JP2011160824A - Spinal curvature determination support apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、脊椎側湾症の判定を簡易にするための脊椎湾曲症判定支援装置に関する。 The present invention relates to a spondylosis determination support device for simplifying determination of spondylosis.
脊椎側湾症は、特許文献1のように、体の前後方向と左右方向のレントゲン写真を用いて脊椎の立体的な配列を確認することにより、診断が為される。
As in
しかし、レントゲン撮像は被曝のリスクを伴うため、発症率の少ない脊椎湾曲症の患者を集団検診で抽出する為に、受診者全員に複数枚のレントゲン撮像を行うことは、コスト面でも安全面でも望ましい方法ではない。 However, because X-ray imaging involves the risk of exposure, in order to extract patients with spondylosis with a low incidence by mass screening, it is important to perform multiple X-ray imaging for all patients in terms of cost and safety. This is not a desirable method.
そこで、集団検診では、医師の目視による判断に頼って脊椎湾曲症の可能性のある患者を見付け出さざるを得ないが、視覚診断では軽度の脊椎湾曲症の患者を見逃すことが多く、症状の軽いうちに早期発見ができないとう問題もある。 Therefore, group screening has to rely on the doctor's visual judgment to find patients with possible spondylosis, but visual diagnosis often overlooks patients with mild spondylosis. There is also a problem that early detection is impossible while light.
そこで、特許文献2に記載するように、脊椎湾曲症の受診者の背中の起伏が非対称になる症状を、人体背面にモアレ縞を投射してモアレの模様から、医師が脊椎湾曲症の可能性を診断し易いようした診断補助装置が提案されている。 Therefore, as described in Patent Document 2, the symptoms of the undulation of the back of a patient with spondylosis are asymmetric, and the possibility of spondylosis is determined by the doctor from the moire pattern projected on the back of the human body. There has been proposed a diagnosis assisting device that facilitates diagnosis.
しかし、特許文献2の装置は、モアレを判定者が視認して体表面の非対称性を判定する関係上、判定基準が一定ではなく、客観的な判定が困難となる場合があった。 However, in the apparatus of Patent Document 2, the determination criterion is not constant because the determination person visually recognizes the moire and determines the asymmetry of the body surface, and it may be difficult to make an objective determination.
また、装置が高価な為、本来必要とされる小中学校への普及が進みにくく、定期健康診断で検診を受けられない為に発見が遅れて症状が進行し、発見された時点では症状の改善が極めて困難となるケースが多かった。 In addition, because the device is expensive, it is difficult to spread it to elementary and junior high schools, which is essential, and because it is not possible to receive a medical checkup during a regular health checkup, the symptoms are delayed and the symptoms improve when they are discovered. There were many cases where became extremely difficult.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、体の非対称性を客観的かつ自動的に判定する装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an apparatus for objectively and automatically determining body asymmetry.
本発明のある態様は、脊椎湾曲証診断支援装置である。この装置は、人体背面の三次元データより人体の横断面の少なくとも一部を含む複数の横断面データを形成する横断面データ形成手段と、前記横断面データを近似演算処理することにより、単一楕円を特定する単一楕円近似手段と、前記横断面データと前記単一楕円との誤差が予め設定した閾値以上となる脊椎湾曲部位を識別して識別出力を発する識別手段と、識別出力の発生に基づき脊椎湾曲症の候補を取得する脊椎湾曲症候補取得手段とを含む。 One embodiment of the present invention is a spinal curvature certificate diagnosis support apparatus. The apparatus includes a cross section data forming means for forming a plurality of cross section data including at least a part of a cross section of the human body from the three-dimensional data on the back of the human body, and approximate calculation processing of the cross section data to obtain a single unit. Single ellipse approximation means for specifying an ellipse, identification means for identifying a spinal curve portion where an error between the cross-sectional data and the single ellipse is equal to or greater than a preset threshold, and generating an identification output, and generation of an identification output And a spondylosis candidate acquisition means for acquiring a spondylosis candidate.
また、本発明は、前記横断面データを分割してそれぞれ近似演算処理することにより、二個の楕円を特定する二重楕円近似手段と、正常部位において前記単一楕円の短軸上に脊椎の中心位置を推定して特定すると共に、前記脊椎湾曲部位において前記二個の楕円の交点を結ぶ直線上から脊椎の中心位置を推定する脊椎位置推定手段と、前記脊椎の中心位置に基づいて推定脊椎ラインを特定する推定脊椎ラインデータ形成手段と、前記推定脊椎ラインと表示手段に供給する表示データ発生手段とを追加配置してもよい。 The present invention also provides a double ellipse approximation means for identifying two ellipses by dividing the cross-sectional data and performing approximate calculation processing, respectively, and a spine on the short axis of the single ellipse at a normal site. A spine position estimating means for estimating and specifying the center position and estimating the center position of the spine from a straight line connecting the intersections of the two ellipses at the spinal curve portion; and an estimated spine based on the center position of the spine Estimated spine line data forming means for specifying a line and display data generating means for supplying the estimated spine line and display means may be additionally arranged.
加えて、前記脊椎位置推定手段は、健常であることが既知である被験者から取得した前記脊椎の中心位置と脊椎湾曲症であることが既知である被験者から取得した前記脊椎の中心位置とを少なくとも含むデータベースを参照することにより前記脊椎の中心位置を取得してもよい。 In addition, the spine position estimating means includes at least a center position of the spine obtained from a subject known to be healthy and a center position of the spine obtained from a subject known to have spondylosis. The central position of the spine may be acquired by referring to a database including the database.
更に本発明は、人体背面にドットパターンを投射する投射手段と、前記ドットパターンが投射されている状態の人体背面を異なる2方向から撮影した画像を出力する撮像手段と、同時に撮像された前記画像よりドットパターンを構成する各ドットの空間位置を、三次元データとして出力する背面三次元化手段とを追加配置してもよい。 Furthermore, the present invention provides a projection unit that projects a dot pattern on the back of a human body, an imaging unit that outputs an image of the back of the human body in a state where the dot pattern is projected from two different directions, and the image that is simultaneously captured. Further, a back three-dimensionalization means for outputting the spatial positions of the dots constituting the dot pattern as three-dimensional data may be additionally arranged.
本発明によれば、医師の勘に頼ることなく、体の非対称性を客観的かつ自動的に判定する装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the apparatus which determines the asymmetry of a body objectively and automatically without relying on a doctor's intuition can be provided.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
脊椎側湾症の患者は脊椎の一部が左または右に曲がると共に捩じれた状態となる。その結果、曲がって捩じれた脊椎湾曲部位で肋骨も歪み、人体背面が左右非対称になる。 In patients with scoliosis, a portion of the spine turns left or right and becomes twisted. As a result, the ribs are also distorted at the curved portion of the spine that is bent and twisted, and the back of the human body becomes asymmetrical.
発明者は、正常部位の人体の横断面を単一楕円で近似するとその誤差は小さく、脊椎湾曲部位の人体横断面を単一楕円で近似するとその誤差が大きくなり、その脊椎湾曲部位の人体横断面を左右別々の楕円で近似すると、その誤差が小さくなることを発見した。 The inventor has a small error when approximating the cross section of the human body at the normal site with a single ellipse, and the error is large when approximating the human cross section at the spinal curve portion with a single ellipse. We found that the error would be smaller if the surface was approximated by separate ellipses.
また、正常部位では単一楕円の短軸半径上に脊椎の中心があり、脊椎湾曲部位では、2個の楕円の交点を結ぶ直線上に脊椎の中心位置がほぼ位置するということを発見した。 It was also found that the normal part has the center of the spine on the short axis radius of a single ellipse, and the spine curved part has the center position of the spine almost on the straight line connecting the intersections of the two ellipses.
更に、楕円で近似することにより、ある程度体が斜めを向いた状態の人体横断面を撮像しても楕円を回転させて近似させれば、脊椎湾曲証か否かの判定に殆ど支障が少ないというメリットがあることも確認した。 Furthermore, by approximating with an ellipse, it can be said that there is almost no trouble in determining whether or not the spinal curvature is proved if the ellipse is rotated and approximated even if the human body cross-section is imaged with a certain degree of inclination. It was also confirmed that there is a merit.
加えて、発明者は、人体表面全周の三次元データを求める場合、計測装置が大掛かりになる為、人体背面側だけを計測して得られる人体背面の三次元データのみを用いても、左程支障なく脊椎側湾症の判定が行えることを確認した。 In addition, when the inventor obtains the three-dimensional data of the entire circumference of the human body, the measuring device becomes large, so even if only the three-dimensional data of the back of the human body obtained by measuring only the back side of the human body is used, It was confirmed that spondylosis could be judged without any difficulty.
≪実施の形態≫
実施の形態の概要を述べる。実施の形態は、人体背面部分を多段分割した各横断面の計測ラインに単一楕円を近似させ、その単一楕円と横断面の計測ラインとの平均二乗誤差が連続する複数断面に亘って大きくなる状態を脊椎湾曲症の候補と簡易判定すると共に、更に平均二乗誤差が小さい正常部位の横断面については単一楕円の短軸半径上に脊椎の中心位置を推定し、平均二乗誤差が大きい脊椎湾曲部位の横断面については左右二つの楕円を近似させ、二つの楕円の交点を結ぶ直線状に脊椎の中心位置を推定し、推定した中心位置を結んで脊椎ラインを形成して簡易判定結果と共にモニタ上に脊椎の湾曲状態を表示する。
<< Embodiment >>
An outline of the embodiment will be described. In the embodiment, a single ellipse is approximated to the measurement line of each cross section obtained by dividing the back surface of the human body in multiple stages, and the mean square error between the single ellipse and the measurement line of the cross section is large over a plurality of continuous cross sections. The vertebrae with a large mean square error are estimated by estimating the center position of the spine on the short-axis radius of a single ellipse for a normal section with a small mean square error. For the cross section of the curved part, approximate the two ellipses on the left and right, estimate the center position of the spine in a straight line connecting the intersections of the two ellipses, form the spine line by connecting the estimated center positions, and with the simple judgment result The curved state of the spine is displayed on the monitor.
図1に示すように、本実施の形態では、人体背面の三次元データを、構成の簡単な静止画撮像装置を利用し測定している。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, three-dimensional data on the back of a human body is measured using a still image capturing device with a simple configuration.
この静止画撮像装置は、固定板1中央にプロジェクタ2を固定すると共に、固定板1の左右両側に第1カメラ3と第2カメラ4とを固定する。
In the still image pickup device, the projector 2 is fixed to the center of the
プロジェクタ2はドットパターンを人体背面の真後ろから投射し、第1カメラ3と第2カメラ4とは、投射されたドットパターンを左右に離れた位置からドットパターンを撮像するように、それぞれ内側に向けて固定されている。 The projector 2 projects the dot pattern from directly behind the back of the human body, and the first camera 3 and the second camera 4 face each other inward so that the projected dot pattern is imaged from left and right positions. Is fixed.
プロジェクタ2と第1カメラ3と第2カメラ4はPC(Personal Computer)5に接続され、PC5にはモニタ6が接続されている。なお、PC5にはキーボードやマウス等、図示しないユーザからの入力装置も接続されている。 The projector 2, the first camera 3 and the second camera 4 are connected to a PC (Personal Computer) 5, and a monitor 6 is connected to the PC 5. Note that an input device from a user (not shown) such as a keyboard and a mouse is also connected to the PC 5.
判定に際しては、まずPC5の指令に同期して、プロジェクタ2から人体背面にドットパターンを瞬間投射する。 In the determination, first, a dot pattern is instantaneously projected from the projector 2 to the back of the human body in synchronization with the command of the PC 5.
このドットパターンは、上下一定間隔で格子の目状に配された多数のドットより成り、各ドットは位置を混同することなく正しく識別するために、色の異なるドットを配列している。 This dot pattern is composed of a large number of dots arranged in a lattice pattern at regular intervals in the vertical direction, and dots of different colors are arranged in order to correctly identify each dot without confusion.
その結果、本実施の形態では後の処理で、各ドットを混同することなく識別することができる。 As a result, in the present embodiment, each dot can be identified without being confused in later processing.
尚、位置の識別の為には、色配列を異ならせる以外に、各ドットの光強度を異ならせるか、各ドットの形状を異ならせることによっても、ドットの混同を防止することが可能となる。 In order to identify the position, in addition to changing the color arrangement, dot confusion can be prevented by changing the light intensity of each dot or changing the shape of each dot. .
PC5は、人体背面にドットパターンが投射された瞬間における第1カメラ3と第2カメラ4との静止画像を捉える。 The PC 5 captures still images of the first camera 3 and the second camera 4 at the moment when the dot pattern is projected on the back of the human body.
第1カメラ3と第2カメラ4とで撮像された各ドットは、色配列に基づいて識別され、ドット毎の撮像位置を2次元の撮像位置データとして正しくPC5に記憶される。 Each dot imaged by the first camera 3 and the second camera 4 is identified based on the color arrangement, and the imaging position for each dot is correctly stored in the PC 5 as two-dimensional imaging position data.
起伏のある人体表面上のドットの3次元の空間位置データは、第1カメラ3における撮像位置データと第2カメラ4における撮像位置データとを演算すれば、三角測量の原理で特定することができる。 The three-dimensional spatial position data of the dots on the undulating human body surface can be specified by the principle of triangulation by calculating the imaging position data in the first camera 3 and the imaging position data in the second camera 4. .
この特定原理は、例えば特開2007−101276号公報等にも開示され利用されている公知の原理につき、更に詳しい説明は割愛する。 This specific principle will not be described in further detail with respect to a known principle disclosed and used in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-101276.
本実施の形態では、この原理を利用して、ドット毎に、第1カメラ3における撮像位置データと第2カメラ4における撮像位置データとから、ドットの空間位置データを算出している。 In this embodiment, using this principle, the spatial position data of the dots is calculated from the imaging position data in the first camera 3 and the imaging position data in the second camera 4 for each dot.
本実施の形態の場合、この算出により、特定される三次元データは、ドットの間隔を1cmとしたとき、起伏誤差を1mm以内に収めることができた。 In the case of the present embodiment, the three-dimensional data specified by this calculation can keep the undulation error within 1 mm when the dot interval is 1 cm.
従って、下着を着用した状態で撮像しても、多少の誤差は発生するが、判定に大きな支障をもたらすことはなく、本実施の形態において、人体表面(背面)の三次元データとは、皮膚表面の三次元データのみではなく下着表面の三次元データも含む。 Therefore, even if an image is taken with the underwear worn, a slight error occurs, but this does not cause a significant hindrance to the determination. In this embodiment, the three-dimensional data on the human body surface (back surface) This includes not only the surface 3D data but also the underwear surface 3D data.
図2に示すように、第1カメラ3と第2カメラ4の撮像範囲が異なることにより、横断面外周で計測できる範囲(計測ライン)は共通の撮像範囲に限られる。 As shown in FIG. 2, since the imaging ranges of the first camera 3 and the second camera 4 are different, the range (measurement line) that can be measured on the outer periphery of the cross section is limited to the common imaging range.
図3は、正常部位の人体の横断面と計測範囲(計測ライン)との関係を示し、破線が人体表面を示し、実線が計測ラインを示している。 FIG. 3 shows the relationship between the cross section of the human body at the normal site and the measurement range (measurement line), the broken line indicates the human body surface, and the solid line indicates the measurement line.
図4は、脊椎湾曲部位の人体の横断面と計測範囲(計測ライン)との関係を示し、破線が人体表面を示し、実線が計測ラインを示している。 FIG. 4 shows the relationship between the cross section of the human body at the spinal curve site and the measurement range (measurement line), the broken line indicates the human body surface, and the solid line indicates the measurement line.
図5は、正常部位において人体の横断面の計測ラインに近似楕円を近似させた図を示す。図5より明らかなように、正常部位の場合、計測ラインに近似した近似楕円のラインとの差分は、ハッチングで示すように僅かであることが分かる。 FIG. 5 shows a diagram in which an approximate ellipse is approximated to a measurement line of a cross section of a human body at a normal site. As can be seen from FIG. 5, in the case of a normal part, the difference from the approximate ellipse line approximated to the measurement line is small as shown by hatching.
図6は、脊椎湾曲部位の人体横断面の計測ラインに単一の近似楕円を近似させた図を示す。図6より明らかなように、脊椎湾曲部位の場合、計測ラインと計測ラインに近似した近似楕円のラインとの差分は、ハッチングで示すように大きくなることが分かる。 FIG. 6 is a diagram in which a single approximate ellipse is approximated to the measurement line of the human body cross section of the spinal curve region. As can be seen from FIG. 6, in the case of the spinal curve portion, the difference between the measurement line and the approximate ellipse line approximated to the measurement line increases as shown by hatching.
図7は、脊椎湾曲部位の人体横断面の計測ラインに2個の近似楕円を近似させた図を示す。 FIG. 7 shows a diagram in which two approximate ellipses are approximated to the measurement line of the human body cross section of the spinal curve portion.
図7より明らかなように、脊椎湾曲部位の場合、計測ラインに2個の近似楕円を近似すると計測ラインとの差分は、ハッチングで示すように、1個の近似の場合より小さくなることが分かる。 As can be seen from FIG. 7, in the case of a curved portion of the spine, if two approximate ellipses are approximated to the measurement line, the difference from the measurement line is smaller than that in the case of one approximation as shown by hatching. .
図8に示すように、三次元データより得られる横断面の二次元データから図示するような近似楕円を特定する場合、近似楕円の中心座標を(X0,Y0)、長軸とX軸の成す角をθ、長軸の半径をa、短軸の半径をb(ただしa≠b)、近似楕円上の点の座標を(Xi,Yi)とすると、楕円の数式は以下のようになる。
この数式を、展開すると以下の式となる。
この数式を簡略化する為、Xiの二乗の係数を1として、残る項の係数および定数にA、B、C、D、Eを当て嵌めると以下の式となる。
この数式に、横断面のデータ数をn、横断面データの各座標(Xi,Yi)(i=0,1,・・・,n−1)を代入してその二乗値をeとすると以下の式となる。
この式を変換して定数A、B、C、D、Eを求めると、以下の数式になる。
この式で求めた定数A、B、C、D、Eについて、(X0,Y0)を求めるには以下の数式を用いる。
更に、θを求めるには、以下の数式を求める。
同様に、長軸半径aは、以下の数式で求める。
更に、短軸半径bは、以下の数式で求める。
これらの数式で求めた乗数を当て嵌めた楕円の式を、以下の数式で示すように二乗した式にn個の横断面データを代入して積算した上で、横断面データの数nで割ると平均二乗誤差εが得られる。尚、積算値は横断面データの横断面データの数nにより変化するが、全ての横断面に関してデータの数は一定とは限らないので、誤差評価のためには積算値を横断面データの数nで割り算した平均二乗誤差(1データ当たりの誤差)εを求める必要がある。
上記の数式により、最小二乗法によって、すなわち平均二乗誤差が最小となる意味において横断面データに最も近い楕円を求めることができ、その平均二乗誤差についても前述の数式11により求めることができる。 From the above formula, the ellipse closest to the cross-sectional data can be obtained by the least square method, that is, in the sense that the mean square error is minimized, and the mean square error can also be obtained by the above formula 11.
図9は、実施の形態にかかるPC5の機能ブロック図である。PC5には、プロジェクタ2、第1カメラ3、第2カメラ4、およびモニタ6が接続している。
FIG. 9 is a functional block diagram of the
PC5内部の表示データ発生手段5bは、PC5に付設されているモニタ6以外に、外部出力端子を介してプロジェクタ2に接続されている。このプロジェクタは、投射手段としても表示手段としても機能する。
The display data generating means 5b inside the
また、PC5内部の第1メモリ5cと第2メモリ5dとは、PC5の外部入力端子を介して第1カメラ3と第2カメラ4とにそれぞれ接続されている。
The
表示データ発生手段5bは、プロジェクタ2が人体背面上で1cm間隔となる格子の目状のドットパターンを人体背面に瞬間的に投射するように、表示データをプロジェクタ2に供給する。 The display data generating means 5b supplies the display data to the projector 2 so that the projector 2 instantaneously projects a grid-like dot pattern with a 1 cm interval on the back of the human body on the back of the human body.
第1メモリ5cと第2メモリ5dとは、それぞれ第1カメラ3と第2カメラ4から画像データを入力し、ドットパターン投射タイミングにおける画像データを記憶する。
The
タイミングパルス発生手段5aは、ドットパターンの表示タイミングと画像データの記憶タイミングとを同期させるため、表示データ発生手段5bと第1メモリ5cと第2メモリ5dとに、それぞれタイミングパルスを供給する。
The
二次元化手段5eは、第1メモリ5cと第2メモリ5dとにそれぞれ記憶された画像データより、ドットの色配列を手掛かりに、対応関係にあるドットを二次元座標としてデータ化し、それぞれ一対の二次元データを形成する。
The two-dimensionalization means 5e converts the corresponding dots into two-dimensional coordinates from the image data stored in the
三次元化手段5fは、この一対の二次元データより、各ドットの空間位置を特定するために三次元座標としてデータ化し、三次元データを第3メモリ5gに記憶する。
From the pair of two-dimensional data, the three-dimensionalization means 5f converts the data into three-dimensional coordinates in order to specify the spatial position of each dot, and stores the three-dimensional data in the
ドロネー図化手段5hは、三次元化手段5fがデータ化した三次元座標において隣接する三点のデータにより特定される三角形の傾斜状態に応じ、三角形が形成する面に濃淡の着色を施して人体背面を見易い立体面として表示するため、ドロネー図化データを形成する。 The Delaunay plotting means 5h gives the human body by coloring the surface formed by the triangle according to the inclination state of the triangle specified by the data of the three adjacent points in the three-dimensional coordinates converted into the data by the three-dimensionalizing means 5f. In order to display the rear surface as a three-dimensional surface that is easy to see, Delaunay mapping data is formed.
具体的には、ドロネー図化手段5hは、第3メモリ5gより読み出した三次元データから隣接する三点を組み合わせて小三角形を特定し、その小三角形の傾斜を算出して傾斜に合わせた着色を施したドロネー図化データを、表示データ発生手段5bに供給する。
Specifically, the Delaunay mapping means 5h specifies a small triangle by combining three adjacent points from the three-dimensional data read from the
表示データ発生手段5bは、ドロネー図化手段5hから供給されたドロネー図化データを入力してPC5に付設されたモニタ6にドロネー図画像情報を供給する。
The display data generating means 5b inputs the Delaunay mapping data supplied from the Delaunay mapping means 5h and supplies Delaunay diagram image information to the monitor 6 attached to the
尚、ドロネー図化データの位置情報は、第3メモリ5gにも記憶され、正確な横断面データ算出に供される。
Note that the location information of the Delaunay plotting data is also stored in the
横断面データ形成手段5iは、人体背面を人体の頭部側から1cm間隔で切断した場合の各横断面を特定するため、第3メモリ5gに記憶されているドロネー図画像と三次元データとを演算処理することにより、二次元の横断面データを順次出力する。
The cross section data forming means 5i uses the Delaunay diagram image and the three-dimensional data stored in the
単一楕円近似手段5jは、各段の横断面データを単一の楕円で近似する演算をすると共に、単一楕円の短軸半径の線分を特定する。 The single ellipse approximating means 5j performs an operation of approximating the cross section data of each stage with a single ellipse, and specifies a short-axis radius line segment of the single ellipse.
識別手段5kは、近似された単一楕円と各横断面データとの誤差の二乗値を積算した上で、その積算値を横断面データの数nで割算した平均二乗誤差が、あらかじめ設定した閾値以上である場合に識別出力を発する。この閾値は後述するデータベース作成のためのデータ等に基づいて、実験的に定めればよい。 The identification means 5k integrates the square value of the error between the approximated single ellipse and each cross-sectional data, and then sets an average square error obtained by dividing the integrated value by the number n of the cross-sectional data. An identification output is issued when the threshold value is exceeded. This threshold value may be determined experimentally based on data for creating a database, which will be described later.
二重楕円近似手段5lは、横断面データを入力として横断面を二つの楕円で近似し、近似した二つの楕円(以下、「二重楕円」という。)の交点を結ぶ線分を特定する。 The double ellipse approximating means 51 receives the cross section data as input and approximates the cross section with two ellipses, and specifies a line segment connecting the intersections of the two approximate ellipses (hereinafter referred to as “double ellipse”).
脊椎位置推定手段5mは、単一楕円近似手段5jで特定される短軸半径上から正常部位における脊椎中心として第1推定位置を求めて第4メモリ5nに記憶させ、識別手段5kから単一楕円で近似できない場合に発せられる識別出力が入力された場合には、二重楕円の交点を結ぶ線分から脊椎湾曲部位における脊椎中心として第2推定位置を求め、第1推定位置に代えて第2推定位置を第4メモリ5nに記憶する。なお、詳細は後述するが、脊椎位置推定手段5mは、あらかじめ作成されたデータベースを参照することにより、正常部位における脊椎中心および脊椎湾曲部位における脊椎中心を特定する。
The spine position estimating means 5m obtains the first estimated position as the spine center at the normal site from the short axis radius specified by the single ellipse approximating means 5j, and stores it in the
第4メモリ5nは、結果的に正常部位と脊椎湾曲部位とに応じて推定される脊椎の中心を推定位置として記憶する。
As a result, the
推定脊椎ラインデータ形成手段5oは、第4メモリ5nに記憶されている二次元の推定位置を一旦結んで、三次元のラインデータを形成する。
The estimated spine line data forming means 5o temporarily connects the two-dimensional estimated positions stored in the
次に、推定脊椎ラインデータ形成手段5oは、正常部位と脊椎湾曲部位の境界に生じるラインの不連続部分を、なだらかに修正して連続的な三次元のラインデータを形成する。 Next, the estimated spine line data forming means 5o gently corrects the discontinuous part of the line generated at the boundary between the normal part and the spine curved part to form continuous three-dimensional line data.
更に、推定脊椎ラインデータ形成手段5oは、表示に際して脊椎湾曲部位を、色又は輝度又はラインの形態で識別表示する為の情報を付加した推定脊椎ラインデータを、表示データ発生手段5bに供給する。
Further, the estimated spine line data forming unit 5o supplies the display
理想脊椎ラインデータ形成手段5pは、第4メモリ5nに記憶されている二次元の推定位置のうち、正常部位の第1推定位置のみを選択して三次元のラインデータを一旦形成する。
The ideal spine line
次に、理想脊椎ラインデータ形成手段5pは、ラインデータが欠落している脊椎湾曲部位を直線とみなしてラインデータを補間して脊椎ラインデータを形成する。
Next, the ideal spine line
更に、理想脊椎ラインデータ形成手段5pは、正常部位と脊椎湾曲部位との境界に生じるラインの不自然な不連続部分を、なだらかに修正して連続的な三次元の理想脊椎ラインデータを形成して、表示データ発生手段5bに供給する。 Furthermore, the ideal spine line data forming means 5p gently corrects the unnatural discontinuous part of the line generated at the boundary between the normal part and the spine curved part, and forms continuous three-dimensional ideal spine line data. And supplied to the display data generating means 5b.
ここで、第4メモリ5nは、第1推定値と第2推定位置とを記憶するに際しては、識別する情報を付加して記憶する。
Here, when storing the first estimated value and the second estimated position, the
従って、推定脊椎ラインを表示する場合には、第2推定位置を脊椎湾曲部位として識別表示できる。 Therefore, when displaying the estimated spine line, the second estimated position can be identified and displayed as a spinal curve portion.
また、理想脊椎ラインを表示する場合には、正常部位と判断された第1推定位置のみを選択できる。 Further, when displaying an ideal spine line, only the first estimated position determined as a normal part can be selected.
表示データ発生手段5bは、推定脊椎ラインデータ形成手段5oが形成した推定脊椎ラインデータと理想脊椎ラインデータ形成手段5pが形成した理想脊椎ラインデータとを入力し、モニタ6の画面上に推定脊椎ラインと理想脊椎ラインとの2本のラインを立体的に表示させる。
The display data generating means 5b inputs the estimated spine line data formed by the estimated spine line data forming means 5o and the ideal spine line data formed by the ideal spine line
また、表示データ発生手段5bは、プロジェクタ2に対しても推定脊椎ラインデータと理想脊椎ラインデータとの二本のラインを人体背面投射するための画像情報を供給する。 The display data generating means 5b also supplies the projector 2 with image information for projecting back two lines of estimated spine line data and ideal spine line data.
その結果、ドットパターンの投射直後に、人体背面に脊椎をなぞる推定脊椎ラインが表示されると共に、脊椎湾曲部位については色や明るさやラインの表示形態を異にした識別表示が為される。 As a result, immediately after the projection of the dot pattern, an estimated spine line tracing the spine is displayed on the back of the human body, and the spinal curve portion is identified and displayed with different colors, brightness, and line display forms.
更に、表示の切換操作により、人体背面には理想脊椎ラインも推定脊椎ラインと同時に表示され、脊椎湾曲部の位置と湾曲の状態が分かり易く表示され、触診によって湾曲の起伏状態も確認できる。 Furthermore, by the display switching operation, the ideal spine line is also displayed on the back of the human body at the same time as the estimated spine line, the position of the spinal curve and the state of the curve are displayed in an easy-to-understand manner, and the undulating state of the curve can be confirmed by palpation.
また、表示データ発生手段5bは、必要に応じて横断面データに基づく横断面や、近似した単一楕円や二重楕円をモニタ6に表示させるべく画像情報を供給する。 Further, the display data generating means 5b supplies image information to display on the monitor 6 a cross section based on the cross section data or an approximated single ellipse or double ellipse as necessary.
比較演算手段5qは、推定脊椎ラインデータと理想脊椎ラインデータとを入力してその差分を演算し所定量以上ズレが生じている範囲(推定脊椎ラインにおける長さ)やズレの方向やズレ量等の脊椎湾曲症の症状を判定するために有益な数値を算出する。 The comparison calculation means 5q inputs the estimated spine line data and the ideal spine line data, calculates the difference between them, a range where the deviation is greater than a predetermined amount (length in the estimated spine line), the direction of deviation, the amount of deviation, etc. Calculate useful numbers to determine the symptoms of spondylosis.
判定手段5rは、識別出力が連続して発生したか否かを根拠に、脊椎湾曲症の候補か否かを判定すると共に、比較演算手段5qで求められた数値に基づいて症状の程度を推定する。
The determination unit 5r determines whether or not the candidate is a spondylosis candidate based on whether or not the identification output has continuously occurred, and estimates the degree of the symptom based on the numerical value obtained by the
この判定結果や推定結果は表示データ発生手段5bに入力され、モニタ6に表示される。 The determination result and the estimation result are input to the display data generating means 5b and displayed on the monitor 6.
以上はPC5の機能ブロックとして説明したが、上記の機能ブロックは、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のLSI(Large Scale Integration)で実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
Although the above has been described as a functional block of the
図10は、本実施の形態にかかるPC5によって実行される判定動作のフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart of the determination operation executed by the
プロジェクタ2は、ドットパターンを人体背面に瞬間的に投射する(S10)。 The projector 2 instantaneously projects the dot pattern on the back of the human body (S10).
第1カメラ3と第2カメラ4は、人体背面に投射したドットパターンを撮像し、撮像画面をそれぞれ第1メモリ5cと第2メモリ5dとに記憶させる(S12)。
The 1st camera 3 and the 2nd camera 4 image the dot pattern projected on the human body back, and memorize | store an imaging screen in the
二次元化手段5eは、第1メモリ5cと第2メモリ5dとに記憶された第1カメラ3と第2カメラ4との撮像画面のドットパターンから、色配列を手掛かりに各ドットの位置を対応づけて特定し、ドット毎に各撮像画面中の位置を算出して1対の2次元データを形成する(S14)。
The two-
三次元化手段5fは、撮像範囲内にある全てのドットについて、二次元化手段5eが対応付けた各1対の2次元データより、空間位置を特定する三次元データを演算により算出して第3メモリ5gに記憶する(S16)。
The three-
ドロネー図化手段5hは、各ドットの三次元データからドロネー図を形成するために、三次元化手段5fが特定した三次元データにおいて近接する3点を1組とする小三角形を特定し、三角形の傾斜の方向を演算して傾斜に応じた色付けを行い、人体背面の三次元画像を形成し、撮像した人体背面を表示データ発生手段5bを介してモニタ6に立体化して表示させる(S18)。 The Delaunay mapping means 5h specifies a small triangle having a set of three adjacent points in the 3D data specified by the 3D conversion means 5f in order to form a Delaunay chart from the 3D data of each dot. The direction of the tilt is calculated and colored according to the tilt to form a three-dimensional image of the back side of the human body, and the captured back side of the human body is three-dimensionally displayed on the monitor 6 via the display data generating means 5b (S18). .
横断面データ形成手段5iは、人体背面を1cm刻みで輪切りにしたときの横断面を特定するため、ドロネー図化手段5hが特定した小三角形表面上の指定した高さにおける位置を1cm間隔で特定し、2次元の横断面データ(図2以降に示す計測ラインの位置データに相当)を演算により算出する(S20)。 The cross section data forming means 5i specifies the position at the specified height on the surface of the small triangle specified by the Delaunay mapping means 5h in order to specify the cross section when the back of the human body is cut in 1 cm increments. Then, two-dimensional cross-sectional data (corresponding to position data of the measurement line shown in FIG. 2 and subsequent figures) is calculated by calculation (S20).
尚、前述する横断面データ形成ステップS20は、データの精度をアップするためのステップであり、多少の誤差を許容する場合は、ドットパターンの中で同じ高さに投射したドットの三次元データをそのまま利用して二次元の横断面データとすることも可能であり、本発明において必須のステップではない。 Note that the above-described cross-section data forming step S20 is a step for improving the accuracy of the data. When a slight error is allowed, the three-dimensional data of the dots projected at the same height in the dot pattern is used. It can be used as it is to obtain two-dimensional cross-sectional data, which is not an essential step in the present invention.
単一楕円近似手段5jは、人体の頭部側を上側とした場合における最上段の横断面データを読み出し、前述した最小二乗法で近似楕円を特定した上で、特定した近似楕円の短軸半径の線分を求め、その線分の所定位置を脊椎の中心位置とみなし、演算により求めた中心位置を第1推定位置としてメモリに記憶すると共に、特定した近似楕円と横断面データの距離の二乗値を積算し、その結果をデータ数で割って、単一楕円の近似に伴う平均二乗誤差を算出する(S22)。 The single ellipse approximating means 5j reads the uppermost cross section data when the head side of the human body is the upper side, specifies the approximate ellipse by the least square method described above, and then determines the short axis radius of the specified approximate ellipse , The predetermined position of the line segment is regarded as the center position of the spine, the center position obtained by the calculation is stored in the memory as the first estimated position, and the square of the distance between the specified approximate ellipse and the cross-sectional data is calculated The values are integrated and the result is divided by the number of data to calculate the mean square error associated with the approximation of a single ellipse (S22).
識別手段5kは、単一楕円近似手段5jが求めた平均二乗誤差と予め定めた閾値とを比較し、平均二乗誤差が閾値より大きい部位は、捩じれ(湾曲)が生じている脊椎湾曲部位と判断し(S24Y)、逆に小さい場合は、正常部位と判断する(S24N)。 The discriminating means 5k compares the mean square error obtained by the single ellipse approximating means 5j with a predetermined threshold value, and determines that a part where the mean square error is larger than the threshold value is a spinal curve part where twist (curvature) occurs. If it is small (S24Y), it is determined as a normal part (S24N).
二重楕円近似手段5lは、脊椎湾曲部位と判断された場合は、横断面データの中央付近でへこんだ位置を不連続点として特定する(S26)。これは例えば隣り合う横断面データの座標の差分を計算し、その差分が予め定めた所定の閾値を超えた場合に不連続点として特定することで実現できる。 If the double ellipse approximating means 5l is determined to be a vertebral curved part, the double ellipse approximating means 5l identifies a position that is recessed near the center of the cross-sectional data as a discontinuous point (S26). This can be realized, for example, by calculating the difference between the coordinates of adjacent cross-sectional data and specifying the difference as a discontinuous point when the difference exceeds a predetermined threshold value.
二重楕円近似手段5lはさらに、特定した不連続点で区分される左右の横断面データを利用して、前述の最小二乗法を用いて二つの近似楕円を特定し、脊椎位置推定手段5mは、二つの近似楕円の交点を結ぶ線分の所定位置を脊椎湾曲部位における脊椎の中心位置とみなし、演算により求めたその中心位置を第2推定位置として、ステップS12で求めて記憶した1つの近似楕円に基づく脊椎の第1推定位置と置換えて第4メモリ5nに記憶する(S28)。
The double ellipse approximation means 5l further specifies two approximate ellipses using the above-mentioned least square method using the left and right cross-sectional data divided by the specified discontinuous points, and the spine position estimation means 5m , The predetermined position of the line segment connecting the intersections of the two approximate ellipses is regarded as the center position of the spine in the curved portion of the spine, and the approximate position calculated and stored in step S12 is set as the second estimated position. The first estimated position of the spine based on the ellipse is replaced and stored in the
前述したステップS28によって、最上段の横断面データにおいて脊椎の推定位置が特定される。 By the above-described step S28, the estimated position of the spine is specified in the uppermost cross section data.
すなわち、人体背面が一つの近似楕円で近似できる場合は第1推定位置が、また1つの近似楕円で近似できない場合は、第1推定位置に代えて第2推定位置が、脊椎の中心の推定位置として第4メモリ5nに記憶される。
That is, if the back of the human body can be approximated by one approximate ellipse, the first estimated position can be approximated. If it cannot be approximated by one approximate ellipse, the second estimated position can be replaced by the estimated position at the center of the spine instead of the first estimated ellipse. Is stored in the
前述した推定作業が最下段における横断面データに基づく推定であったか否かを判断した結果、推定作業が最下段に達していない場合(S30N)は、横断面データ形成手段5iは、横断面を1cm下段に更新する(S32)。 As a result of determining whether or not the above-described estimation work is an estimation based on the cross-sectional data at the lowest stage, if the estimation work has not reached the lowest stage (S30N), the cross-section data forming means 5i sets the cross section to 1 cm. Update to the lower level (S32).
更新後に、横断面データ形成手段5iは、前述のS22に進み、次段(下段)の横断面データを第3メモリ5gから読み出して、前述したステップS22からステップS30を繰り返す。
After the update, the cross section data forming unit 5i proceeds to the above-described S22, reads the next (lower) cross section data from the
本実施の形態では、横断面の数nだけ推定演算を繰り返し、各横断面の脊椎の中心の推定位置を特定して記憶しながら、前述のステップS30によって横断面の最下段で推定脊椎位置が特定されたと判断すると(S30Y)、推定作業を終了して、次のステップS34に進む。 In the present embodiment, the estimation calculation is repeated by the number n of the cross sections, and the estimated position of the center of the spine of each cross section is specified and stored, and the estimated spine position is determined at the bottom of the cross section by the above-described step S30. If it is determined that it has been identified (S30Y), the estimation work is terminated and the process proceeds to the next step S34.
推定脊椎ラインデータ形成手段5oは、求められた脊椎の中心の推定位置を上下に結ぶ推定脊椎ラインを形成し、理想脊椎ラインデータ形成手段5pは、正常部位の推定位置から想定される理想の脊椎ラインとを形成し、表示データ発生手段5bは2本の脊椎ラインをモニタ6とプロジェクタ2とに表示させる(S34)。
The estimated spine line data forming unit 5o forms an estimated spine line that connects the estimated positions of the obtained spine centers up and down, and the ideal spine line
比較演算手段5qは、両ラインを比較してその差分を演算し所定量以上ズレが生じている範囲(推定脊椎ラインの長さ)やズレの方向やズレ量等を数値化する(S36)。 The comparison calculation means 5q compares both lines, calculates the difference, and quantifies the range where the deviation is greater than a predetermined amount (estimated spine line length), the direction of deviation, the amount of deviation, etc. (S36).
判定手段5rは、数値化されたズレの範囲やズレ量、ズレの方向に基づき、脊椎側湾症の判定と症状の程度を判定するためのデータを取得し、その結果をモニタ6に表示させる(S38)。 The determination means 5r obtains data for determining the scoliosis and the degree of symptom on the basis of the digitized range, amount, and direction of the shift, and displays the result on the monitor 6. (S38).
尚、脊椎湾曲症の判定に供するデータにおいては、少なくとも平均二乗誤差が閾値を所定回数連続して上回れば、脊椎湾曲症候補と判定するが、更にその精度をアップするには、必要に応じてその他の要素も加味することは有益である。 In the data used for the determination of spondylosis, if at least the mean square error continuously exceeds the threshold value for a predetermined number of times, it is determined as a spondylosis candidate. It is useful to consider other factors.
また、下着を着用して撮像した場合、背中中央のへこみが、不連続として検出できなくなることも予想されるが、その場合は計測ラインの中央を不連続点とみなして二重楕円の近似を行う。また、下着のシワを検出して不連続点と誤認することが危惧されるので、必要に応じて細かな起伏を抑制するために三次元データを事前に平滑化フィルタ等を用いて処理してもよい。 In addition, when taking an image with underwear, it is expected that the dent in the center of the back cannot be detected as a discontinuity, but in that case, the center of the measurement line is regarded as a discontinuous point and an approximation of a double ellipse is performed. Do. Also, since it is feared that wrinkles in the underwear are detected and misidentified as discontinuous points, even if the 3D data is processed in advance using a smoothing filter or the like to suppress fine undulations as necessary Good.
本実施の形態では、更にモニタ6に供給される画像情報と、プロジェクタ2が人体背面に投影した推定脊椎ラインや理想脊椎ラインを第1カメラで撮像した画像情報とを、PC5に対して固体メモリ等の着脱自在のレコード手段5sに記録しており、モニタ6に表示される画像と、人体背面に投影した両脊椎ラインの画像とを、別のPCでも表示することも可能である。
In the present embodiment, the image information supplied to the monitor 6 and the image information obtained by imaging the estimated spine line and the ideal spine line projected by the projector 2 on the back of the human body with the first camera are stored in the solid-state memory for the
また、レコード手段5sに記録される画像情報は、通信網を介して病院に伝送する以外に、前述のレコード手段5sを直接病院に持ち込むことによっても再生することもできる。 Further, the image information recorded in the recording means 5s can be reproduced not only by being transmitted to the hospital via the communication network but also by bringing the above-mentioned recording means 5s directly to the hospital.
以下、脊椎位置推定手段5mによる正常部位における脊椎中心および脊椎湾曲部位における脊椎中心を特定するための方法について説明する。その概要は、あらかじめ作成してあるデータベースを参照することにより、正常部位および脊椎湾曲部位における脊椎中心を特定するというものである。 Hereinafter, a method for specifying the spine center at the normal site and the spine center at the spine curve site by the spine position estimating means 5m will be described. The outline is that a spine center in a normal site and a spinal curve site is specified by referring to a database prepared in advance.
脊椎湾曲症部位が存在することが既知である複数の患者と、脊椎湾曲症部位が存在しないことが既知である複数の健常者とについて、少なくとも腰部から頸部を含む範囲のアキシャル方向の断面画像を用意する。断面画像としては、例えばX線CT(Computed Tomography)やMRI(Magnetic Resonance Imaging;核磁気共鳴画像法)等を用いて作成する。ここで、患者および健常者(以下、両者を含む場合は「被験者」と総称する。)のそれぞれについては、その特徴が既知であるものとする。特徴とは、例えば性別、年齢、居住地域、身長、体重、腹囲、およびBMI等である。 Cross-sectional images in the axial direction of a range including at least the lumbar region and the cervical region for a plurality of patients whose spondylosis is known to exist and a plurality of healthy individuals whose spondylosis is not known Prepare. The cross-sectional image is created using, for example, X-ray CT (Computed Tomography) or MRI (Magnetic Resonance Imaging). Here, the characteristics of each of a patient and a healthy person (hereinafter collectively referred to as “subject” when both are included) are assumed to be known. The characteristics include, for example, sex, age, residential area, height, weight, waist circumference, and BMI.
ここで、各断面画像に撮像されている脊椎の番号も既知であるものとする。脊椎の番号とは、24個ある脊椎を上から順に通し番号を付したものである。これは例えば脊椎番号は各断面画像ファイルのヘッダ部分に格納されるか、データベース5vに各断面画像ファイルの名前に紐づけられたリスト(図示せず)として格納することによって実現できる。後述するが、データベース5vは脊椎位置推定手段5mの内部に存在する。あるいは、脊椎位置推定手段5mの外側に独立して配置してもよい。
Here, it is assumed that the number of the spine captured in each cross-sectional image is also known. The spine number is a number in which 24 spines are sequentially numbered from the top. This can be realized, for example, by storing the spine number in the header portion of each cross-sectional image file or by storing it in the
健常者の断面画像をもとに、体表部分の閉曲線についての前述の最小二乗法による近似楕円を求める。あるいは、ユーザが目視で楕円を当て嵌めてもよい。図11は、そのようにして求めた体表部分の閉曲線の近似楕円の一例を図示したものである。ここで、楕円の短軸の腹部側の端点を点A、背面側の端点を点Bとする。ユーザは断面画像を観察し、端軸上において脊椎中心である点Cを特定する。ユーザは、用意した健常者の画像すべてについて近似楕円と、点A、点B、および点Cとを特定する。 Based on a cross-sectional image of a healthy person, an approximate ellipse is obtained by the above least square method for the closed curve of the body surface portion. Alternatively, the user may visually fit the ellipse. FIG. 11 shows an example of the approximate ellipse of the closed curve of the body surface portion thus obtained. Here, the end point on the abdomen side of the short axis of the ellipse is point A, and the end point on the back side is point B. The user observes the cross-sectional image and specifies a point C that is the center of the spine on the end axis. The user specifies the approximate ellipse, the point A, the point B, and the point C for all the images of the healthy persons prepared.
求めた楕円を短軸を用いて規格化する。具体的には、短軸の長さが全て等しくなるように近似楕円を相似変換する。ここでは、短軸の長さを仮に1とする。短軸の長さを1としたときの脊椎中心である点Cの位置は、例えば短軸の背面側の端点である点Bからの相対的な距離である相対距離r(0<r<1)を用いて特定できる。 The obtained ellipse is normalized using the short axis. Specifically, the approximate ellipse is subjected to similarity transformation so that the lengths of the short axes are all equal. Here, the length of the short axis is assumed to be 1. The position of the point C that is the center of the spine when the length of the short axis is 1, for example, is a relative distance r (0 <r <1) that is a relative distance from the point B that is the end point on the back side of the short axis. ).
図12は、健常者の脊椎中心位置を格納したデータベース5v内の構造の一例を示した図である。データベース5vには、前述した特徴と脊椎中心の相対位置とが、画像のIDやデータベースの通し番号、長軸の相対的な長さa(a>1)と共に格納される。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a structure in the
図13は、脊椎湾曲症患者の脊椎湾曲症部位について、体表部の閉曲線を二重楕円で近似した結果の一例を図示したものである。脊椎湾曲症患者の正常部位における脊椎中心については健常者の場合と同様の手法で求め、そのデータベースの構造も同じである。そこで、以下脊椎湾曲部位を中心に説明する。 FIG. 13 illustrates an example of a result obtained by approximating a closed curve of a body surface part with a double ellipse for a spondylosis part of a spondylosis patient. The spine center in the normal part of the patient with spondylosis is obtained by the same method as that of the healthy person, and the structure of the database is the same. Therefore, the following description will focus on the spinal curve portion.
脊椎湾曲部位については、二重楕円を上述の最小二乗法を用いて特定してもよいし、ユーザが目視で特定してもよい。二重楕円のふたつの交点のうち、腹部側の交点を点D、背面側の交点を点Eとする。ユーザは断面画像を観察し、ふたつの交点を結ぶ線分上において脊椎湾曲部位における脊椎中心である点Fを特定する。ユーザは、用意した脊椎湾曲症であることが既知である患者の画像すべてについて、二重楕円と、点D、点E、および点Fとを特定する。 Regarding the spinal curve portion, the double ellipse may be specified using the above-mentioned least square method, or the user may specify it visually. Of the two intersections of the double ellipse, the intersection on the abdomen side is point D, and the intersection on the back side is point E. The user observes the cross-sectional image and specifies a point F that is the center of the spine in the spinal curve portion on the line segment connecting the two intersections. The user identifies a double ellipse and point D, point E, and point F for all prepared patient images that are known to have spondylosis.
求めた二重楕円について二重楕円のふたつの交点を結ぶ線分の長さを用いて規格化する。具体的には、線分の長さが全て等しくなるように二重楕円を相似変換する。ここでは、健常者の場合と同様に、線分の長さを1とする。線分の長さを1としたときの脊椎湾曲部位における脊椎中心である点Fは、ふたつの線分の背面側の交点である点Eからの相対的な距離s(0<s<1)を用いて特定できる。二重楕円、点D、点E、点F、相対距離sは、患者の特徴等と共に健常者の脊椎中心位置を格納したデータベースと同一のデータベース5vに格納される。
The obtained double ellipse is normalized using the length of a line segment connecting two intersection points of the double ellipse. Specifically, the double ellipse is subjected to similarity transformation so that the lengths of the line segments are all equal. Here, the length of the line segment is set to 1 as in the case of a healthy person. The point F, which is the center of the spine at the curved portion of the spine when the length of the line segment is 1, is a relative distance s (0 <s <1) from the point E that is the intersection of the two line segments on the back side. Can be specified. The double ellipse, the point D, the point E, the point F, and the relative distance s are stored in the
図14は、脊椎湾曲症部位が存在することが既知である患者の脊椎湾曲症部位における脊椎中心を格納したデータベース5vの構造の一例を示した図である。データベース5vには、前述した特徴と脊椎中心の相対位置とが、画像のIDやデータベースの通し番号、長軸の相対的な長さaと共に格納される。健常者のデータベースとの相違は、二重楕円を再現できるように、ふたつの楕円の中心点の座標、それぞれの長軸および短軸の長さ、ふたつ目の楕円の傾き角θが格納されている点である。ここで座標や角度の計測に際しては任意の座標系を用いればよく、例えば規格化後の二重楕円について、ひとつ目の楕円の中心を原点、長軸を含む直線をX軸、短軸を含む直線をY軸とした座標系を用いればよい。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the structure of the
図15は、実施の形態にかかる脊椎位置推定手段5mの内部構成を模式的に示した図である。脊椎位置推定手段5mは、データベース5v、パラメータ取得手段5t、およびデータベース検索手段5uを含む。パラメータ取得手段5tは、図示しない入出力装置を介してユーザから検索に用いる特徴をパラメータとして取得する。データベース検索手段5uは、パラメータ取得手段5tが取得したパラメータを検索の鍵として、識別手段5kの発した識別出力をもとに正常部位または脊椎湾曲部位における脊椎中心をデータベース5vから検索して取得する。
FIG. 15 is a diagram schematically showing the internal configuration of the spine position estimating means 5m according to the embodiment. The spine position estimation means 5m includes a
例えば、パラメータ取得手段5tが検索の鍵として年齢、性別、および腹囲を取得したとする。データベース検索手段5uは、識別出力がない場合、すなわち正常部位の場合には、データベース5vに格納されている正常部位のデータのうち、検索の鍵として入力された年齢、性別、および腹囲と合致するデータを検索して、それらの相対距離rの平均値r’を計算して取得する。続いて、データベース検索手段5uは、単一楕円近似手段5jから入力された楕円の短軸の長さlを取得し、短軸の背面側の短点からl×r’離れた点を脊椎中心として第4メモリ5nに出力する。
For example, it is assumed that the
識別出力がある場合、すなわち脊椎湾曲部位の場合には、データベース検索手段5uはデータベース5vから脊椎湾曲部位のデータのうち、検索の鍵と合致する患者の相対距離sの平均値s’を計算して取得する。続いて、データベース検索手段5uは、二重楕円近似手段5lから入力されたふたつの楕円の交点を結ぶ線分の長さl’を取得し、短軸の背面側の交点からl’×s’離れた点を脊椎湾曲部位における脊椎中心として第4メモリ5nに出力する。
When there is an identification output, that is, in the case of a spinal curve portion, the database search means 5u calculates an average value s ′ of the relative distance s of the patient that matches the search key from the data of the spinal curve portion from the
なお、データベース検索手段5uは、検索の鍵として設定された値のみならず、その値に近い値を持つデータを取得するようにしてもよい。例えば身長を鍵として145cmが設定された場合に、140cmから150cmの範囲を検索して取得するようにしてもよい。この場合、合致するデータが増えるので、平均値の精度を向上させうる点で有利である。また、検索の鍵としては、例えば身長が140cm〜145cmを含まないとの条件のように、条件を否定形式で設定して検索することもできる。データベース検索手段5uは、パラメータ取得手段5tが取得した検索の鍵に換えて、予め定めてある所定の条件を検索の鍵としてもよい。 The database search means 5u may acquire not only a value set as a search key but also data having a value close to that value. For example, when 145 cm is set with height as a key, a range from 140 cm to 150 cm may be retrieved and acquired. In this case, matching data increases, which is advantageous in that the accuracy of the average value can be improved. Further, as a search key, for example, a search can be performed by setting a condition in a negative format, such as a condition that the height does not include 140 cm to 145 cm. The database search means 5u may use a predetermined condition as a search key instead of the search key acquired by the parameter acquisition means 5t.
データベース検索手段5uはまた、検索の際に脊椎番号が同一のデータを検索対象としてもよい。例えば18番の脊椎が写っている断面画像の脊椎中心を取得する場合には、データベース検索手段5uは、18番の脊椎のデータのみを検索対象としてもよい。これにより、実際に取得したい脊椎中心が存在する部位における特有の症状や傾向等を検索対象データに反映させることができるので、推定精度を向上できる点で有利である。脊椎番号が同一のデータだけでなく、脊椎番号が近傍のデータ(例えば17番、18番、19番のデータ)を検索対象としてもよい。 The database search means 5u may also search for data having the same spine number when searching. For example, when acquiring the spine center of the cross-sectional image showing the 18th spine, the database search means 5u may search only the 18th spine data. This makes it possible to reflect, in the search target data, a specific symptom or tendency at a site where the center of the spine to be actually obtained exists, which is advantageous in that the estimation accuracy can be improved. Not only the data with the same spine number but also the data near the spine number (for example, data of Nos. 17, 18, and 19) may be searched.
以上説明したように実施の形態によれば、推定脊椎ラインデータを形成する理想脊椎ラインデータ形成手段5pを備えており、理想脊椎ラインデータを表示データ発生手段5bに入力し、プロジェクタ2(表示手段)により撮像直後の人体背面に脊椎湾曲部位を識別表示した推定脊椎ラインを投影することにより、脊椎湾曲部位の状態を人体背面で確認することができる。汎用性の高い機器が利用できるため、体表も円の非対称の度合いを安価に自動判定することが可能となる。湾曲度合いを定量的に求めるため、脊椎湾曲症の候補を客観的かつ正確に判定することができる。
As described above, according to the embodiment, the ideal spine line
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. Those skilled in the art will understand that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. By the way.
1)本実施の形態では、下着を着用した場合に横断面に下着のシワによる多数の小突起が現れることもあるが、このような小突起に基づくデータは平滑化フィルタ処理等により解消できる。また下着の張りにより脊椎部分の凹みが現れないが横断面の計測ラインの中央で二分することにより二重化楕円の形成ができるので、本実施の形態において「人体背面」とは人体背面の皮膚表面に限るものではない。 1) In this embodiment, when underwear is worn, a large number of small protrusions due to wrinkles of the underwear may appear on the cross section, but data based on such small protrusions can be eliminated by smoothing filter processing or the like. In addition, a dent on the spine does not appear due to the tension of the underwear, but a double ellipse can be formed by bisecting it at the center of the measurement line of the cross section. It is not limited.
2)本実施の形態では、脊椎湾曲部位を単一楕円と横断面の平均二乗誤差が閾値を超えた部分と定めている関係で、正常部位と脊椎湾曲部位の境界付近の脊椎推定ラインが不自然に変化(不連続化)するが、変化の著しい部分はフィルタリング(平坦化)処理によりなだらかな推定脊椎ラインに修正することができ、このような構成が本実施の形態に含まれる。 2) In this embodiment, the spine curve part is defined as a part where the mean square error of the single ellipse and the cross section exceeds the threshold value, and the spine estimation line near the boundary between the normal part and the spine curve part is not correct. Although it changes naturally (discontinuity), a significant part of the change can be corrected to a smooth estimated spine line by a filtering (flattening) process, and such a configuration is included in this embodiment.
3)本実施の形態では、人体背面をドロネー図として表現しているので、このドロネー図データを利用して横断面データの精度を上げることができたが、ドロネー図化を行わない場合は、水平に並んで投射されているドットの位置から横断面データを特定することも可能であり、本発明に於いてドロネー図化は横断面データの形成にとって必須ではない。 3) In this embodiment, since the back of the human body is expressed as a Delaunay diagram, the accuracy of the cross-sectional data can be improved using this Delaunay diagram data. However, when the Delaunay diagram is not used, It is also possible to specify the cross section data from the positions of the dots projected side by side, and in the present invention, Delaunay mapping is not essential for the formation of the cross section data.
4)本実施の形態では1cm間隔で横断面データを形成したが、精度を問わない場合はその間隔を広げて段数を減らすことも可能であるが、そのような場合には、複数回の識別出力の発生に基づくことなく1回でも識別出力が発生した場合には、脊椎湾曲症と判定する必要があり、そのような構成も本実施の形態に含まれる。 4) In this embodiment, the cross-sectional data is formed at intervals of 1 cm. However, if the accuracy is not questioned, it is possible to increase the interval and reduce the number of stages. When the identification output is generated even once without being based on the generation of the output, it is necessary to determine spondylosis, and such a configuration is also included in the present embodiment.
5)本実施の形態では、人体背面に投射されたドットパターンを2台のカメラで離れた位置から同時撮像して三次元データを形成する場合について説明したが、三次元データの形成方法や三次元データの範囲は問わない。従って、精度を求めないのであれば、1台のステレオカメラで撮像して二枚の画像データを得ることも可能である。更に、精度を問わないのであれば一台のカメラの撮像データであっても、ドットパターンの投射位置と撮像位置から横断面データの形成は可能である。 5) In the present embodiment, the case where the dot pattern projected on the back of the human body is simultaneously imaged from a position separated by two cameras to form three-dimensional data has been described. The range of the original data does not matter. Therefore, if accuracy is not required, it is possible to obtain two pieces of image data by imaging with one stereo camera. Further, if accuracy is not an issue, even if it is imaging data of one camera, it is possible to form cross-sectional data from the projection position and imaging position of the dot pattern.
6)本実施の形態では、人体背面のドットパターンを同一タイミングで異なる位置から撮像して得られる撮像画面から人体背面の三次元データを求める。ここで「背面三次元化手段」は、本実施の形態において、第1メモリ5c、第2メモリ5d、二次元化手段5e、三次元化手段5fより成る。
6) In the present embodiment, the three-dimensional data on the back of the human body is obtained from the imaging screen obtained by imaging the dot pattern on the back of the human body from different positions at the same timing. In this embodiment, the “rear three-dimensionalization means” includes a
7)本実施の形態では、単一楕円近似手段5jおよび二重楕円近似手段5lがそれぞれ単一楕円および二重楕円を最小二乗法を用いて特定する場合について説明したが、前述のデータベース5vを参照して特定してもよい。この場合、データベース検索手段5uか、あるいは専用の楕円検索手段(図示せず)を用意して検索する。具体的には、ユーザから被験者の特徴を取得し、その特徴を鍵としてデータベース5v内の楕円の長軸や短軸を取得するようにすればよい。
7) In the present embodiment, the case where the single ellipse approximating means 5j and the double ellipse approximating means 5l specify the single ellipse and the double ellipse using the least square method has been described. You may specify with reference. In this case, the database search means 5u or a dedicated ellipse search means (not shown) is prepared and searched. Specifically, the characteristics of the subject may be acquired from the user, and the major axis and minor axis of the ellipse in the
8)本実施の形態では、データベース5vはあらかじめ作成してある場合について説明したが、データベース5vに格納されるデータは、被験者の同意が得られていることを前提として、新しい被験者のデータを取得する都度、あるいは任意のタイミングで追加して更新するようにしてもよい。これは、図示しないデータベース更新手段を用いて行うようにする。データベース5vが蓄積するデータを増やすことができるため、データベースの信頼性を高められる点で有利である。また、データベース5vに格納されたデータを消去するために、データ消去手段(図示せず)を用意してもよい。これにより、例えば特定の地域のデータが偏ることを防止する等、データベースの質を維持できる点で有利である。
8) In the present embodiment, the case where the
5a タイミングパルス発生手段、 5b 表示データ発生手段、 5e 二次元化手段、 5f 三次元化手段、 5h ドロネー図化手段、 5i 横断面データ形成手段、 5j 単一楕円近似手段、 5k 識別手段、 5l 二重楕円近似手段、 5m 脊椎位置推定手段、 5o 推定脊椎ラインデータ形成手段、 5p 理想脊椎ラインデータ形成手段、 5q 比較演算手段、 5r 判定手段、 5s レコード手段、 5t パラメータ取得手段、 5u データベース検索手段、 5v データベース。 5a Timing pulse generation means, 5b Display data generation means, 5e Two-dimensionalization means, 5f Three-dimensionalization means, 5h Delaunay mapping means, 5i Cross section data formation means, 5j Single ellipse approximation means, 5k identification means, 5l 2 Double ellipse approximation means, 5m spine position estimation means, 5o estimation spine line data formation means, 5p ideal spine line data formation means, 5q comparison operation means, 5r determination means, 5s record means, 5t parameter acquisition means, 5u database search means, 5v database.
Claims (4)
前記横断面データを近似演算処理することにより、単一楕円を特定する単一楕円近似手段と、
前記横断面データと前記単一楕円との誤差が予め設定した閾値以上となる脊椎湾曲部位を識別して識別出力を発する識別手段と、
識別出力の発生に基づき脊椎湾曲症の候補を判定して取得する脊椎湾曲症候補取得手段とを含むことを特徴とする脊椎湾曲症判定支援装置。 Cross section data forming means for forming a plurality of cross section data including at least part of the cross section of the human body from the three-dimensional data on the back of the human body;
A single ellipse approximation means for specifying a single ellipse by approximating the cross section data;
An identification means for identifying a spinal curve portion where an error between the cross-sectional data and the single ellipse is equal to or greater than a preset threshold value and generating an identification output;
A spondylosis determination support apparatus, comprising: a spondylosis candidate acquisition unit that determines and acquires a spondylosis candidate based on the generation of an identification output.
正常部位において前記単一楕円の短軸上に脊椎の中心位置を推定して特定すると共に、前記脊椎湾曲部位において前記二個の楕円の交点を結ぶ直線上から脊椎の中心位置を推定する脊椎位置推定手段と、
前記脊椎の中心位置に基づいて推定脊椎ラインを特定する推定脊椎ラインデータ形成手段と、
前記推定脊椎ラインと表示手段に供給する表示データ発生手段とを含むことを特徴とする請求項1に記載の脊椎湾曲症判定支援装置。 A double ellipse approximation means for specifying two ellipses by dividing the cross-sectional data and performing approximate calculation processing, respectively;
A spine position that estimates and specifies the center position of the spine on the short axis of the single ellipse in a normal part and estimates the center position of the spine from a straight line connecting the intersection points of the two ellipses in the spine curved part An estimation means;
Estimated spine line data forming means for specifying an estimated spine line based on the center position of the spine;
The spondylosis determination support apparatus according to claim 1, further comprising: the estimated spine line and display data generation means for supplying to the display means.
前記ドットパターンが投射されている状態の人体背面を異なる2方向から撮影した画像を出力する撮像手段と、
同時に撮像された前記画像よりドットパターンを構成する各ドットの空間位置を、三次元データとして出力する背面三次元化手段とを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の脊椎湾曲症判定支援装置。 Projection means for projecting a dot pattern on the back of the human body;
Imaging means for outputting an image obtained by photographing the back of the human body in a state where the dot pattern is projected from two different directions;
The spine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a back three-dimensionalization unit that outputs a spatial position of each dot constituting a dot pattern from the simultaneously imaged images as three-dimensional data. A curvature determination support device.
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