WO2014069553A1 - 骨盤回旋角度算出装置及び骨盤回旋角度算出方法、臼蓋被覆３次元形状推定装置及び臼蓋被覆３次元形状推定方法、骨盤回旋角度算出プログラム、並びに臼蓋被覆３次元形状推定プログラム - Google Patents

骨盤回旋角度算出装置及び骨盤回旋角度算出方法、臼蓋被覆３次元形状推定装置及び臼蓋被覆３次元形状推定方法、骨盤回旋角度算出プログラム、並びに臼蓋被覆３次元形状推定プログラム Download PDF

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pelvic
pelvis
ray
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博史 小山
充 花田
裕信 星野
清二 山本
致雄 山内
正義 高橋
清水　哲雄
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株式会社上島電興社
国立大学法人浜松医科大学
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Definitions

  • the present invention relates to a pelvic rotation angle calculation device, a pelvic rotation angle calculation method, an acetabular cover three-dimensional shape estimation device, an acetabular cover three-dimensional shape estimation method, a pelvic rotation angle calculation program, and an acetabular cover three-dimensional shape estimation program. It is an invention.
  • a pelvic rotation angle calculation device that calculates a pelvic rotation angle from a simple X-ray front image of the pelvis using at least a tear mark or an obturator on the caudal side from the pelvic cavity as an anatomical landmark
  • a acetabular covering three-dimensional shape estimation device that estimates the three-dimensional shape of the acetabular covering using the pelvic rotation angle calculated by the pelvic rotation angle calculating device
  • a pelvic rotation angle calculation method for calculating a pelvic rotation angle from a simple X-ray front image of the pelvis using a tear mark or an obturator as an anatomical landmark
  • (5) a pelvic rotation angle calculation program for executing the calculation means of the pelvic rotation angle calculation device
  • the hip joint is a load joint and is an important joint directly related to walking. If the hip joint is damaged due to hip osteoarthritis (pathological condition causing hip joint pain due to deformation or damage of articular cartilage), walking difficulties occur, and the number of patients requiring care is expected to increase. There is concern about the increase. More than 80% of Japanese hip osteoarthritis is secondary hip arthropathy caused by dysplasia of the pelvis (insufficient coverage of the pelvic acetabulum). Evaluation of the form and dynamics
  • CT imaging computer tomography
  • radiation exposure and medical costs are high, it is not realistic to perform CT imaging for patients with mild symptoms, medical examinations, and follow-up observations.
  • simple X-ray photographs can be taken at any size of facility from university hospitals to clinics, CT imaging devices are only available in medium-sized and larger hospitals. In some countries, there are no CT imaging apparatuses in the world, and there is a need for a system that can easily evaluate three-dimensional forms and dynamics of hip joint deformation from simple X-ray photographs.
  • Non-Patent Document 1 As a method of evaluating the three-dimensional shape and dynamics of the hip joint using only a simple X-ray front image, geometric calculation is used from the shape of the pelvic acetabulum (edge part of the acetabulum) on the simple X-ray image. A method of performing a three-dimensional evaluation of a hip joint is known (see Non-Patent Document 1).
  • the doctor manually inputs the anatomical landmarks on the PC monitor and geometrically calculates the acetabular covering.
  • the acetabular covering is the pelvic position (inclination / rotation) during X-ray imaging. Therefore, it is necessary to calculate the pelvis position when calculating the covering amount.
  • a method of correcting pelvic rotation using the horizontal distance between the center of the sacroiliac joint and the upper edge of the pubic joint seen in the pelvic cavity is known (Non-Patent Document 2). reference).
  • Non-Patent Document 2 a method of correcting pelvic rotation using the horizontal distance between the center of the sacroiliac joint and the upper edge of the pubic joint seen in the pelvic cavity.
  • the index used in the method is the absolute value of the distance between the center of the sacroiliac joint and the upper edge of the pubic joint ( ⁇ in the figure), and is affected by the race and the scale of the image.
  • ⁇ in the figure
  • receiving a simple X-ray front view of the pelvis is obtained by gonad protection (white part at the upper center of the photograph) worn by the subject (especially reproductive age) and / or intestinal gas etc.
  • gonad protection white part at the upper center of the photograph
  • the present inventors have used at least tear marks or obturator holes, which are anatomical landmarks on the caudal side from the pelvic cavity, to provide gonad protection, intestinal gas, etc. It is possible to calculate the pelvic rotation angle from a simple X-ray front image without being affected by the influence of the race, the scale of the image, etc. by calculating the pelvic rotation angle from the ratio of the anatomical landmark distance It was found that the rotation angle of the pelvis can be calculated without receiving the pelvis, and that the calculated pelvic rotation angle can be used to estimate the pelvic position and represent the three-dimensional shape of the acetabular cover. .
  • an object of the present invention is to provide a pelvic rotation angle calculation device, a pelvic rotation angle calculation method, an acetabular cover three-dimensional shape estimation device, an acetabular cover three-dimensional shape estimation method, a pelvic rotation angle calculation program, and an acetabular cover three-dimensional It is to provide a shape estimation program.
  • the present invention provides the following pelvic rotation angle calculation device and pelvic rotation angle calculation method, acetabular cover three-dimensional shape estimation device and acetabular cover three-dimensional shape estimation method, pelvic rotation angle calculation program, and acetabular cover three-dimensional This is a shape estimation program.
  • a pelvic rotation angle calculating device for calculating a pelvic rotation angle from a simple X-ray front image of the pelvis, X-ray image input means for inputting a simple X-ray front image;
  • Anatomical landmark acquisition means for acquiring an anatomical landmark set with respect to the simple X-ray front image;
  • Calculating means for calculating the rotation angle of the pelvis based on the anatomical landmark,
  • the anatomical landmark includes at least a tear scar or an obturator;
  • the computing means calculates a pelvic rotation angle based on the positional relationship or size of the anatomical landmarks, Pelvic rotation angle calculation device.
  • the calculation means includes: Means for calculating the distance between the left and right tear marks, Calculating a horizontal distance between the midpoint between the tear marks and the pubic joint, Calculating the rotation angle of the pelvis based on the ratio of the distance between the tear marks and the horizontal distance, The pelvic rotation angle calculation device according to (1).
  • a database that is created based on pelvic X-ray CT data acquired from a plurality of patients, and that accumulates the relationship between the ratio of the distance between tear marks and the horizontal distance and the rotation angle of the pelvis, or a plurality of patients Created based on the pelvic X-ray CT data obtained from, including the regression equation showing the relationship between the ratio of the distance between the tear marks and the horizontal distance, and the rotation angle of the pelvis,
  • the calculation means calculates the rotation angle of the pelvis from the ratio of the distance between the tear marks of the simple X-ray front image and the horizontal distance by referring to the database or the regression equation.
  • the pelvic rotation angle calculation device according to (2).
  • the calculation means includes: Means for calculating the lateral diameter of the left and right closed holes, and calculating the rotation angle of the pelvis based on the left-right ratio of the horizontal diameter of the closed holes, The pelvic rotation angle calculation device according to (1).
  • (5) Created based on pelvic X-ray CT data obtained from a plurality of patients, a database that accumulates the relationship between the left-right ratio of the obturator lateral diameter and the rotation angle of the pelvis, or obtained from a plurality of patients Created based on pelvic X-ray CT data, including a regression equation showing the relationship between the left-right ratio of the obturator lateral diameter and the rotation angle of the pelvis,
  • the calculation means calculates the rotation angle of the pelvis from the left / right ratio of the closed hole lateral diameter of the simple X-ray front image by referring to the database or the regression equation, The pelvic rotation angle calculation device according to (4) above.
  • a device for estimating the three-dimensional shape of the pelvic acetabular cover from a simple X-ray front image of the pelvis X-ray image input means for inputting a simple X-ray front image;
  • Acetabular landmark acquisition means for acquiring a plurality of acetabular landmarks related to the pelvic acetabulum set with respect to the simple X-ray front image;
  • Calculating means for estimating a three-dimensional shape of the acetabular cover from the simple X-ray front image and the acetabular landmark,
  • the calculation means corrects the pelvis position using the pelvic rotation angle calculated by the pelvic rotation angle calculation device according to any one of (1) to (5), and corrects the three-dimensional shape of the acetabular cover.
  • a pelvic rotation angle calculation method for calculating a pelvic rotation angle from a simple X-ray front image of the pelvis An X-ray image input step for inputting a captured simple X-ray front image;
  • the anatomical landmark includes at least a tear scar or an obturator;
  • the calculating step includes a step of calculating a rotation angle of the pelvis based on a positional relationship or a size of the anatomical landmark.
  • Pelvic rotation angle calculation method The
  • a method for estimating the three-dimensional shape of the pelvic acetabular cover from a simple X-ray front image of the pelvis An X-ray image input step for inputting a captured simple X-ray front image; Obtaining a plurality of acetabular landmarks relating to the acetabulum of the pelvis set with respect to the simple X-ray front image; and A calculation step of estimating a three-dimensional shape of the acetabular cover from the simple X-ray front image and the acetabular landmark, The calculation step uses the pelvic rotation angle calculated by the pelvic rotation angle calculation method according to claim 7 to estimate a pelvic position and represents a three-dimensional shape of the acetabular covering, A method for estimating a three-dimensional shape of a acetabular cover.
  • a program for executing computing means of a pelvic rotation angle calculation device for calculating a pelvic rotation angle from a simple X-ray front image of the pelvis An X-ray image input step for inputting a captured simple X-ray front image; An anatomical landmark acquisition step of acquiring an anatomical landmark set for the simple X-ray front view; Calculating a pelvic rotation angle based on the anatomical landmark, and The anatomical landmark includes at least a tear scar or an obturator;
  • the calculating step includes a step of calculating a rotation angle of the pelvis based on a positional relationship or a size of the anatomical landmark. Pelvic rotation angle calculation program.
  • the rotation angle of the pelvis can be accurately calculated from a simple X-ray front image without using a CT with a large amount of exposure.
  • the pelvis using at least a tear mark or an obturator that is an anatomical landmark caudal to the pelvic cavity and that is not affected by gonad protection or intestinal gas or the like that is worn during simple radiography. Therefore, the rotation angle of the pelvis can be calculated from a simple X-ray front image taken without considering the pelvic position. Further, since the pelvic rotation angle is calculated based on the positional relationship or size of the anatomical landmarks, the pelvic rotation angle is not affected by race, image scale, or the like.
  • the pelvic rotation angle of the present invention can be calculated without being affected by gonad protection, intestinal gas, etc., race, or image scale. Therefore, the rotation angle of the pelvis calculated according to the present invention can be used as a correction value when estimating the three-dimensional shape of the pelvic cover of the pelvis, which has conventionally been difficult to calculate.
  • FIG. 1 shows an index for calculating a correction value in a conventional pelvic rotation correction method.
  • FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing a simple X-ray front view when the gonadal protection is attached.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the configuration of an apparatus for calculating the rotation angle of the pelvis from a simple X-ray front image of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of an X-ray image used in the present invention.
  • FIG. 5 shows the location of tear marks, pubic bone connections and obturator holes, which are anatomical landmarks of the present invention.
  • FIG. 6 shows an example of an index for calculating the pelvic rotation angle using tear marks and pubic bone connection as anatomical landmarks.
  • FIG. 1 shows an index for calculating a correction value in a conventional pelvic rotation correction method.
  • FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing a simple X-ray front view when the gonadal protection
  • FIG. 7 shows an example of an index when the rotation angle of the pelvis is calculated using the closed hole as an anatomical landmark.
  • FIG. 8 shows an example of calculation steps in the case of calculating the pelvic rotation angle using tear marks and pubic bone connections as anatomical landmarks.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio of the horizontal distance between the midpoint of the tear mark and the pubic bone connection, the distance between the tear marks, and the rotation.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the right / left ratio of the lateral diameter of the female closed hole and the rotation.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ratio of the horizontal distance between the midpoint of the tear mark and the pubic bone, the distance between the tear marks, and the rotation of a male.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the left-right ratio of the male closed hole lateral diameter and the rotation.
  • FIG. 13 is a drawing-substituting photograph, which is an image in which the positions of the acetabular landmark and the peripheral portion of the closing hole are set on the simple X-ray front image displayed on the display unit.
  • FIG. 14 shows the rotation angle ⁇ of the pelvis.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a correction method using the rotation angle ⁇ when estimating the three-dimensional shape of the acetabular cover.
  • the pelvic rotation angle calculation method for calculating the pelvic rotation angle from the simple X-ray front image of the pelvis according to the present invention is implemented by, for example, an apparatus as shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an example of a pelvic rotation angle calculation device 1 (hereinafter also simply referred to as “device 1”) that calculates a pelvic rotation angle from a simple X-ray front image of the pelvis using a computer.
  • the apparatus 1 can display (1) an X-ray image input means 10 for inputting a simple X-ray front image obtained by photographing the vicinity of the subject's pelvis, and (2) an input simple X-ray front image.
  • the display unit 11 can display the set anatomical landmarks based on the simple X-ray front image, and (3) calculate the rotation angle of the pelvis based on the positional relationship or size of the anatomical landmarks
  • the simple X-ray front image means an image representing the amount of X-rays transmitted through the vicinity of the human pelvis from the X-ray irradiation tube in black and white as shown in FIG. May be simply referred to as “X-ray image”.
  • the X-ray image input means 10 inputs X-ray image data in the vicinity of the patient's pelvis.
  • An X-ray image data input using the X-ray image input means 10 is performed by an operator such as a doctor by the device 1. May be used to input an X-ray image from a DB or a recording medium, or may be input via a communication network such as the Internet by transmission / reception means of the apparatus 1.
  • the X-ray image data is not particularly limited as long as the position of an anatomical landmark to be described later can be confirmed and the position information can be input.
  • the X-ray image data may be obtained as a radiation image (CR image) including an image near the pelvis using a CR (Computed Radiographic) system.
  • X-rays emitted from an X-ray irradiation tube are irradiated toward a patient as a subject, and the X-rays transmitted through the subject are incident on an imaging plate having a storage phosphor and transmitted.
  • the radiographic image may be accumulated and recorded as energy information, and the transmitted radiographic image may be read from the imaging plate on which the transmitted radiographic image is accumulated and recorded and input to the X-ray image input unit 10.
  • the X-ray image input means 10 may input X-ray image data from a digital X-ray imaging apparatus equipped with an FPD (Flat-Panel Detector), or may be input from an image server via a network.
  • Image data may be input, or X-ray image data may be input from a recording medium such as a CD-ROM.
  • the display unit 11 has a display screen such as an LCD, and displays an X-ray image input using the X-ray image input means 10.
  • the display unit 11 preferably has a touch input function so that the doctor can set the position of the anatomical landmark on the displayed X-ray image.
  • the position of the anatomical landmark may be set by operating the display unit 11 to display an arrow or the like. Further, the anatomical landmark may be automatically set by detecting an edge from the contour of the X-ray image by using an image edge detection unit included in the apparatus 1.
  • the display unit 11 displays the result of calculation by the rotation angle calculation unit 12 described later, for example, the distance of the anatomical landmark set by the doctor or the like, the ratio of the distance, and the rotation of the pelvis calculated from the ratio of the distance. At least one result such as an angle may be displayed.
  • information necessary for diagnosis and the like such as patient information may be displayed on the display unit 11.
  • a user such as a doctor may make a diagnosis by looking at the result of the rotation angle or the like displayed on the display unit 11, and displays a three-dimensional image corrected based on the calculated result on the display unit 11. Diagnosis may be performed.
  • a printer that prints out an image or the like displayed on the display unit 11, a storage device that stores various data, or a recording unit that records these data on various recording media may be provided.
  • the rotation angle calculation unit 12 includes anatomical landmark acquisition means for acquiring the set anatomical landmark, and (2) calculation means for calculating the rotation angle of the pelvis based on the anatomical landmark.
  • the rotation angle calculation unit 12 is a database that is created based on pelvic X-ray CT data acquired from a plurality of patients and stores the relationship between the ratio of the distance between tear marks and the horizontal distance and the rotation angle of the pelvis. And / or a database that accumulates the relationship between the left-right ratio of the lateral diameter of the obturator and the rotation angle of the pelvis, created based on pelvic X-ray CT data acquired from a plurality of patients.
  • the calculation means calculates the rotation angle of the pelvis while referring to the database based on the positional relationship or size of the anatomical landmark. As will be described later, the ratio of the distance calculated using the anatomical landmarks of the present invention and the rotation angle of the pelvis are highly correlated. Therefore, instead of accumulating individual data in the database, the regression equation obtained from the existing data is stored in the calculation means, and the distance ratio calculated by the calculation means is directly applied to the regression expression, so that the pelvis is directly The rotation angle may be obtained.
  • FIG. 5 shows the position of the pubic joint used in combination with tear marks or obturator holes, which are anatomical landmarks of the present invention, and the tear marks.
  • FIG. 6 shows an example of an index for calculating the rotation angle using tear marks and pubic bone connections as anatomical landmarks.
  • the horizontal distance between the midpoint of the tear mark distance and the pubic bond and the distance between the tear marks The ratio is the index.
  • the index is not particularly limited as long as the distance between the tear marks and the pubic bone can be expressed as a ratio, and the ratio between the distance between the right tear mark and the pubic bone-the distance between the left tear mark and the pubic bone) and the distance between the tear marks. Etc., as appropriate.
  • FIG. 7 shows an example of an index when the rotation angle is calculated using the closed hole as an anatomical landmark, and a horizontal line (horizontal diameter) is placed in the closed hole so as to be parallel to the line connecting the tear marks.
  • the left / right ratio of the length of the longest horizontal line is used as an index.
  • a program for causing the computer to function as the device 1 for calculating the rotation angle of the pelvis from a simple X-ray front image is stored in advance, and this program is read and executed by the control unit 13.
  • the program may be recorded on a recording medium and stored in the program memory 14 using an installation unit.
  • FIG. 8 shows an example of a calculation step when the pelvic rotation angle is calculated using tear marks and pubic bone connection as anatomical landmarks.
  • an X-ray image is input by the X-ray image input means 10.
  • the X-ray image may be input by an operator such as a doctor, or may be input via a communication network by transmission / reception means included in the apparatus 1.
  • the input X-ray image is displayed on the display screen of the display unit 11 in step S110.
  • step S120 the doctor inputs the lowermost portion of the left and right tear marks, and the upper edge portion of the pubic joint in the X-ray image displayed on the display unit 11.
  • the anatomical landmark automatically changes the lowermost portion of the left and right tear marks and the upper edge portion of the pubic bone connection by the edge detection means of the device 1 instead of the input by human power. May be determined automatically.
  • step S130 the position information of the tear marks and pubic bone set in step S120 is acquired by the anatomical landmark acquisition unit and sent to the calculation unit of the rotation angle calculation unit 12, and the left and right of the calculation unit
  • the means for calculating the distance between the tear marks calculates the distance between the tear marks
  • the means for calculating the horizontal distance between the midpoint between the tear marks and the pubic bone connection calculates the horizontal distance.
  • a calculating means calculates
  • the calculation means refers to a database or a regression equation that stores the relationship between the ratio between the distance between tear marks and the horizontal distance and the rotation angle of the pelvis, thereby obtaining the rotation angle of the pelvis.
  • desired data calculated by the rotation angle calculation unit 12, such as the distance between tear marks, the ratio of the distances, and the rotation angle of the pelvis are displayed on the display unit 11, and the procedure ends.
  • the means for calculating the left and right closing hole lateral diameters of the calculating means calculates the closing hole lateral diameter which is the longest diameter of the closing hole parallel to the line connecting the left and right tear marks.
  • the calculated ratio of the left and right closure hole lateral diameters is calculated, and in step S140, except for referring to the database or the regression equation in which the relation between the right and left ratio of the closure hole lateral diameter and the rotation angle of the pelvis is accumulated, What is necessary is just to process according to the procedure shown by FIG.
  • a plurality of peripheral portions of the closed hole of the X-ray image are input, an approximate line of the closed hole outline is created by a computer, and the closed hole lateral diameter is calculated from the approximate line.
  • a lateral diameter that is the longest of the closed hole may be determined in advance using auxiliary means such as a ruler, and a doctor or the like may input only the determined lateral diameter portion.
  • the lateral diameter that becomes the longest closed hole may be automatically determined by edge detection using the edge detection means of the apparatus 1.
  • the rotation angle of the pelvis thus obtained can be used as a correction value when estimating the three-dimensional shape of the acetabular cover of the pelvis from a simple X-ray front image of the pelvis.
  • the pelvis On the Zed Hip, the pelvis was rotated by 3 ° to the left and right by 12 °, and (1) and (2) were measured with the DRR images at each pelvic position, and the correlation with the pelvic rotation angle was examined.
  • the vertical axis is expressed in logarithm in order to increase the approximation accuracy.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio of the horizontal distance between the tear mark midpoint and the pubic bone connection and the distance between the tear marks and the rotation of a woman, the horizontal axis is the rotation angle, and the vertical axis is the tear mark midpoint and the pubic bone connection The ratio of the horizontal distance to the distance between tear marks.
  • the correlation coefficient was 0.972.
  • the graph representing the relationship between the ratio of the horizontal distance between the midpoint of the tear mark and the pubic bone and the distance between the tear marks and the rotation is almost a straight line, and the inclination of the graph ((pubic bone connection-in the tear mark) Point) / distance between tear marks ⁇ rotation angle of pelvis) was ⁇ 0.00637.
  • the slope shown in FIG. 9 is data calculated from the 20 women, and the slope changes depending on the number of people who acquire the data, so the slope may be another numerical value.
  • the inclination shown in FIGS. 10 to 12 is the same.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the left-right ratio of the female closed hole lateral diameter and the rotation, where the horizontal axis represents the rotation angle and the vertical axis represents the log of the left-right ratio of the closed hole lateral diameter.
  • the correlation coefficient was 0.950.
  • the slope of the graph was 0.0732.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ratio of the horizontal distance between the midpoint of the tear mark and the pubic bone of the male and the distance between the tear marks and the rotation, the horizontal axis is the rotation angle, and the vertical axis is the tear mark midpoint and the pubic bone connection.
  • the correlation coefficient was 0.967.
  • the slope of the graph was -0.00676.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the left / right ratio of the male closed hole lateral diameter and the rotation, where the horizontal axis represents the rotation angle and the vertical axis represents the log of the left / right ratio of the closed hole lateral diameter.
  • the correlation coefficient was 0.959.
  • the slope of the graph was 0.0918.
  • the pelvic rotation angle calculated by the pelvic rotation angle calculation device of the present invention is corrected for pelvic rotation in the acetabular cover three-dimensional shape estimation device, the acetabular cover three-dimensional shape estimation method, and the acetabular cover three-dimensional shape estimation program. Can be used as a value.
  • the acetabular covering three-dimensional shape estimation apparatus includes an X-ray image input means for inputting a simple X-ray front image, and a mortar for acquiring a plurality of acetabular landmarks related to the pelvic acetabulum set for the simple X-ray front image. Lid landmark acquisition means, and arithmetic means for estimating a three-dimensional shape of the acetabular cover from the simple X-ray front image and the acetabular landmark are included.
  • the same X-ray image input means as the pelvic rotation angle calculation device can be used.
  • the X-ray image input means of the acetabular covering three-dimensional shape estimation apparatus may be shared with the X-ray image input means of the pelvic rotation angle calculation apparatus or may be provided as a separate body.
  • a plurality of acetabular landmarks related to the pelvic acetabulum are provided with a display unit similar to that of the pelvic rotation angle calculation device, and the position of the acetabular landmark is displayed on the displayed X-ray image using a touch function or a mouse. Should be set.
  • the acetabular landmark known acetabular landmarks such as the acetabular joint surface, the femoral head, the acetabular front edge, and the acetabular rear edge may be used.
  • the display unit of the acetabular covering three-dimensional shape estimation device may be shared with the display unit of the pelvic rotation angle calculation device, or may be provided as a separate body.
  • FIG. 13 shows a common display part of the acetabular covering 3D shape estimation device and the pelvic rotation angle calculation device, and sets the positions of the peripheral part of the acetabular landmark and the closed hole in the X-ray image displayed on the display part. It is an image.
  • the position information of the set acetabular landmark is acquired by the acetabular landmark acquisition means, and is sent to the calculation means for estimating the three-dimensional shape of the acetabular cover.
  • the calculation means estimates the three-dimensional shape of the acetabular cover. To do.
  • the rotation angle ⁇ of the pelvis shown in FIG. 14 is corrected using the horizontal distance between the center of the sacroiliac joint and the upper edge of the pubic joint.
  • correction is performed using the pelvic rotation angle ⁇ calculated by the pelvic rotation angle calculation apparatus.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a correction method using the rotation angle ⁇ when estimating the three-dimensional shape of the acetabular cover of the present invention.
  • the acetabular cover is calculated by drawing the acetabular border on the virtual head. Yes.
  • pelvic rotation ⁇ ( ⁇ in FIG. 15).
  • the center of the left and right virtual skulls is offset from the X-ray film, that is, the center position of the left and right virtual skulls is estimated not to be equidistant from the X-ray film.
  • the coverage area is calculated by drawing the edge of the acetabulum.
  • the rotation angle ⁇ of the pelvis can be calculated without being affected by the effects of gonadal protection, intestinal gas, etc., age, and race or image scale. Therefore, it can be used as a correction value when estimating the three-dimensional shape of the pelvic cover of the pelvis, which has conventionally been difficult to calculate.
  • the acetabular covering three-dimensional shape estimation device can be used for estimating the setting state (position and angle) of an artificial hip joint cup from a simple X-ray front image, in addition to estimating the shape of the pelvic acetabular covering.
  • the cup placement position can be accurately evaluated by correcting the pelvis position using the calculated pelvic rotation angle at the time of confirmation of the placement position after the operation of placing the hip joint in the body and the progress confirmation.
  • pelvic tilt correction can also be performed.
  • the obturator foramen diameter / tear mark distance described in Non-Patent Document 1 or the pubic joint upper edge-sacro-joint vertical distance described in Non-Patent Document 2, as necessary. Correction may be performed using
  • the rotation angle of the pelvis can be accurately and easily determined from the X-ray image. Therefore, it can be used as correction data for the pelvic position when developing software that can perform three-dimensional evaluation of the acetabular cover in the hip joint using one simple X-ray front image. Useful for diagnosis.

Abstract

　人種や画像の縮尺、及び性腺防護や腸管ガスなどの影響を受けることなく、単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する。　骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出装置であって、単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力手段と、前記単純Ｘ線正面像に関して設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得手段と、前記解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算手段と、を有し、前記解剖学的ランドマークは、少なくとも涙痕又は閉鎖孔を含むものであり、前記演算手段は、前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出する、骨盤回旋角度算出装置。

Description

骨盤回旋角度算出装置及び骨盤回旋角度算出方法、臼蓋被覆３次元形状推定装置及び臼蓋被覆３次元形状推定方法、骨盤回旋角度算出プログラム、並びに臼蓋被覆３次元形状推定プログラム
　本発明は、骨盤回旋角度算出装置及び骨盤回旋角度算出方法、臼蓋被覆３次元形状推定装置及び臼蓋被覆３次元形状推定方法、骨盤回旋角度算出プログラム、並びに臼蓋被覆３次元形状推定プログラムに関する発明である。具体的には、（１）骨盤腔より尾側の少なくとも涙痕又は閉鎖孔を解剖学的ランドマークに用いて、骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出装置、（２）骨盤回旋角度算出装置で算出された骨盤の回旋角度を用いて、臼蓋被覆の３次元形状を推定する臼蓋被覆３次元形状推定装置、（３）骨盤腔より尾側の少なくとも涙痕又は閉鎖孔を解剖学的ランドマークに用いて、骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出方法、（４）骨盤回旋角度算出方法により算出された骨盤の回旋角度を用いて、臼蓋被覆の３次元形状を推定する臼蓋被覆３次元形状推定方法、（５）骨盤回旋角度算出装置の演算手段を実行するための骨盤回旋角度算出プログラム、及び（６）臼蓋被覆３次元形状推定装置の演算手段を実行するための臼蓋被覆３次元形状推定プログラム、に関するものである。
　股関節は荷重関節であり、歩行に直接かかわる重要な関節である。変形性股関節症（関節軟骨の変形・損傷に起因し股関節痛の原因となる病態）などの原因により股関節が障害されると歩行困難が生じ、介護が必要な患者の増加が予想され、医療費の増加が懸念される。また、日本人の変形性股関節症の８０％以上は、骨盤の形態異常である臼蓋形成不全（骨盤寛骨臼の被覆不足）により生じた２次性股関節症であり、診断や治療にあたり股関節の形態、動態評価は必須である。
　股関節の形態を正確に評価するため、３次元評価が可能なＣＴ撮影（コンピュータ断層撮影）が行われるが、荷重関節である股関節の病態を探るのに必要な立位での撮影ができないことが問題である。また、放射線被爆も医療コストも大きいため、症状の軽い患者や検診、経過観察にまでＣＴ撮影を実施することは現実的ではない。更に、単純Ｘ線写真は大学病院から診療所まで、どの規模の施設でも撮影できるのに対し、ＣＴ撮影装置は中規模以上の病院にしかない。世界ではＣＴ撮影装置が無い国もあり、単純Ｘ線写真から簡便に股関節変形の３次元形態、動態評価が可能なシステムが求められている。
　単純Ｘ線正面像のみを用い、股関節の３次元形態、動態評価をする方法としては、単純Ｘ線像上の骨盤寛骨臼（寛骨臼の縁部分）の形状から、幾何学計算を用いて股関節の３次元評価を簡易的に行う方法が知られている（非特許文献１参照）。
　また、上記方法は、ＰＣモニター上で解剖学的ランドマークを医師が手入力し、臼蓋被覆を幾何学計算しているが、臼蓋被覆はＸ線撮影時の骨盤位置（傾斜・回旋）の影響を受けやすいため、被覆量を計算する際には骨盤位置を算出する必要がある。単純Ｘ線正面像における骨盤回旋の補正に関しては、骨盤腔内にみられる仙尾関節中央と恥骨結合上縁の水平距離を用いて骨盤回旋を補正する方法が知られている（非特許文献２参照）。しかしながら、前記方法に用いられている指標は、図１に示すように、仙尾関節中央と恥骨結合上縁の距離の絶対値（図中の⇔）であり、人種や画像の縮尺の影響を受けるという問題がある。また、図２に示すように、Ｘ線撮影時に被験者（特に生殖可能年齢者）が装着する性腺防護（写真中央上部の白い部分）、及び／又は腸管ガスなどにより、単純Ｘ線正面像で骨盤腔内にみられる仙尾関節を視認できない画像が多いという問題もある。
Ｋｏｎｉｓｈｉ　Ｎ., "Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｃｅｔａｂｕｌａｒ　Ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｅｍｏｒａｌ　Ｈｅａｄ　ｗｉｔｈ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ａ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ａｎｔｅｒｏｐｏｓｔｅｒｉｏｒ　Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ．　Ａ　Ｎｅｗ　Ｃｏｍｐｕ－ｔｅｒｉｚｅｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．",　Ｊ．　Ｂｏｎｅ　ａｎｄ　Ｊｏｉｎｔ　Ｓｕｒｇ．，７５－Ａ（９），ｐ１３１８－１３３３，１９９３ Ｍ　Ｔａｎｎａｓｔ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｔｉｌｔ　ａｎｄ　Ｒｏｔａｔｉｏｎ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｃｅｔａｂｕｌａｒ　Ｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｐｅｌｖｉｃ　Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｓ"，　Ｃｌｉｎ　Ｏｒｔｈｏｐ　４０７：　１８２－１９０，　２００５．
　本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、骨盤腔より尾側の解剖学的ランドマークである少なくとも涙痕又は閉鎖孔を用いることで、Ｘ線撮影時の性腺防護の装着や腸管ガス等の影響を受けずに単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出できること、それら解剖学的ランドマークの距離の比から骨盤の回旋角度を算出することで、人種や画像の縮尺等の影響を受けることなく、骨盤の回旋角度を算出できること、更に、算出した骨盤の回旋角度を用いて、骨盤位置を推定し臼蓋被覆の３次元形状をあらわすことができることを見出し、本発明を完成した。
　すなわち、本発明の目的は、骨盤回旋角度算出装置及び骨盤回旋角度算出方法、臼蓋被覆３次元形状推定装置及び臼蓋被覆３次元形状推定方法、骨盤回旋角度算出プログラム、並びに臼蓋被覆３次元形状推定プログラムを提供することである。
　本発明は、以下に示す、骨盤回旋角度算出装置及び骨盤回旋角度算出方法、臼蓋被覆３次元形状推定装置及び臼蓋被覆３次元形状推定方法、骨盤回旋角度算出プログラム、並びに臼蓋被覆３次元形状推定プログラムである。
（１）骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出装置であって、
　単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力手段と、
　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得手段と、
　前記解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算手段と、を有し、
　前記解剖学的ランドマークは、少なくとも涙痕又は閉鎖孔を含むものであり、
　前記演算手段は、前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出する、
骨盤回旋角度算出装置。
（２）前記演算手段は、
　左右の涙痕間距離を算出する手段と、
　涙痕間の中点と恥骨結合との間の水平距離を算出する手段と、を有し、
　前記涙痕間距離と前記水平距離の比に基づいて骨盤の回旋角度を算出する、
前記（１）記載の骨盤回旋角度算出装置。
（３）複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記涙痕間距離と前記水平距離の比と、骨盤の回旋角度との関係を蓄積したデータベース、又は、複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記涙痕間距離と前記水平距離の比と、骨盤の回旋角度との関係を示す回帰式を含み、
　前記演算手段は、前記データベース又は前記回帰式を参照することにより、前記単純Ｘ線正面像の前記涙痕間距離と前記水平距離の比から骨盤の回旋角度を算出する、
前記（２）記載の骨盤回旋角度算出装置。
（４）前記演算手段は、
　左右の閉鎖孔横径を算出する手段、を有し
　前記閉鎖孔横径の左右比に基づいて骨盤の回旋角度を算出する、
前記（１）記載の骨盤回旋角度算出装置。
（５）複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記閉鎖孔横径の左右比と、骨盤の回旋角度との関係を蓄積したデータベース、又は、複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記閉鎖孔横径の左右比と、骨盤の回旋角度との関係を示す回帰式を含み、
　前記演算手段は、前記データベース又は前記回帰式を参照することにより、前記単純Ｘ線正面像の前記閉鎖孔横径の左右比から骨盤の回旋角度を算出する、
前記（４）記載の骨盤回旋角度算出装置。
（６）骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する装置であって、
　単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力手段と、
　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークを取得する臼蓋ランドマーク取得手段と、
　前記単純Ｘ線正面像と前記臼蓋ランドマークとから、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算手段と、を有し、
　前記演算手段は、前記（１）乃至（５）のいずれか一に記載の骨盤回旋角度算出装置で算出された骨盤の回旋角度を用いて、骨盤位置を補正し前記臼蓋被覆の３次元形状をあらわす、
臼蓋被覆３次元形状推定装置。
（７）骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出方法であって、
　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得ステップと、
　前記解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算ステップと、を有し、
　前記解剖学的ランドマークは、少なくとも涙痕又は閉鎖孔を含むものであり、
　前記演算ステップは、前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出するステップを含む、
骨盤回旋角度算出方法。
（８）骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する方法であって、
　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークを取得する臼蓋ランドマーク取得ステップと、
　前記単純Ｘ線正面像と前記臼蓋ランドマークとから、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算ステップと、を有し、
　前記演算ステップは、請求項７の骨盤回旋角度算出方法で算出された骨盤の回旋角度を用いて、骨盤位置を推定し前記臼蓋被覆の３次元形状をあらわす、
臼蓋被覆３次元形状推定方法。
（９）骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出装置の演算手段を実行するためのプログラムであって、
　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得ステップと、
　前記解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算ステップと、を有し、
　前記解剖学的ランドマークは、少なくとも涙痕又は閉鎖孔を含むものであり、
　前記演算ステップは、前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出するステップを含む、
骨盤回旋角度算出プログラム。
（１０）骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する臼蓋被覆３次元形状推定装置の演算手段を実行するためのプログラムであって、
　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークを取得する臼蓋ランドマーク取得ステップと、
　前記単純Ｘ線正面像と前記臼蓋ランドマークとから、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算ステップと、を有し、
　前記演算ステップは、請求項９の骨盤回旋角度算出プログラムで算出された骨盤の回旋角度を用いて、前記臼蓋被覆の３次元形状を補正する、
臼蓋被覆３次元形状推定プログラム。
　本発明においては、被爆量の多いＣＴを使用してなくても、単純Ｘ線正面像から精度よく骨盤の回旋角度を算出できる。また、本発明では、骨盤腔より尾側の解剖学的ランドマークであって、単純Ｘ線撮影時に装着する性腺防護や腸管ガス等の影響を受けない涙痕又は閉鎖孔を少なくとも使用して骨盤の回旋角度を算出しているので、骨盤位置を考慮せず撮影した単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出できる。更に、骨盤の回旋角度は前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出していることから、人種や画像の縮尺等の影響を受けることがない。
　本発明においては、単純Ｘ線撮影は従来から一般的に用いられている方法であることから、過去に撮影した単純Ｘ線正面像がある場合は新たに撮影する必要はなく、また、同一患者の過去の単純Ｘ線正面像が複数ある場合は、本発明を用いた評価により、股関節形態の経年変化、関節症進行の経過等を評価することができる。
　本発明の骨盤回旋角度は、性腺防護や腸管ガス等の影響、人種や画像の縮尺の影響を受けることなく算出することができる。したがって、従来は算出が困難な場合があった骨盤の臼蓋被覆の３次元形状を計推定する際の補正値として、本発明により算出した骨盤の回旋角度を使用することができる。
図１は、従来の骨盤回旋の補正方法において、補正値を算出する際の指標を示している。 図２は、図面代用写真で、性腺防護を装着した際の単純Ｘ線正面像を示している。 図３は、本発明の、単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する装置の構成の概略を示すブロック図である。 図４は、本発明に用いられるＸ線画像の概略を示す図である。 図５は、本発明の解剖学的ランドマークである、涙痕、恥骨結合及び閉鎖孔の位置を示している。 図６は、涙痕及び恥骨結合を解剖学的ランドマークとして骨盤の回旋角度を算出する場合の指標の一例を示している。 図７は、閉鎖孔を解剖学的ランドマークとして骨盤の回旋角度を算出する場合の指標の一例を示している。 図８は、涙痕及び恥骨結合を解剖学的ランドマークとして骨盤の回旋角度を算出する場合の算出ステップの一例を示している。 図９は、女性の涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比と回旋の関係を表すグラフである。 図１０は、女性の閉鎖孔横径の左右比と回旋の関係を表すグラフである。 図１１は、男性の涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比と回旋の関係を表すグラフである。 図１２は、男性の閉鎖孔横径の左右比と回旋の関係を表すグラフである。 図１３は、図面代用写真で、表示部に表示された単純Ｘ線正面像に、臼蓋ランドマーク及び閉鎖孔の周辺部の位置を設定した画像である。 図１４は、骨盤の回旋角度θを示す。 図１５は、臼蓋被覆の３次元形状を推定する際の回旋角度θを用いた補正方法を説明する図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
　本発明に係る骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出方法は、例えば、図３に示すような装置により実施される。
　すなわち、図３は、コンピュータを用いた骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出装置１（以下、単に「装置１」と記載することもある。）の一例を示す図である。装置１は、（１）被験者の骨盤付近を撮影した単純Ｘ線正面像を入力するためのＸ線画像入力手段１０、（２）入力された単純Ｘ線正面像を表示することができ、表示された単純Ｘ線正面像に基づき、設定した解剖学的ランドマークを表示することができる表示部１１、（３）解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出する回旋角度算出部１２、（４）Ｘ線画像入力手段１０、表示部１１及び回旋角度算出部１２を制御する制御部１３、（５）制御部１３からアクセスされるプログラムメモリ１４を含んでいる。なお、本発明において、単純Ｘ線正面像とは、図４に示すようにＸ線照射管球から人体の骨盤付近を透過したＸ線の量を白黒で表した像を意味し、以下においては、単に「Ｘ線画像」と記載することもある。
　Ｘ線画像入力手段１０は、患者の骨盤付近のＸ線画像データを入力するものであって、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、後述する解剖学的ランドマークの位置が確認でき、その位置情報を入力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）システムを用いて骨盤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。
　表示部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。この表示部１１は、表示されたＸ線画像に医師が解剖学的ランドマークの位置を設定できるように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を医師が操作して表示部１１に矢印等を表示し、解剖学的ランドマークの位置を設定してもよい。また、解剖学的ランドマークは、装置１が有する画像のエッジ検出手段を用いて、Ｘ線画像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、表示部１１には、後述する回旋角度算出部１２により算出された結果、例えば、医師等が設定した解剖学的ランドマークの距離、距離の比、距離の比から算出された骨盤の回旋角度等の少なくとも１以上の結果を表示できるようにしてもよい。勿論、表示部１１には回旋角度算出部１２により算出された結果以外にも、患者情報等、診断等に必要な情報を表示してもよい。医師等のユーザは、この表示部１１に表示された回旋角度等の結果をみて診断を行ってもよいし、算出された結果に基づいて補正を行った３次元画像を表示部１１に表示して、診断を行ってもよい。図示を省略したが、表示部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。
　回旋角度算出部１２は、設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得手段、（２）解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算手段を含む。また、回旋角度算出部１２は、複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記涙痕間距離と前記水平距離の比と、骨盤の回旋角度との関係を蓄積したデータベース、及び／又は、複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記閉鎖孔横径の左右比と、骨盤の回旋角度との関係を蓄積したデータベースを含む。前記演算手段は、解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて、上記データベースを参照しながら骨盤の回旋角度を算出する。なお、後述するとおり、本発明の解剖学的ランドマークを用いて算出した距離の比と骨盤の回旋角度は非常に相関関係が高い。したがって、個別データをデータベースに蓄積することに代えて、既存のデータから求めた回帰式を演算手段に記憶させておき、演算手段で算出された距離の比を回帰式に当てはめることで、直接骨盤の回旋角度を求めるようにしてもよい。
　図５は、本発明の解剖学的ランドマークである涙痕又は閉鎖孔と、前記涙痕と組み合わせて用いられる恥骨結合の位置を示している。図６は、涙痕及び恥骨結合を解剖学的ランドマークとして回旋角度を算出する場合の指標の一例を示しており、涙痕間距離の中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比を指標としている。なお、指標は、涙痕及び恥骨結合の距離を比で表せればとくに制限はなく、（右側涙痕と恥骨結合の距離－左側涙痕と恥骨結合との距離）と涙痕間距離の比等、適宜設定すればよい。
　図７は、閉鎖孔を解剖学的ランドマークとして回旋角度を算出する場合の指標の例を示しており、涙痕間を結んだ線と平行になるように閉鎖孔に横線（横径）を引き、該横線の最長となる線の長さの左右比を指標としている。
　プログラムメモリ１４には、例えば、コンピュータを単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する装置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１３により読み出され実行されることで、本装置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１４に格納されるようにしてもよい。
　以下に、本発明の装置１を用いた骨盤回旋角度算出方法の手順及び骨盤回旋角度算出プログラムについて説明する。
　図８は、涙痕及び恥骨結合を解剖学的ランドマークとして骨盤の回旋角度を算出する場合の算出ステップの一例を示している。
　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、表示部１１の表示画面に表示される。
　次に、ステップＳ１２０において、表示部１１に表示されたＸ線画像に、医師が左右の涙痕の最も下方に位置する部分、及び恥骨結合の上縁部分を入力する。なお、上記のとおり、解剖学的ランドマークは、人力での入力に換え、装置１が有するエッジ検出手段により上記左右の涙痕の最も下方に位置する部分、及び恥骨結合の上縁部分を自動的に決定してもよい。
　次に、ステップＳ１３０において、ステップＳ１２０で設定された涙痕及び恥骨結合の位置情報を、解剖学的ランドマーク取得手段が取得して回旋角度算出部１２の演算手段に送り、演算手段の左右の涙痕間距離を算出する手段が涙痕間距離を算出し、涙痕間の中点と恥骨結合との間の水平距離を算出する手段が水平距離を算出する。そして、演算手段は、算出した前記涙痕間距離と前記水平距離の比を求める。そして、ステップＳ１４０で、演算手段は涙痕間距離と水平距離の比と骨盤の回旋角度との関係を蓄積したデータベース又は回帰式を参照することで、骨盤の回旋角度が求められる。最後に、ステップＳ１５０で、涙痕間距離、距離の比、骨盤の回旋角度等、回旋角度算出部１２で算出された所望のデータが表示部１１に表示され手順が終了する。
　解剖学的ランドマークとして閉鎖孔横径の左右比を用いる場合は、上記ステップＳ１２０において、涙痕及び恥骨結合に代え、表示部１１に表示されたＸ線画像の閉鎖孔の周辺部を複数個所、及び左右の涙痕の最も下方に位置する部分を入力する。そして、ステップＳ１３０において、演算手段の左右の閉鎖孔横径を算出する手段が、左右の涙痕を結んだ線に平行であって閉鎖孔の最長となる横径である閉鎖孔横径を算出し、算出された左右の閉鎖孔横径の比を算出し、ステップＳ１４０で、閉鎖孔横径の左右比と骨盤の回旋角度との関係等を蓄積したデータベース又は回帰式を参照する以外は、図８に示される手順に従って処理すればよい。なお、上記の方法では、Ｘ線画像の閉鎖孔の周辺部を複数個所入力し、コンピュータで閉鎖孔の輪郭の近似線を作成し、該近似線から閉鎖孔横径を算出しているが、定規等の補助手段を用いて閉鎖孔の最長となる横径を予め決定し、決定した横径部分のみを医師等が入力してもよい。また、人力で入力することに換え、装置１が有するエッジ検出手段を用いたエッジ検出により閉鎖孔の最長となる横径を自動的に決定してもよい。こうして求められた骨盤の回旋角度は、骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する際の補正値として使用することができる。
　次に、本発明に用いた解剖学的ランドマークが骨盤の回旋角度を決定する指標として優れているか、検証を行った。
　外傷や疾患により骨盤部のＣＴ像を撮影した症例のうち、骨盤の変形性変化が著明でない４０例（男性２０例、女性２０例）を対象とした。ＴＨＡ３Ｄ術前計画ソフトＺｅｄ　Ｈｉｐを用いてＣＴデータから３次元画像の再構築を行い、ａｎｔｅｒｉｏｒ　ｐｅｌｖｉｃ　ｐｌａｎｅ（ＡＰＰ）を基準面とした疑似Ｘ線画像（ＤＲＲ画像）を作成した。ＡＰＰ　ｃｏｒｏｎａｌ像にて、（１）涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比、（２）閉鎖孔横径の左右比、を計測した。Ｚｅｄ　Ｈｉｐ上で骨盤を３°ずつ左右に１２°まで回旋させ、各々の骨盤位置でのＤＲＲ画像で（１）、（２）を計測し、骨盤回旋角度との相関を調べた。なお、閉鎖孔横径の左右比については、より近似精度を上げるため、縦軸を対数で表した。
　図９は、女性の涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比と回旋の関係を表すグラフであり、横軸は回旋角度、縦軸は涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比を表す。相関係数は、０．９７２であった。また、グラフから明らかなように、涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比と回旋の関係を表すグラフはほぼ直線となり、グラフの傾き（（恥骨結合－涙痕中点）／涙痕間距離÷骨盤の回旋角度）は－０．００６３７であった。したがって、涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比をＢとした場合、骨盤の回旋角度θは、回帰式：θ＝Ｂ／－０．００６３７から算出することができる。なお、図９に示す傾きは、上記女性２０名から算出したデータであり、データを取得する人数等により傾きは変化するので、上記傾きは他の数値であってもよい。以下の図１０～１２に示す傾きも同様である。
　図１０は、女性の閉鎖孔横径の左右比と回旋の関係を表すグラフであり、横軸は回旋角度、縦軸は閉鎖孔横径の左右比のｌｏｇを表す。相関係数は、０．９５０であった。また、グラフの傾きは０．０７３２であった。
　図１１は、男性の涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比と回旋の関係を表すグラフであり、横軸は回旋角度、縦軸は涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比を表す。相関係数は、０．９６７であった。また、グラフの傾きは－０．００６７６であった。
　図１２は、男性の閉鎖孔横径の左右比と回旋の関係を表すグラフであり、横軸は回旋角度、縦軸は閉鎖孔横径の左右比のｌｏｇを表す。相関係数は、０．９５９であった。また、グラフの傾きは０．０９１８であった。
　上記の結果が示すように、男女両群において，涙痕中点と恥骨結合との水平距離と涙痕間距離の比（相関係数＝０．９７２（女）、０．９６７（男））、閉鎖孔横径の左右比（相関係数＝０．９５０（女）、０．９５９（男））はいずれも骨盤の回旋角度と強い相関がみられた。
　本発明の骨盤回旋角度算出装置により算出した骨盤の回旋角度は、臼蓋被覆３次元形状推定装置、臼蓋被覆３次元形状推定方法、及び臼蓋被覆３次元形状推定プログラムにおいて、骨盤回旋の補正値として用いることができる。臼蓋被覆３次元形状推定装置は、単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力手段と、前記単純Ｘ線正面像に関して設定された骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークを取得する臼蓋ランドマーク取得手段と、前記単純Ｘ線正面像と前記臼蓋ランドマークとから、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算手段とを含んでいる。
　単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力手段は、骨盤回旋角度算出装置と同様のＸ線画像入力手段を用いることができる。臼蓋被覆３次元形状推定装置のＸ線画像入力手段は、骨盤回旋角度算出装置のＸ線画像入力手段と共通化してもよいし、別体として設けてもよい。
　また、骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークは、骨盤回旋角度算出装置と同様の表示部を設け、タッチ機能やマウス等を用いて、表示されたＸ線画像に臼蓋ランドマークの位置を設定すればよい。臼蓋ランドマークは、臼蓋関節面、大腿骨頭、臼蓋前縁、臼蓋後縁等、公知の臼蓋ランドマークを用いればよい。臼蓋被覆３次元形状推定装置の表示部は、骨盤回旋角度算出装置の表示部と共通化してもよいし、別体として設けてもよい。図１３は、臼蓋被覆３次元形状推定装置と骨盤回旋角度算出装置の表示部を共通化し、表示部に表示されたＸ線画像に、臼蓋ランドマーク及び閉鎖孔の周辺部の位置を設定した画像である。
　設定された臼蓋ランドマークは、臼蓋ランドマーク取得手段により位置情報が取得され、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算手段に送られ、演算手段は臼蓋被覆の３次元形状を推定する。その際、非特許文献２に記載されている方法では、図１４に示す骨盤の回旋角度θは、仙尾関節中央と恥骨結合上縁の水平距離を用いて補正しているが、本発明の臼蓋被覆３次元形状推定装置では、骨盤回旋角度算出装置により算出した骨盤の回旋角度θを用いて補正している。
　図１５は、本発明の臼蓋被覆の３次元形状を推定する際の回旋角度θを用いた補正方法を説明する図である。非特許文献１に記載されている方法では、左右の仮想骨頭中心位置がＸ線フィルムから等距離にあると仮定して、仮想骨頭上に臼蓋縁を描くことで臼蓋被覆を算出している。一方、本発明の臼蓋被覆３次元形状推定装置、臼蓋被覆３次元形状推定方法、及び臼蓋被覆３次元形状推定プログラムにおいては、図１５に示すように骨盤回旋θ（図１５ではθ＝２．５°）の分だけ、左右の仮想頭骨球中心がＸ線フィルムからずれている、つまり、左右の仮想骨頭中心位置がＸ線フィルムから等距離ではないと推定し、ずらした仮想骨頭上に臼蓋縁を描くことで被覆面積を計算している。
　上記のとおり、本発明の骨盤回旋角度算出装置を用いると、性腺防護や腸管ガス等の影響、年齢、そして、人種や画像の縮尺の影響を受けることなく骨盤の回旋角度θを算出することができるので、従来は算出が困難な場合があった骨盤の臼蓋被覆の３次元形状を推定する際の補正値として使用することができる。
　臼蓋被覆３次元形状推定装置は、骨盤の臼蓋被覆の形状の推定の他、単純Ｘ線正面像から人工股関節カップの設置状況（位置、角度）の推定にも使用することができ、人工股関節を体内に設置する手術をした後の設置位置の確認や経過確認の際に、算出した骨盤回旋角度を用いて骨盤位置を補正することで、カップ設置位置を正確に評価することができる。
　なお、骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する装置としては、上記の回旋角度の補正に加え、骨盤傾斜補正をすることもできる。骨盤傾斜に関しては、必要に応じて、非特許文献１に記載されている閉鎖孔縦径／涙痕間距離、又は、非特許文献２に記載されている恥骨結合上縁－仙尾関節垂直距離を用いて、補正をすればよい。
　本発明の解剖学的ランドマークを用いることで、Ｘ線画像から骨盤の回旋角度を精度よく且つ簡単に決定することができる。したがって、単純Ｘ線正面像１枚を用い、股関節における臼蓋被覆の３次元評価を行うことができるソフトを開発する際の骨盤位置の補正データとして使用することができるので、医療機関等において患者の診断に有用である。
 

Claims (10)

  1. 　骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出装置であって、
    　単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力手段と、
    　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得手段と、
    　前記解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算手段と、を有し、
    　前記解剖学的ランドマークは、少なくとも涙痕又は閉鎖孔を含むものであり、
    　前記演算手段は、前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出する、
    骨盤回旋角度算出装置。
  2. 　前記演算手段は、
    　左右の涙痕間距離を算出する手段と、
    　涙痕間の中点と恥骨結合との間の水平距離を算出する手段と、を有し、
    　前記涙痕間距離と前記水平距離の比に基づいて骨盤の回旋角度を算出する、
    請求項１記載の骨盤回旋角度算出装置。
  3. 　複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記涙痕間距離と前記水平距離の比と、骨盤の回旋角度との関係を蓄積したデータベース、又は、複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記涙痕間距離と前記水平距離の比と、骨盤の回旋角度との関係を示す回帰式を含み、
    　前記演算手段は、前記データベース又は前記回帰式を参照することにより、前記単純Ｘ線正面像の前記涙痕間距離と前記水平距離の比から骨盤の回旋角度を算出する、
    請求項２記載の骨盤回旋角度算出装置。
  4. 　前記演算手段は、
    　左右の閉鎖孔横径を算出する手段、を有し
    　前記閉鎖孔横径の左右比に基づいて骨盤の回旋角度を算出する、
    請求項１記載の骨盤回旋角度算出装置。
  5. 　複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記閉鎖孔横径の左右比と、骨盤の回旋角度との関係を蓄積したデータベース、又は、複数の患者から取得した骨盤Ｘ線ＣＴデータに基づいて作成した、前記閉鎖孔横径の左右比と、骨盤の回旋角度との関係を示す回帰式を含み、
    　前記演算手段は、前記データベース又は前記回帰式を参照することにより、前記単純Ｘ線正面像の前記閉鎖孔横径の左右比から骨盤の回旋角度を算出する、
    請求項４記載の骨盤回旋角度算出装置。
  6. 　骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する装置であって、
    　単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力手段と、
    　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークを取得する臼蓋ランドマーク取得手段と、
    　前記単純Ｘ線正面像と前記臼蓋ランドマークとから、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算手段と、を有し、
    　前記演算手段は、前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の骨盤回旋角度算出装置で算出された骨盤の回旋角度を用いて、前記臼蓋被覆の３次元形状を補正する、
    臼蓋被覆３次元形状推定装置。
  7. 　骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出方法であって、
    　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
    　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得ステップと、
    　前記解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算ステップと、を有し、
    　前記解剖学的ランドマークは、少なくとも涙痕又は閉鎖孔を含むものであり、
    　前記演算ステップは、前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出するステップを含む、
    骨盤回旋角度算出方法。
  8. 　骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する方法であって、
    　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
    　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークを取得する臼蓋ランドマーク取得ステップと、
    　前記単純Ｘ線正面像と前記臼蓋ランドマークとから、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算ステップと、を有し、
    　前記演算ステップは、請求項７の骨盤回旋角度算出方法で算出された骨盤の回旋角度を用いて、前記臼蓋被覆の３次元形状を補正する、
    臼蓋被覆３次元形状推定方法。
  9. 　骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の回旋角度を算出する骨盤回旋角度算出装置の演算手段を実行するためのプログラムであって、
    　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
    　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された解剖学的ランドマークを取得する解剖学的ランドマーク取得ステップと、
    　前記解剖学的ランドマークに基づいて骨盤の回旋角度を算出する演算ステップと、を有し、
    　前記解剖学的ランドマークは、少なくとも涙痕又は閉鎖孔を含むものであり、
    　前記演算ステップは、前記解剖学的ランドマークの位置関係又は大きさに基づいて骨盤の回旋角度を算出するステップを含む、
    骨盤回旋角度算出プログラム。
  10. 　骨盤の単純Ｘ線正面像から骨盤の臼蓋被覆の３次元的形状を推定する臼蓋被覆３次元形状推定装置の演算手段を実行するためのプログラムであって、
    　撮像済みの単純Ｘ線正面像を入力するＸ線画像入力ステップと、
    　前記単純Ｘ線正面像に関して設定された骨盤の臼蓋に関する複数の臼蓋ランドマークを取得する臼蓋ランドマーク取得ステップと、
    　前記単純Ｘ線正面像と前記臼蓋ランドマークとから、臼蓋被覆の３次元形状を推定する演算ステップと、を有し、
    　前記演算ステップは、請求項９の骨盤回旋角度算出プログラムで算出された骨盤の回旋角度を用いて、前記臼蓋被覆の３次元形状を補正する、
    臼蓋被覆３次元形状推定プログラム。
     
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