JP2020028310A - 足部判定システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被験者の足部の異常を簡便且つ定量的に判断することが出来て、且つ、足部の動きをも考慮して異常を判断することが出来る足部判定システム及び方法の提供。【解決手段】本発明の足部判定システム(100、101)は、(被験者Mが載る)撮影箇所(1:例えば台)と、当該撮影箇所(1)の周方向を相対的に等速移動する撮像装置(2、3)と、撮像装置(2、3)からの画像データ(静止画像データ、動画データ)が入力される解析装置(10)を備え、前記解析装置(10)は、画像データ(静止画像データ)に基づいて判断対象(例えば、被験者(M)の足裏から踵の上方、例えば膝下までの箇所:足部)の骨格モデルを作成する機能と、当該骨格モデルと画像データ(動画データ)に基づいて骨格モデルの動きを解析する機能を有している。【選択図】図1

Description

本発明は、人間の足裏から踵の上方の部位における異常の有無を判定する技術に関する。
足裏から踵の上方、例えば膝下までの箇所(以下、本明細書では「足部」と記載する)には、年齢や環境、その他の要因により、多様なタイプが存在している。
ここで、踵の外反、外反母趾、小指の変形等、歩行に困難を招く恐れがある程度まで変形している場合、すなわち足部に異常が存在する場合がある。
しかし、従来は、係る異常を簡便且つ定量的に判断する技術は存在しなかった。
上述した足部の異常は、被験者の足部における骨格から判定することが可能であり、骨格から異常の程度を数値化することが出来るが、いわゆるレントゲン写真の様な二次元的な画像では異常の有無の判断と正確な数値化は困難である。
CTスキャナーを用いても被験者の骨格を把握することは出来るが、CTスキャナーは全体の寸法が大きく、装置設置の初期費用が莫大である。それに加えて、被験者の足部の動きが制限されてしまうため、足部の動きによる解析が困難である。
その他の従来技術として、シート式の圧力センサを用いて歩行能力を評価する技術が存在する(特許文献1参照)。しかし、係る従来技術(特許文献1)は、人間の足裏から踵の上方の部位における異常の有無を判定することは出来ない。
特開2014−94070号公報
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、被験者の足部の異常を簡便且つ定量的に判断することが出来て、且つ、足部の動きをも考慮して異常を判断することが出来る足部判定システム及び方法の提供を目的としている。
本発明の足部判定システム(100、101)は、(被験者Mが載る)撮影箇所(1:例えば台)と、当該撮影箇所(1)の周方向を相対的に等速移動する撮像装置(2、3)と、撮像装置(2、3)からの画像データ(静止画像データ、動画データ)が入力される解析装置(10、11)を備え、前記解析装置(10、11)は、画像データ(静止画像データ)に基づいて判断対象(例えば、被験者(M)の足裏から踵の上方、例えば膝下までの箇所:足部)の骨格モデルを作成する機能と、当該骨格モデルと画像データ(動画データ)に基づいて骨格モデルの動きを解析する機能を有していることを特徴としている。
また本発明の足部判定方法は、撮影箇所(1:例えば台)上に対象物(例えば被験者Mの足部)を載置し対象物を動かす(例えば、被験者Mがベタ足の状態とつま先立ちの状態を繰り返す)工程と、当該撮影箇所(1)の周方向を相対的に等速移動する撮像装置(2、3)により動いている対象物を全周方向から撮影する工程と、撮像装置(2、3)からの画像データ(静止画像データ、動画データ)を解析装置(10、11)に入力し、画像データ(静止画像データ)に基づいて判断対象(例えば、被験者Mの足裏から踵の上方、例えば膝下までの箇所:足部)の骨格モデルを作成する工程と、当該骨格モデルと画像データ(動画データ)に基づいて骨格モデルの動きを解析する工程を有することを特徴としている。
ここで、(被験者Mが載る)撮影箇所(1:例えば台)と、当該撮影箇所(1)の周方向を相対的に等速移動する撮像装置(2、3)は、固定された撮影箇所(1)と、撮影箇所(1)と同心円状に配置された軌道(4:例えばレール)上を等速移動する撮像装置(2、3)との組み合わせを含む。ただし、固定された撮像装置(2、3)と、等速回転する撮影箇所(1:例えば台)との組み合わせも含む。
また、前記撮像装置(2)は、静止画像を撮影する機能と、動画を撮影する機能を有する光学装置(例えばカメラ)のが好ましい。
ただし、前記撮像装置(2)は、静止画像を撮影する機能を有する光学装置(例えばカメラ)と、動画を撮影する機能を有する光学装置(例えばカメラ)の組み合わせを含むことが出来る。
この場合、前記解析装置(10)は、画像データ(静止画像データ)に基づいて判断対象(例えば、被験者(M)の足裏から踵の上方、例えば膝下までの箇所:足部)の立体画像を作成する機能と、作成された立体画像と骨格のデータ(例えば、足部の骨格の各種データ)から骨格モデルを作成する機能を有するのが好ましい。
或いは、前記撮像装置(3)は、人体透過能を有する光線を照射する機能を有する装置(3A:例えば、X線照射装置)と、人体透過能を有する光線による画像(X線写真:レントゲン写真)を撮影する機能を有する装置(3B:例えばX線カメラ)の組み合わせであるのが好ましい。
この場合、前記解析装置(11)は、画像データ(X線写真データ)から判断対象(例えば、被験者(M)の足裏から踵の上方、例えば膝下までの箇所:足部)の骨格モデルを直接作成する機能を有しているのが好ましい。
上述の構成を具備する本発明によれば、撮影された静止画像に基づいて、且つ、既存の骨格モデルのデータを用いて、被験者(M)の足部の骨格モデル(立体的な足部の骨格の画像)を作成することが出来る。
そして骨格モデルを視認しつつ、異常の有無や数値化を行うことが出来るので、(この骨格モデルを用いることにより)静止画像及び動画のみでは判定することが出来なかった足部の異常を判断することが出来る。それと共に、(骨格モデルを用いて)異常個所における異常を数値化或いは定量化することが出来る。
さらに、骨格モデル及び撮影された動画を用いて骨格モデルにおける運動を解析することが出来る。
骨格モデルの動きを解析することにより、CTスキャン技術を適用するのと同様に、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を更に正確に判断することが出来る。そして、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を、より効果的に提示することが出来る。特に、小学生、中学生等、成長途中の段階の被験者であれば、適正な運動や器具により、各種異常が解消され、正常な状態になる可能性が高い。
本発明によれば、X線照射機構(3A)及びX線カメラ(3B)を用いることにより、被験者(M)の足部の全周方向から撮影したX線写真を容易に取得することが出来る。そして、当該X線写真により、CTスキャナーと同様に、被験者(M)の骨格モデルを容易に作成することが出来る。
そして、CTスキャナーとは異なり、被験者(M)の足部における骨格モデルにおける動きも解析することが出来るので、被験者(M)における異常の存在や、当該異常の定量的分析がより正確となり、被験者(M)に良好に適合した器具や運動を提示することが出来る。
また本発明によれば、人体透過能を有する光線等(例えば、いわゆる「X線」)を使用することなく、被験者(M)の足部を全周方向から撮影した静止画像を用いて立体画像を作成し、当該立体画像と動画により立体画像の動きを解析することが出来る。その結果、従来の二次元画像に基づく診断等に比較して、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を更に正確に判断することが出来る。
そして、立体画像と各種骨格データとを用いて、CTスキャン技術を用いた場合と同様に、被験者(M)の足部の骨格画像を得ることが出来る。いわゆる「X線」を使用しないので、オペレーター等が放射線による被爆をこうむる恐れがない。
本発明の第1実施形態を示す説明図である。 第1実施形態における解析装置を示す機能ブロック図である。 第1実施形態における制御を示すフローチャートである。 第1実施形態の変形例を示す説明図である。 本発明の第2実施形態の説明図である。 第2実施形態における解析装置を示す機能ブロック図である。 第2実施形態における制御を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図1、図2、図3を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。
図1において、第1実施形態に係る足部判定システム100は、被験者Mの両足を載置可能な撮影箇所である台1と、被験者Mの画像を撮影する撮像装置2(例えばカメラ:以下同じ)と、撮像装置2(カメラ)により撮影した被験者Mの画像データを解析する解析装置10を有している。
台1(撮影箇所)の周囲には、台1と同心円状にレール4が配置されている。このレール4上を、カメラ2が移動可能に設置されている。
明確には図示されていないが、カメラ2には駆動機構(走行機構)が設けられており、当該駆動機構(図示せず)により、矢印ARで示す様に、カメラ2はレール4上を等速移動する。ここで、不等速移動或いは断続的な移動等であっても良い。
カメラ2はレール4上を等速移動しながら、所定間隔(或いは所定時間)毎に、例えばカメラ2が同心円状のレール4の中心角が30°に対応する距離だけ移動する度毎に(レール4上を円周方向に12等分した円周方向間隔分だけカメラ2が移動する度毎に)、カメラ2はその瞬間における静止画像を撮影する。
図示はされていないが、カメラ2は台1の頂面に対して真横の位置(水平な位置:垂直方向について同一の位置)ではなく、水平方向から上方に約30°の位置から撮影するのが好ましい。動画についても同様である。台1の頂面に対して水平方向から上方に約30°の位置から撮影すれば、被験者Mの踝が撮影し易く、足の特徴点が取り易いからである。
また、台1の表面(特に頂面)は、足の特徴点を乱し難いようにするため、幾何学的な模様(例えば、いわゆる「モザイク模様」)が付されているのが好ましい。
ここでカメラ2は、静止画像を撮影する機能と共に、動画を撮影する機能を有している。
例えば、台1に載った被験者Mは、足裏を台に密着させた状態(いわゆる「ベタ足」の状態)と、踵を出来る限り上方に持ち上げた状態(いわゆる「つま先立ち」の状態)とを繰り返す。カメラ2は台1の周囲のレール4上を移動しながら静止画像を撮影しつつ、被験者Mが足裏を台に密着させた状態(ベタ足)と、踵を出来る限り上方に持ち上げた状態(つま先立ち)とを繰り返す様子を動画として撮影する。
図示はされていないが、台1における被験者Mの足のつま先に相当する部分を下方に移動可能に構成して、被験者Mがつま先を上げ下げする動作を静止画及び動画で撮影しても良い。つま先を上げ下げする動作は筋肉主導ではないので、骨格の異常を判定するのに好ましい。
ここで、静止画像を撮影するのと同時に動画を撮影する機能を有するカメラ2を1台用いることに代えて、複数台(例えば2台)のカメラを用意して、一方のカメラはレール4上を移動しつつ等間隔毎に静止画を撮影し、他方のカメラはレール4上を移動しつつ動画を撮影する様に構成しても良い。
また、上述の説明では、カメラ2が台1の周囲(のレール4上)を等速移動している旨が記載されているが、カメラ2を所定位置(定点)に固定して、台1を等速回転運動(すなわち、自転)させても良い。この場合も、不等速移動或いは断続的な移動等であっても良い。
カメラ2が撮影した静止画像データと動画データは、解析装置10に送信される。
ここで、図1で示す様に、カメラ2がレール4上に設置され、レール4上を移動しながら静止画像及び動画を撮影する場合には、カメラ2と解析装置10は無線で接続される。その場合、前記静止画像データと動画データは、無線によりカメラ2から解析装置10に送信される。図1においては、カメラ2と解析装置10は信号ラインSRが接続されているが、信号ラインSRは無線と有線の何れを含む趣旨であり、静止画像データ及び動画データは解析装置10へ無線或いは有線により送信される。
図示はされていないが、上記カメラ2を定点に固定して、台1を当該固定位置で等速回転運動(自転)させる場合には、前記静止画像データと動画データは有線(例えば信号伝達用ケーブル)で解析装置10に送ることが出来る。この場合も、無線でデータを送信することが可能である。
図1で示す解析装置10について、図2、図3を参照して説明する。
第1実施形態で用いられる解析装置10を示す図2(機能ブロック図)において、破線で囲んで示す解析装置10は、立体画像作成ブロック10A、立体画像運動解析ブロック10B、骨格モデル作成ブロック10C、骨格モデル運動解析ブロック10D、異常部位特定ブロック10E、異常部位定量化ブロック10F、記憶ブロック10F、比較ブロック10Hを有している。なお符号10I、10Oは、それぞれ入力側インターフェース、出力側インターフェースを示している。
解析装置10は、外部に配置された表示装置20と情報信号ラインIL16、IL19を介して接続されており、外部に配置された運動、器具決定装置30と情報信号ラインIL16〜17、IL19〜20を介して接続されている。
なお、図2において、各ブロック間で情報信号ラインILを介して授受される情報の種類を、静止画像データは符号「A」で示し、動画データは符号「B」で示し、立体画像データは符号「C」で示し、骨格モデルデータは符号「D」で示す。
立体画像作成ブロック10Aは、入力側インターフェース10I及び情報信号ラインIL1を介してカメラ2で撮影された静止画像データを受信し、当該静止画像データに基づいて、被験者Mの足部(足裏から踵の上方、例えば膝下に至る箇所)の立体画像を作成する機能を有している(図3のステップS3参照)。
静止画像データは、例えば被験者Mの足部(足裏から踵の上方、膝下に至る箇所)の静止画像であって、ベタ足の状態とつま先立ちの状態とその間の状態に係る画像である。つま先を上下動する間の画像をも含む。
立体画像作成ブロック10Aにおいて立体画像を作成するに際して、例えば、既存の(市販の)ソフトウェアが用いられる。そして、被験者Mの特質等を考慮して、ケース・バイ・ケースで処理しつつ作成する。
後述するその他のブロック(立体画像運動解析ブロック10B、骨格モデル作成ブロック10C、骨格モデル運動解析ブロック10D、異常部位特定ブロック10E、異常部位定量化ブロック10F、記憶ブロック10G、比較ブロック10H)においても立体画像作成ブロック10Aと同様に、被験者Mの特質等を考慮しつつ、既存の(市販の)ソフトウェアを用いて、ケース・バイ・ケースで処理しつつ、必要な処理を実行する。
立体画像作成ブロック10Aで作成された立体画像データは、情報信号ラインIL2を介して立体画像運動解析ブロック10Bに送信され、また情報信号ラインIL3を介して骨格モデル作成ブロック10Cに送信され、さらに情報信号ラインIL4を介して異常部位特定ブロック10Eに送信される。
立体画像運動解析ブロック10Bは、情報信号ラインIL2を介して立体画像作成ブロック10Aから立体画像データを受信すると共に、入力側インターフェース10I及び情報信号ラインIL5を介してカメラ2で撮影された動画データ(被験者Mが台1上でベタ足の状態とつま先立ちの状態を繰り返す動画のデータ、或いはつま先を上げ下げする運動を繰り返す動画のデータ)を受信し、当該立体画像データ、動画データに基づいて、立体画像の運動解析(例えば、かかとの上げ下げ、つま先の上げ下げの運動に異常があるか否かの判断)を行う機能を有している(図3のステップS6参照)。立体画像の動きを解析することにより、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を更に正確に判断することが出来る。
立体画像運動解析ブロック10Bで解析された立体画像の運動解析データは、情報信号ラインIL6を介して比較ブロック10Hに送信され、また情報信号ラインIL6から分岐した情報信号ラインIL7を介して骨格モデル運動解析ブロック10Dに送信される。
骨格モデル作成ブロック10Cは、情報信号ラインIL3を介して立体画像作成ブロック10Aから立体画像データを受信すると共に、情報信号ラインIL8を介して記憶ブロック10Gから骨格のデータ(例えば、既存の足部の骨格の各種データ)を受信し、当該立体画像データと骨格のデータに基づいて被験者の足部の骨格モデル(立体的な足部の骨格の画像)を作成する機能を有している(図3のステップS7参照)。
骨格モデル作成ブロック10Cで作成された骨格モデルデータは、情報信号ラインIL9を介して異常部位特定ブロック10Eに送信され、また情報信号ラインIL10を介して骨格モデル運動解析ブロック10Dに送信される。
骨格モデル運動解析ブロック10Dは、情報信号ラインIL10を介して骨格モデル作成ブロック10Cから骨格モデルデータを受信すると共に、入力側インターフェース10I及び情報信号ラインIL11を介してカメラ2で撮影された動画データを受信し、当該骨格モデルデータと動画データ(被験者Mが台1上でベタ足の状態とつま先立ちの状態を繰り返す動画、或いは、つま先を上下動するのを繰り返す動画)に基づいて骨格モデルの動きを解析する機能を有している(図3のステップS8参照)。骨格モデルの動きを解析するため、CTスキャナーとは異なり、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を更に正確に判断することが出来る。
なお、骨格モデル運動解析ブロック10Dが骨格モデルの動きを解析するために、前記骨格モデルデータと動画データに加えて、情報信号ラインIL6、IL7を介して立体画像運動解析ブロック10Bから立体の画像運動解析データを取得する場合がある。
骨格モデル運動解析ブロック10Dで解析された骨格モデルの運動解析データは、情報信号ラインIL12を介して比較ブロック10Hに送信される。
異常部位特定ブロック10Eは、入力側インターフェース10I及び情報信号ラインIL13を介して、カメラ2からの撮影された画像データ(静止画像データ及び動画データ:動画データは、被験者Mが台1上でベタ足の状態とつま先立ちの状態を繰り返す動画のデータ、或いはつま先の上下動を繰り返す動画のデータ)を受信し、当該画像データ(静止画像データ及び動画データ)に基づいて被験者Mの足部における異常の有無と異常部位を特定する機能を有している(図3のステップS5参照)。
異常部位特定ブロック10Eは、情報信号ラインIL4を介して立体画像作成ブロック10Aから立体画像データを受信し、前記画像データ(静止画像データ及び動画データ)に加えて当該立体画像データも参照して被験者Mの足部における異常の有無と異常部位を特定することも出来る(図3のステップS5参照)。
異常部位特定ブロック10Eは、情報信号ラインIL9を介して骨格モデル作成ブロック10Cから骨格モデルデータを受信し、当該骨格モデルデータも参照して被験者Mの足部における異常の有無と異常部位を特定することも出来る。この骨格モデルを用いることにより、静止画像及び動画のみでは判定することが出来なかった足部の異常を判断することが出来る。
異常部位特定ブロック10Eで特定された異常部位に関するデータは、情報信号ラインIL14を介して異常部位定量化ブロック10Fに送信される。
異常部位定量化ブロック10Fは、情報信号ラインIL14を介して異常部位特定ブロック10Eから異常部位に関するデータを受信し、当該異常部位に関するデータに基づいて異常部位における異常の程度を数値化、定量化する機能を有している。
ここで、異常部位定量化ブロック10Fは、入力側インターフェース10I、情報信号ラインIL13及び情報信号ラインIL13から分岐した情報信号ラインIL15を介して、カメラ2で撮影された画像データを受信して、当該画像データ(静止画像データ、動画)に基づいて異常部位における異常の程度の数値化、定量化を行う場合がある。
異常部位定量化ブロック10Fで決定された異常の程度の数値化、定量化に関するデータは、情報信号ラインIL16、出力側インターフェース10Oを介して表示装置20に送信されると共に、情報信号ラインIL16、出力側インターフェース10O、情報信号ラインIL17介して、運動、器具決定装置30に送信される。
記憶ブロック10Gには、正常な足部、骨格モデルのデータ(正常値データ:例えば、正常な骨格を有する者がベタ足の状態とつま先立ちの状態を繰り返す動画データ)が記憶されており、当該正常値データは情報信号ラインIL18を介して比較ブロック10Hに送信され、比較ブロック10Hによる比較に用いられる。
また記憶ブロック10Gには、例えば、既存の足部骨格の各種データが記憶されており、当該骨格データは情報信号ラインIL8を介して骨格モデル作成ブロック10Cに送信され、骨格モデル作成ブロック10Cによる骨格モデル作成に際して用いられる。
比較ブロック10Hは、情報信号ラインIL12を介して骨格モデル運動解析ブロック10Dからの骨格モデルの運動解析データを受信すると共に、情報信号ラインIL18を介して記憶ブロック10Gから正常な足部、骨格モデルの動画データ(正常値データ)を受信し、当該骨格モデルの運動解析データと正常値データを比較する機能を有している(図3のステップS9参照)。
また比較ブロック10Hは、情報信号ラインIL6を介して立体画像運動解析ブロック10Bからの立体画像の運動解析データを受信すると共に、情報信号ラインIL18を介して記憶ブロック10Gから正常な足部の動画データ(正常値データ)を受信し、当該立体画像の運動解析データと正常値データを比較する機能を有している。
比較ブロック10Hにおける骨格モデルの運動解析データと正常値データとの比較結果と、立体画像の運動解析データと正常値データとの比較結果は、情報信号ラインIL19、出力側インターフェース10Oを介して表示装置20に送信されると共に、情報信号ラインIL19、出力側インターフェース10O情報信号ラインIL20を介して運動、器具決定装置30に送信される。
表示装置20は、解析装置10の異常部位定量化ブロック10Fから送信された異常部位における異常の程度の数値化、定量化に関するデータを表示する機能を有している。
また表示装置20は、解析装置10の比較ブロック10Hから送信された比較結果を表示する機能を有している。
具体的には、「被験者の足部は異常か否か、異常の程度を定量的、数値化した結果」について、異常部位定量化ブロック10Fによる画像(静止画像、動画)解析結果、立体画像解析結果、骨格モデル解析結果と、比較ブロック10Hによる立体画像運動解析結果、骨格モデル運動解析結果が表示される。
運動、器具決定装置30は、解析装置10の比較ブロック10Hから送信された比較結果を受信し、当該比較結果に基づいて足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示する機能を有している(図3のステップS10参照)。
また運動、器具決定装置30は、解析装置10の異常部位定量化ブロック10Fから送信された異常部位における異常の程度の数値化、定量化に関するデータを受信し、当該データに基づいて足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示することも出来る。
運動、器具決定装置30では、各解析レベル(画像データ解析レベル、立体画像解析レベル、骨格モデル解析レベル、立体画像運動解析レベル、骨格モデル運動解析レベル)に応じて足部の異常を改善、治療、抑制するための器具や運動を提示することが出来る。
図2では明示されていないが、運動、器具決定装置30における上記提示を解析装置10にフィードバックすることが出来る。
図2で示す解析装置10の各種機能ブロック10A〜10Hは、コンピューター等の情報処理装置により構成される。ただし、各種機能ブロック10A〜10Hは、専門知識を有するオペレーターにより構成することも可能である。
また、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示する運動、器具決定装置30は、例えばコンピューターの様な情報処理機械で構成されているが、専門的な知識を持ったオペレーターを運動、器具決定装置30とすることが可能である。
次に、図1、図2で示す第1実施形態における制御を、主として図3を参照して説明する。
図3において、ステップS1では、カメラ2により被験者Mの足部(足裏から踵の上方、膝下に至る箇所)の静止画像を撮影する。そして、被験者Mが台1(撮影箇所、図1)上に載り、ベタ足の状態とつま先立ちで立つ状態(或いは、つま先を上げ下げする状態)を繰り返すのを撮影する。
ここで、ステップS1で静止画像を撮影するのと同時に、ステップS4で動画を撮影する。ステップS4については後述する。
静止画像、動画の撮影については、図1を参照して上述した態様で行う。
ステップS1の静止画像の撮影後、ステップS2に進む。
ステップS2では、ステップS1の静止画像の撮影が完了して、360度或いはレール4の全周に亘って撮影されたか否かを判断する。
静止画像の撮影が完了していなければ(ステップS2が「No」)、ステップS1に戻り、静止画像の撮影を続行する。静止画像の撮影が完了していれば(ステップS2が「Yes」)、ステップS3に進む。
ステップS3では、解析装置10の立体画像作成ブロック10A(図2)において、撮影した静止画像(ステップS1、S2)に基づいて、立体画像を作成する。
ステップS1で静止画像を撮影するのと同時に実行されるステップS4では、カメラ2により被験者Mの足部(足裏から踵の上方、膝下に至る箇所)の動画(被験者Mが台1上でベタ足の状態とつま先立ちの状態を繰り返す動画、或いは、つま先を上げ下げする動画)を撮影する。
動画撮影については、図1を参照して上述した通りである。
なお、ステップS4はステップS1と時間的に前後しても構わない。
ステップS5では、異常部位特定ブロック10E(図2)において、ステップS1、S2で撮影した静止画像及びステップS4で撮影した動画に基づいて、被験者Mの足部における異常の有無と異常部位を特定する。
またステップS5において、異常部位特定ブロック10Eにおいて、静止画像、動画に加えて、ステップS3で作成した立体画像を参照して、被験者Mの足部における異常の有無と異常部位を特定することも出来る。
さらにステップS5において、異常部位定量化ブロック10F(図2)により、異常部位特定ブロック10Eで特定した異常部位に関するデータに基づいて、静止画像と動画に基づいて、異常部位における異常の程度の数値化、定量化を行うことも出来る。
ステップS6では、立体画像運動解析ブロック10B(図2)において、ステップS3で作成した立体画像とステップS4で撮影した動画に基づいて、立体画像の運動解析を行う。
図3では明示されてはいないが、ステップS6における立体画像の運動解析の結果を、記憶ブロック10G(図2)に記憶される正常な足部の動画(正常値)と比較する(ステップS9参照)ことにより、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を明確することが可能である。
ステップS7では、骨格モデル作成ブロック10Cにおいて、ステップS3で作成された立体画像と記憶ブロック10Gに記憶される骨格のデータ(例えば、既存の足部の骨格の各種データ)より、被験者Mの足部の骨格モデル(立体的な足部の骨格の画像)を作成する。
またステップS7では、(ステップS1、S2で撮影した静止画像、ステップS4で撮影した動画に加えて)作成された骨格モデルを参照して、異常部位特定ブロック10Eにおいて被験者Mの足部における異常の有無と異常部位を特定した上、異常部位定量化ブロック10Fにおいて被験者Mの足部の異常部位における異常の程度の数値化、定量化を行う。
ステップS8では、骨格モデル運動解析ブロック10Dにおいて、ステップS7で作成した骨格モデルとステップS4で撮影した動画に基づいて骨格モデルの動きを解析する。なお、骨格モデルの運動解析に際しては、骨格モデルと動画に加えて、ステップS6で作成した立体画像の運動解析データを参照することが出来る。
ステップS9では、比較ブロック10Hにおいて、ステップS8で解析した骨格モデルの運動解析結果(解析データ)と記憶ブロック10Gに記憶される正常な骨格モデルの運動(動画データ、正常値)を比較する。
図3には明示されていないが、ステップS9における骨格モデルの運動と正常な骨格モデルの運動(正常値)の比較結果、ステップS5、ステップ7における被験者Mの足部の異常の有無と異常部位、異常部位における異常の程度の数値化、定量化の結果は、表示装置20(図2)に表示される。
ステップS10では、運動、器具決定装置30(図2)において、ステップS9の骨格モデルの運動と正常な足部の運動(正常値)の比較結果に基づいて、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示する。
図3には明示されていないが、運動、器具決定装置30において、ステップS5、ステップ7の異常部位における異常の程度の数値化、定量化の結果に基づいて、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示することも出来る。
図示の第1実施形態に係る足部判定システム100及び方法によれば、撮影された静止画像に基づいて被験者Mの足部の立体画像を作成し、当該立体画像と既存の骨格モデルのデータを用いて、被験者Mの足部の骨格モデル(立体的な足部の骨格の画像)を作成することが出来る。
そして骨格モデルを視認しつつ、異常の有無、異常部位の特定、数値化を行うことが出来るので、静止画像及び動画のみでは判定することが出来なかった足部の異常を判断することが可能になる。それと共に、(骨格モデルを用いて)異常個所における異常を数値化或いは定量化することが出来る。
また、撮影された静止画像及び動画に基づいて、立体画像を参照して、被験者Mの足部における異常の有無、異常部位を特定、数値化、定量化することが出来る。
また第1実施形態によれば、骨格モデル及び撮影された動画(被験者Mが台1上でベタ足の状態とつま先立ちの状態を繰り返す動画、或いは、つま先を上げ下げする動画)に基づいて、骨格モデルにおける運動を解析することが出来る。そして骨格モデルの動きを解析し、正常な運動と比較することにより、CTスキャン技術を適用するのと同様に、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を更に正確に判断することが出来る。
その結果、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を、従来の二次元的なデータに基づいた場合に比較してより効果的に提示することが出来る。
さらに第1実施形態によれば、立体画像データ、動画データを用いて立体画像における運動を解析することが出来る。
立体画像の動きを解析し、正常な運動と比較することにより、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を判断することが出来る。そして異常が存在する場合には、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示することが出来る。
また、上述した様に、骨格モデル、撮影された静止画像、動画、立体画像に基づいて被験者Mの足部における異常の有無、異常部位を特定、数値化、定量化することが出来るので、当該特定された異常部位のデータ、異常部位における数値化、定量化されたデータを用いて、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を、提示することが出来る。
さらに第1実施形態によれば、人体透過能を有する光線等(例えば、いわゆる「X線」)を使用することなく、被験者Mの足部を全周方向から撮影した静止画像を用いて立体画像を作成し、当該立体画像と動画により立体画像の動きを解析することが出来る。その結果、従来の二次元画像に基づく診断等に比較して、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を更に正確に判断することが出来る。
そして、立体画像を用いて、CTスキャン技術を用いた場合と同様に、被験者Mの足部の骨格画像を得ることが出来る。この場合、いわゆる「X線」を用いた場合とは異なり、放射性物質を取り扱う必要がないので、オペレーター等の被爆という問題は生じない。
次に図4を参照して、図1、図2、図3で示す第1実施形態の変形例を説明する。
図1、図2、図3で示す第1実施形態では、台1周りをカメラ2が移動するか、或いは、カメラ2を定点に固定して、台1が回転することにより、1台或いは複数台(例えば2台)のカメラにより、被験者Mの足部の全周(例えば、中心角30°ずつ変化した円周状の等間隔に配置された12か所)における静止画像と動画を撮影している。
それに対して、図4の変形例では、カメラ2或いは台1(台上の被験者Mの足部)は回転することなく固定されており(台1とカメラ2の相対的に位置が変化しない状態にされており)、円周状の等間隔に固定して配置された複数のカメラ(例えば、中心角θ=30°ずつ円周方向等間隔に配置された12台のカメラ)を有している。
換言すれば、図4の変形例では、動いているのは台1上の被験者Mのみであり、被験者Mは、第1実施形態と同様に、足裏を台に密着させた状態と、つま先立ちの状態とを繰り返す(或いは、つま先を上げ下げするのを繰り返す)。
図4における符号4Aは円周方向に延在する仮想線であり、仮想線4A上を等間隔に12台のカメラ2が配置されている。なお図4では、解析装置10(図1参照)の図示を省略している。
図4の変形例では、複数台(例えば12台)のカメラの全てが静止画像を撮影し、動画を撮影する。そのため、カメラ2を台1と同心円状に移動させるために配置するレール4(図1)や駆動機構(走行機構)は不要である。
図4の変形例におけるその他の構成と作用効果については、図1、図2、図3で示す第1実施形態と同様である。
図5〜図7を参照して、本発明の第2実施形態を説明する。
図1〜図4の第1実施形態で使用されるカメラ2は、静止画像或いは動画を撮影する能力を有しているが、人体透過能を有する光線等を用いた撮像は出来ない。
それに対して図5〜図7の第2実施形態では、人体透過能を有する光線等、例えば、いわゆる「X線」等を用いて被験者の足部の骨格写真を撮影している。
以下、図5〜図7の第2実施形態について、主として、図1〜図4の第1実施形態とは異なる点を説明する。なお、図5〜図7の第2実施形態において、図1〜図4の第1実施形態と同様の部品には同一の符号を付して説明する。
図5において、第2実施形態に係る足部判定システム101は、被験者Mが両足を載せることが出来る様に構成された台1、被験者Mの画像を撮影する撮像装置3(X線照射機構3AとX線カメラ3B)、撮像装置3により撮影した被験者Mの画像データを解析する解析装置11を有している。ここで、撮像装置3は、人体透過能を有する光線を照射する機能を有する装置3A(X線照射機構)と、人体透過能を有する光線による画像(X線写真:レントゲン写真)を撮影する機能を有する装置3B(X線カメラ)の組み合わせで構成されている。
図示はされていないが、図5の第2実施形態においても、撮像装置3(3A、3B)は台1の頂面に対して真横の位置(水平な位置:垂直方向について同一の位置)ではなく、水平方向から上方に約30°の位置から撮影するのが好ましい。動画についても同様である。台1の頂面に対して水平方向から上方に約30°の位置から撮影すれば、被験者Mの踝が撮影し易く、足の特徴点が取り易いからである。
第2実施形態では、台1の表面(特に頂面)に幾何学的な模様を付す必要はない。
台1の周辺には台1と同心円状にレール4が配置されており、レール4上には、X線照射機構3AとX線カメラ3Bが移動可能に設けられている。X線照射機構3AとX線カメラ3Bには駆動機構(走行機構)がついており、当該駆動機構により、X線照射機構3AとX線カメラ3Bはレール4上を等速で移動する(矢印AR)。第2実施形態においても、係る移動は等速移動に限定されるものではなく、不等速移動或いは断続的な移動等であっても良い。
ここで、X線照射機構3AとX線カメラ3Bの相対位置は、レール4上において、台1を中心として点対称となっている。そのため、X線照射機構3AからX線を照射すると、X線カメラ3Bにより、台1上に載った被験者Mの足部(足裏から踵の上方、例えば膝下に至る箇所)のX線写真が撮影される。
図1〜図4の第1実施形態と同様に、所定間隔毎に、例えばX線照射機構3AとX線カメラ3Bが同心円状のレール4の中心角が30°に対応する距離だけ移動する度毎に、すなわちレール上を12等分する円周方向間隔だけX線照射機構3AとX線カメラ3Bが移動する度毎に、X線照射機構3AとX線カメラ3Bはその瞬間におけるX線写真(静止画像)を撮影することが出来る。
そしてX線カメラ3Bは静止画像であるX線写真を撮影すると共に、通常の動画を撮影する機能を有している。
例えば、台1に載った被験者Mは、足裏を台に密着させた状態(いわゆる「ベタ足」の状態)と、踵を出来る限り上方に持ち上げた状態(いわゆる「つま先立ち」の状態)とを繰り返す。
X線照射機構3AとX線カメラ3Bは台1の周囲のレール4上を移動して静止画像であるX線写真を撮影しつつ、被験者Mが足裏を台に密着させた状態(ベタ足)と、踵を出来る限り上方に持ち上げた状態(つま先立ち)とを繰り返す様子を動画として撮影する。
図示はされていないが、第2実施形態においても、台1における被験者Mの足のつま先に相当する部分を下方に移動可能に構成して、被験者Mがつま先を上げ下げする動作をX線写真及び動画で撮影しても良い。
ここで、静止画像であるX線写真を撮影するのと同時に動画を撮影する機能を有するX線カメラ3Bを1台用いることに代えて、X線以外の動画撮影用のカメラをもう1台設けることも出来る。その場合には、X線照射機構3AとX線カメラ3Bがレール4上を移動して等間隔毎にX線写真を撮影し、他方のカメラはレール上を移動しつつ動画を撮影する様に構成される。
また上述の説明では、X線照射機構3AとX線カメラ3B(及び動画撮影用カメラ)が台1の周囲を等速移動している旨が記載されているが、X線照射機構3AとX線カメラ3B(及び動画撮影用カメラ)を定点に固定して、台1を当該固定位置で等速回転運動(すなわち、自転)させても良い。この場合も、不等速移動或いは断続的な移動等であっても良い。
撮像装置3(X線照射機構3AとX線カメラ3B)が撮影した静止画像であるX線写真データと動画データは、解析装置11に送信される。
ここで、図5で示す様に、X線照射機構3AとX線カメラ3Bがレール4上に設置され、レール4上を移動しながらX線写真及び動画を撮影する場合には、X線照射機構3AとX線カメラ3Bと解析装置11は無線で接続され、前記X線写真データと動画データは無線によりX線カメラ3Bから解析装置11に送信される。図5では、X線写真データと動画データが解析装置11に送信されるイメージを信号ラインSRで示している。
一方、図示はされていないが、上記X線照射機構3AとX線カメラ3Bを定点に固定して、台1を当該固定位置で等速回転運動(自転)させる場合には、X線写真データと動画データは有線(例えば信号伝達用ケーブル)で解析装置11に送ることも可能である。もちろん、無線により解析装置11にX線写真データと動画データを送信することも出来る。
図5で示す解析装置11について、図6、図7を参照して説明する。
第1実施形態では、被験者Mの画像を撮影するのに人体透過能を有する光線等は使用していない。それに対して図6、図7の第2実施形態では、X線照射機構3A及びX線カメラ3Bを用いて被験者の足首のX線写真を撮影している。
そのため第2実施形態では、被験者Mの足部の全周方向から撮影した当該X線写真により、被験者Mの骨格モデルを直接に作成することが出来、さらに当該骨格モデルの運動解析を行うことで、足部の異常の有無或いは足部異常の存在する箇所を正確に判断することが出来る。したがって、第2実施形態の解析装置11では、第1実施形態の解析装置10における立体画像作成ブロック10A、立体画像運動解析ブロック10Bに相当するブロックを有していない。
第2実施形態における解析装置11の機能ブロックを示す図6において、解析装置11(破線で囲まれた部分)は、骨格モデル作成ブロック11A、骨格モデル運動解析ブロック11B、異常部位特定ブロック11C、異常部位定量化ブロック11D、記憶ブロック11E、比較ブロック10Fを有する。なお符号11I、11Oは、それぞれ入力側インターフェース、出力側インターフェースを示している。
また、解析装置11は、外部に配置された表示装置21と情報信号ラインIL29、IL32を介して接続されており、運動、器具決定装置31と情報信号ラインIL29〜30、IL32〜33を介して接続されている。
なお、図6において、各ブロック間で情報信号ラインILを介して授受される情報は、X線写真データは符号「A」で示し、動画データは符号「B」で示し、骨格モデルデータは符号「D」で示す。
骨格モデル作成ブロック11Aは、入力側インターフェース11I及び情報信号ラインIL21を介してX線カメラ3Bで撮影されたX線写真データを受信し、当該X線写真に基づいて被験者Mの足部(足裏から踵の上方、例えば膝下に至る箇所)の骨格モデルを作成する機能を有する(図7のステップS13参照)。
骨格モデル作成ブロック11Aにおいて骨格モデルを作成する際には、既存、市販のソフトウェアを用いて、被験者Mの特質等を考慮して、ケース・バイ・ケースで作成する。
図6で示す解析装置11の各種機能ブロック11A〜11Fは、コンピューター等の情報処理装置により構成される。ただし、各種機能ブロック11A〜11Fは、専門知識を有するオペレーターにより構成することも可能である。
また、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示する運動、器具決定装置31は、例えばコンピューターの様な情報処理機械で構成されているが、専門的な知識を持ったオペレーターが運動、器具決定装置31としての機能を発揮することが可能である。
図6においても明示されてはいないが、運動、器具決定装置31における上記提示を解析装置11にフィードバックすることが出来る。
次に、第2実施形態における制御を、主として図7を参照して説明する。
上述した様に第2実施形態では、立体画像を作成しないので、図3におけるステップS3、S6に相当する処理は実行しない。
図7において、ステップS11では、X線照射機構3AとX線カメラ3Bにより被験者Mの足部(足裏から踵の上方、膝下に至る箇所)のX線写真(静止画像)を撮影する。
ステップS12では、X線写真の撮影が360度に亘って撮影されたか否かを判断する。
X線写真の撮影が360度に亘って完了していなければ(ステップS12が「No」)、ステップS11に戻る。360度に亘って完了していれば(ステップS12が「Yes」)、ステップS13に進む。ステップS13では、解析装置11の骨格モデル作成ブロック11A(図6)において、ステップS11、S12で撮影したX線写真(被験者Mが位置する台1と同心円状のレール4全周から撮影)に基づき、骨格モデルを作成する。
図7において、ステップS11と同時に、或いは若干の時間差を伴って行われるステップS14では、X線照射機構3AとX線カメラ3B(及び動画撮影用カメラ)により被験者Mの足部(足裏から踵の上方、膝下に至る箇所)の動画を撮影する。そしてステップS15に進む。
ステップS15では、異常部位特定ブロック11C(図6)において、ステップS11、S12で撮影したX線写真とステップS14で撮影した動画に基づき、或はステップS13で作成した骨格モデルに基づき、被験者Mの足部における異常の有無と異常部位を特定する。
またステップS15では、異常部位定量化ブロック11D(図6)において、異常部位特定ブロック11Cで特定した異常部位に関するデータに基づき、或いは直接X線写真と動画に基づき、異常部位における異常の程度の数値化、定量化を行う。そしてステップS16に進む。
ステップS16では、骨格モデル運動解析ブロック11Bにおいて、ステップS13で作成した骨格モデルとステップS14で撮影した動画に基づいて骨格モデルの動きを解析する。そしてステップS17に進む。
ステップS17では、比較ブロック11Fにおいて、ステップS16で解析した骨格モデルの運動解析結果(解析データ)と記憶ブロック11Eに記憶される正常な骨格モデルの運動(動画データ、正常値)を比較する。そしてステップS18に進む。
図7には明示されないが、ステップS17における骨格モデルの運動と正常な骨格モデルの運動(正常値)の比較結果、ステップS15における被験者Mの足部の異常の有無と異常部位、異常部位における異常の程度の数値化、定量化の結果は、表示装置21(図6)に表示される。
ステップS18では、運動、器具決定装置31(図6)において、ステップS17の骨格モデルの運動と正常な足部の運動(正常値)の比較結果に基づき、或いは、ステップS15の異常部位における異常の程度の数値化、定量化の結果に基づき、足部の異常を改善、治療、抑制するのに好適な器具や運動を提示する。
図示の第2実施形態に係る足部判定システム101及び方法によれば、X線照射機構3A及びX線カメラ3Bを用いているので、被験者Mの足部の全周方向から撮影したX線写真を容易に取得することが出来る。そして、当該X線写真により、CTスキャナーを用いた場合と同様に、被験者Mの骨格モデルを直接、容易に作成することが出来る。
そして、CTスキャナーとは異なり、被験者Mの足部における骨格モデルにおける動きも解析することが出来るので、被験者Mにおける異常の存在や、当該異常の定量的分析がより正確となり、被験者Mに良好に適合した器具や運動を提示することが出来る。
図5〜図7の第2実施形態におけるその他の構成と作用効果については、図1〜図4で示す第1実施形態と同様である。
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
例えば、図示の実施形態ではレール上を撮像装置(カメラ等)が移動するタイプが示されているが、レール上を撮像装置が移動しないタイプ、例えば、撮像装置が地上から浮遊し或いは飛行して移動するタイプも、本発明では適用可能である。
1・・・台(撮影箇所)
2・・・カメラ(撮像装置)
3・・・X線照射装置、X線カメラの組合せ(撮像装置)
3A・・・X線照射装置
3B・・・X線カメラ
4・・・レール
10、11・・・解析装置
10A・・・立体画像作成ブロック
10B・・・立体画像運動解析ブロック
10C・・・骨格モデル作成ブロック
10D・・・骨格モデル運動解析ブロック
10E・・・異常部位特定ブロック
10F・・・異常部位定量化ブロック
10G・・・記憶ブロック
10H・・・比較ブロック
10I・・・入力側インターフェース
10O・・・出力側インターフェース
11A・・・骨格モデル作成ブロック
11B・・・骨格モデル運動解析ブロック
11C・・・異常部位特定ブロック
11D・・・異常部位定量化ブロック
11E・・・記憶ブロック
11F・・・比較ブロック
11I・・・入力側インターフェース
11O・・・出力側インターフェース
20、21・・・表示装置
30、31・・・運動、器具決定装置
100、101・・・足部判定システム
IL1〜IL33・・・情報信号ライン
M・・・被験者
SR・・・信号ライン

Claims (7)

  1. 撮影箇所と、当該撮影箇所の周方向を相対的に等速移動する撮像装置と、撮像装置からの画像データが入力される解析装置を備え、前記解析装置は、画像データに基づいて判断対象の骨格モデルを作成する機能と、当該骨格モデルと画像データに基づいて骨格モデルの動きを解析する機能を有していることを特徴とする足部判定システム。
  2. 前記撮像装置は、静止画像を撮影する機能と、動画を撮影する機能を有している請求項1の足部判定システム。
  3. 前記解析装置は、画像データに基づいて判断対象の立体画像を作成する機能と、作成された立体画像と骨格のデータから骨格モデルを作成する機能を有する請求項2の足部判定システム。
  4. 前記撮像装置は、人体透過能を有する光線を照射する機能を有する装置と、人体透過能を有する光線による画像を撮影する機能を有する装置の組み合わせである請求項1の足部判定システム。
  5. 撮影箇所上に対象物を載置し対象物を動かす工程と、当該撮影箇所の周方向を相対的に等速移動する撮像装置により動いている対象物を全周方向から撮影する工程と、撮像装置からの画像データを解析装置に入力し、画像データに基づいて判断対象の骨格モデルを作成する工程と、当該骨格モデルと画像データに基づいて骨格モデルの動きを解析する工程を有することを特徴とする足部判定方法。
  6. 前記撮像装置は、静止画像を撮影する機能と動画を撮影する機能を有しており、画像データに基づいて判断対象の立体画像を作成する工程と、作成された立体画像と骨格のデータから骨格モデルを作成する工程を有する請求項5の足部判定方法。
  7. 前記撮像装置は、人体透過能を有する光線を照射する機能を有する装置と、人体透過能を有する光線による画像を撮影する機能を有する装置の組み合わせであり、画像データから判断対象の骨格モデルを直接作成する工程を有している請求項5の足部判定方法。
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