JP2013128731A - 超音波治療装置及び手術支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＩＦＵ治療法における治療の完了又は未完了の判定精度を向上させる。
【解決手段】患者の治療部位に設定される治療対象領域に治療超音波を照射する治療用超音波プローブ１５ａと、治療用超音波プローブ１５ａの焦点を設定される治療超音波の集束位置１３２に合わせて治療超音波を照射させる超音波プローブ制御部（１１９，１２０）と、治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定する治療判定部１２３と、判定結果を表示するモニタ３，２９と、集束位置１３２に照射された治療超音波のはね返り信号１３７を受信する受信用超音波プローブ１５ｂを備え、治療判定部１２４は、受信用超音波プローブ１５ｂにより受信されたはね返り信号の強度に基づいて、集束位置を含む治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、超音波を治療対象の病変部に照射して温熱により病変部を変性させて治療する超音波治療装置及びそれを備えた手術支援システムに係り、特に、治療領域の治療完了と治療未完了の判定精度を向上して、治療完了と治療未完了の治療領域を精度よく可視化する技術に関する。

腫瘍、血栓、脳梗塞等の病変部に超音波を照射して、それらの病変部を温熱により変性（例えば、焼灼又は破壊）させて治療する高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ：High Intensity Focused Ultrasound）治療法が知られている。ＨＩＦＵ治療法は、超音波を治療領域に設定した焦点に高密度に集束させることにより、侵襲性の低い治療を行うことができ、例えば、肝臓治療を経皮的に治療可能である。また、脳腫瘍などの治療は、頭部の外皮に治療超音波プローブを配置して侵襲性の低い治療を行うことが可能である。

特許文献１には、ＨＩＦＵ治療法による超音波治療装置が開示されている。この超音波治療装置では、連続波の治療超音波及びパルス波の撮像超音波を発生する二つの役割を併せ持った超音波プローブと、超音波プローブを駆動制御する超音波送信部を備えて構成されている。超音波送信部は、超音波プローブを駆動して集束超音波を発生させる電源を備えている。さらに、超音波治療装置は、超音波を反射する尿道用カテーテルを備えるとともに、ＨＩＦＵ法による治療領域をモニタリングする磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置を備えている。特に、超音波画像のグレースケール変化に従って治療状態を判断し、治療超音波ビームの照射位置を切り換えるようにしている。

特表２００８−５２６３２６号公報

ＨＩＦＵ治療法における治療の完了又は未完了の判断は、超音波画像（例えば、Ｂモード像）を用いて治療領域の治療前後のグレースケール値をそれぞれ計算し、治療前後のグレースケール値の変化に基づいて行われている。例えば、グレースケール値が“５”から“１０”まで変化する場合は、治療の要求が満たされて完了していると判定するようにしている。

しかし、超音波画像のグレースケール値に変化があっても、治療が完了しているとは言い難い場合がある。逆に、グレースケール値に変化がなくても、治療が完了している場合もある。このことから、治療の完了又は未完了を超音波画像のグレースケール値の変化のみで判定するのは必ずしも正確でないから、判定精度が乏しいという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、ＨＩＦＵ治療法における治療の完了又は未完了の判定精度を向上させることにある。

本発明は、課題を解決するため、患者の治療部位に設定される治療対象領域に治療超音波を照射する治療用超音波プローブと、前記治療用超音波プローブの焦点を前記治療対象領域に設定される前記治療超音波の集束位置に合わせて前記治療超音波を照射させる超音波プローブ制御部と、前記治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定する治療判定部と、該治療判定部の判定結果を表示するモニタとを備えてなる超音波治療装置において、前記集束位置に照射された前記治療超音波のはね返り信号を受信する受信用超音波プローブを備え、前記治療判定部は、前記受信用超音波プローブにより受信された前記はね返り信号の強度に基づいて、前記集束位置を含む治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定することを特徴とする。

すなわち、ＨＩＦＵ治療法により治療対象領域に高密度の治療超音波を照射すると、治療超音波の集束位置（焦点）における病変部が変性され、その集束位置に照射された治療超音波のはね返り信号（反射信号）の強度が高くなる。そこで、本発明は集束位置から反射される治療超音波のはね返り信号を受信する受信用超音波プローブを設け、これにより受信されたはね返り信号（反射信号）の強度に基づいて、治療完了と治療未完了を判定するようにしたのである。これにより、治療完了又は治療未完了の判定精度を高めることができる。

特に、治療用超音波プローブとは別に、はね返り信号を受信する受信用超音波プローブを設けることが好ましい。これによれば、１つの超音波プローブを時分割で治療用と受信用に使い分ける場合に比べて、リアルタイムで治療の完了・未完了を判断できる。特に、はね返り信号は治療超音波の強度に比べて強度が極めて低いから（例えば、１／１００程度）、受信専用として機能する受信用超音波プローブを設けることにより、はね返り信号の受信感度を高めることが可能になる。

治療判定部は、はね返り信号の強度が予め設定された第１のしきい値以上の場合に、治療完了と判定する。ところで、はね返り信号には、治療超音波の周波数を基本周波数とする成分に加えて、高調波成分が含まれている。そこで、集束位置からのはね返り信号をフーリエ変換して少なくとも基本周波数成分を抽出し、その基本周波数成分の強度が予め設定された第２のしきい値以上のときに、治療完了を判定するようにすることができる。さらには、両者を組み合わせて、はね返り信号の強度が第１のしきい値以上で、かつ、はね返り信号の基本周波数成分の強度が第２のしきい値以上の場合に、治療完了と判定するようにすることができる。

また、治療完了と判定した治療済み領域と、治療未完了又は未治療の治療残領域とを表示態様を異ならせてＧＵＩのモニタ等に表示することができる。これにより、超音波治療装置を使用するユーザは、例えば、グラフィック・ユーザ・インターフェイス（ＧＵＩ）のモニタ画像を観察して、治療済み領域と治療残領域を正確かつ精密に認識することができる。

また、治療超音波プローブと受信用超音波プローブとを一定の間隔を隔てて同一の固定具に取り付けるとともに、超音波プローブ制御部により受信用超音波プローブの受信焦点を治療用超音波プローブの集束位置に制御することが好ましい。これにより、ユーザは、治療超音波プローブの位置及び向きを操作するとともに、モニタに表示される治療超音波プローブの焦点を治療対象領域に設定された集束位置に合わせるだけで、その集束位置（ターゲット）に照射された治療超音波のはね返り信号を高感度で受信することができる。なお、受信用超音波プローブは、治療超音波プローブと互換性を備えて構成することができる。これによれば、治療超音波を照射する方向を簡単に切替えることができるから、使い勝手に優れたものとすることができる。

また、治療対象領域を隣接する複数のブロック領域に分け、マニピュレータ又は受波フォーカスにより受信用超音波プローブの受信焦点を各ブロック領域に位置調整して、各ブロック領域のはね返り信号を受信してブロック領域ごとに治療判定をすることができる。

また、本発明の手術支援システムは、超音波治療装置と、医用画像装置と、前記医用画像装置により撮像された前記患者の治療部位を含む画像が表示されるモニタとを備え、前記超音波治療装置は、患者の治療部位に治療超音波を照射する治療超音波プローブと、前記治療超音波プローブの位置と向きを検出する位置検出器と、前記モニタに描出された前記治療部位に治療対象領域を設定する治療領域設定部と、前記治療対象領域に前記治療超音波プローブから照射する前記治療超音波の集束位置を含む治療計画を策定する治療計画策定部と、前記治療計画に従った前記治療超音波プローブの位置と向き及び前記集束位置を示す誘導画像情報を作成して前記モニタに表示するとともに、前記位置検出器により検出された前記治療超音波プローブの位置と向き及び前記集束位置を示す模擬画像を作成して前記治療部位を含む画像に重ねて前記モニタに表示する治療超音波プローブ誘導部と、前記治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定する治療判定部と、該治療判定部から出力される判定結果に基づいて、前記モニタに表示された前記治療対象領域に治療済み領域と治療残領域を異なる表示態様で識別可能に表示するナビゲーション画像の表示制御部と、前記集束位置に照射された前記治療超音波のはね返り信号を受信する受信用超音波プローブを備え、前記治療判定部は、前記受信用超音波プローブにより受信された前記はね返り信号の強度に基づいて、前記治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定する構成とすることができる。

本発明によれば、ＨＩＦＵ治療法における治療の完了又は未完了の判定精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態の超音波治療装置を備えた手術支援システムの全体構成図である。 本実施形態の特徴部の１つである超音波プローブの構成及び動作を説明する図である。 本実施形態の超音波プローブを把持して移動操作するマニピュレータの全体構成図である。 本実施形態の超音波装置の全体構成図である。 実施形態の特徴部であるＨＩＦＵコントローラの詳細構成図である。 ＨＩＦＵ法を説明する図である。 治療超音波プローブの誘導画像情報であるナビゲーション画像を説明する図である。 本発明の特徴である治療判定の実施例１及び実施例２を説明する図である。 本発明の特徴である治療判定の実施例２の三次元治療判定を説明する図である。 本発明の特徴である治療判定の実施例３の処理手順を示すフローチャートである。 治療判定の実施例３の動作を説明する図である。 本発明の手術支援システムの処理手順の一実施形態のフローチャートである。 本発明の超音波治療装置における超音波断層画像及びＭＲ断層画像の一例を示す図である。 本発明の手術支援システムの手術前における治療超音波パワー等のパラメータ設定時のＧＵＩのモニタ画像の表示例を示す図である。 本発明の手術支援システムにおける術具ナビゲーション時のＧＵＩのモニタ画像の表示例を示す図である。 本発明の手術支援システムにおける手術・治療時のＧＵＩのモニタ画面の表示例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態の超音波治療装置を適用してなる手術支援システムを、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態の手術支援システムは、超音波装置１と、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置２と、術者用モニタ３と、位置検出デバイス４を備えて構成される。超音波装置１には、超音波断層画像を撮像する超音波診断装置と、ＨＩＦＵ治療を施す超音波治療装置の機能が組み込まれている。また、超音波装置１は、超音波装置本体部１１と、超音波モニタ１２と、超音波プローブ１３、及び超音波プローブ１３の位置検出器を構成するポインタ１６を備えて構成されている。超音波プローブ１３は、本実施形態では一対の超音波プローブ１３ａ、１３ｂを有して構成されている。一対の超音波プローブ１３ａ、１３ｂの詳細構成については後述する。なお、超音波プローブ１３は、一対に限らず、３個以上の複数を有して構成することができる。

ＭＲＩ装置２は、例えば、垂直磁場方式永久磁石ＭＲＩ装置であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石２１と下部磁石２２、これら磁石を連結するとともに上部磁石２１を支持する支柱２３、ベッド２４、パーソナルコンピュータ２５、ＭＲ制御部２６、映像記録装置２７を含んで構成されている。また、ＭＲＩ装置２は、領斜磁場をパルス的に発生させる図示しない傾斜磁場発生部と、ベッド２４に横臥された静磁場中の患者５０に磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器と、患者５０からの磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器を備えている。

パーソナルコンピュータ２５には、赤外線カメラ４１が検出して算出したポインタ１６の位置及び向きの検出情報が、超音波プローブ１３の位置及び向きの位置データとして、ケーブル２８を介して入力される。パーソナルコンピュータ２５は、入力されるポインタ１６の位置及び向きの検出情報に基づいて、ＭＲＩ装置２のＭＲ画像の位置データに変換し、ＭＲ制御部２６へ送信するようになっている。ＭＲ画像の位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映され、新たな撮像断面で取得されたＭＲ画像は術者用モニタ３に表示されるようになっている。また、ＭＲ画像は映像記録装置２７に同時に記録される。ちなみに、ポインタ１６は、断層面指示デバイスとして機能する。したがって、例えば、穿刺針などにポインタ１６を取り付け、穿刺針のある位置及び向きを常に撮像断面とするように構成することができる。この場合、術者用モニタ３には針を常に含む超音波断層像が表示されることになる。ＭＲ制御部２６は、ワークステーションで構成されており、パーソナルコンピュータ２５に接続され、ＭＲＩ装置２の図示しないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御するようになっている。

また、映像記録装置２７には、手術前に取得された患者５０の治療部位に係る病変部を含むボリューム画像データが格納されている。つまり、例えば、患者５０の体軸に直交するスライス断像画像を体軸方向にずらして複数枚取得したボリューム画像データが格納されている。本実施形態の場合は、ＭＲＩ装置２で取得したボリューム画像データが格納されているが、本発明はこれに限られず、Ｘ線装置、Ｘ線ＣＴ装置又は超音波装置１により取得したボリューム画像データでよいことは言うまでもない。また、映像記録装置２７に格納されたボリューム画像データには、位置検出デバイス４の基準ツール４２の座標系に変換された座標データ又は変換可能な座標データが付されている。そして、パーソナルコンピュータ２５は、ボリューム画像データに基づいて、周知のボリュームレンダリング法によりボリュームレンダリング画像（以下、三次元画像という。）を生成して、術者用モニタ３に表示するように構成されている。

術者用モニタ３は、図示例では、２つの表示画面３ａ、３ｂを備えてなり、モニタ支持部３１を介して回転自在にＭＲＩ装置２の上部磁石２１に支持されており、表示画面の位置及び姿勢を自由に調整できるようになっている。また、ＧＵＩ（グラフィック・ユーザ・インターフェイス）２９が備えられており、操作者はＧＵＩモニタ画面を見ながら超音波治療を実施することができるようになっている。位置検出デバイス４は、２台の赤外線カメラ４１と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードと、基準ツール４２を含んで構成されている。また、位置検出デバイス４は、支持アーム４３を介して姿勢を自由に変えられるように回転自在にＭＲＩ装置２の上部磁石２１に支持されている。基準ツール４２は、３つの反射球４４を備え、上部磁石２１の側面に設けられている。これにより、位置検出デバイス４は断層面指示デバイスであるポインタ１６の位置及び姿勢（向き）を検出し、赤外線カメラ４１の座標系とＭＲＩ装置２の座標系をリンクさせるようになっている。

超音波装置１の超音波装置本体部１１は、ＭＲＩ装置２を制御するパーソナルコンピュータ２５と接続されている。ポインタ１６が取り付けられた超音波プローブ１３（ａ、ｂ）の超音波探触子１４（ａ、ｂ）の一方で得られる超音波断層画像を専用の超音波モニタ１２に映し出すだけでなく、パーソナルコンピュータ２５に転送し、画像処理が行われて術者用モニタ３に映し出すことが可能になっている。なお、断層画像の断層位置は、超音波プローブ１３に取り付けられたポインタ１６により指示することができ、ポインタ１６により検出された位置及び傾きの断層画像が術者用モニタ３に表示される。また、超音波プローブ１３はＭＲＩ装置２の磁場内でも作動可能なセラミックなどの非磁性体で形成されている。

ここで、図２を参照して、本実施形態の特徴部の１つである一対の超音波プローブ１３ａ、１３ｂについて説明する。一対の超音波プローブ１３ａ、１３ｂは、図２に示すように、それぞれ超音波断層画像を撮像するための超音波を送受信する超音波探触子１４（ａ、ｂ）と、治療超音波を照射する治療超音波プローブ１５（ａ、ｂ）とを備えて構成されている。一対の超音波プローブ１３ａ、１３ｂは、固定具１７に所定の角度で対向させて一体化して固定されている。すなわち、固定具１７は、Ｕ字型に形成された一対の腕１７ａと、一対の腕１７ａの中央部に設けられた把持部１７ｂを備えて構成され、一対の腕１７ａの先端に超音波プローブ１３ａ、１３ｂが固定されている。治療超音波プローブ１５（ａ、ｂ）は、例えば治療超音波プローブ１５ａは１ＭＨｚ、治療超音波プローブ１５ｂは２MHｚのように異なる周波数でもよい。この場合は、腫瘍の種類や治療方法によって治療超音波プローブ１５ａ、１５ｂを使い分けることができる。また、治療超音波プローブ１５ａ、１５ｂは、同一の周波数のものでもよい。また、治療超音波プローブ１５（ａ、ｂ）は、治療超音波を照射する機能だけでなく、ハイドロホンのように焦点位置の信号を集約して受信する受信用超音波プローブとして機能するように形成されている。そして、超音波探触子１４（ａ、ｂ）は、治療超音波プローブ１５（ａ、ｂ）の中心部に、同軸に取り付けられている。治療超音波プローブ１５（ａ、ｂ）の焦点（集束位置又は受信焦点）１８は、同一位置に制御されている。

また、治療超音波プローブ１５（ａ、ｂ）は、一方で治療超音波を照射し、他方で焦点からのはね返り信号（反射信号）を受信するように制御される。例えば、図２（ａ）では、治療超音波プローブ１５ａから治療超音波を焦点１８に照射し、治療超音波プローブ１５ｂを受信用超音波プローブとして焦点１８からのはね返り信号を受信するように制御できる。逆に、図２（ｂ）では、治療超音波プローブ１５ｂから治療超音波を焦点１８に照射し、治療超音波プローブ１５aで焦点１８からのはね返り信号を受信するように制御できる。

このように構成される超音波プローブ１３（ａ、ｂ）は、把持部１７ｂを操作者が手で把持して、所望の位置及び向きに操作できるように形成されている。また、超音波プローブ１３（ａ、ｂ）の位置及び向きの精度が要求される場合は、図３に示すように、マニピュレータ５１のハンド部５２により、超音波プローブ１３（ａ、ｂ）が取り付けられた固定具１７の把持部１７ｂを把持して、所望の位置及び向きに操作するように構成することができる。マニピュレータ５１は、周知のマニピュレータであり、ハンド部５２を直交３軸（Ｘ、Ｙ、Z）方向に移動可能に、かつ直交３軸周りに回転可能に、複数のアーム５３及び関節５４を有して形成されている。また、超音波プローブ１３（ａ、ｂ）の位置及び向きの制御は、超音波装置１から出力される指令に従って、マニピュレータコントローラ５５により三次元空間で制御可能に形成されている。

図４に、超音波装置１の詳細構成を示す。超音波装置本体部１１は、本実施形態の特徴部である治療超音波装置の中核をなすＨＩＦＵコントローラ１１０と、超音波送受信部１１１と、超音波画像構成部１１２と、超音波制御部１１３と、ユーザとのインターフェイスであるコントロールパネル１１４とを備えて構成されている。超音波送受信部１１１は、少なくとも２個以上の超音波プローブ１３（ａ、ｂ）の超音波探触子１４（ａ、ｂ）に接続され、超音波探触子１４（ａ、ｂ）との間で超音波信号を送受信するようになっている。超音波探触子１４（ａ、ｂ）により受信された反射エコー信号は超音波画像構成部１１２に入力されて、二次元超音波画像（Ｂモード画像）或いは三次元超音波画像（ボリュームレンダリング画像）が構成されるようになっている。超音波画像構成部１１２で構成された超音波画像は、モニタ１２に表示されるようになっている。超音波制御部１１３は、超音波送受信部１１１と超音波画像構成部１１２と、ＨＩＦＵコントローラ１１０を制御するようになっている。コントロールパネル１１４は、超音波制御部１１３に指示を与えるようになっている。ＨＩＦＵコントローラ１１０は、患者５０に照射する治療超音波のパワー（強度及び時間）を制御するようになっている。

このように構成される超音波装置本体部１１は、選択した超音波探触子１４ａ又は１４ｂから患者５０内に超音波を送受信し、受信した反射エコー信号を用いて診断部位についての二次元又は三次元の超音波画像を生成して超音波モニタ１２と術者用モニタ３及びＧＵＩ２９のモニタに表示するようになっている。また、ＨＩＦＵコントローラ１１０は、超音波制御部１１３の指令に基づいて治療超音波プローブ１５ａ（又は１５ｂ）を介して、患者５０の病変部に治療超音波を照射して温熱により変性させて治療を行うように構成されている。また、同時に、治療超音波プローブ１５ｂ（又は１５ａ）により受信される焦点位置からのはね返り信号が、ＨＩＦＵコントローラ１１０に入力されるようになっている。

なお、本実施形態では、超音波断層画像を撮像するための超音波探触子１４と、治療超音波を照射する治療超音波プローブ１５とを別々に設けた例を説明したが、本発明はこれに限らず、同一の振動子を超音波断層画像の撮像用と、治療超音波の照射用に使い分けることもできる。この場合、ＨＩＦＵコントローラ１１０は、撮像用として動作させる場合は患者５０に照射する超音波パワーを弱め、治療超音波用として動作させる場合は患者５０に照射する超音波パワーを強めるように、超音波駆動信号をパルス波又は連続波に切替えるとともに、超音波駆動信号の振幅を制御する。また、本実施形態では、超音波画像装置と超音波治療装置とを１つの超音波装置として構成したが、これらを別々に分けて構成することができる。

図５に、ＨＩＦＵコントローラ１１０の詳細構成図を示す。ＨＩＦＵコントローラ１１０は、コンピュータをプログラムで作動させて機能を発揮する治療計画策定部１１７と、治療超音波パワー設定部１１８と、治療超音波パワー制御部１１９と、治療超音波プローブ誘導部１２０と、本実施形態の特徴部に係る治療判定部１２３を備えて構成される。また、ＨＩＦＵコントローラ１１０は、ＨＩＦＵ電源部１２１とＨＩＦＵメモリ１２２と、はね返り信号受信処理部１２４と、各部間の信号伝送を行うバス１２５を備えて構成されている。バス１２５には、超音波制御部１１３とＭＲＩ装置２のパーソナルコンピュータ２５とマニピュレータコントローラ５５とが通信可能に接続されている。ＨＩＦＵ電源部１２１は、図示していないが、患者５０内に治療超音波を照射する治療超音波信号の発生部を備え、治療超音波プローブ１５ａ及び１５ｂに接続されている。また、はね返り信号受信処理部１２４は、受信用超音波プローブとして機能する治療超音波プローブ１５ａ又は１５ｂから入力されるはね返り信号の受信処理をして、バス１２５を介して治療判定部１２３に転送するようになっている。

このように構成されるＨＩＦＵコントローラ１１０は、超音波制御部１１３からの制御指令に応じて動作するようになっている。具体的には、ＨＩＦＵコントローラ１１０は、マニピュレータ５１と連動しており、超音波治療とモニタリングの管理を一緒に行うことができる。例えば、治療計画策定部１１７において、治療対象領域を複数領域に分割してそれぞれに治療超音波の集束位置を割り付け、複数の集束位置の照射順番と、超音波プローブ１３の位置及び向きと、移動距離と、治療間隔を予め設定しておくことで、治療開始から治療終了まで自動的に治療できるようになっている。

ここで、図６を参照して、ＨＩＦＵコントローラ１１０による治療手順の概要を説明する。ここでは、治療超音波プローブ１５ａを用いて治療する場合を例に説明するが、治療超音波プローブ１５ｂを用いて治療する場合も同様である。まず、図６（ａ）に示すように、治療超音波プローブ１５ａから照射される集束超音波１３１は、予め設定された１つの集束位置１３２に集束される。図６（ｂ）に示すように、集束超音波１３１の1回の照射により温熱変性される三次元領域は、照射深度方向に直交する直径Φが例えば５〜１０ｍｍの領域である。なお、実際に温熱変性される三次元領域は、球形ではなく、断面が円形で照射深度方向に少し長円の領域になるが、図示例では球形領域として示している。したがって、集束超音波１３1による治療を行う際は、図６（ｂ）に示すように、１つの集束位置１３２に治療超音波を集束させて行う。そして、図６（ｃ）に示すように、集束位置１３２の位置を二次元及び三次元に順次移動させて、治療対象領域１３３の全域に集束超音波を照射する。ここで、周知のＡＲＦＩ（Acoustic Radiation Force Impulse）による焦点可視化を行うことができる（非特許文献２参照）。ＡＲＦＩによれば、理想的な焼灼領域に対して、生体組織内の実際の影響領域を算出することができるから、三次元計測を行うことで立体的な治療対象領域を算出できる。

Palmeri ML, Wang MH, Dahl JJ, Frinkley KD, et al． Quantifyinghepatic shear modulus in vivo using acoustic radiation force．Ultrasound inMedicine & Biology 2008;34:546-58．

次に、図７を参照して、ＨＩＦＵコントローラ１１０による誘導支援表示機能及び超音波治療について、図５に示した各部の処理動作に分けて説明する。患者５０は例えば手術台上に固定されており、本実施形態では、治療超音波プローブ１５（ａ、ｂ）を用いて非侵襲治療を行う。同図では、図示を簡単化するため、一方の治療超音波プローブ１５ａを用いて治療を行う場合を示している。まず、用手又はマニピュレータ５１を用いて、超音波プローブ１３ａを患者の治療を行う、例えば頭部の外皮に当てる。これにより、位置検出デバイス４の赤外線カメラ４１により検出されたポインタ１６の位置データに基づいて、超音波装置本体部１１は、超音波プローブ１３ａの位置及び向きを検出して、超音波探触子１４ａにより撮像される超音波断層像の座標データを算出する。パーソナルコンピュータ２５はその超音波断層像の座標データに対応するＭＲ画像を、映像記憶装置２７に記憶されているボリューム画像データから切り出す。そして、図７に示すように、アキシャル（Axial）画像、サジタル（Sagittal）画像、コロナル（Coronal）画像の直交３断面画像を含むナビゲーション画像１３０が術者用モニタ３には表示される。また、術者用モニタ３には、ナビゲーション画像１３０の一つとしてボリュームレンダリングにより作成した三次元画像を表示させることができる。なお、ナビゲーション画像１３０は、ＭＲＩ装置により撮像されたＴ１強調画像又はＴ２強調画像等のボリューム画像データから、ポインタ１６により指示された治療部位を含む超音波断層像に対応するＭＲ断層像及びボリュームレンダリング画像が用いられる。

治療領域設定部１１５は、術者用モニタ３又はＧＵＩモニタに表示される治療部位を含むナビゲーション画像１３０に基づいて、自動又は用手法により治療すべき領域の外縁に、輪郭線を描画させて治療対象領域１３３を設定する。また、同様にして、術者は、ナビゲーション画像１３０に警告領域１３４の輪郭線を描画させて設定する。なお、ナビゲーション画像１３０上には、治療超音波プローブ誘導部１２０の機能により、治療超音波プローブ１５ａ（又は１５ｂ）の位置及び向きを示す模擬画像１３５が重畳表示される。また、模擬画像１３５には、治療超音波プローブ１５ａ（又は１５ｂ）の治療超音波の集束位置１３２が表示される。また、模擬画像１３５は、これに限らず、矢印と数値の画像により構成することができる。治療超音波プローブ誘導部１２０は、例えば、ナビゲーション画像１３０上の集束位置１３２が警告領域１３４内に入った場合にナビゲーション画像１３０や治療超音波パワーを自動的に変更する機能も有している。その他、上記条件を手術環境に応じて変更することができる。

治療計画策定部１１７によって策定された治療計画に従って、治療超音波プローブ誘導部１２０はマニピュレータコントローラ５５を介してマニピュレータ５１を駆動制御し、治療超音波プローブ１５ａを患者５０の体表面に当接させ、位置及び向きを設定された集束位置１３２の１つに合わせる。一方、治療超音波パワー制御部１１９は、治療計画に従って集束位置１３２ごとにＨＩＦＵ電源部１２１を制御して、治療超音波プローブ１５ａの焦点を集束位置１３２に合わせるとともに治療超音波パワーを制御する。そして、集束位置１３２に治療超音波を照射して治療を実行する。つまり、治療超音波プローブ誘導部１２０と治療超音波パワー制御部１１９によって超音波プローブ制御部が構成されている。

次に、本実施形態の特徴部である図５に示した治療判定部１２３の機能構成について、実施例に分けて説明する。
（治療判定部の実施例１）
治療判定部１２３の実施例１について説明する。治療超音波プローブ誘導部１２０と治療超音波パワー制御部１１９からなる超音波プローブ制御部は、１つの集束位置１３２ごとに治療を実施する。治療判定部１２３は、１つの集束位置１３２ごとに治療の効果を判定する。すなわち、図８（ａ）に示すように、治療超音波プローブ１５ａから集束位置１３２に治療超音波が照射されると、受信用超音波プローブとして機能する治療超音波プローブ１５ｂにより集束位置１３２の病変部から反射されたはね返り信号１３７が受信される。このはね返り信号１３７は、ＨＩＦＵコントローラ１１０のはね返り信号受信処理部１２４に入力され、所定の受信処理がなされて治療判定部１２３に入力される。治療判定部１２３は、入力されるはね返り信号１３７の信号強度（振幅値）Ｄを求め、予め定められた第１のしきい値ＳＶ_１と比較し、Ｄ≧ＳＶ_１であれば治療完了と判定する。また、Ｄ＜ＳＶ_１であれば治療未完了乃至未治療と判定する。この判定結果に基づいて最終的に治療完了の領域をまとめて治療済み領域と認定し、治療済み領域の情報をナビゲーション画像の表示制御部を構成するパーソナルコンピュータ２５に転送して、ナビーション画像１３０に反映させる。例えば、治療済み領域と未治療領域（治療残領域）を色分けして、ナビゲーション画像１３０に識別可能に表示する。集束位置１３２を含むブロックについて、治療未完了と判定された場合は、治療超音波パワー制御部１１９により、治療超音波プローブ１５ａの治療超音波のパワーを高くする補正、あるいは治療時間を長くする補正を行うことができる。

治療超音波プローブ誘導部１２０と治療超音波パワー制御部１１９からなる超音波プローブ制御部は、マニピュレータ５１により治療超音波プローブ１５ａを三次元的に移動して、集束位置１３２を三次元的に移動して治療を行う。一方、受信用超音波プローブである超音波プローブ１５ｂの受信焦点は、マニピュレータ５１により移動される治療超音波プローブ１５ａに連動して三次元的に集束位置１３２に移動される。治療対象領域は、図８及び図９に示すように、複数のブロックからなるブロック群１４０に分割される。図示では、３^３個のブロックからなるブロック群１４０の例を示したが、これに限られるものではなく、任意のブロック数に分割することができる。各ブロックの中心に集束位置１３２が設定され、集束位置１３２に治療超音波を照射するとともに、集束位置１３２からのはね返り信号１３７を受信する。このような治療超音波の照射と、はね返り信号の受信とを、三次元に分割されたブロックごとに実施する。

図８では、説明を分かり易くするために、治療超音波を照射する集束位置１３２を二次元的に移動しながら、各集束位置１３２からはね返り信号１３７を二次元的に検出する場合について説明する。すなわち、図８（ｂ）に示すように、治療超音波を集束位置１３２に照射するとともに、その集束位置１３２からのはね返り信号１３７を検出する。そして、マニピュレータ５１を操作して、集束位置１３２をブロック群１４０の各ブロックに移動するとともに、移動に合わせて照射したブロックのはね返り信号１３７を検出する。これにより、治療超音波を照射した各ブロックの集束位置１３２のはね返り信号の三次元データが得られる。例えば、マニピュレータ５１のハンド部５２をｘ軸方向に移動させると、治療超音波を照射する治療超音波プローブ１５ａ及び受信用の治療超音波プローブ１５ｂもｘ軸方向に同一量移動する。これにより、治療超音波の集束位置１３２が隣のブロック１４１に移動されるとともに、はね返り信号１３７の受信焦点がブロック１４１に移動されてそのブロック１４１のはね返り信号１３７が受信される。

このようにして、取得されたはね返り信号１３７を三次元の各ブロックについて解析して得られる信号強度Ｄの時間変化を、図８（ａ）、（ｂ）に示すようにグラフ化する。そして、信号強度Ｄを第１のしきい値ＳＶ_１と比較して、各ブロックについて治療の完了・未完了を判定する。つまり、一定時間以上、Ｄ≧ＳＶ_１であれば治療完了と判定し、Ｄ＜ＳＶ_１であれば治療未完了あるいは未治療と判定する。例えば、図８（ａ）では、集束位置１３２を含むブロック１３８では、しきい値ＳＶ_１以上の信号強度Ｄが一定時間得られたことから治療完了と判定される。一方、図８（ｂ）では、ブロック１３８の隣のブロック１４１では、信号強度Ｄがしきい値ＳＶ_１未満であることから、治療未完了であると判定される。このように、三次元の複数のブロックからなるブロック群１４０について、はね返り信号１３７をブロックごとに受信して信号強度Ｄを求め、その信号強度Ｄを解析することにより三次元的に治療の完了・未完了を判定することができる。

図９を参照して、三次元のブロックごとに治療の完了・未完了を判定した結果の情報をナビゲーション画像１３０に反映させて、ユーザに治療の進捗状態を容易に識別可能にする例を説明する。図８と同様に、ブロック群１４０内の各ブロックのはね返り信号１３７の信号強度Ｄを求める。その結果、図９のグラフに示すように、ブロック１３８の前後及び上下のブロックからなるブロック群１４２の各ブロックの信号強度ＤがＳＶ_１よりも高いことから、治療完了と判定される。一方、ブロック群１４２の左右のブロック群１４３、１４４は、各ブロックの信号強度ＤがＳＶ_１よりも低いことから、治療未完了又は未治療と判定される。そして、治療完了のブロック群１４２をまとめて治療済み領域と認定し、その情報をナビーション画像に転送して治療済み領域として画像情報に反映させる。これにより、ユーザは容易に治療の進捗状況を認識することができる。治療未完了と判定されたブロックについては、治療超音波プローブ１５ａの治療超音波のパワーを高くする補正、あるいは治療時間を長くする補正を行うことができる。

このように、治療判定部１２３の実施例１によれば、マニピュレータ５１のハンド部５２に治療超音波プローブ１５ａと受信用の治療超音波プローブ１５ｂが取り付けられた固定部１７を把持させ、超音波プローブ制御部である治療超音波パワー制御部１１９及び治療超音波プローブ誘導部１２０において、治療対象領域１３３を複数のブロックに分割し、治療超音波プローブ１５ａの集束位置１３２を各ブロックに中心に合わせて治療超音波を照射する。これに合わせて、受信用の治療超音波プローブ１５ｂの受信焦点が各ブロックに位置調整されるから、治療判定部１２３により各ブロックのはね返り信号を受信してブロック領域ごとに治療判定をすることができる。なお、本実施例１では、マニピュレータ５１により治療超音波プローブ１５ａ及び受信用の治療超音波プローブ１５ｂの集束位置あるいは焦点位置を制御することを説明したが、周知のように、治療超音波プローブ１５ａ及び１５ｂを構成する複数の振動子を電子走査して、集束位置あるいは焦点位置を制御することを、単独あるいは組み合わせて用いることができる。

（治療判定部の実施例２）
治療判定部１２３の実施例２について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、治療判定部１２３及びはね返り信号受信処理部１２４における処理手順を示すフローチャートである。治療超音波プローブ１５ｂ（又は１５ａ）で受信されたはね返り信号１３７は、はね返り信号受信処理部１２４において検波され（Ｓ１２０１）、次いでアナログディジタル（ＡＤ）変換され、はね返り信号１３７の信号強度Ｄが治療判定部１２３に入力される（Ｓ１２０２）。治療判定部１２３は、入力されるはね返り信号１３７の信号強度Ｄをフーリエ変換して信号強度Ｄの周波数分布Ｄ（ｆ）を求めた後（Ｓ１２０３）、ノイズを除去するフィルタリング処理を実行する（Ｓ１２０４）。次に、フーリエ変換された信号強度Ｄの基本周波数成分ｆ_０の周波数成分Ｄ（ｆ_０）をフーリエ逆変換（再構成）して基本周波数成分ｆ_０の信号強度Ｄ_０を求める（Ｓ１２０５）。この信号強度Ｄ_０の変化をグラフ化し、しきい値ＳＶ_１と比較して治療完了・未完了の治療判定を実行する（Ｓ１２０６）。ここで、基本周波数成分ｆ_０とは、治療超音波プローブ１５ａから照射した治療超音波の周波数である。

図１１（ａ）に、治療判定部１２３に入力される治療前のはね返り信号１３７の信号強度Ｄの変化を示し、同図（ｂ）に治療時のはね返り信号１３７の信号強度Ｄの変化を示す。治療前は、治療超音波を照射していないので、集束位置１３２からのはね返り信号１３７が小さいので、その信号強度Ｄは図１１（ａ１）に示すように、ほとんど検波できないようなノイズレベルであり、ＳＶ_１を越えることはない。この信号強度Ｄをフーリエ変換した周波数分布を図１１（ａ２）に示す。図からわかるように、元の信号強度Ｄがノイズレベルなので、周波数情報に変換しても特定の周波数を検出することはできず、周波数成分について設定した第２のしきい値ＳＶ_２以上となることもない。

一方、治療時においては、治療超音波を照射しているので集束位置１３２からの大きなはね返り信号１３７が治療判定部１２３に入力される。つまり、治療超音波による焼灼などの治療効果が大きいと信号強度Ｄが高くなるため、実施例１で説明したと同様に、図１１（ｂ１）に示すように第１のしきい値ＳＶ_１以上となり、治療が完了したと判定することができる。さらに、信号強度Ｄをフーリエ変換した周波数分布Ｄ（ｆ）を図１１（ｂ２）に示す。図からわかるように、治療超音波プローブ１５ａから照射した治療超音波の基本周波数成分ｆ_０の信号強度Ｄ（ｆ_０）が第２のしきい値ＳＶ_２以上となる。また、同時に、第二次高調波ｆ_２、第三次高調波ｆ_３、第四次高調波ｆ_４等の高調波成分が検出されることもある。しかし、治療判定には、基本周波数成分ｆ_０の信号強度Ｄ（ｆ_０）に基づいて行うことが望ましい。そこで、第２のしきい値ＳＶ_２は、信号強度Ｄ（ｆ_０）の実績に基づいて設定する。なお、高調波成分の信号強度は参考値として考慮することができる。この場合、第ｍ次高調波成分ごとに判定のしきい値ＳＶｍを設定することが好ましい。

ここで、第１のしきい値ＳＶ_１と第２のしきい値ＳＶ_２の設定法について説明する。検出するはね返り信号１３７は、治療超音波にて治療された焦点１３２の乱反射信号であり、治療超音波パワーの１％くらいの微弱な信号である。この点を考慮して、第１のしきい値ＳＶ_１と第２のしきい値ＳＶ_２を設定する。ところで、焦点１３２からのはね返り信号１３７の信号強度Ｄが高く、第１のしきい値ＳＶ_１以上の場合であっても、基本周波数成分の信号強度Ｄ（ｆ_０）が第２のしきい値ＳＶ_２未満の場合がある。この場合は、信号強度Ｄにノイズ分が含まれていると判断できるから、そのような集束位置１３２の治療対象領域については、治療未完了あるいは未治療又は追加治療が必要であると判定する。つまり、信号強度Ｄ又は信号強度Ｄ（ｆ_０）の一方がしきい値ＳＶ_１又はＳＶ_２を下回る場合には、治療未完了と判定することにより、治療判定の精度が向上し、高い治療精度を担保できる。なお、治療判定は、治療対象の腫瘍等の病変部の全体をカバーするよう三次元的に実施される。

図１２に、本発明の手術支援システムの一実施形態の処理手順のフローチャートを示す。特に、本実施形態の手術支援システムでは、ＨＩＦＵ治療法によって治療された領域を、ＧＵＩモニタに表示して可視化するようにしている。すなわち、パーソナルコンピュータ２５とＭＲ制御部２６は、ＭＲＩ装置２を用いて三次元ボリューム撮像及び三次元画像の再構成を行ってＧＵＩ２９のモニタに表示する（Ｓ１０１）。表示された三次元画像から画像処理にて治療対象領域（セグメンテーション）１３３を描出する（Ｓ１０２）。次いで、ＨＩＦＵコントローラ１１０の治療計画策定部１１７は、治療対象領域１３３に対して複数の集束位置１３２を割り付けるとともに、各集束位置１３２について超音波プローブ１３の位置及び向きを含むＨＩＦＵ治療計画を策定する（Ｓ１０３）。また、治療に必要な治療超音波パワーやしきい値等のパラメータを入力設定する（Ｓ１０４）。次いで、治療超音波プローブ誘導部１２０を起動してナビゲーション等の手術支援誘導を実施し（Ｓ１０５）、ハイドロホンを兼用した複数個の治療超音波プローブ１５を設置して（Ｓ１０６）、手術（超音波治療）を開始する（Ｓ１０７）。

手術時は、超音波プローブ１３ａ（又は１３ｂ）の位置を追随してナビゲーション画像１３０上に重畳表示することで（Ｓ１０８）、ＧＵＩ２９や数値情報を用いて超音波プローブ１３ａ（又は１３ｂ）を治療計画位置（目的位置）へ誘導する（Ｓ１０９）。誘導後は超音波画像やＭＲＩ画像にて集束位置１３２を確認後（Ｓ１１０）、治療超音波による治療を開始する（Ｓ１１１）。一方の超音波プローブ１３ａ（又は１３ｂ）にて治療時には、もう片方の超音波プローブ１３ｂ（又は１３a）にてはね返り信号１３７を受信する（Ｓ１１２）。ここで、連続的かつリアルタイムにはね返り信号１３７の検波及び解析を行い（Ｓ１１３）、はね返り信号の信号強度Ｄがしきい値（ＳＶ_１又はＳＶ_２）以上であれば（Ｓ１１４）、治療完了と判定してその位置をマーキングする（Ｓ１１６）。しきい値（ＳＶ_１又はＳＶ_２）未満であればＨＩＦＵ治療の超音波パワーを上昇させて治療効果を促進させる（Ｓ１１５）。この状態で再度、はね返り信号１３７を受信し（Ｓ１１２）、その検波及び解析を行い（Ｓ１１３）、治療が完了したか否かを判定する（Ｓ１１４）。この処理を治療対象領域の全域に対して実施する。そして、未治療あるいは追加治療領域があるかどうか判断し（Ｓ１１７）、マニピュレータ５１を三次元的に移動させて未治療領域に向けて治療超音波プローブ１３ａ（又は１３ｂ）の位置を調整して治療を繰り返す（Ｓ１１８）。最終的に、治療が完了したら超音波診断装置、Ｘ線ＣＴ装置あるいはＭＲＩ装置等の医用画像装置にて治療後の画像を取得し、取得した画像から治療前後の差分画像を作成表示して、治療効果判定を行う（Ｓ１１９）。しかし、ステップＳ１１９は省略できる。

このようにして、本実施形態の手術支援システムによれば、治療の判定結果に基づいて治療完了の領域をまとめて治療済み領域と認定し、治療済み領域の情報をパーソナルコンピュータ２５に転送して、ナビーション画像１３０に反映させる。例えば、治療済み領域と未治療領域を色分けして、ナビーション画像１３０に識別可能に表示する。これにより、治療完了領域と治療未完了（残治療）領域の可視化が可能となる。また、焦点１３２を含むブロックについて、治療未完了と判定された場合は、その未完了領域に超音波プローブ１３ａ（又は１３ｂ）の位置を移動させてステップＳ１０８に戻って処理を繰り返す。この際、治療超音波プローブ１５ａの治療超音波のパワーを高くする補正、あるいは治療時間を長くする補正を行うことができる。

図１３に、超音波装置１とＭＲＩ装置２とで交互に撮像したときの断層画像の一例を示す。患者５０に対して術者又はマニピュレータ５１が超音波探触子１４ａ（又は１４ｂ）を当てて治療部位を含む超音波断層画像１３６を撮像すると、超音波断層画像１３６が超音波モニタ１２と術者用モニタ３に表示される。つまり、コンピュータ２５が超音波断層画像１３６に対応するＭＲ断層画像をボリューム画像データから切り出し、前述したように術者用モニタ３にＭＲ断層画像１３７を表示する。そして、治療部位に応じて術者又はマニピュレータ５１が超音波探触子１４ａを移動させると、これに追従して超音波断層画像１３６及びＭＲ断層画像１３９が追従して超音波モニタ１２及び術者用モニタ３の表示画像が変わる。また、図示していないが、ＧＵＩ２９のモニタにも同じ画像が表示される。つまり、超音波プローブ１３ａには位置を検出するためのポインタ１６が取り付けられているから、位置検出デバイス４によって超音波プローブ１３ａ（又は１３ｂ）の位置及び向きを検出して、集束位置１３２の位置に追従して超音波プローブ１３ａ（又は１３ｂ）の位置決めをする。

このようにして、図１３に示すように、超音波探触子１４ａによる超音波断層画像１３６と、同一位置のＭＲ断層画像１３９を得ることが可能になり、それぞれ交互に撮像を行って画像情報を取得することが可能となる。ＭＲＩ装置２の高速撮像シーケンスの応用のひとつとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成を繰り返すことにより、あたかもＸ線透視撮像のように体内組織の動態抽出や体内に外部から挿入した器具の位置把握に用いることができる動態画像を生成・表示することができる。この応用は三次元高速撮像にも応用されている。

以下、本実施形態の手術支援システムの操作と各種の表示画像を説明する。図１４に、本実施形態の手術支援システムの手術前における治療超音波パワー等のパラメータ設定時のＧＵＩ２９のモニタの表示例を示す。ＧＵＩ画像９３１の下欄には操作ボタンが、左欄には手術前の処理フローチャートが、中央欄には直交３断面画像９２０〜９２２及びボリュームレンダリング（Volume Rendering）画像９２３が、右欄には「ＨＩＦＵ照射強度情報」及び治療判定に係る信号強度のしきい値の設定画面が表示される。

まず、３ＤＳｃａｎボタン９０１を押下げして、三次元撮像・三次元再構成を実施する（ステップ９１１）。再構成された画像はＧＵＩ２９のモニタの中央欄に直交３断面画像９２０〜９２２及びボリュームレンダリング（Volume Rendering）画像９２３として表示される。次に、治療領域描出ボタン９０２を押下げ、三次元画像から治療対象領域（セグメンテーション）をボリューム検出して画像に描出する（ステップ９１３）。また、必要に応じて治療対象領域に加えて警告領域を設定してもよい。次に、ＨＩＦＵ治療計画ボタン９０３を押下げ、治療超音波プローブ１５ａ（又は１５ｂ）の位置及び方向の治療計画を策定して集束位置９２４と方向９２５を各画像に表示する（ステップ９１４）。このとき、肺や骨等の超音波の妨げとなる経路を予め考慮しておく。ナビゲーションソフトには、手術シミュレーション機能もあり、治療超音波プローブ１５ａ（又は１５ｂ）以外にも登録術具を用いたアプローチ方法（角度・距離）を可視化する機能もある。治療パラメータボタン９０４を押下げて治療超音波プローブ１５ａ（又は１５ｂ）の個別情報を入力し、治療超音波パワー等のパラメータ情報を設定する（ステップ９１５）。設定された治療超音波パワー等の情報は、右表示域９３１の「ＨＩＦＵ照射強度情報」に表示される。また、治療パラメータ（しきい値）ボタン９０５を押下げて、受信用超音波プローブ１５ａ（又は１５ｂ）が受信するはね返り信号の信号強度Ｄのしきい値をそれぞれ設定する（ステップ９１５）。なお、上記の実施形態では受信用超音波プローブ１５が２つの例を説明したが、本発明は２つに限らず３つ以上の複数設けることができ、図１４はｎ（ｎは、２以上の自然数）個の例を示している。これらの設定をした後、ナビゲーション起動ボタン９０６をクリックすると、関連ソフトが起動して（ステップ９１６）、手術開始となる（ステップ９１７）。

図１５に、本実施形態の手術支援システムにおける術具ナビゲーション時のＧＵＩ２９のモニタの表示例を示す。超音波画像ボタン１００１を押下げることにより、超音波情報画面１０１１内の超音波画面１０１２にリアルタイムの映像が表示される。また、集束超音波経路１０１４と治療対象領域１０１３も重畳表示される。同時に手術に必要な患者情報と手術情報１０１５が表示され、視覚的に状況を把握できるようになっている。その他、患者情報や術具（治療装置）等の情報詳細であるＨＩＦＵ照射強度情報として治療超音波プローブに係る各種パラメータ１０１６、事前に設定した治療パラメータ１０１７〜１０１９も同一画面内に表示でき、事前に設定した各しきい値１０２０〜１０２２も表示される。これらの情報は、パラメータ変更／治療器具変更ボタン１００３、画像情報変更ボタン１００４、モニタリングボタン１００５を押下げることで、手術中でも自由に設定変更可能である。

一方、ナビゲーション画像はナビゲーション画像ボタン１００２を押下げることで、直交３断面１０３１〜１０３３の他にVolume Rendering画像１０３４が表示され、超音波プローブ１０３５の位置を画像上に重畳表示することもでき、さらに術具に応じた治療対象領域も表示することができる。また、治療対象領域の集束位置１０３６及び警告領域をそれぞれ設定しておくことで、直交３断面１０３１〜１０３３の他にVolume Rendering画像１０３４上に重畳表示することができ、実空間と画像情報を用いて手術をすることができる。直交３断面の中心は一般的に治療対象領域に設定されているが、超音波プローブ１０３５や治療対象領域を常に表示させることも可能である。また、三次元画像は画像情報変更ボタン１００４を押下げることで、リアルタイムに変更することができ術者の希望により自由に表示ができる。これらの画像は事前に取り込んでおいたＭＲ画像、ＣＴ画像、超音波画像を用いることもできるが、その場で撮像したリアルタイム画像を用いることもできる。治療パラメータボタン９０４、９０５で設定した情報は、モニタリングボタン１００５でＯＮ／Ｏｆｆを自由に変更することができ、信号検出があれば各情報は停止指示があるまで時系列にグラフ表示される。その時に、自動的に警告を発するための自動警告ボタン１００６を押下げておくことで、しきい値１０２０〜１０２２以上の値になった場合には術者にわかるような音や色による各種警告をすることができる。ナビゲーションによる手術器具の誘導が終了したら、治療開始ボタン１００７を押下げることで治療モードへ移行する。

図１６に、本実施形態の手術支援システムにおける手術・治療時のＧＵＩモニタ画面の表示例を示す。超音波画面１１１１にリアルタイムの超音波画像が表示される。さらに集束超音波経路１１１３と集束位置１１１５、治療対象領域１１１４が重畳表示される。治療開始（又は終了）指示に合わせて、治療ボタン１１０１を押下げることで、治療超音波の照射が実施される。また、治療ボタン１１０１に連動して患者情報、手術情報、治療経過・ログが記録される。この機能により、治療前情報と治療中及びその差分情報（治療経過情報、残治療領域等）が画像情報として表示される。また、ログ表示ボタン１１０６は、過去に行った治療経過内容を見直すために使用される。生体情報は、患者情報や術具（治療装置）等の情報詳細が表示され、深度や周波数等の各種パラメータが表示される。

一方、ナビゲーション画像には直交３断面画像１１３１〜１１３３の他にVolume Rendering画像１１３４が表示され、超音波プローブ１１３５の位置を画像上に重畳表示することもでき、さらに術具に応じたターゲット（集束位置）も表示することができる。また、治療対象領域１１３７及び警告領域（マージン）をそれぞれ設定しておくことで、直交３断面画像１１３１〜１１３３に重畳表示することができ、画像情報を用いて手術をすることなる。ここで、残治療領域描出ボタン１１０７を押下げることで、治療前の治療対象領域１１１４から治療中の領域１１１５との三次元的差分情報（残治療領域）が明瞭に分かるようになっている。さらに、追加治療／治療終了ボタン１１０８を押下げることで、治療音波プローブの再設置位置をシミュレーションすることができ、例えば再経路１１３８を３軸断面画像１１３１〜１１３３及びVolume Rendering画像１１３４内に表示できる。

治療ボタン１１０１に合わせて、モニタリングボタン１１０２を連動させることで、治療超音波プローブ１１３５とは異なる受信用超音波プローブ１１４０が焦点１１１６からのはね返り信号を受信する。さらに、受信用超音波プローブ１１４０の固定具を把持するマニピュレータ５１が三次元的に移動することで、集束位置１１１６を中心として複数のブロック１１１７のはね返り信号を取得する。取得したはね返り信号は図１０のフローに従って解析され、解析信号情報が専用の画面１１１８の各ブロックと専用グラフ１１２３上にグラフ１１２８が表示される。ここでは、しきい値以上のはね返り信号が設定時間以上継続しているので、治療完了であると自動的に判断され、治療済み情報１１１６、１１１９、１１３６が超音波画面１１１１とナビゲーション画面上に表示される。このデータ取得はモニタリングボタン１１０２がＯｆｆになるまで三次元的に繰り返され、解析信号情報が専用の画面１１１８の各ブロック、専用グラフ１１２２〜１１２４、超音波画像１１１１及びナビゲーション画像１１３１〜１１３４がリアルタイムに更新される。また、自動的に警告を発するための自動警告ボタン１１０３を押下げておくことで、はね返り信号がしきい値１１２５〜１１２７以上の値になった場合に、術者にわかるような音や色による各種警告をすることができる。その他、画像情報更新ボタン１１０４やパラメータ変更ボタン１１０５は前述の通りである。最終的に治療結果がＧＵＩモニタ画面上に表示され、問題なければ追加治療／治療終了ボタン１１０８を押下して手術・治療終了とする。

１…超音波装置、２…ＭＲＩ装置、３、３ａ、３ｂ…術者モニタ、４…位置検出システム、１１…超音波装置本体部、１２…超音波モニタ、１３（ａ，ｂ）…超音波プローブ、１４（ａ，ｂ）…超音波探触子、１５（ａ，ｂ）…治療超音波プローブ、１６…ポインタ、１１１…超音波送受信部、１１２…超音波画像構成部、１１３…超音波制御部、１１４…コントロールパネル、１１０…ＨＩＦＵコントローラ、２５…コンピュータ、４２…基準ツール、２６…ＭＲ制御部、２７…映像記録装置、２９…ＧＵＩ、５０…患者、５１…マニピュレータ、１１７…治療計画策定部、１１９…治療超音波パワー制御部、１２０…治療超音波プローブ誘導部、１２３…治療判定部、１２４…はね返り信号受信処理部

Claims (12)

1. 患者の治療部位に設定される治療対象領域に治療超音波を照射する治療用超音波プローブと、前記治療用超音波プローブの焦点を前記治療対象領域に設定される前記治療超音波の集束位置に合わせて前記治療超音波を照射させる超音波プローブ制御部と、前記治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定する治療判定部と、該治療判定部の判定結果を表示するモニタとを備えてなる超音波治療装置において、
   前記集束位置に照射された前記治療超音波のはね返り信号を受信する受信用超音波プローブを備え、
   前記治療判定部は、前記受信用超音波プローブにより受信された前記はね返り信号の強度に基づいて、前記集束位置を含む治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定することを特徴とする超音波治療装置。
2. 前記治療判定部は、前記はね返り信号の強度が予め設定された第１のしきい値以上、前記治療超音波の基本周波数に対応する前記はね返り信号の基本周波数成分の強度が予め設定された第２のしきい値以上の少なくとも一方により、治療完了を判定することを特徴とする請求項１に記載の超音波治療装置。
3. さらに、前記治療判定部は、治療完了と判定した治療済み領域と、治療未完了又は未治療の治療残領域との表示態様を異ならせて前記モニタに表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波治療装置。
4. 前記治療超音波プローブと前記受信用超音波プローブとは、一定の間隔を隔てて同一の固定具に取り付けられ、
   前記超音波プローブ制御部は、前記受信用超音波プローブの受信焦点を前記治療用超音波プローブの集束位置に制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波治療装置。
5. さらに、直交３軸方向に移動可能で、かつ前記直交３軸周りに回転可能なハンド部を有するマニピュレータと、該マニピュレータを制御するマニピュレータコントローラとを備え、
   前記マニピュレータのハンド部に前記治療超音波プローブと前記受信用超音波プローブが取り付けられた前記固定部を把持させ、
   前記超音波プローブ制御部は、前記治療対象領域を隣接する複数のブロック領域に分け、前記治療用超音波プローブの集束位置と前記受信用超音波プローブの受信焦点を各ブロック領域に位置調整し、
   前記マニピュレータコントローラは、前記超音波プローブ制御部により指定される前記ブロック領域に前記治療用超音波プローブの集束位置と前記受信用超音波プローブの受信焦点を移動させ、
   前記治療判定部は、前記各ブロック領域のはね返り信号を受信してブロック領域ごとに治療判定をすることを特徴とする請求項４に記載の超音波治療装置。
6. 前記受信用超音波プローブは、前記治療超音波プローブと互換性を備えて構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の超音波治療装置。
7. 超音波治療装置と、医用画像装置と、前記医用画像装置により撮像された前記患者の治療部位を含む画像が表示されるモニタとを備え、
   前記超音波治療装置は、患者の治療部位に治療超音波を照射する治療超音波プローブと、前記治療超音波プローブの位置と向きを検出する位置検出器と、前記モニタに描出された前記治療部位に治療対象領域を設定する治療領域設定部と、前記治療対象領域に前記治療超音波プローブから照射する前記治療超音波の集束位置を含む治療計画を策定する治療計画策定部と、前記治療計画に従った前記治療超音波プローブの位置と向き及び前記集束位置を示す誘導画像情報を作成して前記モニタに表示するとともに、前記位置検出器により検出された前記治療超音波プローブの位置と向き及び前記集束位置を示す模擬画像を作成して前記治療部位を含む画像に重ねて前記モニタに表示する治療超音波プローブ誘導部と、前記治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定する治療判定部と、該治療判定部から出力される判定結果に基づいて、前記モニタに表示された前記治療対象領域に治療済み領域と治療残領域を異なる表示態様で識別可能に表示するナビゲーション画像の表示制御部と、前記集束位置に照射された前記治療超音波のはね返り信号を受信する受信用超音波プローブを備え、
   前記治療判定部は、前記受信用超音波プローブにより受信された前記はね返り信号の強度に基づいて、前記治療対象領域の治療完了と治療未完了を判定することを特徴とする手術支援システム。
8. 前記治療判定部は、前記はね返り信号の強度が予め設定された第１のしきい値以上、前記治療超音波の基本周波数に対応する前記はね返り信号の基本周波数成分の強度が予め設定された第２のしきい値以上の少なくとも一方により、治療完了を判定することを特徴とする請求項７に記載の手術支援システム。
9. さらに、前記治療判定部は、治療完了と判定した治療済み領域と、治療未完了又は未治療の治療残領域との表示態様を異ならせて前記モニタに表示することを特徴とする請求項７又は８に記載の手術支援システム。
10. 前記治療超音波プローブと前記受信用超音波プローブとは、一定の間隔を隔てて同一の固定具に取り付けられ、
    前記超音波プローブ制御部は、前記受信用超音波プローブの受信焦点を前記治療用超音波プローブの集束位置に制御することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の手術支援システム。
11. さらに、直交３軸方向に移動可能で、かつ前記直交３軸周りに回転可能なハンド部を有するマニピュレータと、該マニピュレータを制御するマニピュレータコントローラとを備え、
    前記マニピュレータのハンド部に前記治療超音波プローブと前記受信用超音波プローブが取り付けられた前記固定部を把持させ、
    前記超音波プローブ制御部は、前記治療対象領域を隣接する複数のブロック領域に分け、前記治療用超音波プローブの集束位置と前記受信用超音波プローブの受信焦点を各ブロック領域に位置調整し、
    前記マニピュレータコントローラは、前記超音波プローブ制御部により指定される前記ブロック領域に前記治療用超音波プローブの集束位置と前記受信用超音波プローブの受信焦点を移動させ、
    前記治療判定部は、前記各ブロック領域のはね返り信号を受信してブロック領域ごとに治療判定をすることを特徴とする請求項１０に記載の手術支援システム。
12. 前記受信用超音波プローブは、前記治療超音波プローブと互換性を備えて構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の手術支援システム。

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