JP6633314B2

JP6633314B2 - 超音波医用装置

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Publication number: JP6633314B2
Application number: JP2015146329A
Authority: JP
Inventors: 晋吉澤; 高木　亮; 亮高木; 梅村　晋一郎; 晋一郎梅村; 玉野　聡; 聡玉野
Original assignee: Tohoku University NUC; Hitachi Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Hitachi Ltd
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: JP2017023498A

Description

本発明は、治療用超音波を送波する超音波医用装置に関する。

強力集束超音波（ＨＩＦＵ：High Intensity Focused Ultrasound）などの治療用超音波を例えば生体に照射し、その音響エネルギーを利用して腫瘍などの治療部位を加熱して凝固させる治療方法が知られている。

治療用超音波を利用した治療においては、加熱による治療部位の凝固の進行状態を確認することが望ましい。例えば、組織が凝固する際には音響特性などが変化するため、その変化を超音波診断装置の受信信号（ＲＦ信号）により抽出して画像上にマッピングすることにより、凝固の領域を測定する手法が知られている（非特許文献１，２参照）。

治療用超音波を利用した治療において、インターバル（治療用超音波の送波の停止期間）を設け、そのインターバルに診断用の超音波を送受して画像確認を行うことができるものの、この場合には、治療用超音波を送波している時点における組織状態を確認することができない。また、特に、三次元超音波画像により組織状態を確認する場合には、三次元超音波画像を形成するための超音波の送受に時間を要するため、インターバル（治療用超音波の送波の停止期間）が比較的長くなってしまう。

そのため、治療用超音波を照射しつつ、診断用超音波を送受して超音波画像を形成できることが望ましい。例えば、特許文献１，非特許文献３には、治療用超音波を照射しつつ画像形成のための超音波を送受し、治療用超音波（ＨＩＦＵ）に対応した周波数のノッチフィルタにより治療用超音波の成分を除去する手法が提案されている。また、非特許文献４には、治療用超音波を照射しつつ画像形成のための超音波を送受し、治療用超音波（ＨＩＦＵ）の照射にパルスインバージョン法を適用して治療用超音波の成分を除去する手法が提案されている。

米国特許出願公開第２００９／０２４０１４８号明細書

Ryo Matsuzawa、他３名、「Monitoring of Lesion Induced by High-Intensity Focused Ultrasound Using Correlation Method Based on Block Matching」、Japanese Journal of Applied Physics 51 (2012) 07GF26 Shoya Sasaki、他４名、「Monitoring of high-intensity focused ultrasound lesion formation using decorrelation between high-speed ultrasonic images by parallel beamforming」、Japanese Journal of Applied Physics 53、07KF10 (2014) Jong Seob Jeong、他２名、「Adaptive HIFU noise cancellation for simultaneous therapy and imaging using an integrated HIFU/imaging transducer」、Physics In Medicine and Biology 55 (2010) 1889-1902 Jae Hee Song、他３名、「Real-time monitoring of HIFU treatment using pulse inversion」、Physics In Medicine and Biology 58 (2013) 5333-5350

しかし、ノッチフィルタにより治療用超音波（ＨＩＦＵ）の成分を除去する手法では、照射状況に応じて刻々と変化する治療用超音波の成分に合わせて最適なノッチフィルタを設定するために、複雑なアルゴリズム等が必要になり、例えばリアルタイム性が損なわれる可能性がある。また、治療用超音波（ＨＩＦＵ）の照射にパルスインバージョン法を適用して治療用超音波の成分を除去する手法では、治療用超音波の周波数帯と診断用超音波の周波数帯のペアを適切に組み合わせる必要があり適用できる事例が制限される可能性がある。

このように、治療用超音波を照射しつつ画像形成のための診断用超音波を送受して超音波画像を形成する従来の技術には、いくつかの解決すべき課題があった。

本発明は、治療用超音波を送波しつつ診断用超音波を送受して超音波画像を形成する改良技術を提供することにある。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、治療部位に治療用超音波を送波することにより得られる第１超音波と、前記治療部位に治療用超音波と共に診断用超音波を送波することにより得られる第２超音波を受波する複数の振動素子と、前記複数の振動素子の各振動素子ごとに前記第２超音波に対応した第２受信信号と前記第１超音波に対応した第１受信信号を得る受信部と、前記複数の振動素子の各振動素子ごとに、前記第２受信信号と前記第１受信信号を差分処理することにより差分信号を形成する差分処理部と、前記複数の振動素子に対して形成された複数の前記差分信号を整相加算処理することにより複数ビームのビーム信号を形成する整相加算処理部と、前記複数ビームのビーム信号に基づいて前記治療部位の超音波画像を形成する画像形成部と、を有し、前記治療用超音波は複数フレームに亘って送波され、先の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を前記受信部が得た後に、前記差分処理部は各前記差分信号を形成し、前記差分処理部が各前記差分信号を形成した後に、前記整相加算処理部は各前記ビーム信号を形成し、前記差分処理部が各前記差分信号を形成する期間、および、前記整相加算処理部が各前記ビーム信号を形成する期間に重なる期間に、前記受信部は、次の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を得ることを特徴とする。

上記構成において、診断用超音波は、一般的な超音波診断装置における画像形成用の超音波と同程度の特性（周波数，波形，強度）であり、診断用の複数の振動素子を利用して送受することができる。これに対し、治療用超音波は、治療部位を加熱治療できる程度の比較的強度の大きい超音波である。治療用超音波は、例えば診断用超音波に比べて強度が大きく、特に強力集束超音波（ＨＩＦＵ：High Intensity Focused Ultrasound）が治療用超音波の好適な具体例である。

上記構成の超音波医用装置によれば、治療用超音波を送波しつつ診断用超音波を送受して得られた差分情報に基づいて治療部位の超音波画像を形成することができる。これにより、例えば、医師等のユーザは、治療用超音波を照射しつつ超音波画像で治療部位の状態を確認しながら治療を行うことができる。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、治療部位に治療用超音波を送波することにより得られる第１超音波と、前記治療部位に治療用超音波と共に診断用超音波を送波することにより得られる第２超音波を受波する複数の振動素子と、前記複数の振動素子の各振動素子ごとに前記第２超音波に対応した第２受信信号と前記第１超音波に対応した第１受信信号を得る受信部と、前記複数の振動素子に対応した複数の前記第２受信信号を整相加算処理することにより複数ビームの各ビームごとに第２受信ビーム信号を形成し、前記複数の振動素子に対応した複数の前記第１受信信号を整相加算処理することにより前記複数ビームの各ビームごとに第１受信ビーム信号を形成する整相加算処理部と、前記複数ビームの各ビームごとに前記第２受信ビーム信号と前記第１受信ビーム信号を差分処理することにより差分ビーム信号を形成する差分処理部と、前記複数ビームに対応した複数の差分ビーム信号に基づいて前記治療部位の超音波画像を形成する画像形成部と、を有し、前記治療用超音波は複数フレームに亘って送波され、先の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を前記受信部が得た後に、前記整相加算処理部は、前記第２受信ビーム信号および前記第１受信ビーム信号を形成し、前記整相加算処理部が、前記第２受信ビーム信号および前記第１受信ビーム信号を形成した後に、前記差分処理部は前記差分ビーム信号を形成し、前記整相加算処理部が前記第２受信ビーム信号および前記第１受信ビーム信号を形成する期間、並びに、前記差分処理部が前記差分ビーム信号を形成する期間に重なる期間に、前記受信部は、次の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を得ることを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波医用装置は、前記治療部位内の複数位置に対して順に治療用ビームを形成して前記治療用超音波を送波することにより前記複数の振動素子が前記第１超音波を受波し、さらに、前記複数位置に対して順に治療用ビームを形成して前記治療用超音波を送波すると共に診断用ビームを走査して前記診断用超音波を送波することにより前記複数の振動素子が前記第２超音波を受波する、ことを特徴とする。

本発明により、治療用超音波を送波しつつ診断用超音波を送受して超音波画像を形成する改良技術が提供される。例えば本発明の好適な態様によれば、治療用超音波を送波しつつ診断用超音波を送受して得られた差分情報に基づいて治療部位の超音波画像を形成することができる。

本発明の実施において好適な超音波医用装置の全体構成を示す図である。差分処理の具体例１を説明するための図である。受信信号処理の具体例１を説明するための図である。超音波画像の具体例を示す図である。凝固領域推定画像の具体例を示す図である。図１の超音波医用装置の動作例１を説明するための図である。差分処理の具体例２を説明するための図である。受信信号処理の具体例２を説明するための図である。図１の超音波医用装置の動作例２を説明するための図である。治療用ビームの焦点の具体例を示す図である。治療用ビームの焦点移動と受信処理の具体例を示す図である。治療用ビームの焦点移動と受信処理の一般例を示す図である。治療用ビームの焦点移動と受信処理の別の具体例を示す図である。図１の超音波医用装置の好適な動作例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施において好適な超音波医用装置（本超音波医用装置）の全体構成図である。本超音波医用装置は、複合型の超音波振動子１０を有しており、超音波振動子１０は、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈと診断用振動子１０Ｄを備えている。

ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈは、治療用超音波の好適な具体例である強力集束超音波（ＨＩＦＵ）を送波する振動子であり、例えば二次元的に配列された複数の振動素子を備えている。ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈは、例えば癌や腫瘍などの治療部位Ｐに向けて治療用超音波ビームＴＢを形成して強力集束超音波を送波し、その治療部位Ｐを加熱して治療するために利用される。

一方、診断用振動子１０Ｄは、例えば一次元的に配列された複数の振動素子を備えており、例えば治療部位Ｐを有する被検体（患者）に対して、超音波画像を形成するための比較的弱い超音波を送受する。つまり、公知の一般的な超音波診断装置において超音波画像を形成する際に利用される超音波と同じ程度の強度（エネルギー）の超音波を送受する。診断用振動子１０Ｄは、治療部位Ｐを含む断面内において診断用超音波ビームＤＢを走査する。なお、診断用振動子１０Ｄは、例えば、二次元的に配列された複数の振動素子を備え、これにより、治療部位Ｐを含む空間内において診断用超音波ビームＤＢが立体的に走査されてもよい。

超音波振動子１０は、例えば、お椀（どんぶり）状に凹ませた内部の表面を振動子面とする。そして、例えば、お椀状に凹んだ内部の中央に位置する底の部分に診断用振動子１０Ｄが設けられ、診断用振動子１０Ｄを取り囲むようにＨＩＦＵ用振動子１０Ｈが設けられる。なお、超音波振動子１０の振動子面の形状は、お椀状に限定されず、例えば治療の用途等に応じた形状とされることが望ましい。また、全ての振動素子またはいくつかの振動素子が、ＨＩＦＵ用と診断用の両用途に併用されてもよい。また、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈと診断用振動子１０Ｄは、図１に示すように一体型の超音波振動子１０を構成してもよいし、互いに物理的に離れた別体型であってもよい。

送受信部１２は、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈを構成する複数の振動素子の各々に対応した送信信号（治療用超音波の送信信号）を出力することにより、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈを制御して治療用超音波ビームＴＢを形成する。また、送受信部１２は、診断用振動子１０Ｄを構成する複数の振動素子の各々に対応した送信信号（診断用超音波の送信信号）を出力することにより、診断用振動子１０Ｄを制御して診断用超音波の送信ビームを形成し、さらに、それら複数の振動素子の各々から超音波の受信信号を得る。

受信信号処理ブロック２０は、診断用振動子１０Ｄを構成する複数の振動素子から得られる受信信号を処理するブロックであり、差分演算処理部２２と整相加算処理部２４とノッチフィルタ処理部２６で構成される。受信信号処理ブロック２０における処理については後に詳述する。

超音波画像形成部３０は、受信信号処理ブロック２０から得られる受信処理後の受信情報（信号またはデータ）に基づいて、治療部位Ｐの超音波画像を形成する。超音波画像形成部３０は、例えば、治療部位ＰのＢモード画像を形成する。なお、診断用振動子１０Ｄが二次元的に配列された複数の振動素子を備えている場合には、治療部位Ｐを立体的に映し出した三次元超音波画像が形成されてもよい。超音波画像形成部３０において形成された超音波画像は、表示部３２に表示される。

超音波画像形成部３０は、強力集束超音波（ＨＩＦＵ）により治療部位Ｐが加熱治療されている治療期間において、複数フレーム（複数時相）に亘って超音波画像を形成する。相互相関処理部４０は、複数フレームに亘って得られる超音波画像のフレーム間に、ブロックマッチング（パターンマッチング）等の相互相関処理を適用する。組織が加熱されて凝固すると組織の音響特性などが変化するため、超音波画像のフレーム間にその変化に伴う画像の差が発生する。そのフレーム間における画像の差が相互相関処理により検出される。なお、相互相関処理部４０における処理には、例えば、非特許文献１，２に開示される測定原理を適用することができる。

凝固領域推定部５０は、相互相関処理部４０における演算結果に基づいて、加熱により凝固したとみなされる凝固領域を推定する。凝固領域推定部５０は、例えば、超音波画像に対応した断面内で、又は超音波画像とは別の画像として、凝固の程度を色で示した凝固領域推定画像を形成してもよい。凝固領域推定画像は、表示部３２に表示される。

制御部７０は、図１の超音波医用装置内を全体的に制御する。制御部７０による全体的な制御には、操作デバイス６０を介して、医師や検査技師などのユーザから受け付けた指示も反映される。

図１に示す構成（符号を付された各部）のうち、送受信部１２，差分演算処理部２２，整相加算処理部２４，ノッチフィルタ処理部２６，超音波画像形成部３０，相互相関処理部４０，凝固領域推定部５０の各部は、例えば電気電子回路やプロセッサ等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、上記各部に対応した機能の少なくとも一部がコンピュータにより実現されてもよい。つまり、上記各部に対応した機能の少なくとも一部が、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現されてもよい。

表示部３２の好適な具体例は、液晶ディスプレイ等であり、操作デバイス６０は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル、その他のスイッチ類等のうちの少なくとも一つにより実現できる。そして、制御部７０は、例えば、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現することができる。

図１の超音波医用装置（本超音波医用装置）の全体構成は以上のとおりである。次に、本超音波医用装置により実現される機能の具体例について詳述する。なお、図１に示した構成（符号を付された各部）については、以下の説明において図１の符号を利用する。

本超音波医用装置は、治療用超音波の好適な具体例である強力集束超音波（ＨＩＦＵ）を照射して治療部位Ｐの治療を行いつつ、診断用超音波を送受して治療部位Ｐの超音波画像を形成する。具体的には、治療部位Ｐに治療用超音波（強力集束超音波）を送波することにより得られる第１超音波と、治療部位Ｐに治療用超音波と共に診断用超音波を送波することにより得られる第２超音波が受波され、第２超音波に対応した受信情報と第１超音波に対応した受信情報に基づく差分処理が行われる。

図２は、差分処理の具体例１を説明するための図である。図２（１）には、治療部位Ｐに治療用超音波であるＨＩＦＵを送波することにより得られる第１受信信号が図示さされている。図２（１）の第１受信信号は、診断用振動子１０Ｄから診断用超音波を送波せずにＨＩＦＵ用振動子１０Ｈから治療部位Ｐに対してＨＩＦＵを送波し、診断用振動子１０Ｄの各振動素子ごとに得られる受波信号に対応している。

図２（２）には、治療部位ＰにＨＩＦＵを送波すると共に診断用超音波を送波することにより得られる第２受信信号が図示されている。図２（２）の第２受信信号は、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈから治療部位Ｐに対してＨＩＦＵを送波しつつ、診断用振動子１０Ｄから診断用超音波を送波することにより、診断用振動子１０Ｄの各振動素子ごとに得られる受波信号に対応している。なお、図２（２）の第２受信信号には、診断用超音波が送波されずにＨＩＦＵのみが送波されて得られた受信信号の期間であるＨＩＦＵ応答期間と、ＨＩＦＵと共に診断用超音波が送波されて得られた受信信号の期間であるＨＩＦＵ＋診断応答期間が含まれている。

そして、図２（３）には、第２受信信号から第１受信信号を差し引く（差分処理する）ことにより得られる差分信号が図示されている。図２に示す具体例１において、差分演算処理部２２は、診断用振動子１０Ｄの各振動素子ごとに、第２受信信号から第１受信信号を差し引くことにより、差分信号を形成する。

第２受信信号は、治療用超音波であるＨＩＦＵと共に診断用超音波を送波して得られる受信信号であるため、診断用超音波に伴う受信信号成分とＨＩＦＵに伴う受信信号成分を含んでいる。一方、第１受信信号は、ＨＩＦＵのみを送波して得られる受信信号であるため、ＨＩＦＵに伴う受信信号成分のみとなる。したがって、第２受信信号から第１受信信号を差し引くことにより、診断用超音波に伴う受信信号成分が支配的となった、望ましくは、診断用超音波に伴う受信信号成分のみとなった差分信号が得られる。

差分演算処理部２２は、例えば、第２受信信号のＨＩＦＵ応答期間における波形と第１受信信号の波形に基づいて、これらの２つの波形の位相と振幅を互いに揃えてから差分処理を実行することが望ましい。なお、第２受信信号のＨＩＦＵ応答期間における波形に基づいて第１受信信号が形成されてもよい。つまり、第２受信信号のＨＩＦＵ応答期間が第１受信信号として利用されてもよい。

また、ノッチフィルタ処理部２６においてノッチフィルタ処理が実行されてもよい。つまり、治療用超音波（ＨＩＦＵ）に対応した周波数を除去するノッチフィルタ処理（バンドエリミネーションフィルター処理）が実行されてもよい。ノッチフィルタは、例えば、ＨＩＦＵの基本波と２次高調波と３次高調波に対応した周波数を除去するように設計される。ノッチフィルタ処理部２６は、例えば、第２受信信号から第１受信信号を差し引くことにより得られた差分信号に対してノッチフィルタ処理を施すことにより、差分信号に残っているＨＩＦＵに伴う受信信号成分を除去する。なお、ノッチフィルタ処理部２６は、第２受信信号に対してノッチフィルタ処理を施すことによりＨＩＦＵに伴う受信信号成分を除去してもよい。

図３は、受信信号処理の具体例１を説明するための図である。図３には、診断用振動子１０Ｄの複数の振動素子（全素子）に対応した複数の第２受信信号（図２（２））からなる第２受信信号セットと、それら複数の振動素子（全素子）に対応した複数の第１受信信号（図２（１））からなる第１受信信号セットと、それら複数の振動素子（全素子）に対応した複数の差分信号（図２（３））からなる差分信号セットが図示されている。

差分演算処理部２２における差分処理により差分信号セットが得られると、整相加算処理部２４は、差分信号セットを構成する複数の差分信号、つまり診断用振動子１０Ｄの複数の振動素子（全素子）に対応した複数の差分信号に対して、公知の整相加算処理（ビームフォーミング）を実行して各受信ビームごとにビームデータを形成する。

例えば、診断用超音波を走査して複数の超音波ビームが形成される場合に、診断用超音波の各送信ビームごとに、第２受信信号セットと第１受信信号セットが得られて差分処理により差分信号セットが形成され、差分信号セットに対する整相加算処理により、その送信ビームに対応した各受信ビームのビームデータが形成される。そして、診断用超音波を走査して１フレームを構成する複数の送信ビームに対応した複数の受信ビームのビームデータを得ることにより、１フレームを構成する複数の受信ビームに対応したビームデータからなる差分ビームデータセットが形成される。

なお、診断用超音波の各送信ビームごとに複数の受信ビームのビームデータを形成するパラレル受信が実行されてもよいし、診断用超音波の平面波を角度を変えて複数回送信する公知の送信コンパウンドが実行されてもよい。

差分ビームデータセットは、各フレームごとに複数フレームに亘って次々に形成され、そして、差分ビームデータセットに基づいて超音波画像形成部３０により超音波画像の画像データが形成される。

図４は、超音波画像の具体例を示す図である。超音波画像形成部３０は、受信信号処理ブロック２０における処理により得られた複数フレームの差分ビームデータセットに基づいて、各フレームごとに超音波画像を形成する。例えば、Ｂモード画像が超音波画像としての好適な具体例である。

図４に示す具体例において、超音波画像３４は、治療部位Ｐを含む断面、つまり診断用振動子１０Ｄにより実現される走査面（ＺＸ平面）に対応したＢモード画像である。超音波振動子１０と被検体の間には、超音波の音響媒体（例えば水）が挿入される。図４に示す超音波画像内には、治療部位Ｐを含む生体（被検体）３６と音響媒体（水）３５の断層像が映し出されている。

超音波画像形成部３０は、複数フレームに亘って各フレームごとに治療部位Ｐとその近傍を映し出した超音波画像３４を形成する。形成された超音波画像３４は表示部３２に表示される。

本超音波医用装置（図１）によれば、治療部位Ｐに治療用超音波であるＨＩＦＵを照射しつつ、治療部位Ｐとその近傍を映し出した超音波画像を表示部３２に表示することができる。そのため、例えば、医師等のユーザは、治療部位ＰにＨＩＦＵを照射しつつ、治療部位Ｐの超音波画像を確認することができる。したがって、例えば、ＨＩＦＵを照射している際に治療部位Ｐの近傍に意図しないキャビテーションの発生などの異常があれば、医師等のユーザは、操作デバイス６０を操作してＨＩＦＵの照射を停止することができる。もちろん、医師等のユーザは、治療部位Ｐの治療が意図した状態に達した場合に、操作デバイス６０を操作してＨＩＦＵの照射を停止することもできる。

また、本超音波医用装置（図１）は、超音波画像３４に対応した断面内で、又は超音波画像３４とは別の画像として、凝固の程度を色で示した凝固領域推定画像を形成する。

図５は、凝固領域推定画像の具体例を示す図である。図５には、超音波画像３４内に凝固の状態を示す凝固領域推定画像の具体例が図示されている。凝固領域推定画像は、相互相関処理部４０における相関演算の結果に基づいて、凝固領域推定部５０により形成される。

相互相関処理部４０は、複数フレームに亘って得られる超音波画像３４のフレーム間にブロックマッチング（パターンマッチング）等の相互相関処理を実行する。組織が加熱されて凝固すると組織の音響特性などが変化するため、超音波画像３４のフレーム間にその変化に伴う画像の差が発生する。そのフレーム間における画像の差（例えば輝度差）が相互相関処理により検出される。

相互相関処理部４０は、例えば、超音波画像３４内に設定された関心領域ＲＯＩ内において相互相関処理を適用する。関心領域ＲＯＩは、表示部３２に表示される超音波画像３４を確認したユーザにより操作デバイス６０を利用して設定されてもよいし、例えば、本超音波医用装置により治療部位Ｐの位置を取り囲むように超音波画像３４内に設定されてもよい。

凝固領域推定部５０は、相互相関処理部４０における演算結果に基づいて、加熱により凝固したとみなされる凝固領域を推定する。凝固領域推定部５０は、例えば、超音波画像３４に設定された関心領域ＲＯＩ内に、例えば、相関値に応じた色を示した、つまり凝固の程度を色で示した凝固領域推定画像を形成する。形成された凝固領域推定画像は、表示部３２に表示される。

凝固領域推定部５０は、相互相関処理部４０における演算結果に基づいて、凝固領域が目的の状態に達したか否かを判定してもよい。凝固領域推定部５０は、例えば、関心領域ＲＯＩ内における相関係数（相関値）の平均値が判定値（閾値）に達したか否かにより、目的とする凝固領域に達したか否かを判定する。また、例えば、関心領域ＲＯＩ内に判定領域が設定され、その判定領域内における相関係数の平均値等により、目的とする凝固領域に達したか否かが判定されてもよい。

凝固領域推定部５０における判定結果は制御部７０に伝えられ、制御部７０は、目的とする凝固領域に達したと判定された場合に、例えば、送受信部１２を制御してＨＩＦＵの照射を停止させる。

図６は、図１の超音波医用装置の動作例１を説明するための図である。図６には、図１の超音波医用装置内における複数信号（トリガ）のタイミングチャートが示されている。

メイントリガは、強力集束超音波（ＨＩＦＵ）による治療の開始タイミングを示す信号であり、例えば、ユーザ（検査者）による治療開始の操作に応じて、制御部７０から本超音波医用装置（図１）内の各部へ出力される。

フレーム開始トリガ信号とフレーム終了トリガ信号は、それぞれ、１フレームの開始タイミングと１フレームの終了タイミングを示す信号であり、フレーム開始トリガ信号が出力されてから、その後に初めて出力されるフレーム終了トリガ信号までの期間において、１フレーム分の送受信処理（例えば図３を利用して説明した受信信号処理）が行われる。

差分演算処理期間トリガは、治療用超音波（ＨＩＦＵ）成分の除去を行う期間を示す信号であり、立ち上がりで処理を開始し、立下りで処理を終了する。この期間において、例えば図３を利用して説明した受信信号処理のうちの差分処理が行われる。

整相加算処理期間トリガは、整相加算処理を行う期間を示す信号であり、立ち上がりで処理を開始し、立下りで処理を終了する。この期間において、例えば図３を利用して説明した受信信号処理のうちの整相加算処理が行われる。

相互相関演算処理期間トリガは、画像間で相互相関演算を行う期間を示す信号であり、立ち上がりで処理を開始し、立下りで処理を終了する。相互相関処理を行うには、２枚以上（２フレーム以上）の超音波画像が必要なため、超音波画像を２枚取得後からトリガ信号が立ち上がる。すなわち２枚目の差分演算処理が終了した時点から処理が開始される。

加熱期間信号は、治療用超音波ビームＴＢによる治療部位Ｐの加熱処理期間を示す信号であり、加熱期間信号の立ち上がりから立下りまでの期間において、例えば治療部位Ｐを焦点として治療用超音波ビームＴＢが形成される。なお、医師等のユーザからＨＩＦＵの照射を停止する操作が成された場合には、直ちにＨＩＦＵの照射（治療用超音波ビームＴＢ）が停止される。また、凝固領域推定部５０において目的とする凝固領域に達したと判定された場合にも、ＨＩＦＵの照射が停止される。

ＨＩＦＵ信号は、治療用超音波ビームＴＢの送信信号であり、送受信部１２からＨＩＦＵ用振動子１０Ｈの複数の振動素子に出力される。

図７は、差分処理の具体例２を説明するための図である。図７（１）には、治療部位Ｐに治療用超音波であるＨＩＦＵを送波することにより得られる整相加算処理後の第１受信信号（整相後第１受信信号）が図示さされている。図７（１）の整相後第１受信信号は、診断用振動子１０Ｄから診断用超音波を送波せず、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈから治療部位Ｐに対してＨＩＦＵを送波し、診断用振動子１０Ｄの各振動素子ごとに得られる受波信号を整相加算処理することにより得られる。

図７（２）には、治療部位ＰにＨＩＦＵを送波すると共に診断用超音波を送波することにより得られる整相加算処理後の第２受信信号（整相後第２受信信号）が図示さされている。図７（２）の整相後第２受信信号は、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈから治療部位Ｐに対してＨＩＦＵを送波しつつ、診断用振動子１０Ｄから診断用超音波を送波することにより、診断用振動子１０Ｄの各振動素子ごとに得られる受波信号を整相加算処理することにより得られる。なお、図７（２）の整相後第２受信信号には、診断用超音波が送波されずにＨＩＦＵのみが送波されて得られたＨＩＦＵ信号と、ＨＩＦＵと共に診断用超音波が送波されることによりＨＩＦＵ信号に重畳される組織信号が含まれている。

そして、図７（３）には、整相後第２受信信号から整相後第１受信信号を差し引く（差分処理する）ことにより得られる整相後差分信号が図示されている。図７に示す具体例２において、差分演算処理部２２は、整相加算処理部２４から得られる整相後第２受信信号から整相後第１受信信号を差し引くことにより、整相後差分信号を形成する。

整相後第２受信信号は、治療用超音波であるＨＩＦＵと共に診断用超音波を送波して得られる受信信号であるため、診断用超音波に伴う組織信号の成分とＨＩＦＵに伴うＨＩＦＵ信号の成分を含んでいる。一方、整相後第１受信信号は、ＨＩＦＵのみを送波して得られる受信信号であるため、ＨＩＦＵに伴うＨＩＦＵ信号の成分のみとなる。したがって、整相後第２受信信号から整相後第１受信信号を差し引くことにより、診断用超音波に伴う組織信号の成分が支配的となった、望ましくは、組織信号の成分のみとなった整相後差分信号が得られる。

差分演算処理部２２は、例えば、整相後第２受信信号のＨＩＦＵ信号のみの期間における波形と整相後第１受信信号の波形に基づいて、これらの２つの波形の位相と振幅を互いに揃えてから差分処理を実行することが望ましい。なお、整相後第２受信信号のＨＩＦＵ信号のみの期間における波形に基づいて整相後第１受信信号が形成されてもよい。

また、ノッチフィルタ処理部２６においてノッチフィルタ処理が実行されてもよい。つまり、治療用超音波（ＨＩＦＵ）に対応した周波数を除去するノッチフィルタ処理（バンドエリミネーションフィルター処理）が実行されてもよい。ノッチフィルタは、例えば、ＨＩＦＵの基本波と２次高調波と３次高調波に対応した周波数を除去するように設計される。ノッチフィルタ処理部２６は、例えば、整相後差分信号に対してノッチフィルタ処理を施すことにより、整相後差分信号に残っているＨＩＦＵ信号の成分を除去する。なお、ノッチフィルタ処理部２６は、整相後第２受信信号に対してノッチフィルタ処理を施すことによりＨＩＦＵ信号の成分を除去してもよい。

図８は、受信信号処理の具体例２を説明するための図である。図８には、診断用振動子１０Ｄの複数の振動素子（全素子）に対応した複数の第２受信信号（図２（２））からなる第２受信信号セットと、それら複数の振動素子（全素子）に対応した複数の第１受信信号（図２（１））からなる第１受信信号セットが図示されている。

図８の具体例２では、整相加算処理部２４により、第２受信信号セットと第１受信信号セットの各々に対して整相加算処理が実行される。整相加算処理部２４は、第２受信信号セットを構成する複数の第２受信信号に対して、公知の整相加算処理（ビームフォーミング）を実行して各受信ビームごとにビームデータを形成する。同様に、整相加算処理部２４は、第１受信信号セットを構成する複数の第１受信信号に対して、公知の整相加算処理（ビームフォーミング）を実行して各受信ビームごとにビームデータを形成する。

例えば、診断用超音波を走査して複数の超音波ビームが形成される場合に、診断用超音波の各送信ビームごとに、第２受信信号セットと第１受信信号セットが得られ、整相加算処理により、その送信ビームに対応した各受信ビームの第２ビームデータセットと第１ビームデータセットが形成される。さらに、各受信ビームの第２ビームデータセットと第１ビームデータセットに基づく差分処理により差分ビームデータセットが形成される。そして、１フレームを構成する診断用超音波の複数の送信ビームに対応した複数の受信ビームのビームデータ（差分ビームデータ）を得ることにより、１フレームを構成する複数の受信ビームに対応したビームデータ（差分ビームデータ）からなる差分ビームデータセットが形成される。

差分ビームデータセットは、各フレームごとに複数フレームに亘って次々に形成され、そして、差分ビームデータセットに基づいて超音波画像形成部３０により超音波画像（例えば図４の超音波画像３４）の画像データが形成される。さらに、図５を利用して説明したように、凝固領域推定部５０により凝固領域推定画像が形成されてもよいし、凝固領域推定部５０により凝固領域が目的の状態に達したか否かの判定が行われてもよい。

図９は、図１の超音波医用装置の動作例２を説明するための図である。図９には、図１の超音波医用装置内における複数信号（トリガ）のタイミングチャートが示されている。

フレーム開始トリガ信号とフレーム終了トリガ信号は、それぞれ、１フレームの開始タイミングと１フレームの終了タイミングを示す信号であり、フレーム開始トリガ信号が出力されてから、その後に初めて出力されるフレーム終了トリガ信号までの期間において、１フレーム分の送受信処理（例えば図８を利用して説明した受信信号処理）が行われる。

整相加算処理期間トリガは、整相加算処理を行う期間を示す信号であり、立ち上がりで処理を開始し、立下りで処理を終了する。この期間において、例えば図８を利用して説明した受信信号処理のうちの整相加算処理が行われる。

差分演算処理期間トリガは、治療用超音波（ＨＩＦＵ）成分の除去を行う期間を示す信号であり、立ち上がりで処理を開始し、立下りで処理を終了する。この期間において、例えば図８を利用して説明した受信信号処理のうちの差分処理が行われる。

図９に示す具体例２における相互相関演算処理期間トリガと加熱期間信号とＨＩＦＵ信号は、それぞれ、図６の具体例１における相互相関演算処理期間トリガと加熱期間信号とＨＩＦＵ信号と同じであるため、ここでは説明を省略する。

また、図１の超音波医用装置は、治療用超音波のビーム（治療用ビーム）の焦点（フォーカス）を移動させ、例えばキャビテーション気泡を生成し、加熱効果を増強させて治療を効率化してもよい。

図１０は、治療用ビームの焦点の具体例を示す図である。図１０には、ＸＹＺ座標系（図１参照）内において治療部位Ｐが含まれるＸＹ断面（平面）が図示されている。図１０の具体例において、治療用ビームの焦点（フォーカス位置）は、治療部位Ｐが含まれるＸＹ断面内において、位置１，位置２，位置３，位置４，位置５，位置６の順に円周に沿って移動され、位置１〜６の移動を周期的に繰り返す。なお、円周の直径は、例えば治療部位Ｐの状態等に応じて決定されることが望ましく、例えば数ｍｍ〜数ｃｍ程度とされる。

送受信部１２は、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈの複数の振動素子へ出力する送信信号に対して、例えば位相変調処理等を施すことにより、治療用ビームの焦点を移動させる。また、位相変調処理に代えて、または、位相変調処理と共に、振幅変調処理などが適用されてもよい。

なお、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈと診断用振動子１０Ｄ（図１）が別体型の場合には、例えば、図１０に示すＸＹ断面（又はこれに平行な断面）に対応した超音波画像が形成できるように、診断用振動子１０Ｄが配置されてもよい。具体的には、ＨＩＦＵ用振動子１０Ｈと診断用振動子１０Ｄの振動子面が互いに直交するように配置されてもよい。

図１１は、治療用ビームの焦点移動と受信処理の具体例を示す図である。図１１には、図１０の具体例に従って、治療用ビームの焦点（フォーカス位置）を位置１〜６の順に移動させた場合の受信処理が図示されている。

まず、第１周期において、治療用ビームの焦点（フォーカス）を位置１〜６の順に移動させながら治療用超音波のみが送波され、各位置ごとに第１受信信号セット（図３，図８参照）が得られる。

次に、第２周期において、治療用ビームの焦点（フォーカス）を位置１〜６の順に移動させながら治療用超音波を送波すると共に、診断用ビームを走査して診断用超音波が送波され、各位置ごとに第２受信信号セット（図３，図８参照）が得られる。

そして、各位置ごとに、その位置で得られた第２受信信号セットと第１受信信号セットに基づいて、図３を利用して説明した受信信号処理の具体例１、または、図８を利用して説明した受信信号処理の具体例２が実行され、差分ビームデータセットが得られる。

こうして、各位置ごとに差分ビームデータセットに基づいて超音波画像が形成される。さらに、例えば、第１周期と第２周期を交互に繰り返すことにより、各位置ごとに、複数の時相に亘って超音波画像を形成することができる。

図１１には、各位置ごとに第２受信信号セットと第１受信信号セットを得て差分ビームデータセットに基づいて超音波画像を形成する具体例を示した。つまり、治療用ビームの焦点の位置と超音波画像とを１対１に対応付ける具体例を示したが、治療用ビームの焦点の位置と超音波画像は必ずしも１対１の関係でなくてもよい。

図１２は、治療用ビームの焦点移動と受信処理の一般例を示す図である。図１２には、図１０の具体例に従って、治療用ビームの焦点（フォーカス位置）を位置１〜６の順に移動させた場合の受信処理が図示されている。

図１２に示す一般例では、まず、時刻ｔ_０から始まる第１〜第Ｎ周期（Ｎは変調周期数であり自然数）の各周期ごとに、治療用ビームの焦点を位置１〜６の順に移動させながら治療用超音波のみが送波される。なお、各周期の時間長は期間Ｔ_０（Ｔ_０は治療用ビームの変調繰り返し周期）である。

また時刻ｔ_０から各期間ごとに第１受信信号セット（図３，図８参照）が得られる。つまり、期間Δｔ_１２，Δｔ_２３，・・・，Δｔ_{ｎ（ｎ＋１）}の順に各期間ごとに第１受信信号セット（１），第１受信信号セット（２），・・・，第１受信信号セット（ｎ）までのｎセット（ｎは受信信号セット数であり自然数）が次々に得られる。

次に、時刻ｔ_０＋Ｎ・Ｔ_０から始まる第Ｎ＋１〜第２Ｎ周期の各周期ごとに、治療用ビームの焦点を位置１〜６の順に移動させながら治療用超音波を送波すると共に、診断用ビームを走査して診断用超音波が送波される。なお、各周期の時間長は期間Ｔ_０である。

また、時刻ｔ_０＋Ｎ・Ｔ_０から各期間ごとに第２受信信号セット（図３，図８参照）が得られる。つまり、期間Δｔ_１２，Δｔ_２３，・・・，Δｔ_{ｎ（ｎ＋１）}の順に各期間ごとに第２受信信号セット（１），第２受信信号セット（２），・・・，第２受信信号セット（ｎ）までのｎセットが次々に得られる。

そして、同一のセット番号に対応した第２受信信号セットと第１受信信号セットに基づいて、図３を利用して説明した受信信号処理の具体例１、または、図８を利用して説明した受信信号処理の具体例２が実行され、差分ビームデータセットが得られる。例えば、第２受信信号セット（１）と第１受信信号セット（１）に基づいて差分ビームデータセット（１）が得られ、第２受信信号セット（２）と第１受信信号セット（２）に基づいて差分ビームデータセット（２）が得られ、そして、第２受信信号セット（ｎ）と第１受信信号セット（ｎ）に基づいて差分ビームデータセット（ｎ）が得られる。

図１２に示す一般例により得られる差分ビームデータセット（ｎ）に基づいて超音波画像を形成することができる。

図１２に示す一般例では、第１受信信号セットの取得を開始するタイミング（時刻ｔ_０）と第２受信信号セットの取得を開始するタイミング（時刻ｔ_０＋Ｎ・Ｔ_０）の時間差が治療用ビームの変調繰り返し周期Ｔ_０の自然数倍（Ｎ・Ｔ_０）に設定されている。また、同一のセット番号に対応した第２受信信号セット（ｎ）と第１受信信号セット（ｎ）が互いに同じ期間Δｔ_{ｎ（ｎ＋１）}で得られている。

ちなみに、図１２に示す一般例において、受信信号セット数を６（ｎ＝６）、変調周期数を１（Ｎ＝１）、各期間を治療用ビームの変調繰り返し周期の６分の１（期間Δｔ_１２＝Δｔ_２３＝・・・＝Δｔ_{ｎ（ｎ＋１）}＝Ｔ_０／６）としたものが図１１に示す具体例である。

図１３は、治療用ビームの焦点移動と受信処理の別の具体例を示す図である。図１３に示す具体例は、図１２に示す一般例において、受信信号セット数を４（ｎ＝４）、変調周期数を２（Ｎ＝２）、各期間をΔｔ（期間Δｔ_１２＝Δｔ_２３＝・・・＝Δｔ_{ｎ（ｎ＋１）}＝Δｔ）としたものである。

図１３に示す具体例においても、同一のセット番号に対応した第２受信信号セットと第１受信信号セットに基づいて、図３を利用して説明した受信信号処理の具体例１または図８を利用して説明した受信信号処理の具体例２が実行され、差分ビームデータセットが得られる。例えば、第２受信信号セット（１）と第１受信信号セット（１）に基づいて差分ビームデータセット（１）が得られ、第２受信信号セット（２）と第１受信信号セット（２）に基づいて差分ビームデータセット（２）が得られ、第２受信信号セット（３）と第１受信信号セット（３）に基づいて差分ビームデータセット（３）が得られ、そして、第２受信信号セット（４）と第１受信信号セット（４）に基づいて差分ビームデータセット（４）が得られる。

図１４は、図１の超音波医用装置の好適な動作例を示すフローチャートである。まず、治療用超音波（ＨＩＦＵ）の照射に先だって、診断用振動子１０Ｄにより診断用超音波が送受されて超音波画像形成部３０により超音波画像が形成され、例えば、表示部３２に表示される被検体内の超音波画像により、医師等のユーザが治療部位Ｐの位置や大きさなどを確認する（Ｓ１４０１）。次に、その確認の結果に応じて、医師等のユーザが操作デバイス６０を利用して、例えば、関心領域ＲＯＩ（図５）、治療用ビームの焦点の位置（図１０）、治療の終了条件（凝固領域推定部５０が参照する閾値等）などの治療条件を設定する。

そして、例えば医師等のユーザが操作デバイス６０を利用して開始操作を行うことにより、Ｓ１４０２で設定された治療条件に従って、治療用超音波（ＨＩＦＵ）の照射が開始される（Ｓ１４０３）。

治療用超音波（ＨＩＦＵ）を照射しつつ、診断用超音波が送受され（Ｓ１４０４）、ＨＩＦＵ成分を除去する受信信号処理が実行され（Ｓ１４０５）、超音波画像が形成されて表示され（Ｓ１４０６）、凝固領域の推定が行われる（Ｓ１４０７）ことは、図２から図１３を利用して詳述したとおりである。

さらに、凝固領域推定部５０により凝固領域が目的の状態に達したか否かが判定され（Ｓ１４０８）、凝固領域が目的の状態に達するまで、治療用超音波（ＨＩＦＵ）を照射しつつＳ１４０４〜Ｓ１４０８の処理が繰り返される。

そして、凝固領域が目的の状態に達すると（Ｓ１４０８）、治療用超音波（ＨＩＦＵ）の照射が停止され、図１４のフローチャートが終了する。なお、図１４のフローチャートに従った処理の途中で、医師等のユーザからＨＩＦＵの照射を停止する操作が成された場合には、直ちにＨＩＦＵの照射が停止される。また、Ｓ１４０２においてＨＩＦＵの照射時間が設定されている場合には、Ｓ１４０３におけるＨＩＦＵの照射開始から照射時間が経過した時点でＨＩＦＵの照射が停止される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。なお、本発明に係る超音波医用装置を利用した治療等は、医師等の専門家の指導の下で十分に慎重に行われるべきことは言うまでもない。

１０超音波振動子、１２送受信部、２０受信信号処理ブロック、２２差分演算処理部、２４整相加算処理部、２６ノッチフィルタ処理部、３０超音波画像形成部、３２表示部、４０相互相関処理部、５０凝固領域推定部、６０操作デバイス、７０制御部。

Claims

治療部位に治療用超音波を送波することにより得られる第１超音波と、前記治療部位に治療用超音波と共に診断用超音波を送波することにより得られる第２超音波を受波する複数の振動素子と、
前記複数の振動素子の各振動素子ごとに前記第２超音波に対応した第２受信信号と前記第１超音波に対応した第１受信信号を得る受信部と、
前記複数の振動素子の各振動素子ごとに、前記第２受信信号と前記第１受信信号を差分処理することにより差分信号を形成する差分処理部と、
前記複数の振動素子に対して形成された複数の前記差分信号を整相加算処理することにより複数ビームのビーム信号を形成する整相加算処理部と、
前記複数ビームのビーム信号に基づいて前記治療部位の超音波画像を形成する画像形成部と、を有し、
前記治療用超音波は複数フレームに亘って送波され、
先の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を前記受信部が得た後に、前記差分処理部は各前記差分信号を形成し、
前記差分処理部が各前記差分信号を形成した後に、前記整相加算処理部は各前記ビーム信号を形成し、
前記差分処理部が各前記差分信号を形成する期間、および、前記整相加算処理部が各前記ビーム信号を形成する期間に重なる期間に、前記受信部は、次の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を得ることを特徴とする超音波医用装置。
治療部位に治療用超音波を送波することにより得られる第１超音波と、前記治療部位に治療用超音波と共に診断用超音波を送波することにより得られる第２超音波を受波する複数の振動素子と、
前記複数の振動素子の各振動素子ごとに前記第２超音波に対応した第２受信信号と前記第１超音波に対応した第１受信信号を得る受信部と、
前記複数の振動素子に対応した複数の前記第２受信信号を整相加算処理することにより複数ビームの各ビームごとに第２受信ビーム信号を形成し、前記複数の振動素子に対応した複数の前記第１受信信号を整相加算処理することにより前記複数ビームの各ビームごとに第１受信ビーム信号を形成する整相加算処理部と、
前記複数ビームの各ビームごとに前記第２受信ビーム信号と前記第１受信ビーム信号を差分処理することにより差分ビーム信号を形成する差分処理部と、
前記複数ビームに対応した複数の差分ビーム信号に基づいて前記治療部位の超音波画像を形成する画像形成部と、
を有し、
前記治療用超音波は複数フレームに亘って送波され、
先の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を前記受信部が得た後に、前記整相加算処理部は、前記第２受信ビーム信号および前記第１受信ビーム信号を形成し、
前記整相加算処理部が、前記第２受信ビーム信号および前記第１受信ビーム信号を形成した後に、前記差分処理部は前記差分ビーム信号を形成し、
前記整相加算処理部が前記第２受信ビーム信号および前記第１受信ビーム信号を形成する期間、並びに、前記差分処理部が前記差分ビーム信号を形成する期間に重なる期間に、前記受信部は、次の１フレームについて前記第１受信信号および前記第２受信信号を得ることを特徴とする超音波医用装置。
請求項１または２に記載の超音波医用装置において、
前記治療部位内の複数位置に対して順に治療用ビームを形成して前記治療用超音波を送波することにより前記複数の振動素子が前記第１超音波を受波し、さらに、前記複数位置に対して順に治療用ビームを形成して前記治療用超音波を送波すると共に診断用ビームを走査して前記診断用超音波を送波することにより前記複数の振動素子が前記第２超音波を受波する、
ことを特徴とする超音波医用装置。