内視鏡観察を支援するシステムおよび方法、並びに、装置およびプログラム
【課題】被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での体腔内の観察の際に、処置具や手術対象部位等の注目箇所と内視鏡との位置関係や相互の接近状況をより確実に把握する。
【解決手段】仮想視野決定部２６が、内視鏡位置姿勢検出部１１で検出された内視鏡の位置に対応する３次元医用画像中での位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、注目位置特定部２４によって特定された注目構造物の位置、内視鏡の対応位置と姿勢、内視鏡画角取得部２５で取得された内視鏡の画角に基づいて、注目構造物の位置が仮想視野内に含まれるように、かつ、内視鏡の視野と連続性を有するように決定し、仮想内視鏡画像生成部２７が、３次元医用画像形成部５で形成された３次元医用画像を入力として、内視鏡の対応位置を視点とし、決定された仮想視野を有する仮想内視鏡画像を生成し、表示制御部２７が、生成された仮想内視鏡画像をＷＳディスプレイ１０に表示させる。
【解決手段】仮想視野決定部２６が、内視鏡位置姿勢検出部１１で検出された内視鏡の位置に対応する３次元医用画像中での位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、注目位置特定部２４によって特定された注目構造物の位置、内視鏡の対応位置と姿勢、内視鏡画角取得部２５で取得された内視鏡の画角に基づいて、注目構造物の位置が仮想視野内に含まれるように、かつ、内視鏡の視野と連続性を有するように決定し、仮想内視鏡画像生成部２７が、３次元医用画像形成部５で形成された３次元医用画像を入力として、内視鏡の対応位置を視点とし、決定された仮想視野を有する仮想内視鏡画像を生成し、表示制御部２７が、生成された仮想内視鏡画像をＷＳディスプレイ１０に表示させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での手術や検査等における、内視鏡観察を支援する技術に関するものであり、特に、被検体の体腔内を表す仮想内視鏡画像を用いて内視鏡観察を支援する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、腹腔鏡手術や胸腔鏡手術等の内視鏡下で行われる手術が注目されている。この内視鏡手術では、開腹や開胸等を行うことなく、内視鏡と処置具を刺入するための数センチ程度の穴を２、３個開けるだけで済むので、患者の負担が極めて小さいというメリットがある。一方で、内視鏡の限られた視野で手術を実施することは技術的難易度が高く、執刀を行う医師は熟練を要する。もし患者の血管や臓器を誤って傷つけてしまい、出血してしまった場合には、開腹、開胸等を伴う従来の手法による手術に移行せざるを得ない。
【０００３】
一方、ＣＴ等での撮影によって得られた３次元ボリューム画像から内視鏡と類似した画像を生成する仮想内視鏡技術が知られている。この技術は、特に大腸の腫瘍を発見するために、内視鏡検査をすることなくＣＴ撮影のみで腫瘍を発見する方法として北米で普及している。
【０００４】
そして、仮想内視鏡画像を用いて内視鏡手術を支援する技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、内視鏡の位置をセンサで検出し、検出位置を視点とし、内視鏡よりも広い画角を有する仮想内視鏡画像を生成し、内視鏡撮影で得られた実内視鏡画像と仮想内視鏡画像とを重畳表示する装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、内視鏡の位置をリアルタイムに検出し、内視鏡と同じ視野を有し、視野内の血管配置が視覚化された仮想内視鏡画像を生成するとともに、内視鏡下での手術に用いられる処置具の位置をリアルタイムに検出し、仮想内視鏡画像中での処置具の位置に処置具を表す画像を合成した画像を生成し、合成画像と実内視鏡画像を表示する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６３０５３号公報
【特許文献２】特開２００５−２１３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの文献に記載された手法では、内視鏡の狭い視野を仮想内視鏡画像によって補うことはできるものの、仮想内視鏡画像は実内視鏡画像と同じ視点、同じ観察方向の画像であるから、処置具や手術対象部位等の注目箇所と内視鏡との位置関係によっては、仮想内視鏡画像や実内視鏡画像中に注目箇所が表示されない可能性があり、注目箇所に対する内視鏡の接近状況が把握できないこともありうる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での体腔内の観察の際に、処置具や手術対象部位等の注目箇所と内視鏡との位置関係や注目箇所に対する内視鏡の接近状況をより確実に把握可能なシステムおよび方法、並びに装置およびプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内視鏡観察支援システムは、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を形成する３次元医用画像形成手段と、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出する内視鏡位置姿勢検出手段と、前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示する表示手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の内視鏡観察支援方法は、被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での前記体腔内の観察より前または該観察中に、前記体腔内を表す３次元医用画像を形成するステップと、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出するステップと、前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する前記視点から見た前記体腔内を表す仮想内視鏡画像を生成するステップと、前記仮想内視鏡画像を表示するステップとを有することを特徴とすることを特徴とする。
【００１２】
本発明の内視鏡観察支援装置は、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得する３次元医用画像取得手段と、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得する位置取得手段と、前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記取得された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示手段に表示させる表示制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の内視鏡観察支援プログラムは、コンピュータに、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得するステップと、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得するステップと、前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する仮想内視鏡画像を生成するステップと、前記仮想内視鏡画像を表示手段に表示させるステップとを実行させることを特徴とする。
【００１４】
以下、本発明の詳細について説明する。
【００１５】
本発明において、内視鏡によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像を形成するようにし、仮想内視鏡画像とともに、仮想内視鏡画像の生成時に用いられた内視鏡の位置および姿勢が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像を、仮想内視鏡画像と該実内視鏡画像とで対応する位置を重畳させて表示するようにしてもよい。これにより、内視鏡での撮像によりリアルタイムに形成された実内視鏡画像と、実内視鏡画像の形成とほぼ同じタイミングで位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された内視鏡の位置から見た仮想内視鏡画像とが重畳表示される。
【００１６】
また、内視鏡の位置および姿勢の検出に応じて仮想内視鏡画像の生成を繰り返し行えば、内視鏡の移動に応じて、実内視鏡画像も仮想内視鏡画像もリアルタイムに更新される。
【００１７】
本発明において、３次元医用画像の形成・取得を内視鏡下での観察中に行う場合には、リアルタイムでその取得を行うようにしてもよい。その際、取得された３次元医用画像に対する画像認識処理により、内視鏡の位置や姿勢を検出するようにしてもよい。
【００１８】
「（第１の）注目構造物」の具体例としては、内視鏡下での手術対象部位や、手術において注意を有する解剖学的構造物、すなわち、血管や、臓器、腫瘍等が挙げられる。これらの（第１の）注目構造物の位置の具体的な特定方法は、公知の画像認識技術を用いた自動的方法、ユーザの手動操作による方法、両者を組み合わせた方法のいずれであってもよい。あるいは、「（第１の）注目構造物」は、体腔内に挿入された処置具であってもよい。
【００１９】
また、「仮想視野」は、（第１の）注目構造物の位置を視野に含むように決定されるが、視点（内視鏡の位置）から（第１の）注目構造物の位置に向かう視線上の画像情報が仮想内視鏡画像に反映されていればよく、例えば、内視鏡と（第１の）注目構造物との間に、臓器や血管、ヒダ等の構造物がある場合等には、仮想内視鏡画像中に（第１の）注目構造物が必ずしも表されていなくてもよい。
【００２０】
さらに、「仮想視野」は、内視鏡の視野と連続性を有するものである。ここで、「（仮想内視鏡画像の）視野が内視鏡の視野と連続性を有する」とは、両視野が少なくとも１点で接することを意味する。具体的には、一方の視野が他方の視野に包含されていてもよいし、両視野の一部が重複していてもよいし、両視野が一致していてもよい。
【００２１】
「仮想視野」は、内視鏡よりも広い画角を有するようにしてもよい。
【００２２】
また、「仮想内視鏡画像」は、（第１の）注目構造物が識別可能な態様で表されたものとしてもよい。
【００２３】
「仮想内視鏡画像」の生成の際、内視鏡から体腔内の構造物の表面までの距離を仮想内視鏡画像の画素値の決定要素として用いてもよい。また、実内視鏡画像に表された体腔内各部とほぼ同じ外観の仮想内視鏡画像が得られるように定義されたカラーテンプレートを用いてもよい。ただし、このカラーテンプレートには、例えば、体腔内各部の色が実内視鏡画像とほぼ同じになるように定義されたものとしつつ、体腔内各部を必要に応じて半透明化し、実内視鏡画像では前方の遮蔽物等により観察することのできない後方の構造物を視認できるように定義されたものも含まれる。
【００２４】
また、本発明において、３次元医用画像中の体腔内の第２の注目構造物を検出するようにし、検出された第２の注目構造物が視認可能な態様の仮想内視鏡画像を生成するようにしてもよい。ここで、「第２の注目構造物」の具体例としては、第１の注目構造物と同様のものが挙げられる。したがって、例えば、第１の構造物は内視鏡下での手術対象部位とし、第２の注目構造物は手術において注意を有する解剖学的構造物とするか、あるいは、その逆とすることが考えられる。
【００２５】
さらに、本発明において、内視鏡と（第１の）注目構造物とが所定の基準を満たす程度に接近している場合には警告を提示するようにしてもよい。警告は仮想内視鏡画像中等に視覚的に提示してもよいし、他の感覚器に訴える方法で提示してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を入力として、位置姿勢検出手段によって検出された内視鏡の位置に対応する３次元医用画像中での位置を視点とし、注目構造物の位置を視野に含み、視野が内視鏡の視野と連続性を有する仮想内視鏡画像を生成して表示する。ここで、表示される仮想内視鏡画像は、注目構造物の位置が必ず視野内に含まれるように視野が決定されているので、内視鏡と注目構造物との位置関係や接近状況を確実に把握することが可能になり、手術や検査等における手技のミス等の防止に資する。また、仮想内視鏡画像の視野が内視鏡の視野と連続性を有するので、両視野の位置関係の把握が容易になり、例えば、実際の内視鏡画像中に注目構造物が含まれない場合に、内視鏡をどのように動かせば注目構造物が実際の内視鏡の視野内に入ってくるかを容易に把握することが可能になり、手術中における内視鏡の操作性の向上に資する。
【００２７】
また、このとき、内視鏡の位置をリアルタイムに検出した結果のフィードバックによって仮想内視鏡の視点や視野がリアルタイムに変更された仮想内視鏡画像が連続的に表示されるので、注目構造物への内視鏡の接近状況を、動的に、より的確に捉えることが可能になる。
【００２８】
さらに、内視鏡によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像を形成するようにし、仮想内視鏡画像とともに、仮想内視鏡画像の生成時に用いられた内視鏡の位置および姿勢が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像を、仮想内視鏡画像と実内視鏡画像とで対応する位置を重畳させて表示するようにすれば、表示される実内視鏡画像と仮想内視鏡画像とは、ほぼ同じ時点での体腔内の状態が表されたものとなり、実内視鏡画像と仮想内視鏡画像とが時間的同期を取って連続的に表示される。また、このとき、内視鏡の位置の検出に応じて仮想内視鏡画像の生成を繰り返し行えば、実内視鏡画像も仮想内視鏡画像もリアルタイムに更新される。すなわち、内視鏡の移動や回転等の操作に連動して実内視鏡画像の視野が変化するとともに、内視鏡の移動等の操作に連動して仮想内視鏡画像の視野も変化させることができる。このように、実内視鏡画像と仮想内視鏡画像によって相互補完的に体腔内を観察することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１から第５の実施形態となる内視鏡観察支援システムのハードウェア構成図
【図２】本発明の第１から第３の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図３】本発明の第１から第３の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の一例を模式的に表した図
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態における実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態の変形例において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の第１の例を模式的に表した図
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例における、図５Ａの場合の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態の変形例において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の第２の例を模式的に表した図
【図６Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例における、図６Ａの場合の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図７Ａ】本発明の第１の実施形態の変形例において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の第３の例を模式的に表した図
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例における、図７Ａの場合の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図８Ａ】注目構造物と内視鏡の間に他の構造物が存在する場合の一例を模式的に表した図
【図８Ｂ】本発明の第２の実施形態で表示される仮想内視鏡画像の一例を模式的に表した図
【図９Ａ】本発明の第３の実施形態における、視点からの腹腔内の解剖学的構造物の表面までの距離に応じて仮想内視鏡画像の表示色を変化させるためのカラーテンプレートの一例を模式的に表した図
【図９Ｂ】本発明の第３の実施形態における、視点からの距離に応じて表示色を変化させた仮想内視鏡画像の一例を模式的に表した図
【図１０】本発明の第４の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図１１】本発明の第４の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図１２】本発明の第４の実施形態における警告表示の一例を模式的に表した図
【図１３】本発明の第５の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図１４】本発明の第５の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図１５Ａ】注目構造物と要注意構造物と内視鏡の位置関係と、内視鏡および仮想内視鏡の視野の一例を模式的に表した図
【図１５Ｂ】本発明の第５の実施形態で表示される仮想内視鏡画像の一例を模式的に表した図
【図１５Ｃ】本発明の第５の実施形態における実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図１６】本発明の第６の実施形態となる内視鏡観察支援システムのハードウェア構成図
【図１７】本発明の第６の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図１８】本発明の第６の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図１９Ａ】本発明の第６の実施形態において実内視鏡の視野と注目構造物、処置具の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の一例を模式的に表した図
【図１９Ｂ】本発明の第６の実施形態における実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図２０】本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図２１】本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態となる内視鏡観察支援システムについて説明する。
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施形態となる内視鏡観察支援システムの概要を示すハードウェア構成図である。図に示したように、このシステムは、内視鏡１、デジタルプロセッサ２、光源装置３、実内視鏡画像用ディスプレイ４、モダリティ５、処置具６、内視鏡用マーカー７ａ、位置センサ８、画像処理ワークステーション９、画像処理ワークステーション用ディスプレイ（以下、ＷＳディスプレイ）１０から構成されている。
【００３２】
本実施形態では、内視鏡１は腹腔用の硬性鏡であり、被検体の腹腔内に挿入される。光源装置３から光ファイバーで導かれた光が内視鏡１の先端部から照射され、内視鏡１の撮像光学系により被検体の腹腔内の画像が得られる。デジタルプロセッサ２は、内視鏡１で得られた撮像信号をデジタル画像信号に変換し、ホワイトバランス調整やシェーディング補正等のデジタル信号処理によって画質の補正を行った後、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）規格で規定された付帯情報を付加して、実内視鏡画像データ(ＩRE)を出力する。出力された実内視鏡画像データ(ＩRE)は、ＤＩＣＯＭ規格に準拠した通信プロトコルに従って、ＬＡＮ経由で画像処理ワークステーション９に送信される。また、デジタルプロセッサ２は、実内視鏡画像データ(ＩRE)をアナログ信号に変換して実内視鏡画像用ディスプレイ４に出力し、実内視鏡画像用ディスプレイ４には実内視鏡画像(ＩRE)が表示される。内視鏡１での撮像信号の取得は所定のフレームレートで行われるので、実内視鏡用ディスプレイ４では、実内視鏡画像(ＩRE)が腹腔内を表す動画として表示される。さらに、内視鏡１では、ユーザの操作に応じて静止画撮影も可能である。
【００３３】
モダリティ５は、被検体の検査対象部位を撮影することにより、その部位を表す３次元医用画像の画像データ(Ｖ)を生成する装置であり、ここではＣＴ装置とする。この３次元医用画像データ(Ｖ)にもＤＩＣＯＭ規格で規定された付帯情報が付加されている。また、３次元医用画像データ(Ｖ)も、ＤＩＣＯＭ規格に準拠した通信プロトコルに従って、ＬＡＮ経由で画像処理ワークステーション９に送信される。
【００３４】
内視鏡用マーカー７ａおよび位置センサ８は公知の３次元位置計測装置を構成する。内視鏡用マーカー７ａは、内視鏡１の手元付近に設けられており、光学式の位置センサ８によって、所定の時間間隔でマーカー７ａの３次元位置が検出される。内視鏡用マーカー７ａは複数のマーカー片から構成されているので、位置センサ８は、各マーカー片の位置関係から内視鏡１の姿勢も検出可能である。ここで、内視鏡１の姿勢は、内視鏡が挿入された向きを表すものであり、内視鏡の視野の中心における視線の向きと一致するので、以下では、内視鏡１の姿勢のことを内視鏡１の中心視線ベクトルともいう。また、オフセット計算によって、内視鏡１の先端部の３次元位置PSEを算出することができる。位置センサ８は、算出された内視鏡１の３次元位置データPSE、および、３次元姿勢データDSEを、ＵＳＢインターフェースを介して画像処理ワークステーション９に送信する。
【００３５】
画像処理ワークステーション９は、ＣＰＵ、主記憶装置、補助記憶装置、入出力インターフェース、通信インターフェース、データバス等の周知のハードウェア構成を備えたコンピュータであり、入力装置（ポインティングデバイス、キーボード等）や、ＷＳディスプレイ１０が接続されている。また、画像処理ワークステーション９は、デジタルプロセッサ２やモダリティ５とはＬＡＮ接続されており、位置センサ８とはＵＳＢ接続されている。さらに、画像処理ワークステーション９は、周知のオペレーティングシステムや各種アプリケーション・ソフトウェア等がインストールされたものであり、本発明の内視鏡観察支援処理を実行させるためのアプリケーションもインストールされている。これらのソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体からインストールされたものであってもよいし、インターネット等のネットワーク経由で接続されたサーバの記憶装置からダウンロードされた後にインストールされたものであってもよい。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態における内視鏡観察支援システムを機能レベルで分割したブロック図である。図に示したように、本発明の第１の実施形態となる内視鏡観察得支援システムは、内視鏡１、実内視鏡画像形成部２、実内視鏡画像用ディスプレイ４、３次元医用画像形成部５、ＷＳディスプレイ１０、内視鏡位置姿勢検出部１１、実内視鏡画像取得部２１、内視鏡位置姿勢取得部２２、３次元医用画像取得部２３、注目位置特定部２４、内視鏡画角取得部２５、仮想視野決定部２６、仮想内視鏡画像生成部２７、表示制御部２８から構成されている。なお、図１に示したハードウェア機器と図２に示した各機能ブロックとが概ね１対１に対応する場合には同じ符号を付している。すなわち、実内視鏡画像形成部２の機能は図１のデジタルプロセッサによって実現され、３次元医用画像形成部５の機能は図１のモダリティによって実現される。一方、内視鏡位置姿勢検出部１１の機能は、内視鏡用マーカー７ａおよび位置センサ８によって実現される。また、破線枠は画像処理ワークステーション９を示しており、破線枠内の各処理部の機能は、画像処理ワークステーション９で所定のプログラムを実行することによって実現される。さらに、実内視鏡画像ＩRE、内視鏡検出位置PSE、内視鏡姿勢DSE、内視鏡位置ＰE、内視鏡の中心視線ベクトルVLE、内視鏡画角ＡE、仮想内視鏡視点VPVE、仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVE、仮想内視鏡画角ＡVE、３次元医用画像Ｖ、注目位置ＰI、仮想内視鏡画像ＩVEは、各々、破線枠内の各処理部によって、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に対して読み書きされるデータである。
【００３７】
次に、図３に示したフローチャートを用いて、本発明の第１の実施形態となる内視鏡観察支援システムで行われるユーザの操作や、上記各処理部で行われる処理の概略的な流れを説明する。
【００３８】
まず、内視鏡１を用いた被検体の腹腔内の観察に先立って、３次元医用画像形成部５による被検体の腹腔内の撮像により、３次元医用画像Ｖが形成される。画像処理ワークステーション９では、３次元医用画像取得部２３が、３次元医用画像形成部５によって形成された３次元医用画像Ｖを取得した後(#1)、注目位置特定部２４が、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖに表された体腔内の注目構造物（例えば手術対象部位）の指定操作を受け付けるユーザインターフェースを提示し、取得された３次元医用画像Ｖに基づいて、指定された注目構造物の３次元医用画像Ｖ中での位置ＰIを特定する(#2)。
【００３９】
そして、図３のフローチャートの右側に付記したように、注目構造物を対象とする内視鏡下手術中、すなわち、内視鏡１を用いた被検体の腹腔内の観察中は、観察が終了するまで(#7; YES)、実内視鏡画像形成部２は、所定のフレームレートで、体腔内に挿入された内視鏡１による実内視鏡画像ＩREを繰り返し形成し、形成された実内視鏡画像ＩREは実内視鏡画像用ディスプレイ４にスルー動画としてリアルタイムに表示される。また、内視鏡位置姿勢検出部１１は、所定の時間間隔で、体腔内に挿入された内視鏡１の位置PSEおよび姿勢DSEを繰り返しリアルタイムに検出する。
【００４０】
画像処理ワークステーション９では、実内視鏡画像取得部２１が、実内視鏡画像形成部２で形成された実内視鏡画像ＩREを取得し(#3)、これとほぼ同じタイミングで、内視鏡位置姿勢取得部２２が、内視鏡位置姿勢検出部１１で検出された内視鏡検出位置PSEおよび姿勢DSEを取得し、取得された内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEを３次元医用画像Ｖの座標系における位置および姿勢に変換して得られた内視鏡位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLEを出力する(#4)。
【００４１】
また、内視鏡画角取得部２５は、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域から内視鏡１の画角ＡEを取得する(#5)。
【００４２】
仮想視野決定部２６は、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEに配置された仮想内視鏡の仮想視野を、注目位置特定部２４によって特定された注目構造物の位置ＰI、並びに、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた位置ＰEと中心視線ベクトルVLE、および、内視鏡画角取得部２５によって取得された内視鏡の画角ＡEに基づいて、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれるように、かつ、内視鏡１の視野に対応する３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように決定し、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEを出力する(#6)。
【００４３】
仮想内視鏡画像生成部２７は、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖを入力として、仮想視野決定部２６によって決定された、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEに基づいて、内視鏡位置VPE(VPVL)を視点とし、前記仮想視野を有する仮想内視鏡画像ＩVEを生成する(#7)。
【００４４】
そして、表示制御部２８は、実内視鏡画像取得部２１によって取得された実内視鏡画像ＩREと、仮想内視鏡画像生成部２７によって生成された仮想内視鏡画像ＩVEとをＷＳディスプレイ１０に表示させる(#8)。
【００４５】
画像処理ワークステーション９では、観察終了を指示する操作が行わない限り(#9; No)、新たな実内視鏡画像ＩREの取得(#3)、その時点での内視鏡位置ＰEおよび姿勢VLVEの取得(#4)、内視鏡画角ＡEの取得(#5)、仮想視野の決定(#6)、仮想内視鏡画像ＩVEの生成(#7)、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの表示の更新(#8)が繰り返し行われる。これにより、ＷＳディスプレイ１０では、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが時間的に同期した連続表示が実現される。一方、観察終了を指示する操作が行われた場合には(#9; Yes)、画像処理ワークステーション９は、上記ステップ#3から#8までの繰返し処理を終了する。
【００４６】
次に、画像処理ワークステーション９内の各処理部で行われる処理の詳細について説明する。
【００４７】
実内視鏡画像取得部２１は、実内視鏡画像形成部（デジタルプロセッサ）２との通信により、実内視鏡画像ＩREを受信し、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域の格納する通信インターフェースであり、実内視鏡画像取得部２１からの要求に基づいて実内視鏡画像形成部２から実内視鏡画像ＩREが転送される。
【００４８】
内視鏡位置姿勢取得部２２は、内視鏡位置姿勢検出部１１との通信により内視鏡検出位置PSEおよび姿勢DSEを取得する通信インターフェースとしての機能と、取得した内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEを位置センサ８の３次元座標系から３次元医用画像Ｖの３次元座標系の座標値で表現された内視鏡位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLEに変換して画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する機能とを有する。前者の通信インターフェース機能では、内視鏡位置姿勢取得部２２からの要求ベースで内視鏡位置姿勢検出部１１から内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEが取得される。また、後者の座標変換機能では、位置センサの３次元座標系における各座標軸と３次元医用画像Ｖの３次元座標系における各座標軸との向きの対応関係に基づいて、座標軸の回転量を予め求めておくとともに、３次元医用画像Ｖの原点に相当する被検体中の位置の、位置センサ８の３次元座標系における座標値を予め計測しておき、この原点の座標値に基づいて、両座標軸の平行移動量を求めておけば、その回転量の回転とその平行移動量の平行移動を行う行列を用いて、位置センサ８の３次元座標系で表現された内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEを３次元医用画像Ｖの３次元座標系の座標値で表現された内視鏡位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLEに変換することができる。
【００４９】
３次元医用画像取得部２３は、３次元医用画像形成部５から３次元医用画像Ｖを受信し、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する通信インターフェース機能を有する。
【００５０】
注目位置特定部２４は、公知のＭＰＲ法により３次元医用画像Ｖから生成された所定の断面を表す断面画像中に、画像処理ワークステーション９のポインティングデバイスやキーボードを用いて注目構造物の指定する操作を受け付けるユーザインターフェースを提示する。例えば、ポインティングデバイスによって、断面画像中の注目構造物がクリックされると、注目位置特定部２４は、クリックにより指定された注目構造物の３次元医用画像Ｖ中での位置ＰIを特定し、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する。ここで、注目構造物として、手術対象の部位や手術時における要注意箇所等が、ユーザの所望に応じて指定される。
【００５１】
内視鏡画角取得部２５は、プログラムの起動パラメータや設定ファイル等に内視鏡１の仕様に基づいて予め設定されている内視鏡１の画角ＡEの情報を取得する。なお、内視鏡１の画角ＡEの情報が実内視鏡画像ＩREの付帯情報として付帯されている場合には、内視鏡画角取得部２５は、この付帯情報を解析して内視鏡１の画角ＡEの情報を取得してもよい。
【００５２】
仮想視野決定部２６は、図４Ａに模式的に示したように、まず、仮想内視鏡と内視鏡１の視点位置および中心視線ベクトルの向きを一致させる。すなわち、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEを仮想内視鏡の視点位置VPVEに決定するとともに、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡１の中心視線ベクトルVLEを仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEに決定する。また、仮想視野決定部２６は、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角AEよりも広く、かつ、仮想内視鏡の視野内に注目構造物の位置ＰIが含まれるように決定する。具体的には、例えば、仮想内視鏡の視点位置VPVEと注目構造物の位置ＰIとを結ぶベクトルと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をθとすると、仮想内視鏡の画角ＡVEは、内視鏡１の画角ＡEと２θの大きい方の値に定数を加えたり、所定の１より大きい係数を乗じたりすることによって求めることができる。なお、求められた画角ＡVEの値が所定の閾値以上の場合となる場合には、画角設定エラーとして、所定のエラー処理（処理の中断や内視鏡１の姿勢の変更や注目構造物の位置ＰIの修正等を促す警告メッセージの表示等）を行うようにしてもよい。以上のようにして決定された仮想内視鏡の視点位置VPVE、中心視線ベクトルＶＬVE、画角ＡVEは、所定のメモリ領域に書き込まれる。
【００５３】
仮想内視鏡画像生成部２７は、３次元医用画像Ｖを入力として、図４Ａに示したように、仮想内視鏡の中心視線ベクトルＶＬVEの向きを視野の中心を通る視線ベクトルの向きとして、画角ＡVEの範囲内で、仮想内視鏡の視点位置VVPVEからの放射状の複数の視線を設定し、公知の中心投影によるボリュームレンダリング法により、各視線上の画素値を投影した仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。ここで、ボリュームレンダリングの際には、実内視鏡画像ＩREに表された腹腔内各部とほぼ同じ外観の画像が得られるように色や透明度が予め定義されたカラーテンプレートが用いられる。
【００５４】
表示制御部２８は、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとを、両画像の視野の中心を一致させることによって、対応する位置を合わせて重畳した表示画面を生成し、ＷＳディスプレイ１０に出力する。これにより、ＷＳディスプレイ１０には、図４Ｂに模式的に例示された実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが重畳された表示画面が表示される。なお、両画像の重ね合わせには、公知のアルファブレンディング法等を用いることができる。
【００５５】
以上のように、本発明の第１の実施形態では、仮想視野決定部２６が、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEを仮想内視鏡の視点位置VPVEとし、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡１の中心視線ベクトルVLEを仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとし、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角AEよりも広く、かつ、仮想内視鏡の視野内に注目構造物の位置ＰIが含まれるように決定することによって、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれ、かつ、内視鏡１の視野に対応する３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するようになる。そして、仮想内視鏡画像生成部２７が、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖを入力として、仮想視野決定部２６によって決定された、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEに基づいて、内視鏡位置VPE(VPVL)を視点とし、上記仮想視野を有する仮想内視鏡画像ＩVEを生成し、表示制御部２８が実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEをＷＳディスプレイ１０に重畳表示させる。ここで、表示される仮想内視鏡画像ＩVEは、注目構造物の位置ＰIが必ず含まれているので、内視鏡１と注目構造物との位置関係や接近状況を確実に把握することが可能になり、手術や検査等における手技のミス等の防止に資する。また、図４Ｂに例示したように、仮想内視鏡画像ＩVEの視野が内視鏡１の視野を包含するので、両視野の位置関係の把握が容易になり、例えば、実際の内視鏡画像ＩRE中に注目構造物が含まれない場合であっても、仮想内視鏡画像IVE中で注目構造物の位置を確認することにより、内視鏡１をどのように動かせば注目構造物が実際の内視鏡１の視野内に入ってくるかを容易に把握することが可能になり、手術中における内視鏡１の操作性の向上に資する。
【００５６】
また、このとき、内視鏡位置姿勢検出部１１が内視鏡１の位置をリアルタイムに検出した結果のフィードバックによって仮想内視鏡の視野がリアルタイムに変更された仮想内視鏡画像ＩVEが連続的に表示されるので、注目構造物への内視鏡１の接近状況を、動的に、より的確に捉えることが可能になる。
【００５７】
さらに、実内視鏡画像形成部２が、内視鏡１によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像ＩREを形成し、仮想内視鏡画像ＩVEの生成時に用いられた内視鏡１の位置が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像ＩREが重畳表示されるので、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとは、ほぼ同じ時点での体腔内の状態が表されたものとなり、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが時間的同期を取って連続的に重畳表示される。また、このとき、内視鏡１の移動や回転等の操作に連動して実内視鏡画像ＩREの視野が変化するとともに、仮想内視鏡画像ＩVEの視野も変化する。このように、本発明の第１の実施形態では、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEによって、リアルタイムに、かつ、相互補完的に体腔内を観察することが可能になる。
【００５８】
さらにまた、仮想内視鏡画像生成部２７が、実内視鏡画像ＩREに表された腹腔内各部とほぼ同じ外観の画像が得られるように色や透明度が予め定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成するので、表示制御部２８によって実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとがＷＳディスプレイ１０に重畳表示された際、両画像を違和感なく観察することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、表示制御部２８が、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとを重畳表示させるようにしていたが、両画像を並べて表示するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、仮想視野決定部２６が、仮想内視鏡の画角ＡVEのみを内視鏡１の画角と異なる設定にすることによって、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれるようにしていたが、仮想内視鏡の視野の設定の変形例として、仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEを内視鏡１の中心視線ベクトルVLEと異なる設定にすることによって、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれるようにしてもよい。
【００６１】
図５Ａ、図６Ａ、図７Ａは、注目構造物の位置ＰIが仮想視野の中心となるように中心視線ベクトルVLVEの設定を行った例を、視点VPVE（VPE）と注目構造物の位置ＰIの位置関係毎に表したものである。この例では、仮想視野決定部２６が、仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEを、視点VPVE（VPE）と注目構造物の位置ＰIとを結ぶ向きに決定し、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角ＡEよりも広く、かつ、内視鏡１の視野と連続性を有するように決定している。具体的には、内視鏡１の中心視線ベクトルVLEと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をαとすると、仮想内視鏡の視野が内視鏡１の視野と連続性を有するためには、次式(1)を満たせばよく、
α−ＡE／2≦ＡVE/2 ・・・(1)
予め定義された仮想内視鏡の画角の初期値ＡVE0（ＡVE0＞ＡEとする）とすると、仮想内視鏡の画角ＡVEを内視鏡１の画角ＡEよりも広くするという条件をさらに満たすためには、仮想内視鏡の画角ＡVEは、初期値ＡVE0と（2α−ＡE）の大きい方の値とすればよい。なお、2α−ＡEに定数をさらに加えたり、所定の１より大きい係数を乗じたりしてもよい。
【００６２】
図５Ａは、内視鏡１の視野内に注目構造物の位置ＰIが含まれている場合、すなわち、α＜ＡE／2の場合であり、この場合には、仮想内視鏡の画角ＡVEは初期値ＡVE0に決定され、図５Ｂに示したように、実内視鏡画像ＩREの視野が仮想内視鏡画像ＩVEの視野に包含される。なお、初期値ＡVE0の値によっては、実内視鏡画像ＩREの視野と仮想内視鏡画像ＩVEの視野とが重複する関係となる。これに対して、図６Ａに示したように、内視鏡１の視野の中心に対して注目構造物がもう少し離れた位置にある場合、より正確には、0＜α−ＡE／2＜ＡVE0/2の場合も、仮想内視鏡の画角ＡVEは初期値ＡVE0に決定されるが、図６Ｂに示したように、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとは視野が一部重複した状態となる。さらに、図７Ａに示したように、内視鏡１の視野の中心に対して注目構造物の位置ＰIがさらに離れた位置にある場合、より正確には、0＜ＡVE0/2＜α−ＡE／2の場合には、仮想内視鏡の画角ＡVEはα−ＡE／2に決定され、図７Ｂに示したように、実内視鏡画像ＩREの視野と仮想内視鏡画像ＩVEの視野とは１点のみで接する関係になる。
【００６３】
この他、仮想視野決定部２６は、上記の角αを２等分する視線を仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEに決定し、画角ＡVEをＡVE0、αのいずれよりも大きい値に決定するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、これらの仮想内視鏡の視野の設定の変形例においても、表示制御部２８は、内視鏡１の位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLE、ならびに、仮想内視鏡の視点VPVE（VPE）および中心視線ベクトル（姿勢）VLVEに基づいて、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａに例示したように内視鏡１と仮想内視鏡の視線（光線）の位置関係を特定することによって、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの対応位置を合わせ、図５Ｂ、図６Ｂ、図７ＢＡに例示したような実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEを重畳した表示画面を生成することができる。
【００６５】
なお、これらの仮想内視鏡の視野の設定の変形例において、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEを重畳表示させる際、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの視野の中心が一致しない場合には、内視鏡１の光学的特性（特に広角レンズの特性）によって歪曲収差が生じ、実内視鏡画像ＩREの周辺部の像が歪んでしまうので、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの境界部において、像の連続性が途絶えてしまうことになる。そこで、実内視鏡画像ＩREに対して、内視鏡１の光学的特性に応じた座標変換用の関数や座標変換マップを用いて、歪曲収差の補正を行い、補正後の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像ＩVEとを重畳させるようにすることが好ましい（歪曲収差の補正の詳細については、特開2009-276371号公報等参照）。あるいは、上記歪曲収差の補正と逆の変換を行う関数や変換マップを用いて、仮想内視鏡画像ＩVEを歪める補正を行い、実内視鏡画像ＩREと補正後の仮想内視鏡画像とを重畳させるようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、注目位置特定部２４が、ユーザによって指定された注目構造物の位置ＰIに基づいて、注目構造物全体を表す領域を抽出するようにし、仮想内視鏡画像生成部２７が、この注目構造物領域に対しては、他の構造物とは異なるカラーテンプレートを用いてボリュームレンダリングを行うようにすれば、図４Ｂ等に示した仮想内視鏡画像ＩVE中において注目構造物の領域を視認性の高い態様で表すことが可能になり、さらに効果的である。なお、上記の注目構造物領域の抽出には、例えば、本出願人が提案する特開2008-245719号公報に記載の手法を用いることができる。具体的には、注目構造物領域内の任意の点ＰIの設定を受け付け（以下、この点をユーザ設定点と呼ぶ）、予め定義しておいた病変領域のありうる大きさの情報を用いて、病変領域が存在し得る３次元の存在範囲を決定し、設定された点と、決定された存在範囲の外側の点とに基づいて、グラフカット法等の領域分割方法などを用いて病変領域を抽出することができる。
【００６７】
本発明の第２の実施形態は、仮想内視鏡画像生成部２７におけるボリュームレンダリング処理の変形例であり、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成、および、機能ブロック、処理の全体的な流れは、第１の実施形態と同様である。
【００６８】
図８Ａは、注目構造物と内視鏡１との位置関係の一例を模式的に表したものである。図に示したように、仮想内視鏡画像ＩVEの視点となる内視鏡１の位置ＰEと注目構造物との間を他の解剖学的構造物が遮っている場合、その解剖学的構造物の不透明度が高くなるようにカラーテンプレートが定義されていると、その解剖学的構造物の後方にある注目構造物は仮想内視鏡画像ＩVEには描出されなくなってしまう。そこで、本発明の第２の実施形態では、仮想内視鏡画像生成部２７が、体腔内各部を半透明に表示するように不透明度が定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成するようにする。これにより、生成された仮想内視鏡画像ＩVEは、図８Ｂに模式的に表したように、注目構造物の位置ＰIと内視鏡位置ＰEとの間にある解剖学的構造物が半透明化され、その解剖学的構造物の後方にある注目構造物の位置ＰEに対応する位置が視認可能なものとなる。特に、上記第１の実施形態の変形例で説明したように、注目構造物領域を抽出しておき、他の領域と異なるカラーテンプレートを用いるようにすれば、注目構造物の位置ＰIと内視鏡位置ＰEとの間に解剖学的構造物が存在していても、注目構造物領域全体を視認性の高い態様で表すことが可能になる。このように腹腔内の解剖学的構造物を半透明化した画像は、実内視鏡画像形成部２で形成することは不可能であるから、実内視鏡画像ＩREを補完するものとしてこの半透明化された仮想内視鏡画像ＩVEを用いることは、実用的価値が極めて高い。
【００６９】
本発明の第３の実施形態も、仮想内視鏡画像生成部２７におけるボリュームレンダリング処理の変形例であり、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成、および、機能ブロック、処理の全体的な流れは、第１の実施形態と同様である。
【００７０】
図９Ａは、本発明の第３の実施形態で用いられるカラーテンプレートの一例を模式的に表したものである。図に示したように、このカラーテンプレートは、内視鏡１の位置ＰE（仮想内視鏡の視点位置ＰVEと同じ）から腹腔内の構造物の表面までの距離に応じて仮想内視鏡画像ＩVEの色を変化させるように定義されている。仮想内視鏡画像生成部２７は、例えば、中心投影の際の各視線上において、所定の閾値以上に画素値が急激に変化する位置、あるいは、画素値が所定の閾値以上となる位置を腹腔内の構造物の表面として検出し、内視鏡１の位置ＰEから腹腔内の構造物の表面までの距離を算出しておき、このカラーテンプレートを用いて、検出された構造物の表面の仮想内視鏡画像ＩVEでの画素値を決定するようにすれば、図９Ｂに模式的に例示したように、生成される仮想内視鏡画像ＩVEは、構造物の表面について、内視鏡１の位置ＰEからの距離が近いほど色が淡く、その距離が遠いほど色が濃いものとなる。このようにすれば、遠近感を捉えにくい仮想内視鏡画像ＩVEの遠近感を補うことが可能になり、内視鏡１の腹腔内構造物（注目構造物を含む）への接近状況をより容易に把握できるようになる。
【００７１】
本発明の第４の実施形態は、図１０の機能ブロック図に示したように、第１の実施形態に警告判定部２９を付加した構成となっており、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７２】
この警告判定部２９は、画像処理ワークステーション９に実装される処理部であり、内視鏡１の位置ＰEと注目構造物の位置ＰIとの間の距離を算出し、算出された距離が所定の閾値よりも小さい場合、すなわち、内視鏡１が注目構造物に許容できない程度に接近している場合に、警告メッセージWMを出力するものである。
【００７３】
図１１は、本発明の第４の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートであり、図に示したように、第１の実施形態のステップ#8の実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの表示の後、警告判定部２９が、上記距離と上記閾値とを比較し(#8.1)、上記距離が上記閾値よりも小さい場合(#8.1; Yes)、警告メッセージWMを出力し、表示制御部２８が、図１２に例示したように、注目構造物の位置ＰIの近傍に「接近注意」のコメント付きの矢印マークを重畳表示させる。これにより、注目構造物に対して、内視鏡１が異常に接近した状態を容易に認識することが可能になり、内視鏡１の誤操作の未然防止に資する。このような警告表示は、注目位置特定部２４において、注目構造物として、手術時に傷をつけると大出血を招く血管等が指定された場合に特に効果的である。
【００７４】
なお、警告メッセージを外部に出力する方法は、上記のように仮想内視鏡画像ＩVEに重畳表示する方法の他、警告音や音声を出力する方法であってもよいし、警告メッセージの重畳表示と警告音等の出力の両方を行ってもよい。また、上記距離に応じた危険度を段階的に定義した危険度判定テーブルを予め用意しておき、警告判定部２９が、算出された距離に基づいてこの危険度判定テーブルを参照して危険度を決定し、この危険度の値を警告メッセージWMとして出力し、表示制御部２８が危険度に応じたアイコン等をＷＳディスプレイ１０に表示させるようにしてもよい。
【００７５】
本発明の第５の実施形態は、図１３の機能ブロック図に示したように、第１の実施形態に要注意構造物検出部３０を付加した構成となっており、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７６】
要注意構造物検出部３０は、画像処理ワークステーション９に実装される処理部であり、３次元医用画像Ｖを入力として、公知の画像認識手法により、要注意構造物領域RAを検出する。図１５Ａは、内視鏡１と注目構造物と要注意構造物との位置関係の一例を模式的に表したものである。この例では、要注意構造物検出部３０は公知の血管抽出処理を行うことにより、腹壁の裏側にある注意すべき血管領域RAを検出している。
【００７７】
図１４は、本発明の第５の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートであり、図に示したように、第１の実施形態のステップ#2で注目位置ＰIを特定した後、要注意構造物検出部３０が要注意構造物領域RAを検出する(#2.1)。また、ステップ#7において、仮想内視鏡画像生成部２７は、要注意構造物領域RAが視認可能になるように定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。図１５Ｂは、生成される仮想内視鏡画像ＩVEの一例を模式的に表したものである。図に示した仮想内視鏡画像ＩVEは、腹壁を表す画素が半透明化され、血管を表す画素の視認性が高くなるように色や不透明度が定義されたカラーテンプレートを用いることによって生成されたものである。これにより、要注意構造物の視認性が高まるので、第４の実施形態と同様、内視鏡１や処置具６の誤操作の未然防止に資する。
【００７８】
また、図１５Ｃは、生成される仮想内視鏡画像ＩVEと実内視鏡画像ＩREとを、対応する位置を合わせて重畳表示させた場合を模式的に表したものである。図に示したように、要注意構造物検出部３０によって検出された要注意構造物領域RAを実内視鏡画像ＩREにも重畳させれば、実内視鏡画像ＩRE中で要注意構造物を把握することが可能になる。
【００７９】
なお、要注意構造物検出部３０は、ユーザの手動操作により要注意構造物領域RAを検出するようにしてもよい。また、要注意構造物領域RAに対して、矢印等のマーカーやテキストコメント等のアノテーションを重畳表示させるようにしてもよい。
【００８０】
本発明の第６の実施形態は、注目構造物と処置具の両方が視野に含まれるような仮想内視鏡画像を生成するものであり、図１６のハードウェア構成図に示したように、図１に示した第１の実施形態に処置具用マーカー７ｂを付加した構成となっている。
【００８１】
処置具用マーカー７ｂは、内視鏡用マーカー７ａと同様に、位置センサ８とともに３次元位置計測装置を構成するものであり、処置具６の手元付近に設けられており、位置センサ８によって、所定の時間間隔でマーカー７ｂの３次元位置が検出され、オフセット計算によって、処置具６の先端部の３次元位置PSTを算出することができる。
【００８２】
図１７は、本発明の第６の実施形態の機能ブロック図であり、図２に示した第１の実施形態に、処置具６、処置具位置検出部１２、処置具位置取得部３１が付加された構成となっている。ここで、処置具位置検出部１２の機能は、図１６の処置具用マーカー７ｂおよび位置センサ８によって実現される。また、処置具位置ＰTは、破線枠内の各処理部によって、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に対して読み書きされるデータである。
【００８３】
図１８は、本発明の第６の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートであり、図の右側に付記したように、内視鏡１を用いた被検体の腹腔内の観察中は、観察が終了するまで(#9; YES)、実内視鏡画像形成部２が実内視鏡画像ＩREを繰り返し形成し、内視鏡位置姿勢検出部１１が内視鏡の位置PSEおよび姿勢DSEを検出するだけでなく、処置具位置検出部１２が、所定の時間間隔で、体腔内に挿入された処置具６の位置PSTを繰り返しリアルタイムに検出する。また、第１の実施形態のステップ#4で内視鏡の位置と姿勢の取得を行った後、処置具位置取得部３１が、処置具位置検出部１２で検出された処置具位置PSTを取得し、取得された処置具位置PSTを３次元医用画像Ｖの座標系における位置に変換して得られた処置具位置ＰTを出力する(#4.1)。
【００８４】
そして、内視鏡画角取得部２５が内視鏡１の画角ＡEを取得した後(#5)、仮想視野決定部２６は、内視鏡位置ＰEに配置された仮想内視鏡の仮想視野を、注目構造物の位置ＰI、内視鏡位置ＰEと中心視線ベクトルVLE、画角ＡEに加えて、処置具位置取得部３１によって取得された処置具位置ＰTにも基づいて、注目構造物の位置ＰIおよび処置具位置ＰTが仮想視野内に含まれるように、かつ、内視鏡１の視野に対応する３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように決定し、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEを出力する(#6)。仮想内視鏡画像生成部２７は、第１の実施形態と同様にして仮想内視鏡画像ＩVEを生成する際に、処置具位置取得部３１によって取得された処置具位置ＰTに基づいて、仮想内視鏡画像ＩVE中の処置具位置ＰTに対応する位置に処置具６が存在することを識別可能な態様で表した仮想内視鏡画像ＩVEを生成する(#7)。以降の処理の流れ(#8から#9)は第１の実施形態と同様である。
【００８５】
次に、各処理部のうち本実施形態に特有の点について詳細に説明する。
【００８６】
処置具位置取得部３１は、内視鏡位置取得部２２と同様に、処置具位置検出部１２との通信により処置具位置PSTを取得する通信インターフェースとしての機能と、取得した処置具位置PSTを位置センサ８の３次元座標系から３次元医用画像Ｖの３次元座標系の座標値で表現された処置具位置ＰTに変換して画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する機能とを有する。
【００８７】
仮想視野決定部２６は、図１９Ａに模式的に示したように、まず、第１の実施形態と同様に、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEを仮想内視鏡の視点位置VPVEに決定するとともに、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡１の中心視線ベクトルVLEを仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEに決定する。次に、仮想視野決定部２６は、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角AEよりも広く、かつ、仮想内視鏡の視野内に注目構造物の位置ＰIおよび処置具位置ＰTが含まれるように決定する。具体的には、例えば、仮想内視鏡の視点位置VPVEと注目構造物の位置ＰIとを結ぶベクトルと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をθ1、仮想内視鏡の視点位置VPVEと処置具位置ＰTとを結ぶベクトルと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をθ2とすると、仮想内視鏡の画角ＡVEは、内視鏡１の画角ＡE、２θ1、２θ2のうち最も大きい値に定数を加えたり、所定の１より大きい係数を乗じたりすることによって求めることができる。図１９Ａでは、注目構造物の位置ＰIよりも処置具位置ＰTの方が視野の中心から離れているので、２θ2が最大値となる。
【００８８】
仮想内視鏡画像生成部２７は、第１の実施形態における仮想内視鏡画像ＩVEの生成と同様に、３次元医用画像Ｖを入力として、仮想内視鏡の視点位置VPVE、中心視線ベクトルＶＬVE、画角ＡVEに基づいて仮想内視鏡プレ画像を生成する。次に、仮想内視鏡画像生成部２７は、処置具位置ＰTに処置具６が存在する状態を表す処置具形状画像ＭTを生成する。具体的には、処置具形状画像ＭTは、上記特許文献２に記載されたように、データベースに格納された処置具６の形状を表す画像と、処置具位置ＰTに基づいて生成される。そして、仮想内視鏡画像生成部２７は、仮想内視鏡プレ画像と処置具形状画像ＭTをアルファブレンディング等の公知の手法により合成することにより、仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。なお、上記のように処置具形状画像を生成せずに、仮想内視鏡プレ画像中の処置具位置ＰTに対応する位置に、処置具６を表す矢印やアイコン等のマーカーやテキストコメント等のアノテーションを重畳することによって仮想内視鏡画像ＩVEを生成するようにしてもよい。
【００８９】
図１９Ｂは、本実施形態で生成された仮想内視鏡画像ＩVEと実内視鏡画像ＩREとを重畳した表示画面の一例を模式的に表したものであり、図に示したように、仮想内視鏡画像ＩVE中の処置具位置ＰTに対応する位置に処置具形状画像ＭTが重畳されている。
【００９０】
以上のように、本発明の第６の実施形態によれば、注目構造物の位置ＰIだけでなく、処置具の位置ＰTも視野に含まれる仮想内視鏡画像ＩVEが生成されるので、内視鏡１と注目構造物だけでなく、処置具６も含めた相互の位置関係や接近状況を確実に把握することが可能になる。
【００９１】
また、このとき、処置具位置検出部１２が処置具６の位置をリアルタイムに検出した結果のフィードバックによって仮想内視鏡の視野や画像内容がリアルタイムに変更された仮想内視鏡画像ＩVEが連続的に表示されるので、内視鏡１と注目構造物だけでなく、処置具６も含めた相互の位置関係や接近状況を、動的に、より的確に捉えることが可能になる。
【００９２】
さらに、実内視鏡画像形成部２が、内視鏡１によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像ＩREを形成し、仮想内視鏡画像ＩVEの生成時に用いられた内視鏡１および処置具６の位置が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像ＩREが重畳表示されるので、第１の実施形態と同様に、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとは、ほぼ同じ時点での体腔内の状態が表されたものとなり、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが時間的同期を取って連続的に重畳表示される。また、このとき、内視鏡１の移動や回転等の操作に連動して実内視鏡画像ＩREの視野が変化するとともに、内視鏡１だけでなく処置具６の操作にも連動して仮想内視鏡画像ＩVEの視野や画像内容も変化する。このように、本発明の第６の実施形態では、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEによって、さらにリアルタイムに、かつ、相互補完的に体腔内を観察することが可能になる。
【００９３】
本発明の第７の実施形態は、３次元医用画像Ｖを内視鏡を用いた観察時にリアルタイムに形成、取得するものであり、この場合、第１の実施形態のハードウェア構成（図１６参照）のうち、内視鏡用マーカー７ａ、処置具用マーカー７ｂ、位置センサ８は不要である。
【００９４】
図２０は、本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図である。図に示したように、第６の実施形態の内視鏡位置姿勢検出部１１、処置具位置検出部１２、内視鏡位置姿勢取得部２２、処置具位置取得部３１の代わりに、内視鏡位置姿勢認識部３２、処理具位置認識部３３を付加した構成となっている。すなわち、内視鏡位置姿勢認識部３２および処理具位置認識部３３は、本発明の位置（姿勢）検出手段に相当する。
【００９５】
内視鏡位置姿勢認識部３２および処理具位置認識部３３は、画像処理ワークステーション９に実装される処理部であり、３次元医用画像Ｖを入力として、公知のパターン認識処理により、３次元医用画像Ｖ中の、各々、内視鏡１、処置具６を表す領域を抽出し、各々、内視鏡位置ＰEおよび姿勢VLE、処置具位置ＰTを認識する。
【００９６】
図２１は、本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートである。図に示したように、ステップ#11から#13までは第６の実施形態のステップ#1から#3と同様であり、その後、３次元医用画像取得部２３による３次元医用画像Ｖの取得が行われ(#14)、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖに基づいて、内視鏡位置姿勢認識部３２が内視鏡位置ＰEおよび姿勢VLEを認識し(#15)、処置具位置認識部３３が処置具位置ＰTを認識する(#16)。以下、ステップ#17および#18は第６の実施形態のステップ#5および#6と同様であるが、ステップ#19において、仮想内視鏡画像生成部２７は、処置具位置認識部３３で抽出された処置具６を表す領域が所定の色で表示されるように定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。したがって、第６の実施形態のように、処置具６の形状画像を生成する必要はない。ステップ#20および#21は第６の実施形態のステップ#8および#9と同様である。
【００９７】
このように、３次元医用画像Ｖを内視鏡を用いた観察時にリアルタイムで形成、取得するようにすれば、取得された３次元医用画像Ｖは、実内視鏡画像ＩREとほぼ同じ時点での腹腔内の様子を表したものとなるので、内視鏡下での観察前に取得された３次元医用画像Ｖを用いた場合よりも実際の腹腔内の様子がリアルタイムに正確に再現された仮想内視鏡画像ＩVEが生成される。ただし、この実施形態では、ステップ#11およびステップ#14で３次元医用画像Ｖの撮像の際、座標軸の原点に対応する被検体の位置や座標軸の向きが変動しないよう、撮影体位に注意する必要がある。
【００９８】
なお、本発明の第７の実施形態の場合、被検体の被曝量低減のため、モダリティ５としては超音波診断装置を用いるのが好ましい。
【００９９】
上記の各実施形態はあくまでも例示であり、上記のすべての説明が本発明の技術的範囲を限定的に解釈するために利用されるべきものではない。
【０１００】
この他、上記の実施形態におけるシステム構成、ハードウェア構成、処理フロー、モジュール構成、ユーザインターフェースや具体的処理内容等に対して、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な改変を行ったものも、本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０１】
例えば、システム構成については、上記の実施形態では、図１や図１６のハードウェア構成では、モダリティ５と画像処理ワークステーション９が直接接続されているが、画像保管サーバをＬＡＮ上に接続し、モダリティ５で形成された３次元医用画像Ｖは、いったん画像保管サーバのデータベースに格納されるようにし、画像処理ワークステーション９からの要求に応じて、画像保管サーバから画像処理ワークステーション９に３次元医用画像Ｖが転送されるようにしてもよい。
【０１０２】
また、内視鏡１は、硬性鏡ではなく、軟性鏡やカプセル型内視鏡を用いてもよい。
【０１０３】
モダリティ５は、上記のＣＴ装置や超音波診断装置のほか、ＭＲＩ装置等を用いてもよい。
【０１０４】
ＷＳディスプレイ１０は、公知の立体視表示に対応したディスプレイとし、仮想内視鏡画像ＩVEを立体視用の画像として表示するようにしてもよい。例えば、ＷＳディスプレイ１０として左右両眼用の２つの視差画像を用いて立体視表示を実現する方式のものを採用した場合、仮想内視鏡画像生成部２７は、視点位置VPVEから左右両眼の視差の分だけずらした各眼の位置を設定し、設定された各眼の位置を視点とする中心投影により、左右各眼用の仮想内視鏡視差画像を生成するようにし、表示制御部２８が、左眼用の仮想内視鏡視差画像をＷＳディスプレイ１０の左眼用の表示画素に表示させ、右眼用の仮想内視鏡視差画像をＷＳディスプレイ１０の右眼用の表示画素に表示させるように制御すればよい。
【０１０５】
内視鏡位置姿勢検出部１１や処置具位置検出部１２は、磁気式のものを用いてもよいし、上記特許文献２に記載されているように、ジャイロやロータリーエンコーダ等を用いてもよい。
【０１０６】
さらに、観察部位は腹腔内ではなく、胸腔内等、内視鏡下での観察に適した被検体の他の部位であってもよい。
【０１０７】
画像処理ワークステーション９においては、上記実施形態では、実内視鏡画像形成部２で実内視鏡画像ＩREが形成される周期は、仮想内視鏡画像生成部２７で仮想内視鏡画像ＩVEが生成される周期よりも短いものとして、通信負荷を考慮して、実内視鏡画像取得部２１からの要求ベースでの画像受信としているが、実内視鏡画像形成部２で順次形成される実内視鏡画像ＩEのすべてを実内視鏡画像取得部２１が受信するようにしてもよい。この場合、表示制御部２８が、仮想内視鏡画像生成部２７による仮想内視鏡画像ＩVEの生成タイミングとは非同期に、実内視鏡画像ＩREの受信の度にＷＳディスプレイ１０の実内視鏡画像ＩREの表示を更新させるようにしてもよい。
【０１０８】
内視鏡位置姿勢取得部２２は、内視鏡位置姿勢検出部１１で所定の時間間隔で検出される内視鏡位置PSEのすべてを受信しておき、図３のステップ#4の処理が呼び出されるタイミングで受信した内視鏡位置PSEのみを後者の座標変換機能によって内視鏡位置ＰEに変換して出力するようにしてもよい。処置具位置取得部３１についても同様である。
【０１０９】
また、内視鏡位置姿勢取得部２２や処置具位置取得部３１で行われる座標変換を仮想内視鏡画像生成部２７で行うようにしてもよい。
【０１１０】
注目位置特定部２４は、公知の画像認識技術（血管や臓器の抽出手法や異常陰影検出手法等）を用いて注目位置を自動的に特定するようにしてもよい。
【０１１１】
さらに、仮想内視鏡画像生成部２７は、例えば、手術対象部位、要注意血管、要注意臓器、処置具というように複数の注目位置を視点とする仮想内視鏡画像をさらに生成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 内視鏡
２ デジタルプロセッサ
３ 光源装置
４ 実内視鏡画像用ディスプレイ
５ モダリティ
６ 処置具
７ａ 内視鏡用マーカー
７ｂ 処置具用マーカー
８ 位置センサ
９ 画像処理ワークステーション
１０ 画像処理ワークステーション用ディスプレイ
１１ 内視鏡位置姿勢検出部
１２ 処置具位置検出部
２１ 実内視鏡画像取得部
２２ 内視鏡位置姿勢取得部
２３ ３次元医用画像取得部
２４ 注目位置特定部
２５ 内視鏡画角取得部
２６ 仮想視野決定部
２７ 仮想内視鏡画像生成部
２８ 表示制御部
２９ 警告判定部
３０ 要注意構造物検出部
３１ 処置具位置取得部
３２ 内視鏡位置姿勢認識部
３３ 処置具位置認識部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での手術や検査等における、内視鏡観察を支援する技術に関するものであり、特に、被検体の体腔内を表す仮想内視鏡画像を用いて内視鏡観察を支援する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、腹腔鏡手術や胸腔鏡手術等の内視鏡下で行われる手術が注目されている。この内視鏡手術では、開腹や開胸等を行うことなく、内視鏡と処置具を刺入するための数センチ程度の穴を２、３個開けるだけで済むので、患者の負担が極めて小さいというメリットがある。一方で、内視鏡の限られた視野で手術を実施することは技術的難易度が高く、執刀を行う医師は熟練を要する。もし患者の血管や臓器を誤って傷つけてしまい、出血してしまった場合には、開腹、開胸等を伴う従来の手法による手術に移行せざるを得ない。
【０００３】
一方、ＣＴ等での撮影によって得られた３次元ボリューム画像から内視鏡と類似した画像を生成する仮想内視鏡技術が知られている。この技術は、特に大腸の腫瘍を発見するために、内視鏡検査をすることなくＣＴ撮影のみで腫瘍を発見する方法として北米で普及している。
【０００４】
そして、仮想内視鏡画像を用いて内視鏡手術を支援する技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、内視鏡の位置をセンサで検出し、検出位置を視点とし、内視鏡よりも広い画角を有する仮想内視鏡画像を生成し、内視鏡撮影で得られた実内視鏡画像と仮想内視鏡画像とを重畳表示する装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、内視鏡の位置をリアルタイムに検出し、内視鏡と同じ視野を有し、視野内の血管配置が視覚化された仮想内視鏡画像を生成するとともに、内視鏡下での手術に用いられる処置具の位置をリアルタイムに検出し、仮想内視鏡画像中での処置具の位置に処置具を表す画像を合成した画像を生成し、合成画像と実内視鏡画像を表示する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６３０５３号公報
【特許文献２】特開２００５−２１３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの文献に記載された手法では、内視鏡の狭い視野を仮想内視鏡画像によって補うことはできるものの、仮想内視鏡画像は実内視鏡画像と同じ視点、同じ観察方向の画像であるから、処置具や手術対象部位等の注目箇所と内視鏡との位置関係によっては、仮想内視鏡画像や実内視鏡画像中に注目箇所が表示されない可能性があり、注目箇所に対する内視鏡の接近状況が把握できないこともありうる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での体腔内の観察の際に、処置具や手術対象部位等の注目箇所と内視鏡との位置関係や注目箇所に対する内視鏡の接近状況をより確実に把握可能なシステムおよび方法、並びに装置およびプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内視鏡観察支援システムは、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を形成する３次元医用画像形成手段と、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出する内視鏡位置姿勢検出手段と、前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示する表示手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の内視鏡観察支援方法は、被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での前記体腔内の観察より前または該観察中に、前記体腔内を表す３次元医用画像を形成するステップと、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出するステップと、前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する前記視点から見た前記体腔内を表す仮想内視鏡画像を生成するステップと、前記仮想内視鏡画像を表示するステップとを有することを特徴とすることを特徴とする。
【００１２】
本発明の内視鏡観察支援装置は、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得する３次元医用画像取得手段と、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得する位置取得手段と、前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記取得された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示手段に表示させる表示制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の内視鏡観察支援プログラムは、コンピュータに、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得するステップと、前記体腔内の（第１の）注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得するステップと、前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された（第１の）注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記（第１の）注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する仮想内視鏡画像を生成するステップと、前記仮想内視鏡画像を表示手段に表示させるステップとを実行させることを特徴とする。
【００１４】
以下、本発明の詳細について説明する。
【００１５】
本発明において、内視鏡によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像を形成するようにし、仮想内視鏡画像とともに、仮想内視鏡画像の生成時に用いられた内視鏡の位置および姿勢が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像を、仮想内視鏡画像と該実内視鏡画像とで対応する位置を重畳させて表示するようにしてもよい。これにより、内視鏡での撮像によりリアルタイムに形成された実内視鏡画像と、実内視鏡画像の形成とほぼ同じタイミングで位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された内視鏡の位置から見た仮想内視鏡画像とが重畳表示される。
【００１６】
また、内視鏡の位置および姿勢の検出に応じて仮想内視鏡画像の生成を繰り返し行えば、内視鏡の移動に応じて、実内視鏡画像も仮想内視鏡画像もリアルタイムに更新される。
【００１７】
本発明において、３次元医用画像の形成・取得を内視鏡下での観察中に行う場合には、リアルタイムでその取得を行うようにしてもよい。その際、取得された３次元医用画像に対する画像認識処理により、内視鏡の位置や姿勢を検出するようにしてもよい。
【００１８】
「（第１の）注目構造物」の具体例としては、内視鏡下での手術対象部位や、手術において注意を有する解剖学的構造物、すなわち、血管や、臓器、腫瘍等が挙げられる。これらの（第１の）注目構造物の位置の具体的な特定方法は、公知の画像認識技術を用いた自動的方法、ユーザの手動操作による方法、両者を組み合わせた方法のいずれであってもよい。あるいは、「（第１の）注目構造物」は、体腔内に挿入された処置具であってもよい。
【００１９】
また、「仮想視野」は、（第１の）注目構造物の位置を視野に含むように決定されるが、視点（内視鏡の位置）から（第１の）注目構造物の位置に向かう視線上の画像情報が仮想内視鏡画像に反映されていればよく、例えば、内視鏡と（第１の）注目構造物との間に、臓器や血管、ヒダ等の構造物がある場合等には、仮想内視鏡画像中に（第１の）注目構造物が必ずしも表されていなくてもよい。
【００２０】
さらに、「仮想視野」は、内視鏡の視野と連続性を有するものである。ここで、「（仮想内視鏡画像の）視野が内視鏡の視野と連続性を有する」とは、両視野が少なくとも１点で接することを意味する。具体的には、一方の視野が他方の視野に包含されていてもよいし、両視野の一部が重複していてもよいし、両視野が一致していてもよい。
【００２１】
「仮想視野」は、内視鏡よりも広い画角を有するようにしてもよい。
【００２２】
また、「仮想内視鏡画像」は、（第１の）注目構造物が識別可能な態様で表されたものとしてもよい。
【００２３】
「仮想内視鏡画像」の生成の際、内視鏡から体腔内の構造物の表面までの距離を仮想内視鏡画像の画素値の決定要素として用いてもよい。また、実内視鏡画像に表された体腔内各部とほぼ同じ外観の仮想内視鏡画像が得られるように定義されたカラーテンプレートを用いてもよい。ただし、このカラーテンプレートには、例えば、体腔内各部の色が実内視鏡画像とほぼ同じになるように定義されたものとしつつ、体腔内各部を必要に応じて半透明化し、実内視鏡画像では前方の遮蔽物等により観察することのできない後方の構造物を視認できるように定義されたものも含まれる。
【００２４】
また、本発明において、３次元医用画像中の体腔内の第２の注目構造物を検出するようにし、検出された第２の注目構造物が視認可能な態様の仮想内視鏡画像を生成するようにしてもよい。ここで、「第２の注目構造物」の具体例としては、第１の注目構造物と同様のものが挙げられる。したがって、例えば、第１の構造物は内視鏡下での手術対象部位とし、第２の注目構造物は手術において注意を有する解剖学的構造物とするか、あるいは、その逆とすることが考えられる。
【００２５】
さらに、本発明において、内視鏡と（第１の）注目構造物とが所定の基準を満たす程度に接近している場合には警告を提示するようにしてもよい。警告は仮想内視鏡画像中等に視覚的に提示してもよいし、他の感覚器に訴える方法で提示してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、被検体の体腔内を表す３次元医用画像を入力として、位置姿勢検出手段によって検出された内視鏡の位置に対応する３次元医用画像中での位置を視点とし、注目構造物の位置を視野に含み、視野が内視鏡の視野と連続性を有する仮想内視鏡画像を生成して表示する。ここで、表示される仮想内視鏡画像は、注目構造物の位置が必ず視野内に含まれるように視野が決定されているので、内視鏡と注目構造物との位置関係や接近状況を確実に把握することが可能になり、手術や検査等における手技のミス等の防止に資する。また、仮想内視鏡画像の視野が内視鏡の視野と連続性を有するので、両視野の位置関係の把握が容易になり、例えば、実際の内視鏡画像中に注目構造物が含まれない場合に、内視鏡をどのように動かせば注目構造物が実際の内視鏡の視野内に入ってくるかを容易に把握することが可能になり、手術中における内視鏡の操作性の向上に資する。
【００２７】
また、このとき、内視鏡の位置をリアルタイムに検出した結果のフィードバックによって仮想内視鏡の視点や視野がリアルタイムに変更された仮想内視鏡画像が連続的に表示されるので、注目構造物への内視鏡の接近状況を、動的に、より的確に捉えることが可能になる。
【００２８】
さらに、内視鏡によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像を形成するようにし、仮想内視鏡画像とともに、仮想内視鏡画像の生成時に用いられた内視鏡の位置および姿勢が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像を、仮想内視鏡画像と実内視鏡画像とで対応する位置を重畳させて表示するようにすれば、表示される実内視鏡画像と仮想内視鏡画像とは、ほぼ同じ時点での体腔内の状態が表されたものとなり、実内視鏡画像と仮想内視鏡画像とが時間的同期を取って連続的に表示される。また、このとき、内視鏡の位置の検出に応じて仮想内視鏡画像の生成を繰り返し行えば、実内視鏡画像も仮想内視鏡画像もリアルタイムに更新される。すなわち、内視鏡の移動や回転等の操作に連動して実内視鏡画像の視野が変化するとともに、内視鏡の移動等の操作に連動して仮想内視鏡画像の視野も変化させることができる。このように、実内視鏡画像と仮想内視鏡画像によって相互補完的に体腔内を観察することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１から第５の実施形態となる内視鏡観察支援システムのハードウェア構成図
【図２】本発明の第１から第３の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図３】本発明の第１から第３の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の一例を模式的に表した図
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態における実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態の変形例において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の第１の例を模式的に表した図
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例における、図５Ａの場合の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態の変形例において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の第２の例を模式的に表した図
【図６Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例における、図６Ａの場合の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図７Ａ】本発明の第１の実施形態の変形例において実内視鏡の視野と注目構造物の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の第３の例を模式的に表した図
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態の変形例における、図７Ａの場合の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図８Ａ】注目構造物と内視鏡の間に他の構造物が存在する場合の一例を模式的に表した図
【図８Ｂ】本発明の第２の実施形態で表示される仮想内視鏡画像の一例を模式的に表した図
【図９Ａ】本発明の第３の実施形態における、視点からの腹腔内の解剖学的構造物の表面までの距離に応じて仮想内視鏡画像の表示色を変化させるためのカラーテンプレートの一例を模式的に表した図
【図９Ｂ】本発明の第３の実施形態における、視点からの距離に応じて表示色を変化させた仮想内視鏡画像の一例を模式的に表した図
【図１０】本発明の第４の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図１１】本発明の第４の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図１２】本発明の第４の実施形態における警告表示の一例を模式的に表した図
【図１３】本発明の第５の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図１４】本発明の第５の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図１５Ａ】注目構造物と要注意構造物と内視鏡の位置関係と、内視鏡および仮想内視鏡の視野の一例を模式的に表した図
【図１５Ｂ】本発明の第５の実施形態で表示される仮想内視鏡画像の一例を模式的に表した図
【図１５Ｃ】本発明の第５の実施形態における実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図１６】本発明の第６の実施形態となる内視鏡観察支援システムのハードウェア構成図
【図１７】本発明の第６の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図１８】本発明の第６の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【図１９Ａ】本発明の第６の実施形態において実内視鏡の視野と注目構造物、処置具の位置に基づいて決定された仮想内視鏡の視野の一例を模式的に表した図
【図１９Ｂ】本発明の第６の実施形態における実内視鏡画像と仮想内視鏡画像の重畳表示の一例を模式的に表した図
【図２０】本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図
【図２１】本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態となる内視鏡観察支援システムについて説明する。
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施形態となる内視鏡観察支援システムの概要を示すハードウェア構成図である。図に示したように、このシステムは、内視鏡１、デジタルプロセッサ２、光源装置３、実内視鏡画像用ディスプレイ４、モダリティ５、処置具６、内視鏡用マーカー７ａ、位置センサ８、画像処理ワークステーション９、画像処理ワークステーション用ディスプレイ（以下、ＷＳディスプレイ）１０から構成されている。
【００３２】
本実施形態では、内視鏡１は腹腔用の硬性鏡であり、被検体の腹腔内に挿入される。光源装置３から光ファイバーで導かれた光が内視鏡１の先端部から照射され、内視鏡１の撮像光学系により被検体の腹腔内の画像が得られる。デジタルプロセッサ２は、内視鏡１で得られた撮像信号をデジタル画像信号に変換し、ホワイトバランス調整やシェーディング補正等のデジタル信号処理によって画質の補正を行った後、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）規格で規定された付帯情報を付加して、実内視鏡画像データ(ＩRE)を出力する。出力された実内視鏡画像データ(ＩRE)は、ＤＩＣＯＭ規格に準拠した通信プロトコルに従って、ＬＡＮ経由で画像処理ワークステーション９に送信される。また、デジタルプロセッサ２は、実内視鏡画像データ(ＩRE)をアナログ信号に変換して実内視鏡画像用ディスプレイ４に出力し、実内視鏡画像用ディスプレイ４には実内視鏡画像(ＩRE)が表示される。内視鏡１での撮像信号の取得は所定のフレームレートで行われるので、実内視鏡用ディスプレイ４では、実内視鏡画像(ＩRE)が腹腔内を表す動画として表示される。さらに、内視鏡１では、ユーザの操作に応じて静止画撮影も可能である。
【００３３】
モダリティ５は、被検体の検査対象部位を撮影することにより、その部位を表す３次元医用画像の画像データ(Ｖ)を生成する装置であり、ここではＣＴ装置とする。この３次元医用画像データ(Ｖ)にもＤＩＣＯＭ規格で規定された付帯情報が付加されている。また、３次元医用画像データ(Ｖ)も、ＤＩＣＯＭ規格に準拠した通信プロトコルに従って、ＬＡＮ経由で画像処理ワークステーション９に送信される。
【００３４】
内視鏡用マーカー７ａおよび位置センサ８は公知の３次元位置計測装置を構成する。内視鏡用マーカー７ａは、内視鏡１の手元付近に設けられており、光学式の位置センサ８によって、所定の時間間隔でマーカー７ａの３次元位置が検出される。内視鏡用マーカー７ａは複数のマーカー片から構成されているので、位置センサ８は、各マーカー片の位置関係から内視鏡１の姿勢も検出可能である。ここで、内視鏡１の姿勢は、内視鏡が挿入された向きを表すものであり、内視鏡の視野の中心における視線の向きと一致するので、以下では、内視鏡１の姿勢のことを内視鏡１の中心視線ベクトルともいう。また、オフセット計算によって、内視鏡１の先端部の３次元位置PSEを算出することができる。位置センサ８は、算出された内視鏡１の３次元位置データPSE、および、３次元姿勢データDSEを、ＵＳＢインターフェースを介して画像処理ワークステーション９に送信する。
【００３５】
画像処理ワークステーション９は、ＣＰＵ、主記憶装置、補助記憶装置、入出力インターフェース、通信インターフェース、データバス等の周知のハードウェア構成を備えたコンピュータであり、入力装置（ポインティングデバイス、キーボード等）や、ＷＳディスプレイ１０が接続されている。また、画像処理ワークステーション９は、デジタルプロセッサ２やモダリティ５とはＬＡＮ接続されており、位置センサ８とはＵＳＢ接続されている。さらに、画像処理ワークステーション９は、周知のオペレーティングシステムや各種アプリケーション・ソフトウェア等がインストールされたものであり、本発明の内視鏡観察支援処理を実行させるためのアプリケーションもインストールされている。これらのソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体からインストールされたものであってもよいし、インターネット等のネットワーク経由で接続されたサーバの記憶装置からダウンロードされた後にインストールされたものであってもよい。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態における内視鏡観察支援システムを機能レベルで分割したブロック図である。図に示したように、本発明の第１の実施形態となる内視鏡観察得支援システムは、内視鏡１、実内視鏡画像形成部２、実内視鏡画像用ディスプレイ４、３次元医用画像形成部５、ＷＳディスプレイ１０、内視鏡位置姿勢検出部１１、実内視鏡画像取得部２１、内視鏡位置姿勢取得部２２、３次元医用画像取得部２３、注目位置特定部２４、内視鏡画角取得部２５、仮想視野決定部２６、仮想内視鏡画像生成部２７、表示制御部２８から構成されている。なお、図１に示したハードウェア機器と図２に示した各機能ブロックとが概ね１対１に対応する場合には同じ符号を付している。すなわち、実内視鏡画像形成部２の機能は図１のデジタルプロセッサによって実現され、３次元医用画像形成部５の機能は図１のモダリティによって実現される。一方、内視鏡位置姿勢検出部１１の機能は、内視鏡用マーカー７ａおよび位置センサ８によって実現される。また、破線枠は画像処理ワークステーション９を示しており、破線枠内の各処理部の機能は、画像処理ワークステーション９で所定のプログラムを実行することによって実現される。さらに、実内視鏡画像ＩRE、内視鏡検出位置PSE、内視鏡姿勢DSE、内視鏡位置ＰE、内視鏡の中心視線ベクトルVLE、内視鏡画角ＡE、仮想内視鏡視点VPVE、仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVE、仮想内視鏡画角ＡVE、３次元医用画像Ｖ、注目位置ＰI、仮想内視鏡画像ＩVEは、各々、破線枠内の各処理部によって、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に対して読み書きされるデータである。
【００３７】
次に、図３に示したフローチャートを用いて、本発明の第１の実施形態となる内視鏡観察支援システムで行われるユーザの操作や、上記各処理部で行われる処理の概略的な流れを説明する。
【００３８】
まず、内視鏡１を用いた被検体の腹腔内の観察に先立って、３次元医用画像形成部５による被検体の腹腔内の撮像により、３次元医用画像Ｖが形成される。画像処理ワークステーション９では、３次元医用画像取得部２３が、３次元医用画像形成部５によって形成された３次元医用画像Ｖを取得した後(#1)、注目位置特定部２４が、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖに表された体腔内の注目構造物（例えば手術対象部位）の指定操作を受け付けるユーザインターフェースを提示し、取得された３次元医用画像Ｖに基づいて、指定された注目構造物の３次元医用画像Ｖ中での位置ＰIを特定する(#2)。
【００３９】
そして、図３のフローチャートの右側に付記したように、注目構造物を対象とする内視鏡下手術中、すなわち、内視鏡１を用いた被検体の腹腔内の観察中は、観察が終了するまで(#7; YES)、実内視鏡画像形成部２は、所定のフレームレートで、体腔内に挿入された内視鏡１による実内視鏡画像ＩREを繰り返し形成し、形成された実内視鏡画像ＩREは実内視鏡画像用ディスプレイ４にスルー動画としてリアルタイムに表示される。また、内視鏡位置姿勢検出部１１は、所定の時間間隔で、体腔内に挿入された内視鏡１の位置PSEおよび姿勢DSEを繰り返しリアルタイムに検出する。
【００４０】
画像処理ワークステーション９では、実内視鏡画像取得部２１が、実内視鏡画像形成部２で形成された実内視鏡画像ＩREを取得し(#3)、これとほぼ同じタイミングで、内視鏡位置姿勢取得部２２が、内視鏡位置姿勢検出部１１で検出された内視鏡検出位置PSEおよび姿勢DSEを取得し、取得された内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEを３次元医用画像Ｖの座標系における位置および姿勢に変換して得られた内視鏡位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLEを出力する(#4)。
【００４１】
また、内視鏡画角取得部２５は、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域から内視鏡１の画角ＡEを取得する(#5)。
【００４２】
仮想視野決定部２６は、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEに配置された仮想内視鏡の仮想視野を、注目位置特定部２４によって特定された注目構造物の位置ＰI、並びに、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた位置ＰEと中心視線ベクトルVLE、および、内視鏡画角取得部２５によって取得された内視鏡の画角ＡEに基づいて、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれるように、かつ、内視鏡１の視野に対応する３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように決定し、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEを出力する(#6)。
【００４３】
仮想内視鏡画像生成部２７は、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖを入力として、仮想視野決定部２６によって決定された、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEに基づいて、内視鏡位置VPE(VPVL)を視点とし、前記仮想視野を有する仮想内視鏡画像ＩVEを生成する(#7)。
【００４４】
そして、表示制御部２８は、実内視鏡画像取得部２１によって取得された実内視鏡画像ＩREと、仮想内視鏡画像生成部２７によって生成された仮想内視鏡画像ＩVEとをＷＳディスプレイ１０に表示させる(#8)。
【００４５】
画像処理ワークステーション９では、観察終了を指示する操作が行わない限り(#9; No)、新たな実内視鏡画像ＩREの取得(#3)、その時点での内視鏡位置ＰEおよび姿勢VLVEの取得(#4)、内視鏡画角ＡEの取得(#5)、仮想視野の決定(#6)、仮想内視鏡画像ＩVEの生成(#7)、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの表示の更新(#8)が繰り返し行われる。これにより、ＷＳディスプレイ１０では、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが時間的に同期した連続表示が実現される。一方、観察終了を指示する操作が行われた場合には(#9; Yes)、画像処理ワークステーション９は、上記ステップ#3から#8までの繰返し処理を終了する。
【００４６】
次に、画像処理ワークステーション９内の各処理部で行われる処理の詳細について説明する。
【００４７】
実内視鏡画像取得部２１は、実内視鏡画像形成部（デジタルプロセッサ）２との通信により、実内視鏡画像ＩREを受信し、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域の格納する通信インターフェースであり、実内視鏡画像取得部２１からの要求に基づいて実内視鏡画像形成部２から実内視鏡画像ＩREが転送される。
【００４８】
内視鏡位置姿勢取得部２２は、内視鏡位置姿勢検出部１１との通信により内視鏡検出位置PSEおよび姿勢DSEを取得する通信インターフェースとしての機能と、取得した内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEを位置センサ８の３次元座標系から３次元医用画像Ｖの３次元座標系の座標値で表現された内視鏡位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLEに変換して画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する機能とを有する。前者の通信インターフェース機能では、内視鏡位置姿勢取得部２２からの要求ベースで内視鏡位置姿勢検出部１１から内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEが取得される。また、後者の座標変換機能では、位置センサの３次元座標系における各座標軸と３次元医用画像Ｖの３次元座標系における各座標軸との向きの対応関係に基づいて、座標軸の回転量を予め求めておくとともに、３次元医用画像Ｖの原点に相当する被検体中の位置の、位置センサ８の３次元座標系における座標値を予め計測しておき、この原点の座標値に基づいて、両座標軸の平行移動量を求めておけば、その回転量の回転とその平行移動量の平行移動を行う行列を用いて、位置センサ８の３次元座標系で表現された内視鏡位置PSEおよび姿勢DSEを３次元医用画像Ｖの３次元座標系の座標値で表現された内視鏡位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLEに変換することができる。
【００４９】
３次元医用画像取得部２３は、３次元医用画像形成部５から３次元医用画像Ｖを受信し、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する通信インターフェース機能を有する。
【００５０】
注目位置特定部２４は、公知のＭＰＲ法により３次元医用画像Ｖから生成された所定の断面を表す断面画像中に、画像処理ワークステーション９のポインティングデバイスやキーボードを用いて注目構造物の指定する操作を受け付けるユーザインターフェースを提示する。例えば、ポインティングデバイスによって、断面画像中の注目構造物がクリックされると、注目位置特定部２４は、クリックにより指定された注目構造物の３次元医用画像Ｖ中での位置ＰIを特定し、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する。ここで、注目構造物として、手術対象の部位や手術時における要注意箇所等が、ユーザの所望に応じて指定される。
【００５１】
内視鏡画角取得部２５は、プログラムの起動パラメータや設定ファイル等に内視鏡１の仕様に基づいて予め設定されている内視鏡１の画角ＡEの情報を取得する。なお、内視鏡１の画角ＡEの情報が実内視鏡画像ＩREの付帯情報として付帯されている場合には、内視鏡画角取得部２５は、この付帯情報を解析して内視鏡１の画角ＡEの情報を取得してもよい。
【００５２】
仮想視野決定部２６は、図４Ａに模式的に示したように、まず、仮想内視鏡と内視鏡１の視点位置および中心視線ベクトルの向きを一致させる。すなわち、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEを仮想内視鏡の視点位置VPVEに決定するとともに、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡１の中心視線ベクトルVLEを仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEに決定する。また、仮想視野決定部２６は、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角AEよりも広く、かつ、仮想内視鏡の視野内に注目構造物の位置ＰIが含まれるように決定する。具体的には、例えば、仮想内視鏡の視点位置VPVEと注目構造物の位置ＰIとを結ぶベクトルと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をθとすると、仮想内視鏡の画角ＡVEは、内視鏡１の画角ＡEと２θの大きい方の値に定数を加えたり、所定の１より大きい係数を乗じたりすることによって求めることができる。なお、求められた画角ＡVEの値が所定の閾値以上の場合となる場合には、画角設定エラーとして、所定のエラー処理（処理の中断や内視鏡１の姿勢の変更や注目構造物の位置ＰIの修正等を促す警告メッセージの表示等）を行うようにしてもよい。以上のようにして決定された仮想内視鏡の視点位置VPVE、中心視線ベクトルＶＬVE、画角ＡVEは、所定のメモリ領域に書き込まれる。
【００５３】
仮想内視鏡画像生成部２７は、３次元医用画像Ｖを入力として、図４Ａに示したように、仮想内視鏡の中心視線ベクトルＶＬVEの向きを視野の中心を通る視線ベクトルの向きとして、画角ＡVEの範囲内で、仮想内視鏡の視点位置VVPVEからの放射状の複数の視線を設定し、公知の中心投影によるボリュームレンダリング法により、各視線上の画素値を投影した仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。ここで、ボリュームレンダリングの際には、実内視鏡画像ＩREに表された腹腔内各部とほぼ同じ外観の画像が得られるように色や透明度が予め定義されたカラーテンプレートが用いられる。
【００５４】
表示制御部２８は、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとを、両画像の視野の中心を一致させることによって、対応する位置を合わせて重畳した表示画面を生成し、ＷＳディスプレイ１０に出力する。これにより、ＷＳディスプレイ１０には、図４Ｂに模式的に例示された実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが重畳された表示画面が表示される。なお、両画像の重ね合わせには、公知のアルファブレンディング法等を用いることができる。
【００５５】
以上のように、本発明の第１の実施形態では、仮想視野決定部２６が、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEを仮想内視鏡の視点位置VPVEとし、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡１の中心視線ベクトルVLEを仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとし、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角AEよりも広く、かつ、仮想内視鏡の視野内に注目構造物の位置ＰIが含まれるように決定することによって、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれ、かつ、内視鏡１の視野に対応する３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するようになる。そして、仮想内視鏡画像生成部２７が、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖを入力として、仮想視野決定部２６によって決定された、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEに基づいて、内視鏡位置VPE(VPVL)を視点とし、上記仮想視野を有する仮想内視鏡画像ＩVEを生成し、表示制御部２８が実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEをＷＳディスプレイ１０に重畳表示させる。ここで、表示される仮想内視鏡画像ＩVEは、注目構造物の位置ＰIが必ず含まれているので、内視鏡１と注目構造物との位置関係や接近状況を確実に把握することが可能になり、手術や検査等における手技のミス等の防止に資する。また、図４Ｂに例示したように、仮想内視鏡画像ＩVEの視野が内視鏡１の視野を包含するので、両視野の位置関係の把握が容易になり、例えば、実際の内視鏡画像ＩRE中に注目構造物が含まれない場合であっても、仮想内視鏡画像IVE中で注目構造物の位置を確認することにより、内視鏡１をどのように動かせば注目構造物が実際の内視鏡１の視野内に入ってくるかを容易に把握することが可能になり、手術中における内視鏡１の操作性の向上に資する。
【００５６】
また、このとき、内視鏡位置姿勢検出部１１が内視鏡１の位置をリアルタイムに検出した結果のフィードバックによって仮想内視鏡の視野がリアルタイムに変更された仮想内視鏡画像ＩVEが連続的に表示されるので、注目構造物への内視鏡１の接近状況を、動的に、より的確に捉えることが可能になる。
【００５７】
さらに、実内視鏡画像形成部２が、内視鏡１によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像ＩREを形成し、仮想内視鏡画像ＩVEの生成時に用いられた内視鏡１の位置が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像ＩREが重畳表示されるので、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとは、ほぼ同じ時点での体腔内の状態が表されたものとなり、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが時間的同期を取って連続的に重畳表示される。また、このとき、内視鏡１の移動や回転等の操作に連動して実内視鏡画像ＩREの視野が変化するとともに、仮想内視鏡画像ＩVEの視野も変化する。このように、本発明の第１の実施形態では、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEによって、リアルタイムに、かつ、相互補完的に体腔内を観察することが可能になる。
【００５８】
さらにまた、仮想内視鏡画像生成部２７が、実内視鏡画像ＩREに表された腹腔内各部とほぼ同じ外観の画像が得られるように色や透明度が予め定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成するので、表示制御部２８によって実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとがＷＳディスプレイ１０に重畳表示された際、両画像を違和感なく観察することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、表示制御部２８が、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとを重畳表示させるようにしていたが、両画像を並べて表示するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、仮想視野決定部２６が、仮想内視鏡の画角ＡVEのみを内視鏡１の画角と異なる設定にすることによって、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれるようにしていたが、仮想内視鏡の視野の設定の変形例として、仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEを内視鏡１の中心視線ベクトルVLEと異なる設定にすることによって、注目構造物の位置ＰIが仮想視野内に含まれるようにしてもよい。
【００６１】
図５Ａ、図６Ａ、図７Ａは、注目構造物の位置ＰIが仮想視野の中心となるように中心視線ベクトルVLVEの設定を行った例を、視点VPVE（VPE）と注目構造物の位置ＰIの位置関係毎に表したものである。この例では、仮想視野決定部２６が、仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEを、視点VPVE（VPE）と注目構造物の位置ＰIとを結ぶ向きに決定し、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角ＡEよりも広く、かつ、内視鏡１の視野と連続性を有するように決定している。具体的には、内視鏡１の中心視線ベクトルVLEと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をαとすると、仮想内視鏡の視野が内視鏡１の視野と連続性を有するためには、次式(1)を満たせばよく、
α−ＡE／2≦ＡVE/2 ・・・(1)
予め定義された仮想内視鏡の画角の初期値ＡVE0（ＡVE0＞ＡEとする）とすると、仮想内視鏡の画角ＡVEを内視鏡１の画角ＡEよりも広くするという条件をさらに満たすためには、仮想内視鏡の画角ＡVEは、初期値ＡVE0と（2α−ＡE）の大きい方の値とすればよい。なお、2α−ＡEに定数をさらに加えたり、所定の１より大きい係数を乗じたりしてもよい。
【００６２】
図５Ａは、内視鏡１の視野内に注目構造物の位置ＰIが含まれている場合、すなわち、α＜ＡE／2の場合であり、この場合には、仮想内視鏡の画角ＡVEは初期値ＡVE0に決定され、図５Ｂに示したように、実内視鏡画像ＩREの視野が仮想内視鏡画像ＩVEの視野に包含される。なお、初期値ＡVE0の値によっては、実内視鏡画像ＩREの視野と仮想内視鏡画像ＩVEの視野とが重複する関係となる。これに対して、図６Ａに示したように、内視鏡１の視野の中心に対して注目構造物がもう少し離れた位置にある場合、より正確には、0＜α−ＡE／2＜ＡVE0/2の場合も、仮想内視鏡の画角ＡVEは初期値ＡVE0に決定されるが、図６Ｂに示したように、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとは視野が一部重複した状態となる。さらに、図７Ａに示したように、内視鏡１の視野の中心に対して注目構造物の位置ＰIがさらに離れた位置にある場合、より正確には、0＜ＡVE0/2＜α−ＡE／2の場合には、仮想内視鏡の画角ＡVEはα−ＡE／2に決定され、図７Ｂに示したように、実内視鏡画像ＩREの視野と仮想内視鏡画像ＩVEの視野とは１点のみで接する関係になる。
【００６３】
この他、仮想視野決定部２６は、上記の角αを２等分する視線を仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEに決定し、画角ＡVEをＡVE0、αのいずれよりも大きい値に決定するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、これらの仮想内視鏡の視野の設定の変形例においても、表示制御部２８は、内視鏡１の位置ＰEおよび姿勢（中心視線ベクトル）VLE、ならびに、仮想内視鏡の視点VPVE（VPE）および中心視線ベクトル（姿勢）VLVEに基づいて、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａに例示したように内視鏡１と仮想内視鏡の視線（光線）の位置関係を特定することによって、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの対応位置を合わせ、図５Ｂ、図６Ｂ、図７ＢＡに例示したような実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEを重畳した表示画面を生成することができる。
【００６５】
なお、これらの仮想内視鏡の視野の設定の変形例において、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEを重畳表示させる際、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの視野の中心が一致しない場合には、内視鏡１の光学的特性（特に広角レンズの特性）によって歪曲収差が生じ、実内視鏡画像ＩREの周辺部の像が歪んでしまうので、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの境界部において、像の連続性が途絶えてしまうことになる。そこで、実内視鏡画像ＩREに対して、内視鏡１の光学的特性に応じた座標変換用の関数や座標変換マップを用いて、歪曲収差の補正を行い、補正後の実内視鏡画像と仮想内視鏡画像ＩVEとを重畳させるようにすることが好ましい（歪曲収差の補正の詳細については、特開2009-276371号公報等参照）。あるいは、上記歪曲収差の補正と逆の変換を行う関数や変換マップを用いて、仮想内視鏡画像ＩVEを歪める補正を行い、実内視鏡画像ＩREと補正後の仮想内視鏡画像とを重畳させるようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、注目位置特定部２４が、ユーザによって指定された注目構造物の位置ＰIに基づいて、注目構造物全体を表す領域を抽出するようにし、仮想内視鏡画像生成部２７が、この注目構造物領域に対しては、他の構造物とは異なるカラーテンプレートを用いてボリュームレンダリングを行うようにすれば、図４Ｂ等に示した仮想内視鏡画像ＩVE中において注目構造物の領域を視認性の高い態様で表すことが可能になり、さらに効果的である。なお、上記の注目構造物領域の抽出には、例えば、本出願人が提案する特開2008-245719号公報に記載の手法を用いることができる。具体的には、注目構造物領域内の任意の点ＰIの設定を受け付け（以下、この点をユーザ設定点と呼ぶ）、予め定義しておいた病変領域のありうる大きさの情報を用いて、病変領域が存在し得る３次元の存在範囲を決定し、設定された点と、決定された存在範囲の外側の点とに基づいて、グラフカット法等の領域分割方法などを用いて病変領域を抽出することができる。
【００６７】
本発明の第２の実施形態は、仮想内視鏡画像生成部２７におけるボリュームレンダリング処理の変形例であり、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成、および、機能ブロック、処理の全体的な流れは、第１の実施形態と同様である。
【００６８】
図８Ａは、注目構造物と内視鏡１との位置関係の一例を模式的に表したものである。図に示したように、仮想内視鏡画像ＩVEの視点となる内視鏡１の位置ＰEと注目構造物との間を他の解剖学的構造物が遮っている場合、その解剖学的構造物の不透明度が高くなるようにカラーテンプレートが定義されていると、その解剖学的構造物の後方にある注目構造物は仮想内視鏡画像ＩVEには描出されなくなってしまう。そこで、本発明の第２の実施形態では、仮想内視鏡画像生成部２７が、体腔内各部を半透明に表示するように不透明度が定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成するようにする。これにより、生成された仮想内視鏡画像ＩVEは、図８Ｂに模式的に表したように、注目構造物の位置ＰIと内視鏡位置ＰEとの間にある解剖学的構造物が半透明化され、その解剖学的構造物の後方にある注目構造物の位置ＰEに対応する位置が視認可能なものとなる。特に、上記第１の実施形態の変形例で説明したように、注目構造物領域を抽出しておき、他の領域と異なるカラーテンプレートを用いるようにすれば、注目構造物の位置ＰIと内視鏡位置ＰEとの間に解剖学的構造物が存在していても、注目構造物領域全体を視認性の高い態様で表すことが可能になる。このように腹腔内の解剖学的構造物を半透明化した画像は、実内視鏡画像形成部２で形成することは不可能であるから、実内視鏡画像ＩREを補完するものとしてこの半透明化された仮想内視鏡画像ＩVEを用いることは、実用的価値が極めて高い。
【００６９】
本発明の第３の実施形態も、仮想内視鏡画像生成部２７におけるボリュームレンダリング処理の変形例であり、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成、および、機能ブロック、処理の全体的な流れは、第１の実施形態と同様である。
【００７０】
図９Ａは、本発明の第３の実施形態で用いられるカラーテンプレートの一例を模式的に表したものである。図に示したように、このカラーテンプレートは、内視鏡１の位置ＰE（仮想内視鏡の視点位置ＰVEと同じ）から腹腔内の構造物の表面までの距離に応じて仮想内視鏡画像ＩVEの色を変化させるように定義されている。仮想内視鏡画像生成部２７は、例えば、中心投影の際の各視線上において、所定の閾値以上に画素値が急激に変化する位置、あるいは、画素値が所定の閾値以上となる位置を腹腔内の構造物の表面として検出し、内視鏡１の位置ＰEから腹腔内の構造物の表面までの距離を算出しておき、このカラーテンプレートを用いて、検出された構造物の表面の仮想内視鏡画像ＩVEでの画素値を決定するようにすれば、図９Ｂに模式的に例示したように、生成される仮想内視鏡画像ＩVEは、構造物の表面について、内視鏡１の位置ＰEからの距離が近いほど色が淡く、その距離が遠いほど色が濃いものとなる。このようにすれば、遠近感を捉えにくい仮想内視鏡画像ＩVEの遠近感を補うことが可能になり、内視鏡１の腹腔内構造物（注目構造物を含む）への接近状況をより容易に把握できるようになる。
【００７１】
本発明の第４の実施形態は、図１０の機能ブロック図に示したように、第１の実施形態に警告判定部２９を付加した構成となっており、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７２】
この警告判定部２９は、画像処理ワークステーション９に実装される処理部であり、内視鏡１の位置ＰEと注目構造物の位置ＰIとの間の距離を算出し、算出された距離が所定の閾値よりも小さい場合、すなわち、内視鏡１が注目構造物に許容できない程度に接近している場合に、警告メッセージWMを出力するものである。
【００７３】
図１１は、本発明の第４の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートであり、図に示したように、第１の実施形態のステップ#8の実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEの表示の後、警告判定部２９が、上記距離と上記閾値とを比較し(#8.1)、上記距離が上記閾値よりも小さい場合(#8.1; Yes)、警告メッセージWMを出力し、表示制御部２８が、図１２に例示したように、注目構造物の位置ＰIの近傍に「接近注意」のコメント付きの矢印マークを重畳表示させる。これにより、注目構造物に対して、内視鏡１が異常に接近した状態を容易に認識することが可能になり、内視鏡１の誤操作の未然防止に資する。このような警告表示は、注目位置特定部２４において、注目構造物として、手術時に傷をつけると大出血を招く血管等が指定された場合に特に効果的である。
【００７４】
なお、警告メッセージを外部に出力する方法は、上記のように仮想内視鏡画像ＩVEに重畳表示する方法の他、警告音や音声を出力する方法であってもよいし、警告メッセージの重畳表示と警告音等の出力の両方を行ってもよい。また、上記距離に応じた危険度を段階的に定義した危険度判定テーブルを予め用意しておき、警告判定部２９が、算出された距離に基づいてこの危険度判定テーブルを参照して危険度を決定し、この危険度の値を警告メッセージWMとして出力し、表示制御部２８が危険度に応じたアイコン等をＷＳディスプレイ１０に表示させるようにしてもよい。
【００７５】
本発明の第５の実施形態は、図１３の機能ブロック図に示したように、第１の実施形態に要注意構造物検出部３０を付加した構成となっており、内視鏡観察支援システムのハードウェア構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７６】
要注意構造物検出部３０は、画像処理ワークステーション９に実装される処理部であり、３次元医用画像Ｖを入力として、公知の画像認識手法により、要注意構造物領域RAを検出する。図１５Ａは、内視鏡１と注目構造物と要注意構造物との位置関係の一例を模式的に表したものである。この例では、要注意構造物検出部３０は公知の血管抽出処理を行うことにより、腹壁の裏側にある注意すべき血管領域RAを検出している。
【００７７】
図１４は、本発明の第５の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートであり、図に示したように、第１の実施形態のステップ#2で注目位置ＰIを特定した後、要注意構造物検出部３０が要注意構造物領域RAを検出する(#2.1)。また、ステップ#7において、仮想内視鏡画像生成部２７は、要注意構造物領域RAが視認可能になるように定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。図１５Ｂは、生成される仮想内視鏡画像ＩVEの一例を模式的に表したものである。図に示した仮想内視鏡画像ＩVEは、腹壁を表す画素が半透明化され、血管を表す画素の視認性が高くなるように色や不透明度が定義されたカラーテンプレートを用いることによって生成されたものである。これにより、要注意構造物の視認性が高まるので、第４の実施形態と同様、内視鏡１や処置具６の誤操作の未然防止に資する。
【００７８】
また、図１５Ｃは、生成される仮想内視鏡画像ＩVEと実内視鏡画像ＩREとを、対応する位置を合わせて重畳表示させた場合を模式的に表したものである。図に示したように、要注意構造物検出部３０によって検出された要注意構造物領域RAを実内視鏡画像ＩREにも重畳させれば、実内視鏡画像ＩRE中で要注意構造物を把握することが可能になる。
【００７９】
なお、要注意構造物検出部３０は、ユーザの手動操作により要注意構造物領域RAを検出するようにしてもよい。また、要注意構造物領域RAに対して、矢印等のマーカーやテキストコメント等のアノテーションを重畳表示させるようにしてもよい。
【００８０】
本発明の第６の実施形態は、注目構造物と処置具の両方が視野に含まれるような仮想内視鏡画像を生成するものであり、図１６のハードウェア構成図に示したように、図１に示した第１の実施形態に処置具用マーカー７ｂを付加した構成となっている。
【００８１】
処置具用マーカー７ｂは、内視鏡用マーカー７ａと同様に、位置センサ８とともに３次元位置計測装置を構成するものであり、処置具６の手元付近に設けられており、位置センサ８によって、所定の時間間隔でマーカー７ｂの３次元位置が検出され、オフセット計算によって、処置具６の先端部の３次元位置PSTを算出することができる。
【００８２】
図１７は、本発明の第６の実施形態の機能ブロック図であり、図２に示した第１の実施形態に、処置具６、処置具位置検出部１２、処置具位置取得部３１が付加された構成となっている。ここで、処置具位置検出部１２の機能は、図１６の処置具用マーカー７ｂおよび位置センサ８によって実現される。また、処置具位置ＰTは、破線枠内の各処理部によって、画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に対して読み書きされるデータである。
【００８３】
図１８は、本発明の第６の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートであり、図の右側に付記したように、内視鏡１を用いた被検体の腹腔内の観察中は、観察が終了するまで(#9; YES)、実内視鏡画像形成部２が実内視鏡画像ＩREを繰り返し形成し、内視鏡位置姿勢検出部１１が内視鏡の位置PSEおよび姿勢DSEを検出するだけでなく、処置具位置検出部１２が、所定の時間間隔で、体腔内に挿入された処置具６の位置PSTを繰り返しリアルタイムに検出する。また、第１の実施形態のステップ#4で内視鏡の位置と姿勢の取得を行った後、処置具位置取得部３１が、処置具位置検出部１２で検出された処置具位置PSTを取得し、取得された処置具位置PSTを３次元医用画像Ｖの座標系における位置に変換して得られた処置具位置ＰTを出力する(#4.1)。
【００８４】
そして、内視鏡画角取得部２５が内視鏡１の画角ＡEを取得した後(#5)、仮想視野決定部２６は、内視鏡位置ＰEに配置された仮想内視鏡の仮想視野を、注目構造物の位置ＰI、内視鏡位置ＰEと中心視線ベクトルVLE、画角ＡEに加えて、処置具位置取得部３１によって取得された処置具位置ＰTにも基づいて、注目構造物の位置ＰIおよび処置具位置ＰTが仮想視野内に含まれるように、かつ、内視鏡１の視野に対応する３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように決定し、仮想内視鏡の視点VPVL、中心視線ベクトルVLVE、画角ＡVEを出力する(#6)。仮想内視鏡画像生成部２７は、第１の実施形態と同様にして仮想内視鏡画像ＩVEを生成する際に、処置具位置取得部３１によって取得された処置具位置ＰTに基づいて、仮想内視鏡画像ＩVE中の処置具位置ＰTに対応する位置に処置具６が存在することを識別可能な態様で表した仮想内視鏡画像ＩVEを生成する(#7)。以降の処理の流れ(#8から#9)は第１の実施形態と同様である。
【００８５】
次に、各処理部のうち本実施形態に特有の点について詳細に説明する。
【００８６】
処置具位置取得部３１は、内視鏡位置取得部２２と同様に、処置具位置検出部１２との通信により処置具位置PSTを取得する通信インターフェースとしての機能と、取得した処置具位置PSTを位置センサ８の３次元座標系から３次元医用画像Ｖの３次元座標系の座標値で表現された処置具位置ＰTに変換して画像処理ワークステーション９の所定のメモリ領域に格納する機能とを有する。
【００８７】
仮想視野決定部２６は、図１９Ａに模式的に示したように、まず、第１の実施形態と同様に、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡位置ＰEを仮想内視鏡の視点位置VPVEに決定するとともに、内視鏡位置姿勢取得部２２によって得られた内視鏡１の中心視線ベクトルVLEを仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEに決定する。次に、仮想視野決定部２６は、仮想内視鏡の画角ＡVEを、内視鏡１の画角AEよりも広く、かつ、仮想内視鏡の視野内に注目構造物の位置ＰIおよび処置具位置ＰTが含まれるように決定する。具体的には、例えば、仮想内視鏡の視点位置VPVEと注目構造物の位置ＰIとを結ぶベクトルと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をθ1、仮想内視鏡の視点位置VPVEと処置具位置ＰTとを結ぶベクトルと仮想内視鏡の中心視線ベクトルVLVEとのなす角をθ2とすると、仮想内視鏡の画角ＡVEは、内視鏡１の画角ＡE、２θ1、２θ2のうち最も大きい値に定数を加えたり、所定の１より大きい係数を乗じたりすることによって求めることができる。図１９Ａでは、注目構造物の位置ＰIよりも処置具位置ＰTの方が視野の中心から離れているので、２θ2が最大値となる。
【００８８】
仮想内視鏡画像生成部２７は、第１の実施形態における仮想内視鏡画像ＩVEの生成と同様に、３次元医用画像Ｖを入力として、仮想内視鏡の視点位置VPVE、中心視線ベクトルＶＬVE、画角ＡVEに基づいて仮想内視鏡プレ画像を生成する。次に、仮想内視鏡画像生成部２７は、処置具位置ＰTに処置具６が存在する状態を表す処置具形状画像ＭTを生成する。具体的には、処置具形状画像ＭTは、上記特許文献２に記載されたように、データベースに格納された処置具６の形状を表す画像と、処置具位置ＰTに基づいて生成される。そして、仮想内視鏡画像生成部２７は、仮想内視鏡プレ画像と処置具形状画像ＭTをアルファブレンディング等の公知の手法により合成することにより、仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。なお、上記のように処置具形状画像を生成せずに、仮想内視鏡プレ画像中の処置具位置ＰTに対応する位置に、処置具６を表す矢印やアイコン等のマーカーやテキストコメント等のアノテーションを重畳することによって仮想内視鏡画像ＩVEを生成するようにしてもよい。
【００８９】
図１９Ｂは、本実施形態で生成された仮想内視鏡画像ＩVEと実内視鏡画像ＩREとを重畳した表示画面の一例を模式的に表したものであり、図に示したように、仮想内視鏡画像ＩVE中の処置具位置ＰTに対応する位置に処置具形状画像ＭTが重畳されている。
【００９０】
以上のように、本発明の第６の実施形態によれば、注目構造物の位置ＰIだけでなく、処置具の位置ＰTも視野に含まれる仮想内視鏡画像ＩVEが生成されるので、内視鏡１と注目構造物だけでなく、処置具６も含めた相互の位置関係や接近状況を確実に把握することが可能になる。
【００９１】
また、このとき、処置具位置検出部１２が処置具６の位置をリアルタイムに検出した結果のフィードバックによって仮想内視鏡の視野や画像内容がリアルタイムに変更された仮想内視鏡画像ＩVEが連続的に表示されるので、内視鏡１と注目構造物だけでなく、処置具６も含めた相互の位置関係や接近状況を、動的に、より的確に捉えることが可能になる。
【００９２】
さらに、実内視鏡画像形成部２が、内視鏡１によるリアルタイムの撮像によって体腔内を表す実内視鏡画像ＩREを形成し、仮想内視鏡画像ＩVEの生成時に用いられた内視鏡１および処置具６の位置が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された実内視鏡画像ＩREが重畳表示されるので、第１の実施形態と同様に、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとは、ほぼ同じ時点での体腔内の状態が表されたものとなり、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEとが時間的同期を取って連続的に重畳表示される。また、このとき、内視鏡１の移動や回転等の操作に連動して実内視鏡画像ＩREの視野が変化するとともに、内視鏡１だけでなく処置具６の操作にも連動して仮想内視鏡画像ＩVEの視野や画像内容も変化する。このように、本発明の第６の実施形態では、実内視鏡画像ＩREと仮想内視鏡画像ＩVEによって、さらにリアルタイムに、かつ、相互補完的に体腔内を観察することが可能になる。
【００９３】
本発明の第７の実施形態は、３次元医用画像Ｖを内視鏡を用いた観察時にリアルタイムに形成、取得するものであり、この場合、第１の実施形態のハードウェア構成（図１６参照）のうち、内視鏡用マーカー７ａ、処置具用マーカー７ｂ、位置センサ８は不要である。
【００９４】
図２０は、本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援システムの機能ブロック図である。図に示したように、第６の実施形態の内視鏡位置姿勢検出部１１、処置具位置検出部１２、内視鏡位置姿勢取得部２２、処置具位置取得部３１の代わりに、内視鏡位置姿勢認識部３２、処理具位置認識部３３を付加した構成となっている。すなわち、内視鏡位置姿勢認識部３２および処理具位置認識部３３は、本発明の位置（姿勢）検出手段に相当する。
【００９５】
内視鏡位置姿勢認識部３２および処理具位置認識部３３は、画像処理ワークステーション９に実装される処理部であり、３次元医用画像Ｖを入力として、公知のパターン認識処理により、３次元医用画像Ｖ中の、各々、内視鏡１、処置具６を表す領域を抽出し、各々、内視鏡位置ＰEおよび姿勢VLE、処置具位置ＰTを認識する。
【００９６】
図２１は、本発明の第７の実施形態における内視鏡観察支援処理の流れを表したフローチャートである。図に示したように、ステップ#11から#13までは第６の実施形態のステップ#1から#3と同様であり、その後、３次元医用画像取得部２３による３次元医用画像Ｖの取得が行われ(#14)、３次元医用画像取得部２３によって取得された３次元医用画像Ｖに基づいて、内視鏡位置姿勢認識部３２が内視鏡位置ＰEおよび姿勢VLEを認識し(#15)、処置具位置認識部３３が処置具位置ＰTを認識する(#16)。以下、ステップ#17および#18は第６の実施形態のステップ#5および#6と同様であるが、ステップ#19において、仮想内視鏡画像生成部２７は、処置具位置認識部３３で抽出された処置具６を表す領域が所定の色で表示されるように定義されたカラーテンプレートを用いて仮想内視鏡画像ＩVEを生成する。したがって、第６の実施形態のように、処置具６の形状画像を生成する必要はない。ステップ#20および#21は第６の実施形態のステップ#8および#9と同様である。
【００９７】
このように、３次元医用画像Ｖを内視鏡を用いた観察時にリアルタイムで形成、取得するようにすれば、取得された３次元医用画像Ｖは、実内視鏡画像ＩREとほぼ同じ時点での腹腔内の様子を表したものとなるので、内視鏡下での観察前に取得された３次元医用画像Ｖを用いた場合よりも実際の腹腔内の様子がリアルタイムに正確に再現された仮想内視鏡画像ＩVEが生成される。ただし、この実施形態では、ステップ#11およびステップ#14で３次元医用画像Ｖの撮像の際、座標軸の原点に対応する被検体の位置や座標軸の向きが変動しないよう、撮影体位に注意する必要がある。
【００９８】
なお、本発明の第７の実施形態の場合、被検体の被曝量低減のため、モダリティ５としては超音波診断装置を用いるのが好ましい。
【００９９】
上記の各実施形態はあくまでも例示であり、上記のすべての説明が本発明の技術的範囲を限定的に解釈するために利用されるべきものではない。
【０１００】
この他、上記の実施形態におけるシステム構成、ハードウェア構成、処理フロー、モジュール構成、ユーザインターフェースや具体的処理内容等に対して、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な改変を行ったものも、本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０１】
例えば、システム構成については、上記の実施形態では、図１や図１６のハードウェア構成では、モダリティ５と画像処理ワークステーション９が直接接続されているが、画像保管サーバをＬＡＮ上に接続し、モダリティ５で形成された３次元医用画像Ｖは、いったん画像保管サーバのデータベースに格納されるようにし、画像処理ワークステーション９からの要求に応じて、画像保管サーバから画像処理ワークステーション９に３次元医用画像Ｖが転送されるようにしてもよい。
【０１０２】
また、内視鏡１は、硬性鏡ではなく、軟性鏡やカプセル型内視鏡を用いてもよい。
【０１０３】
モダリティ５は、上記のＣＴ装置や超音波診断装置のほか、ＭＲＩ装置等を用いてもよい。
【０１０４】
ＷＳディスプレイ１０は、公知の立体視表示に対応したディスプレイとし、仮想内視鏡画像ＩVEを立体視用の画像として表示するようにしてもよい。例えば、ＷＳディスプレイ１０として左右両眼用の２つの視差画像を用いて立体視表示を実現する方式のものを採用した場合、仮想内視鏡画像生成部２７は、視点位置VPVEから左右両眼の視差の分だけずらした各眼の位置を設定し、設定された各眼の位置を視点とする中心投影により、左右各眼用の仮想内視鏡視差画像を生成するようにし、表示制御部２８が、左眼用の仮想内視鏡視差画像をＷＳディスプレイ１０の左眼用の表示画素に表示させ、右眼用の仮想内視鏡視差画像をＷＳディスプレイ１０の右眼用の表示画素に表示させるように制御すればよい。
【０１０５】
内視鏡位置姿勢検出部１１や処置具位置検出部１２は、磁気式のものを用いてもよいし、上記特許文献２に記載されているように、ジャイロやロータリーエンコーダ等を用いてもよい。
【０１０６】
さらに、観察部位は腹腔内ではなく、胸腔内等、内視鏡下での観察に適した被検体の他の部位であってもよい。
【０１０７】
画像処理ワークステーション９においては、上記実施形態では、実内視鏡画像形成部２で実内視鏡画像ＩREが形成される周期は、仮想内視鏡画像生成部２７で仮想内視鏡画像ＩVEが生成される周期よりも短いものとして、通信負荷を考慮して、実内視鏡画像取得部２１からの要求ベースでの画像受信としているが、実内視鏡画像形成部２で順次形成される実内視鏡画像ＩEのすべてを実内視鏡画像取得部２１が受信するようにしてもよい。この場合、表示制御部２８が、仮想内視鏡画像生成部２７による仮想内視鏡画像ＩVEの生成タイミングとは非同期に、実内視鏡画像ＩREの受信の度にＷＳディスプレイ１０の実内視鏡画像ＩREの表示を更新させるようにしてもよい。
【０１０８】
内視鏡位置姿勢取得部２２は、内視鏡位置姿勢検出部１１で所定の時間間隔で検出される内視鏡位置PSEのすべてを受信しておき、図３のステップ#4の処理が呼び出されるタイミングで受信した内視鏡位置PSEのみを後者の座標変換機能によって内視鏡位置ＰEに変換して出力するようにしてもよい。処置具位置取得部３１についても同様である。
【０１０９】
また、内視鏡位置姿勢取得部２２や処置具位置取得部３１で行われる座標変換を仮想内視鏡画像生成部２７で行うようにしてもよい。
【０１１０】
注目位置特定部２４は、公知の画像認識技術（血管や臓器の抽出手法や異常陰影検出手法等）を用いて注目位置を自動的に特定するようにしてもよい。
【０１１１】
さらに、仮想内視鏡画像生成部２７は、例えば、手術対象部位、要注意血管、要注意臓器、処置具というように複数の注目位置を視点とする仮想内視鏡画像をさらに生成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 内視鏡
２ デジタルプロセッサ
３ 光源装置
４ 実内視鏡画像用ディスプレイ
５ モダリティ
６ 処置具
７ａ 内視鏡用マーカー
７ｂ 処置具用マーカー
８ 位置センサ
９ 画像処理ワークステーション
１０ 画像処理ワークステーション用ディスプレイ
１１ 内視鏡位置姿勢検出部
１２ 処置具位置検出部
２１ 実内視鏡画像取得部
２２ 内視鏡位置姿勢取得部
２３ ３次元医用画像取得部
２４ 注目位置特定部
２５ 内視鏡画角取得部
２６ 仮想視野決定部
２７ 仮想内視鏡画像生成部
２８ 表示制御部
２９ 警告判定部
３０ 要注意構造物検出部
３１ 処置具位置取得部
３２ 内視鏡位置姿勢認識部
３３ 処置具位置認識部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の体腔内を表す３次元医用画像を形成する３次元医用画像形成手段と、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、
前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出する内視鏡位置姿勢検出手段と、
前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする内視鏡観察支援システム。
【請求項２】
前記視鏡によるリアルタイムの撮像によって該体腔内を表す実内視鏡画像を形成する実内視鏡画像形成手段をさらに備え、
前記表示手段は、前記仮想内視鏡画像とともに、該仮想内視鏡画像の生成時に用いられた前記内視鏡の位置および姿勢が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された前記実内視鏡画像を、該仮想内視鏡画像と該実内視鏡画像とで対応する位置を重畳させて表示するものであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項３】
前記仮想視野決定手段は、前記仮想内視鏡の画角が前記内視鏡の画角よりも広くなるように前記仮想視野を決定するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項４】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記注目構造物を識別可能な態様で表した前記仮想内視鏡画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項５】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記内視鏡の位置から前記体腔内の構造物の表面までの距離に応じて前記仮想内視鏡画像の画素値を決定するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項６】
前記内視鏡と前記注目構造物とが所定の基準を満たす程度に接近している場合には警告を提示する警告手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項７】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記内視鏡による撮像によって得られる実内視鏡画像に表された体腔内各部とほぼ同じ外観の前記仮想内視鏡画像が得られるように定義されたカラーテンプレートを用いて前記仮想内視鏡画像の画素値を決定するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項８】
前記体腔内の第２の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する第２の注目位置特定手段をさらに備え、
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記第２の注目構造物を識別可能な態様で表した前記仮想内視鏡画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項９】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術対象部位であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１０】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術において注意を有する解剖学的構造物であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１１】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術対象部位であり、前記第２の注目構造物は前記内視鏡下での手術において注意を有する解剖学的構造物であることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１２】
前記注目構造物が前記体腔内に挿入された処置具であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１３】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術対象部位であり、前記第２の注目構造物は前記体腔内に挿入された処置具であることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１４】
被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での前記体腔内の観察より前または該観察中に、前記体腔内を表す３次元医用画像を形成するステップと、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、
前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出するステップと、
前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する前記視点から見た前記体腔内を表す仮想内視鏡画像を生成するステップと、
前記仮想内視鏡画像を表示するステップとを有することを特徴とする内視鏡観察支援方法。
【請求項１５】
被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得する３次元医用画像取得手段と、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、
位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得する位置取得手段と、
前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記取得された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示手段に表示させる表示制御手段とを備えたことを特徴とする内視鏡観察支援装置。
【請求項１６】
コンピュータに、
被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得するステップと、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、
位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得するステップと、
前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する仮想内視鏡画像を生成するステップと、
前記仮想内視鏡画像を表示手段に表示させるステップとを実行させることを特徴とする内視鏡観察支援プログラム。
【請求項１】
被検体の体腔内を表す３次元医用画像を形成する３次元医用画像形成手段と、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、
前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出する内視鏡位置姿勢検出手段と、
前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする内視鏡観察支援システム。
【請求項２】
前記視鏡によるリアルタイムの撮像によって該体腔内を表す実内視鏡画像を形成する実内視鏡画像形成手段をさらに備え、
前記表示手段は、前記仮想内視鏡画像とともに、該仮想内視鏡画像の生成時に用いられた前記内視鏡の位置および姿勢が検出されたのとほぼ同じタイミングで形成された前記実内視鏡画像を、該仮想内視鏡画像と該実内視鏡画像とで対応する位置を重畳させて表示するものであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項３】
前記仮想視野決定手段は、前記仮想内視鏡の画角が前記内視鏡の画角よりも広くなるように前記仮想視野を決定するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項４】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記注目構造物を識別可能な態様で表した前記仮想内視鏡画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項５】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記内視鏡の位置から前記体腔内の構造物の表面までの距離に応じて前記仮想内視鏡画像の画素値を決定するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項６】
前記内視鏡と前記注目構造物とが所定の基準を満たす程度に接近している場合には警告を提示する警告手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項７】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記内視鏡による撮像によって得られる実内視鏡画像に表された体腔内各部とほぼ同じ外観の前記仮想内視鏡画像が得られるように定義されたカラーテンプレートを用いて前記仮想内視鏡画像の画素値を決定するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項８】
前記体腔内の第２の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する第２の注目位置特定手段をさらに備え、
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記第２の注目構造物を識別可能な態様で表した前記仮想内視鏡画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項９】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術対象部位であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１０】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術において注意を有する解剖学的構造物であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１１】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術対象部位であり、前記第２の注目構造物は前記内視鏡下での手術において注意を有する解剖学的構造物であることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１２】
前記注目構造物が前記体腔内に挿入された処置具であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１３】
前記注目構造物は前記内視鏡下での手術対象部位であり、前記第２の注目構造物は前記体腔内に挿入された処置具であることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡観察支援システム。
【請求項１４】
被検体の体腔内に挿入された内視鏡下での前記体腔内の観察より前または該観察中に、前記体腔内を表す３次元医用画像を形成するステップと、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、
前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢をリアルタイムに検出するステップと、
前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する前記視点から見た前記体腔内を表す仮想内視鏡画像を生成するステップと、
前記仮想内視鏡画像を表示するステップとを有することを特徴とする内視鏡観察支援方法。
【請求項１５】
被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得する３次元医用画像取得手段と、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定する注目位置特定手段と、
位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得する位置取得手段と、
前記内視鏡の画角の情報を取得する内視鏡画角取得手段と、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記取得された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定する仮想視野決定手段と、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する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を表示手段に表示させる表示制御手段とを備えたことを特徴とする内視鏡観察支援装置。
【請求項１６】
コンピュータに、
被検体の体腔内を表す３次元医用画像を取得するステップと、
前記体腔内の注目構造物の前記３次元医用画像中での位置を特定するステップと、
位置姿勢検出手段によってリアルタイムに検出された、前記体腔内に挿入された内視鏡の位置および姿勢を取得するステップと、
前記内視鏡の画角の情報を取得するステップと、
前記検出された内視鏡の位置に対応する前記３次元医用画像中での位置である内視鏡対応位置に配置された仮想内視鏡の仮想視野を、前記特定された注目構造物の位置、並びに、前記検出された内視鏡の前記３次元医用画像中での位置と姿勢、および、該内視鏡の画角に基づいて、前記注目構造物の位置が該仮想視野内に含まれるように、かつ、前記内視鏡の視野に対応する前記３次元医用画像中での視野である内視鏡対応視野と連続性を有するように、決定するステップと、
前記３次元医用画像を入力として、前記内視鏡対応位置を視点とし、前記仮想視野を有する仮想内視鏡画像を生成するステップと、
前記仮想内視鏡画像を表示手段に表示させるステップとを実行させることを特徴とする内視鏡観察支援プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図５Ａ】
【図６Ａ】
【図７Ａ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図２０】
【図２１】
【図４Ｂ】
【図５Ｂ】
【図６Ｂ】
【図７Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１２】
【図１５Ｃ】
【図１９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図５Ａ】
【図６Ａ】
【図７Ａ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図２０】
【図２１】
【図４Ｂ】
【図５Ｂ】
【図６Ｂ】
【図７Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１２】
【図１５Ｃ】
【図１９Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−２１２２４４（Ｐ２０１１−２１２２４４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３６０３（Ｐ２０１０−８３６０３）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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