JP4512833B2 - 物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
この出願の発明は、物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、2次元X線写真を用い、物体内の特定部位の方向あるいは位置を精度良く決定する新規な物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
一般に、物体内の特定部位の位置や方向を物体外部から決定することが望まれる場合がある。医療における具体的な例として、口腔外科の施術におけるオトガイ孔への注射がある。オトガイ孔とは頭蓋骨にある直径数ミリの孔で、その孔には神経が通過しているが、ある治療において、注射によってオトガイ孔へ薬剤を注入する必要が生じる。その注射のためにはオトガイ孔の位置や方向を物体表面(この場合は皮膚の表面)から特定する必要があるが、通常のX線写真(レントゲン写真)では内部組織の2次元的形状を相対的にしか知ることができない。
身体を含め,物体内部の特定部位の3次元計測が可能な装置としてはCT装置があるが、CT装置は非常に高価な装置であり、ここで例として考えている用途の場合、測定に要する手間や患者へのX線被曝量も多いという問題がある。
一方、特開昭58−65142号公報には、正面像と側面像をそれぞれX線で撮像するX線撮像装置を設け、両画像をディスプレイに表示させ、ライトペンにより関心領域を指示し、その関心領域の楕円状正面像及び回転楕円状側面像を表示させ、関心領域のおおよその形状、位置を立体的に把握する画像診断装置が開示されている。
また、特開平3−10151号公報には、被検査対象物を所定速度で移動させて、異なる方向からX線を照射し、被検査対象物を透過したX線の画像信号に基づいて被測定対象物の欠陥箇所を3次元的に検査する物体検査装置が開示されている。
また、特開平7−92111号公報には、被検査対象物を固定し、X線源を移動させて2箇所からX線を透過させてX線の透過量の違いを利用して被検査対象物の欠陥部の深さを検出する欠陥検査装置が開示されている。
さらに、特開平9−187448号公報には、複数方向からX線画像を撮像し、それらのX線画像から被検体の血管や心臓等の診断部位の定量解析を行い、奥行き方向の変動による誤差を考慮して診断部位の立体的把握を行うようにしたX線画像診断装置が開示されている。
身体を含め,物体内部の特定部位の3次元計測が可能な装置としてはCT装置があるが、CT装置は非常に高価な装置であり、ここで例として考えている用途の場合、測定に要する手間や患者へのX線被曝量も多いという問題がある。
一方、特開昭58−65142号公報には、正面像と側面像をそれぞれX線で撮像するX線撮像装置を設け、両画像をディスプレイに表示させ、ライトペンにより関心領域を指示し、その関心領域の楕円状正面像及び回転楕円状側面像を表示させ、関心領域のおおよその形状、位置を立体的に把握する画像診断装置が開示されている。
また、特開平3−10151号公報には、被検査対象物を所定速度で移動させて、異なる方向からX線を照射し、被検査対象物を透過したX線の画像信号に基づいて被測定対象物の欠陥箇所を3次元的に検査する物体検査装置が開示されている。
また、特開平7−92111号公報には、被検査対象物を固定し、X線源を移動させて2箇所からX線を透過させてX線の透過量の違いを利用して被検査対象物の欠陥部の深さを検出する欠陥検査装置が開示されている。
さらに、特開平9−187448号公報には、複数方向からX線画像を撮像し、それらのX線画像から被検体の血管や心臓等の診断部位の定量解析を行い、奥行き方向の変動による誤差を考慮して診断部位の立体的把握を行うようにしたX線画像診断装置が開示されている。
しかしながら、特開昭58−65142号公報の手法は、身体内の関心部位を含むように正面及び側面から撮影したX線写真の画像信号に基づいて関心部位を立体的に把握するもので、関心部位の形状や位置のおおよその把握はできるものの、上記のようなオトガイ孔への注射等のために身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
また、特開平3−10151号公報の手法は、セラミック基板の欠陥等を検査するものであり、被検査対象物を一定速度で移動させてX線を照射するため、身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
また、特開平7−92111号公報の手法は、プラント等における欠陥の非破壊検査を行うためのもので被曝量の問題もあり、やはり身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
さらに、特開平9−187448号公報の手法は、血管や心臓等の疾患の程度を把握するため、2方向からX線撮影して得た画像を基に、奥行き方向の補正を行い、診断部位の状態を3次元的に把握するものであるが、上記のようなオトガイ孔への注射等のために、物体表面の基準位置に対する身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、物体表面(皮膚)上の基準位置に対するオトガイ孔の方向や位置のような特定部位の3次元情報を安価に、測定に要する手間や患者へのX線照射量を極力抑えて、精度良く決定することができる物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを課題とする。
また本特許の技術は身体内部ばかりでなく,一般の物体の内部計測に対しても利用できる。したがって一般物体の特定部位の位置を計測する簡便な方法を提供することも本特許で解決しようとする課題である。
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第1には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、及び、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第5の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第2には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第5の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第6の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第3には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第6の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
第4には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第6の演算部、及び、第6の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第7の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第5には、上記第1又は第2の発明において、さらにX線撮像装置を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第6には、上記第1から第5のいずれかの発明において、X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像を行うことを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第7には、上記第1から第6のいずれかの発明において、基準物体が、同じ大きさの正方形の物体表面枠と正方形のフィルム枠もしくはフィルム位置基準枠を有することを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第8には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、及び、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像に対する物体内部位の方向を決定する第5の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第9には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第5の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第6の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第10には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第6の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第11には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第6の演算部、及び、第6の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第7の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第12には、上記第8から第11のいずれかの発明において、X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第13には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像の入力を受け付ける手順A、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順B、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順C、手順Aで求めた投影倍率と、手順Bで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順D、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順E、及び、手順Dで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Eで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を求める手順Fを実行させるためのプログラムを提供する。
また、第14には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で異なる方向から物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像の入力を受け付ける手順A、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順B、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順C、手順Bで求めた投影倍率と、手順Cで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順D、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順E、手順Dで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Eで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順F、及び、手順Fで求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する手順Gを実行させるためのプログラムを提供する。
また、第15には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像の入力を受け付ける手順A、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する手順B、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順C、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める手順D、手順Bで求めた投影倍率と、手順Cで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順E、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順F、及び、手順Eで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Fで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する手順Gを実行するためのプログラムを提供する。
また、第16には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像の入力を受け付ける手順A、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する手順Bと、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順C、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順D、手順Cで求めた投影倍率と、手順Dで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順E、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順F、手順Eで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Fで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順G、及び、手順Gで求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する手順Hを実行するためのプログラムを提供する。
また、第17には、上記第13から第16のいずれかの発明において、X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とするプログラムを提供する。
さらに、第18には、上記第13から第17のいずれかの発明のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
この出願の発明によれば、1枚の2次元X線写真と基準物体を用いて身体内の特定部位の像に対する身体内部の特定部位の方向を、安価に、測定に要する手間や患者へのX線照射量を極力抑えて、精度良く決定することが可能となる。
また、この出願の発明によれば、2枚以上の2次元X線写真と基準物体を用いて身体内の特定部位の像に対する身体内部の特定部位の3次元位置を、安価に、測定に要する手間や患者へのX線照射量を極力抑えて、精度良く決定することが可能となる。
さらにこの出願の発明によれば、1枚の2次元X線写真と基準物体を用いて一般物体内の特定部位の像に対する物体内部の特定部位の方向を、また2枚以上の2次元X線写真と基準物体を用いて物体内の特定部位の像に対する物内部の特定部位の3次元位置を、簡便に計測することが可能となる。
また、特開平3−10151号公報の手法は、セラミック基板の欠陥等を検査するものであり、被検査対象物を一定速度で移動させてX線を照射するため、身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
また、特開平7−92111号公報の手法は、プラント等における欠陥の非破壊検査を行うためのもので被曝量の問題もあり、やはり身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
さらに、特開平9−187448号公報の手法は、血管や心臓等の疾患の程度を把握するため、2方向からX線撮影して得た画像を基に、奥行き方向の補正を行い、診断部位の状態を3次元的に把握するものであるが、上記のようなオトガイ孔への注射等のために、物体表面の基準位置に対する身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、物体表面(皮膚)上の基準位置に対するオトガイ孔の方向や位置のような特定部位の3次元情報を安価に、測定に要する手間や患者へのX線照射量を極力抑えて、精度良く決定することができる物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを課題とする。
また本特許の技術は身体内部ばかりでなく,一般の物体の内部計測に対しても利用できる。したがって一般物体の特定部位の位置を計測する簡便な方法を提供することも本特許で解決しようとする課題である。
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第1には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、及び、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第5の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第2には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第5の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第6の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第3には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第6の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
第4には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第6の演算部、及び、第6の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第7の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第5には、上記第1又は第2の発明において、さらにX線撮像装置を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第6には、上記第1から第5のいずれかの発明において、X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像を行うことを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第7には、上記第1から第6のいずれかの発明において、基準物体が、同じ大きさの正方形の物体表面枠と正方形のフィルム枠もしくはフィルム位置基準枠を有することを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第8には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、及び、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像に対する物体内部位の方向を決定する第5の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第9には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第5の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第6の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第10には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第6の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第11には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第6の演算部、及び、第6の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第7の演算部を有する演算装置;を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第12には、上記第8から第11のいずれかの発明において、X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第13には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像の入力を受け付ける手順A、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順B、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順C、手順Aで求めた投影倍率と、手順Bで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順D、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順E、及び、手順Dで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Eで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を求める手順Fを実行させるためのプログラムを提供する。
また、第14には、物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で異なる方向から物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像の入力を受け付ける手順A、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順B、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順C、手順Bで求めた投影倍率と、手順Cで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順D、2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順E、手順Dで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Eで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順F、及び、手順Fで求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する手順Gを実行させるためのプログラムを提供する。
また、第15には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像の入力を受け付ける手順A、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する手順B、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順C、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める手順D、手順Bで求めた投影倍率と、手順Cで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順E、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順F、及び、手順Eで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Fで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する手順Gを実行するためのプログラムを提供する。
また、第16には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像の入力を受け付ける手順A、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する手順Bと、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順C、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順D、手順Cで求めた投影倍率と、手順Dで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順E、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順F、手順Eで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Fで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順G、及び、手順Gで求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する手順Hを実行するためのプログラムを提供する。
また、第17には、上記第13から第16のいずれかの発明において、X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とするプログラムを提供する。
さらに、第18には、上記第13から第17のいずれかの発明のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
この出願の発明によれば、1枚の2次元X線写真と基準物体を用いて身体内の特定部位の像に対する身体内部の特定部位の方向を、安価に、測定に要する手間や患者へのX線照射量を極力抑えて、精度良く決定することが可能となる。
また、この出願の発明によれば、2枚以上の2次元X線写真と基準物体を用いて身体内の特定部位の像に対する身体内部の特定部位の3次元位置を、安価に、測定に要する手間や患者へのX線照射量を極力抑えて、精度良く決定することが可能となる。
さらにこの出願の発明によれば、1枚の2次元X線写真と基準物体を用いて一般物体内の特定部位の像に対する物体内部の特定部位の方向を、また2枚以上の2次元X線写真と基準物体を用いて物体内の特定部位の像に対する物内部の特定部位の3次元位置を、簡便に計測することが可能となる。
図1は、この出願の発明の第1の実施形態の物体内部位置計測システムにおける基準物体と、X線撮像の手法と、設定された3次元空間の説明図である。
図2は、基準物体の物体表面枠及びフィルム枠と、X線フィルム、X線源、物体内の特定部位R、X線フィルム上の前記特定部位Rの像R’の関係を示す側面図である。
図3は、この出願の第1の実施形態の物体内部位計測システムにおける演算装置のハードウェア概略構成を示すブロック図である。
図4は、上記演算装置の処理部の構成を示すブロック図である。
図5は、基準物体の物体表面枠の像の投影倍率s及びX線源の位置を求めるための説明図である。
図6は、図4の演算装置の処理部の演算処理の手順を示すフローチャートである。
図7は、この出願の第2の実施形態の物体内部位計測システムにおける演算装置の処理部の構成を示すブロック図である。
図8は、図7の演算装置の処理部の演算処理の手順を示すフローチャートである。
図9は、X線源と、基準物体と、X線フィルムと、X線フィルムを基準物体のフィルム位置基準枠に密着させて置いたときの基準面との関係を示す図である。
図10は、2次元射影変換による像の変換の概念図である。
図2は、基準物体の物体表面枠及びフィルム枠と、X線フィルム、X線源、物体内の特定部位R、X線フィルム上の前記特定部位Rの像R’の関係を示す側面図である。
図3は、この出願の第1の実施形態の物体内部位計測システムにおける演算装置のハードウェア概略構成を示すブロック図である。
図4は、上記演算装置の処理部の構成を示すブロック図である。
図5は、基準物体の物体表面枠の像の投影倍率s及びX線源の位置を求めるための説明図である。
図6は、図4の演算装置の処理部の演算処理の手順を示すフローチャートである。
図7は、この出願の第2の実施形態の物体内部位計測システムにおける演算装置の処理部の構成を示すブロック図である。
図8は、図7の演算装置の処理部の演算処理の手順を示すフローチャートである。
図9は、X線源と、基準物体と、X線フィルムと、X線フィルムを基準物体のフィルム位置基準枠に密着させて置いたときの基準面との関係を示す図である。
図10は、2次元射影変換による像の変換の概念図である。
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
まず、この出願の発明による第1の実施形態の物体内部位計測システムについて述べる。この物体内部位計測システムは、基準物体と演算装置を有しており、基準物体の所定の点を原点とする3次元直交座標系を設定し、物体表面の基準位置(X線像中の特定部位の像の位置)に対する物体内の特定部位の方向を求めるものである。
図1に示すように、基準物体(1)は、互いに離間した2つの枠(2)と(3)を有するものであり、一方の枠(2)は物体表面に密着させる枠であり、他方の枠(3)はX線フィルムを密着させる枠である。この出願の明細書では、物体表面に密着させる枠(2)を「物体表面枠」、X線フィルムを密着させる枠(3)を「フィルム枠」と称する。なお、「物体表面」とは、身体を対象とした場合には通常の外皮の他、口腔中の粘膜等を含む広義のものである。基準物体(1)は、たとえば一辺αの正方形の物体表面枠(2)とこれと同じ大きさの正方形のフィルム枠(3)を、支持部材(4)、(5)、(6)により両者を一定の距離βだけ離間させて互いに平行となるように支持させる。物体表面枠(2)、フィルム枠(3)、支持部材(4)、(5)、(6)を構成する材料としては、たとえば鉄や銅などの金属のワイヤーを用いることができる。一例として、オトガイ孔計測のためにはαを2cm、βを1cmとすることができる。もちろん、α、βの値は計測対象の大きさに応じて適宜設定可能である。また、基準物体(1)の枠の形状は、原理的には正方形である必要はなく、長方形等適宜の形状のものとすることができるが、特に正方形ものが扱いやすく、有利である。なお、図中(7)はX線フィルム、(8)はX線源である。
図2に、基準物体(1)の物体表面枠(2)及びフィルム枠(3)と、X線フィルム(7)、X線源(8)、物体内の特定部位R、X線フィルム(7)上の前記特定部位Rの像R’の関係を側面図で示す。
次に、演算装置について述べる。図3に、演算装置のハードウェア概略構成をブロック図で示す。この演算装置(10)は、入力部(11)、処理部(12)、主記憶装置(13)、大容量記憶装置(14)、出力部(15)を備え、これらはバス(16)で接続される。
入力部(11)は、基準物体(1)の物体表面枠(2)を物体表面に密着させた状態で物体内の特定部位をX線撮像装置で撮像して得られた2次元X線像を入力する。この実施形態では、1枚のX線写真の画像情報を入力するものとする。
処理部(12)は、図4に示すように、第1の演算部(21)、第2の演算部(22)、第3の演算部(23)、第4の演算部(24)、第5の演算部(25)を有する。
第1の演算部(21)は、物体表面枠(2)の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠(2)の像の投影倍率(1次元倍率)sを求める。所定図形とは、1次元の線であってもよいし、2次元図形であってもよい。
第2の演算部(22)は、物体表面枠(2)の平面上の特定点、たとえば図5のQの位置ベクトル[Q](この出願の明細書では、ベクトルは[ ]により表記する。以下同じ)及び2次元X線像中の物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’の位置ベクトル[Q’]を求める。位置ベクトル[Q]はあらかじめ設定しておいてもよい。
第3の演算部(23)は、第1の演算部(21)が求めた投影倍率sと、第2の演算部(21)が求めた物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの位置ベクトル[Q]及び物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’の位置ベクトル[Q’]に基づいて、X線源(8)の位置ベクトル[Ps](又はその同次座標表現<Ps>)を求める。
第4の演算部(24)は、2次元X線像中の物体内部位Rの像R’の位置ベクトル[R’]を求める。
第5の演算部(25)は、第3の演算部(23)が求めたX線源(8)の位置ベクトル[Ps](又は<Ps>)と、第4の演算部(24)が求めた物体内部位の像R’の位置ベクトル[R’]に基づいて、物体内部位Rの方向ベクトル[u]を求め、物体内部位の像R’に対する物体内部位Rの方向を決定する。
主記憶装置13は、演算装置(10)の制御プログラムを有しており、その制御プログラムに基づいて各部の動作の制御を行う。
大容量記憶装置(14)は、入力部(10)が取り込んだX線像のデータの他、各部が演算した結果等を記憶することができるメモリ装置であり、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、DVD装置等の内部記憶装置あるいは外部記憶装置を用いることができる。
出力部(15)は、演算装置(10)で演算した結果を出力するものであり、ディスプレイのような画像出力あるいはプリンター等の印刷出力とする装置等を用いることができる。
演算装置(10)の各部の機能は、コンピュータあるいはそれに接続される各種機器(キーボード、ディスプレイ等の付設装置を含む)により実現することができる。
次に、この実施形態の物体内部位計測システムで用いるX線写真の撮影方法について述べる。図1、図2及び図5に示すように、基準物体(1)の物体表面枠(2)を物体表面に密着させ、フィルム枠(3)にX線フィルム(7)を密着させた状態で、X線撮像装置のX線源(8)からX線を照射して撮影を行う。ここで物体表面枠(2)の各頂点をa、b、c、dとし、X線フィルム(7)上の像をa’、b’、c’、d’とする。
この実施形態の物体内部位計測システムでは、上記の方法で撮影した1枚の2次元X線写真の画像を演算装置(10)の入力部(11)に取り込み、大容量記憶装置(14)に記憶させておき、その画像データを用いて以下に示す原理に基づき各演算部が演算処理を行い、物体内の特定部位の方向を決定する。
上記の方法でX写真を撮影すると、基準物体(1)のフィルム枠(3)は実体と同じ大きさ・形状で写るが、物体表面枠(2)はX線源(8)の位置Psにしたがって位置と大きさが異なって写る。ただしX線フィルム(7)と物体表面枠(2)は平行であるため、X線フィルム(7)に写った像の形状は物体表面枠(2)の形状と相似であり、正方形となる。したがって、X線フィルム(7)に写った像の正方形の位置と倍率から、X線源(8)の位置Psを求めることができる。
より詳細に説明すると、まず3次元位置を特定するための座標系を次のように導入する。図1に示すように、フィルム枠(3)の1つの頂点を原点Oとし、それに接続する2つの辺をX軸及びY軸とする。Z軸はそれらの軸に直交し、物体表面枠(2)を向くように取る。これでXYZ軸が右手系の3次元座標が構成される。X線フィルム(7)は基準物体(1)側を表とし、X線フィルム(7)上の位置の指定にはX軸及びY軸で構成される2次元座標系を用いる。
ここで物体表面枠(2)が含まれる平面(Z=βの平面)とフィルム枠(3)が含まれる平面(XY平面)を考える。物体表面枠(2)の平面とフィルム枠(2)の平面は平行であるため、たとえば物体表面枠(2)の平面上に存在する2次元図形は、X線源(8)の位置Psによらず相似の形でX線フィルム(7)に写る。図5に示すように、この図形の一辺の元の大きさをA、X線フィルム(7)上での大きさをA’とすると、相似の倍率sはs=A’/Aである。一方、物体表面枠(2)の平面上のある点QがX線フィルム(7)上のQ’の点に写ったとすると、X線源(8)の位置PsはQ’とQを結ぶ直線上に存在する。また相似の関係により、直線Q’Qと直線Q’Psの長さの比はs対s−1になる。これによりX線源(8)の位置Psは式(1)で与えられる。ただし、[Ps]、[Q]、[Q’]はそれぞれPs、Q、Q’の位置ベクトルである。
式(1)は理論的にはX線源(8)が無限遠でない限り正しい。しかし実際の計算ではX線源(8)が遠方にあり、倍率sが1に近いような場合には数値的に不安定になる。この問題を避けるため、X線源(8)の位置の表現に同次座標<Ps>を利用すると次のようになる。
式(2)の表現では、理論的に無限遠のX線源(8)も正しく表すことができる。
基準物体(1)を用いた具体的計算のため、Qを原点Oに接続する物体表面枠(2)の頂点a、Q’をその像a’に取ると、それぞれの位置ベクトルは式(3)のようになる。ただし、a’のXY平面での位置を(Xa’,Ya’)とする。
これらを式(2)に代入すると、<Ps>は次のように計算される。
X線像に写ったフィルム枠(3)がXY軸を与える。これを基準として物体表面枠(2)の像の位置と倍率を計測すればよいが、実際には物体表面枠(2)の各辺の位置が図りやすい。しかし計測誤差が存在するため、計測した各辺の位置から構成した物体表面枠(2)の像の形状が正方形になるとは限らない。そこでこの実施形態では、物体表面枠(2)の像の形状が正方形になるように以下のようにして計測値を補正し、精度を向上させる。
X線フィルム(7)に写った物体表面枠(2)の像で、図1の辺a’d’のX座標をX1、辺b’c’のX座標をX2、辺a’b’のY座標をY1、辺d’c’のY座標をY2とする。物体表面枠(2)の像が正方形であるためには次式が成立しなければならない。
しかし実際の計測値は誤差のため式(5)が満たされるとは限らない。そこで2乗誤差最小の意味で最適な値を求める。そのためには式(5)の条件のもとで次の量を最小化する。
なお、式(6)において肩のアスタリスクは実際の計測値を表す。ラグランジュの未定乗数法を用いて計算すると、各辺の座標値は次のようになる。
ただし、δは式(8)である。
倍率sとa’の位置(Xa’,Ya’)は次のように計算される。
以上でX線像中の物体表面枠(2)の各辺の座標値からX線源(8)の位置Psを計算することができる。位置を決定すべき対象部位は、図2に示すように、X線フィルム(7)上の像の位置R’とX線源(8)の位置Psを結ぶ直線上にある。したがって基準物体(1)に設定した基準枠を基準として対象部位Rの方向が分かるので、対象部位の方向が決定できる。その詳細は次の通りである。
位置を決定すべき対象部位をR、そのX線像上の点をR’とし、それらの位置ベクトルをそれぞれ[R]、[R’]とする。X線像から計測されるR’のX、Y座標値をそれぞれXR’,YR’とすると、[R’]は次のようになる。
対象部位Rはその像R’とX線源(8)の位置Psを結んだ直線上にあるので、tを適当な値のパラメータとし、さらに[Ps]に式(1)を用いれば、[R]は次のように表される。
しかし式(11)は差が1に近い場合に実際の計算で問題を生じるので次のように変形する。
ただし、[u]、qは次のとおりである。
式(12)は、対象部位RがR’の位置を基準として式(13)のベクトル[u]で示される方向に存在することを表しており、対象部位の方向だけ知りたい場合には以上の手順で方向を求めることができる。
以上において、sを求める演算は第1の演算部(21)が行い、[Q]及び[Q’]を求める演算は第2の演算部(22)が行い、[Ps](又は<Ps>)を求める演算は第3の演算部(23)が行い、[R’]を求める演算は第4の演算部(24)が行い、[u]すなわち対象部位Rの方向を求める演算は第5の演算部(25)が行い、対象部位の方向の決定が行われる。演算処理のフローを図6に示す。
次に、この出願の発明による第2の実施形態の物体内部位計測システムについて述べる。この物体内部位計測システムは、第1の実施形態と同様、基準物体と演算装置を有しており、基準物体の所定の点を原点とする3次元直交座標系を設定し、物体内の特定部位の3次元位置を求めるものである。
この実施形態において、基準物体としては上記第1の実施形態で用いたものと同じものを使用することができる。なお、第2の実施形態において、処理部の構成以外の第1の実施形態と同様な要素には同じ符号を付す。
演算装置のハードウェア概略構成も第1の実施形態と同様な構成とすることができるが、処理部(12)が図7に示すような構成となる。
入力部(11)は、基準物体(1)の物体表面枠(12)を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる2つの方向から撮像して得られた2つの2次元X線像を入力する。この実施形態では、2枚のX線写真の画像情報を入力するものとする。なお、以下において、2つのX線像を用いて、演算を行うので、上記で使用してきた各変数のそれぞれのX線像での値を区別するため各変数の肩に括弧を入れた数字を記すこととする。
処理部(12)は、図7に示すように、第1の演算部(31)、第2の演算部(32)、第3の演算部(33)、第4の演算部(34)、第5の演算部(35)、第6の演算部(36)を有する。
第1の演算部(31)は、2つのX線像に対し、物体表面枠(2)の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の所定図形の像の大きさに基づいて、投影された物体表面枠(2)の投影倍率s(1)、s(2)をそれぞれ求める。所定図形とは、1次元の線であってもよいし、2次元図形であってもよい。
第2の演算部(32)は、2つのX線像に対し、物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの位置ベクトル[Q]及び2次元X線像中の物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’(1)、Q’(2)の位置ベクトル[Q’(1)]、[Q’(2)]を求める。位置ベクトル[Q]はあらかじめ設定しておいてもよい。
第3の演算部(33)は、第1の演算部(31)が求めた投影倍率s(1)、s(2)と、第2の演算部(32)が求めた物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの位置ベクトル[Q]及び物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’(1)、Q’(2)の位置ベクトル[Q’(1)]、[Q’(2)]に基づいて、X線源(8)の位置ベクトル[Ps(1)]、[Ps(2)](又は<Ps(1)>、<Ps(2)>)をそれぞれ求める。
第4の演算部(34)は、2次元X線像中の物体内部位Rの像R’(1)、R’(2)の位置ベクトル[R’(1)]、[R’(2)]を求める。
第5の演算部(35)は、第3の演算部(33)が求めたX線源(8)の位置ベクトル[Ps(1)]、[Ps(2)](又は<Ps(1)>、<Ps(2)>)と、第4の演算部(34)が求めた物体内部位の像R’(1)、R’(2)の位置ベクトル[R’(1)]、[R’(2)]に基づいて、物体内部位Rの方向ベクトル[u(1)]、[u(2)]を求める。
以上の第1ないし第5の演算部(31)〜(35)の演算手法は、基本的に、上記第1実施形態の第1ないし第5の演算部(21)〜(25)の演算手法と同様である。
第6の演算部(36)は、第5の演算部(35)が求めた物体内部位Rの方向ベクトル[u(1)]、[u(2)]に基づいて、その交点を求め、その点を物体内部位の3次元位置として決定する。
第1の実施形態で議論した式(12)を2つのX線像に適用すれば、以下の式が得られる。
式(15)及び式(16)の[R(1)]及び[R(2)]は2つのX線像から計算される2本の直線上の点を表しているが、これらが最も近くなる点を求める。これには次式のDRが最小になるq(1)及びq(2)を計算すればよい。
式(17)をq(1)及びq(2)に関して微分すると次式が得られる。
これらを0と置き、行列の形にまとめれば次式を得る。
式(20)のq(1)及びq(2)をそれぞれ式(15)及び式(16)に代入する。この結果から対象の位置ベクトル[R]は次のように計算される。
このようにして、物体内部位Rの位置が決定される。演算処理のフローを図8に示す。
以上、2枚のX線写真により物体内の特定部位を決定する第2の実施形態を述べてきたが、この出願の発明によれば、3枚以上のX線写真による物体内の特定部位の決定を行うことができ、その場合、精度がより向上したものとなる。
たとえば3枚のX線写真が得られている場合を考える。これらの写真から構成できるペアは(写真1,写真2)、(写真2,写真3)、(写真3,写真1)の3つである。この3組のペアから計算した対象の位置をそれぞれ[R(12)]、[R(23)]、[R(31)]とする。次式で示すように、これらを平均して対象の位置[R]とすれば、より精度の高い計測が実現される。
次に、この出願の第3及び第4の実施形態について述べる。
上記第1の実施形態及び第2の実施形態においては、X線フィルムは基準物体の一方の枠(フィルム枠)へ密着して配置し、撮影を行ったが、この出願の発明によれば、X線フィルムを前記枠(フィルム枠)に密着させないで、自由な位置に配置して対象部位を撮影して、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定することができる。第3及び第4の実施形態は、それぞれ上記第1及び第2の実施形態において、X線フィルムを自由な位置の置いて撮影した像に基づいて、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定するものである。
第3及び第4の実施形態では、基準物体を構成するフィルム枠を「フィルム位置基準枠」と称する。フィルム位置基準枠の構造、材料等は第1及び第2の実施形態におけるフィルム枠と同じである。
X線フィルムを自由な位置に置いて撮影した像と、基準物体のフィルム位置基準枠に密着させて撮影した像との幾何学的な関係は、2次元射影変換で関係づけられる。X線写真に撮影された基準物体の形状からこの変換の計数を決定し、決定した変換係数を用いてX線写真上の像の位置を変換すれば、基準物体のフィルム位置基準枠にX線フィルムを密着して置いた場合の像に変換できる。
図9に、X線源Ps(8)と、基準物体(1)と、X線フィルム(7)と、X線フィルム(7)を基準物体(1)のフィルム位置基準枠(3’)に密着させて置いたときの基準面(9)との関係を示す。また、図10に2次元射影変換による像の変換の概念図を示す。
基準物体(1)のフィルム位置基準枠(3’)の基準面(9)上の像の4つの頂点を点e’、f’、g’、h’とし、X線フィルム(7)上の対応する像の4つの頂点を点e”、f”、g”、h”とする。
2次元平面上の点(x,y)を別の2次元平面上の点(u,v)に変換する2次元射影変換は、その係数をaijとして次式で表される。
2次元射影変換の係数aijは、画像上の4点の対応がわかれば一意的に決定される。図9及び図10に示すように、基準物体(1)のフィルム位置基準枠(3’)の各頂点の像の位置を点e”=(x1,y1)、f”=(x2,y2)、g”=(x3,)y3)、h”=(x4、y4)とする。これらの頂点が、X線フィルム(7)がフィルム位置基準枠(3’)に密着した状態で撮影されていたならば写るべき位置を点e’=(u1,v1)、f’=(u2,v2)、g’=(u3,v3)、h’=(x4、y4)とすると、(u1,v1)=(0,0)、(u2,v2)=(α,0)、(u3,v3)=(0,α)、(x4、y4)=(α,α)である。これらの値から2次元射影変換の係数aijを決定する。
各添字i=1、2、3、4に関して点(xi,yi)が(ui,vi)に写像されるとすると、式(23)及び式(24)より、以下の関係が各iについて成り立たなければならない。
これを行列を用いて表せば、
として、
となる。これより、
によってベクトル[a]が計算でき、その要素から2次元射影変換の係数aijが決定される。
以上により、X線フィルム(7)上の点e”、f”、g”、h”が決定できるので、同様にして、X線フィルム(7)上の物体表面枠(2)の像の頂点の位置a”、b”、c”、d”と、X線フィルム(7)上の対象部位の像の位置R”(XR”,YR”)を、それぞれ基準面(9)上の像の頂点の位置a’、b’、c’、d’と、X線フィルム(7)上の対象部位の像の位置R’(XR’,YR’)に上記係数を用いて2次元射影変換すれば、X線フィルム(7)をフィルム位置基準枠(3’)に密着させて撮影したのと同等の像のデータが得られる。このデータを用いて、実施形態1及び実施形態2と同様な処理を行うことにより、X線フィルム(7)を自由な位置の置いて撮影した像に基づいて、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定することができる。
このため、第3及び第4の実施形態においては上記第1及び第2の実施形態において、基準物体を、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有するものとし、新たに、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する演算部を設ける。
第3及び第4の実施形態によれば、第1及び第2の実施形態の効果に加え、X線写真の撮影時の操作性がより一層向上するという利点がある。
また、上記ではX線フィルムを用いて撮像を行う場合について述べたが、この出願の発明によれば、X線フィルムと同等の機能を持つ電子化された素子としてX線カメラを用いることもできる。この場合、得られた画像を直接パーソナルコンピュータなどに取り込んで処理することにより、測定をさらに簡便化することができる。
この出願の発明によれば、第1から第4の実施形態における演算処理(たとえば図6及び図8のフローのような処理等)の各手順を実行する行うためのコンピュータプログラムが提供される。
また、この出願の発明によれば、そのプログラムを読み取り可能に記憶したフレキシブルディスクやCD、DVDなどの記録媒体が提供される。
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
まず、この出願の発明による第1の実施形態の物体内部位計測システムについて述べる。この物体内部位計測システムは、基準物体と演算装置を有しており、基準物体の所定の点を原点とする3次元直交座標系を設定し、物体表面の基準位置(X線像中の特定部位の像の位置)に対する物体内の特定部位の方向を求めるものである。
図1に示すように、基準物体(1)は、互いに離間した2つの枠(2)と(3)を有するものであり、一方の枠(2)は物体表面に密着させる枠であり、他方の枠(3)はX線フィルムを密着させる枠である。この出願の明細書では、物体表面に密着させる枠(2)を「物体表面枠」、X線フィルムを密着させる枠(3)を「フィルム枠」と称する。なお、「物体表面」とは、身体を対象とした場合には通常の外皮の他、口腔中の粘膜等を含む広義のものである。基準物体(1)は、たとえば一辺αの正方形の物体表面枠(2)とこれと同じ大きさの正方形のフィルム枠(3)を、支持部材(4)、(5)、(6)により両者を一定の距離βだけ離間させて互いに平行となるように支持させる。物体表面枠(2)、フィルム枠(3)、支持部材(4)、(5)、(6)を構成する材料としては、たとえば鉄や銅などの金属のワイヤーを用いることができる。一例として、オトガイ孔計測のためにはαを2cm、βを1cmとすることができる。もちろん、α、βの値は計測対象の大きさに応じて適宜設定可能である。また、基準物体(1)の枠の形状は、原理的には正方形である必要はなく、長方形等適宜の形状のものとすることができるが、特に正方形ものが扱いやすく、有利である。なお、図中(7)はX線フィルム、(8)はX線源である。
図2に、基準物体(1)の物体表面枠(2)及びフィルム枠(3)と、X線フィルム(7)、X線源(8)、物体内の特定部位R、X線フィルム(7)上の前記特定部位Rの像R’の関係を側面図で示す。
次に、演算装置について述べる。図3に、演算装置のハードウェア概略構成をブロック図で示す。この演算装置(10)は、入力部(11)、処理部(12)、主記憶装置(13)、大容量記憶装置(14)、出力部(15)を備え、これらはバス(16)で接続される。
入力部(11)は、基準物体(1)の物体表面枠(2)を物体表面に密着させた状態で物体内の特定部位をX線撮像装置で撮像して得られた2次元X線像を入力する。この実施形態では、1枚のX線写真の画像情報を入力するものとする。
処理部(12)は、図4に示すように、第1の演算部(21)、第2の演算部(22)、第3の演算部(23)、第4の演算部(24)、第5の演算部(25)を有する。
第1の演算部(21)は、物体表面枠(2)の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠(2)の像の投影倍率(1次元倍率)sを求める。所定図形とは、1次元の線であってもよいし、2次元図形であってもよい。
第2の演算部(22)は、物体表面枠(2)の平面上の特定点、たとえば図5のQの位置ベクトル[Q](この出願の明細書では、ベクトルは[ ]により表記する。以下同じ)及び2次元X線像中の物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’の位置ベクトル[Q’]を求める。位置ベクトル[Q]はあらかじめ設定しておいてもよい。
第3の演算部(23)は、第1の演算部(21)が求めた投影倍率sと、第2の演算部(21)が求めた物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの位置ベクトル[Q]及び物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’の位置ベクトル[Q’]に基づいて、X線源(8)の位置ベクトル[Ps](又はその同次座標表現<Ps>)を求める。
第4の演算部(24)は、2次元X線像中の物体内部位Rの像R’の位置ベクトル[R’]を求める。
第5の演算部(25)は、第3の演算部(23)が求めたX線源(8)の位置ベクトル[Ps](又は<Ps>)と、第4の演算部(24)が求めた物体内部位の像R’の位置ベクトル[R’]に基づいて、物体内部位Rの方向ベクトル[u]を求め、物体内部位の像R’に対する物体内部位Rの方向を決定する。
主記憶装置13は、演算装置(10)の制御プログラムを有しており、その制御プログラムに基づいて各部の動作の制御を行う。
大容量記憶装置(14)は、入力部(10)が取り込んだX線像のデータの他、各部が演算した結果等を記憶することができるメモリ装置であり、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、DVD装置等の内部記憶装置あるいは外部記憶装置を用いることができる。
出力部(15)は、演算装置(10)で演算した結果を出力するものであり、ディスプレイのような画像出力あるいはプリンター等の印刷出力とする装置等を用いることができる。
演算装置(10)の各部の機能は、コンピュータあるいはそれに接続される各種機器(キーボード、ディスプレイ等の付設装置を含む)により実現することができる。
次に、この実施形態の物体内部位計測システムで用いるX線写真の撮影方法について述べる。図1、図2及び図5に示すように、基準物体(1)の物体表面枠(2)を物体表面に密着させ、フィルム枠(3)にX線フィルム(7)を密着させた状態で、X線撮像装置のX線源(8)からX線を照射して撮影を行う。ここで物体表面枠(2)の各頂点をa、b、c、dとし、X線フィルム(7)上の像をa’、b’、c’、d’とする。
この実施形態の物体内部位計測システムでは、上記の方法で撮影した1枚の2次元X線写真の画像を演算装置(10)の入力部(11)に取り込み、大容量記憶装置(14)に記憶させておき、その画像データを用いて以下に示す原理に基づき各演算部が演算処理を行い、物体内の特定部位の方向を決定する。
上記の方法でX写真を撮影すると、基準物体(1)のフィルム枠(3)は実体と同じ大きさ・形状で写るが、物体表面枠(2)はX線源(8)の位置Psにしたがって位置と大きさが異なって写る。ただしX線フィルム(7)と物体表面枠(2)は平行であるため、X線フィルム(7)に写った像の形状は物体表面枠(2)の形状と相似であり、正方形となる。したがって、X線フィルム(7)に写った像の正方形の位置と倍率から、X線源(8)の位置Psを求めることができる。
より詳細に説明すると、まず3次元位置を特定するための座標系を次のように導入する。図1に示すように、フィルム枠(3)の1つの頂点を原点Oとし、それに接続する2つの辺をX軸及びY軸とする。Z軸はそれらの軸に直交し、物体表面枠(2)を向くように取る。これでXYZ軸が右手系の3次元座標が構成される。X線フィルム(7)は基準物体(1)側を表とし、X線フィルム(7)上の位置の指定にはX軸及びY軸で構成される2次元座標系を用いる。
ここで物体表面枠(2)が含まれる平面(Z=βの平面)とフィルム枠(3)が含まれる平面(XY平面)を考える。物体表面枠(2)の平面とフィルム枠(2)の平面は平行であるため、たとえば物体表面枠(2)の平面上に存在する2次元図形は、X線源(8)の位置Psによらず相似の形でX線フィルム(7)に写る。図5に示すように、この図形の一辺の元の大きさをA、X線フィルム(7)上での大きさをA’とすると、相似の倍率sはs=A’/Aである。一方、物体表面枠(2)の平面上のある点QがX線フィルム(7)上のQ’の点に写ったとすると、X線源(8)の位置PsはQ’とQを結ぶ直線上に存在する。また相似の関係により、直線Q’Qと直線Q’Psの長さの比はs対s−1になる。これによりX線源(8)の位置Psは式(1)で与えられる。ただし、[Ps]、[Q]、[Q’]はそれぞれPs、Q、Q’の位置ベクトルである。
式(1)は理論的にはX線源(8)が無限遠でない限り正しい。しかし実際の計算ではX線源(8)が遠方にあり、倍率sが1に近いような場合には数値的に不安定になる。この問題を避けるため、X線源(8)の位置の表現に同次座標<Ps>を利用すると次のようになる。
式(2)の表現では、理論的に無限遠のX線源(8)も正しく表すことができる。
基準物体(1)を用いた具体的計算のため、Qを原点Oに接続する物体表面枠(2)の頂点a、Q’をその像a’に取ると、それぞれの位置ベクトルは式(3)のようになる。ただし、a’のXY平面での位置を(Xa’,Ya’)とする。
これらを式(2)に代入すると、<Ps>は次のように計算される。
X線像に写ったフィルム枠(3)がXY軸を与える。これを基準として物体表面枠(2)の像の位置と倍率を計測すればよいが、実際には物体表面枠(2)の各辺の位置が図りやすい。しかし計測誤差が存在するため、計測した各辺の位置から構成した物体表面枠(2)の像の形状が正方形になるとは限らない。そこでこの実施形態では、物体表面枠(2)の像の形状が正方形になるように以下のようにして計測値を補正し、精度を向上させる。
X線フィルム(7)に写った物体表面枠(2)の像で、図1の辺a’d’のX座標をX1、辺b’c’のX座標をX2、辺a’b’のY座標をY1、辺d’c’のY座標をY2とする。物体表面枠(2)の像が正方形であるためには次式が成立しなければならない。
しかし実際の計測値は誤差のため式(5)が満たされるとは限らない。そこで2乗誤差最小の意味で最適な値を求める。そのためには式(5)の条件のもとで次の量を最小化する。
なお、式(6)において肩のアスタリスクは実際の計測値を表す。ラグランジュの未定乗数法を用いて計算すると、各辺の座標値は次のようになる。
ただし、δは式(8)である。
倍率sとa’の位置(Xa’,Ya’)は次のように計算される。
以上でX線像中の物体表面枠(2)の各辺の座標値からX線源(8)の位置Psを計算することができる。位置を決定すべき対象部位は、図2に示すように、X線フィルム(7)上の像の位置R’とX線源(8)の位置Psを結ぶ直線上にある。したがって基準物体(1)に設定した基準枠を基準として対象部位Rの方向が分かるので、対象部位の方向が決定できる。その詳細は次の通りである。
位置を決定すべき対象部位をR、そのX線像上の点をR’とし、それらの位置ベクトルをそれぞれ[R]、[R’]とする。X線像から計測されるR’のX、Y座標値をそれぞれXR’,YR’とすると、[R’]は次のようになる。
対象部位Rはその像R’とX線源(8)の位置Psを結んだ直線上にあるので、tを適当な値のパラメータとし、さらに[Ps]に式(1)を用いれば、[R]は次のように表される。
しかし式(11)は差が1に近い場合に実際の計算で問題を生じるので次のように変形する。
ただし、[u]、qは次のとおりである。
式(12)は、対象部位RがR’の位置を基準として式(13)のベクトル[u]で示される方向に存在することを表しており、対象部位の方向だけ知りたい場合には以上の手順で方向を求めることができる。
以上において、sを求める演算は第1の演算部(21)が行い、[Q]及び[Q’]を求める演算は第2の演算部(22)が行い、[Ps](又は<Ps>)を求める演算は第3の演算部(23)が行い、[R’]を求める演算は第4の演算部(24)が行い、[u]すなわち対象部位Rの方向を求める演算は第5の演算部(25)が行い、対象部位の方向の決定が行われる。演算処理のフローを図6に示す。
次に、この出願の発明による第2の実施形態の物体内部位計測システムについて述べる。この物体内部位計測システムは、第1の実施形態と同様、基準物体と演算装置を有しており、基準物体の所定の点を原点とする3次元直交座標系を設定し、物体内の特定部位の3次元位置を求めるものである。
この実施形態において、基準物体としては上記第1の実施形態で用いたものと同じものを使用することができる。なお、第2の実施形態において、処理部の構成以外の第1の実施形態と同様な要素には同じ符号を付す。
演算装置のハードウェア概略構成も第1の実施形態と同様な構成とすることができるが、処理部(12)が図7に示すような構成となる。
入力部(11)は、基準物体(1)の物体表面枠(12)を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる2つの方向から撮像して得られた2つの2次元X線像を入力する。この実施形態では、2枚のX線写真の画像情報を入力するものとする。なお、以下において、2つのX線像を用いて、演算を行うので、上記で使用してきた各変数のそれぞれのX線像での値を区別するため各変数の肩に括弧を入れた数字を記すこととする。
処理部(12)は、図7に示すように、第1の演算部(31)、第2の演算部(32)、第3の演算部(33)、第4の演算部(34)、第5の演算部(35)、第6の演算部(36)を有する。
第1の演算部(31)は、2つのX線像に対し、物体表面枠(2)の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の所定図形の像の大きさに基づいて、投影された物体表面枠(2)の投影倍率s(1)、s(2)をそれぞれ求める。所定図形とは、1次元の線であってもよいし、2次元図形であってもよい。
第2の演算部(32)は、2つのX線像に対し、物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの位置ベクトル[Q]及び2次元X線像中の物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’(1)、Q’(2)の位置ベクトル[Q’(1)]、[Q’(2)]を求める。位置ベクトル[Q]はあらかじめ設定しておいてもよい。
第3の演算部(33)は、第1の演算部(31)が求めた投影倍率s(1)、s(2)と、第2の演算部(32)が求めた物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの位置ベクトル[Q]及び物体表面枠(2)の平面上の特定点Qの像Q’(1)、Q’(2)の位置ベクトル[Q’(1)]、[Q’(2)]に基づいて、X線源(8)の位置ベクトル[Ps(1)]、[Ps(2)](又は<Ps(1)>、<Ps(2)>)をそれぞれ求める。
第4の演算部(34)は、2次元X線像中の物体内部位Rの像R’(1)、R’(2)の位置ベクトル[R’(1)]、[R’(2)]を求める。
第5の演算部(35)は、第3の演算部(33)が求めたX線源(8)の位置ベクトル[Ps(1)]、[Ps(2)](又は<Ps(1)>、<Ps(2)>)と、第4の演算部(34)が求めた物体内部位の像R’(1)、R’(2)の位置ベクトル[R’(1)]、[R’(2)]に基づいて、物体内部位Rの方向ベクトル[u(1)]、[u(2)]を求める。
以上の第1ないし第5の演算部(31)〜(35)の演算手法は、基本的に、上記第1実施形態の第1ないし第5の演算部(21)〜(25)の演算手法と同様である。
第6の演算部(36)は、第5の演算部(35)が求めた物体内部位Rの方向ベクトル[u(1)]、[u(2)]に基づいて、その交点を求め、その点を物体内部位の3次元位置として決定する。
第1の実施形態で議論した式(12)を2つのX線像に適用すれば、以下の式が得られる。
式(15)及び式(16)の[R(1)]及び[R(2)]は2つのX線像から計算される2本の直線上の点を表しているが、これらが最も近くなる点を求める。これには次式のDRが最小になるq(1)及びq(2)を計算すればよい。
式(17)をq(1)及びq(2)に関して微分すると次式が得られる。
これらを0と置き、行列の形にまとめれば次式を得る。
式(20)のq(1)及びq(2)をそれぞれ式(15)及び式(16)に代入する。この結果から対象の位置ベクトル[R]は次のように計算される。
このようにして、物体内部位Rの位置が決定される。演算処理のフローを図8に示す。
以上、2枚のX線写真により物体内の特定部位を決定する第2の実施形態を述べてきたが、この出願の発明によれば、3枚以上のX線写真による物体内の特定部位の決定を行うことができ、その場合、精度がより向上したものとなる。
たとえば3枚のX線写真が得られている場合を考える。これらの写真から構成できるペアは(写真1,写真2)、(写真2,写真3)、(写真3,写真1)の3つである。この3組のペアから計算した対象の位置をそれぞれ[R(12)]、[R(23)]、[R(31)]とする。次式で示すように、これらを平均して対象の位置[R]とすれば、より精度の高い計測が実現される。
次に、この出願の第3及び第4の実施形態について述べる。
上記第1の実施形態及び第2の実施形態においては、X線フィルムは基準物体の一方の枠(フィルム枠)へ密着して配置し、撮影を行ったが、この出願の発明によれば、X線フィルムを前記枠(フィルム枠)に密着させないで、自由な位置に配置して対象部位を撮影して、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定することができる。第3及び第4の実施形態は、それぞれ上記第1及び第2の実施形態において、X線フィルムを自由な位置の置いて撮影した像に基づいて、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定するものである。
第3及び第4の実施形態では、基準物体を構成するフィルム枠を「フィルム位置基準枠」と称する。フィルム位置基準枠の構造、材料等は第1及び第2の実施形態におけるフィルム枠と同じである。
X線フィルムを自由な位置に置いて撮影した像と、基準物体のフィルム位置基準枠に密着させて撮影した像との幾何学的な関係は、2次元射影変換で関係づけられる。X線写真に撮影された基準物体の形状からこの変換の計数を決定し、決定した変換係数を用いてX線写真上の像の位置を変換すれば、基準物体のフィルム位置基準枠にX線フィルムを密着して置いた場合の像に変換できる。
図9に、X線源Ps(8)と、基準物体(1)と、X線フィルム(7)と、X線フィルム(7)を基準物体(1)のフィルム位置基準枠(3’)に密着させて置いたときの基準面(9)との関係を示す。また、図10に2次元射影変換による像の変換の概念図を示す。
基準物体(1)のフィルム位置基準枠(3’)の基準面(9)上の像の4つの頂点を点e’、f’、g’、h’とし、X線フィルム(7)上の対応する像の4つの頂点を点e”、f”、g”、h”とする。
2次元平面上の点(x,y)を別の2次元平面上の点(u,v)に変換する2次元射影変換は、その係数をaijとして次式で表される。
2次元射影変換の係数aijは、画像上の4点の対応がわかれば一意的に決定される。図9及び図10に示すように、基準物体(1)のフィルム位置基準枠(3’)の各頂点の像の位置を点e”=(x1,y1)、f”=(x2,y2)、g”=(x3,)y3)、h”=(x4、y4)とする。これらの頂点が、X線フィルム(7)がフィルム位置基準枠(3’)に密着した状態で撮影されていたならば写るべき位置を点e’=(u1,v1)、f’=(u2,v2)、g’=(u3,v3)、h’=(x4、y4)とすると、(u1,v1)=(0,0)、(u2,v2)=(α,0)、(u3,v3)=(0,α)、(x4、y4)=(α,α)である。これらの値から2次元射影変換の係数aijを決定する。
各添字i=1、2、3、4に関して点(xi,yi)が(ui,vi)に写像されるとすると、式(23)及び式(24)より、以下の関係が各iについて成り立たなければならない。
これを行列を用いて表せば、
として、
となる。これより、
によってベクトル[a]が計算でき、その要素から2次元射影変換の係数aijが決定される。
以上により、X線フィルム(7)上の点e”、f”、g”、h”が決定できるので、同様にして、X線フィルム(7)上の物体表面枠(2)の像の頂点の位置a”、b”、c”、d”と、X線フィルム(7)上の対象部位の像の位置R”(XR”,YR”)を、それぞれ基準面(9)上の像の頂点の位置a’、b’、c’、d’と、X線フィルム(7)上の対象部位の像の位置R’(XR’,YR’)に上記係数を用いて2次元射影変換すれば、X線フィルム(7)をフィルム位置基準枠(3’)に密着させて撮影したのと同等の像のデータが得られる。このデータを用いて、実施形態1及び実施形態2と同様な処理を行うことにより、X線フィルム(7)を自由な位置の置いて撮影した像に基づいて、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定することができる。
このため、第3及び第4の実施形態においては上記第1及び第2の実施形態において、基準物体を、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有するものとし、新たに、X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する演算部を設ける。
第3及び第4の実施形態によれば、第1及び第2の実施形態の効果に加え、X線写真の撮影時の操作性がより一層向上するという利点がある。
また、上記ではX線フィルムを用いて撮像を行う場合について述べたが、この出願の発明によれば、X線フィルムと同等の機能を持つ電子化された素子としてX線カメラを用いることもできる。この場合、得られた画像を直接パーソナルコンピュータなどに取り込んで処理することにより、測定をさらに簡便化することができる。
この出願の発明によれば、第1から第4の実施形態における演算処理(たとえば図6及び図8のフローのような処理等)の各手順を実行する行うためのコンピュータプログラムが提供される。
また、この出願の発明によれば、そのプログラムを読み取り可能に記憶したフレキシブルディスクやCD、DVDなどの記録媒体が提供される。
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
Claims (18)
- 物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、
第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、
2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、及び、
第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第5の演算部を有する演算装置;
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。 - 物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、
第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、
2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、
第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、
第5の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第6の演算部を有する演算装置;
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。 - 物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、
X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、
第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、
第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第6の演算部を有する演算装置;
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。 - 物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体;並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、
X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、
第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、
第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第6の演算部、及び、
第6の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第7の演算部を有する演算装置;
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。 - さらにX線撮像装置を備えることを特徴とする請求の範囲1から4のいずれかに記載の物体内部位計測システム。
- X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像を行うことを特徴とする請求の範囲1から5のいずれかに記載の物体内部位計測システム。
- 基準物体が、同じ大きさの正方形の物体表面枠と正方形のフィルム枠もしくはフィルム位置基準枠を有することを特徴とする請求の範囲1から6のいずれかに記載の物体内部位計測システム。
- 物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、
第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、
2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、及び、
第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像に対する物体内部位の方向を決定する第5の演算部
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。 - 物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第1の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第2の演算部、
第1の演算部が求めた投影倍率と、第2の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第3の演算部、
2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第4の演算部、
第3の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第4の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、
第5の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第6の演算部
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。 - 物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像を入力する入力部、
X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、
第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、及び、
第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第6の演算部
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。 - 物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像を入力する入力部、
X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する第1の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第2の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第3の演算部、
第2の演算部が求めた投影倍率と、第3の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める第4の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第5の演算部、
第4の演算部が求めたX線源の位置ベクトルと、第5の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第6の演算部、及び、
第6の演算部が求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する第7の演算部
を有する演算装置;
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。 - X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とする請求の範囲8から11のいずれかに記載の物体内部位計測用演算装置。
- 物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像の入力を受け付ける手順A、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順B、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順C、
手順Aで求めた投影倍率と、手順Bで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順D、
2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順E、及び、
手順Dで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Eで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を求める手順F
を実行させるためのプログラム。 - 物体表面に密着させる物体表面枠とX線フィルムを密着させるフィルム枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で異なる方向から物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像の入力を受け付ける手順A、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、2次元X線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順B、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び2次元X線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順C、
手順Bで求めた投影倍率と、手順Cで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順D、
2次元X線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順E、
手順Dで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Eで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順F、及び、
手順Fで求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する手順G
を実行させるためのプログラム。 - 物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2次元X線像の入力を受け付ける手順A、
X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する手順B、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順C、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める手順D、
手順Bで求めた投影倍率と、手順Cで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順E、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順F、及び、
手順Eで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Fで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する手順G
を実行するためのプログラム。 - 物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたX線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との2つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をX線撮像装置により撮像して得られた2以上の2次元X線像の入力を受け付ける手順A、
X線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、X線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に2次元射影変換させる変換係数を求め、2次元X線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて2次元射影変換する手順Bと、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順C、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順D、
手順Cで求めた投影倍率と、手順Dで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、X線源の位置ベクトルを求める手順E、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順F、
手順Eで求めたX線源の位置ベクトルと、手順Fで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順G、及び、
手順Gで求めた2以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の3次元位置を決定する手順H
を実行するためのプログラム。 - X線フィルムを用いる代わりにX線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とする請求の範囲13から16のいずれかに記載のプログラム。
- 請求の範囲13から17のいずれかのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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