JP5937890B2 - Ultrasound therapy system - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an ultrasonic treatment system for transmitting therapeutic ultrasonic waves.
強力集束超音波（ＨＩＦＵ：High Intensity Focused Ultrasound）を例えば生体に照射し、比較的強力な音響エネルギーにより、生体内の治療箇所に関する破壊や破砕や焼灼などを行って、生体を治療するシステムや装置が知られている。強力集束超音波を利用するシステムや装置においては、目的とする治療箇所に的確に強力集束超音波の焦点を設定する必要がある。 High intensity focused ultrasound (HIFU: High Intensity Focused Ultrasound) A system or device that treats a living body by, for example, destroying, crushing, or cauterizing a treatment site in the living body with relatively strong acoustic energy It has been known. In a system or apparatus that uses intensely focused ultrasound, it is necessary to accurately set the focus of the strongly focused ultrasound at a target treatment site.
そのため、例えば、超音波診断装置やＭＲＩなどを利用して得られる観測画像により治療箇所の位置を確認し、その位置を焦点として強力集束超音波を照射するような制御が行われる。こうした制御においては、治療箇所の確認に利用される座標系（観測座標系）と強力集束超音波の制御に利用される座標系（治療座標系）との間の対応関係、例えば座標系間の座標変換情報などを明らかにしておく必要がある。 For this reason, for example, control is performed such that the position of the treatment site is confirmed by an observation image obtained using an ultrasonic diagnostic apparatus, MRI, or the like, and intensely focused ultrasound is irradiated with the position as a focus. In such control, the correspondence between the coordinate system (observation coordinate system) used for confirmation of the treatment site and the coordinate system (treatment coordinate system) used for the control of intensely focused ultrasound, for example, between coordinate systems It is necessary to clarify the coordinate conversion information.
一方において、水などの液体内またはゲル状の媒体内に強力集束超音波を照射することにより、キャビテーションと呼ばれる気泡が発生する現象が知られている。例えば特許文献１には、キャビテーション気泡の崩壊圧を対象物の破砕や洗浄に利用する旨の技術が記載されている。 On the other hand, there is known a phenomenon in which bubbles called cavitation are generated by irradiating intensely focused ultrasonic waves in a liquid such as water or a gel-like medium. For example, Patent Document 1 describes a technology that uses the collapse pressure of cavitation bubbles for crushing or cleaning an object.
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波治療システムの更なる改良について研究開発を重ねてきた。特に、治療座標系と観測座標系の間の座標変換情報を得る技術と超音波により発生するキャビテーションに注目した。 In view of the background art described above, the inventor of the present application has conducted research and development on further improvements of the ultrasonic treatment system. In particular, we focused on techniques for obtaining coordinate conversion information between the treatment coordinate system and the observation coordinate system, and cavitation generated by ultrasound.
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、超音波により発生するキャビテーションを利用して座標変換情報を得る超音波治療システムを実現することにある。 The present invention was made in the course of research and development, and an object thereof is to realize an ultrasonic treatment system that obtains coordinate conversion information using cavitation generated by ultrasonic waves.
上記目的にかなう好適な超音波治療システムは、治療用の超音波を送波する治療用振動子と、治療用振動子を基準とした治療座標系を用いて、互いに焦点の設定位置が異なる複数の超音波ビームを形成するように、治療用振動子を制御するビーム形成部と、前記各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの観測結果に基づいて、観測座標系において各超音波ビームの焦点に対応した実測位置を得る位置特定部と、前記複数の超音波ビームに関する焦点の設定位置と実測位置に基づいて、治療座標系と観測座標系の間の座標変換情報を得る変換情報生成部と、を有し、治療部位の観測結果に基づいて得られる観測座標系における治療箇所の位置情報から、前記座標変換情報に基づいて、治療座標系における当該治療箇所の位置情報を得ることにより、治療座標系を用いて当該治療箇所をターゲットとして超音波ビームを形成して治療用の超音波を送波する、ことを特徴とする。 A suitable ultrasonic treatment system that meets the above-mentioned purpose is a plurality of treatment focal points that transmit ultrasonic waves for treatment, and a treatment coordinate system that uses the treatment vibrator as a reference. A beam forming unit that controls the therapeutic transducer so as to form an ultrasonic beam and an observation result of cavitation generated for each of the ultrasonic beams. A position specifying unit that obtains a corresponding actual measurement position, a conversion information generation unit that obtains coordinate conversion information between the treatment coordinate system and the observation coordinate system based on the focus setting position and the actual measurement position for the plurality of ultrasonic beams, The position information of the treatment site in the treatment coordinate system is obtained from the position information of the treatment site in the observation coordinate system obtained based on the observation result of the treatment site based on the coordinate conversion information. And by using a treatment coordinate system to form an ultrasound beam the treatment site as a target to transmit the ultrasonic waves for treatment, characterized in that.
上記超音波治療システムでは、治療用振動子を基準とした治療座標系と、観測における基準となる観測座標系が利用される。観測においては、超音波診断で得られる超音波画像を利用することが望ましいものの、ＭＲＩなどの他の装置を利用して得られる観測画像が利用されてもよい。 In the ultrasonic therapy system, a treatment coordinate system based on a therapeutic transducer and an observation coordinate system serving as a reference in observation are used. In observation, it is desirable to use an ultrasonic image obtained by ultrasonic diagnosis, but an observation image obtained using another apparatus such as MRI may be used.
そして、上記超音波治療システムでは、治療用の超音波を送波する制御において設定される各超音波ビームの焦点の設定位置と、キャビテーションの観測結果に基づいて得られる各超音波ビームの焦点に対応した実測位置と、に基づいて、治療座標系と観測座標系の間の座標変換情報を得ている。つまり、座標変換情報を用いて、例えば観測座標系から治療座標系へ位置情報を変換することが可能になり、観測座標系において確認された治療箇所をターゲットとして超音波ビームを形成して治療用の超音波を送波することが可能になる。そのため、特に、治療座標系と観測座標系との間の幾何学的な対応関係を明らかにすることが困難な場合や、その幾何学的な対応関係を固定しておくことが困難な場合において、本超音波治療システムは極めて有用である。 In the ultrasonic therapy system, the focal position of each ultrasonic beam set in the control for transmitting therapeutic ultrasonic waves and the focal point of each ultrasonic beam obtained based on the observation result of cavitation are used. Coordinate conversion information between the treatment coordinate system and the observation coordinate system is obtained based on the corresponding actual measurement position. In other words, it is possible to convert position information from the observation coordinate system to the treatment coordinate system, for example, using coordinate conversion information, and form an ultrasonic beam targeting the treatment location confirmed in the observation coordinate system for treatment. It becomes possible to transmit ultrasonic waves. Therefore, especially when it is difficult to clarify the geometric correspondence between the treatment coordinate system and the observation coordinate system or when it is difficult to fix the geometric correspondence The present ultrasonic therapy system is extremely useful.
望ましい具体例において、前記超音波治療システムは、観測用の超音波を送受する観測用振動子と、観測用振動子を介して得られるエコーデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、をさらに有し、前記位置特定部は、各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの画像を含んだ前記超音波画像に基づいて、観測用振動子を基準とした前記観測座標系における各超音波ビームの焦点に対応した実測位置を得ることを特徴とする。 In a preferred embodiment, the ultrasonic treatment system includes an observation transducer that transmits and receives observation ultrasonic waves, and an image forming unit that forms an ultrasonic image based on echo data obtained through the observation transducers. The position specifying unit is configured to detect each ultrasonic wave in the observation coordinate system based on the observation transducer based on the ultrasonic image including an image of cavitation generated for each ultrasonic beam. An actual measurement position corresponding to the focal point of the beam is obtained.
望ましい具体例において、前記超音波治療システムは、前記複数の超音波ビームを一括形成することにより、複数の超音波ビームから包括的に得られる複数の焦点に関する設定位置セットと実測位置セットを一括登録し、前記変換情報生成部は、前記設定位置セットと前記実測位置セットに基づいて、前記座標変換情報を得ることを特徴とする。 In a preferred embodiment, the ultrasound treatment system collectively registers a set position set and a measured position set relating to a plurality of focal points comprehensively obtained from the plurality of ultrasound beams by collectively forming the plurality of ultrasound beams. The conversion information generation unit obtains the coordinate conversion information based on the set position set and the measured position set.
望ましい具体例において、前記変換情報生成部は、前記設定位置セットと前記実測位置セットに基づいて得られる複数の変換行列候補の中から、変換行列候補同士の距離に基づいて、前記治療座標系と前記観測座標系の間の変換行列を選定する、ことを特徴とする。 In a desirable specific example, the conversion information generation unit is configured to select the treatment coordinate system based on a distance between conversion matrix candidates from a plurality of conversion matrix candidates obtained based on the set position set and the actually measured position set. A transformation matrix between the observation coordinate systems is selected.
望ましい具体例において、前記超音波治療システムは、前記複数の超音波ビームの各々を逐次形成することにより、各超音波ビームごとに個別的に得られる焦点の設定位置と実測位置の対応関係を逐次登録し、前記変換情報生成部は、前記複数の超音波ビームの各々から得られる前記対応関係に基づいて、前記座標変換情報を得ることを特徴とする。 In a preferred embodiment, the ultrasonic treatment system sequentially forms the correspondence between the focus setting position and the actual measurement position obtained individually for each ultrasonic beam by sequentially forming each of the plurality of ultrasonic beams. The conversion information generation unit is configured to obtain the coordinate conversion information based on the correspondence obtained from each of the plurality of ultrasonic beams.
望ましい具体例において、前記位置特定部は、水中で各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの観測結果に基づいて、各超音波ビーム上においてキャビテーションの中心位置から浅い方にずれた位置をその超音波ビームの焦点に対応した実測位置とする、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the position specifying unit is configured to detect a position shifted from the center position of the cavitation in the shallower direction on each ultrasonic beam on the basis of the observation result of cavitation generated for each ultrasonic beam in water. The actual measurement position corresponds to the focal point of the beam.
望ましい具体例において、前記位置特定部は、ゲル状の擬似生体内で各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの観測結果に基づいて、各超音波ビーム上におけるキャビテーションの中心位置をその超音波ビームの焦点に対応した実測位置とする、ことを特徴とする。 In a preferred embodiment, the position specifying unit determines the center position of the cavitation on each ultrasonic beam based on the observation result of cavitation generated for each ultrasonic beam in the gel-like simulated living body. The actual measurement position corresponding to the focal point is used.
本発明により、超音波で発生するキャビテーションを利用して座標変換情報を得る超音波治療システムが実現される。 According to the present invention, an ultrasonic treatment system that obtains coordinate conversion information using cavitation generated by ultrasonic waves is realized.
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（本超音波治療システム）を示す図である。本超音波治療システムは、超音波プローブ１０を備えており、その超音波プローブ１０は、治療用振動子１０Ｔと観測用振動子１０Ｄで構成されている。 FIG. 1 is a diagram showing an ultrasonic therapy system (the present ultrasonic therapy system) suitable for implementing the present invention. The ultrasonic treatment system includes an ultrasonic probe 10, and the ultrasonic probe 10 includes a treatment transducer 10T and an observation transducer 10D.
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、例えば二次元的に配列された複数の治療用振動素子を備えている。治療用振動子１０Ｔは、例えば癌や腫瘍などの治療箇所Ｐに治療用の強力集束超音波（治療用超音波Ｔ）を送波して、その治療箇所Ｐを例えば焼灼するなどして治療するために利用される。 The therapeutic transducer 10T is a transducer that transmits high intensity focused ultrasonic waves (HIFU), and includes, for example, a plurality of therapeutic transducer elements arranged two-dimensionally. The therapeutic transducer 10T transmits, for example, a powerful focused ultrasound (therapeutic ultrasonic wave T) for treatment to a treatment site P such as cancer or tumor and cauterizes the treatment site P, for example. Used for.
一方、観測用振動子１０Ｄは、例えば二次元的に配列された複数の観測用振動素子を備えており、例えば治療箇所Ｐ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受する。つまり、公知の一般的な超音波診断装置と同じ程度の強度（エネルギー）の超音波を送受する。 On the other hand, the observation transducer 10D includes a plurality of observation vibration elements arranged two-dimensionally, for example, for forming an ultrasound image on a subject (patient) having a treatment location P, for example. Send and receive relatively weak ultrasound. That is, ultrasonic waves having the same intensity (energy) as that of a known general ultrasonic diagnostic apparatus are transmitted and received.
なお、超音波プローブ１０は、例えば、お椀（どんぶり）状に凹ませた内部の表面を振動子面とする。そして、例えば、お椀状に凹んだ内部の中央に位置する底の部分に観測用振動子１０Ｄが設けられる。但し、超音波プローブ１０の振動子面の形状は、お椀状に限定されず、用途等に応じた形状とされることが望ましい。また、全ての振動素子またはいくつかの振動素子が、治療用と観測用の両用途に利用されてもよい。 Note that the ultrasonic probe 10 has, for example, an internal surface that is recessed in a bowl shape as a vibrator surface. Then, for example, the observation transducer 10D is provided at the bottom portion located in the center of the inside recessed in a bowl shape. However, the shape of the transducer surface of the ultrasonic probe 10 is not limited to the bowl shape, and is preferably a shape according to the application. Also, all vibration elements or several vibration elements may be used for both therapeutic and observation applications.
送信ビームフォーマ（送信ＢＦ）１２は、超音波プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対応した送信信号を出力して超音波プローブ１０を制御する。つまり、送信ビームフォーマ１２は、観測用振動子１０Ｄの複数の振動素子を制御し、観測用の送信ビームを観測領域Ｄ内で走査する。また、送信ビームフォーマ１２は、治療用振動子１０Ｔの複数の振動素子を制御して治療用の送信ビームを形成する。 The transmission beam former (transmission BF) 12 outputs a transmission signal corresponding to each of the plurality of vibration elements included in the ultrasonic probe 10 to control the ultrasonic probe 10. That is, the transmission beamformer 12 controls the plurality of vibration elements of the observation transducer 10D and scans the observation transmission beam in the observation region D. Further, the transmission beam former 12 controls a plurality of vibration elements of the therapeutic transducer 10T to form a therapeutic transmission beam.
受信ビームフォーマ（受信ＢＦ）１４は、観測用振動子１０Ｄが備える複数の振動素子の各々から得られる受信信号に対して整相加算処理などを施すことにより、観測領域Ｄ内で走査される送信ビームに対応した受信ビームを形成し、受信ビームに沿って得られるエコーデータ（受信信号）を後段の超音波画像形成部２０へ出力する。 The reception beamformer (reception BF) 14 performs transmission that is scanned in the observation region D by performing a phasing addition process or the like on the reception signals obtained from each of the plurality of vibration elements included in the observation transducer 10D. A reception beam corresponding to the beam is formed, and echo data (reception signal) obtained along the reception beam is output to the ultrasonic image forming unit 20 at the subsequent stage.
超音波画像形成部２０は、受信ビームフォーマ１４から得られるエコーデータに基づいて、観測領域Ｄ内を映し出した超音波画像の画像データを形成する。超音波画像としては例えばＢモード画像や３次元画像や直交３断面画像などが好適である。そして、超音波画像形成部２０において形成された画像データに対応した超音波画像が表示部２２に表示される。 The ultrasonic image forming unit 20 forms image data of an ultrasonic image projected within the observation region D based on the echo data obtained from the reception beamformer 14. As the ultrasonic image, for example, a B-mode image, a three-dimensional image, an orthogonal three-section image, or the like is suitable. Then, an ultrasonic image corresponding to the image data formed in the ultrasonic image forming unit 20 is displayed on the display unit 22.
本超音波治療システムでは、超音波画像を利用して治療箇所Ｐの位置が確認され、その確認された治療箇所Ｐの位置をターゲットとして治療用超音波Ｔが送波される。本超音波治療システムを利用するユーザは、例えば、表示部２２に表示される超音波画像を利用して治療箇所Ｐの位置を確認し、操作デバイス３２を操作してその治療箇所Ｐの位置情報を入力する。例えば、操作デバイス３２と表示部２２の機能を一体化させたタッチパネルに表示される超音波画像内において治療箇所Ｐの位置を指定することにより位置情報が入力される。また、トラックボールやマウスなどの操作デバイス３２を操作して、表示部２２の超音波画像内に表示されるカーソル等により治療箇所Ｐの位置を指定して位置情報が入力されてもよい。もちろん、本超音波治療システムが超音波画像に対する画像処理等により治療箇所Ｐの位置を確認して位置情報を得るようにしてもよい。なお、治療箇所Ｐの位置情報としては、例えば、ｘｙｚ直交座標系内における座標値が好適であるものの、ｒθφ走査座標系内における座標値が利用されてもよい。 In this ultrasonic treatment system, the position of the treatment site P is confirmed using an ultrasound image, and the therapeutic ultrasound T is transmitted with the confirmed position of the treatment site P as a target. A user who uses this ultrasonic therapy system, for example, confirms the position of the treatment site P using an ultrasonic image displayed on the display unit 22, operates the operation device 32, and stores the position information of the treatment site P. Enter. For example, position information is input by designating the position of the treatment site P in an ultrasound image displayed on a touch panel in which the functions of the operation device 32 and the display unit 22 are integrated. Alternatively, the operation device 32 such as a trackball or a mouse may be operated to specify the position of the treatment site P using a cursor or the like displayed in the ultrasonic image of the display unit 22 and position information may be input. Of course, the ultrasonic treatment system may confirm the position of the treatment site P by image processing or the like on the ultrasonic image to obtain position information. As the position information of the treatment site P, for example, coordinate values in the xyz orthogonal coordinate system are suitable, but coordinate values in the rθφ scanning coordinate system may be used.
制御部７０は、例えば操作デバイス３２を介して得られる治療箇所Ｐの位置情報に基づいて送信ビームフォーマ１２を制御する。これにより、送信ビームフォーマ１２は、治療箇所Ｐの位置に向けて、例えば治療箇所Ｐの位置を焦点とする送信ビームを形成し、治療用超音波Ｔを送波するように、超音波プローブ１０の治療用振動子１０Ｔを制御する。 The control unit 70 controls the transmission beam former 12 based on the position information of the treatment site P obtained through the operation device 32, for example. Thereby, the transmission beam former 12 forms a transmission beam focused on the position of the treatment site P toward the position of the treatment site P, and transmits the therapeutic ultrasonic wave T, for example, so that the ultrasonic probe 10 is transmitted. The therapeutic transducer 10T is controlled.
上述した本超音波治療システムにおける制御においては、治療箇所Ｐの位置の確認に利用される観測領域Ｄの座標系、つまり観測用振動子１０Ｄを基準とした観測座標系と、治療用超音波Ｔの送信制御に適した座標系、つまり治療用振動子１０Ｔを基準とした治療座標系が利用される。そのため、その制御に先立って、観測座標系と治療座標系の座標系間の座標変換情報などを明らかにしておく必要がある。本超音波治療システムでは、その座標系間の座標変換情報として変換行列を得るにあたって、超音波によって発生するキャビテーションを利用する。 In the control in the ultrasonic treatment system described above, the coordinate system of the observation region D used for confirming the position of the treatment site P, that is, the observation coordinate system based on the observation transducer 10D, and the therapeutic ultrasonic wave T A coordinate system suitable for the transmission control, that is, a treatment coordinate system based on the treatment transducer 10T is used. Therefore, prior to the control, it is necessary to clarify the coordinate conversion information between the observation coordinate system and the treatment coordinate system. In the ultrasonic therapy system, cavitation generated by ultrasonic waves is used to obtain a conversion matrix as coordinate conversion information between coordinate systems.
そこで、本超音波治療システムによるキャビテーションを利用した変換行列の生成について以下に説明する。なお、既に図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。 Therefore, generation of a transformation matrix using cavitation by the ultrasonic therapy system will be described below. 1 is used in the following description for the portion (configuration) already shown in FIG.
図２は、超音波によるキャビテーションの発生を説明するために図である。キャビテーションとは、水などの液体内またはゲル状の媒体内に強力集束超音波を照射することにより負音圧で気泡が発生する現象である。本超音波治療システムでは、治療用超音波Ｔを送波してキャビテーションを発生させる。図２には、治療座標系（ＸＹＺ直交座標系）を利用した制御により、Ｚ軸に沿って焦点Ｆで集束するように超音波ビームを形成して治療用超音波Ｔを送波する例が示されている。キャビテーションは、例えば超音波ビームのビーム軸を中心とした回転体または楕円体となる。 FIG. 2 is a diagram for explaining generation of cavitation due to ultrasonic waves. Cavitation is a phenomenon in which bubbles are generated with negative sound pressure by irradiating intensely focused ultrasonic waves in a liquid such as water or in a gel-like medium. In this ultrasonic treatment system, the therapeutic ultrasonic wave T is transmitted to generate cavitation. FIG. 2 shows an example in which an ultrasonic beam is formed so as to be focused at the focal point F along the Z axis by control using the treatment coordinate system (XYZ orthogonal coordinate system) and the therapeutic ultrasound T is transmitted. It is shown. The cavitation is, for example, a rotating body or an ellipsoid around the beam axis of the ultrasonic beam.
図２（１）は、水中におけるキャビテーションの発生を示している。図２（１）に示すように、水中に向けて焦点Ｆで集束するように超音波ビームを形成して治療用超音波Ｔを送波すると、焦点Ｆの付近に気泡が発生する。その気泡が発生している領域がキャビテーションエリアＣである。水中においては、焦点Ｆで発生した気泡が比較的強力な治療用超音波Ｔの放射圧や放射流により、ビーム方向に沿って深い方に押し流される。 FIG. 2 (1) shows the occurrence of cavitation in water. As shown in FIG. 2A, when an ultrasonic beam is formed so as to be focused at the focal point F toward the water and the therapeutic ultrasonic wave T is transmitted, bubbles are generated in the vicinity of the focal point F. A region where the bubbles are generated is a cavitation area C. In water, bubbles generated at the focal point F are pushed deeper along the beam direction by a relatively strong therapeutic ultrasonic wave T radiation pressure and radiation flow.
一方、図２（２）は、ゲル状の媒体内におけるキャビテーションの発生を示している。ゲル状の媒体内に向けて焦点Ｆで集束するように超音波ビームを形成して治療用超音波Ｔを送波すると、焦点Ｆの付近に気泡が発生する。ゲル状の媒体内では、気泡が流されることなく発生した位置に留まる傾向があるため、図２（２）に示すように、焦点Ｆをほぼ中心として球状に近い回転楕円体のキャビテーションエリアＣが形成される。 On the other hand, FIG. 2 (2) shows the occurrence of cavitation in the gel-like medium. When an ultrasonic beam is formed so as to be focused at the focal point F into the gel-like medium and the therapeutic ultrasonic wave T is transmitted, bubbles are generated in the vicinity of the focal point F. In the gel-like medium, there is a tendency to stay at a position where bubbles are not flown, and therefore, as shown in FIG. It is formed.
このように、水中とゲル状の媒体内では、発生するキャビテーションの状態が異なっている。図１の超音波治療システムでは、治療に先立って、治療用振動子１０Ｔにより治療用超音波Ｔを照射して水中またはゲル状の媒体内でキャビテーションを発生させ、観測用振動子１０Ｄを利用してキャビテーションを含む観測領域Ｄ内からエコーデータを得て、超音波画像形成部２０において形成される超音波画像から、位置特定部３０においてキャビテーションの位置が確認されて焦点Ｆの位置が特定される。まず、比較的容易に位置情報を得ることができるゲル状の媒体（例えばファントム）を利用した位置情報の登録について説明する。 Thus, the state of cavitation that occurs is different between underwater and gel-like media. In the ultrasound treatment system of FIG. 1, prior to treatment, the treatment ultrasonic transducer T is irradiated with the treatment ultrasonic wave T to generate cavitation in water or a gel-like medium, and the observation transducer 10D is used. Echo data is obtained from the observation region D including cavitation, and the position of the cavitation is confirmed by the position specifying unit 30 from the ultrasonic image formed by the ultrasonic image forming unit 20 and the position of the focal point F is specified. . First, registration of position information using a gel-like medium (for example, a phantom) from which position information can be obtained relatively easily will be described.
図３は、ゲル状の媒体内におけるキャビテーションの位置の確認を説明するための図である。キャビテーションの位置の確認には、観測座標系（ｘｙｚ直交座標系）で得られる観測領域Ｄの超音波画像が利用される。例えば、キャビテーションを含んだ三次元領域である観測領域Ｄの超音波画像が形成される。 FIG. 3 is a diagram for explaining confirmation of the position of cavitation in the gel-like medium. For confirmation of the cavitation position, an ultrasonic image of the observation region D obtained in the observation coordinate system (xyz orthogonal coordinate system) is used. For example, an ultrasonic image of the observation region D that is a three-dimensional region including cavitation is formed.
なお、観測用の超音波ビームを立体的に走査してエコーデータを収集すると、図３に示すように、扇型を揺動した立体形状の観測領域Ｄが形成される。この観測領域Ｄから得られるエコーデータに基づいて、例えば補間処理等により、立方体形状のボクセルデータ空間を形成することができる。そこで、本超音波治療システムでは、観測領域Ｄを立方体形状のボクセルデータ空間に変換し、観測座標系として、デカルト座標系（ｘｙｚ直交座標系）を利用する。 When echo data is collected by three-dimensionally scanning an observation ultrasonic beam, a three-dimensional observation region D having a fan shape is formed as shown in FIG. Based on the echo data obtained from the observation region D, a cubic voxel data space can be formed by interpolation processing or the like, for example. Therefore, in this ultrasonic therapy system, the observation region D is converted into a cubic voxel data space, and a Cartesian coordinate system (xyz orthogonal coordinate system) is used as the observation coordinate system.
ゲル状の媒体においては、キャビテーションエリアＣの中心座標が参照点、つまり、焦点Ｆの実測位置とされる。但し、参照点の登録をより正確に実行するために、治療用超音波（強力集束超音波：ＨＩＦＵ）により発生するノイズを除去することが望ましい。 In the gel-like medium, the center coordinate of the cavitation area C is the reference point, that is, the actually measured position of the focal point F. However, in order to more accurately execute reference point registration, it is desirable to remove noise generated by therapeutic ultrasonic waves (high intensity focused ultrasonic waves: HIFU).
図４は、治療用超音波により発生するノイズを説明するための図であり、観測領域Ｄ内において観測される複数のノイズ（Ｎ）の発生例を示している。ノイズとしては、治療用超音波（ＨＩＦＵ）の送波時に観測系に漏れこむ音響的ノイズが支配的であり、従って、観測系の超音波受信ライン方向に細長くなる性状を有する。つまり、図４に示すように、ノイズは、観測用超音波の受信ビーム方向に沿って細長くなる傾向がある。 FIG. 4 is a diagram for explaining noise generated by the therapeutic ultrasonic waves, and shows an example of generation of a plurality of noises (N) observed in the observation region D. FIG. As noise, acoustic noise that leaks into the observation system during the transmission of therapeutic ultrasonic waves (HIFU) is dominant, and thus has a property of becoming elongated in the direction of the ultrasonic reception line of the observation system. That is, as shown in FIG. 4, the noise tends to become elongated along the direction of the reception beam of the observation ultrasonic wave.
そこで、このノイズの細長くなる形状を利用して，例えばモルホロジーフィルタなどの非線形フィルタにより、キャビテーションによる立体画像とノイズの画像とを識別してノイズを取り除くことができる。 Therefore, by using this elongated shape of noise, for example, a non-linear filter such as a morphological filter can be used to discriminate between the three-dimensional image and noise image resulting from cavitation and remove the noise.
なお、音響的ノイズとは別に、それよりも小さな電気的なノイズも混入することがあるものの、この電気的ノイズは、エコーデータの取り込み動作を繰り返して複数のボリュームデータを形成し、複数のボリュームデータ間で平均処理を行うなどして取り除くことができる。または、電気的ノイズは、ある大きさを有する空間フィルタの低周波除去フィルタなどにより取り除くことも可能である。 In addition to acoustic noise, electrical noise smaller than that may be mixed, but this electrical noise repeats the echo data capturing operation to form a plurality of volume data. It can be removed by, for example, averaging between data. Alternatively, the electrical noise can be removed by a low frequency removing filter of a spatial filter having a certain size.
こうして、ノイズを除去した後に、例えば、ユーザが、表示部２２に映し出される観測領域Ｄに関する超音波画像を見ながら、操作デバイス３２を利用して、その超音波画像内においてキャビテーションエリアの中心点を指定することにより、位置特定部３０が、その中心点を参照点（図３における焦点Ｆの実測位置）に設定する。なお、位置特定部３０が、例えば、超音波画像データに対して細線化処理または画像縮退処理等の画像処理技術を適用して、超音波画像データ内においてキャビテーションエリアの中心点を抽出するようにしてもよい。 In this way, after removing the noise, for example, the user uses the operation device 32 while viewing the ultrasonic image related to the observation region D displayed on the display unit 22 to set the center point of the cavitation area in the ultrasonic image. By specifying, the position specifying unit 30 sets the center point as a reference point (measured position of the focus F in FIG. 3). The position specifying unit 30 applies an image processing technique such as thinning processing or image degeneration processing to the ultrasound image data, for example, and extracts the center point of the cavitation area in the ultrasound image data. May be.
次に、水中のキャビテーションを利用した位置情報の登録について説明する。図２（１）に示すように、水中においては、焦点Ｆで発生した気泡が比較的強力な治療用超音波Ｔの放射圧や放射流により深い方に押し流される。つまり、治療用の超音波ビーム上において、キャビテーションエリアＣの中心点から浅い方にずれた位置に、その超音波ビームの焦点Ｆがある。そのため、治療用の超音波ビームのビーム軸の方向を知る必要がある。 Next, registration of position information using underwater cavitation will be described. As shown in FIG. 2A, in water, bubbles generated at the focal point F are pushed deeper by the relatively strong radiation pressure and radiation flow of the therapeutic ultrasonic waves T. That is, the focal point F of the ultrasonic beam is located at a position shifted from the center point of the cavitation area C in a shallower direction on the therapeutic ultrasonic beam. Therefore, it is necessary to know the direction of the beam axis of the therapeutic ultrasonic beam.
図５は、水中におけるキャビテーションの位置の確認を説明するための図である。図５には、観測座標系（ｘｙｚ直交座標系）と治療座標系（ＸＹＺ直交座標系）が示されている。図１に示す超音波プローブ１０においては、治療用振動子１０Ｔの原点位置と観測用振動子１０Ｄの原点位置が近接している（望ましくは一致している）ものの、図５には、観測座標系（ｘｙｚ直交座標系）と治療座標系（ＸＹＺ直交座標系）の原点位置が比較的離れた場合の例を示している。本超音波治療システムによれば、例えば図５に示すように観測座標系と治療座標系の原点位置が比較的離れた場合であっても、座標系間の対応関係を明らかにすることができる。 FIG. 5 is a diagram for explaining confirmation of the position of cavitation in water. FIG. 5 shows an observation coordinate system (xyz orthogonal coordinate system) and a treatment coordinate system (XYZ orthogonal coordinate system). In the ultrasonic probe 10 shown in FIG. 1, although the origin position of the therapeutic transducer 10T and the origin location of the observation transducer 10D are close (preferably coincident), FIG. An example in which the origin positions of the system (xyz orthogonal coordinate system) and the treatment coordinate system (XYZ orthogonal coordinate system) are relatively separated from each other is shown. According to the present ultrasonic treatment system, for example, as shown in FIG. 5, even when the origin positions of the observation coordinate system and the treatment coordinate system are relatively separated from each other, the correspondence between the coordinate systems can be clarified. .
治療用振動子１０Ｔを基準とした治療座標系と観測用振動子１０Ｄを基準とした観測座標系との間の対応関係が明らかになる前においては、観測系において、治療用超音波（ＨＩＦＵ）がどの方向から照射されたのかが未知である。そこで、治療用超音波の照射方向が以下の手順で確認される。 Before the correspondence between the treatment coordinate system based on the therapeutic transducer 10T and the observation coordinate system based on the observation transducer 10D becomes clear, therapeutic ultrasound (HIFU) is used in the observation system. It is unknown from which direction the was irradiated. Therefore, the irradiation direction of therapeutic ultrasonic waves is confirmed by the following procedure.
図６は、治療用超音波の照射方向の確認手順を説明するための図である。まず、治療用振動子１０Ｔにより第１の治療用超音波を送波してキャビテーションを発生させ、観測用振動子１０Ｄを利用した観測系においてそのキャビテーションの中心である点ａの座標を確認して記録する。なお、第１の治療用超音波は、例えば、治療用振動子１０Ｔの振動子面の中心（原点）からその振動子面に対して垂直な超音波ビーム方向に送波される。 FIG. 6 is a diagram for explaining a procedure for confirming the irradiation direction of therapeutic ultrasonic waves. First, the first treatment ultrasonic wave is transmitted by the treatment transducer 10T to generate cavitation, and the coordinates of the point a that is the center of the cavitation in the observation system using the observation transducer 10D are confirmed. Record. The first therapeutic ultrasonic wave is transmitted, for example, in the ultrasonic beam direction perpendicular to the transducer surface from the center (origin) of the transducer surface of the therapeutic transducer 10T.
次に、点ａと治療用振動子１０Ｔの中心（原点）とを結ぶ直線に沿って、つまり第１の治療用超音波と同一の超音波ビーム方向で、第１の治療用超音波とは異なる焦点に、第２の治療用超音波を送波する。そして、第２の治療用超音波によりキャビテーションを発生させ、観測用振動子１０Ｄを利用した観測系においてそのキャビテーションの中心である点ｂの座標を確認して記録する。 Next, what is the first therapeutic ultrasonic wave along a straight line connecting the point a and the center (origin) of the therapeutic transducer 10T, that is, in the same ultrasonic beam direction as the first therapeutic ultrasonic wave? A second therapeutic ultrasound is transmitted to a different focal point. Then, cavitation is generated by the second therapeutic ultrasonic wave, and the coordinates of the point b which is the center of the cavitation are confirmed and recorded in the observation system using the observation transducer 10D.
点ａと点ｂは同一の超音波ビーム上の２点であるため、観測系において例えば位置特定部３０が点ａと点ｂを通る直線を確認することにより、治療系において例えば送信ビームフォーマ１２により設定された超音波ビーム方向を知ることができる。 Since the point a and the point b are two points on the same ultrasonic beam, for example, the position specifying unit 30 confirms a straight line passing through the points a and b in the observation system. The ultrasonic beam direction set by can be known.
なお、参照点（焦点の実測位置）を手動登録する場合には、超音波画像内にその超音波ビーム方向（ビーム軸）を例えば直線で表示し、ユーザに治療用超音波ビームの照射方向を知らせることができる。ユーザはそれを参考に、例えばキャビテーションエリアの境界で、最も治療用振動子に近い点、つまり図６に示す点Ａと点Ｂを参照点として装置に登録する。こうして、第１の治療用超音波の焦点の実測位置（参照点）である点Ａと、第２の治療用超音波の焦点の実測位置（参照点）である点Ｂが登録される。 When manually registering the reference point (measured position of the focal point), the ultrasonic beam direction (beam axis) is displayed, for example, as a straight line in the ultrasonic image, and the irradiation direction of the therapeutic ultrasonic beam is indicated to the user. I can inform you. For example, the user registers the points closest to the therapeutic transducer at the boundary of the cavitation area, that is, points A and B shown in FIG. 6 as reference points in the apparatus. Thus, the point A that is the actual measurement position (reference point) of the focus of the first therapeutic ultrasound and the point B that is the actual measurement position (reference point) of the focus of the second therapeutic ultrasound are registered.
また、参照点（焦点の実測位置）を自動登録する場合には、観測系において例えば位置特定部３０が点ａと点ｂを通る直線（ビーム方向）に沿って並ぶエコーデータ（ボクセルデータ）の強度を確認する。 When the reference point (actually measured position of the focal point) is automatically registered, for example, echo data (voxel data) arranged along the straight line (beam direction) through which the position specifying unit 30 passes through the point a and the point b in the observation system. Check strength.
図７は、ビーム方向に沿って並ぶエコーデータの強度を示す図であり、図６の点ａと点ｂを通る直線に沿って並んだエコーデータの強度（輝度値）を示している。図７の横軸は観測系において確認された治療用超音波ビーム方向（ビーム軸）であり、図７の縦軸にはビーム上の各位置におけるエコーデータの強度が示されている。図７において、治療用振動子は原点側（左側）に存在することになる。 FIG. 7 is a diagram showing the intensity of the echo data arranged along the beam direction, and shows the intensity (luminance value) of the echo data arranged along the straight line passing through the points a and b in FIG. The horizontal axis of FIG. 7 is the therapeutic ultrasonic beam direction (beam axis) confirmed in the observation system, and the vertical axis of FIG. 7 shows the intensity of echo data at each position on the beam. In FIG. 7, the therapeutic transducer is present on the origin side (left side).
図７に示すように、エコーデータの強度（輝度値）の高い山が２つ現れている。これらは、第１の治療用超音波と第２の治療用超音波により発生したキャビテーションに対応している。そこで、例えば位置特定部３０は、それぞれの山の値を左側（原点側）から探索し、最初に閾値を超える箇所をキャビテーション画像の境界位置と定義する。そして、その境界位置を参照点として登録する。つまり、第１の治療用超音波の焦点の実測位置として点Ａが登録され、第２の治療用超音波の焦点の実測位置として点Ｂが登録される。 As shown in FIG. 7, two peaks with high echo data intensity (luminance values) appear. These correspond to cavitation generated by the first therapeutic ultrasonic wave and the second therapeutic ultrasonic wave. Therefore, for example, the position specifying unit 30 searches each mountain value from the left side (origin side), and first defines a location exceeding the threshold as the boundary position of the cavitation image. Then, the boundary position is registered as a reference point. That is, the point A is registered as the actual measurement position of the focal point of the first therapeutic ultrasonic wave, and the point B is registered as the actual measurement position of the focal point of the second therapeutic ultrasonic wave.
また、治療系においては、例えば送信ビームフォーマ１２は、自身の座標系である治療座標系の原点Ｓと焦点の設定位置を知っているため、例えば、第１の治療用超音波の焦点の設定位置（点Ａに対応する）から治療座標系の原点Ｓまでの距離Ａを算出し、位置特定部３０に提供する。これにより、位置特定部３０は、焦点の実測位置である点Ａから、原点方向に向かって距離Ａだけ離れた位置に、治療座標系の原点Ｓがあること知ることができる。 In the treatment system, for example, the transmission beamformer 12 knows the origin S of the treatment coordinate system, which is its own coordinate system, and the setting position of the focus. A distance A from the position (corresponding to the point A) to the origin S of the treatment coordinate system is calculated and provided to the position specifying unit 30. As a result, the position specifying unit 30 can know that the origin S of the treatment coordinate system is at a position away from the point A, which is the actual measurement position of the focal point, by the distance A toward the origin.
以上の手順により、観測系において、治療座標系の原点Ｓの位置と、第１と第２の治療用超音波のビーム軸（ビーム方向）と、そのビーム軸上の参照点である点Ａと点Ｂの座標を確認することができる。 By the above procedure, in the observation system, the position of the origin S of the treatment coordinate system, the beam axes (beam directions) of the first and second treatment ultrasonic waves, and the point A which is a reference point on the beam axis, The coordinates of the point B can be confirmed.
さらに、第１と第２の治療用超音波とは異なるビーム方向において、第３の治療用超音波を送波してキャビテーションを発生させ、さらに、第３の治療用超音波と同じビーム方向に第４の治療用超音波を送波してキャビテーションを発生させることにより、上述した点Ａと点Ｂの確認と同様な手順により、第３の治療用超音波に関する焦点の実測位置（点Ｃ）と、第４の治療用超音波の焦点に関する実測位置（点Ｄ）を登録することができる。なお、参照点である点Ｃと点Ｄを次のように登録することもできる。 Furthermore, in the beam direction different from the first and second therapeutic ultrasonic waves, the third therapeutic ultrasonic wave is transmitted to generate cavitation, and further, in the same beam direction as the third therapeutic ultrasonic wave. By transmitting the fourth therapeutic ultrasonic wave to generate cavitation, the focus measurement position (point C) with respect to the third therapeutic ultrasonic wave is obtained in the same procedure as the confirmation of the points A and B described above. And the actual measurement position (point D) regarding the focus of the fourth therapeutic ultrasonic wave can be registered. In addition, the point C and the point D which are reference points can also be registered as follows.
図８は、点Ｃと点Ｄの別の登録例を示す図である。図６、図７を利用して説明したように、第１と第２の治療用超音波により治療座標系の原点Ｓを確認することができる。そのため、第３の治療用超音波の送波により発生するキャビテーションの中心位置ｃと原点Ｓとを結ぶことにより、第３の治療用超音波のビーム方向を知ることができる。ビーム方向が分かれば、中心位置ｃからビーム方向に沿って原点Ｓ側にある参照点Ｃを確認することができる。また、第３の治療用超音波とは異なる方向に第４の治療用超音波を送波してキャビテーションを発生させ、その中心位置ｄと原点Ｓとを結ぶことにより、第４の治療用超音波のビーム方向を知り、中心位置ｄからビーム方向に沿って原点Ｓ側にある参照点Ｄを確認することができる。 FIG. 8 is a diagram illustrating another example of registration of points C and D. In FIG. As described with reference to FIGS. 6 and 7, the origin S of the treatment coordinate system can be confirmed by the first and second treatment ultrasonic waves. Therefore, the beam direction of the third therapeutic ultrasonic wave can be known by connecting the center position c of the cavitation generated by the transmission of the third therapeutic ultrasonic wave and the origin S. If the beam direction is known, the reference point C on the origin S side from the center position c along the beam direction can be confirmed. Further, the fourth therapeutic ultrasonic wave is transmitted in a direction different from that of the third therapeutic ultrasonic wave to generate cavitation, and the center position d and the origin S are connected to each other, whereby the fourth therapeutic ultrasonic wave is obtained. Knowing the beam direction of the sound wave, the reference point D on the origin S side can be confirmed along the beam direction from the center position d.
これにより、例えば図８に示すように、４つの参照点として点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄを観測系において登録することができる。なお、４つの参照点を登録するにあたっては、逐次登録法と一括登録法がある。 Thereby, for example, as shown in FIG. 8, points A, B, C and D can be registered in the observation system as four reference points. In registering four reference points, there are a sequential registration method and a batch registration method.
逐次登録法では、第１から第４の治療用超音波が順次送波され、各治療用超音波ごとにキャビテーションの中心位置である点ａ，点ｂ，点ｃ，点ｄが次々に確認されて、点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄの４つの参照点が次々に登録される。 In the sequential registration method, the first to fourth therapeutic ultrasonic waves are sequentially transmitted, and the point a, the point b, the point c, and the point d, which are the center positions of the cavitation, are sequentially confirmed for each therapeutic ultrasonic wave. Thus, four reference points, point A, point B, point C, and point D, are registered one after another.
一括登録法では、第１から第４の治療用超音波が同時にまたは高速に切り替えて送波され、つまり第１から第４の治療用超音波が一括的に送波され、４つのキャビテーションを発生させ、４つのキャビテーションの中心位置である点ａ，点ｂ，点ｃ，点ｄが一括的に確認されて、点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄの４つの参照点が一括登録される。 In the batch registration method, the first to fourth therapeutic ultrasonic waves are transmitted at the same time or at a high speed, that is, the first to fourth therapeutic ultrasonic waves are transmitted in a batch to generate four cavitations. The points a, b, c, and d, which are the center positions of the four cavitations, are collectively confirmed, and the four reference points of points A, B, C, and D are registered collectively. .
こうして、例えば位置特定部３０において４つの参照点の位置が確認されると、それら４つの参照点の観測座標系における座標値が座標情報登録部４０に登録される。そして、登録された４つの参照点の座標値に基づいて、変換行列生成部５０が、観測座標系と治療座標系の間の変換行列を生成する。そこで、以下にその変換行列の生成処理について説明する。なお、逐次登録法と一括登録法とにおいて変換行列の生成処理が異なるため、それぞれの生成処理について説明する。 Thus, for example, when the positions of the four reference points are confirmed in the position specifying unit 30, the coordinate values of the four reference points in the observation coordinate system are registered in the coordinate information registration unit 40. Then, based on the registered coordinate values of the four reference points, the conversion matrix generation unit 50 generates a conversion matrix between the observation coordinate system and the treatment coordinate system. Therefore, the conversion matrix generation process will be described below. Note that since the conversion matrix generation process differs between the sequential registration method and the batch registration method, each generation process will be described.
＜逐次登録法における変換行列の生成＞
観測用振動子１０Ｄを基準とした観測座標系により特定される座標値と、治療用振動子１０Ｔを基準とした治療座標系により特定される座標値は、互いに１対１に対応する単写の関係にある。したがって、それら両座標系間の対応関係を規定する変換行列を得ることができれば、観測座標系において指定された位置の情報から、治療座標系におけるその位置に対応した座標を知ることができる。もちろん治療座標系における位置の情報から観測座標系におけるその位置に対応した座標を知ることもできる。
<Generation of transformation matrix in sequential registration method>
The coordinate value specified by the observation coordinate system with reference to the observation transducer 10D and the coordinate value specified by the treatment coordinate system with reference to the treatment transducer 10T are in a single copy corresponding to each other. There is a relationship. Therefore, if a transformation matrix that defines the correspondence between the two coordinate systems can be obtained, the coordinates corresponding to the position in the treatment coordinate system can be known from the information on the position specified in the observation coordinate system. Of course, coordinates corresponding to the position in the observation coordinate system can be obtained from the position information in the treatment coordinate system.
逐次登録法においては、第１から第４の治療用超音波をそれぞれの焦点の設定位置に向けて送波し、それぞれの焦点の実測位置である参照点（点Ａ〜点Ｄ）が確認され、各焦点ごとに設定位置と実測位置との対応関係が例えば次のように登録される。 In the sequential registration method, the first to fourth therapeutic ultrasonic waves are transmitted toward the set positions of the respective focal points, and the reference points (points A to D) that are actually measured positions of the respective focal points are confirmed. For each focus, the correspondence between the set position and the actually measured position is registered as follows, for example.
点Ａについて、設定位置（ＸＡ，ＹＡ，ＺＡ）、実測位置（ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ）
点Ｂについて、設定位置（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）、実測位置（ｘＢ，ｙＢ，ｚＢ）
点Ｃについて、設定位置（ＸＣ，ＹＣ，ＺＣ）、実測位置（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）
点Ｄについて、設定位置（ＸＤ，ＹＤ，ＺＤ）、実測位置（ｘＤ，ｙＤ，ｚＤ）
For point A, set position (X A , Y A , Z A ), measured position (x A , y A , z A )
For point B, the set position (X B , Y B , Z B ), the measured position (x B , y B , z B )
For point C, set position (X C , Y C , Z C ), measured position (x C , y C , z C )
For point D, set position (X D , Y D , Z D ), measured position (x D , y D , z D )
観測座標系から治療座標系への変換行列[Ｔ]として、アフィン変換行列を用いると、点Ａに関する対応関係、つまり治療座標系の設定位置と観測座標系の実測位置の対応関係は次式のように表現できる。 When an affine transformation matrix is used as the transformation matrix [T] from the observation coordinate system to the treatment coordinate system, the correspondence relationship with respect to point A, that is, the correspondence relationship between the setting position of the treatment coordinate system and the actual measurement position of the observation coordinate system is It can be expressed as follows.
変換行列[Ｔ]が特定できれば、観測座標系から治療座標系への座標変換が可能になる。三次元空間（三次元座標系）に関する変換行列[Ｔ]は、同一平面上に同時に存在することがない４点を用いることで特定することができる。そのため、点Ａ〜点Ｄの４点は同一平面上に同時に存在しないように登録される。そして、それら４点に関する対応関係から、変換行列[Ｔ]に関する次式が得られる。 If the transformation matrix [T] can be specified, coordinate transformation from the observation coordinate system to the treatment coordinate system becomes possible. The transformation matrix [T] regarding the three-dimensional space (three-dimensional coordinate system) can be specified by using four points that do not exist simultaneously on the same plane. Therefore, the four points A to D are registered so as not to exist simultaneously on the same plane. Then, from the correspondence relationship regarding these four points, the following expression regarding the transformation matrix [T] is obtained.
数２式において、行列[Ｕ]は点Ａ〜点Ｄの実測位置の座標値で構成される正方行列であり、行列[Ｈ]は点Ａ〜点Ｄの設定位置の座標値で構成される正方行列であり、さらに、変換行列[Ｔ]も正方行列で定義されている。 In Equation 2, the matrix [U] is a square matrix composed of the coordinate values of the measured positions of the points A to D, and the matrix [H] is composed of the coordinate values of the set positions of the points A to D. It is a square matrix, and the transformation matrix [T] is also defined by a square matrix.
数２式の両辺に行列[Ｕ]の逆行列[Ｕ]−１を左側から乗算すると、次式のとおり、変換行列[Ｔ]を算出することができる。 By multiplying both sides of Equation 2 by the inverse matrix [U] −1 of the matrix [U] from the left side, the transformation matrix [T] can be calculated as shown in the following equation.
数３式では、逆行列[Ｕ]−１を利用しているが、逆行列[Ｕ]−１が成立するためには、行列[Ｕ]が正則行列であることが条件となる。つまり、行列[Ｕ]を構成する４つの参照点の座標が一次独立であることが条件となる。そして、４つの参照点の座標が一次独立であるという数学的な条件は、４点が同一平面内に存在してはならないという物理的な条件と等価である。 In Equation 3, the inverse matrix [U] −1 is used. However, in order for the inverse matrix [U] −1 to be established, the condition is that the matrix [U] is a regular matrix. That is, the condition is that the coordinates of the four reference points constituting the matrix [U] are linearly independent. The mathematical condition that the coordinates of the four reference points are linearly independent is equivalent to the physical condition that the four points must not be in the same plane.
そこで、本超音波治療システムでは、位置特定部３０において同一平面内に存在しない４つの参照点の位置が確認され、それら４つの参照点に関する設定位置と実測位置の対応関係が座標情報登録部４０に登録され、変換行列生成部５０が、例えば数３式に基づいて変換行列[Ｔ]を特定する。 Therefore, in this ultrasonic therapy system, the position specifying unit 30 confirms the positions of the four reference points that do not exist in the same plane, and the coordinate information registration unit 40 indicates the correspondence between the set positions and the actually measured positions regarding the four reference points. The conversion matrix generation unit 50 specifies the conversion matrix [T] based on, for example, Equation 3.
なお、変換行列[Ｔ]は、理論的には、同一平面内に存在しない４点のみから特定することができるものの、観測系における誤差等を考慮すると、４点による変換行列[Ｔ]の特定を複数回に亘って実行して、複数回に亘って得られる複数の変換行列[Ｔ]を加算平均処理し、加算平均処理後の変換行列[Ｔ]を利用することが望ましい。 Theoretically, the transformation matrix [T] can be identified from only four points that do not exist in the same plane, but considering the error in the observation system, etc., the transformation matrix [T] is identified by four points. It is desirable to execute a plurality of times, perform a plurality of conversion matrices [T] obtained over a plurality of times, and use the conversion matrix [T] after the addition average processing.
また、例えば、上述した点Ａ〜点Ｄの４点に加えて、それらとは異なる点Ｅ，点Ｆ，点Ｇについての設定位置と実測位置を登録し、点Ａ〜点Ｇの７点から４点のグループを選択することにより、次式に示すとおり３５通りの選択が可能になる。 Further, for example, in addition to the four points A to D described above, registered positions and measured positions for points E, F, and G different from those are registered, and from the seven points A to G By selecting a group of 4 points, 35 types of selection are possible as shown in the following equation.
そこで、例えばこの３５通りのグループの各々から変換行列[Ｔ]を算出し、これにより得られる３５個の変換行列[Ｔ]を加算平均処理し、加算平均処理後の変換行列[Ｔ]を利用するようにしてもよい。 Therefore, for example, a transformation matrix [T] is calculated from each of the 35 groups, and 35 transformation matrices [T] obtained thereby are subjected to an averaging process, and the transformation matrix [T] after the averaging process is used. You may make it do.
逐次登録法によれば、治療座標系と観測座標系の間の変換行列を比較的容易に算出することができる。なお、逐次登録法における参照点（焦点の実測位置）の設定においては、水中のキャビテーションとゲル状媒体内のキャビテーションのいずれを利用してもよい。また、逐次登録法における参照点の設定においては、ユーザが参照点を指定するマニュアル設定と位置特定部３０が参照点を探索する自動設定のいずれを利用してもよい。 According to the sequential registration method, a transformation matrix between the treatment coordinate system and the observation coordinate system can be calculated relatively easily. In setting the reference point (measured position of the focal point) in the sequential registration method, either underwater cavitation or cavitation in the gel-like medium may be used. Moreover, in the reference point setting in the sequential registration method, either manual setting in which the user designates the reference point or automatic setting in which the position specifying unit 30 searches for the reference point may be used.
＜一括登録法における変換行列の生成＞
一括登録法においては、第１から第４の治療用超音波が一括的に送波され、点Ａ〜点Ｄの４つの参照点が一括的に確認される。そのため、観測座標系で確認された４つの参照点つまり４つの実測位置の各々が、治療座標系における４つの設定位置のうちのどの設定位置に対応しているのかが不明となる。
<Generation of transformation matrix in batch registration method>
In the collective registration method, the first to fourth therapeutic ultrasonic waves are transmitted in a lump, and the four reference points A to D are collectively confirmed. For this reason, it is unclear to which set position of the four set positions in the treatment coordinate system each of the four reference points confirmed in the observation coordinate system, that is, the four actually measured positions.
したがって、逐次登録法の場合における数２式のように１通りの関係式が定まらず、点Ａ〜点Ｄに関する４つの設定位置と４つの実測位置の組み合わせ数である４！＝２４通りの関係式が得られる。つまり、２４通りの写像に対応した２４通りの変換行列[Ｔ]が存在し、そのうちのいずれが４点の正確な対応関係を示した真の変換行列[Ｔ]なのかが不明となる。そこで、複数の（例えば２４通りの）変換行列[Ｔ]の中から真の変換行列[Ｔ]を探し出すために次の試行を行う。 Therefore, one type of relational expression is not determined like Expression 2 in the case of the sequential registration method, and is the number of combinations of the four set positions and the four actually measured positions regarding the points A to D! 4! = 24 relational expressions are obtained. In other words, there are 24 transformation matrices [T] corresponding to 24 mappings, and it is unclear which one is a true transformation matrix [T] showing an exact correspondence of four points. Therefore, the next trial is performed to find the true transformation matrix [T] from a plurality of (for example, 24) transformation matrices [T].
ここでの試行とは、一括的に発生させた４つのキャビテーションに基づいて登録される４つの設定位置と４つの実測位置の組み合わせから考えられる２４通りの変換行列からなる変換行列群を得ることである。そして、４つのキャビテーションの位置を変えつつ、複数回に亘ってその試行を繰り返す。そこで、例えばＮ回（Ｎは自然数）に亘って試行が繰り返されてｎ回目（ｎは自然数：１≦ｎ≦Ｎ）に得られる変換行列群（１〜２４の変換行列[Ｔ]）を次式のように表現することにする。 The trial here is to obtain a transformation matrix group consisting of 24 transformation matrices that can be considered from combinations of four set positions registered based on four cavitations generated collectively and four actually measured positions. is there. The trial is repeated a plurality of times while changing the positions of the four cavitations. Therefore, for example, after the trial is repeated N times (N is a natural number), the conversion matrix group (conversion matrix [T] of 1 to 24) obtained at the nth time (n is a natural number: 1 ≦ n ≦ N) It will be expressed as an expression.
図９は、複数の試行の各々で得られる変換行列群の具体例を示す図である。図９には、１回目からＮ回目までの各試行ごとに得られる、写像１から写像２４までの２４通りの変換行列からなる変換行列群が示されている。各試行ごとに、その変換行列群に含まれる写像１から写像２４までの変換行列の中に１つだけ真の変換行列[Ｔ]が存在する。図９において、各変換行列群のうち、真の変換行列[Ｔ]の背景にハッチングが施されている。例えば、１回目の試行においては写像１が真の変換行列[Ｔ]であり、２回目の試行においては写像３が真の変換行列[Ｔ]であり、３回目の試行においては写像２４が真の変換行列[Ｔ]である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a specific example of a transformation matrix group obtained in each of a plurality of trials. FIG. 9 shows a transformation matrix group composed of 24 transformation matrices from mapping 1 to mapping 24 obtained for each trial from the first time to the Nth time. For each trial, there is only one true transformation matrix [T] among the transformation matrices from mapping 1 to mapping 24 included in the transformation matrix group. In FIG. 9, the background of the true transformation matrix [T] among the transformation matrix groups is hatched. For example, mapping 1 is a true transformation matrix [T] in the first trial, mapping 3 is a true transformation matrix [T] in the second trial, and mapping 24 is true in the third trial. The transformation matrix [T].
複数の試行において得られる複数の真の変換行列[Ｔ]は、同じ観測座標系と同じ治療座標系の間の変換行列であるため、理論上は完全に一致することになる。しかし、各試行ごとに観測時の誤差なども含まれるため、複数の試行から得られる複数の真の変換行列[Ｔ]は完全に一致するとは限らない。但し、複数の真の変換行列[Ｔ]は、互いに近似した値の行列となる。 Since a plurality of true transformation matrices [T] obtained in a plurality of trials are transformation matrices between the same observation coordinate system and the same treatment coordinate system, they completely coincide in theory. However, since an error at the time of observation is included for each trial, a plurality of true transformation matrices [T] obtained from a plurality of trials do not always coincide completely. However, the plurality of true transformation matrices [T] are matrices having values approximate to each other.
そこで、本超音波治療システムでは、変換行列群の中から真の変換行列[Ｔ]を得るにあたり、複数の試行に亘って得られる複数の変換行列群の中から、互いに近似した変換行列を抽出する。互いに似た変換行列を選ぶために、変換行列同士の距離を以下に説明するように定義して、距離の短い行列同士を真の変換行列[Ｔ]の候補とする。 Therefore, in this ultrasonic therapy system, in order to obtain a true transformation matrix [T] from the transformation matrix group, conversion matrices approximate to each other are extracted from a plurality of transformation matrix groups obtained over a plurality of trials. To do. In order to select transformation matrices that are similar to each other, the distance between the transformation matrices is defined as described below, and the matrices with short distances are regarded as true transformation matrix [T] candidates.
まず、各変換行列を１２次元ベクトルと見なして、次式のように、変換行列間距離を１２次元空間におけるユークリッド距離として定義する。次式で定義される距離ｄは、ｎ回目の試行で得られたｍ個目の変換行列と、ｐ回目（ｎ≠ｐ）の試行で得られたｒ個目の変換行列との間における変換行列間距離である。 First, each transformation matrix is regarded as a 12-dimensional vector, and the distance between transformation matrices is defined as the Euclidean distance in the 12-dimensional space as in the following equation. The distance d defined by the following equation is a transformation between the m-th transformation matrix obtained in the n-th trial and the r-th transformation matrix obtained in the p-th (n ≠ p) trial. This is the inter-matrix distance.
各変換行列は４行４列の１６次元ベクトルになるが、アフィン変換行列では、最も右側の列の係数はゼロと１に固定されているため、各変換行列を特徴づける有効な係数は１２個であり、１２次元ベクトルで十分である。 Each transformation matrix is a 16-dimensional vector of 4 rows and 4 columns, but in the affine transformation matrix, the rightmost column coefficient is fixed at zero and 1, so there are 12 effective coefficients that characterize each transformation matrix. A 12-dimensional vector is sufficient.
例えば、図９に示した具体例において、１回目と２回目の試行から得られる変換行列群の組み合わせの中で、１回目の試行における写像１と２回目の試行における写像３から得られる変換行列の組み合わせの距離が最小となる。この最小の距離となる変換行列対を見つけるために、１回目と２回目の変換行列群から得られる全ての変換行列対の距離を算出し、算出した距離を小さい（短い）ものから順に並べて「距離１」「距離２」・・・と名前を付ける。例えば、図９の具体例においては、各試行ごとに２４個の変換行列が得られるため、２４Ｃ２＝２７６通りの変換行列対があり、従って「距離２７６」までの値が得られることになる。 For example, in the specific example shown in FIG. 9, the transformation matrix obtained from mapping 1 in the first trial and mapping 3 in the second trial among the combinations of transformation matrices obtained from the first and second trials. The distance of the combination of is the smallest. In order to find the transformation matrix pair having the minimum distance, the distances of all transformation matrix pairs obtained from the first and second transformation matrix groups are calculated, and the calculated distances are arranged in order from the smallest (shortest). Name them “distance 1”, “distance 2”,. For example, in the specific example of FIG. 9, since 24 transformation matrices are obtained for each trial, there are 24 C 2 = 276 transformation matrix pairs, so that values up to “distance 276” are obtained. Become.
図１０は、変換行列間距離の算出結果の具体例を示す図である。図１０において、試行間１は、１回目と２回目の変換行列群の組み合わせから得られる距離を小さいものから順に縦に並べた結果である。なお、距離は数６式に基づいて得られる。試行間２は、１回目と３回目の変換行列群の組み合わせから得られる距離を示している。試行がＮ回であるならば、ＮＣ２通りの試行間が得られる。例えば、試行が８回であると、８Ｃ２＝２８通りであり、試行間２８まで得られることになる。図１０に示す結果を「試行間距離表」と呼ぶことにする。 FIG. 10 is a diagram illustrating a specific example of the calculation result of the distance between the transformation matrices. In FIG. 10, the interval 1 between trials is the result of vertically arranging the distances obtained from the combination of the first and second transformation matrix groups in ascending order. The distance is obtained based on the equation (6). Between trials 2 indicates the distance obtained from the combination of the first and third transformation matrix groups. If there are N trials, N C two trials are obtained. For example, if there are 8 trials, 8 C 2 = 28 ways, and 28 trials can be obtained. The result shown in FIG. 10 will be referred to as an “inter-trial distance table”.
図１１は、変換行列間距離の算出結果をグラフ化した図である。図１１の＜Ａ＞は、横軸に変換行列間距離の値を示して縦軸に試行間の組み合わせを示したグラフである。図１１の＜Ａ＞において、縦軸の（ｎ，ｐ）はｎ回目の試行とｐ回目の試行の組み合わせを示しており、各組み合わせ（ｎ，ｐ）ごとに、その組み合わせの変換行列群から得られる変換行列間距離の値が、小さいものから順に横軸方向に沿って並べられている。 FIG. 11 is a graph showing the calculation result of the distance between the transformation matrices. <A> in FIG. 11 is a graph in which the horizontal axis indicates the value of the distance between the transformation matrices and the vertical axis indicates the combination between trials. In <A> of FIG. 11, (n, p) on the vertical axis indicates a combination of the n-th trial and the p-th trial, and for each combination (n, p), from the transformation matrix group of the combination. The obtained values of the distance between the transformation matrices are arranged along the horizontal axis in order from the smallest.
治療座標系と観測座標系との間の幾何学的な関係を不変としつつ複数回に亘って試行を行えば、各試行ごとに得られる変換行列群の中に必ず真の変換行列が存在するため、試行間において算出される変換行列間距離が０（ゼロ）となる変換行列対が存在し、その変換行列対が真の変換行列であることが分かる。但し、実際に得られる試行の結果においては観測誤差などの影響があり、変換行列間距離が正確に０（ゼロ）とならない場合がある。 If trials are performed multiple times while keeping the geometric relationship between the treatment coordinate system and the observation coordinate system unchanged, there is always a true transformation matrix in the transformation matrix group obtained for each trial. Therefore, it can be seen that there is a transformation matrix pair in which the distance between transformation matrices calculated between trials is 0 (zero), and the transformation matrix pair is a true transformation matrix. However, the actually obtained trial results are affected by observation errors and the like, and the distance between transformation matrices may not be exactly 0 (zero).
そこで、本超音波治療システムでは、図１１の＜Ｂ＞に示すように、変換行列間距離に関するヒストグラムを形成し、試行間距離の小さい方から最初に頻度が高くなる（例えば最初に極大になる）距離に対応した変換行列対を真の変換行列に選定する。 Therefore, in the present ultrasonic treatment system, as shown in <B> of FIG. 11, a histogram relating to the distance between the transformation matrices is formed, and the frequency increases first from the one with the smaller distance between trials (for example, the maximum first becomes the maximum). ) Select a transformation matrix pair corresponding to the distance as a true transformation matrix.
ヒストグラムを作成する理由は、行列の係数に含まれるノイズが互いに打ち消し合うことにより変換行列間距離が最小となる行列対がまれに発生する可能性があり、その行列対を真の変換行列と誤認してしまうことを避けるためである。但し、ノイズに伴って距離が最小となる行列対の発生確率は小さいため、ヒストグラムの頻度の高いものを選定することにより、真の変換行列を抽出することができる。 The reason for creating the histogram is that there is a possibility that a matrix pair that minimizes the distance between the transformation matrices may occur due to the noises contained in the matrix coefficients canceling each other, and the matrix pair is mistakenly recognized as a true transformation matrix. This is to avoid this. However, since the probability of occurrence of a matrix pair whose distance is minimized with noise is small, a true transformation matrix can be extracted by selecting a histogram with a high frequency.
なお、乱数間の距離のヒストグラムは乱数の中央値を中心とするガウス分布となることが知られているため、変換行列間距離のヒストグラムにおいても２つの山が形成される可能性もある。そこで、本超音波治療システムでは、変換行列間距離の小さい方の山（例えば極大値）を真の変換行列としている。 Since the histogram of the distance between random numbers is known to have a Gaussian distribution centered on the median value of random numbers, two peaks may also be formed in the histogram of the distance between transformation matrices. Therefore, in this ultrasonic therapy system, a mountain having a smaller distance between conversion matrices (for example, a maximum value) is set as a true conversion matrix.
真の変換行列に対応した変換行列対が選定されたならば、それら変換行列対を構成する２つの変換行列の全てに関する、行列係数同士の平均値または中央値を算出し、真の変換行列の係数とする。真の変換行列の係数を算出する具体例を示すと次のようになる。 If a transformation matrix pair corresponding to the true transformation matrix is selected, an average value or median value of matrix coefficients for all of the two transformation matrices constituting the transformation matrix pair is calculated, and the true transformation matrix It is a coefficient. A specific example of calculating the coefficient of the true transformation matrix is as follows.
変換行列間距離は、数６式で定義される距離ｄであり、ｎ回目の試行で得られたｍ個目の変換行列と、ｐ回目（ｎ≠ｐ）の試行で得られたｒ個目の変換行列との間における変換行列間距離である。そこで、ｎ回目の試行で得られたｍ個目の変換行列と、ｐ回目の試行で得られたｒ個目の変換行列を、それぞれ次のように表現する。 The distance between the transformation matrices is a distance d defined by Equation 6, and the m-th transformation matrix obtained in the n-th trial and the r-th obtained in the p-th (n ≠ p) trial. It is the distance between the transformation matrices in between. Therefore, the m-th transformation matrix obtained in the n-th trial and the r-th transformation matrix obtained in the p-th trial are expressed as follows.
また、図１１の＜Ｂ＞を利用して説明したように、変換行列間距離に関するヒストグラムにおいて、試行間距離の小さい方から最初に頻度が高くなる（例えば最初に極大になる）距離に対応した複数の変換行列対が抽出される。 Further, as described with reference to <B> in FIG. 11, in the histogram related to the distance between the transformation matrices, the frequency corresponding to the distance that first increases in frequency (for example, the local maximum first) from the smaller inter-trial distance. A plurality of transformation matrix pairs are extracted.
加算平均法による真の変換行列は、次式に基づいて算出される。つまり、ヒストグラムから抽出された複数の変換行列対（１，２，・・・，Ｑ）を構成する２つの変換行列（数７式参照）の全てに関する行列係数同士の平均値が算出される。 The true transformation matrix by the averaging method is calculated based on the following equation. That is, the average value of the matrix coefficients regarding all of the two transformation matrices (see Equation 7) constituting the plurality of transformation matrix pairs (1, 2,..., Q) extracted from the histogram is calculated.
中央値法による真の変換行列は、次式に基づいて決定される。つまり、ヒストグラムから抽出された複数の変換行列対を構成する全ての変換行列に関する係数について、同一行かつ同一列に対応した全ての係数を大きさ順に並べた場合の中央値をその行と列における係数とする。 The true transformation matrix by the median method is determined based on the following equation. That is, for the coefficients related to all the transformation matrices constituting a plurality of transformation matrix pairs extracted from the histogram, the median value when all the coefficients corresponding to the same row and the same column are arranged in order of magnitude is the row and column. It is a coefficient.
例えば、図１０，図１１に示した具体例において、数１０式に示される変換行列間距離ｄ（数６式参照）の変換行列対がヒストグラムから抽出されたとすると、数９式の中央値法により得られる第１行第１列の係数は数１１式のとおりとなる。 For example, in the specific examples shown in FIGS. 10 and 11, assuming that a transformation matrix pair having a distance d between transformation matrices shown in Equation 10 (see Equation 6) is extracted from the histogram, the median method of Equation 9 is used. The coefficients of the first row and the first column obtained by the above are as shown in Equation 11.
一括登録法においては、参照点が一括的に登録されるため、逐次登録法の場合に比べて参照点の設定のための手間が軽減する。なお、一括登録法における参照点（焦点の実測位置）の設定においては、水中のキャビテーションとゲル状媒体内のキャビテーションのいずれを利用してもよい。また、一括登録法における参照点の設定においては、ユーザが参照点を指定するマニュアル設定と位置特定部３０が参照点を探索する自動設定のいずれを利用してもよい。 In the batch registration method, since reference points are registered in a batch, the labor for setting reference points is reduced as compared with the sequential registration method. In setting the reference point (measured position of the focal point) in the batch registration method, either underwater cavitation or cavitation in the gel-like medium may be used. Moreover, in the setting of the reference point in the batch registration method, either manual setting in which the user designates the reference point or automatic setting in which the position specifying unit 30 searches for the reference point may be used.
図１に戻り、変換行列生成部５０は、座標情報登録部４０に登録された座標値に基づいて、上述した逐次登録法または一括登録法に対応した処理により、観測座標系と治療座標系の間の変換行列を生成する。変換行列は治療に先立って生成される。 Returning to FIG. 1, the transformation matrix generation unit 50 performs the observation coordinate system and the treatment coordinate system based on the coordinate values registered in the coordinate information registration unit 40 by processing corresponding to the above-described sequential registration method or batch registration method. Generate a transformation matrix between. A transformation matrix is generated prior to treatment.
治療時には、まず、観測用振動子１０Ｄを介して得られる超音波画像に基づいて、観測座標系における治療箇所Ｐの位置が確認される。そして、座標変換部６０が、観測座標系における治療箇所Ｐの位置情報から、治療に先だって生成された変換行列に基づいて、治療座標系における治療箇所Ｐの位置情報を得る。その治療座標系における治療箇所Ｐの位置情報に基づいて、制御部７０が送信ビームフォーマ１２を制御することにより、治療箇所Ｐをターゲットとして治療用の超音波ビームが形成され、治療用振動子１０Ｔから治療用の超音波が送波される。 At the time of treatment, first, the position of the treatment location P in the observation coordinate system is confirmed based on the ultrasonic image obtained through the observation transducer 10D. Then, the coordinate conversion unit 60 obtains the position information of the treatment location P in the treatment coordinate system from the position information of the treatment location P in the observation coordinate system based on the conversion matrix generated prior to the treatment. Based on the position information of the treatment location P in the treatment coordinate system, the control unit 70 controls the transmission beam former 12 to form an ultrasonic beam for treatment with the treatment location P as a target, and the treatment transducer 10T. The ultrasonic wave for treatment is transmitted from.
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。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above is only a mere illustration in all the points, and does not limit the scope of the present invention. The present invention includes various modifications without departing from the essence thereof.
１０ 超音波プローブ、１２ 送信ビームフォーマ、１４ 受信ビームフォーマ、２０ 超音波画像形成部、２２ 表示部、３０ 位置特定部、４０ 座標情報登録部、５０ 変換行列生成部、６０ 座標変換部、７０ 制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic probe, 12 Transmission beam former, 14 Reception beam former, 20 Ultrasound image formation part, 22 Display part, 30 Position specification part, 40 Coordinate information registration part, 50 Conversion matrix production | generation part, 60 Coordinate conversion part, 70 Control Department.
Claims (7)
治療用振動子を基準とした治療座標系を用いて、互いに焦点の設定位置が異なる複数の超音波ビームを形成するように、治療用振動子を制御するビーム形成部と、
前記各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの観測結果に基づいて、観測座標系において、各超音波ビームの焦点に対応した実測位置を得る位置特定部と、
前記複数の超音波ビームに関する焦点の設定位置と実測位置に基づいて、治療座標系と観測座標系の間の座標変換情報を得る変換情報生成部と、
を有し、
治療部位の観測結果に基づいて得られる観測座標系における治療箇所の位置情報から、前記座標変換情報に基づいて、治療座標系における当該治療箇所の位置情報を得ることにより、治療座標系を用いて当該治療箇所をターゲットとして超音波ビームを形成して治療用の超音波を送波する、
ことを特徴とする超音波治療システム。 A therapeutic transducer for transmitting therapeutic ultrasonic waves;
A beam forming unit that controls the therapeutic transducer so as to form a plurality of ultrasonic beams having different focal positions using a therapeutic coordinate system based on the therapeutic transducer;
Based on the observation result of cavitation generated for each ultrasonic beam, in the observation coordinate system, a position specifying unit that obtains an actual measurement position corresponding to the focal point of each ultrasonic beam;
A conversion information generating unit that obtains coordinate conversion information between the treatment coordinate system and the observation coordinate system based on the focus setting position and the actual measurement position regarding the plurality of ultrasonic beams;
Have
Using the treatment coordinate system by obtaining the position information of the treatment site in the treatment coordinate system based on the coordinate conversion information from the position information of the treatment site in the observation coordinate system obtained based on the observation result of the treatment site Sending ultrasonic waves for treatment by forming an ultrasonic beam targeting the treatment site,
An ultrasonic therapy system characterized by that.
観測用の超音波を送受する観測用振動子と、
観測用振動子を介して得られるエコーデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
をさらに有し、
前記位置特定部は、各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの画像を含んだ前記超音波画像に基づいて、観測用振動子を基準とした前記観測座標系における各超音波ビームの焦点に対応した実測位置を得る、
ことを特徴とする超音波治療システム。 The ultrasonic therapy system according to claim 1,
An observation transducer for transmitting and receiving observation ultrasonic waves;
An image forming unit that forms an ultrasonic image based on echo data obtained through the observation transducer;
Further comprising
The position specifying unit corresponds to the focal point of each ultrasonic beam in the observation coordinate system based on the observation transducer based on the ultrasonic image including an image of cavitation generated for each ultrasonic beam. Get the measured position,
An ultrasonic therapy system characterized by that.
前記複数の超音波ビームを一括形成することにより、複数の超音波ビームから包括的に得られる複数の焦点に関する設定位置セットと実測位置セットを一括登録し、
前記変換情報生成部は、前記設定位置セットと前記実測位置セットに基づいて、前記座標変換情報を得る、
ことを特徴とする超音波治療システム。 The ultrasonic therapy system according to claim 1 or 2,
By collectively forming the plurality of ultrasonic beams, a set position set and a measured position set relating to a plurality of focal points comprehensively obtained from the plurality of ultrasonic beams are collectively registered,
The conversion information generation unit obtains the coordinate conversion information based on the set position set and the measured position set.
An ultrasonic therapy system characterized by that.
前記変換情報生成部は、前記設定位置セットと前記実測位置セットに基づいて得られる複数の変換行列候補の中から、変換行列候補同士の距離に基づいて、前記治療座標系と前記観測座標系の間の変換行列を選定する、
ことを特徴とする超音波治療システム。 The ultrasonic therapy system according to claim 3.
The conversion information generation unit, based on the distance between the conversion matrix candidates, from among the plurality of conversion matrix candidates obtained based on the set position set and the actual measurement position set, the treatment coordinate system and the observation coordinate system Select a transformation matrix between
An ultrasonic therapy system characterized by that.
前記複数の超音波ビームの各々を逐次形成することにより、各超音波ビームごとに個別的に得られる焦点の設定位置と実測位置の対応関係を逐次登録し、
前記変換情報生成部は、前記複数の超音波ビームの各々から得られる前記対応関係に基づいて、前記座標変換情報を得る、
ことを特徴とする超音波治療システム。 The ultrasonic therapy system according to claim 1 or 2,
By sequentially forming each of the plurality of ultrasonic beams, the correspondence between the focus setting position and the actual measurement position obtained individually for each ultrasonic beam is sequentially registered,
The conversion information generation unit obtains the coordinate conversion information based on the correspondence obtained from each of the plurality of ultrasonic beams.
An ultrasonic therapy system characterized by that.
前記位置特定部は、水中で各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの観測結果に基づいて、各超音波ビーム上においてキャビテーションの中心位置から浅い方にずれた位置をその超音波ビームの焦点に対応した実測位置とする、
ことを特徴とする超音波治療システム。 The ultrasonic therapy system according to any one of claims 1 to 5,
Based on the observation result of cavitation generated for each ultrasonic beam in water, the position specifying unit corresponds to the focal point of the ultrasonic beam on the position shifted from the central position of cavitation on the ultrasonic beam. The actual measured position,
An ultrasonic therapy system characterized by that.
前記位置特定部は、ゲル状の擬似生体内で各超音波ビームごとに発生するキャビテーションの観測結果に基づいて、各超音波ビーム上におけるキャビテーションの中心位置をその超音波ビームの焦点に対応した実測位置とする、
ことを特徴とする超音波治療システム。 The ultrasonic therapy system according to any one of claims 1 to 5,
The position specifying unit is based on the observation result of cavitation generated for each ultrasonic beam in the gel-like pseudo living body, and the center position of cavitation on each ultrasonic beam corresponds to the focus of the ultrasonic beam. Position
An ultrasonic therapy system characterized by that.
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