JP2010540893A - X線容積撮影による画像再構成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)X線撮影装置の鑑定について
X線管中心Sの直交ビームがデジタルX線像の担持面に直交するようにX線撮影装置を調整して、X線管中心SからデジタルX線像の担持面までの距離Hを測定する。
(2)像座標系o-xyの構築について
デジタルX線像に、X線管中心Sの直交ビームのデジタルX線像における画素点を原点oとし、原点oを通す画素点の横並び方向をx軸とし、原点oを通す画素点の縦並び方向をy軸とする座標系o-xyを構築する。
(3)容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZの構築について
注目対象物に対して少なくとも3個の標識点を設け、標識点同士の三次元距離を測定し、いずれかの標識点を原点Oとして、容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZを構築し、座標系O-XYZにおける各標識点の座標をコンピュータに記憶する。
(4)X線撮影について
X線管とデジタルX線像の担持面とが弧線または直線軌道に運動するようにX線撮影装置を操作し、所定の距離がある各箇所において注目対象物のデジタルX線像を撮影し、注目対象物の異なる位置での複数枚のデジタルX線像を得る。
(5)標識点モード認識と標識点画像位置決めについて
ステップ(4)で撮影されたデジタルX線像の全部をコンピュータに入力し、コンピュータにより各デジタルX線像に対して標識点のモード認識と画像位置決めを行い、各像座標系o-xyにおける各標識点の座標x、yを得る(「標識点のモード認識と標識点の画像位置決め」については、『デジタル撮影測量学』の第7頁第4章〜第6章(張祖▲勳▼、張剣清著、武漢大学出版社、2001年5月、ISBN7-307-03233-3)を参照)。
(6)各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZS、α、ω、κの算出について
コンピュータにより各デジタルX線像の全標識点のX線ビームの共線方程式を立てる。いずれかの標識点(例えば標識点A)についてのX線ビーム共線方程式は下記の式で表される。
(7)容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZにおける画素Gの座標の算出について
ステップ(6)で得られた各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZS、α、ω、κと、X線管中心SからデジタルX線像の担持面までの補正距離H補(補正距離H補はデジタルX線像の標識点のX線ビーム共線方程式1−1により算出される)と、画素間の距離lとに基づいて、コンピュータにより各デジタルX線像の各画素Gijの容積撮影立体画像再構成座標X ij、Y ij、Z ijを計算する。計算の原理と方法は下記の通りである。
(8)各ビームが多層ワイヤフレームの全ボクセルを透過することを決定することについて
ステップ(6)で得られた各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZSと、ステップ(7)で得られた各デジタルX線像の各画素Gの容積撮影立体画像再構成座標X ij、Y ij、Z ijとに基づいて、コンピュータによる演算によって、各Xビームが注目対象の全ボクセルgを透過することを見出す。演算の原理と方法は下記の通りである。
g ijk 1(X ijk 1、Y ijk 1、Z ijk 1)
g ijk 2(X ijk 2、Y ijk 2、Z ijk 2)
・ ・ ・
・ ・ ・
・ ・ ・
g ijk 8(X ijk 8、Y ikj 8、Z ijk 8)である。
[1]Z=Zkを式(1−6)に代入したX、Yに関する方程式は当該X線の標高Z=Zk面に投影する方程式である。
[2]当該投影方程式がボクセル格子の底面の四辺に交差するか否かを判断し、交差しない場合は、当該X線がボクセルを通過しない。交差する場合、その交点の座標を求め、交点の座標を(a1、b1)、(a2、b2)とし、更に判断する必要がある。
[3]ステップ[2]の交点の座標をそれぞれ式(1−6)に代入してZの値を求める。Zの値がZkとZk+t(tは立方体のボクセル格子の長さ)の間にあるか否かを判断し、間にある場合は、当該光線が該ボクセルを通過したことが証明される。
(9)三次元立体容積画像の再構成について
各Xビームの進路上の画素Gの階調値とボクセルgによりRadon方程式群を構築し、コンピュータにより全ボクセルgの階調値を算出し(ボクセルの階調値はRadon法により計算される)、ボクセルの階調値により注目対象物の三次元立体容積画像を再構成する(参照書類:『デジタル画像処理概要』の第7章、趙栄春著、西北工業大学出版社、ISBN7-5612-0737-9/TB.82)。
本発明に係る方法にてのステップ(4)のX線撮影により、注目対象物の異なる位置での複数枚のデジタルX線像が得られる。これらのデジタルX線像によって、注目対象物の二次元平面像を観察することができる。
X線により強調して撮影された後、本発明に係る方法のステップ(4)で得られたデジタルX線像は、直接に画像の階調を反転することが可能で、X像と重ね合わせることにより、DSAされた二次元画像が形成される。
立体観察原理により、異なる位置で撮影された2枚の重なったデジタルX線像を用いて立体像のペアを構築し、注目対象物をリアルタイムに立体観察することができる。
ボクセルgijkの階調値により再構成された三次元立体画像において、特徴が同じ部位の階調画像座標を抽出し、特徴画像図を形成して観察することができる。
抽出された特徴が同じ部位の階調の画像座標に基づいて注目対象物の空間位置を決定し、機械を、所定の路線座標に沿って所定の空間位置に到達するように案内する。
ボクセルgijkの階調値により再構成された三次元立体画像において、注目対象物の任意断層画像を抽出することができる。
(1)X線撮影装置の鑑定について
X線管中心1(S)の直交ビームがデジタルX線像の担持面に直交するようにX線撮影装置を調整し、X線管中心1(S)からデジタルX線像の担持面までの距離Hを1000mmに設定する(図4を参照)。
(2)像座標系o-xyの構築について
デジタルX線像6に、図4に示すように、X線管中心1(S)の直交ビームの、デジタルX線像における画素点を原点oとし、原点oを通す画素点の横並び方向を像座標系のx軸とし、原点oを通る画素点の縦並び方向を像座標系のy軸とする像座標系o-xyを構築する。
(3)容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZの構築について
直径が0.5mmの針金で巻かれた50×50×50mmの多層ワイヤフレームを平面標識フレームに設け、この標識フレームにA、B、C、D、E、F、G、Hの8個の標識点を設け、標識点同士の間の三次元距離を測定し、標識点Aを座標系の原点として容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZを構築する。座標系O-XYZにおける各標識点の座標は表1に示す。
(4)X線撮影について
X線管とデジタルX線像の担持面とが直線軌道に運動するようにX線撮影装置を操作し、それぞれ50mm離れた4箇所でデジタルX線像を撮影して多層ワイヤフレームの異なる位置での4枚のデジタルX線像を得る(図8、図9、図10、図11を参照)。
(5)標識点モード認識と標識点画像位置決めについて
ステップ(4)で撮影された4枚のデジタルX線像をステップ(3)のコンピュータに入力し、コンピュータにより点特徴を抽出する演算子であるMoravecを用いて各標識点の特徴画像を整合計算して抽出し、各デジタルX線像における各標識点の画素位置を決定して、各像座標系o-xyにおける各標識点の座標を得る。
(6)各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZS、α、ω、κの算出について
容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZにおける各デジタルX線像の標識点の座標とステップ(5)で得られた、座標系o-xyにおける標識点の座標をそれぞれX線ビーム共線方程式に代入し、デジタルX線像ごとに3つの標識点のX線ビーム共線方程式を選択し、コンピュータによる連立計算によって各デジタルX線像の6つの方位要素を算出する(算出方法は『撮影測量の解析』の第1章(銭曾波著、測絵出版社15039.新143)を参照)。各デジタルX線像の方位要素は表2に示す。
ステップ(6)で得られた4枚のデジタルX線像の方位要素XS、YS、ZS、α、ω、κと、X線管中心1(S)からデジタルX線像の担持面までの補正距離H補(H補=1000mm)と、画素間の距離l(l=100μm)とに基づいて、コンピュータにより各デジタルX線像にての各画素Gijの容積撮影立体画像再構成座標X ij、Y ij、Z ijを計算する。各デジタルX線像にての標識点画素Gijの容積撮影立体画像再構成座標X ij、Y ij、Z ijは表3に示す。
ステップ(6)で得られた各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZSと、ステップ(7)で得られた各デジタルX線像の各画素Gの容積撮影立体画像再構成座標X ij、Y ij、Z ijとに基づいて、コンピュータによる演算によって、各Xビームが多層ワイヤフレームの全ボクセルgを透過することを見出す。
(9)三次元立体画像の再構成について
各Xビームの進路上の画素GとボクセルgによりRadon方程式群を構築し、コンピュータにより全ボクセルの階調値を算出し、ボクセルの階調値により多層ワイヤフレームの立体容積画像を再構成する。
5……画像再構成用格子、6……デジタルX線像、7……標識フレーム、
8……標識点、9……物受け寝台、10……標識点の画素、11……ボクセル格子
Claims (3)
- デジタル撮影測量の位置決め原理に基づいて、注目対象物を撮影して複数のX線面状画像データを取得して、デジタルX線像の撮影時に、既知の三次元位置における少なくとも3個の標識点を同時にデジタルX線像に撮影し、容積撮影立体画像再構成直角座標系における標識点の座標とX線像座標系における標識点の座標により前記両座標系の変換関係を構築し、この変換関係によりX線撮影ビーム毎の進路と位置を決定し、各Xビームが注目対象の全ボクセルを透過することを得、同Xビームの進路上のボクセルgと画素GによりRadon方程式群を立ててボクセルgの階調値を解き、コンピュータにより全ボクセルgの階調値を算出し、ボクセルgの階調値により注目対象物の三次元立体容積画像を再構成する
ことを特徴とするX線容積撮影による画像再構成方法。 - (1)X線管中心S(1)の直交ビームがデジタルX線像(6)の担持面に直交するようにX線撮影装置を調整して、X線管中心SからデジタルX線像の担持面までの距離Hを測定する、X線撮影装置の鑑定ステップと、
(2)デジタルX線像(6)に、X線管中心S(1)の直交ビームのデジタルX線像における画素点を原点oとし、原点oを通す画素点の横並び方向をx軸とし、原点oを通す画素点の縦並び方向をy軸とする座標系o-xyを構築する、像座標系o-xyの構築ステップと、
(3)注目対象物(4)に対して少なくとも3個の標識点を設け、標識点(8)同士の三次元距離を測定し、いずれかの標識点を原点oとして、容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZを構築し、座標系O-XYZにおける各標識点の座標をコンピュータに記憶する、容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZの構築ステップと、
(4)X線管とデジタルX線像の担持面とが弧線または直線軌道に運動するようにX線撮影装置を操作し、所定の距離がある各箇所において注目対象物(4)のデジタルX線像を撮影し、注目対象物の異なる位置での複数枚のデジタルX線像を得る、X線撮影ステップと、
(5)ステップ(4)で撮影されたデジタルX線像の全部をコンピュータに入力し、コンピュータにより各デジタルX線像に対して標識点のモード認識と画像位置決めを行い、各像座標系o-xyにおける各標識点の座標x、yを得る、標識点モード認識と標識点画像位置決めステップと、
(6)コンピュータにより各デジタルX線像にての全標識点のX線ビームの共線方程式を立て、各デジタルX線像において、少なくとも3個の標識点のX線ビーム共線方程式を選択して連立計算し、各デジタルX線像の6つの方位要素XS、YS、ZS、α、ω、κを得る、各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZS、α、ω、κの算出ステップと、
(7)ステップ(6)で得られた各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZS、α、ω、κと、デジタルX線像にての標識点のX線ビーム共線方程式により算出される、X線管中心SからデジタルX線像の担持面までの補正距離H補と、画素間の距離lとに基づいて、コンピュータにより各デジタルX線像の各画素Gijの容積撮影立体画像再構成座標X ij、Y ij、Z ijを計算する、容積撮影立体画像再構成直角座標系O-XYZにおける画素Gの座標の算出ステップと、
(8)ステップ(6)で得られた各デジタルX線像の方位要素XS、YS、ZSと、ステップ(7)で得られた各デジタルX線像の各画素Gの容積撮影立体画像再構成座標X ij、Y ij、Z ijとに基づいて、コンピュータによる演算によって、各Xビームが注目対象の全ボクセルgを透過することを見出す、各ビームが注目対象物の全ボクセルを透過することの決定ステップと、
(9)各Xビームの進路上の画素Gの階調値とボクセルgによりRadon方程式群を構築し、コンピュータにより全ボクセルgの階調値を算出し、ボクセルの階調値により注目対象物の三次元立体容積画像を再構成する、三次元立体容積画像の再構成ステップと、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のX線容積撮影による画像再構成方法。 - 前記標識点は、注目対象物または注目対象物回りに設けられた標識フレームに配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載のX線容積撮影による画像再構成方法。
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