(57)【要約】【課題】超音波画像から高精度かつ速やかに体内の目標位置を測定すること。【解決手段】位置測定装置１は、呼吸に応じた体内組織の３次元位置を示す３次元移動モデルを作成する３次元移動モデル作成部１２と、目標が呼吸に応じて体内を移動する第１方向に沿って配置される第１超音波センサ群１４１と、第１方向と交差する第２方向に沿って疎に配置される第２超音波センサ群１４２と、第１超音波センサ群の信号等から得られる第１超音波画像に基づいて、目標の第１位置を算出する位置算出部１５３と、第２超音波センサ群の信号等から得られる第２超音波画像と３次元移動モデルとを照合して、目標の第２位置を算出する位置算出部１５５と、第１位置と第２位置とから目標の体内における３次元位置を算出する目標３次元位置演算部１５６と、を備える。【選択図】図１
2020028703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の体内の目標の位置を測定する位置測定装置において、
呼吸に応じた体内組織の３次元位置を示す３次元移動モデルを作成する３次元移動モデル作成部と、
前記目標が呼吸に応じて体内を移動する第１方向に沿って体表面に配置される第１超音波センサ群と、
前記第１方向と交差する第２方向に沿って体表面に配置される第２超音波センサ群であって、前記第１超音波センサ群よりも疎に配置される第２超音波センサ群と、
前記第１超音波センサ群の位置と前記第１超音波センサ群からの信号とにより得られる第１超音波画像に基づいて、前記目標の第１位置を算出する第１位置算出部と、
前記第２超音波センサ群の位置と前記第２超音波センサ群からの信号とにより得られる第２超音波画像と、前記３次元移動モデルとを照合することにより、前記目標の第２位置を算出する第２位置算出部と、
前記第１位置と前記第２位置とから前記目標の体内における３次元位置を算出する目標３次元位置演算部と、
を備える位置測定装置。
【請求項２】
前記３次元移動モデル作成部は、予め取得された被験者の呼吸中の体内組織の３次元位置情報を用いて、呼吸の位相に応じた体内組織の３次元位置情報である前記３次元移動モデルを作成する、
請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項３】
前記第１方向と前記第２方向とは直交する、
請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項４】
さらに、前記第２超音波センサ群の位置に基づいて、呼吸の位相を算出する呼吸位相算出部と、前記算出された呼吸の位相に基づいて、前記３次元移動モデルの持つ各呼吸位相の中から前記第２超音波画像と照合する呼吸位相を選択して、前記第２位置算出部へ送る呼吸位相照合部とを備える、
請求項２に記載の位置測定装置。
【請求項５】
超音波センサが２次元マトリクス状に配置された超音波センサ群の中から、前記第１超音波センサ群を構成する複数の超音波センサと前記第２超音波センサ群を構成する複数の超音波センサとが選択される、
請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項６】
さらに、前記第１超音波画像または前記第２超音波画像の少なくともいずれか一方を前記３次元移動モデルに基づいて補正する超音波画像補正部を備える、
請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の位置測定装置を備える粒子線照射システム。
【請求項８】
被験者の体内の目標の位置を測定する位置測定方法において、
呼吸に応じた体内組織の３次元位置を示す３次元移動モデルを作成する３次元移動モデル作成ステップと、
前記目標が呼吸に応じて体内を移動する第１方向に沿って体表面に配置される第１超音波センサ群の位置と前記第１超音波センサ群からの信号とにより得られる第１超音波画像に基づいて、前記目標の第１位置を算出する第１位置算出ステップと、
前記第１方向と交差する第２方向に沿って体表面に配置される第２超音波センサ群であって、前記第１超音波センサ群よりも疎に配置される第２超音波センサ群の位置と前記第２超音波センサ群からの信号とにより得られる第２超音波画像と、前記３次元移動モデルとを照合することにより、前記目標の第２位置を算出する第２位置算出ステップと、
前記第１位置と前記第２位置とから前記目標の体内における３次元位置を算出する目標３次元位置演算ステップと、
を実行する位置測定方法。
【請求項９】
前記３次元移動モデル作成ステップは、予め取得された被験者の呼吸中の体内組織の３次元位置情報を用いて、呼吸の位相に応じた体内組織の３次元位置情報である前記３次元移動モデルを作成する、
請求項８に記載の位置測定方法。
【請求項１０】
前記第１方向と前記第２方向とは直交する、
請求項８に記載の位置測定方法。
【請求項１１】
さらに、前記第２超音波センサ群の位置に基づいて、呼吸の位相を算出する呼吸位相算出ステップと、前記算出された呼吸の位相に基づいて、前記３次元移動モデルの持つ各呼吸位相の中から前記第２超音波画像と照合する呼吸位相を選択して、前記第２位置算出ステップへ送る呼吸位相照合ステップとを備える、
請求項９に記載の位置測定方法。
【請求項１２】
超音波センサが２次元マトリクス状に配置された超音波センサ群の中から、前記第１超音波センサ群を構成する複数の超音波センサと前記第２超音波センサ群を構成する複数の超音波センサとが選択される、
請求項８に記載の位置測定方法。
【請求項１３】
さらに、前記第１超音波画像または前記第２超音波画像の少なくともいずれか一方を前記３次元移動モデルに基づいて補正する超音波画像補正ステップを実行する、
請求項８に記載の位置測定方法。
【請求項１４】
超音波で患者体内の目標位置を測定する目標位置測定方法において、複数の三次元ボリューム像を再構成するステップと、前記三次元ボリューム像から目標の移動経路を算出するステップと、前記移動経路から移動方向とそれに直交する断面の位置とサイズと使用する超音波素子群を演算するステップとを有する請求項１２に記載の位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定装置、位置測定方法および粒子線照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
がんの治療方法の一つとして放射線療法が知られている。放射線療法は、高線量の放射線を患者の治療対象である体内組織に照射することで治療する方法である。放射線療法は、治療対象に放射線を集中して作用させることができるため、副作用が比較的軽い。放射線療法を効率的に実施するためには、放射線が集中して照射される領域の位置とがん腫瘍の存在する領域の位置とが高精度に一致していることが重要である。
【０００３】
従来の放射線治療装置では、事前に取得したＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像の情報から、治療対象部位である体内組織の位置を特定し、特定された位置に基づいて治療計画を立てる。従来技術では、治療計画に沿って、患者に照射する放射線の方向および強度等の特性を制御する。
【０００４】
しかし、放射線の照射中に患者が呼吸すると、治療対象部位が事前に計画した放射線照射位置から変動してしまい、正確な治療が難しくなる。そこで、患者の体内に金製のマーカーを埋め込み、このマーカーの位置をＸ線透過像で撮像して追跡する。マーカーの位置から治療対象部位の変動を検知し、事前の治療計画や照射時の放射線制御に利用することにより、精度良く治療することができる。
【０００５】
一方、治療中のＸ線照射による被ばく量を抑えつつ、呼吸による患者の動きに対応して体内の目標位置を測定するために、超音波画像を用いる方法が提案されている（特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１７０１０号公報
【特許文献２】特許第４３９４９４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、マーカーとＸ線の代わりに、事前に取得したＣＴ像および超音波画像と、治療中に取得した超音波画像とを比較し、事前に取得した超音波画像と治療中に取得した超音波画像との相関値が高いタイミングで、放射線を照射する。しかし、特許文献１記載の技術は、単に事前の超音波画像と治療中の超音波画像との相関に基づいて放射線を照射するにすぎず、呼吸による目標位置の変動を特定しているわけではない。
【０００８】
特許文献２では、交差する２つの２次元超音波像を用いて、各走査面で２つのフレームデータ間の相関を演算することにより、患者の体内組織の３次元移動ベクトルを出力するようになっている。しかし、特許文献２の方法では、患者の呼吸により目標が走査面から外れてしまう。さらに、特許文献２では、ＣＴ像を用いず、治療中の超音波像のみから位置を算出するため、実際の腫瘍位置と測定位置との間に誤差が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、治療中の超音波画像から高精度かつ速やかに体内の目標位置を測定することのできる位置測定装置、位置測定方法および粒子線照射システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明に従う位置測定装置は、呼吸に応じた体内組織の３次元位置を示す３次元移動モデルを作成する３次元移動モデル作成部と、目標が呼吸に応じて体内を移動する第１方向に沿って体表面に配置される第１超音波センサ群と、第１方向と交差する第２方向に沿って体表面に配置される第２超音波センサ群であって、第１超音波センサ群よりも疎に配置される第２超音波センサ群と、第１超音波センサ群の位置と第１超音波センサ群からの信号とにより得られる第１超音波画像に基づいて、目標の第１位置を算出する第１位置算出部と、第２超音波センサ群の位置と第２超音波センサ群からの信号とにより得られる第２超音波画像と、３次元移動モデルとを照合することにより、目標の第２位置を算出する第２位置算出部と、第１位置と第２位置とから目標の体内における３次元位置を算出する目標３次元位置演算部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１超音波画像から求められる第１位置と、呼吸に応じた体内組織の３次元位置を示す３次元移動モデルと第２超音波画像との照合から求められる第２位置とから、目標の体内における３次元位置を高精度かつ速やかに算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】位置測定装置の全体概要図である。
【図２】位置測定装置の実現に用いる計算機の構成図である。
【図３】治療中の呼吸により体内の目標位置が変動する様子を示す模式図である。
【図４】関連技術である目標位置の特定方法の概念図である。
【図５】関連技術である目標位置の特定方法の他の概念図である。
【図６】超音波センサの受信信号から画像を構成する概念を示す説明図である。
【図７】超音波センサの受信信号の時間領域データを示す説明図である。
【図８】第１超音波センサ群と第２超音波センサ群を用いて画像を得る様子を示す説明図である。
【図９】呼吸に応じて変化する体内組織の３次元位置を示す３次元移動モデルの説明図である。
【図１０】第２超音波画像の例である。
【図１１】目標位置を算出する処理のフローチャートである。
【図１２】第２実施例に係り、特定構造の位置測定装置を備える粒子線照射システムの全体概要図である。
【図１３】第３実施例に係り、特定構造の位置測定装置を備える超音波治療装置の全体概要図である。
【図１４】第４実施例に係る位置測定装置の全体概要図である。
【図１５】第５実施例に係る位置測定装置の全体概要図である。
【図１６】第５実施例に係り、３次元ボリューム像から超音波画像化面を選択する方法と対応するセンサ素子の選択方法を示す説明図である。
【図１７】第５実施例に係る画像化断面とセンサ素子を選択する処理のフローチャートである。
【図１８】第６実施例に係り、超音波画像を補正する方法を示す説明図である。
【図１９】超音波センサの受信信号の時間領域データを示す説明図である。
【図２０】３次元移動モデルと超音波画像とを照合することにより、位置ずれを補正する様子を示す説明図である。
【図２１】超音波画像を補正する処理のフローチャートである。
【図２２】第７実施例に係り、目標位置を算出する処理のフローチャートである。
【図２３】第８実施例に係り、目標位置を算出する方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、精度の異なる超音波画像を構成する複数の超音波センサ群を交差させて配置し、精度の低い超音波センサ群から得られる超音波画像を３次元移動モデルにより補う。これにより、高精度な目標位置の測定と速やかな目標位置の測定という相反する要求を満たすことができる。
【００１４】
すなわち本実施の形態に係る位置測定装置は、第１超音波センサ群を目標の移動方向に沿って密に配置し、第２超音波センサ群を第１超音波センサ群に交差させて疎に配置し、第２超音波センサ群から得られる超音波画像を、事前に作成された３次元移動モデルと照合させる。これにより、本実施形態に係る位置測定装置は、第１超音波センサ群の信号から得られる第１位置と、第２超音波センサ群の信号および３次元移動モデルから得られる第２位置とに基づいて、体内の目標の位置を正確かつ短時間で算出できる。以下の説明では、超音波像を超音波画像と呼ぶ。
【実施例１】
【００１５】
図１〜図９を用いて、第１実施例を説明する。図１は、位置測定装置１の全体概要を示す説明図である。
【００１６】
位置測定装置１は、ベッド３に載せられた患者（被験者とも呼ぶ）２の患部の位置を測定する、体内組織位置測定装置である。患部は、治療対象の部位であり、「体内の目標」に相当する。
【００１７】
位置測定装置１は、例えば、一つまたは複数の計算機から構成することができる。位置測定装置１は、例えば、３次元呼吸情報取得部１１、３次元移動モデル作成装置１２、センサ設置位置算出装置１３、超音波計測装置１４、目標位置算出装置１５、センサ位置計測部１６、目標位置出力部１７を備える。なお、図中では、「目標位置出力部」を「出力」と表記したり、「３次元」を「３Ｄ」と表記したりするように、適宜省略する。
【００１８】
以下に述べる各装置１２，１３，１５は、それぞれ独立した計算機を使用するシステムとして構成することもできるし、一つまたは複数の計算機を共用する機能として構成することもできる。したがって、「装置」は「機能」と呼ぶこともできる。さらに、各機能１１〜１７の配置は、図１の例に限らない。一つまたは複数の機能が一体化されてもよいし、逆に、一つの機能が複数の機能に分かれてもよい。本実施例の目的を達成できる範囲で、任意の構成を採用することができる。
【００１９】
３次元呼吸情報取得部１１は、患者の呼吸に伴う体内組織の位置変化を示す３次元呼吸情報をＣＴ装置などから取得する機能である。取得された３次元呼吸情報は、３次元呼吸情報取得部１１から３次元移動モデル作成装置１２およびセンサ設置位置算出装置１３へそれぞれ入力される。
【００２０】
３次元移動モデル作成装置１２は、３次元呼吸情報に基づいて３次元移動モデルを作成する装置である。３次元移動モデル作成装置１２は、例えば、呼吸情報保存部１２１と、３次元移動モデル作成部１２２と、データベース１２３とを備える。
【００２１】
呼吸情報保存部１２１は、３次元呼吸情報取得部１１から３次元呼吸情報を取得して保存する機能である。３次元移動モデル作成装置１２２は、３次元移動モデルを作成する機能である。データベース１２３は、作成された３次元移動モデルを保存し、管理する機能である。３次元移動モデルＭ１の詳細については、図９で後述する。
【００２２】
センサ設置位置算出装置１３は、患者２に取り付ける超音波センサ１４０の配置を決定する装置である。センサ設置位置算出装置１３は、例えば、目標移動経路算出部１３１と、設置位置算出部１３２とを備える。
【００２３】
目標移動経路算出部１３１は、３次元呼吸情報に基づいて、患者の体内で目標が移動する経路を算出する機能である。設置位置算出装置１３２は、超音波センサ１４０を患者２の体表面のどこに設置するかを算出する機能である。
【００２４】
超音波計測装置１４は、患者２の体内の状況を超音波を用いて計測し、その計測結果を出力する装置である。超音波計測装置１４は、例えば、超音波センサ１４０と、超音波送受信部１４３とを備える。
【００２５】
超音波センサ１４０は、超音波を発信するとともに、物体で反射された超音波を受信して電気信号を出力するセンサである。超音波センサ１４０は、第１超音波センサ群１４１と、第２超音波センサ群１４２とを備える。図８で後述するように、第１超音波センサ群１４１は、患部などの目標の位置が呼吸に応じて変化する主方向に沿って、患者２の体表面に密に配置される。第２超音波センサ群１４２は、第１超音波センサ群１４１と交差して、患者２の体表面に疎に配置される。第１超音波センサ群１４１と第２超音波センサ群１４２とは、略直交して交差するように配置される（図８中のＸ方向とＹ方向）。第１超音波センサ群１４１と第２超音波センサ群１４２とは、垂直に配置されてもよい（図８中のＸ方向とＺ方向、またはＹ方向とＺ方向）。ここで、センサ数が疎または密とは、第１超音波センサ群１４１と第２超音波センサ群１４２との比較における疎密である。すなわち、第２超音波センサ群１４２のセンサ数は、第１超音波センサ群１４１のセンサ数よりも少なければよい。
【００２６】
超音波送受信部１４３は、目標位置算出装置１５からの指示を超音波センサ１４０へ伝達して作動させるとともに、超音波センサ１４０で検出された信号を目標位置算出装置１５へ送信する機能である。
【００２７】
目標位置算出装置１５は、超音波計測装置１４から受信する信号と３次元移動モデル作成装置１２で作成された３次元移動モデルとに基づいて、患者２の体内の目標の位置を算出する装置である。目標位置算出装置１５は、例えば、画像構成部１５０と、第１目標位置算出部１５３と、画像照合部１５４と、第２目標位置算出部１５５と、目標３次元位置演算部１５６とを備える。
【００２８】
画像構成部１５０は、超音波センサ群１４１，１４２の設置位置と超音波センサ群１４１，１４２の検出信号とに基づいて、超音波画像を生成する機能である。第１超音波画像構成部１５１は、第１超音波センサ群１４１の信号から第１超音波画像を構成する機能である。第２超音波画像構成部１５２は、第２超音波センサ群１４２の信号から第２超音波画像を構成する機能である。
【００２９】
「第１位置算出部」の一例である第１目標位置算出部１５３は、第１超音波センサ群１４１の設置位置の情報と第１超音波画像とから、「第１位置」としての第１目標位置を算出する機能である。画像照合部１５４は、第２超音波画像構成部１５２から取得される第２超音波画像と、データベース１２３から取得される３次元移動モデルとを照合する機能である。「第２位置算出部」の一例である第２目標位置算出部１５５は、画像照合部１５４の照合結果から「第２位置」としての第２目標位置を算出する機能である。結果的に、第２目標位置算出部１５５は、第２超音波センサ群１４２の設置位置の情報と、第２超音波画像と、第２超音波画像と３次元移動モデルの照合結果とに基づいて、第２目標位置を算出する。
【００３０】
目標３次元位置演算部１５６は、第１目標位置算出部１５３で算出された第１目標位置と第２目標位置算出部１５５で算出された第２目標位置とに基づいて、体内の目標の位置を演算する機能である。
【００３１】
センサ位置計測部１６は、超音波センサ群１４１，１４２が実際に設置された位置を計測し、計測結果を目標位置算出装置１５へ出力する機能である。
【００３２】
目標位置出力部１７は、目標位置算出装置１５の算出結果である目標３次元位置を出力する機能である。目標位置出力部１７の出力を粒子線治療システム等へ与えることにより、正確な位置へ粒子線を照射させて適切な治療を行うことができる。
【００３３】
上述の通り、患者２は、第１超音波センサ群１４１および第２超音波センサ群１４２からなる超音波センサ１４０が体表面に設置されて、ベッド３上に固定されている。超音波センサ１４０は、超音波送受信部１４３から電気信号を受信すると、超音波を患者２の体内へ送信する。超音波センサ１４０は、患者２の体内から反射または散乱により戻ってくる超音波を受信して電気信号に変換し、超音波送受信部１４３へ送信する。超音波送受信器１４３は、超音波センサ１４０から受信した電気信号を増幅処理して、目標位置算出装置１５の画像構成部１５０へ送る。
【００３４】
超音波センサ１４０内部には、超音波センサが一列に並んで配置されている。各超音波センサの励振タイミングを超音波送受信部１４３で制御することにより、超音波のフォーカス位置を走査可能である。そして、画像構成部１５０は、超音波送受信部１４３で受信した超音波受信信号を合成することにより、超音波走査範囲の超音波画像を取得することができる。
【００３５】
図２を用いて、装置のハードウェア構成とソフトウェア構成の例を説明する。位置測定装置１を構成する各装置１２，１３，１４，１５は、例えば計算機１０を用いることにより実現される。計算機１０は、汎用計算機でもよいし、専用の制御装置でもよい。計算機１０としては、例えば、パーソナルコンピュータ、コントローラ、シーケンサ、プログラマブルロジックアレイ等がある。
【００３６】
計算機１０は、例えば、マイクロプロセッサ１０１と、メモリ１０２と、通信インターフェース回路１０３と、入出力回路１０４とを備える。図中、マイクロプロセッサをＣＰＵ（Central Processing Unit）と表記し、通信インターフェース回路１０３を「通信インターフェース」と表記する。
【００３７】
メモリ１０２には、例えばコンピュータプログラムＰｎとデータＤｎとが記憶されている。メモリ１０２は、半導体メモリに限らず、ハードディスク装置または光ディスク装置等の他の記憶装置を含んでもよい。マイクロプロセッサ１０１がコンピュータプログラムＰｎを読み込んで実行することにより、所定の機能が実現される。コンピュータプログラムＰｎは、所定のデータＤｎを用いて所定の処理を実行する。データベース１２３等は、メモリ１０２を用いて実現することができる。
【００３８】
通信インターフェース回路１０３は、図示せぬ無線通信回線または有線通信回線を介して、他の装置と通信する回路である。入出力回路１０４は、他の装置からの信号を受け取ったり、他の装置へ向けて信号を出力したりする回路である。図２に示す構成のほかに、図示せぬユーザインターフェース装置を設けてもよい。ユーザインターフェース装置としては、例えばディスプレイまたはプリンタ等の情報出力装置と、キーボードまたは音声入力装置等の情報入力装置（いずれも不図示）とがある。
【００３９】
図３は、患者が呼吸することにより患者の体内の目標位置が変化する様子を示す模式図である。以下の説明では、体表面２１および目標２２等に括弧付きの数字を添えることにより、位置の変化を表現する。
【００４０】
吸気時には、肺が膨張するため、体表面２１（１）のように膨らむ。これに対し、呼気時には、肺が収縮するため、体表面２１（２）のように縮む。他の臓器は、肺の膨張収縮に応じて、変形しながら体内を移動する。したがって、体内の目標２２も、呼吸に合わせて、目標２２（１）と目標２２（２）のように体内を移動する。
【００４１】
図４および図５を用いて、本実施例の位置測定装置１に関連する技術を説明する。図４は、Ｘ線を用いて患者の体内の目標２２の位置を検出する方法を示す。図５は、超音波を用いて患者体内の目標２２の位置を検出する方法を示す。図４および図５は、本実施例の理解のために参照される。
【００４２】
図３に示すＸ線透過像方式では、放射線５１を患者へ照射する際に、腫瘍の位置を常に監視している。体内の目標２２と目標２２の近くに埋められたマーカー４１とは、呼吸に応じて位置を変える。Ｘ線透過像方式では、Ｘ線管４２により、金製のマーカー４１を含む領域にＸ線を照射することにより、Ｘ線透過像４３を得る。このＸ線透過像４３から、マーカー４１の位置を算出することができる。
【００４３】
図５に示す超音波方式では、例えばハンディ型の超音波センサ６１を患者の体表面２１に押し当てることにより、超音波断面像６２を取得する。超音波画像６２に含まれる体内目標２２の像から、目標２２の位置を算出することができる。ここで、目標２２の位置は呼吸により変動するため、超音波断面６２から外れる可能性がある。そこで、３次元ボリューム像を取得することにより、腫瘍位置を把握する。
【００４４】
図６を用いて、体内の目標２２の超音波画像を構成する方法を説明する。ここでは、便宜上、４個のセンサ１４１１（１）〜（４）が患者の体表面２１に取り付けられるものとして説明する。
【００４５】
超音波センサ１４１１（１）から発信された超音波は、体内を進行し、臓器２３内の目標２２に衝突して反射波や散乱波を発生させる。それら反射波は、他の超音波センサ１４１１（４）に受信される。符号２４は背骨である。
【００４６】
図７を用いて、超音波センサ群の受信信号を説明する。図７の左側には、第１超音波センサ群１４１の信号が時間領域データとして示されている。同様に、図７の右側には、第２超音波センサ群１４２の信号が時間領域データとして示されている。図中の「Φｎｍ」の添え字「ｎ」は、超音波を発信するセンサの番号である。添え字「ｍ」は、臓器等で反射された超音波を受信するセンサの番号である。
【００４７】
超音波センサの伝播距離は、超音波の伝搬時間ｔに相当する。超音波センサの信号は、時間領域データとして取得される。これらの信号を、超音波センサの位置に対応して並べることにより超音波画像が得られる。このとき、予め設定された収録時間Ｔに基づいて、一定の時間で区切られた時間領域データが取得される。超音波センサの数に応じて、１つの超音波画像を描出するための超音波送受信時間が決まる。
【００４８】
３次元ボリューム像を取得するためには、超音波センサを２次元的に配置する必要がある。超音波センサ数が増大するほど、信号の収録時間が増大する。さらに、超音波センサから受信するデータ量が増大すると、３次元ボリューム像を構成するための演算量も増大化する。したがって、３次元ボリューム像を用いる場合、呼吸による位置変動に追随して目標位置を算出することが難しい。
【００４９】
図８は、位置測定装置１が使用する超音波画像の概念説明図である。上述のように、３次元ボリューム像を用いて目標位置をリアルタイムに算出するのは難しい。そこで、本実施例の位置測定装置１は、呼吸による目標の３次元移動情報（３次元呼吸情報）を予め取得し、保存しておく。
【００５０】
図８の上側に示すように、位置測定装置１は、３次元呼吸情報を用いて、超音波センサ群１４１，１４２を患者２の体表面２１に配置させる。すなわち、目標２２が主に移動する方向Ｘには第１超音波センサ群１４１を密に配置させ、主移動方向Ｘに直交する方向Ｙには第２超音波センサ群１４２を疎に配置させる。
【００５１】
位置測定装置１は、交差する２方向Ｘ，Ｙに密度を変えてそれぞれ配置した超音波センサ群１４１，１４２からの信号と、各超音波センサ群１４１，１４２の設置位置と、３次元呼吸情報から得られる３次元移動モデルとから、目標２２の３次元位置をほぼリアルタイムで算出する。
【００５２】
すなわち、本実施例では、主移動方向Ｘには密に配置された第１超音波センサ群１４１を用い、主移動方向Ｘに交差する方向Ｙには第１超音波センサ群１４１と比して疎に配置された第２超音波センサ群群１４２を用いる。本実施例では、３次元位置算出のために必要なだけの超音波センサを用いることにより、データ量と演算量とを低減して、高速に目標位置を算出することができる。
【００５３】
第１超音波センサ群１４１と第２超音波センサ群１４２により生成される超音波画像は、図８左下に示す第１超音波画像Ｇ１と、図８右下に示す第２超音波画像Ｇ２とのように取得される。
【００５４】
第１超音波センサ群１４１は、呼吸によって目標が移動する主な方向Ｘに沿って密に配置されるため、第１超音波センサ群１４１の信号により生成される第１超音波画像Ｇ１に基づいて、高精度に目標の位置を算出できる。
【００５５】
第２超音波センサ群１４２は、呼吸による主な移動方向Ｘに交差する（直交する）方向Ｙに沿って疎に配置されるため、第２超音波センサ群１４２の信号により生成される第２超音波画像Ｇ２の精度は、粗い場合がある。そこで、位置測定装置１は、３次元移動モデルと第２超音波画像Ｇ２とを照合することにより、目標の位置を算出する。したがって、本実施例の位置測定装置１は、超音波センサ群１４１，１４２のデータ量を低減しながら、高精度かつ高速に目標位置を算出できる。
【００５６】
図１を参照する。３次元呼吸情報取得部１１は、例えば、呼吸に同期したタイミングで、少なくとも位置算出の対象とする体内組織を含むＣＴ像またはＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）像を撮像する。呼吸位相ごとの複数のタイミングで、ＣＴ像またはＭＲＩ像を撮像することにより、呼吸位相ごとの患者の体内組織位置およびその他の組織を３次元情報として取得する。
【００５７】
ここで、超音波センサ１４０が、ＣＴ像またはＭＲＩ像のアーチファクトを作ることがある。この場合は、３次元呼吸情報の取得に際してのみ、超音波センサ１４０に代えて超音波センサ１４０による体表の押し付けを模擬し、アーチファクトが少ないダミーセンサを用いてもよい。３次元呼吸情報取得部１１で取得された３次元呼吸情報は、呼吸情報保存部１２１に送られて保存される。
【００５８】
図９は、３次元移動モデルの例である。３次元移動モデル作成装置１２は、呼吸情報保存部１２１に保存されている患者２の呼吸による３次元呼吸情報に合わせて、３次元移動モデルＭ１を作成する。３次元移動モデルＭ１は、患者２の体内組織が呼吸によって移動する様子を示す情報であり、適当な小領域（メッシュ）に分割されている。
【００５９】
センサ設置位置算出装置１３は、患者の３次元呼吸情報に基づいて、超音波センサ群１４１，１４２を設置する位置を決定する。位置測定装置１では、超音波センサ１４０（超音波センサ群１４１，１４２）の設置位置に基づいて、３次元移動モデルのうちどの断面の超音波断面像を得るかが決定される。３次元移動モデルＭ１と、実際の超音波画像と３次元移動モデルＭ１とから得られる断面像との比較領域の範囲情報は、データベース１２３に保存される。
【００６０】
センサ設置位置算出装置１３は、目標移動経路算出部１３１により、３次元呼吸情報から目標２２の移動経路を算出する。センサ設置位置算出装置１３のセンサ設置位置算出部１３２は、超音波センサ１４０の断面内に常に目標が存在するように、超音波センサ１４０の設置位置を算出する。
【００６１】
目標位置算出装置１５の画像構成部１５０は、超音波センサ１４０により取得された超音波受信信号とセンサ位置計測部１６で計測されたセンサ位置とから、超音波画像を構成する。目標位置算出装置１５の画像照合部１５４は、リアルタイムに取得した超音波画像とデータベース１２３に保存された３次元移動モデルの画像データと比較領域の範囲情報とを参照することにより、実際の超音波画像と３次元移動モデルから求められる画像とを比較する。
【００６２】
センサ位置計測部１６は、例えば光学センサ、磁気センサ、超音波センサ等の位置センサを含んで構成される。センサ位置計測部１６は、超音波計測装置１４による超音波信号の収集と同期して、超音波センサ１４０の実際の位置を計測する。センサ位置計測部１６がどのような方法で超音波センサ１４０の位置を計測するかは、問わない。
【００６３】
図９で述べたように、実際の超音波画像と３次元移動モデルとを比較することにより、患者２の体内における目標２２の位置を算出できる。画像照合部１５４は、図９に示す３次元移動モデルＭ１の特定の断面における断面像Ｍ１１の画素サイズと、図１０に示すリアルタイムに取得された第２超音波画像Ｇ２の画素サイズとを合わせる。画像照合部１５４は、３次元移動モデルの断面像Ｍ１１において、座標（Ｘ０，Ｚ０）から（ＸＮ，ＺＭ）まで、超音波画像と最も相関の高い画像領域を示す座標を特定する。画像照合部１５４は、特定した座標と第２超音波画像Ｇ２の座標とを合わせることにより、第２超音波画像Ｇ２内の目標２２の座標から、目標２２の位置を算出する。
【００６４】
目標位置算出装置１５は、第１超音波画像Ｇ１と第２超音波画像Ｇ２とに基づいて算出された目標２２の位置座標から、目標２２の３次元位置を演算し、目標位置出力部１７へ出力する。
【００６５】
目標２２の３次元位置は、例えば、ディスプレイまたはプリンタ等の情報出力装置からユーザが読める形態で出力されてもよい。あるいは、目標２２の３次元位置は、電気信号またはデジタル情報のように他の装置で利用可能な形態で出力されてもよい。例えば、モニタ上に、基準座標からの相対位置を数値で表示することができる。または、超音波断面画像のシミュレーション結果に対応する患者２の３次元情報をモニタ上に表示することもできる。目標２２の３次元位置を、エンコードされた電気信号として、有線あるいは無線で送信してもよい。目標２２の３次元位置の利用目的等に応じて、目標２２の３次元位置を出力できる。本実施例では、目標２２の３次元位置の出力方法を問わない。
【００６６】
図１１は、目標位置を算出する処理を示すフローチャートである。目標位置の測定に際して、患者２はベッド３に固定されており、超音波センサ１４０あるいはアーチファクトを低減した超音波センサ１４０のダミーが準備されているとする。
【００６７】
３次元呼吸情報取得部１１は、患者２の呼吸位相ごとの３次元位置情報を収集し、保存する（Ｓ１１）。すなわち、３次元呼吸情報取得部１１は、患者２の呼吸状態に応じた体内組織の位置変化を示す３次元位置情報を取得して、保存する。以下、３次元位置情報として、ＣＴ像を用いる場合を例として説明する。
【００６８】
ステップＳ１３において、超音波センサ設置位置を演算する。ステップＳ１３では、保存した３次元呼吸情報から３次元移動モデルを作成する。３次元移動モデルは、呼吸情報保存部１２１に保存されている吸気時２１（１）および呼気時２１（２）を含む複数の時点におけるＣＴ像を用いて、３次元移動モデル作成部１２２において、前後ボリュームから組織の移動を内挿補間することで、超音波画像化のタイミングに対応する各呼吸位相の３次元ボリューム像を有する。３次元ボリューム像は少なくとも、第１および第２超音波センサ群１４１、１４２で画像化する断面Ｇ１、Ｇ２の領域を含み、図６（Ａ）に示すように、呼吸情報保存部１２１に保存されている患者の呼吸による３次元位置情報に合わせて適当な小領域（メッシュ）に分割される。３次元位置情報から脂肪、筋肉、血管、骨、臓器などを判別し、組織の種類に応じて各小領域に物理量を設定する。例えば、脂肪中の音速は約１４５０ｍ／ｓ、血液・筋肉・臓器中の音速は約１５３０〜１６３０ｍ／ｓ、骨中の音速は約２７００〜４１００ｍ／ｓであることが知られており、患者に合わせて適当な値を設定する。また、例えばこの際、ＣＴ画像の輝度に応じて脂肪、筋肉、血管、骨、臓器などを判別し、組織の種類に応じて各小領域に物理量を設定することで設定を自動化できる。
【００６９】
センサ設置位置算出装置１３は、３次元呼吸情報に基づいて、超音波センサ１４０を設置すべき箇所を演算する（Ｓ１２）。位置測定装置１は、超音波センサ１４０の設置を、検査技師または医師のようなユーザに指示する（Ｓ１４）。ユーザは、指示された位置で、患者２の体表面に超音波センサ１４０を取り付ける。第１超音波センサ群１４１は、呼吸による体内組織の主な移動方向である第１方向に沿って密に配置され、第２超音波センサ群１４２は、第１方向に直交する方向に疎に配置される。
【００７０】
位置測定装置１は、超音波センサ１４０が患者２の所定箇所に取り付けられた後、超音波計測装置１４から超音波信号を取得する。超音波計測装置１４は、超音波センサ群１４１，１４２から発信された超音波の反射波を受信して、その受信信号に対応する電気信号を目標位置算出装置１５へ送信する（Ｓ１５）。
【００７１】
目標位置算出装置１５は、ステップＳ１５における超音波信号の収集と同期して、超音波センサ１４０の実際の位置をセンサ位置計測部１６により測定する（Ｓ１６）。
【００７２】
目標位置算出装置１５の第１超音波画像構成部１５１は、ステップＳ１５で取集した第１超音波センサ群１４１の超音波信号とステップＳ１６で計測した超音波センサ１４１の位置とから、第１超音波画像を構成する（Ｓ１７）。さらに、目標位置算出装置１５の第１目標位置算出部１５３は、ステップＳ１７で作成された第１超音波画像から、目標２２の二次元位置を算出する（Ｓ１８）。
【００７３】
一方、目標位置算出装置１５の第２超音波画像構成部１５２は、ステップＳ１６で計測された第２超音波センサ群１４２の位置から、３次元移動モデルのうち第２超音波センサ群１４２で画像化する断面を抽出し、２次元断面像を作成する（Ｓ１９）。第２超音波画像構成部１５２は、ステップＳ１５で取集された第２超音波センサ群１４２の超音波信号と、ステップＳ１６で計測された超音波センサ１４２の位置とから、第２超音波画像を構成する（Ｓ２０）。
【００７４】
そして、目標位置算出装置１５の画像照合部１５４は、ステップＳ２０で作成された第２超音波画像と、３次元移動モデルに基づいて作成された２次元断面像とを照合する（Ｓ２１）。位置測定装置１の第２目標位置算出部１５５は、画像照合部１５４の照合結果から、目標２２の二次元位置を算出する（Ｓ２２）。
【００７５】
目標位置算出装置１５の目標３次元位置演算部１５６は、ステップＳ１８で算出された目標の２次元位置とステップＳ２２で算出された目標の２次元位置とから、目標２２の３次元位置を算出する（Ｓ２３）。
【００７６】
このように構成される本実施例の位置測定装置１によれば、侵襲性が低く、かつ軟組織を高精度に可視化できる超音波画像を用いて、高精度かつ高速に患者２の体内の目標位置を測定できる。
【００７７】
本実施例では、第２超音波センサ１４２の設置数を第１超音波センサ群１４１の設置数よりも少なくできるため、第２超音波センサ群１４２の数を第１超音波センサ群１４１の数に等しくさせる場合に比べて、超音波センサ１４０の取付作業時間を短くできる。
【実施例２】
【００７８】
図１２を用いて、第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、位置測定装置１Ａを「粒子線照射システム」の一例としての粒子線治療システム１８０Ａに適用した場合を説明する。
【００７９】
図１２は、第１実施例で述べた位置測定装置１Ａを含む粒子線治療システム１８０の全体構成図である。本実施例の位置測定装置１Ａは、位置測定装置１に比べて、３次元移動モデル作成装置１２と目標位置算出装置１５Ａとがほぼ一体化されている点、および取得部１１で取得された３次元呼吸情報は保存部１２１を介してセンサ設置位置算出装置１３Ａへ入力される点で異なる。しかし、図１２に示す位置測定装置１Ａと図１で述べた位置測定装置１とは、基本的構成は同一である。
【００８０】
粒子線治療システム１８０は、位置測定装置１Ａと、粒子線照射部１８１と、照射制御部１８２とを備える。位置測定装置１Ａは、３次元呼吸情報取得部１１と、３次元呼吸情報保存部１２１と、センサ設置位置算出装置１３Ａと、超音波計測装置１４Ａと、目標位置算出装置１５Ａとを備える。
【００８１】
超音波計測装置１４Ａは、超音波センサ１４０と超音波送受信部１４３に加えて、さらに、波形データ保持装置１４４と、操作部１４５と、制御部１４６と、同期装置１４７とを備える。
【００８２】
操作部１４５は、超音波計測装置１４Ａをユーザが操作するための機能である。制御部１４６は、超音波計測装置１４Ａを制御する機能である。制御部１４６は、同期装置１４７からの信号に基づいて、超音波センサ１４０の実際の位置に同期させて超音波センサ１４０から超音波を発信させる。波形データ保持部１４４は、超音波センサ１４０で検出された超音波波形を保持する機能である。
【００８３】
目標位置算出装置１５Ａは、画像構成部１５０と、第１目標位置算出部１５３と、画像照合部１５４と、第２目標位置算出部１５５と、目標３次元位置演算部１５６と、表示画像制御部１５７と、画像表示部１５８と、３次元移動モデル作成部１２２とを備える。表示画像制御部１５７は、目標２２の位置等の表示を制御する機能である。表示画像制御部１５７は、画像表示部１５８を制御する。
【００８４】
照射制御部１８２は、粒子線治療システム１８０の動作を制御する機能である。照射制御部１８２は、図２で述べたような計算機を用いることにより構成できる。照射制御部１８２は、目標位置算出装置１５Ａによって算出された目標位置を目標位置出力部１７から受け取る。照射制御部１８２は、目標位置に基づいて粒子線照射部１８１を制御することにより、患者２へ照射されるＸ線や粒子線の粒子線１８１１の照射位置を制御する。これにより、本実施例の粒子線治療システム１８０は、治療計画で計画した治療対象部位の領域に集中させて、粒子線を照射することができる。
【００８５】
本実施例の粒子線治療システム１８０では、患者２の呼吸状態をモニタリングすることにより、治療対象部位が目的の座標領域を通過する適切なタイミングを特定して、粒子線の照射を開始したり停止したりすることができる。さらに、粒子線治療システム１８０は、適切なフレームレートで目標位置を算出することにより、治療対象部位の移動（変位）に応じて粒子線１８１１の照射を制御できる。
【００８６】
このように構成される本実施例によれば、高速かつ高精度に体内の目標の位置を測定しながら、粒子線を正確に照射することができ、粒子線治療システムの信頼性と使い勝手を向上させることができる。
【実施例３】
【００８７】
図１３を用いて第３実施例を説明する。本実施例では、位置測定装置１Ｂを超音波治療システム１８０Ｂに適用する場合を説明する。図１３は、位置測定装置１Ｂを含む超音波治療システム１８０Ｂの全体構成を示す図である。位置測定装置１Ｂは、位置測定装置１Ａと同一構成を備える。
【００８８】
超音波治療システム１８０Ｂは、位置測定装置１Ｂと、超音波照射部１８３と、照射超音波制御部１８４とを備える。照射超音波制御部１８４は、目標位置算出装置１５Ａによって算出された目標位置を目標位置出力部１７から信号として受け取る。照射超音波制御部１８４は、超音波照射部１８３を制御することにより、患者２への超音波の照射位置を制御する。これにより、照射超音波制御部１８４は、治療計画で計画した治療対象部位の領域へ集中して超音波を照射させる。
【００８９】
このように構成される本実施例も第２実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例４】
【００９０】
図１４を用いて第４実施例を説明する。本実施例の位置測定装置１Ｃは、患者の呼吸位相を検知し、検知した呼吸位相から３次元移動モデルの断面像を特定し、３次元移動モデルの断面像と第２超音波画像とを照合することにより、体内の目標位置を算出する。
【００９１】
図１４は、位置測定装置１Ｃの全体構成図である。位置測定装置１Ｃは、患者の呼吸位相を検知し、呼吸位相を利用して体内の目標位置を算出する。
【００９２】
呼吸位相算出部１９は、センサ位置計測部１６から、呼吸による超音波センサ１４０の移動情報を受け取る。呼吸位相算出部１９は、超音波センサ１４０の呼吸に応じた移動情報から、患者２の呼吸位相を算出する。
【００９３】
目標位置算出装置１５Ｃは、図１に示す目標位置算出装置１５に比べて、呼吸位相照合部１５９をさらに備えている。
呼吸位相照合部１５９は、呼吸位相算出部１９により算出された呼吸位相に基づいて、データベース１２３に保存された３次元移動モデルから該当する呼吸位相を示す患者２の体内組織の位置情報を選択し、断面像を作成する。作成された断面像は、画像照合部１５４により第２超音波画像と照合される。
【００９４】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、センサ位置計測部１６の計測結果から呼吸位相を算出するため、３次元移動モデルから患者２の呼吸位相に合致する断面像を作成することができる。これにより、第１実施例よりも高い精度で目標位置を検出することができる。
【実施例５】
【００９５】
図１５〜図１７を用いて第５実施例を説明する。本実施例では、位置測定装置１Ｄにおいて、２次元マトリクス状の超音波センサ１４０Ｄを用いて、３次元ボリューム像から画像化断面を決定する場合を説明する。図１５は、位置測定装置１Ｄを含む超音波治療システム１８０の全体構成を示す図である。
【００９６】
超音波計測装置１４Ｄは、２次元マトリクス状の超音波センサ１４０Ｄと、超音波送受信部１４３と、センサ制御部１４８とを備える。
【００９７】
２次元マトリクス状の超音波センサ１４０Ｄは、センサ素子を２次元マトリクス状に配置させたものである。センサ制御部１４８は、超音波センサ１４０Ｄを制御する。二次元マトリクス状の超音波センサ１４０Ｄは、呼吸により移動する体内の目標が常に画像化範囲に存在するように体表面に設置される。
【００９８】
取得した連続する３次元ボリューム像間の標的の座標から、例えば一次補間などにより移動経路を算出する。算出した移動経路を超音波センサ面に投影することで、患者の呼吸による目標の移動方向に合わせて、主移動方向に並ぶセンサ群（第１超音波センサ群）とそのセンサ群に直交する方向のセンサ群（第２超音波センサ群）とを、超音波センサ１４０Ｄの中からそれぞれ選択する。
図１６は、超音波センサ１４０Ｄ上のセンサ素子の選択方法の概要図である。センサの選択においては、骨などの体内組織で散乱するために、標的に向けて発信した超音波が到達しないセンサ素子が存在する可能性がある。そこで、例えば、各素子から画像中の標的までの距離に対応する伝搬時間Ｔｉを計算し、各センサ素子の受信信号φｉの時間Ｔｉに閾値φｔ以上の信号が存在しない場合に、その素子を選択しないという選択方法を用いる。このとき、画像中の信号をみて検査技師または医師が、使用するセンサ素子を選択してもよい。これにより、本実施例では、標的まで超音波が到達しないセンサ素子を排除し、適切な超音波素子群を選択することで、高精度な位置算出が可能となる。
選択した第１超音波センサ群と第２超音波センサ群を用いた画像化により、画像化断面の位置とサイズを決定し、データベースに保存しておく。目標の位置算出時には、画像化断面の位置とサイズ、センサ素子のデータの条件を読込み、それぞれの断面を画像化する。
【００９９】
超音波を送受信するセンサ制御部１４８は、第１超音波センサ群と第２超音波センサ群のうち、所定のセンサ群のみを稼働させることができる。これにより、目標の主移動方向の断面を画像化した第１超音波画像と、主移動方向に直交する第２超音波画像とを、構成することができる。
図１７は、３次元ボリューム像から画像化に用いる素子群の位置と断面を決定する処理を示すフローチャートである。患者２に超音波センサ１４０Ｄが呼吸による目標の位置が常に画像化範囲内に存在するように体表面に設置されているとする。
本実施例の目標位置算出装置１５は、センサ素子群から超音波を送信し、リアルタイムに受信信号を取得する（Ｓ３１）。目標位置算出装置１５は、センサ素子の位置を取得した超音波信号から３次元ボリューム像を構成する（Ｓ３２）。目標位置算出装置１５は、画像処理により、目標の位置を算出する（Ｓ３３）。目標位置算出装置１５は、Ｓで算出した目標の位置を時系列でつなぎ、間を例えば１次補間などにより接続することで移動経路を算出する（Ｓ３４）。移動経路の算出の完了は、たとえば、呼吸による周期運動を確認した時点で終了とする。このとき、呼吸位相の確認には、センサ位置計測１６のセンサ位置を用いてもよい。目標位置算出装置１５は、取得したボリューム像中の標的の位置とセンサ素子の位置から前述のセンサ素子選択方法を用いて画像化断面の位置、センサ素子を選択し、画像化断面の位置とサイズを選択する（Ｓ３５）。目標位置算出装置１５は、Ｓで選択した結果をデータベースに保存する（Ｓ３６）。
【０１００】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、２次元マトリクス状の超音波センサ１４０Ｄを用いるため、超音波センサの取付作業が容易であり、さらに治療中のプローブの設置し直しなどの工程を省略できるため、使い勝手が向上し、治療スループットが高速化する。
【実施例６】
【０１０１】
図１８〜図２１を用いて第６実施例を説明する。本実施例では、３次元移動モデル作成部１２で作成した３次元移動モデルから超音波画像を補正する方法を説明する。
【０１０２】
図１６に示すように、超音波は体内で、インピーダンスの異なる臓器の境界を通過するたびに屈折するため、図１８に示すような経路で伝搬する。図１９は、実際の超音波センサ１４０（１）〜（４）で受信される信号Ｄ２の時間領域データである。実際の信号Ｄ２は、図７で述べた屈折を考慮しない信号Ｄ１と比して、伝搬時間ｔにずれが生じる。
【０１０３】
そこで、本実施例では、予め取得した３次元移動モデルを用いて超音波画像と比較することにより、体内組織の呼吸に応じた位置のずれ分に相当する伝搬時間Ｔ０を受信信号Ｄ１に加算もしく減算する。これにより、本実施例では、超音波画像を補正する。
【０１０４】
図２０は、３次元移動モデルと超音波画像との比較結果から、位置ずれ誤差を計算する方法の一例を示す概念図である。図２０の動作の主体は、目標位置算出装置１５であるとして説明する。
【０１０５】
位置ずれ誤差は、例えば、３次元移動モデルＭ１の超音波画像化断面に対応する断面像Ｇ３と超音波画像Ｇ１１との差分画像Ｇ１１１から計算される。すなわち、位置ずれ誤差は、臓器２３の境界の差分として抽出された領域２３１、または目標２２の差分により描出された領域２２１の、ピーク値の座標間距離ΔＬから計算される。
【０１０６】
図２１は、３次元移動モデルに基づいて超音波画像を補正する処理を示すフローチャートである。３次元移動モデルはデータベース１２３に保存されており、患者２に設置した超音波センサ１４０から超音波信号がリアルタイムで取得されているとする。
【０１０７】
本実施例の目標位置算出装置１５は、画像処理により、超音波画像中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する（Ｓ４１）。目標位置算出装置１５は、超音波画像と対応する断面の３次元移動モデル中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する（Ｓ４２）。目標位置算出装置１５は、ステップＳ４１で抽出されたパラメータとステップＳ４２で抽出されたパラメータとを比較し、その差異を誤差として計算する（Ｓ４３）。
【０１０８】
目標位置算出装置１５は、ステップＳ４３で算出された誤差に相当する伝搬時間を計算する（Ｓ４４）。目標位置算出装置１５は、ステップＳ４４で計算した伝搬時間を超音波受信信号に加えることにより、画像化する（Ｓ４５）。
【０１０９】
目標位置算出装置１５は、ステップＳ４４で算出された誤差が所定の閾値以下であるか判定する（Ｓ４６）。誤差が閾値以下ではないと判定すると（Ｓ４６：ＮＯ）、ステップＳ４３へ戻って伝搬時間を補正する。目標位置算出装置１５は、誤差が閾値以下であると判定すると（Ｓ４６：ＹＥＳ）、補正された超音波画像を出力し、この補正後の超音波画像を用いて目標の３次元位置を演算させる（Ｓ４７）。
【０１１０】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、３次元移動モデルに基づいて超音波画像を補正することができるため、より高精度に目標の位置を特定することができ、信頼性が向上する。なお、第２超音波センサ１４２による第２超音波画像も、３次元移動モデルに基づいて補正することができる。
【実施例７】
【０１１１】
図２２を用いて第７実施例を説明する。本実施例では、超音波画像中の体内組織を抽出して目標位置を算出するステップを有する目標位置算出方法を説明する。３次元移動モデルはデータベース１２３に保存されており、患者２に設置された超音波センサ１４０から超音波信号がリアルタイムで取得されているとする。
【０１１２】
目標位置算出装置１５は、画像処理により、超音波画像中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する（Ｓ５１）。目標位置算出装置１５は、超音波画像と対応する断面の３次元移動モデル中の体内組織の形状、サイズ、位置などの複数のパラメータを抽出する（Ｓ５２）。
【０１１３】
目標位置算出装置１５は、ステップＳ５１で抽出されたパラメータとステップＳ５２で抽出されたパラメータとを比較することにより、両パラメータの差異を誤差として計算する（Ｓ５３）。さらに、目標位置算出装置１５は、算出された誤差に相当する伝搬時間を計算する（Ｓ５３）。
【０１１４】
目標位置算出装置１５は、ステップＳ４３で算出された誤差が所定の閾値以下であるか判定する（Ｓ５４）。目標位置算出装置１５は、誤差が所定の閾値以下である場合（Ｓ５４：ＹＥＳ）、目標の３次元位置を出力させる（Ｓ５５）。なお、超音波画像と３次元移動モデルから得られる断面像との相関係数を計算し、相関係数の値が所定の相関係数閾値を超える場合に、超音波画像と３次元移動モデルから得られる断面像とが一致すると判定してもよい。
【０１１５】
このように構成される本実施例も第６実施例とほぼ同様の作用効果を奏する。
【実施例８】
【０１１６】
図２３を用いて第８実施例を説明する。図２３は、体内組織の位置を算出する方法の概念図である。本実施例では、患者２の体内に超音波を強く反射する超音波反射体７１を埋め込み、超音波反射体７１の位置を算出する。
【０１１７】
一般に、生体組織は軟組織であり、超音波の減衰が大きいうえに、体内組織間の音響インピーダンス差が小さいため、超音波の反射が起こりにくい。このため、位置算出の対象である体内組織（目標２２）からの十分な反射信号が得られず、鮮明な超音波画像を構成できない場合がある。
【０１１８】
そこで、本実施例では、超音波モデル作成前に、超音波反射体７１を患者２の体内に埋め込んでおく。超音波反射体７１は、生体組織と音響インピーダンスが大きく異なるように形成されている。本実施例では、超音波反射体７１を患者２の体内の治療対象部位の目標２２の近傍に埋め込んでおくことにより、鮮明な超音波画像を得る。
【０１１９】
３次元呼吸情報を取得した段階で、超音波反射体７１と体内組織（目標２２）との間の相対座標をあらかじめ算出しておけば、超音波反射体７１の絶対座標に相対座標を加えることにより、注目する体内組織の位置を算出することができる。
【０１２０】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。
【０１２１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。
【０１２２】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ：位置測定装置、１１：３次元呼吸情報取得部、１２：３次元移動モデル作成装置、１３：センサ設置位置算出装置、１４：超音波計測装置、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ：目標位置算出装置、１６：センサ位置計測部、１７：目標位置出力部、１９：呼吸位相算出部、２２：目標、１４０，１４０Ｄ：超音波センサ、１４１：第１超音波センサ群、１４２：第２超音波センサ群、１５９：呼吸位相照合部、１８０Ａ：粒子線治療システム、１８０Ｂ：超音波治療システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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