(57)【要約】【課題】  照射するＸ線量が少なくかつ少ない回数の照射によって人工骨作製用三次元画像データを得る。【解決手段】  撮影位置判別手段１８でＸ線断層撮影手段１２の撮影位置データを判別し、その撮影位置データを撮影位置データ記憶手段１９で記憶する。骨部組織画像データ作製手段２２で、高エネルギー画像検出手段２０で得られた画像データと低エネルギー画像検出手段２１で得られた画像データとに基づき、両画像データを重ね合わせることにより、骨部組織を抽出した骨部組織画像データを作製し、その骨部組織画像データを画像データ記憶手段２３で記憶する。画像処理手段２４により、撮影位置データ記憶手段１９からの撮影位置データと画像データ記憶手段２３からの画像データとに基づいて、多数の断層面の画像データである三次元化可能なまたは三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体にＸ線を照射するＸ線照射手段と、被検体を透過したＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器と、前記Ｘ線照射手段と前記フラットパネル型Ｘ線検出器との相対位置を、被検体に対する撮影部位を中心にして複数位置に設定変更するＸ線断層撮影手段と、前記Ｘ線断層撮影手段における撮影位置データを記憶する撮影位置データ記憶手段と、前記フラットパネル型Ｘ線検出器からの画像データを記憶する画像データ記憶手段と、前記撮影位置データ記憶手段からの撮影位置データと前記画像データ記憶手段からの画像データとに基づいて三次元化可能なまたは三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製する画像処理手段とを備えたことを特徴とする人工骨作製用三次元画像データ収集システム。
【請求項２】
請求項１に記載の人工骨作製用三次元画像データ収集システムにおいて、Ｘ線照射手段から被検体に照射されるＸ線のエネルギーを異ならせるＸ線エネルギー変更手段と、フラットパネル型Ｘ線検出器からの異なるエネルギーの画像データに基づいて骨部組織を抽出した骨部組織画像データを作製する骨部組織画像データ作製手段とを備え、前記骨部組織画像データ作製手段からの骨部組織画像データを画像データ記憶手段に記憶させるように構成してある人工骨作製用三次元画像データ収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線管などのＸ線照射手段により被検体にＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線をフラットパネル型Ｘ線検出器によって検出し、得られた画像データを用いて三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製する人工骨作製用三次元画像データ収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、頭部や手足の骨部の欠損や損傷に対する治療技術として、人工骨の埋め込み手術が増加する傾向にある。
このような人工骨は患者に合わせて作製する必要があり、職人が触診により骨部の欠損状況や損傷状況を把握し、その把握に基づいて人工骨を作製している。ところが、職人の触診による場合、労力が非常にかかり、人工骨の作製に時間を要する問題があった。また、高度な職人技を必要とし、骨部の欠損状況や損傷状況の把握にばらつきを生じ、品質に対する信頼性が低い不都合があった。
【０００３】
そこで、ＭＲＩやＸ線ＣＴ、ポジトロンＣＴ、エミッションＣＴなどの断層画像の撮影手段により断層画像を得、その断層画像に基づいて、人工骨を設計するための三次元形状データを作成し、その作成した三次元形状データに基づいてセラミック被加工材料の切削加工装置により人工骨を作製するようにしているものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−８７２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＭＲＩは、水素原子核のスピンが高い静磁界に置かれたときに示す核磁気共鳴現象を利用しているため、内部に水素原子がほとんど存在しない骨に対して高精度な画像を描出できない欠点があった。
また、Ｘ線ＣＴなどは、１回の照射Ｘ線量が多いうえに、撮影部位を中心に回転しながら多数回照射して撮影しなければならず、患者に対する被曝線量が多くなる問題があった。
【０００５】
この発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであって、照射するＸ線量が少なくかつ少ない回数の照射によって人工骨作製用三次元画像データを得ることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明の人工骨作製用三次元画像データ収集システムは、上述のような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、被検体にＸ線を照射するＸ線照射手段と、被検体を透過したＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器と、前記Ｘ線照射手段と前記フラットパネル型Ｘ線検出器との相対位置を、被検体に対する撮影部位を中心にして複数位置に設定変更するＸ線断層撮影手段と、前記Ｘ線断層撮影手段における撮影位置データを記憶する撮影位置データ記憶手段と、前記フラットパネル型Ｘ線検出器からの画像データを記憶する画像データ記憶手段と、前記撮影位置データ記憶手段からの撮影位置データと前記画像データ記憶手段からの画像データとに基づいて三次元化可能なまたは三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製する画像処理手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
（作用・効果）
請求項１に係る発明の人工骨作製用三次元画像データ収集システムの構成によれば、Ｘ線断層撮影手段により、１回の断層走行を行うことで被検体に対する撮影部位を中心としてＸ線照射手段と前記フラットパネル型Ｘ線検出器との相対位置を複数位置に設定変更し、それぞれの位置でＸ線を照射して画像データを得、得た画像データをフラットパネル型Ｘ線検出器の検出面に平行な方向にずらせながら重ねて所望の位置での断層面における画像データ、すなわち、三次元化可能な人工骨作製用三次元画像データ、または、三次元ＣＡＤを介して三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製し、骨部の欠損状況や損傷状況を適確に把握して、補正すべき骨部の形状とか補正した状態の骨部の形状であるなど、人工骨の作製に必要なデータを得ることができる。
したがって、フラットパネル型Ｘ線検出器によって画像データを得るから、１回のＸ線照射量を少なくでき、しかも、照射によって得られた複数の画像データから多数の断層面の画像データを得るから、Ｘ線の照射回数を少なくでき、全体として、照射するＸ線量が少なくかつ少ない回数の照射によって人工骨作製用三次元画像データを得ることができ、患者に対する被曝の負担少なく良好に人工骨作製用三次元画像データを収集することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の人工骨作製用三次元画像データ収集システムにおいて、Ｘ線照射手段から被検体に照射されるＸ線のエネルギーを異ならせるＸ線エネルギー変更手段と、フラットパネル型Ｘ線検出器からの異なるエネルギーの画像データに基づいて骨部組織を抽出した骨部組織画像データを作製する骨部組織画像データ作製手段とを備え、前記骨部組織画像データ作製手段からの骨部組織画像データを画像データ記憶手段に記憶させるように構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項２に係る発明の人工骨作製用三次元画像データ収集システムの構成によれば、各Ｘ線の照射による撮影において、被検体に照射するＸ線のエネルギーを異ならせ、その異なるエネルギーの画像データによるサブトラクション処理により、骨部組織を抽出した骨部組織画像データを得、その骨部組織画像データを人工骨作製用三次元画像データ作製の基になる画像データとすることができる。
したがって、人工骨作製用三次元画像データ作製の基になる画像データにおいて、骨部組織が明瞭であるから、骨部組織が鮮明で品質の高い人工骨作製用三次元画像データを得ることができ、患者に適合した高品質の人工骨を作製できる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明の人工骨作製用三次元画像データ収集システムの構成によれば、Ｘ線断層撮影手段により、被検体に対する撮影部位を中心にしてＸ線照射手段と前記フラットパネル型Ｘ線検出器との相対位置を複数位置に設定変更し、それぞれの位置でＸ線を照射して画像データを得、得た画像データをフラットパネル型Ｘ線検出器の検出面に平行な方向にずらせながら重ねて所望の位置での断層面における画像データ、すなわち、三次元化可能な人工骨作製用三次元画像データ、または、三次元ＣＡＤを介して三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製し、骨部の欠損状況や損傷状況を適確に把握して、補正すべき骨部の形状とか補正した状態の骨部の形状であるなど、人工骨の作製に必要なデータを得ることができる。
したがって、フラットパネル型Ｘ線検出器によって画像データを得るから、１回のＸ線照射量を少なくでき、しかも、照射によって得られた複数の画像データから多数の断層面の画像データを得るから、Ｘ線の照射回数を少なくでき、全体として、照射するＸ線量が少なくかつ少ない回数の照射によって人工骨作製用三次元画像データを得ることができ、患者に対する被曝の負担少なく良好に人工骨作製用三次元画像データを収集することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、この発明の実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、この発明の人工骨作製用三次元画像データ収集システムの実施例に係るＸ線断層撮影装置の全体斜視図、図２はＸ線管とフラットパネル型Ｘ線検出器と被検体との位置関係を示す概略正面図であり、基台１に主支柱２が設けられるとともに、その主支柱２に保持部３が設けられ、その保持部３に、礎被検体Ｈを搭載する天板４が設けられている。
【００１３】
保持部３に、支柱５が正逆転可能なＸ線管移動モータ６（図３参照）を介して被検体Ｈの長手方向に駆動移動可能に設けられ、その支柱５に設けた支持アーム７の先端に、正逆転可能な首振りモータ８（図３参照）を介して水平方向の軸心周りで駆動回転可能に、被検体ＨにＸ線を照射するＸ線照射手段としてのＸ線管９が設けられている。これにより、被検体Ｈに対する撮影部位を中心として、被検体Ｈの長手方向にＸ線管９の位置を変更できるように構成されている。
【００１４】
天板４の下方に、正逆転可能な検出器移動モータ１０（図３参照）を介して被検体Ｈの長手方向に駆動移動可能に、被検体Ｈを透過したＸ線を検出するＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）を主材料とした高感度型のフラットパネル型Ｘ線検出器１１が設けられている。これにより、被検体Ｈに対する撮影部位を中心として、被検体Ｈの長手方向にフラットパネル型Ｘ線検出器１１の位置を変更できるように構成されている。
このフラットパネル型Ｘ線検出器１１としては、Ｓｅ、ＰｂＩ2、ＨｇＩ2、ＣｄＴｅなどを主材料とした高感度型のものを用いても良い。
【００１５】
上述したＸ線管移動モータ６と首振りモータ８とにより、被検体Ｈに対する撮影部位を中心として、被検体Ｈの長手方向にＸ線管９の位置を変更する構成と、検出器移動モータ１０により、被検体Ｈに対する撮影部位を中心として、被検体Ｈの長手方向にフラットパネル型Ｘ線検出器１１の位置を変更する構成とによって、Ｘ線管９とフラットパネル型Ｘ線検出器１１との相対位置を、被検体に対する撮影部位を中心にして複数位置に設定変更できるようにＸ線断層撮影手段１２が構成されている。
【００１６】
図３のブロック図に示すように、Ｘ線管移動モータ６と首振りモータ８とに、Ｘ線管位置検出手段１３が付設され、Ｘ線管９の移動量とＸ線照射方向とに基づいて、撮影部位を中心としたＸ線管９の位置を検出できるように構成されている。
また、検出器移動モータ１０に検出器位置検出手段１４が付設され、撮影部位を中心としたフラットパネル型Ｘ線検出器１１の位置を検出できるように構成されている。
【００１７】
Ｘ線管９にはＸ線照射制御部１５が接続され、主制御部１６からの操作に基づいて照射Ｘ線量を設定するとともに、照射タイミングを制御できるように構成されている。また、管電圧を切り換えて、被検体Ｈに照射するＸ線の量を多くする高エネルギー状態と、被検体Ｈに照射するＸ線の量を少なくする低エネルギー状態とが得られるようにＸ線エネルギー変更手段が構成されている。このＸ線エネルギー変更手段としては、Ｘ線フィルタを用いて、被検体Ｈに照射するＸ線の量を高エネルギー状態と低エネルギー状態とに切り換えるように構成するものでも良い。
【００１８】
フラットパネル型Ｘ線検出器１１、Ｘ線管位置検出手段１３、検出器位置検出手段１４および主制御部１６にマイクロコンピュータ１７が接続されている。
マイクロコンピュータ１７には、撮影位置判別手段１８、撮影位置データ記憶手段１９、高エネルギー画像検出手段２０、低エネルギー画像検出手段２１、骨部組織画像データ作製手段２２、画像データ記憶手段２３および画像処理手段２４が備えられている。
【００１９】
撮影位置判別手段１８では、主制御部１６からの操作によりＸ線を照射した時点における位置のデータ、すなわち、撮影位置データを、Ｘ線断層撮影手段１２において設定されたときのＸ線管位置検出手段１３および検出器位置検出手段１４それぞれで検出されたＸ線管９とフラットパネル型Ｘ線検出器１１の位置に基づいて判別するようになっている。
撮影位置データ記憶手段１９では、撮影位置判別手段１８で判別された撮影位置データを記憶するようになっている。
【００２０】
高エネルギー画像検出手段２０では、主制御部１６での操作に基づいて高エネルギー状態でＸ線を照射したときのフラットパネル型Ｘ線検出器１１からの画像を取り込むようになっている。
低エネルギー画像検出手段２１では、主制御部１６での操作に基づいて低エネルギー状態でＸ線を照射したときのフラットパネル型Ｘ線検出器１１からの画像を取り込むようになっている。
【００２１】
骨部組織画像データ作製手段２２では、高エネルギー画像検出手段２０で得られた画像データと低エネルギー画像検出手段２１で得られた画像データとに基づき、両画像データを重ね合わせることにより、骨部組織を抽出した骨部組織画像データを作製するようになっている。
画像データ記憶手段２３では、骨部組織画像データ作製手段２２で作製した骨部組織画像データを記憶するようになっている。
【００２２】
画像処理手段２４では、撮影位置データ記憶手段１９からの撮影位置データと画像データ記憶手段２３からの画像データとに基づいて三次元化可能なまたは三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製するようになっている。ここで、三次元化可能な人工骨作製用三次元画像データとは、人工骨作製用の光造型もしくはオート切削機械で使用される三次元ＣＡＤに入力可能な画像データのことであり、また、三次元化した人工骨作製用三次元画像データとは、三次元ＣＡＤで処理したあとの画像データのことである。
【００２３】
次に、人工骨作製用三次元画像データの作製手順につき、図４の（ａ）の人工骨作製用三次元画像データの作製手順の説明に供する模式図、ならびに、図４の（ｂ）および（ｃ）の断層面の画像データ抽出の説明に供する模式図を用いて説明する。
【００２４】
先ず、所定の位置Ａにおいて、Ｘ線管９により、低エネルギー状態でＸ線を照射し、そのときに所定の位置Ｂに配置したフラットパネル型Ｘ線検出器１１で検出した画像データを低エネルギー画像検出手段２１に取り込み、次いで、高エネルギー状態でＸ線を照射し、そのときにフラットパネル型Ｘ線検出器１１で検出した画像データを高エネルギー画像検出手段２０に取り込み、両画像を骨部組織画像データ作製手段２２で重ね合わせ、骨部組織を抽出した骨部組織画像データＤＢを作製し、作製した骨部組織画像データＤＢを画像データ記憶手段２３に記憶させておく。
このとき、Ｘ線管９の位置をＸ線管位置検出手段１３で検出するとともに、フラットパネル型Ｘ線検出器１１の位置を検出器位置検出手段１４で検出し、撮影位置判別手段１８によって、Ｘ線管９の位置Ａとフラットパネル型Ｘ線検出器１１の位置Ｂとから撮影位置データを判別し、撮影位置判別手段１８で判別された撮影位置データを撮影位置データ記憶手段１９に記憶しておく。
【００２５】
その後、Ｘ線管９を第１の位置Ａ１に移動するとともに、Ｘ線管９の照射方向を、そのＸ線束の中心が、最初に被検体Ｈの体厚方向の中間となる位置に設定した基準断層面Ｄの中心を通るように変更し、かつ、フラットパネル型Ｘ線検出器１１を第１の位置Ｂ１に移動し、その状態で、前述した場合と同様にして低エネルギー状態および高エネルギー状態それぞれでＸ線を照射し、骨部組織を抽出した第１の骨部組織画像データＤＢ１を作製し、作製した第１の骨部組織画像データＤＢ１を画像データ記憶手段２３に記憶させておく。
同様に、Ｘ線管９の第１の位置Ａ１とフラットパネル型Ｘ線検出器１１の第１の位置Ｂ１とから撮影位置データを判別し、撮影位置判別手段１８で判別された撮影位置データを撮影位置データ記憶手段１９に記憶しておく。
【００２６】
しかる後、Ｘ線管９を第２の位置Ａ２に移動するとともに、Ｘ線管９の照射方向を、そのＸ線束の中心が、最初に被検体Ｈの体厚方向の中間となる位置に設定した断層面Ｄの中心を通るように変更し、かつ、フラットパネル型Ｘ線検出器１１を第２の位置Ｂ２に移動し、その状態で、前述した場合と同様にして低エネルギー状態および高エネルギー状態それぞれでＸ線を照射し、骨部組織を抽出した第２の骨部組織画像データＤＢ２を作製し、作製した第２の骨部組織画像データＤＢ２を画像データ記憶手段２３に記憶させておく。
同様に、Ｘ線管９の第２の位置Ａ２とフラットパネル型Ｘ線検出器１１の第２の位置Ｂ２とから撮影位置データを判別し、撮影位置判別手段１８で判別された撮影位置データを撮影位置データ記憶手段１９に記憶しておく。Ｘ線管９およびフラットパネル型Ｘ線検出器１１の移動順としては、Ａ１→Ａ→Ａ２、Ｂ１→Ｂ→Ｂ２あるいはＡ２→Ａ→Ａ１、Ｂ２→Ｂ→Ｂ１にするようにしても良い。
【００２７】
次に、上述のようにして３箇所の撮影位置で得られた骨部組織画像データＤＢ，ＤＢ１，ＤＢ２に基づき、画像処理手段２４により、多数の断層面での三次元化可能なまたは三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製するようになっている。
【００２８】
すなわち、基準断層面Ｄより上部のひとつの断層面Ｄ１（わかりやすくするために被検体Ｈより浮上した位置で示しているが、実際は被検体Ｈでの断層面となる）での画像データを得る場合について考察すると、最初の位置で得られる骨部組織画像データＤＢと第１および第２の位置で得られる骨部組織画像データＤＢ１，ＤＢ２には、いずれも断層面Ｄ１を透過したＸ線成分が含まれている。
【００２９】
そこで、３位置で断層面Ｄ１の中心を透過する位置の変位量Ｌ１，Ｌ２を考慮し［図４の（ｂ）］、図４の（ｃ）に示すように、中心位置が一致するようにして３個の骨部組織画像データＤＢ，ＤＢ１，ＤＢ２を重ね合わせる。
これにより、断層面Ｄ１を透過したＸ線が３重になり、高濃度となって断層面Ｄ１の画像データを得ることができる。
【００３０】
このようにして、ピクセル１個に対応する長さの整数倍分変位させることにより、３個の骨部組織画像データＤＢ，ＤＢ１，ＤＢ２から多数の断層面での三次元化可能なまたは三次元化した人工骨作製用三次元画像データを作製することができる。
得られた人工骨作製用三次元画像データは、人工骨作製用の光造型もしくはオート切削機械で使用するためのＦＤやＭＤなどの記憶媒体２５に収集する。
得られた人工骨作製用三次元画像データは、直接的に光造型もしくはオート切削機械に送信するようにしても良い。
【００３１】
上記実施例では、断層面の画像データを得るのに、Ｘ線管９とフラットパネル型Ｘ線検出器１１の両方を移動させているが、この発明としては、図５（ａ）の模式図に示すように、Ｘ線管９だけを移動してフラットパネル型Ｘ線検出器１１を移動させないように構成するものでも、図５の（ｂ）に示すように、フラットパネル型Ｘ線検出器だけを移動してＸ線管９を移動させないように構成するものでも良い。
【００３２】
また、上記実施例では、高エネルギー画像検出手段２０で得られた画像データと低エネルギー画像検出手段２１とに基づき、両画像データを重ね合わせることにより、骨部組織を抽出した骨部組織画像データを作製し、その骨部組織画像データを画像データ記憶手段２３に記憶させ、骨部組織が鮮明で品質の高い人工骨作製用三次元画像データを得ることができるようにしているが、この発明としては、ひとつの位置では１回の照射によって得られたフラットパネル型Ｘ線検出器１１からの画像データを画像データ記憶手段２３に記憶させるように構成するものでも良い。
【００３３】
この発明としては、上述実施例人工骨作製用三次元画像データ収集システムに光造型もしくはオート切削機械を直結したものでも良い。
また、上記実施例では、Ｘ線管９とフラットパネル型Ｘ線検出器１１とを対向配置した平面平行式断層撮影機能を備えたＸ線透視撮影装置を用いているが、この発明は、このようなタイプに限定されず、Ｃアームを用いた断層撮影機能を備えたタイプでも実現可能である。更に、透視機能を持たない断層撮影機能を有する一般撮影用Ｘ線撮影装置を用いるものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の人工骨作製用三次元画像データ収集システムの実施例に係るＸ線断層撮影装置の全体斜視図である。
【図２】Ｘ線管とフラットパネル型Ｘ線検出器と被検体との位置関係を示す概略正面図である。
【図３】ブロック図である。
【図４】（ａ）は人工骨作製用三次元画像データの作製手順の説明に供する模式図、（ｂ）および（ｃ）は断層面の画像データ抽出の説明に供する模式図である。
【図５】（ａ）はＸ線管だけを移動する場合を示す模式図、（ｂ）はフラットパネル型Ｘ線検出器だけを移動する場合を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
９…Ｘ線管（Ｘ線照射手段）
１１…フラットパネル型Ｘ線検出器
１２…Ｘ線断層撮影手段
１９…撮影位置データ記憶手段
２２…骨部組織画像データ作製手段
２３…画像データ記憶手段
２４…画像処理手段
Ｈ…被検体
【図１】
2007105310.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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