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図面 (10)

課題

加熱・凍結治療中における病変部位周辺に位置する正常部位の変性の低減に資することができる治療支援装置及び治療システムを提供する。

解決手段

検体温度管理領域949を設定し、温度管理領域949に対して温度許容範囲を予め設定する。加熱・凍結治療中の温度管理領域949の温度を計測し、温度許容範囲を逸脱すると警告を発するとともに、高負荷領域950として表示する。

概要

背景

特許文献1には、超音波による治療用エネルギー照射中の病変部の温度情報を取得して表示する治療装置が開示されている。

概要

加熱・凍結治療中における病変部位周辺に位置する正常部位の変性の低減に資することができる治療支援装置及び治療システムを提供する。被検体温度管理領域949を設定し、温度管理領域949に対して温度許容範囲を予め設定する。加熱・凍結治療中の温度管理領域949の温度を計測し、温度許容範囲を逸脱すると警告を発するとともに、高負荷領域950として表示する。

目的

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、病変部位の周辺に位置する正常組織の変性の低減に資することができる治療支援装置及び治療システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
7件

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請求項1

検体内温度管理領域を設定する領域設定手段と、前記温度管理領域の温度許容範囲を設定する温度範囲設定手段と、前記温度管理領域の温度を計測する温度計測部と、前記計測結果に基づいて、前記温度管理領域の温度が前記温度許容範囲外になったことを検知する検知手段と、前記検知結果に基づいて警告を発する警告手段と、を備えることを特徴とする治療支援装置

請求項2

前記領域設定手段は、前記被検体内の病変部位輪郭線からの距離、前記病変部位の周辺に位置する正常部位の組織安全性の少なくとも一つに応じて、複数の温度管理領域を設定し、前記温度範囲設定手段は、前記複数の温度度管理領域のそれぞれに対して温度許容範囲を設定する、ことを特徴とする請求項1に記載の治療支援装置。

請求項3

前記被検体内の病変部位及びその周辺に位置する正常部位が撮像された画像データに基づいて再構成された被検体画像に、前記温度管理領域の位置を重畳表示したナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成部と、前記ナビゲーション画像を表示する第一表示手段と、を更に備える、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の治療支援装置。

請求項4

加熱又は凍結治療に用いられる治療手段の実空間における位置と、前記被検体の実空間における位置とを検出し、それぞれの実空間座標を前記ナビゲーション画像の座標系に変換する位置検出手段を更に備え、前記ナビゲーション画像生成部は、前記ナビゲーション画像に前記治療手段の位置を重畳表示する、ことを特徴とする請求項3に記載の治療支援装置。

請求項5

前記温度計測部による前記温度管理領域の計測結果に基づいて、前記温度管理領域のうち当該温度管理領域に対して設定された温度許容範囲を逸脱する領域の位置を、前記被検体が撮像された基本画像に重畳表示した治療経過画像を生成する治療経過画像生成部と、前記治療経過画像を表示する第二表示手段と、を更に備える、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の治療支援装置。

請求項6

前記温度計測部は、前記被検体内の病変部位の温度を計測し、前記治療経過画像生成部は、前記温度計測部による病変部位の計測結果に基づいて、前記治療が完了した部位を検出し、その位置を前記治療経過画像に重畳表示する、ことを特徴とする請求項5に記載の治療支援装置。

請求項7

被検体の病変部位に対して加熱又は凍結処理を行う治療手段及びその治療手段を駆動・制御する駆動部と、を備えた治療装置と、前記加熱又は凍結処理中の前記被検体の温度情報を得るための信号を取得する磁気共鳴診断装置と、前記被検体内に温度管理領域を設定する領域設定手段と、前記温度管理領域の温度許容範囲を設定する温度範囲設定手段と、前記加熱又は凍結治療中の前記温度管理領域の温度を、前記磁気共鳴診断装置からの信号に基づいて計測する温度計測部と、前記計測結果に基づいて、前記温度管理領域の温度が前記温度許容範囲外になったことを検知する検知手段と、前記検知結果に基づいて警告を発する警告手段と、を備えることを特徴とする治療支援システム

技術分野

0001

本発明は、治療支援装置及び治療支援システム係り、特に、過剰な加熱又は凍結を抑止する技術に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、超音波による治療用エネルギー照射中の病変部の温度情報を取得して表示する治療装置が開示されている。

先行技術

0003

特開2004−344672号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、特許文献1では、例え超音波の焦点位置と病変部の位置とが一致して、所望部位へのエネルギー照射が行えたとしても、エネルギー照射をよれば、病変部位から正常組織により構成される周辺部位への熱伝導により、正常組織の変性という副作用が懸念されるという問題があった。

0005

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、病変部位の周辺に位置する正常組織の変性の低減に資することができる治療支援装置及び治療システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明にかかる治療支援装置は、被検体内温度管理領域を設定する領域設定手段と、前記温度管理領域の温度許容範囲を設定する温度範囲設定手段と、前記温度管理領域の温度を計測する温度計測部と、前記計測結果に基づいて、前記温度管理領域の温度が前記温度許容範囲外になったことを検知する検知手段と、前記検知結果に基づいて警告を発する警告手段と、を備えることを特徴とする。

0007

また、本発明に係る治療支援システムは、被検体の病変部位に対して加熱又は凍結処理を行う治療手段及びその治療手段を駆動・制御する駆動部と、を備えた治療装置と、前記加熱又は凍結処理中の前記被検体の温度情報を得るための信号を取得する磁気共鳴診断装置と、前記被検体内に温度管理領域を設定する領域設定手段と、前記温度管理領域の温度許容範囲を設定する温度範囲設定手段と、前記加熱又は凍結治療中の前記温度管理領域の温度を、前記磁気共鳴診断装置からの信号に基づいて計測する温度計測部と、前記計測結果に基づいて、前記温度管理領域の温度が前記温度許容範囲外になったことを検知する検知手段と、前記検知結果に基づいて警告を発する警告手段と、を備えることを特徴とする。

発明の効果

0008

本発明によれば、病変部位の周辺に位置する正常部位の温度がしきい値以上又は以下になるとそれ以上の負荷を抑止できるため、周辺組織の変性の低減に資することができる治療支援装置及び治療システムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本実施形態に係る治療支援システムの概略構成
超音波診断治療装置40の構成を示す説明図
治療支援システム10に用いられる治療支援プログラムの構成を示すブロック図
本実施形態に係る治療支援システムの処理の流れを示すフローチャート
本実施形態に係る画面表示例を示す模式図であって、術前における部位毎の温度しきい値設定時における画面を示す。
超音波画像診断治療装置による位置検出処理を示す説明図
位置検出デバイス9による位置検出処理を示す説明図
本実施形態に係る画面表示例を示す模式図であって、術具誘導ナビゲーション時における画面を示す。
本実施形態に係る画面表示例を示す模式図であって、術中における温度分布画像及び治療経過画像が表示された画面を示す。

実施例

0010

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。同一機能を有する構成及び同一の処理内容の手順には同一符号を付し、その説明の繰り返しを省略する。

0011

本実施形態に係る治療支援システムは、被検体の病変部位、例えば腫瘍に対し、操作者が超音波診断治療装置を用いて収束超音波を照射することにより、腫瘍に対する加熱治療を行う術式において、腫瘍周辺に位置する正常組織(以下「周辺部位」という)の温度上昇モニタリングし、周辺部位の過温熱による変性を抑止する治療支援システムである。

0012

本実施形態では、加熱治療装置として収束超音波を照射可能な超音波診断治療装置を用いるが、加熱治療装置は、超音波診断支援装置に限らず、例えば、被検体内の病変部位に穿刺を行い、その穿刺針に一対の電極を用いるモノポーラ方式や展開針方式を用いた温熱治療装置を接続し、穿刺針による加熱治療を行う術式でもよい。また、本実施形態では、術式として加熱治療を例に説明するが、凍結治療にも本実施形態は適用できる。例えば、ジュールトムソン効果を利用した凍結と解凍ができるMR対応冷凍治療器を備え、病変部位、例えば腫瘍に穿刺したプローブ内においてアルゴンガスなどの凍結ガス及びヘリウムガスなどの解凍ガス噴出・停止をすることにより、腫瘍領域を凍結治療する装置を用いた凍結治療に本実施形態を適用してもよい。この場合、本実施形態による治療支援システムにより、周辺部位の温度低下をモニタリングして、正常組織の過凍結による変性を抑止する。

0013

本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎技術について説明する。

0014

被検体画像撮像装置の一例としてMRI装置が知られている。このMRI装置とは、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号(以下、MR信号と称する)を測定し、核の密度分布緩和時間分布等を映像化するものである。MRI装置の撮像対象は、被検体の主たる構成物質プロトンである。MRI装置は、プロトン密度空間分布や、励起状態緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像するものである。

0015

このMRI装置を用い、術中にリアルタイム画像を生成することがある。このような術中の撮像、例えば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、または、Intraoperative−MRI装置の略称)では、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定したいという要望がある。撮像する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザインタフェースMRI画像を表示して、画面上のボタンクリックして、次に撮像する断層面を決定する方法や、3次元マウスなどを使う方法などがある。これらの方法では、撮像する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、MRI装置としては、より簡便に撮像する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。そこで、術具に位置検出手段としてのポインタをつけ、そのポインタの位置から断層面の位置や向きを調整、設定することが行われている。

0016

I−MRIが適用される治療法には、レーザ治療エタノールなどの薬物注入、RF照射切除低温治療などがあるが、本実施形態では、特に超音波を用いた加熱治療中において、患部に穿刺針や細管を到達させるためのリアルタイムイメージングによるガイド、および、治療中の組織変化可視化や加熱治療中の局所温度モニタ、すなわち、体内温度分布の画像化を行うために、既述の温度分布画像を求める装置としてMRI装置1を用いる。

0017

温度分布の画像化手法には、信号強度から求める方法、拡散係数から求める方法、プロトンの位相シフトから求める方法(PPS法:Proton Phase Shift法)等があるが、PPS法が、最も測定精度に優れている。この機能を活用して、生体内の温度をモニタし、レーザ照射治療のモニタや、RFアブレーション温度モニタができるようになりつつある。

0018

PPS法とは、例えば、撮影シーケンス傾斜磁場反転により得られるエコー信号105の位相情報から温度分布を求める方法である。即ち、エコー信号をフーリエ変換して得られる複素画像S(x、y、z)の実部虚部から、位相分布φ(x、y、z)を式(1)より求める。
φ(x、y、z)=tan-1[Si(x、y、z)/Sr(x、y、z)]・・・(1)

0019

尚、式(1)中、Sr(x、y、z)は複素画像の実部、Si(x、y、z)は虚部を表す。温度Tは、式(1)で得られた位相分布から式(2)により求められる。
T[℃]=φ[°]/[TE×f×0.01×10-6×353[°]]・・・(2)

0020

式(2)中、TEはエコー信号が最大となる時点と930°パルス101との間隔[s]、fは共鳴周波数[Hz]、0.01は水の温度係数[ppm/℃]である。

0021

上記手法を用いて、異なる時刻で取得した信号からそれぞれ計算した温度分布の差分をとることにより、ある時間における被検体の温度変化分布を取得することができる。本実施形態では、このI−MRI装置を用いて、術中に被検体のリアルタイム温度計測を行う。

0022

一方、近年、診断画像を得る超音波診断装置と、収束超音波を照射して加熱治療を行う超音波治療装置と、が一体として構成された、超音波診断治療装置がある。本実施形態では、この超音波診断治療装置を用いて、病変部である腫瘍領域に対して加熱治療を行う場合を例に説明する。

0023

超音波診断装置は、被検体内に超音波を送受信し得られた反射エコー信号を用いて診断部位について2次元超音波画像或いは3次元超音波画像を形成して表示するもので、被検体24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と、超音波信号を送受信する超音波送受信部と、受信信号に基づいて2次元超音波画像(Bモード画像)或いは3次元超音波画像を構成する超音波画像構成部と、超音波画像構成部構成された超音波画像を表示する表示部素を制御する制御部と、制御部に指示を与えるコントロールパネルとを有している。

0024

超音波画像処理の一例として、探触子に向かう方向の血流を赤色で、遠ざかる方向の血流を青色で表示するカラードップラー法がある。この利点としては、早い血流と遅い血流とを同時に表示できるだけでなく、カラーゲインを調節して速度が早いほど明るく表示することで血流を評価できる点である。

0025

従来の一般的な超音波診断装置は、被検体内部の生体組織の構造を例えばBモード像として表示するだけでなく、最近、被検体の体表面から圧迫装置もしくは探触子で人為的に生体内部組織圧迫し、時系列的に隣接する2フレーム(連続2フレーム)の超音波受信信号の相関演算を利用して、各点における変位を求め、さらにその変位を空間微分することによって歪みを計測し、この歪みデータを画像化する手法、更には、外力による応力分布と歪みデータから、生体組織のヤング率等に代表される弾性率データを画像化する手法が現実的になってきている。このような歪み及び弾性率データ(以下、弾性フレームデータ)を基にした弾性画像によれば、生体組織の硬さや柔らかさを計測して表示することができる。このような機能は一般的にはエラストグラフィと呼ばれる。

0026

一方、超音波は、体外あるいは体腔内から収束させることにより侵襲性の低い治療を行うことが原理的に可能である。本実施形態にかかる超音波診断治療装置は、上述の診断画像を得るためのプローブと、収束超音波を照射するプローブとを一体に構成したものである。上記技術を前提として、以下、本実施形態の構成と処理について説明する。

0027

<概略構成>
以下、図1に基づいて、本実施形態に係る治療支援システムの構成について説明する。図1は、本実施形態に係る治療支援システムの概略構成図である。

0028

本実施形態に係る治療支援システム10は、主に、核磁気共鳴撮像装置(以下、MRI装置と称する)1と、治療装置と一体化した超音波診断治療装置40とが、パーソナルコンピュータ19と連結され、MRI装置1及び超音波診断治療装置40間の連結情報はモニタ38上に表示される。そして、治療プローブ36に取り付けられたポインタ27を位置検出デバイス9が連続的に追随し、ポインタ27の位置情報転送することで、超音波画像とMRI(またはCT)装置と治療装置とが連結される。

0029

この治療支援システム10を用いて、超音波診断治療装置40から病変部位に対して収束超音波を照射して加熱治療を施し、その術中に、MRI装置1を用いて病変部及び周辺部位の温度をリアルタイムにモニタリングする。

0030

図1のMRI装置1は、垂直磁場方式0.3Tの永久磁石MRI装置であり、患者の周囲に垂直な静磁場を発生する上部磁石3と下部磁石5とが支柱7により垂直方向に並べて配置される。上部磁石3と下部磁石5との間に構成された開口部32内に、被検体24がベッド21に載置されて搬送される。また、MRI装置1は、図示を省略するものの、この静磁場空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部を備える。この斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度15mT/mで、スルーレート20mT/m/msである。更に、MRI装置1は、静磁場中の被検体24に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないRF送信器、被検体24からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないRF受信器を備え、これらは12.8MHzの共振型傾斜磁場コイルにより構成される。傾斜磁場コイルは、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、信号検出部で検出され、信号処理部で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像信号は、表示部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24は、ベッド21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MRI装置1内の空間に搬送され、断層面の撮像が行われる。

0031

モニタ13は、操作者29が把持するポインタ27により指示された被検体24の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部15により、赤外線カメラ25同様、上部磁石3に連結されている。

0032

本実施形態のMRI装置1は、I−MRI装置として用いるための位置検出デバイス9を備える。位置検出デバイス9は、間隔をおいて(視差を持たせて)設けられた複数の赤外線カメラ25、25と、赤外線発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ27の位置及び姿勢を検出するものである。この位置検出デバイス9は、アーム11により移動可能に上部磁石3に連結され、MRI装置1に対する配置を適宜変更することができる。また、ポインタ27の位置検出の方式には、上記に限らず。機械式光学式磁気式超音波式などの方式を用いてもよい。

0033

基準ツール17は、ポインタ27とMRI装置1との相対的な位置関係を検出するためのものであって、赤外線カメラ25の座標系とMRI装置1の座標系をリンクさせるもので、3つの反射球からなるマーカ35を備え、上部磁石3の側面に設けられている。マーカは、反射球に代えて、発光ダイオードなどの光源でもよい。位置検出の手法については後述の<レジストレーション>欄にて記載する。

0034

パーソナルコンピュータ19には、赤外線カメラ25が検出し算出したポインタ27の情報が、術具位置データとして、例えば、RS232Cケーブル33を介して送信される。

0035

制御部23は、ワークステーションで構成され、本体とMRI装置1と電気的に接続される。そして、図示しないRF送信器、RF受信器などを制御する。更に制御部23は、パーソナルコンピュータ19と接続されている。パーソナルコンピュータ19では赤外線カメラ25が検出し算出したポインタ27の位置から治療プローブ36の位置データを取得し、その位置データをMRI装置1で利用可能な位置データに変換し、制御部23へ送信する。位置データは、撮像シーケンス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液晶モニタからなるモニタ13に表示される。また、画像は映像記録装置34に同時記録される。例えば断層面指示デバイスであるポインタ27を治療プローブ36にとりつけ、治療プローブ36のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタ38には治療プローブ36から照射される収束超音波の焦点を含む断面が表示されることになる。その他、生体情報に同期した計測をすることも可能であり、被検体24に取り付けられた同期(時相計測装置41にて各種情報脈波心電呼吸)を取得することができる。

0036

次に、超音波診断治療装置40について説明する。以下、図2に基づいて、超音波診断治療装置40の構成について説明する。図2は、超音波診断治療装置40の構成を示す説明図である。

0037

超音波診断治療装置40は、収束超音波を発生する治療プローブ44の中に診断用コンベックス型超音波プローブ(以下「診断プローブ」という)43を内蔵した治療プローブ36を備える。診断プローブ43が放射状の超音波45を発する一方、治療プローブ44は、ある1点47に向かって収束する収束超音波46を発する。

0038

治療プローブ36は、収束超音波46の中心部と、診断用プローブ43の中心部とをほぼ一致させて、診断用プローブ43を治療用プローブ44と一体化して構成される。診断用プローブ43は、超音波診断装置40aと接続され、治療プローブ44は、治療用ジェネレータアンプ40bと接続される。

0039

治療プローブ36から収束超音波を治療予定領域に照射するときの一回の超音波照射は通常数秒間であり、複数の部位を治療する場合には、通常十数秒間の間隔を設ける。治療効果は、超音波照射により組織が熱凝固する温度以上に加熱されることにより得られると考えられている。

0040

次に、図3に基づいて、治療支援システム10に用いられる治療支援プログラムについて説明する。図3は、治療支援システム10に用いられる治療支援プログラムの構成を示すブロック図である。治療支援プログラムは、パーソナルコンピュータ19の図示しない記憶装置に格納される。

0041

治療支援プログラムは、被検体24の3Dボリュームデータを取得する画像データ修得部19aと、3Dボリュームデータに基づいて被検体の再構成画像、(例えば、アキシャル画像サジタル画像コロナル画像からなる3軸画像や、ボリュームレンダリング画像)を生成する画像再構成部19bと、被検体の再構成画像から病変部位が撮影された領域(以下「病変領域」という)を抽出する病変領域抽出部19cと、病変部位の周辺に位置する正常組織からなる周辺領域のうち、病変領域から所定の距離範囲にある領域を温度管理領域として設定する温度管理領域設定部19dと、被検体の再構成画像に、温度管理領域の位置や治療プローブ36の位置を重畳表示したナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成部19eと、病変領域及び温度管理領域毎に温度しきい値を設定する温度しきい値設定部19fと、位置検出デバイス9からの位置情報に基づいて、治療プローブ36及び被検体24の実空間上の位置をもとめ、これをMRI装置1が使用可能な検出空間の座標系に変換し、更に検出空間の座標系を被検体の再構成画像上の座標系に変換して、被検体画像と治療プローブ36及び被検体24の実空間上の座標とを一致させる位置検出処理部19gと、MRI装置1が治療中の被検体24から得たMR信号に基づいて被検体24の温度計測を行う温度計測部19iと、3次元ボリュームデータを格納するボリュームデータ記憶部19hと、温度管理領域が温度しきい値により規定された温度許容範囲を逸脱すると警告を発する警告部19jと、収束超音波の焦点位置や経路を、位置検出デバイス9が求めたポインタ27の傾きや収束超音波の周波数深度などのパラメータに基づいて算出する経路算出部19kと、ナビゲーション画像や治療経過画像をモニタ38へ表示制御する表示制御部19lと、経路算出手段19kにより算出された治療プローブの位置と病変部位との距離に応じて、加熱又は凍結処理に用いるパラメータを変更するパラメータ変更部19mと、温度計測部19iによる温度管理領域の温度計測結果に基づいて温度管理領域が温度許容範囲を逸脱したか、及び病変領域が温度許容範囲に入ったかを判断して検知する検知部19nと、検知部19nが、温度管理領域のうち温度許容範囲を逸脱したと判断した領域(以下「高負荷領域」という)の位置を、被検体の基本画像に重畳表示した治療経過画像を生成する治療経過画像生成部19oと、治療済領域を時系列に沿って動画表示したログを生成するログ生成部19pと、ログの生成に必要な時系列に並んだ治療経過情報(治療済領域の生成状況)を記録するログ記憶部19qと、を備える。治療経過生成部19oは、更に、検知部19nによる病変部位の温度計測に基づく判断の結果、病変部位のうち温度許容範囲内に収まると判断された部位を治療済領域として治療経過画像に重畳表示する。

0042

温度しきい値設定19fは、加熱治療時には温度管理領域が温度しきい値以上になると高負荷と判断すべき温度しきい値を設定し、凍結治療時には温度管理領域が温度しきい値以下になると高負荷と判断すべき温度しきい値を設定する。

0043

経路算出部19kは、術具が穿刺針の場合は針の針線方向を延長して進行方向を経路として算出する。

0044

警告部19jは、加熱治療時には温度管理領域が温度しきい値以上になると警告を発し、凍結治療時には温度管理領域が温度しきい値以下になると警告を発する。

0045

上記プログラムは、パーソナルコンピュータ19に備えられた図示しないメモリにロードされてCPUにより実行されることにより、各プログラムとパーソナルコンピュータ19を構成するハードウェアとが協働し、プログラムが備える機能が実現される。

0046

<治療支援システムの処理の流れ>
以下、図4〜9に基づいて、本実施形態に係る温度計測併用治療補助機能について説明する。図4は、本実施形態に係る治療支援システムの処理の流れを示すフローチャートである。図5は、本実施形態に係る画面表示例を示す模式図であって、術前における部位毎の温度しきい値設定時における画面を示す。図6は、超音波画像診断治療装置による位置検出処理を示す説明図である。図7は、位置検出デバイス9による位置検出処理を示す説明図である。図8は、本実施形態に係る画面表示例を示す模式図であって、術具誘導ナビゲーション時における画面を示す。図9は、本実施形態に係る画面表示例を示す模式図であって、術中における温度分布画像及び治療経過画像が表示された画面を示す。

0047

治療支援システム10の処理を開始する前の初期状態において、モニタ38には、図5に示す画面50が表示される。画面50は、被検体24の画像が表示される画像表示領域51と、病変部位からなる治療予定領域(図では腫瘍部と表示)や温度管理領域毎に設定された温度しきい値が表示されるしきい値設定領域52と、操作ボタンが表示されるボタン領域53と、を含む。

0048

ボタン領域53には、被検体の3Dボリューム撮像を行う撮像ボタン「3DScan(T1W)」531及び「3DScan(T2W)」532と、3D画像から病変領域及び温度管理領域を検出する「特定領域描出セグメンテーション)」ボタン533と、特定領域及び特定領域の周辺に位置する正常部位からなる周辺領域に対し、領域毎に温度しきい値を設定するための「温度しきい値設定」ボタン534と、術具(本実施形態における治療プローブ36に相当)とその初期位置を登録するための「レジストレーション/術具登録」ボタン535と、必要な初期設定の終了後に治療支援システム10を起動させるための「装置起動」ボタン536と、が備えられる。画像表示領域51と、温度閾値の設定を行うしきい値設定領域52と、については、この状態で、各ステップ順に処理が行われる。

0049

(ステップS1)
操作者は、術前に「3DScan(T1W)」531又は「3DScan(T2W)」532を押下し、被検体マーカ24aを装着した被検体24の治療対象部位を含む3次元ボリューム画像を撮像する(S1)。

0050

「3DScan(T1W)」531又は「3DScan(T2W)」532が押し下げられると、MRI装置1が被検体24の3次元ボリューム撮像を行い、画像データ取得部19aが、MRI装置1から3次元ボリュームデータを取得し、ボリュームデータ記憶部19hに格納される。

0051

なお、本実施形態では、術前の3次元ボリューム画像及び後述する術中の温度分布画像を同一の装置であるMRI装置1を用いて撮像するが、被検体24に対する被検体マーカ24aの位置が同じ状態であれば、他の撮像装置、例えばMRI装置1とは異なる撮像装置、例えば他のMRI装置やX線CT装置により撮像し、被検体マーカ24aが写り込んでいる3次元ボリューム画像を用いて再構成された被検体画像をモニタ38に表示し、これに基づいて温度計測の対象となる領域を設定してもよい。

0052

(ステップS2)
操作者が、「特定領域描出」ボタン533を押下げると、3次元ボリュームデータから病変部位が撮像された領域(以下「治療予定領域」という)及びその周辺に位置する正常領域からなる温度管理領域(以下、治療予定領域と温度管理領域とを合わせて「特定領域」という)が抽出・設定される(S2)。「特定領域描出」ボタン533を押下げがされると、画像再構成部19bは、ボリュームデータ記憶部19hから3次元ボリュームデータを読出し、3次元ボリュームデータを再構成して3次元の被検体画像を生成する。

0053

病変領域抽出部19cは、生成された3次元の被検体画像から濃度値や形状を基に治療対象となる病変部位が撮像された領域を病変領域(治療予定領域ともいう)として抽出する。病変領域の抽出は、病変領域抽出部19cによる自動抽出に代えて、モニタ38に表示されたアキシャル画像511、サジタル画像512、コロナル画像513、ボリュームレンダリング画像514のいずれかの画像上において、操作者が図示しない制御部23に備えられたマウスを用いて入力してもよい。

0054

一方、温度管理領域設定部19dは、3次元ボリューム画像から治療予定領域の周辺にある正常組織のうち、治療予定領域から所定の距離範囲内にある領域であって、温度計測の対象とすべき部位が撮影された領域を温度管理領域として設定する。この温度管理領域は、病変部位に対して加熱又は凍結治療を行った場合にその熱伝導による正常組織の変性を抑止するためにモニタリングすべき領域である。本実施形態では、温度管理領域設定部19dは、病変部位(治療予定領域)に隣接し、治療予定領域の輪郭から3cm範囲内を残治療部位が生じることを防ぐためのマージン領域として設定し、マージン領域に隣接し、マージン領域の輪郭から3cm範囲内をマージン外1領域として設定し、マージン外1領域の輪郭から2cm範囲内をマージン外2領域として設定する。これらマージン領域、マージン外1領域、マージン外2領域が温度管理領域となる。アキシャル画像511、サジタル画像512、コロナル画像513、ボリュームレンダリング画像514には、病変領域515と、マージン領域(温度管理領域の一つ)516とが重畳表示されている。なお、マージン外1領域、マージン外2領域も重畳表示してもよいが、画像表示領域51では図示を省略する。

0055

本実施形態では3つの温度管理領域を設定したが温度管理領域の種類は3つに限らず、病変部位(治療予定領域)からの距離や組織の特性、例えば熱伝導率熱耐性、組織安全性、加熱又は凍結治療の治療内容に応じて単数及び複数設定してもよい。

0056

(ステップS3)
操作者が、「温度しきい値設定」ボタン534を押下げると、温度しきい値設定部19fが、治療予定領域及び温度管理領域毎に、温度しきい値を設定する(S3)。本実施形態では、図5のしきい値設定領域52に示すように、温度しきい値設定部19fは、治療予定領域515には、温度しきい値「70〜90℃」、マージン領域516には、温度しきい値「〜70℃まで」、マージン外1領域517には「〜45℃以下」、マージン外2領域518には「〜40℃以下」を設定する。温度しきい値は、加熱又は凍結治療などの治療方法に応じて、予め特定領域毎に登録しておき、温度しきい値設定部19fがその登録された温度しきい値を自動的に特定領域毎に付与することで設定してもよいし、操作者により再設定できるように構成されてもよい。

0057

(ステップS4)
操作者が、「レジストレーション/術具登録」ボタン535を押下げると、位置検出処理部19gが、術具(本実施形態における治療プローブ36)とその初期位置の登録処理(レジストレーションという)を開始する(S4)。

0058

位置検出処理部19gは、まず、ポインタ27の実空間上のMRI装置1に対する相対的な座標を、基準ツール17を基準に算出する。

0059

まず、位置検出処理部19gは、位置検出デバイス9の各カメラ25、25の撮影した各画像中の基準ツール17のマーカ35の位置の変位より各マーカ35の、位置検出デバイス9に対して初期的に定義された検出空間上の座標を求める。そして、この各マーカ35の座標を基準に、検出空間の定義を、MRI装置1において定義されている検出空間に一致するよう修正する。すなわち、同じ実空間の座標に対応する、位置検出処理部19gの検出する検出空間上の座標と、MRI装置1が用いる検出空間上の座標とが一致するようにする。

0060

次に、位置検出処理部19gは、位置検出デバイス9の各カメラ25、25の撮影した各画像中のポインタ27の位置の変位より各ポインタ27の検出空間上の座標や、ポインタ27先端の座標を算出する。また、本実施形態では、位置検出処理部19gにおいて、各マーカ27の検出空間上の座標よりポインタ27の指示方向、すなわちポインタ27の向きをも算出する。

0061

次に、位置検出処理部19gは、各被検体マーカ24aを指示している状態に対して算出したポインタ27の先端の検出空間の座標より、ボリュームデータ記憶部19hに記憶されているボリュームデータの画像系の座標と検出空間上の座標との関係式、すなわち、検出空間上の現在の患者のある部分の位置と、ボリュームデータ中の患者のその部分を撮像した位置(画像系の座標)と、を対応づける関係式を求め、これをレジストレーション結果として記憶する。より具体的には、たとえば、その時点でポインタ27の先端で指示している被検体マーカ24aのボリュームデータ中の座標への、算出したポインタ27の先端の検出空間の座標の変換を行う、または、その逆の変換を行う座標変換式を求め、これをレジストレーション結果として記憶する。検出空間の座標は、モニタ38に表示される画像における画像上の座標に変換される。

0062

被検体マーカ24aの被検体24に対する位置が不変であれば、ステップS1において、MRI装置1とは異なる装置、例えばX線CT装置により被検体マーカ24aを装着した被検体24を撮像してもよい。異なる装置で得た3次元ボリューム画像にも、被検体マーカ24aが写り込んでいるため、ベッド21に載置した被検体24の被検体マーカ24aをポインタ27の先端で指して位置を検出することにより、ベッド21に載置した被検体24の実空間座標と、X線CT装置で撮像したときに被検体24の実空間座標とが異なっていても、ベッド21に載置した被検体24の被検体マーカ24aの実空間座標を検出空間上の座標に変換し、変換後の座標と3次元ボリューム画像に写り込んだ被検体マーカ24aの画像上の座標とを一致させることができ、3次元ボリューム画像上にポインタ27から得られる画像を、画像上の座標を一致させて表示することができる。X線CT装置から得た3次元ボリューム画像を用いる場合には、病変領域抽出部19cは、CT値を基に、病変部位が撮影された領域を自動抽出してもよい。

0063

(ステップS5)
操作者は、「装置起動」ボタン536を押下し、超音波診断装置40、画像誘導ナビゲーション、麻酔器手術支援装置を起動し、手術を開始する(S5)。

0064

ナビゲーション画像生成部19eは、画像再構成部19bが再構成したアキシャル画像、サジタル画像、コロナル画像、ボリュームレンダリング画像に、治療予定領域と温度管理領域とを重畳表示したナビゲーション画像511、512、513、514を生成し、表示制御部19lが画像表示領域51内に表示する。

0065

(ステップS6)
治療プローブ36の位置検出を開始する(S6)。位置検出処理部19gは、位置検出デバイス9から得た治療プローブ36の現在の実空間座標と、ステップS4のレジストレーションで得た座標変換式と、に基づいて、治療プローブ36の現在の画像座標系の座標を求める。

0066

更に、超音波治療診断装置40は、治療プローブ36から被検体24内の病変部位411までの深度を計測する。図6に基づいて治療プローブを用いた位置(深度)検出機能について説明する。図6は、治療プローブを用いた位置(深度)検出機能について説明図である。

0067

同一被検体24に対して、プローブ位置A、及びプローブ位置Bの各位置を、ポインタ27に基づいて検出する。プローブ位置A及びプローブ位置Bから照射される収束超音波は、共に病変部位26を捉えている。そして、プローブ位置Aの超音波画像60において病変部位26は治療予定領域61として描出される。また、プローブ位置Bの超音波画像62において、病変部位26は、治療予定領域63として描出されている。治療プローブ36の位置Aと位置Bとの違い及び治療プローブ36から照射される収束超音波の角度の違いから、超音波画像60及び62における治療予定領域61、63は深度及び位置が異なっている。ここで、プローブ位置Aと治療予定領域61間の距離、及びプローブ位置Bと治療予定領域63との距離は、温度管理領域設定部19d(または画像認識機能)によりリアルタイムに計算され、その計算結果は、超音波診断治療装置40にフィードバックされる。超音波診断治療装置40は、それぞれの距離に見合った位置に収束超音波の焦点が位置するように、収束超音波の出力の最適設定を自動的に行う機能(パラメータ設定部)を有している。例えば、超音波画像60と共に表示された深度を示すゲージ上において、操作者が、治療予定領域61の深度を示す位置Aを追従すべきターゲットとして設定する。この状態で、治療プローブ36がプローブ位置Aから位置Bへ移動すると、超音波画像60から62に遷移する。このとき、超音波診断治療装置40が温度管理領域設定部19dから得た計算結果に基づいて治療予定領域61の深度を再計測し、その位置をゲージ上における位置64から位置65へ変更して表示する。そして、その位置65に合うように、超音波診断治療装置40の出力周波数変調する。図6の例では、プローブ位置Aから位置Bへ移動すると、相対的に高周波から低周波への変調を行う。これにより、収束超音波の焦点位置を自動変更させ、治療予定領域の自動追随が可能となる。

0068

(ステップS7)
ナビゲーション画像生成部19eは、ステップS6で得た治療プローブ36の位置を示す検出結果を基に、表示されているナビゲーション画像511、512、513、514に対して治療プローブ36の位置を重畳表示したナビゲーション画像を生成し、表示制御部19lがナビゲーション画像を更新する(S7)。
図7に基づいて、治療プローブ36の位置を重畳表示することにより、術具を誘導する処理について説明する。図7は、ナビゲーション画像を用いた術具の誘導処理の内容を示す説明図である。

0069

図7に示す位置検出デバイス9は、レジストレーション後も、ポインタ27の動きを追従しながらリアルタイムでポインタ27及び治療プローブ36の位置検出を行う。そして、レジストレーションを行った位置を基準とする、ポインタ27の移動量及び移動方向に基づいて、位置検出処理部19gは、ポインタ27及びそれが備えられた治療プローブ36の実空間における現在座標及び現在の向きを検出し、上記座標変換式を基に、検出空間上の座標に変換する。ナビゲーション画像生成部19eは、変換後の座標に従って、治療プローブの位置を示すマーク817をナビゲーション画像811、812、813、814に重畳する。

0070

また、経路算出部19kは、位置検出処理部19gが検出したポインタ27の位置や傾きの情報に基づいて、治療プローブ36から照射される収束超音波の経路を算出する。ナビゲーション画像生成部19eは、経路上にある治療予定領域にマーカ818をつけたナビゲーション画像を生成する。

0071

図8に基づいて、術具誘導ナビゲーション時におけるナビゲーション画面について説明する。図8は、術具誘導ナビゲーション時におけるナビゲーション画面の画面表示例を示す図である。ナビゲーション画面80は、大きくは、被検体画像に治療プローブの位置を重畳表示したナビゲーション画像の画像表示領域81と、超音波画像の表示領域82と、各種スイッチが表示されるボタン領域83とを含む。図7に示すナビゲーション画像は、図8のナビゲーション画像の画像表示領域81内に表示されている。超音波画像の表示領域82には超音波診断治療装置40で生成される超音波画像(例えば図6の超音波画像60、62)が表示される。ボタン領域83は、「Planning」ボタン831、「生体情報」ボタン832、「超音波画像」ボタン833、「ナビゲーション画像」ボタン834、「パラメータ変更」ボタン835、「画像情報変更」ボタン836、「治療開始」ボタン837が備えられる。

0072

「Planning」ボタン831を押し下げると、経路算出部19kが、手術経路、すなわち収束超音波の到達経路を算出し、ナビゲーション画像生成部19eがナビゲーション画像811、812、813、814上に点線で経路を重畳表示する。

0073

「生体情報」ボタン832を押し下げると、画面領域84に患者情報や術具(治療装置)等の情報詳細が表示される。

0074

「超音波画像」ボタン833を押し下げると超音波画像821が表示され、その超音波画像821を取得するために用いられた深度や周波数等の各種パラメータも表示される。また超音波画像の表示領域82の超音波画像821の横には、病変部位(治療予定領域)の深度を示すゲージ822が表示される。深度は治療プローブを用いた位置検出により測定することができる(既述図6参照)。

0075

「ナビゲーション画像」ボタン834を押し下げると、ナビゲーション画像811、812、813、814が表示される。これらナビゲーション画像811、812、813、814には、治療プローブ36の位置を示すプローブマーカー817が重畳表示される。さらに経路算出部19kにより、治療プローブの位置から想定される収束超音波の経路が算出される。ナビゲーション画像生成部19eは、算出された経路を点線でナビゲーション画像811、812、813、814上に重畳表示するとともに、経路上にある治療予定領域にマーカ(図中の○印)818をつけて表示する。治療予定領域515、818のそれぞれに温度管理領域を設定(818に対して設定された温度管理領域は図示を省略)しておくことで、3軸断面811、812、813、及びボリュームレンダリング画像814上に、治療予定領域及び温度管理領域を3D重畳表示することができ、実空間と画像情報とを用いて手術をすることができる。3軸断面の中心は一般的に治療予定領域515または818に設定されているが、3軸断面の中心を治療予定領域に合わせると、治療プローブの位置を示すマーカが画像外になる場合には、治療プローブ36が画像内に収まるように3軸断面の中心位置を適宜動かしてもよい。

0076

「パラメータ変更」ボタン835を押し下げると、パラメータ変更部19mが加熱又は凍結処理に用いるパラメータを、治療支援システム10の用途(例えば、治療目的の他に患者の安全性確保、治療予定領域外監視生体モニタ異常監視、血管等のアクセス禁止領域等の警告などの用途がある)に応じて事前に設定したパラメータ群(温度閾値、超音波設定、ナビゲーション設定等)に一括変更する。

0077

「画像情報変更」ボタン836を押し下げると、あらかじめMRI画像やCT画像などの複数の3Dボリューム画像を登録しておくと、画像再構成部19bがナビゲーション画像として用いる3次元ボリュームデータを変更して読み込み、それに基づいて異なる種類の被検体画像を再構成する。ナビゲーション画像生成部19eは、新たに構成された被検体画像を用いたナビゲーション画像を再度生成して、表示制御部19lがナビゲーション画像を更新表示する。

0078

「治療開始」ボタン837が押し下げられると治療モード移行し、モニタ38の画面は、図8のナビゲーション画像80から図9のナビゲーション画像90の表示画面へ遷移する。「治療開始」ボタン837の押し下げに連動して、図9の温度分布画像940の表示が開始し、「治療経過」ボタン933、「ログ」ボタン934がONとなるが、必要に応じて手動でOFFとすることもできる。

0079

図9のナビゲーション画面90は、ナビゲーション画像の表示領域91と、治療開始前の超音波画像921(治療対象部位922、深度923)と治療中の超音波画像922(治療対象部位925、治療済領域926)、温度分布画像940、治療経過画像945といったリアルタイム画像が表示されるリアルタイム画像の表示領域92と、各種ボタンが表示されるボタン領域93とを備える。

0080

ナビゲーション画面90は、図8のナビゲーション画面80の超音波画像82の表示領域に、上記温度分布画像940、治療経過画像945が表示された点と、ボタン領域93において、「パラメータ変更」ボタン835、「治療開始」ボタン837に代えて、「温度しきい値(腫瘍)」ボタン931や「温度しきい値(腫瘍外)」932、「治療経過」ボタン933、「ログ」ボタン934、「終了」935が表示される点で異なる。ナビゲーション画像の表示領域91には、図8のナビゲーション画面80において表示されたナビゲーション画像811、812、813、814が表示され続けている。

0081

「温度しきい値(腫瘍)」ボタン931や「温度しきい値(腫瘍以外)」932を押し下げると、ステップS3で設定された温度しきい値が表示されるとともに、適宜変更することができる。

0082

「治療経過」ボタン933が押し下げられると、治療経過画像生成部19oが治療前情報と治療中およびその差分情報(治療経過情報、残治療領域等)を生成し、表示制御部19lが治療経過画像945としてリアルタイム画像の表示領域92内に表示する。

0083

「ログ」ボタン934が押し下げられると、ログ生成部19pがログ記録部19qに記録された治療完了部位と未完了部位とを時系列に沿って記録された情報に基づいて、治療の進行状況を示す画像(動画を含む)を生成し、表示制御部19lがモニタ38に表示する。これら各ボタンは、下記のステップ内の処理で適宜用いられる。

0084

(ステップS8、9)
操作者は、S7においてモニタ38に表示された画像をみて、収束超音波が病変部位(治療予定領域)に到達する位置にあるか否かを判断する(S8)。否定であればステップS9へ進み、治療プローブ36の位置を移動(S9)した後、ステップS6へ戻る。肯定であればステップS10へ進む。

0085

(ステップS10)
操作者は、治療を開始する(S10)。本実施形態では、治療プローブ36から収束超音波の照射を開始する。

0086

(ステップS11)
S10の治療開始に同期して、MRI装置1は温度分布画像940を生成するための画像信号を撮像し、温度計測部19iは、画像信号に基づいて温度分布画像940を生成し、表示制御部19lが表示する(S11)。温度分布画像940は、MRI装置1が撮像した温度計測に用いる画像信号に基づいて生成された被検体画像941に、部位毎の温度を色分け表示した温度分布情報942を重畳したものである。温度分布画像940には、温度分布情報の色表示と温度とを対応付けたゲージ943も並列表示される。

0087

(ステップS12)
検知部19nは、温度計測部19iの計測結果に基づいて、病変部位(治療予定領域)内に、ステップS3で設定した温度しきい値以上の部分があるか否かを判断する(S12)。否定であればステップS13へ進み、肯定であればステップS14へ進む。

0088

(ステップS13)
警告部19jは、検知部19nによる判断の結果、治療予定領域内の温度がステップS3で設定された病変部位に対する温度しきい値以上、すなわち本実施形態では70℃に満たない場合には、再治療を促す警告の発声及び/又はナビゲーション画面90上への警告表示(図示を省略する)を行う(S13)。

0089

(ステップS14)
治療経過画像生成部19oは、MRI装置1が撮像した温度計測に用いる画像信号に基づいて生成された被検体の基本画像946の治療予定領域947、温度管理領域949に対して、治療済領域948が重畳表示された治療経過画像945を生成・表示する(S14)。

0090

(ステップS15)
検知部19nは、温度管理領域内に、ステップS3で設定した温度しきい値以上の部分があるか否かを判断する(S15)。本実施形態では、温度計測部19iによる温度計測の結果、温度管理領域内の温度がステップS3で設定された各温度管理領域に対する温度しきい値以上となった場合、すなわち本実施形態ではマージン領域は70℃以上、マージン外1領域は45℃超、マージン外2領域は40℃超となったか否かを判断し、肯定であればステップS16へ進み、否定であればステップS18へ進む。

0091

(ステップS16)
警告部19jは、正常組織に対する更なる負荷に対する警告をナビゲーション画面90上において表示(図示を省略する)したり、警告を発声したりする(S16)。更に、パーソナルコンピュータ19から超音波診断治療装置40に対して、収束超音波の緊急停止信号を出力し、超音波診断治療装置40が自動的に収束超音波の出力を停止してもよい。

0092

(ステップS17)
治療経過画像生成部19oは、検知部19nが温度管理領域内で温度しきい値以上であると計測した部位を高負荷領域950として、温度しきい値未満の領域は低負荷領域(組織への低ダメージ)951として、治療経過画像945に更に重畳表示する(S17)。

0093

(ステップS18)
終了指示の有無があれば処理を終了し、なければステップS6へ戻り、プローブ位置の再検出及びナビゲーション画像の更新が行われる(S18)。これら一連の治療を予め設定した病変部位(治療予定領域)の治療が終わるまで(または終了指示があるまで)繰り返す。

0094

本実施形態は、X線装置、X線CT装置、MRI装置、超音波装置等の何れを用いた治療支援システムとしても摘要可能である。また、本実施形態は、術者自信手技)による治療の支援の他、ロボットマニピュレータを用いた間接的な手術の支援にも適用することができる。

0095

本実施形態によれば、病変部位だけでなく、その周辺に位置する正常部位の温度計測も可能となるため、正常部位の組織変性を抑制することができる。また、病変部位に対しては残治療領域の有無が確認できる。

0096

1:MRI装置、3:上部磁石、5:下部磁石、7:支柱、9:位置検出デバイス、10:治療支援システム、11:アーム、13:モニタ、15:モニタ支持部、17:基準ツール、19:パーソナルコンピュータ、21:ベッド、23:制御部、24:被検体、25:赤外線カメラ、27:ポインタ、29:操作者、32:開口部、33:ケーブル、34:映像記録装置、35:反射球、36:収束超音波プローブ、38:モニタ、40:超音波診断治療装置、41:同期(時相)計測装置

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