JPWO2012108085A1 - 医療機器 - Google Patents
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Abstract
医療機器1は、撮像部35が配設されている先端部31を有する挿入部30と、第1の座標系にもとづく3次元画像データを記憶する記憶部15と、3次元画像データにもとづき第1の座標系による視点位置情報を視線パラメータとするVBS画像を生成するVBS画像生成部13と、一のVBS画像と内視鏡画像との類似度を算出する類似度算出部14と、類似度にもとづいた判定を行う判定部18と、第2の座標系における先端位置情報を取得するためのセンサ21を有する処置具8と、第1の座標系と第2の座標系との関連付け処理を行う座標変換式算出部12と、を具備する。
Description
本発明は、被検体の体内の管腔を介して、先端部が所望位置まで挿入される挿入部を具備する医療機器に関する。
近年、CT装置等により得られた被検者7の3次元画像データから管腔、例えば肺の気管支の3次元像を形成し、3次元像上で管腔に沿って目的点までの経路を求め、さらに3次元画像データにもとづいて管腔の仮想内視画像を生成し表示する挿入ナビゲーションシステムが開示されている。
また、日本国特開2009−279250号公報には、内視鏡画像と類似する仮想内視鏡画像の視点位置から算出されたCT座標系にもとづく位置情報と、位置センサにより検出されたセンサ座標系にもとづく位置情報と、の関連付けを行う医療機器が開示されている。
しかし、内視鏡画像と類似する仮想内視鏡画像を高精度に抽出するには時間を要する。一方、短時間で処理を完了してしまうと、誤った結果を出力してしまうおそれがあった。すなわち、公知の医療機器は、処理速度と処理精度とを共に満足することは容易ではないことがあった。
本発明の実施形態の医療機器は、処理速度と処理精度とを共に満足する医療機器を提供することを目的とする。
本発明の一態様の医療機器は、被検体の体腔内において内視鏡画像を撮像する撮像手段が配設されていると共に、内部を挿入するチャンネルのチャンネル開口が形成された先端部、を有する挿入手段と、予め取得される前記被検体の第1の座標系にもとづく3次元画像データを、記憶する記憶手段と、前記3次元画像データにもとづき、前記第1の座標系による位置および方向および回転角からなる第1の位置情報を視線パラメータとする、複数の仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段と、一の前記仮想内視鏡画像と、前記内視鏡画像と、の類似度を算出する類似度算出手段と、前記類似度にもとづいた判定を行う判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記一の仮想内視鏡画像の前記第1の位置情報を前記撮像手段の位置情報に設定する位置設定手段と、第2の座標系における位置および方向および回転角からなる第2の位置情報を取得するための位置情報取得手段を有する、前記チャンネル開口から突出する医療器具と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記第1の位置情報および前記第2の位置情報を用いて前記第1の座標系と前記第2の座標系との関連付け処理を行う座標変換式算出手段と、を具備する。
<第1実施の形態>
図1に示すように、本実施形態の医療機器1は、被検体である被検者7の体内の管腔である気管支9を介して、先端部31が目標部位6の近傍の所望位置まで挿入される挿入手段である挿入部30を有する気管支内視鏡(以下、「内視鏡」という)2を具備する。
図1に示すように、本実施形態の医療機器1は、被検体である被検者7の体内の管腔である気管支9を介して、先端部31が目標部位6の近傍の所望位置まで挿入される挿入手段である挿入部30を有する気管支内視鏡(以下、「内視鏡」という)2を具備する。
挿入部30には内部を挿通するチャンネル32が配設されており、処置具挿入口33からチャンネル32に挿入された医療器具である細長い処置具8が、先端部31に形成されたチャンネル開口34(図5参照)から突出して、目標部位6の組織を穿刺する。
図2に示すように、医療機器1は、内視鏡2と、本体部3と、表示手段である表示部4と、入力手段である入力部5と、を具備する。内視鏡2の挿入部30の先端部31には、撮像手段である撮像部35と、位置情報取得手段であるセンサ21と、が配設されている。術者は、内視鏡操作部36により、先端部31の位置および方向および回転角を操作する。
表示部4は、術者の挿入操作を支援するナビゲーション画面を表示する。入力部5は、術者が医療機器1に指示情報を入力するマウス/キーボード等である。
本体部3は、制御部10と、内視鏡画像処理部11と、モード切替手段であるモード切替部16と、仮想内視鏡画像(Virtual Bronchus Scope 画像:以下、「VBS画像」という)生成手段である仮想内視鏡画像生成部(VBS画像生成部)13と、類似度算出手段である類似度算出部14と、判定手段である判定部18と、座標変換式算出手段である座標変換式算出部12と、記憶手段である記憶部15と、ナビゲーション画面生成部17と、位置設定手段である視点位置設定部19と、先端位置算出部20と、を具備する。
なお、上記構成要素は物理的に独立している必要はなく、例えば、CPUに読み込まれることにより、それぞれの機能を発生するプログラムであってもよい。
制御部10は、ナビゲーション処理の全体の制御を行う。内視鏡画像処理部11は、撮像部35が撮像した内視鏡画像(以下、「ライブ画像」ともいう)を処理する。記憶部15は、図示しない公知のCT装置等で、予め取得された被検者7の気管支9を含む領域の3次元画像データを、取り込み記憶する。
VBS画像生成部13は、3次元画像データにもとづき、VBS画像を生成する。なお、3次元画像データの座標系を、第1の座標系(以下「CT座標系」)といい、VBS画像はCT座標系による位置および方向および回転角からなる第1の位置情報(以下「視点位置情報」という)を視線パラメータとして生成される。
類似度算出部14は、VBS画像とライブ画像との類似度を算出する。判定部18は、類似度算出部14が算出した類似度にもとづいた判定を行う。視点位置設定部19は判定部18の判定結果に応じて、そのVBS画像の第1の位置情報(視点位置情報)を、撮像部35の位置情報(位置および方向および回転角)に設定する
先端位置算出部20は、被検者7の外部に配設した、磁界を発生する複数のアンテナ22からの磁界をセンサ21が検出することで、センサ21が配設された処置具8の先端部の位置および方向および回転角からなる第2の位置情報(以下「先端位置情報」という)を算出する。
先端位置算出部20は、被検者7の外部に配設した、磁界を発生する複数のアンテナ22からの磁界をセンサ21が検出することで、センサ21が配設された処置具8の先端部の位置および方向および回転角からなる第2の位置情報(以下「先端位置情報」という)を算出する。
なお、先端位置算出部20は、先端部31に設けた磁界発生部からの磁界を外部に設けた磁界センサ等で検出してもよい。さらに、先端位置情報の取得方式は、磁界または電波を用いた方式に限られるものではない。例えば、光学的方式、加速度/地磁気/角速度等を組み合わせたモーションセンサ方式、ひずみセンサ方式、もしくはロータリーエンコーダ方式等、または、前記方式を組み合わせた方式により、先端位置情報が取得されてもよい。
ここで、先端位置算出部20が算出する先端位置情報は、CT座標系とは異なる第2の座標系(以下、「内視鏡座標系」という)にもとづく。
座標変換式算出部12は、判定部18の判定結果に応じて、視点位置情報および先端位置情報を用いてCT座標系と内視鏡座標系との関連付け処理、すなわち座標変換式の算出処理を行う。
すなわち、後述するように、目標部位6の位置はCT座標系の3次元画像データを用いて設定されている。これに対して、処置具8の位置情報は内視鏡座標系にもとづく。このため、処置具8の位置情報をCT座標系に変換する座標変換式が必要である。
モード切替部16は、術者の処置を支援するためのナビゲーションモードを、第1のモードから第2のモードに切り替える。第1のモードでは、医療機器1は、先端部31を目標部位6の近傍まで挿入するための支援を行う。これに対して第2のモードでは、医療機器1は、先端部31から突出した処置具8を目標部位6に穿刺するための支援を行う。
すなわち、第1のモードにおけるVBS画像とライブ画像との類似度算出処理/判定処理、言い換えれば、マッチング処理は、気管支9の分岐部において目標部位6に到達する方の管腔を示すために行われる。これに対して第2のモードにおけるマッチング処理は、精度の高い座標変換式を算出するためである。
目的が異なるため、第1のモードにおけるマッチング処理では処理速度が重要であり、第2のモードにおけるマッチング処理では処理精度が重要である。
医療機器1は、モード切替部16がモードを切り替えるために、第1のモードにおける処理速度と第2のモードにおける処理精度とを共に満足することができる。
以下、図3のフローチャートを用いて医療機器1の処理の流れを説明する。
<ステップS10> 目標部位設定
挿入操作に先立ち、記憶部15に公知のCT装置で予め生成された、例えば、記憶媒体または通信回線を介して受信されたDICOM形式の3次元画像データが、記憶部15に記憶される。
挿入操作に先立ち、記憶部15に公知のCT装置で予め生成された、例えば、記憶媒体または通信回線を介して受信されたDICOM形式の3次元画像データが、記憶部15に記憶される。
術者は、表示部4に表示された気管支9の3次元画像データにもとづく画像をもとに、目標部位6を設定する。
<ステップS11> ルート設定
挿入始点である例えば被検者7の口腔と、目標部位6とを結ぶルートを算出する処理が行われ、挿入部30の挿入経路が設定される。複数のルートが算出された場合には、術者が選択処理を行ってもよい。
挿入始点である例えば被検者7の口腔と、目標部位6とを結ぶルートを算出する処理が行われ、挿入部30の挿入経路が設定される。複数のルートが算出された場合には、術者が選択処理を行ってもよい。
<ステップS12> VBS画像生成
VBS画像生成部13が、挿入経路に沿った複数のVBS画像を生成する。VBS画像生成部13は、3次元画像データからVBS画像を生成するときに、6つの視線パラメータを変化させることで、多数の異なる視線位置からのVBS画像を生成する。視線パラメータは、位置および姿勢、すなわち、位置(x、y、z)と、方向および角度(θx、θy、θz)と、からなる6次元のデータである。
VBS画像生成部13が、挿入経路に沿った複数のVBS画像を生成する。VBS画像生成部13は、3次元画像データからVBS画像を生成するときに、6つの視線パラメータを変化させることで、多数の異なる視線位置からのVBS画像を生成する。視線パラメータは、位置および姿勢、すなわち、位置(x、y、z)と、方向および角度(θx、θy、θz)と、からなる6次元のデータである。
なお、VBS画像生成部13は、多くのVBS画像を生成することが好ましく、さらには挿入経路から外れた視線パラメータのVBS画像を生成してもよい。
生成されたVBS画像は、それぞれの視線パラメータとともに、VBS画像生成部13、記憶部15またはVBS画像記憶部(不図示)等に記憶される。
<ステップS13> ライブ画像取得
挿入部30の先端部31が、被検者7の気管支9に挿入される。そして先端部31に配設された撮像部35が撮像した気管支内のライブ画像が表示部4に表示される。
挿入部30の先端部31が、被検者7の気管支9に挿入される。そして先端部31に配設された撮像部35が撮像した気管支内のライブ画像が表示部4に表示される。
<ステップS14、S15> VBS画像選択、類似度算出
気管支9は分岐部Jを有するために、術者は、それぞれの分岐部において目標部位6に到達する方の管腔を選択する必要がある。医療機器1では、先端部31が分岐部近傍に到達すると、類似度算出部14が、記憶部15に記憶されている一のVBS画像とライブ画像との類似度を算出する。
気管支9は分岐部Jを有するために、術者は、それぞれの分岐部において目標部位6に到達する方の管腔を選択する必要がある。医療機器1では、先端部31が分岐部近傍に到達すると、類似度算出部14が、記憶部15に記憶されている一のVBS画像とライブ画像との類似度を算出する。
ここで、ライブ画像とVBS画像とのマッチング処理は、ライブ画像のフレーム単位で行われる。すなわちマッチング処理は静止内視鏡画像とVBS画像の類似度を基準に行われる。VBS画像との類似度が算出される静止内視鏡画像(ライブ画像)は、例えば術者がフリーズスイッチの押下操作により決定した静止画像である。なお、類似度算出に適した分岐部のライブ画像が画像認識法等により、自動的に選択されてもよい。
画像の類似度は、公知の画像処理により行われ、画素データレベルのマッチング、または、画像から抽出した特徴のレベルにおけるマッチングのいずれを用いてもよい。
<ステップS16>判定
判定部18は、類似度にもとづいた判定を行う。すなわち、判定部18は類似度算出部14が算出した類似度と第1の閾値とを比較して、第1の閾値以上であった場合には、「OK」と判定し、類似度が第1の閾値未満であった場合には、「NG」と判定する。
判定部18は、類似度にもとづいた判定を行う。すなわち、判定部18は類似度算出部14が算出した類似度と第1の閾値とを比較して、第1の閾値以上であった場合には、「OK」と判定し、類似度が第1の閾値未満であった場合には、「NG」と判定する。
判定結果が「OK」の場合には、S17からの処理が行われる。これに対して判定結果が「NG」の場合には、S14からの処理が再び行われる。すなわち、記憶部15に記憶されている複数のVBS画像の中から別のVBS画像が選択され、類似度算出処理および判定処理が行われる。
なお、判定結果が「NG」の場合には、VBS画像生成部13が、比較的、類似度の高いVBS画像をもとに視線パラメータを変更して、新たにVBS画像を生成してもよい。
<ステップS17>視点位置設定
視点位置設定部19は、仮想内視鏡画像の第1の位置情報を撮像部35の位置情報(視点位置情報)に設定する。すなわち、先端部31のCT座標系における位置および方向および回転角が設定される。
視点位置設定部19は、仮想内視鏡画像の第1の位置情報を撮像部35の位置情報(視点位置情報)に設定する。すなわち、先端部31のCT座標系における位置および方向および回転角が設定される。
<ステップS18>ナビゲーション画面生成
第1のモードでは、図4に示すナビゲーション画面4P1が生成される。ナビゲーション画面4P1には、ライブ画像と、VBS画像と、挿入経路にある気管支の、例えば4つの分岐部J1〜J4の縮小VBS画像であるサムネイル画像と、現在の分岐部を示す文字情報と、が表示されている。なお、図4において、サムネイル画像の中で、表示枠が太く表示されている画像は、表示されている現在のVBS画像の縮小画像であることを示している。なお、図4ではサムネイル画像を一列に表示しているが、分岐部数が多い場合には2列以上にわたって表示してもよい。
第1のモードでは、図4に示すナビゲーション画面4P1が生成される。ナビゲーション画面4P1には、ライブ画像と、VBS画像と、挿入経路にある気管支の、例えば4つの分岐部J1〜J4の縮小VBS画像であるサムネイル画像と、現在の分岐部を示す文字情報と、が表示されている。なお、図4において、サムネイル画像の中で、表示枠が太く表示されている画像は、表示されている現在のVBS画像の縮小画像であることを示している。なお、図4ではサムネイル画像を一列に表示しているが、分岐部数が多い場合には2列以上にわたって表示してもよい。
先端部31は、視点位置設定部19によりCT座標系による位置が設定されたために、同じCT座標系で設定された挿入経路のどこに位置しているかが判明している。このため、VBS画像には、目標部位6への挿入経路を示すルートマーク37が重畳表示されている。すなわち、ルートマーク37が表示された方の穴が目標部位6に到達する管腔である。
術者は、ナビゲーション画面4P1に表示されたルートマーク37が示す管腔に先端部31を挿入することにより、誤りなく先端部31を目標部位6に到達することができる。
<ステップS19>モード切替
図5に示すように、先端部31が目標部位6の近傍まで挿入されると、処置具8による目標部位6の生検を行うための前処理として、座標変換式算出部12による処理が行われる。
図5に示すように、先端部31が目標部位6の近傍まで挿入されると、処置具8による目標部位6の生検を行うための前処理として、座標変換式算出部12による処理が行われる。
既に説明したS13〜S18までのナビゲーションモードは、先端部31を目標部位6の近傍まで挿入するための支援を行う、初期設定されている第1のモードであった。このため、先端部31から突出した処置具8を目標部位6に穿刺するための支援を行うためには、モード切替部16がナビゲーションモードを第2のモードに切り替える。
例えば、モード切替部16は、処置具8のチャンネル開口34からの突出を検出し、モードを切り替える。すなわち、図6に示すように、モード切替部16は、処置具8の画像である処置具画像8Pが所定長L以上含まれている内視鏡画像にもとづき、処置具8のチャンネル開口34からの突出を検出する。
もちろん、術者が入力部5を介してモード切替部16に指示情報を入力してもよい。
また、チャンネル開口34から突出していた処置具8が、再びチャンネル32内に収納された場合には、モード切替部16が、ナビゲーションモードを第2のモードから第1のモードに切り替えてもよい。そのときには、第2のモードで算出したCT座標系の情報を初期値として第1のモードのナビゲーションを再開する。モード切替は処置具8の収納を内視鏡画像の画像処理により検出してもよいし、術者が入力部5を介してモード切替部16に指示情報を入力してもよい。
なお、図6においては、ライブ画像に挿入経路を示す経路線38が重畳表示されている例を示している。すなわちナビゲーション画面に挿入経路を示すためには、各種の表示方法を用いることができる。
第1のモードにおけるマッチング処理では処理速度が重要であり、第2のモードにおけるマッチング処理では処理精度が重要である。すなわち、第1のモードでは分岐部において正しい方向(管腔)を決定し挿入経路を表示できれば十分である。また、第1のモードでは、それぞれの分岐部においてマッチング処理を行う必要がある。これに対して第2のモードでは、座標変換式の精度が高くなければ、処置具8を正確に目標部位6に穿刺することができない。また、第2のモードでは、最低1回のマッチング処理を行うだけでよい。
このため、モード切替部16によるモード切替により、判定部18が判定を行う基準となる類似度の第2の閾値が、第1のモードのときの第1の閾値よりも高く設定されることが好ましい。
完全に一致している場合の類似度が100%の場合、例えば、第1の閾値は60%であり、第2の閾値は80%である。第1の閾値および第2の閾値は適宜、変更/設定可能である。すなわち、閾値が高いとは、判定が厳しくなることを意味する。
<ステップS20〜S24>
既に説明した第1のモード(S13〜S16)と同様であるが、S21においてライブ画像が取得されたとき(S20)の、第2の位置情報(先端位置情報)が取得される。
既に説明した第1のモード(S13〜S16)と同様であるが、S21においてライブ画像が取得されたとき(S20)の、第2の位置情報(先端位置情報)が取得される。
また、第2の閾値は第1の閾値よりも高いために、第2のモードでは、第1のモードよりも、時間をかけて高い精度でマッチング処理が行われる。
なお、特に第2のモードにおいては、判定結果が「NG」の場合には、VBS画像生成部13が、視線パラメータを変更して、新たにVBS画像を生成することが、好ましい。すなわち、最も高い類似度のVBS画像の視線パラメータを少しずつ変化することにより、より類似度の高いVBS画像をVBS画像生成部13が生成することにより、第2の閾値を満足する類似度のVBS画像が得られる。
図7に示すように、ナビゲーション画面4P2には、類似度に加えて、LIVE画像およびVBS画像が表示されることが好ましい。類似度の表示は、図7に示すように数字によるデジタル表示でもよいし、図8に示すようにバーグラフ等によるグラフィック表示でもよい。なお、図8に示すバーグラフでは中心のバーが類似度を示し、周りのバーが設定された第2の閾値を示している。
また、ナビゲーション画面に、類似度の表示は行わないで、判定結果等を表示してもよい。例えば、表示色が変化する表示マークを用い、判定中は黄色表示、判定結果が「OK」の場合は緑色表示、判定結果が「NG」の場合は赤色表示とする。さらに、上記の各種表示方法を併用したり、切り替えて使用したりしてもよい。
ここで、図8に示すナビゲーション画面4P4には、マウス等の入力部5を介して指示情報を入力するボタンマーク51、52が表示されている。ボタンマーク51は、判定部18に対して「OK」の判定を行うように指示するためのスイッチであり、ボタンマーク52は、「NG」の判定を行うように指示するためのスイッチである。
すなわち、判定部18は類似度にもとづき判定を行うが誤った判定を行うこともありうる。すなわち、判定部18が自動的に行う判定が、術者の経験にもとづく判定とは異なる場合もありうる。
このため、自動的に判定を行う判定部に替えて、LIVE画像とVBS画像とが並べて表示されているナビゲーション画面4P4を見ながら、ボタンマーク51、52を介して入力された指示情報にもとづき、判定を行う半自動の判定部を用いてもよい。
また、判定部18が判定結果、すなわち類似度をナビゲーション画面に表示してから所定時間経過しても指示情報が入力されない場合は、判定部が自動的に判定を行ってもよい。さらに、ナビゲーション画面にLIVE画像とVBS画像とを表示するだけで、類似度は表示しないで、判定を術者に任せてもよい。さらに、ナビゲーション画面上のLIVE画像に、半透明化したVBS画像を重畳して表示してもよい。
さらに、図9に示すように、LIVE画像とVBS画像とが並べて表示されているナビゲーション画面4P4を見ながら術者がボタンマーク51、52を介して入力する、指示情報にもとづき、判定部18が判定を行ってもよい。
また、図10に示すように、ナビゲーション画面4P5に、所定の類似度以上の複数のVBS画像を並べて表示して、その中から画面上のポインタ39をマウスで選択することにより、一のVBS画像が選択可能であってもよい。
判定部18に指示情報を入力する入力手段としては、図8に示すナビゲーション画面4P3等に表示されたボタンマーク51、52を選択するマウスに限られるものではない。例えば、入力手段としては、図示しないが、内視鏡2の操作部に配設されたスイッチ、または、術者が足で操作するフットスイッチ等であってもよい。
なお、上記各種のナビゲーション画面は、選択可能であることが好ましい。
<ステップS25>
マッチング処理が完了、すなわち判定部18の判定結果が「OK」となったら、座標変換式算出部12が、第1の位置情報(視点位置情報)および第2の位置情報(先端位置情報)を用いて第1の座標系(CT座標系)と第2の座標系(内視鏡座標系)との関連付け処理、すなわち座標変換式の算出処理を行う。
マッチング処理が完了、すなわち判定部18の判定結果が「OK」となったら、座標変換式算出部12が、第1の位置情報(視点位置情報)および第2の位置情報(先端位置情報)を用いて第1の座標系(CT座標系)と第2の座標系(内視鏡座標系)との関連付け処理、すなわち座標変換式の算出処理を行う。
厳密には先端位置情報は、処置具8の先端部に配設されたセンサ21の位置情報である。そしてセンサ21の位置と撮像部35の位置との相対位置関係は既知である。このため座標変換式算出部12は内視鏡座標系による処置具8の先端部の位置情報を、CT座標系に変換するための座標変換式を算出できる。なお、座標変換機能に加えて、センサ21の位置(内視鏡位置)を、さらに先端位置(処置具位置)に変換する機能を有する座標変換式が算出されてもよい。
図7に示すように、座標変換式算出部12の処理が完了すると、ナビゲーション画面4P2に「完了」が表示される。もちろん処理中のナビゲーション画面に「処理中」または「新VBS画像生成中」等の処理状況を示す表示があってもよい。
<ステップS26>
ステップS25で求めた座標変換式を用いて、内視鏡座標系で取得された位置情報をCT座標系に変換し、処置具の現在の位置に応じたVBS画像が表示される。
ステップS25で求めた座標変換式を用いて、内視鏡座標系で取得された位置情報をCT座標系に変換し、処置具の現在の位置に応じたVBS画像が表示される。
座標変換式を用いることにより、CT座標系による、目標部位6の位置と処置具8の位置との対応関係が明らかとなる。このため、たとえ目標部位6が内視鏡画像により確認できない位置にある場合でも、術者はVBS画像に表示される目標部位6の画像により、処置具8を用いて適切な処置を行うことができる。
以上の説明のように、医療機器1は、処理速度と処理精度とを共に満足することができる。
<第1実施形態の変形例1〜3>
次に、第1実施形態の変形例1〜3の医療機器1A〜1Cについて説明する。医療機器1A〜1Cは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に、第1実施形態の変形例1〜3の医療機器1A〜1Cについて説明する。医療機器1A〜1Cは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
医療機器1A〜1Cは、いずれも呼吸状態に応じて位置情報を取得しVBS画像を表示するが、VBS画像の比較対象であるライブ画像(静止内視鏡画像)の取得方法に、それぞれの特徴がある。
医療機器1Aは、被検者7の呼吸状態が、3次元画像データの取得時の状態と同じ状態の内視鏡画像を撮像したときの第1の位置情報を用いて、座標変換式算出部12が処理を行う。そして、医療機器1Bは、被検者7の心拍状態が、3次元画像データの取得時の状態と同じ状態の内視鏡画像を撮像したときの第1の位置情報を用いて、座標変換式算出部12が処理を行う。
気管支9の状態は、被検者7の呼吸状態/心拍状態により変化する。すなわち、吸気状態では肺が膨らむため気管支9も膨張する。排気状態では肺が収縮するため気管支も収縮する。また心拍に応じて気管支9は振動する。
変形例1の医療機器1Aは、CT装置により3次元画像データを取得するときに吸気状態であった場合には、吸気状態のときにマッチング処理に用いる内視鏡画像を取得する。
一方、変形例2の医療機器1Bは、CT装置により3次元画像データを取得するときの心拍状態と同じ心拍状態のときにマッチング処理に用いる内視鏡画像を取得する。
このため、医療機器1Aは公知の呼吸状態を検出するための手段を有し、医療機器1Bは公知の心拍状態を検出するための手段を有する。
なお、被検者7の呼吸状態および心拍状態が、3次元画像データの取得時の状態と同じ状態の内視鏡画像を撮像したときの第1の位置情報を用いて、座標変換式算出部12が処理を行ってもよい。
医療機器1Aおよび1Bは、医療機器1と同じ効果を有し、さらにマッチング処理が容易であるために、短時間で処理を完了することができる。
一方、変形例3の医療機器1Cは、座標変換式算出部12が、第2の位置情報(先端位置情報)の変化速度が所定値以下のときに撮像した内視鏡画像の第1の位置情報(視点位置情報)を用いて処理を行う。
被検者7の大きな動作等により撮像部35が大きく移動すると、内視鏡画像が不鮮明になることがある。撮像部35の移動速度は、先端位置情報の変化速度としてセンサ21により取得できる。
医療機器1Cは、医療機器1と同じ効果を有し、さらに安定した状態で撮像された内視鏡画像を用いてマッチング処理を行うために、短時間で処理を完了することができる。
<第1実施形態の変形例4>
次に、第1実施形態の変形例4の医療機器1Dについて説明する。医療機器1Dは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に、第1実施形態の変形例4の医療機器1Dについて説明する。医療機器1Dは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
医療機器1Dは、座標変換式算出部12が、類似度を算出するための画像情報量が所定値以上の内視鏡画像を撮像したときの第1の位置情報(視点位置情報)を用いて処理を行う。
画像の情報量が少ない単純な画像では、マッチング処理を行って、高い類似度が得られたとしても、その信頼性は低い。例えば、分岐部から遠い位置で撮影された画像または管腔壁に接近した状態で撮影された画像では、精度の高い座標変換式を算出することはできない。
画像の情報量は、例えば特徴を抽出したときのデータ量で判断することができる。医療機器1Dでは情報量が所定値以上の内視鏡画像を用いて座標変換式算出部12が処理を行う。
このため、医療機器1Dは医療機器1と同じ効果を有し、さらに精度の高い座標変換式を算出することができる。
<第1実施形態の変形例5>
次に、第1実施形態の変形例5の医療機器1Eについて説明する。医療機器1Eは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に、第1実施形態の変形例5の医療機器1Eについて説明する。医療機器1Eは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図11A〜図11Cに示すように、先端部31が動いているときは、もちろん、静止しているときでも、気管支9の状態は呼吸状態および心拍状態等により変化する。このため、取得される内視鏡画像は変化する。
医療機器1Eは、第2のモードでは、撮像部35が、所定の時間間隔で複数の内視鏡画像を取得する。そして、類似度算出部14が、それぞれの内視鏡画像と類似したそれぞれのVBS画像との類似度を算出する。そして、座標変換式算出部12が、類似度が最大の画像の位置情報を用いて処理を行う。
すなわち、例えば、図12に示すように、ナビゲーション画面4P6には、複数の内視鏡画像と、それぞれの内視鏡画像と類似したVBS画像と、が、類似度とともに表示される。図12においては、左上の画像の類似度が最も高く、それらの画像の位置情報を用いて処理が行われることになる。
なお、類似度にもとづく自動選択に替えて、ナビゲーション画面4P6に表示されたポインタ39をマウス等で操作することにより、画像が選択されてもよい。
医療機器1Eは医療機器1と同じ効果を有し、さらに精度の高い座標変換式を算出することができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の医療機器1Fについて説明する。医療機器1Fは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に、第2実施形態の医療機器1Fについて説明する。医療機器1Fは、医療機器1と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図13および図14に示すように、医療機器1Fでは、内視鏡2の先端部31にも第3の位置情報取得手段であるセンサ23が配設されている。センサ23はセンサ21と同じ機能を有する。すなわち、医療機器1Fは、挿入部30が先端部31に、第2の座標系における位置および方向および回転角からなる第3の位置情報を取得する第3の位置情報取得手段を有する。そして、先端位置算出部20Fは、処置具8の先端部の位置情報だけでなく、内視鏡2の先端部31の位置情報も、内視鏡座標系にもとづいて算出する。
座標変換式算出部12Fは、センサ23の位置情報と視点位置情報とにもとづいて、座標変換式を算出する。すなわち、座標変換式算出部12Fは、最初に、内視鏡座標系のセンサ23の位置情報を、CT座標系に変換する座標変換式を算出する。
そして、医療機器1Fでは、センサ23の位置情報を基準に、処置具8の先端部の位置情報が算出される。医療機器1Fは、位置関係が常に固定されているセンサ23と撮像部35との位置関係を基準とする。このため、医療機器1Fは医療機器1が有する効果を有し、さらにより精度の高い座標変換式が算出可能である。
なお、医療機器1Fにおいても、既に説明した第1実施形態の変形例1A〜1Eと同じ構成/機能を付加してもよい。
すなわち、本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、または組み合わせ等ができる。
本出願は、2011年2月8日に日本国に出願された特願2011−025120号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
本発明の一態様の医療機器は、被検体の体腔内において内視鏡画像を撮像する撮像部が配設され内部を挿入するチャンネルのチャンネル開口が形成された先端部、を有する挿入手段と、予め取得される前記被検体の第1の座標系にもとづく3次元画像データを、記憶する記憶手段と、前記3次元画像データにもとづき、前記第1の座標系による位置、方向および回転角からなる第1の位置情報を視線パラメータとする、複数の仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段と、前記仮想内視鏡画像生成手段により生成された仮想内視鏡画像と、前記撮像部により撮像された内視鏡画像と、の類似度を算出する類似度算出手段と、前記類似度に対して所定の閾値を基準として類似判定を行う判定手段と、前記第1の座標系とは異なる第2の座標系における位置、方向および回転角からなる第2の位置情報を取得するための位置情報取得手段を有し、前記チャンネル開口から突出する医療器具と、前記チャンネル開口からの前記医療器具の突出を検出した場合、ナビゲーションモードを、処理速度優先のモードから、前記判定手段における前記閾値を高く設定した処理精度優先のモードに切り替えるモード切替手段と、前記処理精度優先のモードにおける前記判定手段の判定結果に基づいて、前記第2の位置情報を前記第1の座標系に変換する処理を行う座標変換式算出手段と、前記座標変換式算出手段の変換処理に基づいて、前記医療器具の位置に応じた仮想内視鏡画像を表示する表示手段と、を具備する。
Claims (14)
- 被検体の体腔内において内視鏡画像を撮像する撮像手段が配設されていると共に、内部を挿入するチャンネルのチャンネル開口が形成された、先端部を有する挿入手段と、
予め取得される前記被検体の第1の座標系にもとづく3次元画像データを、記憶する記憶手段と、
前記3次元画像データにもとづき、前記第1の座標系による位置および方向および回転角からなる第1の位置情報を視線パラメータとする、複数の仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段と、
一の前記仮想内視鏡画像と、前記内視鏡画像と、の類似度を算出する類似度算出手段と、
前記類似度にもとづいた判定を行う判定手段と、
前記判定手段の判定結果に応じて、前記一の仮想内視鏡画像の前記第1の位置情報を前記撮像手段の位置情報に設定する位置設定手段と、
第2の座標系における位置および方向および回転角からなる第2の位置情報を取得するための位置情報取得手段を有する、前記チャンネル開口から突出する医療器具と、
前記判定手段の判定結果に応じて、前記第1の位置情報および前記第2の位置情報を用いて前記第1の座標系と前記第2の座標系との関連付け処理を行う座標変換式算出手段と、を具備することを特徴とする医療機器。 - ナビゲーションモードを、第1のモードから、前記判定手段が判定を行う基準となる前記類似度の閾値が、前記第1のモードのときよりも高く設定される第2のモードに切り替えるモード切替手段を、具備し、
前記座標変換式算出手段が、前記第2のモードにおける前記判定結果に応じて、前記関連付け処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の医療機器。 - 前記モード切替手段が、前記医療器具の前記チャンネル開口からの突出を検出し、前記ナビゲーションモードを切り替えることを特徴とする請求項2に記載の医療機器。
- 前記モード切替手段が、前記医療器具の画像が所定長以上含まれている前記内視鏡画像にもとづき、前記医療器具の前記チャンネル開口からの突出を検出することを特徴とする請求項3に記載の医療機器。
- 前記第1のモードが、術者が前記先端部を前記体腔内の所定位置に挿入するための支援をする処理速度優先のモードであり、前記第2のモードが、術者が前記医療器具を用いて処置を行うための支援をする処理精度優先のモードであることを特徴とする請求項2に記載の医療機器。
- 前記座標変換式算出手段が、前記被検体の呼吸状態または心拍状態の少なくともいずれかが、前記3次元画像データの取得時の状態と同じ状態の前記内視鏡画像を撮像したときの前記第1の位置情報を用いて処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の医療機器。
- 前記座標変換式算出手段が、前記第2の位置情報の変化速度が所定値以下のときに撮像した前記内視鏡画像の前記第1の位置情報を用いて処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の医療機器。
- 前記座標変換式算出手段が、前記類似度を算出するための画像情報量が所定値以上の前記内視鏡画像を撮像したときの前記第1の位置情報を用いて処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の医療機器。
- 前記第2のモードでは、前記撮像手段が複数の前記内視鏡画像を取得し、前記類似度算出手段が、それぞれの前記内視鏡画像と類似したそれぞれの前記仮想内視鏡画像との前記類似度を算出し、前記座標変換式算出手段が、前記類似度が最大の画像の位置情報を用いて処理を行うことを特徴とする請求項2に記載の医療機器。
- 前記類似度を表示する表示手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
- 前記類似度を、グラフィック表示することを特徴とする請求項10に記載の医療機器。
- 前記表示手段に前記仮想内視鏡画像と前記内視鏡画像とを表示することを特徴とする請求項10に記載の医療機器。
- 前記判定結果に対して指示情報を入力する入力手段、を具備することを特徴とする請求項10に記載の医療機器。
- 前記挿入手段が、前記先端部に、前記第2の座標系における位置および方向および回転角からなる第3の位置情報を取得する第3の位置情報取得手段を有することを特徴とする請求項2に記載の医療機器。
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