WO2006068103A1 - 超音波診断システム及びその方法 - Google Patents

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WO2006068103A1
WO2006068103A1 PCT/JP2005/023303 JP2005023303W WO2006068103A1 WO 2006068103 A1 WO2006068103 A1 WO 2006068103A1 JP 2005023303 W JP2005023303 W JP 2005023303W WO 2006068103 A1 WO2006068103 A1 WO 2006068103A1
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ultrasonic
position sensor
subject
image
probe
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Application number
PCT/JP2005/023303
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English (en)
French (fr)
Inventor
Makoto Ogihara
Jun Kubota
Akira Sasaki
Original Assignee
Hitachi Medical Corporation
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Publication date
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6831—Straps, bands or harnesses
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
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    • 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
    • A61B8/0808—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of the brain
    • A61B8/0816—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of the brain using echo-encephalography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13—Tomography

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic technique, and more particularly to an ultrasonic diagnostic system and an ultrasonic diagnostic method capable of performing imaging or treatment while reducing the influence of movement of a subject.
  • Ultrasound treatment is performed in which an ultrasound diagnostic apparatus displays an ultrasound image of an affected area of a subject in real time, or performs puncture or ultrasound irradiation.
  • ultrasound images are inferior in quality compared to images from other modalities such as X-ray CT and MRI, it is possible to display them in combination with reference images from other modalities.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2. o Patent Literature 1: JP 2002-112998 A
  • Patent Document 2 WO2004 / 098414
  • Patent Document 1 when an ultrasonic image and a reference image by another modality such as an X-ray CT apparatus or an MRI apparatus are displayed in combination, the cross-sectional position of the ultrasonic image and the reference image are displayed.
  • a technique for matching the cross-sectional position is disclosed. Specifically, the three-dimensional position and direction of the ultrasonic probe of the ultrasonic diagnostic apparatus are measured using, for example, a magnet attached to the ultrasonic probe, and the cross-sectional position of the ultrasonic image is thereby determined.
  • a reference image at the same position as the cross-sectional position of the ultrasound image was reconstructed and displayed from 3D volume data from other modalities that were calculated and captured in advance.
  • Patent Document 1 there was no consideration given to the movement of the subject during the operation.
  • the 3D position and direction of the ultrasound probe are calculated, and 3D volume data from other modalities is reconstructed.
  • the cross-sectional position of the reference image did not match.
  • Patent Document 2 only discloses detection of body motion due to breathing of a subject and reconstructing and displaying a reference image according to the body motion. Therefore, if the subject moves not only in the direction of breathing but also in a complicated manner, the cross-section of the detected reference image Since no particular consideration is given to aligning the position with the tomographic position of the ultrasound image, the target part of the reference image may be placed outside the displayable area of the monitor.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic system and an ultrasonic diagnostic method in which the influence of movement of a subject is reduced.
  • an ultrasonic probe and an ultrasonic image for generating an ultrasonic image based on a received signal received from a subject using the ultrasonic probe!
  • Generating means storage means for storing image data of the subject acquired by the image capturing device, reference image generating means for generating a reference image based on the image data stored in the storage means
  • an ultrasonic diagnostic system comprising a display means for displaying the same cross section of an ultrasonic image and the reference image, a first position sensor for detecting the position and direction of the ultrasonic probe, and the subject
  • a second position sensor for detecting the position and direction of the reference position
  • the reference image generation means is configured to detect the reference based on the position information of the first position sensor and the position information of the second position sensor. Generate an image.
  • the ultrasonic probe includes a treatment transducer for ultrasonic treatment of the subject, and is based on position information of the first position sensor or position information of the second position sensor.
  • V control therapy ultrasound.
  • an ultrasonic image is generated based on the first step of generating an ultrasonic image, and the position and direction of the ultrasonic probe, Ultrasound including a second step of generating the reference image from the image data of the subject acquired by the image pickup device, and a third step of displaying and displaying the same cross section of the ultrasonic image and the reference image
  • the second step generates a reference image in consideration of the position and direction of the subject.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a screen display according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of fixing a head position sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing conversion of volume data according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of fixing a head position sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing an operation flowchart according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a screen display according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic system according to the present embodiment.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus 100 for obtaining an ultrasonic image of a tomographic image including an affected part of a subject using ultrasonic waves, and X It consists of a diagnostic imaging device 1 with a modality such as a line CT device and an MRI device, and a monitor 10 that displays images taken by each diagnostic device.
  • the probe used in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 includes a diagnostic probe 16 and a probe position sensor 18.
  • the diagnostic probe 16 is for transmitting and receiving ultrasonic waves for capturing a tomographic image including the affected part.
  • the probe position sensor 18 detects the three-dimensional position and direction of the diagnostic probe 16 and the direction in which the diagnostic probe 16 scans ultrasonic waves for imaging an ultrasonic image.
  • a magnetic sensor isotherm configured to detect a magnetic signal generated in a three-dimensional space, such as a magnetic field generation source placed at a corner of a bed for laying an object, etc. Yes.
  • the head position sensor 19 is for detecting the three-dimensional position and direction of the head of the subject in the same manner as the probe position sensor 18. It consists of a magnetic sensor that detects magnetic signals generated in space.
  • the number of pixels (pixels) arranged on one side, i, j, k, is the volume data at the pixel position in the X, Y, ⁇ direction. It is an index for indicating whether it is a data.
  • the received wave phasing circuit 7 is used to adjust the phase of the ultrasonic reception signal sent from the diagnostic probe 16 (perform receiving focusing).
  • the ultrasonic image storage unit 8 Is for storing ultrasound images.
  • the scan image coordinate calculation unit 6 detects an ultrasonic tomographic image captured by the diagnostic probe 16 from the three-dimensional position and direction of the diagnostic probe 16 sent from the probe position sensor 18. This is for calculating the position of.
  • the head position coordinate calculation unit 20 determines the three-dimensional position and direction of the subject's head based on the information about the three-dimensional position and direction of the subject's head sent to the head position sensor 19. It is for calculating.
  • the reference image calculation unit 3 also receives the three-dimensional position and direction information of the diagnostic probe 18 sent from the scan image coordinate calculation unit 6 and the head position sensor from the head position sensor 19. Based on the three-dimensional position and direction information of the subject's head sent via the sensor coordinate calculation unit, the image corresponding to the cross section of the ultrasonic image captured by the ultrasonic diagnostic apparatus 100 is obtained.
  • the reference image in the diagnostic imaging apparatus 1 is obtained from the volume data stored in the volume data storage unit 2.
  • the reference image calculation unit 3 uses the head position sensor 19 for the three-dimensional position and direction information of the diagnostic probe 18 sent from the scan image coordinate calculation unit 6.
  • the three-dimensional relative position and direction information of the head of the subject sent through the position sensor coordinate calculation unit is obtained, and a reference image is obtained from the volume data based on the relative position and direction information. Therefore, a reference image is obtained in consideration of the position and direction of the diagnostic probe 16 and the position and direction of the head. In other words, even if the diagnostic probe 16 moves or the head itself moves three-dimensionally, it responds to each movement.
  • the tomographic image of the reference image can be displayed.
  • the adder 9 combines the ultrasonic image stored in the ultrasonic image storage unit 8 with the reference image obtained by the diagnostic imaging apparatus 1 obtained by the reference image calculation unit 3 and displays the combined image on the monitor 10. Is for.
  • FIG. 2 shows a state in which the subject (head) 31 moves together with the head position sensor 19 fixed to the head, and a reference image and an ultrasonic tomographic image that are displayed on the monitor 10 at that time.
  • the subject (head) 31 is provided with a head position sensor 19, and the probe position sensor 18 is provided in the diagnostic probe 16.
  • a reference image is displayed on the left side and an ultrasonic tomographic image is displayed on the right side.
  • the head position sensor 19 attached to the subject (head) 31 is also moved following the movement of the subject (head) 31, and the head position sensor 19 is moved by the movement of the subject (head) 31 ( Change in position and direction).
  • the reference image is calculated in consideration of the information about the detected movement, the positional relationship of the diagnostic probe 16 with respect to the subject (head) 31 can be grasped, and FIG.
  • the reference image can be displayed like the monitor 10 shown in FIG. That is, the reference image is not affected by the movement of the subject. Then, the reference image of the cross section including the affected part of the subject (head) 31 can be accurately displayed as shown on the monitor 10.
  • FIG. 3 (a) shows a form in which a head position sensor 19 is attached to a subject (head) 31.
  • the head position sensor 19 is attached around the belt-like headband 40.
  • the headband 40 is mounted so as to cover the subject (head) 31. Accordingly, since the head position sensor 19 and the subject (head) 31 can be integrated, the head (the amount of movement) and the direction of the subject (head) 31 itself are changed by the same amount as the change in direction and direction. The position and direction of the position sensor 19 change.
  • the head position sensor 19 is attached around the pillow-type fixture 41.
  • This pillow-type fixture 41 is mounted so as to cover the entire back of the subject (head) 31. Therefore, since the head position sensor 19, the pillow type fixture 41, and the subject (head) 31 can be integrated together, even if the pillow type fixture 41 moves, the position of the pillow type fixture 41 itself ( Travel amount) and direction The position and the direction of the head position sensor 19 change by the same amount as the change of.
  • Step 1 The strength of the magnetic field generated by the magnetic field generation source placed at the corner of the bed, etc., where the position sensor 18 arranged on the diagnostic probe 16 is fixed and the subject is to lie down The direction is detected, and the data is transmitted to the scan image coordinate calculation unit 6 in the ultrasonic diagnostic apparatus 100.
  • the scan image coordinate calculation unit 6 determines the relative position and direction of the diagnostic probe 16 with respect to the static magnetic field generation source from the data sent from the position sensor 18, and further, The direction in which the ultrasonic wave is scanned for imaging is calculated.
  • Step 2 the head position sensor 19 is fixed to the head of the subject, and is applied by a magnetic field generation source placed at the corner of the bed or the like for lying down the subject.
  • the intensity and direction of the generated magnetic field are detected, and the data is transmitted to the head position sensor coordinate calculation unit 20 in the ultrasonic diagnostic apparatus 100.
  • the head position sensor coordinate calculation unit 20 calculates the relative position and direction of the subject's head relative to the magnetic field generation source from the data sent from the head position sensor 19. .
  • Step 3 the relative position and direction of the diagnostic probe 16 obtained by the scan image coordinate calculation unit 6 with respect to the magnetostatic field generation source, and further, ultrasonic waves are scanned for imaging.
  • the relative direction and direction of the subject's head relative to the static magnetic field generation source obtained by the head position sensor coordinate calculation unit 20 are sent to the reference image calculation unit 3.
  • Step 4 In the reference image calculation unit 3, based on the relative position and direction of the subject to the magnetic field generation source of the subject obtained by the head position sensor coordinate calculation unit 20, Head force Calculates how much it moves and how much the direction changes compared to when the volume data stored in the volume data storage unit 2 is imaged.
  • Step 5 the reference image calculation unit 3 calculates the coordinate data (X, ,, Z) in the volume data stored in the volume data storage unit 2 in (Step 4).
  • a grid-like two-dimensional plot for example, PXp
  • Step 7 Next, in the volume data after the movement and direction change of the coordinate data calculated in (Step 5), the cross-section (lattice-like two-dimensional plot (X,
  • the pixel position of the frame data does not match, it is obtained by interpolation. Furthermore, based on these images, an image is used as a reference image.
  • Step 8 an ultrasonic image is sent from the ultrasonic image storage unit 8 and a reference image is sent from the reference image calculation unit 3 to the adder 9.
  • the adder 9 combines the two images in parallel or with different colors (such as red and blue) and displays them on the monitor 10.
  • Step 9 While viewing the two images displayed on the monitor 10, the operator activates the ultrasound probe 102 so that the affected part is displayed in the image, and accurately positions the affected part. Grasping and irradiating ultrasonic waves there.
  • FIG. 4 shows volume data conversion in (Step 5).
  • the data shown in (a) of Fig. 4 shows the volume data stored in the volume data storage unit 2 before conversion, and is covered in a cube consisting of n pixel covers in the X, Y, and Z directions. This shows that the volume data related to the head 31 of the specimen is stored.
  • 4 (b) shows how the volume data is moved in response to the movement of the subject's head during treatment using ultrasound. ing.
  • the point (reference point) at one corner of the cube is first moved from 0 to 0 ', for example from (0, 0, 0) to (0 + a , 0+ a, 0+ a).
  • the volume data is allocated to the reference point.
  • the unit vectors (1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1) in the X, Y, and Z directions in the volume data in Fig. 4 (a) are Using the rotation matrix, the rotation is converted and the position coordinates on the volume data in Fig. 4 (b) are obtained. Then, on the volume data coordinate-transformed as shown in Fig. 4 (b), the values on the two-dimensional plot of the tomographic plane 150 that is being ultrasonically obtained in (Step 6) are interpolated in (Step 7). Obtained as a reference image.
  • FIG. 5 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic system according to the present embodiment, and mainly an ultrasonic diagnostic apparatus 100 for obtaining an ultrasonic image of a tomographic image including an affected part of a subject using ultrasonic waves, Modality diagnostic imaging equipment 1 such as X-ray CT equipment and MRI equipment, monitor 10 that displays images taken by each diagnostic equipment, and ultrasound treatment equipment that performs ultrasound treatment on the affected area of the subject 101 And is composed.
  • Modality diagnostic imaging equipment 1 such as X-ray CT equipment and MRI equipment
  • monitor 10 that displays images taken by each diagnostic equipment
  • ultrasound treatment equipment that performs ultrasound treatment on the affected area of the subject 101 And is composed.
  • the difference from the first embodiment is that the treatment ultrasonic wave and its display are controlled based on the position information of the head position sensor 19.
  • the treatment probe 102 includes a diagnostic probe 16, a treatment probe 17, and a probe position sensor 18.
  • the diagnostic probe 16 is for transmitting and receiving ultrasonic waves for capturing a tomographic image including the affected part.
  • the therapeutic probe 17 is for treating the affected area by irradiating the affected area with ultrasonic waves.
  • the probe position sensor 18 is used to detect the three-dimensional position and direction of the treatment probe 102 and the direction in which the diagnostic probe 16 scans the ultrasound for imaging the ultrasound image.
  • a magnetic sensor isotherm configured to detect a magnetic signal generated in a three-dimensional space from a magnetic field generation source placed elsewhere, not shown.
  • the operation device 11 includes an ultrasonic irradiation condition (for controlling the focal position) based on an ultrasonic image projected by the operator on the monitor 10 and an image obtained by the diagnostic imaging apparatus 1. And the like) are input to the treatment position control unit 12.
  • the treatment position control unit 12 sends a signal for irradiating ultrasonic waves under the inputted ultrasonic irradiation conditions to the therapeutic pulse generation circuit 13 and the therapeutic ultrasonic delay circuit 14.
  • the therapeutic pulse generation circuit 13 is for generating ultrasonic pulses for treatment
  • the therapeutic ultrasonic delay circuit 14 is for adjusting the timing of irradiation of ultrasonic waves for treatment.
  • the amplifier 15 is for amplifying ultrasonic waves.
  • the headband-type head holder 50 supports the temporal ultrasound probe fixing part that supports the temporal region of the subject, the frontal part pressing part that supports the frontal part, the occipital part pressing part that supports the occipital part, and the top of the head. It consists of a head holding part and a belt connecting them.
  • the head position sensor 19 is installed in the forehead presser, and is arranged substantially at the center of the head.
  • the treatment probe 102 is installed in the temporal ultrasound probe fixing part, and is arranged so as to irradiate force ultrasonic waves near the head of the head.
  • a probe position sensor 18 is installed in the treatment probe 102, and the three-dimensional position, direction, and diagnostic probe 16 of the treatment probe 102 are ultrasonically picked up for imaging an ultrasonic image. Scanning direction For example, a magnetic sensor for detecting a magnetic signal generated in a three-dimensional space from a magnetic field generation source placed at the corner of a bed for lying down the subject. Yes.
  • the head position sensor 19 is not limited to the head, and may be installed on a belt that is fixed to a part that does not involve movement such as breathing, depending on the treatment part.
  • the belt 51 is wound around the thigh and the position sensor 19 is installed.
  • a belt 52 is wrapped around the waist, and a position sensor 19 is installed on the back without respiratory movement.
  • the belt 53 is wound around the upper arm and the position sensor 19 is installed.
  • treatment ultrasonic waves are generated according to the amount of movement of the head position sensor 19 accompanying the movement of the head or the amount of movement of the probe position sensor 18 accompanying the movement of the treatment probe 102.
  • the subject (head) 31 is fixed, but the head itself may move depending on the treatment site and the physical condition of the subject. Therefore, the head position sensor 19 detects the three-dimensional position and direction, detects that the subject is moving greatly, and the head position sensor 19 detects that the position and direction have changed significantly. Then, the treatment ultrasonic wave irradiated from the treatment probe 102 is stopped or an alarm is displayed on the monitor 10.
  • Head position sensor 19 force A movement amount of the subject (head) 31 is calculated by the head position sensor coordinate calculation unit 20. Then, the calculated coordinate information is transmitted to the calculator 21 and compared with a preset threshold value.
  • the threshold value is stored in a memory (not shown) as, for example, a movement amount moved 10 mm from a position where the treatment probe 102 is fixed and performing treatment, or a movement amount rotated 20 °.
  • the computing unit 21 compares the movement amount set in advance with the movement amount moved by the head position sensor 19, and if the movement amount moved by the head position sensor 19 exceeds the set movement amount, the computing unit 21 Sends a stop signal to the treatment position control unit 12. Then, the treatment position control unit 12 outputs a control signal for stopping the treatment to each component of the ultrasonic treatment apparatus 101, and stops the treatment ultrasonic wave irradiation.
  • the calculator 21 sends the signal information to the treatment position control unit 12. Then, the alarm information is superimposed on the ultrasonic image stored in the ultrasonic image storage unit 8, and the adder 9 The image is superimposed on the image and alarm information is displayed on the monitor 10.
  • safety can be improved by controlling the therapeutic ultrasound based on the amount of movement of the head position sensor 19.
  • initial settings for example, a subject name, an ultrasonic treatment site name, a direction in which the treatment probe 102 is applied, a treatment plan, etc.
  • initial settings for example, a subject name, an ultrasonic treatment site name, a direction in which the treatment probe 102 is applied, a treatment plan, etc.
  • (S2) An ultrasonic imaging range extending in a fan shape centering on the position of the treatment probe 102 on the monitor 10 is shown, and a focal area is set as a region to be ultrasonically treated with a tomographic image.
  • (S4) When the treatment position is not within the focal range, alarm information is displayed on the screen or the ultrasonic treatment is stopped. Specifically, the treatment position control unit 12 issues a control signal for stopping the treatment to each component of the ultrasonic treatment apparatus 101, and stops the treatment ultrasonic wave irradiation. Alternatively, the alarm information is superimposed on the ultrasound image stored in the ultrasound image storage unit 8 and is superimposed on the reference image by the calorimeter 9, and the alarm information is displayed on the monitor 10. Then, return to (S2) and reset the focal range.
  • (S6) It is determined whether or not to terminate the ultrasound treatment while calculating the ultrasound image. If the ultrasonic treatment has not been completed, return to (S2) and repeat the series of operations.
  • the probe position sensor 18 detects a three-dimensional position and direction, and configures a treatment beam pattern 33 based on the direction and intensity of the treatment beam according to the amount of movement, and displays it on the monitor 10. .
  • an elongated therapeutic beam pattern 33 is displayed that is superimposed and displayed on a virtual line connecting the position of the therapeutic probe 102 and the affected part 32.
  • the therapeutic beam pattern 33 is shown corresponding to the ultrasonic beam to be irradiated to the affected part 32, and the longitudinal direction of the therapeutic beam pattern 33 is shown to coincide with the direction of the ultrasonic beam.
  • the treatment beam pattern 33 is divided into a plurality of relatively fine regions from the distal side force corresponding to the position of the treatment probe 102 to the end serving as the opposite end in the longitudinal direction, Each of these divided areas is displayed with a color.
  • This color is determined in advance corresponding to the intensity of the ultrasound, and each segmented area of the treatment beam pattern 33 corresponds to the intensity of the ultrasound beam at the position overlapping that area.
  • the color is attached. That is, the intensity of the ultrasonic beam in each of the divided areas of the treatment beam pattern 33 at a position within the ultrasonic imaging range can be determined by the color assigned to the area.
  • each region of the treatment beam pattern 33 divided in the longitudinal direction has a length in the longitudinal direction that is not necessarily uniform and may vary from region to region.
  • Each region is now classified according to the intensity of the ultrasonic beam within a certain range! /. This relationship is different from the case of ultrasonic intensity display described below.
  • the relationship between ultrasonic intensity, irradiation position (depth of focus, irradiation angle) and color information (beam pattern) is stored in advance in a memory (not shown).
  • a control signal from the treatment position control unit 12 is transmitted to the memory, and a beam pattern corresponding to the ultrasonic intensity and the irradiation position (depth of focus, irradiation angle) is selected.
  • the selected beam pattern is output to the motor 10.
  • the monitor 10 displays the ultrasonic image output from the ultrasonic diagnostic apparatus 100 and the therapeutic beam pattern 33 from the memory of the ultrasonic therapeutic apparatus 101 in an overlapping manner.
  • the monitor 10 treats the reference image as well as the reference image output from the reference image calculation unit 3 and the treatment beam pattern 33 from the memory of the ultrasonic treatment apparatus 101 together with the ultrasonic image. Display in the same position as the pattern 33 display position. Show. When superimposing, the treatment beam pattern 33 should be displayed translucently.
  • the treatment position control unit 12 determines the position where the ultrasonic irradiation is performed.
  • the position information of the treatment beam pattern 33 is recognized, and the treatment beam pattern 33 is superimposed on the ultrasonic image and the reference image.
  • the position information and color information of the treatment beam pattern 33 are stored in a memory, and the irradiation position (depth of focus, irradiation angle) to be displayed is varied with the movement of the treatment probe 102.
  • the position of the treatment probe 102 is detected by the probe position sensor 18.
  • the calculator 21 calculates the movement amount of the treatment ultrasound irradiation position (depth of focus, irradiation angle) by the treatment probe 102 according to the detected movement amount of the probe position sensor 18.
  • the movement amount is output to the reference image calculation unit 3, and the therapeutic beam pattern 33 displayed on the reference image is moved based on the movement amount of the probe position sensor 18.
  • the amount of movement is transmitted to the treatment position control unit 12, the focus position of the treatment ultrasonic wave is calculated so that the affected part 32 is irradiated, and the treatment pulse supplied to the treatment probe 17.
  • the delay time of the therapeutic pulse supplied to each therapeutic probe 17 is obtained and a command is transmitted to the therapeutic ultrasonic delay circuit 14. If the inverse operation of the movement of the treatment ultrasound irradiation position (depth of focus, irradiation angle) is performed, the delay time of the treatment pulse supplied to each treatment probe 17 can be obtained.
  • the treatment ultrasonic delay circuit 14 performs treatment ultrasound focus processing according to the command of the treatment position control unit 12 force.
  • the therapeutic probe 17 is two-dimensionally arranged to arbitrarily irradiate the treatment position.
  • the treatment position control unit 12 transmits a treatment ultrasound irradiation command to the treatment pulse generation circuit 13, and the treatment pulse generation circuit 13 receives a command from the treatment position control unit 12.
  • a therapeutic pulse for driving the therapeutic probe 17 is transmitted to the therapeutic ultrasonic delay circuit.
  • the therapeutic ultrasonic delay circuit 14 sequentially outputs the therapeutic pulses supplied to each therapeutic probe 17 according to the delay time based on the therapeutic pulses output from the therapeutic pulse generation circuit 13.
  • the therapeutic pulse is electronically focused by the therapeutic ultrasonic delay circuit 14 and transmitted to the therapeutic probe 17, and the therapeutic probe 17 It is vibrated by the therapeutic pulse delayed by the wave delay circuit 14 and irradiated with therapeutic ultrasonic waves.
  • the emission timing of the therapeutic ultrasound from each therapeutic probe 17 is controlled so that the therapeutic ultrasound reaches the affected part 32 at the same time.
  • the therapeutic ultrasonic wave emitted from the therapeutic probe 17 is focused at the focal position, and powerful ultrasonic energy is given to the site. For this reason, the therapeutic ultrasound can heat the affected area 32 and cauterize to treat the lesion site.
  • the cerebral thrombolytic ultrasound treatment to which the above embodiment is applied refers to treatment from the therapeutic probe 17 to the affected part 32 (thrombotic site) present in the subject (head) 31 found on the diagnostic screen.
  • This is a treatment method that enhances the thrombolytic effect of thrombolytic agent (t-PA) by irradiating ultrasonic waves.
  • the therapeutic ultrasonic wave needs to be irradiated to the necessary affected part 32.
  • a weak blood vessel is irradiated, it may induce bleeding. Therefore, it is necessary to accurately irradiate the thrombus site 32 with the therapeutic ultrasound. If it is impossible to identify the blood plug site 32 only with the screen obtained by the ultrasound diagnostic apparatus 100, the treatment ultrasound becomes unclear. There are cases.
  • Diagnosis of cerebral infarction is usually made with a diagnostic imaging device 1 such as CT or MRI. For example, when it is transported to a hospital after the onset of disease, first of all, diagnostic imaging device 1 such as CT or MRI Shooting is selected. With these diagnoses, head volume data is obtained and used for ultrasound therapy.
  • CT (MRI) volume data acquired in advance by the image diagnostic apparatus 1 is stored in the volume data storage unit 2 and displayed on the monitor 10. Further, the ultrasonic image obtained by the diagnostic probe 16 of the treatment probe 102 and the adder 9 are added together and displayed on the motor 10 simultaneously. At this time, the ultrasonic image obtained by the diagnostic probe 16 and an arbitrary planar image from which the volume data force is cut out are displayed side by side, or are displayed by overlapping them using different translucent colors, for example. By displaying the cross section, the treatment plan can be made easier by comparing the reference image and the ultrasound image to make a treatment plan.
  • the diagnostic probe 16 is brought into contact with the surface of the subject's head, and is brought into contact with the brain surface that has been opened during the operation, and directed toward the affected area in the head.
  • the diagnostic probe 16 emits light.
  • a reference image can be generated in real time by the above-described processing and used for surgery. If a treatment plan for ultrasonic therapy in brute force surgery has been determined, the ultrasound irradiation area force determined in advance in the treatment plan while appearing in the S reference image while driving the diagnostic probe 16 It is also possible to automatically irradiate in a timely manner.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the number of probe position sensors 18 and head position sensors 19 used for position measurement may not be one each but two or more.
  • the diagnostic probe 16 and the therapeutic probe 17 are not pinched, it is possible to treat with high accuracy by installing a position sensor on each of them and detecting the relative position at three points.
  • the method for measuring the position is not limited to the method of detecting magnetic signals generated in the three-dimensional space, as well as the method of detecting the magnetic field generation source force placed elsewhere as in the above embodiment.
  • Permissible Document 1 it is also possible to attach a magnet to an ultrasonic probe, detect the magnetic field in multiple directions, and analyze the detected value magnetic field distribution to identify the position.
  • the ultrasonic diagnostic system according to the present invention includes not only an ultrasonic image obtained while scanning an ultrasonic wave as described above, but simultaneously irradiating the ultrasonic wave to treat the affected area.
  • the ultrasonic puncture assisting apparatus as shown can also display a reference image by attaching the position sensor to the subject.

Abstract

　被検体の動きによる影響を低減させるため、超音波探触子と、前記超音波探触子を用いて被検体から受信した受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、画像撮像装置により取得される前記被検体のボリュームデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたボリュームデータに基づいてリファレンス画像を生成するリファレンス画像生成手段と、前記超音波画像及び前記リファレンス画像の同一断面を表示する表示手段とを備えた超音波診断システムにおいて、前記超音波探触子に取り付けられ、前記超音波探触子の位置及び方向を検出する第1の位置センサと、前記被検体に取り付けられ、前記被検体の位置及び方向を検出する第2の位置センサとを備え、前記リファレンス画像生成手段は、前記第1の位置センサの位置情報及び前記第2の位置センサの位置情報に基づいて前記リファレンス画像を生成する。 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　                                                                            

Description

明 細 書
超音波診断システム及びその方法
技術分野
[0001] 本発明は超音波技術に係り、特に被検体の動きによる影響を低減して撮像或いは 治療することが可能な超音波診断システム及び超音波診断方法に関する。
背景技術
[0002] 超音波診断装置によって被検体の患部の超音波画像をリアルタイムに表示したり、 穿刺や超音波照射を行う超音波治療が行われている。し力 ながら、超音波画像は X線 CT装置や MRI装置といった他のモダリティによる画像に比べて画質が劣るため、 それら他のモダリティによるリファレンス画像と組み合わせて、それらを表示することが 超音波治療が近年行われるようになつている (例えば、特許文献 1、特許文献 2。 )o 特許文献 1：特開 2002-112998号公報
特許文献 2： WO2004/098414号公報
[0003] 特許文献 1では特に、超音波画像と、 X線 CT装置や MRI装置等の他のモダリティに よるリファレンス画像を組み合わせて表示する際に、超音波画像の断面位置と、リファ レンス画像の断面位置とを一致させる技術が開示されている。具体的には、超音波 診断装置の超音波探触子の三次元位置及び方向を、例えば超音波探触子に取り付 けた磁石等を用いて測定し、それにより超音波画像の断面位置を計算し、あらかじめ 撮像された他のモダリティによる 3Dボリュームデータより、超音波画像の断面位置と 同じ位置のリファレンス画像を再構成させ表示させて 、た。
[0004] し力し特許文献 1では、被検体が術中に動 、てしまうことが配慮されて 、なかった。
例えば術中に患部 (被検体)が動いてしまうと、超音波探触子の三次元位置及び方向 を計算して他のモダリティによる 3Dボリュームデータを再構成しても、超音波画像の 断面位置とリファレンス画像の断面位置が一致しなった。
[0005] また、特許文献 2では、被検体の呼吸による体動を検出し、その体動にあわせたリフ アレンス画像を再構成して表示することしか開示されていない。したがって、被検体が 呼吸方向のみではなく複雑に動いてしまった場合、検出したリファレンス画像の断面 位置が超音波画像の断層位置に合わせることには具体的に配慮がなされていない ため、リファレンス画像の目的部位がモニタの表示可能領域外に配置されることがあ つた o
[0006] 本発明の目的は、被検体の動きによる影響を低減した超音波診断システム及び超 音波診断方法を提供することにある。
発明の開示
[0007] 上記目的を達成するため、超音波探触子と、前記超音波探触子を用いて被検体か ら受信した受信信号に基づ!/、て超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、画 像撮像装置により取得される前記被検体の画像データを記憶する記憶手段と、前記 記憶手段に記憶された画像データに基づいてリファレンス画像を生成するリファレン ス画像生成手段と、前記超音波画像及び前記リファレンス画像の同一断面を表示す る表示手段とを備えた超音波診断システムにおいて、前記超音波探触子の位置及 び方向を検出する第 1の位置センサと、前記被検体の位置及び方向を検出する第 2 の位置センサとを備え、前記リファレンス画像生成手段は、前記第 1の位置センサの 位置情報及び前記第 2の位置センサの位置情報に基づいて前記リファレンス画像を 生成する。
[0008] さらに、前記超音波探触子は前記被検体を超音波治療する治療用振動子を備え、 前記第 1の位置センサの位置情報、或いは前記第 2の位置センサの位置情報に基づ V、て治療超音波を制御する。
また、超音波探触子を用いて受信した受信信号に基づ 、て超音波画像を生成する 超音波画像生成する第 1のステップと、前記超音波探触子の位置及び方向に基づい て、画像撮像装置により取得される被検体の画像データから前記リファレンス画像を 生成する第 2のステップと、前記超音波画像及び前記リファレンス画像の同一断面を 表示する表示する第 3のステップとを含む超音波診断方法にお 、て、前記第 2のステ ップは、前記被検体の位置及び方向を加味してリファレンス画像を生成する。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の実施形態 1に係る超音波診断システムのブロック図である。
[図 2]本発明の実施形態 1に係る画面表示を示す図である。 [図 3]本発明の実施形態 1に係る頭部位置センサを固定する例を示す図である。
[図 4]本発明の実施形態 1に係るボリュームデータの変換を示す図である。
[図 5]本発明の実施形態 2に係る超音波診断システムのブロック図である。
[図 6]本発明の実施形態 2に係る頭部位置センサを固定する例を示す図である。
[図 7]本発明の実施形態 2に係る動作フローチャートを示す図である。
[図 8]本発明の実施形態 2に係る画面表示を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 第 1の実施形態の超音波診断システムについて図を用いて説明する。超音波診断 システムは被検体の患部を超音波で撮像しながら、同時に X線 CT装置や MRI装置等 の他のモダリティによる画像を参照するものである。図 1は本実施形態に係る超音波 診断システムのブロック図であり、主に、超音波を使って被検体の患部を含む断層像 の超音波画像を得るための超音波診断装置 100と、 X線 CT装置や MRI装置等のモダ リティの画像診断装置 1と、それぞれの診断装置で撮影された画像を表示するモニタ 10等より構成されている。
[0011] 先ず、超音波診断装置 100で用いる探触子は、診断用探触子 16と探触子位置セン サ 18より成る。診断用探触子 16は患部を含む断層像を撮像するための超音波を送 受するためのものである。探触子位置センサ 18は診断用探触子 16の三次元的な位 置、方向、及び診断用探触子 16が超音波画像の撮像のために超音波を走査してい る方向を検出するためのものであり、例えば被検体を横たわらせるためのベッドの隅 等に置かれた磁場発生源カゝら三次元空間に発生される磁気信号を検知する磁気セ ンサ等力 構成されている。
[0012] 頭部位置センサ 19は、探触子位置センサ 18と同様にして、被検体の頭部の三次元 的な位置及び方向を検出するためのものであり、上記磁場発生源から三次元空間に 発生される磁気信号を検知する磁気センサ等から構成されている。
[0013] 次に、超音波診断装置 100において、ボリュームデータ記憶部 2は、画像診断装置 1 にお 、て得られたボリュームデータ (例えば、被検体の断層像を複数の位置にっ 、て 撮像して配列させた三次元ボリュームデータ)を記憶しておくためのものである。その 際、ボリュームデータは、被検体の頭部をある位置を基準点 (原点)にしたカーテシァ ン座標 (X, Υ, ζ座標)上での画素値データとして記憶されている。例えば、三次元の 各座標の位置 X, Υ, Ζにその位置での画素値 Vを組み合わせた四次元の配列 (X , Υ , Ζ , V ； i= l〜n, j= l〜n, k= l〜n)として記憶されている。ここで、 nはボリユー ijk ijk ijk
ムデータが三次元の立方体力 成っている場合の、一辺に配置されるピクセル (画素) の数、 i, j, kは、 X, Y, Ζそれぞれの方向へ何番目のピクセル位置でのボリュームデ ータであるかを示すための指標である。
[0014] また、受波整相回路 7は診断用探触子 16から送られた超音波受信信号の位相を整 える (受波フォーカシングを行う)ためのものであり、超音波画像記憶部 8は、超音波画 像を記憶するためのものである。
スキャン画像座標算出部 6は、探触子位置センサ 18より送られてきた診断用探触子 16の三次元的な位置、方向より、診断用探触子 16が撮像している超音波断層像の位 置を算出するためのものである。
頭部位置座標算出部 20は、頭部位置センサ 19力 送られてきた被検体の頭部の 三次元的な位置及び方向に関する情報より、被検体の頭部の三次元的な位置及び 方向を算出するためのものである。
[0015] また、リファレンス画像算出部 3は、スキャン画像座標算出部 6より送られてきた診断 用探触子 18の三次元的な位置及び方向情報と、頭部位置センサ 19より頭部位置セ ンサ座標算出部を介して送られてきた被検体の頭部の三次元的な位置及び方向情 報より、超音波診断装置 100で撮像して ヽる超音波画像の断面に相当する位置の画 像診断装置 1におけるリファレンス画像を、ボリュームデータ記憶部 2に記憶されてい るボリュームデータから求めるものである。
[0016] 具体的には、リファレンス画像算出部 3は、スキャン画像座標算出部 6より送られてき た診断用探触子 18の三次元的な位置及び方向情報に対する頭部位置センサ 19より 頭部位置センサ座標算出部を介して送られてきた被検体の頭部の三次元的な相対 位置及び方向情報を求め、その相対位置及び方向情報に基づいてボリュームデー タカゝらリファレンス画像が求められる。よって、診断用探触子 16の位置と方向、及び頭 部の位置と方向を加味したリファレンス画像が得られることになる。つまり、診断用探 触子 16が移動しても、また頭部自体が三次元的に移動しても、それぞれの移動に応 じたリファレンス画像の断層像を表示させることができる。
また、加算器 9は、超音波画像記憶部 8に記憶されている超音波画像とリファレンス 画像算出部 3において求めた画像診断装置 1によるリファレンス画像とを合成して並 ベてモニタ 10へ表示するためのものである。
[0017] 次に、図 2は、被検体 (頭部） 31が頭部に固定された頭部位置センサ 19とともに移動 する様子と、その時にモニタ 10に写し出されるリファレンス画像と超音波断層像を示し た図である。図 2において (a)は被検体が動く前、（b)は被検体が動いた後を示している
[0018] 被検体 (頭部) 31には頭部位置センサ 19が備えられ、探触子位置センサ 18は診断用 探触子 16に備えられている。モニタ 10内には左側にリファレンス画像、右側に超音波 断層像が表示されている。被検体 (頭部) 31の動きに追従させて被検体 (頭部) 31に取 り付けられた頭部位置センサ 19も動き、頭部位置センサ 19は被検体 (頭部) 31の動き（ 位置、方向の変化)を検出する。
[0019] そして、その検出した動きに関する情報を加味してリファレンス画像を計算するので 、被検体 (頭部) 31に対する診断用探触子 16の位置関係を把握できるようになり、図 2( b)に示されたモニタ 10ようにリファレンス画像を表示することができる。つまり、被検体 の動きによりリファレンス画像が影響を受けることが無くなる。そして、被検体 (頭部) 31 の患部を含む断面のリファレンス画像をモニタ 10に示されたように的確に表示できる
[0020] 図 3(a)に被検体 (頭部) 31に頭部位置センサ 19を装着した形態を示す。頭部位置セ ンサ 19は帯状のヘッドバンド 40の周囲に取り付けられている。そしてこのヘッドバンド 40は被検体 (頭部) 31を覆うように装着されている。よって、頭部位置センサ 19と被検 体 (頭部) 31を一体化させることができるため、被検体 (頭部) 31自体の位置 (移動量)及 び方向の変化と同じ分だけ頭部位置センサ 19の位置及び方向が変化する。
[0021] また、図 3(b)では、頭部位置センサ 19は枕型固定具 41の周囲に取り付けられている 。この枕型固定具 41は被検体 (頭部) 31の後頭部全体を覆い装着されている。よって、 頭部位置センサ 19と枕型固定具 41及び被検体 (頭部) 31を一体ィ匕させることができる ため、枕型固定具 41が移動したとしても枕型固定具 41自体の位置 (移動量)及び方向 の変化と同じ分だけ頭部位置センサ 19の位置及び方向が変化する。
[0022] 次に第 1の実施形態の動作について説明する。
(ステップ 1)診断用探触子 16に配置された位置センサ 18が固定されていて、被検体 を横たわらせるためのベッドの隅等に置かれた磁場発生源によって発生された磁場 の強度と方向を検出し、そのデータを超音波診断装置 100内のスキャン画像座標算 出部 6へ送信する。スキャン画像座標算出部 6は、位置センサ 18より送られて来たデ ータより診断用探触子 16が静磁場発生源に対してどのような相対的な位置と方向に あるか、更には撮像のために超音波をどの方向走査しているかを算出する。
[0023] (ステップ 2)次に、頭部位置センサ 19は、被検体の頭部に固定されて 、て、被検体 を横たわらせるためのベッドの隅等に置かれた磁場発生源によって発生された磁場 の強度と方向を検出し、そのデータを超音波診断装置 100内の頭部位置センサ座標 算出部 20へ送信する。頭部位置センサ座標算出部 20は、頭部位置センサ 19により送 られて来たデータより被検体の頭部が磁場発生源に対してどのような相対的な位置 と方向にあるかを算出する。
[0024] (ステップ 3)次に、スキャン画像座標算出部 6により得られた診断用探触子 16の静磁 場発生源に対する相対的な位置と方向、更には撮像のために超音波を走査してい る方向、及び頭部位置センサ座標算出部 20により得られた被検体の頭部の静磁場 発生源に対する相対的な位置と方向は、リファレンス画像算出部 3へ送られる。
[0025] (ステップ 4)リファレンス画像算出部 3では、頭部位置センサ座標算出部 20により得ら れた被検体の頭部の磁場発生源に対する相対的な位置と方向を基に、被検体の頭 部力 ボリュームデータ記憶部 2において記憶されているボリュームデータを撮像した 時に比べて、どの程度移動していて、向きがどの程度方向が変化しているかを計算 する。
[0026] (ステップ 5) 次に、リファレンス画像算出部 3では、ボリュームデータ記憶部 2に記憶 されているボリュームデータにおける座標データ (X , Υ , Z )を、（ステップ 4)で計算
ijk ijk ijk
した被検体の頭部の移動および方向の変化に合わせて、変化させる。その結果、四 次元配列であるボリュームデータは (Χ' , Υ' , Ζ' , V ； i= l〜n, j= l〜n, k= l〜n)
ijk ijk ijk ijk
となる。 [0027] (ステップ 6)—方、リファレンス画像算出部 3では、スキャン画像座標算出部 6より送ら れてきた診断用探触子 16の静磁場発生源に対する相対的な位置と方向と、撮像の ために超音波を走査している方向を基に、超音波撮像している断面の位置を特定す る (算出する。 )oそして、ここで求めた断面上に格子状の二次元プロット (例えば、 p X p )を割り振ってその三次元座標を求め、（X , Y , Z ; I = l〜p, m = l〜p)とする。
lm lm lm
[0028] (ステップ 7)次に、（ステップ 5)で算出した座標データの移動および方向の変化後の ボリュームデータにおける、（ステップ 6)で算出した断面 (格子状の二次元プロット (X ,
jk
Y , Z ； j= l〜I, k= l〜I》上の値を求める。格子状の二次元プロットの位置とボリュ jk jk
ームデータのピクセル位置が一致しない場合には、補間により求める。更に、それら を基に画像ィ匕してリファレンス画像とする。
[0029] (ステップ 8) 次に加算器 9には、超音波画像記憶部 8より超音波画像が、リファレン ス画像算出部 3よりリファレンス画像が送られる。加算器 9はそれら 2つの画像を並列さ せて、あるいは色を違えて (赤と青等)合成し、モニタ 10へ表示させる。
[0030] (ステップ 9) 操作者は、モニタ 10に表示された 2つの画像を見ながら、画像内に患 部が映し出されるように超音波探触子 102を動力して、的確に患部の位置を把握して そこに超音波を照射する。
[0031] 図 4は (ステップ 5)におけるボリュームデータの変換を表したものである。図 4の (a)で 示したものは、変換する前のボリュームデータ記憶部 2に記憶されているボリュームデ ータを示し、 Xと Yと Z方向にそれぞれ nピクセルカゝら成る立方体内に被検体の頭部 31 に関するボリュームデータが収まっていることを示している。そして、図 4(b)で示したも のは、超音波を用いて治療をしている最中等に、被検体の頭部が動いた場合に対応 させて、ボリュームデータを移動させる様子を示している。図 2(a)に対して図 4(b)では 、先ず立方体の片隅の点 (基準点)は 0から 0 'へ移動されていて、例えば (0, 0, 0)か ら (0+ a , 0+ a , 0+ a )のようになる。さらに基準点に対してボリュームデータの配
X Y Z
置される Xと Yと Zへの方向は、図 4(a)に対して角度が変わっている。この角度の変化 は、 X軸の回りの回転と、 Y軸の回りの回転と、 Z軸の周りの回転に分解され、それぞ れの回転は次に表す回転行列で表現される。
[0032] 先ず、 X軸の周りの角度 0 の回転は、 [数 1]
Figure imgf000010_0003
Figure imgf000010_0001
で表され、 Y軸の回りの角度 ø
2の回転は、
[数 2]
( cos< 2 0 - sin^2 Υχ、
Y 0 1 0 y ( 2 )
ノ sin ^2 0 cos j で表され、 Z軸の回りの角度 0 の回転は、
3
[数 3]
Figure imgf000010_0004
Figure imgf000010_0002
で表される。従って、図 4(a)のボリュームデータにおける X方向， Y方向， Z方向への単 位ベクトル (1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1)をそれぞれ上記回転行列を用いて回転変換 させて、それらにより図 4(b)のボリュームデータ上の位置座標を求める。そして、図 4(b )のように座標変換したボリュームデータ上で、（ステップ 6)で求めた超音波撮像をして いる断層面 150の二次元プロット上の値を (ステップ 7)で補間等で求め、リファレンス画 像とする。
第 2の実施形態の超音波診断システムについて図を用いて説明する。図 5は本実 施形態に係る超音波診断システムのブロック図であり、主に、超音波を使って被検体 の患部を含む断層像の超音波画像を得るための超音波診断装置 100と、 X線 CT装 置や MRI装置等のモダリティの画像診断装置 1と、それぞれの診断装置で撮影された 画像を表示するモニタ 10と、被検体の患部に超音波治療を行う超音波治療装置 101 とカゝら構成されている。
[0034] 第 1の実施形態と異なる点は、頭部位置センサ 19の位置情報に基づいて治療超音 波とその表示を制御する点である。治療プローブ 102は、診断用探触子 16と治療用 探触子 17と探触子位置センサ 18より成る。診断用探触子 16は患部を含む断層像を 撮像するための超音波を送受するためのものである。治療用探触子 17は患部に超音 波を照射して患部を治療するためのものである。探触子位置センサ 18は治療プロ一 ブ 102の 3次元的な位置、方向、及び診断用探触子 16が超音波画像の撮像のために 超音波を走査している方向を検出するためのものであり、例えば図示していない別の ところに置かれた磁場発生源から 3次元空間に発生される磁気信号を検知する磁気 センサ等力 構成されて 、る。
[0035] 超音波治療装置 101において、操作器 11は、操作者がモニタ 10に写し出された超 音波画像や画像診断装置 1による画像を基に、超音波照射条件 (焦点位置を制御す るための条件)等を治療位置制御部 12へ入力するためのものである。治療位置制御 部 12は、入力された超音波照射条件で超音波を照射するための信号を治療用パル ス発生回路 13及び治療用超音波遅延回路 14へ送る。治療用パルス発生回路 13は 治療用の超音波パルスを発生するためのものであり、治療用超音波遅延回路 14は、 治療のために照射する超音波の照射のタイミングを調整するためのものであり、増幅 器 15は超音波を増幅するためのものである。
[0036] 頭部位置センサ 19と治療プローブ 102と探触子位置センサ 18の配置関係について 図 6を用いて説明する。ヘッドバンド型頭部保持具 50は、被検体の側頭部を支える側 頭部超音波プローブ固定部、前頭部を支える前頭部押え部、後頭部を支える後頭 部押え部、頭頂部を支える頭頂部押え部、それぞれを結合するベルトから構成され る。
[0037] 頭部位置センサ 19は、前頭部押え部に設置されており、頭のほぼ中心に配置され ている。治療プローブ 102は、側頭部超音波プローブ固定部に設置されており、頭の 米神付近力 超音波が照射されるように配置されている。また、治療プローブ 102に は探触子位置センサ 18が設置されており、治療プローブ 102の三次元的な位置、方 向、及び診断用探触子 16が超音波画像の撮像のために超音波を走査している方向 を検出するためのものであり、例えば被検体を横たわらせるためのベッドの隅等に置 かれた磁場発生源から三次元空間に発生される磁気信号を検知する磁気センサ等 から構成されている。
[0038] また、頭部位置センサ 19は、頭部に限らず、治療部位に応じて、呼吸等の動きを伴 わない部位に固定するベルトに設置しても良い。足部を超音波治療する場合、例え ば太ももにベルト 51を巻き位置センサ 19を設置する。 HIFU治療をする場合、例えば 腰にベルト 52を巻き、呼吸の動きを伴わない背中に位置センサ 19を設置する。また、 腕部を超音波治療する場合、例えば上腕にベルト 53を巻き位置センサ 19を設置する
[0039] 第 2の実施形態は、頭部の動きに伴う頭部位置センサ 19の移動量、或いは治療プ ローブ 102の動きに伴う探触子位置センサ 18の移動量に応じて治療超音波を制御す る。被検体 (頭部) 31は固定されているが、治療部位や被検体の体調によっては頭部 自体が動いてしまうことがある。そこで、頭部位置センサ 19により三次元的な位置及 び方向を検出し、被検体が大きく動いていることを検出、頭部位置センサ 19により位 置及び方向が大きく変化していることが検出されたら、治療プローブ 102から照射して いる治療超音波を停止させたり、アラームをモニタ 10に表示させる。
[0040] 頭部位置センサ 19力 被検体 (頭部) 31の移動量を頭部位置センサ座標算出部 20 で算出する。そして、算出された座標情報を演算器 21に伝達し、予め設定された閾 値と比較を行う。閾値は、例えば、治療プローブ 102が固定され治療を行っている位 置から 10mm移動した移動量、又は 20° 回転した移動量としてメモリ (図示しない。）に 記憶されている。演算器 21は、予め設定した移動量と頭部位置センサ 19が移動した 移動量と比較を行い、頭部位置センサ 19が移動した移動量が、設定した移動量を超 えた場合、演算器 21は治療位置制御部 12に対して停止信号を送る。そして、治療位 置制御部 12は超音波治療装置 101の各構成要素に対して治療を停止する制御信号 を出して、治療超音波の照射を停止する。
[0041] また、頭部位置センサ 19が移動した移動量が、設定した移動量を超えた場合、演 算器 21は治療位置制御部 12に対してその信号情報を送る。そして、超音波画像記 憶部 8に記憶された超音波画像にアラーム情報を重畳し、加算器 9にてリファレンス画 像と重ね合わせ、アラーム情報をモニタ 10に表示する。
このように頭部位置センサ 19が移動した移動量に基づ 、て治療超音波を制御する ことにより、安全性を向上させることができる。
[0042] 次に第 2の実施形態の動作について図 7を用いて説明する。
(S1)まず、超音波診断システムにおける初期設定 (例えば、被検者名、超音波治療 部位名、治療プローブ 102の当てる方向、治療計画等)を行う。
[0043] (S2)モニタ 10上の治療プローブ 102の位置を中心として扇状に広がる超音波撮像範 囲が示され、断層像で超音波治療する領域として焦域をセットする。
[0044] (S3)患部 32に照射とする超音波ビームにより、実際に超音波治療している領域が、 超音波治療計画モードで設定した焦域内かどうか判定する。
[0045] (S4)治療位置が焦域内にない場合、アラーム情報を画面に表示させたり、超音波 治療を停止させる。具体的には、治療位置制御部 12は超音波治療装置 101の各構 成要素に対して治療を停止する制御信号を出して、治療超音波の照射を停止する。 若しくは超音波画像記憶部 8に記憶された超音波画像にアラーム情報を重畳し、カロ 算器 9にてリファレンス画像と重ね合わせ、アラーム情報をモニタ 10に表示する。そし て (S2)に戻り、焦域をセットし直す。
[0046] (S5)治療位置が焦域内にある場合、患部 32に同時刻に治療用超音波が到達するよ うに、各治療用探触子 17力 の治療用超音波の射出タイミングを制御し、治療用超 音波を照射する。
[0047] (S6)超音波画像を算出しながら、超音波治療を終了するかどうか判定する。超音波 治療が終っていない場合、（S2)に戻り、一連の動作を繰り返す。
[0048] また、治療超音波のパターン表示を行う形態を図 8を用いて説明する。治療プロ一 ブ 102は被検体 (頭部) 31に固定されている力 治療方位によっては治療プローブ 102 自体が動いてしまうことがある。そこで、探触子位置センサ 18により三次元的な位置 及び方向を検出し、その移動量に応じて治療ビームの方向及びその強度に基づい て治療用ビームパターン 33を構成し、モニタ 10に表示する。
[0049] 超音波断層像表示は、まず、治療プローブ 102の位置を中心として扇状に広がる超 音波撮像範囲が示され、この超音波撮像範囲内に位置する箇所に患部 32およびそ の周辺の臓器が撮像されて!、る。
[0050] そして、治療プローブ 102の位置と患部 32とを結ぶ仮想の線に重ね合わされて表示 される細長の治療用ビームパターン 33が示される。この治療用ビームパターン 33は 患部 32に照射されようとする超音波ビームに対応して示され、該治療ビームパターン 33の長手方向は該超音波ビームの方向と一致づけられて示される。
[0051] また、治療ビームパターン 33は、その長手方向であって治療プローブ 102の位置に 相当する先端側力 その対向端となる末端にまでかけて比較的細かい領域毎に複 数に区分けされ、これら区分けされた各領域にはそれぞれ色が付されて表示されて いる。
[0052] この色は超音波の強度に対応づけられて予め定められているもので、治療ビーム パターン 33の区分けされた各領域には、その領域に重なる位置における超音波ビー ムの強度に対応した色が付されている。すなわち、超音波撮像範囲内の位置であつ て、治療ビームパターン 33の区分けされた各領域における超音波ビームの強度はそ の領域に付された色によって判断することができるようになつている。
[0053] このため、該治療ビームパターン 33のその長手方向に区分けされた各領域は、該 長手方向における長さが必ずしも一律ではなく各領域毎に異なる場合がある。各領 域はある範囲内にある超音波ビームの強さに応じて区分けされるようになって!/、るか らである。この関係は次に説明する超音波強度表示の場合と異なるものとなっている
[0054] すなわち、超音波強度および照射位置 (焦点深度、照射角度)と色情報 (ビームバタ ーン)との関係は、予めメモリ (図示しない。）に記憶されている。治療位置制御部 12か らの制御信号はメモリへ伝達され、超音波強度及び照射位置 (焦点深度、照射角度） に対応するビームパターンが選択される。そして、選択されたビームパターンは、モ- タ 10に出力される。モニタ 10は、超音波診断装置 100から出力される超音波画像と、 超音波治療装置 101のメモリからの治療ビームパターン 33を重ねて表示する。また、 モニタ 10は、リファレンス画像も同様にしてリファレンス画像算出部 3から出力されるリ ファレンス画像と、超音波治療装置 101のメモリからの治療ビームパターン 33を超音 波画像と共に表示される治療ビームパターン 33の表示位置と同じ位置に合わせて表 示する。なお、その重ね合わせの際、治療ビームパターン 33は半透明に表示させて ちょい。
[0055] ここで、治療プローブ 102の動きに伴う探触子位置センサ 18の移動量に応じた治療 超音波のパターン表示を行う際、治療位置制御部 12は、超音波照射を行う位置を治 療ビームパターン 33の位置情報として認識し、超音波画像とリファレンス画像に治療 ビームパターン 33を重ね合わせる。
[0056] 治療用ビームパターン 33の位置情報及び色情報をメモリに記憶しておき、治療プロ ーブ 102の動きに伴い、表示される照射位置 (焦点深度、照射角度)を可変する。治療 プローブ 102の位置は探触子位置センサ 18によって検出される。演算器 21は検出さ れた探触子位置センサ 18の移動量に応じて、治療プローブ 102による治療超音波の 照射位置 (焦点深度、照射角度)の移動量を演算する。その移動量をリファレンス画 像算出部 3へ出力し、探触子位置センサ 18の移動量に基づいてリファレンス画像上 に表示される治療用ビームパターン 33を移動させる。
[0057] また、その移動量を治療位置制御部 12へ伝達させ、患部 32に照射されるように治 療用超音波の焦点位置を計算し、治療用探触子 17に供給する治療用パルスに対し 、各治療用探触子 17に供給する治療用パルスの遅延時間を求め、治療用超音波遅 延回路 14に指令を送信する。治療超音波の照射位置 (焦点深度、照射角度)の移動 の逆演算を行えば、各治療用探触子 17に供給する治療用パルスの遅延時間を求め ることができる。治療用超音波遅延回路 14は、治療位置制御部 12力 の指令により 治療用超音波のフォーカス処理を行う。なお、この治療用探触子 17は治療位置に任 意に照射するため二次元配列され構成されている。
[0058] 具体的には、治療位置制御部 12は、治療用超音波の照射命令を治療用パルス発 生回路 13に送信し、治療用パルス発生回路 13は、治療位置制御部 12からの指令に より、治療用探触子 17を駆動させる治療用パルスを治療用超音波遅延回路に送信 する。治療用超音波遅延回路 14は、治療用パルス発生回路 13力 出力される治療 用パルスに基づいて、各治療用探触子 17に供給する治療用パルスを、遅延時間に 従って順次出力する。このときに、治療用パルスは、治療用超音波遅延回路 14で電 子フォーカスされて、治療用探触子 17に送信され、治療用探触子 17は、治療用超音 波遅延回路 14で遅延処理された治療用パルスにより振動し、治療用超音波が照射さ れる。このとき、患部 32に同時刻に治療用超音波が到達するように、各治療用探触子 17からの治療用超音波の射出タイミングを制御する。これにより、治療用探触子 17か ら射出される治療用超音波は、焦点位置で集束され、その部位に強力な超音波エネ ルギが与えられることになる。このため、治療用超音波は、患部 32を加熱し、焼灼して 病変部位を治療することができる。
[0059] 上記実施形態を適用する脳血栓溶解超音波治療とは、診断画面で発見した被検 体 (頭部) 31に存在する患部 32(血栓部位)に対し、治療用探触子 17から治療用超音 波を照射することで血栓溶解剤 (t-PA)の血栓溶解効果を増強させる治療法である。
[0060] 治療用超音波は必要な患部 32に照射される必要があり、たとえば虚弱な血管に照 射してしまうと出血を誘発させる可能性がある。そこで、治療用超音波は血栓部位 32 に正確に照射される必要がある力 超音波診断装置 100で得られる画面だけでは血 栓部位 32を特定する事が不可能である場合や、不鮮明となる場合が考えられる。ま た、脳梗塞の診断にはまず、 CTや MRIなどの画像診断装置 1による診断が一般的で あり、たとえば発病後病院等に搬送されるとまず、 CTや MRIなどの画像診断装置 1の 撮影が選択される。これらの診断で頭部のボリュームデータを得、超音波治療に利用 する。
[0061] 治療計画時においては、画像診断装置 1により事前に取得した CT(MRI)ボリューム データをボリュームデータ記憶部 2に記憶させ、モニタ 10に表示させる。また、治療プ ローブ 102の診断用探触子 16により得られた超音波画像と加算器 9により加算し、モ ユタ 10に同時に表示させる。このとき、診断用探触子 16により得られた超音波画像と 、ボリュームデータ力も切り出した任意の平面画像を並べて表示し、もしくは、たとえ ば異なる半透明色を使用して重ねて表示し、同一断面を表示する事で、リファレンス 画像と超音波画像の両画像を比較して治療計画を立てることで、治療計画が容易と なる。
[0062] また、体動などの動きにより被検体 (頭部) 32の絶対位置が変化しても、リファレンス 画像と超音波画像のずれを生じない構成とすることが可能となり、治療計画がより容 易になり、さらに、治療時の安全性を高めることが可能となる。 [0063] そのような治療では、診断用探触子 16を被検体の頭部表面に接触させて、ある 、 は術中に開頭した状態の脳表面に接触させて、頭部内の患部に向けて診断用探触 子 16が照射する。その場合、手術中に診断用探触子 16を移動させる際には、その移 動は逐次探触子位置センサ 18によって検出し、また手術中に被検体の頭部が動い た際には、その動きは逐次頭部位置センサ 19によって検出し、それらのデータをもと に上述した処理によりリアルタイムにリファレンス画像を生成して手術の利用に供する ことができる。あら力じめ手術における超音波治療の治療計画が決まっている場合に は、診断用探触子 16を動力 ながら、予め治療計画で決まっている超音波照射領域 力 Sリファレンス画像に現れた際にタイミング良く自動的に照射されるようにすることも可 能である。
[0064] 本発明は上記実施形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範 囲で種々に変形して実施できる。例えば、位置の測定のために用いる探触子位置セ ンサ 18及び頭部位置センサ 19の数は、それぞれ 1個ずつでなくても良ぐ 2個以上で も良い。また、診断用探触子 16と治療用探触子 17がくつついていなくても、それぞれ に位置センサを設置し、 3点で相対位置を検出する事で精度の高 、治療が可能であ る。
[0065] また、位置の測定のための方法は、上記実施形態のように、別のところに置かれた 磁場発生源力 三次元空間に発生される磁気信号を検知する方法のみならず、特 許文献 1で開示されているように、超音波探触子に磁石を貼り付け、その磁場を多方 向で検出し、それら検出値力 磁場分布を解析して位置を特定することも可能である 。また本発明における超音波診断システムには、上述したように超音波を走査しなが ら超音波画像を得ると同時に超音波を照射して患部を治療するもののみならず、特 許文献 1に示されているような超音波穿刺支援装置も、被検体にその位置センサを つけることによりリファレンス画像を表示することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 超音波探触子と、前記超音波探触子を用いて被検体から受信した受信信号に基 づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、画像撮像装置により取得さ れる前記被検体の画像データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された 画像データに基づいてリファレンス画像を生成するリファレンス画像生成手段と、前 記超音波画像及び前記リファレンス画像の同一断面を表示する表示手段とを備えた 超音波診断システムにおいて、
前記超音波探触子の位置及び方向を検出する第 1の位置センサと、前記被検体の 位置及び方向を検出する第 2の位置センサとを備え、前記リファレンス画像生成手段 は、前記第 1の位置センサの位置情報及び前記第 2の位置センサの位置情報に基づ いて前記リファレンス画像を生成することを特徴とする超音波診断システム。
[2] 前記リファレンス画像生成手段は、前記第 1の位置センサに対する前記第 2の位置 センサの相対位置に基づいて前記リファレンス画像を生成することを特徴とする請求 項 1記載の超音波診断システム。
[3] 前記超音波画像及び前記リファレンス画像は、並列に或いは合成して前記表示手 段に表示されることを特徴とする請求項 1記載の超音波診断システム。
[4] 前記超音波探触子は前記被検体を超音波治療する治療用振動子を備え、前記第 1の位置センサの位置情報、或いは前記第 2の位置センサの位置情報に基づ 、て治 療超音波を制御することを特徴とする請求項 1記載の超音波診断システム。
[5] 前記第 2の位置センサが移動した移動量と予め設定した移動量との比較を行 、、前 記第 2の位置センサが移動した移動量が、前記設定した移動量を超えた場合、前記 治療超音波を停止することを特徴とする請求項 5記載の超音波診断システム。
[6] 前記第 2の位置センサが移動した移動量と予め設定した移動量との比較を行 、、前 記第 2の位置センサが移動した移動量が、前記設定した移動量を超えた場合、前記 表示手段にアラーム信号を表示させることを特徴とする請求項 5記載の超音波診断 システム。
[7] 前記第 2の位置センサが移動した移動量に応じて、治療用超音波の焦点位置を計 算し、前記治療用振動子に供給する治療用パルスに対し、各治療用振動子に供給 する治療用パルスの遅延時間を求め、前記治療用超音波を送信することを特徴とす る請求項 5記載の超音波診断システム。
[8] 前記表示手段は、前記治療用超音波の超音波強度および照射位置に応じた治療 ビームパターンを前記超音波画像及び前記リファレンス画像上に表示することを特 徴とする請求項 5記載の超音波診断システム。
[9] 前記治療ビームパターンの色は前記治療用超音波の強度に対応づけられて!、るこ とを特徴とする請求項 8記載の超音波診断システム。
[10] 前記第 1の位置センサは、前記超音波探触子に取り付けられていることを特徴とす る請求項 1又は請求項 4記載の超音波診断システム。
[11] 前記第 2の位置センサは、前記被検体の動きを検出可能な位置に取り付けられて いることを特徴とする請求項 1又は請求項 4記載の超音波診断システム。
[12] 前記第 2の位置センサは、前記被検体の呼吸による動きを伴わない部位に配置さ れることを特徴とする請求項 11記載の超音波診断システム。
[13] 前記第 2の位置センサは、前記被検体に装着するヘッドバンド、或!ヽは前記被検体 を固定する枕型固定具に取り付けられていることを特徴とする請求項 11記載の超音 波診断システム。
[14] 超音波探触子を用いて受信した受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音 波画像生成する第 1のステップと、
前記超音波探触子の位置及び方向に基づ ヽて、画像撮像装置により取得される 被検体の画像データから前記リファレンス画像を生成する第 2のステップと、
前記超音波画像及び前記リファレンス画像の同一断面を表示する表示する第 3の ステップとを含む超音波診断方法にお！ヽて、
前記第 2のステップは、前記被検体の位置及び方向をカ卩味してリファレンス画像を 生成することを特徴とする超音波診断方法。
[15] 前記超音波探触子の位置及び方向、或いは前記被検体の位置及び方向に基づ いて前記超音波探触子の治療超音波を制御する第 4のステップを含むことを特徴と する請求項 14記載の超音波診断方法。
[16] 前記超音波探触子或!、は前記被検体の移動が大き!、場合、前記治療超音波を停 止させたり、アラームを表示させたりする第 5のステップを含むことを特徴とする請求項 15記載の超音波診断方法。
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