JP2010011910A - デジタルパノラマ撮影装置およびパノラマ用画像処理プログラム - Google Patents
デジタルパノラマ撮影装置およびパノラマ用画像処理プログラム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】デジタルパノラマ撮影装置1は、基本断層に対して再構成処理されたパノラマ断層像上においてROIの範囲を受け付ける入力手段17と、ROIを構成するフレーム画像を抽出し、その高さ方向の大きさおよび位置を、ROIの高さ方向の大きさおよび位置と等しくさせ、断層ごとに、ROIの幅の値を再構成断層画像の幅の値によって割ることで、当該断層の位置に応じた画像拡大率を算出し、この画像拡大率を用いて、再構成処理後の断層画像が当該画像の中心位置を変更させることなく当該画像の幅がパノラマ断層像のROIの幅と等しくなるようにする正規化処理を行うパノラマ用画像処理手段7と、正規化された断層画像を連続的に出力する出力手段10とを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置を模式的に示す構成図である。デジタルパノラマ撮影装置1は、パノラマ撮影(パノラマX線断層撮影法)によって、被写体(人物)Kの上顎/下顎における歯列に沿った所定の断層におけるX線像を撮影して歯科用の断層画像を生成するものであり、図1に示すように、X線源2と、X線撮像手段3と、旋回駆動手段4と、A/D変換手段5と、大容量フレーム画像記憶手段6と、パノラマ用画像処理手段7と、処理画像記憶手段8と、全画像表示記憶手段9と、出力手段10と、入力手段17とを備えている。
ここで、生成表示される断層画像について図2を参照して説明する。図2は、被写体としての歯列に対応するように割り当てられた複数の断層を示す説明図である。図2に示す状態では、X線源2は、被写体K(図1参照)である人物の歯列の前歯部c側からX線を照射し、当該歯列の臼歯部d側において、X線撮像手段3が受光しているが、撮影中には、X線源2およびX線撮像手段3は回転し、回転中心aの位置はスライドする。図2では、歯列の前後の奥行き方向の中央に基本断層b0をとり、歯列の奥行き方向の後側(内側)に舌側断層bm、前側(外側)に頬側断層bnを例示した。ここで、mは舌側方向の断層の識別情報(m=−1,−2,−3,…)、nは頬側方向の断層の識別情報(n=1,2,3,…)をそれぞれ示す。ただし、図2では、舌側方向断層、頬側方向断層とも1つずつ例示した。なお、人体の歯列が被写体である場合には、基本断層b0は、回転中心aから前歯部c側の1番の中切歯までの距離が例えば50mm程度、舌側方向断層、頬側方向断層は、基本断層b0から例えば±30mm程度までの領域に設定することが好ましい。
図1に戻って、デジタルパノラマ撮影装置1の各部の構成を説明する。
X線源2は、図示しないスリットを有しており、このスリットを介してX線を照射することにより生成されるスリットビーム(X線ビーム)を所定のタイミングで被写体Kに照射するものである。
図4は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置のパノラマ用画像処理手段の機能を示すブロック図である。パノラマ用画像処理手段7は、図4に示すように、入力情報判別制御手段11と、フレーム画像抽出加工手段12と、画像再構成手段13と、拡大率算出手段14と、断層画像幅正規化処理手段15と、表示制御手段16とを備えている。
パノラマ断層像22は、画像再構成手段13によって基本断層について再構成処理が行われた断層画像であって全画像表示記憶手段9に格納され、関心領域(ROI)の指定を受け付けるために出力手段10に表示される。
加工後フレーム画像24は、フレーム画像抽出加工手段12の処理結果であり、再構成処理や正規化処理に用いられる。
拡大率25は、拡大率算出手段14の処理結果であり、正規化処理や再構成処理に用いられる。拡大率25は、断層の識別情報と関連付けて記憶される。
画像再構成手段13は、大容量フレーム画像記憶手段6に蓄積されたフレーム画像21を組み合わせて重畳する際に、フレーム画像21の組合せを適宜変更して、基本断層b0に対応したパノラマ断層像B0を生成する。画像再構成手段13は、パノラマ断層像B0を構成する各フレーム画像gのデータをメモリ上で重畳することにより、奥行き方向が所定間隔の断層に対応した断層画像を再構成する。本実施形態では、画像再構成手段13は、フレーム飛越し法およびフレーム微小移動法を用いて再構成処理を行うこととする。以下、この再構成処理の概略を具体例を用いて説明する。図5は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置による断層像の再構成の原理をモデル化して示す説明図である。図5では、簡便のため、被写体Kが円筒状の物体であるものとしている。図5は、被写体Kを上方から視た図である。
ここでは、図5に示す被写体Kにおいて、円筒の中心軸(図5では円の中心)からの距離がr1である断層K1と、円筒の中心軸からの距離がr2である断層K2と、円筒の中心軸からの距離がr3である断層K3とを想定している。円筒の中心軸の延長上には、旋回駆動手段4(図1参照)のアームの回転中心aが配置されている(図5では、円の中心と回転中心とが一致している)。なお、実際のパノラマ撮影では、旋回駆動手段4(図1参照)は、アームが回転中心aの周りを回転する動作と、歯列を仮想的に分割された円弧にみたてて所定角度で回転できるようにアームの位置をスライドさせる動作とを行うので、回転中心aはパノラマ撮影中に移動する。
被写体Kの断層K1(円周1884mm)を、撮影角度360°で1画素ずつ(100μmずつ)シフトさせながら段歩的に撮影するか、または連続的に撮影すると、18840枚のフレームごとのフレーム画像が得られる。これらのフレーム画像を時系列に並べた識別情報をiとする(i=1〜18840)。すべてのフレーム画像は、大容量フレーム画像記憶手段6に蓄積されることとなる。
ここでは、k=6のときの断層(半径50mm)を基本断層とする。この例では、被写体Kの断層K1を示す距離r1(半径300mm)を撮影対象として、18840枚のフレーム画像を取得したが、これらには、半径300mm以内のX線情報もすべて含まれており、再構成された各断層の画像は、それぞれが、最もピントがあった断層像と呼べる。したがって、一例として、k=6のときの断層(半径50mm)を基本断層とした。そして、k=6のときの断層(半径50mm)と、k=5のときの断層(半径60mm)との間の断層(例えば、半径50.5mm)を頬側方向断層として生成することとする。なお、計算の都合上、舌側方向断層としては、k=6のときの断層(半径50mm)と、k=10のときの断層(半径30mm)との間の断層(例えば、半径49.5mm)として生成する。
この場合には、半径の小さい方(k=6のときの断層(半径50mm))に合わせて、5フレームおきのフレーム画像を利用する。利用するフレームごとのフレーム画像は、3140(=18840/6)枚である。
(入力情報判別制御手段)
入力情報判別制御手段11は、基本断層に対して再構成処理されたパノラマ断層像上において関心領域の範囲として2次元座標値と、関心領域に対応して基本断層の内側および外側を示す奥行き方向に設定される断層の個数と、設定される各断層間の奥行き方向の間隔とを入力情報として受け付けるものである。この入力情報判別制御手段11は、パノラマ用画像処理手段7に入力する情報に応じて、X線撮像手段3で取得されたフレーム画像の取り込み、入力手段17で指定されたコマンドやデータ等の操作入力情報の判別、各記憶手段6,8,9に記憶されたデータ等の情報の入出力管理等を行う。
フレーム画像抽出加工手段12は、入力された2次元座標値の水平方向の値に基づいて、パノラマ断層像を構成する全フレーム画像のうち関心領域を構成するフレーム画像を抽出し、2次元座標値の垂直方向の値に基づいて、抽出されたフレーム画像の高さ方向の大きさおよび位置が、関心領域の高さ方向の大きさおよび位置と等しくなるように、抽出されたフレーム画像から余分な部分を削除する加工を行うものである。
そこで、断層画像幅正規化処理手段15は、正規化処理として、図10に示すように、基本断層の断層画像t0の画像幅を基準として、舌側方向の断層画像tmは画像幅を広くし、頬側方向の断層画像tnは画像幅を狭くする処理を行うことで、正規化断層画像(正規化断層画像27として記憶される)を生成する。
そのために、拡大率算出手段14は、設定される断層ごとに、関心領域の幅の値を、複数の加工後フレーム画像を被写体に設定される断層の位置に応じた重ね幅で再構成処理をしたときに形成される断層画像(再構成断層画像)の幅の値によって割ることで、当該断層の位置に応じた画像幅の拡大率(画像拡大率)を算出する。この画像拡大率は、拡大率25として記憶される。拡大率の算出および正規化処理の詳細については後記する。なお、拡大率という場合に、実質的には縮小することを示す1以下の数値も含むこととする。断層画像幅正規化処理手段15は、この画像拡大率を用いて、再構成処理後の断層画像が当該画像の中心位置を変更させることなく当該画像の幅がパノラマ断層像の関心領域の幅と等しくなるようにする正規化処理を行う。
図11は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置のパノラマ用画像処理手段で正規化された各断層の正規化断層画像の表示方法を示す図であって、(a)は一覧表示、(b)はムービー表示をそれぞれ示している。
表示制御手段16は、設定される断層ごとに、断層画像幅正規化処理手段15によって正規化された断層画像を連続的に出力手段10に表示させるものである。
図1に示したデジタルパノラマ撮影装置1の動作として主にパノラマ用画像処理手段7の動作について図13を参照(適宜図1および図4参照)して説明する。図13は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置のパノラマ用画像処理手段の動作を示すフローチャートである。まず、デジタルパノラマ撮影装置1は、パノラマ断層像を取得する(ステップS1)。つまり、デジタルパノラマ撮影装置1では、パノラマ用画像処理手段7は、画像再構成手段13によって、被写体Kをパノラマ撮影して取得格納した数多くのフレーム画像を再構成処理してパノラマ断層像22を生成し、出力手段10によって表示し、関心領域(ROI)等の指定を受け付けるために待機する。そして、パノラマ用画像処理手段7は、入力情報判別制御手段11によって、断層画像の生成表示を指令するコマンドを受け付けたと判定すると、関心領域(ROI)を示す2次元座標値の指示があるか否かを判別する(ステップS2)。
図14は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置のパノラマ用画像処理手段が行う正規化処理の第1の具体例を示す説明図である。正規化(画像水平方向の正規化)とは、基本断層画像の水平方向幅に合わせて、各断層(舌側方向断層、頬側方向断層)の再構成画像(断層画像)の幅を拡大/縮小することである。なお、基本断層については形式的に正規化処理を行うものとして説明するが、拡大率として「1」を掛けることになるので、実質的には正規化による変化はない。また、正規化の際に、画像の高さは変化しない。
αm=w0/wm … 式(1)
αn=w0/wn … 式(2)
α=w0/w … 式(3)
同様に、図14において下段に示した頬側方向断層では、断層画像幅正規化処理手段15が断層画像tnの幅wnに拡大率「αn」を掛けて生成した頬側方向正規化断層画像Tnの幅wrnは、断層画像t0の幅w0と同じになる。これにより、画像水平方向の正規化が実現される。
Frm=F×αm … 式(4)
frm=fm×αm … 式(5)
Frn=F×αn … 式(6)
frn=fn×αn … 式(7)
Fr=F×α … 式(8)
fr=f×α … 式(9)
図15は、本発明の実施形態に係るデジタルパノラマ撮影装置のパノラマ用画像処理手段が行う正規化処理の第2の具体例を示す説明図である。正規化処理方法2では、断層画像幅正規化処理手段15が加工後フレームおよび重ね幅を拡大または縮小した後に、画像再構成手段13が再構成処理を行う(図4において破線で示した手順で処理する)。
図6に示した関心領域601に対応させて実験でモニタに一覧表示した画面表示の一例を図16に示す。図16に一覧表示されたように、各断層画像の横幅は、正規化されているために等しい。この一覧の断層画像によれば、例えば、歯の上方の領域に着目したときに、該当箇所の組織の位置が左右に移動することなく組織の断層ごとの変化を観察できる。なお、図16の例では、一部の歯に金属冠が被せられて他の部分よりも輝度が高い。
アニメーション用ウィンドウを備えたムービー表示の実験画面例の遷移の一例を図17に示す。この実験では、被験者に上下の歯で金属球を間接的に噛んでもらった状態を撮影したものである。ムービー表示された関心領域は、図6に示した関心領域601から若干下方にずらした位置に対応している。図17にムービー表示の遷移を示すように、各断層画像の横幅は、正規化されているために等しい。また、ムービー用ウィンドウにおいて、舌側方向断層から基本断層を経て頬側断層へと遷移する表示に追従して、アニメーション用ウィンドウ中で断層を示す実線の位置は、舌側方向断層から基本断層を経て頬側断層へと移動した。なお、図17の例では、ムービー用ウィンドウのほぼ中央に表示された金属球の周りにはクッション材が写っている。
また、本実施形態では、歯科用のデジタルパノラマ撮影装置1で説明したが、本発明は、歯科用のX線撮影に限定されるものではなく、一般医療用に用いることができる。例えば、内科用として、胸部デジタルパノラマ撮影装置に適用してもよい。また、本発明において、被写体は人体に限定されるものではなく、例えば、鉱物等の自然に存在するものや各種産業の製品でもよい。この場合には、各種分析や被破壊検査等を行うことができる。
2 X線源
3 X線撮像手段
4 旋回駆動手段
5 A/D変換手段
6 大容量フレーム画像記憶手段(フレーム画像記憶手段)
7 パノラマ用画像処理手段
8 処理画像記憶手段
9 全画像表示記憶手段
10 出力手段
11 入力情報判別制御手段
12 フレーム画像抽出加工手段
13 画像再構成手段
14 拡大率算出手段
15 断層画像幅正規化処理手段
16 表示制御手段
17 入力手段
21 フレーム画像
22 パノラマ断層像
23 画像再構成情報
24 加工後フレーム画像
25 拡大率
26 正規化処理情報
27 正規化断層画像
Claims (6)
- X線を被写体に照射するX線源と、
前記被写体を透過したX線を受光するX線撮像手段と、
X線源とX線撮像手段とを前記被写体が収まるように所定の間隔を空けて保持するアームを所定の回転中心の周りに回転させる旋回駆動手段と、
前記被写体の撮影対象の断層をパノラマ撮影することで前記X線撮像手段により取得した複数のフレーム画像を記憶するフレーム画像記憶手段とを有し、
前記記憶された複数のフレーム画像を前記被写体の指定された断層に対して予め定められた重ね継ぐときのずらし幅を示す重ね幅だけずらしながら加算して再構成処理することで前記指定された断層に関する再構成断層画像を生成するデジタルパノラマ撮影装置であって、
所定の基本断層に対して再構成処理されたパノラマ断層像上において関心領域の範囲として2次元座標値と、前記関心領域に対応して前記基本断層の内側および外側を示す奥行き方向に設定される断層の個数と、前記設定される各断層間の奥行き方向の間隔との入力を受け付ける入力手段と、
前記入力された2次元座標値の水平方向の値に基づいて、前記パノラマ断層像を構成する全フレーム画像のうち前記関心領域を構成するフレーム画像を抽出し、前記2次元座標値の垂直方向の値に基づいて、前記抽出されたフレーム画像の高さ方向の大きさおよび位置が、前記関心領域の高さ方向の大きさおよび位置と等しくなるように前記抽出されたフレーム画像から余分な部分を削除する加工を行い、
前記個数と間隔とが入力された設定される断層ごとに、前記関心領域の幅の値を、前記複数の加工後フレーム画像を前記被写体に設定される断層の位置に応じた重ね幅で再構成処理をしたときに形成される再構成断層画像の幅の値によって割ることで、当該断層の位置に応じた画像拡大率を算出し、
前記画像拡大率を用いて、再構成処理後の断層画像が当該画像の中心位置を変更させることなく当該画像の幅が前記パノラマ断層像の関心領域の幅と等しくなるようにする正規化処理を行うパノラマ用画像処理手段と、
前記設定される断層ごとに、前記正規化された断層画像を連続的に出力する出力手段と、
を備えることを特徴とするデジタルパノラマ撮影装置。 - 前記パノラマ用画像処理手段は、
前記正規化処理として、当該断層において、前記再構成断層画像を前記画像拡大率で拡大または縮小することで、前記関心領域の高さおよび幅と同じ形状に正規化された断層画像を生成することを特徴とする請求項1に記載のデジタルパノラマ撮影装置。 - 前記パノラマ用画像処理手段は、
前記正規化処理として、当該断層において、前記複数の加工後フレーム画像を前記画像拡大率で拡大または縮小することで、高さが前記加工後フレーム画像の高さと同じである正規化フレーム画像を生成すると共に、当該断層の位置に応じた重ね幅の値に前記画像拡大率を掛けることで第2の重ね幅を算出し、前記生成された正規化フレーム画像を前記第2の重ね幅で再構成することで、前記関心領域の高さおよび幅と同じ形状に正規化された断層画像を生成することを特徴とする請求項1に記載のデジタルパノラマ撮影装置。 - 前記パノラマ用画像処理手段は、
前記設定される各断層の位置を時間経過に伴って連続的に切り替えることで、前記切り替えられた各断層についての前記正規化された各断層画像を前記出力手段に順次出力すると共に、前記時間経過に伴って連続的に切り替えられる各断層の位置に追従してその時点でムービー表示されている断層画像の断層の位置を案内するアニメーション画面を前記出力手段に出力し、
前記出力手段は、前記正規化された各断層画像をモニタ画面に順次出力することでムービー表示を行うと共に、前記ムービー表示を行うモニタ画面に、前記アニメーション画面を同時に表示することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のデジタルパノラマ撮影装置。 - 前記フレーム画像記憶手段は、前記回転中心から距離r1だけ離間している前記被写体の第1の断層を前記X線撮像手段の1画素分の長さずつシフトさせながら撮影して取得されたn枚のフレーム画像を記憶し、
前記パノラマ用画像処理手段は、
前記n枚のフレーム画像のうち撮影順に(k−1)フレームおきに(n/k)枚だけ順次読み出し、前記X線撮像手段の1画素分の長さを前記重ね幅として前記読み出した各フレーム画像を重ね合わせるフレーム飛越し方法を用いた再構成処理により、前記回転中心からの距離が(r1/k)である前記被写体の第2の断層の断層画像を生成すると共に、
前記被写体の第1および第2の断層とは異なる第3の断層において、前記(k−1)フレームおきに読み出した(n/k)枚のフレーム画像を用いて再構成処理を行うために、前記回転中心から前記第3の断層までの距離と前記回転中心から前記第2の断層までの距離との比の値を、前記X線撮像手段の1画素分の長さに掛けることで、前記回転中心から前記第3の断層までの距離に対応した新たな重ね幅として第2の重ね幅を算出し、前記算出した第2の重ね幅で前記(n/k)枚のフレーム画像を重ね合わせるフレーム微小移動方法を用いた再構成処理により、前記被写体の第3の断層の断層画像を生成することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のデジタルパノラマ撮影装置。 - 被写体の撮影対象の断層をパノラマ撮影することで取得された複数のフレーム画像を前記被写体の指定された断層に対して予め定められた重ね継ぐときのずらし幅を示す重ね幅だけずらしながら加算して再構成処理することで前記指定された断層に関する再構成断層画像を生成するために、前記複数のフレーム画像を記憶するフレーム画像記憶手段を備えたコンピュータを、
所定の基本断層に対して再構成処理されたパノラマ断層像上において関心領域の範囲として2次元座標値と、前記関心領域に対応して前記基本断層の内側および外側を示す奥行き方向に設定される断層の個数と、前記設定される各断層間の奥行き方向の間隔とを入力情報として受け付ける入力情報判別制御手段、
前記入力された2次元座標値の水平方向の値に基づいて、前記パノラマ断層像を構成する全フレーム画像のうち前記関心領域を構成するフレーム画像を抽出し、前記2次元座標値の垂直方向の値に基づいて、前記抽出されたフレーム画像の高さ方向の大きさおよび位置が、前記関心領域の高さ方向の大きさおよび位置と等しくなるように前記抽出されたフレーム画像から余分な部分を削除する加工を行うフレーム画像抽出加工手段、
前記個数と間隔とが入力された設定される断層ごとに、前記複数の加工後フレーム画像を前記被写体に設定される断層の位置に応じた重ね幅で再構成する画像再構成手段、
前記設定される断層ごとに、前記関心領域の幅の値を、前記複数の加工後フレーム画像を前記被写体に設定される断層の位置に応じた重ね幅で再構成処理をしたときに形成される再構成断層画像の幅の値によって割ることで、当該断層の位置に応じた画像拡大率を算出する拡大率算出手段、
前記画像拡大率を用いて、再構成処理後の断層画像が当該画像の中心位置を変更させることなく当該画像の幅が前記パノラマ断層像の関心領域の幅と等しくなるようにする正規化処理を行う断層画像幅正規化処理手段、
前記設定される断層ごとに、前記正規化された断層画像を連続的に出力手段に表示させる表示制御手段、
として機能させることを特徴とするパノラマ用画像処理プログラム。
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