JP5993549B2 - 処置システムの焦点に対するターゲットの位置の検出および可視化を行う方法および装置 - Google Patents

Description

本発明の主題は、哺乳類、特に人間の体内における解剖学上の構造（anatomic structure）または結石（concrement）の可視化（visualizing）および位置検出（locating）の技術分野に関する。

解剖学上の構造または結石（本明細書の残る部分において、これらを、一般にターゲットと称する）の位置検出および可視化は、現在、超音波を用いた超音波検査法またはＸ線もしくは磁気共鳴（ＭＲＩ）に基づく断層撮影法のような種々の方法に基づく画像装置（imaging device）を用いて実施されている。これらの画像装置によって、衝撃波または超音波を焦点に集束させることによるターゲットの処置のために、当該ターゲットに対して治療処置システムを正しい位置に置く（positioning）ことが可能となる。

現時点において、文献DE 10 2006 060070の処置装置が知られている。当該装置は、Ｘ線タイプの画像システムを用いた、音響圧力波による処置システムを含む。ただし、当該文献は、音響タイプの画像システムの利用可能性を述べている。このＸ線画像システムは、当該装置のフレームに対して移動可能なキャリヤ構造上に搭載されている。また、この装置は、処置システムおよび画像システムの位置を検出する、リモート位置検出システム（remote locating system）を含む。この装置は、処置システムの焦点および処置すべきターゲットを可視化する表示スクリーンを含む。処置システムの移動により、焦点と処置すべきターゲットとが一致される。

同じように文献DE 10 2004 006021には、画像システム、治療システムおよび患者を支持するテーブルとの間に機械的なリンクを有さない処置装置が記載されている。この文献には、Ｘ線画像システムの手段により、治療システムの焦点と処置すべきターゲットとを並べるために用いられる技術が記載されている。この文献は、２つの角度から一連のＸ線画像を撮り、それぞれの画像において、画像システム、治療システムの焦点およびターゲットの等中心（iso-center）を同定し、その後、当該焦点およびターゲットのいずれか一方を移動させることによって、当該焦点およびターゲットを一致させることを教示している。この教示は、これら移動に関連する全ての自由度が、移動の値を決定するエンコーダーによりもたらされることが念頭におかれている。

なお、Ｘ線タイプの画像システムによる画像投影の物理的原理によれば、ターゲットおよび焦点のアライメントを画像として追跡することができる。この画像システムは、常に、焦点の周囲に位置する範囲（volume）をモニターするように向けられているからである。しかし、一般に、Ｘ線タイプの画像システムはコストがかさみ、複雑で、扱いにくい。これは、この画像システムを処置システムと組み合わせて用いることが難しいであろうことを意味している。また、Ｘ線を用いたターゲットおよび焦点のアライメントのモニタリングは、患者への連続的なＸ線の照射が必要となる。これは、患者および看護スタッフにとって有害である。

一方、超音波システムは、よりコンパクトで、よりコストがかさまず、容易に、治療処置システムと組み合わせて使用できる。これに加えて、Ｘ線装置とは反対に、超音波システムはイオン化放射線を放射しない。

現時点において、画像システムの超音波プローブと、焦点に波を集束させる処置システムとを組み合わせた装置について、多数の実施態様がある。一般に、位置検出装置によって、処置すべきターゲットおよび処置装置の焦点が画像に可視化される。焦点にターゲットを一致させることは、処置システムの焦点あるいはターゲット、すなわち患者を支持するテーブルのいずれかを移動させることによって実現する。この一致には、明らかに、テーブルまたは処置装置の機械的移動の軸に対する画像平面の向きの情報が要求される。画像内におけるターゲットおよび焦点の座標を測定すること、および画像平面の向きの情報によって、ターゲットと焦点とを分かつ距離を計算し、焦点、すなわち処置装置、またはターゲットを移動させて、これらを一致させることが可能である。

現時点において、特に特許EP 0 404 871またはUS 5 078 124から、超音波プローブが常に処置装置の焦点を狙い、この焦点が継続的に画像に現れるように、画像システムの超音波プローブを位置させることが知られている。画像平面の軸は、治療装置の焦点を通過する。ターゲットを同じ画像平面上に現すために、オペレーターは、ターゲットが超音波画像に現れるように患者を移動させるか、または、焦点を狙う超音波プローブを、ターゲットが超音波画像に現れるまで、その軸のまわりに移動させることができる。

当該超音波プローブは、常に、処置装置の焦点を狙う機械的なホルダーに結合されていると考えられる。この制約は、いくつかのケースにおいて、一つの同じ画像内にターゲットおよび焦点を得るためのプローブおよび／または患者の動きが限られることを考慮すると、ターゲットを探すことが難しいであろう点でオペレーターにとって極めて不利である。また、ターゲットの外形または内側の最良の像（definition）を得るために、観察されるターゲットの解剖学的な分析（anatomy）に関する超音波画像断面（ultrasound image slice）の平面を調整することが難しいように思われる。

なお、特許US 5 944 663には、画像装置と組み合わされていない、集束超音波源を含む処置方法が記載されている。患者の画像化は、処置段階に先立つ段階の間に実施される。この方法では、画像装置のマーキングを治療装置のマーキングに一致させる。この一致は、患者を支持するテーブルに位置するマーカーの存在によって達成され、これらマーカーは、位置検出システムによって、治療段階前のそれぞれの画像化の間に可視化される。患者の画像は、画像装置に関連するマーキングによって同定されたテーブルマーカーに関して、位置される。これら同じマーカーは、次に、治療装置に関連するマーキングに位置される。治療プローブは、治療装置に接合された第２のマーカーのセットの手段により、この同じマーキング内に位置する。それゆえ、当該方法によって、画像範囲に焦点の位置を表示するために、一つの同じ参照マーキング内に、患者の画像を処置領域に一致させるのに要求される全てのデータセットを並べることが可能である。

この技術の主な欠点は、イメージングが治療段階に先だつ段階の間に実施されるため、イメージングがリアルタイムで実施されないことにあると考えられる。この技術によれば、狙った領域に対する治療装置の正しい位置をモニタリングし、確認することができない。このアプローチは、治療段階の間に患者が全く動かないことに基づいているが、現実には、実施が困難であろう。

本発明は、それゆえ、音響圧力波を利用した処置システムの適切な位置決めにより解剖学的なターゲットを処置するとともに、超音波イメージングシステムの手段により、解剖学的なターゲットの位置検出操作を容易にする利点を与える新規な技術を提案することによって、上述した不利な点を改善することを目指す。

この目的を達成するために、本発明の主題は、超音波プローブと、少なくとも１つの画像表示スクリーンとを含む超音波イメージングシステムの手段により、音響圧力波を用いた処置システムの焦点に対する、哺乳類、特に人間、に所属するターゲットの位置の検出（locating）および可視化（visualizing）を行い、前記ターゲットおよび／または前記処置システムを移動手段によって移動させて、前記ターゲットを前記焦点に一致させる方法に関する。

本発明によれば、この方法は以下の工程を含む：
−空間内を移動可能であり、前記処置システムとは機械的に独立しており、リモート位置検出（locating）システムの検出範囲の内に置かれたときに当該位置検出システムによって位置が検出される超音波プローブを構成する（forming）、
−前記超音波プローブを前記検出範囲の内に移動させて、前記スクリーンに表示された画像に前記ターゲットを可視化する、
−第一に、前記ターゲットの像が表された超音波画像と、第二に、前記超音波プローブの前記位置と、を同時記録する、
−前記ターゲットの仮想の位置（virtual position）を決定するために、前記記録された超音波画像における前記ターゲットの像の位置を選択する、
−第一に、前記リモート位置検出システムの手段によって前記処置システムの前記焦点の位置を、第二に、前記ターゲットおよび／または前記処置システムを移動させるために用いられる前記移動手段の位置を、同時に決定する、
−前記ターゲットの仮想の位置を前記焦点に一致させるために、前記ターゲットの仮想の位置ならびに前記焦点および前記移動手段の位置から前記移動手段の移動値を計算する、および
−前記計算された移動値に従って、前記移動手段の手段により前記ターゲットおよび／または前記焦点を移動させ、前記ターゲットの仮想の位置を前記焦点に一致させる。

また、本発明の方法は、以下の特徴のいずれか一つおよび／または他の特徴を組み合わせて含む：
−前記リモート位置検出システムの手段によって、前記移動手段の位置を決定する、
−前記移動手段に対して計算された前記移動値の表示を行い、なされた移動に対するこれら表示された移動値の更新を行う、
−前記スクリーン上に、前記焦点の像に併せて前記ターゲットの仮想の像（virtual image）を可視化するとともに、前記移動手段を介して前記ターゲットの仮想の像が前記焦点に一致するときのこれらの移動を可視化する、
−２つの切断面にとられた２つの仮想の像の表示を行い、それぞれの当該像に、前記ターゲットの位置の仮想の像および前記焦点の位置の仮想の像を表し、前記移動手段による移動に続くこれら位置の相対的な移動の表示を行う、
−前記リモート位置検出システムの手段によって、前記処置システムの焦点領域（focal volume）の向きを可視化する、
−前記ターゲットとの前記焦点の一致を確認する工程であって、
・前記超音波プローブを移動させて前記ターゲットの位置を検出し、前記スクリーン上に前記ターゲットの像を表示する工程と、
・前記処置システムの操作のために、前記焦点の位置の記録と前記焦点の像の表示とを行い、前記焦点および前記ターゲットの一致を確認する工程と、からなる工程、
−前記焦点と前記ターゲットとの間にずれがあるときに前記確認工程が、
・前記超音波プローブを移動させて前記スクリーン上に表示された画像に前記ターゲットを可視化する工程と、
・第一に、前記ターゲットの像が表された画像と、第２に前記超音波プローブの位置と、を同時に記録する工程と、
・前記記録された画像における前記ターゲットの像の位置を選択する工程と、
・第一に、前記焦点の位置と、第二に、前記移動手段の位置と、を同時に決定する工程と、
・前記焦点と前記ターゲットの仮想の位置との一致のための前記移動手段の移動値を計算する工程と、
・前記移動手段を介して前記ターゲットおよび／または前記焦点を移動させ、前記ターゲットの仮想の位置を前記焦点に一致させる工程とからなる、
−前記超音波プローブの観測軸とは独立した位置に、前記焦点の像を表示する。

本発明のさらなる主題は、哺乳類、特に人間、に所属するターゲットの位置の検出（locating）および可視化（visualizing）を行う装置に関する。この装置は、
−音響圧力波を焦点に向けて照射する処置システムと、
−前記ターゲットおよび／または前記処置システムを移動させて前記ターゲットを前記焦点に一致させる移動手段と、
−これら移動手段の位置を決定する手段と、
−超音波プローブならびに少なくとも１つのスクリーン上に前記ターゲットおよび焦点を可視化させる画像形成手段を含む超音波イメージングシステムと、を含む。

本発明によれば、この装置は、
−空間内を可動であり、前記処置システムとは機械的に独立した超音波プローブと、
−対象物のリモート位置検出（locating）システムであって、当該位置検出システムの検出範囲に前記超音波プローブおよび前記処置システムがおかれたときに、前記処置システムの焦点および前記超音波プローブの位置を検出するシステムと、
−演算および制御ユニットとを含み、
前記ユニットが、
・第一に、前記ターゲットの像が表された超音波画像と、第二に、前記リモート位置検出システムによって検出され演算された前記超音波プローブの位置と、を同時に記録する手段と、
・前記ターゲットの仮想の位置（virtual position）を決定するために、前記記録された超音波画像における前記ターゲットの像の位置を選択する手段と、
・第一に、前記リモート位置検出システムの手段によって前記焦点の位置と、第二に、前記移動手段の位置と、を同時に決定する手段と、
・前記ターゲットの仮想の位置ならびに前記焦点および前記移動手段の位置から、前記ターゲットの仮想の位置を前記焦点に一致させるための前記移動手段の移動値を演算する手段と、
・前記計算された移動値に従って、前記移動手段を制御し、前記ターゲットの仮想の位置を前記焦点に一致させる手段と、を含む。

また、本発明の装置は、以下の特徴の一つおよび／または他の特徴を組み合わせて含む：
−前記移動手段の位置を決定する手段が、前記リモート位置検出システムの部分である、
−前記リモート位置検出システムが、前記超音波プローブ、前記処置システムおよび前記ターゲットの移動手段のそれぞれに結合された第１、第２、さらに第３のマーカーが位置する検出範囲を含む少なくとも２つのカメラ、好ましくは赤外線カメラ、を含む、
−前記移動手段に結合した前記第３のマーカーが、当該移動手段の移動軸に沿って向けられている、
−前記リモート位置検出システムが、前記焦点の較正マーカー（calibration marker）を含む、
−前記移動手段に対して計算された前記移動値であって、前記移動に対して更新されたこれら移動値を表示する手段、
−前記ターゲットの仮想の像、前記焦点の像、および前記移動手段を用いて前記ターゲットの仮想の像が前記焦点に一致するときのこれらの移動を前記スクリーンの上に可視化する手段、
２つの直交する切断面に沿ってとられた２つの仮想の像を表示し、それぞれの当該像に、前記ターゲットの位置の仮想の像および前記焦点の位置の仮想の像を表し、前記移動手段による移動に続くこれら位置の相対的な移動を表す手段、
前記表示手段が、前記超音波プローブによってもたらされた像平面および前記焦点を表示する画像を形成する。

他の様々な特徴が、本発明の主題の実施態様を限定されない例として示す添付の図面を参照する、以降の記載から明らかになる。

図１は、本発明による位置検出および可視化装置の１つの実施態様を示す斜視図である。 図２は、本発明による位置検出および可視化装置の特徴の詳細を示す模式図である。 図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、ターゲットの像ならびにターゲットおよび焦点の像を示す超音波画像を示す模式図である。図３Ｃおよび図３Ｄは、それぞれ、ターゲットの像および焦点の像を認識できる仮想の像の模式図である。図３Ｅおよび図３Ｆは、それぞれ、ターゲットの像および焦点の像の一致が見られる仮想の像の模式図である。 図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、本発明および先行技術による仮想の像の模式図である。 図５Ａおよび図５Ｂは、画像平面の向きを示す仮想の像の模式図である。

図１および図２に、哺乳類、特に人間、に所属する、解剖学上の構造または結石のようなターゲットＣの位置検出および可視化のための装置１を示す。従来と同様に、装置１は、ターゲットＣを持つ患者を支持するテーブル２を含む。ターゲットＣは、焦点Ｆ２に向けられる音響圧力波を用いた処置システム３の手段によって処置される予定である。この処置システム３では、衝撃波または超音波が集束される。従来と同様に、処置システム３は、超音波または衝撃波を焦点Ｆ２に集束させるように作られた発生器（generator）４を含む。処置システム３について、さらに詳細に記載しない。処置システムは当業者によく知られており、特に、本発明の主題の一部ではないからである。

また、本発明による装置１は、スクリーン８への画像形成手段７に接続された超音波プローブ６を含む超音波イメージングシステム５を含む。この超音波イメージングシステム５によって、プローブ６によって得た少なくとも１つの超音波画像が、スクリーン８上に表示される。実施態様の一つの好ましい形態によれば、スクリーン８はタッチスクリーン型である。この超音波イメージングシステム５について、より詳細に記載しない。当該システムは、超音波または超音波検査の分野の当業者によく知られており、さらに詳細に記載されない。

超音波イメージングシステム５は、本発明による装置１の部分を形成する演算・制御ユニットに接続されている。この演算・制御ユニットは、種々の手段、特に、様々な機能の実行に適合された記録、演算、表示、制御手段、を含む。これらの手段は、本明細書の残りの部分においてより詳細に明らかとなろう。また、装置１は、処置システム３に接続されており、その機能を導く。

本発明の一つの特徴によれば、超音波プローブ６は、処置システム３から機械的に独立している。図２においてより詳細に理解できるように、この超音波プローブ６は、端部に超音波発生器（transducer）１０を備える本体９を含む。この超音波プローブ６は、握り手を形成する筐体（shell）によって覆われている。超音波プローブ６は、その基底部に、画像形成手段７への電気接続ケーブル１１が装着されている。この超音波プローブ６は、それゆえ、電気接続ケーブル１１を介して単独で画像形成手段７とリンクする。超音波プローブ６は、それゆえ、処置システム３と機械的にリンクされていない。当該超音波プローブは、それゆえ、処置システム３に対して機械的に自由である。

超音波プローブ６は空間的に自由に移動できると理解され、これにより、超音波プローブを移動させる際にオペレーターに大きな移動の自由度が与えられる。これは、患者の解剖学的な分析に対する画像断面（slice plane）の常なる調整を可能とし、臓器内の組織またはターゲットＣの最良の像（definition）を得ることを可能とする。

また、本発明による装置１は、超音波プローブ６および焦点Ｆ２が位置検出システム１５の検出範囲内に置かれたときに、特に、処置システム３の焦点Ｆ２および超音波プローブ６の位置を検出する、対象物のリモート位置検出システム１５を含む。リモート位置検出システム１５は、全てのタイプの検出技術に拠ることができる。位置検出システム１５は赤外電磁放射タイプの検出システムであることが有利である。

実施態様の有利な形態によれば、位置検出システム１５は、支持体１８に搭載された少なくとも２つの赤外線検出カメラ１７を含む。カメラ１７は、超音波プローブ６に装着された第１のマーカー２１が位置する検出範囲を定めるように、向けられている。好ましくは、第１のマーカー２１は、超音波プローブ６を握るのを妨げないように、超音波プローブ６の本体９の上に装着されている。同様に、超音波プローブ６は、位置検出システム１５に対して第１のマーカー２１を覆い隠さないように、握る必要がある。

第１のマーカー２１は、位置が互いに認識されている（known）、少なくとも３つ、図示された例では４つの反射球体２２を含む。４つめの反射球体２２は、空間的な位置検出の精度を向上させるための、３つの他の反射球体に対する冗長体である。この第１のマーカー２１は、２つの異なる角度からマーカーを観察できる２つのカメラ１７によって、同時に可視化可能である。位置検出システム１５は、それゆえ、第１のマーカー２１の反射球体をそれぞれ含む、２つの画像を有する。これらの画像の分析によって、超音波プローブ６の位置および向きに関する６つの自由度、すなわち、位置についての３つの自由度および向きについての３つの自由度、を計算するために必要な６つの位置データ項目を抽出できる。

この位置検出システム１５によって、空間内および特に赤外線カメラ１７の検出範囲における超音波プローブ６の位置を決定することができる。超音波プローブ６の位置および向きは、例えば、カメラ１７に関連する参照システム内で計算される。超音波プローブ６の位置は、それゆえ、位置および方向に関連するベクトルによって、表され得る。

また、本発明のもう一つの特徴によれば、対象物のリモート位置検出のためのシステム１５によって、焦点Ｆ２がカメラ１７の検出範囲内に置かれたときに、処置システム３の焦点Ｆ２の位置検出ができる。処置システムは、それゆえ、位置が互いに認識されている（known）、少なくとも３つ、図示された例では４つの反射球体２５を含む第２のマーカー２４を備える。また、この第２のマーカー２４は、２つの異なる角度から当該マーカーを観察できる２つのカメラ１７によって、同時に可視化される。位置検出システム１５は、超音波プローブ６に装着された第１のマーカー２１に関連するマーキングと同じマーキング内における処置システム３の空間的な位置を計算できる。

図示された例では、第２のマーカー２４は発生器４の本体に装着され、それゆえ、焦点Ｆ２の位置を間接的に表している。第２のマーカー２４に対する焦点Ｆ２の位置を与える転換変数（transfer matrix）を定めることが必要であろう。この転換変数の決定は、装置１の製造または導入時に行われる較正段階の間に実施される。この較正段階は、図示されていないが、第１および第２のマーカー２１，２４とは別のマーカーを備える較正ツールによって、焦点Ｆ２を指し示す工程と、このマーカーと第２のマーカー２４との間の転換変数を計算する工程とからなる。

なお、検出範囲における焦点Ｆ２の位置のみが、焦点Ｆ２をターゲットＣに一致させるために必要である。一つの有利な実施態様によれば、位置検出１５は、第２のマーカー２４の空間的な向きにアクセスする。空間的な向きについてのこの情報は、その後、音響コーンの方向ならびに焦点範囲もしくは音響波の伝播の向きを表し、または可視化し、これらをスクリーン、例えばスクリーン８に表示するために用いることができる。

位置検出システム１５は、装置１に、超音波プローブ６および焦点Ｆ２の位置情報を与える。装置１は、超音波プローブ６の位置および焦点Ｆ２の位置を記録する手段を含む。また、装置１は、本明細書の残りの部分において記載するように、ターゲットＣの位置をの像および焦点Ｆ２の位置の像を、スクリーン８に表示する手段を含む。

また、本発明による装置１は、ターゲットＣおよび焦点Ｆ２を一致させるために、ターゲットＣおよび／または処置システム３を移動させる移動手段を含む。移動手段は、手動または電動タイプである。支持テーブル２に対して、移動手段３０ａは、当該テーブルの３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚの移動、それぞれテーブルの縦方向、横断方向および垂直な方向の移動を行う。本明細書の残りの部分において、移動手段２−３０ａはターゲットＣを移動させるとするが、本発明は、同じく、処置システム３を移動させるための移動手段３０ｂに適用される。

また、本発明による装置１は、ターゲットＣおよび／または焦点Ｆ２を移動させる移動手段２−３０ａ；３０ｂの位置を決定できる手段を含む。なお、焦点Ｆ２の位置は、その移動を第２のマーカー２４によりモニターするために、位置検出システム１５によって検出される。ターゲットＣの移動は、患者を支持するテーブル２の移動によって行われる。これは、ターゲットＣの移動が、テーブル２の移動を検出することにより追跡できることを意味する。

焦点Ｆ２の参照システムにおける転換変数を用いてターゲットＣの位置を決定するための、最初の解決法は、テーブル２にセンサーまたは移動エンコーダーを装備することである。この転換変数を決定するために、リモート位置検出システム１５の参照フレーム（frame）におけるテーブル２の移動軸の向きを知る必要がある。テーブル２およびリモート位置検出システム１５、特に、そのカメラ１７は、転換変数が決定されたときに、変化しない相対的な位置をとらなければならない。この場合、動かない（rigid）支持体１８に頼らなければならず、チェックと適切な再較正（possible recalibrations）が通常、実施される。

これらのチェックを避けるために、実施態様の一つの有利な特徴による本発明の主題は、移動手段２−３０ａ；３０ｂの位置を決定する手段がリモート位置検出システム１５の一部であるように準備する。この有利な実施態様の形態によれば、テーブル２には、２つのカメラ１７によって見える第３のマーカー３１が装備されている。この第３のマーカー３１は、少なくとも３つの、図示された例では４つの、お互いに関する位置が認識された(known）反射球体３２を含む。位置検出システム１５は、それゆえ、第１および第２のマーカー２１，２４に関連する参照フレームと同じ参照フレーム内に、テーブル２の空間的な位置を決定する。テーブル２の位置の決定と、それゆえターゲットＣの移動とによって、ターゲットＣと焦点Ｆ２とが一致するまでテーブル２の移動が追跡できる。

この第３のマーカー３１は、テーブルの移動の３つの軸、すなわちＯＸ，ＯＹ，ＯＺに沿って向いていることが有利であり、患者の支持体（patient support）の参照フレームＸ，Ｙ，Ｚ内で、第３のマーカー３１の向きに対するテーブル２の移動の向きを較正する必要なく、当該移動を計算できる。

なお、この解決法によって、カメラ１７の位置がどのような位置であってもよく、一つの位置検出手順から別の当該手順へと位置が変化してもよい点で、有利となる。

位置検出システム１５は、移動手段２−３０ａ；３０ｂに関するデータを、装置１に転送する。装置１は、移動手段の位置を記録し、スクリーン８上に移動手段によってとられた経路（pathway）、つまり焦点Ｆ２の経路またはターゲットＣの経路、すなわちこれらが移動したときのそれぞれの瞬間の位置、を表示することができる。

上記に記載した装置１によって、ターゲットＣの位置検出および可視化のための新規かつ独創的な方法が実行できる。

この方法では、患者をテーブル２上に据え、処置システム３に対して大まかに位置を定める。患者を据えた後に、位置検出システム１５を起動し、第１、第２および第３のマーカー２１，２４，３１を常に検出させる。位置検出システム１５は、それゆえ、例えばカメラ１７に関連づけられた参照フレーム内のこれら３つのマーカーの位置を常に計算し、超音波プローブ６、焦点Ｆ２およびテーブル２の位置に関するデータが常に利用可能となる。

超音波プローブ６を掴んだ後、オペレーターは、スクリーン８上の超音波画像の表示を用いて、患者の中にあるターゲットＣを同定する。この同定の段階は、超音波プローブ６が処置システム３から機械的に独立していることから、容易となる。オペレータは、それゆえ、超音波プローブ６を移動させる、利用可能な広範囲の移動の自由度を有しており、観察される器官の解剖学的な構造に対して画像の断面（image slice plane）を常に調整することができる。患者およびカメラ１７は、超音波プローブ６がターゲットＣの位置を検出するときに超音波プローブ６が位置検出システム１５の検出範囲内に置かれるように、位置していることは明らかである。

超音波イメージングシステム５は、ターゲットＣの同定段階の全てにわたって、スクリーン８上に超音波プローブ６によって得られた超音波画像を表示する。図３Ａに現れているように、スクリーン８は、それゆえ、ターゲットＣの像ＩＣを示す超音波画像Ｉ₁を表示する。オペレーターは、ターゲットＣの像ＩＣが最も明確に現れた画像Ｉ₁を選択する。この画像Ｉ₁は、制御手段、例えばペダル、を介するような適切な手段を用いて、オペレーターにより選択され、記録される。オペレータにより選択された画像Ｉ₁の記録と同時に、位置検出システム１５によって検出され、計算された超音波プローブ６の位置が、記録される。この記録は、制御手段を作動させたときに、実施される。選択した画像Ｉ₁は固定される（frozen）、すなわち、スクリーン８上に表示されたままとなる。

超音波プローブ６は、その後、位置検出システム１５に対して位置が拘束されることなく、自由に置くことができる。

なお、図３Ｂからより明確となるように、焦点が超音波画像の平面内に位置する場合に、焦点Ｆ２の像ＩＦ２を超音波画像Ｉ₁に表すことができる。それゆえ、本発明の主題の一つの特徴によれば、焦点Ｆ２の像ＩＦ２の表示は、画像平面が焦点Ｆ２と交差する位置にある場合のみ、なされる。焦点Ｆ２の像ＩＦ２は、それゆえ、先行技術とは異なり、スクリーン８上に一時的に現れる。先行技術では、超音波プローブと処置装置との間の機械的なリンクによって超音波画像の平面がいつも焦点Ｆ２と交差する位置にあるために、超音波画像が焦点Ｆ２の像を常に表示する。

本発明による方法の次の工程では、記録された画像Ｉ₁におけるターゲットＣの像ＩＣの位置を選択し、これにより、装置１は、画像Ｉ₁の記録と同時に記録された超音波プローブ６の位置から、ターゲットＣの位置を決定できる。ターゲットＣの位置が記録された画像から決定される限り、本明細書の残る部分において、この位置が、ターゲットＣの仮想の位置（virtual position）に対応するとする。ターゲットの像ＩＣの位置の選択は、有利には、タッチスクリーン８上で直接、ターゲットの像ＩＣを指すことにより、なされる。この選択は、異なった方法、例えば、ターゲットの像ＩＣをマウスで指すことでなすことができることは、明らかである。

記録された画像Ｉ₁におけるターゲットの像ＩＣの位置の選択と同時に、または後に、リモート位置検出システム１５によって決定された焦点Ｆ２の位置が、ターゲットＣおよび／または処置システム３を移動させる移動手段２−３０ａ，３０ｂの位置の記録と同時に記録される。考えている例において、以下が同時に記録される：
−焦点Ｆ２の位置を与える第２のマーカー２４の位置、
−ターゲットＣを移動させるテーブル２の位置を与える第３のマーカー３１の位置。

ターゲットＣの仮想の位置ならびに焦点Ｆ２およびテーブル２の位置は、一つの同じ参照フレーム内に認識される（known）。装置１によって、ターゲットＣの仮想の位置に関する、ならびに焦点Ｆ２およびテーブル２の位置に関するデータから計算が行われ、ターゲットＣと焦点Ｆ２とを一致させるための移動手段の移動値（displacement values）が決定される。実施態様の一つの好ましい形態によれば、テーブル２のみの移動によって、ターゲットＣと焦点Ｆ２とが一致される。

ターゲットＣおよび／または焦点Ｆ２の移動によって、この一致が行われる。図示された例において、移動するのはテーブル２である。テーブル２が自動電動化されている場合、オペレーターは、計算された移動値に従って装置１がテーブル２を導くことでターゲットＣが焦点Ｆ２と一致するように、一致工程を実行する（trigger）。

一致がオペレーターによって手動で実施される場合、計算された移動値を表示することによるアシストが提供される。例えば、テーブル２の移動値、これらの値はテーブル２の移動に対して常に更新される、がスクリーン８上に表示されるように、アシストの提供がなされる。オペレーターは、次に、計算された値がゼロになるまで、テーブル２を移動させる。

有利には、計算された移動値の表示と組み合わせるか否かによらず、アシストの提供は、装置１がターゲットの仮想の像ＩＣに対する焦点の像ＩＦ２を表示するようになされてもよく、これにより、オペレーターは、移動手段を用いてターゲットＣ（または焦点Ｆ２）を移動でき、常に更新される移動手段の移動の表示の助けによって、ターゲットの仮想の像ＩＣを焦点の像ＩＦ２に一致させることができる。

なお、３次元の画像によってターゲットＣの仮想の像および焦点Ｆ２の像を表示することは簡単ではなく、このため、この情報はオペレータに容易に理解され得る。

実施態様の一つの好ましい形態によれば、ターゲットの仮想の像に対する焦点の像の表示は、２つの直交する切断面（two orthogonal secant planes）に沿ってとられ、ターゲットの位置の仮想の像ＩＣＶおよび焦点Ｆ２の位置の仮想の像ＩＦ２Ｖがそれぞれに表示された、少なくとも２つの仮想の画像Ｉ₂，Ｉ₃を作りだすことにより達成される。図３Ｃおよび３Ｄにより詳細に示すように、それゆえスクリーン８は、例えば、各々、平面ＯＹ，ＯＸおよびＯＺ，ＯＹに沿ってとられた２つの仮想の像Ｉ₂，Ｉ₃を表示する。

また、スクリーン８によれば、テーブル２の移動に続く、仮想の像ＩＦ２ＶおよびＩＣＶの位置の移動が連続的に可視化される。図示された例では、ターゲットの位置の仮想の像ＩＣＶの移動が、焦点の位置の仮想の像ＩＦ２Ｖと重なる（superimposed）まで（図３Ｅ、図３Ｆ）近くとなることが観察される。それゆえ、仮想の像Ｉ₂、Ｉ₃によって、ターゲットの位置の仮想の像ＩＣＶと焦点Ｆ２の位置の仮想の像ＩＦ２Ｖとの集合（concurring）または一致（coinciding）をモニターできる。

この一致した位置が達成されたとき、処置システム３は、次に、ターゲットＣの処置を行うように導かれ得る。

なお、図３Ｃから３Ｆにおいて、焦点の位置の仮想の像ＩＦ２Ｖは、第２のマーカー２４の手段によってその空間的な向きが認識される焦点範囲に対応した楕円形状に、図示されている。図３Ｃと３Ｄと、または図３Ｅと３Ｆとを比較した場合、平面ＯＹ，ＯＸおよびＯＺ，ＯＹに沿う焦点範囲の異なる角度を確認することができる。また、この角度は、発生器４の向きの関数である。

上述の記載から導かれるように、焦点Ｆ２の一致は、ターゲットＣの現実の位置ではなく、ターゲットＣの位置の仮想の像を用いて得られる。換言すれば、仮にターゲットＣの仮想の位置がターゲットＣの現実の位置に対応する場合、ターゲットＣは焦点Ｆ２と一致する。ただし、ターゲットＣは、ターゲットＣの位置を取得するときと、ターゲットＣの処置が実施されるときの間に、移動されてもよい。

それゆえ、ターゲットＣと焦点Ｆ２とのアライメントが得られたとき、本発明の方法は、有利には、焦点Ｆ２とターゲットＣとの間の一致を確認する工程を提供する。

この確認工程は、ターゲットＣの位置を検出し、スクリーン８上にターゲットの像ＩＣを表示するために、超音波プローブ６を用いて再び実施される（図４Ａ）。なお、超音波プローブ６を用いたターゲットＣの位置を検出するこの操作は、自由に、あるいはターゲットＣが位置する位置に超音波プローブ６を保持する支持体３５を用いて、実施することができる。図２に部分的に示されているこの支持体３５によって、超音波プローブ６は、ターゲットＣおよび処置手順の間を通したその移動を常に可視化する特長を提供する位置に、オペレーターが当該位置に超音波プローブを保持することを強制することなく、保持され得る。超音波プローブ６が、この支持体３５に容易に掛けることができ、この支持体３５から容易に取り出すことができるのは、明らかである。例えば、この支持体３５は、蝶番を持つ機械的なシステムまたはフレキシブルロッドにより形成される。この支持体３５について、それ自体知られており、本発明の主題の一部ではないことから、さらなる詳細を記載しない。

超音波イメージングシステム５は、超音波プローブにより得た超音波画像、したがってターゲットの位置の像ＩＣ、を表示する。ターゲットＣと焦点Ｆ２との一致が適切に行われた場合、ターゲットＣの像ＩＣは、焦点Ｆ２の像ＩＦ２の上に重なる。オペレーターは、それゆえ、再び超音波プローブ６を用いて、最も質が高い画像が得られる角度でターゲットＣを可視化することができる。超音波プローブ６の観察軸Ｘ’が焦点Ｆ２を必然的に通過する、図４Ｂに示される先行技術とは異なって、観察軸Ｘ’は、必ずしも焦点Ｆ２を通過しなくてもよく、図４Ａから明確に理解できるように、当該軸は、必ずしも画像の中央に置かれていなくてもよい。それゆえ、焦点Ｆ２の像ＩＦ２は、超音波プローブ６の観察軸Ｘ’とは独立した位置に表示される。

焦点Ｆ２がターゲットＣに一致した場合、処置システム３は、ターゲットＣの処置段階（treatment phase）となるように操作される。

焦点Ｆ２とターゲットＣとの間にずれ（offset）がある場合、当該方法は、上述した一致段階（coinciding phase）を再び行う。それゆえ、当該方法は、再び、超音波プローブ６の位置と、ターゲットの像が表された超音波画像Ｉ₁との記録を行う。この超音波画像Ｉ₁は表示され、オペレータはターゲットＣの位置を指す。

焦点Ｆ２の位置およびテーブル２の位置は、同時に記録される。焦点Ｆ２をターゲットＣの仮想の位置に一致させるために、移動手段の移動値が計算される。

ターゲットの位置の仮想の像ＩＣＶに対する焦点の位置の仮想の像ＩＦ２Ｖが表示される。ターゲットＣおよび／または焦点Ｆ２が、移動手段の移動を表示するアシストを受けて、移動され、これにより、ターゲットの位置の仮想の像が焦点の位置の仮想の像に一致する。それから、焦点Ｆ２とターゲットＣとの一致を確認する新しい工程が実施され、焦点Ｆ２とターゲットＣとの間の良好なマッチングが確認される。

以下の記載からわかるように、焦点Ｆ２の表示は、先行技術におけるものとは異なり、一時的である。例えば、画像平面がちょうど焦点Ｆ２の上を通過するか、または焦点Ｆ２から一定の位置、例えば、±５ｍｍ、好ましくは±２ｍｍにあるときに、焦点が画像平面に表示される。オペレーターが、何故、焦点が超音波画像から消えたのか、ならびに焦点を再び得るために超音波プローブ６をどの向きに向けるべきか、を理解するのを助けるために、本発明の主題は、図５Ａおよび５Ｂに示すように、２つの仮想の画像Ｉ₄，Ｉ₅に、超音波プローブ６によってもたらされた画像平面と焦点Ｆ２とを表わすことを意図している。これら仮想の画像Ｉ₄，Ｉ₅は、平面ＯＸ，ＯＹおよびＯＹ，ＯＺに沿って超音波プローブ６によりもたらされた画像平面の３次元像の投影である。それゆえ、超音波プローブの画像平面は、２つの直交する切断面ＯＸＹおよびＯＹＺ上への投影ＩＰＶによって表される。超音波プローブ６の画像平面およびその投影ＩＰＶは、超音波イメージングシステム５によってもたらされるようなリアルタイムの超音波画像、または画像平面およびその投影のシンプルな象徴的な表現を含んでいてもよい。同様に、焦点範囲が２つの平面ＯＸＹおよびＯＹＺ上への投影ＩＦ２Ｖによって表される。

有利には、画像平面と焦点との間の相対的な高さについての情報が、投影が計算されているときに保持される。この情報は投影に移され、半透明が画像平面に、完全な不透明が焦点範囲に割り当てられ、画像平面が焦点範囲の前に位置する場合、画像平面は後者を部分的に覆い隠し、画像平面が焦点範囲の後ろに位置する場合、後者は完全に画像平面を覆い隠す。

本発明は、記載され、図示された例に限定されない。様々な変更が、本発明の射程から離れることなく、これらの例に加えられ得る。

Claims (16)

1. 超音波プローブ（６）と、少なくとも１つの画像表示スクリーン（８）とを含む超音波イメージングシステム（５）ならびに演算および制御ユニットの手段により、音響圧力波を用いた処置システム（３）の焦点（Ｆ２）に対する、哺乳類、特に人間、に所属するターゲット（Ｃ）の位置の検出（locating）および可視化（visualizing）を行う装置において、
   前記ターゲットおよび／または前記処置システムを移動手段（２、３０ａ、３０ｂ）によって移動させて、前記ターゲット（Ｃ）を前記焦点（Ｆ２）に一致させる、当該装置の作動方法であって、
   前記超音波プローブ（６）は、空間内を移動可能であり、前記処置システム（３）とは機械的に独立しているとともに、リモート位置検出（locating）システム（１５）の検出範囲の内に置かれたときに当該位置検出システムによって位置が検出されるプローブであり、
   以下の工程（ｉ）〜（viii）を含むことを特徴とする作動方法。
   （ｉ）−前記超音波イメージングシステム（５）が、前記検出範囲の内にある前記超音波プローブ（６）によって得られた、前記ターゲット（Ｃ）の像（ＩＣ）を示す超音波画像（Ｉ ₁ ）を前記スクリーン（８）に表示する工程、
   （ii）−前記演算および制御ユニットが、第一に、前記ターゲットの像が表された前記超音波画像と、第二に、前記リモート位置検出システム（１５）によって位置が検出された前記超音波プローブ（６）の前記位置と、の同時記録を行う工程、
   （iii）−前記演算および制御ユニットが、前記記録された、前記ターゲットの像が表された前記超音波画像を表示する工程、
   （iv）−前記演算および制御ユニットが、前記記録された超音波画像上で指定された前記ターゲットの像の位置と、前記ターゲットの像が表された前記超音波画像の記録とともに前記同時記録された前記超音波プローブの前記位置と、から、前記ターゲット（Ｃ）の位置に対応する前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置（virtual position）を決定する工程、
   （ｖ）−前記演算および制御ユニットが、第一に、前記リモート位置検出システム（１５）の手段によって決定された前記処置システム（３）の前記焦点（Ｆ２）の位置を、第二に、前記ターゲットおよび／または前記処置システム（３）を移動させる前記移動手段（２、３０ａ、３０ｂ）の位置を、同時に記録する工程、
   （vi）−前記演算および制御ユニットが、前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置を前記焦点（Ｆ２）に一致させるために、前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置ならびに前記焦点（Ｆ２）および前記移動手段の位置から前記移動手段の移動値を計算する工程、
   （vii）−前記演算および制御ユニットが、前記計算された移動値に従って、前記移動手段を介して前記ターゲット（Ｃ）および／または前記焦点（Ｆ２）を移動させ、前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置を前記焦点（Ｆ２）に一致させる工程、および
   （viii）−前記演算および制御ユニットが、２つの直交する切断面に沿ってとられた２つの仮想の像（Ｉ ₄ 、Ｉ ₅ ）の表示を行い、それぞれの当該像に、前記超音波プローブによりもたらされるリアルタイムの画像平面の投影（ＩＰＶ）と、前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置と一致させた前記焦点（Ｆ２）の投影（ＩＦ２Ｖ）と、を表す工程。
2. 前記リモート位置検出システム（１５）の手段が、前記移動手段（３０）の位置を決定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
3. 前記演算および制御ユニットが、前記移動手段に対して計算された前記移動値の表示を行い、なされた移動に対するこれら移動値の更新を行う工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の作動方法。
4. 前記演算および制御ユニットが、前記スクリーン（８）上に、
   前記焦点の像に併せて前記ターゲットの仮想の像（virtual image）を可視化するとともに、前記移動手段を用いて前記ターゲットの仮想の像が前記焦点に一致するときのこれらの移動を可視化する工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の作動方法。
5. 前記演算および制御ユニットが、２つの直交する切断面に沿ってとられた２つの仮想の像（Ｉ₂、Ｉ₃）の表示を行い、それぞれの当該像に、前記ターゲットの位置の仮想の像（ＩＣＶ）および前記焦点の位置の仮想の像（ＩＦ２Ｖ）を表し、前記移動手段の移動に続くこれら位置の相対的な移動の表示を行う工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の作動方法。
6. 前記演算および制御ユニットが、前記リモート位置検出装置（１５）の手段によって、前記処置システムの焦点領域（focal volume）の向きを可視化することを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
7. 前記焦点（Ｆ２）と前記ターゲット（Ｃ）との間にずれがあるときに、前記工程（ｉ）〜（vii）を再度行うことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の作動方法。
8. 前記演算および制御ユニットが、前記超音波プローブ（６）の観測軸（Ｘ’）とは独立した位置に、前記焦点（Ｆ２）の像（ＩＦ２）を表示することを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
9. 哺乳類、特に人間、に所属するターゲットの位置の検出（locating）および可視化（visualizing）を行い、
   音響圧力波を焦点（Ｆ２）に向けて照射する処置システム（３）と、
   前記ターゲットおよび／または前記処置システムを移動させて前記ターゲット（Ｃ）を前記焦点（Ｆ２）に一致させる移動手段（２、３０ａ、３０ｂ）と、
   これら移動手段の位置を決定する手段と、
   超音波プローブ（６）ならびに少なくとも１つのスクリーン（８）上に前記ターゲット（Ｃ）および焦点（Ｆ２）を可視化させる画像形成手段（７）を含む超音波イメージングシステム（５）と、を含む装置であって、
   −空間内を可動であり、前記処置システム（３）とは機械的に独立した超音波プローブ（６）と、
   −対象物のリモート位置検出（locating）システム（１５）であって、当該位置検出システムの検出範囲の内に前記超音波プローブ（６）および前記処置システム（３）がおかれたときに、前記処置システム（３）の焦点（Ｆ２）および前記超音波プローブ（６）の位置を検出するシステムと、
   −演算および制御ユニットとを含み、
   前記ユニットが、
   ・第一に、前記ターゲット（Ｃ）の像（ＩＣ）が表された超音波画像と、第二に、前記リモート位置検出システム（１５）によって検出され計算された前記超音波プローブ（６）の位置と、を同時に記録する手段と、
   ・前記記録された、前記ターゲットの像が表された前記超音波画像を表示する手段と、
   ・前記記録された超音波画像上で、前記ターゲットの像の位置を指定する手段と、
   ・前記ターゲットの像の位置の指定と、前記ターゲットの像が表された前記超音波画像の記録とともに前記同時に記録された前記超音波プローブの前記位置と、から、前記ターゲット（Ｃ）の位置に対応する前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置（virtual position）を決定する手段と、
   ・第一に、前記リモート位置検出システム（１５）から前記焦点（Ｆ２）の位置と、第二に、前記移動手段の位置と、を同時に決定する手段と、
   ・前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置ならびに前記焦点（Ｆ２）および前記移動手段の位置を用いて、前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置を前記焦点（Ｆ２）に一致させるための前記移動手段の移動値を計算する手段と、
   ・前記計算された移動値に従って、前記移動手段を制御し、前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置を前記焦点（Ｆ２）に一致させる手段と、
   ・２つの直交する切断面に沿ってとられた２つの仮想の像（Ｉ ₄ 、Ｉ ₅ ）の表示を行い、それぞれの当該像に、前記超音波プローブによりもたらされるリアルタイムの画像平面の投影（ＩＰＶ）と、前記ターゲット（Ｃ）の仮想の位置と一致させた前記焦点（Ｆ２）の投影（ＩＦ２Ｖ）と、を表す手段と、を含む、
   ことを特徴とする装置。
10. 前記移動手段（３０）の位置を決定する手段が、前記リモート位置検出システム（１５）の部分であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記リモート位置検出システム（１５）が、
    前記超音波プローブ（６）、前記処置システム（３）および前記ターゲット（Ｃ）を移動する手段のそれぞれに付随した第１（２１）、第２（２４）、さらに第３（３１）のマーカーが位置する検出範囲を含む少なくとも２つのカメラ（１７）、好ましくは赤外線カメラ、を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。
12. 前記移動手段に付随した前記第３のマーカー（３１）が、当該移動手段の移動軸に沿って向けられていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記リモート位置検出システム（１５）が、前記焦点（Ｆ２）の較正マーカー（calibration marker）を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
14. 前記移動手段に対して計算された前記移動値であって、前記移動に対して更新されたこれら移動値を表示する手段を含むことを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記ターゲットの仮想の像、前記焦点の像、および前記移動手段を用いて前記ターゲットの仮想の像が前記焦点に一致するときのこれらの移動を前記スクリーン（８）の上に可視化する手段を含むことを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の装置。
16. ２つの直交する切断面に沿ってとられた２つの仮想の像（Ｉ₂、Ｉ₃）を表示し、それぞれの当該像に、前記ターゲットの位置の仮想の像（ＩＣＶ）および前記焦点の位置の仮想の像（ＩＦ２Ｖ）を表し、前記移動手段の移動に続くこれら位置の相対的な移動を表す手段を含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。

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