(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理乃至処理加工されるべき範囲に関する治療音波の方向付けを象徴的にディスプレイするスクリーンを有するディスプレイユニットを用い、処理されるべき範囲への治療音波の方向付けを明視化する方法において、
当該明視化をバーチャルリアリティーによって行い、
音波源と、音波が伝播している空間範囲と、処理乃至処理加工されるべき範囲とが実体像によって前記スクリーン上に遠近法によってディスプレイされ、
このディスプレイされた対象物の表面に、処理されるべき範囲の中央に配されたバーチャルイルミネーション源によって光入射と光反射がシミュレートされ、
音波源の個所乃至方向付け及び／又は処理されるべき範囲が変わる際に遠近視界が正しい動きで変わり、
音波が治療乃至処理加工効果を生み出す範囲への接近又は当該範囲との合致を示すアプローチインジケーター機能を有し、該アプローチインジケーター機能が、前記実体像の少なくとも１つをディスプレイする色の変化によって信号を出す
ことを特徴とする明視化方法。
【請求項２】
場面での操作者の視界の変化に対応して操作者の個所が変わる際に遠近視界が変わる又は手動で遠近視界が変えられ得ることを特徴とする請求項１にしたがう方法。
【請求項３】
集束された治療音波の場合にそれら波が、その側面が頂点の集束波と底面の回折波の間での移行にほぼ対応する錐体として、ディスプレイされることを特徴とする請求項１又は２にしたがう方法。
【請求項４】
ディスプレイされた錐体の側面が、処理されるべき範囲が覆われないように開けられた表面で表示されることを特徴とする請求項３にしたがう方法。
【請求項５】
ディスプレイされた錐体の側面が半透明形状で表示されることを特徴とする請求項３にしたがう方法。
【請求項６】
処理されるべき範囲が、音波が治療乃至処理加工効果を生じるほぼ同じサイズでディスプレイされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項にしたがう方法。
【請求項７】
集束された音波と共に、処理されるべき範囲が球形又は楕円体としてディスプレイされることを特徴とする請求項６にしたがう方法。
【請求項８】
前記アプローチインジケーター機能が可聴信号を生じることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項にしたがう方法。
【請求項９】
前記アプローチインジケーター機能がピッチ（周波数）及び／又は音響反復率の変動によって信号を出すことを特徴とする請求項８にしたがう方法。
【請求項１０】
前記アプローチインジケーター機能が数的表示によって信号を出すことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項にしたがう方法。
【請求項１１】
ディスプレイされた像にて処理乃至処理加工空間の固定要素が拡大されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項にしたがう方法。
【請求項１２】
固定要素が処理台及び／又は位置探査手段のための位置決め手段であることを特徴とする請求項１１にしたがう方法。
【請求項１３】
前記位置決め手段がＸ線Ｃアークであることを特徴とする請求項１２にしたがう方法。
【請求項１４】
拡大された視界での処理されるべき範囲の環境を表示するのに供されるズーム機能がもたらされることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項にしたがう方法。
【請求項１５】
処理されるべき範囲の位置が、位置探査手段によって検出されたように、空間的広がりのある配置でディスプレイされることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項にしたがう方法。
【請求項１６】
治療乃至処理加工を要する範囲に対する前記音源（１３）の位置を検知する位置検知システム（１７，１８）が備えられ、その出力信号がスクリーン（２０）を有した分析コントローラーユニット（１９）に供給され、上記スクリーンに、音波焦点及び、処理乃至処理加工を要する範囲の空間的配置が、実体像によって遠近法でディスプレイされることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項にしたがう方法を履行するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理されるべき又は処理加工されるべき範囲での治療音波の方向付け乃至正しく調節すること（くせ取り）を明視化するための方法、並びにこの方法を実行するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
治療音波の適用のための装置は一般的に共通している：
砕石術（結石破砕）のために、例えば人体の内側又は外側で発生するパルス状の圧力又は衝撃が用いられる一方で、連続的な音波が例えば熱組織に対して用いられる。
【０００３】
どのような場合でも治療処理乃至処理加工を必要とする領域に音場の治療的に有効な断片を向けること（以下、簡単に「音波集束」と称する）が必要である。これは音源及び／又は患者を動かすことによって、また音場内の空間で圧力分布に影響を及ぼして音源に対する焦点の変位によって行われ得る。
【０００４】
この方向付け操作（以下、「位置決め」と称する）は、例えば信頼性のような多数の理由のために概して自動的には行われず、装置を適用する人、即ち、医師によって行われる。操作者がそのような位置決めを行うことができるようにするために、操作者が処理位置に音波集束を向け得るように数字又はグラフの指示が必要である。
【０００５】
人体の外側で発生する圧力波を操作する砕石器（結石破砕器）装置において、例えば十字線カーソルを二次元Ｘ線又は超音波像に交じらせることによって指示が有効である。
【０００６】
工学技術の観点からは簡単であるが人間工学の観点からは装置原理のために多分に不便であり構造によって招いた費用に関して多分に不適当である１つの解決法は、像形成コンポーネント（即ちＸ線チューブ／像増幅器又は超音波送信機）と超音波音源の間で一定の位置的関係を確立するために、像形成コンポーネントを音源に機械的に接続することにある。
【０００７】
より最近の開発で、音源を可動形状に配すること及び適当な測定技術によって音源に対して像発生又は像形成コンポーネントの空間的な位置決めを検知することが提案された。そのような装置の例はドイツ特許ＤＥ-Ａ-１９５１２９５６号公報に記載されており、ここでは説明されない詳細の全てに関してはっきりと言及される。
【０００８】
像形成システムと音源の間の固定した三次元相関としてもはや固定したマーカー等において交じる可能性のない装置は存しない。いまや可変である音波集束の位置はむしろ処理位置に対して表示されなければならない。
【０００９】
工学技術の項において簡単な解決法は、三次元座標系における間隔（スペーシング）としてのこの情報の数字表示にある。しかしながら、そのような原理で、操作者がこの数値情報を三次元動作に変換することを制限するので位置決めが時間消費操作となる。
【００１０】
他の位置決め表示はドイツ特許ＤＥ-Ａ-１９５１２９５９号公報の図４に記載されている。そこでは音波集束の位置が平面で、この平面上の直交する軸線に表される。しかしながら空間位置を判断するために操作者が常に２つの可動マーカーに目を向けていなければならないという欠点がある。たとえこの（偽三次元でない）表示で誤解を避けたとしても、ビデオ情報の変換は素早い疲れなき位置決めを可能としない。
【００１１】
更に例えば医療適用でなくコンピュータゲームではあるが、ヘルメットに装着された２つの小さなスクリーンを用いて立体鏡又は偽三次元表現を発生することが従来技術の状態であり：２つのスクリーンは左右の目に別々にビデオ情報を与える（ヘッド装着ディスプレイ）。
【００１２】
他の公知のシステムは、左右の目のためのビデオ情報が様々な技術（「シャッター眼鏡」、偏光眼鏡、赤／緑眼鏡）によって分けられる１つのスクリーンのみを用いる。
【００１３】
生体工学分野以外のこれらの適用から、全ての人々はステレオディスプレイから三次元印象を集めることができないことが公知である。しかし、空間印象が開発可能である場合すら、適用の過半期間後に疲労が生じ、これは誤解のような結果となる。
【００１４】
しかしながら、医療適用における位置の指示のために、疲労のない操作と誤解に対する確実な保護が要求されなければならない。つまり治療操作の低いレベルでの副作用と成功はビデオ情報の正しい変換に依存する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、処理されるべき或いは処理加工されるべき領域での治療音波の方向付け乃至正しく調節することを明視化する方法、並びにこの方法を成し遂げ、位置決め情報が解釈容易なグラフディスプレイによってもたらされるための装置を供する課題を基礎とする
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決する本発明に係る方法は請求項１において定められる。その改良は請求項２以下のサブジェクトマターである。本発明に係る方法を実行する装置は請求項１９において定められる。
【００１７】
本発明は次の発見から始まっている：
発明的なアプローチは、コンピュータについての三次元ボディのデザイン（「コンピュータ援助のデザイン」ＣＡＤ）とそれに基づいたバーチャルリアルティ（「ＶＲ」）の適用に関して集められた発見に基づいている。表現表示のＶＲ技術の基礎原理は、見る者の位置が変わるにつれてディスプレイされたボディの遠近乃至釣り合いが変化するという事実に存する。立体鏡ディスプレイと区別して、左右の目が各々同じ情報を受けるので静的な像だけでなお三次元印象を生み出さない。
【００１８】
対照的に、見る者の場所が連続して変わり連続した像が生じる場合、見る者が対象物の配置を通じて動いている印象が生み出される（以降「場面」と称する）。
【００１９】
人の脳はそのような連続した像からディスプレイされた対象物のサイズと相対位置を決定することができる。見る者が見たところ場面において対象物を把握すること（バーチャルハンド）及び互いを相対的に動かすことを容認される場合と状況は等しい。スクリーンに発生した場面と現実の場面の類似性は、見る者が場面において現実であるかのように彼の部分に関して幻影を生み出す（「没頭」効果）。
【００２０】
処理位置に対して音波集束を位置決めするためにそのようなディスプレイ技術を利用することが本発明の基礎をなす基本的な考えである。
このために音波源、音波が伝播する空間領域並びに処理されるべき範囲が、実体像による遠近においてディスプレイされる。音波源の場所又は方向付け及び／又は処理されるべき範囲変えられる場合、遠近は正しい動きで等しく変わる。
【００２１】
表現表示は、像乃至姿態の間隔とサイズの正しい印象を操作者にもたらすために、遠近法によって正しい遠近において音源と処理されるべき範囲の現実の位置を反映する。処理されるべき範囲上への方向付けのために、音波集束に対応する像乃至姿態は実際のように表現された場面において動かされる。したがって操作者はバーチャル場面にいるような印象を得、そこで処理されるべき範囲の方へ音源を導く（没頭、バーチャルハンド）。
【００２２】
操作者のため場面の変化した遠近に対応して操作者の場所が変化する際に遠近が変化する又は手で変えることができることが特に好ましい。とりわけ、空間における音源の位置を示す信号は、音源と処理されるべき範囲又は位置探査手段の相対位置を検出する測定システムから得られるが、これはほぼ即時に等価なバーチャル動作に変換される。
【００２３】
集束された治療音波の場合において、当該音波は好ましくは、その側面が頂点の集束した音波と末端回折波の間の移行にほぼ対応する錐体（コーン）として示される。改良において、ディスプレイされた錐体の側面は、処理されるべき範囲が覆われないよう開いた表面でディスプレイされる。とりわけ、ディスプレイされた錐体の側面は半透明形状において示され得る。
【００２４】
ほぼ音波が治療乃至処理加工効果を生じるサイズで処理されるべき範囲がディスプレイされるのが更に好ましい。集束された音波で、とりわけ処理されるべき範囲が球形又は楕円体としてディスプレイ可能である。
【００２５】
本発明に係る方法の特に好適な実施形態は、音波が治療若しくは処理加工効果を生じる領域へのアプローチ又は当該領域との一致を表すアプローチインジケーター機能を備えて構成される。付加的数字ディスプレイ又は他の適当な手段を用いて、操作者は位置決めがなされた精度についての量的な情報を得る。
【００２６】
アプローチインジケーター機能は聴覚手段で、例えばピッチ（音響周波数）及び／又は音響反復率のバリエーションによって実行され得る。更に、アプローチインジケーター機能は、少なくとも１つの実体像乃至姿態がディスプレイされる色の変化によって実行され得る。更に数的表示においてアプローチインジケーター機能をもたらすことが可能である。
【００２７】
疲労することを避けるために、ディスプレイされた対象物が表面を表すことが好ましい（「レンダリング」）。そのような場合に、例えば内視鏡又は外科手術の場合においてこれら効果が生じるような形状においてディスプレイされた表面に光を入射し反射することを真似ることが好都合である。
【００２８】
このために照明（イルミネーション）のバーチャル源が処理乃至処理加工室の天井に備えられ得る。代替的又は追加的なものとして、照明のバーチャル源が処理されるべき範囲の中央に配置されてもよい。１つの光源が操作者の上方に位置する。これは、錐体又は球形表面に明るい色で照らされた区分が正しい位置での上にあるとして評価乃至判断されるようになるように操作者が習慣となった光入射に対応する。第２の光源は処理されるべき範囲の中央に位置し、ターゲットがアプローチされる際に錐体の先端の範囲において明るくなる。そのようなデザインで望ましくない強い陰影がトップからターゲットへの接近において避けられる。
【００２９】
操作者の方向付けを容易にするために、処理又は処理加工室の固定部分をディスプレイされた像に交じらせることが好都合である。固定要素は処理台及び／又は位置探査手段、例えばＸ線Ｃアーク又は超音波位置探査手段のための位置決め手段であり得る。
【００３０】
更に、拡大された遠近において処理されるべき範囲の環境をディスプレイするのに用いられ得るズーム機能が実行されるのがユーザーにとって好都合である。更に処理されるべき範囲の位置が位置探査手段の出力信号の機能としてディスプレイされ得る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
明細書に更に詳細に説明していない発明に係る詳細全ての開示に関する他の全ての点ではっきりと言及した図面に関連して、本発明を以下に例示的な実施形態によって、一般的な発明概念を限定することなく、説明する。
【００３２】
図１は、音圧の分布が開いた錐体によってどのように表示されるかを示している。参照番号２は音場が指向すべき部位を同定する。これはこの図では示されていない音波集束と「一致するように」生じている。
【００３３】
この表示において、ユーザーによって殆ど想像される入口錐体のイメージが利用される。錐体の側面は、集束波と縁の回折波の間の移行部に対応し、それ故に第１近似において、治療上有効な音エネルギーが伝わる空間部位を表示する。
【００３４】
錐体側面の不連続（切れ目）は、処理されるべき範囲２が覆われるようになることを回避するのに供される。同じ目的の他の可能性は、錐体の半透明な表示にある（「透明モード」における「レンダリング」）。
【００３５】
音波集束は、錐体１の先端として表示され得るだけでなく、音波集束のサイズに対応したサイズを有した回転楕円体又は球体の形状でも描写的に表示され得る。それ故ユーザーは、達成された位置決め精度を評価するための位置にいる。アプローチにおいて、錐体１、球体乃至楕円体（音波集束）及び処理されるべき範囲２が互いに貫通する。
【００３６】
この状況は図３に示されている。結果的に生じる重複像によって、両方の対象物が相互間隔で表示される状況での精度よりもずっと高い精度での球体と錐体の相対位置の結論を可能にする。それ故、位置決めでの精度がアプローチにおいて最後のミリメートルに沿ってはっきりと改善され、それは適用の点において望ま
しい。
【００３７】
図２は、ユーザーの個所を表示する可能性を説明する。このために、処理場面が図２に描かれ、この図にＸ線Ｃアーク３が結び付けられている。Ｃアーク３はユーザーに場面での彼の個所に関する位置付けをもたらす。マウスコントローラー、タッチ応答スクリーン（タッチスクリーン）又は類似の手段を用いて、場面が回転され得る。現実の個所に比べて、ユーザーは、スクリーンディスプレイと実際の処理シナリオの間で「メンタル的な転換」を強制的にさせられることなく、現実の場面で手術を施すなど活動ができるように彼の実際の位置に対応する遠近を選択する。
【００３８】
空間での方向付けを改善する更なる可能性は、処理されるべき範囲での処理台又は他の固定要素の（付加的又は代替的な）結びつきにある。
更に可変拡大（ズーム機能）をもたらすことが可能である。拡大ファクターは、ユーザーがまるで処理されるべき範囲に彼自身を接近するように彼の部分に関する印象が生み出されるように錐体の先端と球体の中心の間の瞬間間隔の機能として変えられる。一方でこの機能は侵入の効果を強め、他方で接近間隔の最後のミリメートルに沿った細かな調整が改善される。
【００３９】
図４は発明の範囲内で改善された形状において可聴音波での処理室に対する典型的な構成を示す。
処理室は、ここでは描かれていない患者を適切な位置におく（位置決めする）ための、それ自体公知なように水平に変位可能で垂直に調整可能及び／又は回転可能な患者台１０を備えてなっている。治療音源１３を保持するための調整可能なサポートアーム１２が支柱１１に取り付けられている。音源はそれ自体公知なように構成され得且つ例えば結石を破壊するため、痛みの処理のため、心臓の処理のため、人体の熱のある部位のためなど目的を有し得る。その適用の音源の潜在構成の前述の列挙が最終でないことがはっきりと明快になるべきである。
【００４０】
参照番号１４は音源１３の動きを減速するための制動手段を示す。当該手段は、患者乃至患者台に対する音源１３の正確な調整を可能とする。音源１３はそれ故、手動によって又は場合によってはサーボアジャスタを用いることによって台１０に載っている患者に対して所望のように位置決めされ得る。
【００４１】
ここでは描かれていない例えばＣアークに取り付けられ得る像増幅器１６を備えたＸ線管１５は、台１０上に載った患者の処理を要する部位、例えば腎臓、膀胱又は尿管内の結石を検知するのに適する。付加的に又は代替的に、超音波位置選定システムのような他の位置検知システムを備えることも可能である。
【００４２】
センサ１７は音源１３に取り付けられ、患者台１０又は位置検知システム１８を用いて処理されるべき患者の検知された部位に対する音源１３の位置の検知を可能にする。上記位置検知システムは、分析コントローラーユニット、例えばスクリーン２０を有するコンピュータシステム１９に振り向けられる出力信号を生じる。上記スクリーン上に、本発明に係る方法を適用して、適切な情報が操作者、即ち、医療適用の場合には医師のためにディスプレイされる。表示されていいものは、システム１９の、キーボード、マウスコントローラー、タッチスクリーン又はボイスコントローラーのような適当な入力手段である。
【００４３】
処理手続きの間、位置検知システム１８は、台１０に対する音源１３の位置に関するデータを連続的にコントローラー分析ユニット乃至コンピュータシステム１９に供給する。
【００４４】
コンピュータシステム１９のコンピュータプログラムは、遠近を算定する（「ＶＲ」プログラム）ため、表面を生じる（「レンダリング」）ため及び光反射の計算（「光線トレース」）のための高速アルゴリズムを包含する。そのようなプログラムはＣＡＤ適用のような他の（非医療）適用から公知であるので、ここではそのようなプログラムの構成は更に詳細に論じる必要はない。
【００４５】
スクリーン２０上にディスプレイされた場面は、侵入のために要するリアルタイムシミュレーションが達成されるような位置データに基づいて１秒間に何度も更新される。
【００４６】
同時に、Ｘ線装置又は超音波送信機の像増幅器１６のような他の対象物を検知すること、及びより良好な方向付けのための場面においてそれらをディスプレイすることも可能である。Ｘ線システムによってもたらされるような入力のための像を読むために同じコンピュータシステムを用いる（「フレームグラバー」）こと、及びドイツ特許ＤＥ-Ａ-１９５１２９５６に記載されたように２つの突出物における像増幅器の位置に基づいて空間での処理されるべき範囲の位置を決することも等しく可能である。錐体の先端と音波集束の中央の間の間隔に関する量的情報は、様々なやり方で使えることができる。例えば間隔の数的ディスプレイにおいて結びつけることが可能である。
【００４７】
他の可能性は、広めの間隔で低めの反復率で鳴る可聴信号である。間隔が減少するにつれて反復率は連続して増加する。間隔が所定の間隔を下回って下がる場合、ピッチは上がる。
【００４８】
第３の可能性は、間隔が所定の値を下回って下がる際に又は連続的に起こる錐体及び／又は球体の色の変化にある。更に、ターゲットから所定の間隔を下回った低下に応じて音源１３の動きを減速するための制動手段１４に作用する信号の発生がもたらされ得る。
【００４９】
解決法として認識された更なる改善は、いずれも位置決め操作の自動化のために、音源１３のモータ調整手段に作用する位置信号を有すること又は空間での音源の圧の分布に影響を及ぼすことにある。
【００５０】
他の実施形態は、なかんずくＣＴ、ＮＭＲ又は超音波検査によって得られ得るように、開始点として人体の内部の基礎的な三次元表示をもたらす。錐体像は、解剖構造に対する音場の位置を表示するために、このディスプレイに重ねられ得る。この特徴は、例えばガスで満たされた空洞又は骨構造が音場内にあることを避けることによって治療を改善し副作用を減らすのに適する。
【００５１】
前述の方法は、当然ながら、医療以外の分野での適用、例えば焦点が処理加工されるべき範囲と一致するように生じるようになった（どのような波タイプでも）集束された音場が用いられる材料処理加工にも適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  開いた錐体にわたる音圧の分布を示す図である。
【図２】  ユーザー場所のための起こり得る入力の説明のためのＸ線Ｃアークが交わった処理場面を示す図である。
【図３】  処理されるべき範囲への治療音場のアプローチを説明する図である。
【図４】  本発明に係る方法を実行するための装置の図である。
【符号の説明】
１３  音源
１８  位置検知システム
１９  分析コントローラーユニット
２０  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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