(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブを駆動して被検体に撮像用超音波を照射させるとともに、該超音波プローブに受信される超音波信号を処理させるＵＳ制御手段と、該受信処理された超音波信号に基づいて断層像を生成するＵＳ画像生成手段とを有してなる超音波医療装置と、
静磁場に置かれた前記被検体に設定断層面に応じて傾斜磁場と高周波パルスを印加する撮像シーケンスを実行するＭＲ制御手段と、該撮像シーケンスの実行により前記被検体から発生する核磁気共鳴信号に基づいて断層像を生成するＭＲ画像生成手段とを有してなる磁気共鳴撮像装置と、
前記ＵＳ画像生成手段と前記ＭＲ画像生成手段で生成された画像を表示する少なくとも１つの表示手段と、
前記超音波プローブに固定された位置及び姿勢の検出ポインタと、前記磁気共鳴撮像装置の装置本体に固定して設けられた基準ポインタと、前記検出ポインタと前記基準ポインタを受像可能に配置されたカメラと、該カメラの受像データに基づいて前記超音波プローブの位置及び姿勢を前記磁気共鳴撮像装置の座標系に変換するプローブ位置演算手段とを備え、
該プローブ位置演算手段により変換された前記超音波プローブの位置及び姿勢と前記ＵＳ制御手段から出力される前記超音波プローブの焦点位置とに基づいて病変部の３次元位置を求め、該病変部を通る断層面を前記ＭＲ画像の前記設定断層面として決定する超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【請求項２】
前記決定した設定断層面を前記ＭＲ制御手段に出力する協調制御手段を備えてなる請求項１に記載の超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【請求項３】
前記ＭＲ制御手段は、前記決定した設定断層面について前記撮像シーケンスを実行し、該実行により前記表示手段に表示されたＭＲ断層像に基づいて病変部を検出し、該病変部の位置に基づいて画像データから治療用超音波ビームの収束点の位置を算出し、該算出された収束点位置を前記ＵＳ制御手段に出力することを特徴とする請求項２に記載の超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【請求項４】
前記ＭＲ制御手段は、前記決定した設定断層面について前記撮像シーケンスを実行し、該実行により前記表示手段に表示されたＭＲ断層像に入力設定された治療点を表すマークを検出し、該マークの位置に基づいて画像データから治療用超音波ビームの収束点の位置を算出し、該算出された収束点位置を前記ＵＳ制御手段に出力することを特徴とする請求項２に記載の超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【請求項５】
前記ＵＳ制御手段は、入力される治療用超音波ビームの収束点位置に基づいて、治療用超音波ビームの収束点位置を制御し、与えられる指令に応答して前記超音波プローブから治療用超音波を照射し、
前記ＭＲ制御手段は、治療用超音波ビームの収束点位置を前記ＵＳ制御手段に出力した後、該収束点を含む断層面についてＴ１又はＴ２強調画像の撮像シーケンスを実行させることを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【請求項６】
前記ＭＲ制御手段は、前記Ｔ１又はＴ２強調画像の画像データに基づいてＭＲ断層像の温度変化を計測し、該温度変化に応じてカラーマッピング画像を前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項５に記載の超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【請求項７】
前記ＵＳ制御手段は、前記協調制御手段から出力されるＭＲ座標系に変換された前記超音波プローブの位置と姿勢の座標データを取り込み、超音波３次元断層像の画像データにＭＲ座標データを対応させて記憶させ、
前記ＭＲ制御手段は、前記超音波３次元断層像に対応する領域のＭＲ３次元画像を撮像する撮像シーケンスを実行し、該ＭＲ３次元画像に基づいて特定の組織の境界を抽出し、該境界に係る画像データを前記表示手段に出力して、前記超音波３次元断層像に重ねて表示させることを特徴とする請求項２に記載の超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【請求項８】
前記ＵＳ制御手段は、前記協調制御手段から出力されるＭＲ座標系に変換された前記超音波プローブの位置と姿勢の座標データを取り込み、超音波３次元断層像の画像データにＭＲ座標データを対応させて記憶させ、
前記ＭＲ制御手段は、前記超音波３次元断層像に対応する領域のＭＲ３次元画像を撮像する撮像シーケンスを実行し、該ＭＲ３次元画像に基づいて特定の組織の境界を抽出して前記ＵＳ制御手段に出力し、
前記ＵＳ制御手段は、前記ＭＲ制御手段で抽出された特定の組織の境界内の前記超音波３次元断層像の画素データを抽出して前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項２に記載の超音波−磁気共鳴複合医療装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波撮像及び／又は超音波治療と磁気共鳴撮像とを複合した超音波−磁気共鳴複合医療装置の技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波撮像装置は、被検体にプローブから超音波を照射し、被検体内部から発生する超音波の反射信号等を受信し、被検体内部を音響特性の違いに基づいて２次元又は３次元画像化したり、血流速度などの情報を画像化するなどにより、診断及び治療に供する。一方、磁気共鳴撮像装置（ＭＲＩ装置）は、静磁場内で被検体に高周波磁場パルスを印加して被検体を構成する主要物質である水素（プロトン）や燐等の特定の核を励起し、これにより発生する核磁気共鳴信号を受信して、例えばプロトンの密度分布や励起状態の緩和現象の空間分布を２次元又は３次元画像化したり、各種の生体情報を画像化して診断及び治療に供する。
【０００３】
これらの超音波撮像装置及びＭＲＩ装置は医療装置として広く利用され、かつ応用分野の開発が進んでいる。例えば、カテーテル等の侵襲デバイスのモニタリング、レーザファイバやマイクロ波電極等を病変部に挿入して治療を行なう治療器具のモニタリング、それらの治療効果を観察する技術、及び被検体の外部から収束超音波を病変部に照射して加熱治療する超音波治療、等々が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波医療装置においては、撮像用や治療用の超音波プローブを手で保持して被検体の体表面に当て、プローブを移動させたり傾けながら観察したい部位の断層像を任意に選択でき、かつ治療超音波ビームの向きを病変部位に調整できるから、極めて操作性に優れている。
【０００５】
しかし、超音波撮像は、超音波プローブを被検体の外表面に当てて操作しなければならないから、超音波プローブの位置や傾きの操作範囲が制限され、任意の位置や方向の断層像を撮像することができず、例えば、所望部位の血管の断層像を得ることはできないという欠点がある。
【０００６】
また、超音波治療は、超音波プローブから撮像よりも強力な超音波ビームを外部から生体内に照射し、病変部を加熱することにより治療を行なういわゆる非侵襲治療であるから、患者の負担が少ないという利点がある。
【０００７】
しかし、超音波撮像は、病変部の位置（特に、深さ）を精度よく計測できないから、高強度の治療超音波ビームの収束位置を病変部に精度よく合わせる技術が課題となる。つまり、撮像プローブを手で移動させたり傾けたりして病変部を探り出せても、その病変部の３次元位置、特に病変部の深度の計測が困難であることから、治療超音波ビームの収束深度を精度よく調整することができない。
【０００８】
一方、レーザやマイクロ波で病変部の治療を行なう場合は、その病変部にレーザファイバやマイクロ波電極が接しているから、例えばＭＲＩ撮像等でレーザファイバの先端等を含ませて撮像断面として設定することにより、治療部位を撮影断面に含ませることが行なわれている。
【０００９】
要するに、ＭＲ撮像の撮像断面を画像上で設定するのは比較的容易であるが、超音波治療の場合は治療部位と超音波プローブは被検体の内外に隔てられているから、上述のＭＲ撮像をそのまま適用することができない。したがって、超音波ビームの収束位置を何らかの方法で決めて、その収束位置をＭＲ画像上等に何らかの方法で設定し、その位置を含む撮影断面をＭＲＩで撮像するようにしてやる必要がある。
【００１０】
しかし、超音波ビームの収束深度は、治療プローブの曲率半径、各振動子相互の超音波の遅延時間、超音波の周波数等によって変化するから、治療部位をMR撮影断面に含めるためには、試行錯誤や高度な熟練知識が必要であり、治療や診断を行なう術者にとっては煩雑な作業である。
【００１１】
同様に、超音波撮像は、画像の解像度が本質的に超音波の波長に依存するから、組織の境界が不鮮明になるため、病変部の境界及び大きさを精度よく計測する必要がある超音波治療の場合に問題となるおそれがある。また、超音波治療を施した部位の治療の効果を計測する技術の確立が要望されている。
【００１２】
一方、ＭＲＩ装置は、コントラスト分解能が高く、現状では２５６、５１２等の解像度が用いられ、一部には１０２４の解像度も試みられており、組織の境界を鮮明に撮像することができる。また、ＭＲＩ装置は、超音波撮像に比べて撮像断面の位置や向きを任意に設定可能であり、所望の血管断層像を撮像可能である。また、Ｔ１緩和時間やＴ２緩和時間が温度に相関すること、あるいは共鳴周波数が温度に相関することに鑑み、それらを計測して特定部位の温度変化を計測することができるなど、超音波医療装置とは異なる生体情報を得ることができる。
【００１３】
しかし、ＭＲＩ装置の場合の撮影断面は、撮像シーケンスの撮像断面に係るパラメータを設定する操作を画像上等で行なわなければならないなど、超音波撮像に比べて操作性が劣る。
【００１４】
そこで、本発明は、超音波医療装置とＭＲＩ装置の長所を組み合わせ、操作性及び機能性に優れた複合医療装置を実現することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次に述べる手段により、上記課題を解決するものである。
【００１６】
本発明は、超音波医療装置の操作性を保持しつつ、超音波医療装置と磁気共鳴撮像装置とを組み合わせて、機能性を高めることを本旨とする。すなわち、超音波プローブを駆動して前記被検体に撮像用超音波を照射させるとともに、該超音波プローブに受信される超音波信号を処理させるＵＳ制御手段と、該受信処理された超音波信号に基づいて断層像を生成するＵＳ画像生成手段とを有してなる超音波医療装置と、静磁場に置かれた被検体に設定断層面に応じて傾斜磁場と高周波パルスを印加する撮像シーケンスを実行するＭＲ制御手段と、該撮像シーケンスの実行により前記被検体から発生する核磁気共鳴信号に基づいて断層像を生成するＭＲ画像生成手段とを有してなる磁気共鳴撮像装置とを組合わせることを基本とする。この場合、ＵＳ画像生成手段とＭＲ画像生成手段で生成された画像を表示する表示手段は、個別に設けても、共用するようにしてもよい。
【００１７】
特に、本発明は、超音波プローブに固定された位置及び姿勢の検出ポインタと、前記磁気共鳴撮像装置の装置本体に固定して設けられた基準ポインタと、前記検出ポインタと前記基準ポインタを受像する複眼カメラと、該複眼カメラの受像データに基づいて前記超音波プローブの位置及び姿勢をＭＲＩ装置の座標系（以下、ＭＲ座標系という。）に変換するプローブ位置演算手段とを備えることを特徴とする。つまり、基準ポインタはＭＲＩ装置本体に固定されているから、基準ポインタの座標系と被検体が置かれた静磁場空間のＭＲ座標系は一義的に一致する。したがって、ＭＲ制御手段はプローブ位置演算手段により超音波プローブの位置及び姿勢をＭＲ座標系で認識できる。
【００１８】
その結果、例えば、ＵＳ制御手段から撮像用の超音波ビームの焦点位置を取り込むことにより、その焦点位置を含む任意の向きの断面を撮像断面として容易に設定することができる。この場合、前記プローブ位置演算手段により変換された前記超音波プローブの位置及び姿勢と前記ＵＳ制御手段から出力される前記超音波プローブの焦点位置とに基づいて前記ＭＲ画像の前記設定断層面を決定することができる。また、決定した設定断層面を前記ＭＲ制御手段に出力する協調制御手段を設けることができる。この協調制御手段は、パーソナルコンピュータにより実現できる。
【００１９】
特に、超音波の撮像プローブを操作して病変部を発見した際、その時の撮像プローブの位置及び姿勢からＵＳ断層像の断層面方向を割り出し、かつその時の撮像プローブの焦点位置により病変部の深さを求め、その病変部の３次元位置を求めることができる。つまり、ＭＲ制御手段は、撮像プローブの焦点位置である病変部を通る設定断層面について撮像シーケンスを実行する。そして、ＭＲ制御手段は、取得されたＭＲ断層像に基づいて病変部の位置を精度よく検出する。ついで、検出された病変部の位置に基づいて、ＭＲ断層像データから治療用超音波ビームの収束点の位置を算出し、算出した収束点位置をＵＳ制御手段に出力する。これにより、ＵＳ制御手段は、治療用の超音波ビームの収束点を制御する。その結果、治療用の超音波ビームを病変部に精度よく照射できるから、治療の操作性が向上する。なお、治療プローブの位置及び傾きに追従してＭＲ断層像が切替わるから、治療プローブを位置及び傾きを調整して病変部をＭＲ画像に表示させるようにするだけで、治療対象の病変部に治療超音波ビームを照射できる。
【００２０】
また、ＭＲ制御手段は、病変部を通る設定断層面について撮像シーケンスを実行し、その実行により表示手段に表示されたＭＲ断層像に入力設定された治療点を表すマークを検出し、該マークの位置に基づいて画像データから治療用超音波ビームの収束点の位置を算出し、該算出された収束点位置を前記ＵＳ制御手段に出力するようにしてもよい。
【００２１】
さらに、ＵＳ制御手段は、入力される治療用超音波ビームの収束点位置に基づいて、治療用超音波ビームの収束点位置を制御し、与えられる指令に応答して前記超音波プローブから治療用超音波を照射するものとし、これにあわせてＭＲ制御手段は、治療用超音波ビームの収束点位置をＵＳ制御手段に出力した後、該収束点を含む断層面についてＴ１又はＴ２強調画像の撮像シーケンスを実行させるようにすることが好ましい。また、ＭＲ制御手段は、Ｔ１又はＴ２強調画像の画像データに基づいてＭＲ断層像の温度変化を計測し、該温度変化に応じてカラーマッピング画像を前記表示装置に表示させることが好ましい。これにより、術者は、治療の効果を容易に確認することができる。
【００２２】
更に、超音波の撮像プローブを用いて術者が所望のＵＳ断層像を観察可能にする一方で、その撮像プローブの動きに伴う位置と姿勢の変化を検出してＵＳ断層像の位置変化を求め、そのＵＳ断層像の位置変化に合わせて同一断面のＭＲ像を撮像することができる。
【００２３】
具体的には、ＵＳ制御手段は、協調制御手段から出力されるＭＲ座標系に変換された超音波プローブの位置と姿勢の座標データを取り込み、超音波３次元断層像の画像データにＭＲ座標データを対応させて記憶させ、ＭＲ制御手段は、超音波３次元断層像に対応する領域のＭＲ３次元画像を撮像する撮像シーケンスを実行し、撮像されたＭＲ３次元画像に基づいて特定の組織（例えば、臓器）の境界を抽出し、該境界に係る画像データを前記表示手段に出力して、超音波３次元断層像に重ねて表示させることができる。これによれば、臓器等の境界の分解能が悪い超音波断層像を補完して、ＭＲ画像により臓器の境界を明瞭に表示することができる。
【００２４】
また、同様にして取得された臓器等の特定の組織の境界に基づいて、ＵＳ制御手段は、その境界内の超音波３次元断層像の画素データを抽出して表示手段に表示させるようにすることもできる。これによれば、臓器以外の組織からの信号を除去することができ、臓器内部の画質を向上させることが期待できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図を用いて説明する。図１は、本発明の超音波−磁気共鳴複合医療装置（以下、ＵＳ−ＭＲ複合医療装置と略称する。）の一実施の形態のブロック構成図である。
【００２６】
まず、超音波医療装置の部分から説明する。超音波プローブ１は、撮像プローブ２と治療プローブ３が一体に形成され、プローブ支持部４を手で持って操作するように形成されている。撮像プローブ２は、周知の超音波診断装置に用いられるものと同様、例えばコンベックス型のように、複数の振動子を一列又は複数列に配列して形成されている。治療プローブ３は、複数の振動子を撮像プローブ２の両側に分けて、凹状の曲面を形成するように対称的に配列して形成されている。本実施形態では、撮像プローブ２と治療プローブ３の配列方向を直交させているがこれに限られるものではない。
【００２７】
治療プローブ３には、治療パルス発生回路１１で発生された超音波パルスが、治療波収束回路１２と増幅器１３を介して供給される。つまり、治療波収束回路１２において各振動子に供給する超音波を適宜遅延させることによって、治療プローブ３から射出される超音波ビームの収束点（焦点）を所望の位置に制御するとともに、増幅器１３によって高エネルギの駆動パルスに変換して各振動子に供給される。
【００２８】
一方、撮像プローブ２には、撮像パルス発生回路２１から発生された撮像用の超音波パルスが撮像波収束回路２２においてフォーカス処理され、増幅器２３において増幅された後、送受分離器２４を介して供給される。撮像プローブ２により生体内から受信された超音波の受信信号は、送受分離器２４を介して増幅器２５に導かれて増幅された後、超音波（ＵＳ）信号処理部２６において整相処理される。超音波（ＵＳ）画像生成部２７は、ＵＳ信号処理部２６から出力される受信信号に基づいて超音波断層像を生成する。生成された断層像はＵＳモニタ２８に表示される。これらの治療パルス発生回路１１、治療波収束回路１２、撮像パルス発生回路２１、撮像波収束回路２２、ＵＳ信号処理部２６、ＵＳ画像生成部２７は、コンピュータにより形成されるＵＳ制御部３０の指令によって制御される。また、操作者は、操作器３１から制御部３０に指令を入力するによって、各種の診断条件や治療条件を設定できるようになっている。
【００２９】
次に、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置の部分について説明する。ＭＲＩ装置は、ＭＲ装置本体４１と、ＭＲ装置本体４１を制御するＭＲ制御部４２と、ＭＲ制御部４２に指令を入力するＭＲ操作器４３と、ＭＲ装置本体４１から出力される核磁気共鳴信号を処理するＭＲ信号処理部４４と、処理された核磁気共鳴信号に基づいてＭＲ画像を再構成するＭＲ画像生成部４５と、再構成されたＭＲ画像を表示するＭＲモニタ４６とを有して構成されている。
【００３０】
ＭＲ装置本体４１は、図２に示すいわゆるオープンタイプのＭＲＩ装置を適用するのが好ましい。図示例は、垂直磁場方式の永久磁石型ＭＲＩ装置である。図４を用いて、典型的なＭＲ装置本体の概念を説明する。ＭＲ装置本体は、被検体４０１の周囲に静磁場を発生する磁石４０２と、この静磁場空間に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル４０３と、この領域に高周波磁場パルスを印加するＲＦコイル４０４と、被検体４０１が発生するＮＭＲ信号を検出するＲＦコイル405を有して構成されている。傾斜磁場コイル４０３は、X、Y、Zの3軸方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源４０９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４０４はＲＦ送信部４１０から供給される高周波磁場パルスによって高周波磁場を発生する。図２のオープン型のＭＲＩ装置本体４１も、同様の機能を有する。そして、ＲＦコイル４０５により受信される核磁気共鳴信号は、図１のＭＲ信号処理部４４に入力され、傾斜磁場電源４０９とＲＦ送信部４１０は、図１のＭＲ制御部４２により制御される。ＭＲ制御部４２は、撮像シーケンスに従ってＭＲ装置本体４１を駆動制御して所望のＭＲ断層像を撮像するようになっている。
【００３１】
次に、本発明の特徴に係る超音波医療装置とＭＲＩ装置の協調制御装置について説明する。協調制御装置は、超音波プローブの位置及び姿勢を検出する位置検出装置を含んで構成される。位置検出装置（例えば、Northern Digital Instrument 社のPOLARIS（商品名）を適用する。）は、超音波プローブ１に固定された検出ポインタ５１と、ＭＲ装置本体４１に固定された基準ポインタ５２と、赤外線カメラ２個を備えた複眼カメラ５３と、プローブ位置演算手段５４とを有して構成される。
【００３２】
位置検出装置としては、アクティブ型とパッシプ型があり、アクティブ型の検出ポインタ５１と基準ポインタ５２は、それぞれ少なくとも３個の赤外線発光ダイオードをマーカとし、そのマーカを例えば３角形の頂点に位置させて支持体に固定して形成される。バッシプ型の場合、検出ポインタ５１と基準ポインタ５２はそれぞれ少なくとも３個の反射球（例えば、直径１０mm）をマーカとし、そのマーカを例えば３角形の頂点に位置させて支持体に固定して形成される。そして、複眼カメラ５１に発光ダイオードを取り付けて形成される。
【００３３】
複眼カメラ５１は、連続的に検出ポインタ５１と基準ポインタ５２を受像し、受像データをプローブ位置演算手段５４に出力する。プローブ位置演算手段５４は、それぞれのマーカの３次元位置をリアルタイムで検出し、これに基づいて検出ポインタ５１の６次元の動きを検出する。検出した６次元の動きを出力表示することもできる。位置の計測精度は、アクティブ型及びパッシブ型とも同等（例えば０.３５mm）であり、また表示切り替え速度は20〜60Hzである。パッシブ型はポインタに電源を供給するラインが不要となるため使い勝手が良い。
【００３４】
プローブ位置演算手段５４により検出された検出ポインタ５１の６次元の動き、つまり検出ポインタ５１の位置及び姿勢の検出データは、協調制御手段５５に入力される。協調制御手段５５は、後述するように、ＵＳ制御部３０から超音波プローブ１の焦点深度を取り込み、検出ポインタ５１の位置及び姿勢の検出データに基づいて、その焦点位置を通る断層面を設定し、ＭＲ制御部４２に出力する。この時の断層面の方向は、超音波プローブ１の断層面の方向に一致させても良く、また術者の指定する任意の方向に設定することができる。
【００３５】
このような位置検出装置を、オープン型ＭＲＩ装置を用いたＵＳ−ＭＲ複合医療装置に適用する場合、図２及び図３に示す配置構成が好ましい。すなわち、基準ポインタ５２はＭＲ装置本体４１のガントリー４１ａの正面及び裏面に固定する。これにより、基準ポインタ５２の座標系を静磁場のＭＲ座標系に一義的に一致させることができる。複眼カメラ５３は、ガントリー４１ａの頂部中心に回動自由に支持されたアームに連結された複数のアームからなる支持アーム５３ａに吊り下げて設ける。これにより、複眼カメラ５３は、図３の平面図に示すように、ガントリー４１ａを中心とした円弧状の領域内の任意の位置に移動させることができる。
【００３６】
図３において、術者１００は把持した超音波プローブ１に検出ポインタ５１が固定して設けられている。超音波プローブ１は超音波装置本体３３に接続され、術者１００の操作により被検体４０１の所望の部位の断層撮像又は治療をすることができるようになっている。また、ＭＲモニタ４６はＭＲ装置本体４１のガントリー頂部に回動自由に支持された複数のアームからなる支持アーム４６ａに吊り下げて設けられている。
【００３７】
このように構成されるＵＳ−ＭＲ複合装置の協調制御手段５５の詳細構成を、動作例とともに次に説明する。
（超音波治療の実施の形態）
図２に示すように、術者１００が超音波プローブ１を手に持ち被検体４０１にあてる。この場合、超音波プローブ１を非磁性の支持部材で支持し固定するようにしても良い。そして、術者１００は、超音波プローブ１の位置や傾きを操作して、被検体４０１の撮影断面を決めて超音波撮像を開始する。これにより、ＵＳモニタ２８に断層像が表示される。術者１００は超音波プローブ１の位置と姿勢を変えながら治療対象の病変部を探す。このとき、プローブ位置演算手段５４により複眼カメラ５３から出力される受像データに基づいて、検出ポインタ５１の位置と姿勢が検出される。
【００３８】
協調制御手段５５は、ＵＳ制御部３０からその時の撮像プローブ２の焦点深さを取り込み、検出ポインタ５１の位置と姿勢及び焦点深さとから、術者が認識した病変部の３次元位置をＭＲ座標系について算出する。そして、その病変部を含み、例えば超音波断層像と同じ方向の断層面のＭＲ像を撮像するようにＭＲ制御部４２に指令を出力する。ＭＲ撮像断面は、超音波プローブ１又はＵＳ操作器３１等に設けた操作スイッチにより、超音波プローブ１と平行な断面、超音波ビームと同一な面、又はそれらの断面に垂直な断面を選択できる。これにより、術者は、症例や病変部位に応じて断面を切り替えながらモニタできる。
【００３９】
ＭＲ制御部４２は、撮像シーケンスの断層面を協調制御手段５５から指令された設定断層面に決定し、ＭＲ装置本体４１を駆動制御する。これにより、ＭＲモニタ４６に術者１００が認識した病変部を含む断層像が表示される。通常、病変部は直径２〜３ｃｍの球状又は楕円球状である。このＭＲ撮像処理は、超音波プローブ１の動きに追従してリアルタイムで行なわれる。つまり、術者１００は超音波プローブ１を動かすことによって、ＭＲ断層面の設定を自由に、かつ簡単に行なえる。
【００４０】
ＭＲＩの撮像シーケンスは、例えばフロロスコピィシーケンスを適用し、協調制御手段５５から出力される設定断面の指令は、例えば０．５秒以内ごとに更新され、ＭＲＩ断層像に反映される。なお、撮像シーケンスは、周知のＴＲＳＧシーケンス、ＳＧシーケンス、マルチショットＥＰＩなどのフロロスコピィ用シーケンスを適用することができる。これらのシーケンスでは、０．５〜４秒ごとに画像を更新できる。なお、ＭＲ画像の典型的なスライス厚さは８ｍｍ程度である。
【００４１】
このようにして、術者１００が超音波プローブ１を動かすことによって、病変部を含むＭＲ断層像がＭＲモニタ４３に表示される。一方、このＭＲ断層像によれば、病変部の体表面からの深さを精度よく計算によって求めることができる。そこで、ＭＲ制御部４２は超音波プローブ１の断層面を基準にして、体表面から病変部までの距離を演算して協調制御手段５５に出力する。協調制御手段５５は、その距離を治療用超音波ビームの収束点データとしてＵＳ制御部３０に転送する。
【００４２】
ＵＳ制御部３０は、治療用超音波ビームの収束点データに従って治療波収束回路１２に指令を出し、治療プローブ３から照射される超音波ビームの収束位置を制御する。すなわち、治療プローブ３の振動子（圧電素子）は、図５に示すように、曲率Ｒの円弧状に配置され、収束点の距離Ｆにおいて超音波ビームが収束する。この距離Ｆは被検体４０１の内部であり、例えば病変部に調整される。この収束点の距離Ｆは、治療波遅延回路２２において各振動子に供給する超音波のタイミング時間を変えることにより調整できる。
【００４３】
この状態で、術者１００は、超音波プロープ１の動きを止め、収束超音波を病変部に照射し、局部的な加熱治療を行なう。これにより、簡単に治療用超音波ビームの収束点を病変部に合わせて、その部位を加熱することにより治療できる。治療プローブ３から超音波ビームが照射されたことは、ＵＳ制御部３０又は協調制御手段５５を介してＭＲ制御部４２に伝達される。
【００４４】
これに応答して、ＭＲ制御部４２は、同一断面について例えばＴ１強調画像もしくはT２強調画像の撮像シーケンスを実行させるとともに、ＭＲ信号処理部４４とＭＲ画像生成部４５に指令を送って、病変部を含む領域の温度分布変化を求めて温度分布画像を生成させる。その温度分布画像は、ＭＲモニタ４６に表示される。本実施形態の場合は、Ｔ１強調画像もしくはT２強調画像を２〜７秒程度で繰り返し撮像することが好ましく、撮影マトリクスは１２８×１２８ないし２５６×２５６が一般的である。これにより、術者１００は、超音波治療の効果を画像上で容易に確認することができる。その結果、不要な部分に治療を施すことを避けることができ、また治療により加熱された部位の冷却を確認して隣接病変部の治療を順次施して、病変部の治療を漏れなく施すことができる。また、治療後に、ＭＲＩ撮像を施し、病変部（例えば、腫瘍）が消滅したか否かを判断することもできる。
【００４５】
上述したように、本実施の形態の超音波治療法によれば、超音波医療装置の操作性の良さを失うことなく、ＭＲＩ装置の高分解能と、距離計測の精度と、温度計測などの機能を有機的に利用して、使い勝手の良い治療装置を実現できる。
【００４６】
また、図３に示したように、複眼カメラ５３は、MR装置本体４１の静磁場発生領域の中心から１〜１．５ｍ離れた位置に、支持アーム５３ａで吊り下げ、自由に向きや位置を変えられるようにすることが好ましい。これにより、術者の操作の妨げになることを回避できるとともに、検出ポインタ５１及び基準ポインタ５２が術者や手術機器の陰にならないように、複眼カメラ５３を移動させることができる。つまり、図中に示した２つの扇形領域５７、５８が、複眼カメラ５３から検出ポインタ５１と基準ポインタ５２の双方を安定に検出できる範囲である。扇形領域５７，５８の半径は、１７０〜２９３ c mの範囲が適当である。また、複眼カメラ５３の高さは、９５〜１０７ｃｍ程度が適当である。この範囲で、カメラが稼動するように、支持アーム５３ａを形成する。また、複眼カメラ５３からプローブ位置演算手段５４に送る受像データの更新周期は、２〜２０セット／秒程度が好ましい。この受像データは、複眼カメラ５３から光ファイバーケーブルにより伝送することにより、ＭＲ装置のノイズの混入を防ぐことができる。
【００４７】
なお、図３では、ＭＲ装置本体のベッドの一方のサイドのみについて、複眼カメラ５３の位置を検討したが、非対称２本柱構成のＭＲＩ装置なので術者はベッドの反対側から被検体にアクセスもできる。その場合は、複眼カメラ５３をベッドの反対側に移動することができる。これに対応させて、上述の基準ポインタ５２とは別に、ベッドの反対側に基準ポインタ５９を設置しておくのが好ましい。この場合、基準ポインタ５２と５９の３つのマーカ（反射球）の相対位置を、異なる配置にすることが好ましい。これにより、複眼カメラ５３は、どの基準ポインタを受像している識別できる。これに応じて、プローブ位置演算手段５４は、識別した基準ポインタの位置を自動的にメモリーから読み出し、ＭＲ座標系における撮影断面データを自動的に求めることができる。
【００４８】
ところで、図１の実施形態の超音波治療装置において、撮像プローブ２と治療プローブ３の双方を備えた超音波プローブ１を用いる例を示した。しかし、撮像装置としてＭＲＩ装置が備えられているので、撮像プローブ２を省略することも可能である。つまり、図１の超音波プローブ１を治療プローブ３のみ備えたものとし、これに合わせて撮像用の機能を省略する。そして、位置検出装置により検出した超音波プローブ１の位置及び姿勢に従ってＭＲＩ装置によりＭＲ断層像をＭＲモニタ４６（又は、ＵＳモニタ２８）に表示する。術者は専らＭＲ像に基づいて病変部を探り、治療したい病変部をＭＲモニタ４６（又は、ＵＳモニタ２８）上でマーカなどにより指定する。これにより、ＭＲ制御部４２は指定されたマーカの３次元位置、特に超音波プローブ１が当接された体表面から病変部までの距離を演算して協調制御装置５５に送出する。協調制御手段５５は、体表面から病変部までの距離に基づいて、超音波プローブ１の収束位置を演算してＵＳ制御部３０に送る。これに応じて、ＵＳ制御部３０は、治療波収束回路１２に指令を送り、治療超音波ビームの収束位置を病変部に合わせるようにすることができる。
【００４９】
また、治療プローブ３の超音波ビームの強度を撮像レベルに下げて、図１の実施の形態と同様に構成することもできる。この場合は、超音波撮像の画像の解像度は落ちるが、病変部の位置を探るには十分な場合がある。
（超音波３次元画像の生成法）
超音波の撮像プローブを用いて術者が所望の超音波（ＵＳ）３次元像を撮像する一方で、その撮像プローブの動きに伴う位置と姿勢の変化を検出してＵＳ３次元像に対応するＭＲ３次元像を撮像し、それらの３次元像の優れた点を組み合わせて、診断に有意な３次元像を作成して術者に提供できる。例えば、ＭＲＩの３次元画像データから各組織の境界部を検出し、その境界座標を求めてＵＳ像の３次元画像の境界を形成することができる。
【００５０】
図６及び図７を参照して、具体的な実施形態を説明する。図６は、ＵＳ３次元像を撮像する際の超音波プローブ１の操作法を説明する図である。同図（ａ）に示すように、超音波プローブ１を図示していない被検体の体表面に沿ってほぼ平行に移動させながら、ＵＳ像を複数の３次元位置（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）（但し、ｉは１〜ｎの自然数）で、複数枚ａ１〜ａｎの撮像を実行する。これにより撮像された各ＵＳ像データはメモリに記憶される。この場合、プローブ位置演算手段５４は、超音波プローブ１に固定された検出ポインタ５１と、基準ポインタ５２の受像データに基づいて、ＵＳ断層像の３次元位置及び方向（以下、ＵＳ断層像位置データと称する）をＭＲ座標系に変換し、協調制御手段５５を介してＵＳ制御部３０に転送する。ＵＳ制御部３０は、ＵＳ断層像位置データを各ＵＳ断層像に対応付けて記憶させる。なお、図６（ｂ）に示すように、超音波プローブ１の位置を変えずに姿勢（傾き角度）を変えて３次元撮像する場合も同様である。
【００５１】
一方、ＭＲＩ装置は、周知のＴ１強調画像又はＴ２強調画像を撮像する。撮像シーケンスは、例えば、ファーストスピンエコー法やグラディエントエコー法を用いる。画素数は、例えば、２５６×２５６×２５６とする。この場合、典型的な空間分解能は１ｍｍである。ＭＲ画像では、Ｔ１値又はＴ２値が異なることにより、臓器（組織）ごとのコントラストが異なっている。このことを利用して、公知のリージョングローイング法によって臓器を抽出することができる。つまり、組織ごとに画素値が異なることを利用して、ＭＲ画像から特定の臓器の部分を抽出する。これにより抽出した臓器又は組織の辺縁の画素番号を得る。この画素番号は、ＭＲ座標系に一対一で対応付けることができる。
【００５２】
ところで、プローブ位置演算手段５４により、ＵＳ画像上の画素位置（番号）とＭＲ座標系の画素番号とを一対一で対応付けることができる。したがって、ＭＲ画像上で抽出した臓器の辺縁が、ＵＳ画像上のどの位置にあたるかを決定できる。
【００５３】
例えば、図７（ａ）に示すように、被検体４０１の３次元領域７１について超音波プローブ１を操作して撮像を実行し、同図（ｂ）に示すＵＳ３次元像を取得したとする。３次元領域７１の基準点７１ａを設定する。一方、ＭＲＩ装置により同一の領域７１について撮像し、同図（ｂ）に示すＭＲ３次元像を取得する。
【００５４】
そして、ＭＲ３次元像に基づいて、断層像表示指定ライン７２を設定して任意のスライス断面を決める。これに基づいて、断層像表示指定ライン７２で設定されたＵＳ断層像とＭＲＩ断層像を画像化する。これにより、臓器７３を含む断層像が表示モニタに表示できる。
【００５５】
この表示において、例えば、ＵＳ断層像をグレースケールで表示する。そして、ＭＲ断層像の臓器７３の辺縁画像を異なる色（例えば、黄色）で、ＵＳ断層像に半透明で重ねて表示する。これにより、超音波断層像では判別できなかった臓器の輪郭うを、観察者は容易に識別できるようになる。したがって、観察者は、臓器の輪郭の他、超音波撮像特有の情報（例えば、局所部位の弾性率、血流によるドップラー現象による情報）等を、同一画面上で観察することができ、診断等に便利である。
【００５６】
また、ＵＳ画像の臓器７３の内側の画素のみを抽出して得られるＵＳ３次元画像を、パーシャルＭＩＰ（Maximum Intensity Method：最大値）処理、あるいはパーシャルボリュームレンダリング処理し、対象とする臓器内のＵＳ画像を３次元情報を含む形で表示することができる。これによれば、ＵＳ画像における生体深部での信号値が低いデータや、皮膚近傍の高信号のデータを除去することができ、それらのノイズ分を除去して画質を向上することが期待できる。なお、ＭＩＰ処理、あるいはパーシャルボリュームレンダリング処理は、ＭＲＩやＣＴ画像に対して広く行なわれている画像処理である。
（その他、変形例）
図４に示したＲＦコイル４０５としては、種々の形状のものが開発されており、撮影部位、撮影目的に応じて使い分けられる。例えば、表面コイルは、局所的な部位を高感度で撮影するＲＦコイルである。従来、局所コイルは、耳、顎関節、四肢の関節など、小視野で高画質が要求される部位の撮影用に用いられている。また、複数の小型表面コイルを隣接して配置し、高感度と視野拡大を図ったマルチプルアレイコイル（フェイズドアレイコイルとも呼ばれる）も開発されている。通常の頭部撮影や腹部撮影には、視野が広く感度分布が比較的均一なボリュームコイルが使われる。これには、マルチプルエレメントレゾネータ、スロッテドチューブレゾネータ、ソレノイドコイルが公知である。
【００５７】
手術や穿刺、経皮的治療に使われるいわゆるＩ−ＭＲＩ（Ｉnterventiona1 MRI，Intraoperative MRI）は、オープンタイプのＭＲＩ装置が使用される。オープンＭＲＩには、ダブルドーナツ型や、Ｃ型、非対称２本支柱型がある。ダブルドーナツ型は、水平磁場を発生するドーナツ型磁石を２個、隙間を空けて並べた構造で、隙間の間で被検体の撮影を行う。Ｃ型と非対称２本支柱型は、ハンバーガー型の磁石で上下方向の静磁場を発生する。最もオープン性があるのは、非対称２本支柱型で、被検体の左右方向と頭頂部側の３方向からのアクセスが可能である。
【００５８】
ＭＲＩの撮影断面をインタラクティブに設定する技術は、インタラクティブスキャンコントロールとして公知である。すなわち、ＭＲＩを用いた手術時の穿刺モニタリングや心臓撮影などでは、リアルタイムに撮影断面を任意に設定したい要望があり、これに対応する技術開発も行われつつある。撮影断面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザーインターフェースにMRI画像を表示して、画面上のボタンをクリックして、次の撮影断面を決定する例がある（Magnetic Resonance in Medicine：Rea1-time interactive MRl on a conventional scanner; AB. Kerr他、38巻、pp. 355-367（1997））。また、3次元マウスを使うなどの手法がある（USP-5512827）。また、位置決定デバイスを使ってＭＲＩの撮影断面を決定する装置が開示されている（USP-5365927:位置センサの情報を使ってMRIの撮影を行なう）、（USP-6026315；2個の赤外線カメラと３個の反射球からなるポインタを使って撮影断面を決定する）。
【００５９】
超音波装置において、収束超音波を照射し、生体内を加熱する技術は公知である。例えば、特開2001-46387号公報には、被検体内の治療部位を超音波画像で常にモニタしながら治療する超音波治療アプリケータが開示されている。
【００６０】
また、生体内の加熱部位をモニタする技術は、ＭＲＩにより可能であることは公知である。つまり、ＭＲＩでは、生体内の温度をモニタでき、この機能を活用してレーザ照射治療のモニタや、ＲＦ（Radio Frequency）アブレーションのモニタをするようになりつつある。
【００６１】
温度モニタの方法は、各種の提案がされているが、下記の信号強度法と位相法（PPS法：proton phase shift）が、多く検討されている。
（１）信号強度法：被検体の温度が変化するとＴ１値が変化することが知られている。また、レーザ蒸散法のように、局所的に高温度になる場合、生体のＴ２値や水分含有量が変化し信号値が変化する。この変化から、生体内の温度変化を定性的に把握できる。
（２）位相法：プロトンの共鳴周波数は、温度に比例する。その温度係数Cは−０．０１（ppm／℃）である。ＧｒＥ系シーケンスで生体の加熱前と加熱後に撮影した２つの画像の位相差分を求めると、差分後の位相θ（ｉ，ｊ）（rad）（ｉ、jは画素番号）は、次式（１）で表わせる。
【００６２】
θ（ｉ，ｊ）＝γ・Ｂｏ・Ｃ・ΔＴ（ｉ、ｊ）・τ              （１）
ここで、γは磁気回転比、Ｂｏは静磁場強度、ΔＴ（ｉ、ｊ）は加熱前後の生体の温度変化、τはエコー時間である。（１）式から、次式（２）により温度変化画像が得られる。温度変化画像の表示には、２次元カラーマップが使われている。
【００６３】
ΔＴ（ｉ、ｊ）＝θ（ｉ，ｊ）／（γ・Ｂｏ・Ｃ・τ）        （２）
一方、ＭＲＡの血管撮影（MRA: MR angiography）では、位相画像から３次元的な構造を表示する方法として、最大投影値法（MIP: maximum intensity projection）などが、使われており、主に利用されている。また、最近では、ボリュームレンダリング（VR: volume rendering）法も試みられている。
【００６４】
温度画像の公知例としては、例えば、著者：Paul Steiner MD， Rene Botnar PhD，Benjamin Dubno MD， Gesine G Zimmermann MD，G Scott Gazelle MD， Jorg F Debatin MD．題名：Radio-frequency-induced thermoablation: monitoring with T1-weighted and proton-frequency-shift MR imaging in an interventional 0．5-T environment．雑誌名：Radiology 206, 803-810，March (1998）がある。
【００６５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、超音波医療装置とＭＲＩ装置の長所を組み合わせ、操作性及び機能性に優れた複合医療装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波−磁気共鳴複合医療装置の一実施の形態のブロック構成図である。
【図２】本発明の超音波−磁気共鳴複合医療装置の一実施の形態の外観構成図である。
【図３】図２の超音波−磁気共鳴複合医療装置の一実施の形態の位置検出装置の設定法を説明する平面図である。
【図４】磁気共鳴装置の典型的な一例を説明する構成図である。
【図５】治療プローブの収束点の説明図である。
【図６】超音波撮像における３次元撮像の操作を説明する図である。
【図７】超音波撮像装置とＭＲＩ装置の複合画像を生成する例を説明する図である。
【符号の説明】
１  超音波プローブ
２  撮像プローブ
３  治療プローブ
４  プローブ支持部
１２  治療波収束回路
１３  撮像波収束回路
２６  ＵＳ信号処理部
２７  ＵＳ画像生成部
２８  ＵＳモニタ
３０  ＵＳ制御部
４１  ＭＲ装置本体
４２  ＭＲ制御部
４４  ＭＲ信号処理部
４５  ＭＲ画像生成部
４６  ＭＲモニタ
５１  検出ポインタ
５２  基準ポインタ
５３  複眼カメラ
５４  プローブ位置演算手段
５５  協調制御手段
【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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