(57)【要約】【課題】安全かつ正確に自動照射を行うことのできるＨＩＦＵ自動照射システムを提供する。【解決手段】  ＨＩＦＵ自動照射システム１０は、対象物の超音波画像において追尾対象と照射対象を指定し（Ｓ２３０）、追尾対象をリアルタイムに特徴抽出して得られた特徴パラメータに基づいて追尾対象を追従する（Ｓ２４０）。同時に、追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置を算出することにより間接的に照射対象を追従し（Ｓ２４０）、照射対象が焦点有効範囲内にある場合にのみＨＩＦＵの自動照射を行う（Ｓ２６０〜Ｓ２８０）。【選択図】図５
2010068884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の超音波画像データを取得する超音波画像取得手段と、
前記超音波画像取得手段により取得された画像データを画像形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により形成された画像中の追尾対象を指定する追尾対象指定手段と、
前記画像形成手段により形成された画像中の集束超音波の照射対象を指定する照射対象指定手段と、
前記追尾対象指定手段により指定された追尾対象の位置情報を検出する位置情報検出手段と、
前記位置情報検出手段により検出された追尾対象の位置情報に基づいて前記照射対象指定手段により指定された照射対象の相対位置を算出する相対位置算出手段と、
前記相対位置算出手段により算出された照射対象の相対位置に集束超音波を照射する集束超音波照射手段と、
を有することを特徴とする、超音波画像処理による集束超音波自動照射システム。
【請求項２】
前記追尾対象の特徴パラメータを抽出する特徴抽出手段を更に有し、
前記位置情報検出手段は、前記特徴抽出手段により抽出された特徴パラメータに基づいて前記追尾対象の位置情報を検出することを特徴とする、
請求項１に記載の集束超音波自動照射システム。
【請求項３】
前記相対位置算出手段は、前記追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置を算出することを特徴とする、
請求項１又は２に記載の集束超音波自動照射システム。
【請求項４】
前記集束超音波照射手段による集束超音波の照射タイミングを決定する照射タイミング決定手段を更に有し、
前記照射タイミング決定手段は、前記照射対象の相対位置と集束超音波の焦点位置との距離が閾値以下である場合に前記集束超音波照射手段に集束超音波を照射させることを特徴とする、
請求項１〜３の何れか１項に記載の集束超音波自動照射システム。
【請求項５】
前記追尾対象の面積が特定の周期変動をする場合に前記追尾対象の面積を算出する面積算出手段と、
前記面積算出手段により算出した追尾対象の面積の時間変化から周期変動情報を抽出する周期変動情報抽出手段と、を更に有し、
前記照射タイミング決定手段は、前記周期変動情報抽出手段により抽出された周期変動情報に基づいて前記周期変動に同期して前記集束超音波照射手段に集束超音波を照射させることを特徴とする、
請求項４に記載の集束超音波自動照射システム。
【請求項６】
前記追尾対象の面積から前記追尾対象の面積の過去の移動平均を減じて短周期変動成分を分離する短周期変動成分分離手段を更に有し、
前記周期変動情報抽出手段は、前記短周期変動成分分離手段により分離された短周期変動成分に基づいて前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、
請求項５に記載の集束超音波自動照射システム。
【請求項７】
前記周期情報抽出手段は、前記短周期変動成分を即時離散フーリエ変換することにより前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、
請求項６に記載の集束超音波自動照射システム。
【請求項８】
胎児左心低形成症候群の低侵襲治療、肺分画症の治療又は肺の先天性のう胞性腺腫様奇形の治療に用いることを特徴とする、
請求項１〜７の何れか１項に記載の集束超音波自動照射システム。
【請求項９】
対象物の超音波画像データを取得する超音波画像取得ステップと、
前記超音波画像取得ステップにより取得された画像データを画像形成する画像形成ステップと、
前記画像形成ステップにより形成された画像中の追尾対象を指定する追尾対象指定ステップと、
前記画像形成ステップにより形成された画像中の集束超音波の照射対象を指定する照射対象指定ステップと、
前記追尾対象指定ステップにより指定された追尾対象の位置情報を検出する位置情報検出ステップと、
前記位置情報検出ステップにより検出された追尾対象の位置情報に基づいて前記照射対象指定ステップにより指定された照射対象の相対位置を算出する相対位置算出ステップと、
前記相対位置算出ステップにより算出された照射対象の相対位置に集束超音波を照射する集束超音波照射ステップと、
を有することを特徴とする、超音波画像処理による集束超音波自動照射方法。
【請求項１０】
前記追尾対象の特徴パラメータを抽出する特徴抽出ステップを更に有し、
前記位置情報検出ステップは、前記特徴抽出ステップにより抽出された特徴パラメータに基づいて前記追尾対象の位置情報を検出することを特徴とする、
請求項９に記載の集束超音波自動照射方法。
【請求項１１】
前記相対位置算出ステップは、前記追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置を算出することを特徴とする、
請求項９又は１０に記載の集束超音波自動照射方法。
【請求項１２】
前記集束超音波照射ステップによる集束超音波の照射タイミングを決定する照射タイミング決定ステップを更に有し、
前記照射タイミング決定ステップは、前記照射対象の相対位置と集束超音波の焦点位置との距離が閾値以下である場合に前記集束超音波照射ステップに集束超音波を照射させることを特徴とする、
請求項９〜１１の何れか１項に記載の集束超音波自動照射方法。
【請求項１３】
前記追尾対象の面積が特定の周期変動をする場合に前記追尾対象の面積を算出する面積算出ステップと、
前記面積算出ステップにより算出した追尾対象の面積の時間変化から周期変動情報を抽出する周期変動情報抽出ステップと、を更に有し、
前記照射タイミング決定ステップは、前記周期変動情報抽出ステップにより抽出された周期変動情報に基づいて前記周期変動に同期して前記集束超音波照射ステップに集束超音波を照射させることを特徴とする、
請求項１２に記載の集束超音波自動照射方法。
【請求項１４】
前記追尾対象の面積から前記追尾対象の面積の過去の移動平均を減じて短周期変動成分を分離する短周期変動成分分離ステップを更に有し、
前記周期変動情報抽出ステップは、前記短周期変動成分分離ステップにより分離された短周期変動成分に基づいて前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、
請求項１３に記載の集束超音波自動照射方法。
【請求項１５】
前記周期情報抽出ステップは、前記短周期変動成分を即時離散フーリエ変換することにより前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、
請求項１４に記載の集束超音波自動照射方法。
【請求項１６】
胎児左心低形成症候群の低侵襲治療、肺分画症の治療又は肺の先天性のう胞性腺腫様奇形の治療に用いることを特徴とする、
請求項９〜１５の何れか１項に記載の集束超音波自動照射方法。
【請求項１７】
対象物の超音波画像データを取得する超音波画像取得ステップと、
前記超音波画像取得ステップにより取得された画像データを画像形成する画像形成ステップと、
前記画像形成ステップにより形成された画像中の追尾対象を指定する追尾対象指定ステップと、
前記画像形成ステップにより形成された画像中の集束超音波の照射対象を指定する照射対象指定ステップと、
前記追尾対象指定ステップにより指定された追尾対象の位置情報を検出する位置情報検出ステップと、
前記位置情報検出ステップにより検出された追尾対象の位置情報に基づいて前記照射対象指定ステップにより指定された照射対象の相対位置を算出する相対位置算出ステップと、
前記相対位置算出ステップにより算出された照射対象の相対位置に集束超音波を照射する集束超音波照射ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする超音波画像処理による集束超音波自動照射プログラム。
【請求項１８】
前記追尾対象の特徴パラメータを抽出する特徴抽出ステップを更にコンピュータに実行させるものであり、
前記位置情報検出ステップは、前記特徴抽出ステップにより抽出された特徴パラメータに基づいて前記追尾対象の位置情報を検出することを特徴とする、
請求項９に記載の集束超音波自動照射プログラム。
【請求項１９】
前記相対位置算出ステップは、前記追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置を算出することを特徴とする、
請求項９又は１０に記載の集束超音波自動照射プログラム。
【請求項２０】
請求項１７〜１９の何れか１項に記載の集束超音波自動照射プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波画像処理による集束超音波（ＨＩＦＵ）自動照射システムにおいて、安全かつ正確に自動照射を行うことのできるＨＩＦＵ自動照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断装置による超音波画像を用いたＨＩＦＵ照射システムが、胎児左心低形成症候群等の胎児心疾患の治療を非接触で低侵襲に行うことができる治療システムとして注目されている（例えば、非特許文献１参照）。かかる従来の超音波画像を用いたＨＩＦＵ照射システムでは、リアルタイムに取得した個々の画像の特徴をマスタ画像と比較し、単純なパターンマッチングによりその類似性を判断するものであるため、ＨＩＦＵの自動照射における照射タイミングの確度には限界があり、特に心臓のような周期的な動きを伴う臓器への適切な照射タイミングを決定することは困難であった。
【０００３】
また、画像処理による特徴抽出では、ある程度の広い領域を持つ濃淡のある特徴的な形状を抽出することはできるが、例えば心房中隔のようなあまり特徴を持たない部分の特徴抽出を行うことは困難であるため、従来のシステムでは、かかる特徴抽出の困難な部位に対しては、照射対象として追従することができずＨＩＦＵの自動照射を行うことができないという問題があった。
【非特許文献１】藤崎正之他「高密度集束超音波（ＨＩＦＵ）を利用した胎児心臓病治療応用への可能性」第１３回日本胎児心臓病研究学術会予稿集２００７年、６３Ｐ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、超音波画像処理によるＨＩＦＵ自動照射システムにおいて、正確な照射タイミングの判定を行うことができ、安全性を確保しつつ適切に自動照射を行うことのできるＨＩＦＵ自動照射システムを提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、心臓のような周期的な動きを伴う臓器への適切な照射タイミングを決定することのできるＨＩＦＵ自動照射システムを提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、心房中隔のような特徴抽出の困難な部位への自動照射を可能ならしめるＨＩＦＵ自動照射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００８】
（１）対象物の超音波画像データを取得する超音波画像取得手段と、前記超音波画像取得手段により取得された画像データを画像形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により形成された画像中の追尾対象を指定する追尾対象指定手段と、前記画像形成手段により形成された画像中の集束超音波の照射対象を指定する照射対象指定手段と、前記追尾対象指定手段により指定された追尾対象の位置情報を検出する位置情報検出手段と、前記位置情報検出手段により検出された追尾対象の位置情報に基づいて前記照射対象指定手段により指定された照射対象の相対位置を算出する相対位置算出手段と、前記相対位置算出手段により算出された照射対象の相対位置に集束超音波を照射する集束超音波照射手段と、を有することを特徴とする、集束超音波自動照射システムである。
【０００９】
（２）前記追尾対象の特徴パラメータを抽出する特徴抽出手段を更に有し、前記位置情報検出手段は、前記特徴抽出手段により抽出された特徴パラメータに基づいて前記追尾対象の位置情報を検出することを特徴とする、（１）に記載の集束超音波自動照射システムである。
【００１０】
（３）前記相対位置算出手段は、前記追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置を算出することを特徴とする、（１）又は（２）に記載の集束超音波自動照射システムである。
【００１１】
（４）前記集束超音波照射手段による集束超音波の照射タイミングを決定する照射タイミング決定手段を更に有し、前記照射タイミング決定手段は、前記照射対象の相対位置と集束超音波の焦点位置との距離が閾値以下である場合に前記集束超音波照射手段に集束超音波を照射させることを特徴とする、（１）〜（３）の何れか１項に記載の集束超音波自動照射システムである。
【００１２】
（５）前記追尾対象の面積が特定の周期変動をする場合に前記追尾対象の面積を算出する面積算出手段と、前記面積算出手段により算出した追尾対象の面積の時間変化から周期変動情報を抽出する周期変動情報抽出手段と、を更に有し、前記照射タイミング決定手段は、前記周期変動情報抽出手段により抽出された周期変動情報に基づいて前記周期変動に同期して前記集束超音波照射手段に集束超音波を照射させることを特徴とする、（４）に記載の集束超音波自動照射システムである。
【００１３】
（６）前記追尾対象の面積から前記追尾対象の面積の過去の移動平均を減じて短周期変動成分を分離する短周期変動成分分離手段を更に有し、前記周期変動情報抽出手段は、前記短周期変動成分分離手段により分離された短周期変動成分に基づいて前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、（５）に記載の集束超音波自動照射システムである。
【００１４】
（７）前記周期情報抽出手段は、前記短周期変動成分を即時離散フーリエ変換することにより前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、（６）に記載の集束超音波自動照射システムである。
【００１５】
（８）胎児左心低形成症候群の低侵襲治療、肺分画症の治療又は肺の先天性のう胞性腺腫様奇形の治療に用いることを特徴とする、（１）〜（７）の何れか１項に記載の集束超音波自動照射システムである。
【００１６】
（９）対象物の超音波画像データを取得する超音波画像取得ステップと、前記超音波画像取得ステップにより取得された画像データを画像形成する画像形成ステップと、前記画像形成ステップにより形成された画像中の追尾対象を指定する追尾対象指定ステップと、前記画像形成ステップにより形成された画像中の集束超音波の照射対象を指定する照射対象指定ステップと、前記追尾対象指定ステップにより指定された追尾対象の位置情報を検出する位置情報検出ステップと、前記位置情報検出ステップにより検出された追尾対象の位置情報に基づいて前記照射対象指定ステップにより指定された照射対象の相対位置を算出する相対位置算出ステップと、前記相対位置算出ステップにより算出された照射対象の相対位置に集束超音波を照射する集束超音波照射ステップと、を有することを特徴とする、集束超音波自動照射方法である。
【００１７】
（１０）前記追尾対象の特徴パラメータを抽出する特徴抽出ステップを更に有し、前記位置情報検出ステップは、前記特徴抽出ステップにより抽出された特徴パラメータに基づいて前記追尾対象の位置情報を検出することを特徴とする、（９）に記載の集束超音波自動照射方法である。
【００１８】
（１１）前記相対位置算出ステップは、前記追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置を算出することを特徴とする、（９）又は（１０）に記載の集束超音波自動照射方法である。
【００１９】
（１２）前記集束超音波照射ステップによる集束超音波の照射タイミングを決定する照射タイミング決定ステップを更に有し、前記照射タイミング決定ステップは、前記照射対象の相対位置と集束超音波の焦点位置との距離が閾値以下である場合に前記集束超音波照射ステップに集束超音波を照射させることを特徴とする、（９）〜（１１）の何れか１項に記載の集束超音波自動照射方法である。
【００２０】
（１３）前記追尾対象の面積が特定の周期変動をする場合に前記追尾対象の面積を算出する面積算出ステップと、前記面積算出ステップにより算出した追尾対象の面積の時間変化から周期変動情報を抽出する周期変動情報抽出ステップと、を更に有し、前記照射タイミング決定ステップは、前記周期変動情報抽出ステップにより抽出された周期変動情報に基づいて前記周期変動に同期して前記集束超音波照射ステップに集束超音波を照射させることを特徴とする、（１２）に記載の集束超音波自動照射方法である。
【００２１】
（１４）前記追尾対象の面積から前記追尾対象の面積の過去の移動平均を減じて短周期変動成分を分離する短周期変動成分分離ステップを更に有し、前記周期変動情報抽出ステップは、前記短周期変動成分分離ステップにより分離された短周期変動成分に基づいて前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、（１３）に記載の集束超音波自動照射方法である。
【００２２】
（１５）前記周期情報抽出ステップは、前記短周期変動成分を即時離散フーリエ変換することにより前記周期変動情報を抽出することを特徴とする、（１４）に記載の集束超音波自動照射方法である。
【００２３】
（１６）胎児左心低形成症候群の低侵襲治療、肺分画症の治療又は肺の先天性のう胞性腺腫様奇形の治療に用いることを特徴とする、（９）〜（１５）の何れか１項に記載の集束超音波自動照射方法である。
【００２４】
（１７）対象物の超音波画像データを取得する超音波画像取得ステップと、前記超音波画像取得ステップにより取得された画像データを画像形成する画像形成ステップと、前記画像形成ステップにより形成された画像中の追尾対象を指定する追尾対象指定ステップと、前記画像形成ステップにより形成された画像中の集束超音波の照射対象を指定する照射対象指定ステップと、前記追尾対象指定ステップにより指定された追尾対象の位置情報を検出する位置情報検出ステップと、前記位置情報検出ステップにより検出された追尾対象の位置情報に基づいて前記照射対象指定ステップにより指定された照射対象の相対位置を算出する相対位置算出ステップと、前記相対位置算出ステップにより算出された照射対象の相対位置に集束超音波を照射する集束超音波照射ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする集束超音波自動照射プログラムである。
【００２５】
（１８）前記追尾対象の特徴パラメータを抽出する特徴抽出ステップを更にコンピュータに実行させるものであり、前記位置情報検出ステップは、前記特徴抽出ステップにより抽出された特徴パラメータに基づいて前記追尾対象の位置情報を検出することを特徴とする、（９）に記載の集束超音波自動照射プログラムである。
【００２６】
（１９）前記相対位置算出ステップは、前記追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置を算出することを特徴とする、（９）又は（１０）に記載の集束超音波自動照射プログラムである。
【００２７】
（２０）（１７）〜（１９）の何れか１項に記載の集束超音波自動照射プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のＨＩＦＵ自動照射システムによれば、追尾対象を指定して追尾対象の位置情報に基づいて照射対象の相対位置を算出するので、例えば心房中隔のような特徴抽出の困難な部位であっても、心室や心房のように比較的近傍にあって特徴抽出のし易い部位を追尾対象として指定して追従することにより、追尾対象の位置情報から間接的に照射対象の相対位置を検知して追従することができ、従来では不可能であった特徴抽出の困難な部位へのＨＩＦＵの自動照射を行うことができる。
【００２９】
また、本発明のＨＩＦＵ自動照射システムによれば、追尾対象の特徴パラメータをリアルタイムに抽出して、当該特徴パラメータに基づいて追尾対象の位置情報を検出するので、正確な照射タイミングの判定を行うことができ、安全性を確保しつつ適切に自動照射を行うことができる。
【００３０】
さらに、本発明のＨＩＦＵ自動照射システムによれば、追尾対象の面積が特定の周期変動をする場合に、その面積変動から周期変動情報を抽出し当該周期変動情報に基づいて照射タイミングを決定するので、心臓のような周期的な動きを伴う臓器に対しても適切な照射タイミングを決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態にかかる集束超音波（ＨＩＦＵ）自動照射システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係るＨＩＦＵ自動照射システム１０は、ワークステーション１００と、二次元超音波画像処理装置２００と、ＨＩＦＵ信号発生装置３００と、二次元超音波プローブ４１０と、トランスデューサ４２０とからなり、ワークステーション１００と二次元超音波画像処理装置２００、二次元超音波画像処理装置２００と二次元超音波プローブ４１０、ワークステーション１００とＨＩＦＵ信号発生装置３００、及びＨＩＦＵ信号発生装置３００とトランスデューサ４２０とが、それぞれ専用通信ケーブル５１０、５２０、５３０及び５４０を介して相互に通信可能に接続されてなる。
【００３３】
つぎに、上記各機器の構成について説明するが、上記各機器は後述する構成要素以外の構成要素を含んでいてもよく、あるいは、後述する構成要素のうちの一部が含まれていなくてもよい。
【００３４】
図２は、本実施形態にかかるワークステーション１００の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、ワークステーション１００は、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１２０、ＲＡＭ１３０、ハードディスク１４０、ディスプレイ１５０、入力装置１６０、ビデオキャプチャカード１７０、通信インタフェース１８０、及びバス１９０を有する。
【００３５】
ＣＰＵ１１０は、制御と演算の各種処理を行う。ＲＯＭ１２０は各種プログラムを記憶し、ＲＡＭ１３０は作業領域として一時的にデータを記憶し、ハードディスク１４０は各種プログラムやデータを記憶する。ディスプレイ１５０は、各種の表示を行う。入力装置１６０は、キーボードやマウス等であり、各種の入力を行うために使用される。ビデオキャプチャカード１７０は、ビデオ信号をキャプチャしてイメージデータに変換する。通信インタフェース１８０は、外部機器と各種信号の送受信を行うインタフェースである。上記各部は、信号をやり取りするためのバス１９０で相互に接続されている。
【００３６】
なお、本実施形態において、ワークステーション１００は後述する所定の動作を行うが、このためのワークステーション１００の動作を制御するプログラムは、ＲＯＭ１２０又はハードディスク１４０に格納されており、動作開始の際にＲＡＭ１３０に読み出されてＣＰＵ１１０により実行される。
【００３７】
二次元超音波画像処理装置２００は、ワークステーション１００からの命令により、二次元超音波プローブ４１０を駆動して超音波スキャンを行いながら観測したターゲットのエコー信号から、物体の反射率の違いを利用して二次元超音波画像データを生成し、ＮＴＳＣ方式等のビデオ信号としてワークステーション１００に出力する。
【００３８】
ＨＩＦＵ信号発生装置３００は、ＨＩＦＵの駆動に必要な高周波電気信号を発生させる高周波発振器、高周波発振器で発生させた出力信号をＨＩＦＵ照射に必要なレベルまで増幅する高周波増幅器、ＨＩＦＵ照射を制御するワークステーション１００からのトリガー信号を高周波発振器の制御信号等に変換する信号変換ボックス等（いずれも図示せず）から構成されている。
【００３９】
二次元超音波プローブ４１０は、超音波を発振して対象物からのエコー信号を取得する。また、トランスデューサ４２０は、ＨＩＦＵ信号発生装置３００で発生したＨＩＦＵ信号を対象物に照射するためのパラボラ型のＨＩＦＵ照射装置である。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態にかかるＨＩＦＵ自動照射システム１０では、二次元超音波プローブ装置４２０とトランスデューサ４２０とが一体化した二次元超音波プローブ一体型トランデューサ４００が利用されている。二次元超音波プローブ一体型トランデューサ４００では、二次元超音波プローブ４１０の捜査範囲４１１の特定の座標位置に、トランスデューサ４２０のＨＩＦＵ照射焦点４２１が固定されるように構成されている。但し、本実施形態では、必ずしも二次元超音波プローブとトランスデューサとが一体化したものを用いる必要はなく、独立して構成された二次元超音波プローブとトランスデューサを組み合わせて利用するものであってもよい。
【００４０】
次に、本実施形態におけるＨＩＦＵ自動照射システム１０の動作の概要について、胎児心疾患治療用途を例にして、ワークステーション１００によるＨＩＦＵ照射処理の動作を中心にして説明する。図４は、本実施形態におけるワークステーション１００のＨＩＦＵ照射処理の手順を示すフローチャートである。
【００４１】
図４のステップＳ１１０において、ワークステーション１００は、まず、ＨＩＦＵ照射処理の開始命令があるまで待機する（Ｓ１１０のＮＯ）。ここで、本実施形態におけるＨＩＦＵ自動照射システム１０のＨＩＦＵ照射処理には、ＨＩＦＵ照射モードとして、照射安全条件、心拍同期条件、焦点一致条件等の所定の設定条件を満たす場合にのみＨＩＦＵ照射を行う「自動照射モード」と、条件設定なしに強制的にＨＩＦＵ照射を行う「手動照射モード」とがある。オペレータは、ＨＩＦＵ照射モードを指定してＨＩＦＵ照射処理の開始命令を入力する。
【００４２】
ワークステーション１００は、ステップＳ１１０においてＨＩＦＵ照射処理の開始命令があると（Ｓ１１０のＹＥＳ）、ステップＳ１２０に進み、ＨＩＦＵ照射モードが「自動照射モード」か「手動照射モード」かを判断する。
【００４３】
ステップＳ１２０において、ＨＩＦＵ照射モードが「手動照射モード」である場合（Ｓ１２０のＮＯ）、ステップＳ１３０に進み、手動照射命令があるまで待機し（Ｓ１３０のＮＯ）、手動照射命令があると（Ｓ１３０のＹＥＳ）、ステップＳ１４０に進んで、ＨＩＦＵ信号発生装置３００にＨＩＦＵ照射命令を送信することにより直ちにＨＩＦＵ照射を行い、ＨＩＦＵ照射処理を終了する。
【００４４】
一方、ステップＳ１２０において、ＨＩＦＵ照射モードが「自動照射モード」である場合に（Ｓ１２０のＹＥＳ）、ステップＳ１５０に進み、ＨＩＦＵの自動照射処理を開始する。
【００４５】
図５は、本実施形態におけるワークステーション１００のＨＩＦＵ自動照射処理の手順を示すフローチャートである。図５のステップＳ２１０において、ワークステーション１００は、まず、ＨＩＦＵ焦点設定処理を行う。本実施形態にかかるＨＩＦＵ自動照射システム１０では、二次元超音波プローブと一体化したトランスデューサを使用しており、二次元超音波画像の特定の位置にＨＩＦＵの焦点が固定されているため、ＨＩＦＵ照射を正確に行うには、予めファントム等を使用してＨＩＦＵ照射を行い、実際の照射位置に合わせて焦点位置を補正しておく必要がある。
【００４６】
図６は、本実施形態におけるワークステーション１００のＨＩＦＵ焦点設定処理の手順を示すフローチャートである。図６のステップ３１０において、ワークステーション１００は、手動照射命令があるまで待機する（Ｓ３１０のＮＯ）。オペレータはファントムを対象物としてセットし、手動照射命令を入力する。
【００４７】
ステップ３１０において手動照射命令があると（Ｓ３１０のＹＥＳ）、ステップ３２０に進んで、ＨＩＦＵ信号発生装置３００にＨＩＦＵ照射命令を送信することにより対象物にＨＩＦＵを照射する。更に、ステップＳ３３０において、二次元超音波画像処理装置２００から受信した入力画像データを画像形成して入力画像をディスプレイ１５０に表示し、更にステップＳ３４０において、ディスプレイ１５０の入力画像上に、現在設定されている初期のＨＩＦＵの焦点位置を表示し、ステップＳ３５０に進んで、焦点位置の設定入力があるまで待機する（Ｓ３５０のＮＯ）。
【００４８】
図７は、ＨＩＦＵ焦点設定処理においてワークステーション１００のディスプレイ１５０に表示される画面の一例を示す図である。図７の画面６１０において、７１０は二次元超音波プローブにより捜査した二次元超音波画像であり、画像７１０中にはファントムの画像７２１が映し出されている。また、７３１及び７３２は、現在設定されているＨＩＦＵの焦点位置（図７では初期状態）を示すＸ座標軸及びＹ座標軸であり、これらの交点が焦点位置である。オペレータは、ＨＩＦＵの焦点座標をディスプレイ１５０に表示されたファントム画像中のＨＩＦＵ照射痕跡に一致させるように、焦点位置の設定入力を行う。
【００４９】
ステップＳ３５０において焦点位置の設定入力があると（Ｓ３５０のＹＥＳ）、Ｓ３６０に進んで、入力された焦点位置を本実施形態におけるＨＩＦＵ照射の焦点位置として設定する。
【００５０】
更に、ステップＳ３７０に進んで、ＨＩＦＵの自動照射を許可する範囲である焦点有効範囲の設定入力があるまで待機する（Ｓ３７０のＮＯ）。図７の７３３は、焦点有効範囲を表しており、ターゲットがこの範囲内に入った場合にＨＩＦＵの自動照射が行われる。オペレータにより焦点有効範囲の設定入力が行われると（Ｓ３７０のＹＥＳ)、ステップ３８０において、入力された焦点有効範囲を本実施形態におけるＨＩＦＵ照射の焦点有効範囲として設定し、ＨＩＦＵ焦点設定処理を終了する。
【００５１】
次に、ワークステーション１００は、図５のステップＳ２２０に戻って二値化条件設定処理を行う。ワークステーション１００が二次元超音波画像処理装置２００から取得する画像データはグレースケールであるので、後述する特徴抽出等の画像処理を行うために画像データを適切な白黒閾値で二値化処理する必要がある。
【００５２】
図８は、本実施形態におけるワークステーション１００の二値化条件設定処理の手順を示すフローチャートである。図８のステップＳ４１０において、ワークステーション１００は、まず、初期の白黒閾値に基づいて二次元超音波画像処理装置２００から得られた入力画像データを二値化し、ステップＳ４２０において、二値化処理により得られた二値画像をディスプレイ１５０に表示する。そして、ステップＳ４３０に進んで、白黒閾値の設定入力があるか否かを判断する。オペレータはディスプレイ１５０上の二値画像を確認しながら、適切な白黒閾値を設定入力する。
【００５３】
ステップ４３０において、白黒閾値の設定入力があると（Ｓ４３０のＹＥＳ）、入力された白黒閾値に基づいて入力画像データを二値化して（Ｓ４１０）、得られた二値画像をディスプレイに再表示する（Ｓ４２０）。一方、ステップＳ４３０において白黒閾値の設定入力がない場合は（Ｓ４３０のＮＯ）、ステップＳ４４０に進んで、現在の白黒閾値を本実施形態における二値化処理の白黒閾値として設定し、二値化条件設定処理を終了する。
【００５４】
図５のステップＳ２３０に戻って、ワークステーション１００は、さらに画像処理条件設定処理を行う。本実施形態では、画像処理条件設定処理として、画像処理範囲（ＲＯＩ）、追尾対象中心位置及び照射対象相対位置の設定を行う。すなわち、画像処理による形状抽出は、ある程度の広い領域を持つ濃淡のある特徴的な形状を抽出することはできるが、例えば心房中隔のようなあまり特徴を持たない部分は特徴抽出をすることは困難である。そこで、本発明のＨＩＦＵ自動照射システムでは、そのような特徴抽出の困難な部位について、例えば心室や心房等の比較的近傍にあり特徴抽出のし易い部位を追尾対象として指定し、追尾対象との幾何学的な相対位置から照射対象の位置を推定しようとするものである。追尾対象の指定は、ＲＯＩ及び追尾対象中心位置の指定により行う。
【００５５】
図９は、本実施形態におけるワークステーション１００の画像処理条件設定処理の手順を示すフローチャートである。図９のステップＳ５１０において、ワークステーション１００は、ＲＯＩの設定入力があるまで待機し（Ｓ５１０のＮＯ）、オペレータによりＲＯＩの設定入力がなされると（Ｓ５１０のＹＥＳ）、ステップＳ５２０に進んで、入力された範囲に従ってＲＯＩを設定する。同様にして、ステップＳ５３０及びＳ５４０において追尾対象の中心位置を設定し、ステップＳ５５０及びＳ５６０において照射対象の相対位置を設定して、画像処理条件設定処理を終了する。なお、上記のＲＯＩ、追尾対象中心位置及び照射対象相対位置の設定の手順は、いずれの順番で処理されるものであってもよい。
【００５６】
図１０は、画像処理条件設定処理においてワークステーション１００のディスプレイ１５０に表示される画面の一例を示す図である。図１０の画面６２０において、７２２は追尾対象の画像であり、７３４は追尾対象画像７２２を取り囲んで設定されたＲＯＩを表しており、７３５は追尾対象画像７２２上に設定された追尾対象中心位置を表しており、７３６は設定された照射対象中心位置を表している。
【００５７】
次いで、図５のステップＳ２４０に戻って、ワークステーション１００は、二次元超音波画像処理装置２００からリアルタイムに受信した入力画像データに基づいて、追尾対象の位置情報をリアルタイムで検出することにより追尾対象のトラッキングを行う。追尾対象の位置情報の検出は、画像解析による特徴抽出によって追尾対象の重心、面積、フィレ径、真円度等の画像特徴パラメータを抽出することにより行う。なお、各特徴パラメータの追尾対象からの抽出方法は以下のとおりである。
【００５８】
（１）光学面積及び光学重心
【００５９】
追尾対象は輝度をもったピクセルの集合として認識されるので、光学面積は追尾対象として認識されたピクセルの数として、光学的重心は追尾対象として認識されたピクセルの平均座標として、それぞれ算出される。臓器の形状が三日月型、ひょうたん型等、楕円とかけ離れた形状である場合は、光学的面積と光学的重心を使用するほうが正確な面積と重心を計算することができる。
【００６０】
（２）幾何学面積及び幾何学重心
【００６１】
幾何学面積は、追尾対象として認識されたピクセルのＸ座標上の最小値とＹ座標上の最小値を始点として、認識されたピクセルのＸ座標の最大値とＹ座標の最大値を終点とした矩形領域を示す長方形に内接する楕円体の面積として、幾何学重心は当該楕円体の重心として、それぞれ算出される。心臓のように認識する対象物の形状が楕円体に近い場合は、幾何学面積と幾何学重心を使用することにより画面上のノイズによる誤差を軽減することができる。
【００６２】
（３）フィレ径と真円度
【００６３】
フィレ径は、追尾対象のＸ方向とＹ方向のピクセルを単位とした長さである。また、真円度は、Ｘ方向とＹ方向のピクセルを単位とした長さの比を、長いほうの径を分母として計算した結果を百分率で表したものであり、１００に近ければ、認識した領域の形状が真円に近いことを意味する。
【００６４】
更に、ステップＳ２５０に進んで、ワークステーション１００は、ステップＳ２４０で得られた追尾対象の位置情報から相似計算により照射対象の相対位置をリアルタイムで算出する。照射対象の相対位置の算出方法としては、以下のいずれかのアルゴリズムを利用することができる。
【００６５】
（ａ）単純相対座標を用いる方法
【００６６】
画像処理により得られた追尾対象の重心座標から照射対象の相対座標を算出する。
【００６７】
（ｂ）相対座標と追尾対象のフィレ径の変化の比を相対位置に反映する方法
【００６８】
現在と照射対象の位置の設定を行った時点での追尾対象のフィレ径の比を計算し、照射対象の相対座標の長さにＸ方向、Ｙ方向のそれぞれのフィレ径の比を乗じた長さを計算して、その結果を相対座標として、画像処理で計算された追尾対象の重心座標からの照射位置を特定する。このアルゴリズムは、心房中隔のように心臓の大きさに比例して相対位置が変化する照射対象の場合に使用される。
【００６９】
そして、ワークステーション１００は、ステップＳ２４０及びＳ２５０において追尾対象の位置情報検出処理及び照射対象の相対位置算出処理をリアルタイムで行いながら、ステップＳ２６０において、ステップＳ２５０で算出した照射対象の相対位置がステップＳ２１０で設定した焦点有効範囲内にあるか否かを判断し、照射対象が焦点有効範囲内でない場合は（Ｓ２６０のＮＯ）、追尾対象の位置情報検出処理及び照射対象の相対位置算出処理を続ける（Ｓ２４０及びＳ２５０）。一方、ステップＳ２６０において、照射対象が焦点有効範囲内にある場合は（Ｓ２６０のＹＥＳ）、ステップＳ２７０に進んで、ＨＩＦＵの心拍同期照射の設定がなされているか否かを判断し、心拍同期照射設定がなされていない場合に（Ｓ２７０のＮＯ）、更にステップＳ２８０に進んで、ＨＩＦＵ信号発生装置３００にＨＩＦＵ照射命令を送信することによりＨＩＦＵの照射を行う。
【００７０】
図１１は、ＨＩＦＵの自動照射が行われているワークステーション１００のディスプレイ１５０に表示される画面の一例を示す図である。図１１の画面６３０では、追尾対象７２２の位置情報から相似計算によりリアルタイムに算出された照射対象中心位置７３６が、ＨＩＦＵの焦点有効範囲７３３の範囲内にあるため、ＨＩＦＵの照射が行われていることを表している。
【００７１】
一方、ステップＳ２７０において心拍同期照射設定がなされている場合は（Ｓ２７０のＹＥＳ）、ステップＳ２８５に進んで、心拍同期情報抽出処理を行う。すなわち、本実施形態に係るＨＩＦＵ自動照射システム１０では、追尾対象を心室等に設定することにより、追尾対象面積の周期変動から心拍数、心拍周波数、心拍周期（時間）等の心拍情報を抽出することが可能であり、これにより心室の収縮期や拡張期に同期してＨＩＦＵ照射を行うことが可能である。
【００７２】
図１２は、本実施形態におけるワークステーション１００の心拍同期情報抽出処理の手順を示すフローチャートである。図１２のステップＳ６１０において、ワークステーション１００は、まず、二次元超音波画像処理装置２００からリアルタイムに受信した入力画像データに基づいて、追尾対象の面積をリアルタイムで抽出する。追尾対象の面積は、上述の（１）又は（２）の方法により算出することができる。
【００７３】
次いで、ステップＳ６２０において、追尾対象面積の過去の移動平均を算出する。時刻ｔにおける追尾対象面積をＳ［ｔ］とすると、追尾対象面積の過去ｎ個分の移動平均Ｓａｖ［ｔ］は下記式（ｉ）により求めることができる。
【数１】
2010068884.tif 000003
【００７４】
更に、ステップ６３０において、追尾対象面積の短周期変動成分を算出する。短周期変動成分Ｓｈｂ［ｔ］は、下記式（ii）により追尾対象面積Ｓ［ｔ］から追尾対象面積の過去の移動平均Ｓａｖ［ｔ］を減じることにより求められる。
【数２】
2010068884.tif 000004
【００７５】
図１３は、本実施形態に係るＨＩＦＵ自動照射システムにおいて、心室を追尾対象とした場合の追尾対象面積の周期変動を模式的に示したグラフである。図１３において、８１０は追尾対象面積、８２０はその過去ｎ個分の移動平均を表し、８３０は追尾対象面積８１０から過去の移動平均８２０を減じたものである。追尾対象面積８１０の周期変動の要因は、肺の動き（呼吸）等による長周期変動と心臓の動き（心拍）による短周期変動とが考えられるが、図１３より、８２０が長周期変動成分、８３０が短周期変動成分を抽出するものであることは明白である。
【００７６】
そして、ステップＳ６４０に進んで、ステップＳ６３０で得られた短周期変動成分をリアルタイムに離散フーリエ変換することにより周期情報を解析し、ステップＳ６５０において、心拍数、心拍周波数、心拍周期（時間）等の心拍周期情報を抽出する。
【００７７】
なお、本実施形態における心拍同期情報抽出処理では、心拍情報の解析に必ずしも離散フーリエ変換を用いなければならないわけではなく、離散フーリエ変換による方法以外にも、例えば、所定の論理判定を用いて短周期変動の極大値判定を行うことにより心室拡大期を検出するものであってもよい。
【００７８】
そして、図５のステップＳ２９０に戻って、ステップＳ２８５で得られた心拍周期情報に基づいて、心拍に同期してＨＩＦＵ信号発生装置３００にＨＩＦＵ照射命令を送信することによりＨＩＦＵの心拍同期照射を行う。なお、心拍同期照射に際しては、ＨＩＦＵ自動照射システム１０内の信号遅延を考慮して、信号遅延分だけＨＩＦＵの照射タイミングを早めるようにＨＩＦＵ照射命令を送信するように構成してもよい。
【００７９】
以上のようにして、ワークステーション１００は、ステップＳ２９５において自動照射処理の終了命令があるまでＨＩＦＵの自動照射処理を行い（Ｓ２９５のＮＯ及びＳ２４０〜Ｓ２９０）、ステップＳ２９５において自動照射処理の終了命令があると（Ｓ２９５のＹＥＳ）、ＨＩＦＵの自動照射処理を終了して図４に戻り、ＨＩＦＵ照射の全体処理を終了する。
【００８０】
本発明によるＨＩＦＵ自動照射システムは、上記各手順を実行するための専用のハードウエア回路によっても、また、上記各手順を記述したプログラムをＣＰＵが実行することによっても実現することができる。後者により本発明を実現する場合、ＨＩＦＵ自動照射システムを動作させる上記プログラムは、フロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、ＲＯＭやハードディスク等に転送され記憶される。また、このプログラムは、たとえば、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、ＨＩＦＵ自動照射システムの一機能としてその装置の基本ソフトウエアに組み込んでもよい。
【００８１】
尚、本発明のＨＩＦＵ自動照射システムは、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
上述したように、本発明のＨＩＦＵ自動照射システムによれば、正確な照射タイミングの判定を行うことができ、安全かつ適切に自動照射を行うことのでき、特に周期的な動きを伴う臓器や、特徴抽出の困難な部位への的確なＨＩＦＵの自動照射を行うことができる。従って、本発明のＨＩＦＵ自動照射システムは、胎児左心低形成症候群（ＨＬＨＳ）の低侵襲治療、肺分画症（ＢＰＳ）の治療、肺の先天性のう胞性腺腫様奇形（ＣＣＡＭ）治療等に利用した場合極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態にかかる集束超音波（ＨＩＦＵ）自動照射システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態にかかるワークステーション１００の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、本実施形態で利用される二次元超音波プローブ一体型トランデューサ４００の構成を説明するための概略側面図であり、（ｂ）はその概略正面図であり、（ｃ）はその概略断面図である。
【図４】本実施形態におけるワークステーション１００のＨＩＦＵ照射処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態におけるワークステーション１００のＨＩＦＵ自動照射処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態におけるワークステーション１００のＨＩＦＵ焦点設定処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】ＨＩＦＵ焦点設定処理においてワークステーション１００のディスプレイ１５０に表示される画面の一例を示す図である。
【図８】本実施形態におけるワークステーション１００の二値化条件設定処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態におけるワークステーション１００の画像処理条件設定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】画像処理条件設定処理においてワークステーション１００のディスプレイ１５０に表示される画面の一例を示す図である。
【図１１】ＨＩＦＵの自動照射が行われているワークステーション１００のディスプレイ１５０に表示される画面の一例を示す図である。
【図１２】本実施形態におけるワークステーション１００の心拍同期情報抽出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本実施形態に係るＨＩＦＵ自動照射システムにおいて、心室を追尾対象とした場合の追尾対象面積の周期変動を模式的に示したグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１００  ワークステーション
１１０  ＣＰＵ
１２０  ＲＯＭ
１３０  ＲＡＭ
１４０  ハードディスク
１５０  ディスプレイ
１６０  入力装置
１７０  ビデオキャプチャカード
１８０  通信インタフェース
１９０  バス
２００  二次元超音波画像処理装置
３００  ＨＩＦＵ信号発生装置
４００  二次元超音波プローブ一体型トランデューサ
４１０  二次元超音波プローブ
４１１  超音波捜査範囲
４２０  トランスデューサ
４２１  ＨＩＦＵ照射焦点
５１０、５２０、５３０、５４０  専用通信ケーブル
６１０、６２０、６３０  ディスプレイ表示画面
７１０  二次元超音波画像
７２１  ファントムの画像
７２２  追尾対象の画像
７３１  ＨＩＦＵの焦点位置を示すＸ座標軸
７３２  ＨＩＦＵの焦点位置を示すＹ座標軸
７３４  ＲＯＩ
７３５  追尾対象中心位置
７３６  照射対象中心位置
８１０  追尾対象面積
８２０  追尾対象面積の過去ｎ個分の移動平均
８３０  短周期変動成分
【図１】
2010068884.tif 000005
【図２】
2010068884.tif 000006
【図３】
2010068884.tif 000007
【図４】
2010068884.tif 000008
【図５】
2010068884.tif 000009
【図６】
2010068884.tif 000010
【図７】
2010068884.tif 000011
【図８】
2010068884.tif 000012
【図９】
2010068884.tif 000013
【図１０】
2010068884.tif 000014
【図１１】
2010068884.tif 000015
【図１２】
2010068884.tif 000016
【図１３】
2010068884.tif 000017