JP2719444B2 - 骨の形態を自動的に判断及び分析する方法及び装置 - Google Patents
骨の形態を自動的に判断及び分析する方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、1992年９月14日付けの米国特許第5,228,06
8号の分割出願である1993年５月26日出願の特許出願第0
8/067,651号の一部継続出願であると共に、1991年２月1
3日出願の特許出願第07/655,011号の継続出願である199
2年４月２日出願の特許出願第07/862,096号の継続出願
である1992年６月７日出願の特許出願第08/073,264号の
一部継続出願である。
8号の分割出願である1993年５月26日出願の特許出願第0
8/067,651号の一部継続出願であると共に、1991年２月1
3日出願の特許出願第07/655,011号の継続出願である199
2年４月２日出願の特許出願第07/862,096号の継続出願
である1992年６月７日出願の特許出願第08/073,264号の
一部継続出願である。
本発明は骨の密度計測及び椎骨形態学の一般的な分野
に係り、より詳細には、骨の密度計測技術を用いて椎骨
形態を判断しそして分析する自動技術及び装置に係る。
に係り、より詳細には、骨の密度計測技術を用いて椎骨
形態を判断しそして分析する自動技術及び装置に係る。
先行技術 ウイスコンシン州マジソンのLUNAR社で製造されてい
るDPXマシンや、マサチューセッツ州ワルサムのホロジ
ック社で製造されているQDRマシンのようなデジタル式
の骨密度計測装置は、骨のミネラル含有量（BMC）や骨
のミネラル密度（BMD）のような骨特性の広い基礎的な
値を発生するのに使用されている。骨の特性、より詳細
には、脊柱における骨の特性に関するこのような情報
は、骨粗鬆症のような骨の枯渇障害を診断及び処置する
ことにしばしば依存している。骨粗鬆症の場合、骨の密
度の測定だけでは、診断として確実ではない。臨床医
は、脊柱の骨折の形跡も探さねばならない。J.A.カニス
氏等の「Osteoporosis Int.1:182−188（1991年）骨折
が存在するかどうかの判断」は、臨床学的な基礎及び調
査目的の両方で重要である。臨床学的な設定において、
患者は減少したBMDを示すが、臨床医は骨折又は変形を
診断せずに特定の処置療法を開始するのを躊躇したり又
は好まなかったりすることがある。調査の設定において
は、骨折の診断は、集団における骨粗鬆症の発生及び流
行を研究するのに重要であり、或いは臨床学的な研究に
対する初歩的な基準として又は特定の処置に関する効力
の尺度として重要である。この点について、ヨーロッパ
骨粗鬆症財団（European Foundation for Osteoporosi
s）は、骨粗鬆症における臨床学的試行のガイドライン
を公表した。これは、「骨のもろさの増加によって１つ
以上の骨折が生じる障害」として骨粗鬆症を定義するこ
とを推奨すると共に、骨粗鬆症の処置のための新たな薬
剤の効力の研究における骨折減少の終了点を推奨するも
のである。J.A.カニス氏等参照。
るDPXマシンや、マサチューセッツ州ワルサムのホロジ
ック社で製造されているQDRマシンのようなデジタル式
の骨密度計測装置は、骨のミネラル含有量（BMC）や骨
のミネラル密度（BMD）のような骨特性の広い基礎的な
値を発生するのに使用されている。骨の特性、より詳細
には、脊柱における骨の特性に関するこのような情報
は、骨粗鬆症のような骨の枯渇障害を診断及び処置する
ことにしばしば依存している。骨粗鬆症の場合、骨の密
度の測定だけでは、診断として確実ではない。臨床医
は、脊柱の骨折の形跡も探さねばならない。J.A.カニス
氏等の「Osteoporosis Int.1:182−188（1991年）骨折
が存在するかどうかの判断」は、臨床学的な基礎及び調
査目的の両方で重要である。臨床学的な設定において、
患者は減少したBMDを示すが、臨床医は骨折又は変形を
診断せずに特定の処置療法を開始するのを躊躇したり又
は好まなかったりすることがある。調査の設定において
は、骨折の診断は、集団における骨粗鬆症の発生及び流
行を研究するのに重要であり、或いは臨床学的な研究に
対する初歩的な基準として又は特定の処置に関する効力
の尺度として重要である。この点について、ヨーロッパ
骨粗鬆症財団（European Foundation for Osteoporosi
s）は、骨粗鬆症における臨床学的試行のガイドライン
を公表した。これは、「骨のもろさの増加によって１つ
以上の骨折が生じる障害」として骨粗鬆症を定義するこ
とを推奨すると共に、骨粗鬆症の処置のための新たな薬
剤の効力の研究における骨折減少の終了点を推奨するも
のである。J.A.カニス氏等参照。
椎骨骨折の有無は骨粗鬆症の診断の基準ではあるが、
椎骨骨折の診断はしばしば困難である。このような骨折
の半分以上は無症状であり、最低限の症状の場合には、
特に比較のための以前の放射線記録がなければ、明確な
骨折又は変形でも観察されないことがしばしばある。
椎骨骨折の診断はしばしば困難である。このような骨折
の半分以上は無症状であり、最低限の症状の場合には、
特に比較のための以前の放射線記録がなければ、明確な
骨折又は変形でも観察されないことがしばしばある。
椎骨形態学的技術は、椎骨の骨折又は変形をより客観
的に判断することを約束する。これらの解決策は、椎骨
本体寸法のある指数又は正常値に依存する。例えば、ボ
ーン・アンド・ミネラル、3:335−349（1988年）に掲載
されたマイン氏等の「骨粗鬆症患者の椎骨圧壊ファクタ
を定量化するための新たに開発された脊柱変形インデッ
クス（SDI）（A Newly Developed Spine Deformity Ind
ex（SDI）to Quantitate Vertebral Crush Factors in
Patients with Osteoporosis）」；ボーン・アンド・ミ
ネラル、4:189−196（1988年）に掲載されたJ.C.ガラハ
ー氏等の「椎骨形態学：正常値データ（Vertebral Morp
hometry:Normative Data）」；ボーン・アンド・ミネラ
ル、5:59−67（1988年）に掲載されたヘドランド氏等の
「脊柱骨折の診断における椎骨形態学（Vertebral Morp
hometry in Diagnosis of Spinal Fractures）」；及び
カルシフィールド・ティッシュー・インターナショナ
ル、44:168−172（1989年）に掲載されたヘドランド氏
等の「脊柱骨粗鬆症における椎骨形状の変化（Change i
n Vertebral Shape in Spinal Osteoporosis）」を参照
されたい。
的に判断することを約束する。これらの解決策は、椎骨
本体寸法のある指数又は正常値に依存する。例えば、ボ
ーン・アンド・ミネラル、3:335−349（1988年）に掲載
されたマイン氏等の「骨粗鬆症患者の椎骨圧壊ファクタ
を定量化するための新たに開発された脊柱変形インデッ
クス（SDI）（A Newly Developed Spine Deformity Ind
ex（SDI）to Quantitate Vertebral Crush Factors in
Patients with Osteoporosis）」；ボーン・アンド・ミ
ネラル、4:189−196（1988年）に掲載されたJ.C.ガラハ
ー氏等の「椎骨形態学：正常値データ（Vertebral Morp
hometry:Normative Data）」；ボーン・アンド・ミネラ
ル、5:59−67（1988年）に掲載されたヘドランド氏等の
「脊柱骨折の診断における椎骨形態学（Vertebral Morp
hometry in Diagnosis of Spinal Fractures）」；及び
カルシフィールド・ティッシュー・インターナショナ
ル、44:168−172（1989年）に掲載されたヘドランド氏
等の「脊柱骨粗鬆症における椎骨形状の変化（Change i
n Vertebral Shape in Spinal Osteoporosis）」を参照
されたい。
椎骨形態学を用いて骨折を診断する際には、臨床医
は、通常、アナログ放射線造影技術を使用する。本質的
に、患者の椎骨のアナログＸ線像が撮影され、Ｘ線放射
線写真フィルムプリントのような固定媒体にプリントさ
れる。このプリントは、元の人体に対して特定のスケー
ルにされ、即ち１対１のスケールか又は特に縮小又は拡
大されたスケールにされる。次いで、臨床医は、定規及
びまっすぐな刃を用いることにより椎骨のサイズを手で
測定し、椎骨本体の輪郭をフィルム上に実際に描き、そ
してフィルム自体に描かれた基準線間を定規で測定す
る。
は、通常、アナログ放射線造影技術を使用する。本質的
に、患者の椎骨のアナログＸ線像が撮影され、Ｘ線放射
線写真フィルムプリントのような固定媒体にプリントさ
れる。このプリントは、元の人体に対して特定のスケー
ルにされ、即ち１対１のスケールか又は特に縮小又は拡
大されたスケールにされる。次いで、臨床医は、定規及
びまっすぐな刃を用いることにより椎骨のサイズを手で
測定し、椎骨本体の輪郭をフィルム上に実際に描き、そ
してフィルム自体に描かれた基準線間を定規で測定す
る。
この形態計測技術をコンピュータ化するための努力が
最近なされている。例えば、J.Bone and Mineral Re
s.、第５巻、第７号:707−716（1990年）に掲載された
ネルソン氏等の「骨粗鬆症における脊柱Ｘ線上での椎骨
エリアの測定デジタル化技術の信頼性（Measurement of
Vertebral Area on Spine X−rays in Osteoporosis:R
eliability of Digitizing Techniques）」；及びボー
ン・アンド・ミネラル、15:137−150（1991年）に掲載
されたスミス−バインドマン氏等の「放射線エリアのイ
ンデックス（IRA）：椎骨変形の激しさを推定する新規
な解決策（The index of radiographic area（IRA）:a
new approach to estimating the severity of vertebr
al deformity）」を参照されたい。これらの努力も、依
然として、先ず椎骨のアナログＸ線像を得、アナログ像
をデジタル化し、そして測定点を手で選択することに依
存する。
最近なされている。例えば、J.Bone and Mineral Re
s.、第５巻、第７号:707−716（1990年）に掲載された
ネルソン氏等の「骨粗鬆症における脊柱Ｘ線上での椎骨
エリアの測定デジタル化技術の信頼性（Measurement of
Vertebral Area on Spine X−rays in Osteoporosis:R
eliability of Digitizing Techniques）」；及びボー
ン・アンド・ミネラル、15:137−150（1991年）に掲載
されたスミス−バインドマン氏等の「放射線エリアのイ
ンデックス（IRA）：椎骨変形の激しさを推定する新規
な解決策（The index of radiographic area（IRA）:a
new approach to estimating the severity of vertebr
al deformity）」を参照されたい。これらの努力も、依
然として、先ず椎骨のアナログＸ線像を得、アナログ像
をデジタル化し、そして測定点を手で選択することに依
存する。
従って、骨粗鬆症を診断又は処置する臨床医は、最小
限、骨の密度計及びＸ線造影装置の２つの比較的高価な
医療装置を使用しなければならない。更に、アナログ放
射線写真に依存する形態計測技術は、像の拡大によって
複雑になる。アナログの放射線写真像は、典型的に、生
体サイズよりも10ないし15％大きく、そしてその倍率は
放射線写真の平面に対する対象物の位置に基づいて変化
する。実際に、放射線写真のプレートから離れた方の対
象物の前縁は、放射線写真プレートに向かう後縁よりも
拡大される。その結果、プレートの平面に垂直な骨の縁
であって、形態学的測定に対して扇状ビーム放射線写真
上に目に見える鋭い輪郭を定めなければならないような
骨の縁がぼけた境界を生じることになる。脊柱の歪は、
円錐状ビームが最も角度をもつところの円錐状ビームの
縁における円錐状ビーム露光に対して特に鋭いものとな
る。椎骨形態学の場合には、角度があることにより、フ
ィールドの上部と底部における椎骨間の間隔が不鮮明に
なり且つ歪が生じ、例えば、本体高さの形態学的測定を
不正確なものにする。この不正確さは、測定点を手で選
択する臨床医に対してこれが残っていたときには人為的
エラーの介入により更に大きなものとなる。又、臨床医
ごとにそして同じ臨床医でも異なる時間における測定ご
とに必然的にばらつきが生じることがしばしばある。こ
れらの問題は、骨粗鬆症の検出に当てはまるだけでな
く、骨の形態計測測定にも一般に当てはまるものであ
る。
限、骨の密度計及びＸ線造影装置の２つの比較的高価な
医療装置を使用しなければならない。更に、アナログ放
射線写真に依存する形態計測技術は、像の拡大によって
複雑になる。アナログの放射線写真像は、典型的に、生
体サイズよりも10ないし15％大きく、そしてその倍率は
放射線写真の平面に対する対象物の位置に基づいて変化
する。実際に、放射線写真のプレートから離れた方の対
象物の前縁は、放射線写真プレートに向かう後縁よりも
拡大される。その結果、プレートの平面に垂直な骨の縁
であって、形態学的測定に対して扇状ビーム放射線写真
上に目に見える鋭い輪郭を定めなければならないような
骨の縁がぼけた境界を生じることになる。脊柱の歪は、
円錐状ビームが最も角度をもつところの円錐状ビームの
縁における円錐状ビーム露光に対して特に鋭いものとな
る。椎骨形態学の場合には、角度があることにより、フ
ィールドの上部と底部における椎骨間の間隔が不鮮明に
なり且つ歪が生じ、例えば、本体高さの形態学的測定を
不正確なものにする。この不正確さは、測定点を手で選
択する臨床医に対してこれが残っていたときには人為的
エラーの介入により更に大きなものとなる。又、臨床医
ごとにそして同じ臨床医でも異なる時間における測定ご
とに必然的にばらつきが生じることがしばしばある。こ
れらの問題は、骨粗鬆症の検出に当てはまるだけでな
く、骨の形態計測測定にも一般に当てはまるものであ
る。
DPX及びQDR装置のような骨の密度計は像を形成するこ
とができるが、これらの今日の骨密度計の像の質は、一
般のアナログ式Ｘ線造影装置よりも劣る。これは、非常
に長い走査時間の必要性を防止するために分解能が意図
的に制限される走査システムに対して特に言えることで
ある。従って、骨密度計の造影能力は診断目的に基づい
たものではなく、本発明までは、骨密度計測システム
は、骨の形態を判断したり或いは骨構造体の関係を分析
したりするのに使用されていない。
とができるが、これらの今日の骨密度計の像の質は、一
般のアナログ式Ｘ線造影装置よりも劣る。これは、非常
に長い走査時間の必要性を防止するために分解能が意図
的に制限される走査システムに対して特に言えることで
ある。従って、骨密度計の造影能力は診断目的に基づい
たものではなく、本発明までは、骨密度計測システム
は、骨の形態を判断したり或いは骨構造体の関係を分析
したりするのに使用されていない。
発明の要旨 本発明は、密度計測技術を用いて椎骨形態を判断しそ
して分析する新規な技術及び装置に関する。より詳細に
は、本発明は、BMC及びBMDを決定できるのに加えて、骨
粗鬆症を含む椎骨悪化のある症状の診断に使用するよう
椎骨の形態を判断しそして分析することができる。本発
明は、密度計測技術によって得られたデジタル情報を利
用し、新たな技術を適用してこの情報を使用可能な形態
に編成し、椎骨本体の形態計測判断を自動的に行うこと
ができる。より詳細には、新たなコンピュータプログラ
ムは、椎骨本体の横方向走査から得たデジタルデータ値
をサンプリングしそしてこれらの値を、サイズ及び向き
が調査中の椎骨本体のサイズ及び向きに対応するような
長方形マトリクスへと編成する。このプログラムは、椎
骨本体の前部、中央部及び後部そして上部、中央部及び
下部に対応するマトリクス内のゾーンを測定し、そして
各領域の平均高さを計算するアルゴリズムを適用する。
次いで、プログラムは、平均高さ測定値を予め選択され
たインデックス又は正常標準と自動的に比較する。本発
明を使用すると、人間の脊柱の顕著な臨床学的状態に関
連した指示を確実に形成することができる。以下に詳細
に述べるように、形態計測判断は、椎骨が折れたときの
骨の緊縮化によって増大する傾向となるBMD測定値の診
断解釈も改善する。
して分析する新規な技術及び装置に関する。より詳細に
は、本発明は、BMC及びBMDを決定できるのに加えて、骨
粗鬆症を含む椎骨悪化のある症状の診断に使用するよう
椎骨の形態を判断しそして分析することができる。本発
明は、密度計測技術によって得られたデジタル情報を利
用し、新たな技術を適用してこの情報を使用可能な形態
に編成し、椎骨本体の形態計測判断を自動的に行うこと
ができる。より詳細には、新たなコンピュータプログラ
ムは、椎骨本体の横方向走査から得たデジタルデータ値
をサンプリングしそしてこれらの値を、サイズ及び向き
が調査中の椎骨本体のサイズ及び向きに対応するような
長方形マトリクスへと編成する。このプログラムは、椎
骨本体の前部、中央部及び後部そして上部、中央部及び
下部に対応するマトリクス内のゾーンを測定し、そして
各領域の平均高さを計算するアルゴリズムを適用する。
次いで、プログラムは、平均高さ測定値を予め選択され
たインデックス又は正常標準と自動的に比較する。本発
明を使用すると、人間の脊柱の顕著な臨床学的状態に関
連した指示を確実に形成することができる。以下に詳細
に述べるように、形態計測判断は、椎骨が折れたときの
骨の緊縮化によって増大する傾向となるBMD測定値の診
断解釈も改善する。
従って、本発明の目的は、生体中における椎骨の信頼
性ある再現性の良い分析を行う技術及び装置であって、
椎骨変化のある潜在的な病理的状態を臨床学的に早期に
検出することのできる技術及び装置を提供することであ
る。
性ある再現性の良い分析を行う技術及び装置であって、
椎骨変化のある潜在的な病理的状態を臨床学的に早期に
検出することのできる技術及び装置を提供することであ
る。
本発明の更に別の目的は、骨の特徴及び骨の形態を判
断及び分析する半自動的又は自動的な技術及び装置を提
供することである。
断及び分析する半自動的又は自動的な技術及び装置を提
供することである。
本発明の更に別の目的は、調査されている椎骨に関す
る形態計測情報を与えることにより椎骨密度測定の解釈
及び精度を改善することである。
る形態計測情報を与えることにより椎骨密度測定の解釈
及び精度を改善することである。
本発明の他の目的、効果及び特徴は、添付図面を参照
した以下の詳細な説明から明らかとなろう。
した以下の詳細な説明から明らかとなろう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明に使用する装置の概略図であって、ペ
ンシルビーム及びラスタ走査を用いた第１の実施例と、
扇状ビーム及び線型走査を用いた第２の実施例とを示す
図である。
ンシルビーム及びラスタ走査を用いた第１の実施例と、
扇状ビーム及び線型走査を用いた第２の実施例とを示す
図である。
図２は、椎骨を横から見た図であって、本発明に使用
する指示を決定するのに用いられる測定を示す図であ
る。
する指示を決定するのに用いられる測定を示す図であ
る。
図３は、図２に示すような椎骨の水平走査において１
組のデータ点を示すヒストグラムである。
組のデータ点を示すヒストグラムである。
図４は、椎骨の縦断面において１組のデータ点を示す
ヒストグラムである。
ヒストグラムである。
図５は、椎骨の形態を分析する本発明の方法を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
図６は、図２、３及び４と同様の椎骨、その垂直及び
水平のヒストグラムを示す図であって、分析軸を決定す
る第１の方法を示す図である。
水平のヒストグラムを示す図であって、分析軸を決定す
る第１の方法を示す図である。
図７は、２つの異なる軸に沿って得られた対応するヒ
ストグラムを示す椎骨の図であって、分析軸を決定する
第２の方法を示す図である。
ストグラムを示す椎骨の図であって、分析軸を決定する
第２の方法を示す図である。
図８は、分析軸に整列された椎骨を横から見た図であ
って、椎骨の形態を分析する準備として椎骨の高さを平
均化するところの測定ゾーンの形成を示す図である。
って、椎骨の形態を分析する準備として椎骨の高さを平
均化するところの測定ゾーンの形成を示す図である。
図９は、椎骨の一部分にわたる骨ミネラル密度値の概
略図であって、明瞭化のため、組織に関連した範囲内の
密度値が文字「Ｔ」で示されそして骨を示す範囲内の密
度値が文字「Ｂ」で示されるようにして椎骨の境界を決
定する１つの方法を示す図である。
略図であって、明瞭化のため、組織に関連した範囲内の
密度値が文字「Ｔ」で示されそして骨を示す範囲内の密
度値が文字「Ｂ」で示されるようにして椎骨の境界を決
定する１つの方法を示す図である。
図10は、図１の装置を走査方向に沿って見た図であっ
て、本発明の一実施例において行われるように横方向位
置と前後位置との間での線源及び検出器の移動を示す図
である。
て、本発明の一実施例において行われるように横方向位
置と前後位置との間での線源及び検出器の移動を示す図
である。
図11は、本発明に使用する装置の概略図であって、患
者が立った位置で走査される第３の実施例を示す図であ
る。
者が立った位置で走査される第３の実施例を示す図であ
る。
図12は、大腿骨を前後に見た図であって、大腿骨の軸
の決定と、近位端及び遠位端における基準点の識別を示
す図である。
の決定と、近位端及び遠位端における基準点の識別を示
す図である。
図13は、大腿骨の頭部と寛骨臼との界面を前後に見た
図であって、接合間隔を計算するのに使用される１つの
切断線に沿ったＸ線減衰の変化率を示すグラフに対して
配置された接合間隔を決定するための切断線の配置を示
す図である。
図であって、接合間隔を計算するのに使用される１つの
切断線に沿ったＸ線減衰の変化率を示すグラフに対して
配置された接合間隔を決定するための切断線の配置を示
す図である。
図14は、図５と同様のフローチャートであって、四肢
の長さ及び接合間隔を測定する本発明の方法を示すフロ
ーチャートである。
の長さ及び接合間隔を測定する本発明の方法を示すフロ
ーチャートである。
図15は、人間の手の中手骨の平面図であって、手の中
の皮質−小柱骨及び接合間隔の測定に対する基準軸の決
定を示す図である。
の皮質−小柱骨及び接合間隔の測定に対する基準軸の決
定を示す図である。
図16は、図14と同様のフローチャートであって、図15
に示す測定値を得る段階を示す図である。
に示す測定値を得る段階を示す図である。
好ましい実施例の詳細な説明 本発明は、人間又は動物の椎骨本体の骨の特性及び形
態の測定値を自動的に得る装置及び方法に関する。好ま
しい実施例において、骨の特性（即ち、BMCとBMD）を測
定するのにＸ線ビームが使用され、一方、形態計測測定
には単一エネルギーのＸ線ビームが使用される。単一エ
ネルギービームは、それにより得られる走査において二
重エネルギー系よりも高い精度（即ち、ピクセル当たり
高いデータ密度）を与える。しかしながら、本発明の新
規な特徴を、厳密な二重エネルギーＸ線密度計の特徴と
結合させて、対象物の形態及び骨密度を測定することも
できる。或いは又、単一エネルギービームを、密度計測
を測定を行わずに形態測定のみに使用することもでき
る。
態の測定値を自動的に得る装置及び方法に関する。好ま
しい実施例において、骨の特性（即ち、BMCとBMD）を測
定するのにＸ線ビームが使用され、一方、形態計測測定
には単一エネルギーのＸ線ビームが使用される。単一エ
ネルギービームは、それにより得られる走査において二
重エネルギー系よりも高い精度（即ち、ピクセル当たり
高いデータ密度）を与える。しかしながら、本発明の新
規な特徴を、厳密な二重エネルギーＸ線密度計の特徴と
結合させて、対象物の形態及び骨密度を測定することも
できる。或いは又、単一エネルギービームを、密度計測
を測定を行わずに形態測定のみに使用することもでき
る。
本発明の説明上、人体の椎骨及び他の骨の形態学の研
究について説明する。しかしながら、本発明は、人間の
研究に限定されるものではなく、動物及び人間に適用で
きることを理解されたい。
究について説明する。しかしながら、本発明は、人間の
研究に限定されるものではなく、動物及び人間に適用で
きることを理解されたい。
図１には、本発明の好ましい実施例に述べる形式のＸ
線ベースのデジタルＸ線装置10が簡単な概略図で示され
ている。このデジタルＸ線装置10は、二重エネルギーの
Ｘ線放射線源12及び検出器13を備え、これらは両方とも
回転可能なＣ字型アーム14に取り付けられ、該アームは
仰臥した患者16の各側に延びていて、患者16を通る放射
軸24に沿って放射線を指向しそして受け取るようになっ
ている。Ｃ字型アーム14は、矢印９で示された垂直平面
内で回転されるように設計されており、脊柱又は他の骨
を前後（AP）に又はそれを横方向に見ることができる。
又、Ｃ字型アーム14は、走査方向矢印19で示すように患
者の身体に沿って長手方向に移動することができ、そし
て当業分野で良く知られたようにサーボモータの制御下
に置くこともできる。
線ベースのデジタルＸ線装置10が簡単な概略図で示され
ている。このデジタルＸ線装置10は、二重エネルギーの
Ｘ線放射線源12及び検出器13を備え、これらは両方とも
回転可能なＣ字型アーム14に取り付けられ、該アームは
仰臥した患者16の各側に延びていて、患者16を通る放射
軸24に沿って放射線を指向しそして受け取るようになっ
ている。Ｃ字型アーム14は、矢印９で示された垂直平面
内で回転されるように設計されており、脊柱又は他の骨
を前後（AP）に又はそれを横方向に見ることができる。
又、Ｃ字型アーム14は、走査方向矢印19で示すように患
者の身体に沿って長手方向に移動することができ、そし
て当業分野で良く知られたようにサーボモータの制御下
に置くこともできる。
好ましい実施例のデジタルＸ線装置10は、二重エネル
ギーのＸ線から単一エネルギーのＸ線又は多色Ｘ線モー
ドへ切り換える能力を有する。単一エネルギーＸ線と
は、診断造影範囲（20−100keV）内の数keVの狭帯域エ
ネルギーにおけるイオン化放射線か又はＸ線源から従来
通りに放射されるような多色ビームを意味する。二重エ
ネルギーから単一エネルギーへの切り換えは、例えば、
Ｋエッジフィルタを除去又は追加するように線源に作用
するか、Ｘ線管の電圧を高電圧と低電圧との間で切り換
えるようにエネルギーを切り換えるか、例えば、特定の
調査の間に１つのエネルギーレベルのみを選択するよう
に検出器に作用するか、或いは線源と検出器との組み合
わせによって行うことができる。
ギーのＸ線から単一エネルギーのＸ線又は多色Ｘ線モー
ドへ切り換える能力を有する。単一エネルギーＸ線と
は、診断造影範囲（20−100keV）内の数keVの狭帯域エ
ネルギーにおけるイオン化放射線か又はＸ線源から従来
通りに放射されるような多色ビームを意味する。二重エ
ネルギーから単一エネルギーへの切り換えは、例えば、
Ｋエッジフィルタを除去又は追加するように線源に作用
するか、Ｘ線管の電圧を高電圧と低電圧との間で切り換
えるようにエネルギーを切り換えるか、例えば、特定の
調査の間に１つのエネルギーレベルのみを選択するよう
に検出器に作用するか、或いは線源と検出器との組み合
わせによって行うことができる。
又、好ましい実施例のデジタルＸ線装置10は、扇状ビ
ームのＸ線とペンシルビームとの間を選択する能力も有
しており、扇状ビームのＸ線はコリメートされて椎骨へ
向けられ、その扇状ビーム及び検出器の平面が脊柱の長
手軸に垂直となるようにされ、そしてペンシルビームは
実質的に放射軸24に沿った扇状ビームの最も中心の放射
線である。扇状ビーム構成が選択されたときには、検出
器13は、扇状ビームをいだく検出素子の線型アレーであ
り、このような各検出素子に関連した扇状ビームの多数
の放射線に沿って同時測定を行う。ペンシルビーム構成
が採用されたときには、限定された数の検出素子13′の
みが使用され、ペンシルビームの単一の線のみに沿って
測定が行われる。円錐ビーム（図１には示さず）を使用
してもよく、この場合には、検出器13は、患者16に対向
する扇状ビームのエリアをカバーする検出素子の行列マ
トリクスとなる。
ームのＸ線とペンシルビームとの間を選択する能力も有
しており、扇状ビームのＸ線はコリメートされて椎骨へ
向けられ、その扇状ビーム及び検出器の平面が脊柱の長
手軸に垂直となるようにされ、そしてペンシルビームは
実質的に放射軸24に沿った扇状ビームの最も中心の放射
線である。扇状ビーム構成が選択されたときには、検出
器13は、扇状ビームをいだく検出素子の線型アレーであ
り、このような各検出素子に関連した扇状ビームの多数
の放射線に沿って同時測定を行う。ペンシルビーム構成
が採用されたときには、限定された数の検出素子13′の
みが使用され、ペンシルビームの単一の線のみに沿って
測定が行われる。円錐ビーム（図１には示さず）を使用
してもよく、この場合には、検出器13は、患者16に対向
する扇状ビームのエリアをカバーする検出素子の行列マ
トリクスとなる。
扇状ビームは、これが使用されたときは、脊柱の長手
方向軸即ち走査軸19に沿って走査される。脊柱に垂直な
狭い扇状ビームを使用することにより、脊柱又は脊柱に
一般的に整列した他の長い骨、例えば大腿骨を、長手軸
に沿って最小の歪で造影することができ、これにより、
この軸における椎骨寸法を円錐ビームで可能である以上
の精度で測定することができる。水平軸において大きな
精度を得るために、扇状ビームは、椎骨本体又は他の骨
に、歪を受けるビームの縁ではなくビームの中央部が当
たるように方向付けすることもできる。扇状ビームの中
央部はほとんど角度が付いていないので、それにより得
られるデータは、ペンシルビームで得られるものに匹敵
し、しかも相当迅速に走査を行うことができる。
方向軸即ち走査軸19に沿って走査される。脊柱に垂直な
狭い扇状ビームを使用することにより、脊柱又は脊柱に
一般的に整列した他の長い骨、例えば大腿骨を、長手軸
に沿って最小の歪で造影することができ、これにより、
この軸における椎骨寸法を円錐ビームで可能である以上
の精度で測定することができる。水平軸において大きな
精度を得るために、扇状ビームは、椎骨本体又は他の骨
に、歪を受けるビームの縁ではなくビームの中央部が当
たるように方向付けすることもできる。扇状ビームの中
央部はほとんど角度が付いていないので、それにより得
られるデータは、ペンシルビームで得られるものに匹敵
し、しかも相当迅速に走査を行うことができる。
或いは又、ペンシルビームを使用するときには、椎骨
本体を横方向に見るラスタ走査17が行われる。このラス
タ走査は、放射軸を、長手方向に分離された次々の走査
線に沿って前後の方向に前後に移動し、従って、放射軸
は一般的に走査方向19に沿って移動する。ラスタ走査17
は、データを低速で収集するが、歪は最小である。
本体を横方向に見るラスタ走査17が行われる。このラス
タ走査は、放射軸を、長手方向に分離された次々の走査
線に沿って前後の方向に前後に移動し、従って、放射軸
は一般的に走査方向19に沿って移動する。ラスタ走査17
は、データを低速で収集するが、歪は最小である。
円錐ビームを使用する場合には、放射線の整列を補償
するようにデジタル出力を再フォーマットし、より正確
に寸法を測定できるようにしなければならない。円錐ビ
ームの収集は個別の固定位置で行ってもよいし、又は放
射軸24が走査方向19に沿って走査されるときに連続的に
収集されてもよい。放射線源12及び検出器13を支持する
回転可能なＣ字型アーム14は、汎用のデジタルコンピュ
ータ18に接続されてその制御のもとで動作し、このコン
ピュータは、デジタルＸ線装置10を動作しそしてデータ
を分析するのに使用するように特にプログラムされてお
り、本発明により必要とされる計算を実行するための特
殊なアルゴリズムを備えている。更に、本発明は、デー
タ収集システム（DAS）及びデータ記憶装置（両方とも
図示されないが、コンピュータ18に含まれる）と、デー
タ分析を出力するためのディスプレイ手段22とを備えて
いる。
するようにデジタル出力を再フォーマットし、より正確
に寸法を測定できるようにしなければならない。円錐ビ
ームの収集は個別の固定位置で行ってもよいし、又は放
射軸24が走査方向19に沿って走査されるときに連続的に
収集されてもよい。放射線源12及び検出器13を支持する
回転可能なＣ字型アーム14は、汎用のデジタルコンピュ
ータ18に接続されてその制御のもとで動作し、このコン
ピュータは、デジタルＸ線装置10を動作しそしてデータ
を分析するのに使用するように特にプログラムされてお
り、本発明により必要とされる計算を実行するための特
殊なアルゴリズムを備えている。更に、本発明は、デー
タ収集システム（DAS）及びデータ記憶装置（両方とも
図示されないが、コンピュータ18に含まれる）と、デー
タ分析を出力するためのディスプレイ手段22とを備えて
いる。
さて、図11を参照すれば、患者の脊柱及び他の骨が患
者身体の体重によって課せられる自然の荷重のもとに置
かねばならないようにして調査するのに好ましく用いら
れるデジタルＸ線装置10′の第２の実施例において、患
者16は立ったままの位置とされ、手は頭より上に上げ
て、患者の頭の上に配置された水平のグリップバー23に
乗せている。この実施例において、線源12及び検出器13
は、垂直軸の周りで回転し、これらが取り付けられたＣ
字型アーム14は、矢印９′で示すように水平面内を回転
する。
者身体の体重によって課せられる自然の荷重のもとに置
かねばならないようにして調査するのに好ましく用いら
れるデジタルＸ線装置10′の第２の実施例において、患
者16は立ったままの位置とされ、手は頭より上に上げ
て、患者の頭の上に配置された水平のグリップバー23に
乗せている。この実施例において、線源12及び検出器13
は、垂直軸の周りで回転し、これらが取り付けられたＣ
字型アーム14は、矢印９′で示すように水平面内を回転
する。
Ｃ字型アーム14は、方向矢印19′で示すように患者の
身体に沿って垂直に移動することができ、そして矢印33
で示すように水平面内を並進移動することができ、検出
器アレー13によっていだかれた以上の広い経路を伴う調
査に対し患者16を重畳走査できるという完全な融通性を
与える。他の点では、垂直に向けられたデジタルＸ線装
置10′は、図１に示すその水平の対応部と同様に動作す
る。
身体に沿って垂直に移動することができ、そして矢印33
で示すように水平面内を並進移動することができ、検出
器アレー13によっていだかれた以上の広い経路を伴う調
査に対し患者16を重畳走査できるという完全な融通性を
与える。他の点では、垂直に向けられたデジタルＸ線装
置10′は、図１に示すその水平の対応部と同様に動作す
る。
デジタルＸ線装置10の支持構造体にピボット（図示せ
ず）を組み込んでこの装置が異なる形式の調査のために
図11の垂直位置から図１の水平位置へ揺動できるように
することにより、単一のデジタルＸ線装置10を患者16の
立った状態及び仰臥した状態の両方の調査に効果的に使
用することができる。図１及び図11の装置の他の部品は
両方の装置にとって共通であり、従って、このピボット
設計は、融通性のあるコスト効率のよい単一の装置を提
供することが当業者に理解されよう。
ず）を組み込んでこの装置が異なる形式の調査のために
図11の垂直位置から図１の水平位置へ揺動できるように
することにより、単一のデジタルＸ線装置10を患者16の
立った状態及び仰臥した状態の両方の調査に効果的に使
用することができる。図１及び図11の装置の他の部品は
両方の装置にとって共通であり、従って、このピボット
設計は、融通性のあるコスト効率のよい単一の装置を提
供することが当業者に理解されよう。
最も一般的な用語において、放射線源12は、放射軸24
に沿ってあるエネルギーレベルの放射を走査に沿って定
められた位置に放出する。放射線は、走査されている椎
骨本体21を通過し、検出器13によって受け取られる。検
出器13のアナログ出力は、データ収集システム（DAS）
により個別のデータエレメントより成る信号を発生する
ようにサンプリングされてデジタル化され、該システム
は、次いで、そのデジタル化された信号をコンピュータ
18へ送り、該コンピュータは、データをコンピュータメ
モリ（図示せず）又は大量記憶装置に記憶する。
に沿ってあるエネルギーレベルの放射を走査に沿って定
められた位置に放出する。放射線は、走査されている椎
骨本体21を通過し、検出器13によって受け取られる。検
出器13のアナログ出力は、データ収集システム（DAS）
により個別のデータエレメントより成る信号を発生する
ようにサンプリングされてデジタル化され、該システム
は、次いで、そのデジタル化された信号をコンピュータ
18へ送り、該コンピュータは、データをコンピュータメ
モリ（図示せず）又は大量記憶装置に記憶する。
図５を参照することにより明らかなように、線源12及
び検出器13による患者16の走査がプロセスブロック60で
示すように完了すると、本発明のコンピュータ18は、走
査で得たデータエレメントをプロセスブロック62におい
てマトリクスに構成する。マトリクスの各データエレメ
ントは、走査中にデータエレメントが収集されるときに
Ｃ字型アーム14の位置により定められた空間位置と関連
される。データエレメント間の空間位置は、例えば、線
源12及び検出器13のような装置が各データ点を得る間に
移動する距離、即ち走査間に横方向及び（ペンシルビー
ムの場合は）垂直方向に移動する距離だけ異なる。
び検出器13による患者16の走査がプロセスブロック60で
示すように完了すると、本発明のコンピュータ18は、走
査で得たデータエレメントをプロセスブロック62におい
てマトリクスに構成する。マトリクスの各データエレメ
ントは、走査中にデータエレメントが収集されるときに
Ｃ字型アーム14の位置により定められた空間位置と関連
される。データエレメント間の空間位置は、例えば、線
源12及び検出器13のような装置が各データ点を得る間に
移動する距離、即ち走査間に横方向及び（ペンシルビー
ムの場合は）垂直方向に移動する距離だけ異なる。
扇状ビームを使用する図１のようなデジタルＸ線装置
10の場合には、Ｘ線源12及び検出器13を短い長手方向ス
テップで移動することにより一連の走査においてデータ
エレメントが得られる。ペンシルビームを使用する場合
には、前後方向の短い垂直走査においててデータエレメ
ントが得られる。いずれの場合も、一連のこれら走査か
らデータエレメントのマトリクスが組み立てられ、ラス
タ走査17の垂直線又は長手方向走査19に沿った走査の長
さにより定められたエリアのデータが収集される。
10の場合には、Ｘ線源12及び検出器13を短い長手方向ス
テップで移動することにより一連の走査においてデータ
エレメントが得られる。ペンシルビームを使用する場合
には、前後方向の短い垂直走査においててデータエレメ
ントが得られる。いずれの場合も、一連のこれら走査か
らデータエレメントのマトリクスが組み立てられ、ラス
タ走査17の垂直線又は長手方向走査19に沿った走査の長
さにより定められたエリアのデータが収集される。
椎骨の調査 人間の椎骨の形態を調査する際には、横方向から対象
物の脊柱を通して走査を行いそして単一エネルギーモー
ドを選択するのが好ましい。各データエレメントは、対
応する位置における組織によって吸収された放射線の量
に比例する相対的な値を有する。従って、組織による放
射線の吸収は、その組織のある物理的特性に相関してい
る。例えば、骨は、軟組織よりも放射線吸収量が少な
い。このようにして得られるデータエレメントを、擬似
的な骨のミネラル含有量としてのPBMと称する。数値
は、校正されず、従って、無次元であるので、擬似的な
値である。それ故、分析のこの点において、データエレ
メント間の相対的な差のみが重要であり、それらの絶対
的な値は重要でない。この点において各データエレメン
トに対して校正を行うことはできるが、これはコンピュ
ータリソースを消費するので、この点では据え置くこと
にし、PBM値を使用する。このようにして得られた値の
マトリクスは、横方向から見た患者の椎骨の相対的な密
度を表す。
物の脊柱を通して走査を行いそして単一エネルギーモー
ドを選択するのが好ましい。各データエレメントは、対
応する位置における組織によって吸収された放射線の量
に比例する相対的な値を有する。従って、組織による放
射線の吸収は、その組織のある物理的特性に相関してい
る。例えば、骨は、軟組織よりも放射線吸収量が少な
い。このようにして得られるデータエレメントを、擬似
的な骨のミネラル含有量としてのPBMと称する。数値
は、校正されず、従って、無次元であるので、擬似的な
値である。それ故、分析のこの点において、データエレ
メント間の相対的な差のみが重要であり、それらの絶対
的な値は重要でない。この点において各データエレメン
トに対して校正を行うことはできるが、これはコンピュ
ータリソースを消費するので、この点では据え置くこと
にし、PBM値を使用する。このようにして得られた値の
マトリクスは、横方向から見た患者の椎骨の相対的な密
度を表す。
いったんマトリクスが組み立てられると、コンピュー
タ18は、データエレメントの論理的な比較を自動的に行
い、骨に起因するデータエレメントと、軟組織に起因す
るデータエレメントとの接合を判断する。このような走
査の目的とそれにより得られる結果とが容易に理解でき
るようにするために、理想的な１組の椎骨20を示した図
２を参照する。椎骨20の各々は、単一の椎骨に対して図
２に参照番号で示された特性境界領域を有している。各
椎骨は、前部境界30と、後部境界32と、上部境界34と、
下部境界36とを有している。後部境界の後方に位置した
椎骨20の付加的な要素は、後部要素38と称する。隣接す
る椎骨20間の領域は、椎骨間ゾーンと称し、40で示され
ている。
タ18は、データエレメントの論理的な比較を自動的に行
い、骨に起因するデータエレメントと、軟組織に起因す
るデータエレメントとの接合を判断する。このような走
査の目的とそれにより得られる結果とが容易に理解でき
るようにするために、理想的な１組の椎骨20を示した図
２を参照する。椎骨20の各々は、単一の椎骨に対して図
２に参照番号で示された特性境界領域を有している。各
椎骨は、前部境界30と、後部境界32と、上部境界34と、
下部境界36とを有している。後部境界の後方に位置した
椎骨20の付加的な要素は、後部要素38と称する。隣接す
る椎骨20間の領域は、椎骨間ゾーンと称し、40で示され
ている。
図１に示された椎骨20の最も下のものに重畳されてい
るのは、デジタルＸ線装置10がペンシルビームで動作さ
れているときに使用されるデジタルＸ線装置10のラスタ
走査17を表す一連の水平線である。このラスタ走査によ
り、デジタル値のマトリクスが得られ、単一走査におけ
る各点の値は、その手前の測定されたデジタル値から１
単位の距離だけずらされる。
るのは、デジタルＸ線装置10がペンシルビームで動作さ
れているときに使用されるデジタルＸ線装置10のラスタ
走査17を表す一連の水平線である。このラスタ走査によ
り、デジタル値のマトリクスが得られ、単一走査におけ
る各点の値は、その手前の測定されたデジタル値から１
単位の距離だけずらされる。
図１及び２を参照すれば、患者16は、脊柱の椎骨20が
走査方向19と一般的に整列されるようにテーブル26上に
仰臥位置で支持されている。しかし、脊柱には曲率があ
るために、椎骨20の角度、即ち走査方向19に対する前部
境界30、後部境界32、上部境界34及び下部境界36の角度
は、椎骨20間で変化することが理解されよう。この変化
は、椎骨20の形態を示す距離を推定する際に医師の訓練
された目で受け入れられるが、このような測定を自動化
するためには、ラスタ17又は走査方向19に対する椎骨本
体21の向きを、再現性のある正確な形態測定を行うよう
に確立しなければならない。
走査方向19と一般的に整列されるようにテーブル26上に
仰臥位置で支持されている。しかし、脊柱には曲率があ
るために、椎骨20の角度、即ち走査方向19に対する前部
境界30、後部境界32、上部境界34及び下部境界36の角度
は、椎骨20間で変化することが理解されよう。この変化
は、椎骨20の形態を示す距離を推定する際に医師の訓練
された目で受け入れられるが、このような測定を自動化
するためには、ラスタ17又は走査方向19に対する椎骨本
体21の向きを、再現性のある正確な形態測定を行うよう
に確立しなければならない。
図５のプロセスブロック64で示された椎骨本体21の相
対的な配置を評価する最初のステップは、各椎骨20のお
およその位置をその近似中心28で識別して判断すること
である。この中心28は、図３及び４の水平及び垂直のヒ
ストグラムを評価することにより位置決めされる。
対的な配置を評価する最初のステップは、各椎骨20のお
およその位置をその近似中心28で識別して判断すること
である。この中心28は、図３及び４の水平及び垂直のヒ
ストグラムを評価することにより位置決めされる。
図４には、椎骨20の脊柱の上下方向のヒストグラムが
示されている。このヒストグラムの縦軸は、検出器13で
測定された本体密度の単位を表す一方、横軸は、図２に
46で示すような線に沿ったデータエレメントの空間位置
を表している。理想的には、線46は、以下で述べるよう
に隣接する椎骨20の多数の任意の水平方向ヒストグラム
により位置決めされるように脊柱に沿った中心にある。
或いは、図４のヒストグラムは、単一の線46に沿ったデ
ータエレメントを表すものではなく、前後線に沿ったデ
ータエレメントの平均を表すものでもよい。
示されている。このヒストグラムの縦軸は、検出器13で
測定された本体密度の単位を表す一方、横軸は、図２に
46で示すような線に沿ったデータエレメントの空間位置
を表している。理想的には、線46は、以下で述べるよう
に隣接する椎骨20の多数の任意の水平方向ヒストグラム
により位置決めされるように脊柱に沿った中心にある。
或いは、図４のヒストグラムは、単一の線46に沿ったデ
ータエレメントを表すものではなく、前後線に沿ったデ
ータエレメントの平均を表すものでもよい。
一般に、ペンシルビームを使用するときには、垂直ヒ
ストグラムのデータエレメントは、デジタルＸ線装置10
のラスタ走査17の単一の線から導出されるのではなく、
デジタルＸ線装置10によって収集されたデータエレメン
トの全マトリクスから適当なデジタル技術を用いて再組
み立てされる。このように再組み立てされると、図４の
ヒストグラムの値は、上下方向にとられたデータエレメ
ントの一連の次々のデータエレメントを表す。この１組
のデータエレメントは、単一の上下走査から得ることの
できる結果と同等である。
ストグラムのデータエレメントは、デジタルＸ線装置10
のラスタ走査17の単一の線から導出されるのではなく、
デジタルＸ線装置10によって収集されたデータエレメン
トの全マトリクスから適当なデジタル技術を用いて再組
み立てされる。このように再組み立てされると、図４の
ヒストグラムの値は、上下方向にとられたデータエレメ
ントの一連の次々のデータエレメントを表す。この１組
のデータエレメントは、単一の上下走査から得ることの
できる結果と同等である。
図４のヒストグラムは、局部的な最小値50と、局部的
な最大値51とを含んでいる。これらの最小値50は密度の
低いエリアを表し、最大値51は密度の高いエリアを表し
ている。椎骨間ゾーン40の位置は、局部的な最小値50と
して容易に確かめることができ、そして椎骨20のおおよ
その下部境界52及び上部境界54は、局部的な最小値50の
各側にあるヒストグラムの部分として確認できる。椎骨
の上下方向の中心は、局部的な最小値50間の中央の点と
して識別される。
な最大値51とを含んでいる。これらの最小値50は密度の
低いエリアを表し、最大値51は密度の高いエリアを表し
ている。椎骨間ゾーン40の位置は、局部的な最小値50と
して容易に確かめることができ、そして椎骨20のおおよ
その下部境界52及び上部境界54は、局部的な最小値50の
各側にあるヒストグラムの部分として確認できる。椎骨
の上下方向の中心は、局部的な最小値50間の中央の点と
して識別される。
図３を参照すれば、走査パターンの各前後方向線に沿
って水平ヒストグラムが構成されている。図３の水平ヒ
ストグラムは、図４の垂直ヒストグラムと同様、骨のミ
ネラル密度をその縦軸として有する。図３のヒストグラ
ムの横軸は、前後方向の走査線の本数である。又、図４
の垂直ヒストグラムと同様に、水平ヒストグラムは局部
的な最小値44を有している。この局部的な最小値44は、
後部要素38によって形成された最大値と、椎骨21自体の
主要部分（即ち、本体）によって形成された最大値との
間に配置された椎骨21のおおよその後部境界32を表して
いる。最小値45は、椎骨21のおおよその前部境界を示し
ている。従って、各椎骨20の中心28は、図６に示すよう
に、点44と45との中央にある前後方向の走査線と、垂直
ヒストグラムの局部的な最小値50間の中央にある椎骨21
の上下方向の中心53との交点として近似される。
って水平ヒストグラムが構成されている。図３の水平ヒ
ストグラムは、図４の垂直ヒストグラムと同様、骨のミ
ネラル密度をその縦軸として有する。図３のヒストグラ
ムの横軸は、前後方向の走査線の本数である。又、図４
の垂直ヒストグラムと同様に、水平ヒストグラムは局部
的な最小値44を有している。この局部的な最小値44は、
後部要素38によって形成された最大値と、椎骨21自体の
主要部分（即ち、本体）によって形成された最大値との
間に配置された椎骨21のおおよその後部境界32を表して
いる。最小値45は、椎骨21のおおよその前部境界を示し
ている。従って、各椎骨20の中心28は、図６に示すよう
に、点44と45との中央にある前後方向の走査線と、垂直
ヒストグラムの局部的な最小値50間の中央にある椎骨21
の上下方向の中心53との交点として近似される。
図５を参照すれば、各椎骨20の中心28がプロセスブロ
ック64で示すようにいったん検出されると、各椎骨20に
整列された座標系が確立される。図６を参照すれば、長
方形のエリア100が各椎骨20の中心28の周りに確立さ
れ、その前後方向の巾は最小値44と45との間の距離に等
しくそしてその上下方向の高さは最小値50間の距離に等
しい。この長方形エリア100は、その辺がラスタ走査17
の走査又は走査方向19に平行であるか又は垂直であるよ
うに整列されるとここで定義する。
ック64で示すようにいったん検出されると、各椎骨20に
整列された座標系が確立される。図６を参照すれば、長
方形のエリア100が各椎骨20の中心28の周りに確立さ
れ、その前後方向の巾は最小値44と45との間の距離に等
しくそしてその上下方向の高さは最小値50間の距離に等
しい。この長方形エリア100は、その辺がラスタ走査17
の走査又は走査方向19に平行であるか又は垂直であるよ
うに整列されるとここで定義する。
次いで、長方形エリア100内のPBMデータエレメントが
加算されて整列値が形成される。この整列値は、長方形
100内の椎骨本体21の全骨質量をおおよそ指示し、従っ
て、椎骨本体21に対する長方形100の「適合性」の一般
的尺度である。
加算されて整列値が形成される。この整列値は、長方形
100内の椎骨本体21の全骨質量をおおよそ指示し、従っ
て、椎骨本体21に対する長方形100の「適合性」の一般
的尺度である。
次いで、新たな長方形102が形成され、これも点28を
中心とするが、角度φだけ揺動され、新たな整列値が計
算される。この揺動された長方形102が小さな整列値を
生じる場合には、新たな揺動された長方形102が逆方向
に回転して形成される。しかしながら、揺動された長方
形102で大きな整列値が得られる場合には、更に別の長
方形102が追加角度φで形成され、新たな整列値が計算
される。このプロセスは、揺動された長方形102内で整
列値の減少（増加後の）が検出されるまで繰り返され
る。
中心とするが、角度φだけ揺動され、新たな整列値が計
算される。この揺動された長方形102が小さな整列値を
生じる場合には、新たな揺動された長方形102が逆方向
に回転して形成される。しかしながら、揺動された長方
形102で大きな整列値が得られる場合には、更に別の長
方形102が追加角度φで形成され、新たな整列値が計算
される。このプロセスは、揺動された長方形102内で整
列値の減少（増加後の）が検出されるまで繰り返され
る。
従って、長方形102は、整列値が最大になるまで一方
向又は他方向に徐々に回転される。最大の整列値を与え
る長方形102の向きは、長方形102の境界内に含まれる椎
骨本体21の量を最大にする向きでもあることが分かっ
た。従って、回転プロセスが完了したときには、長方形
102は、椎骨本体21に対する長方形102の最良の適合とな
り、椎骨本体21を形態学的に分析する座標系を確立す
る。特に、椎骨本体21の全ての測定値は、長方形102の
垂直又は水平の縁に平行にとられる。長方形102の垂直
の縁に平行な列軸108は、この測定軸が走査方向19から
区別されることを示すために識別される。
向又は他方向に徐々に回転される。最大の整列値を与え
る長方形102の向きは、長方形102の境界内に含まれる椎
骨本体21の量を最大にする向きでもあることが分かっ
た。従って、回転プロセスが完了したときには、長方形
102は、椎骨本体21に対する長方形102の最良の適合とな
り、椎骨本体21を形態学的に分析する座標系を確立す
る。特に、椎骨本体21の全ての測定値は、長方形102の
垂直又は水平の縁に平行にとられる。長方形102の垂直
の縁に平行な列軸108は、この測定軸が走査方向19から
区別されることを示すために識別される。
或いは又、図７に示す第２の実施例においては、走査
方向19に線46に沿ってとられた列平均化ヒストグラム10
4を形成することにより、椎骨を形態学的に測定する座
標系が確立される。この列平均化ヒストグラムの縦軸
は、１行のデータエレメントの線数であり、そして列平
均化ヒストグラムの横軸は、その行のデータエレメント
の全密度、即ちその行におけるデータエレメントの和で
ある。走査方向19に対して傾斜した椎骨20の場合には、
列平均化ヒストグラム104は、データエレメントの斜め
に進む行が、下部境界36及び上部境界34にある角度で交
差する矢印106を延ばす結果として、比較的低い変化率
を示す。図６について述べたものと同様に、新たな列軸
108が繰り返し形成され、走査方向19に対して角度φだ
け傾斜される。この列軸108に対し新たな列平均化ヒス
トグラム104′が形成される。この新たな列軸108の行方
向106′が椎骨本体21の下部境界36及び上部境界34に良
好に整列する場合には、列平均化ヒストグラム104′
は、行数に対する全行骨密度に迅速な変化率を示す。列
平均化ヒストグラム104′の導関数が得られ、この導関
数のピーク値が列平均化ヒストグラム104と他の列軸108
（異なる角度φにおける）との間で比較され、限定され
た角度範囲内でこのような最大の導関数値を形成する列
軸108が選択される。この列軸108は、将来の形態学的測
定に対する基準軸として選択される。
方向19に線46に沿ってとられた列平均化ヒストグラム10
4を形成することにより、椎骨を形態学的に測定する座
標系が確立される。この列平均化ヒストグラムの縦軸
は、１行のデータエレメントの線数であり、そして列平
均化ヒストグラムの横軸は、その行のデータエレメント
の全密度、即ちその行におけるデータエレメントの和で
ある。走査方向19に対して傾斜した椎骨20の場合には、
列平均化ヒストグラム104は、データエレメントの斜め
に進む行が、下部境界36及び上部境界34にある角度で交
差する矢印106を延ばす結果として、比較的低い変化率
を示す。図６について述べたものと同様に、新たな列軸
108が繰り返し形成され、走査方向19に対して角度φだ
け傾斜される。この列軸108に対し新たな列平均化ヒス
トグラム104′が形成される。この新たな列軸108の行方
向106′が椎骨本体21の下部境界36及び上部境界34に良
好に整列する場合には、列平均化ヒストグラム104′
は、行数に対する全行骨密度に迅速な変化率を示す。列
平均化ヒストグラム104′の導関数が得られ、この導関
数のピーク値が列平均化ヒストグラム104と他の列軸108
（異なる角度φにおける）との間で比較され、限定され
た角度範囲内でこのような最大の導関数値を形成する列
軸108が選択される。この列軸108は、将来の形態学的測
定に対する基準軸として選択される。
従って、走査方向19は椎骨本体21と整列されず、前部
及び後部境界30及び32は走査方向19に実質的に平行であ
り且つ上部境界34及び下部境界36は走査方向19に実質的
に垂直であるが、新たな列方向108が決定され、その列
方向108に対して椎骨形態の測定が行われ、椎骨形態の
測定に改善された精度及び再現性が与えられる。列軸10
8で表された座標系を各椎骨にこのように整列すること
が図５のプロセスブロック68で示されている。
及び後部境界30及び32は走査方向19に実質的に平行であ
り且つ上部境界34及び下部境界36は走査方向19に実質的
に垂直であるが、新たな列方向108が決定され、その列
方向108に対して椎骨形態の測定が行われ、椎骨形態の
測定に改善された精度及び再現性が与えられる。列軸10
8で表された座標系を各椎骨にこのように整列すること
が図５のプロセスブロック68で示されている。
図８を参照すれば、列方向108は、一般に、走査方向1
9とは異なる。所与の椎骨本体21に対して列方向108がい
ったん決定されると、その新たな座標系に適するように
データエレメントが効果的に「入れ直される」。この入
れ直しは、その新たな列軸108に整列された等間隔の行
及び列に対応する新たな一連の位置を椎骨本体21内に形
成することにより行われる。新たな行及び列においてこ
れらの位置に存在する補間されたデータエレメントが、
これらのデータエレメントの実際の位置に基づいて重み
付けされた最も近い隣接する実際のデータエレメントの
バイリニア補間によって得られる。次いで、図６につい
て述べたように、これらの補間されたデータエレメント
から新たな垂直及び水平のヒストグラムが構成され、水
平のヒストグラムは、補間されたデータエレメントの垂
直列に対する平均密度を表し、そして垂直のヒストグラ
ムは、補間されたデータエレメントの行に対する平均密
度を表す。
9とは異なる。所与の椎骨本体21に対して列方向108がい
ったん決定されると、その新たな座標系に適するように
データエレメントが効果的に「入れ直される」。この入
れ直しは、その新たな列軸108に整列された等間隔の行
及び列に対応する新たな一連の位置を椎骨本体21内に形
成することにより行われる。新たな行及び列においてこ
れらの位置に存在する補間されたデータエレメントが、
これらのデータエレメントの実際の位置に基づいて重み
付けされた最も近い隣接する実際のデータエレメントの
バイリニア補間によって得られる。次いで、図６につい
て述べたように、これらの補間されたデータエレメント
から新たな垂直及び水平のヒストグラムが構成され、水
平のヒストグラムは、補間されたデータエレメントの垂
直列に対する平均密度を表し、そして垂直のヒストグラ
ムは、補間されたデータエレメントの行に対する平均密
度を表す。
図８を参照すれば、水平及び垂直ヒストグラムの最小
値を使用して、図６の長方形100について述べたのと同
様に分析長方形110が導出され、この分析長方形110は、
列軸108に整列されて、椎骨本体21を主として包囲する
が、後部要素38は包囲しない。この分析長方形110は、
次いで、コンピュータにより、図５のプロセスブロック
68で示されたゾーンに分割される。好ましい実施例で
は、後部ゾーン112、中央ゾーン114及び前部ゾーン116
の３つのゾーンが選択される。好ましい実施例では、こ
れらのゾーンは長方形であって、その前後方向の巾は分
析長方形110の1/4でありそして上下方向に分析長方形11
0の全高さに延び、均一に離間されている。これらゾー
ンの相対的な巾及び個数は任意であり、ユーザの要望
と、分析長方形110の寸法とに応じて変化し得る。
値を使用して、図６の長方形100について述べたのと同
様に分析長方形110が導出され、この分析長方形110は、
列軸108に整列されて、椎骨本体21を主として包囲する
が、後部要素38は包囲しない。この分析長方形110は、
次いで、コンピュータにより、図５のプロセスブロック
68で示されたゾーンに分割される。好ましい実施例で
は、後部ゾーン112、中央ゾーン114及び前部ゾーン116
の３つのゾーンが選択される。好ましい実施例では、こ
れらのゾーンは長方形であって、その前後方向の巾は分
析長方形110の1/4でありそして上下方向に分析長方形11
0の全高さに延び、均一に離間されている。これらゾー
ンの相対的な巾及び個数は任意であり、ユーザの要望
と、分析長方形110の寸法とに応じて変化し得る。
図８の例では、後部、中央部及び前部ゾーンは、椎骨
本体21の形態に対する基準測定値を形成するのに用いら
れる１組のデータエレメントを画成する。第１組のこの
ような測定値は、分析長方形110の３つのゾーン各々の
上下方向における椎骨本体のその部分の平均高さを決定
する。
本体21の形態に対する基準測定値を形成するのに用いら
れる１組のデータエレメントを画成する。第１組のこの
ような測定値は、分析長方形110の３つのゾーン各々の
上下方向における椎骨本体のその部分の平均高さを決定
する。
１つの実施例において、これは後部ゾーン112から始
めて行われ、ゾーン内のデータエレメントはコンピュー
タにより行にわたって自動的に加算されて、ゾーンヒス
トグラム118を形成する。ゾーンヒストグラム118の垂直
軸は前後方向の行に対応するデータエレメントの行数で
あり、水平軸は後部ゾーン112内におけるその行のデー
タエレメントの全骨質量である。このゾーンヒストグラ
ム118は、後部ゾーン112に効果的に収束され、従って、
その領域のみの形態に感じるという点で、以上に述べた
他のヒストグラムとは異なる。
めて行われ、ゾーン内のデータエレメントはコンピュー
タにより行にわたって自動的に加算されて、ゾーンヒス
トグラム118を形成する。ゾーンヒストグラム118の垂直
軸は前後方向の行に対応するデータエレメントの行数で
あり、水平軸は後部ゾーン112内におけるその行のデー
タエレメントの全骨質量である。このゾーンヒストグラ
ム118は、後部ゾーン112に効果的に収束され、従って、
その領域のみの形態に感じるという点で、以上に述べた
他のヒストグラムとは異なる。
第１の行120は、そのヒストグラムにおいてコンピュ
ータにより自動的に識別され、従って、後部ゾーン112
の上部境界34に関連したヒストグラム118の立上り縁に
おいて、椎骨本体21に対して識別される。この第１の行
120を選択するのに多数の基準を使用してもよく、例え
ば、第１の行は、固定の所定スレッシュホールドを越え
るような骨質量値を有する。好ましい実施例では、行
は、ゾーンヒストグラム118のピークヒストグラム値の3
0％を最初に越えるPBM値をもつものとして選択される。
理想的には、コンピュータは、後部ゾーンにおける上部
境界34の輪郭の位置（PBM値により重み付けされた）が
平均化された場合にその上部境界34の位置を最も良く近
似する行を第１の行120として選択する。実際には、後
部境界34の真の平均からのその選択された第１の行120
のずれは、第１の行120を選択するたびに同じ基準が使
用される限り、ひいては、測定の一定性が得られる限
り、顕著なものではない。
ータにより自動的に識別され、従って、後部ゾーン112
の上部境界34に関連したヒストグラム118の立上り縁に
おいて、椎骨本体21に対して識別される。この第１の行
120を選択するのに多数の基準を使用してもよく、例え
ば、第１の行は、固定の所定スレッシュホールドを越え
るような骨質量値を有する。好ましい実施例では、行
は、ゾーンヒストグラム118のピークヒストグラム値の3
0％を最初に越えるPBM値をもつものとして選択される。
理想的には、コンピュータは、後部ゾーンにおける上部
境界34の輪郭の位置（PBM値により重み付けされた）が
平均化された場合にその上部境界34の位置を最も良く近
似する行を第１の行120として選択する。実際には、後
部境界34の真の平均からのその選択された第１の行120
のずれは、第１の行120を選択するたびに同じ基準が使
用される限り、ひいては、測定の一定性が得られる限
り、顕著なものではない。
同様に、第２の行122が後部ゾーン112内の下部境界36
においてヒストグラム118から選択される。ここで、ヒ
ストグラム118の立ち下がり縁が検査され、第２の行122
が、ヒストグラム118の最大PBM値の30％以下に最初に入
る行として選択される。これらの行120と122との間の距
離は自動的に決定され、後部高さと称され、Ｐで表さ
れ、そして後部ゾーンの領域における椎骨本体の平均高
さとされる。
においてヒストグラム118から選択される。ここで、ヒ
ストグラム118の立ち下がり縁が検査され、第２の行122
が、ヒストグラム118の最大PBM値の30％以下に最初に入
る行として選択される。これらの行120と122との間の距
離は自動的に決定され、後部高さと称され、Ｐで表さ
れ、そして後部ゾーンの領域における椎骨本体の平均高
さとされる。
他のゾーンである中間ゾーン114及び前部ゾーン116の
各々も、同様に、ゾーンヒストグラム118を形成しそし
て上部境界34に１つ、下部境界36に１つの２つの行を識
別することにより分析される。中間ゾーンに対するこれ
ら列間の距離は中間高さＭとなり、前部ゾーンについて
は、前部高さＡとなる。これらの形態学的高さ値の抽出
は、図５にプロセスブロック70として示す。
各々も、同様に、ゾーンヒストグラム118を形成しそし
て上部境界34に１つ、下部境界36に１つの２つの行を識
別することにより分析される。中間ゾーンに対するこれ
ら列間の距離は中間高さＭとなり、前部ゾーンについて
は、前部高さＡとなる。これらの形態学的高さ値の抽出
は、図５にプロセスブロック70として示す。
好ましい実施例において、高さ値Ａ、Ｍ及びＰは、各
ゾーンに対する第１の行120と第２の行122との間のデー
タエレメントの行数に分析長方形110内のデータエレメ
ントの各行間の距離を乗算することにより計算される。
データポイントの行間のこの距離は、使用されるデジタ
ル造影技術の特性であり、知ることができる。コンピュ
ータは、分析長方形の各ゾーンにおいて上記分析を自動
的に実行する。
ゾーンに対する第１の行120と第２の行122との間のデー
タエレメントの行数に分析長方形110内のデータエレメ
ントの各行間の距離を乗算することにより計算される。
データポイントの行間のこの距離は、使用されるデジタ
ル造影技術の特性であり、知ることができる。コンピュ
ータは、分析長方形の各ゾーンにおいて上記分析を自動
的に実行する。
別の実施例では、各ゾーンの平均高さは、コンピュー
タにより各ゾーンにおいてデータ対を自動的に識別する
ことによって決定され、各対の一方のデータエレメント
は上部境界の位置に対応し、そして他方のデータエレメ
ントは反対の下部境界の位置に対応する。各対の２つの
データエレメントは、データ対の各データエレメントを
横断する仮想線が列軸108に対して適度に平行となるよ
うに互いに関係している。データ対の各データエレメン
トは、コンピュータにより、データエレメントのPBM値
の論理比較を実行することにより選択される。例えば、
上部境界に存在するデータエレメントを選択する際に
は、コンピュータは隣接エレメントのPBM値を検討す
る。図９に示すように、前部、後部及び下部の方向には
同様の値の隣接データエレメントを有するが、上部方向
には著しく小さな値を有するデータエレメント111は、
上部境界又はその付近に存在すると仮定される。同様
に、コンピュータは、ゾーン112の上1/3の位置において
全てのデータエレメントを自動的に検討し、上部境界に
存在するデータエレメントを決定する。上部境界のデー
タエレメントがいったん選択されると、ゾーン112の下1
/3の部分においてデータエレメントに同様の分析が行わ
れ、ゾーン112の下部境界部分又はその付近に存在する
データエレメントが選択される。各境界においてデータ
エレメントが選択された状態で、コンピュータは、次い
で、列軸108に適度に平行な列にデータエレメントを指
定することにより、上部境界におけるデータエレメント
を下部境界におけるデータエレメントと対にする。デー
タエレメントが対に編成されそしてその対が列に指定さ
れてしまうと、コンピュータは、データ対の各エレメン
ト間に見つかったデータエレメントの数に各データエレ
メント間の距離を乗算することにより１つの対における
各エレメント間の距離を自動的に決定するアルゴリズム
を使用する。上記したように、データエレメント間の距
離は、使用するデータ造影技術の特性である。１つの対
のデータエレメント間の距離は、その対に関連した列の
特定の位置における椎骨本体21の下から上への高さとし
てとられる。
タにより各ゾーンにおいてデータ対を自動的に識別する
ことによって決定され、各対の一方のデータエレメント
は上部境界の位置に対応し、そして他方のデータエレメ
ントは反対の下部境界の位置に対応する。各対の２つの
データエレメントは、データ対の各データエレメントを
横断する仮想線が列軸108に対して適度に平行となるよ
うに互いに関係している。データ対の各データエレメン
トは、コンピュータにより、データエレメントのPBM値
の論理比較を実行することにより選択される。例えば、
上部境界に存在するデータエレメントを選択する際に
は、コンピュータは隣接エレメントのPBM値を検討す
る。図９に示すように、前部、後部及び下部の方向には
同様の値の隣接データエレメントを有するが、上部方向
には著しく小さな値を有するデータエレメント111は、
上部境界又はその付近に存在すると仮定される。同様
に、コンピュータは、ゾーン112の上1/3の位置において
全てのデータエレメントを自動的に検討し、上部境界に
存在するデータエレメントを決定する。上部境界のデー
タエレメントがいったん選択されると、ゾーン112の下1
/3の部分においてデータエレメントに同様の分析が行わ
れ、ゾーン112の下部境界部分又はその付近に存在する
データエレメントが選択される。各境界においてデータ
エレメントが選択された状態で、コンピュータは、次い
で、列軸108に適度に平行な列にデータエレメントを指
定することにより、上部境界におけるデータエレメント
を下部境界におけるデータエレメントと対にする。デー
タエレメントが対に編成されそしてその対が列に指定さ
れてしまうと、コンピュータは、データ対の各エレメン
ト間に見つかったデータエレメントの数に各データエレ
メント間の距離を乗算することにより１つの対における
各エレメント間の距離を自動的に決定するアルゴリズム
を使用する。上記したように、データエレメント間の距
離は、使用するデータ造影技術の特性である。１つの対
のデータエレメント間の距離は、その対に関連した列の
特定の位置における椎骨本体21の下から上への高さとし
てとられる。
ゾーン112において全ての列の高さが決定されると、
これらの高さが加算され、ゾーン112の平均高さが得ら
れる。同様に、中間ゾーン114及び前部ゾーン116に対し
て平均高さが得られる。
これらの高さが加算され、ゾーン112の平均高さが得ら
れる。同様に、中間ゾーン114及び前部ゾーン116に対し
て平均高さが得られる。
同様のプロセスにより、分析長方形110は、多数（好
ましくは３つの同じ）の水平に延びる基準ゾーン（図示
せず）及び椎骨本体21の前部及び後部境界30及び32で識
別される列に分割され、このように水平に延びるゾーン
の平均巾が決定される。好ましい実施例では、上部ゾー
ンＳ、中央ゾーンＣ及び下部ゾーンＩの３つのゾーンが
選択され、自動的に測定される。
ましくは３つの同じ）の水平に延びる基準ゾーン（図示
せず）及び椎骨本体21の前部及び後部境界30及び32で識
別される列に分割され、このように水平に延びるゾーン
の平均巾が決定される。好ましい実施例では、上部ゾー
ンＳ、中央ゾーンＣ及び下部ゾーンＩの３つのゾーンが
選択され、自動的に測定される。
各ゾーンＳ、Ｃ及びＩにおいて、前部列及び後部列
は、後部ゾーン112、中間ゾーン114及び前部ゾーン116
の第１及び第２の行120及び122の選択について上記した
ものと同様のプロセスで識別される。又、中央の列は、
ゾーンＳ、Ｃ及びＩに対し前部及び後部の識別された列
間の厳密に中間であると決定される。ゾーンＳ及びＩの
識別された列と、後部ゾーン112、中間ゾーン114及び前
部ゾーン116の行との交点は、１組の基準点を画成す
る。例えば、後部ゾーン112の第１の行120とゾーンＣの
第１の列との交点は、１つのこのような基準点を画成す
る。
は、後部ゾーン112、中間ゾーン114及び前部ゾーン116
の第１及び第２の行120及び122の選択について上記した
ものと同様のプロセスで識別される。又、中央の列は、
ゾーンＳ、Ｃ及びＩに対し前部及び後部の識別された列
間の厳密に中間であると決定される。ゾーンＳ及びＩの
識別された列と、後部ゾーン112、中間ゾーン114及び前
部ゾーン116の行との交点は、１組の基準点を画成す
る。例えば、後部ゾーン112の第１の行120とゾーンＣの
第１の列との交点は、１つのこのような基準点を画成す
る。
又、ゾーンＳ、Ｃ及びＩの識別された列は、上記した
尺度Ａ、Ｍ及びＰに対応するが前後方向に延びる尺度
Ｓ、Ｃ及びＩを形成するようにも働く。
尺度Ａ、Ｍ及びＰに対応するが前後方向に延びる尺度
Ｓ、Ｃ及びＩを形成するようにも働く。
従って、椎骨本体21の「コーナー」及び中央上部及び
下部境界34及び36における基準点が確立され、そしてこ
れら基準点の互いの分離が自動的に測定されることが理
解されよう。これら基準点の各々は特定の位置を有する
が、これらはその周りのデータ点のBMD値の平均を表
し、従って、所与のデータ点におけるBMD測定値の小さ
なエラーに対して健全なものである。
下部境界34及び36における基準点が確立され、そしてこ
れら基準点の互いの分離が自動的に測定されることが理
解されよう。これら基準点の各々は特定の位置を有する
が、これらはその周りのデータ点のBMD値の平均を表
し、従って、所与のデータ点におけるBMD測定値の小さ
なエラーに対して健全なものである。
コンピュータは、これらの基準点をいったん識別する
と、自動的にこれらのデータを使用して、調査されてい
る椎骨の形状及びサイズを正確に定め、これは、オペレ
ータの選択により、例えば、CRT装置やプリント装置に
目に見えるように表示することができる。しかしなが
ら、より重要なことに、コンピュータは、形状及びサイ
ズに関するデータを使用して、臨床又は診断値を有する
椎骨状態の指示を公式化し、次いで、オペレータが使用
するようこの指示を可視表示して、臨床状態を診断する
か又は骨密度測定がなされる場合はその測定の精度を高
めるようにプログラムされる。
と、自動的にこれらのデータを使用して、調査されてい
る椎骨の形状及びサイズを正確に定め、これは、オペレ
ータの選択により、例えば、CRT装置やプリント装置に
目に見えるように表示することができる。しかしなが
ら、より重要なことに、コンピュータは、形状及びサイ
ズに関するデータを使用して、臨床又は診断値を有する
椎骨状態の指示を公式化し、次いで、オペレータが使用
するようこの指示を可視表示して、臨床状態を診断する
か又は骨密度測定がなされる場合はその測定の精度を高
めるようにプログラムされる。
ここに述べる本発明を使用すると、単一の椎骨に対す
る測定値を自動的に得ることもできるし、又は多数の椎
骨に対する測定値を得ることもできる。多数の目的に対
しアルゴリズムにより実行される分析を使用することも
できる。この分析は、椎骨本体、即ち後部要素を除く椎
骨の部分に最も効果的に向けられる。ここに開示する本
発明によって得られる椎骨本体の種々の測定値を使用し
て、以下に述べるように疾病や変形の指示を与えること
ができる。更に、単一の椎骨本体で得た測定値を、単一
の走査から決定される隣接する椎骨本体の測定値と比較
し、１つ以上の椎骨が外傷を受けているか又はその椎骨
に異常を生じる他の附帯的症状を受けているかを判断す
ることができる。或いは又、椎骨本体の指示を、正常の
基準集団から得た指示と比較して、所与の患者に異所又
は異常椎骨が単独であるか又は集合的にあるかを判断す
ることができる。このような正常性についての結果は、
患者個人個人の身長、性別及び体重や、個人の発育度に
対して調整することができる。これに代わる別のものと
して、同じ個人において椎骨本体の指示を時間ごとに比
較し、時間の経過と共に変化する椎骨形態を示すことも
でき、これは、臨床学的に重要な状態の進行を表すこと
ができる。
る測定値を自動的に得ることもできるし、又は多数の椎
骨に対する測定値を得ることもできる。多数の目的に対
しアルゴリズムにより実行される分析を使用することも
できる。この分析は、椎骨本体、即ち後部要素を除く椎
骨の部分に最も効果的に向けられる。ここに開示する本
発明によって得られる椎骨本体の種々の測定値を使用し
て、以下に述べるように疾病や変形の指示を与えること
ができる。更に、単一の椎骨本体で得た測定値を、単一
の走査から決定される隣接する椎骨本体の測定値と比較
し、１つ以上の椎骨が外傷を受けているか又はその椎骨
に異常を生じる他の附帯的症状を受けているかを判断す
ることができる。或いは又、椎骨本体の指示を、正常の
基準集団から得た指示と比較して、所与の患者に異所又
は異常椎骨が単独であるか又は集合的にあるかを判断す
ることができる。このような正常性についての結果は、
患者個人個人の身長、性別及び体重や、個人の発育度に
対して調整することができる。これに代わる別のものと
して、同じ個人において椎骨本体の指示を時間ごとに比
較し、時間の経過と共に変化する椎骨形態を示すことも
でき、これは、臨床学的に重要な状態の進行を表すこと
ができる。
例1:前部の高さ 椎骨形態に対する特定の当該指示は、椎骨の前部の高
さである。各基準ゾーンごとに下部境界から上部境界ま
での距離をアルゴリズムがいかに自動的に計算するかは
基準点の説明に関連して上記で既に述べた。椎骨本体の
前部高さは、２つの端板間の距離、即ち前部境界又はそ
の付近における上部境界と下部境界との間の距離であ
る。公知技術において、椎骨の前部高さが好ましく測定
された点は、椎骨本体の最前部の境界から最初の５ない
し10mm以内であった。本発明の好ましい実施例では、分
析長方形110の前部の1/4の部分を占有する基準ゾーン11
6が選択され、このゾーン内において、コンピュータ
は、椎骨本体21の前部の平均高さを決定する。前部高さ
を測定するために特定点を選択する公知技術と比較した
場合、予め選択された基準ゾーン内の平均高さを自動的
に決定する本発明の技術は、再現性の点で優れているこ
とが分かった。本発明によって決定されるこの前部高さ
Ａは、例えば、ミリメータのような絶対測定単位でオペ
レータに表示されてもよいし、或いはコンピュータが、
一般的な集団の椎骨又はその患者の他の椎骨の正常値の
平均高さに対する高さとして与えることもできる。
さである。各基準ゾーンごとに下部境界から上部境界ま
での距離をアルゴリズムがいかに自動的に計算するかは
基準点の説明に関連して上記で既に述べた。椎骨本体の
前部高さは、２つの端板間の距離、即ち前部境界又はそ
の付近における上部境界と下部境界との間の距離であ
る。公知技術において、椎骨の前部高さが好ましく測定
された点は、椎骨本体の最前部の境界から最初の５ない
し10mm以内であった。本発明の好ましい実施例では、分
析長方形110の前部の1/4の部分を占有する基準ゾーン11
6が選択され、このゾーン内において、コンピュータ
は、椎骨本体21の前部の平均高さを決定する。前部高さ
を測定するために特定点を選択する公知技術と比較した
場合、予め選択された基準ゾーン内の平均高さを自動的
に決定する本発明の技術は、再現性の点で優れているこ
とが分かった。本発明によって決定されるこの前部高さ
Ａは、例えば、ミリメータのような絶対測定単位でオペ
レータに表示されてもよいし、或いはコンピュータが、
一般的な集団の椎骨又はその患者の他の椎骨の正常値の
平均高さに対する高さとして与えることもできる。
例2:後部の高さ 別の当該指示は、椎骨の後部高さＰの測定値である。
前部高さと同様に、公知技術で行われた後部高さの測定
値は、椎骨の後部境界の５ないし10mm以内の単一の位置
で得られている。本発明は、分析長方形110の後部1/4を
占有する後部基準ゾーン112内に存在する椎骨本体21の
後部領域の平均高さの自動測定を与える。前部高さと同
様に、後部高さはミリメータのような絶対測定単位でオ
ペレータに表示されるか、又はコンピュータが、一般集
団の椎骨又はその患者の他の椎骨の正常値の平均高さに
対する高さを与えることもできる。
前部高さと同様に、公知技術で行われた後部高さの測定
値は、椎骨の後部境界の５ないし10mm以内の単一の位置
で得られている。本発明は、分析長方形110の後部1/4を
占有する後部基準ゾーン112内に存在する椎骨本体21の
後部領域の平均高さの自動測定を与える。前部高さと同
様に、後部高さはミリメータのような絶対測定単位でオ
ペレータに表示されるか、又はコンピュータが、一般集
団の椎骨又はその患者の他の椎骨の正常値の平均高さに
対する高さを与えることもできる。
例3:前部／後部の高さ比較 自動的に得るようにコンピュータをプログラムするこ
とのできる重要な指示は前部高さＡと後部高さＰの比較
である。典型的に、椎骨の前部高さが、標準値、同じ個
人の前の測定値又は同じ椎骨の後部高さに対して15％減
少することは、臨床学的に重要な指示である前部椎骨の
骨折の指数と考えられる。
とのできる重要な指示は前部高さＡと後部高さＰの比較
である。典型的に、椎骨の前部高さが、標準値、同じ個
人の前の測定値又は同じ椎骨の後部高さに対して15％減
少することは、臨床学的に重要な指示である前部椎骨の
骨折の指数と考えられる。
例4:くさび角度 本発明で自動的に得ることのできる椎骨形態の別の指
示はくさび角度である。椎骨のくさび角度とは、下部及
び上部境界の平均平面のリニアな延長部が作り出す平行
関係からの逸脱の程度として定義される。公知技術で
は、これは、椎骨の全体的な前部及び後部高さに基づい
て計算されている。前部及び後部高さのこれらの値か
ら、そして測定値を得た位置と位置との間の距離から、
椎骨の上部及び下部境界を通して延びるまっすぐな仮想
線間の角度を計算することができる。本発明において
は、くさび角度をプロットするためのＡとＰとの間の距
離はＣである。Ａ、Ｐ及びＣは平均値であるから、高さ
及び巾を測定するための位置の選択の変化によるくさび
角の変動が回避される。典型的に、椎骨の15゜のくさび
角は、椎骨にくさび骨折が生じたことを指示すると考え
られる。くさび骨折とは、臨床学的文献において確認さ
れている椎骨骨折の形態として観察される再発性の臨床
学的状態である。
示はくさび角度である。椎骨のくさび角度とは、下部及
び上部境界の平均平面のリニアな延長部が作り出す平行
関係からの逸脱の程度として定義される。公知技術で
は、これは、椎骨の全体的な前部及び後部高さに基づい
て計算されている。前部及び後部高さのこれらの値か
ら、そして測定値を得た位置と位置との間の距離から、
椎骨の上部及び下部境界を通して延びるまっすぐな仮想
線間の角度を計算することができる。本発明において
は、くさび角度をプロットするためのＡとＰとの間の距
離はＣである。Ａ、Ｐ及びＣは平均値であるから、高さ
及び巾を測定するための位置の選択の変化によるくさび
角の変動が回避される。典型的に、椎骨の15゜のくさび
角は、椎骨にくさび骨折が生じたことを指示すると考え
られる。くさび骨折とは、臨床学的文献において確認さ
れている椎骨骨折の形態として観察される再発性の臨床
学的状態である。
例5:両凹状指数 自動的に測定するように本発明のコンピュータをプロ
グラムすることのできる椎骨形態の別の指示は、両凹状
（biconcavity）指数と称するものである。椎骨本体の
両凹状指数は、椎骨本体の中央部分の高さがその本体の
後部及び前部境界の平均高さからずれる程度を比較する
ことによって計算される。換言すれば、これは、凹状物
体になろうとするときの椎骨本体の変形を測定するもの
である。この両凹状性は、比較的悪い椎骨状態に関連し
た椎骨本体の変形の程度を指示する。この量は、ＭをＡ
及びＰの平均値と比較するアルゴリズムを使用するコン
ピュータによって自動的に計算することができる。又、
Ｍは隣接する椎骨と比較することもできるし、或いは既
に得られた正常な基準集団からの平均値と比較すること
もできる。前部及び後部境界に比して椎骨本体の中央高
さが15％優先的に減少することは、中央の骨折即ち両凹
状態を表すとしばしばみなされる。
グラムすることのできる椎骨形態の別の指示は、両凹状
（biconcavity）指数と称するものである。椎骨本体の
両凹状指数は、椎骨本体の中央部分の高さがその本体の
後部及び前部境界の平均高さからずれる程度を比較する
ことによって計算される。換言すれば、これは、凹状物
体になろうとするときの椎骨本体の変形を測定するもの
である。この両凹状性は、比較的悪い椎骨状態に関連し
た椎骨本体の変形の程度を指示する。この量は、ＭをＡ
及びＰの平均値と比較するアルゴリズムを使用するコン
ピュータによって自動的に計算することができる。又、
Ｍは隣接する椎骨と比較することもできるし、或いは既
に得られた正常な基準集団からの平均値と比較すること
もできる。前部及び後部境界に比して椎骨本体の中央高
さが15％優先的に減少することは、中央の骨折即ち両凹
状態を表すとしばしばみなされる。
例6:肥大 測定を行うように本発明のコンピュータをプログラム
することのできる椎骨形態の別の指示は、椎骨の端板の
肥大又は椎骨内に位置した結節の肥大である。肥大と
は、椎骨本体の一部分が、他の椎骨で通常見られるより
も異常に大きな相対密度を有する状態を指す。従来の密
度計測においては、高い密度又は低い密度の局部的エリ
アが無視され、大きなエリアの平均のみが得られてい
た。これは、肥大によって生じるような不連続部が存在
するときに骨のミネラルレベルの誤った解釈を招くこと
がある。種々のゾーン、即ち後部ゾーン112、中央ゾー
ン114、前部ゾーン116、及びゾーンＳ、Ｃ、Ｉを画成し
そして再現性良く位置決めする本発明の能力により、椎
骨内の種々の場所で別々に骨の密度を評価できるように
する。例えば、Ｓ又はＩゾーンにおける骨の密度をＣゾ
ーンと比較することにより、端板の肥大を検出すること
ができる。或いは又、椎骨の「コーナー」において基準
点内の全領域にわたり骨の密度を評価し、その定められ
た領域内の全ての値の統計学的な標準から所定量以上異
なる値を有するデータ点又は小組のデータ点をその定め
られた領域内で識別することにより、肥大した結節を検
出することができる。
することのできる椎骨形態の別の指示は、椎骨の端板の
肥大又は椎骨内に位置した結節の肥大である。肥大と
は、椎骨本体の一部分が、他の椎骨で通常見られるより
も異常に大きな相対密度を有する状態を指す。従来の密
度計測においては、高い密度又は低い密度の局部的エリ
アが無視され、大きなエリアの平均のみが得られてい
た。これは、肥大によって生じるような不連続部が存在
するときに骨のミネラルレベルの誤った解釈を招くこと
がある。種々のゾーン、即ち後部ゾーン112、中央ゾー
ン114、前部ゾーン116、及びゾーンＳ、Ｃ、Ｉを画成し
そして再現性良く位置決めする本発明の能力により、椎
骨内の種々の場所で別々に骨の密度を評価できるように
する。例えば、Ｓ又はＩゾーンにおける骨の密度をＣゾ
ーンと比較することにより、端板の肥大を検出すること
ができる。或いは又、椎骨の「コーナー」において基準
点内の全領域にわたり骨の密度を評価し、その定められ
た領域内の全ての値の統計学的な標準から所定量以上異
なる値を有するデータ点又は小組のデータ点をその定め
られた領域内で識別することにより、肥大した結節を検
出することができる。
この指示は、それ自体臨床学的な値として特に発生さ
れないが、骨の密度又はミネラル含有量の有効測定値か
ら除外されねばならない独特の特性を有する椎骨の領域
に関する情報を表すので有用である。このため、これを
用いてオペレータに警報を与え、特定の椎骨に対する骨
のミネラルデータを厳密に検討する必要があることを示
すことができる。
れないが、骨の密度又はミネラル含有量の有効測定値か
ら除外されねばならない独特の特性を有する椎骨の領域
に関する情報を表すので有用である。このため、これを
用いてオペレータに警報を与え、特定の椎骨に対する骨
のミネラルデータを厳密に検討する必要があることを示
すことができる。
例7:椎骨間の間隔 椎骨間の間隔は、ある椎骨の上部境界と、次の上部椎
骨の下部境界とにおける基準点の評価から容易に決定す
ることができる。本質的に、椎骨間の間隔は、これら２
つの椎骨に対する対応する基準点間の距離である。
骨の下部境界とにおける基準点の評価から容易に決定す
ることができる。本質的に、椎骨間の間隔は、これら２
つの椎骨に対する対応する基準点間の距離である。
２つの椎骨に対し列軸108において考えられる差の結
果として、椎骨間の距離は、２つの縁間の平均距離を考
慮することによって評価されるのが好ましく、上記縁の
一方は、下部椎骨の上部境界における基準点を接合する
線セグメントによって定められ、そしてその他方は、上
部椎骨の下部境界における基準点を接合する線セグメン
トによって定められる。
果として、椎骨間の距離は、２つの縁間の平均距離を考
慮することによって評価されるのが好ましく、上記縁の
一方は、下部椎骨の上部境界における基準点を接合する
線セグメントによって定められ、そしてその他方は、上
部椎骨の下部境界における基準点を接合する線セグメン
トによって定められる。
例8:欠陥椎骨の警報 椎骨本体の形態学的特性の指示は、それが高さである
か、圧縮状態であるか、くさび状態であるか又は両凹状
のものであるかに係わりなく、２つの個別の目的で装置
によって使用されることが特に意図される。１つの目的
は、特定の椎骨に対する骨のミネラル密度データが不適
当であるためにそれを使用してはならないという警報を
オペレータに形成することである。多孔性の骨は、もし
圧壊されると、圧壊を受けない多孔性の骨よりも測定密
度が大きくなることは容易に理解できる。この場合に、
圧壊した骨の高い密度は、その骨の健全さの指示ではな
い。従って、本発明の装置は、著しい椎骨本体骨折の１
つ以上の指示が検出されたときに図５のプロセスブロッ
ク76で示されたようにオペレータに指示警報を形成する
のが適当である。いずれの場合も、その結果として、骨
のミネラル密度計算の高い精度が骨密度計によって得ら
れ、椎骨悪化の臨床学的に重要な状態が潜在的に診断さ
れるという利点がもたらされる。
か、圧縮状態であるか、くさび状態であるか又は両凹状
のものであるかに係わりなく、２つの個別の目的で装置
によって使用されることが特に意図される。１つの目的
は、特定の椎骨に対する骨のミネラル密度データが不適
当であるためにそれを使用してはならないという警報を
オペレータに形成することである。多孔性の骨は、もし
圧壊されると、圧壊を受けない多孔性の骨よりも測定密
度が大きくなることは容易に理解できる。この場合に、
圧壊した骨の高い密度は、その骨の健全さの指示ではな
い。従って、本発明の装置は、著しい椎骨本体骨折の１
つ以上の指示が検出されたときに図５のプロセスブロッ
ク76で示されたようにオペレータに指示警報を形成する
のが適当である。いずれの場合も、その結果として、骨
のミネラル密度計算の高い精度が骨密度計によって得ら
れ、椎骨悪化の臨床学的に重要な状態が潜在的に診断さ
れるという利点がもたらされる。
これらの種々の指示を、Ａ、Ｍ、Ｐ及びＳ、Ｉ、Ｃ並
びにそれらの分離の測定値から計算することが図５のプ
ロセスブロック72に示されている。それに続くプロセス
ブロック76において、この方法によって検出された異常
指示がもしあればその指示がオペレータに与えられる。
異常状態は、走査された患者の部門について患者に予想
される正常な値から外れるような上記の指示である。こ
のような指示が生じた場合には、不連続部をもつ特定の
椎骨に対する骨密度の平均値を臨床の目的で使用しては
ならないことがオペレータに分かる。
びにそれらの分離の測定値から計算することが図５のプ
ロセスブロック72に示されている。それに続くプロセス
ブロック76において、この方法によって検出された異常
指示がもしあればその指示がオペレータに与えられる。
異常状態は、走査された患者の部門について患者に予想
される正常な値から外れるような上記の指示である。こ
のような指示が生じた場合には、不連続部をもつ特定の
椎骨に対する骨密度の平均値を臨床の目的で使用しては
ならないことがオペレータに分かる。
例9:椎骨骨折の予想 骨の質量の減少又は１つ以上の椎骨骨折の存在は、将
来椎骨が骨折する見込みの増加と関連される。２つの標
準偏差の骨質量の減少は、将来的な椎骨骨折の見込みの
４ないし６倍の増加と関連され、一方、前部高さの形態
学的測定値即ちＡにより決定される２つの骨折の存在
は、将来的な椎骨骨折の見込みの12倍の増加と関連され
る。アナルズ・オブ・インターナル・メディスン、v.11
4−11:919（1991年）に掲載されたロス氏等の「婦人に
おける既存骨折及び骨質量による椎骨骨折発生の予想
（Pre−Existing Fractures and Bone Mass Predict Ve
rtebral Fracture Incidence in Women）」を参照され
たい。
来椎骨が骨折する見込みの増加と関連される。２つの標
準偏差の骨質量の減少は、将来的な椎骨骨折の見込みの
４ないし６倍の増加と関連され、一方、前部高さの形態
学的測定値即ちＡにより決定される２つの骨折の存在
は、将来的な椎骨骨折の見込みの12倍の増加と関連され
る。アナルズ・オブ・インターナル・メディスン、v.11
4−11:919（1991年）に掲載されたロス氏等の「婦人に
おける既存骨折及び骨質量による椎骨骨折発生の予想
（Pre−Existing Fractures and Bone Mass Predict Ve
rtebral Fracture Incidence in Women）」を参照され
たい。
骨質量の測定と、骨折の形態計測評価との組み合わせ
は、将来的な椎骨骨折の見込みの75倍の増加と関連さ
れ、対応的に改善された予想力を発揮する。密度計を用
いて形態計測測定を行うことのできる本発明は、このよ
うな組み合わせ測定に対し骨の質量と骨折データの両方
を便利に与える上で貴重であることを立証するはずであ
る。
は、将来的な椎骨骨折の見込みの75倍の増加と関連さ
れ、対応的に改善された予想力を発揮する。密度計を用
いて形態計測測定を行うことのできる本発明は、このよ
うな組み合わせ測定に対し骨の質量と骨折データの両方
を便利に与える上で貴重であることを立証するはずであ
る。
例10:二重角度形態及びBMD測定 図10を参照すれば、患者16を横方向に走査する前に、
位置100にあるＸ線源12をＣ字型アーム14において患者1
6の周りで回転させて、前後方向の二重エネルギー走査
が行われる。この技術で明らかなように、二重エネルギ
ーの走査は、組織により生じたＸ線減衰を骨とは区別し
て更に正確なBMD決定を行えるようにする改善された能
力を発揮するが、形態学的測定の精度は低下する。又、
Ｃ字型アーム14の前後方向の位置設定も、骨の密度の測
定を、介在する組織の量がその角度において減少される
程度にまで改善する。
位置100にあるＸ線源12をＣ字型アーム14において患者1
6の周りで回転させて、前後方向の二重エネルギー走査
が行われる。この技術で明らかなように、二重エネルギ
ーの走査は、組織により生じたＸ線減衰を骨とは区別し
て更に正確なBMD決定を行えるようにする改善された能
力を発揮するが、形態学的測定の精度は低下する。又、
Ｃ字型アーム14の前後方向の位置設定も、骨の密度の測
定を、介在する組織の量がその角度において減少される
程度にまで改善する。
又、図５を参照すれば、前後方向の走査で得たBMDの
値は、プロセスブロック78で示されたようにBMDを計算
するのに使用されると共に、プロセスブロック80で示さ
れたようにこの分野で良く知られた技術に基づいて骨の
エリアを計算するのに使用される。しかしながら、BMD
値を直接表示するのではなく、放射軸24が水平となるよ
うに位置100にあるＸ線源12で横方向走査が行われる。
患者の前後方向走査における種々の点についてのBMDの
計算値は、横方向走査における対応点とほぼ一致され、
そして所与の椎骨20の形態計測測定の指示が、プロセス
ブロック80の計算されたBMD値及びプロセスブロック82
の骨エリア値に一致される。所与の椎骨の指示が異常で
ある場合は、BMD及びエリアの計算値を表示するプロセ
スブロック84において、プロセスブロック76で示すよう
にBMD値及びエリア値が疑わしいという適当な警報がオ
ペレータに与えられる。
値は、プロセスブロック78で示されたようにBMDを計算
するのに使用されると共に、プロセスブロック80で示さ
れたようにこの分野で良く知られた技術に基づいて骨の
エリアを計算するのに使用される。しかしながら、BMD
値を直接表示するのではなく、放射軸24が水平となるよ
うに位置100にあるＸ線源12で横方向走査が行われる。
患者の前後方向走査における種々の点についてのBMDの
計算値は、横方向走査における対応点とほぼ一致され、
そして所与の椎骨20の形態計測測定の指示が、プロセス
ブロック80の計算されたBMD値及びプロセスブロック82
の骨エリア値に一致される。所与の椎骨の指示が異常で
ある場合は、BMD及びエリアの計算値を表示するプロセ
スブロック84において、プロセスブロック76で示すよう
にBMD値及びエリア値が疑わしいという適当な警報がオ
ペレータに与えられる。
前後方向の走査点と横方向走査点との相関は、このよ
うな各々の点の長手方向座標に単に一致するものであ
り、走査と走査の間に患者がテーブル上で著しく移動し
ないと仮定するものである。或いは又、椎骨間ゾーン40
が前後方向走査及び横方向走査の各々に対して導出さ
れ、各走査からのデータが各走査のヒストグラムを相関
するようにシフトされて、椎骨間ゾーン40が一致するよ
うにしてもよい。
うな各々の点の長手方向座標に単に一致するものであ
り、走査と走査の間に患者がテーブル上で著しく移動し
ないと仮定するものである。或いは又、椎骨間ゾーン40
が前後方向走査及び横方向走査の各々に対して導出さ
れ、各走査からのデータが各走査のヒストグラムを相関
するようにシフトされて、椎骨間ゾーン40が一致するよ
うにしてもよい。
密度計を使用して形態学的測定を行う能力は、形態計
測指示によりBMD及び骨エリアの計算がこのように増大
する場合に重要である。というのは、患者を移動せずに
両方の測定を行うことができるからである。
測指示によりBMD及び骨エリアの計算がこのように増大
する場合に重要である。というのは、患者を移動せずに
両方の測定を行うことができるからである。
患者に対して任意の時間に計算された指示は、その同
じ患者におけるその後の又はそれ以前の決定値と比較さ
れる。このような比較により、時間の経過に伴う椎骨形
態の変化を追跡することができる。更に、最初の決定に
続くその後の決定で得たデジタル像は、記憶された最初
の像から減算され、差の像が形成される。形態学的指示
を決定するのに使用される境界状態は、このような逐次
像を正確に重畳するのに使用される。
じ患者におけるその後の又はそれ以前の決定値と比較さ
れる。このような比較により、時間の経過に伴う椎骨形
態の変化を追跡することができる。更に、最初の決定に
続くその後の決定で得たデジタル像は、記憶された最初
の像から減算され、差の像が形成される。形態学的指示
を決定するのに使用される境界状態は、このような逐次
像を正確に重畳するのに使用される。
或いは又、患者に対して計算された指示は、性別、年
齢又は他の基準により分類された参照値のデータベース
に含まれた値と比較されてもよい。
齢又は他の基準により分類された参照値のデータベース
に含まれた値と比較されてもよい。
以下の実施例は、本発明を使用して、大腿骨、股関節
及び手の中手骨の形態学的測定を行うことを示すもので
ある。これらの例は、単なる説明に過ぎず、本発明を何
ら限定するものではないことを理解されたい。特に、大
腿骨及び中手骨について述べる測定は、例えば、人間又
は動物身体の肩のような他の骨や関節間隔にも適用でき
ることを理解されたい。
及び手の中手骨の形態学的測定を行うことを示すもので
ある。これらの例は、単なる説明に過ぎず、本発明を何
ら限定するものではないことを理解されたい。特に、大
腿骨及び中手骨について述べる測定は、例えば、人間又
は動物身体の肩のような他の骨や関節間隔にも適用でき
ることを理解されたい。
大腿の調査 図12及び14を参照すれば、人間の大腿骨134を調査す
る際には、大腿骨134を通して前後（AP）方向から走査
を行うのが好ましい。このAP走査はプロセスブロック13
0に示されている。走査が完了すると、走査で収集され
たデータが、プロセスブロック132で一般的に示された
ようにコンピュータ18内のデータ値のマトリクスへと再
び組み立てられる。マトリクス内の各データ値は、各走
査点におけるＸ線の相対的な吸収度を指示する。従っ
て、マトリクスは吸収データ及び位置データの両方を与
える。
る際には、大腿骨134を通して前後（AP）方向から走査
を行うのが好ましい。このAP走査はプロセスブロック13
0に示されている。走査が完了すると、走査で収集され
たデータが、プロセスブロック132で一般的に示された
ようにコンピュータ18内のデータ値のマトリクスへと再
び組み立てられる。マトリクス内の各データ値は、各走
査点におけるＸ線の相対的な吸収度を指示する。従っ
て、マトリクスは吸収データ及び位置データの両方を与
える。
図３について上記したように、走査の完了後に、コン
ピュータ18は、データエレメントの局部的な比較を自動
的に行い、骨に起因するデータエレメントと、軟組織に
起因するデータエレメントとの接合を判断する。骨と軟
組織とを区別するためのスレッシュホールドは、上記し
たようにヒストグラムによって決定される。
ピュータ18は、データエレメントの局部的な比較を自動
的に行い、骨に起因するデータエレメントと、軟組織に
起因するデータエレメントとの接合を判断する。骨と軟
組織とを区別するためのスレッシュホールドは、上記し
たようにヒストグラムによって決定される。
一般に、走査方向19は、大腿骨134の向きと完全には
整列されない。むしろ、大腿骨134の長手軸と走査方向1
9との間の角度は患者16ごとに異なりそして同じ患者16
の別々の調査ごとにも変化する。
整列されない。むしろ、大腿骨134の長手軸と走査方向1
9との間の角度は患者16ごとに異なりそして同じ患者16
の別々の調査ごとにも変化する。
このような変化は、大腿骨134の放射線写真を観察す
る医師によって補償することができるが、大腿骨134の
向きと走査方向19との間の差は、形態計測値の自動測定
に受け入れられない変化を生じることがある。
る医師によって補償することができるが、大腿骨134の
向きと走査方向19との間の差は、形態計測値の自動測定
に受け入れられない変化を生じることがある。
従って、大腿骨134の形態計測分析の第１のステップ
は、プロセスブロック137で一般的に示すように大腿骨
の軸146を決定することである。この軸146は、大腿骨13
4の心軸をその長手方向軸に沿って実質的に二分し、そ
の後の測定に対する基準として働く。明らかなように、
軸146の位置の決定は多数のデータ値によってなされる
ので、軸146の位置は、時間的に相当離れた調査におい
ても再現できねばならない。
は、プロセスブロック137で一般的に示すように大腿骨
の軸146を決定することである。この軸146は、大腿骨13
4の心軸をその長手方向軸に沿って実質的に二分し、そ
の後の測定に対する基準として働く。明らかなように、
軸146の位置の決定は多数のデータ値によってなされる
ので、軸146の位置は、時間的に相当離れた調査におい
ても再現できねばならない。
大腿骨134の軸146の位置を決定するには、収集したデ
ータのマトリクスを、オペレータによるか又は自動的な
方法により、データ151に裁断することが必要である。
ここで、データ151は、全大腿骨をほぼ包囲し且つ他の
隣接する骨もある限度で含むような長方形内に含まれた
ものである。更に、大腿骨の軸146は、ほぼ走査方向19
に沿って向けられねばならない。この選択及び方向付け
は、通常は、プロセスブロック130においてAP走査の範
囲と向きを設定することにより行われる。
ータのマトリクスを、オペレータによるか又は自動的な
方法により、データ151に裁断することが必要である。
ここで、データ151は、全大腿骨をほぼ包囲し且つ他の
隣接する骨もある限度で含むような長方形内に含まれた
ものである。更に、大腿骨の軸146は、ほぼ走査方向19
に沿って向けられねばならない。この選択及び方向付け
は、通常は、プロセスブロック130においてAP走査の範
囲と向きを設定することにより行われる。
当該データがいったん選択されると、走査方向に沿っ
て測定された選択されたデータ151の上部1/6を含む頂部
138が識別される。同様に、選択されたデータ151の下部
1/6を含む底部140が識別される。選択されたデータ151
のほぼ2/3を含む残りの中央部142は、一般に、大腿骨の
両端（骨端）を含まず、心軸（骨幹部）のみを含む。
て測定された選択されたデータ151の上部1/6を含む頂部
138が識別される。同様に、選択されたデータ151の下部
1/6を含む底部140が識別される。選択されたデータ151
のほぼ2/3を含む残りの中央部142は、一般に、大腿骨の
両端（骨端）を含まず、心軸（骨幹部）のみを含む。
中央部分142において、データの各行144が分析されそ
してその行144の骨値の中心データ値143が決定される。
各行144（図12では明瞭化のために誇張されている）の
向きは、走査方向19に垂直であるが、大腿骨134の長手
軸には一般に垂直でない。
してその行144の骨値の中心データ値143が決定される。
各行144（図12では明瞭化のために誇張されている）の
向きは、走査方向19に垂直であるが、大腿骨134の長手
軸には一般に垂直でない。
行144の各データエレメントに対する最も中心の骨値
を識別するプロセスは大腿骨134の長手心軸に沿って１
組の中心143が確立されるまで繰り返される。これらの
中心143に適合する線が大腿骨の軸146を確立する。上記
したように、大腿骨の軸146は、その後の測定に対し、
走査軸19よりも再現性の良い基準を与える。
を識別するプロセスは大腿骨134の長手心軸に沿って１
組の中心143が確立されるまで繰り返される。これらの
中心143に適合する線が大腿骨の軸146を確立する。上記
したように、大腿骨の軸146は、その後の測定に対し、
走査軸19よりも再現性の良い基準を与える。
大腿骨の軸146がいったん確立されると、マトリクス
のデータ値が前記したように入れ直され（rebinned）、
データ値は、大腿骨の軸134に垂直及び平行な行144′及
び列をたどるようになる。
のデータ値が前記したように入れ直され（rebinned）、
データ値は、大腿骨の軸134に垂直及び平行な行144′及
び列をたどるようになる。
更に、図12及び14を参照すれば、大腿骨の軸146がい
ったん位置決めされると、プロセスブロック158におい
て２つの測定ゾーン150及び152が確立され、近位限界15
4及び中間の上顆156の基準点が識別される。大腿骨の測
定ゾーン150は、大腿骨の軸146に沿って上部138の開始
部（入れ直されたデータ値から決定される）からほぼ上
部方向に延びる。
ったん位置決めされると、プロセスブロック158におい
て２つの測定ゾーン150及び152が確立され、近位限界15
4及び中間の上顆156の基準点が識別される。大腿骨の測
定ゾーン150は、大腿骨の軸146に沿って上部138の開始
部（入れ直されたデータ値から決定される）からほぼ上
部方向に延びる。
この測定ゾーン内で、プロセスブロック160に示すよ
うに、各々の入れ直された行144′が検査され、依然と
して骨値を有していて大腿骨軸146に整列された最も上
部の行144′が見つけられる。この行は、大腿骨134の高
さであると考えられ、近位限界154を含み、大腿骨134の
長さを測定するための１つの終了点を形成する。
うに、各々の入れ直された行144′が検査され、依然と
して骨値を有していて大腿骨軸146に整列された最も上
部の行144′が見つけられる。この行は、大腿骨134の高
さであると考えられ、近位限界154を含み、大腿骨134の
長さを測定するための１つの終了点を形成する。
第２の測定ゾーン152は、下部140の開始部から下部方
向に且つ大腿骨軸146から近方へと延びる。中間の上顆1
56の位置は、骨幹部を骨端に接合している大腿骨表面の
滑らかな曲線の途切れたところであると考えられる。こ
の途切れる点は、下部方向に進むときに、骨に対して識
別される測定領域152の各行144における最も中央のデー
タエレメントの行値の第１導関数を考慮することによっ
て決定される。導関数がゼロに達する第１の行144′
は、中間の上顆156の位置と考えられる。この行144′
は、大腿骨134の長さを決定する際の第２の終了点とみ
なされる。
向に且つ大腿骨軸146から近方へと延びる。中間の上顆1
56の位置は、骨幹部を骨端に接合している大腿骨表面の
滑らかな曲線の途切れたところであると考えられる。こ
の途切れる点は、下部方向に進むときに、骨に対して識
別される測定領域152の各行144における最も中央のデー
タエレメントの行値の第１導関数を考慮することによっ
て決定される。導関数がゼロに達する第１の行144′
は、中間の上顆156の位置と考えられる。この行144′
は、大腿骨134の長さを決定する際の第２の終了点とみ
なされる。
プロセスブロック162では、近位限界154及び中間の上
顆156を包囲する２つの行終了点に対する行座標を減算
することにより大腿骨の長さＬが計算される。
顆156を包囲する２つの行終了点に対する行座標を減算
することにより大腿骨の長さＬが計算される。
大腿骨の長さＬが計算されると、その結果がプロセス
ブロック164において表示されるか又はプロセスブロッ
ク166によりコンピュータ18及びディスプレイ22を介し
てプリントされる。長さＬは、ある時間周期にわたる多
数の測定の編集により時間の関数として表示されてもよ
いし、又は椎骨測定について前記した「標準」のデータ
ベースと比較されてもよい。
ブロック164において表示されるか又はプロセスブロッ
ク166によりコンピュータ18及びディスプレイ22を介し
てプリントされる。長さＬは、ある時間周期にわたる多
数の測定の編集により時間の関数として表示されてもよ
いし、又は椎骨測定について前記した「標準」のデータ
ベースと比較されてもよい。
大腿骨の長さは、骨の成長の指示を与えるように使用
することができる。従って、何年か置きに得た大腿骨長
さの測定値を正確に比較することが主として重要であ
る。中間の上顆及び近位限界154のまわりに中心を置く
基準点の使用は、このような再現性を与えることが意図
される。領域142内の多量のデータを数学的に組み合わ
せることにより位置決めされる大腿骨の軸146を測定の
基準とすることは、この再現性を確保する助けとなる。
することができる。従って、何年か置きに得た大腿骨長
さの測定値を正確に比較することが主として重要であ
る。中間の上顆及び近位限界154のまわりに中心を置く
基準点の使用は、このような再現性を与えることが意図
される。領域142内の多量のデータを数学的に組み合わ
せることにより位置決めされる大腿骨の軸146を測定の
基準とすることは、この再現性を確保する助けとなる。
図13及び14を参照すれば、大腿骨の頭部170と寛骨臼1
68との間の関節間隔の第２の測定が大腿骨134において
行われる。この関節間隔の測定により、関節の機能を評
価できると共に、関節炎のような退化性の関節疾病を追
跡することができる。この場合も、ある時間周期にわた
って測定を行わねばならないときには、関節間隔以外の
測定技術の変化によって生じる変動を最小に減らすこと
が肝要である。
68との間の関節間隔の第２の測定が大腿骨134において
行われる。この関節間隔の測定により、関節の機能を評
価できると共に、関節炎のような退化性の関節疾病を追
跡することができる。この場合も、ある時間周期にわた
って測定を行わねばならないときには、関節間隔以外の
測定技術の変化によって生じる変動を最小に減らすこと
が肝要である。
関節間隔も、プロセスブロック130、132及び137につ
いて上記したように、再現性の良い基準を与えるために
大腿骨軸146の決定で始まる。大腿骨軸146が識別される
と、上部ゾーン138及び大腿骨軸146の中央側のデータ
が、上部ゾーン138の下縁でスタートして行ごとのベー
スで分析され、下部及び上部の変曲点163及び165が識別
される。下部の変曲点163は、側部を形成する骨値を有
する行144′内の最後の組織データエレメントの中心で
ある。従って、下部の変曲点163は、大腿骨の縮径部の
下向き凹部の最高点である。所与の行において２つのこ
のような点が生じる場合には、大腿骨軸146に最も接近
した点が選択される。
いて上記したように、再現性の良い基準を与えるために
大腿骨軸146の決定で始まる。大腿骨軸146が識別される
と、上部ゾーン138及び大腿骨軸146の中央側のデータ
が、上部ゾーン138の下縁でスタートして行ごとのベー
スで分析され、下部及び上部の変曲点163及び165が識別
される。下部の変曲点163は、側部を形成する骨値を有
する行144′内の最後の組織データエレメントの中心で
ある。従って、下部の変曲点163は、大腿骨の縮径部の
下向き凹部の最高点である。所与の行において２つのこ
のような点が生じる場合には、大腿骨軸146に最も接近
した点が選択される。
上部の変曲点165は、下部の変曲点163の後に、次第に
上部のデータ行144′が検査されるときに、側部を形成
する骨値を有する最初に検出された組織エレメントの中
心である。従って、上部の変曲点165は、大腿骨の縮径
部の上向き凹部の最下点である。
上部のデータ行144′が検査されるときに、側部を形成
する骨値を有する最初に検出された組織エレメントの中
心である。従って、上部の変曲点165は、大腿骨の縮径
部の上向き凹部の最下点である。
これらの点163及び165は、プロセスブロック172にお
いて、大腿骨の縮径部の大腿骨縮径軸184と大腿骨頭部
の中心174とを決定する準備段階で決定される。
いて、大腿骨の縮径部の大腿骨縮径軸184と大腿骨頭部
の中心174とを決定する準備段階で決定される。
点163及び165が決定されると、巾が1cmで長さが4cmの
測定長方形167が測定長方形167が、これらの点165及び1
63を通る変曲軸169と整列され、変曲軸169が測定長方形
167の長手軸と一致しそして点165及び163が測定長方形1
67の中心から等距離となるようにされる。
測定長方形167が測定長方形167が、これらの点165及び1
63を通る変曲軸169と整列され、変曲軸169が測定長方形
167の長手軸と一致しそして点165及び163が測定長方形1
67の中心から等距離となるようにされる。
測定長方形167内のデータエレメントは、プロセスブ
ロック137及び行144について述べた入れ直しと同様に、
長方形の巾に沿った長方形行と長方形の長さに沿った長
方形列とに編成される。次いで、測定長方形167のデー
タエレメントが分析され、測定長方形167の巾にわたる
中心線（図示せず）が決定されると共に、測定長方形16
7内に含まれる骨エレメントが対称的に二分割される。
特に、測定長方形167のデータの各長方形列は、その長
方形列内の最も中心のエレメントを見つけるように分析
され、これらの中心点に対して１本の線が適合される。
この中心線は、大腿骨縮径軸184を近似し、即ち大腿骨
縮径部の延長部の対称線を近似する。
ロック137及び行144について述べた入れ直しと同様に、
長方形の巾に沿った長方形行と長方形の長さに沿った長
方形列とに編成される。次いで、測定長方形167のデー
タエレメントが分析され、測定長方形167の巾にわたる
中心線（図示せず）が決定されると共に、測定長方形16
7内に含まれる骨エレメントが対称的に二分割される。
特に、測定長方形167のデータの各長方形列は、その長
方形列内の最も中心のエレメントを見つけるように分析
され、これらの中心点に対して１本の線が適合される。
この中心線は、大腿骨縮径軸184を近似し、即ち大腿骨
縮径部の延長部の対称線を近似する。
この中心線が決定されると、測定長方形167を回転
し、その巾に沿った対称軸がこの中心線に整列するよう
にする。この再整列は、通常、測定長方形167の並進移
動と回転を伴う。
し、その巾に沿った対称軸がこの中心線に整列するよう
にする。この再整列は、通常、測定長方形167の並進移
動と回転を伴う。
この回転時に、測定長方形167内の新たなデータは、
測定長方形に対して新たな行及び列に配列され、そのデ
ータが分析されて、測定長方形167内の全ての長方形列
の中で最小長さの隣接する骨エレメントを有する長方形
列が決定される。この長方形列は、測定長方形167内の
大腿骨縮径部の最も狭い部分にほぼ対応する。次いで、
測定長方形167は、その短い軸に沿って移動され、ひい
ては、大腿骨縮径部の軸184に一般的に沿って移動さ
れ、縮径部のこの決定された最小巾をほぼ長方形の中心
列に配置する。
測定長方形に対して新たな行及び列に配列され、そのデ
ータが分析されて、測定長方形167内の全ての長方形列
の中で最小長さの隣接する骨エレメントを有する長方形
列が決定される。この長方形列は、測定長方形167内の
大腿骨縮径部の最も狭い部分にほぼ対応する。次いで、
測定長方形167は、その短い軸に沿って移動され、ひい
ては、大腿骨縮径部の軸184に一般的に沿って移動さ
れ、縮径部のこの決定された最小巾をほぼ長方形の中心
列に配置する。
次いで、長方形のデータ列内にある骨データの中心線
の決定が繰り返され、測定長方形はその短軸をこの中心
線に整列するように再びシフトされ、そして骨データの
最も短い列をその最も中心の列に繰り返し配置するよう
に測定長方形が再び移動される。測定長方形167を再配
置するこれら２つのステップは、増分的な調整によって
所定量又は所定の回数だけ下方に下げて、測定長方形の
短軸が大腿骨縮径部の軸184に一致しそして測定長方形
が大腿骨縮径部の最も狭い部分にまたがるよう配置され
るまで、繰り返される。
の決定が繰り返され、測定長方形はその短軸をこの中心
線に整列するように再びシフトされ、そして骨データの
最も短い列をその最も中心の列に繰り返し配置するよう
に測定長方形が再び移動される。測定長方形167を再配
置するこれら２つのステップは、増分的な調整によって
所定量又は所定の回数だけ下方に下げて、測定長方形の
短軸が大腿骨縮径部の軸184に一致しそして測定長方形
が大腿骨縮径部の最も狭い部分にまたがるよう配置され
るまで、繰り返される。
大腿骨縮径軸184の位置は、このように配置された測
定長方形167の短軸に等しくセットされる。
定長方形167の短軸に等しくセットされる。
関節間隔及び他の幾つかの寸法を測定するために、大
腿骨縮径部の平均巾が、測定長方形167の最も中心のデ
ータ列における骨エレメントの長さから決定される。次
いで、大腿骨頭部の中心にほぼ対応する中心点174が、
大腿骨縮径軸184に沿って、測定長方形167の中心から平
均縮径部の巾だけ変位して識別される。この計算は、大
腿骨頭部の半径が大腿骨縮径部の平均巾に等しいという
近似を表している。
腿骨縮径部の平均巾が、測定長方形167の最も中心のデ
ータ列における骨エレメントの長さから決定される。次
いで、大腿骨頭部の中心にほぼ対応する中心点174が、
大腿骨縮径軸184に沿って、測定長方形167の中心から平
均縮径部の巾だけ変位して識別される。この計算は、大
腿骨頭部の半径が大腿骨縮径部の平均巾に等しいという
近似を表している。
中心点174のこの位置における僅かな変化は許容でき
る。というのは、大腿軸146の位置に主として依存する
からである。
る。というのは、大腿軸146の位置に主として依存する
からである。
プロセスブロック178では、中心174から放射状に延び
る切断線180及び182が、縮径軸184と、中心174から進む
大腿軸とに基づいて確立される。切断線182は、近位方
向に進む大腿軸146に平行であり、そして切断線180は、
切断線182から時計方向に60゜離間されている。
る切断線180及び182が、縮径軸184と、中心174から進む
大腿軸とに基づいて確立される。切断線182は、近位方
向に進む大腿軸146に平行であり、そして切断線180は、
切断線182から時計方向に60゜離間されている。
切断線180と182との間には更に５本の切断線が中心点
から進むように定められ（図示せず）、これらは中心点
174のまわりで10゜づつ離間される。
から進むように定められ（図示せず）、これらは中心点
174のまわりで10゜づつ離間される。
マトリクスのデータ値によって指示されたＸ線の吸収
度「Ａ」の値は、当業技術で良く知られたように双方向
補間によって各切断線に沿って決定される。次いで、個
々の切断線に沿った距離ｘの関数であるこれら減衰値の
導関数183（dA/dx）が、プロセスブロック190におい
て、中心点174で始めて大腿骨の頭部170から外方に進む
ようにして決定される。
度「Ａ」の値は、当業技術で良く知られたように双方向
補間によって各切断線に沿って決定される。次いで、個
々の切断線に沿った距離ｘの関数であるこれら減衰値の
導関数183（dA/dx）が、プロセスブロック190におい
て、中心点174で始めて大腿骨の頭部170から外方に進む
ようにして決定される。
各切断線に沿った導関数183の最初の２つの最小値186
間の距離は、その切断線に対する関節間隔とみなされ、
そして全ての切断線に対する関節間隔がプロセスブロッ
ク192において平均化されて、平均関節間隔が形成され
る。この関節間隔は、プロセスブロック164及び166にお
いて表示及びプリントされてもよいし、或いはこのよう
な値のデータベースに含まれた標準値と比較されてもよ
い。
間の距離は、その切断線に対する関節間隔とみなされ、
そして全ての切断線に対する関節間隔がプロセスブロッ
ク192において平均化されて、平均関節間隔が形成され
る。この関節間隔は、プロセスブロック164及び166にお
いて表示及びプリントされてもよいし、或いはこのよう
な値のデータベースに含まれた標準値と比較されてもよ
い。
関節間隔のこの測定値を大腿骨軸146の健全な基準に
対して固定しそして関節間隔の多数の値を平均化する能
力により、この測定の再現性が改善される。
対して固定しそして関節間隔の多数の値を平均化する能
力により、この測定の再現性が改善される。
これらの調査によって得られた測定値の幾つかは、股
関節の強度を評価するために使用することができる。例
えば、大腿骨軸146と大腿骨縮径軸184との間の角度、こ
れら２つの軸の交点と大腿骨頭部の中心174との間の距
離、及び大腿骨縮径部の巾は、患者16の体重のもとでの
縮径部の機械的な強度の尺度となる。
関節の強度を評価するために使用することができる。例
えば、大腿骨軸146と大腿骨縮径軸184との間の角度、こ
れら２つの軸の交点と大腿骨頭部の中心174との間の距
離、及び大腿骨縮径部の巾は、患者16の体重のもとでの
縮径部の機械的な強度の尺度となる。
又、これらの測定は、人工の股関節を有する患者16に
おいて大腿骨136に対する補綴関節のあり得べきずれの
指示を与えるように行うこともできる。このずれは、中
心174と、大腿骨軸146と大腿骨縮径軸184の交点との間
の距離の変化によって特徴付けられるか、又はこの後者
の交点と、大腿骨縮径軸184と大腿骨134の最も横の部分
の交点との間の距離の変化によって特徴付けられる。
おいて大腿骨136に対する補綴関節のあり得べきずれの
指示を与えるように行うこともできる。このずれは、中
心174と、大腿骨軸146と大腿骨縮径軸184の交点との間
の距離の変化によって特徴付けられるか、又はこの後者
の交点と、大腿骨縮径軸184と大腿骨134の最も横の部分
の交点との間の距離の変化によって特徴付けられる。
中手骨の調査 図15及び16を参照すれば、大腿骨136に対して述べた
ものと同様の調査が、人間の手、特に、その第３の中手
骨200（中指）について効果的に行われる。
ものと同様の調査が、人間の手、特に、その第３の中手
骨200（中指）について効果的に行われる。
大腿骨と同様に、手の走査は、プロセスブロック202
において、手を解剖学的位置において前後方向に、即ち
手の裏から手のひらを通して行われるのが好ましい。こ
の場合も、走査データは、プロセスブロック204で一般
的に示されたようにコンピュータ18内でデータ値のマト
リクスに組み立てられる。
において、手を解剖学的位置において前後方向に、即ち
手の裏から手のひらを通して行われるのが好ましい。こ
の場合も、走査データは、プロセスブロック204で一般
的に示されたようにコンピュータ18内でデータ値のマト
リクスに組み立てられる。
測定されるべき第３の中手骨200は、オペレータによ
り、中手骨200上の点を選択しそして公知の接続アルゴ
リズムによりその第３中手骨に関連したデータを選択す
ることによって一般に識別される。或いは又、この選択
プロセスは、自動的に行うこともできる。
り、中手骨200上の点を選択しそして公知の接続アルゴ
リズムによりその第３中手骨に関連したデータを選択す
ることによって一般に識別される。或いは又、この選択
プロセスは、自動的に行うこともできる。
一般に、患者16の手は、中手骨200が矢印19で示す走
査データの列に沿って延びるように方向付けされる。し
かしながら、上記したように、走査データの列は中手骨
200の軸と必ずしも整列しなくてもよいことを理解され
たい。このため、上記と同様に、中手骨200に対して座
標が最初に確立される。
査データの列に沿って延びるように方向付けされる。し
かしながら、上記したように、走査データの列は中手骨
200の軸と必ずしも整列しなくてもよいことを理解され
たい。このため、上記と同様に、中手骨200に対して座
標が最初に確立される。
特に、データエレメントが骨又は軟組織に分離される
と、中手骨200に関連したデータエレメントに基づい
て、骨幹部をカバーする中手骨200のデータの中心部207
が選択され、そしてこの中心部206内の各行208の最も中
心の骨値207が識別されて、中手骨軸212を示す中心部20
7に適合するように整列される。大腿骨の場合と同様
に、中手骨軸212を決定するのに使用されるデータの中
心部は、走査マトリクスの行の中心の2/3である。
と、中手骨200に関連したデータエレメントに基づい
て、骨幹部をカバーする中手骨200のデータの中心部207
が選択され、そしてこの中心部206内の各行208の最も中
心の骨値207が識別されて、中手骨軸212を示す中心部20
7に適合するように整列される。大腿骨の場合と同様
に、中手骨軸212を決定するのに使用されるデータの中
心部は、走査マトリクスの行の中心の2/3である。
この中手骨軸212が決定されると、データ値は上記の
ように入れ直され、その後の測定はこの軸212に対して
行われる。この入れ直しは、プロセスブロック214で示
す。
ように入れ直され、その後の測定はこの軸212に対して
行われる。この入れ直しは、プロセスブロック214で示
す。
中手骨の長さは、プロセスブロック216において、中
手骨軸212に整列された列に沿って上記の入れ直された
データを検討することにより容易に決定される。遠位点
220は、第１の非骨値が検出されるまで中手骨軸212に沿
って中手骨200の中心領域から遠位方向に移動すること
により決定され、上記の非骨値は、中手骨と遠位の指節
骨213との間の軟骨に対応する。同様に、近位点218は、
第１の非骨値が検出されるまで中手骨軸212に沿って中
手骨200の中央領域から近位方向に移動することによっ
て決定される。
手骨軸212に整列された列に沿って上記の入れ直された
データを検討することにより容易に決定される。遠位点
220は、第１の非骨値が検出されるまで中手骨軸212に沿
って中手骨200の中心領域から遠位方向に移動すること
により決定され、上記の非骨値は、中手骨と遠位の指節
骨213との間の軟骨に対応する。同様に、近位点218は、
第１の非骨値が検出されるまで中手骨軸212に沿って中
手骨200の中央領域から近位方向に移動することによっ
て決定される。
次いで、中手骨200の遠位骨端と近位指節骨213の対向
面との間の関節間隔がプロセスブロック222で示すよう
に決定され、即ち、線224で示された所定範囲内の中手
骨軸212の各側に対称的に配置された入れ直されたデー
タを評価し、そして中手骨200の骨値の終わりの後にそ
の入れ直されたデータの各列において第１の骨値が検出
されるまで遠位方向に進むことにより決定される。次い
で、中手骨200の骨と近位の指節骨213との間に含まれた
非骨データの全エリアが線224の範囲内の列の数で分割
されて、統計学的平均値の健全さを有する関節間隔が与
えられる。
面との間の関節間隔がプロセスブロック222で示すよう
に決定され、即ち、線224で示された所定範囲内の中手
骨軸212の各側に対称的に配置された入れ直されたデー
タを評価し、そして中手骨200の骨値の終わりの後にそ
の入れ直されたデータの各列において第１の骨値が検出
されるまで遠位方向に進むことにより決定される。次い
で、中手骨200の骨と近位の指節骨213との間に含まれた
非骨データの全エリアが線224の範囲内の列の数で分割
されて、統計学的平均値の健全さを有する関節間隔が与
えられる。
或いは又、関節付近にあって且つ線224で示された範
囲内にあるデータ221の各列が微分されて導関数グラフ2
23が形成されてもよい。関節軟骨の非骨値のまわりの正
及び負のピーク225は、遠位骨端の反対端とみなされ、
中手骨200及びそれらの分離が測定される。次いで、線2
24内のデータ221の各列に対する平均分離が平均化さ
れ、関節間隔の値が形成される。
囲内にあるデータ221の各列が微分されて導関数グラフ2
23が形成されてもよい。関節軟骨の非骨値のまわりの正
及び負のピーク225は、遠位骨端の反対端とみなされ、
中手骨200及びそれらの分離が測定される。次いで、線2
24内のデータ221の各列に対する平均分離が平均化さ
れ、関節間隔の値が形成される。
データが入れ直されたときに効果的に行うことのでき
る更に別の測定は、プロセスブロック226で示すような
皮質厚みの測定である。上記のヒストグラムプロセスに
よって軟組織から分離された中手骨200のデータ内に
は、密度の高い皮質層228と、密度の低い小柱中心230が
ある。これら２つの部分223及び230の相対的な割合は、
例えば、中手骨200の厚みよりも、骨構造体内の変化に
ついて更に敏感な尺度を与える。この測定には、収集し
たデータ内でこれら２つの異なる骨形式を区別すること
が含まれる。
る更に別の測定は、プロセスブロック226で示すような
皮質厚みの測定である。上記のヒストグラムプロセスに
よって軟組織から分離された中手骨200のデータ内に
は、密度の高い皮質層228と、密度の低い小柱中心230が
ある。これら２つの部分223及び230の相対的な割合は、
例えば、中手骨200の厚みよりも、骨構造体内の変化に
ついて更に敏感な尺度を与える。この測定には、収集し
たデータ内でこれら２つの異なる骨形式を区別すること
が含まれる。
このような測定の第１ステップは、中手骨200の中心
に測定長方形232を配置することである。これは、軸217
及び点220、218の手前の測定によって案内されるように
自動的に行うことができる。測定長方形232は、中手骨2
00の軸に沿って向けられた巾が0.5cmでありそして長さ
が2.0cmである。測定長方形232の厳密なサイズは、当業
者に明らかなように、患者の大きさに基づいて調整され
る。中手骨軸212を横切るように整列された測定長方形2
32内のデータ値233の各行は、導関数グラフ234を形成す
るように微分される。このグラフ234の正及び負のピー
ク236は、軟組織と皮質骨との間及び皮質骨と小柱骨と
の間の界面の位置とみなされる。これらの位置は、測定
長方形232のデータの各行に対しその種類の他のものと
平均化され、指示された0.5cmの長さに対する皮質及び
小柱骨の厚みの平均測定値が与えられる。
に測定長方形232を配置することである。これは、軸217
及び点220、218の手前の測定によって案内されるように
自動的に行うことができる。測定長方形232は、中手骨2
00の軸に沿って向けられた巾が0.5cmでありそして長さ
が2.0cmである。測定長方形232の厳密なサイズは、当業
者に明らかなように、患者の大きさに基づいて調整され
る。中手骨軸212を横切るように整列された測定長方形2
32内のデータ値233の各行は、導関数グラフ234を形成す
るように微分される。このグラフ234の正及び負のピー
ク236は、軟組織と皮質骨との間及び皮質骨と小柱骨と
の間の界面の位置とみなされる。これらの位置は、測定
長方形232のデータの各行に対しその種類の他のものと
平均化され、指示された0.5cmの長さに対する皮質及び
小柱骨の厚みの平均測定値が与えられる。
プロセスブロック216、222及び226の結果は、プロセ
スブロック240及び242において、検討のために表示及び
プリントされる。これらの値は、直接検討されてもよい
し、又は標準値のデータベース内に含まれた統計学的な
標準と比較される。
スブロック240及び242において、検討のために表示及び
プリントされる。これらの値は、直接検討されてもよい
し、又は標準値のデータベース内に含まれた統計学的な
標準と比較される。
本発明は、種々の変更がなされ得ることが当業者に明
らかであろう。従って、本発明は、上記した特定の実施
例に限定されるものではなく、このような全ての変更
は、請求の範囲内に包含されるものとする。
らかであろう。従って、本発明は、上記した特定の実施
例に限定されるものではなく、このような全ての変更
は、請求の範囲内に包含されるものとする。
Claims (28)
- 【請求項１】動物又は人間の骨をＸ線で走査して骨の形
態計測特性に関する情報を得るためのデジタルＸ線装置
であつて、上記骨は１つ以上の直交軸を有し、上記Ｘ線
装置は個別のデータエレメントのマトリクスを発生し、
各データエレメントは骨の材質によるＸ線放射の減衰度
に関連した値を有するものであるようなデジタルＸ線装
置において、 ａ）デジタルコンピュータを具備し、これは、 １）上記個別のデータエレメントのマトリクスを受け取
り、骨の軸と整列された座標と骨内で得た複数の値を数
学的に合成することによりデータエレメントの値及びそ
れらの定められた位置を検討して、 ａ）骨の軸に整列された座標、及び ｂ）少なくとも２つの形態計測基準点を識別する手段
と、 ２）２つ以上の上記形態計測基準点を使用して、上記座
標に対して定められた１組の値を数学的に合成すること
により、上記骨の少なくとも１つの形態学的測定を行う
手段とを組み込むものであり、そして更に、 ｂ）上記デジタルコンピュータから上記形態学的測定値
を出力する手段を具備することを特徴とするデジタルＸ
線装置。 - 【請求項２】扇状ビームＸ線と、一連の個別データを発
生するための線型アレー検出器とを更に備えた請求項１
に記載のデジタルＸ線装置。 - 【請求項３】上記Ｘ線は、二重エネルギーのＸ線である
請求項２に記載のデジタルＸ線装置。 - 【請求項４】二重エネルギーのＸ線から単一エネルギー
のＸ線へと切り換える手段を更に備えた請求項３に記載
のデジタルＸ線装置。 - 【請求項５】骨は長軸を有し、２つの形態計測基準点は
この長軸の両端に配置されて、骨の長さの尺度を与える
請求項１に記載のデジタルＸ線装置。 - 【請求項６】骨は関節を有し、２つの形態計測基準点は
この関節の両側に配置されて、関節間隔の尺度を与える
請求項１に記載のデジタルＸ線装置。 - 【請求項７】骨は、第１及び第２の皮質外部により両側
が形成された小柱内部を含み、２つの形態計測基準点は
第１の皮質外部の両縁に配置されて、皮質厚みの尺度が
与えられる請求項１に記載のデジタルＸ線装置。 - 【請求項８】デジタルＸ線装置を用いて骨の形態を判断
する方法であつて、上記デジタルＸ線装置は動物又は人
間の骨を走査して骨に関する情報を得るものであり、上
記骨は１つ以上の直交軸を有し、上記情報は、各々値を
有する個別のデータエレメントのマトリクスから導出さ
れ、各々の上記データエレメントは上記骨の定められた
位置に対応し、各データエレメントの値は骨によるＸ線
の減衰度に関連され、そして上記デジタルＸ線装置は上
記マトリクスを受け取るデジタルコンピュータ手段を有
し、骨の形態を判断する上記方法は、 ａ）上記デジタルコンピュータ手段でデータエレメント
の値及びそれらの定められた位置を検討して、 １）骨の軸に整列された座標、及び ２）２つ以上の形態計測基準点を識別するようにし、 ｂ）上記デジタルコンピュータで上記２つ以上の基準点
を使用して少なくとも１つの形態計測測定を行わせ、そ
して ｃ）上記デジタルコンピュータ手段から上記形態計測測
定値を出力させる、という段階を具備することを特徴と
する方法。 - 【請求項９】骨は長軸を有し、２つの形態計測基準点は
この長軸の両端に配置されて骨の長さの尺度を与える請
求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】骨は関節を有し、２つの形態計測基準点
はこの関節の両側に配置されて関節間隔の尺度を与える
請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】骨は第１及び第２の皮質外部により両側
が形成された小柱内部を含み、２つの形態計測基準点は
第１の皮質外部の両縁に配置されて、皮質厚みの尺度を
与える請求項８に記載の方法。 - 【請求項１２】動物又は人間の椎骨をＸ線で走査して上
記椎骨の骨特性に関する情報を得るための骨密度計であ
つて、上記椎骨は、上部、下部、前部及び後部の境界を
有し、上記情報は個別データエレメントのマトリクスか
ら導出され、各データエレメントは椎骨の材質の物理的
特性に関連した値を有するものであるような骨密度計に
おいて、 ａ）デジタルコンピュータを具備し、これは、 １）上記個別のデータエレメントのマトリクスを受け取
り、骨の軸と整列された座標を、骨内で得た複数の値を
数学的に合成することによりデータエレメントの値及び
それらの定められた位置を検討して、 ａ）下部及び上部境界に整列された座標、及び ｂ）少なくとも２つの形態計測基準点 を識別する手段と、 ２）２つ以上の上記形態計測基準点を使用して、上記座
標に対して定められた１組の値を数学的に合成すること
により、上記椎骨の少なくとも１つの形態学的測定を行
う手段とを組み込むものであり、そして更に、 ｂ）上記デジタルコンピュータから上記形態学的測定値
を出力する手段を具備することを特徴とする骨密度計。 - 【請求項１３】上記形態学的測定を用いて、あらかじめ
設定した指示が存在するかどうかを自動的に決定する手
段と、臨床学的状態に関連した少なくとも１つの指示が
存在する場合にはオペレータに警報を発する手段とを更
に備えた請求項12に記載の密度計。 - 【請求項１４】オペレータに警報を発する上記手段は、
上記デジタルコンピュータから出力されるメッセージで
ある請求項13に記載の密度計。 - 【請求項１５】扇状ビームＸ線と、線型アレー検出器と
を更に備えた請求項13に記載の密度計。 - 【請求項１６】ａ）上記デジタルコンピュータが上記マ
トリクスのデータエレメントから上記椎骨の骨特性の少
なくとも１つの尺度を決定するようにする手段を更に備
え、骨特性の上記１つの尺度は椎骨の骨ミネラルに関連
したものであり、 ｂ）上記デジタルコンピュータから上記椎骨の骨特性の
少なくとも１つの尺度を出力する手段を更に備えた請求
項12に記載の密度計。 - 【請求項１７】上記Ｘ線は二重エネルギーＸ線である請
求項16に記載の密度計。 - 【請求項１８】二重エネルギーＸ線から単一エネルギー
Ｘ線へ切り換える手段を更に備えた請求項17に記載の密
度計。 - 【請求項１９】上記人間又は動物を配置し直すことなく
上記椎骨の前後方向もしくは横方向走査を得るための手
段を更に備えた請求項18に記載の密度計。 - 【請求項２０】動物又は人間の椎骨を放射線で走査し
て、動物又は人間の椎骨の骨特性に関する情報を得るた
めの骨密度計であつて、上記椎骨は、上部、下部、前部
及び後部の境界を有し、上記情報は、各々値を有する個
別データエレメントの第１及び第２マトリクスから導出
され、各々の上記データエレメントは上記椎骨における
定められた位置に対応し、そして各データエレメントの
値は、椎骨の材質の物理特性に関連されるような密度計
において、 ａ）放射線源と検出器を椎骨のまわりで対向関係に配置
して、椎骨を通る軸に沿って放射線を向けそしてその減
衰度を検出して、データエレメントの第１及び第２のマ
トリクスを形成するための手段と、 ｂ）上記軸を上記椎骨の周りの第１角度と第２角度との
間で回転して、個別データエレメントの上記第１マトリ
クスが第１角度で収集されそして個別データエレメント
の上記第２マトリクスが第２角度で収集されるようにす
る位置設定手段と、 ｃ）デジタルコンピュータ手段であつて、 １）データエレメントの上記第１マトリクスを受け取つ
て分析し、上記椎骨の骨特性測定値を決定し、そして ２）データエレメントの上記第２マトリクスを受け取つ
て検討し、上記椎骨の少なくとも一対の基準点を識別す
ると共に、これら基準点を用いて形態学的測定の演算を
行うデジタルコンピュータ手段と、 ｄ）上記骨特性の測定値及び形態学的測定値を上記デジ
タルコンピュータから出力するためのディスプレイ手段
とを具備することを特徴とする骨密度計。 - 【請求項２１】上記形態学的測定を用いて、あらかじめ
設定した指示が存在するかどうかを自動的に決定する手
段と、あらかじめ設定した指示が存在する場合にはオペ
レータに警報を発する手段とを更に備えた請求項20に記
載の密度計。 - 【請求項２２】上記放射線は、二重エネルギーのＸ線放
射線である請求項20に記載の密度計。 - 【請求項２３】上記放射線源はＸ線の扇状ビームを発生
し、そして上記検出器は、線型アレー検出器である請求
項20に記載の密度計。 - 【請求項２４】上記第１の角度は前後方向軸に沿ったも
のであり、そして上記第２の角度は上記椎骨を通る横方
向軸に沿ったものである請求項20に記載の密度計。 - 【請求項２５】二重エネルギーＸ線から単一エネルギー
Ｘ線へと切り換える手段を更に備えた請求項24に記載の
密度計。 - 【請求項２６】上記二重エネルギーＸ線を形成するため
のＫエッジフイルタを更に備えそして上記切り換え手段
は、上記Ｋエッジフイルタを取り去る手段を備えた請求
項25に記載の密度計。 - 【請求項２７】アレー検出器を更に備え、これは、上記
二重エネルギーＸ線の１つのエネルギーレベルを感知す
る第１検出器と、上記二重エネルギーＸ線の他のエネル
ギーレベルを感知する第２検出器とで構成され、上記切
り換え手段は、第１及び第２の検出器の両方のサンプリ
ングから第１及び第２の検出器の一方のサンプリングへ
と切り換える手段を備えた請求項24に記載の密度計。 - 【請求項２８】Ｘ線骨密度計を用いて椎骨の形態を決定
する方法であって、上記骨密度計は、動物又は人間の椎
骨を走査して、その椎骨の骨特性に関する情報を得るも
のであり、上記椎骨は、上部、下部、前部及び後部の境
界を有し、上記情報は、各々値を有する個別データエレ
メントのマトリクスから導出され、各々の上記データエ
レメントは上記椎骨における定められた位置に対応し、
各データエレメントの値は、椎骨の材質の物理特性に関
連され、そして上記骨密度計は、上記マトリクスを受け
取るためのデジタルコンピュータ手段を有し、椎骨の形
態を決定する上記方法は、 ａ）上記デジタルコンピュータ手段でデータエレメント
の値及びそれらの定められた位置を検討して、 １）下部及び上部境界に整列された座標、及び ２）２つ以上の形態計測基準点 を識別するようにし、 ｂ）上記デジタルコンピュータで上記２つ以上の基準点
を使用して少なくとも１つの形態計測測定を行わせ、そ
して ｃ）上記デジタルコンピュータ手段から上記形態計測測
定値を出力させる、 という段階を具備することを特徴とする方法。
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