(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線撮像手段によって得られる被検体の脊柱を含む画像を記憶する画像記憶手段と、
前記画像からパターン認識によって複数の椎骨の輪郭線を抽出する手段と、
この輪郭線から椎骨の傾斜角を算出する手段と、
異なる２つの椎骨のそれぞれの前記傾斜角の差の絶対値を算出することによりCobb角を算出する手段とを備えたことを特徴とするＸ線診断装置。
【請求項２】
前記パターン認識は、
前記画像を２値化画像に変換する手段と、
この２値化画像を微分処理して境界線を抽出する手段とによってなされることを特徴とする請求項１記載のＸ線診断装置。
【請求項３】
Ｘ線撮像手段によって得られる被検体の脊柱を含む画像を記憶する画像記憶手段と、
前記画像からパターン認識によって複数の椎骨の輪郭線を抽出する手段と、
この輪郭線から椎骨の傾斜角を算出する手段と、
異なる２つの椎骨のそれぞれの前記傾斜角の差の絶対値を算出することによりCobb角を算出する手段とを備えたことを特徴とする医用画像解析装置。
【請求項４】
前記パターン認識は、
前記画像を２値化画像に変換する手段と、
この２値化画像を微分処理して境界線を抽出する手段とによってなされることを特徴とする請求項３記載の医用画像解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像診断装置にて撮影された画像に対して計算する機能を有したＸ線診断装置および医用画像解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線診断装置やＭＲＩ装置あるいはＸ線ＣＴ装置などを用いた医用画像診断技術は、１９７０年代のコンピュータ技術の発展に伴い急速な進歩を遂げ、今日の医療において必要不可欠なものとなっている。これらの装置を用いた画像診断においては画像そのものを観察する方法の他に、画像中に表示された骨格や臓器の形状を定量的に計算して診断に供する方法がある。例えば骨格診断の１つである脊椎側彎症の診断では、Ｘ線装置によって得られた透過画像から脊柱線における湾曲の程度の計算を行っている。この脊椎側彎症は脊髄の成長が周囲の臓器より早く成長するために発生すると考えられており、とくに思春期の子供たちに多いため月１回程度の頻度での経過観察が必要とされている。
【０００３】
脊椎側彎症の診断方法として図１４(Ａ)に示すような湾曲角度を計算する「Cobb角の計算」と、図１４（Ｂ）に示すように中心線（正中線）からのズレの大きさを計算する「Vertical-alignmentの距離計算」が一般にとられており、これらの計算方法の基本は既に学会などで確立されている。
【０００４】
「Cobb角の計算」では、操作者はＴＶモニタ１７に表示されたＸ線透視画像から脊柱４０での曲がりの変化が大きい部位（図１４（Ａ）変曲点ａ４１、変曲点ｂ４２、変曲点ｃ４３…）を目測で選定し、それぞれの部位で推定した脊柱線（破線にて示す）に対する垂線（垂線a４４、垂線ｂ４５、垂線ｃ４６…）をマウス等を用いてマニュアルで描く。医用画像解析装置はこのように描かれた２本の垂線の交点における交差角度（α、β、…）を計算し、その結果をモニタ上に表示する。
【０００５】
一方、「Vertical-alignmentの距離計算」については、体軸の中心を示す正中線４７をひき、この正中線から最も離れている左右の椎骨の位置、すなわち最大変位点ｄ４８、最大変位点ｅ４９…を目側で選定する。これらの椎骨の位置と正中線との距離ＶＡＬ１５０、ＶＡＬ２５１…を医用画像解析装置によって自動計算し、その結果をモニタ上で表示する。このような計算によって得られた数値を指標として用い脊椎側彎症の診断を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の脊椎側彎症の診断において用いられてきた「Cobb角の計算」および「Vertical-alignmentの距離計算」ではいずれの場合も操作者の目側による選定が含まれているため、その精度は保障されなかった。すなわち「Cobb角の計算」では、ＴＶモニタ１７に表示されるＸ線画像から曲がりの変化量が最大となる場所（変曲点）の選定や、この選定された部位からの垂線の設定は操作者が目視で行ってきた。
【０００７】
また「Vertical-alignmentの距離計算」においても、予め設定された正中線に対して最長距離にある部位の選定についても同様に操作者の判断に任せられていた。したがって操作者が替わることによって計算結果に個人差が生じ、また同じ操作者でも計算基準が明確になっていない場合には再現性に問題があった。とくに脊椎側彎症の場合には既に述べたように月一回程度の経過観察が必要であるためこの再現性の確保は診断における重要な前提となる。
【０００８】
このように人間系が関わることによって生ずる計算精度劣化の要因の１つは、モニタ上に表示される全脊柱画像に対して計算対象となる部位は限られた小さな領域であり、また湾曲状態も微妙な変化量であるため人間の識別能を超えていることにある。本発明は脊椎側彎症の「Cobb角計算」や「Vertical-alignmentの距離計算」において従来行われてきた操作者の目視による選定の介在を極力低減し、計算精度と再現性の向上をはかったＸ線診断装置および医用画像解析装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＸ線診断装置および医用画像解析装置は、Ｘ線撮像手段によって得られる被検体の脊柱を含む画像を記憶する画像記憶手段と、前記画像からパターン認識によって複数の椎骨の輪郭線を抽出する手段と、
この輪郭線から椎骨の傾斜角を算出する手段と、異なる２つの椎骨のそれぞれの前記傾斜角の差の絶対値を算出することによりCobb角を算出する手段とを備えたことを特徴とするものである。したがって本発明によれば、画像から脊柱の湾曲度合いを自動的に計算することができるので、計算精度とその再現性を改善することができ、また計算に要する時間も短縮することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る脊柱の湾曲角度や湾曲による中心線からのズレの距離を精度良く計測するＸ線診断装置および医用画像解析装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１〜図１０において説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るＸ線診断装置の概要を示すブロック図である。このＸ線診断装置は、被検体１８のＸ線画像を収集するためのＸ線寝台１と、Ｘ線を放射させるために必要な高電圧を発生させるＸ線高電圧発生器２と、Ｘ線寝台１において得られたＸ線画像を解析するための医用画像解析装置６と、装置操作者がこのＸ線診断装置に対して指示を与える操作卓４と、この操作卓４からの指示信号に基づいてＸ線寝台１の機構部を制御する機構制御器３と、この機構制御器３やＸ線寝台１あるいはＸ線高電圧発生器２などの各ユニットを統括的に制御するシステム制御部５とを備えており、さらにＸ線寝台１はＸ線発生部とＸ線検出部とこれらを移動させる機構部を備えている。
【００１３】
Ｘ線寝台１のＸ線発生部は被検体１８に対しＸ線を曝射するＸ線管球７と、当該Ｘ線管球７から曝射されたＸ線をコリメートするＸ線絞り器８を備えている。このＸ線管球７はＸ線を発生する真空管であり、Ｘ線高電圧発生器２から供給される高電圧により電子を加速させ、タングステンターゲットに衝突させることでＸ線を発生させる。またＸ線絞り器８はＸ線管球７と天板１２上に置かれた被検体１８の間に位置し、Ｘ線管球７から放射されたＸ線ビームを所定の受像サイズに絞り込み鮮明な画像を得る機能を有している。
【００１４】
Ｘ線寝台１のＸ線検出部は、Ｘ線Ｉ．Ｉ．９とＸ線テレビカメラ１０を備えている。Ｘ線発生部から放射されたＸ線は被検体１８を透過し、そのＸ線透過画像はＸ線Ｉ．Ｉ．９によって光学画像に変換される。光学画像に変換されたＸ線透過画像情報はＸ線テレビカメラ１０によって電気信号（ビデオ信号）となり、さらにデジタル信号に変換されて医用画像解析装置６へ出力される。なお以下ではこれらＸ線発生部とＸ線検出部およびこれらを繋いで固定する支持器１１をまとめて映像系と呼ぶ。
【００１５】
一方、Ｘ線寝台１において映像系を被検体１８の体軸方向に移動させる移動機構１３と、機構位置検出器１４で構成される機構部はＸ線寝台１の外部に設置される機構制御器３によって制御される。この機構位置検出器１４は移動機構１３に備え付けられたエンコーダのパルス数を計数することによって映像系の位置を検出し、その位置情報を外部ユニットに出力するとともにＸ線高電圧発生器２を駆動してＸ線を放射させる機能を有している。
【００１６】
Ｘ線寝台１の天板１２はＸ線撮影中に被検体１８を支えるテーブルであり、Ｘ線が透過しやすい材料が使用されている。脊椎側彎症の診断では被検体１８は立位にして重力負荷をかけた状態での計算を原則としている。したがって図  １に示すように天板１２は被検体１８に対してフットレストの役割を果たしている。
【００１７】
Ｘ線高電圧発生器２はＸ線管の陰極から発生する熱電子を加速するために、陽極と陰極の間に印加する高電圧を発生させるためのものであり、インバータ方式により８０ＫＷ〜１００ＫＷの大出力容量を有している。また撮影されるＸ線画像の収集タイミングを医用画像解析装置６へ出力するためのＩ／Ｆを備えている。
【００１８】
機構制御器３はＸ線寝台１に備えられた移動機構１３を操作卓４からの信号に基づいて制御するものであり、映像系を被検体１８の体軸方向へ移動する際の移動スピードや移動方向を制御する。
【００１９】
操作卓４には各種のスイッチやボタン、キーボードや表示パネルなどが備えられており、撮影の各種条件や検査の開始、機構部の移動制御などの操作が装置操作者によって行われ、これらの制御信号はシステム制御部５を介して各ユニットに送られる。
【００２０】
システム制御部５は操作卓４から送られてくる操作者の指示に基づいてＸ線透視画像データの収集や移動機構に関する制御、および収集した画像データの医用画像解析装置６への転送に関する制御などシステム全体の制御を行う。
【００２１】
次に医用画像解析装置６について述べる。この装置は従来のＸ線診断装置とは独立の装置（すなわちスタンドアローン装置）として用いることも可能であるがこの実施の形態ではＸ線装置に内蔵された場合について説明する。
【００２２】
図２は医用画像解析装置６のブロック図であり、接続可能な外部装置（イメージャ、画像ワークステーション）についても示している。
【００２３】
医用画像解析装置６は映像系によって収集された複数枚のＸ線画像の合成と、この合成画像からCobb角などの計算を行う画像解析器１５と、この画像解析器１５において合成された画像および計算された結果を表示するＴＶモニタ１７と、画像解析器１５において装置の操作者が画像解析に必要な各種の入力を行うマウス１６とから構成される。
【００２４】
画像解析器１５はメモリ部と演算部およびＩ／Ｆ部に分類され、メモリ部は被検体１８のＸ線画像を記憶する画像メモリ２１と、Ｘ線画像位置を記憶する画像位置情報メモリ２２と、全脊柱画像を記憶する全脊柱画像合成メモリ２４と、図面情報を記憶する全脊柱グラフィックメモリ２５と、Cobb角やVertical-alignmentの距離の計算結果を記憶する画像付随メモリ３４およびハードディスク３１とを備えている。また演算部はＸ線画像とＸ線画像位置とから全脊柱画像を合成し、全脊柱画像合成メモリ２４に保存する画像合成部２３と、全脊柱画像よりCobb角やVertical-alignmentの距離の計算を行いその結果を全脊柱グラフィックメモリ２５に保存するＣＰＵ２７と、全脊柱画像合成メモリ２４の全脊柱画像と全脊柱グラフィックメモリ２５のデータとを合成してＴＶモニタ１７に表示し、またハードディスク３１に保存する加算部２６とを備えている。
【００２５】
一方、画像解析器１５のＩ／Ｆ部には全脊柱画像およびCobb角などの計算結果をＴＶモニタ１７に表示するための表示Ｉ／Ｆ２８やマウス１６に接続される操作入力Ｉ／Ｆ２９、さらには外部機器との接続を行う通信Ｉ／Ｆ３０が備えられている。
【００２６】
医用画像解析装置６のＴＶモニタ１７には全脊柱画像合成メモリ２４、全脊柱グラフィックメモリ２５およびハードディスク３１に記憶された画像データやこれに付随する計算結果などが表示Ｉ／Ｆ２８を介して表示される。
【００２７】
マウス１６はＴＶモニタ１７の表示メニュー等に対して対話操作を行う入力デバイスとして用いられる。また本発明の実施の形態ではマニュアルトレースによる脊柱線の１次推定あるいはパターン認識時の解析領域の設定などにおいても使用される。
【００２８】
次に画像解析器１５における各ユニットについて説明する。
【００２９】
画像メモリ２１は映像系を被検体１８の体軸方向に移動させながら撮影する複数枚のＸ線透過画像を記憶するための半導体メモリであり、Ｘ線テレビカメラ１０によってデジタル信号に変換されたビデオ信号を記憶する。また画像位置情報メモリ２２は複数枚のＸ線透過画像が撮影される際に機構位置検出器１４によって検出される映像系の位置、すなわち各々の画像の位置情報を記憶する。
【００３０】
画像合成部２３は画像位置情報メモリ２２からの画像の位置情報に基づいて画像メモリ２１のＸ線透過画像を合成して全脊柱画像を構成し、全脊柱画像合成メモリ２４に出力する。また、全脊柱画像合成メモリ２４は画像合成部２３にて構成された全脊柱画像を記憶する。さらに  全脊柱グラフィックメモリ２５はマウス１６から送られる作図指令やＣＰＵ２７での計算結果に基づいて描かれる直線、曲線、キャラクタ等の作図情報を記憶し、上記計算結果は画像付随メモリ３４に記憶される。
【００３１】
ＣＰＵ２７は全脊柱グラフィックメモリ２５に描かれる作図情報に基づいて脊柱線の設定、「Cobb角の計算」および「Vertical-alignmentの距離計算」などを行う主演算部。加算部２６は全脊柱画像合成メモリ２４に記憶される全脊柱画像と全脊柱グラフィックメモリ２５に記憶される作図情報と画像付随メモリ３４に記憶されるCobb角などの計算結果などを１枚の画像上に合成する。
【００３２】
ハードディスク３１は画像位置情報メモリ２２の画像収集位置情報を付随した全脊柱画像合成メモリ２４の全脊柱画像や画像付随メモリ３４の計算結果および全脊柱グラフィックメモリ２５に形成された種々の作図情報を記憶する記憶装置である。
【００３３】
表示Ｉ／Ｆ２８は全脊柱画像合成メモリ２４、全脊柱グラフィックメモリ２５およびハードディスク３１に記憶された画像データを読み出し、ＴＶモニタ１７に表示するためにテレビフォーマットに変換するためのインターフェースであり、操作入力Ｉ／Ｆ２９はマウス１６などの操作入力デバイスからのデータを医用画像解析装置６に入力するためのインターフェースである。また、通信Ｉ／Ｆ３０は全脊柱画像合成メモリ２４、全脊柱グラフィックメモリ２５およびハードディスク３１に記憶された画像データを読み出し、画像ワークステーション３２やフィルム上に画像を写すイメージャ３３にデータ転送を行うためのインターフェースである。
【００３４】
次に図１〜図４を用いて装置全体の動作の概略を説明する。
【００３５】
図３は本発明の第１の実施形態におけるＸ線画像の撮影手順を、図４は全脊柱画像の合成手順を示すフローチャートである。
【００３６】
この撮影法では支持器１１に一体化された映像系を移動させながら例えば第1頚椎から大腿骨頭までの広い範囲において椎骨のＸ線画像を収集する。以下ではこのときのＸ線診断装置の動作を図３のフローチャートと対応させて述べる。
【００３７】
１．複数枚のＸ線画像の撮影と保存
撮影に先立ってＸ線装置の操作者により撮影の条件が操作卓４にて設定される。このときＸ線撮影が行われる映像系の位置がＸ１、Ｘ２・・・ＸＮの如くΔＸ間隔でＮポイント設定され、その値はシステム制御部５および機構制御器３を介して機構位置検出器１４内の記憶回路に記憶される（ステップＳ０）。一方、映像系は機構制御器３によって撮影開始位置である第１頸椎付近のＸ１に設置される（ステップＳ１）。
【００３８】
次にＸ線透過画像の撮影開始コマンドが操作卓４よりシステム制御部５に入力されると、撮影開始位置Ｘ１において機構位置検出器１４から初期パルスがＸ線高電圧発生器２に送られこれを駆動する。さらにＸ線高電圧発生器２の出力はＸ線管球７を駆動し、被検体１８に向けパルスＸ線が放射される。被検体１８を透過したＸ線は被検体１８の後方に配置されたＸ線Ｉ．Ｉ．９において光学画像として結像され、さらにＸ線テレビカメラ１０においてデジタル電気信号に変換される（ステップＳ２）。このＸ線テレビカメラ１０のデジタル信号はＸ線画像データとして医用画像解析装置６の画像解析器１５に送られ画像メモリ２１において記憶される（ステップＳ３）。なお、このときの書き込みコマンド信号も画像データと並行してＸ線テレビカメラ１０から画像メモリ２１に送られる。
【００３９】
一方、機構位置検出器１４からは映像系の位置Ｘ１を示す信号が画像解析器１５の画像位置情報メモリ２２に送られ、保存される。（ステップＳ４〜Ｓ５）。
【００４０】
最初のＸ線透視画像の撮影が終了した時点で、機構制御器３から移動機構１３のサーボモータ（図示せず）に駆動信号が送られ、映像系は体軸方向に一定速度で移動を開始する（ステップＳ６）。このとき、映像系に備えられたエンコーダの出力は機構位置検出器１４におくられ、図示しないカウンタにて計数される。映像系がΔＸ移動した時点でカウンタの出力が機構位置検出器１４内のメモリに記憶されたＸ２と等しくなり、この機構位置検出器１４から一致パルスがＸ線高電圧発生器２に送られる（ステップＳ７）。以下、映像系の位置がＸ１の場合と同様にＸ線画像が撮影され画像解析器１５の画像メモリ２１に記憶される。また、機構位置検出器１４からは映像系の位置信号Ｘ２が画像解析器１５の画像位置情報メモリ２２に送られる。
【００４１】
このように映像系は一定速度で被検体１８の第１椎骨付近から大腿骨頭付近まで体軸方向に移動し、この移動に伴なって映像系に取り付けられたエンコーダの出力パルスの積算値が予め設定された撮影位置Ｘ１，Ｘ２，・・・・ＸＮと一致した時点でＸ線撮影がおこなわれる。このとき収集されたＸ線画像情報は位置情報とともに画像解析器１５の画像メモリ２１および画像位置情報メモリ２２に記憶される。またこのときのＸ線画像および位置情報はハードディスク３１に保存されＸ線透過画像の撮影は終了する。（ステップＳ８〜Ｓ９）。
【００４２】
２．全脊柱画像の合成と保存
映像系の移動によるＮ枚のＸ線透視画像の撮影が終了すると、医用画像解析装置６の操作者はマウス１６を使用してＴＶモニタ１７に表示されている全脊柱画像合成コマンドを選択する（ステップＳ１０）。このコマンドの入力によって画像解析器１５の画像メモリ２１に記憶された画像データと画像位置情報メモリ２２に記憶された画像位置データとが画像合成部２３に送られる（ステップＳ１１〜Ｓ１２）。
【００４３】
この画像合成部２３ではＣＰＵ２７の制御のもとに画像データは画像位置データに基づいて繋ぎ合わされ、その結果は全脊柱画像として全脊柱画像合成メモリ２４に書き込まれる（ステップＳ１３〜Ｓ１４）。具体的には、画像位置データの値（すなわち映像系の移動距離）を全脊柱画像合成メモリ２４のピクセル数に換算することによって得られる書き込み開始アドレスに従って、画像メモリ２１の画像データは全脊柱画像合成メモリ２４に順次書き込まれる。一方、構成された全脊柱画像データは表示Ｉ／Ｆ２８においてＴＶモニタ表示用のフォーマットに変換されてＴＶモニタ１７に表示される（ステップＳ１５）。
【００４４】
全脊柱画像の合成が終了した後、引き続きCobb角の計算、あるいはVertical-alignmentの距離計算をおこなう場合にはこれらいずれかのコマンドが入力されるまで一時待機し、Cobb角の計算のコマンドが選択された場合は図５のフローチャートに従って、またVertical-alignmentの距離計算のコマンドが選択された場合は図９のフローチャートに従ってそれぞれの計算を行う。
【００４５】
３．Cobb角の計算
Cobb角の計算手順について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００４６】
装置の操作者によりＴＶモニタ１７のCobb角計算コマンドがマウス１６により選択され、医用画像解析装置６はCobb角計算モードに入る（ステップＳ２０）。
【００４７】
まずＴＶモニタ１７に表示された全脊柱画像から脊椎の中心を結ぶ脊柱線を設定する。操作者はマウス１６を操作しＴＶモニタ１７に表示された全脊柱画像の脊柱に沿ってその中心線をマニュアルで描く（ステップＳ２１）。この中心線の軌跡は逐次全脊柱グラフィックメモリ２５と画像付随メモリ３４に保存されるとともにこれらは加算器２６にて合成されＴＶモニタ１７にリアルタイムで表示される。
【００４８】
ＴＶモニタ１７に表示されている脊柱に対してその中心線を描く操作が終了した時点で、操作者はこの操作が完了したことを示す信号をマウス１６によりＣＰＵ２７に入力する（ステップＳ２２）。ＣＰＵ２７では操作完了の信号を受けて、マニュアルで描かれた脊柱線を、画像処理の一般的手法である補間処理と平滑処理により滑らかな曲線に変換する（ステップＳ２３）。
【００４９】
図６は全脊椎画像上に描かれた脊柱線を示したものであり、図６（ａ）は操作者がマニュアルで描いた脊柱線、図６（ｂ）は補間、平滑処理後の脊柱線を示したものである。マニュアル作業にて発生する誤差は平滑化処理により打ち消し合うことが可能である。平滑化された脊柱線データは全脊柱グラフィックメモリ２５と画像付随メモリ３４に保存されるとともにＴＶモニタ１７に表示される（ステップＳ２４）。
【００５０】
この平滑化処理が終了すると全脊柱グラフィックメモリ２５および画像付随メモリ３４の脊柱線データからCobb角がＣＰＵ２７によって自動的に計算される。まず平滑化された脊柱線上の所定間隔（たとえば椎骨の間隔）の各部において、脊柱線と直交する線分が水平線となす角度を求め、この角度が最大となる脊柱線上の位置を求める。
【００５１】
Cobb角の計算方法について図７を用いて更に詳しく説明する。ＣＰＵ２７は脊柱線上の点（例えば図７のa１）において一次微分（脊柱線に対する接線）を求め、さらにこの接線に直交する線分（垂直線分１）の傾き、すなわちこの線分と水平線とのなす角度θ１を算出して画像付随メモリ３４に保存する（ステップＳ２５〜Ｓ２６）。
【００５２】
脊柱線上の各点において上記のような解析を行い、垂直線分の傾きが同符号となる各点のＹ座標が同一区間になるように全脊柱領域を分割する（ステップＳ２７）。例えば図7に示すように脊柱線上の座標（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）において垂直線分の勾配が零になる場合は、Ｙ１以下とＹ１−Ｙ２、Ｙ２以上の3つの領域に区分され、この分割された区間ごとに線分の傾きの絶対値が最大の値を呈する線分を選出する（ステップＳ２８）。図７では垂直線分１〜垂直線分３が傾きの絶対値が最大となる線分を示す。
【００５３】
次に、隣接する区間につき、上記方法で選出された２本の垂直線分が交わる角度（α、β）を順次求め、これらの計算結果は画像付随メモリ３４に保存され、全脊柱グラフィックメモリ２５には図８に示すような図面データが保存される。（ステップＳ２９〜Ｓ３０）。さらにこの全脊柱グラフィックメモリ２５の作図データと全脊柱画像合成メモリ２４内の全脊柱画像と計算結果は加算部２６において合成されＴＶモニタ１７にて表示される。また全脊柱グラフィックメモリ２５の作図情報は脊柱線上の各点で得られた線分の傾きなどとともに全脊柱画像の付随データとしてハードディスク３１にも保存される（ステップＳ３１）。
【００５４】
３．ertical-alignmentの距離計算
Vertical-alignmentの計算手順について図９のフローチャートを用いて説明する。
【００５５】
医用画像解析装置６の操作者によりＴＶモニタ１７のVertical- alignmentの距離計算コマンドが選択され、医用画像解析装置６はVertical-alignmentの計算モードに入る（ステップＳ４０）。まず画像上の脊柱線を表示している各ピクセルと実際の長さとの関係をキャリブレーションする（ステップＳ４１）。
【００５６】
ところでＸ線透過画像の撮影における撮影条件の設定は、撮影に先立ってＸ線装置の操作者が操作卓４にて行う。Ｘ線管球７、被検体１８、Ｘ線Ｉ．Ｉ．９の相対的な位置関係から決定されるＸ線画像の拡大率、すなわち画像の単位長さあたりのピクセル数についてもこの撮影条件設定時に他の条件とともに設定される。したがって全脊柱画像合成メモリ２４に記憶されている全脊柱画像に対して拡大・縮小率の補正をおこなえば、ＴＶモニタ１７に表示される全脊柱画像における単位長さ当たりのピクセル数が明らかとなり、画像上の長さと実際の長さとの換算比が決定される（ステップＳ４１）。
【００５７】
次にCobb角計算の場合と同様に脊柱線の設定を行う。ＴＶモニタ１７には全脊柱画像合成メモリ２４からの全脊柱画像を表示Ｉ／Ｆ２８を介して表示する。この画像をベースに操作者はマウス１６を操作し、全脊柱画像の脊柱に沿ってその中心線をマニュアルで描く。ＣＰＵ２７では操作者によってマニュアルで描かれたこの中心線に対して補間処理と平滑処理を行い、滑らかな曲線に変換された曲線のデータは全脊柱グラフィックメモリ２５に保存されるとともにＴＶモニタ１７にてほぼリアルタイムで表示される。（図５ステップＳ２１〜Ｓ２４）
図１０にVertical-alignmentの計算方法を示す。
【００５８】
上記の方法によって得られた全脊柱画像（図１０(a)）をＴＶモニタ１７に表示し正中線の設定を行う。操作者は全脊柱画像を観察しながらマウス１６を操作して正中線の始点を設定する。この始点は脊柱下端に位置する尾骨に設定してもよいが、この部分は腸内ガスの影響などで観察し難い場合が多い。このような場合は左右の大腿骨頭を結んだ線分の中点を始点に指定すればよい。始点が設定されるとＣＰＵ２７によってこの始点から自動的に鉛直線（すなわち正中線  Ｘ＝Ｘｏ）が設定されＴＶモニタ１７に表示される（ステップＳ４２）。操作者は計算の対象範囲を明確にするために再度マウス１６を操作し、この鉛直線上に終点を指定する（ステップＳ４３）。
【００５９】
次に図１０（ｂ）に示すように正中線（Ｘ＝Ｘｏ）と脊柱線座標の交点が求められ、この交点のＹ座標（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）によって区間1（Ｙ１−Ｙ２），区間２（Ｙ２−Ｙ３）、区間３（Ｙ３以上）の如く設定される（ステップＳ４４）。さらに各区間内で正中線と脊柱線との距離が最大となる位置とその距離が検出され、この最大距離は換算比に基づいて実際の長さに換算される（ステップＳ４５〜Ｓ４６）。なお、上記正中線と脊柱線の交点座標や最長距離の計算、さらには実際の距離への換算などはＣＰＵ２７によって行われ、得られた計算結果は画像付随メモリ３４に書き込まれるとともにＴＶモニタ１７にも表示される。
【００６０】
一方、全脊柱グラフィックメモリ２５のデータや種々の計算結果（ピクセル・距離換算値、各区間の最大距離とその位置、正中線の始点および終点など）は全脊柱画像データの付随データとして全脊柱画像と共にハードディスク３１に保存される（ステップＳ４８）。
【００６１】
ハードディスク３１に保存された全脊柱画像データとその付随データは通信Ｉ／Ｆ３０を介し、医用画像解析装置６に対して離れて置かれた画像ワークステーション３２やイメージャ-３３などの出力機器に送られる（ステップＳ４９）。なおこの場合、画像ワークステーション３２やイメージャー３３に送られるデータは全脊柱画像データのみであってもよい。
【００６２】
以上述べた本発明の第1の実施の形態によれば、従来のような計算の段階での人間系による判断は大幅に低減するため、計算精度とその再現性を改善することができ、また計算に要する時間も短縮することが可能となる。しかしながらこの方法では、未だ脊柱線の設定段階においてマウス１６を用いたマニュアル設定を行っているため、操作者の熟練度に依存する部分が残存しており、操作者によっては計算精度が低下する可能性がある。第１の実施の形態における脊柱線の設定に関する上記問題点を改善した第２の実施の形態について以下に述べる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図１１と図１２を用いて説明する。図１１は脊柱線設定の手順のフローチャートであり、図１２は脊柱線の設定方法を示す。この実施の形態では、まず全脊柱画像合成メモリ２４に一旦記憶された全脊柱画像を表示Ｉ／Ｆ２８を介してＴＶモニタ１７に表示し、この全脊柱画像上の各々の椎骨の代表点（中心点）を第１頸椎より尾骨に向け順次結ぶことによって脊柱線を設定するものである。ここでは図１２に示すように椎骨の外形を四角形としてパターン認識して抽出し、次に各々の四角形に対して対角線の交点あるいは重心を計算することによってその代表点を決定する。
【００６４】
パターン認識については多くの方法が提案されているが、最も一般的に行われている方法は、対象となる画像に対して微分処理を行い、値の大きい辺縁部に対して尾根線を追跡することによって形状情報を得る方法である。また原画像を２値化処理し、その境界を追跡する方法も広く行われる方法である。
【００６５】
図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ６０では全脊柱画像をＴＶモニタ１７に表示し、「Cobb角の計算」あるいは「Vertical-alignmentの距離計算」のコマンドをマウス１６を用いて入力し距離計算を開始する。ステップＳ６１ではパターン認識を効率よく行うために、例えば図１２（ａ）のようにパターン認識の対象となる領域をマウス１６によって指定する。
【００６６】
ステップＳ６２では上記領域内の画像に対してヒストグラム（図１２（ｂ））を作成し、予め定めた輝度しきい値以下の信号を排除して２値化画像（図１２（ｃ））を作成する。ステップＳ６３では、この２値化された画像に２次元の微分処理を行うことにより、その境界線、すなわち椎骨の辺縁を抽出し、さらに抽出された椎骨の辺縁部において破断されている部分を修正する（図１２（ｄ））。この場合、ＣＰＵ２７が予め記憶している椎骨の基本的な形状データを参考に辺縁の修復を行う。
【００６７】
ステップＳ６４では上記のパターン認識の方法によって４角形の集合体として得られた全脊柱画像において、各々の椎骨の中心点を図１２（ｅ）の如く結び、これを脊柱線として設定する。ステップＳ６５ではこの脊柱線に対して第１の実施の形態と同様に補間処理および平滑処理を行う。なお各々の椎骨の中心点は図１２（ｅ）に示すような対角線の交点であってもよいし、重心であってもよい。またパターン認識の対象となる領域を設定する方法として椎骨の中心をマニュアルで結んだ線分を中心に設定してもよい。
【００６８】
このように設定された脊柱線に対して第１の実施の形態で述べたCobb角やVertical-alignmentの距離の計算を行うことができる。すなわち「Cobb角の計算」では、まず平滑化された脊柱線上の所定間隔（たとえば椎骨の間隔）の各部において、脊柱線と直交する線分が水平線となす角度を求める。次にその傾きが同符号となる区間に分割し、この分割された各区間において線分の傾きの絶対値が最大の値を呈する線分を選出する。さらに隣接する区間につき、上記方法で選出された２本の線分が交わる角度を順次求め、これらの計算結果は全脊柱グラフィックメモリ２５に保存されるとともに、加算部２６において全脊柱画像合成メモリ２４内の全脊柱画像と合成されＴＶモニタ１７にて表示される。
【００６９】
一方、Vertical-alignmentの距離計算では、まず正中線と脊柱線の交点が求められ、この交点の間の区間が設定される。さらに各区間内で正中線と脊柱線とが最長距離となる位置とその最大距離が検出され、この最大距離は換算比に基づいて実際の長さに換算される。このとき得られた計算結果は全脊柱グラフィックメモリ２５に書き込まれるとともにＴＶモニタ１７にも表示される。
【００７０】
この第２の実施の形態では、脊柱線の設定を脊椎のパターン認識によっておこなっているため完全な自動計算がおこなわれている。したがって操作者間の個人差や経過観察時に生ずる再現性の問題が大幅に解消され、精度の優れた計算が可能となる。また第１の実施の形態のように脊柱線をマニュアルで引く煩わしい作業から開放されるため操作者に与える負担が軽減され、しかも短時間で計算結果を得ることができる。
【００７１】
ところで全脊柱画像上で各椎骨の輪郭が認識されれば脊柱線を用いなくてもCobb角を計算することができ、計算の手順を簡略化することができる。
【００７２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について図１３を用いて説明する。この実施の形態は第２の実施の形態における「Cobb角の計算」の効率を改善したものであり、椎骨の外形を四角形としてパターン認識して抽出することについては第２の実施の形態と同様である。
【００７３】
ＣＰＵ２７はパターン認識によって四角形として認識された椎骨輪郭に対して、その輪郭の上辺に沿って延長した線分（以下延長線）を引き、この線分が水平線となす角度を算出する。次に算出された角度の符号が同符号となる椎骨の範囲を同一区間としてグルーピングし、この各区間において輪郭上辺の延長線が水平線となす角度の絶対値が最大となる延長線（図１３(a)の延長線１、延長線２）を求める。さらに隣接する２つの区間において、最大角を有する２本の延長線（延長線１と延長線）が交わる角度γを求める。ただしこの場合の交差角γは第１の区間において延長線１が水平線となす角γ１と第２の区間において延長線２が水平線となす角度γ２の和であるため、新たな計算の必要は無い。
【００７４】
これらの計算結果は図１３に示す作図パターンとともに全脊柱グラフィックメモリ２５に保存され、さらにこの全脊柱グラフィックメモリ２５のデータと全脊柱画像合成メモリ２４の全脊柱画像は加算部２６において合成されＴＶモニタ１７に表示される。また全脊柱グラフィックメモリ２５のデータは各脊椎からの延長線と水平線とのなす角度など各種計算結果（全脊柱線データ、計算角度とその位置）とともに全脊柱画像の付随データとしてハードディスク３１に保存される。
【００７５】
なお各椎骨輪郭からの延長線の引き方については図１３（ａ）に示す輪郭上辺の延長線を用いる方法の他に、輪郭下辺の延長線について行ってもよいし、また上辺と下辺の各々の延長線傾きを平均してもよい。さらに図１３（ｂ）に示すように椎骨輪郭の左辺および右辺の中点を結ぶ線分であってもよい。
【００７６】
以上本発明の実施の形態について述べてきたが、本発明は上記実施例に限定されるものでは無く、変形して使用することが可能である。例えば医用画像解析装置６に取り込む脊椎画像はＸ線診断装置によって収集される場合について述べたがこれに限定されるものではなく、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置のような他のモダリティであってもよい。また本発明の医用画像解析装置６は上記医用画像診断装置に内蔵されることに限定されない。すなわち本医用画像解析装置６はスタンドアローンでの使用も可能であり、画像メモリ２１に保存されるデータは例えば記憶媒体を使用したオフラインデータやネットワークで伝送されてきたデータであってもよい。
【００７７】
なお本発明の実施の形態で述べてきた脊柱線の設定方法、Cobb角の計算方法およびVertical-alignmentの計算方法はそれぞれ独立の設定方法、計算方法として取り扱うことができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、脊椎側彎症診断のための計算の大部分がコンピュータを導入した自動計算となるため、装置操作者の経験の有無に依存せずに常に高い精度の計算が可能となる。また計算に要する時間も大幅に短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態のＸ線装置のブロック図。
【図２】  本発明の第１の実施の形態の医用画像診断装置のブロック図。
【図３】  本発明の第1の実施の形態におけるＸ線透視画像撮影の手順を示すフローチャート。
【図４】  本発明の第1の実施の形態における全椎骨画像合成の手順を示すフローチャート。
【図５】  本発明の第1の実施の形態におけるCobb角計算の手順を示すフローチャート。
【図６】  本発明の第1の実施の形態における脊柱線の設定法を示す図。
【図７】  本発明の第１の実施の形態におけるCobb角の計算法を示す図。
【図８】  本発明の第１の実施の形態によって得られたCobb角を示す図。
【図９】  本発明の第１の実施の形態におけるVertical-alignmentの距離計算の手順を示すフローチャート。
【図１０】  本発明の第１の実施の形態におけるVertical-alignmentの計算法を示す図。
【図１１】  本発明の第２の実施の形態における脊柱線の設定法を示す図。
【図１２】  本発明の第２の実施の形態における脊椎輪郭の抽出法を示す図。
【図１３】  本発明の第３の実施の形態におけるCobb角の計算方法を示す図。
【図１４】  脊椎側彎症におけるCobb角およびVertical-alignmentの距離計算の方法を示す図。
【符号の説明】
２１  画像メモリ
２２  画像位置情報メモリ
２３  画像合成部
２４  全脊柱画像合成メモリ
２５  全脊柱グラフィックメモリ
２６  加算部
２７  ＣＰＵ
２８  表示Ｉ／Ｆ
１７  ＴＶモニタ
１６  マウス
３４  画像付随メモリ
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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