WO2013132880A1 - 内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
内視鏡システム1は、術前マルチスライス画像データ16a~16nを記憶するメモリ部21と、術前マルチスライス画像データ16a~16nから3次元データ31を構築し、所定の管腔臓器を抽出する画像処理部22と、撮像部の位置情報を取得する位置検出4と、撮像部の位置情報を3次元データ31の座標に合わせ込む位置合わせ部23と、所定の管腔臓器の3次元データ31の管路に対して撮像部の通過の有無を判定する判定部26とを有する。そして、画像処理部22は、所定の管腔臓器の3次元データ31上に判定部26により判定された判定情報52を重畳した画像を作成する。
Description
本発明は、内視鏡システムに関し、特に、3次元画像情報上に撮像部による観察の有無を重畳表示する内視鏡システムに関する。
従来、内視鏡装置は、体腔内臓器の観察や、必要に応じて処置具を用いて治療処置を行う医療用内視鏡として、広く用いられている。このような内視鏡装置で観察や治療処置を行う場合、内視鏡の挿入部を管腔内に挿入していき、挿入部の先端部を病変部等の目的地に早くかつ正確に到達させる必要がある。
このような内視鏡の挿入部を目的地まで到達させるナビゲーション技術として、例えば、特開2002-200030公報には、気管支等の管路へ内視鏡の挿入部の挿入を支援する内視鏡位置検出装置が開示されている。
一方、腎臓結石では、腎盂、腎杯内を内視鏡で観察し、内視鏡の先端から突出する処置具により結石を取り除く処置が行われる。この腎盂、腎杯の内視鏡を用いた処置では、処置中にX線撮影を行い、腎盂、腎杯経路内の内視鏡の位置を把握している。
しかしながら、X線画像は2次元画像であるため、3次元的な腎盂、腎杯形状における内視鏡の位置を正確に把握することができない。そこで、上述した気管支のナビゲーション技術を腎盂、腎杯内での処置に適用することが考えられる。
しかしながら、従来の気管支のナビゲーション技術をそのまま腎盂、腎杯のナビゲーションに適用しただけでは、以下のような課題を解決するには不十分であった。まず、内視鏡の挿入部を目的地まで到達させるナビゲーションでは、見落としなく全ての腎杯を観察して残石等がないことを確認できない。また、内視鏡の挿入部の現在位置が分かっただけでは、全部の腎杯を観察したか否かは把握できない。
そこで、本発明は、内視鏡で観察したか否かをユーザが容易に判別することができる内視鏡システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様の内視鏡システムは、予め取得した被検体に関する3次元画像情報を構築するための画像情報を記憶する記憶部と、前記画像情報から前記3次元画像情報を構築することで、所定の管腔臓器を抽出する管腔臓器抽出部と、前記被検体内を撮像する撮像部と、前記撮像部の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記所定の管腔臓器の3次元画像座標の位置情報に対して、前記位置情報取得部で取得された位置情報を合わせ込む位置合わせ部と、前記位置合わせ部の結果に基づき、前記所定の管腔臓器内の管路に対して前記撮像部の通過の有無を判定する判定部と、前記所定の管腔臓器の3次元画像情報上に前記判定部により判定された判定情報を重畳した画像を作成する画像処理部と、を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
まず、図1に基づき、本発明の第1の実施の形態に係る内視鏡システムの構成について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る内視鏡システムの構成を示す構成図である。
まず、図1に基づき、本発明の第1の実施の形態に係る内視鏡システムの構成について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る内視鏡システムの構成を示す構成図である。
図1に示すように、内視鏡システム1は、内視鏡2と、内視鏡装置3と、位置検出装置4と、X線Cアーム装置5と、サーバ6と、画像処理装置7と、表示装置8とを有して構成されている。
内視鏡2は、被検体内に挿入される可撓性を有する細長の挿入部11と、この挿入部11の基端部に連設された操作部12と、この操作部12の側面より延設されたケーブル13とを有して構成されている。ケーブル13の基端部には、図示しないコネクタが設けられており、このコネクタを介して内視鏡装置3に接続される。
また、位置検出装置4からは、ケーブル14及びケーブル15が延設されている。位置検出装置4は、ケーブル14の基端部に設けられた図示しないコネクタを介して内視鏡2の操作部12に接続され、ケーブル15の基端部に設けられた図示しないコネクタを介してX線Cアーム装置5に接続される。
挿入部11の先端部には、撮像部を構成するCCD等の撮像素子10が設けられており、被検体内を撮像する。撮像素子10で撮像された撮像信号は、操作部12及びケーブル13を介して内視鏡装置3に送信される。
内視鏡装置3は、送信された撮像信号に所定の画像処理を施し、内視鏡画像データを生成する。生成された内視鏡画像データは、画像処理装置7により取り込まれる。
また、挿入部11には、先端部から基端部まで所定の間隔で図示しない複数の受信コイルが設けられている。複数の受信コイルのそれぞれは、位置検出装置4が発生する磁界に応じて電気信号を出力する。出力された各電気信号は、操作部12及びケーブル14を介して位置検出装置4に送信される。
位置情報取得部としての位置検出装置4は、複数の受信コイルからの電気信号のうち、先端部に設けられた受信コイルからの電気信号に基づき、挿入部11の先端の位置及び方向を検出するための演算を行い、挿入部11の先端の、より具体的には撮像部の位置及び方向データを検出する。また、位置検出装置4は、複数の受信コイルから電気信号に基づき、挿入部11の挿入形状を検出するための演算を行い、挿入部11の挿入形状データを検出する。検出された挿入部11の先端の位置及び方向データと、挿入部11の挿入形状データとは、画像処理装置7により取り込まれる。
X線Cアーム装置5は、X線発生部及びX線検出部から構成されるX線Cアームを、任意の角度に回転させることにより、多方向から術中のX線画像データを得る。これらの術中のX線画像データは、画像処理装置7により取り込まれる。
また、X線Cアームには図示しない受信コイルが設けられており、位置検出装置4からの磁界に応じて電気信号を出力する。出力された電気信号は、ケーブル15を介して位置検出装置4に送信される。位置検出装置4は、送信された電気信号に基づき、X線Cアームの位置等を検出することで、X線撮影位置データを生成する。生成されたX線撮影位置データは、画像処理装置7により取り込まれる。
サーバ6には、例えば、CTまたはMRI等の術前マルチスライス画像データ16a~16nが格納されている。これらの術前マルチスライス画像データ16a~16nは、例えば、院内のLANを介して画像処理装置7により取り込まれる。なお、術前マルチスライス画像データ16a~16nは、例えば、CD-ROM等の可搬媒体に記憶され、この可搬媒体を介して画像処理装置7に取り込まれる構成であってもよい。
画像処理装置7は、内視鏡装置3からの内視鏡画像データ、位置検出装置4からの挿入部11の先端の位置及び方向データ、挿入部11の挿入形状データ、X線撮影位置データ、X線Cアーム装置5からのX線画像データ、及びサーバ6から取り込んだ術前マルチスライス画像データ16a~16nに後述する所定の画像処理を施し、得られた画像データを表示装置8に表示する。
次に、画像処理装置7の詳細な構成と、表示装置8に表示される画像について説明する。
図2は、画像処理装置7の詳細な構成を説明するための構成図であり、図3は、先端位置記憶部に記憶される位置データの例を示す図であり、図4は、表示装置8に表示される画像の例を説明するための説明図である。また、図5~図8は、表示装置8に表示される画像の他の例を説明するための説明図である。
なお、図4の表示装置8に表示される画像は、画像処理部22で画像処理され、表示装置8に最終的に表示される2次元データであるが、以下の説明では、図4の2次元データの符号を用いて説明を行う。
図2に示すように、画像処理装置7は、メモリ部21と、画像処理部22と、位置合わせ部23と、先端位置記憶部24と、座標変換部25と、判定部26と、X線画像取得部27と、石座標算出部28と、石座標変換部29とを有して構成されている。
記憶部としてのメモリ部21は、サーバ6から予め取得した被検体に関する3次元画像情報を構築するための画像情報である術前マルチスライス画像データ16a~16nを記憶する。これらの術前マルチスライス画像データ16a~16nは、画像処理部22により読み出される。
管腔臓器抽出部を構成する画像処理部22は、メモリ部21から読み出した術前マルチスライス画像データ16a~16nから3次元データ31(図4参照)を構築し、尿管40、腎盂41、腎杯42~49を含む所定の管腔臓器を抽出し、その位置座標を位置合わせ部23に出力する。なお、画像処理部22は、尿管40、腎盂41、腎杯42~49だけでなく、膀胱や尿道を含めた3次元データを構築してもよい。画像処理部22は、2方向から3次元データを観察できるようにするために、構築した3次元データ31を任意の角度、回転させた3次元データ32を生成する。
仮想内視鏡画像生成部を構成する画像処理部22は、3次元データ31または32から、所定の管腔臓器を所定の視点から内視鏡的に見た仮想内視鏡画像33を生成する。さらに、画像処理部22は、内視鏡装置3から取り込んだ内視鏡画像データに対して所定の画像処理を施し、内視鏡画像34を生成する。そして、画像処理部22は、3次元データ31、32、仮想内視鏡画像33及び内視鏡画像34に対して、後述する挿入部11の先端の挿入軌跡等を重畳し、表示装置8に表示する画像を作成する。
さらに、画像処理部22は、構築した3次元データ31上の管腔の芯線データを抽出するとともに、芯線データの終点の3次元データ上の座標値を抽出する。そして、画像処理部22は、芯線データの3次元データ上の座標値を位置合わせ部23に出力し、芯線データの終点の3次元データ上の座標値を腎杯42~49の腎杯座標データとして判定部26に出力する。
先端位置記憶部24には、図3に示すように、位置検出装置4から出力された挿入部11の先端の実空間上での位置及び方向データがタイムスタンプTSとともに記憶される。図3の例では、位置データのみを記載しており、タイムスタンプTS1には、位置データとしてA1、B1、C1が対応付けられて記憶されている。
位置合わせ部23は、ユーザから位置合わせの指示が行われると、先端位置記憶部24に記憶されている位置データと、画像処理部22からの芯線データとを比較し、実空間座標を3次元データ座標に変換する変換式を算出する。
座標変換部25は、位置合わせ部23で算出された変換式に基づき、先端位置記憶部24に記憶されている位置及び方向データを3次元データ座標上の値に変換する。そして、座標変換部25は、変換後の挿入部11の先端の位置及び方向データを、変換前の位置及び方向データ、タイムスタンプTSとともに先端位置記憶部24に記憶する。例えば、図3の例では、座標変換部25は、タイムスタンプTS1における実空間上の位置データの座標値A1,B1,C1を、位置合わせ部23で算出された変換式に基づいて、それぞれ3次元データ上の座標値D1,E1,F1に変換する。
このように、位置合わせ部23及び座標変換部25により、所定の管腔臓器の3次元画像座標の位置情報に対して、位置検出装置4で取得された挿入部11の先端の位置情報を合わせ込む位置合わせ部を構成する。
なお、位置合わせの方法は、上述した変換式を用いた位置合わせ方法だけでなく、X線Cアーム装置5から取り込んだX線画像から腎盂、腎杯形状を抽出し、位置検出装置からのX線撮影位置データから抽出した腎盂、腎杯の位置座標を算出し、3次元データ上の腎盂、腎杯の位置座標と位置合わせを行うようにしてもよい。また、特開2005-312770号公報に開示されているように、患者の体表の特徴点の位置検出と、3次元データ上での特徴点指定とによる位置合わせや、特開2009-279251号公報に開示されているように、内視鏡画像と仮想内視鏡画像とのマッチングによる位置合わせを行ってもよい。
判定部26は、このように変換された3次元データ31上の座標値と、画像処理部22で抽出された腎杯座標データとを比較し、挿入部11の先端が腎杯42~49に到達したか否かを判定する。そして、判定部26は、判定結果を画像処理部22に出力する。更に、判定部26は、腎杯42~49だけでなく、所定の管腔臓器内の管路に対して撮像部の通過の有無を判定するようにしても良い。
画像処理部22は、先端位置記憶部24に記憶されている3次元データ31上の座標値を実線で繋いでいくことで、挿入部11の先端の挿入軌跡50を生成し、この挿入軌跡50を3次元データ31及び32に重畳する。
また、画像処理部22は、挿入部11の先端の現在位置(挿入軌跡50の先端)に先端位置情報51を生成し、3次元データ31及び32に重畳する。
さらに、画像処理部22は、判定部26からの判定結果に基づき、腎杯42~49を観察したか否かを判定するための判定情報52を生成し、3次元データ31及び32に重畳する。判定情報52は、例えば、図4に示すように、挿入部11の先端が到達した腎杯42~46を黒丸で示し、到達していない腎杯47~49を白丸で示している。
画像処理部22は、3次元データ31及び32に挿入軌跡50、先端位置情報51及び判定情報52を重畳した3次元データ31及び32を、表示装置8に表示できるように2次元データに変換し、表示装置8に出力する。また、画像処理部22は、仮想内視鏡画像33及び内視鏡画像34にも、挿入軌跡50、先端位置情報51及び判定情報52を重畳し、表示装置8に出力する。なお、図4の例では、挿入軌跡50のみが仮想内視鏡画像33及び内視鏡画像34に重畳表示されている。
なお、判定情報52は、図4の黒丸及び白丸に限定されるものではない。画像処理部22は、例えば、図5に示すように、挿入部11の先端が到達した箇所の色を変更する(図5では、色を変えた箇所を斜線で示している)ようにしてもよい。図5の例では、挿入部11の先端が到達した尿管40、腎盂41、腎杯42~46の色を挿入部11の先端が到達していない腎杯47~49とは異なる色に変更している。このように、画像処理部22は、判定情報52に基づき、3次元データ31、32、仮想内視鏡画像33及び内視鏡画像34の表示態様を変更する。
また、画像処理部22は、先端位置記憶部24に記憶されている位置及び方向データに基づき、挿入部11の先端の向き(直視型の内視鏡の場合、内視鏡画像の視線方向)を示す矢印53、及び内視鏡画像の上方向を示す矢印54を生成し、3次元データ31に重畳表示する。これにより、ユーザは、挿入部11の挿抜方向や内視鏡画像で見ている方向を認識し易くなる。
次に、所定の構造物を表示させる処理について図6を用いて説明する。
X線画像取得部27は、X線Cアーム装置5から術中のX線画像データを取得し、画像処理部22及び石座標算出部28に出力する。画像処理部22は、X線画像取得部27からのX線画像データに所定の画像処理を施してX線画像35を生成し、生成したX線画像35を表示装置8に表示する制御を行う。例えば、図6の例では、図4の3次元データ32に代えて、X線画像35が表示装置8に表示されている。
石座標算出部28には、X線画像取得部27からのX線画像データと、位置検出装置4からのX線撮影位置データとが入力される。石座標算出部28は、X線画像データの解析を行い、X線画像35上の所定の構造物、図6の例では石55及び56の位置を算出する。そして、石座標算出部28は、X線画像35上の石55及び56の位置とX線撮影位置データとから実空間座標上の石55及び56の存在範囲を算出する。また、石座標算出部28は、複数の方向、例えば、2方向から撮影したX線画像データがある場合には、それぞれの石55及び56の存在範囲から石55及び56の存在範囲を絞り込み、3次元的な石55及び56の位置及び形状を算出する。算出された石56及び56の存在範囲は、石座標変換部29に出力される。このように、石座標算出部28は、X線画像データから所定の構造物を抽出する抽出部を構成する。
石座標変換部29は、位置合わせ部23が算出した変換式に基づき、実空間座標上の石55及び56の存在範囲を3次元データ座標上の石55及び56の存在範囲に変換する。石座標変換部29は、変換後の石55及び56の存在範囲の座標を石座標データとして判定部26に出力する。なお、石座標変換部29を設けずに、座標変換部25が、実空間座標上の石55及び56の存在範囲を3次元データ座標上の石55及び56の存在範囲に変換する構成であってもよい。
判定部26は、先端位置記憶部24に記憶されている変換後の位置及び方向データのうち、リセットフラグが立っていない位置及び方向データと、石座標変換部29からの石座標データとを比較し、各石55及び56に挿入部11の先端が到達したか否かを判定する。判定部26は、この判定結果を画像処理部22に出力する。
画像処理部22は、変換された位置及び方向データをもとに、挿入部11の先端が石55及び56に到達したか否かを示す判定情報を重畳する。画像処理部22は、判定情報として、例えば、挿入部11の先端が到達したと判定した石55に対して、先端が到達していないと判定した石56と異なる色を付けるようにする。なお、画像処理部22は、判定結果に基づき、挿入部11の先端が到達したと判定した石55を3次元データ31上から消去するようにしてもよい。
また、画像処理部22は、挿入部11の挿入形状57を3次元データ31に重畳する。挿入形状57は、挿入部11に所定の間隔で設けられている複数の受信コイルからの電気信号から実空間座標上での位置を算出し、これらの位置データを変換式で3次元データ上の座標データに変換する。そして、画像処理部22は、これらの座標データを実線で繋ぐことで挿入形状57を生成し、3次元データ31に重畳する。
画像処理部22は、ユーザの指示に従い、石55、56、及び挿入形状57が重畳表示された3次元データ31を画像処理し、表示装置8に表示するための2次元画像を作成し、表示装置8に出力する。
なお、画像処理部22は、3次元データ31に石55、56及び挿入形状57を重畳するだけでなく、上述した、挿入部11の先端の挿入軌跡50、先端位置情報51及び判定情報52を重畳してもよい。判定情報52の重畳方法の一例としては、先端が到達または通過したと判定した石55を3次元データ31上で半透明に表示するなどの方法でもよい。また、画像処理部22は、図7に示すように、挿入形状57をX線画像35に重畳し、表示装置8に表示するようにしてもよい。
次に、リセット処理について図3及び図8を用いて説明する。
操作部12に設けられた図示しないスイッチを用いてユーザがリセットを行うと、リセット信号が画像処理装置7に入力される。リセット信号が入力されると、先端位置記憶部24に記憶されている全てのデータにリセットフラグを立てる。例えば、タイムスタンプTS4の時点でリセット信号が入力されると、タイムスタンプTS1~TS4までにリセットフラグが立つ。図3の例では、リセットフラグが立ったデータを「○」で示し、リセットフラグが立っていないデータを「-」で示している。リセットフラグが立っていないタイムスタンプST5以降のデータは、リセット信号が入力された後に、先端位置記憶部24に新たに記憶された挿入部11の先端の位置データである。
画像処理部22は、先端位置記憶部24に記憶されているデータのうちリセットフラグが立っているデータの表示をリセットする。画像処理部22は、例えば、図8に示すように、リセット前に表示されていた挿入軌跡50の表示を実線から点線(挿入軌跡50a)に変更し、判定情報52を黒丸から白丸に変更する。そして、画像処理部22は、リセット後(タイムスタンプST5以降)の挿入部11の先端の軌跡を実線(挿入軌跡50b)で表示し、リセット後に挿入部11の先端が到達した腎杯47の判定情報52を白丸から黒丸に変更する。なお、画像処理部22は、リセット前後で挿入軌跡50aと挿入軌跡50bとの色を変更したり、リセット前の挿入軌跡50aの表示を行わないようにしてもよい。
このような腎盂41及び腎杯42~49の処置では、石55及び56のサイズが大きい場合、図示しない処置具を用いて石55及び56を細かく砕いてから取り除くことなる。この場合、細かく砕いた石が一度検査を行った腎杯(例えば、図4の腎杯42~46)のいずれかに入ってしまう可能性があるため、一度検査を行った腎杯42~46についても、再度検査をする必要がある。そこで、リセット処理を行うことで挿入軌跡50や判定情報52をリセットし、検査漏れがないように、再度、腎杯42~46の検査を行えるようにしている。
また、画像処理部22は、視認性を向上させるために、尿管40、腎盂41、及び腎杯42~49において、挿入部11が一度通った場所に挿入軌跡50の表示を行わないようにしてもよい。
図9は、視認性を向上させる画像処理部22の処理の例を説明するための説明図である。
画像処理部22は、図9に示すように、腎杯43に挿入部11を挿入する時に挿入軌跡50の表示を行った場合、腎杯43から挿入部11を抜去する時に挿入軌跡50の表示を行わないようにする。なお、図9の例では、表示を行わない挿入軌跡50を疎破線で示している。より具体的には、判定部26は、挿入部11の先端の現在の位置が一度通った場所か否かを判定して、一度通った場所と判定した場合に画像処理部22において挿入軌跡50の表示を行わないようにする。
判定部26は、一度通った場所か否かの判定について、3次元データ31上の管腔の芯線データを用いて判定する。具体的には以下のようにする。まず、先端位置記憶部24に記憶された挿入部11の先端の位置座標のそれぞれについて、最も近い芯線データ上の点を軌跡点とする。次に芯線データのうち、軌跡点がある範囲の芯線データ上に挿入軌跡を表示する。こうすることにより、管腔内において、スコープが実際にどの位置を通ったかは関係なく、どの位置を通っても芯線上に挿入軌跡を表示することで、挿入部11の先端が一度通った管腔を再度通る場合に挿入軌跡50を二重に表示することなく視認性を向上させることができる。
一度通った場所と判定した場合に挿入軌跡50の表示を行わないようにする別の方法を記載する。これは芯線情報を使用しない方法である。まず、判定部26は、先端位置記憶部24に記憶された挿入部11の先端の過去の位置と、挿入部11の先端の現在の位置との距離を算出し、算出した距離のうち最も近い距離の値が、所定の閾値より大きいか否かを判定する。そして、算出した最も近い距離の値が所定の閾値より大きいと判定した場合、一度通った場所でないと判定し、画像処理部22において挿入軌跡50を表示する。一方、算出した最も近い距離の値が所定の閾値以下と判定した場合、一度通った場所であると判定し、画像処理部22において挿入軌跡50を表示しないようにする。このような画像処理部22の処理により、同じ場所を何度も軌跡表示することがなくなるため、視認性を向上させることができる。
また、画像処理部22は、図10に示す処理を行い、挿入部11の視認性を向上させてもよい。図10は、視認性を向上させる画像処理部22の処理の他の例を説明するための説明図である。
図10および以下の説明において混乱を防ぐため「挿入軌跡50」を「過去の挿入軌跡50k」と「現在の挿入軌跡50g」に分けて説明する。図10の矢印Aに示すように、3次元データ31において、挿入軌跡50に平行、かつ、図10に向かって奥側にある別の経路に挿入部11を挿入する場合、過去の挿入軌跡50kの背面側に現在の挿入軌跡50g及び先端位置情報51(あるいは、挿入形状57)が表示される。このような場合、ユーザは挿入部11の現在位置を確認できなくなり、視認性が悪くなる。なお、図10の矢印Aの例では、過去の挿入軌跡50kに隠れている現在の挿入軌跡50g及び先端位置情報51を疎破線で示している。
そこで、画像処理部22は、図10の矢印Bに示すように、現在の挿入軌跡50g及び先端位置情報51(実線で表示)を過去の挿入軌跡50kより手前側に表示することで、現在の経路の視認性を向上させるようにしている。
また、画像処理部22は、図10の矢印Cに示すように、過去の挿入軌跡50kと、現在の挿入軌跡50gとの長さが同じとなった場合、先端位置情報51を過去の挿入軌跡50kより手前側に表示し、現在の挿入軌跡50g(破線で表示)を透過表示する。さらに、画像処理部22は、図10の矢印Dに示すように、挿入部11の先端の位置が過去の挿入軌跡50kに隠れなくなった場合、過去の挿入軌跡50kの背面側に現在の挿入軌跡50g及び先端位置情報51を表示する。
画像処理部22は、このような表示制御を行い、過去の挿入軌跡50kと、現在の挿入軌跡50gとを識別可能に生成する。このような画像処理部22の処理により、現在の描写経路(挿入軌跡50g)が既に生成された過去の挿入軌跡50kにより隠れて表示されなくなることを防止でき、視認性を向上させることができる。このような表示制御に限らず、現在の挿入軌跡50gの手前にある部分の過去の挿入軌跡50kを半透明に表示するような表示制御でも良い。
また、画像処理装置7に図示しない記憶部をさらに設け、挿入部11の先端の挿入軌跡50、すなわち、先端位置記憶部24に記憶された挿入部11の先端の位置データを図示しない記憶部に記憶する。そして、画像処理部22は、再検査を行う場合、その記憶部に記憶された以前の検査の位置データを読み出し、以前の検査の挿入軌跡50を表示する。
この場合、画像処理部22は、以前の検査の挿入軌跡50を現在の検査の挿入軌跡50とは異なる表示態様に変更する。画像処理部22は、例えば、以前の検査の挿入軌跡50を点線で表示したり、以前の検査の挿入軌跡50の色を現在の検査の挿入軌跡50とは異なる色で表示する。さらに、画像処理部22は、現在の検査の挿入軌跡50が以前の検査の挿入軌跡50により隠れて表示されなくなることを防止するために、上述した図10の処理を行ってもよい。
また、画像処理部22は、挿入部11の視認性を向上させる方法として以下のようにしても良い。3次元データ31上で手前側の経路の挿入軌跡50を細く表示し、奥側の経路の挿入軌跡50を太く表示してもよい。例えば、図4の3次元データ31では、腎杯48が腎杯47より奥側の経路に存在するので、画像処理部22は、腎杯48への挿入軌跡50を太く表示し、腎杯47への挿入軌跡50を細く表示する。
更に、画像処理部22は、先端位置情報51についても同様の処理を行ってもよい。画像処理部22は、例えば、挿入部11の現在位置が手前側の経路に存在する場合、先端位置情報51の線を細く、あるいは、径を小さく表示し、挿入部11の現在位置が奥側の経路に存在する場合、先端位置情報51の線を太く、あるいは、径を大きく表示する。これにより、奥にある現在位置や挿入軌跡が、手前にある挿入軌跡等の障害物により見えなくなることが少なくなり、ユーザの視認性が向上する。
次に、このように構成された内視鏡システム1の動作について説明する。
最初に術前画像処理について説明する。図11は、術前画像処理の流れの例を示すフローチャートである。
まず、画像処理装置7が術前マルチスライス画像データ16a~16nをメモリ部21に取り込む(ステップS1)。次に、画像処理部22がメモリ部21の術前マルチスライス画像データ16a~16nを3次元データ31に再構築する(ステップS2)。画像処理部22が3次元データ31上の管腔の芯線データを作成し(ステップS3)、芯線データの3次元データ31上の座標値を位置合わせ部23に出力する(ステップS4)。最後に、画像処理部22は、芯線データの終点の3次元データ31上の座標値を腎杯座標データとして判定部26に出力し(ステップS5)、処理を終了する。
次に、位置合わせ処理について説明する。図12は、位置合わせ処理の流れの例を示すフローチャートである。
まず、位置検出装置4が内視鏡2の挿入部11の先端の位置及び方向を実空間上の座標値で算出する(ステップS11)。画像処理装置7は、位置検出装置4から取得した内視鏡2の挿入部11の先端の位置及び方向データをタイムスタンプSTとともに先端位置記憶部24に記憶する(ステップS12)。
次に、位置合わせの指示があるか否かが判定される(ステップS13)。位置合わせの指示がないと判定された場合、NOとなり、ステップS11に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、位置合わせの指示があると判定された場合、YESとなり、位置合わせ部23が先端位置記憶部24に記憶されている位置データのうちリセットフラグが立っていない位置データと芯線データとを比較し、実空間座標を3次元データ座標に変換する変換式を算出し(ステップS14)、処理を終了する。
次に、所定の構造物(石55及び56)の解析処理について説明する。図13は、所定の構造物の解析処理の流れの例を示すフローチャートである。
まず、画像処理装置7は、X線Cアーム装置5からX線画像データを取得するとともに、位置検出装置4からX線撮影位置データを取得する(ステップS21)。石座標算出部28は、X線画像データの解析を行い、X線画像35上の石55及び56の位置を算出する(ステップS22)。次に、石座標算出部28は、X線画像35上の石55及び56の位置とX線撮影位置データとから実空間座標上の石55及び56の存在範囲を算出する(ステップS23)。
次に、別の方向から撮影したX線画像があるか否かが判定される(ステップS24)。別の方向から撮影したX線画像がない場合、NOとなり、ステップS26に進む。一方、別の方向から撮影したX線画像がある場合、YESとなり、それぞれの石55及び56の存在範囲から石56及び56の存在範囲を絞り込む(ステップS25)。石座標変換部29は、位置合わせ部23の算出した変換式により、実空間座標上の石55及び56の存在範囲を3次元データ座標上の石の存在範囲に変換する(ステップS26)。最後に、石座標変換部29は、変換後の座標(石の存在範囲)を石座標データとして判定部26に出力し(ステップS27)、処理を終了する。
次に、ナビゲーション処理について説明する。図14は、ナビゲーション処理の流れの例を示すフローチャートである。
まず、画像処理装置7は位置検出装置4から内視鏡2の挿入部11の先端の位置及び方向データ(以下、変換前位置方向データともいう)を取得し、先端位置記憶部24に記憶する(ステップS31)。座標変換部25は、先端位置記憶部24に記憶されている変換前位置方向データを、変換式に基づき3次元データ座標上の値に変換する(ステップS32)。座標変換部25は、変換後の値を、変換後位置方向データとして変換前位置方向データ及びタイムスタンプTSとともに先端位置記憶部24に記憶する(ステップS33)。
判定部26は、先端位置記憶部24に記憶されている変換後位置方向データのうちリセットフラグが立っていない位置及び方向データと腎杯座標データと石座標データとを比較し、各腎杯42~49と、各石55及び56とに挿入部11の先端が到達したかを判定する(ステップS34)。画像処理部22は、変換後位置方向データをもとに、3次元データ31上に、挿入部11の先端の挿入軌跡50、先端位置情報51(挿入部11の先端の現在位置)、及びステップS34で判定された判定情報52を重畳表示する(ステップS35)。画像処理部22は、ユーザの指示に従い、3次元データを処理し、表示するための2次元画像を作成し、表示装置8に出力し(ステップS36)、処理を終了する。
次に、リセット信号が入力されたときのリセット処理について説明する。図15は、リセット処理の流れの例を示すフローチャートである。
まず、リセット信号が入ったか否かが判定される(ステップS41)。リセット信号が入っていないと判定された場合、NOとなり、ステップS41に戻り同様の処理を繰り返す。一方、リセット信号が入ったと判定された場合、YESとなり、先端位置記憶部24に記憶されている全てのデータにリセットフラグを立てステップS41に戻り同様の処理を繰り返す。(ステップS42)。
以上のように、内視鏡システム1は、尿管40、腎盂41、腎杯42~49により構成される所定の管腔臓器の3次元データ31を構築するとともに、3次元データ31に挿入部11の先端の挿入軌跡50、挿入部11の先端の先端位置情報51、及び、挿入部11の先端が到達した否かを示す判定情報52を重畳し、表示装置8に表示するようにした。この結果、ユーザは、内視鏡2を用いて所定の管腔臓器内を全て検査したか否かを容易に認識することができる。
よって、本実施の形態の内視鏡システムによれば、内視鏡で観察したか否かをユーザが容易に判別することができる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態について説明する。
次に、第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態では、3次元データがなく挿入経路が分からない場合に、挿入軌跡を生成する内視鏡システムについて説明する。図16は、第2の実施の形態に係る内視鏡システムの構成を示す構成図である。
図16に示すように、内視鏡システム1aは、図1の内視鏡システム1からX線Cアーム装置5、サーバ6、ケーブル15及び術前マルチスライス画像データ16a~16nが削除されて構成されている。また、内視鏡システム1aは、図1の画像処理装置7に代わり、画像処理装置7aを用いて構成されている。
図17は、画像処理装置7aの詳細な構成を説明するための構成図である。
画像処理装置7aは、画像処理部22aと、先端位置記憶部24aと、閾値判定部60と、軌跡画像記憶部61とを有して構成されている。
先端位置記憶部24aには、位置検出装置4から出力された挿入部11の先端の実空間上での位置データがタイムスタンプTSとともに記憶される。また、挿入部11の先端の方向や挿入部11の挿入形状を表示装置8に表示する場合、位置検出装置4で検出された方向データ及び挿入形状データも先端位置記憶部24aに記憶される。
画像処理部22aは、先端位置記憶部24aに記憶された位置データをそのまま用いて、3次元データ上に座標値をマッピングし、挿入軌跡を生成する。この際、画像処理部22aは、閾値判定部60の判定結果に基づき、一度通った場所には挿入軌跡を表示しないようにする。
閾値判定部60は、先端位置記憶部24aに記憶された挿入部11の先端の過去の位置と、挿入部11の先端の現在の位置との距離を算出し、算出した距離のうち最も近い距離の値が、所定の閾値より大きいか否かを判定する。すなわち、閾値判定部60は、挿入部11の先端の現在の位置が過去に通った位置から所定の閾値より離れているか否かを判定している。閾値判定部60は、この判定結果を画像処理部22aに出力する。
画像処理部22aは、最も近い距離の値が所定の閾値より大きいと閾値判定部60が判定した場合、一度通った場所でないと判定し、挿入軌跡を表示する。一方、画像処理部22aは、最も近い距離の値が所定の閾値以下と閾値判定部60が判定した場合、一度通った場所であると判定し、挿入軌跡を表示しないようにする。
また、画像処理部22aは、挿入軌跡の画像を、より具体的には、一度通った場所でないと判定された位置データ(座標値)を軌跡画像記憶部61に記憶する。再検査を行う際には、画像処理部22aは、軌跡画像記憶部61に記憶された位置データを読み出し、以前の検査の際に記憶された挿入軌跡を表示装置8に表示する。
これにより、ユーザは、3次元データがない場合においても、以前の検査の際に記憶された挿入軌跡と、現在の検査の際に表示される挿入軌跡とを比較し、検査漏れがないように、管腔臓器内を観察することができる。
なお、本明細書における各フローチャート中の各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実行し、あるいは実行毎に異なった順序で実行してもよい。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
本出願は、2012年3月6日に日本国に出願された特願2012-49467号公報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。
Claims (10)
- 予め取得した被検体に関する3次元画像情報を構築するための画像情報を記憶する記憶部と、
前記画像情報から前記3次元画像情報を構築することで、当該3次元画像情報内に存在する所定の管腔臓器を抽出する管腔臓器抽出部と、
前記被検体内を撮像する撮像部と、
前記撮像部の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記所定の管腔臓器の3次元画像座標の位置情報に対して、前記位置情報取得部で取得された位置情報を合わせ込む位置合わせ部と、
前記位置合わせ部の結果に基づき、前記所定の管腔臓器内の管路に対して前記撮像部の通過の有無を判定する判定部と、
前記所定の管腔臓器の3次元画像情報上に前記判定部により判定された判定情報を重畳した画像を作成する画像処理部と、
を有することを特徴とする内視鏡システム。 - 前記画像処理部は、前記撮像部の位置情報から軌跡情報を生成し、前記所定の管腔臓器の3次元画像情報または前記撮像部により撮像された画像に対して前記軌跡情報を重畳した画像を作成することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。
- 前記所定の管腔臓器を所定の視点から内視鏡的に見た仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成部を更に備え、
前記画像処理部は、前記撮像部の位置情報から軌跡情報を生成し、前記所定の管腔臓器の3次元画像情報、前記仮想内視鏡画像または前記撮像部により撮像された画像に対して前記軌跡情報を重畳して表示させることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。 - 前記画像処理部は、前記軌跡情報において過去の軌跡情報と現在の軌跡情報とを識別可能に生成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。
- 前記画像処理部は、前記判定情報に基づき前記所定の管腔臓器の3次元画像情報または前記撮像部により撮像された画像の表示態様を変更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。
- 前記画像処理部は、前記所定の管腔臓器内において前記撮像部先端が到達した箇所の判定情報を当該撮像部先端が到達していない箇所の判定情報とは異なる色にて重畳した画像を作成することを特徴とする請求項5に記載の内視鏡システム。
- 前記判定部は、前記撮像部先端の位置座標の各々について、前記3次元画像情報における所定の管腔臓器の芯線データに最も近い点を軌跡点と判定し、
前記画像処理部は、前記軌跡点が存在する範囲の芯線データ上に挿入軌跡を重畳することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。 - 前記判定部は、前記撮像部先端の過去の位置と現在の位置との距離情報に基づいて通過の有無を判定することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。
- 前記被検体に対して照射されたX線情報を取得するX線画像取得部と、
前記X線情報から所定の構造物を抽出する抽出部とを更に備え、
前記位置合わせ部は、前記所定の管腔臓器の3次元画像情報に対して前記所定の構造物を合わせ込み、
前記画像処理部は、前記所定の管腔臓器の3次元画像情報上に前記所定の構造物を重畳して表示させることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。 - 前記判定部は、前記所定の構造物に対して前記撮像部の通過の有無を判定し、
前記画像処理部は、前記判定部が前記所定の構造物に対して前記撮像部が通過したと判定した場合、前記3次元画像情報上において前記所定の構造物の表示態様を変更した画像を作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。
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