(57)【要約】【課題】計測対象物の３次元形状及び運動を計測する３次元計測方法、３次元計測システム、画像処理装置、及びコンピュータプログラムの提供。【解決手段】エックス線画像から計測対象物である肋骨像を抽出し（Ｓ１３）、抽出した肋骨像に対し細線化処理を行い芯線を抽出し（Ｓ１４）、抽出した芯線をベジェ曲線により近似するために、制御点の位置座標を算出する（Ｓ１５）。そして、各エックス線画像について求めた制御点間の対応付けを行い、対応付けられた制御点の軌跡を求め（Ｓ１６）、制御点の３次元座標を算出し、計測対象物の３次元形状及び運動を求める（Ｓ１７）。【選択図】        図８
2004167109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物を時系列的に撮像して得られる複数の撮像画像から、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する３次元計測方法において、
各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出し、抽出した２次元形状を特徴付ける特徴線を抽出し、抽出した特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出し、各撮像画像について求めた特徴点間の対応付けを行い、対応付けられた特徴点の軌跡を求め、求めた軌跡に基づき、前記特徴点の３次元座標を算出し、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測することを特徴とする３次元計測方法。
【請求項２】
前記特徴線を抽出する際、前記２次元形状の輪郭に沿って細線化処理を行い、前記２次元形状について芯線又は輪郭線を抽出することを特徴とする請求項１に記載の３次元計測方法。
【請求項３】
前記特徴点を求める際に前記特徴線を自由曲線により近似し、近似して得られた自由曲線の制御点を求めるべき特徴点とすべくなしてあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元計測方法。
【請求項４】
計測対象物を時系列的に撮像して得られる複数の撮像画像から、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する３次元計測方法において、
各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出し、各撮像画像間で対応しており、前記２次元形状に追随して移動する点を特徴点として抽出し、抽出した特徴点の軌跡を求め、求めた軌跡に基づき、前記特徴点の３次元座標を算出し、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測することを特徴とする３次元計測方法。
【請求項５】
各撮像画像間で対応付けられた特徴点の軌跡を、既知の関数に基づいて求めることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の３次元計測方法。
【請求項６】
計測対象物を撮像する撮像装置と、該撮像装置により時系列的に撮像された複数の撮像画像を取込む手段、及び取込んだ複数の撮像画像に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する手段を有する画像処理装置とを備える３次元計測システムにおいて、
前記画像処理装置は、取込んだ各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出する手段と、抽出した２次元形状を特徴付ける特徴線を抽出する手段と、抽出した特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出する手段と、各撮像画像について求めた特徴点間の対応付けを行う手段と、対応付けられた特徴点の軌跡を求める手段と、求めた軌跡に基づいて前記特徴点の３次元座標を算出する手段とを備え、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測すべくなしてあることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項７】
前記特徴線を抽出する際、前記２次元形状の輪郭に沿って細線化処理を行い、前記２次元形状について芯線又は輪郭線を抽出すべくなしてあることを特徴とする請求項６に記載の３次元計測システム。
【請求項８】
前記撮像装置は放射線撮像装置であり、骨格構造を含む計測対象物を撮像すべくなしてあり、前記画像処理装置は、前記放射線撮像装置が撮像した前記計測対象物の撮像画像に基づき、前記骨格構造の３次元形状及び運動を計測すべくなしてあることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の３次元計測システム。
【請求項９】
前記画像処理装置は、前記骨格構造の運動を計測した結果に基づき、前記運動の異常の有無を判定する手段と、該手段が判定した結果を外部へ出力する手段とを更に備えることを特徴とする請求項８に記載の３次元計測システム。
【請求項１０】
撮像装置により時系列的に撮像された複数の撮像画像を取込む手段と、取込んだ複数の撮像画像に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する手段とを備える画像処理装置において、
取込んだ各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出する手段と、抽出した２次元形状を特徴付ける特徴線を抽出する手段と、抽出した特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出する手段と、各撮像画像について求めた特徴点間の対応付けを行う手段と、対応付けられた特徴点の軌跡を求める手段と、求めた軌跡に基づいて前記特徴点の３次元座標を算出する手段とを備え、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測すべくなしてあることを特徴とする画像処理装置。
【請求項１１】
コンピュータに、計測対象物を時系列的に撮像した複数の撮像画像に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測させるステップを有するコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出させるステップと、コンピュータに、抽出させた２次元形状を特徴付ける特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出させるステップと、コンピュータに、各撮像画像について求めさせた特徴点間の対応付けを行わせるステップと、コンピュータに、対応付けられた特徴点の軌跡を求めさせるステップと、コンピュータに、求めさせた軌跡に基づいて前記特徴点の３次元座標を算出させるステップとを有することを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測対象物の３次元形状及び運動を計測する３次元計測方法、３次元計測システム、該３次元計測システムに利用される画像処理装置、並びに前記３次元計測システム及び画像処理装置を実現させるためのコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、胸郭の移動量を計測するために大きく分けて２つの手法が提案されている。一つは光学式マーカ（以下、マーカという）を用いた運動解析による手法である。この手法では、胸郭部分の皮膚にマーカを貼り付けて写真を撮影し、得られた写真を画像解析することによってマーカの移動量を計測するものである。皮膚に貼り付けたマーカは胸郭に追随して３次元的に動くため、２台のカメラにより撮影し、ステレオ法を利用してマーカの３次元位置を計測する。これを、呼吸運動の間に連続して行うことにより、マーカの移動量に基づいて胸郭の移動量を計測することができる。
【０００３】
もう一つは、３次元ＣＴ装置（ＣＴ  ：  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）により撮像した３次元ＣＴ画像を用いる手法である（例えば、非特許文献１参照）。本手法では、まず、得られたＣＴ画像から肋骨像を抽出し、その３次元位置及び形状を把握した後に、異なる時間における肋骨像の各点の対応付けを行い、胸郭の移動量を計測する。
【０００４】
【非特許文献１】
朴，「ＣＴ画像からの肋骨呼吸３次元運動の解析」、電子情報通信学会論文誌，電子情報通信学会，２００１年８月，Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｄ−２，ｐ１６１８−１６２７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学式マーカを利用する手法では、マーカを皮膚の表面に貼り付けるため、胸郭が動くときに皮膚全体が胸郭の動きからずれるに従いマーカの位置もずれるため、計測値の精度が悪いという問題点を有している。
また、３次元ＣＴ装置を利用する手法では、胸郭の正確な立体像が得られるという利点を有しているが、装置そのものが大がかりな上に、１回の撮影に十数秒かかることから、自然な呼吸による動きを捉えることができないという問題点を有している。また、時系列的に得られた立体像間での対応位置の決定を人の手により行った場合、曖昧性が残り、３次元計測の精度が悪くなるという問題点を有している。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、時系列的に得られた撮像画像から計測対象物の２次元形状を抽出し、抽出した２次元形状を特徴付ける特徴線を抽出し、抽出した特徴線を規定するような複数の特徴点を求め、各撮像画像について求めた特徴点間の対応付けを行い、対応付けられた特徴点の軌跡を求めて特徴点の３次元座標を算出する構成とすることにより、簡便に撮像画像が得られ、精度良く、短時間で計測対象物の３次元形状及び運動を計測できる３次元計測方法、３次元計測システム、画像処理装置、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る３次元計測方法は、計測対象物を時系列的に撮像して得られる複数の撮像画像から、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する３次元計測方法において、各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出し、抽出した２次元形状を特徴付ける特徴線を抽出し、抽出した特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出し、各撮像画像について求めた特徴点間の対応付けを行い、対応付けられた特徴点の軌跡を求め、求めた軌跡に基づき、前記特徴点の３次元座標を算出し、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測することを特徴とする。
【０００８】
第１発明にあっては、複数の特徴点で描かれる特徴線により計測対象物を表現し、その特徴点の２次元座標を求め、時系列的に得られた撮像画像間で特徴点間の対応付けを行った後、特徴点の軌跡を求めて計測対象物の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理が大幅に短縮される。特に、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いる場合は、制御点の位置座標のみを追跡すれば良いため、圧倒的なデータの圧縮が可能となり、計測対象物の３次元形状及び運動に関する情報の保存、検索に有利となる。また、特徴線上の点であっても、時系列の対応付けが得られる場合には、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動を計測することが可能となる。
【０００９】
第２発明に係る３次元計測方法は、第１発明に係る３次元計測方法において、前記特徴線を抽出する際、前記２次元形状の輪郭に沿って細線化処理を行い、前記２次元形状について芯線又は輪郭線を抽出することを特徴とする。
【００１０】
第２発明にあっては、計測対象物をその芯線又は輪郭線により表現しており、その芯線又は輪郭線を規定する特徴点を３次元形状及び運動の解析に利用するため、計測対象物を立体像のまま取り扱わずにすみ、情報量を大幅に削減できる。また、計測対象物の３次元形状及び運動に関してその計測処理が大幅に短縮される。
【００１１】
第３発明に係る３次元計測方法は、第１発明又は第２発明に係る３次元計測方法において、前記特徴点を求める際に前記特徴線を自由曲線により近似し、近似して得られた自由曲線の制御点を求めるべき特徴点とすべくなしてあることを特徴とする。
【００１２】
第３発明にあっては、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いており、制御点の２次元座標のみを追跡すれば良いため、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理を大幅に短縮することができる。
【００１３】
第４発明に係る３次元計測方法は、計測対象物を時系列的に撮像して得られる複数の撮像画像から、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する３次元計測方法において、各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出し、各撮像画像間で対応しており、前記２次元形状に追随して移動する点を特徴点として抽出し、抽出した特徴点の軌跡を求め、求めた軌跡に基づき、前記特徴点の３次元座標を算出し、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測することを特徴とする。
【００１４】
第４発明にあっては、特徴線の抽出を行わない場合であっても、時系列の対応付けが得られる特徴点を抽出できるときには、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動の計測が容易となる。
【００１５】
第５発明に係る３次元計測方法は、第１発明乃至第４発明の何れかの３次元計測方法において、各撮像画像間で対応付けられた特徴点の軌跡を、既知の関数に基づいて求めることを特徴とする。
【００１６】
第５発明にあっては、各撮像画像間で対応付けられた特徴点の軌跡を、既知の関数に基づいて求めるようにしている。そのため、計測対象物の運動が予め予測できる場合、その軌跡を表す関数を設定して特徴点の軌跡を求めることが可能である。例えば、計測対象物がある回転軸の回りに円運動する場合、画像面に投影された軌跡は楕円又は直線になることが事前に分かる。そこで、特徴点の軌跡として、楕円又は直線（回転角度の関数とした場合には三角関数）により特徴点の軌跡をフィッティングすることにより、特徴点の軌跡を容易に求めることが可能となる。
【００１７】
第６発明に係る３次元計測システムは、計測対象物を撮像する撮像装置と、該撮像装置により時系列的に撮像された複数の撮像画像を取込む手段、及び取込んだ複数の撮像画像に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する手段を有する画像処理装置とを備える３次元計測システムにおいて、前記画像処理装置は、取込んだ各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出する手段と、抽出した２次元形状を特徴付ける特徴線を抽出する手段と、抽出した特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出する手段と、各撮像画像について求めた特徴点間の対応付けを行う手段と、対応付けられた特徴点の軌跡を求める手段と、求めた軌跡に基づいて前記特徴点の３次元座標を算出する手段とを備え、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測すべくなしてあることを特徴とする。
【００１８】
第６発明にあっては、複数の特徴点で描かれる自由曲線により計測対象物を表現し、その特徴点の位置座標を求め、時系列的に得られた撮像画像間で特徴点間の対応付けを行った後、特徴点の軌跡を求めて計測対象物の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理が大幅に短縮される。特に、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いる場合は、制御点の位置座標のみを追跡すれば良いため、圧倒的なデータの圧縮が可能となり、計測対象物の３次元形状及び運動に関する情報の保存、検索に有利となる。また、特徴線上の点であっても、時系列の対応付けが得られる場合には、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動を計測することが可能となる。
【００１９】
第７発明に係る３次元計測システムは、第６発明に係る３次元計測システムにおいて、前記特徴線を抽出する際、前記２次元形状の輪郭に沿って細線化処理を行い、前記２次元形状について芯線又は輪郭線を抽出すべくなしてあることを特徴とする。
【００２０】
第７発明にあっては、計測対象物をその芯線又は輪郭線により表現しており、その芯線又は輪郭線を規定する特徴点を３次元形状及び運動の解析に利用するため、計測対象物を立体像のまま取り扱わずにすみ、情報量を大幅に削減できる。また、計測対象物の３次元形状及び運動に関してその計測処理が大幅に短縮される。
【００２１】
第８発明に係る３次元計測システムは、第６発明又は第７発明に係る３次元計測システムにおいて、前記撮像装置は放射線撮像装置であり、骨格構造を含む計測対象物を撮像すべくなしてあり、前記画像処理装置は、前記放射線撮像装置が撮像した前記計測対象物の撮像画像に基づき、前記骨格構造の３次元形状及び運動を計測すべくなしてあることを特徴とする。
【００２２】
第８発明にあっては、放射線撮像装置により得られた骨格構造を含む計測対象物の撮像画像から、前記骨格構造の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、例えば、胸郭の運動を解析する際、３次元ＣＴ装置のような大がかりな装置を用いることなく、一般のエックス線撮像装置を利用でき、簡便に撮像することが可能である。また、撮像画像を時系列に得ることにより自然な呼吸に近い状態での胸郭の運動解析が可能となる。
【００２３】
第９発明に係る３次元計測システムは、第８発明に係る３次元計測システムにおいて、前記画像処理装置は、前記骨格構造の運動を計測した結果に基づき、前記運動の異常の有無を判定する手段と、該手段が判定した結果を外部へ出力する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００２４】
第９発明にあっては、骨格構造の運動を計測した結果に基づき、その運動に異常が有るか否かを判定し、その判定結果を外部へ出力するようにしている。例えば、身体各部位のエックス線画像を利用して各部位の運動を計測した場合、肺疾患、大腿骨の運動、顎関節の動き等の検出が可能となり、診断を支援するレポートの作成が可能となる。
【００２５】
第１０発明に係る画像処理装置は、撮像装置により時系列的に撮像された複数の撮像画像を取込む手段と、取込んだ複数の撮像画像に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測する手段とを備える画像処理装置において、取込んだ各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出する手段と、抽出した２次元形状を特徴付ける特徴線を抽出する手段と、抽出した特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出する手段と、各撮像画像について求めた特徴点間の対応付けを行う手段と、対応付けられた特徴点の軌跡を求める手段と、求めた軌跡に基づいて前記特徴点の３次元座標を算出する手段とを備え、算出した特徴点の３次元座標に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測すべくなしてあることを特徴とする。
【００２６】
第１０発明にあっては、複数の特徴点で描かれる自由曲線により計測対象物を表現し、その特徴点の位置座標を求め、時系列的に得られた撮像画像間で特徴点間の対応付けを行った後、特徴点の軌跡を求めて計測対象物の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理が大幅に短縮される。特に、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いる場合は、制御点の位置座標のみを追跡すれば良いため、圧倒的なデータの圧縮が可能となり、計測対象物の３次元形状及び運動に関する情報の保存、検索に有利となる。また、特徴線上の点であっても、時系列の対応付けが得られる場合には、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動を計測することが可能となる。
【００２７】
第１１発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、計測対象物を時系列的に撮像した複数の撮像画像に基づき、前記計測対象物の３次元形状及び運動を計測させるステップを有するコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、各撮像画像から前記計測対象物の２次元形状を抽出させるステップと、コンピュータに、抽出させた２次元形状を特徴付ける特徴線を規定する複数の特徴点の２次元座標を算出させるステップと、コンピュータに、各撮像画像について求めさせた特徴点間の対応付けを行わせるステップと、コンピュータに、対応付けられた特徴点の軌跡を求めさせるステップと、コンピュータに、求めさせた軌跡に基づいて前記特徴点の３次元座標を算出させるステップとを有することを特徴とする。
【００２８】
第１１発明にあっては、複数の特徴点で描かれる自由曲線により計測対象物を表現し、その特徴点の位置座標を求め、時系列的に得られた撮像画像間で特徴点間の対応付けを行った後、特徴点の軌跡を求めて計測対象物の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理が大幅に短縮される。特に、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いる場合は、制御点の位置座標のみを追跡すれば良いため、圧倒的なデータの圧縮が可能となり、計測対象物の３次元形状及び運動に関する情報の保存、検索に有利となる。また、特徴線上の点であっても、時系列の対応付けが得られる場合には、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動を計測することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は本発明に係る画像処理装置を利用した胸郭運動計測システムの模式的構成図である。図中１２０はエックス線撮像装置であり、エックス線発生装置１１０から放射されるエックス線を人体の胸部に照射することにより胸郭のエックス線画像（以下、胸部エックス線画像という）を取得する。
エックス線撮像装置１２０が取得した胸部エックス線画像は、パーソナルコンピュータのような画像処理装置２００に取込まれる。エックス線画像を画像処理装置２００に取込む場合、エックス線撮像装置１２０によりフィルム出力されたものをフィルムスキャナ等の画像入力装置にて取込む。また、エックス線撮像装置１２０が、エックス線画像をデジタル画像として出力できる場合には、当該エックス線撮像装置１２０と画像処理装置２００とを通信ケーブル等で接続し、通信により画像処理装置２００に取込むようにしてもよい。
【００３０】
画像処理装置２００では、デジタルの画像データとして取込んだエックス線画像に基づき、胸郭の運動を計測する。胸郭の運動を計測するために画像処理装置２００は、（ａ）肋骨像の抽出処理、（ｂ）抽出した肋骨像の芯線化処理、（ｃ）芯線を自由曲線にて近似するための制御点算出処理、（ｄ）各制御点が移動する軌跡の抽出処理、（ｅ）抽出した軌跡に基づく肋骨の３次元形状及び運動の算出処理を順次実行する。
本実施の形態では、肋骨がある回転軸の回りに円運動をするという予備知識に基づいて制御点の移動軌跡を追跡し、肋骨の３次元形状及び運動を計測することを特徴としている。また、本実施の形態では、４つの制御点を利用した自由曲線により肋骨像を表して演算量の軽減を図るようにしている。
更に、画像処理装置２００は計測した肋骨の運動に基づいて、呼吸運動の異常等を検出し、診断支援レポートの作成を行う。作成された診断支援レポートは、プリンタのような画像形成装置３００により出力される。
【００３１】
図２は画像処理装置２００の内部構成を示すブロック図である。画像処理装置２００はＣＰＵ２０１を備えており、該ＣＰＵ２０１にバス２０２を介してＲＯＭ２０３、ＲＡＭ２０４、操作部２０５、表示部２０６、画像入力部２０７、補助記憶部２０８、記憶部２０９、出力部２１０等の各種ハードウェアが接続されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０３又は記憶部２０９に格納された各種制御プログラムに従って前記ハードウェアを制御する。また、ＣＰＵ２０１は前述した各処理を順次実行し、画像入力部２０７を通じて入力された画像データに対して画像処理を行い、撮像された肋骨の３次元形状及び運動を計測する。
なお、当該画像処理は必ずしもＣＰＵ２０１が行う必要はなく、画像処理専用のＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｄｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｉｕｔ）を設けて、ＣＰＵ２０１から指示を与え、画像処理専用のＡＳＩＣに画像処理を行わせる形態であってもよい。
ＲＡＭ２０４はＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、又はフラッシュメモリ等で構成され、ＲＯＭ２０３又は記憶部２０９に格納された制御プログラムの実行時に発生するデータを記憶する。
【００３２】
操作部２０５は、キーボード、マウス、タブレット等の入力装置からなり、画像処理をする際の指示の入力、選択操作等を受付ける。表示部２０６は、ＣＲＴディスプレイ又は液晶ディスプレイ等の表示装置からなり、操作部２０５を通じて入力された各種の情報が表示されるとともに、画像入力部２０７を通じて入力された胸部エックス線画像、画像処理中の画像データ、及び画像処理後の画像データ等が表示される。
【００３３】
画像入力部２０７には、エックス線撮像装置１２０により得られた胸部エックス線画像がデジタルの画像データとして入力される。エックス線撮像装置１２０がエックス線画像をフィルムに記録するタイプの撮像装置である場合には、画像入力部２０７にフィルムスキャナ装置、イメージスキャナ等の画像入力装置を接続し、フィルム上に形成されたエックス線画像を前記画像入力装置によりデジタル化した後、画像データを画像処理装置２００の内部に取込む。
また、エックス線撮像装置１２０が、撮像して得られたエックス線画像に基づいてデジタルの画像データを生成し、生成した画像データを外部へ送信できる場合には、当該エックス線撮像装置１２０と画像処理装置２００の画像入力部２０７とを通信ケーブル等により接続し、通信によりデジタルの画像データを直接取込む構成であってもよい。
このようにエックス線撮像装置１２０により得られたエックス線画像は、デジタルの画像データに変換された後、画像処理装置２００の内部に入力される。入力された画像データはハードディスク等の記憶部２０９に記憶される。
【００３４】
出力部２１０には、レーザプリンタ、インクジェットプリンタ等の画像形成装置３００が接続されており、画像処理装置２００が作成した診断支援レポート等が出力される。
【００３５】
補助記憶部２０８は、本発明のコンピュータプログラム及びデータを記録したＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体Ｍからコンピュータプログラム及びデータを読取るＦＤドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等からなり、読取られたコンピュータプログラム及びデータは、記憶部２０９にインストールされる。また、本発明のコンピュータプログラムは、画像処理装置２００は製品の製造時、出荷時等において記憶部２０９に予めインストールされている形態であってもよい。
記憶部２０９に記憶されているコンピュータプログラム及びデータはＲＡＭ２０４に読込まれ、ＣＰＵ２０１が実行することで本発明の画像処理装置２００として動作する。
【００３６】
図３はエックス線撮像装置１２０により得られる胸部エックス線画像の模式図であり、図４は呼吸運動時の肋骨の運動方向を説明する模式図である。エックス線画像は、高濃度になるに従って（すなわち、黒くなる方向）画素値が小さくなり、低濃度になるに従って（すなわち、白くなる方向）画素値が大きくなる画素の集合からなる画像である。図３は胸郭の後面を示しており、左右１２個ずつの肋骨ｒ１〜ｒ１２が脊椎１０につながっている様子を示している。
左右の各肋骨ｒ１，ｒ１は、それぞれ助骨頭１１及び横突起１２の２箇所において脊椎１０と接しており、その連結部を結ぶ軸上で回転運動をすることが知られている。また、肋骨ｒ２〜ｒ１２も同様に脊椎１０に接しており、同様の回転運動をすることが知られている。なお、胸郭の前面にて左右の肋骨ｒ１，ｒ１は、図に示していない軟骨により連結されているが、軟骨は非剛体であるので３次元形状及び運動の計測対象としない。肋骨ｒ２〜ｒ１２についても同様である。剛体と見なせる肋骨ｒ１〜ｒ１２のみを本実施の形態での計測対象とする。また、肋骨ｒ１の画像は明瞭に抽出できないことがあり、肋骨ｒ１０〜ｒ１２は明瞭に撮像されていないことがあるため、その場合は計測対象から取り除く。ただし、前後のエックス線画像から推定できる場合は計測対象とする。
呼吸に伴う肋骨運動を復元するために、本実施の形態では、後述する手法により各肋骨ｒ１〜ｒ１２の回転中心軸及び回転角度を算出する。
【００３７】
図５はエックス線撮像装置１２０と計測対象との配置を説明する模式図である。前述したように各肋骨ｒ１〜ｒ１２は、呼吸運動の際にある回転軸の回りに回転運動を行うことが知られている。そこで、所定の位置に設置されたエックス線撮像装置１２０を利用して胸部を時系列的に撮像して胸部エックス線画像を取得し、肋骨上の任意の点に着目した場合、その点の軌跡は楕円を描くことになる。なお、各肋骨ｒ１〜ｒ１２は、前記回転軸の回りに自由に回転運動できるものではなく、円周上の一部にて運動を繰り返すため、その軌道は楕円の一部を描く。
また、回転軸に対して垂直な方向から撮像してエックス線画像を取得した場合、肋骨上の任意の点の軌跡は直線を描くことになるが、この場合については本実施の形態では取り扱わずに実施の形態２で取り扱うこととする。
【００３８】
以下、画像処理装置２００が実行する処理について説明する。
図６及び図７は、画像処理装置２００が実行する処理を説明する説明図である。まず、画像処理装置２００は、エックス線撮像装置１２０により得られた時系列の胸部エックス線画像（フレーム画像）から肋骨像のみを抽出する（図６（ａ）参照）。
肋骨像の抽出には従来技術を利用することができる。例えば、元画像から所定領域を抽出する手法として、１次微分処理、２次微分処理等のように元画像中のエッジを抽出する手法が利用できる。本手法は、画像濃度の変化点を検出することにより、画像の不連続部分をエッジとして抽出し、このエッジを境界線として所定領域を抽出する手法である。画像濃度を利用してエッジ検出を行う場合、一般に所処で途切れていることが多いが、膨張法、収縮法、延長跡法等を利用して境界線を接続する処理を行う。
また、その他の手法としては、領域成長法、分割法、分割併合法等のクラスタリングを用いる手法が利用可能である。
【００３９】
次いで、画像処理装置２００は、肋骨像から芯線を抽出する（図６（ｂ）参照）。本実施の形態において、３次元形状及び運動を計測する対象は肋骨であり、断面積の直径と比較して数倍の長さをもつという特徴がある。そのため、画像処理の際には、有限領域を持つ物体（又は、所定の輪郭を持つ物体）として取り扱うよりも、長手方向の方向成分をもつ芯線として形状を特徴付けて取り扱う方が計算効率が高い。
芯線を抽出する手法としては、輪郭線のベクトル化を利用した手法を用いることができる。本手法では、まず、肋骨像の輪郭に沿ってベクトル化を行い、互いに平行となる輪郭ベクトルを検出する。そして、対をなす２つの輪郭ベクトルの始点及び終点に注目することにより、２つの輪郭ベクトルの中心線を求め、芯線を抽出する。
【００４０】
次いで、画像処理装置２００は、抽出した芯線を自由曲線により近似するために制御点の算出を行う（図７（ｃ）参照）。肋骨像を２次元画像として取り扱うよりも、芯線化して１次元的に表す方が計算効率が高いことを既に述べたが、本実施の形態では、抽出した芯線を複数の制御点により定まる自由曲線によって表現し、制御点のみに着目することで計算量を更に大幅に削減することができる。
自由曲線として３次のベジェ曲線を利用した場合、始点又は終点を示す制御点Ｐ０  ，Ｐ３  と、曲線の曲率を制御するための制御点Ｐ１  ，Ｐ２  とを用いて肋骨の芯線を表現することができる。すなわち、これら４つの制御点Ｐ０  〜Ｐ３  を算出した場合、立体画像をそのまま取り扱う場合と比較して圧倒的にデータ量が少なくなり、制御点の位置座標のみを追跡することで、肋骨の３次元形状を復元できるとともに、その運動の復元も容易となる。
また、４つの制御点Ｐ０  〜Ｐ３  を持つ３次のベジェ曲線を用いているが、５つ以上の制御点を持つ高次のベジェ曲線を用いるようにしてもよい。
本実施の形態では用いたベジェ曲線の他にも、Ｂ−スプライン曲線等の自由曲線を利用することが可能である。
【００４１】
そして、画像処理装置２００は、各フレーム画像から算出した制御点に基づいて、制御点の時系列軌跡を追跡し、肋骨の３次元形状及び運動を復元する（図７（ｄ）参照）。３次元空間上の各制御点は、ある回転軸を中心とした円上を動くため、２次元画像面に投影された制御点の軌跡は一般に楕円となる。すなわち、１つの制御点が時系列的に移動するときの軌跡は楕円となるため、各フレーム画像から得られた複数の制御点を利用することにより楕円の式を求めることができる。そして、求めた軌跡から３次元空間上での円の法線を求めることにより３次元復元が可能となる。
【００４２】
図８は画像処理装置２００が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。画像処理装置２００は、まず、画像入力部２０７を通じて胸部エックス線画像の入力を受付ける（ステップＳ１１）。そして、画像処理装置２００のＣＰＵ２０１は、胸部エックス線画像の入力が終了したか否かを判断し（ステップＳ１２）、入力が終了していないと判断した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、処理をステップＳ１１へ戻す。
胸部エックス線画像の入力が終了したと判断した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、入力された各胸部エックス線画像から肋骨像を抽出する（ステップＳ１３）。肋骨像の抽出は、ＣＰＵ２０１が画像濃度の変化点を検出し、画像の不連続部分をエッジとして抽出することによって行う。
次いで、ＣＰＵ２０１は、各肋骨像から芯線の抽出を行う（ステップＳ１４）。芯線を抽出する際、ＣＰＵ２０１は肋骨像の輪郭をベクトル化し、互いに平行な２つの輪郭ベクトルを検出して、それらの中心線を求める。
【００４３】
次いで、ＣＰＵ２０１は、各肋骨像から抽出した芯線を３次のベジェ曲線で近似するために、当該ベジェ曲線を規定する制御点の算出処理を行う（ステップＳ１５）。ベジェ曲線の始点又は終点を表す制御点Ｐ０  ，Ｐ３  は芯線の両端に設定し、他の２つの制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の位置座標を学習等により定める。なお、制御点の算出手法の詳細については後に詳述することにする。
各胸部エックス線画像毎に算出された制御点の位置座標は、画像処理装置２００のＲＡＭ２０４又は記憶部２０９に記憶される。ＲＡＭ２０４又は記憶部２０９に制御点の位置座標を記憶させる際、始点を示す制御点Ｐ０  から順次番号を付して記憶させることによって、各胸部エックス線画像間で制御点の対応付けが容易となる。
【００４４】
次いで、ＣＰＵ２０１は、フレーム画像間にて互いに対応する制御点を取り出し、それらの軌跡を楕円により近似して時系列の軌跡を求め（ステップＳ１６）、肋骨の３次元形状及び運動の復元を行う（ステップＳ１７）。
【００４５】
次いで、画像処理装置２００は、肋骨の３次元形状及び運動を復元した結果に基づき、診断支援レポートの作成を行う（ステップＳ１８）。具体的には、個々の時刻での各肋骨の移動量の差異の検出、胸郭の移動量及びその軌跡の検出、任意の時刻での肺の呼気および排気の推定等を行うことによって、肺疾患等の診断支援に供する。
【００４６】
図９は、肋骨の芯線をベジェ曲線により近似する際の制御点の算出方法を説明する説明図である。本実施の形態では３次のベジェ曲線を利用して肋骨の芯線を近似する。３次のベジェ曲線は、
【００４７】
【数１】
2004167109.tif 000003
【００４８】
により表すことができる。ここで、Ｐ０  ，Ｐ１  ，Ｐ２  ，Ｐ３  は制御点の位置座標を表しており、ｔは０〜１の実数値をとるパラメータを表している。すなわち、Ｑ（ｔ）は、制御点Ｐ０  を一方の端点、制御点Ｐ３  を他方の端点とした曲線を表しており、この曲線が肋骨の形状を示す芯線に近付くように制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の位置を調整する。具体的には、以下で説明する２段階の手順で制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の位置を調整する。
【００４９】
（第１段階の処理について）
まず、図９（ａ）に示した如く制御点Ｐ０  〜Ｐ３  の初期設定を行う。肋骨像から抽出した芯線Ｌ０  の一方の端点に制御点Ｐ０  ，Ｐ１  を設定し、他方の端点に制御点Ｐ２  ，Ｐ３  を設定する。
そして、芯線Ｌ０  の両端における接線上で制御点Ｐ１  ，Ｐ２  を移動させながら、それらの最適な位置を探索してゆく。まず、制御点Ｐ０  ，Ｐ２  ，Ｐ３  を固定させたまま、制御点Ｐ１  を接線上で移動させてゆき、４つの制御点Ｐ０  〜Ｐ３  により定まるベジェ曲線Ｌ１  と芯線Ｌ０  との類似度を評価する。類似度は、ベジェ曲線Ｌ１  と芯線Ｌ０  とが囲む面積（以下、評価面積と称する）の大小により評価することができる。
初期設定から制御点Ｐ１  を移動させた場合、評価面積が少しずつ減少してベジェ曲線Ｌ１  が芯線Ｌ０  に近付くこととなるが、ある程度移動させた場合、逆に評価面積が拡大し、芯線Ｌ０  から離れることとなる。このようにして、評価面積が最小となる位置を探索し、その位置にて制御点Ｐ１  を固定する。
【００５０】
次に、制御点Ｐ２  を接線上で移動させ、制御点Ｐ１  の場合と同様にして評価面積が最小となるような最適位置を求める。
そして、制御点Ｐ１  ，Ｐ２  に対して交互に同様の操作を繰り返した場合、評価面積は最終的にある値に収束し、それ以上、近似精度が向上しないため、次の段階へ移行する。
なお、制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の初期設定では、それぞれを芯線Ｌ０  の端点に設定するようにしたが、これらの初期設定は必ずしも芯線Ｌ０  の端点にある必要はない。例えば、計算効率を向上させるために、両端点における接線上で芯線Ｌ０  の高さの４／３の位置に設定してもよい。この初期設定の位置は、厳密に４／３の位置である必要はない。
また、求めるべきベジェ曲線Ｌ１  と芯線Ｌ０  との類似度を評価面積により評価したが、２つの曲線上における１／５の点と４／５の点との距離によって評価するようにしてもよい。
第１段階の処理は、制御点の大体の位置を求める段階であるので、前述のような処理により、一般には高速化が達成できる。
【００５１】
（第２段階の処理について）
第１段階が終了した場合、以下で説明する第２段階の処理を実行し、近似精度を高める。第２段階では、制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の移動を接線方向に限定するのではなく、互いに直交する任意の２方向に自由に移動させて最適位置の探索を行う。
例えば、図９（ｃ）に示したように、制御点Ｐ１  を水平方向へ移動させて評価面積が最小となる位置を求め、次に、垂直方向へ移動させて評価面積が最小となる位置を求める。このように、水平方向への移動、及び垂直方向への移動を交互に繰り返しながら、制御点Ｐ１  の最適位置を求める。同様に制御点Ｐ２  について、水平方向への移動、及び垂直方向への移動を交互に繰り返しながら、評価面積が最小となるような最適位置を求める。
このように第２段階での処理は、制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の移動方向を、接線方向に限定せずに、上下左右に移動させる。一般には、移動量は最初は大きく、学習が進むにつれて小さくするのが効率がよい。
【００５２】
図１０は制御点の算出処理を示すフローチャートである。画像処理装置２００のＣＰＵ２０１は、まず、細線化処理を実行して抽出した芯線に対し、制御点Ｐ０  〜Ｐ３  の初期設定を行う（ステップＳ２１）。制御点Ｐ０  〜Ｐ３  の初期設定は、前述したように、芯線の一方の端点に制御点Ｐ０  ，Ｐ１  を設定し、他方の端点に制御点Ｐ２  ，Ｐ３  を設定する。
次いで、ＣＰＵ２０１は、制御点Ｐ１  を接線方向に所定量だけ移動させて（ステップＳ２２）、評価面積が最小となるか否かを判断する（ステップＳ２３）。評価面積が最小でない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、処理をステップＳ２２へ戻す。
【００５３】
評価面積が最小であると判断した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、制御点Ｐ２  を接線方向に所定量だけ移動させて（ステップＳ２４）、評価面積が最小となるか否かを判断する（ステップＳ２５）。評価面積が最小でない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、処理をステップＳ２４へ戻し、評価面積が最小である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、評価面積が収束したか否かを判断する（ステップＳ２６）。評価面積が収束していないと判断した場合（Ｓ２６：ＮＯ）、処理をステップＳ２２へ戻し、評価面積が収束したと判断した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、前述したような学習による制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の位置座標の最適化を行う（ステップＳ２７）。最適化された制御点Ｐ１  ，Ｐ２  の位置座標、及び両端の制御点Ｐ０  ，Ｐ３  の位置座標は記憶部２０９に設けた制御点テーブル（図１１参照）に記憶される。
【００５４】
図１１は画像処理装置２００の記憶部２０９が有する制御点テーブルの一例を示す概念図である。各肋骨像毎に画像処理装置２００が算出した制御点Ｐ０  〜Ｐ３  の位置座標を制御点テーブルに記憶させる。
例えば、最初のフレーム画像（フレーム１）から算出した制御点Ｐ０  〜Ｐ３  の位置座標を制御点テーブルの１行目に記憶させ、次のフレーム画像（フレーム２）から算出した制御点Ｐ０  〜Ｐ３  の位置座標を制御点テーブルの２行目に記憶させる。同様に、得られたフレーム画像から算出した全ての制御点Ｐ０  〜Ｐ３  の位置座標を順次記憶させる。
このように各制御点Ｐ０  〜Ｐ３  を順次記憶させることで、各フレーム画像間の制御点の対応付けが容易となる。すなわち、制御点Ｐ３  について時系列の軌跡を求める際には、最終列の位置座標を読出すことによって制御点Ｐ３  のみの位置座標を取り出すことが可能となる。
ただし、一呼吸を超えて得られたフレーム画像を用いた場合、重なりが生じ、誤差の原因となるので、出来るだけ避けた方が良い。また、前もって形状が既知の物体を計測し、カメラのキャリブレーションを行っておくことが必要である。
【００５５】
図１２は３次元復元の原理を説明する説明図である。前述したように肋骨上の各点に着目した場合、夫々の点はある回転軸の回りに円運動をすることが知られている。そこで、３次元座標系（ＸＹＺ座標系）において回転軸をＺ軸にとり、撮影方向がＺ軸からαだけ傾いたエックス線撮像装置１２０から肋骨上の点（位置座標を（Ｘ１  ，Ｙ１  ，Ｚ１  ）とする）を撮像した場合、位置座標（Ｘ１  ，Ｙ１  ，Ｚ１  ）とエックス線画像上の対応点の２次元座標（ｘ１  ，ｙ１  ）との間には次式で表される関係式がある。
【００５６】
【数２】
2004167109.tif 000004
【００５７】
そして、肋骨がＺ軸の回りにβだけ回転した場合（そのときの位置座標を（Ｘ２  ，Ｙ２  ，Ｚ２  ）とする）、回転前の位置座標（Ｘ１  ，Ｙ１  ，Ｚ１  ）と回転後の位置座標（Ｘ２  ，Ｙ２  ，Ｚ２  ）との間には、
【００５８】
【数３】
2004167109.tif 000005
【００５９】
なる関係式が存在する。すなわち、これらの２つの式を用いることによって、回転後の２次元座標（ｘ２  ，ｙ２  ）を回転前の２次元座標（ｘ１  ，ｙ１  ）及び回転軸の傾きα，回転角度βによって表すことが可能となる。
そこで、各肋骨像について軌跡を楕円によりフィッティングし、複数の肋骨像に対するフィッティング結果を利用することで、回転軸の傾きα、及び回転角度βを求めることが可能となる。
【００６０】
図１３は画像処理装置２００が実行する３次元復元処理のフローチャートである。まず、軌跡を求めるべき制御点（Ｐ１  〜Ｐ３  ）の位置座標を前述の制御点テーブルから取り出し、各フレーム画像間で対応した制御点を楕円によりフィッティングする（ステップＳ３１）。次いで、画像処理装置２００のＣＰＵ２０１は、回転運動における回転軸の傾きα及び回転角度βを算出する（ステップＳ３２）。
【００６１】
そして、ＣＰＵ２０１は前述した手法により各制御点の３次元座標を算出し（ステップＳ３３）、各フレーム画像において、３次元空間におけるベジェ曲線を生成する（ステップＳ３４）。すなわち、生成したベジェ曲線が求めるべき肋骨の形状を表し、それを各フレーム毎に追跡することで、肋骨の運動を復元することができる。
【００６２】
図１４は発明者らにより算出された肋骨の３次元形状を示すグラフである。図１４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ左側の肋骨ｒ２、左側の肋骨ｒ３、右側の肋骨ｒ４、右側の肋骨ｒ５、左側の肋骨ｒ６、及び右側の肋骨ｒ９の形状を示している。
【００６３】
なお、本実施の形態では、呼吸運動の際の肋骨の３次元形状及び運動を計測する構成としたが、計測対象としては身体の各部位であってもよい。身体の多くの部位の運動は、筋肉の収縮による力が骨に伝わることによる運動となるが、このような運動は骨と関節の構造とからなる拘束を持っている。この拘束を利用することにより、３次元形状及び運動の復元、並びに異常検出が可能となる。
前述と同様に、身体の各部位の複数のエックス線画像から３次元計測を行い、体積、断面積等の形状パラメータ、規則性、不規則性、速度、加速度、曲率等の運動パラメータを求め、各部位の診断に供することが可能となる。
【００６４】
例えば、股関節において発症する障害に変形性股関節症がある。これは先天性股関節脱臼等の先天的なものに起因するもの、臼蓋形成不全等の後天的なものに起因するものがある。現象としては関節軟骨がすり減ったり、壊れたりすることであり、近年の食事の欧米化に伴う肥満、すなわち体重の増加が症状を悪化させる一因となっているため、重大な関心が寄せられている。変形性股関節症による症状には、股関節の痛み、関節の動きの制限、足を引きずって歩く症状等が見られるが、関節の動きがどれほど制限されているかが診断には重要である。
【００６５】
本発明は、人体の中にある剛体の物体すなわち骨を対象としてそれの運動解析を行うものである。したがって、他の部位にある骨の３次元的な運動解析への応用が可能であり、前述した変形性股関節性の診断のために、股関節の可動範囲の測定も可能である。すなわち、股関節の可動範囲はそれに接続する大腿骨の運動範囲に密接に関係しており、被験者に当該大腿骨を含む各部位を自由かつ最大限に動かしてもらいながら撮像したエックス線画像を利用することにより、本発明の手法を用いて大腿骨の可動範囲を測定することができ、その計測結果から関節の可動回転範囲を計測することができる。このパラメータが関節の動きの制限の診断に有用である。
他の部位では、例えば、上腕骨を測定することによって、スポーツ選手に見られる肩関節の異常、一般の人でも生じる四十肩等の診断を支援するパラメータを得ることができる。
更に、下顎運動の中心は第２頚椎歯突起にあるのが正常であり、公転運動をしていると言われているが、異常が生じた場合、顎関節を中心とする自転運動になり、公転運動から外れてくる。このような回転軸の回りの運動にも本発明の手法を適用することが可能となる。
【００６６】
また、身体部位の多くは、回転軸回りの円運動、中心回りの球面運動に分類され、骨、歯などはエックス線撮影によりその動きが分かるので、２方向から撮像することにより、その３次元的な運動を捉えることができる。同時に、本来の運動からのずれ（位置のずれ、動きの最大角度のずれ）の計測などにより、異常発見など診断支援に供することが可能である。
関節を動かすことにより、関節に連動して動いている骨の先端部分の軌跡は、骨の長さを半径とする球面上のある範囲を動き回ることになる。この範囲が狭まっている場合は、関節に異常があることを示すことになる。
【００６７】
実施の形態２．
実施の形態１では、肋骨の運動軌跡が画像面において楕円になる場合を説明したが、撮像方向を調整し、回転軸に対して垂直な方向から撮像した場合、肋骨の運動軌跡は画像面で直線になることが分かる。このときは、必ずしも芯線をベジェ曲線等の自由曲線で表す必要はなく、その時系列軌跡から最大位置を検出することによって、３次元形状及び運動の復元が可能となる。
【００６８】
図１５はエックス線撮像装置１２０と撮像対象との配置を説明する模式図であり、図１６は運動の軌跡を示す模式図である。前述したように各肋骨ｒ１〜ｒ１２は、呼吸運動の際にある回転軸の回りに回転運動を行うことが知られている。そこで、その回転軸に対して撮像方向が垂直となるように設置されたエックス線撮像装置１２０を利用して時系列的に胸部を撮像した場合、肋骨上の任意の点の軌跡は直線を描くことになる。また、回転角度の関数として軌跡を描いた場合、三角関数となることが分かる（図１６参照）。回転角度に対して垂直に撮影する際、肋骨の配置から予測してもよく、実施の形態１の手法を用いて予め回転軸を求めてもよい。
このとき、直線上の振幅が最大となる位置を検出し、その位置から回転半径を求めることができ、その位置を基準にすることで、回転角度を求めることができる。
なお、システムの構成は実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
【００６９】
図１７は画像処理装置２００が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。画像処理装置２００は、まず、画像入力部２０７を通じて胸部エックス線画像の入力を受付ける（ステップＳ４１）。そして、画像処理装置２００のＣＰＵ２０１は、胸部エックス線画像の入力が終了したか否かを判断し（ステップＳ４２）、入力が判断していないと判断した場合（Ｓ４２：ＮＯ）、処理をステップＳ４１へ戻す。
胸部エックス線画像の入力が終了したと判断した場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、入力された各胸部エックス線画像から肋骨像を抽出する（ステップＳ４３）。肋骨像の抽出は、ＣＰＵ２０１が画像濃度の変化点を検出し、画像の不連続部分をエッジとして抽出することによって行う。
次いで、ＣＰＵ２０１は、各肋骨像から芯線の抽出を行う（ステップＳ４４）。芯線を抽出する際、ＣＰＵ２０１は肋骨像の輪郭をベクトル化し、互いに平行な２つの輪郭ベクトルを検出して、それらの中心線を求める。
【００７０】
次いで、ＣＰＵ２０１は、高さを基準にして各点の追跡を行う（ステップＳ４５）。すなわち、各撮像画像間の対応は、制御点を利用することなく、高さを基準にして対応付けを行うことが可能となる。そして、ＣＰＵ２０１は、時系列軌跡の最大位置を基準にして回転角度を算出し（ステップＳ４６）、その回転角度に基づいて３次元形状及び運動の復元を行う（ステップＳ４７）。
【００７１】
３次元形状及び運動の復元を行った後、実施の形態１と同様にして診断支援レポートの作成を行ってもよい。具体的には、個々の時刻での各肋骨の移動量の差異の検出、胸郭の移動量及びその軌跡の検出、任意の時刻での肺の呼気及び排気の推定等を行うことによって、肺疾患診断支援に供することができる。
【００７２】
なお、２台のエックス線撮像装置を用意して、２方向からのエックス線画像を得ることで、復元条件の自由度を高め、精度向上を図ることが可能である。
また、本実施の形態では、肋骨上の各点の軌跡が回転角度に対して三角関数となることを利用して３次元復元を行ったが、近似的には、撮像時刻に対して各点の軌跡を描いた場合も三角関数となるため、撮像時刻を利用して３次元復元を行うようにしてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、第１発明、第６発明、第１０発明、及び第１１発明による場合は、複数の特徴点で描かれる特徴線により計測対象物を表現し、その特徴点の２次元座標を求め、時系列的に得られた撮像画像間で特徴点間の対応付けを行った後、特徴点の軌跡を求めて計測対象物の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理が大幅に短縮される。特に、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いる場合は、制御点の位置座標のみを追跡すれば良いため、圧倒的なデータの圧縮が可能となり、計測対象物の３次元形状及び運動に関する情報の保存、検索に有利となる。また、特徴線上の点であっても、時系列の対応付けが得られる場合には、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動を計測することが可能となる。
【００７４】
第２発明及び第７発明による場合は、計測対象物をその芯線又は輪郭線により表現しており、その芯線又は輪郭線を規定する特徴点を３次元形状及び運動の解析に利用するため、計測対象物を立体像のまま取り扱わずにすみ、情報量を大幅に削減できる。また、計測対象物の３次元形状及び運動に関してその計測処理が大幅に短縮される。
【００７５】
第３発明による場合は、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いており、制御点の２次元座標のみを追跡すれば良いため、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理を大幅に短縮することができる。
【００７６】
第４発明による場合は、特徴線の抽出を行わない場合であっても、時系列画像間の対応付けが得られる特徴点を抽出できるときには、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動の計測が容易となる。
【００７７】
第５発明による場合は、各撮像画像間で対応付けられた特徴点の軌跡を、既知の関数に基づいて求めるようにしている。そのため、計測対象物の運動が予め予測できる場合、その軌跡を表す関数を設定して特徴点の軌跡を求めることが可能である。例えば、計測対象物がある回転軸の回りに円運動する場合、画像面に投影された軌跡は楕円又は直線になることが事前に分かる。そこで、特徴点の軌跡として、楕円又は直線（回転角度の関数とした場合には三角関数）により特徴点の軌跡をフィッティングすることにより、特徴点の軌跡を容易に求めることが可能となる。
【００７８】
第６発明による場合は、複数の特徴点で描かれる自由曲線により計測対象物を表現し、その特徴点の位置座標を求め、時系列的に得られた撮像画像間で特徴点間の対応付けを行った後、特徴点の軌跡を求めて計測対象物の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、計測対象物の立体像をそのまま取り扱う場合と比較して情報量を大幅に削減できるため、計測処理が大幅に短縮される。特に、特徴線を自由曲線により近似し、その自由曲線の制御点を特徴点として用いる場合は、制御点の位置座標のみを追跡すれば良いため、圧倒的なデータの圧縮が可能となり、計測対象物の形状及び運動に関する情報の保存、検索に有利となる。また、特徴線上の点であっても、時系列の対応付けが得られる場合には、その軌跡を求めることによって計測対象物の３次元形状及び運動を計測することが可能となる。
【００７９】
第８発明による場合は、放射線撮像装置により得られた骨格構造を含む計測対象物の撮像画像から、前記骨格構造の３次元形状及び運動を計測するようにしている。したがって、例えば、胸郭の運動を解析する際、３次元ＣＴ装置のような大がかりな装置を用いることなく、一般のエックス線撮像装置を利用でき、簡便に撮像することが可能である。また、撮像画像を時系列に得ることにより自然な呼吸に近い状態での胸郭の運動解析が可能となる。
【００８０】
第９発明による場合は、骨格構造の運動を計測した結果に基づき、その運動に異常が有るか否かを判定し、その判定結果を外部へ出力するようにしている。例えば、身体各部位のエックス線画像を利用して各部位の運動を計測した場合、肺疾患、大腿骨の運動、顎関節の動き等の検出が可能となり、診断を支援するレポートの作成が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置を利用した胸郭運動計測システムの模式的構成図である。
【図２】画像処理装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】エックス線撮像装置により得られる胸部エックス線画像の模式図である。
【図４】呼吸運動時の肋骨の運動方向を説明する模式図である。
【図５】エックス線撮像装置と計測対象との配置を説明する模式図である。
【図６】画像処理装置が実行する処理を説明する説明図である。
【図７】画像処理装置が実行する処理を説明する説明図である。
【図８】画像処理装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】肋骨の芯線をベジェ曲線により近似する際の制御点の算出方法を説明する説明図である。
【図１０】制御点の算出処理を示すフローチャートである。
【図１１】画像処理装置の記憶部が有する制御点テーブルの一例を示す概念図である。
【図１２】３次元復元の原理を説明する説明図である。
【図１３】画像処理装置が実行する３次元復元処理のフローチャートである。
【図１４】発明者らにより算出された肋骨の３次元形状を示すグラフである。
【図１５】エックス線撮像装置と撮像対象との配置を説明する模式図である。
【図１６】運動の軌跡を示す模式図である。
【図１７】画像処理装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１０  エックス線発生装置
１２０  エックス線撮像装置
２００  画像処理装置
２０１  ＣＰＵ
２０２  バス
２０３  ＲＯＭ
２０４  ＲＡＭ
２０５  操作部
２０６  表示部
２０７  画像入力部
２０８  補助記憶部
２０９  記憶部
２１０  出力部
３００  画像形成装置
【図１】
2004167109.tif 000006
【図２】
2004167109.tif 000007
【図３】
2004167109.tif 000008
【図４】
2004167109.tif 000009
【図５】
2004167109.tif 000010
【図６】
2004167109.tif 000011
【図７】
2004167109.tif 000012
【図８】
2004167109.tif 000013
【図９】
2004167109.tif 000014
【図１０】
2004167109.tif 000015
【図１１】
2004167109.tif 000016
【図１２】
2004167109.tif 000017
【図１３】
2004167109.tif 000018
【図１４】
2004167109.tif 000019
【図１５】
2004167109.tif 000020
【図１６】
2004167109.tif 000021
【図１７】
2004167109.tif 000022