JP5729924B2 - 齲蝕定量方法 - Google Patents
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Description
・レーザ光を用い励起エネルギを供給すると別波長の蛍光が齲蝕部で発生することを利用し齲蝕部位置を識別する特許文献5記載の方法(発明者:Ingmar)
・蛍光検知型の撮像装置で虫歯を識別する特許文献6記載の手法(発明者:de Josselin de Jong et al.)
・蛍光する組織から得られた像を高度な画像解析に供する特許文献7記載の方法(発明者:de Josselin de Jong et al.)
・歯牙構造の半透明性を利用した透視で齲蝕を検知する特許文献8記載の方法(発明者:Alfano)
等がある。また、蛍光現象を利用した市販の歯牙撮像システムとしては、蘭国アムステルダム所在のInspektor Research Systems BVから入手可能なQLF臨床システムがある。これとは違い、米国イリノイ州レイクチューリッヒ所在のKaVo Dental Corporationから入手可能なDIAGNOdentレーザ齲蝕検知支援システムでは、赤色光照明下でバクテリア産生物からの蛍光の強度をモニタして齲蝕現象を検知する(DIAGNOは登録商標;DIAGNOdentは商標)。
・ディジタル歯牙像に現れる齲蝕、特に初期段階の齲蝕を定量する方法を提供すること
・歯牙のFIRE像に基づき齲蝕を定量する方法を提供すること
等にある。
・PCT/CN2009/000078(出願日:2009年1月20日、名称:齲蝕検知方法(METHOD FOR DETECTION OF CARIES)、発明者:Wei Wang et al.、以下「先出願」)
・特許文献1(発行日:2008年3月6日、名称:齲蝕検知方法(METHOD FOR DETECTION OF CARIES)、発明者:Wang et al.)
・特許文献2(発行日:2008年3月13日、名称:齲蝕検知装置(APPARATUS FOR CARIES DETECTION)、発明者:Liang et al.)
・特許文献3(発行日:2008年7月17日、名称:歯牙齲蝕早期検知システム(SYSTEM FOR EARLY DETECTION OF DENTAL CARIES)、発明者:Burns et al.)
・特許文献4(発行日:2008年3月3日、名称:齲蝕検知方法及び装置(METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION OF CARIES)、発明者:Wang et al.)
を参照する。
図3Aに、ディジタル歯牙像を生成するステップ110の一例を示す。このステップ110は、蛍光像を取得するサブステップと、反射像を取得するサブステップと、蛍光像の画像データと反射像の画像データを結合させて別の画像例えばFIRE像を生成するサブステップとを有している。蛍光像取得や反射像取得の詳細については特許文献2を参照されたい。この例の場合、反射像167と蛍光像168を図2D中の処理装置180で結合させることにより、ディジタル歯牙像としてFIRE像169を生成している。
Imarker=Imask−hdome
に従い強度値Imarkerを求めることで画定する。この式中、hdomeはグレースケール反射像に含まれるドーム部の高さである。このドーム高hdomeは、歯牙のグレースケール反射像を何通りか取得しその強度値に基づき経験的に導出される固定値であり、本発明ではこの値として例えば50を使用する。
Ihdome=Imask−Ireconstructed
に従い強度値Ihdomeを求めることで抽出する。この像は損傷被疑部に相当する個所を表している。
IFIRE=IFluo−Ihdome
に従い、その強度値IFIREを求めることでG成分FIRE像を生成する。このFIRE像を蛍光像のレッド(R)成分及びブルー(B)成分と組み合わせることで、カラー像を表示させることができる。なお、蛍光像としては例えば青色光励起による蛍光像を取得する。青色光の輻射源としては例えば1個又は複数個の青色LEDを使用する。生成されたFIRE像はディジタル歯牙像として後続の諸画像処理ステップで使用される。
そのディジタル歯牙像は三種類の領域に大別することができる。歯肉部、歯牙部、並びにその他の背景部であり、そのうち齲蝕検知の対象となるのは歯牙部165内だけである。
そこで、本発明に従いディジタル歯牙像中の歯牙部165を識別するため、例えば次に示す手順を実行する。この手順(及び後掲の諸手順)で使用されるグレースケール蛍光像やグレースケール反射像は、対応するカラー像を組成しているチャネルのうち一つ(例えばG成分)から生成されたものか、或いはカラー像を組成している三種類の色成分を画像処理分野で周知の手法に則り混合して生成したものである。以下の説明では、便宜上、蛍光像,反射像共にそのG成分Ibgreen,Iwgreenをグレースケール版として使用するものとしている。
次に、FIRE像Ifgreenには有限モルフォロジカル特性(definite morphological characteristics)を持った歯牙部が現れる。即ち、損傷部162の強度値がその周りにある健常部164のそれより小さい歯牙部が現れる。本発明では、この特性を利用し且つ数学的モルフォロジ理論に基づき、損傷被疑部を検知、抽出する。
Ithres=Imean+w*Istd
により決定する。この式中、wは経験的に設定される加重パラメタ、Imeanは強度値の平均値、Istdは強度値の標準偏差である。次いで、このしきい値Ithresを用い各解像度のボトムハット操作像をしきい値カットすることで、その解像度に係るボトムハット操作像の二値化像を生成する。それらの二値化像に含まれる非0値領域は、対応する解像度の画像における損傷被疑部の大まかな姿を表している。そして、それらの二値化像を元々の解像度まで補間して補間像を生成し、それらの補間像を総合したものを損傷被疑部の暫定範囲として採用する。
実験結果によれば、フォールスポジティブが発生しやすい領域には大別して次の二種類がある。第1に、その周りの領域に対するコントラスト比が低く(用例にもよるが)例えば7倍未満に留まる領域であり、第2に、歯牙同士が面する歯間部である。
Iseeds=(Idrecon>Tdrecon)∩(Idist>Tdist)
に従いIseedsを導出する。この式中、しきい値Tdreconは例えば5、しきい値Tdistは例えば10である。記号(Idrecon>Tdrecon)は再構成像Idreconのうちその画素値がしきい値Tdreconを上回る領域を指しており、記号(Idist>Tdist)は距離像Idistのうちその画素値がしきい値Tdistを上回る領域を指している。記号∩は交わり演算子であり、集合理論の分野ではいわゆる当業者にとり周知のものである。
図3Dに、抽出された損傷部162に隣接する健常部を識別するステップ130の一例を示す。この例では、損傷部輪郭を膨張させて拡大輪郭線166を定める処理を、画像処理分野で周知の操作たるモルフォロジカル拡大によって実行する。これは自動実行することができるためユーザによる入力は必要ない。また、このステップ130やステップ140及び150で対象とされる像は蛍光像である。その理由については後に説明する。更に、そのモルフォロジカル拡大の実現アルゴリズムとしては、本願出願人を譲受人とする特許文献3の図3に記載のものを使用することができる。損傷部膨張の後は、形成された拡大輪郭線166の外側を隣接健常部、またその拡大輪郭線166を形成している画素の画素値を当該隣接健常部における強度値として採用する。こうすることで、損傷部検知エラーによるエラーや、健常部内強度値の小規模変化によるエラーを抑えることができる。
このステップでは、ステップ130で識別された隣接健常部における強度値に基づき、抽出された損傷部の健常時強度値、即ち齲蝕進行前の強度値を推定する。これは、その損傷部の重症度を調べる上で、またその損傷部の進行を経時観察する上で有用であり、様々な手法で実行することができる。
IH=(IL・x2+IR・x1)/(x2+x1)
IV=(IT・y2+IB・y1)/(y2+y1)
Ir=(IH+IV)/2
を用いたバイリニア補間で推定することができる。
前述した通り、損傷部162に関する定量的な情報は、抽出された損傷部の状態を調べまたその損傷部における齲蝕の進行を経時観察する上で有用である。歯牙像に基づく齲蝕状態の定量は、損傷部寸法(面積等)を求める手法、損傷部内蛍光損失率を求める手法等を含め、様々な手法で実行することができる。
ΔF=(Ir−I0)/Ir
に従い算出することができる。この式中、Irはステップ140で求めた再現後の強度値であり、I0は蛍光像G成分IFluoから求めた実測の強度値である。齲蝕が発生していればΔF>0となる。
L=ΣΔFi
となる(但しΣはi∈Rについての総和)。
歯牙、歯肉及び背景に対応する領域をなす画素群についての強度値群で構成されるディジタル歯牙像を生成するステップと、
歯牙部を識別するステップ、損傷被疑部を抽出するステップ及び誤抽出を除外するステップを実行することにより、歯牙の健常部に囲まれた損傷部を抽出するステップと、
抽出された損傷部に隣接する健常部を識別するステップと、
識別された健常部における強度値に従い損傷部における歯牙組織本来の強度値を再現するステップと、
損傷部における強度値及び再現された本来の強度値に基づき損傷部の齲蝕状態を定量するステップと、
を有し、その一部又は全部がデータ処理装置上で実行される齲蝕定量方法である。
歯牙の蛍光像を取得し、
歯牙の反射像を取得し、そして
蛍光像のデータと反射像のデータとを結合させることで、
上記ディジタル歯牙像生成を実行するようにしたものである。
所定の第1しきい値c1よりも大きな強度値を選択することで歯牙のグレースケール蛍光像から第1しきい値カット像を生成し、
所定の第2しきい値c2よりも大きな強度値を選択することで歯牙のグレースケール反射像から第2しきい値カット像を生成し、
第1しきい値カット像と第2しきい値カット像の交わり部分に基づき暫定歯牙部像を生成し、
所定の第3しきい値c3より大きい強度値を選択することでグレースケール蛍光像から基準二値像を生成し(但しc3>c1)、そして
暫定歯牙部像内にあり基準二値像内オブジェクトに連なる諸領域から高精細歯牙部像を生成することで、
上記歯牙部識別を実行するようにしたものである。
1個又は複数個の内部マーカを画定し、
1個又は複数個の外部マーカを画定し、
勾配像を生成し、そして
その勾配像にマーカ制御型分水線変換を適用することで、
上記損傷被疑部抽出を実行するようにしたものである。
ディジタル歯牙像にフル解像度ボトムハット操作を適用して原形ボトムハット操作像を生成し、
その原形ボトムハット操作像をダウンサンプリングして一通り又は複数通りの低減解像度ボトムハット操作像を生成し、
それら原形ボトムハット操作像及び低減解像度ボトムハット操作像にモルフォロジカルボトムハット操作を適用して複数通りのモルフォロジカルボトムハット操作像を生成し、
個々のモルフォロジカルボトムハット操作像にしきい値操作を適用して複数通りの二値ボトムハット像を生成し、
フル解像度になるよう個々の二値ボトムハット像を補間して複数通りの補間像を生成し、そして
それら補間像を一体に捉えて1個又は複数個の損傷被疑部を識別することにより、
上記損傷被疑部抽出を実行するようにしたものである。
ディジタル歯牙像の二値化像に対し距離変換を適用することで、識別済の歯牙部の境界線から測った距離が最大となる画素を検知し、
それら識別済の歯牙部のうち検知された画素に連なるものを第1オブジェクト、
連ならないものを第2オブジェクトとした上で、
第1オブジェクトからの距離と第2オブジェクトからの距離が等しい背景部内画素の連なりを歯間部として検知することにより、
歯間部のうち明快な境界線を呈するものを上記歯間部検知で検知するようにしたものである。
歯牙の二値化画像内に原点を定め、
その原点から扇状に拡がるよう複数通りの角度で放散線を引き、
個々の放射線が歯牙部背景部間の境界線に最初に出会った点を結んで輪郭線と定め、
内部マーカ及び外部マーカを画定し、
ディジタル歯牙像のグレースケール版の勾配像に対しそれら内部マーカ及び外部マーカに従いマーカ制御型分水線変換を適用して水盆を二組検知し、
それら二組の水盆からの距離が等しい画素の集まりを歯間部として検知することにより、
歯間部のうち明快な境界線を呈さないものを上記歯間部検知で検知するようにしたものである。
ディジタル歯牙像の二値化画像に対し距離変換を適用することで、個々の画素の画素値がその画素から歯牙の背景部までの最短距離を示す値となる距離像を生成し、
その距離像に従い内部マーカ及び外部マーカを画定し、
ディジタル歯牙像のグレースケール版の勾配像に対しそれら内部マーカ及び外部マーカに従いマーカ制御型分水線変換を適用して水盆を二組検知し、
それら二組の水盆からの距離が等しい画素の集まりを歯間部として検知することにより、
歯間部のうち明快な境界線を呈さないものを上記歯間部検知で検知するようにしたものである。
歯牙から蛍光像データを取得するステップと、
歯牙から反射像データを取得するステップと、
蛍光像データと反射像データを結合させてその歯牙のディジタル画像を生成するステップと、
その歯牙から損傷部を抽出するステップと、
抽出された健常部に隣接する健常部を識別するステップと、
識別された健常部における強度値に従い損傷部における歯牙組織本来の強度値を再現するステップと、
損傷部における強度値及び再現された本来の強度値に基づき損傷部の齲蝕状態を定量するステップと、
を有し、その一部又は全部がデータ処理装置上で実行される齲蝕定量方法である。
Claims (1)
- 歯牙、歯肉及び背景に対応する領域をなす画素群についての強度値群で構成されるディジタル歯牙像を生成するステップと、
歯牙部を識別するステップ、損傷被疑部を抽出するステップ及び誤抽出を除外するステップを実行することにより、歯牙の健常部に囲まれた損傷部を抽出するステップと、
抽出された損傷部に隣接する健常部を識別するステップと、
識別された健常部における強度値に従い損傷部における歯牙組織本来の強度値を再現するステップと、
損傷部における強度値及び再現された本来の強度値に基づき損傷部の齲蝕状態を定量するステップと、
を有し、その一部又は全部がデータ処理装置上で実行され、
歯牙部を識別するステップが、
所定の第1しきい値c1よりも大きな強度値を選択することで歯牙のグレースケール蛍光像から第1しきい値カット像を生成するステップと、
所定の第2しきい値c2よりも大きな強度値を選択することで歯牙のグレースケール反射像から第2しきい値カット像を生成するステップと、
第1しきい値カット像と第2しきい値カット像の交わり部分に基づき暫定歯牙部像を生成するステップと、
所定の第3しきい値c3より大きい強度値を選択することでグレースケール蛍光像から第3しきい値カット像を生成するステップと(但しc3>c1)、
暫定歯牙部像内にあり第3しきい値カット像内オブジェクトに連なる諸領域から高精細歯牙部像を生成するステップと、
を含む、
ことを特徴とする齲蝕定量方法。
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