JPH09262232A - Bone measurement method - Google Patents

Bone measurement method

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JPH09262232A
JPH09262232A JP8076430A JP7643096A JPH09262232A JP H09262232 A JPH09262232 A JP H09262232A JP 8076430 A JP8076430 A JP 8076430A JP 7643096 A JP7643096 A JP 7643096A JP H09262232 A JPH09262232 A JP H09262232A
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賢二 森本
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次郎 喜多
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To evaluate accurately the construction deviation and/or relative value in the cavernous bone evaluation by calculating the tensor to indicate the cavernous bone construction applying the image element adjacent data obtained form detailed image corresponding to the bone on the centered cross section view image showing the construction of the centered cross section of the subject bone. SOLUTION: Electron accelerated by a rotating anode 2 of the micro X-ray CT is radiated to the focused area of an X-ray tube 1 so as to generate the X-ray. After having transmitted a subject bone 3, the X-ray is restricted by a slit 4 to have the data with the thickness of a slice, then reaches a sensor 5. A centered part cross section view image of the subject bone is input to the image processing device as the original and binary coded there. From the binary coded image are obtained the barycentric coordinates and the principal axes of inertia to pass through it. After the analysis subject area is set, the bone part in the binary coded image is divided in upper and lower by a line passing its center of gravity of whole the image. Then the cortex bone in the remaining area is deleted, and the reset is set as the cavernous bone so as to execute the analysis on.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bone measuring method and a bone measuring device. More specifically, according to the present invention, an image obtained by using a means for imaging the structure of a representative cross section of a bone to be inspected is input to an image processing apparatus and a tensor representing a cancellous bone structure is calculated by a predetermined method. The object of the present invention is to provide a method of accurately and rapidly evaluating the relative value of the strength and / or the strength of the bone to be inspected, particularly the strength of the structure anisotropy.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Bone structure evaluation is an important issue in bone strength evaluation. The bone structure is roughly classified into an external shape and an internal structure. In the conventional research, the evaluation index for the internal structure is only a regional index such as cross-sectional area and a mesh index such as bifurcation points, and no specific measurement method is found for the structural anisotropy of the bone cross-section of interest. . Therefore, since the bone structure evaluation index is insufficient, there is a drawback that even the same measurement result has a low correlation with the actual mechanical strength.

【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。
On the other hand, in order to observe the internal structure of the bone, the bone is destructively cut out thinly and observed with a microscope, or a low-resolution CT (Computed Tomography) with a resolution of about 200 μm is used.
aphy) device was the only way. Therefore, in the case of the whole company, other tests cannot be performed on the same bone to be inspected, the specimen is cracked when it is cut out (artifacts occur), or in the latter case, even a minute trabecular structure cannot be observed and anisotropy is evaluated. There were various problems such as not being able to do it.

【0004】[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。
The present invention is non-destructive,
In addition, microscopically observing the internal structure of the bone to be examined, we found a measurement method that evaluates the structural anisotropy of the cancellous bone among the indicators that reflect the bone strength well. The purpose of the present invention is to make it possible to evaluate the anisotropy and / or the relative value of strength more accurately and quickly.

【0005】[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。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve such an object, the present inventors have carried out image processing on an image of a bone to be inspected, and in particular the structural anisotropy and Further, they have found that an index relating to a relative value of strength can be measured, and have reached the present invention. As a means for inputting an image of the cross section of interest of the bone to be inspected, it is non-destructive to use a fine focus X-ray cross-section photography apparatus having a focal dimension and resolution sufficient for measuring the fine structure of cancellous bone. In addition, it is preferable in that the internal structure of the bone to be inspected can be microscopically observed.

【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。
That is, according to the present invention, the tensor representing the cancellous bone structure is calculated by a predetermined method from the thinned image corresponding to the bone portion of the cross-sectional image of interest representing the cross-section of the bone to be inspected. It is intended to provide a bone measuring method characterized in that relative values of anisotropy degree and strength can be quantified. The method for obtaining the thinned image in the present invention may be either a method of directly exchanging the image of the bone to be inspected (whether analog or digital) or a method of converting the image once and then converting. Further, the thinning may be performed by any method as long as it corresponds to the bone portion, but a binarized image can be constructed once during the process.

【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。
Further, according to the present invention, an image of a cross section of interest of a bone to be inspected, which is obtained by a fine focus X-ray tomography apparatus, is used as an input image, and the input image is binarized to extract a bone portion only. By calculating the tensor representing the cancellous bone structure by the method described above, or by further weighting the trabecular width to the tensor, it is possible to quantify the degree of anisotropy of the strength of the test bone and / or the relative value of the strength. The present invention provides a bone measuring method characterized by the above.

【0008】[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。
Therefore, the present invention makes it possible to observe the cross-sectional image of the bone to be inspected in a nondestructive and microscopic manner by taking the above-mentioned means. The degree of anisotropy of strength and / or the relative value of strength can be quantified.

【0009】[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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【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。
First, before measuring an index for evaluating bone strength, a cross section having a characteristic representative of the bone to be inspected is determined,
A tomographic image of the cross section is acquired.

【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。
A cross-sectional photograph requires a resolution that allows detailed measurement of the internal structure of bone. Therefore, as a method of obtaining a cross-sectional photographic image, there is a fine focus X-ray cross-sectional photography (hereinafter referred to as μX-ray CT) in which X-rays are generated and irradiated from a fine focus having a focus size of 20 μm or less, preferably 10 μm or less. In particular,
It is sufficient that a spatial resolution of about 10 μm, which is sufficient for observing the trabecular bone, can be obtained.

【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。
It should be noted that obtaining a cross-sectional image of the bone to be inspected using μX-ray CT is also preferable in that there are no artifacts that occur during thin sectioning.

【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。
[0013] Examples of subjects applicable to the device of the present invention include the bone growth state of animals, confirmation of the degree of aging, the range of types of bone lesions such as osteoporosis and osteomalacia, and the degree of progression thereof. Examples include animal test bones and the like that are required when performing various bone measurements such as confirmation of effects during treatment. Specific examples of the bone to be inspected include a femur, a tibia, a fibula, a lumbar vertebra, a tail vertebra, a sacrum, and an iliac bone. As the other test object, any object can be used as long as it can photograph and input the obtained sectional image to the image processing apparatus. Furthermore, the measurement area applicable to the device of the present invention is μX of the bone to be inspected.
Part or the whole of the cross-sectional image obtained by the line CT can be mentioned.

【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。
The bone to be inspected may or may not have soft tissue or soft tissue-like material attached thereto. In this case, the tube voltage is changed to generate and irradiate X-rays twice or more, and μX-ray CT imaging is performed to obtain X-rays of each wavelength.
Method of canceling soft tissue by utilizing difference in X-ray attenuation coefficient between soft tissue and bone with respect to X-ray (DECT: DualEn
Energy Computed Tomography) has been reported and this method may be applied.

【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。
A μX-ray CT and a sectional image acquisition method using the μX-ray CT will be described below with reference to FIG.

【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。
As the μX-ray CT used in the present invention, an X-ray tube 1 having a focal size of about 8 μm was used. The electrons accelerated by the rotating anode 2 irradiate an area of the focal dimension of the X-ray tube to generate X-rays. After passing through the bone 3 to be inspected, the X-rays are narrowed down by the slit 4 to the information corresponding to the slice thickness and reach the sensor 5. For example, by gradually rotating the bone to be inspected, the irradiation X-ray direction with respect to the bone to be inspected is changed, and X-ray irradiation and sensor detection are repeated each time to reconstruct a μX-ray CT image. The μX-ray CT image obtained in the present invention has a vertical length of 512.
The number of pixels is 512 pixels horizontally, and the size of each pixel is approximately 15 μm in length × 15 μm in width, and the CT value of each pixel is 2 16
Expressed in gradation. Further, when the CT value of each pixel is input to the image processing apparatus, it is converted by the equation 1.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】[ただし、TL:変換後CT値、C
max :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。
[However, TL: CT value after conversion, C
T max : maximum CT value, CT max : minimum CT value] Image processing is performed based on the image obtained as described above. The image processing method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. A flowchart of image processing for measuring a tensor representing a cancellous bone structure is shown in FIG. 2, and an explanatory view thereof is shown in FIG. A cross-sectional image of the region of interest of the bone to be inspected, which is imaged by μX-ray CT, is input to the image processing apparatus, becomes an original image, and is then binarized.

【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。
As a method of binarizing the original image, for example, a discriminant analysis method can be used. Discriminant analysis method, when the pixels in the image are classified by a certain threshold,
It is a method of binarizing with a threshold value such that variations in altitude of pixels of each class are small and variations between classes are large.

【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。
More specifically, the within-class variance δW 2 is used as an index representing the variation in altitude of pixels in each class.

【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 [ただし、M:クラス1の画素の輝度の平均、
2 :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。
ΔW 2 = ω 1 σ 1 2 + ω 2 σ 2 2 [where ω 1 is the number of pixels of class 1, σ 1 is the variance of the luminance of pixels of class 1, ω 2 is the number of pixels of class 2, σ 2 : Dispersion of Luminance of Pixels of Class 2] In addition, inter-class dispersion δB 2 is used as an index representing the variation between classes. δB 2 = ω 1 ω 2 ( M 1 -M 2) 2 [ however, M 1: Average of the brightness of the pixel class 1,
M 2 : Average of Luminance of Class 2 Pixels] A threshold value that maximizes the dispersion ratio F 0 that is the ratio of δB 2 and δW 2 is obtained.

【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。F 0 = δB 2 / δW 2 A method of binarizing with the threshold value is called a discriminant analysis method.

【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。
FIG. 3A shows a binarized image obtained by this discriminant analysis method. The barycentric coordinates of the entire image are obtained from the binarized image, and the principal axis of inertia passing through the barycentric coordinates (one-dot chain line in FIG. 3A)
Ask for. The binarized image is rotated so that the principal axis of inertia is parallel to the Y axis.

【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。
Next, the analysis target area is set. The analysis target area is an area in which the physical meaning is well reflected, and can be selected, for example, as the most loaded area. Less than,
The lumbar vertebra will be described as an example. In the image which is rotated and positioned as described above, a closed curve (hereinafter, sometimes referred to as a boundary pixel curve) formed of pixels that form a boundary between the spinal cavity and the bone portion is left and right about the inertial principal axis. Divided into 2
The points farthest from the principal axis of inertia in each of the divided boundary pixel curves are defined as P R and P L. Of the two points P R and P L ,
The length of a perpendicular line from one point closer to the principal axis of inertia to the principal axis of inertia is the spinal cavity radius r.

【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。
Next, passing through the center of gravity of the entire binarized image,
A straight line perpendicular to the principal axis of inertia divides the bone part of the bone part binarized image into upper and lower parts. Which of these two halves is selected is determined according to the physical meaning to be analyzed. In this example, since the bone strength is analyzed, the region that contributes little to the bone strength is deleted. That is, the fillet diameter of each of the divided bone parts is calculated, and the bone part having the larger Y-direction fillet diameter is deleted. Further, with respect to the remaining region, a region whose distance from the principal axis of inertia is the spinal cavity radius r × α or more is deleted. Although α may be any value as long as an appropriate analysis target region can be set, in this example, α = 0.9 in order to extract a region meaningful in bone measurement.

【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。
Here, when considering a rectangle in which each side is parallel to the X-axis or the Y-axis among the smallest rectangles including bones in the target binarized image, the short side of the rectangle and /
Alternatively, the length of the long side is referred to as a fillet diameter, and the coordinates of two vertices that are diagonal in the rectangle are referred to as fillet coordinates.

【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)。
Next, the cortical bone portion in the remaining region is manually erased, and the last remaining region is set as the cancellous bone portion as the analysis target. (FIG. 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。
In calculating the tensor representing the cancellous bone structure of the bone to be inspected, the cancellous bone average width MWT is calculated as a representative value of the cancellous bone trabecular width based on the image of the cancellous bone portion to calculate the cancellous bone. The length of the tensor indicating the orientation of the structure is determined, and then the orientation of the cancellous bone structure is examined based on the image obtained by thinning the cancellous bone image.

【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。
The thinning of a binarized image means that the connectivity of the target figures is not changed, that is, the figures are cut or holes are not formed, and finally the line width is reduced. This refers to the operation of extracting the center line having a width of 1.

【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。
First, the average width MWT of the trabecular bone of the cancellous bone is determined with reference to the explanatory view of FIG. 3B.

【0031】該海綿骨部画像の骨部面積Tb.BVを数
2にて計算する。
Area Bb of the cancellous bone image Tb. BV is calculated by the equation 2.

【0032】[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
## EQU2 ## V = Σ i Σ j φ [f (i, j)] [where V: area, bone part: φ [f (i, j)] = 1,
Others: φ [f (i, j)] = 0] where i and j are the X axis (horizontal direction of the image) and the Y axis (also vertical direction) of the two-dimensional image space consisting of 512 × 512 pixels. Means the coordinate value of. Also, the range of i and j is

【0033】[0033]

【数3】 (Equation 3)

【0034】である。Is as follows.

【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。
Next, the perimeter length Tb. S
Ask for. From these, the average width of the trabecular bone of trabecular bone is calculated by the equation 4.

【0036】[0036]

【数4】 (Equation 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。
Next, the structural anisotropy of cancellous bone will be examined with reference to the explanatory view of FIG.

【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。
The product of the thinned image obtained by thinning the target image and the cancellous bone image is obtained to obtain the cancellous bone thinned image.
For each bone pixel in the cancellous bone thinned image, the inter-pixel adjacency information is checked to see if the neighboring eight pixels are bone parts.

【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、
Considering the thinned image as shown in FIG. 4, as shown by the numbers around the pixel of interest (i, j) in the bone part,
Considering adjacent pixels of 0 to 7, if the adjacent pixel is a bone part, 1 is added to the count n k of each number, and if it is not a bone part, n k
Is left as it is. That is, in the case of the pixel of interest in FIG.
Nos. 3, 5 and 7 are bones, so n 1 , n 3 , n 5 and n 7
Only 1 will be added. Each count n k (k
= 0,1, ..., 7) is cleared to 0,

【0040】[0040]

【数5】 (Equation 5)

【0041】の領域について骨部注目画素(i,j)を
走査する。
The pixel of interest (i, j) in the bone portion is scanned in the area of.

【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
次のようになる。
FIG. 4 shows a thinned image simplified by iend = 6 and jend = 5. In this case, each n k is as follows.

【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。
N 0 = 1 n 4 = 0 n 1 = 4 n 5 = 4 n 2 = 1 n 6 = 1 n 3 = 5 n 7 = 5 Therefore, the adjacencies in the X direction and the Y direction are counted in duplicate. In consideration of the fact that

【0044】[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テンソルは数7によって計算でき
る。
[Formula 6] X direction N X = (n 0 + n 1 + n 3 + n 4 + n 5 + n 7 ) / 2 Y direction N Y = (n 1 + n 2 + n 3 + n 5 + n 6 + n 7 ) / 2 Therefore, cancellous bone Average trabecular width MWT and X direction / Y
The tensor showing the anisotropy degree of the cancellous bone structure and the relative value of the cancellous bone strength from the number of adjacent directions can be calculated by Equation 7.

【0045】[0045]

【数7】 (Equation 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テンソルは(NX ,NY )とな
るが、テンソ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のテンソルとなる。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、
テンソルの長さが海綿骨強度の相対値を示す。
Mathematical expression 7 will be explained with reference to FIG. 5. From equation 6, the tensor showing the structural anisotropy is (N X , N Y ), but the length of the tensor is the average width of the trabecular bone of trabecular bone. If converted again as shown, the tensor of Equation 7 is obtained. Therefore, X
The ratio of the component to the Y component indicates the anisotropy of cancellous bone structure. Also,
The length of the tensor indicates the relative value of cancellous bone strength.

【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。
FIG. 6 shows the tensor measurement results for the lumbar spine sections of healthy rats and ovariectomized rats. From these results, it is considered that there is a difference in strength between the healthy rat and the ovariectomized rat due to a difference in the cancellous trabecular mean width, but it can be said that both structural directions are almost isotropic. (Here, isotropic means that there is no difference between the X-axis direction and the Y-axis direction.) The bone measuring device of the present invention is characterized by having a configuration for performing such a bone measuring direction. . FIG. 7 schematically shows an example of the aspect of the bone measuring device of the present invention. The measuring device can also be used as computer means of the CT device.

【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。
In FIG. 7, the present apparatus is provided with an arithmetic means 12 for performing various arithmetic operations and an image processing means provided in the arithmetic means 12 for processing an image obtained by μX-ray CT imaging and measuring various indexes. Means 6, input means 7 for inputting an instruction to start image processing, text display means 8 for displaying the input instruction, and μX-ray CT for starting image processing
It is provided with an image display means 9 for displaying a process of processing an image obtained by photographing, and an output means 10 for outputting the obtained measurement result.

【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。
The bone measuring device according to the present invention is the image storage device 11
Is preferably provided. As such an image storage means, a data group corresponding to positions in a cross section where a digital signal regarding the magnitude of a CT value in an image obtained by μX-ray CT imaging is associated, various structural indexes, and a process of calculating the structural indexes Any memory may be used as long as it can store the data group obtained in step 1. The storage memory size is selected according to the purpose of bone measurement. As a specific example, a high-speed and large-capacity storage device such as a hard disk and a μX-ray CT
A storage device or the like having a large capacity and suitable for carrying, such as a magneto-optical disk, may be used for inputting image data obtained by photographing to the calculation means. In this case, the image data input to the calculation means by the magneto-optical disk is transferred to the hard disk so that it can be processed at high speed.

【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。
In the apparatus of the present invention, an image display means 9 such as a CRT (Cathode Ray Tube) for displaying the image of the bone to be inspected stored by the image storage means as shown in FIG. Point input means 13 for inputting a reference point necessary for bone measurement in the image of the bone to be inspected, and calculation for bone measurement relating to the image of the bone to be inspected stored by using the input reference point. The calculation means 12 for performing is provided.

【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。
The image display means 9 may be any one as long as it can display a data group consisting of the relationship between the digital signal stored in the image storage means 11 and the position as an image. Examples of CRT and the like are preferable from the viewpoint of resolution and cost. Further, the text display means 8 and the image display means 9 can be combined.

【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。
The point input means 13 may be of any type as long as the position can be specified and input as a reference point on the image display means 9. As a specific example, a cursor position such as 13 shown in FIG. There are a display instruction control means, a light pen type input means, a mouse type input means, an external input method using a touch panel, and an automatic input method from a stored image of the bone to be inspected.

【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。
Further, as the bone measurement result output means 10 in the bone measurement apparatus of the present invention, any device can be used as long as it can output the measurement result obtained by the calculation, and a concrete example is a hard copy. Examples include dot-type ink printers, thermal printers, laser printers, video printers, and other CRT screens.

【0054】[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。
INDUSTRIAL APPLICABILITY Among the bone strength evaluation indexes, the present invention makes it possible to quantitatively measure the anisotropy degree of the cancellous bone structure and / or the relative value of the cancellous bone strength. In addition, quick bone strength evaluation can be performed. Furthermore, by using μX-ray CT, it is non-destructive and
Microscopically evaluate bone strength.

【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。
In the examples, the healthy rat and the ovariectomized rat are compared, and it is considered that the strength of the healthy rat is larger because there is a difference in the average width of the trabecular bone of the cancellous bone, but the structural directions of both are almost the same. The result is isotropic. However, the present invention will be effective in evaluating and diagnosing the lumbar spine section in humans, other animals, or other animal models for drug efficacy evaluation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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
FIG. 1 is an explanatory diagram of μX-ray CT and a cross-sectional image acquisition method using μX-ray CT.

【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
FIG. 2 is an image processing flowchart for calculating a tensor representing cancellous bone structure.

【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。
FIG. 3A shows a binarized image of a cross section of a bone to be examined, and B is a binarized image of a region of interest.

【図4】海綿骨部細線化画像の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of a cancellous bone thinned image.

【図5】海綿骨構造を表すテンソルの説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of a tensor representing cancellous bone structure.

【図6】テンソルの計測結果の例示FIG. 6 shows an example of tensor measurement results.

【図7】本発明の骨計測装置の態様例FIG. 7 is a mode example of a bone measuring device of the present invention.

【符号の説明】 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[Explanation of Codes] 1 X-ray tube 2 Rotating anode 3 Bone to be inspected 4 Slit 5 Sensor 6 Image processing means 7 Input means 8 Text display means 9 Image display means 10 Output means 11 Image storage device 12 Calculation means 13 Point input means

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検骨の関心断面の構造を表わす関心断
面画像の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テンソルを計算するこ
とで、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。
1. A tensor representing a cancellous bone structure is calculated from inter-pixel adjacency information obtained from a thinned image corresponding to a bone portion of a cross-sectional image of interest representing the structure of a cross-section of interest of the bone to be inspected. A bone measuring method characterized in that the degree of bone anisotropy can be quantified.
【請求項2】 該細線化画像が、該関心断面画像を2値
化して骨部のみを抽出して得られる2値化画像から得ら
れる、請求項1記載の骨計測方法。
2. The bone measuring method according to claim 1, wherein the thinned image is obtained from a binarized image obtained by binarizing the cross-sectional image of interest and extracting only a bone part.
【請求項3】 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テンソ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又は請求項2記載の骨
計測方法。
3. A relative value of anisotropy and strength can be quantified by weighting a tensor with a cancellous bone trabecular width obtained from the sectional image of interest or the binarized image. The bone measuring method according to claim 1 or 2.
【請求項4】 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1〜3記載のいずれかの骨計測方法。
4. The bone measuring method according to claim 1, wherein a sectional image of interest of the bone to be inspected, which is obtained by a micro-focus X-ray tomography apparatus, is used as an input image.
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