JP6595480B2 - 歯科パノラマ画像の生成 - Google Patents

Description

本発明は、歯科パノラマ撮影に関し、より詳細には、患者の頭部の周囲での歯科パノラマ撮影スキャン（dental panoramic imaging scan）時に取得される多数のフレーム画像から歯科デジタルパノラマ画像を生成することに関する。

パノラマＸ線装置の従来の動作原理では、歯列弓がフィルム上に平面的な写真として撮影されるように、Ｘ線ビームに対してフィルムを動かしながら、患者の頭部の周囲でＸ線源およびフィルムカセットを駆動させる。

従来の歯科パノラマ撮影のこの基本動作では、Ｘ線源、画像情報受信器、および患者の間の相互の動きを形成する。このような動きを形成するための可能な方法は複数存在するが、最も一般的な方法として、Ｘ線源および画像情報受信器を互いに距離をおいて支持アームに取り付け、静止している患者に対して支持アームを固有の様式で動かす。このような方法においては、被写体内の所望の層（すなわち患者の頭部内の歯列弓の層）の鮮明な画像を得るためには、フィルムを動かす速度と、撮影する所望の層に沿ったＸ線ビームの掃引速度とを明確に関連付けなければならない。この方法によって、患者の頭部内の所望の層の手前および背後の不要な構造がぼやけて見えなくなる。

この従来のパノラマ撮影においては、鮮明に撮影される層の厚さは、フィルムの面から支持アームの瞬間的な回転中心までの距離に正比例し、拡大率およびビームの幅に反比例する。

パノラマ撮影のこの基本方程式は、次のように表すことができる。
ｖ１／ｖ０＝Ｌ１／Ｌ０
ｖ０＝ωｒ
これらの式において、
Ｌ０は、特定の瞬間における、Ｘ線管の焦点Ｆから、撮影する被写体の点までの距離
Ｌ１は、Ｘ線管の焦点Ｆから、Ｘ線フィルム（または検出器）の面までの距離
ωは、瞬間的な回転中心の周囲の回転運動の角速度
ｒは、瞬間的な回転中心から、撮影する被写体の点までの距離
ｖ１は、フィルム（検出器）面上の像点の速度

したがって、速度ｖ１は、パノラマ撮影スキャン中に、フィルムに入射するＸ線ビームに対してフィルムを動かす速度に関連する。デジタル撮影に関しては、いわゆるＴＤＩ（時間遅延積分）撮影技術が使用されるとき、検出器全体にわたる画素電荷の転送速度が、フィルムを動かす速度に対応付けられる。したがって、この撮影方程式に従うようにスキャンプロセスおよび電荷転送が行われるときには、所望の層の外側の層がすでにぼやけているという意味において、センサから読み出される画像データはパノラマフィルム画像に対応している。この場合、画像に示す断層の選択に関して、照射後の画像処理が不要であるのみならず実際には不可能であり、なぜならセンサから読み出されるデータは、速度ｖ１に対応する所望の層をすでに表しているためである。

さらに、従来技術のデジタルパノラマ撮影には、いわゆるＦＴ（フレーム転送）技術が含まれる。ＦＴ技術、または撮影スキャン中に複数の個々の重なり合うフレームが撮影される他の技術を使用するときには、上に提示した従来のパノラマ撮影方程式に従って得られる層と同じ層を見たいとき、鮮明に表示させる層を構築するときのフレームの重なりの程度は、速度ｖ１に対応付けられる。

フレーム転送技術によってもたらされる１つの利点として、他の層がぼやけるのに対して比較的強調される層は、画像処理時に使用されるフレームの重なりの程度によって決まるため、重なりの程度を変えることによって、照射後に断層をある程度変化させることができる。層を変化させることのできる程度は、フレームデータを取得した方法および使用した手段に依存する。しかしながら一般には、層の位置はわずかに変化させることができるにすぎない。

それでもなお、従来技術のフレームパノラマシステム（frame panoramic system）では、鮮明な層をわずかに変化させることが可能であり、このとき画像の構築時に使用される重なりの程度は、何らかの所定の方式に基づく。このような所定の方式では、一般にはフレームの標準的な重なりを使用し、パノラマ画像の実際の計算には、フレームの照射位置における撮影システムの実際の撮影時配置（imaging geometry）に関連する何らのパラメータも含まれない。

さらに、組織構造の視線方向（viewing direction）は、フレームデータを取得するために使用される撮影時配置（すなわちフレームデータを取得するときに撮影手段（Ｘ線源および画像情報受信器）がそれに従って動く幾何学形状）によって主として決まるため、従来技術のシステムでは視線方向が固定されており、なぜならパノラマ画像またはその一部が表示される視線方向を変化させる手段がないためである。

さらには、フレーム撮影技術によって、従来の連続的なスキャン技術を使用するときに実際に可能であるよりも広い検出器領域を使用することが可能になる場合でも、撮影スキャン中に十分に高速にフレームを読み出すことができる必要があったり、１つのフレーム内では拡大率が大きく変化しないなどの基準条件が存在し、これにより、従来技術の歯科用フレームパノラマ撮影において実際に使用できる検出器の幅も制限されてきた。

本発明およびその好ましい実施形態の主たる目的は、照射後にフレームデータから歯科パノラマ画像を生成するための新規の可能な方法を提供するため、１回のパノラマ撮影スキャンにおいて取得されたフレーム画像データを、各照射位置に関する、撮影手順において使用された実際の撮影時配置の情報に関連して使用することのできるシステム、を提供することである。本発明のもう１つの目的は、１回のパノラマ撮影スキャンにおいて取得されたフレーム画像データから２つ以上の断層を生成することのみならず、複数の異なる方向から見た歯列弓の複数の画像または部分画像を構築して表示することも可能にすることである。

本発明の上記の目的と、以下に説明する他の目的は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の実施形態によって達成することができる。本発明の中心的な発想は、照射位置における撮影時配置の情報（すなわち検出器の位置および向きと、Ｘ線管の焦点およびしたがってＸ線ビームの焦点の位置および向き）が既知であるようにパノラマスキャンを実施し、次いで歯科パノラマ画像を計算するときにこの情報を使用することである。

本発明のさまざまな実施形態では、１つのフレームデータセットから、２つ以上の方向から見た歯科パノラマ画像を生成することが可能となり、これは有利である。視線角度（viewing angle）を仮想的に変化させることが可能であるとき、別の視線方向からは見えない組織構造の形状を見えるようにすることができる。したがって、例えば画像を撮り直す必要があるために再び患者にＸ線照射することを避けることができる。さらに、以下に説明する実施形態では、歯科用フレームパノラマ撮影において一般に使用されるものよりも広い検出器を使用することが可能である。

以下では、本発明およびその好ましい実施形態のいくつかについて、添付の図面も参照しながら説明する。

パノラマ撮影装置の一例を示している。 以下に説明する実施形態を実施するためのシステムの基本的な構成要素のいくつかを示している。 図３Ａは、歯科パノラマ画像を示しており、図３Ｂは、個々のフレーム画像を示しており、複数のこのようなフレーム画像から歯科パノラマ画像を生成することができる。 個々の重なり合うフレームと、組織構造の縦部分を表す線とを示しており、縦部分は、撮影検出器が新しい照射位置に動くにつれてフレームの異なる位置に投影される。 本発明の実施形態によるパノラマ撮影プロセスの原理の概略図を示している。 本発明の原理を適用した方法の一連のステップを示している。 本発明を実施するときに使用することのできる情報処理／コンピュータシステムのハードウェア構成を図解した概略図を示している。

以下では、本明細書に記載されている実施形態と、それらのさまざまな特徴および有利な細部について、添付の図面に示されており以下の説明に詳述されている、本発明を制限することのない実施形態を参照しながら、さらに完全に説明する。本明細書において実施形態が不必要にあいまいとなることがないように、周知の構成要素および処理技術の説明は省いた。本明細書において使用されている例は、本明細書における実施形態を実施することのできる方法を容易に理解できるようにすることと、当業者が本明細書における実施形態を実施できるようにすることを目的とするのみである。したがって、これらの例は、本明細書における実施形態の範囲を制限するようには解釈されないものとする。

さらに、実施形態は例示的であることを理解されたい。例えば、本明細書の中で「実施形態」、「一実施形態」、または「いくつかの実施形態」が参照される場合、そのような参照それぞれは必ずしも同じ実施形態を指しておらず、また特徴が必ずしも１つの実施形態のみにあてはまるわけではない。文脈において明示的に開示されていない場合でも、複数の異なる実施形態それぞれの１つの特徴を組み合わせて別の実施形態を提供することができる。

本明細書に説明されている本発明の実施形態では、歯列弓に沿って、重なり合うフレームを撮影するときのＸ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報を使用して、歯科パノラマ画像を生成する。例えば、以下に説明する実施形態では、使用者は、歯列弓の特定の関心領域を、ある角度範囲から（すなわち２つ以上の視線方向から）見ることができる。したがって、本明細書に説明した実施形態では、使用者は、歯科パノラマレントゲン写真において患者の歯の間の特定の形状を見ることができ、これらの形状は、例えば従来技術の方法および装置を使用して生成される別の歯科パノラマレントゲン写真では見えないことがある。

添付の図面のうち図１は、例示的なパノラマＸ線撮影装置の構造を示している。この装置は、基部２７と、下側端部によって基部２７に固定されている柱状の支持構造部１２とを備えている。支持アーム１３（そのカバーを外した状態で示してある）は、支持構造部１２の上側端部に回転自在に取り付けられている。同様に、支持アーム１３の外側端部には、別の中間支持アーム１４が回転自在に取り付けられており、この中間支持アーム１４の外側端部には、さらに撮影アーム１５（しばしばＣアームとも称される）が回転自在に取り付けられている。Ｃアーム１５は、撮影手段（すなわちＸ線源２６および画像検出器１６）を支持している。さらに、撮影する患者の位置決めを支援するための位置決め支持体２５が、柱状の支持構造部１２に取り付けられている。回転可能な支持アーム１３は、柱状の支持構造部１２に取り付ける代わりに、壁または天井の構造部に取り付けることもできる。

図１に示した構造は、図を明瞭にするため簡略化してある。例えば、アーム構造１３，１４，１５の力伝達手段の役割を果たす力受け手段は、この図に示していない。同様に、アーム構造１３，１４，１５を回転させるステッピングモータ１は、簡略化した形で示してある。

図１に示した装置およびその制御システム（図１には示していない）は、撮影手段を担持しているＣアーム１５の回転中心を移動させて、回転中心の基本的に任意の望ましい形状の軌跡を使用して患者の頭部の周囲でパノラマ撮影スキャンを実行するための構造の一例を示している。歯科用パノラマ撮影装置の構造はさまざまであり、最も単純な撮影装置では、ただ１つの固定された撮影時配置を使用することができる。

図２に示したように、本発明を実施するためのシステムの基本的な構成要素には、撮影装置の制御システムＣＳが含まれ、この制御システムＣＳは、装置の１本のアームまたはアーム１３，１４，１５を駆動するモータ１を含む、またはモータ１に動作上接続されており、さらに、検出器１６の動作電子回路（operating electronics）に動作上接続されている。本システムは、特にフレーム画像情報および関連する撮影時配置に関する情報を記録するメモリＭと、パノラマ画像を生成する処理手段ＩＰと、画像を表示する画面Ｓと、ユーザインタフェースＵＩとを含む。

図３Ａは、一般的な歯科パノラマ画像２００を示している。図３Ｂは、パノラマ撮影スキャン時に取得されたフレーム画像データからデジタルパノラマ画像２００を構築するとき、スキャン時に取得された部分的に重なり合う数百ないし数千枚のフレーム画像３００のうちの１枚を表していると考えることができる。図４は、デジタルパノラマ画像２００を構築するときに、パノラマ撮影スキャン時に取得された重なり合う個々のフレーム３１０，３１５，３２０を使用する方法の原理を示している。フレーム３１０，３１５，３２０を縦方向に貫いている線２１０は、撮影する組織構造の同じ細い縦部分の画像情報を含む、フレームそれぞれにおける画素列の位置を表している。後からさらに詳しく説明するように、これらの画素列に含まれる画像情報は、生成する最終的なデジタルパノラマ画像２００の画素列Ｃを構築するために使用される。フレーム３１０より前、およびフレーム３２０より後に撮影されるフレーム、すなわち線２１０と交差せず、したがって線２１０が表す組織構造の特定の部分に関する情報を含まないフレームは、生成するパノラマ画像２００のその特定の画素列Ｃに寄与しない。

図５は、本発明のパノラマ撮影プロセスの原理を説明するための概略図を示している。このプロセスでは、本明細書において仮想パノラマ曲線４００と称する曲線と、この曲線の座標系における、照射時の撮影手段の位置および向きのデータとを使用する。言い換えれば、後からさらに詳しく説明するように、このプロセスでは、生成する断層の位置および形状を表す仮想パノラマ曲線４００を、フレームデータを撮影するときに使用される撮影時配置の座標系に置く。

図５には、仮想パノラマ曲線４００上に複数の点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を示してあり、各点は、パノラマ画像の中に示される組織構造の部分の位置に対応するものと考えることができる。言い換えれば、各点（Ｐ１，Ｐ２，．．）は、生成されるデジタルパノラマ画像内に個々の画素列として示される、歯列弓の縦層の位置を表している。

さらに、図５は、２つの照射位置、すなわち照射時におけるＸ線源の位置（Ｅ’，Ｅ’’）と、照射時における検出器の位置（したがって撮影する組織構造を貫通して検出器に入射するＸ線ビームの位置）を示している。この撮影時配置が既知であるときには、投影Ｐ’が検出器上に入射する照射位置それぞれにおける、各点Ｐの検出器上の投影Ｐ’の位置を求めることができる。これらの投影点Ｐ’は、パノラマ画像の列Ｃを構築するときに使用される検出器上の画素列を決定し、列Ｃは組織構造の特定の点Ｐ_Ｎを表し、投影Ｐ→Ｐ’は、特定の個々のフレーム３００における点Ｐの投影方向を定義するものと考えることができる。

図５において理解できるように、最初の照射位置Ｅ’においては、放射源の焦点から見た点Ｐ２の投影Ｐ’２は、検出器の中心からかなり離れた位置において検出器（フレーム）に入射するが、２番目の位置Ｅ’’においては、投影Ｐ’’２は基本的に検出器の中心に入射する。このことは、従来技術の画像構築プロセスにおいて、重なり合うフレームの列を何らかの標準的な所定の手順によって加算するときに見逃される状況であるが、本明細書に説明する実施形態では、パノラマ画像を構築するときに使用する列を、撮影時配置の実際の情報に基づいて選択することが可能である。言い換えれば、重なり合うフレームの列情報を、何らかの標準的な加算手順に従って単に加える代わりに、画像の撮影時におけるＸ線ビームの焦点の瞬間的な位置から見たときに任意の特定の点Ｐ１，Ｐ２，．．の投影が位置する、フレーム画像それぞれの特定の列を求めて、生成するパノラマ画像の列Ｃを計算するときに特にそれらの列を使用する。

撮影時配置（すなわち撮影スキャン時のＸ線源および検出器の位置および向き）が既知であることにより、パノラマ曲線４００の形状もしくは向きまたはその両方を変化させることによって、組織構造の複数の異なる層自体を計算することのみならず、複数の異なる方向から見た被写体の層を構築して表示することも可能になる。本発明のこの特徴は、図５のパノラマ曲線４００を点Ｐ４を中心に左回りにわずかに回転させることを考えることによって理解することができる。撮影位置Ｅ’およびＥ’’を考えると、これにより投影Ｐ’２およびＰ’’２が、検出器上で（フレーム上で、Ｘ線源の焦点の方向から見て）より左側に移動し、したがって、パノラマ画像を構築するときに使用される、異なる画素列情報が選択される。これらの異なる画素列は、図５による層とは異なる層を表すのみならず、被写体の異なる視線角度も表す。

原理的には、撮影時配置の座標系に任意の向きに配置された任意の形状の仮想パノラマ曲線を使用することができる。これにより、たとえ図１の極めて汎用的な装置でも生成することができない形状を有する断層を、装置のアーム構造の単なる機械的な動きによって構築することができる。

さらなる態様として、任意の数の点Ｐ１，Ｐ２，．．に対して、個々の局所的な視線ベクトルＤを決定することができる。図５には、この図を参照しながら上に説明した内容に加えて、点Ｐ２の所望の局所的な視線方向を表すベクトルＤが含まれている。このようなベクトルＤは、組織構造の特定の点Ｐ１，Ｐ２，．．を表す、フレームの列の画素値に対する重み係数を求める目的に使用することができる。例えば、図５において理解できるように、放射線源の焦点を起点とし投影点Ｐ’を終点とする線によって定義される投影方向とベクトルＤとの間の角度は、図５の最初の照射位置Ｅ’におけるよりも２番目の照射位置Ｅ’’においていくらか大きい。このタイプの実施形態が適用されるときには、画像を構築するときに、２番目の照射の投影点Ｐ’’２の列の画素値に、最初の照射の投影点Ｐ’２の値に対するよりも小さい重みを与える。点Ｐの投影Ｐ’にこの原理が適用されるとき（すなわち特定の投影方向の画素値に、それ以外の画素値に対するよりも大きい重みが与えられるとき）、好ましい方向から見た組織構造の形状が強調される。

図６に示した流れ図は、本発明の原理を実施するための１つの好ましい方法を説明している。図６の方法の最初のステップ５００においては、実行されたパノラマ撮影スキャン中のフレームおよびフレームのそれぞれの照射位置を読み取る。次いでステップ５１０において、画像を構築するときに使用する仮想パノラマ曲線を生成し、ステップ５２０において、この曲線を複数の点Ｐに分割する、すなわち言い換えれば、生成するパノラマ画像の列Ｃに対応させる組織構造の位置を定義する複数の点Ｐを、この曲線から（好ましくは等間隔に）選択する。ステップ５３０において、点Ｐにおける個々の視線方向Ｄを求めることができる。

実際には、パノラマ撮影スキャンにおいて使用される撮影時配置を考慮し、その撮影時配置によって、上述したような所望の１つまたは複数の層を生成することが無理なく可能であるように、画像を構築するときに使用する予定の１本または複数の仮想パノラマ曲線４００を認識していることが好ましい。

この時点ですべてのデータが揃ったため、構築するパノラマ画像２００の列Ｃの生成を開始することができる（ステップ５４０）。最初に、ステップ５５０において、パノラマ画像の列Ｃに対応する点Ｐと、関連する局所的な視線方向Ｄ（点Ｐにおけるこのような視線方向Ｄが決定された場合）とを識別する。パノラマ曲線４００と、各フレームの照射時のフレームおよび放射線源のそれぞれの位置および向きとが既知であるため、フレームそれぞれに対して以下のプロセスを実行することができる（ステップ５６０）。このプロセスでは、最初にステップ５７０において、放射線源の焦点を起点とする線に沿って、点Ｐをフレームに投影する。実際には、ほとんどのフレームにおいては、Ｘ線源の焦点を起点としパノラマ曲線上の点Ｐを通る線が交差しないため、投影される点Ｐ’は存在しないが、残りのいくつかのフレームにおいては、フレーム上に投影される点Ｐ’は、対象の点Ｐが表すパノラマ画像の列Ｃを構築するときに使用される、その特定のフレームの画素列を定義する（ステップ５８０およびステップ６１０）。

与えられた点Ｐにおける局所的な視線方向Ｄが決定されている場合、さらにステップ５９０において、その局所的な視線方向Ｄと、Ｘ線源の焦点を起点とし対象の点Ｐを通る線との間の角度を求める。この角度は、ステップ６００において重み係数として使用することができ、点Ｐの投影方向（言い換えれば図５を参照してＰからＰ’へのベクトル）が、所望の局所的な視線方向Ｄから大きく逸れているほど、画像の構築（ステップ６１０）においてより小さい重みをフレームに（すなわちフレームの投影点Ｐ’の画素値に）与える。このプロセスが完了した後（ステップ６２０）、列Ｃの値をその列の重み係数の合計によって除することによって、最終的なパノラマ画像の各列Ｃの画素値を正規化する。

上に説明した手順は、より一般的には次のように提示することができ、すなわち、歯科パノラマＸ線撮影装置によって歯列弓に沿って撮影されるいくつかの個々の重なり合うフレーム３００を使用するステップであって、歯科パノラマＸ線撮影装置が、Ｘ線ビームを生成しかつ焦点を有するＸ線源と、画素列を有する画像検出器とを備えており、フレーム３００が、Ｘ線源および画像検出器を患者の頭部の周囲で動かすことによって撮影される、ステップと、フレーム３００の情報を加算することによってパノラマ画像２００を計算するステップと、を含み、フレームの撮影時におけるＸ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報に基づいてフレーム３００の情報を加算することによって、パノラマ画像２００が生成される。この場合、情報を加算するステップは、フレームを撮影する時点におけるＸ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報に関連して、所望の１つまたは複数の点Ｐの位置を求めるステップを含むことができ、フレーム３００の情報を加算するステップは、１つまたは複数の点Ｐに対応するパノラマ画像２００の１つまたは複数の列Ｃを加算するステップを含む。その一方で、複数の異なる方向から見た少なくとも２枚のパノラマ画像２００を生成し、複数の異なる方向からの視野（view）を表す少なくとも２枚の画像を、ディスプレイ上に、同時に、または連続的に、または合成画像として、または動画として、表示することができる。

一実施形態によると、パノラマ画像２００によって示す断層を表す仮想パノラマ曲線４００を生成するステップと、この曲線４００と、Ｘ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報とを、同じ座標系に置くステップと、この座標系における曲線４００の位置に従って、断層を表すパノラマ画像２００を生成するステップと、をさらに含むことができる。

さらに別の実施形態によると、パノラマ画像２００によって示す所望の断層を表す仮想パノラマ曲線４００を、Ｘ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報に関連して生成するステップと、生成するパノラマ画像２００の列Ｃに対応する、曲線４００上の所望の点Ｐを求めるステップと、放射線源の焦点から見て点Ｐが投影される個々のフレーム３００の列、を加算することによって、パノラマ画像２００の列Ｃを生成するステップであって、投影Ｐ→Ｐ’が、特定の個々のフレーム３００における点Ｐの投影方向を定義する、ステップと、を含むことができる。

重み係数に関して、関連するプロセスを、少なくとも１つの点Ｐにおける所望の視線方向Ｄを決定するステップが含まれるように提示することができる。この場合、個々のフレーム３００上の列に対する重み係数は、放射線源の焦点からその点Ｐまでの線によって定義される方向と視線方向Ｄとの間の角度に基づいて計算され、フレーム３００の情報を加算するとき、所望の視線方向を表すこの方向ベクトルＤと、放射線源の焦点から点Ｐまでの線によって定義される方向との間の角度が大きいほど、より小さい重みがフレームの列に与えられるように、重み係数を使用する。

上に説明した実施形態において使用される仮想パノラマ曲線は、フレームデータを取得するときに使用される撮影時配置に基づいて、制御された方法で断層を変化させることを可能にするツールと考えることができ、さらに仮想パノラマ曲線は、組織構造またはその一部分を見る方向を変化させる目的にも使用することができる。仮想パノラマ曲線の形状もしくは向きまたはその両方を変化させ、上述した局所的な視線方向ベクトルをさらに適用することによって、１回のパノラマ撮影スキャンにおいて取得された元のＸ線フレーム画像データの同じセットに基づいて、歯列弓の複数の異なる画像を構築することができる。

パノラマ画像を生成するときに使用する仮想パノラマ曲線４００は、さまざまな方法で定義することができる。１つの好ましい方法として、最初に、撮影手段の動きに関する上述したパノラマ撮影の基本方程式を満たす曲線を生成する。特定のタイプのパノラマ撮影装置における撮影手段の動きは、しばしば一定である、またはいくつかの同じ標準の動きが一般に使用されるため、特定の撮影手順に対応するパノラマ曲線４００を生成し、後から使用できるように格納しておくことができる。さらに、以前に使用または格納した仮想パノラマ曲線、あるいはいま使用した仮想パノラマ曲線を、例えばすべての点Ｐおよび関連する視線方向の線形変換を含む手段によって、修正することができる。この線形変換は、回転部分および平行移動部分を含むことができる。さらに、この修正では、パノラマ曲線を変形する目的に使用できる、２次元スプライン曲面などの非線形写像関数を使用することもできる。

本発明の実施形態は、前述したように、歯科パノラマ画像自体を生成するのみならず、歯科パノラマ画像をディスプレイに表示するための新規の方法を含む。例えば、フレームの撮影時におけるＸ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報が利用可能であるとき、Ｘ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報に基づいて、フレーム情報を異なる条件で加算することによって、複数の異なる方向から見た２枚以上のパノラマ画像を生成することができ、これにより、複数の異なる方向から見た複数の画像を、ディスプレイ上に、例えば同時に、または連続的に、または合成画像として、または動画として、表示することが可能となる。

例えば、Ｘ線ビームおよびＸ線検出器の位置および向きの情報に関連して第１の仮想パノラマ曲線および第２の仮想パノラマ曲線を生成することができ、これら両方の曲線は、パノラマ画像によって示す所望の層を表し、第２の曲線は、第１の曲線の向きを変化させることによって第１の曲線から生成される。次いで、パノラマ撮影プロセスにおいて取得されたフレームの情報を、これらの異なる曲線に基づいて加算することによって、２枚のパノラマ画像を計算する。当然ながら、３本以上の曲線を使用することができ、例えば、視線方向が異なる複数のパノラマ画像を連続的に表示することによって、歯列弓が回転する錯覚を生み出すことができる。言い換えれば、このタイプの実施形態では、ディスプレイ上で歯列弓が回転しているように見えるように、複数の画像をそれらの視線方向の順序に従って連続的にディスプレイ上に表示することができる。

さらなる実施形態によると、複数の異なる方向から見たいくつかのパノラマ画像を生成するステップと、そのような視線方向それぞれに対して、複数の異なる鮮明な層を表すいくつかの画像を生成するステップと、を含むことができる。次いでそのような視線方向それぞれに対して、複数の異なる鮮明な層を表すいくつかの画像のうち、その視線方向を代表する１枚の画像を選択することができ、その後、このようにして選択された複数の画像を、上述したように、例えば同時に、または連続的に、または合成画像として、または動画として、ディスプレイ上に表示することができる。

上述したように重み係数を使用することにより、与えられた点Ｐにおけるパノラマ曲線の視線角度に一致する主たるＸ線移動経路を有する列をより強調することによって、複数の異なる視線角度の効果を高めることができる。

さらに、重み係数を使用することによって、歯科フレームパノラマ用途において一般に使用されているよりも広い検出器面を使用することが可能になる。従来技術における、フレームデータを加算する方法が、何らかの標準的な重ね合わせ手順に基づいているとき、互いに加算される列が検出器の中心から離れるほど、これらの列は組織構造の同じ部分を表していない可能性が高い。この原因として、照射プロセス中の撮影時配置全体の正確な変化（すなわち、生成する所望の層と撮影手段との互いの位置および向きの変化）が、加算手順において認識されていない。しかしながら、本明細書に説明した原理を使用すると、組織構造の異なる位置を表す情報をパノラマ画像２００の列Ｃに加算することに起因してパノラマ画像がぼやけることを回避することができる。さらに、変化する拡大率を補正する目的で、重み係数を使用することができる。

本発明の実施形態に関して、撮影された組織構造が回転する錯覚を生み出すための１つの可能な方法として、ただ１本の仮想パノラマ曲線を使用し、上述した点Ｐの局所的な視線方向ベクトルＤの向きを系統的に変化させることによって、その仮想パノラマ曲線に基づいてさまざまなパノラマ画像を生成する。一般的には、１回のパノラマ撮影スキャンにおいて取得されたフレームデータに基づいて、撮影された組織構造を表示させることに関して、本発明の範囲には、組織構造の複数の異なる層、および複数の異なる視線角度からの組織構造、またはこれらのいずれかを表示するために、仮想パノラマ曲線４００を修正するステップと、点Ｐの局所的な方向ベクトルＤの向きを修正するステップ（選択された数のベクトルＤのみを修正することを含む）の任意の組合せが含まれることが明らかである。

本明細書に説明した実施形態では、歯科用フレームパノラマ撮影を使用して、歯科用パノラマ撮影装置の実施形態を実現することが可能であり、この歯科用パノラマ撮影装置は、焦点を有するＸ線源、および、複数の画素列を有する画像検出器であって、互いに第１の距離において本装置に配置されている、Ｘ線源および画像検出器と、Ｘ線源および検出器を患者の頭部の周囲で動かす駆動手段と、歯列弓に沿っていくつかの個々の重なり合うフレームを撮影するように本装置を制御する手段を含む制御システムと、を備えている。検出器は、第２の距離に等しいかまたはそれよりも広い幅を有するように実施することができ、制御システムは、第２の距離に等しい幅を有するフレームを撮影するように本装置を制御するようにされており、第２の距離は、第１の距離の約２〜１０％である。一実施形態においては、Ｘ線源と画像検出器との間の距離は、約５００〜５５０ｍｍであることが好ましい。

前述したように、本明細書に説明した実施形態においては、他の装置では少なくとも患者に対してさらなるパノラマ照射プロセスを行わなければ見ることができない組織構造を表示することが、さらに可能となる。視線角度を変化させることができるとき、そうしなければ見ることができない撮影された組織構造の細部を見えるようにすることができる。例えば、歯の詰め物によって、歯列弓の反対側の歯が見えなくなることがあるが、視線方向を変化させることによって、このような歯を見えるようにすることができる。

図７は、本発明の実施形態を実施することのできる情報処理／コンピュータシステムのハードウェア構成を図解した概略図を示している。図７のシステム１０００は、少なくとも１つのプロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）１０１０を備えている。ＣＰＵ１０１０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０１４、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０１６、入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ１０１８などのさまざまなデバイスに、システムバス１０１２を介して相互接続されている。Ｉ／Ｏアダプタ１０１８は、周辺装置（ディスクユニット１０１１、テープドライブ１０１３など）、またはシステム１０００によって読み出し可能な他のプログラム記憶装置に接続することができる。システム１０００は、プログラム記憶装置における本発明に関連する命令を読み出して、これらの命令に従って、本明細書における実施形態の方法を実行することができる。さらに、このシステムはユーザインタフェースアダプタ１０１９を含み、ユーザインタフェースアダプタ１０１９は、使用者の入力を集めるため、キーボード１０１５、マウス１０１７、スピーカー１０２４、マイクロフォン１０２２、その他のユーザインタフェースデバイス（タッチスクリーンデバイス（図示していない）など）のうちの１つまたは複数を、バス１０１２に接続している。これらに加えて、通信アダプタ１０２０は、バス１０１２をデータ処理ネットワーク１０２５に接続しており、ディスプレイアダプタ１０２１は、バス１０１２をディスプレイデバイス１０２３に接続しており、ディスプレイデバイス１０２３は、例えばモニタ、プリンタ、送信器などの出力デバイスとして具体化することができる。

したがって、さらなる実施形態は、歯科用パノラマ撮影装置であって、焦点を有するＸ線源、および、複数の画素列を有する画像検出器であって、互いに距離において本装置に配置されている、Ｘ線源および画像検出器と、Ｘ線源および検出器を患者の頭部の周囲で動かす駆動手段と、歯列弓に沿っていくつかの個々の重なり合うフレームを撮影するように本装置を制御する手段を含む制御システムと、制御システムに制御コマンドを送るためのユーザインタフェースと、を備えており、制御システムが、フレームを撮影する時点におけるＸ線源およびＸ線検出器の位置および向きに関する記録された情報と、少なくとも２つの異なる方向から見たパノラマ画像を生成するために、情報に基づいてフレームの情報を加算することによってパノラマ画像を計算する手段と、を備えており、ユーザインタフェースが、少なくとも２つの異なる方向から見た少なくとも２枚のパノラマ画像を表示することに関連する少なくとも１つの制御コマンドを入力する手段、を含む、歯科用パノラマ撮影装置、を含む。

上の段落の構造上の特徴を有する歯科用パノラマ撮影装置は、制御システム、もしくは、本明細書に説明した任意の実施形態による、画像を取得および構築することに関連する画像処理機能または他の機能、またはその両方、を含むものとして使用することもできる。

具体的な実施形態の上記の説明によって、本明細書における実施形態の一般的な特性が完全に明らかになるため、さまざまな用途において、本明細書に示した説明を応用することによって、本発明の一般的な発想から逸脱することなく、このような具体的な実施形態を容易に修正する、もしくは適合化する、またはその両方を行うことができ、したがって、そのような適合化および修正は、開示した実施形態の同等形態の意図および範囲に含まれるものとする。なお、本明細書中に使用されている表現および専門用語は、説明を目的とするものであり、本発明を制限しないことを理解されたい。したがって、本明細書における実施形態は好ましい実施形態に基づいて説明されているが、本明細書における実施形態を、添付の請求項の趣旨および範囲内での修正を伴って実施できることが、当業者には理解されるであろう。

Claims (18)

1. 歯科デジタルパノラマ画像を生成する方法であって、
   − 歯科パノラマＸ線撮影装置によって歯列弓に沿って撮影されるいくつかの個々の重なり合うフレーム（３００）を使用するステップであって、前記歯科パノラマＸ線撮影装置が、
   − Ｘ線ビームを生成しかつ焦点を有するＸ線源（２６）と、
   − 前記Ｘ線ビームを検出するＸ線検出器（１６）と、
   を備えており、前記フレーム（３００）が、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）を患者の頭部の周囲で動かすことによって撮影される、ステップと、
   − 前記フレーム（３００）の情報を加算することによって前記パノラマ画像（２００）を計算するステップと、
   を含み、
   − 前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの情報に基づいて前記フレーム（３００）の情報を加算することによって、前記パノラマ画像（２００）が生成され、
   − 前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報に関連して、所望の１つまたは複数の点（Ｐ）の位置が求められ、前記フレーム（３００）の情報を加算する前記ステップが、前記１つまたは複数の点（Ｐ）に対応する前記パノラマ画像（２００）の１つまたは複数の画素列（Ｃ）を加算するステップ、を含み、
   − 少なくとも１つの点（Ｐ）における所望の視線方向（Ｄ）が決定され、個々のフレーム（３００）上の画素列に対する重み係数が、前記Ｘ線源（２６）の焦点から前記点（Ｐ）までの線によって定義される方向と前記視線方向（Ｄ）との間の角度に基づいて計算され、
   − 前記フレーム（３００）の前記情報を加算するとき、前記所望の視線方向を表す前記方向ベクトル（Ｄ）と、前記Ｘ線源（２６）の焦点から前記点（Ｐ）までの線によって定義される前記方向との間の角度が大きいほど、より小さい重みがフレームの画素列に与えられるように、前記重み係数が使用される、
   方法。
2. − 前記パノラマ画像（２００）によって示される断層を表す仮想パノラマ曲線（４００）が生成され、前記仮想パノラマ曲線（４００）と、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報とが、同じ座標系に置かれ、
   − 前記座標系における前記仮想パノラマ曲線（４００）の位置に従って、断層を表す前記パノラマ画像（２００）が生成される、
   請求項１に記載の方法。
3. − 前記パノラマ画像（２００）によって示される所望の断層を表す仮想パノラマ曲線（４００）が、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報に関連して生成され、
   − 生成される前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）に対応する、前記仮想パノラマ曲線（４００）上の前記所望の点（Ｐ）が求められ、
   − 前記Ｘ線源（２６）の焦点から見て前記点（Ｐ）が投影される個々のフレーム（３００）の画素列、を加算することによって、前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）が生成され、投影（Ｐ→Ｐ’）が、特定の個々のフレーム（３００）における前記点（Ｐ）の投影方向を定義する、
   請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 与えられた画素列（Ｃ）の画素値をその画素列の前記重み係数の合計によって除することによって、最終的なパノラマ画像（２００）の前記画素列（Ｃ）の画素値が正規化される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 歯科デジタルパノラマ画像を生成および提示する方法であって、
   − 歯科パノラマＸ線撮影装置によって歯列弓に沿って撮影されるいくつかの個々の重なり合うフレーム（３００）を使用するステップであって、前記歯科パノラマＸ線撮影装置が、
   − Ｘ線ビームを生成しかつ焦点を有するＸ線源（２６）と、
   − 前記Ｘ線ビームを検出するＸ線検出器（１６）と、
   − 前記歯科パノラマＸ線撮影装置に機能上接続されているディスプレイと、
   を備えており、前記フレーム（３００）が、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）を患者の頭部の周囲で動かすことによって撮影される、ステップと、
   − 前記フレーム（３００）の情報を加算することによって前記パノラマ画像（２００）を計算するステップと、
   − このようにして生成された断層の前記パノラマ画像（２００）を前記ディスプレイ上に提示するステップと、
   を含み、
   − 前記フレーム（３００）の情報を加算することによって、複数の異なる方向から見た少なくとも２枚のパノラマ画像（２００）が生成され、
   − 複数の異なる方向からの視野を表す前記少なくとも２枚のパノラマ画像（２００）が、前記ディスプレイ上で歯列弓が回転しているように見えるように、それらの視線方向の順序に従って連続的に前記ディスプレイ上に提示される、
   方法。
6. 前記少なくとも２枚のパノラマ画像（２００）を生成する前記ステップが、
   前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの情報に基づいて、前記フレーム（３００）の情報を少なくとも２つの異なる条件で加算するステップ、
   を含む、
   請求項５に記載の方法。
7. − 複数の異なる方向から見たいくつかのパノラマ画像（２００）が生成され、
   − そのような視線方向それぞれに対して、複数の異なる断層を表すいくつかの画像が生成され、
   − そのような視線方向それぞれに対して、複数の異なる断層を表す前記いくつかの画像のうち、前記視線方向を代表する１枚の画像が選択され、
   − このようにして選択された前記画像が、前記ディスプレイ上に提示される、
   請求項５または請求項６に記載の方法。
8. 前記パノラマ画像（２００）を生成する前記ステップが、前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの情報に基づいて、前記フレーム（３００）の情報を加算するステップを含み、
   前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報に関連して、所望の１つまたは複数の点Ｐの位置が求められ、前記フレーム（３００）の情報を加算する前記ステップが、前記所望の１つまたは複数の点（Ｐ）に対応する前記パノラマ画像（２００）の１つまたは複数の画素列（Ｃ）を加算するステップ、を含む、請求項５から請求項７のいずれかに記載の方法。
9. − 前記パノラマ画像（２００）に示される断層を表す仮想パノラマ曲線（４００）が生成され、前記仮想パノラマ曲線（４００）と、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報とが、同じ座標系に置かれ、
   − 前記仮想パノラマ曲線（４００）が前記座標系における少なくとも第１の向きおよび第２の向きに配置されるように、前記仮想パノラマ曲線（４００）に基づいて前記フレーム（３００）の前記情報を加算することによって、複数の異なる方向から見た前記少なくとも２枚のパノラマ画像（２００）が生成され、前記向きそれぞれに関して、以下が行われ、すなわち、
   − 生成される前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）に対応する、前記仮想パノラマ曲線（４００）上の前記所望の点（Ｐ）が求められ、
   − 前記Ｘ線源（２６）の焦点から見て前記点（Ｐ）が投影される個々のフレーム（３００）の画素列、を加算することによって、前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）が生成され、投影（Ｐ→Ｐ’）が、特定の個々のフレーム（３００）における前記点（Ｐ）の投影方向を定義する、
   請求項５から請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 歯科用パノラマ撮影装置であって、
    − Ｘ線ビームを形成しかつ焦点を有するＸ線源（２６）、および、前記Ｘ線ビームを検出するＸ線検出器（１６）であって、互いに距離において前記歯科用パノラマ撮影装置に配置されている、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）と、
    − 前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）を患者の頭部の周囲で動かす駆動手段（１）と、
    − 歯列弓に沿っていくつかの個々の重なり合うフレーム（３００）を撮影するように前記歯科用パノラマ撮影装置を制御する手段を含む制御システム（ＣＳ）と、
    − 前記制御システム（ＣＳ）に制御コマンドを送るためのユーザインタフェース（ＵＩ）と、
    を備えており、
    − 前記制御システム（ＣＳ）が、前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの情報と、少なくとも２つの異なる方向から見たパノラマ画像（２００）を生成するために、前記位置および向きの情報に基づいて前記フレーム（３００）の情報を加算することによってパノラマ画像（２００）を計算する手段と、を含み、
    − 前記ユーザインタフェース（ＵＩ）が、前記少なくとも２つの異なる方向から見た前記パノラマ画像（２００）を示すことに関連する少なくとも１つの制御コマンドを入力する手段、を含み、
    − 前記制御システム（ＣＳ）が、歯列弓が回転しているように見えるように、前記パノラマ画像（２００）を、それらの視線方向の順序に従って連続的に提示する手段、を含む、
    歯科用パノラマ撮影装置。
11. 前記制御システム（ＣＳ）が、
    前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの情報に基づいて、前記フレーム（３００）の情報を少なくとも２つの異なる条件で加算することによって、前記少なくとも２枚のパノラマ画像（２００）を生成する手段（ＩＰ）、
    を含む、
    請求項１０に記載の歯科用パノラマ撮影装置。
12. パノラマ画像（２００）を計算する前記手段（ＩＰ）が、
    前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの情報に基づいて前記フレーム（３００）の情報を加算する手段、
    を含む、
    請求項１０に記載の歯科用パノラマ撮影装置。
13. パノラマ画像（２００）を計算する前記手段ＩＰが、
    前記パノラマ画像（２００）によって示される断層を表す仮想パノラマ曲線（４００）を生成し、前記仮想パノラマ曲線（４００）と、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報とを、同じ座標系に置き、前記座標系における前記仮想パノラマ曲線（４００）の位置に従って、断層を表す前記パノラマ画像（２００）を生成する手段、
    を含む、
    請求項１２に記載の歯科用パノラマ撮影装置。
14. パノラマ画像（２００）を計算する前記手段（ＩＰ）が、
    前記パノラマ画像（２００）によって示される所望の断層を表す仮想パノラマ曲線（４００）を、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報に関連して生成し、生成される前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）に対応する、前記仮想パノラマ曲線（４００）上の所望の点（Ｐ）を求め、前記Ｘ線源（２６）の焦点から見て前記点（Ｐ）が投影される個々のフレーム（３００）の画素列、を加算することによって、前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）を生成する手段であって、投影（Ｐ→Ｐ’）が、特定の個々のフレーム（３００）における前記点（Ｐ）の投影方向を定義する、前記手段、
    を含む、
    請求項１２または請求項１３に記載の歯科用パノラマ撮影装置。
15. 歯科用パノラマ撮影装置であって、
    − Ｘ線ビームを生成しかつ焦点を有するＸ線源（２６）、および、前記Ｘ線ビームを検出するＸ線検出器（１６）であって、互いに第１の距離において前記歯科用パノラマ撮影装置に配置されている、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）と、
    − 前記Ｘ線源（２６）および前記検出器（１６）を患者の頭部の周囲で動かす駆動手段（１）と、
    − 歯列弓に沿っていくつかの個々の重なり合うフレーム（３００）を撮影するように前記歯科用パノラマ撮影装置を制御する手段を含む制御システム（ＣＳ）と、
    を備えており、
    − 前記制御システム（ＣＳ）が、前記フレーム（３００）を撮影する時点における前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの情報と、前記位置および向きの情報に基づいて前記フレーム（３００）の情報を加算することによってパノラマ画像（２００）を計算する手段（ＩＰ）と、歯列弓が回転しているように見えるように、前記パノラマ画像（２００）を、それらの視線方向の順序に従って連続的に提示する手段と、を含み、
    − 前記Ｘ線検出器（１６）が、第２の距離に等しいかまたはそれよりも広い幅を有するように実施されており、
    − 前記制御システムが、前記第２の距離に等しい幅を有するフレーム（３００）を撮影するように前記歯科用パノラマ撮影装置を制御するようにされており、前記第２の距離が、前記第１の距離の約２〜１０％である、
    歯科用パノラマ撮影装置。
16. 前記第１の距離が約５００〜５５０ｍｍである、請求項１５に記載の歯科用パノラマ撮影装置。
17. パノラマ画像（２００）を計算する前記手段（ＩＰ）が、
    前記パノラマ画像（２００）によって示される断層を表す仮想パノラマ曲線（４００）を生成し、前記仮想パノラマ曲線（４００）と、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報とを、同じ座標系に置き、前記座標系における前記仮想パノラマ曲線（４００）の位置に従って、断層を表す前記パノラマ画像（２００）を生成する手段、
    を含む、
    請求項１６に記載の歯科用パノラマ撮影装置。
18. パノラマ画像（２００）を計算する前記手段（ＩＰ）が、
    前記パノラマ画像（２００）によって示される所望の断層を表す仮想パノラマ曲線（４００）を、前記Ｘ線源（２６）および前記Ｘ線検出器（１６）の位置および向きの前記情報に関連して生成し、生成される前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）に対応する、前記仮想パノラマ曲線（４００）上の所望の点（Ｐ）を求め、前記Ｘ線源（２６）の焦点から見て前記点（Ｐ）が投影される個々のフレーム（３００）の画素列、を加算することによって、前記パノラマ画像（２００）の画素列（Ｃ）を生成する手段であって、投影（Ｐ→Ｐ’）が、特定の個々のフレーム（３００）における前記点（Ｐ）の投影方向を定義する、前記手段、
    を含む、
    請求項１７に記載の歯科用パノラマ撮影装置。