JP2009279250A

JP2009279250A - 医療機器

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Publication number: JP2009279250A
Application number: JP2008135634A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Ito; 誠一伊藤; Toshiya Akimoto; 俊也秋本; Junichi Onishi; 順一大西; Jun Hasegawa; 潤長谷川
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-23
Also published as: EP2123216A1; JP5372407B2; US20090292166A1; EP2123216B1; US8298135B2

Abstract

【課題】内視鏡２Ａの先端部２Ｃから突出する処置具４を用いて、位置精度の高い検査または処置を行う医療機器１を提供する。
【解決手段】予め取得する気管支９の３次元画像データから、複数の異なる視線位置からの仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段１２と、リアル画像と類似度の高い仮想内視鏡画像を検索する画像検索手段１１と、類似度の高い仮想内視鏡画像の視線の位置Ａ０に基づいて基準点Ａ１を設定する基準点設定手段１５と、基準点Ａ１に対する処置具４の相対位置を算出する相対位置算出手段１６と、基準点Ａ１または気管支９の移動を検出する移動検出手段２４と、基準点Ａ１または気管支９の移動に応じて、相対位置を補正する位置補正手段２５とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検体の体内の管腔を撮像可能な撮像手段を有する医療機器に関し、特に被検体の３次元画像データに基づく体内の管腔の仮想内視鏡画像を用い、精度の高い検査または処置を行う医療機器に関する。

近年、３次元画像を用いた診断が広く行われるようになっている。例えば、Ｘ線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置により被検体の断層像を撮像することにより被検体内の３次元画像データを得て、この３次元画像データを用いて目標部位の診断が行われるようになっている。

ＣＴ装置では、Ｘ線照射位置および検出位置を連続的に回転させつつ、被検体を連続的に移動することにより、被検体を螺旋状の連続スキャン（ヘリカルスキャン：ｈｅｌｉｃａｌｓｃａｎ）する。そして、連続した被検体の多数の断層２次元画像から、３次元画像を形成される。

診断に用いられる３次元画像の１つに、肺の気管支の３次元画像がある。気管支の３次元画像は、例えば肺癌等が疑われる異常部の位置を３次元的に把握するのに利用される。そして、異常部を生検によって確認するために、気管支内視鏡を挿入して気管支内視鏡の先端部から生検針や生検鉗子等を出して組織のサンプルを採取することが行われる。

気管支のように、多段階の分岐を有する体内の管路では、異常部の所在が気管支の末梢にあるときには、内視鏡の挿入部先端を短時間で正しく目標部位近傍に到達させることが難しい。このため、例えば、特開２００４−１８０９４０号公報または特開２００５−１３１０４２号公報には、被検体の３次元領域の画像データに基づいて前記被検体内の管路の３次元像を形成し、３次元像上で管路に沿って目的点までの経路を求め、経路に沿った前記管路の仮想的な内視像を前記画像データに基づいて形成する挿入ナビゲーションシステムが開示されている。
特開２００４−１８０９４０号公報特開２００５−１３１０４２号公報

特開２００４−１８０９４０号公報または特開２００５−１３１０４２号公報に開示された挿入ナビゲーションシステムを用いることで、術者は内視鏡の先端を短時間で正しく目標部位近傍に到達することまではできる。しかし、内視鏡の挿入部が挿入可能な管路の太さ、すなわち、直径には限界があり、気管支の末梢までは挿入することはできない。このため、内視鏡の先端部が目標部位近傍に到達した後、先端部から、さらに細い径の処置具を突出させることで、目的組織のサンプル採取が行われている。

また、Ｘ線透視により処置具の先端の位置を確認する方法では、Ｘ線による被曝の問題だけでなく、Ｘ線画像は２次元画像であるため、３次元的に複雑な構造を有する気管支の分岐を確認するのは容易ではない。

あるいは、処置具の先端の位置を確認するために、磁気センサを処置具の先端に配設する方法も提案されているが、所望の位置精度が得られないことがあった。

本発明は、内視鏡先端部から突出する医療器具を用いて、位置精度の高い検査または処置を行う医療機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の医療機器は、被検体内の管腔を撮像可能な撮像手段と、前記管腔内で検査または処置を行う医療器具と、予め取得する前記管腔の３次元画像データから、複数の異なる視線位置からの前記管腔の仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段と、前記撮像手段が撮像する前記体内の管腔の内視鏡画像と類似度の高い前記仮想内視鏡画像を検索する画像検索手段と前記類似度の高い仮想内視鏡画像の視線位置に基づいて、基準点を設定する基準点設定手段と、前記基準点に対する前記医療器具の相対位置を算出する相対位置算出手段と、前記基準点または前記被検体の移動を検出する移動検出手段と、前記移動検出手段が検出した前記基準点または前記被検体の前記移動に応じて、前記相対位置を補正する位置補正手段とを具備する。

本発明は、内視鏡先端部から突出する医療器具を用いて、位置精度の高い検査または処置を行う医療機器を提供するものである。

＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の医療機器１について説明する。

図１は、内視鏡のチャンネルに挿通された処置具を用いて、患者の肺内部の気管支の目標部位の検査または処置を行っている状態を説明するための説明図であり、図２は、本実施の形態の医療機器１の構成を示す構成図である。

図１においては、気管支９に内視鏡２Ａの挿入部２Ｅの先端部２Ｃが、挿入可能な最小径の管路にまで挿入されている状態を示している。そして、処置具挿入口２Ｆ２からチャンネルに挿入された医療器具である細い処置具４が先端部２Ｃから突出して、目標部位９Ｇの組織をサンプリングしている。

図１に示すように、内視鏡２Ａの挿入部２Ｅは、細い気管支管腔に挿入可能なように、例えば直径３ｍｍ程度と細いが、処置具４は、さらに細い末梢の気管支管腔に挿入可能なように、例えば直径１ｍｍ程度である。なお、目標部位９Ｇは、細い末梢の気管支内にあるため、先端部２Ｃに配設された撮像手段２Ｄにより確認することはできない場合が多い。

次に、図２に示すように、本実施の形態の医療機器１は、被検体である患者７の体内の管腔である気管支９に挿入し気管支９内を撮像し気管支末端の目標部位９Ｇ（図１参照）を生検する内視鏡装置２と、挿入支援装置３とを具備する。

内視鏡装置２は、患者７の気管支９に挿入可能な細長い挿入部２Ｅと、挿入部２Ｅの先端部２Ｃに配設されたＣＣＤ等の撮像手段２Ｄを有する内視鏡２Ａと、内視鏡２Ａを制御する内視鏡制御手段２Ｂと、表示手段６等とから構成されている。また、挿入部２Ｅは、医療器具である処置具４を挿通可能なチャンネル（不図示）を内部に有し、先端部２Ｃに開口部である、送液口２Ｇおよびチャンネルの処置具口２Ｆを有しており、図１および図２に示すように処置具口２Ｆから処置具４が突出可能である。

図２に示すように、挿入支援装置３は、画像処理手段１０と、画像検索手段１１と、ＣＴ画像データ格納手段１３と、仮想内視鏡画像（ＶｉｒｔｕａｌＢｒｏｎｃｈｕｓＳｃｏｐｅ画像：以下、「ＶＢＳ画像」ともいう。）を生成するＶＢＳ画像生成手段１２と、内視鏡画像と類似度の高い仮想内視鏡画像を検索する画像検索手段１１と、第１の座標算出手段１４と、第１の座標点から基準点を算出する基準点設定手段１５と、画像位置算出手段１７と、相対位置算出手段１６とを具備する
画像処理手段１０は、撮像手段２Ｄが撮像した内視鏡画像（以下、「リアル画像」ともいう。）を画像処理する。ＣＴ画像データ格納手段１３は、患者７のＸ線断層像を撮像する図示しない公知のＣＴ装置で予め生成された、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式の３次元の画像データを格納する。ＶＢＳ画像生成手段１２は、ＤＩＣＯＭ形式の画像データから、後述する視線パラメータに基づきＶＢＳ画像を生成する。画像位置算出手段１７は、リアル画像から処置具４の位置を算出する算出手段であり、相対位置算出手段１６は、画像位置算出手段１７と基準点設定手段１５との情報から処置具４の基準点に対する相対位置を算出する。

また、挿入支援装置３は、ＶＢＳ画像生成手段１２が生成したＶＢＳ画像を格納しておくＶＢＳ画像格納手段（不図示）を具備していてもよい。

さらに、挿入支援装置３は、移動検出手段２４と、管腔内の位置に応じた補正値を予め格納する補正値格納手段２６と、位置検出手段２２等とを有するが、これらの手段については後述する。

挿入支援装置３は、先端部２Ｃが、先端部２Ｃが挿入可能な最小径の管腔の目標部位９Ｇの近傍まで挿入された後に、チャンネル２Ｆ１に挿通された処置具４を、患者７の気管支９の目標部位９Ｇまで挿入する支援を行う。なお、挿入支援装置３は、先端部２Ｃを目標部位９Ｇの近傍にまで挿入するための挿入ナビゲーションシステム機能を有していても良い。

挿入支援装置３は、最初に画像検索手段１１により、リアル画像と類似度の高いＶＢＳ画像を検索し、第１の座標算出手段１４により、先端部２Ｃの位置および方向を算出する。図３は、先端部２Ｃの位置および方向を算出するための挿入支援装置３の処理の流れを説明するためのフローチャートである。以下、図３のフローチャートに従い、挿入支援装置３が、内視鏡２Ａの先端部２Ｃの位置および方向を算出するための処理の流れを説明する。

＜ステップＳ１０＞
最初に、画像検索手段１１が行う類似度の判断のための許容誤差ｅ０が設定される。

＜ステップＳ１１＞
ＶＢＳ画像生成手段１２が、ＤＩＣＯＭ形式の画像データからＶＢＳ画像を生成する際に、６つの視線パラメータを変化させることで、ＶＢＳ画像生成手段１２は多数の異なる視線位置からのＶＢＳ画像を生成することができる。ここで、ある視線位置における視線パラメータとは、位置（ｘ、ｙ、ｚ）と角度（θｘ、θｙ、θｚ）からなる６次元のデータである。

＜ステップＳ１２＞
ＶＢＳ画像生成手段１２は、視線パラメータの初期値に基づき、ＣＴ画像データ格納手段１３に格納されている患者７の気管支９の３次元画像データから、１枚のＶＢＳ画像を生成する。

＜ステップＳ１３＞
画像検索手段１１は、リアル画像とＶＢＳ画像生成手段１２が生成したＶＢＳ画像の類似度を比較する。ここで、両画像の類似度比較は、公知の画像処理により行われ、画素データレベルのマッチング、あるいは、画像から抽出した特徴のレベルにおけるマッチングのいずれを用いてもよい。リアル画像と仮想内視鏡画像のマッチングにおいては、リアル画像のフレーム単位で行われるため、実際の比較処理は静止内視鏡画像と仮想内視鏡画の類似度を基準に行われる。リアル画像の全フレームについてマッチング処理を行う必要はなく適当な間隔で行う。

＜ステップＳ１４、ステップＳ１５＞
画像検索手段１１が、リアル画像とＶＢＳ画像の類似度とを比較し算出した両画像の誤差ｅが、許容誤差ｅ０よりも大きい場合（Ｎｏ）には、画像検索手段１１は、ステップＳ１５において、視線の位置または方向を少し変えた、視線パラメータ値をＶＢＳ画像生成手段１２に出力する。ＶＢＳ画像生成手段１２はステップＳ１２において、ステップＳ１５において設定された新規な視線パラメータに従った、次の１枚のＶＢＳ画像を生成する。

挿入支援装置３は、上記のループ処理を繰り返し行うこと、すなわち、視線パラメータを変化させることで、ＶＢＳ画像生成手段１２が生成するＶＢＳ画像は、徐々にリアル画像に類似した画像となっていき、何回かの繰り返しループ処理の後に、両画像の誤差ｅは、許容誤差ｅ０以下（Ｙｅｓ）となる。

＜ステップＳ１６＞
ＶＢＳ画像とリアル画像の類似度の誤差ｅが、許容誤差ｅ０以下となったときの視線パラメータから、第１の座標算出手段１４は、先端部２Ｃの位置と方向を算出する。

ここで、図４および図５を用いて先端部２Ｃの構造を、より詳細に説明する。図４は先端部２Ｃの構成を説明するための図４（Ａ）は正面概略図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶ−Ｂ、ＩＶ―Ｂ線での断面概略図であり、図５は先端部２Ｃの斜視概略図である。

図４および図５に示すように、先端部２Ｃには、チャンネル２Ｆ１の処置具口２Ｆと、撮像手段２Ｄと、送液口２Ｇとが配設されている。なお、先端部２Ｃには、管腔内を照明するための照明部等も配設されているが図示していない。そして、撮像手段２Ｄは、光学系２Ｄ１の焦点位置に撮像素子２Ｄ２が配設されており、視線Ｓ１を中心とした方向の視野Ｓ０の範囲を撮像することができる。

そして、第１の座標算出手段１４が算出する第１の座標点が示すＶＢＳ画像の視線パラメータに相当する内視鏡上の点とは、光学系で一般的にいわれる、いわゆる瞳位置Ａ０および視線Ｓ１の方向である。

ここで、第１の座標点Ａ０の座標が、仮想内視鏡画像の座標系、言い換えれば、ＣＴ座標系により表現されていることが、医療機器１にとって非常に重要な意味をもつ。すなわち、すでに説明したように、生検等を行う目標部位９Ｇは、先端部２Ｃが挿入不可能な気管支末梢に存在するため、術者はリアル画像により目標部位９Ｇを確認しながら、処置具４による生検等を行うことができない。このため、術者は、ＣＴにより予め取得された３次元画像データ中に、ＣＴ座標系で示されている目標部位９Ｇの位置をもとに生検等を行う。しかし、先端部２Ｃの位置、言い換えれば、先端部２Ｃから突出して生検を行う処置具４の位置等は、ＣＴ座標系とは関係のない、先端部２Ｃを基準とした内視鏡座標系でしか確認できない。

しかし、挿入支援装置３では、目標部位９Ｇの座標と、近接した位置にある先端部２Ｃの一部である第１の座標点Ａ０の座標が、同じＣＴ座標系で示されているため、術者は目標部位９Ｇに処置具４を到達させて、生検等を行うことができる。ここで、医療機器１を用いて行う検査または処置としては、薬液噴霧、生検、粘液採取、異物摘出、または高周波焼灼等を例示することができる。

なお、図５で示した医療機器１の内視鏡座標系は、ＣＴ座標系と同一ではないが、挿入支援装置３の処理によりＣＴ座標系と対応がとれている座標系、言い換えれば座標変換処理により、ＣＴ座標系に変換可能な座標系である。

＜ステップＳ１７＞
挿入支援装置３では、基準点設定手段１５により、第１の座標点Ａ０をもとに、先端部２Ｃの所定の位置を基準点Ａ１として設定する。

図５には、基準点Ａ１を、処置具口２Ｆの位置、より正確には、処置具口２Ｆの中央位置に設定した例を示している。すなわち、処置具４が突出する起点となる処置具口２Ｆを基準点Ａ１として設定している。なお、第１の座標点Ａ０と、処置具口２Ｆの中央位置Ａ１との関係は先端部２Ｃの構造から既知である。

上記のように、基準点Ａ１としては、目標部位９Ｇと近接した位置にある撮像手段２Ｄの周辺の所定位置が設定される。撮像手段２Ｄの周辺とは、被検体である患者７の体内の管腔内である気管支内であり、撮像手段２Ｄの内部も含まれる。そして、撮像手段２Ｄの周辺として、好ましくは、撮像手段２Ｄの視線の位置Ａ０と目標部位９Ｇとの間の気管支内であり、より好ましくは先端部２Ｃの所定の位置である。

＜ステップＳ１８＞
ここで、図２、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、医療機器１は、処置具４の所定位置に配設された位置検出センサ１９Ａと、挿入部２Ｅの所定位置に配設された位置検出センサ１９Ｂと、磁界発生アンテナ２０と、アンテナ駆動手段２１と、位置検出手段２２と、先端位置算出手段２３と、移動検出手段２４とを有している。医療機器１は、後に詳述する、これらの手段を用いることで、第１の位置検出センサ１９Ａの位置と、第２の位置検出センサ１９Ｂの位置とを検出することができる。そして、医療機器１においては、最初に、第１の位置検出センサ１９Ａと第２の位置検出センサ１９Ｂとの、キャリブレーションを行う。

すなわち、図６（Ａ）に示すように、挿入部２Ｅの基端部側の処置具挿入口２Ｆ２からチャンネル２Ｆ１に挿入された処置具４が、処置具４の先端部Ｂ１が基準点Ａ１と一致した状態でキャリブレーションが行われる。

図６（Ａ）に示す状態での、第２の位置検出センサ１９Ｂの位置を位置Ａ２０、第１の位置検出センサ１９Ａの位置を位置Ａ３０とすると、キャリブレーションにより、位置Ａ２０を基準とした位置Ａ３０の変換ベクトルＴ０は、位置検出手段２２により、「Ｔ０＝Ａ３０−Ａ２０」と算出される。

＜ステップＳ１９＞
次に、図６（Ｂ）に示すように、処置具４は、先端部２Ｃの処置具口２Ｆから突出するまで操作される。このとき、第２の位置検出センサ１９Ｂの位置を位置Ａ２１、第１の位置検出センサ１９Ａの位置を位置Ａ３１とすると、位置Ａ２１を基準とした変換ベクトルＴ１は、位置検出手段２２により、「Ｔ１＝Ａ３１−Ａ２１」と求められる。そして、処置具４の処置具挿入口２Ｆ２からの突出量Ｄは「Ｄ＝Ｔ１−Ｔ０」により算出される。

そして、第２の位置検出センサ１９Ｂは内視鏡２Ａに組み込まれているため、基準点Ａ１を内視鏡２Ａ上に設けた場合、基準点１と位置Ａ２の相対関係は不変であり、容易に求められる。すなわち基準点Ａ１と位置Ａ２は対応付けられており、その変換ベクトルＴ１２は「Ｔ１２＝Ａ１−Ａ２」である。よって、先端位置算出手段２３および基準点設定手段１５の情報を基に相対位置算出手段１６は、処置具４は、後述するように、芯線方向に従って挿入されると仮定した場合、基準点Ａ１から突出量Ｄだけ芯線上を進んだ点を処置具先端位置Ｂ１と算出することができる。

＜ステップＳ２０＞
次に、位置補正について説明する。図７は患者７の肺８の状態を説明するための模式図であり、上段は患者７の側面模式図であり、下段は肺の模式図である。そして、図７（Ａ）は呼気時を、図７（Ｂ）は吸気時を示している。図７に示すように、患者７の肺の形状および大きさは、患者７の呼吸により移動する。すなわち、図７（Ａ）に示す呼気時の肺８Ｂは小さく、図７（Ｂ）に示す吸気時の肺８Ａは大きくなる。

ＣＴ装置で撮像する際の患者７は吸気状態である場合が多いが、あくまで呼吸により変形する肺８の、ある瞬間の３次元画像データである。
このため、内視鏡２Ａを挿入して検査等を行っているときの患者７の気管支９の形状と、予めＣＴ装置で撮像した患者７の３次元画像データとは一致しないことが多い。このため、医療機器１は、検査等を行っているときの患者７の気管支９の形状と、ＣＴ装置で撮像した患者７の３次元画像データとを一致するための位置補正手段２５を有する。

位置補正手段２５が行う補正方法としては、検査時の気管支９の形状と一致するように３次元画像の気管支９の形状データを変化させる方法と、逆に３次元画像の気管支９の形状と一致するように検査時の気管支９の形状を変化させる方法の２種類の方法がある。

本実施の形態の医療機器１では、後者の方法を用いる。すなわち、３次元画像データは大きな容量のデータであり、補正を行うにはシステムへの負荷が大きい、このため医療機器１では、ＣＴ座標系を変形するかわりに、内視鏡座標系を変形することで、同様の効果を得る方法である。

図２および図６（Ａ）等に示したように、医療機器１は挿入部２Ｅの所定位置に位置検出センサ１９Ｂを備えているため、挿入部２Ｅの位置の変化、言い換えれば基準点Ａ１の移動を検出することができる。

医療機器１においては、位置検出センサ１９Ｂは磁界検出センサであり、患者７の外部に配設した複数の磁界発生アンテナからの磁界を検出することで、挿入部２Ｅの位置を検出する。なお、磁界検出センサとして、ＭＲセンサ、ホール素子またはコイル等を用いることができる。

複数の磁界発生アンテナ２０（不図示）から、それぞれ異なる周波数の交流磁界をアンテナ駆動手段２１により発生する。位置検出センサ１９Ｂが、複数の周波数の異なる交流磁界を区別して検出することで、位置検出手段２２は、それぞれの磁界発生アンテナ２０の方向が算出され、それをもとに磁界発生アンテナ２０に対する位置検出センサ１９Ｂの相対位置を検出する。挿入部２Ｅの中で位置検出センサ１９Ｂが配設されている場所は既知であるため、医療機器１は基準点Ａ１の位置を算出することができる。移動検出手段２４は、リアルタイムまたは必要に応じて位置算出を行うことで、基準点Ａ１の移動を検出することができる。

ここで、図８を用いて、基準点Ａ１の移動による相対位置の補正について説明する。図８は、基準点Ａ１の移動による相対位置の補正について説明するための説明図である。

図８（Ａ）は、気管支９に挿入された内視鏡２Ａの先端部２Ｃから処置具４が突出している状態を示している。そして、先端部２Ｃには位置検出センサ１９Ｂが配設されている。

図８（Ｂ）に示すように、位置検出センサ１９Ｂにより、基準点が、位置Ａ１Ｂから位置Ａ１Ａに移動したことが検出された場合（Ｙｅｓ）には、医療機器１においては、次のステップで処置具４の位置の補正が行われる。基準点Ａ１の移動がない場合、正確には、基準点Ａ１の移動距離が予め定めた所定の値より小さい場合（Ｎｏ）には、補正は行われない。

＜ステップＳ２１＞
図８（Ｃ）に示すように、医療機器１においては、先端部２Ｃの位置の補正は、基準点Ａ１の移動方向に移動量だけ、先端部２Ｃを、位置２ＢＢから位置２ＢＡに平行移動する。すなわち、この場合には、処置具４の突出量Ｄは、それ程大きくはないので、基準点Ａ１の動きと、処置具４の動きの量は同じと考えて、最も、簡便に処理を行うことで、高速処理を実現している。なお、補正値格納手段２６に格納されている補正係数等の情報を基に、補正量を適宜、修正してもよい。

なお、上記説明は、図２に示した本実施の形態の医療機器１を用いた場合であるが、図９に示す本実施の形態の第１の変形例の医療機器１０１のように、内視鏡装置１０２に後述する進退量検出手段１８が配設され、挿入支援装置１０３を用いて突出量Ｄを算出し、突出量Ｄをもとに、先端位置算出手段２３が、処置具先端位置Ｂ１を算出することも可能である。

また、図１０に示す本実施の形態の第２の変形例の医療機器２０１のように、内視鏡装置２０２の処置具４に位置検出センサ１９Ａが配設され、挿入支援装置２０３を用いて突出量Ｄを算出し、突出量Ｄをもとに、先端位置算出手段２３が、処置具先端位置Ｂ１を算出することも可能である。

医療機器１においては、基準点Ａ１が移動しても、処置具４の先端部Ｂ１の位置が補正されるため、術者は精度の高い検査または処置を行うことができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の医療機器１Ｂについて説明する。医療機器１Ｂは、医療機器１と類似であるため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。図１１は、本発明の実施の形態の医療機器１Ｂの構成を示す構成図であり、図１２は医療機器１Ｂの使用形態を説明するための説明図であり、図１３は本実施の形態の医療機器における生体情報取得手段の計測例を説明するためのグラフであり、図１４は呼吸による肺の変位を説明するための説明図であり、図１５は、本実施の形態の医療機器の挿入支援装置の処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、図１１においては、処置具４の突出量Ｄを計測するための、検出手段または位置検出センサ等は図示していない。

図１１および図１２に示すように、医療機器１Ｂは、生体情報を取得するための生体情報取得手段２７である呼吸モニタ２７Ａおよび腹部変位モニタ２７Ｂと、被検体の移動、言い換えれば、肺８の移動または気管支９の移動、を検出する移動検出手段２４Ｂとを有する。図１２に示すように、呼吸モニタ２７Ａは、患者７の呼吸状態を検出するために患者７の口鼻近傍に配設され、腹部変位モニタ２７Ｂも患者７の呼吸状態を検出するために、患者７の腹部外面に配設される。

図１３に示すように、呼吸モニタ２７Ａおよび腹部変位モニタ２７Ｂの出力は患者７の呼吸を状態を検出、すなわち、気管支９の変形状態リアルタイムまたは必要に応じて検出する。そして患者７の呼吸状態による気管支９の変形量は予め算出しておくことができる。このため、移動検出手段２４Ｂは、気管支９の移動をリアルタイムまたは必要に応じて検出することができる。なお、医療機器１Ｂには、生体情報取得手段としては、呼吸モニタ２７Ａまたは腹部変位モニタ２７Ｂのいずれかの呼吸情報検出手段を有していればよい。

ここで、図１４に示すように、患者７の呼吸による肺８の変形量は、肺８の部位により、異なる。一般には、横隔膜に近い領域８ｃの方が、横隔膜に遠い領域８ａよりも肺の変形が大きい。もちろん、肺８と同様に気管支９も変形する。このため、医療機器１Ｂにおいては、処置具４が挿入されている気管支９の場所に応じて、基準点Ａ１に対する処置具４の先端部Ｂ１の相対位置を補正するための補正値のデータまたは補正式等を予め作成して補正値格納手段２６に格納しておくことが好ましい。気管支９の場所に応じた補正データは、肺８を適当な範囲のブロックに分割し、それぞれのブロックに含まれる気管支９の部分毎に異なる補正値を有していても良いし、あるいは、処置具４の先端部Ｂ１の座標に基づいて、補正式等により補正処理の度に算出される補正値でもよい。

なお、上記説明は、図１５に示した挿入支援装置３Ｂの処理の流れを説明するためのフローチャートにおいて、ステップＳ４０およびステップＳ４１の説明に該当する。

医療機器１Ｂは、被検体である気管支９の移動を検出する移動検出手段２４Ｂと、患者７の呼吸状態および目標部位の場所に応じて、処置具４の先端部Ｂ１の相対位置を基準点Ａ１に対して補正する位置補正手段２５を有する。このため、医療機器１Ｂは、医療機器１等が有する効果に加えて、術者は、より、精度の高い検査または処置を行うことができる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の変形例の医療機器１Ｃについて説明する。医療機器１Ｃは、医療機器１と類似であるため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

第２の実施の形態の医療機器１Ｂは、生体情報取得手段として、呼吸モニタおよび腹部変位モニタを有していた。これに対して、生体情報取得手段として内視鏡画像等を用いる本変形例の医療機器１Ｃについて図１６〜図１８を用いて説明する。図１６〜図１８は生体情報取得手段について説明するための説明図である。

図１６（Ａ）は仮想内視鏡画像６Ｄを、図１６（Ｂ）はリアル画像６Ｆを示している。医療機器１Ｃにおいては、仮想内視鏡画像６Ｄとリアル画像６Ｆの類似性を求めて、その値から生体情報の違いを検出する例を示している。

図１７（Ａ）は過去のリアル画像６Ｆ０を、図１７（Ｂ）は現在のリアル画像６Ｆを示している。医療機器１Ｃにおいては、リアル画像の経時的変化から、生体情報の違いを検出する例を示している。例えば、リアル画像の管壁の径Ｒの差違（Ｒ１−Ｒ０）から実際の気管支９の形状の違いを算出する。

図１８（Ａ）はステレオ内視鏡装置２１を用いて先端部２Ｃから分岐部までの距離Ｌ１を計測している状態を示している。これに対して図１８（Ｂ）は３次元の仮想内視鏡データをもとに、仮想内視鏡の先端部から分岐部までの距離Ｌ２を計測している状態を示している。実測されたＬ１と、ＣＴ座標系でのＬ２とから生体情報の違いを検出する例を示している。

医療機器１Ｃは、医療機器１Ｂ等と同様の効果を有し、さらに、術者は、より位置精度の高い検査または処置を行うことができる。

＜第３の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態の医療機器１Ｄについて説明する。医療機器１Ｄは、医療機器１と類似であるため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

医療機器１Ｄは、すでに説明したように、予めＣＴ装置により取得された患者７の気管支９の３次元画像データを有している。ここで、気管支９の３次元の画像データから、管腔の分岐状態や、それぞれの分岐部までの長さ等を簡単に表現することは、医療機器１Ｄの処理速度を向上するために重要である。このため、医療機器１Ｄでは、いわゆる芯線およびボリュームという概念が用いる。芯線とは管腔の管路方向垂直面の重心点を結んだ線であり、ボリュームとは管腔の管壁の位置を示す情報である。なお、芯線は管腔長手方向の情報であり、管腔の管路方向垂直面の中心点を結んだ中心線等の情報を用いてもよい。

そして、医療機器１Ｄでは処置具４の先端部２Ｃ近傍に位置検出センサ１９Ａを有しており、リアルタイムで先端部２Ｃの位置を計測する。しかし、位置検出センサ１９Ａが検出するのは、内視鏡装置２を基準とした内視鏡座標系であり、仮想内視鏡画像を表示しているＣＴ座標系とは異なる。このため、気管支９に挿入された先端部２Ｃまたは処置具４の位置が、ＣＴ座標系に変換した場合に、存在するはずのない気管支９の管腔外の位置に表示されてしまうことがある。また、実際には気管支９の管腔の長手方向断面では中央付近に存在するはずの先端部２Ｃの基準点Ａ１が、中央から大きくずれて表示されることもある。

医療機器１Ｄでは、内視鏡座標系で計測された先端部２Ｃの位置等を、ＣＴ座標系に変換した際の位置を補正する位置補正手段２５を有している。

図１９および図２０は、医療機器１Ｄにおける補正を説明するための説明図である。図１９（Ａ）に示すように、医療機器１Ｄの位置補正手段２５は、位置検出センサ１９Ａが検出した先端部Ｂ１の位置等が、ボリューム情報による壁面Ｖから所定距離ｄだけ離れた位置にある場合、あるいは、図１９（Ｂ）に示すように、芯線Ｃから所定距離ｄだけ離れた位置にある場合に、先端部Ｂ１の位置を補正する。なお、先端部Ｂ１の位置を補正するとは、内視鏡座標系の位置をＣＴ座標系に合わせて位置を修正することを意味する。

ここで、図２０に示すように、位置補正手段２５が行う補正は種々の補正方法が適用可能である。すなわち、図２０（Ａ）では、先端部Ｂ１が、芯線Ｃまたは壁面Ｖ（以下「芯線等」という。）から、所定距離ｅ以上の距離ｄ離れた場合には、先端部Ｂ１をｄだけ芯線等の方向に移動し、位置Ｂ１Ａとする補正方法を示している。先端部Ｂ１の芯線等からの解離が所定距ｅ未満の場合には補正しない。

図２０（Ｂ）では、先端部Ｂ１が、芯線等から、所定距離ｅ以上の距離ｄ離れた場合には、先端部Ｂ１を所定距離ｅだけ芯線等の方向に移動し、位置Ｂ１Ａとする補正方法を示している。

図２０（Ｃ）では、先端部Ｂ１が、芯線Ｃ等から、距離ｄ離れた場合には、先端部Ｂ１をｄだけ芯線等の方向に移動し、位置Ｂ１Ａとする補正方法を示している。

所定距離ｅの設定、および、補正を行う基準をボリューム情報または芯線Ｃ情報の、いずれの情報を用い補正を行うかの設定は、先端部Ｂ１が存在する気管支９の管腔径に基づいて設定することが好ましい。すなわち、径の大きな管腔内では、所定距離ｅを比較的大きく設定したうえで、ボリューム情報を用い、径の小さな管腔では所定距離ｅが比較的小さく設定したうえで、芯線情報を用いることが好ましい。所定距離ｅが小さいと補正処理の回数が多くなり、所定距離ｅが大きいと補正処理の回数が多くなる。

図１９および図２０で示した方法によって処置具位置補正を行うと、図２１に示すとおり、Ｂ１０で示す初期の処置具位置が、Ｂ１で示す位置に補正することができる。

このように、ＣＴ等の医用画像をもとに形成された生体情報、すなわちＣＴ座標系情報は変化させずに、位置検出センサ１９で取得された座標系をＣＴ座標に対して補正することにより、生体の、具体的には気管支管腔内に処置具が存在するように正しく表示することができる。

＜第４の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第４の実施の形態の変形例の医療機器１Ｄについて説明する。医療機器１Ｄは、医療機器１と類似であるため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

３次元データに基づくＣＴ座標空間での表示と、内視鏡座標系に基づく現実の空間での表示に相違点が生じる原因は、すでに説明した患者７の呼吸状態による肺８の変形だけでなく、処置具４の接触等により、弾性体である気管支が変形する場合もある。

図２２（Ａ）はＣＴ撮像時の気管支９Ａの状態を示す説明図であり、図２２（Ｂ）は処置具４の接触等により気管支の形状が変化した場合を示す説明図である。

図２２（Ｂ）に示すように、位置補正手段２５は、先端部２Ｃを２Ｂ０から２Ｂ１の位置へ補正する。この補正値Ｒは先端部２Ｃが存在する肺８の部位により異なる値を補正値格納手段２６から選択し用いる。

図２２（Ｂ）に示すように、医療機器１Ｄは処置具４の操作により、処置具４の位置が変化している場合には、位置補正手段２５は、処置具４の進退量に応じ、さらに肺８の部位により異なる補正値を補正値格納手段２６から選択し用いる。具体的には、先端部２Ｃに組み込まれた第２の位置検出センサ１９Ａにより検出した基準点の位置の変化（Ａ１０→Ａ１１）から、気管支９Ａの変化量を算出し、処置具４の先端位置Ｂ１を、気管支９Ａの変化量に応じて、補正する。すなわち、医療機器が存在すると予測した管腔内の位置に該当する補正値を補正値格納手段から読み込み、補正値に基づき補正を行う。

ここで、進退量検出手段１８について説明する。図１に示したように、処置具４は、内視鏡２Ａの基端部側にある処置具挿入口２Ｆ２からチャンネル２Ｆ１に挿入され、先端部２Ｃの処置具口２Ｆから突出する。チャンネル２Ｆ１の長さは既知である。このため、医療機器１Ｅの先端位置算出手段２３は、処置具挿入口２Ｆ２から挿入した処置具４の長さを進退量検出手段１８により検出することで、処置具４の先端位置および、処置具口２Ｆから突出した処置具４の距離Ｄを算出することができる。

図２３（Ａ）から図２３（Ｃ）は、進退量検出手段１８の具体例を説明するための説明図である。図２３（Ａ）は進退量検出手段１８として、処置具挿入口２Ｆ２近傍に配設したエンコーダ１８Ａにより検出する例を示しており、図２３（Ｂ）は、光学的測定手段１８Ｂにより検出する例を示しており、図２３（Ｃ）は、磁気センサ１８Ｃにより検出する例を示している。

エンコーダ１８Ａは、処置具４と接した回転部が処置具の進退に対応して回転することから進退量を検出する。光学的測定手段１８Ｂは、赤外線またはレーザ等を用い処置具４の移動、すなわち進退量を検出する。磁気センサ１８Ｃは、処置具４Ｂに配設した磁気スケールをもとに処置具４の移動、すなわち進退量を検出する。

図２３では、進退量検出手段１８であるセンサを処置具挿入口２Ｆ２に配設する例を示したが、センサは操作部等の内視鏡２Ａの本体に配設してもよいし、処置具４の方にセンサを配設してもよい。

医療機器１Ｄは、より精度の高い補正が可能であり、医療機器１等と同様の作用効果を有するだけでなく、術者は、より位置精度の高い検査または処置を行うことができる。

＜第４５の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第４５の実施の形態の医療機器１Ｅについて説明する。医療機器１Ｅは、医療機器１と類似であるため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

いままで説明してきた第１の実施の形態の医療機器１等では、位置補正手段２５による補正方法が、内視鏡座標系をＣＴ座標系に合わせて変換する方法であった。これに対して、第４５の実施の形態の医療機器１Ｅの補正方法は、逆に、ＣＴ座標系を内視鏡座標系に合わせて変換する方法である。

すなわち、図２４に示すように、医療機器１Ｅ（不図示）では、ある時刻Ｔｎにおける位置検出センサ１９Ｂに基づく先端部２Ｃ位置をＳｎとすると、芯線Ｃが位置Ｓｎを通るように、直前の分岐点を中心点としてＣＴ座標系で示される管腔を回転移動する。

医療機器１Ｅでは、補正処理は、回転移動処理するだけでなく、拡大もしくは縮小処理、または平行移動処理等を行っても良い。

医療機器１Ｅは、医療機器１等と同様の作用効果を奏する。

また、上記説明は、内視鏡として細長い挿入部２Ｅを有する内視鏡を例に説明したが、本発明の医療機器は、患者７の体内の管腔を撮像可能な撮像手段２Ｄを有するカプセル型の内視鏡であっても、細長い挿入部２Ｅを有する内視鏡装置２と同様の作用効果を奏することができる。

本発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

内視鏡のチャンネルに挿通された処置具を用いて、被験者の気管支の目標部位の検査または処置を行っている状態を説明するための説明図である。第１の実施の形態の医療機器の構成を示す構成図である。挿入支援装置の処理の流れを説明するためのフローチャートである。先端部の構成を説明するための図４（Ａ）は正面概略図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶ−Ｂ、ＩＶ―Ｂ線での断面概略図である。先端部の斜視概略図である。処置具の先端部の位置を算出する方法を説明するための説明図である。患者の肺の状態を説明するための模式図である。基準点の移動による相対位置の補正について説明するための説明図である。第１の実施の形態の変形例の医療機器の構成を示す構成図である。第１の実施の形態の変形例の医療機器の構成を示す構成図である。第２の実施の形態の医療機器の構成を示す構成図である。第２の実施の形態の医療機器の使用形態を説明するための説明図である。第２の実施の形態の医療機器における生体情報取得手段の計測例を説明するためのグラフである。呼吸による肺の変位を説明するための説明図である。患者の呼吸による肺の変形量を説明するための説明図である。生体情報取得手段について説明するための説明図である。生体情報取得手段について説明するための説明図である。生体情報取得手段について説明するための説明図である。医療機器における補正を説明するための説明図である位置補正手段が行う補正方法を説明するための説明図である。処置具の位置の補正について説明するための説明図である。先端部の位置の補正方法を説明するための図である。進退量検出手段の具体例を説明するための説明図である。第４の実施の形態の変形例の医療機器による補正方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１…医療機器、１Ｂ…医療機器、１Ｃ…医療機器、１Ｄ…医療機器、１Ｅ…医療機器、２…内視鏡装置、２Ａ…内視鏡、２Ａ１…ステレオ内視鏡装置、２Ｃ…先端部、２Ｂ…内視鏡制御手段、２Ｄ…撮像手段、２Ｄ１…光学系、２Ｄ２…撮像素子、２Ｅ…挿入部、２Ｆ…処置具口、２Ｆ１…チャンネル、２Ｆ２…処置具挿入口、２Ｇ…送液口、３…挿入支援装置、３Ｂ…挿入支援装置、４…処置具、６…表示手段、７…患者、８…肺、９…気管支、９Ａ…気管支、９Ｇ…目標部位、１１…画像検索手段、１２…仮想内視鏡画像生成手段、１３…ＣＴ画像データ格納手段、１４…第１の座標算出手段、１５…基準点設定手段、１６…相対位置算出手段、１７…画像位置算出手段、１８…進退量検出手段、１９…位置検出センサ、１９Ａ…位置検出センサ、１９Ｂ…位置検出センサ、２０…磁界発生アンテナ、２１…アンテナ駆動手段、２２…位置検出手段、２３…先端位置算出手段、２４…移動検出手段、２４Ｂ…移動検出手段、２５…位置補正手段、２６…補正値格納手段、２７…生体情報取得手段、２７Ａ…呼吸モニタ、２７Ｂ…腹部変位モニタ、１０１…医療機器、２０１…医療機器

Claims

被検体内の管腔を撮像可能な撮像手段と、
前記管腔内で検査または処置を行う医療器具と、
予め取得する前記管腔の３次元画像データから、複数の異なる視線位置からの前記管腔の仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段と、
前記撮像手段が撮像する前記体内の管腔の内視鏡画像と類似度の高い前記仮想内視鏡画像を検索する画像検索手段と、
前記類似度の高い仮想内視鏡画像の視線の位置に基づいて、基準点を設定する基準点設定手段と、
前記基準点に対する前記医療器具の相対位置を算出する相対位置算出手段と、
前記基準点または前記被検体の移動を検出する移動検出手段と、
前記移動検出手段が検出した前記基準点または前記被検体の前記移動に応じて、前記相対位置を補正する位置補正手段とを具備することを特徴とする医療機器。
前記仮想内視鏡画像生成手段が、前記画像検索手段からの情報に基づいて、より類似度の高い前記仮想内視鏡画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の医療機器。
前記画像検索手段が、予め前記仮想内視鏡画像生成手段が生成した複数の前記仮想内視鏡画像の中から最も類似度の高い前記仮想内視鏡画像を検索し、
前記仮想内視鏡画像生成手段が、前記画像検索手段が検索した前記最も類似度の高い前記仮想内視鏡画像の情報に基づいて、より類似度の高い前記仮想内視鏡画像を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の医療機器。
前記管腔に挿入可能な挿入部を有し、
前記挿入部が医療器具を挿通可能なチャンネルを有し、
前記挿入部の先端部に、前記チャンネルの開口部および前記撮像手段を有し、
前記基準点が前記開口部の位置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の医療機器。
前記医療器具の位置を検出する位置検出手段を備え、
前記相対位置算出手段は、前記医療器具の位置と前記基準点とから相対位置を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の医療機器。
前記位置補正手段は、前記位置検出手段が検出する前記医療器具の位置と、前記仮想内視鏡画像生成手段が生成する仮想生体情報である芯線情報および／またはボリューム情報とから、前記相対位置を補正することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の医療機器。
前記医療器具の前記チャンネル内での進退量を検出する進退量検出手段を備え、
前記相対位置検出手段は、前記進退量と前記基準点とから前記相対位置を算出することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の医療機器。
前記移動検出手段が、前記被検体の呼吸情報を取得する生体情報取得手段であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の医療機器。
前記管腔内の位置に応じた補正値を予め格納する補正値格納手段を有し、
前記位置補正手段が、前記医療機器が存在すると予測した前記管腔内の位置に該当する補正値を補正値格納手段から読み込み、前記補正値に基づき補正を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の医療機器。
前記管腔内の位置に応じた補正値を予め格納する補正値格納手段を有し、
前記位置補正手段が、前記撮像手段が存在する前記管腔内の位置に該当する補正値を補正値格納手段から読み込み、前記補正値に基づき補正を行うことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の医療機器。
前記管腔が気管支であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の医療機器。