JP2000501530A

JP2000501530A - 組織の非侵襲温度マッピング方法およびシステム

Info

Publication number: JP2000501530A
Application number: JP9520668A
Authority: JP
Inventors: ブラデティ，エベレティ，シー．; デモンダ，リチャード
Original assignee: ドルニエメディカルシステムズ，インコーポレイテッド
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2000-02-08
Also published as: US6067371A; AU1062397A; WO1997020193A1; EP0864075A1

Abstract

(57)【要約】画像データから温度をマッピングする方法およびシステム。この方法は、複数の画素から構成される組織の画像を受信し、画像を画素（１０４）のグループに分離し、画素の各グループは一組の記述子（１０６）を有し、撮像された組織（１０８）の初期状態に対応する記述子の基線の組を確立し、画素（１１４）のグループのための一組の記述子における差分を測定し、差分は画素のグループの画素値における変化に対応し、画素（１１８−１２４）のグループに対応する組織の測定された差分を温度変化に相関させ、そして、組織（１３０−１３２）の温度範囲における変化を示す相関された温度変化に応答して組織画像上に温度の表示をかぶせるステップを有する。システムは、組織の初期状態から神経ネットワークにより学習された基線値にたいして一組の記述子を評価するための神経ネットワークを実効あるものにするデジタルプロセッサーを有する。

Description

【発明の詳細な説明】組織の非侵襲温度マッピング方法およびシステム発明の分野本発明は温度監視装置および方法に関し、特に組織温度の監視方法およびシステムに関する。発明の背景熱治療法もしくは発熱療法を用いて組織を治療する方法およびシステムは良く知られている。例えば、熱によるガン組織の治療が、有益であることは知られている。即ち、異常組織を基本温度を超える約摂氏４２度で加熱すると、不可逆の細胞の損傷を組織に招いてしまう。このようにして、良性および悪性の腫瘍を壊死できる。摂氏４５度を超える温度では、不可逆の損傷は、異常組織のみならず健全な組織にも、生ずる。約摂氏４２−４５度の温度範囲は、人体組織にとっては治療学的発熱療法範囲として知られている。摂氏４５−６０度の範囲での加熱治療は、一般的に熱治療もしくは温熱療法として知られている。およそ摂氏６５度の温度では、組織は切除される。異常組織を壊死させるための一般的に認識されている温度範囲は良く知られている一方、特別な組織にたいする熱の影響は数多くの他の要因に左右される。例えば、組織が異常に低い細胞ｐＨ，貧弱な酸素処理もしくは栄養喪失にあるとしたら、通常予期されるより低い温度で組織は不可逆な損傷にたいして傷つきやすくなる。このことが、異常もしくは腫瘍組織が、正常な組織より温度の上昇にたいしてより影響されやすいと考えられている理由のひとつである。発熱療法的に組織を治療するため異常組織に熱を加えるために、外的非侵襲および最小侵襲手術法（ＭＩＳ」）の両方が発展してきた。非侵襲誘導技術は、超音波変換機のみならず高周波（ＲＦ）およびマイクロ波アプリケータを用いる。ＭＩＳ技術および技術工学は、病気にかかった組織を破壊するために組織の目的の領域にむかってエネルギーを放出するために、治療探り針を人体に挿入することを主として含む。事実上、探り針により放出されるエネルギーは、典型的には、レーザー、マイクロ波、高周波、電気メスもしくは超音波である。これらの探り針は、間組織、腔内もしくは、腹腔鏡の方法を介してエネルギーを管理するために異常な目標の組織の近くに位置される。通常は、針またはカテーテルで導入される探り針が直接組織内に位置することを、探り針を間組織に位置させることは意味している。腔内法は、目標とする組織の近くの自然人の開口部に探り針が位置することを要求し、そして腹腔鏡手術法は、探り針が目標の組織の近くに位置できるような小さな切開を必要とする。例えば、熱治療探り針は、会陰もしは尿道を介して病気の領域（間組織）に探り針を挿入するか、尿道もしくは直腸に挿入および目標の領域（腹腔）に向けるか、腹腔鏡的切開を介して組織の近くに探り針を位置させるかによって前立線ガンを治療できる。そのような典型的な方法を使用すれば、例えば、非切開の肝臓ガン、前立腺ガン、膵臓ガン、乳ガンおよび多様な婦人病を治療するために異常組織にエネルギーを放出するために探り針を位置させることでできる。これらのＭＩＳ技術は、接触している組織が放出されたエネルギーにより熱せられるように治療される組織の近くにエネルギー放出探り針を位置できるようにする一方、目標の領域もしくは近隣の領域での温度を監視するための用意は殆どなされていなかった。その結果、周囲の正常な組織に影響を与えずに異常組織を充分に壊死または除去するために目標の領域に十分な熱の投与量を決定することが、治療にあたる医師には、困難となっていた。もしも治療にあたる医師が、異常組織を破壊するために熱治療にたいして十分な熱の投与量を供給しなかったとしたら、生存している異常組織が再生し、そしてガンもしくは他の異常細胞状態が続くこととなる。一方、医師が熱治療の効果的な投与量以上に熱を加えたとしたら、治療により影響された正常な組織の量は病的状態を増加させるか、もしくは逆に患者の健康に衝撃を与える副作用を引き起こす。熱治療の投与量を効果的に決定する必要性に応答して、熱の投与量もしくはその効果を測定するために様々な試みがなされてきた。そのような試みのひとつは、所定の期間に熱効果を生成するエネルギーの放出時間を計ることだった。しかしながら、この時間の制約は、異常な組織と目標の領域の周囲の異常組織の状態の両方についての仮定に依存している。年齢、患者の一般的な健康、周囲の組織の酸素処理、周囲の組織の血液の潅流そしてエネルギー吸収率および目標の領域の治療の投与量に影響する他の公知のパラメータにより引き起こされる異なる組織の状態を補償するためには、経験的な研究が必要である。これらの研究は、せいぜい治療の投与量のために算定された時間だけを提供することができる一般的なパラメーターを提供する。従って、治療を十分に監視することなく目標の領域への熱治療の投与量を制御するための所定の時間を用いると、異常組織の効果のない治療もしくは健康な組織の不必要な破壊を生じてしまう。目標の領域と周囲の領域から温度データのいくつかのフィードバックを供給する努力において、組織温度を監視する他の方法が開発されてきた。そのようなひとつの方法は、影響された組織領域における温度に関する情報を提供するために組織に温度探り（probes）針を埋め込むことを必要としている。これらの温度探り針を位置づけることは、繊細な動作であり、そして探り針およびセンサーの周囲の領域のために温度を推定するのと同様に目標の組織内および目標の領域外の温度を正確に認識するために探り針とセンサーの正確な位置を知ることは、絶対に必要である。付言すれば、これらの探り針を位置づけるには、侵襲技術が必要であり、さらには治療後にはこれらの探り針を除去することが必要となる。もちろん、これらの侵襲技術と組織内での温度探り針の位置づけは、全体の手続きの侵襲の性質に付加され、患者が治癒しなければならない外傷を引き起こす。付言すれば、熱は、治療される領域から外に向かって周囲の領域に、異なる潅流レベルおよび異なる組織のタイプを主な原因とする異なる割合で伝達される。被治療領域内外の加熱を効果的に監視するには、治療にあたる医師が実用的とは考えない、もしくは臨床的には受け入れることができない沢山の探り針を必要とする。温度探り針の有効性に影響をあたえる別の要因は、健全な組織対異常な組織の異なる熱伝導性である。通常、温度探り針は、影響された領域をとりまく健全組織に位置される。その結果として、目標とする組織から健全な組織への熱の転送の割合は、探り針と異常な組織領域とのあいだの組織が破壊されるまで熱探り針が高温を登録できないようにする。従って、正常な組織内での温度探り針の位置は、重要であり熱治療の有効性に影響をあたえる。熱治療技術において温度監視を提供する別の試みは、組織における温度変化を表示するための核磁気共鳴映像法の使用を含む。核磁気共鳴映像法は、その手続きを実効するための特別の非磁気器具および設備を必要とするのにしたがい、典型的にコストを抑制する。従って、そのような技術の使用は、比較的大きな領域の映像を必要とする非常に特別な環境、器具および手続きに限定されるようにみえる。最後に、温度治療監視のために超音波映像法を用いる試みもいくつかなされてきた。超音波データは、グレイの様々な段階において組織構造を撮像するために用いられるグレイスケールデータのかたちで現される。異常な組織が壊死もしくは切除されるときの組織構造の変化は、表示された映像を十分に知覚的に変化させるには、重要ではない。同様に、普遍的な細胞損傷が生ずる破壊的な基準にその温度が近づく際の通常の組織内での構造の変化は、典型的なグレイスケール超音波画像において直接には観察できない。必要とされるのは、発熱療法もしくは熱治療目標領域とその近くでの組織の温度を監視する方法である。必要とされるのは、数多くの温度探り針の位置づけを必要とせず、もしくは目標および周囲の組織へのそのような探り針の注意深い位置づけなしで組織での熱状態を監視する方法である。必要とされるのは、コストを抑えた核磁気共鳴器具および環境を必要としない熱的に治療される組織の領域における組織のための温度データを監視、表示する方法である。必要とされるのは、組織の構造的な特徴は、視覚的には、知覚できず，または、組織で生ずる温度変化により著しく変化するのだけれども、温度データまたは組織損傷情報を提供する超音波エネルギーとともに組織の温度を監視する方法である。発明の概要本発明の基本原理にしたがって実施されるシステムおよび方法により、組織温度を監視する先に知られているシステムおよび方法の制限は、克服される。本発明の方法は、複数の画素からなる組織の画像を受信し、画像を画素のグループに分離し、各画素のグループは、一組の記述子を有し、撮像された組織の初期状態に対応する基線セットの記述子を確立し、画素のグループのために記述子の組の差分を測定し、画素のグループのために画素値における変化に差分は対応し、画素のグループに対応する組織のために測定された差分を温度変化に相関させ、そして組織に対して、温度範囲の変化を示す相関された温度変化に応答して、組織画像上に温度の表示をかぶせるステップからなる。この方法は、本発明の基本原理に従って制作されたシステムによって実効される。そのようなシステムは、超音波表示デバイス、超音波表示デバイスによって生成された画像データを読み取り、そして、画像データにおける変化を解釈する温度マッピングワークステーションを有する。好ましくは、少なくとも、ひとつの温度探り針を、画像領域内の組織に挿入し、そして、最も好ましくは、探り針は、目標の領域に位置される。温度マッピングワークステーションは、基線値を得るための単純な基準、傾き検出、キャニー検出、放射状物分析その他、そして温度測定に相関できる画像の変化を検出するための蓋然性柱状図のようないくつかのエッジ検出技術のひとつを用いる。全体の画像もしくは画像の予め選択された部分が分析される。超音波画像の強度レベルは、好ましくは、最も軽いグレイスケール値を超えるのに先立って除去できる温度基準に相応するグレイスケールに最も軽い表示された画素が変化するように調節される。グレイスケール強度が調節された後、各画素のグループのために一組の基線記述子が定義される。各画素のグループは、記述子の組における数多くの記述子に相応する沢山の神経要素を有している。画素のグループのための神経要素の出力は、出力神経要素に接続されている。各出力神経要素は、組織のために可能な温度範囲のひとつに対応する。各出力要素での画素グループのための神経要素からの出力の計量は、画素のグループのために温度を表示するために出力要素のひとつを活性化する。好ましくは、熱治療の開始前に読み取られた画素値は、神経要素のための重みづけを確立するために学習セットデータを発展するために用いられる。各出力神経要素は、その活性化状態を通常の状態と比較して、もしも出力要素がエラーを検出するとしたら、画素のグループのために神経要素により用いられた重みに調節信号を提供する。一度熱治療が開始されたら、組織を発熱させる治療探り針からエネルギーを受ける。組織における温度変化は、今度は、後方散乱された超音波撮像エネルギーに影響を及ぼす。その結果として、組織の画像を更新するために超音波表示デバイスにより生成された画素データもまた変化する。組織温度は、探り針により測定され、温度変化は、時間に対して座標に記入される。この温度変化は、探り針がおかれた位置に対応する画素のグループのために、記述子の組用の重みづけされた平均グレイスケール値における対応する変化と比較される。グレイスケール変化と温度変化の相関は、システムにおける他の神経要素のために神経要素に提供される。基線グレイスケール重みづけされた平均と現在のグレイスケール重みづけされた平均との相関を相関要素にて乗じると、各神経要素はその画素の対応するグループのために温度に対応する信号を提供する。この温度は、画素のグループが存在する範囲を決定するための各温度範囲のための基準値と比較される。マッピングシステムは、各画素値のグループにより代表された組織のための所定の温度帯を表示する表示画像のためにオーバーレイを生成する。測定された差分が異なる温度帯における温度に相関していると温度マッピングシステムが決定するとき、オーバーレイは更新され、画素のグループにより代表される組織のための新しい温度帯をしめす。好ましくは、マッピングシステムは、基線測定差分を確立するためにエッジ検出技術を用いる。検出されたエッジは、計数され、それは測定されたエッジのあいだの傾き、もしくは累積されたエッジのあいだの相違であり、基線値を確立する。エッジに関連するひとつもしくはそれ以上の値が、基線値を確立するために用いられる。洗練の度合いを変更する多くのエッジ検出技術のひとつは、単純基準検出、傾き検出，そしてキャニーエッジ検出のように使用される。検出されたエッジは、今度は、線形境界および認知できる形状を識別するために用いられる。画素のグループを介する指向性の通路は、エッジ検出のために画素を選択するために用いられる。異なる通路に関連する画素は、情報の異なる度合いを生成する。各記述子の通路は、相違する蓋然性の分配を生成し、そして蓋然性が直角であれば、重なり合う情報は殆どない。組織の熱治療中、治療の輻射を受ける組織は、変化しはじめ、そして、表示された画像において対応する画素値は変化する。これまで、変化するものは、比較的、観察する医師には知覚されず、そして目標領域が受ける熱治療の投与量の十分な表示を提供してはいなかった。画素のグループのための一組の記述子のための基線値からの変化が測定され、そして表示画像内での組織の温度変化に相関される。熱誘導された変化の相関のためのひとつの方法は、チャンファー・マッチング技術を使用し、画像間での体積セット相関を提供する。温度変化は、画素のグループが存在する範囲を決定するための異なる温度範囲のために基準の温度と比較される。次いで、各画素のグループ内での温度範囲を表示するカラーオーバーレイは生成され、画像とともに表示のために送信される。このオーバーレイを生成する別の方法は、色を各温度範囲に相関させることである。組織の熱治療のために、関心の温度範囲は、通常、高熱、熱治療そして融除できる範囲である。好ましくは、他の色を用いることができるけれども、これらの範囲に関連する値は、グレイスケール、茶色、緑色そして赤色である。好ましくは、マッピングシステムは、温度が移植された組織に対応する画素のグループのための基線値における変化を探り針により測定された温度に相関させる。このグレイスケール対温度相関要因は、好ましくは、摂氏度に対するグレイスケール単位の割合で表現される。この相関要因は、次いで、画素の他のグループのためにグレイスケール対温度相関要因を修正するために用いられる。このようにして、マッピングシステムは、温度探り針を各組織領域に埋め込む必要なしに画素のグループに関連した画素の他のグループの各々における温度変化を検出する。このことによって、主に熱誘導された組織変化から生ずる目標の領域を取り巻く組織の熱的な変化をエキスパートシステムは検出し、血液の潅流、増加した酸素処理および目標の領域の熱治療の結果として生ずる他の要因を有する。その結果として、マッピングシステムは、温度オーバーレイを生成するための組織の吸収率についての仮定を使用する必要がなく、しかし、むしろ治療中、いかにして画素の変化を温度測定に相関させるかを、学習する。本発明の利点は、数々の温度探り針の位置づけを必要とせず温度処理された組織を監視する能力を有することにある。もしも、温度探り針が温度監視の証明のために要求されるとしたら、マッピングシステムの動作の証明に必要とされる沢山の探り針が、組織温度を示す温度探り針に依存するシステムにたいして非常に減少する。本発明のシステムおよび方法は、目標とされた領域における熱治療の応用により影響される超音波デバイスのディスプレイ内にある組織の温度変化を治療にあたる医師が検出できるようにする。このようにして、目標領域の治療を継続するかの決定に影響する、目標領域以外の領域における組織変化を検出できる。ディスプレイにおける色の変化を観察することにより、融除される組織、熱による壊死もしくは壊死に近い組織および通常の温度帯にとどまる組織を識別できる。この情報に応答して、視認する医師は、熱損傷の点にまで健康な組織の温度を上昇させることなく、異常組織の破壊を確実なものとするためにエネルギー放出探り針の位置づけにたいしてより以上の制御をなすことができる。本発明の他の利点は、温度のマッピングに対して、核磁気共鳴映像法を必要としない点である。その結果、温度のプロファイリングのコストを抑えたＭＲＩを避けることができ、そのような温度監視技術を用いる方法にたいして、医療のコストが大幅に削減される。本発明のこれらの利点、他の利点および利益は、添付の図面と詳細な説明の概観によって確認される。図面の簡単な説明図１は、超音波機器上に表示される組織の温度を監視するシステムのブロック図；図２は、本発明の実施例において用いられる温度マッピングワークステーションのブロック図；図３Ａは、神経要素の略線図；図３Ｂは、画素もしくは画素のグループを決定するための４個の記述子を用いる神経要素を例として示す略線図；図３Ｃは、図３Ｂにおける画素のグループの神経ネットワークの略線図；図４Ａは、画素に対する一組の記述子を定義するために用いられる画素の略線図；図４Ｂは、画素のグループに対する一組の記述子を定義するために用いられる画素の略線図；および図５は、超音波機器上に表示された組織の温度を監視する方法の流れ図。発明の詳細な説明図１は、本発明の原理を実施するために用いられるシステムを示す。システム１０は、温度マッピングワークステーションもしくはシステム１４と接続される超音波撮像デバイス１２を有する。超音波撮像デバイス１２は、コンピューターユニット１６および送信器・変換器ユニット１８を有する。送信機・変換機ユニットは、電気ケーブル２０を介して、コンピュータユニットに接続される。送信機・変換機ユニット１８は、超音波エネルギーを放出し、組織によって後方散乱されたエネルギーを受信する。この情報は、後方散乱されたデータを処理するコンピュータユニット１６に供給され、ディスプレイ２２に表示される画像を生成する。このような超音波撮像システムは、従来良く知られているものである。温度マッピングワークステーション１４は、画像データを電気ケーブル２４を介して伝達するためにコンピュータユニット１６に接続されている。もしくは、温度マッピングワークステーション１４によっておこなわれる画像処理は、システムバス等を介してシステム１２に接続されたデジタル信号処理カード上で実行されてもよい。本発明によるシステム１０は、マイクロ波、レーザ、高周波、電気腐食、もしくは超音波探り針等の熱治療機器との関連において用いることができるが、システム１０の用途はそのような応用に限られる訳ではない。例えば、システム１０は、組織内に注入もしくは静脈から取り出された化学薬品に対して反応する組織の温度を監視するためにも用いることができる。超音波撮像デバイスの画面上の画像データの表示については、良く知られている。基本的には、超音波エネルギーは、送信機・変換機ユニット１８の送信機部から表示される組織に向かって放出される。このエネルギーは、組織の異なる形態によって相違して、後方散乱される。この後方散乱されたエネルギーは、分光反射部および干渉反射部からなる。後方散乱されたエネルギーは、送信機・変換機１８の変換機部で受信され、グレイスケール強度データに変換される。グレイスケール強度データは、システム１２内のビデオＲＡＭ等に蓄えられる。そのようなＲＡＭは、良く知られていて、典型的には、表示画面２２に対する画素に対応するよう行列の方法で組織されている。グレイスケール強度データは、ビデオＲＡＭ１２等から検索され、表示画面２２用の駆動信号を生成するために用いられる。グレイスケールデータの検索および駆動信号の生成は、人間の目に「フリッカー」が現れないような割合で行われる。ビデオＲＡＭは、通常、ディスプレイを駆動するためにビデオＲＡＭからデータを読み出すのと同様に、プロセッサーがＲＡＭ内の画素値を更新できるように構成されている。最も商業的に入手できる超音波システムは、ディスプレイ２２を駆動するための信号を記録できるようにビデオデータポートを提供している。このポートは、典型的には、ＲＳ−１７０ポートであり、そのようなポートを介して提供されるデータは良く知られている。好ましくは、マッピングワークステーション１４は、ビデオデータポートからビデオデータ信号を受信し、デジタル化して、画素データを生成する。殆どの超音波システムは、ＲＳ−１７０ポートを有しているので、そのようにして実行した場合、ワークステーション１２は、殆どの超音波システムと互換性を有することとなる。また一方、画素もしくはグレイスケールデータをシステム１２に伝達するためのパラレルまたはシリアルデータポートを介してワークステーション１４はシステム１２に接続されている。この構造によれば、システム１２において信号処理をうけるデータに先立って、システム１２からグレイスケールデータを提供できる利点がある。システム１２は、後方散乱されたエネルギーの干渉反射成分において用いられる情報に対する感度を減少するように信号処理を行うことができる。このように感度を減少させると、ワークステーション１４による温度検出の精度に影響をおよぼす。超音波撮像システムが、画素データを処理する前に画素データを受信することにより、反射成分における情報はより精度の高い温度マッピングに貢献することとなる。そのうえに、システム１２により生成された画素データは、温度マッピング用の信号処理を複雑にするメーカーの特別な情報をも含む。温度マッピングに対するアナログまたはデジタルデータもしくはそれらと等価なものを、移転することは、本発明の原理内である。グレイスケールデータは、表示画素の強度レベルを定義するデータワードである。グレイスケール範囲の最低値は、低強度またはブラックシェード画素に対応し、一方、その範囲の高い値は、最も明るい強度またはホワイトシェード画素に対応する。そのあいだに介在する値は、グレイのシェード、故にグレイスケールデータという用語となる。グレイスケールデータは、カラーデータを表示可能な画面上に表示できる。超音波ユニット１２のディスプレイ２２およびワークステーション１４のディスプレイ２６は、グレイスケールとカラー画像の両方を表示することができるディスプレイである。好ましくは、温度マッピングワークステーション１４は、インテルペンティアムプロセッサー、８ＭＢ以上のＲＡＭおよび５４０ＭＢ以上のハードドライブを有するパーソナルコンピュターである。システムバスを介してシステム１４に接続しているのは、デジタルプロセッシングカードであり、このカードは、システム１２からの画像データを処理して温度マッピングを行う。そのようなデジタル信号処理カードは、カナダ国、ケベック州、サン・ローランのコレコ社で製造されており、オクラスＦ／６４デジタル信号処理カードとして指定されている。処理される画像データは、システム１４のディスプレイ２６上に表示可能である。付言すれば、システム１４は、ディスプレイ２６上に表示された画像についてカーソルを移動および画像の座標を識別するためのマウスもしくはトラックボールのような標準的な入力・出力（Ｉ／Ｏ）装置を有する。図２は、本発明の温度マッピングを実行するために用いられるデジタル信号処理カード２８のブロック図である。カードは、フレームグラッバー（GRABBER ）３０、データバッファー３２、データシグナルプロセッサー３４、学習セットメモリ(LEARNING SET MEMORY)３６、ワークメモリ３８、オーバーレイバッファー４０およびフレーム送信機４２を有する。フレームグラッバー３０は、一度に一フレームずつビデオデータポートからビデオデータを検索し、アナログビデオデータを処理のためにデータバッファー３２に記憶される画素データに変換する。代わりとして、フレームグラッバー３０は、システム１２により生成されたグレイスケールデータを得るためにシステム１２とデジタルデータポートを介して接続するデジタルインターフェイス５０からデータを得ることもできる。グレイスケールデータは、システム１２により用いられ、ディスプレイ２２を駆動する映像信号を生成し、そのワークステーション１４への転送に先立って、デジタル信号処理をうけてもよいし、うけなくともよい。典型的には、フレームデータは、毎秒約９乃至２０フレームずつの割合でディスプレイ２０に供給される。画像データのノイズを減少するためには、各画素にたいして、データの数フレームを検索し、平均化できる。この平均化された画素データは、次いでバッファー３２にプロセッサー３４の処理のために記憶される。熱治療を開始するのに先立ち、全表示が対象とする領域として識別されるけれども、治療にあたる医師は、好ましくは、ディスプレイ２６上に表示される画像内での対象領域を選択する。マウスまたはトラックボール５２を用いて、対象領域の輪郭を描くことにより、その領域を識別することができる。システム１４は、温度マッピングのための監視期間中、対象領域内での画像データを評価する。前もって定義される領域の形が用いられるけれども、好ましくは、対象領域は、長方形もしくは矩形の左上部および右下部を定義するために、ディスプレイ２６上の第一および第二の位置をクリックすることで定義することができる。一度、対象領域が定義されたなら、プロセッサー３４は、温度マッピングのために、対象領域を画素の前もって定義されたグループに分離する。画素のグループは、単一の画素として定義できる。しかしながら、そのような画像の分離は、超音波探り針の位置における変化に対しては、敏感である。超音波探り針における小さい変化は、画像にたいして生成された画素データを実質的に変更し、そして組織変化を正確に反映はしない、差異の測定を生ずる。好ましくは、画素のグループは、多数の画素を含み、そして、他の形を用いることができるけれども、形状としては四角である。多数の画素のグループは、超音波探り針の位置の変化にたいしては、敏感ではない。好ましくは、画素のグループは、対象とする領域を画素グループの整数分の一に分離する。例えば、１６０ｘ１６０の画素のグループは、４ｘ４、１０ｘ１０または１６ｘ１６の画素のグループに分離する。一度対象領域と画素のグループが定義されたなら、プロセッサー３４は、好ましくは、画素の各グループにたいして、神経要素を生成し、基線値の学習セットおよび各神経要素にたいして転送の機能を確立する。基線値は、学習セットメモリ３６に格納される。各画素のグループにたいする基線値については、あとでより詳細に述べることとする。基線値は、画素グループの同質性およびその周囲の近隣の画素のグループについて、プロセッサー３４に情報を提供する。この基線の情報は、温度値と変化に相関する熱治療により引き起こされる変化を検出するために用いられる。画素グループに対する一組の基線値は、画素グループ内外のグレイスケール値の差異の測定を含む。例えば、画素のグループに対する平均グレイスケール値は演算することができ、画素グループに隣り合う各画素に対する差動グレイスケール値は、計算および累積できる。そのような測定は、画素グループの範囲における画像の滑らかさの表示を提供する。同様に、画素グループの境界でのグレイスケール値に関連する傾きは、熱治療の開始に先立つ画像領域における変化を定義するために用いられる。基線値の他の例は、画素グループの近くにおけるエッジの検出、計数および測定を含む。そのようなエッジの検出と測定は、従来広く知られているしきい値、傾きおよびキャニー(Canny)技術を用いて行われる。好ましくは、エッジの検出および測定は、アメリカ特許Ｎｏ．５，２６７，３２８に開示されるラジアル技術を用いて行われる。上記特許において述べられ、また本発明の好ましい実施例において用いられる技術は、ラジアル形状抽出、ラジアル空間分配抽出、ラジアル輪郭抽出およびラジアル傾き抽出技術である。これらの技術によれば、画素グループの近くでのエッジの検出および計数のための基線値測定、画素グループの領域における画像の滑らかさ、画素グループ周囲の領域での同質性、画素グループの対向する側における領域の類似性および画素グループの領域におけるグレイスケールの変化の量の標準が夫々、提供される。熱治療が生ずるに従い、基線値を確立し、そしてそれらの値における変化を演算するためにこれらの技術を用いることによって、治療によって引き起こされた変化の量を示す差異の値が識別できる。治療が開始されたのちは、プロセッサー３４は、現在、表示されている画像の新しい記述子を生成するための新しいフレームデータに対してバッファー３２に格納されている画素値を用いる。これらの記述子は、学習セットメモリ３６の学習セットデータと比較されて、対象領域内における画素の各グループに対する画像の変化を測定する。測定された画像の変化は典型的にはグレイスケール単位で表現され、画素のグループに対応する組織領域にたいする温度の変化に相関している。この温度変化は、組織が存在する範囲を確定するための温度範囲の基準値と比較される。画素グループに対する温度範囲の識別は、オーバーレイバッファー４０に格納されているオーバーレイ画像データを生成するために用いられる。オーバーレイ画像データは、アナログフレームデータに変換され、そしてディスプレイ２４にフレーム送信機４２によって供給される。オーバーレイ画像データは画素のグループに対応する組織領域のための温度を示すために、ディスプレイ２４上の画像部分をカラー化する。また一方、オーバーレイ画像データは、画素の形でとどまることができ、そしてフレーム送信機３２は画素データをシステム１２に伝達するためのＩ／Ｏコントローラでも可である。画素データはシステム１２のビデオＲＡＭに格納でき、画素の各グループのための温度範囲を示すためにディスプレイ２４の部分をカラー化するために用いられる。図３Ａは、神経要素のサンプルを示す。神経要素ＨＩは、入力データを出力状態Ｏに相関させる転送機能を実施する。もしも出力状態を真に読み取ることが可能であるなら、相関された出力状態Ｏと真の状態との差を用いて転送機能を修正することにより、入力データＩを対応する出力状態Ｏに良く相関させることができる。このようにして、進行中のプロセスの期間中、要素ＨＩは調整もしくは学習する。本発明においては、神経要素におけるこのような調節により、システムは、血液の潅流等により引き起こされた組織における変化を補償することができる。本発明による典型的な神経要素を図３Ｂに示す。ここにおいて、神経要素ＨＩは、４つの入力Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５およびＤ７を受信する。これらの入力はあとでより詳細に述べる。これらの入力は、神経要素のための一組の記述子を定義し、神経要素は、上記のプロセスによって識別された画素もしくは画素のグループに対応する。記述子Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５およびＤ７は、バッファー３２における画素値から派生する。図３Ｂにおける要素ＨＩの転送機能は、記述子の現在のセットの重みづけされた平均値と学習セットに含まれた記述子のための基線値の状態との差を、要素ＨＩに対応する画素の温度に相関させる。この温度は、４つの入力のうちのひとつを活性化する。出力は、温度が通常の範囲（Ｏ１）、高熱範囲（Ｏ２）、熱治療範囲（Ｏ３）および融除範囲（Ｏ４）のどの範囲にあるかを示す。好ましくは、これらの範囲は、上記した摂氏度で表現されたものに対応する。神経要素に対して４つの記述子を用いたのは、単に例としてであり、各要素にたいしては、より多くのまたより少ない記述子を用いることができる。好ましくは、各神経要素には、４つの記述子が用いられる。好ましくは、表示される組織に少なくともひとつの温度探り針４８が埋めこまれる。この探り針４８からの信号は、アナログ・デジタル変換機５０によりデジタル信号に変換され、この信号は、探り針４８が埋め込まれた表示された組織上の位置に対応するプロセッサー３４における神経要素に供給される。この信号は、神経要素に対する転送機能を訂正するために用いられる真の温度の読み取りを提供する。この補償要因は、神経要素を処置されている組織における進行中の状態に適応させるために、他の神経要素にも提供できる。各画素グループにたいする好ましい神経ネットワークを図３Ｃに示す。より少ないまたはより多い記述子をグループにたいして用いることができるけれども、そのネットワークは４つ一組の記述子を示している。これらの入力は、重みづけられた平均値を演算するために、異なるように重みづける４つの神経要素の各々に提供される。これらの重みづけされた平均値は、各々、出力要素に適応され、各々の出力要素は、温度範囲に対応している。出力要素は、適応された平均値を重みづけし、そして出力要素のひとつが、活性化される。好ましくは、正しい出力要素が活性化されたか否かを検証するための温度相関要因を出力要素は具備する。もしエラーがある時、調節信号を生成して、神経要素に供給することにより、神経要素での重みづけ要因Ｗを調節するために誤った重みづけされた平均値を提供する。各画素のグループにたいする出力要素の状態は、オーバーレイデータを生成するために用いられる。画素の一組の記述子を生成するために用いられる画素を図４Ａに示す。同図において、中心の画素Ｐ０は、温度を計算するための画素である。直に隣接する画素Ｐ１−Ｐ８は、記述子Ｄ１−Ｄ８を定義するために用いられる。これらの記述子は、画素Ｐ０と隣接する画素のうちのひとつの画素との差により定義される。例えば、Ｄ１は、Ｐ０とＰ１のグレイスケール値の差により定義され、Ｄ２は、Ｐ０とＰ２との差により定義される、等々である。第二番目に近い画素もエッジの検出および測定に用いることができる。図４Ｂにおいて、画素Ｐ１−Ｐ８は、中心画素Ｐ０に最も近い画素であり、画素Ｐ９−Ｐ２４は、第二番目に近い画素である。第二番目に近い画素は、好ましくは、最も近い画素に比べて測定においてより少ない重みづけを与えられる。これらの記述子の全部若しくはいくつかの重みづけされた平均値は、画素Ｐ０のために一組の記述子を定義するのに用いられる。同様に、一組の記述子が画素のグループのために定義される。図４Ｂに示すように、Ｇ０で示される画素のグループは画素グループＧ１−Ｇ８に囲まれている。そのような場合、記述子Ｄ１は、Ｇ０の最上段の画素の各々とＧ１において垂直に隣接する画素との差の平均値により定義される。記述子Ｄ３，Ｄ５およびＤ７も同様に定義される。Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６およびＤ８に対する記述子は、Ｇ０の角の画素とＧ２，Ｇ４，Ｇ６およびＧ８の領域において斜めに隣接する画素とのあいだの差により夫々定義される。好ましくは、画素グループの記述子の組みは、画素のグループのまわりの８つの放射状の構造から派生する。ひとつ画素に対する放射状の構造、Ｒ１−Ｒ８が図４Ａにしめされている。図４Ｂにおいて、放射状構造は、中心領域Ｇ０の周りの８つのグループに対応するか、もしくは、それらは、中心画素Ｇ０から延長される単一の行、列そして斜めの放射状構造として定義できる。一組の記述子を選択するさいの重要な点は、画素のグループについての領域に関する情報を提供するグループにおける隣接する画素を定義することである。それによって、変化は、それらが画素のグループに近づくにしたがい、もしくはそれらが画素のグループから発するにしたがい検出できる。本発明の方法は、図５に示すようにフローチャートで表現できる。治療にあたる医者は、好ましくは、約摂氏６５度の融除できる温度基準値に対応するグレイスケールレベルまでディスプレイ上の最も明るい要素がその強度を増加するようにディスプレイ２２上の表示された画像の強度を調節することによりはじめる（ステップ１００）。このことは、表示された画像にたいする強度レベルが、グレイスケールの範囲の下部のあらわれるようにディスプレイの利得を調節することによってもなされる。すなわち、最も明るい点は「明るく」もしくは「白く」見えないと、グレイスケールの上方の端部に到達することなくそれらはより明るくなる。好ましくは、プロセッサー３４はグレイスケール強度のあらゆるレベルにおいて画素の計数を示す表示を生成する。ユーザーは、低いレベルの多くの画素が関心の領域を支配するまでディスプレイ上のゲインを調節する。そのような方法により、より高温でのマッピングを可能とする、グレイスケールのより高い端部まで、画素が変化できるような強度レベルまでユーザーは、表示された画像をシフトする。グレイスケール強度が調節された後、ユーザーは、上述のごとく対象とする領域を定義できる（ステップ１０２）。そして、対象の領域は画素のグループへと分離される（ステップ１０４）。画素のグループが定義された後、一組の記述子が各画素グループにたいして選択され、そして検出された通常の温度への選択された記述子の組みに最も良くマッピングする転送機能が選択される（ステップ１０６）。記述子は、各画素グループの領域において同質性の表示を提供する差動の測定、傾き等である。その組における各記述子にたいする基線値は、決定されそして学習セットメモリに神経要素に関連して位置される（ステップ１０８）。マッピングシステム１４は、システムの準備が完了し、組織治療が開始できることを治療にあたる医師に信号で教える。この表示は、ディスプレイ２８上にメッセージを表示するか、もしくはコンピュータシステムの状態を表示するために光源もしくは発光ダイオード（「ＬＥＤ」）または他の視覚もしくは聴覚による方法によって生成できる。治療が開始されると、システム１４のフレームグラッバー３０は、システム１２から定期的に画像データを入手し、それをバッファー３２に格納する（ステップ１１０）。この画素データを受け取ると、各神経要素にたいする記述子の組みへの記述子は、更新されて、神経要素に入力される（ステップ１１２）。神経要素は、記述子の入力を用いて現在の要素値を演算し、現在の要素値と基線値の差分を測定する（ステップ１１４）。現在値もまたワークメモリ３８に記憶され、各神経要素にたいして柱状図を作成する（ステップ１１６）。好ましくは、温度探り針が埋め込まれた組織の真の温度を読み取り、そして出発温度からの温度の差分変化を測定する。この変化は、対応する神経要素のための記述子の基線セットと現在値とのあいだのグレイスケール値における変化に相関している（ステップ１１８）。もし摂氏度相関要因に対するこのグレイスケール単位が、神経要素が用いるものと略同一であるとしたら、プロセスは継続される（ステップ１２０）。さもないと、神経要素の転送機能のための相関もしくは重みづけ要因が修正される（ステップ１２２）。グレイスケール対温度相関要因を用いて、各神経要素は、記述子の組みの基線値と現在値とのグレイスケール差分に対応する温度変化を演算する（ステップ１２４）。温度差分は、測定された出発温度に付加されて、神経要素に対応する組織の温度を決定する（ステップ１２６）。もし、この温度が熱治療範囲の基準温度のひとつより高いとしたら（ステップ１２８）、検出された温度範囲に対応するオーバーレイデータが、生成され、オーバーレイバッファー４０に格納される（ステップ１３０）。オーバーレイデータは、フレーム送信機４２によりビデオ信号に変換され、ディスプレイ２４に送信されて（ステップ１３２）、画素のグループに相応する特徴の温度を示す色の変化を生じる。上述のエキスパートシステムは、グレイスケール対温度相関要因を確認するためひとつ以上の温度探り針を用いる。別の実施例においては、温度探り針は用いていない。その代わり、医師は、撮像される組織領域に治療探り針を向けて、短い治療照射を加える。この照射の力およびその時間は、組織への力の信託を計算するための組織エネルギー吸収要因とともにこの情報を用いるマッピングシステムに提供される。パワーの堆積は、特徴のために識別された組織のタイプのための良く知られている温度変化に対応する。この温度変化は、テストパルスの期間中、同じ領域のために測定された差分のグレイスケールに相関している。これは、領域のために平均の相関要因を確認もしくは計算するために２、３回行われる。他の組織のタイプに対する相応する相関要因は、良く知られた方法でそのデータから外挿できる。一度相関要因がこの方法で計算されたら、システムを調節するための探り針によって測定された温度を用いることに関連したステップが行われないことをのぞけば、システムを使用することは上述のごとく進行する。付言すれば、本発明のエキスパートシステムは、グレイスケールの差分は熱的に誘導されて、信号ノイズでは引き起こされないことを証明できる。差分を証明するためには、エキスパートシステムは、先行する記述子の値により成立した傾きが、温度範囲におけるシフトを確証するか否かを決定するために、神経要素にたいして格納されたヒストグラムデータについてのエッジ検出技術を用いることができる。付言すれば、ひとつの神経要素にたいする現在の記述子セット値と隣接する神経要素にたいする現在の記述子セット値の差は、神経要素の近くの領域が近づいているのか、若しくは別の温度範囲にあるのかを確証するためのエッジ検出または画像の画質向上技術を用いて評価できる。付言すれば、若しくは、その一方、柱状図データは、現在の記述子セットが正確に組織または画像変化を定義しているか否かを決定するために、フィルターリングもしくはノイズ交番技術を用いることで処理できる。このようにして、各神経要素にたいするヒストグラムデータと隣接する神経要素のための記述子セット値を用いて領域に対する温度シフトを確認できる。この証明は、ノイズを多く含むまたは異常なデータに応答して生成される温度変化の表示の尤度を減少させるために用いられる。使用にあたっては、治療にあたる医師は、患者に対して、目標とする組織領域の熱治療を準備する。治療を開始するのに先立って、温度監視システム１０を、患者の近くに配置し、もし温度探り針が温度証明のために用いられるのなら、超音波画像スクリーンに表示される組織に対して挿入される。各神経要素のための記述子セットに対して温度マッピングシステム１４が基線値を確立したのち、システムは、治療の開始を医師に信号で知らせる。そして、医師は選択された方法により、治療探り針を患者に挿入し、目標の領域に向かって放出されたエネルギーを向ける。熱が目標領域における放出されたエネルギーにより生成されるにしたがい、マッピングシステム１４は、定期的にビデオＲＡＭ２２に書き込まれる画素データを捕捉する。捕捉されたデータは、基線値と比較される記述子値を更新するために用いられ、グレイスケール差分を生成する。更新の割合は、使用されるデジタル信号プロセッサー、速度および記憶容量に依存する。好ましい実施例においては、毎秒１２フレームの割合で、オクラスＦ／６４カードは、ビデオデータを更新する。グレイスケール差分は、グレイスケール対温度相関要因を用いることで温度変化に相関される。神経要素に対応する組織のために決定される相応する温度は、治療範囲のために基準温度と比較される。もし画素値のための差分が、組織の温度が別のゾーンにシフトしたことを示しているとしたら、マッピングシステムは、神経要素のための柱状図データに関するエッジ検出技術を用いるか、または調査中に、神経要素に隣接する神経要素のための記述子セット値に関するエッジ検出技術を用いて、温度ゾーンを確認できる。好ましくは、マッピングシステムは、神経要素に用いられるグレイスケール対温度相関要因を確認するため組織に埋め込まれたひとつ以上の温度探り針を読み取る。神経要素に対応する組織に対して温度範囲のシフトが検出されたとき、マッピングシステム１４は、カラーオーバーレイデータをオーバーレイバッファー４０に格納し、そのデータは、超音波ユニット１２のディスプレイ２４を修正するためにビデオＲＡＭ２２に送信される。治療する医師が色の表示される画像への付加を観察したとき、医師は探り針を動かすか、目的の領域に供給されるエネルギーを調節できる。一度、医師が目的の組織が壊死もしくは融除できたと満足したら、治療は終了し、そして、治療探り針は除去される。もしも、医師が領域の温度監視を続けたいのならば、送信機・変換機１８を用いて、エキスパートシステムによって組織の温度変化を示すために基線値と比較される画像データの生成を続ける。本発明を好ましい実施例および変形例およびプロセスによって示してきたが、また好ましい実施例および変形例およびプロセスを非常に詳細に述べてきたが、そのような詳細まで付帯する請求の範囲をいかなる方法によっても制限するのは、本出願人の意図するところではない。付加的な利点および修正は、従来の技術において直ちに現れる。例えば、後方散乱されたデータにおける変化は、送信機・変換機１８で受信された信号から検出できる。その結果、ユニット１８の変換機が生成する信号は、温度変化を決定するために、本発明の原理にしたがって制作されたシステムによって処理できる。そのようなシステムは、本発明の範囲内である。同様に、本発明は、超音波エネルギーにより生成された画像に基づいて説明してきたが、本発明のシステムおよび方法は、レーダーまたは他の画像エネルギー源から生成された画像データとともに用いることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年１月２１日（１９９８．１．２１）【補正内容】付言すれば、熱は、治療される領域から外に向かって周囲の領域に、異なる潅流レベルおよび異なる組織のタイプを主な原因とする異なる割合で伝達される。被治療領域内外の加熱を効果的に監視するには、治療にあたる医師が実用的とは考えない、もしくは臨床的には受け入れることができない沢山の探り針を必要とする。温度探り針の有効性に影響をあたえる別の要因は、健全な組織対異常な組織の異なる熱伝導性である。通常、温度探り針は、影響された領域をとりまく健全組織に位置される。その結果として、目標とする組織から健全な組織への熱の転送の割合は、探り針と異常な組織領域とのあいだの組織が破壊されるまで熱探り針が高温を登録できないようにする。従って、正常な組織内での温度探り針の位置は、重要であり熱治療の有効性に影響をあたえる。熱治療技術において温度監視を提供する別の試みは、組織における温度変化を表示するための核磁気共鳴映像法の使用を含む。核磁気共鳴映像法は、その手続きを実効するための特別の非磁気器具および設備を必要とするのにしたがい、典型的にコストを抑制する。従って、そのような技術の使用は、比較的大きな領域の映像を必要とする非常に特別な環境、器具および手続きに限定されるようにみえる。最後に、温度治療監視のために超音波映像法を用いる試みもいくつかなされてきた。超音波データは、グレイの様々な段階において組織構造を撮像するために用いられるグレイスケールデータのかたちで現される。異常な組織が壊死もしくは切除されるときの組織構造の変化は、表示された映像を十分に知覚的に変化させるには、重要ではない。同様に、普遍的な細胞損傷が生ずる破壊的な基準にその温度が近づく際の通常の組織内での構造の変化は、典型的なグレイスケール超音波画像において直接には観察できない。アメリカ特許Ｎｏ．５３７０１２１には、被験物の内部の温度変化を測定する方法および装置が開示されている。時間的に異なる時点で二つの超音波画像が生成され、そしてそれから差分の超音波画像が決定される。温度に関連するデータは、対象とする領域のために決定され、そのデータを表示するために数字による表示が提供される。アメリカ特許Ｎｏ．４６２０５４６には、断層Ｘ線写真画像を得るために断層Ｘ線写真超音波探り針を有する超音波熱治療装置が開示されている。焦点の位置、即ち、加熱用具からの超音波輻射の病気に冒されやすい場所は、断層Ｘ線写真画像に重畳され、そしてＴＶモニターに表示される。アメリカ特許Ｎｏ．５２６７３２８には、放射状物として定義される画素のあいだでの差分の測定が行われる画像から生成される画素から、差異を示すパターン情報を選択する方法が開示されている。必要とされるのは、発熱療法もしくは熱治療目標領域とその近くでの組織の温度を監視する方法である。必要とされるのは、数多くの温度探り針の位置づけを必要とせず、もしくは目標および周囲の組織へのそのような探り針の注意深い位置づけなしで組織での熱状態を監視する方法である。必要とされるのは、コストを抑えた核磁気共鳴器具および環境を必要としない熱的に治療される組織の領域における組織のための温度データを監視、表示する方法である。必要とされるのは、組織の構造的な特徴は、視覚的には、知覚できず，または、組織で生ずる温度変化により著しく変化するのだけれども、温度データまたは組織損傷情報を提供する超音波エネルギーとともに組織の温度を監視する方法である。発明の概要本発明の基本原理にしたがって実施されるシステムおよび方法により、組織温度を監視する先に知られているシステムおよび方法の制限は、克服される。本発明の方法は請求項１記載の段階を含む。この方法は、本発明の基本原理に従って制作されたシステムによって実効される。そのようなシステムは、超音波表示デバイス、超音波表示デバイスによって生成された画像データを読み取り、そして、画像データにおける変化を解釈する温度マッピングワークステーションを有する。好ましくは、少なくとも、ひとつの温度探り針を、画像領域内の組織に挿入し、そして、最も好ましくは、探り針は、目標の領域に位置される。温度マッピングワークステーションは、基線値を得るための単純な基準、傾き検出、キャニー検出、放射状物分析その他、そして温度測定に相関できる画像の変化を検出するための蓋然性柱状図のようないくつかのエッジ検出技術のひとつを用いる。全体の画像もしくは画像の予め選択された部分が分析される。超音波画像の強度レベルは、好ましくは、最も軽いグレイスケール値を超えるのに先立って除去できる温度基準に相応するグレイスケールに最も軽い表示された画素が変化するように調節される。グレイスケール強度が調節された後、各画素のグループのために一組の基線記述子が定義される。各画素のグループは、記述子の組における数多くの記述子に相応する沢山の神経要素を有している。画素のグループのための神経要素の出力は、出力神経要素に接続されている。各出力神経要素は、組織のために可能な温度範囲のひとつに対応する。各出力要素での画素グループのための神経要素からの出力の計量は、画素のグループのために温度を表示するために出力要素のひとつを活性化する。好ましくは、熱治療の開始前に読み取られた画素値は、神経要素のための重みづけを確立するために学習セットデータを発展するために用いられる。各出力神経要素は、その活性化状態を通常の状態と比較して、もしも出力要素がエラーを検出するとしたら、画素のグループのために神経要素により用いられた重みに調節信号を提供する。一度熱治療が開始されたら、組織を発熱させる治療探り針からエネルギーを受ける。組織における温度変化は、今度は、後方散乱された超音波撮像エネルギーに影響を及ぼす。その結果として、組織の画像を更新するために超音波表示デバイスにより生成された画素データもまた変化する。図１は、超音波機器上に表示される組織の温度を監視するシステムのブロック図；図２は、本発明の実施例において用いられる温度マッピングワークステーションのブロック図；図３Ａは、神経要素の略線図；図３Ｂは、画素もしくは画素のグループを決定するための４個の記述子を用いる神経要素を例として示す略線図；図３Ｃは、図３Ｂにおける画素のグループの神経ネットワークの略線図；図４Ａは、画素に対する一組の記述子を定義するために用いられる画素の略線図；図４Ｂは、画素のグループに対する一組の記述子を定義するために用いられる画素の略線図；および図５は、超音波機器上に表示された組織の温度を監視する方法の流れ図。発明の詳細な説明図１は、本発明の原理を実施するために用いられるシステムを示す。システム１０は、温度マッピングワークステーションもしくはシステム１４と接続される超音波撮像デバイス１２を有する。超音波撮像デバイス１２は、コンピューターユニットおよび送信器・変換器ユニット１８を有する。送信機・変換機ユニットは、電気ケーブル２０を介して、コンピュータユニットに接続される。送信機・変換機ユニット１８は、超音波エネルギーを放出し、組織によって後方散乱されたエネルギーを受信する。この情報は、後方散乱されたデータを処理するコンピュータユニットに供給され、ディスプレイ２２に表示される画像を生成する。このような超音波撮像システムは、従来良く知られているものである。温度マッピングワークステーション１４は、画像データを電気ケーブル２４を介して伝達するためにコンピュータユニットに接続されている。もしくは、温度マッピングワークステーション１４によっておこなわれる画像処理は、システムバス等を介してシステム１２に接続されたデジタル信号処理カード上で実行されてもよい。本発明によるシステム１０は、マイクロ波、レーザ、高周波、電気腐食、もしくは超音波探り針等の熱治療機器との関連において用いることができるが、システム１０の用途はそのような応用に限られる訳ではない。例えば、システム１０は、組織内に注入もしくは静脈から取り出された化学薬品に対して反応する組織の温度を監視するためにも用いることができる。超音波撮像デバイスの画面上の画像データの表示については、良く知られている。基本的には、超音波エネルギーは、送信機・変換機ユニット１８の送信機部から表示される組織に向かって放出される。このエネルギーは、組織の異なる形態によって相違して、後方散乱される。この後方散乱されたエネルギーは、分光反射部および干渉反射部からなる。後方散乱されたエネルギーは、送信機・変換機１８の変換機部で受信され、グレイスケール強度データに変換される。グレイスケール強度データは、システム１２内のビデオＲＡＭ等に蓄えられる。そのようなＲＡＭは、良く知られていて、典型的には、表示画面２２に対する画素に対応するよう行列の方法で組織されている。グレイスケール強度データは、ビデオＲＡＭ等から検索され、表示画面２２用の駆動信号を生成するために用いられる。グレイスケールデータの検索および駆動信号の生成は、人間の目に「フリッカー」が現れないような割合で行われる。ビデオＲＡＭは、通常、ディスプレイを駆動するためにビデオＲＡＭからデータを読み出すのと同様に、プロセッサーがＲＡＭ内の画素値を更新できるように構成されている。最も商業的に入手できる超音波システムは、ディスプレイ２２を駆動するための信号を記録できるようにビデオデータポートを提供している。このポートは、典型的には、ＲＳ−１７０ポートであり、そのようなポートを介して提供されるデータは良く知られている。好ましくは、マッピングワークステーション１４は、ビデオデータポートからビデオデータ信号を受信し、デジタル化して、画素データを生成する。殆どの超音波システムは、ＲＳ−１７０ポートを有しているので、そのようにして実行した場合、ワークステーション１４は、殆どの超音波システムと互換性を有することとなる。また一方、画素もしくはグレイスケールデータをシステム１２に伝達するためのパラレルまたはシリアルデータポートを介してワークステーション１４はシステム１２に接続されている。この構造によれば、システム１２において信号処理をうけるデータに先立って、システム１２からグレイスケールデータを提供できる利点がある。システム１２は、後方散乱されたエネルギーの干渉反射成分において用いられる情報に対する感度を減少するように信号処理を行うことができる。このように感度を減少させると、ワークステーション１４による温度検出の精度に影響をおよぼす。超音波撮像システムが、画素データを処理する前に画素データを受信することにより、反射成分における情報はより精度の高い温度マッピングに貢献することとなる。そのうえに、システム１２により生成された画素データは、温度マッピング用の信号処理を複雑にするメーカーの特別な情報をも含む。温度マッピングに対するアナログまたはデジタルデータもしくはそれらと等価なものを、移転することは、本発明の原理内である。グレイスケールデータは、表示画素の強度レベルを定義するデータワードである。グレイスケール範囲の最低値は、低強度またはブラックシェード画素に対応し、一方、その範囲の高い値は、最も明るい強度またはホワイトシェード画素に対応する。そのあいだに介在する値は、グレイのシェード、故にグレイスケールデータという用語となる。グレイスケールデータは、カラーデータを表示可能な画面上に表示できる。超音波ユニット１２のディスプレイ２２およびワークステーション１４のディスプレイ２６は、グレイスケールとカラー画像の両方を表示することができるディスプレイである。好ましくは、温度マッピングワークステーション１４は、インテルペンティアムプロセッサー、８ＭＢ以上のＲＡＭおよび５４０ＭＢ以上のハードドライブを有するパーソナルコンピュターである。システムバスを介してシステム１４に接続しているのは、デジタルプロセッシングカードであり、このカードは、システム１２からの画像データを処理して温度マッピングを行う。そのようなデジタル信号処理カードは、カナダ国、ケベック州、サン・ローランのコレコ社で製造されており、オクラスＦ／６４デジタル信号処理カードとして指定されている。処理される画像データは、システム１４のディスプレイ２６上に表示可能である。付言すれば、システム１４は、ディスプレイ２６上に表示された画像についてカーソルを移動および画像の座標を識別するためのマウスもしくはトラックボールのような標準的な入力・出力（Ｉ／Ｏ）装置を有する。図２は、本発明の温度マッピングを実行するために用いられるデジタル信号処理カードのブロック図である。カードは、フレームグラッバー(GRABBER)３０、データバッファー３２、データシグナルプロセッサー３４、学習セットメモリ（ LEARNING SET MEM0RY）３６、ワークメモリ３８、オーバーレイバッファー４０およびフレーム送信機４２を有する。フレームグラッバー３０は、一度に一フレームずつビデオデータポートからビデオデータを検索し、アナログビデオデータを処理のためにデータバッファー３２に記憶される画素データに変換する。代わりとして、フレームグラッバー３０は、システム１２により生成されたグレイスケールデータを得るためにシステム１２とデジタルデータポートを介して接続するデジタルインターフェイス５０からデータを得ることもできる。グレイスケールデータは、システム１２により用いられ、ディスプレイ２２を駆動する映像信号を生成し、そのワークステーション１４への転送に先立って、デジタル信号処理をうけてもよいし、うけなくともよい。典型的には、フレームデータは、毎秒約９乃至２０フレームずつの割合でディスプレイ２０に供給される。画像データのノイズを減少するためには、各画素にたいして、データの数フレームを検索し、平均化できる。この平均化された画素データは、次いでバッファー３２にプロセッサー３４の処理のために記憶される。熱治療を開始するのに先立ち、全表示が対象とする領域として識別されるけれども、治療にあたる医師は、好ましくは、ディスプレイ２６上に表示される画像内での対象領域を選択する。マウスまたはトラックボール５２を用いて、対象領域の輪郭を描くことにより、その領域を識別することができる。システム１４は、温度マッピングのための監視期間中、対象領域内での画像データを評価する。前もって定義される領域の形が用いられるけれども、好ましくは、対象領域は、長方形もしくは矩形の左上部および右下部を定義するために、ディスプレイ２６上の第一および第二の位置をクリックすることで定義することができる。一度、対象領域が定義されたなら、プロセッサー３４は、温度マッピングのために、対象領域を画素の前もって定義されたグループに分離する。画素のグループは、単一の画素として定義できる。しかしながら、そのような画像の分離は、超音波探り針の位置における変化に対しては、敏感である。超音波探り針における小さい変化は、画像にたいして生成された画素データを実質的に変更し、そして組織変化を正確に反映はしない、差異の測定を生ずる。好ましくは、画素のグループは、多数の画素を含み、そして、他の形を用いることができるけれども、形状としては四角である。多数の画素のグループは、超音波探り針の位置の変化にたいしては、敏感ではない。好ましくは、画素のグループは、対象とする領域を画素グループの整数分の一に分離する。例えば、１６０ｘ１６０の画素のグループは、４ｘ４、１０ｘ１０または１６ｘ１６の画素のグループに分離する。一度対象領域と画素のグループが定義されたなら、プロセッサー３４は、好ましくは、画素の各グループにたいして、神経要素を生成し、基線値の学習セットおよび各神経要素にたいして転送の機能を確立する。基線値は、学習セットメモリ３６に格納される。各画素のグループにたいする基線値については、あとでより詳細に述べることとする。基線値は、画素グループの同質性およびその周囲の近隣の画素のグループについて、プロセッサー３４に情報を提供する。この基線の情報は、温度値と変化に相関する熱治療により引き起こされる変化を検出するために用いられる。画素グループに対する一組の基線値は、画素グループ内外のグレイスケール値の差異の測定を含む。例えば、画素のグループに対する平均グレイスケール値は演算することができ、画素グループに隣り合う各画素に対する差動グレイスケール値は、計算および累積できる。そのような測定は、画素グループの範囲における画像の滑らかさの表示を提供する。同様に、画素グループの境界でのグレイスケール値に関連する傾きは、熱治療の開始に先立つ画像領域における変化を定義するために用いられる。基線値の他の例は、画素グループの近くにおけるエッジの検出、計数および測定を含む。そのようなエッジの検出と測定は、従来広く知られているしきい値、傾きおよびキャニー(Canny)技術を用いて行われる。好ましくは、エッジの検出および測定は、アメリカ特許Ｎｏ．５，２６７，３２８に開示されるラジアル技術を用いて行われる。上記特許において述べられ、また本発明の好ましい実施例において用いられる技術は、ラジアル形状抽出、ラジアル空間分配抽出、ラジアル輪郭抽出およびラジアル傾き抽出技術である。これらの技術によれば、画素グループの近くでのエッジの検出および計数のための基線値測定、画素グループの領域における画像の滑らかさ、画素グループ周囲の領域での同質性、画素グループの対向する側における領域の類似性および画素グループの領域におけるグレイスケールの変化の量の標準が夫々、提供される。熱治療が生ずるに従い、基線値を確立し、そしてそれらの値における変化を演算するためにこれらの技術を用いることによって、治療によって引き起こされた変化の量を示す差異の値が識別できる。治療が開始されたのちは、プロセッサー３４は、現在、表示されている画像の新しい記述子を生成するための新しいフレームデータに対してバッファー３２に格納されている画素値を用いる。これらの記述子は、学習セットメモリ３６の学習セットデータと比較されて、対象領域内における画素の各グループに対する画像の変化を測定する。測定された画像の変化は典型的にはグレイスケール単位で表現され、画素のグループに対応する組織領域にたいする温度の変化に相関している。この温度変化は、組織が存在する範囲を確定するための温度範囲の基準値と比較される。画素グループに対する温度範囲の識別は、オーバーレイバッファー４０に格納されているオーバーレイ画像データを生成するために用いられる。オーバーレイ画像データは、アナログフレームデータに変換され、そしてディスプレイ２２にフレーム送信機４２によって供給される。オーバーレイ画像データは画素のグループに対応する組織領域のための温度を示すために、ディスプレイ２２上の画像部分をカラー化する。また一方、オーバーレイ画像データは、画素の形でとどまることができ、そしてフレーム送信機３２は画素データをシステム１２に伝達するためのＩ／Ｏコントローラでも可である。画素データはシステム１２のビデオＲＡＭに格納でき、画素の各グループのための温度範囲を示すためにディスプレイ２２の部分をカラー化するために用いられる。図３Ａは、神経要素のサンプルを示す。神経要素ＨＩは、入力データを出力状態Ｏに相関させる転送機能を実施する。もしも出力状態を真に読み取ることが可能であるなら、相関された出力状態Ｏと真の状態との差を用いて転送機能を修正することにより、入力データＩを対応する出力状態Ｏに良く相関させることができる。このようにして、進行中のプロセスの期間中、要素ＨＩは調整もしくは学習する。本発明においては、神経要素におけるこのような調節により、システムは、血液の潅流等により引き起こされた組織における変化を補償することができる。本発明による典型的な神経要素を図３Ｂに示す。ここにおいて、神経要素ＨＩは、４つの入力Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３およびＤ４を受信する。これらの入力はあとでより詳細に述べる。これらの入力は、神経要素のための一組の記述子を定義し、神経要素は、上記のプロセスによって識別された画素もしくは画素のグループに対応する。記述子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３およびＤ４は、バッファー３２における画素値から派生する。図３Ｂにおける要素ＨＩの転送機能は、記述子の現在のセットの重みづけされた平均値と学習セットに含まれた記述子のための基線値の状態との差を、要素ＨＩに対応する画素の温度に相関させる。この温度は、４つの入力のうちのひとつを活性化する。出力は、温度が通常の範囲（Ｏ１）、高熱範囲（Ｏ２）、熱治療範囲（Ｏ３）および融除範囲（Ｏ４）のどの範囲にあるかを示す。好ましくは、これらの範囲は、上記した摂氏度で表現されたものに対応する。神経要素に対して４つの記述子を用いたのは、単に例としてであり、各要素にたいしては、より多くのまたより少ない記述子を用いることができる。好ましくは、各神経要素には、４つの記述子が用いられる。好ましくは、表示される組織に少なくともひとつの温度探り針４８が埋めこまれる。この探り針４８からの信号は、アナログ・デジタル変換機５０によりデジタル信号に変換され、この信号は、探り針４８が埋め込まれた表示された組織上の位置に対応するプロセッサー３４における神経要素に供給される。この信号は、神経要素に対する転送機能を訂正するために用いられる真の温度の読み取りを提供する。この補償要因は、神経要素を処置されている組織における進行中の状態に適応させるために、他の神経要素にも提供できる。各画素グループにたいする好ましい神経ネットワークを図３Ｃに示す。より少ないまたはより多い記述子をグループにたいして用いることができるけれども、そのネットワークは４つ一組の記述子を示している。これらの入力は、重みづけられた平均値を演算するために、異なるように重みづける４つの神経要素の各々に提供される。これらの重みづけされた平均値は、各々、出力要素に適応され、各々の出力要素は、温度範囲に対応している。出力要素は、適応された平均値を重みづけし、そして出力要素のひとつが、活性化される。好ましくは、正しい出力要素が活性化されたか否かを検証するための温度相関要因を出力要素は具備する。もしエラーがある時、調節信号を生成して、神経要素に供給することにより、神経要素での重みづけ要因Ｗを調節するために誤った重みづけされた平均値を提供する。各画素のグループにたいする出力要素の状態は、オーバーレイデータを生成するために用いられる。画素の一組の記述子を生成するために用いられる画素を図４Ａに示す。同図において、中心の画素Ｐ０は、温度を計算するための画素である。直に隣接する画素Ｐ１−Ｐ８は、記述子Ｄ１−Ｄ８を定義するために用いられる。これらの記述子は、画素Ｐ０と隣接する画素のうちのひとつの画素との差により定義される。例えば、Ｄ１は、Ｐ０とＰ１のグレイスケール値の差により定義され、Ｄ２は、Ｐ０とＰ２との差により定義される、等々である。第二番目に近い画素もエッジの検出および測定に用いることができる。図４Ｂにおいて、図４Ａの画素Ｐ１− Ｐ８に対応する画素は、中心画素Ｐ０に最も近い画素であり、画素Ｐ９−Ｐ２４は、第二番目に近い画素である。第二番目に近い画素は、好ましくは、最も近い画素に比べて測定においてより少ない重みづけを与えられる。これらの記述子の全部若しくはいくつかの重みづけされた平均値は、画素Ｐ０のために一組の記述子を定義するのに用いられる。同様に、一組の記述子が画素のグループのために定義される。図４Ｂに示すように、Ｇ０で示される画素のグループは画素グループＧ１−Ｇ８に囲まれている。そのような場合、記述子Ｄ１は、Ｇ０の最上段の画素の各々とＧ１において垂直に隣接する画素との差の平均値により定義される。記述子Ｄ３，Ｄ５およびＤ７も同様に定義される。Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６およびＤ８に対する記述子は、Ｇ０の角の画素とＧ２，Ｇ４，Ｇ６およびＧ８の領域において斜めに隣接する画素とのあいだの差により夫々定義される。好ましくは、画素グループの記述子の組みは、画素のグループのまわりの８つの放射状の構造から派生する。ひとつ画素に対する放射状の構造、Ｒ１−Ｒ８が図４Ａにしめされている。図４Ｂにおいて、放射状構造は、中心領域Ｇ０の周りの８つのグループに対応するか、もしくは、それらは、中心画素Ｇ０から延長される単一の行、列そして斜めの放射状構造として定義できる。一組の記述子を選択するさいの重要な点は、画素のグループについての領域に関する情報を提供するグループにおける隣接する画素を定義することである。それによって、変化は、それらが画素のグループに近づくにしたがい、もしくはそれらが画素のグループから発するにしたがい検出できる。本発明の方法は、図５に示すようにフローチャートで表現できる。治療にあたる医者は、好ましくは、約摂氏６５度の融除できる温度基準値に対応するグレイスケールレベルまでディスプレイ上の最も明るい要素がその強度を増加するようにディスプレイ２２上の表示された画像の強度を調節することによりはじめる（ステップ１００）。このことは、表示された画像にたいする強度レベルが、グレイスケールの範囲の下部にあらわれるようにディスプレイの利得を調節することによってもなされる。すなわち、最も明るい点は「明るく」もしくは「白く」見えないと、グレイスケールの上方の端部に到達することなくそれらはより明るくなる。好ましくは、プロセッサー３４はグレイスケール強度のあらゆるレベルにおいて画素の計数を示す表示を生成する。ユーザーは、低いレベルの多くの画素が関心の領域を支配するまでディスプレイ上のゲインを調節する。そのような方法により、より高温でのマッピングを可能とする、グレイスケールのより高い端部まで、画素が変化できるような強度レベルまでユーザーは、表示された画像をシフトする。請求の範囲１．複数の画素からなる組織の画像を受信し、組織における温度変化をマッピングする方法であって、上記画像を画素のグループに分離し、なお、上記画素のグループの各々は、上記グループ内の画素と上記グループ外の画素とのグレイスケール値の差分の測定によって形成されたひと組の記述子から選択された、対応する組の記述子を有し；少なくとも各画素のグループのひとつのために基線を確立し、なお、上記対応する組の記述子、上記基線は組織の初期状態に学習セットとして対応する；画素のグループ内での新しい画素に対応する画素のグループのための上記記述子のセットと上記画素のグループのための上記記述子のセットのための基線とのあいだの差分を測定し；上記測定された差分を上記画素のグループに対応する組織の温度変化に相関させ；そして組織のための所定の温度範囲における変化を示す上記相関された温度変化に応答して、組織画像上に温度の表示をかぶせるステップを有することを特徴とする組織における温度変化をマッピングする方法。２．上記分離するステップは、組織の上記画像における対象とする領域を定義し、上記対象領域を画素のグループに分離するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。３．上記画素のグループ外の画素は、放射状として定義されていることを特徴とする請求項３記載の方法。４．上記基線を確立するステップは、各画素のグループと各放射状物とのあいだの相関を決定し、そして上記決定された相関を学習セットとして格納するステップをさらに有することを特徴とする請求項３記載の方法。５．上記相関を測定するステップは、少なくとも、上記各画素のグループに関して上記放射状物のエッジの数を計数し、上記計数されたエッジの空間分配を決定し、上記検出されたエッジと上記画素のグループとのあいだの累積された差を測定し、対向する放射状物のために非対称の量を演算し、そして、隣り合う放射状物のあいだの累積された傾きを測定するステップのひとつをさらに有することを特徴とする請求項４記載の方法。６．上記相関ステップは、上記各画素のグループのひとつに対応する真の温度測定を読み取り、上記画素のグループの基線のあいだのグレイスケール差分を測定し、そして上記真の温度測定と基線温度測定とのあいだの相違に上記グレイスケール差分を相関させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。７．上記相関されたグレイスケールに相応して、画素の他のグループのためのグレイスケール対温度相関要因を温度測定に調節するステップをさらに有することを特徴とする請求項６記載の方法。８．上記基線確立ステップは、複数のパワー堆積測定からグレイスケール対温度相関要因を検定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。９．上記修正ステップは、上記所定の温度範囲に対応するオーバーレイデータを生成するステップをさらに有し、上記オーバーレイデータは、上記所定の温度範囲の夫々の色から構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の画素からなる組織の画像を受信し；上記画像を画素のグループに分離し、上記画素のグループの各々は、対応する組の記述子を有し；少なくとも各画素のグループのひとつのために基線を確立し、上記対応する組の記述子、上記基線は組織の初期状態に学習セットとして対応する；画素のグループ内での新しい画素に対応する画素のグループのための上記記述子のセットと上記画素のグループのための上記記述子のセットのための基線とのあいだの差分を測定し；上記測定された差分を上記画素のグループに対応する組織の温度変化に相関させ；そして組織のための温度範囲における変化を示す上記相関された温度変化に応答して、組織画像上に温度の表示をかぶせることを特徴とする組織における温度変化をマッピングする方法。２．上記分離するステップは、組織の上記画像における対象とする領域を定義し、上記対象領域を画素のグループに分離するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。３．上記分離するステップは、上記グループ内の画素と上記画素以外の画素とのあいだの差分の測定によって形成された一組の記述子から各画素グループのための上記記述子の組を選択するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。４．上記画素のグループ外の画素は、放射状として定義されていることを特徴とする請求項３記載の方法。５．上記基線を確立するステップは、各画素のグループと各放射状物とのあいだの相関を測定し、そして上記測定された相関を学習セットとして格納するステップをさらに有することを特徴とする請求項４記載の方法。６．上記相関を測定するステップは、少なくとも、上記各画素のグループに関して上記放射状物のエッジの数を計数し、上記計数されたエッジの空間分配を決定し、上記検出されたエッジと上記画素のグループとのあいだの累積された差を測定し、対向する放射状物のために非対称の量を演算し、そして、隣り合う放射状物のあいだの累積された傾きを測定するステップのひとつをさらに有することを特徴とする請求項５記載の方法。７．上記相関ステップは、上記各画素のグループのひとつに対応する真の温度測定を読み取り、上記画素のグループの基線のあいだのグレイスケール差分を測定し、そして上記真の温度測定と基線温度測定とのあいだの相違に上記グレイスケール差分を相関させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。８．上記相関されたグレイスケールに相応して、画素の他のグループのためのグレイスケール対温度相関要因を温度測定に調節するステップをさらに有することを特徴とする請求項７記載の方法。９．上記基線確立ステップは、複数のパワー堆積測定からグレイスケール対温度相関要因を検定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。１０．上記修正ステップは、上記所定の温度範囲に対応するオーバーレイデータを生成するステップをさらに有し、上記オーバーレイデータは、上記所定の温度範囲の夫々の色から構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。