JP2961361B2 - 骨塩量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、骨粗しょう症等の
診断を中心とする各種医学診断分野に係り、特に、非破
壊で人体や動物等の生体の骨塩量を計測する骨塩量測定
装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、人口構成が老齢化にシフトしてい
る中で、骨粗しょう症や骨軟化症等の対応策として骨塩
量の測定が重要になってきている。ここで、骨粗しょう
症とは、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、一方、骨軟化症とは、骨石
灰化障害により骨塩のみが減少した病態をいう。また、
骨塩量BMD（Bone Mineral Density）[g/cm²]と骨密度ρ
[g/cm³]との関係は次式で与えられる。 骨密度ρ[g/cm³]＝骨塩量BMD[g/cm²]/骨の厚さｄ[cm] 従来より、種々の骨塩定量法が、骨粗しょう症をはじめ
とする代謝性骨疾患の骨状態の正確な把握や早期診断の
一助として試みられている。

【０００３】測定方法としては、microdensity法（Ｍ
Ｄ）、単一光子吸収計測法（ＳＰＡ）、¹⁵³Ｇｄを線源
とした２重光子吸収測定法（ＤＰＡ）や定量的ＣＴ法
（ＱＣＴ）が行われて来ている。しかし、近年では、２
つの異なるエネルギのＸ線を用いた骨塩定量法（DualEn
ergy X-ray Absorptiometry；ＤＥＸＡ法或いはＤＸＡ
法）が、骨塩量の測定精度や測定器の感度が良く、しか
も検査時間も短く、被曝線量も少ないという利点がある
ということで、最もよく利用されている。

【０００４】以下、上記した従来のＤＸＡ法の原理を図
１２を用いて説明する。なお、前記した他の骨塩量の測
定方法については説明を省略するが、Ｘ線或いはγ線
（以下、適宜「Ｘ線」或いは「光子」と総括的に記載す
る場合がある。）が人体を透過する際の減衰率を測定す
ることにより骨塩量を算出する点では、ＤＸＡ法と原理
的に同様である。

【０００５】図１２は、従来のＤＸＡ法を用いた骨塩量
測定装置１００の原理を説明するための概略構成図であ
る。図１２において、７０はＸ線の線源（以下、適宜単
に「Ｘ線源」という場合がある。）であり、図示は省略
したが、Ｘ線管に回折格子或いはＫエッジフィルターを
備えることにより構成される。また、６０は人体で、人
骨６１部分（以下単に「骨」或いは「皮質骨」という場
合がある。）と軟部組織６２から構成される。更に、７
２はシンチレーション検出器、或いは半導体検出器等の
Ｘ線の検出装置であり、単独で、又は複数の検出器を配
列させることにより、Ｘ線源７０から照射され、人体６
０の軟部組織６２のみ、或いは人骨６１部分及び軟部組
織６２を透過したＸ線の線量を計測する。また、Ｘ線源
７０は、人体６０の所望の位置のＸ線の透過率を測定す
るために、図１２に示す矢印方向、或いは矢印方向及び
その垂直方向にスキャニングするようになっている。こ
のように、従来のＤＸＡ法の骨塩量測定装置１００は、
Ｘ線源７０とＸ線の検出装置７２より構成される。

【０００６】以上の構成において、Ｘ線源７０から人骨
６１部分の所望の位置の骨塩量Ｍ_b[g/cm²]の算出方法を
説明する。図１２に示すように、先ず、Ｉ₀を人体６０
に入射するＸ線の強度とし、Ｉを人体６０を透過したＸ
線の強度とする。また、μ_s、ρ_sとＴ_sは、夫々、軟部
組織６２における質量吸収係数、密度、厚さとし、
μ_b、ρ_bとＴ_bは、夫々、骨６１における質量吸収係
数、密度、厚さとする。このように各パラメータを定義
すると、Ｉ₀とＩの間には次式のような関係が成り立
つ。 Ｉ＝Ｉ₀・exp(−μ_b・ρ_b・Ｔ_b)・exp(−μ_s・ρ_s・Ｔ_s) (１)

【０００７】ところで式（１）は、種々のエネルギのＸ
線で成り立つ関係式であるので、異なるエネルギのＸ線
を用いた場合は、次の２式が成立する。 Ｉ^L＝Ｉ₀ ^L・exp(−μ_b ^L・ρ_b・Ｔ_b)・exp(−μ_s ^L・ρ_s・Ｔ_s) (２) Ｉ^H＝Ｉ₀ ^H・exp(−μ_b ^H・ρ_b・Ｔ_b)・exp(−μ_s ^H・ρ_s・Ｔ_s) (３) ここで、低エネルギ(エネルギ値；Ｅ^L)のＸ線(Ｘ^L)が人
体６０に入射する強度をＩ₀ ^L、人体６０を透過した低エ
ネルギ(Ｅ^L)のＸ線(Ｘ^L)の強度をＩ^L、また、当該低エ
ネルギ(Ｅ^L)のＸ線(Ｘ^L)の軟部組織６２における質量吸
収係数をμ_s ^L、骨６１における質量吸収係数をμ_b ^Lとし
ている。同様に、高エネルギ(エネルギ値；Ｅ^H)のＸ線
(Ｘ^H)の人体６０に入射する強度をＩ₀ ^H、人体６０を透
過した高エネルギ(Ｅ^H)のＸ線(Ｘ^H)の強度をＩ^H、ま
た、当該高エネルギ(Ｅ^H)のＸ線(Ｘ^H)の軟部組織６２に
おける質量吸収係数をμ_s ^H、骨６１における質量吸収係
数をμ_b ^Hとしている。

【０００８】骨塩量Ｍ_bは、Ｍ_b＝Ｔ_b・ρ_bで与えられる
が、式（２）及び式（３）を連立方程式として、骨塩量
Ｍ_bについて解くと、骨塩量Ｍ_bは次式で求めることがで
きる。 Ｍ_b＝Ｔ_b・ρ_b＝｛μ_s ^H・ln(Ｉ₀ ^L/Ｉ^L)−μ_s ^L・ln(Ｉ₀ ^H/Ｉ^H)｝ /｛μ_s ^H・μ_b ^L−μ_s ^L・μ_b ^H｝ （４） ここで、低エネルギのＸ線(Ｘ^L)及び高エネルギのＸ線
(Ｘ^H)の軟部組織６２における質量吸収係数μ_s ^L、
μ_s ^H、及び骨６１における質量吸収係数μ_b ^L、μ_b ^Hは、
低エネルギのＸ線(Ｘ^L)及び高エネルギのＸ線(Ｘ^H)のエ
ネルギ値(Ｅ^L、Ｅ^H)によって決定される量である。従っ
て、結局、骨塩量Ｍ_bは、低エネルギのＸ線(Ｘ^L)、及び
高エネルギのＸ線(Ｘ^H)の測定値（Ｉ₀ ^L/Ｉ^L)、及び（Ｉ
₀ ^H/Ｉ^H)を、Ｘ線の検出装置７２によって測定し、その
値を式（４）に代入することにより算出することができ
る量である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の測定装置は総て、計測した各光子（Ｘ線やγ線）に
関し、次のような問題の一方、或いは双方を共通に有し
ている。 （１−１）計測した光子が、複雑な内部構造をしている
人体のどの部分を透過したものであるかについては、不
明か或いは充分な精度で測定することができない（問題
１）。 （１−２）計測した光子のエネルギ値について、不明か
或いは充分な精度で測定することができない（問題
２）。

【００１０】更に、注意しなければならないのは、式
（１）乃至式（４）は、厳密には高いエネルギの光子と
低いエネルギの光子とが人体の全く同じ位置を透過し、
しかも夫々が単一のエネルギであるときにのみに成り立
つ式であることである。従って、上記（１−１）及び
（１−２）の如く、この条件が満たされないにもかかわ
らず、高いエネルギの光子と低いエネルギの光子に関す
る夫々の式（１）乃至式（４）において、図１２に示す
骨６１の厚さＴ_bと密度ρ_b、及び軟部組織６２の厚さＴ
_sと密度ρ_sに共通の値を用いたり、骨６１の質量吸収係
数μ_b及び軟部組織６２の質量吸収係数μ_sを一定の値と
して、式（２）及び式（３）を連立方程式として解く従
来の方法は、その方法自体が根本的な誤りである。

【００１１】以下に、上記（１−１）の（問題１）及び
（１−２）の（問題２）のために、骨塩量の測定値にど
の程度の誤差がもたらされるかに関して、具体的な場合
について計算し、検討した結果生じる誤差を（２−１）
乃至（２−６）に記す。これらの結果により、ある特別
な条件により求めた、従来の骨塩量測定装置の測定値再
現性（従来の骨塩量測定装置では、これを「精度」と称
している場合が多い。）に関する数値とは大いに異なっ
て、従来の測定装置では、根本原理的に充分な精度と信
頼性では骨塩量の測定ができないことが分かる。従っ
て、従来の骨塩量測定装置では、平均的な加齢に伴う、
年約１％の骨減少や、代謝性骨疾患の多くの、年約３〜
５％の骨減少を根本原理的に充分な精度と信頼性で骨塩
量の測定ができないことが順次明らかにされる。

【００１２】（２−１）人体骨は複雑な形状をしている
ことに起因する誤差（形状誤差） 例えば図１３に示すように、人体骨６１は、非常に複雑
な形状をしており、図示による説明は省略するが、更に
骨６１の内部も複雑な構造をしている。一方、従来のＤ
ＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による骨塩量測定装置１００
では、各光子（Ｘ線やγ線）に関し、図１３に示すＸ線
の発生源であるＸ線管７０のどの位置から放出されたの
か（Ｘ^LとＸ^H）、或いは検出器７２のどの位置で各Ｘ線
を測定したのか（Ｄ^LとＤ^H）、の一方又は双方に関して
不明であるか、或いは骨６１の位置による形状変化に対
比して、不充分な位置分解能での測定になっている。

【００１３】それ故、結局のところ、従来の測定法によ
る骨塩量測定装置１００では、検出する各Ｘ線に関し、
複雑な人体６０のどの位置を透過してきたものか不明の
まま、或いは解明が不充分なまま測定を行っていること
になる。一方、式（１）は、Ｘ線のエネルギが低いとき
（エネルギ値；Ｅ^L）と、高いとき（エネルギ値；Ｅ^H）
の夫々で式（２）、式（３）が成立して、それらを連立
方程式として、骨塩量Ｍ_bを求めることは上述したが、
この算出法が許されるのは、低いエネルギのＸ線
（Ｘ^L）と高いエネルギのＸ線（Ｘ^H）が、夫々人体６０
の全く同じ位置を透過した場合、或いは、図１２に示す
骨６１の厚さＴ_bと密度ρ_b、及び軟部組織６２の厚さＴ
_sと密度ρ_sの総てが、低いエネルギのＸ線（Ｘ^L）と高
いエネルギのＸ線（Ｘ^H）において全く等しい場合のみ
であることに注意しなければならない。この意味で、従
来からのＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による骨塩量測定
装置１００は、人体骨塩量Ｍ_bの測定において、原理的
に間違っているか、或いは精度的に不充分であることに
なる。

【００１４】ところで、従来の測定法による骨塩量測定
装置では、全体としてみれば、低いエネルギのＸ線（Ｘ
^L）と高いエネルギのＸ線（Ｘ^H）は共に、ほぼ同じ人体
の部分を透過しているのだから、平均的にはそれ程大き
な測定誤差にはならないのではないかという見解が採ら
れていた可能性がある。しかし、Ｘ線は実際は人体内
で、式（１）に示すように指数関数的にその強度が減衰
するという性質のために、この誤差は現実には極めて大
きいものとなる。以下に、上記連立方程式である式
（２）及び式（３）が成り立つとして求めた式（４）
に、いくつかの典型的な人体形状が変化する具体例にお
ける各数値を代入して求めた骨塩量は、いかに本来の骨
塩量の平均値と異なった値になっているかを具体的に計
算によって示す。

【００１５】図１４は、人体６０を軟部組織６２と皮質
骨６１に分類し、Ｘ線（Ｘ^L1、Ｘ^L2、Ｘ^H1、Ｘ^H2）が人
体６０の異なる部分を透過した場合について、影響の違
いを計算するために皮質骨６１の厚さを段階的に変化さ
せた状態を示す模式図である。図１４において、人体６
０は皮質骨６１の薄い部分Ｔ_b1と皮質骨６１の厚い部分
Ｔ_b2より成り、他の軟部組織６２部分Ｔ_s1、Ｔ_s2を含め
て同じ厚さＴが示されている。この模式化した人体６０
において、 低エネルギＸ線(Ｘ^L)のエネルギ：Ｅ^L＝３０keV、４０keV、５０keV (A-1) 高エネルギＸ線(Ｘ^H)のエネルギ：Ｅ^H＝６０keV、８０keV、１００keV (A-2) が、夫々透過した場合について骨塩量を計算する。

【００１６】この皮質骨６１の厚さが違う部分を、低い
エネルギのＸ線(Ｘ^L)と高いエネルギのＸ線(Ｘ^H)が夫々
透過した場合、具体的なエネルギの上記総ての組み合わ
せについて、軟部組織６２部分の質量吸収係数μ_s ^L値、
μ_s ^H値、及び皮質骨６１における質量吸収係数μ_b ^L値、
μ_b ^H値を求め、更に（Ｉ^L／Ｉ₀ ^L）値、又は（Ｉ^H／
Ｉ₀ ^H）値は、図１５（Ｂ）の表２に示す各場合（ａ〜
ｆ）について、 Ｉ^L／Ｉ₀ ^L＝(1/2)・exp(-μ_b ^L・ρ_b・Ｔ_b1-μ_s ^L・ρ_s・Ｔ_s1) ＋(1/2)・exp(-μ_b ^L・ρ_b・Ｔ_b2-μ_s ^L・ρ_s・Ｔ_s2) （５） Ｉ^H／Ｉ₀ ^H＝(1/2)・exp(-μ_b ^H・ρ_b・Ｔ_b1-μ_s ^H・ρ_s・Ｔ_s1) ＋(1/2)・exp(-μ_b ^H・ρ_b・Ｔ_b2-μ_s ^H・ρ_s・Ｔ_s2) （６） 当該式（５）に、低いエネルギのＸ線(Ｘ^L)の質量吸収
係数μ_b ^L、μ_s ^L、皮質骨６１の密度ρ_b、軟部組織６２
の密度ρ_s、皮質骨６１の厚さＴ_b1、Ｔ_b2、軟部組織６
２の厚さＴ_s1、Ｔ_s2値を代入し、同様に式（６）に、高
いエネルギのＸ線(Ｘ^H)の質量吸収係数μ_b ^H、μ_s ^H、皮
質骨６１の密度ρ_b、軟部組織６２の密度ρ_s、皮質骨６
１の厚さＴ_b1、Ｔ_b2、軟部組織６２の厚さＴ_s1、Ｔ_s2値
を代入して求めることにより、それらを式（４）に代入
して骨塩量Ｍ_b値を求めた（以下、この値をＭ_bc値とす
る。）。なお、式（５）や式（６）の中の係数に（１／
２）を用いたのは、典型的な例として、図１４の皮質骨
６１の薄い部分Ｔ_b1と皮質骨６１の厚い部分Ｔ_b2とが、
夫々等しい面積の場合について、計算したためである。

【００１７】この式（４）により求めた骨塩量Ｍ_bc値
は、図１４のように人体６０の皮質骨６１の厚さが内部
的に２種（Ｔ_b1、Ｔ_b2）あってそれらが等面積の時、そ
れらが判別されずに、従来法で正しく測定されたときに
従来のＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）により求められる骨
塩量である。図１５（Ｂ）の表２の各場合（ａ〜ｆ）に
おける、骨塩量Ｍ_bの真の平均値（これをＭ_b0値とす
る。）は、当然ながら Ｍ_b0＝(1/2)・（Ｔ_b1＋Ｔ_b2）・ρ_b （７） である。

【００１８】以上により、Ｘ線の各エネルギ値(Ｅ^LとＥ
^H)に関する上記(A-1)、(A-2)の各３個の値に対して、こ
れらの総ての組み合わせである計９個の場合について、
図１５（Ｂ）の表２の（ａ〜ｆ）の各皮質骨形状の夫々
に関し、上記により計算で求めた骨塩量Ｍ_bc値の、骨塩
量Ｍ_b0値に対する比（Ｍ_bc／Ｍ_b0）をまとめて図１５
（Ａ）のグラフに示す。この計算は、皮質骨６１の厚さ
Ｔ_b1、Ｔ_b2、軟部組織６２の厚さＴ_s1、Ｔ_s2において、
Ｔ_b1＋Ｔ_s1＝Ｔ_b2＋Ｔ_s2＝Ｔ＝８cmの場合について行っ
た。図１５（Ａ）により、皮質骨６１の厚さＴ_b1値とＴ
_b2値に違いがあることにより、従来より考えられていた
程度とは比較にならないほどの大きな誤差が生じること
が分かる。また、図１５（Ａ）には記してないが、人体
６０の厚さＴ値（従って、軟部組織６２の厚さの値Ｔ_s1
やＴ_s2）が、図１５（Ａ）の場合の２倍或いは３倍にな
っても、皮質骨６１の厚さ（Ｔ_b1とＴ_b2）が同じ場合
は、ほぼ同様の結果になることが、別の計算結果として
得られている。

【００１９】図１５（Ａ）、（Ｂ）より明らかに以下の
（ａ）〜（ｄ）に記すことが指摘し得る。 （ａ）従来のＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）では、特別な
測定条件を設定したときの測定結果の繰り返し再現性が
１％以下であることにより、これがあたかもＤＸＡ法の
測定精度であるかのように言われてきている可能性があ
るが、従来のＤＸＡ法では、人体の内部形状を正確にお
さえることなく、測定結果を出していることにより必然
的に、その１０倍以上、場合によると数１０倍の絶対値
としての測定誤差が多くの場合においてあることが推測
される。また、測定面積を変えたり、測定位置が少しず
れた測定をしたとき、それらの骨塩量の測定結果間に、
説明のし難い大きな相違が生じる可能性がある。 （ｂ）骨形状には個人差があるため、従来のＤＸＡ法で
は、同じ骨塩量であったとしても、人によりかなり異な
った測定結果になる。 （ｃ）ほんの少しの測定位置や測定角度の違いにより、
測定結果に大きな違いが生じ得ることにより、人によ
り、また同一人物であっても測定時期が異なることによ
り大きな誤差が見込まれる。 （ｄ）同一人物でも経時的に骨形状が変化することによ
り大きな測定誤差が見込まれる。

【００２０】（２−２）Ｘ線のエネルギ値に拡がりがあ
ることに起因する誤差（エネルギ拡がり誤差） 従来よりＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による骨塩量測定
に用いられているＸ線管より出るＸ線のエネルギ値は、
連続スペクトルでかなりの拡がりを持つ。このため、各
種のＫエッジフィルターが用いられてきているが、これ
らを用いたとしてもＸ線のエネルギの単色化（単一化）
にはほど遠い。少数ではあるが、従来の骨塩量測定装置
でも、回折格子を用いてＸ線のエネルギを単色化するこ
とが行われている。しかし、この場合は、Ｘ線源として
の空間的な拡がりが避けられず、上記（２−１）に記し
た形状誤差が問題になる。また、大部分の場合、Ｘ線の
検出にはシンチレーション検出器が用いられているが、
このエネルギ領域では、かなりエネルギ分解能が悪く、
個々のＸ線のエネルギ分析をした測定ということにはな
っていない。

【００２１】以下に、ＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）にお
ける、骨塩量測定において、一つの例として、低エネル
ギのＸ線のエネルギ値（Ｅ^L）が４０keV±１０keVの範
囲で拡がり、また高エネルギのＸ線のエネルギ値
（Ｅ^H）が８０keV±２０keVの範囲で拡がっている場合
に関し、個々のＸ線のエネルギ値の分析をすることな
く、測定結果の（Ｉ^H／Ｉ₀ ^H）値や、（Ｉ^L／Ｉ₀ ^L）値
は、Ｅ^L＝４０keV、Ｅ^H＝８０keVのときの値であると見
なして、式（４）により骨塩量Ｍ_b値を求めたとする
と、Ｅ^L＝４０keVやＥ^H＝８０keVとは異なるＸ線のエネ
ルギ値のＥ^L値やＥ^H値の夫々の場合における骨塩量Ｍ_b
値に関する夫々エネルギ２．５keVステップの計算結果
（これをＭ_be値とする）は、本来の骨塩量Ｍ_b値（これ
をＭ_b0値とする）と大きく異なる結果になることが分か
る。この結果の一例を図１６にまとめて表３として、そ
して図１７にはそれらをまとめてグラフにして示す。

【００２２】この計算は、皮質骨塩量Ｍ_b0＝1.85[g/c
m²]（皮質骨の厚さＴ_b＝１cm）、全軟部組織量Ｍso＝7.
49[g/cm²]（全軟部組織厚さＴ_S＝８cm）の場合につい
て、式（４）において夫々の（Ｉ^H／Ｉ₀ ^H）値や、（Ｉ^L
／Ｉ₀ ^L）値は共通にＥ^L＝４０keV、Ｅ^H＝８０keVのとき
の軟部組織６２部分の質量吸収係数μ_s値及び皮質骨６
１における質量吸収係数μ_b値を、式（３）や式（２）
に代入することにより求め、また、式（４）の軟部組織
６２部分の質量吸収係数μ_s ^L、μ_s ^H、皮質骨６１におけ
る質量吸収係数μ_b ^L、μ_b ^H値は夫々のＸ線のエネルギ値
がＥ^L、Ｅ^Hのときの値を代入することにより求めた。

【００２３】低エネルギ（Ｅ^L）のＸ線及び高エネルギ
（Ｅ^H）のＸ線のエネルギスペクトルを夫々矩形とした
場合、即ち、低エネルギのＸ線のエネルギＥ^Lが３０keV
から５０keVまで、高エネルギのＸ線のエネルギＥ^Hが６
０keVから１００keVまで、夫々等分布のときは、図１６
の表３の全Ｍ_be／Ｍ_b0値を平均することにより、Ｍ_be／
Ｍ_b0＝１．４８が得られ、また、低エネルギのＸ線のエ
ネルギＥ^Lが３５keVから４５keVまで、高エネルギのＸ
線のエネルギＥ^Hが７０keVから９０keVまで（表３で打
点して示した中心枠部分）夫々等分布のときは、同じ
く、図１６の表３のそのエネルギ範囲の全Ｍ_be／Ｍ_b0値
を平均することにより、Ｍ_be／Ｍ_b0＝１．１１４が得ら
れる。即ち、Ｘ線が単色でなく、エネルギ値に幅がある
とＤＥＸＡ法（又はＤＸＡ法）により求めた骨塩量には
１％というような値ではなく、その１０倍或いは数１０
倍の大きな誤差が発生する可能性があることが分かる。

【００２４】（２−３）散乱線の混入に起因する誤差 図１８に一例として測定対象とする部分の人体の厚さ
（ｘ）が１０[g/cm²]のときの、光子（Ｘ線やγ線）の
光電吸収の確率（１−Ｉ_p；Ｉ_p＝exp（-μ_p・ｘ））及び
コンプトン散乱の確率（１−Ｉ_s；Ｉ_s＝exp（-μ_s・
ｘ））、そしてそれらの比（１−Ｉ_p）／（１−Ｉ_s）を
光子エネルギ（Ｅｘ）の関数として示す。図１８より明
白に、光子（Ｘ線やγ線）エネルギが３０keVを超す
と、人体ではコンプトン散乱される確率が、光電吸収さ
れる確率より大きくなり、更に５０keV以上では、コン
プトン散乱される確率が圧倒的に大きくなる。

【００２５】コンプトン散乱された光子は、散乱される
前のエネルギより低くなるが、前方方向に散乱される光
子の場合、その差は極めて小さく、例えばエネルギが８
０keV光子で散乱角が１０゜以内のときは、０．１６keV
以内で、２０゜以内の場合は０．７５keV以内となる。
それ故、特別に高エネルギ分解能のゲルマニウム検出器
を使用したとしても、検出エネルギをスペクトル化して
分離することはほぼ不可能である。従って、Ｘ線源及び
検出器の双方の面積が、それらが置かれている間の距離
に比し、充分に小さく、かつ、Ｘ線源と検出器が共に充
分にコリメートされていない限り、散乱Ｘ線の混入によ
る測定誤差は極めて大きく、そして避けられないもので
ある。即ち、従来のＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による
測定では、この点に関する充分な対策が為されていなか
った。

【００２６】（２−４）２種のエネルギのＸ線だけで骨
塩量を求めることに起因する誤差 人体の骨塩量を、２種のエネルギのＸ線の夫々の透過率
の測定値だけから求めようとすることは、基本的に以下
の２つの問題点があり、誤差発生の原因になっている。 （ａ）ＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）では、人体は骨と軟
部組織の２種の物質のみから構成されていると仮定し
て、測定値を満足するように夫々の厚さを求めている
が、骨も軟部組織も、双方共に多数の物質から構成され
ており、またその構造も複雑である。２種のＸ線のエネ
ルギによるデータのみで解析しようとするＤＸＡ法は、
原理的には構成物質が２種のときのみ有効であるので、
多種のものを２種として解析する誤差はかなり大きくな
る可能性があり、また、骨塩量測定の信頼性を小さくし
ている。 （ｂ）総て放射線計測は、計測カウント数に伴って統計
誤差が生ずることは必然であり、更にまた、個々の測定
はその他にも必然的に各種の誤差を含む。それ故、求め
たいパラメータ数よりも、より多種・多数の測定値を求
め、それらの測定値間で最適フィットするようにするこ
とで、正確な値が得られることになるはずであるが、従
来のＤＥＸＡ法（又はＤＸＡ法）では、２個のパラメー
タ（皮質骨の厚さＴ_bと軟部組織の厚さＴ_s）を２個の測
定値（Ｉ₀ ^L／Ｉ^L、Ｉ₀ ^H／Ｉ^H）から求めるという意味な
ので、それがなされていないことになる。

【００２７】（２−５）カウンタアレイ検出器の使用上
の問題点 近年、ＤＸＡ法による骨塩量測定において、カウンタア
レイ検出器を用いる場合が増えてきた。これを用いるこ
とにより、スキャニング回数を１桁以上減らして短時間
の測定を可能にする、という大きなメリットが生じる。
しかし、このカウンタアレイ検出器は、本来の位置検出
器に比し、以下の問題点がある。 （ａ）個々のカウンタ間に不感領域がある。（ｂ）個々
のカウンタには感度上そして有感面積上ばらつきがあ
り、それらを揃えるのが困難である。 （ｃ）個々のカウンタの感度は、経時的に変化すること
があり、それらを常に調整しておくことは困難なことで
ある。

【００２８】（２−６）回折格子使用上の問題点 上記（２−２）に詳しく記した通り、ＤＸＡ法で骨塩量
を測定する上で、Ｘ線のエネルギ値に拡がりがあること
による誤差は極めて大きい。この誤差を極小化する意味
で、近年、Ｘ線管の後方に回折格子を置き、Ｘ線のエネ
ルギを選別（単色化）してから、人体に照射する方法が
一部で行われるようになった。回折格子を使用すること
は、骨塩量の測定誤差を小さくする上で非常に大きな意
味を持つことになるが、しかし、必然的にＸ線源として
の回折格子の面積はかなりの拡がりを持たざるを得なく
なり、このため、Ｘ線源の点状線源化は不可能である。
このため、もう一方のＤＸＡ法での大きな誤差である、
（２−１）に詳しく記した、人体のどの部分を透過した
かの判別が不可能になることによる形状誤差の問題は避
けられなくなる。

【００２９】本発明は、上記課題（問題点）を解決し、
精確に生体の骨塩量測定が可能となる骨塩量測定装置を
提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の骨塩量測定装置
では、上記課題を解決するために、請求項１に記載のも
のでは、単一の放射性同位元素を所定量用いることによ
り、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合するこ
とにより、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の
強度で発生するようにした１又は２以上のＸ線・γ線の
線源と、前記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線
の、或いは前記Ｘ線・γ線の線源から生体を透過した固
有Ｘ線又はγ線の、夫々のエネルギ値を計測することに
よって夫々の線種を同定し、かつ入射位置信号を出力す
ることにより夫々の生体の透過経路を判別する検出器系
により、所望の位置の生体の所望のエネルギ値の固有Ｘ
線又はγ線の透過率を測定するために、内部封入ガスを
高圧にすると共に、内部に薄いベリリウム板又は金属グ
リッドに仕切られた多数の有感部分を、上記Ｘ線・γ線
の線源からの固有Ｘ線又はγ線の飛程方向に設けた比例
計数管を用いた測定機能と、前記測定機能により測定し
た生体の夫々の固有Ｘ線又はγ線の透過率に基づいて、
当該生体の骨塩量を算出する計算機能とを備え、非破壊
で、生体の骨塩量を計測するように構成した。このよう
に、Ｘ線・γ線の線源としては、所定量の放射性同位元
素を用いて、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望
の強度で発生するようにすることにより、エネルギ分布
幅のない単色（単一のエネルギ）のＸ線・γ線の線源と
することができ、また、測定系としては、線源からのＸ
線・γ線の夫々の線種をエネルギ的に分別し得る分解能
を持つので、夫々のＸ線・γ線の線種を同定することが
でき、これらにより、従来の骨塩量測定装置に存在した
Ｘ線エネルギ値の拡がりに起因する上記（２−２）に記
した骨塩量の測定誤差は、充分になくすことができる。
また、各固有Ｘ線又はγ線の夫々の生体への透過経路を
計測する測定系により、所望の位置の生体の固有Ｘ線又
はγ線の透過率を測定するようにすると、複雑な人体又
は動物等の生体の形状を反映したＸ線又はγ線の透過率
分布（マップ）が分かるようになり、最終的には上記計
算機能により人体の骨塩量分布（マップ）が分かること
になり、従来の骨塩量測定装置に存在した、上記（２−
１）に記した形状に起因する誤差の問題は解決し、測定
精度が飛躍的に向上した骨塩量測定装置とすることがで
きる。更に、計算機能も、上記測定機能から計測した生
体の透過率に基づいて骨塩量を算出できるようにしたた
め、即座に骨塩量を求めることができるようになる。ま
た、測定機能として、内部封入ガスを高圧にすると共
に、内部に薄いベリリウム板又は金属グリッドに仕切ら
れた多数の有感部分を、上記Ｘ線・γ線の線源からの固
有Ｘ線又はγ線の飛程方向に設けた比例計数管を用いる
ようにしたために、比例計数管の検出効率が上がり、測
定時間が短く精度の良い骨塩量測定装置とすることがで
きる。

【００３１】請求項２に記載した骨塩量測定装置では、
上記単一の放射性同位元素を所定量用いたＸ線・γ線の
線源、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合した
Ｘ線・γ線の線源を略点状に作製するか、所定の大きさ
の容器に収納するか、或いはコリメータを用いることに
より、上記Ｘ線・γ線の線源としては、ほぼ点状線源と
なるように構成した。このように、Ｘ線・γ線の線源を
ほぼ点状線源とすることにより、光子の生体への透過経
路は点状線源の位置と、線源からの光子が直進して生体
を透過し、検出器に入射する位置の測定により、幾何学
的に判定される。即ち、Ｘ線・γ線の線源をほぼ点状線
源とすることは、上記（２−１）に記した形状に起因す
る誤差を極小にするための重要な要素であり、また、従
来の骨塩量測定装置に存在した上記（２−３）に記した
コンプトン散乱線の混入に起因する誤差の問題を解消す
る上でも重要であるので、点状線源にすることにより骨
塩量測定装置の測定精度をより向上させることができ
る。また、上記（２−６）に記した、Ｘ線管に回折格子
を使用したときの問題点を回避することができる。

【００３２】請求項３に記載した骨塩量測定装置では、
上記Ｘ線・γ線の線源として、３種以上のエネルギの固
有Ｘ線又はγ線を放射する単一の放射性同位元素を所定
量用いるようにし、又は複数の放射性同位元素を夫々所
定量混合したものを使用するように構成した。このよう
にすると、従来の骨塩量測定装置に存在した（２−４）
に記した２種のエネルギのＸ線だけで骨塩量を求めるこ
とに起因する誤差を解決することができるので骨塩量測
定装置の測定精度をより向上させることができる。

【００３３】請求項４に記載したように、当該骨塩量測
定装置に用いるＸ線・γ線の線源としては、具体的に
は、上記Ｘ線・γ線の線源に使用する複数の放射性同位
元素として、²⁴¹Ａｍ、¹³³Ｂａ、²⁰⁴Ｔｌを用い、夫々
所定量混合するように構成するようにすると良い。これ
らの放射性同位元素からのＸ線やγ線は、骨塩量測定上
適したエネルギ値であるのみならず、相互に適当なエネ
ルギ間隔があるので、エネルギ測定による線種の同定が
容易になる利点を有する。

【００３４】請求項５に記載したように、当該骨塩量測
定装置に用いる測定機能として、具体的には、位置及び
エネルギ検出型の比例計数管を用いるように構成すると
良い。即ち、このようにすると、上記（２−１）、（２
−２）、（２−３）、（２−４）、（２−５）及び（２
−６）の総ての問題を解決することができる。

【００３５】請求項６に記載した骨塩量測定装置では、
上記測定機能として、縦長の比例計数管を用いるように
構成した。このように、比例計数管を縦長とすると、従
来の骨塩量測定装置に存在した（２−３）に記したコン
プトン散乱線の混入に起因する誤差を充分に小さくする
ことができるので骨塩量測定装置の測定精度をより向上
させることができる。

【００３６】請求項７に記載した骨塩量測定装置では、
ｘ軸、ｙ軸よりなる２次元平面、又はｙ軸、θ軸よりな
る２次元平面において、上記測定機能を、ｘ軸又はθ軸
方向の１次元位置検出器、或いはｘ軸又はθ軸方向とｙ
軸方向の２次元位置検出器とし（検出器の短い方向がｙ
軸方向とする）、当該検出器をｙ軸方向にスキャニング
することにより、広い面積の生体の上記Ｘ線・γ線の線
源からの固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するように構
成した。このようにすると、広い面積の生体の骨塩量
を、上記（２−１）に記した形状に起因する誤差、及
び、上記（２−３）に記したコンプトン散乱線の混入に
よる誤差を充分に小さくし、更に（２−５）のカウンタ
アレイ使用上の問題点を克服した骨塩量測定装置とする
ことが可能となる。

【００３７】

【００３８】請求項８に記載のＸ線・γ線の線源は、複
数の放射性同位元素として、²⁴¹Ａｍ、¹³³Ｂａ、²⁰⁴Ｔ
ｌを夫々所定量混合することにより、所望のエネルギの
固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するように構成し
た。本発明の骨塩量測定装置に用いるＸ線・γ線の線源
としては最も適したものである。また、これらの放射性
同位元素は、半減期が３年以上のため、経時的減衰によ
る線源交換を３年以上しないで済む利点を有する。

【００３９】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の骨塩量測定装置を
概説する。上述した夫々の従来技術の問題点は、（ａ）
Ｘ線のエネルギ値と生体の透過経路の双方を、同時かつ
精密に分析可能な検出器系の開発と、（ｂ）必要な数種
のエネルギ値と強度を持った、数種の混合放射性同位元
素の点状線源の活用により、根本的な解決となること
を、以下に具体的に記す。なお、以下に記すことは総
て、人体の骨塩量測定に限らず動物体（以下総括的に
「生体」という場合がある。）の骨塩量測定に関しても
同様に有効である。

【００４０】（３−１）検出器の基本仕様 先ず、本発明の骨塩量測定装置の検出機能として用いる
検出器系の基本仕様は以下の通りである。 (a1) 測定可能エネルギ範囲；１４keV〜８１keV (a2) エネルギ分解能 ；半値幅１０keV以下（Ｅx,γ＞５０keV） 半値幅 ５keV以下（Ｅx,γ＜５０keV） (a3) 位置分解能 ；半値幅 ２mm以下 （ｘ軸或いはθ軸方向：及びｙ軸方向） (a4) 有感面積 ；180mm以上（ｘ軸方向）×１０mm以上（ｙ軸方向） 或いは、測定対象とする人体部分より大きなｘ軸方向の
有感幅があること。（ｙ軸方向は、有感幅２mmの検出部
が５個以上により構成され、更に必要長だけスキャニン
グして測定するものとする。） 但し、Ｅx,γは検出器により検出するＸ線又はγ線のエ
ネルギである。

【００４１】（３−２）Ｘ線・γ線の線源の基本仕様 次に、本発明の骨塩量測定装置のＸ線・γ線の線源の基
本仕様は以下の通りである。 (b1) 数本の固有（特性）Ｘ線或いはγ線を放出する混
合放射性同位元素線源 (b2) 線源寸法 ；直径２mm以下 (b3) 半減期 ；３年以上 (b4) エネルギ値；１４keVから８１keVまでの間の数本
の固有Ｘ線（特性Ｘ線） 又はγ線で、エネルギが５０keV以上のＸ線やγ線で
は、相互に１０keV程度以上のエネルギ値差があるこ
と。また、エネルギが５０keV以下のＸ線やγ線では、
相互に５keV程度以上のエネルギ値差があること。

【００４２】次に、本発明の骨塩量測定装置の一実施の
形態を図１乃至図１１を用いて説明する。図１は、本発
明の骨塩量測定装置１０の概略構成を示すブロック図
で、骨塩量測定装置１０の主要構成は、Ｘ線・γ線の線
源（S）２０、測定機能である比例計数管３０、後述す
るエレクトロニクス系と計算機４０である。エレクトロ
ニクス系としては、３つの電荷有感型プリアンプ（C.S.
P.A.）３１〜３３、２つの主増幅器（M.A.）３４ａ1、
３５とアナログ割り算器（DIVIDER）３６、リニアゲー
ト（L.G.）３８ａ1〜３８ａn、３９、単一チャンネル波
高分析器（S.C.A.）３７ａ1〜３７ａn、３７ｅ、波高分
析器（PHA）４１を備え、更に、３つの抵抗器Ｒ１〜Ｒ
３と４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４と高圧電源Ｅを有して
いる。

【００４３】なお、単一チャンネル波高分析器３７ａ1
〜３７ａn、３７ｅとリニアゲート３８ａ1〜３８ａn、
３９は、Ｘ線・γ線源２０からの測定に用いる線種の数
ｎプラス１台用いる。また、波高分析器４１は、ｎ個の
単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａnからの各出
力信号に基づいてｎ個に分別して、各線種毎に検出器入
射位置信号の波高分析を行う。

【００４４】また、後述するが、エレクトロニクス系の
うち、アナログ割り算器３６、単一チャンネル波高分析
器３７ａ1〜３７ａn、、３７ｅ、リニアゲート３８ａ1
〜３８ａn、３９、波高分析器４１は図４に示すＣＡＭ
ＡＣ系によって行うことも可能である。このＣＡＭＡＣ
系は説明は省略するが、物理実験分野での放射線計測装
置として標準化されているものである。なお、Ｘ線・γ
線の線源２０は、その大きさが、線源２０から比例計数
管３０までの距離に比べて充分に小さく、点状の線源２
０と見なせるものとする。

【００４５】先ず、Ｘ線・γ線の線源２０は、（３−
２）の(b1)に述べたように、数本の固有Ｘ線或いはγ線
を放出する混合放射性同位体線源であるが、具体的に
は、図２の表１の〜欄に示すような３核種、即ち
²⁴¹Ａｍ、¹³³Ｂａ、²⁰⁴Ｔｌの混合線源が用いられてい
る。更に、エネルギ的に詳しく分析したい場合は、図２
の表１の欄に示す核種¹⁵³Ｇｄを加えると良い。

【００４６】次に、上記基本仕様を満足する固有Ｘ線や
γ線のエネルギ値と生体への透過経路の双方を、同時か
つ精密に分析可能な検出器は、図１に示す高圧アルゴン
ガスフロー型の比例計数管３０が最適であるが、この比
例計数管３０の原理的な解説図を図３に示す。

【００４７】図３において、点状の線源（S）２０より
放出された固有Ｘ線又はγ線は、Ｂｅ（ベリリウム）板
を窓２２ｆとし、細い（直径約１０ミクロン）ニクロム
線を陽極芯線２２ｅとする比例計数管３０に入射する。
また、窓２２ｆや陽極芯線２２ｅは、点状線源２０を中
心とした同心円状に配置する。この比例計数管３０は、
光子の検出効率を高くするために、１０乃至３０気圧の
アルゴンガスを充填し、導線（陽極線間の結線）２２ｈ
により直列に結ばれた陽極芯線２２ｅとＢｅ板或いはメ
ッシュ２２ｃ、２２ｆ、２２ｇよりなる何層もの有感部
分２２ｄよりなる。また、クエンチングガスとして、微
量のＣＯ₂（二酸化炭素）ガスをアルゴンガスに混合
し、測定中は常時孔２２ａから流入し、孔２２ｂから排
出される。

【００４８】ガス増倍率を大きくして、大きな信号電荷
量（Ｑｃ）を得ることによって、良好なエネルギ分解能
と、有感部分２２ｄへの入射位置分解能を得るために、
陽極には図１に示す高圧電源Ｅにより、１０乃至３０kV
の高い電圧（Ｖ_B）を印加する。図１に示す陰極（Ｃ）
は、高抵抗Ｒ３を接続してアースより浮かしてあり、光
子エネルギに比例するガス増倍された全電荷パルス（Ｑ
ｃ）は陰極（Ｃ）に集められて、電荷有感型プリアンプ
３２と主増幅器３５で増幅され、これをリニアゲート３
９を通して波高分析器４１に入力して光子エネルギの波
高スペクトルに処理して、それを計算機（COMPUTER）４
０で処理及び記憶をする。

【００４９】一方、全電荷パルス（Ｑｃ）と同量で反対
符号の電荷が陽極芯線２２ｅに集められるが、陽極のニ
クロム線は、長さ１mm当たり約１２オームの一定の抵抗
値を持つため、光子の検出位置より陽極の両端（Ａ1）
と（Ａ2）に至るまでのニクロム線の長さに逆比例して
分割されて、陽極両端（Ａ1、Ａ2）に集められる。ニク
ロム線の全長をＬとし、光子検出位置より陽極端Ａ2ま
でのニクロム線の長さを（ｘ）とすると、陽極端Ａ1に
集められる電荷信号量ＱA1は、ＱA1＝（ｘ／Ｌ）・Ｑｃ
である。電荷信号量ＱA1を図１に示す電荷有感型プリア
ンプ３１と主増幅器３４ａ1で増幅した信号波高を、パ
ルス的に割り算器３６により上記したＱｃに比例する主
増幅器３５の信号波高で割り算することにより、光子検
出位置より陽極端Ａ2までのニクロム線の長さ（ｘ）に
比例した波高のパルスを得、これを波高分析器４１に入
力することにより、光子が比例計数管３０に入射する位
置のスペクトルを得て、計算機４０で処理及び記憶する

【００５０】なお、主増幅器３５の出力波高を、測定線
種の数のｎに等しい台数の単一チャンネル波高分析器３
７ａ1〜３７ａnで、光子エネルギに応じて線種を分別
し、夫々の単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａn
の出力を入力した、ｎ個の夫々のリニアゲート３８ａ1
〜３８ａnで各線種に分別して、割り算器３６の出力信
号を波高分析器４１で集計することにより、各線種毎の
検出器入射位置スペクトルを得る。また、エレクトロニ
クス系のうち、アナログ割り算器３６、単一チャンネル
波高分析器３７ａ1〜３７ａn、３７ｅ、リニアゲート３
８ａ1〜３８ａn、３９、波高分析器４１は図４に示すＣ
ＡＭＡＣ系を使用しても同様の結果を得ることができ
る。

【００５１】なお、光子エネルギに比例する全電荷パル
ス（Ｑｃ）は、上記のごとく、陰極（Ｃ）からの信号を
用いてもよいが、陽極両端（Ａ1、Ａ2）からの夫々の電
荷パルス（ＱA1とＱA2）の和を用いてもよい。即ち、主
増幅器３４ａ1と主増幅器３４ａ2の各出力パルスを、和
算回路（図示せず）に入力し、この出力を主増幅器３５
の出力の代わりに割り算回路３６に入力する方式でも、
同様の結果を得ることができる。

【００５２】図４は、本発明の骨塩量測定装置１０のブ
ロック図である図１に示すエレクトロニクス系、アナロ
グ割り算器３６、単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜
３７ａn、３７ｅ、リニアゲート３８ａ1〜３８ａn、３
９、波高分析器４１の機能を、ＣＡＭＡＣ系で実施する
場合のブロック図である。図４に示すように、主増幅器
３４ａ1、３５からの入力信号は、夫々ＣＡＭＡＣ Ａ
ＤＣモジュール５５に入力する。同時に上記出力信号
は、２個のディスクリ(discri)５１、５２及びゲート発
生器５３により同時性を検出し、ゲート発生器５３(G.
G)の出力で上記ＡＤＣモジュール５５のゲート(Gate)を
開く。

【００５３】また、ゲート発生器５３の出力は、遅延回
路(D.L.)５４で若干遅延させてＣＡＭＡＣインタラプト
モジュール５６に入力信号を与え、ＣＡＭＡＣクレート
５７及びクレートコントローラ５８を介してコンピュー
タ４０の入力動作を起動する。コンピュータ４０は、主
増幅器３４ａ1の出力波高と主増幅器３５の出力波高の
各ＡＤＣ出力信号を読みとり、それらの割り算を実行
し、入射Ｘ線の位置情報（ｘ）を得る。また、主増幅器
３５の出力のエネルギ情報のｎ個の夫々指定された範囲
データにより、位置情報（ｘ）を振り分ける。これは、
図示による説明は省略するが、実際は画面上のマウスカ
ーソルで任意に指定することができる。

【００５４】なお、ＣＡＭＡＣ系を使用する場合は、上
記のごとく、陽極の一方の端（A1）からの信号と、陰極
（Ｃ）からの信号を、ＣＡＭＡＣ ＡＤＣモジュール５
５のＣＨ１とＣＨ２に入力してもよいが、陽極の両端
（A1とA2）からの信号を夫々ＣＨ１とＣＨ２に入力し、
コンピュータ４０により、ＱA1／（ＱA1+ＱA2）の演算
をすることにより、位置情報（ｘ）を得るようにしても
よい。

【００５５】図３には示されてはいないが、紙面に垂直
に（ｙ軸方向に）計５本のアノード線を平行に張り、そ
れらの中間に金属板を置いて互いに分離することによ
り、そしてそれらには、夫々図１の電子回路を結合させ
ることにより、どのアノード線からの信号かによってｙ
軸方向の位置分析も行う。検出器３０へのＸ線又はγ線
のｘ軸方向及びｙ軸方向双方の入射位置が分かれば、Ｘ
線又はγ線の線源２０は上記した通り点状線源であるの
で、線源２０と前記入射位置を直線で結ぶことにより、
幾何学的にＸ線又はγ線の人体６０における透過経路が
判別でき、しかもそれは上記の如く各線種毎に判別でき
ることになる。従って、以上により、上述した検出器の
基本仕様を満足する検出器とすることができる。

【００５６】 なお、アノード同士の結線は、図３或い
は図１の陽極線間の結線２２ｈのごとく、Ｘ線又はγ線
の進行方向の各アノードを結線してもよいが、同図紙面
に垂直に（ｙ軸方向に）平行に張った、（計５本の）各
アノード線同士を結線し、その両端に図１の電子回路を
結合することにより、検出器入射位置のｘ軸及びｙ軸両
方向の分析をするようにしてもよい。アノード線の長さ
を余り長くする（１ｍ以上にする）と、位置分解能が劣
化するので、Ｘ線又はγ線の進行方向２列目（検出器２
層目）の（計５本の）各アノード線については、別途結
線にして電子回路を結合し、また、３列目（３層目）は
３列目同士で結線する、という方法により、検出感度も
向上させつつ、ｘ、ｙ両位置情報を得ることも可能にな
る。

【００５７】なお、位置検出器の校正は、後述するよう
に、検出器前面に、多数のスリットを所定の間隔をあけ
て、機械的に精度良くｙ軸方向に（平行に）開けた校正
用コリメータを置き、点状線源によりＸ線又はγ線をそ
の全面に照射して、各スリットを通過して検出器に入射
したＸ線又はγ線の波高分析器４１のスペクトルの各ピ
ークチャンネルナンバーの測定結果より、図３に示すＸ
線の検出器３０への入射位置（ｘ，ｙ）と波高分析器ス
ペクトルのチャンネルナンバーとの関係を精密に得るこ
とができる。

【００５８】次に、Ｘ線・γ線の線源のｙ軸方向のスキ
ャニングと検出器コリメータの使用に関して図５を用
い、図３を参照して説明する。図３の検出器３０は、同
図の紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）には、２mm（人体６
０の形状変化の影響を±１mm内で計測する場合）の有感
幅で、図５に示すように隣の検出器と金属メッシュ又は
Ｂｅ板２２ｃで分離されていなければならない。

【００５９】一方、５０keV以上のＸ線・γ線の検出感
度を上げるためには、使用ガスの選定（アルゴン）とガ
ス圧を上げる（１０〜３０気圧）だけではなく、Ｘ線・
γ線の飛行方向有感厚が大きく（例えば１００mm）なけ
ればならず、また、ｙ軸方向の位置検出のためには、
（ｙ軸方向に）薄い検出器にする必要性が出てくる。薄
い検出器にした場合の問題点は、検出器内でのＸ線・γ
線の吸収或いは衝突により、エネルギを与えられた電子
が、壁２２ｃに衝突することによって、そのエネルギの
一部を失い、検出器ガスを充分に電離できなくなり、こ
のことによってＸ線・γ線のエネルギ値の測定が不正確
になることである。

【００６０】以上の問題は、図５に示すように、検出器
窓（Ｂｅ板）２２ｆの前面に、検出器コリメータ２２ｋ
を取り付けることにより、充分に避けることができる。
即ち、検出器コリメータ２２ｋは、２mm幅のスリットを
各検出器の中央に取り付けたもので、各検出器幅はその
４倍の８mmとする。測定Ｘ線・γ線の最大エネルギ値は
８１keVなので、上記電子の最大エネルギ値は８１keVで
ある。エネルギ値が８１keVの電子の、３０気圧アルゴ
ンガス中での最大飛程は２．７mmなので、検出器コリメ
ータ２２ｋを付けたときのＸ線・γ線の壁までの最短距
離３mmよりも短く、従って、壁に衝突してエネルギを失
う可能性はなくなる。なお、検出器コリメータ２２ｋ
は、１mm厚のタンタル板等で作成すると良い。

【００６１】図５に示すように、検出器コリメータ２２
ｋを使用した場合は、一度測定した（スキャニング
Ｓ₁）後、ｙ軸方向にそのスリット幅（２mm）だけ動か
して、また、測定（スキャニングＳ₂）し、これを検出
器幅（８mm）のスリット幅に対する倍数回（計４回）繰
り返して、その都度測定（スキャニング）することによ
り、ｙ軸方向は全検出器幅Ｗ（５×８＝４０mm）を、２
mm幅の精度で位置測定ができることになる。５回目のス
キャニング（Ｓ₅）では、全検出器幅Ｗだけ移動させる
ことにより、更に全検出器幅Ｗのスキャニングが可能に
なり、同様のスキャニングを更に行えば、全検出器幅Ｗ
の整数倍のｙ軸方向の位置測定が可能になる。なお、図
５では、一番右側の検出器のスキャニング位置（Ｓ₁〜
Ｓ₅）のみ記したが、２番目乃至５番目の検出器も同様
である。

【００６２】次に、本発明の骨塩量測定装置１０を用い
て人体６０の骨塩量を算定する解析方法の方針について
説明する。先ず、当該解析方法を概説すると、Ｘ線やγ
線が透過する人体６０の測定対象部６５を図６に示すよ
うに多数のセグメントに細分割し、夫々の各セグメント
のＸ線の透過率を計測することにより、前述した複雑な
人体６０の構造を反映したものにする。また、上記（２
−４）に記したように、人体６０は多数の物質から構成
されており、この骨塩量や軟部組織量等の人体６０を構
成する物質の数を人体変数ｍとすると、人体変数ｍと同
じか、或いは人体変数ｍよりも多数のｎ個のエネルギ値
（正確なエネルギ値を同定して）のＸ線の透過率を測定
し、ｎ個のｍ元連立方程式を解き、必要に応じて最小二
乗法によりフィットすることにより、人体６０の骨塩量
Ｍ_bの測定精度を上げるものとする。

【００６３】本発明の骨塩量測定装置１０を用いて人体
６０の測定対象部６５の骨塩量Ｍ_bを算定する解析方法
の方針は上記の通りだが、以下、骨塩量Ｍ_bの解析方法
の概要を図６を参照し、図７及び図８のフローチャート
を用いて概説する。 （４−１）先ず、図６に示すように、人体６０の測定対
象部６５の大きさを、ｘ軸方向にＸ、ｙ軸方向にＹとし
たとき、Ｘを上記セグメントのｘ軸方向の長さであるΔ
ｘでｉmax等分し（Ｘ＝Δｘ・ｉmax）、同様にＹをセグ
メントのｙ軸方向の長さであるΔｙでｊmax等分する
（Ｙ＝Δｙ・ｊmax）（ＳＰ１）。

【００６４】（４−２）次に、図６に示す測定対象部６
５の位置（ｘi，ｙj）の微分部分（面積：Δｘ・Δｙ）
の、エネルギ値ＥkのＸ線又はγ線の透過率ｔ（i,j,k)
は、人体６０が無いときのＸ線又はγ線の計測値をｎ₀
（i,j,k)とし、人体６０があるときのＸ線又はγ線の計
測値をｎ（i,j,k)とした場合、次式によって求めること
ができる（ＳＰ２）。 ｔ（i,j,k)＝ｎ（i,j,k)／ｎ₀（i,j,k) （８） なお、ｉ及びｊはｉ＝１〜ｉmax、ｊ＝１〜ｊmaxの間を
変動するものとする。また、ｎ種のＸ線又はγ線の各エ
ネルギ値Ｅk（k＝１〜ｎ）に対する透過率ｔ（i,j,k)の
総てを図示したものが、エネルギ値ＥkのＸ線又はγ線
の透過率マップと称するものとする。さらに、ｉは後述
するように位置検出器の出力の波高分析器のチャネル数
に相当し、ｊは位置検出器の何本目のアノードの何回目
のスキャニング計測かによって一意的に決定される。

【００６５】（４−３）上記した方法で測定した測定対
象部６５の各微小部分位置（ｘi，ｙj）のエネルギ値Ｅ
kのＸ線又はγ線の透過率ｔ（i,j,k)に基づいて、次
に、各微小部分位置（ｘi，ｙj）の骨塩量ｂ1(i,j)は図
８に示すフローチャートのように求める。 (a)先ず、検出器３０によるｎ種のＸ線又はγ線の透過
率ｔ（i,j,k)の測定値がコンピュータ４０に入力される
と（ＳＴ１）、人体変数ｍとＸ線又はγ線の線種の数ｎ
とが等しい場合（ｍ＝ｎ）は（ＳＴ２）、式（４）につ
いてのｎ個のｍ元連立方程式が成立する。従って、この
ｎ（＝ｍ）個のｍ元連立方程式を解くことにより（ＳＴ
３）、骨塩量ｂ1(i,j)を始め、他の測定対象部６５の
（ｍ−１）個の構成部分の量ｂ2(i,j)〜ｂm(i,j)が夫々
一意に定まる（ＳＴ４）ので、当該各微小部分位置（ｘ
i，ｙj）の骨塩量ｂ1(i,j)を即座に決定することができ
る（ＳＴ７、ＳＰ３）。

【００６６】(b)次に、人体変数ｍがＸ線又はγ線の線
種の数ｎよりも小さい場合（ｍ＜ｎ）は（ＳＴ２）、上
記同様に式（４）についてのｎ個のｍ元連立方程式が成
立する。ところで、このｎ（＞ｍ）個のｍ元連立方程式
を解くと、人体変数ｍよりも方程式の個数ｎの方が多い
ので、一般に、各セグメントの骨塩量ｂ1(i,j)を始め、
他の人体６０のｍ−１個の構成部分の量ｂ2(i,j)〜ｂm
(i,j)の解は夫々複数解となる（ＳＴ５）。従って、人
体変数ｍより連立方程式の個数が多いときは、最小二乗
法によるフィットにより（ＳＴ６）、各セグメントの骨
塩量ｂ1^f(i,j)を始め、他の人体６０のｍ−１個の各セ
グメントの構成部分の量ｂ2^f(i,j)〜ｂm^f(i,j)の量も決
定する（ＳＴ７、ＳＰ３）。なお、このｎ個のｍ元連立
方程式を解くプログラム及び最小二乗法によりフィット
するプログラムは、図１に示すコンピュータ４０に予め
入力されている。

【００６７】このように、各セグメントについての骨塩
量ｂ1(i,j)、或いはｂ1^f(i,j)が求まると、ｉ＝１〜ｉm
ax、ｊ＝１〜ｊmaxの各セグメントについての骨塩量ｂ1
(i,j)、或いはｂ1^f(i,j)の総和を求めることにより（Ｓ
Ｐ４）、人体６０の測定対象部６５の骨塩量Ｍ_b、Ｍ_b ^f
を

【数１】 又は

【数２】 の式（９）又は式（１０）に代入することにより求める
ことができる（ＳＰ５）。なお、この骨塩量ｂ1(i,j)、
或いはｂ1^f(i,j)の総和を求める計算も図１に示す計算
機４０が行うようになっている。また、ここで、Ｍ_bは
上記(a)の解法により求めた骨塩量、Ｍ_b ^fは上記(b)の解
法（最小二乗法によるフィット）により求めた骨塩量で
ある。更に、上記解法では、各セグメントの位置を（ｘ
i，ｙj）とするｘ，ｙの直交座標系で解析するようにし
たが、ｘi＝Ｒ・θi、Δｘi＝Ｒ・Δθiとし、極座標系
で測定及び解析するようにすると、より高精度で骨塩量
Ｍ_b、Ｍ_b ^fを計測できるようになる。ここで、Ｒは、図
１に示すＸ線の線源２０と人体６０間の平均距離とす
る。

【００６８】以上、人体変数をｍとし、Ｘ線又はγ線の
線種の数をｎとした一般的な場合で説明したが、以下
は、（５−１）でｍ＝ｎ＝２、（５−２）でｍ＝２、ｎ
＝３（５−３）でｍ＝ｎ＝３の値とした具体的な場合に
ついて説明する。 （５−１） ｍ＝ｎ＝２とした場合 人体６０を、人骨６１と軟部組織６２から構成され、人
体変数ｍが２とし、Ｘ線又はγ線の線種の数を高エネル
ギ(Ｅ^H)と低エネルギ(Ｅ^L)の２種類とした点で、従来の
測定法と共通するが、本発明の骨塩量測定装置では、上
述したように、Ｘ線又はγ線のエネルギ誤差が無く、ま
た、人体６０の骨塩量Ｍ_bの測定対象部６５を細かくセ
グメントに分割することにより、人体形状の変化に比較
して透過位置測定精度に優れているので、従来の式
（４）は各セグメントについて微視的には正しいと言え
る。

【００６９】従って、各セグメントについて式（４）を
適用し、 ａ＝μ_s ^H/｛μ_s ^H・μ_b ^L−μ_s ^L・μ_b ^H｝ ｂ＝μ_s ^L/｛μ_s ^H・μ_b ^L−μ_s ^L・μ_b ^H｝ とすると、骨塩量Ｍ_bは

【数３】 の式（１１）に示すようになり、人体６０が人骨６１と
軟部組織６２から構成されるとした仮定が正しい場合
は、正確な骨塩量Ｍ_bを算出できる。ここで、低エネル
ギ(Ｅ^L)のＸ線(Ｘ^L)の軟部組織６２における質量吸収係
数をμ_s ^L、骨６１における質量吸収係数をμ_b ^Lとしてい
る。同様に、高エネルギ(Ｅ^H)のＸ線(Ｘ^H)の軟部組織６
２における質量吸収係数をμ_s ^H、骨６１における質量吸
収係数をμ_b ^Hとしている。なお、従来法では、人体６０
におけるＸ線又はγ線の透過位置を測定していなかった
ので、

【数４】 の式（４）´のように算出され、更に大きな誤差原因と
なっていたことは、式（４）´を上記の正しい式（１
１）と比較することにより明白になる。つまり、式
（４）´では、高エネルギ(Ｅ^H)のＸ線(Ｘ^H)の透過率ｔ
（i,j,H)、或いは低エネルギ(Ｅ^L)のＸ線(Ｘ^L)の透過率
ｔ（i,j,L)の小さい部分、即ち骨塩量の大きい部分の寄
与を過小評価していることになる。このことが、図１５
に示したように、従来法ではどの具体例においても、常
にそして大幅に、骨塩量の計測値（Ｍ_bc）がそれの真の
値（Ｍ_b0）よりも小さくなってしまう原因となってい
る。

【００７０】（５−２） ｍ＝２、ｎ＝３とした場合 人体６０を、人骨６１と軟部組織６２から構成され、従
って、人体変数ｍを２とし、Ｘ線又はγ線の線種の数を
３種類とした場合である。３種類のＸ線又はγ線の線種
のエネルギをＥ1、Ｅ2、Ｅ3とし、 μ_b ^E1・ρ_b＝β1、 μ_s ^E1・ρ_s＝σ1 μ_b ^E2・ρ_b＝β2、 μ_s ^E2・ρ_s＝σ2 μ_b ^E3・ρ_b＝β3、 μ_s ^E3・ρ_s＝σ3 とおくと、人体６０の各セグメント（ｘi，ｙj）の骨６
１の厚さＴ_b(i,j)[cm]と軟部組織６２の厚さＴ_s(i,j)[c
m]とが未知数として、

【数５】 の式（１２）によって表されるＵの値が最小となるよう
な骨６１の厚さＴ_b(i,j)と軟部組織６２の厚さＴ_s(i,j)
を、図１に示す計算機４０により算出し、その値を夫々
Ｔ_b ^f(i,j)とＴ_s ^f(i,j)として、測定値である３種類のＸ
線又はγ線の線種の透過率ｔ(i,j,k)と、上記一定値β
1、β2、β3、σ1、σ2、σ3を使って人体６０の測定対
象部６５の骨塩量Ｍ_b ^f及び軟部組織Ｍ_s ^fを

【数６】 と

【数７】 の式（１３）と式（１４）により求める。

【００７１】（５−３） ｍ＝３、ｎ＝３とした場合 人体６０を、人骨６１と、図示は省略するが、人骨６１
以外の第２及び第３の組織から構成され、従って、人体
変数ｍを３とし、Ｘ線又はγ線の線種の数を３種類とし
た場合である。（５−２）の場合同様に、３種類のＸ線
又はγ線の線種のエネルギＥkをＥ1、Ｅ2、Ｅ3とし、 μ_b ^E1・ρ_b＝β1、 μ_s ^E1・ρ_s＝σ1 μ_b ^E2・ρ_b＝β2、 μ_s ^E2・ρ_s＝σ2 μ_b ^E3・ρ_b＝β3、 μ_s ^E3・ρ_s＝σ3 とおき、更に第３の組織に対して、μ_u ^E1・ρ_u＝ν1、
μ_u ^E2・ρ_u＝ν2、μ_u ^E3・ρ_u＝ν3とすると、３種類の
Ｘ線又はγ線の線種のエネルギＥkのＥ1、Ｅ2、Ｅ3の夫
々に対して、 ｌｎ｛ｔ(i,j,k)｝＋βk・Ｔ_b(i,j)＋σk・Ｔ_s(i,j) ＋νk・Ｔ_u(i,j)＝０ （１５） が成り立つので、Ｔ_b(i,j)、Ｔ_s(i,j)、Ｔ_u(i,j)に関す
る３個の連立方程式を解き、式（９）のｂ1(i,j)にρ_b
・Ｔ_b(i,j)を代入することによって骨塩量Ｍ_bを求める
ことができる。また、人骨６１以外の第２及び第３の組
織の量Ｍ_s、Ｍ_uは、式（９）のｂ1(i,j)にρ_s・Ｔ_s(i,
j)、或いはρ_u・Ｔ_u(i,j)を代入することによって夫々
求めることができる。

【００７２】次に、図９を用い図３を参照して、本発明
の骨塩量測定装置１０に用いるＸ線・γ線の線源の混合
線源２０の補足説明をする。図９は、図２に示す表１の
上記４種の各線源が同一強度（同一ベクレル数）のとき
の、各線種の計数率に関して図３に示す検出器３０を用
いたときの相対値を一例として図示したものである。横
軸には各線種のエネルギ値、縦軸には検出器３０の（ア
ルゴンガス圧）×（有効厚）＝３００気圧・cmのときの
各線種の検出効率（ε_DET）と、人体の皮質骨の厚さ
（Ｔ_b）と軟部組織の厚さ（Ｔ_s）が、同図内の表の夫々
の場合（○、△、×）における各線種の人体透過率（Ｔ
_BODDY）と、そして各線源の１崩壊（ベクレル）当たり
の各線種の放出確率（Ｉs[％]）との、３個の積の値、
即ち各線種の人体６０透過後の計数率の相対値を示す。

【００７３】図９より、特に３０keVから５０keVまで
は、皮質骨６１の厚さ（Ｔ_b）に計数率が鋭敏に影響を
受ける、即ち骨塩量Ｍ_bを正確に定量するのに適してい
ることが分かる。測定精度を上げるためには、解析に用
いる各測定線種の計測カウント数を大きくして、統計精
度を上げなければならない。計測カウント数は、（計数
率）×（計測時間）であるが、計測時間は診断時間とし
ての限りがあり、また、計数率は余り大きくなると検出
器のエネルギ分解能や位置検出精度に悪影響を与えるた
め、使用線源は解析に用いる各測定線種の計数率がほぼ
同じようになるように、混合比を選ぶと良い。

【００７４】²⁴¹Ａｍ線源は半減期が４００年以上もあ
って、一度購入するといつまでも減弱することなくＸ線
・γ線源として使用可能なので、²⁴¹Ａｍ線源を基準に
すると、¹³³Ｂａ線源はほぼ同じ強度（ベクレル）、²⁰⁴
Ｔｌ線源や¹⁵³Ｇｄ線源ならば約１／３の強度（ベクレ
ル）となるように混合したＸ線・γ線源を使用すればよ
いことが図９より分かる。

【００７５】¹³³Ｂａ線源の半減期は図２の表１に示す
ように約１１年、²⁰⁴Ｔｌ線源の半減期は約４年なの
で、²⁴¹Ａｍ線源も含めた３種を混合したＸ線・γ線の
混合線源の場合は、５年以上同一線源のまま使用可能で
ある。¹⁵³Ｇｄ線源は半減期が約２４０日と短いので、
特別の場合のみ上記の混合線源の直前又は直後に置いて
同時に使用するようにし、毎年¹⁵³Ｇｄ線源のみ交換す
るようにすればよい。

【００７６】なお、解析法のところで、測定対象である
人体があるときの計数率ｎと、ないときの計数率ｎ₀と
の比として透過率ｔを求めるように式に記したが、現実
の診断は計数率ｎによりする以上、計数率ｎ₀の測定は
別途強度比の分かっている弱い線源を用いて、ｎとほぼ
同程度の計数率で測定する必要がある。

【００７７】このように、Ｘ線・γ線の線源と検出器系
と計算機が共に上記基本仕様を満足することにより、上
述した図１２の従来の骨塩量測定装置１００が有してい
た（２−１）乃至（２−６）の誤差が解決されることは
上記の通り詳細に記してきたが、更にまとめて図１０と
図１１を用いて以下に示す。 （６−１）形状誤差の極小化 検出機能で検出する各光子（Ｘ線やγ線）に関して、そ
の光子が複雑な内部形状をしている人体のどの部分を透
過してきたかが判定できれば、即ち、人体の形状を反映
した光子の詳細な透過率分布（マップ）が分かれば、人
体の骨塩量分布（マップ）が分かることになり、前記し
た形状誤差の問題は解決する。

【００７８】Ｘ線・γ線の線源と検出器が共に基本仕様
に記したように、図１０の線源２０は直径２mm以下の点
状線源で、図３の検出器３０は位置分解能が半値幅２mm
以下であれば、図１０に示すように、光子の人体６０へ
の入射位置精度が約±１mmの人体６０（骨６１、軟部組
織６２）の光子透過率分布（マップ）が作成できること
になる。人体６０に入射する光子に垂直な±１mm内で、
骨６１の厚さが大幅に変化する部分の面積の総和が、測
定対象とする人体６０部分の総面積に比し、かなり大き
くなるような特別な場合は稀であるので、上記（１−
１）の問題（１）に記した人体６０の形状変化に起因す
る骨塩量の測定誤差を極小化することができる。

【００７９】（６−２）Ｘ線エネルギ値の拡がりによる
誤差の消滅 上記Ｘ線・γ線の線源が基本仕様のように、夫々一定の
エネルギ値（単色）で、かつ、相互に５keV以上（Ｅx,
γ＜５０keV）或いは、１０keV以上（Ｅx,γ＞５０ke
V）のエネルギ値差がある数種のＸ・γ線を放出する、
数種類の放射性同位元素からなり、更に検出器系として
は基本仕様として、上記のＸ線・γ線を分離して測定で
きるエネルギ分解能を持ったものを使用すれば、検出す
る各光子に関しては、そのエネルギ値が厳密に同定（特
定）されることになるので、上記問題に記した光子のエ
ネルギに拡がりがあることに起因する骨塩量の測定誤差
は厳密になくすことが可能になる。これらは図２の表１
中の任意の放射性同位元素からなる混合線源と、（３−
１）の(a2)に記したエネルギ分解能に関する基本仕様を
持った検出器系により達成できる。

【００８０】（６−３）散乱線の混入による誤差の除去 上記（２−３）に記したように、従来の骨塩量測定装置
では、Ｘ線・γ線の線源や検出器が夫々大きく、光子の
コリメートが充分になされていないと、検出器で計測す
る光子数は圧倒的に散乱光子によるものの方が多くな
り、このため計測値に大きな誤差をもたらすことにな
る。従って散乱線の混入を極力避けて精度がよい測定を
するには以下の条件が重要になる。 （ａ）Ｘ線・γ線の線源が点状線源であること。 （ｂ）検出器の有感面は細長く、線源及び人体から極力
離れていること。 （ｃ）人体に入射する光子及び人体から検出器有感面へ
入射する光子は、線源より検出器有感面を見込むものの
みにコリメートすること。

【００８１】上記の基本仕様を満足する検出器と線源を
用い、上記（ｃ）を満足するようにコリメートし、検出
器と人体及び線源間の距離を夫々１２cm（平均）及び２
４cmとすると、図１１の計算結果に示すように、大幅に
検出器系に入射する散乱光子の数を減少させることが可
能になる。なお、計算はＴＯＴＡＬ ＢＯＤＹの厚さが
１０[g/cm²]の場合についてのみ行った。また、人体内
で散乱後、検出器に入射するまで、散乱確率の角度分布
及び人体内での減衰と検出器を見込む立体角も考慮して
計算を行った。ここで検出器の有感面積は１８cm×１cm
とした。図１１に示す通り、上記の条件では、検出器に
入射する散乱光子数は、全入射光子数（＝散乱光子数＋
透過光子数）の約６〜７％（光子エネルギが４０keV〜
１５０keVのとき）、或いは約１３％（光子エネルギが
３０keVのとき）になり、大幅に減少させることができ
るのが分かる。ここでＣは、Ｃ＝（散乱して検出器に入
る光子数）／（検出器に入る全光子数）とする。なお、
図１１のＣ₀は、人体内で散乱された光子が、人体内で
減衰することを考慮していないときのＣの計算値であ
る。

【００８２】（６−４）多数エネルギ値での分析による
効果 上記従来の骨塩量測定装置では、２個のエネルギ（Dual
Energy）値のみの測定を行っていたが、これでは２重
の意味で問題点があることを（２−４）に記した。しか
し、基本仕様を満足する数本の固有（特性）Ｘ線或いは
γ線を放出する混合線源を用い、基本仕様を満足する検
出器系で測定するならば、多数のエネルギ値よりなる線
種の夫々に対して人体の透過率分布（マップ）を同時に
測定することができるので（Multi-Energy X and γray
Absorptiometry;MEXA法と称することにする。）、人体
の構成物質数を３種以上にして、夫々の分布量を求めた
り、また、そのことによって測定誤差を少なくすること
を可能にしたり、求めるパラメータ数よりも多くのエネ
ルギ値による分析データによって最適フィットをするこ
とにより、誤差をより小さくすることが可能になる。

【００８３】（６−５）位置検出器使用によるカウンタ
アレイの問題点の克服 上記基本仕様を満足する検出器系は、基本的に１個乃至
数個の位置検出器であるので、カウンタアレイの問題点
として記した３点は総て克服される。即ち、離散的な不
感領域があったり、位置による感度のばらつきや、経時
変化があったりするようなことは総てなくすことができ
る。

【００８４】（６−６）回折格子使用による問題点の点
状放射性同位元素線源使用による克服Ｘ線管からのブロ
ードなＸ線は、回折格子により単色化することができる
が、しかしこの場合、Ｘ線源としては空間的に幅の広い
ものになってしまうため、回折格子を使用すると、骨形
状に起因する誤差は避けられないことは上述した。基本
仕様の点状放射性同位元素線源使用の場合、エネルギ値
はどれも単一であり、また空間的に点状であるので、エ
ネルギ拡がりに起因する誤差と、骨形状に起因する誤差
の両方共、極小化することが可能になる。

【００８５】本発明の骨塩量測定装置は、上記実施の形
態には限定されない。先ず、上記実施の形態では、Ｘ線
・γ線の線源の形状として、測定対象とする生体内骨形
状の位置変化に比し、充分に小さい点状線源の例で説明
した。これは上述したように、線源の位置と検出器がＸ
線又はγ線を検出した位置を直線的に結ぶことにより、
Ｘ線又はγ線の骨の透過経路を幾何学的に正確に判別す
るためである。本発明の骨塩量測定装置でいう点状線源
とは、線源そのものが文字通り点状であることを必ずし
も意味するものではない。線源そのものは面状であれ、
線状であれ、或いは点列状であれ、点状のコリメータに
よって実効的に点状とされた線源であれば、人体の透過
経路の判別その他の測定等において問題となることでは
ない。

【００８６】また、上記の点状コリメータは、面状、線
状、点列状等の線源と共に、時間的に移動させて使用し
たり、或いは複数個であったとしても、或いはまた、点
状線源そのものが複数個であったとしても、それらの夫
々の線源を使用する時間や、夫々の線源のＸ線又はγ線
のエネルギ値より、Ｘ線又はγ線の出射位置が判定でき
るならば、Ｘ線又はγ線の検出器における検出位置を測
定することにより、上記したように、Ｘ線又はγ線の人
体における透過経路が判別できることになり、骨塩量
（骨密度）測定上有効である。そしてまた、この方法で
は、測定時間の短縮に繋がるメリットがある場合もあ
る。但し、人体には厚みがあるため、異なる位置の各点
状線源による光子の人体透過経路は夫々異なるため、測
定結果の解析上大きな誤差をもたらすこともあること
は、個々の実施上の場合について注意しなければならな
い。

【００８７】上記実施の形態では、最も精度を必要とす
る場合について、そしてまた、その重要性について記し
た。その結果、点状線源が基本的に最良であることは上
記したが、それ程精度を必要としない場合や、人体形状
に特別な仮定が可能な場合については、本発明の骨塩量
測定装置に用いる測定機能や計算機能により、線源の形
状は点状線源に限定されず、種々の形状が考えられる。

【００８８】また、（３−１）で述べたが、これは本発
明の骨塩量測定装置に用いる線源を考慮して、最も望ま
しい検出器の仕様を示したものであり、線源に用いる放
射性同位体の種類の変更等に応じて、当該仕様について
も種々の変更が考えられるのは勿論のことである。

【００８９】

【発明の効果】本発明の骨塩量測定装置は、上述のよう
に構成したために、以下のような優れた効果を有する。 （１）請求項１に記載したように構成すると、Ｘ線・γ
線の線源としては、所定量の放射性同位元素を用いて、
所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生
するようにすることにより、エネルギ分布幅のない単色
（単一のエネルギ）のＸ線・γ線の線源とすることがで
き、従来の骨塩量測定装置に存在したＸ線エネルギ値の
拡がりに起因する骨塩量の測定誤差をなくすことができ
る。 （２）また、各固有Ｘ線又はγ線の夫々のエネルギ値及
び生体への透過経路を計測することにより、所望の位置
の生体の固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するようにす
ると、複雑な生体の形状を反映した多線種の固有Ｘ線又
はγ線の夫々の透過率分布（マップ）が分かるようにな
り、最終的には計算機能により生体の骨塩量分布（マッ
プ）が分かることになり、従来の骨塩量測定装置に存在
した、上記した形状に起因する誤差及びエネルギの拡が
りに起因する誤差の問題は解決し、測定精度が飛躍的に
向上した骨塩量測定装置とすることができる。 （３）更に、計算機能も、検出機能から計測した生体の
透過率に基づいて骨塩量を算出できるようにしたため、
即座に骨塩量を求めることができるようになる。 （４）また、測定機能として、内部封入ガスを高圧にす
ると共に、内部に薄いベリリウム板又は金属グリッドに
仕切られた多数の有感部分を、Ｘ線・γ線の線源からの
固有Ｘ線又はγ線の飛程方向に設けた比例計数管を用い
るようにしたために、比例計数管の検出効率が上がり、
測定時間が短く精度の良い骨塩量測定装置とすることが
できる。

【００９０】（５）請求項２に記載したように、単一の
放射性同位元素を所定量用いたＸ線・γ線の線源、又は
複数の放射性同位元素を夫々所定量混合したＸ線・γ線
の線源を略点状に作製するか、所定の大きさの容器に収
納するか、或いはコリメータを用いることにより、Ｘ線
・γ線の線源としては、ほぼ点状線源となるように構成
すると、光子の人体の透過経路を判定する測定機能を持
つ上で、本質的な効果を持ち、また、従来の骨塩量測定
装置に存在したコンプトン散乱線の混入に起因する誤差
の問題を解消する上でも本質的な効果を持つことができ
るので骨塩量測定装置の測定精度をより向上させること
ができる。

【００９１】（６）請求項３に記載したように、Ｘ線・
γ線の線源として、３種以上のエネルギの固有Ｘ線又は
γ線を放射する単一の放射性同位元素を所定量用いるよ
うにし、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合す
るように構成すると、従来の骨塩量測定装置に存在し
た、２種のエネルギのＸ線だけで骨塩量を求めることに
起因する誤差を解消することができるので骨塩量測定装
置の測定精度をより向上させることができる。

【００９２】（７）請求項４に記載したように、当該骨
塩量測定装置に用いるＸ線・γ線の線源としては、具体
的には、Ｘ線・γ線の線源に使用する複数の放射性同位
元素として、²⁴¹Ａｍ、¹³³Ｂａ、²⁰⁴Ｔｌを用い、夫々
所定量混合するように構成すると、Ｘ線・γ線の線源と
して適した線源を備えた骨塩量測定装置とすることがで
きる。

【００９３】（８）請求項５に記載したように、当該骨
塩量測定装置に用いる測定機能として、具体的には、位
置及びエネルギ検出型の比例計数管を用いるように構成
すると、好適な測定機能を備えた骨塩量測定装置とする
ことができる。

【００９４】（９）請求項６に記載したように、測定機
能として、縦長の比例計数管を用いるように構成とする
と、従来の骨塩量測定装置に存在したコンプトン散乱線
の混入に起因する誤差の問題を解消する上で本質的な効
果を持つことができるので骨塩量測定装置の測定精度を
より向上させることができる。

【００９５】（１０）請求項７に記載したように、ｘ
軸、ｙ軸よりなる２次元平面、又はｙ軸、θ軸よりなる
２次元平面において、上記測定機能を、ｘ軸又はθ軸方
向の１次元位置検出器、或いはｘ軸又はθ軸方向とｙ軸
方向の２次元位置検出器とし、当該検出器をｙ軸方向に
スキャニングすることにより、広い面積の生体の上記Ｘ
線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定
するように構成すると、広い面積の生体の骨塩量を短い
時間で測定できる骨塩量測定装置とすることが可能とな
る。

【００９６】

【００９７】（１１）請求項８に記載のＸ線・γ線の線
源では、複数の放射性同位元素として、²⁴¹Ａｍ、¹³³Ｂ
ａ、²⁰⁴Ｔｌを夫々所定量混合することにより、所望の
エネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するよ
うに構成すると、本発明の骨塩量測定装置に用いるＸ線
・γ線の線源としては最も適したものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の骨塩量測定装置の一実施の形態を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の骨塩量測定装置のＸ線・γ線の線源に
用いる放射性同位体の核種と半減期とエネルギ値（線
種）を示す図表である。

【図３】本発明の骨塩量測定装置に用いる比例計数管の
概略構成を示す縦断側面図である。

【図４】本発明の骨塩量測定装置の一実施の形態におい
て、エレクトロニクス系の一部をＣＡＭＡＣシステムで
実施する場合の構成図である。

【図５】Ｘ線・γ線の線源のｙ方向のスキャニングと検
出器コリメータの使用について説明するための断面図で
ある。

【図６】本発明の骨塩量測定装置の解析方法を説明する
ために、人体の測定対象部を各セグメントに分割した状
態を示す側面図である。

【図７】本発明の骨塩量測定装置により、骨塩量を測定
する場合のフローチャートである。

【図８】本発明の骨塩量測定装置により、各セグメント
における骨塩量を算出する場合のフローチャートであ
る。

【図９】本発明の骨塩量測定装置のＸ線・γ線の線源に
用いる４種の各線源が同一強度としたときの、各線種の
相対計数率の一例を示した図である。

【図１０】本発明の骨塩量測定装置に用いるＸ線・γ線
の点状線源と人体と検出器との関係を説明するための概
略図である。

【図１１】本発明の骨塩量測定装置において、散乱され
て検出器に入る光子数の割合と、Ｘ線（γ線）のエネル
ギとの関係の一例を示すグラフである。

【図１２】従来の骨塩量測定装置の測定原理を説明する
ための概略構成図である。

【図１３】従来の骨塩量測定装置が有する形状誤差を説
明するための概略構成図である。

【図１４】従来の骨塩量測定装置において、Ｘ線が人体
の内部形状が変化する部分を透過した場合の測定結果に
与える影響の違いを解析するための模式図である。

【図１５】同図（Ａ）は、従来の骨塩量測定装置におい
て、図１４の模式図の各パラメータが同図（Ｂ）の表２
に示すａ〜ｆの各場合において、人体の内部形状の変化
を判別せずに求められる骨塩量Ｍ_bcと骨塩量の真の平均
値Ｍ_b0との比と、Ｘ線のエネルギの組み合わせとの関係
を示すグラフを示す図、一方、同図（Ｂ）はその図表で
ある。

【図１６】従来の骨塩量測定装置において、Ｘ線源のエ
ネルギの拡がりの影響による骨塩量のずれを、各エネル
ギ値の組み合わせの場合における計算によって求めた図
表である。

【図１７】図１６の図表をグラフにしたものである。

【図１８】光電吸収の確率、コンプトン散乱の確率及び
光電吸収の確率とコンプトン散乱の確率の比とＸ線のエ
ネルギとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：本発明の骨塩量測定装置 ２０：Ｘ線・γ線の線源 ２２ｄ：有感部分 ２２ｇ：Ｂｅ板或いは金属メッシュ（金属グリッド） ２２ｋ：検出器コリメータ（コリメータ） ３０：比例計数管（測定機能） ４０：計算機（計算機能） ６０：人体（生体） ６１：人骨（皮質骨） ６２：軟部組織

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 聰 千葉県千葉市稲毛区穴川４丁目９番１号 科学技術庁 放射線医学総合研究所内 (72)発明者 野田 耕二 千葉県千葉市稲毛区穴川４丁目９番１号 科学技術庁 放射線医学総合研究所内 (56)参考文献 特開 平６−121791（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−63039（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−225984（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−274746（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 6/00 - 6/14

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の放射性同位元素を所定量用いるこ
   とにより、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合
   することにより、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を
   所望の強度で発生するようにした１又は２以上のＸ線・
   γ線の線源と、 前記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の、或い
   は前記Ｘ線・γ線の線源から生体を透過した固有Ｘ線又
   はγ線の、夫々のエネルギ値を計測することによって夫
   々の線種を同定し、かつ入射位置信号を出力することに
   より夫々の生体の透過経路を判別する検出器系により、
   所望の位置の生体の所望のエネルギ値の固有Ｘ線又はγ
   線の透過率を測定するために、内部封入ガスを高圧にす
   ると共に、内部に薄いベリリウム板又は金属グリッドに
   仕切られた多数の有感部分を、上記Ｘ線・γ線の線源か
   らの固有Ｘ線又はγ線の飛程方向に設けた比例計数管を
   用いた測定機能と、 前記測定機能により測定した生体の夫々の固有Ｘ線又は
   γ線の透過率に基づいて、当該生体の骨塩量を算出する
   計算機能とを備え、 非破壊で、生体の骨塩量を計測するようにしたことを特
   徴とする骨塩量測定装置。
2. 【請求項２】 上記単一の放射性同位元素を所定量用い
   たＸ線・γ線の線源、又は複数の放射性同位元素を夫々
   所定量混合したＸ線・γ線の線源を略点状に作製する
   か、所定の大きさの容器に収納するか、或いはコリメー
   タを用いることにより、上記Ｘ線・γ線の線源として
   は、ほぼ点状線源となるようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の骨塩量測定装置。
3. 【請求項３】 上記Ｘ線・γ線の線源として、３種以上
   のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を放射する単一の放射性
   同位元素を所定量用いるようにし、又は複数の放射性同
   位元素を夫々所定量混合したものを使用するように構成
   したことを特徴とする請求項１又は２に記載の骨塩量測
   定装置。
4. 【請求項４】 上記Ｘ線・γ線の線源に使用する複数の
   放射性同位元素として、²⁴¹Ａｍ、¹³³Ｂａ、²⁰⁴Ｔｌを
   用い、夫々所定量混合したＸ線・γ線の線源を使用する
   ように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載の骨塩量測定装置。
5. 【請求項５】 上記測定機能として、位置及びエネルギ
   検出型の比例計数管を用いたことを特徴とする請求項１
   乃至４のいずれかに記載の骨塩量測定装置。
6. 【請求項６】 上記測定機能として、縦長の比例計数管
   を用いたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
   記載の骨塩量測定装置。
7. 【請求項７】 ｘ軸、ｙ軸よりなる２次元平面、又はｙ
   軸、θ軸よりなる２次元平面において、 上記測定機能を、ｘ軸又はθ軸方向の１次元位置検出
   器、或いはｘ軸又はθ軸方向とｙ軸方向の２次元位置検
   出器とし（検出器の短い方向がｙ軸方向とする）、当該
   検出器をｙ軸方向にスキャニングすることにより、広い
   面積の生体の上記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又は
   γ線の透過率を測定するようにしたことを特徴とする請
   求項１乃至６のいずれかに記載の骨塩量測定装置。
8. 【請求項８】 複数の放射性同位元素として、²⁴¹Ａ
   ｍ、¹³³Ｂａ、²⁰⁴Ｔｌを夫々所定量混合することによ
   り、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で
   発生するようにしたことを特徴とする請求項１乃至７の
   いずれかに記載の骨塩量測定装置のＸ線・γ線の線源。