(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、
第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、
２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、及び、
第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第５の演算部を有する演算装置；
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。
【請求項２】
物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、
第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、
２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、
第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、
第５の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第６の演算部を有する演算装置；
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。
【請求項３】
物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、
Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、
第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、
第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第６の演算部を有する演算装置；
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。
【請求項４】
物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、
基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、
Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、
第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、
第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第６の演算部、及び、
第６の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第７の演算部を有する演算装置；
を備えることを特徴とする物体内部位計測システム。
【請求項５】
さらにＸ線撮像装置を備えることを特徴とする請求の範囲１から４のいずれかに記載の物体内部位計測システム。
【請求項６】
Ｘ線フィルムを用いる代わりにＸ線カメラを用いて撮像を行うことを特徴とする請求の範囲１から５のいずれかに記載の物体内部位計測システム。
【請求項７】
基準物体が、同じ大きさの正方形の物体表面枠と正方形のフィルム枠もしくはフィルム位置基準枠を有することを特徴とする請求の範囲１から６のいずれかに記載の物体内部位計測システム。
【請求項８】
物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、
第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、
２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、及び、
第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像に対する物体内部位の方向を決定する第５の演算部
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。
【請求項９】
物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、
第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、
２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、
第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、
第５の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第６の演算部
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。
【請求項１０】
物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、
Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、
第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、
第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第６の演算部
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。
【請求項１１】
物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、
Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、
第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、
第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第６の演算部、及び、
第６の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第７の演算部
を有する演算装置；
を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置。
【請求項１２】
Ｘ線フィルムを用いる代わりにＸ線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とする請求の範囲８から１１のいずれかに記載の物体内部位計測用演算装置。
【請求項１３】
物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｂ、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｃ、
手順Ａで求めた投影倍率と、手順Ｂで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｄ、
２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｅ、及び、
手順Ｄで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｅで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を求める手順Ｆ
を実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で異なる方向から物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｂ、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｃ、
手順Ｂで求めた投影倍率と、手順Ｃで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｄ、
２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｅ、
手順Ｄで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｅで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順Ｆ、及び、
手順Ｆで求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する手順Ｇ
を実行させるためのプログラム。
【請求項１５】
物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、
Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する手順Ｂ、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｃ、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｄ、
手順Ｂで求めた投影倍率と、手順Ｃで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｅ、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｆ、及び、
手順Ｅで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｆで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する手順Ｇ
を実行するためのプログラム。
【請求項１６】
物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、
Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する手順Ｂと、
物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｃ、
物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｄ、
手順Ｃで求めた投影倍率と、手順Ｄで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｅ、
基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｆ、
手順Ｅで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｆで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順Ｇ、及び、
手順Ｇで求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する手順Ｈ
を実行するためのプログラム。
【請求項１７】
Ｘ線フィルムを用いる代わりにＸ線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とする請求の範囲１３から１６のいずれかに記載のプログラム。
【請求項１８】
請求の範囲１３から１７のいずれかのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この出願の発明は、物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、２次元Ｘ線写真を用い、物体内の特定部位の方向あるいは位置を精度良く決定する新規な物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】  一般に、物体内の特定部位の位置や方向を物体外部から決定することが望まれる場合がある。医療における具体的な例として、口腔外科の施術におけるオトガイ孔への注射がある。オトガイ孔とは頭蓋骨にある直径数ミリの孔で、その孔には神経が通過しているが、ある治療において、注射によってオトガイ孔へ薬剤を注入する必要が生じる。その注射のためにはオトガイ孔の位置や方向を物体表面（この場合は皮膚の表面）から特定する必要があるが、通常のＸ線写真（レントゲン写真）では内部組織の２次元的形状を相対的にしか知ることができない。
身体を含め，物体内部の特定部位の３次元計測が可能な装置としてはＣＴ装置があるが、ＣＴ装置は非常に高価な装置であり、ここで例として考えている用途の場合、測定に要する手間や患者へのＸ線被曝量も多いという問題がある。
一方、特開昭５８−６５１４２号公報には、正面像と側面像をそれぞれＸ線で撮像するＸ線撮像装置を設け、両画像をディスプレイに表示させ、ライトペンにより関心領域を指示し、その関心領域の楕円状正面像及び回転楕円状側面像を表示させ、関心領域のおおよその形状、位置を立体的に把握する画像診断装置が開示されている。
また、特開平３−１０１５１号公報には、被検査対象物を所定速度で移動させて、異なる方向からＸ線を照射し、被検査対象物を透過したＸ線の画像信号に基づいて被測定対象物の欠陥箇所を３次元的に検査する物体検査装置が開示されている。
また、特開平７−９２１１１号公報には、被検査対象物を固定し、Ｘ線源を移動させて２箇所からＸ線を透過させてＸ線の透過量の違いを利用して被検査対象物の欠陥部の深さを検出する欠陥検査装置が開示されている。
さらに、特開平９−１８７４４８号公報には、複数方向からＸ線画像を撮像し、それらのＸ線画像から被検体の血管や心臓等の診断部位の定量解析を行い、奥行き方向の変動による誤差を考慮して診断部位の立体的把握を行うようにしたＸ線画像診断装置が開示されている。
【発明の開示】
しかしながら、特開昭５８−６５１４２号公報の手法は、身体内の関心部位を含むように正面及び側面から撮影したＸ線写真の画像信号に基づいて関心部位を立体的に把握するもので、関心部位の形状や位置のおおよその把握はできるものの、上記のようなオトガイ孔への注射等のために身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
また、特開平３−１０１５１号公報の手法は、セラミック基板の欠陥等を検査するものであり、被検査対象物を一定速度で移動させてＸ線を照射するため、身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
また、特開平７−９２１１１号公報の手法は、プラント等における欠陥の非破壊検査を行うためのもので被曝量の問題もあり、やはり身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
さらに、特開平９−１８７４４８号公報の手法は、血管や心臓等の疾患の程度を把握するため、２方向からＸ線撮影して得た画像を基に、奥行き方向の補正を行い、診断部位の状態を３次元的に把握するものであるが、上記のようなオトガイ孔への注射等のために、物体表面の基準位置に対する身体内の特定部位の方向や位置を精度良く把握する目的には向かない。
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、物体表面（皮膚）上の基準位置に対するオトガイ孔の方向や位置のような特定部位の３次元情報を安価に、測定に要する手間や患者へのＸ線照射量を極力抑えて、精度良く決定することができる物体内部位計測システム、物体内部位計測用演算装置、物体内部位計測用プログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを課題とする。
また本特許の技術は身体内部ばかりでなく，一般の物体の内部計測に対しても利用できる。したがって一般物体の特定部位の位置を計測する簡便な方法を提供することも本特許で解決しようとする課題である。
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、及び、第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第５の演算部を有する演算装置；を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第２には、物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、第５の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第６の演算部を有する演算装置；を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第３には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第６の演算部を有する演算装置；を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
第４には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体；並びに、基準物体の物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第６の演算部、及び、第６の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第７の演算部を有する演算装置；を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第５には、上記第１又は第２の発明において、さらにＸ線撮像装置を備えることを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第６には、上記第１から第５のいずれかの発明において、Ｘ線フィルムを用いる代わりにＸ線カメラを用いて撮像を行うことを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第７には、上記第１から第６のいずれかの発明において、基準物体が、同じ大きさの正方形の物体表面枠と正方形のフィルム枠もしくはフィルム位置基準枠を有することを特徴とする物体内部位計測システムを提供する。
また、第８には、物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、及び、第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像に対する物体内部位の方向を決定する第５の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第９には、物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる方向からＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第１の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第２の演算部、第１の演算部が求めた投影倍率と、第２の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第３の演算部、２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第４の演算部、第３の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第４の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、第５の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第６の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第１０には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する入力部、Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、及び、第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する第６の演算部を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第１１には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像を入力する入力部、Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する第１の演算部と、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める第２の演算部、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める第３の演算部、第２の演算部が求めた投影倍率と、第３の演算部が求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める第４の演算部、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める第５の演算部、第４の演算部が求めたＸ線源の位置ベクトルと、第５の演算部が求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める第６の演算部、及び、第６の演算部が求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する第７の演算部を有する演算装置；を備えることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第１２には、上記第８から第１１のいずれかの発明において、Ｘ線フィルムを用いる代わりにＸ線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とする物体内部位計測用演算装置を提供する。
また、第１３には、物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｂ、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｃ、手順Ａで求めた投影倍率と、手順Ｂで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｄ、２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｅ、及び、手順Ｄで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｅで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を求める手順Ｆを実行させるためのプログラムを提供する。
また、第１４には、物体表面に密着させる物体表面枠とＸ線フィルムを密着させるフィルム枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で異なる方向から物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｂ、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｃ、手順Ｂで求めた投影倍率と、手順Ｃで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び物体表面枠の平面上の特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｄ、２次元Ｘ線像中の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｅ、手順Ｄで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｅで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順Ｆ、及び、手順Ｆで求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する手順Ｇを実行させるためのプログラムを提供する。
また、第１５には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する手順Ｂ、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｃ、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｄ、手順Ｂで求めた投影倍率と、手順Ｃで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｅ、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｆ、及び、手順Ｅで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｆで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求め、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定する手順Ｇを実行するためのプログラムを提供する。
また、第１６には、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有する基準物体の前記物体表面枠を物体表面に密着させた状態で物体内部位をＸ線撮像装置により撮像して得られた２以上の２次元Ｘ線像の入力を受け付ける手順Ａ、Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する手順Ｂと、物体表面枠の平面上に存在する所定図形の大きさと、基準面上の前記所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠の像の投影倍率を求める手順Ｃ、物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の特定点の像の位置ベクトルを求める手順Ｄ、手順Ｃで求めた投影倍率と、手順Ｄで求めた物体表面枠の平面上の特定点の位置ベクトル及び基準面上の前記特定点の像の位置ベクトルに基づいて、Ｘ線源の位置ベクトルを求める手順Ｅ、基準面上の物体内部位の像の位置ベクトルを求める手順Ｆ、手順Ｅで求めたＸ線源の位置ベクトルと、手順Ｆで求めた物体内部位の像の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の位置ベクトルを求める手順Ｇ、及び、手順Ｇで求めた２以上の物体内部位の位置ベクトルに基づいて、物体内部位の３次元位置を決定する手順Ｈを実行するためのプログラムを提供する。
また、第１７には、上記第１３から第１６のいずれかの発明において、Ｘ線フィルムを用いる代わりにＸ線カメラを用いて撮像したデータを用いることを特徴とするプログラムを提供する。
さらに、第１８には、上記第１３から第１７のいずれかの発明のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
この出願の発明によれば、１枚の２次元Ｘ線写真と基準物体を用いて身体内の特定部位の像に対する身体内部の特定部位の方向を、安価に、測定に要する手間や患者へのＸ線照射量を極力抑えて、精度良く決定することが可能となる。
また、この出願の発明によれば、２枚以上の２次元Ｘ線写真と基準物体を用いて身体内の特定部位の像に対する身体内部の特定部位の３次元位置を、安価に、測定に要する手間や患者へのＸ線照射量を極力抑えて、精度良く決定することが可能となる。
さらにこの出願の発明によれば、１枚の２次元Ｘ線写真と基準物体を用いて一般物体内の特定部位の像に対する物体内部の特定部位の方向を、また２枚以上の２次元Ｘ線写真と基準物体を用いて物体内の特定部位の像に対する物内部の特定部位の３次元位置を、簡便に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は、この出願の発明の第１の実施形態の物体内部位置計測システムにおける基準物体と、Ｘ線撮像の手法と、設定された３次元空間の説明図である。
図２は、基準物体の物体表面枠及びフィルム枠と、Ｘ線フィルム、Ｘ線源、物体内の特定部位Ｒ、Ｘ線フィルム上の前記特定部位Ｒの像Ｒ’の関係を示す側面図である。
図３は、この出願の第１の実施形態の物体内部位計測システムにおける演算装置のハードウェア概略構成を示すブロック図である。
図４は、上記演算装置の処理部の構成を示すブロック図である。
図５は、基準物体の物体表面枠の像の投影倍率ｓ及びＸ線源の位置を求めるための説明図である。
図６は、図４の演算装置の処理部の演算処理の手順を示すフローチャートである。
図７は、この出願の第２の実施形態の物体内部位計測システムにおける演算装置の処理部の構成を示すブロック図である。
図８は、図７の演算装置の処理部の演算処理の手順を示すフローチャートである。
図９は、Ｘ線源と、基準物体と、Ｘ線フィルムと、Ｘ線フィルムを基準物体のフィルム位置基準枠に密着させて置いたときの基準面との関係を示す図である。
図１０は、２次元射影変換による像の変換の概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】  この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
まず、この出願の発明による第１の実施形態の物体内部位計測システムについて述べる。この物体内部位計測システムは、基準物体と演算装置を有しており、基準物体の所定の点を原点とする３次元直交座標系を設定し、物体表面の基準位置（Ｘ線像中の特定部位の像の位置）に対する物体内の特定部位の方向を求めるものである。
図１に示すように、基準物体（１）は、互いに離間した２つの枠（２）と（３）を有するものであり、一方の枠（２）は物体表面に密着させる枠であり、他方の枠（３）はＸ線フィルムを密着させる枠である。この出願の明細書では、物体表面に密着させる枠（２）を「物体表面枠」、Ｘ線フィルムを密着させる枠（３）を「フィルム枠」と称する。なお、「物体表面」とは、身体を対象とした場合には通常の外皮の他、口腔中の粘膜等を含む広義のものである。基準物体（１）は、たとえば一辺αの正方形の物体表面枠（２）とこれと同じ大きさの正方形のフィルム枠（３）を、支持部材（４）、（５）、（６）により両者を一定の距離βだけ離間させて互いに平行となるように支持させる。物体表面枠（２）、フィルム枠（３）、支持部材（４）、（５）、（６）を構成する材料としては、たとえば鉄や銅などの金属のワイヤーを用いることができる。一例として、オトガイ孔計測のためにはαを２ｃｍ、βを１ｃｍとすることができる。もちろん、α、βの値は計測対象の大きさに応じて適宜設定可能である。また、基準物体（１）の枠の形状は、原理的には正方形である必要はなく、長方形等適宜の形状のものとすることができるが、特に正方形ものが扱いやすく、有利である。なお、図中（７）はＸ線フィルム、（８）はＸ線源である。
図２に、基準物体（１）の物体表面枠（２）及びフィルム枠（３）と、Ｘ線フィルム（７）、Ｘ線源（８）、物体内の特定部位Ｒ、Ｘ線フィルム（７）上の前記特定部位Ｒの像Ｒ’の関係を側面図で示す。
次に、演算装置について述べる。図３に、演算装置のハードウェア概略構成をブロック図で示す。この演算装置（１０）は、入力部（１１）、処理部（１２）、主記憶装置（１３）、大容量記憶装置（１４）、出力部（１５）を備え、これらはバス（１６）で接続される。
入力部（１１）は、基準物体（１）の物体表面枠（２）を物体表面に密着させた状態で物体内の特定部位をＸ線撮像装置で撮像して得られた２次元Ｘ線像を入力する。この実施形態では、１枚のＸ線写真の画像情報を入力するものとする。
処理部（１２）は、図４に示すように、第１の演算部（２１）、第２の演算部（２２）、第３の演算部（２３）、第４の演算部（２４）、第５の演算部（２５）を有する。
第１の演算部（２１）は、物体表面枠（２）の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の所定図形の像の大きさに基づいて、物体表面枠（２）の像の投影倍率（１次元倍率）ｓを求める。所定図形とは、１次元の線であってもよいし、２次元図形であってもよい。
第２の演算部（２２）は、物体表面枠（２）の平面上の特定点、たとえば図５のＱの位置ベクトル［Ｑ］（この出願の明細書では、ベクトルは［  ］により表記する。以下同じ）及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠（２）の平面上の特定点Ｑの像Ｑ’の位置ベクトル［Ｑ’］を求める。位置ベクトル［Ｑ］はあらかじめ設定しておいてもよい。
第３の演算部（２３）は、第１の演算部（２１）が求めた投影倍率ｓと、第２の演算部（２１）が求めた物体表面枠（２）の平面上の特定点Ｑの位置ベクトル［Ｑ］及び物体表面枠（２）の平面上の特定点Ｑの像Ｑ’の位置ベクトル［Ｑ’］に基づいて、Ｘ線源（８）の位置ベクトル［Ｐｓ］（又はその同次座標表現＜Ｐｓ＞）を求める。
第４の演算部（２４）は、２次元Ｘ線像中の物体内部位Ｒの像Ｒ’の位置ベクトル［Ｒ’］を求める。
第５の演算部（２５）は、第３の演算部（２３）が求めたＸ線源（８）の位置ベクトル［Ｐｓ］（又は＜Ｐｓ＞）と、第４の演算部（２４）が求めた物体内部位の像Ｒ’の位置ベクトル［Ｒ’］に基づいて、物体内部位Ｒの方向ベクトル［ｕ］を求め、物体内部位の像Ｒ’に対する物体内部位Ｒの方向を決定する。
主記憶装置１３は、演算装置（１０）の制御プログラムを有しており、その制御プログラムに基づいて各部の動作の制御を行う。
大容量記憶装置（１４）は、入力部（１０）が取り込んだＸ線像のデータの他、各部が演算した結果等を記憶することができるメモリ装置であり、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、ＤＶＤ装置等の内部記憶装置あるいは外部記憶装置を用いることができる。
出力部（１５）は、演算装置（１０）で演算した結果を出力するものであり、ディスプレイのような画像出力あるいはプリンター等の印刷出力とする装置等を用いることができる。
演算装置（１０）の各部の機能は、コンピュータあるいはそれに接続される各種機器（キーボード、ディスプレイ等の付設装置を含む）により実現することができる。
次に、この実施形態の物体内部位計測システムで用いるＸ線写真の撮影方法について述べる。図１、図２及び図５に示すように、基準物体（１）の物体表面枠（２）を物体表面に密着させ、フィルム枠（３）にＸ線フィルム（７）を密着させた状態で、Ｘ線撮像装置のＸ線源（８）からＸ線を照射して撮影を行う。ここで物体表面枠（２）の各頂点をａ、ｂ、ｃ、ｄとし、Ｘ線フィルム（７）上の像をａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’とする。
この実施形態の物体内部位計測システムでは、上記の方法で撮影した１枚の２次元Ｘ線写真の画像を演算装置（１０）の入力部（１１）に取り込み、大容量記憶装置（１４）に記憶させておき、その画像データを用いて以下に示す原理に基づき各演算部が演算処理を行い、物体内の特定部位の方向を決定する。
上記の方法でＸ写真を撮影すると、基準物体（１）のフィルム枠（３）は実体と同じ大きさ・形状で写るが、物体表面枠（２）はＸ線源（８）の位置Ｐｓにしたがって位置と大きさが異なって写る。ただしＸ線フィルム（７）と物体表面枠（２）は平行であるため、Ｘ線フィルム（７）に写った像の形状は物体表面枠（２）の形状と相似であり、正方形となる。したがって、Ｘ線フィルム（７）に写った像の正方形の位置と倍率から、Ｘ線源（８）の位置Ｐｓを求めることができる。
より詳細に説明すると、まず３次元位置を特定するための座標系を次のように導入する。図１に示すように、フィルム枠（３）の１つの頂点を原点Ｏとし、それに接続する２つの辺をＸ軸及びＹ軸とする。Ｚ軸はそれらの軸に直交し、物体表面枠（２）を向くように取る。これでＸＹＺ軸が右手系の３次元座標が構成される。Ｘ線フィルム（７）は基準物体（１）側を表とし、Ｘ線フィルム（７）上の位置の指定にはＸ軸及びＹ軸で構成される２次元座標系を用いる。
ここで物体表面枠（２）が含まれる平面（Ｚ＝βの平面）とフィルム枠（３）が含まれる平面（ＸＹ平面）を考える。物体表面枠（２）の平面とフィルム枠（２）の平面は平行であるため、たとえば物体表面枠（２）の平面上に存在する２次元図形は、Ｘ線源（８）の位置Ｐｓによらず相似の形でＸ線フィルム（７）に写る。図５に示すように、この図形の一辺の元の大きさをＡ、Ｘ線フィルム（７）上での大きさをＡ’とすると、相似の倍率ｓはｓ＝Ａ’／Ａである。一方、物体表面枠（２）の平面上のある点ＱがＸ線フィルム（７）上のＱ’の点に写ったとすると、Ｘ線源（８）の位置ＰｓはＱ’とＱを結ぶ直線上に存在する。また相似の関係により、直線Ｑ’Ｑと直線Ｑ’Ｐｓの長さの比はｓ対ｓ−１になる。これによりＸ線源（８）の位置Ｐｓは式（１）で与えられる。ただし、［Ｐｓ］、［Ｑ］、［Ｑ’］はそれぞれＰｓ、Ｑ、Ｑ’の位置ベクトルである。
0004512833.tif 000002
式（１）は理論的にはＸ線源（８）が無限遠でない限り正しい。しかし実際の計算ではＸ線源（８）が遠方にあり、倍率ｓが１に近いような場合には数値的に不安定になる。この問題を避けるため、Ｘ線源（８）の位置の表現に同次座標＜Ｐｓ＞を利用すると次のようになる。
0004512833.tif 000003
式（２）の表現では、理論的に無限遠のＸ線源（８）も正しく表すことができる。
基準物体（１）を用いた具体的計算のため、Ｑを原点Ｏに接続する物体表面枠（２）の頂点ａ、Ｑ’をその像ａ’に取ると、それぞれの位置ベクトルは式（３）のようになる。ただし、ａ’のＸＹ平面での位置を（Ｘａ’，Ｙａ’）とする。
0004512833.tif 000004
これらを式（２）に代入すると、＜Ｐｓ＞は次のように計算される。
0004512833.tif 000005
Ｘ線像に写ったフィルム枠（３）がＸＹ軸を与える。これを基準として物体表面枠（２）の像の位置と倍率を計測すればよいが、実際には物体表面枠（２）の各辺の位置が図りやすい。しかし計測誤差が存在するため、計測した各辺の位置から構成した物体表面枠（２）の像の形状が正方形になるとは限らない。そこでこの実施形態では、物体表面枠（２）の像の形状が正方形になるように以下のようにして計測値を補正し、精度を向上させる。
Ｘ線フィルム（７）に写った物体表面枠（２）の像で、図１の辺ａ’ｄ’のＸ座標をＸ１、辺ｂ’ｃ’のＸ座標をＸ２、辺ａ’ｂ’のＹ座標をＹ１、辺ｄ’ｃ’のＹ座標をＹ２とする。物体表面枠（２）の像が正方形であるためには次式が成立しなければならない。
0004512833.tif 000006
しかし実際の計測値は誤差のため式（５）が満たされるとは限らない。そこで２乗誤差最小の意味で最適な値を求める。そのためには式（５）の条件のもとで次の量を最小化する。
0004512833.tif 000007
なお、式（６）において肩のアスタリスクは実際の計測値を表す。ラグランジュの未定乗数法を用いて計算すると、各辺の座標値は次のようになる。
0004512833.tif 000008
ただし、δは式（８）である。
0004512833.tif 000009
倍率ｓとａ’の位置（Ｘａ’，Ｙａ’）は次のように計算される。
0004512833.tif 000010
以上でＸ線像中の物体表面枠（２）の各辺の座標値からＸ線源（８）の位置Ｐｓを計算することができる。位置を決定すべき対象部位は、図２に示すように、Ｘ線フィルム（７）上の像の位置Ｒ’とＸ線源（８）の位置Ｐｓを結ぶ直線上にある。したがって基準物体（１）に設定した基準枠を基準として対象部位Ｒの方向が分かるので、対象部位の方向が決定できる。その詳細は次の通りである。
位置を決定すべき対象部位をＲ、そのＸ線像上の点をＲ’とし、それらの位置ベクトルをそれぞれ［Ｒ］、［Ｒ’］とする。Ｘ線像から計測されるＲ’のＸ、Ｙ座標値をそれぞれＸＲ’，ＹＲ’とすると、［Ｒ’］は次のようになる。
0004512833.tif 000011
対象部位Ｒはその像Ｒ’とＸ線源（８）の位置Ｐｓを結んだ直線上にあるので、ｔを適当な値のパラメータとし、さらに［Ｐｓ］に式（１）を用いれば、［Ｒ］は次のように表される。
0004512833.tif 000012
しかし式（１１）は差が１に近い場合に実際の計算で問題を生じるので次のように変形する。
0004512833.tif 000013
ただし、［ｕ］、ｑは次のとおりである。
0004512833.tif 000014
式（１２）は、対象部位ＲがＲ’の位置を基準として式（１３）のベクトル［ｕ］で示される方向に存在することを表しており、対象部位の方向だけ知りたい場合には以上の手順で方向を求めることができる。
以上において、ｓを求める演算は第１の演算部（２１）が行い、［Ｑ］及び［Ｑ’］を求める演算は第２の演算部（２２）が行い、［Ｐｓ］（又は＜Ｐｓ＞）を求める演算は第３の演算部（２３）が行い、［Ｒ’］を求める演算は第４の演算部（２４）が行い、［ｕ］すなわち対象部位Ｒの方向を求める演算は第５の演算部（２５）が行い、対象部位の方向の決定が行われる。演算処理のフローを図６に示す。
次に、この出願の発明による第２の実施形態の物体内部位計測システムについて述べる。この物体内部位計測システムは、第１の実施形態と同様、基準物体と演算装置を有しており、基準物体の所定の点を原点とする３次元直交座標系を設定し、物体内の特定部位の３次元位置を求めるものである。
この実施形態において、基準物体としては上記第１の実施形態で用いたものと同じものを使用することができる。なお、第２の実施形態において、処理部の構成以外の第１の実施形態と同様な要素には同じ符号を付す。
演算装置のハードウェア概略構成も第１の実施形態と同様な構成とすることができるが、処理部（１２）が図７に示すような構成となる。
入力部（１１）は、基準物体（１）の物体表面枠（１２）を物体表面に密着させた状態で物体内部位を異なる２つの方向から撮像して得られた２つの２次元Ｘ線像を入力する。この実施形態では、２枚のＸ線写真の画像情報を入力するものとする。なお、以下において、２つのＸ線像を用いて、演算を行うので、上記で使用してきた各変数のそれぞれのＸ線像での値を区別するため各変数の肩に括弧を入れた数字を記すこととする。
処理部（１２）は、図７に示すように、第１の演算部（３１）、第２の演算部（３２）、第３の演算部（３３）、第４の演算部（３４）、第５の演算部（３５）、第６の演算部（３６）を有する。
第１の演算部（３１）は、２つのＸ線像に対し、物体表面枠（２）の平面上に存在する所定図形の大きさと、２次元Ｘ線像中の所定図形の像の大きさに基づいて、投影された物体表面枠（２）の投影倍率ｓ（１）、ｓ（２）をそれぞれ求める。所定図形とは、１次元の線であってもよいし、２次元図形であってもよい。
第２の演算部（３２）は、２つのＸ線像に対し、物体表面枠（２）の平面上の特定点Ｑの位置ベクトル［Ｑ］及び２次元Ｘ線像中の物体表面枠（２）の平面上の特定点Ｑの像Ｑ’（１）、Ｑ’（２）の位置ベクトル［Ｑ’（１）］、［Ｑ’（２）］を求める。位置ベクトル［Ｑ］はあらかじめ設定しておいてもよい。
第３の演算部（３３）は、第１の演算部（３１）が求めた投影倍率ｓ（１）、ｓ（２）と、第２の演算部（３２）が求めた物体表面枠（２）の平面上の特定点Ｑの位置ベクトル［Ｑ］及び物体表面枠（２）の平面上の特定点Ｑの像Ｑ’（１）、Ｑ’（２）の位置ベクトル［Ｑ’（１）］、［Ｑ’（２）］に基づいて、Ｘ線源（８）の位置ベクトル［Ｐｓ（１）］、［Ｐｓ（２）］（又は＜Ｐｓ（１）＞、＜Ｐｓ（２）＞）をそれぞれ求める。
第４の演算部（３４）は、２次元Ｘ線像中の物体内部位Ｒの像Ｒ’（１）、Ｒ’（２）の位置ベクトル［Ｒ’（１）］、［Ｒ’（２）］を求める。
第５の演算部（３５）は、第３の演算部（３３）が求めたＸ線源（８）の位置ベクトル［Ｐｓ（１）］、［Ｐｓ（２）］（又は＜Ｐｓ（１）＞、＜Ｐｓ（２）＞）と、第４の演算部（３４）が求めた物体内部位の像Ｒ’（１）、Ｒ’（２）の位置ベクトル［Ｒ’（１）］、［Ｒ’（２）］に基づいて、物体内部位Ｒの方向ベクトル［ｕ（１）］、［ｕ（２）］を求める。
以上の第１ないし第５の演算部（３１）〜（３５）の演算手法は、基本的に、上記第１実施形態の第１ないし第５の演算部（２１）〜（２５）の演算手法と同様である。
第６の演算部（３６）は、第５の演算部（３５）が求めた物体内部位Ｒの方向ベクトル［ｕ（１）］、［ｕ（２）］に基づいて、その交点を求め、その点を物体内部位の３次元位置として決定する。
第１の実施形態で議論した式（１２）を２つのＸ線像に適用すれば、以下の式が得られる。
0004512833.tif 000015
0004512833.tif 000016
式（１５）及び式（１６）の［Ｒ（１）］及び［Ｒ（２）］は２つのＸ線像から計算される２本の直線上の点を表しているが、これらが最も近くなる点を求める。これには次式のＤＲが最小になるｑ（１）及びｑ（２）を計算すればよい。
0004512833.tif 000017
式（１７）をｑ（１）及びｑ（２）に関して微分すると次式が得られる。
0004512833.tif 000018
これらを０と置き、行列の形にまとめれば次式を得る。
0004512833.tif 000019
式（２０）のｑ（１）及びｑ（２）をそれぞれ式（１５）及び式（１６）に代入する。この結果から対象の位置ベクトル［Ｒ］は次のように計算される。
0004512833.tif 000020
このようにして、物体内部位Ｒの位置が決定される。演算処理のフローを図８に示す。
以上、２枚のＸ線写真により物体内の特定部位を決定する第２の実施形態を述べてきたが、この出願の発明によれば、３枚以上のＸ線写真による物体内の特定部位の決定を行うことができ、その場合、精度がより向上したものとなる。
たとえば３枚のＸ線写真が得られている場合を考える。これらの写真から構成できるペアは（写真１，写真２）、（写真２，写真３）、（写真３，写真１）の３つである。この３組のペアから計算した対象の位置をそれぞれ［Ｒ（１２）］、［Ｒ（２３）］、［Ｒ（３１）］とする。次式で示すように、これらを平均して対象の位置［Ｒ］とすれば、より精度の高い計測が実現される。
0004512833.tif 000021
次に、この出願の第３及び第４の実施形態について述べる。
上記第１の実施形態及び第２の実施形態においては、Ｘ線フィルムは基準物体の一方の枠（フィルム枠）へ密着して配置し、撮影を行ったが、この出願の発明によれば、Ｘ線フィルムを前記枠（フィルム枠）に密着させないで、自由な位置に配置して対象部位を撮影して、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定することができる。第３及び第４の実施形態は、それぞれ上記第１及び第２の実施形態において、Ｘ線フィルムを自由な位置の置いて撮影した像に基づいて、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定するものである。
第３及び第４の実施形態では、基準物体を構成するフィルム枠を「フィルム位置基準枠」と称する。フィルム位置基準枠の構造、材料等は第１及び第２の実施形態におけるフィルム枠と同じである。
Ｘ線フィルムを自由な位置に置いて撮影した像と、基準物体のフィルム位置基準枠に密着させて撮影した像との幾何学的な関係は、２次元射影変換で関係づけられる。Ｘ線写真に撮影された基準物体の形状からこの変換の計数を決定し、決定した変換係数を用いてＸ線写真上の像の位置を変換すれば、基準物体のフィルム位置基準枠にＸ線フィルムを密着して置いた場合の像に変換できる。
図９に、Ｘ線源Ｐｓ（８）と、基準物体（１）と、Ｘ線フィルム（７）と、Ｘ線フィルム（７）を基準物体（１）のフィルム位置基準枠（３’）に密着させて置いたときの基準面（９）との関係を示す。また、図１０に２次元射影変換による像の変換の概念図を示す。
基準物体（１）のフィルム位置基準枠（３’）の基準面（９）上の像の４つの頂点を点ｅ’、ｆ’、ｇ’、ｈ’とし、Ｘ線フィルム（７）上の対応する像の４つの頂点を点ｅ”、ｆ”、ｇ”、ｈ”とする。
２次元平面上の点（ｘ，ｙ）を別の２次元平面上の点（ｕ，ｖ）に変換する２次元射影変換は、その係数をａｉｊとして次式で表される。
0004512833.tif 000022
２次元射影変換の係数ａｉｊは、画像上の４点の対応がわかれば一意的に決定される。図９及び図１０に示すように、基準物体（１）のフィルム位置基準枠（３’）の各頂点の像の位置を点ｅ”＝（ｘ１，ｙ１）、ｆ”＝（ｘ２，ｙ２）、ｇ”＝（ｘ３，）ｙ３）、ｈ”＝（ｘ４、ｙ４）とする。これらの頂点が、Ｘ線フィルム（７）がフィルム位置基準枠（３’）に密着した状態で撮影されていたならば写るべき位置を点ｅ’＝（ｕ１，ｖ１）、ｆ’＝（ｕ２，ｖ２）、ｇ’＝（ｕ３，ｖ３）、ｈ’＝（ｘ４、ｙ４）とすると、（ｕ１，ｖ１）＝（０，０）、（ｕ２，ｖ２）＝（α，０）、（ｕ３，ｖ３）＝（０，α）、（ｘ４、ｙ４）＝（α，α）である。これらの値から２次元射影変換の係数ａｉｊを決定する。
各添字ｉ＝１、２、３、４に関して点（ｘｉ，ｙｉ）が（ｕｉ，ｖｉ）に写像されるとすると、式（２３）及び式（２４）より、以下の関係が各ｉについて成り立たなければならない。
0004512833.tif 000023
これを行列を用いて表せば、
0004512833.tif 000024
として、
0004512833.tif 000025
となる。これより、
0004512833.tif 000026
によってベクトル［ａ］が計算でき、その要素から２次元射影変換の係数ａｉｊが決定される。
以上により、Ｘ線フィルム（７）上の点ｅ”、ｆ”、ｇ”、ｈ”が決定できるので、同様にして、Ｘ線フィルム（７）上の物体表面枠（２）の像の頂点の位置ａ”、ｂ”、ｃ”、ｄ”と、Ｘ線フィルム（７）上の対象部位の像の位置Ｒ”（ＸＲ”，ＹＲ”）を、それぞれ基準面（９）上の像の頂点の位置ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’と、Ｘ線フィルム（７）上の対象部位の像の位置Ｒ’（ＸＲ’，ＹＲ’）に上記係数を用いて２次元射影変換すれば、Ｘ線フィルム（７）をフィルム位置基準枠（３’）に密着させて撮影したのと同等の像のデータが得られる。このデータを用いて、実施形態１及び実施形態２と同様な処理を行うことにより、Ｘ線フィルム（７）を自由な位置の置いて撮影した像に基づいて、物体内部位の像の位置に対する物体内部位の方向を決定することができる。
このため、第３及び第４の実施形態においては上記第１及び第２の実施形態において、基準物体を、物体表面に密着させる物体表面枠と自由位置に置かれたＸ線フィルムの位置基準となるフィルム位置基準枠との２つの枠を互いに離間して有するものとし、新たに、Ｘ線フィルム上のフィルム位置基準枠の像を、Ｘ線フィルムがフィルム位置基準枠に密着した状態で撮影したときに写るべき基準面上のフィルム位置基準枠の像に２次元射影変換させる変換係数を求め、２次元Ｘ線像上の物体表面枠の像を、基準面上の前記物体表面枠の像に、前記変換係数を用いて２次元射影変換する演算部を設ける。
第３及び第４の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態の効果に加え、Ｘ線写真の撮影時の操作性がより一層向上するという利点がある。
また、上記ではＸ線フィルムを用いて撮像を行う場合について述べたが、この出願の発明によれば、Ｘ線フィルムと同等の機能を持つ電子化された素子としてＸ線カメラを用いることもできる。この場合、得られた画像を直接パーソナルコンピュータなどに取り込んで処理することにより、測定をさらに簡便化することができる。
この出願の発明によれば、第１から第４の実施形態における演算処理（たとえば図６及び図８のフローのような処理等）の各手順を実行する行うためのコンピュータプログラムが提供される。
また、この出願の発明によれば、そのプログラムを読み取り可能に記憶したフレキシブルディスクやＣＤ、ＤＶＤなどの記録媒体が提供される。
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【図１】
0004512833.tif 000027
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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