JP5595621B2 - カテーテル先端回転角度検出装置、及び、プログラム - Google Patents

カテーテル先端回転角度検出装置、及び、プログラム Download PDF

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Description

本発明は、Ｘ線透視撮影時のカテーテル先端位置姿勢を把握するためのカテーテル先端回転角度検出装置、方法、及び、プログラムに関するものである。より具体的には、本発明は、２台のＸ線透視撮像部により撮影された二眼画像を用いて、カテーテル操作者手基に設置した回転角度センサの値からカテーテル先端回転角度を検出するカテーテル先端回転角度検出装置、方法、及び、プログラムに関する。
近年、高齢化社会、及び、食生活の欧米化等による生活様式の変化の影響で、虚血性心疾患（狭心症、心筋梗塞）、脳血管障害、又は、閉塞性動脈硬化症等の血管の狭窄、又は、閉塞による疾患が増加している。このような血管の狭窄、又は、閉塞による疾患を調べる検査として、カテーテル造影検査がある。カテーテル造影検査では、Ｘ線不透過物質である造影剤を使用して、血管の形態又は血流状態を連続的に撮影して血管の病変を診断する。具体的には、カテーテル操作者が、股関節付近にある大腿動脈（静脈）あるいは腕の動脈（静脈）に針を刺し、そこからカテーテルと呼ばれる直径数ｍｍの管を血管内に挿入する。そのカテーテル先端を目的の血管まで挿入し、特定の血管に対して造影剤を注入して撮影する方法が一般的に行われている。そのため、カテーテル造影検査では、目的の血管にカテーテルを挿入するために、血管分岐点では、カテーテル先端の向き（回転角度）を目的の血管の分岐方向に合わせる必要がある。
しかしながら、カテーテル操作者は二次元の透視像を見ながらカテーテルを操作するため、奥行きの情報が判断できない。そのため、カテーテル操作者からはカテーテル先端の正確な向きが把握できず、目的の血管にカテーテルが入らず、造影検査に時間がかかるという課題がある。Ｘ線透視においては、患者の被爆量低減のため、造影検査の時間短縮が必要不可欠であり、スムーズなカテーテル操作及び手術により造影検査の時間を短縮するためには、正確なカテーテル先端の向きを検出することが重要となる。
従来のカテーテルの先端の向きを検出する方法としては、カテーテル操作者手基に設置した回転センサを用いるものがあった（例えば、特許文献１参照）。図３３は、前記特許文献１に記載された従来のカテーテル動作検出装置を示すものである。図３３において、カテーテル回転角度検出部１１０６は、操作者がカテーテルを回転させた角度を検出し、カテーテル先端回転角度判定部はカテーテル回転角度検出部１１０６の回転角度を取得し、その回転角度をそのままカテーテル先端回転角度として表示部１１０７に出力していた。
一方、画像から術具の先端回転角度を検出する方法としては、内視鏡に連続した模様のマーカを設けて、内視鏡を撮影した画像とマーカ画像から内視鏡の向きを検出するものがあった（例えば、特許文献２参照）。また、電磁波を透過しない異形凸部をカテーテルに設けて、レントゲン装置などで確認するものがあった（例えば、特許文献３参照）。
特開２００９−１６２９２０号公報 特開２００９−２０１６８２号公報 特開２０１１−１０８２６号公報
しかしながら、前記特許文献１の構成では、カテーテル回転角度検出手段で計測可能な角度は操作者手元のセンサ回転角度である。そのため、複雑な形状の血管のように、カテーテル挿入時のカテーテル先端回転角度と現在のカテーテル先端回転角度とがと異なる場合には、カテーテル先端回転角度の基準（０度の方向）がわからない。このため、カテーテル回転角度検出手段で取得できる角度の対応が取れず、センサの値をそのまま出力してもカテーテル操作者はカテーテルの向きを把握できないという課題を有していた。一方、画像から術具の先端回転角度を検出する方法では、術具にマーカを設置する必要がある。しかしながら、前記特許文献２は可視光における撮影を対象としており、Ｘ線透視撮影時にはカテーテル表面に設置したマーカが透過して撮影される。このため、撮影装置から見てカテーテルの表裏を判別できず、マーカ画像から向きを検出できないという課題を有する。また、カテーテルのマーカなしでカテーテル向きを検出する場合には、透視画像からカテーテル領域を抽出後、カテーテル先端の三次元形状モデルとのマッチングを行う手法又は、三次元形状を復元し、カテーテル先端の姿勢を算出し、向きを検出する手法が考えられる。しかしながら、カテーテルの三次元形状モデルとのマッチングを行う手法では、探索するモデルの位置姿勢範囲が膨大になり、リアルタイムに正確な向きを把握することは困難である。一方、三次元形状を復元する手法では、カテーテルの２眼透視像からマーカなしでは正確な対応点抽出ができないため、正確な三次元形状を得ることができず、カテーテル先端回転角度を精度よく検出することは困難である。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、カテーテルに特別なマーカ設置せず、カテーテル挿入時の向き（先端回転角度）と検出時のカテーテルの先端の向き（先端回転角度）とが異なる環境において、カテーテルの先端の向き（先端回転角度）を検出するカテーテル先端回転角度検出装置、方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をカテーテル先端領域として有して生体管に挿入されるカテーテルの前記湾曲部の軸周りの回転角度を検出する、カテーテル先端回転角度検出装置であって、
操作者の手元の前記カテーテルの操作者手元回転角度を検出するカテーテル回転角度検出部と、
被験者の撮影対象部位に対して放射線を照射してＸ線透視像を撮影する第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域を抽出する画像処理部と、
前記操作者が前記カテーテルを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記カテーテルの前記湾曲部と前記基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記湾曲部と前記基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記カテーテル回転角度検出部で検出された前記操作者手元回転角度と前記カテーテル先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、カテーテル操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記カテーテル先端回転角度を算出するカテーテル先端回転角度算出処理を行うカテーテル先端回転角度算出部と、
前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を出力する出力部と、
を備えるカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。
本発明の前記態様によれば、複雑な形状の血管などの生体管でもカテーテル先端の回転角度（向き）が分かり、スムーズなカテーテル操作が可能となる。
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図１は、本発明の第１実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置の機能ブロックの構成を示す図であり、 図２は、第１実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置の利用形態を示す図であり、 図３は、第１実施形態の変形例におけるカテーテル先端回転角度検出装置の利用形態を示す図であり、 図４Ａは、カテーテル回転角度検出部の一例を示す説明図であり、 図４Ｂは、カテーテル回転角度検出部の別の例を示す説明図であり、 図５は、カテーテル先端回転角度検出の操作者作業フローを示す図であり、 図６は、カテーテル先端回転角度検出の全体処理フローを示す図であり、 図７は、画像処理Ｓ２００の処理フローを示す図であり、 図８は、カテーテル先端回転角度算出部の詳細機能ブロック図であり、 図９は、オフセット角度算出部の処理フローを示す図であり、 図１０Ａは、オフセット値算出時の画像−操作者手元回転角度の対応テーブルの例を示す説明図であり、 図１０Ｂは、オフセット値算出時のカテーテル一回転時に得られる画像−操作者手元回転角度との対応テーブルの例を示す説明図であり、 図１１は、カテーテル先端回転角度算出部の処理フローを示す図であり、 図１２は、第２実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置の機能ブロックの構成を示す図であり、 図１３は、図１２のカテーテル先端回転角度検出装置のカテーテル先端回転角度検出部の詳細の構成を示す図であり、 図１４Ａは、カテーテル座標算出時のカテーテルとＸ線透視撮影部の関係図であり、 図１４Ｂは、カテーテル座標算出時のカテーテルとＸ線透視撮影部の関係図であり、示す図であり、 図１５は、カテーテル先端回転角度検出の全体処理フローを示す図であり、 図１６は、画像処理Ｓ２００の処理フローを示す図であり、 図１７は、直線判定部とカテーテル座標決定部の処理フローを示す図であり、 図１８Ａは、カテーテル回転軸の復元方法であって、第１Ｘ線透視撮影部のカテーテル先端画像を示す説明図であり、 図１８Ｂは、カテーテル回転軸の復元方法であって、第２Ｘ線透視撮影部のカテーテル先端画像を示す説明図であり、 図１９は、カテーテル回転軸の復元方法であって、直線抽出結果からの対応関係判別を示す説明図であり、 図２０は、本発明の第２実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置の機能ブロックの構成を示す図であり、 図２１は、カテーテル先端回転角度算出部の機能ブロック図であり、 図２２は、カテーテル先端回転角度算出部の詳細機能ブロック図であり、 図２３は、検出条件判定部の処理フローチャートであり、 図２４Ａは、カテーテルとガイドワイヤの模式図であり、 図２４Ｂは、カテーテル挿入量がガイドワイヤ挿入量とカテーテル先端領域長さとの合計以上のときのカテーテルとガイドワイヤの模式図であり、 図２４Ｃは、カテーテル挿入量がガイドワイヤ挿入量とカテーテル先端領域長さとの合計よりも小さいときのカテーテルとガイドワイヤの模式図であり、 図２５は、本発明の第３実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置の機能ブロックの構成を示す図であり、 図２６は、カテーテル回転角度検出部とカテーテル挿入量検出部との配置例を示す説明図であり、 図２７は、ガイドワイヤ先端回転角度算出部の詳細機能ブロック図であり、 図２８は、検出対象切替部の処理のフローチャートであり、 図２９は、ガイドワイヤ先端回転角度算出部のガイドワイヤ先端回転角度算出処理のフローチャートであり、 図３０Ａは、引き操作前の血管分岐部におけるカテーテルの挙動を示すカテーテル透視像の模式図であり、 図３０Ｂは、引き操作後の血管分岐部におけるカテーテルの挙動を示すカテーテル透視像の模式図であり、 図３１は、検出条件判定部の追加処理フローチャートであり、 図３２Ａは、カテーテル又はガイドワイヤとその三次元形状モデルとの重畳表示を示す説明図であり、 図３２Ｂは、カテーテル又はガイドワイヤとその三次元形状モデルとの重畳表示を示す説明図であり、 図３３は、従来のカテーテル動作検出装置の機能ブロックの構成を示す図であり、 図３４Ａは、カテーテル挿入量検出部の一例を示す説明図であり、 図３４Ｂは、カテーテル挿入量検出部の別の例を示す説明図である。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
本発明の第１態様によれば、直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をカテーテル先端領域として有して生体管に挿入されるカテーテルの前記湾曲部の軸周りの回転角度を検出する、カテーテル先端回転角度検出装置であって、
操作者の手元の前記カテーテルの操作者手元回転角度を検出するカテーテル回転角度検出部と、
被験者の撮影対象部位に対して放射線を照射してＸ線透視像を撮影する第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域を抽出する画像処理部と、
前記操作者が前記カテーテルを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記カテーテルの前記湾曲部と前記基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記湾曲部と前記基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記カテーテル回転角度検出部で検出された前記操作者手元回転角度と前記カテーテル先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、カテーテル操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記カテーテル先端回転角度を算出するカテーテル先端回転角度算出処理を行うカテーテル先端回転角度算出部と、
前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を出力する出力部と、
を備えるカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
前記第１態様によれば、複雑な形状の血管などの生体管でもカテーテル先端の回転角度（向き）が分かり、スムーズなカテーテル操作が可能となる。
本発明の第２態様によれば、前記カテーテル先端回転角度算出部での前記カテーテル先端回転角度算出処理の開始を入力するユーザ入力部をさらに備え、
前記操作者が前記ユーザ入力部に前記カテーテル先端回転角度算出処理開始を入力した後に、前記回転角度算出部での前記カテーテル先端回転角度算出処理を開始する、第１の態様に記載のカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
前記第２態様によれば、ユーザの入力時に、複雑な形状の血管などの生体管でもカテーテル先端の回転角度（向き）が分かり、スムーズなカテーテル操作が可能となる。
本発明の第３態様によれば、前記第１Ｘ線透視撮影部と、前記第１Ｘ線透視撮影部とは異なる位置からＸ線透視像を撮影する第２Ｘ線透視撮影部とのＸ線透視像を撮影したときのそれぞれの撮影部の位置姿勢を取得する撮影部位置姿勢取得部とを備えて、
前記画像処理部は、前記第１Ｘ線透視撮影部と前記第２Ｘ線透視撮影部とのそれぞれのＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域をそれぞれ抽出する、第１又は２の態様に記載のカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、前記生体管への前記カテーテルの挿入量を検出するカテーテル挿入量検出部と、
前記カテーテル挿入量検出部で検出された前記カテーテル挿入量が変化しているか否かを判定し、前記カテーテル挿入量が変化していないと判定する場合には前記カテーテル先端回転角度算出部による前記カテーテル回転角度算出処理を行い、前記カテーテル挿入量が変化していると判定する場合には前記カテーテル先端回転角度算出部による前記カテーテル先端回転角度算出処理を行わないとの判定を行う検出条件判定部とをさらに備える、第１〜３のいずれか１つの態様に記載のカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
前記第４態様によれば、検出開始の入力を行わなくても、カテーテルの操作を行うだけで、正確なカテーテル先端回転角度を検出することができる。そのため、検出開始入力を行わない分、さらにスムーズなカテーテル操作及び手術が可能となる。
本発明の第５態様によれば、直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をガイドワイヤ先端領域として有して、前記カテーテル内で移動可能でかつ前記生体管に挿入されるガイドワイヤの前記生体管への挿入量を検出するガイドワイヤ挿入量検出部と、
操作者手元の前記ガイドワイヤのワイヤ操作者手元回転角度を検出するガイドワイヤ回転角度算出部と、
前記操作者が前記ガイドワイヤを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記ガイドワイヤの前記ワイヤ湾曲部と前記ワイヤ基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記ワイヤ湾曲部と前記ワイヤ基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記ガイドワイヤ回転角度検出部で検出された前記ワイヤ操作者手元回転角度と前記ガイドワイヤ先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、ガイドワイヤ操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記ガイドワイヤ先端回転角度を算出するガイドワイヤ先端回転角度算出処理を行うガイドワイヤ先端回転角度算出部とをさらに備え、
前記画像処理部は、前記第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中からガイドワイヤ先端領域を抽出するとともに、
さらに、前記ガイドワイヤ挿入量検出部で検出された前記ガイドワイヤ挿入量と、前記カテーテル挿入量検出部で検出された前記カテーテル挿入量と、カテーテル先端領域の長さとを比較し、前記カテーテル挿入量が前記ガイドワイヤ挿入量と前記カテーテル先端領域の長さの合計よりも長い場合には、前記カテーテルを検出対象として前記カテーテル先端回転角度算出部に前記画像処理部の結果を出力する一方、前記カテーテル挿入量が前記ガイドワイヤ挿入量と前記カテーテル先端領域の長さの合計よりも短い場合には、前記ガイドワイヤを検出対象として前記ガイドワイヤ先端回転角度算出部に前記画像処理部の結果を出力する検出対象切替部をさらに備える、第１〜４のいずれか１つの態様に記載のカテーテル先端回転角検出装置を提供する。
前記第５態様によれば、カテーテルとガイドワイヤとのそれぞれの先端回転角度を検出可能になるため、例えば、カテーテルを患部まで到達させるガイドワイヤの操作中、又は、造影剤を目的の血管に向けるというカテーテル操作時にスムーズな操作及び手術が可能となる。
本発明の第６態様によれば、前記カテーテル先端回転角度算出部は、前記第１Ｘ線透視撮影部と前記第２Ｘ線透視撮影部とのそれぞれのＸ線透視像からそれぞれ取得した前記カテーテル先端領域が同時に前記重畳状態であると判定する場合には、前記カテーテルの前記湾曲部が直線状に伸ばされたと判定し、前記カテーテル先端回転角度算出部による前記カテーテル先端回転角度算出処理を行わないように判定する検出条件判定部をさらに備える、第３の態様に記載のカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
前記第６態様によれば、カテーテルが直線状態の場合に検出処理を省くことができるため、手術時間を短縮することができる。
本発明の第７態様によれば、前記出力部は、前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を２次元ベクトルで平面表示する表示部である、第１〜６のいずれか１つの態様に記載のカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
前記第７態様によれば、ユーザはカテーテル先端の回転角度（向き）を視覚的に把握できるため、さらにスムーズなカテーテル操作が可能となる。
本発明の第８態様によれば、カテーテル座標系と、前記カテーテル先端回転角度算出部で算出したカテーテル先端回転角度とから、三次元空間におけるカテーテル先端回転角度とを算出するカテーテル座標決定部をさらに備え、
前記出力部は、前記カテーテルの三次元形状モデルを有し、前記三次元形状モデルを、前記カテーテル座標決定部で算出した前記カテーテル先端回転角度に姿勢変換して三次元表示する、第１〜６のいずれか１つの態様に記載のカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
前記第８態様によれば、二次元的な表示では把握しにくいカテーテル回転軸が傾きを持つ場合においても、ユーザはカテーテル先端の回転角度（向き）を直感的に把握できるため、さらにスムーズなカテーテル操作が可能となる。
本発明の第９態様によれば、前記出力部は、前記カテーテル先端回転角度算出部で取得した三次元空間におけるカテーテル先端回転角度と前記透視撮影部位置姿勢取得部で取得した撮影パラメータとを基にカテーテル先端回転角度をＸ線透視撮影部の撮影視点から見たベクトルに再投影し、透視撮影部の撮影視点におけるカテーテル先端回転角度と透視像とを重畳表示する表示部である、第８の態様に記載のカテーテル先端回転角度検出装置を提供する。
前記第９態様によれば、カテーテルの三次元的な方向が透視中のカテーテルに重畳表示されるため、三次元モデルを表示するときと比較して、視線の移動を減らすことができ、さらにスムーズなカテーテル操作が可能となる。
本発明の第１０態様によれば、直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をカテーテル先端領域として有して生体管に挿入されるカテーテルの前記湾曲部の軸周りの回転角度を検出する、カテーテル先端回転角度検出用プログラムであって、
コンピュータを、
操作者の手元の前記カテーテルの操作者手元回転角度を検出するカテーテル回転角度検出部と、
被験者の撮影対象部位に対して放射線を照射してＸ線透視像を撮影する第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域を抽出する画像処理部と、
前記操作者が前記カテーテルを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記カテーテルの前記湾曲部と前記基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記湾曲部と前記基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記カテーテル回転角度検出部で検出された前記操作者手元回転角度と前記カテーテル先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、カテーテル操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記カテーテル先端回転角度を算出するカテーテル先端回転角度算出処理を行うカテーテル先端回転角度算出部と、
前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を出力する出力部と、
として機能させるためのカテーテル先端回転角度検出用プログラムを提供する。
前記第１０態様によれば、複雑な形状の血管などの生体管でもカテーテル先端の回転角度（向き）が分かり、スムーズなカテーテル操作が可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００のブロック図である。
（全体構成）
血管などの生体管にカテーテル１０９を挿入し始めるときには、カテーテル回転角度検出部１０６で検出されたカテーテル１０９の操作者手元回転角度と、実際のカテーテル先端回転角度は一緒であるが、生体管にカテーテル１０９を挿入し続ける間、すなわち、カテーテル操作中に、カテーテル１０９がねじれたりすることによって、操作者手元回転角度と、実際のカテーテル先端回転角度との間にずれが発生してしまう。これをオフセットとして、修正するようにする。そのため、カテーテル先端回転角度検出装置１００では、カテーテル操作者１１０からの入力を起点とし、１回転したカテーテル１０９の画像からオフセット角度を算出するためのものである。
カテーテル先端回転角度検出装置１００は、ユーザ入力部１０８と、透視撮影部位置姿勢取得部１０５と、カテーテル回転角度検出部１０６と、画像処理部１０３と、カテーテル先端回転角度算出部１０４と、出力部１０７とを備えている。
ユーザ入力部１０８は、カテーテル操作者１１０がカテーテル先端回転角度算出処理の開始を入力する装置である。
透視撮影部位置姿勢取得部１０５は、第１Ｘ線透視撮影部１０１のＸ線透視像を撮影したときの第１Ｘ線透視撮影部１０１の後述する第１Ｘ線発生部１０１ａの撮影装置の位置姿勢を取得する。第１Ｘ線透視撮影部１０１は、患者などの被験者１１１の撮影対象部位を上下から挟み込むように配置された、第１Ｘ線透視撮影部１０１の第１Ｘ線発生部１０１ａと、第１Ｘ線発生部１０１ａから発生されたＸ線を検出する第１Ｘ線検出部１０１ｂとで構成されている。第１Ｘ線検出部１０１ｂは、第１Ｘ線検出部１０１ｂに接続されている。寝台１８０上の患者１１１の撮影対象部位に対して放射線（例えばＸ線）を第１Ｘ線発生部１０１ａから照射し、第１Ｘ線検出部１０１ｂは、患者１１１を透過したＸ線画像を検出する。
カテーテル回転角度検出部１０６は、カテーテル１０９の軸周りの操作者手元回転角度を所定時間毎に検出して、内部記憶部に記憶する。このとき、画像に対応付けた回転角度を取得するため、同期信号による所定時間毎の操作者手元回転角度の検出を行っている。
画像処理部１０３は、第１Ｘ線透視撮影部１０１のＸ線透視像中からカテーテル先端領域１０９ｂを抽出する。
カテーテル先端回転角度算出部１０４は、カテーテル先端回転角度検出処理時には、操作者１１０がカテーテル１００９を１回転させる動作時に撮影した透視像から、前記画像処理部１０３でカテーテル先端が直線になる角度を基準として、操作者手元回転角度とカテーテル先端回転角度のオフセット角度とを算出し、検出処理終了後、カテーテル操作中には、前記オフセット角度と操作者手元回転角度とを基にカテーテル先端回転角度を算出する。
ここで、図２及び図３に示すように、カテーテル１０９は、直線状の基部１０９ｃに対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部（言い換えれば、カテーテル先端領域）１０９ｂを有している。カテーテル先端回転角度とは、このカテーテル１０９の先端の湾曲部（カテーテル先端領域）１０９ｂの軸周りの回転角度を意味する。カテーテルの操作者手元回転角度とは、直線状の基部、言い換えれば、操作者の手元側の部分の軸周りの回転角度を意味する。また、後述する、カテーテル先端領域１０９ｂが直線であるか否かというときの直線とは、操作者１１０がカテーテル１０９を１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、画像処理部１０３で、カテーテル１０９の湾曲部１０９ｂと基部１０９ｃとが重なった２つの重畳状態が直線又はほぼ直線になっている状態のことを意味する。
出力部１０７は、前記カテーテル先端回転角度算出部１０４で算出されたカテーテル先端回転角度（回転角度）を操作者１１０に提示する。
（各ブロック構成）
以下、各ブロックについて詳しく説明する。
（ユーザ入力部１０８）
ユーザ入力部１０８は、ユーザ（カテーテル操作者）がカテーテル先端回転角度検出処理開始を入力するデバイスであり、例えば、キーボード又はプッシュボタンなどが該当する。ボタンなどで、カテーテル先端回転角度検出処理開始を入力するように促すようにしてもよい。
ユーザ入力部１０８から、カテーテル先端回転角度算出処理開始が入力されると、カテーテル先端回転角度算出処理開始指令をユーザ入力部１０８から画像処理部１０３に出力する。
（透視撮影部位置姿勢取得部１０５）
透視撮影部位置姿勢取得部１０５では、第１Ｘ線透視撮影部１０１が撮影したときのパラメータを取得し、カテーテル先端回転角度算出部１０４に出力する。
なお、透視撮影部位置姿勢取得部１０５で扱う撮影パラメータは第１Ｘ線透視撮影部１０１のカメラパラメータ（又は、内部パラメータと呼ぶ。）と、第１Ｘ線透視撮影部１０１による撮影時の第１Ｘ線透視撮影部１０１の位置姿勢情報（又は、外部パラメータと呼ぶ。）である。ここで、内部パラメータは、第１Ｘ線透視撮影部１０１の撮影レンズの焦点距離等の情報を持ち、数式（１）のように表される。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（１）
ただし、ｆは第１Ｘ線透視撮影部１０１の撮影レンズの焦点距離、ｋｕはｕ方向（水平方向）のスケールファクタ、ｋｖはｖ方向（鉛直方向）のスケールファクタ、ｋｓは剪断係数、（ｕ０，ｖ０）は画像中心座標である。
一方、位置姿勢（外部パラメータ）Ｍは、数式（２）のように回転行列Ｒ及び並進行列Ｔの情報を持つ。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（２）
ただし、回転行列Ｒは
Figure 0005595621
 ・・・・・・（３）
である。また、並進行列Ｔは、
Figure 0005595621
 ・・・・・・（４）
である。ここで、θｘはｘ軸回りの回転角、θｙはｙ軸回りの回転角、θｚはｚ軸回りの回転角、Ｔｘはｘ軸方向の並進、Ｔｙはｙ軸方向の並進、Ｔｚはｚ軸方向の並進である。
また、内部パラメータ、外部パラメータ、又は、それらを合わせて数式（５）に変形した透視投影行列Ｐを透視撮影部位置姿勢取得部１０５からカテーテル先端回転角度算出部１０４に出力する。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（５）
ただし、
Figure 0005595621
 ・・・・・・（６）
（カテーテル回転角度検出部１０６）
カテーテル回転角度検出部１０６は、カテーテル操作者手元のカテーテル回転角度（操作者手元回転角度）を検出するデバイスである。カテーテル回転角度検出部１０６によりカテーテル回転角度を検出する方法としては、一例として、所定間隔毎に回転角度を検出するようにしてもよい。また、別の例として、カテーテル回転角度検出部１０６では、図８に示す同期信号生成部１２７からの同期信号を受取り、第１Ｘ線透視撮影部１０１で撮影される透視像と同期した角度を計測するようにしてもよい。同期信号生成部１２７は、図８に示すように、第１Ｘ線透視撮影部１０１で撮影される透視像に対応する同期信号を生成し、カテーテル回転角度検出部１０６に出力する。カテーテル回転角度検出部１０６としては、例えば、図４Ａに示すように、カテーテル１０９に模様１０９ａを付与して、それをカメラ１０６ａで撮影することにより計測してもよい。又は、カテーテル回転角度検出部１０６の別の例として、図４Ｂに示すように、ロータリーエンコーダ１０６ｂのような回転角度センサを用いて計測してもよい。
（画像処理部１０３）
画像処理部１０３では、ユーザ入力部１０８からカテーテル先端回転角度算出処理開始指令を受取り、カテーテル回転角度検出部１０６から検出したカテーテル操作者手元のカテーテル回転角度を受取り、第１Ｘ線透視撮影部１０１からＸ線透視像を取得する。画像処理部１０３では、カテーテル回転角度とＸ線透視像とに基づいて、Ｘ線透視像中からカテーテル先端領域１０９ｂを抽出して、その抽出結果をカテーテル先端回転角度算出部１０４に出力する。
ここで、カテーテル先端領域１０９ｂとは、カテーテル１０９の先端の湾曲した領域であり、冠動脈バイパス用、又は、内胸動脈グラフト用等、手術の部位によって領域のサイズは異なるが、カテーテル１０９の先端の数センチの領域のことを指す。また、カテーテル先端領域１０９ｂは、カテーテル挿入前のカテーテル先端領域１０９ｂの画像を、画像処理部１０３に内蔵された記憶部に予め記憶しておき、その記憶された画像と、現在時刻（検出時）での画像との差分画像から、抽出してもよい。又は、線強調フィルタのような画像中から線領域を抽出する処理を行って、カテーテル先端領域１０９ｂを抽出してもよい。
（カテーテル先端回転角度算出部１０４）
カテーテル先端回転角度算出部１０４では、画像処理部１０３からはカテーテル先端領域１０９ｂの抽出結果を受取り、透視撮影部位置姿勢取得部１０５からはＸ線透視撮影部１０１の撮影パラメータを受取り、カテーテル回転角度検出部１０６からは操作者手元回転角度を受取る。カテーテル先端回転角度算出部１０４は、カテーテル先端領域１０９ｂの抽出結果と撮影パラメータと操作者手元回転角度とを基に、カテーテル先端領域１０９ｂが直線か否かを判定する。カテーテル先端回転角度算出部１０４が、カテーテル先端領域１０９ｂが直線であると判定した場合には、その領域と撮影パラメータとから、カテーテル回転軸とカテーテル座標系とをカテーテル先端回転角度算出部１０４で算出する。同時に、その時のカテーテル先端回転角度を基準とした操作者手元回転角度とのオフセット角度をカテーテル先端回転角度算出部１０４で算出する。オフセット角度算出後は、オフセット角度と操作者手元回転角度とから、カテーテル先端回転角度をカテーテル先端回転角度算出部１０４で算出して、出力部１０７にその結果を出力する。
カテーテル先端回転角度算出部１０４は、直線判定部１２６と、オフセット角度算出部１１４と、カテーテル先端回転角度算出部１１５とを備える。カテーテル先端回転角度算出部１０４の処理を、図１のブロック図を用いて、以下に詳細に説明する。
（直線判定部１２６）
直線判定部１２６では、画像処理部１０３からカテーテル先端領域１０９ｂの抽出結果を受取る。直線判定部１２６では、カテーテル先端領域１０９ｂの抽出結果に基づいて、カテーテル先端領域１０９ｂが直線であるか否かを判定する。直線判定部１２６は、カテーテル先端領域１０９ｂが直線であるか否かの判定結果とカテーテル先端領域１０９ｂの抽出結果とをオフセット角度算出部１１４へ出力する。カテーテル先端領域１０９ｂが直線であるか否かは、例えば、カテーテル先端領域１０９ｂが直線又はほぼ直線である状態の形状を直線判定部１２６の内蔵記憶部に予め記憶させておき、パターンマッチングによりカテーテル先端領域１０９ｂが直線であるか否かを判定するパターンマッチング方法を使用することができる。
（オフセット角度算出部１１４）
オフセット角度算出部１１４では、直線判定結果と操作者手元回転角度とに基づいて、カテーテル回転角度検出部１０６の回転角度とカテーテル先端回転角度との間のオフセット角度を算出する。オフセット角度算出部１１４では、直線判定部１２６からは直線判定結果を受取り、カテーテル回転角度検出部１０６からは操作者手元回転角度を受取る。オフセット角度算出部１１４では、判定結果が直線である場合には、そのときのカテーテル回転角度検出部１０６の値をオフセット角度として算出し、オフセット角度をカテーテル先端回転角度算出部１１５に出力する。
（カテーテル先端回転角度算出部１１５）
カテーテル先端回転角度算出部１１５では、オフセット角度と操作者手元回転角度とに基づいて、カテーテル先端回転角度を算出する。カテーテル先端回転角度算出部１１５では、オフセット角度算出部１１４からはオフセット角度を受取り、カテーテル回転角度検出部１０６からは操作者手元回転角度を受取る。
カテーテル回転角度検出部１０６から得られる操作者手元回転角度が前回の検出時の回転角から変化した場合には、操作者手元回転角度とオフセット角度とから、現在（検出時）のカテーテル先端回転角度を算出し、その結果を出力部１０７に出力する。
（出力部１０７）
出力部１０７は、カテーテル先端回転角度算出部１１５からのカテーテル先端回転角度に基づいて、カテーテル先端回転角をカテーテル操作者１１０に提示するデバイスであり、例えば、テレビ又はディスプレイなどの表示部が該当する。
（カテーテル先端回転角度検出装置の利用形態）
図２は、第１実施形態によるカテーテル先端回転角度検出装置１００の構成及び利用環境を示す。図３は、第１実施形態の変形例によるカテーテル先端回転角度検出装置１００の構成及び利用環境を示す。両者の違いは、第１Ｘ線透視撮影部１０１の一台のみで撮影するか、第１Ｘ線透視撮影部１０１と第２Ｘ線透視撮影部１０２との二台で撮影するかの違いであり、後者は、後述するように３次元表示などに使用することができる。
カテーテル先端回転角度検出装置１００は、ユーザ入力部１０８と、カテーテル回転角度検出部１０６と、出力部１０７を備えている。カテーテル先端回転角度検出装置１００は、操作者のユーザ入力部１０８への開始入力により検出処理を開始する。図２及び図３では、ユーザ入力部１０８がプッシュボタンである場合を例示している。プッシュボタンを操作者が押すことによるユーザ入力部１０８への開始入力後、操作者１１０はカテーテル１０９をその軸回りに１回転させる。その時の透視像を第１Ｘ線透視撮影部１０１で取得し、カテーテル回転角度検出部１０６の操作者手元回転角度を基に、オフセット角度をカテーテル先端回転角度算出部１０４で検出する。第２Ｘ線透視撮影部１０２は第１Ｘ線透視撮影部１０１と同様な構造で、配置のみ第１Ｘ線透視撮影部１０１と異なっている。すなわち、第２Ｘ線透視撮影部１０２は、患者１１１の撮影対象部位を上下から挟み込むように配置された、第２Ｘ線透視撮影部１０２の第２Ｘ線発生部１０２ａと、第２Ｘ線発生部１０２ａから発生されたＸ線を検出する第２Ｘ線検出部１０２ｂとで構成されている。第２Ｘ線検出部１０２ｂは、第２Ｘ線検出部１０２ｂに接続されている。寝台１８０上の患者１１１の撮影対象部位に対して放射線（例えばＸ線）を第１Ｘ線発生部１０１ａとは異なる方向に第２Ｘ線発生部１０２ａから照射し、第２Ｘ線検出部１０２ｂは、第２Ｘ線発生部１０２ａから患者１１１を透過したＸ線画像を検出する。
オフセット角度検出処理後は、オフセット角度と操作者手元回転角度とを基にカテーテル先端回転角度をカテーテル先端回転角度算出部１０４で算出し、その結果を、カテーテル先端回転角度算出部１０４から出力部１０７（例えばディスプレイ）で表示する。図２及び図３では、カテーテル先端回転角度を、ディスプレイ１０７ａで２次元的に表示する場合を例示している（図２及び図３のディスプレイ１０７ａの画面の右下の円の中の十字の中心からの矢印の向きで角度を参照）。ここでは、操作者方向を下向きとして、回転軸に対する角度を２次元のベクトルとして提示した例を示している。これにより、操作者は、２次元画像に投影された透視像から、カテーテル先端がどちらを向いているかを把握することができる。
（カテーテル先端回転角度検出装置（第１実施形態）の処理フロー）
以下、図５のフローチャートを用いてカテーテル先端回転角度算出処理の操作者作業フローの手順を説明する。
まず、ステップＳ６００は、操作者１１０が、カテーテル１０９を、患者１１１の血管などの生体管に挿入するステップである。ここでは、カテーテル回転角度検出部１０６は、カテーテル挿入時の角度を基準として、カテーテル操作時の操作者手元回転角度を所定時間毎に算出して、カテーテル回転角度検出部１０６の内部記憶部に記憶する。
次いで、ステップＳ７００では、操作者１１０が、特定の血管に対してカテーテル１０９を挿入するカテーテル操作を行う。操作者１１０は、カテーテル１０９を使用して、特定の血管に対して造影剤を注入して血管の狭窄又は閉塞による疾患を調べる。疾患を調べる際には、検査対象の血管の造影なども行う。
次いで、ステップＳ８００は、検査終了か否かを操作者１１０が判定するステップである。検査対象の血管の造影が終了していない場合には、検査終了ではないとして、ステップＳ９００に進み、検査対象の血管の造影が終了している場合には、検査終了として、ステップＳ１１００に進む。
ステップＳ９００は、操作者１１０が、カテーテル先端回転角度検出が必要か否かを判定するステップである。操作者１１０がカテーテル先端回転角度の検出が必要であると判定する場合には、ステップＳ１０００に進む。このとき、具体的な動作として第１実施形態においては、操作者１１０が、ユーザ入力部１０８の一例としてのプッシュボタンを押すことにより、カテーテル先端回転角度の検出開始入力を行う。操作者１１０がカテーテル先端回転角度の検出の必要がないと判定する場合には、ステップＳ７００に戻る。
ステップＳ１０００では、操作者１１０はカテーテル１０９を軸周りに１回転させる。カテーテル先端回転角度検出装置１００は、操作者１１０の１回転操作時に第１Ｘ線透視撮影部１０１で撮影した透視像と、カテーテル回転角度検出部１０６で検出した操作者手元回転角度とから、画像処理部１０３での画像処理及びカテーテル先端回転角度算出部１０４でのカテーテル先端回転角度算出（図６のカテーテル先端回転角度算出処理を参照。）を経て、カテーテル先端回転角度を検出する。カテーテル先端回転角度検出後は、カテーテル操作を行うステップＳ７００に戻る。
ステップＳ１１００は、カテーテル１０９を血管から抜去するステップである。操作者１１０がカテーテル１０９を血管から抜去し、カテーテル造影検査は終了する。
（全体処理フロー）
以下、図６のフローチャートを用いて、ステップＳ１０００でカテーテル先端回転角度検出装置１００により行うカテーテル先端回転角度算出処理の全体処理フローの手順を説明する。
まず、ステップＳ１００は、検出開始か否かを判定するステップである。具体的には、ユーザ入力部１０８から検出開始入力があると画像処理部１０３で判定する場合には、全体処理フローは、画像処理部１０３によるカテーテル先端領域１０９ｂを抽出するステップＳ２００に進む。第１実施形態においては、操作者１１０が、ユーザ入力部１０８の一例としてのプッシュボタンを押したことを画像処理部１０３で判定することにより、カテーテル先端回転角度の検出開始入力があると判定する。ユーザ入力部１０８から検出開始入力が無いと画像処理部１０３で判定する場合には、全体処理フローは、前回までに検出したオフセット角度を参照し、カテーテル先端回転角度の検出を行うステップＳ４００に進む。第１実施形態においては、操作者１１０が、ユーザ入力部１０８の一例としてのプッシュボタンを押していないと画像処理部１０３で判定することにより、カテーテル先端回転角度の検出開始入力が無いと判定する。ここで、前回までに検出したオフセット角度を参照し、カテーテル先端回転角度の検出を行う、とは、補正処理が新たにされるまでは、過去に検出を行ったオフセット角度をそのまま用いるという意味である。前回までに検出したオフセット角度を参照し、カテーテル先端回転角度の検出を行ったのち、カテーテル先端回転角度の更新を行う。なお、前回までに検出したオフセット角度が無い場合には、操作者手元角度とカテーテル先端回転角度とは同じであると想定する（オフセット角度＝０度とする。）。前回までに検出したオフセット角度がある場合とは、補正処理を複数回行った場合に、２回目以降は、前回までに検出したオフセット角度が存在するという意味である。
ステップＳ２００では、画像処理部１０３により、第１Ｘ線透視撮影部１０１のＸ線透視像中からカテーテル先端領域１０９ｂを抽出する。具体的には、まず、第１Ｘ線透視撮影部１０１から画像処理部１０３で取得したＸ線透視像に対して、画像処理部１０３でカテーテル先端領域１０９ｂを抽出する。Ｘ線透視像に対して、画像処理部１０３でカテーテル先端領域１０９ｂを抽出する方法としては、カテーテル先端領域１０９ｂの形状を画像処理部１０３の内蔵記憶部に予め記憶させておき、パターンマッチングによりカテーテル先端領域１０９ｂを抽出するパターンマッチング方法を使用することができる。その後、全体処理フローはステップＳ３００に進む。
次いで、ステップＳ３００では、画像処理部１０３で抽出されたカテーテル先端領域１０９ｂの結果を基に、カテーテル先端回転角度算出部１０４により、操作者手元の回転角度とカテーテル先端回転角度とのオフセット角度を算出する。ステップＳ３００の処理を終了したのちは、全体処理フローはステップＳ１００に戻る。
ステップＳ４００では、カテーテル先端回転角度算出部１０４で、ステップＳ３００で算出されたオフセット角度を基にカテーテル先端回転角度を検出する。
次いで、Ｓ５００では、ステップＳ３００（詳しくは、後述するステップＳ３０８）で算出したカテーテル座標と、ステップＳ４００（詳しくは、後述するステップＳ４０３）で算出したカテーテル先端回転角度とをカテーテル先端回転角度算出部１０４で取得し、操作者１１０に出力部１０７で表示する。これで、全体処理フローを終了する。
以下に、主たるステップの詳細な処理について説明する。
（ステップＳ２００の処理）
ステップＳ２００の処理を、図７のフローチャートを用いて詳細に説明する。ステップＳ２００の処理は、画像処理部１０３により、第１Ｘ線透視撮影部１０１のＸ線透視像中からカテーテル先端領域１０９ｂを抽出する処理である。なお、図７では、同期信号の時刻毎の処理を示している。
まず、ステップＳ２０１は、検出開始入力後、操作者手元回転角度変化量が３６０度未満か否かを画像処理部１０３で判定するステップである。すなわち、先のステップＳ１０００で、操作者１１０はカテーテル１０９を軸周りに１回転させたか否かを判定するステップである。カテーテル１０９が軸周りに１回転未満しか回転していない、すなわち、カテーテル１０９の回転角度変化量が３６０度未満であると画像処理部１０３で判定する場合には、ステップＳ２０２に進む。カテーテル１０９が軸周りに１回転以上回転した、すなわち、回転角度変化量が３６０度以上であると画像処理部１０３で判定する場合には、カテーテル先端領域１０９ｂの抽出処理を行わずに、ステップＳ２００の処理を終了する。このように、カテーテルが３６０度以上回転した場合には、ユーザがカテーテルを１回転させたとして、画像処理部の処理を終了することを意味している。
ステップＳ２０２では、画像処理部１０３により、第１Ｘ線透視撮影部１０１の透視像中からカテーテル先端領域１０９ｂをパターンマッチングなどの方法により抽出する。
次いで、ステップＳ２０３では、回転角度の時間変化の有無を画像処理部１０３で判定する。所定時間の間にある一定以上の回転角度変化量があると画像処理部１０３で判定する場合には、ステップＳ２０２に進む。所定時間の間にある一定以上の回転角度変化量に変化が無いと画像処理部１０３で判定する場合には、操作者１１０がカテーテル１０９を３６０度回すことなく操作を終了したと画像処理部１０３で判定し、ステップＳ２０４に進む。よって、ステップＳ２０３において操作者１１０がカテーテル１０９を３６０度回したか否かを判定して、ステップＳ２０４でエラー表示を行うか、又は、ステップＳ２０３において所定時間内に回転角時間変化がないと判定されれば、回転途中でステップＳ２０４でエラーとするか、のいずれかを行う。
ステップＳ２０４では、操作者１１０がカテーテルを３６０度以上回転するように操作者１１０に警告するための、エラー出力を行う。ここで言うエラー出力とは、「一回転以上回してください」などの警告又は警告ランプの点灯などを意味する。
（ステップＳ３００の処理）
ステップＳ３００のオフセット角度算出処理を、図９のフローチャートを用いて詳細に説明する。ステップＳ３００の処理は、カテーテル先端回転角度算出部１０４により、操作者手元の回転角度とカテーテル先端回転角度とのオフセット角度を算出する処理である。
まず、ステップＳ３０１は、ステップＳ２０２で抽出した第１Ｘ線透視撮影部１０１の透視像から抽出されたカテーテル先端領域１０９ｂの直線性を直線判定部１２６で判定するステップである。カテーテル先端領域１０９ｂが直線であると直線判定部１２６で判定された場合には、オフセット角度算出処理はステップＳ３０９に進む。カテーテル先端領域１０９ｂが直線であると直線判定部１２６で判定されない場合には、以後のオフセット角度算出処理は行わない。すなわち、画像から直線判定ができなかった場合には、オフセット角度が計算できないため、以後のオフセット角度算出処理は行わない。入力画像が同じであれば、所定時間内に、再度、オフセット角度を検出しても、直線検出はできないためである。なお、ユーザに、もう一度回転操作を促すエラー出力を行うようにしてもよい。
次いで、ステップＳ３０９では、ステップＳ３０１で直線判定されたときの操作者手元回転角度をカテーテル回転角度検出部１０６で算出する。その後、オフセット角度算出処理はステップＳ３１１に進む。
次いで、ステップＳ３１１では、画像−操作者手元回転角度との対応関係の情報を基に、ステップＳ３０９で算出した操作者手元回転角度とカテーテル先端回転角度との間のオフセット角度をオフセット角度算出部１１４で算出する。図１０Ａ及び図１０Ｂはオフセット値算出の概要を示す図である。図１０Ａは、オフセット角度算出部１１４の内蔵記憶部に記憶されている、画像−操作者手元回転角度の対応テーブルである。図１０Ａに示すように、画像と操作者手元回転角度との関係を０度と１８０度について対応付けておく。カテーテル１回転時には、ステップＳ３０９で直線判定されたときの操作者手元角度がカテーテル回転角度検出部１０６で算出されるため、オフセット角度算出部１１４によって、図１０Ｂのように現在（検出時）の画像−操作者手元回転角度との対応関係が得られる。オフセット角度は、予め対応付けておいた操作者手元回転角度と現在取得された操作者手元回転角度との差分値であり、図１０Ｂの場合にはオフセット角度は１０度となる。
このとき、画像−操作者手元回転角度の対応を取るにはカテーテル１０９の回転方向が必要になるが、回転方向はカテーテル先端回転角度検出装置１００が操作者１１０に回転方向を指示してもよいし、画像から回転方向を検出してもよい。例えば、画像から回転方向を検出する場合には、複数時刻の画像の差分領域をオフセット角度算出部１１４抽出して、カテーテル１０９の先端領域１０９ｂがどちらの方向に移動しているかをオフセット角度算出部１１４算出する。
このようにして、オフセット角度が算出されることにより、オフセット角度算出処理は終了する。
（ステップＳ４００の処理）
ステップＳ４００の処理を、図１１のフローチャートを用いて詳細に説明する。ステップＳ４００の処理は、カテーテル先端回転角度算出部１０４でカテーテル先端回転角度を検出する処理である。その後、カテーテル先端回転角度算出処理はステップＳ４０１に進む。
まず、ステップＳ４０１では、カテーテル先端回転角度算出部１１５が、カテーテル回転角度検出部１０６で検出される操作者手元回転角度を取得する。その後、カテーテル先端回転角度算出処理はステップＳ４０２に進む。
次いで、ステップＳ４０２では、ステップＳ３１１で算出した操作者手元回転角度とカテーテル先端回転角度との間のオフセット角度を、オフセット角度算出部１１４からカテーテル先端回転角度算出部１１５が取得する。その後、カテーテル先端回転角度算出処理はステップＳ４０３に進む。
次いで、ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１及びステップＳ４０２で取得した操作者手元回転角度とオフセット角度とにより、現在（検出時）の操作者手元回転角度に対応したカテーテル先端回転角度をカテーテル先端回転角度算出部１１５で算出する。その後、カテーテル先端回転角度算出処理は終了する。
（第１実施形態の効果）
第１実施形態のカテーテル先端回転角度検出装置１００によれば、カテーテル１０９に特別なマーカを設置することなく、カテーテル挿入時向きと現在（検出時）のカテーテル先端回転角度が異なる環境において、操作者１１０がカテーテル１０９を１回転する動作を行うだけで、カテーテル先端の回転角度を検出することができるため、スムーズなカテーテル操作及び手術が可能となる。
（第２実施形態）
第１実施形態では、カテーテル先端の角度を検出する方法について説明している。この方法によると、現在（検出時）のカテーテル先端の回転角度を提示することができるため、操作者１１０は先端の角度を把握しながら手術することができる。しかしながら、現在の２眼撮影装置（バイプレーン透視撮影部）では大きな角度差で撮影された映像がそのまま操作者１１０に提示される。そのため、空間的な位置関係が操作者１１０にわかりにくいため、カテーテルの操作に時間がかかるという課題がある。
そのため、操作者１１０が直感的にカテーテルを操作するためには。カテーテル先端の回転角（向き）が三次元的に提示されることが望ましい。第２実施形態では、カテーテル座標算出部１１３により、カテーテル先端の回転角（向き）が三次元的に提示可能なカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｂの動作について説明する。
本発明の第２実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｂのブロック図を図１２に示す。第１実施形態と同一の構成要素については、説明を省略する。以後、本発明の第２実施形態に関する各部の動作について説明する。
第２実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｂは、第１実施形態の構成要素に加えて、カテーテル座標決定部１１３を備える。
以下、各ブロックについて詳しく説明する。
（カテーテル座標決定部１１３）
カテーテル座標決定部１１３について、図１３を用いて説明する。カテーテル座標決定部１１３では、直線判定結果とカテーテル先端領域１０９ｂと撮影パラメータとを基に、カテーテル先端回転角度の基準となるカテーテル座標系を算出する。カテーテル座標決定部１１３は、直線判定部１２６からは直線の判定結果とカテーテル先端領域１０９ｂの抽出結果とを受取り、透視撮影部位置姿勢取得部１０５からはＸ線透視撮影部１０１の撮影パラメータを受取る。カテーテル先端領域１０９ｂが直線であると直線判定部１２６で判定する場合には、２枚の透視像における直線領域と撮影パラメータとから、カテーテル座標決定部１１３でカテーテル座標系を算出する。
カテーテル座標決定部１１３による座標系の算出方法について図１４Ａ及び図１４Ｂを用いて説明する。ここでは、第１Ｘ線透視撮影部１０１を起点とした座標系の算出方法のみ記載する。また、カテーテル座標系では、ｘ軸をカテーテル先端の向きの基準と定義し、ｚ軸をカテーテル先端の回転軸と定義する。図１４Ａは、透視像中で直線に見える場合のカテーテル１０９と透視撮影部１０１，１０２の位置関係とを示し、図１４Ｂは、カテーテル座標模式図を示す。図１４Ａに示すように、カテーテル１０９が軸周りに回転すると、カテーテル１０９が透視撮影部１０１，１０２の各Ｘ線検出部１０１ｂ，１０２ｂの検出方向にそれぞれ向いたときに透視上像中で直線としてそれぞれ観測されることが分かる。このとき、カテーテル座標系を計算するには、まず初めに、第１Ｘ線透視撮影部１０１と第２Ｘ線透視撮影部１０２とで得られた透視像中で直線判定されたカテーテル先端領域１０９ｂとＸ線透視撮影部１０１の撮影パラメータとを用いて、カテーテル座標算出部１１３で三次元形状復元を行う。ここで得られた三次元直線を基に、カテーテル座標算出部１１３でカテーテル座標系を定義する。得られた三次元直線はカテーテル１０９の回転軸に相当するため、図１４Ｂのように、直線の三次元形状復元結果を、ここではｚ軸とする。ｘ軸はカテーテル１０９の回転角（向き）の基準であるため、透視像中と第１Ｘ線透視撮影部１０１の撮影位置（Ｘ線発生部１０１ａ）とを結んだ平面π上でかつｚ軸との法線としてカテーテル座標算出部１１３で算出する。ｙ軸はｚ軸及びｘ軸の法線として、カテーテル座標算出部１１３で算出する。以上のように、カテーテル先端領域１０９ｂの直線と撮影パラメータとから、カテーテル座標算出部１１３でカテーテル１０９の座標系を算出可能である。カテーテル座標決定部１１３は、算出したカテーテル座標系を出力部１０７に出力するとともに、カテーテル先端領域１０９ｂの直線判定結果をオフセット角度算出部１１４に出力する。
（出力部１０７）
出力部１０７では、カテーテル先端回転角度算出部１１５からはカテーテル先端回転角度を受取り、カテーテル座標決定部１１３からはカテーテル座標を受取る。これらカテーテル先端回転角度とカテーテル座標とを用いて、出力部１０７では、第１実施形態の表示方法に加えて、カテーテル先端回転角度をカテーテル操作者１１０に三次元で提示する。
なお、出力部１０７では、カテーテル先端回転角度算出部１０４から受取ったカテーテル先端回転角度とカテーテル先端座標系のワールド座標系に対する位置姿勢変換行列とから、カテーテル先端回転角度を、図３２Ａ及び図３２Ｂに示すように、三次元表示してもよい。図３２Ａは、カテーテル（又はガイドワイヤ）の右下に三次元表示を行なう例を示し、図３２Ｂは、カテーテル（又はガイドワイヤ）の先端に三次元表示を重ねて表示を行なう例を示している。なお、カテーテル先端座標系のワールド座標系に対する位置姿勢変換行列は、カテーテル座標決定部１１３で決定して、カテーテル座標決定部１１３から出力部１０７に入力している。
なお、出力部１０７は、カテーテル先端回転角度算出部１０４から受取ったカテーテル先端回転角度と、カテーテル先端座標系のワールド座標系に対する位置姿勢変換行列と、透視撮影部の位置姿勢とから、カテーテル先端回転角度を透視像に重畳表示する表示部で構成してもよい。
（カテーテル座標決定時の処理フロー）
以下、図１５〜図１７のフローチャートを用いて、カテーテル座標決定部１１３によるカテーテル座標決定時の処理フローを説明する。第１実施形態と同一の構成要素については、説明を省略する。
まず、図１５を用いて、カテーテル先端座標算出を加えた場合のカテーテル先端回転角度算出処理の全体処理フローについて説明する。
ステップＳ１００は、第１実施形態のステップＳ１００と同一処理を行う。
ステップＳ２００では、第１Ｘ線透視撮影部１０１と第２Ｘ線透視撮影部１０２との二つのＸ線撮影装置から取得した二つのＸ線透視像に対して、画像処理部１０３でカテーテル先端領域１０９ｂを二つ抽出する。その後、全体処理はステップＳ３００に進む。
次いで、ステップＳ３００では、抽出された二つのカテーテル先端領域１０９ｂのそれぞれに対して、第１実施形態のステップＳ３００と同一処理を行う。その後、全体処理はステップＳ１５００に進む。
次いで、ステップＳ１５００は、カテーテル座標決定部１１３でカテーテル先端座標を算出する。詳細は後述する。その後、全体処理はステップＳ１００に戻る。
また、ステップＳ４００とステップＳ５００では、第１実施形態のステップＳ４００とステップＳ５００と同一処理を行う。
（ステップＳ２００の処理）
ステップＳ２００の処理を、図１６のフローチャートを用いて詳細に説明する。
まず、ステップＳ２０１では、第１実施形態のステップＳ２０１と同一処理を行う。
ステップＳ２０２では、第１Ｘ線透視撮影部１０１において、第１実施形態のステップＳ２０２と同一処理を行う。
次いで、ステップＳ２０２Ｂでは、画像処理部１０３により、第２Ｘ線透視撮影部１０２の透視像中からカテーテル先端領域１０９ｂをパターンマッチングなどの方法により抽出する。その後、ステップＳ２００の処理はステップＳ２０１に戻る。なお、回転角が不足している場合には、ステップＳ２０４のようにエラー出力を行うようにしてもよい。
（ステップＳ１５００の処理）
ステップＳ１５００のカテーテル先端座標算出処理を、図１７のフローチャートを用いて詳細に説明する。
ステップＳ３０１は、第１実施形態のステップＳ３０１と同一処理を行う。
次いで、ステップＳ３０２は、ステップＳ２０３で抽出した第２Ｘ線透視撮影部１０２の透視像から抽出されたカテーテル先端領域１０９ｂの直線性を直線判定部１２６で判定するステップである。カテーテル先端領域１０９ｂが直線であると直線判定部１２６で判定された場合には、オフセット角度算出処理はステップＳ３０３に進む。カテーテル先端領域１０９ｂが直線であると直線判定部１２６で判定されない場合には、以後のオフセット角度算出処理は行わない。
次いで、ステップＳ３０３では、ステップＳ３０１で直線判定されたカテーテル先端領域１０９ｂをカテーテル座標決定部１１３で取得する。
次いで、ステップＳ３０４は、ステップＳ３０２で直線判定されたカテーテル先端領域１０９ｂをカテーテル座標決定部１１３で取得する。
次いで、ステップＳ３０５では、カテーテル座標決定部１１３で、ステップＳ３０３で直線を取得したか否か、及び、ステップＳ３０４で直線を取得したか否かをそれぞれ判定するステップである。第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の両装置からカテーテル先端領域（直線）１０９ｂを取得できたとカテーテル座標決定部１１３で判定する場合には、カテーテル先端座標算出処理はステップＳ３０６に進む。第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の両装置からカテーテル先端領域（直線）１０９ｂを取得できなかったとカテーテル座標決定部１１３で判定する場合（いずれか一方の装置からのみカテーテル先端領域（直線）１０９ｂを取得したとカテーテル座標決定部１１３で判定する場合も含む。）には、カテーテル先端座標算出処理はステップＳ３０７に進む。
ステップＳ３０７では、両装置からカテーテル先端領域（直線）１０９ｂを取得できなかったことを操作者１１０に出力部１０７で表示する。その後、ステップＳ２００進むか、又は、カテーテル先端座標算出処理を終了する。
ステップＳ３０６は、ステップＳ３０３及びステップＳ３０４でそれぞれ取得した直線領域を用いて、カテーテル座標決定部１１３で三次元形状復元を行い、カテーテル座標決定部１１３で三次元直線を算出するステップである。ステップＳ３０６の後はステップＳ３０８に進む。三次元直線の算出方法について、図１８Ａ〜図１９を用いて説明する。図１８Ａ及び図１８Ｂは、カテーテル１０９を１回転したときの第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２のカテーテル先端画像をそれぞれ示す。ここで、αは操作者手元回転角度を示す。図１８Ａ及び図１８Ｂに示す通り、第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２は異なる角度に設置されているため、通常、同時にカテーテル先端が直線に見えることはない。通常、三次元復元では同時刻に撮影された画像２枚以上から三次元形状をカテーテル座標決定部１１３で復元するが、この第２実施形態では、カテーテル座標決定部１１３において、図１９に示すように、カテーテル１０９が直線として観測される別時刻の画像から対応関係を抽出し、三次元直線を算出する。
まず、カテーテル座標決定部１１３により、別時刻の画像から対応関係を抽出する方法について説明する。ここでは、カテーテル座標決定部１１３により、エピポーラ線を用いて対応を抽出する場合を例に説明する。
また、エピポーラ線の算出について第１Ｘ線透視撮影部１０１の画像を基準にした場合について説明する。これらの対応関係を抽出する方法の詳細は非特許文献（佐藤淳，“コンピュータビジョン−視覚の幾何学−”，コロナ社）を参照されたい。以下では、概要について説明する。以下の演算は全てカテーテル座標決定部１１３により行なわれる。
まず、複数の画像間で対応点を抽出するために、数式（７）を用いて撮影パラメータ（第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の投影行列）から複数の画像間の幾何学的な関係を示すＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌ行列Ｆを算出する。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（７）
ただし、Ｐは第１Ｘ線透視撮影部１０１の投影行列、Ｐ’は第２Ｘ線透視撮影部１０２の投影行列、Ｃは第１Ｘ線透視撮影部１０１の撮影視点（Ｐの零空間）である。
次に、数式（８）を用いて、第１Ｘ線透視撮影部１０１の透視像から抽出した直線上の点に対するエピポーラ線（図１９の点線参照。）を算出する。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（８）
ただし、ＦはＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌ行列であり、ｌ’は第１Ｘ線透視撮影部１０１の透視像中の点ｍに対応する第２Ｘ線透視撮影部１０２におけるエピポーラ線であり、ｍは第１Ｘ線透視撮影部１０１の透視像中の点である。
ここで、エピポーラ線は第２Ｘ線透視撮影部１０２中における存在範囲を示す。従って、エピポーラ線と抽出した直線の交点を算出することで第１Ｘ線透視撮影部１０１と第２Ｘ線透視撮影部１０２との間の対応点を算出することができる。撮影パラメータ（第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の投影行列）と第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の間の対応点とには数式（９）のような投影式が成り立つため、第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の投影式を三次元点Ｘについてまとめると、数式（１３）のように変形することができる。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（９）
第１Ｘ線透視撮影部１０１の投影行列Ｐは、
Figure 0005595621
 ・・・・・・（１０）
である。ここで、ｍは第１Ｘ線透視撮影部１０１の透視像中の点であり、
Figure 0005595621
 ・・・・・・（１１）
であり、三次元空間中の点Ｘは、
Figure 0005595621
 ・・・・・・（１２）
である。なお、λは定数倍の不定性を示す実数である。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（１３）
これを
Figure 0005595621
 ・・・・・・（１４）
とおく。
そのため、数式（１３）を変形した数式（１５）を用いて、撮影パラメータ（第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の投影行列）と第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の間の対応点とから、三次元点を復元することができる。
Figure 0005595621
 ・・・・・・（１５）
Figure 0005595621
 は
Figure 0005595621
 の一般化逆行列である。
この処理を第１Ｘ線透視撮影部１０１の透視像から抽出した直線上の複数の点に行うことにより、三次元直線を算出することができる。
次いで、ステップＳ３０８は、ステップＳ３０６で算出した三次元直線と第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の撮影パラメータとから、カテーテル座標を算出するステップである。ここで、座標の決定方法は（カテーテル座標決定部１１３）で説明した通りである。その後、カテーテル先端座標算出処理を終了する。
なお、第２実施形態では、第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の画像から三次元直線の三次元再構成をカテーテル座標決定部１１３により行う。そのため、第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２は同じ位置に設置してはならない。
また、三次元再構成は第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２間の距離（基線長）が長い程、安定して計算可能であるため、第１Ｘ線透視撮影部１０１及び第２Ｘ線透視撮影部１０２の間の距離は例えば１０ｃｍ以上である。
（第２実施形態の効果）
本第２実施形態のカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｂによれば、カテーテル先端の回転角（向き）を検出し、ディスプレイなどに表示することができる。そのため、操作者１１０自身の操作と現在（検出中）のカテーテル１０９の空間的な回転移動方向の対応が取りやすくなり、スムーズなカテーテル操作及び手術が可能となる。
（第３実施形態）
第１実施形態では、カテーテル操作者１１０がユーザ入力部１０８に検出開始入力を行い、意図的にカテーテル１１０を１回転させる場合のカテーテル先端回転角度検出について説明している。しかしながら、カテーテル操作中には、操作者１１０は頻繁にカテーテル１０９を回転させる操作を行うため、透視像中でカテーテル１０９が直線に見える状況が発生する。そのため、第３実施形態では操作者１１０が検出開始入力を意図的に行わない場合においても、カテーテル先端回転角度が検出可能なカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｃの動作について説明する。
本発明の第３実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｃのブロック図を図２０に示す。第１実施形態と同一の構成要素については、説明を省略する。以後、本発明の第３実施形態に関する各部の動作について説明する。
第３実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｃは、第１実施形態の構成要素に加えて、カテーテル挿入量検出部１１６と、検出条件判定部１１７とを備えて、カテーテル挿入量検出部１１６により、挿入量が変化しない（カテーテル座標が変化しない）画像からオフセット角度を算出する。
カテーテル挿入量検出部１１６は、血管などの生体管へのカテーテル１０９の挿入量を検出する。
検出条件判定部１１７は、透視撮影部位置姿勢取得部１０５の撮影パラメータとカテーテル挿入量検出部１１６の検出値（挿入量）とにより、カテーテル検出処理を行うか否かを判定する。
以下、各ブロックについて詳しく説明する。
（カテーテル挿入量検出部１１６）
カテーテル挿入量検出部１１６は、カテーテル操作者手元のカテーテル挿入量を検出するデバイスである。カテーテル挿入量検出部１１６は挿入量を検出し、カテーテル先端回転角度算出部１０４に出力する。カテーテル挿入量検出部１１６は、検査開始から検査終了まで挿入量を検出し続ける。カテーテル挿入量検出部１１６は、例えば、図３４Ａに示すように、カテーテル１０９の軸周りに連続模様１０９ａを付与して、それらの連続模様１０９ａをカメラ１０６ａで撮影することにより、挿入量を計測するようにしてもよい。又は、カテーテル挿入量検出部１１６の別の例として、図３４Ｂに示すように、カテーテル１０９と接触させて挿入量を直接計測するセンサ１３０を用いて、挿入量を計測するようにしてもよい。
（検出条件判定部１１７）
検出条件判定部１１７のブロックについて図２１を用いて説明する。図２１は、検出条件判定部１１７のブロックを追加したカテーテル先端回転角度算出部１０４の機能ブロック図である。
検出条件判定部１１７は、カテーテル先端領域抽出結果とカテーテル挿入量と撮影パラメータとに基づいてカテーテル先端回転角度算出処理を行うか否かを判定する。検出条件判定部１１７は、画像処理部１０３からはカテーテル先端領域抽出結果を取得し、カテーテル挿入量検出部１１６からはカテーテル挿入量を取得し、透視撮影部位置姿勢取得部１０５からは撮影パラメータを取得する。そして、検出条件判定部１１７は、これらの情報に基づいてカテーテル先端回転角度算出処理を行うか否かを判定する。検出条件判定部１１７で判定した後、カテーテル先端回転角度算出処理を行うと検出条件判定部１１７で判定した場合には、カテーテル先端領域抽出結果をカテーテル座標決定部１１３に出力する。カテーテル先端回転角度算出処理を行わないと検出条件判定部１１７で判定した場合には、カテーテル先端領域抽出結果はカテーテル座標決定部１１３に出力しない。
（カテーテル先端回転角度検出装置（第３実施形態）の処理フロー）
以下、図２３のフローチャートを用いて検出条件判定処理フローを説明する。
ステップＳ１２００は、カテーテル挿入量検出部１１６で検出しているカテーテル挿入量に、所定範囲（誤差範囲）以上の変化があったか否かを検出条件判定部１１７で判定するステップである。カテーテル挿入量検出部１１６で検出値を基に挿入量に変化がないと検出条件判定部１１７で判定する場合には、検出条件判定処理はステップＳ１２０１に進む。挿入量に変化があると検出条件判定部１１７で判定する場合には、検出条件判定処理はステップＳ１２０２に進む。ステップＳ１２００では、特に操作者１１０の入力がなくてもカテーテル挿入量をカテーテル挿入量検出部１１６で取得し続け、変化があったか否かを検出条件判定部１１７で判定する。
ここで、カテーテル挿入量の変化判定は、カテーテル挿入量検出部１１６からの検出値を基に、時間Δｔのカテーテル挿入量の変化を検出条件判定部１１７で計測する。ここで、この時間Δｔは、第１Ｘ線透視撮影部１０１でのＸ線透視像を基に画像処理部１０３を介して直線判定部１２６で直線判定された時刻ｔ１から、次に第２Ｘ線透視撮影部１０２でのＸ線透視像を基に画像処理部１０３を介して直線判定部１２６で直線判定される時刻ｔ２までの間の時間を意味する。時間Δｔのカテーテル挿入量の変化量が予め操作者１１０が規定する変化量Δｘ未満の場合には変化なしと検出条件判定部１１７で判定する。変化量がΔｘ以上の場合には変化ありと検出条件判定部１１７で判定する。ここで、カテーテル挿入変化量Δｘの長さは、カテーテル１０９の回転軸が変化すると考えられる距離である。
なお、カテーテル挿入変化量Δｘは、例えば、１ｃｍ、３ｃｍ、５ｃｍ、１０ｍ等のように操作者１１０が選択できるようにしてもよい。このカテーテル挿入変化量Δｘは、例えば、カテーテル手術の対象部位の血管の複雑さ（例えば、脳血管の曲率半径は１ｃｍ、脚血管の曲率半径は１０ｃｍ等）を基準に、操作者１１０が選択することができる。これは、血管が直線に近ければ（曲率半径が大きければ）、カテーテル挿入変化量Δｘがある程度変化しても影響が少ないため、検出条件判定部１１７では「変化なし」と判定する。一方、脳血管のように細かく湾曲する血管（曲率半径が小さい血管）の場合には、カテーテル挿入変化量Δｘが小さな変化量であっても、検出条件判定部１１７では「変化あり」と検出する。
なお、図２２に示すように、検出条件判定部１１７と接続されかつ部位ごとのカテーテル挿入変化量を格納するカテーテル挿入変化量データベース１２８と、検出条件判定部１１７と接続されかつ操作者１１０が手術部位を入力する手術部位入力部１２９とをさらに備えるようにしてもよい。この場合、カテーテル挿入変化量データベース１２８に、部位ごとのカテーテル挿入変化量を予め格納し、手術部位入力部１２９からの入力に応じて、検出条件判定部１１７で、カテーテル挿入変化量データベース１２８から対象手術部位毎にカテーテル挿入変化量を読込んで、カテーテル挿入変化量を対象手術部位毎に変えてもよい。
なお、第１Ｘ線透視撮影部１０１と第２Ｘ線透視撮影部１０２の直線判定順序は、逆でもよい。
ステップＳ１２０１では、カテーテル先端回転角度算出処理を行うと検出条件判定部１１７で判定する。画像処理部１０３から検出条件判定部１１７で受取ったカテーテル先端領域抽出結果を、検出条件判定部１１７からカテーテル座標決定部１１３に出力する。
ステップＳ１２０２では、カテーテル先端回転角度算出処理を行わないと検出条件判定部１１７で判定する。画像処理部１０３から検出条件判定部１１７で受取ったカテーテル先端領域抽出結果を、検出条件判定部１１７からカテーテル座標決定部１１３に出力しない。
（第３実施形態の効果）
第３実施形態によれば、カテーテル操作者１１０がユーザ入力部１０８に検出開始入力を行わなくても、カテーテル１０９の操作を行うだけで、正確なカテーテル先端回転角度を検出することができる。そのため、ユーザ入力部１０８に検出開始入力を行わない分、さらにスムーズなカテーテル操作及び手術が可能となる。
（第４実施形態）
第１実施形態〜第３実施形態では、主にカテーテル先端の回転角度の検出方法について説明している。しかしながら、カテーテル造影検査では、カテーテル１０９だけでなく、血管などの生体管内においてカテーテル１０９を適切な部位に誘導するためにガイドワイヤ１１２を用いる。
図２４Ａにカテーテル１０９とガイドワイヤ１１２との模式図を示す。図２４Ａに示すように、ガイドワイヤ１１２はカテーテル１０９の中心部を通る針金状の術具である。ガイドワイヤ１１２は、直線状の基部１１２ｃに対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部１１２ｂをガイドワイヤ先端領域として有して生体管１５０に挿入する。まず、カテーテル１０９とガイドワイヤ１１２との使用方法について簡単に説明する。ガイドワイヤ挿入量をカテーテル挿入量より多くなるようにカテーテル１０９とガイドワイヤ１１２と血管などに挿入すると、図２４Ａ及び図２４Ｃのような形態になり、カテーテル１０９の先端から突出したガイドワイヤ１１２の先端を血管分岐部へカテーテル１０９の先端よりも先行させることで、カテーテル１０９を目的の血管まで到達させることができる。造影剤注入時には、図２４Ｂのように、ガイドワイヤ１１２をカテーテル１０９から引き抜いてガイドワイヤ１１２の先端がカテーテル１０９の先端又は先端よりも基部側内に入るように位置させ、カテーテル先端の向きを目的の血管の分岐方向に合わせた後、カテーテル１０９から造影剤を注入する。ここで、カテーテル先端回転角度を検出することを考えると、カテーテル１０９とガイドワイヤ１１２とはそれぞれ独立に回転可能であるため、カテーテル先端回転角度を検出するだけでなく、ガイドワイヤ先端回転角度も独立に検出する必要がある。
ここで、カテーテル挿入量とガイドワイヤ挿入量とは、カテーテル１０９及びガイドワイヤ１１２の患者１１０への挿入点を基準とした長さとし、カテーテル先端（領域）部分（カテーテル先端からカテーテル本体が直線になる基部１０９ｃまでの区間）１０９ｂの長さをカテーテル先端領域長さとする（図２４Ｂ参照）。このとき、図２４Ｂのように、カテーテル挿入量が、ガイドワイヤ挿入量とカテーテル先端領域長さとを合わせた距離以上の大きい場合には、カテーテル１０９は本来の形状で撮影され、ガイドワイヤ１１２はカテーテル内部にあるため、透視像中では確認できない。一方、図２４Ｃのようにカテーテル挿入量がガイドワイヤ挿入量とカテーテル先端領域長さを合わせた距離よりも小さい場合には、透視像中ではカテーテル１０９とガイドワイヤ１１２の両方を検出可能であるが、カテーテル１０９の形状はガイドワイヤ１１２の形状に合わせて変形するため、透視像中を用いた直線判定結果を信頼することができない。そのため、図２４Ｂ及び図２４Ｃのようにカテーテル挿入量とガイドワイヤ挿入量に応じて先端回転角度の検出対象を変える必要がある。第４実施形態では、カテーテル１０９とガイドワイヤ１１２との操作時にカテーテル先端及びガイドワイヤ先端の回転角（向き）がそれぞれ検出可能な向きカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｄの動作について説明する。
本発明の第４実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｄのブロック図を図２５に示す。第１及び第２実施形態と同一の構成要素については、説明を省略する。以後、本発明の第４実施形態に関する各部の動作について説明する。なお、図２５において、ユーザ入力部１０８と画像処理部１０３とがそれぞれ２つ図示されているが、実際には、それぞれ１つのブロックで構成されており、理解しやすくするため、２つに分けて図示しているにすぎない。
第４実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｄは、第１〜第３実施形態の構成要素に加えて、ガイドワイヤ回転角度算出部１１８と、ガイドワイヤ挿入量検出部１１９と、ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３と、ガイドワイヤ検出条件判定部１２４と、検出対象切替部１２５とを備える。
ガイドワイヤ回転角度算出部１１８は、ガイドワイヤ１１２の操作者手元回転角度を検出する。
ガイドワイヤ挿入量検出部１１９は、血管へのガイドワイヤ１１２の挿入量を検出する。
ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３は、検出処理時には操作者１１０がガイドワイヤ１１２を１回転させる動作時に撮影した透視像から、画像処理部１０３でガイドワイヤ先端が直線になる角度を基準として、操作者手元回転角度とガイドワイヤ先端回転角度とのオフセット角度を算出し、検出処理終了後、ガイドワイヤ操作中には前記オフセット角度と操作者手元回転角度とを基にガイドワイヤ先端回転角度を算出する。
ここで、図２４Ａに示すように、ガイドワイヤ１１２には、直線状の基部１１２ｃに対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部（言い換えれば、ガイドワイヤ先端領域）１１２ｂを有している。ガイドワイヤ先端回転角度とは、このガイドワイヤ１１２の先端の湾曲部（ガイドワイヤ先端領域）１１２ｂの軸周りの回転角度を意味する。ガイドワイヤ１１２の操作者手元回転角度とは、直線状の基部、言い換えれば、操作者１１０の手元側の部分の軸周りの回転角度を意味する。また、ガイドワイヤ先端領域１１２ｂが直線であるか否かというときの直線とは、操作者１１０がガイドワイヤ１１２を１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、画像処理部１０３で、ガイドワイヤ１１２の湾曲部１１２ｂと基部１１２ｃとが重なった２つの重畳状態が直線又はほぼ直線になっている状態のことを意味する。
ガイドワイヤ検出条件判定部１２４は、透視撮影部位置姿勢取得部１０５の撮影パラメータとガイドワイヤ挿入量検出部１１９の検出値とによりカテーテル検出処理を行うか否かを判定する。
検出対象切替部１２５は、カテーテル挿入量検出部１１６の検出値とガイドワイヤ挿入量検出部１１９の検出値とから、カテーテル１０９とガイドワイヤ１１２との先端回転角度の検出対象を切り替える。
以下、各ブロックについて詳しく説明する。
（ガイドワイヤ回転角度算出部１１８）
ガイドワイヤ回転角度算出部１１８は、ガイドワイヤ操作者手元のガイドワイヤ回転角度を検出するデバイスであり、例えば、ロータリーエンコーダのような回転角度センサが該当する。
（ガイドワイヤ挿入量検出部１１９）
ガイドワイヤ挿入量検出部１１９は、ガイドワイヤ操作者手元のガイドワイヤ挿入量を検出するデバイスである。ガイドワイヤ挿入量検出部１１９は挿入量を検出し、ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３に出力する。
ここで、図２６に示すように、カテーテル回転角度検出部１０６と、カテーテル挿入量検出部１１６と、ガイドワイヤ回転角度算出部１１８と、ガイドワイヤ挿入量検出部１１９とはそれぞれ異なる場所に設けられており、それぞれの角度、長さを独立に検出可能であるとする。カテーテル回転角度検出部１０６は、先に説明したように、図４Ａのカメラ１０６ａ、又は、図４Ｂのロータリーエンコーダ１０６ｂなどを使用することができる。ガイドワイヤ挿入量検出部１１９は、カテーテル挿入量検出部１１６と同様な装置で挿入量を検出することができる。
また、カテーテル挿入量及びガイドワイヤ挿入量の基準（挿入量ゼロの位置）は、患者１１１への挿入位置、又は、カテーテル回転角度検出部１０６の位置及びガイドワイヤ挿入量検出部１１９の位置を基準とし、カテーテル１０９とガイドワイヤ１１２との挿入時に基準を合わせておく。
（ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３）
ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３では、画像処理部１０３からはガイドワイヤ先端領域を受取り、透視撮影部位置姿勢取得部１０５からはＸ線透視撮影部１０１の撮影パラメータを受取り、ガイドワイヤ回転角度算出部１１８からはガイドワイヤの操作者手元回転角度を受取る。ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３は、受取ったこれらの情報、すなわち、ガイドワイヤ先端領域と撮影パラメータと操作者手元回転角度とに基づいて、ガイドワイヤ先端領域１０９ｂが直線か否かを判定する。ガイドワイヤ先端領域１０９ｂが直線であるとガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３で判定した場合には、その領域と撮影パラメータとから、ガイドワイヤ回転軸とガイドワイヤ座標系とをガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３で算出する。同時に、その時のガイドワイヤ先端回転角度を基準としたガイドワイヤ操作者手元回転角度とのオフセット角度をガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３で算出する。オフセット角度算出後は、オフセット角度とガイドワイヤ操作者手元回転角度とから、ガイドワイヤ先端回転角度をガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３で算出して、ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３から出力部１０７にその結果を出力する。ガイドワイヤ先端領域１０９ｂが直線であるとガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３で判定しなかった場合には、ユーザに、ガイドワイヤ１１２の回転を促す出力を行う。
ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３のガイドワイヤ先端回転角度算出処理を、図２７のブロック図を用いて詳細に説明する。ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３は、ガイドワイヤ直線判定部１２７と、ガイドワイヤ座標決定部１２０と、ガイドワイヤオフセット角度算出部１２１と、ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２２と、ガイドワイヤ検出条件判定部１２４とを備えて構成されている。
（ガイドワイヤ直線判定部１２７）
ガイドワイヤ直線判定部１２７では、画像処理部１０３からガイドワイヤ先端領域抽出結果を受取り、ガイドワイヤ先端領域１０９ｂが直線であるか否かを判定する。ガイドワイヤ直線判定部１２７での判定結果とガイドワイヤ先端領域抽出結果とを、ガイドワイヤ直線判定部１２７からガイドワイヤ座標決定部１２０へ出力する。
（ガイドワイヤ座標決定部１２０）
ガイドワイヤ座標決定部１２０では、ガイドワイヤ先端領域１０９ｂの判定結果と撮影パラメータとを基に、ガイドワイヤ先端回転角度の基準となるガイドワイヤ座標系を算出する。ガイドワイヤ座標決定部１２０では、ガイドワイヤ直線判定部１２７からはガイドワイヤ先端領域１０９ｂが直線か否かの判定結果とガイドワイヤ先端領域１０９ｂの抽出結果とを受取る。ガイドワイヤ座標決定部１２０では、透視撮影部位置姿勢取得部１０５からはＸ線透視撮影部１０１の撮影パラメータを受取る。ガイドワイヤ先端領域１０９ｂが直線であるとガイドワイヤ直線判定部１２７で判定した場合には、２枚の透視像における直線領域と撮影パラメータとからガイドワイヤ座標系をガイドワイヤ座標決定部１２０で算出する。
（ガイドワイヤオフセット角度算出部１２１）
ガイドワイヤオフセット角度算出部１２１では、直線判定結果とガイドワイヤ操作者手元回転角度とを基に、ガイドワイヤ回転角度算出部１１８の回転角度とガイドワイヤ先端回転角度との間のオフセット角度を算出する。ガイドワイヤオフセット角度算出部１２１では、ガイドワイヤ座標決定部１２０からは直線判定結果を受け取る。また、ガイドワイヤオフセット角度算出部１２１では、ガイドワイヤ回転角度算出部１１８からはガイドワイヤ操作者手元回転角度を受取る。ガイドワイヤ直線判定部１２７での判定結果が直線である場合には、そのときのガイドワイヤ回転角度算出部の値をオフセット角度としてガイドワイヤオフセット角度算出部１２１で算出し、オフセット角度をガイドワイヤオフセット角度算出部１２１らガイドワイヤ先端回転角度算出部１２２に出力する。
（ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２２）
ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２２では、オフセット角度とガイドワイヤ操作者手元回転角度とを基に、ガイドワイヤ先端回転角度を算出する。ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２２では、ガイドワイヤオフセット角度算出部１２１からはオフセット角度を受取るとともに、ガイドワイヤ回転角度算出部１１８からはガイドワイヤ操作者手元回転角度を受取る。ガイドワイヤ回転角度算出部１１８から得られるガイドワイヤ操作者手元回転角度が、前回の計測時刻の回転角度から変化した場合には、ガイドワイヤ操作者手元回転角度とオフセット角度とから現在（検出中）のガイドワイヤ先端回転角度をガイドワイヤ先端回転角度算出部１２２で算出し、その結果をガイドワイヤ先端回転角度算出部１２２から出力部１０７に出力する。
（ガイドワイヤ検出条件判定部１２４）
ガイドワイヤ検出条件判定部１２４は、ガイドワイヤ先端領域抽出結果とガイドワイヤ挿入量と撮影パラメータとを基に、ガイドワイヤ検出処理を行うか否かを判定する。ガイドワイヤ検出条件判定部１２４は、画像処理部１０３からはガイドワイヤ先端領域抽出結果を受取るとともに、ガイドワイヤ挿入量検出部１１９からはガイドワイヤ挿入量を受取り、透視撮影部位置姿勢取得部１０５からは撮影パラメータを取得する。ガイドワイヤ検出処理を行うか否かをガイドワイヤ検出条件判定部１２４で判定した後、ガイドワイヤ検出処理を行うとガイドワイヤ検出条件判定部１２４で判定した場合には、ガイドワイヤ先端領域抽出結果をガイドワイヤ座標決定部１２０に出力する。ガイドワイヤ検出処理を行うとガイドワイヤ検出条件判定部１２４で判定しなかった場合には、ガイドワイヤ先端領域抽出結果をガイドワイヤ座標決定部１２０に出力しない。
（検出対象切替部１２５）
検出対象切替部１２５は、カテーテル挿入量とガイドワイヤ挿入量とに基づいて、検出対象、すなわち、カテーテル１０９とガイドワイヤ１１２とのうち、どちらの先端回転角度を検出するかを決定する。検出対象切替部１２５では、カテーテル挿入量検出部１１６からはカテーテル挿入量を受取り、ガイドワイヤ挿入量検出部１１９からはガイドワイヤ挿入量を受取って、これら２つの挿入量の関係から、検出対象を決定する。カテーテル検出処理を行うと検出対象切替部１２５で判定した場合には、カテーテル先端領域抽出結果を画像処理部１０３からカテーテル先端回転角度算出部１０４に出力することを検出対象切替部１２５が許可する。一方、ガイドワイヤ検出処理を行うと検出対象切替部１２５で判定した場合には、ガイドワイヤ先端領域抽出結果を画像処理部１０３からガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３に出力することを検出対象切替部１２５が許可する。
（カテーテル先端回転角度検出装置（第３実施形態）の処理フロー）
以下、検出対象切替部１２５による、図２８のフローチャートを用いての検出対象切替処理フローを説明する。
ステップＳ１３００では、カテーテル先端領域１０９ｂの長さを検出対象切替部１２５で設定する。
次いで、ステップＳ１３０１は、カテーテル挿入量Ａと、ガイドワイヤ挿入量Ｂと、カテーテル先端領域１０９ｂの長さＣとを検出対象切替部１２５で判定するステップである。カテーテル挿入量Ａが、ガイドワイヤ挿入量Ｂとカテーテル先端領域１０９ｂの長さＣとの合計以上であると検出対象切替部１２５で判定する場合には、検出対象切替処理はステップＳ１３０２に進む。それ以外であると検出対象切替部１２５で判定する場合には、検出対象切替処理はステップＳ１３０３に進む。
ステップＳ１３０２では、カテーテル先端回転角度算出部１０４でカテーテル先端回転角度算出処理を行うと検出対象切替部１２５で判定する。カテーテル先端領域抽出結果を画像処理部１０３からカテーテル先端回転角度算出部１０４に出力することを検出対象切替部１２５が許可する。
ステップＳ１３０３では、ガイドワイヤ回転角度算出部１１８でガイドワイヤ検出処理を行うと検出対象切替部１２５で判定する。ガイドワイヤ先端領域抽出結果を画像処理部１０３からガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３に出力することを検出対象切替部１２５が許可する。
なお、図２９に示す、ガイドワイヤ先端回転角度算出部１２３のガイドワイヤ先端回転角度算出処理フローＳ１３０３は、図１１のカテーテル先端回転角度算出部１０４のカテーテル先端回転角度算出処理フローＳ４００と同様であるため、図２９の説明は省略する。なお、ステップＳ１３０３Ａ〜Ｓ１３０３ＣはそれぞれステップＳ４０１〜Ｓ４０３に対応する。なお、ステップＳ１３００のカテーテル先端長さ設定では、検出対象切替部１２５の内部記憶部がカテーテル先端長さのデータを持ち、カテーテル１０９の種類をユーザ入力部１０８からの入力として、ユーザ入力部１０８からの入力情報を基に検出対象切替部１２５が内部記憶部から、入力情報に対応するカテーテルの長さを読み込んでもよいし、又は、カテーテル先端長さとして、検出対象切替部１２５の内部記憶部に予め記憶された固定値を用いてもよい。
（第４実施形態の効果）
第４実施形態によれば、カテーテル１０９とガイドワイヤ１１２とのそれぞれの先端回転角度を検出可能になるため、カテーテル１０９を患部まで到達させるガイドワイヤ１１２の操作中、又は、造影剤を目的の血管に向けるというカテーテル操作時にスムーズな操作及び手術が可能となる。
（第５実施形態）
第５実施形態では、上記第１〜第３実施形態以外でカテーテル特有の状態におけるカテーテル先端の回転角度の検出方法について図３０Ａ及び図３０Ｂを用いて説明する。
図３０Ａは、血管１５０の血管分岐部１５０ａにおけるカテーテル透視像（模式図）を示す。図３０Ｂは、血管分岐部１５０ａにおいてカテーテル１０９を引き抜く動作を行った場合の透視像（模式図）を示す。このように、カテーテル造影検査時には、血管分岐部１５０ａにカテーテル先端部を引っ掛けて、カテーテル１０９を引く動作を頻繁に行う（以下、「引き操作」と記載。）。操作者１１０は、このような引き操作を行うことで、カテーテル先端部を目的の血管に向ける。このとき、図３０Ｂに示すように、引き操作中には血管分岐部１５０ａにカテーテル先端を引っ掛けるため、カテーテル１０９が、元のカテーテル形状から変形し、透視像中で直線に見えることがある。
第５実施形態では、このようにカテーテル１０９を回転操作以外で、透視像中においてカテーテル１０９が直線に見える場合のカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｅの動作について説明する。第５実施形態では、引き操作直後の直線は検出動作に使用しないものである。
本発明の第５実施形態におけるカテーテル先端回転角度検出装置１００Ｅのブロック図は図２１の第３実施形態と共通であるため、説明は省略する。
（カテーテル先端回転角度検出装置（第５実施形態）の処理フロー）
以下、図３１のフローチャートを用いて、カテーテルを回転操作以外で、透視像中においてカテーテル１０９が直線に見える場合の検出条件判定部１１７の追加処理フローを説明する。
ステップＳ１２００は、カテーテル挿入量検出部１１６で検出しているカテーテル挿入量に、所定範囲（誤差範囲）以上の変化があったか否かを検出条件判定部１１７で判定するステップである。カテーテル挿入量検出部１１６で検出値を基に挿入量に変化がないと検出条件判定部１１７で判定する場合には、検出条件判定処理はステップＳ１４００に進む。挿入量に変化があると検出条件判定部１１７で判定する場合には、検出条件判定処理はステップＳ１２０２に進む。
ステップＳ１４００では、第１及び第２Ｘ線透視撮影部１０１，１０２の２つの透視像においてカテーテル先端領域１０９ｂが同時に直線判定されたか否かを検出条件判定部１１７で判定するステップである。２つの透視像においてカテーテル先端領域が同時に直線判定されないと検出条件判定部１１７で判定する場合には、検出条件判定処理はステップＳ１２０１に進む。２つの透視像においてカテーテル先端領域が同時に直線判定されたと検出条件判定部１１７で判定する場合には、カテーテル自体が直線であるため、検出条件判定処理はステップＳ１２０２に進む。
ステップＳ１２０１では、カテーテル先端回転角度算出処理を行うと検出条件判定部１１７で判定する。よって、画像処理部１０３から受取ったカテーテル先端領域抽出結果をカテーテル座標決定部１１３に出力することを検出条件判定部１１７が許可する。
ステップＳ１２０２では、カテーテル先端回転角度算出処理を行わないと検出条件判定部１１７で判定する。よって、画像処理部１０３から受取ったカテーテル先端領域抽出結果をカテーテル座標決定部１１３に検出条件判定部１１７から出力しない。
（第５実施形態の効果）
第５実施形態によれば、カテーテル造影検査時に頻繁に発生する動作時に誤った検出を行わないため、造影剤を目的の血管に向けるというカテーテル操作時にスムーズな操作及び手術が可能となる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
例えば、図９のステップＳ３０１、Ｓ３０２において、直線性を示す評価値を算出し、評価値が最大になるカテーテル先端領域１０９ｂをステップＳ３０３、Ｓ３０４で取得してもよい。
また、第２実施形態において、出力部１０７で三次元表示を行わない場合には、カテーテル先端回転角度算出部１０４中のカテーテル座標決定部１１３の処理は行わず、オフセット角度算出のみ行なってもよい。
また、出力部１０７は、カテーテル先端回転角度算出部１０４から受取ったカテーテル先端回転角度を文字列として表示してもよい。
なお、本発明を第１〜第５実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第１〜第５実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
前記各カテーテル先端回転角度検出装置の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例におけるカテーテル先端回転角度検出装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をカテーテル先端領域として有して生体管に挿入されるカテーテルの前記湾曲部の軸周りの回転角度を検出する、カテーテル先端回転角度検出用プログラムであって、
コンピュータを、
操作者の手元の前記カテーテルの操作者手元回転角度を検出するカテーテル回転角度検出部と、
被験者の撮影対象部位に対して放射線を照射してＸ線透視像を撮影する第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域を抽出する画像処理部と、
前記操作者が前記カテーテルを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記カテーテルの前記湾曲部と前記基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記湾曲部と前記基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記カテーテル回転角度算出部で検出された前記操作者手元回転角度と前記カテーテル先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、カテーテル操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記カテーテル先端回転角度を算出するカテーテル先端回転角度算出処理を行うカテーテル先端回転角度算出部と、
前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を出力する出力部と、
として機能させるためのカテーテル先端回転角度検出用プログラムである。
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明にかかるカテーテル先端回転角度検出装置、方法、及び、プログラムは、カテーテル先端の向きを検出する機能を有し、カテーテル造影検査時に有用である。また、本発明にかかるカテーテル先端回転角度検出装置、方法、及び、プログラムは、研修医のためのカテーテル操作教育等の用途にも応用できる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims (10)

  1. 直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をカテーテル先端領域として有して生体管に挿入されるカテーテルの前記湾曲部の軸周りの回転角度を検出する、カテーテル先端回転角度検出装置であって、
    操作者の手元の前記カテーテルの操作者手元回転角度を検出するカテーテル回転角度検出部と、
    被験者の撮影対象部位に対して放射線を照射してＸ線透視像を撮影する第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域を抽出する画像処理部と、
    前記操作者が前記カテーテルを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記カテーテルの前記湾曲部と前記基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記湾曲部と前記基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記カテーテル回転角度検出部で検出された前記操作者手元回転角度と前記カテーテル先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、カテーテル操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記カテーテル先端回転角度を算出するカテーテル先端回転角度算出処理を行うカテーテル先端回転角度算出部と、
    前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を出力する出力部と、
    を備えるカテーテル先端回転角度検出装置。
  2. 前記カテーテル先端回転角度算出部での前記カテーテル先端回転角度算出処理の開始を入力するユーザ入力部をさらに備え、
    前記操作者が前記ユーザ入力部に前記カテーテル先端回転角度算出処理開始を入力した後に、前記回転角度算出部での前記カテーテル先端回転角度算出処理を開始する、請求項１に記載のカテーテル先端回転角度検出装置。
  3. 前記第１Ｘ線透視撮影部と、前記第１Ｘ線透視撮影部とは異なる位置からＸ線透視像を撮影する第２Ｘ線透視撮影部とのＸ線透視像を撮影したときのそれぞれの撮影部の位置姿勢を取得する撮影部位置姿勢取得部とを備えて、
    前記画像処理部は、前記第１Ｘ線透視撮影部と前記第２Ｘ線透視撮影部とのそれぞれのＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域をそれぞれ抽出する、請求項１又は２に記載のカテーテル先端回転角度検出装置。
  4. 前記生体管への前記カテーテルの挿入量を検出するカテーテル挿入量検出部と、
    前記カテーテル挿入量検出部で検出された前記カテーテル挿入量が変化しているか否かを判定し、前記カテーテル挿入量が変化していないと判定する場合には前記カテーテル先端回転角度算出部による前記カテーテル回転角度算出処理を行い、前記カテーテル挿入量が変化していると判定する場合には前記カテーテル先端回転角度算出部による前記カテーテル先端回転角度算出処理を行わないとの判定を行う検出条件判定部とをさらに備える、請求項１又は２に記載のカテーテル先端回転角度検出装置。
  5. 直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をガイドワイヤ先端領域として有して、前記カテーテル内で移動可能でかつ前記生体管に挿入されるガイドワイヤの前記生体管への挿入量を検出するガイドワイヤ挿入量検出部と、
    操作者手元の前記ガイドワイヤのワイヤ操作者手元回転角度を検出するガイドワイヤ回転角度算出部と、
    前記操作者が前記ガイドワイヤを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記ガイドワイヤの前記ワイヤ湾曲部と前記ワイヤ基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記ワイヤ湾曲部と前記ワイヤ基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記ガイドワイヤ回転角度検出部で検出された前記ワイヤ操作者手元回転角度と前記ガイドワイヤ先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、ガイドワイヤ操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記ガイドワイヤ先端回転角度を算出するガイドワイヤ先端回転角度算出処理を行うガイドワイヤ先端回転角度算出部とをさらに備え、
    前記画像処理部は、前記第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中からガイドワイヤ先端領域を抽出するとともに、
    さらに、前記ガイドワイヤ挿入量検出部で検出された前記ガイドワイヤ挿入量と、前記カテーテル挿入量検出部で検出された前記カテーテル挿入量と、カテーテル先端領域の長さとを比較し、前記カテーテル挿入量が前記ガイドワイヤ挿入量と前記カテーテル先端領域の長さの合計よりも長い場合には、前記カテーテルを検出対象として前記カテーテル先端回転角度算出部に前記画像処理部の結果を出力する一方、前記カテーテル挿入量が前記ガイドワイヤ挿入量と前記カテーテル先端領域の長さの合計よりも短い場合には、前記ガイドワイヤを検出対象として前記ガイドワイヤ先端回転角度算出部に前記画像処理部の結果を出力する検出対象切替部をさらに備える、請求項１又は２に記載のカテーテル先端回転角検出装置。
  6. 前記カテーテル先端回転角度算出部は、前記第１Ｘ線透視撮影部と前記第２Ｘ線透視撮影部とのそれぞれのＸ線透視像からそれぞれ取得した前記カテーテル先端領域が同時に前記重畳状態であると判定する場合には、前記カテーテルの前記湾曲部が直線状に伸ばされたと判定し、前記カテーテル先端回転角度算出部による前記カテーテル先端回転角度算出処理を行わないように判定する検出条件判定部をさらに備える、請求項３に記載のカテーテル先端回転角度検出装置。
  7. 前記出力部は、前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を２次元ベクトルで平面表示する表示部である、請求項１又は２に記載のカテーテル先端回転角度検出装置。
  8. カテーテル座標系と、前記カテーテル先端回転角度算出部で算出したカテーテル先端回転角度とから、三次元空間におけるカテーテル先端回転角度とを算出するカテーテル座標決定部をさらに備え、
    前記出力部は、前記カテーテルの三次元形状モデルを有し、前記三次元形状モデルを、前記カテーテル座標決定部で算出した前記カテーテル先端回転角度に姿勢変換して三次元表示する、請求項１又は２に記載のカテーテル先端回転角度検出装置。
  9. 前記出力部は、前記カテーテル先端回転角度算出部で取得した三次元空間におけるカテーテル先端回転角度と前記透視撮影部位置姿勢取得部で取得した撮影パラメータとを基にカテーテル先端回転角度をＸ線透視撮影部の撮影視点から見たベクトルに再投影し、透視撮影部の撮影視点におけるカテーテル先端回転角度と透視像とを重畳表示する表示部である、請求項８に記載のカテーテル先端回転角度検出装置。
  10. 直線状の基部に対して、鉤型に湾曲した先端の湾曲部をカテーテル先端領域として有して生体管に挿入されるカテーテルの前記湾曲部の軸周りの回転角度を検出する、カテーテル先端回転角度検出用プログラムであって、
    コンピュータを、
    操作者の手元の前記カテーテルの操作者手元回転角度を検出するカテーテル回転角度検出部と、
    被験者の撮影対象部位に対して放射線を照射してＸ線透視像を撮影する第１Ｘ線透視撮影部のＸ線透視像中から前記カテーテル先端領域を抽出する画像処理部と、
    前記操作者が前記カテーテルを１回転させる動作時に撮影したＸ線透視像から、前記画像処理部で、前記カテーテルの前記湾曲部と前記基部とが重なった２つの重畳状態のそれぞれの角度と、前記湾曲部と前記基部とがずれた状態の角度とを基準として、前記カテーテル回転角度検出部で検出された前記操作者手元回転角度と前記カテーテル先端の回転角度のオフセット角度を算出し、１回転動作終了後、カテーテル操作中には、前記オフセット角度と前記操作者手元回転角度とを基に前記カテーテル先端回転角度を算出するカテーテル先端回転角度算出処理を行うカテーテル先端回転角度算出部と、
    前記カテーテル先端回転角度算出部で算出された前記カテーテル先端回転角度を出力する出力部と、
    として機能させるためのカテーテル先端回転角度検出用プログラム。
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