JP6906342B2 - 内視鏡システム - Google Patents

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Description

本発明は、スコープ(内視鏡)を用いて器官などの被写体を観察する内視鏡システムに関し、特に、観察画像の表示に関する。
内視鏡システムでは、特定波長域の光(特殊光)を観察部位に照射し、その観察画像から病変部と推定される部分を抽出することができる。そして、抽出した領域を識別化できるように、例えば周囲とは異なる色成分でその部分を強調した観察画像を表示する(例えば特許文献1参照)。
特開2012−139482号公報
特殊光などに基づく観察画像は2次元画像であり、観察画像の中で病変部と推測される部分を識別化、強調しても、器官内のごく一部が特定されるだけであり、立体的形状をもつ器官内で、その識別化、強調された部分がどの箇所に該当するのか把握できない。
したがって、特殊光などに基づく2次元観察画像から、炎症などが推定される箇所、器官全体として把握することが求められる。
本発明は、内視鏡撮影による観察画像の中で所定部分を識別化する観察画像処理部と、内視鏡挿入部の形状を検出する挿入部形状検出部と、検出された挿入部形状に基づいて、撮影対象となる被写体の外観形状を3次元画像で表示する3次元画像処理部とを備える。例えば3次元画像処理部は、内視鏡挿入部の3次元形状画像と、被写体の3次元画像とを同時に表示することができる。
そして本発明の3次元画像処理部は、内視鏡先端部の位置および観察画像の向きに基づいて、識別化された部分に該当する箇所を3次元画像の中で特定し、その箇所を識別表示する。例えば、内視鏡による観察画像を、内視鏡挿入部の挿入量もしくは定められた時間間隔に従って記録し、3次元画像処理部が、記録された観察画像に基づいて、3次元画像の中で抽出された部分に該当する箇所を特定することができる。
例えば、内視鏡システムは、内視鏡先端部の姿勢変化に応じて観察画像の向きの変化を検出する画像方向検出部と、基準となる観察画像の向きに基づいて観察画像の向きを補正する画像補正処理部とを備える。
画像方向検出部は、内視鏡先端部の軸回りの回転に伴う観察画像の向きの変化を検出することができる。例えば、画像方向検出部は、内視鏡先端部に設けられた加速度センサに基づいて、観察画像の向きの変化を検出する。画像補正処理部は、内視鏡挿入部の挿入開始時の観察画像の向きを基準とすればよい。
3次元画像処理部が、識別化された部分の定量値を表す指標を、3次元画像とともに表示することが可能である。
例えば内視鏡システムは、互いに異なる波長域をもつ複数の特殊光を照射可能な照明部を備える。特殊光観察モードにおいて、観察画像処理部は、選択された特殊光によって得られる特殊光観察画像に対し、所定条件を満たす部分を抽出することが可能である。
また、照明部は、複数の特殊光を切り替えながら被写体へ照明することが可能であり、3次元画像処理部は、複数の特殊光に応じた複数の3次元画像を生成するとともに、抽出された部分をそれぞれの3次元画像に識別化できるように表示することができる。
本発明の他の態様における画像処理装置は、検出された内視鏡挿入部形状に基づいて、撮影対象となる被写体の外観形状を3次元画像で表示する3次元画像処理部と、内視鏡撮影による観察画像の中で所定部分を識別化した観察画像の向きを調整する画像方向検出部と、3次元画像処理部が、内視鏡先端部の位置および観察画像の向きに基づいて、識別化された部分に該当する箇所を3次元画像の中で特定し、その箇所を識別表示する。
このように本発明によれば、特殊光観察画像などの特定部分を3次元画像の中で表示することができる。
第1の実施形態における内視鏡システムのブロック図である。 特定画素部分EIが強調された特殊観察画像IMを示した図である。 3次元表示用のモニタの表示画面を示した図である。 ビデオスコープの挿入作業の経過に伴ってモニタに表示される3次元挿入部画像および3次元器官画像を示した図である。 スコープ先端部の姿勢変化による特殊光観察画像の向きの変化を示した図である。 特殊光観察画像の強調部分と3次元器官画像の強調部分との対応関係を示した図である。 スコープ挿入部10Mを引き戻したときの病変部の取得を示した図である。 特殊光観察モードのときに画像処理装置70で実行される3次元画像処理のフローチャートである。 モードA、モードB、モードCがそれぞれ設定された場合の3次元器官画像IA、IB、ICを示した図である。 第2の実施形態における3次元器官画像を示した図である。 特殊光観察モードにおける特殊光の切り替えを示したタイミングチャートである。
以下では、図面を参照して本実施形態である内視鏡システムについて説明する。
図1は、第1の実施形態における内視鏡システムのブロック図である。
内視鏡システム100は、ビデオスコープ10と、ビデオスコープ10が着脱自在に接続されるプロセッサ30とを備えた内視鏡措置を備え、患部の観察、処置などを行うとき、ビデオスコープ10の挿入部10Mが体内に挿入される。プロセッサ30には、観察画像を表示するモニタ40Aが接続されている。オペレータは、スコープ操作部10Pを操作することによって、スコープ先端部10Tを上下左右に湾曲させることができる。
プロセッサ30内に設けられた光源42から放射される光は、ビデオスコープ10内に設けられたライトガイド11によってビデオスコープ10の先端部10Tに導かれ、先端部10Tから被写体(器官内壁)に向けて照射される。被写体からの反射光は、先端部10Tに設けられた撮像デバイス12に結像し、これによって被写体像が形成される。CCD、CMOSイメージセンサなどの撮像デバイス12は、ここではオンチップカラーフィルタ式の撮像デバイスであり、R,G,Bなどから構成されるカラーフィルタアレイが撮像デバイス12の受光面上に設けられている。
撮像デバイス12では、1フィールドあるいは1フレーム分の画素信号が所定時間間隔で読み出される。読み出された画素信号は、ドライブ/プロセス回路13、プロセッサ30のドライブ/プロセス回路32およびシステムコントロール回路40を介して画像処理回路36へ送られる。画像処理回路36では、画素信号に対して色変換処理、ホワイトバランス調整処理などが施され、カラー画像信号が生成される。カラー画像信号がモニタ40Aに出力されることにより、カラー観察画像がモニタ40Aに表示される。
システムコントロール回路40は、プロセッサ30の動作を制御し、画像処理回路36などへ制御信号を出力する。タイミングジェネレータ(図示せず)は、各回路の出力タイミングを調整するクロックパルス信号を出力する。また、システムコントロール回路40は、画像処理回路70のシステムコントロール回路76との間でデータ相互通信を行う。
プロセッサ30には、フィルタ機構44が光源42とライトガイド11の入射端との間に設けられている。フィルタ機構44は、ディスク状のロータリーフィルタ(図示せず)を備え、開口部が周方向に沿って形成されるとともに、互いに異なる波長域の光を透過する複数のカラーフィルタが周方向に沿って所定間隔で配置されている。
ここでは、青色に応じた狭帯域光、緑色に応じた狭帯域光、赤外光に応じた狭帯域光をそれぞれ透過する3つのカラーフィルタが所定間隔で配置されている。フィルタ機構44のフィルタ駆動部(図示せず)は、ロータリーフィルタを所定量あるいは1フィールド/フレーム期間に合わせて回転移動させることが可能である。
プロセッサ30のフロントパネル37には、通常観察モードと特殊光観察モードとの切り替えるモード切替ボタン38と、特殊光観察モード時の特殊光の種類を選択するボタン38Aと、画像編集処理によって特定部分を強調した観察画像を表示する画像強調ボタン39とが設けられている。通常観察モードでは、光源42から放射された白色光は、ロータリーフィルタの開口部を通過してライトガイド11の入射端に入射する。
一方、特殊光観察モードが設定された場合、ロータリーフィルタが所定角度回転し、光源42からの白色光は、いずれかのカラーフィルタを通過する。これにより、狭帯域光が被写体に照射される。撮像デバイス12から読み出された画素信号は、プロセッサ30の特徴光画像処理回路34へ送られる。特殊光画像処理回路34では、通常観察画像とは異なる色合いとなるカラー画像信号が生成されるとともに、1フィールド/フレーム分の画素信号の中で所定部分を演算処理によって抽出する。
具体的には、1フィールド/フレーム分の画素信号の中で、所定条件を満たす画素値をもつ画素部分が抽出される。ここでは、特定の色成分の画素値が閾値より高いあるいは低い画素が抽出される。例えば、Red Densityの数値が閾値より高い部分が観察画像の中で特定される。所定条件を満たす画素部分が抽出されると、その画素部分が観察画像の中で識別化されるように、画像強調処理が施される。これにより、特定部分が強調された特殊光観察画像がモニタ40Aに表示される。
図2は、特定画素部分EIが強調された特殊観察画像IMを示した図である。なお、フィルタ機構44を回転制御することによって、白色光による通常観察画像と特殊光観察画像とをモニタ40Aに同時表示するように構成してもよい。
一方、内視鏡システムは、内視鏡作業支援システムとして、磁界を発生させる形状検出用アンテナユニット50と、支援用の3次元画像を生成する画像処理装置70を備える。画像処理装置70は、ビデオスコープ10の挿入部形状を検出し、挿入部形状を3次元画像によってモニタ60に表示する。
ビデオスコープ10の挿入部には、複数のセンサコイル16が設けられており、形状検出用アンテナユニット50による磁界発生によって磁気検出信号を出力する。システムコントロール回路76は、検出された磁気によってビデオスコープ10の挿入部内のセンサコイルの相対位置を検出し、これによって体内に挿入されている部分の形状を検出する。そして、画像処理回路74は、検出された挿入部形状に基づいてビデオスコープ10の挿入部の外観形状を3次元画像でモニタ60に表示する。
図3は、モニタ60の表示画面を示した図である。本実施形態では、特殊観察モードが設定された場合、挿入部10Mの外観形状を示す3次元画像(以下、3次元挿入部画像という)IA、患者モデルICとともに、観察対象である器官の外観形状を示す3次元画像(以下、3次元器官画像という)IBが、モニタ60に同時表示される。
3次元器官画像IBは、3次元挿入部画像IAをベースにして、公知のコンピュータグラフィック(CG)処理によって表示される。3次元器官画像IBは、ここでは大腸観察したときの画像であり、挿入部形状のデータに基づいて、器官相応の径をもつチューブ状イメージを作成し、環状部が連続するような外観形状となるようにそのイメージを修正し、さらに、その外観形状に陰影を付けたグラフィック画像を生成する。
3次元器官画像IBには、プロセッサ30の特殊光画像処理回路34によって識別化、強調された特定画素部分EIに相当する部分(以下、強調部分という)FIが、他の部分と識別化されるように3次元器官画像IBに重ねて表示される。ここでは、他の器官外表面とは異なる色合い(単色など)にすることによって、強調部分FIを表示する。
以下、図4〜図7を用いて、特殊光観察画像の強調部分FIを3次元器官画像の対応箇所に表示する処理について説明する。
図4は、ビデオスコープの挿入作業の経過に伴ってモニタに表示される3次元挿入部画像および3次元器官画像を示した図である。
オペレータは、内視鏡作業開始に伴ってスコープ挿入部10Mを対象器官(ここでは大腸)に挿入していく。画像処理装置70は、スコープ挿入部10Mに配置されたセンサコイル16からの磁気信号に基づいてスコープ先端部10Tの位置を検出し、挿入部形状を演算して3次元挿入部画像IAを表示する。3次元挿入部画像IAは、スコープ先端部10Tが挿入開始された箇所から現在のスコープ先端部10Tの進んだ位置までの範囲で表示される。
3次元器官画像IBは、3次元挿入部画像IAの形状変化、すなわちスコープ先端部10Tの進行具合に合わせた外観形状で表示される。スコープ先端部10Tが対称器官内へ前進するのに応じて、3次元器官画像IBの全長が長くなっていく。そして、時間経過に伴う3次元器官画像IBの表示と同時に、モニタ40Aに表示される特殊光観察画像の強調部分EIの対応箇所に対し、強調部分FIが表示される。
図5は、スコープ先端部の姿勢変化による特殊光観察画像の向きの変化を示した図である。図6は、特殊光観察画像の強調部分と3次元器官画像の強調部分との対応関係を示した図である。
オペレータは、スコープ操作部10Mの操作によってスコープ先端部10Tを湾曲させながらスコープ挿入部10Mを対象器官内へ挿入させていく。その間、プロセッサ30の特殊光画像処理回路34で生成される特殊光観察画像のデータは、画像処理装置70のシステムコントロール回路76へ送信され、所定時間間隔で図示しないメモリに記録されていく。ただし、スコープ先端部10Tの一定挿入長毎に記録することも可能である。
オペレータが内視鏡操作している間、スコープ挿入部10Mは対象器官の形状に沿って移動していくため、挿入部形状は複雑に曲がる。さらに、スコープ挿入部10Mを操作する過程で、スコープ挿入部10Mを軸周りに回転させながらスコープ先端部10Tを前進させる操作を行う場合もある。そのため、スコープ先端部10Tの姿勢はその操作の仕方によって変化し、これに伴って観察画像の向きも変わる。すなわち、表示される観察画像の上下左右方向が変化する。
図5のように病変部GBのある対象器官GAにスコープ挿入部10Mが挿入された場合、スコープ先端部10Tの姿勢の違いによって特殊光観察画像における強調部分EIの表示位置は変わる。具体的に説明すると、スコープ先端部10Tの視野方向(紙面垂直方向)に対する中心軸周りの姿勢が変化しなければ、観察画像の上下左右方向は、挿入開始時と変わらない。一方、スコープ挿入部10Mの回転、捻りなどによってスコープ先端部10Tが挿入開始時から180度回転すると、観察画像の向きは上下と左右がそれぞれ逆転する。
スコープ先端部10Tに設けられた加速度センサ14は、スコープ先端部10Tに沿った平面に対する角加速度を検出可能であり、スコープ先端部10Tの軸回りの回転が生じると検出信号を出力する。画像処理装置70の特殊光画像処理回路72は、プロセッサ30から送られてくる角加速度情報に基づいて、観察画像の向きを補正する。ここでは挿入開始時のスコープ先端部10Tの姿勢を基準位置(角度)として定め、その基準位置からの角度変化に応じて観察画像の向きを基準位置に合わせる。
例えば、図5のようにスコープ先端部10Tが基準位置に対して180度回転した場合、上下方向の向きを180度変換した特殊光観察画像に補正(向き合わせ調整)する。これによって、強調部分EIの表示位置は、基準位置の観察画像の向きに合わせた表示位置となる。画像処理回路74は、観察画像の向きを基準位置に合わせた特殊観察画像データに基づいて、3次元器官画像IBにおける強調部分FIの位置を特定し、表示する。3次元器官画像IBは、画像処理装置70内のメモリなどに記憶される。
図6は、3次元器官画像と特殊光観察画像との対応関係を示した図である。上述したように、特殊光観察画像は所定時間間隔で記録される。スコープ先端部10Tに設けられる対物光学系は、その画角が魚眼レンズ相応の画角であり、スコープ先端部10Tの位置が対象器官内の中心付近にあるとみなせば、観察画像の画面隅に写し出される箇所とスコープ先端部10Tとの距離間隔を定めることができる。
したがって、特殊光観察画像の画面隅付近に強調部分EIが写し出されている場合、センサコイル16によって検出されるスコープ先端部10Tの位置に基づいて、3次元器官画像IBの中で強調部分EIに該当する箇所を定めることができる。このとき、特殊光観察画像IMは、その上下方向が基準位置の上下方向に揃えられた画像を使用する。
3次元器官画像IBの強調部分FIは、特殊光観察画像IMに表示される強調部分EIの全体的長さと、その強調部分EIが連続的に観察されるフィールド/フレーム数nによってその範囲が定められる。スコープ挿入部10Mの挿入過程で強調部分EIが特殊光観察画像IMの中に現れることで、強調部分FIがその出現箇所に合わせて3次元器官画像IBに重ねて表示される。
図7は、スコープ挿入部10Mを引き戻したときの病変部の取得を示した図である。オペレータは、スコープ先端部10Tを常に前進させるだけでなく、場合によっては一度引き戻して再度同一個所を観察する。この場合、前進しているときには検出されなかった画像領域が抽出される事態も生じる。
図7では、スコープ挿入部10Mが対象器官GA内を前進移動する過程で病変部GB相応の領域が抽出された後、引き戻しによって異なる領域GBが取得されていることを示している。スコープ先端部10Tの位置検出により、その位置に応じた特殊観察画像のデータに対し、新たに抽出された強調部分が上書き更新あるいは重ね合わせ更新される。これによって、3次元観察画像IBの中で強調部分が表示される。
図8は、特殊光観察モードのときに画像処理装置70で実行される3次元画像処理のフローチャートである。
通常観察モードから特殊光観察モードに切り替えられると(S101、S102)、3つの特殊光の中から選択された特殊光に基づいて、3次元画像処理が実行される。ここでは、青色に応じた特殊光(狭帯域光)を照射する特殊光観察をモードA(S103、S105)、緑色に応じた特殊光(狭帯域光)を照射する特殊光観察をモードB(S104、S106)、赤外光に応じた特殊光(狭帯域光)を照射する特殊光観察をモードC(S107)と定める。オペレータは、タッチパネルボタンを操作することによってモードを選択することが可能である。
図9は、モードA、モードB、モードCがそれぞれ設定された場合の3次元器官画像IA、IB、ICを示した図である。波長域の異なる特殊光を照射することにより、表示される強調部分KA、KB、KCの表示される位置はそれぞれ異なる。
このように本実施形態によれば、ビデオスコープ10内のセンサコイル16と形状検出用アンテナユニット50によって、挿入部10Mの挿入部形状を3次元挿入部画像IAとして表示可能な内視鏡システムにおいて、特殊光観察モードが設定された場合、撮影対象器官の外観形状である3次元器官画像IBを同時に表示する。そして、3次元器官画像IBに対し、特殊光観察画像の強調部分EIの位置を3次元器官画像IBの中で特定し、強調部分FIを重ねて表示する。
このような3次元画像表示により、器官全体の中で強調、識別化された部分の位置、大きさを把握することができる。また、再度検査する場合、オペレータは、事前に3次元器官画像を再生表示することにより、強調部分の位置を確認しながらスコープ先端部をその位置へ速やかに移動させることができる。
観察画像の向きは加速度センサ以外のセンサ(角速度センサ)を用いてもよい。また、特殊光観察画像の代わりに、白色光による通常観察画像を所定の画像処理によって特定箇所を識別化、強調した場合などにも適用することができる。また、センサコイルを用いずに加速度センサなどを用いてスコープ先端部の位置を検出することも可能であり、3次元器官画像だけを表示する構成も可能である。
次に、図10を用いて第2の実施形態である内視鏡システムについて説明する。第2の実施形態では、3次元器官画像の強調部分に対し、その定量的なデータが指標として表示される。
図10は、第2の実施形態における3次元器官画像を示した図である。特殊光観察画像の中で画素信号データが所定条件を満たす部分が抽出されると、その抽出部分の定量的値が指標として同時に表示される。ここでは、Red Densityの数値IKが同時表示されている。このような場所によって異なる固有値を指標として表示することにより、医師などが、強調部分の病状の程度、進行具合などを判断することができる。
次に、図11を用いて、第3の実施形態である内視鏡システムについて説明する。第3の実施形態では、3つの特殊光を順次切り替えながら被写体を照明する。
図11は、特殊光観察モードにおける特殊光の切り替えを示したタイミングチャートである。ロータリーフィルタを駆動することにより、特殊光モードA、モードB、モードCが所定時間間隔で切り替えられる。これによって、青色に応じた特殊光、緑色に応じた特殊光、赤外光に応じた特殊光が切り替えられながら照射される。
特殊光画像処理回路72は、検出されるスコープ先端部10Tの角度に応じて各モードにおける観察画像の向きを補正する。そして画像処理回路74は、3つの特殊光に応じた3次元器官画像をそれぞれ生成し、記録する。それとともに、3つの特殊光に応じてそれぞれ抽出された強調部分を、3次元器官画像に重ねて表示する。3つの3次元器官画像を同時に画面表示してもよく、選択された3次元器官画像のみを表示してもよい。
10 ビデオスコープ
14 加速度センサ(画像方向検出部)
30 プロセッサ
70 画像処理装置
72 特殊光画像処理回路
74 画像処理回路

Claims (11)

  1. 特定の波長域をもつ特殊光を照射可能な照明部と、
    特殊光での内視鏡撮影による特殊光観察画像の中で、所定条件を満たす部分を抽出する観察画像処理部と、
    内視鏡挿入部の形状を検出する挿入部形状検出部と、
    検出された内視鏡挿入部形状に基づいて、撮影対象となる被写体の外観形状を3次元画像で表示する3次元画像処理部とを備え、
    前記3次元画像処理部が、内視鏡先端部の位置および前記特殊光観察画像の向きに基づいて、前記特殊光観察画像の中で抽出された部分に該当する箇所を前記3次元画像の中で特定し、特定された箇所の画像部分を画像全体の中で識別化させた前記3次元画像を表示することを特徴とする内視鏡システム。
  2. 前記内視鏡先端部の姿勢変化に応じて前記特殊光観察画像の向きの変化を検出する画像方向検出部と、
    基準となる観察画像の向きに基づいて前記特殊光観察画像の向きを補正する画像補正処理部とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。
  3. 前記画像方向検出部が、前記内視鏡先端部の軸回りの回転に伴う前記特殊光観察画像の向きの変化を検出することを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。
  4. 前記画像方向検出部が、前記内視鏡先端部に設けられた加速度センサに基づいて、前記特殊光観察画像の向きの変化を検出することを特徴とする請求項2または3に記載の内視鏡システム。
  5. 前記画像補正処理部が、前記内視鏡挿入部の挿入開始時の前記特殊光観察画像の向きを基準とすることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の内視鏡システム。
  6. 前記3次元画像処理部が、識別化された部分の定量値を表す指標を、前記3次元画像とともに表示することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の内視鏡システム。
  7. 前記3次元画像処理部が、前記内視鏡挿入部の3次元形状画像と、被写体の前記3次元画像とを同時に表示することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の内視鏡システム。
  8. 内視鏡撮影による前記特殊光観察画像を、前記内視鏡挿入部の挿入量もしくは定められた時間間隔に従って記録する記録処理部をさらに備え、
    前記3次元画像処理部が、記録された前記特殊光観察画像に基づいて、前記3次元画像の中で抽出された部分に該当する箇所を特定することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の内視鏡システム。
  9. 前記照明部が、互いに異なる波長域をもつ複数の特殊光を照射可能であり、
    前記観察画像処理部が、選択された特殊光によって得られる特殊光観察画像に対し、所定条件を満たす部分を抽出することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の内視鏡システム。
  10. 前記照明部が、複数の特殊光を切り替えながら被写体へ照明し、
    前記3次元画像処理部が、前記複数の特殊光に応じた複数の前記3次元画像を生成することを特徴とする請求項9に記載の内視鏡システム。
  11. 前記挿入部形状検出部が、撮影対象となる器官へ挿入された前記内視鏡挿入部の3次元形状を検出し、
    前記3次元画像処理部が、検出された前記内視鏡挿入部の3次元形状に基づいて、器官相応の径をもって環状部が連続した外観形状となる前記3次元画像を表示することを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の内視鏡システム。
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