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    公开号:WO1988009538A1
    申请号:PCT/JP1988/000513
    申请日:1988-05-27
    公开日:1988-12-01
    发明作者:Kenkichi Tsukamoto
    申请人:Kenkichi Tsukamoto；
    IPC主号:G06T7-00
    专利说明:
    [0001] 明 糸田 影 の 画 像 処 理 方 法
    [0002] 技 術 分 野
    [0003] この発明は、 透過性点 Jfe源、 例えば X線によって照らされた物体（人体を含む）力平面 に落とす影の二方向の組みのわづかニ枚の影の画像より、 物体の内部を含む任意の点の三 次元立体空間的位置関係座標を 1ミ. ル以下の確度または精度で定量的に求めることに関 する。
    [0004] 背 景 技 術
    [0005] 透過性点光源によって照らされた物体（人体を含む）カ平面に落とす影は光源に近い部 分ほど大きく、 光源から平面に下ろした垂線より違い影ほど大きいといった一見非常に複 雑な変形を受けたものである。 しかも物体を透過する光源によって照らされた物体の影で あるからその物体の光線に沿つた総ての点 (部分)の影が重なつたものである。
    [0006] 従来は、 このような影の画像からその物体の内部を含む任意の点の立体空間的位置関係 を定量的に求めることは^すに不可能ではないにしても、 容易ならないことと思われてい ナ- また、 物体の内部を含む三次元立体空間画像を得る為には X線による C Tや MR Iによ る多数の断層画像より計算機処理によるものか、 物体を実際に薄い片に切断してそれを一 度平面画像の一続きの組みとして計算機処理して立体画像を構成するものであつた。 もし人体に X線による C Tによって 1 s .w—ト刻みの断層画像を得る場合は、 緊急やむを 得ないとしても、 到底許容出来ない莫大な放射線被曝を患者に与えることになる。 たとえ 5ミリ 刻みでも決して安心できるものではない。 そして C Tは非常に高価で MR Iにい たっては数億円もする。
    [0007] 更に、 いずれも患者を狭い円筒形の空間に出し入れさせなければならず、 種々の救命機 器を患者に施したまま行えるものでない。 殊に MR Iは強力な磁場が漏れるので磁気に感 じるものは一切部屋に持ち込めない。
    [0008] 物体を実際に薄い片に切断する方法は患者には論外であるが、 無生物としても莫大な手 数と時間と費用を要し、 目的物体を完全に破壞してしまうことになる。
    [0009] そこで X線写真も人体をなるべくフィルム平面に近付けて露光し影の画像の歪みを少な くしているが人体には厚みがあり光源までの距離に比べて無視できない。 これを考慮して 計算しても人体の内部のある部分がフィルム平面からどれだけの距離の位置にあるかは大 体の推定に拠るしかなく、 ミリメートル単位の精度はとても望めない。
    [0010] もう一つには、 X線ステレオ像撮影の技術があるが、 この発明のように完全な三次元空 間画像を得るものでなくて、 どの方向からでも、 どの距離からでも、 この像を回転して眺 めることが出来るようなものでなく、 一度初めに決められたある方向、 離からの立体感 のある眺めが頭の中にイメージされるだけのものであるから、 勿論定量的な三次元情報が 得られるものではない。
    [0011] 発 明 の 開 示
    [0012] この発明は一見非常に複雑な変形を受けた影の画像 Aもその画像面 Aに TOな座標 0— BLを Y座標にとるときは; 源が物体 Pが介在しても直進する性質の為に影の座標 値 Yaに光顦 ALから画像面 Aの原点 Oaまでの距離 で、 物体 Pの X座標軸上の点 X。 から光源 ALまでの距離、 L一 : [一 X。を割ったものを掛けたものが物体 Pの Y座標値 Y0 である。 ίは座標の原点 0から画像面 Αの原点 Oaまでの距離である。
    [0013] 即ち Y。 =YaX (L— i— X。)ノ L (2)
    [0014] となり、 これは光源 ALの ίΐϋ性のために三角形 AL,Oa,Faと三角形 AL,X0 ，Pとが相 似形となるために成り立つことがらである。
    [0015] 同様に X。 =Xbx (L— i— Y。） ZL (1)
    [0016] 式（1)を式（2)に代入すれば
    [0017] Yo = YaX{L2-(Xb+ i)L + Xb- i } ÷(L2-Xb- Ya) (6) となり物体 P点の Y座標値 Y。 は影の画像 Aの Y座標値 Yaと影の画像 Bの X座標値 Xbが 画像の計測により求められれば式 (6)より簡単に求めることが出来ること力分かる。
    [0018] ちなみに X籙の^よりクラウンガラスへの Λ¾·屈折率は 1よりちいさいが限りなく 1 に近い、 0.99999488であって物体を ¾ϋする X線の直線性は十分な精度で保証されるもの である。
    [0019] そこであとは物体の内部を含む任意の点 Ρの影の画像 Α上の点 P aに対応する影の画像 B上の点 Pbをいかに正しく選定するかにその精度が依存することになる。 人間のバタ ーン認識能力はそれぞれの専門分野に於ける知見および経験をフルに活用することによつ て、 ¾ 上十分な精度で对応するそれぞれの点の選定を為すこと力出来るものである。 この発明は上記の二つの事実をより所にして為されたものである。
    [0020] 図 面 の 箇 単 な 説 明
    [0021] 第 1図はこの発明の原理説明図である。
    [0022] 発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態
    [0023] 本発明をより詳細に するために、 添付の に従ってこれを説明する。
    [0024] 第 1図の実施例に就いて成り立つ式を整理すれば
    [0025] Xo =XbX (L- i -Yo) /L (I)
    [0026] Xo =XcX CL- i -ZO) /L cr ) Yo -YcX (L— i一 Zo) /h (2' )
    [0027] Y。 =YaX (L— i -Xo) /L (2)
    [0028] Zo =ZaX (L- i -Xo) ノ L (3)
    [0029] Zo =ZbX (L- i一 Yo) ZL (4)
    [0030] これらを解けば
    [0031] X0 = XbX{L2-(Ya+ i)L + Ya } ÷(L2-Ya- Xb) (5) X0 = XcX{L -(Za+ i )L + Za } ÷(L2-Za- Xc) (5' ) Yo = YcX{L2-(Zb+ i)L + Zb (L2-Zb- Yc) C6' ) Y0 = YaX{L2-(Xb+ i)L + Xb } ÷(L2-Xb- Ya) (6) Z0=ZaX{L2-(Xc+ i )L + Xc } (L2-Xc · Za) (7' ) Z0 = ZbX{L2-(Yc+ i)L + Yc } ÷(L2-Yc · Zb) (8' ) もし、 透過性点 源（CL)、 従って影像面（C)が存在しなくても、 即ち Xc.Ycの数値 力存在しないので数字にダッシュのある式は成立しなくても、 X。は式（5)より、 Y。は式 (6)より求められる。
    [0032] しかも、 ここで注目すべきは Z。が式（3)の X。に式（5)を代入することによって、
    [0033] Z0=ZaX{L2-(Xb+ i)L + Xb» i } ÷( 一 Xい Ya) (7) また、 式（4)の Y。に式（6)を代入することによって、
    [0034] Z0=Zbx{L2-(Ya+ i )L + Ya- i } ÷(L2-Ya- Xb) (8) 式（7)， 式（8)の二つの式より求められることである。
    [0035] この場合、 二つのみの影像面 (A)(B)上の座標を読む Ya, Za, Xb, Zbの値が物体の内 部の任意の一点 Pに完全に正しく対応して選定されているときは、 Z。 の二つの式により 求められた値は完全に一致する。
    [0036] 影像面の対応する座標値を読み取るとき、 人間は小さな誤りより、 とんでもない勘違い ゃポカをするものであるから、 この二つの値を利用して、 Zoの二つの値がある数値以上 異なるときは警告をしたり、 またその誤差を自動的に捕正してより正しい Χ0，Υο,Ζ。 の 値を表示することも、 簡単なコンピューターを使えば容易にできる。
    [0037] このとき複数の影の画像の物体の向きなどによる違いから、 自信が持てる座標値ある L、 は決める必要がある座標値はそのままにしてその他の座標値のみを自動的に変化させてよ り正しい値を求めることもできる。
    [0038] もし三つの影の画像があるとき、 Ζ。 の値は式（7' )(8' )(7)(8)より四つの値が得 られる。 同様に、
    [0039] Xo = Xbx{L2-(Yc+ i )L + Yc♦ i } ÷(L2- Yc - Zb) (9' )
    [0040] X0 = XcX{L -(Zb+ i)L + Zb- i } ÷(L2-Zb- Yc) (1 0' ) Y。 = YcX{L2 -（Za+ i)L + Za- ΐ } ÷(L2— Za* Xc) (1 Γ )
    [0041] Yo = YaX{L2-(Xc+ i)L + Xc- i } H-(L2-XC- Za) (12' ) のように、 物体の任意の一点 Pについて XQ,Y。も、 それぞれ四つの値の座標値が求めら れ、 それぞれの差を二つの影の画像のときょり、 より正確に無くした Χο,Υο,Ζοを表示 するものにできる。
    [0042] この発明は人間による読み取り誤差を梳正することができることを第三のより所にして いる。
    [0043] 以上の諸の式は第 1図の三つの影像面が相互に直交し、 X座標軸は影像面 (B)，（C)に共 に平行であり、 Υ座標軸は影像面（C), (Α)に共に であり、 Ζ座標軸は影像面 (Α), (Β)に共に平行である三^直角座標について成り立つものであるが、 かならずしも直角 座標でなくても X座標軸は影像面 (B), (C)に共に平行であり、 Υ座標軸は影像面（C), (Α)に共に平行であり、 Ζ座標軸は影像面 (A), (Β)に共に平行であれば、 たとえば光源 A Lの直進性のために三角形 AL,ひ a, P a と三角形 AL, X 0 , Pとが相似形となるために成 り立つものである。
    [0044] 従って、 例えば X座標軸と Y座標軸とが 120β の角度をもち、 Ζ座標軸は X座標軸と Υ座標軸とに共に直交し影像面は（A), (Β)の二つのみのものでもよい。 これは影像面は (Α)(Β)が 120。 をなすので物体が影像面に妨げられない利点があるが、 物体の二点間 の距離や空間的角度を求める為には先に直角座標軸に変換する必要がある。 そして物体の Ρ点に対応する影像面上の Pa, Pb.Pcを選定することがやや困難になる。
    [0045] さて影像面 (A)(B)、 又は (A)(B)(G)を感光フィルム、又は蛍光面として間接氍影に よるフィルム、 又は録画を経て し、 学的及び計算処理により、 又はブラウン管の 再生画像をライトペンなどにより読み取り、 コンピューターで処理し、 又は読み取り誤り ^.および誤差自動捕正などのコンピーター処理するのであるが、 このとき物体（人体 を含む）の表面及び内部に造影剤、 造影剤を混合したコピー鉛筆、 金属小球を絆創膏で貼 るなどにより、 立体空間定量情報の基準とすると、 物体（人体を含む）の表面の开狱と物 体の内部の任意の点 pの空間的立体位置関係を的確に することができる。
    [0046] コピー鉛筆とは W "^において、 口腔内の型取りをするとき口腔内の粘膜に直接印や 線を描きそれを型に乾写するための^様のものである。 たとえば人の頭の要所々々に 金属小球を粋創膏で貼るような場合はその影像のコントラストが他の部分に較べて著しく 異なるので、 の影の画 のそれぞれ対応する点を順次に自動的に検索して、ブラゥン 管上にそれらを順次線で結んだ多数の三角な苹面によって頭の外観を表現し、 更に腿血 管に造影剤を入れてその枝分かれの要所々々をライトペンで入力して線でつないで、 脇血 管の空間的立体構造を同時にブラウン管上に描かせ、 これをあらゆる方向にブラウン管上 で回転させて観察することによって、 脳手術を行うについての有用な情報を得ることも、 コンピューターを使用すれば比較的に容易にできる。
    [0047] 上記のことはこの発明の実施のほんの一例に過ぎな 、ものであるが、 数億円もする謂所 C Tでも為し得ない作用 ¾¾果である。 しかも、 その生産コストは普通の X線装置の高々 2 倍程度である。 歯科医療において、 人体の下 mftの^:の状態の平面画像の組の指定 点を入力し、 直ちに咬合器の調整データーを得る為のコンピューター ·プログラミングす るに十分な総ての情報が、 この発明によつて得られる。
    [0048] 例えば、 上下顎の切歯の切縁と矢状面との交点に、 小さな金属球を歯科用ゴムなどで貼 着して、 患者に下顎を最も後退させ、 その位置から左右側方 をさせておけば、 謂 ゴ シック .アーチが患者に全く触れることなく得られる。
    [0049] このことによって歯科医のチェア ·タイムや患者の通院の回数や医療費を大幅に減らす ことができる。
    [0050] この発明の X線装置は、 影像面 (A)(B：)、 または（A)(B)(C)とそれぞれに対向する透 過性点 源 (AL)(BL：)、 または（AL)(BL)(CL) とにより構成されており、 その間に置か れる物体（人体を含む） は同時刻の影、 または同位置の複数の影の画像であればよく、 そ の物体の座標軸や原点 0に対する位置および傾きおよび回転に全く影響されず物体の内部 を含む任意の点の立体空間のミリ単位の定量情報が得られる X線画像処理方法であること である。
    [0051] 物体は最初は任意の位置で、 それと組みとなる'別の方向の影の画像は物体の位置が先と: 同位置という条件が満たされるならば、 一つの透過性光源とそれに向かい合う影の画像面 を一組みにして、 原点 0を中心にして物体と相対的に 9 0 ° 回転させてもよい。
    [0052] 産 業 上 の 利 用 可 能 性
    [0053] X線レーザーを用いたホモグラフィ一による物体の内部をふくむ立体像視は未だ将来技 術で、その生体に対する危険性も全く未知の問題である。上に述べた本発明の C Tや MR I との優位な点を別としても、 人の肺や心臓や血流を一時止めて、 C Tや MR Iのスキヤン をすることはできないので、 それらの鲜明な立体像を得ることはできない。
    [0054] しかし、 本発明によれば、それらの一瞬の時刻の鲜明な定量的な完全三次元画像 (物体の 表面立体画像のみでなく幾重にもその物体の芯まで重なつた総ての立体画像を含む）が、 いくらでも必要なだけ、 現実の正確な定量値で詳しく得られる。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1 . 影像面 (A)(B)、又は (A)(B)(C)とそれぞれに対向する透過性点 源 (AL)(BL)、 又は (AL)(BL)(CL)とより成り、その間に置かれた物体 (Λ体を含む)の内部を含む任意 の点のその物体の同時刻の、 又は同位置のその点が落とす影の影像面上の座標値と、 そ の点に対応する物体の同じ点が他の の影像面上に落とす影の点を選定して、 その座 標値を求め、 その物体の内部を含む任意の点の立体空間定量情報を得る画像処理方法。
    2 . 影像面 (A)(B)、又は (A)(B)(C)を感光フィルム、又は蛍光面として間匿影による フィルム、 又は録画を経て言 し、 幾何学的及び計算処理により、 又はブラウン管の再 生画像をライトペンなどにより読み取り、 コンピューター処理し、 又は読み取り誤り警 告、 および誤差自動捕正などのコンピューター処理する請求の範囲第 1項記載の画像処 理方法。
    3 . 物体（人体を含む）の表面及び内部に造影剤、 影剤を混合したコピー^、 金属小 球を絆創膏で貼るなどにより、 立体空間定量情報の とする請求の範囲第 1項記載、 又は請求の範囲第 2項記載の画像処理方法。
    4 . 物体（人体を含む）の表面及び内部に造影剤、 影剤を混合したコピー鍅筆、，拿屑小 球を絆創膏で貼る.などにより、 立体空間定量情報の醉とし、 人体の肺、 又は心臓、 又 は下^!動などの^:の扰態の平面影像面の組の指定点を入力して、 コンピューター処 理することによって、 肺 ¾*、 又は心臓の血流の状態、 又は咬合器の調整データーなど を得る請求の範囲第 1項記載、又は請求の範囲第 2項記載の画像処 法。
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    JPS63296175A|1988-12-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-12-01| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AU BR DK KR NO SU US |
    1988-12-01| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-03-23| WA| Withdrawal of international application|
    1997-09-03| 122| Ep: pct application non-entry in european phase|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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