JPH0411473A - 骨塩定量分析方法および装置 - Google Patents

骨塩定量分析方法および装置

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JPH0411473A
JPH0411473A JP2114611A JP11461190A JPH0411473A JP H0411473 A JPH0411473 A JP H0411473A JP 2114611 A JP2114611 A JP 2114611A JP 11461190 A JP11461190 A JP 11461190A JP H0411473 A JPH0411473 A JP H0411473A
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渡 伊藤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は人体等の骨塩の定量方法および装置、さらに詳
しくは蓄積性蛍光体を使用し、エネルギーサブトラクシ
ョンの手法を用いて骨塩定量分析を行なう方法および装
置に関するものである。
(従来の技術) 骨塩定量、すなわち骨の中のカルシウムの量を定量的に
測定することは骨折予防のために必要である。すなわち
、骨中のカルシウムの微量変化を知ることは骨粗しよう
症の早期発見を可能にし、骨折予防の効果かある。
そこで従来、以下に列挙するように数々の骨塩定量の方
法が提案され、実施されている。
i)MD法(MicrodensHometry) :
これは、中指骨をアルミのステップウェッジ(段階状パ
ターン)とともにX線撮影し、濃度計により濃度を測定
し、アルミステップウェッジと対応させてX線吸収量を
換算し、さらに骨幅によりその値を補正して骨塩を定量
にするものてあり、装置構成か簡便であるか、定量の精
度に問題かある上、骨粗しよう症を最もよく表わす椎骨
の測定ができないという欠点かある。
1i)spA法(Single Photon Abs
orptiometry)これは低エネルギーγ線を骨
に透過させた後15cm程離れムシンチレーション検出
器で検出し、γ線のカウント数の変化によってアナログ
計算から骨の単位長さ当りの重量を求めるものであり、
MD法に比べて正確な測定が可能であるが、これも推骨
の測定ができないという欠点がある上、ラジオアイソト
ープを使用するため特別な管理が必要であり、線源に半
源期があるため線源を交換しなければならないという難
点がある。
iii>  D P A法(Dual Photon 
Absorptiometry) :これは44KeV
と100 Ke Vの2種のエネルギーピークを有する
核種である153 Gf!を線源とし、この2種のエネ
ルギー線の骨の透過量の差異によって骨塩量を測定する
ものであり、腰椎、大腿骨頚部の骨塩の測定、および全
身の骨塩量、脂肪量の高精度の測定が可能であるという
利点があるか、これもランオアイソトープを使用するこ
とに伴う困難かある。また、放射線の照射か走査方式で
あるため腰椎の場合10数分、全身では30〜40分と
検査時間かかかるという問題かある。
iV>QDR法 (Quantitative Digited Rad
iography)(別名DPX法) これはDPA法とほぼ同じであるが、ラジオアイソトー
プの代りにパルス状X線をフィルタと組み合わせること
により2種類のエネルギーを得ており、再現性かよい上
、検査時間を短縮(DPAの約173)する効果がある
。簡便変性能の両面から最も期待されている方式である
が、検査時間は短縮されたといっても、腰椎撮影に約6
分を要し、さらに短縮することか望まれている。
V)QCT法 (Quantitative Computer To
mography) :これはX線CTを用いて、CT
ナンバーにより主に第3腰椎の骨塩定量を行なうもので
あり、断面による定量化か可能であるか、装置が大規模
になってしまうという難点かある。
vi)  D Q CT法 (Dual energY Quantitative
 ComputerTomography) : これはQCT法において2種のエネルギーを利用してエ
ネルギーサブトラクションを行なうことにより骨塩定量
を行なうもので、骨組織内の脂肪の影響を除いた定量化
が可能であるという利点があるが、これも装置が大規模
になってしまうという問題がある。
(発明が解決しようとする課題) 以上列挙した通り、従来の骨塩定量の方法は、簡便なも
のは精度が低く、高精度のものは装置が大がかりになり
、検査時間も長くなるといった問題があった。
本発明は簡便でありながら精度が高く、しかも検査時間
が短い骨塩の定量分析方法および装置を提供することを
目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明による骨塩の定量分析方法は、2枚以上の蓄積性
蛍光体シートのそれぞれに、軟部組織と骨部組織を含む
被写体を透過したそれぞれエネルギーが異なる放射線を
照射して、これらの蛍光体シートに前記被写体の放射線
画像を蓄積記録し、これらの蛍光体シートに励起光を走
査して前記放射線画像を輝尽発光光に変換し、この輝尽
発光光の発光量を光電的に読み出してデジタル画像信号
に変換し、各画像の対応する画素間でこのデジタル画像
信号の減算を行なって放射線画像の前記骨部組織のみの
画像を形成する差信号を得るエネルギーサブトラクショ
ンにおいて、前記被写体を透過しない前記エネルギーが
異なる放射線を2枚以上の蓄積性蛍光体シートに照射し
て、これらの蓄積性蛍光体シートに励起光を走査して該
蓄積性蛍光体シートが発光する輝尽発光光を光電的に読
み出してX線照射ムラ補正用のデジタル画像信号を得、
このX線照射ムラ補正用のデジタル画像信号と前記被写
体の放射線画像の間で引き算を行なつてX線照射ムラに
よるノイズを除去し、前記骨部組織のみの画像を形成す
る差信号から前記骨部組織における骨塩の定量分析を行
なうことを特徴とするものである。
また、この方法においてさらに前記被写体とともに、段
階的にX線吸収量か異なるパターンからなるX線吸収量
の既知の参照物体の放射線画像を蓄積記録し、この参照
物体の画像を参照して前記被写体の骨部組織の画像から
骨塩を定量分析することを特徴とするものである。
すなわち、本発明による骨塩定量分析は、蓄積性蛍光体
シートを用いたエネルギーサブトラクションを利用して
骨塩の定量分析をするもので、特に定量分析を可能にす
るためにX線の照射ムラを除去する補正を行なうことを
特徴とするものである。
(作用および効果) これにより、簡便に精度の高い骨塩定量分析を短時間に
行なうことができる。
すなわち、撮影に際しては記録材料に蓄積性蛍光体シー
トを使うたけであるから、撮影装置としては、既存のの
撮影装置をそのまま使用することができ、撮影は全面照
射でよいから短時間で済み、しかも蓄積性蛍光体シート
はX線フィルムに比して精度が高いから、通常のX線撮
影の数10分の1の被爆量で撮影が可能であり、特に骨
塩定量の必要なことが多い老人の場合は一定体位を長時
間続けることは負担が大きいので、これは実用上極めて
有益である。
また、本発明は、X線吸収量の既知の段階状パターンを
有する参照物体(ファントム)を被写体とともに撮影す
るので、骨塩の定量分析を行ないたい被写体の骨部組織
の濃度をこの参照物体の段階状パターンの段階的濃度と
比較し、前者の濃度と最も近い濃度のパターン部分の対
応骨塩量から、その骨部組織の骨塩量を知ることができ
る。
もちろん、ファントムの段階的濃度と骨塩量とはこれを
対応づける校正曲線等を作っておき、これを参照して濃
度(計測値)から骨塩量(真値)を知る。
なお、この濃度の比較は、画像をCRT等の再生装置に
表示して目で比較してもよいが、前記エネルギーサブト
ラクション信号(差信号)を電気的に評価して比較して
もよい。
また本発明は、被写体の厚みによる散乱線の分布を予測
してその補正をするため、患者の体厚情報を入力してX
線の照射ムラを補正したデータをさらに補正するように
するものである。
これにより、より精度の高い骨塩定量分析を自動的に行
なうことができる。
(実 施 例) 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。
第1A図は2枚の蓄積性蛍光体シートASBに、軟部組
織と骨とを有する同一の被写体1を透過したX線2を、
それぞれエネルギーを変えて照射する状態を示す。すな
わち第1の蓄積性蛍光体シトAに被写体1のX線透過像
を蓄積記録し、次いで短時間内で蓄積性蛍光体シートA
、Bを素早く取り替えると同時に、X線源3の管電圧を
変えて、透過X線のエネルギーが異なる被写体1のX線
画像を蓄積性蛍光体シートBに蓄積記録する。このとき
蓄積性蛍光体シートAとBとで被写体1の位置関係は同
じとする。
このとき、被写体1とともに、段階的にX線吸収量が異
なるパターンからなるX線吸収量の既知の参照物体(フ
ァントム)5を蓄積性蛍光体シー)A、B上に置いて、
被写体1のX線画像とともにこのファントム5のX線画
像も蓄積性蛍光体シートA、Bに蓄積記録する。このフ
ァントム5は、第2図に示すように、骨塩の量すなわち
CaCO3の含有量(wt%)か段階的に異なるセクシ
ョン5a、 5b・・・・・・5fを並べた構造をして
おり、このCaCO3の含有量は予め知られているもの
である。
また、第1B図は2枚の蓄積性蛍光体シートA1Bを重
ね、この間に放射線エネルギーを一部吸収するフィルタ
Fを介在させて被写体1とファントム5を透過したX線
2を照射する状態を示すもので、これによりエネルギー
の大きさの異なる放射線を蓄積性蛍光体シー)A、Bに
同時に照射するもの(いわゆるワンショットエネルギー
サブトラクション)である。ワンショットエネルギーサ
ブトラクションについては特開昭59−83486号に
詳細が開示されている。
このようにして、2つの放射線画像を2枚の蓄積性蛍光
体シートASBに蓄積記録する。次にこれら2枚の蓄積
性蛍光体シートA、Bから、第3図に示すような画像読
取手段によってX線画像を読み取り、画像を表わすデジ
タル画像信号を得る。
先ず、蓄積性蛍光体シートAを矢印Yの方向に副走査の
ために移動させながら、レーザー光源10からのレーザ
ー光11を走査ミラー12によってX方向に主走査させ
、蛍光体シートAから蓄積X線エネルギーを、蓄積記録
されたX線画像にしたがって輝尽発光光13として発散
させる。輝尽発光光13は透明なアクリル板を成形して
作られた集光板14の一端面からこの集光板14の内部
に入射し、中を全反射を繰返しつつフォトマル15に至
り、輝尽発光光13の発光量が画像信号Sとして出力さ
れる。この出力された画像信号Sは増幅器とA/D変換
器を含む対数変換器16により対数値(IogS)のデ
ジタル画像信号10g5Aに変換される。このデジタル
画像信号logsAは例えば磁気ディスク等の記憶媒体
17に記憶される。次に、全く同様にして、もう1枚の
蓄積性蛍光体シートBの記録画像か読み出され、そのデ
ジタル画像信号logSBか同様に記憶媒体17に記憶
される。
一方、第1A図に示すように、被写体1の撮影に際し、
X線源3の管電圧を変えて2枚の蓄積性蛍光体シートA
、  Bに順次被写体1のX線透過像を蓄積記録する場
合は、第1C図に示すように被写体なしで、第1A図に
おける被写体1の撮影の場合と全く同様にしてX線源3
の管電圧を変えて2枚の蓄積性蛍光体シートにX線2を
照射し、X線2の照射ムラを管電圧の異なるX線毎にこ
の2枚の蓄積性蛍光体シートA’ 、B’に蓄積記録す
る。
また被写体1のX線撮影に際し、第1B図に示すように
2枚の蓄積性蛍光体シートA、Bを重ねて撮影を行なう
場合は、X線2の照射ムラの撮影に際しても、第1C図
に示すように被写体なしで、かつ2枚の蓄積性蛍光体シ
ートA’ 、B’をフィルタFを挾んで重ねて配置した
撮影方法が採用される。
このX線照射のムラを記録して蓄積性蛍光体シトA′ 
 B′ も、第3図に示すような画像読取手段によって
読み取り、X線照射ムラを表わすデジタル画像を得る。
これらの記録形態とそのデジタル画像の種類を第4A〜
4D図および第5A〜らD図に示す。
これらの図から明らかなように、高圧(120KV)の
管電圧で被写体なしの蓄積性蛍光体シートA′上に記録
されたX線照射ムラ画像のデジタル画像信号をlogs
a、低圧(60KV)の管電圧で被写体なしの蓄積性蛍
光体シートB′上に記録されたxg照射ムラ画像のデジ
タル画像信号logSb、高圧の管電圧で被写体1とフ
ァントム5のX線透過画像を蓄積性蛍光体シートA上に
記録して得られたデジタル画像信号をIogSA、低圧
の管電圧で被写体1とファントム5のX線透過画像を蓄
積性蛍光体シートB上に記録して得られたデジタル画像
信号logs、とする。
X線照射ムラを記録した画像信号10g5a。
ogSbは、1 cm X 1 cmのマスクサイズで
平滑化処理を施し、ノイズ除去をした画像信号logS
a’ 、log Sb’を得る。これも前記記録媒体1
7に記憶される。
このようにして得られたX線照射ムラ信号logSa’
 、log Sb’を、前記2つのデジタル画像信号l
og SA 、 log SBから高圧は高圧同士、低
圧は低圧同士で、それぞれり巨1て、X線照射ムラ補正
をしたデジタル画像信号log SA   (””lo
gSA  log Sa ’ ) 、 log Ss 
′(−log Sa1ogSb’)を得る。
次に、上述のようにして得られたデジタル画像信号lo
g SA  % log Sa ’を用いてサブトラク
ション処理を行なう。第6図は本発明方法の一実施例に
よるエネルギーサブトラクション画像の表示方法におけ
る信号の処理の流れを示している。
まず前記記憶媒体17内の高圧X線照射ムラ画像信号1
ogsaを記憶した画像ファイル1.7Aと、高圧画像
1ogSAを記憶した画像ファイル17cから、それぞ
れ前記デジタル画像信号log Sa 、 logSA
を読み出し、X線ムラ補正回路18Aに入力する。ここ
で画像信号1ogsaのノイズ除去をして画像信号Sa
’を得た後log SA  log Sa ′の演算を
行ない、logsA’ を得る。次に、低圧X線照射ム
ラ画像信号10g5bを記憶した画像ファイル17Bと
、低圧画像+ogsBを記憶した画像ファイル17Dか
ら、それぞれ前記デジタル画像信号log Sb 、 
log S、を読み出し、X線ムラ補正回路18Bに入
力する。ここで画像信号1ogSbのノイズ除去をして
画像信号Sb′を得た後10gsB−IOgSb’ の
演算を行ない、logSB’を得る。
このようにして得られた前記デジタル画像信号log 
SA’ 、log SB’が読み出され、サブトラクシ
ョン演算回路19に入力される。該サブトラクション演
算回路18は、上記2つのデジタル画像信号1ogsA
’ とlogsB’ を適当な重みづけをした上で対応
する画素毎に減算し、デジタルの差信5tub  =a
 ・log  SA    b ・log  sll 
’  +c(a、bは重みづけ係数、Cは概略一定濃度
にするようなバイアス成分である)を求める。この差信
号S h u bは一旦画像フアイル20に記憶されて
から、デイスプレィ装置21に入力され、サブトラクシ
ョン画像Sとして表示される。
この表示されたサブトラクション画像Sは、被写体1の
骨部画像S工の他にファントム5の画像信号S5を有す
るものであるから、操作者は、このファントム画像S5
を参照しなから被写体の骨部画像S1を見ることができ
る。ここで、骨部画像の骨塩の定量をしたい部分の濃度
と同じか近いファントム画像S5の段階的パターンの部
分を選択し、その濃度に対応する骨塩量を知ることがで
きる。
これには、予めファントム5の段階的パターンの各セク
ション5a、5b・・・・・・5rのCaCO3量を、
そのサブトラクション画像Si上における濃度と対応さ
せて校正曲線24(第7図)を作成しておき、この校正
曲線24上で計測値に対応する点を真値に対応させて真
値(基量)を知る。このとき、サブトラクション画像S
l上の濃度が例えばファントム画像S5のパターンの隣
接する2つのセクションの濃度pbとPcの中間の値d
1であれば校正曲線24から得られるそれに対応する真
値V1が求める骨塩量である。
上記のようにして得られた基量は、周知の各種表示装置
や記録装置により表示、記録するようにしてもよい。そ
のためには、校正曲線24から読み取った値をマニュア
ルで入力し、表示、記録してもよいが、校正曲線をテー
ブルメモリに記憶させておき、表示装置21上で指示し
た骨部画像の位置における濃度をこの校正曲線により基
量に換算して、自動的に表示、記録するようにしてもよ
い。
上記実施例では、被写体の厚み、すなわち患者の体厚に
よる散乱線の変化は考慮していないが、より精度の高い
定量分析をするためには、体厚による散乱線を予測して
、その影響を補正することが望まれる。
以下、第8図によりその散乱線予測による補正を加えた
実施例を説明する。
前記実施例において、X線照射ムラ補正を行なってファ
イル+8A、18Bに記憶されたデジタル画像信号10
g5A’ とlogsB’から境界検出回路30により
素抜け30aと体30bの境界30cを検出する。一方
、患者情報入力装置31で患者の体厚情報TCxcm)
を入力する。この患者の体厚情報Tを、予め体厚とX線
の管電圧毎の散乱線予測画像との対応を記憶した設定テ
ーブル32に入力し、これにより電圧毎の散乱線予測画
像Fa  Fbを求めてそれぞれ、ファイル33A、 
33Bに記憶する。この散乱線予測画像Fa、Fbを前
記境界検出回路30からのデータで位置すれ補正をした
後、これを前記ファイル18A、18BのX線照射ムラ
補正済の2つのデジタル画像信号10g5A’ とlo
gsB’から差し引いて、散乱線予測データで補正した
2つのデジタル画像信号log sA、  log S
B ’を得、それぞれファイル34A、34Bに記憶す
る。これら2つのデジタル画像信号log SA 、l
ogsBを用いて演算回路35によりサブトラクション
処理を行ないエネルギーサブトラクション画像信号S 
tub′を得る。
このようにして、X線照射ムラ補正と体厚による散乱線
補正を行なった画像信号S a u b′が得られる。
この画像信号S、。、′ も、前述の第6図により説明
した実施例と同様に、表示装置21で表示することがで
き、これにより前記実施例と同様にして骨塩定量を行な
うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図は本発明の方法の一実施例における被写体とフ
ァントムの放射線画像記録ステップを示す側面図、 第1B図は同じくその他側を示す側面図、第1C図はX
線照射ムラ補正のための照射ムラを記録するステップを
示す側面図、 第2図は上記方法に使用するファントムの一例を示す斜
視図、 第3図は本発明の方法における蓄積性蛍光体シートから
の放射線画像の読取りステップを示す斜視図、 第4A、4B、4C,4D図は上記方法における記録ス
テップを示す斜視図、 第5A、5B、5C,5D図は第4A〜4D図における
各ステップにより記録された放射線画像の例をそれぞれ
示す平面図、 第6図は本発明の方法における画像信号の演算処理の手
順を示すブロック図、 第7図は本発明の方法に使用される計測値(a度)と真
値(骨塩量)の関係を示す校正曲線の例を示すグラフ、 第8図は本発明の他の実施例における散乱線予測補正の
手順を示すブロック図である。 1・・・被写体      2・・・X線3・・・X線
源 5・・・ファントム(参照物体) 10・・・レーザー光源   11・・・レーザー光1
2・・・走査ミラー    13・・・輝尽発光光15
・・・フォトマル 19・・・サブトラクション演算回路 21・・・表示装置 ASB・・・蓄積性蛍光体シート log SA 、 log SBSlog SA  、
 log SB・・・デジタル画像信号 log Sa 、 log Sb ・・・X線照射ムラ補正用画像信号 S tub・・・デジタル画像信号の差信号第1A図 第旧図 A’ B 第 図 (情(吻−一

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)2枚以上の蓄積性蛍光体シートのそれぞれに、軟部
    組織と骨部組織を含む被写体を透過したそれぞれエネル
    ギーが異なる放射線を照射して、これらの蛍光体シート
    に前記被写体の放射線画像を蓄積記録し、これらの蛍光
    体シートに励起光を走査して前記放射線画像を輝尽発光
    光に変換し、この輝尽発光光の発光量を光電的に読み出
    してデジタル画像信号に変換し、各画像の対応する画素
    間でこのデジタル画像信号の減算を行なって放射線画像
    の前記骨部組織のみの画像を形成する差信号を得るエネ
    ルギーサブトラクションにおいて、前記被写体を透過し
    ない前記エネルギーが異なる放射線を2枚以上の蓄積性
    蛍光体シートに照射して、これらの蓄積性蛍光体シート
    に励起光を走査して該蓄積性蛍光体シートが発光する輝
    尽発光光を光電的に読み出してX線照射ムラ補正用のデ
    ジタル画像信号を得、このX線照射ムラ補正用のデジタ
    ル画像信号と前記被写体の放射線画像の間で引き算を行
    なってX線照射ムラによるノイズを除去し、 このノイズの除去されたディジタル画像信号間で減算を
    行なって前記骨部組織のみの画像を形成する差信号を得
    、この差信号から前記骨部組織における骨塩の定量分析
    を行なうことを特徴とする方法。 2)前記被写体とともに、段階的にX線吸収量が異なる
    パターンからなるX線吸収量の既知の参照物体の放射線
    画像を蓄積記録し、この参照物体の画像を参照して前記
    被写体の骨部組織の画像から骨塩を定量分析することを
    特徴とする請求項1記載の方法。 3)2枚以上の蓄積性蛍光体シートのそれぞれに、軟部
    組織と骨部組織を含む被写体を透過したそれぞれエネル
    ギーが異なる放射線を照射して、これらの蛍光体シート
    に前記被写体の放射線画像を蓄積記録し、これらの蛍光
    体シートに励起光を走査して前記放射線画像を輝尽発光
    光に変換し、この輝尽発光光の発光量を光電的に読み出
    してデジタル画像信号に変換し、各画像の対応する画素
    間でこのデジタル画像信号の減算を行なって放射線画像
    の前記骨部組織のみの画像を形成する差信号を得るエネ
    ルギーサブトラクションにおいて、前記被写体を透過し
    ない前記エネルギーが異なる放射線を2枚以上の蓄積性
    蛍光体シートに照射して、これらの蓄積性蛍光体シート
    に励起光を走査して該蓄積性蛍光体シートが発光する輝
    尽発光光を光電的に読み出してX線照射ムラ補正用のデ
    ジタル画像信号を得、このX線照射ムラ補正用のデジタ
    ル画像信号と前記被写体の放射線画像の間で引き算を行
    なってX線照射ムラによるノイズを除去し、さらにこの
    ノイズを除去した画像信号から、被写体の厚み情報によ
    り予測される散乱線分布データを引き算して散乱線に対
    する補正を行なった後、この補正の行なわれたディジタ
    ル画像信号間で減算を行なって前記骨部組織のみの画像
    を形成する差信号を得、この差信号から前記骨部組織に
    おける骨塩の定量分析を行なうことを特徴とする方法。 4)放射線画像が蓄積記録された蓄積性蛍光体シートに
    励起光を走査し、それによって前記蓄積性蛍光体シート
    から発せられた輝尽発光光を光電的に読み出してデジタ
    ル画像信号に変換する画像読取手段と、 軟部組織と骨部組織を含む被写体および段階的にX線吸
    収量が異なるパターンからなるX線吸収量の既知の参照
    物体を透過したエネルギーの互いに異なる放射線の照射
    により、該被写体および参照物体の放射線画像が蓄積記
    録された2枚以上の前記蓄積性蛍光体シートそれぞれか
    ら、前記画像読取手段によって得た各デジタル画像信号
    の対応する画素間で減算を行ない、それによって前記骨
    部組織と参照物体の画像を形成する差信号を得るサブト
    ラクション演算手段と、 前記被写体を透過しない前記エネルギーが異なる放射線
    を2枚以上の蓄積性蛍光体シートに照射して、これらの
    蓄積性蛍光体シートに励起光を走査して該蓄積性蛍光体
    シートが発光する輝尽発光光を光電的に読み出してX線
    照射ムラ補正用のデジタル画像信号を得る手段と、 該X線照射ムラ補正用のデジタル画像信号と前記被写体
    および参照物体の放射線画像の間で引き算を行なってX
    線照射ムラによるノイズを除去する手段と、 前記差信号により前記骨部組織と参照物体の画像を再生
    する手段とからなる骨塩分析装置。
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