3次元画像認識・理解と動画像解析に基づく医用内視鏡ナビゲーションシステムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13558032
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 末永 康仁 名古屋大学, 情報科学研究科, 教授 (60293643)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北坂 孝幸 名古屋大学, 情報科学研究科, 助手 (00362294) ; 目加田 慶人 名古屋大学, 情報科学研究科, 助教授 (00282377) ; 森 健策 名古屋大学, 情報科学研究科, 助教授 (10293664) ; 鳥脇 純一郎 中京大学, 情報科学部, 教授 (30023138) ; 平野 靖 名古屋大学, 情報連携基盤センター, 助手 (90324459)
• Keywords: 内視鏡ナビゲーション / 仮想化内視鏡 / 気管支鏡 / 手術ナビゲーション / トラッキング / 画像間類似度

Research Abstract

本研究の目的は、仮想化内視鏡システムと実内視鏡を組み合わせ、あらかじめ撮影された個々の患者の3次元医用画像から得られる情報を、内視鏡検査時にナビゲーション情報としてリアルタイムで医師に提示する「内視鏡ナビゲーションシステム」を開発し、臨床の場で実用化することである。そのために必要な要素技術として、(1)軟性内視鏡のカメラ動き推定手法、(2)その場所における壁面下情報を実内視鏡像に合成表示する手法、の開発を行う。本年度は以下の研究を行った。
(1)実内視鏡像/仮想内視鏡像からの特徴量抽出手順の開発
実内視鏡像と仮想内視鏡像との対応付けを行うのに必要な特徴量抽出手順の開発を昨年度に引き続き行った。ここでは度値分散情報を用いることで、実内視鏡画像からロバストに特徴的な部分のみを抽出する手法の開発を行った。
(2)実内視鏡像・仮想内視鏡像対応付け手法の開発
上記により抽出された特徴量を基に特徴的な部分のみを用いることでビデオ内視鏡像と仮想化内視鏡像とを対応付ける手法の開発を行い、従来と比較して大幅な対応付け精度向上が可能であることを確認した。この対応付けは、本システムの精度を決定付ける重要な処理であるため、他の研究グループより提案されている対応付け手法も含めて組織的に検討を行った。
(3)実内視鏡カメラ動き予測法の開発
カルマンフィルタを用いて実内視鏡カメラ動きを予測する手法を開発し実内視鏡像・仮想内視鏡像対応付け探索の初期値として用いる手法を開発した。また、鉗子口に挿入可能なワイヤ型位置センサの出力とこれまでに開発を進めてきたイメージレジストレーションを併用したよりロバストな内視鏡カメラ動き手法についても併せて検討を行った。
(4)合成表示部の開発
これまでに開発した機能を基に、実際の内視鏡画像に壁面下情報・解剖学的名称等を合成表示し、検査中の医師に提示する手法の開発を行った。ここではソフトウエアによる高速なボリュームレンダリング手法を開発し、壁面下情報をわかりやすく表示する手法を開発した。
(5)ビデオ内視鏡画像とX線CT像のデータベース構築
実験を行う上で欠くことのできない実内視鏡画像と3次元CT像を患者毎に取得しデータベースを構築した。

Research Products

• [Publications] 林 雄一郎: "ボリュームレンダリング画像における3次元関心領域の指定法と開発とその仮想化内視鏡システムへの応用"電子情報通信学会論文誌. J87-DII・1. 361-367 (2004)
• [Publications] 岡 宏樹: "臓器外壁情報を利用した仮想展開像作成手法について"電子情報通信学会論文誌. J87-DII・1. 290-301 (2004)
• [Publications] Yuichiro Hayasi: "A method for detecting undisplayed regions in virtual colonoscopy and its application to quantitative evaluation of fly-through methods"Academic Radiology. 10・12. 1380-1391 (2004)
• [Publications] 森 健策: "コンピュータ外科手術の基礎と応用 -手術支援画像仮想化内視鏡と手術支援画像生成"日本コンピュータ外科学会会誌. 5・2. 69-74 (2003)
• [Publications] Kensaku Mori: "New image similarity measures for bronchoscope tracking based on image registration between virtual and real bronchoscopic images"Proceedings of SPIE. 5639(印刷中). (2004)
• [Publications] Kensaku Mori: "Virtual pneumoperitoneum for generating virtual laparoscopic images based on shape deformation"Proceedings of SPIE. 5639(印刷中). (2004)