JP2771451B2 - 骨計測方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、骨計測方法及びそのた
めの装置に関するものである。更に詳細には、本発明は
被検骨の放射線撮影により得られる映像を用いて骨形態
等の計測を行うための改善された方法及び装置を提供す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】人間の骨の発育状態、老化度の確認、又
は骨粗鬆症、骨軟化症等の骨病変の種類の判定やその症
状の進行度、治療時の効果の確認等の種々の骨計測を行
う場合がある。

【０００３】かかる骨計測の方法としては、被検骨にＸ
線照射して得られたＸ線写真フイルムを用いてそのフイ
ルムにおける影像の濃淡をマイクロデンシトメーターに
より測定して骨計測を行うＭＤ法（「骨代謝」第１３
巻、１８７―１９５頁（１９８０年）、「骨代謝」第１
４巻、９１―１０４頁（１９８１年）等参照）、被検骨
にガンマ線を照射して、透過したガンマの量を検出器に
より測定して骨計測を行うフォトン・アブソープシオメ
トリー等がある。

【０００４】ＭＤ法は、骨折の診断等のための装置とし
て広く普及しているＸ線像の撮影装置を用いて容易に得
られるＸ線写真フイルムを用いる点で採用しやすく、次
第に広く普及してきている。

【０００５】先に発明者等は、Ｘ線写真フイルムにおけ
る被検骨の像を読み取り、骨計測を行う方法であって、
入力された影像の被検部の領域において、複数の異なる
実質上平行な計測ラインに沿って該被検骨の濃度パター
ンを得て各々対応する位置で該複数個の濃度パターンを
平滑化することによって第１平滑化パターンを得る工程
と、必要に応じて該第１平滑化パターンにおいてその計
測ラインに沿って近傍の複数点での値を平滑化すること
によって第２平滑化パターンを得る工程を含む骨計測方
法を提案した（特開平４―８４９３９号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては、例えば橈骨の海綿骨における骨量を計測
する場合には図１に示すように、被検骨の計測部位によ
っては、測定ラインの変動による骨量計測値の変動が大
きくなるために、再現性よく骨計測を実施することが困
難である場合が生ずる問題点がある。

【０００７】従来技術には主に長管骨（例えば第２中手
骨の中央部）を対象とする方法がある。これは再現性を
上げるため被検骨において骨軸（骨の中心線）と垂直
に、一定の間隔で平行している複数の測定ラインをとり
該ラインに沿って得られる透過光量パターンを骨軸に平
行な方向で平滑化、すなわちパターン合成を行ってい
る。ここで長管骨の場合は該パターンの骨軸方向の変化
は少ないのでパターン合成時のパターンの歪みにより生
じるＢＭＤ（Bone Mineral Density）の変動は少ないが
橈骨などの海綿骨測定においては透過光量パターンの骨
軸方向の変化は大きいためパターンを複数の測定ライン
からなる広いエリアで合成すると大きな歪みが生じ正確
なＢＭＤが得られない（図３）という問題を生ずる。

【０００８】本発明者らは、海綿骨の骨計測の際にも正
確に再現性よく計測が可能なような改良された骨計測方
法及び骨計測装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで発明者等はひきつ
づきまず第一に得られたパターン群から一部、即ち狭い
エリアで濃度パターンを１本に合成し、平滑化されたパ
ターンにおいて、骨パラメータを求め、さらに該処理を
別の領域にも繰り返し行い、これらを合わせて、広い領
域における骨パラメータの平均化処理を行うこと、更に
必要に応じて、骨パラメータの所定の標準値を用いて該
骨パラメータ中の異常値を判定してそれを排除し、それ
以外の骨パラメータについて平均化処理することで正確
に再現性よく骨量（ＢＭＤ）が測定できることを見い出
し、本発明に到達したものである。

【００１０】即ち、本発明は、被検骨の放射線撮影によ
り得られる影像を用いて該被検骨についての骨計測を行
なう方法において、（１）該被検骨についての影像にお
ける被検部の予め定めた複数の実質上異なるラインに沿
って各々の透過放射線量に関するパターンを測定して透
過放射線量パターン群を得て、該パターン群の一部の群
を用いて平滑化することを別々の部分群について繰り返
すことによって複数の平滑化パターンを得ること、
（２）該複数の平滑化パターンの各々について、所定の
演算処理を行ない骨計測のためのパラメータ群を複数得
る工程と、（３）該複数のパラメータ群を所定の条件で
処理して被検骨の計測を行う工程とを有することを特徴
とする骨計測方法を提供するものである。

【００１１】かかる本発明の骨計測方法には、該所定の
条件での処理が、所定の標準値と個々のパラメータ群と
を比較し、該標準値から所定量以上はなれたパラメータ
群を除いたパラメータ群について各パラメータの平均値
を求める工程を含む骨計測方法、該標準値が、該平滑化
パターンにおける骨幅に関するものである骨計測方法、
及び該被検骨の骨計測が厚さが変化している標準物質と
共に撮影された被検骨のＸ線写真フイルムに光を照射し
て得られる透過光量を検知する影像読み取りによるもの
であって、該透過放射線量に関するパターンが被検骨の
濃度パターンであって、該所定の演算処理が該Ｘ線写真
フイルムから得られる標準物質の厚みと透過光量の関係
に基づいて該平滑化パターンを標準物質の厚みに変換す
る処理を含むものである骨計測方法が含まれる。

【００１２】また本発明は、被検骨の放射線撮影により
得られる影像を用いて該被検骨についての骨計測を行う
ための装置について、（１）該被検骨の影像における被
検部の予め定めた複数の実質上異なるラインに沿って各
々透過放射線量に関するパターンを測定して透過放射線
量パターン群を得て、該パターン群の一部の群を用いて
平滑化することを別々の部分群について繰り返すことに
よって複数の平滑化パターンを得るための手段と、
（２）該複数の平滑化パターンの各々について所定の演
算処理を行ない骨計測のためのパラメータ群を複数得る
ための手段と、（３）該複数のパラメータ群を所定の条
件で処理して被検骨の計測を行うための手段とを有する
ことを特徴とした骨計測装置を提供するものである。

【００１３】かかる本発明の骨計測装置では、該被検骨
の計測を行うための手段が、所定の標準値と個々のパラ
メータ群について各パラメータの平均値を求める手段を
含むものである骨計測装置が含まれる。

【００１４】なお、本発明には、該標準値として関心領
域における該平滑化パターンの骨幅を利用する工程を有
する骨計測装置が含まれる。

【００１５】更に本発明には該影像入力手段が、厚さが
変化している標準物質と共に撮影された該被検骨のＸ線
写真フイルムに光を照射して得られる透過光量を検知す
ることにより影像読み取り手段において（１）被検骨部
周辺の予め定めた複数の実質上異なる測定ラインに沿っ
て該被検骨の複数の濃度パターンを得て各々対応する位
置で各々の複数の濃度パターンを平滑化することで複数
の平滑化パターンを得る手段と、（２）更に該Ｘ線写真
フイルムから得られる標準物質の厚みと透過光量の関係
に基づいて該複数の平滑化パターンを標準物質の厚みに
変換した変換平滑化パターンを求めて、該複数の該変換
平滑化パターンについて、演算処理を行い骨計測に必要
な複数のパラメータ群を得る手段と、（３）該複数の骨
パラメータ群を所定の条件で処理し被検骨の計測を行う
工程を有することを特徴とする骨計測装置が含まれる。

【００１６】以下に本発明について、必要に応じて図面
を用いながら更に詳細に説明する。

【００１７】本発明における影像入力としては、被検骨
にＸ線等放射線を照射し透過放射像に基づくＸ線写真フ
イルムやＸ線やガンマ線などの透過強度センサーにより
得られる影像を入力するフォトン・アブソープシオメト
リーによるものの他、Ｘ線イメージセンサー上で被検骨
にＸ線照射して画像化する装置によるものがあげられ
る。なお、入力された画像において関心領域（ＲＯＩ）
を所定の方法で決定する関心領域決定手段が必要であ
る。

【００１８】関心領域を所定の方法で決定する実際のパ
ターンにはノイズが含まれているのでパターン処理には
ノイズ除去が必要である。ノイズ除去には全測定エリア
に対して、狭いエリアで透過放射線量パターンの骨軸方
向の平滑化すなわちパターンの合成を行なうのが単純で
良好な結果が得られる。ここでパターン合成数を増やせ
ばすなわち測定ライン数を増やせばノイズの除去能力は
向上するが、増やしすぎると図３で前述したように橈骨
ような海綿骨パターンの歪みを生じる。６３．５μｍ程
度の分解能のセンサでＸ線フィルムをスキャンした場合
橈骨遠位端に対し経験的には５本程度（約０．３ｍｍ）
が好ましい。

【００１９】図４に示すようにＢＭＤは測定ライン変動
により大きく変動している。そこでＢＭＤ値を安定して
測定するためには複数の測定ラインを用いてまず狭いエ
リアで合成しＢＭＤを求め、さらに広いエリアで各々の
ＢＭＤを平均化することで正確にそして再現性よく測定
を行うことが可能となった。

【００２０】この時広いエリアサイズは測定部位のデー
タの安定度及び要求される測定精度によって決定され
る。図２は橈骨遠位端における遠位端から第２中手骨の
長さの１／２の距離だけはなれた位置を基準とした測定
エリアとＣＶの関係が示されている。これより１％精度
の得るためには１０ｍｍの測定エリアが必要である。

【００２１】一方、ここでエリア内のすべての測定ライ
ンの濃度パターンを演算していたのではデータ量が膨大
な場合、計算時間がかかりすぎて実際的でない。そこ
で、合成パターンを得るための狭エリアを連続してとら
ず、間をあけてとることでこの問題をクリアしている。

【００２２】即ち、測定エリアの内、６３．５μｍ間隔
で平行している透過放射線パターン郡において、５本の
測定ラインである３１７．５μｍの狭いエリアでの５本
の測定パターンを１本に合成した場合図５に示すように
合成パターンから得られるＢＭＤを１つおきに省いて平
均化してもＢＭＤ値に大きな変化がないが、これ以上省
いて平均化を行った場合ＢＭＤ値に変化が生じることが
わかった。したがって、合成パターン１本おきつまり５
本の測定ラインからなるエリアのＢＭＤを１つずつ省い
て平均化するのが好適である。さらに合成（平滑化）さ
れたパターンの認識がうまく行かず異常パラメータがで
た場合これをリジェクトし、平均化処理から除くことが
精度を保つために必要である。又、合成パターンからＢ
ＭＤを求める前に移動平均をとりさらに細いノイズを除
去することも必要に応じて実施してもよい。

【００２３】リジェクト方法について詳細に述べる。一
般に骨の物性は応力集中が生じにくい構造即ち、連続的
に変化する。そこで骨の巾やＢＭＤ値の各測定ラインで
の変化を調べれば急激に値の変化するところを見つける
ことで計測上の異常のパラメータを発見することが可能
である。

【００２４】図６にＢＭＤ、図７に骨巾（Ｄ）のデータ
の変化を示す。ここでＢＭＤのデータの変化をみるのは
皮質骨から海綿骨に変わるところでは値の変化が大きく
なるのでこの方法では実際のものなのか異常パラメータ
によるものなのか判別は難しい。一方、骨巾Ｄに着目す
る方法では急激な変化がなく、異常をみつけやすいので
この指標が好適である。この時、計測された次のパター
ンから得られた骨巾をくらべその差が許容量を越えてい
るのかを判断しパラメータの正確性を保つのである。こ
こでこの許容量の決め方であるが、いくつかのＸ線写真
フイルムを測定し、となり同士骨幅の差の標準偏差σを
求めこれより３σをとって許容量とするが好適である。
更に基準骨幅については、領域の安定しているデータの
とれるところの骨幅を用いるのが好適である。以上許容
量と基準骨幅を本発明の方法における標準値とする。

【００２５】海綿骨橈骨において領域の例えば、パター
ン認識の容易な中央部又は下部を基準骨幅とするのが好
適である。また、リジェクトしたあと平均化されたＢＭ
Ｄと真値からの偏差、ＣＶ（Coefficient of Variance
）を図８に示した。これに基づいてデータの精度を問
うことも可能である。

【００２６】本発明の骨計測装置の好ましい実施態様例
を図９に示す。即ち、自動読み取り部１はラインセンサ
ー（ＣＣＤ）をフイルム移動方向に直角に並べてＸ線写
真フイルムの上面又は下面から帯状光源（ＬＥＤ）によ
りフイルムを照射し、その透過光をラインセンサー上に
焦点を結ぶように配置したロッドレンズにより集光し、
そのＸ線フイルム濃度に応じた透過光の強度等の信号を
得るようにすると同時にラインセンサー及び帯状光源と
直角方向に微少移動することのできるパルスモータを用
いた微少フイルム走行手段を具備している。

【００２７】フイルムフィードコントローラーはかかる
Ｘ線写真フイルムの特定部位にしぼって透過光の検知を
可能にしたり、フイルムを所定の速度で間欠的に走行さ
せることを制御するための制御手段である。ＣＣＤドラ
イバーは、ＣＣＤに蓄積されたデータを所定のタイミン
グで取り出せるように制御する機能を有するものであ
る。又はＬＥＤコントローラは、Ｘ線写真フイルムの濃
淡のレベルに合わせて光源の強さを調節するための光源
の光強度調節手段である。

【００２８】該被検骨の影像において骨頭部２点と骨幹
部２点を指定する手段としては、骨の影像を表示するＣ
ＲＴなる画像表示手段とその表示をもとにポイント入力
手段としてのキーボードやライトペンなどが考えられ
る。さらにそれぞれの中点を結んで骨軸を求める手段と
しては該処理内容が記憶されているＲＯＭ及び演算・一
時記憶のためのＲＡＭから構成されるコンピュータ手段
があげられる。

【００２９】さらに該骨頭部２点のいずれかの点又はそ
の中点を基準に該骨軸に沿って所定の距離だけ離れた位
置に骨軸に垂直な基準測定ラインを設定する手段と該基
準測定ライン又はその近傍の単数又は複数の測定ライン
に沿って該被検骨の透過放射線量に関するパターンを得
る手段及び該パターンを用いて所定の演算処理を行い該
被検骨の骨計測を行う手段としてはこれらの処理内容が
記憶されているＲＯＭ及び演算・一時記憶のためのＲＡ
Ｍ及びＣＰＵから構成されるコンピュータ手段があげら
れる。

【００３０】被検骨と標準物質を共に撮影されたＸ線写
真フィルムに光を照射して得られる透過光量のパターン
において、被検骨部の透過光量を標準物質部の透過光量
と比較することにより被検骨を標準物質厚さに変換する
ことができ、撮影条件によるＸ線写真フィルム濃度の違
いによる誤差を小さくできる。ここで標準物質とは厚み
が連続的に変化するスロープ状のものや１ｍｍピッチで
厚みが変化するステップ状のものが考えられる。スロー
プ状の場合は被検骨部の透過光量と標準物質部の透過光
量の直接比較で厚み変換する方法が考えられる。ステッ
プ状の標準物質へ厚さ変換をする時は、被骨部の透過光
量が標準物質ステップ間のそれに対応する場合各ステッ
プの透過光量を一次補間したりスプラインで補間したり
して変換する方法が考えられる。これらの演算処理手段
としては上述のＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＣＰＵからなるコ
ンピュータ手段があげられる。

【００３１】図１０は、図９における骨計測データ処理
部２におけるＣＲＴなる画像表示手段に拡大されて表示
された橈骨の例である。１１が表示画面であり、１２が
橈骨であり、１３、１４、１５、１６が骨計測のため必
要とされる基準ポイントの位置を示すものである。具体
的には１３、１４の中点と１５、１６の中点を結びこれ
に垂線を１３から所定の位置にとり基準測定ラインとす
るのが位置再現性を確保するのに好適である。

【００３２】図９における自動読み取り部１によって読
み取られたデータ群がデータ処理部２におけるイメージ
入出力部及びイメージメモリーから主としてなる影像記
憶手段によって記憶されて、記憶された影像に関するデ
ータ群は、ＣＲＣＴ及びＣＲＴから主としてなる画像表
示手段によって図１１に示す如き拡大された被検骨のパ
ターンとして表示される。

【００３３】更に本発明の計測装置に含まれる演算手段
としては、ポイント入力手段により入力された基準ポイ
ントを基準として、影像記憶手段に記憶された被検骨の
影像における測定すべき所定の位置を決定し、かかる所
定位置での被検骨の影像及び厚さの変化している標準物
質の影像に関する記憶データ群を用いて標準物質の厚み
に変換して骨測定のための演算を行うことができるもの
であればいかなるものであってもよい。その例としては
骨計測のための演算プログラムが入力されたＲＯＭ及び
演算・一時記憶のためのＲＡＭから構成されるマイクロ
コンピューター等のコンピューター手段があげられる。

【００３４】演算の内容は具体的例を示すために、図１
１に例示された如き橈骨遠位端の所定の測定ラインでの
記憶データを標準物質の厚みに変換したパターンとして
表示したものである。即ちＤが骨巾を示し、これに基づ
いて決定された領域での骨密度分布が表現されている。
ここではこれらＤ及びＢＭＤをパラメータとしている。

【００３５】図９のＲＳ２３２Ｃ及びＭＯＤＥＭは、骨
計測装置の手段を介した骨評価システムに用いる場合の
通信手段に連結されて通信機能を付与するためのもので
あり、ＰＩＯはディジタル制御入力をコンピューターシ
ステムへ入出力するためのインターフェイスとして機能
するものである。

【００３６】なお、本発明の骨計測装置における平滑化
パターンを得るための手段、骨計測のためのパラメータ
群を複数得るための手段、及びそのパラメータ群を処理
して被検骨の計測を行うための手段は、図９の骨計測デ
ータ処理部２に含まれ、更に具体的には、該処理部２に
おけるＭＰＵとその処理を行うプログラムが記憶されて
いるＲＯＭ、及び演算一時記憶のためのＲＡＭからなる
マイクロコンピュータ手段に含まれている。

【００３７】上述した本発明の具体例ではＸ線写真フィ
ルムを用いたものを示したが、Ｘ線イメージセンサー上
で被検骨にＸ線を照射して画像化する装置等にも本発明
は容易に適用できる。

【００３８】このような装置の場合の、Ｘ線撮影から骨
計測までの流れを模式的に図１２に示す。Ｘ線源２０か
らのＸ線を被検骨と共にＸ線イメージセンサーに直接照
射して画像化する装置においては、従来のＸ線撮影法に
おけるＸ線写真フィルムを挟み込んだカセッテの代わり
にイメージングプレート２１を使用してＸ線撮影を行
い、レーザー光照射手段２２および光検知センサー２３
により該イメージングプレート２１に蓄積記録されたＸ
線情報にレーザー光を照射することでＸ線強度に比例し
た情報を光信号として読み取ることができる。画像処理
装置２５によって、読み取った光電情報をＡ／Ｄ変換し
て被検骨のＸ線像２４を得て、該Ｘ線像をもとに、前記
の如き本発明における骨計測方法及び装置と同等な骨計
測を行なうことができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の骨計測方法及び骨計測装置によ
って、例えば図１０における点１３、１４、１５、１６
の如き骨計測のための基準点のピックがずれによる影響
が少なくなり、再現性よく骨計測を行うことができる。
また本発明の方法及び装置によれば、計測されたデータ
のうちの異常なものを排除してより正確に再現性よく骨
計測ができる優れた効果も得られる。特に本発明は、海
綿骨についての骨計測に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の骨計測における基準点のピックのズレに
よる計測値の変動の例示。

【図２】海綿骨の計測における計測幅と精度の関係の例
示。

【図３】不適性なパターン合成の例示。

【図４】橈骨の測定部位と骨量の関係の例示。

【図５】本発明の骨計測における平滑化の例示。

【図６】本発明の平滑化工程を用いた場合の測定部位と
骨量の関係の例示。

【図７】本発明の平滑化工程を用いた場合の測定部位と
骨幅の関係の例示。

【図８】本発明の平滑化工程を用いた場合の測定可能エ
リアと真値（全測定エリアのデータ）との偏差の例示。

【図９】本発明の骨計測装置の具体例の模式図。

【図１０】橈骨への本発明の適用例。

【図１１】橈骨への本発明の適用例。

【図１２】本発明のＸ線イメージセンサー上で被検骨に
Ｘ線照射して画像化する装置の例示。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検骨の放射線撮影により得られる影像
   を用いて該被検骨についての骨計測を行う方法におい
   て、（１）該被検骨についての影像における被検部の予
   め定めた複数の実質上異なるラインに沿って各々の透過
   放射量に関するパターンを測定して透過放射線量パター
   ン群を得て、該パターン群の一部の群を用いて平滑化す
   ることを別々の部分群について繰り返すことによって複
   数の平滑化パターンを得る工程と、（２）該複数の平滑
   化パターンの各々について、所定の演算処理を行ない骨
   計測のためのパラメータ群を複数得る工程と、（３）該
   複数のパラメータ群を所定の条件で処理して被検骨の計
   測を行う工程とを有することを特徴とする骨計測方法。
2. 【請求項２】 該所定の条件での処理が、所定の標準値
   と個々のパラメータ群とを比較し、該標準値から所定量
   以上はなれたパラメータ群を除いたパラメータ群につい
   て各パラメータの平均値を求める工程を含む請求項１の
   骨計測方法。
3. 【請求項３】 該標準値が、該平滑化パターンにおける
   骨幅に関するものである請求項２の骨計測方法。
4. 【請求項４】 該被検骨の骨計測が、厚さが変化してい
   る標準物質と共に撮影された被検骨のＸ線写真フイルム
   に光を照射して得られる透過光量を検知する影像読み取
   りによるものであって、該透過放射線量に関するパター
   ンが被検骨の濃度パターンであって、該所定の演算処理
   が該Ｘ線写真フイルムから得られる標準物質の厚みと透
   過光量の関係に基づいて該平滑化パターンを標準物質の
   厚みに変換する処理を含むものである請求項１の骨計測
   方法。
5. 【請求項５】 被検骨の放射線撮影により得られる影像
   を用いて該被検骨についての骨計測を行うための装置に
   おいて、（１）該被検骨の影像における被検部の予め定
   めた複数の実質上異なるラインに沿って各々透過放射線
   量に関するパターンを測定して透過放射線量パターン群
   を得て、該パターン群の一部の群を用いて平滑化するこ
   とを別々の部分群について繰り返すことによって複数の
   平滑化パターンを得るための手段と、（２）該複数の平
   滑化パターンの各々について所定の演算処理を行ない骨
   計測のためのパラメータ群を複数得るための手段と、
   （３）該複数のパラメータ群を所定の条件で処理して被
   検骨の計測を行うための手段とを有することを特徴とし
   た骨計測装置。
6. 【請求項６】 該被検骨の計測を行うための手段が、所
   定の標準値と個々のパラメータ群とを比較し、該標準値
   から所定量以上はなれたパラメータ群を除いたパラメー
   タ群について各パラメータの平均値を求める手段を含む
   ものである請求項５の骨計測装置。