(57)【要約】【課題】高精細な三次元画像を得ることを目的とする。【解決手段】被写体４９を挟む位置にＸ線発生器４４とＸ線検出器４７を設け、被写体４９を軸にＸ線発生器４４とＸ線検出器４７とを回転させ、Ｘ線発生器４４からのＸ線を被写体４９に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された被写体４９の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する。なお、Ｘ線発生器４４からのＸ線を被写体４９に照射して得られた被写体４９の三次元画像を得るとき、照射方向変更手段４５により、Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、Ｘ線発生器４４とＸ線検出器４７を回転させる。【選択図】　　　　図６
2004136027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、
前記Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更する照射方向変更手段を有し、
該照射方向変更手段により、前記Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、
前記Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔を変更する間隔変更手段を有し、
該間隔変更手段により、前記Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔を変更しつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、
前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を水平方向に移動する水平方向移動手段を有し、
該水平方向移動手段により、前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を水平方向に移動させつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、
前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動する垂直方向移動手段を有し、
該垂直方向移動手段により、前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動させつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置に係り、特に、被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ技術の発展に伴い、医科においてＣＴやＭＲＩにより得られた三次元データを元にした生体の診断及び力学的構造解析が盛んに行なわれている。また、歯科分野でも、三次元的な画像診断が行われ、ＣＴで撮影したデータから顎関節の三次元モデルを構築する研究が、例えば、
・新井嘉則、橋本光二、篠田宏司、「歯科用小照射野Ｘ線ＣＴ（Ｏｒｔｈｏ−ＣＴ画像）用三次元画像表示プログラムの開発」、歯科放射線、３９「４」Ｐ２２４−Ｐ２２９，２０００」・別府嗣信、綱嶋均、新井嘉則「Ｏｒｔｈｏ−ＣＴを用いた顎関節の三次元モデル構築に関する研究」、信学技報、ＭＩ２０００−７５（２００１−０１）
等により発表されている。
【０００３】
図１に上記文献で紹介されているオルソＣＴ装置の概略構成図を示す。図１において、撮像装置１は、オルソＣＴ装置であり、Ｘ線発生器１１、Ｘ線検出器１２、アナログ−ディジタル変換器１３、汎用コンピュータ１４から構成されている。Ｘ線発生器１１は、放射線を出射しており、Ｘ線発生器１１から出射された放射線は、撮像対象１５に照射される。Ｘ線発生器１１からの放射線は、撮像対象１５を透過してＸ線検出器１２に入射される。Ｘ線検出器１２は、入射された放射線の強度に応じた検知信号を出力する。
【０００４】
なお、汎用コンピュータ１４は、ＨＤＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＦＤＤ等の記録媒体に記録された画像処理プログラムをインストールして、汎用コンピュータ１４が、画像処理を行うようにしてもよい。
【０００５】
また、アナログ−ディジタル変換器１３の処理を、汎用コンピュータ１４が、ソフトウエアにより行うようにしてもよい。その場合は、アナログ−ディジタル変換器１３が無くてもよい。
【０００６】
Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１２とは撮像対象１５を挟んで互いに対向して配置されており、Ｚ軸を中心として少なくとも１８０°回転可能とされている。Ｘ線検出器１２で検知された検知信号（アナログ信号）は、アナログ−ディジタル変換器１３に供給され、ディジタルデータに変換される。アナログ−ディジタル変換器１３でディジタルデータに変換されたデータは、汎用コンピュータ１４に供給されて画像処理が施されて、撮像対象１５の三次元データを得ることができる。
【０００７】
オルソＣＴ装置により得られた三次元投影画像データは、図２に示されているように、２４０×３００×３００の円柱型の画像形成領域を有する。
【０００８】
オルソＣＴ装置は、三次元データを二次元画像に低次元化し、処理後に再び三次元に再構築する。つまり、汎用コンピュータ１４は、オルソＣＴ装置により直接得られた円柱型の三次元データから、二次元の画像を切り出し、これを再び三次元データを再構築する。
【０００９】
次に、オルソＣＴ装置における三次元画像データから、二次元の画像を切り出す方法について説明する。
【００１０】
図２は、三次元画像データから、二次元の画像を切り出す方法を説明するための図である。
【００１１】
図１のオルソＣＴ装置を用いて撮像対象１５を撮影し、得られた原画像から計算処理によって構成された三次元画像データから二次元画像を切り出す（抽出する）。比較的輪郭のはっきりした画像を得るために、例えば、１方向２７６枚、角度１６方向の計４４１６枚の画像を切り出す。つまり、図２に示すように横３００画素×縦２４０画素のサイズの画像を、各１６方向における奥行き（深度）を異ならせて２７６枚切り出す。なお、各抽出画像の１画素は、例えば、８ビット、２５６階調で表現される。
【００１２】
汎用コンピュータ１４は、Ｘ線検出器１２から得られた画像を前記手順により抽出した三次元画像データから上記二次元画像を抽出して内部メモリに記憶する。内部メモリに記憶された２７６枚の二次元画像を用いて、三次元画像を再構築する。
【００１３】
図１のオルソＣＴ装置を用いることにより、高速な処理で、小さな放射線量でもノイズを低減した三次元画像を得ることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オルソＣＴ装置では、上述したように、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１２とは撮像対象１５を挟んで互いに対向して配置されており、Ｚ軸を中心として少なくとも１８０°回転する必要がある。
【００１５】
このように、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１２を、Ｚ軸を中心として少なくとも１８０°回転することから、揺らぎが発生し、再構築した三次元画像の一部が、不鮮明になるという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、撮像対象（被写体）を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、高精細な三次元画像を得ることを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１８】
請求項１に記載された発明は、被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、前記Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更する照射方向変更手段を有し、該照射方向変更手段により、前記Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載された発明は、被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、前記Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔を変更する間隔変更手段を有し、該間隔変更手段により、前記Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔を変更しつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載された発明は、被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を水平方向に移動する水平方向移動手段を有し、該水平方向移動手段により、前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を水平方向に移動させつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載された発明は、被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動する垂直方向移動手段を有し、該垂直方向移動手段により、前記Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動させつつ、前記被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２３】
本発明は、被写体を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸にＸ線発生器を回転させ、Ｘ線発生器からのＸ線を被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置におけるＸ線発生器とＸ線検出器を、次のように構成したものである。
【００２４】
▲１▼Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させる。
【００２５】
▲２▼Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔を変更しつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させる。
【００２６】
▲３▼Ｘ線発生器又はＸ線検出器を水平方向に移動させつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させる。
【００２７】
▲４▼Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動させつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させる。
【００２８】
なお、三次元画像を二次元画像に低次元化した後の三次元画像への再構築は、３次元画像の深度の異なる複数の画像を、１又は複数の軸に対して、複数の角度に亘って抽出した二次元画像に基づいて行う。
【００２９】
このようにして、三次元画像を再構築する場合は、三次元画像の各点は、冗長性が極めて高いので、不鮮明な点を除いて、三次元画像を再構築しても、画像の欠陥は生じない。
【００３０】
第１の実施の形態は、Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させるものである。
【００３１】
図３は、第１の実施の形態を説明するための図である。図３において、２１は、Ｘ線発生器であり、２０は、Ｘ線検出器２１からのＸ線が照射される面である。面２０には、Ｘ線を受けて電気信号に変換するＰＤ（フォトダイオード）等の素子、電気信号に変換された信号を伝送するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）等の素子を有する。なお、ＣＣＤが、電気信号に変換する機能を有するようにしてもよい。
【００３２】
図３において、点２４は、Ｘ線検出器２１の照射中心から照射されたＸ線２２３による照射点である。同様に、Ｘ線２２１、Ｘ線２２２、Ｘ線２２４及びＸ線２２５よる照射点が、Ｙ１、Ｘ２、Ｘ１及びＹ２である。
【００３３】
本実施の形態では、被写体を軸にＸ線発生器を回転させながら、図に示すように、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２方向にＸ線の照射方向を変更するものである。なお、Ｘ線の照射方向の変更は、これに限らず実施できる。
【００３４】
Ｘ線の照射方向の変更は、例えば、図４に示されているように、Ｙ１、Ｙ２方向であれば、時間に対して正弦波を描くように変更する。なお、Ｘ線の照射方向の変更は、これに限らず実施できる。
【００３５】
図５は、被写体の一部３１と、電気信号に変換する素子３２と、被写体の一部３１が、電気信号に変換する素子３２に投影される態様（３４、３３）を示したものである。３４のように、被写体の一部３１が、電気信号に変換する素子３２上に完全に覆われて投影された場合は、被写体の一部３１は、三次元画像中に鮮明に再構築される。しかしながら、３３の場合のように、被写体の一部３１が、電気信号に変換する素子３２間に投影された場合は、被写体の一部３１は三次元画像中に再構築されたとき、鮮明には再構成されなない。
【００３６】
図５の場合は、Ｘ線発生器とＸ線検出器との関係を固定にした場合であって、Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させた場合は、Ｘ線の照射方向によっては、３４のような鮮明な場合と、３３のような不鮮明な場合とが生じる。ところで、三次元画像を複数の二次元画像に低次元化して、更に、三次元画像へ再構築する場合、三次元画像の各点は、冗長性が高いので、鮮明な３４の点をのみを用いることが可能である。従って、このように、Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、被写体から三次元画像を得ることにより、鮮明な被写体の一部３１を得ることができる。
【００３７】
また、三次元の被写体をＸ線検出器で、二次元的に検出するので、吸収率の高い部位の前後に位置する点の画像データは、吸収率の高い部位に隠れて鮮明に得ることができない。しかしながら、このような場合でも、Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させた場合は、吸収率の高い部位の影響が変化するので、より鮮明なものを利用して、三次元画像を再構築することにより、全体として鮮明な三次元画像を得ることができる。
【００３８】
なお、Ｘ線の照射方向の変更によって、少なくとも、図５において、電気信号に変換する素子を１つ以上、超えて照射されることが好ましい。また、Ｘ線の照射方向の変更の量は、角度にして、２〜３度程度、変更することが、より好ましい。
【００３９】
第２の実施の形態は、Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔を変更しつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させるものである。
【００４０】
Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔が変更されると、Ｘ線発生器から照射されたＸ線の被写体を横切る角度が変更され、実質的に、第１の実施の形態と同様の作用を有することになる。
【００４１】
第３の実施の形態は、Ｘ線発生器又はＸ線検出器を水平方向に移動させつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させるものである。
【００４２】
Ｘ線発生器又はＸ線検出器を水平方向に移動させると、Ｘ線発生器から照射されたＸ線の被写体を横切る角度が変更され、実質的に、第１の実施の形態と同様の作用を有することになる。
【００４３】
第４の実施の形態は、Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動させつつ、被写体を軸にＸ線発生器を回転させるものである。
【００４４】
Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動させると、Ｘ線発生器から照射されたＸ線の被写体を横切る角度が変更され、実質的に、第１の実施の形態と同様の作用を有することになる。
【００４５】
なお、第１の実施の形態〜第４の実施の形態を組み合せて実施してもよい。
【００４６】
上記第１の実施の形態〜第４の実施の形態により得られた
・Ｘ線の照射方向を変更した
・Ｘ線発生器とＸ線検出器との間隔を変更した
・Ｘ線検出器を水平方向に移動させた
・Ｘ線発生器又はＸ線検出器を垂直方向に移動させた
各Ｘ線検出器出力に対して、ソフトウエア的に逆の操作を行うと、更に、優れた効果を有する。
【００４７】
つまり、照射方向の変更をここでは、「揺らぎ」と表現すれば、「揺らぎ」をソフトウエアにより、「揺らぎ」を無くした上で、三次元画像を得ることにより、雑音は分散され、相互に打ち消しあい、影響の度合が低下する。その結果、鮮明な三次元画像を得ることができる。
【００４８】
図６を用いて、本発明の画像処理装置を説明する。図６の装置は、土台３６、土台３６上に載置されたフレーム３７を有し、該フレーム３７には、回転量検出部５２、回転部５１が載置されている。回転部５１は、モータを有し、外部からの制御により、モータが制御され、軸５４を回転させる。回転量検出部５２は、センサを有し、軸５４の回転量を検出する。
【００４９】
回転部５１により、軸５４が回転し、軸５４に固定された回転アーム４１が、回転軸５０を中心に回転する。なお、５３は、軸受けである。
【００５０】
回転アーム４１の一端４１１には、Ｘ線検出器４７が取り付けられている。また、回転アーム４１の他端４１２には、Ｘ線発生器４４が取り付けられている。
【００５１】
また、回転アーム４１の他端４１２には、Ｘ線発生器４４を上下（垂直）方向に移動させる上下移動部４２と、Ｘ線発生器４４を水平方向に移動させる水平移動部４３を有している。また、Ｘ線発生器４４には、Ｘ線発生器４４からのビームの方向を制御するビーム方向制御部４５を有している。
【００５２】
上下移動部４２を制御することにより、Ｘ線検出器を垂直方向に移動させることができできる。また、水平移動部４３を制御することにより、Ｘ線検出器を水平方向に移動させ、Ｘ線発生器４４とＸ線検出器４７との間隔を変更したり、水平方向に、対向する面をずらすことがきできる。
【００５３】
これにより、被写体４９を挟む位置にＸ線発生器４４とＸ線検出器４７を設け、被写体４９を軸（回転軸５０）にＸ線発生器４４とＸ線検出器４７とを回転させ、Ｘ線発生器４４からのＸ線を被写体４９に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された被写体４９の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する。Ｘ線発生器４４からのＸ線を被写体４９に照射して得られた被写体４９の三次元画像を得るとき、上下移動部４２、水平移動部４３及び照射方向変更手段４５により、Ｘ線発生器から照射されるＸ線の照射方向を変更しつつ、Ｘ線発生器４４とＸ線検出器４７を回転させる。
【００５４】
なお、上下移動部４２と水平移動部４３を、回転アーム４１の一端４１１に設けてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、撮像対象（被写体）を挟む位置にＸ線発生器とＸ線検出器を設け、被写体を軸に前記Ｘ線発生器を回転させ、前記Ｘ線発生器からのＸ線を前記被写体に照射して得られた原画像から計算処理によって構成された前記被写体の三次元画像から、二次元画像を抽出し、更に、抽出した二次元画像に対して画像処理を行ってから三次元画像を再構築する画像処理装置において、高精細な三次元画像を得ることができる。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】撮像装置の概略構成図である。
【図２】三次元データから、二次元の画像を切り出す方法を説明するための図である。
【図３】第１の実施の形態を説明するための図である。
【図４】Ｘ線の照射方向の変更を説明するための図である。
【図５】被写体が、電気信号に変換する素子に投影される態様を示したものである。
【図６】画像処理装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１　　撮像装置（オルソＣＴ装置）
１１、４４　　Ｘ線発生器
１２、４７　　Ｘ線検出器
１３　　アナログ−ディジタル変換器
１４　　汎用コンピュータ
１５、４９　　撮像対象（被写体）
２０　　Ｘ線が照射される面
２２　　Ｘ線
２４　　照射の中心点
３１　　被写体の一部
３２　　電気信号に変換する素子（ＰＤ）
３３　　被写体の一部の投影図
３６　　土台
３７　　フレーム
４１　　回転アーム
４２　　上下移動部
４３　　水平移動部
４５　　ビーム方向制御部
４６　　ビーム
５０　　回転軸
５１　　回転部
５２　　回転量検出部
５３　　軸受け
５４　　軸
【図１】
2004136027.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004136027.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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