JP2020028703A - Position measuring device, position measuring method, and particle beam irradiation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置測定装置、位置測定方法および粒子線照射システムに関する。 The present invention relates to a position measuring device, a position measuring method, and a particle beam irradiation system.
がんの治療方法の一つとして放射線療法が知られている。放射線療法は、高線量の放射線を患者の治療対象である体内組織に照射することで治療する方法である。放射線療法は、治療対象に放射線を集中して作用させることができるため、副作用が比較的軽い。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の位置とがん腫瘍の存在する領域の位置とが高精度に一致していることが重要である。 Radiation therapy is known as one of the treatment methods for cancer. Radiation therapy is a method of treating a patient by irradiating a high dose of radiation to a body tissue to be treated by a patient. In radiotherapy, side effects are relatively light because radiation can be focused on the target to be treated. In order to efficiently carry out radiation therapy, it is important that the position of the region where the radiation is intensively irradiated and the position of the region where the cancer tumor is present coincide with high accuracy.
従来の放射線治療装置では、事前に取得したCT(Computed Tomography)画像の情報から、治療対象部位である体内組織の位置を特定し、特定された位置に基づいて治療計画を立てる。従来技術では、治療計画に沿って、患者に照射する放射線の方向および強度等の特性を制御する。 In a conventional radiation therapy apparatus, the position of a body tissue which is a treatment target site is specified from information of a CT (Computed Tomography) image acquired in advance, and a treatment plan is made based on the specified position. In the related art, characteristics such as the direction and intensity of radiation to be irradiated on a patient are controlled in accordance with a treatment plan.
しかし、放射線の照射中に患者が呼吸すると、治療対象部位が事前に計画した放射線照射位置から変動してしまい、正確な治療が難しくなる。そこで、患者の体内に金製のマーカーを埋め込み、このマーカーの位置をX線透過像で撮像して追跡する。マーカーの位置から治療対象部位の変動を検知し、事前の治療計画や照射時の放射線制御に利用することにより、精度良く治療することができる。 However, if the patient breathes during the irradiation of radiation, the treatment target site fluctuates from the radiation irradiation position planned in advance, and accurate treatment becomes difficult. Therefore, a gold marker is embedded in the patient's body, and the position of the marker is imaged and tracked by an X-ray transmission image. By detecting a change in the treatment target site from the position of the marker and using it for a prior treatment plan or radiation control at the time of irradiation, treatment can be performed with high accuracy.
一方、治療中のX線照射による被ばく量を抑えつつ、呼吸による患者の動きに対応して体内の目標位置を測定するために、超音波画像を用いる方法が提案されている(特許文献1,2)。
On the other hand, a method using an ultrasonic image has been proposed in order to measure a target position in a body in response to a patient's movement due to respiration while suppressing the amount of exposure due to X-ray irradiation during treatment (
特許文献1では、マーカーとX線の代わりに、事前に取得したCT像および超音波画像と、治療中に取得した超音波画像とを比較し、事前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。しかし、特許文献1記載の技術は、単に事前の超音波画像と治療中の超音波画像との相関に基づいて放射線を照射するにすぎず、呼吸による目標位置の変動を特定しているわけではない。
In
特許文献2では、交差する2つの2次元超音波像を用いて、各走査面で2つのフレームデータ間の相関を演算することにより、患者の体内組織の3次元移動ベクトルを出力するようになっている。しかし、特許文献2の方法では、患者の呼吸により目標が走査面から外れてしまう。さらに、特許文献2では、CT像を用いず、治療中の超音波像のみから位置を算出するため、実際の腫瘍位置と測定位置との間に誤差が生じる。
In
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、治療中の超音波画像から高精度かつ速やかに体内の目標位置を測定することのできる位置測定装置、位置測定方法および粒子線照射システム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 provides a position measuring device, a position measuring method, and a particle beam irradiation system that can accurately and quickly measure a target position in a body from an ultrasonic image during treatment. The purpose is to provide.
上記課題を解決すべく、本発明に従う位置測定装置は、呼吸に応じた体内組織の3次元位置を示す3次元移動モデルを作成する3次元移動モデル作成部と、目標が呼吸に応じて体内を移動する第1方向に沿って体表面に配置される第1超音波センサ群と、第1方向と交差する第2方向に沿って体表面に配置される第2超音波センサ群であって、第1超音波センサ群よりも疎に配置される第2超音波センサ群と、第1超音波センサ群の位置と第1超音波センサ群からの信号とにより得られる第1超音波画像に基づいて、目標の第1位置を算出する第1位置算出部と、第2超音波センサ群の位置と第2超音波センサ群からの信号とにより得られる第2超音波画像と、3次元移動モデルとを照合することにより、目標の第2位置を算出する第2位置算出部と、第1位置と第2位置とから目標の体内における3次元位置を算出する目標3次元位置演算部と、を備える。 In order to solve the above-described problems, a position measuring device according to the present invention includes a three-dimensional movement model creating unit that creates a three-dimensional movement model indicating a three-dimensional position of a body tissue according to respiration, and a target that moves inside the body according to breathing. A first ultrasonic sensor group arranged on the body surface along a moving first direction, and a second ultrasonic sensor group arranged on the body surface along a second direction intersecting the first direction, Based on a second ultrasonic sensor group arranged more sparsely than the first ultrasonic sensor group, a first ultrasonic image obtained from a position of the first ultrasonic sensor group and a signal from the first ultrasonic sensor group. A first position calculating unit for calculating a first position of the target; a second ultrasonic image obtained from a position of the second ultrasonic sensor group and a signal from the second ultrasonic sensor group; A second position for calculating a second target position by comparing Comprising a detection section, a target three-dimensional position calculating unit that calculates a three-dimensional position in the body of the target from the first position and the second position.
本発明によれば、第1超音波画像から求められる第1位置と、呼吸に応じた体内組織の3次元位置を示す3次元移動モデルと第2超音波画像との照合から求められる第2位置とから、目標の体内における3次元位置を高精度かつ速やかに算出することができる。 According to the present invention, the first position obtained from the first ultrasonic image and the second position obtained from the collation of the three-dimensional movement model indicating the three-dimensional position of the body tissue according to the respiration with the second ultrasonic image Accordingly, the three-dimensional position of the target in the body can be calculated with high accuracy and quickly.
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、精度の異なる超音波画像を構成する複数の超音波センサ群を交差させて配置し、精度の低い超音波センサ群から得られる超音波画像を3次元移動モデルにより補う。これにより、高精度な目標位置の測定と速やかな目標位置の測定という相反する要求を満たすことができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a plurality of ultrasonic sensor groups constituting ultrasonic images with different precisions are arranged so as to intersect, and the ultrasonic images obtained from the ultrasonic sensor groups with low precision are supplemented by a three-dimensional movement model. This makes it possible to satisfy the conflicting requirements of highly accurate target position measurement and quick target position measurement.
すなわち本実施の形態に係る位置測定装置は、第1超音波センサ群を目標の移動方向に沿って密に配置し、第2超音波センサ群を第1超音波センサ群に交差させて疎に配置し、第2超音波センサ群から得られる超音波画像を、事前に作成された3次元移動モデルと照合させる。これにより、本実施形態に係る位置測定装置は、第1超音波センサ群の信号から得られる第1位置と、第2超音波センサ群の信号および3次元移動モデルから得られる第2位置とに基づいて、体内の目標の位置を正確かつ短時間で算出できる。以下の説明では、超音波像を超音波画像と呼ぶ。 That is, the position measuring device according to the present embodiment arranges the first ultrasonic sensor group densely along the moving direction of the target, and sparsely intersects the second ultrasonic sensor group with the first ultrasonic sensor group. It is arranged and an ultrasonic image obtained from the second ultrasonic sensor group is compared with a three-dimensional movement model created in advance. Accordingly, the position measuring device according to the present embodiment is configured such that the first position obtained from the signal of the first ultrasonic sensor group and the second position obtained from the signal of the second ultrasonic sensor group and the three-dimensional movement model are obtained. Based on this, the position of the target in the body can be calculated accurately and in a short time. In the following description, an ultrasonic image is referred to as an ultrasonic image.
図1〜図9を用いて、第1実施例を説明する。図1は、位置測定装置1の全体概要を示す説明図である。
The first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall outline of the
位置測定装置1は、ベッド3に載せられた患者(被験者とも呼ぶ)2の患部の位置を測定する、体内組織位置測定装置である。患部は、治療対象の部位であり、「体内の目標」に相当する。
The position measuring
位置測定装置1は、例えば、一つまたは複数の計算機から構成することができる。位置測定装置1は、例えば、3次元呼吸情報取得部11、3次元移動モデル作成装置12、センサ設置位置算出装置13、超音波計測装置14、目標位置算出装置15、センサ位置計測部16、目標位置出力部17を備える。なお、図中では、「目標位置出力部」を「出力」と表記したり、「3次元」を「3D」と表記したりするように、適宜省略する。
The position measuring
以下に述べる各装置12,13,15は、それぞれ独立した計算機を使用するシステムとして構成することもできるし、一つまたは複数の計算機を共用する機能として構成することもできる。したがって、「装置」は「機能」と呼ぶこともできる。さらに、各機能11〜17の配置は、図1の例に限らない。一つまたは複数の機能が一体化されてもよいし、逆に、一つの機能が複数の機能に分かれてもよい。本実施例の目的を達成できる範囲で、任意の構成を採用することができる。
Each of the
3次元呼吸情報取得部11は、患者の呼吸に伴う体内組織の位置変化を示す3次元呼吸情報をCT装置などから取得する機能である。取得された3次元呼吸情報は、3次元呼吸情報取得部11から3次元移動モデル作成装置12およびセンサ設置位置算出装置13へそれぞれ入力される。
The three-dimensional respiration
3次元移動モデル作成装置12は、3次元呼吸情報に基づいて3次元移動モデルを作成する装置である。3次元移動モデル作成装置12は、例えば、呼吸情報保存部121と、3次元移動モデル作成部122と、データベース123とを備える。
The three-dimensional movement
呼吸情報保存部121は、3次元呼吸情報取得部11から3次元呼吸情報を取得して保存する機能である。3次元移動モデル作成装置122は、3次元移動モデルを作成する機能である。データベース123は、作成された3次元移動モデルを保存し、管理する機能である。3次元移動モデルM1の詳細については、図9で後述する。
The respiration
センサ設置位置算出装置13は、患者2に取り付ける超音波センサ140の配置を決定する装置である。センサ設置位置算出装置13は、例えば、目標移動経路算出部131と、設置位置算出部132とを備える。
The sensor installation
目標移動経路算出部131は、3次元呼吸情報に基づいて、患者の体内で目標が移動する経路を算出する機能である。設置位置算出装置132は、超音波センサ140を患者2の体表面のどこに設置するかを算出する機能である。
The target movement
超音波計測装置14は、患者2の体内の状況を超音波を用いて計測し、その計測結果を出力する装置である。超音波計測装置14は、例えば、超音波センサ140と、超音波送受信部143とを備える。
The
超音波センサ140は、超音波を発信するとともに、物体で反射された超音波を受信して電気信号を出力するセンサである。超音波センサ140は、第1超音波センサ群141と、第2超音波センサ群142とを備える。図8で後述するように、第1超音波センサ群141は、患部などの目標の位置が呼吸に応じて変化する主方向に沿って、患者2の体表面に密に配置される。第2超音波センサ群142は、第1超音波センサ群141と交差して、患者2の体表面に疎に配置される。第1超音波センサ群141と第2超音波センサ群142とは、略直交して交差するように配置される(図8中のX方向とY方向)。第1超音波センサ群141と第2超音波センサ群142とは、垂直に配置されてもよい(図8中のX方向とZ方向、またはY方向とZ方向)。ここで、センサ数が疎または密とは、第1超音波センサ群141と第2超音波センサ群142との比較における疎密である。すなわち、第2超音波センサ群142のセンサ数は、第1超音波センサ群141のセンサ数よりも少なければよい。
The
超音波送受信部143は、目標位置算出装置15からの指示を超音波センサ140へ伝達して作動させるとともに、超音波センサ140で検出された信号を目標位置算出装置15へ送信する機能である。
The ultrasonic transmission /
目標位置算出装置15は、超音波計測装置14から受信する信号と3次元移動モデル作成装置12で作成された3次元移動モデルとに基づいて、患者2の体内の目標の位置を算出する装置である。目標位置算出装置15は、例えば、画像構成部150と、第1目標位置算出部153と、画像照合部154と、第2目標位置算出部155と、目標3次元位置演算部156とを備える。
The target
画像構成部150は、超音波センサ群141,142の設置位置と超音波センサ群141,142の検出信号とに基づいて、超音波画像を生成する機能である。第1超音波画像構成部151は、第1超音波センサ群141の信号から第1超音波画像を構成する機能である。第2超音波画像構成部152は、第2超音波センサ群142の信号から第2超音波画像を構成する機能である。
The
「第1位置算出部」の一例である第1目標位置算出部153は、第1超音波センサ群141の設置位置の情報と第1超音波画像とから、「第1位置」としての第1目標位置を算出する機能である。画像照合部154は、第2超音波画像構成部152から取得される第2超音波画像と、データベース123から取得される3次元移動モデルとを照合する機能である。「第2位置算出部」の一例である第2目標位置算出部155は、画像照合部154の照合結果から「第2位置」としての第2目標位置を算出する機能である。結果的に、第2目標位置算出部155は、第2超音波センサ群142の設置位置の情報と、第2超音波画像と、第2超音波画像と3次元移動モデルの照合結果とに基づいて、第2目標位置を算出する。
The first
目標3次元位置演算部156は、第1目標位置算出部153で算出された第1目標位置と第2目標位置算出部155で算出された第2目標位置とに基づいて、体内の目標の位置を演算する機能である。
The target three-dimensional
センサ位置計測部16は、超音波センサ群141,142が実際に設置された位置を計測し、計測結果を目標位置算出装置15へ出力する機能である。
The sensor
目標位置出力部17は、目標位置算出装置15の算出結果である目標3次元位置を出力する機能である。目標位置出力部17の出力を粒子線治療システム等へ与えることにより、正確な位置へ粒子線を照射させて適切な治療を行うことができる。
The target
上述の通り、患者2は、第1超音波センサ群141および第2超音波センサ群142からなる超音波センサ140が体表面に設置されて、ベッド3上に固定されている。超音波センサ140は、超音波送受信部143から電気信号を受信すると、超音波を患者2の体内へ送信する。超音波センサ140は、患者2の体内から反射または散乱により戻ってくる超音波を受信して電気信号に変換し、超音波送受信部143へ送信する。超音波送受信器143は、超音波センサ140から受信した電気信号を増幅処理して、目標位置算出装置15の画像構成部150へ送る。
As described above, the
超音波センサ140内部には、超音波センサが一列に並んで配置されている。各超音波センサの励振タイミングを超音波送受信部143で制御することにより、超音波のフォーカス位置を走査可能である。そして、画像構成部150は、超音波送受信部143で受信した超音波受信信号を合成することにより、超音波走査範囲の超音波画像を取得することができる。
Inside the
図2を用いて、装置のハードウェア構成とソフトウェア構成の例を説明する。位置測定装置1を構成する各装置12,13,14,15は、例えば計算機10を用いることにより実現される。計算機10は、汎用計算機でもよいし、専用の制御装置でもよい。計算機10としては、例えば、パーソナルコンピュータ、コントローラ、シーケンサ、プログラマブルロジックアレイ等がある。
An example of a hardware configuration and a software configuration of the device will be described with reference to FIG. Each of the
計算機10は、例えば、マイクロプロセッサ101と、メモリ102と、通信インターフェース回路103と、入出力回路104とを備える。図中、マイクロプロセッサをCPU(Central Processing Unit)と表記し、通信インターフェース回路103を「通信インターフェース」と表記する。
The computer 10 includes, for example, a
メモリ102には、例えばコンピュータプログラムPnとデータDnとが記憶されている。メモリ102は、半導体メモリに限らず、ハードディスク装置または光ディスク装置等の他の記憶装置を含んでもよい。マイクロプロセッサ101がコンピュータプログラムPnを読み込んで実行することにより、所定の機能が実現される。コンピュータプログラムPnは、所定のデータDnを用いて所定の処理を実行する。データベース123等は、メモリ102を用いて実現することができる。
The
通信インターフェース回路103は、図示せぬ無線通信回線または有線通信回線を介して、他の装置と通信する回路である。入出力回路104は、他の装置からの信号を受け取ったり、他の装置へ向けて信号を出力したりする回路である。図2に示す構成のほかに、図示せぬユーザインターフェース装置を設けてもよい。ユーザインターフェース装置としては、例えばディスプレイまたはプリンタ等の情報出力装置と、キーボードまたは音声入力装置等の情報入力装置(いずれも不図示)とがある。
The
図3は、患者が呼吸することにより患者の体内の目標位置が変化する様子を示す模式図である。以下の説明では、体表面21および目標22等に括弧付きの数字を添えることにより、位置の変化を表現する。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a manner in which a target position in a patient's body changes as the patient breathes. In the following description, a change in position is expressed by adding parenthesized numbers to the
吸気時には、肺が膨張するため、体表面21(1)のように膨らむ。これに対し、呼気時には、肺が収縮するため、体表面21(2)のように縮む。他の臓器は、肺の膨張収縮に応じて、変形しながら体内を移動する。したがって、体内の目標22も、呼吸に合わせて、目標22(1)と目標22(2)のように体内を移動する。
During inspiration, the lungs expand, so that they inflate like the body surface 21 (1). On the other hand, at the time of exhalation, the lungs contract, so that they contract like the body surface 21 (2). Other organs move inside the body while deforming according to the expansion and contraction of the lungs. Therefore, the
図4および図5を用いて、本実施例の位置測定装置1に関連する技術を説明する。図4は、X線を用いて患者の体内の目標22の位置を検出する方法を示す。図5は、超音波を用いて患者体内の目標22の位置を検出する方法を示す。図4および図5は、本実施例の理解のために参照される。
A technique related to the
図3に示すX線透過像方式では、放射線51を患者へ照射する際に、腫瘍の位置を常に監視している。体内の目標22と目標22の近くに埋められたマーカー41とは、呼吸に応じて位置を変える。X線透過像方式では、X線管42により、金製のマーカー41を含む領域にX線を照射することにより、X線透過像43を得る。このX線透過像43から、マーカー41の位置を算出することができる。
In the X-ray transmission image system shown in FIG. 3, the position of the tumor is constantly monitored when the patient is irradiated with the
図5に示す超音波方式では、例えばハンディ型の超音波センサ61を患者の体表面21に押し当てることにより、超音波断面像62を取得する。超音波画像62に含まれる体内目標22の像から、目標22の位置を算出することができる。ここで、目標22の位置は呼吸により変動するため、超音波断面62から外れる可能性がある。そこで、3次元ボリューム像を取得することにより、腫瘍位置を把握する。
In the ultrasonic method shown in FIG. 5, for example, an ultrasonic
図6を用いて、体内の目標22の超音波画像を構成する方法を説明する。ここでは、便宜上、4個のセンサ1411(1)〜(4)が患者の体表面21に取り付けられるものとして説明する。
A method for constructing an ultrasonic image of the
超音波センサ1411(1)から発信された超音波は、体内を進行し、臓器23内の目標22に衝突して反射波や散乱波を発生させる。それら反射波は、他の超音波センサ1411(4)に受信される。符号24は背骨である。
The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor 1411 (1) travels in the body, collides with the
図7を用いて、超音波センサ群の受信信号を説明する。図7の左側には、第1超音波センサ群141の信号が時間領域データとして示されている。同様に、図7の右側には、第2超音波センサ群142の信号が時間領域データとして示されている。図中の「Φnm」の添え字「n」は、超音波を発信するセンサの番号である。添え字「m」は、臓器等で反射された超音波を受信するセンサの番号である。
The reception signal of the ultrasonic sensor group will be described with reference to FIG. On the left side of FIG. 7, the signal of the first
超音波センサの伝播距離は、超音波の伝搬時間tに相当する。超音波センサの信号は、時間領域データとして取得される。これらの信号を、超音波センサの位置に対応して並べることにより超音波画像が得られる。このとき、予め設定された収録時間Tに基づいて、一定の時間で区切られた時間領域データが取得される。超音波センサの数に応じて、1つの超音波画像を描出するための超音波送受信時間が決まる。 The propagation distance of the ultrasonic sensor corresponds to the propagation time t of the ultrasonic wave. The signal of the ultrasonic sensor is obtained as time domain data. By arranging these signals according to the position of the ultrasonic sensor, an ultrasonic image can be obtained. At this time, based on the preset recording time T, time domain data separated by a certain time is obtained. According to the number of ultrasonic sensors, an ultrasonic transmission / reception time for rendering one ultrasonic image is determined.
3次元ボリューム像を取得するためには、超音波センサを2次元的に配置する必要がある。超音波センサ数が増大するほど、信号の収録時間が増大する。さらに、超音波センサから受信するデータ量が増大すると、3次元ボリューム像を構成するための演算量も増大化する。したがって、3次元ボリューム像を用いる場合、呼吸による位置変動に追随して目標位置を算出することが難しい。 To acquire a three-dimensional volume image, it is necessary to arrange the ultrasonic sensors two-dimensionally. As the number of ultrasonic sensors increases, the recording time of the signal increases. Further, as the amount of data received from the ultrasonic sensor increases, the amount of calculation for forming a three-dimensional volume image also increases. Therefore, when a three-dimensional volume image is used, it is difficult to calculate a target position following a position change due to breathing.
図8は、位置測定装置1が使用する超音波画像の概念説明図である。上述のように、3次元ボリューム像を用いて目標位置をリアルタイムに算出するのは難しい。そこで、本実施例の位置測定装置1は、呼吸による目標の3次元移動情報(3次元呼吸情報)を予め取得し、保存しておく。
FIG. 8 is a conceptual explanatory diagram of an ultrasonic image used by the
図8の上側に示すように、位置測定装置1は、3次元呼吸情報を用いて、超音波センサ群141,142を患者2の体表面21に配置させる。すなわち、目標22が主に移動する方向Xには第1超音波センサ群141を密に配置させ、主移動方向Xに直交する方向Yには第2超音波センサ群142を疎に配置させる。
As shown in the upper part of FIG. 8, the
位置測定装置1は、交差する2方向X,Yに密度を変えてそれぞれ配置した超音波センサ群141,142からの信号と、各超音波センサ群141,142の設置位置と、3次元呼吸情報から得られる3次元移動モデルとから、目標22の3次元位置をほぼリアルタイムで算出する。
The
すなわち、本実施例では、主移動方向Xには密に配置された第1超音波センサ群141を用い、主移動方向Xに交差する方向Yには第1超音波センサ群141と比して疎に配置された第2超音波センサ群群142を用いる。本実施例では、3次元位置算出のために必要なだけの超音波センサを用いることにより、データ量と演算量とを低減して、高速に目標位置を算出することができる。
That is, in the present embodiment, the first
第1超音波センサ群141と第2超音波センサ群142により生成される超音波画像は、図8左下に示す第1超音波画像G1と、図8右下に示す第2超音波画像G2とのように取得される。
The ultrasonic images generated by the first
第1超音波センサ群141は、呼吸によって目標が移動する主な方向Xに沿って密に配置されるため、第1超音波センサ群141の信号により生成される第1超音波画像G1に基づいて、高精度に目標の位置を算出できる。
Since the first
第2超音波センサ群142は、呼吸による主な移動方向Xに交差する(直交する)方向Yに沿って疎に配置されるため、第2超音波センサ群142の信号により生成される第2超音波画像G2の精度は、粗い場合がある。そこで、位置測定装置1は、3次元移動モデルと第2超音波画像G2とを照合することにより、目標の位置を算出する。したがって、本実施例の位置測定装置1は、超音波センサ群141,142のデータ量を低減しながら、高精度かつ高速に目標位置を算出できる。
Since the second
図1を参照する。3次元呼吸情報取得部11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像またはMRI(Magnetic Resonance Imaging)像を撮像する。呼吸位相ごとの複数のタイミングで、CT像またはMRI像を撮像することにより、呼吸位相ごとの患者の体内組織位置およびその他の組織を3次元情報として取得する。
Please refer to FIG. The three-dimensional respiration
ここで、超音波センサ140が、CT像またはMRI像のアーチファクトを作ることがある。この場合は、3次元呼吸情報の取得に際してのみ、超音波センサ140に代えて超音波センサ140による体表の押し付けを模擬し、アーチファクトが少ないダミーセンサを用いてもよい。3次元呼吸情報取得部11で取得された3次元呼吸情報は、呼吸情報保存部121に送られて保存される。
Here, the
図9は、3次元移動モデルの例である。3次元移動モデル作成装置12は、呼吸情報保存部121に保存されている患者2の呼吸による3次元呼吸情報に合わせて、3次元移動モデルM1を作成する。3次元移動モデルM1は、患者2の体内組織が呼吸によって移動する様子を示す情報であり、適当な小領域(メッシュ)に分割されている。
FIG. 9 is an example of a three-dimensional movement model. The three-dimensional movement
センサ設置位置算出装置13は、患者の3次元呼吸情報に基づいて、超音波センサ群141,142を設置する位置を決定する。位置測定装置1では、超音波センサ140(超音波センサ群141,142)の設置位置に基づいて、3次元移動モデルのうちどの断面の超音波断面像を得るかが決定される。3次元移動モデルM1と、実際の超音波画像と3次元移動モデルM1とから得られる断面像との比較領域の範囲情報は、データベース123に保存される。
The sensor installation
センサ設置位置算出装置13は、目標移動経路算出部131により、3次元呼吸情報から目標22の移動経路を算出する。センサ設置位置算出装置13のセンサ設置位置算出部132は、超音波センサ140の断面内に常に目標が存在するように、超音波センサ140の設置位置を算出する。
The sensor installation
目標位置算出装置15の画像構成部150は、超音波センサ140により取得された超音波受信信号とセンサ位置計測部16で計測されたセンサ位置とから、超音波画像を構成する。目標位置算出装置15の画像照合部154は、リアルタイムに取得した超音波画像とデータベース123に保存された3次元移動モデルの画像データと比較領域の範囲情報とを参照することにより、実際の超音波画像と3次元移動モデルから求められる画像とを比較する。
The
センサ位置計測部16は、例えば光学センサ、磁気センサ、超音波センサ等の位置センサを含んで構成される。センサ位置計測部16は、超音波計測装置14による超音波信号の収集と同期して、超音波センサ140の実際の位置を計測する。センサ位置計測部16がどのような方法で超音波センサ140の位置を計測するかは、問わない。
The sensor
図9で述べたように、実際の超音波画像と3次元移動モデルとを比較することにより、患者2の体内における目標22の位置を算出できる。画像照合部154は、図9に示す3次元移動モデルM1の特定の断面における断面像M11の画素サイズと、図10に示すリアルタイムに取得された第2超音波画像G2の画素サイズとを合わせる。画像照合部154は、3次元移動モデルの断面像M11において、座標(X0,Z0)から(XN,ZM)まで、超音波画像と最も相関の高い画像領域を示す座標を特定する。画像照合部154は、特定した座標と第2超音波画像G2の座標とを合わせることにより、第2超音波画像G2内の目標22の座標から、目標22の位置を算出する。
As described in FIG. 9, the position of the
目標位置算出装置15は、第1超音波画像G1と第2超音波画像G2とに基づいて算出された目標22の位置座標から、目標22の3次元位置を演算し、目標位置出力部17へ出力する。
The target
目標22の3次元位置は、例えば、ディスプレイまたはプリンタ等の情報出力装置からユーザが読める形態で出力されてもよい。あるいは、目標22の3次元位置は、電気信号またはデジタル情報のように他の装置で利用可能な形態で出力されてもよい。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することができる。または、超音波断面画像のシミュレーション結果に対応する患者2の3次元情報をモニタ上に表示することもできる。目標22の3次元位置を、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してもよい。目標22の3次元位置の利用目的等に応じて、目標22の3次元位置を出力できる。本実施例では、目標22の3次元位置の出力方法を問わない。
The three-dimensional position of the
図11は、目標位置を算出する処理を示すフローチャートである。目標位置の測定に際して、患者2はベッド3に固定されており、超音波センサ140あるいはアーチファクトを低減した超音波センサ140のダミーが準備されているとする。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a process of calculating the target position. When measuring the target position, it is assumed that the
3次元呼吸情報取得部11は、患者2の呼吸位相ごとの3次元位置情報を収集し、保存する(S11)。すなわち、3次元呼吸情報取得部11は、患者2の呼吸状態に応じた体内組織の位置変化を示す3次元位置情報を取得して、保存する。以下、3次元位置情報として、CT像を用いる場合を例として説明する。
The three-dimensional respiration
ステップS13において、超音波センサ設置位置を演算する。ステップS13では、保存した3次元呼吸情報から3次元移動モデルを作成する。3次元移動モデルは、呼吸情報保存部121に保存されている吸気時21(1)および呼気時21(2)を含む複数の時点におけるCT像を用いて、3次元移動モデル作成部122において、前後ボリュームから組織の移動を内挿補間することで、超音波画像化のタイミングに対応する各呼吸位相の3次元ボリューム像を有する。3次元ボリューム像は少なくとも、第1および第2超音波センサ群141、142で画像化する断面G1、G2の領域を含み、図6(A)に示すように、呼吸情報保存部121に保存されている患者の呼吸による3次元位置情報に合わせて適当な小領域(メッシュ)に分割される。3次元位置情報から脂肪、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、患者に合わせて適当な値を設定する。また、例えばこの際、CT画像の輝度に応じて脂肪、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ことで設定を自動化できる。
In step S13, an ultrasonic sensor installation position is calculated. In step S13, a three-dimensional movement model is created from the stored three-dimensional respiration information. The three-dimensional movement model is generated by the three-dimensional movement
センサ設置位置算出装置13は、3次元呼吸情報に基づいて、超音波センサ140を設置すべき箇所を演算する(S12)。位置測定装置1は、超音波センサ140の設置を、検査技師または医師のようなユーザに指示する(S14)。ユーザは、指示された位置で、患者2の体表面に超音波センサ140を取り付ける。第1超音波センサ群141は、呼吸による体内組織の主な移動方向である第1方向に沿って密に配置され、第2超音波センサ群142は、第1方向に直交する方向に疎に配置される。
The sensor installation
位置測定装置1は、超音波センサ140が患者2の所定箇所に取り付けられた後、超音波計測装置14から超音波信号を取得する。超音波計測装置14は、超音波センサ群141,142から発信された超音波の反射波を受信して、その受信信号に対応する電気信号を目標位置算出装置15へ送信する(S15)。
The
目標位置算出装置15は、ステップS15における超音波信号の収集と同期して、超音波センサ140の実際の位置をセンサ位置計測部16により測定する(S16)。
The target
目標位置算出装置15の第1超音波画像構成部151は、ステップS15で取集した第1超音波センサ群141の超音波信号とステップS16で計測した超音波センサ141の位置とから、第1超音波画像を構成する(S17)。さらに、目標位置算出装置15の第1目標位置算出部153は、ステップS17で作成された第1超音波画像から、目標22の二次元位置を算出する(S18)。
The first ultrasonic
一方、目標位置算出装置15の第2超音波画像構成部152は、ステップS16で計測された第2超音波センサ群142の位置から、3次元移動モデルのうち第2超音波センサ群142で画像化する断面を抽出し、2次元断面像を作成する(S19)。第2超音波画像構成部152は、ステップS15で取集された第2超音波センサ群142の超音波信号と、ステップS16で計測された超音波センサ142の位置とから、第2超音波画像を構成する(S20)。
On the other hand, the second ultrasonic
そして、目標位置算出装置15の画像照合部154は、ステップS20で作成された第2超音波画像と、3次元移動モデルに基づいて作成された2次元断面像とを照合する(S21)。位置測定装置1の第2目標位置算出部155は、画像照合部154の照合結果から、目標22の二次元位置を算出する(S22)。
Then, the
目標位置算出装置15の目標3次元位置演算部156は、ステップS18で算出された目標の2次元位置とステップS22で算出された目標の2次元位置とから、目標22の3次元位置を算出する(S23)。
The target three-
このように構成される本実施例の位置測定装置1によれば、侵襲性が低く、かつ軟組織を高精度に可視化できる超音波画像を用いて、高精度かつ高速に患者2の体内の目標位置を測定できる。
According to the
本実施例では、第2超音波センサ142の設置数を第1超音波センサ群141の設置数よりも少なくできるため、第2超音波センサ群142の数を第1超音波センサ群141の数に等しくさせる場合に比べて、超音波センサ140の取付作業時間を短くできる。
In the present embodiment, the number of the second
図12を用いて、第2実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第1実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、位置測定装置1Aを「粒子線照射システム」の一例としての粒子線治療システム180Aに適用した場合を説明する。
A second embodiment will be described with reference to FIG. In each of the following embodiments including this embodiment, the description will focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, a case where the
図12は、第1実施例で述べた位置測定装置1Aを含む粒子線治療システム180の全体構成図である。本実施例の位置測定装置1Aは、位置測定装置1に比べて、3次元移動モデル作成装置12と目標位置算出装置15Aとがほぼ一体化されている点、および取得部11で取得された3次元呼吸情報は保存部121を介してセンサ設置位置算出装置13Aへ入力される点で異なる。しかし、図12に示す位置測定装置1Aと図1で述べた位置測定装置1とは、基本的構成は同一である。
FIG. 12 is an overall configuration diagram of the particle beam therapy system 180 including the
粒子線治療システム180は、位置測定装置1Aと、粒子線照射部181と、照射制御部182とを備える。位置測定装置1Aは、3次元呼吸情報取得部11と、3次元呼吸情報保存部121と、センサ設置位置算出装置13Aと、超音波計測装置14Aと、目標位置算出装置15Aとを備える。
The particle beam therapy system 180 includes a
超音波計測装置14Aは、超音波センサ140と超音波送受信部143に加えて、さらに、波形データ保持装置144と、操作部145と、制御部146と、同期装置147とを備える。
The
操作部145は、超音波計測装置14Aをユーザが操作するための機能である。制御部146は、超音波計測装置14Aを制御する機能である。制御部146は、同期装置147からの信号に基づいて、超音波センサ140の実際の位置に同期させて超音波センサ140から超音波を発信させる。波形データ保持部144は、超音波センサ140で検出された超音波波形を保持する機能である。
The
目標位置算出装置15Aは、画像構成部150と、第1目標位置算出部153と、画像照合部154と、第2目標位置算出部155と、目標3次元位置演算部156と、表示画像制御部157と、画像表示部158と、3次元移動モデル作成部122とを備える。表示画像制御部157は、目標22の位置等の表示を制御する機能である。表示画像制御部157は、画像表示部158を制御する。
The target
照射制御部182は、粒子線治療システム180の動作を制御する機能である。照射制御部182は、図2で述べたような計算機を用いることにより構成できる。照射制御部182は、目標位置算出装置15Aによって算出された目標位置を目標位置出力部17から受け取る。照射制御部182は、目標位置に基づいて粒子線照射部181を制御することにより、患者2へ照射されるX線や粒子線の粒子線1811の照射位置を制御する。これにより、本実施例の粒子線治療システム180は、治療計画で計画した治療対象部位の領域に集中させて、粒子線を照射することができる。
The
本実施例の粒子線治療システム180では、患者2の呼吸状態をモニタリングすることにより、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、粒子線の照射を開始したり停止したりすることができる。さらに、粒子線治療システム180は、適切なフレームレートで目標位置を算出することにより、治療対象部位の移動(変位)に応じて粒子線1811の照射を制御できる。
In the particle beam therapy system 180 of the present embodiment, by monitoring the respiratory state of the
このように構成される本実施例によれば、高速かつ高精度に体内の目標の位置を測定しながら、粒子線を正確に照射することができ、粒子線治療システムの信頼性と使い勝手を向上させることができる。 According to the present embodiment configured as described above, it is possible to accurately irradiate the particle beam while measuring the position of the target in the body at high speed and with high accuracy, thereby improving the reliability and usability of the particle beam therapy system. Can be done.
図13を用いて第3実施例を説明する。本実施例では、位置測定装置1Bを超音波治療システム180Bに適用する場合を説明する。図13は、位置測定装置1Bを含む超音波治療システム180Bの全体構成を示す図である。位置測定装置1Bは、位置測定装置1Aと同一構成を備える。
A third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a case where the position measuring device 1B is applied to an
超音波治療システム180Bは、位置測定装置1Bと、超音波照射部183と、照射超音波制御部184とを備える。照射超音波制御部184は、目標位置算出装置15Aによって算出された目標位置を目標位置出力部17から信号として受け取る。照射超音波制御部184は、超音波照射部183を制御することにより、患者2への超音波の照射位置を制御する。これにより、照射超音波制御部184は、治療計画で計画した治療対象部位の領域へ集中して超音波を照射させる。
The
このように構成される本実施例も第2実施例と同様の作用効果を奏する。 The present embodiment configured as described above has the same operation and effect as the second embodiment.
図14を用いて第4実施例を説明する。本実施例の位置測定装置1Cは、患者の呼吸位相を検知し、検知した呼吸位相から3次元移動モデルの断面像を特定し、3次元移動モデルの断面像と第2超音波画像とを照合することにより、体内の目標位置を算出する。 A fourth embodiment will be described with reference to FIG. The position measuring device 1C of the present embodiment detects the respiratory phase of the patient, specifies the cross-sectional image of the three-dimensional moving model from the detected respiratory phase, and compares the cross-sectional image of the three-dimensional moving model with the second ultrasonic image. By doing so, the target position in the body is calculated.
図14は、位置測定装置1Cの全体構成図である。位置測定装置1Cは、患者の呼吸位相を検知し、呼吸位相を利用して体内の目標位置を算出する。 FIG. 14 is an overall configuration diagram of the position measuring device 1C. The position measuring device 1C detects the respiratory phase of the patient and calculates a target position in the body using the respiratory phase.
呼吸位相算出部19は、センサ位置計測部16から、呼吸による超音波センサ140の移動情報を受け取る。呼吸位相算出部19は、超音波センサ140の呼吸に応じた移動情報から、患者2の呼吸位相を算出する。
The respiratory
目標位置算出装置15Cは、図1に示す目標位置算出装置15に比べて、呼吸位相照合部159をさらに備えている。
呼吸位相照合部159は、呼吸位相算出部19により算出された呼吸位相に基づいて、データベース123に保存された3次元移動モデルから該当する呼吸位相を示す患者2の体内組織の位置情報を選択し、断面像を作成する。作成された断面像は、画像照合部154により第2超音波画像と照合される。
The target
Based on the respiratory phase calculated by the
このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、センサ位置計測部16の計測結果から呼吸位相を算出するため、3次元移動モデルから患者2の呼吸位相に合致する断面像を作成することができる。これにより、第1実施例よりも高い精度で目標位置を検出することができる。
The present embodiment configured as described above has the same operation and effect as the first embodiment. Further, in this embodiment, since the respiratory phase is calculated from the measurement result of the sensor
図15〜図17を用いて第5実施例を説明する。本実施例では、位置測定装置1Dにおいて、2次元マトリクス状の超音波センサ140Dを用いて、3次元ボリューム像から画像化断面を決定する場合を説明する。図15は、位置測定装置1Dを含む超音波治療システム180の全体構成を示す図である。
A fifth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a case will be described in which the imaging section is determined from a three-dimensional volume image using the
超音波計測装置14Dは、2次元マトリクス状の超音波センサ140Dと、超音波送受信部143と、センサ制御部148とを備える。
The
2次元マトリクス状の超音波センサ140Dは、センサ素子を2次元マトリクス状に配置させたものである。センサ制御部148は、超音波センサ140Dを制御する。二次元マトリクス状の超音波センサ140Dは、呼吸により移動する体内の目標が常に画像化範囲に存在するように体表面に設置される。
The two-dimensional matrix
取得した連続する3次元ボリューム像間の標的の座標から、例えば一次補間などにより移動経路を算出する。算出した移動経路を超音波センサ面に投影することで、患者の呼吸による目標の移動方向に合わせて、主移動方向に並ぶセンサ群(第1超音波センサ群)とそのセンサ群に直交する方向のセンサ群(第2超音波センサ群)とを、超音波センサ140Dの中からそれぞれ選択する。
図16は、超音波センサ140D上のセンサ素子の選択方法の概要図である。センサの選択においては、骨などの体内組織で散乱するために、標的に向けて発信した超音波が到達しないセンサ素子が存在する可能性がある。そこで、例えば、各素子から画像中の標的までの距離に対応する伝搬時間Tiを計算し、各センサ素子の受信信号φiの時間Tiに閾値φt以上の信号が存在しない場合に、その素子を選択しないという選択方法を用いる。このとき、画像中の信号をみて検査技師または医師が、使用するセンサ素子を選択してもよい。これにより、本実施例では、標的まで超音波が到達しないセンサ素子を排除し、適切な超音波素子群を選択することで、高精度な位置算出が可能となる。
選択した第1超音波センサ群と第2超音波センサ群を用いた画像化により、画像化断面の位置とサイズを決定し、データベースに保存しておく。目標の位置算出時には、画像化断面の位置とサイズ、センサ素子のデータの条件を読込み、それぞれの断面を画像化する。
From the coordinates of the target between the acquired consecutive three-dimensional volume images, a movement path is calculated by, for example, primary interpolation. By projecting the calculated movement path onto the ultrasonic sensor surface, a sensor group (first ultrasonic sensor group) arranged in the main movement direction and a direction orthogonal to the sensor group are aligned with the target movement direction due to the patient's breathing. (Second ultrasonic sensor group) are selected from the
FIG. 16 is a schematic diagram of a method for selecting a sensor element on the
By imaging using the selected first ultrasonic sensor group and second ultrasonic sensor group, the position and size of the imaged cross section are determined and stored in the database. When calculating the target position, the position and size of the imaging section and the data condition of the sensor element are read, and each section is imaged.
超音波を送受信するセンサ制御部148は、第1超音波センサ群と第2超音波センサ群のうち、所定のセンサ群のみを稼働させることができる。これにより、目標の主移動方向の断面を画像化した第1超音波画像と、主移動方向に直交する第2超音波画像とを、構成することができる。
図17は、3次元ボリューム像から画像化に用いる素子群の位置と断面を決定する処理を示すフローチャートである。患者2に超音波センサ140Dが呼吸による目標の位置が常に画像化範囲内に存在するように体表面に設置されているとする。
本実施例の目標位置算出装置15は、センサ素子群から超音波を送信し、リアルタイムに受信信号を取得する(S31)。目標位置算出装置15は、センサ素子の位置を取得した超音波信号から3次元ボリューム像を構成する(S32)。目標位置算出装置15は、画像処理により、目標の位置を算出する(S33)。目標位置算出装置15は、Sで算出した目標の位置を時系列でつなぎ、間を例えば1次補間などにより接続することで移動経路を算出する(S34)。移動経路の算出の完了は、たとえば、呼吸による周期運動を確認した時点で終了とする。このとき、呼吸位相の確認には、センサ位置計測16のセンサ位置を用いてもよい。目標位置算出装置15は、取得したボリューム像中の標的の位置とセンサ素子の位置から前述のセンサ素子選択方法を用いて画像化断面の位置、センサ素子を選択し、画像化断面の位置とサイズを選択する(S35)。目標位置算出装置15は、Sで選択した結果をデータベースに保存する(S36)。
The
FIG. 17 is a flowchart showing a process for determining the position and cross section of an element group used for imaging from a three-dimensional volume image. It is assumed that the
The target
このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、2次元マトリクス状の超音波センサ140Dを用いるため、超音波センサの取付作業が容易であり、さらに治療中のプローブの設置し直しなどの工程を省略できるため、使い勝手が向上し、治療スループットが高速化する。
The present embodiment configured as described above has the same operation and effect as the first embodiment. Further, in this embodiment, since the
図18〜図21を用いて第6実施例を説明する。本実施例では、3次元移動モデル作成部12で作成した3次元移動モデルから超音波画像を補正する方法を説明する。
A sixth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a method of correcting an ultrasonic image from a three-dimensional movement model created by the three-dimensional movement
図16に示すように、超音波は体内で、インピーダンスの異なる臓器の境界を通過するたびに屈折するため、図18に示すような経路で伝搬する。図19は、実際の超音波センサ140(1)〜(4)で受信される信号D2の時間領域データである。実際の信号D2は、図7で述べた屈折を考慮しない信号D1と比して、伝搬時間tにずれが生じる。 As shown in FIG. 16, an ultrasonic wave is refracted in the body every time it passes through a boundary between organs having different impedances, and therefore propagates along a path as shown in FIG. FIG. 19 is time domain data of the signal D2 received by the actual ultrasonic sensors 140 (1) to 140 (4). The actual signal D2 has a difference in the propagation time t as compared with the signal D1 not considering refraction described in FIG.
そこで、本実施例では、予め取得した3次元移動モデルを用いて超音波画像と比較することにより、体内組織の呼吸に応じた位置のずれ分に相当する伝搬時間T0を受信信号D1に加算もしく減算する。これにより、本実施例では、超音波画像を補正する。 Therefore, in the present embodiment, the propagation time T0 corresponding to the positional shift corresponding to the respiration of the body tissue is added to the reception signal D1 by comparing the ultrasound image with the ultrasound image using the previously acquired three-dimensional movement model. Subtract properly. Thus, in the present embodiment, the ultrasonic image is corrected.
図20は、3次元移動モデルと超音波画像との比較結果から、位置ずれ誤差を計算する方法の一例を示す概念図である。図20の動作の主体は、目標位置算出装置15であるとして説明する。
FIG. 20 is a conceptual diagram showing an example of a method of calculating a displacement error from a comparison result between a three-dimensional movement model and an ultrasonic image. The operation of FIG. 20 will be described as being performed by the target
位置ずれ誤差は、例えば、3次元移動モデルM1の超音波画像化断面に対応する断面像G3と超音波画像G11との差分画像G111から計算される。すなわち、位置ずれ誤差は、臓器23の境界の差分として抽出された領域231、または目標22の差分により描出された領域221の、ピーク値の座標間距離ΔLから計算される。
The displacement error is calculated, for example, from a difference image G111 between the ultrasonic image G11 and the cross-sectional image G3 corresponding to the ultrasonic imaging cross-section of the three-dimensional moving model M1. That is, the displacement error is calculated from the distance ΔL between the coordinates of the peak values of the
図21は、3次元移動モデルに基づいて超音波画像を補正する処理を示すフローチャートである。3次元移動モデルはデータベース123に保存されており、患者2に設置した超音波センサ140から超音波信号がリアルタイムで取得されているとする。
FIG. 21 is a flowchart illustrating a process of correcting an ultrasonic image based on a three-dimensional movement model. It is assumed that the three-dimensional movement model is stored in the
本実施例の目標位置算出装置15は、画像処理により、超音波画像中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する(S41)。目標位置算出装置15は、超音波画像と対応する断面の3次元移動モデル中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する(S42)。目標位置算出装置15は、ステップS41で抽出されたパラメータとステップS42で抽出されたパラメータとを比較し、その差異を誤差として計算する(S43)。
The target
目標位置算出装置15は、ステップS43で算出された誤差に相当する伝搬時間を計算する(S44)。目標位置算出装置15は、ステップS44で計算した伝搬時間を超音波受信信号に加えることにより、画像化する(S45)。
The target
目標位置算出装置15は、ステップS44で算出された誤差が所定の閾値以下であるか判定する(S46)。誤差が閾値以下ではないと判定すると(S46:NO)、ステップS43へ戻って伝搬時間を補正する。目標位置算出装置15は、誤差が閾値以下であると判定すると(S46:YES)、補正された超音波画像を出力し、この補正後の超音波画像を用いて目標の3次元位置を演算させる(S47)。
The target
このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、3次元移動モデルに基づいて超音波画像を補正することができるため、より高精度に目標の位置を特定することができ、信頼性が向上する。なお、第2超音波センサ142による第2超音波画像も、3次元移動モデルに基づいて補正することができる。
The present embodiment configured as described above has the same operation and effect as the first embodiment. Further, in this embodiment, since the ultrasonic image can be corrected based on the three-dimensional movement model, the target position can be specified with higher accuracy, and the reliability is improved. Note that the second ultrasonic image obtained by the second
図22を用いて第7実施例を説明する。本実施例では、超音波画像中の体内組織を抽出して目標位置を算出するステップを有する目標位置算出方法を説明する。3次元移動モデルはデータベース123に保存されており、患者2に設置された超音波センサ140から超音波信号がリアルタイムで取得されているとする。
A seventh embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a target position calculating method including a step of extracting a body tissue in an ultrasonic image and calculating a target position will be described. It is assumed that the three-dimensional movement model is stored in the
目標位置算出装置15は、画像処理により、超音波画像中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する(S51)。目標位置算出装置15は、超音波画像と対応する断面の3次元移動モデル中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する(S52)。
The target
目標位置算出装置15は、ステップS51で抽出されたパラメータとステップS52で抽出されたパラメータとを比較することにより、両パラメータの差異を誤差として計算する(S53)。さらに、目標位置算出装置15は、算出された誤差に相当する伝搬時間を計算する(S53)。
The target
目標位置算出装置15は、ステップS43で算出された誤差が所定の閾値以下であるか判定する(S54)。目標位置算出装置15は、誤差が所定の閾値以下である場合(S54:YES)、目標の3次元位置を出力させる(S55)。なお、超音波画像と3次元移動モデルから得られる断面像との相関係数を計算し、相関係数の値が所定の相関係数閾値を超える場合に、超音波画像と3次元移動モデルから得られる断面像とが一致すると判定してもよい。
The target
このように構成される本実施例も第6実施例とほぼ同様の作用効果を奏する。 The present embodiment configured as described above has substantially the same operation and effect as the sixth embodiment.
図23を用いて第8実施例を説明する。図23は、体内組織の位置を算出する方法の概念図である。本実施例では、患者2の体内に超音波を強く反射する超音波反射体71を埋め込み、超音波反射体71の位置を算出する。
An eighth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a conceptual diagram of a method for calculating a position of a body tissue. In the present embodiment, an
一般に、生体組織は軟組織であり、超音波の減衰が大きいうえに、体内組織間の音響インピーダンス差が小さいため、超音波の反射が起こりにくい。このため、位置算出の対象である体内組織(目標22)からの十分な反射信号が得られず、鮮明な超音波画像を構成できない場合がある。 Generally, a living tissue is a soft tissue, the attenuation of ultrasonic waves is large, and the acoustic impedance difference between the internal tissues is small, so that ultrasonic waves are hardly reflected. For this reason, a sufficient reflected signal from the in-vivo tissue (target 22) as a position calculation target may not be obtained, and a clear ultrasonic image may not be formed.
そこで、本実施例では、超音波モデル作成前に、超音波反射体71を患者2の体内に埋め込んでおく。超音波反射体71は、生体組織と音響インピーダンスが大きく異なるように形成されている。本実施例では、超音波反射体71を患者2の体内の治療対象部位の目標22の近傍に埋め込んでおくことにより、鮮明な超音波画像を得る。
Therefore, in this embodiment, the
3次元呼吸情報を取得した段階で、超音波反射体71と体内組織(目標22)との間の相対座標をあらかじめ算出しておけば、超音波反射体71の絶対座標に相対座標を加えることにより、注目する体内組織の位置を算出することができる。
If the relative coordinates between the
このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。 The present embodiment configured as described above has the same operation and effect as the first embodiment.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the embodiment described above. A person skilled in the art can make various additions and changes without departing from the scope of the present invention. The above embodiment is not limited to the configuration example illustrated in the accompanying drawings. The configuration and the processing method of the embodiment can be appropriately changed within a range that achieves the object of the present invention.
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。 In addition, each component of the present invention can be arbitrarily selected, and an invention having the selected configuration is also included in the present invention. Further, the configurations described in the claims can be combined other than the combinations explicitly stated in the claims.
1,1A,1B,1C,1D:位置測定装置、11:3次元呼吸情報取得部、12:3次元移動モデル作成装置、13:センサ設置位置算出装置、14:超音波計測装置、15,15A,15B,15C:目標位置算出装置、16:センサ位置計測部、17:目標位置出力部、19:呼吸位相算出部、22:目標、140,140D:超音波センサ、141:第1超音波センサ群、142:第2超音波センサ群、159:呼吸位相照合部、180A:粒子線治療システム、180B:超音波治療システム 1, 1A, 1B, 1C, 1D: position measurement device, 11: three-dimensional respiration information acquisition unit, 12: three-dimensional movement model creation device, 13: sensor installation position calculation device, 14: ultrasonic measurement device, 15, 15A , 15B, 15C: Target position calculating device, 16: Sensor position measuring unit, 17: Target position output unit, 19: Respiratory phase calculating unit, 22: Target, 140, 140D: Ultrasonic sensor, 141: First ultrasonic sensor Group, 142: second ultrasonic sensor group, 159: respiratory phase collation unit, 180A: particle beam therapy system, 180B: ultrasound therapy system
Claims (14)
呼吸に応じた体内組織の3次元位置を示す3次元移動モデルを作成する3次元移動モデル作成部と、
前記目標が呼吸に応じて体内を移動する第1方向に沿って体表面に配置される第1超音波センサ群と、
前記第1方向と交差する第2方向に沿って体表面に配置される第2超音波センサ群であって、前記第1超音波センサ群よりも疎に配置される第2超音波センサ群と、
前記第1超音波センサ群の位置と前記第1超音波センサ群からの信号とにより得られる第1超音波画像に基づいて、前記目標の第1位置を算出する第1位置算出部と、
前記第2超音波センサ群の位置と前記第2超音波センサ群からの信号とにより得られる第2超音波画像と、前記3次元移動モデルとを照合することにより、前記目標の第2位置を算出する第2位置算出部と、
前記第1位置と前記第2位置とから前記目標の体内における3次元位置を算出する目標3次元位置演算部と、
を備える位置測定装置。 In a position measuring device that measures the position of a target in the body of a subject,
A three-dimensional movement model creating unit that creates a three-dimensional movement model indicating a three-dimensional position of the body tissue according to respiration;
A first ultrasonic sensor group arranged on a body surface along a first direction in which the target moves in the body in response to breathing;
A second ultrasonic sensor group arranged on the body surface along a second direction intersecting the first direction, wherein the second ultrasonic sensor group is arranged more sparsely than the first ultrasonic sensor group; ,
A first position calculator that calculates a first position of the target based on a position of the first ultrasonic sensor group and a first ultrasonic image obtained from a signal from the first ultrasonic sensor group;
The second position of the target is determined by comparing a second ultrasonic image obtained from a position of the second ultrasonic sensor group and a signal from the second ultrasonic sensor group with the three-dimensional movement model. A second position calculator for calculating,
A target three-dimensional position calculating unit that calculates a three-dimensional position of the target in the body from the first position and the second position;
Position measuring device comprising:
請求項1に記載の位置測定装置。 The three-dimensional movement model creation unit uses the previously acquired three-dimensional position information of the in-vivo tissue during respiration of the subject to generate the three-dimensional movement model that is the three-dimensional position information of the in-vivo tissue according to the respiratory phase. create,
The position measuring device according to claim 1.
請求項1に記載の位置測定装置。 The first direction is orthogonal to the second direction,
The position measuring device according to claim 1.
請求項2に記載の位置測定装置。 Further, based on the position of the second ultrasonic sensor group, a respiratory phase calculating unit that calculates a respiratory phase, and based on the calculated respiratory phase, a respiratory phase included in the three-dimensional movement model. And selecting a respiratory phase to be compared with the second ultrasonic image from the, and comprises a respiratory phase matching unit to send to the second position calculation unit,
The position measuring device according to claim 2.
請求項1に記載の位置測定装置。 Among a group of ultrasonic sensors in which ultrasonic sensors are arranged in a two-dimensional matrix, a plurality of ultrasonic sensors constituting the first ultrasonic sensor group and a plurality of ultrasonic waves constituting the second ultrasonic sensor group A sensor is selected,
The position measuring device according to claim 1.
請求項1に記載の位置測定装置。 Furthermore, an ultrasonic image correction unit that corrects at least one of the first ultrasonic image and the second ultrasonic image based on the three-dimensional movement model,
The position measuring device according to claim 1.
呼吸に応じた体内組織の3次元位置を示す3次元移動モデルを作成する3次元移動モデル作成ステップと、
前記目標が呼吸に応じて体内を移動する第1方向に沿って体表面に配置される第1超音波センサ群の位置と前記第1超音波センサ群からの信号とにより得られる第1超音波画像に基づいて、前記目標の第1位置を算出する第1位置算出ステップと、
前記第1方向と交差する第2方向に沿って体表面に配置される第2超音波センサ群であって、前記第1超音波センサ群よりも疎に配置される第2超音波センサ群の位置と前記第2超音波センサ群からの信号とにより得られる第2超音波画像と、前記3次元移動モデルとを照合することにより、前記目標の第2位置を算出する第2位置算出ステップと、
前記第1位置と前記第2位置とから前記目標の体内における3次元位置を算出する目標3次元位置演算ステップと、
を実行する位置測定方法。 In a position measurement method for measuring a position of a target in a subject's body,
A three-dimensional movement model creating step of creating a three-dimensional movement model indicating a three-dimensional position of the body tissue according to respiration;
A first ultrasonic wave obtained from a position of a first ultrasonic sensor group arranged on a body surface along a first direction in which the target moves in the body in response to breathing and a signal from the first ultrasonic sensor group A first position calculating step of calculating a first position of the target based on an image;
A second ultrasonic sensor group arranged on the body surface along a second direction intersecting the first direction, wherein the second ultrasonic sensor group is arranged more sparsely than the first ultrasonic sensor group; A second position calculating step of calculating a second position of the target by comparing a second ultrasonic image obtained from a position and a signal from the second ultrasonic sensor group with the three-dimensional movement model; ,
A target three-dimensional position calculating step of calculating a three-dimensional position in the body of the target from the first position and the second position;
Perform position measurement method.
請求項8に記載の位置測定方法。 The three-dimensional movement model creating step uses the previously acquired three-dimensional position information of the in-vivo tissue of the subject who is breathing to extract the three-dimensional movement model that is the three-dimensional position information of the in-vivo tissue according to the respiratory phase. create,
A position measuring method according to claim 8.
請求項8に記載の位置測定方法。 The first direction is orthogonal to the second direction,
A position measuring method according to claim 8.
請求項9に記載の位置測定方法。 A respiratory phase calculating step of calculating a respiratory phase based on the position of the second ultrasonic sensor group; and a respiratory phase included in the three-dimensional movement model based on the calculated respiratory phase. Selecting a respiratory phase to be compared with the second ultrasound image from and sending the respiratory phase to the second position calculating step.
The position measuring method according to claim 9.
請求項8に記載の位置測定方法。 Among a group of ultrasonic sensors in which ultrasonic sensors are arranged in a two-dimensional matrix, a plurality of ultrasonic sensors constituting the first ultrasonic sensor group and a plurality of ultrasonic waves constituting the second ultrasonic sensor group A sensor is selected,
A position measuring method according to claim 8.
請求項8に記載の位置測定方法。 And performing an ultrasonic image correction step of correcting at least one of the first ultrasonic image and the second ultrasonic image based on the three-dimensional movement model.
A position measuring method according to claim 8.
In a target position measuring method for measuring a target position in a patient with ultrasound, a step of reconstructing a plurality of three-dimensional volume images, a step of calculating a movement path of a target from the three-dimensional volume images, and The position measuring method according to claim 12, further comprising: calculating a moving direction, a position and a size of a cross section orthogonal to the moving direction, and an ultrasonic element group to be used.
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