成像を用いてナビゲーション画像生成部１９ｅがナビゲーション画像を作り直して表示する。

「拡張（膨張）率シミュレーション」ボタン１２３７を押し下げると、超音波画像１２１１、ナビゲーション画像６２０〜６２３を規程エネルギーで治療した場合の画像の伸縮（腫れ）の様子をシミュレーションしてＧＵＩ表示することができる。

「治療開始」ボタン１２３８を押し下げると、超音波診断治療装置４０、画像誘導ナビゲーション、麻酔器等手術支援装置等、手術に用いられる装置が起動する。

（ステップＳ５）
治療のプランニングを行う（Ｓ５）。操作者が「Planning」ボタン１２３１を押し下げると、モニタ２０上にステップＳ１で選択した術具から投与するエネルギー投与量、エネルギー照射時間など、温熱治療の条件設定を行うためのＧＵＩ（図示を省略）が表示される。また、選択された術具に応じた治療パラメータの読み込みを行う。上記入力設定は、モニタ２０のＧＵＩにより行ってもよいし、超音波診断装置４０のコントロールパネルから入力設定を行い、そのデータをパーソナルコンピュータ１９が取得してもよい。また、拡張量算出部１９ｇは、治療パラメータ記憶部１９ｆに記憶された治療パラメータの読み込みを行う。

一般に、治療器具により、その治療器具から投与されるエネルギーの分布が異なるので、本ステップにより、治療器具を選択・登録し、選択された治療具に合った治療パラメータを設定する。ここでいう、治療パラメータ設定とは、治療器具の方向に対するエネルギー分布を登録するものであり、エネルギー量と時間に応じて組織の伸縮量を設定する。

以下、図７に基づいて、治療器具毎にエネルギー分布が異なることを説明する。以下、集束超音波の進行方向をｚ軸、それに直交する２軸をｘ、ｙ軸と定義する。

図７の術具Ａ（穿刺針７０１）で特定部位７０２に対してエネルギーを投与した場合、穿刺針７０１の外部に対するエネルギー分布は、相対的に高投与となるエネルギー投与領域７０３と、相対的に低投与となるエネルギー投与領域７０４の２段構成となる。エネルギー投与領域７０３は、特定部位７０２を含み、穿刺針７０１の先端を中心とする円形状に分布する。エネルギー投与領域７０４は、穿刺針７０１の先端を中心とする円形のうち、エネルギー投与領域７０３を除外したドーナツ状に分布する。そして、エネルギー投与領域７０３、７０４は、穿刺針７０１の先端を中心に、同心円状に分布する。

また、術具Ｂ（治療プローブ７１１）から照射される集束超音波７１１では、穿刺針７０１の場合とほぼ同様に、特定部位７１２に対して、相対的に高投与となるエネルギー投与領域７１３と、相対的に低投与となるエネルギー投与領域７１４とが、ほぼ同心円状（長軸短軸が同一）に分布する。

これに対し、術具Ｃ（治療プローブ５２１）から照射される集束超音波７２１では、特定部位７２２に対して、相対的に高投与となるエネルギー投与領域７１２の分布と、相対的に低投与となるエネルギー投与領域７２４の分布とが、それぞれ長軸方向（集束超音波７２１の進行方向に相当）に比べて短軸方向には少ない。これは、集束超音波５２１の進行方向に沿ってエネルギー投与領域が分布するという、集束超音波の特性による。

つまり、術具に応じて、治療効果（エネルギー分布）が異なることから、術具を予め選択・登録し、その術具に合ったエネルギー分布を３次元的に登録することで、治療に向けたシミュレーションが可能となる。

以下、術具Ｃを例に、治療パラメータと拡張領域シミュレーション方法について説明する。なお、図１の治療プローブ３６は術具Ｃに相当する。

図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ｘ、ｙ、ｚ軸の各方向に沿ったエネルギー投与量と拡張（膨張）係数との関係を示すグラフである。図８のグラフ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、治療領域から比較的近い場所にある高エネルギー投与領域における拡張係数ｋと、高エネルギー投与領域の外側に位置する低エネルギー領域における拡張係数ｍと、を示す。ここでいう拡張係数とは、治療前の特定領域に対する、エネルギー投与後の膨張率を意味する。一般にエネルギー投与量が増加するほど、組織の拡張（膨張）係数も増加する。術具Ｃの場合、ｘ、ｙ方向（短軸方向）ではほぼ同心円状に膨張するため、ｘ、ｙの各方向に対する拡張係数ｋｘとｋｙ、ｍｘとｍｙとは、図８（ａ）（ｂ）において同じ傾きで示されるが、ｚ方向（長軸方向）では、短軸方向に比べて組織の膨張率が高いため、ｋｚとｍｚは、ｋｘとｋｙ、ｍｘとｍｙに比べてより大きな傾きで示される。

図９に基づいて、図８の拡張係数を用いて治療領域周辺の拡張シミュレーションを行う処理を説明する。図９は、特定部位９０３に対してｘ、ｙ、ｚの各方向に対し、図８の拡張係数を適用した各方向の２段階のエネルギー分布を示す。拡張領域９０４（拡張領域９０４は、特定部位９０２を含む領域であり、図９の拡張領域９０４を示す点線の円内全体の領域である）は、拡張率が相対的に高く、拡張領域９０５（図９の特定部位９０３を示す点線の円内のうち、拡張領域９０４を除くドーナツ状の領域である）では拡張率が相対的に低くなる。

ｘ−ｙ平面では同一の拡張率であるため、２段階の円形のエネルギー投与領域が同心円状に分布する。一方、ｙ−ｚ平面、ｘ−ｚ平面は、ｚ方向に沿った長軸とｘ、ｙ方向に沿った短軸とからなる楕円状のエネルギー投与領域が同心円状に分布する。各領域の拡張率は、以下の式により求めることができる。
ｘ軸方向の拡張領域９０２における拡張率＝k_x・e^−x・t（−c＜x＜c）
ｘ軸方向の拡張領域９０３における拡張率＝m_x・e^−x・t（−c＜x＜−e、e＜x＜c）
ｙ軸方向の拡張領域９０２における拡張率＝k_ｙ・e^−ｙ・t（−d＜y＜d）
ｙ軸方向の拡張領域９０３における拡張率＝m_y・e^−y・t（−f＜y＜−d、d＜y＜f）
ｚ軸方向拡張領域９０２における拡張率＝k_z・e^−z・t（−g＜z＜g）
ｚ軸方向の拡張領域９０３における拡張率＝m_ｚ・e^−ｚ・t（−h＜z＜−g、g＜y＜h）
（但し、tはエネルギーが投与された時間）

なお、上記では拡張率を用いて説明したが、拡張率を拡張量、又は画像収縮半径に置き換えても同様の作用効果を奏する。また、上式において、本実施形態では、ｃ＝ｄ、ｆ＝ｅとなる。

図１０に基づいて、エネルギー投与量と画像伸縮半径との関係を説明する。図１０の画像収縮半径は、図８の拡張係数と図９の拡張率を基に、拡張量算出部１９ｇが画像伸縮半径を算出した結果を示す。図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、ｘ、ｙ、ｚ方向におけるエネルギー投与量と画像伸縮半径との関係を示す。エネルギー投与量が多いほど、組織の拡張量が大きくなるので、その拡張量に合わせてナビゲーション画像に撮像された特定領域の画像を伸縮する必要がある。図７の術具ｃは、ｘ、ｙ方向については、拡張係数が等しいので、図１０の（ａ）（ｂ）に示すように、ｘ、ｙ方向におけるエネルギー投与量に対する画像伸縮半径は等しくなる。また、拡張係数ｋ_ｘ、ｋ_ｙは、ｍ_ｘ、ｍ_ｙよりも大きいので、ｋ_ｘ、ｋ_ｙに対応する画像伸縮半径は、ｍ_ｘ、ｍ_ｙに対応する画像伸縮半径よりも大きい。また、ｚ方向の拡張係数は、ｘ、ｙ方向の拡張係数よりも大きいので、画像伸縮半径も大きくなる。

治療パラメータ記憶部１９ｆは、術具毎に、エネルギー投与量と画像伸縮半径とを算出するための治療パラメータを記憶する。拡張量算出部１９ｇは、経路算出部１９ｋが算出した経路（ｚ軸）に基づいて、ｘ、ｙ、ｚ軸方向を求める。続いて、拡張量算出部１９ｇは、エネルギー投与量を示す情報を取得、またはエネルギーの出力と照射時間からエネルギー投与量を算出し、このエネルギー投与量を治療パラメータに適用することで、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の各方向における拡張量を求め、これに応じた画像伸縮半径を算出する。ナビゲーション画像生成部１９ｅは、その画像伸縮量に応じてナビゲーション画像（アキシャル画像、サジタル画像、コロナル画像、ボリュームレンダリング画像）の特定領域が撮像された部位の画像が伸縮された更新ナビゲーション画像を生成、表示する。

なお、上記図１０では、エネルギーの投与時間ｔと画像伸縮半径との関係は示していないが、エネルギーの投与時間ｔが長くなるとそれに応じてエネルギー投与量も増加するので、図１０のエネルギー投与量をエネルギー投与時間ｔに置き換えてもよい。エネルギー投与時間ｔと画像伸縮半径との関係を示すパラメータもあらかじめ準備しておき、上記と同様、エネルギー投与時間ｔに応じて画像の伸縮処理を行ってもよい。また、上記では、２段階の拡張範囲を設定したが、拡張範囲は１段階でも、また３段階以上でもあってもよく、段階数に応じた拡大係数等を規定することにより、上記２段階の場合と同様、エネルギー投与量及び／又はエネルギー投与時間に応じた画像伸縮処理を行うことができる。

上記図８、図１０の各グラフは、術具の特性に応じてユーザによる変更が可能である。これら図８、図１０が、本実施形態における治療パラメータとなるが、治療パラメータは、図８、図１０に限らず、治療による組織の拡張領域を算出可能なデータであれば、データの種類や構造を問わない。

（ステップＳ６）
ステップＳ５で登録された拡張領域の算出を行い、シミュレーション表示を行う（Ｓ６）。

操作者が「拡張（膨張）率シミュレーション」ボタン１２３７を押すと、経路算出部１９ｋは登録された術具を用いた場合の特定領域への経路を算出する。上述の図７で述べたように、エネルギー投与領域の分布は、集束超音波の進行方向（ｚ軸方向）に沿った長軸を有する３次元領域（ラグビーボールの形状に相当する）を有するなど、集束超音波の進行方向に依存することがあるので、経路を求めてから拡張領域の算出を行う。但し、エネルギー投与領域が３次元の等方向に等量分布し、３次元の等方向に等量の拡張を生じる場合には、経路算出部１９kは、経路ではなく、術具の先端位置（エネルギー投与の中心位置）を算出すればよい。

次に、拡張量算出部１９ｇが、ステップＳ４で設定されたエネルギー投与量に基づいて拡張領域の算出を行う。

以下、図１１に基づいて、拡張量算出部１９ｇ及びナビゲーション画像生成部１９ｅによる、パラメータに応じたナビゲーション画像伸縮処理を説明する。図１１は、パラメータに応じたナビゲーション画像伸縮処理を説明する説明図である。

図１１（ａ）は、画像伸縮前（エネルギー未付与）状態を示す。組織１１０５内に特定領域（例えば腫瘍）１１０２があり、この中に集束超音波１１０１を照射する治療領域１１０３があるとする。集束超音波１１０１により加熱される治療領域１１０３に対する拡張量１１０４は、拡張量算出部１９ｇが、図１０の治療パラメータにエネルギー投与量を適用することで求まり、更にこの拡張量に対応した画像収縮半径も求まる。そこで、ナビゲーション画像生成部１９ｅは、算出された画像収縮半径により、治療領域１１０３が拡大したとして画像補償を行う。

この処理を図１１（ｂ）の画像伸縮過程により図示する。ナビゲーション画像生成部１９eは、治療領域１１０３が拡大領域１１０４に変化することに伴い、元の特定領域１１０２は領域１１１０に拡大する。更にそれに伴う周辺組織の押し出され１１１１〜１１１３、組織表面の形状１１１５が変化する。

よって、ナビゲーション画像生成部１９ｅは、治療領域１１０３から拡大領域１１０４への変化量分、特定領域１１０２から組織１１１５表面までの画像を線形かつ全体的に画像を伸張した線形画像を生成し、ナビゲーション画像の特定領域部分の画像を、生成された線形画像に置き換えた更新ナビゲーション画像を生成する。ナビゲーション画像生成部１９ｅによる線形の画像伸縮処理は、拡張した組織が周辺組織を押し出す量や、組織の位置に応じて、伸縮量を変更してもよい。例えば、特定領域の体表面からの深度が浅いほど、組織表面の形状変化がより大きくなるように画像伸縮処理を行ってもよい。また、周辺組織の形状変化の大小は、例えば腹部では腹圧の影響や、組織の硬度によっても影響を受けること考えられるので、ナビゲーション画像生成部１９ｅは、組織の画像伸縮半径と、その組織の位置（体表面からの深度や部位）や、組織の硬度に応じて周辺組織の画像伸縮量を変更してもよい。そこで、ナビゲーション画像生成部１９ｅは、画像伸縮用パラメータとして、組織の拡張（膨張）量、組織の位置（例えば体表面下の深度）、組織の硬度など、考慮すべきパラメータを反映させた治療パラメータを用意しておき、超音波診断装置４０やナビゲーション画像から、各パラメータを適用するために必要なデータ、例えば、組織の深度や、組織の硬度を取得し、これらのパラメータを考慮した拡張（膨張）量による線形変換を行うように構成してもよい。

一例として、組織の画像伸縮半径が２ｃｍ、組織が体表面下２〜３ｃｍにある場合には、ナビゲーション画像生成部１９ｅは、体表面が１．５〜２ｃｍ盛り上がるように画像伸縮を行うが、画像伸縮半径が２ｃｍであっても、その組織が体表面下５ｃｍよりも深い位置にある場合には、周囲の組織が押されても、体表面への影響が少ないため、体表面は盛り上がることがなく、組織周辺部位の画像伸縮処理だけを行うようにしてもよい。

表示制御部１９ｌは、図６のナビゲーション画像（アキシャル画像６２０、サジタル画像６２１、コロナル画像６２２、ボリュームレンダリング画像６２３）を更新ナビゲーション画像に差し替えて表示する。または、本ステップのシミュレーション時においては、ナビゲーション画像（アキシャル画像６２０、サジタル画像６２１、コロナル画像６２２、ボリュームレンダリング画像６２３）上に、別ウィンドウを立ち上げ、その中にシミュレーションによる更新ナビゲーション画像を表示してもよい。

本ステップにより、登録術具を用いたアプローチ方法（角度・距離）が可視化され、手術シミュレーションとして機能させることができる。手術シミュレーションが不要な時は、本ステップを省略してもよい。

（ステップＳ７）
「装置起動」ボタン９０８を押し下げると、治療機器及び画像誘導ナビゲーション機能が起動し、手術開始となる（Ｓ７）。モニタ２０の画面は、術具ナビゲーション時の画面１２０から、図１３の治療時の画面１３０へ遷移する。画面１３０は、リアルタイム画像を表示するリアルタイム画像領域１３１と、ナビゲーション画像を表示するナビ画像領域１３２と、各種ボタンが配列されるボタン領域１３３とを備える。

図１３のリアルタイム画像領域１３１には、生体情報１３２０と、術前の超音波画像１３１１、治療中の超音波画像１３１３（治療時においてはリアルタイム画像となる）、治療後の超音波画像１３１８（治療後においてはリアルタイム画像となり、超音波画像１３１３が過去画像となる）がそれぞれ表示される。図１３では図示を省略するものの、各超音波画像を撮像したときの深度や周波数等の各種パラメータも表示してもよい。

また、超音波画像１３１１に含まれる治療前の特定領域１３１２は、治療中の超音波画像１３１３において治療済領域１３１５と残治療領域１３１７とが判別できるように表示態様を変えて表示される。更に、超音波画像１３１３では、エネルギー投与領域の外縁部１３１６が重畳表示される。なお、超音波画像１３１１の組織１３１４は、未だ形状変化を生じていない。

更に、超音波画像１３１８では、治療によって生じた組織の膨張が表示される（組織表面が盛り上がって表示される）とともに、拡張領域１３１９が表示される。組織１３１４の形状は、拡張領域１３１９の発現に伴い変化する。

ナビ画像領域１３２には、術具ナビゲーション時の画面１２０と同様、被検体の３軸断面及びボリュームレンダリング画像を用いたナビゲーション画像１３２０、１３２１、１３２２、１３２３が表示される。

ボタン領域１３３には、画面１２０と同様、「Planning」ボタン１２３１、「生体情報」ボタン１２３２、「超音波画像」ボタン１２３３、「ナビゲーション画像」ボタン１２３４が表示される。更に、「拡張（膨張）表示）」ボタン１３３１、「ナビゲーション画像拡張（膨張）率反映」ボタン１３３２、「治療開始」１３３３、「ログ」ボタン１３３４、「治療経過」ボタン１３５を備える。

画面１３０の「治療開始」ボタン１３３３が押し下げられると、それに連動して、「ナビゲーション画像拡張（膨張）率反映」ボタン１３３２、「ログ」ボタン１３３４がONとなるが、必要に応じて手動でOFFとすることもできる。

「拡張（膨張）領域表示」ボタン１３３１を押下げると、治療（画像伸縮）前後の画像やパラメータ設定状況が一覧表示される。

「ナビゲーション画像拡張（膨張）率反映」ボタン１３３２を押下げると、術前に撮像したＭＲＩ画像やＣＴ画像が術具パラメータに応じて伸縮し、ナビゲーション画像は治療後の画像に変更される。残治療領域が存在する場合には、その領域に対するアプローチ方向を示すマーカ１３２８が三次元的に表示され、次の動作を術者に提示する。アプローチ方向の算出は、経路算出部１９ｉが行い、表示制御部１９ｌがマーカを重畳表示する。

「ログ」ボタン１３３４が押し下げられると、ログ生成部１９ｐがログ記録部１９ｎに記録された治療完了部位と未完了部位とを時系列に沿って記録された情報に基づいて、治療の進行状況を示す画像（動画を含む）を生成し、表示制御部１９ｌがモニタ２０、１３に表示する。

「治療経過」ボタン１３５が押し下げられると、術前の３次元画像と術中の更新３次元画像との差分画像を生成し、その差分領域を術前３次元画像に重ね合わせた治療経過画像が生成、表示される。治療経過画像の生成は、治療済領域表示部１９ｏが行ってもよいし、別途治療経過画像を生成する手段を設けてもよい。

また、超音波画像１３１１、１３１３、１３１８及びナビゲーション画像１３２０、１３２１、１３２２、１３２３には、特定領域（治療領域）の周辺に位置する正常組織への過負荷（過治療）を監視し、所定値以上の負荷がかかった場合に警告を発するための警告領域が表示される。これより、術者は今後の治療領域を目視して術具の移動と追加治療を行うことができる。また、治療前後の情報は超音波画像、ナビゲーション画像の他に数値データとして表示することもできる。

（ステップＳ８）
位置検出部１９ｉは、リアルタイムで、治療プローブ３６の位置及び被検体２４の体位（動き）の検出を行う（Ｓ８）。

（ステップＳ９）
ナビゲーション画像生成部１９ｅは、ナビゲーション画像の更新・表示を行う（Ｓ９）。ステップＳ９において、レジストレーション（Ｓ５）を行ったときに比べて、被検体２４の体位の変化があった場合には、上記機能に従って３Dナビゲーション画像の位置補正を行い、補正データを用いてナビゲーション画像を更新する。ここでいう「補正データ」とは、撮像したボリューム画像の位置合わせ（レジストレーション）後に被検体の体位を変更した場合、その移動量を画像に反映させることを意味する。例えば、レジストレーション後に被検体の体位を３０°傾けた場合には、ボリューム画像も３０°傾ける（回転させる）。術具（治療プローブ３６）を目的位置に誘導すると、次のステップにおいて治療が開始される。

（ステップＳ１０）
操作者は、「治療開始」ボタン１３３３を押下げ、治療プローブ３６から特定部位に対して集束超音波を照射する。または、超音波診断治療装置４０に備えられた超音波照射ボタンを押して超音波を照射する。これと共に、計時部１９ｎは、集束超音波の照射時間の計時を開始する（Ｓ１０）。

（ステップＳ１１）
計時部１９ｎは、ステップＳ５で設定された照射時間を経過したか否かを判断する（Ｓ１１）。肯定ならばステップＳ１４へ進み、否定なら照射時間が経過するまで計時を続行する。

（ステップＳ１２）
組織拡張判定部１９ｍは、リアルタイム画像である２次元超音波画像に基づき、特定部位（特定領域）の形状・体積（又は面積）を検出する（Ｓ１２）。本実施形態では、２次元リアルタイム画像として超音波画像を用いるが、リアルタイムに撮像したＭＲＩ画像でもよい。

（ステップＳ１３）
組織拡張判定部１９ｍは、ステップＳ３で求めた特定部位（特定領域）の形状・体積（又は面積）と、ステップＳ１２で求めた特定部位（特定領域）の形状・体積（又は面積）と、が、異なっているかを判定する（Ｓ１３）。肯定ならばステップＳ１４へ進み、否定ならばステップＳ８へ戻る。

（ステップＳ１４）
治療パラメータに沿ってナビゲーション画像を伸縮する（Ｓ１４）。

ナビゲーション画像生成部１９ｅは、上記図１１に基づいて説明した画像伸縮処理を行い、特定部位を中心として、部分伸縮とそれに伴う外部組織の移動を三次元的に行って更新ナビゲーション画像を生成する。図１３のナビ画像領域１３２に表示されたナビゲーション画像１３２０、１３２１、１３２２、１３２３は、特定部位に対する拡張（膨張）領域１３２７が表示される。また、エネルギー投与領域の外縁部１３２６も重畳表示される。

（ステップＳ１５）
治療済領域表示部１９ｏは、画像の伸縮を加味した状態の更新ナビゲーション画像に含まれる治療済領域を算出し、マーキング部１９ｊは、更新ナビゲーション画像の治療領域をマーキング（ロギング）する（Ｓ１５）。この場合の治療領域のマーキング（ログ）はエネルギー照射部位である治療領域１３２５ではなく、拡張領域１３２７とする。

（ステップＳ１６）
残治療領域算出部１９ｒは、特定領域からステップＳ１５で求めた治療済領域１３２７を差し引いた領域を、残治療領域１３２９を算出する。経路算出部１９ｋは、残治療領域１３２９へのアプローチ方向を算出し、更新ナビゲーション画像上にアプローチ方向を示すマーカ１３２８を重畳表示する（Ｓ１６）。残治療領域がある場合に警告を発する警告手段を備えてもよい。

（ステップＳ１７）
治療終了指示があれば治療を終了し、終了指示がなければステップＳ８へ戻り、術具誘導・治療・画像補償を含めて、残治療領域がなくなるまで繰り返し行う治療を続行する（Ｓ１７）。

本実施形態によれば、治療パラメータと、治療に用いるエネルギー投与量から、ナビゲーション画像の画像伸縮量を求め、その画像伸縮量に応じてナビゲーションの画像伸縮を行った更新ナビゲーション画像を表示する。そのため、治療に伴う組織の拡張（膨張）を反映した３次元ナビゲーション画像を生成する場合に、リアルタイムでの３次元ボリューム撮影と再構成演算をする必要がないため、タイムラグを生じることなく組織の拡張（膨張）を反映した３次元ナビゲーション画像を生成・表示することができる。

つまり、超音波治療を用いた温熱療法において治療と同時に腫れによる組織変形に連動してナビゲーション画像を変化させることで、治療領域の把握と画像誘導機能を関連づけて制御が可能となり、術前に撮像したMRI/CT画像を再撮像することなく術具の位置を正確に指し示すことができる。これより、治療効果の予測と効果を同時に行うことができ、複数の診断機器を組み合わせることによる画像支援の信頼性向上と手術成績向上が期待できる。

本実施形態は、Ｘ線装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、超音波装置等の何れを用いた治療支援システムとしても摘要可能である。また、本実施形態は、術者自信（手技）による治療の支援の他、ロボット／マニピュレータを用いた間接的な手術の支援にも適用することができる。

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、１０：治療支援システム、１１：アーム、１３：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、２０：モニタ、２１：ベッド、２３：制御部、２４：被検体、２５：赤外線カメラ、２７：ポインタ、２９：操作者、３２：開口部、３３：ケーブル、３４：映像記録装置、３５：反射球、３６：治療プローブ、３８：モニタ、４０：超音波診断治療装置、４１：同期（時相）計測装置

Claims

温熱治療の対象となる被検体の特定部位の拡張量を算出するための治療パラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、
前記治療パラメータを用いて前記温熱治療による前記特定部位の拡張量を算出する拡張量算出手段と、
前記算出された拡張量に基づいて前記温熱治療前に取得した前記被検体の３次元ボリュームデータに基づく３次元再構成画像の伸縮処理を行い、前記温熱治療による前記特定部位の拡張量を反映した更新３次元再構成画像を生成する更新画像生成手段と、
前記更新３次元再構成画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする治療支援装置。
前記治療パラメータは、前記温熱治療に用いる治療器具の位置又は方向に対するエネルギー投与領域の分布を規定するものであり、
前記治療支援装置は、前記治療器具の位置又は方向の少なくとも一つを測定する位置検出手段を更に備え、
前記拡張量算出手段は、前記位置検出手段により求められた位置又は方向に応じた前記エネルギー投与領域の分布を用いて、前記特定部位の拡張量を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の治療支援装置。
前記治療パラメータは、前記温熱治療において投与さえるエネルギー量と、前記特定部位の拡張量と、を関係づけた治療パラメータであって、
前記拡張量算出手段は、前記温熱治療において投与されるエネルギー量を示す情報を取得、又は前記エネルギー量を算出し、当該エネルギー量を前記治療パラメータに適用することにより、前記特定対象部位の拡張量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の治療支援装置。
前記治療パラメータは、前記特定部位に前記温熱治療が施される時間と、前記特定部位の拡張量と、を関係づけた治療パラメータであって、
前記治療支援装置は、前記特定部位に前記温熱治療が施される時間を計測する計時手段を更に備え、
前記拡張量算出手段は、前記温熱治療が施される時間を前記治療パラメータに適用することにより、前記特定対象部位の拡張量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の治療支援装置。
前記温熱治療中における前記被検体の特定部位の形状、又は物理量の少なくとも一つを測定し、前記温熱治療前における前記被検体の特定部位の形状、又は物理量と比較して、前記特定部位が拡張又は伸縮したか否かを判断する判断手段を更に備え、
前記判断手段により前記特定部位が拡張又は伸縮したと判断されると、前記更新画像生成手段は、前記更新３次元再構成画像を生成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の治療支援装置。
前記更新画像生成手段は、前記算出された拡張量に応じた画像収縮率により、前記３次元再構成画像において前記特定部位が撮像された領域の境界を基準として前記特定部位が撮像された領域の画像伸縮処理を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の治療支援装置。
前記３次元再構成画像における前記特定部位が撮像された領域にマーカを付与するマーキング手段を更に備え、
前記マーキング手段は、前記特定部位が撮像された領域の伸縮処理に連動して、前記３次元再構成画像における前記特定部位が撮像された領域に付されたマーカを伸縮して、前記更新３次元再構成画像上に重畳表示する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の治療支援装置。
前記更新３次元再構成画像上に、前記温熱治療が施された領域を治療済領域として表示する治療済領域表示手段を更に備え、
前記治療済領域表示手段は、前記拡張量算出手段により求められた前記特定領域の拡張量を反映した領域を前記治療済領域として表示する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の治療支援装置。
前記特定部位が撮像された領域から前記治療済領域を除いた領域を残治療領域として算出する残治療領域算出手段と、
前記残治療領域に対するエネルギー投与経路を算出して表示する経路算出手段と、を更に備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の治療支援装置。
被検体の特定部位に対して温熱治療を行う治療器具と、当該治療器具を駆動・制御する駆動部と、を備えた治療装置と、
前記特定部位の拡張量を算出するための治療パラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、前記パラメータを用いて前記治療器具を用いた温熱治療による前記特定部位の拡張量を算出する拡張量算出手段と、前記温熱治療前に取得した前記被検体の３次元ボリュームデータに基づく３次元再構成画像の伸縮処理を行い、前記算出された拡張量に基づいて、前記温熱治療による前記特定部位の拡張量を反映した更新後３次元画像を生成する更新画像生成手段と、前記更新後３次元画像を表示する表示手段と、を備えた治療支援装置と、
を備えることを特徴とする治療支援システム。