JPS63216549A - 骨形態評価方法及び装置 - Google Patents

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、骨形態の改良された評価方法及びその評価に
適した装置に関する。更に詳細には、本発明は骨を構成
する石灰化骨、類骨及び骨髄腔の領域の各々を評価し得
る骨形態評価方法及び骨形態評価装置を提供するもので
ある。かかる骨形態の評価は、骨粗郭症や骨軟化症等の
代謝性骨疾患における骨の病態の把握やその疾患の治療
効果の確認を行なうえで非常に重要なものである。

〈従来技術〉 骨は常に脅吸収と骨形成を繰り返しているが、代謝性骨
疾患では、この骨の代謝回転のバランスが崩れている０
例えば、老人性骨Ｎｕ症では、前者が後者を上回り、そ
のため骨量の減少をきたす。

また骨軟化症では、骨形成時に石灰化が障害されるため
、骨基質の段階で骨形成が停止し、石灰化していない骨
組織つまり類骨が増加する。

そこで、このような疾患における骨の動的状態。

即ち代謝回転のバランスの診断が重要となるが、骨生検
によって得た検体標本を顕微鏡視で計測する骨形態計測
法で効率的に行える方法は皆無であった。その際、指標
として重要なものには骨の単位体積（即ち標本における
単位面積）中に占める骨量、石灰化骨呈、類骨量の比率
、あるいはそれら表面積く即ち標本における各領域の周
長）などであるが、これまでの計測法としては、例えば
、格子状の印のついた接眼レンズで鏡見し、格子と検体
各部が交差する点を肉眼で数えるヒツトポイント法、或
はディジタイザ−（ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ即ち座標入力装
置）でその像をなぞる半自動的な方法がとられるが、い
ずれも莫大な時間と労力を要し、研究分野では利用でき
るが、とても一般臨床のために評価結果を効率的に提供
し得るものではなかった。

特に骨は一般的に言って均質なものではなく、同じ骨標
本中においても評価する場所が異なればその形態が異な
っている。そのために、評価の精度、再現性を高めるに
は、例えば５０視野等の多数の測定部位を取って、その
各々についての評価結果を得て、それらの平均値を得る
ことが必要である。この様な意味においても各部におけ
る評価を効率的に行なうことが、骨形形態計測を有効な
ものとしてさらに背反させるために不可欠なものである
と言える。

〈発明の目的〉 本発明は、骨形態を効率的に評価し得る方法及び評価装
置を提供することを目的とするものである。即ち骨を構
成している石灰化骨、類骨及び骨髄腔の各々の領域の占
有率や各領域の界面積等を迅速に評価するための方法及
び装置を提供しようとするものである。

〈発明の構成〉 本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意研究を行
なった結果、骨標本として染色された非脱灰骨標本の顕
微鏡視野上で、同一領域について異なる系統の色の２種
の分光画像を得て、その両方の分光画像における同一画
素の明度の比を採用することによって、その骨の石灰化
骨、類骨及び骨髄腔の各領域が非常に強いコントラスト
で表現できる画像に再構成できることを見い出し本発明
に到達したものである。

即ち本発明 非脱灰骨標本を用いて骨形態を評価する方法において、
該非脱灰骨標本の同一領域に関して異なる系統の色の２
種の分光画像を得た後、該非脱灰骨標本の同一部分に対
応した該２種の分光画像の各々対応する画素ごとの明度
Ｌ１．Ｌ２の比し１／　Ｌ　ｚを求め、該比Ｌｌ／Ｌ２
の値を基準に該非脱灰骨標本における石灰化骨、類骨及
び骨髄腔の３種の領域の各々を表現することを特徴とし
た骨形態評価方法、及び 非脱灰骨標本に光又は紫外線を照射し該非脱灰骨標本の
同一領域に関して異なる系統の色の２種の分光画像を得
るための画像形成手段と、該分光画像を受光するための
受光素子手段と、受光された該２種の分光画像を記憶す
るための記憶手段と、該非脱灰骨標本の同一部分に対応
して記憶された該２種の分光画像における各々対応する
画素ごとの明度Ｌ　１　＋　Ｌ　２の比Ｌｌ／Ｌ２を算
出し該比Ｌｌ／Ｌ２の値を基準に該非脱灰骨標本におけ
る石灰化骨、類骨及び骨髄腔の３種の領域の各々を表現
するため演算処理手段を具備したことを特徴とする骨形
態評価装置、 である。

以下本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明のシステムではモノクロームのビデオカメラと画
像入力装置を用いている関係上、画像の濃淡の情報によ
り石灰化骨、類骨、骨髄腔などを認識するためには非脱
灰骨標本の濃淡によらねばならない。しかしながら非脱
灰骨標本を単にモノクローム写真に移した場合になかな
か判別がつきにくいことはよく経験する。非脱灰骨標本
（以下単に骨標本ともいう）のスタンダードともいうべ
きビラヌベア（Ｖｉ　ｌ　１ａｎｕｖｅａ　）の染色で
は骨組織と骨髄腔との濃淡の差は極めて少なく、単純に
ある明度以上を骨髄腔、以下を骨組織というように区別
はできず、さらに通常の画像処理で行われるコントラス
ト増強を行ったとしても改善できない。

これは、機械の目があまりにも客観的すぎることがむし
ろ裏目に出た結果である。肉眼視においては、たとえ標
本の厚みの誤差や染色技術などによる濃淡のバラツキが
あっても図形のつながりなどを主観的に判断して骨組織
と骨髄腔とを識別できるものである。

一方、骨標本の効率的な評価を行なうためには、肉眼視
による判断に基づくヒツトポイント法やディジタイザ−
を用いた半自動的方法は不適当であって、モノクローム
画像の濃淡に関する情報を基づいた認識法を採用するこ
とが重要である。即ち本発明は、肉眼視による判断を必
要とせずに、骨標本に関するモノクローム画像の濃淡の
情報に基づいて骨形態を評価するものである。

本発明の骨標本としては、それに自然光を照射した際の
透過光が作る自然光像又は紫外線を照射した際に得られ
る蛍光像において、石灰化骨、類骨及び骨髄腔なる３種
の領域のうちの２種の領域が赤、緑及び青なる３種の系
統の色のうちの２種の系統の色をなし、上記３種の領域
の残りの領域がかかる２種の系統の色以外の系統の色又
は無色を呈するものが好ましい。歯骨の種類については
特に限定されたい。

かかる非脱灰骨標本を得るための染色方法としては特に
限定されるものではないが、好ましい具体例の１つとし
て、ビラヌベア・ゴールトナー（Ｖｉｌｌａｎｕｖｅａ
　Ｇｏｌｄｎｅｒ）法があげられる。この方法は類骨と
石灰化骨とが染め分けられ、骨標本の厚さとしては１０
μｍ以下の切片が対象として好ましい、その得られる骨
標本の自然光像は、類骨が赤１石灰化骨が緑、骨髄腔が
無色となる。

また本発明に適した骨標本の他の例としては、染色法と
してビラヌベア（νｉ　Ｉ　Ｉａｎｕｖｅａ　）法を用
いたものでその蛍光像を用いる場合があげられる。

即ちかかる染色法で得られた骨標本に紫外線を照射した
場合に、その蛍光光像として類骨が赤色。

石灰化骨が緑色、骨髄腔が黒色なるものが得られる。尚
、この骨標本の自然光像は、前記の如く本発明の好まし
い態様にはなりにくい。

本発明は、かかる非脱灰骨標本から、その同一領域にお
いて異なる２種の系統の色の分光画像を得て、その両者
の分光画像の対応する画素における明度Ｌ１、Ｌ２の比
Ｌｌ／Ｌ２を求め、比り。

／Ｌ２の数値に基づいて骨形態を表現することを特徴と
するものである。

例えばビラヌベア・ゴールトナー（Ｖｉ　ｌ　Ｉａｎｕ
ｖｅａＧｏｌｄｎｅｒ）法により染色して得られた骨標
本は、その自然光像において第１図に例示する如く石灰
化骨の領域１は緑に、類骨の領域２や細胞成分の領域３
は赤に、骨髄腔の領域４は無色を呈するものであるが、
自然光又はそれに近い光、即ち実質的な自然光を赤系統
以外の色の光を吸収し得る分光フィルターに透過させた
後その骨標本に透過せしめて第１のモノクローム画像を
得、さらに実質的な自然光を緑系統以外の光を吸収し得
る分光フィルターに透過させた後その骨標本に透過せし
めて第２のモノクローム画像を得る。かかる第１の画像
では第２図に示す如く類骨の領域２ａ、骨髄腔の領域４
ａ及び細胞成分の領域３ａが明るく、石灰化骨の領域１
ａが暗いのに対して、第２の画像では第３図に示す如く
石灰化骨の領域１ｂと骨髄腔の領域４ｂが明るく、類骨
の領域２ｂ及び細胞成分の領域３ｂは暗い、そこでこの
両画像を用いて、対応した画素に関する第１画像の明度
Ｌ１と第２画像の明度Ｌ２の比Ｌｌ／Ｌ２をとると、第
４図に示す如く類骨の領域２ｃでは１に比し非常に大き
な値を示し、骨髄腔の領域４Ｃでは１に近い値を示し、
石灰化骨の領域１ｃでは１よりも非常に小さな値をとる
ことになる。尚、細胞成分に関しては、通常あまり多く
存在しないので本発明の方法による骨形態の評価におい
てはほとんど無視してさしつかえなく、少量存在したと
しても評価誤差の範囲に含めて考えることが可能である
。

但し特に細胞成分の多い骨標本については、明度の比を
求める前に座標入力装置によってその部分を後の演算か
ら除外する（画像の切りぬき）ことが評価精度を高める
うえで有効である。

この様に異なる２種の系統の色の分光画像の各々の同一
画素の明度Ｌｌ　、Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２を用いれば、石
灰化骨、類骨及び骨髄腔の３つの領域を、標本の厚さや
染色の不均質さによる明度のバラツキには影響を受けな
いほど大きく離れた数値でもって各々区別して表示でき
ることになる。

即ち、本発明によれば、骨標本に関して情報として機械
的に処理しやすいモノクローム画像の濃淡に基づいて、
石灰化骨、類骨及び骨髄腔を情報処理に適した単なる数
値として非常に高いコントラストにより表現できる。

本発明の２種の分光画像を得るためにの好ましい具体的
方法の例としては、前記した如く２種の分光フィルター
を用いる方法があげられるが、かかる分光フィルターの
使用位置としては、光源と骨標本との間あるいは標本と
拡大レンズ等を間に備えた受光素子との間のいずれがあ
ってもよい。

即ち、骨標本を透過した後の光を２種の分光フィルター
に各々別々に透過させて２種のモノクローム画像を得る
ようにしてもよい。

また２種の分光画像を得る方法の他の例としては、紫外
線を骨標本に照射して得られた蛍光像をつくるその光を
２種の分光フィルターに各々別々に透過せしめて２種の
モノクローム画像を得るやり方があげられる。さらに具
体的には蛍光顕微鏡を用いる方法であるが、この場合の
分光フィルターの位置としては、骨標本と受光素子との
間のどこであってもよい。

この様に分光フィルターを用いる方法においては、その
骨標本の石灰化骨、類骨及び骨髄腔が自然光像又は蛍光
像において呈する赤、緑及び青のいずれか２種の光の各
々１方の系統の光のみを透過し得る２種の分光フィルタ
ーを用いることが、比Ｌｌ／Ｌ２で表現した場合の各領
域のコントラストを高めるうえで重要である。

さらに本発明における２種の分光画像を得るための別の
方法として、骨標本に自然光を透過させて得た自然光像
又は紫外線を骨標本に照射して得た蛍光像の光をプリズ
ム手段に透過し分光せしめて、赤、緑及び青のいずれか
２種の系統の色のモノクローム画像を得てもよい。かか
るプリズム手段の位置としては、骨標本と受光素子の間
であればよいが、通常は拡大された自然光像又は蛍光像
を形成せしめた後の方が安定なモノクローム画像を得や
すく有利である。尚プリズム手段の好ましい具体例とし
ては、ＲＧＢカメラに収納された状態のものがあげられ
る。

尚本発明の方法においては、拡大された画像を得るのに
顕微鏡又は蛍光顕微鏡が用いられ、受光素子手段として
モノクロームビデオカメラ又はＲＧＢビデオカメラが実
用上有利に用いられる。さらに明度の比Ｌ１／Ｌ２を求
めそれを基準に骨形態を表現する方法としては、記憶手
段及び演算処理手段を備えたコンピューターシステムを
使用するのが効率的な骨形態評価を可能にするうえで有
効である。

この様に本発明の骨形態評価方法では、骨標本の石灰化
骨、類骨及び骨髄腔の各領域を明度比Ｌｌ／Ｌ２の値を
基準に表現することによって、通常のモノクローム画像
に比較して極めて高いコントラストで各領域を区別する
ことが可能であって、それから各領域の占める面積比率
やさらに画像処理技術のひとつである二値化の手法と境
界線表示の手法により境界線の長さ等を高い精度及び再
現性で且つ非常に効率的に求めることができる。

特に骨標本作成時の染色度合のバラツキによる影響を受
けに＜＜、非常に安定した評価結果が得られる点でも優
れている。

またテトラサイクリンでラベルされた骨標本を用いて評
価する場合においても本発明の評価方法を用いることに
よって効率的に骨形態、計測が可能である。即ち、テト
ラサイクリンでラベルされた骨検体をビラヌベア（Ｖ　
ｉ　ｌ　Ｉａｎｕｖｅａ　）法によって染色して得た骨
標本に紫外線を照射すると、石灰化骨が緑、類骨が赤、
骨髄腔が黒、テトラサイクリンでのラベリング部が黄色
の蛍光画像が得られる。かかる蛍光画像をＲＢＧカメラ
により受光すると、赤系統の画像における明度Ｌ１が石
灰化骨の領域で低、ラベリング部で中、類骨で高となり
、赤系統の画像における明度Ｌ２が石灰化骨で高。

ラベリング部で中、類骨で低となり、各領域での明度比
Ｌ１／Ｌｚをとると、石灰化骨では１に比して極めて小
、ラベリング部では１に近く、類骨では１に比して極め
て大となる。尚骨髄腔の領域については、両画像におい
て共に明度が非常に小さくてその両者の比を取るとばら
つきが大きくなるので、二つの画像ともある一定レベル
以下の画素の明度は０としておき、Ｌ１／Ｌ２の比を求
める際、分子１分母ともに０である場合はＬ１／Ｌｚ＝
Ｏと設定するプログラムを演算処理過程に追加すること
によって池の領域と区別することが好ましい、この様に
してテトラサイクリンでラベルされた部分も明度比Ｌ１
／Ｌ２の表示により高いコントラストで他の領域から区
別して表現することができる。

このラベルされた部分の形状は一般に幅のある曲線であ
るが、更に細線化の手法でそのラベルされた部分を一つ
の曲線で代表させることも容易である。このようにする
ことで、その計測、たとえばラベルされた２つの線間距
離の平均等の計測の自動化が容易にできる。

本発明の骨形態評価装置は、前記の如き評価方法を実施
するのに適したものであって、非脱灰骨標本について異
なる系統の色の２種の分光画像を得るための画像形成手
段と、その分光画像を受光するための受光素子手段と、
受光された２種の分光画像の一時的記憶手段と、その記
憶された２種の分光画像における対応した画素の明度Ｌ
ｌ　。

Ｌ２の比Ｌ１／Ｌｚを算出し、賦化Ｌｌ／Ｌ２の値を基
準に骨標本の石灰化骨、類骨及び骨髄腔の３種の領域を
表現するための演算処理手段を具備したことを特徴とす
るものである。

その好ましい実施態様の１例を示しなのが図５図である
。即ち実質的な自然光を発する光源１１から光を集光レ
ンズ１２で集光し絞り１３１分光フイルタ−１４を経た
後、骨標本１５を透過し対物レンズ１６゜接眼レンズ１
７を通過して、その骨標本の拡大されたモノクローム画
像を形成せしめ、受光素子手段１８に受光するものであ
る。このようにして得られたモノクローム画像を、Ａ／
Ｄコンバーター２０゜インターフェイス２１及びフレー
ムメモリー２２を備えた記憶手段１９で明度Ｌ１として
一時的に記憶せしめることができるものである。また同
一の骨標本について、分光フィルター１４を別の系統の
光のみを通過し得る分光フィルターに取り換えて同様に
してらう１つのモノクローム画像を明度Ｌ２として記憶
手段１９に記憶せしめることを可能にしたものである。

さらにこの記憶された２種のモノクローム画像の明度Ｌ
１．及びＬ２を用いて比し１／し２を算出し、その各画
素ごとの比Ｌｌ／Ｌ２の数値を基準に骨標本の石灰化骨
、類骨及び骨髄腔の３種の領域の各々の面積比率や、各
領域の境界線の長さ等を求めそれらを記憶する機能を有
することが望ましい、さらには、骨標本の測定部分を変
えて多数の測定点について同様の処理をして得られた各
々の数値を求めて記憶し、それらの数値を用いて、石灰
化骨や類骨等の面積比率や境界線長についての平均値を
求め、場合によってはそれらの標準偏差等の統計処理を
行なう機能も有していることが好ましい、尚かかる演算
処理手段２３にはは、明度比Ｌｌ／Ｌ２基準の画像やそ
れらの評価結果等を表示する画像表示手段、２６．ディ
スク型磁式記録手段２５及び印字手段２４を具備させた
ものが実用上使用しやすい。

尚第５図における光源１１から接眼レンズ１７までは顕
微鏡を使用し、受光素子手段１８はモノクロームビデオ
カメラを使用するのが実用的である。また第５図におけ
る分光フィルター１４は、光源１１と受光素子手段１Ｂ
の間のどこにあってもよい。

本発明の装置における画像形成手段の他の好ましい実施
態様例としては、光源、集光装置、熱線除去フィルター
、紫外線透過フィルターからできた紫外線照射装置を有
する蛍光顕微鏡において、骨標本と受光素子手段の間に
２種の分光フィルターを交換して使用し得るようにした
ものがあげられる。

またこれらの実施態様例において分光フィルターを用い
るかわりに、受光素子手段にＲＧＢビデオカメラ等のプ
リズム手段を用いて、赤、緑及び青のいずれか２種の系
統のモノクローム画像を取り出すことを可能にしたもの
も本発明の装置の有効な実施態様例である。

〈発明の効果〉 本発明によれば、骨を構成している石灰化骨。

類骨及び骨髄腔の各々の領域の占有率や各領域の界面積
等を迅速に且つ精度よく求めることが可能であって、骨
形態を非常に効率的に評価することができる。

また骨￥ＩＩ髭症や骨軟化症等の代謝性骨疾患の進行の
程度の把握並びにその疾患の治療効果の確認を効率的に
行ないうる点でも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はビラヌベア・ゴールトナ法によって染色して得
られた骨標本の自然光像を模式的に示したものであって
、第２図〜第４図は、それに対して本発明の方法を適用
した場合を例示したものである。即ち第２，３図が各々
異なる系統の色のモノクローム画像であり、第４図か明
度比Ｌ１／Ｌ２で表示したものである。 第５図は、本発明における骨形態評価装置の好ましい実
施態様例を模式的に示したものであって、１１が光源、
１４か分光フィルター、１５が骨標本、１８が受光素子
手段、１９が記憶手段、２３が演算処理手段である。 特許出願人　帝　人　株　式　会　社 第１図 第？−図　　　第３図 第１４−図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非脱灰骨標本を用いて骨形態を評価する方法おいて
   、該非脱灰骨標本の同一領域に関して異なる系統の色の
   ２種の分光画像を得た後、該非脱灰骨標本の同一部分に
   対応した該２種の分光画像の各々対応する画素ごとの明
   度Ｌ＿１、Ｌ＿２の比Ｌ＿１／Ｌ＿２を求め、該比Ｌ＿
   １／Ｌ＿２の値を基準に該非脱灰骨標本における石灰化
   骨、類骨及び骨髄腔の３種の領域の各々を表現すること
   を特徴とした骨形態評価方法。 ２、該非脱灰骨標本が、自然光像又は蛍光像において、
   該３種の領域のうちの２種の領域が赤、緑及び青の３種
   の系統の色のうちの２種の系統の色を呈し、他の領域が
   該２種の系統の色以外の系統の色又は無色を呈するもの
   である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、該２種の分光画像が、該非脱灰骨標本に実質的な自
   然光又は紫外線を照射して得られた該非脱灰骨標本の拡
   大された自然光像又は蛍光像の光を赤、緑及び青のうち
   で各々異なる１種の系統の色の光のみを透過し得る２種
   の分光フィルターに各々透過せしめて得られる２種のモ
   ノクローム画像である特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ４、該２種の分光画像が、赤、緑及び青のうちで異なる
   ２種の系統の色の光を該非脱灰骨標本に各々照射して得
   られる該非脱灰骨標本の拡大された２種のモノクローム
   画像である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、該２種の系統の色の光が、赤緑及び青のうちで各々
   異なる１種の系統の色の光のみを透過し得る２種の分光
   フィルターに実質的な自然光を各々透過せしめて得られ
   るものである特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、該２種の分光画像が、該非脱灰骨標本に実質的な自
   然光又は紫外線を照射して得られた該非脱灰骨標本の拡
   大された自然光像又は蛍光像の光をプリズム手段に透過
   し、分光せめて得られる赤、緑及び青のうちの各々異な
   る２種の系統の色のモノクローム画像である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ７、該プリズム手段として、ＲＧＢカラーカメラを用い
   る特許請求第６項記載の方法。 ８、該２種の分光画像が、該非脱灰骨標本の自然光像又
   は蛍光像が呈する赤、緑及び青の３種の系統の色のうち
   のいずれか２種の系統の色と各々同じ系統の色の２種の
   モノクローム画像である特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ９、非脱灰骨標本に光又は紫外線を照射し該非脱灰骨標
   本の同一領域に関して異なる系統の色の２種の分光画像
   を得るための画像形成手段と、該分光画像を受光するた
   めの受光素子手段と、受光された該２種の分光画像を記
   憶するための記憶手段と、該非脱灰骨標本の同一部分に
   対応して記憶された該２種の分光画像における各々対応
   する画素ごとの明度Ｌ＿１、Ｌ＿２の比Ｌ＿１／Ｌ＿２
   を算出し該比Ｌ＿１／Ｌ＿２の値を基準に該非脱灰骨標
   本における石灰化骨、類骨及び骨髄腔の３種の領域の各
   々を表現するための演算処理手段を具備したことを特徴
   とする骨形態評価装置。 １０、該画像形成手段が、該非脱灰骨標本に実質的な自
   然光又は紫外線を照射せしめて該非脱灰骨標本の拡大さ
   れた自然光像又は蛍光像を得る手段と、該自然光像又は
   蛍光像の光を透過せしめて２種のモノクローム画像を得
   るための赤、緑及び青のうちで各々異なる１種の系統の
   色の光のみを透過し得る２種の分光フィルター手段を備
   えたものである特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１、該画像形成手段が、赤、緑及び青のうちで各々異
   なる系統の色の２種の光を該非脱灰骨標本に各々照射せ
   しめて該非脱灰骨標本の拡大された２種のモノクローム
   画像を形成する手段である特許請求の範囲第９項記載の
   装置。 １２、該画像形成手段が、該非脱灰骨標本に実質的な自
   然光又は紫外線を照射せしめて該非脱灰骨標本の拡大さ
   れた自然光像又は蛍光像を得る手段と、該自然光像又は
   蛍光像の光を分光せしめて赤、緑及び青のうちの各々異
   なる２種の系統の色のモノクローム画像を得るプリズム
   手段を備えたものである特許請求の範囲第９項記載の装
   置。 １３、該画像形成手段が、該非脱灰骨標本の自然光像又
   は蛍光像が呈する赤、緑および青の３種のうちの２種の
   系統の色と各々同じ系統の色の２種のモノクローム画像
   を形成し得るものである特許請求の範囲第９項記載の装
   置。