(57)【要約】【課題】放射線を用いた治療システムにおいて、ターゲット組織が運動しても治療効果を高められるようにし、また安全性を高められるようにする。【解決手段】三次元組織移動計測装置１０によって三次元組織移動ベクトルがリアルタイムで計測される。この場合においては、直交する２つの走査面が形成され、各走査面ごとに隣接フレーム間において相関演算が実行され、それらの相関演算結果から三次元組織移動ベクトルが演算される。制御装置は三次元移動ベクトルあるいはそれに基づくターゲット位置が許容範囲内にあるか否かを判断し、許容範囲内にある場合にのみ放射線の照射を許容する。あるいは、制御装置１２はターゲット組織の運動に追従させて放射線の照射位置を適応的に設定する。【選択図】図１２
2005185336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内のターゲット組織に対して放射線を照射する放射線治療装置と、
前記ターゲット組織について三次元組織移動ベクトルをリアルタイムで計測する三次元組織移動計測装置と、
前記放射線の照射を制御する照射制御装置と、
を含む放射線治療システムにおいて、
前記三次元組織移動計測装置は、
超音波の送受波により、互いに交差する複数の走査面をそれぞれ繰り返し形成し、各走査面ごとのフレームデータを順次出力する送受波手段と、
前記各走査面ごとに互いに時相が異なる２つのフレームデータ間で相関演算を行う相関演算手段と、
前記各走査面ごとの相関演算の結果に基づいて、三次元組織移動ベクトルを演算する三次元組織移動ベクトル演算手段と、
を含み、
前記照射制御装置は、前記三次元組織移動ベクトルに基づいて前記放射線の照射を制御することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記照射制御装置は、前記三次元組織移動ベクトル又はそれに基づくターゲット組織位置が許容範囲を外れた場合に前記放射線の照射を制限することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記照射制御装置は、前記ターゲット組織の位置の変動に追従させて前記放射線の照射位置を動的に変更することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記三次元組織移動計測装置は、前記各走査面ごとの相関演算の結果に基づいて、前記各走査面の位置を制御する走査制御手段を含むことを特徴とする放射線治療システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記送受波手段は、
前記複数の走査面を形成する二次元アレイ振動子を有する超音波探触子と、
前記超音波探触子の送受波面と前記生体表面との間の超音波伝搬経路をカップリング液体で満たす液体収容部と、
を含むことを特徴とする放射線治療システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記三次元組織移動計測装置は、前記各走査面に対応するフレームデータに基づいて画像を形成する画像形成手段を含むことを特徴とする放射線治療システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、
前記複数の走査面には互いに直交する第１走査面及び第２走査面が含まれ、
前記三次元組織移動計測装置又は前記照射制御装置は、
前記第１走査面上における前記第２走査面の位置を表す第１ラインマーカー及び前記第１走査面上における放射線の照準位置を表す第１照準位置マーカーを有する第１グラフィック画像を形成し、前記第２走査面上における前記第１走査面の位置を表す第２ラインマーカー及び前記第２走査面上における放射線の照準位置を表す第２照準位置マーカーを有する第２グラフィック画像を形成するグラフィック画像形成手段と、
前記第１走査面に対応する画像と前記第１グラフィック画像とを合成して第１合成画像を形成し、前記第２走査面に対応する画像と前記第２グラフィック画像とを合成して第２合成画像を形成する画像合成手段と、
前記第１合成画像と前記第２合成画像を表示する表示手段と、
を含むことを特徴とする放射線治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線治療システムに関し、特に生体内におけるターゲット組織について三次元の動きを考慮して放射線治療を行うシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体内におけるターゲット組織（悪性腫瘍など）に対して放射線（陽子線、中性子線、電子線、Ｘ線など）を照射する放射線治療システムが知られている。そのようなシステムでは、正常組織にできる限り損傷を与えないように、ターゲット組織だけに対して正確に放射線を照射することが強く要請される。各患者の治療においては、例えば１０〜数１０分の間、その姿勢が固定され、これによりターゲット組織の空間的位置が保持される。しかし、呼吸、体位変化などに起因して、ターゲット組織の空間的位置は変動してしまう場合がある。
【０００３】
そこで、従来の放射線治療システムの中には、呼吸等による体位変化に対応するために、体表位置をレーザー光で計測し、周期的に変動する体表位置が所定範囲内にある場合にだけ放射線の照射を許容し、それ以外の場合に放射線の照射を停止させる制御を行っているシステムがある。しかしながら、このような方式では、ターゲット組織の動きを体表の動きとして間接的に計測しているだけである。そこで、治療効果を向上し、また、安全性をより高めるために、ターゲット組織の動きをより正確に計測することが望まれる。
【０００４】
特許文献１，２，３，４に記載された装置では、２つの超音波画像間で相関演算を行ってプローブの移動量を求め、その移動量に基づいて２つの超音波画像をつなげる技術が開示されている。しかし、組織運動を検出することについては開示されていない。特許文献５には、超音波の送受波によって得たドプラ情報に基づいて組織や血流の動きを検出することが記載されている。しかし、三次元組織移動ベクトルの演算、及び、治療システムへの応用に関しては一切開示されていない。特許文献６には、生体の呼吸運動に同期させて超音波の送受波及び治療のために放射線などを照射する装置が開示されている。呼吸は鼻口に取り付けられた流量計によって計測されている。この特許文献６にも、組織自体の移動ベクトルを求めることについては開示されていない。非特許文献１には、超音波エコーデータから組織細部の移動を映像化する技術が開示されている。しかし、ターゲット組織の移動ベクトル、特に三次元組織移動ベクトルを求めることについては記載されていない。非特許文献２には、超音波画像から組織の二次元の動きを求めるシステムが開示されているが、組織の三次元の動きを計測することについては記載されていない。
【０００５】
なお、従来において、超音波診断装置の中には、直交する２つの走査面（バイプレーン）を形成して、直交する２つの断層画像を同時表示するものがある。しかし、かかる装置において、組織の動きを計測すること及びバイプレーンの動的制御は行われていない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６４１６４７７号明細書
【特許文献２】米国特許第５７８２７６６号明細書
【特許文献３】米国特許第６１５９１５２号明細書
【特許文献４】米国特許公開ＵＳ２００２／４５８２５号
【特許文献５】特開平４−１５０８４１号公報
【特許文献６】特公平７２８８６９号公報
【非特許文献１】Chikayoshi SUMI et.al,Phantom Experiment on Estimation of Sheer Modulus Distribution in Soft Tissue from Ultrasonic Measurement of Displacement Vector Field,IEICE Trans.Fundamentals,vol.E78-A,No.12 Dec.1995.
【非特許文献２】Yoji Osanai et.al,High-Resolution Computation of 2-D Motion Sonogram,2002 IEEE Ultrasonic Symposium,1734-1738.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、従来の放射線治療システムにおいては、ターゲット組織の三次元の動きを観測しておらず、治療効果をより高めるため、及び、安全性をより高めるために、ターゲット組織の三次元の動きのリアルタイム監視が要望される。
【０００８】
本発明の目的は、生体内におけるターゲット組織の三次元の動きをリアルタイムで監視して適切な放射線照射制御を行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るシステムは、生体内のターゲット組織に対して放射線を照射する放射線治療装置と、前記ターゲット組織について三次元組織移動ベクトルをリアルタイムで計測する三次元組織移動計測装置と、前記放射線の照射を制御する照射制御装置と、を含む放射線治療システムにおいて、前記三次元組織移動計測装置は、超音波の送受波により、互いに交差する複数の走査面をそれぞれ繰り返し形成し、各走査面ごとのフレームデータを順次出力する送受波手段と、前記各走査面ごとに互いに時相が異なる２つのフレームデータ間で相関演算を行う相関演算手段と、前記各走査面ごとの相関演算の結果に基づいて、三次元組織移動ベクトルを演算する三次元組織移動ベクトル演算手段と、を含み、前記照射制御装置は、前記三次元組織移動ベクトルに基づいて前記放射線の照射を制御することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、超音波を利用した三次元組織移動計測装置によって三次元組織移動ベクトルがリアルタイムで計測され、それを利用して、あるいは、それから演算される組織の三次元位置に基づいて、放射線の照射制御が行われる。上記の放射線は、粒子線、電子線、中性子線、Ｘ線などである。
【００１１】
上記の三次元組織移動計測装置においては、送受波手段によって各走査面が同時又は交互に形成される。複数の走査面は直交関係にあるのが望ましいが、交差していればつまり完全に平行でなければ三次元組織移動ベクトルを演算することが可能である。各走査面を繰り返し形成することによって、各走査面ごとに互いに時相の異なる複数のフレームデータが取得される。各走査面ごとに時相の異なる２つのフレームデータの間で相関演算が実行される。そして、各相関演算の結果から三次元組織移動ベクトルが演算される。相関演算に当たっては、フレームデータの全体を相関演算の対象としてもよいし、その中の参照エリア（ターゲット組織を含む部分エリア）を相関演算の対象とするようにしてもよい。前者の場合、三次元組織移動ベクトルは各走査面内に含まれる組織全体の動きを表すものとなり、後者の場合、三次元組織移動ベクトルはターゲット組織及びその周辺組織の動きを表すものとなる。呼吸や体位変化などによってターゲット組織を含む組織全体が運動する場合には組織全体の動きを計測すれば十分であり、拍動などによってターゲット組織のみが運動する場合にはターゲット組織以外の組織が参照エリアにあまり含まれないように当該参照エリアを設定するのが望ましい。上記の相関演算は、微小時間間隔で取得された複数のフレームデータの内で、時間的に隣り合った２つのフレームデータ間で行われてもよいし、比較基準となる初期フレームデータとその後に所得された各時相のフレームデータとの間で行われてもよい。演算される三次元移動ベクトルをそのまま制御に利用してもよいし、三次元移動ベクトルからターゲット組織の三次元空間内の絶対的な位置（座標）を演算し、その位置を制御に利用してもよい。また、位置以外にも速度、加速度、移動軌跡などを演算することが可能である。上記の各走査面を形成するために、２Ｄアレイ振動子を備えた３Ｄプローブを利用するのが特に望ましいが、電子スキャンとメカニカルスキャンとを組み合わせた３Ｄプローブ、２つの１Ｄアレイ振動子を直交配列させたバイプレーン専用プローブなどを利用することも可能である。複数の走査面は通常は時分割で形成されるが、互いに受信信号を弁別可能であれば同時に形成することも可能である。
【００１２】
上記構成によれば、三次元組織移動ベクトルを求めるに当たって、極めて多数の走査面からなる三次元データ取込空間の全体を繰り返し形成する必要がなく、基本的に、少数の走査面を繰り返し形成するだけでよいので、データ取込レートを高くして、また演算時間を削減して、リアルタイムで組織の運動情報を得ることが可能となる。そして、そのような計測結果を利用して治療用放射線の照射制御を行えば、治療効果を高められると、同時に、安全性も高められる。
【００１３】
三次元組織移動ベクトルの演算のために、互いに交差する複数の走査面が形成されるが、その場合に、フレームレート向上及び相関演算量削減の観点から、互いに直交する２つの走査面を形成するのが特に望ましく、その一方、ベクトル特定精度を向上する観点から、互いに交差する３つ以上の走査面を形成することも可能である。後者の場合には、各走査面ごとの相関演算の結果から、走査面交差角度関係を考慮して三次元組織移動ベクトルが演算される。３つの走査面が形成される場合には走査面間の角度は６０度となり、４つの走査面が形成される場合には走査面間の角度は４５度となる。ちなみに、組織の移動速度の大小に応じて、また走査面の大きさに応じて、走査面の個数をユーザーによりあるいは自動的に選択するようにしてもよい。その個数の合理的な範囲としては、例えば、２−４個をあげることができる。もちろん、必要に応じて、より多くの走査面を形成してもよい。
【００１４】
望ましくは、前記照射制御装置は、前記ターゲット組織の位置が許容範囲を外れた場合に前記放射線の照射を制限する。あるいは、望ましくは、前記照射制御装置は、前記ターゲット組織の位置の変動に追従させて前記放射線の照射位置を動的に変更する。
【００１５】
望ましくは、前記三次元組織移動計測装置は、前記各走査面ごとの相関演算の結果に基づいて、前記各走査面の位置を制御する走査制御手段を含む。この構成によれば、組織の動きに合わせて、各走査面の位置を動的に可変して、ターゲット組織の動きを正確に計測できる。
【００１６】
望ましくは、前記送受波手段は、前記複数の１走査面を形成する二次元アレイ振動子を有する超音波探触子と、前記超音波探触子の送受波面と前記生体表面との間の超音波伝搬経路をカップリング液体で満たす液体収容部と、を含む。この構成によれば、生体が動いても、超音波探触子と生体表面との間に常にカップリング液体が満たされることになるので、そのような動きによっても超音波伝搬を確保して、計測中断などの問題を防止できる。特に、超音波探触子の送受波面を生体へ押圧し続ける必要がなく、また生体を必要以上に拘束しなくてもよいので、生体への負担を軽減できるという利点がある。
【００１７】
望ましくは、前記三次元組織移動計測装置は、前記各走査面に対応するフレームデータに基づいて画像を形成する画像形成手段を含む。この構成によれば、ターゲット組織の状態を疑似立体的に観察できる。
【００１８】
望ましくは、前記複数の走査面には互いに直交する第１走査面及び第２走査面が含まれ、前記三次元組織移動計測装置又は前記照射制御装置は、前記第１走査面上における前記第２走査面の位置を表す第１ラインマーカー及び前記第１走査面上における放射線の照準位置を表す第１照準位置マーカーを有する第１グラフィック画像を形成し、前記第２走査面上における前記第１走査面の位置を表す第２ラインマーカー及び前記第２走査面上における放射線の照準位置を表す第２照準位置マーカーを有する第２グラフィック画像を形成するグラフィック画像形成手段と、前記第１走査面に対応する画像と前記第１グラフィック画像とを合成して第１合成画像を形成し、前記第２走査面に対応する画像と前記第２グラフィック画像とを合成して第２合成画像を形成する画像合成手段と、前記第１合成画像と前記第２合成画像を表示する表示手段と、を含む。
【００１９】
上記構成によれば、第１走査面に対応する画像（望ましくは第１断層画像）上において第２走査面の位置及び照準位置を確認でき、また第２走査面に対応する画像（望ましくは第２断層画像）上において第１走査面の位置及び照準位置を確認できる。よって、治療時においてターゲット組織の状態を観察しつつ、同時に、第１及び第２走査面の位置的関係や照準位置とターゲット組織との位置的関係などを容易に把握できる。
【００２０】
各走査面上に照準位置を位置決めするために、すなわち各走査面の交差ライン上に照準位置が一致するように、各走査面の位置を適宜設定するのが望ましい。その場合に、照準位置が固定的に設定される場合には各走査面の位置も固定的に設定するのが望ましく、照準位置がターゲット組織の動きに追従して動的に変更される場合には各走査面の位置も動的に変更させるのが望ましい。
【００２１】
なお、望ましくは、上記構成において、各相関演算において、一方のフレームデータ上に参照エリアが固定的に設定され、その参照エリアから切り出された参照エリアデータが他方のフレームデータ上の対応エリアデータと比較される。その場合に、他方のフレームデータ上における対応エリアの位置は各相関演算ごとに順次シフトされる。そして、最も整合した対応エリアの位置から組織移動成分を求めることが可能となる。参照エリアはターゲット組織を包含するよう自動的に又はマニュアルで設定される。各走査面の中央エリアを参照エリアとして固定的に設定するようにしてもよい。また、対応エリアのシフト範囲は他方のフレーム全体であってもよいが、演算時間を短縮化するために、組織の動き速度なども考慮して、参照エリアの位置を中心とした所定の部分範囲に制限してもよい。
【００２２】
望ましくは、各相関演算に当たっては、差分法を用いて相関値が最も小さくなった時点における対応エリアデータの位置から組織移動成分を求めてもよいし、畳み込み演算などの手法を利用し、相関値が最も大きくなった時点における対応エリアデータの位置から組織移動成分を求めるようにしてもよい。相関演算の手法としては各種の手法を用いることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、生体内におけるターゲット組織の三次元の動きをリアルタイムで監視して適切な放射線照射制御を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１には、三次元組織移動計測装置の好適な実施形態がブロック図として示されている。三次元組織移動計測装置１０は、本実施形態において放射線治療システムに組み込まれる超音波診断装置として構成されている。放射線治療システムの構成については後に図１２及び図１３を用いて説明する。放射線治療システムは、三次元組織移動計測装置１０の他に、制御装置１２及び照射装置（放射線治療装置）１４を備えている。照射装置１４は、陽子線、Ｘ線などの放射線を生体内におけるターゲット組織に対して照射する装置である。制御装置１２は、システム全体の動作制御を行っており、特に照射装置１４による放射線の照射制御を行っている。
【００２６】
以下に、三次元組織移動計測装置１０について詳述する。上述したように、この三次元組織移動計測装置１０は、生体の超音波診断を行う超音波診断装置として構成されており、超音波の送受波によりターゲット組織の三次元移動ベクトルを演算する機能を有している。
【００２７】
プローブ１６は、本実施形態において２Ｄアレイ振動子を有している。２Ｄアレイ振動子は後に図３を用いて説明するように、二次元配列された複数の振動素子によって構成される。この２Ｄアレイ振動子により超音波ビームが形成される。その超音波ビームは本実施形態においてθ方向及びφ方向の両方向に自在に電子的に走査させることができる。したがって、２Ｄアレイ振動子を用いて超音波ビームの二次元走査を行えば三次元データ取込空間を形成することが可能である。本実施形態においては、２Ｄアレイ振動子によって、いわゆるバイプレーンが形成される。バイプレーンは互いに直交する第１走査面及び第２走査面によって構成されるものである。これに関しては後に図３を用いて説明する。電子走査方式として、電子セクタ走査、電子リニア走査などをあげることができる。
【００２８】
送受信部１８は送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、送信時においては、送受信部１８から、２Ｄアレイ振動子における特定の複数の振動素子に対して送信信号が供給され、これによって送信ビームが形成される。受信時においては、２Ｄアレイ振動子における特定の複数の振動素子から出力される複数の受信信号が送受信部１８によって整相加算処理され、これによって受信ビームすなわち整相加算後の受信信号が得られる。
【００２９】
制御部２０は、三次元組織移動計測装置１０内に設けられている各構成の動作制御を行っており、特に、送受信部１８を制御し、これによって第１走査面及び第２走査面の位置を制御している。第１走査面及び第２走査面の位置は、ユーザーによりあるいは自動的に設定することができる。制御部２０には、操作パネル３７が接続されており、ユーザーはそのような操作パネル３７を利用して各走査面の位置を適宜設定することが可能である。また、制御装置１２から制御部２０に対して放射線の照準位置の情報を提供し、制御部２０がその情報に基づいて第１走査面及び第２走査面の位置を自動的に設定するようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態に係る放射線治療システムにおいては、放射線の照準位置を固定する照準位置固定モード（第１の制御モード）とその照準位置をターゲット組織の動きに追従させて動的に可変する照準位置可変モード（第２の制御モード）とを有している。前者の照準位置固定モードにおいては初期設定された第１走査面及び第２走査面の位置はそのまま固定的に維持され、後者の照準位置可変設定モードにおいては照準位置の動的な変更に伴って、すなわちターゲット組織の動きに追従させて、第１走査面及び第２走査面の位置が適応的に可変設定される。この場合に、後に説明するように、各走査面上に放射線の照準位置（の中心）が含まれるように、換言すれば、各走査面の交差ライン上に照準位置が常に位置決めされるように各走査面の位置が適切に設定される。
【００３１】
送受信部１８から出力される整相加算後の受信信号は本実施形態において第１画像形成部２２及び第２画像形成部２４に出力される他に、第１組織移動成分演算部２６及び第２組織移動成分演算部２８に出力されている。ここで、第１画像形成部２２及び第１組織移動成分演算部２６は、第１走査面に対応して設けられており、第２画像形成部２４及び第２組織移動成分演算部２８は第２走査面に対応して設けられている。しかしながら、第１画像形成部２２及び第２画像形成部２４は、単一の画像形成モジュールによって構成することができ、これは第１組織移動成分演算部２６及び第２組織移動成分演算部２８についても同様であり、それらを単一の組織移動成分演算モジュールによって構成することができる。すなわち、第１走査面及び第２走査面が時分割で交互に形成される場合、各走査面に対応して単一の画像形成モジュールを時分割動作させ、これと同様に、各走査面に対応して単一の組織移動成分演算モジュールを時分割動作させることが可能である。図１においては、発明説明のため、各走査面に対応した２つの画像形成部２２，２４及び２つの組織移動成分演算部２６，２８が示されている。
【００３２】
第１画像形成部２２及び第２画像形成部２４はいわゆるデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）によって構成される。このデジタルスキャンコンバータは送受波座標から表示座標への座標変換機能や画素補間演算機能などを有している。すなわち、第１画像形成部２２は、第１走査面に対応する受信信号に基づいて第１走査面に対応する第１断層画像（Ｂモード画像）を形成する。また、第２画像形成部２４は、第２走査面に対応する受信信号に基づいて第２走査面に対応する第２断層画像を形成する。各断層画像の画像データは表示処理部３０へ出力されている。
【００３３】
第１組織移動成分演算部２６は、第１走査面上におけるターゲット組織の移動成分を演算する。これと同様に、第２組織移動成分演算部２８は、第２走査面上におけるターゲット組織の移動成分を演算する。それらの組織移動成分演算部２６，２８はハードウエアによって構成することもできるし、ソフトウエア機能として実現することができる。
【００３４】
各組織移動成分演算部２６，２８はいわゆるフレーム間相関演算を実行することにより、フレーム間時間におけるターゲット組織の移動量を演算する機能を有する。この場合において、移動量あるいは移動成分は、後に図６を用いて説明するように、平行移動量であるが、後に図７において示すように更に回転移動量を求めるようにしてもよい。
【００３５】
いずれにしても、各組織移動成分演算部２６，２８は、互いに時相の異なる２つのフレーム間で、望ましくは隣接する２つのフレームの間で、相関演算を実行し、これによって組織移動成分を求めている。その具体的な構成例については後に図９を用いて説明する。第１の相関演算結果２７及び第２の相関演算結果２９はそれぞれ三次元移動ベクトル演算部３４に出力されている。また、本実施形態においては第１の相関演算結果２７及び第２の相関演算結果２９は各走査面の動的な可変制御のために制御部２０へ出力されている。
【００３６】
図１に示されるように、本実施形態においては、座標変換前のフレームデータを用いてフレーム間相関演算が実行されている。すなわち、各組織移動成分演算部２６，２８に入力されるデータの座標系は送受波座標系（極座標系）である。このため、組織移動成分も本実施形態では、極座標の成分として表されており、具体的には深さ方向のｒ成分と角度方向のθあるいはφの成分として表されている。各走査面の動的な可変制御のために、後に説明するように第１相関演算結果の内でターゲット組織の第１走査面上におけるφ方向の移動成分φＡが第２走査面の位置設定に利用されており、第２相関演算結果２９の内で第２走査面上におけるターゲット組織のθ方向の移動成分θＢが第１走査面の位置設定に利用されている。
【００３７】
上記のように、本実施形態では、座標変換前のデータを用いて組織移動成分を求めたが、もちろん符号２３及び２５で示されるように座標変換後のデータを用いて組織移動成分を演算することも可能である。この場合においては各走査面上における組織移動成分が直交座標系における縦方向及び横方向の成分として特定される。したがって、そのように特定された組織移動成分を再び座標変換することにより、各走査面の位置を設定するパラメータφＡ及びθＢを求めることができる。
【００３８】
表示処理部３０は、制御部２０が有するグラフィック画像生成機能を用いて生成されたグラフィック画像を各断層画像に合成する処理を実行する。これについては後に図５を用いて説明する。表示部３２にはグラフィック画像がそれぞれ合成された第１断層画像及び第２断層画像が並んで表示される。
【００３９】
三次元移動ベクトル演算部３４は、第１相関演算結果２７及び第２相関演算結果２９に基づいてターゲット組織の三次元移動ベクトルを演算する。これに関しては後に図１０を用いて詳述する。演算された三次元移動ベクトルの情報は照射制御情報３６として制御装置１２へ出力されている。必要に応じて、その三次元移動ベクトルの情報を送受波制御情報３５として制御部２０へ出力し、そのような情報に基づいて制御部２０が送受波の制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
ここで、照射制御情報３６は、上述したように、ターゲット組織の三次元移動ベクトルを表す情報であり、この場合についてはいくつかの表現方法が考えられる。例えば、フレーム間すなわち時相間における相対的な移動ベクトル（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を制御装置１２へ渡すようにしてもよいし、基準となるターゲット組織位置からの最新のターゲット組織位置の絶対的なずれ量（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を出力するようにしてもよい。また、上記においては直交座標表現によって三次元移動ベクトルを表したが、極座標表現を用いて三次元移動ベクトルを表してもよい。すなわち、相対的な移動ベクトル（Δθ，Δφ，Δｒ）あるいは絶対的な移動ベクトル（θ１，φ１，ｒ１）としてもよい。三次元移動ベクトル演算部３４は、上記のような複数の表現形式の中から選択された表現形式に適合するように各相関演算結果２７，２９に基づいて三次元移動ベクトルを演算する。
【００４１】
制御装置１２は、以上のような照射制御情報３６に基づいて照射装置１４の動作制御を行っている。第１の制御モードにおいては、照射制御情報３６が表す三次元移動ベクトルが、あるいは、それによって表されるターゲット組織の三次元位置が許容範囲以内であるか否かを判断し、許容範囲内において放射線の照射を許容し、許容範囲外の場合には放射線の照射を停止させる制御を実行する。また、第２の制御モードにおいては、照射制御情報３６に基づいて放射線の照射の向きを制御する。いずれの制御モードにおいても、ターゲット組織が運動した結果として正常組織に放射線が照射されてしまう問題を未然に回避することができ、治療効果及び安全性を高めることが可能となる。
【００４２】
図２には、三次元空間４０が示されている。三次元空間４０内にはターゲット組織４２が表されている。このターゲット組織４２は例えば悪性腫瘍などがある。ある時相においては、符号４２’で示される位置にターゲット組織が存在し、別の時相においては符号４２で示される位置にターゲット組織が存在する。この場合においてターゲット組織の中心位置のずれを表したのが符号４４で示される三次元組織移動ベクトルである。
【００４３】
この三次元組織移動ベクトル４４を求めるために、各時相ごとに三次元空間４０の全体を対象して超音波の送受波を行ってボリュームデータを取得すると、いわゆるボリュームレートが極端に低くなることから、また三次元組織移動ベクトル４４の演算も複雑となるために、リアルタイムで三次元組織移動ベクトル４４を求めることは極めて困難となる。放射線治療システムにおいては、連続的に放射線の照射を行っている最中においてリアルタイムでターゲット組織の動きを監視する必要があり、図２に示されるような三次元空間４０全体を送受波対象とすると、送受波時間及び演算時間の両者の点において実時間処理が難しくなる。
【００４４】
これに対し、本実施形態においては、いわゆるバイプレーンを利用して各走査面ごとにターゲット組織の移動成分を求めてそれらを総合することにより迅速に三次元移動ベクトルを求めている。
【００４５】
図３には、プローブ１６が模式的に示されている。プローブ１６の下面は送受波面である。その送受波面に沿ってプローブ１６内には２Ｄアレイ振動子４６が配置されている。この２Ｄアレイ振動子４６を用いて符号４８で示されるような立体形状の三次元データ取込空間を形成すると、図２において示したような問題が生じる。本実施形態においては、符号Ａ及び符号Ｂで示されるようなバイプレーンを形成しており、これによってフレームレートを向上させ、かつ三次元移動ベクトルの演算時間を高速化している。バイプレーンは第１走査面Ａと第２走査面Ｂとで構成される。第１走査面Ａはθ方向に超音波ビームを走査することによって形成され、この場合においてその第１走査面Ａのφ方向の位置はφＡである。また、第２走査面Ｄは、超音波ビームをφ方向に走査することによって形成され、その第２走査面Ｂもθ方向の位置はθＢである。各走査面Ａ，Ｂの位置は上述したようにユーザーによりあるいは自動的に初期設定することができ、その後においても必要に応じて自動的に可変設定することが可能である。
【００４６】
図３に示されるように、第１走査面Ａ上においてターゲット組織のθ方向の移動成分を求めると、それは第２走査面Ｂのθ方向の位置変更量に相当する。また、第２走査面Ｂ上においてターゲット組織のφ方向の移動成分を求めると、それは第１走査面Ａについてのφ方向の位置変更量に相当する。
【００４７】
図４には、プローブ１６の設置例が示されている。プローブ１６の中心軸は図４に示す例では水平に設定されており、生体５６の側面から超音波の送受波を行っている。プローブ１６はプローブ保持機構５０によって固定的に保持されている。プローブ保持機構５０は、プローブ１６の基端側をクランプするホルダ５２と、そのホルダ５２を所望の位置で空間的に保持する支柱５４とによって構成される。もちろん、プローブ保持機構５０としては各種の機構を用いることが可能である。
【００４８】
図４に示されるように、プローブ１６によって上述したバイプレーンが形成されており、図４に示す例では、垂直面として第１走査面Ａが形成され、水平面として第２走査面Ｂが形成されているが、各走査面の位置関係については図４に示すものには限られない。すなわち、各走査面の交差ラインがターゲット組織を貫通するように、それぞれの走査面の位置が適切に設定される。
【００４９】
生体５６とプローブ１６の先端面である送受波面との間にカップリング媒体としての蒸留水などを満たすため、図４に示されるように、生体５６の側面には水袋６０が配置される。水袋６０内にはプローブ１６の送受波面が臨んでおり、その送受波面と生体５６の表面との間にカップリング液体が充満される。水袋６０はそれ自体変形自在であるため、符号５６及び符号５６’で示されるように生体が呼吸あるいは体位変更などによって若干動いたとしても超音波伝搬経路上に常にカップリング媒体を介在させることができ、すなわち常に良好な超音波伝搬経路を確保できるという利点がある。したがって、生体が動いたことに起因して三次元組織移動ベクトルの計測が行えなくなってしまうような問題を未然に回避できる。また、水袋６０が極めて弾力性に富む部材であるために、生体５６に対して硬質部材を押し当てる場合に比べて、違和感あるいは苦痛といったものを大幅に軽減できるという利点がある。また、心理的にも生体に対して圧迫感を与えないという利点がある。したがって、水袋６０を利用すれば極めて簡易な構成によって多くの臨床的な利点を得ることができる。
【００５０】
図５には、図１に示した表示部３２における表示例が示されている。ちなみに、図５に示すような表示画面は超音波診断装置上に表示するようにしてもよいし、それとは別にあるいはそれと共に、制御装置１２上に表示するようにしてもよい。また、上述した超音波画像に合成されるグラフィック画像の形成及び合成処理を制御装置１２に行わせることも可能である。
【００５１】
表示画面６２には、２つの断層画像が表示されている。すなわち第１断層画像６４及び第２断層画像６６である。第１断層画像６４は第１走査面に対応したＢモード画像であり、第２断層画像６６は第２走査面に対応したＢモード画像である。各断層画像６４，６６にはターゲット組織Ｔの断面が表されている。
【００５２】
第１断層画像６４には上述したように第１グラフィック画像が合成表示されており、その第１グラフィック画像は、第１走査面上における照準位置を表す照準位置マーカーＣ１、第１走査面上における第２走査面を表すラインマーカーＬ１、後述する相関演算の対象となるエリアを表すエリアマーカーＲ１などを有している。これと同様に、第２断層画像６６に合成表示される第２グラフィック画像も、第２走査面上における照準位置を表す照準位置マーカーＣ２、第２走査面上における第１走査面の位置を表す第２ラインマーカーＬ２、第２走査面上における相関演算の対象となるエリアを表すエリアマーカーＲ２などを有している。
【００５３】
したがって、図５に示すような表示内容によれば、２つの断層画像を総合観察することにより、ターゲット組織Ｃの空間的な形態を観察することができ、またターゲット組織と各走査面の位置関係を直感的に認識できるという利点がある。更に、ターゲット組織との関係において照準位置を異なる角度から確認することが可能である。また、相関演算の対象となっている部分を確認することが可能である。
【００５４】
なお、相関演算の対象となるエリアＲ１，Ｒ２の形状は図５においては四角形として例示されているが、もちろんその形状は例えば円形、台形等であってもよい。特に、θあるいはφ方向における一定幅とｒ方向の一定幅とによって特定される領域を相関演算の対象として定めるようにしてもよい。
【００５５】
図６及び図７を用いて各走査面上における組織移動成分について説明する。図６には第１走査面Ａが示されている。もちろん、それは第２走査面Ｂであってもよい。これは図７についても同様である。その第１走査面Ａにはターゲット組織７０が含まれている。ある時相から次の時相にかけて符号７０及び符号７２で示されるように、ターゲット組織が平行移動する。この場合の平行移動量が符号７４で示されている。そのような平行移動量７４はターゲット組織７０の中心位置、重心位置、あるいは他の基準位置の移動の向きと移動量とによって定義される。一般的には、このような平行移動量を各フレーム間ごとに求めればリアルタイムで放射線の照射制御情報を得ることが可能である。ただし、組織の移動成分には平行移動の他に回転移動もあり、これについて図７を用いて説明する。
【００５６】
図７において、第１走査面Ａ上で、ある時相におけるターゲット組織７６に対して別の時相におけるターゲット組織７８は符号８０で示される回転移動量の分だけ回転している。後述するフレーム相関演算の手法を用いれば、図６に示した平行移動量の他に、図７に示す回転移動量についても演算によって求めることが可能である。例えばターゲット組織の形態が特殊な形をもっており、放射線ビームの太さとの関係で特定の方向からのみＸ線ビームを照射し、あるいはターゲット組織のビーム軸と直交する方向のサイズに応じて放射線ビームの横断面サイズを調整するような場合、図７に示した回転移動量を求めるのが望ましい。
【００５７】
一般に、バイプレーンを形成する場合においては、フレームレートを非常に高くすることができ、すなわち第１走査面及び第２走査面のそれぞれにおいてフレーム間隔は非常に微小の時間となる。したがってその微小の時間間隔においてターゲット組織の移動はあまり大きくないことから平行移動量及び回転移動量のいずれを求める場合においても相関演算の範囲を一定の範囲に限定するのが望ましい。
【００５８】
図８には、本実施形態に係るフレーム間相関演算の概念が示されている。第１走査面すなわち第１フレームデータ８２に対して参照エリア８６が設定される。この参照エリア８６はユーザーによりあるいは自動的に設定することができ、またその参照エリア８６は固定的にあるいは動的に設定することができる。
【００５９】
参照エリア８６は通常、ターゲット組織を包含するように設定される。そして、第１フレームデータ８２から参照エリア８６内におけるデータが切り出される。これが参照エリアデータ９２として表されている。
【００６０】
一方、第１フレームデータ８２とは異なる時相において取得された第２フレームデータ８４に対しては、参照エリアを中心として一定の広がりを持った探索エリア９０が設定される。第２フレームデータ８４上において参照エリアに対応する領域が符号８６’で表されている。探索エリア９０内において対応エリア８８が設定されるが、その対応エリア８８の位置は相関演算の都度シフトされる。すなわち、探索エリア９０の全体がスキャンされるように対応エリア８８の位置が順次変更される。第２フレームデータ８４から対応エリア８８内のデータを切り出したものが対応エリアデータ９４である。
【００６１】
参照エリアデータ９２と対応エリアデータ９４との間において、各画素単位で差分演算が実行され、各画素ごとの差分値が積算されて、その積算値が相関値として用いられる。これが符号９６によって表されている。対応エリア８８の各シフト位置ごとに相関演算が実行されると、各対応エリア８８のシフト位置ごとに相関値としての積算値が対応付けられ、これによって結果テーブル９８が構成される。結果テーブル９８が完成した段階で符号１００で示されるように複数の積算値の中から最小値が判定される。そして、符号１０２で示されるように最小値としての積算値に対応するシフト位置から組織の平行移動成分が特定される。
【００６２】
図８には平行移動量を求めるための相関演算が示されていたが、回転移動量を求める場合における相関演算についても基本的に同様の手法が用いられる。すなわち、参照エリア８６に対して対応エリア８８が回転方向にシフトされ、各シフト位置において相関演算が実行される。
【００６３】
図８に示す手法によれば、一般的な相関演算を実行する場合における複雑な演算処理を行うことなく差分演算及び積算処理という簡易な手法によって組織移動成分を特定できるという利点がある。もちろん、フレーム間における相関演算の手法としては他の手法を用いることができ、例えば一般的な畳み込み演算を利用する手法を用いてもよい。いずれにしても、参照エリアデータ９２と対応エリアデータ９４が最もマッチングする場合におけるシフト位置から組織の移動成分を求めることが可能である。
【００６４】
図９には、第１組織移動成分演算部２６の具体的な構成例が示されている。上述したように、第２組織移動成分演算部２８が別途設けられる場合には図９に示した構成と同様の構成が用いられる。
【００６５】
フレームメモリ部１０４は図９に示される例において２つのフレームメモリ１０６，１０８によって構成されている。第１フレームメモリ１０６には最新の時相のフレームデータが格納され、第２フレームメモリ１０８には１つ前の時相のフレームデータが格納される。すなわち、隣合うフレームデータ間において相関演算を実行するために、必要なフレームデータがフレームメモリ部１０４上に格納される。ちなみに、基準となる初期フレームデータを第１フレームメモリ１０６に格納し、現在取得されたフレームデータを符号１０９で示すように第２フレームメモリ１０８に格納し、隣接フレーム間ではなく基準フレームと最新フレームの間において相関演算を行うことも可能である。
【００６６】
読み出しコントローラ部１１０は図９に示す例において２つの読み出しコントローラによって構成され、具体的には、第１フレームメモリ１０６の読み出し制御を行なう参照エリアデータ読み出しコントローラ１１２と、第２フレームメモリ１０８の読み出し制御を行なう対応エリアデータ読み出しコントローラ１１４とで構成されている。
【００６７】
参照エリアデータ読み出しコントローラ１１２は、図８に示したように第１フレームデータ８２から、参照エリア８６に対応する参照エリアデータ９２を読み出す制御を行う。また、対応エリアデータ読み出しコントローラ１１４は、第２フレームメモリ１０８に格納された第２フレームデータから、各相関演算ごとに対応エリアはシフトされる。対応エリア８８に対応する対応エリアデータ９４を読み出す制御を実行する。
【００６８】
読み出された各エリアデータが差分器１１６に入力される。差分器１１６では、図８を用いて説明したように各画素ごとに差分値を演算する。ちなみに、参照エリアと対応エリアは同じサイズを有している。積算器１１８は各画素ごとの差分値を積算し、これによって相関値としての積算値を求める。その演算された積算値は積算値メモリ１２０上に格納される。すなわち、積算値メモリ１２０には図８に示した結果テーブル９８に相当するデータが格納される。対応エリアの位置が順次シフトされると、それに伴って積算値が順次演算され、それらが積算値メモリ１２０上に格納される。
【００６９】
最小値判定器１２２は、対応エリアのスキャンが完了した段階において積算値メモリ１２０上の内容を参照し、複数の積算値の中から最小値を判定する。そして、その最小値に対応付けられている対応エリアのシフト位置に基づいて組織移動成分を特定する。すなわち最小値に対応するシフト位置にはターゲット組織の平行移動量に相当するものである。
【００７０】
図１０には、図１に示した三次元移動ベクトル演算部３４の演算内容が概念的に示されている。ここで、Ｘ−Ｙ−Ｚは絶対三次元空間を表している。またｘ−ｙ−ｚは第１走査面及び第２走査面によって定義される相対三次元空間を表している。Ｔはターゲット位置（中心位置）を表している。そして、ベクトルｄＭはフレーム間における、すなわちバイプレーンを形成する期間内におけるターゲット組織の移動量すなわち三次元組織移動ベクトルを表している（なお、本願明細書中においてベクトルを表す矢印記号については省略するが図１０においてはそれが表されている）。なお、ベクトルＴ０はターゲット組織の位置Ｔを表す位置ベクトルであり、ベクトルＴ１は移動後におけるターゲット組織の位置を表す位置ベクトルである。
【００７１】
第１走査面Ａ上において、三次元組織移動ベクトルｄＭを観測すると、それはｘ方向の成分ｄＡｘとｙ方向における成分ｄＡｙとで表される。一方、第２走査面Ｂ上において三次元組織移動ベクトルｄＭを観測すると、それは、ｚ方向の成分ｄＢｚとｙ方向の成分ｄＢｙとで表される。
【００７２】
２つの走査面においてｙの軸は共通であるために、以下の関係がある。
ｄＡｙ＝ｄＢｙ    ・・・・（１）
【００７３】
したがって、以下のように三次元組織移動ベクトルが表される。
ｄＭ＝ｄＡｘ＋ｄＡｙ＋ｄＢｚ        ・・・（２）
【００７４】
ちなみに、上記の第１の制御モードにおいては、放射線の照射がオンオフ制御されるが、その場合においては、｜ｄＭ｜≦εが満たされる時に、放射線の照射がオンとなり、一方、｜ｄＭ｜＞εの時には放射線の照射がオフとされる。つまり、εを三次元移動ベクトルあるいはそれに基づくターゲット組織の移動量の許容範囲とした場合、その許容範囲内おいてのみ放射線の照射を許容し、許容範囲外となる場合には放射線の照射を停止するものである。
【００７５】
また、第２の制御モードにおいては、ターゲット組織の移動に伴って放射線の照準位置が追従制御されるが、その場合において、
Ｔ１＝Ｔ０＋ＴＭ    ・・・（３）
によってターゲット組織の新しい位置が順次特定され、その位置に放射線の照準位置が合致するように照射制御が行われる。ちなみに、そのような場合には、２つの走査面の交差位置もその照準位置に合致するように送受波の制御がなされる。
【００７６】
上述した説明においてはターゲット組織の三次元的な平行移動量が演算されていたが、そのような三次元的な平行移動量に加えて三次元的な回転移動量も併せて演算することが可能である。それについて図１１に示されるフローチャートを用いて説明する。
【００７７】
図１１において、Ｓ１０１では、第１フレームデータすなわち第１走査面上において参照エリアが設定される。Ｓ１０２では、その参照エリアの位置を基準として第２フレームデータすなわち第２走査面上において探索エリアが設定される。Ｓ１０３では探索エリア内における初期位置に対応エリアが設定される。
【００７８】
Ｓ１０４では、参照エリアから切り出された参照エリアデータと対応エリアから切り出された対応エリアデータとの間で上述した相関演算が実行される。そして、その相関演算の結果値である積算値がメモリ上に格納される。
【００７９】
Ｓ１０５では、対応エリアが最終位置に到達したか否かが判断され、到達していない場合にはＳ１０６において対応エリアの位置が１ステップ平行移動され、Ｓ１０４以降の工程が繰り返し実行される。最終位置に対応エリアの位置が到達した場合には、Ｓ１０７において第１相関演算結果から平行移動量が特定される。そして、その平行移動量に基づいて特定される座標を中心として回転移動量を求めるための探索エリアが再設定される。この場合において探索エリアは参照エリアの姿勢を中心０度とする所定角度範囲内として設定される。
【００８０】
Ｓ１０８では、対応エリアが１ステップ分だけ回転移動され、Ｓ１０９においては参照エリアデータと対応エリアデータとの間で相関演算が実行される。その相関演算結果はメモリ上に格納される。Ｓ１１０においては対応エリアの位置が最終位置に到達したか否かが判断され、到達していない場合にはＳ１０８の各工程が実行される。
【００８１】
最終位置に到達した場合には、Ｓ１１１において、Ｓ１０９を繰り返し実行することによって得られた相関演算結果から回転移動量が特定される。必要に応じて、その回転移動量を考慮して再度、対応エリアを逐次的に設定しつつ平行移動量の微修正を行うようにしてもよい。
【００８２】
図１１に示したプロセスは第１走査面及び第２走査面のそれぞれにおいて実行される。これによって各走査面ごとに平行移動量と回転移動量が特定されることになる。それらの移動量を総合することによって三次元移動ベクトルとしての平行移動量及び回転移動量が特定される。
【００８３】
次に、図１２〜図１４を用いて本実施形態に係る放射線治療システムについて説明する。
【００８４】
図１２には、陽子線を用いて悪性腫瘍などの治療を行うための放射線治療システムが概念的に示されている。この放射線治療システムは、三次元組織移動計測装置１０、制御装置１２及び放射線治療装置１４Ａによって構成されるものである。三次元組織移動計測装置１０は図１に示した構成を有している。すなわち、三次元組織移動計測装置１０は、超音波診断装置として構成され、それは大別して装置本体１３２とプローブ１６とによって構成される。治療台５８上には生体１３０が載置されている。その場合においては、ターゲット組織Ｔに対して陽子線ビーム１３４の照射位置が位置決めされる。通常、陽子線ビーム１３４の照射位置は固定的に設定されており、治療台５８を水平移動させることによってターゲット組織Ｔに対して陽子線ビーム１３４が位置決めされる。上述したように、ターゲット組織Ｔの状態はバイプレーンによる超音波診断装置によって計測されており、またターゲット組織Ｔの三次元組織移動ベクトルは装置本体３２において計測される。それが照射制御情報として制御装置１２に渡されている。
【００８５】
制御装置１２は、三次元組織移動ベクトルあるいはそれに基づくターゲット組織の位置が許容範囲内にあるか否か判断し、許容範囲にある場合には放射線治療装置１４Ａに対して照射許可信号を出力し、許容範囲外にある場合には放射線治療装置１４Ａに対して照射禁止信号を出力する。
【００８６】
したがって、生体１３０の姿勢が変化した場合、あるいは呼吸などによってターゲット組織Ｔの位置が変化したような場合、それが許容範囲外に至った場合には放射線の照射が停止されるため、正常組織への放射線の照射を回避できるという利点がある。また、呼吸などによってターゲット組織Ｔが周期的に運動する場合には、ターゲット組織Ｔに対して陽子線ビーム１３４を周期的にあるいは間欠的に照射でき、これによって治療効果を高めることが可能となる。
【００８７】
図１３には、他の実施形態に係る放射線治療システムの全体構成が概念的に示されている。この放射線治療システムは図１２に示した実施形態と同様に、三次元組織移動計測装置１０、制御装置１２及び放射線治療装置１４Ｂによって構成される。ただし、放射線治療装置１４ＢはＸ線によって治療を行う装置である。
【００８８】
三次元組織移動位置計測装置１０は上述した実施形態と同様に超音波診断装置本体１３２とプローブ１６とを有するものであり、プローブ１６は図４に示したような保持機構５０によって保持されている。超音波診断装置本体１３２によってターゲット組織についての三次元組織移動ベクトルが演算され、それは照射制御情報として制御装置１２に渡される。制御装置１２は、放射線治療装置１４Ｂに対して照射位置の制御情報を出力している。
【００８９】
放射線治療装置１４ＢはＸ線照射部１３６を有しており、そのＸ線照射部１３６は治療台５８を取り囲むように回転運動を行うことが可能である。また治療台５８は水平方向に移動自在である。したがって、ターゲット組織が移動した場合、治療台５８の平行運動等を行わせて照射ポイントを常にターゲット組織に合致させることが可能である。
【００９０】
図１４には、治療台上に載せられた患者としての生体１３０が表されており、Ｘ線照射部１３６を符号１４２に示されるように回転運動させることによって、ターゲット組織Ｔに対して各角度方向からＸ線ビーム１４０を照射することができる。この場合において、治療台を平行運動させることにより、その照射ポイントをターゲット組織Ｔに合致させることができる。
【００９１】
本実施形態においてはリアルタイムでターゲット組織の移動位置を計測することが可能であるため、ターゲット組織の移動に追従させてＸ線の照射位置を動的に変更させることが可能である。この場合においては、第１走査面及び第２走査面についてもターゲット組織の移動に応じて可変制御するのが望ましい。もちろん、この図１３及び図１４に示される構成において、ターゲット組織の移動位置が許容範囲外となった場合にはＸ線の照射を停止させる制御を行うようにしてもよい。
【００９２】
上記の各実施形態によれば、ターゲット組織の位置をリアルタイムに計測し、それに基づいて治療用の放射線の照射制御を行うことが可能であるので、治療効果を高められると共に、正常組織に与えるダメージを極力回避できるという利点がある。上記実施形態ではプローブ上に２Ｄアレイ振動子が設けられていたが、１Ｄアレイ振動子をメカニカルな機構によって走査するタイプのプローブを用いるようにしてもよいし、十字型に配置された２つの１Ｄアレイ振動子を設け、それを有するプローブ自体の姿勢を変更するようにしてもよい。
【００９３】
例えば、ボリュームデータが６０枚のフレームデータによって構成される場合、三次元組織移動ベクトルを求めるために６０枚のフレームデータを毎回取得しなければならないのに比べ、本実施形態においては、２つのフレームデータを取得するごとに三次元組織移動ベクトルを求めることができるので、ボリュームデータを取得する場合に比べて例えば３０倍演算速度を高めることが可能となる。
【００９４】
また、上記実施形態によれば、図４に示したように、水袋６０を利用して生体の動きによらずに常に超音波の良好な伝搬を確保することが可能であるので、計測の中断を回避することが可能であり、また生体に対する違和感や苦痛といった問題を回避できるという利点がある。また、上記の実施形態においては、差分演算を利用しているため非常に簡易な構成によってしかも迅速に相関演算結果を得ることが可能であるという利点がある。また、上記実施形態においては、座標変換前のデータを利用して、組織移動成分を演算しているため、その演算結果を走査面の位置設定にそのまま利用することができるという利点がある。すなわち、相関演算結果に対して複雑な座標変換処理などを行うことなく走査面の位置を迅速に設定することが可能である。
【００９５】
ちなみに、図１に示した三次元組織移動計測装置１０としての超音波診断装置は、放射線治療システムに用いられる他、それ単独でも利用することが可能である。すなわち、バイプレーンによって組織を直交２断面で観察する場合において、組織の移動に追従させて各走査面の位置を動的に変更すれば、常に良好な患部の断層画像を得られるという利点がある。したがって、一般の超音波診断においても有用である。また、三次元組織移動ベクトルに基づいて穿刺方向などの自動設定を行うことも可能であり、更に、結石破砕システムなどにおいて超音波を集束させるポイントを三次元組織移動ベクトルに応じて動的に可変するようにしてもよい。それ以外においても各種の応用例が考えらえる。ちなみに、上記実施形態においては直交する２つの走査面が形成されていたが、必要に応じて互いに交叉する３つあるいは４つの走査面を形成するようにしてもよい。迅速な計測及び高速演算の観点から言えばバイプレーンを形成するのが最も望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本実施形態に係る三次元組織移動計測装置としての超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】三次元空間におけるターゲット組織の三次元移動を説明するための図である。
【図３】プローブとそれによって形成されるバイプレーンを示す図である。
【図４】生体に対してプローブを設置した状態を示す図である。
【図５】表示画面上に表示される２つの断層画像を示す図である。
【図６】走査面上におけるターゲット組織の平行移動量を説明するための図である。
【図７】走査面上におけるターゲット組織の回転移動量を説明するための図である。
【図８】相関演算の一例を説明するための概念図である。
【図９】図１に示した組織移動成分演算部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１０】三次元組織移動ベクトルの演算原理を説明するための概念図である。
【図１１】三次元組織移動ベクトルとして平行移動量に加えて回転移動量も演算する場合の動作例を示すフローチャートである。
【図１２】陽子線によって治療を行う放射線治療システムの全体構成を示す概念図である。
【図１３】Ｘ線によって治療を行う放射線治療システムの全体構成を示す概念図である。
【図１４】図１３に示す放射線治療システムにおいてＸ線ビームを回転させる場合の概念を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  三次元組織移動計測装置（超音波診断装置）、１２  制御装置、１４  照射装置（放射線治療装置）、１６  プローブ、１８  送受信部、２０  制御部、２２  第１画像形成部、２４  第２画像形成部、２６  第１組織移動成分演算部、２８  第２組織移動成分演算部、３０  表示処理部、３４  三次元移動ベクトル演算部、８２  第１フレームデータ、８４  第２フレームデータ、８６  参照エリア、８８  改良エリア、９０  探索エリア、９２  参照エリアデータ、９４  対応エリアデータ、１０４  フレームメモリ部、１１０  読み出しコントローラ部、１１６  差分器、１１８  積算器、１２０  積算値（メモリ）、１２２  最小値判定器。
【図１】
2005185336.tif 000003
【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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