JP6563671B2

JP6563671B2 - 骨塩量測定装置

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Publication number: JP6563671B2
Application number: JP2015078877A
Authority: JP
Inventors: 宮本　高敬; 高敬宮本; 龍太郎足立; 光久実政
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Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2019-08-21
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Description

本発明は、骨塩量測定装置に関し、特に、骨塩量測定の対象領域である関心領域の設定に関する。

測定対象の骨に対してＸ線を照射して得られるＸ線画像に基づいて骨塩（ミネラル）量を測定する装置が知られている。このような骨塩量測定装置では、骨塩量測定の対象領域である関心領域（ＲＯＩ；ＲｅｇｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｅｓｔ）がＸ線画像上において設定され、設定されたＲＯＩ内において骨塩量測定（例えばＲＯＩ内の骨密度測定など）が行われる。

従来、長骨の骨幹端及び骨端を含む部分（以下、本明細書にて「骨端部分」と記載する）を対象とした骨塩量測定が重要視されている。特に、前腕に位置する橈骨の手首側骨端部分の骨塩量測定が重要視されている。その理由としては、骨端部分は海綿骨を比較的多く含むために治療（薬効）により骨塩量が変化しやすいこと、あるいは、海綿骨を多く含むために骨折し易いことが挙げられる。

骨端部分の骨塩量を測定するために、骨端部分にＲＯＩを自動設定する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、橈骨及び尺骨の手首側端部に台形のＲＯＩを自動設定することが開示されている。

特表２０００−５１０７２３号公報

骨（特に骨端部分）は、その表在部に位置し比較的骨塩量が多い（骨密度が高い）皮質骨と、皮質骨の内側に位置し比較的骨塩量が少ない（骨密度が低い）海綿骨とを含んで構成されている。上述の通り、骨端部分は海綿骨を多く含むためにその骨塩量測定が重要視されているので、骨端部分における骨塩量測定の対象としては、皮質骨部分をできるだけ除いた海綿骨部分とするのが好ましい。一方で、骨塩量測定の精度を向上させるために、ＲＯＩは、海綿骨部分においてできるだけ広い範囲に設定されるのが好ましい。

なお、骨塩量の経時的な変化を測定する場合など、同一の測定対象に対する複数の骨塩量測定値を比較したい場合がある。このような場合、比較対象となる複数の骨塩量測定値が同じ条件で取得されたものとなるよう、測定毎に同じ範囲にＲＯＩが設定されるのが好ましい。

本発明の目的は、骨塩量測定にあたり、骨端部分像において、皮質骨が支配的な部分をできるだけ除外しつつ、海綿骨が支配的な部分にＲＯＩが設定されるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、ＲＯＩの設定に関して再現性を向上させることにある。

本発明に係る骨塩量測定装置は、対象骨の骨端部分に対する骨塩量測定において取得された対象骨像を含むＸ線画像上において、前記対象骨像の一部である骨端部分像の輪郭が有する複数の輪郭特徴点に基づいて、前記骨端部分像の輪郭に沿ってその内側に生じる帯状高輝度領域を含み、且つ、前記対象骨像内に存在し得る他の高輝度領域が除外された画像処理範囲を決定する画像処理範囲決定手段と、前記画像処理範囲内において前記帯状高輝度領域の内側形状を抽出し、前記内側形状に基づいて、前記骨塩量測定の対象領域を設定する対象領域設定手段と、を備えることを特徴とする。

骨塩量が多い程Ｘ線の減弱量が大きくなるため、Ｘ線画像においては、骨塩量が多い位置ほどその画素の輝度が高くなる。そのため、Ｘ線画像上においては、骨端部分像の輪郭に沿って皮質骨が支配的な領域（以下「皮質骨領域」と記載）を示す帯状高輝度領域が現れ、骨端部分における帯状高輝度領域の内側領域は、海綿骨が支配的な領域（以下「海綿骨領域」と記載）を示す低輝度領域が生じる。上記構成によれば、帯状高輝度領域（皮質骨領域）の内側形状が抽出される。帯状高輝度領域の内側形状は、皮質骨領域と海綿骨領域の境界線の形状であり、海綿骨領域の外側形状を示すものでもある。帯状高輝度領域の内側形状、つまり海綿骨領域の外側形状のトレース線を含む枠に基づいた領域を骨塩量測定の対象領域（ＲＯＩ）とすることで、骨端部分像内において、皮質骨領域を排除した海綿骨領域に対してＲＯＩを設定できる。しかも、トレース線は皮質骨領域と海綿骨領域との境界線であるから、ＲＯＩの範囲は皮質骨領域側に対してできるだけ拡張された範囲となる。

対象骨像内には、内側形状の抽出対象となる帯状高輝度領域以外の他の高輝度領域が生じ得る。例えば、骨幹は皮質骨領域と同等程度の骨塩量を有するため、対象骨像の一部である骨幹像内には帯状高輝度領域と同等程度の輝度を有する高輝度領域が生じ得る。また、骨端部分像内においても、帯状高輝度領域に対応する輪郭以外の他の輪郭に沿った位置にも他の高輝度領域が生じ得る。上記構成によれば、帯状高輝度領域の内側形状の抽出に先立って、帯状高輝度領域を含み、他の高輝度領域が除外された画像処理範囲が設定される。そして、当該画像処理範囲内において帯状高輝度領域の内側形状の抽出処理が行われるから、他の高輝度領域の影響を排除した上で好適に帯状高輝度領域の内側形状の抽出処理を行うことができる。なお、対象骨像内に含まれる他の高輝度領域のうち、帯状高輝度領域の内側形状の抽出に影響を与える他の高輝度領域が画像処理範囲から除外されればよく、必ずしも対象骨像内にある他の高輝度領域の全てが画像処理範囲から除外されなくてもよい。また、対象骨に隣接する他の骨の皮質骨領域を示す高輝度領域など、対象骨像外に位置する高輝度領域が画像処理範囲内に入ってくる場合もあるが、画像処理範囲内において抽出された高輝度領域の形状のうち、対象骨像のより内側に位置する形状を抽出することで、対象骨像外に位置する高輝度領域の影響を受けずに帯状高輝度領域の内側形状を抽出することができる。

望ましくは、前記対象領域設定手段は、前記骨塩量測定の対象となる被検者に応じて設定される閾値と、前記画像処理範囲内の各画素の輝度値との比較に基づいて、前記帯状高輝度領域の内側形状を抽出する、ことを特徴とする。

帯状高輝度領域の内側形状の抽出法の１つとして、画像処理範囲内の各画素と所定の閾値とを比較する方法がある。ここで、皮質骨領域あるいは海綿骨領域の骨塩量は被検者毎に異なる場合がある。つまり、帯状高輝度領域に含まれる画素の輝度値、あるいは海綿骨領域を示す低輝度領域に含まれる画素の輝度値は被検者毎に異なる場合がある。したがって、比較対象の閾値として一定の値を用いると、ある被検者においては適切に帯状高輝度領域の内側形状の抽出できるが、他の被検者においては適切に抽出できないといった問題が生じるおそれがある。上記構成によれば、画像処理範囲内の各画素の比較対象となる閾値は被検者に応じて設けられるため、どの被検者に対しても適切に帯状高輝度領域の内側形状の抽出を行うことができる。閾値は、例えば当該被検者における皮質骨と海綿骨がバランスよく含まれる部位の骨塩量に基づいて設定される。

望ましくは、前記画像処理範囲決定手段は、前記骨端部分像の輪郭が有する複数の輪郭特徴点に基づいて前記画像処理範囲を決定する、ことを特徴とする。

上述の通り、帯状高輝度領域は、骨端部分像の輪郭付近に位置している。上記構成により、帯状高輝度領域近くに位置する骨端部分像の輪郭特徴点に基づいて画像処理範囲を決定することで、帯状高輝度領域を含む好適な範囲を画像処理範囲として設定することができる。骨端部分像が有する複数の輪郭特徴点とは、例えば骨端部分の突起部分の先端などである。

望ましくは、前記対象骨像は橈骨像であり、前記骨端部分像は前記橈骨像の一部である手首側骨端部分像であり、前記帯状高輝度領域は、前記手首側骨端部分像の手首側輪郭に沿って延びる皮質骨領域である、ことを特徴とする。また、望ましくは、前記対象領域設定手段は、前記橈骨像の尺骨側の輪郭上の第１点と、前記橈骨像の橈骨側の輪郭上の点であって前記第１点からの距離が最短となる第２点と、を結ぶ線分にさらに基づいて、前記対象領域を設定する、ことを特徴とする。

橈骨像の尺側輪郭上の第１点と、橈骨像の橈側輪郭上の第２点を結ぶ線分は、橈骨像の短手方向に延びる線であり、これはＲＯＩの骨幹側（肘側）の境界を示す線分となる。上記構成によれば、当該線分は、所定の基準にて定められる橈骨像の尺側輪郭上の第１点と、橈骨像の橈側輪郭上であって第１点からの距離が最短となる第２点とを結ぶことにより生成さる。これにより、Ｘ線画像において橈骨像の延伸方向がいかなる方向であっても、当該線分の延伸方向を常に橈骨像の短手方向とすることができる。つまり、上記構成によれば、ＲＯＩの骨幹側境界の延伸方向を常に一定とすることでき、これはＲＯＩの設定範囲の再現性向上に寄与する。

望ましくは、前記対象領域設定手段により前記骨端部分について今回設定された前記対象領域と、前記骨端部分について過去に設定された対象領域との比較に基づいて、今回設定された前記対象領域の誤設定を検出する誤設定検出手段、をさらに含む、ことを特徴とする。

上記構成によれば、今回設定されたＲＯＩと過去に同一対象について設定されたＲＯＩとを比較によりＲＯＩの誤設定を検出することができる。誤設定が検出された場合は、再度ＲＯＩの設定処理をやりなおすなどの処理を行うことができる。これにより、ＲＯＩの設定範囲の再現性を向上させることができる。

本発明によれば、骨塩量測定にあたり、骨端部分像において、皮質骨が支配的な部分をできるだけ除外しつつ、海綿骨が支配的な部分にＲＯＩが設定されるようにすることにある。あるいは、本発明によれば、ＲＯＩの設定に関して再現性を向上させることができる。

本実施形態に係る骨塩量測定装置の構成概略図を示す図である。Ｘ線画像の例を示す図である。画像処理範囲の例を示す図である。画像処理範囲において、高輝度画素領域が抽出された様子を示す図である。高輝度画素領域の内側輪郭上の複数の点が検出される様子を示す図である。高輝度画素領域の内側輪郭を表すトレース線の例を示す図である。生成された枠の例を示す図である。設定されたＲＯＩの例を示す図である。

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。

図１は、本実施形態に係る骨塩量測定装置１０の構成概略図である。本実施形態に係る骨塩量測定装置１０は、被検者の骨に対してＸ線を照射して２次元のＸ線データを取得するＸ線データ取得装置１２と、Ｘ線データ取得装置１２が取得したＸ線データを受け取って、Ｘ線画像の形成、骨塩量測定の対象領域であるＲＯＩの設定、及び骨塩量測定などを行うＸ線データ処理装置１４を含んで構成される。なお、本実施形態では、Ｘ線データ取得装置１２とＸ線データ処理装置１４が別体となっているが、これを一体化させて１つの装置としてもよい。以下、被検者の橈骨の手首側骨端部分の骨密度測定を例に本実施形態を説明する。

Ｘ線データ取得装置１２は、ファンビーム状にＸ線を照射するＸ線発生部１６、Ｘ線発生部１６に対向する位置に設けられ、Ｘ線のファンビーム形状に対応する方向に１次元に配置された複数のＸ線検出素子を有するＸ線検出部１８、Ｘ線発生部１６の制御などを行う制御部２０を備えている。

Ｘ線発生部１６とＸ線検出部１８との間に骨密度測定の対象となる対象骨が配置される。本実施形態では対象骨は橈骨であるので、Ｘ線発生部１６とＸ線検出部１８との間に被検者の前腕が配置される。この状態において、Ｘ線発生部１６とＸ線検出部１８が両者一体となってＸ線検出素子の並び方向と直交する方向に走査されながら、Ｘ線発生部１６から被検者の前腕に対してＸ線が照射される。照射され対象骨などを通過したＸ線はＸ線検出部１８により検出される。これにより２次元Ｘ線データが得られる。

本実施形態においては、二重エネルギーＸ線吸収測定法(Dual-Energy X-ray Absorptiometry、ＤＥＸＡ法)に基づいて骨密度測定を行う。したがって、被検者の前腕に対して、高低２種類のエネルギー強度のＸ線が照射され、それぞれに対応する２つの２次元Ｘ線データが得られる。得られた２つの２次元Ｘ線データはＸ線データ処理装置１４へ送られる。

以下、Ｘ線データ処理装置１４が有する各部について説明する。なお、Ｘ線データ処理装置１４としては、一般的なコンピュータ（パーソナルコンピュータなど）を用いることができる。

Ｘ線画像形成部２２は、Ｘ線データ取得装置１２が取得した２つの２次元Ｘ線データに基づいてＸ線画像を形成する。形成されるＸ線画像は、Ｘ線照射範囲内の骨塩量が輝度で表現された骨塩量画像である。当該Ｘ線画像においては、骨塩量が高い位置程、その位置に対応する画素の輝度が高くなっている。

表示部２４は、例えば液晶パネルなどであり、Ｘ線画像形成部２２が形成したＸ線画像その他Ｘ線データ処理装置１４における処理結果などを表示する。

画像処理部２６は、ＲＯＩ設定部２８及び骨密度演算部３０を含み、Ｘ線画像形成部２２により形成されたＸ線画像を処理する。

ＲＯＩ設定部２８は、Ｘ線画像形成部２２が形成したＸ線画像上において、骨密度測定の対象領域であるＲＯＩの設定を行う。本実施形態では、ＲＯＩ設定部２８によるＸ線画像の解析により、橈骨の手首側骨端部分においてＲＯＩが設定される。ＲＯＩの設定処理の詳細については後述する。

骨密度演算部３０は、ＲＯＩ設定部２８がＸ線画像上において設定したＲＯＩ内にある複数の画素の輝度値に基づいて、ＲＯＩ内における骨密度を演算する。

制御部３２は、例えばＣＰＵやマイクロプロセッサであり、記憶部３４に記憶されたプログラムに基づいてＸ線データ処理装置１４内の各部を制御する。また、記憶部３４は、例えばＲＯＭやＲＡＭなどであり、Ｘ線データ処理装置１４の各部を動作させるためのプログラム、Ｘ線データ取得装置１２から送られてくる２次元Ｘ線データ、ＲＯＩ設定部２８が設定したＲＯＩを示すＲＯＩデータ、及び骨密度演算部３０が演算した結果である骨密度データなどを記憶する。操作部３６は、マウスあるいはキーボードなどであり、ユーザの指示を制御部３２へ入力するためのものである。

図２には、Ｘ線データ取得装置１２により取得されたＸ線データに基づいて、Ｘ線画像形成部２２により形成されたＸ線画像の例が示されている。骨密度測定の対象は橈骨の手首側骨端部分であるが、Ｘ線発生部１６から照射されるＸ線の照射範囲内には当該骨端部分の周辺部位も含まれる。したがって、図２に示される通り、形成されるＸ線画像６０には、橈骨骨幹像６２ａ及び手首側骨端部分である橈骨端部像６２ｂを含む橈骨像６２、尺骨像６４、並びに複数の手根骨像６６が含まれている。

ここで、本明細書における方向の呼称について説明する。橈骨像６２の延伸方向（図４におけるｘ軸方向）について、手首側（ｘ軸の正方向側）を遠位側と、肘側（ｘ軸の負方向側）を近位側と記載する。また、尺骨側（ｙ軸の正方向側）を尺側と、橈骨側（ｙ軸の負方向側）を橈側と記載する。

また、本明細書における橈骨像６２の各部名称について説明する。橈骨端部像６２ｂのうち橈側遠位端に位置する突出部分を茎状突起６２ｃと記載し、橈骨端部像６２ｂのうち尺側遠位端に位置する突出部分を尺側突起６２ｄと記載する。また、橈骨端部像６２ｂのうち、橈側へ膨出している部分を橈側膨出部６２ｅと記載する。なお、茎状突起６２ｃの一部は橈側膨出部６２ｅに含まれる。さらに、橈骨端部像６２ｂの輪郭であって手根骨像６６側の輪郭部分を手首側輪郭６２ｆと記載する。

茎状突起６２ｃの先端は遠位側に向いており、当該先端が橈骨像６２の最も遠位側の点となっている。茎状突起６２ｃの先端から橈側近位側方向へ延びるなだらかな曲線が橈側膨出部６２ｅの輪郭となっている。つまり、橈側膨出部６２ｅは茎状突起６２ｃの先端よりも橈側へ張り出した形状となっている。また、茎状突起６２ｃの先端から尺側近位側へ延びるなだらかな曲線が手首側輪郭６２ｆとなっている。つまり、茎状突起６２ｃの先端は手首側輪郭６２ｆの橈側端点となっている。

尺側突起６２ｄの先端は尺側へ向いており、当該先端が橈骨像６２の最も尺側の点となっている。尺側突起６２ｄの先端から橈側遠位側方向へ延びるなだらかな曲線が手首側輪郭６２ｆとなっている。つまり、尺側突起６２ｄの先端が手首側輪郭６２ｆの尺側端点となっている。

Ｘ線画像６０においては、各画素の輝度が骨密度を表している。具体的には、画素の輝度値が大きい程、当該画素が示す位置の骨密度が高いことを示している。なお、骨領域以外の部分（軟部組織あるいは背景部分）は輝度が０に近く、本来黒で塗りつぶされているが、本図面においては便宜上当該部分を白としている。

橈骨端部像６２ｂの内側には、比較的低い輝度値を有する画素群である低輝度領域６８が存在する。つまり、橈骨端部像６２ｂの内部側はその骨密度が比較的低いことを示し、低輝度領域６８が海綿骨領域を示す。そして、低輝度領域６８が骨密度測定のＲＯＩとして設定したい領域である。なお、皮質骨は骨の表面を覆っていることから、Ｘ線は、骨への入射面及び骨からの出射面近傍において皮質骨を必ず透過することになる。したがって、低輝度領域６８に位置する画素の輝度値においても多少皮質骨の影響が含まれる。

橈骨端部像６２ｂの内側であって手首側輪郭６２ｆに沿った位置に、比較的高い輝度値を有する画素群である帯状の高輝度領域７０が存在する。高輝度領域７０は骨密度が比較的高い領域を示し、つまり手首側輪郭６２ｆ側の皮質骨領域を示す。

橈骨像６２内には、高輝度領域７０以外にも高輝度領域が存在している。橈骨骨幹像６２ａ（特にその近位側）は高輝度画素群である高輝度領域７２を有しており、つまり橈骨骨幹の骨密度が比較的高いことを表している。また、尺側突起６２ｄの尺側輪郭に沿った位置にも、その位置における皮質骨領域を示す画素群である高輝度領域７４が存在する。さらに、橈側膨出部６２ｅの橈側輪郭に沿った位置にも、その位置における皮質骨領域を示す高輝度領域７６が存在する。

橈骨像６２の外側領域においても、いくつかの高輝度領域が存在する。例えば、手根骨像６６内には手根骨の皮質骨を表す画素群である高輝度領域７８が存在し、また尺骨像６４内にも尺骨の皮質骨を表す画素群である高輝度領域が存在している。

以下、図１及び図３〜図８を参照しながら、ＲＯＩ設定部２８による海綿骨領域を示す低輝度領域６８へのＲＯＩの設定処理について説明する。

ＲＯＩ設定部２８は、まず、手首側輪郭６２ｆに沿った位置にある帯状の高輝度領域７０の内側輪郭（近位側輪郭）を抽出する。それに先立ち、ＲＯＩ設定部２８は、輪郭抽出処理の対象範囲である輪郭抽出範囲８０（図３参照）を設定する。

ＲＯＩ設定部２８は、橈骨端部像６２ｂの輪郭上にある複数の特徴点に基づいて輪郭抽出範囲８０を設定する。本実施形態においては、Ａ点及びＢ点の２点に基づいて輪郭抽出範囲８０を設定する。

Ａ点は、茎状突起６２ｃに基づいて決定される。ＲＯＩ設定部２８は、Ｘ線画像６０上において骨領域部分と軟部組織部分を識別し、識別された骨領域部分の輪郭に基づいて茎状突起６２ｃの先端位置を特定する。そして、特定された茎状突起６２ｃの先端位置をＡ点として決定する。あるいは、ＲＯＩ設定部２８は、医師などのユーザの指示に基づいてＡ点を指定してもよい。すなわち、表示部２４に表示されたＸ線画像６０上においてユーザがカーソルなどで茎状突起６２ｃの先端位置を指定し、指定された位置に基づいてＲＯＩ設定部２８がＡ点を決定してもよい。Ａ点の座標を（Ｘ_Ａ、Ｙ_Ａ）とする。

Ｂ点は、橈骨像６２の尺側輪郭６２ｕと尺骨像６４の橈側輪郭６４ｒとの位置関係により決定される。Ｂ点の決定のために、ＲＯＩ設定部２８は、まず、公知の画像処理技術により、橈骨像６２と尺骨像６４との間にある軟部組織領域８２を識別する。次に、橈骨像６２及び尺骨像６４の延伸方向に沿って近位側から遠位側へ向かって（本実施形態ではＸ軸の正方向に向かって）、軟部組織領域８２の幅（画素数）を計測していく。軟部組織領域８２は遠位側へ行くほどその幅が狭くなっている。ＲＯＩ設定部２８は、軟部組織領域８２の幅が極めて小さい所定値（本実施形態では３画素）となるＸ座標を特定する。当該Ｘ座標をＸ_Ｂとする。そして、Ｘ＝Ｘ_Ｂのラインのうち、尺骨と橈骨とに挟まれた線分において、軟部組織領域８２に含まれる画素のうち最もＹ座標が小さい画素（点）、あるいは当該画素から数画素分橈側へ移動した位置（つまり橈骨像６２の尺側輪郭６２ｕ上の点）をＢ点とする。上記処理により、橈骨像６２の尺側輪郭６２ｕ上の点であって、尺側輪郭６２ｕと尺骨像６４の橈側輪郭６４ｒの交点近傍にＢ点が決定される。具体的には、図３に示すように、尺側突起６２ｄの近位側輪郭上（尺側突起の先端から橈側近位側へ延びる曲線上）であって、尺側突起６２ｄの付け根近傍にＢ点が決定される。Ｂ点の座標を（Ｘ_Ｂ、Ｙ_Ｂ）とする。

Ａ点及びＢ点が決定されると、ＲＯＩ設定部２８は、これらの点に基づいて輪郭抽出範囲８０を決定する。本実施形態では、Ａ点及びＢ点を対角とする矩形形状を設定し、これを輪郭抽出範囲８０とする。

輪郭抽出範囲８０には、内側輪郭の抽出対象である帯状の高輝度領域７０が含まれる。まず、Ｘ軸方向にみれば、Ａ点は橈骨像６２の最も遠位側の点である茎状突起６２ｃの先端上にあり、Ｂ点は尺側突起６２ｄの近位側輪郭上、つまり尺側突起６２ｄの先端よりも近位側にあるから、Ｘ＝Ｘ_Ａ及びＸ＝Ｘ_Ｂで規定される両直線の間には、茎状突起６２ｃの先端から尺側突起６２ｄの先端まで延びる手首側輪郭６２ｆの内側に沿って位置する高輝度領域７０が含まれる。また、Ｙ軸方向にみれば、Ａ点は手首側輪郭６２ｆの橈側端点である茎状突起６２ｃの先端であり、Ｂ点は手首側輪郭６２ｆの尺側端点である尺側突起６２ｄの先端よりもやや橈側へ位置しているものの、その近傍にあるため、Ｙ＝Ｙ_Ａ及びＹ＝Ｙ_Ｂの両線の間に高輝度領域７０の大部分が含まれる。

また、輪郭抽出範囲８０からは、橈骨像６２内にある他の高輝度領域（高輝度領域７２、７４、及び７６）が除外されている。まず、Ｂ点は尺側突起６２ｄの近位側輪郭上にあるから、それよりさらに近位側に位置している橈骨骨幹像６２ａに含まれる高輝度領域７２が輪郭抽出範囲８０から除外される。また、Ｂ点は尺側突起６２ｄの近位側輪郭上にあるから、それよりも尺側に位置している尺側突起６２ｄの尺側輪郭に沿った位置にある高輝度領域７４が輪郭抽出範囲８０から除外される。さらに、Ａ点は茎状突起６２ｃの先端であるから、それよりも下側に膨出している橈側膨出部６２ｅの輪郭に沿った位置にある高輝度領域７６が輪郭抽出範囲８０から除外される。

ＲＯＩ設定部２８は、輪郭抽出範囲８０を設定した後、輪郭抽出範囲８０内において高輝度領域７０の近位側輪郭の抽出処理を行う。高輝度領域７０の近位側輪郭の抽出処理は様々な方法により行うことができるが、本実施形態においては、記憶部３４に予め記憶された輝度閾値と輪郭抽出範囲８０内の各画素の輝度値との比較により高輝度領域７０を抽出した上で当該領域の内側輪郭の抽出処理を行う。

高輝度領域７０の抽出のための輝度閾値は、高輝度領域７０と低輝度領域６８とが識別可能な程度の値が設定される。つまり、高輝度領域７０に含まれる画素群が有する輝度値と、低輝度領域６８に含まれる画素群が有する輝度値との中間の値が設定される。

当該輝度閾値はユーザにより適宜設定されてもよいが、本実施形態においては、各被検者に応じて異なる輝度閾値を用いる。被検者によって皮質骨領域及び海綿骨領域の骨密度が異なることが知られている。すなわち、被検者によって、皮質骨領域を示す高輝度領域７０に含まれる画素群の輝度値及び海綿骨領域を示す低輝度領域６８に含まれる画素群の値が異なる。本実施形態では、この点に着目し、被検者毎に両領域が好適に識別可能となるよう、被検者に応じた輝度閾値が設定される。

具体的には、被検者の骨のうち、皮質骨と海綿骨の両方がバランスよく含まれている部位の骨密度を予め測定し、測定された骨密度を表す輝度値を閾値として用いる。皮質骨と海綿骨の両方がバランスよく含まれている部位として、本実施形態では橈骨遠位１／１０部位の骨密度を利用する。

ＲＯＩ設定部２８は、輪郭抽出範囲８０内の各画素の輝度値と輝度閾値を比較し、輝度閾値よりも高い輝度値を有する画素を高輝度画素として抽出する。図４には、輪郭抽出範囲８０内においてＲＯＩ設定部２８によって抽出された高輝度領域（高輝度画素群）が示されている。輪郭抽出範囲８０には、高輝度領域７０の他にも手根骨像内の高輝度領域７８も含まれているため、高輝度領域抽出処理により高輝度領域７０及び７８が抽出されている。

次に、ＲＯＩ設定部２８は、抽出された複数の高輝度領域のうち、高輝度領域７０の内側輪郭（近位側輪郭）を抽出する処理を行う。

具体的には、まず、ＲＯＩ設定部２８は、橈骨像６２（図３参照）の内側から内側輪郭の抽出対象となる高輝度領域７０へ向かう一定の方向を処理方向として決定する。本実施形態では、橈骨像６２の遠位端に位置する手首側輪郭６２ｆに沿った位置にある高輝度領域７０の内側輪郭を抽出するから、橈骨像６２の近位端から遠位端へ向かう方向（つまりＸ軸の正方向へ向かう方向）を処理方向とする。

そして、ＲＯＩ設定部２８は、設定した処理方向に沿った複数のラインそれぞれにおいて、輪郭抽出範囲８０内において抽出された複数の高輝度画素のうち、橈骨像６２の最も内側に位置する複数の画素を抽出する。本実施形態においては、処理方向はＸ軸の正方向へ向かう方向であるから、ＲＯＩ設定部２８は、図５に示すように、輪郭抽出範囲８０内のＹライン毎に、高輝度画素として抽出された画素のうち最もＸ座標が小さい画素を最も橈骨像６２の内側の画素として抽出する。

ここで、橈骨像６２内にある高輝度領域７０以外の他の高輝度領域は輪郭抽出範囲８０から除外されていることから、上述のように、輪郭抽出範囲８０において最も橈骨像６２の内側にある高輝度画素の抽出処理にあたり、橈骨像６２内にある他の高輝度領域の影響を受けることがない。また、輪郭抽出範囲８０内において最も橈骨像６２の内側にある高輝度画素が抽出されるから、橈骨像６２の外部に位置する、例えば手根骨内などの高輝度領域の影響を受けることもない。したがって、上記処理により、高輝度領域７０の内側輪郭上の各画素が好適に抽出される。

なお、橈骨像６２内にある他の高輝度領域のうち、高輝度領域７０の内側輪郭の抽出処理に影響のある他の高輝度領域が輪郭抽出範囲８０から除外されていれば足りる。つまり、輪郭抽出の処理方向において、高輝度領域７０よりも橈骨像６２の内側にある他の高輝度領域が輪郭抽出範囲８０から除外されていればよい。本実施形態では、橈骨像６２の近位側から遠位側へ向かう方向（Ｘ軸の正方向へ向かう方向）が処理範囲であるから、高輝度領域７０よりも橈骨像６２の内側にある他の高輝度領域である高輝度領域７２が輪郭抽出範囲８０から除外されていれば足りる。

図５には、上記処理により抽出された複数の画素Ｐ_１、Ｐ_２、〜Ｐ_Ｎが示されている。ＲＯＩ設定部は、これら複数の画素Ｐ_１、Ｐ_２、〜Ｐ_Ｎに基づいて、ＲＯＩの一部となる線分を生成する。本実施形態では、そのような線分として、Ａ点を通り、抽出された複数の画素Ｐ_１、Ｐ_２、〜Ｐ_Ｎ又はこれら画素の近傍を通過する近似曲線を生成する。生成された近似曲線が高輝度領域７０の内側形状を表すトレース線９０となる。生成されたトレース線９０が図６に示されている。トレース線９０と輪郭抽出範囲８０の尺側端、すなわちＹ＝Ｙ_Ｂにより規定される直線との交点をＣ点とする。そして、ＲＯＩ設定部２８は、Ｃ点とＢ点を結ぶ線分を生成する。

以下、図７を参照しながら、骨密度測定のためのＲＯＩの基準となる残りの点の設定について説明する。

上述の輪郭抽出処理により高輝度領域７０の内側形状を示すトレース線９０（Ａ点とＣ点間の線分）、Ｃ点とＢ点を結ぶ線分９２を生成した後、ＲＯＩ設定部２８は、Ｂ点から橈骨像６２の尺側輪郭６２ｕに沿って所定距離近位側へ移動した点をＤ点として設定する。Ｄ点は、ＲＯＩの近位側端部の基準となる点である。したがって、Ｄ点は、ＲＯＩ内に橈骨骨幹像６２ａに含まれる高輝度領域７２が含まれないようにその位置が決定される。Ｄ点としては、橈骨像６２の尺側輪郭６２ｕ上の点であって、橈骨遠位１／１０部位領域の遠位端となる点としてもよい。Ｄ点が決定されると、ＲＯＩ設定部２８は、Ｂ点から尺側輪郭６２ｕに沿ってＤ点まで延びる線分９４を生成する。

次に、ＲＯＩ設定部２８は、橈骨像６２の橈側輪郭６２ｒ上の点であって、Ｄ点からの距離が最小となる点をＥ点とし、Ｄ点とＥ点を結ぶ線分９６を生成する。線分９６は橈骨像６２の短手方向に延びる線であり、これによりＲＯＩの近位側の境界線が確定される。Ｘ線画像６０における橈骨像６２の延伸方向がＸ軸方向であることを前提とすれば、Ｄ点からＹ軸に平行に橈側輪郭６２ｒまでの線分を生成してこれを線分９６とすることも考えられ、実際にそのような形態も採用し得る。しかし、Ｘ線画像６０において橈骨像６２の延伸方向がＸ軸方向からずれる場合（例えばＸ線データ取得装置に対して被検者の前腕が所定の方向からずれた状態でＸ線画像が撮像された場合）なども考えられる。そこで、本実施形態では、Ｘ線画像６０において橈骨像６２の延伸方向がいかなる方向であっても、線分９６の延伸方向が橈骨像６２の延伸方向に対する所定の方向（橈骨像６２の延伸方向に対して略垂直な方向）とするために、本実施形態では、Ｅ点をＤ点からの距離が最小となる橈側輪郭６２ｒ上の点としている。

次に、ＲＯＩ設定部２８は、Ｅ点から橈骨像６２の橈側輪郭６２ｒに沿ってＡ点まで延びる線分９８を生成する。これにより、Ａ点〜Ｃ点間のトレース線９０、Ｃ点〜Ｂ点間の線分９２、Ｂ点〜Ｄ点間の線分９４、Ｄ点〜Ｅ点間の線分９６、及びＥ点〜Ａ点間の線分９８からなる枠１００が設定される。枠１００は、そのまま骨密度測定のＲＯＩとして利用されてよい。

図７に示される通り、枠１００は海綿骨領域を示す低輝度領域６８に設定され、且つ、枠１００内からは皮質骨領域を示す高輝度領域７０が除外されている。つまり、枠１００は、橈骨端部像６２ｂ内において、皮質骨領域を除いた海綿骨領域に対して設定されている。さらに、枠１００は、高輝度領域７０の内側輪郭、すなわち低輝度領域６８の外側（遠位側）輪郭を示すトレース線９０を含んでいるから、少なくとも高輝度領域７０側においてできるだけ拡張されている。

本実施形態では、枠１００は、高輝度領域７０の内側輪郭をトレースしたトレース線９０を含み、橈骨端部像６２ｂの輪郭上の複数の特徴点（Ａ点及びＢ点）を含み、橈骨端部像６２ｂの輪郭の一部（線分９４及び９８）を含んで構成されている。つまり、枠１００（ＲＯＩ）は、橈骨端部像６２ｂが有する特徴に基づいて設定される。したがって、Ｘ線画像６０における橈骨端部像６２ｂの位置あるいはその向きによらず、常に適切な位置あるいは範囲にＲＯＩを設定することが可能である。例えば、同一被検者の橈骨端部像６２ｂに対してＲＯＩを設定するにあたり、測定毎にＸ線データ取得装置に対する被検者の前腕の配置角度が異なり、Ｘ線画像において橈骨像の延伸方向が異なることで橈骨端部像６２ｂの位置あるいは向きが異なる場合であっても、測定毎に同じ位置にＲＯＩを設定することができる。つまり、本実施形態によれば、ＲＯＩの設定位置の再現性が向上される。

さらに、上述のように、Ｄ点〜Ｅ点間の線分９６は、常に橈骨像６２の延伸方向に対して略垂直な方向に延びるよう生成される。これにより、橈骨像６２の延伸方向に関わらず枠１００（ＲＯＩ）の近位側の境界線を常に同じ位置及び向きに生成することができ、つまりＲＯＩの設定範囲の再現性が向上される。

枠１００をそのまま骨密度測定のＲＯＩとしてもよいが、Ｂ点〜Ｄ点間の線分９４、及びＥ点〜Ａ点間の線分９８は、橈骨端部像６２ｂの輪郭であり、枠１００内には、Ｂ点〜Ｄ点間の橈骨端部像６２ｂの輪郭、及びＥ点〜Ａ点間の橈骨端部像６２ｂの輪郭に沿って位置する皮質骨成分が多少含まれる（例えば高輝度領域７６）。したがって、それらを排除するために、図８に示すように枠１００を内側へ数ピクセル縮小処理させて枠１０２を生成し、これを枠１０２で規定される領域を骨密度測定のＲＯＩとするのが好適である。

以上のように設定されたＲＯＩを示すＲＯＩデータは、記憶部３４に記憶されてよい。好適には、被検者毎あるいは骨密度測定の対象部位毎にＲＯＩデータが記憶される。ＲＯＩ設定部２８は、ある被検者のある部位にＲＯＩを設定した際、今回設定したＲＯＩと、記憶部３４から読み出した当該被検者の当該部位に過去に設定したＲＯＩとを比較する処理を行ってもよい。本実施形態においては、例えば今回設定したＲＯＩである枠１００と、当該被検者の橈骨端部について過去に設定したＲＯＩとを比較する。

当該比較処理においては、公知の技術を用いて両ＲＯＩの形状や面積などが比較される。比較の結果、両ＲＯＩの形状の類似度が所定値以下である場合、あるいは両ＲＯＩの面積差が所定値以上である場合、ＲＯＩの設定処理（高輝度領域７０の内側形状の抽出処理、その他の設定処理）が適切に行われず、今回設定したＲＯＩが誤設定されている可能性がある。したがって、このような場合、ＲＯＩ設定部２８は、再度ＲＯＩの設定処理を行うのが好適である。このような比較処理によれば、ＲＯＩの誤設定の可能性を低減させることができ、またＲＯＩの設定再現性の向上にも寄与する。なお、今回ＲＯＩと過去のＲＯＩとの比較は、ＲＯＩ全体同士ではなく、ＲＯＩに含まれる一部の線分同士の比較により行うようにしてもよい。

以上、本実施形態によれば、橈骨端部像６２ｂ（図２参照）において、皮質骨領域を示す高輝度領域７０が除外された海綿骨領域に骨密度測定のＲＯＩを設定することができる。しかも、海綿骨領域の広範囲においてＲＯＩを設定することができる。また、ＲＯＩは、高輝度領域７０の内側形状や、橈骨端部像６２ｂの輪郭などに基づいて設定されるから、Ｘ線画像における橈骨端部像６２ｂの位置や向きによらず、常に一定の領域にＲＯＩを設定することができる。

本実施形態は一例であり、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、Ａ点及びＢ点を基準として輪郭抽出範囲８０（図３参照）を設定したが、高輝度領域７０を含み、橈骨像６２内にある他の高輝度領域のうち、高輝度領域７０の内側輪郭の抽出処理に影響を与える他の高輝度領域が除外される輪郭抽出範囲８０が設定可能な限りにおいて、上記のＡ点及びＢ点以外の輪郭特徴点に基づいて輪郭抽出範囲８０を設定してもよい。

また、本実施形態では輪郭抽出範囲８０の設定に要する演算処理量が低く抑えられるという観点から輪郭抽出範囲８０を矩形としたが、高輝度領域７０を含み、橈骨像６２内にある他の高輝度領域のうち、高輝度領域７０の内側輪郭の抽出処理に影響を与える他の高輝度領域が除外される限りにおいて、輪郭抽出範囲８０の形状は矩形以外の形状を採用することもできる。

また、輪郭抽出範囲８０における高輝度領域７０の内側形状の抽出方法も他の方法を採用することができる。例えば、公知のエッジ検出技術を採用してもよい。この場合においも、橈骨像６２の外側に位置する他の高輝度領域の影響を排除するために、エッジ検出処理は、橈骨像６２の内側から輪郭側へ向けた方向に行うのが好適である。

また、本発明は橈骨以外の骨にも好適に適用できる。例えば、尺骨の骨端部分に対する骨密度測定のＲＯＩの設定においても本発明は好適に適用可能である。

１０骨塩量測定装置、１２Ｘ線データ取得装置、１４Ｘ線データ処理装置、１６Ｘ線発生部、１８Ｘ線検出部、２０，３２制御部、２２Ｘ線画像形成部、２４表示部、２６画像処理部、２８ＲＯＩ設定部、３０骨密度演算部、３４記憶部、３６操作部。

Claims

対象骨の骨端部分に対する骨塩量測定において取得された対象骨像を含むＸ線画像上において、前記対象骨像の一部である骨端部分像の輪郭が有する複数の輪郭特徴点に基づいて、前記骨端部分像の輪郭に沿ってその内側に生じる帯状高輝度領域を含み、且つ、前記対象骨像内に存在し得る他の高輝度領域が除外された画像処理範囲を決定する画像処理範囲決定手段と、
前記画像処理範囲内において前記帯状高輝度領域の内側形状を抽出し、前記内側形状に基づいて、前記骨塩量測定の対象領域を設定する対象領域設定手段と、
を備えることを特徴とする骨塩量測定装置。
前記対象領域設定手段は、前記骨塩量測定の対象となる被検者に応じて設定される閾値と、前記画像処理範囲内の各画素の輝度値との比較に基づいて、前記帯状高輝度領域の内側形状を抽出する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の骨塩量測定装置。
前記対象骨像は橈骨像であり、
前記骨端部分像は前記橈骨像の一部である手首側骨端部分像であり、
前記帯状高輝度領域は、前記手首側骨端部分像の手首側輪郭に沿って延びる皮質骨領域である、
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。
前記対象領域設定手段は、前記橈骨像の尺骨側の輪郭上の第１点と、前記橈骨像の橈骨側の輪郭上の点であって前記第１点からの距離が最短となる第２点と、を結ぶ線分にさらに基づいて、前記対象領域を設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の骨塩量測定装置。
前記対象領域設定手段により前記骨端部分について今回設定された前記対象領域と、前記骨端部分について過去に設定された対象領域との比較に基づいて、今回設定された前記対象領域の誤設定を検出する誤設定検出手段、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の骨塩量測定装置。
コンピュータを、
対象骨の骨端部分に対する骨塩量測定において取得された対象骨像を含むＸ線画像上において、前記対象骨像の一部である骨端部分像の輪郭が有する複数の輪郭特徴点に基づいて、前記骨端部分像の輪郭に沿ってその内側に生じる帯状高輝度領域を含み、且つ、前記対象骨像内に存在し得る他の高輝度領域が除外された画像処理範囲を決定する画像処理範囲決定手段と、
前記画像処理範囲内において前記帯状高輝度領域の内側形状を抽出し、前記内側形状に基づいて、前記骨塩量測定の対象領域を設定する対象領域設定手段と、
として機能させることを特徴とするプログラム。