JP3133967B2 - 骨評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は骨評価装置に関し、
特に骨評価点の決定手法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】骨の疾病を診断するための
装置として、超音波やＸ線などを利用して骨評価を行う
骨評価装置が知られている。骨評価の部位として例えば
踵が挙げられる。踵骨には海綿骨が多く含まれるため、
骨の疾病が現れやすい。踵骨はその全域にわたって均質
の媒体ではないため、各計測で計測点が異なると、いわ
ゆる計測の再現性の問題が生じる。すなわち、例えば骨
密度の経年変化を正確に把握することができない。ま
た、踵骨は丸みを帯びており、その端部に超音波などを
照射すると反射・散乱が大きくなる。それゆえ、計測点
はできる限り踵骨の中心であって、各人にとって固定さ
れた位置であることが望ましい。

【０００３】なお、特開平６−３２７６６９号公報に
は、骨評価点の自動決定手法が提案されているが、それ
は本発明と異なる原理に基づくものである。

【０００４】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、骨評価の計測点を精度良く決
定でき、信頼性の高い骨評価を行える骨評価装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、踵骨の輪郭像を取得する輪郭像取得手段
と、前記輪郭像における踵骨の輪郭を基準として、円弧
近似範囲を判定する近似範囲判定手段と、踵骨の輪郭内
に設定される所定の候補範囲内の各候補点ごとに前記円
弧近似範囲上の各輪郭点との間の距離を演算し、更に各
候補点ごとに距離のばらつき度合いを求めるばらつき演
算手段と、前記ばらつき度合いが最も小さい候補点を基
準点として決定する基準点決定手段と、前記基準点に基
づいて定められる測定点で骨評価計測を行う計測手段
と、を含むことを特徴とする。

【０００６】上記構成によれば、例えばＸ線や超音波な
どを利用して踵骨の輪郭像（例えば二次元投影像）が取
得され、その輪郭像における踵骨の輪郭を基準として円
弧近似範囲が判定される。すなわち、踵骨は丸みを帯び
た半球状の部分を有し、その輪郭像では半円状の部分
（エッジ部分）を認識できる。その部分が円弧近似範囲
として判定される。そして、その円弧近似範囲の各点と
候補範囲内の各候補点との間の距離のばらつき度合いが
演算され、そのばらつき度合いが最も小さい候補の位置
が基準点として決定される。この基準点は半円の中心点
に相当する。その基準点として決定される測定点で又は
その基準点に基づいて決定される測定点で超音波計測や
Ｘ線計測などが実行される。よって、踵骨固有の形態を
基準として測定点を決定できるので、常に計測点を同じ
位置に設定できる。よって、計測の再現性を良好にでき
る。なお、輪郭像をベースとして計測点を決定している
ので、骨の量が少ない若年期においても測定位置の確定
が容易である。

【０００７】本発明の望ましい態様では、上方にＶ字型
に開いた形態を有し、踵を下にして足を受け入れる足置
きを含み、前記近似範囲判定手段は、前記足置きの面が
ある２方向から踵骨の輪郭に対して直線を近づけ、その
直線が踵骨の輪郭に接した時の接点として２つの出発点
を判定する手段と、前記２つの出発点から互いに離れる
方向に輪郭上をサーチしていき、輪郭の接線の傾きが所
定条件を満たすところまでを前記円弧近似範囲と決定す
る手段と、を含むことを特徴とする。

【０００８】足置きに足を載せると、その踵部分が最下
部に落とし込まれることになる。その状態で輪郭像を取
得すると、踵の丸みを帯びた部分が下向きで現れる。そ
の丸みを帯びた部分を特定するために２本の直線が接線
として利用される。丸みを帯びた部分から接線を移動さ
せて、その接線が例えば所定角度（例えば垂直）になっ
た時点での２接点の間の経路として円弧近似範囲が判定
される。前記の直線は、例えば足置きのＶ字の中心線を
垂線（９０度）として、傾きが４５度及び１３５度の直
線である。

【０００９】本発明の望ましい態様では、前記所定の候
補範囲は、前記円弧近似範囲の両端を結ぶ直線を基準と
して設定される。例えば、その直線上の点としてあるい
はその直線の上側の一定範囲の領域内の点として候補点
が決定される。本発明の望ましい態様では、前記ばらつ
き度合いは標準偏差である。

【００１０】上記目的を達成するために本発明は、丸み
を帯びた骨の輪郭像を取得する輪郭像取得手段と、前記
輪郭像における骨の輪郭を基準として、円弧近似範囲を
判定する近似範囲判定手段と、骨の輪郭内に設定される
所定の候補範囲内の各候補点ごとに前記円弧近似範囲上
の各輪郭点との間の距離を演算し、更に各候補点ごとに
距離のばらつき度合いを求めるばらつき演算手段と、前
記ばらつき度合いが最も小さい候補点を基準点として決
定する基準点決定手段と、前記基準点に基づいて定めら
れる測定点で骨評価計測を行う計測手段と、を含むこと
を特徴とする。すなわち、踵骨及びそれ以外の丸み部分
を有する骨に対する計測に本発明を適用可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００１２】図１には、本発明に係る骨評価装置の好適
な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す
ブロック図である。この骨評価装置は、超音波を利用し
て骨を評価する装置である。但し、本発明はＸ線を利用
して骨を評価する骨評価装置及び超音波とＸ線の両方を
用いて骨を評価する骨評価装置等にも適用できる。

【００１３】図１に示される骨評価装置は、骨のうちで
特に踵骨１０を測定する装置である。図２に示されるよ
うに、被検体である足１２は、足置き１４上にセットさ
れる。足置き１４は傾斜した２つのプレート１４Ａ，１
４Ｂを有する。これらのプレート１４Ａ，１４Ｂは水平
状態から４５度傾いて設けられており、そのＶ字型の中
央部に踵骨を含む踵が落し込まれ、これによって足１２
全体が位置決めされる。ちなみに、超音波ビームは図２
においてＸ−Ｙ平面内において２次元的にスキャンさ
れ、これらによって踵骨を含む骨の輪郭像が取得され
る。その輪郭像に基づいて後述する手法によって測定点
が決定される。

【００１４】図１に戻って、足１２の一方側には送信素
子１６が配置され、他方側には受信素子１８が配置され
ている。これらの送信素子１６及び受信素子１８は超音
波振動子で構成される。駆動機構２０は、送信素子１６
及び受信素子１８のペアを図２に示したＸ方向及びＹ方
向にスキャニングする手段である。もちろん、送信素子
１６及び受信素子１８として複数の振動素子が２次元的
に配列されたアレイ振動子を用い、これによって駆動機
構２０を排除してもよい。すなわち、図１に示したよう
に、超音波ビームを機械的に走査するのではなく、超音
波ビームを電子的に走査するものである。

【００１５】送信素子１６には送信回路２２から送信信
号が供給される。これによって送信素子１６から超音波
パルスが足１２に向けて放射される。足１２を通過した
超音波は、受信素子１８にて受波される。受信素子１８
から出力される受信信号は受信回路２６に入力され、そ
の受信信号に対して増幅などの信号処理がなされる。制
御部２４は、この骨評価装置全体の制御を行う手段であ
り、送信回路２２、受信回路２６及び駆動機構２０を制
御している。具体的には、輪郭像の取得の際には、制御
部２４は超音波ビームが２次元的に走査されるように制
御を行う。また、制御部２４は、後述する測定点に超音
波ビームが位置決めされるように駆動機構２０の制御を
行う。

【００１６】演算部２８は測定点を決定するための演算
及び骨評価演算を行う手段である。この具体的な処理内
容については後に図３を用いて説明する。表示器３０は
演算部２８での演算結果や骨の輪郭像等が表示される。

【００１７】図１に示した構成は、Ｘ線を用いて骨評価
を行う場合においても同様に利用でき、その場合には超
音波の送受波手段に変えてＸ線の送受波手段を設ければ
よい。また、図１に示した構成に加えてＸ線の送受波手
段を設ければ、超音波及びＸ線の両者によって骨を評価
する骨評価装置を構成できる。例えばＸ線によって輪郭
像を取得した後、その輪郭像に基づいて測定点を決定し
てその測定点において超音波の計測を行ってもよい。あ
るいはその逆を行ってもよい。

【００１８】次に、図４〜図６を参照しながら図３のフ
ローチャートに基づいて測定点の決定方法について説明
する。

【００１９】図３に示すＳ１０１では、超音波ビームの
２次元的なスキャニングにより、踵骨の輪郭像が取得さ
れる。図４には、その輪郭像１０２の一例が示されてい
る。踵骨１０には立方骨や距骨等が隣接して接合されて
いる。この輪郭像１０２は図２に示した状態で取得さ
れ、すなわち踵骨１０の半円状部分が下向きに現れてい
る。

【００２０】図３に示すＳ１０２においては、図４に示
す２つの直線を利用して円弧近似範囲を特定するための
２つの出発点が特定される。すなわち、図４に示した足
置き１４の２つのプレート１４Ａ，１４Ｂと平行な仮想
的直線Ｌ１，Ｌ２が２つのプレート１４Ａ，１４Ｂがあ
る方向から踵骨１０に対して徐々に近づけられ、踵骨１
０のエッジにそれらのラインＬ１，Ｌ２が接した時の接
点として２つの出発点Ａ，Ｂが特定される。２つの直線
が踵骨１０の接線となった状態が図４においてＬ３及び
Ｌ４で示されている。ちなみに、２つの直線の傾きは水
平からみて必ずしも４５度である必要はないが、円弧近
似範囲の特定のためにはある程度傾斜していたほうが望
ましく、かつ円弧近似範囲を正確に特定するためにはあ
まり水平方向からの角度が大きくない方が望ましい。し
たがって、望ましくは例えば水平方向から見て３０度〜
６０度以内に直線Ｌ１，Ｌ２の傾きが設定される。

【００２１】図３に示すＳ１０３では、以上のようにし
て決定された２つの出発点Ａ，Ｂに基づいて円弧近似範
囲が決定される。すなわち、図４に示されるように、出
発点Ａ，Ｂから互いに離れる方向に踵骨のエッジに沿っ
て探索が行われ、そのエッジに接する接線が所定角度に
なった時の接点として円弧近似範囲の両端を表す２つの
点Ａ’，Ｂ’が特定される。本実施形態では、接線Ｌ
５，Ｌ６が垂直になった時に円弧近似範囲が特定されて
いる。もちろん、例えばその傾きが急激に変化するとき
に円弧近似範囲を特定するようにしてもよい。このよう
なサーチによって半円に相当する円弧が特定されること
になる。

【００２２】図３に示すＳ１０４では、そのような円弧
近似範囲に基づいて候補領域が決定される。図５にはそ
の具体的な手法が示されており、この図５に示す例で
は、まず点Ａ’及び点Ｂ’を結ぶ直線Ｌ７が仮想的に設
定され、その線分Ａ’−Ｂ’の中点として原点Ｏが特定
される。原点Ｏと各点Ａ’，Ｂ’との間の中点として点
Ｃ，Ｄがそれぞれ特定される。点Ｃ，Ｄを通る垂線とし
て直線Ｌ８，Ｌ９が特定され、点Ｃ，Ｄから上方に所定
距離隔てられた直線Ｌ８，Ｌ９上の点として点Ｅ，Ｆが
決定される。このようにして決定された点Ｃ，Ｄ，Ｅ，
Ｆの４点で囲まれる矩形の領域が候補領域Ｗとして決定
されている。もちろん、この候補領域Ｗの形状は図示の
ものには限られず、踵骨１０の計測に当たって望ましい
他の形態を設定することもできる。例えば直線Ｌ７上に
おいてのみ候補領域を設定してもよく、あるいは直線Ｌ
７の上下方向に候補領域を設定してもよい。探索時間を
削減するためには、測定点を見失わない限りにおいてで
きる限り候補領域Ｗを小さくするのが望ましい。

【００２３】図３に示すＳ１０５においては、各候補点
と各輪郭点との間の距離が演算される。すなわち、候補
点と輪郭点の組み合わせごとに距離が演算される。これ
が図６に示されている。候補領域Ｗ内のある候補点Ｐｎ
に着目した場合、その候補点Ｐｎと円弧近似範囲Ａ’−
Ｂ’上の各点Ｑｍとの間の距離がそれぞれ演算される。
その距離演算が各候補点ごとに繰り返し行われる。

【００２４】図３に示すＳ１０６では、以上のようにし
て求められた各候補点ごとの複数の距離データに基づ
き、各候補点ごとに標準偏差が演算される。すなわち各
候補点ごとに距離のばらつき度合いが求められる。そし
て、Ｓ１０７では、その距離のばらつき度合いが最も小
さい候補点として測定点Ｐが決定される。すなわちその
ような点は円の中心である可能性が高く、かかる点とし
て測定点Ｐが決定される。

【００２５】本実施形態では標準偏差が最も小さい点
（基準点）をそのまま測定点として決定したが、そのよ
うな基準点に基づいてその点以外の位置に１又は複数の
測定点を設定してもよい。

【００２６】このように測定点が決定されると、図１に
示した制御部２４の制御によって送信素子１６及び受信
素子１８が当該測定点上に位置決めされ、その測定点で
超音波の計測が実行される。その受信信号に基づいて演
算部２８において骨評価演算が実行され、表示器３０に
骨評価値が表示される。この場合、骨評価演算の手法と
しては各種の手法を適用できる。例えば超音波の減衰度
合いに所定の係数を乗算した値を骨評価値としてもよ
く、あるいは超音波の計測値とＸ線の計測値の両者から
求まる所定の値を骨評価値としてもよい。

【００２７】上記実施形態によれば、計測点を常に同一
条件で設定することができるので、計測の再現性を良好
にできる。したがって特にある患者について骨評価値の
経年変化などを観察する場合に有効である。踵骨は丸み
を帯びており、このため測定点が踵骨の中心からシフト
すると超音波の乱反射度合いが強くなる。これに対し上
記装置によれば踵骨の中央に測定点を設定して効率良く
超音波を踵骨内に透過させることができるという利点が
ある。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
骨評価に当たって測定点を精度良く決定でき、信頼性の
高い骨評価を行えるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る骨評価装置の全体構成を示すブ
ロック図である。

【図２】 足置き上に置かれた足の状態を示す説明図で
ある。

【図３】 測定点決定手法を示すフローチャートであ
る。

【図４】 円弧近似範囲の特定方法を示すための説明図
である。

【図５】 候補領域を示す説明図である。

【図６】 候補点と各輪郭点との間の距離演算を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１０ 踵骨、１６ 送信素子、１８ 受信素子、２０
駆動機構、２２ 送信回路、２４ 制御部、２６ 受信
回路、２８ 演算部。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−327669（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−124157（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−192333（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−343624（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15 A61B 6/00 - 6/14

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 踵骨の輪郭像を取得する輪郭像取得手段
   と、 前記輪郭像における踵骨の輪郭を基準として、円弧近似
   範囲を判定する近似範囲判定手段と、 踵骨の輪郭内に設定される所定の候補範囲内の各候補点
   ごとに前記円弧近似範囲上の各輪郭点との間の距離を演
   算し、更に各候補点ごとに距離のばらつき度合いを求め
   るばらつき演算手段と、 前記ばらつき度合いが最も小さい候補点を基準点として
   決定する基準点決定手段と、 前記基準点に基づいて定められる測定点で骨評価計測を
   行う計測手段と、 を含むことを特徴とする骨評価装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 上方にＶ字型に開いた形態を有し、踵を下にして足を受
   け入れる足置きを含み、 前記近似範囲判定手段は、 前記足置きの面がある２方向から踵骨の輪郭に対して直
   線を近づけ、その直線が踵骨の輪郭に接した時の接点と
   して２つの出発点を判定する手段と、 前記２つの出発点から互いに離れる方向に輪郭上をサー
   チしていき、輪郭の接線の傾きが所定条件を満たすとこ
   ろまでを前記円弧近似範囲と決定する手段と、 を含むことを特徴とする骨評価装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記所定の候補範囲は、前記円弧近似範囲の両端を結ぶ
   直線を基準として設定されることを特徴とする骨評価装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、 前記ばらつき度合いは標準偏差であることを特徴とする
   骨評価装置。
5. 【請求項５】 丸みを帯びた骨の輪郭像を取得する輪郭
   像取得手段と、 前記輪郭像における骨の輪郭を基準として、円弧近似範
   囲を判定する近似範囲判定手段と、 骨の輪郭内に設定される所定の候補範囲内の各候補点ご
   とに前記円弧近似範囲上の各輪郭点との間の距離を演算
   し、更に各候補点ごとに距離のばらつき度合いを求める
   ばらつき演算手段と、 前記ばらつき度合いが最も小さい候補点を基準点として
   決定する基準点決定手段と、 前記基準点に基づいて定められる測定点で骨評価計測を
   行う計測手段と、 を含むことを特徴とする骨評価装置。