WO2005058168A2

WO2005058168A2 - 超音波体動検出装置、及びこれを用いた画像提示装置及び超音波治療装置

Info

Publication number: WO2005058168A2
Application number: PCT/JP2004/016974
Authority: WO
Inventors: Hideki Yoshikawa; Takashi Azuma; Shin-Ichiro Umemura; Ken-Ichi Kawabata
Original assignee: Hitachi Medical Corp; Hideki Yoshikawa; Takashi Azuma; Shin-Ichiro Umemura; Ken-Ichi Kawabata
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2005-06-30
Also published as: JP4373400B2; CN101926658A; US20070078326A1; WO2005058168A3; CN101926658B; WO2005058168B1; US8562531B2; CN1893878A; EP1712183A4; EP1712183A2; JPWO2005058168A1

Abstract

　検査対象の３次元的な体動を検出する超音波体動検出装置を提供する。　検査対象に対して超音波を送信し検査対象からの反射信号を取得する圧電素子がアレイ状に配列された第１及び第２の超音波探触子１３と、第１及び第２の超音波探触子によって取得した反射信号から、検査対象の体動評価に用いる評価領域を抽出し、評価領域内の３次元的な体動を検出する体動検出部２０と、評価領域内の３次元的な体動を表示する画像表示部１９とを有し、第１及び第２の超音波探触子による超音波走査面が交叉している。

Description

超音波体動検出装置、及びこれを用いた画像提示装置及び超音波治療装置

技術分野

[0001] 本発明は、超音波を用いて検査対象の 3次元的な体動を検出する体動検出装置及びこれを用いた画像提示装置、及び超音波治療装置に関する。

背景技術

[0002] HIFU (High-Intensity Focused Ultrasound)や体外衝撃波結石粉砕術と、つた超音波や重粒子線を用いた体外からの治療法は、侵襲性が低く術後の QOL(Quality of Life)が高いことから、患者の身体的負担が低ぐ治療期間の短縮も期待できる有用な治療法として注目されている。しかし、低侵襲治療を行うには検査対象の動きや経時変化を視覚的に捉えることが必須となる。特に、被験者の動きによるものと、呼吸運動や蠕動運動による体動を正確に評価し、検査対象の 3次元的動きを把握することで、より正確な低侵襲治療が期待できる。

[0003] 以下、従来技術の体動検出法及びこれを用いた治療装置について説明する。

[0004] 特許文献 1 (特開 2000-237205号公報）に、任意に撮像断面を回転させることができる機構に取り付けられた超音波探触子を用いて、体動を検出し超音波治療を行なう方法が報告されている。この方法は大別して、輪郭抽出モードと治療モードとに別けられる。輪郭抽出モードでは、超音波静止画像を用いて治療対象の輪郭抽出線を描き、 2点以上の特異点を設定する。この特異点の動きを追随し、この特異点の位置関係から輪郭線を再構成することで、治療対象の動きを推測することが可能となる。この特異点の追随と輪郭線の再構成を治療対象の相異なる複数断面上で行ない、治療用超音波の照準が治療対象の輪郭内に存在することを確認する。次に、治療モードに移り、治療領域の焼灼体積力求められたエネルギー量の超音波照射が行なわれる。治療領域の動き (移動量)は、患者の呼吸や体動を、振動計や超音波モニタによって評価され、移動量が予め設定された閾値を超えたところで自動的に照射を止め、再度、照準の設定を行なう工程を繰り返す。 [0005] また、特許文献 2 (特開 2002-369888号公報)では、術前に検査対象の高解像度 3次元画像を取得し、検査対象を楕円球として近似する。術中は検査対象の 2次元断層像 (楕円形状となる）をリアルタイムで撮像し、検査対象の面内重心移動量と面積変化を求める。この重心移動量から、検査対象の撮像面内における 2次元的な動きが評価される。また、面積変化カゝら取得した 2次元断層像の、楕円球に近似した上記の 3次元画像において最も整合が取れる位置が判断され、 2次元断層像の垂直方向の体動が評価される。この方法によって 3次元的な体動をリアルタイムで検出し、治療用ビーム照射領域における検査対象の有無によって照射を制御している。

[0006] 診断及び治療に欠かすことのできない画像表示を行なう画像診断装置として、 X線 CT装食 (X-ray computed Tomography;、 MRI (Magnetic Resonance Imaging)装]^ 、 PET (陽電子放出型断層)装置、超音波撮像装置が挙げられる。これら撮像装置は、撮像部位や撮像環境によって互いに異なる優劣を持ち合わせている。超音波画像は他の画像取得手段と比較してリアルタイム性に優れて!/ヽる反面、治療支援画像としては解像度に問題がある。一方、 X線 CT装置、 MRI装置、 PET装置では、それぞれ適用部位は異なるものの機能情報の提示や解像度に優れて、るが、超音波画像と比較してリアルタイム性に問題がある。

[0007] 体動検出技術により、体動によって変化する超音波探触子の撮像断面の位置情報が得られる。この技術を用いて超音波探触子の撮像断面に対応する他の画像取得手段による画像を表示することで、超音波断層像と MRIや X線画像等の他の撮像手段による画像を組み合わせた治療に最適な支援画像をリアルタイムで提示できる。

[0008] 以下、体動検出方法を用いた画像提示装置の従来技術を説明する。

[0009] 特許文献 3 (特開 2003—144412号公報)では、診断前に高解像度 MRI3次元画像を取得しておく。続いて、超音波診断装置を用いて検査対象の 2次元断層像を撮像する。この取得した 2次元断層像から、検査対象の輪郭や血管等の特徴となる部位を抽出する。抽出した特徴部位を、 MRI3次元画像に照らし合わせて最も整合が取れる位置を確定し、 2次元断面を抽出する。抽出した 2次元断面を上記の特徴部位と一致するように変形させ、画像表示部に表示する。このようにして、リアルタイムで撮像される超音波画像を高解像度の MRI画像に置き換えることで、リアルタイムで高解像度画像を表示できる。

[0010] また、特許文献 4 (特開平 9— 24034号公報）に、診断及び治療を MRI装置のシールドルーム内で行なうシステムが記載されてヽる。 MRIで観測可能なマーカと撮像面の角度を測るための傾斜計が超音波探触子に取り付けられており、超音波探触子による撮像断面の位置が確定されている。確定された断面の MRI画像を取得し、画像表示部に表示する。

[0011] 特許文献 1：特開 2000— 237205号公報

特許文献 2：特開 2002-369888号公報

特許文献 3 :特開 2003—144412号公報

特許文献 4：特開平 9— 24034号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 特許文献 1の技術では、治療用超音波の照射中の体動は、振動計や超音波モニタを用いた間接的な方法により検出されるので、治療領域の正確な体動評価が難しいという課題があった。また、治療対象の体動が大きい場合には、照準設定が困難であるという課題があった。また、照準のずれが容易に閾値を越えると考えられ、頻繁な再設定の煩わしさを生じるという課題があった。また、特異点の位置力も治療領域を推測している為、特に変形を伴う治療対象については、正確な体動評価、及び、治療が難しいという課題があった。また 3次元の撮像を行うため、撮像レートが実際の体動速度に間に合わないという課題があった。

[0013] 特許文献 2の技術では、術前に得た検査対象の 3次元画像と、リアルタイムで取得する 2次元画像力評価される検査対象の面積変化力体動を評価しているので、検査対象の変形を正確に評価することは難しいという課題があった。また、検査対象を楕円形状に近似している点を考えても、変形の小さな体動については 3次元楕円球で整合が取れる断面が複数考えられ、正確な体動の検出は難しぐ正常部位への誤照射領域は少なくないという課題あった。また、照射領域内における検査対象の有無で照射を制御し、照射を繰り返している為、治療によっては多くの治療時間を要するという課題があった。 [0014] 特許文献 3の技術では、超音波 2次元画像から得られた特徴部位と、 MRI3次元画像とを照合する段階で、整合する位置を確定するには、 2次元画像を 3次元的に走查する必要があり、リアルタイム性が損なわれてしまう欠点を有するという課題があつた。また実際の生体の体動は、平行移動に限らず、変形を伴うが、特許文献 3の技術では、変形に対応することが出来ない。

[0015] 特許文献 4に記載の技術では、 MRI画像の撮像は、超音波による撮像に比べてリアルタイム性に劣り、検査対象のリアルタイムでの動きを画像上に表示させることは難しいという課題があった。

[0016] 本発明の目的は、検査対象の 3次元的な体動を検出し、検査対象の変形や体動の様子を 3次元画像としてリアルタイムに表示できる超音波体動検出装置を提供すること、及びこれを用いた画像提示装置及び超音波治療装置提供することにある。課題を解決するための手段

[0017] 本発明の超音波体動検出装置は、検査対象に対して超音波を送受信し、検査対象の 2次元断層像 (Bモード画像)を得る 2つの探触子と、 2つの探触子による超音波走査面が直交に配置され、検査対象が 2断面の交線上に位置する直交 2断面 (以下、バイプレーン像という）の画像取得部と、バイプレーン像から体動の 3次元速度成分 (以下、速度成分という）を検出する信号処理部と、速度成分を用いて、検査対象の体動が 3次元画像としてリアルタイムに表示される画像表示部とを備える。

[0018] 本発明の超音波治療装置では、上記の超音波体動検出装置が用いられ、上記の速度成分に伴って治療用超音波の集束点が検査対象を追随する照準制御部と、検查対象の経時変化をリアルタイムで観察するリアルタイム追随画像を表示する画像表示部を備える。

[0019] 本発明の画像提示装置では、上記超音波体動検出装置が用いられ、体動に伴つて変化する超音波探触子の撮像面を確定する確定部と、確定された面に対応する画像を、他の画像診断装置によって得られた 3次元画像から抽出する画像抽出部と、抽出した画像を表示する画像表示部とを備える。

[0020] 以下、本発明の超音波体動検出装置（1)の特徴について説明する。

[0021] 超音波体動検出装置は、検査対象に対して超音波を送信し上記検査対象からの反射信号を取得する、圧電素子がアレイ状に配列された第 1及び第 2の超音波探触子と、上記第 1及び第 2の超音波探触子によって取得した反射信号から、上記検査対象の体動評価に用いる評価領域を抽出し、上記評価領域内の 3次元的な体動を検出する体動検出部と、上記評価領域内の 3次元的な体動を表示する画像表示部とを有し、上記第 1及び第 2の超音波探触子による超音波走査面が交叉することに特徴を有する。さらに、超音波体動検出装置（1)にお、て、次に示す (2)— (8)の特徴を有する。

[0022] (2)上記第 1及び第 2の探触子間で交互に超音波走査を行ない、平行でない 2つの走査面力もなるバイプレーン像を取得することに特徴を有する。

[0023] (3)上記第 1及び第 2の探触子間で交互に超音波ビームの送受信を行ない、バイプレーン像を取得することに特徴を有する。

[0024] (4)上記体動評価に用いる信号成分は、上記検査対象の輪郭成分、又は、上記検查対象の体内に散在する点反射体力の反射信号が互いに干渉し合うことで生じるスペックル成分、又は、この両者を組み合わせたものであることに特徴を有する。

[0025] (5)上記評価領域を複数設定して上記検査対象の部分的な体動を評価することにより、上記検査対象の内部の検査領域の移動及び又は変形を検出することに特徴を有する。

[0026] (6)上記第 1及び第 2の超音波探触子によって取得した上記反射信号の複数の 1 次元信号の間での相関演算を、上記評価領域内で行なうことに特徴を有する。

[0027] (7)上記体動評価を 2つの走査面力なる各バイプレーン像にっ、て行な、、上記検査対象の 3次元的体動の速度成分を検出することに特徴を有する。

[0028] (8)上記検査対象の動きに合わせて撮像断面を変化させ、上記検査対象の追随画像をリアルタイムで上記画像表示部に表示することに特徴を有する。

[0029] 本発明の超音波治療装置は、上記の超音波体動検出装置（1)に治療用探触子を組み合わせた超音波治療装置であって、上記検査対象の動きに合わせて、上記超音波治療装置の治療用超音波の照準を追随させることに特徴を有する。この超音波治療装置において、上記検査対象の 3次元的な動きと、それに対応した上記治療用超音波の照準の自動追随の様子とを 3次元リアルタイム動画像として上記画像表示部に表示し、同時に上記検査対象のバイプレーン像を表示することに特徴を有する

[0030] 本発明の画像提示装置は、上記の超音波体動検出装置（1)を用いる画像提示装置（11)であって、上記体動検出部で検出された体動の結果から、上記第 1及び第 2 の超音波探触子による撮像断面の初期位置からの相対的な移動量を推定し、 3次元空間における、上記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像面の位置を決定する撮像断面確定部と、上記検査対象の 3次元画像を保存する 3次元画像記憶部と、上記初期位置に対応する、上記 3次元画像力も抽出する 2次元画像を初期位置として設定する初期断面位置設定部と、上記撮像断面確定部で確定される上記第 1及び第 2 の超音波探触子による撮像断面の変化に伴い、上記初期断面位置設定部で設定した抽出断面を変化させ、上記 3次元画像記憶部から対応する 2次元高解像度画像を抽出する画像抽出部とを有し、抽出した画像を上記画像表示部に随時表示することに特徴を有する。さらに、画像提示装置（11)において、次に示す（12)—（17)の特徴を有する。

[0031] (12)上記 3次元画像は、 MRI画像、 X線 CT画像、 PET画像の何れかであることに特徴を有する。

[0032] (13)上記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の初期位置と、これに対応する上記 3次元画像における初期位置の設定とを、上記検査対象の胸骨の剣状突起等の特徴部位の位置情報を用いて行なうことに特徴を有する。

[0033] (14)上記 3次元画像は検査対象の内部又は外部に取り付けた人工的な造影物質の画像を含み、上記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の初期位置と、これに対応する上記 3次元画像における初期位置の設定とを、上記造影物質の位置を基準にして行なうことに特徴を有する。

[0034] (15)上記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の初期位置と、これに対応する上記 3次元画像における初期位置の設定とを、上記第 1及び第 2の超音波探触子による超音波画像と上記 3次元画像力抽出された抽出画像との間で差分を行ない差分値の絶対値の積分値が最小となる位置で設定することに特徴を有する。

[0035] (16)上記評価領域を複数設定して上記検査対象の体動を評価することにより、上記検査対象の内部の検査領域の移動及び又は変形を検出することに特徴を有する

[0036] (17)上記評価領域を複数設定して、複数の上記抽出断面を補間することで連続的に結合し、 2次元的な抽出画像を再構成する抽出画像再構成部を備えたことに特徴を有する。

発明の効果

[0037] 本発明の超音波体動検出装置によれば、簡易な構成で検査領域の 3次元的な体動をリアルタイムで評価できる。また、体動評価結果を用いて治療用超音波の照準を治療領域の動きに追随させることが可能となり、この追随画像の表示により、検査対象の経時変化を視覚的に観察でき、正確な低侵襲治療が可能となる。また、体動評価結果から、体動によって変化する超音波探触子の撮像断面の位置が推定可能であり、この断面に対応する他の画像診断装置力ゝらの有効画像を表示することで、患者に最適な診断及び治療を施すことが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

[0038] 本発明の超音波体動検出装置では、 2つの超音波探触子による検査対象のパイプレーン像の計測を簡易な構成の装置で行なヽ、検査領域の 3次元的な体動をアルタィムで評価できる。本発明の超音波体動検出装置では、簡易な構成で検査対象の体動の 3次元速度成分を検出でき、検査対象の体動を 3次元画像としてリアルタイムに表示できる。また、同時に検査対象の経時変化が判るように、検査対象のリアルタィム追随画像を表示できる。

[0039] また、上記超音波体動検出装置を用いて、検査対象の動きに合わせて、超音波治療装置の治療用超音波の照準 (治療領域)を自動的に追随させることにより、正確で簡易な低侵襲性治療を行なう超音波治療装置を構成する。本発明の超音波体動検出装置を用いた超音波治療装置では、超音波の照準が体動に合わせて治療領域を追随し、治療用超音波を連続的に照射することで、正確な短時間治療が可能となる。また、治療領域の経時変化を表示して、最適なタイミングで治療用超音波の照射の中止が可能となる。

[0040] また、上記超音波体動検出装置を用いて、探触子撮像断面の位置を確定し、対応する他の画像診断装置で既に得られている 3次元画像から対応する画像を抽出して表示する画像提示装置を構成する。上記超音波体動検出装置を用いて、体動に伴つて変化する超音波探触子の撮像面をリアルタイムで確定する画像提示装置を提供でき、事前に取得しておいた他の画像診断装置による 3次元画像から、確定した撮像面に対応する断面を抽出、表示し、リアルタイムで有効画像を表示できる。

実施例 1

[0041] 図 1は、実施例 1の超音波体動検出装置の構成を示すブロック図である。

[0042] 図 2は、実施例 1の超音波体動検出装置において、バイプレーンを得る探触子の構成を示す図である。以下、図 1、図 2を用いて、ノィプレーン像を得る構成について説明する。

[0043] 超音波探触子 13は複数の圧電素子が平行に並べられた構造をもつ。送信ビームフォーマー 11から DZA変換器 12を経由して、各圧電素子にアナログ送波信号が送られ、検査対象 10に向けて超音波を照射する。各圧電素子から送信される超音波は送信ビームフォーマー 11によって電子的に遅延が掛けられており、所定の深度で集束する。送波信号は検査対象 10内で反射され、再び超音波探触子の各圧電素子で受信される。各圧電素子で受信した反射エコーは、 TGC (Time Gain Contr ol)部 14で、送波の到達深度によって変わる減衰分を補正された後、 AZD変換器 1 5でデジタル信号に変換され、受信ビームフォーマー 16に送られる。受信ビームフォ一マー 16では、焦点位置力も各圧電素子までの距離に応じた遅延時間を掛けてカロ算結果が出力される。この集束超音波を 2次元走査させることで、検査対象 10の 2次元的な反射エコー分布が得られる。受信ビームフォーマー 16からは実部と虚部に分けられた RF信号が出力され、包絡線検波部 17でビデオ信号に変換される。出力されたビデオ信号は、スキャンコンバーター 18で走査線間の補正が加えられ、 2次元画像データに再構成された後、画像表示部 19に表示される。

[0044] 受信ビームフォーマーから出力された RF信号は、体動検出部 20に送られ、ここで 3次元的な体動の定量評価が成される。さらに、この体動評価の結果を探触子の撮像位置制御部 21に送り、探触子 13の撮像断面を変化させていく。

[0045] 撮像断面を変化させるには以下の方法が可能である。第 1の方法は、探触子 13を機械的に動かす機構を取り付ける方法である。体動検出結果に基づいて探触子 13 を移動させ、検査対象を常にオブリーク可能な領域に位置させることができる。第 2の方法は、 2次元アレイを持つ探触子 13を利用する方法である。 2次元アレイでは 2次元オブリークが可能となるので、 2次元アレイを持つ探触子 13を移動させることなく検查対象の追随が可能となる。

[0046] 以上の機能を備える探触子 13として、図 2に示すように、バイプレーン像を撮像する探触子 30、 31を T字型に配置し、交互に超音波を走査させて 2次元断層像を撮像することにより、意図するノィプレーン像を取得できる。ここでは、 T字型の配置の例を挙げたが、バイプレーン像が得られる構成であればこの例に限らず、例えば、十字型の配置も可能である。また、 2次元アレイを持つ探触子を用いれば、任意のパイプレーン像の撮像が可能となるので本発明に有効である。また、探触子の種類も特に制限を受けるものではな、。

[0047] 図 11は、実施例 1の超音波体動検出装置において、撮像面を通過する検査対象の動きを表す図である。図 11 (A)は X軸方向力も見た図であり、図 11 (B)は z方向から見た図である。検査対象は、検査対象の位置 77a→77b→77c→77dの位置へと移動し、撮像面 76を通過し、撮像面 76の面外へ移動していく。参照番号 77a、 77b 、 77c, 77dは移動する検査対象の位置を示す。

[0048] 図 12は、実施例 1の超音波体動検出装置において、図 11に示す検査対象の動きに対応して得られる超音波画像を示す。

[0049] 図 13は、実施例 1の超音波体動検出装置において、隣接するフレーム間で得られる検査対象の 1次元信号波形の変化を表す図である。

[0050] 図 3は、実施例 1の超音波体動検出装置において、 3次元空間を動く検査対象を表す図である。

[0051] 図 4は、実施例 1の超音波体動検出装置において、 3次元空間を動く検査対象と、検査対象の動きを表わす体動ベクトルの射影成分を表す図である。

[0052] 図 5は、実施例 1の超音波体動検出装置において、角度による検査対象の移動量の違、を表すグラフである。

[0053] 以下、図 11、図 12、図 13、図 3、図 4を参照して、バイプレーン像から、体動の 3次元速度成分 v (v、 V、 V )を求める方法について説明する。

[0054] 実施例 1の超音波体動検出装置では、バイプレーン像の交線上に位置する、検査対象の動きの 3次元速度成分を求めて体動の動きを推定する。バイプレーン像による撮像可能な領域は、図 2に示した座標空間（x、 y、 z)で考えると、探触子 30では xz 平面、探触子 31では yz平面に限られるので、バイプレーン像上で検出されるのは、検査対象の動きの 2平面 (xz平面、 yz平面)へ射影された速度成分になる。

[0055] ここで、図 11に示す単一の yz撮像面 76に着目し、連続するフレーム間で、撮像面 76を通過して動く検査対象の位置 77a、 77b、 77c、 77dの順に、撮像面 76の面外へ移動する検査対象の動きを考える。即ち、検査対象は、検査対象の位置 77a→77 b→77c→77dの位置へと移動し、撮像面 76を通過し、撮像面 76の面外へ移動していくものとする。この時、図 12に示すように、撮像面 76で得られる検査対象の 2次元画像は、検査対象の動きに対応して変化し、查対象の位置 77a、 77b、 77c、 77d〖こおける超音波撮像面 76の 2次元画像 78a、 78b、 78c、 78dのように変化する。また、図 12に示すように、撮像面 76で得られる検査対象の断層像は、検査対象の動きに対応し、検査対象の位置 77a、 77b、 77c、 77dにおける 2次元断層画像 79a、 79b、 79c、 79dのよう〖こ変ィ匕する。隣接するフレームである 78a、 78bの 2次元画像を重ね合わせた画像 80から取り出した 1次元信号波形 81a、 81bは、図 13のようになる。信号波形 81a、 81bは、それぞれ、図 12に示す検査対象の 2次元断層像 79a、 79bからの信号である。

[0056] 検査対象が撮像面外へ動く場合には、隣接するフレーム間で信号波形のシフト以外に波形変形が伴い、相互相関演算による移動量の推定が困難になるが、フレームレートを高速に設定して信号波形の変形を最小限に抑えることで、検査対象の重心移動を求めることができ、一定時間における検査対象の動きの撮像面への射影成分を評価することができる。同じ速度の体動であっても撮像面と体動とが成す角度によつて 2次元画像力検出される速度の射影成分は異なるので、隣接するフレーム間で相互相関関数を計算することにより、図 5に示すように、体動の方向と撮像面とが成す角度によって異なる移動量の違いを検出でき速度成分に相当する傾きを定量的に評価して 3次元的な体動を推定することができる。また、体動を評価する領域を複数設定すれば検査対象の部分的な動きを評価することができるので、検査対象の変形を含めた評価も可能である。

[0057] 具体的に検査対象の速度成分を求める工程を以下に説明する。バイプレーン像に 3次元座標軸を設定し、 3次元座標軸による座標空間内を動く検査対象 (40から 41 への移動）を、図 3に示す。 40は基準となる検査対象の位置 (基準点）、 41は動いた後の検査対象の位置を示す。簡単の為、図 3で、 Θ =0と仮定し、断層面 xzに着目し Vを検出することを考える。 φを、例えば、 90° 、 60° 、 30° 、 0° と変化させると、図 4に示すように、角度 φによって検出される移動量に変化が現れる。横軸に時間、縦軸に移動量を設定して、図 5のようなグラフを求め、この傾きから速度成分が評価できる。同様にして、 V、 Vを求めれば、図 3に示す 3次元空間図から、（数 1)、（数 2

)、（数 3)により、検査対象の 3次元速度成分 V (V、 V、 V )が求まり、 3次元的な体動を推定できる。 Vは検査対象の 3次元速度成分の絶対値である。

V = Vcos φ sin Θ …（数 1)

V =Vsin ^ cos 0 …（数 2)

V =Vcos Θ …（数 3)

従来、相互相関関数を用いて対象物の動きを捉える方法は幾つか提案されている力いずれも相関が取りやすい 2次元的な動きのみに関心が寄せられ、撮像面内の動きのみが評価されてきた。実施例 1の超音波体動検出装置では、 2枚の断層像で構成されるバイプレーン像を用いて、相関が取れない撮像面カゝら離れる検査対象の動きの射影成分を検出することで、 3次元的体動評価を可能にしている点に特徴がある。

[0058] 速度成分を計算する際に、相互相関を取る対象は 2つ可能である。つまり、パイプレーン像には、検査対象の輪郭成分と、検査対象の周囲に散在する微小散乱体から、様々な位相で反射されてくる信号が互いに干渉して発生するスペックル成分とが含まれている。従って、検査対象の体動検出方法として、検査対象の輪郭をリアルタィムで直接追随する方法 (以下、輪郭抽出法)と、スペックル成分の動きを評価し、間接的に検査対象の動きを推定する方法 (以下、スペックル法)とが可能である。また、両方法を組み合わせる方法も、定量評価の精度向上を図る上で有効な方法である。輪郭抽出法とスペックル法の両者とも、高周波除去等により相互相関を取る領域の構造の波形変化が計算結果に反映されるように処理する必要がある。

[0059] 輪郭抽出法、スペックル法とも、信号波形の変形が大きい場合には相関が取れなくなるので、フレームレートを高速に設定し、検査対象の瞬間的な動きを捉えて波形変形を抑制するする必要がある。しかし、隣接するフレーム間での動きが相関演算による検出感度よりも小さい場合、隣接フレーム間での相関演算による体動評価は常に 0 となってしまう。このような状況を避けるため、図 14に示すフローチャートに従って体動評価を行なう。

[0060] 図 14は、実施例 1の超音波体動検出装置において、検査対象の体動評価において行なう統計処理を説明するフローチャートである。

[0061] まず、工程 82で、基準となるフレーム (基準フレーム）を設定する。工程 83で、基準フレームと次フレームとの間で相互相関演算を計算する。工程 84で、相互相関演算によって求まる検査対象の移動量が 0かどうかの真偽 (Yes、 No)を判断し、真 (Yes) の場合には、工程 85で、基準フレームを保持したまま、次々フレームと相関演算を計算し、再び工程 84に戻る。工程 84で、偽 (No)の場合には、工程 82〖こ戻り、このフレームが基準フレームとして再設定される。工程 82から工程 85を繰り返し、一定時間における移動量求めて体動評価が成される。

実施例 2

[0062] 以下、実施例 1の超音波体動検出装置を用いた超音波治療装置について説明する。

[0063] 図 6は、実施例 1の超音波体動検出装置を用いた超音波治療装置の動作を説明するフローチャートである。

[0064] 図 7は、実施例 1の超音波体動検出装置を用いた超音波治療装置の構成を示すブロック図である。

[0065] 以下、図 6に示すフローチャートについて説明する、工程 1で、検査対象のバイプレ一ン像を取得する。工程 2で、バイプレーン像に評価領域を設定し、評価領域の設定処理を行なう。工程 3で、体動の速度成分計算処理を行ない、演算による体動の 3 次元的評価を行なう。工程 5では、工程 6で術前又は術中に取得した検査対象の 3 次元画像を用いて、検査対象の体動及び治療用超音波の照準位置を 3次元動画像として表示する。また、工程 4では、治療領域のリアルタイム追随画像の表示を行なう

[0066] 図 7に示す装置の構成は、図 1に示す装置の構成に加えて、体動検出部 20の出力信号に基づ!、て、超音波治療装置の治療用超音波の照準を制御する照準制御部 2 2と、治療用超音波を照射する為の治療用探触子 23を有している。照準制御部 22 は、体動検出部 20の評価結果を治療用探触子にフィードバックし、超音波治療用超音波の照準条件 (照射位置、照射面積、照射量)を制御する。図 1と共通する構成要素についての説明は省略する。

[0067] 実施例 1の超音波体動検出装置により得られる 3次元体動速度成分の計算結果に従って、治療用超音波の照準を検査対象の動きに追随させ、簡易で選択性の高い低侵襲性治療が可能となる。超音波探触子に設定される座標系で治療領域が動くという従来の観点を、治療領域の動きが固定される座標系に移すことで、治療領域の位置情報を常に得られるだけでなぐ治療用超音波の照射エネルギーを見積もることができ、治療領域が動く場合においても過不足のない最適な治療を遂行できる。照準の自動追随に関して、治療用探触子 23の面内の動きについては、送信ビームフォーマー 11で掛ける遅延時間を制御し、超音波の集束点を変化させることで (以下、オブリークという）、検査対象の追随が可能である。検査対象の撮像面から離れる方向の動きにっ、ては、 V、くつか方法が可能である。

[0068] 第 1の方法として、治療用探触子 23を機械的に動かす機構を取り付ける方法が挙げられる。体動検出結果に基づいて超音波探触子を移動させ、検査対象を常にォブリーク可能な領域に位置させることができる。従って、手動で探触子を動かす必要はなくなり、治療者は検査対象の経時変化が表示されている画面のみを見て、治療用超音波の照射を止めるタイミングを計ることに集中することができるので、より正確な低侵襲治療が可能となる。

[0069] 第 2の方法として、 2次元アレイを持つ治療用探触子 23を利用する方法が挙げられる。 2次元アレイでは広領域な 2次元オブリークが可能となるので、治療用探触子 23 を移動させることなぐ検査対象の追随が可能となる。 [0070] 次に、検査対象のリアルタイム 3次元動画像と、検査対象の追随画像を表示する方法について説明する。

[0071] 図 8は、実施例 2の超音波治療装置にお、て、治療領域追随画像と 3次元動画像の一時点での表示例を表す図である。図 8の構成では、図 7に示す表示部 19は、治療領域追随画像表示部 51と、検査対象のリアルタイム 3次元動画像表示部 55とから構成されている。リアルタイム 3次元動画像表示部 55には、治療領域を含む検査対象の 3次元画像 53、治療用超音波の照準位置 56、治療用超音波の照準位置を示す画像 54が表示される。治療領域追随画像表示部 51には、治療領域の断層像 50a を含むバイプレーン像 52a、治療領域の断層像 50bを含むバイプレーン像 52bが表示される。

[0072] 実施例 2の超音波治療装置にお、て、得られた体動の評価結果に従って、術前に取得した治療領域を含む検査対象 10の 3次元画像 53を動かし、検査対象のリアルタイム 3次元動画像表示部 55で表示することで、 3次元的な体動を視覚的に観察できる。また、治療用超音波の照準位置 56の位置情報を示す治療用超音波の照準位置を示す画像 54を同時に表示することで、照準の追随状況をリアルタイムで把握することも可能である。工程 6で取得する検査対象の 3次元画像は、この画像取得手段を限定しない。 MRIや X線 CT画像等の高解像度画像を用いれば、術者は照準と治療領域の位置関係をより明確に把握することができる。また、治療領域の冷却のため治療用超音波の照射を中止している間に、再び、 MRIや X線 CT等による検査対象の 3次元画像を取得することで、治療完了領域と未完了の領域とを 3次元的に表示でき、治療の精度と効率を上げることができる。また、照射中はバイプレーン像によつて検査対象の経時変化をリアルタイムに観察でき、治療が完了したと判断されるタイミングで照射を止めることができる。

実施例 3

[0073] 図 9は、実施例 3の画像提示装置の動作を説明するフローチャートである。以下、図 9に示すフローチャートについて説明する。工程 60で、検査対象のバイプレーン像を取得する。工程 61で、工程 60で得た画像 (撮像断面)の初期位置を設定する。工程 62で、体動評価領域の設定を行なう。工程 63で、相関演算による体動評価を行ない、体動の速度成分評価処理を行なう。工程 64では、他の撮像手段 (例えば、 MRIや X線 CT)による検査対象の 3次元画像を取得する。工程 67で、工程 64において術前に取得した 3次元画像から抽出する抽出断面の初期位置を設定する。工程 68で、抽出断面を相対移動させ、工程 69で抽出断面の再構成処理を行ない、工程 70で、再構成された抽出画像を表示する。

[0074] 図 10は、実施例 3の画像提示装置のブロック図である。なお、以下では、図 1に示す構成要素と共通する構成要素についての説明を省略する。

[0075] MRI、 X線 CT、 PETZCT等の他の画像診断装置によって、事前に取得された検查対象の 3次元画像は、 3次元画像記憶部 72に保存されている。続いて、受信ビームフォーマー 16の出力である RF信号に基づいて、超音波画像の初期位置を初期位置設定部 71で設定し、この初期位置に対応する、他の画像診断装置による 3次元画像からの抽出画像の初期位置を抽出断面初期位置設定部 73で設定する。超音波画像及び他の画像診断装置力ゝらの抽出画像の初期位置の整合を取るには、胸骨の剣状突起や体内組織の高輝度部位、もしくは検査対象の体内又は体外に取り付けた造影物質で特徴点を設定することで可能である。また、検査対象の輪郭情報を用いて、画像間における差分の絶対値の積分値が最小となる位置で初期位置設定する方法でも可能である。

[0076] そして、実施例 1と同様の方法で、検査対象の 3次元的体動を体動検出部 20で評価し、その評価結果をもとに、抽出断面相対移動部 74により、抽出断面 (抽出画像）を相対的に移動させ、抽出断面再構成部 75で抽出断面の再構成を行ない、抽出断面を表示部 19に表示する。この方法では、抽出断面を、基準となる初期位置からの相対移動から確定して、るので、検査領域の小さな変形の影響を受けずに抽出画像を表示できる。

[0077] 検査領域の変形が大きい場合には、この変形を考慮した抽出画像を表示する必要があるが、複数の評価領域に対して、上記で説明した方法を適用することで可能である。設定した各評価領域に対応する抽出断面を、体動評価結果に基づいて相対移動させる。各評価領域における相対移動量は互いに異なる為、移動後の各抽出断面は単一面内に収まらず離散的に位置しているので、これら不連続部分の補間を抽出画像再構成部 75で行ない、 2次元面に再構成することで変形を含めた抽出画像を表示することが可能である。

[0078] また、他の画像診断装置による 3次元画像を 4次元的、つまり時間軸上に複数保持しておくことでも、変形を含めた画像表示が可能である。この場合、必ずしも評価領域を複数設定する必要はない。抽出断面相対移動部 74による処理の後、超音波画像と抽出断面の周辺領域及びその周辺領域の時間軸上での画像情報とで差分評価し、この差分の絶対値の積分値が最小となる画像を抽出することで、変形を含めた抽出画像を表示することができる。

産業上の利用可能性

[0079] 本発明によれば、検査対象の 3次元的な体動を検出し、体動を 3次元画像としてリアルタイムに評価できる超音波体動検出装置を提供できる。

図面の簡単な説明

[0080] [図 1]実施例 1の超音波体動検出装置の構成を示すブロック図。

[図 2]実施例 1の超音波体動検出装置において、バイプレーンを得る探触子の構成を示す図。

[図 3]実施例 1の超音波体動検出装置において、 3次元空間を動く検査対象を表す図。

[図 4]実施例 1の超音波体動検出装置において、 3次元空間を動く検査対象と、検査対象の動きを表わす体動ベクトルの射影成分を表す図。

[図 5]実施例 1の超音波体動検出装置において、角度による検査対象の移動量の違いを表すグラフ。

[図 6]実施例 1の超音波体動検出装置を用いた超音波治療装置の動作を説明するフ口' ~チヤ¹ ~卜。

[図 7]実施例 1の超音波体動検出装置を用いた超音波治療装置の構成を示すブロック図。

[図 8]実施例 2の超音波治療装置にお、て、治療領域追随画像と 3次元動画像の一時点での表示例を表す図。

[図 9]実施例 3の画像提示装置の動作を説明するフローチャート。 [図 10]実施例 3の画像提示装置のブロック図。

[図 11]実施例 1の超音波体動検出装置において、撮像面を通過する検査対象の動きを表す図。

[図 12]実施例 1の超音波体動検出装置において、図 11に示す検査対象の動きに対応して得られる超音波画像。

[図 13]実施例 1の超音波体動検出装置において、隣接するフレーム間で得られる検查対象の 1次元信号波形の変化を表す図。

[図 14]実施例 1の超音波体動検出装置において、検査対象の体動評価において行なう統計処理を説明するフローチャート。

符号の説明

10…検査対象、 11…送信ビームフォーマー、 12 .DZA変換器、 13···超音波探触子、 14"-Time Gain Control, 15 -AZD変^^、 16···受信ビームフォーマ一、 17···包絡線検波部、 18…スキャンコンバーター、 19···表示部、 20…体動検出部、 21···撮像位置制御部、 22···照準制御部、 23···治療用探触子、 30、 31···バイプレーン像を撮像する探触子、 40···基準となる検査対象の位置、 41···動いた後の検査対象の位置、 50a, 50b…治療領域の断層像、 51···治療領域追随画像表示部、 52a…治療領域の断層像 50aを含むバイプレーン像、 52b…治療領域の断層像 5 Obを含むバイプレーン像、 53···治療領域を含む検査対象の 3次元画像、 54…治療用超音波の照準位置を示す画像、 55…検査対象のリアルタイム 3次元動画像表示部、 56···治療用超音波の照準位置、 71···初期位置設定部、 72···3次元画像記憶部、 73···抽出断面初期位置設定部、 74···抽出断面相対移動部、 75···抽出断面再構成部、 76···探触子撮像面、 77a, 77b、 77c、 77d…検査対象の位置、 78a…検查対象の位置 77aにおける超音波撮像面 76の 2次元画像、 78b…検査対象の位置 77bにおける超音波撮像面 76の 2次元画像、 78c…検査対象の位置 77cにおける超音波撮像面 76の 2次元画像、 78d- · '検査対象の位置 77dにおける超音波撮像面 76の 2次元画像、 79a…検査対象の位置 77aで得られる 2次元断層画像、 79b…検查対象の位置 77bで得られる 2次元断層画像、 79c…検査対象の位置 77cで得られる 2次元断層画像、 79d…検査対象の位置 77dで得られる 2次元断層画像、 80---78 aと 78bを重ね合わせた画像、 81a"'79aの 1次元信号波形、 81b"'79bの 1次元信号波形。

Claims

請求の範囲

[1] 検査対象に対して超音波を送信し前記検査対象からの反射信号を取得する、圧電素子がアレイ状に配列された第 1及び第 2の超音波探触子と、前記第 1及び第 2の超音波探触子によって取得した反射信号から、前記検査対象の体動評価に用いる評価領域を抽出し、前記評価領域内の 3次元的な体動を検出する体動検出部と、前記評価領域内の 3次元的な体動を表示する画像表示部とを有し、前記第 1及び第 2の超音波探触子による超音波走査面が交叉することを特徴とする超音波体動検出装置。

[2] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置において、前記第 1及び第 2の探触子間で交互に超音波走査を行な、、平行でな、2つの走査面力なるバイプレーン像を取得することを特徴とする超音波体動検出装置。

[3] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置において、第 1及び第 2の探触子間で交互に超音波ビームの送受信を行な、、バイプレーン像を取得することを特徴とする超音波体動検出装置。

[4] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置において、前記体動評価に用いる信号成分は、前記検査対象の輪郭成分、又は、前記検査対象の体内に散在する点反射体力の反射信号が互いに干渉し合うことで生じるスペックル成分、又は、この両者を組み合わせたものであることを特徴とする超音波体動検出装置。

[5] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置において、前記評価領域を複数設定して前記検査対象の部分的な体動を評価することにより、前記検査対象の内部の検査領域の移動及び又は変形を検出することを特徴とする超音波体動検出装置。

[6] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置において、前記第 1及び第 2の超音波探触子によって取得した前記反射信号の複数の 1次元信号の間での相関演算を、前記評価領域内で行なうことを特徴とする超音波体動検出装置。

[7] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置において、前記体動評価を 2つの走査面からなる各バイプレーン像につ!、て行な!、、前記検査対象の 3次元的体動の速度成分を検出することを特徴とする超音波体動検出装置。

[8] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置において、前記検査対象の動きに合わせて撮像断面を変化させ、前記検査対象の追随画像をリアルタイムで前記画像表示部に表示することを特徴とする超音波体動検出装置。

[9] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置に治療用探触子を組み合わせた超音波治療装置であって、前記検査対象の動きに合わせて、前記超音波治療装置の治療用超音波の照準を追随させることを特徴とする超音波治療装置。

[10] 請求項 9に記載の超音波治療装置において、前記検査対象の 3次元的な動きと、それに対応した前記治療用超音波の照準の自動追随の様子とを 3次元リアルタイム動画像として前記画像表示部に表示し、同時に前記検査対象のバイプレーン像を表示することを特徴とする超音波治療装置。

[11] 請求項 1に記載の超音波体動検出装置を用いる画像提示装置であって、前記体動検出部で検出された体動の結果から、前記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の初期位置からの相対的な移動量を推定し、 3次元空間における、前記第 1 及び第 2の超音波探触子による撮像面の位置を決定する撮像断面確定部と、前記検査対象の 3次元画像を保存する 3次元画像記憶部と、前記初期位置に対応する、前記 3次元画像から抽出する 2次元画像を初期位置として設定する初期断面位置設定部と、前記撮像断面確定部で確定される前記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の変化に伴い、前記初期断面位置設定部で設定した抽出断面を変化させ、前記 3次元画像記憶部カゝら対応する 2次元高解像度画像を抽出する画像抽出部とを有し、抽出した画像を前記画像表示部に随時表示することを特徴とする画像提示装置。

[12] 請求項 11に記載の画像提示装置にお！、て、前記 3次元画像は、 MRI画像、 X線 C T画像、 PET画像の何れかであることを特徴とする画像提示装置。

[13] 請求項 11に記載の画像提示装置において、前記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の初期位置と、これに対応する前記 3次元画像における初期位置の設定とを、前記検査対象の胸骨の剣状突起等の特徴部位の位置情報を用いて行なうことを特徴とする画像提示装置。

[14] 請求項 11に記載の画像提示装置において、前記 3次元画像は検査対象の内部又は外部に取り付けた人工的な造影物質の画像を含み、前記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の初期位置と、これに対応する前記 3次元画像における初期位置の設定とを、前記造影物質の位置を基準にして行なうこと特徴とする画像提示装置。

[15] 請求項 11に記載の画像提示装置において、前記第 1及び第 2の超音波探触子による撮像断面の初期位置と、これに対応する前記 3次元画像における初期位置の設定とを、前記第 1及び第 2の超音波探触子による超音波画像と前記 3次元画像から抽出された抽出画像との間で差分を行ない差分値の絶対値の積分値が最小となる位置で設定すること特徴とする画像提示装置。

[16] 請求項 11に記載の画像提示装置にぉ、て、前記評価領域を複数設定して前記検查対象の体動を評価することにより、前記検査対象の内部の検査領域の移動及び又は変形を検出することを特徴とする画像提示装置。

[17] 請求項 11に記載の画像提示装置にぉ、て、前記評価領域を複数設定して、複数の前記抽出断面を補間することで連続的に結合し、 2次元的な抽出画像を再構成する抽出画像再構成部を備えたことを特徴とする画像提示装置。