(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象に超音波を照射して反射音の情報を得るプローブと、
前記プローブが接続されて前記計測対象の内部の断層画像を得る超音波画像形成装置と、
超音波の焦点を有し、所定の超音波照射対象へ誘導用超音波を照射することで、血管中の微粒子を誘導する誘導用トランスデューサと、
前記誘導用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第一のアクチュエータと、
超音波の焦点を有し、所定の超音波照射対象へ凝集体形成用超音波を照射することで、前記血管中の微粒子を凝集させる第一凝集体形成用トランスデューサと、
前記第一凝集体形成用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第二のアクチュエータと、
前記第一凝集体形成用トランスデューサと同一の構成を有する第二凝集体形成用トランスデューサと、
前記第二凝集体形成用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第三のアクチュエータと、
前記第一のアクチュエータを伴う前記誘導用トランスデューサと、前記第二のアクチュエータを伴う前記第一凝集体形成用トランスデューサと、前記第三のアクチュエータを伴う前記第二凝集体形成用トランスデューサとが設置される基板と、
前記誘導用トランスデューサ、前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサに接続されて、前記誘導用トランスデューサに前記誘導用超音波を発生させると共に、前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサに前記凝集体形成用超音波を発生させる超音波治療装置と、
前記プローブ、前記誘導用トランスデューサ、前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサの空間座標情報を取得する空間座標取得装置と、
前記断層画像から輪郭を抽出した輪郭画像を作成し、前記空間座標情報に基づいて前記輪郭画像を仮想三次元空間内に配置し、複数の前記輪郭画像を補間演算して立体画像を前記仮想三次元空間内に配置し、所定の指示に応じて前記誘導用トランスデューサが前記誘導用超音波を照射する誘導用超音波照射対象を前記仮想三次元空間内に配置し、前記誘導用トランスデューサが前記誘導用超音波を前記誘導用超音波照射対象に照射できるように前記第一のアクチュエータを制御し、所定の指示に応じて前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサが前記凝集体形成用超音波を照射する凝集体形成用超音波照射対象を前記仮想三次元空間内に配置し、前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサが前記凝集体形成用超音波を前記凝集体形成用超音波照射対象に照射できるように前記第二のアクチュエータ及び第三のアクチュエータを制御する画像合成兼制御装置と、
前記画像合成兼制御装置が形成した前記仮想三次元空間及び前記立体画像を表示する表示部と
を備える超音波治療システム。
【請求項２】
前記微粒子はマイクロバブルであり、
前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサは、前記凝集体形成用超音波照射対象に前記凝集体形成用超音波を照射することで、Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力を生じさせて前記マイクロバブルを凝集させる、
請求項１記載の超音波治療システム。
【請求項３】
計測対象に超音波を照射して反射音の情報を得るプローブと、
前記プローブが接続されて前記計測対象の内部の断層画像を得る超音波画像形成装置と、
前記プローブに固定される第一のマーカと、
超音波の焦点を有し、所定の超音波照射対象へ誘導用超音波を照射することで、血管中の微粒子を誘導する誘導用トランスデューサと、
前記誘導用トランスデューサに固定される第二のマーカと、
前記誘導用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第一のアクチュエータと、
超音波の焦点を有し、所定の超音波照射対象へ凝集体形成用超音波を照射することで、前記血管中の微粒子を凝集させる第一凝集体形成用トランスデューサと、
前記第一凝集体形成用トランスデューサに固定される第三のマーカと、
前記第一凝集体形成用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第二のアクチュエータと、
前記第一凝集体形成用トランスデューサと同一の構成を有する第二凝集体形成用トランスデューサと、
前記第二凝集体形成用トランスデューサに固定される第四のマーカと、
前記第一凝集体形成用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第三のアクチュエータと、
前記第二のマーカ及び前記第一のアクチュエータを伴う前記誘導用トランスデューサと、前記第三のマーカ及び前記第二のアクチュエータを伴う前記第一凝集体形成用トランスデューサと、前記第四のマーカ及び前記第三のアクチュエータを伴う前記第二凝集体形成用トランスデューサとが設置される基板と、
前記誘導用トランスデューサ、前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサに接続されて、前記誘導用トランスデューサに前記誘導用超音波を発生させると共に、前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサに前記凝集体形成用超音波を発生させる超音波治療装置と、
前記プローブ及び前記基板を据え付けて初期状態の位置を定めるための較正板と、
前記較正板に固定される第五のマーカと、
前記第一のマーカ、前記第二のマーカ、前記第三のマーカ、前記第四のマーカ及び前記第五のマーカの空間座標情報を取得する空間座標取得装置と、
前記断層画像から輪郭を抽出した輪郭画像を作成し、前記第一のマーカの前記空間座標情報に基づいて前記輪郭画像を仮想三次元空間内に配置し、複数の前記輪郭画像を補間演算して立体画像を前記仮想三次元空間内に配置し、所定の指示に応じて前記誘導用トランスデューサが前記誘導用超音波を照射する誘導用超音波照射対象を前記仮想三次元空間内に配置し、前記誘導用トランスデューサが前記誘導用超音波を前記誘導用超音波照射対象に照射できるように前記第一のアクチュエータを制御し、所定の指示に応じて前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサが前記凝集体形成用超音波を照射する凝集体形成用超音波照射対象を前記仮想三次元空間内に配置し、前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサが前記凝集体形成用超音波を前記凝集体形成用超音波照射対象に照射できるように前記第二のアクチュエータ及び第三のアクチュエータを制御する画像合成兼制御装置と、
前記画像合成兼制御装置が形成した前記仮想三次元空間及び前記立体画像を表示する表示部と
を備える超音波治療システム。
【請求項４】
前記微粒子はマイクロバブルであり、
前記第一凝集体形成用トランスデューサ及び前記第二凝集体形成用トランスデューサは、前記凝集体形成用超音波照射対象に前記凝集体形成用超音波を照射することで、Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力を生じさせて前記マイクロバブルを凝集させる、
請求項３記載の超音波治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波治療システムに関する。
より詳細には、超音波を用いて非侵襲で患者を診断し、超音波を用いて非侵襲で患者に対する治療行為を行う、超音波治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療技術の進歩は著しく、人体の体内の状態を詳細に検査できる技術が発達している。中でも、超音波を用いる超音波検査装置は、Ｘ線等と比較すると人体に対する負荷が極めて低いので、妊婦に胎児の映像を見せる等の用途に用いられている。
なお、本発明に類似すると思われる技術内容を、非特許文献１に示す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】高橋修一、内山明彦、鈴木直樹：「術野内外の3次元構造と位置関係が観察可能な肝切除支援システム」、電子情報通信学会論文誌、Vol. J83-D-II, No.6, pp.1548-1555, 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、医療現場で用いられている、超音波画像形成装置ともいえる超音波検査装置は、人体の局所的な二次元の断層像を得るに留まっている。このため、患部や臓器を立体的に視認する用途には適していない。
【０００５】
また、近年では高い濃度の医薬をマイクロカプセルやマイクロバブルなどの薬物担体（以下、薬物担体）に収納し、血管内に放流して、薬物担体が患部に到達したら超音波を照射してカプセルを破壊し、医薬を患部に適用する、という「ドラッグデリバリーシステム」という技術の研究が進んでいる。更に、薬物担体を破壊する程度の比較的弱い（安全な）超音波よりも強力な、単独で生体組織そのものにダメージを与えて治療を行う、高密度焦点式超音波（HIFU, High-Intensity Focused Ultrasound）を用いた治療の研究も進められている。これ以降、本明細書ではドラッグデリバリーシステムに用いる超音波と、ＨＩＦＵを総じて「治療用超音波」と定義する。
このような治療用超音波を患者に適用するために超音波検査装置を用いる場合、二次元の断層像だけでは治療用超音波を照射するための照準を合わせることが非常に困難である。
超音波画像形成装置を用いて、ＣＴスキャンのような立体画像をリアルタイムに得ることができれば、このような用途に適うであろう。
【０００６】
本発明は係る課題を解決し、既存の超音波画像形成装置を活用して臓器等の立体画像を形成し、また治療用超音波を照射対象へ容易に合わせ込むことができ、非侵襲でありながら化学的薬物や放射線を使用せずに正確な診断と治療ができる、超音波治療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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の超音波治療システムは、計測対象に超音波を照射して反射音の情報を得るプローブと、プローブが接続されて計測対象の内部の断層画像を得る超音波画像形成装置と、超音波の焦点を有し、所定の超音波照射対象へ誘導用超音波を照射することで、血管中の微粒子を誘導する誘導用トランスデューサと、誘導用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第一のアクチュエータと、超音波の焦点を有し、所定の超音波照射対象へ凝集体形成用超音波を照射することで、血管中の微粒子を凝集させる第一凝集体形成用トランスデューサと、第一凝集体形成用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第二のアクチュエータと、第一凝集体形成用トランスデューサと同一の構成を有する第二凝集体形成用トランスデューサと、第二凝集体形成用トランスデューサの三次元の姿勢を制御するための第三のアクチュエータと、第一のアクチュエータを伴う誘導用トランスデューサと、第二のアクチュエータを伴う第一凝集体形成用トランスデューサと、第三のアクチュエータを伴う第二凝集体形成用トランスデューサとが設置される基板と、誘導用トランスデューサ、第一凝集体形成用トランスデューサ及び第二凝集体形成用トランスデューサに接続されて、誘導用トランスデューサに誘導用超音波を発生させると共に、第一凝集体形成用トランスデューサ及び第二凝集体形成用トランスデューサに凝集体形成用超音波を発生させる超音波治療装置と、プローブ、誘導用トランスデューサ、第一凝集体形成用トランスデューサ及び第二凝集体形成用トランスデューサの空間座標情報を取得する空間座標取得装置と、断層画像から輪郭を抽出した輪郭画像を作成し、空間座標情報に基づいて輪郭画像を仮想三次元空間内に配置し、複数の輪郭画像を補間演算して立体画像を仮想三次元空間内に配置し、所定の指示に応じて誘導用トランスデューサが誘導用超音波を照射する誘導用超音波照射対象を仮想三次元空間内に配置し、誘導用トランスデューサが誘導用超音波を誘導用超音波照射対象に照射できるように第一のアクチュエータを制御し、所定の指示に応じて第一凝集体形成用トランスデューサ及び第二凝集体形成用トランスデューサが凝集体形成用超音波を照射する凝集体形成用超音波照射対象を仮想三次元空間内に配置し、第一凝集体形成用トランスデューサ及び第二凝集体形成用トランスデューサが凝集体形成用超音波を凝集体形成用超音波照射対象に照射できるように第二のアクチュエータ及び第三のアクチュエータを制御する画像合成兼制御装置と、画像合成兼制御装置が形成した仮想三次元空間及び立体画像を表示する表示部とを備える。
【０００８】
超音波画像形成装置が出力する超音波断層画像から輪郭を抽出した後、プローブの三次元座標情報に基づいて輪郭データを仮想三次元空間内に配置する。輪郭データを複数取得して補間演算を実施すると、仮想三次元空間内に臓器の三次元画像を形成できる。更に、血管を三次元立体画像で仮想三次元空間内に再現し、治療用超音波でマイクロバブルの凝集体を形成して、治療対象部位に誘導する。血管内の所望の箇所に凝集体を集めて血栓を形成し、治療対象部位の細胞を壊死させることで、化学的薬物や放射線を一切使わない癌治療が実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、既存の超音波画像形成装置を活用して臓器等の立体画像を形成し、また治療用超音波を照射対象へ容易に合わせ込むことができ、非侵襲でありながら化学的薬物や放射線を使用せずに正確な診断と治療ができる、超音波治療システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態である、超音波治療システムの外観図である。
【図２】プローブの全体図である。
【図３】トランスデューサユニットの外観斜視図と上面図である。
【図４】トランスデューサの外観斜視図と上面図である。
【図５】較正板の外観斜視図である。
【図６】較正板の上面図である。
【図７】画像合成兼制御装置の機能ブロック図である。
【図８】本実施形態の超音波治療システムで行われる、診断及び治療の全体的な作業の流れを示すフローチャートである。
【図９】初期較正処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】プローブの筐体を含む平面と観察平面との間の誤差を示す概略図である。
【図１１】観察平面の較正作業を示す概略図である。
【図１２】臓器三次元画像形成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】臓器三次元画像形成処理の流れを示す概略図である。
【図１４】表示部に表示される仮想三次元空間の図である。
【図１５】トランスデューサユニットの各トランスデューサの位置決め処理である。
【図１６】本実施形態の超音波治療システムによって実現される、血管内の状態を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態の概略を説明する。
本実施形態の超音波治療システムは、患者（被験者）に対して非侵襲的な診断と治療を実現する。具体的には、特に肝臓癌の治療を目的として、患者の血管に造影剤として用いられるマイクロバブルを注入し、癌細胞に至る動脈にマイクロバブルを超音波で凝集させ、血栓を形成する。血流が阻害されることで酸素及び栄養分の供給が絶たれた癌細胞は、時間経過と共に壊死する。つまり、本実施形態の超音波治療システムで、化学的薬物や放射線を一切使わない癌治療が実現できる。
【００１２】
液体中のマイクロバブルに特定の周波数の超音波を照射すると、マイクロバブルが凝集体を形成する現象は知られている。この凝集体は、血管中に血栓の形成を促してしまうため、本来なら忌み嫌われるべき現象である。そもそも、マイクロバブルは血管中で凝集せず、安全に血液中に存在させるために微小な気泡を形成した、という経緯がある。しかし、発明者は発想を転換し、血栓を癌細胞の攻撃に利用することができるのではないだろうか、と考えた。この発想の転換が本発明の発端である。
【００１３】
血管内にマイクロバブルを凝集させて血栓を形成するためには、その前提として正確な血管の三次元画像が撮影できる必要がある。このために、本発明者が先に特願２０１０−９９２１２にて出願した、超音波画像形成装置と光学式三次元計測装置を組み合わせた、画像合成兼制御装置を用いる。
【００１４】
「エコー検査」として周知の超音波画像形成装置のプローブに、光学式三次元計測装置が認識できるマーカを固定させる。画像合成兼制御装置は、超音波画像形成装置が出力する、二次元の超音波断層画像から輪郭を抽出し、光学式三次元計測装置が検出したプローブの三次元位置及び姿勢に基づいて、輪郭画像を仮想三次元空間内に配置する。画像合成兼制御装置は複数の輪郭を補完合成して、仮想三次元空間内に臓器の立体画像を形成する。
更に、治療用超音波を発する超音波治療装置のトランスデューサにも、光学式三次元計測装置が認識できるマーカを固定させる。そして、画像合成兼制御装置が検出した患部或は標的の三次元画像に対して、トランスデューサの超音波射出方向及び射出距離を算出して、仮想三次元空間内に再現する。
【００１５】
次に、血管内にマイクロバブルを凝集させて血栓を形成するためには、血管内の複数の箇所に複数種類の超音波を同時に照射する必要がある。このような高度な超音波トランスデューサの位置合わせを人手で行うことは不可能に近い。そこで、本発明者が先に特開２０１０−１２１９７６にて出願した、超音波トランスデューサやプローブ等を自在な角度で位置決めできるアクチュエータユニットを用いる。勿論、複数のトランスデューサ全てに光学式三次元計測装置が認識できるマーカを固定させる。
本実施形態の超音波治療システムは、特願２０１０−９９２１２にて開示した画像合成兼制御装置に、超音波照射目標を設定し、超音波照射目標に対して指定したアクチュエータユニットが超音波を照射できるように姿勢制御を行う機能を追加実装した形態である。
【００１６】
［システム外観］
図１は、本発明の実施形態である、超音波治療システムの外観図である。但し、一部の機器については詳細な図示を省略し、概略的にブロックで図示している。
手術台１０２には被験者ともいえる患者１０３が横たわっている。この患者１０３に対し、図示しない医師は、周知の超音波画像形成装置１０４のプローブ１０５を、映像化したい臓器のある体表面に押し当てて撮影する。こうして、超音波画像形成装置１０４は超音波断層画像を得る。
一方、手術台１０２の側には赤外線ステレオカメラ１０６が三脚１０７によって固定されている。赤外線ステレオカメラ１０６は、手術台１０２の上の患者１０３の撮影対象となる臓器の周囲を認識できるように配置されている。赤外線ステレオカメラ１０６には空間座標取得装置１０８が接続されている。
プローブ１０５には、空間座標取得装置１０８が三次元空間内の位置及び姿勢を認識できるためのマーカ１０５ａが取り付けられており、空間座標取得装置１０８はプローブ１０５の三次元空間内の位置及び姿勢のデータを出力する。
【００１７】
赤外線ステレオカメラ１０６と空間座標取得装置１０８は、一例としては「Ｐｏｌａｒｉｓ（登録商標）  Ｖｉｃｒａ」（http://www.ndigital.com/medical/polarisfamily.php）という既存の製品である。空間座標取得装置１０８は、赤外線ステレオカメラ１０６が認識可能な空間内にマーカの存在を認識すると、マーカの空間内における位置情報を、並進行列と回転行列の形式で出力する。
【００１８】
画像合成兼制御装置１０９は、空間座標取得装置１０８が出力する、プローブ１０５の三次元空間内の位置及び姿勢のデータを受けて、仮想三次元空間内にプローブ１０５の三次元画像を描画し、ディスプレイ１１０に表示する。更に、超音波画像形成装置１０４が出力する超音波断層画像を受けて、超音波断層画像から撮影された臓器の輪郭を抽出し、仮想三次元空間内に配置する。仮想三次元空間内に臓器の輪郭を複数配置したら、画像合成兼制御装置１０９は各々の輪郭同士を補間演算して、臓器の三次元画像をディスプレイ１１０に表示する。
画像合成兼制御装置１０９は、「Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅａｌｉｔｙ（仮想現実）」及び「Ａｒｇｕｍｅｎｔ  Ｒｅａｌｉｔｙ（拡張現実）」の技術を用いて、臓器を仮想三次元空間内に描画する。
【００１９】
患者１０３の腹部と胸との間には、トランスデューサユニット１１３が据え置かれる。トランスデューサユニット１１３は、柔軟性を有する円弧状の基板に、超音波を発するトランスデューサを複数備える。図１では５個のトランスデューサが基板に設けられている。これらトランスデューサは、マイクロバブル誘導用とマイクロバブル凝集用とで、異なる周波数の超音波を発生する。マイクロバブル誘導用には周波数５〜７ＭＨｚの超音波を、マイクロバブル凝集用には周波数１〜３ＭＨｚの超音波を、それぞれ用いる。
各々のトランスデューサには、三次元方向の位置決めのためのアクチュエータが３個ずつ設けられている。また、各々のトランスデューサには、プローブ１０５と同様のマーカがそれぞれ設けられている。
【００２０】
トランスデューサユニット１１３上の各トランスデューサの姿勢制御（位置決め）と、治療用超音波のオン・オフ制御は、画像合成兼制御装置１０９によって行われる。
トランスデューサを駆動する各アクチュエータは、画像合成兼制御装置１０９が出力する制御情報に基づき、トランスデューサ駆動装置１１５によって制御される。トランスデューサ駆動装置１１５はＤ／Ａ変換器とポンプの集合体である。
各々のトランスデューサは、画像合成兼制御装置１０９が出力する制御情報に基づき、超音波治療装置１１２によって制御される。超音波治療装置１１２は超音波発振器の集合体である。
【００２１】
本実施形態の、円弧状のトランスデューサユニット１１３は、肝臓癌の治療のために形状が最適化されている。つまり、基板は肝臓を取り囲むような形状に形成されている。勿論、トランスデューサユニット１１３の形状は、対象となる臓器に合わせて形状を適応させることが好ましい。
【００２２】
医師は、予め患者１０３にマイクロバブルを静脈注射した後、画像合成兼制御装置１０９が患者１０３の臓器の画像をディスプレイ１１０に表示した状態で、操作部１１１を操作して、ディスプレイ１１０に表示されている立体画像から、超音波を照射する対象（照射対象）である、癌細胞に血液を供給する癌細胞直近の動脈血管を選択する。そして、マイクロバブルが血管内の目的の箇所で凝集されるように、マイクロバブルの誘導ポイントと凝集ポイントを決定する。すると、画像合成兼制御装置１０９は、誘導ポイントに誘導用超音波が、そして凝集ポイントに凝集用超音波が、それぞれ照射されるように、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの姿勢制御を行う。各トランスデューサの姿勢制御の状況は、リアルタイムでディスプレイ１１０に表示される。
【００２３】
全てのトランスデューサの姿勢制御が完遂すると、医師は画像合成兼制御装置１０９を操作して、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサから医療用超音波を発生させる。患者１０３の血管中に流れているマイクロバブルは、バブル誘導用超音波が照射される血管内の箇所ではその流れが癌細胞の方向へ制御され、バブル凝集用超音波が照射される血管内の箇所ではマイクロバブルが凝集を始める。凝集したマイクロバブルは粒状の塊になり、血管中の血流を徐々に阻害する。血流が阻害され始めると、当該箇所の血流は遅くなり、これに連れて血液中の血小板が凝集したマイクロバブルの塊の周辺で凝固を始める。やがて血管のマイクロバブル凝集箇所には血栓が形成され、癌細胞への血流が遮断される。すると、酸素及び栄養分の供給が絶たれた癌細胞は壊死する。
【００２４】
画像合成兼制御装置１０９は、画像合成兼制御装置１０９自身が作成した仮想三次元空間内にプローブ１０５とトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサを正しく配置させるために、画像合成兼制御装置１０９自身が動作を開始した初期状態において、プローブ１０５とトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの基準位置を決定する必要がある。手術台１０２の片隅に配置されている較正板１１４は、画像合成兼制御装置１０９の初期状態にプローブ１０５とトランスデューサユニット１１３が置かれて、プローブ１０５とトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの基準位置を決定するために存在する。
【００２５】
［プローブ外観］
図２はプローブ１０５の全体図である。プローブ１０５は先端の探触子本体２０１と把持部２０２と、把持部２０２に取り付けられたマーカ１０５ａよりなる。
探触子本体２０１はその内部に多数の超音波振動子と超音波センサを内蔵する。把持部２０２は操作者である医師がプローブ１０５を持つための握り部分であるが、その内部にはＡ／Ｄ変換器を含む電子回路を内蔵する。
【００２６】
把持部２０２にはマーカ１０５ａがケーブルタイ２０３で括りつけられている。勿論、マーカ１０５ａの固定手段は接着やネジ止め等の種々の手法が利用できる。マーカ１０５ａは固定棒２０４と四つの赤外線反射球体２０５よりなる。赤外線反射球体２０５は、直径が約５ｍｍ乃至２ｃｍ程度の大きさのプラスチックの球体であり、表面に赤外線反射塗料が塗布されている。四つの赤外線反射球体２０５は、一平面上に、平行な辺を持たない四角形を構成するように配置されている。四つの赤外線反射球体２０５が平行な辺を持たない四角形を構成する理由は、空間座標取得装置１０８が計測対象物の姿勢を把握するために必要だからである。四角形に並行な辺の組が存在すると、その四角形の表と裏の認識が極めて困難になるからである。
【００２７】
［トランスデューサユニット外観］
図３（ａ）及び（ｂ）はトランスデューサユニット１１３の外観斜視図と上面図である。トランスデューサユニット１１３の基板３０４には、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃと、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅが交互に設けられている。
【００２８】
バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃと、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅは、全て同一の構成であり、振動子本体３０２と、振動子本体３０２に取り付けられたマーカ３０３よりなる。振動子本体３０２はその内部に超音波振動子を内蔵する。
【００２９】
基板３０４は合成ゴムやポリ塩化ビニリデン等の可塑性を有する材料が用いられる。肝臓を取り巻く形状である円弧状の基板３０４には、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃと、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅが患者１０３の体表面に接触するための穴３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ及び３０５ｅが設けられている。
【００３０】
図４はトランスデューサの外観斜視図と上面図である。
前述のように、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃと、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅは、全て同一の構成である。ここでは、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａを例に、その外観を説明する。
リング状の枠４０１には、バネ４０２ａ、４０２ｂ及び４０２ｃが、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａの振動子本体３０２の人体接触面の近傍に接続される。また、この枠４０１には、アクチュエータ４０３ａ、４０３ｂ及び４０３ｃが、振動子本体３０２の上面に接続される。
【００３１】
アクチュエータ４０３ａ、４０３ｂ及び４０３ｃは、直線方向に引き伸ばされる中空の袋を糸で覆って形成されており、この袋に圧縮空気或は液体を注入すると、袋の形状が伸びた状態からボール状に変化することで、丁度動物の筋肉のように直線方向の引張力に抗する力を生じる。このアクチュエータ４０３ａ、４０３ｂ及び４０３ｃは、例えばスキューズ株式会社のＳｉｋ−ｔシリーズ（http://www.squse.co.jp/business/images/actuator.pdf）等が利用可能である。
アクチュエータ４０３ａ、４０３ｂ及び４０３ｃには、それぞれ圧縮空気或は液体を注入するための、図示しないホースが接続されており、このホースはポンプの集合体であるトランスデューサ駆動装置１１５に接続される。トランスデューサ駆動装置１１５は画像合成兼制御装置１０９によって制御され、結果としてバブル誘導用トランスデューサ３０１ａの三次元上の姿勢が制御される。
【００３２】
［較正板外観］
図５は較正板１１４の外観斜視図である。
図６は較正板１１４の上面図である。
較正板１１４には赤外線ステレオカメラ１０６が位置を検出できるように、六つの赤外線反射球体２０５が設けられている。
較正板１１４の内側には、トランスデューサユニット１１３を配置するための基準線６０２が描かれている。
基準線６０２の傍には、プローブ１０５の探触子本体２０１が装着できる凹部６０１が設けられている。凹部６０１の上には、プローブ１０５の把持部２０２を固定するガイド棒５０２が筒５０３に固定されている。
【００３３】
［機能］
図７は画像合成兼制御装置１０９の機能ブロック図である。
画像合成兼制御装置１０９の実体は周知のパソコンである。パソコンに所定のＯＳとアプリケーションプログラムを稼働させ、画像合成兼制御装置１０９として機能させる。
画像合成兼制御装置１０９は、空間座標取得装置１０８から図示しないＵＳＢインターフェースを通じて三次元座標情報をリアルタイムで取得する。また、超音波画像形成装置１０４が出力する超音波断層画像信号が図示しないビデオキャプチャカードによって変換されたデジタルの超音波断層画像データを取得して、処理を行う。
【００３４】
三次元座標情報は、座標データ選択部７０１に入力される。座標データ選択部７０１は制御部７０２によって制御され、初期状態記憶部７０３、プローブ位置算出部７０４、トランスデューサ位置算出部７０５のいずれかに選択的に三次元座標情報を供給する。
初期状態記憶部７０３は、プローブ１０５とトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサが較正板１１４に配置されている時の三次元座標情報を算出して記憶する。初期状態記憶部７０３は、プローブ１０５とトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの三次元座標情報を算出する際、予め較正板１１４の寸法情報である較正板データ７１３を参照して、較正板１１４の位置を把握する。
プローブ位置算出部７０４は、プローブ１０５の現在の仮想三次元空間内における三次元位置及び姿勢を、初期状態記憶部７０３に記憶されている三次元座標情報を基準に現在の三次元座標情報から算出する。
トランスデューサ位置算出部７０５は、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサ、すなわちバブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃと、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅの、現在の仮想三次元空間内における三次元位置及び姿勢の情報を、初期状態記憶部７０３に記憶されている三次元座標情報を基準に現在の三次元座標情報から算出する。
【００３５】
プローブ画像データ７０６は、仮想三次元空間内にプローブ１０５を描写するための三次元ベクトルデータである。
トランスデューサ画像テーブル７０７は、仮想三次元空間内にトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサを描写するための三次元ベクトルデータである。
トランスデューサ焦点テーブル７０８は、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサが治療用超音波を発生した際の、超音波の焦点位置を描写するための三次元ベクトルデータである。
【００３６】
プローブ位置算出部７０４が出力する、プローブ１０５の現在の仮想三次元空間内における三次元位置及び姿勢の情報は、画像選択合成部７０９に入力される。画像選択合成部７０９は、プローブ画像データ７０６を、プローブ１０５の現在の仮想三次元空間内における三次元位置及び姿勢の情報に基づいて仮想三次元空間内に配置する描画を実行する。
【００３７】
一方、臓器画像形成部７１０には、超音波画像形成装置１０４から図示しないビデオキャプチャカードを通じて得られる超音波断層画像データが入力される。臓器画像形成部７１０は、超音波断層画像データに写っている臓器の画像から臓器の輪郭を抽出して、輪郭データを作成し、画像選択合成部７０９に供給する。
画像選択合成部７０９は、輪郭データと、プローブ１０５の現在の仮想三次元空間内における三次元位置及び姿勢の情報に基づいて、仮想三次元空間内に輪郭を配置する描画を行う。
【００３８】
画像選択合成部７０９が形成する、仮想三次元空間内の輪郭データは、三次元画像形成部７１１に供給される。三次元画像形成部７１１は、仮想三次元空間内に存在する複数の輪郭データ同士を補間演算して、仮想三次元空間内に臓器の立体画像を形成し、この臓器の立体画像データを画像選択合成部７０９に供給する。
【００３９】
画像選択合成部７０９は、仮想三次元空間内にプローブ１０５の三次元画像とトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの三次元画像を描画すると共に、臓器の輪郭又は臓器の三次元画像を選択的に描画する。こうして画像選択合成部７０９によって作成された仮想三次元空間の映像情報は、ディスプレイ１１０である表示部７１２に表示される。
【００４０】
操作者である医師は、操作部１１１を操作して、表示部７１２に表示されている、癌細胞を有する肝臓と、癌細胞に血液を供給する、肝動脈或は門脈から派生する血管を確認する。そして、壊死させようとする癌細胞に血液を供給する血管を選択し、血液中のマイクロバブルの流れを制御するためのバブル誘導箇所と、血液中のマイクロバブルを凝集させて血栓を形成するためのバブル凝集箇所を決定する。
操作部１１１によって指定した、血管中のバブル誘導箇所は、バブル誘導算出部７１４によって三次元画像データに変換される。同様に、操作部１１１によって指定した、血管中のバブル凝集箇所は、バブル凝集算出部７１５によって三次元画像データに変換される。これら三次元画像データは、画像選択合成部７０９に供給されて、表示部７１２に表示される。
【００４１】
制御部７０２は、バブル誘導箇所に医療用超音波を照射するために、トランスデューサ制御部７１６及びトランスデューサ駆動装置１１５を通じて、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃの姿勢制御を行う。
また同様に、制御部７０２は、バブル凝集箇所に医療用超音波を照射するために、トランスデューサ制御部７１６及びトランスデューサ駆動装置１１５を通じて、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅの姿勢制御を行う。
【００４２】
バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃと、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅの三次元の姿勢は、空間座標取得装置１０８から得られる。そして、トランスデューサ焦点テーブル７０８から焦点データを読み込み、画像選択合成部にて仮想三次元空間内に展開させることで、バブル誘導箇所及びバブル凝集箇所に対して各々のトランスデューサの焦点がどれだけずれているかが把握できる。制御部７０２は、画像選択合成部から、このズレの情報を取得して、トランスデューサ制御部７１６及びトランスデューサ駆動装置１１５を通じて、医療用超音波の焦点をバブル誘導箇所及びバブル凝集箇所に合わせ込むための姿勢制御を行う。
【００４３】
制御部７０２は、バブル凝集箇所に照射するための医療用超音波に、凝集体を形成するためのＢｊｅｒｋｎｅｓ力を生じさせるために、次式の演算処理を行う。
【００４４】
【数１】
0005645160.tif 000002
【００４５】
マイクロバブルを血管内のある特定の一箇所に凝集させるには、凝集体を形成する音源と、形成された凝集体を押し出して位置を安定させるための音源の、二つの超音波発生源が必要になる。したがって、トランスデューサユニット１１３には、最低でも二個のバブル凝集体形成用トランスデューサが装備されていなければならない。
本実施形態では、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄが第一凝集体形成用トランスデューサに、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｅが第二凝集体形成用トランスデューサに相当することとなる。
【００４６】
制御部７０２は、演算の結果得られる周波数と位相のデータを超音波治療装置１１２に供給する。超音波治療装置１１２は、制御部７０２から受信した周波数と位相のデータに基づいて、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅを駆動する。
【００４７】
［動作］
図８は本実施形態の超音波治療システム１０１で行われる、診断及び治療の全体的な作業の流れを示すフローチャートである。
処理を開始すると（Ｓ８０１）、医師は最初に画像合成兼制御装置１０９がプローブ１０５及びトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの仮想三次元空間における位置及び姿勢を正確に描写するための初期較正処理を行う（Ｓ８０２）。初期較正処理が終わると、画像合成兼制御装置１０９は表示部７１２に表示する仮想三次元空間内にプローブ１０５及びトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサをリアルタイムに描写することができる（Ｓ８０３）。
【００４８】
次に、医師はプローブ１０５を撮影したい患者１０３の臓器の近傍に配置して、超音波画像形成装置１０４を操作して、臓器の三次元画像を得られる程度迄、超音波断層画像データを繰り返し取得する。そして、画像合成兼制御装置１０９は臓器の三次元画像を形成する（Ｓ８０４）。
本実施形態の場合、臓器は肝臓及びその周辺の、肝動脈或は門脈から派生する血管になる。
【００４９】
こうして肝臓及び周辺の血管の三次元画像が得られると、医師は操作部１１１を操作して、表示部７１２に表示されている血管の三次元画像から、壊死させようとする癌細胞に血液を供給する血管を選択し、血液中のマイクロバブルの流れを制御するためのバブル誘導箇所と、血液中のマイクロバブルを凝集させて血栓を形成するためのバブル凝集箇所、つまり医療用超音波を照射する対象箇所を決定する（Ｓ８０５）。
医師は、超音波を照射する対象であるバブル誘導箇所及びバブル凝集箇所を決定したら、操作部１１１を通じて画像合成兼制御装置１０９を操作して、トランスデューサの焦点合わせを命ずる。すると、画像合成兼制御装置１０９の制御部７０２は、トランスデューサ制御部７１６及びトランスデューサ駆動装置１１５を通じて、医療用超音波の焦点をバブル誘導箇所及びバブル凝集箇所に合わせ込むための姿勢制御（位置決め処理）を行う（Ｓ８０６）。
【００５０】
位置決め処理（Ｓ８０６）による位置決めが終了したら、医師は操作部１１１を操作して、制御部７０２を通じて超音波治療装置１１２を稼働させて、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサから治療用超音波を発し、照射対象であるバブル誘導箇所及びバブル凝集箇所に一定時間照射して（Ｓ８０７）、処理を終了する（Ｓ８０８）。
【００５１】
図９は初期較正処理の流れを示すフローチャートである。図７のステップＳ８０２の詳細である。
処理を開始すると（Ｓ９０１）、画像合成兼制御装置１０９の初期状態記憶部７０３は、最初に空間座標取得装置１０８から較正板１１４の識別情報を受信し、較正板データ７１３を参照して、較正板１１４の座標と姿勢の情報を算出して取得する（Ｓ９０２）。この、較正板１１４の座標と姿勢の情報は、仮想三次元空間の基準となる。
【００５２】
次に、初期状態記憶部７０３は空間座標取得装置１０８から較正板１１４に配置されているプローブ１０５の識別情報を受信し、プローブ１０５の座標と姿勢の情報を算出して取得する（Ｓ９０３）。この時点の、プローブ１０５の座標と姿勢の情報は、仮想三次元空間におけるプローブ１０５の基準となる。
【００５３】
次に、初期状態記憶部７０３は空間座標取得装置１０８から較正板１１４に配置されているトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの識別情報を受信し、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの座標と姿勢の情報を算出して取得する（Ｓ９０４）。この時点の、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの座標と姿勢の情報は、仮想三次元空間におけるトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの基準となる。
【００５４】
次に、画像合成兼制御装置１０９は空間座標取得装置１０８からプローブ１０５の座標と姿勢を連続的に取得しつつ、超音波画像形成装置１０４から超音波断層画像データを取得して、プローブ１０５が形成する観察平面の較正処理を行い（Ｓ９０５）、一連の処理を終了する。
【００５５】
以下に、プローブ１０５の観察平面と、ステップＳ９０５における観察平面の較正処理の詳細について説明する。
図１０は、プローブ１０５の筐体を含む平面（以下「プローブ平面」）と観察平面との間の誤差を示す概略図である。
プローブ１０５が撮影する超音波画像に基づく輪郭の画像が仮想三次元空間内で正確に配置されるためには、三次元空間内のプローブ１０５自身の座標と姿勢を正確に検出するだけでなく、プローブ１０５が撮影する超音波画像が形成する二次元の平面が、プローブ１０５に対してどのように配置されるのかも正確に把握できていなければならない。この、プローブ１０５が撮影する超音波画像が形成する二次元の平面を、本明細書では観察平面Ｐ１００２と呼ぶ。
【００５６】
プローブ１０５が形成する観察平面Ｐ１００２は、必ずしもプローブ１０５の筐体（プローブ平面Ｐ１００１）と一致或は並行であるとは限らない。プローブ１０５の探触子本体２０１は手作りであるので、プローブ平面Ｐ１００１と観察平面Ｐ１００２との間には、若干の誤差を含む。誤差は、二方向のねじれ角と距離の、三要素である。
したがって、画像合成兼制御装置１０９は、プローブ１０５の筐体の姿勢に対する観察平面Ｐ１００２との位置関係を正確に把握できていなければならない。
【００５７】
そこで、プローブ１０５の筐体の姿勢に対する観察平面Ｐ１００２との位置関係を検出することで、観察平面Ｐ１００２の較正を行う。
図１１は、観察平面Ｐ１００２の較正作業を示す概略図である。これは「Ｃｒｏｓｓ  Ｗｉｒｅ」と呼ばれる周知の較正方法である。
中空の箱１００１には釣り糸１００２が縦と横とで二本、張られている。箱１００１の内壁には吸音材１００３が敷き詰められている。プローブ１０５がこの釣り糸１００２の交点を異なる角度で数十回程度、超音波画像の撮影を行う。そうして得たプローブ１０５の位置及び姿勢のデータを集計して所定の演算を行うと、プローブ１０５の形状に対する観察平面Ｐ１００２を算出することができる。
【００５８】
図１２は、臓器三次元画像形成処理の流れを示すフローチャートである。図８のステップＳ８０４の詳細である。
処理を開始すると（Ｓ１２０１）、画像合成兼制御装置１０９は医師が操作部１１１或はプローブ１０５を操作することによって生じるトリガ信号の入力を待つ（Ｓ１２０２）。
【００５９】
これ以降はループ処理である。
トリガ信号の指示内容が三次元合成画像を作成する指示でない、画像の輪郭を取得する命令であれば（Ｓ１２０３のＮＯ）、画像合成兼制御装置１０９の制御部７０２７０２は臓器画像形成部７１０を制御する。すると、臓器画像形成部７１０は超音波画像形成装置１０４からビデオキャプチャカードを通じて超音波画像データを取得する（Ｓ１２０４）。
【００６０】
次に、臓器画像形成部７１０は超音波画像データから輪郭を抽出して（Ｓ１２０５）、画像選択合成部７０９に輪郭データを出力する。画像選択合成部７０９は、プローブ位置算出部７０４から得たプローブ１０５の三次元位置及び姿勢の情報と、初期状態記憶部７０３に格納されている観察平面Ｐ１００２の情報に基づいて、仮想三次元空間内に輪郭を配置する（Ｓ１２０６）。表示部７１２は、輪郭が描画された仮想三次元空間を表示する（Ｓ１２０７）。
【００６１】
ステップＳ１２０７の後は、再びステップＳ１２０２に戻り、トリガ信号の指示内容が三次元合成画像を作成する指示でない限り、ステップＳ１２０４乃至ステップＳ１２０７の処理が繰り返される。
【００６２】
ステップＳ１２０３で、トリガ信号の指示内容が三次元合成画像を作成する指示であれば（Ｓ１２０３のＹＥＳ）、画像合成兼制御装置１０９の制御部７０２７０２は三次元画像形成部７１１と画像選択合成部７０９を制御して、三次元画像形成部７１１に既に取得済みの三次元輪郭画像から三次元の補完合成処理を行わせ（Ｓ１２０８）、画像選択合成部７０９に臓器の三次元合成画像を仮想三次元空間内に配置して表示させて（Ｓ１２０９）、一連の処理を終了する（Ｓ１２１０）。
【００６３】
なお、図１２のフローチャートでは三次元合成画像の作成は、操作者である医師の明示的な操作（ステップＳ１２０２）に基づいているが、画像合成兼制御装置１０９の演算能力が十分高速であれば、ステップＳ１２０８の三次元補完合成処理をリアルタイムに繰り返すことも可能である。つまり、ある程度三次元合成画像が形成可能になる程度まで超音波画像データを取得できたと、画像選択合成部７０９が判断したら、即座にステップＳ１２０８の三次元補完合成処理を行い、その後は新たな超音波画像データが得られる度に三次元補完合成処理を繰り返して、三次元合成画像を更新する。このように処理をすることで、三次元合成画像がより実際の臓器に近似することが期待できる。
【００６４】
図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、臓器三次元画像形成処理の流れを示す概略図である。
図１３（ａ）は、プローブ１０５から超音波画像形成装置１０４によって得られる超音波画像である。図１２のステップＳ１２０４の状態である。
図１３（ｂ）は、超音波画像から抽出した輪郭の画像データを模式的に示す図である。図１２のステップＳ１２０５の状態である。
図１３（ｃ）は、仮想三次元空間内に輪郭を複数個配置した状態を模式的に示す図である。図１２のステップＳ１２０６及びＳ１２０７の状態である。
図１３（ｄ）は、仮想三次元空間内に複数個配置された輪郭同士を三次元補完合成した状態を模式的に示す図である。図１２のステップＳ１２０８及びＳ１２０９の状態である。
【００６５】
超音波画像形成装置のプローブはＣＴスキャンと異なり、患者の皮膚に密着させる必要があるので、ＣＴスキャンのように取得した超音波断層画像を並列に並べて三次元画像を形成することが不可能である。そこで、発明者はプローブの三次元座標情報を取得して、これに基づいて超音波断層画像を三次元に展開することを考えた。超音波断層画像はそれ自身が多量のデータであり、そのまま三次元に展開することが困難である。そこで、超音波断層画像から輪郭を抽出して輪郭データを得る処理を加えることで、扱うデータ量を低減し、更に仮想三次元空間内に展開することを容易にした。また、近接する輪郭同士を補間演算することで、元の立体、つまり臓器の立体画像を得ることができた。
【００６６】
図１４は、表示部７１２に表示される仮想三次元空間の図である。
画像合成兼制御装置１０９が表示部７１２に表示する仮想三次元空間１４０１には、プローブ１０５、プローブ１０５から発生する観察平面Ｐ１００２、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサ、そして三次元補完合成によって描画された臓器１４０２が配置され、描かれている。
【００６７】
プローブ１０５の三次元画像は、図６のプローブ画像データ７０６を基に、プローブ位置算出部７０４が出力するプローブ１０５の現在の仮想三次元空間１４０１内における三次元位置及び姿勢の情報を用いて、画像選択合成部７０９が仮想三次元空間１４０１内に配置して描画する。
【００６８】
プローブ１０５に付随する観察平面Ｐ１００２の三次元画像は、初期状態記憶部７０３に記憶されている観察平面Ｐ１００２の情報を基に、プローブ位置算出部７０４が出力するプローブ１０５の現在の仮想三次元空間１４０１内における三次元位置及び姿勢の情報を用いて、画像選択合成部７０９が仮想三次元空間１４０１内に配置して描画する。
【００６９】
トランスデューサの三次元画像と、トランスデューサに付随する焦点１４０４の三次元画像は、図６のトランスデューサ画像テーブル７０７を基に、トランスデューサ位置算出部７０５が出力するトランスデューサの現在の仮想三次元空間１４０１内における三次元位置及び姿勢の情報を用いて、画像選択合成部７０９が仮想三次元空間１４０１内に配置して描画する。
【００７０】
臓器１４０２の三次元画像は、図６の臓器画像形成部７１０が出力する輪郭の画像データを、プローブ位置算出部７０４が出力するプローブ１０５の現在の仮想三次元空間１４０１内における三次元位置及び姿勢の情報と初期状態記憶部７０３に記憶されている観察平面Ｐ１００２の情報を用いて、画像選択合成部７０９が仮想三次元空間１４０１内に配置し、更に三次元画像形成部７１１が三次元補完合成して、仮想三次元空間１４０１内に描画する。
【００７１】
図１５は、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの位置決め処理である。図８のステップＳ８０６の詳細である。
処理を開始すると（Ｓ１５０１）、制御部７０２は、図８のステップＳ８０５を実行した際に医師によって入力されたバブル誘導箇所に最適な、バブル誘導用トランスデューサを決定する（Ｓ１５０２）。最適なバブル誘導用トランスデューサの選択基準としては、医療用超音波の焦点とバブル誘導箇所との間の距離が短いことと、姿勢制御によって医療用超音波をバブル誘導箇所に照射できることである。
【００７２】
制御部７０２は、ステップＳ１５０２でバブル誘導箇所に医療用超音波を照射させるためのバブル誘導用トランスデューサを決定したら、トランスデューサ制御部７１６及びトランスデューサ駆動装置１１５を通じて、当該バブル誘導用トランスデューサのアクチュエータを駆動し、位置決めを行う（Ｓ１５０３）。
【００７３】
本実施形態のトランスデューサユニット１１３の場合、バブル誘導用トランスデューサは、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃの三個が存在する。仮にバブル誘導箇所が一箇所だけである場合は、バブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃのうち、医療用超音波の焦点とバブル誘導箇所とが最適な状態で交わるもの一個だけを選択して、位置決め制御を行う。
【００７４】
次に制御部７０２は、図８のステップＳ８０５を実行した際に医師によって入力されたバブル凝集箇所に最適な、バブル凝集体形成用トランスデューサを決定する（Ｓ１５０４）。最適なバブル凝集体形成用トランスデューサの選択基準としては、医療用超音波の焦点とバブル凝集箇所との間の距離が短いことと、姿勢制御によって医療用超音波をバブル誘導箇所に照射できることである。
【００７５】
制御部７０２は、ステップＳ１５０４でバブル凝集箇所に医療用超音波を照射させるためのバブル凝集体形成用トランスデューサを決定したら、トランスデューサ制御部７１６及びトランスデューサ駆動装置１１５を通じて、当該バブル凝集体形成用トランスデューサのアクチュエータを駆動し、位置決めを行う（Ｓ１５０５）。そして、一連の処理を終了する（Ｓ１５０６）。
【００７６】
本実施形態のトランスデューサユニット１１３の場合、バブル凝集体形成用トランスデューサは、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅの二個が存在する。前述の通り、マイクロバブルの凝集体を形成して所定の箇所に集めるためには、二つの医療用超音波を照射しなければならないので、本実施形態の画像合成兼制御装置１０９では、このステップＳ１５０４は実質的に何も処理をしないこととなる。もし、トランスデューサユニット１１３にバブル凝集体形成用トランスデューサが三個以上搭載されている場合は、このステップＳ１５０４が有効に機能しなければならない。
【００７７】
図１６は本実施形態の超音波治療システムによって実現される、血管１６０１内の状態を説明する概略図である。
周知のように、血管１６０１は臓器等の末端に近づくに連れて、分岐して細くなる。超音波治療システムは、血管１６０１の分岐点１６０１ａ近傍にマイクロバブル誘導用超音波Ｐ１６０２を照射して、血液中のマイクロバブル１６０３を治療対象部位に誘導し、血管１６０１の分岐点１６０１ａから治療対象部位１６０４に至る箇所でマイクロバブル凝集体形成用超音波Ｐ１６０５を照射して、血液中のマイクロバブル１６０３を凝集させて凝集体１６０６を形成する。また、血管１６０１の分岐点１６０１ａ近傍にマイクロバブル誘導用超音波Ｐ１６０７を照射して、凝集体１６０６が正常部位１６０８に流れ込まないように誘導する。
【００７８】
本実施形態は以下のような応用例が可能である。
（１）本実施形態では、プローブ１０５及びトランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの三次元上の位置及び姿勢をリアルタイムに取得するために、赤外線を用いた光学式三次元計測装置を採用した。位置と姿勢を取得する手段は、この赤外線の光学式三次元計測装置に限らず、可視光を用いる装置や磁気式の装置であってもよい。
なお、三次元計測装置の動作方式が異なれば、これに対応するマーカの形状等も変わることとなる。したがって、マーカも赤外線反射球体２０５を用いる形態に限られない。
【００７９】
（２）超音波画像形成装置１０４と、空間座標取得装置１０８と、画像合成兼制御装置１０９は、周知の電子計算機で構成されている。したがって、データ処理能力の高い電子計算機を用いれば、これらの装置を一体化することも可能である。本システムが実用化されれば、超音波治療装置１１２も含めて、全ての機能を凝縮した装置として提供することも可能である。
【００８０】
（３）本実施形態のトランスデューサユニット１１３には、基板３０４にバブル誘導用トランスデューサ３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃと、バブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄ及び３０１ｅを交互に設けていた。これらトランスデューサは前述の説明の通り、全て同一の構成を有する。したがって、治療部位に応じてこれらトランスデューサの役割を変更することも可能である。つまり、基板３０４の左端に位置するバブル誘導用トランスデューサ３０１ａが、超音波治療装置１１２が出力する超音波駆動電流によってバブル凝集体形成用トランスデューサとして機能しても良いし、逆に基板３０４の左端に位置するバブル誘導用トランスデューサ３０１ａに隣接するバブル凝集体形成用トランスデューサ３０１ｄが、超音波治療装置１１２が出力する超音波駆動電流によってバブル誘導用トランスデューサとして機能しても良い。
【００８１】
（４）本実施形態の超音波治療システム１０１では、超音波治療装置１１２が画像合成兼制御装置１０９によって制御される構成となっているが、トランスデューサユニット１１３の各トランスデューサの役割が予め定まっている状況であれば、超音波治療装置１１２を手動でオン・オフ制御してもよい。つまり、超音波治療装置１１２のオン・オフ制御は必ずしも必須ではない。
【００８２】
本実施形態では、超音波治療システムを開示した。
超音波画像形成装置が出力する超音波断層画像から輪郭を抽出した後、プローブの三次元座標情報に基づいて輪郭データを仮想三次元空間内に配置する。輪郭データを複数取得して補間演算を実施すると、仮想三次元空間内に臓器の三次元画像を形成できる。
これまで、超音波プローブから二次元の超音波断層画像しか撮影できなかったが、プローブの三次元座標情報を取得することと、超音波断層画像から輪郭を抽出することで、超音波を用いた三次元立体画像を形成することができる。
【００８３】
血管１６０１を三次元立体画像で仮想三次元空間内に再現し、トランスデューサユニット１１３を用いて、治療対象部位１６０４にマイクロバブルの凝集体１６０６を形成して誘導する。血管１６０１内の所望の箇所に凝集体１６０６を集めて血栓を形成し、治療対象部位１６０４の細胞を壊死させることで、化学的薬物や放射線を一切使わない癌治療が実現できる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００８５】
１０１…超音波治療システム、１０２…手術台、１０３…患者、１０４…超音波画像形成装置、１０５…プローブ、１０５ａ…マーカ、１０６…赤外線ステレオカメラ、１０７…三脚、１０８…空間座標取得装置、１０９…画像合成兼制御装置、１１０…ディスプレイ、１１１…操作部、１１２…超音波治療装置、１１３…トランスデューサユニット、１１４…較正板、１１５…トランスデューサ駆動装置、２０１…探触子本体、２０２…把持部、２０３…ケーブルタイ、２０４…固定棒、２０５…赤外線反射球体、３０１ａ…バブル誘導用トランスデューサ、３０１ｄ…バブル凝集体形成用トランスデューサ、３０１ｅ…バブル凝集体形成用トランスデューサ、３０２…振動子本体、３０３…マーカ、３０４…基板、３０５ａ…穴、４０１…枠、４０２ａ…バネ、４０３ａ…アクチュエータ、５０２…ガイド棒、５０３…筒、６０１…凹部、６０２…基準線、７０１…座標データ選択部、７０２…制御部、７０３…初期状態記憶部、７０４…プローブ位置算出部、７０５…トランスデューサ位置算出部、７０６…プローブ画像データ、７０７…トランスデューサ画像テーブル、７０８…トランスデューサ焦点テーブル、７０９…画像選択合成部、７１０…臓器画像形成部、７１１…三次元画像形成部、７１２…表示部、７１３…較正板データ、７１４…バブル誘導算出部、７１５…バブル凝集算出部、７１６…トランスデューサ制御部、１００１…箱、１００２…釣り糸、１００３…吸音材、１４０１…仮想三次元空間、１４０２…臓器、１４０４…焦点、１６０１…血管、１６０１ａ…分岐点、１６０３…マイクロバブル、１６０４…治療対象部位、１６０６…凝集体、１６０８…正常部位、Ｐ１００１…プローブ平面、Ｐ１００２…観察平面、Ｐ１６０２…マイクロバブル誘導用超音波、Ｐ１６０５…マイクロバブル凝集体形成用超音波、Ｐ１６０７…マイクロバブル誘導用超音波
【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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