JP4583658B2 - Endoscope system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内視鏡システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、気管支を医療用の内視鏡で観察する場合、気管支腔は複雑に分岐しており、通常の内視鏡では挿入が容易ではなく、目的部位に到達するのに時間がかかっていた。一般に、気管支鏡医は解剖を熟知した上で患者の身体に対して正面・側面から撮影したX線写真(二次元)を参考に観察対象部位としての病変部の位置する気管支へ気管支鏡を誘導する方法をとっている。
【0003】
また、病変部と気管支鏡の位置関係をリアルタイムで把握するためにX線透視下で検査が行われる事もあり、正面・側面の透視平面を観察しつつ気管支鏡を挿入する事も少なくない。これらはいずれも術者の技量によるところが大きく、検査に時間がかかり、患者への負担が増してしまうという問題がある。
【0004】
このような問題を解決するために、医療用挿入具における挿入部の位置及び形状を検出する検出装置が提案されている。このような検出装置の例としては、特開平6−285043号公報や特開2000−175862号公報に示されるものがある。
【0005】
また、二次元断層画像データから三次元臓器モデルを作成し、仮想的な内視鏡画像を作成し、内視鏡の挿入ルートをナビゲーションする手段としては、特開2000−135215号公報に示されるものがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、気管支鏡の場合、呼吸とともに気管支や病変部を含めた肺全体が呼吸によって変動してしまうため、検査前に撮ったデータを基に構築された三次元像では内視鏡と病変部との位置関係を正確に、且つリアルタイムで表示する事が出来なかった。一方、術中X線透視の場合は、リアルタイムで観察が可能であるが、X線が患者及び術者の人体に悪影響を与えないような処置を講じる必要がある。
【0007】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、人体に悪影響を与えることなしに、且つ呼吸による肺全体の変動に影響されず、気管支鏡の先端と観察対象部位との位置関係を正確にリアルタイムで表示できる内視鏡システムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第1の発明に係る内視鏡システムは、被検体臓器の2次元断層画像データから3次元臓器モデル画像を生成する3次元臓器モデル画像生成手段と、前記被検体臓器の変動に応じた前記被検体臓器の形状を表わすパラメータと、前記被検体臓器の変動状態において取得された3次元臓器モデル画像とを対応付けて記憶する画像データ記憶手段と、前記画像データ記憶手段に記憶されたパラメータと、観察時における前記被検体臓器の変動に応じた当該被検体臓器の形状を表わすパラメータとを比較して、前記被検体臓器の形状を認識する形状認識手段と、 前記形状認識手段により認識された前記被検体臓器の形状に基づいて前記被検体臓器の変動量を検出し、当該検出された変動量に基づいて前記3次元臓器モデル画像を補正した3次元臓器モデル補正画像を生成する臓器モデル画像補正手段と、先端部に磁界発生素子を配設し、前記被検体臓器に挿入される内視鏡と、前記磁界発生素子から発生する磁界を受信することにより、前記内視鏡の先端部の位置情報を検出する位置情報検出手段と、前記3次元臓器モデル補正画像と、前記位置情報検出手段によって検出された前記内視鏡先端部の位置情報に基づき、前記3次元臓器モデル補正画像における前記内視鏡の先端部の3次元座標を抽出する3次元座標抽出手段と、を有する。
【0009】
また、第2の発明は、第1の発明に係る内視鏡システムにおいて、前記パラメータは、患者の体表面に貼付されたマーカーの位置である。
【0010】
また、第3の発明は、第1の発明に係る内視鏡システムにおいて、前記パラメータは、患者の呼吸量である。
また、第4の発明は、第1から第3のいずれか1つに記載の発明において、 前記3次元座標抽出手段は、前記被検体臓器を囲う骨格を基準として、前記3次元臓器モデル画像及び前記3次元臓器モデル補正画像の夫々の3次元座標系を定義する。
また、第5の発明は、第1から第4のいずれか1つに記載の発明において、前記磁界発生素子は、ソースコイルである。
【0011】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態の概略を説明する。本実施形態では、被検体臓器としての肺の全体の変動が呼吸による規則的な変動である点に着目し、予め準備した少なくとも2種類以上の呼吸状態のCTまたはMRI像のデータを基に胸郭の骨格を基準として胸郭内の座標系を定義して変動する臓器内の構造物の変化の時間変動分を補間し、逐一正確な肺や気管支の形状を表示させる。同時に気管支鏡先端の位置をこの座標系の中で検知し、目的とする病変部と気管支鏡の位置関係をモニター表示する。
【0012】
このような方法によれば、患者の呼吸状態毎にCTまたはMRI断層像データを撮影する事なく、実際の使用において問題のないレベルの誤差で病変部と気管支鏡の位置関係を把握する事が可能である。尚、呼吸状態毎にデータをとる場合、僅かな呼吸量(または胸郭の大きさ)毎にデータをとる必要があるため、そのデータ量は膨大になるという欠点がある。更に、気管支を抽出するためには細かなスライス幅で撮影しなければならない事情もあり、実用的ではない。逆にスライス幅を大きくすると、気管支の抽出が困難になる。
【0013】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図1,図2は、通常の呼吸状態を示したものである。
【0014】
図1は、胸郭の動きを模式的に示したもので、吸気時(図1(A))は胸郭が拡張するとともに横隔膜が収縮する。呼気時(図1(B))は胸郭が縮小するとともに横隔膜が弛緩する。この時、病変1の位置は胸郭の動きに対し規則的に変動を繰り返している。
【0015】
図2は、平均的な男子の呼吸状態を示したものである。一般に、安静時の呼吸はAに示す1回呼吸量といわれ、約0.5リットル程度の量を示す。Bに示す最大呼気位−最大吸気位の差は肺活量といわれ、この時に胸郭は最も大きな変動を示す。気管支鏡検査は患者の意識下で行われるため、呼吸により病変部の位置も絶えず変動している。
【0016】
本実施形態ではこの変動分を補正するために胸郭の骨格を基準として座標系を定義し、この中で気管支を始めとする肺内の構造物の位置を定義し、予め気管支鏡検査前に撮影したCTまたはMRIのデータをその時の胸郭の形状を示すパラメータと合わせて三次元画像を合成しておく。気管支鏡検査中の動きを同じパラメータを使って検出する事により呼吸間の状態を補間してリアルタイムで表示する。
【0017】
尚、使用するCTまたはMRIのデータはより構造物を正確に把握するためにもスライス幅は1〜2ミリ程度が望ましい。少なくとも病変部の位置する近傍だけでもスライス幅を細かくしておく必要がある。
【0018】
(第1実施形態)
図3は、本発明の第1実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す図である。
システム制御部108には位置検知装置(位置情報検出手段)109と、モニタ107が接続されている。システム制御部108は、画像データ記憶部108−1と、胸郭形状認識部108−2と、胸郭変動補正部(臓器モデル画像補正手段)108−3と、制御部(臓器モデル画像生成手段、3次元座標抽出手段)108−4とから構成される。また、位置検知装置109は、マーカー位置検知部109−1と、ソースコイル位置検知部109−2とから構成される。
【0019】
本実施形態では、胸郭の形状を示すパラメータとして患者の体表面に貼付されたマーカーを利用する。マーカー位置は胸郭の形状を正しく反映し、且つ体外から確認可能な部位に貼付する事が望ましい。また、マーカーは三次元形状を認識するためにも同一平面内に存在しない3点以上の部位に設けるべきである。貼付する部位としては、例えば剣状突起(マーカーA)や胸骨柄(マーカーC)や第10肋骨の両側肋軟骨接合部(マーカーB)など解剖的に特徴のある部位が適当である。
【0020】
術前CTまたはMRI画像を撮る場合は予め上述の部位にマーカーを貼付しておき、患者が呼吸を止めた状態で撮影する。この時、図2に示す1回呼吸量の最大位置V1や最小位置V2あるいは最大吸気位Vmax や最大呼気位Vmin にて撮影すると良い。これらの画像をもとに三次元画像を作成し、マーカーの位置とともにシステム制御部108の画像データ記憶部108−1に記憶しておく。
【0021】
一方、気管支鏡検査は、同じ部位にマーカーを貼付した状態で行う。マーカーは赤外LEDや磁場発生コイルを用い、マーカー位置を検知する位置検知装置109をベットサイドに置き、患者の胸郭形状を常に観察する。
【0022】
観察においては、まず、マーカーA〜Cに内視鏡としての気管支鏡106の先端を押し当てて定義した座標系の中で気管支鏡106の先端位置の設定を行っておく(イニシャライズ)。
【0023】
胸郭形状認識部108−2は、画像データ記憶部108−1に予め記憶しておいたマーカー位置と、マーカー位置検知部109−1により検知された、観察中のマーカー位置とを比較し、胸郭の形状を判断する。胸郭変動補正部108−3は胸郭変動分を補正して三次元画像を作り直してモニタ107に表示する。つまり、呼吸状態における三次元画像は、2つ以上の原画像により作成された擬似的な像である。
【0024】
一方、気管支鏡106の先端部には磁界を発生する磁界発生素子としてのソースコイル102が配置されており、前述の位置検知装置109により気管支鏡106の先端位置を検出する事が可能である。更に、最先端にはジャイロ100が配設されており、重力方向が検出可能になっている。
【0025】
図4は、胸郭の変動分を模式的に示したものである。図4において実線が呼気時の胸郭の大きさを示し、破線が吸気時の胸郭の大きさを示すものである。この時、病変部の位置の変動(PからP′)は、座標位置((X,Y,Z)から(X′,Y′,Z′))の移動で示される。同時に気管支鏡106の先端の位置も座標(x,y,z)で表示される。
【0026】
図5(A),図5(B)は、気管支鏡画像上に変動に対応した病変部の位置あるいは気管支形状をリアルタイムで重畳表示させたものである。特に、目的とするところは、病変部へのアプローチの容易化、であるために、気管支鏡画像を極力妨げない形で表示するのが好ましく、矢印150による表示(図5(A))あるいはワイヤーフレームによる重畳表示(図5(B))を採用している。
【0027】
また、病変部との距離関係を把握するためにワイヤーフレームや矢印の色を距離により変化させたりする事も有効である。
【0028】
図6は、二次元画像から作成された三次元画像201と気管支鏡画像203とをモニタ107に並列に表示した図である。201−1は三次元画像201の主軸であり、203−1は気管支鏡画像203の主軸である。この主軸203−1が重力方向と並行になるように表示される。加えて、病変部までの三次元位置データ202が表示される。
【0029】
図7は画像の補正について説明するための図である。気管支鏡画像203の主軸203−1が重力方向とずれて表示された場合は、主軸203−1が重力方向と並行になるように気管支鏡画像203を補正する。
【0030】
また、図8は、三次元画像を重畳表示する代わりに、気管支鏡画像203に加えて、病変部や気管支鏡106先端までの直線距離や、気管支鏡106先端を曲げる角度形状や病変部までの距離などを表示させるものである。勿論、これらの表示形式は各々組み合わせる事も可能である。
【0031】
(第2実施形態)
以下に図9,図10,図11を参照して本発明の第2実施形態を説明する。前述したように、胸郭の形状は呼吸と相関があるために第1実施形態で使用したマーカーA〜Cを使用する事なく胸郭の形状を把握する事が可能である。つまり、図9に示す患者の呼吸状態のある特定位置を設定し、これに対応させてCTまたはMRIデータをとる事によりその時の胸郭の形状と対応付ける事が可能である。
【0032】
具体的には、撮影を行う際に患者の呼吸状態をモニタリングしつつ最大呼気位や最大吸気位などの設定しやすい呼吸状態で撮影する。そして、各々の三次元画像を記憶しておき、これらのデータをもとに呼吸量をパラメータとして胸郭変動分を補正し、三次元画像を作り直してモニターに表示すれば良い。
【0033】
なお、図11に示すように、呼吸量はガイドシース101などの案内管の口元に呼気流量計等の検知手段103を取り付ける事で検出することができる。また、呼吸気量表示手段110により検出結果を表示することが可能である。
【0034】
マーカーを使わない場合は第1実施形態のような気管支鏡位置の初期設定(イニシャライズ)は解剖学的に特徴のある位置で行う事が望ましい。気管支鏡107の場合は図10に示すように、気管300から主気管支303に分岐する気管分岐部301などで行うと良い。
【0035】
この他、喉頭部(声門位置)や体外では剣状突起などが分かりやすい。
【0036】
尚、呼吸量による補間(補正)計算に時間がかかる場合は、気管支鏡検査の前に予め三次元画像を記憶している画像データ記憶部108−1で呼吸量または胸郭変動量をパラメータとした三次元画像を作成しておき、検査時はこれを呼び出す形をとっても良い。
【0037】
上記した実施形態によれば、人体に悪影響を与えることなしに、且つ呼吸による肺全体の変動に影響されず、気管支鏡の先端と観察対象部位との位置関係を正確にリアルタイムで表示可能になる。これによって、気管支鏡を観察対象部位に容易に誘導できるので、検査時間の短縮が図れる。
【0038】
また、あらゆる呼吸状態すべてにわたって画像(データ)をとる事なく、呼吸時の肺や気管支の変動に対応させる事が可能であるため、CTまたはMRIのデータ量が少なくて済み、同時に患者への撮影時の負担が少なくて済む。これによって病院は費用面で大きなメリットを得ることができる。
【0039】
(付記)
上記した具体的実施形態から以下のような発明が抽出される。
【0040】
1.予め準備した少なくとも2種類以上の呼吸状態におけるCTまたはMRIデータをもとに三次元像を作成する三次元画像データ合成手段と、
患者の呼吸状態における胸郭の形状を判断する胸郭形状判断手段と、
先端にソースコイルを配置した気管支鏡と、
気管支鏡の先端位置を検知する位置検知手段と、
三次元画像と気管支鏡画像を表示する画像表示手段とを具備し、
前記2種類以上の三次元画像を使って胸郭の骨格を基準として肺、気管支、病変部などの三次元座標系を定義し、胸郭の大きさでこれらの三次元座標を補間した補間座標系を作成し、この座標系の中で前記気管支鏡の位置および病変部の位置を検知し、病変部と気管支鏡の位置関係をモニター上に表示する内視鏡システム。
【0041】
2.胸郭の形状は予め患者の体表面に貼付した少なくとも2つ以上のマーカーの位置を検知する事により判断される1.に記載の内視鏡システム。
【0042】
3.上記マーカーは剣状突起や胸骨柄や第10肋骨肋軟骨接合部などに設けられる2.に記載の内視鏡システム。
【0043】
4.最大呼気位−最大吸気位あるいは安静呼/吸気時において前記三次元座標系を定義し、気管支鏡検査中の変動に対しある時間Δt毎に前記三次元座標系を作成して病変部の時間変動を予測し、同時に気管支鏡の位置を検知してこれらの位置関係を表示する1.に記載の内視鏡システム。
【0044】
5.三次元座標を定義する時と検査時に呼気流量計により胸郭の大きさを予測して当該三次元座標を作り直す4.に記載の内視鏡システム。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、人体に悪影響を与えることなしに、且つ呼吸による肺全体の変動に影響されず、気管支鏡の先端と観察対象部位との位置関係を正確にリアルタイムで表示可能になる。これによって、気管支鏡を観察対象部位に容易に誘導できるので、検査時間の短縮が図れる。
【0046】
また、あらゆる呼吸状態すべてにわたって画像(データ)をとる事なく、呼吸時の肺や気管支の変動に対応させる事が可能であるため、CTまたはMRIのデータ量が少なくて済み、同時に患者への撮影時の負担が少なくて済む。これによって病院は費用面で大きなメリットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】胸郭の動きを模式的に示す図である。
【図2】平均的な男子の呼吸状態を示す図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す図である。
【図4】胸郭の変動分を模式的に示す図である。
【図5】気管支鏡画像上に変動に対応した病変部の位置あるいは気管支形状をリアルタイムで重畳して表示させた図である。
【図6】二次元画像から作成された三次元画像201と気管支鏡画像203とをモニタ107に並列に表示した図である。
【図7】画像の補正について説明するための図である。
【図8】画像表示の変形例を示す図である。
【図9】本発明の第2実施形態において、患者の呼吸状態を示す図である。
【図10】気管300から主気管支303に分岐する気管分岐部301を示す図である。
【図11】本発明の第2実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
100 ジャイロ
102 ソースコイル
104 吸気時胸壁
105 呼気時胸壁
106 気管支鏡
107 モニタ
108 システム制御部
108−1 画像データ記憶部
108−2 胸郭形状認識部
108−3 胸郭変更補正部
108−4 制御部
109 位置検知装置
109−1 マーカー位置検知部
109−2 ソースコイル位置検知部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an endoscope system.
[0002]
[Prior art]
For example, when the bronchus is observed with a medical endoscope, the bronchial cavity is complicatedly branched, and insertion is not easy with a normal endoscope, and it takes time to reach the target site. In general, bronchoscopists know the anatomy and guide the bronchoscope to the bronchoscope where the lesion is located as an observation site with reference to X-ray photographs (two-dimensional) taken from the front and side of the patient's body. Is taking the way.
[0003]
Further, in order to grasp the positional relationship between the lesioned part and the bronchoscope in real time, an inspection is sometimes performed under fluoroscopy, and the bronchoscope is often inserted while observing the front and side fluoroscopic planes. All of these are highly dependent on the skill of the surgeon, and there is a problem that the examination takes time and the burden on the patient increases.
[0004]
In order to solve such a problem, a detection device that detects the position and shape of an insertion portion in a medical insertion tool has been proposed. Examples of such detection devices include those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-285043 and 2000-175862.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-135215 discloses means for creating a three-dimensional organ model from two-dimensional tomographic image data, creating a virtual endoscopic image, and navigating the insertion route of the endoscope. There is something.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of a bronchoscope, the entire lung, including the bronchi and the affected area, changes due to respiration with respiration. Therefore, the 3D image constructed based on the data taken before the examination shows the endoscope and the affected area. It was not possible to display the positional relationship of the camera accurately and in real time. On the other hand, in the case of intraoperative fluoroscopy, observation is possible in real time, but it is necessary to take measures so that the X-rays do not adversely affect the human body of the patient and the operator.
[0007]
The present invention has been made paying attention to such a problem, and the object of the present invention is not to adversely affect the human body and is not influenced by the fluctuation of the entire lung due to breathing, and the tip of the bronchoscope. An object of the present invention is to provide an endoscope system capable of accurately displaying a positional relationship with an observation target site in real time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an endoscope system according to a first invention includes a three-dimensional organ model image generating means for generating a three-dimensional organ model image from two-dimensional tomographic image data of a subject organ, and the subject. An image data storage means for storing a parameter representing the shape of the subject organ in accordance with the variation of the specimen organ and a three-dimensional organ model image acquired in the variation state of the subject organ, and the image data; A shape recognizing means for recognizing the shape of the subject organ by comparing the parameter stored in the storage means with a parameter representing the shape of the subject organ according to a change in the subject organ at the time of observation; A variation amount of the subject organ is detected based on the shape of the subject organ recognized by the shape recognition means, and the three-dimensional organ model is detected based on the detected variation amount. An organ model image correcting means for generating a three-dimensional organ model corrected image obtained by correcting the image, an endoscope having a magnetic field generating element disposed at the distal end, and being inserted into the subject organ, and the magnetic field generating element By receiving the generated magnetic field, position information detecting means for detecting position information of the distal end portion of the endoscope, the three-dimensional organ model corrected image, and the endoscope detected by the position information detecting means 3D coordinate extraction means for extracting 3D coordinates of the distal end portion of the endoscope in the 3D organ model correction image based on position information of the distal end portion.
[0009]
Moreover, 2nd invention is an endoscope system which concerns on 1st invention, The said parameter is the position of the marker affixed on the patient's body surface.
[0010]
Moreover, 3rd invention is an endoscope system which concerns on 1st invention, The said parameter is a patient's respiration rate.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the three-dimensional coordinate extraction means uses the three-dimensional organ model image and the skeleton surrounding the subject organ as a reference. Each three-dimensional coordinate system of the three-dimensional organ model correction image is defined.
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the magnetic field generating element is a source coil.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an outline of an embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, paying attention to the fact that the entire variation of the lung as the subject organ is a regular variation due to respiration, the thorax is based on CT or MRI image data of at least two types of respiratory states prepared in advance. The coordinate system in the thorax is defined with reference to the skeleton of the skeleton, and the time variation of the change in the structure in the organ that is fluctuating is interpolated to display the exact lung and bronchial shapes one by one. At the same time, the position of the bronchoscope tip is detected in this coordinate system, and the positional relationship between the target lesion and the bronchoscope is displayed on the monitor.
[0012]
According to such a method, it is possible to grasp the positional relationship between the lesioned part and the bronchoscope with a level of error that does not cause a problem in actual use without taking CT or MRI tomographic image data for each respiratory state of the patient. Is possible. In addition, when taking data for every respiration state, since it is necessary to take data for every slight respiration volume (or the size of the rib cage), there is a drawback that the data amount becomes enormous. Furthermore, in order to extract the bronchus, there is a situation in which imaging is performed with a fine slice width, which is not practical. Conversely, if the slice width is increased, extraction of the bronchi becomes difficult.
[0013]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 show a normal breathing state.
[0014]
FIG. 1 schematically shows the movement of the rib cage. During inhalation (FIG. 1A), the rib cage expands and the diaphragm contracts. During expiration (FIG. 1 (B)), the thorax shrinks and the diaphragm relaxes. At this time, the position of the lesion 1 regularly changes with respect to the movement of the rib cage.
[0015]
FIG. 2 shows an average boy's breathing state. In general, breathing at rest is said to be a tidal volume shown in A, and shows a volume of about 0.5 liters. The difference between the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position shown in B is called vital capacity. At this time, the thorax shows the largest fluctuation. Since bronchoscopy is performed with the patient's consciousness, the position of the lesion is constantly changing due to respiration.
[0016]
In this embodiment, in order to correct this variation, a coordinate system is defined with reference to the thoracic skeleton, in which the position of the structure in the lung including the bronchus is defined, and is taken in advance before bronchoscopy. A three-dimensional image is synthesized by combining the CT or MRI data together with a parameter indicating the shape of the thorax at that time. By detecting the movement during bronchoscopy using the same parameters, the state between breaths is interpolated and displayed in real time.
[0017]
The CT or MRI data to be used preferably has a slice width of about 1 to 2 mm in order to grasp the structure more accurately. It is necessary to make the slice width fine even at least in the vicinity where the lesion is located.
[0018]
(First embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
A position detection device (position information detection means) 109 and a monitor 107 are connected to the system control unit 108. The system control unit 108 includes an image data storage unit 108-1, a thorax shape recognition unit 108-2, a thorax variation correction unit (organ model image correction unit) 108-3, and a control unit (organ model image generation unit 3 Dimensional coordinate extracting means) 108-4. The position detection device 109 includes a marker position detection unit 109-1 and a source coil position detection unit 109-2.
[0019]
In this embodiment, a marker attached to the patient's body surface is used as a parameter indicating the shape of the thorax. It is desirable that the marker position be affixed to a site that correctly reflects the shape of the rib cage and can be confirmed from outside the body. Also, the marker should be provided at three or more points that do not exist in the same plane in order to recognize the three-dimensional shape. As a site to be applied, for example, an anatomically characteristic site such as a xiphoid process (marker A), a sternum pattern (marker C), or a bilateral costal cartilage junction (marker B) of the tenth rib is appropriate.
[0020]
When taking a preoperative CT or MRI image, a marker is affixed to the above-mentioned site in advance, and imaging is performed while the patient has stopped breathing. At this time, imaging may be performed at the maximum position V1 or minimum position V2 of the tidal volume shown in FIG. 2, or the maximum inspiratory position Vmax or the maximum expiratory position Vmin. A three-dimensional image is created based on these images and stored in the image data storage unit 108-1 of the system control unit 108 together with the position of the marker.
[0021]
On the other hand, bronchoscopy is performed with a marker attached to the same site. The marker uses an infrared LED or a magnetic field generating coil, and a position detection device 109 for detecting the marker position is placed on the bedside to constantly observe the patient's rib cage shape.
[0022]
In observation, first, the tip position of the bronchoscope 106 is set in a coordinate system defined by pressing the tip of the bronchoscope 106 as an endoscope against the markers A to C (initialization).
[0023]
The thorax shape recognition unit 108-2 compares the marker position stored in advance in the image data storage unit 108-1 with the marker position under observation detected by the marker position detection unit 109-1, and Determine the shape. The thoracic variation correction unit 108-3 corrects the thoracic variation, recreates a three-dimensional image, and displays it on the monitor 107. That is, the three-dimensional image in the breathing state is a pseudo image created by two or more original images.
[0024]
On the other hand, a source coil 102 as a magnetic field generating element that generates a magnetic field is disposed at the distal end portion of the bronchoscope 106, and the position of the distal end of the bronchoscope 106 can be detected by the position detection device 109 described above. Furthermore, a gyro 100 is disposed at the most advanced position so that the direction of gravity can be detected.
[0025]
FIG. 4 schematically shows the variation of the rib cage. In FIG. 4, the solid line indicates the size of the thorax during expiration, and the broken line indicates the size of the thorax during inspiration. At this time, the change in the position of the lesion (P to P ′) is indicated by the movement of the coordinate position ((X ′, Y ′, Z ′)) from (X, Y, Z). At the same time, the position of the tip of the bronchoscope 106 is also displayed with coordinates (x, y, z).
[0026]
5 (A) and 5 (B) are obtained by superimposing and displaying in real time the position of the lesion or the bronchial shape corresponding to the fluctuation on the bronchoscopic image. In particular, since the object is to facilitate the approach to the lesion, it is preferable to display the bronchoscopic image in a form that does not interfere as much as possible, such as the display by the arrow 150 (FIG. 5A) or the wire. A superimposed display using a frame (FIG. 5B) is employed.
[0027]
It is also effective to change the color of the wire frame or arrow according to the distance in order to grasp the distance relationship with the lesion.
[0028]
FIG. 6 is a diagram in which a three-dimensional image 201 created from a two-dimensional image and a bronchoscopic image 203 are displayed on the monitor 107 in parallel. 201-1 is the principal axis of the three-dimensional image 201, and 203-1 is the principal axis of the bronchoscopic image 203. The main axis 203-1 is displayed so as to be parallel to the direction of gravity. In addition, three-dimensional position data 202 up to the lesion is displayed.
[0029]
FIG. 7 is a diagram for explaining image correction. If the main axis 203-1 of the bronchoscope image 203 is displayed with a deviation from the direction of gravity, the bronchoscope image 203 is corrected so that the main axis 203-1 is parallel to the direction of gravity.
[0030]
Further, FIG. 8 shows a linear distance to the lesioned part or the bronchoscope 106 tip, an angle shape for bending the bronchoscope 106 tip or the lesioned part in addition to the bronchoscopic image 203 instead of displaying the three-dimensional image superimposed. The distance is displayed. Of course, these display formats can be combined.
[0031]
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 9, FIG. 10, and FIG. As described above, since the shape of the rib cage is correlated with respiration, the rib shape can be grasped without using the markers A to C used in the first embodiment. That is, by setting a specific position where the patient's breathing state shown in FIG. 9 is set, and corresponding to this, CT or MRI data can be taken to correspond to the shape of the thorax at that time.
[0032]
Specifically, the imaging is performed in a breathing state that is easy to set, such as the maximum expiratory position and the maximum inspiratory position, while monitoring the respiratory state of the patient when performing imaging. Then, each three-dimensional image is stored, and the thorax variation is corrected using the respiration rate as a parameter based on these data, and the three-dimensional image is recreated and displayed on the monitor.
[0033]
As shown in FIG. 11, the respiration rate can be detected by attaching a detection means 103 such as an expiratory flow meter to the mouth of a guide tube such as the guide sheath 101. Further, the detection result can be displayed by the respiratory volume display means 110.
[0034]
When the marker is not used, it is desirable that the initial setting (initialization) of the bronchoscope position as in the first embodiment is performed at a position having an anatomical characteristic. In the case of the bronchoscope 107, as shown in FIG. 10, it may be performed by a trachea branch portion 301 that branches from the trachea 300 to the main bronchus 303 or the like.
[0035]
In addition, the larynx (glottal position) and outside the body, the xiphoid process is easy to understand.
[0036]
In addition, when interpolation (correction) calculation based on the respiration rate takes time, the respiration rate or the thoracic variation amount is used as a parameter in the image data storage unit 108-1 which stores a three-dimensional image in advance before bronchoscopy. A three-dimensional image may be created and called during inspection.
[0037]
According to the above-described embodiment, the positional relationship between the distal end of the bronchoscope and the observation target portion can be accurately displayed in real time without adversely affecting the human body and without being affected by changes in the entire lung due to respiration. . As a result, the bronchoscope can be easily guided to the site to be observed, so that the examination time can be shortened.
[0038]
In addition, since it is possible to cope with changes in lungs and bronchi during breathing without taking images (data) over all respiratory states, the amount of CT or MRI data can be reduced, and imaging to the patient at the same time. Less burden of time. This gives hospitals a significant cost advantage.
[0039]
(Appendix)
The following invention is extracted from the specific embodiment described above.
[0040]
1. 3D image data synthesizing means for creating a 3D image based on CT or MRI data in at least two types of respiratory states prepared in advance;
Thoracic shape determining means for determining a thoracic shape in the respiratory state of the patient;
A bronchoscope with a source coil at the tip;
Position detecting means for detecting the tip position of the bronchoscope;
An image display means for displaying a three-dimensional image and a bronchoscope image;
Using the two or more types of three-dimensional images, a three-dimensional coordinate system such as the lung, bronchus, and lesion is defined using the thorax skeleton as a reference, and an interpolated coordinate system that interpolates these three-dimensional coordinates with the size of the thorax An endoscope system that is created, detects the position of the bronchoscope and the position of a lesioned part in this coordinate system, and displays the positional relationship between the lesioned part and the bronchoscope on a monitor.
[0041]
2. The shape of the thorax is determined by detecting the positions of at least two or more markers affixed to the patient's body surface in advance. The endoscope system described in 1.
[0042]
3. The marker is provided on the xiphoid process, the sternum, or the tenth rib / cartilage joint. The endoscope system described in 1.
[0043]
4). Maximum expiratory position-Defines the three-dimensional coordinate system at the maximum inspiratory position or at rest / inhalation, and creates the three-dimensional coordinate system at every certain time Δt with respect to fluctuations during bronchoscopy, and changes the time of the lesion. 1. At the same time, the position of the bronchoscope is detected and the positional relationship is displayed. The endoscope system described in 1.
[0044]
5). 3. Redefine the 3D coordinates by predicting the size of the thorax with the expiratory flow meter at the time of defining and examining the 3D coordinates. The endoscope system described in 1.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, the positional relationship between the distal end of the bronchoscope and the site to be observed can be accurately displayed in real time without adversely affecting the human body and without being affected by changes in the entire lung due to respiration. As a result, the bronchoscope can be easily guided to the site to be observed, so that the examination time can be shortened.
[0046]
In addition, since it is possible to cope with changes in lungs and bronchi during breathing without taking images (data) over all respiratory states, the amount of CT or MRI data can be reduced, and imaging to the patient at the same time. Less burden of time. This gives hospitals a significant cost advantage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the movement of a rib cage.
FIG. 2 is a diagram showing an average male breathing state.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing changes in the rib cage.
FIG. 5 is a diagram in which a position of a lesion corresponding to a change or a bronchial shape is superimposed and displayed in real time on a bronchoscopic image.
6 is a diagram in which a three-dimensional image 201 created from a two-dimensional image and a bronchoscopic image 203 are displayed in parallel on a monitor 107. FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining image correction;
FIG. 8 is a diagram illustrating a modified example of image display.
FIG. 9 is a diagram showing a respiratory state of a patient in the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a tracheal bifurcation 301 that branches from the trachea 300 to the main bronchus 303;
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an endoscope system according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 Gyro 102 Source coil 104 Inspiratory chest wall 105 Exhaled chest wall 106 Bronchoscope 107 Monitor 108 System control unit 108-1 Image data storage unit 108-2 Thoracic shape recognition unit 108-3 Thoracic change correction unit 108-4 Control unit 109 Position Detection device 109-1 Marker position detection unit 109-2 Source coil position detection unit

Claims (5)

被検体臓器の2次元断層画像データから3次元臓器モデル画像を生成する3次元臓器モデル画像生成手段と、
前記被検体臓器の変動に応じた前記被検体臓器の形状を表わすパラメータと、前記被検体臓器の変動状態において取得された3次元臓器モデル画像とを対応付けて記憶する画像データ記憶手段と、
前記画像データ記憶手段に記憶されたパラメータと、観察時における前記被検体臓器の変動に応じた当該被検体臓器の形状を表わすパラメータとを比較して、前記被検体臓器の形状を認識する形状認識手段と、
前記形状認識手段により認識された前記被検体臓器の形状に基づいて前記被検体臓器の変動量を検出し、当該検出された変動量に基づいて前記3次元臓器モデル画像を補正した3次元臓器モデル補正画像を生成する臓器モデル画像補正手段と、
先端部に磁界発生素子を配設し、前記被検体臓器に挿入される内視鏡と、
前記磁界発生素子から発生する磁界を受信することにより、前記内視鏡の先端部の位置情報を検出する位置情報検出手段と、
前記3次元臓器モデル補正画像と、前記位置情報検出手段によって検出された前記内視鏡先端部の位置情報に基づき、前記3次元臓器モデル補正画像における前記内視鏡の先端部の3次元座標を抽出する3次元座標抽出手段と、
を有することを特徴とする内視鏡システム。
Three-dimensional organ model image generation means for generating a three-dimensional organ model image from two-dimensional tomographic image data of a subject organ;
Image data storage means for storing a parameter representing the shape of the subject organ according to the variation of the subject organ and a three-dimensional organ model image acquired in the variation state of the subject organ in association with each other;
Shape recognition for recognizing the shape of the subject organ by comparing the parameter stored in the image data storage means with a parameter representing the shape of the subject organ according to the variation of the subject organ at the time of observation Means,
A three-dimensional organ model in which a variation amount of the subject organ is detected based on the shape of the subject organ recognized by the shape recognition means, and the three-dimensional organ model image is corrected based on the detected variation amount. An organ model image correcting means for generating a corrected image;
An endoscope that is provided with a magnetic field generating element at the distal end and is inserted into the subject organ;
Position information detecting means for detecting position information of the distal end portion of the endoscope by receiving a magnetic field generated from the magnetic field generating element;
Based on the three-dimensional organ model correction image and the position information of the endoscope tip detected by the position information detector, the three-dimensional coordinates of the tip of the endoscope in the three-dimensional organ model correction image are obtained. Three-dimensional coordinate extracting means for extracting;
An endoscope system comprising:
前記パラメータは、患者の体表面に貼付されたマーカーの位置であることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。The endoscope system according to claim 1, wherein the parameter is a position of a marker attached to a body surface of a patient. 前記パラメータは、患者の呼吸量であることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。The endoscope system according to claim 1, wherein the parameter is a patient's respiration rate. 前記3次元座標抽出手段は、前記被検体臓器を囲う骨格を基準として、前記3次元臓器モデル画像及び前記3次元臓器モデル補正画像の夫々の3次元座標系を定義することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の内視鏡システム。  The three-dimensional coordinate extraction means defines a three-dimensional coordinate system of each of the three-dimensional organ model image and the three-dimensional organ model correction image with reference to a skeleton surrounding the subject organ. The endoscope system according to any one of 1 to 3. 前記磁界発生素子は、ソースコイルであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の内視鏡システム。  The endoscope system according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic field generating element is a source coil.
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