DE69325908T2

DE69325908T2 - Ct-vorrichtung zur quantitativen bestimmung des mineralgehaltes von knochen

Info

Publication number: DE69325908T2
Application number: DE69325908T
Authority: DE
Inventors: Makoto Gohno; Tetsuya Horiuchi
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2013-05-26
Also published as: KR100258828B1; WO1993024055A1; DE69325908D1; EP0642761A4; EP0642761A1; US5521955A; JP2694674B2; EP0642761B1; JPH09504681A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine CT- Vorrichtung bzw. ein CT-System zum quantitativen Bestimmen der Knochenmineralmasse bzw. des Mineralgehaltes von Knochen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine CT- Vorrichtung bzw. ein CT-System zum quantitativen Bestimmen der kKnochenmineralmasse bzw. des Mineralgehaltes von Knochen durch ein Verfahren, das Scannen eines Objektbereichs zusammen mit mehreren Proben, die durch Mischen eines Wasseräquivalenten Materials (eines Materials, das die gleiche Röntgenstrahlentransmissionsrate wie Wasser besitzt) mit unterschiedlichen Verhältnissen eines Standardmaterials, das äquivalent zum Mineralgehalt von Knochen bzw. zur Knochenmineralmasse ist (einem Material, das die gleiche Röntgenstrahlentransmissionsrate wie die Knochenmineralmasse besitzt), und Bestimmen der Knochenmineraldichte (BMD - bone mineral density) des Objektbereichs unter Bezug auf die CT- Zahlen der mehreren Proben mit unterschiedlichen Dichten des zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials umfaßt.

Stand der Technik

Quantitative Bestimmung von Knochenmineralmasse wird für die Diagnose von Osteoporose und ähnlichem eingesetzt.
Die quantitative Bestimmung von Knochenmineralmasse im Knochenmark als einem Objektbereich wird im folgenden erläutert.
Gemäß Fig. 8 wird ein Phantom P unterhalb der Taille eines Subjekts angeordnet. Danach liefert ein Scannen mit einem CT-Scanner die Bilddaten des Querschnitts einschließlich des Knochenmarks (beispielsweise des dritten Lendenwirbels) und des Phantoms P. Darin enthält das Phantom P mehrere Probestäbe S1, S2, ..., die durch Mischen eines Wasser äquivalenten Materials mit der gleichen Röntgenstrahlentransmissionsrate wie Wasser mit unterschiedlichen Verhältnissen eines Standardmaterials, das der Knochenmineralmasse äquivalent ist und die gleiche Röntgenstrahlentransmissionsrate wie die Knochenmineralmasse besitzt, hergestellt werden.
Sodann werden CT-Zahlen A1, A2, ... der Probestäbe S1, S2, ... in den Querschnittbilddaten detektiert bzw. ermittelt, wobei eine lineare Regression "e", welche die Beziehung zwischen der CT-Zahl und der Knochenmineraldichte des der Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials gemäß Fig. 9 repräsentiert, basierend auf den CT-Zahlen A1, A2, ... und den Dichten des der Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials in den Probestäben S1, S2, ... berechnet wird. Die X-Achse repräsentiert die Knochenmineraldichte, während die Y-Achse die CT-Zahl repräsentiert.
Sodann wird zum Detektieren bzw. Ermitteln der CT-Zahl des Knochenmarks als dem Objektbereich in den Querschnittbilddaten die Knochenmineraldichte des Knochenmarks basierend auf der ermittelten CT-Zahl und der linearen Regression "e" berechnet. Eine derartige CT- Vorrichtung bzw. ein derartiges CT-System ist beispielsweise aus der französischen Patentanmeldung FR-A-2659697 bekannt.
Gemäß Fig. 10 ist die basierend auf der linearen Regression "e" berechnete Knochenmineraldichte jedoch gelegentlich inkonsistent mit dem tatsächlichen Wert.
Wird beispielsweise eine lineare Regression, die aus dem Scannen mit einer Röntgenröhrenspannung von 80 kV erzeugt wurde, mit "e80" bezeichnet, wird die CT-Zahl des Knochenmarks mit "Aq80" bezeichnet, und wird die daraus abgeleitete Knochenmineraldichte mit "x80" bezeichnet. Alternativ wird eine aus dem Scannen mit einer Röntgenröhrenspannung von 140 kV erzeugte lineare Regression mit "e140" bezeichnet, die CT-Zahl des Knochenmarks wird mit "Aq140" bezeichnet, und die daraus abgeleitete Knochenmineraldichte wird mit "x140" bezeichnet. Dabei ist die Knochenmineraldichte "xt", die unabhängig von unterschiedlichen Röhrenspannungen konstant sein sollte, tatsächlich nicht konstant, wie durch x80 < x140 verdeutlicht wird. Derartige Resultate können möglicherweise einigen Fehlerfaktoren zuzuschreiben sein. Da die Abnahme der CT-Zahl aufgrund von Fett einer dieser Fehlerfaktoren sein kann, wird die Verschiebung der gemessenen Knochenmineraldichte von der wirklichen Knochenmineraldichte "xt" bei jeder Röhrenspannung 1 berechnet, während die Abnahme der CT-Zahl aufgrund von Fett mit "af" bezeichnet wird. Dabei sollte gemäß Fig. 11 x80 größer als x140 sein, was nicht konsistent mit den obigen Resultaten gemäß Fig. 10 ist. Somit kann eine derartige Berechnung der Knochenmineraldichte gemäß Fig. 10 möglicherweise einen bestimmten anderen Fehlerfaktor als Fett enthalten, wobei der Faktor aber noch nicht identifiziert worden ist. Daher wurde der Fehlerfaktor aufgrund von Fett auch noch nicht ausgeschlossen.

Offenbarung der Erfindung

Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine modifizierte CT-Vorrichtung zum quantitativen Bestimmen von Knochenmineralmasse bzw. des Mineralgehalts von Knochen zu schaffen, um Knochenmineraldichte genauer zu ermitteln.
Eine CT-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Phantom, das einen Probestab einer Art eines Standardmaterials und eine Mehrzahl von Probestäben, die jeweils mit Wasser-äquivalentem Material gemischte Knochenmineral-äquivalente Materialien unterschiedlicher Dichten aufweisen, Mittel zum Scannen eines Patientenkörpers mit dem Phantom, das bzw. die eine Röntgenröhre umfaßt bzw. umfassen, Mittel zum Erfassen einer CT-Zahl eines Objektbereichs des Patientenkörpers und von CT-Zahlen der Probestäbe des Phantoms, Mittel zum Bestimmen der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten basierend auf den äquivalenten Knochenmineraldichten und den erfaßten CT-Zahlen der Probestäbe, die jeweils unterschiedliche Dichten der Knochenmineral-äquivalenten Materialien aufweisen, und Mittel zum Korrigieren der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten durch Verwenden der erfaßten CT-Zahl des Probestabs einer Art von Standardmaterial und Substituieren der CT-Zahl, die von dem Wasser äquivalenten Material erlangt wurde und in der CT-Zahl jedes der Mehrzahl der Probestäbe enthalten ist, mit der CT-Zahl der einen Art von Standardmaterial, wobei die eine Art von Standardmaterial Blut oder ein Blut äquivalentes Material ist.
Eine andere CT-Vorrichtung bzw. ein CT-System gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Phantom das eine Mehrzahl von Probestäben, die jeweils mit Wasser-äquivalentem Material gemischte Knochenmineral-äquivalente Materialien unterschiedlicher Dichten aufweisen, Mittel zum Scannen eines Patientenkörpers mit dem Phantom, das bzw. die eine Röntgenröhre umfaßt bzw. umfassen, Mittel zum Erfassen einer CT-Zahl eines Objektbereichs des Patientenkörpers und von CT- Zahlen der Probestäbe des Phantoms, Mittel zum Bestimmen der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten basierend auf den äquivalenten Knochenmineraldichten und den erfaßten CT-Zahlen der Probestäbe, die jeweils unterschiedliche Dichten der Knochenmineral-äquivalenten Materialien aufweisen, und Mittel zum Korrigieren der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten durch Verwenden einer CT-Zahl von Blut, die von dem Patientenkörper erfaßt wurde, und Substituieren der CT-Zahl, die von dem Wasser äquivalenten Material erlangt wurde und in der CT-Zahl jedes der Mehrzahl der Probestäbe enthalten ist, mit der von dem Patientenkörper erfaßten CT- Zahl von Blut.
Die primäre Komponente in weichen Geweben in menschlichen Körpern und ähnlichem ist Blut, was auch der Fall bei Knochenmark als Objektbereich für quantitative Bestimmung von Knochenmineralmasse ist. Daher wird gemäß der CT-Vorrichtung bzw. dem CT-System gemäß der vorliegenden Erfindung eine korrigierte CT-Zahl jedes von mehreren Proben mit unterschiedlichen Dichten eines zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials berechnet, indem die von einem Wasser äquivalenten Material abgeleitete und in den CT-Zahlen jedes der Proben enthaltene CT-Zahl mit der CT-Zahl von Blut oder von einem dem Blut äquivalenten Standardmaterial in den Querschnittbilddaten, die durch das Scannen erzeugt wurden, substituiert wird.
Da die korrigierte CT-Zahl jeder der Proben ein Wert ist, der für Blut oder ein dem Blut äquivalentes Standardmaterial korrigiert wurde, um ein weiches Gewebe als den Objektbereich genauer zu reproduzieren, kann eine genauere Knochenmineraldichte durch Bestimmen der Knochenmineraldichte des Objektbereichs basierend auf der korrigierten CT-Zahl jeder der Proben erhalten werden.
Des weiteren werden derart korrigierte CT-Zahlen bei mehreren Niveaus von Röhrenspannungen ermittelt, um die Knochenmineraldichte des Objektbereichs zu bestimmen, während die Verschiebung in der CT-Zahl aufgrund von Fett und ähnlichem korrigiert wird. Daher ergibt sich eine genauerer Wert der Knochenmineraldichte.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren eines Verfahrens zum quantitativen Bestimmen von Knochenmineralmasse gemäß der CT-Vorrichtung bzw. dem CT-System der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 2 ist eine Darstellung eines Phantoms zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ist eine Darstellung eines Querschnittbilds gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ist eine Darstellung einer linearen Regression gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 ist eine Darstellung von linearen Regressionen gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren eines anderen Verfahrens gemäß der CT-Vorrichtung bzw. dem CT-System der Erfindung darstellt,
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das eine CT-Vorrichtung zum quantitativen bestimmen von Knochenmineralmasse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 8 ist eine Darstellung eines zum quantitativen Messen von Knochenmineralmasse gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Phantoms,
Fig. 9 ist eine Darstellung einer linearen Regression für das herkömmliche Verfahren zum quantitativen Bestimmen von Knochenmineralmasse,
Fig. 10 ist eine Darstellung von linearen Regressionen des konventionellen Verfahrens zum quantitativen Bestimmen von Knochenmasse und
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung des Fehlers aufgrund von Fett durch das Verfahren zum quantitativen Bestimmen von Knochenmineralmasse.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nun in Beispielen gemäß den Figuren beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das eine CT-Vorrichtung bzw. ein CT-System 1 zum quantitativen Bestimmen von Knochenmineralmasse als ein Beispiel gemäß der Erfindung zeigt. Eine Röntgenröhre 3 und ein Detektor 4, die beide in einem Gestell 2 angeordnet sind, werden zusammen mit einem Gestell-Drehsystem 7 gedreht. Der Detektor 4 detektiert die Intensität der durch ein Subjekt K übertragenen bzw. durchgelassenen Röntgenstrahlen. Eine Röntgenstrahlen- Erzeugungssteuerschaltung 5 ist mit der Röntgenröhre 3 verbunden, um die Erzeugung von Röntgenstrahlen und deren Einstellung bzw. Beendigung zu steuern und die Röhrenspannungen der Röntgenröhre zu steuern. Eine Detektor- Steuerschaltung 6 steuert das Timing zum Betrieb des Detektors 4. Ein Tisch 8 dient der Anordnung des Subjekts K und ist mit einer Tisch-Bewegungseinheit 9 linear bewegbar. Eine Datensammeleinheit 10 sammelt Projektionsdaten von dem Detektor 4. Eine Einheit 11 zum Wiederherstellen eines Bildes stellt ein Bild basierend auf den Projektionsdaten von der Datensammeleinheit 10 wieder her, um Querschnittbilddaten auszugeben. Basierend auf den von der Bild- Wiederherstelleinheit 11 erhaltenen Querschnittbilddaten dient eine Knochenmineral-Zählereinheit 12 dem Ausführen der im folgenden beschriebenen Abläufe der vorliegenden Erfindung zum Zählen der Knochenmineraldichte eines Objektbereichs. Eine Datenspeichereinheit 13 speichert die Querschnittbilddaten von der Bild-Wiederherstelleinheit 11 zusammen mit den mit der Knochenmineral-Zählereinheit 12 gezählten Daten. Eine Anzeigeeinheit 14 stellt ein Querschnittbild basierend auf den Querschnittbilddaten von der Bild-Wiederherstelleinheit 11 sowie die Knochenmineraldichte des Objektbereichs basierend auf den mit der Knochenmineral-Zählereinheit 12 gezählten Daten dar. Eine Systemsteuereinheit 20 überträgt und empfängt die erforderlichen Signale zu und von der Röntgenstrahlen- Erzeugungssteuerschaltung 5, der Detektor-Steuerschaltung 6, der Gestell-Dreheinheit 7, der Tisch-Bewegungseinheit 9, der Datensammeleinheit 10, der Bild-Wiederherstelleinheit 11, der Knochenmineral-Zählereinheit 12, der Datenspeichereinheit 13 und der Anzeigeeinheit 14. Die Operationseinheit 30 dient einer Bedienperson zur Eingabe von Befehlen und ähnlichem.
Fig. 2 ist eine verdeutlichende Darstellung eines Phantoms, das für die quantitative Bestimmung von Knochenmineralmasse in einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist. Das Phantom P enthält mehrere Probestäbe S1, S2, ..., die durch Mischen eines Wasseräquivalenten Materials mit der gleichen Röntgen- Transmissionsrate wie Wasser mit unterschiedlichen Verhältnissen eines der Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials, das die gleiche Röntgen-Transmissionsrate wie die Knochenmineralmasse besitzt, hergestellt werden. Unter den mehreren Probestäben, die aus einem Wasseräquivalenten Material als dem Basismaterial aufgebaut sind und unterschiedliche Dichten eines der Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials besitzen, ist der Probestab S1 ein Probestab mit der niedrigsten Dichte, wobei die Dichte des der Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials 0 mg/cc beträgt (da dieser nämlich nur das Wasser-äquivalente Material enthält). Das der Knochenmineralmasse äquivalente Standardmaterial ist beispielsweise Kalzium-Hydroxylapatit, Kalium-Wasserstoff-Phosphat, Kalziumcarbonat oder ähnliches. Das Phantom P enthält außerdem den Probestab "Sr" eines zu Blut äquivalenten Standardmaterials, das die gleiche Röntgen- Transmissionsrate wie Blut besitzt.
Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren eines Verfahrens zum quantitativen Bestimmen von Knochenmineralmasse in einem Beispiel gemäß dem CT-System der Erfindung darstellt. Entsprechend dem Ablauf des Ablaufdiagramms von Fig. 1 wird im folgenden ein spezifisches Beispiel erläutert, bei dem der Objektbereich der dritte Lendenwirbel ist.
Das Phantom P wird unterhalb der Taille eines Subjekts K plaziert. Sodann werden, nachdem eine Bedienperson die Position des Querschnitts einschließlich seines (oder ihres) Knochenmarks (z. B. des dritten Lendenwirbels) und des Phantoms P bestimmt, die folgenden Abläufe durchgeführt, wenn eine Bedienperson den Beginn der quantitativen Bestimmung von Knochenmineralmasse über die Operationseinheit 30 veranlaßt.
Im Schritt D1 wird das Scannen des bestimmten Scann- Querschnitts durchgeführt, um Querschnittbilddaten zu erhalten. Fig. 3 zeigt ein Anschauungsbild des Querschnittbilds aus den Querschnittbilddaten. "h" bezeichnet das Bild der Taillienkontur und "q" bezeichnet das Bild des dritten Lendenwirbels. Außerdem bezeichen "r" das Bild der Aorta.
Im Schritt D2 erfolgt die Detektion bzw. Ermittlung der CT-Zahlen der Probestäbe S1, S2, ..., die unterschiedliche Dichten des der Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials aufweisen, aus den Querschnittbilddaten.
Im Schritt D3 erfolgt die Detektion bzw. Ermittlung der CT-Zahl von Blut oder von einem dem Blut äquivalenten Standardmaterial. Das bedeutet, daß die Ermittlung der CT- Zahl "Ar" entweder von Blut "r" in der Aorta oder von dem Probestab "Sr", des dem Blut äquivalenten Standardmaterials in den Querschnittbilddaten erfolgt. Zum Bestimmen der CT- Zahl von Blut in der Aorta ist der Probestab "Sr" nicht erforderlich.
Im Schritt D4 erfolgt die Berechnung von korrigierten Werten B1, B2, ..., der CT-Zahlen A1, A2, ..., basierend auf der folgenden Gleichung.
Bi = Ai + {1 - (ρi/ρw)}(Ar - A1)
wobei "ρi" die Dichte des zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials in dem Probestab "Si", "ρw" die Dichte ρ1 des zu Wasser äquivalenten Materials, d. h. des Probestabs S1, und i = 1, 2, ..., ist. Der Ablauf dient zur Berechnung der korrigierten CT-Zahl "Bi" jeder CT-Zahl "Ai" einer Probe, durch Substituieren der CT-Zahl aufgrund des zu Wasser äquivalenten Materials, das in der CT-Zahl "Ai" enthalten ist, mit der CT-Zahl von Blut oder dem zu Blut äquivalenten Standardmaterial in den durch das Scannen erhaltenen Querschnittbilddaten.
Im Schritt D5 sollte die Berechnung einer linearen Regression F : y = H + G · x gemäß Fig. 4, die die Beziehung zwischen der korrigierten CT-Zahl und der Knochenmineraldichte des zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials darstellt, basierend auf den korrigierten CT-Zahlen B1, B2, ... aus der vorstehenden Berechnung und den bekannten Dichten ρ1, ρ2, ... des zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials gemäß der Methode der kleinsten Quadrate erfolgen. In der Figur bezeichnet die X- Achse die Knochenmineraldichte, während die Y-Achse die CT- Zahl bezeichnet. Hierbei entspricht der y-Achsenschnittpunkt "H" der CT-Zahl "Ar" innerhalb des Fehlerbereichs, während "G" die lineare Steigung bezeichnet.
Im Schritt D6 wird die CT-Zahl "Aq" des dritten Lendenwirbels "q" detektiert bzw. ermittelt.
Im Schritt D7 wird die Knochenmineraldichte des dritten Lendenwirbels "q" basierend auf der CT-Zahl "Aq" des dritten Lendenwirbels "q" und der linearen Regression "F" wie folgt bestimmt:
X = (Aq - H)/G
Aus dem Ergebnis der vorstehenden Schritte D1 bis D7 ist die Verschiebung der Knochenmineraldichte X aufgrund des Unterschieds in der Röhrenspannung gering, verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren, so daß eine genauere Bestimmung der Knochenmineraldichte möglich ist.
Dieser Effekt wird nun anhand der Fig. 5, welche die Ergebnisse der Messungen bei unterschiedlichen Niveaus der Röhrenspannung, d. h. bei 80 kV und bei 140 kV zeigt, erläutert. In der Figur ist "F80" eine lineare Regression: y = H80 + G80 · x aus dem Scannen bei einer Röhrenspannung von 80 kV, "Aq80" ist die CT-Zahl des Objektbereichs (dritter Lendenwirbel "q") beim Scannen und "x80" ist die daraus ermittelte Knochenmineraldichte. Gleichermaßen sind "F140", "Aq80" und "x140" eine lineare Regression y = H140 + G140 · x, die CT-Zahl und die Knochenmineraldichte, die jeweils bei einer Röhrenspannung von 140 kV ermittelt wurden, wobei die Sätze von "H80" und "G80" sowie von "H140" und "G140" einen Satz von y-Achsenabschnitten und linearen Steigungen der linearen Regressionen "F80" bzw. "F140" darstellen. In der Figur werden die mit zwei punktiert-gestrichelter Linie dargestellten linearen Regressionen "f80" und "f140" zum Vergleich unter Verwendung der CT-Zahl "Ai" jeder Probe wie sie ist berechnet, ohne die korrigierte CT-Zahl "Bi" jeder Probe zu verwenden, wobei diese den linearen Regressionen "e80" und "e140", die durch das herkömmliche Verfahren erhalten wurden (sh. Fig. 9) entsprechen.
Gemäß den Ergebnissen der Schritte D1 bis D7 ist die Variation der Knochenmineraldichte zwischen "x80" und "x140" aufgrund der Unterschiede in der Röhrenspannung gering, verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren. Wie bereits zuvor beschrieben wurde, ist der Fehler auch dann gering, wenn die Dichte bei irgendeiner Röhrenspannung gemessen wird, so daß eine genauere Messung der Knochenmineraldichte mit einer Korrektur des Fehlerfaktors aufgrund von Blut verwirklicht wird.
Des weiteren kann die Reihenfolge der Schritte D2 und D3 in den zuvor beschriebenen Abläufen vertauscht werden und diese Schritte können zwischen Schritt D1 bis Schritt D4 eingefügt werden. Außerdem kann der Schritt D6 an irgendeiner Position vom Schritt D1 bis zum Schritt D7 vorgesehen werden.
Aus den zuvor beschriebenen Ergebnissen ergeben sich die gemessenen Knochenmineraldichten zu X80 > x140. Der Fehler weist eine identische Tendenz mit der Verschiebung der CT- Zahl aufgrund eines Fettfaktors auf. Daher kann die Knochenmineraldichte mit einer höheren Genauigkeit gemessen werden, indem die Schritte D1 bis D6 bei zwei unterschiedlichen Niveaus der Röhrenspannung, Ej (j = 1, 2) durchgeführt und der andere Schritt D70 unter Verwendung der beiden Resultate anstelle des Schritts D7 durchgeführt wird, um die Abnahme der CT-Zahl aufgrund von Fett zu korrigieren.
Es folgt eine detaillierte Erläuterung anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 6. In diesem Fall enthält das Phantom P einen Probestab "Sf" eines zu Fett äquivalenten Standardmaterials zusätzlich zu den Probestäben S1, S2, ... und dem Probestab "Sr" eines zu Blut äquivalenten Standardmaterials.
Wie bereits zuvor beschrieben wurde, wird das Phantom P unterhalb der Taille des Subjekts K plaziert und sodann, nachdem der dritte Lendenwirbel als ein Scann-Querschnitt bestimmt wurde, wird die Prozedur ausgeführt, wenn eine Bedienperson den Beginn der quantitativen Bestimmung von Knochenmineralmasse über die Operationseinheit 30 veranlaßt.
Der Schritt D1 wird bei zwei unterschiedlichen Niveaus der Röhrenspannung, d. h. bei E1 und E2 durchgeführt. Das bedeutet, daß durch das Scannen des zu scannenden Querschnitts bei zwei unterschiedlichen Niveaus der Röhrenspannung E1 und E2 zwei Querschnittbilddaten erhalten werden. Die zwei Niveaus des Scannens sollten vorzugsweise in einem geringen Intervall erfolgen, um die Positionsverschiebung der beiden Bilder zu vermindern.
Der Schritt D2 wird mit den zwei Querschnittbilddaten durchgeführt. In den zwei einzelnen Querschnittbilddaten werden die CT-Zahlen der Probestäbe S1, S2, S3, ..., d. h. A1j, A2j, S3j, ... (j = 1, 2) detektiert bzw. ermittelt.
Für die zwei Querschnittsbilddaten wird der Schritt D3 durchgeführt, um die CT-Zahl von Blut oder von einem zu Blut äquivalenten Standardmaterial zu ermitteln. Das bedeutet, daß die CT-Zahl "Ar1" entweder von der Aorta "r" oder von dem Probestab "Sr" des zu Blut äquivalenten Standardmaterials in den Querschnittbilddaten bei der Röhrenspannung E1 ermittelt wird. Auf diese Weise wird die CT-Zahl "Ar2" auch bei der Röhrenspannung E2 ermittelt. Wenn die CT-Zahl von Blut in der Aorta "r" ermittelt werden soll, ist der Probestab "Sr" des zu Blut äquivalenten Standardmaterials nicht erforderlich.
Der Schritt D4 wird mit den Daten basierend auf den zwei Niveaus der Röhrenspannung durchgeführt. Das bedeutet, daß die korrigierten CT-Zahlen B1j, B2j, B3j, ... (j = 1, 2) der CT- Zahlen A1j, A2j, A3j, ... bei einer Röhrenspannung Ej (j = 1, 2) wie folgt berechnet werden:
Bi = Ai + {1 - (ρi/ρw)}(Ar - A1).
Das bedeutet, daß die Berechnung auf Basis der Gleichung erfolgt:
Bij = Aij + {1 - (ρi/ρw)} (Arj - A1j),
wobei "ρi" die Dichte des zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials im Probenstab "Si" und "ρw" die Dichte ρi des zu Wasser äquivalenten Materials, nämlich des Probestabs S1 darstellt. Hierbei ist "i" die Nummer des Probestabs und i = 1, 2, 3, ..... "j" bezeichnet zwei Niveaus der Röhrenspannung und j = 1,2.
Der Schritt D5 wird mit den zwei Datensätzen (j = 1,2) durchgeführt. Das bedeutet, daß basierend auf den korrigierten CT-Zahlen B1j, B2j, B3j, ... in der Berechnung und den bekannten Dichten ρ1, ρ2, ρ3, ... des zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials für die zwei Datensätze zwei lineare Regressionen, die die Beziehung zwischen der korrigierten CT-Zahl und der Knochenmineraldichte des zur Knochenmineralmasse äquivalenten Standardmaterials darstellen und als Fj: y = Hj + Gj · x ausgedrückt sind, durch die Methode der kleinsten Quadrate oder eine ähnliche Methode berechnet werden. Hierbei entspricht "Hj" der CT-Zahl "Arj" innerhalb des Fehlerbereichs.
Der Schritt D6 wird mit den zwei Querschnittbildern durchgeführt. Das bedeutet, daß die CT-Zahlen "Aq1" und "Aq2" des dritten Lendenwirbels "q" als der Objektbereich in den einzelnen Bildern ermittelt werden.
Ein neuer Schritt D60 wird mit den zwei Querschnittbildern durchgeführt. Das bedeutet, daß für die einzelnen Bilder die CT-Zahlen "Af1" und "Af2" des Probestabs "Sf" eines zu Fett äquivalenten Standardmaterials ermittelt werden.
Sodann wird der Schritt D70 anstelle des Schritts D7 durchgeführt. Das bedeutet, daß, basierend auf den Achsabschnitten "H1" und "H2" sowie den Steigungen "G1" und "G2" der zwei linearen Regressionen, den CT-Zahlen "Af1" und "Af2" des Probenstabs Sf eines zu Fett äquivalenten Standardmaterials in den zwei Querschnittbildern, den CT- Zahlen "Ar1" und "Ar2" des Probestabs "Sr" entweder der Aorta "r" oder des zu Blut äquivalenten Standardmaterials in den zwei Querschnittbildern und den CT-Zahlen "Aq1" und "Aq2" des Objektbereichs in den zwei Querschnittbildern die Knochenmineraldichte X des Objektbereichs mit der Korrektur der Verschiebung aufgrund von Blut oder Fett wie zuvor beschrieben berechnet wird.
Das bedeutet, daß, vorausgesetzt die Fettkonzentration im Objektbereich ist als F definiert, die Verschiebung der CT-Zahl aufgrund von Fett bei zwei Niveaus der Röhrenspannung ausgedrückt wird als: (Afj - Arj) · F. Daher sollte die CT-Zahl ohne Fetteinfluß ausgedrückt werden als Aqj - (Afj - Arj) · F. Dies sollte unabhängig die linearen Regressionen y = Hj + Gj · x füllen, so daß die folgende Gleichung aufgestellt werden sollte, wenn die wirkliche Knochenmineraldichte als "X" definiert wird:
Aq1 - (Af1 - Ar1)F = H1 + G1 · X
Aq2 - (Af2 - Ar2)F = H2 + G2 · X.
Basierend auf diesen Gleichungen ergibt sich die Knochenmineraldichte wie folgt:
X = {(Aq1 - H1) (Af2 - Ar2) - (Aq2 - H2) (Af1 - Ar1)} /{(Af2 - Ar2)G1 - (Af1 - Ar1)G2},
wobei "H1" und "H2" anstelle von "Ar1" bzw. "Ar2" verwendet werden können.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß der Fehlerfaktor aufgrund von Blut korrigiert, um dadurch die Korrektur des Fehlerfaktors aufgrund von Fett zu ermöglichen, wobei beide Fehlerfaktoren korrigiert werden, um die Knochenmineraldichte mit höherer Genauigkeit zu messen.
In dem vorstehenden Beispiel wurde die beste Ausführungsweise zur Berechnung der Knochenmineraldichte unter der Voraussetzung erläutert, daß die Abnahme der CT- Zahl aufgrund von Fett in Abhängigkeit von der Röhrenspannung und ähnlichem variiert. Es kann jedoch eine einfachere Berechnung durchgeführt werden, wenn die Verschiebung der CT- Zahl aufgrund von Fett als Konstante mit "af" angenommen wird.
Wenn die Verschiebung der CT-Zahl aufgrund von Fett als "af" definiert wird, ergeben sich die um den Fetteffekt korrigierten CT-Zahlen zu (Aq1 - af) und (Aq2 - af), welche die beiden linearen Regressionen erfüllen sollten, so daß die folgende Gleichung gilt, wenn die wirkliche Knochenmineraldichte als "X" definiert wird:
Aq1 - af = H1 + G1 · X
Aq2 - af = H2 - G2 · X
Basierend auf diesen Gleichungen wird die Knochenmineraldichte wie folgt berechnet:
X = {(Aq1 - H1) - (Aq2 - H&sub2;)} / (G1 - G2).
In diesem Fall verringert sich die Genauigkeit mehr oder weniger. Dennoch benötigt das Phantom P den Probestab "Sf" eines zu Fett äquivalenten Standardmaterials nicht oder der Schritt D60 ist nicht erforderlich.
Außerdem kann die Reihenfolge der Schritte D2 und D3 in den zuvor beschriebenen Abläufen vertauscht werden. Diese Schritte können zwischen die Schritte D1 bis D4 eingefügt werden. Außerdem kann die Reihenfolge der Schritte D6 und D60 geändert werden, wobei diese Schritte irgendwo zwischen den Schritt D1 und den Schritt D70 in beliebiger Reihenfolge eingefügt werden können. In dem Beispiel wurden zwei Niveaus der Röhrensgannung für die Abläufe bei den einzelnen Schritten verwendet; die Schritte D1 bis D60 können aber auch zuerst bei einer Röhrenspannung und sodann bei einer anderen Röhrenspannung, gefolgt von dem Schritt 70 durchgeführt werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Gemäß der CT-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Knochenmineraldichte basierend auf der korrigierten CT-Zahl, die den Objektbereich nach der Korrektur von Fehlerfaktoren wie Blut genauer wiedergeben kann, bestimmt, so daß die Meßergebnisse genauer sein können.
Weil außerdem die korrigierten CT-Zahlen bei mehreren Niveaus der Röhrenspannung bestimmt werden, um den Effekt von Fett und dgl. auszuschließen, können Ergebnisse mit größerer Genauigkeit erhalten werden.

Claims

1. Eine CT-Vorrichtung zum Bestimmen einer Knochenmineraldichte eines Objektbereichs eines Patientenkörpers, mit:

einem Phantom (P), das einen Probestab einer Art eines Standardmaterials (Sr) und eine Mehrzahl von Probestäben (S1, ..., S6), die jeweils mit Wasser-äquivalentem Material gemischte Knochenmineral-äquivalente Materialien unterschiedlicher Dichten aufweisen, umfaßt,

Mitteln zum Scannen eines Patientenkörpers mit dem Phantom, das bzw. die eine Röntgenröhre (3) umfaßt bzw. umfassen,

Mitteln (4) zum Erfassen einer CT-Zahl eines Objektbereichs des Patientenkörpers und von CT-Zahlen der Probestäbe des Phantoms,

Mitteln (12) zum Bestimmen der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten basierend auf den äquivalenten Knochenmineraldichten und den erfaßten CT-Zahlen der Probestäbe, die jeweils unterschiedliche Dichten der Knochenmineral-äquivalenten Materialien aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß diese außerdem aufweist:

Mittel (12) zum Korrigieren der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten durch Verwenden der erfaßten CT-Zahl des Probestabs einer Art von Standardmaterial und Substituieren der CT-Zahl, die von dem Wasser quivalenten Material erlangt wurde und in der CT-Zahl jedes der Mehrzahl der Probestäbe enthalten ist, mit der CT- Zahl der einen Art von Standardmaterial, wobei die eine Art von Standardmaterial Blut oder ein Blut quivalentes Material ist.

2. Eine CT-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Phantom außerdem einen Probestab einer anderen Art von Standardmaterial umfaßt, die Röntgenröhre (3) der Mittel zum Scannen auf mindestens zwei unterschiedliche Niveaus der Röntgenröhrenspannung eingestellt werden kann, und die Mittel (12) zum Korrigieren der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten außerdem die erfaßte CT-Zahl des Probenstabs der anderen Art von Standardmaterial verwendet, wobei die andere Art von Standardmaterial ein Fettäquivalentes Material ist.

3. Eine CT-Vorrichtung zum Bestimmen einer Knochenmineraldichte eines Objektbereichs eines Patientenkörpers, mit:

einem Phantom (P) das eine Mehrzahl von Probestäben (S1, ..., S6), die jeweils mit Wasser-äquivalentem Material gemischte Knochemineral-äquivalente Materialien unterschiedlicher Dichten aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß diese außerdem aufweist:

Mittel (12) zum Korrigieren der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten durch Verwenden einer CT-Zahl von Blut, die von dem Patientenkörper erfaßt wurde, und Substituieren der CT-Zahl, die von dem Wasseräquivalenten Material erlangt wurde und in der CT-Zahl jedes der Mehrzahl der Probestäbe enthalten ist, mit der von dem Patientenkörper erfaßten CT-Zahl von Blut.

4. Eine CT-Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Phantom außerdem einen Probenstab eines Fett äquivalenten Materials beinhaltet, die Röntgenröhre (3) der Mittel zum Scannen in mindestens zwei unterschiedliche Niveaus der Röntgenröhrenspannung eingestellt werden kann, und die Mittel (12) zum Korrigieren der Beziehung zwischen den CT-Zahlen und den Knochenmineraldichten außerdem die erfaßte CT-Zahl des Probestabs des Fett quivalenten Materials verwendet.