(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体における複数の分岐構造を有する管状構造物内に挿入された内視鏡により生成された、前記管状構造物の内壁を表す実内視鏡画像を順次取得する実内視鏡画像取得手段と、
前記被検体の前記管状構造物を含む３次元画像から、前記複数の分岐構造を臨む複数の視点位置のそれぞれにおいて該分岐構造を見た場合における前記管状構造物の内壁を表す複数の分岐仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段と、
前記内視鏡の現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像を決定する対応仮想内視鏡画像決定手段と、
前記３次元画像から生成された、前記対応仮想内視鏡画像を生成した対応分岐視点位置から少なくとも前記内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像と、前記通過済みの分岐構造から前記内視鏡の現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングを、前記複数の経路毎に行うマッチング手段と、
前記マッチングの結果に基づいて、前記複数の経路における前記内視鏡の現在位置を特定する位置特定手段とを備えたことを特徴とする内視鏡位置特定装置。
【請求項２】
前記位置特定手段による特定結果を出力する特定結果出力手段をさらに備えた請求項１記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項３】
前記位置特定手段による特定結果に基づいて、前記内視鏡が前記管状構造物の所望とする経路上に位置するか否かを判定する判定手段をさらに備えた請求項１または２記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項４】
前記対応仮想内視鏡画像決定手段は、前記最も近い通過済みの分岐構造の位置における分岐実内視鏡画像を含む少なくとも１つの実内視鏡画像と、前記複数の分岐仮想内視鏡画像とを比較して、前記対応仮想内視鏡画像を決定する請求項１から３のいずれか１項記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項５】
前記対応仮想内視鏡画像決定手段は、前記管状構造物における通過済みの前記分岐構造に対応する前記対応分岐視点位置から、前記内視鏡の進行方向側の分岐視点位置において生成された分岐仮想内視鏡画像を前記少なくとも１つの実内視鏡画像と比較して、前記対応仮想内視鏡画像を決定する請求項４記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項６】
前記分岐実内視鏡画像を特定する実内視鏡画像特定手段をさらに備えた請求項４または５記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項７】
前記実内視鏡画像特定手段は、前記分岐実内視鏡画像を特定する処理を、あらかじめ定められた時間間隔で行う請求項６記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項８】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記対応仮想内視鏡画像の決定後、前記経路仮想内視鏡画像を生成する請求項１から７のいずれか１項記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項９】
前記仮想内視鏡画像生成手段は、前記３次元画像における前記管状構造物の経路に沿ってあらかじめ定められた間隔にて設定された、前記複数の分岐仮想内視鏡画像および前記経路仮想内視鏡画像を含む前記仮想内視鏡画像を生成し、
前記複数の視点位置の仮想内視鏡画像を記憶する第１の記憶手段をさらに備え、
前記マッチング手段は、前記第１の記憶手段から前記複数の経路仮想内視鏡画像を取得する請求項１から７のいずれか１項記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項１０】
前記内視鏡の現在位置から前記通過済みの分岐構造の位置までの複数の実内視鏡画像を記憶する第２の記憶手段をさらに備えた請求項１から９のいずれか１項記載の内視鏡位置特定装置。
【請求項１１】
実内視鏡画像取得手段、仮想内視鏡画像生成手段、対応仮想内視鏡画像決定手段、マッチング手段および位置特定手段を備えた内視鏡位置特定装置の作動方法であって、
前記実内視鏡画像取得手段が、被検体における複数の分岐構造を有する管状構造物内に挿入された内視鏡により生成された、前記管状構造物の内壁を表す実内視鏡画像を順次取得し、
前記仮想内視鏡画像生成手段が、前記被検体の前記管状構造物を含む３次元画像から、前記複数の分岐構造を臨む複数の視点位置のそれぞれにおいて該分岐構造を見た場合における前記管状構造物の内壁を表す複数の分岐仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像を生成し、
前記対応仮想内視鏡画像決定手段が、前記内視鏡の現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像を決定し、
前記マッチング手段が、前記３次元画像から生成された、前記対応仮想内視鏡画像を生成した対応分岐視点位置から少なくとも前記内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像と、前記通過済みの分岐構造から前記内視鏡の現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングを、前記複数の経路毎に行い、
前記位置特定手段が、前記マッチングの結果に基づいて、前記複数の経路における前記内視鏡の現在位置を特定することを特徴とする内視鏡位置特定装置の作動方法。
【請求項１２】
被検体における複数の分岐構造を有する管状構造物内に挿入された内視鏡により生成された、前記管状構造物の内壁を表す実内視鏡画像を順次取得する手順と、
前記被検体の前記管状構造物を含む３次元画像から、前記複数の分岐構造を臨む複数の視点位置のそれぞれにおいて該分岐構造を見た場合における前記管状構造物の内壁を表す複数の分岐仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像を生成する手順と、
前記内視鏡の現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像を決定する手順と、
前記３次元画像から生成された、前記対応仮想内視鏡画像を生成した対応分岐視点位置から少なくとも前記内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像と、前記通過済みの分岐構造から前記内視鏡の現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングを、前記複数の経路毎に行う手順と、
前記マッチングの結果に基づいて、前記複数の経路における前記内視鏡の現在位置を特定する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする内視鏡位置特定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気管支等の分岐構造を有する管状構造物へ内視鏡を挿入して管状構造物の観察を行うに際し、管状構造物内における内視鏡の位置を特定する内視鏡位置装置、内視鏡位置特定装置の作動方法および内視鏡位置特定プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、患者の大腸や気管支等の管状構造物を内視鏡を用いて観察または処置を行う技術が注目されている。しかしながら、内視鏡画像は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により管状構造物内部の色や質感が鮮明に表現された画像が得られる一方で、管状構造物の内部を２次元の画像に表すものである。このため、内視鏡画像が管状構造物内のどの位置を表しているものかを把握することが困難である。とくに、気管支用の内視鏡は、径が細く視野が狭いため、内視鏡の先端を目的とする位置まで到達させることは困難である。
【０００３】
そこで、ＣＴ（Computed Tomography）装置あるいはＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置等のモダリティによる断層撮影により取得された３次元画像を用いて、実際に内視鏡によって撮影した画像と類似した仮想内視鏡画像を生成する手法が提案されている。この仮想内視鏡画像は、内視鏡を管状構造物内の目標とする位置まで導くためのナビゲーション画像として用いられる。しかしながら、ナビゲーション画像を用いても、気管支のような多段階に分岐する経路を有する構造物の場合、内視鏡の先端を目標とする位置まで短時間で到達させるのは熟練した技術を要する。
【０００４】
このため、３次元画像から管状構造物の画像を抽出し、管状構造物の画像と内視鏡により撮影を行うことにより取得した実際の内視鏡画像である実内視鏡画像とのマッチングを行い、内視鏡の現在位置における仮想内視鏡画像を管状構造物の３次元画像から生成して表示する手法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、内視鏡を目標とする位置まで到達させるためには、管状構造物内の分岐位置において、目標とする位置に繋がる経路に内視鏡を進めることが重要である。このため、内視鏡により取得される実内視鏡画像と仮想内視鏡画像とにおいて、分岐位置のマッチングを行うことにより、内視鏡の現在の位置を特定する手法（特許文献２〜４参照）が提案されている。特許文献２〜４の手法によれば、内視鏡の現在位置を特定することができるため、内視鏡画像の先端を目標とする位置まで容易に到達させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１５０６５０号公報
【特許文献２】特表２０１３−５１７９０９号公報
【特許文献３】特表２０１２−５０５６９５号公報
【特許文献４】国際公開第２０１１／１０２０１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１〜４の手法を用いることにより、仮想内視鏡画像上の分岐位置を特定することができる。しかしながら、内視鏡が分岐を通過して分岐と分岐との間の経路上に位置する場合、実内視鏡画像には管状構造物の内壁のみしか含まれないため、実内視鏡画像には構造的な特徴がほとんど含まれないものとなる。このため、分岐位置から先に内視鏡を進めた場合、分岐におけるいずれの経路に内視鏡を進めたかを認識することは、非常に困難である。このような場合、分岐位置まで内視鏡を戻した上で、挿入する経路を再度確認して、内視鏡を挿入し直せばよい。しかしながら、そのような作業は操作者および患者の負担が大きい。また、適切な経路であると考えて挿入した経路が誤った経路であった場合、次の分岐位置が現れるまで、経路を間違えたことが分からない。このような場合も、前の分岐位置まで内視鏡を戻して挿入をやり直す必要があるため、内視鏡を挿入するための作業の効率が非常に悪いものとなっている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、分岐位置におけるいずれの管状構造物に内視鏡が挿入されたかを特定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による内視鏡位置特定装置は、被検体における複数の分岐構造を有する管状構造物内に挿入された内視鏡により生成された、管状構造物の内壁を表す実内視鏡画像を順次取得する実内視鏡画像取得手段と、
被検体の管状構造物を含む３次元画像から、複数の分岐構造を臨む複数の視点位置のそれぞれにおいて分岐構造を見た場合における管状構造物の内壁を表す複数の分岐仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像を生成する仮想内視鏡画像生成手段と、
内視鏡の現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像を決定する対応仮想内視鏡画像決定手段と、
３次元画像から生成された、対応仮想内視鏡画像を生成した対応分岐視点位置から少なくとも内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像と、通過済みの分岐構造から内視鏡の現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングを、複数の経路毎に行うマッチング手段と、
マッチングの結果に基づいて、複数の経路における内視鏡の現在位置を特定する位置特定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
内視鏡を管状構造物に挿入する場合、分岐構造の手前は１つの管状構造物のみ存在するが、分岐構造から先は管状構造物は複数に分岐する。このため、内視鏡が移動可能な経路は、分岐構造の前は１つ存在し、分岐構造から先は複数存在する。「対応分岐視点位置から少なくとも内視鏡の進行方向側にある複数の経路」とは、対応分岐視点位置の先、すなわち内視鏡の進行方向側にある複数の経路のみであってもよく、複数の経路のそれぞれに、対応分岐視点位置の手前における１つの経路を含めた経路であってもよい。
【００１１】
「マッチング」とは、複数の経路毎に、複数の経路仮想内視鏡画像と複数の経路実内視鏡画像とがどの程度一致するかを表す指標値を算出することを意味し、この指標値がマッチングの結果となる。なお、指標値としては、例えば、複数の経路仮想内視鏡画像と複数の経路実内視鏡画像との類似度を用いることができる。
【００１２】
なお、本発明による内視鏡位置特定装置においては、位置特定手段による特定結果を出力する特定結果出力手段をさらに備えるものとしてもよい。
【００１３】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、位置特定手段におる特定結果に基づいて、内視鏡が管状構造物の所望とする経路上に位置するか否かを判定する判定手段をさらに備えるものとしてもよい。
【００１４】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、対応仮想内視鏡画像決定手段を、最も近い通過済みの分岐構造の位置における分岐実内視鏡画像を含む少なくとも１つの実内視鏡画像と、複数の分岐仮想内視鏡画像とを比較して、対応仮想内視鏡画像を決定するものとしてもよい。
【００１５】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、対応仮想内視鏡画像決定手段を、管状構造物における通過済みの分岐構造に対応する対応分岐視点位置から、内視鏡の進行方向側の分岐視点位置において生成された分岐仮想内視鏡画像を少なくとも１つの実内視鏡画像と比較して、対応仮想内視鏡画像を決定するものとしてもよい。
【００１６】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、分岐実内視鏡画像を特定する実内視鏡画像特定手段をさらに備えるものとしてもよい。
【００１７】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、実内視鏡画像特定手段を、分岐実内視鏡画像を特定する処理を、あらかじめ定められた時間間隔で行うものとしてもよい。
【００１８】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、仮想内視鏡画像生成手段を、対応仮想内視鏡画像の決定後、経路仮想内視鏡画像を生成するものとしてもよい。
【００１９】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、仮想内視鏡画像生成手段を、３次元画像における管状構造物の経路に沿ってあらかじめ定められた間隔にて設定された、複数の分岐仮想内視鏡画像および経路仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像を生成し、
複数の視点位置の仮想内視鏡画像を記憶する第１の記憶手段をさらに備え、
マッチング手段を、第１の記憶手段から複数の経路仮想内視鏡画像を取得するものとしてもよい。
【００２０】
また、本発明による内視鏡位置特定装置においては、内視鏡の現在位置から通過済みの分岐構造の位置までの複数の実内視鏡画像を記憶する第２の記憶手段をさらに備えるものとしてもよい。
【００２１】
本発明による内視鏡位置特定方法は、被検体における複数の分岐構造を有する管状構造物内に挿入された内視鏡により生成された、管状構造物の内壁を表す実内視鏡画像を順次取得し、
被検体の管状構造物を含む３次元画像から、複数の分岐構造を臨む複数の視点位置のそれぞれにおいて分岐構造を見た場合における管状構造物の内壁を表す複数の分岐仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像を生成し、
内視鏡の現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像を決定し、
３次元画像から生成された、対応仮想内視鏡画像を生成した対応分岐視点位置から少なくとも内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像と、通過済みの分岐構造から内視鏡の現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングを、複数の経路毎に行い、
マッチングの結果に基づいて、複数の経路における内視鏡の現在位置を特定することを特徴とするものである。
【００２２】
なお、本発明による内視鏡位置特定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数の分岐仮想内視鏡画像から、最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像が決定される。そして、３次元画像から生成された、対応仮想内視鏡画像を生成した対応分岐視点位置から少なくとも内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像と、通過済みの分岐構造から内視鏡の現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングが、複数の経路毎に行われる。さらに、このマッチングの結果に基づいて、複数の経路における内視鏡の現在位置が特定される。このため、内視鏡の現在位置から最も近い通過済みの分岐構造から、内視鏡の進行方向において、いずれの経路に内視鏡が位置しているかを特定することができる。したがって、分岐構造を通過した後に、内視鏡が誤った経路にいるか正しい経路にいるかを容易に認識することができ、その結果、内視鏡を用いた診断を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態による内視鏡位置特定装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図
【図２】コンピュータに分岐構造判定プログラムをインストールすることにより実現される第１の実施形態による内視鏡位置特定装置の概略構成を示す図
【図３】複数の実内視鏡画像の取得を説明するための図
【図４】複数の経路仮想内視鏡画像の取得を説明するための図
【図５】複数の経路実内視鏡画像の取得を説明するための図
【図６】ディスプレイに表示された特定結果および判定結果を示す図
【図７】ディスプレイに表示された特定結果および判定結果を示す図
【図８】第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図９】コンピュータに分岐構造判定プログラムをインストールすることにより実現される第２の実施形態による内視鏡位置特定装置の概略構成を示す図
【図１０】ディスプレイに表示された操作者に対応仮想内視鏡画像を選択させる画像を示す図
【図１１】第３の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態による内視鏡位置特定装置を適用した、診断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１に示すように、このシステムでは、内視鏡装置３、３次元画像撮影装置４、画像保管サーバ５および内視鏡位置特定装置６が、ネットワーク８を経由して通信可能な状態で接続されている。
【００２６】
内視鏡装置３は、被検体の管状構造物の内部を撮影する内視鏡スコープ３１、および撮影により得られた信号に基づいて管状構造物の内部の画像を生成するプロセッサ装置３２等を備える。
【００２７】
内視鏡スコープ３１は、操作部３Ａに被検体の管状構造物内に挿入される挿入部が取り付けられたものであり、プロセッサ装置３２に着脱可能に接続されたユニバーサルコードを介してプロセッサ装置３２に接続されている。操作部３Ａは、挿入部の先端３Ｂが所定の角度範囲内で上下方向および左右方向に湾曲するように動作を指令したり、内視鏡スコープ３１の先端に取り付けられた穿刺針を操作して組織のサンプルの採取を行ったりするための各種ボタンを含む。本実施形態では、内視鏡スコープ３１は気管支用の軟性鏡であり、被検体の気管支内に挿入される。そして、プロセッサ装置３２に設けられた不図示の光源装置から光ファイバーで導かれた光が内視鏡スコープ３１の挿入部の先端３Ｂから照射され、内視鏡スコープ３１の撮像光学系により被検体の気管支内の画像が取得される。なお、内視鏡スコープ３１の挿入部の先端３Ｂについて、説明を容易なものとするために、以降の説明においては内視鏡先端３Ｂと称するものとする。
【００２８】
プロセッサ装置３２は、内視鏡スコープ３１で撮影された撮影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および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い、内視鏡画像Ｔ０を生成する。なお、生成される画像は、例えば３０ｆｐｓ等の所定のフレームレートにより表される複数の内視鏡画像Ｔ０からなる動画像である。内視鏡画像Ｔ０は、画像保管サーバ５あるいは内視鏡位置特定装置６に送信される。ここで、以降の説明において、内視鏡装置３により撮影した内視鏡画像Ｔ０を、後述する仮想内視鏡画像と区別するために実内視鏡画像Ｔ０と称するものとする。
【００２９】
３次元画像撮影装置４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次元画像Ｖ０を生成する装置であり、具体的には、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、ＰＥＴ(Positron Emission Tomography)、および超音波診断装置等である。この３次元画像撮影装置４により生成された３次元画像Ｖ０は画像保管サーバ５に送信され、保存される。本実施形態では、３次元画像撮影装置４は、気管支を含む胸部を撮影した３次元画像Ｖ０を生成する。
【００３０】
画像保管サーバ５は、各種データを保存して管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置およびデータベース管理用ソフトウェアを備えている。画像保管サーバ５は、ネットワーク８を介して他の装置と通信を行い、画像データ等を送受信する。具体的には内視鏡装置３で取得された実内視鏡画像Ｔ０および３次元画像撮影装置４で生成された３次元画像Ｖ０等の画像データをネットワーク経由で取得し、大容量外部記憶装置等の記録媒体に保存して管理する。なお、実内視鏡画像Ｔ０は、内視鏡先端３Ｂの移動に応じて順次取得される動画像データとなる。このため、実内視鏡画像Ｔ０は、画像保管サーバ５を経由することなく、内視鏡位置特定装置６に送信されることが好ましい。なお、画像データの格納形式やネットワーク８経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）等のプロトコルに基づいている。
【００３１】
内視鏡位置特定装置６は、１台のコンピュータに、本実施形態の内視鏡位置特定プログラムをインストールしたものである。コンピュータは、診断を行う医師が直接操作するワークステーションあるいはパソコンでもよいし、もしくは、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。内視鏡位置特定プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。もしくは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、あるいはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて内視鏡位置特定装置６の使用者である医師が使用するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
【００３２】
図２は、コンピュータに内視鏡位置特定プログラムをインストールすることにより実現される内視鏡位置特定装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、内視鏡位置特定装置６は、標準的なワークステーションの構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、メモリ１２およびストレージ１３を備えている。また、内視鏡位置特定装置６には、ディスプレイ１４と、マウス等の入力部１５とが接続されている。
【００３３】
ストレージ１３には、ネットワーク８を経由して内視鏡装置３、３次元画像撮影装置４および画像保管サーバ５等から取得した実内視鏡画像Ｔ０、３次元画像Ｖ０および内視鏡位置特定装置６での処理によって生成された画像等が記憶される。
【００３４】
また、メモリ１２には、内視鏡位置特定プログラムが記憶されている。内視鏡位置特定プログラムは、ＣＰＵ１１に実行させる処理として、プロセッサ装置３２が生成した実内視鏡画像Ｔ０を順次取得し、かつ３次元画像撮影装置４で生成された３次元画像Ｖ０等の画像データを取得する画像取得処理、気管支における複数の分岐構造を臨む複数の視点位置のそれぞれにおいて分岐構造を見た場合における気管支の内壁を表す複数の分岐仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像を３次元画像Ｖ０から生成する仮想内視鏡画像生成処理、内視鏡先端３Ｂの現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像を決定する対応仮想内視鏡画像決定処理、３次元画像Ｖ０から生成された、対応仮想内視鏡画像を生成した対応分岐視点位置から少なくとも内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像と、通過済みの分岐構造から内視鏡の現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングを、複数の経路毎に行うマッチング処理、マッチングの結果に基づいて、複数の経路における内視鏡の現在位置を特定する位置特定処理、特定結果を出力する特定結果出力処理、並びに特定結果に基づいて、内視鏡が気管支の所望とする経路上に位置するか否かを判定する判定処理を規定する。
【００３５】
そして、ＣＰＵ１１がプログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータは、画像取得部２１、仮想内視鏡画像生成部２２、対応仮想内視鏡画像決定部２３、マッチング部２４、位置特定部２５、特定結果出力部２６および判定部２７として機能する。なお、画像取得処理、仮想内視鏡画像生成処理、対応仮想内視鏡画像決定処理、マッチング処理、位置特定処理、特定結果出力処理および判定処理をそれぞれ行う複数のプロセッサを備えるものであってもよい。ここで、画像取得部２１が実内視鏡画像取得手段に対応し、ストレージ１３が第１および第２の記憶手段に対応する。
【００３６】
画像取得部２１は、内視鏡装置３により気管支内を所定の視点位置において撮影した実内視鏡画像Ｔ０を順次取得し、かつ３次元画像Ｖ０を取得する。画像取得部２１は、３次元画像Ｖ０が既にストレージ１３に記憶されている場合には、ストレージ１３から取得するようにしてもよい。実内視鏡画像Ｔ０はディスプレイ１４に表示される。なお、画像取得部２１は、取得した実内視鏡画像Ｔ０および３次元画像Ｖ０をストレージ１３に記憶する。
【００３７】
仮想内視鏡画像生成部２２は、気管支における複数の分岐構造を臨む複数の視点位置のそれぞれにおいて分岐構造を見た場合における気管支の内壁を表す複数の分岐仮想内視鏡画像を含む仮想内視鏡画像Ｋ０を３次元画像Ｖ０から生成する。以下、仮想内視鏡画像Ｋ０の生成について説明する。
【００３８】
仮想内視鏡画像生成部２２は、まず３次元画像Ｖ０から気管支を抽出する。具体的には、仮想内視鏡画像生成部２２は、例えば特開２０１０−２２０７４２号公報等に記載された手法を用いて、入力された３次元画像Ｖ０に含まれる気管支領域のグラフ構造を、３次元の気管支画像として抽出する。以下、このグラフ構造の抽出方法の一例を説明する。
【００３９】
３次元画像Ｖ０においては、気管支の内部の画素は空気領域に相当するため低い画素値を示す領域として表されるが、気管支壁は比較的高い画素値を示す円柱あるいは線状の構造物として表される。そこで、各画素毎に画素値の分布に基づく形状の構造解析を行って気管支を抽出する。
【００４０】
気管支は多段階に分岐し、末端に近づくほど気管支の径は小さくなっていく。仮想内視鏡画像生成部２２は、異なるサイズの気管支を検出することができるように、３次元画像Ｖ０を多重解像度変換して解像度が異なる複数の３次元画像を生成し、各解像度の３次元画像毎に検出アルゴリズムを適用することにより、異なるサイズの管状構造物を検出する。
【００４１】
まず、各解像度において、３次元画像の各画素のヘッセ行列を算出し、ヘッセ行列の固有値の大小関係から管状構造物内の画素であるか否かを判定する。ヘッセ行列は、各軸（３次元画像のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向における濃度値の２階の偏微分係数を要素とする行列であり、下記の式（１）に示すように３×３行列となる。
【００４２】
【数１】
0006594133.tif 000002
任意の画素におけるヘッセ行列の固有値をλ１、λ２、λ３としたとき、固有値のうち２つの固有値が大きく、１つの固有値が０に近い場合、例えば、λ３、λ２≫λ１、λ１≒０を満たすとき、その画素は管状構造物であることが知られている。また、ヘッセ行列の最小の固有値（λ１≒０）に対応する固有ベクトルが管状構造物の主軸方向に一致する。
【００４３】
気管支はグラフ構造で表すことができるが、このようにして抽出された管状構造物は、腫瘍等の影響により、全ての管状構造物が繋がった１つのグラフ構造として検出されるとは限らない。そこで、３次元画像Ｖ０全体からの管状構造物の検出が終了した後、抽出された各管状構造物が一定の距離内にあり、かつ抽出された２つの管状構造物上の任意の点を結ぶ基本線の向きと各管状構造物の主軸方向とがなす角が一定角度以内であるかについて評価することにより、複数の管状構造物が接続されるものであるか否かを判定して、抽出された管状構造物の接続関係を再構築する。この再構築により、気管支のグラフ構造の抽出が完了する。
【００４４】
そして、仮想内視鏡画像生成部２２は、抽出したグラフ構造を、開始点、端点、分岐点および辺に分類し、開始点、端点および分岐点を辺で連結することによって、気管支を表す３次元のグラフ構造を気管支画像として得ることができる。ここで、分岐点は、３以上の連結数を持つボクセルとなる。なお、グラフ構造の生成方法としては、上述した方法に限定されるものではなく、他の方法を採用するようにしてもよい。
【００４５】
さらに仮想内視鏡画像生成部２２は、気管支のグラフ構造に沿って、気管支の開始点から端点までの経路に沿って、あらかじめ定められた間隔に設定された複数の視点位置を視点として設定する。なお、分岐点も視点として設定する。そして、視点から内視鏡先端３Ｂの進行方向に放射線状に伸ばした複数の視線上の３次元画像Ｖ０を所定の投影面に投影した中心投影による投影画像を，仮想内視鏡画像Ｋ０として取得する。なお、中心投影の具体的な方法としては、例えば公知のボリュームレンダリング手法等を用いることができる。また、仮想内視鏡画像Ｋ０の画角（視線の範囲）および視野の中心（投影方向の中心）は、使用者による入力等によってあらかじめ設定されているものとする。
【００４６】
生成された仮想内視鏡画像Ｋ０は、気管支のグラフ構造上の各視点とリンクされて、ストレージ１３に保存される。とくに、分岐点を視点として生成した仮想内視鏡画像Ｋ０は、分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとなる。分岐仮想内視鏡画像Ｋｂは、分岐点から分岐構造を見た場合における気管支の内壁を表すものとなる。分岐仮想内視鏡画像Ｋｂはグラフ構造の分岐点とリンクされる。また、グラフ構造の辺上の視点における仮想内視鏡画像Ｋ０は、経路仮想内視鏡画像Ｋｐとしてグラフ構造の辺上の視点とリンクされる。
【００４７】
対応仮想内視鏡画像決定部２３は、複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂから、最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定する。具体的には、内視鏡先端３Ｂの現在位置から最も近い通過済みの分岐構造の位置における実内視鏡画像を含む少なくとも１つの実内視鏡画像Ｔ０と、複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとを比較して、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定する。
【００４８】
このため、対応仮想内視鏡画像決定部２３は、現時点から過去一定時間内の複数の実内視鏡画像Ｔｎｉ（ｉ＝１〜ｍ：ｍは画像数）をストレージ１３から取得する。図３は複数の実内視鏡画像の取得を説明するための図である。ここで、被検体に挿入された内視鏡は、所望とされる位置まで気管支の端部の方向を進行方向として移動される。このため、現時点から過去の一定時間を適切に定めることにより、現時点から一定時間内の複数の実内視鏡画像Ｔ０には、分岐構造の位置における実内視鏡画像が含まれるものとなる。例えば、図３に示す気管支画像において、内視鏡先端３Ｂの現在位置を点４０とし、そこから過去一定時間前に内視鏡先端３Ｂが点４１に位置していたとする。点４０と点４１との間には分岐点４２が含まれるため、複数の実内視鏡画像Ｔｎｉには、分岐構造の位置における実内視鏡画像が含まれるものとなる。なお、一定時間は、例えば１分とすることができるが、これに限定されるものではない。また、分岐構造を含むものであれば現時点から過去一定時間内の１つの実内視鏡画像のみを取得するようにしてもよい。本実施形態においては、複数の実内視鏡画像Ｔｎｉを取得するものとする。
【００４９】
対応仮想内視鏡画像決定部２３は、複数の実内視鏡画像Ｔｎｉと、複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとを比較して、内視鏡先端３Ｂの現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定する。具体的には、複数の実内視鏡画像Ｔｎｉのそれぞれと、複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとのそれぞれの相関値を総当たりで算出する。そして、最も高い相関値が算出された実内視鏡画像を分岐構造の位置における実内視鏡画像である分岐実内視鏡画像Ｔｂｃに決定し、最も高い相関値が算出された分岐仮想内視鏡画像Ｋｂを対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃに決定する。なお、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを生成した気管支のグラフ構造上の分岐の視点位置が対応分岐視点位置となる。
【００５０】
なお、内視鏡の挿入が進み、対応仮想内視鏡画像決定部２３において、既に内視鏡先端３Ｂが通過した分岐位置における対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃが決定されている場合、複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂのうち、決定されている対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃから内視鏡の進行方向側にある分岐仮想内視鏡画像Ｋｂのみを用いて、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定してもよい。また、気管支における内視鏡を挿入する経路が決定されている場合、その経路上にある分岐点とリンクされた分岐仮想内視鏡画像Ｋｂのみを用いて、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定してもよい。これにより、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃの決定のための演算量を低減して、処理を迅速に行うことができる。
【００５１】
マッチング部２４は、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを生成した対応分岐視点位置から内視鏡の進行方向側にある複数の経路上のそれぞれについての複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐと、通過済みの分岐構造から内視鏡先端３Ｂの現在位置までの経路上における複数の経路実内視鏡画像とのマッチングを、複数の経路毎に行う。
【００５２】
図４は複数の経路仮想内視鏡画像の取得を説明するための図である。なお、図４および後述する図５においては、図の下側を内視鏡の進行方向とする。図４に示すように、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを取得した分岐構造の位置、すなわち対応分岐視点位置を位置４４とすると、位置４４から内視鏡の進行方向側において、気管支は２つの経路４５，４６に分岐されている。マッチング部２４は、対応分岐視点位置４４からあらかじめ定められた複数の視点位置における複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐを、経路４５，４６のそれぞれについてストレージ１３から取得する。これにより、経路４５においては対応分岐視点位置４４から例えば位置４７までの間において複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ１が取得され、経路４６においては対応分岐視点位置４４から例えば位置４８までの間において複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ２が取得される。なお、対応分岐視点位置４４からの経路４５，４６に、対応分岐視点位置４４から内視鏡の進行方向とは反対側にある位置４９までの経路５０を含めて、経路仮想内視鏡画像Ｋｐを取得するようにしてもよい。
【００５３】
図５は複数の経路実内視鏡画像の取得を説明するための図である。図５に示すように、分岐実内視鏡画像Ｔｂｃを取得した分岐構造の位置、すなわち分岐位置を位置５１とする。マッチング部２４は、分岐位置５１から内視鏡先端３Ｂの現在位置５２までの経路５３上における複数の経路実内視鏡画像Ｔｐをストレージ１３から取得する。なお、分岐位置５１からの経路５３に、分岐位置５１から内視鏡の進行方向とは反対側にある位置５４までの経路５５を含めて、経路実内視鏡画像Ｔｐを取得するようにしてもよい。
【００５４】
そしてマッチング部２４は、複数の経路実内視鏡画像Ｔｐと、複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ１および複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ２のそれぞれとのマッチングを行う。マッチングは、複数の経路実内視鏡画像Ｔｐと、複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ１および複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ２のそれぞれとの類似度を算出することにより行う。ここで、複数の画像同志の類似度の算出は、下記の式（２）により、複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ１および複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐ２のそれぞれとの相関値を最大化することにより算出する。式（２）を用いる手法は動的計画法の手法であるＤＰ（Dynamic programming）法である。
【００５５】
【数２】
0006594133.tif 000003
式（２）において、ｖｋは経路仮想内視鏡画像Ｋｐにおけるｋ番目の仮想内視鏡画像、ｒｊｋは複数の経路実内視鏡画像Ｔｐにおける仮想内視鏡画像ｖｋに対応する実内視鏡画像、Ｋは経路仮想内視鏡画像の数、Ｓ（ｖｋ，ｒｊｋ）は仮想内視鏡画像ｖｋと実内視鏡画像ｒｊｋとの相関値を算出するための関数である。なお、経路仮想内視鏡画像と経路実内視鏡画像との数は異なるため、経路仮想内視鏡画像における仮想内視鏡画像と、経路実内視鏡画像Ｔｋにおける実内視鏡画像とは必ずしも１対１に対応しない。このため、本実施形態においては、式（２）を用いて、経路仮想内視鏡画像に含まれる仮想内視鏡画像と経路実内視鏡画像に含まれる実内視鏡画像とで総当たりで相関値を算出し、その相関値を経路実内視鏡画像Ｔｐおよび経路仮想内視鏡画像Ｋｐが取得された順に２次元にマトリクス状に並べた場合における、各行または各列の最大値の和を類似度として算出する。なお、このマトリクスにおいて、経路仮想内視鏡画像Ｋｐを横方向に、経路実内視鏡画像Ｔｐを縦方向に並べた場合、式（２）は各行の最大値の和を算出するものとなる。
【００５６】
マッチング部２４は、複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐのそれぞれについて、式（２）を用いて類似度を算出し、類似度が最大となる経路仮想内視鏡画像Ｋｐｍａｘを決定する。例えば、経路実内視鏡画像Ｔｐと経路仮想内視鏡画像Ｋｐ１との類似度が、経路実内視鏡画像Ｔｐと経路仮想内視鏡画像Ｋｐ２との類緯度よりも大きい場合、マッチング部２４は、経路仮想内視鏡画像Ｋｐ１を、類似度が最大となる経路仮想内視鏡画像Ｋｐｍａｘに決定する。
【００５７】
位置特定部２５は、相関値が最大となる経路仮想内視鏡画像Ｋｐｍａｘを取得した経路を、内視鏡先端３Ｂの現在位置の経路に特定する。
【００５８】
特定結果出力部２６は、位置特定部２５が特定した内視鏡先端３Ｂの現在位置の特定結果をディスプレイ１４に表示することにより、特定結果を出力する。
【００５９】
判定部２７は、位置特定部２５が特定した内視鏡先端３Ｂの現在位置の特定結果に基づいて、内視鏡先端３Ｂが気管支の所望とする経路上に位置するか否かを判定する。
【００６０】
図６はディスプレイ１４に表示された特定結果および判定結果を示す図である。図６に示すようにディスプレイ１４には，現在の実内視鏡画像Ｇ０および気管支画像Ｇ１が表示される。気管支画像Ｇ１においては、内視鏡先端３Ｂの現在位置となる経路６０の色が、気管支の他の経路の色と異なるものとされている。図６においては、ハッチングにより色が異なることを表している。なお、図６に示すように、内視鏡先端３Ｂの現在位置までの経路を破線６１により示してもよく、内視鏡先端３Ｂの目標位置６２を表示するようにしてもよい。
【００６１】
図６において内視鏡先端３Ｂの現在位置の経路６０の先には目標位置６２が存在する。このため、判定部２７により、内視鏡先端３Ｂは、目標位置６２に到達することが可能な所望とする経路上に位置すると判定される。したがって、気管支画像Ｇ１には「ＯＫ」の判定結果６３が表示される。この場合、操作者はさらに内視鏡を目標位置６２に向けて進めることができる。
【００６２】
一方、図７に示すように、内視鏡先端３Ｂの現在位置の経路６０の先に目標位置６２が存在しない場合、判定部２７により、内視鏡先端３Ｂが気管支の所望とする経路上に位置しないと判定される。したがって、気管支画像Ｇ１には「ＮＧ」の判定結果６３が表示される。この場合、操作者は、内視鏡を最も近い分岐位置まで戻し、正しい分岐位置に内視鏡を挿入する作業を行うことにより、内視鏡先端３Ｂを所望とする経路に進めることができる。
【００６３】
なお、内視鏡先端３Ｂが気管支の所望とする経路上に位置しないと判定された場合にのみ、判定結果６３を表示してもよい。逆に、内視鏡先端３Ｂが気管支の所望とする経路上に位置すると判定された場合にのみ、判定結果６３を表示してもよい。また、判定結果は音声等により出力してもよい。
【００６４】
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図８は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、３次元画像Ｖ０は画像取得部２１により取得されてストレージ１３に保存されているものとする。まず、画像取得部２１が実内視鏡画像Ｔ０を取得し（ステップＳＴ１）、仮想内視鏡画像生成部２２が、３次元画像Ｖ０から気管支画像を生成し（ステップＳＴ２）、さらに複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂを含む仮想内視鏡画像Ｋ０を３次元画像Ｖ０から生成する（ステップＳＴ３）。仮想内視鏡画像生成部２２は、仮想内視鏡画像Ｋ０を気管支のグラフ構造上の各視点とリンクさせてストレージ１３に保存する（ステップＳＴ４）。
【００６５】
続いて、対応仮想内視鏡画像決定部２３が、内視鏡先端３Ｂの現時点から過去一定時間内の複数の実内視鏡画像Ｔｎｉをストレージ１３から取得する（ステップＳＴ５）。そして、対応仮想内視鏡画像決定部２３は、複数の実内視鏡画像Ｔｎｉと複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとを比較して、内視鏡先端３Ｂの現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定する（ステップＳＴ６）。
【００６６】
そして、マッチング部２４が、複数の経路実内視鏡画像Ｔｐと、複数の経路のそれぞれについての複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐとのマッチングを行い（ステップＳＴ７）、位置特定部２５が、内視鏡先端３Ｂの現在位置の経路を特定し（ステップＳＴ８）、判定部２７が内視鏡先端３Ｂが気管支の所望とする経路上に位置するか否かを判定する（所望経路判定：ステップＳＴ９）。さらに、特定結果および判定結果がディスプレイ１４に表示され（ステップＳＴ１０）、処理を終了する。
【００６７】
このように、第１の実施形態によれば、内視鏡先端３Ｂの現在位置から最も近い通過済みの分岐構造から、内視鏡の進行方向において、いずれの経路に内視鏡先端３Ｂが位置しているかを特定することができる。したがって、分岐構造を通過した後に、内視鏡先端３Ｂが誤った経路にいるか正しい経路にいるかを容易に認識することができ、その結果、内視鏡を用いた診断を精度よく行うことができる。
【００６８】
また、位置の特定結果に基づいて、内視鏡先端３Ｂが気管支の所望とする経路上に位置するか否かを判定しているため、分岐構造を通過した後に、内視鏡先端３Ｂが誤った経路にいるか正しい経路にいるかを、より容易に認識することができる。
【００６９】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図９は第２の実施形態による内視鏡位置特定装置の概略構成を示す図である。なお、図９において図２と同一の構成については同一の参照番号を付与し，詳細な説明は省略する。第２の実施形態においては、最も近い通過済みの分岐構造の位置における分岐実内視鏡画像を特定する実内視鏡画像特定部２８を備えた点が第１の実施形態と異なる。
【００７０】
実内視鏡画像特定部２８は、画像取得部２１が順次取得する実内視鏡画像Ｔ０が、分岐構造を含むか否かを常時判定し、分岐構造を含む実内視鏡画像Ｔ０を分岐実内視鏡画像Ｔｂｃに特定する。分岐構造を含むか否かの判定は、例えば、判別器を用いて行う。判別器は、分岐構造を含む複数の実内視鏡画像を学習データとする機械学習により生成される。この判別器は、実内視鏡画像を入力とし、実内視鏡画像が分岐構造を含む程度を表すスコアを出力する。実内視鏡画像特定部２８は、判別器が出力したスコアがあらかじめ定められたしきい値を超える場合に、実内視鏡画像が分岐構造を含むと判別し、その実内視鏡画像を分岐実内視鏡画像Ｔｂｃに特定する。
【００７１】
ここで、マッチング部２４においては、分岐位置から後、すなわち分岐位置から内視鏡先端３Ｂの進行方向における複数の経路実内視鏡画像Ｔｐを用いている。第２の実施形態のように、あらかじめ分岐実内視鏡画像Ｔｂｃを特定することにより、ストレージ１３には、最新の分岐実内視鏡画像Ｔｂｃ以降の実内視鏡画像Ｔ０のみを保存しておけば、マッチング処理を行うことが可能である。したがって、第２の実施形態のように、分岐実内視鏡画像Ｔｂｃを特定し、分岐実内視鏡画像Ｔｂｃ以降の実内視鏡画像Ｔ０のみを保存することにより、ストレージ１３における実内視鏡画像Ｔ０の保存容量を低減することができる。
【００７２】
ここで、気管支において、分岐と分岐との間には気管支の経路が存在するため、内視鏡先端３Ｂを気管支に挿入する際に、分岐を通過してから次の分岐に到達するまではある程度の時間を要する。このため、第２の実施形態における分岐実内視鏡画像Ｔｂｃを特定する処理は、あらかじめ定められた時間、例えば数秒毎に行うようにしてもよい。これにより、内視鏡位置特定装置６が行う演算量を低減することができる。
【００７３】
なお、第２の実施形態における分岐実内視鏡画像Ｔｂｃの特定は、判別器を用いる手法に限定されるものではなく、テンプレートマッチングの手法を用いてもよい。この場合、典型的な分岐構造を含む１または複数の画像をテンプレートとして用いて、実内視鏡画像Ｔ０とテンプレートマッチングを行って相関値を算出すればよい。そして、相関値があらかじめ定められたしきい値を超えた場合に、その実内視鏡画像Ｔ０を分岐実内視鏡画像Ｔｂｃに特定すればよい。
【００７４】
また、テンプレートマッチングを行う際のテンプレートとして、複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂを用いてもよい。この場合、実内視鏡画像Ｔ０と全ての分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとのテンプレートマッチングを行った結果、分岐実内視鏡画像Ｔｂｃが特定された場合、対応仮想内視鏡画像決定部２３において、テンプレートマッチングの結果、最も相関値が高かった分岐仮想内視鏡画像Ｋｂを直ちに対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃに決定することができる。このため、対応仮想内視鏡画像決定部２３が行う処理のための演算量を軽減することができる。
【００７５】
また、ディスプレイ１４に実内視鏡画像Ｔ０を表示し、操作者による実内視鏡画像Ｔ０が分岐実内視鏡画像Ｔｂｃであるかの判定結果の入力を入力部１５から受け付けることにより、分岐実内視鏡画像Ｔｂｃを特定してもよい。この場合、図１０に示すように、実内視鏡画像Ｔ０に加えて、複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂを表示してもよい。これにより、操作者は実内視鏡画像Ｔ０と分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとを比較して、表示された実内視鏡画像Ｔ０が分岐実内視鏡画像Ｔｂｃであるか否かを判定することができる。さらに、分岐実内視鏡画像Ｔｂｃに対応する対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃの選択を受け付けることにより、分岐実内視鏡画像Ｔｂｃに加えて、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定することもできる。
【００７６】
次いで、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態による内視鏡位置特定装置の構成は、上記第１および第２の実施形態による内視鏡位置特定装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、装置の構成についての詳細な説明は省略する。上記第１および第２の実施形態においては、仮想内視鏡画像生成部２２において、あらかじめ経路仮想内視鏡画像Ｋｐを生成している。第３の実施形態においては、仮想内視鏡画像生成部２２において、分岐仮想内視鏡画像Ｋｂのみをあらかじめ生成し、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃが決定された後に、決定された対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃがリンクされた分岐点から内視鏡先端３Ｂの進行方向にある複数の経路のそれぞれについて、経路仮想内視鏡画像Ｋｐを生成するようにしたものである。
【００７７】
図１１は第３の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、３次元画像Ｖ０は画像取得部２１により取得されてストレージ１３に保存されているものとする。まず、画像取得部２１が実内視鏡画像Ｔ０を取得し（ステップＳＴ２１）、仮想内視鏡画像生成部２２が、３次元画像Ｖ０から気管支画像を生成し（ステップＳＴ２２）、さらに複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂのみを３次元画像Ｖ０から生成する（ステップＳＴ２３）。仮想内視鏡画像生成部２２は、分岐仮想内視鏡画像Ｋｂを気管支のグラフ構造上の分岐点とリンクさせてストレージ１３に保存する（ステップＳＴ２４）。
【００７８】
続いて、対応仮想内視鏡画像決定部２３が、内視鏡先端３Ｂの現時点から過去一定時間内の複数の実内視鏡画像Ｔｎｉをストレージ１３から取得する（ステップＳＴ２５）。そして、対応仮想内視鏡画像決定部２３は、複数の実内視鏡画像Ｔｎｉと複数の分岐仮想内視鏡画像Ｋｂとを比較して、内視鏡先端３Ｂの現在位置から最も近い通過済みの分岐構造に対応する対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃを決定する（ステップＳＴ２６）。
【００７９】
その後、仮想内視鏡画像生成部２２が、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃにリンクされた分岐点から内視鏡先端３Ｂの進行方向側にある複数の経路のそれぞれについて、複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐを生成する（ステップＳＴ２７）。
【００８０】
そして、マッチング部２４が、複数の経路実内視鏡画像Ｔｐと、複数の経路のそれぞれについての複数の経路仮想内視鏡画像Ｋｐとのマッチングを行い（ステップＳＴ２８）、位置特定部２５が、内視鏡先端３Ｂの現在位置の経路を特定し（ステップＳＴ２９）、判定部２７が内視鏡先端３Ｂが気管支の所望とする経路上に位置するか否かを判定する（所望経路判定：ステップＳＴ３０）。さらに、特定結果および判定結果がディスプレイ１４に表示され（ステップＳＴ３１）、処理を終了する。
【００８１】
このように、第３の実施形態においては、対応仮想内視鏡画像Ｋｂｃが決定された後に経路仮想内視鏡画像Ｋｐを生成しているため、第１および第２の実施形態と比較して、ストレージ１３に保存される仮想内視鏡画像Ｋ０のデータ量を低減することができる。また、全ての気管支の経路における経路仮想内視鏡画像Ｋｐを生成しなくてもよいため、仮想内視鏡画像生成部２２における演算量を低減することができる。
【００８２】
なお、上記各実施形態においては、内視鏡を分岐位置から気管支の目標位置に向けて挿入する際に、内視鏡先端３Ｂの現在位置を特定しているが、分岐位置から内視鏡先端３Ｂの進行方向における複数の経路の先に目標位置が存在する場合にも本発明を適用することができる。具体的には、分岐位置から第１の経路の先の第１の目標位置の観察後に、その分岐位置に戻り、第１の経路とは別の第２の経路の先の第２の目標位置を観察する場合にも、本発明を適用することができる。この場合において、第１の目標位置の観察後に第２の目標位置に内視鏡先端３Ｂを進めるためには、判定部２７は、第２の経路を所望とする経路として、内視鏡先端３Ｂが所望とする経路上に位置するか否かを判定すればよい。
【００８３】
また、上記実施形態においては、３次元画像Ｖ０から気管支画像を抽出し、気管支画像を用いて仮想内視鏡画像Ｋ０を生成しているが、気管支画像を抽出することなく、３次元画像Ｖ０から仮想内視鏡画像Ｋ０を生成してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態においては、内視鏡を被検体に実際に挿入する際に、内視鏡先端３の現在位置を特定しているが、実内視鏡画像Ｔ０を保存しておき、被検体の観察後に、内視鏡の挿入が正しく行われたかを検証したり、内視鏡挿入の教育に使用したりしてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態においては、本発明の内視鏡位置特定装置を気管支の観察に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、血管のような分岐構造を有する管状構造物を内視鏡により観察する場合にも、本発明を適用できる。
【００８６】
以下、本発明の実施態様の作用効果について説明する。
【００８７】
位置の特定結果に基づいて、内視鏡が管状構造物の所望とする経路上に位置するか否かを判定することにより、分岐構造を通過した後に、内視鏡が誤った経路にいるか正しい経路にいるかを、より容易に認識することができる。
【００８８】
また、管状構造物における内視鏡の進行方向に対して、対応分岐視点位置から内視鏡の進行方向側の分岐視点位置において生成された分岐内視鏡画像を少なくとも１つの実内視鏡画像と比較して、対応仮想内視鏡画像を決定することにより、対応仮想内視鏡画像の決定のための演算量を低減することができる。
【符号の説明】
【００８９】
３    内視鏡装置
４    ３次元画像撮影装置
５    画像保管サーバ
６    内視鏡位置特定装置
１１    ＣＰＵ
１２    メモリ
１３    ストレージ
１４    ディスプレイ
１５    入力部
２１    画像取得部
２２    仮想内視鏡画像生成部
２３    対応仮想内視鏡画像決定部
２４    マッチング部
２５    位置特定部
２６    特定結果出力部
２７    判定部
２８    実内視鏡画像特定部
【図１】
0006594133.tif 000004
【図２】
0006594133.tif 000005
【図３】
0006594133.tif 000006
【図４】
0006594133.tif 000007
【図５】
0006594133.tif 000008
【図６】
0006594133.tif 000009
【図７】
0006594133.tif 000010
【図８】
0006594133.tif 000011
【図９】
0006594133.tif 000012
【図１０】
0006594133.tif 000013
【図１１】
0006594133.tif 000014