JP4012177B2 - Ultrasonic therapy device - Google Patents

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本発明は、超音波を使用して生体内の腫瘍などを治療する超音波治療装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic treatment apparatus for treating a tumor in a living body using ultrasonic waves.

(1)近年、MIT(Minimally Invasive Treatment)とよばれる最少侵襲治療の流れが医療の各分野で注目を集めている。その一例として、結石症の治療に体外から強力超音波を照射し、無侵襲的に結石を破砕治療する結石破砕装置の実用化が挙げられ、これが泌尿系結石の治療法を大きく様変わりさせている。この結石破砕装置に使用される強力超音波の発生法としては、水中放電方式、電磁誘導方式、微小爆発方式およびピエゾ方式等が知られている。これらのうち、特にピエゾ素子によって協力超音波を発生させるピエゾ方式は、例えば特開昭60−145131、USP−4526168等に記載されているように、小焦点にできる、消耗品がない、強力超音波圧力を任意にコントロールできる、複数のピエゾ素子にかかる駆動電圧を位相制御することで焦点位置を任意にコントロールできる等、優れた長所があり、注目されている。 (1) In recent years, the flow of minimally invasive treatment called MIT (Minimally Invasive Treatment) has attracted attention in various medical fields. One example of this is the practical application of a stone crushing device that irradiates high-power ultrasound from outside the body and treats stones in a non-invasive manner, which has greatly changed the treatment of urinary stones. . As a method for generating high-intensity ultrasonic waves used in this calculus breaking device, an underwater discharge method, an electromagnetic induction method, a micro explosion method, a piezo method, and the like are known. Among these, the piezo method that generates cooperative ultrasonic waves by using a piezo element is particularly powerful as described in JP-A-60-145131, USP-4526168, etc. Attention has been focused on the advantages such as the ability to arbitrarily control the sonic pressure and the ability to arbitrarily control the focal position by phase controlling the drive voltages applied to a plurality of piezo elements.

一方、腫瘍の治療の分野でもMITは1つのキーワードとなっている。特に悪性新生物、いわゆる癌の場合、その治療の多くを外科的手術に頼っている現状から、本来その臓器が持つ機能や外見上の形態を大きく損なう場合が極めて多く、生命を長らえたとしても患者にとって大きな負担が残ることから、QOL(Quality Of Life) を考慮した侵襲の少ない治療法および治療装置の開発が強く望まれている。   On the other hand, MIT is one keyword in the field of tumor treatment. Especially in the case of malignant neoplasms, so-called cancers, because many of the treatments depend on surgical operations, the functions and appearances of the organs are often greatly impaired, and even if life is prolonged. Since a large burden remains for the patient, development of a treatment method and a treatment apparatus with less invasiveness considering QOL (Quality Of Life) is strongly desired.

このような流れの中、癌の治療技術の一つとしてハイパーサーミア療法が注目されるようになってきた。これは、腫瘍組織と正常組織の熱感受性の違いを利用して、患部を42.5℃以上に加温・維持することで癌細胞のみを選択的に死滅させる治療法である。加温の方法としてはマイクロ波等の電磁波を用いる方法が先行しているが、この方法では生体の電気的特性により深部の腫瘍を選択的に加温することは困難であり、深さ5cm以上の腫瘍に対しては良好な治療成績は望めない。そこで、深部腫瘍の治療には集束性が良く深達度の高い超音波エネルギーを利用する方法が考えられている(特開昭61−13955)。   In this trend, hyperthermia therapy has been attracting attention as one of the cancer treatment techniques. This is a treatment method in which only cancer cells are selectively killed by heating and maintaining the affected area at 42.5 ° C. or higher by utilizing the difference in heat sensitivity between tumor tissue and normal tissue. As a method for heating, a method using electromagnetic waves such as microwaves has been preceded, but it is difficult to selectively heat a deep tumor due to the electrical characteristics of the living body, and the depth is 5 cm or more. Good treatment results are not expected for these tumors. Therefore, a method of using ultrasonic energy with high convergence and high penetration is considered for the treatment of deep tumors (Japanese Patent Laid-Open No. 61-13955).

また、この加温治療法を更に進めて、ピエゾ素子より発生した超音波を患部に集束させて腫瘍部分を80℃以上に加熱し、腫瘍組織を瞬時にタンパク変性ないし熱変性させて壊死させる治療法も報告されている(G.Vallancien et.al.: Progress in Uro.1991,1,84-88 、特開昭61−13955、特願平3−306106等)。この治療法では、焦点近傍の限局した領域に非常に強い強度の超音波が投入されるために、従来のハイパーサーミアとは異なり、腫瘍の存在する領域を焦点をスキャンしながら万遍なく照射する必要がある。特に数千W/cm2 という強力超音波を照射する際には、照射に伴って発生するキャビテーションや患部の熱変性による音響特性の変化が大きな問題となると考えられる。キャビテーションが発生した領域では超音波による発熱が起こり易くなり、ある位置に強力超音波を照射した直後にその近接した場所に次の照射を行うと、前回の照射で発生したキャビテーションによって予期しない位置に発熱が惹起され、時には副作用の原因となる可能性もある。 In addition, this warming treatment method is further advanced, the ultrasonic wave generated from the piezo element is focused on the affected part, the tumor part is heated to 80 ° C. or more, and the tumor tissue is instantly denatured by protein degeneration or heat degeneration. The law has also been reported (G. Vallancien et.al .: Progress in Uro. 1991, 1,84-88, JP-A-61-13955, Japanese Patent Application No. 3-306106, etc.). In this treatment method, since a very intense ultrasonic wave is applied to a limited area near the focal point, unlike conventional hyperthermia, it is necessary to irradiate the entire area where the tumor exists while scanning the focal point. There is. In particular, when high-intensity ultrasonic waves of several thousand W / cm 2 are irradiated, it is considered that a change in acoustic characteristics due to cavitation generated due to irradiation and thermal denaturation of the affected part becomes a serious problem. In the area where cavitation has occurred, heat generation due to ultrasonic waves is likely to occur. A fever may be triggered and sometimes cause side effects.

この問題点を解決するために、近接した部位に連続して強力超音波を照射しないように制御する方法が提案されている(特願平4−43603)。しかし、この方法では近接した部位に強力超音波を照射せざるを得ない場合にどの様に照射を制御するかに関する記述はなされていなかった。   In order to solve this problem, there has been proposed a method for controlling so as not to continuously irradiate high-power ultrasonic waves to adjacent parts (Japanese Patent Application No. 4-43603). However, in this method, there has been no description on how to control irradiation when it is necessary to irradiate powerful ultrasonic waves to adjacent parts.

(2)また、超音波による発熱ではなく、結石を破砕するような強力なパルス状の強力超音波を癌に照射し、その機械的な力で細胞を壊死させる治療法も研究されている(例えば、Hoshi, S. et al.: J. Urology, Vol.146:439, 1991.)。ところで、これらの超音波治療装置を用いると、開腹する必要がないことから患者にかかる負担を軽減できるが、反面、直接患部を目視することができないために、治療に際しては体内の必要な情報及び治療目標の位置等を得るための手段が必要となる。   (2) In addition, therapies that irradiate cancer with a powerful pulse-like ultrasonic wave that crushes stones, instead of fever caused by ultrasonic waves, and necrotize the cells with the mechanical force are also being studied ( For example, Hoshi, S. et al .: J. Urology, Vol. 146: 439, 1991.). By the way, using these ultrasonic treatment devices can reduce the burden on the patient because it is not necessary to open the stomach, but on the other hand, since the affected part cannot be directly observed, A means for obtaining the position of the treatment target is required.

従来の超音波治療装置においては、強力超音波の焦点を位置決めする際、超音波断層像を用いてる方法があるが、治療対象である腫瘍は3次元的に複雑な形状を呈することが多く、2次元画像では腫瘍全体を万遍なく治療することは非常に困難である。そこで、特開昭61−209643のように超音波を用いた3次元画像との組合せも提案されているが、超音波では骨や肺などの含気臓器の後方が見えず、超音波情報を基にしても正確な3次元画像は得られない。また、この従来例では単に焦点と治療部位の相対位置を確認するだけであり、治療の効果を判定する手段がなく、数週間から数カ月後にならないと治療の継続・終了の決定が出来なかった。   In the conventional ultrasonic therapy apparatus, there is a method using an ultrasonic tomographic image when positioning the focus of high-intensity ultrasonic waves, but the tumor to be treated often exhibits a three-dimensionally complicated shape, It is very difficult to treat the entire tumor uniformly with a two-dimensional image. Therefore, a combination with a three-dimensional image using ultrasonic waves has been proposed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-209643. However, with ultrasonic waves, the back of the aerated organs such as bones and lungs cannot be seen, and ultrasonic information is displayed. Even if it is based, an accurate three-dimensional image cannot be obtained. Further, in this conventional example, the relative position between the focal point and the treatment site is simply confirmed, there is no means for judging the effect of treatment, and the continuation / end of treatment cannot be determined until several weeks to several months later.

そこで、上述した超音波治療装置と、生体内の3次元情報を収集し体内の画像を表示するMRI(磁気共鳴イメージングシステム)あるいはX線CTと組み合わせて用いる方法も考えられている。例えば、特開平2−161434にMRI画像に基づき穿刺等の治療を行う装置が述べられている。   Therefore, a method of using the above-described ultrasonic therapy apparatus in combination with MRI (Magnetic Resonance Imaging System) or X-ray CT that collects in-vivo three-dimensional information and displays an in-vivo image has been considered. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-161434 describes an apparatus for performing treatment such as puncture based on an MRI image.

さらに、特願平5−228744には、超音波治療装置において正常組織への誤照射の防止と確実な治療を行うために、画像診断装置を用いて患部が確実に高温になり、また周辺の正常組織に過熱が起きていないことをリアルタイムにモニタリングすることと、これによる加温位置の計測について述べられている。例えば、MRIの化学シフトの温度依存性を用いて非侵襲温度計測が可能である(Y.Ishihara et al.: Proc. 11th Ann. SMRM Meeting, 4803, 1992) 。ここでは、静磁場分布を位相分布に置き換えて撮像するフェーズマッピング法を用いて温度変化による化学シフトの変化分を測定している。   Further, in Japanese Patent Application No. 5-228744, in order to prevent erroneous irradiation of a normal tissue and perform reliable treatment in an ultrasonic treatment apparatus, the affected area is surely heated to a high temperature using an image diagnostic apparatus, It describes the real-time monitoring that normal tissue is not overheated and the measurement of the warming position. For example, non-invasive temperature measurement is possible using the temperature dependence of MRI chemical shift (Y. Ishihara et al .: Proc. 11th Ann. SMRM Meeting, 4803, 1992). Here, the amount of change in chemical shift due to temperature change is measured using a phase mapping method in which the static magnetic field distribution is replaced with a phase distribution.

この様な加温治療を行うときに最も問題になるのは、治療対象の動きである。生体では呼吸、拍動その他の不可避な動きが存在し、これにより以下のような問題が生じる。   It is the movement of the treatment target that is most problematic when such warming treatment is performed. In the living body, there are inevitable movements such as breathing, pulsation and the like, and this causes the following problems.

第1に、治療対象が動くと、治療前に治療計画で設定した治療予定部位と異なる部位への超音波照射を行うことになり、正常組織を傷つけることになる。第2には、前述の温度計測を行うときにフェーズマッピング法を用いると加熱前に参照画像を取得し、これとの各画像ピクセル毎の差分を計算する必要がある。また加熱による熱変性部は緩和時間が変化することから変性部を画像化して治療効果の確認に使用でき(特願平05−228744)、この際治療前の画像との差分を計算するとより変性部を明瞭に観察できる。しかしこれらのように差分を取る場合、撮像間で治療対象が動くと違うピクセル間の差分を計算することになるので誤差を発生する。   First, when the treatment target moves, ultrasonic irradiation is performed on a site different from the treatment planned site set in the treatment plan before the treatment, and the normal tissue is damaged. Secondly, if the phase mapping method is used when the above-described temperature measurement is performed, it is necessary to acquire a reference image before heating and calculate a difference for each image pixel. Further, since the heat-denatured portion due to heating changes the relaxation time, the denatured portion can be imaged and used for confirmation of the treatment effect (Japanese Patent Application No. 05-228744). The part can be observed clearly. However, when the difference is taken as described above, an error is generated because a difference between different pixels is calculated when the treatment target moves between imaging.

これらの影響を低減するためには、対象の動きベクトルを検出することが必要となる。これにより動きに対して治療エネルギーの照射位置を変更し、動きに追従することができ、また差分処理を行う画像を動いた分だけ補正して差分処理を行うことで誤差が低減できる。特開昭62−217976には、超音波温度分布計測装置において撮像プローブに摂動を加え、相関係数の大きな方向へ撮像面を移動することで、動きに追従して同一関心領域での差分を計算する装置が述べられている。   In order to reduce these effects, it is necessary to detect the target motion vector. Thereby, the irradiation position of the treatment energy can be changed with respect to the movement to follow the movement, and an error can be reduced by performing the difference processing after correcting the image for which the difference processing is performed. Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-217976 discloses that an ultrasonic temperature distribution measuring device adds a perturbation to an imaging probe and moves the imaging surface in a direction with a large correlation coefficient, thereby tracking the difference in the same region of interest. An apparatus for calculating is described.

動きベクトル検出法に関しては、画像処理の分野でいくつか方法が考えられている。パターンマッチング法、勾配法など画像データそのままを利用した方法が一般的であるが(摂動を加えて相関係数を計算する方法と本質的には等価)、画像のフーリエ変換を行い、空間周波数領域の積、あるいは商の逆フーリエ変換を計算し、相互相関関数、あるいはインパルス応答を計算することでも動きベクトルが計算できる(吹抜 敬彦著、「TV画像の多次元信号処理」、日刊工業新聞社)。   Regarding the motion vector detection method, several methods are considered in the field of image processing. Methods using image data as they are, such as pattern matching method and gradient method, are common (essentially equivalent to the method of calculating correlation coefficient by adding perturbation), but the image is subjected to Fourier transform and spatial frequency domain The motion vector can also be calculated by calculating the inverse Fourier transform of the product or the quotient, and calculating the cross-correlation function or impulse response (Takahiko Fukiuki, “Multidimensional signal processing of TV images”, Nikkan Kogyo Shimbun) .

しかし、動きを検出するのに一般的なパターンマッチング法などを用いると、画像を徐々にずらしてその都度画像間の最小自乗誤差を計算するので、特に3次元の場合、動きベクトルを計算するまでに膨大な計算量を必要とする。前述のように相関係数を計算することでも動きを検出することができるが、3次元的な摂動を与えてそれぞれの相関係数を計算するので、動きベクトルの検出には時間がかかる。相互相関関数を計算する場合でも、実時間上でそのまま計算すると2次元の畳み込み積分を計算することとなり、やはり処理に時間がかかる。しかし対象の移動に対し追従するためにはリアルタイムな動きの情報が必要である。   However, if a general pattern matching method or the like is used to detect the motion, the images are gradually shifted and the least square error between the images is calculated each time. In particular, in the case of three dimensions, until the motion vector is calculated. Requires a huge amount of computation. As described above, motion can also be detected by calculating a correlation coefficient. However, since each correlation coefficient is calculated by giving a three-dimensional perturbation, it takes time to detect a motion vector. Even when the cross-correlation function is calculated, if it is calculated as it is in real time, a two-dimensional convolution integral is calculated, which again takes time. However, in order to follow the movement of the object, real-time movement information is required.

(3)さらに、特願平05−228744には、組織の熱変性により緩和時間T1、T2が変化するため、これらの強調画像で熱変性部を描出する事ができ治療効果確認が可能であることが述べられている。   (3) Furthermore, in Japanese Patent Application No. 05-228744, the relaxation times T1 and T2 change due to the thermal denaturation of the tissue, so that the heat-denatured portion can be depicted with these enhanced images and the therapeutic effect can be confirmed. It is stated.

(4)また近年、外部からアクセスの容易なオープンタイプのマグネットを持つMRIシステムが多く発表されてきており、これを手術等のモニタ用MRIとして利用することについて特開平4−312446等で述べられている。このようなMRIでは術者がMRIでモニタを行いながら治療をおこなうことができる。   (4) In recent years, many MRI systems having open-type magnets that can be easily accessed from the outside have been announced, and the use of this as a monitor MRI for surgery or the like is described in JP-A-4-31446. ing. In such MRI, the surgeon can perform treatment while monitoring with MRI.

一方、MRIにおいてx,y,zそれぞれの方向への選択励起を行うことで任意の位置の1ポイントのみを励起することも可能である。また一回の励起で任意の部位に任意の形状で励起を行う技術も報告されている(C.J.Hardy, and H.E.Cline, Journal of Magnetic Resonance, vol.82, pp.647-654, 1989) 。これを用いるとある位置のNMR 信号のみを得ることができる。1回の励起で3次元的に局所励起することもできる(J.Pauly et al.:"Three-Dimensional π Pulse",Proc. 10th Ann.SMRM Meeting, 493, 1991 )。またこれらを超音波などによる加熱治療の温度モニタのシーケンスに適応することも考えられている(米国特許第5,307,812号)。   On the other hand, it is also possible to excite only one point at an arbitrary position by performing selective excitation in the x, y, and z directions in MRI. In addition, a technique for performing excitation in an arbitrary shape at an arbitrary site by one excitation has been reported (C.J. Hardy, and H.E.Cline, Journal of Magnetic Resonance, vol.82, pp.647-654, 1989). Using this, only the NMR signal at a certain position can be obtained. It is also possible to perform local excitation three-dimensionally with a single excitation (J. Pauly et al .: “Three-Dimensional π Pulse”, Proc. 10th Ann. SMRM Meeting, 493, 1991). It is also considered that these are applied to a temperature monitoring sequence for heat treatment using ultrasonic waves or the like (US Pat. No. 5,307,812).

また、集束超音波による加熱治療の肉片を用いた実験では、照射時間を長くすると変性領域が照射軸に沿って手前側に広がるという結果が得られており、必ずしも加熱領域が焦点に一致しないことが分かってきている( 藤本ら、日本ME学会雑誌論文号 JJME ,vol.32 Suppl., pp.125)。よって治療時の温度モニタが非常に重要となってくる。   In addition, in experiments using meat pieces for heat treatment using focused ultrasound, it was found that if the irradiation time was lengthened, the denatured area expanded toward the front side along the irradiation axis, and the heated area did not necessarily coincide with the focal point. (Fujimoto et al., Journal of the ME Society of Japan JJME, vol.32 Suppl., Pp.125). Therefore, temperature monitoring during treatment becomes very important.

(5)さらに、患者体内の治療部位をモニタリングする手段として、例えば結石破砕装置では、特開昭63−5736公報に提案されているごとく、結石破砕用の強力な超音波パルス(衝撃波)の非照射時に結石探査用の微弱な超音波を照射して結石からの反射信号を解析し、結石と焦点が一致したときのみ衝撃波を照射する装置が知られている。また、強力超音波による加温治療装置においては、特開平4−43603公報に記載されているがごとく、MRI、CTや超音波診断装置を用いたモニタリングシステムが提案されている。しかし、モニタリング装置に超音波診断装置を用いた加温装置では、治療用超音波がモニタリングに対して影響を与え、治療中のリアルタイムモニタリングが行えないという問題があった。   (5) Further, as a means for monitoring a treatment site in a patient, for example, in a stone crushing device, as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-5736, non-powerful ultrasonic pulses (shock waves) for crushing stones are not used. There is known a device that emits a shock wave only when a focal point coincides with a calculus by analyzing a reflection signal from the calculus by irradiating a weak ultrasonic wave for calculus exploration at the time of irradiation. In addition, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-43603, there is proposed a monitoring system using MRI, CT or an ultrasonic diagnostic apparatus for a warming treatment apparatus using high intensity ultrasound. However, in the heating device using the ultrasonic diagnostic device as the monitoring device, there is a problem that the ultrasonic waves for treatment affect the monitoring, and real-time monitoring during treatment cannot be performed.

この問題に対しては、特願昭60−241436公報で提案されているように生体内画像に対して治療用超音波が影響を与えないように、生体内画像非構成時に治療用超音波を照射する装置が知られている。また、MRIやCTを用いてモニタリングを行う超音波加温装置では、モニタリング専用の装置を治療エネルギ源とは別個に用意しなければならず、装置の設置スペースの増加やコストの負担が大きくなるという欠点があった。   To solve this problem, as proposed in Japanese Patent Application No. 60-241436, therapeutic ultrasound is used when the in-vivo image is not constructed so that the in-vivo image does not affect the in-vivo image. Devices for irradiating are known. In addition, in an ultrasonic heating apparatus that performs monitoring using MRI or CT, a dedicated monitoring apparatus must be prepared separately from the treatment energy source, which increases the installation space of the apparatus and increases the cost burden. There was a drawback.

以上の問題点に対し、特開平5ー194359公報に記載されているように、結石破砕用ピエゾ素子と加温・加熱治療用ピエゾ素子を一体化した治療用超音波エネルギ発生源が提案され、加温・加熱治療中は結石破砕用ピエゾ素子を治療領域調査用の微弱超音波発生源として用いた装置が知られている。   In response to the above problems, as disclosed in JP-A-5-194359, a therapeutic ultrasonic energy generation source in which a lithotripsy piezo element and a piezo element for heating / heating treatment are integrated is proposed, An apparatus using a piezo element for pulverizing stones as a weak ultrasonic wave generation source for investigation of a treatment area is known during heating / heating treatment.

(6) ところで、前述のように体外から超音波を集束させる超音波治療装置においては、骨が上部にある様な部位、例えば脳や肝臓などを治療する際、治療用超音波が反射されてしまうため、十分なエネルギを患部に照射する事が困難であった。また、身体の中心部付近の非常に深い部位を治療する場合は、超音波の進達度を上げるために周波数を下げねばならず、このため焦点サイズが大きくなってしまう問題があった。ここで超音波焦点の方位方向のサイズWは、R/A*f(A:振動子直径、R:振動子曲率、f:超音波周波数)に比例、つまり周波数fに反比例する事が知られている。   (6) By the way, in the ultrasonic therapy apparatus that focuses the ultrasonic wave from outside the body as described above, the therapeutic ultrasonic wave is reflected when treating a part where the bone is on the upper part, for example, the brain or the liver. For this reason, it has been difficult to irradiate the affected area with sufficient energy. Further, when treating a very deep site near the center of the body, the frequency has to be lowered in order to increase the progress of the ultrasonic wave, and there is a problem that the focal spot size becomes large. Here, it is known that the size W in the azimuth direction of the ultrasonic focus is proportional to R / A * f (A: transducer diameter, R: transducer curvature, f: ultrasonic frequency), that is, inversely proportional to the frequency f. ing.

この様な問題を解決するため、近年、治療用超音波を照射するトランスジューサを体腔内に入れて治療しようという試みが始められている。例えば、N.T.Sanghvi らのNoninvasive transrectal ultrasound device for prostate tissue visualisation and tisue ablation in the focal zone using high intensity focused beam.,J Ultrasound Med.,1991;10:104-109においては、直腸内にトランスジューサを挿入し、経直腸壁的に肥大した前立腺を治療する試みが報告されている。   In order to solve such problems, in recent years, attempts have been made to treat a body cavity with a transducer for irradiating therapeutic ultrasound. For example, in NTSanghvi et al. Noninvasive transrectal ultrasound device for prostate tissue visualization and tisue ablation in the focal zone using high intensity focused beam., J Ultrasound Med., 1991; 10: 104-109, a transducer is inserted into the rectum. Attempts have been reported to treat the prostatically enlarged prostate.

(7)また、前述した腫瘍治療装置では焦点を位置決めする際、超音波断層像を用いているが、治療対象である腫瘍は3次元的に複雑な形状を呈することが多く、2次元画像では腫瘍全体を万遍なく治療することは非常に困難である。そこで、特開昭61−209643号公報に記載されているように超音波を用いた3次元画像との組合せも提案されているが、超音波では骨や肺などの含気臓器の後方が見えず、超音波情報をもとにしても正確な3次元画像は得られなかった。   (7) In the above-described tumor treatment apparatus, an ultrasonic tomographic image is used when the focal point is positioned. However, a tumor to be treated often has a complicated three-dimensional shape. It is very difficult to treat the entire tumor evenly. Therefore, a combination with a three-dimensional image using ultrasonic waves has been proposed as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-209643. However, the ultrasonic waves show the back of aerobic organs such as bones and lungs. In addition, an accurate three-dimensional image could not be obtained based on ultrasonic information.

しかも、従来例では単に焦点と治療部位の相対位置を確認するだけであり、治療の効果を判定する手段がなく、数週間から数カ月後にならないと治療の継続・終了の決定が出来なかった。そこで、CTとして生体内の3次元情報を収集し、体内の画像を表示するMRIを用いる方法が考えられる。しかし、MRIでは必ずしも画像再構成がリアルタイムに行われる訳ではない。このため患者の呼吸や体動等による速い動きをとらえる事が出来ない。この動きによる誤照射を防ぐ意味でCTに加えて超音波画像装置を併用する場合がある(特開平5−300910号公報)。このとき断層像を得る超音波プローブと治療用超音波の焦点との相対位置を求める手段を設ける事で、超音波画像上に焦点位置を表示したり、さらにCTで得られた2次元または3次元の体内画像上にその時表示している超音波断層像の位置を示し、先に立てた治療計画に則って超音波断層像を利用する事が出来る。   Moreover, in the conventional example, the relative position between the focal point and the treatment site is simply confirmed, there is no means for judging the effect of treatment, and the continuation / end of treatment cannot be determined until several weeks to several months later. Therefore, a method using MRI that collects in-vivo three-dimensional information and displays an in-vivo image as CT can be considered. However, in MRI, image reconstruction is not necessarily performed in real time. For this reason, it is impossible to capture a fast movement due to the patient's breathing or body movement. In order to prevent erroneous irradiation due to this movement, an ultrasonic imaging apparatus may be used in combination with CT (Japanese Patent Laid-Open No. 5-300910). At this time, by providing a means for obtaining a relative position between the ultrasonic probe for obtaining a tomographic image and the focus of the therapeutic ultrasonic wave, the focal position is displayed on the ultrasonic image, or two-dimensional or three-dimensional obtained by CT. The position of the ultrasonic tomographic image currently displayed on the three-dimensional in-vivo image is shown, and the ultrasonic tomographic image can be used in accordance with the previously set treatment plan.

さらに、MRIのT2画像では、熱による組織変性状況を確認できることが報告されている(Ferenc A. Jolesz et al.:MR Imaging of Laser-Tissue Interactions )。従って、治療前後にこれら2つのMRI画像の差を観測すれば、本治療による生体作用・治療効果の判定が可能であり、未治療部を確認しながら治療できるので、最小限の照射で十分な治療効果を確保できる。
特開昭60−145131号公報 米国特許4526168 特開昭61−13955号公報 特願平3−306106号 特願平4−43603号 特開昭61−209643号公報 特開平2−161434号公報 特願平5−228744号 特願平05−228744号 特開平4−312446号公報 米国特許第5,307,812号 特開昭63−5736号公報 特開平4−43603号公報 特願昭60−241436号 特開平5ー194359号公報 特開昭61−209643号公報 特開平5−300910号公報 吹抜 敬彦著、「TV画像の多次元信号処理」、日刊工業新聞社 藤本ら、日本ME学会雑誌論文号 JJME ,vol.32 Suppl., pp.125 N.T.Sanghvi らのNoninvasive transrectal ultrasound device for prostate tissue visualisation and tisue ablation in the focal zone using high intensity focused beam.,J Ultrasound Med.,1991;10:104-109
Furthermore, it has been reported that tissue degeneration due to heat can be confirmed in MRI T2 images (Ferenc A. Jolesz et al .: MR Imaging of Laser-Tissue Interactions). Therefore, by observing the difference between these two MRI images before and after treatment, it is possible to determine the biological action / therapeutic effect of this treatment, and it is possible to treat while confirming the untreated part. A therapeutic effect can be secured.
JP 60-145131 A US Pat. No. 4,526,168 JP-A 61-13955 Japanese Patent Application No. 3-306106 Japanese Patent Application No. 4-43603 JP-A 61-209634 JP-A-2-161434 Japanese Patent Application No. 5-228744 Japanese Patent Application No. 05-228744 JP-A-4-31446 US Pat. No. 5,307,812 JP 63-5736 A JP-A-4-43603 Japanese Patent Application No. 60-241436 JP-A-5-194359 JP-A 61-209634 Japanese Patent Laid-Open No. 5-300910 Fukiuki Takahiko, “Multidimensional signal processing of TV images”, Nikkan Kogyo Shimbun Fujimoto et al., Journal of the Japan Society of ME, JJME, vol.32 Suppl., Pp.125 NTSanghvi et al., Noninvasive transrectal ultrasound device for prostate tissue visualization and tisue ablation in the focal zone using high intensity focused beam., J Ultrasound Med., 1991; 10: 104-109

願平5−228744で述べられいる誤照射防止機能は事前のチェック機能であり、実際の治療照射中の温度モニタは行っていない。しかし、生体は呼吸移動、体動などの動きがあり、治療照射を行っているときに動くおそれもある。このような場合の照射状態の異常のチェックとして温度計測が重要になる。しかし加熱治療では、焦点部位を瞬間的に高温にして治療するので、温度計測にはかなり高い時間追従性(リアルタイム性)が必要となる。それに対しエネルギー照射位置は予め分かっているので計測範囲は限定でき、また温度分布はなだらかであることが分かっているので通常の画像程の高い空間分解能は得られなくても十分である。また温度のほかに治療効果を示すデータを高い時間分解能で得る必要もあり、時間分解能を最優先する計測法が必要である。 Erroneous irradiation preventing functions described in JP Gantaira 5-228744 is pre-check function, the actual temperature monitor during treatment irradiation was not performed. However, the living body has movements such as respiratory movement and body movement, and there is a possibility that the living body may move during treatment irradiation. In such a case, temperature measurement is important as a check for abnormal irradiation conditions. However, in heat treatment, since the focal part is instantaneously heated to a high temperature, the temperature measurement requires a considerably high time follow-up property (real-time property). On the other hand, since the energy irradiation position is known in advance, the measurement range can be limited, and since the temperature distribution is known to be gentle, it is sufficient that the spatial resolution as high as that of a normal image cannot be obtained. In addition to temperature, it is necessary to obtain data indicating therapeutic effects with high time resolution, and a measurement method that gives top priority to time resolution is required.

しかしこのような温度計測を行うとき、分布として捉えようとすると、1つの画像を撮像するのに例えば通常のスピンエコーシーケンスでは一回の励起にかかる時間(繰り返し時間)にエンコード回数をかけた時間必要である。たとえば繰り返し時間が2秒でエンコード回数128回であれば5分程度必要である。これに対しフィールドエコーなどの高速撮像、エコープラナーなどの超高速撮像が考案されているが、フィールドエコーでも撮像に数秒必要で、また超高速撮像でも数100ms必要である。また撮像は高速であっても、その後の再構成処理にある程度時間が必要であり、結果として数秒程度のタイムラグが生じてしまい、正確な温度制御が不可能となる。加熱治療では瞬間に高温に至るので数秒のタイムラグは危険である。   However, when such temperature measurement is performed, if the distribution is to be taken as a distribution, for example, in a normal spin echo sequence, the time required for one excitation (repetition time) is multiplied by the number of encodings in order to capture one image. is necessary. For example, if the repetition time is 2 seconds and the number of encoding times is 128, about 5 minutes are required. On the other hand, high-speed imaging such as field echo and ultra-high-speed imaging such as an echo planer have been devised. However, field echo requires several seconds for imaging, and ultra-high-speed imaging requires several hundreds of milliseconds. Even if imaging is performed at a high speed, a certain amount of time is required for the subsequent reconstruction process. As a result, a time lag of about several seconds occurs, and accurate temperature control becomes impossible. In heat treatment, a high temperature is instantaneously reached, so a time lag of several seconds is dangerous.

本発明の目的は、治療照射中に特定部位のみの温度情報をリアルタイムに得ることでエネルギー照射が正常であるかを実際の治療中にチェックできる正確・安全な治療装置を提供することにある。 The purpose of the present invention is to provide accurate and secure therapy system energy irradiation can check during actual treatment whether it is normal by obtaining temperature information of the specific portion only in real time during the treatment irradiation .

本発明は、被検体内の画像情報を収集し該被検体内の治療対象部位を認識するための磁気共鳴診断装置と、治療用エネルギーを前記治療対象部位に照射して加熱し熱変性を生じさせて治療を行う治療用エネルギー照射手段と、この治療用エネルギー照射手段による前記治療用エネルギー照射中の温度計測部位を任意に設定し得る計測部位設定手段と、この計測部位設定手段により設定された前記温度計測部位について前記磁気共鳴診断装置による局所励起を用いて温度情報を取得する手段と、この手段により取得された温度情報に基づいて、前記温度計測部位が所定の温度上昇を示したときは前記治療用エネルギー照射手段における治療用エネルギーの照射を継続させ、前記温度計測部位が前記所定の温度上昇を示さないときは前記治療用エネルギー照射手段における治療用エネルギーの照射を中止するよう制御する制御手段とを具備することを特徴とする。 The present invention provides a magnetic resonance diagnostic apparatus for collecting image information in a subject and recognizing a treatment target site in the subject, and heat denaturation by irradiating the treatment target site with irradiation of the treatment target site. The therapeutic energy irradiation means for performing treatment, the measurement part setting means capable of arbitrarily setting the temperature measurement part during the treatment energy irradiation by the therapeutic energy irradiation means, and the measurement part setting means When the temperature measurement part shows a predetermined temperature rise based on the temperature information acquired by means for acquiring temperature information using local excitation by the magnetic resonance diagnostic apparatus and the temperature information acquired by the means When the therapeutic energy irradiation means continues the therapeutic energy irradiation and the temperature measurement portion does not show the predetermined temperature rise, the therapeutic energy is emitted. Characterized by a control means for controlling so as to stop the irradiation of the therapeutic energy at the Energy irradiation means.

(作用)
熱治療を行う際、操作者は治療上で最も注意すべき部位を決定し、制御手段に入力する。具体的には、温度が十分上がらなければならない治療対象の中心や、温度が上昇してはいけない周辺重要組織などの数点を選ぶ。そして、治療エネルギ照射中に磁気共鳴診断装置は局所励起法により上記数点を励起し、それに基づいて温度情報を計測して画面上に表示する。ここで測定点が限定され再構成等の処理が単純化されるため、計測時間は大幅に短縮する。また、膨大な計測データを表示しないことにより、操作者に不要な混乱を与えずに必要な情報のみを提供できる。
(Function)
When performing pressurized heat treatment, the operator will determine the site most notable on the treatment, it is inputted to the control unit. Specifically, several points are selected, such as the center of the treatment target where the temperature must rise sufficiently and surrounding important tissues where the temperature should not rise. Then, during the treatment energy irradiation, the magnetic resonance diagnostic apparatus excites the above-mentioned several points by the local excitation method, measures temperature information based on the excitation, and displays it on the screen. Here, since the measurement points are limited and processing such as reconstruction is simplified, the measurement time is greatly shortened. Further, by not displaying a large amount of measurement data, only necessary information can be provided without causing unnecessary confusion to the operator.

発明によれば磁気共鳴診断装置を用いた治療装置において、局所励起法を用いて前もって得られた温度モニタの必要な点についての温度計測をリアルタイムに行うことが可能となり、照射中に異常を発見できる安全な治療装置を提供できる。 According to the present invention, in a treatment apparatus using a magnetic resonance diagnostic apparatus, it becomes possible to perform temperature measurement on a necessary point of a temperature monitor obtained in advance using a local excitation method in real time, and an abnormality can be detected during irradiation. A safe treatment device that can be discovered can be provided.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1参考例
図1は、第1の参考例の構成を示すブロック図である。治療用のアプリケータ101は強力超音波を発生するピエゾ素子(群)102、強力超音波を患者103に導くカップリング溶液104およびカップリング膜105から構成されている。ピエゾ素子群102は、治療用強力超音波を治療部位に照射する複数のピエゾ素子を例えばアニュラアレイあるいはリニアアレイとして構成したものである。なお、単一の球殻状ピエゾ素子を用いて治療用の強力超音波を治療部位に照射するようにしてもよい。カップリング溶液104には通常、脱気水が用いられる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
( First Reference Example )
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first reference example . The therapeutic applicator 101 includes a piezo element (group) 102 that generates high-power ultrasonic waves, a coupling solution 104 that guides high-power ultrasonic waves to a patient 103, and a coupling film 105. The piezo element group 102 includes a plurality of piezo elements that irradiate a treatment site with therapeutic ultrasonic waves as an annular array or a linear array, for example. In addition, you may make it irradiate a treatment site | part with the powerful ultrasonic wave for a treatment using a single spherical shell-shaped piezoelectric element. Usually, degassed water is used for the coupling solution 104.

治療時には、まず患者103を寝台に乗せてテーブル移動装置134により患者103を所定位置に固定する。そして作業孔135よりアプリケータ101を患者103の体表に載せ、カップリング膜105を図示しない超音波ゼリー等により皮膚に接触させる。そして、システムコントローラ119からの駆動位相情報に基づいて位相制御回路136でそれぞれ所定の遅延が与えられた複数のタイミング信号により駆動回路109を制御し、駆動回路109によってピエゾ素子群102の各ピエゾ素子を所定の位相関係で駆動することにより、治療用の強力超音波を焦点106に向けて照射する。このような駆動位相制御によって、強力超音波の焦点106を3次元的に任意の場所に設定できる。この原理については、例えばUSP−4,526,168に記載されている。   At the time of treatment, the patient 103 is first placed on a bed, and the patient 103 is fixed at a predetermined position by the table moving device 134. Then, the applicator 101 is placed on the body surface of the patient 103 through the work hole 135, and the coupling film 105 is brought into contact with the skin by an ultrasonic jelly or the like (not shown). Based on the drive phase information from the system controller 119, the phase control circuit 136 controls the drive circuit 109 with a plurality of timing signals each given a predetermined delay, and the drive circuit 109 controls each piezo element of the piezo element group 102. Is driven with a predetermined phase relationship, and a high-power ultrasonic wave for treatment is irradiated toward the focal point 106. By such drive phase control, the focal point 106 of the powerful ultrasonic wave can be set at an arbitrary place in three dimensions. This principle is described in USP-4,526,168, for example.

この際、アプリケータ位置検出装置110は、アプリケータ101を可動支持するメカニカルアーム111からの信号よりアプリケータ101の位置情報を検出し、システムコントローラ119にその位置情報のデータを送る。システムコントローラ119は、この位置情報データと駆動位相情報に基づいて、治療用の強力超音波の焦点106と超音波入射経路をCRTディスプレイ117上に体内形態画像情報と重ねて表示する。   At this time, the applicator position detection device 110 detects the position information of the applicator 101 from the signal from the mechanical arm 111 that movably supports the applicator 101, and sends the position information data to the system controller 119. Based on the position information data and the drive phase information, the system controller 119 displays the focal point 106 and the ultrasonic wave incident path for treatment on the CRT display 117 so as to be superimposed on the body morphological image information.

ここで、本参考例では画像診断装置としてMRIを使用している。すなわち、システムコントローラ119は勾配磁場電源132、送受信回路133をコンソール120より指示した所定のシーケンス(例えばT2強調撮像法)に則り起動し、患者103のマルチプレーンの画像情報を図示しないメモリ上に記憶する。このメモリ上の3次元情報は、システムコントローラ119によりCRTディスプレイ117上に表示される。 Here, in this reference example , MRI is used as an image diagnostic apparatus. That is, the system controller 119 activates the gradient magnetic field power supply 132 and the transmission / reception circuit 133 in accordance with a predetermined sequence (for example, T2-weighted imaging method) instructed from the console 120, and stores the multi-plane image information of the patient 103 on a memory (not shown). To do. The three-dimensional information on the memory is displayed on the CRT display 117 by the system controller 119.

また、システムコントローラ119は治療に先立って得られた3次元画像情報より患部領域を抽出し、予め定められた厚さ(例えば深さ方向の超音波焦点サイズ)に従って患部をスライスする。そして、そのスライスにより得られた複数のセクションの各々を焦点サイズにより予め定められた複数の部分領域(以下、ボクセルという)に分割・表示する。   Further, the system controller 119 extracts the affected area from the three-dimensional image information obtained prior to the treatment, and slices the affected area according to a predetermined thickness (for example, the ultrasonic focal spot size in the depth direction). Then, each of the plurality of sections obtained by the slice is divided and displayed in a plurality of partial regions (hereinafter referred to as voxels) determined in advance by the focal spot size.

さらに、アプリケータ101内のカップリング溶液(脱気水)104の脱気度を一定に保ち、かつ体表やピエゾ素子群102の発熱を防止するために、システムコントローラ119によって制御される水処理回路121により、カップリング溶液104の脱気処理及び冷却を行う。   Further, the water treatment controlled by the system controller 119 in order to keep the degree of deaeration of the coupling solution (deaerated water) 104 in the applicator 101 constant and prevent the body surface and the piezo element group 102 from generating heat. The circuit 121 performs degassing processing and cooling of the coupling solution 104.

図2は、1枚のスライス内の各セクションにおける治療用強力超音波の照射手順を説明するための図である。本参考例での治療法は焦点近傍の限局した領域に非常に強い強度の超音波を投入し、腫瘍の存在する領域(治療部位)107内を焦点106をスキャンしながら万遍なく焼灼する方法である。特に1k〜100kW/cm2 という非常に強力な超音波を照射する際には、照射に伴って発生するキャビテーションや、患部の熱変性による音響特性の変化が大きな問題となると考えられる。キャビテーションが発生した領域では、超音波による発熱が起こり易くなり、ある位置に強力超音波を照射した直後、近接した場所に次の照射を行うと、前回の照射で発生したキャビテーションによって予期しない位置に発熱が惹起され、時には副作用の原因となる可能性もある。この問題点を解決するためには、超音波照射の時間的・空間的間隔を設定してキャビテーションが十分消失した後に、近接部位への照射を行う必要がある。このために、本参考例では以下のような強力超音波の照射手順を採用する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the irradiation procedure of therapeutic high-intensity ultrasonic waves in each section in one slice. The treatment method in this reference example is a method of applying a very strong ultrasonic wave to a limited area near the focal point, and performing ablation all over while scanning the focal point 106 in the tumor-existing region (the treatment site) 107. It is. In particular, when irradiating a very strong ultrasonic wave of 1 k to 100 kW / cm 2, it is considered that cavitation caused by the irradiation and a change in acoustic characteristics due to heat denaturation of the affected area are serious problems. In the area where cavitation has occurred, heat generation due to ultrasonic waves is likely to occur. A fever may be triggered and sometimes cause side effects. In order to solve this problem, it is necessary to set the temporal and spatial intervals of ultrasonic irradiation and to irradiate the adjacent site after the cavitation has sufficiently disappeared. For this purpose, this reference example employs the following intense ultrasonic irradiation procedure.

(手順1):時間的に連続または近接する照射領域は、図2(a)に示すように予め定めた所定距離(r)以上離して超音波を照射する。   (Procedure 1): The irradiation regions that are continuous or close in time are irradiated with ultrasonic waves separated by a predetermined distance (r) or more as shown in FIG.

ここで、予め定めた所定距離とは直前の照射で発生したキャビテーションの影響を受けない距離のことであり、例えば方位方向の焦点サイズ(強度分布)が2mmの時には、その5倍の10mm以上離れた位置であれば、直前の照射による影響をほとんど受けないと考えられる。ここでいう2つの領域間の距離とは、各領域の中心(重心)間の距離を指す。   Here, the predetermined distance is a distance that is not affected by the cavitation generated by the last irradiation. For example, when the focal size (intensity distribution) in the azimuth direction is 2 mm, the distance is 5 times that of 10 mm or more. It is considered that the position is hardly affected by the last irradiation. The distance between two areas here refers to the distance between the centers (centers of gravity) of the respective areas.

(手順2):手順1に該当する領域がない場合には、全ての領域の内で起点から最も遠い所に照射する。   (Procedure 2): When there is no area corresponding to the procedure 1, irradiation is performed on the farthest from the starting point in all the areas.

(手順3):位置的に隣り合う(連続する)または近接する照射領域間に対して、予め定めた所定時間以上のインターバルをあけて照射を行う。この様子を図2に示す。   (Procedure 3): Irradiation is performed with a predetermined time interval or more between irradiation regions that are adjacent (continuous) or close in position. This is shown in FIG.

ここで、予め定めた所定時間とは、強力超音波の照射を行ったときに焦点領域に発生したキャビテーションがほぼ消失してしまうまでの時間である。具体的には、媒体及び体内の状態によっても異なるが我々が行った動物実験の結果より5秒から30秒以上のインターバルが必要であることが分かっている。   Here, the predetermined time period is a time period until the cavitation generated in the focal region is almost disappeared when irradiation with high intensity ultrasonic waves is performed. Specifically, although it depends on the medium and the state of the body, it has been found that an interval of 5 to 30 seconds or more is necessary from the results of animal experiments conducted by us.

実際の照射手順を例を挙げて説明すると、図2(b1)の場合には領域1と領域5は図2(b2)のように時間t以上離れているため、隣接していても良いが、(c1)の様に領域1と領域2が隣接している場合には、図2(c2)のように時間t以上のインターバルを取って照射を行う必要がある。この時、領域3も領域1と隣接しているが、これらの領域1と領域3の照射タイミングは既に時間t以上離れているため問題ない。また、図2(d1)の場合には領域1と領域2、領域2と領域3は距離r以上離れているため連続照射が可能であるが、領域1と領域3が隣接するため、その間の照射タイミングが時間t以上離れるるように照射時間を制御する必要がある。   The actual irradiation procedure will be described with reference to an example. In the case of FIG. 2 (b1), the region 1 and the region 5 are separated from each other by time t as shown in FIG. 2 (b2). When the region 1 and the region 2 are adjacent to each other as in (c1), it is necessary to perform irradiation at intervals of time t or more as shown in FIG. 2 (c2). At this time, the region 3 is also adjacent to the region 1, but there is no problem because the irradiation timings of the region 1 and the region 3 are already separated by the time t or more. In the case of FIG. 2 (d1), the region 1 and the region 2 and the region 2 and the region 3 are separated from each other by the distance r, so that continuous irradiation is possible, but the region 1 and the region 3 are adjacent to each other. It is necessary to control the irradiation time so that the irradiation timing is more than time t.

(手順4):手順2の様な場合、つまり図2(d1)のような場合には、超音波照射間のインターバルは別途定める時間だけ空けて照射する。別途定める時間とは、例えば連続照射可能な距離rと2領域間の距離dとの単純な比例計算であり、以下のように定めることも可能である(図2(d2)参照)。   (Procedure 4): In the case of Procedure 2, that is, in the case of FIG. 2 (d1), the interval between ultrasonic irradiations is irradiated with a separately determined time. The separately determined time is, for example, a simple proportional calculation between the distance r capable of continuous irradiation and the distance d between the two regions, and can be determined as follows (see FIG. 2 (d2)).

t′=T+(t−T)(1−d/r)(秒)
また、これに限らず連続照射可能な距離以下の領域間は全て時間tだけインターバルを入れて照射を行うことも可能である。ただし、この場合は全治療時間がやや長くなる。
t ′ = T + (t−T) (1−d / r) (seconds)
Further, the present invention is not limited to this, and it is also possible to irradiate with an interval of time t for all areas that are less than the distance that can be continuously irradiated. In this case, however, the total treatment time is slightly longer.

図3は、以上の手順をフローチャートで表わしたものである。この処理は、図1のシステムコントローラ119によって実行される。まず、治療用強力超音波の照射位置の起点を定めた後、次に照射すべき点(次点)に対しその起点から距離r以上離して照射できるかどうかを判定し(S101)、yesであればさらに次点の候補が複数存在するかどうかを調べる(S102)。S102においてyesと判定された場合には起点に最も近い点を次点とし、Noと判定された場合にはその一つの候補を次点とする。そして、起点とS102〜S104で決定された次点との間の超音波の照射時間間隔をT秒間空ける。これは、図2(a)のケースに相当する。   FIG. 3 is a flowchart showing the above procedure. This process is executed by the system controller 119 of FIG. First, after determining the starting point of the treatment ultrasonic irradiation position, it is determined whether or not irradiation can be performed at a distance r or more from the starting point (next point) to the next irradiation point (next point). If there is, it is further checked whether there are a plurality of next point candidates (S102). If it is determined yes in S102, the point closest to the starting point is the next point, and if it is determined No, that one candidate is the next point. Then, an ultrasonic irradiation time interval between the starting point and the next point determined in S102 to S104 is set at T seconds. This corresponds to the case of FIG.

一方、S101においてNoと判定された場合には、起点から最も遠い点を次点とし(S105)、さらにその次点と起点が隣接しているかどうかを調べる(S106)。S106でNoと判定された場合には、起点と次点との間の超音波の照射時間間隔をt′秒間空ける。これは、図2(e1)(e2)のケースに相当する。   On the other hand, when it is determined No in S101, the point farthest from the starting point is set as the next point (S105), and it is further checked whether the next point and the starting point are adjacent (S106). If it is determined No in S106, the ultrasonic irradiation time interval between the starting point and the next point is set at t ′ seconds. This corresponds to the case of FIGS. 2 (e1) and (e2).

さらに、S106においてYesと判定された場合には、起点と次点との間の超音波の照射時間間隔をt秒間空ける。これは、図2(b1)(b2)(c1)(c2)(d1)(d2)のケースに相当する。   Furthermore, when it is determined as Yes in S106, the ultrasonic irradiation time interval between the starting point and the next point is left for t seconds. This corresponds to the case of FIGS. 2 (b1) (b2) (c1) (c2) (d1) (d2).

以上述べたような手順を基本にして治療用強力超音波の照射を行えば、最短もしくはそれに準ずる時間で全ての照射を行うことが可能となる。この手順のフローチャートを図3に示す。   If irradiation with high intensity ultrasonic waves for treatment is performed on the basis of the procedure as described above, it is possible to perform all irradiation in the shortest time or a time equivalent thereto. A flowchart of this procedure is shown in FIG.

図4に、強力超音波照射の別の手順を示す。これは予め各セクションをいくつかのグループに分け、グループ毎に1から順に番号を付けてA−1,B−1,C−1……A−2,B−2,C−2,……という順番で照射していく方法である。この方法では、グループ数を予め1巡するとキャビテーション残存時間がt以上になるように設定しておけば、ほとんどの場合、隣接した場所への連続照射は避けられる。但し、この方法は完全ではないので、前述した手順3、手順4の方法と組み合わせることで、より確実な照射手順を実現することが可能となる。   FIG. 4 shows another procedure of intense ultrasonic irradiation. Each section is divided into several groups in advance, and numbers are assigned sequentially from 1 to A-1, B-1, C-1,..., A-2, B-2, C-2,. It is a method of irradiating in the order. In this method, if the number of groups is set in advance so that the remaining cavitation time is t or more, continuous irradiation to adjacent places can be avoided in most cases. However, since this method is not perfect, a more reliable irradiation procedure can be realized by combining with the methods 3 and 4 described above.

第2参考例
図5は、第2参考例の構成を示すブロック図である。治療用のアプリケータ101は強力超音波を発生するピエゾ素子群102、強力超音波を患者103に導くカップリング溶液104、カップリング膜105のほか、患部の画像を取得する超音波プローブ8及び超音波プローブの位置を移動・回転させるためのZθステージ113およびXθステージ114から構成されている。ピエゾ素子群2は治療用強力超音波を照射する1つまたは複数の素子から成る。治療時にはアプリケータ110を患者103の体表に乗せ、カップリング膜105を図示しない超音波ゼリー等を使用して皮膚に接触させる。そして、強力超音波の焦点106を患部107に一致させた後に、駆動回路109でピエゾ素子群102を駆動し、強力超音波を焦点6に向けて照射する。
( Second reference example )
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the second reference example . The therapeutic applicator 101 includes a piezo element group 102 that generates high-power ultrasonic waves, a coupling solution 104 that guides high-power ultrasonic waves to the patient 103, a coupling film 105, an ultrasonic probe 8 that acquires an image of an affected area, and an ultrasonic probe. It comprises a Zθ stage 113 and an Xθ stage 114 for moving and rotating the position of the acoustic probe. The piezo element group 2 is composed of one or a plurality of elements that irradiate high-power therapeutic ultrasonic waves. At the time of treatment, the applicator 110 is placed on the body surface of the patient 103, and the coupling film 105 is brought into contact with the skin using an ultrasonic jelly (not shown). Then, after aligning the focal point 106 of the powerful ultrasonic wave with the affected part 107, the drive circuit 109 drives the piezo element group 102 and irradiates the strong ultrasonic wave toward the focal point 6.

アプリケータ101の移動は、操作者がコンソール120および補助入力装置118より入力した情報に基づき、システムコントローラ119を通じてメカニカルアーム111を制御することで行う。また、予め取得しておいた患部画像上の治療範囲を一定の手順に従って走査・治療することも可能である(特開平05−49551号公報参照)。患部の画像は、ここでは超音波診断装置115を使用し、超音波プローブ108で超音波を送受信して得られた信号を超音波診断装置115でBモード画像もしくは3次元画像として再構築してCRTディスプレイ117に表示する。   The applicator 101 is moved by controlling the mechanical arm 111 through the system controller 119 based on information input from the console 120 and the auxiliary input device 118 by the operator. It is also possible to scan and treat the treatment range on the affected area image acquired in advance according to a certain procedure (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-49551). Here, the image of the affected area is obtained by using the ultrasonic diagnostic apparatus 115 and reconstructing a signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves with the ultrasonic probe 108 as a B-mode image or a three-dimensional image with the ultrasonic diagnostic apparatus 115. Displayed on the CRT display 117.

超音波プローブ108の移動は、Zθステージ113及びXθステージ114をステージコントローラ112により制御することで行う。また、アプリケータ101内のカップリング溶液104の脱気度を一定に保ち、かつ体表やピエゾ素子群102の発熱を防止するために、水処理回路121によりカップリング溶液104の脱気処理及び冷却を行う。   The ultrasonic probe 108 is moved by controlling the Zθ stage 113 and the Xθ stage 114 by the stage controller 112. Further, in order to keep the degassing degree of the coupling solution 104 in the applicator 101 constant and to prevent the body surface and the piezo element group 102 from generating heat, the water treatment circuit 121 performs degassing treatment of the coupling solution 104 and Cool down.

次に、アプリケータ101の移動機構に関して説明する。図6はこの移動機構を説明するためのピエゾ素子群102と超音波プローブ108の位置関係を示す図であり、(a)は側面図、(b)は上面図である。   Next, the moving mechanism of the applicator 101 will be described. 6A and 6B are views showing the positional relationship between the piezo element group 102 and the ultrasonic probe 108 for explaining the moving mechanism. FIG. 6A is a side view and FIG. 6B is a top view.

参考例の特徴は、機械的に焦点位置106を動かしたときに超音波画像が常に同一の位置からリアルタイムでモニタできることにある。即ち、従来の装置では通常アプリケータを移動させると同時に超音波振動子も移動するため、常に同一の状況でモニタすることができなかった。これに対し、本参考例ではピエゾ素子群102が実線から破線の位置に移動したとき、Zθステージ113及びXθステージ114をステージコントローラ12で制御して、プローブ8の位置・断層方向(この図では超音波Bモード画像のプレーンの向き)を変えずにピエゾ素子群102を移動させることが可能になる。これによって、治療中も同様の位置の画像が取得可能であるため、予め画像上で腫瘍の位置やサイズ・状態を確認しておき、その画像と照射途中の画像の変化分を画像化して現在どこまで治療が進んでいるかを容易に確認することが可能となる。 The feature of this reference example is that the ultrasonic image can always be monitored in real time from the same position when the focal position 106 is mechanically moved. That is, in the conventional apparatus, since the ultrasonic applicator is moved at the same time as the normal applicator is moved, it was not always possible to monitor in the same situation. On the other hand, in this reference example , when the piezo element group 102 moves from the solid line to the broken line position, the Zθ stage 113 and the Xθ stage 114 are controlled by the stage controller 12, and the position / fault direction of the probe 8 (in this figure) The piezoelectric element group 102 can be moved without changing the plane direction of the ultrasonic B-mode image. As a result, an image at the same position can be acquired even during treatment, so the position, size, and state of the tumor are confirmed in advance on the image, and the change between the image and the image during irradiation is imaged and It is possible to easily confirm how far the treatment has progressed.

図7は、同様に超音波プローブの位置・断層方向を変えずに患部107内で焦点106を走査して治療を行うシステム(アプリケータ部)の別の例である。(a)ではXYZステージ122、(b)ではZθφステージ123を使用することで、超音波プローブ108の位置・断層方向を全く移動させずに患部の焼灼治療が可能となる。   FIG. 7 shows another example of a system (applicator unit) that performs treatment by scanning the focal point 106 within the affected area 107 without changing the position / tomographic direction of the ultrasonic probe. By using the XYZ stage 122 in (a) and the Zθφ stage 123 in (b), cauterization treatment of the affected area can be performed without moving the position / tomographic direction of the ultrasonic probe 108 at all.

第3参考例
図8は、第3参考例の構成を示すブロック図であり、ピエゾ素子群102を2次元アレイ構成とした以外は参考例2と同様である。本参考例では、例えばUSP−4,526,168と同様にピエゾ素子群102の各素子の駆動位相を制御することで焦点位置を走査する。本参考例によっても、前述と同様に超音波プローブ108を移動・回転させることなく、強力超音波の焦点106の位置を移動させることが可能となる。
( Third reference example )
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the third reference example , which is the same as the reference example 2 except that the piezo element group 102 has a two-dimensional array configuration. In this reference example , the focal position is scanned by controlling the drive phase of each element of the piezo element group 102 as in USP-4,526,168, for example. Also according to this reference example, without moving and rotating the ultrasonic probe 108 in the same manner as described above, it becomes possible to move the position of the focal point 106 of the strong ultrasonic waves.

次に、図9を参照して本参考例における治療時のCRTディスプレイ117での画像表示法を説明する。まず、図9(a)の左側の超音波Bモード画像126では、患部(腫瘍)107を超音波入射方向に対してほぼ垂直にスライスして表示している。これは、発明者らの行った実験結果より、超音波加熱によって熱変性した領域は周囲の正常組織に比べて音響特性が大きく変化することが分かっており、焦点よりも手前側に熱変性領域がある場合には、それ以降に十分な音響エネルギーが伝搬しない可能性がある。このため、治療の際には腫瘍塊の奥の方から順に照射を進めていく必要があると考えられる。従って、超音波の深さ方向の焦点サイズを考慮してほぼ同程度のサイズにスライス厚を決定して、この図の場合には深い方から「1」〜「4」の4つのセクションに分割し、照射の順番もこれに沿って行う様に表示する。 Next, an image display method on the CRT display 117 during treatment in this reference example will be described with reference to FIG. First, in the ultrasonic B-mode image 126 on the left side of FIG. 9A, the affected part (tumor) 107 is displayed by being sliced substantially perpendicular to the ultrasonic wave incident direction. From the results of experiments conducted by the inventors, it has been found that the acoustic characteristics of the region thermally denatured by ultrasonic heating change greatly compared to the surrounding normal tissue, and the heat denatured region is in front of the focal point. If there is, there is a possibility that sufficient acoustic energy will not propagate after that. For this reason, it is considered necessary to proceed with irradiation in order from the back of the tumor mass during treatment. Therefore, the slice thickness is determined to be approximately the same in consideration of the focal size in the depth direction of the ultrasonic wave, and in the case of this figure, it is divided into four sections “1” to “4” from the deeper side. In addition, the irradiation order is displayed in accordance with this.

図9(a)の右側にはそれぞれのセクションの超音波加算Cモード画像127を表示する。加算Cモード画像とは、ある定められた厚みを持ったセクションの画像情報、即ちそのセクションから返ってきた反射信号を厚み方向に加算した画像のことである。これによって、断面を平面として見る際に直感的に分かりやすく、かつ、既変性領域のハイエコー部分を加算することでより強調して表示することが可能となる。この図では現在セクション「3」を照射中であり、その旨を明確に表示すると共に。断面中に現在照射している点125を色を変えて表示している。   The ultrasonic addition C mode image 127 of each section is displayed on the right side of FIG. An added C-mode image is an image obtained by adding image information of a section having a predetermined thickness, that is, a reflection signal returned from the section in the thickness direction. As a result, when the cross section is viewed as a plane, it is easy to understand intuitively, and by adding the high echo portion of the already-modified region, it can be displayed with more emphasis. In this figure, the section “3” is currently being irradiated, and this is clearly indicated. The point 125 currently irradiated in the cross section is displayed in a different color.

図9(a)の表示例では、照射中のセクションの横に「照射中] の表示を行ったが、各セクション断面像のうち、照射中のセクションのみを色を変えて表示することも可能である。また、照射ポイント125を異なる色によって明示する変わりに、例えば明滅表示を行うことも可能である。   In the display example of FIG. 9A, “Irradiating” is displayed next to the section being irradiated, but it is also possible to display only the section that is irradiating by changing the color of each section cross-sectional image. Further, instead of clearly indicating the irradiation point 125 with different colors, for example, a blinking display can be performed.

また、図9(b)に示すように、照射中の画像で現在どこまで照射が進んでいて、未照射の領域がどのくらいあるのかを把握するために、既照射領域・未照射領域・現在照射中の領域125を明確に色分けして表示することもできる。   In addition, as shown in FIG. 9B, in order to grasp how far the irradiation has progressed in the currently irradiated image and how many unirradiated areas exist, the already irradiated area, the unirradiated area, and the currently irradiated area. The area 125 can also be clearly displayed in different colors.

さらに、図9(a)(b)のようにBモード画像を表示することに代えて、図9(c)のように超音波3次元画像を表示し、その横に現在照射中のセクションの立体拡大像129およびその加算Cモード画像127を併せて表示することによって、より視覚的に分かり易い画像インタフェースを提供することも可能である。そして、この画像上でマウスやライトペン等の補助入力装置118を使用して腫瘍の輪郭やサイズ等を入力し、その情報に基づいて治療を進めていくことも可能である。   Further, instead of displaying a B-mode image as shown in FIGS. 9A and 9B, an ultrasonic three-dimensional image is displayed as shown in FIG. By displaying the three-dimensional enlarged image 129 and its added C-mode image 127 together, it is possible to provide an image interface that is easier to understand visually. Then, it is possible to input the contour and size of the tumor using the auxiliary input device 118 such as a mouse or a light pen on the image, and proceed with the treatment based on the information.

以上説明したように、本参考例によれば強力超音波照射治療時に画像診断装置によって正確なモニタが可能となる。更に、照射の際の位置・時間制御が最適化されるため、予期しない部位への副作用や熱変性領域の拡大が抑制され、かつ狙った部位に正確に熱変性を惹起できるため、安全かつ確実な超音波加熱治療を実現できる。 As described above, according to the present reference example , accurate monitoring can be performed by the diagnostic imaging apparatus during the powerful ultrasonic irradiation treatment. Furthermore, the position and time control during irradiation is optimized, so side effects on unexpected parts and expansion of the heat-denatured area are suppressed, and heat denaturation can be induced accurately at the target part, making it safe and reliable. Ultrasonic heating treatment can be realized.

第4参考例
図10は、第4参考例に係る構成を示すブロック図である。本参考例では、画像診断装置には磁気共鳴映像装置(MRI)を用い、また治療装置には超音波治療装置を用いている。
( 4th reference example )
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration according to the fourth reference example . In this reference example , a magnetic resonance imaging apparatus (MRI) is used as an image diagnostic apparatus, and an ultrasonic therapy apparatus is used as a treatment apparatus.

図10において、静磁場磁石201は励磁用電源202により励磁され、被検体203にz方向の一様な静磁場を印加する。勾配磁場コイル204は静磁場磁石内に配置され、シーケンスコントローラ205によって制御される駆動回路206により駆動され、寝台207上の被検体203に対して直交するx、y、zの3方向にそれぞれ磁場強度が直線的に変化する勾配磁場Gx、Gy、Gzを印加する。高周波コイル208は送受信兼用コイルであり、勾配磁場コイル204内に配置される。   In FIG. 10, the static magnetic field magnet 201 is excited by the excitation power source 202 and applies a uniform static magnetic field in the z direction to the subject 203. The gradient magnetic field coil 204 is disposed in a static magnetic field magnet, is driven by a drive circuit 206 controlled by a sequence controller 205, and has magnetic fields in three directions x, y, and z orthogonal to the subject 203 on the bed 207, respectively. Gradient magnetic fields Gx, Gy, Gz whose intensity changes linearly are applied. The high frequency coil 208 is a transmission / reception coil and is disposed in the gradient magnetic field coil 204.

シーケンスコントローラ205による制御下で、送信部209からの高周波信号がデュプレクサ210を介して高周波コイル208に印加され、これにより発生する高周波磁場が寝台207上の高周波コイル208の中の被検体3に印加される。高周波コイル208には、被検体203の画像化すべき領域に均一な高周波磁場を発生できる、例えば鞍型コイル、分布定数型コイルあるいはこれらを用いて構成されるクォードラチャ送信コイルが使用される。治療対象が限定され、さらに高いS/N比が望まれるときには、送受信あるいは受信用に表面コイルを用いてもよい。受信用に表面コイルを使用する場合は、一様コイルを送信用として用いる。   Under the control of the sequence controller 205, a high frequency signal from the transmission unit 209 is applied to the high frequency coil 208 via the duplexer 210, and a high frequency magnetic field generated thereby is applied to the subject 3 in the high frequency coil 208 on the bed 207. Is done. As the high-frequency coil 208, for example, a saddle type coil, a distributed constant type coil, or a quadrature transmission coil configured using these can be used, which can generate a uniform high-frequency magnetic field in a region to be imaged of the subject 203. When the treatment target is limited and a higher S / N ratio is desired, a surface coil may be used for transmission / reception or reception. When a surface coil is used for reception, a uniform coil is used for transmission.

高周波コイル208により被検体203からの磁気共鳴信号を受信して得られる受信信号は、デュプレクサ210を介して受信部211へ送られる。デュプレクサ210は高周波コイル208を送信と受信に切り替えて使用するためのものであり、送信時には送信部209からの高周波信号を高周波コイル208に伝達し、受信時には高周波コイル208からの受信信号を受信部211に導く働きをする。   A reception signal obtained by receiving a magnetic resonance signal from the subject 203 by the high-frequency coil 208 is sent to the reception unit 211 via the duplexer 210. The duplexer 210 is used to switch the high-frequency coil 208 between transmission and reception, and transmits a high-frequency signal from the transmission unit 209 to the high-frequency coil 208 during transmission, and receives a reception signal from the high-frequency coil 208 during reception. It works to lead to 211.

受信信号は検波と、ローパスフィルタによる帯域制限を受けた後、シーケンスコントローラ205による制御下で、データ収集部212に送られる。データ収集部212では、受信信号の収集とA/D変換を行い、画像再構成用データを電子計算機213へ送る。   The received signal is subjected to detection and band limitation by a low-pass filter, and then sent to the data collection unit 212 under the control of the sequence controller 205. The data collection unit 212 collects received signals and performs A / D conversion, and sends image reconstruction data to the electronic computer 213.

電子計算機213はコンソール214により制御され、受信部211から入力された画像再構成用データについて2次元フーリエ変換を含む画像再構成処理を行い、またシーケンスコントローラ205の制御も行う。電子計算機213により得られた画像データは画像ディスプレイ215に供給され、画像としてが表示される。   The electronic computer 213 is controlled by the console 214, performs image reconstruction processing including two-dimensional Fourier transform on the image reconstruction data input from the reception unit 211, and also controls the sequence controller 205. The image data obtained by the electronic computer 213 is supplied to the image display 215 and displayed as an image.

一方、超音波アプリケータ216には集束超音波を発生するための図示しないピエゾ素子群が配置され、図示しない水袋で被検体203に装着される。ピエゾ素子群の各素子には、独立した駆動回路群217が接続され、さらに駆動回路群217には位相制御回路群218が結合されている。駆動回路群217は電源219の電位により強度が決定された電圧パルスを位相制御回路群218からのトリガに応じてピエゾ素子群の各素子に印加する。電源219および位相制御回路群218は、電子計算機213によってコントロールされる。ピエゾ素子を用いて超音波を送信する際に、各素子の駆動位相を制御することで焦点の位置を3次元的に電子的に移動できることはよく知られている(例えば米国特許第4,526,168号)。これにより焦点を治療部位に合わせるよう遅延パルスを発生させることで、アプリケータ216を移動することなく治療部位を順に治療していくことが可能となる。   On the other hand, a piezoelectric element group (not shown) for generating focused ultrasound is arranged on the ultrasonic applicator 216, and is attached to the subject 203 with a water bag (not shown). An independent drive circuit group 217 is connected to each element of the piezo element group, and a phase control circuit group 218 is coupled to the drive circuit group 217. The drive circuit group 217 applies a voltage pulse whose intensity is determined by the potential of the power supply 219 to each element of the piezoelectric element group in response to a trigger from the phase control circuit group 218. The power supply 219 and the phase control circuit group 218 are controlled by the electronic computer 213. It is well known that the position of the focal point can be electronically moved three-dimensionally by controlling the drive phase of each element when transmitting ultrasonic waves using a piezo element (for example, US Pat. No. 4,526). , 168). Accordingly, by generating a delay pulse so as to focus on the treatment site, it is possible to sequentially treat the treatment site without moving the applicator 216.

ここでは焦点移動を電子制御としたが、機械的に動かしても構わない。機械的に焦点を移動させる場合は、ピエゾ素子は1つの球殻状振動子とするか、複数の振動子を同時に駆動するか、位相制御回路群118を固定とするかのいずれかの方法をとればよい。また、焦点移動に電子制御と機械式制御を組み合わせてもよい。例えば深さ方向については電子制御とし、方位方向についてはピエゾ素子を機械的に平行移動させてもよい。   Although the focus movement is electronically controlled here, it may be moved mechanically. When the focal point is mechanically moved, the piezo element is either a single spherical shell vibrator, a plurality of vibrators are driven simultaneously, or the phase control circuit group 118 is fixed. Just do it. Further, electronic control and mechanical control may be combined with focus movement. For example, electronic control may be performed in the depth direction, and the piezo element may be mechanically translated in the azimuth direction.

次に、本参考例における空間周波数のデータを利用した画像間の動きの検出法について説明する。 Next, a method for detecting motion between images using spatial frequency data in this reference example will be described.

初めに、インパルス応答を利用する場合を説明する。複数の画像間で対象が動いたとすると、動いた後の画像は動く前の画像に動きベクトル分動いたインパルスが畳み込み積分されたものと等価となる。図11で、画像信号を1ラインで示して説明する。図11(a)が原画像f(x)で、図11(c)が動いた後の画像g(x)とすると、(c)は(a)に動きベクトルを中心(0)からのズレに置き換えた図11(b)に示すインパルスh(x)を畳み込み積分したものと等価となる。この関係を式で表すと次式のようになる。   First, a case where an impulse response is used will be described. Assuming that the object moves between a plurality of images, the image after the movement is equivalent to the result of convolution integration of the impulse moved by the motion vector on the image before the movement. In FIG. 11, an image signal will be described with one line. If FIG. 11 (a) is the original image f (x) and FIG. 11 (c) is the image g (x) after the movement, FIG. 11 (c) shows the displacement of the motion vector from the center (0). This is equivalent to the convolution integral of the impulse h (x) shown in FIG. This relationship is expressed by the following equation.

g(x)=f(x)*h(x) (1)
h(x)=σ(x−a) *は畳み込み積分、σ(x)はデルタ関数を表す。
g (x) = f (x) * h (x) (1)
h (x) = σ (x−a) * represents a convolution integral, and σ (x) represents a delta function.

よって、図11(a)(c)の2つの画像間のインパルス応答を計算すると図11(b)が求まり、このピークの中心からのズレが動きベクトルとなる。MRI画像は、一般に磁気共鳴信号である空間周波数データを取得し、これをフーリエ変換することで得られるので、データ収集を行った後、再構成を行う前に2つの画像の周波数データの商(すなわち伝達関数)を計算し、その再構成を行えば動きベクトルを検出することができる。   Therefore, when the impulse response between the two images in FIGS. 11A and 11C is calculated, FIG. 11B is obtained, and the deviation from the center of this peak becomes the motion vector. An MRI image is generally obtained by acquiring spatial frequency data, which is a magnetic resonance signal, and performing a Fourier transform on the MRI image. Therefore, after data collection, the quotient of the frequency data of the two images ( That is, if a transfer function is calculated and reconstructed, a motion vector can be detected.

(1)式の両辺をそれぞれg(x)→G(kx),h(x)→H(kx),f(x)→F(kx)とフーリエ変換すると G(kx)=F(kx)・H(kx) (2)
∴H(kx)=G(kx)/F(kx) (3)
となり、伝達関数H(kx)の逆フーリエ変換であるインパルス応答h(x)は簡単に計算できる。具体的な伝達関数の計算には、単純な各周波数毎の割算のほか、ウィーナフィルタ、適応フィルタ、最適フィルタなどを用いる。
When both sides of the equation (1) are Fourier transformed as g (x) → G (kx), h (x) → H (kx), f (x) → F (kx), respectively, G (kx) = F (kx)・ H (kx) (2)
∴ H (kx) = G (kx) / F (kx) (3)
Thus, an impulse response h (x) that is an inverse Fourier transform of the transfer function H (kx) can be easily calculated. A specific transfer function is calculated by using a Wiener filter, an adaptive filter, an optimum filter, etc. in addition to simple division for each frequency.

次に、相互相関関数を用いた場合について次に説明する。2つの画像の相互相関関数を計算すると、2つの画像の最も相関の高い位置でピークを持つので、これから動きベクトルを計算することもできる。2つの画像f(x),g(x)の相互相関関数w(x)は

Figure 0004012177
Next, the case where a cross correlation function is used will be described. When the cross-correlation function of the two images is calculated, the motion vector can be calculated from the peak at the position of the highest correlation between the two images. The cross-correlation function w (x) of the two images f (x) and g (x) is
Figure 0004012177

である。この式からも明らかなように、W(x)を最大にするaが動きベクトルとなる。この際も、次の(5)式のように周波数領域での2つの画像データの積を計算し、この逆フーリエ変換をとることで相互相関関数を計算できる。 It is. As is clear from this equation, a that maximizes W (x) is a motion vector. Also in this case, the cross-correlation function can be calculated by calculating the product of two image data in the frequency domain as shown in the following equation (5) and taking the inverse Fourier transform.

W(kx)=F(kx)・G(kx) (5)
このような周波数領域での処理の場合、画像の端での不連続性による影響を低減するため、ウィンドウをかけることも必要である。ここでは簡単のため1次元で説明したが、2次元あるいは3次元でも同様に、収集された空間周波数データから動きベクトルを計算することができる。
W (kx) = F (kx) · G (kx) (5)
In the case of such processing in the frequency domain, it is necessary to apply a window in order to reduce the influence of discontinuity at the edge of the image. Although the description has been given for one dimension here for simplicity, the motion vector can be calculated from the collected spatial frequency data similarly in two or three dimensions.

温度分布計測に適応する場合は、特に化学シフト温度計測のフェーズマッピング法の場合、画像の位相情報に温度変化が反映される方法であり、絶対値画像は形態を示すので、動きの検出には絶対値画像を用い、これを基に位置を補正した位相画像間で差分を計算する。   When adapting to temperature distribution measurement, especially in the case of the phase mapping method of chemical shift temperature measurement, this is a method in which the temperature change is reflected in the phase information of the image, and the absolute value image shows the form. Using an absolute value image, a difference is calculated between phase images whose positions are corrected based on the absolute value image.

図12に、MRIにより得られたデータから動きを検出し、その補正を行いつ差分を計算する方法を模式的に示す。(a)(b)は収集された空間周波数データである。これらの間の伝達関数(c)を計算し、(a)(b)(c)をそれぞれ(d)(e)(f)のように再構成する。そして、(d)(e)を(f)から得られた動きベクトル分だけ移動して差分を計算する。例えば(a)を超音波照射前、(b)を超音波照射中に得た画像として両者の差分を計算すると、温度変化による変化分(h)が描出される。   FIG. 12 schematically shows a method of detecting a motion from data obtained by MRI, correcting the motion, and calculating a difference. (A) and (b) are the collected spatial frequency data. A transfer function (c) between them is calculated, and (a), (b), and (c) are reconstructed as (d), (e), and (f), respectively. Then, the difference is calculated by moving (d) and (e) by the motion vector obtained from (f). For example, when (a) is calculated before the ultrasonic irradiation, and (b) is calculated as an image obtained during the ultrasonic irradiation, the difference (h) due to the temperature change is drawn.

次に、この動き検出機能を用いた治療手順について図13に示すフローチャートを用いて説明する。初めに、化学シフト温度計測のフェーズマッピング法を用いた場合を述べる。   Next, a treatment procedure using this motion detection function will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the case where the phase mapping method of chemical shift temperature measurement is used will be described.

まず、治療前にMRIにより3次元高精細画像を撮像し(ステップS201)、この画像上で治療部位を設定して治療計画を策定する(ステップS202)。治療直前に患者をガントリ内に配置し(ステップS203)、位置合わせ用の3次元画像を撮像する(ステップS204)。次に、ステップS203で得られた3次元画像とステップS201で得られた治療計画画像との間の位置のずれを検出し(ステップS205)、そのずれの量がしきい値に満たないかどうかを調べ(ステップS206)、しきい値以上の場合には位置がずれていると判断して、前記動きベクトル検出法を用いて動きベクトルを検出し、この動きベクトルを用いてずれを補正する(ステップS207)。   First, before treatment, a three-dimensional high-definition image is taken by MRI (step S201), a treatment site is set on the image, and a treatment plan is formulated (step S202). Immediately before treatment, the patient is placed in the gantry (step S203), and a three-dimensional image for alignment is taken (step S204). Next, a positional shift between the three-dimensional image obtained in step S203 and the treatment plan image obtained in step S201 is detected (step S205), and whether or not the amount of the deviation is less than a threshold value. (Step S206), if it is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the position is shifted, a motion vector is detected using the motion vector detection method, and the shift is corrected using this motion vector ( Step S207).

ステップS206で位置がずれていないと判定された場合、またはステップS207でずれ補正が行われた場合は、その直後に温度分布(3次元)の初期画像を撮像し、続けて連続的な温度分布の計測(形態画像も同時に取得)を開始し(ステップS208)、これらの画像データをメモリに保存する(ステップS209)。この画像を得ながら初期画像または前画像に対する動きベクトルを検出し(ステップS210)、同時に画像の再構成を行う(ステップS211)。動きを打ち消すように後の画像の位置を移動した後に位相画像の差分を計算し(ステップS212)、温度分布画像を得る。   If it is determined in step S206 that the position is not displaced, or if displacement correction is performed in step S207, an initial image of the temperature distribution (three-dimensional) is taken immediately thereafter, and then a continuous temperature distribution is obtained. Measurement (morphological images are also acquired simultaneously) is started (step S208), and these image data are stored in the memory (step S209). While obtaining this image, a motion vector for the initial image or the previous image is detected (step S210), and at the same time, the image is reconstructed (step S211). After the position of the subsequent image is moved so as to cancel the movement, the difference between the phase images is calculated (step S212), and a temperature distribution image is obtained.

一方、MRI撮像とは独立に治療のための超音波照射を行う。すなわち、N個の焦点位置を順番に設定し(ステップS214〜S216→S220)、超音波照射を行う(ステップS221)。設定した全ての焦点位置の治療が終了した後で、MRI撮像を行う(ステップS217)。治療予定部位で十分治療効果が確認されたら(ステップS218)、治療を終了する(ステップS219)。この際、随時MRI側からステップと210で得られた動きベクトルの情報により座標基準が変更される(ステップS221)。また、超音波照射時に得られた温度分布より加熱位置(ホットスポット)が検出できる。ホットスポットが治療予定部位からずれている場合は、これを補正するよう超音波照射側をコントロールする。   On the other hand, ultrasonic irradiation for treatment is performed independently of MRI imaging. That is, N focal positions are set in order (steps S214 to S216 → S220), and ultrasonic irradiation is performed (step S221). After all the set focal positions have been treated, MRI imaging is performed (step S217). When a sufficient therapeutic effect is confirmed at the site to be treated (step S218), the treatment is terminated (step S219). At this time, the coordinate reference is changed from time to time based on the motion vector information obtained in step 210 from the MRI side (step S221). Further, the heating position (hot spot) can be detected from the temperature distribution obtained during the ultrasonic irradiation. If the hot spot deviates from the site to be treated, the ultrasonic irradiation side is controlled to correct this.

T1強調画像(T1:縦緩和時間)の温度による画像変化を検出することでホットスポットを観察する場合も、全く同様な流れで治療できるが、差分を取る画像が絶対値画像であることが異なる。また、T1強調画像の場合は、差分を計算しなくとも画像信号の強度が事前に与えたしきい値より変化した位置をホットスポットとして検出してもよい。この場合は、動きベクトルの情報は超音波の照射位置の補正のみに使用される。   Even when a hot spot is observed by detecting an image change due to the temperature of a T1-weighted image (T1: longitudinal relaxation time), treatment can be performed in exactly the same flow, but the difference-taking image is an absolute value image. . In the case of a T1-weighted image, a position where the intensity of the image signal has changed from a predetermined threshold value may be detected as a hot spot without calculating the difference. In this case, the motion vector information is used only for correcting the ultrasonic irradiation position.

図14に初期画像基準、図15に前画像基準の動き補正の時間的流れの模式図を示す。図14、図15では、初めに組織に損傷を与えない程度の照射を行い、そこでホットスポットが治療予定部位にあることを確認して治療用照射を行うときの1回の照射のタイムテーブルを示している。図14では常に基準画像に対する動きを検出し、また温度変化については基準画像からの温度変化を測定する。図15では直前の画像に対する動きを検出し、温度変化についても直前の画像に対する変化分を測定する。よって移動は直前の画像に対して行い、温度変化については累積温度分布を計算する。このような場合、累積誤差の低減のため、例えば10回の撮像に対して1回、初期画像に対する画像の動きを検出して座標を補正する。   FIG. 14 shows a schematic diagram of the temporal flow of motion correction based on the initial image reference and FIG. 15 shows the previous image reference. In FIGS. 14 and 15, irradiation is performed to such an extent that the tissue is not damaged first, and a time table for one irradiation when performing treatment irradiation after confirming that the hot spot is in the treatment planned site is shown. Show. In FIG. 14, the movement with respect to the reference image is always detected, and the temperature change from the reference image is measured for the temperature change. In FIG. 15, a motion with respect to the immediately preceding image is detected, and a change in the temperature with respect to the immediately preceding image is also measured. Therefore, the movement is performed on the immediately preceding image, and the accumulated temperature distribution is calculated for the temperature change. In such a case, in order to reduce the accumulated error, for example, once for every 10 imagings, the motion of the image relative to the initial image is detected and the coordinates are corrected.

以上説明したように、本参考例によれば画像診断装置を用いた治療装置において、MRIにより連続的に得られる空間周波数データから従来より高速に動きのベクトルを検出することで、リアルタイムに差分画像の誤差を低減し、動きによる座標のズレを低減し、安全・正確な治療が可能となる。 As described above, according to the present reference example , in a treatment apparatus using an image diagnostic apparatus, a motion image is detected in real time by detecting a motion vector at a higher speed than in the past from spatial frequency data continuously obtained by MRI. The error of the movement is reduced, the shift of coordinates due to movement is reduced, and safe and accurate treatment becomes possible.

(実施例
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例の装置としての基本構成は図10に示した第4参考例と同様である。
(Example )
Next, examples of the present invention will be described. The basic configuration of the apparatus of this embodiment is the same as that of the fourth reference example shown in FIG.

図16に、本実施例に係る局所励起でポイントの温度を化学シフト温度計測でリアルタイムに行うシーケンスを示す。RFは高周波パルス、Gx,Gy,Gzは勾配磁場、daqはデータ収集期間である。ここではスピンエコーを適用し、局所励起にxy面の1ショット局所励起とz方向の通常の選択励起を用いて、ポイント(厳密には円筒形)を局所励起している。ただし、この様な勾配磁場制御を行わなくとも、図25のようにx,y,zそれぞれの方向にスライスすることでも、所望の1点のエコー信号のみを得ることができる。これらの場合、リードおよびエンコード勾配磁場を使用しないで、一回のシーケンス実行でデータ収集は終了する。データとしては励起したボクセル内の信号強度が観察される。ここで、1次元フーリエ変換を行うとスペクトルが観察されるので、より選択的に水のスペクトル強度を観察できる。このポイントの温度計測を化学シフト温度計測のフェーズマッピング法(Y.Ishihara et al.: Proc. 11th Ann. SMRM Meeting,4803, 1992) を用いて行う場合、得られた信号の位相データと参照データの位相データの差分を計算すればよい。 FIG. 16 shows a sequence for performing the point temperature in real time by chemical shift temperature measurement by local excitation according to the present embodiment . RF is a high frequency pulse, Gx, Gy, and Gz are gradient magnetic fields, and daq is a data collection period. Here, spin echo is applied, and a point (strictly, a cylinder) is locally excited by using one-shot local excitation on the xy plane and normal selective excitation in the z direction for local excitation. However, without performing such gradient magnetic field control, only one desired echo signal can be obtained by slicing in the x, y, and z directions as shown in FIG. In these cases, the data acquisition is completed in one sequence execution without using the read and encode gradient magnetic fields. As data, the signal intensity in the excited voxel is observed. Here, since the spectrum is observed when the one-dimensional Fourier transform is performed, the spectrum intensity of water can be observed more selectively. When the temperature measurement at this point is performed using the phase mapping method of chemical shift temperature measurement (Y. Ishihara et al .: Proc. 11th Ann. SMRM Meeting, 4803, 1992), the phase data and reference data of the obtained signal are used. What is necessary is just to calculate the difference of phase data.

以下、この温度計測を用いた治療手順を治療計画時に複数設定された治療点の1点を治療する場合について説明する。また、この時間的流れの模式図を図17に示す。   Hereinafter, a case will be described in which one of the treatment points set at the time of treatment planning is treated as a treatment procedure using this temperature measurement. A schematic diagram of this temporal flow is shown in FIG.

初めに、組織に影響の出ない程度に弱い加熱を行った時の温度分布を例えば3次元的に撮像し(C1)、加熱部位(ホットスポット)を前もって確認して、設定した位置とのズレを確認し、さらに局所励起のポイントを最大加熱点、もしくは予め設定された温度のしきい値を越えた部位に設定する(C2)。このしきい値はハイパワーの治療用強力超音波照射時に組織に影響の起こる温度から決められる。このときの処理の過程を図22に示した。図22(a)のような温度分布を得たとき、しきい値以上の部分のみを(b)のように抽出し、その中から代表的な点(例えば、その中の最大発熱点)を(c)のように抽出する。ここでは温度分布画像より温度測定部位を決定したが、別に得られた形態画像から治療部位、あるいは加熱してはならない部位などの温度モニタしたい部位を操作者が指定してもよい。   First, for example, a three-dimensional image of the temperature distribution when heating is performed to such an extent that the tissue is not affected (C1), the heating site (hot spot) is confirmed in advance, and the deviation from the set position is detected. Then, the point of local excitation is set to the maximum heating point or a part exceeding a preset temperature threshold (C2). This threshold is determined from the temperature at which the tissue is affected during the irradiation of high-power therapeutic ultrasonic waves. The process at this time is shown in FIG. When the temperature distribution as shown in FIG. 22 (a) is obtained, only the portion above the threshold is extracted as shown in (b), and a representative point (for example, the maximum heat generation point therein) is extracted from the extracted portion. Extract as shown in (c). Here, the temperature measurement site is determined from the temperature distribution image. However, the operator may designate a site to be temperature monitored, such as a treatment site or a site that should not be heated, from a separately obtained morphological image.

次に、治療用ハイパワー照射を行い、このとき同時にC2で設定された温度測定点について化学シフト温度計測を行う(C3)。そして、所望の部位に予想通りの温度上昇の得られた場合は照射を続け(C4→C5)、温度上昇が十分でないときには焦点のズレなどの恐れがあるので照射を中止し(C4→C6)、警報を発生する。本来加熱したくない部位については温度が組織に損傷を与えない程度の温度の上限にしきい値を与え、これを越えた場合治療を中止し、警報を発生する。そして、次の焦点について同様に治療を行う。   Next, high power irradiation for treatment is performed, and at this time, chemical shift temperature measurement is performed at the temperature measurement point set in C2 (C3). If the expected temperature rise is obtained at the desired site, the irradiation is continued (C4 → C5). If the temperature rise is not sufficient, the focus is shifted and the irradiation is stopped (C4 → C6). Generate an alarm. For a site that is not intended to be heated, a threshold value is given to the upper limit of the temperature at which the temperature does not damage the tissue. If this threshold is exceeded, the treatment is stopped and an alarm is generated. Then, the same treatment is performed for the next focus.

計測された温度は、図18のようにディスプレイ(例えば図10の画像ディスプレイ)上のサブウィンドウ221,222に、時間に対する温度変化として表示され、その計測位置はメインウィンドウ上に示された形態画像に矢印で示される。温度グラフは危険温度を越える場合、もしくは温度上昇が異常の場合、その温度を色を変えて表示することで操作者に異常を知らせる。また、形態画像内に超音波振動子の位置形状223、幾何焦点224などをスーパーインポーズして表示してもよい。さらに、微弱超音波照射時に得られた温度分布を重ねて表示するか、切り替えて表示してもよい。   The measured temperature is displayed as a change in temperature with respect to time on the sub-windows 221 and 222 on the display (for example, the image display in FIG. 10) as shown in FIG. 18, and the measurement position is displayed on the morphological image shown on the main window. Indicated by arrows. If the temperature graph exceeds the dangerous temperature, or if the temperature rise is abnormal, the temperature is displayed in a different color to notify the operator of the abnormality. Further, the position shape 223 of the ultrasonic transducer, the geometric focal point 224, and the like may be superimposed and displayed in the morphological image. Furthermore, the temperature distribution obtained at the time of weak ultrasonic irradiation may be displayed in an overlapping manner or may be switched.

次に、超音波照射軸上の1次元温度分布を高速に測定しながら治療を行う場合を説明する。このときのシーケンスを図19に示す。ここではx、y方向に計2回の局所励起を行い、z軸の1ラインのみの励起を行う場合を示している。シーケンスとしてはフィールドエコーシーケンスを用いており、z軸方向のリードでz軸方向の1次元温度分布を得る。実際の使用時には、励起方向は照射方向(照射軸上)に合わせるようにオブリーク撮像法を用いて設定する。この際、1回目の励起と2回目の励起とリードの勾配のベクトル方向は全て直交しているように設定する。   Next, a case where treatment is performed while measuring a one-dimensional temperature distribution on the ultrasonic irradiation axis at a high speed will be described. The sequence at this time is shown in FIG. Here, a case where a total of two local excitations in the x and y directions is performed and only one z-axis excitation is performed is shown. A field echo sequence is used as the sequence, and a one-dimensional temperature distribution in the z-axis direction is obtained by reading in the z-axis direction. In actual use, the excitation direction is set using the oblique imaging method so as to match the irradiation direction (on the irradiation axis). At this time, the vector directions of the gradients of the first excitation, the second excitation, and the lead are all set to be orthogonal to each other.

また、この温度計測を用いた治療手順を治療計画時に複数設定された治療点の1点を治療する場合について説明する。また、この時間的流れの模式図を図20に示す。   In addition, a case will be described in which a treatment procedure using this temperature measurement is treated for one of a plurality of treatment points set during treatment planning. Moreover, the schematic diagram of this time flow is shown in FIG.

初めに、組織に影響の出ない程度に弱い加熱を行った時の温度分布を3次元的に撮像し(C1)、加熱部位(ホットスポット)を前もって確認して、設定した位置とのズレを確認し、さらに局所励起のラインを最大加熱点、もしくは予め設定された温度のしきい値を越えた部位(複数)を含むように設定する(C2)。このときの設定手順は図22と同様に行う。ポイント温度計測と同じように、操作者がモニタしたいラインを指定してもよい。   First, the temperature distribution when heating is performed to such an extent that the tissue is not affected is three-dimensionally imaged (C1), the heating site (hot spot) is confirmed in advance, and the deviation from the set position is detected. Further, the local excitation line is set so as to include the maximum heating point or a portion (plurality) exceeding a preset temperature threshold (C2). The setting procedure at this time is the same as in FIG. Similar to the point temperature measurement, the operator may specify a line to be monitored.

次に、治療用ハイパワー照射を行い、このとき同時にC2で設定された温度測定ラインについて化学シフト温度計測を行う。ここでは1回の励起後得られた空間周波数データを1次元フーリエ変換して(C3)、1次元温度分布を算出する(C4)。そして、所望の部位に予想通りの温度上昇の得られた場合は照射を続け(C5→C6)、温度上昇が十分でないときには焦点のズレなどの恐れがあるので照射を中止し(C5→C7)、警報を発生する。本来加熱したくない部位については温度が組織に損傷を与えない程度の温度の上限にしきい値を与え、これを越えた場合治療を中止し、警報を発生する。以下、次の焦点について同様に治療を行う。   Next, high power irradiation for treatment is performed, and at this time, chemical shift temperature measurement is performed on the temperature measurement line set in C2. Here, the spatial frequency data obtained after one excitation is subjected to a one-dimensional Fourier transform (C3), and a one-dimensional temperature distribution is calculated (C4). If the expected temperature rise is obtained at the desired site, the irradiation is continued (C5 → C6). If the temperature rise is not sufficient, the focus is shifted and the irradiation is stopped (C5 → C7). Generate an alarm. For a site that is not intended to be heated, a threshold value is given to the upper limit of the temperature at which the temperature does not damage the tissue. If this threshold is exceeded, the treatment is stopped and an alarm is generated. Thereafter, treatment is similarly performed for the next focus.

そして、C4で計測された温度分布のうち、代表的な点について図18に示したように表示する。あるいは図21に示すようにメインウィンドウ上の形態画像に、温度分布を色を変えてスーパーインポーズして温度を計測する毎に表示し直して示してもよい。この場合、予定加熱プロファイルを別の色か、点線で表示して、それとのズレがあった場合警報を発生するようにする。この温度分布の表示は計測ラインをメインウィンドウに示し、これを矢印で示したサブウィンドウ内に表示してもよい。   Then, representative points of the temperature distribution measured at C4 are displayed as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 21, the temperature distribution may be displayed again on the morphological image on the main window every time the temperature is measured by changing the color and superimposing. In this case, the scheduled heating profile is displayed in a different color or dotted line, and an alarm is generated when there is a deviation from that. This temperature distribution may be displayed in the main window with the measurement line displayed in a sub-window indicated by an arrow.

なお、ここまでで示した形態画像は治療前に得られた画像か、もしくは1つの加熱点の加熱が終了後に得られた画像でも良い。   The morphological image shown so far may be an image obtained before treatment or an image obtained after the heating of one heating point is completed.

また、同様な治療シーケンスで治療照射中に得られた温度を超音波照射のためのコントロールに用いてもよい。例えば図26に示すように照射条件より予想される温度変化と実際測定された温度との比較を両者の差を判別することで行い(C1)行い、この差をなくすように超音波照射パワーを制御する(C2)。例え、ば設定温度より測定温度が低い場合は照射パワーを上げるようにコントロールすればよい。   Moreover, you may use the temperature obtained during treatment irradiation by the same treatment sequence for control for ultrasonic irradiation. For example, as shown in FIG. 26, the temperature change expected from the irradiation condition is compared with the actually measured temperature by determining the difference between the two (C1), and the ultrasonic irradiation power is set so as to eliminate this difference. Control (C2). For example, if the measured temperature is lower than the set temperature, it may be controlled to increase the irradiation power.

次に、温度モニタと治療効果の確認を同時に行う方法を述べる。   Next, a method for simultaneously checking the temperature monitor and the therapeutic effect will be described.

ここでは、温度測定はポイントまたはラインで行い、緩和時間強調のデータをほぼ同時に取得する。T2(横緩和時間)強調に関しては、超音波照射中は温度計測をポイントかラインで連続的に行い、照射後温度が平温に戻ったところでT2強調画像を取得後、直ぐに次の照射に入る。この際、T2強調信号を取得する際にも図23に示したような手順で画像ではなく局所励起を用いて治療予定点のT2強調信号の計測を行うことで、治療時間を短縮することができる。このとき温度上昇時には緩和時間も変化するので、これを化学シフト温度計測で得られた温度により補正してもよい。この様にすることで同時に温度モニタと治療効果確認ができる。   Here, temperature measurement is performed at points or lines, and relaxation time emphasis data is acquired almost simultaneously. Regarding T2 (lateral relaxation time) enhancement, temperature measurement is continuously performed at points or lines during ultrasonic irradiation, and after the irradiation returns to normal temperature, a T2-weighted image is acquired, and then the next irradiation starts immediately. . At this time, even when the T2 weighted signal is acquired, the treatment time can be shortened by measuring the T2 weighted signal at the planned treatment point using local excitation instead of an image in the procedure as shown in FIG. it can. At this time, since the relaxation time also changes when the temperature rises, this may be corrected by the temperature obtained by the chemical shift temperature measurement. By doing so, temperature monitoring and treatment effect confirmation can be performed simultaneously.

なお、図23のように微弱超音波照射後、画像もしくは温度を計測し、その位置および温度を確認後、異常がなければすぐに強力超音波を照射することで、チェック時と実際の治療用照射時のタイムラグを小さくすることができ、その間の位置ズレを低減できる。   As shown in FIG. 23, after irradiating a weak ultrasonic wave, after measuring the image or temperature and confirming the position and temperature, if there is no abnormality, immediately irradiate the strong ultrasonic wave to check and for the actual treatment The time lag at the time of irradiation can be reduced, and the positional deviation between them can be reduced.

また、縦緩和時間T1については温度計測時にフィールドエコーを用いていると絶対値画像でT1強調画像を同時に得ることができる。緩和時間T1も変性により変化することが分かっているので、治療用超音波照射中はポイントもしくはラインの温度計測を行い、次の焦点の照射前の微弱超音波照射時に計測した温度分布の絶対値画像から治療効果も判定する。   As for the longitudinal relaxation time T1, if a field echo is used during temperature measurement, a T1-weighted image can be obtained simultaneously as an absolute value image. Since it is known that the relaxation time T1 also changes due to denaturation, the temperature of the point or line is measured during therapeutic ultrasonic irradiation, and the absolute value of the temperature distribution measured at the time of weak ultrasonic irradiation before irradiation of the next focal point The therapeutic effect is also determined from the image.

図24に、同一シーケンス内で温度計測とT1、T2強調画像を取得するようなシーケンスを図10に示す。これはCPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill) シーケンスを応用したもので、1ポイントを局所励起後180゜パルスを複数回用いることで複数のエコータイムの信号を得ることができ、例えば短いエコータイムTE1のときに得られる信号の位相から温度、絶対値からT1強調信号をそれぞれ得て、長いエコータイムTE2のときの絶対値よりT2強調信号を得る。   FIG. 24 shows a sequence in which temperature measurement and T1, T2 weighted images are acquired in the same sequence. This is an application of the CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) sequence. By using a 180 ° pulse multiple times after one point of local excitation, multiple echo time signals can be obtained. The T1 weighted signal is obtained from the temperature and the absolute value from the phase of the signal obtained at TE1, and the T2 weighted signal is obtained from the absolute value at the long echo time TE2.

この場合も、温度からT1、T2強調信号を補正してもよい。これにより、一度の励起で温度モニタと治療効果確認ができる。このとき繰り返し時間TRを短くし、90゜パルスをエルンスト角のパルスとし、フィールドエコーで温度計測を行い、その後180゜パルスを加えてT2Wの信号を取得してもよい。   In this case, the T1 and T2 emphasis signals may be corrected from the temperature. Thereby, a temperature monitor and a therapeutic effect confirmation can be performed by one excitation. At this time, the repetition time TR may be shortened, the 90 ° pulse may be an Ernst angle pulse, the temperature may be measured by field echo, and then the 180 ° pulse may be added to obtain a T2W signal.

なお、実施例ではMRIのパルスシーケンスとしてピンエコーシーケンスとフィールドエコーシーケンスを用いたが、他のシーケンスも局所励起を含めば同様に用いることができる。また、実施例では特に深部局所の患部を治療するために治療エネルギーに超音波を用いたが、一度に大きなエネルギーを投入したい場合にはレーザ、広い領域にエネルギーを投入する場合にはマイクロ波などを適宜用いても加熱治療が行うことが可能であり、この際の温度モニタ全てに本実施例を適用することができる。 In this embodiment, the pin echo sequence and the field echo sequence are used as the MRI pulse sequence. However, other sequences can be used in the same manner as long as local excitation is included. Further, in this embodiment, ultrasonic waves are used as treatment energy in order to treat an affected area particularly in the deep region. However, a laser is used when large energy is input at once, and a microwave is applied when energy is applied to a wide area. It is possible to carry out heat treatment even if it is used appropriately, and this embodiment can be applied to all temperature monitors at this time.

以上説明したように、本実施例によれば磁気共鳴診断装置を用いた治療装置において、局所励起法を用いて前もって得られた温度モニタの必要な点についての温度計測をリアルタイムに行うことが可能となり、照射中に異常を発見できる安全な治療装置を提供できる。   As described above, according to the present embodiment, in the treatment apparatus using the magnetic resonance diagnostic apparatus, it is possible to perform the temperature measurement on the necessary points of the temperature monitor obtained in advance using the local excitation method in real time. Thus, it is possible to provide a safe treatment apparatus that can detect abnormalities during irradiation.

第5参考例
次に、第5参考例について説明する。本参考例の装置としての基本構成は図10に示した参考例4と同様である。
( 5th reference example )
Next, a fifth reference example will be described. The basic configuration of the apparatus of this reference example is the same as that of Reference example 4 shown in FIG.

参考例では、超音波照射軸上の1次元温度分布を高速に測定しながら治療を行う手順を説明する。ここで、照射軸とは球殻状超音波振動子の球面の中心と振動子の中心を結ぶ軸である。このときのパルスシーケンスを図27に示す。ここではx,y方向に計2回の局所励起を行い、z軸の1ラインのみの励起を行う場合を示している。パルスシーケンスとしてはフィールドエコーシーケンスを用いており、z軸方向のリードでz軸方向の1次元温度分布を得る。実際の使用時には、励起方向は照射方向(照射軸上)に合わせるようにオブリーク撮像法を用いて設定する。この際、1回目の励起と2回目の励起とリードの勾配のベクトル方向は全て直交しているように設定する。 In this reference example , a procedure for performing treatment while measuring the one-dimensional temperature distribution on the ultrasonic irradiation axis at high speed will be described. Here, the irradiation axis is an axis connecting the center of the spherical surface of the spherical shell ultrasonic transducer and the center of the transducer. FIG. 27 shows a pulse sequence at this time. Here, a case where a total of two local excitations in the x and y directions is performed and only one z-axis excitation is performed is shown. A field echo sequence is used as the pulse sequence, and a one-dimensional temperature distribution in the z-axis direction is obtained by reading in the z-axis direction. In actual use, the excitation direction is set using the oblique imaging method so as to match the irradiation direction (on the irradiation axis). At this time, the vector directions of the gradients of the first excitation, the second excitation, and the lead are all set to be orthogonal to each other.

超音波アプリケータ216の位置、照射軸方向の検出および制御については、位置、照射軸方向を電子計算機213で制御する場合と、操作者が電子計算機213を介して制御する場合と、直接アプリケータを操作者が移動する場合とに分けられる。   Regarding the detection and control of the position and irradiation axis direction of the ultrasonic applicator 216, the case where the position and irradiation axis direction are controlled by the electronic computer 213, the case where the operator controls via the electronic computer 213, and the direct applicator. Are divided into cases where the operator moves.

まず、前者の場合の制御の流れを図28に示す。電子計算機213が治療計画時に予め決められたようにアプリケータ216の位置、角度を設定してシーケンスコントローラ205とアプリケータ駆動系231に伝え、それに伴い超音波の照射軸も計算する。その軸を含むように撮像条件を決めて、加熱時に温度計測を行う。   First, the flow of control in the former case is shown in FIG. The electronic computer 213 sets the position and angle of the applicator 216 as determined in advance during the treatment plan, and transmits them to the sequence controller 205 and the applicator drive system 231. Accordingly, the ultrasonic irradiation axis is also calculated. Imaging conditions are determined so as to include the axis, and temperature measurement is performed during heating.

また、この時の治療手順を治療計画時に複数設定された治療点の1点を治療する場合を例に挙げて次に示す。また、この時間的流れは先の参考例5で用いた図20と同様である。 Moreover, the case where the treatment procedure at this time treats one of the treatment points set at the time of treatment planning will be described as an example. Further, this temporal flow is the same as that of FIG. 20 used in Reference Example 5 above.

図20を参照して説明すると、初めに組織に影響の出ない程度に弱い加熱を行った時の温度分布を3次元的に撮像し(C1)、加熱部位(ホットスポット)を前もって確認して、設定した位置とのズレを確認し、さらに局所励起のラインを最大加熱点、もしくは予め設定された温度のしきい値を越えた部位(複数)を含むように設定する(C2)。このときの設定手順は図22と同様に行う。このとき、既に照射軸に合わせて軸を含む面か、そのマルチスライスの撮像を行ってもよい。   Referring to FIG. 20, first, a temperature distribution when heating is performed to such an extent that does not affect the tissue is three-dimensionally imaged (C1), and the heating site (hot spot) is confirmed in advance. The deviation from the set position is confirmed, and the local excitation line is set so as to include a maximum heating point or a part (plurality) exceeding a preset temperature threshold (C2). The setting procedure at this time is the same as in FIG. At this time, imaging may be performed on the surface including the axis already in accordance with the irradiation axis or on a multi-slice thereof.

次に、治療用ハイパワー照射を行い、このとき同時にC2で設定された温度測定ラインについて化学シフト温度計測を行う。ここでは1回の励起後得られた空間周波数データを1次元フーリエ変換して(C3)、1次元温度分布を算出する(C4)。そして、所望の部位に予想通りの温度上昇の得られた場合は照射を続け(C5→C6)、温度上昇が十分でないときには焦点のズレなどのおそれがあるので照射を中止し(C5→C7)、警報を発生する。本来加熱したくない部位については温度が組織に損傷を与えない程度の温度の上限にしきい値を与え、これを越えた場合治療を中止し、警報を発生する。以下、次の焦点について同様に治療を行う。   Next, high power irradiation for treatment is performed, and at this time, chemical shift temperature measurement is performed on the temperature measurement line set in C2. Here, the spatial frequency data obtained after one excitation is subjected to a one-dimensional Fourier transform (C3), and a one-dimensional temperature distribution is calculated (C4). If the expected temperature rise is obtained at the desired site, the irradiation is continued (C5 → C6), and if the temperature rise is not sufficient, the focus may be shifted and the irradiation is stopped (C5 → C7). Generate an alarm. For a site that is not intended to be heated, a threshold value is given to the upper limit of the temperature at which the temperature does not damage the tissue. If this threshold is exceeded, the treatment is stopped and an alarm is generated. Thereafter, treatment is similarly performed for the next focus.

そして、C4で計測された温度分布のうち、代表的な点について図18に示したように表示する。あるいは図21に示すようにメインウィンドウ上の形態画像に、温度分布を色を変えてスーパーインポーズして温度を計測する毎に表示し直して示してもよい。この場合、予定加熱プロファイルを別の色か、点線で表示して、それとのズレがあった場合警報を発生するようにする。この温度分布の表示は計測ラインをメインウィンドウに示し、これを矢印で示したサブウィンドウ内に表示してもよい。   Then, representative points of the temperature distribution measured at C4 are displayed as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 21, the temperature distribution may be displayed again on the morphological image on the main window every time the temperature is measured by changing the color and superimposing. In this case, the scheduled heating profile is displayed in a different color or dotted line, and an alarm is generated when there is a deviation from that. This temperature distribution may be displayed in the main window with the measurement line displayed in a sub-window indicated by an arrow.

次に、操作者が電子計算機213を介してアプリケータ216を制御する場合について説明する。図29に示すように、まず操作者が位置、角度データを電位計算機213にキーボード231よりインプットするか、電子計算機213によりディスプレイ上に表示した形態画像と超音波アプリケータ216のコンピュータグラフィックス(ともに疑似3次元画像)を基に、画像内のアプリケータをマウス232や3Dポインタ233、キーボード231を使用して移動すると、その時の位置と角度データがMRIの撮像条件にフィードバックされ、照射軸を含む線、面の温度分布が収集される。なお、立体ディスプレイ等を用いて実際に3次元表示しても構わない。   Next, a case where the operator controls the applicator 216 via the electronic computer 213 will be described. As shown in FIG. 29, first, the operator inputs position and angle data to the potential calculator 213 from the keyboard 231 or the morphological image displayed on the display by the electronic calculator 213 and the computer graphics of the ultrasonic applicator 216 (both When the applicator in the image is moved using the mouse 232, 3D pointer 233, and keyboard 231 based on the (pseudo three-dimensional image), the position and angle data at that time are fed back to the MRI imaging conditions and include the irradiation axis. Line and surface temperature distributions are collected. In addition, you may actually display three-dimensionally using a three-dimensional display.

次に、直接アプリケータ216を操作者が移動する場合を説明する。
MRIモニタによるハンドプローブタイプの超音波治療アプリケータの構成図を図30に示す。ここではオープンタイプのMRIマグネット300を用いている。エンコーダ301,302,303は回転検出型エンコーダ、またエンコーダ304,305,306は並進検出型エンコーダであり、これらにより回転、並進計6自由度の移動を可能とする。把握部307を操作者が握り、患部に対して位置合わせをすると、それぞれのエンコーダ301〜306からの信号を計算機に送り、アプリケータ216の位置、角度を常に計算して把握することができる。これらの位置、角度データをMRIの撮像条件にフィードバックし、照射軸を含む線、あるいは面のデータを収集する。線のデータ収集の場合は、図27のようなパルスシーケンスを用い、面の場合は通常のMRIの2次元撮像用のパルスシーケンスを用いる。
Next, a case where the operator moves the applicator 216 directly will be described.
FIG. 30 shows a configuration diagram of a hand probe type ultrasonic therapy applicator using an MRI monitor. Here, an open type MRI magnet 300 is used. The encoders 301, 302, and 303 are rotation detection type encoders, and the encoders 304, 305, and 306 are translation detection type encoders, which enable rotation and movement with six degrees of freedom of the translation meter. When the operator grasps the grasping unit 307 and aligns the affected part with the affected part, signals from the respective encoders 301 to 306 can be sent to the computer, and the position and angle of the applicator 216 can be constantly calculated and grasped. These position and angle data are fed back to the MRI imaging conditions, and line or plane data including the irradiation axis is collected. In the case of line data collection, a pulse sequence as shown in FIG. 27 is used, and in the case of a plane, a normal MRI two-dimensional imaging pulse sequence is used.

ここではアプリケータ216の位置、角度検出にエンコーダを用いたが、これに代えて光ジャイロを用いて検出を行ってもよい。この場合の模式図を図31に示す。光ジャイロ311,312によってアプリケータ216の2点の位置を計測する。その位置情報を電子計算機213に送り、その位置に適したMRIの撮像を行う。   Here, an encoder is used to detect the position and angle of the applicator 216, but detection may be performed using an optical gyro instead. A schematic diagram in this case is shown in FIG. The positions of two points of the applicator 216 are measured by the optical gyros 311 and 312. The position information is sent to the electronic computer 213, and MRI imaging suitable for the position is performed.

また、テレビカメラを用いて位置、角度検出を行うこともできる。このときの検出方法の模式図を図32に示す。ここではカメラ323,324を2方向に設置し、またアプリケータにはLEDなどの自光式のポインタ321,322が設けられており、これらのポインタ321,322から光を2方向からのカメラで計測し、カメラ323,324の位置から3次元的なポインタの位置を計算し、アプリケータ216の位置、角度を算出することができる。   In addition, the position and angle can be detected using a television camera. A schematic diagram of the detection method at this time is shown in FIG. Here, the cameras 323 and 324 are installed in two directions, and the applicator is provided with self-lighting pointers 321 and 322 such as LEDs, and light from these pointers 321 and 322 is transmitted from the two directions. The position and angle of the applicator 216 can be calculated by measuring and calculating the three-dimensional pointer position from the positions of the cameras 323 and 324.

このとき液晶ディスプレイなど磁場の影響を受けにくいディスプレイをシールドルーム内に操作者が操作しながら見ることのできる位置に配置し、ここに照射軸を含む面の形態画像、および温度分布画像を表示する。このときの形態画像は予め得ておいた3次元の画像データより構築してもよいし、または温度分布と交互、もしくは同時に同一面の画像を収集してもよい。もしくは形態画像は3次元データを疑似3次元画像として表示し、この中に2次元、もしくは1次元の温度分布画像を重ねて表示してもよい。   At this time, a display that is not easily affected by a magnetic field such as a liquid crystal display is placed in a shield room at a position where an operator can see it, and a morphological image of the surface including the irradiation axis and a temperature distribution image are displayed here. . The morphological image at this time may be constructed from three-dimensional image data obtained in advance, or images of the same surface may be collected alternately or simultaneously with the temperature distribution. Alternatively, the morphological image may display three-dimensional data as a pseudo three-dimensional image, and display a two-dimensional or one-dimensional temperature distribution image in an overlapping manner.

操作者が図29に示したようにマウス232、3Dポインタ233などの入力デバイス、もしくはアプリケータ216をコントロールしてインタラクティブに治療を行う場合には、入力デバイスもしくはアプリケータ216にスイッチを設置しておく。そして、まずリアルタイムで照射軸を含む面について形態画像を連続的に取得し、形態画像と加熱予定部位を重ねて表示する。治療予定部位(患部)と加熱予定部位を合わせるようにアプリケータ216もしくは入力デバイスを移動する。一致が確認できたら、スイッチを操作し、ごく弱い強度で組織に損傷の起きない程度の超音波加熱を行う。電位計算機213の制御により同時に温度分布計測を行い、計測された温度分布内の加熱部位が予定部位に一致したかどうかを電子計算機213を用いて判定し、電子計算機213の制御で自動的に強力超音波をすぐに照射する。   When an operator performs an interactive treatment by controlling an input device such as a mouse 232 or 3D pointer 233 or an applicator 216 as shown in FIG. 29, a switch is installed on the input device or applicator 216. deep. First, morphological images are continuously acquired in real time for the surface including the irradiation axis, and the morphological image and the planned heating portion are displayed in an overlapping manner. The applicator 216 or the input device is moved so that the treatment planned site (affected part) and the heating planned site are aligned. When the coincidence is confirmed, the switch is operated, and ultrasonic heating is performed with a very weak intensity that does not damage the tissue. The temperature distribution is measured simultaneously under the control of the electric potential calculator 213, and it is determined whether or not the heating part in the measured temperature distribution matches the scheduled part using the electronic computer 213, and automatically powerful by the control of the electronic computer 213. Irradiate with ultrasound immediately.

ただし、位置ズレは3次元的に起こるので、2次元、もしくは1次元撮像を行った場合、スライス方向に位置ズレが起こる可能性もある。このときは照射パワーに対する温度上昇を予め知っておいて、これに達しない場合は位置ズレが起きていると判断して、別のスライスで同様に温度計測を行い、これとの比較でスライス方向の最大加熱位置を把握する。もしくはマルチスライス撮像をして3次元的な位置ズレ検出を行ってもよい。また、直交するかもしくは単に交わっているだけで構わないが、複数画面の温度分布を撮像し、このそれぞれの面内の最大温度上昇点を含むスライスを再び撮像し直してもよい。   However, since the positional deviation occurs three-dimensionally, when two-dimensional or one-dimensional imaging is performed, the positional deviation may occur in the slice direction. At this time, know the temperature rise with respect to the irradiation power in advance, if it does not reach this, it is determined that a positional deviation has occurred, and the temperature is measured in the same way in another slice, and compared with this, the slice direction Know the maximum heating position. Alternatively, multi-slice imaging may be performed to detect a three-dimensional positional deviation. Further, although it may be orthogonal or simply crossed, the temperature distribution of a plurality of screens may be imaged, and the slice including the maximum temperature rise point in each plane may be imaged again.

加熱部位と治療予定部位との一致の確認は操作者が行って、別のスイッチで強力超音波の照射をマニュアルで行ってもよいし、もしくは加熱予定部位と弱い加熱時の加熱部位が一致したかをコンピュータで確認し、確認できたら自動的に強力超音波を照射してもよい。もしくはピエゾ素子にフェーズドアレイを用い、このときのズレを電子的に位相制御によって補正してもよい。   The operator confirms the match between the heated area and the planned treatment area, and manual irradiation of intense ultrasonic waves with another switch may be performed, or the heated area and the heated area during weak heating coincide. It is also possible to automatically irradiate with powerful ultrasonic waves after confirming with a computer. Alternatively, a phased array may be used for the piezo element, and the deviation at this time may be corrected electronically by phase control.

また、本参考例では特に深部局所の患部を治療するために治療エネルギーに超音波を用いたが、一度に大きなエネルギーを投入したい場合にはレーザ、広い領域にエネルギーを投入するためにはマイクロ波などを用いても加熱治療を行うことができ、この際の温度モニタ全てに本参考例の手法を適用することができる。このときは例えばレーザであっても照射軸を含む面の温度を計測すればよい。 In addition, in this reference example , ultrasonic waves were used as the treatment energy to treat the affected part in the deep local area. However, a laser is used to apply large energy at once, and a microwave is used to input energy to a wide area. It is possible to perform heat treatment even using the above, and the method of this reference example can be applied to all temperature monitors at this time. In this case, for example, even with a laser, the temperature of the surface including the irradiation axis may be measured.

以上説明したように、本参考例によれば磁気共鳴診断装置を用いた治療装置において、治療位置に一致した部位の温度情報を高速に常時得ることができ、治療効率と安全性の高い治療が可能となる。 As described above, according to the present reference example , in a treatment apparatus using a magnetic resonance diagnostic apparatus, temperature information of a part corresponding to a treatment position can be constantly obtained at high speed, and treatment with high treatment efficiency and safety can be achieved. It becomes possible.

第6参考例
図33は、第6参考例の構成を示す図である。同図において、超音波アプリケータ401はピエゾ素子402と、その中心に挿入配置されたイメージング用の超音波プローブ40および可撓性の水袋404によって構成されている。アプリケータ401は、図に示すように患者405の体内の治療対象406を治療すべく、音響インピーダンスが生体に近い物質で作られた音響的エネルギの伝播媒質407(例えば水など)を介して患者405に当接される。
( Sixth reference example )
FIG. 33 is a diagram showing the configuration of the sixth reference example . In the figure, an ultrasonic applicator 401 includes a piezo element 402, an ultrasonic probe 40 for imaging and a flexible water bag 404 that are inserted and arranged at the center thereof. The applicator 401 uses an acoustic energy propagation medium 407 (for example, water) made of a substance having an acoustic impedance close to that of a living body to treat a treatment target 406 in the body of the patient 405 as shown in the figure. 405 is contacted.

ピエゾ素子402は、駆動回路408によって駆動される。駆動回路408は制御回路409に接続されており、制御回路409からの制御信号によってピエゾ素子402の駆動電圧を調節する。駆動回路408の出力端子は2つあり、それぞれ独立しているが、同一信号を出力する。この駆動回路408の一方の出力端子はピエゾ素子402及び受信波検出回路410の一方の入力に、他方の出力端子は受信波検出回路410の他の入力に接続されている。   The piezo element 402 is driven by a drive circuit 408. The drive circuit 408 is connected to the control circuit 409 and adjusts the drive voltage of the piezo element 402 by a control signal from the control circuit 409. The drive circuit 408 has two output terminals, which are independent of each other, but output the same signal. One output terminal of the drive circuit 408 is connected to one input of the piezo element 402 and the reception wave detection circuit 410, and the other output terminal is connected to the other input of the reception wave detection circuit 410.

受信波検出回路410は、駆動電圧に重畳された治療対象406からの反射超音波信号を検出する。レベル検出回路411及び位相ずれ検出回路412は受信波検出回路410からの反射波信号のレベル及び位相をそれぞれ検出し、これらの情報を制御回路409に出力する。   The reception wave detection circuit 410 detects a reflected ultrasonic signal from the treatment object 406 superimposed on the drive voltage. The level detection circuit 411 and the phase shift detection circuit 412 detect the level and phase of the reflected wave signal from the reception wave detection circuit 410, respectively, and output the information to the control circuit 409.

参考例においては、診断用超音波プローブ403及び超音波診断装置413によって取得された生体内画像と、制御回路409からの治療領域の変化の情報をデジタルスキャンコンバータ(DSC)414を介してCRTディスプレイ415上に表示する。 In this reference example , an in-vivo image acquired by the diagnostic ultrasound probe 403 and the ultrasound diagnostic apparatus 413 and information on a change in the treatment area from the control circuit 409 are converted into a CRT via a digital scan converter (DSC) 414. It is displayed on the display 415.

次に、本参考例の動作を強力超音波による焼灼治療を例にとり説明する。 Next, the operation of this reference example will be described by taking an example of cauterization treatment using high-intensity ultrasound.

参考例では、ピエゾ素子402から治療対象406に向けて放射された治療用強力超音波によってリアルタイムに治療領域の変化を検出することが特徴である。ピエゾ素子402から焦点に向けて放射された治療用超音波により、焦点領域の温度は数秒で摂氏60〜80℃にまで上昇する。その結果、焦点領域の生体組織は熱変性を起こし死滅する。その後、さらに超音波エネルギの照射を継続すると、熱変性領域は拡大していく。この熱変性壊死した生体組織の音響的な特性は正常細胞のそれとは異なっているため、熱変性部と正常組織との境界面において超音波は反射される。また、熱変性領域における超音波エネルギの吸収係数も正常細胞のそれとは異なっている。 This reference example is characterized in that a change in the treatment area is detected in real time by a high-power ultrasonic wave for treatment emitted from the piezo element 402 toward the treatment object 406. The therapeutic ultrasound emitted from the piezo element 402 toward the focal point raises the temperature of the focal region to 60-80 degrees Celsius in a few seconds. As a result, the living tissue in the focal region undergoes thermal denaturation and dies. Thereafter, when irradiation with ultrasonic energy is further continued, the heat-denatured region expands. Since the acoustic characteristics of this heat-denatured necrotic living tissue are different from those of normal cells, ultrasonic waves are reflected at the interface between the heat-denatured part and the normal tissue. Also, the absorption coefficient of ultrasonic energy in the heat-denatured region is different from that of normal cells.

従って、以下に説明するように熱変性領域近傍からの反射波を検出し、その振幅を計測すれば、治療領域の変化(熱変性状態)の有無を知ることができる。さらに、熱変性領域が拡大する状況についても、反射波の時間による位相ずれを検出することにより、モニタリングが可能となる。   Therefore, if a reflected wave from the vicinity of the heat-denatured region is detected and its amplitude is measured as described below, it is possible to know whether or not there is a change in the treatment region (heat-denatured state). Further, the situation in which the heat denaturation region expands can be monitored by detecting the phase shift due to the time of the reflected wave.

熱変性領域近傍で反射された超音波はアプリケータ410側に伝播していき、ピエゾ素子402に到達する。その後、ピエゾ素子402を振動させ、ピエゾ素子402により超音波エネルギが電気エネルギに変換される。一般には、ピエゾ素子402の駆動電気エネルギに比べて、反射超音波による電気エネルギは小さいので、反射超音波成分を検出するのは困難である。   The ultrasonic waves reflected in the vicinity of the heat-denatured region propagate to the applicator 410 side and reach the piezo element 402. Thereafter, the piezo element 402 is vibrated, and ultrasonic energy is converted into electric energy by the piezo element 402. In general, compared with the driving electric energy of the piezo element 402, the electric energy generated by the reflected ultrasonic waves is small, so that it is difficult to detect the reflected ultrasonic component.

そこで、本参考例では電気信号である駆動信号を打ち消すような信号を受信波検出回路410の入力側に印加することにより、反射波信号成分のみを検出する。その原理を図34を用いて説明する。図34は、ピエゾ素子2と駆動回路408および受信波検出回路410を概略的に示す図である。駆動回路408の出力段は2つあり、それぞれ別の素子、この例ではトランジスタ431,432を用いている。もちろん、出力素子はオペアンプなどのICや、サイリスタなど他の半導体素子でも良く、要は出力が入力段に影響を与えないように構成されていればよい。 Therefore, in this reference example , only a reflected wave signal component is detected by applying a signal that cancels the drive signal, which is an electrical signal, to the input side of the received wave detection circuit 410. The principle will be described with reference to FIG. FIG. 34 is a diagram schematically showing the piezo element 2, the drive circuit 408, and the received wave detection circuit 410. There are two output stages of the drive circuit 408, and different elements, in this example, transistors 431 and 432 are used. Of course, the output element may be an IC such as an operational amplifier, or another semiconductor element such as a thyristor. In short, it may be configured so that the output does not affect the input stage.

トランジスタ431のコレクタ側には、負荷であるピエゾ素子402が接続されている。トランジスタ431,432には同一の信号が入力され、トランジスタ432のコレクタからはピエゾ素子402に印加される駆動信号と同一の信号が取り出せるようになっている。トランジスタ431のコレクタには、駆動信号に熱変性領域近傍からの反射波信号成分が重畳された信号が現れる。   A piezo element 402 as a load is connected to the collector side of the transistor 431. The same signal is input to the transistors 431 and 432, and the same signal as the drive signal applied to the piezo element 402 can be extracted from the collector of the transistor 432. At the collector of the transistor 431, a signal in which a reflected wave signal component from the vicinity of the heat denaturation region is superimposed on the drive signal appears.

トランジスタ431,432の各々のコレクタからの信号は、受信波検出回路410に入力され、差動増幅器433によってその差信号が検出される。差動増幅器433は、差信号を検出すると同時にそれを増幅することによって、駆動信号成分が相殺された信号成分、すなわち反射波信号成分を出力する。   Signals from the collectors of the transistors 431 and 432 are input to the reception wave detection circuit 410, and the differential signal is detected by the differential amplifier 433. The differential amplifier 433 detects the difference signal and simultaneously amplifies it to output a signal component in which the drive signal component is canceled, that is, a reflected wave signal component.

こうして受信波検出回路410で検出された反射波信号成分の大きさを図33のレベル検出回路411で予め設定された閾値と比較し、閾値以上である場合には制御回路407が駆動回路408に供給する駆動信号をオフとして、ピエゾ素子402からの治療用超音波の照射を即時または一定時間後にストップする。レベル検出回路411が反射波信号成分の大きさが閾値以上と判定した時点から治療用超音波の照射をストップするまで時間幅は、入力部416を用いて設定可能になっている。例えば、熱変性領域をある程度拡大させたい場合は、この時間幅を長くすればよい。なお、レベル検出回路411に与える閾値は、操作者が入力部416を用いて任意に設定できる。また、閾値以上の反射波が一定時間継続した後に治療用超音波の照射をストップするなどの治療手順の設定も可能になっており、操作者が要求する治療効果が得られるようになっている。   The magnitude of the reflected wave signal component detected by the reception wave detection circuit 410 is compared with a threshold value set in advance by the level detection circuit 411 in FIG. 33, and if it is equal to or greater than the threshold value, the control circuit 407 causes the drive circuit 408 to The drive signal to be supplied is turned off, and irradiation of therapeutic ultrasonic waves from the piezo element 402 is stopped immediately or after a certain time. The time width can be set by using the input unit 416 from the time when the level detection circuit 411 determines that the magnitude of the reflected wave signal component is equal to or greater than the threshold value until the irradiation of therapeutic ultrasonic waves is stopped. For example, when it is desired to enlarge the heat denaturation region to some extent, this time width may be increased. Note that the threshold given to the level detection circuit 411 can be arbitrarily set by the operator using the input unit 416. It is also possible to set a treatment procedure such as stopping the irradiation of therapeutic ultrasonic waves after a reflected wave of a threshold value or more continues for a certain time, so that the therapeutic effect required by the operator can be obtained. .

さて、治療領域が拡大してくると、治療用超音波の一部が反射される境界面もアプリケータ401側にずれてくるため、照射してから反射波が得られるまでの時間が徐々に短縮され、反射波信号の位相ずれが生じる。この位相ずれを位相ずれ検出回路412によって検出することにより、熱変性領域の拡大を知ることができる。さらに、この位相ずれ量を積分することにより、焦点位置からの熱変性領域の拡大量の目安が得られる。これより、熱変性領域の拡大が設定した値以上になったら照射をストップするなどの制御も可能である。ここで、位相ずれ検出回路412は、例えば位相のずれを電圧に換算して出力する構成になっており、良く知られたPLL回路や位相比較器によって構成できる。   Now, as the treatment area expands, the boundary surface where a part of the treatment ultrasonic wave is reflected also shifts to the applicator 401 side, so the time until the reflected wave is obtained after irradiation is gradually increased. This shortens the phase of the reflected wave signal. By detecting this phase shift by the phase shift detection circuit 412, it is possible to know the expansion of the heat denaturation region. Further, by integrating the amount of phase shift, a measure of the amount of expansion of the heat-denatured region from the focal position can be obtained. Thus, it is possible to control such as stopping the irradiation when the expansion of the heat denaturation region exceeds a set value. Here, the phase shift detection circuit 412 is configured to output, for example, a phase shift converted into a voltage, and can be configured by a well-known PLL circuit or phase comparator.

その他、本参考例を利用すれば焦点領域の熱変性状態のみならずキャビテーションの生成状況、温度上昇度及び体表面の変化も測定できる。これらは、反射波信号の振幅変化や位相ずれをこれらに特徴的なものと比較することによって実現される。 In addition, if this reference example is used, not only the heat-denatured state of the focal region but also the cavitation generation status, temperature rise, and body surface change can be measured. These are realized by comparing the amplitude change and phase shift of the reflected wave signal with those characteristic of them.

以上のようにして得られた治療対象の変化を超音波診断装置で取得した生体内の超音波画像と重ね合わせ、CRTディスプレイ415上に表示し操作者に知らせる。この表示法としては、例えば焦点上に熱変性領域を示すマークを重ねて表示し、変性領域のアプリケータ401側への移動量に対応してマークの大きさを変えたり、患者405の体表における温度上昇または変性を検出して警告を発生するなどの使用法も考えられる。   The change of the treatment target obtained as described above is superimposed on the in-vivo ultrasonic image acquired by the ultrasonic diagnostic apparatus and displayed on the CRT display 415 to notify the operator. As this display method, for example, a mark indicating a heat-denatured region is superimposed on the focal point, and the size of the mark is changed according to the amount of movement of the denatured region toward the applicator 401 side, or the body surface of the patient 405 is displayed. It is also conceivable to use such as generating a warning by detecting temperature rise or denaturation.

第7参考例
図35は、第7参考例の構成を示す図である。なお、図35においては図33中に示したイメージング用超音波プローブ403、超音波診断装置413、デジタルスキャンコンバータ411及びCRTディスプレイ415を省略して示している。
( Seventh reference example )
FIG. 35 is a diagram showing the configuration of the seventh reference example . In FIG. 35, the imaging ultrasonic probe 403, the ultrasonic diagnostic apparatus 413, the digital scan converter 411, and the CRT display 415 shown in FIG. 33 are omitted.

参考例では、受信波検出回路410の2つの入力はピエゾ素子402及び駆動回路408と新たに設けられたメモリ419に接続されている。図35では、治療用超音波照射直後の1波長もしくは数波長分の反射波信号をA/Dコンバータ418によりディジタル信号に変換した後、メモリ419に格納する。 In this reference example , two inputs of the reception wave detection circuit 410 are connected to the piezo element 402 and the drive circuit 408 and a newly provided memory 419. In FIG. 35, a reflected wave signal for one wavelength or several wavelengths immediately after irradiation of therapeutic ultrasonic waves is converted into a digital signal by the A / D converter 418 and then stored in the memory 419.

治療用超音波の照射直後は熱変性領域は存在しないので、ピエゾ素子402の電気信号入力端の信号は、駆動信号と生体組織からの微小な反射波信号の合成信号になっている。治療が進行し熱変性領域が顕現すると、反射波信号に変化が生じ、これを検出して熱変性の情報を得る。この手順としては図36に示す構成の受信波検出回路410を用いる。   Since there is no heat-denatured region immediately after irradiation of therapeutic ultrasonic waves, the signal at the electric signal input end of the piezo element 402 is a composite signal of the drive signal and a minute reflected wave signal from the living tissue. When the treatment progresses and the heat denaturation region becomes apparent, a change occurs in the reflected wave signal, and this is detected to obtain heat denaturation information. As this procedure, the reception wave detection circuit 410 having the configuration shown in FIG. 36 is used.

すなわち、図36に示すようにピエゾ素子402で受信した反射波信号成分が重畳された駆動信号(受信信号)をまずA/Dコンバータ441でディジタル信号に変換する。メモリ419に格納されている信号は、位相およびレベル調整回路442により、制御回路409からの制御信号に従って駆動回路408の出力及び位相に応じて調節される。そして、減算器443でA/Dコンバータ441の出力信号から位相およびレベル調整回路442の出力信号がデジタル的に引き算され、その結果、反射波信号成分のみが抽出される。なお、メモリ419の出力信号をD/Aコンバータ444によりアナログ信号に変換した上で、ピエゾ素子402からのアナログ信号と差分をとってもよい。この後の動作は図33と同じであり、反射波信号の振幅の変化及び位相ずれを検出し、これらの情報に基づいて制御回路8により治療用超音波の制御を行う。なお、図36の出力段のD/Aコンバータ444を取り外して、図35のレベル検出回路411、位相ずれ検出回路412及び制御回路408をデジタル化して構成してもよい。本参考例では、治療用超音波照射直後の1波もしくは数波の信号を取得してメモリ419に格納するものとしたが、製造時にあらかじめ419に駆動信号波形を格納しておいてもよい。 That is, as shown in FIG. 36, the drive signal (received signal) on which the reflected wave signal component received by the piezo element 402 is superimposed is first converted into a digital signal by the A / D converter 441. The signal stored in the memory 419 is adjusted according to the output and phase of the drive circuit 408 by the phase and level adjustment circuit 442 according to the control signal from the control circuit 409. Then, the subtractor 443 digitally subtracts the output signal of the phase and level adjustment circuit 442 from the output signal of the A / D converter 441. As a result, only the reflected wave signal component is extracted. Note that the output signal of the memory 419 may be converted into an analog signal by the D / A converter 444, and then the difference from the analog signal from the piezo element 402 may be taken. The subsequent operation is the same as that in FIG. 33. The amplitude change and the phase shift of the reflected wave signal are detected, and the control ultrasonic wave is controlled by the control circuit 8 based on the information. Note that the output stage D / A converter 444 in FIG. 36 may be removed, and the level detection circuit 411, the phase shift detection circuit 412 and the control circuit 408 in FIG. 35 may be digitized. In this reference example , a signal of one wave or several waves immediately after irradiation of therapeutic ultrasonic waves is acquired and stored in the memory 419. However, a drive signal waveform may be stored in the 419 in advance at the time of manufacture.

第8参考例
図37は、第8参考例の構成を示す図であり、反射波信号検出の際に用いる駆動信号を他の発振器によって作成する例である。この参考例では、駆動回路408の出力の大きさ及び位相に対応するように、発振器420の出力及び位相が制御回路409により制御される。この発振器420の出力と受信信号との差分をとることを除いては、参考例7と同じである。
( Eighth reference example )
FIG. 37 is a diagram showing the configuration of the eighth reference example , and is an example in which a drive signal used for detecting a reflected wave signal is created by another oscillator. In this reference example , the output and phase of the oscillator 420 are controlled by the control circuit 409 so as to correspond to the magnitude and phase of the output of the drive circuit 408. This is the same as Reference Example 7 except that the difference between the output of the oscillator 420 and the received signal is taken.

第9参考例
図38は、第9参考例の構成を示す図である。この参考例ではアプリケータ401にアニュラーアレイ型超音波発生源402a〜402fを用いている。アニュラーアレイ型超音波発生源402a〜402fは、複数のピエゾ素子群により構成され、同心円状の複数のリングの組に分かれて構成されている。各リングはそれぞれ独立して駆動可能であり、駆動タイミングも独立に制御できるようになっている。
( Ninth Reference Example )
FIG. 38 is a diagram illustrating the configuration of the ninth reference example . In this reference example , annular array type ultrasonic wave generation sources 402 a to 402 f are used for the applicator 401. The annular array type ultrasonic wave generation sources 402a to 402f are constituted by a plurality of piezo element groups, and are divided into a plurality of concentric rings. Each ring can be driven independently, and the drive timing can also be controlled independently.

参考例では、参考例6で説明した反射波信号検出法をアニュラーアレイ型超音波発生源402a〜402fの各リング毎にそれぞれ行っている。ここで、熱変性領域が手前に変化した場合、各リング毎に位相ずれを計算することにより、アプリケータ401の軸上のどの位置まで変性したかが定量的に検出できる。このデータを基にして照射の制御を行うことで、より安全で確実な治療が可能となる。 In this reference example , the reflected wave signal detection method described in Reference Example 6 is performed for each ring of the annular array type ultrasonic wave generation sources 402a to 402f. Here, when the heat denaturation region changes to the front, the position on the axis of the applicator 401 can be quantitatively detected by calculating the phase shift for each ring. By performing irradiation control based on this data, safer and more reliable treatment is possible.

さらに、2次元アレイ状にピエゾ素子を配置して治療用超音波発生源を構成すれば、本参考例を利用した焦点移動型の治療装置を実現することもできる。 Furthermore, if a therapeutic ultrasonic wave generation source is configured by arranging piezo elements in a two-dimensional array, it is possible to realize a focus shift type treatment apparatus using this reference example .

以上述べたように、本参考例によれば治療領域からの治療用超音波の反射波を検出し解析することにより、超音波治療システムによる治療領域のリアルタイムモニタリングを可能にする。さらに、得られた治療領域の情報に基づいて治療用超音波を制御することにより、安全で確実な治療を実現できる。 As described above, according to the present reference example , it is possible to perform real-time monitoring of the treatment region by the ultrasonic treatment system by detecting and analyzing the reflected wave of the treatment ultrasonic wave from the treatment region. Furthermore, safe and reliable treatment can be realized by controlling the therapeutic ultrasound based on the obtained treatment area information.

第10参考例
図39は、第10参考例に係るアプリケータの構成を示す図である。体腔内挿入用の支持体501としては、フレキシブルでしかもある程度の強度を有する筒を用いている。このため、操作者がアプリケータの手元で先端部の傾きを自由に調整することが可能である。
( 10th reference example )
FIG. 39 is a diagram illustrating a configuration of an applicator according to a tenth reference example . As the support body 501 for insertion into the body cavity, a flexible cylinder having a certain degree of strength is used. For this reason, it is possible for the operator to freely adjust the inclination of the tip with the hand of the applicator.

治療用超音波を発射する振動子502a,502bは、それぞれ凹面形状でかつ大きさの異なった半円形状に形成されており、回転軸503を中心として振動子502aに対し振動子502bが相対的に回転できるように、支持体501に固定されている。振動子502a,502bは半円形状であるため、この相対的な回転により超音波の送波方向に見た振動子502aに対する振動子502bの重なり面積が変化することになる。   The transducers 502 a and 502 b that emit therapeutic ultrasonic waves are each formed in a semicircular shape having a concave shape and a different size, and the transducer 502 b is relative to the transducer 502 a around the rotation axis 503. It is being fixed to the support body 501 so that it can rotate. Since the transducers 502a and 502b are semicircular, the relative rotation changes the overlapping area of the transducer 502b with respect to the transducer 502a as viewed in the ultrasonic wave transmission direction.

振動子502a,502bに駆動信号を供給するリードは図示していないが、支持体501の内部を通って図示しない駆動回路本体に結合される。また、振動子502a,502b全体を被うように可撓性の膜504が水密に支持体501に取り付けられており、支持体501内を通っている図示しないチューブの開口部505から脱気水などの超音波カップリング用の液体を給排水することで、アプリケータの外形の大きさを調整できるようになっている。また、このカップリング液の循環により、体表面・振動子面の冷却も可能である。   A lead for supplying a drive signal to the vibrators 502 a and 502 b is not shown, but is coupled to a drive circuit body (not shown) through the inside of the support 501. In addition, a flexible membrane 504 is attached to the support 501 in a watertight manner so as to cover the whole of the vibrators 502a and 502b, and deaerated water passes through an opening 505 of a tube (not shown) passing through the support 501. The size of the outer shape of the applicator can be adjusted by supplying and draining a liquid for ultrasonic coupling. Further, the body surface and the vibrator surface can be cooled by circulating the coupling liquid.

図40に、図39のアプリケータのA−A′断面を示す。同図に示されるように、振動子502a,502bは凹面の曲率半径が異なっているが、曲率半径の小さい方の振動子502bを大きい方の振動子502aより曲率半径の差分だけ内側に配置することにより、同一の幾何焦点506を有するようになっている。また、支持体501の内部には回転軸503を中心に振動子502bを回転移動させる回転機構507が取り付られており、操作者は支持体501の手元に設けられた例えばワイヤなどを用いた操作機構(図示せず)によって回転機構507を操作できる。この構造は当業者において公知の技術である。   FIG. 40 shows an AA ′ cross section of the applicator of FIG. As shown in the figure, the transducers 502a and 502b have concave curvature radii different from each other, but the transducer 502b having the smaller curvature radius is arranged inward by the difference in curvature radius from the transducer 502a having the larger curvature. As a result, the same geometrical focal point 506 is provided. In addition, a rotation mechanism 507 for rotating the vibrator 502b around the rotation shaft 503 is attached inside the support body 501, and the operator uses, for example, a wire provided at the hand of the support body 501. The rotation mechanism 507 can be operated by an operation mechanism (not shown). This structure is a technique known to those skilled in the art.

アプリケータは図39および図40のように振動子502aを振動子502bに対して重ねた状態で、患者の体腔内、例えば胃内部に食道から挿入される。この状態では振動子502aが振動子502bと重なっていることによって、アプリケータの最大径は小さくなっているため、容易に体腔内に挿入することができる。そして、アプリケータの先端部が一旦胃内部まで届くと、操作者は前記の操作機構により回転機構507を操作して、振動子502bをほぼ180°回転させ、振動子502aに対し振動子502bを重ならせない図41および図42に示す状態とする。この状態では、振動子502a,502b全体として見たときの開口径が最大となり、超音波エネルギを深い部位まで鋭く集束させることができる。また、このとき可撓性膜504は回転する振動子502bと干渉せず、しかも患者に対し十分な接触を図るため内部のカップリング液を増加させる。   The applicator is inserted from the esophagus into the body cavity of the patient, for example, the stomach, with the transducer 502a overlaid on the transducer 502b as shown in FIGS. In this state, since the vibrator 502a overlaps the vibrator 502b, the maximum diameter of the applicator is reduced, so that the vibrator 502a can be easily inserted into the body cavity. Once the distal end of the applicator reaches the stomach, the operator operates the rotation mechanism 507 by the operation mechanism to rotate the vibrator 502b by approximately 180 °, thereby moving the vibrator 502b with respect to the vibrator 502a. The state shown in FIG. 41 and FIG. In this state, the aperture diameter when viewed as a whole of the transducers 502a and 502b is maximized, and the ultrasonic energy can be sharply focused to a deep site. At this time, the flexible membrane 504 does not interfere with the rotating vibrator 502b, and increases the amount of coupling fluid in the interior in order to achieve sufficient contact with the patient.

ここで、振動子502a,502bの曲率半径、つまり幾何焦点506から振動子502a,502bまでの距離R1,R2は異なっているが、この距離差ΔR=R1−R2が治療用超音波の波長の整数倍となる関係に構成されている。一例として、超音波周波数として4MHzを用いると、振動子502a,502bの厚みは通常のPZTを用いた場合、約0.5mmになる。図示していないが振動子502a,502bを保持するためのバッキングや電線の引き回しの為に、振動子502a,502bの間には距離差ΔRとして1mm以上の空間が必要になる。また、カップリング液の音速を1500m/secとすると、カップリング液内での波長が0.375mmになるため、ΔRはその整数倍ということで、例えば5波長分である1.875mmに設定してある。従って、振動子502a,502bを単に電気的に並列に結合させて同一の駆動回路に接続しても、振動子502a,502bから放射される超音波は幾何焦点506では同位相となり、焦点形成に大きな問題はない。   Here, the radii of curvature of the transducers 502a and 502b, that is, the distances R1 and R2 from the geometric focal point 506 to the transducers 502a and 502b are different, but this distance difference ΔR = R1−R2 is the wavelength of the therapeutic ultrasound. The relationship is an integer multiple. As an example, when 4 MHz is used as the ultrasonic frequency, the thickness of the transducers 502a and 502b is about 0.5 mm when ordinary PZT is used. Although not shown, a space of 1 mm or more is required as the distance difference ΔR between the transducers 502a and 502b for backing to hold the transducers 502a and 502b and for routing the electric wires. If the sound velocity of the coupling liquid is 1500 m / sec, the wavelength in the coupling liquid is 0.375 mm. Therefore, ΔR is an integral multiple of the wavelength, and is set to 1.875 mm, for example, for five wavelengths. It is. Therefore, even if the transducers 502a and 502b are simply electrically connected in parallel and connected to the same drive circuit, the ultrasonic waves radiated from the transducers 502a and 502b have the same phase at the geometrical focal point 506 and are used for focus formation. There is no big problem.

ただ、厳密には振動子502a,502bで幾何焦点506からの距離が異なるため、幾何焦点506からそれぞれの振動子502a,502bを見込んだ場合の単位立体角当たりの超音波強度が僅かにアンバランス(振動子502aのそれより、振動子502bのそれの方が大)となる。これを防ぐためには、例えば駆動回路側で該単位立体角当たりの超音波強度が等しくなるように、それぞれの振動子502a,502bに印加する駆動電圧を適当な分割比で分割するなどの方法をとれば良い。   However, strictly speaking, since the transducers 502a and 502b have different distances from the geometric focal point 506, the ultrasonic intensity per unit solid angle when the transducers 502a and 502b are viewed from the geometric focal point 506 is slightly unbalanced. (The vibrator 502b is larger than that of the vibrator 502a). In order to prevent this, for example, a method of dividing the drive voltage applied to each transducer 502a, 502b with an appropriate division ratio so that the ultrasonic intensity per unit solid angle becomes equal on the drive circuit side, etc. Take it.

このように参考例によると、体腔内に挿入するときはアプリケータの最大径を小さくした状態で挿入を容易にし、挿入後の治療時には振動子全体の開口を大きくすることにより幾何焦点での集束を鋭くして、強力な超音波を限局した領域にのみ発生させ、効率的な治療を行うことが可能となる。 As described above, according to the reference example , when inserting into a body cavity, the insertion is facilitated with the maximum diameter of the applicator being reduced, and focusing at a geometrical focus is performed by increasing the opening of the entire vibrator during treatment after insertion. This makes it possible to generate a powerful ultrasonic wave only in a limited area and perform an efficient treatment.

第11参考例
図43は、第11参考例に係る超音波治療装置の構成図であり、特に腹腔鏡と共に用いるのに適したアプリケータと装置本体の構成を示している。
( 11th reference example )
FIG. 43 is a configuration diagram of an ultrasonic therapy apparatus according to the eleventh reference example , and particularly shows a configuration of an applicator and an apparatus main body suitable for use with a laparoscope.

図43において、支持体511は硬性の筒であり、先端にアプリケータの手元で角度を変更できるアングル機構512が構成されている。参考例11と同様に2組の振動子513a,513bが設けられているが、本参考例ではこれらの振動子513a,513bは平板で、且つ表面がそれぞれ複数(N個)の素子に分割された2次元アレイ構造を成している。 In FIG. 43, the support body 511 is a hard cylinder, and an angle mechanism 512 that can change the angle with the hand of the applicator is formed at the tip. Similar to Reference Example 11, two sets of vibrators 513a and 513b are provided. In this reference example , these vibrators 513a and 513b are flat plates and the surface is divided into a plurality of (N) elements. A two-dimensional array structure is formed.

振動子513a,513bは、横方向にスライド可能となっており、挿入時は両者を完全に重ねておき、挿入完了時に手元操作により移動させる。これらの振動子513a,513bの各アレイ素子はそれぞれ独立した駆動回路群514に結合されており、それぞれの駆動タイミングは制御回路515からの信号に従って遅延回路群516から送信されるトリガ信号で決定され、結果的に位置可変の焦点517を形成する。この時、焦点517の近傍の治療対象の状況を、治療用振動子513a,513bの近傍にあって支持体511に構成された画像用超音波トランスジューサ518と超音波診断装置519を用いて、制御回路515を介してCRTディスプレイ520に断層像として画像化する。ここで、制御回路515は焦点517の位置を計算上求めて、CRTディスプレイ520の画像上に重ねて表示する。そして、治療中は制御回路515からの指示により水制御回路521によってアプリケータ先端の可撓性膜504内に開口部505を通してカップリング液を満たし、振動子513a,513b自体の加熱が予想される場合は循環して冷却する。   The vibrators 513a and 513b are slidable in the horizontal direction. When the vibrators 513a and 513b are inserted, the vibrators 513a and 513b are completely overlapped with each other. Each array element of these vibrators 513a and 513b is coupled to an independent drive circuit group 514, and each drive timing is determined by a trigger signal transmitted from the delay circuit group 516 in accordance with a signal from the control circuit 515. As a result, a position-variable focal point 517 is formed. At this time, the condition of the treatment target in the vicinity of the focal point 517 is controlled by using the image ultrasonic transducer 518 and the ultrasonic diagnostic apparatus 519 which are configured in the support body 511 in the vicinity of the treatment vibrators 513a and 513b. A tomographic image is formed on the CRT display 520 via the circuit 515. Here, the control circuit 515 obtains the position of the focal point 517 by calculation and displays it on the image of the CRT display 520 in an overlapping manner. During the treatment, the water control circuit 521 fills the flexible film 504 at the tip of the applicator with the opening 505 to fill the coupling liquid in response to an instruction from the control circuit 515, and heating of the vibrators 513a and 513b itself is expected. If so, circulate and cool.

図44に、上述したスライド式の移動機構の一例を示す。支持体531の先端に2枚の振動子532a,533bが取り付けられている。振動子532a,563bは支持体521の長手方向にはリニアアレイになっており、また幅方向は凹面形状を成している。動子532aは支持体531に固定されており、振動子532bは支持体531上に斜めに形成された溝534内をスライド可能な支柱533に固定されている。支柱533は溝534に沿ってスライドすることによって、支持体531の長手方向の動きを振動子532bのスライド運動に変換する。   FIG. 44 shows an example of the slide-type moving mechanism described above. Two vibrators 532 a and 533 b are attached to the tip of the support 531. The vibrators 532a and 563b are linear arrays in the longitudinal direction of the support body 521, and have a concave shape in the width direction. The moving element 532 a is fixed to the support 531, and the vibrator 532 b is fixed to a support column 533 that can slide in a groove 534 formed obliquely on the support 531. The column 533 slides along the groove 534 to convert the longitudinal movement of the support 531 into the sliding movement of the vibrator 532b.

これにより、振動子532bのスライド後は、振動子532a,532bは図45に示す位置関係となり、共通の凹面形状の幾何焦点535を有することになる。また、振動子532a,532bの長手方向には、リニアアレイの電子集束作用により焦点を形成できる。なお、図44および図45ではカップリング用の可撓性膜を省略している。   Thus, after the vibrator 532b is slid, the vibrators 532a and 532b have the positional relationship shown in FIG. 45 and have a common concave geometric focus 535. A focal point can be formed in the longitudinal direction of the vibrators 532a and 532b by the electron focusing action of the linear array. 44 and 45, the flexible film for coupling is omitted.

以上説明したように、本参考例によれば挿入部が非常に狭い体腔内へも、大きな開口を有する治療用超音波振動子を挿入できるため、内臓表面から深い位置にある治療対象にも非常に集束した強力な超音波を照射して効率的な治療を行うことができる。 As described above, according to the present reference example , a therapeutic ultrasonic transducer having a large opening can be inserted even into a body cavity where the insertion portion is very narrow. It is possible to perform an effective treatment by irradiating with a powerful ultrasonic wave focused on.

第12参考例
図46は、第12参考例の構成図である。まず、図46中のアプリケータ601の構成を図47により説明する。図47に示すように、アプリケータ601は治療用強力超音波を照射する超音波振動子602と、強力超音波を患者603まで導くカップリング液604と、該カップリング液604を密閉する水袋605と、これらを収納するハウジング633よりなる。
( 12th reference example )
FIG. 46 is a configuration diagram of the twelfth reference example . First, the configuration of the applicator 601 in FIG. 46 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 47, the applicator 601 includes an ultrasonic transducer 602 that irradiates a therapeutic high-power ultrasonic wave, a coupling liquid 604 that guides the strong ultrasonic wave to a patient 603, and a water bag that seals the coupling liquid 604. 605 and a housing 633 for housing them.

ハウジング625には、焦点位置決めの際に用いるための3点以上(ここでは3点で説明する)の基準点608A,608B,608Cが付けられている。基準点608A,608B,608Cは、MRI画像上で明確に描出でき、生体の物質との区別が容易な材質で形成されており、その材質はより好ましくは非磁性体がよい。具体的には、ハウジング材の空孔に油類を注入したものや、ゴム類、樹脂類を付着したものでもよい。   The housing 625 is provided with three or more reference points 608A, 608B, and 608C for use in focus positioning (here, three points will be described). The reference points 608A, 608B, and 608C are made of a material that can be clearly depicted on an MRI image and can be easily distinguished from a biological material, and the material is preferably a non-magnetic material. Specifically, oils injected into the holes of the housing material, rubbers, or resins attached may be used.

図48に示すように、超音波振動子602は円形平板のピエゾ素子を径方向および周方向に分割した形状を有している。治療する際は、アプリケータ601を体表に載せ、水袋605を超音波ゼリー等(図示せず)を介して患者603の皮膚に接触させる。そして、焦点607を腫瘍606に一致させてから駆動回路群611で超音波振動子602を駆動して強力超音波を照射し、焦点607と一致した治療部位を高温に維持して治療する。   As shown in FIG. 48, the ultrasonic transducer 602 has a shape obtained by dividing a circular flat plate piezoelectric element in the radial direction and the circumferential direction. When treating, the applicator 601 is placed on the body surface, and the water bag 605 is brought into contact with the skin of the patient 603 via an ultrasonic jelly or the like (not shown). Then, after the focal point 607 coincides with the tumor 606, the ultrasonic transducer 602 is driven by the drive circuit group 611 to irradiate with strong ultrasonic waves, and the treatment site coincident with the focal point 607 is maintained at a high temperature for treatment.

参考例では、強力超音波発生源としてフェーズドアレイを用いた。従って、駆動回路群611の駆動タイミングを位相制御回路群610によって制御することにより、アプリケータ601及び超音波振動子602を移動させずに焦点位置や音場、加温・加熱領域を操作することができる。駆動回路群611は分割した超音波振動子602の個数のチャンネルに分かれており、加熱治療装置制御回路609からの信号に基づいて位相制御回路群610で遅延が与えられた独立のタイミング信号により駆動される。これにより、超音波の焦点607は3次元的に任意の場所に設定できる。この遅延時間制御による焦点位置の移動操作は、例えばUSP−4,526,168に詳述されている。 In this reference example , a phased array was used as a powerful ultrasonic wave generation source. Therefore, by controlling the drive timing of the drive circuit group 611 by the phase control circuit group 610, the focus position, the sound field, and the heating / heating region can be operated without moving the applicator 601 and the ultrasonic transducer 602. Can do. The drive circuit group 611 is divided into the number of channels of the divided ultrasonic transducers 602, and is driven by an independent timing signal given a delay by the phase control circuit group 610 based on a signal from the heat treatment apparatus control circuit 609. Is done. Thereby, the focal point 607 of the ultrasonic wave can be set at an arbitrary place three-dimensionally. The operation of moving the focal position by this delay time control is described in detail, for example, in USP-4,526,168.

次に、本参考例における位置決めとMRI像の撮像部について説明する。 Next, the positioning and MRI image imaging unit in this reference example will be described.

まず、患者603は治療台620上にセットされ、さらにアプリケータ601が取り付けられた状態で、MRI制御回路614により制御されるテーブル移動装置613によって、RFコイル619と静磁場コイル617および勾配磁場用コイル618が内蔵されているMRI撮像用のガントリ(図示せず)内に送り込まれる。   First, the patient 603 is set on the treatment table 620, and with the applicator 601 attached, the table moving device 613 controlled by the MRI control circuit 614 uses the RF coil 619, the static magnetic field coil 617, and the gradient magnetic field coil. The coil 618 is fed into a gantry (not shown) for MRI imaging.

MRI制御回路614は、勾配磁場電源616および送受信回路615をコンソール621より指示した所定のシーケンス(例えばT2強調撮像法:T2横緩和時間)により起動し、アプリケータ601の基準点608A,608B,608Cを含む患者603の体内の3次元の画像情報を図示しないメモリ内に記憶する。この3次元情報は、MRI制御回路614によりCRTディスプレイ612上に表示することができるが、特開平5−300910に述べられているように、例えばワイヤフレームを用いた疑似3次元表示のような任意の形で表示することもできる。   The MRI control circuit 614 starts up the gradient magnetic field power source 616 and the transmission / reception circuit 615 by a predetermined sequence (for example, T2-weighted imaging method: T2 lateral relaxation time) instructed from the console 621, and the reference points 608A, 608B, 608C of the applicator 601. Is stored in a memory (not shown). This three-dimensional information can be displayed on the CRT display 612 by the MRI control circuit 614. However, as described in JP-A-5-300910, for example, an arbitrary one such as a pseudo three-dimensional display using a wire frame can be used. Can also be displayed.

次に、腫瘍606と焦点607の位置合わせを行う。ここで、CRTディスプレイ612には図49に示すように、基準点608Aを含んだ患者体内のMRI2次元画像が表示されている。術者は、この基準点608AのMRI座標626上の位置を加熱装置制御回路609に入力する。なお、この代わりにMRI制御回路614がアプリケータ601の基準点608Aを認識し、その座標情報を加熱治療装置制御回路609に送るようにしてもよい。同様の操作を残りの基準点608B,608Cに対しても行い、アプリケータ601の位置決めを行う。   Next, the tumor 606 and the focal point 607 are aligned. Here, on the CRT display 612, as shown in FIG. 49, an MRI two-dimensional image inside the patient including the reference point 608A is displayed. The operator inputs the position of the reference point 608A on the MRI coordinate 626 to the heating device control circuit 609. Alternatively, the MRI control circuit 614 may recognize the reference point 608A of the applicator 601 and send the coordinate information to the heating treatment apparatus control circuit 609. The same operation is performed on the remaining reference points 608B and 608C to position the applicator 601.

図49に示すように、CRTディスプレイ612にはMRI画像622と重ねて、加熱治療装置制御回路609の持つアプリケータ座標625が表示できる。但し、図49の例のアプリケータ座標625は基準点608Aを原点にした3次元及び2次元座標である。焦点607の座標は基準点608Aを基準に設定されているため、アプリケータ601の位置合わせ及び治療計画はアプリケータ座標625に従って行う。例えば、ライトペンやタッチパネル等の入力装置623を介して、CRTディスプレイ612上で焦点607の位置を指定し、この情報を加熱装置制御回路609で記憶していく。この時、CRTディスプレイ612上のタッチパネル、ライトペン等の入力装置623は、MRI座標626での操作と、アプリケータ座標625での操作を切り替えて使用することができ、MRI3次元画像上の任意の断面を指定する場合には、従来通りMRI座標で行うことが可能である。   As shown in FIG. 49, applicator coordinates 625 of the heat treatment apparatus control circuit 609 can be displayed on the CRT display 612 so as to overlap the MRI image 622. However, the applicator coordinates 625 in the example of FIG. 49 are three-dimensional and two-dimensional coordinates with the reference point 608A as the origin. Since the coordinates of the focal point 607 are set based on the reference point 608A, the alignment of the applicator 601 and the treatment plan are performed according to the applicator coordinates 625. For example, the position of the focal point 607 is designated on the CRT display 612 via an input device 623 such as a light pen or a touch panel, and this information is stored in the heating device control circuit 609. At this time, the input device 623 such as a touch panel or a light pen on the CRT display 612 can be used by switching between the operation at the MRI coordinate 626 and the operation at the applicator coordinate 625, and any arbitrary image on the MRI three-dimensional image can be used. When a cross section is designated, it can be performed with MRI coordinates as before.

また、焦点607についても、図49に示すようにCRTディスプレイ612のMRI画像622上に表示される。超音波の入射経路624を併せて表示することもできる。   The focal point 607 is also displayed on the MRI image 622 of the CRT display 612 as shown in FIG. The ultrasonic incident path 624 can also be displayed.

加熱治療装置制御回路609は、内蔵のメモリに記憶された焦点607の位置と腫瘍606の位置との一致を検出すると超音波照射の開始を駆動回路群611に指示し、これにより治療が開始される。ここで、毎回強力超音波を照射する直前に基準点608Aを含む患部のMRI画像を撮像し、基準点608AとMRI画像の座標との一致状況を確認することもできる。呼吸移動等の患者の動きで基準点608Aが初めに決定したMRI座標上の点から一定の値以上離れると、加熱装置制御回路609は駆動回路群611を制御して超音波振動子602の駆動を停止する。この動作は、全ての基準点608A,608B,608Cを含むMRIの3次元画像を撮像し、これら3つの基準点のうち何れかが決められた値以上元の点から離れると超音波の照射が停止するというものでもよい。   When the coincidence between the position of the focal point 607 and the position of the tumor 606 stored in the built-in memory is detected, the heat treatment apparatus control circuit 609 instructs the drive circuit group 611 to start the ultrasonic irradiation, thereby starting the treatment. The Here, an MRI image of the affected part including the reference point 608A is taken immediately before the irradiation of the powerful ultrasonic wave every time, and the coincidence state between the reference point 608A and the coordinates of the MRI image can be confirmed. When the reference point 608A moves away from a point on the MRI coordinates initially determined by the movement of the patient such as respiratory movement, the heating device control circuit 609 controls the drive circuit group 611 to drive the ultrasonic transducer 602. To stop. In this operation, an MRI three-dimensional image including all the reference points 608A, 608B, and 608C is picked up, and if any of these three reference points moves away from the original point by a predetermined value or more, ultrasonic irradiation is performed. It may be to stop.

当初の治療計画の中間あるいは終了と思われる時点で超音波の照射を停止し、治療の進行状況を観察する。これは上述と同様に腫瘍606周囲のMRI画像を撮像し、生体の変化を調べることによって行う。この間、アプリケータ601は患者603に装着されたままである。そして、治療前にメモリ上に記憶しておいたT2強調画像のデータと今回のデータとのサブトラクションをとると、熱変性領域が明瞭に確認でき、治療が十分に行われたか、あるいは不十分で再治療が必要かを判断できる。また、このような治療効果の判定ステップを当初から治療計画に盛り込んで、所定の治療時間おきに自動的に腫瘍606周囲のMRI画像を撮像するようにすることも可能である。   Ultrasound irradiation is stopped at the time when it seems to be in the middle or the end of the initial treatment plan, and the progress of treatment is observed. This is performed by taking an MRI image around the tumor 606 and examining changes in the living body in the same manner as described above. During this time, the applicator 601 remains attached to the patient 603. Then, by subtracting the T2-weighted image data stored in the memory before the treatment and the current data, the heat-denatured region can be clearly confirmed, and the treatment has been performed sufficiently or is insufficient. Can determine if re-treatment is necessary. It is also possible to incorporate such a treatment effect determination step into the treatment plan from the beginning, and to automatically take MRI images around the tumor 606 every predetermined treatment time.

治療が終了したと思われるところで、前記と同様の動作で体内のMRI3次元画像を撮像する。この時、治療漏れが疑われた部分を含む面を入力装置623を介してCRTディスプレイ612上で指定し、例えばその部分のMRI2次元画像を表示させて詳しく調べ、治療漏れが確定された場合は、その部分(点あるいは範囲)をCRTディスプレイ612上のアプリケータ座標625で指示すると、その情報が加熱治療装置制御回路609へ送られ、加熱治療装置制御回路609は指定された体内の治療漏れの部分に焦点を結ぶように位相制御回路群610を制御した後、駆動回路群611を駆動させ、加熱治療を追加する。   When it is considered that the treatment has been completed, an MRI three-dimensional image inside the body is taken by the same operation as described above. At this time, a surface including a portion suspected of treatment failure is designated on the CRT display 612 via the input device 623, and, for example, an MRI two-dimensional image of the portion is displayed and examined in detail. When the portion (point or range) is indicated by the applicator coordinates 625 on the CRT display 612, the information is sent to the heating therapy apparatus control circuit 609, and the heating therapy apparatus control circuit 609 indicates the treatment leakage in the designated body. After controlling the phase control circuit group 610 so as to focus on the portion, the drive circuit group 611 is driven to add heat treatment.

MRIによる治療効果の判定で十分治療が完了したと判断できる状況になったら、操作者は治療を終了する。この時、MRI制御回路614は治療条件の履歴をメモリから呼び出し、治療記録をCRTディスプレイ612から出力することができる。   When it becomes possible to determine that the treatment has been sufficiently completed by determining the treatment effect by MRI, the operator ends the treatment. At this time, the MRI control circuit 614 can call up a history of treatment conditions from the memory and output a treatment record from the CRT display 612.

参考例については、種々の変形した実施が可能であり、例えば送受信用RFコイル619として体腔内コイルを使用してもよい。また、超音波振動子602にフェイズドアレイを用いたが、これに代えてアニュラーアレイを用いてもよいし、アプリケータ601を機械的に動かして焦点を移動させる方法をとってもよい。 The reference example can be variously modified, and for example, a body cavity coil may be used as the transmission / reception RF coil 619. In addition, although a phased array is used for the ultrasonic transducer 602, an annular array may be used instead, or a method of moving the focus by mechanically moving the applicator 601 may be used.

また、図50に示すように超音波振動子627の中央または一部に設けられた超音波プローブ挿入孔629に超音波プローブ628を挿入し、これを超音波診断装置630に接続して、リアルタイムに体内の超音波像を観察できるようにしてもよい。超音波プローブ628は、前後方向のスライドと回転移動が可能に構成されている。そして、超音波断層像を得る超音波プローブ628と治療用超音波の焦点607との相対位置を求め、この相対位置の情報に基づいて超音波画像上に焦点位置607を表示したり、更にMRIで得られた2次元または3次元の体内画像上にそのとき表示している超音波断層像の位置を示し、先に立てた治療計画に沿って超音波断層像を利用することができる。これらの方法は、特開平5ー300910に詳しく述べられている。   Also, as shown in FIG. 50, an ultrasonic probe 628 is inserted into an ultrasonic probe insertion hole 629 provided in the center or a part of the ultrasonic transducer 627, and this is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 630 to perform real time. In addition, an ultrasonic image inside the body may be observed. The ultrasonic probe 628 is configured to be able to slide and rotate in the front-rear direction. Then, the relative position between the ultrasonic probe 628 for obtaining an ultrasonic tomographic image and the focal point 607 of the therapeutic ultrasonic wave is obtained, and the focal position 607 is displayed on the ultrasonic image based on the information on the relative position, and further the MRI. The position of the ultrasonic tomographic image displayed at that time is indicated on the two-dimensional or three-dimensional in-vivo image obtained in step 1, and the ultrasonic tomographic image can be used in accordance with the previously set treatment plan. These methods are described in detail in JP-A-5-300910.

また、アプリケータ601は本参考例のように患者603に対して上方から装着するいわゆる上方アプローチでなくともよく、図示しないメカニカルアームにより移動制御されるアプリケータを構成して、下方アプローチでも用いることができる。 Further, the applicator 601 does not have to be a so-called upper approach that is mounted on the patient 603 from above as in the present reference example , and an applicator that is controlled by a mechanical arm (not shown) can be configured and used in the lower approach. Can do.

第13参考例
図51は、第13参考例の構成図である。まず、図51中のアプリケータ631の構成を図52により説明する。本参考例では、超音波振動子632は焦点固定で、機械的に焦点を動かすタイプを用いられる(特開昭63−992343参照)。アプリケータ631は、治療用強力超音波を照射する超音波振動子632と、強力超音波を患者603まで導くカップリング液604と、該カップリング液604を密閉する水袋605と、これらを収納するハウジング633よりなる。ハウジング633には、複数のアプリケータ側基準点(ここでは2点で説明する)638A,638Bが付けられている。これらのアプリケータ側基準点638A,638Bは、アプリケータ631を複数の被検体側基準点(ここでは2点で説明する)639A,639Bと正確に一致させるためのもので、例えば図53に示すようにアプリケータ側基準点638A,638Bを凹型形状とし、これらに凸型の被検体側基準点639A,639Bを嵌め込むようにしてもよい。また、他の構成として図54に示すように、凹型の被検体側基準点640A,640Bに凸型のアプリケータ基準点641A,641Bを嵌め込むようにしてもよい。
( 13th Reference Example )
FIG. 51 is a configuration diagram of the thirteenth reference example . First, the configuration of the applicator 631 in FIG. 51 will be described with reference to FIG. In this reference example , the ultrasonic transducer 632 has a fixed focal point, and a type that mechanically moves the focal point is used (see JP-A-63-99343). The applicator 631 stores an ultrasonic transducer 632 that emits therapeutic high-power ultrasonic waves, a coupling liquid 604 that guides high-power ultrasonic waves to the patient 603, a water bag 605 that seals the coupling liquid 604, and these. Housing 633. A plurality of applicator side reference points (explained here with two points) 638A and 638B are attached to the housing 633. These applicator-side reference points 638A and 638B are used to accurately match the applicator 631 with a plurality of subject-side reference points (explained here by two points) 639A and 639B, for example, as shown in FIG. As described above, the applicator side reference points 638A and 638B may be formed in a concave shape, and the convex object side reference points 639A and 639B may be fitted therein. As another configuration, as shown in FIG. 54, convex applicator reference points 641A and 641B may be fitted into concave object-side reference points 640A and 640B.

超音波振動子632は一枚のピエゾ素子を球殻状に切り出したもので、カップリング液604を満たしたハウジング633の中で、振動子位置制御回路635に制御される支持棒634による上下の移動と、同じく振動子位置制御回路635に制御されるベアリング637による揺動が可能である。   The ultrasonic transducer 632 is obtained by cutting a single piezoelectric element into a spherical shell, and is vertically moved by a support rod 634 controlled by a transducer position control circuit 635 in a housing 633 filled with a coupling liquid 604. The movement and the swinging by the bearing 637 controlled by the vibrator position control circuit 635 are possible.

治療時には、第12参考例と同様にアプリケータ631を患者603の体表に載せ、水袋605を超音波ゼリー等(図示せず)を介して患者603の皮膚に接触させる。焦点607を振動子位置制御回路635により腫瘍606に一致させてから、駆動回路636で超音波振動子632を駆動して強力超音波を照射し、焦点607と一致した治療部位を高温に維持して治療する。 At the time of treatment, the applicator 631 is placed on the body surface of the patient 603 as in the twelfth reference example, and the water bag 605 is brought into contact with the skin of the patient 603 via an ultrasonic jelly or the like (not shown). After the focal point 607 is matched with the tumor 606 by the transducer position control circuit 635, the ultrasonic transducer 632 is driven by the drive circuit 636 to irradiate the powerful ultrasonic wave, and the treatment site matched with the focal point 607 is maintained at a high temperature. To treat.

次に、本参考例における位置決めとMRI像の撮像部について説明する。 Next, the positioning and MRI image imaging unit in this reference example will be described.

まず、患者603には被検体側基準点639A,639Bがアプリケータ631の基準点638A,638Bと正確に一致する位置で張り付けられる。被検体側基準点639A,639Bは、強力な粘着力のある使い捨ての突起物のようなものが適当であり、しかもMRI画像上で明確に描出でき、生体の物質との区別が容易なもので、さらに好ましくは非磁性体がよい。具体的には、例えばゴム類、樹脂類等が挙げられる。次に、患者603上にアプリケータ631が取り付けられるが、このとき基準点638A,638Bと、639A,639Bの位置が正確に一致するようにする。こうして治療台620上にセットされ、かつ基準点639A,639Bが付けられた患者603は、MRI制御回路614により制御されるテーブル移動装置613によって、RFコイル619と静磁場コイル617および勾配磁場用コイル618が内蔵されている撮像用のガントリ(図示せず)内に送り込まれる。   First, the subject-side reference points 639A and 639B are attached to the patient 603 at positions where they are exactly coincident with the reference points 638A and 638B of the applicator 631. The subject-side reference points 639A and 639B are suitably disposable protrusions with strong adhesive force, and can be clearly depicted on the MRI image, and can be easily distinguished from biological substances. More preferably, a non-magnetic material is preferable. Specific examples include rubbers and resins. Next, the applicator 631 is mounted on the patient 603, and at this time, the positions of the reference points 638A, 638B and 639A, 639B are made to exactly match. The patient 603 thus set on the treatment table 620 and attached with the reference points 639A and 639B is subjected to the RF coil 619, the static magnetic field coil 617, and the gradient magnetic field coil by the table moving device 613 controlled by the MRI control circuit 614. 618 is fed into an imaging gantry (not shown).

次に、MRI制御回路614は勾配磁場電源616および送受信回路615をコンソール621より指示した所定のシーケンス(例えばT2強調撮像法)により起動し、アプリケータ基準点638A(第12参考例の基準点608と同様な働きをする)を含む患者603体内の3次元の画像情報を図示しないメモリ内に記憶する。この3次元情報は、MRI制御回路614により、CRTディスプレイ612上に表示することができる。 Next, the MRI control circuit 614 activates the gradient magnetic field power source 616 and the transmission / reception circuit 615 according to a predetermined sequence (for example, T2-weighted imaging method) instructed from the console 621, and the applicator reference point 638A (reference point 608 of the twelfth reference example ). The three-dimensional image information in the patient 603 is stored in a memory (not shown). This three-dimensional information can be displayed on the CRT display 612 by the MRI control circuit 614.

MRI3次元画像に描出された腫瘍606の位置に超音波振動子632の焦点607を合わせる作業及び、治療計画を行う方法は、参考例13と同様である。また、治療途中の治療状況の確認や治療終了後の処理も、参考例13と同様であるが、本参考例14ではアプリケータ631の位置と患者603の位置が複数の点で物理的に固定されているため、治療の途中で一旦アプリケータ601を患者603から取り外しても、確実に元の位置に戻すことができる。 The operation of aligning the focal point 607 of the ultrasonic transducer 632 with the position of the tumor 606 depicted in the MRI three-dimensional image and the method of performing the treatment plan are the same as in Reference Example 13. Also, the confirmation of the treatment status during the treatment and the processing after the treatment are the same as in Reference Example 13, but in this Reference Example 14, the position of the applicator 631 and the position of the patient 603 are physically fixed at a plurality of points. Therefore, even if the applicator 601 is once removed from the patient 603 during the treatment, it can be reliably returned to the original position.

なお、本参考例ではアプリケータ側基準点と被検体側基準点が2点ずつの場合を示したが、3点ずつの基準点を設けて位置をより安定にするようにすることも有効である。また、上述の説明では代表となる基準点をアプリケータ座標の原点((X,Y,Z)=(0,0,0))としたが、(X,Y,Z)に任意の値を与えても良い。 In this reference example , two applicator-side reference points and two subject-side reference points are shown. However, it is also effective to provide three reference points to stabilize the position. is there. In the above description, the representative reference point is the origin of the applicator coordinates ((X, Y, Z) = (0, 0, 0)). However, any value can be set for (X, Y, Z). May be given.

以上説明したように、本参考例によれば超音波加熱治療の際に、加熱治療装置のアプリケータと被検体との位置合わせを行うだけでよく、従来のようにCT装置と加熱治療装置の相対位置を検出するための特別な機構を組み込む必要がないため、CT装置と加熱治療装置が別個に構成されている場合でも正確な位置合わせができ、患者に対する安全性を確保できると共に、装置のコストの低減を図ることができる。 As described above, according to this reference example , it is only necessary to align the applicator of the heat treatment apparatus and the subject during the ultrasonic heat treatment. Since it is not necessary to incorporate a special mechanism for detecting the relative position, accurate alignment can be performed even when the CT apparatus and the heat treatment apparatus are separately configured, and safety for the patient can be ensured. Cost can be reduced.

1の参考例の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the first reference example 参考例における強力超音波の照射手順を説明するための模式図Schematic diagram for explaining the irradiation procedure of intense ultrasound in the reference example 参考例における強力超音波の照射手順を示すフローチャートFlow chart showing the irradiation procedure of intense ultrasound in the reference example 参考例における強力超音波の別の照射手順を説明するための図The figure for demonstrating another irradiation procedure of the powerful ultrasonic wave in the reference example 2の参考例の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the second reference example 参考例における超音波プローブ及び振動子の位置関係と動作を示す図The figure which shows the positional relationship and operation | movement of an ultrasonic probe and a vibrator | oscillator in the reference example 超音波プローブと振動子の相対位置を可変にする機構の他の例を示す図The figure which shows the other example of the mechanism which makes the relative position of an ultrasonic probe and a vibrator variable. 第3の参考例の2次元アレイを用いた場合の構成を示す図Shows a configuration in the case of using a two-dimensional array of third reference example 参考例における強力超音波照射治療中のCRT画像表示例を示す図The figure which shows the example of a CRT image display during the powerful ultrasonic irradiation treatment in the reference example 第4の参考例のの構成図Configuration diagram of the fourth reference example 参考例における動きの概念の説明図Explanatory drawing of the concept of movement in the reference example 参考例におけるMRIによる温度計測の際の動き補正を説明するための模式図Schematic diagram for explaining motion correction at the time of temperature measurement by MRI in the reference example 参考例における画像からの動き補正法を採り入れた治療手順を示す流れ図Flow chart showing the treatment procedure incorporating the motion correction method from the image in the reference example 参考例における基準画像に対する動き検出と温度変化の検出を行う場合の時間的流れを示す模式図Schematic diagram showing the temporal flow when performing motion detection and temperature change detection on the reference image in the reference example 参考例における直前に得た画像に対する動き検出と温度変化の検出を行う場合の時間的流れを示す模式図Schematic diagram showing the temporal flow when performing motion detection and temperature change detection for the image obtained immediately before in the reference example 本発明の実施例に係るポイント励起(2次元1ショット局所励起)のMRIパルスシーケンスを示す模式図 The schematic diagram which shows the MRI pulse sequence of the point excitation (two-dimensional one-shot local excitation) which concerns on the Example of this invention . 同実施例におけるポイント励起を用いた超音波照射とデータの処理手順を示す模式図Schematic diagram showing the procedure of ultrasonic irradiation and data using point excitation in the same embodiment 同実施例におけるポイント励起の際の温度表示手段の一例を示す図The figure which shows an example of the temperature display means in the case of the point excitation in the Example 同実施例に係るライン励起のMRIシーケンスを示す模式図Schematic diagram illustrating the MRI sequence of line excitation according to the actual施例 同実施例におけるライン励起を用いた超音波照射とデータの処理手順を示す模式図Schematic diagram showing the procedure of ultrasonic irradiation and data processing using line excitation in the same embodiment 同実施例におけるライン励起の際の温度分布表示手段の一例を示す図The figure which shows an example of the temperature distribution display means in the case of the line excitation in the Example 同実施例における温度分布から温度測定点を決定する手順を示す模式図The schematic diagram which shows the procedure which determines a temperature measurement point from the temperature distribution in the Example. 発明の実施例に係る温度計測と緩和時間強調信号計測を同時に行う治療シーケンス図 The treatment sequence diagram which performs temperature measurement and relaxation time emphasis signal measurement simultaneously according to an embodiment of the present invention 発明の実施例に係る温度計測と緩和時間強調信号計測を同一シーケンス内で行うMRIパルスシーケンス図MRI pulse sequence diagram for performing temperature measurement and relaxation time enhancement signal measurement in the same sequence according to an embodiment of the present invention 発明の実施例に係るポイント励起のMRIパルスシーケンスを示す模式図(3つのα゜パルスを用いた場合)Schematic diagram showing a point-excitation MRI pulse sequence according to an embodiment of the present invention (when three α ° pulses are used) 発明の実施例に係る治療照射時に計測された温度を治療用照射にフィードバックする場合の時間的流れの模式図 The schematic diagram of the time flow in the case of feeding back the temperature measured at the time of treatment irradiation which concerns on the Example of this invention to treatment irradiation 5の参考例に係るライン励起のMRIパルスシーケンスを示す模式図Schematic diagram showing an MRI pulse sequence of line excitation according to a fifth reference example 参考例に係る電子計算機制御の制御信号の流れ図Flow chart of control signals for computer control according to the reference example 参考例に係る電子計算機ディスプレイ内のアプリケータのコントロール手段を示す模式図Schematic showing the control means of the applicator in the computer display according to the reference example 参考例に係るハンドプローブタイプの超音波アプリケータのエンコーダによる位置・角度検出手段の模式図Schematic diagram of position / angle detection means by encoder of hand probe type ultrasonic applicator according to the reference example 参考例に係るハンドプローブタイプの超音波アプリケータの光ジャイロによる位置・角度検出手段の模式図Schematic diagram of position / angle detection means by optical gyro of the hand probe type ultrasonic applicator according to the reference example 参考例に係るハンドプローブタイプの超音波アプリケータのテレビカメラによる位置・角度検出手段の模式図Schematic diagram of position / angle detection means by a TV camera of an ultrasonic applicator of the hand probe type according to the reference example 6の参考例を示すブロック図Block diagram showing a sixth reference example 参考例における受信信号から反射信号を検出する手段を説明するための駆動回路および受信波検出回路の要部の回路図Circuit diagram of main parts of drive circuit and received wave detection circuit for explaining means for detecting reflected signal from received signal in the reference example 7の参考例を示すブロック図Block diagram showing a seventh reference example 参考例における受信信号から反射信号を検出する手段を説明するための受信波検出回路の要部の回路図Circuit diagram of main part of received wave detection circuit for explaining means for detecting reflected signal from received signal in the reference example 8の参考例を示すブロック図Block diagram showing an eighth reference example 9の参考例を示すブロック図Block diagram showing the ninth reference example 10の参考例の超音波アプリケータの構成図 Configuration diagram of an ultrasound applicator of the first 10 of Reference Example 図39の超音波アプリケータのA−A′断面図AA 'sectional view of the ultrasonic applicator of FIG. 同参考例の超音波アプリケータの構成図 Configuration diagram of an ultrasonic applicator of the Reference Example 図41の超音波アプリケータのB−B′断面図BB 'sectional view of the ultrasonic applicator of FIG. 11の参考例の治療装置の構成図 11 Configuration Figure treatment device of the reference example of 11の参考例の他の超音波アプリケータの構成図The 11 other configuration diagram of an ultrasonic applicator of the reference example of 11の参考例の他の超音波アプリケータの構成図The 11 other configuration diagram of an ultrasonic applicator of the reference example of 12の参考例の構成図Configuration diagram of the twelfth reference example 参考例におけるアプリケータの構成図Configuration of applicator in the reference example 参考例における超音波振動子の構成図Configuration diagram of ultrasonic transducer in the reference example 参考例におけるCRTディスプレイ上の表示画面を示す図The figure which shows the display screen on the CRT display in the same reference example 12の参考例の他の構成図 12 Another configuration diagram of the reference example 13の参考例の構成図Configuration diagram of thirteenth reference example 参考例におけるアプリケータの構成図Configuration of applicator in the reference example 参考例における基準点の設け方の一例を示す図The figure which shows an example of how to provide the reference point in the reference example 参考例における基準点の設け方の他の例を示す図The figure which shows the other example of how to provide the reference point in the reference example

符号の説明Explanation of symbols

101…アプリケータ 102…ピエゾ素子群 103…患者 104…水
105…カップリング膜 106…強力超音波焦点 107…患部(腫瘍) 108…超音波プローブ 109…駆動回路 110…アプリケータ位置検出装置 111…メカニカルアーム 112…ステージコントローラ 113…Zθステージ 114…Xθステージ 115…超音波画像診断装置 116…デジタルスキャンコンバータ 117…CRT 118…補助入力装置 119…システムコントローラ 110…コンソール 121…水処理回路 122…XYZステージ 123…Zθφステージ 124…指示カーソル 125…加熱点 126…超音波Bモード画像 127…超音波加算Cモード画像 128…超音波3D画像 129…治療ブロック立体拡大像 121…静磁場コイル 122…勾配磁場電源 123…送受信回路 124…テーブル移動装置 125…作業孔 126…位相制御回路 201…静磁場磁石 202…励磁用電源 203…被検体 204…勾配磁場コイル 205…シーケンスコントローラ 206…勾配磁場コイル駆動回路 207…寝台 208…高周波コイル 209…送信部 210…デュプレクサ 211…受信部 212…データ収集部 213…電子計算機 214…コンソール 215…画像ディスプレイ 216…超音波アプリケータ 217…駆動回路群 218…位相制御回路群 219…電源(パルス発生用) 221…温度分布表示ウィンドウ 222…温度分布表示ウィンドウ 223…超音波振動子の位置表示 224…設定焦点 301〜303…回転検出型エンコーダ 304〜306…並進検出型エンコーダ 307…把握部 401…超音波アプリケータ 402…ピエゾ素子 403…イメージング用超音波プローブ 404…可撓性の水袋 405…患者 406…治療対象 407…超音波伝搬媒質
408…駆動回路 409…制御回路 410…受信波検出回路 411…レベル検出回路 412…位相ずれ検出回路 413…超音波診断装置 414…DSC 415…CRTディスプレイ 416…入力部 418…A/Dコンバータ 419…メモリ 420…発振器 501…支持体 502…超音波振動子 503…回転軸 504…可撓性膜 505…開口部 506…焦点 507…回転移動機構 511…支持体 512…アングル機構 513…超音波振動子 514…駆動回路群 515…制御回路 516…遅延回路群 517…焦点 518…画像用超音波振動子 519…超音波診断装置 520…CRTディスプレイ 521…水制御回路 531…支持体 532…超音波振動子 533…支柱 534…移動溝 535…焦点 601…アプリケータ 602…超音波振動子 603…患者 604…カップリング液 605…水袋 606…腫瘍 607…焦点 608A〜608C…基準点 609…加熱治療装置制御回路 610…位相制御回路郡 611…駆動回路群 612…CRT 613…テーブル移動装置 614…MRI制御回路 615…送受信回路 616…勾配磁場電源 617…静磁場コイル 618…勾配磁場コイル 619…RFコイル 620…治療台 621…コンソール 622…MRI画像 623…入力装置 624…超音波入射経路 625…アプリケータ座標 626…MRI座標 627…超音波振動子 628…超音波プローブ 629…プローブ挿入孔 630…超音波診断装置 631…アプリケータ 632…超音波振動子 633…ハウジング 634…支持棒 635…振動子位置制御回路 636…駆動回路 637…ベアリング 638A,638B…アプリケータ側基準点 639A,639B…被検体側基準点 640A,640B…被検体側基準点 641A,641B…アプリケータ側基準点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Applicator 102 ... Piezoelectric element group 103 ... Patient 104 ... Water 105 ... Coupling membrane 106 ... Strong ultrasonic focus 107 ... Affected part (tumor) 108 ... Ultrasonic probe 109 ... Drive circuit 110 ... Applicator position detection device 111 ... Mechanical arm 112 ... Stage controller 113 ... Zθ stage 114 ... Xθ stage 115 ... Ultrasound image diagnostic apparatus 116 ... Digital scan converter 117 ... CRT 118 ... Auxiliary input device 119 ... System controller 110 ... Console 121 ... Water treatment circuit 122 ... XYZ stage 123 ... Zθφ stage 124 ... Instruction cursor 125 ... Heating point 126 ... Ultrasonic B-mode image 127 ... Ultrasonic addition C-mode image 128 ... Ultrasonic 3D image 129 ... Treatment block three-dimensional enlarged image 121 ... Static magnetic field carp DESCRIPTION OF SYMBOLS 122 ... Gradient magnetic field power supply 123 ... Transmission / reception circuit 124 ... Table moving apparatus 125 ... Work hole 126 ... Phase control circuit 201 ... Static magnetic field magnet 202 ... Excitation power supply 203 ... Subject 204 ... Gradient magnetic field coil 205 ... Sequence controller 206 ... Gradient magnetic field Coil driving circuit 207 ... Bed 208 ... High-frequency coil 209 ... Transmission unit 210 ... Duplexer 211 ... Reception unit 212 ... Data collection unit 213 ... Computer 214 ... Console 215 ... Image display 216 ... Ultrasonic applicator 217 ... Driving circuit group 218 ... Phase control circuit group 219 Power supply (for pulse generation) 221 Temperature display window 222 Temperature display window 223 Ultrasonic transducer position display 224 Setting focus 301 to 303 Rotation detection type encoder 304 to 306 Translation Decoding encoder 307 ... Grasping part 401 ... Ultrasonic applicator 402 ... Piezo element 403 ... Imaging ultrasonic probe 404 ... Flexible water bag 405 ... Patient 406 ... Treatment object 407 ... Ultrasonic propagation medium 408 ... Drive circuit 409 ... Control circuit 410 ... Reception wave detection circuit 411 ... Level detection circuit 412 ... Phase shift detection circuit 413 ... Ultrasonic diagnostic device 414 ... DSC 415 ... CRT display 416 ... Input unit 418 ... A / D converter 419 ... Memory 420 ... Oscillator 501 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Support body 502 ... Ultrasonic vibrator 503 ... Rotating shaft 504 ... Flexible film 505 ... Opening part 506 ... Focus 507 ... Rotation movement mechanism 511 ... Support body 512 ... Angle mechanism 513 ... Ultrasonic vibrator 514 ... Drive circuit group 515 ... Control circuit 516 ... Delay circuit group 517 ... Focus 518 ... Ultrasonic vibrator for image 519 ... Ultrasonic diagnostic apparatus 520 ... CRT display 521 ... Water control circuit 531 ... Support body 532 ... Ultrasonic vibrator 533 ... Strut 534 ... Moving groove 535 ... Focus 601 ... Applicator 602 ... Ultrasonic vibration Child 603 ... Patient 604 ... Coupling fluid 605 ... Water bag 606 ... Tumor 607 ... Focus 608A to 608C ... Reference point 609 ... Heat treatment device control circuit 610 ... Phase control circuit group 611 ... Drive circuit group 612 ... CRT 613 ... Table movement Apparatus 614 ... MRI control circuit 615 ... Transmission / reception circuit 616 ... Gradient magnetic field power supply 617 ... Static magnetic field coil 618 ... Gradient magnetic field coil 619 ... RF coil 620 ... Treatment table 621 ... Console 622 ... MRI image 623 ... Input device 624 ... Ultrasonic incident path 625 ... applicator coordinates 626 ... MRI 627 ... Ultrasonic transducer 628 ... Ultrasonic probe 629 ... Probe insertion hole 630 ... Ultrasonic diagnostic device 631 ... Applicator 632 ... Ultrasonic transducer 633 ... Housing 634 ... Support rod 635 ... Transducer position control circuit 636 ... Drive Circuit 637 ... Bearings 638A, 638B ... Applicator side reference point 639A, 639B ... Subject side reference point 640A, 640B ... Subject side reference point 641A, 641B ... Applicator side reference point

Claims (1)

被検体内の画像情報を収集し該被検体内の治療対象部位を認識するための磁気共鳴診断装置と、
治療用エネルギーを前記治療対象部位に照射して加熱し熱変性を生じさせて治療を行う治療用エネルギー照射手段と、
この治療用エネルギー照射手段による前記治療用エネルギー照射中の温度計測部位を任意に設定し得る計測部位設定手段と、
この計測部位設定手段により設定された前記温度計測部位について前記磁気共鳴診断装置による局所励起を用いて温度情報を取得する手段と、
この手段により取得された温度情報に基づいて、前記温度計測部位が所定の温度上昇を示したときは前記治療用エネルギー照射手段における治療用エネルギーの照射を継続させ、前記温度計測部位が前記所定の温度上昇を示さないときは前記治療用エネルギー照射手段における治療用エネルギーの照射を中止するよう制御する制御手段とを具備することを特徴とする超音波治療装置。
A magnetic resonance diagnostic apparatus for collecting image information in a subject and recognizing a treatment target site in the subject;
Therapeutic energy irradiation means for performing treatment by irradiating the therapeutic energy to the site to be treated and heating it to cause thermal denaturation; and
A measurement site setting unit capable of arbitrarily setting a temperature measurement site during the therapeutic energy irradiation by the therapeutic energy irradiation unit;
Means for acquiring temperature information using local excitation by the magnetic resonance diagnostic apparatus for the temperature measurement part set by the measurement part setting means;
Based on the temperature information acquired by this means, when the temperature measurement part shows a predetermined temperature rise, the therapeutic energy irradiation means continues to irradiate the therapeutic energy, and the temperature measurement part is An ultrasonic therapy apparatus comprising: a control unit that controls to stop the irradiation of the therapeutic energy in the therapeutic energy irradiation unit when the temperature does not increase .
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