JP4022192B2 - 挿入支援システム - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡の挿入を支援する挿入支援システムに関する。

近年、画像による診断が広く行われるようになっており、例えばＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等により被検体の断層像を撮像することにより被検体内に３次元画像データを得て、該３次元画像データを用いて目的部位の診断が行われるようになってきた。

ＣＴ装置では、Ｘ線照射・検出を連続的に回転させつつ被検体を体軸方向に連続送りすることにより、被検体の３次元領域について螺旋状の連続スキャン（ヘリカルスキャン：ｈｅｌｉｃａｌ ｓｃａｎ）を行い、３次元領域の連続するスライスの断層像から、３次元画像を作成することが行われる。

そのような３次元画像の１つに、肺の気管支の３次元像がある。気管支の３次元像は、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（ｓａｍｐｌｅ）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、異常部の所在が分岐の末梢に近いとき、内視鏡の先端を短時間で正しく目的部位に到達させることが難しいために、例えば特開２０００−１３５２１５号公報等では、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次元像を作成し、前記３次元像上で前記管路に沿って目的点までの経路を求め、前記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作成し、前記仮想的な内視像を表示することで、気管支内視鏡を目的部位にナビゲーションする装置が提案されている。
特開２０００−１３５２１５号公報

しかしながら、目的部位である生体組織は一般的に広がりがあるために、生検する際の生検位置を点で指定することは適切ではなく、一定の大きさの目標領域として指定することが望まれるが、従来の装置ではナビゲーションの終点をこのような目標領域として指定することができず、始点から目標領域に至るナビゲーションルートを決定することができないといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、関心部位を任意の領域で指定でき、かつ指定した領域に到達するナビゲーションを適切に設定することのできる挿入支援システムを提供することを目的としている。

本発明の挿入支援システムは、被検体の３次元領域の画像データに基づき前記被検体内の体腔路の仮想画像を生成する仮想画像生成手段と、内視鏡の前記被検体内の体腔路への挿入ルートの始点を設定するルート始点設定手段と、前記被検体内の関心部位の領域を設定する関心領域設定手段と、前記関心部位の領域に基づき前記内視鏡の前記被検体内の体腔路への挿入ルートの終点を抽出するルート終点抽出手段とを備えて構成される。

本発明の挿入支援システムは、関心部位を任意の領域で指定でき、かつ指定した領域に到達するナビゲーションを適切に設定することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図１８は本発明の実施例１に係わり、図１は気管支挿入支援システムの構成を示す構成図、図２は図１の挿入支援装置によるナビゲーションデータの生成処理の流れを示すフローチャート、図３は図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第１の図、図４は図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第２の図、図５は図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第３の図、図６は図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第４の図、図７は図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第５の図、図８は図２のルート設定処理の流れを示すフローチャート、図９は図８の処理を説明する第１の図、図１０は図８の処理を説明する第２の図、図１１は図８の処理で展開されるルート設定画面を示す第１の図、図１２は図８の処理を説明する第３の図、図１３は図８の処理で展開されるルート設定画面を示す第２の図、図１４は図８の処理を説明する第４の図、図１５は図８の処理で展開されるルート設定画面を示す第３の図、図１６は図２の処理で展開される挿入支援画面を示す図、図１７は図８の処理で展開されるルート設定画面の第１の変形例を示す図、図１８は図８の処理で展開されるルート設定画面の第２の変形例を示す図である。

図１に示すように、本実施例の気管支挿入支援システム１は、気管支内視鏡装置３と、挿入支援装置５とから構成される。

挿入支援装置５はＣＴ画像データに基づき気管支内部の仮想の内視像（以下、ＶＢＳ画像と記す）を生成すると共に気管支内視鏡装置３により得られる内視鏡画像（以下、ライブ画像と記す）とＶＢＳ画像を合成してモニタ６に表示し気管支内視鏡装置３の気管支へ挿入支援を行う。

また、気管支内視鏡装置３は、図示はしないが、撮像手段を有する気管支鏡と、気管支鏡に照明光を供給する光源と、気管支鏡からの撮像信号を信号処理するカメラコントロールユニット等から構成され、気管支鏡を患者体内の気管支に挿入し気管支内を撮像し気管支末端の目的組織を生検すると共に、ライブ画像とＶＢＳ画像を合成してモニタ７に表示する。

モニタ７はタッチパネルからなる入力部８が設けられ、挿入手技を行いながら容易にタッチパネルからなる入力部８を操作することが可能となっている。

挿入支援装置５は、患者のＸ線断層像を撮像する図示しない公知のＣＴ装置で生成された３次元画像データを、例えばＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）装置やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）装置等、可搬型の記憶媒体を介して取り込むＣＴ画像データ取り込み部１１と、ＣＴ画像データ取り込み部１１によって取り込まれたＣＴ画像データを格納するＣＴ画像データ格納部１２と、ＣＴ画像データ格納部１２に格納されているＣＴ画像データに基づきＭＰＲ画像（多断面再構築画像）を生成するＭＰＲ画像生成部１３と、ＭＰＲ画像生成部が生成したＭＰＲ画像を有する後述するルート設定画面を生成し気管支内視鏡装置３の気管支への支援ルート（以下、単にルートと記す）を設定するルート設定部１４と、ＣＴ画像データ格納部１２に格納されているＣＴ画像データに基づきルート設定部１４によって設定されたルートの連続したＶＢＳ画像をフレーム単位で生成する仮想画像生成手段としてのＶＢＳ画像生成部１５と、ＶＢＳ画像生成部１５が生成したＶＢＳ画像を格納するＶＢＳ画像格納部１６と、気管支内視鏡装置３からの撮像信号及び入力部８からの入力信号を入力し、ライブ画像、ＶＢＳ画像及び複数のサムネイルＶＢＳ画像からなる後述する挿入支援画面を生成するナビゲーション画像生成手段としての画像処理部１７と、ルート設定部１４が生成したルート設定画面及び画像処理部１７が生成した挿入支援画面をモニタ６に表示させる画像表示制御部１８と、ルート設定部１４に対して設定情報を入力するキーボード及びポインティングデバイスからなる入力装置１９とから構成される。

気管支内視鏡装置３は、挿入支援装置５の画像処理部１７からＶＢＳ画像及びサムネイルＶＢＳ画像を受け取りライブ画像と合成して、挿入支援装置５がモニタ６に表示する挿入支援画面と同等の画面をモニタ７に表示すると共に、モニタ７のタッチセンサからなる入力部８からの入力情報を挿入支援装置５の画像処理部１７に出力するようになっている。

なお、ＣＴ画像データ格納部１２及びＶＢＳ画像格納部１６は、１つのハードディスクによって構成してもよく、また、ＭＰＲ画像生成部１３、ルート設定部１４、ＶＢＳ画像生成部１５及び画像処理部１７は１つの演算処理回路で構成することができる。また、ＣＴ画像データ取り込み部１１はＭＯあるいはＤＶＤ等の可搬型の記憶媒体を介してＣＴ画像データを取り込みとしたが、ＣＴ装置あるいはＣＴ画像データを保存している院内サーバが院内ＬＡＮに接続されている場合には、ＣＴ画像データ取り込み部１１を該院内ＬＡＮに接続可能なインターフェイス回路により構成し、院内ＬＡＮを介してＣＴ画像データを取り込むようにしてもよい。

このように構成された本実施の形態の作用について説明する。

図２に示すように、気管支内視鏡装置３による観察・処置に先立ち、挿入支援装置５は、ステップＳ１でＣＴ画像データ取り込み部１１によりＣＴ装置で生成された患者のＣＴ画像データを取り込み、ステップＳ２で取り込んだＣＴ画像データをＣＴ画像データ格納部１２に格納する。

ステップＳ３でルート設定部１４により、図３に示すようなルート設定画面２１をモニタ６に表示させ、ルート設定画面２１上の患者情報タグ画面２２で患者情報を選択する。この選択により、ステップＳ４で選択された患者の例えば３つの異なる多断面像からなるＭＰＲ画像が生成され、ステップＳ５でこのＭＰＲ画像２３ａ，２３ｂ，２３ｃがルート設定画面２１に表示される。ルート設定画面２１にはＶＢＳ画像を表示するＶＢＳ画像表示エリア２３ｄが設けられている。

なお、患者情報タグ画面２２での患者情報の選択は、入力装置１９により患者を識別する患者ＩＤを入力することで行われる。

次に、ステップＳ６でルート設定画面２１上のルート設定タグ２４（図３参照）を入力装置１９により選択すると、図４に示すようなルート設定タグ画面２５がルート設定画面２１に表示され、後述するルート設定処理を行い、気管支での気管支鏡の挿入支援のルートを設定する。

挿入支援のルートが設定されると、ステップＳ７でＶＢＳ画像生成部１５により設定した全ルートの連続したＶＢＳ画像をフレーム単位で生成し、ステップＳ８で生成したＶＢＳ画像をＶＢＳ画像格納部１６に格納する。

上記のステップＳ１〜Ｓ８の処理により、気管支鏡による観察・処置時の挿入支援装置４による挿入支援の準備が完了する。

ここで、上記ステップＳ６のルート設定処理を図５ないし図８を用いて説明する。

ルート設定画面２１において、ルート探索ボタンが選択されると、ステップＳ６のルート設定処理が開始される。具体的には、図５に示すようなルートの始点の入力を促す始点入力指示ウインドウ３１がルート設定画面２１上に表示され、ルート設定画面２１上にカーソル３０を用いてＭＰＲ画像２３のうちの１つの断層像上で始点７１を設定する。始点７１を設定すると他のＭＰＲ画像２３の２つの断層像上にも対応する位置に始点７１が設定されると共に、ＶＢＳ画像表示エリア２３ｄには始点７１におけるＶＢＳ画像が表示され、図６に示すようなルートの終点である生検エリア７２の設定を促す生検エリア入力指示ウインドウ３２がルート設定画面２１上に表示される。

この図６のルート設定画面２１上においてカーソル３０を用いてＭＰＲ画像２３のうちの１つの断層像上で生検エリア７２を２次元的になぞって設定する。このとき設定する生検エリア７２の数は１つに限らず複数指定でき、図６では２つの生検エリア７２ａ，７２ｂを指定した状態を示している。

そして、生検エリア７２の設定の設定が終了すると、図７に示すような１つの生検エリア７２あたりの探索するルートの数を設定するルート数設定ウインドウ３３がルート設定画面２１上に表示される。１つの生検エリア７２あたりの探索するルートの数を設定することで、ナビゲーション対象の生検エリア７２へのアプローチルートが複数探索されることになる。

図５ないし図７により始点、生検エリア７２及び探索ルート数が設定されると、図８の処理に従ってルートが探索される。

すなわち、図８に示すように、ステップＳ１１において設定された生検エリア７２の数を検出し、ステップＳ１２において探索ルート数ｎを読み込み、ステップＳ１３で始点７１の位置を読み込む。

そして、ステップＳ１４において生検エリア７２の重心位置を抽出し、ステップＳ１５でｒをΔｒにした後、ステップＳ１６で重心位置を中心とした半径ｒの円内を探索エリアに指定する。

ステップＳ１７において探索エリア内に気管支があるかどうか判断し、気管支がある場合にはステップＳ１８においてその位置を終点としたルート候補を決定する。

ルート候補が決定されると、ステップＳ１９において決定したルート候補が登録済みかどうか判断し、未登録の場合にはステップＳ２０において始点から終点に至る分岐点名に基づくルート名を生成して支援ルートとして登録する。

そして、ステップＳ２１において登録したルートの数がステップＳ１２で読み込んだルート数ｎ未満かどうか判断する。

なお、ステップＳ１７において探索エリア内に気管支がないと判断した場合、またステップＳ１９において決定したルート候補が登録済みの場合、あるいはステップステップＳ２１において登録したルートの数がルート数ｎ未満場合は、ステップＳ２２においてｒをｒ＋Δｒとして探索エリアを拡大してステップＳ１６に戻る。

登録したルートの数がステップＳ２で読み込んだルート数ｎに達すると、ステップＳ２３において設定された全ての生検エリアを探索したかどうか判断し、全ての生検エリアを探索したならば処理を終了し、未探索の生検エリアがある場合には、ステップＳ２３において次の生検エリアの重心位置を抽出し、ステップＳ１５に戻る。

具体的には、図９に示すように気管支１０１の端部に生検エリア７２が指定されると、生検エリア７２の重心１０３が抽出される。

そして、図１０に示すように、この重心１０３を中心とする円を探索エリア１０４とし、探索エリア１０４内に気管支が位置するまで探索エリア１０４を拡大し、最初に探索エリア１０４内に気管支が位置した点を終点１０５とし、図１１に示すように始点７１とこの終点１０５とを結ぶ第１のルート候補１０６が決定され、該第１の ルート候補１０６が未登録ならば第１の 支援ルートとして登録を行う。このときのルート名は通過する分岐点名に基づき命名される。

第１の 支援ルートが決定されると、図１２に示すように重心１０３を中心とする探索エリア１０４の半径を増加させ、探索エリア１０４を拡大し、次に探索エリア１０４内に気管支が位置した点を終点１０７とし、図１３に示すように始点７１とこの終点１０７とを結ぶ第２のルート候補１０８が決定され、該第２の ルート候補１０８が未登録ならば第２の 支援ルートとして登録を行う。図１３においては第２の ルート候補１０８が図１１の第１の 支援ルートと異なるので、第２の ルート候補１０８が第２の 支援ルートとなる。このときのルート名も通過する分岐点名に基づき命名される。

本実施例では、ルート数が３なので、全く同様に、第２の 支援ルートが決定されると、図１４に示すように重心１０３を中心とする探索エリア１０４の半径をさらに増加させ、探索エリア１０４を拡大し、次に探索エリア１０４内に気管支が位置した点を終点１０９とし、図１５に示すように始点７１とこの終点１０９とを結ぶ第３のルート候補１１０が決定され、該第３の ルート候補１１０が未登録ならば第３の 支援ルートとして登録を行う。図１５においては第３の ルート候補１１０が第１及び第２の 支援ルートと異なるので、第３の ルート候補１１０が第３の 支援ルートとなる。このときのルート名も通過する分岐点名に基づき命名される。

このように指定したルートの数だけの支援ルートを設定できる。これらの処理が全ての生検エリア７２に対して実行されることになり、生検エリア７２毎に指定したルート数分の支援ルートが設定される。

このように設定された支援ルートにおける挿入支援装置５による挿入支援下での気管支内視鏡検査を開始すると、モニタ７に図１６に示すような挿入支援画面５１を表示する。なお、モニタ６にもモニタ７と同様な挿入支援画面５１が表示される。

この挿入支援画面５１は、気管支内視鏡装置３からのライブ画像を表示する内視鏡ライブ画像表示エリア５２と、ＶＢＳ画像像５３ａを表示するＶＢＳ画像表示エリア５３と、ルートの全ての分岐点でのＶＢＳ画像像５３ａを縮小して分岐サムネイルＶＢＳ画像５４（ａ）〜５４（ｊ）として表示する分岐サムネイルＶＢＳ画像エリア５４とからなり、ライブ画像が位置する分岐点に対応した仮想画像であるＶＢＳ画像像５３ａがＶＢＳ画像表示エリア５３に表示される。

ここで、ＶＢＳ画像表示エリア５３に表示されるＶＢＳ画像５３ａと同じ分岐サムネイルＶＢＳ画像の枠が太枠あるいはカラー表示され、他の分岐サムネイルＶＢＳ画像と識別可能となっており、術者はＶＢＳ画像表示エリア５３に表示されるＶＢＳ画像がどの分岐の画像かを容易に認識できるようになっている。

なお、全ての支援ルートを図１７に示すように色わけして同時にＭＰＲ画像２３上に表示させるようにしてもよい。また、始点と生検エリアをＭＰＲ画像２３上で指定するとしたが、これに限らず、図１８に示すように、ルート設定画面２１上に気管支の３次元画像１５１を表示させ、３次元画像１５１において始点７１と生検エリア７２を指定し、ルート探索を行うようにしてもよい。

本発明は、上述した実施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。

本発明の実施例１に係る気管支挿入支援システムの構成を示す構成図 図１の挿入支援装置によるナビゲーションデータの生成処理の流れを示すフローチャート 図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第１の図 図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第２の図 図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第３の図 図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第４の図 図２の処理で展開されるルート設定画面を示す第５の図 図２のルート設定処理の流れを示すフローチャート 図８の処理を説明する第１の図 図８の処理を説明する第２の図 図８の処理で展開されるルート設定画面を示す第１の図 図８の処理を説明する第３の図 図８の処理で展開されるルート設定画面を示す第２の図 図８の処理を説明する第４の図 図８の処理で展開されるルート設定画面を示す第３の図 図２の処理で展開される挿入支援画面を示す図 図８の処理で展開されるルート設定画面の第２の変形例を示す図 図８の処理で展開されるルート設定画面の第１の変形例を示す図

符号の説明

１…気管支挿入支援システム
３…気管支内視鏡装置
５…挿入支援装置
６，７…モニタ
８…入力部
１１…ＣＴ画像データ取り込み部
１２…ＣＴ画像データ格納部
１３…ＭＰＲ画像生成部
１４…ルート設定部
１５…ＶＢＳ画像生成部
１６…ＶＢＳ画像格納部
１７…画像処理部
１８…画像表示制御部
１９…入力装置
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (4)

1. 被検体の３次元領域の画像データに基づき前記被検体内の体腔路の仮想画像を生成する仮想画像生成手段と、
   内視鏡の前記被検体内の体腔路への挿入ルートの始点を設定するルート始点設定手段と、
   前記被検体内の関心部位の領域を設定する関心領域設定手段と、
   前記関心部位の領域に基づき、前記内視鏡の前記被検体内の体腔路への挿入ルートの終点を抽出するルート終点抽出手段と
   を備えたことを特徴とする挿入支援システム。
2. 前記ルート終点抽出手段は、
   前記関心部位の領域の重心を算出する重心算出手段と、
   前記重心の近傍に位置する前記体腔路の位置を抽出する位置抽出手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の挿入支援システム。
3. 前記位置抽出手段は、前記重心の近傍に位置する前記体腔路の位置を複数抽出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の挿入支援システム。
4. 仮想画像生成手段が、被検体の３次元領域の画像データに基づき前記被検体内の体腔路の仮想画像を生成する仮想画像生成ステップと、
   ルート設定手段が、前記内視鏡の前記被検体内の体腔路への挿入ルートの始点の設定を促す画面を出力するルート始点設定ステップと、
   前記ルート設定手段が、前記被検体内の関心部位の領域の設定を促す画面を出力する関心領域設定ステップと、
   前記ルート設定手段が、前記関心部位の領域に基づき、前記内視鏡の前記被検体内の体腔路への挿入ルートの終点を抽出するルート終点抽出ステップと
   を有することを特徴とする挿入支援方法。

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