CN110074803A - 骨密度测定装置以及骨密度摄影方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种骨密度测定装置以及骨密度摄影方法，能够实现骨密度分析的精度提高。在无被检体的状态下由检测器检测在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下从X射线管照射的X射线，来生成第一/第二增益校正用图(S1、S2)。检测器对在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下从X射线管照射并透过了被检体的X射线进行检测，来生成由检测器拍摄到的高电压图像/低电压图像(S3)。使用第一增益校正用图对高电压图像进行增益校正，使用第二增益校正用图对低电压图像进行增益校正(S4)，将增益校正后的高电压图像与增益校正后的低电压图像进行减影(S5)，由此能够实现骨密度分析的精度提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过X射线摄影来进行骨密度的测定的骨密度测定装置以及骨密度摄影方法。
背景技术
在拍摄被检体的腰椎、大腿骨的用于骨密度测定的摄影(以下，简称为“骨密度摄影”)中，进行DXA(Dual Energy X-Ray Absorptiometry：双能源X射线吸收)法(也表示为“DEXA法”)这样的利用了两个具有不同的能量峰的X射线束的测定(例如，参照专利文献1、2)。具体地说，在使被检体(患者)平躺在顶板上来拍摄大腿骨的情况下，如专利文献1：国际公开第2017/026046号那样通过使脚部内旋来对大腿骨近侧垂直地入射X射线。在拍摄腰椎的情况下，在使被检体(患者)平躺在顶板上并使被检体的膝盖弯曲以使腰椎紧贴于顶板的状态下，对腰椎垂直地入射X射线。
在基于DXA法的骨密度摄影中，为了照射两个具有不同的能量峰的X射线束，使高管电压X射线条件及低管电压X射线条件与专用的金属滤波器相组合来进行照射。如专利文献2：日本特开2017-127342号公报那样，高管电压X射线条件是对X射线管施加了高电压的高电压条件，低管电压X射线条件是对X射线管施加了比高电压低的低电压的低电压条件。如专利文献1：国际公开第2017/026046号那样，在X射线管的照射侧以能够切换的方式配置包括高电压模式用的金属滤波器和低电压模式用的金属滤波器这两种类型的金属滤波器。在将高电压模式用的金属滤波器切换到X射线管的照射侧时，照射透过了高电压模式用的金属滤波器的高能量的X射线。在将低电压模式用的金属滤波器切换到X射线管的照射侧时，照射透过了低电压模式用的金属滤波器的低能量的X射线。
利用两个具有不同的能量峰的X射线束来分别生成在高电压条件下拍摄到的高电压图像和在低电压条件下拍摄到的低电压图像，将它们进行减影来生成减影图像，由此在减影图像中仅选择性地拍进腰椎、大腿骨等骨头(例如，参照非专利文献1)。本说明书中的减影处理如专利文献2：日本特开2017-127342号公报、非专利文献1的第22页那样包括对数变换、加权处理以及差处理，通过运算被进行对数变换和加权处理后的高电压图像与低电压图像的差，来获得减影图像。
能够通过基于DXA法的骨密度摄影来求出固定量的骨头中含有的骨盐定量等骨密度，该骨盐定量是表示(钙、磷等)矿物质成分的骨头中含有的量的指标。
专利文献1：国际公开第2017/026046号
专利文献2：日本特开2017-127342号公报
非专利文献1：友光达志(著)、曾根照喜(著)、福永仁夫(主编)、八重栎千博(插图)、《図説DXAによる骨量測定―腰椎と大腿骨近位部―》，ライフサイエンス出版，2013年3月1日，p.20，22-25
发明内容
发明要解决的问题
由于骨密度测定是定量测定，因此期望精密的骨密度摄影。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够实现骨密度分析的精度提高的骨密度测定装置以及骨密度摄影方法。
用于解决问题的方案
发明人为了解决上述问题而进行了认真研究，结果得出如下见解。
即，试着着眼于在普通的X射线摄影中进行的增益校准、增益校正。在平板型X射线检测器(以下，简称为“FPD”)中，对FPD的检测面内(FPD面内)的灵敏度的不均等进行校正，为了均匀地提取灵敏度而进行增益校准处理。在增益校准中，获取具有面内分布信息的增益校正用图，该面内分布信息是在预先决定的X射线条件(与X射线摄影时相同的X射线条件)且无被检体的状态下进行拍摄而得到的。面内分布信息用由FPD输出的数据的在检测面内的二维分布来表示，也是灵敏度的二维分布。因而，在实际的检查(X射线摄影)中收集X射线图像时，通过应用具有在增益校准中获取到的面内分布信息的增益校正用图的增益校正，来输出无不均的X射线图像。
但是明确了以下情况：由于所使用的FPD，在高电压条件(高管电压X射线条件)下拍摄到的高电压图像中产生如图13的(a)所示的环状伪像。另外明确了以下情况：由于所使用的FPD，在低电压条件(低管电压X射线条件)下拍摄到的低电压图像中产生如图13的(b)所示的不均。特别是由于比在胸部摄影(80KV-100KV)中使用的电压高的高电压(140KV)且由于所使用的FPD，易于发生在图像(高电压图像)中产生环状伪像的现象，在减影图像中强调如图14的(a)的用虚线表示的环状伪像。这样，随着对X射线管施加的电压变为高电压，有时由于所使用的FPD的个体差异而产生环状伪像。明确了这种环状伪像成为定量测定的障碍。
认为上述现象是由X射线转换膜(例如碘化铯(CsI))的膜厚的不均匀性引起的。得出以下见解：当通过接近蒸镀法来形成X射线转换膜时，端部的膜厚变薄，当变为高电压时，易于发生上述现象。基于以上来得出以下见解：如果在基于DXA法的骨密度测定中应用增益校正，则在减影图像中没有环状伪像，能够实现骨密度分析的精度提高。
基于这种见解的本发明采用如下结构。
即，本发明所涉及的骨密度测定装置是一种通过X射线摄影来进行骨密度的测定的骨密度测定装置，其具备：X射线管，其照射X射线；检测器，其检测从所述X射线管照射的X射线；第一增益校正用图生成单元，其通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了高电压的高电压条件；第二增益校正用图生成单元，其通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了比所述高电压低的低电压的低电压条件；高电压图像生成单元，其通过由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的高电压图像，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在由所述第一增益校正用图生成单元生成所述第一增益校正用图时对所述X射线管施加的高电压相同的值的高电压的条件；低电压图像生成单元，其通过由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的低电压图像，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在由所述第二增益校正用图生成单元生成所述第二增益校正用图时对所述X射线管施加的低电压相同的值的低电压的条件；第一增益校正单元，其使用由所述第一增益校正用图生成单元生成的所述第一增益校正用图对由所述高电压图像生成单元生成的所述高电压图像进行增益校正；第二增益校正单元，其使用由所述第二增益校正用图生成单元生成的所述第二增益校正用图对由所述低电压图像生成单元生成的所述低电压图像进行增益校正；以及减影处理单元，其将由所述第一增益校正单元进行增益校正后的所述高电压图像与由所述第二增益校正单元进行增益校正后的所述低电压图像进行减影，其中，根据由所述减影处理单元进行减影处理后的图像来进行骨密度的测定。
[作用和效果]根据本发明所涉及的骨密度测定装置，通过在无被检体的状态下由检测器检测在高管电压X射线条件下从X射线管照射的X射线，来生成具有用由检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图，该高管电压X射线条件是对X射线管施加了高电压的高电压条件。同样地，通过在无被检体的状态下由检测器检测在低管电压X射线条件下从X射线管照射的X射线，来生成具有用由检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图，该低管电压X射线条件是对X射线管施加了比高电压低的低电压的低电压条件。生成这些第一/第二增益校正用图，来作为具有在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件且无被检体的状态下进行拍摄而得到的面内分布信息的图。
而且，通过由检测器检测在高管电压X射线条件下从X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由检测器拍摄到的高电压图像，该高管电压X射线条件是对X射线管施加了与在生成第一增益校正用图时对X射线管施加的高电压相同的值的高电压的条件。同样地，通过由检测器检测在低管电压X射线条件下从X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由检测器拍摄到的低电压图像，该低管电压X射线条件是对X射线管施加了与在生成第二增益校正用图时对X射线管施加的低电压相同的值的低电压的条件。这样，在骨密度摄影时，对X射线管分别施加与生成第一/第二增益校正用图时的电压相同的值的高电压和低电压，从而通过从X射线管向被检体进行照射来生成高电压图像/低电压图像。
使用第一增益校正用图对高电压图像进行增益校正，使用第二增益校正用图对低电压图像进行增益校正，由此能够在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下的增益校正后的高电压图像/低电压图像中抑制不均或由不均引起的伪像。因而，也能够在将增益校正后的高电压图像与增益校正后的低电压图像进行减影所得到的减影处理后的图像(减影图像)中抑制不均或由不均引起的伪像。其结果，能够使用具有高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下的面内分布信息的第一/第二增益校正用图对高电压图像/低电压图像进行增益校正，通过将增益校正后的高电压/低电压图像进行减影来实现骨密度分析的精度提高。
在本发明所涉及的骨密度测定装置中，优选的是，具备：基准增益校正用图获取单元，其获取具有初始设定(即默认(default))的面内分布信息的基准增益校正用图；以及基准增益校正用图存储单元，其存储基准增益校正用图，且具备使用条件切换单元，该使用条件切换单元对如下述那样的增益校正用图的使用条件进行切换。(a)在通常的X射线摄影时，使用由基准增益校正用图存储单元存储的基准增益校正用图，对在通常的X射线摄影时得到的X射线图像进行增益校正。另一方面，(b)在利用减影处理单元的减影的骨密度摄影时，使用具有高管电压X射线条件下的面内分布信息的第一增益校正用图对高电压图像进行增益校正，并且使用具有低管电压X射线条件下的面内分布信息的第二增益校正用图对低电压图像进行增益校正。在进行骨密度摄影以外的通常的X射线摄影的情况下，对与通常的X射线摄影时相同的X射线条件下的面内分布信息进行初始设定，获取具有初始设定的面内分布信息的基准增益校正用图，并存储于基准增益校正用图存储单元。总的来说，切换增益校正用图的使用条件，使得如上述(a)那样在通常的X射线摄影时，使用由基准增益校正用图存储单元存储的基准增益校正用图对在通常的X射线摄影时得到的X射线图像进行增益校正，如上述(b)那样在骨密度摄影时，使用具有高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下的面内分布信息的第一/第二增益校正用图对高电压图像/低电压图像进行增益校正。这样，即使不使用专用的骨密度测定装置，也能够使用普通的X射线摄影装置分别进行应用了增益校正的通常的X射线摄影和应用了增益校正的骨密度摄影。
如上所述，也可以是，为了从X射线的能量谱锁定为特定的能量成分，将高管电压X射线条件(对X射线管施加了高电压的高电压条件)及低管电压X射线条件(对X射线管施加了低电压的低电压条件)与高电压模式用滤波器及低电压模式用滤波器这两种类型的滤波器进行组合。即，在X射线管的照射侧以切换的方式配置这些滤波器中的某一方。通过在无被检体的状态下由检测器对在X射线管的照射侧设置有高电压模式用滤波器的状态且高管电压X射线条件下从X射线管照射的X射线进行检测，来生成第一增益校正用图。同样地，通过在无被检体的状态下由检测器对在X射线管的照射侧设置有低电压模式用滤波器的状态且低管电压X射线条件下从X射线管照射的X射线进行检测，来生成第二增益校正用图。而且，通过由检测器对在X射线管的照射侧设置有高电压模式用滤波器的状态且高管电压X射线条件下从X射线管照射并透过了被检体的X射线进行检测，来生成高电压图像。同样地，通过由检测器对在X射线管的照射侧设置有低电压模式用滤波器的状态且低管电压X射线条件下从X射线管照射并透过了被检体的X射线进行检测，来生成低电压图像。
在骨密度摄影中，优选应用通过将利用狭缝状的X射线的照射场拍摄到的多个X射线图像沿被检体的体轴方向进行结合来生成一张X射线图像的被称为“狭缝摄影”的手术方式。具体地说，本发明所涉及的骨密度测定装置具备：准直器，其通过限制从X射线管照射的X射线的照射区域来形成狭缝状的照射场；以及照射场移动机构，其通过使X射线管和准直器相对于检测器沿被检体的体轴方向相对地移动，来使狭缝状的照射场相对于检测器沿体轴方向相对地移动。
将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合，其中，狭缝状的第一增益校正用图是每当利用照射场移动机构进行移动时在无被检体的状态下由检测器对在高管电压X射线条件下从X射线管照射并利用准直器形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与检测器的整面对应的一张第一增益校正用图。同样地，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合，其中，狭缝状的第二增益校正用图是每当利用照射场移动机构进行移动时在无被检体的状态下由检测器对在低管电压X射线条件下从X射线管照射并利用准直器形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与检测器的整面对应的一张第二增益校正用图。
而且，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的高电压图像沿体轴方向进行结合，其中，狭缝状的高电压图像是每当利用照射场移动机构进行移动时由检测器对在高管电压X射线条件下从X射线管照射并利用准直器形成且透过了被检体的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与检测器的整面对应的一张高电压图像。同样地，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的低电压图像沿体轴方向进行结合，其中，狭缝状的低电压图像是每当利用照射场移动机构进行移动时由检测器对在低管电压X射线条件下从X射线管照射并利用准直器形成且透过了被检体的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与检测器的整面对应的一张低电压图像。
在不限制X射线的照射区域而对检测器的整面照射X射线的情况下，由于X射线从倾斜方向入射到检测器的端部，因此在端部的X射线图像中发生失真。另一方面，由于通过狭缝摄影对检测器的检测面垂直地入射X射线，因此能够抑制X射线图像(第一/第二增益校正用图、高电压图像/低电压图像)的失真。另外，能够获得通过变为狭缝状而抑制了散射线的影响的高品质的X射线图像(第一/第二增益校正用图、高电压图像/低电压图像)。
另外，也可以具备：摄影系统移动机构，其使包括X射线管和检测器的摄影系统相对于被检体沿体轴方向相对地移动；以及全景图像生成单元，其通过将每当利用摄影系统移动机构进行移动时分别生成的减影处理后的图像(减影图像)沿体轴方向进行结合，来生成全景图像。在骨密度摄影中，也可以适用于“全景摄影”，该“全景摄影”是指通过与狭缝摄影同样地将多个X射线图像沿体轴方向进行结合来生成(比检测器的整面的检测区域宽的)全景图像(長尺画像)。
另外，也可以将狭缝摄影与全景摄影进行组合。具体地说，在狭缝摄影中重复进行以下动作：一边使X射线管和准直器相对于检测器沿体轴方向相对地移动一边分别生成狭缝状的X射线图像，通过将这些X射线图像沿体轴方向进行结合来生成与检测器的整面对应的一张X射线图像，之后一边使摄影系统相对于被检体沿体轴方向相对地移动一边通过狭缝摄影来生成与检测器的整面对应的一张X射线图像。然后，通过将分别生成的X射线图像沿体轴方向进行结合来生成全景图像。在本发明的情况下，通过将分别生成的减影处理后的图像(减影图像)沿体轴方向进行结合，来生成长条状的减影图像作为全景图像。
此外，认为如果在进行增益校正时按每个像素进行增益校正，则估计会提高精度，但实际上并非如此。由于像素值的波动(即，统计的误差)，实际的像素值并不是真实值。因而，当使用不是真实值的增益校正用图按每个像素对高电压图像/低电压图像进行增益校正时，精度反而有可能下降。因此，具备：第一增益校正用图划分单元，其将第一增益校正用图划分为多个区域；第二增益校正用图划分单元，其将第二增益校正用图划分为多个区域；第一增益校正用图校正单元，其通过在由第一增益校正用图划分单元划分出的各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正第一增益校正用图；以及第二增益校正用图校正单元，其通过在由第二增益校正用图划分单元划分出的各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正第二增益校正用图。使用通过像这样在各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化而校正后的第一/第二增益校正用图对高电压图像/低电压图像进行增益校正，由此能够恰当且高精度地进行增益校正。此外，在第一/第二增益校正用图之间，作为划分的对象的区域的形状、个数不需要相同。另外，作为平滑化的一例，列举求出平均值的情况，但并不限定于平均值。例如，既可以使用中央值进行平滑化，也可以使用最频值进行平滑化。也就是说，使用统计量进行平滑化即可。
另外，本发明所涉及的骨密度摄影方法是一种用于使用骨密度测定装置测定骨密度的骨密度摄影方法，该骨密度测定装置具备：X射线管，其照射X射线；以及检测器，其检测从所述X射线管照射的X射线，该骨密度摄影方法包括以下工序：第一增益校正用图生成工序，通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了高电压的高电压条件；第二增益校正用图生成工序，通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了比所述高电压低的低电压的低电压条件；高电压图像生成工序，通过由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的高电压图像，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在所述第一增益校正用图生成工序中生成所述第一增益校正用图时对所述X射线管施加的高电压相同的值的高电压的条件；低电压图像生成工序，通过由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的低电压图像，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在所述第二增益校正用图生成工序中生成所述第二增益校正用图时对所述X射线管施加的低电压相同的值的低电压的条件；第一增益校正工序，使用在所述第一增益校正用图生成工序中生成的所述第一增益校正用图对在所述高电压图像生成工序中生成的所述高电压图像进行增益校正；第二增益校正工序，使用在所述第二增益校正用图生成工序中生成的所述第二增益校正用图对在所述低电压图像生成工序中生成的所述低电压图像进行增益校正；以及减影处理工序，将在所述第一增益校正工序中进行增益校正后的所述高电压图像与在所述第二增益校正工序中进行增益校正后的所述低电压图像进行减影，其中，根据在所述减影处理工序中进行减影处理后的图像来进行骨密度的测定。
[作用和效果]根据本发明所涉及的骨密度摄影方法，通过实施各工序(第一增益校正用图生成工序、第二增益校正用图生成工序、高电压图像生成工序、低电压图像生成工序、第一增益校正工序、第二增益校正工序以及减影处理工序)，能够恰当地实施骨密度摄影，能够实现骨密度分析的精度提高。
在本发明所涉及的骨密度摄影方法中，在通过将利用狭缝状的X射线的照射场拍摄到的多个X射线图像沿被检体的体轴方向进行结合来生成一张X射线图像的狭缝摄影时，通过由准直器限制从X射线管照射的X射线的照射区域来形成狭缝状的照射场，通过使X射线管和准直器相对于检测器沿体轴方向相对地移动，来使狭缝状的照射场相对于检测器沿体轴方向相对地移动，从而进行狭缝摄影。
在第一增益校正用图生成工序中，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合，通过将狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与检测器的整面对应的一张第一增益校正用图，狭缝状的第一增益校正用图是每当使狭缝状的照射场相对于检测器沿体轴方向进行相对移动时在无被检体的状态下由检测器对在高管电压X射线条件下从X射线管照射并利用准直器形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。同样地，在第二增益校正用图生成工序中，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合，通过将狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与检测器的整面对应的一张第二增益校正用图，狭缝状的第二增益校正用图是每当使狭缝状的照射场相对于检测器沿体轴方向进行相对移动时在无被检体的状态下由检测器对在低管电压X射线条件下从X射线管照射并利用准直器形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。
在应用这种狭缝摄影的情况下，分别考虑如下述那样的方式。
即，在第一增益校正用图生成工序之后实施第二增益校正用图生成工序。或者，在第二增益校正用图生成工序之后实施第一增益校正用图生成工序。这样，也可以以在时间上分离的方式来实施第一增益校正用图生成工序和第二增益校正用图生成工序。
与此相对地，一边对X射线管交替地施加高电压和低电压一边使狭缝状的照射场相对于检测器沿体轴方向相对地移动，每当使狭缝状的照射场相对于检测器沿体轴方向进行相对移动时，交替地生成狭缝状的第一增益校正用图和第二增益校正用图。而且，也可以同时实施第一增益校正用图生成工序和第二增益校正用图生成工序，其中，在该第一增益校正用图生成工序中，通过将狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与检测器的整面对应的一张第一增益校正用图，在该第二增益校正用图生成工序中，通过将狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与检测器的整面对应的一张第二增益校正用图。也可以像这样通过一边对X射线管交替地施加高电压和低电压一边使狭缝状的照射野相对于检测器沿体轴方向相对地移动，来实施第一增益校正用图生成工序和第二增益校正用图生成工序。
另外，在本发明所涉及的骨密度摄影方法中，优选的是，对X射线管交替地施加与在生成第一增益校正用图时的电压相同的值的高电压和与生成第二增益校正用图时的电压相同的值的低电压，并从X射线管对被检体进行照射，由此同时实施生成高电压图像的高电压图像生成工序和生成低电压图像的低电压图像生成工序。由此，能够在也包括狭缝摄影、全景摄影的一次摄影中同时获取高电压图像和低电压图像。
发明的效果
根据本发明所涉及的骨密度测定装置和骨密度摄影方法，通过在无被检体的状态下由检测器检测在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下从X射线管照射的X射线，来生成具有用由检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一/第二增益校正用图，该高管电压X射线条件/低管电压X射线条件是对X射线管施加了高电压/低电压的高电压条件/低电压条件。而且，通过由检测器对在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下从X射线管照射并透过了被检体的X射线进行检测，来生成由检测器拍摄到的高电压图像/低电压图像，该高管电压X射线条件/低管电压X射线条件是对X射线管施加了与在生成第一/第二增益校正用图时对X射线管施加的高电压/低电压相同的值的高电压/低电压的条件。使用第一增益校正用图对高电压图像进行增益校正，使用第二增益校正用图对低电压图像进行增益校正，由此能够在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下的增益校正后的高电压图像/低电压图像中抑制不均或由不均引起的伪像。因而，也能够在将增益校正后的高电压图像与增益校正后的低电压图像进行减影所得到的减影处理后的图像(减影图像)中抑制不均或由不均引起的伪像。其结果，能够实现骨密度分析的精度提高。
附图说明
图1是实施例所涉及的骨密度测定装置的框图。
图2是滤波器的具体的立体图。
图3是准直器中的准直器叶片的立体图。
图4是图像处理部的框图。
图5是本实施例所涉及的一系列的骨密度摄影方法的流程图。
图6是表示X射线管和准直器的移动动作的说明图。
图7是表示使用了最大值投影法(MIP)的狭缝状的第一/第二增益校正用图的结合的说明图。
图8是与第一增益校正用图的区域划分有关的方式的一例。
图9是与第二增益校正用图的区域划分有关的方式的一例。
图10是用于说明DXA法的原理的骨头和软组织的示意图。
图11是用于说明DXA法的测定原理的基于低能量和高能量的测定部位的分布曲线的示意图。
图12是用于说明DXA法中的骨盐定量(骨盐量)的计算的示意图。
图13的(a)是高管电压X射线条件的面内分布，图13的(b)是低管电压X射线条件的面内分布。
图14是对模拟了骨头的模型进行拍摄所得到的减影图像，图14的(a)是本发明的无增益校正时的减影图像，图14的(b)是本发明的实施了增益校正时的减影图像。
附图标记说明
2：X射线管；3：平板型X射线检测器(FPD)；4：滤波器；41：高电压模式用的金属滤波器；42：低电压模式用的金属滤波器；5：准直器；8：照射场移动机构；9：摄影系统移动机构；11：图像处理部；111：第一增益校正用图生成部；111a：第一增益校正用图结合部；111b：第一增益校正用图划分部；111c：第一增益校正用图校正部；112：第二增益校正用图生成部；112a：第二增益校正用图结合部；112b：第二增益校正用图划分部；112c：第二增益校正用图校正部；113：高电压图像生成部；113a：高电压图像结合部；114：低电压图像生成部；114a：低电压图像结合部；115：第一增益校正部；116：第二增益校正部；117：减影处理部；118：全景图像生成部；12：控制器；13：存储器部；14：输入部；R：照射区域；M：被检体。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施例。
图1是实施例所涉及的骨密度测定装置的框图，图2是滤波器的具体的立体图，图3是准直器中的准直器叶片的立体图，图4是图像处理部的框图。在本实施例中，将普通的X射线摄影装置用作骨密度测定装置。
如图1所示，骨密度测定装置具备：顶板1，其用于载置被检体M；X射线管2，其照射X射线；以及平板型X射线检测器(FPD)3，其检测从X射线管2照射的X射线。在X射线管2的照射侧以切换的方式配置包括高电压模式用滤波器和低电压模式用滤波器这两种类型的滤波器4中的某一方(金属滤波器41、42(参照图2))，一边对高电压模式用的金属滤波器41和低电压模式用的金属滤波器42中的某一方进行切换一边分别照射两个具有不同的能量峰的X射线束。为了进行狭缝摄影而具备准直器5，该准直器5通过限制从X射线管2照射的X射线的照射区域R(参照图3)来形成狭缝状的照射场。平板型X射线检测器(FPD)3相当于本发明的检测器。
除此以外，骨密度测定装置还具备顶板移动机构6、FPD移动机构7、照射场移动机构8、摄影系统移动机构9、高电压发生部10、图像处理部11、控制器12、存储器部13、输入部14等，其中，该顶板移动机构6使顶板1进行升降移动且沿水平方向(特别是作为长边方向的被检体M的体轴方向)进行水平移动，该FPD移动机构7使FPD 3沿水平方向(特别是作为长边方向的被检体M的体轴方向)进行水平移动，该照射场移动机构8通过使X射线管2和准直器5沿被检体M的体轴方向(长边方向)移动来使狭缝状的照射场沿体轴方向(长边方向)移动，该摄影系统移动机构9使包括X射线管2和FPD 3的摄影系统沿体轴方向(长边方向)移动，该高电压发生部10产生X射线管2的管电压、管电流，该图像处理部11进行减影处理等图像处理，该控制器12统一控制这些各构成部，该存储器部13存储各种增益校正用图(特别是基准增益校正用图)等，该输入部14用于由手术操作者进行输入设定。控制器12相当于本发明的基准增益校正用图获取单元，存储器部13相当于本发明的基准增益校正用图存储单元，输入部14相当于本发明的使用条件切换单元。
顶板移动机构6由铅垂方向的直线齿条、体轴方向(长边方向)的直线齿条、齿轮、电动机、编码器(省略图示)等构成。FPD移动机构7由体轴方向(长边方向)的直线齿条、齿轮、电动机、编码器(省略图示)等构成。照射场移动机构8由体轴方向(长边方向)的直线齿条、齿轮、电动机、编码器(省略图示)等构成。另外，在进行全景摄影时，为了使X射线管2和FPD 3同步地沿相同的体轴方向(长边方向)移动，摄影系统移动机构9构成为同步地驱动FPD移动机构7和照射场移动机构8。
高电压发生部10产生用于照射X射线的管电压、管电流并施加于X射线管2。在通常的X射线摄影中，对X射线管2施加80KV-100KV左右的电压，在本实施例的骨密度摄影中，在高管电压X射线条件下对X射线管2施加140KV左右的高电压，在低管电压X射线条件下，对X射线管2施加100KV左右的低电压。通过像这样在骨密度摄影中对X射线管2交替地施加高电压和低电压来交替地在高管电压与低管电压之间切换。与伴随高管电压与低管电压的切换从X射线管2进行的X射线照射(曝光)同步地，在高电压模式用的金属滤波器41与低电压模式用的金属滤波器42(参照图2)之间交替地切换。
本实施例的骨密度摄影与狭缝摄影对应，因此滤波器4中的金属区域仅能够确保狭缝部分即可。因而，如图2所示，滤波器4构成为在普通的整面用的滤波器基座43上配置短条状的两种金属滤波器41、42。而且，通过准直器5(参照图1)的控制来与曝光信号同步地实现金属滤波器41、42的高速切换。
如图3所示，准直器5具备四片准直器叶片51。通过使准直器叶片51沿图3中的箭头的方向移动，来调节由四片准直器叶片51围成的开口部的尺寸。通过将该开口部调节为狭缝状，来如图3那样限制通过开口部的X射线的照射区域R。通过像这样控制X射线的照射区域R来形成狭缝状的照射场R。此外，图3中的黑圆是X射线管2(参照图1)的焦点。
返回到图1的说明，控制器12由中央运算处理装置(CPU)等构成，存储器部13由以ROM(Read-only Memory：只读存储器)、RAM(Random-Access Memory：随机存取存储器)等为代表的存储介质等构成。另外，输入部14由以鼠标、键盘、操纵杆、跟踪球、触摸面板等为代表的指示设备构成。
在本实施例中，控制器12获取具有初始设定(默认)的面内分布信息的基准增益校正用图。如上所述，在本实施例中，将普通的X射线摄影装置用作骨密度测定装置。因而，在安装装置时，通过在无被检体的状态下由FPD 3检测在对X射线管2施加了在通常的X射线摄影中使用的80KV-100KV左右的电压的X射线条件下从X射线管2照射的X射线，来对用由FPD3输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息进行初始设定，并作为具有初始设定(默认)的面内分布信息的基准增益校正用图来进行获取。将获取到的基准增益校正用图写入存储器部13来进行存储。此外，有时基准增益校正用图也随着FPD 3的特性的经年变化而变化，因此优选定期地获取基准增益校正用图，并定期地写入存储器部13来进行存储。
在通常的X射线摄影时，读出由存储器部13存储的基准增益校正用图。使用该基准增益校正用图对在通常的X射线摄影时得到的X射线图像进行增益校正。另一方面，为了在骨密度摄影时切换增益校正用图的使用条件，手术操作者向输入部14输入切换增益校正用图的使用条件的命令。由此，不使用由存储器部13存储的基准增益校正用图，而使用后述的第一/第二增益校正用图对高电压图像/低电压图像进行增益校正。
此外，只要在骨密度摄影中使用的高电压/低电压的值不变化，就不需要在每次增益校准时获取第一/第二增益校正用图，使用过去获取到的第一/第二增益校正用图来进行增益校正即可。但是，与基准增益校正用图同样地，有时第一/第二增益校正用图也随着FPD3的特性的经年变化而变化，因此优选定期地获取第一/第二增益校正用图。
图像处理部11由GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)等构成。如图4所示，图像处理部11具备第一增益校正用图生成部111、第二增益校正用图生成部112、高电压图像生成部113、低电压图像生成部114、第一增益校正部115、第二增益校正部116、减影处理部117、全景图像生成部118以及骨密度测定部119。第一增益校正用图生成部111相当于本发明的第一增益校正用图生成单元，第二增益校正用图生成部112相当于本发明的第二增益校正用图生成单元，高电压图像生成部113相当于本发明的高电压图像生成单元，低电压图像生成部114相当于本发明的低电压图像生成单元，第一增益校正部115相当于本发明的第一增益校正单元，第二增益校正部116相当于本发明的第二增益校正单元，减影处理部117相当于本发明的减影处理单元，全景图像生成部118相当于本发明的全景图像生成单元。
第一增益校正用图生成部111通过在无被检体的状态下由FPD 3(参照图1)检测在高管电压X射线条件下从X射线管2照射的X射线，来生成具有用由FPD 3输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图，该高管电压X射线条件是对X射线管2(参照图1)施加了高电压(140KV)的高电压条件。在本实施例中，第一增益校正用图生成部111具备第一增益校正用图结合部111a。第一增益校正用图结合部111a将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合，狭缝状的第一增益校正用图是每当利用照射场移动机构8(参照图1)进行移动时在无被检体的状态下由FPD 3检测在高管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5(参照图1)形成的狭缝状的照射场的X射线而分别生成的。通过利用第一增益校正用图结合部111a进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图。第一增益校正用图结合部111a相当于本发明的第一增益校正用图结合单元。
除此以外，第一增益校正用图生成部111具备第一增益校正用图划分部111b和第一增益校正用图校正部111c。第一增益校正用图划分部111b将第一增益校正用图划分为多个区域。第一增益校正用图校正部111c通过在由第一增益校正用图划分部111b划分出的各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正第一增益校正用图。第一增益校正用图划分部111b既可以是手术操作者手动地进行输入设定的结构，也可以利用输入部14(参照图1)来构成第一增益校正用图划分部111b。第一增益校正用图划分部111b相当于本发明的第一增益校正用图划分单元，第一增益校正用图校正部111c相当于本发明的第一增益校正用图校正单元。
第二增益校正用图生成部112通过在无被检体的状态下由FPD 3检测在低管电压X射线条件下从X射线管2照射的X射线，来生成具有用由FPD 3输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图，该低管电压X射线条件是对X射线管2施加了比高电压低的低电压(100KV)的低电压条件。在本实施例中，第二增益校正用图生成部112具备第二增益校正用图结合部112a。第二增益校正用图结合部112a将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合，狭缝状的第二增益校正用图是每当利用照射场移动机构8进行移动时在无被检体的状态下由FPD 3检测在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成的狭缝状的照射场的X射线而分别生成的。通过利用第二增益校正用图结合部112a进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第二增益校正用图。第二增益校正用图结合部112a相当于本发明的第二增益校正用图结合单元。
除此以外，第二增益校正用图生成部112具备第二增益校正用图划分部112b和第二增益校正用图校正部112c。第二增益校正用图划分部112b将第二增益校正用图划分为多个区域。第二增益校正用图校正部112c通过在由第二增益校正用图划分部112b划分出的各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正第二增益校正用图。与第一增益校正用图划分部111b同样地，第二增益校正用图划分部112b既可以是手术操作者手动地进行输入设定的结构，也可以利用输入部14构成第二增益校正用图划分部112b。第二增益校正用图划分部112b相当于本发明的第二增益校正用图划分单元，第二增益校正用图校正部112c相当于本发明的第二增益校正用图校正单元。
高电压图像生成部113通过由FPD 3检测在高管电压X射线条件从X射线管2照射并透过了被检体M(参照图1)的X射线，来生成由FPD 3拍摄到的高电压图像，该高管电压X射线条件是对X射线管2施加了与在由第一增益校正用图生成部111生成第一增益校正用图时对X射线管2施加的高电压相同的值的高电压(140KV)的条件。在本实施例中，高电压图像生成部113具备高电压图像结合部113a。高电压图像结合部113a将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的高电压图像沿被检体M的体轴方向(长边方向)进行结合，狭缝状的高电压图像是每当利用照射场移动机构8进行移动时由FPD 3对在高管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成且透过了被检体M的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过利用高电压图像结合部113a进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张高电压图像。高电压图像结合部113a相当于本发明的高电压图像结合单元。
低电压图像生成部114通过由FPD 3检测在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并透过了被检体M的X射线，来生成由FPD 3拍摄到的低电压图像，该低管电压X射线条件是对X射线管2施加了与在由第二增益校正用图生成部112生成第二增益校正用图时对X射线管2施加的低电压相同的值的低电压(100KV)的条件。在本实施例中，低电压图像生成部114具备低电压图像结合部114a。低电压图像结合部114a将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的低电压图像沿体轴方向(长边方向)进行结合，狭缝状的低电压图像是每当利用照射场移动机构8进行移动时由FPD 3对在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成且透过了被检体M的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过利用低电压图像结合部114a进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张低电压图像。低电压图像结合部114a相当于本发明的低电压图像结合单元。
第一增益校正部115使用由第一增益校正用图生成部111生成的第一增益校正用图对由高电压图像生成部113生成的高电压图像进行增益校正。第二增益校正部116使用由第二增益校正用图生成部112生成的第二增益校正用图对由低电压图像生成部114生成的低电压图像进行增益校正。
减影处理部117将由第一增益校正部115进行增益校正后的高电压图像与由第二增益校正部116进行增益校正后的低电压图像进行减影。减影处理部117具备对数变换部117a、117b、加权处理部117c、117d以及差处理部117e。减影处理后的图像(减影图像)的具体的求取方式利用图5～图12在后文叙述。
全景图像生成部118通过将每当利用摄影系统移动机构9(参照图1)进行移动时分别生成的由减影处理部117进行减影处理后的图像(减影图像)沿体轴方向(长边方向)进行结合，来生成全景图像(长条状的减影图像)。
骨密度测定部119根据全景图像(长条状的减影图像)来进行骨密度的测定。骨密度的具体的求取方式也利用图5～图12在后文叙述。
接着，参照图5～图12对具体的骨密度摄影方法进行说明。图5是本实施例所涉及的一系列的骨密度摄影方法的流程图，图6是表示X射线管和准直器的移动动作的说明图，图7是表示使用了最大值投影法(MIP)的狭缝状的第一/第二增益校正用图的结合的说明图，图8是与第一增益校正用图的区域划分有关的方式的一例，图9是与第二增益校正用图的区域划分有关的方式的一例，图10是用于说明DXA法的原理的骨头和软组织的示意图，图11是用于说明DXA法的测定原理的基于低能量和高能量的测定部位的分布曲线的示意图，图12是用于说明DXA法中的骨盐定量(骨盐量)的计算的示意图。
不需要如上所述那样每当进行增益校准时都获取第一/第二增益校正用图，不需要每次都进行图5的步骤S1、S2。但是，如上所述，有可能发生FPD3(参照图1)的特性的经年变化，第一/第二增益校正用图也有可能发生变化，因此定期地进行步骤S1、S2。
(步骤S1)第一增益校正用图生成
首先，在顶板1(参照图1)上不载置被检体M(参照图1)，在如图6所示那样使FPD 3固定的状态下使X射线管2和准直器5沿被检体M的体轴方向(长边方向)移动。此时的移动距离是不会在彼此相邻的狭缝状的第一增益校正用图之间产生间隙的程度的距离即可，是第一增益校正用图的狭缝宽度以下即可。理想的是，如果将第一增益校正用图的狭缝宽度设为移动距离，则在彼此相邻的狭缝状的第一增益校正用图中不重叠。但是，第一增益校正用图结合部111a(参照图4)使用最大值投影法(MIP：Maximum Intensity Projection)将狭缝状的第一增益校正用图进行结合。由此，即使彼此相邻的狭缝状的第一增益校正用图重叠也无妨。其理由利用图7在后文叙述。
通过使X射线管2和准直器5相对于FPD 3沿体轴方向(长边方向)相对地移动，使狭缝状的照射场相对于FPD 3沿体轴方向(长边方向)相对地移动。因此，在本实施例中，在使FPD 3固定的状态下，照射场移动机构8(参照图1)使X射线管2和准直器5沿体轴方向(长边方向)移动。通过该移动，在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向(长边方向)移动。
每当利用照射场移动机构8进行移动时，在高管电压X射线条件下X射线管2照射X射线，在无被检体的状态下FPD 3检测利用准直器5形成的狭缝状的照射场的X射线。此外，与高管电压X射线条件下的曝光信号同步地切换为高电压模式用的金属滤波器41(参照图2)。能够利用该高电压模式用的金属滤波器41从X射线的能量谱锁定为特定的能量成分。
如在“用于解决问题的方案”一栏的见解中也说明过的那样，在无被检体的状态下从FPD 3输出的数据也是FPD 3的灵敏度的二维分布。由此，生成灵敏度的二维分布，来作为具有用由FPD 3输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图。该第一增益校正用图为与狭缝状的照射场对应的形状，所需要的是与FPD 3的整面对应的一张图。因此，每当利用照射场移动机构8进行移动时，分别生成与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第一增益校正用图，第一增益校正用图结合部111a将各个狭缝状的第一增益校正用图沿长边方向进行结合。通过像这样进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图。
使用最大值投影法(MIP)，如图7所示那样将狭缝状的第一增益校正用图m11、m12、…、m1n沿体轴方向(长边方向)进行结合。在彼此相邻的狭缝状的第一增益校正用图重叠的情况下将各个图进行结合时，通过与距重叠的中心位置的距离相应的加权相加来进行各个图的结合。但是，必须逐次地求出该距离以及该加权的系数(加权系数)，在结合处理中耗费工夫。
因此，如图7所示，在与被检体M的水平面平行的冠状截面(冠状(coronal)截面)中挑选各个狭缝状的第一增益校正用图m11、m12、…、m1n，通过利用最大值投影法(MIP)将投影路径(参照图7中的点划线)中的像素值的最大值设为投影图像来将各个图m11、m12、…、m1n进行结合，从而生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图m1。总的来说，通过使用最大值投影法(MIP)将狭缝状的第一增益校正用图m11、m12、…、m1n沿体轴方向(长边方向)进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图m1。
以上，即使彼此相邻的狭缝状的第一增益校正用图重叠，也在重叠区域内将像素值高的像素设为与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图m1的像素，因此不需要求出如以往那样的距重叠的中心位置的距离或与该距离相应的加权系数，能够简单地生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图m1。在本实施例中，使用最大值投影法(MIP)将狭缝状的第一增益校正用图进行了结合，但并不限定于最大值投影法(MIP)。也可以通过如以往那样的与距重叠的中心位置的距离相应的加权相加来将狭缝状的第一增益校正用图进行结合。
像这样生成的第一增益校正用图中的面内分布信息如上述那样用FPD 3的灵敏度的二维分布来表示。另一方面，也包括后述的第二增益校正用图在内，在第一增益校正用图的面内分布信息中包含波动(统计的误差)。因而，当由第一增益校正部115和第二增益校正部116(参照图4)按每个像素进行后述的增益校正时，精度反而有可能下降。
因此，第一增益校正用图划分部111b(参照图4)将第一增益校正用图m1划分为多个区域(在图8中例如为九个区域a11、a12、a13、a14、a15、a16、a17、a18、a19)。第一增益校正用图校正部111c(参照图4)通过在由第一增益校正用图划分部111b划分出的各个区域a11、a12、a13、a14、a15、a16、a17、a18、a19中将面内分布信息的值分别进行平滑化，来对第一增益校正用图m1进行校正。在本实施例中，对各个区域a11、a12、a13、a14、a15、a16、a17、a18、a19中的面内分布信息的值分别进行平均来分别求出平均值，由此进行平滑化。
此外，第一增益校正用图m1是在高管电压X射线条件下生成的图，如在“用于解决问题的方案”一栏的见解中也说明过的那样，在第一增益校正用图m1中产生环状伪像。因而，也可以与环状伪像相应地将中央的区域a11进一步划分为多个区域。另外，作为划分的对象的区域的形状并不限定于如图8那样的矩形，例如也可以是沿着环状伪像的形状。
另外，通过使被进行平滑化后的面内分布信息的值标准化，来设为最终的面内分布信息。例如，通过将在图8所示的各区域a11、a12、a13、a14、a15、a16、a17、a18、a19中被进行平滑化后的面内分布信息的值分别除以在中央的区域a11中被进行平滑化后的面内分布信息的值来进行标准化。在该情况下，在中央的区域a11中被进行平滑化后的面内分布信息的值被标准化为“1”。步骤S1相当于本发明的第一增益校正用图生成工序。
(步骤S2)第二增益校正用图生成
与步骤S1同样地，在顶板1上不载置被检体M，在如图6所示那样使FPD 3固定的状态下使X射线管2和准直器5沿体轴方向(长边方向)移动，由此照射场移动机构8使狭缝状的照射场沿体轴方向(长边方向)移动。
在步骤S2中，每当利用照射场移动机构8进行移动时，在低管电压X射线条件下X射线管2照射X射线，在无被检体的状态下由FPD 3检测利用准直器5形成的狭缝状的照射场的X射线。与步骤S1同样地，与低管电压X射线条件下的曝光信号同步地切换为低电压模式用的金属滤波器42(参照图2)。能够利用该低电压模式用的金属滤波器42从X射线的能量谱锁定为特定的能量成分。
生成具有用在无被检体的状态下从FPD 3输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图。与步骤S1同样地，该第二增益校正用图为与狭缝状的照射场对应的形状，所需要的是与FPD 3的整面对应的一张图。因此，每当利用照射场移动机构8进行移动时，分别生成与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第二增益校正用图，第二增益校正用图结合部112a(参照图4)将各个狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合。通过像这样进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张第二增益校正用图。
与步骤S1同样地，通过使用最大值投影法(MIP)将狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张第二增益校正用图。与步骤S1同样地，也可以通过如以往那样的与距重叠的中心位置的距离相应的加权相加来将狭缝状的第二增益校正用图进行结合。
与步骤S1同样地，第二增益校正用图划分部112b(参照图4)将第二增益校正用图m2划分为多个区域(在图9中例如为两个区域a21、a22)。第二增益校正用图校正部112c(参照图4)通过在由第二增益校正用图划分部112b划分出的各个区域内将面内分布信息的值分别进行平滑化，来对第二增益校正用图m2进行校正。与图8同样地，在图9中，将各个区域a21、a22中的面内分布信息的值分别进行平均来分别求出平均值，由此进行平滑化。
此外，第二增益校正用图m2是在低管电压X射线条件下生成的图，如在“用于解决问题的方案”一栏的见解中也说明过的那样，在上侧的区域a21与下侧的区域a22之间产生不均，但不产生如在高管电压X射线条件下生成的图(第一增益校正用图m1)时那样的环状伪像。因而，在第一/第二增益校正用图之间，作为划分的对象的区域的形状、个数不需要相同。另外，与图8同样地，作为划分的对象的区域的形状并不限定于如图9那样的矩形。
另外，与步骤S1同样地，通过使被进行平滑化后的面内分布信息的值标准化，来设为最终的面内分布信息。例如，通过将在图9所示的各区域a21、a22中被进行平滑化后的面内分布信息的值分别除以在上侧的区域a21中被进行平滑化后的面内分布信息的值来进行标准化。在该情况下，在上侧的区域a21中被进行平滑化后的面内分布信息的值被标准化为“1”。步骤S2相当于本发明的第二增益校正用图生成工序。
此外，在图5中，通过将每当利用照射场移动机构8进行移动时在高管电压X射线条件下生成的狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图(步骤S1)，之后，通过将每当利用照射场移动机构8进行移动时在低管电压X射线条件下生成的狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合来生成与FPD3的整面对应的一张第二增益校正用图(步骤S2)，但并不限定于图5的过程。也可以在步骤S2之后进行步骤S1。
另外，也可以是，一边对X射线管2交替地施加高电压和低电压一边利用照射场移动机构8使狭缝状的照射场沿体轴方向(长边方向)移动，每当利用照射场移动机构8进行移动时交替地生成狭缝状的第一/第二增益校正用图，同时进行以下两个步骤：通过将狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图(步骤S1)；以及通过将狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向(长边方向)进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第二增益校正用图(步骤S2)。
(步骤S3)高电压图像生成/低电压图像生成
在顶板1上载置被检体M，在如图6所示那样使FPD 3固定的状态下使X射线管2和准直器5沿体轴方向(长边方向)移动，由此照射场移动机构8使狭缝状的照射场沿体轴方向(长边方向)移动。
对X射线管2交替地施加与生成第一增益校正用图(步骤S1)时的电压相同的值的高电压以及与生成第二增益校正用图(步骤S2)时的电压相同的值的低电压。通过在对X射线管2交替地施加了高电压和低电压的状态下从X射线管2向被检体M进行照射，来使由高电压图像生成部113(参照图4)生成高电压图像的动作和由低电压图像生成部114(参照图4)生成低电压图像的动作同时进行。
每当利用照射场移动机构8进行移动时，在高管电压X射线条件下X射线管2照射X射线，FPD 3检测利用准直器5形成并透过了被检体M的狭缝状的照射场的X射线，在低管电压X射线条件下X射线管2照射X射线，FPD 3检测利用准直器5形成并透过了被检体M的狭缝状的照射场的X射线。与伴随高管电压与低管电压的切换从X射线管2进行的X射线照射(曝光)同步地，在高电压模式用的金属滤波器41与低电压模式用的金属滤波器42之间交替地切换。能够利用这些金属滤波器41、42从X射线的能量谱分别锁定为特定的能量成分。
通过由FPD 3检测在高管电压X射线条件下从X射线管2照射并透过了被检体M的X射线，来生成由FPD 3拍摄到的高电压图像，通过由FPD 3检测在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并透过了被检体M的X射线，来生成由FPD 3拍摄到的低电压图像。与步骤S1、S2同样地，这些高电压图像/低电压图像为与狭缝状的照射场对应的形状，所需要的是与FPD3的整面对应的一张图像。因此，每当利用照射场移动机构8进行移动时，分别生成与狭缝状的照射场对应的狭缝状的高电压图像/低电压图像，高电压图像结合部113a(参照图4)将各个狭缝状的高电压图像沿体轴方向(长边方向)进行结合，低电压图像结合部114a(参照图4)将各个狭缝状的低电压图像沿体轴方向(长边方向)进行结合。通过像这样进行结合，来分别生成与FPD 3的整面对应的一张高电压图像/低电压图像。
与步骤S1、S2同样地，通过使用最大值投影法(MIP)将狭缝状的高电压图像/低电压图像沿体轴方向(长边方向)进行结合，来分别生成与FPD 3的整面对应的一张高电压图像/低电压图像。与步骤S1、S2同样地，也可以通过如以往那样的与距重叠的中心位置的距离相应的加权相加来将狭缝状的高电压图像/低电压图像进行结合。步骤S3相当于本发明的高电压图像生成工序和低电压图像生成工序。
(步骤S4)第一增益校正/第二增益校正
第一增益校正部115(参照图4)使用在步骤S1中生成的第一增益校正用图m1对在步骤S3中生成的高电压图像进行增益校正，第二增益校正部116(参照图4)使用在步骤S2中生成的第二增益校正用图m2对在步骤S3中生成的低电压图像进行增益校正。
具体地说，通过将高电压图像中的增益校正的对象像素的像素值除以该对象像素所对应的第一增益校正用图m1中的位置的FPD 3的灵敏度的值(在本实施例中为被进行平滑化且标准化后的灵敏度的值)，来求出增益校正后的高电压图像的像素值。同样地，通过将低电压图像中的增益校正的对象像素的像素值除以该对象像素所对应的第二增益校正用图m2中的位置的FPD 3的灵敏度的值(在本实施例中为被进行平滑化且标准化后的灵敏度的值)，来求出增益校正后的低电压图像的像素值。步骤S4相当于本发明中的第一增益校正工序和第二增益校正工序。
(步骤S5)减影处理
减影处理部117(参照图4)将步骤S4中的增益校正后的高电压图像与步骤S4中的增益校正后的低电压图像进行减影来生成减影处理后的图像(减影图像)。参照图10以及非专利文献1的p.20、22来说明减影图像的具体的计算方法以及DXA法的原理。
将X射线设为光子。在人体的骨头的周围存在软组织，入射光子在软组织和骨头这两者中衰减，因此无法测定骨头的厚度。在测定对象是比躯干部薄的桡骨、跟骨头的情况下，进行SXA(Single Energy X-Ray Absorptiometry：单能量X射线吸收测量术)法(也表示为“SEXA法”)这个利用了单能量的X射线束的测定。但是，在测定对象是腰椎、大腿骨的情况下，利用DXA法进行测定。
如图10所示，将入射光子数设为I0，将射出光子数设为I，将骨头(Bone)的厚度设为Tb，将软组织(Soft tissue)的厚度设为Ts。厚度Tb、Ts的单位是[cm]。另外，将骨头的质量衰减系数设为μmb，将软组织的质量衰减系数设为μms，将骨头的密度设为ρb，将软组织的密度设为ρs。质量衰减系数μmb、μms的单位是[cm2/g]，密度ρb、ρs的单位是[g/cm3]。骨头被软组织覆盖，因此下述式(1)的衰减式成立。
【数1】
I＝I0·e-μms·ρs·Ts·e-μmb·ρb·Tb...(1)
在DXA法中，为了消除软组织中的衰减的影响，使用能量不同的两种X射线来确立使上述式(1)变形所得到的下述式(2)、(3)的衰减式，并对联立方程式进行求解。
【数2】
当从上述式(2)、(3)的联立方程式排除软组织的厚度Ts时，骨头的厚度Tb用下述式(4)表示。
【数3】
此外，当将测定点的骨量设为Mb时，测定点的骨量Mb用Mb＝Tb×ρb的式子表示。测定点的骨量Mb的单位是[g/cm2]。当将该式(Mb＝Tb×ρb)代入上述式(4)时，测定点的骨量Mb用下述式(5)表示。
【数4】
如根据上述式(4)、(5)所明确的那样，减影图像的像素值用由差处理部117e(参照图4)得到的差值来表示，该差值是将由对数变换部117a(参照图4)对增益校正后的高电压图像的像素值进行对数变换得到的值乘以加权处理部117c(参照图4)的加权系数而得到的值与将由对数变换部117b(参照图4)对增益校正后的低电压图像的像素值进行对数变换得到的值乘以加权处理部117d(参照图4)的加权系数得到的值之差。此外，上述式(4)是用于计算骨头的厚度Tb的式子，上述式(5)是用于计算测定点的骨量Mb的式子，因此希望留意的是，用于计算减影图像的像素值的加权系数与上述式(4)、(5)中的系数不同。步骤S5相当于本发明的减影处理工序。
(步骤S6)全景图像生成
在测定区域超过FPD 3的尺寸的情况下，全景图像生成部118(参照图4)生成全景图像(长条状的减影图像)。具体地说，使包括X射线管2和FPD 3的摄影系统沿体轴方向(长边方向)移动。
为了使包括X射线管2和FPD 3的摄影系统相对于被检体M沿体轴方向(长边方向)相对地移动，在本实施例中，在使载置有被检体M的顶板1固定的状态下，摄影系统移动机构9(参照图1)使包括X射线管2和FPD 3的摄影系统沿体轴方向(长边方向)移动。
将每当利用摄影系统移动机构9进行移动时分别生成的由减影处理部117得到的减影图像沿体轴方向(长边方向)进行结合。通过像这样进行结合，来生成全景图像(长条状的减影图像)。
(步骤S7)骨密度测定
根据在步骤S6中生成的全景图像来进行骨密度测定部119(参照图4)的骨密度的测定。参照图11、图12以及非专利文献1的p.23-24来说明骨密度的具体的计算方法(DXA法中的骨盐定量的计算方法)以及DXA法的测定原理。
当示意性地表示DXA法的测定原理时，成为如图11的(a)所示那样的基于低能量和高能量的测定部位的分布曲线(在图11的(a)中将高能量表示为“High energy”，将低能量表示为“Low energy”)。关于这些分布曲线，如图11的(a)所示，二者均在软组织的区域(在图11的(a)中表示为“Soft tissue”)中大致固定，在骨头的区域(在图11的(a)中表示为“Bone”)中，X射线所透过的部位的骨量成为朝下的双峰的形状。而且，如图11的(a)和图11的(b)所示，关于低能量和高能量的衰减，低能量的衰减的程度大，在骨区域中二者之差进一步扩大。
在DXA法中，将这两个分布曲线的基线(软组织区域)如图11的(b)所示那样以数学方式进行合并，由此基线处的分布曲线在数学上成为“0”。接着，取二者的差，将该差设为计算用分布曲线。使用该计算用分布曲线来计算DXA法中的骨盐定量(骨盐量)。
首先，在DXA法中的骨盐定量(骨盐量)的计算中，将一个截面的骨量Mb的分布曲线的平坦的两端设为基线(在图12中表示为“Baseline”)，基于其平均值来决定骨边缘。作为骨边缘的决定法，使用微分法、百分率法、阈值法。在此，如图12的(a)所示，将分布曲线中的测定点的骨量Mb的最大值设为Mbmax。在百分率法中，使用基线的平均值和Mbmax。在此省略微分法、百分率法、阈值法的具体的方法的说明。
当决定两个骨边缘时，二者的距离被决定为骨宽(在图12的(b)中表示为“Bonewidth”)。关于所决定的骨宽(Bone width)，使用各测定点的骨量Mb和测定点的间隔ΔX(参照图12的(b))，并利用区分求积法计算分布曲线下面积。也就是说，遍及骨宽地对由Mb和ΔX形成的短条状的面积进行累计。当将遍及骨宽地对短条状的面积进行累计所得到的一个截面的值设为“line BMC”时，通过下述式(6)来求出一个截面的值(line BMC)。
line BMC＝(1/2Mb1+Mb2+…+Mbn-1+1/2Mbn)×ΔX…(6)
一个截面的值(line BMC)的单位是[g/cm]。通过进一步沿体轴方向(Y)对这个截面的值(line BMC)进行区分求积，来求出骨盐量(BMC：Bone Mineral Content)。骨盐量BMC的单位是[g]。如图12的(b)所示，当将体轴方向的测定范围设为LBMC1、LBMCn且每隔间隔ΔY进行(n-1)分割时，通过下述式(7)来求出骨盐量BMC。
BMC＝(1/2LBMC1+LBMC2+…+LBMCn-1+1/2LBMCn)×ΔY…(7)
通过将根据上述式(7)求出的骨盐量BMC除以骨面积(Area[cm2])来求出作为面积密度的骨密度(BMD：Bone Mineral Density)。骨密度BMD的单位是[g/cm2]。
根据本实施例所涉及的骨密度测定装置，在无被检体的状态下平板型X射线检测器(FPD)3检测在高管电压X射线条件下从X射线管2照射的X射线，由此生成具有用由FPD 3输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图，该高管电压X射线条件是对X射线管2施加了高电压(140KV)的高电压条件。同样地，在无被检体的状态下FPD 3检测在低管电压X射线条件下从X射线管2照射的X射线，由此生成具有用由FPD 3输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图，该低管电压X射线条件是对X射线管2施加了比高电压低的低电压(100KV)的低电压条件。生成这些第一/第二增益校正用图，来作为具有在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件且无被检体的状态下进行拍摄而得到的面内分布信息的图。
而且，FPD 3检测在高管电压X射线条件下从X射线管2照射并透过了被检体M的X射线，由此生成由FPD 3拍摄到的高电压图像，该高管电压X射线条件是对X射线管2施加了与在生成第一增益校正用图时对X射线管2施加的高电压相同的值的高电压(140KV)的条件。同样地，FPD 3检测在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并透过了被检体M的X射线，由此生成由FPD 3拍摄到的低电压图像，该低管电压X射线条件是对X射线管2施加了与在生成第二增益校正用图时对X射线管2施加的低电压相同的值的低电压(100KV)的条件。这样，在骨密度摄影时，对X射线管2分别施加与生成第一/第二增益校正用图时的电压相同的值的高电压和低电压，并从X射线管2对被检体M进行照射，由此生成高电压图像/低电压图像。
使用第一增益校正用图对高电压图像进行增益校正，使用第二增益校正用图对低电压图像进行增益校正，由此能够在高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下的增益校正后的高电压图像/低电压图像中抑制不均或由不均引起的伪像。因而，也能够在将增益校正后的高电压图像与增益校正后的低电压图像进行减影所得到的减影处理后的图像(减影图像)中抑制不均或由不均引起的伪像。
图14是对模拟了骨头的模型进行拍摄所得到的减影图像，图14的(a)是本发明的无增益校正时的减影图像，图14的(b)是本发明的实施了增益校正时的减影图像。如在“用于解决问题的方案”一栏的见解中也说明过的那样，在无增益校正时的减影图像中强调如图14的(a)的用虚线表示那样的环状伪像。与此相对地，根据图14的(b)确认了在实施了增益校正时的减影图像中不会出现环状伪像。
其结果，能够使用具有高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下的面内分布信息的第一/第二增益校正用图对高电压图像/低电压图像进行增益校正，并将增益校正后的高电压/低电压图像进行减影，由此实现骨密度分析的精度提高。
在本实施例中，控制器12具有获取具有初始设定(即默认)的面内分布信息的基准增益校正用图的基准增益校正用图获取的功能，具备用于存储基准增益校正用图的存储器部13。并且，输入部14优选具有用于切换增益校正用图的使用条件的使用条件切换的功能。在通常的X射线摄影时，使用由存储器部13存储的基准增益校正用图对在通常的X射线摄影时得到的X射线图像进行增益校正。另一方面，在利用减影处理部117的减影的骨密度摄影时，使用具有高管电压X射线条件下的面内分布信息的第一增益校正用图对高电压图像进行增益校正，并且使用具有低管电压X射线条件下的面内分布信息的第二增益校正用图对低电压图像进行增益校正。
在进行骨密度摄影以外的通常的X射线摄影的情况下，对与通常的X射线摄影时相同的X射线条件下的面内分布信息进行初始设定，获取具有初始设定的面内分布信息的基准增益校正用图并存储于存储器部13。总的来说，切换增益校正用图的使用条件，使得在通常的X射线摄影时使用由存储器部13存储的基准增益校正用图对在通常的X射线摄影时得到的X射线图像进行增益校正，在骨密度摄影时使用具有高管电压X射线条件/低管电压X射线条件下的面内分布信息的第一/第二增益校正用图对高电压图像/低电压图像进行增益校正。这样，即使不使用专用的骨密度测定装置，也能够使用普通的X射线摄影装置分别进行应用了增益校正的通常的X射线摄影和应用了增益校正的骨密度摄影。
在本实施例中，为了从X射线的能量谱锁定为特定的能量成分，将高管电压X射线条件(对X射线管2施加了高电压的高电压条件)及低管电压X射线条件(对X射线管2施加了低电压的低电压条件)与高电压模式用和低电压模式用这两种类型的金属滤波器41、42进行组合。即，在X射线管2的照射侧以切换的方式配置这些金属滤波器41、42中的某一方。在无被检体的状态下FPD 3对在X射线管2的照射侧设置有高电压模式用的金属滤波器41的状态且高管电压X射线条件下从X射线管2照射的X射线进行检测，由此生成第一增益校正用图。同样地，在无被检体的状态下FPD 3对在X射线管2的照射侧设置有低电压模式用的金属滤波器42的状态且低管电压X射线条件下从X射线管2照射的X射线进行检测，由此生成第二增益校正用图。而且，FPD 3对在X射线管2的照射侧设置有高电压模式用的金属滤波器41的状态且高管电压X射线条件下从X射线管2照射并透过了被检体M的X射线进行检测，由此生成高电压图像。同样地，FPD 3对在X射线管2的照射侧设置有低电压模式用的金属滤波器42的状态且低管电压X射线条件下从X射线管2照射并透过了被检体M的X射线进行检测，由此生成低电压图像。
在骨密度摄影中，优选应用通过将利用狭缝状的X射线的照射场拍摄到的多个X射线图像沿被检体M的体轴方向进行结合来生成一张X射线图像的被称为“狭缝摄影”的手术方式。具体地说，本实施例所涉及的骨密度测定装置具备：准直器5，其通过限制从X射线管2照射的X射线的照射区域来形成狭缝状的照射场；以及照射场移动机构8，其通过使X射线管2和准直器5相对于FPD 3沿被检体M的体轴方向相对地移动，来使狭缝状的照射场相对于FPD 3沿体轴方向相对地移动。在本实施例中，在使FPD 3固定的状态下使X射线管2和准直器5沿体轴方向移动，由此在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向移动。
将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合，狭缝状的第一增益校正用图是每当利用照射场移动机构8进行移动时在无被检体的状态下由FPD 3对在高管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图。同样地，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合，狭缝状的第二增益校正用图是每当利用照射场移动机构8进行移动时在无被检体的状态下由FPD 3对在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张第二增益校正用图。
而且，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的高电压图像沿体轴方向进行结合，狭缝状的高电压图像是每当利用照射场移动机构8进行移动时由FPD 3对在高管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成且透过了被检体M的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张高电压图像。同样地，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的低电压图像沿体轴方向进行结合，狭缝状的低电压图像是每当利用照射场移动机构8进行移动时由FPD 3对在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成且透过了被检体M的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。通过像这样进行结合，来生成与FPD 3的整面对应的一张低电压图像。
在不限制X射线的照射区域地对FPD 3的整面照射X射线的情况下，由于从倾斜方向对FPD 3的端部入射X射线，因此在端部的X射线图像中发生失真。另一方面，由于通过狭缝摄影对FPD 3的检测面垂直地入射X射线，因此能够抑制X射线图像(第一/第二增益校正用图、高电压图像/低电压图像)的失真。另外，能够获得通过变为狭缝状而抑制了散射线的影响的高品质的X射线图像(第一/第二增益校正用图、高电压图像/低电压图像)。
另外，具备：摄影系统移动机构9，其使包括X射线管2和FPD 3的摄影系统相对于被检体M沿体轴方向相对地移动；以及全景图像生成单元118，其通过将每当利用摄影系统移动机构9进行移动时分别生成的减影处理后的图像(减影图像)沿体轴方向进行结合，来生成全景图像。在本实施例中，在使载置有被检体M的顶板1固定的状态下，使包括X射线管2和FPD 3的摄影系统沿体轴方向移动。在本实施例中，在骨密度摄影中适用于“全景摄影”，该“全景摄影”是指通过与狭缝摄影同样地将多个X射线图像沿体轴方向进行结合来生成(比FPD 3的整面中的检测区域宽的)全景图像。
这样，在本实施例中，将狭缝摄影和全景摄影进行组合。具体地说，在狭缝摄影中重复进行以下动作：一边使X射线管2和准直器5相对于FPD 3沿体轴方向相对地移动(在本实施例中为在使FPD 3固定的状态下一边使X射线管2和准直器5沿体轴方向移动)一边分别生成狭缝状的X射线图像，通过将这些X射线图像沿体轴方向进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张X射线图像，之后，一边使摄影系统相对于被检体M沿体轴方向相对地移动(在本实施例中为在使载置有被检体M的顶板1固定的状态下一边使摄影系统沿体轴方向移动)一边通过狭缝摄影生成与FPD 3的整面对应的一张X射线图像。而且，通过将分别生成的X射线图像沿体轴方向进行结合来生成全景图像。在本实施例的情况下，通过将分别生成的减影处理后的图像(减影图像)沿体轴方向进行结合，来生成长条状的减影图像作为全景图像。
如在“用于解决问题的方案”一栏中也说明过的那样，如果在进行增益校正时按每个像素进行增益校正，则估计会提高精度，但实际上并非如此。由于像素值的波动(即，统计的误差)，实际的像素值并不是真实值。因而，当使用不是真实值的增益校正用图按每个像素对高电压图像/低电压图像进行增益校正时，精度反而有可能下降。
因此，在本实施例中，具备：第一增益校正用图划分部111b，其将第一增益校正用图划分为多个区域；第二增益校正用图划分部112b，其将第二增益校正用图划分为多个区域；第一增益校正用图校正部111c，其通过在由第一增益校正用图划分部111b划分出的各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正第一增益校正用图；以及第二增益校正用图校正部112c，其通过在由第二增益校正用图划分部112b划分出的各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正第二增益校正用图。使用通过像这样在各个区域内对面内分布信息的值分别进行平滑化而校正后的第一/第二增益校正用图对高电压图像/低电压图像进行增益校正，由此能够恰当且高精度地进行增益校正。
如再三说明的那样，在第一/第二增益校正用图之间，作为划分的对象的区域的形状、个数不需要相同。另外，在本实施例中，作为平滑化的一例求出了平均值，但并不限定于平均值。例如，既可以使用中央值进行平滑化，也可以使用最频值进行平滑化。也就是说，使用统计量进行平滑化即可。
另外，根据本实施例所涉及的骨密度摄影方法，通过实施相当于图5所示的各工序的步骤S1(第一增益校正用图生成)、步骤S2(第二增益校正用图生成)、步骤S3(高电压图像生成/低电压图像生成)、步骤S4(第一增益校正/第二增益校正)以及步骤S5(减影处理)，能够恰当地实施骨密度摄影，能够实现骨密度分析的精度提高。
在相当于第一增益校正用图生成工序的步骤S1中，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合，通过将狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图，狭缝状的第一增益校正用图是每当使狭缝状的照射场相对于FPD 3沿体轴方向进行相对移动时(在本实施例中为每当在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向移动时)，在无被检体的状态下由FPD 3对在高管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。同样地，在第二增益校正用图生成工序中，将与狭缝状的照射场对应的狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合，通过将狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第二增益校正用图，狭缝状的第二增益校正用图是每当使狭缝状的照射场相对于FPD 3沿体轴方向进行相对移动时(在本实施例中为每当在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向移动时)，在无被检体的状态下由FPD 3对在低管电压X射线条件下从X射线管2照射并利用准直器5形成的狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的。
在应用如本实施例那样的狭缝摄影的情况下，分别考虑如下所述的方式。
即，在相当于第一增益校正用图生成工序的步骤S1之后实施相当于第二增益校正用图生成工序的步骤S2。或者，在相当于第二增益校正用图生成工序的步骤S2之后实施相当于第一增益校正用图生成工序的步骤S1。这样，也可以以在时间上分离的方式实施相当于第一增益校正用图生成工序的步骤S1和相当于第二增益校正用图生成工序的步骤S2。
与此相对地，一边对X射线管2交替地施加高电压和低电压一边使狭缝状的照射场相对于FPD 3沿体轴方向相对地移动(在本实施例中为在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向移动)，每当使狭缝状的照射场相对于FPD 3沿体轴方向进行相对移动时(在本实施例中为每当在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向移动时)，交替地生成狭缝状的第一增益校正用图和第二增益校正用图。而且，也可以同时实施第一增益校正用图生成工序(步骤S1)和第二增益校正用图生成工序(步骤S2)，其中，在该第一增益校正用图生成工序中，通过将狭缝状的第一增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第一增益校正用图，在该第二增益校正用图生成工序中，通过将狭缝状的第二增益校正用图沿体轴方向进行结合来生成与FPD 3的整面对应的一张第二增益校正用图。也可以通过像这样一边对X射线管2交替地施加高电压和低电压一边使狭缝状的照射场相对于FPD 3沿体轴方向相对地移动(在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向移动)，来实施第一增益校正用图生成工序(步骤S1)和第二增益校正用图生成工序(步骤S2)。
在本实施例中，优选的是，对X射线管2交替地施加与生成第一增益校正用图时的电压相同的值的高电压及与生成第二增益校正用图时的电压相同的值的低电压，并从X射线管2对被检体M进行照射，由此同时实施与生成高电压图像的高电压图像生成工序及生成低电压图像的低电压图像生成工序相当的步骤S3。由此，能够在如本实施例那样的也包括狭缝摄影、全景摄影的一次摄影中同时获取高电压图像和低电压图像。
本发明并不限于上述实施方式，能够如下述那样变形并实施。
(1)在上述实施例中，为了从X射线的能量谱锁定为特定的能量成分，使高管电压X射线条件(对X射线管2施加了高电压的高电压条件)及低管电压X射线条件(对X射线管2施加了低电压的低电压条件)与高电压模式用及低电压模式用这两种类型的金属滤波器41、42进行组合，但未必需要具备金属滤波器41、42。
(2)在上述实施例中，对X射线管2交替地施加高电压和低电压并从X射线管2对被检体M进行照射，由此在也包括狭缝摄影、全景摄影的一次摄影中同时获取了高电压图像和低电压图像，但并不限定于这种手术方式。在狭缝摄影、全景摄影中，既可以在生成高电压图像之后生成低电压图像，也可以在生成低电压图像之后生成高电压图像。
(3)在上述实施例中，通过在全景摄影中将减影处理后的图像(减影图像)沿体轴方向进行结合来生成了全景图像，但也可以在沿体轴方向进行结合后进行减影处理。即，也可以是，在通过将高电压图像/低电压图像沿体轴方向进行结合来分别生成全景高电压图像/全景低电压图像，之后通过将全景高电压图像与全景低电压图像进行减影来生成全景图像。
(4)在上述实施例中进行了狭缝摄影，但也可以是，在使用尺寸小的检测器的情况下对检测器的端部大致垂直地入射X射线时，不将第一/第二增益校正用图、高电压图像/低电压图像沿体轴方向进行结合，而直接生成与检测器的整面对应的一张第一/第二增益校正用图、高电压图像/低电压图像。
(5)在上述实施例中，在测定区域超过FPD 3的尺寸的情况下生成了全景图像(长条状的减影图像)，但在测定区域为FPD 3的尺寸以内的情况下未必需要进行全景摄影。
(6)在上述实施例中，在狭缝摄影中在使检测器(FPD 3)固定的状态下使X射线管2和准直器5沿体轴方向移动，从而在使FPD 3固定的状态下使狭缝状的照射场沿体轴方向移动，由此使X射线管2和准直器5相对于检测器(FPD 3)沿体轴方向相对地移动，从而使狭缝状的照射场相对于检测器(FPD 3)沿体轴方向相对地移动，但移动的方式并不限定于此。例如，也可以是，在使X射线管2和准直器5固定的状态下使检测器(FPD 3)沿体轴方向移动，从而在使X射线管2和准直器5固定的状态下使狭缝状的照射场相对于检测器(FPD 3)沿体轴方向相对地移动。另外，也可以是，通过使检测器(FPD 3)与X射线管2及准直器5互相沿体轴方向的相反方向移动，来使狭缝状的照射场相对于检测器(FPD 3)沿体轴方向相对地移动。
(7)在上述实施例中，在全景摄影中，通过在使载置有被检体M的顶板1固定的状态下使摄影系统沿体轴方向移动，来使摄影系统相对于被检体M沿体轴方向相对地移动，但移动的方式并不限定于此。例如，也可以是，通过在使摄影系统固定的状态下使顶板1沿体轴方向移动，来使摄影系统相对于被检体M沿体轴方向相对地移动。另外，也可以是，通过使顶板1和摄影系统互相沿体轴方向的相反方向移动，来使摄影系统相对于被检体M沿体轴方向相对地移动。
(8)在上述实施例中，为了不使用专用的骨密度测定装置而使用普通的X射线摄影装置来分别进行应用了增益校正的通常的X射线摄影和应用了增益校正的骨密度摄影，在通常的X射线摄影时和利用减影的骨密度摄影时切换了增益校正用图的使用条件，但在使用专用的骨密度测定装置来进行增益校正的情况下，未必需要切换增益校正用图的使用条件。
Claims (10)
1.一种骨密度测定装置，通过X射线摄影来进行骨密度的测定，具备：
X射线管，其照射X射线；
检测器，其检测从所述X射线管照射的X射线；
第一增益校正用图生成单元，其通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了高电压的高电压条件；
第二增益校正用图生成单元，其通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了比所述高电压低的低电压的低电压条件；
高电压图像生成单元，其通过由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的高电压图像，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在由所述第一增益校正用图生成单元生成所述第一增益校正用图时对所述X射线管施加的高电压相同的值的高电压的条件；
低电压图像生成单元，其通过由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的低电压图像，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在由所述第二增益校正用图生成单元生成所述第二增益校正用图时对所述X射线管施加的低电压相同的值的低电压的条件；
第一增益校正单元，其使用由所述第一增益校正用图生成单元生成的所述第一增益校正用图对由所述高电压图像生成单元生成的所述高电压图像进行增益校正；
第二增益校正单元，其使用由所述第二增益校正用图生成单元生成的所述第二增益校正用图对由所述低电压图像生成单元生成的所述低电压图像进行增益校正；以及
减影处理单元，其将由所述第一增益校正单元进行增益校正后的所述高电压图像与由所述第二增益校正单元进行增益校正后的所述低电压图像进行减影，
其中，根据由所述减影处理单元进行减影处理后的图像来进行骨密度的测定。
2.根据权利要求1所述的骨密度测定装置，其特征在于，还具备：
基准增益校正用图获取单元，其获取具有初始设定的所述面内分布信息的基准增益校正用图；
基准增益校正用图存储单元，其存储所述基准增益校正用图；以及
使用条件切换单元，其切换增益校正用图的使用条件，使得(a)在通常的X射线摄影时，使用由所述基准增益校正用图存储单元存储的所述基准增益校正用图对在通常的X射线摄影时得到的X射线图像进行增益校正，(b)在利用所述减影处理单元的减影的骨密度摄影时，使用具有所述高管电压X射线条件下的面内分布信息的所述第一增益校正用图对所述高电压图像进行增益校正，并且使用具有所述低管电压X射线条件下的面内分布信息的所述第二增益校正用图对所述低电压图像进行增益校正。
3.根据权利要求1或2所述的骨密度测定装置，其特征在于，
在所述X射线管的照射侧以切换的方式配置包括高电压模式用滤波器和低电压模式用滤波器这两种类型的滤波器中的某一方，
所述第一增益校正用图生成单元通过在无被检体的状态下由所述检测器对在所述X射线管的照射侧设置有所述高电压模式用滤波器的状态且所述高管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线进行检测，来生成所述第一增益校正用图，
所述第二增益校正用图生成单元通过在无被检体的状态下由所述检测器对在所述X射线管的照射侧设置有所述低电压模式用滤波器的状态且所述低管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线进行检测，来生成所述第二增益校正用图，
所述高电压图像生成单元通过由所述检测器对在所述X射线管的照射侧设置有所述高电压模式用滤波器的状态且所述高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了所述被检体的X射线进行检测，来生成所述高电压图像，
所述低电压图像生成单元通过由所述检测器对在所述X射线管的照射侧设置有所述低电压模式用滤波器的状态且所述低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了所述被检体的X射线进行检测，来生成所述低电压图像。
4.根据权利要求1或2所述的骨密度测定装置，其特征在于，还具备：
准直器，其通过限制从所述X射线管照射的X射线的照射区域来形成狭缝状的照射场；以及
照射场移动机构，其通过使所述X射线管和所述准直器相对于所述检测器沿被检体的体轴方向相对地移动，来使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向相对地移动，
所述第一增益校正用图生成单元具备第一增益校正用图结合单元，该第一增益校正用图结合单元将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述第一增益校正用图沿所述体轴方向进行结合，所述狭缝状的所述第一增益校正用图是每当利用所述照射场移动机构进行移动时在无被检体的状态下由所述检测器对在所述高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
通过利用所述第一增益校正用图结合单元进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第一增益校正用图，
所述第二增益校正用图生成单元具备第二增益校正用图结合单元，该第二增益校正用图结合单元将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述第二增益校正用图沿所述体轴方向进行结合，所述狭缝状的所述第二增益校正用图是每当利用所述照射场移动机构进行移动时在无被检体的状态下由所述检测器对在所述低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
通过利用所述第二增益校正用图结合单元进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第二增益校正用图，
所述高电压图像生成单元具备高电压图像结合单元，该高电压图像结合单元将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述高电压图像沿所述体轴方向进行结合，所述狭缝状的所述高电压图像是每当利用所述照射场移动机构进行移动时由所述检测器对在所述高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成且透过了所述被检体的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
通过利用所述高电压图像结合单元进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述高电压图像，
所述低电压图像生成单元具备低电压图像结合单元，该低电压图像结合单元将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述低电压图像沿所述体轴方向进行结合，所述狭缝状的所述低电压图像是每当利用所述照射场移动机构进行移动时由所述检测器对在所述低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成且透过了所述被检体的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
通过利用所述低电压图像结合单元进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述低电压图像。
5.根据权利要求1或2所述的骨密度测定装置，其特征在于，还具备：
摄影系统移动机构，其使包括所述X射线管和所述检测器的摄影系统相对于所述被检体沿被检体的体轴方向相对地移动；以及
全景图像生成单元，其通过将每当利用所述摄影系统移动机构进行移动时分别生成的由所述减影处理单元进行减影处理后的图像沿所述体轴方向进行结合，来生成全景图像。
6.根据权利要求1或2所述的骨密度测定装置，其特征在于，还具备：
第一增益校正用图划分单元，其将所述第一增益校正用图划分为多个区域；
第二增益校正用图划分单元，其将所述第二增益校正用图划分为多个区域；
第一增益校正用图校正单元，其通过在由所述第一增益校正用图划分单元划分出的各个区域内对所述面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正所述第一增益校正用图；以及
第二增益校正用图校正单元，其通过在由所述第二增益校正用图划分单元划分出的各个区域内对所述面内分布信息的值分别进行平滑化，来校正所述第二增益校正用图。
7.一种骨密度摄影方法，用于使用骨密度测定装置来测定骨密度，该骨密度测定装置具备照射X射线的X射线管和检测从所述X射线管照射的X射线的检测器，该骨密度摄影方法包括以下工序：
第一增益校正用图生成工序，通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第一增益校正用图，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了高电压的高电压条件；
第二增益校正用图生成工序，通过在无被检体的状态下由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射的X射线，来生成具有用由所述检测器输出的数据的在检测面内的二维分布表示的面内分布信息的第二增益校正用图，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了比所述高电压低的低电压的低电压条件；
高电压图像生成工序，通过由所述检测器检测在高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的高电压图像，该高管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在所述第一增益校正用图生成工序中生成所述第一增益校正用图时对所述X射线管施加的高电压相同的值的高电压的条件；
低电压图像生成工序，通过由所述检测器检测在低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并透过了被检体的X射线，来生成由所述检测器拍摄到的低电压图像，该低管电压X射线条件是对所述X射线管施加了与在所述第二增益校正用图生成工序中生成所述第二增益校正用图时对所述X射线管施加的低电压相同的值的低电压的条件；
第一增益校正工序，使用在所述第一增益校正用图生成工序中生成的所述第一增益校正用图对在所述高电压图像生成工序中生成的所述高电压图像进行增益校正；
第二增益校正工序，使用在所述第二增益校正用图生成工序中生成的所述第二增益校正用图对在所述低电压图像生成工序中生成的所述低电压图像进行增益校正；以及
减影处理工序，将在所述第一增益校正工序中进行增益校正后的所述高电压图像与在所述第二增益校正工序中进行增益校正后的所述低电压图像进行减影，
其中，根据在所述减影处理工序中进行减影处理后的图像来进行骨密度的测定。
8.根据权利要求7所述的骨密度摄影方法，其特征在于，
在通过将基于狭缝状的X射线的照射场拍摄到的多个X射线图像沿被检体的体轴方向进行结合来生成一张X射线图像的狭缝摄影时，通过由准直器限制从所述X射线管照射的X射线的照射区域来形成所述狭缝状的照射场，通过使所述X射线管和所述准直器相对于所述检测器沿所述体轴方向相对地移动，来使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向相对地移动，从而进行狭缝摄影，
在所述第一增益校正用图生成工序中，将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述第一增益校正用图沿所述体轴方向进行结合，通过将所述狭缝状的所述第一增益校正用图沿所述体轴方向进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第一增益校正用图，所述狭缝状的所述第一增益校正用图是每当使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向进行相对移动时在无被检体的状态下由所述检测器对在所述高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
在所述第二增益校正用图生成工序中，将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述第二增益校正用图沿所述体轴方向进行结合，通过将所述狭缝状的所述第二增益校正用图沿所述体轴方向进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第二增益校正用图，所述狭缝状的所述第二增益校正用图是每当使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向进行相对移动时在无被检体的状态下由所述检测器对在所述低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
在所述第一增益校正用图生成工序之后实施所述第二增益校正用图生成工序，或者在所述第二增益校正用图生成工序之后实施所述第一增益校正用图生成工序。
9.根据权利要求7所述的骨密度摄影方法，其特征在于，
在通过将基于狭缝状的X射线的照射场拍摄到的多个X射线图像沿被检体的体轴方向进行结合来生成一张X射线图像的狭缝摄影时，通过由准直器限制从所述X射线管照射的X射线的照射区域来形成所述狭缝状的照射场，通过使所述X射线管和所述准直器相对于所述检测器沿所述体轴方向相对地移动，来使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向相对地移动，从而进行所述狭缝摄影，
在所述第一增益校正用图生成工序中，将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述第一增益校正用图沿所述体轴方向进行结合，通过将所述狭缝状的所述第一增益校正用图沿所述体轴方向进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第一增益校正用图，所述狭缝状的所述第一增益校正用图是每当使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向进行相对移动时在无被检体的状态下由所述检测器对在所述高管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
在所述第二增益校正用图生成工序中，将与所述狭缝状的照射场对应的所述狭缝状的所述第二增益校正用图沿所述体轴方向进行结合，通过将所述狭缝状的所述第二增益校正用图沿所述体轴方向进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第二增益校正用图，所述狭缝状的所述第二增益校正用图是每当使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向进行相对移动时在无被检体的状态下由所述检测器对在所述低管电压X射线条件下从所述X射线管照射并利用所述准直器形成的所述狭缝状的照射场的X射线进行检测而分别生成的，
一边对所述X射线管交替地施加所述高电压和所述低电压一边使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向相对地移动，每当使所述狭缝状的照射场相对于所述检测器沿所述体轴方向进行相对移动时，交替地生成所述狭缝状的所述第一增益校正用图和所述第二增益校正用图，
同时实施所述第一增益校正用图生成工序和所述第二增益校正用图生成工序，其中，在所述第一增益校正用图生成工序中，通过将所述狭缝状的所述第一增益校正用图沿所述体轴方向进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第一增益校正用图，在所述第二增益校正用图生成工序中，通过将所述狭缝状的所述第二增益校正用图沿所述体轴方向进行结合来生成与所述检测器的整面对应的一张所述第二增益校正用图。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的骨密度摄影方法，其特征在于，
对所述X射线管交替地施加与生成所述第一增益校正用图时的电压相同的值的高电压及与生成所述第二增益校正用图时的电压相同的值的低电压，并从所述X射线管对所述被检体进行照射，由此同时实施生成所述高电压图像的所述高电压图像生成工序和生成所述低电压图像的所述低电压图像生成工序。
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