(57)【要約】【課題】簡易な構成で治療箇所の変位に対応する超音波治療システムを提供する。【解決手段】治療用振動子１０Ｔから送波される治療用の強力超音波ＳＵが治療箇所Ｔの位置に適切に集束するように、超音波振動子１０の位置や向きが調整され、治療用振動子１０Ｔが電子走査制御される。各カメラ３０は、シート１００の表面を撮像してその表面の画像データを得る。そして、基準となる時相の画像と最新時相の画像との間の相関値が算出され、相関値と閾値が比較される。相関値が閾値以上であれば、最新の時相において乳房が動いておらず治療箇所の位置も移動していないと判断して、強力超音波ＳＵによる治療を続ける制御が実行される。一方、相関値が閾値より小さければ、最新の時相において乳房が動いており治療箇所の位置も移動している可能性が高いと判断され、強力超音波ＳＵによる治療を中断させる制御が実行される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象部位内の治療箇所に対して治療用超音波を送波する超音波送波部と、
前記対象部位を覆うシートの表面の画像を得る画像取得部と、
複数の時相に亘って得られる前記画像を解析することにより、前記対象部位の動きを反映した解析結果を得る画像解析部と、
前記解析結果に基づいて前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されるかどうかを判定し、その判定の結果に応じた制御を実行する制御部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波治療システムにおいて、
前記シートの表面には模様が描かれており、
前記画像取得部は、シートの表面に描かれた模様を含んだ画像を取得する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波治療システムにおいて、
前記画像解析部は、時相間における画像の相関関係を解析することにより、当該時相間における対象部位の動きを反映した解析結果を得る、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波治療システムにおいて、
前記画像解析部は、基準となる時相の画像と判定対象となる時相の画像との間の相関関係を解析することにより、前記解析結果として当該画像間の相関値を得る、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波治療システムにおいて、
前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されると判定した場合に、前記超音波送波部を制御して治療用超音波を送波させる、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波治療システムにおいて、
前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されないと判定した場合に、治療用超音波の送波を抑制する制御を実行する、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波治療システムにおいて、
前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されないと判定した場合に、前記超音波送波部を制御して治療用超音波の送波を停止させる、
ことを特徴とする超音波治療システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載の超音波治療システムにおいて、
前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されないと判定した場合に、その判定の結果を示す警告を表示させる、
ことを特徴とする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、治療用の超音波を送波する超音波治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
癌や腫瘍などに強力な超音波を集束させてそれらを焼灼して治療する強力集束超音波（ＨＩＦＵ：High Intensity Focused Ultrasound）が知られている（特許文献１参照）。強力集束超音波の治療においては、癌や腫瘍などの治療箇所を焼灼しつつ、それら以外の正常な組織等を傷めないように、治療箇所の位置を把握してその位置に強力な超音波を集束させることが望ましい。
【０００３】
そのため、従来から、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）を利用して治療箇所の位置を確認しつつその位置に強力な超音波を集束させるシステムや、診断用の超音波画像を利用して治療箇所の位置を確認しつつその位置に治療用の超音波を集束させるシステムなどが利用されている。特に、例えば比較的長時間に亘る治療においては、治療中に患者が動いてしまうことがあり、患者の動きに伴う治療箇所の変位に対応して正常な組織等を傷めないようにすることが望ましい。
【０００４】
磁気共鳴画像を利用することにより、数秒に１回程度の頻度で治療箇所の位置を確認することができるため、強力集束超音波を治療箇所の変位に追従させ、正常な組織等への集束を抑制することができる。しかし、磁気共鳴画像を利用するシステムは、非常に大掛かりであり、規模やコストの面で問題が残る。一方、診断用の超音波画像は、磁気共鳴画像に比べて撮像できる画像の範囲が狭いなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−４７０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、強力集束超音波などの治療用超音波を治療箇所に対して的確に送波する技術について研究開発を重ねてきた。
【０００７】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、比較的簡易な構成で治療箇所の変位に対応する超音波治療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】
【０００８】
上記目的にかなう好適な超音波治療システムは、対象部位内の治療箇所に対して治療用超音波を送波する超音波送波部と、前記対象部位を覆うシートの表面の画像を得る画像取得部と、複数の時相に亘って得られる前記画像を解析することにより、前記対象部位の動きを反映した解析結果を得る画像解析部と、前記解析結果に基づいて前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されるかどうかを判定し、その判定の結果に応じた制御を実行する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記超音波治療システムによれば、対象部位を覆うシートの表面の画像を得て、その画像を解析する旨の極めて簡易な構成でありながら、その解析の結果に基づいて、治療箇所に対して治療用超音波が送波されるかどうかを判定し、その判定の結果に応じた制御を実行することが可能になる。これにより、例えば、治療箇所に対して治療用超音波が送波されないと判定した場合に、治療用超音波の送波を抑制することにより、正常な組織等に対する治療用超音波の送波を抑えることができる。
【００１０】
望ましい具体例において、前記シートの表面には模様が描かれており、前記画像取得部は、シートの表面に描かれた模様を含んだ画像を取得する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記画像解析部は、時相間における画像の相関関係を解析することにより、当該時相間における対象部位の動きを反映した解析結果を得る、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記画像解析部は、基準となる時相の画像と判定対象となる時相の画像との間の相関関係を解析することにより、前記解析結果として当該画像間の相関値を得る、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されると判定した場合に、前記超音波送波部を制御して治療用超音波を送波させる、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい具体例において、前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されないと判定した場合に、治療用超音波の送波を抑制する制御を実行する、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい具体例において、前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されないと判定した場合に、前記超音波送波部を制御して治療用超音波の送波を停止させることを特徴とする。
【００１６】
望ましい具体例において、前記制御部は、前記治療箇所に対して治療用超音波が送波されないと判定した場合に、その判定の結果を示す警告を表示させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、比較的簡易な構成で治療箇所の変位に対応する超音波治療システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施において好適な超音波治療システムを示す図である。
【図２】超音波振動子の好適な形状を示す図である。
【図３】超音波治療システムの好適な使用例を示す図である。
【図４】シート表面に描かれる模様の具体例を示す図である。
【図５】カメラにより撮像されたシート表面の画像例を示す図である。
【図６】超音波治療システムの動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施において好適な超音波治療システムを示す図である。図１の超音波治療システムは、超音波振動子１０を備えており、その超音波振動子１０は治療用振動子１０Ｔと診断用振動子１０Ｄで構成されている。
【００２０】
治療用振動子１０Ｔは、強力集束超音波（ＨＩＦＵ）を送波する振動子であり、複数の治療用振動素子を備えている。治療用振動子１０Ｔは、癌や腫瘍などの治療箇所に治療用の強力な超音波を送波して、その治療箇所を焼灼して治療するために利用される。
【００２１】
一方、診断用振動子１０Ｄは、複数の診断用振動素子を備えており、治療箇所を有する被検体（患者）に対して、超音波画像を形成するための比較的弱い超音波を送波し、被検体内から得られる反射波を受波する。
【００２２】
強力超音波送信部１２は、治療用振動子１０Ｔを送信制御する。強力超音波送信部１２は、治療用振動子１０Ｔが備える複数の治療用振動素子を電子走査制御することにより、治療箇所をフォーカス点とした強力超音波のビームを形成する。例えば、治療箇所の位置等の情報がシステム制御部５０から強力超音波送信部１２に伝えられ、その情報に基づいて強力超音波送信部１２が治療用振動子１０Ｔを送信制御する。
【００２３】
診断超音波送受信部１４は、診断用振動子１０Ｄを送受信制御する。診断超音波送受信部１４は、診断用振動子１０Ｄが備える複数の診断用振動素子を電子走査制御することにより、被検体に向けて診断用の超音波ビームを形成し、二次元平面内または三次元空間内で超音波ビームを走査する。さらに、診断超音波送受信部１４は、複数の診断用振動素子から得られる信号に基づいて超音波ビームに沿ってエコー信号（受信信号）を形成する。
【００２４】
走査された超音波ビームから得られる複数のエコー信号は超音波画像形成部１６に出力される。超音波画像形成部１６は、複数のエコー信号に基づいて被検体の超音波画像（Ｂモード画像や三次元画像など）を形成する。こうして形成された超音波画像は表示部２０に表示される。
【００２５】
超音波振動子１０は、ロボットアーム４２に支持されており、ロボットアーム４２の動作に応じて、超音波振動子１０の位置や向きが調整される。そのロボットアーム４２の動作は駆動部４０により制御される。例えば、超音波振動子１０の機械的な走査のための情報や治療箇所の位置等の情報がシステム制御部５０から駆動部４０に伝えられ、その情報に基づいて駆動部４０がロボットアーム４２の動作を制御することにより、超音波振動子１０の位置や向きが調整される。
【００２６】
さらに、図１の超音波治療システムは２つのカメラ３０を備えている。各カメラ３０は後に説明するシートの表面を撮像してシート表面の画像データを得る。そして、画像解析部３２は、２つのカメラ３０から得られるシート表面の画像データを解析して解析結果を得る。システム制御部５０は、その解析結果に基づいて、図１の超音波治療システムの各部を制御する。
【００２７】
本発明の好適な超音波治療システムの概要は以上のとおりである。さらに、以下において、当該システムの特徴的な構成や好適な使用例などについて詳述する。
【００２８】
図２は、超音波振動子１０の好適な形状を示す図である。超音波振動子１０は、お椀（どんぶり）状に内部を凹ませた形状であり、その凹ませた内部の表面を振動子面としている。そして、その内部の中央に診断用振動子１０Ｄが配置され、診断用振動子１０Ｄを円環状に取り囲むように治療用振動子１０Ｔが配置される。例えば、振動子面をお椀状に形成された治療用振動子１０Ｔの底の部分が円柱状に刳り貫かれており、その底の部分に円柱状の診断用振動子１０Ｄが挿入されて、図２に示す超音波振動子１０が形成される。なお、診断用振動子１０Ｄは四角柱状であってもよい。また、診断用振動子１０Ｄの振動子面と治療用振動子１０Ｔの振動子面との間に段差があってもよい。
【００２９】
治療用振動子１０Ｔは、その振動子面に沿って二次元的に配列された図示しない複数の治療用振動素子で構成される。例えば、治療用振動子１０Ｔの振動子面が、診断用振動子１０Ｄを取り囲む複数の円環により区分けされ、複数の円環の各々に沿って複数の治療用振動素子が一次元的に配列されて、治療用振動子１０Ｔの振動子面を埋め尽くすように複数の治療用振動素子が二次元的に配置される。なお、２つの治療用振動素子の間に必要に応じてギャップが設けられてもよい。
【００３０】
また、診断用振動子１０Ｄは、その振動子面に沿って二次元的に配列された図示しない複数の診断用振動素子で構成される。例えば、診断用振動子１０Ｄの振動子面を埋め尽くすように複数の診断用振動素子が格子状に二次元的に配置される。なお、治療用振動子１０Ｔと同様な円環状の配列により、診断用振動子１０Ｄの振動子面を埋め尽くすように複数の診断用振動素子が二次元的に配置されてもよい。もちろん、２つの診断用振動素子の間に必要に応じてギャップが設けられてもよい。
【００３１】
そして、治療用振動子１０Ｔから図２に示す送波方向に治療用超音波が送波される。また、診断用振動子１０Ｄから図２に示す送波方向に診断用超音波が送波され、その送波に伴う反射波が診断用振動子１０Ｄにより受波される。
【００３２】
図３は、図１の超音波治療システムの好適な使用例を示す図である。図１の超音波治療システムは、癌や腫瘍などの治療箇所に治療用の強力な超音波を送波し、その治療箇所を焼灼して治療するために利用される。図１の超音波治療システムは、子宮筋腫や肝癌や前立腺癌などの様々な治療対象への適用が可能であるものの、特に、乳癌の治療に適している。図３には、その乳癌の治療に好適な形態が示されている。
【００３３】
図３は、ベッドの表面（水平面）上に患者が腹臥位になって治療を受ける例を示している。水槽７０は、そのベッドの表面の下側に設けられ、そのベッドの表面には水槽７０内に繋がる挿入口が設けられている。その挿入口は、患者の乳房Ｂを挿入できる程度の大きさに設けられており、ベッドの表面上に腹臥位になった患者の乳房Ｂが水槽７０内に挿入される。
【００３４】
なお、ベッドの表面に設けられた挿入口を覆うように、伸縮性を備えたシート１００が設けられており、乳房Ｂがシート１００に押し付けられてシート１００に覆われつつ、水槽７０内を満たす生理食塩水の中に浸される。
【００３５】
超音波振動子１０は、生理食塩水で満たされた水槽７０内に配置される。そして、駆動部４０により制御されるロボットアーム４２の動作に応じて、超音波振動子１０の位置や向きが調整される。例えば、乳房Ｂ内の癌や腫瘍などの治療箇所Ｔの位置に応じて、超音波振動子１０の位置や向きが調整され、治療用振動子１０Ｔから送波される治療用の強力超音波ＳＵが治療箇所Ｔの位置に適切に集束するように、超音波振動子１０の位置や向きが調整され、さらに、治療用振動子１０Ｔが電子走査制御される。
【００３６】
治療箇所Ｔの位置は、強力超音波ＳＵによる治療の事前に確認される。その事前の確認においても超音波振動子１０が利用される。その場合には、治療用振動子１０Ｔによる強力超音波ＳＵの送波が停止されており、診断用振動子１０Ｄが利用される。そして、診断用振動子１０Ｄに対する電子制御による部分的な走査と、ロボットアーム４２の機械的な動作による広域的な走査を組み合わせることにより、治療箇所Ｔを含む比較的広い範囲に亘って、例えば乳房Ｂの全域に亘って三次元的にエコー信号が収集される。こうして収集されたエコー信号に基づいて、乳房Ｂ内の超音波画像、例えば複数のＢモード画像を積層した三次元画像や、直交三断面画像などが形成され、その超音波画像に基づいて、治療箇所Ｔの三次元的な位置、例えば駆動部４０や水槽７０を基準とした座標系上における治療箇所Ｔの座標が確認される。
【００３７】
なお、治療箇所Ｔの位置の確認において磁気共鳴画像が利用されてもよい。しかし、磁気共鳴画像を利用する場合に比べて、超音波振動子１０を利用して治療箇所Ｔの位置を確認する方が、システム全体の規模やコストを抑える面で有利である。
【００３８】
このように、本発明の好適な超音波治療システムによれば、事前に治療箇所Ｔの位置が確認されてから、治療用の強力超音波ＳＵが治療箇所Ｔの位置に適切に集束するように制御されるため、例えば治療箇所Ｔ以外の正常な組織等に対する悪影響を極力抑えることができる。さらに、本発明の好適な超音波治療システムは、治療箇所Ｔの位置が確認された後に患者が動いてしまった場合においても、正常な組織等に対する悪影響を極力抑えることができる機能を備えている。
【００３９】
その機能を実現するために、図３に示すように、２台のカメラ３０が設けられている。例えば、２台のカメラ３０のうちの一方が患者の頭側に配置されて他方が足側に配置される。そして、各カメラ３０は、シート１００の表面を撮像してシート１００の表面の画像データを得る。なお、シート１００の表面の画像が撮像できる限りにおいて、各カメラ３０は、水槽７０内に配置されてもよいし、水槽７０の外に配置されてもよい。また、各カメラ３０の位置や向きを調整できる機能を備えていることが望ましい。
【００４０】
各カメラ３０により撮像されるシート１００は、例えばラテックスゴムなどの伸縮性を備えた素材で形成され、乳房Ｂの表面を覆いつつ乳房Ｂの形状に合わせて伸縮する。そのため、シート１００の表面は、乳房Ｂの動きに応じて変化する。その表面の変化をカメラ３０で確認できるように、シート１００の表面には模様が描かれている。
【００４１】
図４は、シート表面に描かれる模様の具体例を示す図である。図４（Ａ）に示すシート１００Ａの表面には格子状の模様が描かれている。また、図４（Ｂ）に示すシート１００Ｂには市松模様が描かれている。なお、図４に示す模様は具体例の一部に過ぎず、例えば水玉模様などの多種多様な模様が適用可能であることは言うまでもない。もちろん、色が加えられてもよい。図４に示す模様は、シート１００Ａ，Ｂが平面の状態におけるものであり、乳房などが押し付けられるとシート１００Ａ，Ｂが伸縮し、それに応じて模様が歪められる。
【００４２】
図５は、カメラにより撮像されたシート表面の画像例を示す図である。つまり、図３に示した形態において、２つのカメラ３０のいずれか一方により、シート１００の表面を撮像した場合の画像例が図５に示されている。なお、図５に示される画像例は、図４（Ａ）に示したシート１００Ａの画像例であり、また、ベッド表面に設けられた挿入口の縁Ｅが円形の場合を示している。
【００４３】
図５に示すように、乳房の表面に沿ってシート１００Ａが変形するため、シート１００Ａに描かれた模様も歪められている。そして、患者の体動に伴って乳房が動くと、その乳房の動きに応じて、シート１００Ａに描かれた模様の歪みが変化する。
【００４４】
図１の超音波治療システムでは、シート表面の模様の変化から乳房が動いたことを判定する。例えば治療が行われている期間内において、複数の時相に亘ってカメラ３０によりシート表面の模様が撮像され、複数の時相に亘って得られた画像が画像解析部３２において解析される。
【００４５】
画像解析部３２は、基準となる時相の画像と判定対象となる時相の画像との間の相関関係を解析することにより、これらの画像間の相関値を算出する。基準となる時相は、例えば治療箇所の位置を確認した直後の画像であり、例えば最新の画像が判定対象となる。つまり、治療箇所の位置を確認した直後の画像と、治療中に刻々と得られる最新の時相の画像との間における画像の相関値が算出される。
【００４６】
そして、システム制御部５０は、例えば相関値と閾値を比較して、相関値が閾値以上であれば、時相間における画像が一致しており、最新の時相において乳房が動いておらず治療箇所の位置も移動していないと判断して、強力超音波による治療を続ける制御を実行する。一方、相関値が閾値より小さければ、時相間において画像が変化しており、最新の時相において乳房が動いており治療箇所の位置も移動している可能性が高いと判断され、強力超音波による治療を中断させる制御が実行される。
【００４７】
図６は、図１の超音波治療システムの動作例を示すフローチャートである。図１に示した部分（構成）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００４８】
まず、治療に先立って、ベッドの表面上に患者が腹臥位になり、乳房がシートに押し付けられて水槽内に挿入される（図３参照）。その状態で、治療箇所の位置が確認される（Ｓ６０１）。例えば、診断用振動子１０Ｄが利用されて乳房内の超音波画像が形成され、その超音波画像に基づいて治療箇所の三次元的な位置が確認される。
【００４９】
続いて、カメラ３０によりシート表面の撮像が開始され（Ｓ６０２）、さらに、治療用振動子１０Ｔから送波される治療用の強力超音波が治療箇所の位置に適切に集束するように送波されて治療が開始される（Ｓ６０３）。
【００５０】
治療が開始されると、治療が行われている期間内において、複数の時相に亘って得られる画像が画像解析部３２において解析される。つまり、画像解析部３２は、基準時相の画像と判定対象となる最新時相の画像との間の相関関係を解析することにより、これらの画像間の相関値を算出する（Ｓ６０４）。基準時相の画像としては、例えばＳ６０１において治療箇所の位置を確認した直後にＳ６０２において撮像された画像が望ましい。なお、Ｓ６０１の確認中からシート表面の画像を撮影しておき、その確認中における画像を基準画像としてもよい。
【００５１】
そして、システム制御部５０は、相関値と閾値を比較し（Ｓ６０５）、相関値が閾値以上であれば、乳房が動いておらず治療箇所の位置も移動していないと判断して、強力超音波による治療を継続させる（Ｓ６０６）。なお、その継続後もＳ６０５において最新の画像に関する相関値の確認が続けられる。
【００５２】
一方、Ｓ６０５の確認において相関値が閾値より小さければ、乳房が動いており治療箇所の位置も移動している可能性が高いと判断される。そして、強力超音波が照射中であるか否かが確認される（Ｓ６０７）。強力超音波を利用した治療においては、強力超音波の照射と停止が適宜に繰り返されて治療が行われるため、強力超音波が照射されている期間か否かが確認される。
【００５３】
そして、強力超音波が照射されている期間であれば、強力超音波の照射を直ちに停止させ、さらに、治療を中断させる旨を医師などのユーザに知らせる警告を表示部２０に表示させる（Ｓ６０８）。一方、強力超音波が照射されていない期間であれば、強力超音波の照射はそのまま停止状態とされ、治療を中断させる旨を医師などのユーザに知らせる警告を表示部２０に表示させる（Ｓ６０９）。
【００５４】
なお、２台のカメラ３０によりシート表面の撮影が行われているため、Ｓ６０４において、各カメラ３０ごとに、そのカメラ３０から得られる基準時相と最新時相の画像間における相関値が算出される。またＳ６０５における確認においても、各カメラ３０ごとに、そのカメラ３０から得られる基準時相と最新時相の画像間における相関値について確認が行われる。例えば少なくとも１台のカメラ３０において相関値が閾値よりも小さければ、乳房が動いていると判断される。もちろん、２台のカメラ３０から得られる２つの相関値を適宜に組み合わせて、乳房が動いているかどうかを判断してもよい。さらには、２台以上の複数のカメラ３０を用いてシート表面を撮影して、それらのカメラ３０から得られる複数の相関値から、乳房が動いているかどうかを判断してもよい。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ｔ  治療用振動子、１２  強力超音波送信部、３０  カメラ、３２  画像解析部、５０  システム制御部、１００  シート。
【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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