JP2005319236A

JP2005319236A - 骨塩量測定装置

Info

Publication number: JP2005319236A
Application number: JP2004165115A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 隆司鈴木; Takamasa Saso; 隆正佐宗; Yoshio Katagiri; 義雄片桐; Hiroshi Sunago; 浩砂子
Original assignee: BRAIN BASE KK; Tokyo Metropolitan Government
Current assignee: BRAIN BASE KK; Tokyo Metropolitan Government
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】これまで提案されている骨塩量測定装置は、Ｘ線を単色化するための装置が大がかりなものになっていたり、多大なコストがかかっていたり、測定が煩雑であったりしていた。単色化の方法を最もシンプルなものにするとともに、顎の骨塩量を測定できるようにする。
【解決手段】連続Ｘ線を単色化するのに単一の金属材料のみからなる１種類のフィルターを用い、フィルターの厚さ、コリメータの径、管電圧および電流の最適化を図る。また、Ｘ線検出器は口の中に入る程度に小型化し、検出器と増幅器あるいは光電子増倍管はケーブルで接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続Ｘ線から単１金属材料からなる１種類のフィルターによりエネルギーの異なる２種類のＸ線を取り出し、その２種類のＸ線を被検体に照射してその透過量から被検体の骨密度を求める骨塩量測定装置に関するものである。

骨塩量測定装置にはＸ線やγ線等の放射線を利用するものがある。放射線を利用する方式には各種の方式があるが、その中でも２種類あるいはそれ以上のエネルギーのγ線またはＸ線を検体に照射し、それら放射線の吸収の違いから骨塩量を求める方式が比較的精度、再現性がよいとされている。
例えば、γ線源としてガドリニウム−１５３（４１．５ｋｅＶの特性Ｘ線と９７．４ｋｅＶのγ線を放出）などが使用されているが、これは放射性物質なので測定装置の機構、製作条件に制約が多くまた、使用上も放射線取扱主任者の選任が必要となり各種規制が多い。

高いエネルギーのＸ線と低いエネルギーのＸ線を使用してそれぞれの体組織等による吸収率の差を利用して骨塩量を測定する方法は、二重エネルギーＸ線吸収方法（以下ＤＥＸＡ方式と略称する）と呼ばれており、２種の異なるエネルギーのＸ線を取り出して被検体にあてるが、この際異なるエネルギーのＸ線を得るには種々の方法がある。

タングステン等をターゲット材として加速電子により発生するＸ線をＤＥＸＡ法に利用する場合にはＸ線が連続スペクトルであるので、何らかの方法で単色化が必要である。単色化の方法には回折格子を用いる方法、２種類のフィルターを用いＸ線の管電圧を変化させる方法、Ｘ線発生器のターゲットに２種類の物質を用いる方法などがある。
特開昭６４−４９５４７号公報特開平１０−８５２０８号公報特開平８−２９９３１８号公報

しかし、これらの方法は、回折格子を複数個使う、管電圧を変えて２回の測定を行う、ターゲットが複雑になる等のため、装置が大きくなってしまったり、コストがかかったり、測定が煩雑になってしまうという問題点がある。

１種類の希土類元素を用いたフィルターで２種類のエネルギーに分離する方法もあるが、十分に低エネルギー領域と高エネルギー領域の分離ができない等の問題がある。これを解決すべく、Ｋ殻吸収フィルターを用いる方法が提案されているが、希土類元素を用いているため高価であり、またヨウ化セシウム（ＣｓＩ）のフィルターの結晶は安定性にも問題がある。
特開平５−２７０４３号公報特開平８−２８９８８６号公報

また、本発明は装置のＸ線発生装置等を小型化して骨の状態を測定できるようにするものであるが、これまで提案されている骨塩量測定装置は、体幹部、くるぶし、腕などが主な対象であり、Ｘ線発生器とＸ線検出器は装置として一体化されており歯科医等で顎部の骨密度を測定するには不適であった。

歯科医がインプラント等の施術の際に患者の顎の骨の状態を正しく把握するための骨塩量測定装置では、顔の外部より顎骨部にＸ線を照射し体組織によるＸ線の吸収後の透過率を口腔内に小型センサーを入れ測定する事が必要であり、従来なかった小型化された骨密度計の開発が望まれている。

上記のように従来ＤＥＸＡ法を利用する骨塩量測定装置においては２つのエネルギーのＸ線を得るのに簡易な方法がなかった。このため装置を小型化したりコストダウンしたりするのが困難であった。

発明を解決するための手段

本発明は連続Ｘ線からエネルギーの異なる２種類の単色に近い分布をもつＸ線を取り出す際に１種類のフィルターを用いて最もシンプルで、かつ精度良く行える様にしたものである。すなわち、単一の金属材料からなる板をフィルターとして使用する事により一定電圧での連続Ｘ線から容易に骨密度の測定に適した２つのエネルギーのＸ線が取り出せるものであり、ＤＥＸＡ法式の小型で安価な骨塩量測定装置を実現したものである。

また本発明は、被検体として顎や指など体の中でも比較的厚みの薄いところを対象とし、口に入る程度の小型の検出器部と併用することができる。また、Ｘ線の制御部、波高分析部およびデータ処理部をＸ線発生器およびＸ線検出器と分離できるようにしたものである。

本発明は連続Ｘ線の発生装置のＸ線出力部にスズ、インジウム、カドミウム、銀から選ばれた金属１種類のみで作られたフィルターを装着する。

骨密度測定装置はＸ線発生器と、発生したＸ線を絞るためのコリメータと、連続Ｘ線を２種類のＸ線に分ける単一金属材料からなる１種類のフィルターと、Ｘ線検出器と、検出された２種類のＸ線を弁別するための波高分析器と得られた２種類のエネルギーのカウント数から骨密度を求めるデータ処理部が具備される。

連続Ｘ線から２種類のエネルギーのＸ線を取り出すために、あらかじめＸ線の管電圧、電流、フィルターの厚さ、コリメータの径を種々変えて最適の条件を求める事が必要である。

フィルターの厚さは、フィルターとして使用する金属のＫ吸収端以下のＸ線エネルギーを十分減弱するだけの厚さとする。

顎の骨密度を測定するために、検出部の検出器の大きさは口の中に入る程度の大きさ、例えば数ｍｍ角のカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）結晶あるいはＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータとし、前記増幅器あるいは光電子増倍管は口の外に配置し、ケーブルで接続する。

発明の効果

単一金属材料からなる１種類のフィルターを用い、高エネルギー側と低エネルギー側のピークが完全に分離した２種類のエネルギーのピークが生成され、コストのかからないシンプルな骨塩量測定装置を提供できる。

またＸ線発生器とＸ線検出部をＸ線制御部、波高分析部及びデータ処理部と分離することにより、顎の骨塩量測定装置が提供可能になる。

図１に示すブロック図のように、Ｘ線発生器そしてＸ線を絞るコリメータ２１と、連続Ｘ線を単色化して２種類のエネルギーのＸ線を取り出すための単一の金属元素からなる１種類のフィルター３０と、Ｘ線検出器５０と、２種類のエネルギーのＸ線を弁別するための波高分析部６０と、得られた２種類のエネルギーのカウント数から骨塩量を求めるデータ処理部７０からなる骨塩量測定装置とする。

この際連続Ｘ線を高低２種類のＸ線に分けるフィルターは、単一金属元素からなるスズ、インジウム、カドミウム、銀の中から１種類のみを選択使用する。

スズをフィルターとした場合の実験の結果を図２に示す。測定に適した２つのピークのエネルギーの大きさをバランスよく取り出すには連続Ｘ線を発生させるＸ線発生器の最大管電圧は６０〜６５ｋＶ程度が望ましくこれより電圧が低いと６０ｋｅＶ付近の波高値が低くなりまたこれ以上になると高いエネルギーの６０ｋｅＶ付近の波高値が大きくなりすぎて望ましくない。

フィルターの厚さ、コリメータの径、管電流、照射時間は、被検体部の被ばく線量をできるだけ低くなるように、しかも計数誤差は１０％以内になるように、計測条件をあらかじめ設定する。

Ｘ線発生器とＸ線検出器をＸ線制御部、波高分析部及びデータ処理部と分離し、Ｘ線検出器を口に入る程度に小型化し、検出器と増幅器あるいは光電子増倍管とはケーブルで接続する。この際、Ｘ線発生器とＸ線検出器の配置は距離が常に一定となるように冶具を使用する。

Ｘ線発生器１１とＮａＩ（Ｔｌ）検出器５０を約２０ｃｍ離し、Ｘ線側に約２ｍｍ径、検出器側に１０ｍｍ径の孔を形成した鉛製コリメータ２１，２２を置き、さらに線源側に１ｍｍ厚のスズのフィルター３０を置いた。この状態で管電流を０．３ｍＡ、電圧を５０〜６０ｋＶに上げていったところ、図２に示すようにスズのＫ吸収端（２９．２ｋｅＶ）を境に２本のピークを得る事ができた。電圧が６３ｋＶの時、低エネルギー側のピークと高エネルギー側のピークはほぼ同じ計数値であった。電流値を変化させるとそれにつれてそれぞれのピークは同様に変化した。

フィルターとしてインジウム（Ｋ吸収端２７．９ｋｅＶ）、カドミウム（Ｋ吸収端２６．７ｋｅＶ）、銀（２５．５ｋｅＶ）を用いても前記と同様な結果を得た。
本発明に使用するフィルターの材料のＫ吸収端は２５〜３０ｋｅＶが適している。

被検体の模擬試料（ファントム）をポリエチレン（ＰＥ）とアルミ板で作成した。ＰＥの厚さを５ｍｍに固定し、アルミ板の厚さを１〜５ｍｍに変化させて骨密度の異なる模擬試料とした。測定の結果を図３に示す。

ＤＥＸＡ方式では骨密度（ＢＭＤ）は次式から求められる。

ただし、Ｉ_Ｏ（Ｅ）：試料のないときのＸ線の強さ
μ（Ｅ）：試料の質量減弱係数（ｃｍ^２／ｇ）
Ｌ＝１ｎ｛Ｉ_Ｏ（Ｅ_Ｌ）／Ｉ（Ｅ_Ｌ）｝
Ｈ＝１ｎ｛Ｉ_Ｏ（Ｅ_Ｈ）／Ｉ（Ｅ_Ｈ）｝
Ｒ_Ｍ＝μ_Ｍ（Ｅ_Ｌ）／μ_Ｍ（Ｅ_Ｈ）
Ｒ_Ｂ＝μ_Ｂ（Ｅ_Ｌ）／μ_Ｂ（Ｅ_Ｈ）
添字Ｌ、Ｈはエネルギーの異なる（低、高）２種類のＸ線を意味する。
また添字Ｍは軟質材、Ｂは硬質材を意味する。

３０ｋｅＶと６４ｋｅＶのエネルギーにおけるＰＥとアルミニウムと質量減弱係数は、文献値である表１の値から内挿法で求めた。

測定の結果は、アルミ厚１，２，３，４，５ｍｍ（ＢＭＤ（骨密度）に換算すると、０．２７，０．５４，０．８１，１．０８，１．３５ｇ／ｃｍ^２に相当する）の場合、ＢＭＤの値はそれぞれ０．２５，０．５４，０．８０，１．０４，１．２４ｇ／ｃｍ^２と実測された。それぞれ１０％以内で一致しており、本方法で精度良い測定ができた。

本発明は、１種類のフィルターで容易に２種類のエネルギーのピークが得られることから装置がコンパクトにでき、骨塩量測定装置等のほか非破壊検査装置にも広く適用可能である。

インプラント治療を行っている歯科では、インプラントを施術する部分の骨密度をあらかじめ求める事が必要があるが、現状は一部の歯科で顎以外の部分で骨密度を求めているのみである。本発明では検出器が口に入る程度に小さくできるので、インプラントを行っている歯科での利用の可能性が大きい。

装置のブロックダイアグラムを示した図である。スズフィルターによるデュアルエネルギーピークの管電圧依存性を示した図である。模擬試料（ファントム）の厚さを変化させた場合のスペクトルの変化を示した図である。

符号の説明

１１Ｘ線発生器
１２Ｘ線制御部
２１線源側コリメータ
２２検出器側コリメータ
３０フィルター
４０被検体
５０検出器
６０波高分析部
７０データ処理部

Claims

Ｘ線発生器そしてＸ線を絞るコリメータと、連続Ｘ線から単色化された２種類のエネルギーのＸ線を取り出すための単一の金属材料からなるフィルターと、Ｘ線検出器と、２種類のエネルギーのＸ線を弁別するための波高分析部と、得られた２種類のエネルギーのカウント数から骨塩量を求めるデータ処理部からなる骨塩量測定装置。
連続Ｘ線からエネルギーの異なる２種類の単色Ｘ線を取り出すための単一金属材料からなるフィルターとして、スズ、インジウム、カドミウム、銀から選ばれた１種類のみを使用することを特徴とする請求項１の骨塩量測定装置。
Ｘ線検出器が容易に人の口の中に入る程度の大きさで、前記検出器とプリアンプあるいは光電子増倍管とは短いケーブルで接続されており、顎骨の骨塩量が測定可能な請求項１の骨塩量測定装置。