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【発明の名称】 超音波医療システム
【発明者】 【氏名】望月　剛
【住所又は居所】東京都三鷹市牟礼６丁目２２番１号　アロカ株式会社内
【要約】 【課題】組織位置に関する適切な情報を出力する超音波医療システムを提供する。

【解決手段】超音波診断装置１２はホストコントローラ２０へエコーデータを出力し、組織座標演算部４８は３次元探触子１０を原点とする腫瘍３０の座標情報を演算し、探触子座標演算部５２は基準位置であるＸ線照射装置１８を原点とする３次元探触子１０の座標情報を演算し、総合組織座標演算部５４は、３次元探触子１０を原点とする腫瘍３０の座標情報、およびＸ線照射装置１８を原点とする３次元探触子１０の座標情報に基づいて、Ｘ線照射装置１８を原点とする腫瘍３０の座標情報を演算し、Ｘ線照射装置１８に出力する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標組織を含む空間内に超音波を送受波し、受信信号を出力する送受波器と、
前記受信信号に基づいて、前記送受波器を原点とした前記目標組織の第１相対座標情報を演算する第１相対座標演算手段と、
基準位置を原点とした前記送受波器の第２相対座標情報を演算する第２相対座標演算手段と、
前記第１相対座標情報と前記第２相対座標情報とに基づいて、前記基準位置を原点とした前記目標組織の総合相対座標情報を演算し、その総合相対座標情報を出力する総合相対座標演算手段と、
を有することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波医療システムであって、
前記送受波器は、前記目標組織を含む３次元空間内に超音波を送受波し、
前記第１相対座標情報、前記第２相対座標情報および前記総合相対座標情報はそれぞれ３次元座標情報であることを特徴とする超音波医療システム。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波医療システムであって、
前記第２相対座標情報は、前記基準位置を原点とした前記送受波器の位置情報および前記送受波器の方向情報を含むことを特徴とする超音波医療システム。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波医療システムであって、
前記基準位置との位置関係が既知の測位原点、または、前記送受波器のうちの一方に設けられ、測位信号を発生する発生器と、
前記測位原点または前記送受波器のうちの他方に設けられ、前記測位信号を検出する検出器とをさらに有し、
前記第２相対座標演算手段は、前記検出器の検出結果に基づいて、前記基準位置を原点とした前記送受波器の第２相対座標情報を演算することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波医療システムであって、
前記発生器は磁場を発生する磁場発生器であり、
前記検出器は前記磁場を検出する磁場検出器であることを特徴とする超音波医療システム。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波医療システムであって、
前記第１相対座標演算手段は、前記受信信号に基づいて形成された超音波画像を利用して検査者が指定する座標情報に基づいて、前記送受波器を原点とした前記目標組織の第１相対座標情報を演算することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波医療システムであって、
前記送受波器を保持する保持機構と、
前記保持機構によって保持された前記送受波器についての測位情報を出力する測位情報演算器とをさらに有し、
前記第２相対座標演算手段は、前記測位情報に基づいて、前記基準位置を原点とした前記送受波器の第２相対座標情報を演算することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波医療システムであって、
前記測位情報は、前記基準位置との位置関係が既知の測位原点に対する前記送受波器の座標情報であることを特徴とする超音波医療システム。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波医療システムであって、
前記保持機構は多関節ロボットであり、
前記測位情報は、前記多関節ロボットにおける各可動部位の長さデータおよび角度データに基づく情報であることを特徴とする超音波医療システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の超音波医療システムであって、
前記送受波器は患者の体表に当接され、
前記保持機構は、前記送受波器による前記患者への当接圧力を計測する圧力センサを含み、前記圧力センサの出力に基づいて前記当接圧力を所定値に制御することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の超音波医療システムであって、
前記総合相対座標情報に基づいて照準を制御し放射線照射を行う放射線照射装置をさらに有することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の超音波医療システムであって、
前記放射線は陽子線であることを特徴とする超音波医療システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の超音波医療システムであって、
前記放射線照射装置は、前記総合相対座標情報に基づいて前記目標組織の動きに追従して照準を制御することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の超音波医療システムであって、
前記総合相対座標情報に基づいて穿刺位置を制御する穿刺装置をさらに有することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項１５】
位置方向情報を出力する探触子保持機構により保持されて患者体表に当接され、目標組織を含む３次元空間内に超音波を送受波する超音波探触子と、
前記３次元空間を構成する各ボクセルごとのエコーデータを前記超音波探触子を介して取得する超音波診断装置と、
前記エコーデータのエコーレベルに基づいて前記目標組織に対応するボクセルを抽出して、前記超音波探触子を原点とした前記目標組織の第１相対座標情報を演算し、前記位置方向情報に基づいて、基準位置を原点とした前記超音波探触子の第２相対座標情報を演算し、前記第１相対座標情報と前記第２相対座標情報とに基づいて、前記基準位置を原点とした前記目標組織の総合相対座標情報を演算して、その総合相対座標情報を出力するホストコントローラと、
を有することを特徴とする超音波医療システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の超音波医療システムであって、
前記総合相対座標情報に基づいて前記目標組織の動きに追従して照準を制御し治療線照射を行う治療線照射装置をさらに有することを特徴とする超音波医療システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波医療システムに関し、特に超音波の送受波により目標組織を検出し、検出した目標組織の位置に関する情報を演算する超音波医療システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、診断のみならず治療の際にも積極的に利用されている。治療すべき組織位置を特定するために超音波診断装置が利用される医療方法の一例として放射線照射による腫瘍の治療が挙げられる。
【０００３】
放射線治療は、強力な放射線を腫瘍組織に照射することで腫瘍組織を死滅させるものである。放射線治療では、腫瘍以外の正常組織に対する放射線照射をできる限り抑えることが望ましい。したがって放射線治療では、腫瘍組織の位置を確認した上で、腫瘍組織に向け的確に放射線を照射することが重要である。放射線治療における腫瘍組織の位置確認方法として、放射線治療前にレントゲン撮影、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）あるいはＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｉｍａｇｉｎｇ）による画像診断を行い、腫瘍組織の位置確認を事前に行った上で、放射線照射位置あるいは放射線照射範囲を決定する方法がある。しかしこの様な事前位置確認方法では、位置確認の後、患者の体位の移動や呼吸などの影響により腫瘍組織が移動した場合に、腫瘍組織への的確な放射線照射が不可能であった。
【０００４】
この問題を解決するために、超音波診断装置を利用した組織位置確認による放射線治療が考えられる。つまり超音波診断装置により腫瘍組織の位置を確認しながら、腫瘍組織に向け放射線を照射する方法である（例えば、特許文献１には超音波画像を利用して衝撃波を照射する装置が示されている）。
【０００５】
しかしながら従来の超音波診断装置により得られる組織の位置に関する情報は、超音波探触子を基準としたものであるため、超音波探触子の使用状況によっては適切な組織位置に関する情報の取得が困難であった。例えば、超音波探触子を医師または検査者が保持して利用する状況下において、超音波診断装置による表示画面において腫瘍組織の動きを検出した場合、検出した動きが、腫瘍組織自体の移動により生じた動きなのか、腫瘍は静止しているものの超音波探触子の移動により生じた動きなのか、あるいは両方の動きを含んだ動きによるものなのかの判断が不可能であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２４２６３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の超音波診断装置により得られる組織位置に関する情報は、超音波探触子を基準としたものであるため、目標組織位置に関する情報は超音波探触子の位置に依存していた。
【０００８】
そこで本発明は、組織位置に関する適切な情報を出力する超音波医療システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波医療システムは、目標組織を含む空間内に超音波を送受波し、受信信号を出力する送受波器と、前記受信信号に基づいて、前記送受波器を原点とした前記目標組織の第１相対座標情報を演算する第１相対座標演算手段と、基準位置を原点とした前記送受波器の第２相対座標情報を演算する第２相対座標演算手段と、前記第１相対座標情報と前記第２相対座標情報とに基づいて、前記基準位置を原点とした前記目標組織の総合相対座標情報を演算し、その総合相対座標情報を出力する総合相対座標演算手段とを有するものとする。
【００１０】
上記構成によれば、所望の基準位置を原点とした目標組織の座標情報が得られるため、送受波器の座標に依存しない目標組織の座標特定が可能となる。例えば、送受波器が動きを伴う状況下において、あるいは、送受波器の座標が不特定な状況下においても、既知の基準位置に対する相対座標として目標組織の座標が確認できる。
【００１１】
望ましくは、前記送受波器は、前記目標組織を含む３次元空間内に超音波を送受波し、前記第１相対座標情報、前記第２相対座標情報および前記総合相対座標情報はそれぞれ３次元座標情報とする。さらに望ましくは、前記第２相対座標情報は、前記基準位置を原点とした前記送受波器の位置情報および前記送受波器の方向情報を含むものとする。
【００１２】
望ましくは、前記基準位置との位置関係が既知の測位原点、または、前記送受波器のうちの一方に設けられ、測位信号を発生する発生器と、前記測位原点または前記送受波器のうちの他方に設けられ、前記測位信号を検出する検出器とをさらに有し、前記第２相対座標演算手段は、前記検出器の検出結果に基づいて、前記基準位置を原点とした前記送受波器の第２相対座標情報を演算するものとする。上記構成によれば、発生器と検出器による非接触型の座標検出構成のため、送受波器の動きに制約を与えない座標検出が可能となる。なお、上記の測位信号とは送受波器の位置などの座標を測定するための信号である。
【００１３】
望ましくは、前記発生器は、磁場を発生する磁場発生器であり、前記検出器は、前記磁場を検出する磁場検出器とする。上記構成によれば、磁場検出器が人体に遮られることなく磁場を検出できるため、医師または検査者の身体位置によらず、送受波器の座標演算の精度を維持することができる。さらに磁場と超音波は相互作用をしないので、磁場発生器の磁場による送受波器の超音波への影響、あるいは、超音波による磁場への影響も無視できる。
【００１４】
望ましくは、前記第１相対座標演算手段は、前記受信信号に基づいて形成された超音波画像を利用して検査者が指定する座標情報に基づいて、前記送受波器を原点とした前記目標組織の第１相対座標情報を演算するものとする。
【００１５】
望ましくは、前記送受波器を保持する保持機構と、前記保持機構によって保持された前記送受波器についての測位情報を出力する測位情報演算器とをさらに有し、前記第２相対座標演算手段は、前記測位情報に基づいて、前記基準位置を原点とした前記送受波器の第２相対座標情報を演算するものとする。さらに望ましくは、前記測位情報は、前記基準位置との位置関係が既知の測位原点に対する前記送受波器の座標情報とする。さらに望ましくは、前記保持機構は多関節ロボットであり、前記測位情報は、前記多関節ロボットにおける各可動部位の長さデータおよび角度データに基づく情報とする。望ましくは、前記送受波器は患者の体表に当接され、前記保持機構は、前記送受波器による前記患者への当接圧力を計測する圧力センサを含み、前記圧力センサの出力に基づいて前記当接圧力を所定値に制御するものとする。
【００１６】
望ましくは、前記総合相対座標情報に基づいて照準を制御し放射線照射を行う放射線照射装置を有するものとする。上記構成によれば、目標組織に的確に放射線照射を行うように照準を制御することで、目標組織以外の組織にできる限り放射線を照射せず、目標組織に放射線を集中して照射できるため、正常組織への照射を抑えつつ腫瘍のみを死滅させることができる。なお、放射線としては、Ｘ線やガンマ線などの電磁波や、陽子線や重陽子線などの粒子線が利用できる。
【００１７】
望ましくは、前記放射線照射装置は、前記総合相対座標情報に基づいて前記目標組織の動きに追従して照準を制御するものとする。上記構成によれば、目標組織が移動を伴う場合においても、目標組織に的確に放射線照射を行うように照準を制御することで、目標組織以外の組織にできる限り放射線を照射せず、目標組織に放射線を集中して照射できるため、正常組織への照射を抑えつつ腫瘍のみを死滅させることができる。
【００１８】
なお、放射線照射装置に換えて、前記総合相対座標情報に基づいて穿刺位置を制御する穿刺装置を有するものでもよい。上記構成によれば、目標組織に穿刺を行うよう照準を制御し穿刺針を発射することで、目標組織に対して的確に穿刺針を到達させることができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る超音波医療システムは、位置方向情報を出力する探触子保持機構により保持されて患者体表に当接され、目標組織を含む３次元空間内に超音波を送受波する超音波探触子と、前記３次元空間を構成する各ボクセルごとのエコーデータを前記超音波探触子を介して取得する超音波診断装置と、前記エコーデータのエコーレベルに基づいて前記目標組織に対応するボクセルを抽出して、前記超音波探触子を原点とした前記目標組織の第１相対座標情報を演算し、前記位置方向情報に基づいて、基準位置を原点とした前記超音波探触子の第２相対座標情報を演算し、前記第１相対座標情報と前記第２相対座標情報とに基づいて、前記基準位置を原点とした前記目標組織の総合相対座標情報を演算して、その総合相対座標情報を出力するホストコントローラとを有するものとする。
【００２０】
望ましくは、前記総合相対座標情報に基づいて前記目標組織の動きに追従して照準を制御し治療線照射を行う治療線照射装置をさらに有するものとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
［実施形態１］図１には、本発明に係る超音波医療システムの第１の実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す構成図である。図１に示す超音波医療システムは、大別すると、送受波器である３次元探触子（３次元エコーデータ取込用探触子）１０、超音波診断装置１２、磁場発生器１４、磁場検出器１６、放射線照射装置であるＸ線照射装置１８、および、第１相対座標演算手段と第２相対座標演算手段と総合相対座標演算手段とを有するホストコントローラ２０で構成されている。
【００２３】
３次元探触子１０は、アレイ振動子２２、アレイ振動子２２を駆動する駆動用モータ２４、および、アレイ振動子２２の位置を検出する振動子位置検出器２６を有している。３次元探触子１０は、超音波２８を送受波するアレイ振動子２２を、駆動用モータ２４で揺動することで、３次元空間内への超音波２８の送受波を可能としている。駆動用モータ２４により所定位置に揺動されたアレイ振動子２２は、電子走査を行って走査面Ｓを形成し、走査面内の受波データを取得する。アレイ振動子２２が取得した受波データ、および、振動子位置検出器２６が検出する振動子位置データは、超音波診断装置１２へ出力される。アレイ振動子２２が電子走査により送受波を行いつつ、駆動用モータ２４によりアレイ振動子２２が揺動されて走査面Ｓを移動させることで、走査空間内に亘って超音波２８の送受波が行われる。
【００２４】
３次元空間内への超音波２８の送受波の様子を示したのが図２である。図２は、アレイ振動子２２が、深さ方向ｒおよび電子走査方向θに、超音波２８を送受波することで走査面Ｓを形成し、揺動方向φにアレイ振動子２２を揺動することで、目標組織である腫瘍３０および腫瘍の重心点Ｐを含む走査空間Ｖを形成する様子を示している。ただし、本実施の形態における３次元エコーデータ取得用探触子は２次元アレイ振動子、つまり走査空間Ｖ内に亘って電子走査を行う振動子を有する探触子でもよい。３次元エコーデータ取得用探触子に限らず、２次元エコーデータ取得用探触子、つまり図２において走査面Ｓ内のみへ超音波２８の送受波を行う探触子でもよい。
【００２５】
図１において、超音波診断装置１２における送信用ビームフォーマ３２は、アレイ振動子２２へ供給する送信駆動信号を制御することで、３次元探触子１０を介して超音波２８を形成する。受信用ビームフォーマ３４は、アレイ振動子２２が出力する受波データを収集し、エコーデータを形成している。またコントローラ（モータ位置および送受信制御部）３６は、モータドライバ３８を介して、アレイ振動子２２の駆動用モータ２４を駆動するとともに、振動子位置検出器２６から出力されるアレイ振動子２２の揺動位置データを取得することで、アレイ振動子２２の揺動位置制御を行う。さらにコントローラ３６は、送信用ビームフォーマ３２と受信用ビームフォーマ３４を制御することで、アレイ振動子２２の各揺動位置における超音波２８の形成および受波データの収集を行っている。つまりコントローラ３６は、送信用ビームフォーマ３２、受信用ビームフォーマ３４、アレイ振動子駆動用モータ２４を制御することで、所望の３次元空間内に超音波２８を送波し、その３次元空間を構成する各ボクセルごとのエコーデータを取得する。各ボクセルごとのエコーデータは、３次元探触子１０を基準とする相対座標に対応したアドレスが付され、３次元メモリ４０に書き込まれる。３次元メモリ４０に書き込まれたエコーデータは、ホストコントローラ２０へ出力される。またエコーデータは、超音波診断装置１２内部の画像形成部４２にも出力され、画像形成部４２にて超音波画像が形成され、画像表示部４４において３次元超音波画像などが表示される。
【００２６】
ホストコントローラ２０は、第１相対座標演算手段である組織抽出部４６及び組織座標演算部４８、第２相対座標演算手段である磁場送受信制御部５０及び探触子座標演算部５２、並びに、総合相対座標演算手段である総合組織座標演算部５４を有している。ただし、ホストコントローラ２０の構成要素は、その全てが、あるいはその一部が、超音波診断装置１２あるいはＸ線照射装置１８に組み込まれてもよい。
【００２７】
組織抽出部４６は、３次元メモリ４０に書き込まれた３次元空間内のエコーデータに基づき、目標組織である腫瘍３０を抽出する。抽出方法としては、例えば、エコーデータとしてエコーレベルを取得しておき、このエコーレベルの強弱により、腫瘍３０とその他の正常組織との分別を行う方法がある。つまり３次元メモリ４０に書き込まれた各エコーデータのエコーレベルを、腫瘍３０のエコーレベルと正常組織のエコーレベルとの境界となる既定レベルと比較して、腫瘍３０のエコーレベルに相当するエコーデータ部分を腫瘍３０と判断する方法である。前述したように、エコーデータは３次元メモリ４０に書き込まれる際、３次元探触子１０を基準とする相対座標に対応したアドレスが付されているため、腫瘍３０に相当するエコーデータの相対座標が判定できる。腫瘍３０を抽出する方法はその他の方法でもよく、例えばテクスチャー解析等の画像解析手法の利用も可能である。
【００２８】
組織座標演算部４８では、腫瘍３０に対応する抽出されたエコーデータ部分の、３次元探触子１０を基準とした相対座標に基づいて、３次元探触子１０を基準とした目標組織座標を演算する。目標組織座標としては、抽出された腫瘍３０部分の外表面座標から、腫瘍３０の重心位置を演算して、重心点のみを目標組織座標としてもよい。あるいは、腫瘍３０と判断された複数のエコーデータの相対座標全てを目標組織座標として出力してもよい。さらに、画像表示部４４に表示される目標組織の超音波画像を見ながら検査者が指定する位置を、目標組織座標としてもよい。いずれの場合も、超音波２８の送受は３次元探触子１０を基準に行われているため、抽出された目標組織の座標は、３次元探触子１０を原点としたものである。以下においては、腫瘍３０の重心点のみを目標組織座標として出力した場合について説明する。
【００２９】
磁場送受信制御部５０は、Ｘ線照射装置１８に取り付けられる磁場発生器１４を制御して、３次元探触子１０の位置に関する情報を計測するための磁場分布を室内に形成する。また磁場送受信制御部５０は、３次元探触子１０に取り付けられる磁場検出器１６を制御して、室内に形成した磁場分布を検出する。磁場発生器１４および磁場検出器１６による、位置情報と方向情報の検出は、公知の手法を利用できる。つまり、磁場発生器１４は、その軸方向がそれぞれ互いに直交する３方向に対応した、３つの磁場発生コイルを有しており、これにより磁場分布を形成している。また磁場検出器１６にも、その軸方向がそれぞれ互いに直交する３方向に対応した、３つの磁場検出コイルが設けられている。そして、磁場発生器１４および磁場検出器１６は、磁場発生器１４に対する磁場検出器１６の位置情報のみならず、磁場検出器１６の方向情報も検出可能な構成になっている。このように、磁場発生器１４および磁場検出器１６を利用して、３次元探触子１０の位置に関する情報（座標情報）を計測する。
【００３０】
３次元探触子１０の座標情報の検出方法は、磁場発生器１４と磁場検出器１６による検出方法に限定されるものではなく、その他の座標情報の検出方法を利用してもよい。例えば磁場に変えて、光や音波や電波を利用することも可能である。光検出を利用する場合、磁場発生器１４に変えて光信号発生器を利用し、磁場検出器１６に変えて光検出器を用いる。光信号発生器は、室内の異なる位置において異なる光量となる光量分布を形成し、光検出器が形成された光量分布を検出する。この際、３角測量の原理により、光検出器を３次元探触子１０の異なる３点に固定して、３点の位置を検出することで、３次元探触子１０の位置情報のみならず方向情報も演算できる。また、発生器を３次元探触子１０に取り付け、検出器を基準位置に取り付けることでも、同様の原理により、基準位置に対する３次元探触子１０の位置情報および方向情報が演算可能であることは明らかである。
【００３１】
探触子座標演算部５２は、磁場送受信制御部５０から出力される検出結果に基づいて、磁場発生器１４を基準にした磁場検出器１６の位置情報および方向情報を演算する。磁場送受信制御部５０から出力される検出結果は、磁場発生器１４に対する磁場検出器１６の位置情報および方向情報に基づいているため、磁場発生器１４を所望の位置、例えばＸ線照射装置１８の原点位置に配置し、磁場検出器１６を３次元探触子１０の原点位置に配置することで、Ｘ線照射装置１８の原点位置に対する３次元探触子１０の位置情報および方向情報が直接検出できることになる。ただし、設計の都合上、磁場発生器１４をＸ線照射装置１８の原点位置に配置できない場合、あるいは磁場検出器１６を３次元探触子１０の原点位置に配置できない場合も有り得る。図３はこの様子を示したものである。
【００３２】
図３において、差分ベクトルａ５６は、Ｘ線照射の際の基準位置となるＸ線照射装置の原点位置５８と、３次元探触子の位置や方向を測定する際の測位原点となる磁場発生器位置６０とのずれを示している。また、差分ベクトルｂ６２は、３次元探触子の原点位置６４と磁場検出器位置６６のずれを示している。磁場送受信制御部（図１の符号５０）から出力される検出結果は、磁場発生器位置６０に対する磁場検出器位置６６の相対位置ベクトルである測位ベクトル７０である。また組織座標演算部（図１の符号４８）から出力される座標情報は、３次元探触子の原点位置６４に対する腫瘍の位置６８の相対位置ベクトルである超音波検出ベクトル（第１相対座標情報）７２である。
【００３３】
したがって、Ｘ線照射装置の原点位置５８を基準とした腫瘍の位置６８の座標を示す総合ベクトル（総合相対座標情報）６９を算出するためには、測位ベクトル７０に対して、差分ベクトルａ５６および差分ベクトルｂ６２を加えて得られる探触子位置ベクトル（第２相対座標情報）７１を算出した後、算出した探触子位置ベクトル７１に超音波検出ベクトル７２を加算する必要がある。ただし、磁場発生器１４はＸ線照射装置１８に固定され、また磁場検出器１６は３次元探触子１０に固定されるため、差分ベクトルａ５６および差分ベクトルｂ６２はともに固定ベクトルとなり、従って、目標組織である腫瘍の位置６８の計測の前に、あらかじめ差分ベクトルａ５６および差分ベクトルｂ６２を計測しておくことが可能である。
【００３４】
腫瘍の位置６８の座標を演算する場合、これら事前に計測済みの差分ベクトルａ５６および差分ベクトルｂ６２に基づいて座標変換処理を施すことで、Ｘ線照射装置の原点位置５８と磁場発生器位置６０を等価に、また、３次元探触子の原点位置６４と磁場検出器位置６６を等価に、それぞれ扱うことが可能となる。以下においては、Ｘ線照射装置の原点位置５８を原点とする座標系と、磁場発生器位置６０を原点とする座標系が同一になるように座標変換処理が済んでおり、また、３次元探触子の原点位置６４を原点とする座標系と、磁場検出器位置６６を原点とする座標系が同一になるように座標変換処理が済んでいるものとして説明する。
【００３５】
図１に戻り、総合組織座標演算部５４は、組織座標演算部４８から出力される３次元探触子１０を原点とした目標組織の座標情報と、探触子座標演算部５２から出力されるＸ線照射装置１８の原点に対する３次元探触子１０の位置情報および方向情報とに基づき、Ｘ線照射装置１８の原点に対する目標組織の座標を演算する。ただし前述したとおり、磁場発生器１４とＸ線照射装置１８との間の座標変換処理および磁場検出器１６と３次元探触子１０との間の座標変換処理は、探触子座標演算部５２で既に済んでいるものとする。つまり、磁場発生器１４を原点とする座標系とＸ線照射装置１８を原点とする座標系は一致しており、磁場検出器１６を原点とする座標系と３次元探触子１０を原点とする座標系は一致しているものとする。
【００３６】
総合組織座標演算部５４における演算方法を図４に基づいて説明する。図４において、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は磁場発生器位置６０を原点とし、磁場発生器に固定された座標系であり、Ｘ線照射装置を基準とする座標系と一致している。座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は磁場検出器位置６６を原点とし、磁場検出器に固定された座標系であり、３次元探触子を基準とする座標系と一致している。ここで、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を基準とした磁場検出器位置６６つまり座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点座標をＳｏ（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）とする。点ｅは目標組織である腫瘍の位置であり、座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を基準とした座標をｅ（ｘｅ，ｙｅ，ｚｅ）とする。さらに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれに平行なＸ´軸、Ｙ´軸、Ｚ´軸を有し、その座標原点が点Ｓｏである座標系を座標系（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）とする。
【００３７】
座標系（ｘ，ｙ，ｚ）と座標系（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）の位置関係は、座標系（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）をＸ´軸、Ｙ´軸、Ｚ´軸の順にそれぞれα度、β度、γ度回転すると、Ｘ´軸がｘ軸に、Ｙ´軸がｙ軸に、Ｚ´軸がｚ軸にそれぞれ重なる位置関係にあるものとする。前述したとおり、探触子座標演算部において磁場発生器を基準にした磁気検出器の位置情報および方向情報が演算されている。つまり座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点位置情報（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）および方向情報（α，β，γ）の６次元情報は、探触子座標演算部において演算される。このとき、座標系（ｘ，ｙ，ｚ）から座標系（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）への座標変換が、次のように表現される。
【数１】


また、座標系（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）から座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への座標変換は、次のように表現される。
【数２】


数１、数２により、座標系（ｘ，ｙ，ｚ）から座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への座標変換は、次のように表現される。
【数３】


したがって、上記座標変換行列［Ｔ］により、座標系（ｘ，ｙ，ｚ）から座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への変換、つまり磁場検出器を基準とする座標系から、磁場発生器を基準とする座標系へ座標変換できる。
【００３８】
図１に戻り、総合組織座標演算部５４は、探触子座標演算部５２から出力される磁場発生器１４（Ｘ線照射装置１８）を原点とした磁場検出器１６（３次元探触子１０）の位置情報および方向情報に基づき、変換行列［Ｔ］を設定する。そして、組織座標演算部４８から出力される磁場検出器１６（３次元探触子１０）を原点とした、目標組織である腫瘍の位置６８の座標情報を、上記変換行列により、磁場発生器１４つまりＸ線照射装置１８を基準とした座標系における座標情報に変換する。このように演算された、Ｘ線照射装置１８を基準とした目標組織の位置情報が、ホストコントローラ２０からＸ線照射装置１８に出力される。
【００３９】
図５は、図１の超音波医療システムを利用した治療方法を示す図である。超音波診断装置１２、探触子１０、磁場発生器１４、磁場検出器１６、ホストコントローラ２０については前述したとおりの動作を行い、Ｘ線照射装置１８を基準とする腫瘍３０の位置情報が、ホストコントローラ２０からＸ線照射装置１８に出力される。Ｘ線照射装置１８は腫瘍３０の位置情報に基づき、アーム部７６、照射部７８を制御して、Ｘ線を患者Ｍの内部にある腫瘍３０に集中照射する。さらに、照準を腫瘍３０の動きに追従して制御することで、腫瘍３０に動きが伴う場合であっても、正常組織への照射を極力抑えて、腫瘍３０のみに集中してＸ線照射を行うことができる。照準を腫瘍３０の動きに追従して制御する場合、Ｘ線照射を行っている間、探触子１０により腫瘍３０の検出を継続することが望ましい。この場合、図示しない医師あるいは検査者が探触子１０を保持しているか、あるいは探触子１０の固定装置を別途設けて探触子１０を固定してもよい。医師あるいは検査者が保持してＸ線照射を行う際は、Ｘ線防護服を着用するなどの対策が必要である。また、図５では磁場発生器１４がＸ線照射装置のベース部７４に設置されているが、例えば室内の他の位置に固定配置するなど、使用状況に応じて設置場所を適宜選択してもよい。
【００４０】
［実施形態２］図６には、本発明に係る超音波医療システムの第２の実施形態が示されており、図６はその全体構成を示す構成図である。図６に示す超音波医療システムは、大別すると、送受波器である３次元探触子（３次元エコーデータ取込用探触子）１０、多関節ロボット８０、超音波診断装置１２、陽子線照射装置９０、および、第１相対座標演算手段と第２相対座標演算手段と総合相対座標演算手段とを有するホストコントローラ２０で構成されている。
【００４１】
３次元探触子１０および超音波診断装置１２は、実施形態１（図１参照）に示したものと同じものを利用する。つまり、超音波診断装置１２は、３次元探触子１０を介して患者体内の３次元空間へ超音波２８を送受波して、受波データを収集することでエコーデータを取得し、取得したエコーデータに基づいて形成される３次元超音波画像を画像表示部に表示する。また、取得されたエコーデータはホストコントローラ２０へも出力される。
【００４２】
多関節ロボット８０は、３次元探触子１０を保持して、患者体表の診断位置に移動するとともに、３次元探触子１０の方向を変化させる。３次元探触子１０は探触子取付部８２に取り付けられ、駆動部８４（ａ〜ｄ）が駆動することで、３次元探触子１０の位置や方向が変化する。駆動部８４（ａ〜ｄ）の内部には駆動用モータ（図示せず）が設けられており、各駆動用モータがアーム８５（ａ〜ｄ）を駆動している。各駆動用モータの動作はモータ制御部８６により制御される。多関節ロボット８０に保持される３次元探触子１０は、患者体内の腫瘍を含む３次元空間内へ超音波２８を送受波する。
【００４３】
モータ制御部８６は、ユーザ操作に基づいて、駆動部８４（ａ〜ｄ）内部の各駆動用モータを制御する。モータ制御部８６は、腫瘍の動きに自動追従するように各駆動用モータを制御してもよい。また、探触子取付部８２には圧力センサ（図示せず）が設けられており、３次元探触子１０が患者体表に当接される際の患者体表への圧力を検出してモータ制御部８６に出力している。これにより、モータ制御部８６は患者体表への圧力を、例えば一定値に保つように、各駆動用モータを制御し、患者へ過剰な圧力がかかることを防止している。多関節ロボット８０は、駆動部８４（ａ〜ｄ）の駆動状況を示すモータ駆動情報をホストコントローラ２０へ出力する。
【００４４】
ここで、多関節ロボット８０から出力されるモータ駆動情報について説明する。多関節ロボット８０の設置位置（例えば、多関節ロボット８０の底部重心点）を測位原点とすると、駆動部８４ａは測位原点に対する固定位置に存在する。駆動部８４ａにはアーム８５ａの一方端が接続されており、駆動部８４ａはアーム８５ａを旋回運動あるいは上下運動させて、アーム８５ａの角度を設定する。アーム８５ａの他方端には駆動部８４ｂが設けられている。したがって、駆動部８４ｂの測位原点に対する位置は、アーム８５ａの長さおよび角度によって決定する。そこで、多関節ロボット８０は、駆動部８４ａに対応するモータ駆動情報（アーム８５ａの角度データ）に基づいて、測位原点座標（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）から、測位原点に対する駆動部８４ｂの位置座標（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）を導出する変換行列Ｔａを出力する。
【００４５】
駆動部８４ｂにはアーム８５ｂの一方端が接続されており、駆動部８４ｂはアーム８５ｂを上下運動させる。アーム８５ｂの他方端には駆動部８４ｃが設けられている。したがって、駆動部８４ｃの駆動部８４ｂに対する位置は、アーム８５ｂの長さおよび角度によって決定する。そこで、多関節ロボット８０は、駆動部８４ｂに対応するモータ駆動情報（アーム８５ｂの角度データ）に基づいて、駆動部８４ｂの位置座標（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）から、測位原点に対する駆動部８４ｃの位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を導出する変換行列Ｔｂを出力する。
【００４６】
また、駆動部８４ｄの駆動部８４ｃに対する位置は、アーム８５ｃの長さおよび角度によって決定する。そこで、多関節ロボット８０は駆動部８４ｃに対応するモータ駆動情報（アーム８５ｃの角度データ）に基づいて、駆動部８４ｃの位置座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）から、測位原点に対する駆動部８４ｄの位置座標（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）を導出する変換行列Ｔｃを出力する。さらに、駆動部８４ｄが回転することで３次元探触子１０が回転するため、多関節ロボット８０は駆動部８４ｄに対応するモータ駆動情報に基づいて、駆動部８４ｄの位置座標（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）から、測位原点に対する３次元探触子１０の原点位置座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を導出する変換行列Ｔｄを出力する。このように、３次元探触子１０の保持状態を表す変換行列Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄが、ホストコントローラ２０の探触子座標演算部５２へ出力される。
【００４７】
探触子座標演算部５２は、多関節ロボット８０から出力されるモータ駆動情報に基づいて、測位原点（多関節ロボット８０の設置位置）に対する３次元探触子１０の位置および方向を演算する。測位原点に対する３次元探触子１０の位置座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）は次式で算出される。
【数４】


ここで、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは多関節ロボット８０が出力するモータ駆動情報に基づいた変換行列であり、（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）は測位原点座標である。
【００４８】
なお、３次元探触子１０の方向は、駆動部８４ｄの位置座標（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）と３次元探触子１０の位置座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）とから算出できる。つまり、座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）および座標（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）の二点を結ぶ直線の方向として、３次元探触子１０の方向を算出することができる。このようにして、探触子座標演算部５２は、測位原点に対する３次元探触子１０の位置および方向を演算する。
【００４９】
ホストコントローラ２０内の組織抽出部４６、組織座標演算部４８は、実施形態１（図１参照）に示したものと同様な動作を行う。つまり、組織抽出部４６は、超音波診断装置１２から出力される３次元空間内のエコーデータに基づいて腫瘍を抽出し、腫瘍に相当するエコーデータの相対座標を判定する。組織座標演算部４８は、３次元探触子１０を基準とした腫瘍の重心点の座標を演算する。
【００５０】
総合組織座標演算部５４は、組織座標演算部４８から出力される３次元探触子１０を原点とした腫瘍の重心点の座標情報と、探触子座標演算部５２から出力される測位原点に対する３次元探触子１０の位置情報および方向情報とに基づいて、陽子線照射装置９０の原点に対する腫瘍の重心点の座標を演算する。ここで、総合組織座標演算部５４における演算について説明する。
【００５１】
図７は、総合組織座標演算部における演算を説明するための図である。陽子線照射の際の基準位置を陽子線照射装置９０の原点位置９２とし、３次元探触子の位置および方向を測定する際の測位原点を多関節ロボット８０の底部重心点９４とする。そして、原点位置（基準位置）９２に対する底部重心点（測位原点）９４の位置ベクトルを差分ベクトルａ´９６とする。探触子座標演算部（図６の符号５２）から出力される座標情報は、底部重心点９４に対する３次元探触子の原点位置６４の相対位置ベクトルである測位ベクトル９８であり、組織座標演算部４８から出力される座標情報は、３次元探触子の原点位置６４に対する腫瘍の位置６８の相対位置ベクトルである超音波検出ベクトル（第１相対座標情報）７２である。
【００５２】
したがって、陽子線照射装置９０の原点位置９２を基準とした腫瘍の位置６８の座標を示す総合ベクトル（総合相対座標情報）６９を演算する場合、測位ベクトル９８と差分ベクトルａ´９６とを加えて得られる探触子位置ベクトル（第２相対座標情報）７１を算出して、算出した探触子位置ベクトル７１と超音波検出ベクトル７２とを加算する必要がある。多関節ロボット８０および陽子線照射装置９０は、既知の配置状態にあるため（例えば、ともに室内に固定配置される）、差分ベクトルａ´９６は既知ベクトルであり、従って、目標組織である腫瘍の位置６８の計測の前に、あらかじめ差分ベクトルａ´９６を計測しておくことが可能である。
【００５３】
図６に戻り、総合組織座標演算部５４で算出された、基準位置に対する腫瘍の座標情報、例えば腫瘍の重心点の座標は、陽子線照射装置９０に出力され、陽子線照射装置９０は、腫瘍の重心点の座標に向けて陽子線を照射する。
【００５４】
図８は、図６の超音波医療システムを利用した治療方法を示す図である。超音波診断装置１２、多関節ロボット８０およびホストコントローラ２０については図６を利用して説明した動作を行い、基準位置に対する腫瘍３０の位置情報が、ホストコントローラ２０から陽子線照射装置９０に出力される。陽子線照射装置９０は腫瘍３０の位置情報に基づき、アーム部１０４および照射部１０６を制御して陽子線１０２を、患者Ｍの内部にある腫瘍３０に集中照射する。さらに陽子線照射装置９０は、照準を腫瘍３０の動きに追従して制御することで、腫瘍３０に動きが伴う場合であっても、正常組織への照射を極力抑えて、腫瘍３０のみに集中して陽子線照射を行うことができる。なお、図６および図８に示す例では基準位置を陽子線照射装置９０の原点位置としたが、治療が行われる室内の所定位置を基準位置にするなど、使用状況に応じて基準位置を適宜選択してもよい。
【００５５】
その他、本発明に係る超音波医療システムを利用した医療方法として、Ｘ線照射装置１８や陽子線照射装置９０に変えて、結石破壊装置を含むその他の放射線照射装置を利用することも可能である。もちろん、放射線以外の治療線を利用してもよい。また、穿刺針を目標組織に向け発射する穿刺装置等を利用した医療方法も考えられる。いずれの場合においても、ホストコントローラから出力される所望の基準位置を原点とした目標組織の位置情報に基づき、各種治療線の照射制御あるいは穿刺針発射制御を行う。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る超音波医療システムにより、組織位置に関する適切な情報を出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波医療システムの構成図である。
【図２】３次元空間内への超音波の送受波を示す図である。
【図３】本発明における各位置ベクトル間の関係を示す図である。
【図４】本発明における各座標系間の関係を示す図である。
【図５】本発明に係る超音波医療システムを利用した治療方法を示す図である。
【図６】本発明に係る超音波医療システムの構成図である。
【図７】本発明における各位置ベクトル間の関係を示す図である。
【図８】本発明に係る超音波医療システムを利用した治療方法を示す図である。
【符号の説明】
１０　３次元探触子、１２　超音波診断装置、１４　磁場発生器、１６　磁場検出器、１８　Ｘ線照射装置、２０　ホストコントローラ、２８　超音波、３０腫瘍、４６　組織抽出部、４８　組織座標演算部、５０　磁場送受信制御部、５２　探触子座標演算部、５４　総合組織座標演算部、８０　多関節ロボット、９０　陽子線照射装置。
【出願人】 【識別番号】３９００２９７９１
【氏名又は名称】アロカ株式会社
【住所又は居所】東京都三鷹市牟礼６丁目２２番１号
【出願日】 平成１５年３月７日（２００３．３．７）
【代理人】 【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田　研二

【識別番号】１０００９６９７６
【弁理士】
【氏名又は名称】石田　純
【公開番号】 特開２００４−４９９（Ｐ２００４−４９９Ａ）
【公開日】 平成１６年１月８日（２００４．１．８）
【出願番号】 特願２００３−６１１２０（Ｐ２００３−６１１２０）