JP2001509713A

JP2001509713A - Ｘ線撮像システムを使用した骨密度測定

Info

Publication number: JP2001509713A
Application number: JP53297698A
Authority: JP
Inventors: エイ．ステイン，ジェイ; ピイ．ウァイス，ハワード; イー．クイン，ビンセント; イー．キャブレル，リチャード; エイ．シェファード，ジョン; イー．ウイルソン，ケビン
Original assignee: Hologic Inc
Current assignee: Hologic Inc
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2001-07-24
Also published as: CA2278783A1; EP0963549A1; AU5930398A; EP0963549B1; WO1998034100A1; DE69822610D1; US6282258B1; AU737665B2; US5949846A; EP0963549A4

Abstract

(57)【要約】小さな体部分（例えば、四肢又は両手両足）における骨の選択した領域の骨ミネラル密度（ＢＭＤ）を測定する方法であって、ミニＣアーム（２０）Ｘ線蛍光透視撮像システムを使用してデータを採取し、それからＢＭＤを計算する。本方法を実施する装置は、該撮像システムのＸ線ビーム（２６）経路内に該小さな体部分（３４）を位置決めするトレイ（４２）と、前記骨の選択した領域に関して並置した状態で該トレイによって支持されている所定密度の骨（３６）のサンプルを有している。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称Ｘ線撮像システムを使用した骨密度測定発明の詳細な説明発明の背景発明の分野本発明は、Ｘ線蛍光透視撮像装置での骨ミネラル密度（ＢＭＤ）を測定する方法に関するものであって、更に詳細には、所謂ミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムでの人間又はその他の動物の四肢即ち両手両足におけるＢＭＤを測定する方法及びその装置に関するものである。従来技術の説明今日の医学的作業において、Ｘ線を基礎としたシステムは、例えば、骨粗鬆症を診断し、評価し及び／又はモニタするために、骨密度測定（ＢＭＤの測定を含む）を行うために広く使用されている。Ｘ線骨密度測定用の装置及び手順については、例えば、米国特許第４，９４７，４１４号、及び第５，０４０，１９９号に記載されており、それらの開示内容全てを引用によって本明細書に取込む。Ｘ線骨密度測定は、従来、典型的にＸ線のスキャニング用ペンシルビーム又は扇形ビーム及び点検知器又は複数個の点検知器からなるリニアアレイを使用しているが、前述した米国特許第５，０４０，１９９号は、更に、テレビカメラによって観察される光学的画像を発生させるためにＸ線画像倍増管上に入射する円錐形状型ビームを使用することについて記載している。一般的に、公知のＸ線骨密度測定器は重量が大きく大型の専用システムであって、それは永久的で静止した位置に固定的に据えつけられねばならず、かなりの面積を占有するものであるが、典型的な病院の部屋の扉を通過するために折り曲げることが可能なシステムが提案されている。１９９５年６月７日付で出願され本願出願人と同一の譲受人へ譲渡されている係属中の米国特許出願第０８／４８４，５６８号は扇形ビームＸ線骨密度測定器におけるビーム平坦化について記述すると共に請求の範囲としており、且つ１９９５年６月７日付で出願され本願出願人と同一の譲受人に譲渡されている米国特許出願第０８／４８４，４８４号は、ＢＭＤ用の二重エネルギスキャン及びイメージング即ち撮像用の単一エネルギスキャンを包含するスキャニングシーケンス（扇形ビームでの）を記載すると共に請求の範囲としており、これら２つの係属中の特許出願は引用によって本明細書に取込む。骨密度測定器と区別されて、Ｘ線蛍光透視撮像システムは従来のフィルムＸ線陰影像と同様の骨及び組織のイメージ即ち画像を与えるものであるが、入射するＸ線パターンをビデオモニタ上で直接的に表示させることの可能な、即ち、基本的に撮像すべき患者の体又は体部分の照射と同時的に表示させることの可能な「生の」向上させた（倍増させた）光学的画像へ変換させることによって生成したものであり、「蛍光透視撮像」という用語は、本明細書においては、このような直接的にビデオに表示されたＸ線画像を提供することを意味するものとして使用する。あるＸ線蛍光透視撮像システムにおいては、システム全体が容易に移動可能なカート上で担持され且つＸ線供給源及び検知器は人間の患者の例えば四肢（手首、足首等）等のより小さな体部分を検査するための寸法とされた回転可能なミニＣアーム上に装着されている。このようなシステムにおいて使用するのに適した画像倍増管を包含する撮像装置は米国特許第４，１４２，１０１号に記載されており、その記載内容全体を引用によって本明細書に取込む。現在市販されているミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムの１つの例示的な例は、本願出願人の譲受人の子会社であるイリノイ州のノースブルックのフルオロスキャン（ＦｌｕｏｒｏＳｃａｎ）イメージングシステムズ、インコーポレイテッドによって「フルオロスキャンＩＩＩ（ＦｌｕｏｒｏＳｃａｎＩＩＩ）」という商標の下で現在販売されているものである。ミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムは空間的に経済的であり、一時的に使用する所望の位置へ便利に移動可能であり（病院、クリニック又は診療所内において）、且つ優れた安全性（使用している電流レベルが低いこと及び作業者が散乱照射に露光されることが減少されていることによる）及び撮像を行うための患者の四肢と相対的な供給源及び検知器の位置決めが容易であることを提供している。発明の要約本発明は、１つの側面においては、ビーム経路に沿って伝搬する体積Ｘ線ビーム（例えば、ペンシルビーム及び扇形ビームと対比して円錐ビーム又はピラミッドビーム）を射出するＸ線供給源と、視野を表わす二次元区域にわたってビームが入射する検知器とを有するＸ線蛍光透視撮像システムでのＢＭＤを測定する方法を提供しており、該検知器は該供給源から離隔されており骨を含む人間又はその他の動物の体部分を該経路内においてそれらの間に介在させてビームによって照射されることを可能とさせ且つそれを表わす出力データを発生させ、該出力データは該画像の視覚的表現としてビデオモニタ上で表示させるための充分な情報を包含する前述した区域の二次元電子的表現である。このタイプのシステムと共に使用された場合には、本発明方法は、ビームの経路内における供給源と検知器との間にＢＭＤが測定されるべき選択した領域を持った骨を包含する人間の体部分及び所定のＢＭＤの骨のサンプルを介在させ、該体部分とサンプルとをそのように位置決めした状態のままで該システムを動作させて該体部分の骨の選択した領域のＢＭＤの計算を行うのに充分な該体部分の骨及びサンプルの１つ又はそれ以上の画像を表わす出力データを発生させ、そのようにして得られた出力データを該視野にわたっての出力データの２つの直交する方向の各々における固有的な変動に対して補正を行って補正データを発生し、且つ前記補正データから前記体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを表わす値を派生させる、上記各ステップを有している。本明細書において使用するように「所定のＢＭＤの骨のサンプル」という用語は、骨等価物質、例えばある骨密度測定システムにおいて現在使用されているようなタイプの物質であって合成物質を包含するものである。ある場合には、組織又は組織等価物質等のキャリブレイジョン物質からなる付加的なサンプルもビーム経路内に介在させることが可能である。本発明方法においては、該補正ステップは、好適には、初期的な出力データからビーム経路内の既知のＸ線減衰の条件下で該ビームで該視野を照射することによって発生される１個又はそれ以上の二次元画像を表わす該検知器によって発生される補正出力データを減算することを包含している。例えば、該補正出力データは、供給源と検知器との間のビーム経路内に空気のみが存在するという条件下で発生させることが可能である。然しながら、本発明方法の現在好適な実施例においては、該検知器によって発生された補正出力データは、該ビームで該供給源と該検知器との間に介在されている物体を照射し且つ該ビーム経路に対して横方向の２つの直交する方向の各々におけるビーム経路内に既知のＸ線減衰を有することによって発生される１つ又はそれ以上の二次元画像を表わすものである。便宜上、この物体は該ビーム経路内において一様なＸ線厚さの均一な物体とすることが可能である。本発明の更なる特徴としては、現在好適な実施例においては、体部分骨の選択した領域及びサンプルがビーム内に並んで配置され、夫々、検知器出力データから前述した如くビデオモニタ上で表示される画像内における別々の区域によって表わされる。出力データを発生するために本システムを動作させるステップを実施する好適な手順は、該供給源が第一Ｘ線エネルギレペル（Ｌ）においてＸ線ビームを射出している間に発生される該体部分の少なくとも１つの画像及びサンプルを表わす第一出力データ、及び該供給源が第一エネルギレベル（Ｌ）よりも一層高い第二Ｘ線エネルギレベル（Ｈ）でＸ線ビームを射出している間に発生される該体部分の少なくとも第二画像及びサンプルを表わす第二出力データを発生させるために本システムを動作させることを包含している。これらの実施例においては、該補正ステップは、好適には、該第一出力データから、該供給源と該検知器との間に介在されている既知の物体、例えば該供給源が第一エネルギレベル（Ｌ）においてＸ線ビームを射出している間に発生される一様なＸ線減衰を持った物体の少なくとも１つの画像を表わす第一補正出力データを減算し、且つ該第二出力データから、該供給源が第二のより高いエネルギレベル（Ｈ）においてＸ線ビームを射出している間に発生される該供給源と該検知器との間に介在されている同一の物体の少なくとも第二画像を表わす第二補正出力データを減算することを包含している。少なくとも幾つかの例においては、体部分内の骨のＢＭＤを測定するために本発明を実施する度に補正データを得ることが有益的である。従って、このような場合における本方法は、既知の物体が該供給源と該検知器との間に介在されている間において、該第一補正出力データ及び該第二補正出力データを発生するために本システムを動作させる積極的なステップを包含している。有益的且つ好ましい更なる特徴として、所定のＢＭＤの骨のサンプルは、ビーム経路に対して横断する面内において並んで配置された複数個の部分を有しており且つ夫々該ビーム経路に平行な方向において異なる所定の厚さ又はその他の特性を有しているサンプルとすることが可能である。本発明のある実施例においては、該検知器は、例えば、光学的画像を倍増させるか又はＸ線画像を倍増させるタイプの画像倍増管を有することが可能である。更に、画像倍増管が該経路内に介在されており且つ該供給源と該検知器との間のビームによって照射される物体の光学的画像を発生させるこのような実施例においては、該検知器は、更に、生成した画像を観察し且つそれを表わす出力データを発生するためのビデオカメラを有しており、該出力データはビデオフォーマットで発生される。更なる別の変形例として、該検知器は直接的デジタル二次元Ｘ線検知器を有することが可能であり、且つ、このような場合においては、ビデオカメラは存在しない。特に有益的な側面においては、本発明は人間又はその他の動物の小さな体部分内の骨の選択した領域の骨ミネラル密度（ＢＭＤ）を測定することを意図しており、その場合に、該小さな体部分をミニＣアームＸ線蛍光透視システム内に配置させて該体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを計算し且つ該出力データから該体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを表わす値を派生させるのに充分な情報を包含する出力データを発生させる。その場合に、本発明は例えば大きな空間を必要とするというような従来のＸ線骨密度測定値に関連する種々の困難性又は不便性を解消している。ミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムの場合には、ＢＭＤ測定は所望の位置において容易に行うことが可能であり、専用の骨密度測定器を有するものでない診療所においても容易に実施することが可能である。更に、本方法は、従来の蛍光透視撮像作業のためにシステムを使用する能力に影響を与えることなしに現在市販されているミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムを使用して実施することが可能であり、従って本システムは二重目的システムとして機能することが可能である。更に別の側面においては、本発明は、人間又はその他の動物の小さな体部分における骨の選択した領域の骨ミネラル密度（ＢＭＤ）を測定するシステムを提供することを意図しており、該システムは、前述したＸ線蛍光透視撮像システムであって、Ｘ線供給源と検知器とを互いに固定した関係で支持する構造体（該構造体は、それ自身、Ｘ線蛍光透視撮像システムにおいて従来使用されている支持構造体のタイプとすることが可能）と、該構造体に安定的に固定されており該供給源と該検知器との間のビーム経路内の所定の位置において人間の患者の小さな体部分であってＢＭＤを測定すべき選択した領域を具備する骨を包含する体部分を位置決めし且つ支持するための形状とされ且つ配設されている案内表面を持っており、更に、検知器出力データから前述したようにビデオモニタ上で表示される画像内における別々の区域内にサンプルと選択した領域とが夫々表現されるようにビーム経路に関して体部分の骨の選択した領域の横方向に配設された所定のＢＭＤの骨のサンプルを包含するトレイとを包含するＸ線蛍光透視撮像システム、及び該体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを計算するのに充分な該体部分の骨及びサンプルの１つ又はそれ以上の画像を表わす出力データを該検知器から受取り且つ視野にわたっての固有の二次元変動に対して該出力データを補正し且つ該補正したデータから該体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを表わす値を派生させる手段を有している。この装置においては、所定のＢＭＤの骨のサンプルは、上述したように異なる所定のＸ線厚さを夫々有する複数個の部分を具備するサンプルとすることが可能である。本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面と共に、以下に記載する詳細な説明から明らかなものとなる。図面の簡単な説明図１は本発明方法の例示的実施例において人間の患者の前腕ＢＭＤを測定するために使用するための構成とされたミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムの簡単化し且つ一部模式的な側面図である。図２は図１の一部の拡大部である。図３は前腕ＢＭＤを測定するために図１に示したような本発明方法を実施する場合の同一のシステムにおいて使用されるキャリブレイション／位置決め治具の別の拡大斜視図である。図４は図１に示したような本発明方法を実施する場合の同一のシステムのデュアルビデオモニタのうちの１つに表示されるような先端前腕画像のサンプルである。図５は図１に示したような本発明方法を実施する場合の同一のシステムの二重ビデオモニタのうちの他方に表示されるような前腕ＢＭＤデータレポートのサンプルである。図６は本発明の１実施例に基づいて人間の患者の踵骨ＢＭＤを測定するために使用すべく構成とされた同一のシステムの図２の同様の図である。図７は図７に示されるように本発明方法の実施において同一のシステムの二重ビデオモニタのうちの一方に表示されるような踵骨画像のサンプルである。詳細な説明本発明を、上述した現在市販されている「フロオロスキャン（ＦｌｕｒｏＳｃａｎ）ＩＩＩ」システムによって例示されるタイプのミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムを使用して人間の患者の前腕又は手首又は足首又は踵（踵骨領域）における骨のＢＭＤを測定する方法において実現された場合について図面を参照して説明する。図１において１０で示したこの撮像システムは場所から場所へ容易にローラーで移動させることの可能な車輪付きカート又はキャビネット１１内に完全に収納されている。該キャビネットは、大略矩形状の直立する本体１２を有しており、該本体はその頂部表面上にデュアルビデオモニタ１４（１つのみ示してある）を支持しており、且つその上部部分において、キーボード１６及び関節型部材１８を有しており、該キャビネットは、更に、以下に説明するようにデータを処理するためのコンピュータ（不図示）も収納している。本発明方法は、単一のモニタのみを使用して、又はモニタなしで（例えば、ＢＭＤ測定データを発生するためにプリンタを使用）実施することが可能であることが理解される。関節型部材１８の外側端部はミニＣアーム２０を担持しており、それはＸ線供給源２２と検知器２４とを具備しており、それらはアーム２０の反対端部に夫々固着されており、従って供給源２２からのＸ線ビーム２６は該検知器の入力端部２８上に入射し、該供給源及び検知器は該Ｃアームによって充分に離隔されおり、それらの間にギャップ２９を画定しており、従ってＸ線ビーム２６の経路内に人間の患者３０の四肢又は手首足首を挿入することが可能である。Ｃアームは３方向回動自在装着具３２によって部材１８の端部に接続されており、該３方向回動自在装着具３２はＣアームを３つの相互に垂直な（ｘ，ｙ，ｚ）の面の各々において３６０°にわたって旋回又は回転させ且つ任意の所望の位置に安定的に保持することを可能としており、一方部材１８はその外側端部及びＣアームを水平及び垂直方向の両方において角度的に変位させることを可能とすべく装着され且つ連結されている。ミニＣアームの複数の方向に角度的に移動自在であることは、照射されるべき患者の体部分と相対的に該供給源及び検知器を位置決めさせることを容易なものとしている。該Ｘ線供給源に対して適した電源及び電流（ｍＡ）及び電圧（ｋＶ）を制御するか又は変化させるための機器（不図示）も本システム内に組込まれている。Ｘ線供給源２２によって射出されたビーム２６は円錐形状ビーム（即ち、ペンシルビーム又は扇形ビームと対照的に体積ビーム）であり、それは検知器入力端部におけるか又はその近くの検知器２４の平坦なＸ線感応性受光表面上に入射し、この受光表面はギャップ２９を横断して供給源と対面しており且つビーム経路の軸に対して垂直であり、従って受光表面と円錐Ｘ線ビームとの交差部は拡大された円形（二次元）区域である。「視野」という用語は、本明細書においては、該後者の円形区域、又はそれの該検知器が応答する部分のことを意味し、又、ビーム経路又はギャップ２９内の領域であってその内容が該検知器によって画像形成される領域を指定するために使用される。ビーム経路軸と横断する面内において測定された視野の区域は画像形成するか又は検査することが所望される寸法の物体、例えば人間の手首又は踵を包含するのに充分なものであることが理解される。検知器２４の受光表面はＸ線・可視光変換器の表面であり例えば外部的に光シールドで被覆された蛍光体又はシンチレータ物質からなる層であって入射するＸ線を可視光へ変換させるもの等である。検知器は、更に、高利得マイクロチャンネルプレート型の画像倍増管を有すると共に、蛍光透視画像形成の公知の原理に従って視野の出力可視光画像を発生する平坦状の出力表面を有している。検知器２４のこの結合された変換器及び画像倍増管要素は前述した米国特許第４，１４２，１０１号に記載されているようなものとすることが可能である。更に、該検知器組立体は前述した平坦状の出力表面上で画像を観察し且つその観察した画像を表わす信号出力を発生するためのビデオカメラ（別に示してはいない）を有している。該ビデオカメラは、テレビカメラとすることが可能であり且つＮＴＳＣ等のビデオスタンダードに従って動作することが可能である。本システムが蛍光透視画像形成のために使用される場合には、ビデオカメラの信号出力はオンボードコンピュータによって処理されて、１つ又は両方のモニタ１４上でビデオ画像を発生し、本システムは、更に、これらのビデオ蛍光透視画像を記録し且つオプションとして印刷するための装置を有している。これまで説明したように、システム１０は、基本的に、現在市販されているミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムと同一である。従って、システム１０は以下の関連する仕様を有する「フルオロスキャン（ＦｌｕｏｒｏＳｃａｎ）ＩＩＩ」とすることが可能である。出力フォーマットスタンダート２，２００画像格納；オプションの４，０００画像格納；デジタルビデオ出力；複合ビデオ出力ビデオ処理４個の画像に対して最後の画像を保持；実時間エッジ強調；ユーザが選択可能な実時間反復的平均化；ノイズ抑圧；自動的コントラスト強調；自動的輝度制御入力パワー１１０Ｖ〜６０Ｈｚ公称；９０Ｖ〜１３２Ｖ〜実際；４７Ｈｚ乃至６３Ｈｚ実際；専用なし、接地型ウォームアップ３秒Ｘ線電源連続的デューティｋＶ４９ｋＶ乃至７５ｋＶ２．１５ｋＶ増分アノード電流２０μＡ（０．０２０ｍＡ）乃至１００μＡ（０．１mＡ）３．６μ増分焦点スポット８５ミクロン（０．０８５ｍｍ）管タイプ注文設計冷間アノード管冷却４時間の連続的デューティ（負荷）の後最大パワーにおいて最大管温度感度は５０℃ ターゲットタングステンコリメーション視野寸法に固定視野（視界）７５ｍｍ（３インチ公称）１００ｍｍ（４インチ公称）１２５ｍｍ（５インチ公称）画像倍増管最小が４０，０００利得を有する高利得マイクロチャンネルプレートピクセルアレイ７６８ピクセル×６００ラインデュアルビデオモニタ１４インチ（３６ｃｍ）ＳＶＧＡ高解像度ビデオモニタビデオスタンダードＮＴＳＣ／ＶＨＳ全体的高さ５３インチ全体的床面積４．７ｆｔ²（２５インチ幅×２７インチ奥行）図１に示し且つ上述したシステムを使用して患者の小さな体部分（四肢又は両手両足）の骨における興味のある選択した領域のＢＭＤを測定するための本発明方法の現在好適な実施例においては、体部分（例えば、図１−５に示したように手首３４）を既知のＢＭＤの骨のキャリブレイションサンプル３６と共にギャップ２９内の視野（視界）内に配置し、従って検知器によって発生される画像は興味のある骨領域とキャリブレイションサンプルの両方を包含する。本システムを、手首３４及びサンプル３６を第一の低いＸ線エネルギレベル（Ｌ）において画像形成させ且つ、再度、（Ｌ）よりも一層高い第二の高いＸ線エネルギレベル（Ｈ）においてそれらを画像形成すべく動作させる。テレビカメラからの画像出力信号をデジタル化し（不図示のＡ／Ｄ変換器によって）、自然対数（ｌｏｇｎａｔ）へ変換し、且つ例えば８ビット／ピクセルにおいて検知器において発生される可視画像に空間的に対応するピクセルアレイ内に格納する。本撮像システムのエッジ強調特徴をディスエーブル即ち動作不能状態とさせる。前述した特許第４，９４７，４１４号において記載されているように、低エネルギデータと高エネルギデータとを使用することによって、ＢＭＤ測定値を、二重ホトン吸光光度法計算に基づく方法によって計算することが可能である。該後者の特許は、以下の如くに書くことの可能な関数を記載している。Ｆ＝ｌｏｇｎａｔＬＥＬ − ｋ・ｌｏｇｎａｔＨＥＬ（１）尚、ＨＥＬ及びＬＥＬは、夫々、高エネルギレベル及び低エネルギレベルの露光におけるＸ線ビーム減衰値であり（以下に説明するように補正を施した後）、且つｋは高エネルギレベルにおけるものに対する低エネルギレベルにおける組織の減衰係数の比である。本明細書における記載から明らかなように、この計算方法は本発明に適用することが可能であり、その場合に、本発明はそのより広い側面においては組織キャリブレイション物質を使用すること及び存在を排除するものではないが、別途の組織キャリブレイションが存在しない場合があることが注意される（最後に述べた特許において記載される手順と対比される）。２つのレベルの各々においてイメージング即ち撮像を行うために必要な低エネルギレベルＸ線ビーム２６及び高エネルギレベルＸ線ビーム２６を与えるために、Ｘ線供給源２２に対する電源の出力電圧を、例えば、４０ｋＶ（低エネルギレベル）と７０ｋＶ（高エネルギレベル）との間で変化させることが可能である。好適には、高エネルギレベル撮像期間中（低エネルギレベル撮像期間中ではない）に、例えば銅又はアルミニウムのフィルタ３８を高エネルギレベル撮像期間中に撮像中の物体（手首又はキャリブレイション骨サンプル）と供給源との間のＸ線ビーム内に介在させ、レベル間のエネルギ分離を向上させる（このフィルタを設けることは政府当局によって必要とされる場合のある何等かのフィルタに付加的なものであることが理解される）。一方、該フィルタを挿入及び除去することのみ（電源の出力電圧を変化させることなしに）をエネルギレベルにおける実効的な変化を達成するために使用することが可能であり、当該技術分野において公知の如く、Ｘ線ビーム内に該フィルタを挿入すると実効エネルギレベルが上昇され、且つ該フィルタを除去すると実効エネルギレベルが低下される。好適には、任意の与えられたＢＭＤ測定において、視野即ち視界内の物体（手首及びキャリブレイションサンプル骨）を低及び高エネルギレベルの各々において繰返し撮像する。即ち、該物体をギャップ２９内の円錐形状のＸ線ビーム経路の視野（視界）領域内に位置させ且つＸ線供給源及び検知器と相対的に静止状態に維持した状態で、低エネルギレベルにおける供給源からのＸ線を該物体を介して検知器へ通過させ、且つ、典型的に、２，４，８又は１６個のフレーム（又は、何等かのその他の数のフレーム）のビデオ画像を低エネルギレベルにおいてＴＶカメラによって取り、処理し（デジタル化、自然対数への変換）且つ付加的に又は所謂反復的蓄積（反復的平均化）のいずれかによって結合させてデジタル化した低エネルギレベル複合画像の各ピクセルに対して累積的低エネルギレベル減衰値を得る。このプロセスはデジタル化した高エネルギレベル複合画像の各ピクセルに対して累積的高エネルギレベルビーム減衰値を得るために高エネルギレベルにおいて繰返される。各（低又は高）エネルギレベルに対して選択したｋＶ及びｍＡの値はそのレベルにおいての全ての画像採取ステップに対して一定に保持される。蛍光透視撮像システムにおける検知器は拡大された二次元区域（検知器受光表面の面内におけるＸ線ビーム経路の断面）にわたって減衰ビーム供給源からのＸ線エミッションを検知するので、視野（視界）にわたっての受光した照射強度において固有の変動（即ち、ビーム経路内に介在している何等かの物体による減衰とは独立的な供給源及び／又は画像増倍管を具備する検知器に起因する変動）が存在している。上述したステップによって手首及びキャリブレイション骨サンプルに対して採取した画像データはより正確なＢＭＤの計算を可能とさせるためにこの固有の変動に対して補正される。本発明の現在好適な実施例においては、手首及びキャリブレイション骨を撮像する場合に使用される同一の低及び高エネルギレベル（Ｌ）及び（Ｈ）の各々において本システムで平坦な部材片を撮像することによって補正が与えられる。該平坦な部材片は視野の全範囲にわたってＸ線減衰特性において均一なものであり且つ全体にわたって一様なＸ線厚さ（ギャップ２９におけるビーム経路の軸と平行な方向において測定）であり、このようなＸ線厚さは、好適には、ＢＭＤを決定する対象である物体（手首）のものとほぼ同一である。視野内にその他の物体が存在しない場合には、該平坦な物質片は供給源と検知器との間のビーム経路内に介在され、その主表面はビーム軸に対して垂直に配向され、且つＸ線供給源を低及び高Ｘ線エネルギレベルで逐次的に付勢させることによって、低エネルギレベル画像データ及び高エネルギレベル画像が、上述した手首及びキャリブレイション骨に対するデータと同一の態様で得られ且つ処理される。該平坦な物質片（ＬＥＬ補正出力データ）に対する低エネルギレベル画像データ（自然対数として表現されている）を手首及びキャリブレイション骨（ＬＥＬ物体出力データ）に対する低エネルギレベルデータ（ｌｏｇｎａｔ形態）から減算し、且つ同様に、該平坦な物質片（ＨＥＬ補正出力データ）に対する高エネルギレベル画像データを該手首及びキャリブレイション骨（ＨＥＬ物体出力データ）に対する高エネルギレベルデータから減算してＸ線ビーム又は撮像遅延における非一様性に対して該物体出力データを補正（「平坦化」）する。このように、補正された（平坦化された）ＬＥＬ及びＨＥＬ画像データが得られる。少なくとも幾つかの場合においては、より優れた精度のために、各与えられたＢＭＤ測定に対して補正低及び高エネルギレベル撮像ステップ（該平坦な物質片でもって）を実施することが望ましいか又は好ましい場合がある。従って、この例示的な実施例における方法（手首に対して適用した場合）は、４つの画像、即ち（１）手首及びキャリブレイション骨サンプルの低エネルギ画像と、（２）位置調整なしで同一のものの高エネルギ画像と、（３）ほぼ同一の厚さの平坦な物質片の低エネルギ画像と、（４）同一の平坦な物質片の高エネルギ画像を採取することを包含している。これら４つの画像は任意の順番で、例えば３，４，１，２；３，４，２，１；４，３，１，２；等で採取することが可能である。好適には、低エネルギ画像と高エネルギ画像との間において運動は存在しない。然しながら、その他の場合においては、ある間隔で平坦な物質片での撮像の補正を実施することが充分な場合があり、例えば、毎日の始めに一度補正を行い、且つその間隔期間中（日）に実施する各ＢＭＤ測定に対してそのようにして得られた補正出力データを使用することで充分な場合がある。平坦化したＬＥＬ及びＨＥＬ物体画像データが上述した手順によって得られると、ＢＭＤ計算を行うことが可能である。補正したｌｏｇｎａｔ値としてのデータはＴＶカメラによって得られたビデオ画像に対応するピクセルマトリクス内にピクセル毎に格納され、それから画像データが派生され且つデジタル化される。典型的な場合においては、処理された画像はＢＭＤ測定が計算されるべき患者の骨領域のみならず、骨と共に又はなしでの患者の手首、既知のＢＭＤの前述したキャリブレイション骨サンプル、及び手首又はサンプルのいずれかによって占有されていない視野の区域のその他の部分も包含している。平坦化させた低エネルギレベル及び高エネルギレベル物体画像データから、骨なしの手首組織を表わす画像領域が識別される。骨がない手首組織の最後に言及した領域における低及び高レベルＸ線減衰に対するデータは、組織内の低及び高エネルギＸ線ビームの相対的な減衰を計算するため、即ち上の式（１）におけるｋに対応する値を決定するために使用される。この値によって、ｌｏｇｎａｔ形態及びピクセルマトリクスアレイにおけるデジタル化した画像データが結合されて減算画像が発生され、選択した骨領域のＢＭＤの測定を行うために必要とされる測定値及び計算が該減算画像の特定の画像区域又はピクセルのグループに対して、即ち興味のある患者の骨領域及びキャリブレイション骨サンプルを表わすものに対して実施され、患者の骨の密度は最終的にキャリブレイション骨との比較によって決定される。キャリブレイション骨サンプルの目的及びその計算が行われる態様は、前述した米国特許第４，９４７，４１４号における説明に関連して前述した説明から明らかである。該計算において使用されるべき画像領域（ピクセルのグループ）の選択は、骨密度速度分野において公知の如く手作業によって行うか、又はコンピュータ補助又はコンピュータを実行することによって行うことが可能である。現在の所、撮像される患者の体部分（手首）上に重畳されるがＢＭＤを決定すべき選択した患者の骨領域の片側に変位させた視野内の位置において既知のＢＭＤのキャリブレイション骨サンプルを位置させることが望ましい。このような位置において得られたキャリブレイション骨データは患者の組織と既知の密度の骨との相互作用を考慮に入れることとなる。然しながら、キャリブレイション骨サンプルは全体的な体部分の横方向片側に変位させるか（然しながら、いまだに視野内である）、又は必要とされるＨＥＬ／ＬＥＬ画像組の数において及び／又は計算のために使用される式を適宜補正して興味のある骨領域上に重畳させる（米国特許第４，９４７，４１４号において記載されている密度測定手順におけるように）ことが可能である。更に、既知のＢＭＤのキャリブレイション骨サンプルは、ビーム経路に対して横断する面内において並んで配置された複数個の部分を有しており且つ、夫々、図２及び３において４０で示したように経路に対して平行な方向において異なる所定のＸ線厚さを有しているサンプルとすることが望ましい。このような段階的なキャリブレイションサンプルは、種々の異なる厚さの患者の骨領域に対するキャリブレイションを容易なものとさせる。理解されるように、キャリブレイション物質は、実際の骨以外のキャリブレイション機能に役立つ同様の特性を有する物質とすることが可能であり、且つ、更に、所望により、組織に対するキャリブレイションサンプルを包含させることが可能である。図２及び３においてよく示されており、且つ本発明の特定の装置特徴として、患者の腕及びキャリブレイション骨サンプルを位置決めするために撮像システムに対し特別のアクセサリ構造を設けることが可能であり、該キャリブレイション骨サンプルは該アクセサリ構造の１つの要素と考えることが可能である。該構造は水平方向に伸長された形状の剛性で実質的にＸ線透過性の治具４２であり、長手方向のトラフ４４がシステム１０の撮像動作期間中に患者の腕を案内し且つ予め選択した固定位置に腕を維持するために治具４２の上表面に設けられている。ストラップ４６は腕を該治具上の所定位置に保持すべく作用する。キャリブレイション骨サンプル４０は視野内であるが視野の片側に向かって該トラフ内に装着されている。治具４２はＣアーム２０及び検知器２４上に安定に且つ確実に着座し、且つ本治具が手首の撮像のために適切な位置に着座し且つそこに留まることを確保するためにＣアームの一部及び検知器の上端を夫々受納するためにその下側表面に形成されている凹所４８及び５０を有している。撮像システム１０の２つのビデオモニタ１４は、夫々、ＢＭＤ測定のために選択された骨領域を表わす患者体部分の画像及び本発明方法によって提供されるＢＭＤ計算及び結果のレポートを表示するために使用することが可能である。図４はサンプル手首画像表示であり、且つ図５は本発明方法によって発生されるようなＢＭＤレポートのシミュレーションした表示である。ＢＭＤ測定を与えるために本発明方法を使用することが可能なその他の患者の体部分の一例として、図６を参照することが可能であり、それは患者の下側四肢の踵部分における踵骨ＢＭＤ測定のために構成された図１におけるものと同一の撮像システム１０を示している。Ｃアーム２０はこの手順のために回転されており、図面の面と垂直な面内に存在している。この場合も本発明によれば、その上表面内に踵位置決め用凹所５４と踵が該凹所内に配置された場合に踵の片側に位置するように視野内に装着された階段状のキャリブレイション骨サンプル５６を有するブロックの形態の治具５２が設けられている。患者の興味のある骨領域にマークを付けた踵のサンプル画像を図７に示したある。ミニＣアーム撮像システム１０でのＢＭＤの測定はミニＣアームシステムにおける本質的なフラックス限界に起因して薄い物体（例えば四肢等の小さな体部分における骨）に制限されるが、本発明は、そのより広い側面においては、例えば軸方向骨格のようなより大きな骨及び／又はより大きな体部分に関してこのような測定を行うために画像倍増管を組込んだエリア検知器でより大きなＸ線フラックスを与えるシステムを使用することを包含している。逆に、本発明は、例えば屋外に持ち出し且つ使用することが可能であるように完全に携帯型でバッテリ駆動型のＣアーム蛍光透視撮像システムで実施することが可能である。上述したように、その上述した実施例においては、本発明方法は、２つの異なるエネルギレベルにおいての画像を採取することを包含するデュアルホトン吸光光度法に基づく態様でＢＭＤを計算する。所謂単一ホトン吸光光度法に基づく別の計算手順の場合には、単一のエネルギ撮像のみが使用される。単一エネルギ密度測定は、視野にわたってスキャンした物体のＸ線厚さを等しくさせるためにスキャンしたフィールド内においてボーラス（ｂｏｌｕｓ）物質（例えば、ウォーターバッグ即ち水袋）を包含することを必要とする。上述した実施例の更なる変形例又は修正は、低及び高エネルギＸ線ビームの相対的減衰及び／又はキャリブレイション骨の値のいずれかを得るために別途キャリブレイション物質をスキャニングすることを包含している。この変形例は、現在のミニＣアーム蛍光透視撮像システムにおいては使用可能でない安定なＸ線供給源とリニアなＸ線検知器システムを具備する撮像システムを使用することによって可能である。付加的な変形例又は修正例は、スキャニングした領域における組織の点に対して体の組成（太っているか痩せているかの質量）を計算することである。広範囲の付加的な変形例は本発明のより広範な側面における範囲内に含まれる。例えば、検知器において使用された画像倍増管は、光学的画像を倍増させるタイプのもの（上述した「フルオロスキャン（ＦｌｕｏｒｏＳｃａｎ）ＩＩＩ」システムにおけるようなもの）か又はＸ線画像を倍増させるタイプのもののいずれかとすることが可能である。この場合にも、画像倍増管及びビデオカメラの代わりに、検知器は直接的デジタル二次元Ｘ線検知器とすることが可能であり、このような装置の一例はゼロックスカンパニィのｄｐｉＸの「フラッシュスキャン（ＦｌａｓｈＳｃａｎ）２０」高分解能フラットパネル装置であり、それは従来のＸ線画像を採取し且つそれらを実時間で蛍光透視撮像を与えることが可能な態様でデジタル形態へ変換するアモルファスシスコンイメージセンサーである。ＢＭＤ測定値を発生するためのデータの計算は、例えば「フルオロスキャンＩＩＩ」システムのようなミニＣアーム蛍光透視システムにおけるオンボードコンピュータか又は別のコンピュータで実行することが可能である。データ採取／格納及びそれからのＢＭＤ計算の機能は、異なるコンピュータによって実施することが可能である。又、対数へ変換する前に検知器出力データをデジタル化する代わりに、対数変換を最初に行い（例えば、対数増幅器によって）且つその後にデジタル化することが可能である。更に、体部分を静止状態に保持するための上述した治具に加えて又はその代わりに、運動が存在する場合に画像を再登録するために適宜のソフトウエアを使用することが可能である。本発明は、上に特記した手順及び実施例に制限されるべきものではなく、その精神から逸脱することなしにその他の態様で実施することが可能であることを理解すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者クイン，ビンセントイー. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01730，ベッドフォード，ネイリアンウエイ 68 (72)発明者キャブレル，リチャードイー. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01876，トゥークスバリー，チャンドラーストリート 990 (72)発明者シェファード，ジョンエイ. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01760，ナティック，サウスアベニュー 91 (72)発明者ウイルソン，ケビンイー. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 02142，ケンブリッジ，ウェイズウォースストリート 60，アパートメント 10イー

Claims

【特許請求の範囲】１．ビーム経路に沿って伝搬する体積Ｘ線ビームを射出するＸ線供給源と、二次元区域にわたって前記ビームが入射する検知器であって、前記ビームによって照射されるように前記経路内において検知器と供給源との間に骨を包含する人間又はその他の動物の体部分を介在させることを可能とし且つそれを表わす出力データを発生するための前記供給源から離隔されている検知器とを有しており、前記出力データが前記経路内に介在されている物体の画像の視覚的表現としてビデオモニタ上に表示するための充分な情報を包含する前記区域の二次元電子的表現であるＸ線蛍光透視撮像システムで骨ミネラル密度（ＢＭＤ）を測定する方法において、（ａ）前記ビーム経路内における前記供給源と前記検知器との間において、ＢＭＤを測定すべき選択した領域を持った骨を包含する人間の体部分と所定のＢＭＤの骨のサンプルとを介在させ、（ｂ）前記体部分及びサンプルを前述した如くに介在させた状態で前記システムを動作させて前記体部分の骨の選択した領域のＢＭＤの計算のために充分な前記体部分の骨及びサンプルの１つ又はそれ以上の画像を表わす出力データを発生し、（ｃ）ステップ（ｂ）で得られた出力データを、前記区域にわたって前記出力データの２つの直交する方向の各々における固有の変動に対して補正して補正データを発生し、（ｄ）前記補正データから前記体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを表わす値を派生する、上記各ステップを有する方法。２．請求項１において、ステップ（ｃ）がステップ（ｂ）において得られた出力データから前記供給源と前記検知器との間に介在されている物体を前記ビームで照射することによって発生される１つ又はそれ以上の画像を表わし且つ前記ビーム経路に対して横方向の２つの直交する方向の各々において既知のＸ線減衰を有する出力データを減算することを包含している方法。３．請求項２において、前記物体が前記経路内の一様なＸ線厚さの均一な物体である方法。４．請求項１において、前記体部分の骨の前記選択した領域及び前記サンプルを前述した如くビデオモニタ上で表示される画像内の別々の区域によって夫々表わされるようにステップ（ｂ）期間中ビーム経路内に並んで配置される方法。５．請求項４において、ステップ（ｂ）は、前記供給源が第一Ｘ線エネルギレベル（Ｌ）においてＸ線ビームを射出している間に発生される前記体部分及びサンプルの少なくとも１つの画像を表わす第一出力データ、及び前記供給源が前記第一Ｘ線エネルギレベル（Ｌ）よりも一層高い第二Ｘ線エネルギレベル（Ｈ）においてＸ線ビームを射出している間に発生される前記体部分及びサンプルの少なくとも１つの第二画像を表わす第二出力データを発生するために前記システムを動作させることを包含している方法。６．請求項５において、ステップ（ｃ）が、前記供給源が第一エネルギレベル（Ｌ）においてＸ線ビームを射出している間に発生される前記ビーム経路を横断する２つの直交方向の各々において既知のＸ線減衰を持っており且つ前記供給源と前記検知器との間に介在されている物体の少なくとも１つの画像を表わす第一補正出力データを前記第一出力データから減算し、且つ前記供給源が前記第一エネルギレベル（Ｌ）よりも一層高い第二エネルギレベル（Ｈ）においてＸ線ビームを射出している間に発生される前記供給源と前記検知器との間に介在されている前記物体の少なくとも１つの第二画像を表わす第二補正出力データを前記第二出力データから減算することを包含している方法。７．請求項６において、ステップ（ｃ）が、前記第一補正出力データ及び前記第二補正出力データを発生するために前記供給源と前記検知器との間に前記物体が介在されている間に前記システムを動作させるステップを包含している方法。８．請求項７において、前記物体が前記経路内における一様なＸ線厚さの均一な物体である方法。９．請求項１において、前記所定のＢＭＤの骨のサンプルが、前記経路を横断する面内において並んで配設されており且つ前記経路と平行な方向において異なる所定のＸ線厚さを夫々有している複数個の部分を具備するサンプルである方法。１０．請求項１において、前記検知器が光学的画像を倍増させるための画像倍増管を有している方法。１１．請求項１０において、前記画像倍増管が前記供給源と前記検知器との間の前記ビームによって照射され且つ前記経路内に介在されている物体の光学的画像を発生し、且つ前記検知器が、更に、前記発生された画像を観察し且つそれを表わす出力データを発生するビデオカメラを有しており、前記出力データがビデオフォーマットで発生される方法。１２．請求項１において、前記検知器がＸ線画像を倍増させるための画像倍増管を有している方法。１３．請求項１において、前記検知器が直接的デジタル二次元Ｘ線検知器を有している方法。１４．人間の患者の小さな体部分における骨の選択した領域の骨ミネラル密度（ＢＭＤ）を測定する方法において、（ａ）前記小さな体部分をミニＣアームＸ線蛍光透視撮像システムにおいて撮像して前記体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを計算するのに充分な情報を包含するビデオフォーマットで出力データを発生し、（ｂ）前記体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを表わす値を前記出力データから派生する、ことを包含している方法。１５．人間又はその他の動物の小さな体部分における骨の選択した領域の骨ミネラル密度（ＢＭＤ）を測定するシステムにおいて、（ａ）Ｘ線蛍光透視撮像システムであって、（ｉ）ビーム経路に沿って伝搬する体積Ｘ線ビームを射出するＸ線供給源、（ii）前記ビームが二次元区域にわたって入射する検知器であって、骨を包含する人間又はその他の動物の小さな体部分を前記ビームによって照射させるために前記経路内においてそれらの間に介在させることを可能とし且つそれを表わす出力データを発生するために前記供給源から離隔されており、前記出力データが前記経路内に介在されている物体の画像の視覚的表現としてビデオモニタ上に表示するために充分な情報を包含する前記区域の二次元電子的表現である検知器、（iii）前記供給源と前記検知器とを互いに固定した関係で支持する構造体、を有するＸ線蛍光透視撮像システム、（ｂ）前記構造体へ安定的に固定されているトレイであって、前記供給源と前記検知器との間の前記ビーム経路内の所定の位置に人間の患者の小さな体部分を位置決めし且つ支持するための形状とされ且つ配設されている案内表面を具備しており、前記体部分がＢＭＤを測定すべき選択した領域を具備する骨を包含しており、更に、前記ビーム経路に関して前記骨の選択した領域の横方向に配設して所定のＢＭＤの骨のサンプルを包含しており、従って前記サンプルと前記選択した領域とが前記出力データから前述した如くビデオモニタ上に発生される画像における別々の区域によって夫々表現されるトレイ、（ｃ）前記体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを計算するのに充分な前記体部分の骨及びサンプルの１つ又はそれ以上の画像を表わす前記検知器からの出力データを受取り、且つ前記区域にわたっての２つの直交する方向の各々における固有の空間的変動に対して前記出力データを補正し且つ前記補正データから前記体部分の骨の選択した領域のＢＭＤを表わす値を派生する手段、を有しているシステム。１６．請求項１５において、前記所定のＢＭＤの骨のサンプルが、前記経路を横断する面内において並んで配設されており且つ夫々が前記経路と平行な方向において異なる所定のＸ線厚さを有している複数個の部分を具備するサンプルである装置。