JP6925137B2 - 体内組織位置測定装置 - Google Patents
体内組織位置測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6925137B2 JP6925137B2 JP2017028597A JP2017028597A JP6925137B2 JP 6925137 B2 JP6925137 B2 JP 6925137B2 JP 2017028597 A JP2017028597 A JP 2017028597A JP 2017028597 A JP2017028597 A JP 2017028597A JP 6925137 B2 JP6925137 B2 JP 6925137B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- image
- propagation model
- body tissue
- internal tissue
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0858—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving measuring tissue layers, e.g. skin, interfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
- A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
- A61B5/065—Determining position of the probe employing exclusively positioning means located on or in the probe, e.g. using position sensors arranged on the probe
- A61B5/066—Superposing sensor position on an image of the patient, e.g. obtained by ultrasound or x-ray imaging
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures
- A61B8/085—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures for locating body or organic structures, e.g. tumours, calculi, blood vessels, nodules
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/42—Details of probe positioning or probe attachment to the patient
- A61B8/4245—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving determining the position of the probe, e.g. with respect to an external reference frame or to the patient
- A61B8/4263—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving determining the position of the probe, e.g. with respect to an external reference frame or to the patient using sensors not mounted on the probe, e.g. mounted on an external reference frame
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4416—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to combined acquisition of different diagnostic modalities, e.g. combination of ultrasound and X-ray acquisitions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4477—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device using several separate ultrasound transducers or probes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5207—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of raw data to produce diagnostic data, e.g. for generating an image
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5215—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data
- A61B8/5238—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data for combining image data of patient, e.g. merging several images from different acquisition modes into one image
- A61B8/5261—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data for combining image data of patient, e.g. merging several images from different acquisition modes into one image combining images from different diagnostic modalities, e.g. ultrasound and X-ray
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts
- A61B8/5276—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts due to motion
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5284—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving retrospective matching to a physiological signal
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/46—Ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic devices with special arrangements for interfacing with the operator or the patient
- A61B8/461—Displaying means of special interest
- A61B8/466—Displaying means of special interest adapted to display 3D data
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
- A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
Description
本発明は，超音波で体内の特定の組織の位置を測定する測定装置に関する。
がんの主な治療方法として外科手術，化学療法，放射線療法の３つがある。放射線療法は，高線量の放射線を患者の治療対象部位である体内組織に照射することで治療する方法で，治療部位に放射線を集中して作用させることができるため副作用が比較的軽い方法である。放射線療法を効率的に実施するためには，放射線が集中して照射される領域と治療対象であるがんの存在する領域が精度良く一致していることが重要である。
体内組織の位置を測定する方法の一つが，特許文献１に記載されている。
従来の放射線治療装置では，事前に取得したＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像などの情報から治療対象部位である体内組織の位置を特定し，それにもとづいて治療計画を立て，患者を放射線治療装置の治療台に固定し，照射方向，強度等の放射線の特性を制御することで患者の治療対象部位である体内組織に放射線を照射して治療している。
しかし，放射線照射中に患者自身の呼吸などに起因して，患者の治療対象部位が事前に計画した放射線照射位置から動くことが，精度良く治療することの課題となっていた。この課題に対して，あらかじめ患者の体内に金などでできたマーカーを埋め込んでおき，このマーカーをＸ線透過像で撮像して追跡することにより，治療対象部位の動きを検知し，事前の治療計画や照射時の放射線制御に利用することで，精度良く治療する方法が確立されている。
また，陽子線治療装置のような患者を固定して位置決めするような装置においては，最終的に治療計画と一致する位置に患者を固定できたかどうかを確認するために陽子線治療装置の回転ガントリ内でＣＴ画像を取得するような場合もある。このような付加的なＣＴにおいては，例えばコーンビームＣＴのような装置が使用されるが，回転ガントリの制約から患者が息止めをしている間にＣＴ画像を取り終えることができない場合がある。この場合，患者の呼吸などに患者の治療対象部位である体内組織が動くため，Ｘ線信号が積算され画質が低下してしまう。
そこで，マーカーの埋め込みや治療中のＸ線照射による被ばく量を抑え，かつ呼吸に対して対応できるような，侵襲性の低い体内組織位置測定装置の実現が望まれている。侵襲性の低い方法として，超音波画像を用いる方法がある。
特許文献１では，マーカーとＸ線に代わり，事前に取得したＣＴ像と同時相に取得した超音波画像と，治療中に取得した超音波画像との相関値が高いタイミングで放射線を照射する放射線治療装置について記載がある。
特許文献１記載の放射線治療装置は，事前に取得するＣＴ像と同時相に取得した治療計画用超音波画像と，治療中に取得した治療用超音波画像との相関値が高いタイミングで放射線を照射するように制御することで，低侵襲で治療ができるようにしているものの，ロボットアーム先端に取り付けられた超音波プローブを患者に押し付けて固定するものであって，治療対象部位によっては，骨や放射線の通過部と干渉して超音波画像に寄与しない超音波素子が生じ，広角で鮮明な超音波画像が得られない場合があるという課題がある。
また，超音波プローブの押し付け方を治療計画から治療中まで一貫して精密に制御しなければ，超音波プローブによる患者の内臓組織の押され方が変化し，相関値を得るための治療用超音波画像が呼吸により変化してしまうという課題がある。
さらには，上記装置では，治療超音波画像と相関値の高い治療計画用超音波画像が得られるタイミングで放射線を照射するものであって，治療中の体内組織位置を超音波画像から特定しているわけではないことから，実際の治療対象部位と位置の誤差が生じる恐れがある。
本発明は，上記課題に鑑みなされたものであって，超音波素子を有効に利用して広角，鮮明で，かつ呼吸による歪みのない超音波画像を得ることができるようにすることで，低侵襲にかつ精度よく体内組織位置を測定する体内組織位置測定装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、体の異なる場所に設置された複数の超音波素子と，前記超音波素子位置を計測する外部センサと，超音波伝搬モデルを保持する超音波伝搬モデル保持部と，前記超音波モデルと前記超音波素子位置に基づいて超音波伝搬時間を計算する超音波伝搬時間計算部と，前記超音波伝搬時間と各素子で受信した超音波信号から超音波画像を構成する超音波画像構成部と，前記超音波画像から対象とする体内組織位置を算出する体内組織位置算出部と，を有することを特徴とする。
本発明によれば，超音波素子を有効に利用して広角，鮮明で，かつ呼吸による歪みのない超音波画像を得ることができるようにすることで，低侵襲にかつ精度よく体内組織位置を測定できる。
以下、実施例を、図面を用いて説明する。
以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による体内組織位置測定装置について説明する。
図１は本実施形態による体内組織位置測定装置の概念図，図２はある呼吸位相の患者の断面を示す模式図，図３は図２と別の呼吸位相の同一の患者の断面を示す模式図，図４は本実施形態による超音波モデル作成時の体内組織位置測定装置の概念図，図５は超音波伝搬モデル作成のフローチャート，図６は本実施形態で得られる超音波伝搬信号を示す模式図，図７は超音波伝搬モデルの概念図，図８は超音波画像構成方法を示すフローチャート，図９は体内組織位置算出方法を示すフローチャートである。なお、図１〜図９で共通する部分については同一の符号を付している。
まず，図１〜図４を用いて本実施形態による体内組織位置測定装置の構成と役割を説明する。
図１において，体内組織位置測定装置は寝台１０８に固定して寝かされた患者１０００の体内にある任意の体内組織の位置を計測するものであり，体の体表の異なる場所に望ましくは密着するように設置した複数の超音波素子１０１，超音波送受信部１０２，外部センサ１０３，超音波画像構成部１０４，超音波伝搬モデル保持部１０５，超音波伝搬時間計算部１０６， 体内組織位置算出部１０７から構成される。
患者１０００は複数の超音波素子１０１を体表に密着する形で設置され，寝台１０８に固定されている。超音波素子は超音波送受信器１０２から電気信号を受け取って，任意のタイミングで超音波を励振し患者の体内に送信する。また，患者の体内から反射，散乱などによって帰ってくる超音波を受け取って電気信号に変換し，超音波送受信器１０２に送信する。超音波送受信器１０２は超音波素子１０１から受け取った電気信号を増幅処理し，超音波画像構成部１０４へ送る。複数の超音波素子が同時に使用されるが，これらは，一般に超音波診断装置で用いられる超音波プローブのように，おのおのの相対位置が固定されている必要はなく，患者１０００の呼吸などの運動により相対位置が変化するように，それぞれ独立に設置しても良い。
外部センサ１０３は，超音波素子１０１の位置を計測するものである。外部センサ１０３は，外部センサ１０３自身や寝台１０８の特定の点など適当な絶対座標の原点に対して絶対座標を計測する。
ここで，外部センサ１０３としては，例えば，レーザ距離計を用いることができる。この場合，超音波素子１０１の背面（体表１００２に密着している側の反対側）にレーザ反射材を用いることで超音波素子１０１に光が吸収されることなく超音波素子位置と動きを特定できる。また，例えば，外部センサ１０３として，１台または複数台のビデオカメラを用いることもできる。この場合，超音波素子１０１の背面に各素子に固有のパターンを印字しておくことで，超音波素子位置と動きを，例えば，画像相関法と一般に呼ばれる技術を用いて特定することができる。さらには，外部センサ１０３として，接触式のセンサやロボットアーム等を用いて超音波素子位置を計測しても良い。このように，外部センサ１０３としては様々な方式を採用することができる。したがって，ここで示した例は，本発明の実施形態を限定するものではない。
超音波伝搬モデル保持部１０５は超音波素子１０１と患者の体内組織を含む事前に作成された超音波モデルを保持している。超音波伝搬モデル保持部１０５は，複数の超音波モデルを保持することができ，その中から選択して超音波伝搬時間計算部へ送ることができる。超音波伝搬時間計算部１０６は，複数あるうちのひとつの超音波素子から送信された超音波が超音波伝搬モデル内の任意の点で反射し，別の超音波素子で受信されるまでの伝搬時間を超音波伝搬モデル保持部１０５が保持している超音波伝搬モデルを用いて計算する。
超音波画像構成部１０４は，超音波送受信部１０２から送られてきた超音波信号と，超音波伝搬時間計算部１０６で計算した超音波伝搬時間を用いて超音波画像を構成する。体内組織位置算出部１０７は，超音波画像構成部１０４で構成した超音波画像と，外部センサ１０３で計測した超音波素子位置を用いて， 体内組織位置の絶対座標を算出する。
図２と図３はある呼吸位相の患者の断面を示す模式図である。図２と図３はそれぞれ別の呼吸位相の同一の患者の断面を示している。患者の体内は位置を測定する対象である体内組織１００１に加え，体表１００２，筋肉・脂肪１００３，骨１００４，臓器１００５などから構成される。超音波素子１０１Ａ，１０１Ｂは骨１００４などの超音波を遮る障害物を避けて体内組織１００１にアクセスできるように配置されている。
超音波伝搬経路１１０１は複数あるうちのひとつの超音波素子１０１Ａから送信された超音波が体内の任意の点で反射し，別の超音波素子１０１Ｂで受信されるまでの伝搬経路の一例を示している。この例を見て明らかなように，患者１０００の呼吸などの動きによって骨１００４や臓器１００５などの相対位置が変化するため，超音波伝搬経路１１０１は患者１０００の状態によって変化する。また，例えば，脂肪から臓器へ超音波が伝搬する際，密度や音速の違いによって，いわゆる音響インピーダンスが変化するため，超音波は屈折しながら進む。ここで，脂肪中の音速は約１４５０ｍ／ｓ，血液・筋肉・臓器中の音速は約１５３０〜１６３０ｍ／ｓ，骨中の音速は約２７００〜４１００ｍ／ｓであることが知られている。
図４は，超音波伝搬モデル作成時の体内組織位置測定装置の概念図である。超音波伝搬モデル作成時は，図１の構成に，ＣＴガントリ２０１，ＣＴ画像処理装置２０２，超音波伝搬モデル作成部２０３が付加されている。図1と共通する部分については同一の符号を付しており，超音波伝搬モデル作成に不要な部分については省略している。
ＣＴガントリ２０１とＣＴ画像処理装置２０２は患者１０００の少なくとも超音波素子１０１と位置測定の対象とする体内組織１００１とを含む領域のＣＴ画像を得る。得られたＣＴ画像は超音波伝搬モデル作成部２０３に送られる。この際，例えば，外部センサの計測結果を利用して体表１００２の動きを監視することで呼吸同期ＣＴを撮像して複数枚のＣＴ画像を収集する。
超音波伝搬モデル作成部２０３は，超音波送受信部１０２で受信した超音波信号と，外部センサ１０３で測定した超音波素子１０１の位置と，ＣＴ画像処理装置で収集したＣＴ画像を組み合わせて超音波伝搬モデルを作成し，超音波伝搬モデル保持部１０５でモデルを保存する。
ここで，超音波送受信部１０２，超音波画像構成部１０４，超音波伝搬時間計算部１０６，体内組織位置算出部１０７，超音波伝搬モデル作成部２０３はコンピュータやＦＰＧＡなどにプログラムを読み込ませて計算を実行する。超音波伝搬モデル保持部はメモリや外部記憶装置，データベースなどを用いて構成することができる。
次に，図５〜図７を用いて本実施形態の体内組織位置測定装置における超音波伝搬モデルの作成方法について説明する。
図５は超音波伝搬モデル作成のフローチャート，図６は超音波伝搬モデルの概念図である。超音波伝搬モデル作成は図５に示す各ステップで構成される。
まず，ステップＳ１０１で開始する。ここでは，患者１０００はすでに寝台１０８に固定され，超音波素子１０１や外部センサ１０３，ＣＴガントリ２０１などは準備が完了しているものとする。
ステップＳ１０２では患者１０００の呼吸位相ごとのＣＴ画像を収集する。
次いで，ステップＳ１０３において，患者１０００の呼吸位相ごとの実超音波信号を収集する。図６に示しているように，実超音波信号１２０３は，設置されている超音波素子１０１を順次励振させ，送信した超音波をそれぞれの超音波素子で受信した受信信号の全部または一部を記録する。例えば，第ｉ番目の超音波素子で送信し，第ｊ番目の超音波素子で受信したときの受信信号を時間ｔの関数としてφｉｊ（ｔ）（１≦ｉ≦Ｎ，１≦ｊ≦Ｎ，０≦ｔ≦Ｔ）などと表す。ここで，Ｎは設置している全超音波素子数で，Ｔは収録時間である。収録時間Ｔは超音波の信号が収集できる十分な時間とする。
次いで，ステップＳ１０４において，超音波素子位置を外部センサ１０３で計測する。
ここで，ステップＳ１０２〜ステップＳ１０４は同時に実施しても良いし，その順番を入れ替えて実施しても良い。実超音波信号の収集とＣＴ画像の収集において，ＣＴ画像に超音波素子のアーチファクトが現れるなどの理由により，ステップＳ１０２とステップＳ１０３を同時に実施することが困難な場合は，少なくともステップＳ１０２とステップＳ１０４，ステップＳ１０３とステップＳ１０４をそれぞれ同時に実施し，呼吸位相を記録しておくことで呼吸などの患者の動きに対して同期のとれたデータを収集しておくことが好適である。
次いで，ステップＳ１０５で，初期超音波伝搬モデルを作成する。まず，ＣＴ画像に合わせて適当な小領域１２０２（メッシュ）に分割された患者体内のモデル１２０１を用意する。各小領域には密度と音速の値または音響インピーダンスなどの超音波伝搬を計算するために必要な物理量の組合せが設定できる。初期超音波伝搬モデルモデルでは，まず，ＣＴ画像の輝度に応じて脂肪，筋肉，血管，骨，臓器などを判別し，組織の種類に応じて各省領域に物理量を設定する。
次いで，ステップＳ１０６では，初期超音波伝搬モデルとＳ１０３で得られた超音波素子位置に基づいて，仮想的な超音波信号を計算し，ψｉｊ（ｔ）（１≦ｉ≦Ｎ，１≦ｊ≦Ｎ，０≦ｔ≦Ｔ）とする。
ステップＳ１０７では，実超音波信号φｉｊ（ｔ）と仮想超音波信号ψｉｊ（ｔ）とを比較し，十分な精度で両者が一致しているかどうかを判定する。両者が一致していないと判断した場合はステップＳ１０８で超音波伝搬モデルを更新しステップＳ１０６へ戻る。超音波伝搬モデルを更新は，例えば，一般の最適化手法などが利用できる。
ステップＳ１０７で，実超音波音波信号φｉｊ（ｔ）と仮想超音波信号ψｉｊ（ｔ）とが十分な精度で一致していると判定した場合は，ステップＳ１０９へ進み，超音波伝搬モデル保持部１０５に超音波伝搬モデルを保存する。
最後に，ステップＳ１１０に進んで超音波伝搬モデル作成を終了する。
図７は本実施形態による超音波伝搬モデルのデータベースの概念図である。患者１０００の呼吸に伴う動作に合わせて複数の超音波伝搬モデルが必要な場合はＳ１０５〜Ｓ１０９までを必要な超音波伝搬モデルの数だけ繰り返して超音波伝搬モデルを作成し，保存する。結果として，超音波伝搬モデル１２０１Ａ，１２０１Ｂなどの複数の超音波伝搬モデルが超音波伝搬モデル保持部１０５に保存される。
以上のステップにより，呼吸に同期し，かつＣＴ画像と超音波信号が一致するように超音波伝搬モデルを作成することができる。
次に，図８を用いて本実施形態による超音波画像構成方法を説明する。
図８は本実施形態における超音波画像構成方法を示すフローチャートである。
まず，ステップＳ２０１で開始する。ここでは，患者１０００はすでに寝台１０８に固定され，超音波素子１０１や外部センサ１０３などは準備が完了しているものとする。ステップＳ２０２，ステップＳ２０３は，上記ステップＳ１０３，ステップＳ１０４とそれぞれ同じ内容であるため説明を省略する。
ステップＳ２０４では伝搬時間計算部１０６で使用する超音波伝搬モデルを選択する。超音波伝搬モデル保持部１０５で保持されている超音波伝搬モデルが１つのみの場合はそれを使用し，超音波伝搬モデルが複数保持されている場合は，適切な超音波伝搬モデルを選択する。
超音波伝搬モデルの選択は，例えば，外部センサ１０３で取得した超音波素子位置の変化をもとに患者１０００の呼吸位相を特定し，同一の呼吸位相を保持している超音波伝搬モデルを選択する。また，例えば，超音波伝搬モデル作成時に収集した超音波信号とステップＳ２０２で取得した超音波信号を比較し，互いの相関値が最も近い場合の対応する超音波伝搬モデルを選択する。また，例えば，ステップＳ２０２で取得した超音波信号から，患者の１か所または複数個所の特定部位から反射される超音波信号を逆伝搬解析し，最も強い信号が生成される超音波伝搬モデルを選択する。このように，超音波伝搬モデルの選択には様々な方式を採用することができる。したがって，ここで示した例は，本発明の実施形態を限定するものではない。
次いで，ステップＳ２０５ではステップＳ２０４で選択した超音波伝搬モデルを利用して第ｉ番目の超音波素子で送信し，第ｊ番目の超音波素子で受信したときの第ｋ番目の小領域内で反射された場合の伝搬時間ｔｉｊｋを計算する。これには，例えば，レイトレーシングや有限要素法などを用いた解析を利用することができる。
ここで，超音波伝搬時間計算は計算時間を要するため，計算時間を短縮するため，超音波モデル作成時にあらかじめ第ｉ番目の超音波素子で送信し，第ｊ番目の超音波素子で受信したときの第ｋ番目の小領域内で反射された場合の伝搬時間ｔｉｊｋを計算しておき，各小領域の物理量の一つとして伝搬時間ｔｉｊｋを保持しておき，超音波画像構成に必要な伝搬時間ｔｉｊｋは超音波伝搬モデルからデータを読み出すようにしても良い。
次いで，ステップＳ２０６では，次の数式１を用いて第ｋ番目の小領域の信号強度Ｉｋを計算する。
次いで，ステップＳ２０７では，信号強度Ｉｋにもとづき各省領域の輝度を計算して超音波画像を構成する。ここでは，信号強度Ｉｋをそのまま画素の輝度としても良いし，そのようにして構成した超音波画像構成に対して位置測定対象とする体内組織の画質が良くなるように画像処理を施しても良い。
最後に，ステップＳ２０８に進んで超音波画像構成を終了する。
なお，本実施形態では複数の超音波伝搬モデルを使用する例を示したが，十分な精度が確保できるならば，患者の息止め状態のモデルのみを使用しても良い。また，超音波モデル作成時において，実超音波信号を使用せず，ＣＴ画像のみの情報を用いて密度・音速を設定してもよい。さらには，十分な精度が確保できるならば，人体を均一な密度・音速の物質として簡易的にモデル化しても良い。
次に，図９を用いて体内組織位置算出部１０７における体内組織位置算出方法について説明する。
図９は本実施形態による体内組織位置算出方法を示すフローチャートである。体内組織位置算出方法は次の各ステップで構成される。
まず，ステップＳ００１で開始する。次いで，ステップＳ３０２で外部センサと超音波素子の相対座標を算出する。続いてステップＳ３０３では，上記方法で構成された超音波画像を用いて画像処理などを実施し，超音波素子と対象とする体内組織の相対座標を算出する。最後に，ステップＳ３０４では，ステップＳ３０２で算出した相対座標とステップＳ３０３で算出した相対座標を組み合わせて対象とする体内組織の絶対座標を算出する。Ｓ３０５では，算出結果を利用する後段の装置に算出結果を送信して終了する。
このようにして，超音波素子を有効に利用して広角，鮮明で，かつ呼吸による歪みのない超音波画像を得ることができるようにすることで，低侵襲にかつ精度よく体内組織位置を測定できる。
本実施形態に示した体内組織位置算出装置において，超音波画像構成部１０４に付加した超音波画像表示装置に超音波画像を表示して，超音波画像診断装置として利用しても良い。その際，医者が直感的に診断しやすくするように，数式１で示した画素情報に加えて，従来の超音波画像診断装置で行われていたような画像処理を施して表示させても良い。
次に，図１０を利用して本発明の第２の実施形態による体内組織位置算出装置について説明する。なお，図１０で図１と共通する部分については同一の符号を付しており，すでに説明した部分については説明を省略する。
図１０は本発明の第２の実施形態による体内組織位置算出装置の放射線照射装置への適用方法を示す概念図である。第１の実施形態に加えて，さらに，放射線照射部３０１と放射線制御部３０２を備えるようにしたものである。放射線制御部３０２は体内組織位置算出部１０７によって算出された体内組織位置を信号として受け取り，放射線照射部３０１を制御することにより患者１０００に照射されるＸ線や粒子線などの放射線３０３の照射位置を制御する。これにより，放射線照射位置を治療計画で計画した治療対象部位の領域に集中して放射線を照射するようになっている。図１０にはＣＴガントリ２０２や超音波伝搬モデル作成部２０３等が記載されていないが、図４に関して説明したモデル作成にかかわる構成やＣＴ撮像装置が、図１０に記載された構成に加えて設けられていてもよい。なお、治療患部を追跡する動体追跡に用いる超音波伝搬モデルは、あらかじめ作成しておけばよく、放射線治療の治療計画を作成する際に作成していてもよいし、治療直前に作成しておいてもよい。
この際，患者の呼吸状態をモニタリングすることで，呼吸位相を特定して超音波伝搬モデル１２０１を選択して超音波画像を構成することで，治療対象部位が目的の座標領域を通過する適切なタイミングを特定して，放射線の照射を開始したり停止したりすることもできる。また，適切なフレームレートで体内組織位置算出を繰り返し実行することで治療対象部位の動きに応じた放射線３０３の制御ができる。
このようにして，超音波素子を有効に利用して広角，鮮明で，かつ呼吸による歪みのない超音波画像を得ることで低侵襲にかつ精度よく体内組織位置を測定する体内組織位置測定でき，放射線照射位置を正確に制御して患者の治療対象部位に放射線を照射できる。
次に，図１１を利用して本発明の第３の実施形態による体内組織位置算出装置について説明する。なお，図１１で図１と共通する部分については同一の符号を付しており，すでに説明した部分については説明を省略する。
図１１は本発明の第３の実施形態による体内組織位置算出装置の画像診断装置への適用方法を示す概念図である。第１の実施形態に加えて，さらに，画像診断装置ガントリ４０１とゲート制御部４０２を備えるようにしたものである。ゲート制御部４０２は体内組織位置算出部１０７によって算出された体内組織位置を信号として受け取り，画像診断装置ガントリ４０１を制御することにより患者１０００を撮像するタイミングを制御する。
図１１は本発明の第３の実施形態による体内組織位置算出装置の画像診断装置への適用方法を示す概念図である。第１の実施形態に加えて，さらに，画像診断装置ガントリ４０１とゲート制御部４０２を備えるようにしたものである。ゲート制御部４０２は体内組織位置算出部１０７によって算出された体内組織位置を信号として受け取り，画像診断装置ガントリ４０１を制御することにより患者１０００を撮像するタイミングを制御する。
この際，患者の呼吸状態をモニタリングすることで，呼吸位相を特定して超音波伝搬モデル１２０１を選択して超音波画像を構成することで，撮像対象部位が目的の座標領域を通過する適切なタイミングを特定して，撮像することができる。また，適切なフレームレートで体内組織位置算出を繰り返し実行することで撮像対象部位の動きに応じた撮像ができる。
このようにして，画像診断装置で撮像する際の腫瘍の動きが原因で生じるブレを抑制し，鮮明な画像を得ることができる。
このようにして，画像診断装置で撮像する際の腫瘍の動きが原因で生じるブレを抑制し，鮮明な画像を得ることができる。
次に，図１２を利用して本発明の第４の実施形態による体内組織位置算出装置について説明する。なお，図１２で図２と共通する部分については同一の符号を付しており，すでに説明した部分については説明を省略する。
図１２は，本発明の第４の実施形態による体内組織位置算出装置の概念図である。本実施形態は，第１の実施形態における患者１０００の体内に超音波を強く反射する超音波反射体１００６を埋め込み，該超音波反射体１００６の位置を算出するようにしたものである。
一般に，生体組織は軟組織であり，超音波の減衰が大きいうえ，体内組織間の音響インピーダンス差が小さいために超音波反射が起こりにくいことが知られている。このため，位置算出の対象としている体内組織からの十分な反射信号が得られず，鮮明な超音波画像が得られない場合がある。
本実施形態では，超音波モデル作成前にあらかじめ生体組織と音響インピーダンスが大きく異なる超音波反射体１００６を患者１０００の体内の特に注目する治療対象部位などの体内組織の近傍に埋め込んでおくことで，より鮮明な超音波画像が得られるようになっている。ＣＴ画像を取得した段階で，埋め込んだ超音波反射体１００６と位置を算出したい体内組織の間の相対座標をあらかじめ算出しておけば，超音波反射体１００６の絶対座標にあらかじめ算出しておいた相対座標を加えることで，注目する体内組織の位置を算出することができる。
このようにして，超音波素子を有効に利用して広角，鮮明で，かつ呼吸による歪みのない超音波画像を得ることができるようにすることで，Ｘ線被ばく量を低減して体内組織位置を測定できる。
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ 超音波素子
１０２ 超音波送受信部
１０３ 外部センサ
１０４ 超音波画像構成部
１０５ 超音波伝搬モデル保持部
１０６ 超音波伝搬時間計算部
１０７ 体内組織位置算出部
１０８ 寝台
２０１ ＣＴガントリ
２０２ ＣＴ画像処理装置
２０３ 超音波伝搬モデル作成部
３０１ 放射線照射部
３０２ 放射線制御部
３０３ 放射線
４０１ 画像診断装置ガントリ
４０２ ゲート制御部
１０００ 患者
１００１ 対象とする体内組織
１００２ 体表
１００３ 脂肪・筋肉
１００４ 骨
１００５ 臓器
１００６ 超音波反射体
１１０１，１１０２ 超音波伝搬経路
１２０１，１２０１Ａ，１２０１Ｂ 超音波モデル化領域
１２０２ 超音波モデル小領域
１２０３ 超音波信号
１０２ 超音波送受信部
１０３ 外部センサ
１０４ 超音波画像構成部
１０５ 超音波伝搬モデル保持部
１０６ 超音波伝搬時間計算部
１０７ 体内組織位置算出部
１０８ 寝台
２０１ ＣＴガントリ
２０２ ＣＴ画像処理装置
２０３ 超音波伝搬モデル作成部
３０１ 放射線照射部
３０２ 放射線制御部
３０３ 放射線
４０１ 画像診断装置ガントリ
４０２ ゲート制御部
１０００ 患者
１００１ 対象とする体内組織
１００２ 体表
１００３ 脂肪・筋肉
１００４ 骨
１００５ 臓器
１００６ 超音波反射体
１１０１，１１０２ 超音波伝搬経路
１２０１，１２０１Ａ，１２０１Ｂ 超音波モデル化領域
１２０２ 超音波モデル小領域
１２０３ 超音波信号
Claims (11)
- 体表の異なる場所に，それぞれ独立して設置された複数の超音波素子と，
前記複数の超音波素子の位置を計測する外部センサと，
超音波伝搬モデルを保持する超音波伝搬モデル保持部と，
前記超音波伝搬モデルと前記複数の超音波素子の位置とに基づいて，前記複数の超音波素子のうち少なくとも２つの超音波素子間の超音波伝搬時間を計算する超音波伝搬時間計算部と，
前記超音波伝搬時間と各素子で受信した超音波信号から超音波画像を構成する超音波画像構成部と，
前記超音波画像から対象とする体内組織位置を算出する体内組織位置算出部と，
を有することを特徴とする体内組織位置測定装置。 - 請求項１記載の体内組織位置測定装置において，
前記複数の超音波素子は，第１超音波素子と第２超音波素子とを含み，
前記外部センサは，前記第１超音波素子の位置と，前記第２超音波素子の位置と，を計測し，
前記超音波伝搬時間計算部は，前記超音波伝搬モデルと計測した前記第１超音波素子の位置と計測した前記第２超音波素子の位置とに基づいて，前記第１超音波素子と前記第２超音波素子との間の超音波伝搬時間を計算する
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。 - 請求項１または２いずれか１項に記載の体内組織位置測定装置において，
前記超音波画像構成部で構成した超音波画像と前記対象とする体内組織位置算出部で算出した対象とする体内組織位置を可視化する表示装置を更に備えた
ことを特徴とする体内組織位置測定装置。 - 請求項１乃至３いずれか１項に記載の体内組織位置測定装置において，
ＣＴ画像処理装置と，
前記ＣＴ画像処理装置で収集した画像と前記超音波素子の位置とに基づいて前記超音波伝搬モデルを作成する超音波伝搬モデル作成部と，
前記超音波伝搬モデルを前記超音波伝搬モデル保持部に保存する保存手段と，
を更に保有することを特徴とする体内組織位置測定装置。 - 請求項１乃至４いずれか１項に記載の体内組織位置測定装置と，
前記体内組織位置測定装置を用いて測定した体内組織位置にもとづいて放射線照射位置を制御する放射線制御部と，
を有することを特徴とする放射線治療装置。 - 請求項１乃至５いずれか１項に記載の体内組織位置測定装置と，
前記体内組織位置測定装置を用いて測定した体内組織位置にもとづいて画像化タイミングを制御するゲート制御部と，
を有することを特徴とする画像診断装置。 - 外部センサが，体表にそれぞれ独立して設置された複数の超音波素子の位置を計測するステップと，
超音波伝搬モデルを用いて超音波素子から別の超音波素子位置までの超音波伝搬経路と超音波伝搬時間を計算するステップと，
前記超音波伝搬時間と各素子で受信した超音波信号から超音波画像を構成するステップと，
前記超音波画像から対象とする体内組織位置を算出するステップと，
構成した前記超音波画像と算出した前記体内組織位置とを可視化するステップと
を有することを特徴とする体内組織位置可視化方法。 - 請求項７記載の体内組織位置測定方法において，
患者の外形変化に合わせて超音波伝搬モデルと体内組織位置の算出を更新するステップ
を更に有することを特徴とする体内組織位置測定方法。 - 請求項７または８いずれか１項に記載の体内組織位置測定方法において，
超音波伝搬モデルを作成するステップと，
超音波伝搬モデル保持部に保存するステップと，
を更に有することを特徴とする体内組織位置可視化方法。 - 請求項９記載の体内組織位置測定方法において，
超音波伝搬モデルを作成するステップは，
呼吸位相ごとのＣＴ画像を収集するステップと，
超音波素子により前記ＣＴ画像と同一呼吸位相の実超音波信号を収集するステップと，
外部センサにより前記ＣＴ画像と同一呼吸位相の超音波素子位置を計測するステップと，
前記ＣＴ画像に基づいて超音波素子と治療対象部位を含む初期モデルを作成するステップと，
前記初期モデルを小領域に分割して，各小領域に密度・音速を設定するステップと，
前記初期モデルと前記超音波素子位置と前記密度・音速に基づいて，仮想超音波信号を計算するステップと，
上記実超音波信号と上記仮想超音波信号とを比較し，前記小領域の密度・音速を更新するステップと，
を有することを特徴とする体内組織位置可視化方法。 - 請求項１０記載の体内組織位置測定方法において，
前記各小領域に密度・音速を設定するステップは，
ＣＴ画像の輝度に基づき密度・音速を設定する
ことを特徴とする体内組織位置可視化方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017028597A JP6925137B2 (ja) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 体内組織位置測定装置 |
| US15/801,332 US20180235569A1 (en) | 2017-02-20 | 2017-11-02 | Body tissue location measurement system |
| EP17202032.3A EP3363367B1 (en) | 2017-02-20 | 2017-11-16 | Body tissue location measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017028597A JP6925137B2 (ja) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 体内組織位置測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018134122A JP2018134122A (ja) | 2018-08-30 |
| JP6925137B2 true JP6925137B2 (ja) | 2021-08-25 |
Family
ID=60331491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017028597A Active JP6925137B2 (ja) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 体内組織位置測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20180235569A1 (ja) |
| EP (1) | EP3363367B1 (ja) |
| JP (1) | JP6925137B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7072471B2 (ja) * | 2018-09-04 | 2022-05-20 | 株式会社日立製作所 | 位置測定装置、およびこれを備えた治療システム、ならびに位置測定方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0884740A (ja) * | 1994-09-16 | 1996-04-02 | Toshiba Corp | 治療装置 |
| JP2003117010A (ja) | 2001-08-09 | 2003-04-22 | Mitsubishi Electric Corp | 放射線治療装置、並びにプログラム及び該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| US10449395B2 (en) * | 2011-12-12 | 2019-10-22 | Insightec, Ltd. | Rib identification for transcostal focused ultrasound surgery |
| US20150051480A1 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for tracing trajectory of lesion in a moving organ using ultrasound |
| EP3313282A4 (en) * | 2015-06-25 | 2019-03-06 | Rivanna Medical, LLC | ULTRASOUND GUIDANCE OF A PROBE IN RELATION TO ANATOMICAL CHARACTERISTICS |
-
2017
- 2017-02-20 JP JP2017028597A patent/JP6925137B2/ja active Active
- 2017-11-02 US US15/801,332 patent/US20180235569A1/en not_active Abandoned
- 2017-11-16 EP EP17202032.3A patent/EP3363367B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2018134122A (ja) | 2018-08-30 |
| EP3363367B1 (en) | 2020-08-19 |
| EP3363367A1 (en) | 2018-08-22 |
| US20180235569A1 (en) | 2018-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Camps et al. | The use of ultrasound imaging in the external beam radiotherapy workflow of prostate cancer patients | |
| EP2223720B1 (en) | Radiation therapy planning device | |
| JP5411418B2 (ja) | ４次元イメージングデータを用いた放射線治療計画 | |
| CN104244818B (zh) | 在非侵入式治疗期间的基于参考的运动跟踪 | |
| JP6430510B2 (ja) | 放射線療法のための解剖学的超音波情報と放射線送出情報との実時間融合 | |
| JP6726966B2 (ja) | 小線源治療の実行を補助するための補助装置 | |
| JP6412608B2 (ja) | 介入性撮像 | |
| CN107920861A (zh) | 用于确定运动关系的装置 | |
| JP2014523295A5 (ja) | ||
| EP2821100A1 (en) | Treatment planning device, treatment planning method, and program therefor | |
| US11278742B2 (en) | Image guided treatment delivery | |
| JP7072471B2 (ja) | 位置測定装置、およびこれを備えた治療システム、ならびに位置測定方法 | |
| JP6925137B2 (ja) | 体内組織位置測定装置 | |
| WO2018193731A1 (ja) | 体内組織位置測定装置および放射線治療装置、ならびに体内組織位置測定方法 | |
| JP6450165B2 (ja) | 荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法 | |
| US20140171782A1 (en) | Method for detecting the position of a transducer | |
| CN116437866A (zh) | 用于基于计算的机器人臂位置生成图像的方法、装置和系统 | |
| CN103705262B (zh) | 用于近距离治疗的导航设备和用于操作该导航设备的方法 | |
| GB2421572A (en) | Radiotherapeutic apparatus | |
| Di Franco | Dosimetric impact of prostate intrafraction motion during hypofractionated prostate cancer radiotherapy | |
| Yu et al. | Ultrasound guidance for abdominal radiation therapy | |
| JP2020028703A (ja) | 位置測定装置、位置測定方法および粒子線照射システム | |
| Hoffmann et al. | Correction of prostate misalignment in radiation therapy using US-CT registration | |
| AU2018219996A1 (en) | Videographic display of real-time medical treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190712 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200702 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200707 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20200904 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201104 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210427 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210615 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210706 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210803 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6925137 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |