JP2771452B2 - 骨計測方法及びそのための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、骨計測方法及び装置に
関する。更に詳細には、本発明は被検骨に放射線を照射
することにより得られる透過放射線像に基づく影像から
得られる骨の透過放射線量に関するパターンを測定し、
骨評価パラメータ特に海綿骨評価パラメータを合理的か
つ精度よく骨を評価する評価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】人間の骨には、皮質骨と海綿骨に分類され
る。皮質骨は緻密な骨組織であり、四肢の長管骨骨幹部
に代表され、パイプ状の形をとる。海綿骨は骨梁という
網目状に分布する骨組織であり、長管骨の骨端部や、脊
椎、手根骨、踵骨、距骨、足根骨等にみられる。皮質骨
に比べ、海綿骨は、その骨組織が血管系を含む軟部組織
に接する面積が大きいため、骨の代謝回転が早く、骨の
病気あるいは治療による変化が早いという特徴をもつ。

【０００４】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、透過したガンマ線の量を検出器
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、被検骨にＸ線照射して得られた透過Ｘ線の量
を検出器により測定する方法等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法において基準測定ラインとその近傍の単数又は複
数のＲＯＩ（関心領域）の設定の際、基準測定ラインか
ら成る測定ラインの指定に作図作業があり、同一測定者
でも被検者の骨のトレンドを調べる時に同じ基準測定ラ
インをとることが困難で正しく被検者のトレンドの観察
ができなかった。即ち同一被検骨を測定してもＲＯＩの
再現性が悪く、特に海綿骨部位では、ＲＯＩの変動によ
るＢＭＤ（Ｂone Ｍineral Ｄensity）の変動が大きく
なってしまう問題があった。

【０００６】たとえば橈骨または尺骨の長さを基準にし
橈骨の長さの１／６または尺骨長１／１０部位等を測定
すＳＰＡ（Single Photon Absorptiometry) 法ではＲＯ
Ｉを設定する際まずメジャーで橈骨又は尺骨の長さを測
定し、次に測定部位の皮膚にマークをつけてさらに前腕
をスキャン方向に直角になるように調整している。
（「骨ミネラル測定と骨粗鬆症」メディカルレビュー社
発行、１９８９年）したがってメジャーでの長さ測定誤
差やマーキング誤差によりＲＯＩ設定の再現性が悪く、
しかもこれに長い時間も要していた。一方Ｘ線フィルム
上の作図作業によるＲＯＩ設定においても同様に橈骨の
長さ又は尺骨の長さをメジャーで測定し骨頭と骨端を結
ぶ骨のほぼ中心線に垂線を骨頭から該長さの距離にとり
これを基準線にしてＲＯＩを設定している。この設定作
業誤差がＣＶの悪化につながり、また、作図作業に時間
を要し、迅速な測定を妨げていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、骨のＲＯ
Ｉ設定の再現性を上げる方法について鋭意研究した結
果、放射線撮影により得られた影像において、海綿骨の
橈骨の場合目安のつけやすい骨頭部の突っている所の２
点と骨幹部の２点をマークし、それぞれの中点どうしを
結んだ線を骨軸とし、これに対して垂線を骨頭部の２点
の中点あるいは、片方の１点からの所定の距離に設定
し、これをコンピュター手段を介し自動的に基準測定ラ
インを決定することで、ＲＯＩの再現性を向上及び測定
時間の短縮ができた。また所定の距離としては、Ｘ線写
真フイルムの場合、１枚に橈骨と中手骨が写っているの
で、中手骨の長さに基づく値を利用するのが好適だとわ
かり本発明に到った。

【０００８】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う
方法において、（ｉ）該被検骨の影像における関心領域
において骨頭部２点と骨幹部２点を指定しそれぞれの中
点を結んで骨軸を求める工程と、（ii）該骨頭部２点及
びその中点のいずれかの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
設定する工程と、（iii ）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工程と、（iv）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。

【０００９】かかる本発明の方法には、該被検骨が橈骨
であって、該所定の距離が中手骨の長さを基準としたも
のである骨計測方法が含まれる。尚、被検骨が、その他
の長管骨の骨端部、手根骨等であってもよい。

【００１０】更に本発明の方法には、該影像が種々の厚
を有する標準物質と共にＸ線撮影されたＸ線写真フイル
ムに光を照射して得られる透過光量の検知により得られ
るものであり、該パターンが標準物質の厚みと透過光量
の関係に基づいて標準物質の厚みに変換されたパターン
である骨計測方法が含まれる。

【００１１】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
ための装置において、（ｉ）該被検骨の影像における関
心領域において骨頭部２点と骨幹部２点を指定しそれぞ
れの中点を結んで骨軸を求める手段と、（ii）該骨頭部
２点及びその中点のいずれかの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、（iii ）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と、（iv）
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
計測を行う手段とを有したことを特徴とする骨計測装置
を提供するものである。

【００１２】かかる本発明の装置には、被検骨が橈骨で
あって該距離として中手骨の長さを測定し該長さを利用
する手段を有することを特徴とする骨計測装置が含まれ
る。

【００１３】さらに本発明の装置には、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
検知することによる影像読み取り手段であり、該Ｘ線フ
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
基づいて濃度パターンを標準物質の厚みに変化する変換
手段を有する骨計測装置が含まれる。

【００１４】以下に本発明の骨計測方法及び装置につい
て、必要に応じて図面を用いながら、さらに詳細に説明
する。

【００１５】即ち、本発明にいう放射線としては、Ｘ線
やγ線が好ましく用いられる。また本発明の影像入力と
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ためのものがあげ
られる。本発明では入力された影像においてＲＯＩ（関
心領域）を所定の方法で決定する関心領域決定手段が用
いられる。

【００１６】ここで該所定の方法について述べる。発明
者等は測定再現性を妨げている原因の１つに基準測定ラ
インが骨軸（すなわち骨の中心線）に対して上、下の変
動があることを見いだした。従来の方法で橈骨において
はまず、基準測定ラインを橈骨長さをもとに作図を行い
決定し、このライン上の２点を指定している。この方法
だと繰り返し作図を行い２点を指定した際の測定ライン
の位置の再現性はエキスパートでも０．５ｍｍぐらいが
限界である。ここで図１は基準測定ラインの上、下変動
によるＢＭＤの変化を示す。これより該変動が１ｍｍと
すればＢＭＤが約３．５％変化していることがわかる。
これは、同一測定者の繰り返しの測定再現性の変動にも
なるし測定者間再現性の変動にもつながり、被検者のト
レンド経過観察の際に問題となる。

【００１７】そこで我々は橈骨において４点ピックをす
ることでピック点の変動による基準測定ラインの上、下
変動を従来より大幅に減少でき、データの再現性を改善
できることがわかった。即ち図２のように骨頭部のわか
り良い突部２点をピックしその中点を求め、次に骨幹部
の２点ピック、該中点を求め、それらを結び骨軸とし、
これに対する垂線を骨頭部の２点の中点又はいずれか１
点からの距離を基に自動的に決定することで従来に比べ
て、基準測定ラインの上下変動が表１のように約５０％
に減少させることが可能になった。これはピック点の変
動をお互いおざないあって全体では変動を少ない方向へ
もって行くことのできるためと自動作図により作図誤差
そのものが小さくなったことの２つに起因している。こ
の時骨幹部の２点は、骨形状が通常図４のようになって
いるので任意の点をとっても骨の中央が求まる。

【００１８】

【表１】

【００１９】上記改善されたＲＯＩの指定方法は基準測
定ラインの上下変動を減少できるのみならず、２つ目の
ＲＯＩ設定誤差の原因である骨軸の変動による基準測定
ラインの角度変化（α）も低減できＢＭＤの変化を十分
の精度に抑れることが可能である。

【００２０】即ち、成人に対して、骨頭部から骨幹部の
ピック位置までの距離の平均値は６０ｍｍ以上あり経験
的にピック誤差は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度なので骨
頭部の例えばピック誤差は０．５ｍｍ、骨幹部のピック
誤差０．３ｍｍとしても最大角度変動は約０．７°にお
さえられ（図３（ａ））、ＢＭＤの変動は（図３
（ｂ））より０．５％以下とすることが可能である。

【００２１】さらに、所定の距離として中手骨長さを代
表してとりこの長さを図５のように３点ピックで求める
ことで作図及び長さの計測誤差を小さくできるので、こ
の距離の変動も単に長さを２点測定するよりも半分にお
さえられ、これと相まって基準測定ラインの上下変動を
従来の２５％程度に押さえることができた。また、自動
化による迅速な測定も可能になった。もちろん橈骨の長
さをもとに該距離を算出してもよいがＸ線フイルムを計
測して使用する場合橈骨遠位端と中手骨を１枚におさめ
ることができ、中手骨長さと橈骨長さは図６のように相
関がある。例えば該距離は中手骨長さの１／２をとる場
合橈骨長さの１／７に相当する。従って中手骨長さを基
準とする方法が好適である。

【００２２】このような方法で基準測定ラインを決定
し、被検骨部周辺の単数又は、複数の異なる測定ライン
に沿って該被検骨の濃度パターンを得て、該パターンの
各々に対して所定の領域に対してのみ被検骨の計測を行
うためのコンピュータ手段を用いてパターン処理を行い
計測を行うものである。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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
と比較することが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。

【００２６】本発明の骨計測装置の好ましい実施態様例
を図７に示す。即ち、自動読み取り部１はランセンサー
（ＣＣＤ）をフィルム移動方向に直角に並べてＸ線写真
フィルムの上面又は下面から帯状光源（ＬＥＤによりフ
ィルムを照射し、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線フィルム濃度に応じた透過光の強度等の信号をえる
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】図８は、図７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。そのポイン
ト入力手段としては、カーソル位置表示、指示制御手段
や、ライトペン型入力手段、タッチパネルにより外部よ
り入力する方法等があげられる。

【００２９】図７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９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。

【００３０】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
コンピューター手段があげられる。

【００３１】演算の内容は具体的例を示すために、図９
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。

【００３２】なお、図７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。

【００３３】上述した具体例では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。

【００３４】かかる本発明の装置の場合の、Ｘ線撮影か
ら骨計測までの流れを模式的に図１０に示す。Ｘ線源２
０からのＸ線を被検骨１９と共にＸ線イメージセンサー
に直接Ｘ線を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を行うことが
できる。

【００３５】また本発明には、被検骨にγ線を照射して
得られる透過γ線量に基づく影像を検出して骨計測を行
うフォトン・アブソープシオメトリーによるものも含ま
れる。

【００３６】

【発明の効果】本発明により骨量の測定において個人
差、繰り返し誤差を少なくでき、精度よく計測ができる
方法と装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の作図法によるピックズレによる骨量の変
動の例示。

【図２】本発明における基準ポイントのピックの例示。

【図３】従来の作図法と本発明の方法との再現性の比較
の例示。

【図４】本発明における基準ポイントのピックのズレの
影響の例示。

【図５】本発明で用いる所定の距離の求め方の例示。

【図６】中手骨長さと橈骨長さの関係の例示。

【図７】本発明の骨計測装置の具体例の模式図。

【図８】本発明の骨計測における測定ライン設定の例
示。

【図９】本発明における骨計測の例示。

【図１０】本発明における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 (4)

(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、（ｉ）該被検骨の影像における関心領域において骨
   頭部２点と骨幹部２点を指定しそれぞれの中点を結んで
   骨軸を求める工程と、（ii）該骨頭部２点及びその中点
   のいずれかの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工
   程と、（iii ）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工程と、（iv）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】 該被検骨が橈骨であって、該所定の距離
   が中手骨の長さを基準としたものである請求項１の骨計
   測方法。
3. 【請求項３】 該影像が種々の厚さを有する標準物質と
   共にＸ線撮影されたＸ線写真フイルムに光を照射して得
   られる透過光量の検知により得られるものであり、該パ
   ターンが標準物質の厚みと透過光量の関係に基づいて標
   準物質の厚みに変化されたパターンである請求項１の骨
   計測方法。
4. 【請求項４】 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、（ｉ）該被検骨の影像における関心領域におい
   て骨頭部２点と骨幹部２点を指定しそれぞれの中点を結
   んで骨軸を求める手段と、（ii）該骨頭部２点及びその
   中点のいずれかの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、（iii ）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と、（iv）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
   段とを有したことを特徴とする骨計測装置。