JP6650474B2 - 超音波発振装置並びにこれと関連する方法及びプログラム - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る超音波発振装置1の概略を示す図である。本実施形態に係る超音波発振装置1は、超音波を用いて生体8内の対象9を加熱することによる治療および治療の状況確認を効率化することによって、治療者(ユーザー)の負担を軽減し、また、従来に比べて精度の高いスキャン・加熱を可能とするものである。
次に、本実施形態に係る超音波発振装置1において実行される制御を説明する。なお、本実施形態において説明される処理の具体的な内容および順序等は、実施する上での一例である。具体的な処理内容および順序等は、実施の態様に応じて適宜選択されてよい。
Pi: Tiの座標
di: Tiの向き(姿勢)。超音波振動子12の発振面が向けられた方向を、大きさ1のベクトルとして表す。
τij: Tiから発振しTjで感知された波のうち、直接波伝搬時間
τ′ij: Tiから発振しTjで感知された波のうち、接触面Π上の反射点Rijで1回反射した波の伝搬時間(1回反射波伝搬時間)
bij: RijでのΠの法線
なお、ここで用いられる座標系は、適宜「特定のTiを原点に、特定のTjを(j≠i)をzx平面のx>0側に取る」等の規約を設けて固定される。
1. メンブレン11上に配置された振動子の総数Nは既知
2. 超音波振動子はメンブレン11の凹部111上にお椀状に並んでいる
3. メンブレン11内に充填されているゲルの体積は既知
4. メンブレン11は均等に膨張する
5. メンブレン11が「収縮している」状態での超音波振動子12の配置は、超音波振動子12付きメンブレン11製造時に既知
これによって、N個の振動子の仮の位置(仮座標)を決めることが出来る。振動子の向きについては、全てある一点(焦点)を向いていると仮定しておく(仮方向)。具体的には、仮方向は、曲面を球面と近似したときの球面の中心Cに全ての振動子が向いていると仮定し、以下のように設定する。
(1)Ti→Tjの直接波
(2)Ti→Rij→Tjの1回反射波
(3)メンブレン11内の多重反射波、体内で反射した反射波
このため、一般的には、Tjによって感知された波形のうち、直接波を除いて最も強い反射波が、1回反射波であると推定される。但し、実際には、凹部111の曲率とi,jの組み合わせによっては直接波または1回反射波が弱すぎて見えないか、重なって分離出来ない場合もあり得る。このようなケースについては、事前に実験・試運転した際に直接波または1回反射波の伝搬時間や強度、分離可能性について調べたものを参考にしてもよい。直接波については、Ti−Tj間の直接波の予想伝搬時間に近い時間で感知された波形の有無を確認することで、直接波の有無を判定することができる(ステップS301を参照)。
(1)反射点Rを一つ選ぶ
(2)R近傍の反射点を、Rからの距離が小さい順に複数選ぶ
(3)R近傍で曲面は(x,y,z)の2−3次の多項式、スプライン関数等で近似できると仮定し、Rとその近傍点を通り、その点付近では、接平面上に乗るという条件を課すと、R近傍の曲面を再現する関数が決まる。
Claims (17)
- 超音波を用いて対象を加熱する超音波発振装置であって、
超音波を発振および/または感知する複数の振動子と、
対象に対する凹面を形成する変形可能な凹部に、前記複数の振動子を保持することによって、該複数の振動子を、前記凹面に沿って配置された状態で該凹部の変形に応じて移動するように保持する保持部と、
前記振動子を制御して超音波を発振させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の振動子の何れかから発振された超音波を感知した前記振動子から出力された感知信号を受信する受信手段と、
受信された感知信号に含まれる、直接波に係る感知信号を特定する直接波特定手段と、
前記直接波の発振から感知までの時間に基づいて、発振側振動子と感知側振動子との間の距離を算出する距離算出手段と、
前記直接波に係る感知信号に基づいて、前記発振側振動子から発振の中心軸および該感知側振動子を見込む角を算出する角度算出手段と、
前記複数の振動子の相対的な位置関係を示す位置情報を、前記距離および前記見込む角を用いて補正する補正手段と、を有する、
超音波発振装置。 - 前記制御部は、前記発振側振動子から発振の中心軸および第一の感知側振動子を見込む角と、前記発振側振動子から発振の中心軸および第二の感知側振動子を見込む角と、前記発振側振動子の位置情報と、前記第一の感知側振動子の位置情報と、前記第二の感知側振動子の位置情報とに基づいて、該発振側振動子の向きを算出する姿勢算出手段を更に備える、
請求項1に記載の超音波発振装置。 - 受信された感知信号に含まれる、反射波に係る感知信号を特定する反射波特定手段を更に備え、
前記距離算出手段は、前記反射波の発振から感知までの時間に基づいて、前記発振側振動子から前記感知側振動子までの反射波の経路長を更に算出し、
前記角度算出手段は、前記反射波に係る感知信号に基づいて、前記発振側振動子から発振の中心軸および反射点を見込む角を更に算出し、前記反射波の強度に基づいて、該反射点からの該感知側振動子への入射角を更に算出する、
請求項2に記載の超音波発振装置。 - 前記対象は、生体に含まれる対象であり、
前記保持部は、前記凹部および該凹部の開口を塞ぎ前記生体に接触する接触部を有する中空の部材であり、
前記制御部は、前記接触部が前記生体に接触する接触面上にある前記反射点の位置を示す反射点位置情報を、前記位置情報、前記振動子の向き、前記反射波の経路長、前記発振側振動子から発振の中心軸および前記反射点を見込む角および前記入射角に基づいて算出する、反射点算出手段を更に備える、
請求項3に記載の超音波発振装置。 - 前記接触部が前記生体に接触する接触面の形状を示す接触面形状情報を、複数の前記反射点位置情報を用いて算出する接触面算出手段を更に備える、
請求項4に記載の超音波発振装置。 - 前記制御部は、前記複数の振動子の相対的な位置関係を示す位置情報、向き、および前記接触面形状情報に基づいて、超音波が各振動子から該接触面を経て焦点位置に到達するまでの時間を算出し、算出結果に従って該複数の振動子の夫々による超音波の位相を調整することで、該複数の振動子から発振される超音波による焦点位置を制御する焦点制御手段を更に備える、
請求項5に記載の超音波発振装置。 - 前記保持部に接続され、駆動することで前記凹部を変形させる駆動部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の振動子の相対的な位置関係を示す位置情報および向きと、該複数の振動子の目標位置および目標向きとを比較した結果に基づいて、前記駆動部を制御して前記凹部を変形させ、前記複数の振動子の夫々による超音波の発振方向を調整することで、該複数の振動子から発振される超音波による焦点位置を制御する焦点制御手段を備える、
請求項2から6の何れか一項に記載の超音波発振装置。 - 前記距離算出手段は、発振から感知までの時間に伝搬速度を乗算することで距離を算出する、
請求項1から7の何れか一項に記載の超音波発振装置。 - 前記角度算出手段は、予め保持されている発振角度とスペクトルとの対応関係に基づいて、感知信号のスペクトルに対応するスペクトルを有する発振角度を算出することで、前記見込む角を算出する、
請求項1から8の何れか一項に記載の超音波発振装置。 - 前記角度算出手段は、前記感知側振動子が垂直に感知した場合の感知信号の推定強度と、実際に受信された感知信号の強度とを比較することで、前記入射角を算出する、
請求項3から6の何れか一項に記載の超音波発振装置。 - 前記制御部は、前記複数の振動子によって発振される超音波が一部の領域において打ち消し合うように、前記複数の振動子の夫々から発振される超音波の位相を制御することで、前記一部の領域における加熱をキャンセルする、
請求項1から10の何れか一項に記載の超音波発振装置。 - 前記保持部の前記中空を満たす液体またはゲルを更に備える、
請求項4に記載の超音波発振装置。 - 前記制御部は、受信された感知信号のうち、反射波に基づく感知信号に基づいて、前記対象を含む反射対象に係る画像データを生成し、出力する画像処理手段を更に備える、
請求項1から12の何れか一項に記載の超音波発振装置。 - 前記画像処理手段は、前記画像データにおける前記対象の位置と前記複数の振動子から発振される超音波による焦点位置とを照合し、該焦点位置を該対象の位置に誘導する指示情報を生成し、出力する、
請求項13に記載の超音波発振装置。 - 前記制御部は、前記画像データにおける前記対象の位置と前記複数の振動子から発振される超音波による焦点位置とを照合し、該対象の位置と該焦点位置とのズレが所定の基準よりも大きい場合、前記複数の振動子による超音波の発振を停止する、
請求項13または14に記載の超音波発振装置。 - 超音波を発振および/または感知する複数の振動子と、対象に対する凹面を形成する変形可能な凹部に、前記複数の振動子を保持することによって、該複数の振動子を、前記凹面に沿って配置された状態で該凹部の変形に応じて移動するように保持する保持部と、前記振動子を制御して超音波を発振させる制御部と、を備える超音波発振装置が、
前記複数の振動子の何れかから発振された超音波を感知した前記振動子から出力された感知信号を受信する受信ステップと、
受信された感知信号に含まれる、直接波に係る感知信号を特定する直接波特定ステップと、
前記直接波の発振から感知までの時間に基づいて、発振側振動子と感知側振動子との間の距離を算出する距離算出ステップと、
前記直接波に係る感知信号に基づいて、前記発振側振動子から発振の中心軸および該感知側振動子を見込む角を算出する角度算出ステップと、
前記複数の振動子の相対的な位置関係を示す位置情報を、前記距離および前記見込む角を用いて補正する補正ステップと、
を実行する方法。 - 超音波を発振および/または感知する複数の振動子と、対象に対する凹面を形成する変形可能な凹部に、前記複数の振動子を保持することによって、該複数の振動子を、前記凹面に沿って配置された状態で該凹部の変形に応じて移動するように保持する保持部と、前記振動子を制御して超音波を発振させるコンピューターと、を備える超音波発振装置の前記コンピューターに、
前記複数の振動子の何れかから発振された超音波を感知した前記振動子から出力された感知信号を受信する受信ステップと、
受信された感知信号に含まれる、直接波に係る感知信号を特定する直接波特定ステップと、
前記直接波の発振から感知までの時間に基づいて、発振側振動子と感知側振動子との間の距離を算出する距離算出ステップと、
前記直接波に係る感知信号に基づいて、前記発振側振動子から発振の中心軸および該感知側振動子を見込む角を算出する角度算出ステップと、
前記複数の振動子の相対的な位置関係を示す位置情報を、前記距離および前記見込む角を用いて補正する補正ステップと、
を実行させるためのプログラム。
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