DE69030606T2

DE69030606T2 - Verfahren zum messen einer knochenform, vorrichtung dafür sowie system zur knochenevaluation

Info

Publication number: DE69030606T2
Application number: DE69030606T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Asahina; Yasuki Hanaoka; Kazuo Imose; Kanji Kurome; Makoto Yoshida
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2010-02-24
Also published as: EP0411155B1; DE69030606D1; EP0411155A4; ES2100880T3; WO1990009761A1; US5365564A; ATE152339T1; EP0411155A1

Description

TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisiertes Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus (Knochenmorphometrie) und zur morphometrischen Knochenevaluation, und im einzelnen ein automatisches Knochenmorphometrieverfahren unter der Verwendung von Radiogrammen oder Röntgenaufnahmen und eine Knochenmorphometrievorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein morphometrisches System zur Knochenevaluation, welches mit der Knochenmorphometrievorrichtung über ein Kommunikationssystem verbunden und in der Lage ist, eine Auswertung der Knochenmorphometrie sowie eine Prüfung der Knochengeschichte effizient durchzuführen.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Eine morphometrische Untersuchung von Knochen wird zum Nachweisen des Wachstums und der Alterung von menschlichen Knochen, für die Diagnose und Bestätigung der Geschwindigkeit des Fortschreitens von Knochenerkrankungen einschließlich Osteoporose und Osteomalazie sowie für die Bestätigung der Wirkung der Behandlung eingesetzt.
Eine Knochenmorphometrievorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit einer automatischen Aufnahmeerfassungsfunktion wird in Acta Radiologica, Supplement 148, 1957, Seiten 29-86, Stockholm, SE; K.-A. Omnell: "Qualitative roentgenologic studies on changes in mineral content of bone in vivo." beschrieben.
Eine Knochenmorphometrievorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus EP-A-0 228 785 bekannt. Diese Vorrichtung wird zum Beurteilen von schwammigem Knochen anhand von Dichtemustern, welche durch das Bestrahlen des Knochens mit Röntgenstrahlen erhalten wurden, verwendet.
Mikrodensitometrie (MD), Photonen-Absorptiometrie und Röntgenoskopie sind allgemein bekannte, Knochenmorphometrieverfahren. Bei der Mikrodensitometrie (Kotsu Taisha, Band 13, Seiten 187- 195 (1980); Kotsu Taisha, Band 14, Seiten 91-104 (1981) werden die Graustufen der Röntgenaufnahme einer Knochenprobe mittels eines Mikrodensitometers für die Knochenmorphometrie gemessen; bei der Photonen-Absorptiometrie wird die Menge der durch eine Knochenprobe durchgelassenen Gammastrahlen mittels eines Detektors für die Knochenmorphometrie gemessen; und bei der Röntgenoskopie wird die Menge der durch eine Knochenprobe durchgelassenen Röntgenstrahlen mittels eines Detektors für die Knochenmorphometrie gemessen. Ein in U.S.-Patent Nr. 4,721,112 offenbartes morphometrisches Verfahren für die Knochenevaluation prüft Knochen auf der Basis der Knochendichteverteilung, welche durch Messen von röntgenographischen Knochenmustern bestimmt wird.
Die Mikrodensitometrie wird in wachsendem Ausmaß eingesetzt, da das Verfahren problemlos erhältliche Röntgenaufnahmen verwendet, welche leicht durch eine für die Diagnose von Knochenfrakturen weitverbreitet verwendete Röntgenkamera erhalten werden können. Die Photonen-Absorptiometrie ist insofern von Nachteil, als der Gammastrahl-Generator nicht so weitverbreitet verwendet wird wie eine Röntgenkamera.
Die herkömmliche mikrodensitometrische Knochenmorphometrie erfordert jedoch viele manuelle Arbeitsschritte. Beim Ausführen der herkömmlichen mikrodensitometrischen Knochenmorphometrie wird ein Referenzpunkt für die Knochenmorphometrie auf der röntgenographischen Aufnahme einer Knochenprobe bestimmt; ein Objektmeßbereich, etwa ein Bereich auf einer den Mittelpunkt der Längsachse des zweiten Mittelhandknochens kreuzenden Linie, wird anhand einer vorher bestimmten Prozedur unter Bezugnahme auf den Referenzpunkt ausgewählt; der ausgewählte Bereich wird durch ein Mikrodensitometer abgetastet; die Intensität oder Menge, vorzugsweise die Menge, des durch diesen Bereich durchgelassenen Lichts wird gemessen; und die gemessene Menge des durch diesen Bereich durchgelassenen Lichts oder die gemessene Menge des von diesem Bereich absorbierten Lichts wird als ein Diagramm auf einem Schaubild aufgezeichnet. Andererseits wird die Röntgenaufnahme eines Standardstufenblocks aus Aluminium, das heißt eines Stufenkeils oder einer Schräge aus Aluminium, zusammen mit der Röntgenaufnahme der Knochenprobe entlang ihrer Längsachse von dem Mikrodensitometer abgetastet und die gemessene Menge des durch den Aluminiumstandardstufenblock durchgelassenen oder von ihm absorbierten Lichts als Diagramm auf einem Schaubild aufgezeichnet. Dann wird das Diagramm der Menge des absorbierten Lichts mittels eines Digitalisiergeräts in digitale Daten umgewandelt; diese digitalen Daten werden in einen elektronischen Rechner eingegeben, um die Mengen des absorbierten Lichts an Punkten der Knochenprobe in entsprechende Gradationen des Aluminiumstandardstufenblocks umzuwandeln; und der Rechner berechnet verschiedene Kennzahlen, welche die Knochenmorphologie des Bereichs auf der Grundlage eines durch die Gradationen des Aluminiumstandardstufenblocks ausgedrückten Musters darstellen.
Somit erfordert die herkömmliche Mikrodensitometrie manuelle Arbeit für die Auswahl des Objektmeßbereichs auf der Röntgenaufnahme des Knochens, was lästig und zeitaufwendig ist. Das Lichtabsorptionsdiagramm muß durch manuelles Bedienen des Digitalisiergeräts abgetastet werden, um dem Rechner die digitalen Daten zu liefern, was für eine akkurate, rasche Messung des Knochens ein Hindernis darstellt. Insbesondere dann, wenn viele Knochenproben gemessen und viele Röntgenaufnahmen analysiert werden müssen, erfordert die herkömmliche Mikrodensitometrie viel Zeit und Arbeit, was unter dem wirtschaftlichen Gesichtspunkt sowie unter demjenigen der Schnelligkeit einer Messung von Nachteil ist.
Die Tönung der röntgenographischen Aufnahme der Knochenprobe hängt stark von den Röntgen- und Entwicklungsbedingungen ab, und die Messung der Röntgenaufnahme ist unmöglich oder das Meßergebnis weist große Fehler auf, selbst wenn die Röntgenaufnahme gemessen werden kann.
Ferner kann die morphometrische Untersuchung des Knochens nicht unmittelbar nach dem Röntgen durchgeführt werden, da die Röntgenaufnahme von dem Röntgenort zu dem weit von dem Röntgenort entfernten Ort für die Untersuchung von Röntgenaufnahmen befördert werden muß. Desweiteren erfordert die Installation sowohl eines Röntgengeräts als auch einer Knochenmorphometrievorrichtung am selben Ort eine Vorrichtung zur morphometrischen Knochenevaluation in Kombination mit jeder Knochenmorphometrievorrichtung, was die Kosten des Systems und der Arbeit für die Wartung des Systems erhöht und daher wirtschaftlich von Nachteil ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Lösen der Probleme der herkömmlichen Knochenmorphometrie.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Knochenmorphometrievorrichtung, anhand welcher ein Knochenmorphometrievorgang automatisch und akkurat durchgeführt werden kann.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Knochenmorphometrievorrichtung, anhand welcher die Röntgenaufnahme einer Knochenprobe automatisch erfaßt werden kann, um morphometrische Knochenaufbaudaten zu erhalten, die Knochenaufbaudaten rasch analysiert und die Knochenaufbaudaten ordentlich korrigiert werden können.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Knochenmorphometrievorrichtung, welche beim automatischen Erfassen des röntgenographischen Bildes der Knochenprobe effizient nur einen vorgegebenen Bereich auf der Röntgenaufnahme einer Knochenprobe erfaßt, um morphometrische Knochenaufbaudaten zu erhalten.
Eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung für die Knochenmorphometrie, anhand welcher die Intensität des Lichts zum Beleuchten der Röntgenaufnahme einer Knochenprobe eingestellt werden kann, um morphometrische Knochenaufbaudaten gemäß dem Zustand der Röntgenaufnahme zu erhalten.
Eine sechste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung für die Knochenmorphometrie, anhand welcher das röntgenographische Bild eines Aluminiumstandardstufenblocks, d.h. eines standardisierten Stufenkeils aus Aluminium, automatisch und akkurat erfaßt werden kann, wenn eine Röntgenaufnahme mit den jeweiligen röntgenographischen Bildern einer Knochenprobe und des Aluminiumstandardstufenblocks erfaßt werden, um morphometrische Knochenaufbaudaten zu erhalten.
Eine siebte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung für eine automatisierte Knochenmorphometrie, anhand welcher die Knochenaufbaudaten einer Knochenprobe als ein Bild wiedergegeben werden können, wobei ein Punkt oder eine Markierung, welche eine morphometrische Referenzposition auf dem Bild anzeigen, sowohl spezifiziert als auch gelöscht werden kann.
Eine achte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Knochenmorphometrievorrichtung, welche einen rationelleren Knochenmorphometrievorgang als die herkömmliche Knochenmorphometrievorrichtung für eine morphometrische Knochenevaluation durchführen kann und zwar auf der Grundlage der Analyse der Knochendichte, welche durch Daten dargestellt ist, die durch das effiziente Erfassen der röntgenographischen Aufnahme einer Knochenprobe erhalten wurden.
Eine neunte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines morphometrischen Knochenevaluationssystems, welches durch Kommunikationsleitungen mit einer Mehrzahl von Knochenmorphometrievorrichtungen verbunden ist und welches von der Mehrzahl von Knochenmorphometrievorrichtungen Daten empfangen und morphometrische Knochenaufbaudaten, einschließlich der Geschichte der Knochenproben, an die Knochenmorphometrievorrichtungen zurücksenden kann.
Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 28 definiert.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Knochenmorphometrievorrichtung in Kombination im einzelnen:
eine automatische Aufnahmeerfassungseinheit zum automatischen Erfassen der Daten der röntgenographischen Aufnahme einer Knochenprobe durch Messen des durch eine Röntgenaufnahme transmittierten Lichts, welches die jeweiligen röntgenographischen Bilder der Knochenprobe und einer gegebenen Standardsubstanz aufweist; eine Aufnahmespeichereinheit zum Speichern der durch die automatische Aufnahmeerfassungseinheit erhaltenen röntgenographischen Aufnahmedaten der Knochenprobe; eine Arithmetikeinheit, welche die röntgenographischen Aufnahmedaten für die Knochenmorphometrie verarbeitet; und eine Ausgabeeinheit für morphometrische Knochenaufbaudaten, welche die durch den Betrieb der Arithmetikeinheit erhaltenen morphometrischen Knochenaufbaudaten liefert; wobei die automatische Aufnahmeerfassungseinheit umfaßt:
automatische Filmzuführungsmittel für die Zufuhr des Röntgenfilms,
lineare Lichtquellenmittel zum Emittieren von Licht für die Beleuchtung des Röntgenfilms, und
lineare Aufnahmedetektionsmittel zum Detektieren der durch den Röntgenfilm transmittierten Menge an transmittiertem Licht.
Vorzugsweise umfaßt die Knochenmorphometrievorrichtung ferner ein Bildwiedergabemittel für die Wiedergabe eines Bildes der Aufnahme der Knochenprobe, welches durch die mittels der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit erhaltenen Aufnahmedaten der Knochenprobe dargestellt ist, und eine Punkteingabeeinheit zum Eingeben von Punkten, welche eine für die Knochenmorphometrie erforderliche Referenzposition auf dem von dem Aufnahmewiedergabemittel gezeigten Bild der Knochenprobe darstellen.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein morphometrisches Knochenevaluationssystem eine Knochenmorphometrievorrichtung zum Messen der Morphologie einer Knochenprobe, erste Übertragungsmittel zum Senden von durch die Knochenmorphometrievorrichtung erhaltenen morphometrischen Knochenaufbaudaten, eine morphometrische Knochenevaluationseinheit zum Speichern der morphometrischen Knochenaufbaudaten und zum Beurteilen der Knochenprobe, wobei die morphometrischen Knochenaufbaudaten, zuvor erhaltene morphometrische Knochenaufbaudaten, welche diesen Knochenaufbaudaten entsprechen, und, falls erforderlich, andere gespeicherte Daten verwendet werden, sowie eine zweite Übertragungseinheit zum Übermitteln der Ergebnisse der morphometrischen Knochenevaluation zu der Knochenmorphometrievorrichtung.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Knochenmorphometrieverfahren, welches die Menge an transmittiertem Licht verwendet, welche durch Beleuchten einer Röntgenaufnahme gemessen wird, die das röntgenographische Bild der Knochenprobe und dasjenige einer gegebenen Standardsubstanz mit einer stufenweise fortschreitenden Dicke zeigt, welche für die Messung der Knochenprobe zusammen mit der Knochenprobe geröntgt wurde:
das Auswählen eines Bereichs der röntgenographischen Aufnahme der Standardsubstanz sowie der Menge des durch diesen Bereich transmittierten Lichts in Übereinstimmung mit vorher bestimmten Bedingungen; das Treffen einer ersten Entscheidung, ob die Menge des durch einen gemessenen Bereich transmittierten Lichts innerhalb des Bereichs des durch die Standardsubstanz transmittierten Lichts liegt; das Treffen einer zweiten Entscheidung, ob die Menge des durch den gemessenen Teil transmittierten Lichts und die entsprechende Menge des durch die Standardsubstanz transmittierten Lichts einer vorher bestimmten Auflösung entsprechen; und das Einstellen der Lichtmenge zum Beleuchten der Röntgenaufnahme auf der Grundlage des Ergebnisses der zweiten Entscheidung.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Knochenmorphometrieverfahren einen Erfassungsschritt, bei welchem eine durchstrahlte radiographische Aufnahme, welche dadurch erhalten wird, daß eine Knochenprobe radioaktiven Strahlen ausgesetzt wird, erfaßt wird; einen Glättungsschritt, bei welchem ein erstes geglättetes Muster durch Erhalten des Dichtemusters der Knochenprobe entlang einer Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Rasterlinien in der Umgebung eines Objektbereichs der durchstrahlten radiographischen Aufnahme und Glätten des Dichtemusters an den entsprechenden Positionen erhalten wird; einen Musterumwandlungsschritt, bei welchem das geglättete Dichtemuster zu einem durch die Dicke der Standardsubstanz repräsentierten Dickemuster umgewandelt wird; und einem Verarbeitungsschritt, bei welchem das Dickemuster für die Knochenmorphometrie verarbeitet wird.
Falls erforderlich, kann das Knochenmorphometrieverfahren auch einen Schritt umfassen, bei welchem ein zweites geglättetes Muster durch Glätten der Daten einer Mehrzahl von Punkten in Bereichen, welche sich entlang der Meßlinien erstrecken, erhalten wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Knochenmorphometrieverfahren, welches die Menge von transmittiertem Licht verwendet, welche durch Beleuchten einer Röntgenaufnahme gemessen wird, die das röntgenographische Bild der Knochenprobe und dasjenige einer gegebenen Standardsubstanz mit einer stufenweise fortschreitenden Dicke zeigt, welche für die Messung der Knochenprobe zusammen mit der Knochenprobe geröntgt wurde:
einen Detektionsschritt, bei welchem ein Ende der röntgenographischen Aufnahme der Standardsubstanz, das dem dickeren Ende der Standardsubstanz entspricht, durch Applizieren einer vorher bestimmten geringen Lichtmenge L&sub0; auf einen Bereich um das Ende der röntgenographischen Aufnahme der Standardsubstanz herum und Messen der Menge des durch den Bereich durchgelassenen Lichts; und Bestimmen der Beziehung zwischen der abgestuften Dicke der Standardsubstanz und der Gradation der röntgenographischen Aufnahme der Standardsubstanz von der Beziehung zwischen der Menge des durchgelassenen Lichts, gemessen durch Applizieren einer Lichtmenge L, welche größer ist als die Menge L&sub0;, auf die röntgenographische Aufnahme der Standardsubstanz, und der Entfernung von dem Ende der röntgenographischen Aufnahme, das dem dickeren Ende der Standardsubstanz entspricht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obengenannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher; dabei ist/sind
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Knochenmorphometrievorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Draufsicht, welche die Anordnung von Objekten, das heißt, einer Knochenprobe und eines Aluminiumstandardstufenkeils, d.h. eines Standardstufenblocks, zum Röntgen zeigt;
Figur 3 ein Blockdiagramm der funktionalen Konfiguration der Knochenmorphometrievorrichtung aus Figur 1 einschließlich einer internen morphometrische Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit;
Figur 4 eine Draufsicht eines von einer zu der Knochenmorphometrievorrichtung aus Figur 1 gehörenden Wiedergabeeinheit gezeigten Bildes einer Knochenprobe;
Figur 5 eine graphische Ansicht, welche typischerweise einen arithmetischen Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung für Knochenmorphometrie darstellt;
Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine fokussierende Stablinse;
die Figuren 7A und 7B graphische Ansichten zur Unterstützung der Erläuterung des Effekts eines linearen Detektors auf die Korrektur von detektierten Werten;
Figur 8 ein Blockdiagramm einer radiographischen Knochenmorphometrievorrichtung, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 9 eine Draufsicht, ähnlich wie Fig. 4, eines von einer Wiedergabeeinheit gezeigten Bildes einer Knochenprobe;
Figur 10 ein Graph, welcher der Umkehr des in Fig. 5 gezeigten Musters entspricht;
Figur 11 ein Graph, welcher den linken Endbereich des in Fig. 10 gezeigten Musters als Vergrößerung darstellt;
die Figuren 12A, 12B und 12C jeweils Flußdiagramme eines Musterglättungsprozesses, eines Peak-Detektionsprozesses bzw. eines Basislinien-Detektionsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 13 eine Draufsicht einer vergrößerten Markierung, welche durch Umkehren einer in Fig. 4 gezeigten Markierung 82 gebildet wurde, wie auf einem Bildschirm dargestellt, in einer Ausführungsform unter Verwendung von Mitteln sowohl zum Setzen als auch zum Löschen von Markierungen einschließlich eines Referenzpunkts und einer Referenzlinie;
die Figuren 14A und 14B jeweils Flußdiagramme eines Prozesses zum Korrigieren der Menge des beleuchtenden Lichts, welcher durch einen Mikroprozessor ausgeführt wird, wenn die röntgenographischen Aufnahmen einer Knochenprobe und eines Aluminiumstandardstufenkeils automatisch erfaßt werden;
Figur 15 eine Draufsicht zur Untersützung der Erläuterung eines Prozesses des Einstellens eines Objektmeßbereichs, wenn die röntgenographischen Aufnahmen einer Knochenprobe und eines Aluminiumstandardstufenkeils automatisch erfaßt werden;
Figur 16 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Röntgenfilmbeförderung, einer Lichtquelle zur Beleuchtung von Aufnahmen und einer Einheit zum Detektieren der Menge an durchgelassenem Licht;
Figur 17 eine typische Draufsicht der röntgenographischen Aufnahmen einer Knochenprobe und eines Aluminiumstandardstufenkeils, welche von einer Wiedergabeeinheit für die grobe Aufnahmeerfassung wiedergegeben werden;
Figur 18 eine typische Draufsicht, ähnlich Fig. 17, in welcher ein enger Bereich von einem Mittel zum Spezifizieren eines Bereichs spezifiziert wird;
Figur 19 eine typische Draufsicht eines Röntgenbildes, welches die röntgenographischen Aufnahmen einer Knochenprobe und eines Aluminiumstandardstufenkeils zeigt, zum Detektieren des Endes des Aluminiumstandardstufenkeils;
die Figuren 20A und 20B jeweils Graphen, welche typischerweise Muster zum Detektieren eines Bereichs einer röntgenographischen Aufnahme entsprechend einem Ende eines Aluminiumstandardstufenkeils zeigen;
Figur 21 ein Blockdiagramm eines morphometrischen Knochenevaluationssystems in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches eine Knochenmorphometrievorrichtung, die einen Röntgenfilm verwendet, und eine mit der Knochenmorphometrievorrichtung verbundene Vorrichtung zur morphometrischen Knochenevaluation umfaßt.

DIE BESTE METHODE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Knochenmorphometrie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine radiographische Aufnahme, welche erhalten wird, indem eine Knochenprobe radioaktiven Strahlen wie etwa Gammastrahlen oder Röntgenstrahlen ausgesetzt wird, oder eine röntgenographische Aufnahme einer Knochenprobe, welche durch Röntgen der Knochenprobe zusammen mit einem Standardstufenblock erhalten wird. Die auf einem Röntgenfilm gebildete röntgenographische Aufnahme repräsentiert die Tönung und Gestalt der auf dem Röntgenfilm gebildeten Aufnahme der Knochenprobe. Üblicherweise ist der Standardstufenblock ein Stufenkeil aus Aluminium. Ein sich verjüngender Aluminiumstab oder -block (Aluminiumschräge) kann anstelle des Aluminiumstufenkeils verwendet werden. Ein Knochen, welcher ein kontrastreiches Röntgenbild ergibt, wie etwa ein Knochen mit einer gleichmäßigen dünnen Schicht aus weichem Gewebe, ist wünschenswert. Erwünschte Knochen sind Handknochen und Röhrenknochen wie etwa Oberarmknochen, Speiche, Elle, Oberschenkelknochen und Schienbein. Der zweite Mittelhandknochen ist in der Praxis am meisten erwünscht. Schwammige Knochen wie etwa Fersenbein, Wirbel und Epiphysen der Röhrenknochen können als Knochenproben verwendet werden. Das Fersenbein ist in der Praxis am meisten erwünscht.
Figur 2 zeigt eine Anordnung von Knochenproben, d.h. Handknochen, und einen Aluminiumstufenkeil auf einer Aufnahmeebene zum Röntgen. In Fig. 2 sind die rechte Hand 12, die linke Hand 13 und ein Aluminiumstufenkeil 11 auf einer Röntgentrockenplatte angeordnet und der zweite Mittelhandknochen 14 der rechten Hand 12 ist gezeigt.
Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß welcher eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Röntgen-Knochenmorphometrievorrichtung 20 ein schachtelförmiges Gehäuse 21 aufweist, in dessen oberer Wand ein Filmzuführtisch 28 zum Tragen eines Röntgenfilms 22 mit einer Aufnahme 22a der Knochenprobe (die Aufnahme des Aluminiumstufenkeils ist weggelassen) vorgesehen ist. Im vorderen Bereich des Gehäuses 21 angeordnet sind eine Wiedergabeeinheit 23 zum Wiedergeben eines Bildes entprechend den auf dem Röntgenfilm gebildeten Aufnahmen, eine Punkteingabeeinheit 24 mit z.B. einer Tastendruckschaltervorrichtung zum Bewegen eines Cursors und Feststellen seiner Position, nicht gezeigt, auf dem Bildschirm der Wiedergabeeinheit 23 zum Erhalten eines eine Referenzposition anzeigenden Punkts 27, eine Ausgabeeinheit 25 zum Ausdrucken der Ergebnisse der Knochenmorphometrie, beispielsweise auf einen Papierbogen, und eine Eingabeeinheit 26, welche mit Mitteln, beispielsweise einer Tastatur, zum Eingeben von Steuerbefehlen zum Steuern von verschiedenen Vorgängen versehen ist.
Nun wird auf Fig. 3 Bezug genommen, gemäß welcher die in Fig. 1 gezeigte Knochenmorphometrievorrichtung 20 morphometrische funktionale Einheiten umfaßt, einschließlich der zuvor genannten Einheiten, einer automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 und einer morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 zum Aufzeichnen und Analysieren einer durch die automatische Aufnahmeerfassungseinheit 31 erfaßten Aufnahme.
Die automatische Aufnahmeerfassungseinheit 31 umfaßt eine Lichtquelle 41 zum Beleuchten des Röntgenfilms 22 mit der Aufnahme 22a der Knochenproben, d.h. der Knochen der rechten Hand, einen Aufnahmedetektor 42 zum Detektieren von durchgelassenem Licht in Kombination mit einer Fokussierungslinse 43 zum Detektieren der durch den Röntgenfilm 22 durchgelassenen Lichtmenge, wenn der Röntgenfilm 22 durch das von der Lichtquelle 41 emittierte Licht beleuchtet wird, sowie eine automatische Filmzuführungsvorrichtung, welche im folgenden beschrieben wird, zum Zuführen des Röntgenfilms 22 in einer vorher bestimmten Richtung F.
Die Lichtquelle 41 ist eine lineare Lichtquelle, beispielsweise eine lineare LED (Leuchtdiode), eine röhrenförmige Fluoreszenzlampe mit Hochfrequenzzündung, eine Gleichstrom-Röhrenlampe, oder eine lineare Lichtquelle, welche durch Bündeln von optischen Fasern mit in einer Linie angeordneten Enden und einer Lampe zum Emittieren von Licht zu den anderen Enden der optischen Fasern hin gebildet wird. Die Lichtquelle 41, beispielsweise eine lineare LED, erstreckt sich entlang der Breite des Röntgenfilms 22. Ein Lichtquellensteuerkreis 45 schaltet die Lichtquelle 41 an und aus und stellt die Menge des von der Lichtquelle 41 emittierten beleuchtenden Lichts ein.
Der Aufnahmedetektor 42 kann von jedem Typ sein, welcher durchgelassenes Licht für das automatische Erfassen der Aufnahme 22a detektieren kann. Da er in Kombination mit der linearen Lichtquelle 41 verwendet wird, ist der Aufnahmedetektor 42 ein linearer Aufnahmedetektor. Der lineare Aufnahmedetektor ist ein linearer Kontakt-Aufnahmedetektor, welcher durch lineares Anordnen von beispielsweise CCD-Elementen (ladungsgekoppelten Elementen) gebildet wird. Um eine röntgenographische Graustufenmessung mit einer räumlichen Auflösung von nicht weniger als derjenigen des Mikrodensitometers, das heißt 40% MTF (Modulationstransferübertragung) und 1,7 bis 1,9 Linien pro Millimeter, zu erhalten, wird der lineare Aufnahmedetektor durch das lineare Anordnen von 4096 CCD-Elementen mit einem Abstand von 65 µm in einer im wesentlichen zu der Röntgenfilmzuführungsrichtung F senkrechten Richtung gebildet. Von der linearen Lichtquelle (LED) 41 emittiertes und durch den Röntgenfilm 22 transmittiertes Licht wird durch die Fokussierungslinse 43 auf den Aufnahmedetektor 42 fokussiert. Dann sendet der Aufnahmedetektor 42 Signale aus, welche die Graustufen der auf dem Röntgenfilm 22 gebildeten Aufnahme darstellen. Der Röntgenfilm 22 kann schrittweise mit exakten Zuführschritten von 65 µm mittels eines Antriebsmotors 51, beispielsweise eines Schrittmotors, zugeführt werden. Die CCD-Elemente des linearen Aufnahmedetektors 42 sind vorzugsweise in der Lage, ein analoges Spannungssignal proportional zu der Menge des einfallenden Lichts, das heißt, der Lichtmenge, die der Dichte der auf dem Röntgenfilm 22 gebildeten Aufnahme entspricht, zu liefern. Vorzugsweise wird eine Stablinse 43a wie in Fig. 6 gezeigt als die Fokussierungslinse 43 verwendet. Die Stablinse 43a wird vorzugsweise so hergestellt, daß jeweils zwei Reihen einer linearen Anordnung von ungefähr 250 Brechungsindex-Profillinsen, welche durch Bündeln und Kunstharz-Bonden einer Vielzahl von kurzen optischen Fasern gebildet werden, in einer Anordnung entlang einer Richtung senkrecht zu ihren Achsen in ein Gehäuse 43b plaziert werden. Der Detektiervorgang des CCD-Elemente umfassenden Aufnahmedetektors 42 wird durch einen CCD- Treiber 46 so gesteuert, daß in den CCD-Elementen angesammelte Daten gemäß einem vorgegebenen Zeitablauf erfaßt werden können. Da die jeweiligen Bestandteile der linearen Lichtquelle 41, des linearen Aufnahmedetektors 42 und der die Stablinse 43a umfassenden Fokussierungslinse 43 linear entlang der Breite des Röntgenfilms 22 angeordnet sind, verändern sich deren Eigenschaften hinsichtlich der Breite des Röntgenfilms 22. Die automatische Aufnahmeerfassungseinheit 31 ist mit einem DSP (digitalen Signalprozessor) 47, einem REF-Speicher (Referenzdatenspeicher) 48 und einem A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) 49 ausgestattet, um Veränderungen bei den Eigenschaften der linearen Lichtquelle 41, des linearen Aufnahmedetektors 42 und der Fokussierungslinse 43 zu korrigieren. Vorzugsweise beträgt die Auflösung des A/D-Wandlers acht Bits (256) oder mehr, so daß die Auflösung des A/D-Wandlers 49 nicht geringer ist als diejenige des Mikrodensitometers. Die zeitabhängige Veränderung des Leistungsverhaltens der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 aufgrund der Verschlechterung der linearen Lichtquelle 41, Staubansammlung auf der Stablinse 43a und die Veränderung der Empfindlichkeit des linearen Aufnahmedetektors 42 können automatisch durch den DSP 47, den REF-Speicher 48 und den A/D-Wandler 49 kompensiert werden.
Die automatische Filmzuführvorrichtung zum Zuführen des Röntgenfilms 22 umfaßt ein Paar Zuführungsrollen 44a und 44b, einen Antriebsmotor 51 zum Antreiben einer der Zuführungsrollen 44a und 44b, beispielsweise die Zuführungsrolle 44b, und eine Motortreiber-/Steuereinheit 52. Der Röntgenfilm 22 kann entweder kontinuierlich oder intermittierend zugeführt werden und daher kann der Antriebsmotor 51 ein Schrittmotor, ein Gleichstrommotor (DC-Motor) oder ein Wechselstrommotor (AC-Motor) sein. Da es wünschenswert ist, den Röntgenfilm 22 in der Richtung F senkrecht zu der Richtung, in der sich der lineare Aufnahmedetektor 42 zum Detektieren des durchgelassenen Lichts durch den linearen Aufnahmedetektor 42 erstreckt, zuzuführen, wird der Röntgenfilm 22 vorzugsweise intermittierend mit winzigen Schritten im Bereich von 65 bis 100 µm zugeführt, damit eine Aufnahmedetektion von höherer Exaktheit durch den linearen, CCD-Elemente umfassenden Aufnahmedetektor 42 möglich ist. Daher ist der Antriebsmotor 51 vorzugsweise ein Schrittmotor, dessen Schritt-Betrieb leicht durch ein Impulssignal gesteuert werden kann.
Die Genauigkeit der Detektion des Aufnahmedetektors 42 und die Filmzuführgeschwindigkeit können durch synchrone Steuerung bzw. Regelung der Lichtquelle 41 und der automatischen Filmzuführvorrichtung verbessert werden, so daß die Lichtquelle 41 nur dann angeschaltet wird, wenn der Röntgenfilm 22 durch das Zusammenwirken der Lichtquellensteuerungseinheit 45 und der Motortreiber-/Steuerungseinheit 52 angehalten wird. Die Lichtquellensteuerungseinheit 45 kann außerdem die von der Lichtquelle 41 emittierte Menge an beleuchtendem Licht gemäß dem Dichtegrad der auf dem Röntgenfilm 22 gebildeten Aufnahme einstellen. Das heißt, wenn auf dem Röntgenfilm 22 ein kontrastarmes Bild abgebildet und die Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Aufnahmedetektors 42, welche jeweils die Dichte an verschiedenen Positionen des Bildes darstellen, gering ist, ist die Meßempfindlichkeit nicht hoch genug. Demgemäß wird die von der Lichtquelle 41 emittierte Lichtmenge so eingestellt, daß die Mengen des durch Bereiche der Aufnahme des Aluminiumstufenkeils 11 (Fig. 2) entsprechend den abgestuften Bereichen des Aluminiumstufenkeils 11 durchgelassenen Lichts vorher bestimmte Bedingungen erfüllen.
Außerdem ist es möglich, einen schmalen, einen Objektteil in der Aufnahme 22a enthaltenden Bereich zu spezifizieren, um automatisch nur einen diesem Objektteil entsprechenden Bereich zu erfassen.
Die Arbeitsweise der Korrekturvorrichtung der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31, welche den DSP 47, den REF-Speicher 48 und den A/D-Wandler 49 umfaßt, wird im folgenden beschrieben. Vor dem Anbringen des Röntgenfilms 22 auf der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 wird Licht von der linearen Lichtquelle 41 direkt auf den linearen Aufnahmedetektor 42 durch die Fokussierungslinse 43, d.h. die Stablinse 43a, geworfen und die von der linearen Lichtquelle 41 emittierte Lichtmenge wird so eingestellt, daß die jeweiligen analogen Maximumausgangssignale der Bestandteile des linearen Aufnahmedetektors 42 nicht gesättigt und fast gleich der Obergrenze der Skala sind. Dann wird das Lichtmengendetektionsmuster des Aufnahmedetektors 42 durch den A/D-Wandler 49 in digitale Daten umgewandelt und die digitalen Daten werden in dem REF-Speicher 48 als Referenzdaten für die Komponenten des linearen Aufnahmedetektors 42 gespeichert. Danach wird der Röntgenfilm 22 auf der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 einer Knochenmorphometrie unterworfen. Ein durch Detektieren der Mengen des durchgelassenen Lichts, welches durch Teile des Röntgenfilms 22 entsprechend den Elementen des linearen Aufnahmedetektors 41 transmittiert wurde (durch die Elemente des linearen Aufnahmedetektors erhaltene Daten werden als "MES-Daten" bezeichnet), erhaltenes Lichtmengendetektionsmuster wird durch den DSP 47 mittels eines durch die Gleichung (1) ausgedrückten Prozesses korrigiert
{(MES-Daten)/REF-Daten)} x (Maximum-REF-Daten) = korrigierte Daten (I),
und dann liefert der DSP 47 die korrekten Daten als die Bilddaten der Aufnahme 22a auf dem Röntgenfilm 22.
Die Figuren 7A und 7B sind die Ergebnisse des zum Bestätigen der Korrekturwirkung durchgeführten Versuchs. Figur 7A zeigt das Lichtmengendetektionsmuster, welches dadurch erhalten wird, daß man die lineare Lichtquelle 41 direkt einstrahlen läßt, ohne den Röntgenfilm 22 zwischen die lineare Lichtquelle 41 und den linearen Aufnahmedetektor 42 zu plazieren, und Fig. 7B zeigt das korrigierte Lichtmengendetektionsmuster, welches die effektive Korrektur von Veränderungen des Lichtmengendetektionsmusters von Fig. 7A beweist.
Vorzugsweise wird der Korrekturvorgang jedesmal dann durchgeführt, wenn das durchgelassene Licht detektiert wird, nachdem der Röntgenfilm 22 über einen winzigen Abstand weitergeführt wurde, um die Notwendigkeit einer besonderen Zeit für die Korrektur zu eliminieren.
Wenn für eine morphometrische Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32, welche im nachstehenden beschrieben wird, im vorhinein ein Objektmeßbereich auf dem Röntgenfilm 22 bestimmt worden ist, kann die Meßzeit durch schnelles Weiterführen von Teilen des Röntgenfilms, die sich von dem den Objektmeßbereich enthaltenden Bereich unterscheiden, das heißt, von dem die zweiten Mittelhandknochen und den Aluminiumstufenkeil umfassenden Bereich, verkürzt werden, wodurch nur die digitalen Daten, welche die gemessenen Dichten des Objektmeßbereichs darstellen, gespeichert werden.
Die von der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 erfaßten, die Menge des durchgelassenen Lichts darstellenden Daten der Aufnahme der Knochenprobe werden durch den A/D-Wandler 49 in digitale Signale umgewandelt, die digitalen Signale werden von dem DSP 47 korrigiert und verarbeitet, und dann werden die korrigierten und verarbeiteten Daten als morphometrische Knochenaufbaudaten, welche verschiedene Positionen in der Aufnahme darstellen, von dem DSP 47 ausgesandt. Natürlich können die morphometrischen Knochenaufbaudaten analoge Daten der jeweiligen Aufnahmen der Knochenprobe und des Aluminiumstufenkeils sein.
Die Konfiguration und Arbeitsweise der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 werden im folgenden beschrieben.
Die von der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 erfaßten morphometrischen Knochenaufbaudaten der jeweiligen Aufnahmen der Knochenprobe und des Aluminiumstufenkeils werden in die morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 zum Speichern und Verarbeiten eingegeben.
Die Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 umfaßt eine Aufnahme-Ein-/Ausgabe-Einheit 55, einen Aufnahmespeicher 56 zum Speichern der durch die Aufnahme-Ein-/Ausgabe-Einheit 55 erhaltenen morphometrischen Knochenaufbaudaten, eine die automatische Aufnahmeerfassungseinheit 31 und die morphometrische Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 verbindende Schnittstelle PIO 57, einen Mikroprozessor (eine MPU oder eine Zentraleinheit CPU) 60, einen Festwertspeicher ROM 61, einen Schreib-/Lesespeicher RAM 62, einen den ROM 61 und den RAM 62 mit der MPU verbindenden Bus 58, eine Tastaturschnittstelle (KBI/F) 63, eine durch die Tastaturschnittstelle 63 mit dem Bus 58 verbundene Tastatur 26, eine ein Bildschirmgerät CRT (Kathodenstrahlröhre) 23 und eine Wiedergabesteuerung (CRTC) 64 umfassende Wiedergabevorrichtung, eine einen Drucker 25 und eine Druckerschnittstelle (PR I/F) 65 umfassende Ausgabevorrichtung, ein RS-232C 66 und ein MODEM 67. Das RS-232C 66 und das MODEM 67 sind, falls erforderlich, für die Kommunikation zwischen der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 und einem morphometrischen Knochenevaluationssystem, welches im nachstehenden beschrieben ist, vorgesehen.
Aus Versuchen ist bekannt, daß die röntgenographische Aufnahme der Knochenprobe auf einer Fläche von 142 mm x 57 mm gebildet werden kann und daß die erforderliche Kapazität für den Aufnahmespeicher 56 1,9 MB beträgt, wenn es sich bei der Knochenprobe um den zweiten Mittelhandknochen handelt, und die zum Speichern der Daten des Aluminiumstufenkeils erforderliche Kapazität des Aufnahmespeichers 56 beträgt 0,1 MB. Demgemäß liegt eine ausreichende Kapazität des Aufnahmespeichers 56 in der Größenordnung von 2 MB. Die MPU 60 kann eine handelsübliche 16 Bit-MPU zum Addressieren des Aufnahmespeichers 56 sein.
Die Arbeitsweise der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 wird im folgenden beschrieben. Die morphometrischen Knochenaufbaudaten der auf dem Röntgenfilm 22 gebildeten Aufnahme, die von der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 erfaßt und von der Aufnahme-Ein-/Ausgabe-Einheit 55 empfangen wurden, werden in dem Aufnahmespeicher 56 gespeichert. Die in dem Aufnahmespeicher 56 gespeicherten morphometrischen Knochenaufbaudaten werden durch den Bus 58 und die Wiedergabesteuerung 64 in das CRT 23 eingegeben, um das Bild der Knochenprobe auf dem Bildschirm 23a des CRT 23, vorzugsweise in vergrößertem Format, wie in Fig. 4 gezeigt, wiederzugeben.
Nun wird auf Fig. 4 Bezug genommen, in welcher ein Bild 81 des zweiten Mittelhandknochens auf dem Bildschirm 23a des CRT 23 wiedergegeben wird. Drei Referenzpunkte 82, 83 und 84 werden an Kopf und Epiphysen des zweiten Mittelhandknochens festgelegt, indem der Cursor auf dem Bildschirm durch die Bildwiedergabevorrichtung einschließlich des CRT 23 (beispielsweise ein CRT mit 7 Zoll, 640 Punkten, 400 Linien) und die Punkteingabeeinheit 24 (Fig. 1) bewegt wird, um die Meßbereiche in dem Bild 81 des zweiten Mittelhandknochens zu spezifizieren.
Wie oben angegeben, ist die Punkteingabeeinheit 24 ein Mittel zum Eingeben von Signalen zum Spezifizieren einer Position auf dem Bildschirm, beispielsweise eine Kontrollvorrichtung zum Feststellen der Position eines Cursors, eine einen Lichtgriffel verwendende Eingabevorrichtung, eine einen Berührungsbildschirm verwendende Eingabevorrichtung, eine Tastendruckschaltereingabevorrichtung oder eine eine Maus verwendende Eingabevorrichtung. Die Punkteingabeeinheit 24 ist mit dem Bus 58 verbunden.
Wenn ein Knochenmorphometrievorgang ausgeführt wird, wird ein zu messender Bereich auf der im Aufnahmespeicher 56 gespeicherten Aufnahme 22a der Knochenprobe unter Bezugnahme auf den von der Punkteingabeeinheit 24 spezifizierten Referenzpunkt bestimmt, die den Bereich auf der Aufnahme der Knochenprobe betreffenden Daten werden erfaßt und dann bearbeitet die MPU 60 die morphometrischen Knochenaufbaudaten gemäß einem in dem ROM 61 gespeicherten Betriebsprogramm für einen Knochenmorphometrievorgang, welcher im nachstehenden beschrieben wird. Der RAM 62 speichert die Daten, welche von der MPU 60 während der Ausführung des Betriebsprogramms verwendet werden.
Figur 5 zeigt einen konkreten Betriebsprozess für einen Knochenmorphometrievorgang. Andere allgemein bekannte Knochenmorphometrieverfahren unter Verwendung der MD-Methode, wie beispielweise jene in den japanischen Offenlegungsschriften (Kokai) Nr. 59-8935, 59-49743, 60-83646, 61-109557 und 62-183748 beschrieben, können verwendet werden. Wenn analoge Aufnahmedaten, die sowohl die jeweiligen Aufnahmen der Knochenprobe als auch des Aluminiumstufenkeils darstellen, in dem Aufnahmespeicher 56 gespeichert sind, können die analogen Aufnahmedaten der Knochenprobe in Daten, welche durch die Dicke des Aluminiumstufenkeils ausgedrückt sind, umgewandelt werden.
Figur 5 zeigt ein Muster, das die Aufnahmedaten der Aufnahme 81 des zweiten Mittelhandknochens auf einer Querlinie durch den Mittelpunkt der Längsachse der Aufnahme 81 darstellt. In Fig. 5 ist D die Breite des Knochens, eine schraffierte Fläche drückt die Knochendichte aus, d&sub1; und d&sub2; sind die Breiten der Knochenschale, d ist die Breite des Knochenmarks, GSmin entspricht dem kleinsten Wert einer Vertiefung zwischen den Peaks 85 und 86 und ist der Index für die Dichte von (Knochenschale) + (Knochenmark), GSmax1 und GSmax2 sind die jeweiligen Höchstwerte der Peak-Bereiche, und Σ GS ist die Gesamtfläche der schraffierten Fläche bezogen auf die Breite D. (Kotsu Taisha, Band 4, Seiten 319-325 (1981)). Das heißt, die Arbeitsmittel 60, 61 und 62 berechnen den Kopf 82 und die orthogonale Halbierende einer Linie, welche die Epiphysen 83 und 84 verbinden, um den Schnittpunkt zu detektieren und die Ergebnisse der Berechnung für die Verarbeitung der gespeicherten Daten zu verwenden, wodurch die Werte für D, D&sub1;, d&sub2;, d, GSmin, GSmax1, GSmax2 und Σ GS bestimmt werden. Dann berechnen die Arbeitsmittel 60, 61 und 62 beispielsweise den Index der Breite der Knochenschale MC1 (= (d&sub1; + d&sub2;)/2), die Breite d des Knochenmarks, einen Index GSmin, welcher den Knochenmineralgehalt von (Knochenschale) + (Knochenmark) angibt, einen Index GSmax ( = (GSmax1 + GSmax2)/2), welcher den Knochenmineralgehalt der Knochenschale angibt, sowie einen Index Σ GS/D, welcher den mittleren Knochenmineralgehalt pro Knochenbreite angibt, unter Verwendung der Daten, die durch den in Fig. 5 gezeigten Vorgang erhalten wurden. Die Ergebnisse der Berechnung können durch die Druckerschnittstelle 65 in den Drucker 25 eingegeben oder in einer dem RAM 62 ähnlichen Speichervorrichtung gespeichert werden.
Der Drucker 25 ist ein Beispiel für die Ausgabeeinheit und kann ein Matrixdrucker, ein Thermodrucker, ein Laserdrucker oder ein Video-Printer sein, um die Ergebnisse der Berechnung als Hardcopies bereitzustellen. In der Praxis bevorzugte Ausgabeeinheiten sind CRTs, insbesondere Wiedergabevorrichtungen, welche die Knochendichteverteilung in Farbe wiedergeben können.
In dem vorangehenden Beispiel werden die knochenmorphometrischen Kenndaten berechnet, indem nur die gespeicherten Daten verwendet werden, welche die Aufnahmedaten auf der den Mittelpunkt auf der Längslinie der Aufnahme kreuzenden Querlinie darstellen. Die knochenmorphometrischen Kenndaten können durch Mitteln von knochenmorphometrischen Kenndaten für Aufnahmedaten auf Querlinien, welche sich parallel zu und auf den gegenüberliegenden Seiten der den Mittelpunkt auf der Längslinie der Aufnahme kreuzenden Querlinie erstrecken. Die Arbeitsmittel 60, 61 und 62 können so wie in U.S.-Patent Nr. 4,721,112 beschrieben sein, worin die Knochenmorphometrie von Bereichen eines Röhrenknochens durchgeführt und die Knochendichteverteilung des Röhrenknochens auf der Grundlage der gemessenen Ergebnisse bestimmt wird.
Diese die vorliegende Erfindung verkörpernde Knochenmorphometrievorrichtung ist in der Lage, den Knochenmorphometrie-Arbeitsablauf unter Verwendung einer Röntgenaufnahme mit hoher Effizienz automatisch durchzuführen, wobei manuelle Bedienung kaum erforderlich ist. Die Verwendung der automatischen Aufnahmeerfassungsmittel, einschließlich der linearen Lichtquelle zum Beleuchten des Röntgenfilms und des linearen Aufnahmedetektors zum Detektieren der Menge an durchgelassenem Licht im besonderen, verbessert die Effizienz des Knochenmorphometrievorgangs signifikant. Die einstellbare lineare Lichtquelle ermöglicht eine exakte Knochenmorphometrie ungeachtet der Veränderungen des Kontrastniveaus der Röntgenaufnahme.
Figur 8 ist ein Blockdiagramm einer Knochenmorphometrievorrichtung, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, bei welcher eine durch Bestrahlen einer Knochenprobe mit radioaktiven Strahlen hergestellte radiographische Aufnahme anstelle einer röntgenographischen Aufnahme für Knochenmorphometrie verwendet wird.
Nun wird auf Figur 8 Bezug genommen, gemäß welcher eine Vorrichtung 90 zum Herstellen von radiographischen Aufnahmen eine Strahlungsquelle 91, welche radioaktive Strahlen wie beispielsweise Gammastrahlen in eine vorher bestimmte Richtung abgibt, einen bewegbaren Tisch 92 als Träger einer Knochenprobe 93, beispielsweise der menschlichen Hand, einen Strahlungsdetektor 94 zum Detektieren der Menge der durch die Probe 93 durchgelassenen radioaktiven Strahlen, eine Abtaststeuerung 95 zum Steuern der Bewegung des bewegbaren Tischs 92, so daß die Probe 93 in ihrer Gesamtheit von den radioaktiven Strahlen abgetastet wird, und einen A/D-Wandler 96, welcher ähnlich dem zuvor genannten A/D-Wandler 49 von dem Strahlungsdetektor 94 gelieferte analoge Detektionssignale in entsprechende digitale Detektionssignale für die Weitergabe umwandelt, umfaßt. Der A/D-Wandler 96 der Vorrichtung 90 zum Herstellen von radiographischen Aufnahmen sendet digitale Daten aus, welche die radiographische Aufnahme der Probe 93 darstellen. Eine morphometrische Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 zum Verarbeiten der ausgegebenen digitalen Daten von der Vorrichtung 90 zum Herstellen von radiographischen Aufnahmen für die Knochenmorphometrie ist dieselbe wie die der vorangegangenen Ausführungsform, und daher sind die Bestandteile der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32, welche denjenigen der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 der vorangegangenen, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein weiteres verbessertes Knochenmorphometrieverfahren und eine weitere verbesserte Knochenmorphometrievorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf diejenigen der im vorangehenden beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zuerst werden ein Verfahren zum exakten Ausführen einer Knochenmorphometrie durch Kombinieren des Glättens des Dichtemusters der Aufnahme einer Knochenprobe und des Umwandelns des Dichtemusters in durch die Dicke eines Standardblocks ausgedrückte Dichtedaten sowie eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens beschrieben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden durch intensive Untersuchungen von wegen zum Durchführen einer exakten und raschen Knochenmorphometrie, daß das Glätten in einer senkrecht zu der Richtung einer Rasterlinie für Knochenmorphometrie verlaufenden Richtung und, falls erforderlich, die Kombination eines solchen Glättens und des Glättens in der Richtung der Rasterlinie effektiv sind.
In der folgenden Beschreibung wird eine Röntgenaufnahme verwendet und auf die Figuren 2, 3, 5 und 9 bis 11 Bezug genommen.
Digitale Signale, welche der Menge des durch die auf einem Röntgenfilm gebildete röntgenographische Aufnahme einer Knochenprobe durchgelassenen Lichts entsprechen, werden als morphometrische Knochenaufbaudaten im Aufnahmespeicher 56 der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 in Verbindung mit Positionen auf dem Röntgenfilm gespeichert.
Durch das Knochenmorphometrieverfahren dieser Ausführungsform wird ein erstes geglättetes Muster der Aufnahme der Knochenprobe erhalten, indem Dichtemuster entlang im wesentlichen paralleler Rasterlinien um einen Objektmeßbereich erhalten und die Dichtemuster jeweils an den entsprechenden Positionen geglättet werden. Die Knochenmorphometrievorrichtung umfaßt Glättungsmittel. Das Dichtemuster ist eine Darstellung von Mengen an durchgelassenem Licht oder durchgelassener Strahlung an Punkten auf der Meßlinie oder eine digitale Darstellung von Mengen an durchgelassenem Licht oder durchgelassener Strahlung. Glätten ist das Erhalten des arithmetischen Mittels oder des gewichteten Mittelwerts von Mengen an durchgelassenem Licht oder durchgelassener Strahlung.
Figur 9 zeigt ein Bild 81 eines auf dem Bildschirm 23a des CRT 23 (Wiedergabeeinheit) wiedergegebenen zweiten Mittelhandknochens als ein konkretes Beispiel eines ersten geglätteten Musters. Durch die Punkteingabeeinheit 24 spezifizierte Referenzpunkte 82 bis 84 sind auf dem Bild 81 gezeigt.
Ist der Objektmeßbereich der mittlere Teil des zweiten Mittelhandknochens bezüglich der Referenzpunkte 82, 83 und 84 in Fig. 9, wird das erste geglättete Muster durch Abtasten des Bildes entlang einer Vielzahl von Rasterlinien 98 erhalten, welche sich in gleichmäßigen Abständen von 65 µm in einem sehr engen Bereich von 0,1 mm oder weniger um den Objektmeßbereich erstrecken, wodurch Muster der Mengen an transmittiertem Licht auf den Rasterlinien erhalten werden, und durch Unterwerfen der Muster einem Glättungsprozess, beispielsweise der Berechnung des gewichteten Mittelwerts. Ein solcher Glättungsprozess eliminiert effektiv Rauschstörungen in dem Muster der Menge an transmittiertem Licht, ohne die räumliche Auflösung zu vermindern.
Die Anzahl der Rasterlinien 98 zum Glätten kann hinsichtlich der folgenden Bedingungen bestimmt werden. Eine Menge an transmittiertem Licht, welche durch eine automatische Aufnahmeerfassungsvorrichtung mit einer Auflösung in der Größenordnung von 65 µm gemessen wurde, umfaßt Rauschstörungen in der Größenordnung von 1/4 bis 1/5 der Stufendicke (1 mm) eines Aluminiumkeils, d.h. 0,2 bis 0,25 mm. Zwar ist die größere Anzahl an Rasterlinien 98 wünschenswert, doch ist es einfach und bevorzugt, die Daten von Mengen an transmittiertem Licht auf ungefähr einundzwanzig Rasterlinien in derselben Wichtung zu mitteln, da eine übermäßig hohe Anzahl an Rasterlinien 98 den Objektmeßbereich unklar machen und das Rauschen auf einen Wert unter 0,05 mm verringert werden muß.
Ein solchermaßen erhaltenes erstes geglättetes Muster der Menge an transmittiertem Licht für die Knochenprobe wird auf der Grundlage der Dicke des Standardblocks und der Menge des transmittierten Lichts umgewandelt, wodurch ein durch die Dicke des Standardblocks dargestelltes umgewandeltes Muster erhalten wird. Der Effekt der unterschiedlichen röntgenographischen Bedingungen auf die morphometrischen Knochenaufbaudaten kann durch Umwandeln des Musters der Menge an transmittiertem Licht in ein durch die Dicke des Standardblocks dargestelltes Muster vor der arithmetischen Verarbeitung effektiv eliminiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, falls erforderlich, durch Unterwerfen eines solchen umgewandelten Musters oder des ersten geglätteten Musters des transmittierten Lichts unter einen Glättungsprozess wie etwa der Berechnung der gleitenden Mittelwertbildung der Daten an einer Vielzahl von Punkten auf den Rasterlinien ein zweites geglättetes Muster erzeugt werden.
Die Kombination des ersten und des zweiten Glättungsprozesses ermöglicht die effiziente Eliminierung von Hochfrequenzrauschen in einer Ebene und eine exakte Arbeitsweise für die Knochenmorphometrie. Bei Knochenmorphometrievorgängen in der Praxis wird vorzugsweise ein Digitalfilter verwendet, welches räumliche Frequenzen, die eine einer Periode von 0,5 mm entsprechenden Frequenz übersteigen, filtern kann, da Periodenveränderungen, die nicht größer sind als 0,5 mm sind, unnötig sind. Wenn das zweite geglättete Muster von dem ersten geglätteten Muster erhalten wird, muß das zweite geglättete Muster in ein umgewandeltes Muster umgewandelt werden. In der Praxis werden vorzugsweise umgewandelte Muster erhalten, welche jeweils den ersten und zweiten geglätteten Mustern entsprechen.
Die Knochenmorphometrievorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt erste Glättungsmittel, Umwandlungsmittel und, falls nötig, zweite Glättungsmittel. Konkret umfassen diese Mittel die MPU 60, den ROM 61 und den RAM 62 der zuvor beschriebenen morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32.
Der im vorangehenden genannte Knochenmorphometrievorgang (Fig. 5) wird auf der Grundlage des solchermaßen geglätteten Musters oder des umgewandelten Musters durchgeführt. In den Figuren 12 (Fig. 12A - 12C) ist ein Flußdiagramm des zuvor beschriebenen Glättungsprozesses gezeigt, der von der MPU 60, dem ROM 61 und dem RAM 62 der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 durchzuführen ist. Bei der Ausführung des Glättungsprozesses führt die MPU 60 einen Vorgang gemäß einem vorher bestimmten, in dem ROM 61 gespeicherten Programm durch und der RAM 62 speichert die Daten, welche von der MPU 60 während der Ausführung des Programms verwendet werden.
Die Knochenmorphometrievorrichtung in dieser Ausführungsform detektiert Peaks, beispielsweise die in Fig. 5 gezeigten Peaks 85 und 86, automatisch durch den folgenden Prozess. Die Gradienten von Tangenten zu dem Profil der Aufnahme in einem gesamten Bereich werden geprüft, so daß kleine, dem Rauschen oder dergleichen zuzuschreibende Peaks nicht irrtümlicherweise als Peaks detektiert werden, und dann wird ein Peak-Punkt an einer Position gesetzt, an welchem der Gradient null ist, das heißt, wo das Vorzeichen des Gradienten sich von Plus zu Minus oder von Minus zu Plus verändert.
Ein Peak-Punkt auf einer auf einem Röntgenfilm gebildeten Aufnahme wird durch die folgende Methode detektiert.
Zuerst wird beim Detektieren des ersten Peaks 85 ein Glattheitsdifferential unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:
Eine Position, wo DATEN(j) unter Erfüllung der folgenden Bedingungen am höchsten ist, liegt in der Umgebung des Peaks.
dDATEN(j-1) ≤ 0 und dDATEN(j+1) ≥ 0 .... (III)
In den Formeln (II) und (III) ist DATEN(j) die durch einen einer Position j entsprechenden Bereich der Aufnahme durchgelassene Menge an transmittiertem Licht, und α und β sind Konstanten, welche vorzugsweise unter Bezugnahme auf die Auflösung der Vorrichtung, die Größenordnung der Rauschkomponente oder die Größe des Bereichs bestimmt werden. In der Praxis sind bei einer Vorrichtung mit einer räumlichen Auflösung der Größenordnung von 65 µm α = 4 und β = 17. Der Peak 85 kann ferner genau detektiert werden, indem der Höchstwert der Daten eines Bereichs um den Peak 85 noch einmal detektiert wird. Wenn der Peak erst einmal detektiert ist, wird der detektierte Peak vorzugsweise als ein Peak erkannt, falls kein Peak in dem Bereich γ detektiert wird, nachdem der erste Peak detektiert wurde, damit der Peak 86 nicht als der erste Peak erkannt wird. Die Größe des Bereichs γ hängt von der Entfernung zwischen den benachbarten Peaks ab. In der Praxis liegt der Wert des Bereichs γ in der Größenordnung von 20. Der Peak 86 wird genauso detektiert. Der Peak 87 entspricht dem Minimum in einem Bereich zwischen den Peaks 85 und 86.
Ein Verfahren oder eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Knochenaufbaus in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt die Basislinie Bs (Fig. 5) durch den folgenden Prozess. Nun wird auf die Figuren 10 und 11 Bezug genommen, gemäß welchen ein Wendepunkt 99 auf der Grundlage der Tatsache bestimmt wird, daß die Differenz zweiter Ordnung in einem der aufsteigenden Bereiche der Kurve am größten ist, und dann wird eine Linie 100 für den linken Weichteilbereich durch lineare Regressionsanalyse unter Verwendung von y Datenpunkten nach x Datenpunkten nach außen von dem Wendepunkt 99 bestimmt. Eine Linie 101 für den rechten Weichteilbereich wird genauso bestimmt. Dann werden die Kontaktlinien 102 und 102 mit jeweils einem maximalen Gradienten durch lineare Regressionsanalyse unter Verwendung von z Datenpunkten nach innen von dem Wendepunkt 99 für jede Linie bestimmt. Der Schnittpunkt 104 der Linien 100 und 102 und der Schnittpunkt 105 der Linien 101 und 103 werden verbunden, um die Basislinie Bs zu bestimmen (Fig. 5).
In der Praxis sind x = 8, y = 10 und z = 16 erwünscht.
Das Knochenmorphometrieverfahren und die Knochenmorphometrievorrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, eliminieren effektiv den Effekt von Unterschieden der Bedingungen von radiographischen photographischen Vorgängen und des dem Röntgenfilm zuzuschreibenden Rauschens, wodurch exakte Knochenmorphometrie ermöglicht wird.
Im folgenden wird eine Knochenmorphometrievorrichtung beschrieben, welche ein CRT 23 (Fig. 3) zum Wiedergeben des Bildes der Aufnahme einer Knochenprobe verwendet, ausgestattet mit einem Markierungswiedergabemittel mit der Fähigkeit, in dem monochromatischen Bild Markierungen anzuzeigen und zu löschen, beispielsweise einen Referenzpunkt zum Anzeigen einer Referenzposition und Linien. Das Anzeigen und Löschen von Markierungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4 und 13 in der Annahme beschrieben, daß die Knochenmorphometrievorrichtung und das Knochenmorphometrieverfahren, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, auf die Knochenmorphometrie der Röntgenaufnahme einer Knochenprobe und eines Standardblocks angewendet werden.
Bei dieser Ausführungsform ist die Knochenmorphometrievorrichtung mit einem Markierungswiedergabemittel ausgestattet, welches die Dichte eines monochromatischen Bildes umkehren kann. Bevorzugt wird eine Bildwiedergabevorrichtung mit der Fähigkeit, binäre Bilder wie etwa Zeichen und Diagramme sowie ein getöntes Bild wiederzugeben. Das CRT 23 erfüllt eine solche Anforderung.
In Fig. 13 ist ein durch Umkehren des in Fig. 4 gezeigten Referenzpunkts 82 gebildeter Referenzpunkt auf dem Bildschirm 23a wiedergegeben.
Die Aufnahmespeichervorrichtung (Aufnahmespeicher 56) der Knochenmorphometrievorrichtung in dieser Ausführungsform speichert Aufnahmedaten für die Wiedergabe eines Bildes aus 400 (vertikalen) x 600 (horizontalen) Bildelementen. Die Dichte eines jeden Bildelements wird durch 8-Bit-Gradation ausgedrückt. Die Kapazität der Aufnahmespeichervorrichtung hängt von der Genauigkeit des Bildschirms ab, und die Anzahl der Bildelemente und der Ausdruck der Dichte jedes Bildelements braucht nicht auf die zuvor genannten Werte beschränkt zu werden.
Eine spezifische Position auf dem monochromatischen Bild wird durch das folgende Verfahren mit einem Punkt markiert.
Bildelemente, welche die zu markierende Position zeigen, werden spezifiziert und dann werden die Dichten der Bildelemente erhalten. Die Dichten der Bildelemente werden in Kombination mit 255 einer EXCLUSIVE-ODER-Verknüpfung für die Dichteumkehrung unterworfen. Dann werden die jeweiligen Bildelemente mit umgekehrten Dichten anstelle der jeweiligen ursprünglichen Bildelemente wiedergegeben, um den Punkt anzuzeigen. Wenn die Dichte des ursprünglichen Bildelements beispielsweise 196 beträgt, beträgt die Dichte des entsprechenden umgekehrten Bildelements 59.
Gleichermaßen kann die Markierung durch Umkehren der umgekehrten Bildelemente durch denselben Umkehrungsprozess gelöscht werden.
Das Bildelement kann durch Ableiten eines Komplements des Dichtewerts umgekehrt werden, doch ist hinsichtlich der Schnelligkeit der Verarbeitung das Verfahren der vorliegenden Erfindung vorteilhafter.
Außer Punkten können auch Markierungen verwendet werden, welche durch Pünktchen gebildet werden können, etwa Linien, Kreise und Symbole.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich ist, kann die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform leicht Markierungen auf dem monochromatischen Bild anzeigen und die Markierungen leicht löschen, um das ursprüngliche monochromatische Bild wiederherzustellen. Insbesondere durch die Verwendung des Dichteumkehrungsmittels wird die Hardware der Vorrichtung vereinfacht und die Verwendung eines Speichers mit verhältnismäßig kleiner Kapazität ermöglicht.
Bei dieser Ausführungsform kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder eine Plasma-Anzeige anstelle des CRT als Bildwiedergabevorrichtung verwendet werden, jedoch ist zum Erhalten einer Bildwiedergabe mit hoher Auflösung das CRT am besten geeignet.
Ein Knochenmorphometrieverfahren und eine Knochenmorphometrievorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform mit der Fähigkeit, die Menge des von der Lichtquelle emittierten Lichts entsprechend dem Zustand einer Röntgenaufnahme anzupassen, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3, 5, 14A und 14B beschrieben.
In dieser Ausführungsform beleuchtet die Knochenmorphometrievorrichtung einen Röntgenfilm mit den Aufnahmen einer Knochenprobe und eines Aluminiumstufenkeils und mißt die Menge des durch die Aufnahmen transmittierten Lichts für die Knochenmorphometrie. Die grundlegenden Merkmale der Knochenmorphometrievorrichtung sind das Bestimmen eines Bereichs auf der Aufnahme des Aluminiumstufenkeils, welcher eine Lichtmenge durchläßt, die einer vorher bestimmten Bedingung entspricht; das Treffen einer ersten Entscheidung, ob der Wertebereich der durch einen Objektmeßbereich auf der Aufnahme der Knochenprobe transmittierten Lichtmenge im Wertebereich der durch den Aluminiumstufenkeil transmittierten Lichtmenge liegt oder nicht; das Treffen einer zweiten Entscheidung, ob die Menge des durch den Objektmeßbereich durchgelassenen Lichts und die entsprechende Menge des durch den Aluminiumstufenkeil transmittierten Lichts in einer vorher bestimmten Auflösung detektiert werden oder nicht; und das Anpassen der Menge des beleuchtenden Lichts zum Beleuchten des Röntgenfilms auf der Grundlage der Ergebnisse der zweiten Entscheidung.
Wenn die Menge des beleuchtenden Lichts zum Zweck der Lichtmengenanpassung erhöht werden muß, wird die Menge I des durch den Aluminiumstufenkeil transmittierten Lichts, welche größer und ungefähr gleich der maximalen Menge des durch den Objektmeßbereich transmittierten Lichts ist, bestimmt und die Menge des beleuchtenden Lichts so angepaßt, daß die Menge I an transmittiertem Licht nicht größer und fast gleich ist wie ein vorher bestimmter Wert Imax.
Wenn die Menge des beleuchtenden Lichts verringert werden muß, wird ein Teil des Objektmeßbereichs, durch welchen eine den vorher bestimmten Wert Imax übersteigende Lichtmenge transmittiert wird, detektiert, eine geeignete Menge an beleuchtendem Licht wird auf der Grundlage der Größe des Teils des Objektmeßbereichs geschätzt und die Menge an beleuchtendem Licht wird auf die geeignete Menge angepaßt.
Die obengenannten Entscheidungen und die Anpassung der Menge an beleuchtendem Licht werden durch das folgende Verfahren erreicht. Der Röntgenfilm wird durch eine Menge an beleuchtendem Licht, welche vorher gemäß des Geschlechts und des Alters der zu untersuchenden Person bestimmt wurde, beleuchtet und die Menge des durch die Aufnahme des Aluminiumstufenkeils transmittierten Lichts gemessen, wobei der Röntgenfilm an einer vorher bestimmten Position positioniert ist.
Effektive Bereiche auf den Aufnahmen der Stufen des Aluminiumstufenkeils, das heißt Bereiche, welche effektiv voneinander unterschieden werden können, werden auf der Grundlage der Beziehung zwischen der gemessenen Menge an transmittiertem Licht und der jeweiligen Dicke der Stufen des Aluminiumstufenkeils bestimmt. Hinsichtlich der Bitfehler bei der A/D-Umwandlung darf die Differenz der Menge des transmittierten Lichts, wie durch die von dem A/D-Wandler 49 gelieferten digitalen Signale ausgedrückt, zwischen den benachbarten Bereichen auf der Aufnahme des Aluminiumstufenkeils entsprechend den benachbarten Stufen des Aluminiumstufenkeils nicht weniger als zwei Auflösungsstufen betragen und die Menge an transmittiertem Licht darf die Aufnahme nicht sättigen, wenn die gemessene Menge an transmittiertem Licht durch den A/D-Wandler 49 in digitale Signale umgewandelt wird. Die Höchstmenge I&sub1; des durch die Aufnahme des Aluminiumstufenkeils transmittierten Lichts und die Mindestmenge I&sub2; des durch den Aluminiumstufenkeil transmittierten Lichts werden bestimmt. Die Höchstmenge S&sub1; des transmittierten Lichts und die Mindestmenge S&sub2; des transmittierten Lichts unter den durch die Aufnahme des Objektmeßbereichs der Knochenprobe transmittierten Lichtmengen werden bestimmt.
Eine Abfrage für eine erste Entscheidung wird durchgeführt, um zu sehen, ob S&sub1; ≤ I&sub1; ist. Wenn die Menge an beleuchtendem Licht übermäßig groß ist, ist die Antwort auf die Abfrage negativ und daher muß die Menge an beleuchtendem Licht verringert werden. Ist die Antwort positiv, wird eine Abfrage durchgeführt, um zu sehen, ob S&sub2; ≥ I&sub2; ist. Wenn die Menge an beleuchtendem Licht übermäßig klein ist, ist die Antwort auf die Abfrage negativ und somit muß die Menge an beleuchtendem Licht erhöht werden. Bei S&sub1; > I&sub1; und S&sub2; < I&sub2; ist eine Knochenmorphometrie unmöglich, ungeachtet der Menge an beleuchtendem Licht. Wenn die Knochenmorphometrie unmöglich ist, wird eine diesbezügliche Information auf dem Wiedergabebildschirm angezeigt und der Röntgenfilm wird ausgeworfen.
Wenn beide Bedingungen S&sub1; ≤ I&sub1; und S&sub2; ≥ I&sub2; erfüllt sind, wird die zweite Entscheidung getroffen. Das heißt, eine Menge I&sub1;' an durch den Aluminiumstufenkeil transmittiertem Licht, welche größer als und am nächsten an der Menge S&sub1; an transinittiertem Licht ist, und eine Menge I&sub2;' an durch den Aluminiumstufenkeil transmittiertem Licht, welche kleiner als und am nächsten an der Menge S&sub2; an transmittiertem Licht ist, werden ausgewählt. Dann werden digitale Werte entsprechend der jeweiligen Dicke der Stufen des Aluminiumstufenkeils entsprechend dem Wertebereich von I&sub1;' bis I&sub2;' bestimmt und der Mindestwert ΔI unter diesen digitalen Werten wird ausgewählt. Zum Beispiel, wenn die Differenz in der Dicke zwischen den benachbarten Stufen des Aluminiumstufenkeils 1 mm und die erforderliche Auflösung 0,2 mm oder weniger beträgt, muß ΔI fünf Auflösungsstufen oder mehr, vorzugsweise sieben Auflösungsstufen oder mehr betragen. Wenn ΔI beispielsweise sieben Auflösungsstufen oder mehr betragen muß, wird eine Abfrage durchgeführt, um zu sehen, ob ΔI ≥ 7 ist. Wenn die Antwort positiv ist, wird angenommen, daß der Röntgenfilm 22 von einer geeigneten Menge an beleuchtendem Licht beleuchtet wird und die nachfolgenden Schritte der Knochenmorphometrie werden durchgeführt. Ist die Antwort negativ, muß die Menge an beleuchtendem Licht erhöht werden.
Die Anpassung der Menge an beleuchtendem Licht wird im folgenden beschrieben. Wenn entschieden wird, daß die Menge an beleuchtendem Licht ungenügend ist, wird die Menge an beleuchtendem Licht so angepaßt, daß die Menge I&sub1;' an transmittiertem Licht nicht größer als und am nächsten an dem vorher bestimmten Wert Imax ist, und dann wird die Messung noch einmal durchgeführt. Vorzugsweise liegt ein dem vorher bestimmten Wert Imax entsprechender Wert im Wertebereich von 95 bis 98 % des Sättigungsgrads des Aufnahmedetektors 42 oder des A/D-Wandlers 49.
Wenn die Menge an beleuchtendem Licht übermäßig groß ist, wird die Länge eines gemessenen Bereichs, wo die Menge an transmittiertem Licht größer ist als der vorher bestimmte Wert Imax gemessen, das heißt, die Anzahl der Pünktchen auf dem CCD-Detektor oder dergleichen entsprechend der Länge des Bereichs wird gezählt. Die Beziehung zwischen der gezählten Anzahl von Pünktchen und (Menge an beleuchtendem Licht) - (geeignete Menge an beleuchtendem Licht) für den zweiten Mittelhandknochen ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Die geeignete Menge an beleuchtendem Licht wird ausgehend von den gezählten Pünktchen auf der Grundlage der in Tabelle 1 gezeigten Beziehung geschätzt. Wenn die Anzahl der gezählten Pünktchen eines Bereichs, wo die Menge an transmittiertem Licht den vorher festgelegten Wert Imax übersteigt, null ist, wird die Menge I&sub1;&sub1; an transmittiertem Licht entsprechend einer Stufe des Aluminiumstufenkeils, welche um eine gemeinsame Dickendifferenz dicker als die der Menge I&sub1; an transmittiertem Licht entsprechende Stufe ist, unter Verwendung einer Formel geschätzt:
I&sub1;&sub1; = I&sub1; - 2,5 (I&sub1;&sub2; + I&sub1;&sub3;)
wobei I&sub1;&sub2; die Menge an transmittiertem Licht ist, welche einer Stufe des Aluminiumstufenkeils entspricht, die um eine gemeinsame Dickendifferenz dünner ist als die Stufe, welche der Menge I&sub1; an transmittiertem Licht entspricht, und wobei I&sub1;&sub3; die Menge an transmittiertem Licht ist, welche einer Stufe des Aluminiumstufenkeils entspricht, die um zwei gemeinsame Dickendifferenzen dünner ist als die Stufe, welche der Menge I&sub1; an transmittiertem Licht entspricht. Die Menge an beleuchtendem Licht wird so angepaßt, daß die Menge I&sub1;&sub1; an transmittiertem Licht geringer als und ungefähr gleich wie der vorher festgelegte Wert Imax ist, und vorzugsweise diesem am nächsten kommt.
Sind die Bedingungen durch das Anpassen der Menge an beleuchtendem Licht nicht verbessert, so wird entschieden, daß die Knochenmorphometrie der Aufnahmen unmöglich ist, damit nicht durch fruchtlose Messungen Zeit verschwendet wird. In einem solchen Fall wird vorzugsweise eine diesbezügliche Information angezeigt und der Röntgenfilm automatisch ausgeworfen.
Falls nötig, kann der Gammawert γ, welcher durch γ = (OD (Absorption)-Veränderung)/(Variation der relativen Bestrahlung) definiert ist, für eine dritte Entscheidung verwendet werden. Eine genaue Messung ist nur dann möglich, wenn der geringste Gammawert γ unter denjenigen für die Stufen des Aluminiumstufenkeils im Bereich von I&sub1;' bis I&sub2;' größer als ein vorher festgelegter Gammawert γ&sub0; ist. Daher wird vorzugsweise ein Gammawert in Kombination mit der Entscheidung bezüglich der Auflösung verwendet. Ein bevorzugter Gammawert γ liegt im Bereich von 1 bis 4, und ein bevorzugter Gammawert γ&sub0; liegt im Bereich von 1 bis 2.
Eine Veränderung der Beleuchtungszeit ist eine Methode, die Menge an beleuchtendem Licht anzupassen. Wenn die LED-Elemente umfassende lineare Lichtquelle 41 als lichtemittierendes Mittel verwendet wird und der lineare Aufnahmedetektor 42 als Mittel zum Detektieren von transmittiertem Licht verwendet wird, kann die Beleuchtungszeit angepaßt werden, indem die Leuchtfrequenz der LED-Elemente durch ein von einem Pulsgenerator erzeugtes Pulssignal gesteuert wird. In der Praxis ist es wünschenswert, die Menge an beleuchtendem Licht anzupassen, indem die Beleuchtungszeit ohne Veränderung der Intensität des beleuchtenden Lichts für eine effektive Korrektur verändert wird, um den Einfluß der Säkulärveränderung in den Eigenschaften der linearen Lichtquelle 41 und des linearen Aufnahmedetektors 42, wie etwa eine Ungleichmäßigkeit der Leuchtdichte der LED-Elemente und/oder eine Ungleichmäßigkeit in der Sensitivität der CCD-Elemente, zu eliminieren, wenn die automatische Aufnahmeerfassungsvorrichtung die LED- und CCD-Elemente zum Erfassen der Aufnahme verwendet.
Für die Verbesserung der Meßeffizienz ist es in der Praxis besonders vorteilhaft, einen Sollwert zu verändern, welcher eine Beleuchtungszeit auf der Grundlage der Beziehung zwischen Sollwert und Beleuchtungszeit wie in Tabelle 2 gezeigt repräsentiert und in der Speichervorrichtung gespeichert ist. Tabelle 2
Die Anpassung der Menge an beleuchtendem Licht gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch eine die automatische Aufnahmeerfassungsvorrichtung 31 und die in Fig. 3 gezeigte morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitung umfassende Knochenmorphometrievorrichtung erreicht werden. Die MPU 60, der ROM-Speicher 61 und der RAM-Speicher 62 der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 und der Lichtquellensteuerkreis 45 der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 führen die Funktionen des Bereichdetektionsmittels, des Mittels für die erste Entscheidung, des Mittels für die zweite Entscheidung und des Mittels für die Anpassung der Menge an beleuchtendem Licht aus. Die MPU 60 hat die Funktion des Bereichdetektionsmittels und dient außerdem als Mittel zum Speichern von gegebenen Bedingungen, so daß der A/D-Umwandlungswert, der die Menge an Licht entsprechend einer gemeinsamen Dickedifferenz des Aluminiumstufenkeils repräsentiert, zwei Ziffern oder mehr beträgt. Die MPU 60 hat ferner die Funktion des ersten Entscheidungsmittels und dient als Speichermittel zum Speichern von I&sub1;, I&sub2;, S&sub1; und S&sub2; sowie als Vergleichsmittel für das Vergleichen von Mengen. Die MPU 60 dient auch als zweites Entscheidungsmittel zum Eingeben und Speichern eines Kriteriums, das die Grundlage für die Entscheidung über ΔI bildet. Was die Vorrichtung zum Anpassen der Menge an beleuchtendem Licht betrifft, welche eines der Merkmale der Knochenmorphometrievorrichtung in dieser Ausführungsform ist, so entscheidet die MPU 60 über einen Sollwert für eine angepaßte Menge an beleuchtendem Licht und der Lichtquellensteuerkreis 45 stellt die Leuchtintensität der Lichtquelle 41 ein. Die MPU 60 muß Funktionen zum Eingeben und Speichern von Imax, zum Berechnen von I&sub1;&sub1; und zum Vergleichen von Mengen aufweisen. Der ROM-Speicher 61, welcher die Inhalte der Tabellen 1 und 2 speichert, erleichtert die effiziente automatische Anpassung.
Die Knochenmorphometrievorrichtung speichert die Position des Referenzpunktes auf der Bildwiedergabevorrichtung (CRT 23, CRTC 64), welche von dem Punkteingabemittel in die Speichervorrichtung, d.h. den RAM-Speicher 62, eingegeben wurde, vor der Anpassung der Menge an beleuchtendem Licht, erfaßt noch einmal denselben Bereich der auf dem Röntgenfilm gebildeten Aufnahme unter Verwendung der auf der Grundlage der Entscheidung festgelegten angepaßten Menge an beleuchtendem Licht und spezifiziert dann einen Punkt in dem auf dem CRT 23 wiedergegebenen Bild unter Bezugnahme auf den vorher in dem RAM-Speicher 62 gespeicherten Referenzpunkt. Eine Reihe dieser Vorgänge werden von der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31 durchgeführt, gesteuert von der MPU 62 (Fig. 3). Nachdem eine neue Menge an beleuchtendem Licht festgelegt worden ist, wird der Röntgenfilm automatisch weitergeführt, um die jeweiligen Aufnahmen des Aluminiumstufenkeils und des Objektbereichs der Knochenprobe an der Erfassungsposition zu lokalisieren, und wenn der Objektbereich durch einen Punkt angezeigt werden muß, wird automatisch der vorher gespeicherte Punkt wiedergegeben, was die Belastung für die das Gerät bedienende Person verringert.
Die Figuren 14A und 14B zeigen Flußdiagramme von Verfahren zum Ausführen der Korrektur der Menge an beleuchtendem Licht durch die MPU 60, den ROM-Speicher 61, den RAM-Speicher 62 und den Lichtquellensteuerkreis 45.
Eine in den Figuren 14A und 14B gezeigte Knochenmorphometrie- Arithmetikroutine wird durch die morphometrische Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit ausgeführt, welche die MPU 60, den ROM-Speicher 61 (Arithmetikprogrammspeicherung) und den RAM-Speicher 62, der die von der MPU 60 während der Durchführung der Arithmetikroutine verwendeten Daten speichert, umfaßt.
Die Ergebnisse der Knochenmorphometrie werden durch das SIO 66 und den Drucker 25, d.h. die Ausgabeeinheit (Fig. 3), geliefert.
Das Knochenmorphometrieverfahren in dieser Ausführungsform korrigiert die Menge an beleuchtendem Licht durch einen in der Praxis einfachen Betriebsablauf, um die Knochenmorphometrie von auf Röntgenfilm gebildeten Aufnahmen mit Graustufen, welche in einem breiten Tönungsbereich variieren, zu ermöglichen, was durch herkömmlicher Verfahren schwierig auszuführen war. Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform verwendet das die Menge an beleuchtendem Licht korrigierende Mittel, um die Knochenmorphometrie von auf Röntgenfilm gebildeten Aufnahmen mit unterschiedlichen, in einem breiten Tönungsbereich variierenden Graustufen durch einen einfachen Betriebsablauf zu ermöglichen.
Im folgenden wird eine Knochenmorphometrievorrichtung beschrieben, welche die vorliegende Erfindung einschließlich einer automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31, die eine auf einem Röntgenfilm gebildete Röntgenaufnahme mit verbesserter Effizienz erfassen kann, verkörpert.
Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform wird durch eine automatische Aufnahmeerfassungseinheit 31 zum automatischen Erfassen von auf einem Röntgenfilm gebildeten röntgenographischen Aufnahmen gekennzeichnet, umfassend: eine Filmeinlegeeinheit, Filmzuführungsmittel, lineare Aufnahmedetektionsmittel, welche sich in einer Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung erstrecken, Aufnahmeerfassungsbereichbestimmungsmittel zum Festlegen eines Vorschubzuführabstands a entlang der Filmzuführungsrichtung, eines effektiven Zuführabstands b, über welchen der Röntgenfilm für das Aufnahmeerfassen zugeführt wird, eines Abstands c von einer Referenzposition zu einem Aufnahmeerfassungsbereich bezüglich der Richtung senkrecht zu der Filmzuführrichtung, und eines Aufnahmeabtastabstands d, sowie Aufnahmespeichermittel zum Speichern von Aufnahmedaten, die von dem linearen Aufnahmedetektionsmittel in dem von dem Aufnahmeerfassungsbereichbestimmungsmittel festgelegten Aufnahmeerfassungsbereich erfaßt wurden.
Das Filmzuführungsmittel, das linare Aufnahmedetektionsmittel, das zum Beleuchten des Films lichtemittierende Lichtquellenmittel und das Aufnahmeerfassungsbereichbestimmungsmittel der Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform können jeweils Mittel sein, die den in Fig. 3 gezeigten Mitteln entsprechen.
Nun wird auf Fig. 15 Bezug genommen, einer Darstellung zur Unterstützung beim Erläutern eines Beispiels für einen Aufnahmeerfassungsbereich-Bestimmungsvorgang zum Bestimmen eines Objektmeßbereichs auf einem Röntgenfilm 22, wobei auf dem Röntgenfilm die jeweiligen Aufnahmen 11', 110 und 111 eines Aluminiumstufenkeils, d.h. eines Standardblocks, der Knochen der rechten Hand der zu untersuchenden Person bzw. der Knochen der linken Hand derselben abgebildet sind und nach rechts zugeführt werden. Der zweite Mittelhandknochen der rechten Hand, d.h. der Objektmeßbereich, befindet sich im mittleren Teil eines durch die Abstände a, b, c und d definierten Aufnahmeerfassungsbereichs 112.
Bei einem 253 mm breiten und 302 mm langen Röntgenfilm zum Beispiel sind a = 46 mm, b = 65 mm (1024 Zeilen), c = 1 mm (16 Bildelemente) und d = 130 mm (2048 Bildelemente).
Nun wird auf Fig. 16 Bezug genommen, welche die in Fig. 3 gezeigte automatische Aufnahmeerfassungseinheit 31 in einer weiteren vereinfachten Ansicht zeigt; hier wird der Röntgenfilm 22 durch das von einer linearen Lichtquelle 41 emittierte Licht beleuchtet, während er in der Richtung des Pfeils durch ein Paar Zuführungsrollen 44c und 44d und ein Paar Zuführungsrollen 44a und 44b zugeführt wird. Die Menge des durch den Röntgenfilm 22 transmittierten Lichts wird von einem linearen Aufnahmedetektor 42 detektiert. In dieser Ausführungsform ist die Knochenmorphometrievorrichtung mit geeigneten Filmkantendetektoren 120 und 122 zum Detektieren der Kante des Röntgenfilms 22 ausgestattet.
Bei dieser Ausführungsform kann der Vorschubzuführabstand a, über welchen der Röntgenfilm 22 ohne Abtasten zugeführt wird, ein Abstand a&sub1; von der Vorderkante des Röntgenfilms 22 zu der vorderen Grenze eines Objektmeßbereichs (Fig. 15) oder die Summe des Abstands a&sub1; und eines Abstands a&sub2; gleich dem effektiven Abstand zwischen dem Filmkantendetektor 122 und dem linearen Aufnahmedetektor 42 (Fig. 16) sein. Wenn der Vorschubzuführabstand a die Summe der Abstände a&sub1; und a&sub2; ist, kann der Filmkantendetektor 122 leicht feststellen, ob der Röntgenfilm normal zugeführt wird, was für die Praxis von Vorteil ist. Die Vorderkante des Röntgenfilms 22 kann von dem Filmkantensensor 120 und dem linearen Aufnahmedetektor 42 wie in Fig. 16 gezeigt durch die Detektion einer Veränderung in der Ausgabe des linearen, CCD-Elemente umfassenden Aufnahmedetektors 42 detektiert werden. Ein Eilvorschub-Pulssignal wird dem Schrittmotor 51 zugeführt, um die Zuführrollen zum Zuführen des Röntgenfilms 22 bei einer hohen Zuführgeschwindigkeit anzutreiben, die dem Schrittmotor 51 zugeführten Pulse werden durch einen Impulszähler gezählt und das Eilvorschub-Pulssignal wird beim Zusammenfallen der Pulszahl mit einer dem Vorschubzuführabstand a entsprechenden Zahl gestoppt.
Nachfolgend wird ein Pulssignal für die langsame Zuführung dem Schrittmotor 51 zugeführt, um den Röntgenfilm 22 für die Aufnahmeerfassung intermittierend um jeweils einen Abstand zuzuführen, welcher dem Abstand der Rasterlinien voneinander entspricht. Die Aufnahmedaten von nur den Bildelementen innerhalb eines gegebenen Bereichs entlang der Erstreckung des linearen Aufnahmedetektors 42 werden in einem Aufnahmespeicher 56 gespeichert. Ein Bildelementzähler zählt die Anzahl der von dem linearen Aufnahmedetektor 42 detektierten Bildelemente.
Wenn die Zahl der von dem Bildelementzähler gezählten Bildelemente einer vorgegebenen Gesamtzahl entspricht, wird der Aufnahmeerfassungsvorgang abgebrochen, der Schrittmotor 51 auf einen Rückwärtsmodus eingestellt und dem Schrittmotor 51 ein Eilvorschub-Pulssignal zugeführt, um den Röntgenfilm aus der Knochenmorphometrievorrichtung auszuwerfen. Nach der Detektion der Vorderkante, d.h. der Hinterkante, wenn der Röntgenfilm 22 rückwärts geführt wird, durch den Filmkantendetektor 120 wird der Schrittmotor 51 angehalten.
Für das exakte Einstellen des Objektmeßbereichs auf dem Röntgenfilm wird vorzugsweise eine der parallel zu der Filmzuführungsrichtung verlaufenden Seitenkanten des Röntgenfilms 22 als eine Referenzposition für das Einstellen des Abstands c verwendet, doch in der Praxis ist die Verwendung einer Seitenlinie eines für die Zuführung des Films gesicherten Bereichs als Referenzposition vorteilhaft, da eine solche Referenzposition das Einstellen des Abstands c erleichtert.
Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform ist mit Eingabemitteln für das Eingeben von Werten für die Abstände a, b, c und d zum Definieren des Objektmeßbereichs sowie mit Speichermitteln zum Speichern der eingegebenen Werte für die Abstände a bis b ausgestattet.
Für die Praxis ist es von Vorteil, vorher bestimmte Standardwerte für die Abstände a bis d, welche mittels der Eingabemittel (Tastatur 26) eingegeben und vorher in der Speichervorrichtung gespeichert wurden, für den normalen Knochenmorphometrie- Meßvorgang zu verwenden und besondere Werte, welche sich stark von den Standardwerten unterscheiden, nur für einen besonderen Knochenmorphometrie-Meßvorgang einzugeben.
Bei einer Abwandlung kann die automatische Aufnahmeerfassungseinheit der Knochenmorphometrievorrichtung mit einer Objektmeßbereicheinstellvorrichtung zum Einstellen der Abstände a, b, c und d versehen sein, um jeweils einen Objektmeßbereich und einen Kalibrierungsaufnahmebereich auf einem Röntgenfilm zu definieren, sowie mit einer Aufnahmespeichervorrichtung zum Speichern von Aufnahmen, welche jeweils aus dem Objektmeßbereich und dem Kalibrierungsaufnahmebereich erfaßt wurden.
Somit kann die automatische Aufnahmeerfassungseinheit Werte für die Abstände a', b', c' und d' zum Definieren eines Objektmeßbereichs, welcher die Aufnahme 11' (Fig. 15) eines Standardblocks für die Kalibrierung, beispielsweise eines Aluminiumstufenkeils, umfaßt, sowie Werte für die Abstände a, b, c und d zum Definieren des Objektmeßbereichs, welcher die Aufnahme des zweiten Mittelhandknochens der rechten Hand umfaßt, eingeben.
Ferner, falls erforderlich, kann die automatische Aufnahmeerfassungseinheit so ausgebildet sein, daß sie Werte für die Abstände a, b, c und d zum Definieren eines Objektmeßbereichs oder eines jeden aus einer Vielzahl von Objektmeßbereichen eingeben und außerdem sequentiell Aufnahmen erfassen kann, welche in der Vielzahl von Objektmeßbereichen gebildet sind, und desweiteren in der Lage ist, die Daten der Aufnahmen jeweils in Kombination mit den Positionen der entsprechenden Objektmeßbereiche zu speichern.
Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform erfordert eine Aufnahmespeichervorrichtung, welche eine sehr kleine Anzahl von Aufnahmespeichern umfaßt, kann Aufnahmen in einer sehr kurzen Aufnahmeerfassungszeit erfassen und kann, falls erforderlich, selektiv die in einer Vielzahl von Objektmeßbereichen gebildeten Aufnahmen erfassen.
Da sie nur eine geringe Anzahl von Aufnahmespeichern benötigt, kann die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform leicht als kompakte, tragbare Konstruktion ausgebildet sein und ist in der Lage, eine schnelle Knochenmorphometrie durchzuführen.
Eine Knochenmorphometrievorrichtung einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben. Diese Knochenmorphometrievorrichtung ist in der Lage, röntgenographische Aufnahmen, einschließlich derjenigen einer Knochenprobe auf einem Röntgenfilm, ungeachtet der Veränderungen in der Position dieser röntgenographischen Aufnahmen zuverlässig und effizient zu erfassen.
Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform weist die in den Figuren 1 und 3 gezeigte Konfiguration als Grundkonfiguration auf und umfaßt grobe Aufnahmeerfassungsmittel zum groben Erfassen von in einem breiten Objektmeßbereich gebildeten Aufnahmen, einschließlich derjenigen der Standardsubstanz und einer Knochenprobe, während der Film von der Filmzuführvorrichtung der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit zugeführt wird, um Daten von Bildelementen in einer dünnen Verteilung zu erhalten, sowie eine Bildwiedergabevorrichtung zum Wiedergeben eines groben Bildes, repräsentiert durch die von den groben Aufnahmeerfassungsmitteln erhaltenen Daten, desweiteren eine Objektmeßbereicheinstellvorrichtung zum Spezifieren von engen Objektmeßbereichen, welche jeweils die jeweiligen kleinen Bereiche der Aufnahmen der Standardsubstanz und der Knochenprobe in dem von der Bildwiedergabevorrichtung wiedergegebenen groben Bild einschließen, und eine genaue Aufnahmeerfassungsvorrichtung zum genauen Erfassen der jeweiligen kleinen Bereiche der Aufnahmen, welche jeweils in den von der Objektmeßbereicheinstellvorrichtung spezifizierten engen Objektmeßbereichen eingeschlossen sind, während der Film von der Filmzuführvorrichtung zugeführt wird, um Daten von Bildelementen mit einer dichten Verteilung zu erhalten.
Das grobe Aufnahmerfassungsmittel dieser Ausführungsform erfaßt die Bildelemente, welche mit einer dünnen Verteilung im gesamten Bereich des Films einschließlich der jeweiligen Aufnahmen der Standardsubstanz und der Knochenprobe verteilt sind, mittels der linearen Aufnahmeerfassungseinheit, während der Film mit einer Zuführgeschwindigkeit für grobes Erfassen zugeführt wird, die höher ist als eine Zuführgeschwindigkeit für feines Erfassen für das Zuführen des Films zum feinen Erfassen. Vorzugsweise beträgt die Grob-Zuführgeschwindigkeit für die grobe Erfassung das Zwei- bis Sechzehnfache der Fein-Zuführgeschwindigkeit für die feine Erfassung. Wenn die Grob-Zuführgeschwindigkeit das Achtfache der Fein-Zuführgeschwindigkeit ist, beträgt die Anzahl der durch die grobe Erfassung erhaltenen Daten nur etwa ein 1/8 der durch das feine Erfassen erhaltenen Daten. Somit können die Aufnahmen in dem gesamten breiten Bereich durch eine kleine Anzahl von Aufnahmedaten repräsentiert werden, so daß diesen Aufnahmedaten nur ein kleiner Speicherbereich zugeteilt werden braucht.
Wie in Fig. 17 gezeigt, gibt die Bildwiedergabevorrichtung das Bild des gesamten breiten Bereichs wieder, welcher durch die Aufnahmedaten repräsentiert ist, die von der Grob-Aufnahmeerfassungsvorrichtung erhalten werden. Das in Fig. 3 gezeigte CRT 23 ist eine bevorzugte Bildwiedergabevorrichtung. In Fig. 17 werden das grobe Bild 211' eines Aluminiumstufenkeils, d.h. der Standardsubstanz, das grobe Bild 210 der Knochen der rechten Hand und das grobe Bild 211 der Knochen der linken Hand durch grobe Aufnahmeerfassung erhalten und auf dem Bildschirm 23a des CRT 23 wiedergegeben.
Vorzugsweise kann die Wiedergabevorrichtung die Aufnahmen mit einem Grobheitsgrad wiedergeben, der bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung im wesentlichen derselbe ist wie der Grobheitsgrad bezüglich der Filmzuführungsrichtung, um die Aufnahmen ohne Verzerrung wiederzugeben. Vorzugsweise wird die Verteilung der Aufnahmedaten bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung durch Software ausgedünnt, wodurch regelmäßig ein Teil der in der Aufnahmespeichervorrichtung gespeicherten groben Aufnahmedaten beim Wiedergeben der groben Aufnahmedaten weggelassen wird.
Die Verbesserung der Filmzuführgeschwindigkeit für das grobe Aufnahmeerfassen kann einfach durch Hinzufügen von Software bzw. Modifizieren der Software der Motorsteuerung erreicht werden. Die Verbesserung der Filmzuführgeschwindigkeit verringert die Aufnahmeerfassungszeit.
Die Objektmeßbereicheinstellvorrichtung dieser Ausführungsform spezifiziert enge Objektmeßbereiche, welche jeweils spezifizierte Bereiche der groben Aufnahmen der auf der Wiedergabeeinheit für grobe Aufnahmen wiedergegebenen groben Aufnahmen einschließen. Die engen Objektmeßbereiche können zwar durch jede geeignete Methode spezifiziert werden, doch wird eine den Cursor auf einem CRT verwendende Methode bevorzugt. Beispielsweise werden ein enger Objektmeßbereich 213, welcher einen Teil der Aufnahme des Aluminiumstufenkeils, d.h. des Standardblocks, und ein enger Objektmeßbereich 212, welcher einen Teil der Aufnahme 214 des zweiten Mittelhandknochens der rechten Hand einschließt, wie in Fig. 18 gezeigt spezifiziert.
Konkret, wie in Fig. 18 gezeigt, werden der Objektmeßbereich 212 durch Abstände e&sub1; und g&sub1; von der rechten Kante bzw. der unteren Seitenkante des Bildschirms und Längen f&sub1; und h&sub1; und der Objektmeßbereich 213 durch Abstände e&sub2; und g&sub2; von der rechten Kante bzw. der unteren Seitenkante des Bildschirms und Längen f&sub2; und h&sub2; durch Verschieben des Cursors spezifiziert. Die Länge f&sub2; zum Spezifizieren des Objektmeßbereichs 213 in der Aufnahme 211' des Aluminiumstufenkeils kann sehr klein sein, um einen Objektmeßbereich wie eine einzelne dünne Linie zu spezifizieren. Die Vorrichtung für feine Aufnahmeerfassung dieser Ausführungsform erfaßt die Bereiche der Aufnahmen in den durch die Objektmeßbereicheinstellvorrichtung für feine Aufnahmeerfassung spezifizierten engen Objektmeßbereichen mit einer hohen Genauigkeit durch die automatische Aufnahmeerfassungseinheit, während der Film zugeführt wird. Vorzugsweise wird der Film bei einer Filmzuführgeschwindigkeit zugeführt, welche unter der Filmzuführgeschwindigkeit für grobes Aufnahmeerfassen liegt, um Aufnahmedaten mit einer dichten Bildelementverteilung bezüglich der Filmzuführungsrichtung zu erhalten. Ferner ist die feine Aufnahmeerfassungsvorrichtung vorzugsweise mit Umwandlungsmitteln zum Umwandeln des spezifizierten Objektmeßbereichs in einen Filmzuführabstand und einen Erfassungsbereich bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung zum effizienten feinen Aufnahmeerfassen ausgestattet. Beispielsweise werden die in Fig. 18 gezeigten Abstände e&sub1;, g&sub1;, e&sub2; und g&sub2; und die Längen f&sub1;, h&sub1;, f&sub2; und h&sub2; durch die Umwandlungsmittel umgewandelt; der Abstand e&sub1; und die Länge f&sub1; des Objektmeßbereichs 212 werden in entsprechende Filmzuführabstände umgewandelt, der Abstand g&sub1; und die Länge h&sub1; des Objektmeßbereichs 212 werden in entsprechende Bereiche bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung umgewandelt, der Abstand e&sub2; und die Länge f&sub2; des Objektmeßbereichs 213 werden in entsprechende Filmzuführabstände umgewandelt und der Abstand g&sub2; und die Länge h&sub2; des Objektmeßbereichs 213 werden in entsprechende Bereiche bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung umgewandelt. Für die feine Aufnahmeerfassung wird der Film vorzugsweise in eine Richtung umgekehrt zu der Filmzuführungsrichtung für die grobe Aufnahmeerfassung bewegt, der Film wird nur während der Zeit bei der niedrigeren Filmzuführgeschwindigkeit bewegt, während der sich die Vorrichtung für die feine Aufnahmeerfassung relativ zu dem Film durch die Längen f&sub1; und f&sub2; bewegt, und die Aufnahmeerfassungsvorrichtung funktioniert nur in den für die feine Aufnahmeerfassung spezifizierten Objektmeßbereichen. Das heißt, die Aufnahmeerfassungsvorrichtung funktioniert für die feine Aufnahmeerfassung nur im Bereich h&sub1;, während sie sich relativ zu dem Film durch den Abstand f&sub1; bewegt, und nur im Bereich h&sub2;, während sie sich durch den Abstand f&sub2; bewegt.
Ein solcher Aufnahmeerfassungsmodus der Vorrichtung für feine Aufnahmeerfassung gewährleistet und erleichtert das exakte Erfassen von Bereichen der jeweiligen Aufnahmen des Standardblocks und der Knochenprobe, welche für die Knochenmorphometrie wesentlich sind.
Während des Vorgangs der feinen Aufnahmeerfassung wird der Schrittmotor der Filmzuführungsvorrichtung so gesteuert, daß der Film bei der höheren Filmzuführgeschwindigkeit zugeführt wird, während sich die automatische Aufnahmeerfassungseinheit relativ zu dem Film durch andere Bereiche als die den Längen f&sub1; und f&sub2; entsprechenden Bereiche bewegt, um den Vorgang der feinen Aufnahmeerfassung effizient durchzuführen.
Somit wird die Schrittfrequenz des Schrittmotors für den Vorgang der feinen Aufnahmeerfassung verringert, um die Aufnahmen auf dem Röntgenfilm zu erfassen, indem das dem Schrittmotor zugeführte Pulssignal so gesteuert wird, daß der Röntgenfilm intermittierend jeweils um einen dem Abstand der Rasterlinien voneinander entsprechenden Abstand weitergeführt wird. Beim Erfassen des Bereichs der Aufnahme, welcher in dem Objektmeßbereich 212 eingeschlossen ist, wird die Anzahl der Bildelemente in einem Bereich bezüglich der Richtung der Erstreckung des linearen Aufnahmedetektors 42 entsprechend der Länge h&sub1; von einem Bildelementezähler gezählt und nur die Daten der Bildelemente in diesem Bereich werden erfaßt und gespeichert, beispielsweise in einem Aufnahmespeicher. Der Bereich der Aufnahme in dem Objektmeßbereich 213 wird ebenso erfaßt.
Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform ist durch die Verwendung einer Vorrichtung mit solchen Aufnahmeerfassungsfunktionen wie die automatische Aufnahmeerfassungsvorrichtung gekennzeichnet.
Die durch den genauen Aufnahmeerfassungsvorgang erhaltenen Aufnahmedaten, welche die Mengen an durch die detektierten Positionen auf der Aufnahme der Knochenprobe transmittiertem Licht darstellen, werden in digitale Signale umgewandelt, welche die jeweiligen Dicken der Stufen des Aluminiumstufenkeils entsprechend den jeweiligen Dichten an detektierten Positionen auf der Aufnahme darstellen, um digitale Daten zu erhalten. Die Daten, welche die Mengen an durch die jeweiligen Aufnahmen der Knochenprobe und des Aluminiumstufenkeils transmittiertem Licht repräsentieren, können verwendet werden, ohne daß sie in digitale Signale umgewandelt werden. Die digitalen Daten werden in einer geeigneten Speichervorrichtung gespeichert, wie etwa dem in Fig. 3 gezeigten Aufnahmespeicher 56. Die morphometrische Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 verarbeitet die gespeicherten digitalen Daten in der zuvor beschriebenen Weise für die Knochenmorphometrie. Die Ergebnisse des morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungsvorgangs werden durch die Ausgabevorrichtung wie etwa den Drucker 25 geliefert.
Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform kann den Aufnahmeerfassungsvorgang sicher und rasch durchführen und eine akkurate Knochenmorphometrie erzielen, ohne den Speicherraum durch Röntgenfilme mit den Aufnahmen von Knochenproben in unterschiedlichen Positionen zu vergrößern.
Ein Knochenmorphometrieverfahren und eine Knochenmorphometrievorrichtung mit der in den Figuren 1 und 3 gezeigten Konfiguration in weiteren bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben. Dieses Knochenmorphometrieverfahren und diese Knochenmorphometrievorrichtung verkörpern Verbesserungen zum Lösen des Problems, daß ein dunkler Bereich einer röntgenographischen Aufnahme nicht genau gemessen und die akkuraten Daten desselben nicht erhalten werden kännen aufgrund eines Übersprechens in dem linearen, CCD-Elemente umfassenden Aufnahmedetektor, wenn ein elektrisches Signal, welches die Menge an durch einen hellen Bereich neben dem dunklen Bereich transmittiertem Licht darstellt, groß ist.
Vor der Knochenmorphometrie einer Knochenprobe unter Verwendung der Lichtmenge, welche durch einen die jeweiligen Aufnahmen der Knochenprobe und einer Standardsubstanz mit unterschiedlichen Dicken enthaltenden Röntgenfilm transmittiert wird, wird eine vorher bestimmte geringe Lichtmenge L&sub0; auf einen Bereich der Aufnahme der Standardsubstanz entsprechend der Umgebung der Kante des dicksten Endes der Standardsubstanz angewendet und die Menge des durch diesen Bereich transmittierten Lichts gemessen, um einen Bereich der Aufnahme der Standardsubstanz entsprechend der Kante des dicksten Endes der Standardsubstanz zu detektieren; eine vorher bestimmte Lichtmenge L, welche größer ist als die Menge L&sub0;, wird auf die Aufnahme der Standardsubstanz angewendet, um die Beziehung zwischen der Dicke der Standardsubstanz und der Gradation der Aufnahme auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Menge an transmittiertem Licht und dem Abstand von der Kante des dicksten Endes der Standardsubstanz zu bestimmen.
Beim Detektieren des Bereichs der Aufnahme entsprechend der Kante des dicksten Endes der Standardsubstanz wie etwa eines Aluminiumstufenkeils oder einer Aluminiumschräge durch das Knochenmorphometrieverfahren dieser Ausführungsform wird die Lichtmenge L&sub0;, welche kleiner ist als die Lichtmenge L, die beim Erfassen der jeweiligen Aufnahmen der Standardsubstanz und der Knochenprobe auf den Film angewendet wird, auf die Umgebung des Bereichs der Aufnahme der Standardsubstanz entsprechend der Umgebung der Kante des dicksten Endes der Standardsubstanz angewendet, um die Aufnahme der Kante des dicksten Endes der Standardsubstanz zu erfassen.
Die Lichtmenge L&sub0; wird beispielsweise dadurch eingestellt, daß der CCD-Elemente umfassende, lineare Aufnahmedetektor 42 durch das von der linearen Lichtquelle 41 emittierte Licht direkt beleuchtet und die Dauer des Einschaltzustands der linearen Lichtquelle 41 angepaßt wird, so daß die von dem linearen Aufnahmedetektor 42 empfangene Lichtmenge im Bereich von 90 bis 95 % des Sättigungsgrads der CCD-Elemente liegt.
Die Lichtmenge L kann durch die im voranstehenden genannte Vorrichtung zum Anpassen des beleuchtenden Lichts mit der Fähigkeit, die Menge an beleuchtendem Licht gemäß des Zustands der Aufnahmen auf dem Röntgenfilm so anzupassen, daß eine akkurate Knochenmorphometrie erzielt werden kann, eingestellt werden.
Vorzugsweise wird ein der Kante des dicksten Endes des Standardblocks entsprechender Bereich der Aufnahme des Standardblocks, d.h. des Aluminiumstufenkeils, detektiert, da ein der Kante des dünnsten Endes des Standardblocks entsprechender Bereich der Aufnahme des Standardblocks in vielen Fällen nicht klar und daher das akkurate Detektieren des letzteren Bereichs schwierig ist. Zum Beispiel entspricht in der Aufnahme 311' des in Fig. 19 gezeigten Aluminiumstufenkeils das untere Ende dem dicksten Ende des Aluminiumstufenkeils und ist beim Beleuchten am hellsten.
Bei der Aufnahme 311' des in Fig. 19 gezeigten Aluminiumstufenkeils zum Beispiel, angenommen, die x-Achse ist die Mittellinie in Längsrichtung der Aufnahme 311', schneidet die x-Achse die untere Seitenkante des Films 22 an einem Punkt 0 und positive Werte für x, d.h. der Abstand von dem Punkt 0, werden auf der x-Achse aufwärts gemessen. Dann kann die Beziehung zwischen der Menge I an transmittiertem Licht und dem Abstand x von dem Punkt 0 typischerweise durch die Treppenkurve wie in Fig. 20A gezeigt dargestellt werden. Die Einheit für x entspricht einem 63,5 µm breiten Bildelement. Die Beziehung zwischen I und x wird in einer Speichervorrichtung gespeichert, wie etwa dem RAM-Speicher 62, und die mittlere Menge I (x) an transmittiertem Licht pro α wird für jeden Wert x von der MPU 60 berechnet. Vorzugsweise bedeutet α fünf bis zehn Bildelemente, beispielsweise sieben Bildelemente. Dann wird die Differenz D = I(x + β) - I(x) für jeden Wert x berechnet. Erwünscht ist ein Wert β im Bereich von zehn bis zwanzig Bildelementen, beispielsweise vierzehn Bildelemente, um den Einfluß von Rauschen zu verringern. Figur 20B zeigt eine typische Beziehung zwischen D und x. Eine einem Wert x für den größten Wert D entsprechende Position auf der Aufnahme 311' entspricht der Kante des dicksten Endes des Aluminiumstufenkeils. Ein üblicher Aluminiumstufenkeil hat zwanzig 10 mm breite Stufen mit einer gemeinsamen Dickendifferenz von 1 mm einschließlich der dünnsten Stufe mit einer Dicke von 1 mm und der dicksten Stufe mit einer Dicke von 20 mm, und eine Länge von 200 mm.
So ist diese Ausführungsform in der Lage, die Kante eines Bereichs der Aufnahme des Aluminiumstufenkeils zu detektieren, die der Kante der dicksten Stufe entspricht. Ferner kann das Knochenmorphometrieverfahren die Beziehung zwischen der Dicke des Aluminiumstufenkeils und der Menge an durch den Aluminiumstufenkeil transmittiertem Licht akkurat bestimmen, und zwar durch die Messung der Menge an transmittiertem Licht entlang der x-Achse durch Anwenden der Menge L an beleuchtendem Licht, welche größer ist als die Menge L&sub0; an beleuchtendem Licht, auf die Aufnahme des Aluminiumstufenkeils. Die Menge L an beleuchtendem Licht wird auf die Aufnahme der Knochenprobe angewendet und die Menge des durch die Aufnahme der Knochenprobe transmittierten Lichts wird gemessen, und dann wird die Menge an transmittiertem Licht in die entsprechenden Dicken der Stufen des Aluminiumstufenkeils unter Bezugnahme auf die bekannte Beziehung zwischen der Menge an transmittiertem Licht und der Dicke der Stufen des Aluminiumstufenkeils für weitere akkurate Knochenmorphometrievorgänge umgewandelt.
Die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform kann das im voranstehenden beschriebene Knochenmorphometrieverfahren ausführen und ist gekennzeichnet durch Aufnahmeerfassungsmittel, umfassend Mittel zum Detektieren der Kante der Aufnahme einer Standardsubstanz entsprechend der Kante der Standardsubstanz, während die kleinere Menge L&sub0; an beleuchtendem Licht auf die Aufnahme der Standardsubstanz angewendet wird, und Mittel zum Erfassen der jeweiligen Aufnahmen der Standardsubstanz und der Knochenprobe, während die größere Menge L an beleuchtendem Licht auf die Aufnahmen angewendet wird. Die Menge an beleuchtendem Licht kann gesteuert werden, beispielsweise durch einen Leuchtfrequenzsteuerkreis zum Steuern der Leuchtfrequenz und daher der Leuchtdauer der Lichtquelle, etwa einer Leuchtdiode.
Die Aufnahmespeichervorrichtung der die vorliegende Erfindung verkörpernden Knochenmorphometrievorrichtung kann jede Speichervorrichtung mit der Fähigkeit zum Speichern von digitalen Signalen sein, welche durch Umwandeln der Menge an durch die röntgenographische Aufnahme der Knochenprobe transmittiertem Licht in Kombination mit entsprechenden Positionen auf dem Röntgenfilm erhalten werden. Der in Fig. 3 gezeigte Aufnahmespeicher 56 ist eine beispielhafte Aufnahmespeichervorrichtung.
Die Funktionen der Mittel zum Detektieren der Kante unter Verwendung der Menge L&sub0; an beleuchtendem Licht und der Mittel zum Erfassen der Aufnahme unter Verwendung der Menge L an beleuchtendem Licht können durch die lineare Lichtquelle 41 und den linearen Aufnahmedetektor 42 der automatischen Aufnahmeerfassungseinheit 31, gezeigt in Fig. 3, durchgeführt werden. Die Funktionen des Leuchtfrequenzsteuerkreises können durch den Lichtquellensteuerkreis 45 ausgeführt werden.
Nach dem Speichern der Daten der röntgenographischen Aufnahme der Knochenprobe in dem Aufnahmespeicher 56 können die gespeicherten Daten leicht von der morphometrischen Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 verarbeitet werden. Das Knochenmorphometrieverfahren bzw. die Knochenmorphometrievorrichtung dieser Ausführungsform können sicher und akkurat die Aufnahme des Standardblocks, d.h. des Aluminiumstufenkeils, für weitere akkurate Knochenmorphometrievorgänge erfassen.
Ein morphometrisches Knochenevaluationssystem einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben. Das morphometrische Knochenevaluationssystem umfaßt die im voranstehenden beschriebene Knochenmorphometrievorrichtung für die Knochenmorphometrie einer Knochenprobe, erste Übertragungsmittel zum Übertragen von durch die Knochenmorphometrievorrichtung erhaltenen Knochenmorphometriedaten, eine morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung, welche die durch die Übertragungsmittel übertragenen Knochenmorphometriedaten speichert und die Knochenprobe unter Verwendung der gespeicherten Knochenmorphometriedaten, von in der Vergangenheit erhaltenen Knochenmorphometriedaten und, falls erforderlich, anderen Daten ausgewertet, sowie zweite Übertragungsmittel zum Übertragen der Ergebnisse der morphometrischen Knochenevaluation der Knochenprobe zu der Knochenmorphometrievorrichtung.
Die Knochenmorphometrievorrichtung ist eine Vorrichtung wie in Fig. 3 gezeigt, welche Aufnahmen verarbeitet, die anhand von durch die jeweiligen röntgenographischen Aufnahmen eines Standardblocks und einer Knochenprobe auf einem Röntgenfilm transmittiertem Licht gebildet werden.
Die morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung umfaßt Speichermittel zum Speichern von durch die Kommunikationsmittel hierzu übertragenen Knochenmorphometriedaten sowie Prüfmittel zum Auswerten der Daten der Knochenprobe einschließlich des Knochenmineralgehalts durch die Analyse der darin eingegebenen morphometrischen Knochenaufbaudaten in Kombination mit schon vorher darin gespeicherten morphometrischen Knochenaufbaudaten.
Falls möglich, können verschiedene morphometrische Knochenaufbaudateninformationen in die Prüfung einbezogen werden. Konkret bedeutet das die Prüfung der zeitabhängigen Veränderungen der Knochenprobe, basierend auf der Untersuchung der schon vorher erhaltenen morphometrischen Knochenaufbaudaten, und die Analyse des Unterschieds zwischen den jetzigen morphometrischen Knochenaufbaudaten und den letzten morphometrischen Knochenaufbaudaten. Das morphometrische Knochenevaluationssystem kann mit Funktionen zum Speichern von morphometrischen Kenndaten von Knochen gesunder Personen desselben Geschlechts und desselben Alters als Referenzkenndaten und zum Vergleichen der morphometrischen Kenndaten der Knochenprobe mit jenen Referenzkenndaten ausgestattet sein. Protokolle der zur Behandlung verordneten Medikamente können zur Verwendung in Kombination mit den morphometrischen Knochenaufbaudaten für die morphometrische Knochenevaluation gespeichert werden.
Figur 21 ist ein Blockdiagramm eines morphometrischen Knochenevaluationssystems einschließlich einer Knochenmorphometrievorrichtung, welche Röntgenaufnahmen verwendet.
Nun wird auf Fig. 21 Bezug genommen, gemäß welcher das morphometrische Knochenevaluationssystem eine morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung 351 sowie eine oder mehrere Knochenmorphometrievorrichtungen 20 umfaßt, welche durch Kommunikationsmittel 350 einschließlich erster und zweiter Übertragungsmittel wie etwa Fernsprechleitungen verbunden sind. Die morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung 351 umfaßt Speichermittel 353 und 354 und Prüfmittel 352. Vorzugsweise ist die morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung 351 mit Eigendiagnosemitteln versehen, um den Betriebszustand der Knochenmorphometrievorrichtung 20 zu überprüfen.
Die Eigendiagnosemittel überprüfen den Zustand der Eingaben, beispielsweise den Zustand der empfangenen Aufnahmedaten einer Knochenprobe, um sicherzustellen, daß der Zustand zufriedenstellend ist, und halten die normalen Funktionen der morphometrischen Knochenevaluationsvorrichtung aufrecht, indem sie die Ursachen von Betriebsstörungen ermitteln und beseitigen, um die korrekte Knochenmorphometrie der Knochenprobe zu gewährleisten.
Im Fall der praktischen Eigendiagnose der Knochenmorphometrievorrichtung 20, welche einen Röntgenfilm 22 mit der Röntgenaufnahme einer Knochenprobe verwendet, vergleicht eine zentrale Vorrichtung in regelmäßigen Zeitabständen den jeweiligen Ausgangspegel der Lichtquelle und des linearen Aufnahmedetektors 42 mit dem jeweiligen Referenzpegel, um die Säkulärdegradation der Lichtquelle und des linearen Aufnahmedetektors 42 festzustellen. Es ist wünschenswert, die damit verbundenen Geräte wieder einzustellen, wenn die Verschlechterung einen gegebenen Grenzwert überschritten hat.
Die morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung 351 kann mit allgemein bekannten Mitteln zum Ermitteln der Ursachen für Betriebsstörungen ausgestattet sein, einschließlich (1) Mitteln zum Überprüfen des Inhalts des Datenspeichers (RAM 62) und des Aufnahmespeichers (Aufnahmespeicher 56) des Rechners durch Verwenden von Kontrollsummen, (2) Mitteln zum Testen der Funktionen des Druckers, der CRT-Steuerung 64 und der Tastatur 26, (3) Mitteln zum Testen des Betriebs der Motorsteuerung durch Verwenden eines Standardtestfilms zum Testen der Filmzuführung, und (4) Mitteln zum Testen der Luminanzregulierung zum Überprüfen der Funktionen der Aufnahmeerfassungseinheit 31 und der Korrigierfunktion.
Es ist wünschenswert, die Eigendiagnosefunktionen in der Annahme zu realisieren, daß Schwankungen in der Lichtmenge bezüglich der Richtung der Breite des linearen Aufnahmedetektors für jede Messung der Röntgenaufnahme korrigiert werden, daß die grundlegenden Funktionen des Rechners und die Kommunikationsfunktionen durch Eigentests ohne Verwenden der Kommunikationsmittel überprüft werden und daß die grundlegenden Funktionen des Rechners und die Kommunikationsfunktionen normal sind.
Wenn Fernsprechleitungen als Kommunikationsmittel 350 verwendet werden, wird in der Praxis eine MODEM-Kommunikation unter Verwendung von öffentlichen Fernsprechleitungen oder die Verwendung einer Standleitung bevorzugt. Demgemäß ist die morphometrische Knochenaufbaudatenverarbeitungseinheit 32 der Knochenmorphometrievorrichtung 20 mit einem MODEM 67 ausgestattet.
Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung von praktisch und wirtschaftlich vorteilhaften Fernsprechleitungen durch das Übertragen einer kleinen Menge von vereinfachten Daten, etwa der Ergebnisse der durch die morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung durchgeführten morphometrischen Knochenevaluation und der Ergebnisse der durch die Knochenmorphometrievorrichtung durchgeführten Knochenmorphometrie, selbst wenn eine große Menge von Knochenaufbaudaten von Knochenproben produziert werden.
Die Vorrichtung 20 zum Bestimmen eines Knochenaufbaus des morphometrischen Knochenevaluationssystems der vorliegenden Erfindung wird jeweils an den Orten des röntgenographischen Betriebs für eine schnelle Knochenmorphometrie unmittelbar nach dem Röntgen von Knochenproben installiert, überträgt die vereinfachten Ergebnisse der Knochenmorphometrie zu der morphometrischen Knochenevaluationsvorrichtung 351, führt kollektiv die komplizierte Evaluation von Knochenproben durch, einschließlich des Vergleichs der vereinfachten Ergebnisse mit gespeicherten morphometrischen Knochenaufbaudaten durch die morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung 351, und meldet die Ergebnisse der morphometrischen Knochenevaluation unmittelbar danach zurück.
Die Inhalte der Kommunikation zwischen jeder Knochenmorphometrievorrichtung 20 und der morphometrischen Knochenevaluationsvorrichtung 351 sind beispielsweise (1) Information über die untersuchte Person einschließlich einer Kenn-Nummer zur Identifikation der untersuchten Person, mit Namen, Geburtsdaten, Datum der ersten Eintragung, Diagnose, den letzten morphometrischen Knochenaufbaudaten und Datenspeicherungsort, (2) die morphometrischen Knochenaufbaudaten der untersuchten Person einschließlich der Datennummer, des Datum der Röntgenaufnahme, der Meßbeleuchtungsstärke und Σ GS, und (3) Systemdaten einschließlich der Anzahl aller registrierten untersuchten Personen, der Nummer der Knochenmorphometrievorrichtung, der Bezeichnung der Einrichtung und der Ergebnisse der Eigendiagnose der Vorrichtung.
Das solchermaßen konstruierte morphometrische Knochenevaluationssystem führt eine morphometrische Knochenevaluation an einem Ort durch, der weit von der Knochenmorphometrievorrichtung 20 entfernt ist, und meldet dann die Ergebnisse der morphometrischen Knochenevaluation zurück, wodurch eine rasche Knochenmorphometrie und Knochenmorphometrie ermöglicht werden. Ferner ermöglicht das morphometrische Knochenevaluationssystem die Verwendung der Knochenmorphometrievorrichtung an entlegenen Orten und stellt eine akkurate Knochenmorphometrie sicher.
Ferner ist das morphometrische Knochenevaluationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, bestehende Fernsprechleitungen als Kommunikationsmittel zu verwenden, realisiert eine kollektive und effiziente Knochenmorphometrie durch die Vielzahl der als Endgeräte in verschiedenen Regionen verteilten Knochenmorphometrievorrichtungen und die als Zentralgerät dienende einzelne morphometrische Knochenevaluationsvorrichtung. Das morphometrische Knochenevaluationssystem führt eine automatische morphometrische Knochenevaluation durch die automatische Knochenmorphometrie einschließlich des automatischen Erfassens von Röntgenaufnahmen oder Radiogrammen von Knochenproben rasch und effizient durch.

Claims

1. Vorrichtung (20) zum Bestimmen eines Knochenaufbaus, umfassend in Kombination:

ein automatisches Aufnahmeerfassungsmittel (31) zum automatischen Erfassen der Knochenaufbaudaten von der Aufnahme (22a) einer Knochenprobe, erhalten auf einem Röntgenfilm durch Bestrahlung der Knochenprobe zusammen mit einer gegebenen Standardsubstanz mit Röntgenstrahlen, durch die Anwendung von Licht auf die Aufnahme und durch die Detektion der von der Aufnahme beeinflußten Lichtmenge;

wobei das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) umfaßt:

ein automatisches Filmzuführungsmittel (44a, 44b) für die Zufuhr des Röntgenfilms (22),

eine lineare Lichtquelle (41) zum Emittieren von Licht für die Beleuchtung des Röntgenfilms (22), und

ein lineares Aufnahmedetektionsmittel (42) zum Detektieren der durch den Röntgenfilm (22) transmittierten Menge an transmittiertem Licht;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin umfaßt:

ein Aufnahmespeichermittel (56) zum Speichern der Knochenaufbaudaten der Aufnahme der Knochenprobe, erhalten durch das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31);

eine Arithmetikeinheit (32) zum Bearbeiten der Knochenaufbaudaten der in dem Aufnahmespeichermittel (56) für die Knochenaufbaubestimmung gespeicherten Aufnahme; und

eine Knochenaufbaudaten-Ausgabeeinheit zum Liefern der Ergebnisse der Knochenaufbaubestimmung, welche durch den Einsatz der Arithmetikeinheit erhalten sind; und

worin das automatische Filmzuführungsmittel (44a, 44b) des automatischen Aufnahmeerfassungsmittels (31) mit einer Filmzuführungskontrolle zum Zuführen des Röntgenfilms (22) versehen ist, um die Aufnahme der vorbestimmten Standardsubstanz zu erkennen und Steuerungsfunktionen derart durchzuführen, daß die Aufnahme durch das von der Lichtquelle emittierte Licht beleuchtet wird, und worin die Lichtquelle des automatischen Aufnahmeerfassungsmittels mit einer Einstellvorrichtung für die beleuchtende Lichtmenge zum Einstellen der Menge an beleuchtendem Licht versehen ist, so daß die Menge des durch einen gegebenen Teil der Standardprobe transmittierten Lichts in einem gegebenen Lichtmengenbereich liegt.

2. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:

ein Bildwiedergabemittel (23) zum Wiedergeben eines Bildes entsprechend der Aufnahme der Knochenprobe, dargestellt durch die von dem automatischen Aufnahmeerfassungsmittel (31) erhaltenen Knochenaufbaudaten; und

ein Punkteingabemittel (24) zum Eingeben von Punkten zur Spezifizierung von für die Bestimmung des Knochenaufbaus notwendigen Referenzpositionen auf dem Bild der Knochenprobe, welches durch das Bildwiedergabemittel (23) dargestellt wird.

3. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 2, weiterhin umfassend ein Gehäuse (21), welches auf seiner Vorderseite mit dem Bildschirm des Bildwiedergabemittels (23) versehen ist.

4. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 2, worin das Punkteingabemittel (24) in der Lage ist, die Punkte, welche die für die Bestimmung des Knochenaufbaus notwendigen Referenzpositionen spezifizieren, auf dem Bild der Knochenprobe sowohl zu löschen als auch die Punkte einzugeben.

5. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 2, worin das Punkteingabemittel (24) ein Markierungswiedergabemittel zum Wiedergeben vorbestimmter Markierungen umfaßt, welche die Punkte auf dem Bildwiedergabemittel in vorbestimmten Bildern kontrastbildend zum Hintergrund darstellen, und wobei das Markierungswiedergabemittel die betreffenden Dichten von Bereichen für die Bildung der Markierungen auf dem Bildschirm des Bildwiedergabemittels umkehrt, um die Markierungen kontrastbildend zum Hintergrund wiederzugeben.

6. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 1, worin die Arithmetikeinheit (32) beinhaltet:

ein erstes Glättungsmittel zum Erhalt eines ersten geglätteten Dichtemusters durch anfängliches Erhalten einer Mehrzahl von Dichtemustern der Aufnahme (22) der Knochenprobe zusammen mit einer Mehrzahl von verschiedenen, im wesentlichen parallelen Rasterlinien in einem vorbestimmten Objektmeßbereich der Aufnahme der Knochenaufbaudaten, welche durch das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) erfaßt sind, und durch nachfolgendes Mitteln der Mehrzahl von Dichtemustern der Aufnahme; und

ein Umwandlungsmittel für Musterdaten zum Umwandeln von Dichtedaten des ersten geglätteten Dichtemusters in Dichtedaten, welche eine Dicke der Standardsubstanz ausdrükken, um ein Umwandlungsmuster zu erhalten.

7. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 1, worin das Filmzuführungskontrollmittel ein intermittierendes Zuführungskontrollmittel ist, welches einen Schrittmotor beinhaltet, und welches in der Lage ist, den Schrittmotor derart zu steuern, daß der Röntgenfilm (22) intermittierend mit einer festgelegten Geschwindigkeit zugeführt wird.

8. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 1, worin das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) umfaßt:

ein Bereichdurchsuchungsmittel zum Durchsuchen der Aufnahme der gegebenen Standardsubstanz nach einem Bereich, welcher eine vorbestimmte Bedingungen erfüllende Lichtmenge transmittiert;

ein erstes Entscheidungsmittel zum Treffen einer Entscheidung, ob ein Bereich der Menge an transmittiertem Licht für einen Objektmeßbereich für die Knochenaufbaubestimmung im Bereich der Menge an transmittiertem Licht für den Bereich in der Aufnahme der Standardsubstanz beinhaltet ist oder nicht;

ein zweites Entscheidungsmittel zum Treffen einer Entscheidung, ob die durch den Objektmeßbereich transmittierte Lichtmenge und die durch die Standardsubstanz transmittierte Lichtmenge einer gegebenen Auflösung entsprechen oder nicht; und

eine Einstellvorrichtung für das beleuchtende Licht zum Einstellen der durch die Lichtquelle (41) zu emittierenden Lichtmenge auf der Grundlage der Entscheidung, welche durch das erste Entscheidungsmittel getroffen ist.

9. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 8, worin das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) weiterhin ein drittes Entscheidungsmittel zum Treffen einer Entscheidung umfaßt, ob der Gammawert des Objektmeßbereichs nicht geringer als ein gegebener Wert ist oder nicht.

10. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 8, worin die Lichtquelle umfaßt:

ein erstes Mittel zum Erhalt der durch einen Teil der Standardsubstanz transmittierten Menge an transmittiertem Licht, größer als und ungefähr gleich der maximalen durch den Objektmeßbereich transmittierten Lichtmenge, wenn die zu emittierende Menge an beleuchtendem Licht erhöht wird;

ein zweites Mittel, um die zu emittierende Menge an beleuchtendem Licht so einzustellen, daß die Menge an transmittiertem Licht sich einer gegebenen maximalen Menge nähert;

ein drittes Mittel zum Durchsuchen des Objektmeßbereichs nach einer Fläche, welche eine die die gegebene Menge übertreffende Menge an transmittiertem Licht transmittiert, durch Reduzierung der zu emittierenden Menge an beleuchtendem Licht; und

ein viertes Mittel, um die zu emittierende Menge an beleuchtendem Licht auf der Grundlage einer geeigneten Menge an beleuchtendem Licht, abgeschätzt unter Berücksichtigung der Größe der Fläche, einzustellen.

11. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 8, worin das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) ein automatisches Filmzuführungsmittel (42, 42a) zum Zuführen des Röntgenfilms (22) beinhaltet und wobei die Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus (20) umfaßt:

ein Bildwiedergabemittel (23) zum Wiedergeben eines Bildes entsprechend der Aufnahme der Knochenprobe, welche durch die durch das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) erhaltenen Knochenaufbaudaten wiedergegeben ist;

ein Punkteingabemittel (24) zum Eingeben von Punkten zur Spezifizierung von Referenzpositionen auf dem Bild der Knochenprobe, welches auf dem Bildwiedergabemittel wiedergegeben ist;

ein Speichermittel (56) zum Speichern der Punkte, welche die Referenzpositionen spezifizieren; und

ein weiteres Punkteingabemittel zum Spezifizieren neuer Punkte auf der Grundlage der Punkte, welche die Referenzpositionen spezifizieren, welche in dem Speichermittel (56) gespeichert sind, wenn die Aufnahme der Standardsubstanz und der Objektmeßbereich in der Aufnahme (22a) der Knochenprobe automatisch durch das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) erfaßt sind, unter Verwendung einer eingestellten Menge an beleuchtendem Licht, durch erneute Durchführung der Knochenaufbaubestimmung der Aufnahme der Knochenprobe nach Einstellung der Menge an beleuchtendem Licht.

12. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 1, worin das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) umfaßt:

eine lineare Lichtquelle (41), welche sich senkrecht zu einer Filmzuführungsrichtung, in welcher der Röntgenfilm (22) zugeführt wird, erstreckt, zum Emittieren von beleuchtendem Licht für die Beleuchtung des Röntgenfilms;

eine Einstellvorrichtung für den Aufnahmeerfassungsbereich zum Einstellen

- eines ersten Abstands (a) von einer Referenzposition im Hinblick auf die Filmzuführungsrichtung für die Vorschubzuführung des Röntgenfilms,

- eines zweiten Abstands (b) für die Aufnahmeerfassungszuführung des Röntgenfilms,

- in der Verlängerung des ersten Abstands (a), eines dritten Abstands (c) von einer Referenzposition im Hinblick auf eine Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung längs der Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung, und

- eines Aufnahmeabtastabstands (d) in Verlängerung des dritten Abstands (c).

13. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 12, worin das automatische Filmzuführungsmittel umfaßt:

Zuführungsrollen (44a, 44b), welche derart angeordnet sind, daß sie den Röntgenfilm (22) einklemmen;

einen Schrittmotor zum Antreiben des Zuführungsrollenmittels (44a, 44b);

eine Pulssignalsteuerung zum Steuern oder Regeln eines Pulssignals für den Antrieb des Schrittmotors (51), und

ein Umwandlungsmittel

- zum Umwandeln des ersten Abstands (a) in ein entsprechendes Pulssignal zum Antreiben des Schrittmotors für die Vorschubzuführung des Röntgenfilms,

- zum Umwandeln des zweiten Abstands (b) in eine Anzahl von Rasterlinien, für welche das lineare Aufnahmedetektionsmittel die Aufnahmedetektionsoperation durchführt, und

- zum Umwandeln des dritten Abstands (c) und des Abtastabstands (d) in eine Anzahl von Detektionselementen des linearen Aufnahmedetektionsmittels.

14. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 12, worin die Einstellvorrichtung für den Aufnahmeerfassungsbereich umfaßt:

- ein externes Eingabemittel zum Eingeben des ersten, zweiten, dritten und Abtastabstands (a), (b), (c), (d); und

- ein Speichermittel zum Speichern des ersten, zweiten, dritten und Abtastabstands (a), (b), (c), (d), eingegeben durch das externe Eingabemittel.

15. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 12, worin der Röntgenfilm zwei Objektmeßbereiche für die Standardsubstanz und die Knochenprobe und eine Aufnahme zur Kalibrierung aufweist,

worin das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) eine Einstellvorrichtung für den Objektbereich zum Einstellen des ersten, zweiten, dritten und Abtastabstands (a), (b), (c), (d) für jeden der Objektbereiche aufweist, und

worin das Aufnahmespeichermittel (56) ein Aufnahmespeichermittel zum Speichern von Aufnahmen aufweist, welche von den beiden Objektbereichen erfaßt werden.

16. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 1, worin das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) umfaßt:

eine lineare Lichtquelle (41), welche sich senkrecht zu einer Filmzuführungsrichtung, in welcher der Röntgenfilm zugeführt wird, erstreckt, zum Emittieren von beleuchtendem Licht zur Beleuchtung des Röntgenfilms (22);

ein grobes Erfassungsmittel für Aufnahmen zum groben Erfassen von Aufnahmen, beinhaltend diejenigen der Standardsubstanz und der Knochenprobe, welche in einem weiten Objektmeßbereich gebildet sind, um die Daten der Bildelemente in einer groben Verteilung zu erhalten, während der Röntgenfilm durch das automatische Filmzuführungsmittel zugeführt wird;

ein Wiedergabemittel (23) zum Wiedergeben eines groben Bildes, welches durch die durch das grobe Erfassungsmittel für Aufnahmen erhaltenen Daten dargestellt ist;

ein Objektmeßbereich-spezifizierendes Mittel zum Spezifizieren enger Objektmeßbereiche, beinhaltend die jeweiligen kleinen Teile der Aufnahmen der Standardsubstanz und der Knochenprobe in dem groben Bild, welches durch das Wiedergabemittel wiedergegeben ist; und

ein genaues Erfassungsmittel für Aufnahmen zum Erfassen von Teilen der Aufnahmen der Standardsubstanz und der Knochenprobe in den engen Objektmeßbereichen, welche durch das Objektmeßbereich-spezifizierende Mittel spezifiziert sind, in einer dichten Bildelementverteilung durch das Aufnahmedetektionsmittel (42), während der Röntgenfilm durch das automatische Filmzuführungsmittel (44a, 44b) zugeführt wird.

17. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 16, worin das grobe Erfassungsmittel für Aufnahmen die Daten der Bildelemente in einer dünnen Verteilung in bezug auf die Filmzuführungsrichtung erfaßt, während der Röntgenfilm bei einer höheren Zuführungsgeschwindigkeit durch das automatische Filmzuführungsmittel (44a, 44b) zugeführt wird.

18. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 17, worin das Wiedergabemittel (23) zum Wiedergeben des groben Bildes, welches durch die durch grobes Aufnahmeerfassen erhaltenen Daten der Bildelemente ausgedrückt ist, das Bild in einem Grobheitsgrad wiedergibt in bezug auf eine Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung, welcher im wesentlichen der gleiche ist wie der Grobheitsgrad in bezug auf die Filmzuführungsrichtung.

19. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 18, worin das Objektmeßbereich-spezifizierende Mittel die engen Bereiche, beinhaltend Teile der Bilder der Standardsubstanz und der Knochenprobe, durch Orten eines Cursors auf den Bildern spezifiziert, welche auf dem Wiedergabemittel zum Wiedergeben des groben Bildes wiedergegeben sind.

20. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 16, weiterhin umfassend ein Datenumwandlungsmittel zum Umwandeln der engen Objektmeßbereiche, welche durch das Objektmeßbereich-spezifizierende Mittel spezifiziert sind, in Daten, welche Filmzuführungsabstände und Erfassungsbereiche in bezug auf eine Richtung senkrecht zu der Filmzuführungsrichtung darstellen, damit das genaue Aufnahmeerfassungsmittel zur genauen Aufnahmeerfassung der Daten der Bildelemente, welche in einer dichten Verteilung in den spezifizierten engen Objektmeßbereichen verteilt sind, auf der Grundlage der durch das Datenumwandlungsmittel gelieferten Daten arbeitet.

21. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 1, worin das automatische Aufnahmeerfassungsmittel (31) umfaßt:

eine Lichtmengensteuerung (45) zum Steuern oder Regeln der Menge an beleuchtendem Licht für die Beleuchtung des Röntgenfilms;

ein Detektionsmittel zum Detektieren eines Teils der Aufnahme der Standardsubstanz entsprechend dem dickeren Ende der Standardsubstanz durch Messung der Lichtmenge, welche durch einen Teil der Aufnahme der Standardsubstanz entsprechend der Umgebung des dicksten Endes der Standardsubstanz transmittiert ist, während der Applikation einer gegebenen kleineren Menge an beleuchtendem Licht auf denselben Teil der Aufnahme entsprechend der Umgebung des dicksten Endes der Standardsubstanz; und

eine Meßvorrichtung (42) zum Messen der Menge des transmittierten Lichts, welches durch die auf dem Röntgenfilm erhaltene Aufnahme der Standardsubstanz transmittiert ist, während der Anwendung einer gegebenen größeren Menge an beleuchtendem Licht auf die Aufnahme der Standardsubstanz, um die Beziehung zwischen der Menge transmittierten Lichts und des Abstands von dem dickeren Ende der Aufnahme der Standardsubstanz zu bestimmen.

22. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 6, worin die Arithmetikeinheit weiterhin umfaßt ein zweites Glättungsmittel zum Erhalt eines zweiten geglätteten Dichtemusters durch Mitteln von Werten für eine Mehrzahl von Punkten auf den Rasterlinien des ersten geglätteten Dichtemusters des Umwandlungsmusters, und worin die Daten, welche das zweite geglättete Dichtemuster darstellen, für die Bestimmung des Knochenaufbaus der Knochenprobe weiterverarbeitet werden.

23. Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 22, worin das Umwandlungsmittel für Musterdaten das Dichtemuster in ein Dickemuster umwandelt, welches durch die Dicke der Standardsubstanz auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Dicke der Standardsubstanz und der Menge des transmittierten Lichts, welches durch Messung der Lichtmenge, die durch das auf dem Röntgenfilm erhaltene Bild der Standardsubstanz transmittiert ist, bestimmt ist.

24. Ein Prüfsystem zum Bestimmen eines Knochenaufbaus umfassend:

eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus (20) für die Bestimmung eines Knochenaufbaus einer Knochenprobe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23;

ein erstes Übertragungsmittel zum Übertragen der durch die Bestimmung des Knochenaufbaus der Knochenprobe erhaltenen Knochenaufbaudaten als Ausgabedaten;

ein Prüfmittel zum Bestimmen eines Knochenaufbaus zum Speichern der Knochenaufbaudaten, welche durch das erste Übertragungsmittel dorthin übertragen sind, und zum Durchführen der Prüfung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus der Knochenprobe durch Verwendung der gespeicherten Knochenaufbaudaten in Verbindung mit entsprechenden früher gespeicherten Knochenaufbaudaten und, falls notwendig, weiteren gespeicherten Daten; und

ein zweites Übertragungsmittel zum Übertragen der durch das Prüfmittel zum Bestimmen eines Knochenaufbaus erhaltenen Ergebnisse der Prüfung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus der Knochenprobe an die Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus.

25. Prüfsystem zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 24, worin das erste und zweite Übertragungsmittel Fernsprechleitungen verwenden.

26. Prüfsystem zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 24, worin das Prüfmittel zum Bestimmen eines Knochenaufbaus eine einzige Prüfvorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus (20) ist, und zusätzlich eine oder mehrere Vorrichtungen zum Bestimmen eines Knochenaufbaus (20) durch das erste und zweite Übertragungsmittel mit der Prüfvorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus verbunden sind.

27. Prüfsystem zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 24, worin die Vorrichtung zum Bestimmen eines Knochenaufbaus mit einem Eigendiagnosemittel zum Diagnostizieren der eigenen Arbeitsbedingungen versehen ist.

28. Ein Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus umfassend:

einen Aufnahmeerfassungsschritt zum Erfassen einer radiographischen Aufnahme einer Knochenprobe, welche durch Bestrahlen der Knochenprobe mit radioaktiven Strahlen und durch Aufzeichnen der transmittierten radioaktiven Strahlen, welche durch die Knochenprobe transmittiert werden, erhalten wird, wobei der Aufnahmeerfassungsschritt durch Beleuchten eines Röntgenfilms, der die jeweiligen Aufnahmen der Knochenprobe und einer gegebenen Standardsubstanz trägt, welche eine unterschiedliche, auf diesem gleichzeitig erhaltene Dicke aufweist, und durch Verwenden der Lichtmenge, welche durch den Röntgenfilm transmittiert wird, durchgeführt wird;

wobei der Schritt des Beleuchtens eines Röntgenfilms die Schritte umfaßt:

- Bestimmen eines Bereichs in der Aufnahme der Standardsubstanz, welcher eine Menge an transmittiertem Licht, die eine gegebene Bedingung erfüllt, transmittiert;

- Treffen einer ersten Entscheidung, ob der Bereich für die Lichtmenge, welche durch einen Objektmeßbereich transmittiert wird, in einem Bereich für die Lichtmenge, welche durch den Bereich in der Aufnahme der Standardsubstanz transmittiert wird, welcher in dem Bereichsbestimmungsschritt bestimmt wird, beinhaltet ist oder nicht;

- Treffen einer zweiten Entscheidung, ob die Lichtmenge, welche durch den Objektmeßbereich transmittiert wird, und die entsprechende Lichtmenge, welche durch die Aufnahme der Standardsubstanz transmittiert wird, einer gegebenen Auflösung entspricht oder nicht; und

- Einstellen der Menge an beleuchtendem Licht, welche auf den Röntgenfilm appliziert wird, entsprechend der zweiten Entscheidung;

einen Musterglättungsschritt zum Erhalten eines ersten geglätteten Dichtemusters durch Mitteln einer Mehrzahl von Dichtemustern der jeweiligen Punktdichten auf einer Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Rasterlinien um einen Objektmeßbereich des Bildes herum;

einen Datenumwandlungsschritt zum Umwandeln der Daten, welche das erste geglättete Dichtemuster darstellen, in solche, welche die Dicke einer Standardsubstanz darstellen, damit ein umgewandeltes Dichtemuster erhalten wird; und

einen arithmetischen Schritt zum Verarbeiten der Daten, welche das umgewandelte Dichtemuster darstellen, damit der Knochenaufbau der Knochenprobe erhalten wird.

29. Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 28, worin ein zweites geglättetes Dichtemuster erhalten wird durch Mitteln der Daten des umgewandelten Dichtemusters über eine Mehrzahl von Punkten in der Umgebung der Rasterlinie, damit das umgewandelte Dichtemuster nach dem Datenumwandlungsschritt erhalten wird, und worin die Daten des zweiten geglätteten Dichtemusters im arithmetischen Schritt verwendet werden.

30. Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 28, worin die Aufnahmedaten der Aufnahme der Knochenprobe, erhalten zusammen mit derjenigen einer gegebenen Standardsubstanz, welche eine unterschiedliche Dicke auf einem Röntgenfilm aufweist, in dem Aufnahmeerfassungsschritt erhalten werden durch Beleuchten der Aufnahme der Knochenprobe und Detektieren der Lichtmenge, welche durch das Bild der Knochenprobe transmittiert wird, und worin die Daten des Dichtemusters in solche, welche die Dicke des Standardmusters ausdrücken, auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Dicke der Standardsubstanz und der Menge an transmittiertem Licht im Datenumwandlungsschritt umgewandelt werden.

31. Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 28, worin eine dritte Entscheidung, ob der Gammawert des Objektmeßbereichs größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht, nach der zweiten Entscheidung getroffen wird.

32. Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 28, worin durch Zunahme der Menge an beleuchtendem Licht eine Menge des transmittierten Lichts, welche durch die Standardsubstanz transmittiert wird, größer als und ungefähr gleich der maximalen Menge des transmittierten Lichts, welches durch den Objektmeßbereich transmittiert wird, bestimmt wird, und worin die Menge an beleuchtendem Licht derart eingestellt wird, daß die Menge des transmittierten Lichts nicht größer als und ungefähr gleich einem vorbestimmten Wert ist.

33. Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 28, worin durch Reduzieren der Menge an beleuchtendem Licht ein Teil des Objektmeßbereichs, welcher eine Menge des transmittierten Lichts transmittiert, die einen vorbestimmten Wert übersteigt, detektiert wird, und worin eine geeignete Menge an beleuchtendem Licht unter Berücksichtigung der Größe des Teils abgeschätzt und die Menge an beleuchtendem Licht entsprechend der geschätzten geeigneten Menge an beleuchtendem Licht eingestellt wird.

34. Verfahren zum Bestimmen eines Knochenaufbaus nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch:

Applizieren einer vorbestimmten kleineren Menge L&sub0; an beleuchtendem Licht auf einen Teil der Aufnahme der Standardsubstanz entsprechend der Umgebung des dickeren Endes der Standardsubstanz,

Detektieren der Menge des transmittierten Lichts, welches durch den Teil der Aufnahme der Standardsubstanz transmittiert wird, damit das dickere Ende der Aufnahme der Standardsubstanz detektiert wird,

Applizieren einer vorbestimmten größeren Menge an beleuchtendem Licht größer als die Menge auf die Aufnahme der Standardsubstanz, damit die Beziehung zwischen der Dicke der Standardsubstanz und der Gradation der Aufnahme derselben auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Lichtmenge, welche durch die Aufnahme der Standardsubstanz transmittiert wird, und des Abstands von dem detektierten Ende derselben bestimmt wird.