(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の一部を模擬した光透過性のモデルと、
前記モデルを撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像される画像を処理する画像処理部と、
前記画像処理部により処理された画像を表示する表示部とを具え、
前記画像処理部は、前記撮像部から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて出力輝度値に変換し、対象強調画像を生成することにより、画像ガイド下手技模擬画像として前記表示部へと出力する対象検出部
を具えることを特徴とするトレーニングシステム。
【請求項２】
前記モデルは、血管が模擬されており、
前記画像処理部は、前記対象強調画像における前記模擬血管に流される造影剤を模した模擬造影溶液の像のうちの気泡とされる領域を模擬造影溶液の像として補間し、該気泡とされる領域が除去された気泡除去画像を生成する気泡除去部をさらに具え、
前記対象検出部は、上記気泡除去画像を画像ガイド下手技模擬画像として前記表示部へと出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のトレーニングシステム。
【請求項３】
前記画像処理部は、前記対象強調画像に対して別画像を合成し、前記対象強調画像に対して該別画像が合成された合成画像を生成する画像合成部をさらに具え、
前記対象検出部は、上記合成画像を画像ガイド下手技模擬画像として前記表示部へと出力する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトレーニングシステム。
【請求項４】
前記撮像部によって前記モデルを撮像する際の位置及び姿勢を検出する検出部をさらに具え、
前記画像合成部は、前記モデルの基となった生体の一部が前記位置及び姿勢で撮像される際に映るであろう該生体の一部の周辺に位置する他の生体部分を含む別画像を前記対象強調画像に対して合成することを特徴とする請求項３に記載のトレーニングシステム。
【請求項５】
前記モデルは、血管が模擬されており、
前記輝度変換関数は、前記模擬血管、前記模擬血管内に挿入される医療器具および前記模擬血管内に流される模擬造影溶液の入力輝度値域によって設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトレーニングシステム。
【請求項６】
前記医療器具および前記模擬造影溶液の入力輝度値域は、前記撮像部に前記医療器具および前記模擬造影溶液を前記モデルを通して撮像した際の入力輝度値を基準として設定されることを特徴とする請求項５に記載のトレーニングシステム。
【請求項７】
前記医療器具および前記模擬造影溶液は、前記モデルとは異なる輝度値を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のトレーニングシステム。
【請求項８】
前記入力輝度値域は、少なくとも前記模擬血管、前記医療器具、前記模擬造影溶液の前記入力輝度値域が、それぞれが重複しないように設定されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のトレーニングシステム。
【請求項９】
前記模擬造影溶液の前記入力輝度値域は、前記医療器具の前記入力輝度値域よりも高い輝度値域であることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のトレーニングシステム。
【請求項１０】
前記模擬造影溶液の前記入力輝度値域は、前記模擬造影溶液が有する輝度値から高い値方向へ所定の幅を持たせて設定されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載のトレーニングシステム。
【請求項１１】
生体の一部を模擬した光透過性のモデルが撮像された撮像画像を取得する取得部と、
前記画像から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて出力輝度値に変換し、対象強調画像を生成する対象検出部と、
前記対象強調画像を画像ガイド下手技模擬画像として表示部に表示させる表示制御部と
具えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項１２】
生体の一部を模擬した光透過性のモデルが撮像された撮像画像を取得する取得ステップと、
前記画像から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて出力輝度値に変換し、対象強調画像を生成する対象検出ステップと、
前記対象強調画像を画像ガイド下手技模擬画像として表示部に表示させる表示制御ステップと
を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
コンピュータに対して、
生体の一部を模擬した光透過性のモデルが撮像された撮像画像を取得する取得ステップと、
前記画像から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて出力輝度値に変換し、対象強調画像を生成する対象検出ステップと、
前記対象強調画像を画像ガイド下手技模擬画像として表示部に表示させる表示制御ステップと
を実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレーニングシステム、画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラムに関し、例えばカテーテル手技の訓練に用いる場合に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療技術の進展に伴い、臨床現場においては、人体の心臓等の臓器に腕や足の血管からカテーテルを到達させることにより病気の検査や治療が行われている。
【０００３】
このカテーテルに関しては、医師が予めその手技を習得しておく必要があるため、その訓練のための器具として、種々のものが用いられている。
【０００４】
具体的には、人体の血管などの体腔を模擬した例えばシリコンゴムなどのエラストマー材でなる立体モデルが提案されている（例えば、特許文献１）。このような立体モデルに対して実際のカテーテルを挿入させて操作訓練を行わせたり、実際にＸ線を照射した上で体腔に相当する部分に造形剤を注入して、Ｘ線画像を見ながら訓練を行わせることができる。
【０００５】
しかしながら、Ｘ線を照射される訓練では該Ｘ線の被爆が問題となる可能性もあり、訓練においてはＸ線を使用しないことが望まれる。
【０００６】
一方、このような立体モデルを用いてＸ線を使用しないで目視による訓練を行うことも可能であるが、立体モデルの周囲形状や腔所形状が目視可能となってしまうため、Ｘ線画像を用いて行う場合とでは見え方が大きく異なる。
【０００７】
そこで、立体モデルの屈折率に近い透光性液体で該立体モデル周辺を満たすことにより、立体モデルの周囲形状や腔所形状を見えにくいようにする装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３０３５８公報
【特許文献２】特開２００８−７０８４７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで上述した装置では、立体モデル周辺を透光性液体で満たさなくてはならないため、装置全体が大型化してしまうといった問題があった。
【００１０】
また、立体モデルの腔所に流す流体を循環させるための管など該立体モデルと異なる屈折率を有する部材を設けるような場合、設けられる部材の屈折率に近い透光性液体でさらに満たすことが必要となり、装置が複雑になってしまうという問題も発生する。
【００１１】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で、実際の体内透視画像に近い画像（画像ガイド下手技模擬画像）を見せながらトレーニングを行わせ得るトレーニングシステム、画像処理装置、画像処理方法及び画像処理システムを提案しようとするものである。ここで、画像ガイド下手技模擬画像とは、カテーテル挿入、針の穿刺、生検等の様子をＸ線、超音波、ＣＴ、ＭＲＩ等の医療用撮像装置で撮像した画像を模擬した画像を言う。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するため本発明のトレーニングシステムにおいては、生体の一部を模擬した光透過性のモデルと、モデルを撮像する撮像部と、撮像部で撮像される画像を処理する画像処理部と、画像処理部により処理された画像を表示する表示部とを具え、画像処理部は、撮像部から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて輝度値を変換し、対象強調画像を生成することにより、画像ガイド下手技模擬画像として表示部へと出力する対象検出部が設けられる。
【００１３】
また本発明においては、画像処理装置であって、生体の一部を模擬した光透過性のモデルが撮像された撮像画像を取得する取得部と、画像から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて輝度値を変換し、対象強調画像を生成する対象検出部と、対象強調画像を画像ガイド下手技模擬画像として表示部に表示させる表示制御部とが設けられる。
【００１４】
さらに本発明においては、画像処理方法であって、生体の一部を模擬した光透過性のモデルが撮像された撮像画像を取得する取得ステップと、画像から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて輝度値を変換し、対象強調画像を生成する対象検出ステップと、対象強調画像を画像ガイド下手技模擬画像として表示部に表示させる表示制御ステップとを有する。
【００１５】
さらに本発明においては、画像処理プログラムであって、生体の一部を模擬した光透過性のモデルが撮像された撮像画像を取得する取得ステップと、画像から得られる入力輝度値を所定の輝度変換関数を用いて輝度値を変換し、対象強調画像を生成する対象検出ステップと、対象強調画像を画像ガイド下手技模擬画像として表示部に表示させる表示制御ステップとを実行させる。
【００１６】
これにより、撮像された画像からモデルの像を取り除いた対象強調画像を生成して表示部に表示するので、Ｘ線画像などの実際の体内透視画像に近い画像をユーザに見せることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、撮像された画像からモデルの像を取り除いた対象強調画像を生成して表示部に表示するので、Ｘ線画像などの実際の体内透視画像に近い画像をユーザに見せることができ、かくして簡易な構成で、実際の体内透視画像に近い画像を見せながらトレーニングを行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】トレーニングシステムの構成を示す略線図である。
【図２】画像処理部の構成を示す略線図である。
【図３】画像処理部の機能的構成を示す略線図である。
【図４】撮像画像から生成される対象強調画像（１）を示す略線図である。
【図５】撮像画像から生成される対象強調画像（２）を示す略線図である。
【図６】ガイドワイヤ像及び模擬造影溶液像の輝度値を示す略線図である。
【図７】ガイドワイヤ像、模擬造影溶液像、背景とされる領域のトーンカーブ及び合成されたトーンカーブを示す略線図である。
【図８】対象強調画像から気泡領域を除去することにより生成される気泡除去画像を示す略線図である。
【図９】気泡除去画像とテンプレート画像を合成することにより生成される合成画像を示す略線図である。
【図１０】気泡除去画像と他臓器模擬画像を合成することにより生成される合成画像を示す略線図である。
【図１１】気泡除去画像とテンプレート画像と他臓器模擬画像を合成することにより生成される合成画像を示す略線図である。
【図１２】画像処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００２０】
〔１．トレーニングシステムの構成〕
〔１−１．全体構成〕
図１に示すように、トレーニングシステム１は、モデル部２、撮像部３及び画像処理部４により構成される。
【００２１】
モデル部２は、人体における例えば心臓等の臓器と該臓器内及び周辺を通る血管が模擬された臓器モデル１１がベース１２に固定され、ベース１２の周囲は壁（図示せず）で覆われている。また、ベース１２及び壁は臓器モデル１１、医用器具、模擬造影溶液等とは異なった輝度値を持つ色で塗られている。これにより、画像処理時に背景が臓器モデル１１、医用器具、模擬造影溶液等と混同することがない。
【００２２】
臓器モデル１１は、光透過性を有する例えばシリコン樹脂で光造形により製作される。また、臓器モデル１１における血管を模擬した腔所（以下、これを血管モデルとも呼ぶ）には血液を模した無色透明の模擬血液が配管１３を介して循環ポンプ１４により循環される。さらに臓器モデル１１は、血管モデルの一部に医療用具、例えばカテーテル１５を挿入するためのカテーテルシース１６が接続される。
【００２３】
撮像部３は、例えばカラーで撮像可能で、位置及び姿勢を変化可能なビデオカメラが適応される。撮像部３は、臓器モデル１１の画像を撮像し、その画像データを画像処理部４に出力する。
【００２４】
また撮像部３は、ビデオカメラの位置及び姿勢を検出する検出部が設けられており、該ビデオカメラの位置及び姿勢を示す位置姿勢情報を画像処理部４に出力し得るようになされている。なお検出部は、例えば、ビデオカメラ内部に３次元加速度センサが設けられ、該３次元加速度センサの検出信号に基づいてビデオカメラの位置及び姿勢を検出するようにしてもよく、またビデオカメラを保持するアームの角度及び位置を検出することによりビデオカメラの位置及び姿勢を検出するようにしてもよい。
【００２５】
画像処理部４は、撮像部３から供給される画像データに対して詳しくは後述する画像処理を施し、画像処理を施した画像を表示部２６（図２）に表示する。
【００２６】
これによりカテーテル手技を行う訓練者は、臓器モデル１１を直視することなく表示部２６に表示された画像を見ながら臓器モデル１１に対してカテーテル１５を用いた手技トレーニングを行うことができる。
【００２７】
〔１−２．画像処理部の構成〕
画像処理部４は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、インターフェイス部２４、記憶部２５、表示部２６及び操作入力部２７がバス２８を介して接続される。
【００２８】
画像処理部４は、ＣＰＵ２１がＲＯＭ２２に格納された基本プログラムを読み出してＲＡＭ２３に展開し、当該基本プログラムに従って全体を統括制御すると共に、ＲＯＭ２２又は記憶部２５に格納された各種アプリケーションプログラムをＲＡＭ２３に展開して各種処理を実行するようになされている。
【００２９】
画像処理部４は、インターフェイス部２４を介して撮像部３と接続されるようになされており、撮像部３により撮像された画像データを取得したり、該撮像部３から位置姿勢情報を取得し得る。
【００３０】
また記憶部２５は、ＨＤ（Hard Disc）に代表される磁気ディスクもしくは半導体メモリ又は光ディスク等が適用される。表示部２６には、液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ又はプラズマディスプレイ等が適用される。操作入力部２７には、キーボードやマウスが適応される。
【００３１】
画像処理部４は、撮像部３から取得した画像データ及び位置姿勢情報を記憶部２５に記憶し、また該画像データに基づく画像を表示部２６に表示する。
【００３２】
〔２．画像処理〕
ここで、撮像部３に用いられるビデオカメラはカラーで臓器モデル１１を撮像するため、画像データを構成する各フレームの画像（以下、これを撮像画像とも呼ぶ）１０３（１０３ａ、１０３ｂ、・・・）には例えば図４（Ａ）に示す撮像画像１０３ａのように臓器モデル１１の像（以下、これを臓器モデル像とも呼ぶ）１１１が含まれる。
【００３３】
従って、画像データに基づく画像には実際の手術等で撮像されるＸ線画像では映ることのない臓器モデル１１が映ってしまい、このままでは実際の状況を再現したトレーニングを行わせることができない。
【００３４】
そこで画像処理部４は、撮像部３から取得した画像データに対して画像処理を施すことにより、臓器モデル１１が映ることのない実際のＸ線画像に近い画像を生成する。
【００３５】
具体的にＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２又は記憶部２６に格納された画像処理プログラムをＲＡＭ２３に展開して実行することにより画像処理を実行する。ＣＰＵ２１は、画像処理を実行する際、図３に示すように、取得部３１、対象検出部３２、気泡除去部３３、画像合成部３４及び表示制御部３５として機能する。
【００３６】
取得部３１は、臓器モデル１１を撮像することにより得られる画像データ１０１及びビデオカメラの位置及び姿勢を示す位置姿勢情報１０２を撮像部３から随時取得する。
【００３７】
対象検出部３２は、画像データ１０１を構成する各フレームの撮像画像１０３をグレースケールに変換した後に臓器モデル像１１１を取り除く。
【００３８】
ここで、図４（Ａ）に示した撮像画像１０３ａには、臓器モデル像１１１ほかにガイドワイヤの像（以下、これをガイドワイヤ像とも呼ぶ）１１２が含まれる。また図５（Ａ）に示すように、撮像画像１０３ｂには造影剤を模した模擬造影溶液の像（以下、これを模擬造影溶液像とも呼ぶ）１１３が含まれる。なお、ガイドワイヤ及び模擬造影溶液は撮像部３に撮像される際に臓器モデル１１と異なる輝度値で映るようなものが選択される。
【００３９】
このように画像データ１０１を構成する撮像画像１０３には臓器モデル像１１１以外にもガイドワイヤ像１１２や模擬造影溶液像１１３が含まれる。
【００４０】
これら臓器モデル像１１１、ガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３はそれぞれ輝度値が異なる。図６に示すように、ガイドワイヤ像１１２は輝度値が低く、また模擬造影溶液像１１３も臓器モデル像１１１とは異なる所定の輝度値となる。こうした個々の輝度値を基準として、臓器モデル像１１１、ガイドワイヤ像１１２、模擬造影溶液像１１３の輝度値域をそれぞれが重複しない領域として設定する。輝度値の基準は、例えば、撮像された像の輝度ヒストグラムを用いて、対象の像の領域の極値もしくは平均値から設定される。なお、薄まった模擬造影溶液の模擬造影溶液像１１３とガイドワイヤ像１１２が区別できなくなるのを防ぐために、模擬造影溶液像１１３の輝度値域はガイドワイヤ像１１２の輝度値域より高い輝度値域を設定するのが好ましい。
【００４１】
そこで記憶部２５には、図７（Ａ）に示すように、ガイドワイヤ像１１２の輝度値域（図７（Ａ）におけるハッチング部分）の輝度値を、実際のＸ線画像におけるガイドワイヤの輝度値となるように変化させるトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ１が記憶される。
【００４２】
また記憶部２５には、図７（Ｂ）に示すように、模擬造影溶液像１１３の輝度値域（図７（Ｂ）におけるハッチング部分）の輝度値を実際のＸ線画像における造影剤の輝度値となるように変換させるトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ２が記憶される。模擬造影溶液が薄まることを考慮して模擬造影溶液として認識する入力輝度値域を輝度値の高い方へ一定の幅を持たせるのが好ましい。なお、ガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３の輝度値域は、撮像部３において臓器モデル１１を通して得られる輝度値域に設定しておくことが好ましい。
【００４３】
さらに記憶部２５には、図７（Ｃ）に示すように、ガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３の輝度値域（図７（Ｃ）におけるハッチング部分）の背景を代表する輝度値（高輝度値）に変化させるトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ３が記憶される。
【００４４】
対象検出部３２は、記憶部２５に記憶されたトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ１〜ＴＣ３を読み出し、これらトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ１〜ＴＣ３を接続することにより図７（Ｄ）に示すトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ４を生成する。
【００４５】
そして対象検出部３２は、撮像画像１０３に対して生成したトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ４を用いて階調補正を行い、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すような対象強調画像１０４（１０４ａ、１０４ｂ、・・・）を生成する。
【００４６】
従って対象検出部３２は、臓器モデル像１１１の輝度値が背景とされる輝度値に変換されたことにより撮像画像１０３から臓器モデル像１１１が取り除かれ、ガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３が強調された対象強調画像１０４を生成する。
【００４７】
気泡除去部３３は、図８（Ａ）に示すように、生成された対象強調画像１０４における模擬造影溶液像１１３に気泡とされる領域（以下、これを気泡領域とも呼ぶ）１１４（１１４ａ、１１４ｂ、・・・）が含まれている場合に該気泡領域１１４を除去して模擬造影溶液像１１３に補間する。
【００４８】
具体的には、気泡除去部３３は、対象強調画像１０４から模擬造影溶液像１１３が検出された際に、模擬造影溶液像１１３として検出された画素に囲まれており、模擬造影溶液像１１３として検出できなかった画素群を気泡領域１１４ａとして検出する。そして気泡除去部３３は、気泡領域１１４ａの周囲の模擬造影溶液像１１３として検出された画素の輝度値から該気泡領域１１４ａを補間することにより、図８（Ｂ）に示すような気泡領域１１４が除去された模擬造影溶液像１１３を含む気泡除去画像１０５（１０５a、１０５ｂ、・・・）を生成する。
【００４９】
また、気泡除去部３３は、気泡が模擬血管内表面に接する等の理由により気泡領域１１４ｂのように気泡の径が大きく模擬造影溶液像１１３により囲まれていない場合、血管モデルの内壁と模擬造影溶液像１１３により囲まれた箇所を気泡領域１１４ｂとして検出する。この場合、血管モデルの内壁の形状に対応する位置を記憶部２５に記憶する必要がある。この血管モデル内壁の形状の記憶は、初めて対象強調画像１０４から模擬造影溶液像１１３が検出された際に、血管モデルの内壁の形状を記憶してもよいし、該臓器モデル１１を造形するために用いられたデータを基に予め記憶しておいてもよい。
【００５０】
また、気泡除去部３３は、対象強調画像１０４をフレームごとに比較することにより気泡領域１１４を特定し除去してもよい。例えば、現フレームの対象強調画像１０４における模擬造影溶液像１１３と、現フレームの１つ前のフレームの対象強調画像１０４における模擬造影溶液像１１３とを比較し、模擬造影溶液像１１３に囲まれているもしくは挟まれており、且つ前フレームとの比較で動きがあるものを気泡領域１１４と判断する。
【００５１】
これにより、臓器モデル１１における血管モデルに気泡が発生した場合でも該気泡を除去した画像を訓練者に見せることができる。
【００５２】
画像合成部３４は、気泡除去部３３により生成された気泡除去画像１０５に対して、必要に応じて記憶部２５に記憶されたテンプレート画像１２１及び／又は他臓器模擬画像１２２を合成することにより合成画像１０６（１０６ａ、１０６ｂ、・・・）を生成する。
【００５３】
テンプレート画像１２１及び他臓器模擬画像１２２にはそれぞれ画素（ｉ，ｊ）を引数とする透明度αが設定されている。また、他臓器模擬画像１２２は、撮像部３のビデオカメラの位置及び姿勢に応じて臓器モデル１１に対応する臓器を撮像する際に映るであろう他の臓器の形状、位置、大きさなどが反映された画像であり、それぞれの位置及び姿勢に応じた他臓器模擬画像１２２が記憶部２５に複数記憶されている。また他臓器模擬画像１２２は、それぞれの画像における臓器ごとにそれぞれ透明度αｐが設定されている。
【００５４】
画像合成部３４は、ユーザによる操作入力部２７の操作に応じて、テンプレート画像１２１を合成する旨の指示がなされた場合、図９（Ａ）に示すような気泡除去画像１０５ａに対して、記憶部２５からテンプレート画像１２１を読み出してきて合成する。ここでテンプレート画像１２１は外枠及び内側の透明度αがそれぞれ１及び０に設定されている。
【００５５】
従って画像合成部３４は、気泡除去画像１０５ａに対してテンプレート画像１２１を合成することにより図９（Ｃ）に示すような合成画像１０６ａを生成する。
【００５６】
また画像合成部３４は、ユーザによる操作入力部２７の操作に応じて、他臓器模擬画像１２２を合成する旨の指示がなされた場合、図１０（Ａ）に示すような気泡除去画像１０５ｂに対して、位置姿勢情報１０２に示されるビデオカメラの位置及び姿勢に応じた図１０（Ｂ）に示すような他臓器模擬画像１２２を合成する。
【００５７】
従って画像合成部３４は、気泡除去画像１０５ｂに対して他臓器模擬画像１２２を合成することにより図１０（Ｃ）に示すような合成画像１０６ｂを生成する。
【００５８】
さらに画像合成部３４は、ユーザによる操作入力部２７の操作に応じて、テンプレート画像１２１及び他臓器模擬画像１２２を合成する旨の指示がなされた場合、上述と同様にして気泡除去画像１０５ｂに対して他臓器模擬画像１２２を合成することにより図１１（Ａ）に示すような合成画像１０６ｂを生成する。
【００５９】
また画像合成部３４は、合成画像１０６ｂに対して記憶部２５から読み出したテンプレート画像１２１（図１１（Ｂ））を合成することにより図１１（Ｃ）に示すような合成画像１０６ｃを生成する。
【００６０】
対象検出部３２、気泡除去部３３及び画像生成部３４は、取得部３１により取得される画像データ１０１を構成する各フレームの撮像画像１０３に対して上述した処理を順次施していく。
【００６１】
表示制御部３５は、画像合成部３４により生成された合成画像１０６を画像ガイド下手技模擬画像としてさせて画像として表示部２６に表示させる。
【００６２】
これにより画像処理部４は、Ｘ線を使用しないで臓器モデル１１を撮像しても、実際のＸ線画像に近い画像を訓練者に見せることができる。
【００６３】
〔３．画像処理手順〕
次に上述した画像処理の手順について図１２のフローチャートを用いて説明する。
【００６４】
ＣＰＵ２１は、ルーチンＲＴ１の開始ステップから次のステップＳＰ１に移り、撮像部３により撮像される画像データ１０１と、ビデオカメラの位置及び姿勢を示す位置姿勢情報１０２とを取得し、次のステップＳＰ２に移る。
【００６５】
ステップＳＰ２においてＣＰＵ２１は、画像データ１０１を構成するフレームの撮像画像１０３をグレースケールに変換した後、トーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ１〜ＴＣ３を接続することにより得られるトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ４を用いて撮像画像１０３を階調補正して対象強調画像１０４を生成し、次のステップＳＰ３に移る。
【００６６】
ステップＳＰ３においてＣＰＵ２１は、対象強調画像１０４の各画素の輝度値を基に模擬造影溶液像１１３が検出されたか否かを判断する。ここで肯定結果が得られると、このことは、臓器モデル１１に対して模擬造影溶液が流されており、対象強調画像１０４における模擬造影溶液像１１３に気泡領域１１４が発生する可能性があることを意味し、このときＣＰＵ２１は次のステップＳＰ４に移る。
【００６７】
ステップＳＰ４においてＣＰＵ２１は、予め記憶部２５に記憶された血管モデルの内壁の形状に対応する位置における画素のうちで模擬造影溶液像１１３として検出できなかった画素をその周囲の模擬造影溶液像１１３として検出された画素の輝度値から補間することにより気泡領域１１４が除去された模擬造影溶液像１１３を含む気泡除去画像１０５を生成し、次のステップＳＰ５に移る。
【００６８】
これに対してステップＳＰ３において否定結果が得られると、このことは、臓器モデル１１に対して模擬造影溶液が流されていないことを意味し、このときＣＰＵ２１はステップＳＰ５に移る。なお、説明の便宜上、ステップＳＰ３において否定結果が得られた場合における対象強調画像１０４もステップＳＰ５以降において気泡除去画像１０５とよぶ。
【００６９】
ステップＳＰ５においてＣＰＵ２１は、ユーザによる操作入力部２７の操作に応じてテンプレート画像１２１及び／又は他臓器模擬画像１２２を気泡除去画像１０５に合成するか否かを判断する。
【００７０】
ここで肯定結果が得られると、ＣＰＵ２１は次のステップＳＰ６に移り、選択されたテンプレート画像１２１及び／又は位置姿勢情報１０２に示されたビデオカメラの位置及び姿勢に基づく他臓器模擬画像１２２を記憶部２５から読みだしてそれぞれ対応する透明度αで気泡除去画像１０５に合成することにより合成画像１０６を生成し、次のステップＳＰ７に移る。
【００７１】
ステップＳＰ７においてＣＰＵ２１は、合成画像１０６を画像ガイド下手技模擬画像として表示部２５に表示させ、ステップＳＰ２に戻る。
【００７２】
これに対してステップＳＰ５において否定結果が得られると、ＣＰＵ２１はステップＳＰ７に移り、気泡除去画像１０５をそのまま表示部２６に表示させる。
【００７３】
ＣＰＵ２１は、ステップＳＰ７が終了するとステップＳＰ２に戻って画像データ１０１における次のフレームに対応する撮像画像１０３に対してステップＳＰ２〜ＳＰ７を繰り返し行い、連続した画像ガイド下手技模擬画像を表示部２６に表示させる。
【００７４】
〔４．動作及び効果〕
以上の構成においてトレーニングシステム１は、人体の臓器を模擬した光透過性の材質でなる臓器モデル１１を撮像部３で撮像することにより得られる画像データ１０１を構成する各フレームの撮像画像１０３に対して、臓器モデル像１１１を背景の輝度値とし、また検出対象となるガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３をＸ線画像に映る輝度値となるように変換するトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ４を用いて階調補正を施して対象強調画像１０４を生成するようにした。
【００７５】
そしてトレーニングシステム１は、対象強調画像１０４を画像ガイド下手技模擬画像として表示部２５に表示することにより、Ｘ線を照射して得られる画像に近い画像を、Ｘ線を照射することなく訓練者に見せることができる。
【００７６】
従ってトレーニングシステム１は、Ｘ線の被爆の可能性が全くない状況下でカテーテル手技のトレーニングを訓練者に行わせることができる。またトレーニングシステム１は、臓器モデル１１に対して従来のような特別な装置を設けることなく該臓器モデル１１の像を画像から除去することができるので、簡易な構成で実際の状況に近いトレーニングを行わせることができる。
【００７７】
またトレーニングシステム１は、対象強調画像１０４における模擬造影溶液像１１３で発生する気泡領域１１４を検出して除去することにより気泡除去画像１０５を生成するようにした。
【００７８】
これによりトレーニングシステム１は、実際の人体では発生しない気泡を除去することにより、より実際に近い画像を訓練者に提供することができ、より現実的なトレーニングを訓練者に行わせることができる。
【００７９】
またトレーニングシステム１は、モデル部２に気泡を脱泡するための装置を設ける必要もないので、装置全体を小型化することができると共に、簡易な構成で気泡が除去された画像を表示することができる。
【００８０】
さらにトレーニングシステム１では、気泡除去画像１０５に対してテンプレート画像１２１及び／又は他臓器模擬画像１２２を対応する透明度αで合成して合成画像１０６を生成するようにした。
【００８１】
これによりトレーニングシステム１は、より実際のＸ線画像に近い画像を訓練者に見せることができる。
【００８２】
このときトレーニングシステム１は、撮像部３のビデオカメラの位置及び姿勢を示す位置姿勢情報１０２に基づいて、その位置及び姿勢に応じた他臓器模擬画像１２２を選択して合成するので、その位置及び姿勢で臓器モデル１１に対応する臓器を撮像した際に映るであろう他の臓器を再現することができ、さらに実際のＸ線画像に近い画像を訓練者に見せることができる。
【００８３】
以上の構成によれば、トレーニングシステム１は、人体の臓器を模擬した光透過性の材質でなる臓器モデル１１を撮像することにより得られる撮像画像１０３から臓器モデル像１１１を除去した対象強調画像１０４を生成することにより、Ｘ線を照射して得られる画像に近い画像を訓練者に見せることができるので、簡易な構成で、Ｘ線の被爆の可能性が全くない状況下でカテーテル手技のトレーニングを行わせることができる。
【００８４】
〔５．他の実施の形態〕
なお上述した実施の形態においては、撮像画像１０３からガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３が検出されるトーンカーブ（輝度変換関数）ＴＣ４を用いて階調補正して対象強調画像１０４を生成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばカテーテルの像や病変部位の像をさらに検出するようにしてもよい。この場合、臓器モデル１１とは異なる輝度値で撮像されるような材質（色）のカテーテル１５、病変部位を用いてトレーニングを行わせ、撮像画像１０３に含まれるカテーテルの像や病変部位の像を所定の輝度値に変換させるトーンカーブ（輝度変換関数）を用いて階調補正する。これによりトレーニングシステム１は、ガイドワイヤ像１１２や模擬造影溶液像１１３だけでなくカテーテルの像や病変部位の像を訓練者に見せながらトレーニングを行わせることができる。なお、カテーテル１５は臓器モデル１１と同様に透明として、Ｘ線造影マーカに相当する位置に色を付けてもよい。
【００８５】
また上述した実施の形態においては、予め検出された血管モデルの内壁の形状に対応する位置を記憶しておき、記憶された血管モデルの内壁の形状に対応する位置における全ての画素が模擬造影溶液像１１３として検出できたか否かによって気泡領域が模擬造影溶液像１１３に発生していることを判断するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らない。
【００８６】
例えば、臓器モデル１１に病変部位として狭窄又は閉塞した部位が設けられている場合、該部位が気泡領域として検出されてしまうことが考えられるが、病変部位を予め臓器モデル１１とは異なる輝度値域（色）に設定しておき、ＣＰＵ２１は、撮像された撮像画像１０３から該輝度値に応じて病変部位を検出することにより気泡領域と区別する。これにより狭窄又は閉塞された病変部位を気泡領域と誤検出して該病変部位を模擬造影溶液像１１３に補間してしまうことを防止することができる。
【００８７】
また別例として、病変部位の形状を予め記憶部２５に記憶しておき、ＣＰＵ２１は、撮像された撮像画像１０３から記憶された病変部位の形状とマッチングすることにより病変部位を検出することにより気泡領域と区別する。これにより狭窄又は閉塞された病変部位を気泡領域と誤検出して該病変部位を模擬造影溶液像１１３に補間してしまうことを防止することができる。
【００８８】
また上述した実施の形態においては、撮像部３のビデオカメラはカラーの画像を撮像するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、グレースケールの画像を撮像するようにしてもよい。
【００８９】
また、可視光でなく赤外線などの可視光以外の光に感度のあるビデオカメラを用いて、もしくは併用して撮像するようにしてもよい。もしくは、可視光とそれ以外の光の両方に感度のあるビデオカメラを用いて撮像するようにしてもよい。この場合、例えばモデルの材料を透過しやすい領域を蛍光波長に持つ近赤外光を発する模擬造影溶液を用いるようにすれば、撮像された画像データからガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３を検出することができる。
【００９０】
また上述した実施の形態においては、撮像画像１０３から輝度値に応じてガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３を検出するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば撮像画像１０３における各画素の色情報に基づいてガイドワイヤ像１１２及び模擬造影溶液像１１３を検出するようにしてもよい。例えば青い模擬造影溶液を臓器モデル１１に流し、ＣＰＵ２１は、撮像画像１０３におけるＲＧＢのＢ成分に基づいて模擬造影溶液像１１３を検出する。
【００９１】
また上述の実施の形態においては、撮像部３のビデオカメラの位置及び姿勢に応じた他臓器模擬画像１２２が記憶部２５に複数記憶されており、ＣＰＵ２１は、気泡除去画像１０５に対して他臓器模擬画像１２２を合成する際、位置姿勢情報１０２に示されるビデオカメラの位置及び姿勢に応じた他臓器模擬画像１２２を記憶部２５から読み出してきて合成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、臓器モデル１１の基にされた臓器周辺の臓器を再現した３次元モデルを記憶部２５に記憶しておき、ＣＰＵ２１は、気泡除去画像１０５に対して他臓器模擬画像１２２を合成する際、位置姿勢情報１０２に示されるビデオカメラの位置及び姿勢に応じて他臓器模擬画像１２２を３次元モデルから生成して合成するようにしてもよい。
【００９２】
また上述した実施の形態においては、気泡除去部３３により対象強調画像１０４から気泡領域１１４を除去した気泡除去画像１０５を生成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、気泡除去画像１０５を生成しないようにしてもよい。この場合、画像合成部３４は、対象検出部３２により生成された対象強調画像１０４に対してテンプレート画像１２１及び／又は他臓器模擬画像１２２を対応する透明度αで合成して合成画像１０５を生成する。
【００９３】
また上述した実施の形態においては、ＣＰＵ２１がＲＯＭ２２又は記憶部２５に格納されているプログラムに従い、上述した画像処理を行うようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、記憶媒体からインストールしたり、インターネットからダウンロードしたプログラムに従って上述した画像処理を行うようにしても良い。またその他種々のルートによってインストールしたプログラムに従って上述した画像処理を行うようにしても良い。
【００９４】
また上述した実施の形態においては、対象検出部３２において臓器モデル像１１１の輝度値を背景とされる輝度値に変換することにより撮像画像１０３から臓器モデル像１１１を完全に取り除いて対象強調画像１０４を生成したが、臓器モデル像１１１を完全に取り除くことなく、対象強調画像１０４に薄く表示させてもよい。この場合、臓器モデル像１１１の輝度値を背景とされる輝度値に変換するのではなく、対象強調画像１０４に薄く表示させるための所望の輝度値へと変換させればよい。また、画像合成部３４によって合成される他臓器模擬画像１２２に臓器モデル像１１１を組み込んでおいてもよい。
【００９５】
また上述した実施の形態においては、気泡除去部３３が気泡領域１１４を模擬造影溶液像１１３に補間するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、気泡除去部３３は気泡領域１１４だけではなく、ガイドワイヤ等の医療器具と造影剤溶液との重なりにより、どちらの輝度値域にも該当しなくなった箇所を、気泡領域１１４と同様に検出し、模擬造影溶液像１１３に補間してもよい。ただし、この場合、造影剤溶液が時間経過と共に薄まり、医療器具の輝度値域に至った際には医療器具の輝度値として出力する。
【００９６】
また上述した実施の形態においては、医療器具としてガイドワイヤの像を検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、医療器具において、カテーテル等の備えられているマーカの輝度値域を他の医療器具の輝度値域とは別に設定して該マーカの像を検出するようにしてもよい。また、バルーンカテーテルを用いる場合、バルーンを拡張させるために注入される溶液の輝度値域を特別に設定して検出するようにしてもよい。また、ステントを用いる場合、ステントの輝度値域を特別に設定して検出するようにしてもよい。
【００９７】
また上述した実施の形態においては、撮像部として撮像部３、対象検出部として対象検出部３２、表示制御部として表示制御部３５が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる撮像部、対象検出部、表示制御部を設けるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明のトレーニングシステムは、例えば医療分野に適用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１……トレーニングシステム、２……モデル部、３……撮像部、４……画像処理部、１１……臓器モデル、１２……ベース、１３……配管、１４……循環ポンプ、１５……カテーテル、１６……カテーテルシース、２１……ＣＰＵ、２２……ＲＯＭ、２３……ＲＡＭ、２４……インターフェイス部、２５……記憶部、２６……表示部、２７……操作入力部、３１……取得部、３２……対象検出部、３３……気泡除去部、３４……画像合成部、３５……表示制御部、１０１……画像データ、１０２……位置姿勢情報、１０３……撮像画像、１０４……対象強調画像、１０５……気泡除去画像、１０６……合成画像、１１１……臓器モデル像、１１２……ガイドワイヤ像、１１３……模擬造影溶液像、１２１……テンプレート画像、１２２……他臓器模擬画像。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図１２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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