JP6598287B2 - 骨間距離測定装置、骨間距離測定方法、コンピュータを骨間距離測定装置として機能させるためのプログラム及び該プログラムを記憶した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、骨間距離測定装置、骨間距離測定方法、コンピュータを骨間距離測定装置として機能させるためのプログラム及び該プログラムを記憶した記録媒体に関する発明である。具体的には、関節のＸ線画像から関節の骨間の間隔の微少な変化を、主観的要因を排除して測定できる骨間距離測定装置及び骨間距離測定方法、並びにコンピュータを骨間距離測定装置として機能させるためのプログラム及び該プログラムを記憶した記録媒体に関するものである。

現在、関節リウマチ患者は本邦に約７０万人いると言われている。関節リウマチは自己免疫疾患の一つで、四肢関節に炎症が起こり、痛みや腫れがあらわれ、炎症が持続すると関節が破壊される。従来、関節破壊は緩徐に進行すると考えられていたが、近年の様々な研究により、関節リウマチによる関節破壊は発症後２年以内に大きく進行することが明らかとなっている。そのため、関節リウマチ患者を早期に発見し、関節破壊の進行を見落とすことなく適切な治療を施すことが求められている。

関節リウマチは、関節破壊が進行すると関節の骨間の幅が狭まっていく（関節裂隙の狭小化）ため、関節の骨間の距離の評価により病状の進行状況を把握することができる。そのため、関節リウマチの診断には、Ｘ線画像を用いて関節の骨間の距離の変化を把握することが重要であるが、Ｘ線画像で得られる画像の解像度は数ｍｍの距離を計測するには十分ではなく、実際の医療現場でＸ線画像を用いての関節列隙の定量的な評価は困難であると言える。

図１は関節部分のレントゲン写真である。関節リウマチが発症する手や足の関節の骨間の距離（図１中の矢印）は１．０〜１．５ｍｍ程度である。一方、Ｘ線画像の１画素は、０．１５ｍｍである。そのため、医師がＸ線画像を目視で確認する際の１画素の違いは、関節の骨間の距離の約１０〜１５％にも相当する。したがって、患者の関節の骨間の距離の微少な変化を正確に測定するためには、より誤差の少ない測定方法が求められている。

ところで、関節部分のＸ線画像から定量的な評価を行う医療画像システムが知られている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１に記載されている医療画像システムは、関節の軟骨部の厚さを定量的に測定するためのものであり、関節の骨間距離及び／又は面積を定量的に求めるものではない。

特開２０１４−１１７４８５号公報

本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、（１）関節のＸ線画像に基づきエッジ点を複数選択し、選択されたエッジ点の座標情報に基づき関節のエッジ曲線を演算し、得られたエッジ曲線に基づき、関節の骨間の距離を測定することで、バラツキが少なく且つ定量的に測定できること、（２）エッジ点を選択する際に補助線を表示することで、測定のバラツキをより減少できること、（３）入力された関節のＸ線画像を骨格成分とテクスチャ成分に分離するＴａｔａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ正則化分離手段、及び骨格成分のエッジ成分を鮮鋭化するｓｈｏｃｋフィルターを用いてＸ線画像を拡大処理することで、解像度を極端に低下することなくＸ線画像を拡大することができ、その結果、１画素による誤差を大幅に減少できること、を新たに見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の目的は、骨間距離測定装置、骨間距離測定方法、コンピュータを骨間距離測定装置として機能させるためのプログラム及び該プログラムを記憶した記録媒体を提供することである。

本発明は、以下に示す、骨間距離測定装置、骨間距離測定方法、コンピュータを骨間距離測定装置として機能させるためのプログラム及び該プログラムを記憶した記録媒体である。

（１）関節のＸ線画像から骨間の距離を算出する骨間距離測定装置であって、
関節のＸ線画像を入力するＸ線画像入力手段、
入力された関節のＸ線画像を表示する表示手段、
表示された関節のＸ線画像のエッジ点を選択する位置選択手段、
位置選択手段により選択されたエッジの座標情報に基づき、関節のエッジ曲線を演算する第１演算手段、及び、
第１演算手段により得られたエッジ曲線に基づき、骨間の距離を演算する第２演算手段、
を含む骨間距離測定装置。
（２）前記第２演算手段が、
第１演算手段が演算した２つのエッジ曲線の頂点間距離を少なくとも演算する、
上記（１）に記載の骨間距離測定装置。
（３）前記第２演算手段が、
第１演算手段が演算した２つのエッジ曲線間の面積に基づき骨間距離を演算する、
上記（１）に記載の骨間距離測定装置。
（４）関節のＸ線画像のエッジ点を選択する際の補助線を表示手段に表示するための補助線出力手段、
を含む上記（１）〜（３）の何れか一に記載の骨間距離測定装置。
（５）入力された関節のＸ線画像を拡大する拡大手段、
を含む上記（１）〜（４）の何れか一に記載の骨間距離測定装置。
（６）拡大手段が、
入力された関節のＸ線画像を骨格成分とテクスチャ成分に分離するＴａｔａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ正則化分離手段、及び
骨格成分のエッジ成分を鮮鋭化するｓｈｏｃｋフィルター、
を含む上記（５）に記載の骨間距離測定装置。
（７）関節のＸ線画像から骨間の距離を算出する骨間距離測定方法であって、
関節のＸ線画像を入力するＸ線画像入力ステップ、
入力された関節のＸ線画像を表示する表示ステップ、
表示された関節のＸ線画像のエッジ点を選択する位置選択ステップ、
位置選択ステップにより選択されたエッジ点の座標情報に基づき、関節のエッジ曲線を演算するステップ、及び、
得られたエッジ曲線に基づき、骨間の距離を演算するステップ、
を含む骨間距離測定方法。
（８）コンピュータを、上記（１）〜（６）の何れか一に記載の骨間距離測定装置として機能させるプログラム。
（９）上記（８）に記載されたプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

本発明においては、表示された関節のＸ線画像のエッジ部分を複数個所選択するだけで、コンピュータが関節のエッジ曲線を演算し、得られたエッジ曲線に基づき、関節の骨間距離を測定できる。したがって、定量的な測定ができるとともに、主観的な判断が少なくなることから、測定する者が異なっても測定結果のバラツキが少なくなる。
また、エッジ点を選択する際に補助線を表示することで、エッジを選択する範囲が同じになるので、測定のバラツキをより低下することができる。
更に、入力された関節のＸ線画像を骨格成分とテクスチャ成分に分離するＴａｔａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ正則化分離手段、及び骨格成分のエッジ成分を鮮鋭化するｓｈｏｃｋフィルターを用いてＸ線画像を拡大処理することで、解像度を極端に低下することなくＸ線画像を拡大できるので、患者の関節の骨間の距離の微妙な変化を正確に測定できる。
そして、本発明の骨間距離測定装置は、新規に撮影した関節のＸ線画像のみならず、過去のＸ線画像も解析できる。したがって、患者の撮影時期の異なるＸ線画像があれば、従来の方法では関節リウマチの発症を発見できない早期の患者であっても、Ｘ線画像を再解析することで、早期の関節リウマチ患者を発見できる。

図１は、図面代用写真で、関節部分のレントゲン写真である。 図２は、コンピュータを用いた骨間距離測定装置の一例を示す図である。 図３は、位置選択手段１２及び第１演算手段１３を用いたエッジ曲線の演算手順を説明するための図である。 図４は、関節を形成する骨のエッジが傾いている場合のカーブフィッティングを説明する図である。 図５は、補助線の実施形態の一例を示す図である。 図６は、補助線の実施形態の他の例を示す図である。 図７は、第２演算手段により骨間距離を演算する他のアルゴリズムを説明するための図である。 図８は、拡大手段によるＸ線画像の拡大手順の概略を示す図である。 図９は、本発明の骨間距離測定装置を用いた骨間距離測定方法の手順及び骨間距離測定プログラムのフローチャートである。 図１０は、図面代用写真で、図１０（１）は拡大処理後の左手中指のＸ線画像、図１０（２）は拡大処理後の左手小指のＸ線画像を表す。 図１１は、図面代用写真で、図１１（１）は補助線として平行線を出力した左手中指のＸ線画像、図１１（２）は補助線として平行線を出力した左手小指のＸ線画像を表す。 図１２は、図面代用写真で、図１２（１）は補助線として法線を出力した左手中指のＸ線画像、図１２（２）は補助線として法線を出力した左手小指のＸ線画像を表す。 図１３は、図面代用写真で、図１３（１）は拡大処理を行う前のＸ線画像、図１３（２）は４×４倍に拡大処理を行った後のＸ線画像に対し、実施例１と同様の手順でエッジ曲線及び補助線として法線を表示した画像である。

以下に、本発明の骨間距離測定装置、骨間距離測定方法、コンピュータを骨間距離測定装置として機能させるためのプログラム及び該プログラムを記憶した記録媒体について詳しく説明する。

本発明に係る骨間距離測定方法は、例えば、図２に示すような装置により実施される。すなわち、図２は、コンピュータを用いた骨間距離測定装置（以下、単に「装置」と記載することがある）の一例を示す図である。

装置１は、
・患者の関節付近を撮影したＸ線画像（以下、単に「Ｘ線画像」と記載することがある。）を入力するためのＸ線画像入力手段１０、
・（１）入力されたＸ線画像、（２）表示されたＸ線画像に基づいて位置選択手段１２により選択したエッジ点、及び（３）必要に応じて補助線、を表示する表示手段１１、
・位置選択手段１２により選択されたエッジ点の座標情報に基づき、関節のエッジ曲線を演算する第１演算手段１３、
・第１演算手段により得られたエッジ曲線に基づき、骨間の距離を演算する第２演算手段１４、
・Ｘ線画像入力手段１０、表示手段１１、位置選択手段１２、第１演算手段１３及び第２演算手段１４を制御する制御手段１５、
・制御手段１５からアクセスされるプログラムメモリ１６、
を少なくとも含んでいる。また、必要に応じて、後述する座標軸設定手段、補助線出力手段、Ｘ線画像の拡大手段を含んでいてもよい。

Ｘ線画像入力手段１０は、患者のＸ線画像データを入力するものである。Ｘ線画像入力手段１０を用いたＸ線画像データの入力は、医師等の操作者が装置１を操作してＤＢや記録メディア等からＸ線画像を入力してもよいし、装置１が有する送受信手段によりインターネット等の通信ネットワークを介して入力してもよい。また、Ｘ線画像データは、後述する関節のエッジが確認でき、エッジ点を選択することで座標情報を取得できるものであればデータ形式については特に限定されるものではない。例えば、Ｘ線画像データは、ＣＲ（コンピューテッド・ラジオグラフィック）システムを用いて関節付近の画像を含む放射線画像（ＣＲ画像）として得るようにしてもよい。すなわち、撮影装置において、Ｘ線照射管球から発せられたＸ線を、被写体としての患者に向けて照射し、被写体を透過したＸ線を、蓄積性蛍光体を有するイメージングプレートに入射させて透過放射線画像をエネルギー情報として蓄積記録し、この透過放射線画像が蓄積記録されたイメージングプレートから透過放射線画像を読み取ってＸ線画像入力手段１０に入力するようにしてもよい。また、Ｘ線画像入力手段１０は、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ−Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が搭載されたデジタルＸ線撮影装置からＸ線画像データを入力するようにしてもよいし、ネットワークを介して画像サーバからＸ線画像データを入力してもよいし、あるいはＣＤ−ＲＯＭ等の記録メディアからＸ線画像データを入力するようにしてもよい。

表示手段１１は、ＬＣＤ等の表示画面を有し、Ｘ線画像入力手段１０を用いて入力されたＸ線画像を表示する。この表示手段１１は、表示されたＸ線画像に医師が骨のエッジ点を設定できるように、位置選択手段１２であるタッチ入力機能を有していることが望ましいが、装置１が有するキーボード又はマウス等を位置選択手段１２とし、医師が操作して表示手段１１に矢印等を表示し、エッジ点を設定してもよい。なお、エッジは、公知のエッジ検出手段を用いて、Ｘ線画像の関節を構成する２つの骨の輪郭からエッジ検出をして自動設定を行ってもよい。また、表示手段１１には、後述する第１演算手段により演算したエッジ曲線、エッジ曲線に基づき第２演算手段が演算した骨間の距離を表示できるようにしてもよい。更に、表示手段１１には第１演算手段及び第２演算手段により演算した結果以外にも、患者情報等、診断等に必要な情報を表示してもよい。図示を省略したが、装置１は、表示手段１１に表示された画像等をプリントアウトするプリンタや、各種データを保存する記憶装置あるいはこれらのデータを各種記録媒体に記録する記録手段を備えていてもよい。

図３は、位置選択手段１２及び第１演算手段１３を用いたエッジ曲線の演算手順を説明するための図である。先ず、位置選択手段１２によりエッジ点２１が複数選択されると、選択されたエッジ点２１の座標情報に基づき、第１演算手段はエッジ曲線２２及び２４を演算する。エッジ曲線２２及び２４は、任意の次数の関数で表現できれば特に制限は無い。例えば、あるデータ群を最小二乗法によってある関数の曲線に近似するカーブフィッティング等の公知の方法を用いればよい。例えば、以下のアルゴリズムを用いて、関節を形成する骨のエッジ部分を関数で表現することができる。

（１）上の骨２０の着目するエッジ点２１を、位置選択手段１２を用いて複数点選択する。
（２）選択したエッジ点２１の各画素の列成分をｘ座標、行成分をｙ座標とする。
（３）選択した画素のうち、ｘ座標の最小点と最大点の中点をｘ軸の原点とする。
（４）同様に、ｙ軸の原点を求める。
（５）選択した各画素の座標を原点をもとに再度計算する。
（６）新たな座標値を用いて最小二乗法によってフィッティング関数（エッジ曲線２２）を算出する。
（７）下の骨２３についても、上記（１）〜（６）と同様の手順でエッジ点２１を選択し、エッジ曲線２４を算出する。

関節の部位によっては、図４に示すように、関節を形成する骨のエッジが傾いていることがある。この場合、上記のアルゴリズムでカーブフィッティングを行うと、正しく関数表現することができない、つまりエッジ曲線が得られない場合がある。その場合、位置選択手段１２を用いて選択した複数の点を用いて、以下のアルゴリズムでカーブフィッティングを行ってもよい。

（１）上の骨３０のエッジ点３１を複数点選択する。
（２）選択点のうち２点の組み合わせ（図４中の点線）を考え、それぞれの距離を算出する。
（３）算出した距離の中でもっとも長い距離の２点の中点を原点３２と定義する。
（４）２点を結ぶ直線をｘ軸３３、原点３２を通りｘ軸に直交する直線をｙ軸３４と定義する。
（５）新たな座標軸をもとにフィッティングを実行してエッジ曲線３５を算出する。
（６）下の骨３６についても、（１）〜（５）と同様の手順でエッジ点３１を選択し、エッジ曲線３７を算出する。

第２演算手段１４は、上記の手順により得られた上の骨のエッジ曲線と下の骨のエッジ曲線とに基づき骨間距離を演算する。骨間距離は、経時変化を観察する必要があるから、指標を定め、その指標を用いて骨間距離を測定するようにすれば指標に特に制限は無い。例えば、両エッジ曲線の頂点を指標として骨間距離を演算する方法が挙げられる。

上の骨は比較的選択範囲が明瞭であるが、下の骨は選択範囲がわかりにくく、そのため上下のエッジ曲線の範囲が異なる可能性がある。当該問題を解決するため、上の骨のエッジ点を選択した後に補助線出力手段を用いて表示手段１１に補助線を表示することで、下の骨のエッジ点を選択する範囲を分かり易くしてもよい。

図５は、補助線の実施形態の一例を示す図である。図５に示す実施形態では、図４に示すエッジ曲線３５の両端部を通り、且つｙ軸３４と平行な直線を補助線３８として表示する例を示している。補助線３８と下の骨３６の交差点を下の骨３６のエッジ点の両端となるようにエッジ点を選択することで、エッジ点の選択範囲のズレがなくなり、測定結果のバラツキを抑えることができる。

図６は、補助線の実施形態の他の例を示す図である。図６に示す実施形態では、図４に示すエッジ曲線３５の両端部を通り、且つエッジ曲線３５の端部における法線となる直線を補助線３９として表示する例を示している。図６に示す実施形態の場合は、補助線３９と下の骨３６の交差点を下の骨３６のエッジ点の両端となるようにエッジ点を選択してエッジ曲線３７を算出すればよい。なお、補助線は常に同じになるようになれば特に制限は無く、図５に示す平行線、図６に示す法線以外にも、上の骨のエッジ曲線３５の両端部から所定の角度で補助線を設定してもよい。

図７は、第２演算手段により骨間距離を演算する他のアルゴリズムを説明するための図である。
（１）上記のカーブフィッティングにより得られた上の骨３０のエッジ曲線ｐの頂点Ａにおける法線ｌを算出する。
（２）上記のカーブフィッティングにより得られた下の骨３６のエッジ曲線ｑの頂点Ｂにおける法線ｍを算出する。
（３）法線ｌとエッジ曲線ｑとの交点をＣ、法線ｍとエッジ曲線ｐとの交点をＤと定義する。
（４）線分ＡＣ、ＢＤ、ＡＢの距離をそれぞれ算出する。
（５）３つの線分の距離の平均を骨間距離として出力する。

なお、上記に示したアルゴリズムは、単なる一例に過ぎず、種々の変更をしてもよい。例えば、（４）に示す３つの線分にＣＤも加え、４つの線分の平均から骨間距離を求めてもよいし、逆に法線ｌ及びｍが略平行の場合は、線分ＡＣ及びＢＤの２つの線分の距離の平均値を骨間距離としてもよい。更に、単純に頂点ＡＢ間の距離を骨間距離としてもよい。

また、上記の方法は、エッジ曲線と各々のエッジ曲線の頂点における法線とを用いて骨間距離を演算しているが、エッジ曲線の面積から骨間距離を求めてもよい。例えば、図７に示すエッジ曲線ｐ及びｑ、並びにエッジ曲線ｐ及びｑの両端部を結んだ線であるｒ及びｓで囲まれている範囲の面積を算出し、例えば、エッジ曲線ｐの両端部を結んだ長さｔで面積を割った値を骨間距離としてもよい。関節リウマチは骨間間隔の経時的変化に対して画像評価を行うので、測定方法が常に同じであれば、方法は特に制限は無い。

上記に記載した手順により、測定者の主観に依存しない、Ｘ線画像からコンピュータを用いて骨間距離を定量的に測定することができる。しかしながら、背景技術の欄に記載のとおり、関節リウマチが発症する手や足の関節の骨間の距離は１．０〜１．５ｍｍ程度と非常に短いことから、選択する１画素の違いが、測定結果に影響を与える。そのため、エッジ点を選択する前に、拡大手段を用いてＸ線画像を拡大処理してもよい。

図８は、拡大手段によるＸ線画像の拡大手順の概略を示す図である。入力されたＸ線画像は、先ず、Ｔａｔａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ（ＴＶ）正則化分離手段により、骨格成分とテクスチャ成分に分離される。次に、骨格成分のみを２×２倍に拡大し、拡大後の骨格成分をＳｈｏｃｋフィルターでエッジを強調する。そして、エッジを強調した後の骨格成分を更に２×２倍に拡大し、拡大後の骨格成分を再度Ｓｈｏｃｋフィルターでエッジを強調することで、元のＸ線画像を４×４倍に拡大している。

骨格成分には骨のエッジ成分が含まれ、テクスチャ成分には細かく変動する成分やノイズの成分が含まれる。Ｘ線画像を単純に拡大処理する場合、ノイズ成分も拡大処理することになり拡大処理後のＸ線画像は不鮮明になる。本発明では、エッジ点を選択する際に骨の内部を診断する必要は無く、骨の輪郭が明確であればよいことから、図８に示す骨格成分のみを拡大する手段を新たに採用した。拡大処理前の１画素の誤差は、測定する骨間距離の約１０〜１５％であったが、拡大手段を採用して元のＸ線画像を４×４倍にすることで、１画素の誤差は、約２．５〜３．７５％程度まで縮小することができる。なお、骨格成分とテクスチャ成分は簡単に統合することができる。したがって、骨の内部も併せて診断したい場合は、骨格成分のみを拡大したＸ線画像に基づきエッジ点を選択した後、ノイズ除去・拡大したテクスチャ成分を統合して表示できるようにしてもよい。また、Ｘ線画像の拡大も図８に示す４×４倍に限定されず、２×２倍、８×８倍であってもよい。

ＴＶ正則化分離は、Ｃｈａｍｂｏｌｌｅ射影法と呼ばれる繰り返し演算によって、以下の式（１）及び式（２）に従って求められる。Ｃｈａｍｂｏｌｌｅ射影法の詳細については、「Ａ．Ｃｈａｍｂｏｌｌｅ，“Ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｔｏｔａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｊ． Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｖｉｓｉｏｎ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１，ｐｐ．８９−９７，２００４」に記載されている。

式（１）及び（２）中、ｆは原画像、ｐは更新ベクトル、λは拘束の強さ、τはステップ幅、ｕは骨格画像を表す。

Ｓｈｏｃｋフィルターは、偏微分方程式の考え方に基づいており、反復計算により信号のエッジの復元または強調を行うフィルターである。Ｓｈｏｃｋフィルターは以下の式（３）の偏微分方程式に基づき、式（４）の繰り返し演算によって与えられる。

式（３）及び（４）中、ｕは演算出力画像、ｕ_ｔは時刻ｔでのｕのｔによる偏微分、ｄ_ｔはＳｈｏｃｋフィルターの更新演算のステップ幅である。

は、ｕの勾配強度、

はｕのラプラシアン、また、ｓｉｇｎ（ｘ）は符号関数で、その式は以下の式（５）ように定義される。

上記式（５）中、εは０ではない小さな値を表す。例えば、０〜１０程度の値である（ただし、０を除く。）。

Ｓｈｏｃｋフィルターの詳細については、「Ｓ．Ｊ．Ｏｓｈｅｒ ａｎｄ Ｌ．Ｉ．Ｒｕｄｉｎ，“Ｆｅａｔｕｒｅ−ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｉｍａｇｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｓｈｏｃｋ ｆｉｌｔｅｒｓ”，ＳＩＡＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｖｏｌ．２７，ｐｐ．３１０−３４０，１９９０」に記載の手順により行えばよい。なお、論文中ではε＝０であるが、滑らかな輝度値変化をする信号において階段状の出力とならないようにできることから、本発明においては、上記式（５）を用いている。

プログラムメモリ１６には、例えば、コンピュータを装置１として機能させるためのプログラムが予め格納されており、このプログラムが制御部１５により読み出され実行されることで、本装置１の動作制御が行われる。プログラムは、記録媒体に記録され、インストール手段を用いて、プログラムメモリ１６に格納されるようにしてもよい。

次に、本発明の装置１を用いた骨間距離測定方法の手順及び骨間距離測定プログラムについて、図９のフローチャートを用いて説明する。

先ず、ステップＳ１００において、Ｘ線画像がＸ線画像入力手段１０により入力される。このＸ線画像は、上記のとおり、医師等の操作者により入力されてもよいし、装置１が有する送受信手段により通信ネットワークを介して入力されてもよい。

入力されたＸ線画像は、ステップＳ１１０において、表示手段１１の表示画面に表示される。なお、表示手段１１には、拡大手段により拡大処理したＸ線画像を表示してもよい。

次に、ステップＳ１２０において、表示手段１１に表示されたＸ線画像に、医師が位置選択手段１２を用いて骨のエッジ点を選択する。なお、測定する関節が傾いている場合は、上の骨のエッジ点を選択した後に、補助線出力手段により補助線を表示した後に、下の骨のエッジ点を選択してもよい。

次に、ステップＳ１３０において、選択したエッジ点に基づき、カーブフィッティングにより、エッジ曲線（関数）を演算する。

次に、ステップＳ１４０において、上の骨のエッジ曲線と下の骨のエッジ曲線に基づき、第２演算手段を用いて骨間距離を算出する。

最後に、ステップＳ１５０で、骨間距離を表示手段１１に表示して手順が終了する。なお、表示結果は、プリントアウトしてもよい。

以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。

＜実施例１＞
左手中指及び小指のＸ線画像を装置１に入力し、先ず、ＴＶ正則化分離手段により骨格成分とテクスチャ成分に分離し、骨格成分のみをＳｈｏｃｋフィルターでエッジを強調することで、入力したＸ線画像を４×４倍に拡大した。図１０（１）は拡大処理後の左手中指のＸ線画像、図１０（２）は拡大処理後の左手小指のＸ線画像を表す。

次に、位置選択手段１２により上の骨のエッジ点を５箇所選択し、カーブフィッティングによりエッジ曲線を算出した。その後、補助線出力手段により補助線を表示手段に表示し、下側の骨についてもエッジ点を５箇所選択し、カーブフィッティングによりエッジ曲線を算出した。また、算出したエッジ曲線の頂点における法線を算出した。図１１は補助線として平行線を出力したＸ線画像、図１２は補助線として法線を出力したＸ線画像で、図１１及び図１２の（１）は左手中指、（２）は左手小指である。

次に、上の骨のエッジ曲線ｐの頂点Ａにおける法線ｌを算出し、下の骨のエッジ曲線ｑの頂点Ｂにおける法線ｍを算出した。次いで、法線ｌとエッジ曲線ｑとの交点をＣ、法線ｍとエッジ曲線ｐとの交点をＤとし、線分ＡＣ、ＢＤ、ＡＢの距離をそれぞれ算出した。また、線分ＡＣ、ＢＤ、ＡＢの距離の平均距離を算出した。

表１は、左手中指の算出結果、表２は左手小指の算出結果を表している。

表１及び表２に示すとおり、線分ＡＣ、ＢＤ、ＡＢの何れにおいても誤差は少なく、骨間距離の測定は正しく行われたと考えられる。また、左手小指のように関節が曲がった状態のＸ線画像の場合、補助線として平行線と法線を用いた時の測定結果はやや開きがあった。したがって、経時変化を観察する時には、エッジ点の選択範囲を同じにした方が好ましいことが明らかとなった。

＜実施例２＞
次に、拡大処理をしていないＸ線画像と拡大処理したＸ線画像を用いた場合の違いを確認した。
図１３（１）は拡大処理を行う前のＸ線画像、図１３（２）は４×４倍に拡大処理を行った後のＸ線画像に対し、実施例１と同様の手順でエッジ曲線及び補助線として法線を表示した画像である。図１３（１）及び（２）に示すように、大きさは全く異なっている。
次に、左右の手の親指を除く各指について、４×４倍に拡大処理を行ったＸ線画像と、拡大処理を行う前の通常Ｘ線画像を用いて、実施例１と同様の手順で骨間距離の測定を行った。

表３に測定結果を示す。骨間距離（単位：ｍｍ）の値は、各指とも１０回計測した平均値である。表３から明らかなように、４×４倍に拡大処理を行ったＸ線画像を用いて骨間距離の測定を行った方が、バラツキを示す値であるＳＤ値が、拡大処理を行わなかった場合より小さかった。
また、統計学的には２つの群の標準偏差の比であるＦ−ｔｅｓｔの値が、０．０５以下であれば有意差ありとされている。拡大処理を行った場合と拡大処理を行わなかった２つの群でのＦ−ｔｅｓｔの差は８本の指の内、６本で０．０５以下であった。したがって、拡大処理を行うことでより正確に骨間距離を測定できることが明らかとなった。

＜実施例３＞
実施例２の骨間距離測定方法に代え、２つのエッジ曲線と補助線である２つの法線で囲まれている面積を、上の骨のエッジ曲線の両端部を結んだ長さで割ることで骨間距離を算出した以外は、実施例２と同様の手順で左右の指の骨間距離の測定を行った。表４に測定結果を示す。

面積により骨間距離を求めた場合も実施例２と同様、４×４倍に拡大処理を行ったＸ線画像を用いて骨間距離の測定を行った方が、バラツキを示す値であるＳＤ値が、拡大処理を行わなかった場合より小さかった。またＦ−ｔｅｓｔの結果も、有意であった。

本発明の骨間距離測定装置及び骨間距離測定方法を用いることで、関節の骨間距離を精度よく測定することができ、関節リウマチ患者の早期発見を行うことができる。したがって、医療機関等において患者の診断に有用である。

Claims (7)

1. 関節のＸ線画像を入力するＸ線画像入力手段、
   入力された関節のＸ線画像を表示する表示手段、
   表示された関節のＸ線画像のエッジ点を選択する位置選択手段、
   位置選択手段により選択されたエッジの座標情報に基づき、関節のエッジ曲線を演算する第１演算手段、及び、
   第１演算手段により得られたエッジ曲線に基づき、骨間の距離を演算する第２演算手段、
   を含む、関節のＸ線画像から骨間の距離を算出する骨間距離測定装置であって、
   前記第１演算手段は以下に記載する（１）〜（７）のアルゴリズムを用い、
   （１）関節を構成する２つの骨のうち上の骨の着目するエッジ点を、前記位置選択手段を用いて複数点選択する、
   （２）選択したエッジ点の各画素の列成分をｘ座標、行成分をｙ座標とする、
   （３）選択した画素のうち、ｘ座標の最小点と最大点の中点をｘ軸の原点とする、
   （４）同様に、ｙ軸の原点を求める、
   （５）選択した各画素の座標を原点をもとに再度計算する、
   （６）新たな座標値を用いて最小二乗法によってフィッティング関数（エッジ曲線）を算出する、
   （７）関節を構成する２つの骨のうち下の骨についても、上記（１）〜（６）と同様の手順でエッジ点を選択し、エッジ曲線を算出する、
   また、関節を形成する骨のエッジが傾いている場合には、前記（１）〜（７）のアルゴリズムの代わりに、以下に記載する（１）〜（６）のアルゴリズムを用い、
   （１）関節を構成する２つの骨のうち上の骨のエッジ点を複数点選択する、
   （２）選択点のうち２点の組み合わせを考え、それぞれの距離を算出する、
   （３）算出した距離の中でもっとも長い距離の２点の中点を原点と定義する、
   （４）前記２点を結ぶ直線をｘ軸、前記原点を通りｘ軸に直交する直線をｙ軸と定義する、
   （５）新たな座標軸をもとにフィッティングを実行してエッジ曲線を算出する、
   （６）関節を構成する２つの骨のうち下の骨についても、（１）〜（５）と同様の手順でエッジ点を選択し、エッジ曲線を算出し、
   前記骨間距離は、
   ２つのエッジ曲線、及び２つのエッジ曲線の両端部を結んだ線で囲まれている範囲の面積を算出し、前記２つのエッジ曲線のうち一方のエッジ曲線の両端部を結んだ長さで面積を割った値を骨間距離とする、骨間距離測定装置。
2. 関節のＸ線画像のエッジ点を選択する際の補助線を表示手段に表示するための補助線出力手段、
   を含み、
   前記補助手段は、エッジ曲線の両端部を通り、且つｙ軸と平行な直線を補助線として表示する、又は、エッジ曲線の両端部を通り、且つエッジ曲線の端部における法線となる直線を補助線として表示する手段である、請求項１に記載の骨間距離測定装置。
3. 入力された関節のＸ線画像を拡大する拡大手段、
   を含む請求項１又は２に記載の骨間距離測定装置。
4. 拡大手段が、
   入力された関節のＸ線画像を骨格成分とテクスチャ成分に分離するＴａｔａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ正則化分離手段、及び
   骨格成分のエッジ成分を鮮鋭化するｓｈｏｃｋフィルター、
   を含む請求項３に記載の骨間距離測定装置。
5. 関節のＸ線画像を入力するＸ線画像入力ステップ、
   入力された関節のＸ線画像を表示する表示ステップ、
   表示された関節のＸ線画像のエッジ点を選択する位置選択ステップ、
   位置選択ステップにより選択されたエッジ点の座標情報に基づき、関節のエッジ曲線を演算するステップ、及び、
   得られたエッジ曲線に基づき、骨間の距離を演算するステップ、
   を含む、関節のＸ線画像から骨間の距離を算出する骨間距離測定方法であって、
   前記骨間の距離を演算するステップは以下に記載する（１）〜（７）のステップであり、
   （１）関節を構成する２つの骨のうち上の骨の着目するエッジ点を、位置選択手段を用いて複数点選択する、
   （２）選択したエッジ点の各画素の列成分をｘ座標、行成分をｙ座標とする、
   （３）選択した画素のうち、ｘ座標の最小点と最大点の中点をｘ軸の原点とする、
   （４）同様に、ｙ軸の原点を求める、
   （５）選択した各画素の座標を原点をもとに再度計算する、
   （６）新たな座標値を用いて最小二乗法によってフィッティング関数（エッジ曲線）を算出する、
   （７）関節を構成する２つの骨のうち下の骨についても、上記（１）〜（６）と同様の手順でエッジ点を選択し、エッジ曲線を算出する、
   また、関節を形成する骨のエッジが傾いている場合には、前記（１）〜（７）のステップの代わりに、以下に記載する（１）〜（６）ステップを用い、
   （１）関節を構成する２つの骨のうち上の骨のエッジ点を複数点選択する、
   （２）選択点のうち２点の組み合わせを考え、それぞれの距離を算出する、
   （３）算出した距離の中でもっとも長い距離の２点の中点を原点と定義する、
   （４）２点を結ぶ直線をｘ軸、原点を通りｘ軸に直交する直線をｙ軸と定義する、
   （５）新たな座標軸をもとにフィッティングを実行してエッジ曲線を算出する、
   （６）関節を構成する２つの骨のうち下の骨についても、（１）〜（５）と同様の手順でエッジ点を選択し、エッジ曲線を算出し、
   前記骨間距離は、
   ２つのエッジ曲線、及び２つのエッジ曲線の両端部を結んだ線で囲まれている範囲の面積を算出し、前記２つのエッジ曲線のうち一方のエッジ曲線の両端部を結んだ長さで面積を割った値を骨間距離とする、骨間距離測定方法。
6. コンピュータを、請求項１〜５の何れか一項に記載の骨間距離測定装置として機能させるプログラム。
7. 請求項６に記載されたプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。