CN103068294B - 医疗设备 - Google Patents
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Abstract
医疗设备（1）具有：插入部，其被插入被检者（7）的支气管（9）内；CT图像数据存储部（15），其存储预先取得的被检者（7）的三维图像数据；位置计算部（20），其计算支气管内的插入部（2A）的前端部（2C）的位置和方向；路径生成部（18），其根据三维图像，生成用于经由支气管（9）将前端部（2C）插入到目标部位（9G）的插入路径（R）；断层图像生成部（14），其根据三维图像数据生成基于前端部（2C）的位置和方向的断层图像；重叠图像生成部（12），其生成重叠了插入路径（R）和断层图像（PO）而得到的重叠图像（PW1）；以及显示部（4），其显示重叠图像（PW1）。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及插入被检体的管腔内的医疗设备，特别涉及根据被检体的三维图像数据进行高精度的检查/处置的医疗设备。
背景技术
近年来，广泛进行使用了三维图像的诊断。例如，通过X射线CT(ComputedTomography：计算机断层扫描)装置对被检体的断层像进行摄像，从而得到被检体内的三维图像数据，使用该三维图像数据进行目标部位的诊断。
在CT装置中，通过使X射线照射位置和检测位置连续旋转并使被检体连续移动，对被检体进行螺旋状的连续扫描(螺旋扫描：helical scan)。然后，根据连续的被检体的多个二维断层图像形成三维图像。
作为用于诊断的三维图像之一，存在肺的支气管的三维图像。支气管的三维图像用于以三维方式掌握例如疑似肺癌等的异常部的位置。而且，为了通过活检来确认异常部，插入支气管内窥镜，使活检针或活检钳子等从插入部的前端部突出，进行组织的取样。
在如支气管那样具有多阶段分支的体内的管路中，在异常部存在于支气管的末梢时，很难在短时间内使前端部正确地到达目标部位附近。因此，例如，在日本国特开2004-180940号公报和日本国特开2005-131042号公报中公开了如下的插入导航系统：根据被检体的三维的图像数据形成所述被检体内的管路的三维图像，求出在三维图像上沿着管路到达目标点的路径，根据所述图像数据形成沿着路径的所述管路的虚拟内视图像并进行显示。
并且，在日本国特开2003-265408号公报中公开了在断层图像上重叠显示内窥镜前端部的位置的内窥镜引导装置。
但是，在公知的插入导航系统中，有时手术医生不容易在插入操作中确认插入路径的全体像。并且，即使是在断层图像上重叠显示内窥镜前端部的位置的情况，为了确认三维位置，也需要使用2张以上的断层图像，视觉辨认性不佳。
因此，公知的插入导航系统有时无法容易地将插入部的前端部插入到目标部位。
本发明的实施方式的目的在于，提供易于将插入部的前端部插入到目标部位的医疗设备。
发明内容
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的医疗设备具有：插入单元，其被插入被检体的管腔内；存储单元，其存储预先取得的所述被检体的三维图像数据；位置计算单元，其计算所述管腔内的所述插入单元的前端部的位置和方向；路径生成单元，其根据所述三维图像，生成用于经由所述管腔将所述前端部插入到目标位置的插入路径；断层图像生成单元，其根据所述三维图像数据生成基于所述前端部的位置和方向的断层图像；重叠图像生成单元，其生成重叠了所述插入路径和所述断层图像而得到的重叠图像；以及显示单元，其显示所述重叠图像。
附图说明
图1是用于说明第1实施方式的医疗设备针对支气管的插入状态的三维模型图。
图2是用于说明第1实施方式的医疗设备的结构的结构图。
图3A是用于说明断层图像的说明图。
图3B是用于说明断层图像的说明图。
图3C是用于说明断层图像的说明图。
图3D是用于说明断层图像的说明图。
图3E是用于说明断层图像的说明图。
图3F是用于说明断层图像的说明图。
图4是用于说明第1实施方式的医疗设备的处理流程的流程图。
图5是用于说明第1实施方式的医疗设备的目标位置设定画面的说明图。
图6是用于说明第1实施方式的医疗设备的目标位置设定画面的说明图。
图7是用于说明第1实施方式的医疗设备的导航画面的说明图。
图8是用于说明第1实施方式的医疗设备显示的重叠图像的三维模型图。
图9是第1实施方式的医疗设备显示的重叠图像的一例。
图10是第1实施方式的医疗设备显示的重叠图像的一例。
图11是第1实施方式的医疗设备显示的重叠图像的一例。
图12是第1实施方式的医疗设备显示的重叠图像的一例。
图13是第1实施方式的医疗设备显示的重叠图像的一例。
图14是用于说明第2实施方式的医疗设备的导航画面的说明图。
图15是用于说明第2实施方式的变形例1的医疗设备的结构的结构图。
图16A是用于说明第2实施方式的变形例1的医疗设备显示的重叠图像的结构图。
图16B是用于说明第2实施方式的变形例1的医疗设备显示的重叠图像的结构图。
图17是用于说明第2实施方式的变形例2的医疗设备的结构的结构图。
图18A是用于说明第2实施方式的变形例2的医疗设备显示的重叠图像的说明图。
图18B是用于说明第2实施方式的变形例2的医疗设备显示的重叠图像的说明图。
图19A是用于说明第2实施方式的变形例2的医疗设备显示的辅助路径的说明图。
图19B是用于说明第2实施方式的变形例2的医疗设备显示的辅助路径的说明图。
图20是用于说明第3实施方式的医疗设备的结构的结构图。
图21是用于说明第3实施方式的变形例的医疗设备的结构的结构图。
图22是用于说明第4实施方式的医疗设备的插入部的前端部的说明图。
图23是第4实施方式的医疗设备显示的重叠图像的一例。
图24是用于说明第4实施方式的医疗设备的处理流程的流程图。
图25是用于说明第5实施方式的医疗设备的插入部的前端部的说明图。
图26是第5实施方式的医疗设备显示的重叠图像的一例。
具体实施方式
<第1实施方式>
下面，参照附图对本发明的第1实施方式的医疗设备1进行说明。如图1所示，医疗设备1进行如下导航：将内窥镜装置2的插入部2A的前端部2C从作为插入开始位置的被检者7的咽喉部7A经由具有多个分支部J1～J5的支气管9插入到作为目标位置的目标部位9G。图1是示出插入部2A朝向目标部位9G进行插入操作的状态的三维模型图。插入部2A具有贯穿插入内部的通道8，使从通道插入口8A插入的处置器械6从前端部2C突出，进行目标部位9G的活检。另外，在以下的附图中，Z轴方向是被检者7的体轴，X轴方向是被检者7的左右方向，Y轴方向是被检者7的前后方向。
如后所述，在医疗设备1中，在插入操作中，在显示部4(参照图2)上显示表示三维空间的三维模型图像即重叠图像PW1，该三维空间重叠显示有包含此时的前端部2C的位置的与前端部2C的方向垂直的平面的断层图像(倾斜图像)PO以及三维的插入路径R。手术医生可以任意设定三维模型图的视线LA(视点位置、视线方向、视线旋转角)。
随着前端部2C的位置变化、即插入操作的行进，自动更新所显示的断层图像PO。另外，在断层图像PO上重叠显示表示插入部2A的前端部2C的位置的位置显示标记P2C。
接着，使用图2对医疗设备1的结构进行说明。医疗设备1具有内窥镜装置2、用于进行插入支援的主体部3、作为显示单元的显示部4、作为输入单元的输入部5。
内窥镜装置2是支气管镜，具有在前端部2C配设有作为摄像单元的摄像部2B的作为插入单元的插入部2A、以及对插入部2A等进行控制的内窥镜控制部2D。在插入部2A的内部配设有能够供处置器械6贯穿插入的通道8。当前端部2C插入到目标部位9G的附近时，使处置器械6从前端部2C的通道开口8E突出，进行活检。
主体部3具有内窥镜图像处理部11、作为重叠图像生成单元的重叠图像生成部12、作为位置计算单元的位置计算部20、虚拟内窥镜图像(Virtual Bronchus Scope图像：以下也称为“VBS图像”)生成部13、作为断层图像生成单元的断层图像生成部14、作为存储单元的CT图像数据存储部15、作为芯线计算单元的芯线计算部16、作为路径生成单元的路径生成部18、作为控制单元的控制部10。
控制部10进行导航整体的控制。内窥镜图像处理部11对摄像部2B摄像的图像进行处理，输出内窥镜图像(以下也称为“真实图像”)。CT图像数据存储部15存储使用CT装置而预先取得的被检体即被检者7的三维图像数据。VBS图像生成部13根据三维图像数据生成将前端部2C的位置、方向和旋转角(以下也称为“位置等”)作为视线参数的VBS图像。
位置计算部20计算插入到支气管9中的插入部2A的前端部2C的位置等。芯线计算部16根据三维图像数据计算支气管9的芯线S。这里，芯线S是连接支气管9的管路方向垂直面的重心点的线、即管腔长度方向的信息。作为芯线S，可以使用连接管腔的管路方向垂直面的中心点的中心线等信息。
路径生成部18根据三维图像数据生成到达由手术医生经由输入部5设定的目标位置即目标部位9G的沿芯线S的插入路径R。
断层图像生成部14根据三维图像数据生成包含由位置计算部20计算出的前端部2C的三维位置的与前端部2C的方向垂直的平面的断层图像PO。
重叠图像生成部12生成从规定视线LA观察三维空间时的三维模型图像即重叠图像PW1，该三维空间重叠有三维的插入路径R和由断层图像生成部14生成的断层图像PO。
显示部4在插入操作中显示具有真实图像或VBS图像中的至少任意一方以及重叠图像PW1的导航图像。
另外，主体部3的上述结构要素不需要是独立的硬件，例如也可以是读入到CPU而进行动作的程序。
这里，使用图3A～图3F对断层图像生成部14生成的断层图像进行说明。
图3A所示的体轴图像PA是与被检者7的体轴垂直的XY面的图像，图3B所示的冠状图像PC是与被检者7相对的XZ面的图像，图3C所示的矢状图像PS是被检者7的侧面方向的YZ面的图像。而且，图3F所示的倾斜图像PO是任意平面的图像。
并且，图3D所示的复合断层图像由2个正交的平面PA和PC构成。作为包含正交的2个平面的复合断层图像，可以是其他平面的图像的组合。进而，也可以是由所述倾斜图像PO和正交的平面的图像构成的复合断层图像。并且，图3E所示的复合断层图像是包含正交的3个平面的复合断层图像的例子。
接着，使用图4的流程图对医疗设备1的处理流程进行说明。
<<设定操作模式>>
首先，在显示部4上显示图5所示的目标位置设定画面。在目标位置设定画面中显示体轴图像PA、冠状图像PC、矢状图像PS。
<步骤S10>断层图像生成
由于需要使用显示二维图像的显示部4设定表示目标部位9G的三维坐标，所以，首先根据被检者的三维图像数据生成3种断层图像，即体轴图像PA、冠状图像PC、矢状图像PS。例如将体轴作为Z轴而生成目标位置设定用的断层图像。
<步骤S11>目标位置设定
如图5所示，使用在显示部4上显示的目标位置设定画面设定目标部位9G。因此，在目标位置设定画面中显示的体轴图像PA、冠状图像PC、矢状图像PS上重叠有表示目标位置的目标位置标记P9G。另外，在图5所示的例子中，表示插入开始位置即咽喉部7A的位置的开始位置标记P7A位于体轴图像PA的显示范围内，但是，位于冠状图像PC、矢状图像PS的显示范围外。
当手术医生使用作为输入单元的鼠标等移动在任意一个断层图像上重叠显示的目标位置标记P9G时，在其他断层图像上显示的目标位置标记P9G也随着移动。
另外，也可以通过开始位置标记P7A的移动操作来设定插入开始位置。并且，目标位置不一定是点，也可以是具有规定体积的目标区域。并且，为了更加准确地设定目标位置，也可以扩大显示断层图像。
<步骤S12>插入路径计算
当设定目标部位9G后，路径生成部18根据CT图像数据存储部15中存储的三维图像数据生成从插入开始位置即咽喉部7A到目标位置即目标部位9G的插入路径R。插入路径R是连接三维图像数据的管腔截面的重心点或中心点的芯线S中与目标部位9G连接的芯线。
路径生成部18也可以生成多个插入路径，提示手术医生进行选择。即，在目标部位9G存在于多个管腔之间、或目标部位9G为具有规定以上体积的部位等情况下，计算多个插入路径。
如图6所示，当计算出插入路径R后，显示将表示插入路径R的路径图像PPR重叠在各个断层图像上的重叠图像PW2。这里，路径图像PPR是将三维的插入路径R投影到各个断层图像的平面上而得到的图像。
另一方面，VBS图像生成部13生成位于插入路径R中的分支部J1～J4的VBS图像以及各个VBS图像的缩小图像即缩略图像。
<<插入导航模式>>
如图7所示，当插入操作开始后，在显示部4上显示导航画面。在导航画面中显示真实图像RBS、VBS图像VBS、重叠图像PW1、缩略图像、分支编号。另外，图7是前端部2C位于4个分支部中的最初的分支部J1时的导航画面例。在缩略图像中显示4个分支部J1～J4的缩小图像，较大地显示分支部编号J1。
<步骤S13>前端部的位置、方向和旋转角计算
位置计算部20实时或以规定时间间隔计算前端部2C的位置等。
然后，位置计算部20对VBS图像生成部13进行控制，生成与CCD(2B)拍摄的真实图像类似的VBS图像。即，VBS图像生成部13生成将位置、方向和旋转角(X1、Y1、Z1、a1、e1、r1)作为视线参数的VBS图像。这里，(X、Y、Z)表示三维坐标值，(a)表示方位角度(azimuth angle)，(e)表示俯仰角度(elevation angle)，(r)表示旋转角(roll angle)。
然后，位置计算部20对VBS图像与真实图像的类似度进行比较。这里，图像的类似度可以使用通过公知的图像处理进行的像素数据电平的匹配、或从图像中提取出的特征电平的匹配中的任意一方。
由于以真实图像的帧为单位进行真实图像与VBS图像的匹配处理，所以，以静止内窥镜图像与VBS图像的类似度为基准进行实际的比较处理。
在对真实图像与VBS图像B的类似度进行比较而计算出的两个图像的误差e大于规定容许误差e0的情况下，位置计算部20向VBS图像生成部13输出改变值后的视线参数值。VBS图像生成部13根据新的视线参数生成下一张VBS图像。
通过反复进行上述处理、即改变视线参数，VBS图像生成部13生成的VBS图像B成为逐渐与真实图像类似的图像，在多次的反复处理后，两个图像的误差e成为容许误差e0以下。
然后，位置计算部20根据与真实图像类似的VBS图像的视线参数，计算前端部2C的位置等信息(X、Y、Z、a、e、r)。即，更准确地讲，位置计算部20计算的前端部2C的位置、方向和旋转角是配设在前端部2C的摄像部2B的视线位置、视线方向和旋转角。
<步骤S14>断层图像生成
断层图像生成部14生成包含由位置计算部20计算出的前端部2C的三维位置(X、Y、Z)的平面P的断层图像。另外，手术医生可以从图3A～图3F所示的断层图像中选择期望的图像。优选的断层图像是图3F所示的与前端部2C的方向垂直的平面的倾斜图像PO、或包含所述倾斜图像PO的复合断层图像。这是为了使手术医生能够最容易掌握前端部2C的位置和方向。
<步骤S15>重叠图像生成
重叠图像生成部12生成断层图像PO与插入路径R的重叠图像PW1。
如图8所示，配置有二维的断层图像PO和三维的插入路径R的三维空间的、从期望视线LA观察到的三维模型图像为图9所示的重叠图像PW1。
图9所示的重叠图像PW1看似与图6所示的目标位置设定画面的重叠图像PW2类似。但是，在重叠图像PW2中，路径图像是将三维的插入路径R投影到断层图像上的二维的路径图像，并且，断层图像是预先确定的平面的断层像。即，重叠图像PW2是通常的二维图像。
与此相对，重叠图像PW1是三维模型图像，手术医生通过任意变更视线LA，能够改变成期望的状态。例如，如果将视线LA设定在断层图像PO的平面的延长线上，则利用线显示重叠图像PW1上的断层图像PO。并且，在重叠图像PW1中，由于断层图像PO包含前端部2C，所以，手术医生能够得到前端部2C的周围组织的信息。
另外，在重叠图像PW1中，表示插入路径R的路径图像PR与断层图像PO的交点为前端部2C的位置，显示位置显示标记P2C。
并且，重叠图像生成部12以能够与从位置显示标记P2C到表示所述目标位置的目标位置标记P9G的路径图像PR2区别开的不同线种，显示从表示插入开始位置即咽喉部7A的位置的开始位置标记P7A到表示前端部2C的位置的位置显示标记P2C的路径图像PR1。即，主要利用点线显示路径图像PR1，主要利用实线显示路径图像PR2。进而，重叠图像生成部12利用虚线显示路径图像PR2中的从视线LA观察位于断层图像PO的后侧的部分。
另外，为了进行区别，重叠图像生成部12也可以利用不同的颜色或粗细来显示路径图像PR1和路径图像PR2。并且，重叠图像生成部12也可以不显示路径图像PR1。
进而，如图10所示，重叠图像生成部12也可以生成使用了复合断层图像的重叠图像PW1A作为断层图像PO。重叠图像PW1A是由图3D所示的2个正交的平面PA、PC构成的复合断层图像和插入路径R的三维模型图像。在重叠图像PW1A中，前端部7C位于平面PA和与前端部7C的方向垂直的平面PC的交叉线上。
并且，如图11所示，重叠图像生成部12也可以生成重叠图像PW1B，该重叠图像PW1B是在路径图像PR上重叠了表示各个分支部的位置的分支部显示标记PJ1～PJ4的图像。
进而，如图12所示，重叠图像生成部12也可以生成重叠了插入路径以外的芯线S的图像PR2作为路径图像PR的重叠图像PW1C。但是，由于显示多个芯线S时很难识别，所以，如图12所示，优选进行仅显示从插入路径一次分支的芯线S等的显示限制。作为显示限制方法，可以仅显示规定数量的分支的芯线S、或者从分支部J起显示规定长度的芯线S。
并且，如图13所示，重叠图像生成部12也可以生成具有体轴图像PA的重叠图像PW1D，其中，该体轴图像PA包含前端部2C的位置。该情况下，重叠图像生成部12可以在重叠图像PW1D上显示不仅表示前端部2C的位置还表示前端部2C的方向的前端部显示标记P2CD，也可以仅显示方向。即，如果前端部显示标记表示前端部的位置或方向中的至少任意一方，则得到规定效果。进而，重叠图像生成部12也可以在前端部显示标记中显示前端部2C的旋转角。
另外，在图13中，由于重叠图像生成部12不显示已经通过的插入路径、即从咽喉部7A起的前端部2C的路径的路径图像PR1，所以，重叠图像的视觉辨认性优良。
并且，断层图像生成部14也可以生成包含前端部2C的位置的冠状图像PC或矢状图像PS。
即，断层图像生成部14生成基于前端部2C的位置和方向的断层图像，但是，也可以生成仅基于前端部2C的位置的断层图像。
<步骤S16>重叠显示
与真实图像和VBS图像一起，在显示部4上显示重叠图像生成部12生成的重叠图像PW1。
另外，重叠图像PW1可以始终显示在导航画面上，但是，也可以通过手术医生的设定而暂时不显示重叠图像PW1，还可以根据控制部10的控制而自动地不显示重叠图像PW1。并且，重叠图像PW1上显示的断层图像的种类也可以通过手术医生的设定或控制部10的控制而变更。
可以根据前端部2C的位置来选择导航画面中显示的图像。例如，可以在前端部2C接近分支部J时，设为显示包含重叠图像PW1的导航画面的显示模式，在前端部2C通过分支部J后，切换为显示不对重叠图像PW1进行显示的导航画面的显示模式。
显示模式的切换与后述导航模式的切换同样，由控制部10根据有无触发设定而进行控制(参照图24)。
<步骤S17>结束？
在前端部2C插入到目标部位9G的附近(S17：是)之前，反复进行从步骤S13起的处理。
当前端部2C插入到目标部位9G的附近后，插入导航模式结束，使处置器械6从前端部2C突出，进行目标部位9G的活检等。
如以上说明的那样，根据医疗设备1显示在显示部4上的重叠图像，手术医生能够容易地掌握前端部2C的位置。进而，手术医生能够根据断层图像PO掌握前端部2C附近的组织的状态。因此，医疗设备1易于将插入部2A的前端部2C插入到目标部位9G。
<第2实施方式>
下面，参照附图对本发明的第2实施方式的医疗设备1A进行说明。由于医疗设备1A与医疗设备1类似，所以，对相同结构要素标注相同标号并省略说明。
如图14所示，在医疗设备1A中，在导航画面中不显示VBS图像，在真实图像上重叠显示表示插入路径R的第2路径图像PR2。
为了在真实图像中插入第2路径图像PR2，首先，生成重叠在与真实图像对应的VBS图像上的第2路径图像PR2，然后，真实图像上重叠所生成的第2路径图像PR2。
手术医生能够一边通过在真实图像上重叠显示的第2路径图像PR2确认插入路径R，并且一边通过重叠图像PW1掌握前端部2C的位置等，一边进行插入操作。
医疗设备1A具有医疗设备1所具有的效果，进而，导航画面简单且视觉辨认性优良。另外，可以在医疗设备1A中使用医疗设备1中说明的各种结构，也可以在医疗设备1中使用医疗设备1A的结构。
<第2实施方式的变形例1、2>
下面，参照附图对本发明的第2实施方式的变形例1的医疗设备1B和变形例2的医疗设备1C进行说明。由于医疗设备1B、1C与医疗设备1A类似，所以，对相同结构要素标注相同标号并省略说明。
如图15所示，医疗设备1B具有作为显示面积计算单元的显示面积计算部30。显示面积计算部30计算在VBS图像上重叠显示的第2路径图像PR2的显示面积。
沿着具有规定粗细的支气管9的中心即芯线S计算插入路径R。因此，如图16A所示，VBS图像中显示的第2路径因前端部2C的方向等而较短。于是，手术医生不容易识别正确的插入路径R。
但是，如图16B所示，在医疗设备1B中，在显示面积计算部30计算出的显示面积为第1规定值以下的情况下，重叠图像生成部12对第2路径图像PR2进行强调显示。
例如，显示面积计算部30对由500×500像素构成的VBS图像中的第2路径图像PR2的像素数K进行计数。然后，在像素数K为第1规定值K1以下的情况下，较粗地显示重叠图像生成部12显示路径图像PR的线，例如使得像素数成为K1。即，重叠显示的路径越短，路径图像PR显示得越粗。
并且，真实图像有时在引起光晕等时局部成为纯白，有时很难区分管腔内的颜色和第2路径图像PR2的颜色。因此，作为第2路径图像PR2的强调显示方法，可以改变颜色或线种，也可以进行闪烁显示。
并且，显示面积计算部30也可以不针对真实图像RBS的全体计算平均亮度，而针对规定关注区域(ROI)的范围的像素计算平均亮度，根据该平均亮度的变化来变更显示方法，以改善第2路径图像PR2的视觉辨认性。
作为ROI，优选设定为包围第2路径图像PR2的范围，其形状可以是圆、椭圆、长方形或正方形等中的任意一方。并且，不限于预先设定的形状，也可以按照每个处理选择包围第2路径图像PR2的范围为最小面积的图形，还可以将预先选择出的图形放大/缩小为包围第2路径图像PR2的范围。
另一方面，如图17所示，第2实施方式的变形例2的医疗设备1C具有作为辅助插入路径生成单元的辅助插入路径生成部31。
如图18A所示，第2路径图像PR2由于前端部2C的位置或方向，有时极短地显示、或者完全不显示。于是，手术医生不容易识别正确的插入路径。
但是，如图18B所示，在医疗设备1C中，在显示面积计算部30计算出的第2路径图像PR2的显示面积为第2规定值K2以下的情况下，重叠图像生成部12代替第2路径图像PR2、或者与第2路径图像PR2一起重叠显示辅助插入路径图像PSR。这里，第2规定值K2例如可以为0。
作为管腔的三维形状信息，辅助插入路径生成部31不仅可以使用芯线信息，还可以使用容积信息。如已经说明的那样，芯线S是连接管腔的管路方向垂直面的重心点的线，但是，容积是表示管腔的管壁的位置的信息。
即，如图19A所示，辅助插入路径生成部31生成包含插入路径R的面与作为容积信息的支气管9的管腔壁的交叉线即辅助插入路径SR。另外，为了进行说明，图19A示出管腔为直管的情况。因此，包含插入路径R的面为二维平面。但是，由于实际管腔弯曲，所以，包含插入路径R的面也是弯曲的平面。
图19A示出根据包含插入路径R的正交的2个面生成4条辅助插入路径SR的情况。因此，如图19B所示，在芯线S方向与视线方向LA一致的情况下，也在内窥镜图像上重叠4条辅助插入路径图像PSR。
另外，辅助插入路径生成部31也可以生成4条以上、例如8条辅助插入路径SR。
医疗设备1B和1C具有医疗设备1、1A所具有的效果，进而，导航画面中的插入路径R的视觉辨认性优良。另外，可以在医疗设备1B和1C中使用医疗设备1、1A中说明的各种结构，也可以在医疗设备1、1A中使用医疗设备1B、1C的结构。
<第3实施方式>
下面，参照附图对本发明的第3实施方式的医疗设备1D进行说明。由于医疗设备1D与医疗设备1类似，所以，对相同结构要素标注相同标号并省略说明。
如图20所示，在医疗设备1D的插入部2A的前端部2C配设有作为位置传感器的磁场传感器21，位置计算部20D根据磁场传感器21的数据计算前端部2C的位置、方向和旋转角。
通过由磁场传感器检测来自配设在被检者7的外部的多个磁场产生天线22的磁场，位置计算部20D检测前端部2C的位置等。即，由于配设在前端部2C的磁场传感器21的配设位置和摄像部2B的配设位置已知，所以，位置计算部20D检测摄像部2B的视线位置、视线方向和旋转角。另外，作为磁场检测传感器，可以使用MR传感器、霍尔元件或线圈等。
医疗设备1D具有与医疗设备1相同的效果。另外，可以在医疗设备1D中使用医疗设备1、1A～1C中说明的各种结构，也可以在医疗设备1、1A～1C中使用医疗设备1D的结构。
<第3实施方式的变形例>
下面，参照附图对本发明的第3实施方式的变形例的医疗设备1DA进行说明。由于医疗设备1DA与医疗设备1D类似，所以，对相同结构要素标注相同标号并省略说明。
如图21所示，在医疗设备1DA的处置器械6的处置器械前端部6A配设有作为位置传感器的磁场传感器21D。而且，在插入部2A的插入操作中，处置器械前端部6A被收纳在插入部2A的前端部2C。因此，位置计算部20D根据磁场传感器21D的数据计算前端部2C的位置、方向和旋转角。进而，在处置器械6的插入操作中，计算处置器械前端部6A的位置、方向和旋转角。另外，所谓处置器械前端部6A，在处置器械为针的情况下是针尖，但是，在活检钳子的情况下可以是吸杯的中心，在刷子的情况下可以是刷子的中心。
另外，为了对插入支气管分支进行辅助，作为处置器械6，在使用通过近前操作使尖细型且带关节的前端部弯曲的钳子即引导件的情况下，磁场传感器21D也可以配设在引导件的前端部。
医疗设备1DA具有与医疗设备1D相同的效果，进而，能够取得从通道开口8E突出的处置器械前端部6A的位置信息。
<第4实施方式>
下面，参照附图对本发明的第4实施方式的医疗设备1E进行说明。由于医疗设备1E与医疗设备1类似，所以，对相同结构要素标注相同标号并省略说明。
在医疗设备1E中，当插入部2A的前端部2C到达目标部位9G的附近后，在导航画面中显示的断层图像变化。换言之，根据前端部2C的位置，由控制部10选择显示部4显示的图像。更具体而言，在前端部2C的位置与目标部位9G的位置的距离为规定值以下、或通过了最后的分支部等情况下，导航模式从插入部插入支援模式切换为处置器械操作支援模式。当然，手术医生也可以选择导航模式。
这里，如图22所示，在医疗设备1E的前端部2C配设有摄像部2B、照明部2B1，处置器械6能够从通道开口8E突出。通道开口8E的位置与摄像部2B的位置不同。为了进行更加准确的处置器械操作支援，当导航模式被切换为处置器械操作支援模式时，在医疗设备1E中，优选使用通道开口8E的位置作为前端部2C的位置。
然后，断层图像生成部14生成包含通道开口8E的位置的与通道8的轴向平行的平面、即与前端部2C的方向平行的平面的断层图像PPE。进而，如图23所示，重叠图像生成部12生成在断层图像PPE上重叠显示通道8的延长线P8S而得到的重叠图像PW1E。延长线P8S表示处置器械6从通道开口8E突出的方向。
可以对延长线P8S附加刻度、或者根据长度而改变颜色。并且，延长线P8S的方向可以相对于前端部2C的方向而具有规定角度，手术医生可以任意变更该角度。
这里，使用图24的流程图对医疗设备1E中的导航模式的切换进行说明。
<步骤S20～S23>
与使用图4说明的第1实施方式的医疗设备1的步骤S10～S13相同。
<步骤S24>触发计算
在医疗设备1E中，根据在S21中计算出的前端部2C的位置，由控制部10设定触发。例如，在前端部2C的位置与目标部位9G的距离为规定值以下的情况下设定触发。这里，前端部2C的位置与目标部位9G的距离可以是直线距离，也可以是经由芯线S的插入路径距离。
并且，例如，在前端部2C的位置的支气管9的内径为规定值以下的情况、或者前端部2C的位置的支气管9的内径与插入部2A的外径之差为规定值以下的情况下设定触发。
并且，触发不仅可以通过控制部10自动设定，还可以通过手术医生借助输入部5的设定操作而设定。或者，也可以通过检测在真实图像中映出处置器械6的图像、即手术医生使处置器械6从通道开口8E突出而开始进行活检，来设定触发。
例如，当处置器械6从通道开口8E突出时，真实图像的规定关注区域(ROI)的范围的像素的亮度提高。因此，可以针对ROI计算平均亮度，根据该平均亮度的变化来设定触发。
<步骤S25>激活触发？<步骤S26>模式切换
在激活触发的情况下(是)，在步骤S26中切换导航模式。与此相对，在触发未激活的情况下(否)，继续进行此前的导航模式。
<步骤S27～S30>
与使用图4说明的第1实施方式的医疗设备1的步骤S14～S17相同。
医疗设备1E具有与医疗设备1等相同的效果，进而，在前端部2C插入到目标部位9G的附近后，进一步进行处置器械操作支援。另外，可以在医疗设备1E中使用医疗设备1、1A～1D中说明的各种结构，也可以在医疗设备1、1A～1D中使用医疗设备1E的结构。
<第5实施方式>
下面，参照附图对本发明的第5实施方式的医疗设备1F进行说明。由于医疗设备1F与医疗设备1类似，所以，对相同结构要素标注相同标号并省略说明。
如图24所示，医疗设备1F的内窥镜装置2F在前端部2C具有对圆弧状范围进行扫描的凸型扫描方式的超声波振子40。手术医生能够根据超声波图像确认淋巴节或血管等的位置。
然后，前端部2C插入到目标部位9G的附近后，断层图像生成部14将导航模式切换为处置器械操作支援模式，生成包含前端部2C的位置的超声波振子40的扫描平面的断层图像PPF(参照图26)。
进而，如图25所示，在处置器械操作支援模式中，重叠图像生成部12生成重叠图像PW1F，该重叠图像PW1F在断层图像PPF上重叠显示了超声波振子40的扫描范围41和从通道开口8E突出的处置器械6能够进行处置的范围6E。
手术医生通过对作为三维模型图像的重叠图像PW1F的视线位置等进行变更，能够掌握扫描范围41和可处置的范围6E的三维关系。
另外，在医疗设备1F中，与第4实施方式的医疗设备1E同样，通过检测触发的设定来进行导航模式的切换。
医疗设备1F具有与医疗设备1等相同的效果，进而，在前端部2C插入到目标部位9G的附近后，进一步进行处置器械操作支援。另外，可以在医疗设备1F中使用医疗设备1、1A～1E中说明的各种结构，也可以在医疗设备1、1A～1E中使用医疗设备1F的结构。
另外，在如筛选那样未确定目的部位而对全体进行观察时，也可以使用实施方式的医疗设备。该情况下，代替插入路径而显示内窥镜前端的轨迹。构成轨迹的点可以是由位置计算单元求出的位置，也可以是位于所求出的位置附近的管腔脏器的中心线上的点。并且，显示的轨迹可以是表示此前的内窥镜前端的全部移动的移动历史，也可以仅是规定期间或规定空间范围内的轨迹。并且，通过在轨迹上重叠显示管腔脏器的中心线，容易判别观察到哪个部位。
在筛选时，在将内窥镜前端插入到规定部位后，例如，在将内窥镜拔出到隆凸处时，也可以显示表示此前的内窥镜前端的全部移动的轨迹。此时，优选利用不同颜色显示或者利用点线显示表示比隆凸更深部侧的内窥镜前端位置的线即轨迹，从而能够进行判别。
即，本发明不限于上述实施方式或变形例，能够在不改变本发明主旨的范围内进行各种变更、改变等。例如如已经说明的那样，可以适当组合上述实施方式和变形例。
本申请以2011年1月24日在日本申请的日本特愿2011-012103号为优先权主张的基础进行申请，上述公开内容被引用到本申请说明书、权利要求书和附图中。
Claims (13)
1.一种医疗设备，具有：
存储单元，其存储预先取得的被检体的三维图像数据；
位置计算单元，其计算被插入所述被检体内的管腔中的插入单元的前端部的位置和方向；
路径生成单元，其根据所述三维图像数据，生成用于经由所述被检体内的管腔将所述前端部插入到目标位置的三维插入路径，
其特征在于，所述医疗设备还具有：
断层图像生成单元，其根据所述三维图像数据生成基于所述前端部的位置和方向的二维断层图像；以及
重叠图像生成单元，其根据在三维空间上重叠了所述三维插入路径和所述二维断层图像而得到的图像数据，以能够显示的方式生成所述三维空间，作为从期望的视线观察的三维模型图像。
2.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，
所述断层图像生成单元生成包含所述前端部的位置的与所述前端部的方向垂直的平面的断层图像。
3.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，
所述重叠图像生成单元对所述三维模型图像重叠表示所述前端部的位置或方向中的至少任意一方的前端部显示标记。
4.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，
所述重叠图像生成单元对所述插入路径重叠表示分支的所述管腔的分支部的位置的分支部显示标记。
5.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，
所述重叠图像生成单元以能够与从所述前端部的位置到所述目标位置的所述插入路径区别开的方式，显示从插入开始位置到所述前端部的位置的所述插入路径。
6.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，
所述重叠图像生成单元不显示从插入开始位置到所述前端部的位置的所述插入路径。
7.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，
所述医疗设备还具有：
摄像单元，其在所述插入单元的前端部对内窥镜图像进行摄像；
虚拟内窥镜图像生成单元，其根据所述三维图像数据生成以所述前端部的位置、方向和旋转角作为视线参数的虚拟内窥镜图像；以及
显示单元，其显示所述重叠图像生成单元所生成的所述三维模型图像、所述内窥镜图像和所述虚拟内窥镜图像中的至少任意一方。
8.根据权利要求7所述的医疗设备，其特征在于，
位置计算单元根据与所述内窥镜图像类似的所述虚拟内窥镜图像的视线参数，计算所述前端部的位置和方向。
9.根据权利要求8所述的医疗设备，其特征在于，
所述重叠图像生成单元在所述内窥镜图像或所述虚拟内窥镜图像中的至少任意一方上重叠显示表示所述插入路径的第2插入路径图像。
10.根据权利要求9所述的医疗设备，其特征在于，
所述医疗设备具有显示面积计算单元，该显示面积计算单元计算重叠显示的所述第2插入路径图像的显示面积，
在所述显示面积为第1规定值以下的情况下，所述重叠图像生成单元对所述第2插入路径图像进行强调显示。
11.根据权利要求9所述的医疗设备，其特征在于，
所述医疗设备具有：
显示面积计算单元，其计算重叠显示的所述第2插入路径图像的显示面积；以及
辅助插入路径计算单元，其计算辅助插入路径，该辅助插入路径是包含所述插入路径的平面与所述管腔的管腔壁的交叉线，
在所述显示面积为第2规定值以下的情况下，所述重叠图像生成单元重叠显示表示所述辅助插入路径的辅助路径图像。
12.根据权利要求9所述的医疗设备，其特征在于，
根据所述前端部的位置选择所述重叠图像生成单元所生成的三维模型图像。
13.根据权利要求12所述的医疗设备，其特征在于，
所述断层图像生成单元还生成包含所述前端部的位置的与所述前端部的方向平行的平面的断层图像。
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