JP3258233B2 - 骨計測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、骨計測方法および
骨計測装置に関するものである。さらに詳細には、本発
明は、被検骨の代表断面の構造を画像化する手段を用い
て得られた画像を画像処理装置に入力し所定の方法によ
り海綿骨構造を表すテンソルを計算することで被検骨の
強度に関する特性のうち特に構造異方性に関する特性お
よびまたは強度の相対値を正確かつ迅速に評価する方法
を提供するものである。
骨計測装置に関するものである。さらに詳細には、本発
明は、被検骨の代表断面の構造を画像化する手段を用い
て得られた画像を画像処理装置に入力し所定の方法によ
り海綿骨構造を表すテンソルを計算することで被検骨の
強度に関する特性のうち特に構造異方性に関する特性お
よびまたは強度の相対値を正確かつ迅速に評価する方法
を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】骨強度評価においては骨構造評価が重要
な課題である。骨構造は、外観形状と内部構造とに大別
される。従来の研究における内部構造についての評価指
標は、断面積等の領域的指標や分岐点等の網目指標しか
なく、被検骨関心断面の構造的異方性については具体的
な計測方法が見当たらない。したがって、骨構造評価指
標が不十分なために、同一計測結果でも実際の力学的強
度との相関は低いという欠点があった。
な課題である。骨構造は、外観形状と内部構造とに大別
される。従来の研究における内部構造についての評価指
標は、断面積等の領域的指標や分岐点等の網目指標しか
なく、被検骨関心断面の構造的異方性については具体的
な計測方法が見当たらない。したがって、骨構造評価指
標が不十分なために、同一計測結果でも実際の力学的強
度との相関は低いという欠点があった。
【０００３】一方、骨内部構造を観察するには、破壊的
に骨を薄く切り出して顕微鏡で観察するか、または解像
度２００μｍ程度の低解像度のＣＴ（Computed Tomogr
aphy）装置を用いる方法しかなかった。したがって、全
社の場合、同一被検骨について他の試験を実施できな
い、切り出したときに標本が割れる（アーチファクト発
生）、または後者の場合、微細な骨梁構造まで観察でき
ず異方性の評価ができないといった様々な問題があっ
た。
に骨を薄く切り出して顕微鏡で観察するか、または解像
度２００μｍ程度の低解像度のＣＴ（Computed Tomogr
aphy）装置を用いる方法しかなかった。したがって、全
社の場合、同一被検骨について他の試験を実施できな
い、切り出したときに標本が割れる（アーチファクト発
生）、または後者の場合、微細な骨梁構造まで観察でき
ず異方性の評価ができないといった様々な問題があっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非破壊的、
かつ、微視的に被検骨の内部構造を観察し、骨強度をよ
く反映する指標のうち特に海綿骨の構造異方性を評価す
る計測方法を見いだし、海綿骨強度評価のうち、特に構
造異方性および／または強度の相対値に関する評価がよ
り正確かつ迅速に行えるようにすることを目的としてい
る。
かつ、微視的に被検骨の内部構造を観察し、骨強度をよ
く反映する指標のうち特に海綿骨の構造異方性を評価す
る計測方法を見いだし、海綿骨強度評価のうち、特に構
造異方性および／または強度の相対値に関する評価がよ
り正確かつ迅速に行えるようにすることを目的としてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的を達成するために鋭意研究した結果、被検骨の画像に
画像処理を施し、骨強度評価指標のうち特に構造異方性
およびまたは強度の相対値に関する指標を計測できるこ
とを見いだし本発明に到達した。該被検骨の関心断面の
画像の入力手段としては、海綿骨の微細構造を計測する
のに十分な焦点寸法・解像度をもつ微小フォーカスＸ線
断面写真撮影装置を用いるのが、非破壊的、かつ、微視
的に被検骨の内部構造を観察できるという点から好まし
い。
的を達成するために鋭意研究した結果、被検骨の画像に
画像処理を施し、骨強度評価指標のうち特に構造異方性
およびまたは強度の相対値に関する指標を計測できるこ
とを見いだし本発明に到達した。該被検骨の関心断面の
画像の入力手段としては、海綿骨の微細構造を計測する
のに十分な焦点寸法・解像度をもつ微小フォーカスＸ線
断面写真撮影装置を用いるのが、非破壊的、かつ、微視
的に被検骨の内部構造を観察できるという点から好まし
い。
【０００６】すなわち本発明は、被検骨の関心断面を表
わす関心断面画像の骨部に対応する細線化画像から所定
の方法により海綿骨構造を表わすテンソルを計算するこ
とで、該被検骨の異方性度合いおよび強度の相対値が定
量化できるようにしたことを特徴とする骨計測方法を提
供するものである。本発明における細線化画像を得る手
法は、被検骨の撮影（アナログ的又はディジタル的を問
わない）から直接交換する方法、又は一旦画像化してか
ら変換する方法のいずれでもかまわない。また細線化は
骨部に対応すればどのような方法でもよいが、途中で一
旦２値化画像を構成することができる。
わす関心断面画像の骨部に対応する細線化画像から所定
の方法により海綿骨構造を表わすテンソルを計算するこ
とで、該被検骨の異方性度合いおよび強度の相対値が定
量化できるようにしたことを特徴とする骨計測方法を提
供するものである。本発明における細線化画像を得る手
法は、被検骨の撮影（アナログ的又はディジタル的を問
わない）から直接交換する方法、又は一旦画像化してか
ら変換する方法のいずれでもかまわない。また細線化は
骨部に対応すればどのような方法でもよいが、途中で一
旦２値化画像を構成することができる。
【０００７】また本発明は、微小フォーカスＸ線断層写
真撮影装置によって得られた被検骨の関心断面の画像を
入力画像とし、該入力画像を２値化して骨部のみを抽出
した画像において所定の方法により海綿骨構造を表わす
テンソルを計算することで、又は更にそれに骨梁幅の重
み付けをすることで、該被検骨の強度の異方性度合いお
よび又は強度の相対値が定量化できるようにしたことを
特徴とする骨計測方法を提供するものである。
真撮影装置によって得られた被検骨の関心断面の画像を
入力画像とし、該入力画像を２値化して骨部のみを抽出
した画像において所定の方法により海綿骨構造を表わす
テンソルを計算することで、又は更にそれに骨梁幅の重
み付けをすることで、該被検骨の強度の異方性度合いお
よび又は強度の相対値が定量化できるようにしたことを
特徴とする骨計測方法を提供するものである。
【０００８】
【作用】したがって、本発明は以上のような手段を講じ
たことにより、非破壊的、かつ、微視的に被検骨の断面
像を観察できるため、より正確かつ迅速に該被検骨の強
度の異方性度合いおよびまたは強度の相対値が定量化で
きる。
たことにより、非破壊的、かつ、微視的に被検骨の断面
像を観察できるため、より正確かつ迅速に該被検骨の強
度の異方性度合いおよびまたは強度の相対値が定量化で
きる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例についた図１〜７を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１０】まず、骨強度を評価する指標を計測する前
に、被検骨を代表する特性を持つような断面を決定し、
該断面についての断層写真像を取得する。
に、被検骨を代表する特性を持つような断面を決定し、
該断面についての断層写真像を取得する。
【００１１】断面写真には、骨の内部構造を詳細に計測
することが可能な程度の解像度が必要とされる。したが
って、断面写真像を得る方法としては、フォーカス・サ
イズ２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の微小焦点
からＸ線を発生・照射する微小フォーカスＸ線断面写真
撮影（以下、μＸ線ＣＴ）があげられる。具体的には、
骨梁を観察するのに十分な１０μｍ程度の空間解像度が
得られるものであればよい。
することが可能な程度の解像度が必要とされる。したが
って、断面写真像を得る方法としては、フォーカス・サ
イズ２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の微小焦点
からＸ線を発生・照射する微小フォーカスＸ線断面写真
撮影（以下、μＸ線ＣＴ）があげられる。具体的には、
骨梁を観察するのに十分な１０μｍ程度の空間解像度が
得られるものであればよい。
【００１２】なお、μＸ線ＣＴを利用して被検骨の断面
像を得れば、薄切の際に発生するアーティファクトがな
いという点においても好適である。
像を得れば、薄切の際に発生するアーティファクトがな
いという点においても好適である。
【００１３】なお、本発明の装置に適用できる被験体の
例としては、動物の骨の発育状態、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範囲又はその進
行度、治療時の効果の確認等の種々の骨計測を行う場合
に必要とされる動物の被検骨等が挙げられる。被検骨の
具体例としては、大腿骨、頸骨、腓骨、腰椎、尾椎、仙
骨、腸骨等が挙げられる。その他の被験物としては、撮
影して、得られた断面像を画像処理装置に入力できるも
のであればいかなるものであってもよい。さらに、本発
明の装置に適用できる計測領域としては、被検骨のμＸ
線ＣＴにより得られた断面像の一部分もしくは全体が挙
げられる。
例としては、動物の骨の発育状態、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範囲又はその進
行度、治療時の効果の確認等の種々の骨計測を行う場合
に必要とされる動物の被検骨等が挙げられる。被検骨の
具体例としては、大腿骨、頸骨、腓骨、腰椎、尾椎、仙
骨、腸骨等が挙げられる。その他の被験物としては、撮
影して、得られた断面像を画像処理装置に入力できるも
のであればいかなるものであってもよい。さらに、本発
明の装置に適用できる計測領域としては、被検骨のμＸ
線ＣＴにより得られた断面像の一部分もしくは全体が挙
げられる。
【００１４】該被検骨は、軟部組織もしくは、軟部組織
様のものが付着している場合とそうでない場合が考えら
れる。この場合には管電圧を変えて２回以上Ｘ線を発生
・照射してμＸ線ＣＴ撮影することにより、各波長のＸ
線に対する軟部組織と骨部のＸ線減弱係数の違いを利用
して軟部組織をキャンセルする方法（ＤＥＣＴ：DualEn
ergy Computed Tomography ）が報告されているのでこ
の方法を応用的に用いてもよい。
様のものが付着している場合とそうでない場合が考えら
れる。この場合には管電圧を変えて２回以上Ｘ線を発生
・照射してμＸ線ＣＴ撮影することにより、各波長のＸ
線に対する軟部組織と骨部のＸ線減弱係数の違いを利用
して軟部組織をキャンセルする方法（ＤＥＣＴ：DualEn
ergy Computed Tomography ）が報告されているのでこ
の方法を応用的に用いてもよい。
【００１５】以下、μＸ線ＣＴおよびμＸ線ＣＴを使っ
た断面像取得方法を図１を用いて説明する。
た断面像取得方法を図１を用いて説明する。
【００１６】本発明で用いたμＸ線ＣＴは、焦点寸法が
約８μｍのＸ線管１を使用した。回転陽極２にて加速さ
れた電子は該Ｘ線管の該焦点寸法の領域に照射されＸ線
を発生する。該Ｘ線は被検骨３を透過した後に、スリッ
ト４によってスライス厚さ分の情報のみに絞られセンサ
５に到達する。たとえば被検骨を徐々に自転させること
により、被検骨に対する照射Ｘ線方向を変化させ、その
都度Ｘ線照射、センサ検出を繰り返しμＸ線ＣＴ像を再
構成する。本発明において得たμＸ線ＣＴ像は縦５１２
画素×横５１２画素であり、１画素当たりの寸法は縦約
１５μｍ×横約１５μｍであり、各画素のＣＴ値は２16
階調で表現した。また、各画素のＣＴ値を画像処理装置
に入力する際には数１で変換した。
約８μｍのＸ線管１を使用した。回転陽極２にて加速さ
れた電子は該Ｘ線管の該焦点寸法の領域に照射されＸ線
を発生する。該Ｘ線は被検骨３を透過した後に、スリッ
ト４によってスライス厚さ分の情報のみに絞られセンサ
５に到達する。たとえば被検骨を徐々に自転させること
により、被検骨に対する照射Ｘ線方向を変化させ、その
都度Ｘ線照射、センサ検出を繰り返しμＸ線ＣＴ像を再
構成する。本発明において得たμＸ線ＣＴ像は縦５１２
画素×横５１２画素であり、１画素当たりの寸法は縦約
１５μｍ×横約１５μｍであり、各画素のＣＴ値は２16
階調で表現した。また、各画素のＣＴ値を画像処理装置
に入力する際には数１で変換した。
【００１７】
【数１】
【００１８】［ただし、ＴＬ：変換後ＣＴ値、Ｃ
Ｔmax ：最大ＣＴ値、ＣＴmax ：最小ＣＴ値］ 上記のようにして得られた画像をもとに画像処理を実施
する。今回の発明における画像処理方法を図２〜７を用
いて詳細に説明する。なお、海綿骨構造を表すテンソル
を計測する画像処理のフローチャートを図２に、説明図
を図５に示す。μＸ線ＣＴにより撮影された被検骨の関
心部位断面像は、画像処理装置に入力され、原画像とな
り、ついで２値化される。
Ｔmax ：最大ＣＴ値、ＣＴmax ：最小ＣＴ値］ 上記のようにして得られた画像をもとに画像処理を実施
する。今回の発明における画像処理方法を図２〜７を用
いて詳細に説明する。なお、海綿骨構造を表すテンソル
を計測する画像処理のフローチャートを図２に、説明図
を図５に示す。μＸ線ＣＴにより撮影された被検骨の関
心部位断面像は、画像処理装置に入力され、原画像とな
り、ついで２値化される。
【００１９】なお、原画像の２値化方法としては、たと
えば判別分析法を用いることができる。判別分析法と
は、画像中の画素をある閾値でクラス分けしたときに、
各クラスの画素の高度のばらつきが小さく、クラス間の
ばらつきが大きくなるような閾値によって２値化する方
法のことである。
えば判別分析法を用いることができる。判別分析法と
は、画像中の画素をある閾値でクラス分けしたときに、
各クラスの画素の高度のばらつきが小さく、クラス間の
ばらつきが大きくなるような閾値によって２値化する方
法のことである。
【００２０】さらに詳細には、各クラスの画素の高度の
ばらつきを表す指標としては、クラス内分散δＷ2 を用
いる。
ばらつきを表す指標としては、クラス内分散δＷ2 を用
いる。
【００２１】δＷ2 ＝ω1 σ1 2 ＋ω2 σ2 2 ［ただし、ω1 ：クラス１の画素数、σ1 ：クラス１の
画素の輝度の分散、ω2：クラス２の画素数、σ2 ：ク
ラス２の画素の輝度の分散］ また、クラス間のばらつきを表す指標としてはクラス間
分散δＢ2 を用いる。 δＢ2 ＝ω1 ω2 （Ｍ1 −Ｍ2 ）２ ［ただし、Ｍ１ ：クラス１の画素の輝度の平均、
Ｍ2 ：クラス２の画素の輝度の平均］ δＢ2 とδＷ2 の比である分散比Ｆ0 が最大になるよう
な閾値を求める。
画素の輝度の分散、ω2：クラス２の画素数、σ2 ：ク
ラス２の画素の輝度の分散］ また、クラス間のばらつきを表す指標としてはクラス間
分散δＢ2 を用いる。 δＢ2 ＝ω1 ω2 （Ｍ1 −Ｍ2 ）２ ［ただし、Ｍ１ ：クラス１の画素の輝度の平均、
Ｍ2 ：クラス２の画素の輝度の平均］ δＢ2 とδＷ2 の比である分散比Ｆ0 が最大になるよう
な閾値を求める。
【００２２】Ｆ0 ＝δＢ2 ／δＷ2 該閾値によって２値化する方法を判別分析法という。
【００２３】図３Ａはこの判別分析法による２値化画像
を示す。該２値化画像より、画像全体の重心座標を求
め、該重心座標を通る慣性主軸（図３Ａ中の１点鎖線）
を求める。該慣性主軸がＹ軸に平行となるように２値化
画像を回転させる。
を示す。該２値化画像より、画像全体の重心座標を求
め、該重心座標を通る慣性主軸（図３Ａ中の１点鎖線）
を求める。該慣性主軸がＹ軸に平行となるように２値化
画像を回転させる。
【００２４】次に解析対象領域を設定する。解析対象領
域は物理的意味を良く反映する領域であり、例えば一番
負荷のかかる領域として選定することができる。以下、
腰椎を例にして説明する。前記の如く回転して位置決め
された画像において、脊髄腔と骨部の境界を形成する画
素からなる閉曲線（以下、境界画素曲線と称する場合が
ある。）を該慣性主軸を中心にして左右に２分し、該２
分された境界画素曲線各々における該慣性主軸から最も
遠い点をＰR 、ＰL とする。ＰR 、ＰL の２点のうち、
該慣性主軸に近いほうの１点から該慣性主軸への垂線の
長さを脊髄腔半径ｒとする。
域は物理的意味を良く反映する領域であり、例えば一番
負荷のかかる領域として選定することができる。以下、
腰椎を例にして説明する。前記の如く回転して位置決め
された画像において、脊髄腔と骨部の境界を形成する画
素からなる閉曲線（以下、境界画素曲線と称する場合が
ある。）を該慣性主軸を中心にして左右に２分し、該２
分された境界画素曲線各々における該慣性主軸から最も
遠い点をＰR 、ＰL とする。ＰR 、ＰL の２点のうち、
該慣性主軸に近いほうの１点から該慣性主軸への垂線の
長さを脊髄腔半径ｒとする。
【００２５】次に、該２値化画像全体の重心点を通り、
該慣性主軸に垂直な直線で該骨部２値化画像の骨部を上
下に２分する。これら２分されたもののどちらを選定す
るかは、解析されるべき物理的意味に従って決められ
る。本例においては、骨強度を解析するため、骨強度に
寄与の少い領域は消去する。即ち、該２分した各骨部の
フィレ径を計算しＹ方向フィレ径が大きいほうの骨部を
消去する。さらに、残ったほうの領域について、慣性主
軸からの距離が該脊椎腔半径ｒ×α以上の領域を消去す
る。αは適切な解析対象領域が設定できればいかなる値
でもよいが、本例においては、骨計測上有意義な領域を
抽出するためにα＝０．９とした。
該慣性主軸に垂直な直線で該骨部２値化画像の骨部を上
下に２分する。これら２分されたもののどちらを選定す
るかは、解析されるべき物理的意味に従って決められ
る。本例においては、骨強度を解析するため、骨強度に
寄与の少い領域は消去する。即ち、該２分した各骨部の
フィレ径を計算しＹ方向フィレ径が大きいほうの骨部を
消去する。さらに、残ったほうの領域について、慣性主
軸からの距離が該脊椎腔半径ｒ×α以上の領域を消去す
る。αは適切な解析対象領域が設定できればいかなる値
でもよいが、本例においては、骨計測上有意義な領域を
抽出するためにα＝０．９とした。
【００２６】ここで、対象としている２値化画像の中で
骨部を包含する最小の矩形のうち各辺がＸ軸、もしくは
Ｙ軸に平行な矩形を考えたとき、該矩形の短辺および／
もしくは長辺の長さのことをフィレ径という、該矩形に
おいて対角をなす２つの頂点の座標をフィレ座標とい
う。
骨部を包含する最小の矩形のうち各辺がＸ軸、もしくは
Ｙ軸に平行な矩形を考えたとき、該矩形の短辺および／
もしくは長辺の長さのことをフィレ径という、該矩形に
おいて対角をなす２つの頂点の座標をフィレ座標とい
う。
【００２７】次に、残った領域における皮質骨部を手動
で消去し、最後に残った領域を解析対象としての海綿骨
部として設定する。（図３Ｂ）。
で消去し、最後に残った領域を解析対象としての海綿骨
部として設定する。（図３Ｂ）。
【００２８】被検骨の海綿骨構造を表すテンソルを計算
するにあたっては、該海綿骨部画像をもとに海綿骨骨梁
幅の代表値として海綿骨骨梁平均幅ＭＷＴを計算して海
綿骨構造の方向性を示すテンソルの長さを決定し、つい
で該海綿骨部画像を細線化した画像をもとに海綿骨構造
の向きを調べることにする。
するにあたっては、該海綿骨部画像をもとに海綿骨骨梁
幅の代表値として海綿骨骨梁平均幅ＭＷＴを計算して海
綿骨構造の方向性を示すテンソルの長さを決定し、つい
で該海綿骨部画像を細線化した画像をもとに海綿骨構造
の向きを調べることにする。
【００２９】なお、２値化画像の細線化とは、対象とな
る図形の連結性を変えない、すなわち図形が切れたり孔
が生じたりしないようにしながら線幅を細くしていき最
終的に線幅が１となった中心線を抽出する操作のことを
指す。
る図形の連結性を変えない、すなわち図形が切れたり孔
が生じたりしないようにしながら線幅を細くしていき最
終的に線幅が１となった中心線を抽出する操作のことを
指す。
【００３０】まず最初に、図３Ｂの説明図を参考にして
該海綿骨骨梁平均幅ＭＷＴを求める。
該海綿骨骨梁平均幅ＭＷＴを求める。
【００３１】該海綿骨部画像の骨部面積Ｔｂ．ＢＶを数
２にて計算する。
２にて計算する。
【００３２】
【数２】Ｖ＝Σi Σj φ［ｆ（ｉ，ｊ）］ ［ただし、Ｖ：面積、骨部：φ［ｆ（ｉ，ｊ）］＝１、
それ以外：φ［ｆ（ｉ，ｊ）］＝０］ ここで、ｉ，ｊとは５１２×５１２画素からなる２次元
画像空間のＸ軸（画像の水平方向）、Ｙ軸（同じく垂直
方向）の座標値を意味する。また、ｉおよびｊの範囲は
それ以外：φ［ｆ（ｉ，ｊ）］＝０］ ここで、ｉ，ｊとは５１２×５１２画素からなる２次元
画像空間のＸ軸（画像の水平方向）、Ｙ軸（同じく垂直
方向）の座標値を意味する。また、ｉおよびｊの範囲は
【００３３】
【数３】
【００３４】である。
【００３５】ついで、該海綿骨部画像の周囲長Ｔｂ．Ｓ
を求める。これらより、海綿骨骨梁平均幅を数４にて計
算する。
を求める。これらより、海綿骨骨梁平均幅を数４にて計
算する。
【００３６】
【数４】
【００３７】つぎに、図４の説明図を参考にして海綿骨
の構造異方性を調べる。
の構造異方性を調べる。
【００３８】該対象画像を細線化した細線化画像と、該
海綿骨部画像との積をとり海綿骨部細線化画像を得る。
該海綿骨部細線化画像のうち骨部画素各々について、隣
接する周囲８画素が骨部かどうかという画素間隣接情報
を調べる。
海綿骨部画像との積をとり海綿骨部細線化画像を得る。
該海綿骨部細線化画像のうち骨部画素各々について、隣
接する周囲８画素が骨部かどうかという画素間隣接情報
を調べる。
【００３９】図４のような細線化画像を考えた場合、骨
部注目画素（ｉ，ｊ）の廻りに番号付けされたように、
０〜７番の隣接画素を考え、該隣接画素が骨部であるな
らば各番号の計数ｎk に１を加え、骨部でなければｎk
はそのままとする。すなわち図４の注目画素の場合、１
番３番５番７番が骨部なので、ｎ1 とｎ3 とｎ5 とｎ7
だけが１増えることになる。あらかじめ各計数ｎk （ｋ
＝０，１，…，７）を０にクリアしておいて、
部注目画素（ｉ，ｊ）の廻りに番号付けされたように、
０〜７番の隣接画素を考え、該隣接画素が骨部であるな
らば各番号の計数ｎk に１を加え、骨部でなければｎk
はそのままとする。すなわち図４の注目画素の場合、１
番３番５番７番が骨部なので、ｎ1 とｎ3 とｎ5 とｎ7
だけが１増えることになる。あらかじめ各計数ｎk （ｋ
＝０，１，…，７）を０にクリアしておいて、
【００４０】
【数５】
【００４１】の領域について骨部注目画素（ｉ，ｊ）を
走査する。
走査する。
【００４２】図４は、ｉｅｎｄ＝６、ｊｅｎｄ＝５で簡
略化した細線化画像を示したものでこの場合、各ｎk は
次のようになる。
略化した細線化画像を示したものでこの場合、各ｎk は
次のようになる。
【００４３】 ｎ0 ＝１ ｎ4 ＝０ ｎ1 ＝４ ｎ5 ＝４ ｎ2 ＝１ ｎ6 ＝１ ｎ3 ＝５ ｎ7 ＝５ よって、Ｘ方向およびＹ方向の隣接は重複して計数して
いることを考慮すると数６によって求めることができ
る。
いることを考慮すると数６によって求めることができ
る。
【００４４】
【数６】 Ｘ方向 ＮX ＝（ｎ0 ＋ｎ1 ＋ｎ3 ＋ｎ4 ＋ｎ5 ＋ｎ7 ）／２ Ｙ方向 ＮY ＝（ｎ1 ＋ｎ2 ＋ｎ3 ＋ｎ5 ＋ｎ6 ＋ｎ7 ）／２ したがって、海綿骨骨梁平均幅ＭＷＴおよびＸ方向・Ｙ
方向隣接数より海綿骨構造の異方性度合いおよび海綿骨
強度の相対値を示すベクトルは数７によって計算でき
る。
方向隣接数より海綿骨構造の異方性度合いおよび海綿骨
強度の相対値を示すベクトルは数７によって計算でき
る。
【００４５】
【数７】
【００４６】なお、図５を用いて数７を説明すると、数
６より構造異方性を示すベクトルは（ＮX ，ＮY ）とな
るが、ベクトルの長さが海綿骨骨梁平均幅を表すように
換算しなおせば数７のベクトルとなる。したがって、Ｘ
成分とＹ成分の比が海綿骨構造の異方性を示す。また、
ベクトルの長さが海綿骨強度の相対値を示す。
６より構造異方性を示すベクトルは（ＮX ，ＮY ）とな
るが、ベクトルの長さが海綿骨骨梁平均幅を表すように
換算しなおせば数７のベクトルとなる。したがって、Ｘ
成分とＹ成分の比が海綿骨構造の異方性を示す。また、
ベクトルの長さが海綿骨強度の相対値を示す。
【００４７】図６に、健常ラットおよび卵巣摘出ラット
の腰椎断面についての該テンソル計測結果を示す。この
結果から、健常ラットと卵巣摘出ラットでは、海綿骨骨
梁平均幅に差があるので強度に差があると考えられる
が、構造的方向性は両者ともほぼ等方的であるといえ
る。（ここで等方的とはＸ軸方向とＹ軸方向で差がない
ことを意味する。） 本発明の骨計測装置は、かかる骨計測方向を実施するた
めの構成を有することを特徴としている。図７は、本発
明の骨計測装置の態様例として模式的に示したものであ
る。なお、本計測装置はＣＴ装置のコンピュータ手段と
兼用させることも可能である。
の腰椎断面についての該テンソル計測結果を示す。この
結果から、健常ラットと卵巣摘出ラットでは、海綿骨骨
梁平均幅に差があるので強度に差があると考えられる
が、構造的方向性は両者ともほぼ等方的であるといえ
る。（ここで等方的とはＸ軸方向とＹ軸方向で差がない
ことを意味する。） 本発明の骨計測装置は、かかる骨計測方向を実施するた
めの構成を有することを特徴としている。図７は、本発
明の骨計測装置の態様例として模式的に示したものであ
る。なお、本計測装置はＣＴ装置のコンピュータ手段と
兼用させることも可能である。
【００４８】本装置は、図７において、各種演算を行う
演算手段１２と、μＸ線ＣＴ撮影で得た画像を加工した
り種々の指標を計測するために演算手段１２内に設けら
れた画像処理手段６と、画像処理開始等の命令を入力す
るための入力手段７と、入力した命令を表示するための
テキスト表示手段８と、画像処理が開始されμＸ線ＣＴ
撮影で得た画像が加工されていく過程を表示するための
画像表示手段９と、得られた計測結果を出力するための
出力手段１０とを備えたものである。
演算手段１２と、μＸ線ＣＴ撮影で得た画像を加工した
り種々の指標を計測するために演算手段１２内に設けら
れた画像処理手段６と、画像処理開始等の命令を入力す
るための入力手段７と、入力した命令を表示するための
テキスト表示手段８と、画像処理が開始されμＸ線ＣＴ
撮影で得た画像が加工されていく過程を表示するための
画像表示手段９と、得られた計測結果を出力するための
出力手段１０とを備えたものである。
【００４９】本発明の骨計測装置は、影像記憶装置１１
を具備することが好ましい。かかる影像記憶手段として
は、μＸ線ＣＴ撮影によって得られた画像でのＣＴ値の
大小に関するデジタル信号を撮影した断面内の位置を対
応させたデータ群、各種構造指標、該構造指標を算出す
る過程で得られたデータ群を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ぶ。具体例としては、ハードディ
スクのような高速・大容量の記憶装置及び、μＸ線ＣＴ
撮影によって得られた画像データを演算手段に入力する
ための、光磁気ディスクのような大容量かつ荷搬に適し
た記憶装置等があげられる。この場合、光磁気ディスク
によって演算手段に入力された画像データはハードディ
スクに転送され、高速処理できるようにする。
を具備することが好ましい。かかる影像記憶手段として
は、μＸ線ＣＴ撮影によって得られた画像でのＣＴ値の
大小に関するデジタル信号を撮影した断面内の位置を対
応させたデータ群、各種構造指標、該構造指標を算出す
る過程で得られたデータ群を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ぶ。具体例としては、ハードディ
スクのような高速・大容量の記憶装置及び、μＸ線ＣＴ
撮影によって得られた画像データを演算手段に入力する
ための、光磁気ディスクのような大容量かつ荷搬に適し
た記憶装置等があげられる。この場合、光磁気ディスク
によって演算手段に入力された画像データはハードディ
スクに転送され、高速処理できるようにする。
【００５０】また、本発明の装置には図７に示すごとき
影像記憶手段によって記憶された被検骨の影像を画像と
して表示するためのＣＲＴ（Cathode Ray Tube）のごと
き画像表示手段９と、表示された被検骨の画像において
骨計測に必要な基準ポイントを入力するためのポイント
入力手段１３と、入力された基準ポイントを用いて記憶
された被検骨の影像に関する骨計測のための演算を行う
ための演算手段１２が具備されている。
影像記憶手段によって記憶された被検骨の影像を画像と
して表示するためのＣＲＴ（Cathode Ray Tube）のごと
き画像表示手段９と、表示された被検骨の画像において
骨計測に必要な基準ポイントを入力するためのポイント
入力手段１３と、入力された基準ポイントを用いて記憶
された被検骨の影像に関する骨計測のための演算を行う
ための演算手段１２が具備されている。
【００５１】かかる画像表示手段９としては、影像記憶
手段１１に記憶されたデジタル信号と位置の関係からな
るデータ群を画像と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、具体的には解像度およびコスト
から好適な例としてはＣＲＴ等が挙げられる。また、テ
キスト表示手段８と画像表示手段９は兼用させることが
できる。
手段１１に記憶されたデジタル信号と位置の関係からな
るデータ群を画像と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、具体的には解像度およびコスト
から好適な例としてはＣＲＴ等が挙げられる。また、テ
キスト表示手段８と画像表示手段９は兼用させることが
できる。
【００５２】ポイント入力手段１３としては、画像表示
手段９において基準ポイントとして位置を特定して入力
することができればいかなるものであってもよく、具体
例としては図７に１３として示したごときカーソル位置
表示指示制御手段や、ライトペン型入力手段、マウス型
入力手段、タッチパネルにより外部より入力する方法並
びに記憶された被検骨の影像から自動的に入力する方法
などがあげられる。
手段９において基準ポイントとして位置を特定して入力
することができればいかなるものであってもよく、具体
例としては図７に１３として示したごときカーソル位置
表示指示制御手段や、ライトペン型入力手段、マウス型
入力手段、タッチパネルにより外部より入力する方法並
びに記憶された被検骨の影像から自動的に入力する方法
などがあげられる。
【００５３】また、本発明の骨計測装置における骨計測
結果の出力手段１０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ば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、サーマルプリンタ、レーザプリンタ、ビデ
オプリンタ、その他のＣＲＴ画面等があげられる。
結果の出力手段１０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ば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、サーマルプリンタ、レーザプリンタ、ビデ
オプリンタ、その他のＣＲＴ画面等があげられる。
【００５４】
【発明の効果】本発明は、骨強度評価指標のうち、特に
海綿骨構造の異方性度合いおよびまたは海綿骨強度の相
対値が定量的に計測することができるようにしたことに
より、より正確かつ迅速な骨強度評価ができる。さらに
は、μＸ線ＣＴを用いることにより、非破壊的、かつ、
微視的な骨強度評価ができる。
海綿骨構造の異方性度合いおよびまたは海綿骨強度の相
対値が定量的に計測することができるようにしたことに
より、より正確かつ迅速な骨強度評価ができる。さらに
は、μＸ線ＣＴを用いることにより、非破壊的、かつ、
微視的な骨強度評価ができる。
【００５５】実施例においては、健常ラットと卵巣摘出
ラットを比較し、海綿骨骨梁平均幅に差があるので強度
は健常ラットの方が大きいと考えられるが、構造的方向
性は両者ともほぼ等方的であるという結果になった。し
かしながら、人間や、他の動物、あるいは薬効評価のた
めの他の動物モデルにおける腰椎断面に対しては、本発
明はその評価・診断に有効なものとなろう。
ラットを比較し、海綿骨骨梁平均幅に差があるので強度
は健常ラットの方が大きいと考えられるが、構造的方向
性は両者ともほぼ等方的であるという結果になった。し
かしながら、人間や、他の動物、あるいは薬効評価のた
めの他の動物モデルにおける腰椎断面に対しては、本発
明はその評価・診断に有効なものとなろう。
【図１】μＸ線ＣＴおよびμＸ線ＣＴを使った断面像取
得方法の説明図
得方法の説明図
【図２】海綿骨構造を表すテンソルを計算する画像処理
フローチャート
フローチャート
【図３】Ａは被検骨断面の２値化画像を表わし、Ｂは関
心領域の２値化画像である。
心領域の２値化画像である。
【図４】海綿骨部細線化画像の説明図
【図５】海綿骨構造を表すテンソルの説明図
【図６】テンソルの計測結果の例示
【図７】本発明の骨計測装置の態様例
１ Ｘ線管 ２ 回転型陽極 ３ 被検骨 ４ スリット ５ センサ ６ 画像処理手段 ７ 入力手段 ８ テキスト表示手段 ９ 画像表示手段 １０ 出力手段 １１ 影像記憶装置 １２ 演算手段 １３ ポイント入力手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−17170（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−138854（ＪＰ，Ａ) 材料、33［373］（1984）、森田、山 本、内田、ｐ．1323−1329 ＣＬＩＮＩＣＡＬ ＣＡＬＣＩＵＭ, ２［８］（1992）、福永、ｐ．1083− 1088 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 6/00 - 6/14
Claims (3)
- 【請求項１】 被検骨の関心断面の構造を表わす関心断
面画像を２値化して骨部に対応する細線化画像より得ら
れる画素間隣接情報から海綿骨構造を表わすベクトルを
計算し、該被検骨の異方性度合いが定量化できるように
したことを特徴とする骨計測方法。 - 【請求項２】 該関心断面画像又は該２値化画像から求
められる海綿骨骨梁幅でベクトルを重み付けすることに
より異方性度合い及び強度の相対値が定量化できるよう
にしたことを特徴とする請求項１記載の骨計測方法。 - 【請求項３】 微小フォーカスＸ線断層写真装置によっ
て得られた被検骨の関心断面画像を入力画像として用い
る請求項１、２記載のいずれかの骨計測方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07643096A JP3258233B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 骨計測方法 |
| CA002201057A CA2201057C (en) | 1996-03-29 | 1997-03-26 | A method of processing a sectional image of a sample bone including a cortical bone portion and a cancellous bone portion |
| EP97105299A EP0803843B1 (en) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | A method of processing a sectional image of a sample bone including a cortical bone portion and a cancellous bone portion |
| US08/825,091 US5835619A (en) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | Method of processing a sectional image of a sample bone including a cortical bone portion and a cancellous bone portion |
| AT97105299T ATE250252T1 (de) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | Verfahren zur verarbeitung des schnittbildes einer knochenprobe mit kortikal- und spongiosaknochengebieten |
| DE69724865T DE69724865D1 (de) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | Verfahren zur Verarbeitung des Schnittbildes einer Knochenprobe mit Kortikal- und Spongiosaknochengebieten |
| AU16674/97A AU713136B2 (en) | 1996-03-29 | 1997-04-01 | A method of processing a sectional image of a sample bone including a cortical bone portion and a cancellous bone portion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07643096A JP3258233B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 骨計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09262232A JPH09262232A (ja) | 1997-10-07 |
| JP3258233B2 true JP3258233B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=13604956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07643096A Expired - Fee Related JP3258233B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 骨計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3258233B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015083065A1 (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Koninklijke Philips N.V. | Bone segmentation from image data |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074567A1 (fr) * | 1999-06-03 | 2000-12-14 | Teijin Limited | Procede de mesure d'un os |
| WO2016129682A1 (ja) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | 株式会社島津製作所 | 骨解析装置 |
| CN115252197A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-11-01 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 体外包埋种植体x片摄影装置和拍片系统 |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP07643096A patent/JP3258233B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＣＬＩＮＩＣＡＬ ＣＡＬＣＩＵＭ，２［８］（１９９２）、福永、ｐ．１０８３−１０８８ |
| 材料、３３［３７３］（１９８４）、森田、山本、内田、ｐ．１３２３−１３２９ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015083065A1 (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Koninklijke Philips N.V. | Bone segmentation from image data |
| US10096120B2 (en) | 2013-12-06 | 2018-10-09 | Koninklijke Philips N.V. | Bone segmentation from image data |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09262232A (ja) | 1997-10-07 |
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