JP2005087280A

JP2005087280A - 顎骨の骨密度測定装置

Info

Publication number: JP2005087280A
Application number: JP2003321358A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Yano; 茂喜矢野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】人工歯根埋植などの場合に必要な、頬肉・歯肉等の個人差や部位等の差による厚みなどの影響を取り除いた、顎骨の骨密度を正確に数値化することを目的とする。
【解決手段】顎骨の骨密度測定装置は、管電圧を切り換える切り換え部を有しておりＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源から照射され被写体を透過したＸ線を検出するＸ線センサと、各々異なる管電圧により照射されたＸ線を検知した前記Ｘ線センサからの信号に基づいて顎骨の骨密度を算出する演算制御部とを備える。そして、演算制御部は、各々異なる管電圧により照射されたＸ線を検知した前記Ｘ線センサからの信号に基づいて各々異なる管電圧により照射されたＸ線の透過率を算出し、これら透過率に基づいて差分法による演算を行うことで顎骨の骨密度を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療用Ｘ線撮影装置に関する。

近年、脱落歯の補綴を目的として顎骨に人工歯根を埋植する手法（通称インプラント術）が急速に普及しているが、顎骨においては骨の成分が血液中に吸収され易く、この吸収が著しく骨密度が大きく低下している場合などは人工歯根を埋植しても、植立の安定性に欠け、予後の不良になることが多いと言われている。

したがって人工歯根を埋植する場合、この手法の適応・不適応の判断は顎骨の骨密度を定量的に測定することが望ましいと言われているが顎骨の骨密度を測定できる装置は無く、通常の口内撮影法のＸ線撮影や、パノラマＸ線撮影での画像を元に骨の状態を観察していた。

また、２重エネルギーＸ線を照射して、エネルギー弁別した出力をカウントし、そのカウント値から差分法により、軟組織成分の影響を取り除き、骨だけの密度を測定する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。しかしこの方法では、高密度化が困難であり画素のピッチは０．５ｍｍ程度が限界で、しかも平面状の実装が困難などの理由で、口腔へ挿入して測定することはできなかった。
特開昭６０−８０７４６号公報

しかしながら、上記の口内撮影法のＸ線撮影や、パノラマＸ線撮影での画像を元に骨の状態を観察する方法では骨の密度を数値化することは出来ず、また頬肉・歯肉等の個人差や部位等の差による厚みなどの影響もあり、人工歯根埋植の適応・不適応の判断を正確にくだすことは困難であった。

また、上記の２重エネルギーＸ線を照射して測定する方法では、高密度化が困難であり画素のピッチは０．５ｍｍ程度が限界で、しかも平面状の実装が困難などの理由で口腔へ挿入して測定することはできなかった。

上記の課題を解決するために、本発明の顎骨の骨密度測定装置は、管電圧を切り換える切り換え部を有しておりＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源から照射され被写体を透過したＸ線を検出するＸ線センサと、各々異なる管電圧により照射されたＸ線を検知した前記Ｘ線センサからの信号に基づいて顎骨の骨密度を算出する演算制御部とを備えたものである。

また、本発明の顎骨の骨密度測定装置は、演算制御部が各々異なる管電圧により照射されたＸ線を検知した前記Ｘ線センサからの信号に基づいて各々異なる管電圧により照射されたＸ線の透過率を算出し、これら透過率に基づいて差分法による演算を行うことで骨密度の測定を行うものである。

以上のように、本発明によれば、口腔内に挿入できるＸ線センサにより簡便に任意の場所の顎骨の骨密度を測定することができる。また、無線による信号の送受信も可能になるため、信号ケーブルの断線の恐れもなく、非常に使い勝手もよくなるので口腔外科などにおいて非常に有用性の高いものである。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図１と図２を用いて説明する。

図１は本実施の形態における顎骨の骨密度測定装置の概略構成を示す図である。図１において、１はＸ線を照射するＸ線源としてのＸ線照射装置であり、２はＸ線照射装置１に設けられＸ線の管電圧を切り換える切り換え部である。なお、本実施の形態では、管電圧を４０ｋｅＶまたは８０ｋｅＶに切り換える。３は口腔内に挿入するＸ線センサであり、Ｘ線照射装置１から照射されたＸ線を検出するものである。そして、このＸ線センサ３は、シンチレータとＣＣＤを組み合わせたものからなり、Ｘ線の入射側にシンチレータがあり、シンチレータによりＸ線を可視光に変換した後にこの可視光をＣＣＤにより電気信号に変換するものである。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳセンサを使用してもよい。４はＸ線センサ３からの信号に基づいて演算処理を行う演算制御部であり、具体的にはパーソナルコンピュータ等で実現される。また、この演算制御部４は、Ｘ線照射装置１に設けられた切り換え部２を制御してＸ線の管電圧の切り換えを行う。５は演算制御部４に設けられた表示部であり、演算制御部４の演算結果等の表示を行う。また、Ｘ線センサ３と演算制御装置４とは信号ケーブル６で接続されている。そして、７はＸ線が照射される被検体であり、具体的には人間の顎骨部分である。

以下、本実施の形態における顎骨の骨密度測定装置の動作について説明する。

先ず、Ｘ線センサ３を口腔内の顎骨の骨密度を測定したい部位に挿入する。そして、制御演算装置４によりＸ線測定装置１の切り換え部２を制御して、Ｘ線照射装置１の管電圧を４０ｋｅＶに設定する。この状態でＸ線照射装置１から被検体７に対してＸ線を照射し、被検体７を透過したＸ線をＸ線センサ３により検出する。演算制御部４は信号ケーブル６を介してＸセンサ３から信号を受け取ってＸ線の透過率を算出する。

次に、制御演算装置４によりＸ線測定装置１の切り換え部２を制御して、Ｘ線照射装置１の管電圧を８０ｋｅＶに切り換える。この状態でＸ線照射装置１から被検体７に対してＸ線を照射し、被検体７を透過したＸ線をＸ線センサ３により検出する。演算制御部４は信号ケーブル６を介してＸセンサ３から信号を受け取ってＸ線の透過率を算出する。

ここで、図２に示す通り、Ｘ線の透過率は、Ｘ線エネルギーが高ければ筋肉等の軟組織に対する透過率と骨などの硬組織に対する透過率との差は小さく、Ｘ線エネルギーが低いほどその差は大きいことが知られている。この特性を利用して２種のエネルギーに対する透過強度の変化を測定し計算処理すれば筋肉などの軟組織による吸収と、骨などの硬組織による吸収とを分離することが可能となる。この方法を差分法と言う。そこで、軟組織による吸収分を除いて、硬組織による吸収分だけを計算すると顎骨の骨密度を測定することが出来る。以下、骨密度を算出するための計算式と算出するまでのステップについて説明する。

一般的にエネルギーＥのＸ線の吸収透過の基本式は、物質の質量吸収係数をμ（Ｅ）、厚さをｔ、密度をρとし、照射したＸ線強度をＩ₀（Ｅ）とすると、その物質を透過するＸ線の強度Ｉ（Ｅ）は（数１）で示される。

そして、生体内では骨は筋肉等の軟組織にはさまれているので、生体内を透過するＸ線の強度は（数２）と表すことができる。

ただし、μ_B（Ｅ）はエネルギーＥにおける骨の質量吸収係数（ｃｍ²/ｇ）、μ_M（Ｅ）はエネルギーＥにおける筋肉等の質量吸収係数（ｃｍ²/ｇ）、ｔ_B、ｔ_Mは骨および筋肉等の厚さ（ｃｍ）、ρ_B、ρ_Mは骨および筋肉等の密度（ｇ/ｃｍ³）である。

ここで、高い管電圧で照射したときので示されるＩ（Ｅ）及びＩ₀（Ｅ）には高いエネルギー成分と低いエネルギー成分との両方が含まれていることからそれぞれＩ_L+H及びＩ_0L+Hと表すこととし、低い管電圧で照射したときのＩ（Ｅ）及びＩ₀（Ｅ）には低いエネルギー成分しか含まれていないことからそれぞれＩ_L及びＩ_0Lと表すこととすれば、Ｉ_L+Hは（数３）とし、Ｉ_0L+Hは（数４）とすることができる。

そして、高い管電圧で照射したときの信号より、低い管電圧で照射したときの信号を差し引くと高いエネルギー成分の寄与する信号分だけを抽出でき、それは（数５）と（数６）で表すことができる。

それゆえ生体内を透過するＸ線の強度を表す上記した（数２）は、高いエネルギー成分により表される（数７）および低いエネルギー成分により表される（数８）となり、

（数７）および（数８）の両辺の対数を取ることによりそれぞれ（数９）と（数１０）となる。

そして、高いエネルギー成分により表される（数１０）を変形すると、筋肉等の厚さと筋肉等の密度の積であるｔ_M・ρ_Mは、（数１１）となり、

この（数１１）を上記（数９）に代入して計算すると、骨の厚さと骨の密度の積であるｔ_B・ρ_Bは（数１２）となる。

そして、μ_ML／μ_MH＝Ｒ_m、μ_BL／μ_BH＝Ｒ_b、μ_BH＝ｍ_bとすると、この（数１２）は（数１３）となるので、

この（数１３）を用いることで、骨の単位面積あたりの密度ｔ_B・ρ_B（ｇ/ｃｍ²）を、求めることができる。

ここで、Ｒ_mは筋肉等の軟組織の質量吸収係数（ｃｍ²/ｇ）の低エネルギーと高エネルギーとの比であり、Ｒ_bは骨の質量吸収係数（ｃｍ²/ｇ）の低エネルギーと高エネルギーとの比である。またｍ_bは高エネルギーでの骨の質量吸収係数（ｃｍ²/ｇ）であり、いずれも機器の校正時に容易に求められる機器ごとに異なる定数である。

なお、本実施の形態では、一実施の形態として上記（数１）から（数１３）までの演算を行うプログラムを演算制御装置４において実行することで骨密度を算出するものである。

（実施の形態２）
以下、本発明の他の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３は本実施の形態における顎骨の骨密度測定装置の概略構成を示す図である。

本実施の形態において実施の形態１と同様の箇所については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。図３において、Ｘ線センサ３は、電池８と、演算制御部４との通信を行う無線送受信部９とを内蔵している。また、演算制御部４は、Ｘ線センサ３との通信を行うための無線送受信部１０を有している。実施の形態１と異なるのは、Ｘ線センサ３と演算制御部４との通信を無線で行うようにし、信号ケーブル６を使用しないようにした点である。

本実施の形態における動作は、無線によりＸ線センサ３と演算制御部４との通信を行う以外は、実施の形態１と同様である。

以上により、本実施の形態によれば、無線による信号の送受信が可能となり、信号ケーブル６を使用しないので、信号ケーブル６の断線の恐れがなく、非常に使い勝手もよくなるので、口腔外科などにおいて非常に有用性の高いものである。

本発明にかかる顎骨の骨密度測定装置は、口腔内に挿入できるＸ線センサにより簡便に任意の場所の顎骨の骨密度を測定することができ、口腔外科等において有用である。

本発明の実施の形態１における顎骨の骨密度測定装置の概略構成を示す図本発明の実施の形態１における軟組織及び硬組織に対するＸ線エネルギーと透過率の模式図本発明の実施の形態２における顎骨の骨密度測定装置の概略構成を示す図

符号の説明

１Ｘ線照射装置
２切り換え部
３Ｘ線センサ
４演算制御装置
５表示部
６信号ケーブル
７被検体
８電池
９無線送受信部（Ｘ線センサ内蔵）
１０無線送受信部（制御演算装置内蔵）

Claims

管電圧を切り換える切り換え部を有しておりＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源から照射され被写体を透過したＸ線を検出するＸ線センサと、各々異なる管電圧により照射されたＸ線を検知した前記Ｘ線センサからの信号に基づいて顎骨の骨密度を算出する演算制御部とを備えた顎骨の骨密度測定装置。
演算制御部は、各々異なる管電圧により照射されたＸ線を検知した前記Ｘ線センサからの信号に基づいて各々異なる管電圧により照射されたＸ線の透過率を算出し、これら透過率に基づいて差分法による演算を行うことで顎骨の骨密度を算出する請求項１記載の顎骨の骨密度測定装置。
演算制御装置は無線送受信部を有し、Ｘ線センサは電池と無線送受信部とを有し、前記Ｘセンサは無線により信号を前記演算制御部に送信し、前記演算制御装置からの無線による指令により検出状態または非検出状態となる請求項１または２記載の顎骨の骨密度測定装置。
Ｘ線センサはシンチレータとＣＣＤからなる請求項１から３のいずれかに記載の顎骨の骨密度測定装置。