X線モーション分析 – 日本語百科事典辞書

X-ray_motion_analysis
X線モーション分析は、X線を使用してオブジェクトの動きを追跡するために使用される手法です。これは、被画像をX線ビームの中心に配置し、イメージインテンシファイアと高速度カメラを使用して動きを記録することで実行されます。これにより、1秒間に何度もサンプリングされる高品質のビデオが可能になります。X線の設定に応じて、この手法では、骨や軟骨など、オブジェクト内の特定の構造を視覚化できます。X線モーション分析は、歩行分析の実行、関節の動きの分析、または軟組織によって隠された骨の動きの記録に使用できます。。骨格の動きを測定する能力は、脊椎動物の生体力学、エネルギー学、および運動制御を理解するための重要な側面です。

コンテンツ
1 イメージング方法
1.1 平面 1.2 バイプラナー
2 追跡技術
2.1 マーカー付き 2.2 マーカーレス
3 分析
4 アプリケーション
5 も参照してください
6 参考文献

イメージング方法

平面X線システム。

平面
透視室
多くのX線検査は、単一のX線エミッターとカメラで実行されます。このタイプのイメージングでは、X線の2次元平面での動きを追跡できます。動きを正確に追跡するために、動きはカメラのイメージング平面と平行に実行されます。において、歩行分析は、平面X線研究がで行われる矢状面大きな動きの非常に正確なトラッキングを可能にします。平面X線および追跡対象のモデルから6つの移動自由度すべてを推定できるようにする方法が開発されました。

トレッドミルでラットの骨格の動きをキャプチャする、バイプラナー透視システムのセットアップの例。

バイプラナー
真に平面的な動きはほとんどありません。平面X線画像は動きの大部分を捉えることができますが、すべてではありません。動きの3次元すべてを正確にキャプチャして定量化するには、バイプラナーイメージングシステムが必要です。多くの施設が1つのX線エミッターにしかアクセスできないため、バイプラナーイメージングを実行することは困難です。 2番目のX線およびカメラシステムを追加すると、2Dイメージング平面は、X線ビームの交点で3Dボリュームのイメージングに拡張されます。イメージングのボリュームは2つのX線ビームの交点にあるため、全体のサイズはX線エミッターの面積によって制限されます。

追跡技術
参照：
モーションキャプチャ

マーカー付き
モーションキャプチャ技術では、画像のキャプチャに反射マーカーを使用することがよくX線イメージングでは、X線画像で不透明に見えるマーカーが利用されます。これには、対象に取り付けられた放射線不透過性の球体の使用が含まれることがよくマーカーは被験者の骨に埋め込むことができ、X線画像で見えるようになります。この方法では、被験者が運動分析を受ける前に、移植のための外科的処置と治癒期間が必要です。正確な3D追跡を行うには、追跡する各骨に少なくとも3つのマーカーを埋め込む必要がマーカーを被験者の皮膚に配置して、下にある骨の動きを追跡することもできますが、皮膚に配置されたマーカーは皮膚の動きのアーチファクトに敏感です。これらは、骨に埋め込まれたマーカーと比較した、皮膚に配置されたマーカーの位置の測定におけるエラーです。これは、軟組織が上にある皮膚よりも自由に動く場所で発生します。次に、マーカーはX線カメラに対して追跡され、動きは局所的な解剖学的物体にマッピングされます。

マーカーレス
新たな技術とソフトウェアにより、放射線不透過性マーカーを必要とせずに動きを追跡することが可能になっています。追跡対象の3Dモデルを使用することにより、各フレームでX線ビデオの画像にオブジェクトをオーバーレイできます。マーカーのセットとは対照的に、モデルの平行移動と回転は、X線カメラに対して追跡されます。ローカル座標系を使用して、これらの平行移動と回転を標準の解剖学的動きにマッピングできます。オブジェクトの3Dモデルは、MRIやCTスキャンなどの3Dイメージング技術から生成されます。マーカーレス追跡には、非侵襲的な追跡方法であるという利点があり、手術による合併症を回避できます。動物はスキャンのために鎮静または犠牲にする必要があるため、動物研究で3Dモデルを生成することから1つの困難が生じます。

分析
キネマティクス
平面X線イメージングでは、マーカーまたは物体の動きが専用のソフトウェアで追跡されます。初期位置の推測は、マーカーまたはボディに対してユーザーによって提供されます。ソフトウェアは、その機能に応じて、ユーザーがビデオの各フレームのマーカーまたはボディを手動で見つける必要がまたは、ビデオ全体の場所を自動的に追跡することもできます。自動追跡は正確さを監視する必要があり、マーカーまたはボディを手動で再配置する必要がある場合が追跡データが各マーカーまたは関心のある体に対して生成された後、追跡は局所的な解剖学的体に適用されます。たとえば、股関節と膝に配置されたマーカーは、大腿骨の動きを追跡します。次に、局所解剖学の知識を使用して、これらの運動をX線面での解剖学的運動用語に変換できます。
バイプラナーX線イメージングでは、モーションも専用のソフトウェアで追跡されます。平面分析と同様に、ユーザーは初期位置の推測を提供し、マーカーまたはボディを手動で追跡するか、ソフトウェアがそれらを自動的に追跡できます。ただし、バイプラナー分析では、すべての追跡を両方のビデオフレームで同時に実行し、オブジェクトを空きスペースに配置する必要が両方のX線カメラは、既知のボリュームのオブジェクトを使用してキャリブレーションする必要がこれにより、ソフトウェアはカメラの相対的な位置を特定し、ユーザーが両方のビデオフレームに沿ってオブジェクトの3Dモデルを配置できるようになります。追跡データは、マーカーまたは体ごとに生成され、ローカルの解剖学的体に適用されます。次に、追跡データは、自由空間における解剖学的運動項としてさらに定義されます。

アプリケーション
X線運動分析は、人間の歩行分析で下肢の運動学を測定するために使用できます。X線システムの可動性に応じて、トレッドミル歩行または地上歩行を測定できます。ジャンプカット操作などの他のタイプの動きも記録されています。X線運動解析と床反力計を組み合わせることで、関節トルク解析を行うことができます。リハビリテーションは、X線運動分析の重要なアプリケーションです。X線画像は1895年に発見されて間もなく医療診断目的で使用されてきました。 X線運動分析は、関節画像または関節関連疾患の分析に利用できます。これは、膝の変形性関節症の定量化、膝軟骨の接触面積の推定、、肩関節の画像化による回旋腱板修復の結果の分析、などの用途に使用されています。
動物の移動は、X線画像で分析することもできます。動物をX線エミッターとカメラの間に置くことができる限り、被写体を画像化することができます。研究されている歩行の例は、ラット、ホロホロチョウ、馬、二足歩行の鳥、およびカエル、などです。移動以外にも、X線運動分析は、ブタの咀嚼やウサギの顎関節の動きなど、他の移動形態分析の研究や研究に利用されてきました。

も参照してください
ビデオモーション分析
レントゲンステレオ写真分析
X線撮影
透視室

参考文献
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