JP2015065999A - 骨密度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前腕を測定対象とした骨密度測定装置において、載置台上に前腕を置いたときの前腕の傾きに測定結果が影響を受けないようにする。【解決手段】取得された画像データ内において、橈骨５０および尺骨５２と、これら２本の骨の間の骨間軟部組織７８を識別する。座標Ｘk における骨間軟部組織７８のＹ軸方向の長さの中点Ｙgkを求める。複数の座標においてこの中点を求め、これらの中点の近似直線を求め、これを基準線８０とする。また、尺骨茎状突起５４から基準線８０に降ろした垂線の足を基準位置８２とする。基準位置８２から基準線８０に沿って所定の距離の位置に関心領域を設定する。前腕４８に固定された基準線８０に基づき関心領域が設定されるので、前腕４８の傾きが変わっても、同じ場所の骨の部分を測定対象とすることができる。【選択図】図１０

Description

本発明は、骨密度測定装置、特に前腕の骨の密度を測定するのに好適な装置に関する。

骨粗鬆症の診断や治療の経過観察を行うための重要なデータとして骨密度の測定（骨中のミネラルの密度の測定）があり、従来より、この骨密度を測定するための様々なタイプの骨密度測定装置が提案されている。また、骨密度の測定方法には、Ｘ線等の放射線を用いるものや、超音波を用いるものなど、様々な方式がある。

Ｘ線等を用いた骨密度測定装置では、例えば踵骨、橈骨、第二中手骨、腰椎、大腿骨を測定対象部位とするものが知られている。橈骨を対象とする場合、実際の測定にあたっては、前腕を載置台上に載せて固定し、載置台の下から前腕の所定領域にＸ線を照射し、載置台上方のアーム部内に備えられた検出器により前腕を透過したＸ線を検出し、データを取得する。通常の診断においては、尺骨茎状突起の位置を基準として関心領域が設定される。例えば、尺骨茎状突起の位置から前腕長の１／Ｎ（Ｎは自然数）、より具体的には１／１０、１／６、１／３等の距離の位置に関心領域が設定される。

前腕用の骨密度測定装置が下記特許文献１，２に開示されている。

特許第４７７３２９５号公報 特許第４８２９１９８号公報

前腕を載置台上に載せたとき、前腕の傾き（載置台が規定する平面内の回転）が関心領域の位置および傾きに影響を与える場合がある。特に、時間をあけた測定のとき、前腕の傾きが一致していないと関心領域が一致せず、両者の測定結果を、十分な精度をもって比較することができない場合がある。

本発明は、載置台上の前腕の傾きの影響を受けにくくすることを目的とする。

本発明に係る骨密度測定装置は、尺骨と橈骨を含む画像を取得する画像データ取得部と、取得した画像データ内において、骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する組織識別部と、尺骨と橈骨の間の骨間軟部組織の延びる方向に沿った基準線を設定する基準線設定部と、測定位置の基準となる基準位置を取得する基準位置取得部と、基準線に沿う方向において基準位置から所定距離の位置に少なくとも一つの関心領域を設定する関心領域設定部と、設定された関心領域内の骨密度を算出する骨密度算出部と、を有する。

上記の基準線は前腕の幾何学的形状に基づき定められており、実質的に前腕に固定されている。この基準線に基づき関心領域を設定することで、前腕の傾きの影響を受けにくくすることができる。

また、設定される関心領域は、基準線に対して定められた所定の形状とすることができる。例えば、１組の対辺が基準線に平行な長方形とすることができる。

また、基準線設定部は、取得した画像データの一つ座標軸上の位置における当該座標軸直交方向の骨間軟部組織の長さの中点を、複数の位置にて求め、求めた複数の中点に基づき基準線を設定するものとできる。例えば、基準線を複数の中点の近似直線とすることができる。

また、識別した骨に対応した画像部分を利用して、尺骨茎状突起を特定する尺骨茎状突起特定部を更に有し、基準位置取得部が尺骨茎状突起の位置に基づき基準位置を取得するものとできる。例えば、尺骨茎状突起特定部は、基準線の片側の骨に対応した画像部分を尺骨とし、この尺骨の長手方向の端を尺骨茎状突起と特定する。また、例えば、基準位置取得部は、尺骨茎状突起から基準線に降ろした垂線の足の位置を基準位置とする。

前腕に実質的に固定された基準線に基づき関心領域を定めることで、関心領域の設定についての再現性が向上する。

本実施形態の骨密度測定装置の外観を示す斜視図である。 本実施形態の骨密度測定装置の平面図であり、特にアーム部の一部を省略した図である。 本実施形態の骨密度測定装置のＸ線画像の取得に係る構成を示すブロック図である。 本実施形態の骨密度測定装置の平面図であり、左前腕を載置した測定時の状態を示す図である。 左前腕に対する関心領域の説明図である。 測定領域と前腕の関係を示す図である。 左前腕が傾いた状態で取得された画像の例を示す図である。 本実施形態の骨密度測定装置の機能を示すブロック図である。 基準線取得に関する説明図である。 基準線取得に関する説明図である。 基準位置の設定および関心領域の設定に関する説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の骨密度測定装置１０の外観を示す斜視図である。骨密度測定装置１０は、骨密度測定を行うための機器が収められられた本体１２と、本体１２を載せ、所定高さの位置に、また所定角度傾けて支持する脚体１４を含む。傾きは、本実施形態の場合、１０°である。脚体１４には、ストップ機能付きのキャスタ１６が設けられており、装置の移動、固定が容易にできるようにしている。

本体１２は、上面が前腕を置く載置台１８となっている基部２０と、基部２０の上方に、基部との間に前腕が位置するように配置されるアーム部２２と、基部２０から立設し、アーム部２２を支持する壁部２４とを有する。載置台１８のほぼ中央には、Ｘ線が透過可能な材質の天板２６が配置されている。また、天板２６のすぐ脇に、被検者が測定時、検査対象の前腕の手で握るグリップ２８が位置決めされている。また、前腕の肘に当接する肘当て３０Ｌが、基部２０に固定されるロッド支持部３２から延びる肘当て支持ロッド３４Ｌに支持されている（図２参照）。グリップ２８は、図１においては、天板２６の向かって右側に位置決めされているが、左側に位置決めすることもできる。

図２は、アーム部２２を一部省略して載置台１８上の構成が見えるようにした平面図である。ロッド支持部３２の左右には、前腕を当接して、前腕の奥方向の位置決めを行う当接パッド３６が設けられている。また、図１において、本体１２の向かって左側に示されている肘当て３０Ｌ、肘当て支持ロッド３４Ｌに加えて、右側に位置する肘当て３０Ｒと、これを支持する肘当て支持ロッド３４Ｒが示されている。ロッド支持部３２内には、支持ロッド３４Ｌ，３４Ｒの移動量を検出するエンコーダまたはポテンショメータが備えられている。グリップ２８の位置が変更可能となっている点、および肘当て、肘当て支持ロッドが２個備えられている点は、左右の前腕の測定に対応したものである。グリップ２８を、図示するロッド支持部３２の向かって右側の位置から左側に付け替えることにより、右前腕を対象とした測定を行うことができる。

図３は、本体１２の内部構成、特にＸ線を用いた測定に係る構成を示すブロック図である。本体１２の基部２０内には、Ｘ線発生器３８およびこれに電力を供給する電源４０が収納されている。Ｘ線発生器３８は、ファンビーム状にＸ線を照射し、照射されたＸ線が、アーム部２２内に収納されている検出部４２により検出される。検出部４２は、ファンビームの形状に対応して、１次元アレイの検出素子を含む。Ｘ線発生器３８と検出部４２は、ブラケット４４により結合しており、本体１２の中を一体となって移動する。移動方向は、図２における左右方向である。Ｘ線のビーム形状は、ファンビームの他、ペンシルビーム、コーンビームであってもよい。そのビーム形状に応じてＸ線発生器３８の移動が可能な方向が決定される。

Ｘ線発生器３８でファンビーム状のＸ線を照射し、検出部４２で検出しつつ、これらを左右方向に移動させることで、２次元のＸ線データを収集することができる。このデータは、制御部４６に取り込まれ、所定の処理が実行され、骨密度の算出が行われる。

図４は、左前腕４８を載置台１８上に位置決めした状態を示す図である。この状態で、骨密度測定が行われる。左前腕の骨も説明のために示している。腕の内側、すなわち図４の下側の骨が橈骨５０、もう１本が尺骨５２である。尺骨５２の遠位端付近の突起が尺骨茎状突起５４であり、近位端が肘頭５６である。

左手で、グリップ２８を握り、左手および前腕を２個の当接パッド３６に当接することで、左前腕４８が載置台１８上に位置決めされる。図に示すように、グリップ２８が天板２６の向かって右側方に位置決めされているので、橈骨５０、尺骨５２の遠位端側が、Ｘ線照射範囲である天板２６上に位置するようになる。また、肘当て支持ロッド３４Ｌをスライドさせて肘当て３０Ｌを肘頭５６に当接させる。この肘当て支持ロッド３４Ｌの移動量を検出することで、肘頭５６の位置が測定される。Ｘ線画像を取得して、この画像より尺骨茎状突起５４の位置を特定すれば、この位置と、肘当ての位置から前腕長Ｌを算出することができる。また、尺骨茎状突起５４は、目視でも確認できるので、Ｘ線画像の画像処理によらず、これの位置を特定することもできる。例えば、アーム部２２内に左右方向に移動するレーザマーカの発生器を設け、発生器を移動させてレーザマーカを尺骨茎状突起５４の位置に合わせる。このときのレーザ発生器の位置から尺骨茎状突起５４の位置を求めることができる。

右前腕を対象とする場合は、グリップ２８をロッド支持部３２の向かって左側方に付け替える。グリップ２８が右側方にある状態では、肘当て３０Ｒは、グリップ２８内に差し込まれ、固定されている。グリップ２８を取り外すことによって、肘当て３０Ｒおよび肘当て支持ロッド３４Ｒが解放されてスライド可能となる。グリップ２８を左側方に取り付けるとき、その内部に肘当て３０Ｌを差し込む。以降は、左前腕と同様にして右前腕を対象とした測定ができる。

図５は、骨密度測定において設定される関心領域６０ａ，６０ｂ，６０ｃの例を示す図である。前述のように前腕長Ｌは、尺骨茎状突起５４から肘頭５６までの長さである。関心領域６０ａは、前腕長Ｌに対して尺骨茎状突起５４の位置から１／１０の離れた位置に設定される。同様に、関心領域６０ｂ，６０ｃは、それぞれ前腕長Ｌの１／６，１／３の位置に設定される。以降において、各関心領域６０ａ，６０ｂ，６０ｃを区別する必要がない場合、関心領域に対し符号６０を付して説明する。

図６は、左前腕４８、特に橈骨５０および尺骨５２と、測定領域６２の関係を示す図である。測定領域６２は、Ｘ線画像の取得範囲である。以降において、図示するのは左前腕４８であるが、右前腕であっても前腕の傾斜に関して同様であるので、単に前腕４８と記して説明する。載置台１８の奥に設置された２個の当接パッド３６に、前腕４８をしっかりと当接させることにより、長方形の測定領域６２の長辺にほぼ沿って橈骨５０および尺骨５２が延びる。しかし、前腕４８が当接パッド３６にしっかりと当接していないと、前腕４８は測定領域６２に対して傾いた状態となる。この状態が、例えば図７に示されている。特に、この骨密度測定装置１０の場合、載置台１８の上方には、アーム部２２が覆い被さるように位置するために、前腕４８が載置台１８の奥に位置する当接パッド３６に当接しているかを確認しづらい。このため、前腕４８が２個の当接パッド３６にしっかりと当接していない状態で測定が行われる可能性がある。

図７は、前腕４８が斜めになった状態で取得された画像データの例である。従来の装置においては、測定領域６２の長辺と短辺が、それぞれ直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に平行に設定される。関心領域６０は、この直交座標軸に基づき定められる。つまり、関心領域６０の尺骨茎状突起５４からの距離とは、測定領域６２の長辺に沿ったＸ軸上の距離のことである。また、図示するように関心領域６０は長方形であり、その各辺は、いずれかの座標軸に平行である。図７中に破線で示す長方形は、前腕４８が斜めになっていない状態で測定されたときに設定される関心領域６０’である。前腕４８が斜めになっていることにより、関心領域６０の位置および傾きが変わり、関心領域に含まれる骨の位置がずれていることが理解できる。つまり、前腕４８の傾きが変わると、骨密度の算出対象となる骨の部分が変わってしまい、精度のよいデータの比較ができなくなるという問題がある。

取得されたＸ線画像を見れば、前腕４８が傾いていることがおおよそ分かるが、このデータを破棄し、改めて前腕４８の位置を定めて再度測定を行うと、Ｘ線の被曝量が増加するという問題がある。したがって、前腕４８が斜めになった状態で取得されたデータであっても、利用可能とすることが求められている。

図８は、骨密度測定装置１０の機能を示すブロック図である。制御部４６が所定のプログラムに従って動作することにより、各ブロックに示す機能が実現される。画像データ取得部６４は、検出部４２からの信号に基づき画像データを形成し、これにより骨密度測定装置１０が画像データを取得する。画像データは、例えば図６、図７に示されるように取得される。組織識別部６６は、形成された画像データ内において、骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する。組織識別部６６は、例えばエネルギーサブトラクションと呼ばれる公知の手法を利用して、骨の部分と軟部組織の部分を識別する。基準線設定部６８は、前腕４８が載置台１８上に斜めに置かれた場合に対応するため、前記の識別された画像データを利用して、前腕４８に基づき定められる基準線を設定する。基準線の設定について、図９〜１１に従って説明する。

図９は、橈骨５０と尺骨５２の間の骨間軟部組織７８を示す図である。図に示すＸ−Ｙ座標系は、骨密度測定装置１０に固定された座標系であり、Ｘ軸は図７，１１に示す長方形の測定領域６２の横の辺に、Ｙ軸は縦の辺に平行に定められる。組織識別部６６により抽出された橈骨５０と尺骨５２の間隔は、遠位端（図９において右側）において、狭くなる。この狭くなった位置を座標Ｘ1 とする。例えば、Ｘ座標を原点よりＸ軸の正の向きに移動させ、順次橈骨５０と尺骨５２の間隔を取得する。この間隔が所定値、例えば３画素未満となった座標（Ｘ1 ）を骨間軟部組織７８の端と定める。次に、図１０に示すように、座標Ｘ1 から左方向の座標Ｘk において、骨間軟部組織７８のＹ座標の最大値Ｙmax 、最小値Ｙmin を求める。この最大値、最小値の平均値Ｙgkを算出する。
Ｙgk＝(Ｙmax＋Ｙmin)／２

平均値Ｙgkは、座標Ｘk における骨間軟部組織７８のＹ軸方向に沿った長さの中点である。予め定められたＸ軸上の範囲でｎ個の座標Ｘk について中点Ｙgkを算出する。得られたｎ個の中点Ｙgkの線形近似を、例えば最小二乗法を用いて求める。この近似直線を基準線８０とする。この基準線８０のＸ軸に対する傾きをθとする（図１１参照）。

基準位置取得部７０は、尺骨茎状突起５４の位置を取得する。図１１に示すように、尺骨茎状突起５４を通り、基準線８０に直交する直線の位置を基準位置８２とする。尺骨茎状突起５４は、尺骨茎状突起特定部７１を用いて特定することができる。尺骨茎状突起特定部７１は、基準線８０より上にある骨の部分について、基準線８０に沿う方向における端（図１１の場合、右端）を尺骨茎状突起５４と定める。これは、画像データを処理することにより求めることができる。また、尺骨茎状突起特定部７１を用いず、骨密度測定装置１０を操作する者が手動で尺骨茎状突起５４の位置を入力し、基準位置を定めるようにしてもよい。例えば、図１１のような画像データを表示し、操作者がこの表示画像上で尺骨茎状突起５４にポインタを合わせ、その位置を入力する（マウスをクリックするなど）ことにより、基準位置８２を定めることができる。

次に、関心領域設定部７２が、基準線８０および基準位置８２に基づき関心領域８４を設定する。前腕４８が傾いている場合、前腕長も傾きの影響を受けている。肘当て３０Ｌのスライド量を利用して測定された前腕長Ｌを基準線８０の傾きθを考慮して補正した補正前腕長Ｌ' を次式により求める。
Ｌ'＝Ｌ／cosθ
基準位置８２から基準線８０に沿ってＬ'/Ｎ（Ｎは自然数）の位置に関心領域８４を設定する。図１１では、Ｌ'/１０の位置８６の関心領域８４が示されている。この関心領域８４は、長方形であり、この長方形の短辺が基準線８０に平行となるように配置される。また、関心領域８４は、位置８６の両側が同じ幅となるように配置される。この例では、一方の短辺が基準線８０上に配置され、基準線８０より下側に向けて関心領域８４が延びている。関心領域の下端は、位置８６において、橈骨の下端より所定長さの位置、例えば位置８６を示す直線に沿って７ｍｍの位置とされる。関心領域８４の幅、つまり短辺の長さは、例えば１０ｍｍとすることができる。Ｌ'/６、Ｌ'/３など他の位置においても同様に関心領域を設定することができる。

骨密度算出部７４は、設定された関心領域８４に関して、取得された画像データを利用して骨密度を算出する。算出された骨密度は、表示装置７６や印刷装置（不図示）などの外部出力装置により報知される。

以上のように、この実施形態の骨密度測定装置１０において、関心領域８４は、前腕４８に固定された基準線８０に基づき定められている。このため、前腕４８の、骨密度測定装置１０に固定された座標軸に対する傾きによって骨密度が算出される骨の部分がずれてしまうことが防止される。したがって、時間をあけた測定において、ほぼ同じ部分の骨密度の値を取得することができる。これにより、一人の患者の骨密度の経時変化、例えば症状の進行の程度や、薬剤を投与した場合の薬効をより正確に把握することが可能となる。なお、経時変化の観察のように複数回にわたる測定だけでなく、１回の測定においても、定められた測定位置において骨密度を測定することができるので、データの信頼性が高くなる。

１０ 骨密度測定装置、１８ 載置台、２２ アーム部、２６ 天板、２８ グリップ、３０Ｌ，３０Ｒ 肘当て、３４Ｌ，３４Ｒ 肘当て支持ロッド、４６ 制御部、４８ 左前腕（前腕）、５０ 橈骨、５２ 尺骨、５４ 尺骨茎状突起、５６ 肘頭、７８ 骨間軟部組織、８０ 基準線、８２ 基準位置、８４ 関心領域。

また、基準線設定部は、取得した画像データの一つの座標軸上のある位置における当該座標軸直交方向の骨間軟部組織の長さの中点を、複数の位置にて求め、求めた複数の中点に基づき基準線を設定するものとできる。例えば、基準線を複数の中点の近似直線とすることができる。

Claims (4)

1. 尺骨と橈骨を含む画像を取得する画像データ取得部と、
   取得した画像データ内において、骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する組織識別部と、
   尺骨と橈骨の間の骨間軟部組織の延びる方向に沿った基準線を設定する基準線設定部と、
   測定位置の基準となる基準位置を取得する基準位置取得部と、
   基準線に沿う方向において基準位置から所定距離の位置に少なくとも一つの関心領域を設定する関心領域設定部と、
   設定された関心領域内の骨密度を算出する骨密度算出部と、
   を有する、骨密度測定装置。
2. 請求項１に記載の骨密度測定装置において、設定される関心領域は、基準線に対して定められた所定の形状である、骨密度測定装置。
3. 請求項１または２に記載の骨密度測定装置であって、
   基準線設定部は、取得した画像データの一つ座標軸上の位置における当該座標軸直交方向の骨間軟部組織の長さの中点を、複数の位置にて求め、求めた複数の中点に基づき基準線を設定する、
   骨密度測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の骨密度測定装置であって、
   識別した骨に対応した画像部分を利用して、尺骨茎状突起を特定する尺骨茎状突起特定部を更に有し、
   基準位置取得部は、尺骨茎状突起の位置に基づき基準位置を取得する、
   骨密度測定装置。

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