JP2013504341A - 解析方法及び解析システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
試料のうち少なくとも上記移行部を含む部分の断面画像において関心領域を規定するステップと、
関心領域内の移行部を横切る試料の密度プロファイルを求めるステップと、
第2物質の代表密度を(密度プロファイル等から)求めるステップと、
上記第1物質及び上記第2物質の鑑別に使用された上記移行部を使用して上記試料を解析するステップと
を含む方法が提供される。
上記さらに別の部分の代表密度を求めるステップと、
上記関心領域のうち上記最大密度点で境界され上記さらに別の部分を含む部分の上記密度プロファイルにおけるさらに別の移行部を特定するステップと
をさらに含む。
骨膜境界及び皮質骨の始端(beginning)により境界されるコンパートメントと、
皮質骨の始端及び緻密皮質骨の始端により境界されるコンパートメントと、
緻密(又は硬質)皮質骨コンパートメントと、
骨梁状(trabecularized:海綿質化)皮質骨コンパートメントと、
皮質骨−骨梁移行部コンパートメントと、
骨梁コンパートメントと
のいずれか1つ又は複数を含む。
骨膜境界及び緻密皮質骨の始端により境界されるコンパートメントと、
緻密皮質骨の始端及び外側遷移区域の始端により境界されるコンパートメントと、
外側遷移区域と、
内側遷移区域と、
骨梁コンパートメントと
のいずれか1つ又は複数を含む。
皮質骨、骨梁状皮質骨、又は遷移区域の厚さと、
皮質骨又は骨梁状皮質骨の面積と、
皮質骨、骨梁状皮質骨、又は遷移区域の空隙率と、
皮質骨又は骨梁状皮質骨がその絶対厚又は絶対面積に関係なく正常であるか否かと、
皮質骨又は骨梁状皮質骨が吸収されているか(したがって骨量が減少しているか)否かと、
プロファイルの解析からの骨梁構成及び空隙率と
からなる群からのいずれか1つ又は複数の指数を求めるステップを含み得る。
試料のうち少なくとも上記移行部を含む部分の断面画像において関心領域を規定するステップと、
上記試料の上記部分が局所的に線形となるアーム幅を求めるステップと、
上記アーム幅の回転、上記アーム幅の並進、又は上記アーム幅の回転及び並進の両方により、上記画像を解析するステップと
を含む方法も提供する。
試料のうち少なくとも上記移行部を含む部分の断面画像において関心領域を選択する関心領域選択器と、
関心領域内の移行部を横切る試料の密度プロファイルを求め、上記第2物質の代表密度を求め、且つ上記第1物質及び第2物質を鑑別するための上記移行部を使用して上記試料の解析を行う密度プロファイル解析器と、
上記解析の結果を出力する出力部と
を備えるシステムを提供する。
AW≦ri×tan(arccos(Δ)) (2)
式中、Δは選択された中心(C又はG)からの推定曲率であり、riは上記で算出された4つの半径(つまりr1、r2、r3及びr4)の最小値である。
AW2=ri×tan(arccos(0.999)) (3)
AW3=rx×tan(arccos(0.965)) (4)
式中、rxは、骨外の特定の角度として選択される半径であり、これらの角度は局所解剖学的構造に基づき事前設定される。これら特定の角度における骨外の軟組織は、大部分が筋肉である。画像プロセッサ16は、例えば、橈骨では90°、脛骨では約65°を用いる。AW3は、較正参照対象としての使用等のために密度を適切に求めることができるように、十分な筋組織を含むほど十分な幅となるよう選択される。
sinθ×r1<AW (5)
式中、r1は上記で規定した4つの半径の最小値である。
δ=atan((Ya−Yb)/Xa)
Xa=AWであることに留意されたい。
n=xicos(δ)
全列を、続いて左回りにnピクセル分移動させる。
n=xi×(Ya−Yb)/AW
式中、xiはi番目の列である。
δ=atan((Ya−Yb)/Xa)
n=xicos(δ)
全列を、続いて左回りにnピクセル分移動させる。
ΔDSi,i+1=(DSi−DSi+1)/DSi (7)
(なお、この導関数の定義は従来の定義の逆である。)この1次導関数から、画像プロセッサ16は、試料を一連の「山」及び「谷」を含むものとして特性化することにより、骨試料を解析する。山は、密度プロファイル曲線の減少部分(すなわち、方程式7で定義されるような1次導関数が正である場合)に相当し、谷は、密度プロファイル曲線の増加部分(この1次導関数が負である場合)に相当する。導関数は、山及び谷の遷移部で値0を有する。
j:骨の始端(すなわち骨膜境界);
k:皮質骨の始端;
l:緻密皮質骨の始端;
m:緻密皮質骨の終端;
n:骨梁状皮質骨の終端;及び
o:皮質骨実質部の終端(したがって骨梁の始端)。
これらの点が定まると、画像プロセッサ16は、骨を4つのコンパートメント:
(i)lとmとの間の緻密質(又は「硬質」)皮質骨;
(ii)mとnとの間の骨梁状皮質骨;
(iii)nとoとの間の皮質骨−骨梁移行部;及び
(iv)oと試料の終端(z)との間の骨梁
に分解する。
n=360/θ (8)
としての回転角(θ°)の関数である。ROI1からROInへ回転させる方法は、画像プロセッサ16によりスライス毎に以下のように(また、図20A及び図20Bに概略的に示すように)実施される。
CoA=n×(re2) (10)
であり、式中、nは緻密皮質骨内のピクセル数であり、reはCTスキャナ12(又はMRIスキャナ等の骨の撮像に使用される他のスキャナ)の分解能である。これは、次式から求めることもできる。
ri=(z−1)×re (12)
式中、riはROIiの半径であり、reはCTスキャナ12の分解能である。
PCC=100×CThcc/CThcm (13)
PTC=100×CThtc/CThcm (14)
PCTJ=100×CThctj/CThcm (15)
BVE(X)≦0の場合、PoVE(X)=1、及び
BVE(X)>0の場合、PoVE(X)=1−BVE(X)
Ai>Maxmd (18)
とし、骨以外をピクセルjと定義して、
Aj<Maxmd (19)
とする。
PoCC=100×PoACC/AreaCC (21)
であり、式中、PoCCは緻密皮質骨の空隙率であり、PoACCは緻密皮質骨の空隙面積であり、AreaCCは緻密皮質骨の面積である。
CD1(%)=100(ω1/1.5707) (22)
CD2(%)=100(ω2/1.5707)
CF(%)=(AbsPocc×CD1+AbsPotc×CD2)/10000 (23)
RDcc=100×DScc/DSm (25)
であり、式中、DSccは緻密皮質骨の密度である。したがって、相対密度は、周囲組織と比べた骨の緻密度の平均を示す。骨の石灰化が少ないほど、骨が多孔質でありその相対密度が低い。
RDtc=100×DStc/DSm
RDcm=100×DScm/DSm
RDtb=100×DStb/DSm
FB(%)=100(DSf/Maxmd) (28)
D(mgHA/cc)=695.808×(Ai/Maxmd)))−455.27 (30)
式中、Aiはボクセルiの減弱である。この方程式は、ファントムのスキャンにより実験的に確定したものである。
D(g/cc)=0.495×(A/Maxmd) (31)
BRi=CThcci/ri (32)
式中、CThcci及びriは、それぞれROIiにおける緻密皮質骨の厚さ及び半径である。
wi=n×re (44)
式中、reはスキャナの分解能である。列iの骨梁サイズ(Tr.Si)は、次式のように算出される。
Tr.Si={((z−o)×re)−wi}/mi= (45)
式中、miは骨梁の数である。骨梁は、1として符号化された一連の連続ピクセルとみなされる。「0」の存在は骨梁の終端を示す。
Tr.Sj=(AW−wj)/mj (46)
であり、式中、mjはj行における骨梁の数である。列は密度プロファイル方向の一連のピクセルであり、行は列に対して垂直であることに留意されたい。
Tr.Sep=(wi/ni)+(wj/nj) (48)
式中、ni及びnjは、それぞれi列及びj行における間隙の数である。間隙は一連の連続した0である。1の存在が間隙の終端を知らせる。
−断面の周りの皮質骨厚分布、及び
−骨に沿った任意所与の角度(例えば前方)での皮質骨厚
を含む、種々の結果をディスプレイ20にグラフィックで出力することができる。
画像プロセッサ16は、種々のモードで動作可能である。
N=(360/(m×θ))
と推定され、式中、θは回転角であり、mはスライスが分割される解剖学的領域の数である。例えば、ユーザは、ROI1から始めてmの値を2と選択する、又はi=360/(4×θ)等のRIOiから始めてm=2と選択することにより、スライスを(例えば内側及び外側に)二等分するよう画像プロセッサ16を制御することができる。mの最小値は2であり(mの値が1であることは断面全体が解析されることを意味し、これは画像プロセッサ16をデフォルトモードに切り替えることになるからである)、mの最大値は360/θであることに留意されたい。
システム10は、骨に対する種々の介入(運動、栄養変化、又は治療等)中の骨の構造及びその変化を評価することができる。これには多くの用途がある。例えば、ストロンチウムラネレート等の薬物による治療、副甲状腺ホルモン(PTH)治療、又はオダナカチブ(odanacatib)(第3相臨床試験中)は、骨の直径を、したがってその曲げ強度を増加させることが示唆されている。これは、システム10を使用して行われるように閾値を使用せずに骨寸法を正確に定量することにより検査することができる。既存の方法により実施される骨構造の閾値ベース評価は、この目的に最適でない場合がある。その理由は、例えば閾値を使用した骨の識別が、骨膜表面上の新たな低石灰化の誤った除去をもたらすことで、骨が形成されていない、ひいては骨膜付加が実際には生じている場合でも生じていないという誤った結論に達し得るからである。これは、骨に対するPTH治療の効果の評価中に生じる可能性が高い。PTHはアナボリックであり、新たな低石灰化骨の形成を模倣する。これは、特に成長期の運動が新たな低石灰化骨の形成を模倣するので、骨に対する運動の効果を評価する場合にも起こり得る。
皮質骨実質部全体内のサブコンパートメントのいずれかにおけるCTh及び皮質骨面積の絶対値は、皮質骨が正常か否かを判定するのに不十分である。すなわち、(関連被験者群に関しての)平均よりも大きな値は、劣化が生じたことを意味しない。同様に、空隙率及び皮質骨面積の絶対値は、皮質骨が正常か否かを判定するのに不十分であり、これは骨量減少ではなく低成長に起因して皮質骨が小さい場合があるからである。同様に、高空隙率は、皮質骨内リモデリングの増加の結果であるとは必ずしも限らず、成長関連でもあり得る。したがって、絶対値は指標的なものに過ぎない。これは、他の皮質骨と比べて小さな皮質骨又は面積を異常とみなす現在の手法からの根本的な変化である。
−骨梁状化をほとんど又は全く示唆しない低PTC(現在の所見に基づき<20%)、及び
−高PCC(現在の所見に基づき>60%)
を有する。
−劣化があるとしてもほとんどない(CD1正常)
−正常RDcc
−正常RDcm
−正常皮質骨厚又は皮質骨面積
−低PoCC及び低PoCM
−低脆弱性指数
によりさらに裏付けられる。
他の皮質骨の厚さと同様の又はそれよりも厚い皮質骨は、(他の皮質骨の厚さと同様の又はそれよりも厚い皮質骨を正常とみなす既存の手法で使用される分類にもかかわらず)やはり劣化の可能性がある。個体によっては、皮質骨が生まれつき平均皮質骨よりも厚いので、骨を失った後でも依然として正常な厚さの皮質骨を有する場合がある。したがって、このような個体は、既存の手法では正常骨を有するものであると誤診される。しかしながら、画像プロセッサ16は、厚い皮質骨を正常として特性化するとは必ずしも限らない。正しくは、画像プロセッサ16は、皮質骨をその構成に従って(正常又は異常として)特性化する。異常皮質骨は高PTCを有する。さらに、この皮質骨は低PCCを有する薄いものであり、空隙率が高く相対密度が低い、したがってCD1及び/又はCD2の値が大きく脆弱性が高い。
Claims (55)
- 概して密度が異なり相互間に移行部を有する第1物質及び第2物質を備える試料を解析する方法であって、
前記試料のうち少なくとも前記移行部を含む部分の断面画像において関心領域を規定するステップと、
前記関心領域内の前記移行部を横切る前記試料の密度プロファイルを求めるステップと、
前記第2物質の代表密度を求めるステップと、
前記第1物質及び前記第2物質の鑑別に使用された前記移行部を使用して前記試料を解析するステップと
を含む方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記密度プロファイルから前記第2物質の前記代表密度を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記第1物質と前記第2物質との間の前記密度プロファイルにおける前記移行部を特定するステップを含む方法。
- 請求項3に記載の方法において、適当な選択点に対する距離関数を使用して前記第1物質と前記第2物質との間の前記密度プロファイルにおける前記移行部を特定するステップをさらに含む方法。
- 請求項3に記載の方法において、前記密度プロファイルにおける前記移行部を特定するステップは、前記密度プロファイルにおいて、前記第1物質の代表密度と同じ位置及び前記第2物質の前記代表密度と同様の又はそれよりも低い密度を有する基準点に最も近い点を特定するステップを含む方法。
- 請求項3に記載の方法において、前記移行部を特定するステップは、前記関心領域のうち前記最大密度差点で境界され前記第2物質を含む部分の前記密度プロファイルにおける最大変化率点を特定するステップ、又は前記関心領域のうち前記最大密度差点で境界され前記第2物質を含む部分の前記密度プロファイルにおける最小変化率点を特定するステップを含む方法。
- 請求項3に記載の方法において、前記移行部を特定するステップは、前記密度プロファイルの変曲点を特定するステップ、又は前記密度プロファイルの1つ又は複数の部分の2次導関数を形成するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記第1物質の構成を求めるステップをさらに含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料は骨を含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記第1物質の劣化又は異常を検出するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、骨折し易い骨を識別するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記関心領域は、前記第1物質と前記試料のうち前記第2物質、第3物質、又は空洞を含むさらに別の部分との間にある少なくとも1つのさらに別の移行部を含み、前記方法は、
前記さらに別の部分の代表密度を求めるステップと、
前記関心領域のうち前記最大密度点で境界され前記さらに別の部分を含む部分の前記密度プロファイルにおけるさらに別の移行部を特定するステップと
をさらに含む方法。 - 請求項13に記載の方法において、前記試料のうち前記密度プロファイルにおける移行部と前記密度プロファイルにおけるさらに別の移行部との間の部分のみを使用することにより、前記第1物質をさらに解析するステップを含む方法。
- 請求項13に記載の方法において、前記密度プロファイルにおける前記さらに別の移行部を特定するステップは、前記密度プロファイルにおいて、最大密度差点と同じ位置及び前記さらに別の部分の前記代表密度と同じ密度を有するさらに別の基準点に最も近い点を特定するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、密度プロファイル解析器が前記密度プロファイルを求めるのに使用するために選択される前記関心領域の位置を、該関心領域の位置を調整することにより最適化するステップをさらに含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、複数の関心領域をマージするステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記密度プロファイルの1つ又は複数の変曲点を識別するステップ、又は前記密度プロファイルの1つ又は複数の変曲点を識別することにより前記試料内の複数のコンパートメントを規定するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記第1物質は骨であり、前記方法は、前記試料内の複数のコンパートメントを規定し、該コンパートメントは、
骨膜境界及び皮質骨の始端により境界されるコンパートメントと、
皮質骨の始端及び緻密皮質骨の始端により境界されるコンパートメントと、
緻密(又は硬質)皮質骨コンパートメントと、
骨梁状皮質骨コンパートメントと、
皮質骨−骨梁移行部コンパートメントと、
骨梁コンパートメントと
のいずれか1つ又は複数を含む方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記第1物質は骨であり、前記方法は、前記試料内の複数のコンパートメントを規定し、該コンパートメントは、
骨膜境界及び緻密皮質骨の始端により境界されるコンパートメントと、
緻密皮質骨の始端及び外側遷移区域の始端により境界されるコンパートメントと、
外側遷移区域と、
内側遷移区域と、
骨梁コンパートメントと
のいずれか1つ又は複数を含む方法。 - 請求項1に記載の方法において、骨構造の解析時に部分体積効果を最小化するステップ、又は部分体積効果を最小化しつつ画像内の構造の寸法を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、骨梁様の外観を呈する皮質骨の割合を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、緻密皮質骨、皮質骨実質部、又は骨梁状皮質骨の皮質骨厚の平均を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料は骨試料を含み、前記部分は、前記試料の骨梁部分及び前記試料の皮質骨部分を含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料の内部領域を撮像するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記撮像するステップはコンピュータ断層撮影撮像を含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料の前記部分は橈骨ストリップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料の複数の部分を撮像するステップと、該部分のそれぞれの密度プロファイルを求めるステップとを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料内の骨を自動的に識別するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、
皮質骨、骨梁状皮質骨、又は遷移区域の厚さと、
皮質骨又は骨梁状皮質骨の面積と、
皮質骨、骨梁状皮質骨、又は遷移区域の空隙率と、
皮質骨又は骨梁状皮質骨がその絶対厚又は絶対面積に関係なく正常であるか否かと、
皮質骨又は骨梁状皮質骨が吸収されているか否かと、
前記プロファイルの解析からの骨梁構成及び空隙率と
からなる群からのいずれか1つ又は複数の指数を求めるステップを含む方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記皮質骨コンパートメントと前記骨梁コンパートメントとの間の差異の欠如を判定するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料の骨膜に囲まれた領域内の非骨組織を識別するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記第1物質の半径、周囲長、若しくは断面積を求めるステップ、又は前記第1物質の断面2次モーメント若しくは慣性モーメントを求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、骨の周囲における点毎の骨の断面の質量調整断面2次モーメントを求めるステップ、又は骨の断面の断面係数若しくは質量調整断面係数を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、骨の断面の座屈比又は質量調整座屈比を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、骨の断面の面積又は周囲長を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、骨の断面の極慣性モーメント係数若しくは質量調整極慣性モーメントを求めるステップ、又は骨の周囲における点毎の骨の断面の半径を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料内の骨梁を識別するステップと、1つ又は複数の骨梁指数を求めるステップとを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、周囲筋組織を参照対象として使用して骨の石灰化度を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記第2物質の減弱を参照対象として使用して前記関心領域内の成分又は要素の絶対密度又は相対密度を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記第2物質の減弱を参照対象として使用して前記関心領域内の物体又は構造の絶対密度又は相対密度を求めるステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料は骨試料であり、前記方法は、前記試料の少なくとも一部を示す1つ又は複数の指数を求めるステップと、該1つ又は複数の指数から前記試料内の異常を識別するステップとを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料は骨試料であり、前記方法は、異常皮質骨、異常骨梁コンパートメント、又は異常皮質骨及び異常骨梁コンパートメントの両方を有することに基づき、前記試料が異常か否かを判定するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、壊死組織塊と周囲健常軟組織との間の減弱の差により、該周囲健常組織から前記壊死組織塊を識別し解析するステップと、腎臓結石を識別し解析するステップと、石灰化した若しくは他の腫瘍を識別し解析するステップと、非医療分野における画像内の物体を識別及び解析するステップとを含む方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記試料を解析するステップは、回転アーム幅を使用して、又は前記画像の並進を使用して、又は前記画像の回転及び並進を使用して前記画像を解析するステップを含む方法。
- 概して密度が異なり相互間に移行部を有する第1物質及び第2物質を備える試料を解析する方法であって、
前記試料のうち少なくとも前記移行部を含む部分の断面画像において関心領域を規定するステップと、
前記試料の前記部分が局所的に線形となるアーム幅を求めるステップと、
前記アーム幅の回転、該アーム幅の並進、又は該アーム幅の回転及び並進の両方により、前記画像を解析するステップと
を含む方法。 - 概して密度が異なり相互間に移行部を有する第1物質及び第2物質を備える試料を解析するシステムであって、
前記試料のうち少なくとも前記移行部を含む部分の断面画像において関心領域を選択する関心領域選択器と、
前記関心領域内の前記移行部を横切る前記試料の密度プロファイルを求め、前記第2物質の代表密度を求め、且つ前記第1物質及び前記第2物質を鑑別するための前記移行部を使用して前記試料の解析を行う密度プロファイル解析器と、
前記解析の結果を出力する出力部と
を備えるシステム。 - 請求項47に記載のシステムにおいて、前記密度プロファイル解析器が前記密度プロファイルを求めるのに使用するために選択される前記関心領域の位置を最適化するよう構成された関心領域位置調整器を備えるシステム。
- 請求項47に記載のシステムにおいて、複数の関心領域をマージするよう構成された関心領域マージャを含むシステム。
- 請求項47に記載のシステムにおいて、前記密度プロファイル解析器は、前記第1物質と前記第2物質との間の前記密度プロファイルにおける移行部を特定するよう構成されるシステム。
- 請求項47に記載のシステムにおいて、排気可能な試料チャンバを備えるシステム。
- 請求項47に記載のシステムにおいて、前記試料は、前記第1物質の解析用の参照対象としての役割を果たすよう前記第1物質の周りに位置付けられた又は位置付け可能な既知の特性を有する第2物質を含むシステム。
- 請求項1〜45のいずれか1項に記載の方法を実施するよう構成した、概して密度が異なり相互間に移行部を有する第1物質及び第2物質を備える試料を解析するシステム。
- コンピュータ又はコンピュータのプロセッサにより実行されると、前記コンピュータ又は該コンピュータのプロセッサに請求項1〜45のいずれか1項に記載の方法を実施させる実行可能な命令又はソフトウェア。
- 実行可能な命令又はソフトウェアが設けられたコンピューティングデバイスであって、前記実行可能な命令又はソフトウェアは、前記コンピューティングデバイス又は該コンピューティングデバイスのプロセッサにより実行されると、前記コンピューティングデバイス又は該コンピューティングデバイスのプロセッサに請求項1〜45のいずれか1項に記載の方法を実施させるコンピューティングデバイス。
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