JP2842890B2 - 骨計測方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、改善された骨計測方法及び骨計測装置に関
する。さらに詳細には本発明は、被検骨の影像について
の濃度パターンの平滑化と標準物質の厚みへの変換を組
合せて精度よく骨計測を行う方法及び装置を提供するも
のである。

［従来技術］ 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。

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（1
980年），「骨代謝」第14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。

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。なおフォトン・アブソープシオメトリー
に関しては、使用するガンマー線を発生する装置がＸ線
撮影装置に比較して一般に広く普及しているとは言い難
い。

［発明が解決しようとする課題］ これまでのMD法による骨計測では、Ｘ線写真フイルム
における被検骨像について手作業で骨計測に必要な基準
ポイントを定め、更にその基準ポリントを用いて定めら
れた方式により骨計測を詳細に行う部位（例えば第２中
手骨の長軸の中間点での横断線上の部位）を選定する。
次いでその選定された部位に対してマイクロデンシトメ
ーターを走査させながら、その部位に光を照射して得ら
れる透過光の強度を測定し、その操作された部位に対応
した透過光の強度又は吸光度の線図を所定のチャート紙
上に記載させる。更に被検骨と共にＸ線撮影されたアル
ミニウム製の階段状標準物質（以下アルミ階段という）
のフイルムにおける影像の縦断線上にマイクロデンシト
メーターを走査させて、得られた透過光の強度又は吸光
度の線図についてもチャート紙に記載させる。かくして
得られたチャート紙上における被検骨に関する吸光度と
アルミ階段に関する吸光度の各々の線図を、デジタイザ
ーを用いてコンピューターに入力し、各点での被検骨の
吸光度をアルミ階段の段数に変換する。このようにして
変換されて得られた図を用いて、対象部位での骨形態を
表わす種々の指標がコンピューター内で計算されて、計
算結果が出力される。

しかしながら、Ｘ線写真フイルムにおける影像を自動
的に読み取るようにした場合などにおいて、より迅速に
かつ精度よく骨計測を行うためには、読み取られたデー
ターを用いる際に適確な補正を行うことが必要である。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、かかる課題を解決してより迅速にかつ
精度よく骨計測を行うために鋭意研究した結果、入力さ
れた影像において骨計測を行おうとするスキャニングラ
インの方向と直角方向での平滑化、さらに必要であれば
スキャニングラインの方向での平滑化の両方を組合せる
ことが有効であることを見出だし、本発明に到達したも
のである。

即ち本発明には、 被検骨に放射線を照射することによって得られる透過
放射線像に基づく影像を入力するための影像入力工程
と、入力された影像における被検部周辺の複数の異なる
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、平滑化された濃度パターンを標準物質の厚みに変換
して変換パターンを得るための変換工程を有し、該変換
工程の前又は後に該第１平滑化パターン又は変換パター
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
程を有し、さらにかくして得られた変換パターン又は第
２平滑化パターンを用いて該被検骨の計測のための演算
を行う工程を有したことを特徴とする骨計測方法が含ま
れる。

さらに本発明には、かかる骨計測方法であって、該影
像入力工程が、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る影像読み取り工程で
あり、該変換工程が該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濃度パターン
を標準物質の厚みに変換する工程であるものが含まれ
る。

また本発明には、被検骨に放射線を放射することによ
って得られる透過放射線像に基づく影像を入力するため
の影像入力手段と、入力された影像における被検部周辺
の複数の異なる実質上平行な計測ラインに沿った該被検
骨の濃度パターンの各々対応する位置で該複数個の濃度
パターンを平滑化して第１平滑化パターンを得るための
第１平滑化手段と、平滑化された濃度パターンを標準物
質の厚みに変換して変換パターンを得るための変換手段
とを有し、該第１平滑化パターン又は変換パターンにつ
いてその計測ラインに沿った近傍の複数点での値を平滑
化して第２平滑化パターンを得るための第２平滑化手段
を有し、さらに該変換パターン又は第２平滑化パターン
を用いて該被検骨の計測のための演算を行う演算手段を
有したことを特徴とする骨計測装置が含まれる。

さらに本発明には、かかる骨計測装置において、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して影像を読み取るための影像読み
取り手段であり、該変換手段が該Ｘ線写真フイルムから
得られる該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換する手段であるも
のが含まれる。

さらに本発明には、前記骨計測装置において、該影像
入力手段が該被検骨に放射線を照射することによって得
られる透過放射線量を検知して得られる影像を入力する
ための手段であり、該変換手段が標準物質に放射線を照
射して得られた透過放射線量と標準物質の厚みについて
のあらかじめ入力された関係に基づいて濃度パターンを
標準物質の厚みに変換する手段であるものが含まれる。

以下、本発明の骨計測の方法及び装置についてさらに
詳細に説明する。

即ち、本発明では、被検骨に放射線を照射することに
よって得られる透過放射線像に基づく影像を用いるが、
かかる放射線として好ましいものにＸ線の他γ線等があ
げられる。透過放射線像としては、Ｘ線写真フイルムに
おける陰影の濃淡で表わされた影像の他、透過放射線自
体の強度の如く透過放射線量を検知して得られた影像が
あげられる。また本発明でＸ線写真フイルムを用いる場
合に、厚さが変化している標準物質としては、通常アル
ミ階段が用いられるが、スロープ状のアルミニウム部材
であってもよい。尚、透過放射線自体を検知して得られ
る影像を用いる場合には、例えば被検骨に似た形状のア
ルミニウム製のファントム等を標準物質として用いて、
あらかじめその透過放射線像を得て透過放射線量とアル
ミニウム厚さの関係を得ておくことが望ましい。

本発明の骨計測の対象である被検骨としては、ある程
度鮮明な陰影度を有したＸ線写真フイルムが得られるも
のであればよいが、通常は軟部組織の層が薄く平均化し
ている部分が望ましい。更に具体的には手骨及び上腕
骨，撓骨，尺骨，大腿骨，脛骨，腓骨等の長骨などがあ
げられ、なかでも第II中手骨が実用上好適である。その
他海綿骨の例としては、踵骨，脊椎，長骨の骨端部など
があげられるが、中でも踵骨が実用上好適である。

手骨についてアルミ階段と共にＸ線撮影を行う場合の
配置を例示したものが第１図である。同図において、10
がＸ線写真フイルム用乾板であり、11がアルミ階段であ
り、12,13が各々右手，左手であり、14が第II中手骨で
ある。

本発明の骨計測方法及び骨計測装置における透過光像
の入力としては、前記Ｘ線写真フイルムにおける被検骨
及び標準物質の像に光を照射して透過光量を検知するこ
とによって行う影像読み取りの他、被検骨にＸ線やγ線
の放射線を照射して得られる透過放射線量自体を二次電
子倍増管等の検知手段によって検知された影像を入力す
るものであってもよい。

Ｘ線写真フイルムを用いる場合、さらに具体的には、
例えばＸ線写真フイルムに照射する光の発生手段（光
源）と、その光源からの光がＸ線写真フイルムを透過し
た透過光の強度を検知するための検知手段と、Ｘ線写真
フイルムを自動的に走行させるためのフイルム自動走行
手段を備えた自動読み取り手段を用いることが能率を高
めるうえで望ましい。尚、手動によって読み取りを行う
ようにしたものであってもよい。

かかる光源としてはスポット状の光を発生するもので
あってもよいが、スポット状のものでは通常スキャニン
グ手段が必要となり、小型で簡単な構造である装置にす
るためには帯状の光を発生するための帯状光源が実用上
好適である。また検知手段としては、透過光を検知でき
自動読取り可能であればいかなるものでもよいが、帯状
光源を用いる場合にはそれに対応して帯状センサー即ち
ラインセンサーが好ましく、特に帯状の密着イメージセ
ンサーが実用上好ましい。フイルムの走行手段としては
通常ローラーが用いられ、中でもフイルムを間にはさん
で互いに反対方向に回転する一対のローラーが好適に用
いられるが、それ以外のものであってもよい。

第２図は、かかる自動読み取り手段の一例を模式的に
示したものであって、20がＸ線写真フイルムであり、21
が右手の骨の影像を示しており、22が帯状光源であり、
23が密着イメージセンサーであり、24がフイルム走行用
のローラーを示している。

かかる帯状光源の具体例としては帯状のLED（light e
mitting diode）や高周波点灯棒状蛍光管，直流点灯棒
状ランプ，光ファイバの端面を帯状に並べて一まとまり
にし、反対端面からランプを照射する帯状光源等があげ
られる。尚、帯状光源からの光がＸ線写真フイルムを透
過した後帯状の検知手段の検知部において焦点を結ぶよ
うに、光りファイバーを用いたロッドレンズ等の如き帯
状のレンズ手段を、帯状光源と帯状検知手段の間、好ま
しくはフイルムと検知部の間に配置したものが好まし
い。

透過光の検知手段である密着イメージセンサーの具体
例としては、ラインセンサーであるCCD（charge couple
d device）等があげられる。

尚、かくして自動読み取り手段等によって得られた被
検骨のＸ線写真フイルムにおける影像での透過光の強度
に関するデジタル信号をフイルムの位置を対応させたデ
ータ群を記憶手段によって記憶しておくことが望まし
い。その手段としては、記憶し得るものであればいかな
るものであってもよく、骨計測の目的に応じてその記憶
メモリサイズを選び、具体例としては第II中手骨の骨計
測においては2Mバイト程度のイメージメモリ−の如きコ
ンピューター手段などがあげられる。

また本発明の骨計測方法は、前記の如く入力あるいは
読み取られた被検骨の像について、被検部周辺の複数の
異なる実質上平行な計測ラインに沿った濃度パターンを
得て各々対応する位置でそれらの濃度パターンの値を平
滑化することによって第１平滑化パターンを得るもので
あり、本発明の骨計測装置はそのため平滑化手段を有す
るものである。尚濃度パターンとは、読み取られた影像
における各計測ラインに沿って各点での透過光量や透過
放射線量をそのまま又はデジタル変換された状態で表わ
されたものをいう。平滑化とは、相加平均、重みを考慮
した平均等を意味する。

かかる第１平滑化の具体例としては、第３図に示す如
きものがあげられる。即ち同図は、本発明の骨計測装置
の一態様例で、読み取られた画像を表示するための画像
表示手段を具備せしめた場合における画像を例示したも
のである。尚画像表示手段としては、影像記憶手段に記
憶された、又は自動読み取り手段によって得られたデジ
タル信号と位置の関係からなるデータ群を画像をして表
示し得るものであればいかなるものであってもよく、具
体的には解像度やコストから好適な例としてはCRT（Cat
hode Ray Tube）等があげられる。影像記憶手段に記憶
されたデータを用いる方が実用上好適である。またかか
る表示される画像は、Ｘ線写真フイルムにおける影像の
大きさよりも大きく拡大されたものの方が基準ポイント
の入力が容易となるので好適である。

第３図は、CRTなる画像表示手段に拡大されて表示さ
れた第II中手骨の例である。30が表示画面であり、31が
第II中手骨の画像であり、32,33,34が骨計測のために必
要とされる基準ポイントの位置を示すものである。尚そ
のポイント入力手段の具体例としては、カーソル位置表
示・指示制御手段等があげられる。

本発明における第１平滑化パターンは、例えば第３図
における基準ポイント32,33,34から第II中手骨の中間位
置を被検部とする場合に、35として示す如く被検部の巾
が例えば0.1mm以内の極く近傍で65μｍずつずらして複
数のスキャニングラインに沿った各々の透過光量パター
ンについて、各々対応する複数個の透過光量を適当な重
みをつけて相加平均等の平滑化することによって求める
ことができる。かかる平滑化処理を行うことによって、
空間分解能を低下させることなく透過光パターンについ
てのランダムノイズを効果的に除去することができる。

かかる平滑化に用いるスキャニングラインの本数につ
き、例えば以下の如くしてもよい。即ち65μｍ程度の分
解能をもつ画像読み取り装置では、Ｘ線の散乱やＸ線フ
イルムの粒子ムラ等で、透過光量について、アルミ階段
の１ステップ差（1mm）の1/4〜1/5程度、つまり0.2〜0.
25mm程度のランダムノイズがある。ここでランダムノイ
ズは平均化個数の平方で減少するので、スキャニングラ
インの本数が多いほど良いが、多くすると被検部がぼや
けてしまうので、0.1mmの透過光量の分解能を得るため
には、５本程度を同じ重みで平均化するのが簡単で好ま
しい。

本発明では、Ｘ線写真フイルムを用いる場合には、か
くして得られた被検骨についての第１平滑化透過光量パ
ターンを、前記の如く読み取られた標準物質についての
厚みと透過光量の関係を基礎に、標準物質の厚みに換算
することによって変換パターンを得る。このように骨計
測のための演算処理を行う前に透過光量パターンを標準
物質厚みに変換することによって、Ｘ線写真の撮影条件
の差による影響を効果的に排除することができる。

また本発明で透過放射線自体を検知して得られる影像
を用いる場合には、あらかじめファントムを標準物質と
して用いて得られる標準物質厚みと透過放射線量の関係
を装置に入力し記憶せしめておき、かかる関係に基づい
て変換パターンを得るようにすることが実用上望まし
い。

また本発明では、さらに、かかる変換パターンについ
てあるいは場合によっては前記した第１平滑化透過光パ
ターンについて、スキャニングライン方向で複数点の値
を移動平均等の平滑化処理を行うことにより第２平滑化
パターンを得る。かかる移動平均等の第２平滑化を組合
せることは、平面的に高周波ノイズ成分を効率よく除去
することができ、骨計測のための演算を精度よく行うこ
とができるので実用上有利である。実際の骨計測では0.
5mm以下の周期で変化するものは不要なので５個程度の
移動平均をとるのが好ましい。尚第１平滑化パターンに
ついて第２平滑化パターンを得た場合には、その後さら
に変換パターンにする必要がある。実用上は、第１平滑
化パターンについての変換パターンを得て、さらにその
第２平滑化パターンとすることが好ましい。

本発明の骨計測装置は、このような処理を行うための
第１平滑化手段、変換手段、さらに必要に応じて第２平
滑化手段を備えるものであって、これらの具体的手段と
して例えばマイクロコンピューター手段があげられる。

本発明での骨計測は、かくして得られた被検部に関す
る平滑化パターン或いは変換パターンを基礎に骨計測に
必要な演算を行うものである。

その骨計測のための演算の具体例としては、第４図に
示される如き演算があげられるが、それ以外にもMD法を
応用した骨計測の種々の手法（例えば特開昭59−8935号
公報，特開昭59−49743号公報，特開昭60−83646号公
報，特開昭61−109557号公報，特開昭62−183748号公報
など参照）と同様な演算も適用できる。

第４図は、演算の内容の具体例を示すために、第３図
に例示された如き第II中手骨の長軸の中間点の横断線上
での記憶データをパターンとして表示したものである。
尚第４図では、上下を逆にして表示したものを用いても
よい。同図においてＤが骨幅を示し、斜線部で示される
部分によって骨密度分布が表現されたものである。d₁,d
₂が各々骨皮質幅を示し、ｄが骨髄幅を示す。

GS_minはピーク40,ピーク41の間の谷部42の最小値に相
当し、（骨皮質＋骨髄質）の密度の指標を示すものであ
り、GS_max1,GS_max2は各々ピーク部の最大値に相当す
る。ΣGSは幅Ｄについての斜線部の全面積に相当するも
のである（「骨代謝」第４巻,319−325頁（1981年）参
照）。

本発明の骨計測方法或いは骨計測装置のより好ましい
態様例として、例えば第４図におけるピーク40,41の如
きピーク部の自動検出を以下の如く行うものがあげられ
る。即ち、前記した如き変換パターン又は第２平滑化パ
ターンにおいて、ノイズ等による小さなピークを誤って
ピークと検出しないようにグローバルな領域での傾きを
求め、その傾きが正から負に変化する点をピーク部と検
出するようにしたものである。

かかるピーク部検出の具体例として、Ｘ線写真フイル
ムを用いる場合、以下の方法があげられる。

即ちまず、最初のピーク40を求める際にノイズの影響
を排除するために、下記式（１）のような平滑化差分を
とり、 下記式（２）を見たしDATA（ｊ）が最大となる位置がピ
ークの近傍となる。

dDATA（ｊ−１）≦０かつdDATA（ｊ＋１）≧０ ……（２） ここでDATA（ｊ）はｊの位置での透過光量でα，βは
装置の分解能やノイズ成分の大きさや被検部サイズから
決めるのが好適である。実際的には65μｍ程度の空間分
解能をもつ装置ではα＝４、β＝17が適当である。さら
にこの周辺で再度最大値を検索すればさらに正確なピー
クが検出できる。ピークが１つ求まると41を最初のピー
クと見なさないように１度ピークが見つかってからある
領域γの間ピークが更新されなければその点をピークと
する処理を行うことが好ましい。γは被検部のピーク間
の距離から決められ、γ＝20程度が実際的である。同様
にピーク41を求める。そしてピーク40と41の間で最小値
として42を求める。

また本発明の骨計測の方法又は装置の好ましい態様例
として、例えば第４図におけるベースライン43を次のよ
うにして求めるものがあげられる。即ち、便宜上、第４
図の上下を逆にした第５図及びその左端部を拡大して例
示した第６図で、変換パターン又は第２平滑化パターン
における一方の立上がり部につき、２階差分が最大とな
るのを用いて変曲点51を求め、ここから外側にｘ個、離
れた位置からｙ個のデータを一次回帰して左右の軟部組
織ライン53を決定する。同様にして他端側の立上がり部
について、軟部組織ライン54を決定する。

次いで変曲点51,52から各々内側へｚ個ずつのデータ
をとり一次回帰して直線の傾きが最大となる直線が接線
55,56である。そして各々ライン53と55,54と56の交点を
それぞれ57,58とし、点57,58を結んだ直線を、第４図に
例示するベースライン43とする。

尚、その場合にｘ＝16、ｙ＝６、ｚ＝６の如くするこ
とが実用上望ましい。

本発明の骨計測装置は、演算結果等の骨計測結果を出
力するための手段を具備することが実用上好ましい。出
力手段としては、演算によって得られた計測結果を出力
できるものであれいかなるものであってもよく、具体例
としてはハードコピーにはドット式インクプリンター，
サーマルプリンター，レーザプリンター，ビデオプリン
ター、その他CRT画面などがあげられる。例えば特開昭6
1−109557号公報のようにして骨密度分布を色分けして
カラー表示し得る手段が、実用上好ましいものの例とし
てあげられる。

本発明は、前記の具体例に示した如く、Ｘ線フイルム
より得られる影像データに適用する場合の外に、Ｘ線撮
影装置にイメージセンサーを設け、そのセンサーからの
画像信号をA/D変換してメモリーにストアして得られる
画像データに適用することもできる。

［発明の効果］ 本発明の骨計測方法、骨計測装置によれば、放射線撮
影条件の差による影響をなくし、Ｘ線写真フイルム等に
帰因したノイズを効果的に除去して精度よく骨計測を行
うことができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いられるＸ線写真フイルムを得る
ためのＸ線撮影の際の被写体の配置を例示したものであ
る。第２図は本発明の装置における読み取り手段を模式
的に例示したものであり、第３図は同装置に具備され得
る画像表示手段の画像を例示したものである。第４図
は、本発明の装置において実行され得る骨計測のための
演算を模式的に例示したものである。第５図は、第４図
のパターンを上下逆にして例示したものであり、第６図
はその左端部を拡大して例示したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花岡 泰樹 大阪府茨木市耳原３丁目４番１号 帝人 株式会社大阪研究センター内 (72)発明者 妹脊 和男 東京都千代田区内幸町２丁目１番１号 帝人株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−109557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−112538（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 6/00 - 6/14

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検骨に放射線を照射することによって得
   られる透過放射線像に基づく影像を入力するための影像
   入力工程と、入力された影像における被検部周辺の複数
   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、平滑化された濃度パターンを標準物質の厚
   みに変換して変換パターンを得るための変換工程と、該
   変換工程の前又は後に該第１平滑化パターン又は変換パ
   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
   る工程を有し、さらにかくして得られた変換パターン又
   は第２平滑化パターンを用いて該被検骨の計測のための
   演算を行う工程を有したことを特徴とする骨計測方法。
2. 【請求項２】該影像入力工程が、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る影
   像読み取り工程であり、該変換工程が該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
   いて濃度パターンを標準物質の厚みに変換する工程であ
   る請求項１の骨計測方法。
3. 【請求項３】被検骨に放射線を照射することによって得
   られる透過放射線像に基づく影像を入力するための影像
   入力手段と、入力された影像における被検部周辺の複数
   の異なる実質上平行な計測ラインに沿った該被検骨の濃
   度パターンの各々対応する位置で該複数個の濃度パター
   ンを平滑化して第１平滑化パターンを得ための第１平滑
   化手段と、平滑化された濃度パターンを標準物質の厚み
   に変換して変換パターンを得るための変換手段と、該第
   １平滑化パターン又は変換パターンについてその計測ラ
   インに沿った近傍の複数点での値を平滑化して第２平滑
   化パターンを得るための第２平滑化手段を有し、さらに
   該変換パターン又は第２平滑化パターンを用いて該被検
   骨の計測のための演算を行う演算手段を有したことを特
   徴とする骨計測装置。
4. 【請求項４】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して影像を読み取
   るための撮像読み取り手段であり、該変換手段が該Ｘ線
   写真フイルムから得られる該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換
   する手段である請求項３の骨計測装置。
5. 【請求項５】該影像入力手段が該被検骨に放射線を照射
   することによって得られる透過放射線量を検知して得ら
   れる影像を入力するための手段であり、該変換手段が標
   準物質に放射線を照射して得られた透過放射線量と標準
   物質の厚みについてのあらかじめ入力された関係に基づ
   いて濃度パターンを標準物質の厚みに変換する手段であ
   る請求項３の骨計測装置。