JP2018175688A - Body tissue position measuring apparatus, radiation therapy apparatus, and body tissue position measuring method - Google Patents

Body tissue position measuring apparatus, radiation therapy apparatus, and body tissue position measuring method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a body tissue position accurately and in real time using a low-invasive ultrasonic wave without complicating a system.SOLUTION: A body tissue position measuring apparatus includes: an ultrasonic wave propagation model creating part 103 for creating an ultrasonic wave propagation model using 3D information on a patient 100 synchronized with the respiration; an ultrasonic image simulation part 105 for simulating the propagation of the ultrasonic wave in the ultrasonic wave propagation model and calculating a pseudo ultrasonic image; a database 106 for storing the pseudo ultrasonic image in association with the 3D information on the patient; and a body tissue position calculation part 111 for comparing an actual ultrasonic image composed by an ultrasonic image composition part 109 to the pseudo ultrasonic image stored in the database 106 based on a status of the respiration measured by a respiration state measuring part 110, and calculating the body tissue position of the patient 100.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波で患者体内の特定の組織位置を測定する体内組織位置測定装置および放射線治療装置、ならびに体内組織位置測定方法に関する。   The present invention relates to an internal tissue position measuring device and a radiotherapy device for measuring a specific tissue position in a patient's body by ultrasound, and an internal tissue position measuring method.

体内組織の位置を測定する方法が、特許文献1や特許文献2に記載されている。   Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose methods of measuring the position of internal tissues.

特許文献1には、装置自体の大型化や過度の複雑化を特に招来することなく、患者の呼吸や拍動もしくは体動などに起因する治療対象部位の挙動を検知して精度の高い放射線照射を行うことができる非侵襲性で且つ安全性の高い放射線治療装置等を提供することを目的として、治療計画用CТ画像の撮像時に治療計画用の超音波画像を同時撮像しておき、治療時には、リアルタイムに撮像した治療用超音波画像と上記治療計画用超音波画像とを比較して両超音波画像の相関値が所定値以上であるか否かを判定し、この相関値が所定値以上のときにのみ、治療対象部位に対する放射線照射が行われるように、放射線照射手段を制御することが記載されている。   According to Patent Document 1, the radiation of high accuracy is detected by detecting the behavior of the treatment target site caused by the patient's breathing, pulsation or body movement without particularly causing the enlargement of the device itself or the excessive complication. In order to provide a non-invasive and highly safe radiation treatment apparatus and the like capable of performing It is determined whether the correlation value between both ultrasound images is greater than or equal to a predetermined value by comparing the therapeutic ultrasonic image captured in real time with the ultrasonic image for treatment planning. It is described that the irradiation means is controlled such that the irradiation of the treatment site is performed only when

特許文献2には、組織位置に関する適切な情報を出力する超音波医療システムを提供することを目的として、超音波診断装置はホストコントローラへエコーデータを出力し、組織座標演算部は3次元探触子を原点とする腫瘍の座標情報を演算し、探触子座標演算部は基準位置であるX線照射装置を原点とする3次元探触子の座標情報を演算し、総合組織座標演算部は、3次元探触子を原点とする腫瘍の座標情報、およびX線照射装置を原点とする3次元探触子の座標情報に基づいて、X線照射装置を原点とする腫瘍の座標情報を演算し、X線照射装置に出力することが記載されている。   In Patent Document 2, for the purpose of providing an ultrasonic medical system which outputs appropriate information regarding tissue position, the ultrasonic diagnostic apparatus outputs echo data to the host controller, and the tissue coordinate computing unit performs three-dimensional search. The coordinate information of the tumor whose origin is the probe is calculated, and the probe coordinate operation unit calculates the coordinate information of the three-dimensional probe whose origin is the X-ray irradiation device which is the reference position. Calculate the coordinate information of the tumor with the X-ray irradiator as the origin based on the coordinate information of the tumor with the 3D probe as the origin and the coordinate information of the 3D probe with the X-ray irradiator as the origin Output to an X-ray irradiator.

特開2003−117010号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-117010 特開2004−000499号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-000499

がんの主な治療方法として外科手術、化学療法、放射線療法の3つがある。   There are three main treatment methods for cancer: surgery, chemotherapy and radiation therapy.

このうち、放射線療法は、高線量の放射線を患者の治療対象部位である体内組織に照射することでがん細胞を死滅させる治療方法であり、治療部位に放射線を集中して作用させることができ、副作用が比較的軽い方法である。   Among these, radiation therapy is a treatment method that kills cancer cells by irradiating high-dose radiation to the internal tissues of the patient's treatment site, and radiation can be concentrated on the treatment site to act. , A side effect is relatively mild way.

放射線療法を効率的に実施するためには、放射線が集中して照射される領域と治療対象であるがん腫瘍の存在する領域が精度良く一致していることが重要である。   In order to efficiently carry out radiation therapy, it is important that the area to which radiation is concentrated and the area in which the cancer tumor to be treated match be precisely matched.

従来の放射線治療装置では、事前に取得したCT(Computed Tomography)画像などの情報から治療対象部位である体内組織の位置を特定し、それに基づいて治療計画を立てる。その後、患者を放射線治療装置の治療台に固定し、照射方向、強度等の放射線の特性を制御することで患者の治療対象部位である体内組織に放射線を照射して治療している。   In the conventional radiotherapy apparatus, the position of the internal tissue which is a treatment target site is specified from information such as a CT (Computed Tomography) image acquired in advance, and a treatment plan is made based thereon. Thereafter, the patient is fixed on the treatment table of the radiation treatment apparatus, and radiation characteristics are irradiated to the internal tissue of the patient to be treated by controlling the radiation characteristics such as radiation direction and intensity.

しかし、放射線照射中に患者自身の呼吸などに起因して、患者の治療対象部位が事前に計画した放射線照射位置から動くことが、精度良く治療することの課題となっていた。   However, due to the patient's own breathing during radiation irradiation, it has been an issue to treat with high precision that the treatment target site of the patient moves from the radiation irradiation position planned in advance.

この課題に対して、あらかじめ患者の体内に金などでできたマーカーを埋め込んでおき、このマーカーをX線透過像で撮像して追跡することによって治療対象部位の動きを検知し、事前の治療計画や照射時の放射線制御に利用することで、精度良く治療する方法が確立されている。   In order to solve this problem, a marker made of gold or the like is embedded in the patient's body in advance, and this marker is imaged by an X-ray transmission image and tracked to detect the movement of the treatment target site, and advance treatment planning A method of treating with high accuracy has been established by using it for radiation control at the time of and irradiation.

一方、治療中のX線照射による被ばく量を抑えることができ、かつ呼吸などの患者の動きに対応できるような、侵襲性の低い体内組織位置測定装置の実現が更なる低被ばく量化のために望まれている。侵襲性の低い方法の一つとして、超音波画像を用いる方法がある。   On the other hand, the realization of a less invasive internal tissue position measuring device capable of suppressing the exposure dose due to X-ray irradiation during treatment and responding to the patient's movement such as respiration is for further reduction of exposure dose. It is desired. One of the less invasive methods is a method using an ultrasound image.

特許文献1では、マーカーとX線に代わり、事前に取得したCT像と同時相に取得した超音波画像と、治療中に取得した超音波画像との相関値が高いタイミングで放射線を照射する放射線治療装置について記載がある。   In Patent Document 1, instead of a marker and an X-ray, radiation is irradiated at a timing when the correlation value between an ultrasound image acquired in a simultaneous phase with a CT image acquired in advance and an ultrasound image acquired during treatment is high. There is a description of a treatment device.

特許文献1記載の放射線治療装置は、事前に取得するCT像と同時相に取得した治療計画用超音波画像と、治療中に取得した治療用超音波画像を利用して放射線を照射するように制御することで、低侵襲で治療ができるようにしている。しかし、治療超音波画像と相関値の高い治療計画用超音波画像が得られるタイミングで放射線を照射するものであって、治療中の体内組織位置を超音波画像から特定しているわけではないことから、実際の治療対象部位と位置の誤差が生じる恐れがある、との問題がある。   The radiotherapy apparatus described in Patent Document 1 is configured to irradiate radiation using a treatment planning ultrasound image acquired in a simultaneous phase with a CT image acquired in advance and a treatment ultrasound image acquired during treatment. By controlling it, it is possible to make treatment less invasive. However, radiation is applied at the timing when a treatment planning ultrasound image having a high correlation value with the treatment ultrasound image is obtained, and the position of the internal tissue being treated is not specified from the ultrasound image. Therefore, there is a problem that there may be an error in the position to be treated and the actual treatment site.

特許文献2記載の超音波医療システムは、3次元超音波探触子を用いて得られた3次元超音波像を用いて患者体内の腫瘍の座標を特定し、X線照射装置に座標情報を出力するようにしている。しかし、超音波波形の収録やデータ処理に時間を要し、システムが複雑化する、との問題がある。   The ultrasonic medical system described in Patent Document 2 specifies the coordinates of a tumor in a patient's body using a three-dimensional ultrasonic image obtained using a three-dimensional ultrasonic probe, and transmits the coordinate information to the X-ray irradiation apparatus. It is made to output. However, it takes time to record and process ultrasonic waveforms, and the system becomes complicated.

また、特許文献2の(0024)段落には、3次元超音波探触子に代えて、2次元超音波探触子を用いて2次元走査面内のみへ送受波を行ってもよい旨の記載がある。しかしながら、腫瘍を含む対象組織は超音波画像の断面内だけでなく、断面から外れる方向にも動くため、3次元超音波探触子に代えて2次元超音波探触子を用いるだけでは、実際の腫瘍位置と測定位置に誤差が生じる恐れがある、との問題がある。   Further, in paragraph (0024) of Patent Document 2, in place of the three-dimensional ultrasonic probe, transmission and reception may be performed only in the two-dimensional scanning plane using the two-dimensional ultrasonic probe. There is a description. However, since the target tissue including the tumor moves not only in the cross section of the ultrasound image but also in the direction out of the cross section, it is actually only necessary to use a two-dimensional ultrasound probe instead of the three-dimensional ultrasound probe. There is a problem that errors in the tumor position and the measurement position may occur.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、侵襲性の低い超音波を用いて、システムを複雑にすることなく、正確かつリアルタイムに体内組織位置を測定することが可能な体内組織位置測定装置および放射線治療装置、ならびに体内組織位置測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is an internal tissue position capable of accurately and in real time measuring the position of internal tissue without complicating the system by using a low invasive ultrasonic wave. It is an object of the present invention to provide a measurement device and a radiation treatment device, and a method of measuring the position of an internal tissue.

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、超音波によって患者体内の組織の位置を測定する体内組織位置測定装置であって、呼吸と同期した患者の3D情報を取得する呼吸同期3D情報取得部と、前記呼吸同期3D情報取得部によって取得した前記3D情報を保存する患者3D情報保存部と、前記患者3D情報保存部に保存された前記患者3D情報を用いて超音波伝搬モデルを作成する超音波伝搬モデル作成部と、前記超音波伝搬モデル作成部において作成された前記超音波伝搬モデル内での超音波の伝搬をシミュレーションして疑似超音波画像を計算する超音波画像シミュレーション部と、前記超音波画像シミュレーション部で計算された前記疑似超音波画像を前記患者3D情報と対応づけて保存するデータベースと、前記患者の体内に向けて超音波を送信し、前記患者の体内から戻る超音波を受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部で受信した超音波から実超音波画像を構成する超音波画像構成部と、前記患者の呼吸状態を測定する呼吸状態計測部と、前記呼吸状態計測部で測定した呼吸状態に基づいて、前記超音波画像構成部で構成された前記実超音波画像と前記データベースに記憶された疑似超音波画像とを比較して、前記患者の体内の組織位置を算出する体内組織位置算出部と、を備えたことを特徴とする。   The present invention includes a plurality of means for solving the above problems, one example of which is an internal tissue position measuring device for measuring the position of tissue in a patient's body by ultrasonic waves, wherein the patient is synchronized with respiration. A 3D information acquisition unit for acquiring 3D information of a patient, a patient 3D information storage unit for storing the 3D information acquired by the 3D information acquisition unit for respiratory synchronization, and the patient 3D stored in the patient 3D information storage unit An ultrasonic wave propagation model creating unit that creates an ultrasonic wave propagation model using information, and a simulation of ultrasonic wave propagation in the ultrasonic wave propagation model created by the ultrasonic wave propagation model creation unit An ultrasonic image simulation unit that calculates the image, and the pseudo ultrasonic image calculated by the ultrasonic image simulation unit in association with the patient 3D information and stored Database, ultrasound transmitting and receiving units for transmitting ultrasound toward the patient's body, and receiving ultrasound returning from the patient's body, and a real ultrasound image from the ultrasound received by the ultrasound transmitting and receiving unit The ultrasonic image constructing unit configured based on the ultrasonic image constructing unit, the respiratory state measuring unit measuring the respiratory state of the patient, and the ultrasonic image constructing unit based on the respiratory state measured by the respiratory state measuring unit And an in-vivo tissue position calculating unit for calculating a tissue position in the patient's body by comparing the sound wave image with the pseudo-ultrasound image stored in the database.

本発明によれば、侵襲性の低い超音波を用いて、システムを複雑にすることなく、正確かつリアルタイムに患者体内の体内組織位置を測定することができる。   According to the present invention, less invasive ultrasound can be used to accurately and in real time measure the position of internal tissue in a patient without complicating the system.

本発明の第1の実施例の体内組織位置測定装置の構成概念を示す図である。It is a figure which shows the structural concept of the internal tissue position measuring apparatus of 1st Example of this invention. 患者体内の体内組織位置の変化の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of a change of the internal tissue position in a patient's body. 患者体内の体内組織位置の変化による超音波断面画像の変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the change of the ultrasonic cross-sectional image by the change of the internal tissue position in a patient's body. 患者体内の体内組織位置の変化による超音波断面画像の変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the change of the ultrasonic cross-sectional image by the change of the internal tissue position in a patient's body. 本発明の第1の実施例の体内組織位置測定装置により生成される超音波伝搬モデルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the ultrasonic wave propagation model produced | generated by the internal tissue position measuring apparatus of 1st Example of this invention. 実超音波画像と腫瘍3D情報の比較による体内組織位置測定方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the body tissue position measuring method by comparison of a real ultrasound image and tumor 3D information. 実超音波画像と腫瘍3D情報の比較による体内組織位置測定方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the body tissue position measuring method by comparison of a real ultrasound image and tumor 3D information. 本発明の第1の実施例の体内組織位置測定装置によるデータベース構築方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the database construction method by the internal tissue position measuring apparatus of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の体内組織位置測定装置による体内組織位置測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the internal tissue position measuring method by the internal tissue position measuring apparatus of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の体内組織位置測定装置による実超音波画像と疑似超音波画像との比較方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the comparison method of the real ultrasound image and the pseudo | simulation ultrasound image by the in-vivo tissue position measuring apparatus of 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例の体内組織位置測定装置の放射線照射装置への適用例の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the example of application to the irradiation apparatus of the internal tissue position measuring apparatus of the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例の体内組織位置測定装置における超音波断面画像の概念図である。It is a conceptual diagram of the ultrasonic cross-sectional image in the internal body tissue position measuring apparatus of the 3rd Example of this invention.

以下に本発明の体内組織位置測定装置および放射線治療装置、ならびに体内組織位置測定方法の実施例を、図面を用いて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the internal tissue position measuring apparatus and radiation treatment apparatus of the present invention and the internal tissue position measuring method will be described with reference to the drawings.

<第1の実施例>
本発明の体内組織位置測定装置および体内組織位置測定方法の第1の実施例を、図1乃至図8を用いて説明する。なお、図1乃至図8で共通する部分については同一の符号を付している。
First Embodiment
A first embodiment of a body tissue position measuring device and a body tissue position measuring method of the present invention will be described with reference to FIGS. The same reference numerals as in FIGS. 1 to 8 denote the same parts.

図1は本実施例による体内組織位置測定装置の構成の概念図、図2は患者体内の体内組織位置の変化の様子を示す模式図、図3Aおよび図3Bは患者体内の体内組織位置の変化による超音波断面画像の変化を示す模式図、図4は本実施例により生成される超音波伝搬モデルを示す概念図、図5Aおよび図5Bは実超音波画像と患者3D情報の比較による体内組織位置測定方法を示す概念図、図6は本実施例によるデータベース構築方法を示すフローチャート、図7は本実施例による体内組織位置測定方法を示すフローチャート、図8は本実施例による実超音波画像と疑似超音波画像との比較方法を示すフローチャートである。   FIG. 1 is a conceptual view of the configuration of the internal tissue position measuring apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic view showing changes in internal tissue position in the patient, and FIGS. 3A and 3B are changes in internal tissue position in the patient Fig. 4 is a schematic view showing a change in an ultrasonic cross-sectional image due to the present invention, Fig. 4 is a conceptual view showing an ultrasonic wave propagation model generated by the present embodiment, and Figs. 5A and 5B are internal tissue by comparison of an actual ultrasonic image FIG. 6 is a flowchart showing a method of constructing a database according to the present embodiment, FIG. 7 is a flowchart showing a method of measuring the position of an internal tissue according to the present embodiment, and FIG. 8 is an actual ultrasound image according to the present embodiment It is a flowchart which shows the comparison method with a pseudo | simulation ultrasound image.

まず、図1乃至図5Bを用いて本実施例における体内組織位置測定装置の構成と役割を説明する。   First, the configuration and role of the in-vivo tissue position measuring apparatus in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5B.

図1において、体内組織位置測定装置は、寝台500に固定して寝かされた患者100の三次元体内組織位置を超音波によって測定する装置であり、主に、呼吸同期3D情報取得部101、患者3D情報保存部102、超音波伝搬モデル作成部103、体内組織位置変更部(入力デバイス)104、超音波画像シミュレーション部105、データベース106、超音波探触子107、超音波送受信部108、超音波画像構成部109、呼吸状態計測部110、体内組織位置算出部111、体内組織位置出力部112から構成される。   In FIG. 1, the internal tissue position measuring device is a device for measuring the three-dimensional internal tissue position of the patient 100 fixed on the bed 500 and laid down by ultrasonic waves, and mainly, the respiratory synchronous 3D information acquisition unit 101, Patient 3D information storage unit 102, ultrasound propagation model creation unit 103, internal tissue position change unit (input device) 104, ultrasound image simulation unit 105, database 106, ultrasound probe 107, ultrasound transmission / reception unit 108, A sound wave image constructing unit 109, a respiratory state measuring unit 110, an in-vivo tissue position calculating unit 111, and an in-vivo tissue position outputting unit 112 are provided.

体内組織位置測定装置では、患者100は、ロボットアーム等の固定治具107aによりその位置が固定された超音波探触子107がその体表に押し付けられるように設置された状態で寝台500に固定される。   In the internal tissue position measuring device, the patient 100 is fixed to the bed 500 in a state where the ultrasonic probe 107 whose position is fixed by the fixing jig 107 a such as a robot arm is pressed against the body surface. Be done.

超音波探触子107は超音波送受信部108から電気信号を受け取って、超音波を励振し、患者100の体内に送信する。また、患者100の体内から反射、散乱などによって戻ってくる超音波を受け取って電気信号に変換し、超音波送受信部108に送信する。超音波送受信部108は超音波探触子107から受け取った電気信号を増幅処理し、超音波画像構成部109へ送る。   The ultrasound probe 107 receives an electrical signal from the ultrasound transmission / reception unit 108, excites ultrasound, and transmits the ultrasound into the body of the patient 100. Further, it receives an ultrasonic wave returned from the body of the patient 100 by reflection, scattering or the like, converts it into an electric signal, and transmits it to the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 108. The ultrasound transmission / reception unit 108 amplifies the electrical signal received from the ultrasound probe 107 and sends it to the ultrasound image construction unit 109.

一般に、超音波探触子107内部には超音波素子が一列に並んで配置されており、それぞれの励振タイミングを超音波送受信部108で制御することで、超音波のフォーカス位置などが走査可能となっている。   Generally, ultrasonic elements are arranged in a line in the ultrasonic probe 107, and by controlling the respective excitation timing by the ultrasonic transmitting / receiving unit 108, it is possible to scan the focus position of ultrasonic waves, etc. It has become.

超音波画像構成部109は、超音波送受信部108で受信した反射、散乱などによる超音波受信信号を合成することで、超音波走査範囲の超音波画像を取得する。   The ultrasound image configuration unit 109 acquires an ultrasound image in the ultrasound scanning range by combining the ultrasound reception signals by reflection, scattering, and the like received by the ultrasound transmission / reception unit 108.

ここで、図2に患者体内の体内組織位置の変化の様子を模式図で示す。超音波走査断面202に測定対象とする腫瘍201の中心が存在する時は、取得した超音波画像内から体内組織位置を容易に算出することができる。しかし、図2に示したように患者100の呼吸に伴って腫瘍201の位置が変化する場合、必ずしも超音波走査断面202と腫瘍201の中心が一致するわけではなく、一致しないことが多い。   Here, FIG. 2 is a schematic view showing how the position of the internal tissue in the patient's body changes. When the center of the tumor 201 to be measured is present in the ultrasound scan cross section 202, the position of the internal tissue can be easily calculated from the acquired ultrasound image. However, as shown in FIG. 2, when the position of the tumor 201 changes with the respiration of the patient 100, the ultrasonic scan cross-section 202 and the center of the tumor 201 do not necessarily coincide, and often do not coincide.

図3Aおよび図3Bに患者の体内組織位置の変化による超音波断面画像の変化を模式図で示す。   FIGS. 3A and 3B schematically show changes in ultrasonic cross-sectional images due to changes in the position of internal tissue in a patient.

超音波走査断面202と腫瘍201の中心が一致する場合は、図3Aに示すような、実超音波画像301A内に臓器302Aおよび腫瘍303Aの像が描画される。   When the ultrasonic scan section 202 and the center of the tumor 201 coincide with each other, images of the organ 302A and the tumor 303A are drawn in the actual ultrasonic image 301A as shown in FIG. 3A.

一方、超音波走査断面202と腫瘍201の中心が一致しない場合は、図3Bに示すような、実超音波画像301B内に臓器302Bおよび腫瘍303Bの像が描画される。   On the other hand, when the ultrasonic scan section 202 and the center of the tumor 201 do not match, images of the organ 302B and the tumor 303B are drawn in the actual ultrasonic image 301B as shown in FIG. 3B.

ここで、図3Aに示す腫瘍303Aの像と図3Bに示す腫瘍303Bの像は、同一の体内組織である腫瘍201を描画したものであるが、実超音波画像の臓器302A,302B内における相対位置やサイズが異なって描画されている。このような実超音波画像301Aと実超音波画像301Bとからのみでは、二次元画像の中で体内組織位置を推定することしかできず、三次元の体内組織位置を算出することは困難であるか、その精度が十分でない恐れがある。   Here, the image of the tumor 303A shown in FIG. 3A and the image of the tumor 303B shown in FIG. 3B are obtained by drawing the tumor 201 which is the same internal tissue, but the relative positions of the actual ultrasound image in the organs 302A and 302B. The position and size are drawn differently. Only from such a real ultrasound image 301A and a real ultrasound image 301B, it is only possible to estimate the internal tissue position in a two-dimensional image, and it is difficult to calculate a three-dimensional internal tissue position. Or the accuracy may not be enough.

そこで、本発明では、予め呼吸と同期した患者100の3D情報を取得、保存しておき、上述の3D情報を用いて様々な対象体内組織位置に対応する超音波画像をシミュレーションにより作成しておく。さらに、このシミュレーションにより得られた超音波画像と上述した3D情報における対象体内組織位置を対応付けてデータベースに保存しておく。その上で、超音波を用いて患者体内を撮像して体内組織位置を算出する際に、上述したデータベースを参照し、測定で得られた超音波画像とシミュレーションで得られた超音波画像とを比較することで、対応する体内組織位置を見出すこととする。以下、シミュレーションによって超音波画像を作成するための構成とその動作について説明する。   Therefore, in the present invention, 3D information of the patient 100 synchronized with respiration is acquired and stored in advance, and ultrasonic images corresponding to various target in-vivo tissue positions are created by simulation using the above-mentioned 3D information. . Furthermore, the ultrasonic image obtained by this simulation and the in-vivo tissue position in the 3D information described above are stored in the database in association with each other. Then, when imaging the patient's body using ultrasound to calculate the position of body tissue, the above-mentioned database is referred to, and an ultrasound image obtained by measurement and an ultrasound image obtained by simulation are calculated. By comparison, the corresponding internal tissue position is found. Hereinafter, the configuration for creating an ultrasound image by simulation and the operation thereof will be described.

図1において、呼吸同期3D情報取得部101は、例えば、呼吸に同期したタイミングで、少なくとも位置算出の対象とする体内組織を含むCT像を撮像する。呼吸位相ごとの複数のタイミングでCT像を撮像することで、呼吸位相ごとの患者100の体内組織位置およびその他の組織に関する情報を3D情報で取得する。この時、超音波探触子107がCT像のアーチファクトを作ることがある。このような場合は、3D情報取得の際に、超音波探触子107に代えて、超音波探触子107による体表の押し付けを模擬するための、アーチファクトが少ないダミー探触子を固定治具107aで保持し、その状態でCT像を取得することが望ましい。   In FIG. 1, for example, at a timing synchronized with respiration, the respiration synchronized 3D information acquisition unit 101 captures a CT image including at least an internal tissue to be subjected to position calculation. By imaging CT images at a plurality of timings for each respiratory phase, information on the internal tissue position of the patient 100 for each respiratory phase and other tissues is acquired as 3D information. At this time, the ultrasound probe 107 may produce an artifact of the CT image. In such a case, in place of the ultrasound probe 107, a dummy probe with few artifacts is simulated and fixed to simulate pressing of the body surface by the ultrasound probe 107 when acquiring 3D information. It is desirable to hold the tool 107a and acquire a CT image in that state.

呼吸同期3D情報取得部101によって取得した情報は患者3D情報保存部102に送られ、患者3D情報保存部102にて保存される。   The information acquired by the respiratory synchronous 3D information acquisition unit 101 is sent to the patient 3D information storage unit 102 and stored in the patient 3D information storage unit 102.

超音波伝搬モデル作成部103は、図4に示すように、患者3D情報保存部102に保存されている患者100の3D情報に合わせて適当な小領域(メッシュ)に分割された患者体内の超音波伝搬モデル401を作成する。   As shown in FIG. 4, the ultrasonic wave propagation model creating unit 103 superimposes in the patient body divided into appropriate small areas (meshes) in accordance with the 3D information of the patient 100 stored in the patient 3D information storage unit 102. A sound wave propagation model 401 is created.

例えば、超音波伝搬モデル作成部103では、後述する体内組織位置変更部104等を用いたオペレータによる各小領域の密度と音速の値または音響インピーダンスなどの超音波伝搬を計算するために必要な物理量の組合せの設定の入力を受けて超音波伝搬モデル401を作成する。オペレータは、患者3D情報から脂肪、筋肉、血管、骨、臓器などを判別し、組織の種類に応じて各小領域に物理量を設定する。例えば、脂肪中の音速は約1450m/s、血液・筋肉・臓器中の音速は約1530〜1630m/s、骨中の音速は約2700〜4100m/sであることが知られており、患者100の状態に合わせて適当な値を設定する。また、CT画像の輝度に応じて脂肪、筋肉、血管、骨、臓器などを超音波伝搬モデル作成部103において自動で判別し、組織の種類に応じて各省領域に物理量を設定することで設定を自動化することができる。   For example, in the ultrasonic wave propagation model creating unit 103, physical quantities necessary to calculate ultrasonic wave propagation such as density and speed of sound of each small area or acoustic impedance by the operator using the internal tissue position changing unit 104 described later and the like. The ultrasonic wave propagation model 401 is created in response to the input of the combination setting. The operator determines fat, muscle, blood vessels, bones, organs and the like from the patient 3D information, and sets physical quantities in each small area according to the type of tissue. For example, it is known that the speed of sound in fat is about 1450 m / s, the speed of sound in blood, muscles and organs is about 1530 to 1630 m / s, and the speed of sound in bone is about 2700 to 4100 m / s. Set an appropriate value according to the state of. In addition, according to the brightness of the CT image, fat, muscle, blood vessels, bones, organs, etc. are automatically discriminated by the ultrasonic wave propagation model creating unit 103, and setting is performed by setting physical quantities in the respective saving areas according to the type of tissue. It can be automated.

また、超音波伝搬モデル作成部103は、実際に超音波探触子107を設置する位置とその超音波の発信方向の情報に基づいて、3Dモデルのうちどの断面の超音波画像を得るかを決定する。   In addition, the ultrasonic wave propagation model creating unit 103 determines which cross section of the 3D model to obtain an ultrasonic image of the 3D model based on the information of the position where the ultrasonic wave probe 107 is actually installed and the transmission direction of the ultrasonic wave. decide.

体内組織位置変更部104は、超音波伝搬モデル作成部103で作成された超音波伝搬モデルに対して、測定対象とする体内組織や、または、その他の脂肪、筋肉、血管、骨、臓器などの位置をオペレータ等が任意に指示変更するための機器である。例えば、コンピュータの画面上に表示された超音波伝搬モデルにおいて、マウスなどの操作やテキストデータなどの入力手段を用いることができる。   With respect to the ultrasonic wave propagation model created by the ultrasonic wave propagation model creating unit 103, the internal tissue position changing unit 104 determines the body tissue to be measured, or other fats, muscles, blood vessels, bones, organs, etc. It is a device for the operator or the like to arbitrarily change the instruction. For example, in the ultrasonic wave propagation model displayed on the screen of the computer, an operation means such as operation of a mouse or an input means such as text data can be used.

超音波画像シミュレーション部105は、超音波伝搬解析などの手段を用いて、超音波伝搬モデル作成部103において作成されたり、体内組織位置変更部104で変更・修正された超音波伝搬モデル内において、指定された超音波探触子位置から患者体内に入射される超音波の伝搬経路を解析し、患者体内での超音波の反射、散乱などをシミュレーションし、疑似的な超音波画像(疑似超音波画像)を計算する。伝搬解析には、有限要素法や差分法、レイトレーシングによる手法が一般には知られており、一定の精度が保証されるのであれば、どのような手法でも用いることができ、本発明を限定するものではない。   The ultrasonic image simulation unit 105 is generated in the ultrasonic wave propagation model generation unit 103 using a means such as ultrasonic wave propagation analysis, or in the ultrasonic wave propagation model changed or corrected by the in vivo tissue position changing unit 104, Analyzes the propagation path of the ultrasonic wave incident into the patient's body from the specified ultrasonic probe position, simulates the reflection and scattering of the ultrasonic wave in the patient's body, and simulates a pseudo ultrasonic image (a pseudo ultrasonic wave Calculate the image). For propagation analysis, finite element method, difference method, and ray tracing methods are generally known, and any method can be used as long as a certain accuracy is guaranteed, and the present invention is limited. It is not a thing.

データベース106は、超音波画像シミュレーション部105にて得られた疑似超音波画像を、体内組織位置変更部104で指定した体内組織位置および呼吸同期3D情報取得部101で取得した際の患者呼吸位相の情報と対応付けた状態で保存する。   The database 106 includes the position of the internal tissue designated by the internal tissue position changing unit 104 and the patient's respiratory phase when the respiratory synchronous 3D information acquiring unit 101 acquires the pseudo ultrasonic image obtained by the ultrasonic image simulation unit 105. Save in a state associated with information.

呼吸状態計測部110は、患者100の呼吸状態を計測する機器,装置である。呼吸状態計測部110としては、例えば、レーザ距離計を用いた患者100の体表の動きのモニタリングや患者の呼気の計測などにより呼吸位相を同定する機器、装置がある。呼吸状態計測部110としては、この他様々な方式を採用することができ、したがって、ここで示した例は、本発明を限定するものではない。   The respiratory state measurement unit 110 is a device or device that measures the respiratory state of the patient 100. The respiratory state measurement unit 110 may be, for example, a device or device that identifies a respiratory phase by monitoring the movement of the body surface of the patient 100 using a laser range finder, measuring the exhalation of the patient, or the like. Various other methods can be adopted as the respiratory condition measurement unit 110, and therefore, the example shown here does not limit the present invention.

体内組織位置算出部111は、データベース106、超音波画像構成部109、呼吸状態計測部110を参照して、呼吸状態計測部110で測定した呼吸状態に基づいて、超音波画像構成部109でリアルタイムに取得した実超音波画像とデータベース106に記憶されたシミュレーションで得られた疑似超音波画像とを比較し、患者100の体内の組織位置を算出する。以下、比較方法の一例について図5Aおよび図5を用いて説明する。   The internal tissue position calculation unit 111 refers to the database 106, the ultrasound image construction unit 109, and the respiration state measurement unit 110, and based on the respiration state measured by the respiration state measurement unit 110, the ultrasound image construction unit 109 performs real time. The position of the tissue in the body of the patient 100 is calculated by comparing the actual ultrasonic image acquired in the above and the simulated ultrasonic image obtained in the simulation stored in the database 106. Hereinafter, an example of the comparison method will be described using FIGS. 5A and 5.

本実施例の体内組織位置測定装置では、上述のように、データベース106にはある呼吸位相での患者3D情報501とその呼吸位相における疑似超音波画像501A,501B,…が記憶されており、超音波測定の際に得られる実超音波画像と比較可能な疑似超音波画像が患者3D情報の特定の断面におけるシミュレーションにより得られている。   In the internal tissue position measuring apparatus of this embodiment, as described above, the database 106 stores the patient 3D information 501 at a certain breathing phase and the pseudo ultrasonic images 501A, 501B,. A simulated ultrasound image comparable to the actual ultrasound image obtained during the sound measurement is obtained by simulation on specific cross sections of the patient 3D information.

そこで、超音波走査断面と体内組織の中心とが一致する場合は、図5Aに示すように、データベース106に記憶された、超音波走査断面と体内組織の中心とが一致する場合における疑似超音波画像501Aをデータベース106から呼び出し、疑似超音波画像501A内に描写された臓器502Aおよび腫瘍503Aを、実超音波画像301A内に描写された臓器302Aおよび腫瘍303Aと比較し、一致すると判定されるときはその実超音波画像301Aの情報を用いて患者100の体内の組織位置を算出する。   Therefore, when the ultrasound scan cross section coincides with the center of the body tissue, as shown in FIG. 5A, the pseudo ultrasound in the case where the ultrasound scan cross section stored in the database 106 coincides with the center of the body tissue When it is determined that the image 501A is retrieved from the database 106 and the organ 502A and the tumor 503A depicted in the pseudo-ultrasound image 501A are compared with the organ 302A and the tumor 303A depicted in the actual ultrasonic image 301A The position of the tissue in the body of the patient 100 is calculated using the information of the actual ultrasonic image 301A.

これに対し、超音波走査断面と体内組織の中心とが一致しない場合は、図5Bに示すように、呼吸状態計測部110で測定したその時の呼吸位相の情報に基づいて、データベース106に記憶された、超音波走査断面と体内組織の中心とが一致しない場合における疑似超音波画像501Bをデータベース106から呼び出し、疑似超音波画像501B内に描写された臓器502Bおよび腫瘍503Bを、実超音波画像301B内に描写された臓器302Bおよび腫瘍303Bと比較し、一致すると判定されるときはその実超音波画像301Bの情報を用いて患者100の体内の組織位置を算出する。   On the other hand, if the ultrasound scanning cross section does not match the center of the internal tissue, as shown in FIG. 5B, it is stored in the database 106 based on the information of the respiratory phase at that time measured by the respiratory state measuring unit 110. The simulated ultrasound image 501B in the case where the ultrasound scanning cross section does not match the center of the internal tissue is retrieved from the database 106, and the organ 502B and the tumor 503B depicted in the simulated ultrasound image 501B are displayed as the actual ultrasound image 301B. The position of the tissue in the body of the patient 100 is calculated using the information of the actual ultrasonic image 301B when it is determined to match, in comparison with the organ 302B and the tumor 303B depicted inside.

ここで、体内組織位置算出部111における疑似超音波画像と実超音波画像との比較に際しては、例えば、画像処理などにより、測定対象とする体内組織の断面像内における体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出してその差異を定量的に比較することができる。例えば、両者の差異を誤差として計算し、計算した誤差を予め適当に定めた閾値と比較し、閾値よりも小さいときに一致すると判定し、誤差が閾値以上の時は一致しないと判定することができる。両者が一致しないと判定された場合には、あらかじめデータベース106に保存しておいた別の体内組織位置が指定され、シミュレーションされて得られた超音波断面画像を参照し、再度比較を実行し、一致するデータを検索する。   Here, when comparing the simulated ultrasound image and the actual ultrasound image in the internal tissue position calculation unit 111, for example, the shape, size, and the like of the internal tissue in the cross-sectional image of the internal tissue to be measured by image processing. Several parameters, such as position, can be extracted and their differences compared quantitatively. For example, the difference between the two may be calculated as an error, and the calculated error may be compared with a predetermined threshold, determined as matching when smaller than the threshold, and determined as not matching when the error is equal to or greater than the threshold. it can. If it is determined that the two do not match, another intracorporeal tissue position previously stored in the database 106 is specified, and the ultrasound cross-sectional image obtained by simulation is referred to, and the comparison is executed again. Search for matching data.

また、体内組織位置算出部111における比較では、例えば、画像同士の相関係数を計算し、予め適当に定めた閾値が相関係数を越える場合に両者が一致すると判定し、相関係数が閾値以下の場合には一致しないと判定することができる。   Further, in the comparison in the in-vivo tissue position calculation unit 111, for example, the correlation coefficient between the images is calculated, and it is determined that the two match if the threshold appropriately determined in advance exceeds the correlation coefficient. It can be determined that they do not match in the following cases.

ここで、体内組織位置算出部111におけるシミュレーションと実超音波断面像の比較に際して、疑似超音波画像と実超音波断面像で得られる画素サイズや画素形状が異なることが想定される。例えば、体内組織の断面像内における形状、サイズ、位置などは、画素サイズが大きく異なると、比較が難しくなるか、その比較の精度を十分に担保することが困難となる恐れがある。また、相関係数を計算するためには、両者の画素サイズと画素形状がある程度の水準で一致している必要がある。   Here, when comparing the simulation and the actual ultrasound cross-sectional image in the in-vivo tissue position calculation unit 111, it is assumed that the pixel size and the pixel shape obtained by the pseudo ultrasound image and the actual ultrasound cross-sectional image are different. For example, if the shape, size, position, and the like in the cross-sectional image of the internal tissue greatly differ in pixel size, the comparison may be difficult or it may be difficult to sufficiently ensure the accuracy of the comparison. Further, in order to calculate the correlation coefficient, it is necessary that the pixel size and the pixel shape of the both coincide with each other to a certain level.

そこで、体内組織位置算出部111では、最初に疑似超音波画像と実超音波画像の解像度を比較し、疑似超音波画像と実超音波画像のどちらか一方の画像に関して画素データを内挿することで両者の画像の解像度を一致させておくことが好適である。画素の内挿の方法は、最近傍補間、双一次補間、双三次補間などが一般に知られており、目標とする位置算出精度に応じて適切な方法を選択することができる。内挿処理を行う画像はどちらの画像でも良いが、解像度の低い方の画像を解像度の高い画像に合わせることが望ましい。   Therefore, the internal tissue position calculation unit 111 first compares the resolution of the pseudo ultrasound image and the resolution of the actual ultrasound image, and interpolates pixel data for either one of the pseudo ultrasound image and the actual ultrasound image. It is preferable to match the resolutions of the two images. As the method of pixel interpolation, nearest neighbor interpolation, bilinear interpolation, bicubic interpolation, etc. are generally known, and an appropriate method can be selected according to the target position calculation accuracy. The image to be interpolated may be either image, but it is desirable to fit the lower resolution image to the higher resolution image.

一致するデータが発見できた場合は、体内組織位置算出部111は、対応する体内組織位置の情報を体内組織位置出力部112に対して出力する。出力方法は、例えば、モニタ上に基準座標からの相対位置を数値で表示させる、発見した超音波断面画像シミュレーション結果に対応する患者3D情報をモニタ上に表示させる、あるいは、適当にエンコードされた電気信号として有線あるいは無線で送信するなどの方法がある。この他、出力方法は、算出した体内組織位置の利用目的に応じて様々な方式を採用することができ、したがって、ここで示した例は、本発明を限定するものではない。   If matching data can be found, the internal tissue position calculation unit 111 outputs information on the corresponding internal tissue position to the internal tissue position output unit 112. The output method may be, for example, displaying the relative position from the reference coordinates numerically on the monitor, displaying patient 3D information corresponding to the found ultrasonic cross-sectional image simulation result on the monitor, or appropriately encoded electrical There is a method such as wired or wireless transmission as a signal. Besides this, various methods can be adopted for the output method according to the purpose of use of the calculated internal tissue position, and therefore, the example shown here does not limit the present invention.

上述の超音波伝搬モデル作成部103、超音波画像シミュレーション部105、超音波送受信部108、超音波画像構成部109、体内組織位置算出部111の各部はコンピュータやFPGA(Field−Programmable Gate Array)などにプログラムを読み込ませて計算を実行させることで実現できる。   The ultrasonic wave propagation model creation unit 103, the ultrasonic image simulation unit 105, the ultrasonic wave transmission / reception unit 108, the ultrasonic image formation unit 109, and the internal tissue position calculation unit 111 described above are a computer, a field-programmable gate array (FPGA), etc. This can be realized by loading a program in to execute calculations.

患者3D情報保存部102やデータベース106は、揮発性メモリや不揮発性メモリ、ハードディスク、外部記憶装置などの各種記憶媒体を用いて構成することができる。   The patient 3D information storage unit 102 and the database 106 can be configured using various storage media such as volatile memory, nonvolatile memory, hard disk, and external storage device.

次に、図6乃至図8を用いて、上述の体内組織位置測定装置を好適に用いた本実施例の体内組織位置測定方法について説明する。   Next, with reference to FIGS. 6 to 8, a method for measuring the position of a body tissue according to the present embodiment, which suitably uses the above-described body tissue position measuring device, will be described.

最初に、図6を用いて本実施例の体内組織位置測定方法のうち、超音波伝搬モデルの作成方法について説明する。   First, a method of creating an ultrasonic wave propagation model in the method of measuring the position of a body tissue according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図6において、まず、処理を開始する(ステップS101)。なお、本ステップでは、患者100は既に寝台500に固定されているものとする。また、固定治具107aによる超音波探触子107、あるいはアーチファクトを低減したダミー探触子の患者100への実超音波画像取得時を模擬した押し付け、呼吸同期3D情報取得部101などによる患者100の呼吸状態の測定の準備についても完了しているものとする。   In FIG. 6, first, the process is started (step S101). In this step, it is assumed that the patient 100 is already fixed to the bed 500. In addition, the ultrasound probe 107 with the fixing jig 107a or a dummy probe with reduced artifacts is pressed on the patient 100 to simulate actual ultrasound image acquisition, and the patient 100 by the respiratory synchronous 3D information acquisition unit 101 or the like. It is assumed that the preparation of the measurement of the respiratory condition of has been completed.

次いで、呼吸同期3D情報取得部101により、患者100の呼吸位相ごとの3D情報取得部を収集・保存する(ステップS102)。以下では、3D情報としてCT像を用いた場合を例として、フローを説明する。   Next, the respiration synchronous 3D information acquisition unit 101 collects and stores a 3D information acquisition unit for each respiration phase of the patient 100 (step S102). In the following, the flow will be described by taking a case where a CT image is used as 3D information as an example.

次いで、超音波伝搬モデル作成部103により、超音波伝搬モデルを作成する(ステップS103)。   Next, the ultrasonic wave propagation model creation unit 103 creates an ultrasonic wave propagation model (step S103).

次いで、ステップS103にて作成した超音波伝搬モデルにおいて、超音波の起点となる超音波探触子107の位置,向きと測定対象とする体内組織位置を指定する(ステップS104)。   Next, in the ultrasonic wave propagation model created in step S103, the position and orientation of the ultrasonic probe 107 as the starting point of the ultrasonic wave and the position of the internal tissue to be measured are designated (step S104).

次いで、ステップS103で作成した超音波伝搬モデルに対して、ステップS104で指定した超音波探触子107の位置,向きと体内組織位置を含む領域において超音波伝搬解析を実施し、シミュレーション画像(疑似超音波画像)を作成する(ステップS105)。   Next, with respect to the ultrasound propagation model created in step S103, ultrasound propagation analysis is performed in a region including the position and orientation of the ultrasound probe 107 specified in step S104 and the position of internal tissue, and a simulation image (false An ultrasonic image is created (step S105).

次いで、ステップS105で作成した疑似超音波画像を、ステップS104で指定した体内組織位置と組みにしてデータベース106に保存する(ステップS106)。   Next, the pseudo-ultrasound image created in step S105 is stored in the database 106 in combination with the in-vivo tissue position designated in step S104 (step S106).

次いで、十分な量の疑似超音波画像がデータベース106に保存されたか否かを判定する(ステップS107)。   Next, it is determined whether a sufficient amount of pseudo ultrasound images are stored in the database 106 (step S107).

本実施例の体内組織位置測定方法においては、データベース106に保存された疑似超音波画像の数は最終的な体内組織位置算出精度に影響を与える。具体的には、体内組織位置の算出精度は、ステップS104で指定した体内組織位置の疑似超音波画像間の差分程度の誤差になる。そこで、ステップS107の判定では、算出される最終的な体内組織位置算出の精度が目的に対して十分かどうかを判定することによって十分な量の疑似超音波画像がデータベース106に保存されたか否かを判定することができる。   In the internal tissue position measuring method of the present embodiment, the number of simulated ultrasound images stored in the database 106 affects the final internal tissue position calculation accuracy. Specifically, the calculation accuracy of the in-vivo tissue position is an error about the difference between the pseudo ultrasonic images of the in-vivo tissue position designated in step S104. Therefore, in the determination of step S107, it is determined whether or not a sufficient amount of pseudo-ultrasound images is stored in the database 106 by determining whether the accuracy of the final calculated internal tissue position calculation is sufficient for the purpose. Can be determined.

データベース106に保存された疑似超音波画像の保存量が不十分であると判定されたときは処理をステップS104に戻し、別のパターンでシミュレーションおよび疑似超音波画像の作成処理を実施する。疑似超音波画像が十分に保存されていると判定されたときはステップS108に処理を進める。   If it is determined that the storage amount of the pseudo ultrasound image stored in the database 106 is insufficient, the process returns to step S104, and simulation and pseudo ultrasound image generation processing are performed with another pattern. If it is determined that the pseudo ultrasound image is sufficiently stored, the process proceeds to step S108.

なお、疑似超音波画像の間については、補間等によって超音波伝搬解析以外の手段で疑似超音波画像を作成するなどして、精度を担保することもできる。   In addition, between pseudo | simulation ultrasound images, an accuracy can also be ensured by creating pseudo | simulation ultrasound images by means other than ultrasound propagation analysis by interpolation etc., for example.

次いで、必要な呼吸位相のパターンで患者3D情報が得られているかどうかを判定する(ステップS108)。上述のステップS107における説明と同様で、最終的な体内組織位置算出精度に応じて判定の基準とする必要な呼吸位相のパターン数を決定する。データベース106に保存されたシミュレーションパターン数が不十分であると判定されたときはステップS102に処理を戻し、別の患者3D情報を用いてシミュレーションを実施する。パターン数が十分であると判定されたときはステップS109に処理を進め、超音波伝搬モデルの作成処理を終了する。   Next, it is determined whether patient 3D information is obtained with the required pattern of respiratory phase (step S108). Similar to the description in the above-described step S107, the number of patterns of the necessary breathing phase to be used as the determination reference is determined according to the final accuracy of calculating the position of the internal body tissue. If it is determined that the number of simulation patterns stored in the database 106 is insufficient, the process returns to step S102, and simulation is performed using other patient 3D information. If it is determined that the number of patterns is sufficient, the process proceeds to step S109, and the process of creating an ultrasonic wave propagation model is ended.

なお、本実施例では複数の呼吸状態と体内組織位置のパターンを収集する例を示したが、十分な精度が確保できるならば、患者の息止め状態の計測結果のみを使用しても良い。また、人体を均一な密度・音速の物質として簡易的にモデル化しても良い。   Although the present embodiment shows an example of collecting a plurality of respiratory states and patterns of internal tissue positions, only measurement results of the patient's breath holding state may be used if sufficient accuracy can be ensured. Also, the human body may be simply modeled as a substance of uniform density and sound velocity.

次に、図7および図8を用いて、上述の体内組織位置測定装置を好適に用いた体内組織位置測定方法のうち、体内組織位置算出部111における体内組織位置の算出方法について説明する。   Next, among the internal tissue position measuring methods suitably using the aforementioned internal tissue position measuring device, a method of calculating the internal tissue position in the internal tissue position calculating unit 111 will be described using FIGS. 7 and 8.

まず、処理を開始する(ステップS201)。ここでは、ステップS101と同様に、患者100は既に寝台500に固定されており、また固定治具107aによる超音波探触子107の押し付けや、呼吸状態計測部110による患者100の呼吸状態の測定の準備についても完了しているものとする。   First, the process is started (step S201). Here, as in step S101, the patient 100 is already fixed to the bed 500, and the pressing of the ultrasonic probe 107 by the fixing jig 107a, and the measurement of the respiratory state of the patient 100 by the respiratory state measurement unit 110. It is assumed that the preparation of has been completed.

次いで、超音波探触子107による患者100の体内に向けた超音波の送信や、超音波送受信部108による患者体内から反射、散乱した超音波の信号を収集する(ステップS202)。   Next, the ultrasonic probe 107 transmits ultrasonic waves directed into the body of the patient 100, and the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 108 collects signals of ultrasonic waves reflected and scattered from the patient's body (step S202).

次いで、超音波画像構成部109によって、収集した超音波信号を用いて実超音波画像を構成する(ステップS203)。   Next, a real ultrasonic image is constructed by the ultrasonic image construction unit 109 using the collected ultrasonic signals (step S203).

次いで、呼吸状態計測部110を用いて患者100の呼吸状態を計測する(ステップS204)。   Next, the respiratory state of the patient 100 is measured using the respiratory state measurement unit 110 (step S204).

ここで、実超音波画像を構成するためのステップS202,S203と呼吸状態を計測するステップS204は同時に実施しても良いし、その順番を入れ替えて実施しても良い。   Here, steps S202 and S203 for constructing an actual ultrasound image and step S204 for measuring a respiratory state may be performed simultaneously, or the order may be changed and may be performed.

次に、データベース106を参照し、データベース106に保存された疑似超音波画像を読み出す(ステップS205)。本ステップにおける疑似超音波画像の選択にあたっては、ステップS204で計測した患者の呼吸状態を用いて、同じ呼吸状態で取得した3D情報から生成した疑似超音波画像、近似する呼吸状態で取得した3D情報から生成した疑似超音波画像、または近似する呼吸状態で取得した3D情報から補間によって生成した疑似超音波画像から適宜選択する。   Next, the pseudo-ultrasound image stored in the database 106 is read out with reference to the database 106 (step S205). When selecting a pseudo-ultrasound image in this step, a pseudo-ultrasound image generated from 3D information acquired in the same respiratory state using the patient's respiratory state measured in step S204, 3D information acquired in an approximate respiratory state It selects suitably from the pseudo | simulation ultrasound image produced | generated by interpolation from the pseudo | simulation ultrasound image produced | generated from (3) or the 3D information acquired in the breathing condition to approximate.

次いで、ステップS203で構成した実超音波画像をステップS205で選択した疑似超音波画像と比較し、一致する疑似超音波画像を検索する(ステップS206)。   Next, the actual ultrasound image configured in step S203 is compared with the pseudo ultrasound image selected in step S205, and a matching pseudo ultrasound image is searched (step S206).

次いで、ステップS206における検索が成功したか否かを判定する(ステップS207)。検索が成功したと判定された場合は、ステップS208Aに処理を進めて、疑似超音波画像に対応する体内組織位置をデータベース106から読み出し、体内組織位置出力部112に出力する(ステップS208A)。これに対し、ステップS207にて検索が失敗と判定された場合は、体内組織位置出力部112にエラー信号を出力する(ステップS208B)。   Next, it is determined whether the search in step S206 is successful (step S207). If it is determined that the search is successful, the process proceeds to step S208A, the in-vivo tissue position corresponding to the pseudo ultrasound image is read from the database 106, and is output to the in-vivo tissue position output unit 112 (step S208A). On the other hand, when it is determined in step S207 that the search is unsuccessful, an error signal is output to the internal tissue position output unit 112 (step S208B).

図8は上述のステップS206における実超音波画像と疑似超音波画像との検索方法の詳細を示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing the details of the method of searching for the actual ultrasound image and the pseudo ultrasound image in step S206 described above.

まず、処理を開始する(ステップS301)。   First, the process is started (step S301).

次いで、実超音波画像から体内組織の形状、サイズ、位置を抽出する(ステップS302)。   Next, the shape, size, and position of internal tissue are extracted from the actual ultrasound image (step S302).

続いて、疑似超音波画像から体内組織の形状、サイズ、位置を抽出する(ステップS303)。   Subsequently, the shape, size, and position of internal tissue are extracted from the pseudo-ultrasound image (step S303).

次いで、ステップS302およびステップS303で抽出した体内組織の形状、サイズ、位置から差異を誤差として計算する(ステップS304)。例えば、それぞれ値の差の二乗和などを誤差として用いることができる。このステップS304では、更に、誤差をあらかじめ設定した閾値と比較し、一致か不一致かを判定する。   Next, a difference is calculated as an error from the shape, size, and position of the body tissue extracted in step S302 and step S303 (step S304). For example, the square sum of the difference between the values can be used as the error. In step S304, the error is further compared with a preset threshold to determine whether the error is coincident or not.

ステップS304において誤差が閾値以下であると判定された場合は一致したとみなし、ステップS306に処理を進めて、疑似超音波画像を体内組織位置出力部112出力した後、処理を終了する(ステップS307)。   If it is determined in step S304 that the error is less than or equal to the threshold value, it is regarded as a match, and the process proceeds to step S306 to output the pseudo ultrasound image to the internal tissue position output unit 112, and then the process ends (step S307). ).

これに対し、ステップS304において誤差が閾値より大きいと判定された場合は一致しないとみなし、ステップS302に処理を戻し、異なる疑似超音波画像と実超音波画像との比較を実行する。   On the other hand, if it is determined in step S304 that the error is larger than the threshold value, it is considered that they do not match, and the process returns to step S302 to compare different pseudo ultrasound images and actual ultrasound images.

なお、ステップS206における実超音波画像と疑似超音波画像との検索方法は図8に示す手順に限られず、例えば、実超音波画像と疑似超音波画像の相関係数を計算し、予め適当に定めた閾値が相関係数を越える場合に両者が一致すると判定し、相関係数が閾値以下の場合には一致しないと判定する方法とすることができる。   Note that the method of retrieving the actual ultrasound image and the pseudo ultrasound image in step S206 is not limited to the procedure shown in FIG. 8, and for example, the correlation coefficient between the actual ultrasound image and the pseudo ultrasound image is calculated A method may be adopted in which it is determined that the two coincide with each other if the determined threshold exceeds the correlation coefficient, and that they do not coincide if the correlation coefficient is equal to or less than the threshold.

また、疑似超音波画像と実超音波断面像で得られる画素サイズや画素形状が異なるか否かを判定し、いずれか一方の画素データを内挿することにより、実超音波画像と疑似超音波画像との解像度を一致させることができる。   In addition, it is determined whether the pixel size and the pixel shape obtained by the pseudo ultrasound image and the actual ultrasound cross-sectional image are different, and either one of the pixel data is interpolated to obtain the actual ultrasound image and the pseudo ultrasound. It is possible to match the resolution with the image.

このようにして得られた疑似超音波画像を用いて、上述のステップS208にて対応する患者3D情報から患者100内の組織位置に関する3D位置を出力することができる。   Using the pseudo-ultrasound image thus obtained, the 3D position regarding the tissue position in the patient 100 can be output from the corresponding patient 3D information in step S208 described above.

次に、本実施例の効果について説明する。   Next, the effects of this embodiment will be described.

上述した本発明の第1の実施例の体内組織位置測定装置は、呼吸と同期した患者100の3D情報を取得する呼吸同期3D情報取得部101と、呼吸同期3D情報取得部101によって取得した3D情報を保存する患者3D情報保存部102と、患者3D情報保存部102に保存された患者3D情報を用いて超音波伝搬モデルを作成する超音波伝搬モデル作成部103と、超音波伝搬モデル作成部103において作成された超音波伝搬モデル内での超音波の伝搬をシミュレーションして疑似超音波画像を計算する超音波画像シミュレーション部105と、超音波画像シミュレーション部105で計算された疑似超音波画像を患者3D情報と対応づけて保存するデータベース106と、患者100の体内に向けて超音波を送信し、患者100の体内から戻る超音波を受信する超音波探触子107および超音波送受信部108と、超音波探触子107および超音波送受信部108で受信した超音波から実超音波画像を構成する超音波画像構成部109と、患者100の呼吸状態を測定する呼吸状態計測部110と、呼吸状態計測部110で測定した呼吸状態に基づいて、超音波画像構成部109で構成された実超音波画像とデータベース106に記憶された疑似超音波画像とを比較して、患者100の体内の組織位置を算出する体内組織位置算出部111と、を備えたものである。   The in-vivo tissue position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention described above includes the respiratory synchronous 3D information acquiring unit 101 acquiring the 3D information of the patient 100 synchronized with the respiration and the 3D acquired by the respiratory synchronous 3D information acquiring unit 101 Patient 3D information storage unit 102 for storing information, ultrasound propagation model creation unit 103 for creating ultrasound propagation model using patient 3D information stored in patient 3D information storage unit 102, ultrasound propagation model creation unit The ultrasonic image simulation unit 105 that simulates the ultrasonic wave propagation in the ultrasonic wave propagation model created in 103 and calculates a pseudo ultrasonic image, and the pseudo ultrasonic image calculated by the ultrasonic image simulation unit 105 A database 106 for storing in correspondence with patient 3D information, and transmitting ultrasound to the body of the patient 100 An ultrasound image forming an actual ultrasound image from the ultrasound received by the ultrasound probe 107 and the ultrasound transmission / reception unit 108 that receives ultrasound that returns from the inside, the ultrasound probe 107, and the ultrasound transmission / reception unit 108 Based on the respiratory condition measured by the configuration unit 109, the respiratory condition measurement unit 110 for measuring the respiratory condition of the patient 100, and the respiratory condition measurement unit 110, an actual ultrasonic image and database configured by the ultrasonic image configuration unit 109 And an intracorporeal tissue position calculation unit for calculating a tissue position in the body of the patient by comparing the pseudo-ultrasound image stored in the storage unit.

これによって、侵襲性の低い超音波を用いた患者100の体内の組織の位置をリアルタイムで正確に測定することができ、3次元超音波探触子等を用いる場合などのようにシステムを複雑にすることなく、正確かつリアルタイムに患者体内の体内組織位置を測定することができる。   As a result, the position of the tissue in the body of the patient 100 can be accurately measured in real time using low invasive ultrasound, making the system complicated as in the case of using a three-dimensional ultrasound probe or the like. The position of internal tissue in the patient can be measured accurately and in real time without doing so.

また、超音波伝搬モデル作成部103で作成した超音波伝搬モデル内の体内組織の位置を変え、変えた超音波伝搬モデルに基づいてシミュレーションさせるための入力デバイスとして体内組織位置変更部104を更に備えたため、治療計画時に拾いきれなかった細かな情報を設定することができ、より精度の高い超音波伝搬モデルを設定することができることから、より正確な体内組織位置の測定が可能となる。   Further, the internal tissue position changing unit 104 is further provided as an input device for changing the position of the internal tissue in the ultrasonic wave propagation model generated by the ultrasonic wave propagation model generation unit 103 and performing simulation based on the changed ultrasonic wave propagation model. Therefore, since it is possible to set detailed information that could not be picked up at the time of treatment planning and to set a more accurate ultrasonic wave propagation model, more accurate measurement of the position of the internal tissue can be made.

更に、体内組織位置算出部111は、実超音波画像と疑似超音波画像のそれぞれの画像内における体内組織の形状、サイズ、および位置を画像処理により抽出し、形状、サイズ、位置の差異を誤差として計算して、計算した誤差を予め設定された閾値と比較して患者100の体内の組織位置を算出することで、実超音波画像と疑似超音波画像との比較を高精度に実行することができ、更に正確な体内組織位置の測定を行うことができる。   Furthermore, the in-vivo tissue position calculation unit 111 extracts the shape, size, and position of the in-vivo tissue in each of the actual ultrasound image and the pseudo-ultrasound image by image processing, and the difference between the shape, size, and position is an error. Calculating the position of the tissue in the body of the patient 100 by comparing the calculated error with a preset threshold to calculate the comparison between the actual ultrasound image and the pseudo-ultrasound image with high accuracy. It is possible to perform more accurate measurement of internal tissue position.

また、体内組織位置算出部111は、実超音波画像と疑似超音波画像との相関係数を計算し、計算した相関係数と予め設定された閾値とを比較することで患者100の体内の組織位置を算出することによっても、実超音波画像と疑似超音波画像との比較を高精度に実行することができ、更に正確な体内組織位置の測定を行うことができる。   In addition, the internal tissue position calculation unit 111 calculates the correlation coefficient between the actual ultrasound image and the pseudo ultrasound image, and compares the calculated correlation coefficient with a preset threshold value in the body of the patient 100. Also by calculating the tissue position, the comparison between the actual ultrasound image and the pseudo-ultrasound image can be performed with high accuracy, and a more accurate measurement of the tissue position can be performed.

更に、体内組織位置算出部111は、実超音波画像と疑似超音波画像との解像度を、いずれか一方の画素データを内挿により一致させることで、より精度の高い実超音波画像と疑似超音波画像との比較が可能となり、更に正確な体内組織位置の測定が可能となる。   Furthermore, the internal tissue position calculation unit 111 matches the resolution of the actual ultrasound image and that of the pseudo ultrasound image by interpolation of either one of the pixel data to obtain a more accurate actual ultrasound image and a pseudo ultrasound image. Comparison with acoustic image is possible, and more accurate measurement of internal tissue position is possible.

<第2の実施例>
本発明の第2の実施例の放射線治療装置を図9を用いて説明する。図9は本発明の第2の実施例である放射線照射装置の構成概念を示す図である。第1の実施例と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。
Second Embodiment
A radiotherapy apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a view showing a configuration concept of a radiation irradiation apparatus according to a second embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description will be omitted. The same applies to the following embodiments.

図9に示すように、本実施例の放射線治療装置は、対象とする体内組織位置を特定して、標的に対して放射線を照射する装置であって、第1の実施例の体内組織位置測定装置に加えて、更に、放射線を標的に対して照射する放射線照射部(照射装置)901と放射線制御部902を備えている。   As shown in FIG. 9, the radiation treatment apparatus of the present embodiment is an apparatus for specifying the position of the target internal tissue and irradiating the target with radiation, wherein the internal tissue position measurement of the first embodiment is performed. In addition to the apparatus, the apparatus further includes a radiation irradiator (irradiation apparatus) 901 for irradiating radiation to the target and a radiation controller 902.

放射線制御部902は体内組織位置算出部111によって算出された体内組織位置を信号として受け取り、放射線照射部901を制御することにより患者100に照射されるX線や粒子線などの放射線903の照射位置を制御する。これにより、治療計画で計画した治療対象部位の領域に集中して放射線を照射するよう構成されている。   The radiation control unit 902 receives the in vivo tissue position calculated by the in vivo tissue position calculation unit 111 as a signal, and controls the radiation irradiation unit 901 to irradiate the radiation position 903 of radiation 903 such as X-ray or particle beam to the patient 100. Control. Thereby, radiation is focused on the area of the treatment target site planned in the treatment plan.

本実施例の放射線治療装置では、患者100の呼吸状態を呼吸状態計測部110等によりモニタリングすることで呼吸位相を特定して、適切な超音波伝搬モデルを選択して疑似超音波画像を構成する。これにより、治療対象部位が目的の座標領域を通過する適切なタイミングを特定して、放射線の照射を高精度で開始したり停止したりすることができる。   In the radiotherapy apparatus of this embodiment, the respiratory phase is identified by monitoring the respiratory state of the patient 100 by the respiratory state measurement unit 110 or the like, and an appropriate ultrasonic wave propagation model is selected to construct a pseudo-ultrasound image. . In this way, it is possible to identify the appropriate timing at which the region to be treated passes through the target coordinate region, and to start or stop the radiation irradiation with high accuracy.

また、適切なフレームレートで体内組織位置算出を繰り返し実行することで治療対象部位の動きに応じた放射線903の制御を実施することができる。   In addition, by repeatedly executing the internal tissue position calculation at an appropriate frame rate, it is possible to control the radiation 903 in accordance with the movement of the region to be treated.

本発明の第2の実施例の放射線治療装置のように、実施例1の体内組織位置測定装置と、放射線を標的に対して照射する放射線照射部901と、体内組織位置測定装置を用いて測定した体内組織位置に基づいて放射線照射部901における放射線照射位置を制御する放射線制御部902と、を備えたことにより、治療中の体内組織の位置の特定に由来するX線照射による被ばく量を低減することができ、かつ呼吸などの患者の動きに対応した精度の高い放射線治療を実施することができる。   As in the radiotherapy apparatus according to the second embodiment of the present invention, measurement is performed using the intracorporeal tissue position measuring apparatus according to the first embodiment, a radiation irradiating unit 901 which emits radiation to a target, and the intracorporeal tissue position measuring apparatus The radiation control unit 902 controls the radiation irradiation position in the radiation irradiation unit 901 based on the position of the internal tissue, thereby reducing the exposure dose due to the X-ray irradiation derived from the specification of the position of the internal tissue being treated. Radiation treatment that is accurate and responsive to patient motion such as breathing.

<第3の実施例>
本発明の第3の実施例の体内組織位置測定装置および放射線治療装置、ならびに体内組織位置測定方法を図10を用いて説明する。図10は、本実施例の体内組織位置測定装置における超音波断面画像の概念図である。
Third Embodiment
An internal tissue position measuring apparatus and a radiotherapy apparatus according to a third embodiment of the present invention, and an internal tissue position measuring method will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a conceptual view of an ultrasonic cross-sectional image in the internal tissue position measuring apparatus of the present embodiment.

本実施例では、第1の実施例における体内組織位置測定装置において、患者100の体内に埋め込むための超音波を強く反射する超音波反射体1001を更に備えているものである。   In the present embodiment, the internal tissue position measuring apparatus in the first embodiment further includes an ultrasonic reflector 1001 that strongly reflects ultrasonic waves to be implanted in the body of the patient 100.

更に、体内組織位置を測定する際には、患者100の体内に超音波反射体1001を埋め込み、超音波反射体1001を測定対象の体内組織の位置を示す指標として、この超音波反射体1001の位置を算出することで患者100の体内の組織位置を算出するものである。   Furthermore, when measuring the position of the internal tissue, the ultrasonic reflector 1001 is embedded in the body of the patient 100, and the ultrasonic reflector 1001 is used as an index indicating the position of the internal tissue to be measured. By calculating the position, the tissue position in the body of the patient 100 is calculated.

一般的に、生体組織は軟組織であり、超音波の減衰が大きいうえ、体内組織間の音響インピーダンス差が小さいために超音波反射が起こりにくいことが知られている。このため、位置算出の対象としている体内組織からの十分な反射信号が得られず、鮮明な実超音波画像が得られない場合がある。   In general, it is known that living tissue is soft tissue, the attenuation of ultrasonic waves is large, and ultrasonic reflection is less likely to occur because the acoustic impedance difference between the internal tissues is small. For this reason, a sufficient reflected signal from the body tissue targeted for position calculation may not be obtained, and a clear actual ultrasound image may not be obtained.

そこで、本実施例では、超音波伝搬モデル作成前である作成呼吸同期3D情報を取得する段階で、あらかじめ生体組織と音響インピーダンスが大きく異なる超音波反射体1001を患者100の体内、特に注目する治療対象部位などの体内組織の近傍に埋め込んでおく。これにより、より鮮明な実超音波画像が得られるようにする。   Therefore, in the present embodiment, at the stage of acquiring the created respiratory synchronous 3D information before creating the ultrasonic wave propagation model, a treatment that focuses on the ultrasonic wave reflector 1001 having a large difference in biological impedance and acoustic impedance in advance in the patient 100. It is implanted in the vicinity of body tissue such as the target site. This makes it possible to obtain a clearer actual ultrasound image.

その上で、超音波反射体1001の映り込んだ超音波伝搬モデル401Aを作成するとともに、埋め込んだ超音波反射体1001と位置を算出したい体内組織の間の相対座標をあらかじめ算出しておく。また、実超音波画像と疑似超音波画像との比較の際に超音波反射体1001の形状、サイズ、位置等の誤差を計算したり、相関係数の計算の際に超音波反射体1001を用いたりする。   Then, an ultrasonic wave propagation model 401A in which the ultrasonic wave reflector 1001 is reflected is created, and relative coordinates between the embedded ultrasonic wave reflector 1001 and the internal tissue whose position is to be calculated are calculated in advance. In addition, when comparing the real ultrasound image and the pseudo ultrasound image, errors in the shape, size, position, etc. of the ultrasound reflector 1001 are calculated, or the ultrasound reflector 1001 is Use it.

本実施例では、注目する体内組織の位置を算出する際に、超音波反射体1001の絶対座標にあらかじめ算出しておいた相対座標を加える。   In this embodiment, when calculating the position of the target in-vivo tissue, relative coordinates calculated in advance are added to the absolute coordinates of the ultrasonic reflector 1001.

本発明の第3の実施例の体内組織位置測定装置においても、前述した第1の実施例の体内組織位置測定装置とほぼ同様な効果が得られる。   Also in the internal tissue position measuring apparatus of the third embodiment of the present invention, substantially the same effect as the internal tissue position measuring apparatus of the first embodiment described above can be obtained.

また、患者100の体内に埋め込む超音波反射体1001を更に備え、体内組織位置算出部111は、疑似超音波画像および実超音波画像に映る超音波反射体1001を用いて患者100の体内の組織位置を算出ことにより、実超音波画像と疑似超音波画像との比較をより高い精度で行うことができ、更に正確な体内組織位置の測定を行うことができる。   The internal tissue position calculation unit 111 further includes an ultrasound reflector 1001 to be embedded in the body of the patient 100, and the internal tissue position calculation unit 111 uses internal ultrasound reflectors 1001 reflected in the pseudo ultrasound image and the actual ultrasound image. By calculating the position, the comparison between the actual ultrasound image and the pseudo ultrasound image can be performed with higher accuracy, and a more accurate measurement of the internal tissue position can be performed.

<その他>
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
<Others>
The present invention is not limited to the above embodiments, and includes various modifications. The above embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for part of the configuration of each embodiment.

100…患者
101…呼吸同期3D情報取得部
102…患者3D情報保存部
103…超音波伝搬モデル作成部
104…体内組織位置変更部
105…超音波画像シミュレーション部
106…データベース
107…超音波探触子
108…超音波送受信部
109…超音波画像構成部
110…呼吸状態計測部
111…体内組織位置算出部
112…体内組織位置出力部
201…腫瘍
202…超音波走査断面
301A,301B…ある呼吸位相での実超音波画像
302A,302B…実超音波画像中に描画された臓器
303A,303B…実超音波画像中に描画された腫瘍
401,401A…超音波伝搬モデル
501…患者3D情報
501A,501B…ある呼吸位相での疑似超音波画像
502A,502B…患者3D情報中に描画された臓器
503A,503B…患者3D情報中に描画された測定対象の腫瘍
901…放射線照射部
902…放射線制御部
903…放射線
1001…超音波反射体
100 ... patient 101 ... respiration synchronized 3D information acquisition unit 102 ... patient 3D information storage unit 103 ... ultrasound wave propagation model creation unit 104 ... internal tissue position change unit 105 ... ultrasound image simulation unit 106 ... database 107 ... ultrasound probe 108: ultrasound transmitting and receiving unit 109: ultrasound image forming unit 110: breathing state measuring unit 111: internal tissue position calculating unit 112: internal tissue position output unit 201: tumor 202: ultrasonic scanning cross section 301A, 301B: with a certain respiratory phase Real ultrasound images 302A, 302B ... organs 303A, 303B drawn in real ultrasound images ... tumors drawn in real ultrasound images 401, 401A ... ultrasound propagation model 501 ... patient 3D information 501A, 501B ... Pseudo-ultrasound image 502A, 502B at a certain respiratory phase ... organ 503A drawn in patient 3D information, 03B ... to be measured drawn into the patient 3D information tumor 901 ... radiation emission unit 902 ... radiation control unit 903 ... radiation 1001 ... ultrasonic reflector

Claims (12)

超音波によって患者体内の組織の位置を測定する体内組織位置測定装置であって、
呼吸と同期した患者の3D情報を取得する呼吸同期3D情報取得部と、
前記呼吸同期3D情報取得部によって取得した前記3D情報を保存する患者3D情報保存部と、
前記患者3D情報保存部に保存された前記患者3D情報を用いて超音波伝搬モデルを作成する超音波伝搬モデル作成部と、
前記超音波伝搬モデル作成部において作成された前記超音波伝搬モデル内での超音波の伝搬をシミュレーションして疑似超音波画像を計算する超音波画像シミュレーション部と、
前記超音波画像シミュレーション部で計算された前記疑似超音波画像を前記患者3D情報と対応づけて保存するデータベースと、
前記患者の体内に向けて超音波を送信し、前記患者の体内から戻る超音波を受信する超音波送受信部と、
前記超音波送受信部で受信した超音波から実超音波画像を構成する超音波画像構成部と、
前記患者の呼吸状態を測定する呼吸状態計測部と、
前記呼吸状態計測部で測定した呼吸状態に基づいて、前記超音波画像構成部で構成された前記実超音波画像と前記データベースに記憶された疑似超音波画像とを比較して、前記患者の体内の組織位置を算出する体内組織位置算出部と、を備えた
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。
An internal tissue position measuring device for measuring the position of tissue in a patient's body by ultrasound, comprising:
A respiratory synchronized 3D information acquisition unit for acquiring 3D information of a patient synchronized with respiration,
A patient 3D information storage unit for storing the 3D information acquired by the respiration synchronized 3D information acquisition unit;
An ultrasonic wave propagation model creation unit for creating an ultrasonic wave propagation model using the patient 3D information stored in the patient 3D information storage unit;
An ultrasonic image simulation unit that simulates ultrasonic wave propagation in the ultrasonic wave propagation model created by the ultrasonic wave propagation model creating unit and calculates a pseudo-ultrasound image;
A database for storing the pseudo ultrasound image calculated by the ultrasound image simulation unit in association with the patient 3D information;
An ultrasound transmitting and receiving unit that transmits ultrasound toward the patient's body and receives ultrasound returning from the patient's body;
An ultrasound image construction unit that constructs an actual ultrasound image from the ultrasound waves received by the ultrasound transmission / reception unit;
A respiratory state measurement unit that measures the respiratory state of the patient;
Based on the respiratory state measured by the respiratory state measuring unit, the actual ultrasonic image formed by the ultrasonic image forming unit is compared with the pseudo ultrasonic image stored in the database, An intracorporeal tissue position calculating unit for calculating a tissue position of the internal tissue position measuring device.
請求項1に記載の体内組織位置測定装置において、
前記超音波伝搬モデル作成部で作成した前記超音波伝搬モデル内の体内組織の位置を変え、変えた超音波伝搬モデルに基づいてシミュレーションさせるための入力デバイスを更に備えた
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。
In the internal tissue position measuring apparatus according to claim 1,
The tissue of the body is further provided with an input device for changing the position of the body tissue in the ultrasonic wave propagation model created by the ultrasonic wave propagation model creation unit and performing simulation based on the altered ultrasonic wave propagation model. Position measuring device.
請求項1に記載の体内組織位置測定装置において、
前記体内組織位置算出部は、前記実超音波画像と前記疑似超音波画像のそれぞれの画像内における体内組織の形状、サイズ、および位置を画像処理により抽出し、前記形状、サイズ、位置の差異を誤差として計算して、計算した前記誤差を予め設定された閾値と比較することで、前記患者の体内の組織位置を算出する
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。
In the internal tissue position measuring apparatus according to claim 1,
The in-vivo tissue position calculation unit extracts the shape, size, and position of in-vivo tissue in each of the real ultrasound image and the pseudo-ultrasound image by image processing, and the difference in the shape, size, and position is A tissue position measuring device for body tissue, which is calculated as an error and the tissue position in the patient's body is calculated by comparing the calculated error with a preset threshold value.
請求項1に記載の体内組織位置測定装置において、
前記体内組織位置算出部は、前記実超音波画像と疑似超音波画像との相関係数を計算し、計算した前記相関係数と予め設定された閾値とを比較することで前記患者の体内の組織位置を算出する
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。
In the internal tissue position measuring apparatus according to claim 1,
The internal tissue position calculation unit calculates a correlation coefficient between the actual ultrasound image and the pseudo-ultrasound image, and compares the calculated correlation coefficient with a preset threshold value in the patient's body. An in-vivo tissue position measuring device characterized by calculating a tissue position.
請求項1に記載の体内組織位置測定装置において、
前記体内組織位置算出部は、前記実超音波画像と疑似超音波画像との解像度を、いずれか一方の画素データを内挿することにより一致させる
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。
In the internal tissue position measuring apparatus according to claim 1,
The in-vivo tissue position measuring device is characterized in that the in-vivo tissue position calculation unit matches resolutions of the actual ultrasound image and the pseudo-ultrasound image by interpolating one of the pixel data.
請求項1に記載の体内組織位置測定装置において、
前記患者の体内に埋め込む超音波反射体を更に備え、
前記体内組織位置算出部は、前記疑似超音波画像および前記実超音波画像に映る前記超音波反射体を用いて前記患者の体内の組織位置を算出する
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。
In the internal tissue position measuring apparatus according to claim 1,
The ultrasound system further comprises an ultrasonic reflector to be implanted in the patient's body,
The in-vivo tissue position measuring device is characterized in that the in-vivo tissue position calculating unit calculates the in-vivo tissue position in the patient's body by using the ultrasonic reflector reflected in the pseudo ultrasonic image and the actual ultrasonic image.
対象とする体内組織位置を特定して、標的に対して放射線を照射する放射線治療装置であって、
請求項1に記載の体内組織位置測定装置と、
前記放射線を前記標的に対して照射する照射装置と、
前記体内組織位置測定装置を用いて測定した体内組織位置に基づいて前記照射装置における放射線照射位置を制御する放射線制御部と、を備えた
ことを特徴とする放射線治療装置。
What is claimed is: 1. A radiation therapy apparatus for identifying a target location of internal tissue and irradiating a target with radiation,
The internal tissue position measuring device according to claim 1;
An irradiation device for irradiating the target with the radiation;
A radiation treatment apparatus comprising: a radiation control unit configured to control a radiation irradiation position in the irradiation device based on an in-vivo tissue position measured using the in-vivo tissue position measuring device.
超音波によって患者体内の体内組織位置を求める体内組織位置測定方法であって、
呼吸と同期した患者の3D情報を取得するステップと、
取得した前記3D情報を用いて超音波伝搬モデルを作成するステップと、
作成した前記超音波伝搬モデル内での超音波の伝搬をシミュレーションして疑似超音波画像を作成するステップと、
作成した前記疑似超音波画像を前記患者3D情報と対応付けてデータベースに保存するステップと、
前記患者の体内に向けて超音波を送信するとともに前記患者の体内から戻る超音波を受信し、受信した超音波から実超音波画像を構成するステップと、
前記患者の呼吸状態を測定するステップと、
測定した前記患者の呼吸状態に基づいて、前記実超音波画像と前記疑似超音波画像とを比較して、前記患者の体内の組織位置を算出するステップと、を有する
ことを特徴とする体内組織位置測定方法。
An internal tissue position measuring method for determining internal tissue position in a patient's body by ultrasound.
Obtaining 3D information of the patient synchronized with the respiration;
Creating an ultrasonic wave propagation model using the acquired 3D information;
Simulating ultrasonic wave propagation in the created ultrasonic wave propagation model to create a pseudo-ultrasound image;
Storing the generated pseudo ultrasound image in a database in association with the patient 3D information;
Transmitting ultrasonic waves into the patient's body and receiving ultrasonic waves returning from the patient's body, and constructing a real ultrasonic image from the received ultrasonic waves;
Measuring the patient's respiratory status;
Calculating a tissue position in the body of the patient by comparing the actual ultrasound image and the pseudo-ultrasound image based on the measured respiratory state of the patient. Position measurement method.
請求項8に記載の体内組織位置測定方法において、
前記体内組織位置を算出するステップは、
画像処理により、前記実超音波画像と前記疑似超音波画像のそれぞれの画像内における体内組織の形状、サイズ、および位置を画像処理により抽出するステップと、
前記形状、サイズ、および位置の差異を誤差として計算するステップと、
前記誤差を予め設定された閾値と比較することで前記実超音波画像と前記疑似超音波画像とが一致するか否かを判定するステップと、を有する
ことを特徴とする体内組織位置測定方法。
In the internal tissue position measuring method according to claim 8,
The step of calculating the position of body tissue is
Extracting, by image processing, the shape, size, and position of body tissue in each of the real ultrasound image and the pseudo ultrasound image by image processing;
Calculating the difference between the shape, size and position as an error;
And determining whether the actual ultrasound image and the pseudo ultrasound image coincide with each other by comparing the error with a preset threshold value.
請求項8に記載の体内組織位置測定方法において、
前記体内組織位置を算出するステップは、
前記実超音波画像と疑似超音波画像との相関係数を計算するステップと、
前記相関係数を予め設定された閾値と比較することで前記実超音波画像と前記疑似超音波画像とが一致するか否かを判定するステップと、を有する
ことを特徴とする体内組織位置測定方法。
In the internal tissue position measuring method according to claim 8,
The step of calculating the position of body tissue is
Calculating a correlation coefficient between the real ultrasound image and the pseudo ultrasound image;
Determining whether the real ultrasound image and the pseudo ultrasound image coincide with each other by comparing the correlation coefficient with a preset threshold value. Method.
請求項8に記載の体内組織位置測定方法において、
前記体内組織位置を算出するステップは、
前記実超音波画像と疑似超音波画像との解像度を、いずれか一方の画素データを内挿することにより一致させるステップ、を更に有する
ことを特徴とする体内組織位置測定方法。
In the internal tissue position measuring method according to claim 8,
The step of calculating the position of body tissue is
And b. Matching the resolutions of the actual ultrasound image and the pseudo-ultrasound image by interpolating any one of pixel data.
請求項8に記載の体内組織位置測定方法において、
前記実超音波画像を構成するステップは、
前記患者の体内に超音波反射体を埋め込むステップと、
前記超音波反射体を測定対象の体内組織の位置を示す指標として、前記疑似超音波画像および前記実超音波画像に映る前記超音波反射体を用いて前記患者の体内の組織位置を算出するステップと、を有する
ことを特徴とする体内組織位置測定方法。
In the internal tissue position measuring method according to claim 8,
The step of constructing the real ultrasound image comprises
Implanting an ultrasound reflector in the patient's body;
Calculating the position of the tissue in the patient's body using the ultrasound reflector as the index indicating the position of the body tissue to be measured, using the ultrasound reflector and the actual ultrasound image And a method of measuring the position of a tissue in the body.
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