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JP2020069110A - Image processing device and image processing program - Google Patents

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JP2020069110A
JP2020069110A JP2018205490A JP2018205490A JP2020069110A JP 2020069110 A JP2020069110 A JP 2020069110A JP 2018205490 A JP2018205490 A JP 2018205490A JP 2018205490 A JP2018205490 A JP 2018205490A JP 2020069110 A JP2020069110 A JP 2020069110A
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JP
Japan
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test site
image processing
movable parts
finger
imaging
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Application number
JP2018205490A
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Japanese (ja)
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晋 齊藤
Susumu Saito
晋 齊藤
竜馬 備瀬
Tatsuma Bise
竜馬 備瀬
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Kyoto University NUC
Original Assignee
Kyoto University NUC
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Publication date
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Abstract

【課題】被験者の複数の可動部の形状が変化した場合に、従来例に比較して、動脈血管などの被験部位の特徴量を正確に検出する。【解決手段】本発明に係る画像処理装置は、被験者の被験部位に光を照射することで、当該被験部位を三次元画像に画像化する画像化手段を備える。ここで、前記画像化手段は複数の可動部を含む被験部位を三次元画像に画像化し、前記画像処理装置は、前記画像化された三次元画像に基づいて、前記複数の可動部が屈曲する前後の当該被験部位の特徴量を計算する処理手段を備える。また、前記処理手段は、前記複数の可動部が屈曲する前後の当該被験部位の特徴量を計算した後、前記前記複数の可動部が屈曲するときの位置を補正する。さらに、前記処理手段は、前記画像化された三次元画像から前記被験部位を抽出した後、当該被験部位を前記各可動部に対応させて複数の領域に分割することで、当該複数の領域を特定する前置処理を実行する。【選択図】図2An object of the present invention is to accurately detect a feature amount of a test site such as an artery and blood vessel when the shapes of a plurality of movable parts of a test subject change, as compared with a conventional example. Kind Code: A1 An image processing apparatus according to the present invention includes imaging means for imaging a test site into a three-dimensional image by irradiating a test site of a subject with light. Here, the imaging means images a test site including a plurality of movable parts into a three-dimensional image, and the image processing device bends the plurality of movable parts based on the imaged three-dimensional image. A processing means is provided for calculating feature amounts of the relevant test sites before and after. Further, the processing means corrects the positions when the plurality of movable parts bend after calculating the characteristic amount of the test site before and after the plurality of movable parts bend. Furthermore, the processing means extracts the test site from the three-dimensional image, and then divides the test site into a plurality of regions corresponding to the movable parts, thereby dividing the plurality of regions into Perform the specified preprocessing. [Selection drawing] Fig. 2

Description

本発明は、例えば光超音波画像化法(光音響イメージング法ともいう)などの画像化法を用いて被験者の複数の可動部を3次元画像化した後、所定の解析を行う画像処理装置及び方法、当該画像処理方法を用いた画像処理プログラムに関する。   The present invention relates to an image processing apparatus that performs a predetermined analysis after three-dimensionally imaging a plurality of movable parts of a subject using an imaging method such as an optical ultrasonic imaging method (also referred to as a photoacoustic imaging method). The present invention relates to a method and an image processing program using the image processing method.

光音響イメージング(Photoacoustic Imaging:以下、PAイメージング又はPA画像化ともいう)は、癌の新生血管、及びその他の多くの疾患の早期臨床診断のための有望な新技術である。PAイメージングは、造影剤なしでも高空間分解能で、生体の血管を非侵襲的に視覚化することができ、多くの医療用途に有用である。ここで、PAイメージングは光音響効果を利用する。すなわち、画像化された組織(すなわち、血管)は、短パルス近赤外線照射のレーザーエネルギーを吸収して熱に変換し、熱弾性膨張と超音波の放出をもたらす。放射された光音響波を検知することにより物体の3次元構造を再構成することができる。   Photoacoustic Imaging (hereinafter, also referred to as PA imaging or PA imaging) is a promising new technique for early clinical diagnosis of neovascularization of cancer and many other diseases. PA imaging is capable of non-invasive visualization of blood vessels in a living body with high spatial resolution even without a contrast agent, and is useful for many medical applications. Here, PA imaging utilizes the photoacoustic effect. That is, the imaged tissue (i.e., blood vessel) absorbs the laser energy of the short pulse near infrared radiation and converts it into heat, resulting in thermoelastic expansion and emission of ultrasonic waves. By detecting the emitted photoacoustic waves, the three-dimensional structure of the object can be reconstructed.

例えば、特許文献1においては、光音響装置により算出される酸素飽和度の値の精度を向上させて、例えば動脈血管を画像化する技術が開示されている。当該光音響装置を用いた画像処理装置は、被検体に複数の波長の光が照射されて発生した音響波に由来する信号を用いて、被検体の内部の酸素飽和度分布を示す画像データを取得する処理部を備える画像処理装置であって、前記処理部は、信号を用いた画像再構成により生成された、被検体の血管の特定位置における酸素飽和度を取得し、血管の特定位置における酸素飽和度を補正するための第1の補正量を取得し、第1の補正量に基づいて被検体の特定位置ではない部分の酸素飽和度を補正するための第2の補正量を取得する。   For example, Patent Document 1 discloses a technique of improving the accuracy of the oxygen saturation value calculated by the photoacoustic apparatus and imaging an arterial blood vessel, for example. The image processing device using the photoacoustic apparatus, by using the signal derived from the acoustic wave generated by the irradiation of the light of a plurality of wavelengths to the subject, image data showing the oxygen saturation distribution inside the subject. An image processing apparatus including a processing unit for acquiring, wherein the processing unit acquires oxygen saturation at a specific position of a blood vessel of a subject, which is generated by image reconstruction using a signal, and at a specific position of the blood vessel. A first correction amount for correcting the oxygen saturation is acquired, and a second correction amount for correcting the oxygen saturation of a portion that is not the specific position of the subject is acquired based on the first correction amount. ..

また、特許文献2においては、手指の運動麻痺状態を定量的に評価できる手指病態評価装置を提供することが開示されている。当該手指病態評価装置は、被写体までの距離データが各画素の画素値に含まれる距離画像を撮影する距離画像撮影手段と、被験者の運動する手指を被写体として撮影した距離画像の各フレームから各指の指骨位置を求めて、その指骨位置のデータを画素値に含む仮想指骨の画像を生成する仮想指骨画像生成手段と、仮想指骨間の関節角度、仮想指骨の運動状態を表す加速度、及び、仮想指骨の運動に伴う移動量の少なくとも1つを算出する仮想指骨演算手段と、手指の基準となる病態での基準データと、仮想指骨演算手段が算出した値とを比較し、被験者の手指の病態レベルを判定する手指病態判定手段とを備える。この手指病態評価装置では、手指の病態レベルを基準レベルと比較することで定量的に評価できる。   Further, Patent Document 2 discloses to provide a finger pathological condition evaluation device capable of quantitatively evaluating a motor paralysis state of a finger. The hand pathological condition evaluation device includes a range image capturing unit that captures a range image in which the distance data to the subject is included in the pixel value of each pixel, and each finger from each frame of the range image captured with the subject's moving fingers as the subject. A virtual phalange image generation means for obtaining a phalange position of the virtual phalange and generating an image of the virtual phalange including pixel data of the phalange position, a joint angle between the virtual phalanges, an acceleration representing a motion state of the virtual phalange, and a virtual The virtual phalangeal calculation means for calculating at least one of the movement amounts of the phalangeal movements, the reference data in the pathological condition serving as the reference of the finger, and the value calculated by the virtual phalangeal calculation means are compared, and the pathological condition of the finger of the subject is compared. And a finger pathological condition determining means for determining a level. With this finger pathological condition evaluation device, it is possible to quantitatively evaluate by comparing the pathological condition level of the finger with a reference level.

特開2018−102359号公報JP, 2008-102359, A 特開2017−158808号公報JP, 2017-158808, A

しかしながら、上述の従来例では、被験者の複数の可動部(例えば、手指の関節)の形状が変化した場合に、例えば動脈血管などの被験部位の特徴量を正確に検出することができないという問題点があった。   However, in the above-mentioned conventional example, when the shapes of a plurality of movable parts (for example, finger joints) of the subject change, it is not possible to accurately detect the feature amount of the test site such as the arterial blood vessel. was there.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、被験者の複数の可動部の形状が変化した場合に、従来例に比較して、動脈血管などの被験部位の特徴量を正確に検出することができる画像処理装置及び方法、並びに画像処理プログラムを提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above problems, and when the shapes of a plurality of movable parts of the subject are changed, compared to the conventional example, it is possible to accurately detect the feature amount of the test site such as arterial blood vessel. An object is to provide an image processing apparatus and method, and an image processing program that can be performed.

本発明の一態様にかかる画像処理装置は、被験者の被験部位に光を照射することで、当該被験部位を三次元画像に画像化する画像化手段を備えた画像処理装置において、
前記画像化手段は複数の可動部を含む被験部位を三次元画像に画像化し、
前記画像処理装置は、
前記画像化された三次元画像に基づいて、前記複数の可動部が屈曲する前後の当該被験部位の特徴量を計算する処理手段を備えたことを特徴とする。
The image processing apparatus according to an aspect of the present invention is an image processing apparatus including an imaging unit that images a test site of a test subject into light by irradiating the test site of the test subject with light.
The imaging means images a test site including a plurality of movable parts into a three-dimensional image,
The image processing device,
It is characterized by further comprising processing means for calculating a feature amount of the test site before and after the plurality of movable parts are bent based on the imaged three-dimensional image.

従って、本発明に係る画像処理装置等によれば、被験者の複数の可動部の形状が変化した場合に、従来例に比較して、動脈血管などの被験部位の特徴量を正確に検出することができる。   Therefore, according to the image processing apparatus and the like according to the present invention, when the shapes of the plurality of movable parts of the subject are changed, the feature amount of the test site such as the arterial blood vessel can be accurately detected as compared with the conventional example. You can

本発明の一実施形態に係る光超音波画像化システムの構成例を示す模式断面図及びブロック図である。It is a schematic cross section and a block diagram showing an example of composition of an optical ultrasonic imaging system concerning one embodiment of the present invention. 図1の光超音波画像化装置10により実行される光超音波画像処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing optical ultrasonic image processing executed by the optical ultrasonic imaging apparatus 10 of FIG. 1. 図2のサブルーチン(S4)である血管曲率計算処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a blood vessel curvature calculation process which is a subroutine (S4) of FIG. 2. 図2のサブルーチン(S5)である血管位置補正処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a blood vessel position correction process which is a subroutine (S5) of FIG. 2. 屈曲手指の画像化と指節関節を基準とした区域分け例を示す写真画像である。9 is a photographic image showing an example of imaging of a bent finger and segmentation based on a phalangeal joint. 関心点Pとその近傍の複数の点を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a point of interest P i and a plurality of points in the vicinity thereof. 動的計画法(DP法)を用いた複数のパスの計算例を示す図である。It is a figure showing an example of calculation of a plurality of paths using dynamic programming (DP method). 屈曲手指の画像化例から求めた曲率プロットと3個の局所最大値を示すグラフである。It is a graph which shows the curvature plot calculated | required from the imaging example of a bent finger | toe, and three local maximum values. スパイラル形状の血管の半径の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the radius of the blood vessel of a spiral shape. 2個の曲率曲線に対してDP法を用いて位置補正した結果を示す例を示すグラフである。It is a graph which shows the example which shows the result of carrying out position correction using DP method to two curvature curves. 図1の光超音波画像化装置10により画像化された橈側示指動脈(RIA)の画像化例を示す写真画像である。2 is a photographic image showing an imaging example of the radial index artery (RIA) imaged by the optical ultrasonic imaging apparatus 10 of FIG. 1. 図1の光超音波画像化装置10により画像化された、22歳男性の手指を屈曲してRIAを変形したときの側面図である。It is a side view when the finger of a 22-year-old man is bent and the RIA is deformed, which is imaged by the optical ultrasonic imaging apparatus 10 of FIG. 1. 図1の光超音波画像化装置10により画像化された、22歳男性の手指を屈曲してRIAを変形したときの斜背面図である。FIG. 2 is an oblique rear view of a 22-year-old man who has bent a finger and deformed an RIA imaged by the optical ultrasonic imaging apparatus 10 of FIG. 1. 若者の手指の関節を屈曲しないときのRIAの各領域の平均曲率及びそれらの統計学的違いを示すグラフである。It is a graph which shows the average curvature of each area | region of RIA when not bending a finger joint of a young person, and their statistical difference. 若者の手指の関節を30度屈曲したときのRIAの各領域の平均曲率及びそれらの統計学的違いを示すグラフである。It is a graph which shows the average curvature of each area | region of RIA when the joint of a finger of a young person is bent 30 degrees, and their statistical difference. 若者の手指の関節を60度屈曲したときのRIAの各領域の平均曲率及びそれらの統計学的違いを示すグラフである。It is a graph which shows the average curvature of each area | region of RIA when the joint of a finger of a young person is bent 60 degrees, and those statistical differences. 若者の手指の関節を90度屈曲したときのRIAの各領域の平均曲率及びそれらの統計学的違いを示すグラフである。It is a graph which shows the average curvature of each area | region of RIA when the joint of a finger of a young person is bent 90 degrees, and their statistical difference. 59歳男性の手指の関節を屈曲したときのRIAの画像化例を示す写真画像である。It is a photograph image which shows the example of imaging of RIA when the joint of the finger of a 59-year-old man is bent. 図14Aの拡大図である。FIG. 14B is an enlarged view of FIG. 14A. 手指の関節を30度及び90度で屈曲したときのRIAの曲率を示すグラフであって、(a)は25歳の場合のグラフであり、(b)は42歳の場合のグラフであり、(c)は56歳の場合のグラフである。It is a graph which shows the curvature of RIA when a finger joint is bent at 30 degrees and 90 degrees, (a) is a graph in case of 25 years old, (b) is a graph in case of 42 years old, (C) is a graph at the age of 56.

以下、本発明に係る実施形態及び実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments and examples according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each of the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals.

図1は本発明の一実施形態に係る光超音波画像化システムの構成例を示す模式断面図及びブロック図である。   FIG. 1 is a schematic sectional view and a block diagram showing a configuration example of an optical ultrasonic imaging system according to an embodiment of the present invention.

図1において、本実施形態に係る光超音波画像化システムは、光超音波光源及び検出装置20と、光超音波画像化装置10とを備えて構成される。   In FIG. 1, the optical ultrasonic imaging system according to this embodiment includes an optical ultrasonic light source / detection device 20 and an optical ultrasonic imaging device 10.

光超音波光源及び検出装置20において、例えば半球面形状のセンサ支持部21に互いに所定の間隔を有して、超音波を検出する複数のセンサ22が設けられる。上記半球面の内部に水24を浸して、検査対象物1を載置するメッシュ板23を支持している。なお、検査対象物1が水24内に沈められているものとする。センサ支持部21の最底部には、PAイメージングのための所定波長のレーザー光を検査対象物1に対して放射するためのレーザー光源25が設けられる。ここで、レーザー光源25は後述するコントローラ11により制御され、PAイメージングによりレーザー光に応答して検査対象物1から放射される超音波を複数のセンサ22により検出する。複数のセンサ22により検出された超音波は電気信号に変化された後、後述する信号受信回路12に送られる。   In the optical ultrasonic light source and detection device 20, a plurality of sensors 22 for detecting ultrasonic waves are provided on a sensor support portion 21 having a hemispherical shape, for example, at predetermined intervals. Water 24 is immersed in the inside of the hemisphere to support the mesh plate 23 on which the inspection object 1 is placed. It is assumed that the inspection object 1 is submerged in the water 24. A laser light source 25 for irradiating the inspection object 1 with laser light of a predetermined wavelength for PA imaging is provided at the bottom of the sensor support portion 21. Here, the laser light source 25 is controlled by the controller 11 described later, and the ultrasonic waves emitted from the inspection object 1 in response to the laser light by PA imaging are detected by the plurality of sensors 22. The ultrasonic waves detected by the plurality of sensors 22 are converted into electric signals and then sent to the signal receiving circuit 12 described later.

検査対象物1は撮像対象である。具体例としては、手指、その動脈血管、乳房等の生体や、装置の調整などにおいては生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが挙げられる。音響特性とは具体的には音響波の伝播速度及び減衰率であり、光学特性とは具体的には光の吸収係数及び散乱係数である。なお、メッシュ板23は検査対象物1を支持し、光、超音波に対する透過特性を持つことが好ましい。   The inspection target 1 is an imaging target. Specific examples include a living body such as a finger, its arterial blood vessel, and a breast, and a phantom simulating the acoustic and optical characteristics of the living body when adjusting the device. The acoustic characteristics are specifically the propagation velocity and attenuation rate of an acoustic wave, and the optical characteristics are specifically the absorption coefficient and scattering coefficient of light. In addition, it is preferable that the mesh plate 23 supports the inspection object 1 and has a transmission characteristic with respect to light and ultrasonic waves.

光超音波画像化装置10は、装置の動作を制御するコンピュータ等のデジタル計算機であるコントローラ11と、信号受信回路12と、データメモリ13と、操作部14と、表示部15と、画像処理部16とを備えて構成される。信号受信回路12は、複数のセンサ22で変換された複数の電気信号を受信して所定のサンプリング周波数でA/D変換してデータメモリ13に格納する。操作部14は光超音波画像化装置10の操作者がデータ又は指示を入力するためのマウス、キーボードを含み構成される。表示部15は、入力されたデータ又は指示を表示するとともに、光超音波画像化処理の途中又は処理後の結果画像を可視化して表示する。画像処理部16はコントローラ11により制御され、詳細後述する図2の光超音波画像化処理のプログラムを実行する。   The optical ultrasonic imaging apparatus 10 includes a controller 11, which is a digital computer such as a computer that controls the operation of the apparatus, a signal receiving circuit 12, a data memory 13, an operation unit 14, a display unit 15, and an image processing unit. And 16 are provided. The signal receiving circuit 12 receives the plurality of electric signals converted by the plurality of sensors 22, A / D-converts the signals at a predetermined sampling frequency, and stores the data in the data memory 13. The operation unit 14 includes a mouse and a keyboard for the operator of the optical ultrasonic imaging apparatus 10 to input data or instructions. The display unit 15 displays the input data or instructions, and visualizes and displays a result image during or after the optical ultrasonic imaging process. The image processing unit 16 is controlled by the controller 11 and executes the program of the optical ultrasonic imaging processing of FIG. 2 described later in detail.

なお、図1の実施形態では、半球形状のセンサ支持部21を用いているが、本発明はこれに限らず、複数のセンサ22を所定の領域に指向軸が集まり、所定の検出領域を形成できる配置であればよい。   In addition, in the embodiment of FIG. 1, the hemispherical sensor support portion 21 is used, but the present invention is not limited to this, and the directional axes of the plurality of sensors 22 are gathered in a predetermined area to form a predetermined detection area. Any arrangement is possible.

図1の光超音波画像化システムでは、光超音波画像化法を用いて、光音響効果を利用して例えば生体の血管(光吸収体であるヘモグロビンが通過する)を非侵襲的に3次元画像に画像化することで視覚化でき、癌及び他の多くの疾患の早期臨床診断に有用である。検査対象物1である画像化すべき組織はレーザーエネルギーを吸収し、そのエネルギーを熱弾性膨張に変換し、超音波を放射する。光超音波を検出することによって検査対象物1の物体の3次元構造を再構成することができる。   In the optical ultrasonic imaging system of FIG. 1, by using the optical ultrasonic imaging method, a photoacoustic effect is utilized to non-invasively, for example, a blood vessel of a living body (where hemoglobin, which is a light absorber passes), in a three-dimensional manner. Imaging in images can be visualized and is useful for early clinical diagnosis of cancer and many other diseases. The tissue to be imaged, which is the examination object 1, absorbs the laser energy, converts it into thermoelastic expansion and emits ultrasonic waves. The three-dimensional structure of the object of the inspection object 1 can be reconstructed by detecting the optical ultrasonic waves.

以下の実施形態では、図1の光超音波画像化システムが非造影で細動静脈までイメージング可能な利点を生かして、従来のモダリティではイメージングが困難であった関節等の動的な変化による細動脈の変形を3次元画像化し、その解析方法を提供する。これにより、医療従事者に、血管の動的な変形に関係する各種パラメータとその数値の提供と、また該各種パラメータ数値の加齢又は病理学的な変化を提供することができる。このことによって、医師は血管の関係する疾患の診断、治療、治療効果判定等に役立てることができる。   In the following embodiment, the optical ultrasound imaging system of FIG. 1 takes advantage of non-contrast imaging of fibrillation veins, and it is possible to perform imaging by dynamic changes of joints and the like, which are difficult to be imaged by a conventional modality. A three-dimensional image of the deformation of an artery is provided and a method of analyzing the deformation is provided. As a result, it is possible to provide the medical staff with various parameters related to the dynamic deformation of blood vessels and their numerical values, as well as aging or pathological changes in the numerical values of the various parameters. By this, the doctor can be useful for diagnosis, treatment, determination of treatment effect, and the like of diseases related to blood vessels.

以下の実施形態では、複数の関節の可動部を有する手指(親指を除く)の血管を被験部位として、以下のように、解析処理を行うことを特徴としている。   The following embodiments are characterized in that the blood vessel of a finger (excluding the thumb) having a plurality of movable parts of joints is used as a test site and the analysis process is performed as follows.

(1)変形部位の同定
図1の光超音波画像化システムを用いて3次元画像された、例えば手指血管の被験部位において、便宜的に領域をアノテーションし、どの領域に曲率上昇がおきるのかを統計的に解析する。詳細後述する実施例によれば、最大の曲率上昇の領域は後述するD−Px領域であって、加齢により当該D−Pxでの曲率変化量が低下するという知見に基づいて、例えば被験者の年齢を推定することができる。なお、実施例における手指の各領域は以下の通りである。
ベース:指の基部;
MP:中手指節骨間関節(以下、MP関節ともいう);
DIP:遠位指節間関節(以下、DIP関節という);
D−Mx:中節骨の遠位半分に対応する領域;
D−Px:近位指節の遠位3分の1に対応する領域;
M−Px:近位指節の中間3分の1に対応する領域;
PIP:近位指節間関節(以下、PIP関節という);
P−Mx:中節骨の近位半分に対応する領域。
(1) Identification of Deformation Region For convenience, a region is annotated in a test region of a finger blood vessel, which is three-dimensionally imaged using the optical ultrasonic imaging system of FIG. 1, and which region has an increased curvature is determined. Analyze statistically. According to the examples described in detail below, the region of maximum curvature increase is the D-Px region described later, and based on the finding that the amount of change in curvature at the D-Px decreases with age, for example, Age can be estimated. In addition, each area | region of the finger | toe in an Example is as follows.
Base: base of finger;
MP: Metacarpophalangeal interphalangeal joint (hereinafter also referred to as MP joint);
DIP: distal interphalangeal joint (hereinafter referred to as DIP joint);
D-Mx: a region corresponding to the distal half of the middle phalanx;
D-Px: the region corresponding to the distal third of the proximal phalanx;
M-Px: the region corresponding to the middle third of the proximal phalanx;
PIP: Proximal interphalangeal joint (hereinafter referred to as PIP joint);
P-Mx: A region corresponding to the proximal half of the middle phalanx.

(2)変形が生じる被験部位の変形の特徴づけ
解析処理では、曲率変化量、振幅、捩率、伸縮率などのパラメータを計算する。例えば血管はマーカーレスであるため、変形に伴う同一血管セグメントのトラッキングが困難である。そのため動的プログラミング法(以下、DP法という)によりマッチング(DPマッチング)を行うことで、手指が屈曲して複数関節の位置が変化しても血管の位置を対応付けるように補正する。なお、この場合における解析パラメータとして以下を計算する。
(2) Characterization of Deformation of Test Site in Which Deformation Occurs In analysis processing, parameters such as the amount of change in curvature, amplitude, twist ratio, and expansion / contraction ratio are calculated. For example, since blood vessels are markerless, it is difficult to track the same blood vessel segment due to deformation. Therefore, by performing matching (DP matching) by a dynamic programming method (hereinafter referred to as DP method), even if the fingers are bent and the positions of a plurality of joints change, the positions of blood vessels are corrected so as to be associated with each other. The following is calculated as the analysis parameter in this case.

(A)ある区間の平均曲率変化量を計算することでどのくらい変形するかを得る。
(B)ある区間の準らせん形態に対して主成分ベクトルを求め、そこからの最大距離を求めて、らせん状変形の振幅を計算する。これは、らせん状変形がどれだけ小さい空間でおこなわれているかを評価するためである。
(C)ある区間の準らせん変形の3次元性を評価するため、捩率を計算する、これは血管が柔軟であるほど2次元から3次元に変化すると推定されるので、それを評価するためである。
(D)ある区間の実距離(曲線の長さ)を計算して、関節の動きによって長さの変化率を計算することで、血管の弾性を評価するパラメータとしてどれだけ圧縮されたかがわかる。
(A) How much deformation is obtained by calculating the average curvature change amount of a certain section.
(B) The principal component vector is obtained for the quasi-helical form in a certain section, the maximum distance from it is obtained, and the amplitude of the helical deformation is calculated. This is to evaluate how small the spiral deformation is in the space.
(C) In order to evaluate the three-dimensionality of the quasi-helical deformation in a certain section, the torsion is calculated, which is estimated to change from two-dimensional to three-dimensional as the blood vessel is more flexible. Is.
(D) By calculating the actual distance (the length of the curve) in a certain section and calculating the rate of change in length according to the movement of the joint, it is possible to know how much compression has been performed as a parameter for evaluating the elasticity of blood vessels.

後述する実施例の結果によれば、(A)及び(B)のパラメータは加齢により血管が硬くなると、変形量が低下し、伸縮率も低くなると予想される。例えば、手指を所定の角度で屈曲したときの被験者のD−Px領域の血管の曲率変化量を計算し、予め格納しておいた曲率変化量テーブル(年齢に対するD−Px領域の標準的な曲率変化量を示すもので、図1のデータメモリ13に格納される。)を参照することで、計算された曲率に基づいて当該被験者血管年齢を評価することができる。ここで、上記(A)〜(D)の特徴量は、血管の変化情報であって、血管の空間的な広がり、物性情報、弾性情報であってもよい。   According to the results of Examples described later, it is expected that the parameters (A) and (B) will decrease the deformation amount and the expansion / contraction rate as the blood vessel becomes harder due to aging. For example, a curvature change amount of a blood vessel in the D-Px region of a subject when a finger is bent at a predetermined angle is calculated, and a curvature change amount table stored in advance (standard curvature of the D-Px region with respect to age) is calculated. The amount of change is stored in the data memory 13 of FIG. 1), and the subject's blood vessel age can be evaluated based on the calculated curvature. Here, the above-mentioned feature amounts (A) to (D) are change information of blood vessels, and may be spatial expansion of blood vessels, physical property information, and elasticity information.

図2は図1の光超音波画像化装置10により実行される光超音波画像処理を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing optical ultrasonic image processing executed by the optical ultrasonic imaging apparatus 10 of FIG.

図2のステップS1において、光超音波光源及び検出装置20を用いて、例えば手指の複数の関節(可動部)を複数の屈曲角で屈曲したときに、各屈曲角(k)における当該複数の関節とその近傍を含む部分の光超音波画像を取得する。   In step S1 of FIG. 2, for example, when a plurality of joints (movable parts) of a finger are bent at a plurality of bending angles using the optical ultrasonic light source and the detection device 20, the plurality of bending angles at each bending angle (k) are increased. An optical ultrasonic image of a part including the joint and its vicinity is acquired.

次いで、ステップS2の前置処理P1において、取得した光超音波画像から解析対象血管を抽出する。血管の抽出が自動的に抽出してもいいし、医師が手動でアノテーションにより抽出してもよい。具体的には、分析の対象となる示指(人差し指)の主要動脈を例えばKurumiシステムを用いて近位から遠位にアノテーションを付けることができる。   Next, in the preprocessing P1 of step S2, the blood vessel to be analyzed is extracted from the acquired optical ultrasonic image. The blood vessels may be automatically extracted or the doctor may manually extract the annotations. Specifically, the main artery of the index finger (index finger) to be analyzed can be annotated from proximal to distal using, for example, the Kurumi system.

次いで、ステップS3の前置処理P2において、基準屈曲角の血管において各領域を特定する。ここで、指節と血管との間の関係を分析する。例えば示指の3個の関節(DIP、PIP、MP関節)がアノテーションされ、これらの結合点をそれぞれSdip、Spip、Sbaseと呼ぶ。そして、連続する連結点の中点は、Sm−mx、Sm−pxとして定義される。これらの5点に基づいて、図5に示すように、4つの指骨線D−Mx(図5のMx−d)、P−Mx(図5のMx−p)、D−Px(図5のPx−d)、M−Px(図5のPx−p)を定義する。 Next, in the preprocessing P2 of step S3, each region is identified in the blood vessel having the reference bending angle. Now, analyze the relationship between the phalanx and the blood vessel. For example, the three joints (DIP, PIP, MP joints) of the index finger are annotated, and the connection points of these are called S dip , S pipe , and S base , respectively. Then, the midpoints of consecutive connecting points are defined as Sm -mx and Sm -px . Based on these five points, as shown in FIG. 5, four phalange lines D-Mx (Mx-d in FIG. 5), P-Mx (Mx-p in FIG. 5), and D-Px (in FIG. 5). Px-d) and M-Px (Px-p in FIG. 5) are defined.

次いで、ステップS4の血管位置補正処理Q1において、血管曲率計算処理を図3の処理のごとく、以下のように実行する。   Next, in the blood vessel position correction processing Q1 of step S4, the blood vessel curvature calculation processing is executed as follows, like the processing of FIG.

まず、連続する複数の注釈点を等間隔にとることは困難である。血管の湾曲の計算に影響する可能性があるため、我々はスプライン補間によって動脈の注釈点を再サンプリングした。この再サンプリング処理(図3のS11)では、等間隔を1画素に設定し、この補間によって曲率が滑らかになる。   First, it is difficult to take a plurality of consecutive annotation points at equal intervals. We resampled the arterial annotation points by spline interpolation because they may affect the calculation of vessel curvature. In this resampling process (S11 in FIG. 3), the equal intervals are set to one pixel, and this interpolation smoothes the curvature.

血管内の各点の曲率は、関心点Pの近傍点を用いて計算され、すべての血管座標の点Piで以下のように繰り返される(図3のS12〜S16)。血管曲線上の各点Pのベクトル
を用いて、点Pの曲率κは次式のように計算される(図3のS15)。
The curvature of each point in the blood vessel is calculated using the points near the interest point P i , and is repeated as follows for all the points Pi of the blood vessel coordinates (S12 to S16 in FIG. 3). Vector of each point P i on the blood vessel curve
The curvature κ i of the point P i is calculated by using the following equation (S15 in FIG. 3).

ここで、

は、
の近傍点である。×はクロス積を表す。|・|はベクトルのユークリッドのノルムである。曲率の値はサンプリング間隔に依存するため、注釈点を直接使用するのではなく、例えば、20個の近傍点
に対して主成分分析法(PCA)を使用してベクトル
を計算する(図3のS13〜S14)。正規化された第1主成分は、ベクトル
に使用される。
here,
When
Is
Is a neighborhood point of. X represents a cross product. | · | Is the Euclidean norm of the vector. Since the curvature value depends on the sampling interval, instead of using the annotation points directly, for example, 20 neighboring points
Vector using principal component analysis (PCA) for
Is calculated (S13 to S14 in FIG. 3). The normalized first principal component is a vector
Used for.

同様に、ベクトル
も計算される(図3のS14)。
Similarly, the vector
Is also calculated (S14 in FIG. 3).

図6は、近傍点及び第1の主成分ベクトルの例示的な図を示す。この処理は各関心点Pに対して繰り返し実行される(図3のS12〜S16)。ここで、
は、
として計算される(図3のS13〜S14)。ここで、近接点の数は20である必要はなく、大きくても小さくてもよい。近接点として用いる点数が多いほど、曲率カーブは滑らかになる。
FIG. 6 shows an exemplary diagram of the neighbor points and the first principal component vector. This process is repeatedly executed for each interest point P i (S12 to S16 in FIG. 3). here,
Is
Is calculated as (S13 to S14 in FIG. 3). Here, the number of adjacent points does not have to be 20, and may be large or small. The more points used as the near points, the smoother the curvature curve.

次いで、ステップS5の血管位置補正処理Q2において、血管位置補正処理を図4のごとく以下の通り実行する。なお、この処理では、図4に示すように、各屈曲角に対して以下の処理を繰り返す(図4のS21〜S24)。   Next, in the blood vessel position correction process Q2 of step S5, the blood vessel position correction process is executed as shown in FIG. In this process, as shown in FIG. 4, the following process is repeated for each bending angle (S21 to S24 in FIG. 4).

まず、関節角が変化したときの動脈の動きを測定するために、我々はまず、動的プログラミングマッチング(DPマッチング)を用いて血管を異なる角度に整列させる。ここでは、角度がd又はdであるときのすべての血管点集合をそれぞれCd1、Cd2とする。DPマッチングは、2つのシーケンシャルデータ間のマッチングコストを最小限に抑えることによって、血管点集合Cd1上のすべての点と血管点集合Cd2上の点の一致する組み合わせのリストを生成する。血管点集合Cd1上のi番目の点をCd1 とし、血管点集合Cd2上のk番目の点をCd2 とする。ここで、|Cd1|は血管点集合Cd1の点の数である。2つのシーケンスの間のコストマトリクスは、血管点集合Cd1と血管点集合Cd2との間のマッチングを計算するために構成され、マトリクスGで示される。 First, in order to measure the motion of arteries as the joint angle changes, we first use dynamic programming matching (DP matching) to align the vessels at different angles. Here, all the blood vessel point sets when the angle is d 1 or d 2 are C d1 and C d2 , respectively. DP matching produces a list of matching combinations of all points on the vessel point set C d1 and points on the vessel point set C d2 by minimizing the matching cost between the two sequential data. The i-th point on the blood vessel point set C d1 is defined as C d1 i, and the k-th point on the blood vessel point set C d2 is defined as C d2 k . Here, | C d1 | is the number of points of the blood vessel point set C d1 . The cost matrix between the two sequences is constructed to compute the matching between the vessel point set C d1 and the vessel point set C d2 , denoted by matrix G n .

コストマトリクスGは|Cd1|×|Cd2|の行列で、行列のi行j列の要素は次式を用いて表される(図4のS22)。 The cost matrix G n is a matrix of | C d1 | × | C d2 |, and the element at the i-th row and the j-th column of the matrix is represented by the following equation (S22 in FIG. 4).

(1) (1)

ここで、関数min(・)は引数内の3つの数値のうちの最小値を示す関数である。また、   Here, the function min (·) is a function indicating the minimum value of the three numerical values in the argument. Also,

は、i,j>0に対して、点Cd1 における曲率と、点Cd2 の曲率との間の1ノルム距離(差の絶対値)である。他の実施例として、差の絶対値等、曲率の差の大きさを表す他の指標を用いてもよい。図8に3つの経路の例を示す。DP法はどの値が最小だったかを記憶として残すことで、最小パスを発見することができる。 Is the 1-norm distance (absolute value of difference) between the curvature at the point C d1 i and the curvature at the point C d2 j for i, j> 0. As another example, another index indicating the magnitude of the difference in curvature such as the absolute value of the difference may be used. FIG. 8 shows an example of three routes. The DP method can find the minimum path by storing as a memory which value was the minimum.

i≦0又は/及びj≦0に対するg(i,j)の値は次式のように定義ざれる。   The value of g (i, j) for i ≦ 0 or / and j ≦ 0 is defined by the following equation.

ここで、Infは無限大の数を意味し、例えば、g(i=0,j=1)は無限大の値を取る。これは、2つの血管シーケンスの最初は必ずマッチするということを意味する。   Here, Inf means an infinite number, and, for example, g (i = 0, j = 1) takes an infinite value. This means that the beginning of the two vessel sequences will always match.

次いで、バックトレース処理(図4のS23)について以下に説明する。前記コストマトリクスを計算した後、DP法は、基準血管の最後の点に対応する行g(|Cd1|,:)で値が最小のものを選択し、最後の点に対応する対応血管上の点を決定する。そこから、数12の式(1)において、各i,jでどのパスを選択したか(最小であったか)を、最終点から初期点まで最小パスをバックトレースする。図8は、曲率曲線30−60と曲率曲線30−90との間の位置合わせ結果の例を示す。曲率のピークが2つのデータ間で整列して位置補正されていることがわかる。 Next, the back trace processing (S23 in FIG. 4) will be described below. After calculating the cost matrix, the DP method selects the one with the smallest value in the row g (| C d1 |, :) corresponding to the last point of the reference blood vessel, and selects the corresponding value on the corresponding blood vessel corresponding to the last point. Determine the point. From there, back trace of the minimum path from the final point to the initial point as to which path is selected (i.e., the minimum) in each of i and j in Expression (1). FIG. 8 shows an example of the alignment result between the curvature curves 30-60 and 30-90. It can be seen that the curvature peaks are aligned and position-corrected between the two data.

以下のステップS6〜S9においては、各特徴量を順次計算するが、本発明はこれに限らず、複数のプロセッサを用いて4個の特徴量を並列に計算してもいいし、4個の特徴量のうち少なくとも1つを計算してもよい。もしくは、複数の組み合わせで計算してもよい。   In the following steps S6 to S9, each feature amount is sequentially calculated, but the present invention is not limited to this, and four feature amounts may be calculated in parallel using a plurality of processors, or four feature amounts may be calculated. At least one of the feature quantities may be calculated. Alternatively, a plurality of combinations may be used for calculation.

まず、ステップS6の曲率変化量計算処理において、指を曲げたときの各セグメントのD−Mx,P−Mx,P−Mx,M−Px領域の曲率の平均値の変化を計算する。ここで、角度dと角度dとの間のセグメントにおける曲率の平均の変化は、次式のように計算することができる。 First, in the curvature change amount calculation process of step S6, the change in the average value of the curvatures of the D-Mx, P-Mx, P-Mx, and M-Px regions of each segment when the finger is bent is calculated. Here, the average change in curvature in the segment between the angles d 1 and d 2 can be calculated as:

ここで、κ d2は、Spipの角度がdのときのi番目の点の曲率である。Sは血管点の添え字の集合である。|S|はSの要素の数である。実施例においては、次式のように設定した。 Here, κ i d2 is the curvature of the i-th point when the angle of S pip is d 2 . S is a set of subscripts of blood vessel points. | S | is the number of elements of S. In the example, the following equation was set.

(d,d)=(0,60)
(d,d)=(0,90)
(D 1 , d 2 ) = (0,60)
(D 1 , d 2 ) = (0, 90)

次いで、ステップS7において、螺旋領域振幅計算処理を実行する。この分析では、P−Mx領域において3つのピークを含むセグメントの血管の年齢と半径との関係を示す。セグメントを決定するために、まずピークをP−Mx領域で発見する。血管の湾曲曲線におけるすべての極大点が検出される。極大値がしきい値0.05よりも大きく、隣接極大値が極大値をもたない場合、極大点が極大点として登録される。次に、P−Mx領域において3つの最大ピークが選択される。選択されたピークは、図7に示すように、ApipからAm−mxの順にピークP1、P2、P3と名付けられる。ピークP1とピークP3との間の血管曲線は標的セグメントとして定義される。セグメントP1〜P3の第1主成分ベクトルが計算される。そして、セグメントのすべての点は、法線ベクトルが第1の主成分ベクトルである平面に投影される。第1成分ベクトルから投影面内の点までの最大距離は、外接円の半径として定義される。半径と年齢の散布図が図10のようにプロットされる。 Next, in step S7, a spiral region amplitude calculation process is executed. This analysis shows the relationship between age and radius of blood vessels in the segment containing three peaks in the P-Mx region. To determine the segment, first find the peak in the P-Mx region. All maxima in the curve of the blood vessel are detected. If the maximum value is larger than the threshold value 0.05 and the adjacent maximum value does not have the maximum value, the maximum point is registered as the maximum point. Next, the three largest peaks in the P-Mx region are selected. The selected peaks are named peaks P1, P2, and P3 in the order of A pip to Am-mx, as shown in FIG. 7. The vessel curve between peak P1 and peak P3 is defined as the target segment. The first principal component vector of the segments P1 to P3 is calculated. Then, all points of the segment are projected onto the plane whose normal vector is the first principal component vector. The maximum distance from the first component vector to a point on the projection plane is defined as the radius of the circumscribed circle. A scatter plot of radius and age is plotted as in FIG.

次いで、ステップS8において伸縮率計算処理を以下のように実行する。ここで、血管の局所領域における伸縮率は伸縮率=変形後血管の長さ÷変形前の血管の長さで定義される。   Next, in step S8, the expansion / contraction ratio calculation process is executed as follows. Here, the expansion / contraction ratio in the local region of the blood vessel is defined by the expansion / contraction ratio = the length of the blood vessel after the deformation / the length of the blood vessel before the deformation.

まず、変形前の関心領域内の血管の長さを求める。等間隔に再サンプリングしているので、血管上のサンプル数×間隔によって、血管の長さを求めることができる。変形後の血管のうち、変形前の関心領域内の血管と一致するセグメントをDPで求める。変形前の血管と同様の方法で、血管の長さを求めることができる。   First, the length of the blood vessel in the region of interest before deformation is obtained. Since the re-sampling is performed at equal intervals, the length of the blood vessel can be obtained by the number of samples on the blood vessel × interval. Of the deformed blood vessels, the segment that matches the blood vessel in the region of interest before the deformation is obtained by DP. The length of the blood vessel can be obtained by the same method as that of the blood vessel before the deformation.

オプションとして血管のたわみ度も求められる。たわみ度は以下の式で定義される。伸縮率=血管の長さ÷軸の長さ。軸の長さは以下のように2つの方法で計算できる。   Deflection of blood vessels is also required as an option. The degree of deflection is defined by the following formula. Stretch rate = Blood vessel length / Shaft length. The length of the shaft can be calculated in two ways:

(オプション1)局所領域内の血管のサンプリング点群の第一主成分をもとめ、軸のベクトルを求める。サンプリング点の端点から軸上へ垂直に射影し、その点を軸の端点とする。軸の端点から軸の長さを求める。
(オプション2)単純に血管のサンプリング点の端点同士を結んだ直線を軸として定義。よって軸の長さは、端点を結んだ距離となる。
(Option 1) The axis vector is obtained by obtaining the first principal component of the blood vessel sampling point group in the local region. Project vertically from the end point of the sampling point onto the axis, and use that point as the end point of the axis. Calculate the length of the axis from the end points of the axis.
(Option 2) Simply define the straight line connecting the end points of the blood vessel sampling points as the axis. Therefore, the length of the shaft is the distance connecting the end points.

次いで、ステップS9において捩率計算処理を実行する。ここで、捩率τ(t)は公知の次式で定義されて計算される。   Next, in step S9, a twist rate calculation process is executed. Here, the twist ratio τ (t) is defined and calculated by the following known equation.

ここで、
は点xでの微分であり、
は点xでの2回微分であり、
は点xでの3回微分
である。
here,
Is the derivative at the point x,
Is the second derivative at the point x,
Is the third derivative at the point x.

なお、離散データでは、それぞれ以下の通りに求めることができる。   The discrete data can be calculated as follows.

の求め方は、曲率と同様に、第一主成分を取ることで計算できる。 Similarly to the curvature, the calculation method of can be calculated by taking the first principal component.

さらに、ステップS10において、統計解析処理を実行して当該光超音波画像処理を終了する。前記統計解析処理の実施形態では、詳細後述する実施例で得られた、「手指のD−Px領域(PIP関節と基部との間の領域であって、基節骨部遠位3分の1に対応する領域)において所定の角度で(例えば30度から90度に)屈曲変化したときの血管曲率の3個のピークの変化量は、若年から老年にゆくにつれて小さくなる」という知見に基づいて、被験者の年齢を推定することができる。具体的には、前記領域において前記所定の角度で屈曲変化したときの血管曲率の3個のピークの変化量を多数の年齢の多数の被験者のデータを予め格納して平均データを作成することで、前記血管曲率の3個のピークの変化量に基づいて年齢を推定できる。   Further, in step S10, statistical analysis processing is executed and the optical ultrasonic image processing is ended. In the embodiment of the statistical analysis process, the “D-Px region of the finger (the region between the PIP joint and the base, which is the distal third of the proximal phalanx portion) obtained in an example described later in detail is obtained. Based on the knowledge that the amount of change in the three peaks of the blood vessel curvature when the flexion changes at a predetermined angle (for example, from 30 degrees to 90 degrees) in the area corresponding to , The age of the subject can be estimated. Specifically, the amount of change in the three peaks of the blood vessel curvature when the flexion changes at the predetermined angle in the region is stored in advance as the data of a large number of subjects of a large number of ages to create average data. , Age can be estimated based on the amount of change of the three peaks of the blood vessel curvature.

以上の実施形態において、画像化装置として、図1の光超音波画像化システムを用いているが、本発明はこれに限らず、MRI、MRA、CTなどの他の3次元画像化システムを用いてもよい。   Although the optical ultrasonic imaging system of FIG. 1 is used as the imaging device in the above embodiments, the present invention is not limited to this, and other three-dimensional imaging systems such as MRI, MRA, and CT are used. May be.

なお、以下の実施例において、図1の光超音波画像化システムを「PATシステム」という。   In the following examples, the optical ultrasonic imaging system shown in FIG. 1 is referred to as "PAT system".

以下、発明者らによって実施された実施例にかかる「近位指節間関節(PIP関節)の動きに対する指動脈の変形」について説明する。   Hereinafter, the “deformation of the finger artery with respect to the movement of the proximal interphalangeal joint (PIP joint)” according to the embodiment performed by the inventors will be described.

背景
指の再建術は指動脈の解剖研究を基礎に発展してきた。特に末節の微小血管に関する解剖研究は末節切断の再接着術(Nam et al., 2017)の確立に貢献し、指動脈の分枝に関する解剖研究は逆行性指動脈皮弁(reverse pedicle digital island flap)(Kojima et al., 1990)や背側指動脈皮弁(dorsal island flap)(Endo et al., 1990)などの動脈性皮弁(arterialized flap)の開発に寄与した。一方で指動脈のどの領域が、どの屈曲フェーズで、どのように変形するか、はほとんど知られていない。指に存在する3つの指節関節のなかでPIP関節は100度の広い屈伸レンジをもつ蝶番関節である。指動脈はPIP関節の屈伸回転軸の掌側を走行するため、関節の屈曲により動脈は屈曲だけでなく、軸圧を受ける。これは動脈が3次元に変形することを予想させる。健常な指では、PIP関節が最も深屈曲状態であっても末梢への血液循環は保たれている。このことは、関節屈曲においても指動脈がキンク(kink(極度の折れ曲がりが発生))しない変形機構の存在を示唆する。指動脈のネイティブな変形機構を加齢から独立して明らかにするには、皮下血管の3次元観察を可能とする無侵襲及び非接触的インビボ(in vivo)イメージングが必要である。
Background Finger reconstruction has been developed on the basis of anatomical studies of the finger arteries. In particular, anatomical studies on the microvessels of the distal node contribute to the establishment of re-adhesion of the distal node amputation (Nam et al., 2017), and anatomical studies on the branching of the finger arteries include reverse pedicle digital island flap. ) (Kojima et al., 1990) and dorsal island flap (Endo et al., 1990) and other arterialized flaps. On the other hand, little is known about which region of the finger arteries is deformed in which flexion phase. Among the three phalangeal joints present in the finger, the PIP joint is a hinge joint having a wide bending and stretching range of 100 degrees. Since the finger arteries run on the palm side of the flexion / extension axis of the PIP joint, the arteries are not only bent by the bending of the joint, but are also subjected to axial pressure. This predicts that the artery will deform in three dimensions. In a healthy finger, peripheral blood circulation is maintained even when the PIP joint is in the deepest flexion state. This suggests the existence of a deformation mechanism in which the digital arteries do not kink even when the joint is flexed (kink (excessive bending occurs)). To clarify the native deformation mechanism of the digital arteries independently of aging requires non-invasive and non-contact in vivo imaging that enables three-dimensional observation of subcutaneous blood vessels.

光超音波トモグラフィー(photoacoustic tomography)(PAT)は近赤外のパルスレーザー光と超音波によって血管を可視化する新しい画像診断技術である(Wang and Hu, 2012)。本研究の主目的は光超音波イメージングを用いてヒトの指動脈の関節運動下での変形を描出し、3次元的かつ定量的に変形を特徴付けることである。加えて、若年と中年の個人の指動脈の変形機構の違いを調べる。   Photoacoustic tomography (PAT) is a new diagnostic imaging technique that visualizes blood vessels with near-infrared pulsed laser light and ultrasound (Wang and Hu, 2012). The main purpose of this study is to visualize the deformation of human finger arteries under articulation using optical ultrasound imaging and to characterize the deformation three-dimensionally and quantitatively. In addition, we will examine the differences in the deformity mechanism of finger arteries in young and middle-aged individuals.

方法
研究は施設の倫理委員会の承認及びヘルシンキ宣言に基づき施行された。すべての被験者から書面の同意を得た。被験者組み入れ条件は、20歳以上の健常者、BMIが正常範囲内(男性18.5〜27.7kg/m、女性15.1〜24.7kg/m)(Yamakado et al, 2015)。高血圧や糖尿病その他血管に関連するあらゆる疾患の既往も、手の外傷歴もないこと、とした。12人ボランティアの22指が本研究に含まれた。内訳は22〜33歳の7指、38〜43歳の7指、50〜59歳の8指であった。PAT検査直前に血圧や脈拍を計測し、血圧が正常範囲内であり、かつ不整脈がないことを確認した。
Methodology studies were conducted under the approval of the institutional ethics committee and the Declaration of Helsinki. Written consent was obtained from all subjects. Subjects incorporated conditions, healthy person 20 years of age or older, BMI is within the normal range (Men 18.5~27.7kg / m 2, women 15.1~24.7kg / m 2) (Yamakado et al, 2015). He had no history of hypertension, diabetes, or any other vascular-related illness, or a history of hand trauma. Twenty-two fingers of 12 volunteers were included in this study. The breakdown was 7 fingers aged 22 to 33, 7 fingers aged 38 to 43, and 8 fingers aged 50 to 59. Blood pressure and pulse were measured immediately before the PAT examination, and it was confirmed that the blood pressure was within the normal range and that there was no arrhythmia.

本研究ではわれわれの研究グループによる既存研究で用いたものと同じ機器と同じ画像処理システム(PAIシステム)を用いた。簡単には、われわれの光超音波のシステムは半球状のカップの壁に超音波アレー(HAD)が埋め込まれており、カップの中心部には近赤外光発射装置が組み込まれている。HADは超音波の伝達のため脱気した水で満たされており、レーザー光が血管に照射されることにより超音波が生じ、それはカップ内壁に組み込まれた多数の超音波検出器に探知される。使用するレーザーはQスイッチレーザーで波長は795nm又は797nmであり、最大レーザー出力は米国規格協会(American National Standards Institute)で推奨されている最大許容暴露量の65%未満に制限された(15mJ/cm、20Hzの繰り返しレート)。屈曲位での指動脈を、その指全長にわたり描出するために、指の側面がレーザー発射装置に向くように指を配置する必要があった。その方法上の制約から示指(人指し指)橈側の指動脈(radialis indicis artery;RIA)が検査対象として選択された。PATでは骨や軟部組織が描出されないため、解剖学的ランドマークがない。そのため指の掌側にある、近位、中間、遠位の3つの生理的な指節皮線(proximal, middle, and distal digital crease)の背側端に紫インク(PATで検出可能)でマーキングを行った。これらのマーキングは、ベース(中手指節間関節(MP)からPIPまでの距離の約3分の1のレベル)、各指のPIPレベル及び遠位指節間(DIP)関節のレベルのランドマークとして用いられた。被験者の手は前腕回内位で示指橈側側面がレーザー光発射装置に向くようにカップ内に設置された。スキャン中、MP関節は伸展位に維持された。最初のスキャンは指伸展位でおこなわれ、その次に30度、60度、90度と自動屈曲し保持された。PIP関節のポジションは20年以上の手の外科経験をもつ外科医により角度計を用いて確認された。DIP関節のポジションはPIP関節の自動運動とともに変化した(Hahn et al., 1995)。スキャンは各関節角度あたりおよそ2分かかった。指はHDA中央に設置されたカメラで確認された。異なる個人の2本の示指は観察された変形の再現性を調べるため、異なる日程で2回撮影された。 In this research, the same equipment and the same image processing system (PAI system) as those used in the existing research by our research group were used. Briefly, our optical ultrasound system has an ultrasonic array (HAD) embedded in the wall of a hemispherical cup, with the near-infrared light emitter incorporated in the center of the cup. HAD is filled with degassed water for transmission of ultrasonic waves, and ultrasonic waves are generated by irradiating a blood vessel with laser light, which is detected by a large number of ultrasonic wave detectors incorporated in the inner wall of the cup. .. The laser used was a Q-switched laser with a wavelength of 795 nm or 797 nm, and the maximum laser power was limited to less than 65% of the maximum allowable exposure recommended by the American National Standards Institute (15 mJ / cm). 2 , 20 Hz repetition rate). In order to visualize the digital arteries in the flexed position over the entire length of the finger, it was necessary to position the finger so that the side of the finger faces the laser emitting device. Due to the limitation of the method, the radialis indicis artery (RIA) on the radial side of the index finger (index finger) was selected as a test object. There are no anatomical landmarks because PAT does not show bone or soft tissue. Therefore, purple ink (detectable by PAT) is marked on the dorsal end of the three proximal, middle, and distal physiodal creases on the palm side of the finger (proximal, middle, and distal digital crease). I went. These markings are landmarks at the base (a level of about one third of the metacarpophalangeal joint (MP) to PIP), the PIP level of each finger and the level of the distal interphalangeal (DIP) joint. Was used as. The hand of the subject was placed in the cup with the pronation of the forearm so that the side surface on the radial side of the index finger faced the laser beam emitting device. The MP joint was maintained in the extended position during the scan. The first scan was performed in the finger extension position, followed by automatic bending and holding at 30, 60, and 90 degrees. The position of the PIP joint was confirmed using a goniometer by a surgeon with over 20 years of hand surgery experience. The position of the DIP joint changed with the automatic movement of the PIP joint (Hahn et al., 1995). The scan took approximately 2 minutes for each joint angle. The finger was confirmed by a camera installed in the center of the HDA. The two index fingers of different individuals were photographed twice on different dates to examine the reproducibility of the observed deformation.

3次元画像はラボ内で開発された画像解析ソフトウェア(Kurumi, http://www.kuhp.kyoto-u.ac.jp/~diag_rad/intro/tech/kurumi.html)で14×14cmの領域が1120×1120画素の解像度で作成された。RIAの座標抽出を行うため、以下のように画像処理が行われた。まず、指の皮下静脈ネットワークとそれらの深部にあるRIAは8ビット画像で描出された。次に、クロスシュミレーションと呼ばれるプログラム(Sekiguchi, 2017)を用いて、指の皮膚表面を同定し、そこからの深度によって血管を色分けして描出した(図11(a))。皮下浅層の信号を削除することによって、皮下静脈のネットワークが削除され、結果的にRIAが独立して可視化された(図11(b))。最後に血管の輝度情報に基づいて動脈の3次元座標の軌跡を半自動的に同定した。血管の軌跡は同定した皮膚表面からの深度により色分けして閲覧された(図11(c))。PIP関節のそれぞれの屈曲位において、RIAの解剖学的位置を把握するため、3つの解剖学的ランドマークを含む面を用いて、RIAを基節骨部領域(Px)と中節骨部領域(Mx)に分割した。屈曲位においては、PIP近傍の動脈の分割は基部−PIPの軸(Base−PIP axis)とPIP−DIPの軸(PIP−DIP axis)がなす角を2等分する面でおこなった。さらに各領域をそれぞれの軸の中点を含む面で2分割し、合計4つの領域に分割した。それら4つのサブ領域は近位から遠位の方向に向かって、以下のように定義した。各小領域について、近位指節の中央3分の1(M−Px)、近位指節の遠位3分の1(D−Px)、中間指節の近位半分(P−Mx)、中間指節の遠位半分(D−Mx)の各領域を定義した。 The 3D image is 14 × 14 cm 2 area with image analysis software (Kurumi, http://www.kuhp.kyoto-u.ac.jp/~diag_rad/intro/tech/kurumi.html) developed in the laboratory. Was created with a resolution of 1120 × 1120 pixels. In order to extract the coordinates of RIA, image processing was performed as follows. First, the subcutaneous vein networks of the fingers and their deep RIA were visualized in 8-bit images. Next, a program called cross simulation (Sekiguchi, 2017) was used to identify the skin surface of the finger, and the blood vessels were color-coded according to the depth from the surface (FIG. 11 (a)). By deleting the signal of the superficial subcutaneous layer, the network of subcutaneous veins was deleted, and as a result, the RIA was independently visualized (FIG. 11 (b)). Finally, the trajectory of the three-dimensional coordinates of the artery was semi-automatically identified based on the brightness information of the blood vessel. The blood vessel locus was browsed by color according to the depth from the identified skin surface (FIG. 11 (c)). In order to grasp the anatomical position of the RIA in each flexion position of the PIP joint, the RIA is used as a base phalangeal region (Px) and a middle phalanx region by using a plane including three anatomical landmarks. It was divided into (Mx). In the flexed position, the arteries near the PIP were divided in a plane that bisects the angle between the base-PIP axis (Base-PIP axis) and the PIP-DIP axis (PIP-DIP axis). Furthermore, each area was divided into two areas by a plane including the midpoint of each axis, and a total of four areas were divided. The four subregions were defined as follows from the proximal to the distal direction. For each subregion, the central third of the proximal phalanx (M-Px), the distal third of the proximal phalanx (D-Px), the proximal half of the middle phalanx (P-Mx). , Each region of the distal half of the medial phalanx (D-Mx) was defined.

曲率の計測は動脈の座標データを基に行われた。曲率計算はサンプリングした点の間隔に影響されることから、われわれは0.125ミリの間隔の20ポイントについて主成分解析を行いて主成分ベクトルを求め、それを用いて曲率を計算した。動的計画法(DP)を用いて血管セグメントの対応付けを行った.3次元の準螺旋構造を観察するため、準螺旋構造の座標値から第一主成分ベクトルを用いて振幅を定量した。   The curvature was measured based on the coordinate data of the artery. Since the curvature calculation is affected by the interval of the sampled points, we calculated the curvature by using the principal component vector by performing the principal component analysis on 20 points at the intervals of 0.125 mm. Correlation of blood vessel segments was performed using dynamic programming (DP). To observe the three-dimensional quasi-helical structure, the amplitude was quantified using the first principal component vector from the coordinate values of the quasi-helical structure.

データ解析
正規分布するデータは平均(標準偏差)で記載された。関連するデータの変動に対する1要因の効果を判定するため一因子反復測定分散分析法とTukey試験を用いた。P値0.05未満を有意差ありと判断した。
Data analysis Data with normal distribution are shown as the mean (standard deviation). One-factor repeated measures ANOVA and Tukey's test were used to determine the effect of one factor on the variation of relevant data. A P value of less than 0.05 was judged to have a significant difference.

結果と考察
22〜33歳の若年者のRIAの形態変化を評価した。図12A及び図12Bは最も若い(22歳)のPAT画像である。0度及び30度においてはD−Mx領域の平均曲率が有意に他の領域に比較して高かったが、それ以外の3領域間には有意な違いを認めなかった(図13A及び図13B)。60度ではD−Mx領域とD−Px領域で隣接する領域と比較して平均曲率が有意に高く、90度ではD−Px領域のみが有意に高値を示した。D−Mx領域とD−Px領域での曲率上昇の元となった変形を確かめるため、3次元観察を行った。0度から30度ではRIAは全体的に直線的もしくはゆるやかな曲線の走行をしていたが(図12A)、60度になるとD−Mx領域とD−Px領域に逆W字型の波状変形が現れた(図12B)。90度ではD−Px領域の逆W状の変形は曲線の彎曲の増加とひねりにより3次元的な形態となった。この変形は近位から遠位の順に以下の3つの連続する曲線で構成されていた。最初は背尺側方向に向く曲線(以下、曲線DU1という。)、2番目は掌橈側方向に向く曲線(曲線PRと呼ぶ)、最後は再び背尺側方向に向く曲線(以下、曲線DU2という。)、であった。この構成は再現性があり、すべての被験者で認められた。曲線DU1は指基部からPIP関節までの平均57%に、曲線DU2は83%に位置していた(表1)。平均振幅は1.7mmであった(表2)。
Results and Discussion The morphological changes of RIA in young people aged 22 to 33 years were evaluated. 12A and 12B are the youngest (22 years old) PAT images. At 0 degrees and 30 degrees, the average curvature of the D-Mx region was significantly higher than that of the other regions, but no significant difference was observed between the other three regions (FIGS. 13A and 13B). .. At 60 degrees, the average curvature was significantly higher than the adjacent areas in the D-Mx area and the D-Px area, and at 90 degrees, only the D-Px area showed a significantly high value. Three-dimensional observation was performed in order to confirm the deformation that caused the increase in curvature in the D-Mx region and the D-Px region. At 0 to 30 degrees, the RIA was running in a straight or gentle curve as a whole (Fig. 12A), but at 60 degrees, the reverse W-shaped wavy deformation occurred in the D-Mx region and the D-Px region. Appeared (Fig. 12B). At 90 degrees, the inverse W-shaped deformation of the D-Px region became a three-dimensional shape due to the increase of the curve curvature and the twist. This deformation consisted of the following three consecutive curves in proximal to distal order: A curve that first faces the back scale side (hereinafter referred to as curve DU1), a second curve that faces the palm radial direction (referred to as curve PR), and a curve that faces the back scale side again (hereinafter referred to as curve DU2). .),Met. This configuration was reproducible and was observed in all subjects. The curve DU1 was located at an average of 57% from the finger base to the PIP joint, and the curve DU2 was located at 83% (Table 1). The average amplitude was 1.7 mm (Table 2).

次に中年個人のデータを用いてRIAの変形を評価した。図14A及び図14Bにもっとも高齢の参加者、59歳男性の光超音波画像を示す。屈曲90度ではD−Mx領域、D−Px領域における3連続ひねり変形の発現は若年者の所見と同様に観察された。この3連続ひねりの位置は若年者と類似していた(表1)。しかしながら、その3連続ひねり変形は指伸展位でも温存されていた(図14B)。DPを用いて動脈のマッチングをして得た、関節屈曲30度と90度の曲率グラフを図15に示す。3峰の形態がD−Px領域に認められ、それらはPAT画像の3連続ひねり変形に一致していた。表2にRIAの形態と変形に関するデータを示す。屈曲90度でのD−Px領域の形態パラメータは3つの年齢グループで類似していた。しかしながら、D−Px領域の平均曲率変化量は年齢が上がるとともに減少した。   Next, RIA variants were assessed using middle-aged individual data. 14A and 14B show optical ultrasound images of the oldest participant, a 59 year old man. At 90 degrees of flexion, the expression of three consecutive twisting deformations in the D-Mx region and the D-Px region was observed similarly to the findings of the young person. The positions of these three consecutive twists were similar to those in young people (Table 1). However, the three consecutive twist deformations were preserved even in the finger extension position (FIG. 14B). FIG. 15 shows curvature graphs of joint flexion of 30 degrees and 90 degrees obtained by matching arteries with DP. Three-peak morphology was observed in the D-Px region, which was consistent with the three consecutive twist distortions of the PAT image. Table 2 shows data on the morphology and deformation of RIA. Morphological parameters in the D-Px region at 90 degrees of flexion were similar in the three age groups. However, the average curvature change in the D-Px region decreased with increasing age.

議論
我々は、PATを使用して、様々な年齢の個体の指動脈の形態学的変化に関する非侵襲的に生体内3Dデータを取得した。報告によると、PATの性能は体内の部位によって異なる(Toi et al., 2017; Tsuge et al., 2018)。皮下血管の最大撮像深度は、大腿部の穿通枝血管の研究で13mmであった(Tsuge et al., 2018)。この深さは、RIAを描出するのに十分である。我々は、PATが指動脈の解剖学的及び生体力学的研究において有用なツールになると信じている。
Discussion We used PAT to acquire non-invasive in vivo 3D data on morphological changes of the finger arteries in individuals of various ages. Reportedly, the performance of PAT differs depending on the site in the body (Toi et al., 2017; Tsuge et al., 2018). The maximum imaging depth of subcutaneous blood vessels was 13 mm in a femoral perforator vessel study (Tsuge et al., 2018). This depth is sufficient to image the RIA. We believe that PAT will be a useful tool in anatomical and biomechanical studies of the finger arteries.

RIAと固有指動脈は、直径や起始は異なるものの、解剖学的特徴は類似している(Coleman and Anson, 1961)。近位節骨におけるRIAの直径は0.9及び1.4mmである(Braga-Silva et al., 2002; Leslie et al., 1987)。RIAと固有指動脈は両方とも複数の分枝をもつ。手掌側には、3つの大きな指動脈のアーチが存在する:近位、中央及び遠位の横掌側アーチと呼ばれている(Endo et al.,1992; Strauch and de Moura,1990)。近位横掌側アーチは、近位(C1)十字靭帯の分枝から形成されたトンネルを通過する(Yousif et al.,1985)。同様に、中央横掌側アーチは遠位(C3)十字靭帯によって形成された脚部を通過する。指動脈は背側に複数の分枝を有する。示指(人指し指)では、背側分枝は、PIP関節より12〜16mm近位からPIP関節の9−12mm遠位の間に位置する(Braga-Silva et al., 2002; Kostopoulos etal.,2016)。これらの背側枝は、クリーランド(Cleland)靭帯を通過し、指節骨の近傍を走り、指の背側に出る(Endo et al., 1992; Strauch and de Moura, 1990)。特に、近位指節の遠位3分の1の背側枝の1つは、近位横掌側アーチと同じレベルに起始する(Strauch and de Moura, 1990; Yousif et al., 1985)。従って、この部位の指動脈は、異なる方向の2つの分枝によって繋がれている。我々は、ベースからPIP関節までの距離の57%でRIAの変形が起こることを見出した。これは、近位横掌側アーチのレベルに相当する。これは、アーチの部位において動脈の縦方向運動が制限されることと、RIAの変形が関節近傍領域に局在することが関連している可能性を示唆する。   The RIA and the proper digital artery have similar anatomical features, although they differ in diameter and origin (Coleman and Anson, 1961). RIA diameters in the proximal phalanx are 0.9 and 1.4 mm (Braga-Silva et al., 2002; Leslie et al., 1987). Both the RIA and the proper digital artery have multiple branches. On the palmar side, there are three large arches of the finger arteries: called the proximal, central and distal lateral palmar arches (Endo et al., 1992; Strauch and de Moura, 1990). The proximal lateral arch passes through a tunnel formed from the branches of the proximal (C1) cruciate ligament (Yousif et al., 1985). Similarly, the mid-lateral palmar arch passes through the leg formed by the distal (C3) cruciate ligament. The digital arteries have multiple branches on the dorsal side. In the index finger (index finger), the dorsal branch is located 12-16 mm proximal to the PIP joint and 9-12 mm distal to the PIP joint (Braga-Silva et al., 2002; Kostopoulos et al., 2016). .. These dorsal branches pass through the Cleland ligament, run near the phalanx, and dorsally to the fingers (Endo et al., 1992; Strauch and de Moura, 1990). In particular, one of the dorsal branches in the distal third of the proximal phalanx originates at the same level as the proximal lateral arch (Strauch and de Moura, 1990; Yousif et al., 1985). Therefore, the finger arteries at this site are connected by two branches in different directions. We found that deformation of the RIA occurs at 57% of the distance from the base to the PIP joint. This corresponds to the level of the proximal lateral palm arch. This suggests that the longitudinal motion of the artery is restricted at the site of the arch and that the RIA deformation is localized in the near-joint region.

我々は、D−Px領域におけるRIA変形が3つの連続ひねり曲線によって特徴付けられていることを見出した。さらに、それらの曲線の振幅は小さかった。変形パターン及び振幅が類似することは、その変形が解剖学的基礎を有することを示唆する。Smith et al.,(1991)は、134の指動脈の50%がDIP関節付近に複数の波状変形を有することを報告した。彼らは、互いに90度の3つの連続曲線によって形成される変形を「270度の曲がり」と記述した。彼らは、この曲線部分が、保護バネのように、DIP関節が屈曲して伸長する際に生じる制限された弾性に対して、血管を保護するために構成されると信じた。彼らは、PIP関節の近位に動脈の変形を記述しなかった。DIP関節とPIP関節の動作範囲は異なるが、このタイプのバネ状の変形メカニズムは蝶番関節に共通すると推定するのが合理的である。解剖学的に、DIP関節及びPIP関節に近い部分の指動脈は、脂肪組織に包まれ、グレイソン(Grayson)靭帯(手掌側)(Grayson, 1941)及びクリーランド(Cleland)靱帯(背側)(Chrysopoulo et al., 2002; Zwanenburg et al., 2014)に挟まれている。これらの靭帯は、指関節屈曲の際に神経血管束を安定化させる役割を果たすと考えられている(Zwanenburg et al., 2014)。クリーランド(Cleland)靭帯が指節間関節の近傍に存在することは近位の、これらの靭帯と3つの連続ひねり曲線変形との間に機械的関連性があることを示唆している。   We have found that the RIA deformation in the D-Px region is characterized by three continuous twist curves. Moreover, the amplitude of those curves was small. A similar deformation pattern and amplitude suggests that the deformation has an anatomical basis. Smith et al., (1991) reported that 50% of 134 digital arteries had multiple wavy deformations near the DIP joint. They described the deformation formed by three continuous curves 90 degrees to each other as a "270 degree bend". They believed that this curved section was constructed to protect the vessel against the limited elasticity that occurs when the DIP joint flexes and extends, like a protective spring. They did not describe arterial deformation proximal to the PIP joint. Although the operating ranges of the DIP joint and the PIP joint are different, it is rational to presume that this type of spring-like deformation mechanism is common to the hinge joint. Anatomically, the finger arteries near the DIP and PIP joints are wrapped in adipose tissue and are associated with Grayson's ligament (palm) (Grayson, 1941) and Cleland's ligament (dorsal) ( Chrysopoulo et al., 2002; Zwanenburg et al., 2014). These ligaments are thought to play a role in stabilizing the neurovascular bundle during flexion of the knuckles (Zwanenburg et al., 2014). The presence of Cleland ligaments in the vicinity of the interphalangeal joints suggests a proximal, mechanical association between these ligaments and three continuous twist curve deformations.

すぐに運動すると血管吻合に傷害を引き起こす恐れがあるため、血行再建術後には広い可動域のPIP関節運動訓練を遅くすることが行われている(Silverman and Gordon,1996)。我々は、PIP関節運動に関連する変形が近位指節の遠位3分の1に局在することを見出した。これは、基節骨部の中間領域において吻合が行われ、近位横掌側アーチの部位に位置する分枝が損傷していない場合、早期の関節運動療法が許容され得ることを示す。MP関節の屈曲ポジションは、屈筋腱修復後のリハビリテーションに影響する(Tang, 2007)。我々は、MP関節の屈曲角がPIP関節運動に伴う変形に及ぼす影響については研究しなかった。この関係についての今後の研究は、臨床における指動脈変形のさらなる理解に寄与するであろう。   Since immediate exercise may cause damage to the vascular anastomosis, it has been practiced to delay PIP joint exercise training with a wide range of motion after revascularization (Silverman and Gordon, 1996). We found that the deformations associated with PIP articulation were localized to the distal third of the proximal phalanx. This indicates that early ankle motion therapy can be tolerated if an anastomosis is performed in the midregion of the proximal phalanx and the branch located at the site of the proximal palmar arch is intact. Flexion position of MP joints affects rehabilitation after flexor tendon repair (Tang, 2007). We did not study the effect of flexion angle of MP joints on deformation associated with PIP joint movement. Future studies of this relationship will contribute to a better understanding of digital arterial deformity in the clinic.

以前のPATの研究では、適切な指動脈の蛇行が年齢と共に増加することが分かった(Matsumoto et al., 2018)。30度から90度屈曲までの形態変化は年齢とともに減少し、中高年者では30度の屈曲においても3峰性形態が観察された。前進皮弁などの手術を行う場合、指動脈の弾性が年齢とともに低下する可能性があることを認識する必要がある。   Previous PAT studies have found that proper finger arterial tortuosity increases with age (Matsumoto et al., 2018). Morphological changes from 30 ° to 90 ° flexion decreased with age, and trimodal morphology was observed in middle-aged and elderly people even at 30 ° flexion. It is important to recognize that the elasticity of the finger arteries may decline with age when performing procedures such as advancing flaps.

図表の説明Chart description

(図11の説明)
図11はPAT及び関連する画像処理を使用してRIAを画像化したものである。
(a)示指および中指側面が描出されている。この画像は、皮膚表面からの深さによって色分けされている(ただし、出願図面では、白黒画像である)。
(b)この図は、深層のみを示している。
(c)動脈の経路に沿って4つの領域が同定された。
DIP:遠位指節間関節;
D−Mx:中節骨の遠位半分に対応する領域;
D−Px:基節骨の遠位3分の1に対応する領域;
M−Px:基節骨の中間3分の1に対応する領域。
PIP:近位指節間関節;
P−Mx:中節骨の近位半分に対応する領域。
(Explanation of FIG. 11)
FIG. 11 is an image of a RIA using PAT and related image processing.
(A) The side surfaces of the index finger and the middle finger are depicted. This image is color-coded according to the depth from the skin surface (however, in the application drawings, it is a black and white image).
(B) This figure shows only the deep layer.
(C) Four regions were identified along the arterial pathway.
DIP: distal interphalangeal joint;
D-Mx: a region corresponding to the distal half of the middle phalanx;
D-Px: a region corresponding to the distal third of the proximal phalanx;
M-Px: a region corresponding to the middle third of the phalanx.
PIP: proximal interphalangeal joint;
P-Mx: A region corresponding to the proximal half of the middle phalanx.

(図12A及び図12Bの説明)
図12及び図12Bは、22歳の男性におけるRIAの変形(図12A)側面図及び(図12B)斜背面図を示す。動脈の経路に沿って、色は皮膚の表面からの深さに対応する。60度及び90度の屈曲において、3つの曲線の形態の動脈の変形が、D−Px領域及びD−Mx領域で観察され得る(バーで示す)。しかし、他の領域では、直線状の形態が維持されている(矢印)。DU1、PR及びDU2は、変形によって形成される3つの曲線を表す。
ベース:指の基部。
DIP:遠位指節間関節;
D−Mx:中節骨の遠位半分に対応する領域;
D−Px:基節骨の遠位3分の1に対応する領域;
M−Px:基節骨の中間3分の1に対応する領域。
PIP:近位指節間関節;
P−Mx:中節骨の近位半分に対応する領域。
(Explanation of FIGS. 12A and 12B)
12 and 12B show a modified (FIG. 12A) side view and (FIG. 12B) oblique rear view of the RIA in a 22 year old man. Along the path of the arteries, color corresponds to depth from the surface of the skin. At 60 and 90 degrees of flexion, arterial deformation in the form of three curves can be observed in the D-Px and D-Mx regions (indicated by bars). However, in other regions, the linear shape is maintained (arrow). DU1, PR and DU2 represent the three curves formed by the deformation.
Base: The base of the finger.
DIP: distal interphalangeal joint;
D-Mx: a region corresponding to the distal half of the middle phalanx;
D-Px: a region corresponding to the distal third of the proximal phalanx;
M-Px: a region corresponding to the middle third of the phalanx.
PIP: proximal interphalangeal joint;
P-Mx: A region corresponding to the proximal half of the middle phalanx.

(図13A〜図13Dの説明)
図13A〜図13Dは若年者の各関節屈曲角における、各領域の平均曲率を示す。図13Aは0度、図13Bは30度、図13Cは60度、図13Dは90度である。
D−Mx:中節骨の遠位半分に対応する領域;
D−Px:基節骨の遠位3分の1に対応する領域;
M−Px:基節骨の中間3分の1に対応する領域;
P−Mx:中節骨の近位半分に対応する領域。
バーは標準偏差を示す。
*p<0.05、**p<0.01。
(Description of FIGS. 13A to 13D)
13A to 13D show the average curvature of each region at each joint flexion angle of a young person. 13A is 0 degrees, FIG. 13B is 30 degrees, FIG. 13C is 60 degrees, and FIG. 13D is 90 degrees.
D-Mx: a region corresponding to the distal half of the middle phalanx;
D-Px: a region corresponding to the distal third of the proximal phalanx;
M-Px: a region corresponding to the middle third of the proximal phalanx;
P-Mx: A region corresponding to the proximal half of the middle phalanx.
Bars show standard deviation.
* P <0.05, ** p <0.01.

(表1の説明)
表1は、基節骨の遠位3分の1に対応する領域におけるRIAの変形の位置を示す。構造の位置は、ベースから近位指節間関節までの距離のパーセンテージとして定義される。データは平均(標準偏差)として示される。
(Explanation of Table 1)
Table 1 shows the location of the RIA deformation in the region corresponding to the distal third of the proximal phalanx. The position of the structure is defined as the percentage of distance from the base to the proximal interphalangeal joint. Data are presented as the mean (standard deviation).

(表2の説明)
表2は、RIAの形態と変形に関連するパラメータを示す。データは平均(標準偏差)として示される。Kは曲率を示す。
D−Mx:中節骨の遠位半分に対応する領域;
D−Px:基節骨の遠位3分の1に対応する領域;
M−Px:基節骨の中間3分の1に対応する領域。
PIP:近位指節間関節;
P−Mx:中節骨の近位半分に対応する領域。
(Explanation of Table 2)
Table 2 shows the parameters related to RIA morphology and deformation. Data are presented as the mean (standard deviation). K indicates the curvature.
D-Mx: a region corresponding to the distal half of the middle phalanx;
D-Px: a region corresponding to the distal third of the proximal phalanx;
M-Px: a region corresponding to the middle third of the phalanx.
PIP: proximal interphalangeal joint;
P-Mx: A region corresponding to the proximal half of the middle phalanx.

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以上詳述したように、本発明に係る画像処理装置等によれば、被験者の複数の可動部の形状が変化した場合に、従来例に比較して、動脈血管などの被験部位の特徴量を正確に検出することができる。特に、可動部が手指の関節であり、動脈血管などの被験部位における、曲率変化量、螺旋領域の振幅、捩率などの特徴量を計算し、当該特徴量に基づいて、例えば年齢推定などの所定の解析を行うことができる。   As described above in detail, according to the image processing apparatus and the like according to the present invention, when the shapes of the plurality of movable parts of the subject are changed, the feature amount of the test site such as arterial blood vessel is compared with the conventional example. Can be accurately detected. In particular, the movable part is the joint of the finger, and the feature amount such as the amount of change in curvature, the amplitude of the spiral region, and the twist ratio in the test site such as the arterial blood vessel is calculated, and based on the feature amount, for example, age estimation, etc. Predetermined analysis can be performed.

1 検査対象物、
10 光超音波画像化装置、
11 コントローラ、
12 信号受信回路、
13 データメモリ、
14 操作部、
15 表示部、
16 画像処理部、
20 光超音波光源及び検出装置、
21 センサ支持部、
22 センサ、
23 メッシュ板、
24 水、
25 レーザー光源、
P1,P2 前置処理、
Q1,Q2 血管位置補正処理。
1 inspection object,
10 optical ultrasound imaging device,
11 controller,
12 signal receiving circuit,
13 data memory,
14 Operation part,
15 Display,
16 Image processing unit,
20 optical ultrasonic light source and detection device,
21 sensor support,
22 sensors,
23 mesh board,
24 water,
25 laser light source,
P1, P2 pretreatment,
Q1, Q2 Blood vessel position correction processing.

Claims (8)

被験者の被験部位に光を照射することで、当該被験部位を三次元画像に画像化する画像化手段を備えた画像処理装置において、
前記画像化手段は複数の可動部を含む被験部位を三次元画像に画像化し、
前記画像処理装置は、
前記画像化された三次元画像に基づいて、前記複数の可動部が屈曲する前後の当該被験部位の特徴量を計算する処理手段を備えたことを特徴とする画像処理装置。
By irradiating the test site of the subject with light, in an image processing apparatus equipped with an imaging means for imaging the test site into a three-dimensional image,
The imaging means images a test site including a plurality of movable parts into a three-dimensional image,
The image processing device,
An image processing apparatus comprising: a processing unit that calculates a feature amount of the test site before and after the plurality of movable portions are bent based on the imaged three-dimensional image.
前記処理手段は、前記複数の可動部が屈曲する前後の当該被験部位の特徴量を計算した後、前記前記複数の可動部が屈曲するときの位置を前記複数の可動部に対応させて補正することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。   The processing means calculates the characteristic amount of the test site before and after the plurality of movable parts are bent, and then corrects the position when the plurality of movable parts is bent in correspondence with the plurality of movable parts. The image processing apparatus according to claim 1, wherein 前記処理手段は、前記画像化された三次元画像から前記被験部位を抽出した後、当該被験部位を前記各可動部に対応させて複数の領域に分割することで、当該複数の領域を特定する前置処理を実行することを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。   The processing means, after extracting the test site from the imaged three-dimensional image, divides the test site into a plurality of regions corresponding to the movable parts, thereby specifying the plurality of regions. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus executes preprocessing. 前記特徴量は、前記被験部位の曲率の変化量と、前記被験部位の螺旋領域の振幅と、前記被験部位の伸縮率と、前記被験部位の捩率とのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の画像処理装置。   The feature amount is at least one of a change amount of curvature of the test site, an amplitude of a spiral region of the test site, an expansion / contraction rate of the test site, and a twist rate of the test site. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, which is characterized. 前記画像化手段は、光超音波画像化装置であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の画像処理装置。   The image processing device according to claim 1, wherein the imaging unit is an optical ultrasonic imaging device. 前記被験部位は手指であり、
前記処理手段は、前記手指の近位指節間関節と基部との間の領域であって、前記基部から見て実質的に遠位3分の1に対応する領域において、所定の角度で屈曲変化させたときの当該手指の血管曲率の3個のピークの変化量に基づいて、前記被験者の年齢を推定することを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の画像処理装置。
The test site is a finger,
The processing means bends at a predetermined angle in a region between the proximal interphalangeal joint of the finger and the base, which corresponds substantially to the distal third of the base. The image according to any one of claims 1 to 5, wherein the age of the subject is estimated based on the amount of change in the three peaks of the blood vessel curvature of the finger when changed. Processing equipment.
画像化手段が、被験者の被験部位に光を照射することで、複数の可動部を含む当該被験部位を三次元画像に画像化するステップと、
処理手段が、前記画像化された三次元画像に基づいて、前記複数の可動部が屈曲する前後の当該被験部位の特徴量を計算するステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
Imaging means, by irradiating the test site of the subject with light, the step of imaging the test site including a plurality of movable parts into a three-dimensional image,
The processing means calculates the characteristic amount of the test site before and after the plurality of movable parts are bent based on the imaged three-dimensional image, and the image processing method.
請求項7記載の各ステップを含むことを特徴とする、コンピュータにより実行される画像処理プログラム。   An image processing program executed by a computer, comprising each step according to claim 7.
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