JP2742195B2

JP2742195B2 - 骨評価装置

Info

Publication number: JP2742195B2
Application number: JP5124495A
Authority: JP
Inventors: 直樹大友; 茂郎木村
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH06327669A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、骨評価装置、特に適切
な計測位置を自動的に設定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】老年人口の急激な増加と相俟って、骨粗
鬆症・骨軟化症等の骨の疾患を持つ人が増加しており、
その診断や予防の必要性が強く要望されている。骨は、
その組成でみると、大別して骨塩（カルシウムなどのミ
ネラル）と骨基質（骨組織の細胞間物質）とで構成され
ている。

【０００３】ここで、「骨粗鬆症」とは、一般に骨基質
と骨塩との比率は正常であるが骨の量自体が減少した病
態をいい、「骨軟化症」とは、一般に骨石灰化障害によ
り骨塩のみが減少した病態をいう。つまり、骨疾患とい
っても、その病態における骨の組成は一様ではない。い
ずれにしても、骨の強度が弱まると骨折が生じ、特に老
年の人はいわゆる寝たきりになるおそれがある。

【０００４】従来、骨疾患の診断のために、骨塩量測定
装置が用いられている。この骨塩量測定装置は、体外か
ら被検体にＸ線を照射し、その際の減弱率から骨塩量
（カルシウムなどのミネラル量）を解析するものであ
る。なお、従来の骨塩量測定装置では、単位面積当たり
の骨塩量（ｇ／ｃｍ²）が演算されている。そして、そ
の求められた骨塩量の大きさに基づいて、骨粗鬆症等が
診断される。

【０００５】ところが、“骨の強さ”は、骨塩量のみに
依存しないといわれている。骨塩量は、確かに骨の強度
を決定する主要因とはなるが、それ以外に骨の剛性、弾
性や構造などによっても骨の強度は左右される。

【０００６】つまり、骨塩量が多くても骨の剛性が乏し
く、骨折を生じやすい場合がある一方、骨塩量が少なく
ても骨の剛性が高く、骨折を生じにくい場合もある。

【０００７】要するに、骨折の危険度を知るためには、
骨塩量のみで評価するだけでは不十分であり、骨の組成
及び構造に基づく「骨の強度」自体を知る必要がある。

【０００８】そこで、本出願人は、特願平４−１２７５
５１で骨評価装置を提案している。以下、その原理につ
いて説明する。

【０００９】上記出願では、骨塩量を基礎として求めら
れる骨密度ρと、骨中の音波（超音波）の伝搬速度Ｖを
用いて、骨の強度を示す“評価値”を算出している。

【００１０】超音波の伝搬速度Ｖは、骨のような異方性
の媒体においては、その伝搬方向において、骨密度ρと
弾性率Ｅとの関数である。すなわち、一般式で示せば、Ｖ＝ｋ・（Ｅ／ρ）^1/2 …（１）である。

【００１１】ここでｋは定数であり、骨密度ρは従来の
骨塩量測定装置で測定される骨塩量ＢＭＤ（ｇ／ｃ
ｍ²）を、骨の厚さｄ（ｃｍ）で除算したものに相当す
る。また、超音波の伝搬速度Ｖは、超音波の送受波によ
り測定される。

【００１２】従って、弾性率（ヤング率）Ｅは、次のと
おりである。

【００１３】Ｅ＝ｋ´・Ｖ²・ρ （ただし、ρ＝ＢＭＤ／ｄ、ｋ´＝ｋ^-2） …（２）ここで、弾性率Ｅは、骨に関して、ひっぱり強さや剛性
等の骨の強度を示すと考えられ、換言すれば、そのＥの
値が骨折の危険度を示すと考えられる。

【００１４】そこで、上記出願では、そのＥを骨の評価
値として定義している。なお、骨に関する弾性率は、各
種の計算式が知られており、骨の強度を示す値としては
他の定義式を用いることもできるが、いずれにしても評
価値算出には弾性率が利用される。

【００１５】図１４には、かかる骨評価装置の構成が示
されている。図１４において、被検体（例えば踵）１０
は、大別して骨１２と、軟組織１４とで構成される。被
検体１０の近傍には、Ｘ線を発生するＸ線発生器１６が
配置され、また被検体１０を透過したＸ線を検出するＸ
線検出器１８が配置されている。更に、被検体１０の近
傍には、前記Ｘ線発生器１６及びＸ線検出器１８に近接
して、超音波を送波する振動子２０及び超音波を受波す
る振動子２２が配置されている。なお、骨の厚さｄの計
測を行う場合には、振動子２０及び２２が共に、送波兼
受波振動子として機能する。

【００１６】骨密度測定部２４は、Ｘ線発生器１６に対
して駆動信号を供給し、一方、Ｘ線検出器１８からの検
出信号を受け入れ、骨１２の骨塩量ＢＭＤを測定するも
のである。この値を骨の厚さｄで除算して得られる骨密
度ρは、評価値演算部２６に送られている。なお、速度
測定部２８は、振動子２０に対して駆動信号を供給し、
一方、振動子２２からの受波信号を受け入れて、骨１２
中の超音波の伝搬速度Ｖを演算するものであり、その速
度Ｖは、評価値演算部２６に送られている。

【００１７】評価値演算部２６は、上述した第２式を実
行して、骨密度ρ及び速度Ｖに基づき評価値Ｅを演算す
る。そしてそのＥは出力され、例えば表示器等に表示さ
れる。従って、その評価値の大きさに基づいて、骨折の
危険度等を知ることができ、あるいは骨粗鬆症等の診断
を行うことができる。

【００１８】ところで、骨は、その構造上、海綿骨と皮
質骨とで構成され、海綿骨は皮質骨より代謝速度がおよ
そ８倍速いといわれている。それゆえ骨量の減少あるい
は骨の強度の低下は、まず海綿骨に現れると考えられ
る。そこで、骨の評価を行うにあたっては、その海綿骨
の割合が多い、例えば踵骨や腰椎等を測定することが好
適であり、診断精度を向上させることができる。そこ
で、上記骨評価装置においては、踵骨を測定対象として
いる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記骨
評価装置において、ある患者の骨の評価を経時的に行う
場合には、同一位置の測定を固定的に行う必要がある。
すなわち、同一部位の診断を行わないと、位置再現性が
悪く、骨質の経時的変化を観察することができない。従
って、所定の測定位置を自動的に判定できる方法が要望
されていた。

【００２０】また、踵骨等の骨評価においては、海綿骨
が多い位置を超音波計測（又はＸ線計測）する必要があ
るため、適切な計測位置を自動的に判定できる装置が要
望されていた。

【００２１】一方、骨に対する計測を行う他の装置にお
いても、計測位置の自動的決定が望まれている。

【００２２】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、骨に対する計測にあたって、
計測位置の適切な設定を人為的手法によらずに自動的に
行い得る装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、踵骨を含む骨の輪郭像を取
り込む第１計測手段と、前記取り込まれた輪郭像におい
て、踵骨とそれに隣接する骨との境界を利用して基準点
を決定し、その基準点を基準として少なくとも１つの第
２計測のための計測位置を決定する計測位置決定手段
と、前記決定された計測位置で第２計測を行う第２計測
手段と、を含むことを特徴とする。

【００２４】請求項２記載の発明は、所定部位の骨の骨
塩量分布を取り込む第１計測手段と、前記取り込まれた
骨塩量分布を基準として、少なくとも１つの第２計測の
ための計測位置を決定する計測位置決定手段と、前記決
定された計測位置で第２計測を行う第２計測手段と、を
含むことを特徴とする。

【００２５】請求項３記載の発明は、所定部位の骨の輪
郭像及び骨の骨塩量分布を取り込む第１計測手段と、前
記取り込まれた骨の輪郭像及び骨塩量分布を基準とし
て、少なくとも１つの第２計測のための計測位置を決定
する計測位置決定手段と、前記決定された計測位置で第
２計測を行う第２計測手段と、を含むことを特徴とす
る。

【００２６】

【作用】上記請求項１記載の構成によれば、第１計測手
段によって、骨の画像（輪郭像）が取り込まれる。ここ
で、第１計測による画像は、Ｘ線ビームを所定範囲で走
査することによって取り込まれるが、その他に、例えば
超音波ビームの走査等によっても取り込むことが可能で
ある。計測位置決定手段は、取り込まれた輪郭像を基準
として骨の形態的特徴に基づき計測位置を決定する。こ
こで、踵骨とそれに隣接する骨との間の境界が少なくと
も利用されて基準点が決定される。そして、第２計測手
段は、決定された計測位置で第２計測を行う。第２計測
は、例えば超音波による計測である。

【００２７】従って、このような構成によれば、予め骨
の輪郭像を取り込み、それに基づいて第２計測の位置が
決定されるので、自動的な計測位置の決定が可能とな
る。

【００２８】請求項２記載の構成によれば、第１計測手
段によって例えばＸ線計測等により骨塩量分布が求めら
れる。そして、その骨塩量分布に基づいて計測位置が決
定され、その計測位置で第２計測が行われる。

【００２９】請求項３記載の構成によれば、骨の輪郭像
及び骨塩量分布に基づき計測位置が決定され、その計測
位置で第２計測が行われる。

【００３０】いずれにおいても、本発明によれば第１計
測に基づいて第２計測のための計測位置を自動的に決定
できる。なお、第１計測でＸ線計測が行われ、第２計測
で超音波の計測が行われる場合には、それらの結果に基
づいて骨評価値を演算できる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００３２】図１〜図５には、本発明に係る骨評価装置
における計測方法のフローチャートが示されている。本
発明に係る骨評価装置は、図１４に示した構成と同一の
構成が採用されている。

【００３３】以下に、第１実施例について説明する。

【００３４】図１において、この実施例では、工程Ｓ１
０１においてＸ線による計測が行われる。具体的には、
図１４に示したように、Ｘ線発生器１６からＸ線を放射
して被検体１０を透過したＸ線をＸ線検出器１８で検出
し、これを測定対象である領域全域にわたって行うこと
によって骨のＸ線画像が取り込まれる。ここで、そのＸ
線画像は、骨の形態すなわち輪郭（境界を含む）を表す
ものであり、それと同時に、Ｘ線の吸収度合いを示す骨
塩量分布を示すものである。このＳ１０１のＸ線計測に
より、Ｘ線画像及び骨塩量分布が求まることになる。こ
れらの情報は、必要に応じて以下の工程において用いら
れることになる。

【００３５】図６には、骨のＸ線画像が示されている。
本実施例における骨評価装置は、踵骨を骨評価の対象と
しており、その踵骨を含む近傍領域がＸ線画像として形
成されている。

【００３６】Ｓ１０２では、図６に示したＸ線画像にお
いて、踵骨の特徴的な形態に基づき、基準点の抽出及び
基準線の設定が行われる。具体的には、踵骨と距骨との
間の境界線における最もアキレス腱側の端に基準点３０
が設定される。また、踵骨と立方骨との境界における最
も足底側の端に基準点３２が設定される。そして、この
基準点３２を通り、踵骨の足底側輪郭に接する直線とし
て基準直線３４が設定される。

【００３７】なお、基準点の抽出及び基準線の設定に当
たっては、例えばパターン認識などの公知の技術を適用
することができる。このようにして求められた基準点及
び基準線を用いて、後に詳述するように、超音波計測の
ための計測位置が決定される。

【００３８】図７には、基準点の抽出及び基準線の設定
に当たっての他の例が示されている。この例では、基準
点３０は、図６に示した例と同一であるが、基準線３６
の設定方法が若干異なる。すなわち、基準線３６は、踵
骨の足底側に突出する２つの隆起の接線として定義され
ている。ここで、厳密には、踵骨の立方骨側の境界の一
部が基準線３６を超えているため、基準線３６は踵骨３
６の完全な接線とは言えないが、準接線を構成してい
る。

【００３９】Ｓ１０３では、図８に示すように基準長方
形３８が形成される。ここで、この基準長方形は、図７
に示した基準点及び基準線に基づいて形成されるもので
あるが、図６に示した基準点及び基準線によっても形成
することが可能である。

【００４０】図８において、この基準長方形の形成につ
いて詳述すると、まず、基準点３０から基準線３６へ垂
線４０が下ろされる。次に、この垂線４０と平行な線で
あって踵骨の左下方の輪郭に接する平行線４２が特定さ
れる。その一方、基準線３６に平行な直線であって基準
点３０を通る直線４４が特定される。このような４つの
直線により基準長方形３８が定義される。

【００４１】Ｓ１０４では、計測位置が決定される。具
体的には、計測位置が１つの場合には、この基準長方形
３８の中心点Ｐが計測位置として設定されることにな
る。

【００４２】一方、複数の計測位置が必要な場合には、
図９に示すように基準長方形３８を一定の割合で格子状
に分割しその内の格子点を計測位置として決定すること
も可能である。図９に示す例では、一方方向Ｘとし、他
方方向をＹとすると、Ｘが２／６，３／６，４／６の位
置と、Ｙが２／６，３／６，４／６の位置と、の組合せ
により計測位置が決定されている。

【００４３】従って、図１に示すＳ１０５では、決定さ
れた計測位置において超音波振動子を用いて超音波の送
波及び受波が行われ、Ｓ１０６において上述した第２式
に従い骨評価値が演算されることになる。

【００４４】なお、本発明に係る計測方法は、必ずしも
超音波計測とＸ線計測とが行われる骨評価装置に限られ
ず、各種の骨評価装置に適用することが可能である。

【００４５】次に第２実施例について説明する。

【００４６】図２には、第２実施例の計測方法が示され
ている。図２において、Ｓ２０１では、Ｓ１０１と同様
に、Ｘ線計測が行われ、この実施例では特に骨塩量の分
布が取り込まれる。図１０には、踵骨近傍のＸ線画像が
示されているが、これとは別に同様なマッピングで骨塩
量分布画像が演算部内で形成される。

【００４７】図２のＳ２０２では、その骨塩量分布から
踵骨内の重心点Ｇが演算される。そして、Ｓ２０３でそ
の重心点Ｇが計測位置と決定され、Ｓ２０４でその計測
位置において超音波計測が行われ、更にＳ２０５におい
て骨評価値が演算される。

【００４８】図３には、第３実施例が示されている。こ
の実施例は図１に示した実施例及び図２に示した実施例
の復合型である。

【００４９】図３において、Ｓ３０１では、Ｘ線計測が
行われ、骨の輪郭像及び骨塩量分布画像が取り込まれ
る。Ｓ３０２では、まず、図１０に示したように重心点
Ｇが特定され、一方、Ｓ３０３において図７に示したよ
うに基準線３６が設定される。

【００５０】そして、図１１において、重心点Ｇを通る
線であって基準線３６に平行な線４６が設定される。次
に、直線４６上において重心点Ｇと踵骨の左下側輪郭線
上の点４８とを２等分する位置に計測位置Ｐが決定され
る。これは、図３に示すＳ３０４にてその演算が行われ
る。なお、Ｓ３０５の超音波計測及びＳ３０６の骨評価
値の演算は他の実施例と同様である。

【００５１】図４には、第４実施例の計測方法が示され
ている。

【００５２】この実施例においてはＳ４０１においてＸ
線計測が行われ、骨塩量分布画像が取り込まれる。

【００５３】Ｓ４０２では、Ｓ４０１で取り込まれた骨
塩量分布画像のうちで踵骨内で最少の骨塩量値を有する
点Ｐが特定される。勿論、一定の骨塩量を有する点を特
定しても良い。

【００５４】そして、Ｓ４０３では、その点Ｐが計測位
置であると決定され、Ｓ４０４及びＳ４０５において超
音波計測及び骨評価値の演算が行われる。

【００５５】しかし、最少骨塩量の位置が必ずしも良好
な超音波計測位置とは限られず、それを改良したものと
して図５の第５実施例がある。

【００５６】図５において、Ｓ５０１では、Ｘ線計測が
行われ、骨の輪郭像及び骨塩量分布画像が取り込まれ
る。

【００５７】Ｓ５０２では、図６又は図７に示したよう
に基準点及び基準線が設定される。そして、Ｓ５０３で
は、図８に示したように基準長方形が形成される。

【００５８】Ｓ５０４では、Ｓ５０３で形成された基準
長方形内における最少骨塩量点が特定される。図１３に
は、その状態が示されており、基準長方形３８内で最少
骨塩量点Ｐが特定されている。

【００５９】Ｓ５０５では、その点Ｐが計測位置である
と決定され、Ｓ５０６で超音波計測が行われた後、Ｓ５
０７で骨評価値が演算されている。

【００６０】なお、本実施例で最少骨塩量点が計測位置
として特定されたが、勿論、他の値を有する骨塩量点を
計測位置と決定してもよく又はその決定された点に基づ
いて図１１に示したように計測位置を特定してもよい。

【００６１】以上のように、各実施例によれば、取り込
まれたＸ線データを基準として超音波計測位置を決定で
き、これによって自動的な計測を実現することが可能で
ある。従って、特定人に対して経時的な踵骨の骨評価を
行う場合には、たとえ各測定で測定装置における足の位
置が若干ずれたとしても、そのずれにかかわらず適正な
計測点を判断して骨評価を行うことができるという効果
がある。また、上述したように海綿骨が多い部位などを
特定できるという効果がある。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
適切な計測位置を自動的に設定できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る計測方法の実施例を示すフローチ
ャートである。

【図２】本発明に係る計測方法の実施例を示すフローチ
ャートである。

【図３】本発明に係る計測方法の実施例を示すフローチ
ャートである。

【図４】本発明に係る計測方法の実施例を示すフローチ
ャートである。

【図５】本発明に係る計測方法の実施例を示すフローチ
ャートである。

【図６】基準点及び基準線の設定を示す説明図である。

【図７】基準点及び基準線の設定を示す説明図である。

【図８】基準長方形の形成を示す説明図である。

【図９】複数の計測位置の決定を示す説明図である。

【図１０】重心点の特定を示す説明図である。

【図１１】重心点と基準線による計測位置の決定を示す
説明図である。

【図１２】最少骨塩量点を計測位置とする場合を示す説
明図である。

【図１３】基準長方形内における最少骨塩量点を計測位
置とする場合を示す説明図である。

【図１４】骨評価装置の原理を示すブロック図である。

【符号の説明】

３０，３２基準点３４，３６基準線３８基準長方形

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】骨評価を行う骨評価装置において、踵骨を含む骨の輪郭像を取り込む第１計測手段と、前記取り込まれた輪郭像において、踵骨とそれに隣接す
る骨の境界を利用して基準点を決定し、その基準点を基
準として少なくとも１つの第２計測のための計測位置を
決定する計測位置決定手段と、前記決定された計測位置で第２計測を行う第２計測手段
と、を含むことを特徴とする骨評価装置。
【請求項２】骨評価を行う骨評価装置において、所定部位の骨塩量分布を取り込む第１計測手段と、前記取り込まれた骨塩量分布を基準として、少なくとも
１つの第２計測のための計測位置を決定する計測位置決
定手段と、前記決定された計測位置で第２計測を行う第２計測手段
と、を含むことを特徴とする骨評価装置。
【請求項３】骨評価を行う骨評価装置において、所定部位の骨の輪郭像及び骨の骨塩量分布を取り込む第
１計測手段と、前記取り込まれた骨の輪郭像及び骨塩量分布を基準とし
て、少なくとも１つの第２計測のための計測位置を決定
する計測位置決定手段と、前記決定された計測位置で第２計測を行う第２計測手段
と、を含むことを特徴とする骨評価装置。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の装置におい
て、前記第１計測手段はＸ線を用い、前記第２計測手段は超音波を用い、踵骨の骨評価を行うことを特徴とする骨評価装置。