(57)【要約】【課題】検者がナビゲーション画像を参照しながら被検体に処置を施す際の使い勝手を向上させた処置支援システムを実現する。【解決手段】ＭＲＩ装置で被検体の３次元ボリュームデータを撮像する（Ｓ１０１）。３次元ボリュームデータから切り出されたナビゲーション画像上で関心領域と穿刺針の進入計画経路を設定する（Ｓ１０２，１０３）。３Ｄナビゲーションを起動して穿刺針の位置及び姿勢を検出する（Ｓ１０４，１０５）。ここで、超音波撮像を開始して、被検体の超音波断層面の組織の弾性情報を得る（Ｓ１０６，１０７）。処置支援システムは、弾性情報に基づいて超音波断層面における超音波像関心領域をリアルタイムに検出することによりターゲット位置を検出し（Ｓ１０７）、ナビゲーション画像へ転送して反映する（Ｓ１０８，１０９）。検者は、超音波像関心領域を参照することにより現実のターゲット位置を把握できる。【選択図】図４
2011050625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医用画像撮像装置で撮像された被検体の３次元ボリュームデータが格納されるメモリと、該メモリに格納された前記３次元ボリュームデータの断層面の切り出し画像をナビゲーション画像として生成するナビゲーション画像生成手段と、前記ナビゲーション画像を表示する表示器と、前記被検体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子の位置及び姿勢を前記３次元ボリュームデータの座標に対応付けて検出する探触子位置検出器と、前記被検体の関心領域を含む断層面の圧迫状態の異なる一対の反射エコー信号に基づいて該断層面の組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報を演算する弾性情報演算手段と、前記被検体の断層面の組織の弾性情報に基づいて該断層面における超音波像関心領域を検出し、該検出された超音波像関心領域を前記ナビゲーション画像上に反映するとともに、前記被検体の関心領域に処置を施す処置デバイスを示す模擬画像を表示する処置支援制御手段を備えることを特徴とする処置支援システム。
【請求項２】
前記表示されたナビゲーション画像上に前記被検体の関心領域を設定する入力インターフェースと、前記被検体の関心領域に処置を施す処置デバイスの位置及び姿勢を前記３次元ボリュームデータの座標に対応付けて検出する処置デバイス位置検出器とを備え、
前記処置支援制御手段は、前記処置デバイスの位置及び姿勢に基づいて前記ナビゲーション画像上に前記処置デバイスを示す模擬画像を表示する請求項１の処置支援システム。
【請求項３】
前記処置デバイスは穿刺針であり、
前記入力インターフェースを介して前記ナビゲーション画像上で前記関心領域への穿刺針の進入計画経路を設定した場合、
前記処置支援制御手段は、前記検出された穿刺針の位置及び姿勢に基づいて該穿刺針の進入経路を示す模擬画像を前記ナビゲーション画像上に表示する請求項２の処置支援システム。
【請求項４】
前記処置デバイスは前記超音波探触子と一体又は別体として設けられ集束超音波により前記被検体の関心領域を治療可能な治療用探触子であり、
前記入力インターフェースを介してナビゲーション画像上で前記関心領域への集束超音波の照射計画経路及び集束計画位置を設定した場合、
前記処置支援制御手段は、前記検出された治療用探触子の位置及び姿勢に基づいて集束超音波の照射経路及び集束位置を示す模擬画像を前記ナビゲーション画像上に表示する請求項２の処置支援システム。
【請求項５】
前記処置支援制御手段は、前記被検体の断層面の組織の弾性情報のうち前記入力インターフェースを介して前記関心領域が設定された組織の弾性情報に対応する領域を前記超音波像関心領域として検出し、該検出された超音波像関心領域を前記ナビゲーション画像上に反映する請求項２の処置支援システム。
【請求項６】
前記処置デバイスの位置及び姿勢、又は前記超音波探触子の位置及び姿勢に基づいて、前記被検体の前記処置デバイスを含む断層面、又は前記被検体の超音波送受信面に対応する断層面のＭＲＩ画像をリアルタイムに撮像可能なインタラクティブスキャンコントロール機能を有し、
前記リアルタイムのＭＲＩ画像を前記表示器に表示する請求項２の処置支援システム。
【請求項７】
前記超音波の送受信による前記被検体の断層面の組織の弾性情報の撮像と、前記ＭＲＩ画像の撮像とが交互に行なわれる請求項６の処置支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処置支援システムに係り、特に、検者が被検体の関心部位（ターゲット）に対して穿刺或いは集束超音波などによる処置を行なう際に、予め医用画像撮像装置で撮像された被検体の３次元ボリュームデータから切り出された断層画像等からなるナビゲーション画像を表示して処置を支援するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医用画像撮像装置の一例であるＭＲＩ装置は、連続的に被検体中の水素や燐等の原子核からの磁気共鳴信号（以下、ＮＭＲ信号という）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものであり、被検体の３次元ボリュームデータを取得することができる。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、被検体に手術を行なう前にＭＲＩ装置によって予め被検体の３次元ボリュームデータを撮像しておき、手術時に３次元ボリュームデータの直交３平面の断層画像を切り出して表示して、手術のナビゲーションをする手術支援システムが知られている。
【０００４】
例えば被検体に対して穿刺処置を行なう場合、処置前に予め撮像された３次元ボリュームデータから断層画像を切り出してナビゲーション画像として表示し、ナビゲーション画像上で穿刺のターゲットとなる組織に関心領域を設定する。さらに、ターゲットに対して穿刺針（処置デバイス）をどのような経路で進入させるか、つまり処置計画経路を設定する。そして、処置実行時に穿刺針に取り付けたポインタを用いて穿刺針の位置及び姿勢を検出し、検出した穿刺針の位置及び姿勢に基づいてナビゲーション画像上に穿刺針の模式図をリアルタイムに表示することにより、穿刺針の操作をナビゲーションするものである。
【０００５】
一方、特許文献２には、ＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺モニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ−ＭＲＩ装置、又はＩｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ−ＭＲＩ装置）と、手術ナビゲーションシステムを組み合わせた技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７９６３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１９０１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１，２は、検者がナビゲーション画像を参照しながら被検体に処置を施す際に、被検体の処置ターゲット（関心部位）が移動或いは変形するおそれがあることについて考慮されていないと考えられる。
【０００８】
すなわち、穿刺や集束超音波治療などの処置を行なう際に、被検体が動いたり、或いは検者が被検体を固定するために被検体を押圧したりすることに起因して、ターゲットが移動或いは変形する場合がある。ターゲットが移動或いは変形することにより、処置前にナビゲーション画像上で設定した関心領域の位置と現実の被検体のターゲットの位置がずれることになるので、予め設定しておいた関心領域や処置計画経路は意味をなさなくなってしまうおそれがある。
【０００９】
このようにターゲットの位置がずれた場合、いったん処置を中断して、再度３次元ボリュームデータを取得して、関心領域及び処置計画経路を再設定する必要が生じるので使い勝手の面で好ましくない。
【００１０】
そこで本発明は、検者がナビゲーション画像を参照しながら被検体に処置を施す際の使い勝手を向上させた処置支援システムを実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の処置支援システムは、医用画像撮像装置で撮像された被検体の３次元ボリュームデータが格納されるメモリと、このメモリに格納された３次元ボリュームデータの断層面の切り出し画像をナビゲーション画像として生成するナビゲーション画像生成手段と、ナビゲーション画像を表示する表示器と、被検体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、この超音波探触子の位置及び姿勢を３次元ボリュームデータの座標に対応付けて検出する探触子位置検出器と、被検体の関心領域を含む断層面の圧迫状態の異なる一対の反射エコー信号に基づいてこの断層面の組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報を演算する弾性情報演算手段と、被検体の断層面の組織の弾性情報に基づいてこの断層面における超音波像関心領域を検出し、この検出された超音波像関心領域をナビゲーション画像上に反映するとともに、被検体の関心領域に処置を施す処置デバイスを示す模擬画像を表示する処置支援制御手段を備えることを特徴としている。
【００１２】
また、表示されたナビゲーション画像上に被検体の関心領域を設定する入力インターフェースと、被検体の関心領域に処置を施す処置デバイスの位置及び姿勢を３次元ボリュームデータの座標に対応付けて検出する処置デバイス位置検出器とを備えている場合、処置支援制御手段は、処置デバイスの位置及び姿勢に基づいてナビゲーション画像上に処置デバイスを示す模擬画像を表示するよう構成することができる。
【００１３】
すなわち、検者はナビゲーション画像上の被検体の関心部位を含む領域を関心領域として設定し、処置支援制御手段は弾性画像上の被検体の関心部位を含む領域を超音波像関心領域として検出する。したがって、関心領域と超音波像関心領域は被検体の関心部位を含む領域であるという点で対応するものである。処置支援制御手段は超音波像関心領域を検出したら、超音波像関心領域をナビゲーション画像上に反映する。例えばナビゲーション画像の断層面と弾性画像の断層面とが対応する断層面である場合には、ナビゲーション画像上の対応する位置に超音波像関心領域を表示する。ここで、関心領域及び超音波像関心領域は線によって囲まれた領域とすることもできるし、特定の図形や矢印などでその領域を示すものとすることができる。
【００１４】
一方、ナビゲーション画像の断層面と弾性画像の断層面とが対応していない場合には、そのままでは超音波像関心領域をナビゲーション画像上に反映できないので、ナビゲーション画像の断層面を変えて弾性画像の断層面に対応させた後、ナビゲーション画像上の対応する位置に超音波像関心領域を表示する。
【００１５】
本願発明によれば、検者が被検体に処置を施す際に被検体の関心部位（ターゲット）の位置がずれたとしても、そのずれた位置が弾性画像の断層面において超音波像関心領域として検出され、ナビゲーション画像上に反映される。したがって、検者はナビゲーション画像を参照することによりターゲットの位置ずれを認識することができるので、ターゲットの位置ずれに対応して処置デバイスを適切に操作することができる。その結果、被検体のターゲットの位置がずれたとしても、処置を中断して再度３次元ボリュームデータを取得して、関心領域及び処置計画経路の再設定を行なう必要が生じないため、検者にとって使い勝手がよい。
【００１６】
また、処置デバイスとして穿刺針を用い、入力インターフェースを介してナビゲーション画像上で関心領域への穿刺針の進入計画経路を設定した場合、処置支援制御手段は、検出された穿刺針の位置及び姿勢に基づいて穿刺針の進入経路を示す模擬画像をナビゲーション画像上に表示するよう構成することができる。これによれば、検者は、穿刺針の進入経路がターゲットの現在位置を示す超音波像関心領域に重なっているか、言い換えればターゲットの組織を適切に採取できるかを、ナビゲーション画像を参照して判断することができる。
【００１７】
一方、処置デバイスとして超音波探触子と一体又は別体として設けられ集束超音波により被検体の関心領域を治療可能な治療用探触子を用い、入力インターフェースを介してナビゲーション画像上で関心領域への集束超音波の照射計画経路及び集束計画位置を設定した場合、処置支援制御手段は、検出された治療用探触子の位置及び姿勢に基づいて集束超音波の照射経路及び集束位置を示す模擬画像をナビゲーション画像上に表示するよう構成することができる。この場合には、検者は、集束超音波の照射経路及び集束位置がターゲットの現在位置を示す超音波像関心領域に重なっているか、言い換えればターゲットの組織を集束超音波によりに適切に治療できるかを、ナビゲーション画像を参照して判断することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検者がナビゲーション画像を参照しながら被検体に処置を施す際の使い勝手を向上させた処置支援システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の処置支援システムの全体構成図である。
【図２】本実施形態の処置支援システムを用いて被検体に処置を行なう際の様子と、超音波断層面とＭＲＩ画像の断層面との関係について示す図である。
【図３】超音波診断装置の構成を示す図である。
【図４】処置支援システムの動作を示すフロー図である。
【図５】処置支援システムのタイムチャートを示す図である。
【図６】ＭＲＩ撮像と超音波撮像のタイミングを示す図である。
【図７】処置を始める前の関心領域及び穿刺針の進入計画経路の設定を行なう際の処置支援システムのＧＵＩ表示例を示す図である。
【図８】実際に処置を行なう段階における処置支援システムのＧＵＩ表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用してなる処置支援システムの実施形態を説明する。図１は本実施形態の処置支援システムの構成図である。本実施形態の処置支援システムは、医用画像撮像装置としてＭＲＩ装置を適用し、ＭＲＩ装置で撮像された被検体の３次元ボリュームデータを用いるものである。ただし、医用画像撮像装置はＭＲＩ装置に限られず、例えばＸ線ＣＴ装置など被検体の３次元ボリュームデータを撮像可能なものを用いることができる。
【００２１】
ＭＲＩ装置１０は、例えば垂直磁場方式０．３Ｔ永久磁石ＭＲＩ装置を用いることができる。すなわち、図１に示すように、ＭＲＩ装置１０は、被検体の周囲に垂直な静磁場を発生させる上部磁石１２及び下部磁石１４と、これら磁石を連結するとともに上部磁石１２を支持する支柱１６と、領斜磁場をパルス的に発生させる図示していない傾斜磁場発生部と、静磁場中の被検体１８に核磁気共鳴を生じさせる図示していないＲＦ送信器と、被検体１８からの核磁気共鳴信号を受信する図示していないＲＦ受信器と、ＲＦ送信器及びＲＦ受信器を制御する制御部２０などを備えて構成されている。なお被検体１８は、ＭＲＩ装置１０の診察台１９に横臥している。
【００２２】
なお、傾斜磁場発生部は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイルは、ＲＦ送信部の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦコイルの信号は、図示していない信号検出部で検出されて信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像信号は、モニタで断層像として表示される。傾斜磁場電源、ＲＦ送信部、信号検出部などは、制御部で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。被検体は、ベッドに横たわってＲＦ受信コイル、ＲＦコイル傾斜磁場コイルなどで囲まれた装置内の空間に搬送され、断層面の撮像が行われる。
【００２３】
本実施形態の処置支援システム１００は、ＭＲＩ装置１０（医用画像撮像装置）で撮像された被検体の３次元ボリュームデータが格納されるデータ記録部２２と、データ記録部２２に格納された３次元ボリュームデータの断層面の切り出し画像をナビゲーション画像として生成するパーソナルコンピュータ２４に含まれるナビゲーション画像生成手段と、ナビゲーション画像や処置を支援する情報を表示するモニタ２６とを含んで構成されている。モニタ２６は、ＭＲＩ装置１０に支持部２８によって支持されているモニタを用いている。
【００２４】
また、処置支援システム１００は、モニタ２６に表示されたナビゲーション画像上に被検体の関心領域を設定する図示していない入力インターフェースと、被検体の関心領域に処置を施す処置デバイス（本実施形態では図２に示すように穿刺針３０を用いる）の位置及び姿勢を３次元ボリュームデータの座標と対応付けて検出する位置検出器３２（処置デバイス位置検出器）と、検出された穿刺針の位置及び姿勢に基づいてナビゲーション画像上に穿刺針を示す模擬画像を表示するパーソナルコンピュータ２４に含まれる処置支援制御手段を備えて構成されている。
【００２５】
位置検出器３２は、穿刺針の位置及び姿勢を３次元ボリュームデータの座標に対応付けて検出するのに加えて、被検体１８との間で超音波を送受信する超音波探触子３４の位置及び姿勢を３次元ボリュームデータの座標に対応付けて検出する探触子位置検出器としての機能も備えている。位置検出器３２は、アーム３６によってＭＲＩ装置１０に支持されている。位置検出器３２は、２台の赤外線カメラ３８と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成されており、超音波探触子３４や穿刺針３０に取り付けられた３つのポインタ４０の位置を検出することにより超音波探触子３４や穿刺針３０の位置及び姿勢を検出するものである。また、位置検出器３２は、アーム３６により移動可能に上部磁石１２に連結され、ＭＲＩ装置１０に対する配置を適宜変更することができる。
【００２６】
なお、図１においては超音波探触子３４を持った被検体のみを図示しているが、実際の処置の際には図２のようにして被検体のターゲットに対するアプローチが行なわれる。図２は、本実施形態の処置支援システムを用いて被検体に処置を行なう際の様子と、超音波断層面とＭＲＩ画像の断層面との関係について示す図である。図２（ａ）は、被検体に対して検者が処置を行なう際の様子を概略的に示しており、説明の便宜上、ＭＲＩ装置１０の図示を省略している。図２（ａ）に示すように、処置支援システムを用いて処置を行なう場合、２人の検者５０がそれぞれ穿刺針３０、超音波探触子３４を持って被検体のターゲットに対するアプローチを行なう。ただし、１人の検者が穿刺針３０と超音波探触子３４を持って処置を行なってもよい。
【００２７】
ＭＲＩ装置１０により穿刺針３０を含む断層面のＭＲＩ画像を取得するとともに、超音波探触子３４により超音波断層面の断層画像或いは弾性画像を取得し、これらの画像はＭＲＩ装置１０のモニタ２６や超音波診断装置の表示部に表示される。検者５０はこれらの画像を参照しながら被検体１８のターゲットに対してアプローチを行なう。ここで、図２(ｂ)に示すように、超音波探触子３４による超音波断層面５２と穿刺針３０によるＭＲＩ撮像断層面５４は必ずしも同一断面とは限らないので、それぞれ交互に撮像を行って、画像情報を取得する。この点の詳細については後述する。
【００２８】
図１に示すモニタ２６は、データ記録部２２に格納された３次元ボリュームデータから切り出された断層画像などからなるナビゲーション画像や、その他の処置を支援する情報を表示するものである。モニタ２６は、モニタ支持部２８により赤外線カメラ３８同様上部磁石１２に連結されており、移動可能になっている。基準ツール４２は、赤外線カメラ３８の座標系とＭＲＩ装置１０の座標系をリンクさせるものである。基準ツール４２は、３つの反射球４４を備え、上部磁石１２の側面に設けられている。パーソナルコンピュータ２４には、赤外線カメラ３８が検出し算出したポインタ４０の情報が、例えばＲＳ２３２Ｃケーブル４６を介して送信される。
【００２９】
制御部２０は、ワークステーションで構成され、ＭＲＩ装置１０の図示していないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。また、制御部２０は、パーソナルコンピュータ２４と接続されている。パーソナルコンピュータ２４は、赤外線カメラ３８が検出して算出したポインタ４０の位置から穿刺針３０を考慮してＭＲＩ装置１０で利用可能な位置データに変換し、制御部２０へ送信する。位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映される。新たな撮像断面で取得された画像はモニタ２６に表示される。また、画像はデータ記録部２２に同時記録される。穿刺針３０に取り付けた３つのポインタ４０と穿刺針３０との相対的な位置関係は既知になっているので、この３つのポインタ４０の位置を検出することにより、穿刺針３０の位置及び姿勢を検出することができる。例えば、穿刺針３０のある位置を常に撮像断面とする様に設定した場合、モニタ２６には穿刺針３０を常に含む断面が表示されることになる。
【００３０】
ところで、本実施形態の処置支援システムは、超音波診断装置６０を含んで構成されている。図３は超音波診断装置６０の構成を示す図である。超音波診断装置６０は、被検体１８との間で超音波を送受信して得られた反射エコー信号を用いて、被検体１８の超音波断層面の組織の断層画像、組織の硬さ又は軟らかさを示す弾性画像、又は複数の断層面の断層画像や弾性画像に基づく３次元画像を生成して表示するものである。
【００３１】
超音波診断装置６０は、被検体１８に超音波を照射し受信する振動子素子を備えた超音波探触子３４と、超音波信号を送受信する超音波送受信部６２と、受信された反射エコーを整相加算してＲＦ信号フレームデータを時系列に生成する整相加算部６４と、ＲＦ信号フレームデータに基づいて断層画像（Ｂモード画像）を生成する断層画像構成部６６とを有している。
【００３２】
また、被検体のターゲットに加わる圧迫状態が異なる状態で取得された一対のＲＦ信号フレームデータに基づいて被検体の断層面の生体組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報（歪み又は弾性率）を求める弾性情報演算部６８と、弾性情報演算部６８で演算した歪み又は弾性率から弾性画像を構成する弾性画像構成部７０とを有している。
【００３３】
また、断層画像構成部６６で生成された断層画像と弾性画像構成部７０で生成された弾性画像の少なくとも一方を表示する表示部７２と、上記各構成要素を制御する制御部７４と、制御部７４に指示を与えるコントロールパネル７６とを有している。なお、断層画像と弾性画像の少なくとも一方は、超音波診断装置の専用の表示部７２に映し出されるだけでなく、パーソナルコンピュータ２４に転送されることで、画像処理が行われＭＲＩ装置１０のモニタ２６に映し出される。
【００３４】
以下、超音波診断装置の各構成要素の詳細について説明する。超音波探触子３４は、振動子素子が超音波探触子３４の長軸方向に１〜ｍチャンネル分配列される。ここで、短軸方向にもｋ個に切断されて１〜ｋチャンネル分配列されている場合、短軸方向の各振動子素子（１〜ｋチャンネル）に与える遅延時間を変えることにより、短軸方向にも送波や受波のフォーカスをかけられるようになっている。また、短軸方向の各振動子素子に与える超音波送信信号の振幅を変えることにより送波重み付けがかけられ、短軸方向の各振動子素子からの超音波受信信号の増幅度又は減衰度を変えることにより受波重み付けがかけられるようになっている。さらに、短軸方向のそれぞれの振動子素子をオン、オフすることにより、口径制御ができるようになっている。
【００３５】
なお、この超音波探触子３４は、超音波送受信部６２から供給される駆動信号に重畳して印加されるバイアス電圧の大きさに応じて超音波送受信感度つまり電気機械結合係数が変化する、例えばｃＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）を適用することもできる。ｃＭＵＴは、半導体微細加工プロセス（例えばＬＰＣＶＤ：Low
Pressure Chemical Vapor Deposition）により製造される超微細容量型超音波振動子である。
【００３６】
超音波送受信部６２は、超音波探触子３４に送信信号を供給すると共に受信した反射エコー信号を処理するもので、その内部には、超音波探触子３４を制御し超音波ビームの打ち出しをさせる送波回路と、この打ち出された超音波ビームの被検体内からの反射エコー信号を受信し生体情報を収集する受波回路と、これらを制御する制御回路とを有している。
【００３７】
整相加算部６４は、超音波送受信部６２で増幅されたＲＦ信号を入力して位相制御し、複数の収束点に対し収束した超音波ビームを形成してＲＦ信号フレームデータを生成するものである。
【００３８】
断層画像構成部６６は、整相加算部６４から出力されたＲＦ信号フレームデータを断層画像に変換するもので、順次入力されるＲＦ信号フレームデータに基づいて断層画像を形成するデジタルスキャンコンバータと、断層画像を記憶する磁気ディスク装置及びＲＡＭからなる記憶装置とからなり、ＲＦ信号フレームデータを信号処理して断層画像を生成して出力する。また、断層画像構成部６６は、複数断層面の断層画像に基づいて３次元画像を生成したり、各種ドプラ画像を生成したりする機能も有している。
【００３９】
弾性情報演算部６８は、整相加算部６４から出力されるＲＦ信号フレームデータについて、被検体のターゲットに加わる圧迫状態が異なる状態で取得された一対のＲＦ信号フレームデータを選択するＲＦ信号フレームデータ選択部と、一対のＲＦ信号フレームデータに基づいて被検体の生体組織に生じた変位を計測し変位フレームデータを生成する変位計測部とを有しており、変位計測部で計測された変位フレームデータに基づいて連続的な圧迫過程における被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報、例えば歪み又は弾性率（ヤング率）を求める。
【００４０】
このとき、歪みのデータは、生体組織の移動量例えば変位を空間微分することによって算出される。また、弾性率のデータは、圧力の変化を移動量の変化で除することによって計算される。例えば、変位計測部により計測された変位をΔＬ、超音波探触子３４に取り付けた圧力センサにより計測された圧力をΔＰとすると、歪み（Ｓ）は、ΔＬを空間微分することによって算出することができるから、Ｓ＝ΔＬ／ΔＸという式を用いて求められる。また、弾性率データのヤング率Ｙｍは、Ｙｍ＝（ΔＰ）／（ΔＬ／Ｌ）という式によって算出される。このヤング率Ｙｍから断層像の各点に相当する生体組織の弾性率が求められるので、２次元の弾性画像データを連続的に得ることができる。なお、ヤング率とは、物体に加えられた単純引張り応力と、引張りに平行に生じるひずみに対する比である。
【００４１】
弾性画像構成部７０は、フレームメモリと画像処理部とを含んで構成されており、弾性情報演算部６８から時系列に出力される弾性フレームデータをフレームメモリに確保し、確保されたフレームデータを画像処理部により画像処理を行うものである。  表示部７２は、断層画像構成部６６や弾性画像構成部７０で生成された画像を表示するもので、例えばＣＲＴモニタ、液晶モニタからなる。
【００４２】
制御部７４は、上記各構成要素の動作を制御するもので、ユーザインターフェース回路とのインターフェースを有する制御用コンピュータシステムより構成されている。
【００４３】
続いて、本実施形態の処置支援システム１００の動作について説明する。図４は処置支援システムの動作を示すフロー図である。まず、被検体１８に処置を施す前準備として、ＭＲＩ装置１０により被検体１８の３次元ボリューム撮像を行って、データ記録部２２に格納する（ＳＴＥＰ１０１）。続いて、データ記録部２２から読み出した３次元ボリュームデータの被検体１８の処置のターゲットとなる組織が含まれる断層像、例えば直交３平面を切り出して、ナビゲーション画像としてモニタ２６に表示する。検者５０は、入力インターフェースを介してナビゲーション画像上のターゲットに対して関心領域を設定する（ＳＴＥＰ１０２）。さらに、入力インターフェースを介してターゲットに対してどのような経路で穿刺針３０を進入させるか進入計画経路を設定する（ＳＴＥＰ１０３）。
【００４４】
従来の処置支援システムであれば、この後、位置検出器３２により穿刺針３０の位置及び姿勢を検出し、検出された穿刺針３０の位置及び姿勢に基づいてナビゲーション画像上に穿刺針３０のリアルタイムの位置を表示する。検者５０は、ナビゲーション画像上に設定した進入計画経路に沿って穿刺針３０が進入されているかを確認しながら穿刺処置を行なう。
【００４５】
しかしながら、ナビゲーション画像上に関心領域及び進入計画経路を設定した後、実際に穿刺処置を行なう際に、被検体１８が動いたり、或いは検者５０が被検体１８を固定するために被検体１８を押圧したりすることに起因して、被検体の穿刺ターゲットが移動或いは変形する場合がある。ターゲットの移動或いは変形により、処置前にナビゲーション画像上で設定した関心領域の位置と現実の被検体のターゲットの位置がずれることになるので、予め設定しておいた関心領域や計画経路は意味をなさなくなってしまうおそれがある。仮にターゲットの位置がずれた場合、いったん処置を中断して、再度３次元ボリュームデータを取得して関心領域及び計画経路を再設定する必要が生じるので使い勝手の面で好ましくない。
【００４６】
このような問題に鑑みてなされた本実施形態の処置支援システム１００は、処置支援制御手段が、超音波診断装置６０の弾性情報演算部６８により被検体１８の断層面の組織の弾性情報を求め、この弾性情報に基づいて、超音波断層面における関心領域（超音波像関心領域）を検出し、この検出された超音波像関心領域をナビゲーション画像上に反映することを特徴としている。以下、本実施形態の処置支援システム１００の特徴点について詳細に説明する。
【００４７】
図４に示すように、本実施形態の処置支援システム１００は、被検体１８に対する処置を開始するにあたって、３Ｄナビゲーションを起動し（ＳＴＥＰ１０４）、位置検出器３２にて穿刺針３０の位置検出を開始する（ＳＴＥＰ１０５）。これに加えて、超音波探触子３４を被検体１８に当てて超音波撮影を開始する（ＳＴＥＰ１０６）。
【００４８】
超音波撮像において、断層画像（Ｂモード画像）に加えてエラストグラフィによる弾性画像を取得し、弾性画像に基づいて画像解析によりターゲット位置を算出する（ＳＴＥＰ１０７）。具体的には、ナビゲーション画像上で検者５０が入力インターフェースを介して設定した関心領域の組織の弾性情報は予め既知となっており、弾性画像の断層面の複数計測点の弾性情報のうち、ナビゲーション画像上で設定した関心領域の組織の弾性情報に対応する領域をターゲット位置（超音波像関心領域）として検出する。
【００４９】
続いて、位置検出器３２により超音波探触子３４の位置及び姿勢が検出されることによりターゲットの位置情報が求められてナビゲーションに転送され（ＳＴＥＰ１０８）、ターゲット位置はナビゲーション画像に反映される（ＳＴＥＰ１０９）。ここで、ナビゲーション画像の直交３平面のうちいずれかの断層面と弾性画像の断層面（超音波断層面）とが対応する断層面である場合には、そのままナビゲーション画像上の対応する位置に超音波像関心領域を表示することで反映する。ここで、関心領域及び超音波像関心領域は線によって囲まれた領域とすることもできるし、特定の図形や矢印などを表示したものでもよい。要は、関心領域や超音波像関心領域の位置、大きさ、形などを示すものであればよい。
【００５０】
一方、ナビゲーション画像の直交３平面のうちいずれかの断層面と弾性画像の断層面（超音波断層面）とが対応する断層面でない場合には、そのままでは超音波像関心領域をナビゲーション画像上に反映できない。そこで、この場合には、ナビゲーション画像の断層面を変えて、弾性画像の断層面を１つの断層面とする直交３平面をナビゲーション画像として表示する。直交３平面のいずれにもターゲットが表示されるように直交３平面を設定するのが好ましい。そして、弾性画像の断層面に対応するナビゲーション画像上の対応する位置に超音波像関心領域を表示することにより反映させる。
【００５１】
続いて、位置検出器３２にて穿刺針３０の位置及び姿勢を検出して、穿刺針３０の位置及び姿勢に基づいて穿刺針３０の模擬画像をナビゲーション画像上に表示する（ＳＴＥＰ１１０）。これにより、処置前に設定した関心領域及び進入計画経路と、現実のターゲットの位置及び穿刺針３０とのズレ量を検者５０に提示することができる。また、必要に応じてＩＳＣ（インタラクティブスキャンコントロール：Interactive Scan Control）等の付属機能を用いてＭＲＩ画像を表示する（ＳＴＥＰ１１１）。そして、被検体１８に対する穿刺針３０の位置合わせが終了するまでＳＴＥＰ１０７〜ＳＴＥＰ１１１までの処理が繰り返される（ＳＴＥＰ１１２）。
【００５２】
被検体１８に対する穿刺針３０の位置合わせが終了すると、検者による処置（治療）が開始される（ＳＴＥＰ１１３）。例えば処置デバイスが穿刺針３０の場合は、ここで被検体１８のターゲット組織の採集が行なわれる。処置デバイスが集束超音波により被検体１８のターゲット組織を治療可能な治療用探触子の場合であれば、ここでターゲット組織に対して集束超音波が照射されて組織を熱凝固する温度以上に加熱する。
【００５３】
その後、ＩＳＣによるリアルタイムのＭＲＩ画像、超音波撮像による断層画像、弾性画像を参照して処置の効果確認（治療の効果確認）を行い（ＳＴＥＰ１１４）、問題なければ終了する。効果が充分でない場合は、ＳＴＥＰ１０７に戻って処理を繰り返す。処置デバイスが集束超音波の治療用探触子の場合には、集束超音波の焦点位置を深度方向やビームライン方向に変えながら、ターゲットの治療部位の全体を治療することができる。この場合、ＩＳＣによるリアルタイムのＭＲＩ画像、超音波撮像による断層画像、弾性画像の断層面の位置を変えながらターゲットの治療部位の全体の治療効果の確認を行い、問題がなければ処置を終了する。
【００５４】
図５は本実施形態の処置支援システム１００のタイムチャートを示す図である。図５のタイムチャートは、超音波診断装置６０、ＭＲＩ装置１０、検者５０の処理、及びパーソナルコンピュータ２４に含まれるナビゲーション画像処理系のそれぞれが行なう処理或いは動作を時系列に表示したものである。図５に示すように、まずはＭＲＩ装置１０により３次元ボリューム撮像が行われ、データ記録部２２に格納される（ＳＴＥＰ２０１）。続いて、ナビゲーション画像処理系（ナビゲーション画像生成手段）により、３次元ボリュームデータが読み出されて検者に指定された断面で切り出されてナビゲーション画像として表示される（ＳＴＥＰ２０２）。検者５０は、ナビゲーション画像上に映し出されたターゲットに対して、関心領域、及び穿刺針３０の進入計画経路が設定される（ＳＴＥＰ２０３）。処置デバイスが集束超音波による治療用探触子の場合には、入力インターフェースを介してナビゲーション画像上で関心領域への集束超音波の照射計画経路及び集束計画位置を設定する。
【００５５】
検者により処置が開始されると（ＳＴＥＰ２０４）、穿刺針３０の３次元位置が検出され（ＳＴＥＰ２０５）、検出された位置情報は穿刺針位置情報としてＭＲＩ装置１０に送信される（ＳＴＥＰ２０６）。一方で、超音波診断装置６０により弾性画像が撮像されて（ＳＴＥＰ２０７）、撮像された弾性画像情報はナビゲーション画像処理系に送信される（ＳＴＥＰ２０８）。
【００５６】
弾性画像情報がナビゲーション画像処理系に送信されると、ナビゲーション画像処理系により、弾性画像におけるターゲット位置（超音波関心領域）が検出され（ＳＴＥＰ２０９）、検出された超音波関心領域が穿刺針３０の位置情報とともにナビゲーション画像上に反映される（ＳＴＥＰ２１０）。一方、ＭＲＩ装置１０によりＩＳＣ撮像が行なわれると（ＳＴＥＰ２１１）、穿刺針３０を含む断面のＭＲＩ画像がリアルタイムに撮像されてナビゲーション画像処理系へ送信される（ＳＴＥＰ２１２）。ナビゲーション画像処理系によりリアルタイムのＭＲＩ画像が表示される（ＳＴＥＰ２１３）。ナビゲーション画像処理系により、穿刺針３０の検出された位置及び姿勢に基づいて穿刺針３０の進入経路（進入経路の模擬画像）がナビゲーション画像上に表示される（ＳＴＥＰ２１４）。処置デバイスが集束超音波による治療用探触子の場合、治療用探触子の検出された位置及び姿勢に基づいて集束超音波の照射経路及び集束位置（照射経路及び集束位置を示す模擬画像）がナビゲーション画像上に表示される。
【００５７】
検者５０は、予め設定された関心領域、進入計画経路と併せて超音波関心領域と現在の穿刺針の３次元位置に基づく進入経路をナビゲーション画像上で参照することにより、ターゲットの位置ずれを認識して、処置（穿刺）を実行する（ＳＴＥＰ２１５）。穿刺処置の他、集束超音波によりターゲットの組織を治療した場合には、例えばＩＳＣ撮像によるリアルタイムのＭＲＩ画像や超音波撮像による断層画像、弾性画像を参照して治療の効果を確認する（ＳＴＥＰ２１５）。
【００５８】
ところで本実施形態の処置支援システム１００は、上述のＩＳＣ（インタラクティブスキャンコントロール）撮像におけるＭＲＩ画像の撮像と、超音波画像の撮像を図６に示すように交互に行なっている。図６は、ＭＲＩ撮像と超音波撮像のタイミングを示す図である。図６において横軸は時間軸を示している。図６に示すように、時間軸上にＭＲＩ信号を取得する時間８０と超音波信号を取得する時間８２が交互に設けられている。すなわち、ＭＲＩ信号８４，超音波信号８６、ＭＲＩ信号８８、・・・ＭＲＩ信号９０、超音波信号９２、ＭＲＩ信号９４の順に画像信号が取得されて、それぞれＭＲＩ画像９６、超音波画像９８がリアルタイムに生成されてモニタ２６に表示される。なお、ここでの超音波画像は、断層画像と弾性画像の少なくともいずれか一方を含む画像のことである。また、ＭＲＩ信号を取得する時間８０と超音波信号を取得する時間８２は、それぞれ検者５０が任意に設定することができる。
【００５９】
このようにＭＲＩ撮像と超音波撮像を交互に行なうのは、ＭＲＩ画像と超音波画像の両者を同時に撮像すると、超音波送受信などに起因する電磁波ノイズがＭＲＩ画像に重畳されて、ＭＲＩ画像の画質が悪くなるためである。本実施形態のように両者を交互に撮像することにより、互いの画像の画質を良好に保つことができる。なお本実施形態では、ＭＲＩ画像は、穿刺針３０を含む断面の画像を撮像するよう設定している例を示しているが、ＭＲＩ画像を撮像する断面は検者が入力インターフェースを介して任意に設定できる。例えば超音波断層面に対応する断層面のＭＲＩ画像を撮像するよう設定することができる。
【００６０】
図７は、処置を始める前の関心領域及び穿刺針の進入計画経路の設定を行なう際の処置支援システムのＧＵＩ表示例を示す図である。図７に示すように、処置支援システム１００に備えられたボタン構成は３ＤＳｃａｎボタン１０２、関心領域設定ボタン１０４、穿刺計画経路設定ボタン１０６、ターゲット位置自動調整ボタン１０８、ＩＳＣボタン１１０、３Ｄナビゲーションボタン１１２で構成されている。最初に検者５０が３ＤＳｃａｎボタン１０２を押下することで、ＭＲＩ装置１０による３次元ボリュームデータ撮像が開始される。
【００６１】
撮像された３次元ボリュームデータは、データ記録部２２に格納され、格納された３次元ボリュームデータから直交３平面、つまりＡｘｉａｌ断面１１４、Ｓａｇｉｔｔａｌ断面１１６、Ｃｏｒｏｎａｌ断面１１８が切り出されて表示される。この直交３平面の位置は検者５０が入力インターフェースを介して任意に調節することができる。検者５０は各断面に穿刺のターゲットが映し出されるように直交３平面それぞれの位置を調節する。また、公知のボリュームレンダリング技術を用いてＶｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１２０も表示される。Ａｘｉａｌ断面１１４、Ｓａｇｉｔｔａｌ断面１１６、Ｃｏｒｏｎａｌ断面１１８、及びＶｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１２０は、モニタ２６の左側に表示され、ナビゲーション画像の一部を構成している。
【００６２】
検者５０は、関心領域設定ボタン１０４を押下して、ナビゲーション画像上に映し出されたターゲットに入力インターフェースを介してマークをつけることにより関心領域１２２を設定する。続いて、穿刺計画経路設定ボタン１０６を押下して、ナビゲーション画像上で、入力インターフェースを介して穿刺針３０の進入計画経路１２４を描画して設定する。以上で事前作業が終了となる。また、ＭＲＩ装置のモニタの右側には、被検体１８のスライス情報を表示する画面１２６、ＭＲＩ装置情報・被検体情報・画像情報・処置デバイス情報等の詳細を示す画面１２８が表示されている。
【００６３】
これに対して図８は、実際に処置を行なう段階における処置支援システムのＧＵＩ表示例を示す図である。モニタ２６の左側には処置前と同様に、Ａｘｉａｌ断面１１４、Ｓａｇｉｔｔａｌ断面１１６、Ｃｏｒｏｎａｌ断面１１８、及びＶｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１２０が表示される。一方、モニタ２６の右側には、ＩＳＣ（インタラクティブスキャンコントロール）による処置デバイス追随撮像画面１３０が表示される。処置デバイス追随撮像画面１３０上には、リアルタイムで検出される穿刺針３０の位置及び姿勢に基づいて穿刺針３０の模擬画像１３２と穿刺針３０の進入経路１３４が重畳表示されている。なお、モニタ２６の左側のナビゲーション画像上においても同様に、リアルタイムで検出される穿刺針３０の位置及び姿勢に基づいて穿刺針３０の模擬画像１３２と穿刺針３０の進入経路１３４が重畳表示されている。
【００６４】
検者がターゲット位置自動調整ボタン１０８を押下することで超音波撮影が始まり、断層画像撮影と弾性画像撮影が開始される。これにより得られた超音波画像情報をＶｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ画像１２０上に重畳表示した画像が超音波重畳画像１３６として表示される。超音波重畳画像１３６には、リアルタイムで検出される超音波探触子３４の位置及び姿勢に基づいて超音波探触子３４の模擬画像１３８が表示される。また、超音波重畳画像１３６上に、被検体１８の断層面の組織の弾性情報に基づいて検出された超音波像関心領域１４０つまりリアルタイムのターゲットの位置を表示することによりターゲットの位置を立体的に把握できるようになっている。
【００６５】
またモニタ２６には、弾性画像におけるターゲットが含まれる領域を拡大した拡大画像１４２が表示されている。拡大画像１４２上には、処置前にナビゲーション画像上で検者が設定した関心領域１２２と、被検体の断層面の組織の弾性情報に基づいて検出された超音波像関心領域１４０の相対的な位置関係が分かるように両者を表示している。
【００６６】
さらにモニタ２６には、処置前に設定した関心領域１２２、進入計画経路１２４、及び処置中に生成された超音波像関心領域１４０、穿刺針３０の模擬画像１３２、穿刺針３０の進入経路１３４、超音波探触子３４の模擬画像１３８のみを抜き出して表示した抜き出し画像１４４が表示される。抜き出し画像１４４は、穿刺針３０と被検体の処置ターゲットとの位置合わせに必要な情報のみを抜き出して表示したものである。この抜き出し画像１４４にはＸ，Ｙ，Ｚの３軸画像１４６が表示される。
【００６７】
ここで、検出された超音波像関心領域１４０に基づくリアルタイムのターゲット位置は、モニタ左側のナビゲーション画像上にリアルタイムに反映される。また、リアルタイムで検出される穿刺針３０の位置及び姿勢に基づいて穿刺針３０の模擬画像１３２が生成され、モニタ左側のナビゲーション画像上にリアルタイムに表示される。さらに、リアルタイムに検出した穿刺針３０の位置及び姿勢に基づいて穿刺針３０の進入経路１３４がナビゲーション画像上にリアルタイムに表示される。なお、穿刺針３０の進入経路１３４は、穿刺針３０の位置及び姿勢に基づいて自動で生成されて表示されるようになっている。
【００６８】
これにより、検者５０は、処置前に検者が設定した関心領域１２２に対して、リアルタイムに検出した超音波像関心領域１４０つまりターゲットの現在位置がどの程度ずれているか、或いはずれていないかを把握することができる。また、穿刺針３０のリアルタイムの模擬画像１３２と、穿刺針３０の進入経路１３４を参照することにより、穿刺針３０がターゲットに対して適切に進入しているかを一目で把握することができる。なお図８においては、穿刺針３０の進入経路１３４が超音波像関心領域１４０に交差しているので、検者５０は、このまま穿刺針３０を進入させればターゲットの組織の採集ができることを認識することができる。
【００６９】
以上、本実施形態の処置支援システム１００によれば、被検体１８の処置ターゲットの位置をリアルタイムに検出して、ナビゲーション画像にフィードバックしているので、検者５０は、常に適切かつ低侵襲な処置アプローチを行なうことができる。また、処置前／処置中に求めたターゲットの位置情報及び処置経路情報だけでなく、処置結果や治療結果情報を検者５０にリアルタイムに表示できることから、従来の処置支援システムに比べてより正確に安定した処置支援が可能となる。これより、処置時における画像誘導（ナビゲーション）精度の向上だけでなく、合併症予防と検者・被検体に対するストレス低減と処置時間短縮による低侵襲が期待できる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  ＭＲＩ装置
１８  被検体
２０  制御部
２２  データ記録部
２４  パーソナルコンピュータ
２６  モニタ
３０  穿刺針
３２  位置検出器
３４  超音波探触子
５０  検者
５２  超音波断層面
５４  ＭＲＩ撮像断層面
６０  超音波診断装置
６８  弾性情報演算部
７２  表示部
８０  ＭＲＩ信号を取得する時間
８２  超音波信号を取得する時間
１００  処置支援システム
１２２  関心領域
１２４  進入計画経路
１３０  処置デバイス追随撮像画面
１３２  穿刺針の模擬画像
１３４  穿刺針の進入経路
１３８  超音波探触子の模擬画像
１４０  超音波像関心領域
【図１】
2011050625.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011050625.tif 000006
【図５】
2011050625.tif 000007
【図６】
2011050625.tif 000008
【図７】
2011050625.tif 000009
【図８】
2011050625.tif 000010