気管支の変形に対応したマーカレス気管支鏡追跡手法に関する検討

摘要

In bronchoscope tracking by tiny electromagnetic position sensor, it is indispensable to obtain the relationship between the coordinate systems of the position sensor and the reference images. In our privious method, we estimated the rigid transformation matrix between the coordinate systems by matching the outputs of the position sensor and the medial line of the bronchi extracted from the CT image taken prior to bronchoscopy. However, since the bronchial deformation occurs after CT image acquisition, it may be difficult to perform accurate registration by the previous method. In order to solve this problem, we propose in this paper a stable bronchoscope tracking method for bronchial deformation without fiducial markers. In this method, we estimate the non-rigid transformation between the coordinate systems by the Chui's non-rigid point matching algorithm. This non-rigid transformation is estimated by matching the outputs of the position sensor and the artificial 3D point set scattered in bronchi regions. We applied the proposed method to a rubber bronchial model. Experimental results showed that the proposed method could reduce the average registration error from 10.1 mm to 3.2 mm.%位置センサを利用した気管支鏡追跡を行う際には．参照画像と位置センサの持つ座標系の対応付けは必要不可欠である・一般的に，この対応付けは患者の外部に配置した複数のマーカを基準として行われるが，非常に煩雑な操作が必要となる．一方，従来手法では，位置センサ出力と，検査前CT健から抽出した気管支芯線との対応関係を求めることで，外部マーカが不要な気管支鏡追跡を可能にした．しかし，検査中の気管支形状は，検査前CT像上の気管支形状と異なる可能性がある．そのため，従来手法では位置合わせ誤差が非常に大きくなる可能性があった．そこで，本稿では，外部マーカが不要，かつ，気管支の変形に対応可能な気管支鏡追跡手法を提案する．まず，本手法では検査前CT像中の気管支領域内に多数の3次元点群を配置する．そして，これらの点群と位置センサから得られる位置情報を対応付ける非剛体変換関数をH．Chuiらの非剛体ポイントマッチングアルゴリズムにより推定する．本手法を軍管支ファントムー例に適用し実験を行った結果，位置合わせ誤差が10.1mmから3.2mmへと減少することが知られた．