手関節 におけ る三次元動態撮像法 および解析 法の開発
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(2) 層 像 を 適 切 に 再 構 成 す る 方 法 を 検 討 し た.そ. して 得. た 断 層 像 か らMPR(MulliPlanarReconst田cIion)画 や ぷD再. 2.方 2.1対. 像. 構 成 を 行 っ た[牛5].. 法. 象 お よ び使 用 機 器. 健 常 ボ ラ ン テ ィ ア1名(男. 性,49才)の. 対 象 と し て,FCR‑7000(FujiFilm)を. 手関 節 を. 用 い て 撮 影 し た.. 撮 影 し た 画 像 は パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タNe1Vi瓢 (BM)に. 転 送 し て 解 析 を 行 っ た.解. 発 に はC++Builder5(Borland)を. 2.2撮. 影方法. 本 研 究 は,動. 画 対 応 フ ラ ッ トパ ネ ル デ ィ テ ク タ を. 用 い た 検 査 を 想 定 して い る が,装 い.そ. 析 プ ログラム開. 使 用 し た.. の た め に,今. 節 を 回 内90度. 置 を現 有 して い な. 回 はFCR‑7000を. か ら 回 外90度. 用 い て,手. ま で の5度. 間 隔 で,時. 系 列 に 手 を 回 転 さ せ な が ら 撮 影 し た.撮 電 圧45kV,管. 電 流3.6mAsで. あ り,椴. 影条 件 は管 影 した 画像. サ イ ズ は マ ト リ ッ ク ス サ イ ズ2510×2000,ピ ル サ イ ズ0.1㎜,階 転回転画像の. 2.3断. 調 数10bilで. 一部 をFig.1に. 関. あ る.手. クセ 関節 の回. 示 す.. 層像 再構 成 法. 2.3.1再. 構成 法. 回 転 画 像 で 作 成 した 投 影 デ ー タか ら,フ 正 逆 投 影 法 を 用 い て 断 層 像 を 再 構 成 した.こ い る フ ィル タ 関 数 は,通 るShcpp&Loganを. 2.3.2基. ィル タ補 こで 嗣. 常 の 再 構 成 に用 い られ て い. 用 い た.. 準 回転 中心 の決 定 お よ び投 影 デ ー タ の 作成. 回 転 画 像 か ら投 影 デ ー タ を 作 成 す る た め に は,そ の す べ て の 画 像 中 に お い て,基 定 め る 必 要 が あ る.そ 置 で,両 た.Fig.2に. 準 とな る 回 転 中心 を. の た め に,月. 状 骨 近 位 端 の位. 端 の 皮 膚 面 の 中点 を仮 の 基準 回転 中心 と し 手 関 節 画 像 中 の 基 準 回 転 中 心 を 示 す.. こ の よ う に して 定 め た 基 準 回 転 中 心 か ら,そ. れぞれ Fig・1X‑raysequentlalimagesfrompronationto. の 回 転 画 像 の 投 影 デ ー タ を 作 成 し た.. VoL20No.1(2003)‑21一. supinationofwrist..
(3) Fig. 2 A wrist image pointed Basic Rotation Center for reconstruction. The horizontal line though a juxtaposition of lunate bone. In the line, skin edges are found. The midpoint of these edges is defined as Basic Rotation Center. 2.4回. 転中心補正法. 2.3で 設 定 し た 基 準 回 転 中 心 と 実 際 の 回 転 中 心 と は 異 な っ て い る.こ に,投. の ズ レ を 評 価 し,補. Fig. 3 Theory of the sinogram. (a) A point object. (b) The sinogram acquired from the object. て い な け れ ば,重. 心 は サ イ ン カ ー ブ を描 か な い.. 正す るため. 影 デ ー タ を 用 い て サ イ ノ グ ラ ム を 作 成 し た.. 2.4.2回. 転 中心 の捕 正 法. サ イ ノ グ ラ ム 上 で サ イ ン カ ー ブ を 描 か な い 場 合, 2.4.1回. サ イ ノ グ ラ ム を シ フ トさ せ る こ と で,多. 転 中 心 の ズ レの 評 価. 得 た 投 影 デ ー タが,実. 際 の 回転 中心 と一致 して い. 報 の ズ レ は 発 生 し て も,回. 少の位置情. 転 中 心 の 移 動 に伴 う ア ー. る か否 か を 簡便 に評 価 す る ため にサ イ ノ グラ ム を用. チ フ ァ ク ト を 大 幅 に 減 少 さ せ る こ と が で き る.正. い た.あ. く再 構 成 を 行 い た い 物 体 の サ イ ノ グ ラ ム 上 で の 成 分. 度0の. る 断 面 に お い て,回. 転 中 心 か ら距 離d,角. 位 置 に 物 体 が あ る と す る.こ. 中 心 の 関 係 をFig.3(a)に. 示 す.こ. の物 体 と回転 の 物 体 は,サ. ノ グ ラ ム 上 で は サ イ ン カ ー ブ を 描 く[6].こ. サ イ ノ グ ラ ム の 縦 軸 を ψ 軸(手 の 回 転 角 度)と 横 軸 をr軸{中. 心 か ら の 距 離}と す る と,サ. イ. の とき し て,. す な わ ち,断. 一の. を 描 く.今. し回転. イ ノ グラ ム はサ イ ンカ ー ブ. 回 は 対 象 とす る 擁 骨,尺. は ほ ぼ 一 致 し て い る と し た.仮. 一22一. の 成 分 の 中 心 を 求 め る.得. た 中心 か. 法 を 用 い て サ イ ン カ ー ブ に 近 似 さ せ る.. そ の 近 似 式 と 中 心 の デ ー タ か ら,中. 心 が 近 似 式 に合. う よ う に サ イ ノ グ ラ ム を適 切 に シ フ トさ せ た 、. 2,5シ. ミュ レー シ ョ ン. 正 し く 再 構 成 す る た め の 正 しい 回 転 中 心 が,あ. 面 上 の あ る 物 体 の 重 心 は,も. 中 心 が 一 定 で あ れ ば,サ. ら 最 小2乗. イ ノグ ラ. ム 上 で の 物 体 の 成 分 は 次 式 で 示 す こ とが で き る. ノ=4xsin(ψ. に 着 目 し て,そ. し. 骨 の重 心 と中心. に 回転 中心 が 一致 し. る. べ き場 所 に な い と き に再 構 成 画 像 上 で どの よ う な ア ー チ フ ァ ク トが 発 生 す る の か,そ べ る 補 正 法 に よ っ て,回 ト させ,正. して 本 研 究 で 述. 転 中 心 をIEし い 場 所 に シ フ. し く再 構 成 を行 え る か を評 価 す るた め に. 医 用 画 像情 報 学 会 雑 誌.
(4) シ ミュ レ ー シ ョ ン を 行 っ た.. 2.5、1サ. イ ノ グ ラム の 作 成. 擁 骨,尺. 骨 を 想 定 し て,Fig.4(a)に. シ ミ ュ レー シ ョ ン 原 画 像 を 作 成 し た.こ 対 象 と し て,{〕 度 か ら18{〕 度 ま で5度. Fig. 4 (a) (b) (c) (d) Vol.20. 示 す よ うな の原画像 を 間 隔 で投 影. Simulation of rotation shift. A simulation image. Corrected centered sinogram. Uncorrected centerd sinogram. Corrected sinogram. No.1 (2003). Fig. 5 Sinogram acquired from x-ray sequential images of wrist. (a) Uncorrected sinogram. (b) Corrected sinogram. — 23 —.
(5) デ ー タ を 作 成 し,そ を 作 成 し た.回 Fig.4(b)に 際 に,回. の投 影 デ ー タか らサ イ ノ グ ラム. 転 中心 の 移 動 の な いサ イ ノ グ ラム を. 示 す.つ. ぎ に,投. 影 デ ー タ を作 成 す る. 転 中 心 を 故 意 に 移 動 させ た 場 合 の サ イ ノ グ. ラ ム の1例. をFig.4(C)に. せ る 際 に,そ. 示 す.回. の サ イ ノ グ ラ ム に お い て,左. ら れ る 成 分 は 尺 骨 の 成 分 で あ り,右 け て 見 ら れ る 成 分 は,僥 滑 ら か で な く,中. の 移 動 量 は 投 影 角 度 ご と に 異 な る.. 2.6.2回. 転中心移動の捕正. Flg.4(c)の. ちらも. 心 が サ イ ン カ ー プ を 描 い て い な い.. 転 中心 の捕 正 お よび 再構 成 回 の 補 正 法 を用 い て 回 転 中心 の 移 動 の. 補 正 を 行 っ た.Fig6〈a)中. 2.5.1で 回 転 中 心 を 移 動 し て 作 成 した サ イ ノ グ ラ ム を 対 象 に して,今. 上 か ら 左 ドに か. 骨 の 成 分 で あ る.ど. 転 中心 を 移 動 さ. そ こ で,今 2.5.2回. 上 か ら 右 ドへ か け て 見. 回 の 回 転 中 心 補 正 法 を 試 し た.. サ イ ノ グ ラ ム に 対 して,回. 転 中心 の 移 動. を 補 正 し た サ イ ノ グ ラ ム をFig.4(d)に. 示 す.そ. れ. て,回. の 梶骨 の 成分 に着 目 し. 転 中 心 の 補 正 を 行 っ た サ イ ノ グ ラ ム をFig.6. (b)に 示 す.そ. れ ぞ れ の サ イ ノ グ ラ ム か ら投 影 デ ー. タ を 作 成 し,2.3.2で 行 っ た.奉. 示 した 方 法 を用 い て 再 構 成 を. 研 究 で は,コ. ー ン 角 が 小 さ く,被. 写 体一. ぞ れ の サ イ ノ グ ラ ム か ら 投 影 デ ー タ を 作 成 して,. フ ィ ル ム 間 距 離 が 非 常 に 短 い た め2次. 元再構成法 を. 2.3.2で 示 した 再 構 成 法 を 用 い て 再 構 成 を 行 っ た,. 用 い た.得. 用 い て,MPR. ら れ た 再 構 成 面 像(AxlaDを. 画 像(Coronal像,SagiIIal像)や3・D再 2.6実 2.6.1サ. 際 の 手 関 節 を対 象 と した 捕 正 お よ び 再 構 成. 3‑D再. 構 成 を 行 っ た.. 構 成 は サ ー フ ェ ス レ ン ダ リ ン グ 法 を 用 い た.. イ ノ グ ラ ムの 取 得. 手 関 節 回 転 画 像 に お い て,設. 定 した 基 準 回 転 中 心. を も と に 投 影 デ ー タ を 作 成 して,サ 成 し た.Fig.6(a)に. 3.結. イ ノ グ ラム を作. 撹 骨 遠 位 端 か ら4㎝ 近 位 側 の 断. 面 を 冠 象 と し て 作 成 さ れ た サ イ ノ グ ラ ム を 示 す.こ. 3.1シ. 果. ミュ レー シ ョ ン画像 の 補 正. シ ミ ュ レー シ ョ ン で 作 成 し た サ イ ノ グ ラ ム か ら 断 層 像 を 再 構1成 した 画 像 をFig.5に. 示 す.Fig.5(a)は,. 回 転 中 心 の 移 動 の な い サ イ ノ グ ラ ム(Fig.4(b))か ら 再 構 成 した 画 像 で あ る.回 め,シ. 転 中心 の 移 動 が な い た. ミ ュ レー シ ョ ン 原 画 像 と ほ ほ 同 様 の 再 構 成 画. 像 と な っ て い る.Fig.5(b)は,回. 転 中心 を移 動 さ. せ た サ イ ノ グ ラ ム(Fig.4(c))か. ら 再 構 成 した 画 像 で. あ る.中. 心 が サ イン カー プ を描 い て い な いサ イ ノ グ. ラ ム か ら 再 構 成 した 場 合 に は,こ. の よ うな回 転 中心. の 不 一 致 の た め ア ー チ フ ァ ク トが 見 ら れ る.Fig.5 (c)は,回. 転 中心 の 移動 の 補 正 を 行 っ た サ イ ノ グ ラ. ム(Fig.4(d))か. ら 再 構 成 し た 画 像 で あ る.こ. の 画. 像 で は リ ン グ状 の パ タ ー ン が 正 し く再 構 成 され て い る.. 3.2手. 関 節 を対 象 と した画 像 の 補 正. 手 関 節 回 転 画 像 か ら 作 成 した サ イ ノ グ ラ ム を 用 い. Fig. 6 Reconstruction images from simulation sinograms. (a) Reconstruction image from no shifted sinogram. (b) Reconstruction image from shifted sinogram. (c) Reconstructin image from corrected sinogram. 一24一. て,再. 構 成 した 画 像 をFig.7に. 示 す.Fig.7(a)は. 回. 転 中 心 の 移 動 を 補 正 し て い な い サ イ ノ グ ラ ムFig.6 (a)を 用 い て,再. 構 成 し た 結 果 で あ る.僥. 骨,尺. 骨. 医 用 画 像 情 報 学 会雑 誌.
(6) Fig. 7 Radius reconstruction images from sinogram acquired from x-ray sequential images of wrist. (a) Reconstruction image from no shift sinogram. (b) Reconstruction image from shifted sinogram. の い ず れ も,回. 転 中心 の 不 一 致 が 原 因 の ア ー チ フ ァ. ク トが 見 ら れ る.こ. の 再 構 成 画 像 か ら 椀 骨,尺. 骨の. 形 態 を 観 察 す る こ と は ほ と ん ど 不 可 能 で あ る.Fig, 7(b)は,僥 6(b))か. 骨 を 基 準 に 補 正 し た サ イ ノ グ ラ ム(Fig. ら 再 構 成 し た 画 像 で あ る.基. に 関 し て は,大. 準 と した 椀 骨. まか で は あ る が形 態 を観 察 す る こ と. が で き る.ま た 尺 骨 を 基 準 に し た 場 合 も 同 様 に,ア ー チ フ ァ ク トを 低 減 し た 再 構 成 画 像 を 得 た.ま の 断 層 像 を 用 い たMPR画 をFig.8に. 像 お よ び3‑D再. 示 す.Rg.8(a)は,Corona1像. した 画 像 で あ る.コ. た,そ. 構 成画像 を 再構 成. ン トラ ス トは 低 い が 擁 骨,尺. 骨. Fig. 8. MPR and 3D images.. (a) A corona! MPR image. (b) A sagittal MPR imgae. (c) 3D image by surface rendering.. が 分 離 し て 描1画 さ れ て い る.Fig.8(b)は,SagiUal. Vol.20. No.1 (2003). — 25 --.
(7) 像 を 再構 成 した結 果 で あ る 。手 根 骨 の識 別 は 困難 だ. 5.ま. が 手 根 骨 と前 腕 骨 との関 節 の認 識 は可 能 で あ る.Fl9. 8(c>は 断 層 像(AxiaDか 法 を 用 い て3‑D再. らサ ー フ ェ ス レ ン ダ リ ン グ. 構 成 を行 っ た画 像 で あ る.. 整 形外 科 の 領 域 で,手 関 節 は頻 度 の 高 い 重 要 な検 査 部 位 で あ る 。 手 関 節 回 転 画 像 だ けで な く,今 回得 た 断 層 像 やMPR画. 4。 考. とめ. 像 な どは,ス. ク リー ニ ン グの 段. 階 で,か な り診 断価 値 の 高 い 付 加 的 情 報 と して 提 示. 察. す る こ とが 可 能 に な る と期 待 され る.. Fig.5の シ ミュ レー シ ョ ンの 結 果 で も明 らか な よ うに,回 転 中心 の 移 動 は,再 構 成 に非 常 に大 き く影 参考文献. 響 す る.回 転 中 心 の 移 動 が わ ず か で あ っ て も,そ れ に伴 う アー チ フ ァ ク トは大 きい 。 回転 中心 の 移 動 は,. [1]. サ イノ グ ラ ム上 で も顕 著 に現 れ る。 本 法 の よ うに,. 発,. [21真. フ ァ ク トを大 幅 に減 少 させ る こ とが で き た。 手 関 節 回 転 画 像 にお い て 実 際 の 回 転 中心 をあ らか じめ 求 め て お くこ とは 非 常 に困 難 で あ る.た だ し,本 補 正 法 を用 い る と比 較 的 簡 便 に正 しい 断 層 像 を再 構 成 で き る.Fig.7の. 手 関節 回 転 画 像 か らの 再 構 成 画 像 にお. い て も,本 補 正 法 で 再 構 成画 像 が 大 幅 に改 善 され て い る.し か し,手 関 節 回 転撮 像 は,断 層 像 を得 る こ との み を 日的 と して い る わ け で は ない 。 回 転 画 像 で 動 態 解 析 や ス トレ ス運動 解析 を行 い,さ. ら に付 加 的. な診 断 情 報 と して 断 層 像 な ど を得 よ う とす る もの で あ る.手 CTの. を回 転 させ て撮 像 す る とい う簡 便 な方 法 で,. 分 解 能 ま で は 期 待 で きな い も の の,臨 床 的 に. 有 用 な 断 層 像 が 得 られ る 可 能 性 を示 した 。 また, MPR画. 像 や3‑D再. 構 成 画 像 も 含 め て,今 後 臨 床 的. な有 用性 につ い て 検 討 す る 予 定 で あ る 。. M, Vieus G, Peppier. 一般撮影. T, et al.. と透 視 撮 影 の組 み 合 わ せ に お け るFPDの. サ イ ノグ ラ ム上 で 中 心 が サ イ ン カ ー ブ を描 くよ う に 補 正 す る こ とで,回 転 中 心 の 不 一 致 が 原 因 の ア ー チ. Michel. INNERVISION, 田. に,. 茂:FPDの. 開. 16(4), 52-60, 2001. 技 術 と開 発の 方 向 を 中心. INNERVISION,. 16(4), 2-5, 2001.. [3] CharlesA, Goldfarb,YumingY, LouisA, et al. : Wrist Fractures: What the Clinician Wants to Know,Radiology,219, 11-28,2001. [4] Patterson RM, Viegas SF, Elder K and Buford WL : Quantificationof anatomic,geometric,and load transfer characteristicsof the wrist joint, Semi Arthroplasty,6(1), 13-19,1995. [5] Feipel V and Rooze M: Three-Dimensional motion patternsof the carpal bones : an in vivo study using three-dimensional computed tomographyand clinicalapplications. [6コ. 大 沼 巧,橋. 本 雄 幸,井. 上 多 門:サ. イ ノ グ ラム. 上 の 図 形 特 徴 と再 構 成 の た め の 事 前 情 報,電 子 情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告,100(464),21‑26, 2000。. 一26一. 医 用 画像 情 報 学 会 雑 誌.
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