JP3302434B2

JP3302434B2 - 骨密度計測装置

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Publication number: JP3302434B2
Application number: JP05759293A
Authority: JP
Inventors: 渡伊藤
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH06269434A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、骨粗鬆症の診断のため
に、人体等の骨部における骨梁の密度を計測する骨密度
計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高齢者人口の増加に伴い骨粗鬆症
が医学的、社会的に大きな問題となっている。骨粗鬆症
も他の多くの疾患と同様に早期発見、早期治療の重要性
が指摘されている。この骨粗鬆症の早期発見のためには
多人数の検査が簡単に、精度良くかつ受検者の肉体的、
経済的負担をできるだけ小さくできるシステムを作る必
要がある。

【０００３】ここで、従来からある骨粗鬆症の診断方法
について説明する。この方法は、茲大式分類法とよばれ
るものであり、医師が椎体骨の骨梁や骨陰影濃度を中心
に観察した印象により、図４のように分類するものであ
る。すなわち、図４(a) は正常な椎体のＸ線像を示すも
のであり、縦横に密な骨梁像を呈している。図４(b)は
骨粗鬆症の初期状態を示し、全体の骨陰影濃度が低下
し、骨梁像が細小化している。以下、図４(c) ，(d) お
よび(e) はそれぞれ、骨粗鬆症のＩ度，II度およびIII
度の段階を示し、度数が大きくなるにつれて、縦および
横方向の骨梁の密度が低下していくものである。このよ
うして、骨梁像の異常を初期からIII 度の４段階に分け
て評価を行っている。しかしながら、この方法は、医師
の主観による診断方法であるため、定量的に骨梁の状態
を把握できるものではなかった。

【０００４】そこで、骨部の放射線画像情報を担持する
画像信号を高速フーリエ変換法（Fast Fourier Transfo
rm:FFT）、最大エントロピー法（Maximum entropy meth
od:MEM）を用いてスペクトル解析し、ピークの空間周波
数とパワースペクトル値とにより骨梁のパターンを数値
で表現する方法が提案されている（滝川他、骨梁像のス
ペクトル解析−基礎的実験とシュミレーション−、日本
放射線技術学会雑誌、1990,9.10,P1659 〜1669）。ま
た、同様にして骨部画像のパワースペクトルを求め、こ
のパワースペクトルから得られるＲＭＳ値（画像の濃度
変動の大きさ）、１次モーメント（画像の粗さ、細か
さ）によって、骨梁の密度に関する情報を解析する方法
が提案されている（石田ら、骨梁像のスペクトル解析、
医用画像情報学会雑誌、1991,6.8,P32〜40）。

【０００５】このスペクトル解析による方法を用いれ
ば、骨粗鬆症の診断の際に医師の主観が入ることによる
診断ミスを防ぎ、定量的に骨部とくに骨梁の密度に関す
る情報を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスペクトル解析による方法は、放射線画像上において
所定範囲の領域を設定し、その範囲内の平均的スペクト
ルを求める方法であるため、放射線画像のうちのその範
囲内における情報しか得ることができず、骨部画像の局
所的なスペクトル解析を行うことができなかった。さら
に、上述したスペクトル解析による方法は、領域の設定
を人間が行うものであるため、領域を設定する場所を誤
り、骨梁の密度に関する正確な情報を得ることができな
くなるという問題があった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、骨部画像内に
所定の領域を設定することなく、精度良く骨部画像から
骨梁の密度に関する局所的な情報を得ることができる骨
密度計測装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による骨密度計測
装置は、骨部組織を含む被検体を被写体とする放射線画
像を表す画像信号に基づいて前記骨部組織における骨梁
の密度を計測する骨密度計測装置において、前記放射線
画像の各画素毎に、所定の基本ウェーブレット関数を該
放射線画像上において該基本ウェーブレット関数のピー
ク位置を基準として回転させ、かつ該関数の縮率を所定
の範囲内において該ピーク位置を基準として変動させて
前記画像信号にウェーブレット変換を施すことにより、
各画素毎のウェーブレット変換係数群を算出する手段
と、前記各画素毎に前記ウェーブレット変換係数群の中
から代表値を算出する手段と、該各代表値が算出された
際のウェーブレット変換に用いた前記基本ウェーブレッ
ト関数の前記縮率の大きさに基づいて前記骨部組織にお
ける骨梁の密度を求める手段とを備えたことを特徴とす
るものである。

【０００９】なお、本発明による骨密度計測装置におい
ては、前記骨梁の密度を濃淡値またはカラーにより骨密
度画像として表示する手段をさらに備えることが好まし
い。

【００１０】またこの場合、前記表示された前記骨密度
画像上における所望とする部分に所定範囲の領域を設定
する手段をさらに備え、前記密度を求める手段は、前記
領域内における前記各画素の、前記代表値が算出された
際のウェーブレット変換に用いた前記基本ウェーブレッ
トの前記縮率の代表値を算出し、該代表値を前記骨梁の
密度として出力する手段であることが好ましい。

【００１１】ここで、ウェーブレット変換について説明
する。

【００１２】ウェーブレット変換は、周波数解析の方法
として近年開発されたものであり、ステレオのパターン
マッチング、データ圧縮等に応用がなされているもので
ある（OLIVIER RIOUL and MARTIN VETTERLI;Wavelets a
nd Signal Processing,IEEESP MAGAZINE,P.14-38,OCTOB
ER 1991、Stephane Mallat;Zero-Crossings of a Wavel
et Transform,IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEO
RY,VOL.37,NO.4,P.1019-1033,JULY 1991 ）。

【００１３】このウェーブレット変換は、図５に示すよ
うな関数ｈを基底関数として、

【数１】なる式において信号を複数の周波数帯域毎の周波数信号
に変換するため、フーリエ変換のような偽振動の問題が
発生しない。すなわち、関数ｈの周期および縮率を変化
させ、原信号を移動させることによりフィルタリング処
理を行えば、細かな周波数から粗い周波数までの所望と
する周波数に適合した周波数信号を作成することができ
る。例えば、図６に示すように、信号Sorgをウェーブレ
ット変換し、各周波数帯域毎に逆ウェーブレット変換し
た信号と、図７に示すように信号Ｓorg をフーリエ変換
し、各周波数帯域毎に逆フーリエ変換した信号で見てみ
ると、ウェーブレット変換はフーリエ変換と比べて原信
号Ｓorg の振動と対応した周波数帯域の周波数信号を得
ることができる。すなわち、フーリエ変換において原信
号Ｓorg の部分Ａと対応する周波数帯域７の部分Ａ′に
は振動が発生しているのに対し、ウェーブレット変換で
は原信号Ｓorg の部分Ｂと対応する周波数帯域Ｗ７の部
分Ｂ′には原信号と同様に振動は発生していないものと
なる。

【００１４】

【作用】本発明による骨密度計測装置は、骨部組織を含
む被検体を被写体とする放射線画像上を所定の基本ウェ
ーブレット関数を基本ウェーブレット関数のピーク位置
を基準として回転させかつこの関数の縮率を所定の範囲
内において基本ウェーブレット関数のピーク位置を基準
として変動させて、放射線画像を表す画像信号にウェー
ブレット変換を施すことにより各画素毎のウェーブレッ
ト変換係数群を算出するようにしたものである。すなわ
ち、放射線画像の各画素周辺の被写体と基本ウェーブレ
ット関数との一致度をウェーブレット変換係数群として
基本ウェーブレット関数を回転させかつ縮率を変動させ
ることにより求めるようにしたものである。このよう
に、基本ウェーブレット関数を各画素毎に基本ウェーブ
レット関数のピーク位置を基準として回転させかつ縮率
を所定範囲内で基本ウェーブレット関数のピーク位置を
基準として変動させることにより、各画素周辺の被写体
像の密度の変動する方向および密度の大小に適合したウ
ェーブレット変換係数を求めることができる。また、基
本ウェーブレット関数の縮率の変動を所定範囲内に限る
ことにより、放射線画像中の高周波成分であるノイズお
よび低周波成分である背景部分においてウェーブレット
変換を行うことはなくなり、ノイズおよび背景成分を除
いた放射線画像のウェーブレット変換係数を求めること
ができる。

【００１５】次いで、本発明による骨密度計測装置は各
画素毎にこのウェーブレット変換係数群の中から代表
値、すなわち、各画素周辺の被写体と基本ウェーブレッ
ト関数との一致度が最も大きかったウェーブレット変換
係数を各画素毎に求めるようにしたものである。そして
各代表値が算出された際のウェーブレット変換に用いた
基本ウェーブレット関数の縮率の大きさに基づいて放射
線画像の骨部組織における骨梁の密度を求めるようにし
たものである。

【００１６】これにより、基本ウェーブレット関数の縮
率が小さかった画素の周辺部の骨梁は密度が大きく、縮
率が大きかった画素の周辺部の骨梁は密度が小さいもの
として骨梁の密度を計測することができる。

【００１７】さらに、本発明による骨密度計測装置にお
いては、各画素毎の代表値が算出された基本ウェーブレ
ット関数の縮率の大きさに基づいて、骨梁の濃度を濃淡
値またはカラーにより骨密度画像として表示することに
より、骨梁の密度を可視像として観察することができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１９】図１は本発明による骨密度計測装置におい
て行われる骨密度計測方法の基本的概念を表す図であ
る。

【００２０】図１に示すように、本発明による骨密度計
測方法は、骨部画像を含む被検体を被写体とする放射線
画像を表す画像信号１に対して、所定の基本ウェーブレ
ット関数を放射線画像上において回転させかつ縮率を所
定の範囲内において変動させてウェーブレット変換２を
施し、これにより、各画素毎のウェーブレット変換係数
群を算出するようにしたものである。次いで、このウェ
ーブレット変換係数群の中から代表値３を算出し、この
代表値３が算出された際のウェーブレット変換に用いた
基本ウェーブレット関数の縮率４の大きさに基づいて放
射線画像中の骨部組織における骨梁の密度５を求めるよ
うにしたものである。

【００２１】以下、本発明による骨密度計測方法の実施
例について詳細に説明する。図２は、放射線画像読取装
置の一例を表す図である。

【００２２】図示しない放射線撮影装置で撮影が行わ
れ、放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シート14が読
取装置20の所定位置にセットされる。

【００２３】蓄積性蛍光体シート14が読取装置20の所定
位置にセットされると、このシート14はモータ21により
駆動されるエンドレスベルト22により、矢印Ｙ方向に搬
送（副走査）される。一方、レーザー光源23から発せら
れた光ビーム24はモータ25により駆動され矢印方向に高
速回転する回転多面鏡26によって反射偏向され、ｆθレ
ンズ等の集束レンズ27を通過した後、ミラー28により光
路を変えて前記シート14に入射し副走査の方向（矢印Ｙ
方向）と略垂直な矢印Ｘ方向に主走査する。シート14の
励起光24が照射された箇所からは、蓄積記録されている
放射線画像情報に応じた光量の輝尽発光光29が発散さ
れ、この輝尽発光光29は光ガイド30によって導かれ、フ
ォトマルチプライヤ（光電子増倍管）31によって光電的
に検出される。上記光ガイド30はアクリル板等の導光性
材料を成形して作られたものであり、直線状をなす入射
端面30a が蓄積性蛍光体シート14上の主走査線に沿って
延びるように配され、円環状に形成された射出端面30b
にフォトマルチプライヤ31の受光面が結合されている。
入射端面30a から光ガイド30内に入射した輝尽発光光29
は、該光ガイド30の内部を全反射を繰り返して進み、射
出端面30b から射出してフォトマルチプライヤ31に受光
され、放射線画像を表わす輝尽発光光29がフォトマルチ
プライヤ31によって電気信号に変換される。

【００２４】フォトマルチプライヤ31から出力されたア
ナログ出力信号Ｓ０は対数増幅器32で対数的に増幅さ
れ、Ａ／Ｄ変換器33でディジタル化され、これにより画
像信号Ｓorg が得られ、画像処理装置40に入力される。
この画像処理装置40は、可視画像を再生表示するための
ＣＲＴディスプレイ41、ＣＰＵ，内部メモリ，インター
フェイス等が内蔵された本体部42、フロッピィディスク
が装填され駆動されるフロッピィディスクドライブ部4
3、およびこのＸ線画像読取装置に必要な情報を入力す
るためのキーボード44から構成されている。

【００２５】この画像処理装置40において上述した骨密
度の計測が行われる。

【００２６】まず、画像信号Ｓorg に対して所定の基本
ウェーブレット関数によりウェーブレット変換を施す。
これは、放射線画像の主走査方向にｘ軸を、副走査方向
にｙ軸を設定し、放射線画像の各画素の座標を（ｘ，
ｙ）、各画素の画像信号値をＳ（ｘ，ｙ）とした際に、

【数２】なる式(2) によりウェーブレット変換を施すものであ
る。ここで、

【数３】を表すものである。

【００２７】ここで、関数ｈ（ｘ，ｙ）を等高線により
表して図３に示す。このような関数ｈ（ｘ，ｙ）を、放
射線画像の各画像信号毎に、パラメータｒにより点Ｐを
中心として回転させ、かつ関数ｈ（ｘ，ｙ）の縮率ａを
変動させ、関数ｈ（ｘ，ｙ）と各画素（ｘ，ｙ）の周辺
の画像との一致度をウェーブレット変換係数Ｔ（ａ，
ｒ，Ｖｂ）（Ｖｂはベクトルｂを表す。以下同様する）
としてウェーブレット変換によって求めるものである。

【００２８】まず、関数ｈ（ｘ，ｙ）を点Ｐを中心とし
て例えば10度ずつ360 度まで回転させ、その角度毎に関
数ｈ（ｘ，ｙ）の縮率ａを２^Ｎ倍ずつ所定間隔で変動
させて上述した式(2) によりウェーブレット変換を行
う。なおこの縮率ａが小さすぎると、放射線画像の高周
波成分であるノイズを、縮率が大きすぎると放射線画像
の低周波成分である背景成分をもウェーブレット変換し
てしまうこととなるため、縮率ａをノイズや背景成分の
周波数と一致しない範囲において変動させる。

【００２９】このようにして、関数ｈ（ｘ，ｙ）を回転
させ、かつ関数ｈ（ｘ，ｙ）の縮率を変動させてウェー
ブレット変換を行うことにより、各回転角度、各縮率毎
のウェーブレット変換係数Ｔ（ａ，ｒ，Ｖｂ）を得る。

【００３０】次いで各画素（ｘ，ｙ）毎にウェーブレッ
ト変換係数Ｔ（ａ，ｒ，Ｖｂ）の最大値すなわち、

【数４】を求める。

【００３１】ここで、関数ｈ（ｘ，ｙ）は点Ｐを中心と
して回転され、かつ縮率ａの大きさが変動させられてい
るため、前述した図４に示す骨梁像の密度の大きさに応
じて、異なる縮率ａによるウェーブレット変換係数の最
大値が、各画素毎に求められる。すなわち、骨梁の密な
部分は小さい縮率ａ、粗な部分は大きな縮率ａによるウ
ェーブレット変換係数が最大値として算出される。

【００３２】この際、骨部画像中の縦横にみられる骨梁
像が放射線画像上においてｘ軸あるいはｙ軸に平行でな
く傾いている場合であっても、パラメータｒにより関数
ｈ（ｘ，ｙ）を回転させてウェーブレット変換を行うた
め、関数ｈ（ｘ，ｙ）は骨梁像の傾きに追随でき、骨梁
像の傾きに関係なく、骨梁の密度の大小に応じたウェー
ブレット変換係数の最大値を算出することができる。

【００３３】このようにして算出されたウェーブレット
変換係数の最大値が算出された際に用いられた関数ｈ
（ｘ，ｙ）の縮率ａの大きさは、上述したように、骨梁
像が密な部分においては小さく、骨梁像が粗の部分にお
いては大きいものとなっている。したがって、このウェ
ーブレット変換係数の最大値が算出された際に用いられ
た関数ｈ（ｘ，ｙ）の縮率ａの大きさに応じて、各画素
（ｘ，ｙ）の濃度値を、例えば縮率ａが小さい場合には
濃度値を大きく、縮率ａが大きい場合には濃度値を小さ
くして、骨密度画像として表示すれば、骨梁が密な部分
は濃度値が高く、粗な部分は濃度値が小さなものとな
り、骨梁の密度の大小を濃度の大小として表すことがで
きる。

【００３４】このように、骨梁の密度の大小を濃度値と
して可視像に表すことにより、骨梁像の粗密を容易に観
察することができるのである。

【００３５】また、放射線画像全体についての骨梁の密
度の大小を観察することができるため、所定の領域を設
定した場合のように領域内の情報のみでなく、放射線画
像全体の情報から局所的な骨梁の密度の大小を観察する
ことができる。

【００３６】さらに、放射線画像内に所定の領域を設定
する必要がないため、領域設定のミスによる骨梁密度の
測定精度の低下を防止できる。

【００３７】なお、上述した実施例においては、各画素
の代表値が算出された際のウェーブレット変換に用いた
ウェーブレット変換関数の縮率の値に基づいて、骨梁の
密度を濃淡像として表示するようにしているが、骨梁の
密度に応じて縮率の大きさをカラーで表示するようにし
てもよい。

【００３８】また、骨梁の密度を濃淡値またはカラーで
骨密度画像として表示した後、この骨密度画像上に所定
の範囲を有する領域を設定し、この領域内の濃度を表す
縮率ａの値の平均値を算出し、この平均値を数値として
出力するようにしてもよい。この場合、骨梁の密度は骨
密度画像に濃淡値もしくはカラーで表示されており、骨
梁の密度の大小は画像上において容易に把握できるため
領域の設定を誤ることはなくなる。

【００３９】さらに、上述した実施例においては縮率ａ
を所定間隔で変動させてウェーブレット変換を行うよう
にしているが、これに限定されるものではなく、縮率ａ
を連続的に変動させてウェーブレット変換を行うように
してもよい。

【００４０】また、上記実施例においては各画素毎の基
本ウェーブレット変換係数の代表値として基本ウェーブ
レット係数の最大値を用いているが、これに限定される
ものではなく、縮率ａについてのｎ次モーメントを代表
値として求めるようにしてもよい。

【００４１】さらに、上記実施例においては、骨密度画
像上の所望の範囲を有する領域内の濃度の代表値とし
て、縮率ａについての平均値を用いているが、これに限
定されるものではなく、縮率ａについてのｎ次モーメン
トを代表値として求めるようにしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明による
骨密度計測方法は、骨部の密度を計測する際に、放射線
画像中に領域を設定する必要が無くなるため、画像中に
操作者がマニュアル操作をする必要がなくなり、領域の
設定を誤ることによる測定精度の低下を防止することが
できる。また、骨部画像の全体についての密度を求める
ことができるため、骨梁密度の局所的な解析を行うこと
が可能となる。

【００４３】また、骨梁の密度を基本ウェーブレット関
数の縮率の大きさの違いによる濃度値またはカラーで表
示するようにすれば、骨梁の密度の大小を容易に観察す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による骨密度計測方法の基本的概念を表
す図

【図２】放射線画像読取装置の一例を表す図

【図３】基本ウェーブレット関数を表す図

【図４】骨粗鬆症の状態を表す図

【図５】ウェーブレット変換を説明するための図

【図６】ウェーブレット変換の基本ウェーブレット関数
を表す図

【図７】フーリエ変換を説明するための図

【符号の説明】

14 蓄積性蛍光体 23 レーザ光源 24 レーザ光 29 輝尽発光光 40 画像処理装置 44 キーボード

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】骨部組織を含む被検体を被写体とする放
射線画像を表す画像信号に基づいて前記骨部組織におけ
る骨梁の密度を計測する骨密度計測装置において、前記放射線画像の各画素毎に、所定の基本ウェーブレッ
ト関数を該放射線画像上において該基本ウェーブレット
関数のピーク位置を基準として回転させ、かつ該関数の
縮率を所定の範囲内において該ピーク位置を基準として
変動させて前記画像信号にウェーブレット変換を施すこ
とにより、各画素毎のウェーブレット変換係数群を算出
する手段と、前記各画素毎に前記ウェーブレット変換係数群の中から
代表値を算出する手段と、該各代表値が算出された際のウェーブレット変換に用い
た前記基本ウェーブレット関数の前記縮率の大きさに基
づいて前記骨部組織における骨梁の密度を求める手段と
を備えたことを特徴とする骨密度計測装置。
【請求項２】前記骨梁の密度を濃淡値またはカラーに
より骨密度画像として表示する手段をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１記載の骨密度計測装置。
【請求項３】前記表示された前記骨密度画像上におけ
る所望とする部分に所定範囲の領域を設定する手段をさ
らに備え、前記密度を求める手段は、前記領域内における前記各画
素の、前記代表値が算出された際のウェーブレット変換
に用いた前記基本ウェーブレットの前記縮率の代表値を
算出し、該代表値を前記骨梁の密度として出力する手段であるこ
とを特徴とする請求項２記載の骨密度計測装置。