JP3279513B2 - 骨密度測定装置、骨密度測定方法及び骨密度測定用ファントム - Google Patents
骨密度測定装置、骨密度測定方法及び骨密度測定用ファントムInfo
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
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- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating thereof
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線ＣＴ装置を用
いた骨診断技術に関するものであり、特に、高齢化に伴
い生じる骨粗鬆症等の骨疾患の診断に好適に用いられる
骨密度測定装置および骨密度測定方法ならびに骨密度測
定用ファントムに関するものである。
いた骨診断技術に関するものであり、特に、高齢化に伴
い生じる骨粗鬆症等の骨疾患の診断に好適に用いられる
骨密度測定装置および骨密度測定方法ならびに骨密度測
定用ファントムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ｐＱＣＴ（peripheral Quant
itative Computed Tomography ）装置を用いて骨の診断
がなされている。このｐＱＣＴ装置は、Ｘ線ＣＴの技術
を応用したものであり、被検体である骨の投影データを
収集し、この投影データに基づいてＣＴ画像を再構成す
るものである。ｐＱＣＴ装置を用いて被検体を測定すれ
ば、被検体の中心部にある海綿骨およびその周囲の皮質
骨それぞれの平均的な骨密度を求めることができる。し
かし、被検体の海綿骨の微細構造（骨梁構造）を観察す
ることはできない。
itative Computed Tomography ）装置を用いて骨の診断
がなされている。このｐＱＣＴ装置は、Ｘ線ＣＴの技術
を応用したものであり、被検体である骨の投影データを
収集し、この投影データに基づいてＣＴ画像を再構成す
るものである。ｐＱＣＴ装置を用いて被検体を測定すれ
ば、被検体の中心部にある海綿骨およびその周囲の皮質
骨それぞれの平均的な骨密度を求めることができる。し
かし、被検体の海綿骨の微細構造（骨梁構造）を観察す
ることはできない。
【０００３】一方、被検体の海綿骨の微細構造は、非脱
灰薄切標本を用いた骨形態計測法により評価することが
可能である。この評価方法は、高度の専門性と長い評価
時間を要し、また、非破壊検査ではない。
灰薄切標本を用いた骨形態計測法により評価することが
可能である。この評価方法は、高度の専門性と長い評価
時間を要し、また、非破壊検査ではない。
【０００４】ところで、骨粗鬆症や代謝性骨疾患に関す
る骨診断においては、海綿骨の一定部位の骨密度および
微細構造の双方を同時に且つ非破壊的に測定することが
要求されている（例えば、日本骨形態計測学会雑誌，
６，２４３−２５１（１９９６）を参照）。しかしなが
ら、上記のｐＱＣＴおよび非脱灰薄切標本を用いた骨形
態計測法の何れも、このような要求を満たすことはでき
ない。
る骨診断においては、海綿骨の一定部位の骨密度および
微細構造の双方を同時に且つ非破壊的に測定することが
要求されている（例えば、日本骨形態計測学会雑誌，
６，２４３−２５１（１９９６）を参照）。しかしなが
ら、上記のｐＱＣＴおよび非脱灰薄切標本を用いた骨形
態計測法の何れも、このような要求を満たすことはでき
ない。
【０００５】そこで、以下のような骨密度測定方法が採
られている。すなわち、ポリウレタン樹脂中に既知濃度
のハイドロキシアパタイトを含有させたロッドからなる
骨密度測定用ファントムであって当該ハイドロキシアパ
タイト濃度が互いに異なるものを複数個用意し、この複
数個の骨密度測定用ファントムと被検体とを同時にＸ線
ＣＴ装置により測定して投影データを収集し、この投影
データに基づいてＣＴ画像を再構成し、このＣＴ画像に
おける複数個の骨密度測定用ファントムおよび被検体そ
れぞれのＣＴ値の比較に基づいて被検体の骨密度を測定
する。
られている。すなわち、ポリウレタン樹脂中に既知濃度
のハイドロキシアパタイトを含有させたロッドからなる
骨密度測定用ファントムであって当該ハイドロキシアパ
タイト濃度が互いに異なるものを複数個用意し、この複
数個の骨密度測定用ファントムと被検体とを同時にＸ線
ＣＴ装置により測定して投影データを収集し、この投影
データに基づいてＣＴ画像を再構成し、このＣＴ画像に
おける複数個の骨密度測定用ファントムおよび被検体そ
れぞれのＣＴ値の比較に基づいて被検体の骨密度を測定
する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の骨密度測定用ファントムを用いた骨密度測定方法で
は以下のような問題点がある。第１に、複数個の骨密度
測定用ファントムと被検体とを同時に測定する為に測定
視野を広く採る必要があることから、ＣＴ画像の分解能
が悪く、被検体の海綿骨の微細構造を観測することがで
きない。第２に、ＣＴ画像における骨密度測定用ファン
トム内のロッドのＣＴ値に基づいて被検体の海綿骨の骨
密度を推定するという方法が採られているが、Ｘ線ＣＴ
装置による測定時において被検体の高骨密度部分である
皮質骨でのＸ線散乱等の影響が考慮されていないので、
海綿骨のＣＴ値が実際の値より高く得られ、海綿骨の骨
密度を正確に測定することが困難である。
来の骨密度測定用ファントムを用いた骨密度測定方法で
は以下のような問題点がある。第１に、複数個の骨密度
測定用ファントムと被検体とを同時に測定する為に測定
視野を広く採る必要があることから、ＣＴ画像の分解能
が悪く、被検体の海綿骨の微細構造を観測することがで
きない。第２に、ＣＴ画像における骨密度測定用ファン
トム内のロッドのＣＴ値に基づいて被検体の海綿骨の骨
密度を推定するという方法が採られているが、Ｘ線ＣＴ
装置による測定時において被検体の高骨密度部分である
皮質骨でのＸ線散乱等の影響が考慮されていないので、
海綿骨のＣＴ値が実際の値より高く得られ、海綿骨の骨
密度を正確に測定することが困難である。
【０００７】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、被検体である骨の海綿骨の一定部位の
骨密度および微細構造の双方を同時に、非破壊的に且つ
正確に測定することができる骨密度測定装置および骨密
度測定方法を提供することを目的とする。また、この骨
密度測定装置および骨密度測定方法による骨密度の測定
に際して好適に用いられ得る骨密度測定用ファントムを
提供することをも目的とする。
れたものであり、被検体である骨の海綿骨の一定部位の
骨密度および微細構造の双方を同時に、非破壊的に且つ
正確に測定することができる骨密度測定装置および骨密
度測定方法を提供することを目的とする。また、この骨
密度測定装置および骨密度測定方法による骨密度の測定
に際して好適に用いられ得る骨密度測定用ファントムを
提供することをも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る骨密度測定
装置は、(1) 定空間を挟んで配置されたＸ線管と検出器
アレイとを有し、測定空間内に置かれた被検体にＸ線管
によりＸ線を照射し、検出器アレイに到達したＸ線の強
度を測定して、投影データを収集する投影データ収集手
段と、(2) 投影データに基づいて画像を再構成する画像
再構成手段と、(3) 既知であって互いに異なる濃度のハ
イドロキシアパタイトを含有する円柱形状の中心部と中
心部の外周を皮質骨と等価な物質で覆う外周部とを有す
る２以上の所定数の骨密度測定用ファントムそれぞれに
ついて順次に投影データ収集手段により収集された校正
用投影データに基づいて画像再構成手段により再構成さ
れた校正用ＣＴ画像に基づいて、校正用ＣＴ画像の中心
部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度との
間の検量線を作成する検量線作成手段と、(4) 被検体に
ついて投影データ収集手段により収集された被検体投影
データに基づいて画像再構成手段により再構成された被
検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値および検量線に基づい
て、被検体の海綿骨の骨密度を獲得する被検体骨密度獲
得手段と、を備えることを特徴とする。
装置は、(1) 定空間を挟んで配置されたＸ線管と検出器
アレイとを有し、測定空間内に置かれた被検体にＸ線管
によりＸ線を照射し、検出器アレイに到達したＸ線の強
度を測定して、投影データを収集する投影データ収集手
段と、(2) 投影データに基づいて画像を再構成する画像
再構成手段と、(3) 既知であって互いに異なる濃度のハ
イドロキシアパタイトを含有する円柱形状の中心部と中
心部の外周を皮質骨と等価な物質で覆う外周部とを有す
る２以上の所定数の骨密度測定用ファントムそれぞれに
ついて順次に投影データ収集手段により収集された校正
用投影データに基づいて画像再構成手段により再構成さ
れた校正用ＣＴ画像に基づいて、校正用ＣＴ画像の中心
部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度との
間の検量線を作成する検量線作成手段と、(4) 被検体に
ついて投影データ収集手段により収集された被検体投影
データに基づいて画像再構成手段により再構成された被
検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値および検量線に基づい
て、被検体の海綿骨の骨密度を獲得する被検体骨密度獲
得手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】この骨密度測定装置によれば、既知であっ
て互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを含有す
る円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等価な物
質で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密度測定
用ファントムそれぞれについて、順次に投影データ収集
手段により校正用投影データが収集され、この校正用投
影データに基づいて画像再構成手段により校正用ＣＴ画
像が再構成され、そして、検量線作成手段により、この
校正用ＣＴ画像に基づいて、校正用ＣＴ画像の中心部の
ＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度との間の
検量線が作成される。一方、被検体について投影データ
収集手段により被検体投影データが収集され、この被検
体投影データに基づいて画像再構成手段により被検体Ｃ
Ｔ画像が再構成され、そして、被検体骨密度獲得手段に
より、この被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値および検量
線に基づいて、被検体の海綿骨の骨密度が獲得される。
て互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを含有す
る円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等価な物
質で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密度測定
用ファントムそれぞれについて、順次に投影データ収集
手段により校正用投影データが収集され、この校正用投
影データに基づいて画像再構成手段により校正用ＣＴ画
像が再構成され、そして、検量線作成手段により、この
校正用ＣＴ画像に基づいて、校正用ＣＴ画像の中心部の
ＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度との間の
検量線が作成される。一方、被検体について投影データ
収集手段により被検体投影データが収集され、この被検
体投影データに基づいて画像再構成手段により被検体Ｃ
Ｔ画像が再構成され、そして、被検体骨密度獲得手段に
より、この被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値および検量
線に基づいて、被検体の海綿骨の骨密度が獲得される。
【００１０】また、本発明に係る骨密度測定装置では、
検量線作成手段は、所定数の骨密度測定用ファントムの
校正用ＣＴ画像それぞれの外周部のＣＴ値で補正した中
心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度と
の間の検量線を作成するとともに、被検体骨密度獲得手
段は、被検体ＣＴ画像の皮質骨のＣＴ値で補正した海綿
骨のＣＴ値および検量線に基づいて被検体の海綿骨の骨
密度を獲得する、ことを特徴とする。この場合には、検
量線作成手段により、所定数の骨密度測定用ファントム
それぞれの校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ値が補正さ
れ、この補正ＣＴ値とハイドロキシアパタイト濃度との
間の検量線が作成され、そして、被検体骨密度獲得手段
により、被検体ＣＴ画像の海綿骨の補正されたＣＴ値お
よび検量線に基づいて被検体の海綿骨の骨密度が獲得さ
れる。
検量線作成手段は、所定数の骨密度測定用ファントムの
校正用ＣＴ画像それぞれの外周部のＣＴ値で補正した中
心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度と
の間の検量線を作成するとともに、被検体骨密度獲得手
段は、被検体ＣＴ画像の皮質骨のＣＴ値で補正した海綿
骨のＣＴ値および検量線に基づいて被検体の海綿骨の骨
密度を獲得する、ことを特徴とする。この場合には、検
量線作成手段により、所定数の骨密度測定用ファントム
それぞれの校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ値が補正さ
れ、この補正ＣＴ値とハイドロキシアパタイト濃度との
間の検量線が作成され、そして、被検体骨密度獲得手段
により、被検体ＣＴ画像の海綿骨の補正されたＣＴ値お
よび検量線に基づいて被検体の海綿骨の骨密度が獲得さ
れる。
【００１１】また、本発明に係る骨密度測定装置では、
投影データ収集手段は、被検体のスライス面に垂直な方
向に一定間隔の各位置それぞれで被検体を測定し、当該
測定結果を加算したものを被検体投影データとする、こ
とを特徴とする。また、投影データ収集手段は、被検体
のスライス面に垂直な方向の各位置それぞれで被検体を
測定し、当該測定結果を補間し積分したものを被検体投
影データとする、ことを特徴とする。これら何れの場合
にも、被検体の移動範囲に亘る平均された測定結果が得
られる。
投影データ収集手段は、被検体のスライス面に垂直な方
向に一定間隔の各位置それぞれで被検体を測定し、当該
測定結果を加算したものを被検体投影データとする、こ
とを特徴とする。また、投影データ収集手段は、被検体
のスライス面に垂直な方向の各位置それぞれで被検体を
測定し、当該測定結果を補間し積分したものを被検体投
影データとする、ことを特徴とする。これら何れの場合
にも、被検体の移動範囲に亘る平均された測定結果が得
られる。
【００１２】本発明に係る骨密度測定方法は、(1) 既知
であって互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを
含有する円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等
価な物質で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密
度測定用ファントムそれぞれを順次に、Ｘ線ＣＴ装置の
測定空間内の所定位置に配置し、Ｘ線ＣＴ装置により測
定して校正用投影データを収集する校正用投影データ収
集ステップと、(2) 所定数の骨密度測定用ファントムそ
れぞれについて、校正用投影データに基づいて校正用Ｃ
Ｔ画像を再構成する校正用ＣＴ画像再構成ステップと、
(3) 所定数の骨密度測定用ファントムの校正用ＣＴ画像
に基づいて中心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパ
タイト濃度との間の検量線を作成する検量線作成ステッ
プと、(4) 被検体である骨を所定位置に配置し、Ｘ線Ｃ
Ｔ装置により測定して被検体投影データを収集する被検
体投影データ収集ステップと、(5) 被検体投影データに
基づいて被検体ＣＴ画像を再構成する被検体ＣＴ画像再
構成ステップと、(6) 被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値
および検量線に基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得
する被検体骨密度獲得ステップと、を備えることを特徴
とする。
であって互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを
含有する円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等
価な物質で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密
度測定用ファントムそれぞれを順次に、Ｘ線ＣＴ装置の
測定空間内の所定位置に配置し、Ｘ線ＣＴ装置により測
定して校正用投影データを収集する校正用投影データ収
集ステップと、(2) 所定数の骨密度測定用ファントムそ
れぞれについて、校正用投影データに基づいて校正用Ｃ
Ｔ画像を再構成する校正用ＣＴ画像再構成ステップと、
(3) 所定数の骨密度測定用ファントムの校正用ＣＴ画像
に基づいて中心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパ
タイト濃度との間の検量線を作成する検量線作成ステッ
プと、(4) 被検体である骨を所定位置に配置し、Ｘ線Ｃ
Ｔ装置により測定して被検体投影データを収集する被検
体投影データ収集ステップと、(5) 被検体投影データに
基づいて被検体ＣＴ画像を再構成する被検体ＣＴ画像再
構成ステップと、(6) 被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値
および検量線に基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得
する被検体骨密度獲得ステップと、を備えることを特徴
とする。
【００１３】この骨密度測定方法によれば、既知であっ
て互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを含有す
る円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等価な物
質で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密度測定
用ファントムそれぞれについて順次に、校正用投影デー
タ収集ステップにおいて校正用投影データが収集され、
この校正用投影データに基づいて校正用ＣＴ画像再構成
ステップにおいて校正用ＣＴ画像が再構成され、そし
て、検量線作成ステップにおいて、この校正用ＣＴ画像
に基づいて、校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ値と中心部
のハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線が作成さ
れる。一方、被検体について、被検体投影データ収集ス
テップにおいて被検体投影データが収集され、この被検
体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像再構成ステップ
において被検体ＣＴ画像が再構成され、そして、被検体
骨密度獲得ステップにおいて、この被検体ＣＴ画像の海
綿骨のＣＴ値および検量線に基づいて、被検体の海綿骨
の骨密度が獲得される。
て互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを含有す
る円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等価な物
質で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密度測定
用ファントムそれぞれについて順次に、校正用投影デー
タ収集ステップにおいて校正用投影データが収集され、
この校正用投影データに基づいて校正用ＣＴ画像再構成
ステップにおいて校正用ＣＴ画像が再構成され、そし
て、検量線作成ステップにおいて、この校正用ＣＴ画像
に基づいて、校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ値と中心部
のハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線が作成さ
れる。一方、被検体について、被検体投影データ収集ス
テップにおいて被検体投影データが収集され、この被検
体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像再構成ステップ
において被検体ＣＴ画像が再構成され、そして、被検体
骨密度獲得ステップにおいて、この被検体ＣＴ画像の海
綿骨のＣＴ値および検量線に基づいて、被検体の海綿骨
の骨密度が獲得される。
【００１４】また、本発明に係る骨密度測定方法では、
検量線作成ステップは、所定数の骨密度測定用ファント
ムの校正用ＣＴ画像それぞれの外周部のＣＴ値で補正し
た中心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃
度との間の検量線を作成するとともに、被検体骨密度獲
得ステップは、被検体ＣＴ画像の皮質骨のＣＴ値で補正
した海綿骨のＣＴ値および検量線に基づいて被検体の海
綿骨の骨密度を獲得する、ことを特徴とする。この場合
には、検量線作成ステップにより、所定数の骨密度測定
用ファントムそれぞれの校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ
値が補正され、この補正ＣＴ値とハイドロキシアパタイ
ト濃度との間の検量線が作成され、そして、被検体骨密
度獲得ステップにより、被検体ＣＴ画像の海綿骨の補正
されたＣＴ値および検量線に基づいて被検体の海綿骨の
骨密度が獲得される。
検量線作成ステップは、所定数の骨密度測定用ファント
ムの校正用ＣＴ画像それぞれの外周部のＣＴ値で補正し
た中心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃
度との間の検量線を作成するとともに、被検体骨密度獲
得ステップは、被検体ＣＴ画像の皮質骨のＣＴ値で補正
した海綿骨のＣＴ値および検量線に基づいて被検体の海
綿骨の骨密度を獲得する、ことを特徴とする。この場合
には、検量線作成ステップにより、所定数の骨密度測定
用ファントムそれぞれの校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ
値が補正され、この補正ＣＴ値とハイドロキシアパタイ
ト濃度との間の検量線が作成され、そして、被検体骨密
度獲得ステップにより、被検体ＣＴ画像の海綿骨の補正
されたＣＴ値および検量線に基づいて被検体の海綿骨の
骨密度が獲得される。
【００１５】また、本発明に係る骨密度測定方法では、
被検体投影データ収集ステップは、被検体のスライス面
に垂直な方向に一定間隔の各位置それぞれで被検体を測
定し、当該測定結果を加算したものを被検体投影データ
とする、ことを特徴とする。また、被検体投影データ収
集ステップは、被検体のスライス面に垂直な方向の各位
置それぞれで被検体を測定し、当該測定結果を補間し積
分したものを被検体投影データとする、ことを特徴とす
る。これら何れの場合にも、被検体の移動範囲に亘る平
均された測定結果が得られる。
被検体投影データ収集ステップは、被検体のスライス面
に垂直な方向に一定間隔の各位置それぞれで被検体を測
定し、当該測定結果を加算したものを被検体投影データ
とする、ことを特徴とする。また、被検体投影データ収
集ステップは、被検体のスライス面に垂直な方向の各位
置それぞれで被検体を測定し、当該測定結果を補間し積
分したものを被検体投影データとする、ことを特徴とす
る。これら何れの場合にも、被検体の移動範囲に亘る平
均された測定結果が得られる。
【００１６】本発明に係る骨密度測定用ファントムは、
既知の濃度のハイドロキシアパタイトを含有する円柱形
状の中心部と、中心部の外周を皮質骨と等価な物質で覆
う外周部と、を備えることを特徴とする。この骨密度測
定用ファントムは、上記の本発明に係る骨密度測定用装
置および方法による骨密度の測定に好適に用いられる。
既知の濃度のハイドロキシアパタイトを含有する円柱形
状の中心部と、中心部の外周を皮質骨と等価な物質で覆
う外周部と、を備えることを特徴とする。この骨密度測
定用ファントムは、上記の本発明に係る骨密度測定用装
置および方法による骨密度の測定に好適に用いられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
【００１８】先ず、本発明に係る骨密度測定用ファント
ムの１実施形態について図１を用いて説明する。図１
は、本実施形態に係る骨密度測定用ファントム１０を説
明する斜視図である。この骨密度測定用ファントム１０
は、中心部１１とその周囲の外周部１２とからなる円柱
形状のものである。
ムの１実施形態について図１を用いて説明する。図１
は、本実施形態に係る骨密度測定用ファントム１０を説
明する斜視図である。この骨密度測定用ファントム１０
は、中心部１１とその周囲の外周部１２とからなる円柱
形状のものである。
【００１９】骨密度測定用ファントム１０の中心領域に
ある中心部１１は、直径が例えば４ｍｍφの円柱形状の
ウレタン樹脂にハイドロキシアパタイトを所定の濃度で
均一に含有させたものであり、そのハイドロキシアパタ
イト濃度は既知である。このハイドロキシアパタイト
は、海綿骨の成分比率と類似する成分比率でＣａ（カル
シウム）元素およびＰ（リン）元素を含むものである。
ある中心部１１は、直径が例えば４ｍｍφの円柱形状の
ウレタン樹脂にハイドロキシアパタイトを所定の濃度で
均一に含有させたものであり、そのハイドロキシアパタ
イト濃度は既知である。このハイドロキシアパタイト
は、海綿骨の成分比率と類似する成分比率でＣａ（カル
シウム）元素およびＰ（リン）元素を含むものである。
【００２０】この中心部１１の外周にある外周部１２
は、被検体の皮質骨と等価な物質で中心部１１を覆った
ものである。この等価な物質として、例えばラットの大
腿骨幹部が用いられる。具体的には、ラット大腿骨幹部
をハンドモータで４分割から６分割程度に縦断し、これ
を中心部１１の外周にワックスで貼り付けたものを外周
部１２とすることができる。
は、被検体の皮質骨と等価な物質で中心部１１を覆った
ものである。この等価な物質として、例えばラットの大
腿骨幹部が用いられる。具体的には、ラット大腿骨幹部
をハンドモータで４分割から６分割程度に縦断し、これ
を中心部１１の外周にワックスで貼り付けたものを外周
部１２とすることができる。
【００２１】そして、本発明に係る骨密度測定装置およ
び骨密度測定方法による被検体の海綿骨の骨密度測定に
際しては、このような骨密度測定用ファントム１０を複
数個用意する。この複数個の骨密度測定用ファントムそ
れぞれは、中心部１１に含有されるハイドロキシアパタ
イトの濃度が既知であって互いに異なるものであり、そ
のハイドロキシアパタイトの濃度範囲は、被検体の海綿
骨の骨密度範囲をカバーするものとする。なお、必要な
骨密度測定用ファントムの個数は、少なくとも２個であ
るが、好適には３個以上である。
び骨密度測定方法による被検体の海綿骨の骨密度測定に
際しては、このような骨密度測定用ファントム１０を複
数個用意する。この複数個の骨密度測定用ファントムそ
れぞれは、中心部１１に含有されるハイドロキシアパタ
イトの濃度が既知であって互いに異なるものであり、そ
のハイドロキシアパタイトの濃度範囲は、被検体の海綿
骨の骨密度範囲をカバーするものとする。なお、必要な
骨密度測定用ファントムの個数は、少なくとも２個であ
るが、好適には３個以上である。
【００２２】次に、本発明に係る骨密度測定装置の１実
施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本実
施形態に係る骨密度測定装置の構成図である。この骨密
度測定装置は、Ｘ線ＣＴ装置１００、制御演算装置２０
０、画像処理装置３１０およびＸ線管制御装置３２０を
備えて構成される。
施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本実
施形態に係る骨密度測定装置の構成図である。この骨密
度測定装置は、Ｘ線ＣＴ装置１００、制御演算装置２０
０、画像処理装置３１０およびＸ線管制御装置３２０を
備えて構成される。
【００２３】Ｘ線ＣＴ装置１００は、Ｘ線を遮蔽する部
材からなる測定室１０１内に、Ｘ線管１１０、回転ステ
ージ１２１、リニアＸ線検出器１３０およびＸ線イメー
ジインテンシファイア１４０等を備えている。Ｘ線管１
１０は、Ｘ線管制御装置３２０により所定の電圧が供給
されてＸ線を出力するものである。このＸ線管１１０と
して、特に、極めて微小な領域からＸ線を発生するマイ
クロフォーカスＸ線管が、回転ステージ１２１の上に載
置された被検体２０の微細構造を測定する為に好適に用
いられる。
材からなる測定室１０１内に、Ｘ線管１１０、回転ステ
ージ１２１、リニアＸ線検出器１３０およびＸ線イメー
ジインテンシファイア１４０等を備えている。Ｘ線管１
１０は、Ｘ線管制御装置３２０により所定の電圧が供給
されてＸ線を出力するものである。このＸ線管１１０と
して、特に、極めて微小な領域からＸ線を発生するマイ
クロフォーカスＸ線管が、回転ステージ１２１の上に載
置された被検体２０の微細構造を測定する為に好適に用
いられる。
【００２４】被検体２０（または、骨密度測定用ファン
トム１０）を載置する回転ステージ１２１はＺ軸移動ス
テージ１２４の上に設けられ、Ｚ軸移動ステージ１２４
はＸ軸移動ステージ１２２の上に設けられ、また、Ｘ軸
移動ステージ１２２はＹ軸移動ステージ１２３の上に設
けられている。ここで、Ｙ軸はＸ線管１１０とリニアＸ
線検出器１３０とを結ぶ方向であり、Ｘ軸およびＺ軸そ
れぞれはＹ軸に直交する方向であり、また、回転ステー
ジ１２１の回転中心はＺ軸である。
トム１０）を載置する回転ステージ１２１はＺ軸移動ス
テージ１２４の上に設けられ、Ｚ軸移動ステージ１２４
はＸ軸移動ステージ１２２の上に設けられ、また、Ｘ軸
移動ステージ１２２はＹ軸移動ステージ１２３の上に設
けられている。ここで、Ｙ軸はＸ線管１１０とリニアＸ
線検出器１３０とを結ぶ方向であり、Ｘ軸およびＺ軸そ
れぞれはＹ軸に直交する方向であり、また、回転ステー
ジ１２１の回転中心はＺ軸である。
【００２５】Ｘ線管１１０から出力され被検体２０を経
たＸ線を検出するリニアＸ線検出器１３０は、Ｘ軸方向
に一次元状に配列された多数のＸ線検出素子からなり、
例えば、チャネル数が５１２で素子間ピッチが５０μｍ
の一次元型フォトダイオードアレイが好適に用いられ
る。このリニアＸ線検出器１３０の受光面の前に設けら
れたコリメータ１３１は、リニアＸ線検出器１３０の受
光面に散乱Ｘ線が入射するのを阻止するものである。こ
のリニアＸ線検出器１３０はＸ軸移動ステージ１３２の
上に設けられ、また、Ｘ軸移動ステージ１３２はＹ軸移
動ステージ１３３の上に設けられている。
たＸ線を検出するリニアＸ線検出器１３０は、Ｘ軸方向
に一次元状に配列された多数のＸ線検出素子からなり、
例えば、チャネル数が５１２で素子間ピッチが５０μｍ
の一次元型フォトダイオードアレイが好適に用いられ
る。このリニアＸ線検出器１３０の受光面の前に設けら
れたコリメータ１３１は、リニアＸ線検出器１３０の受
光面に散乱Ｘ線が入射するのを阻止するものである。こ
のリニアＸ線検出器１３０はＸ軸移動ステージ１３２の
上に設けられ、また、Ｘ軸移動ステージ１３２はＹ軸移
動ステージ１３３の上に設けられている。
【００２６】リニアＸ線検出器１３０の後方にはＸ線イ
メージインテンシファイア１４０が設けられている。こ
のＸ線イメージインテンシファイア１４０は、リニアＸ
線検出器１３０がＸ軸移動ステージ１３２により待避状
態にあるときに、回転ステージ１２１の上に載置された
被検体２０等のＸ線透視像を撮像するものであり、Ｙ軸
移動ステージ１４３の上に設けられている。
メージインテンシファイア１４０が設けられている。こ
のＸ線イメージインテンシファイア１４０は、リニアＸ
線検出器１３０がＸ軸移動ステージ１３２により待避状
態にあるときに、回転ステージ１２１の上に載置された
被検体２０等のＸ線透視像を撮像するものであり、Ｙ軸
移動ステージ１４３の上に設けられている。
【００２７】また、Ｙ軸移動ステージ１２３，１３３お
よび１４３それぞれは、測定室１０１の床面に固定され
た架台１５０の上のステージ移動レール１５１の上をＹ
軸方向に移動可能である。これらのＹ軸方向の移動によ
り、リニアＸ線検出器１３０またはＸ線イメージインテ
ンシファイア１４０の撮像倍率は適切に設定され得る。
よび１４３それぞれは、測定室１０１の床面に固定され
た架台１５０の上のステージ移動レール１５１の上をＹ
軸方向に移動可能である。これらのＹ軸方向の移動によ
り、リニアＸ線検出器１３０またはＸ線イメージインテ
ンシファイア１４０の撮像倍率は適切に設定され得る。
【００２８】Ｘ線イメージインテンシファイア１４０に
より撮像された被検体２０等のＸ線透視像は画像処理装
置３１０に送られ、画像処理装置３１０は、このＸ線透
視像に基づいて画像積算、コントラスト強調およびエッ
ジエンハンス等の画像処理を行う。
より撮像された被検体２０等のＸ線透視像は画像処理装
置３１０に送られ、画像処理装置３１０は、このＸ線透
視像に基づいて画像積算、コントラスト強調およびエッ
ジエンハンス等の画像処理を行う。
【００２９】制御演算装置２００は、Ｘ線ＣＴ装置１０
０内の各移動ステージを駆動制御し、Ｘ線管制御装置３
２０をも制御する。また、制御演算装置２００は、回転
ステージ１２１を回転駆動すると同時にリニアＸ線検出
器１３０から出力された投影データを入力する。回転ス
テージ１２１上に骨密度測定用ファントム１０が置かれ
ているときに得られた投影データを校正用投影データと
し、２以上の骨密度測定用ファントム１０それぞれにつ
いて校正用投影データを収集する。また、回転ステージ
１２１上に被検体２０である骨が置かれているときに得
られた投影データを被検体投影データとする。
０内の各移動ステージを駆動制御し、Ｘ線管制御装置３
２０をも制御する。また、制御演算装置２００は、回転
ステージ１２１を回転駆動すると同時にリニアＸ線検出
器１３０から出力された投影データを入力する。回転ス
テージ１２１上に骨密度測定用ファントム１０が置かれ
ているときに得られた投影データを校正用投影データと
し、２以上の骨密度測定用ファントム１０それぞれにつ
いて校正用投影データを収集する。また、回転ステージ
１２１上に被検体２０である骨が置かれているときに得
られた投影データを被検体投影データとする。
【００３０】制御演算装置２００内の画像再構成部２１
０は、２以上の骨密度測定用ファントム１０それぞれに
ついて収集された校正用投影データに基づいて校正用Ｃ
Ｔ画像を再構成し、また、被検体２０について収集され
た被検体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像を再構成
する。そして、表示部２４０は、これらの校正用ＣＴ画
像や被検体ＣＴ画像を画面上に表示する。
０は、２以上の骨密度測定用ファントム１０それぞれに
ついて収集された校正用投影データに基づいて校正用Ｃ
Ｔ画像を再構成し、また、被検体２０について収集され
た被検体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像を再構成
する。そして、表示部２４０は、これらの校正用ＣＴ画
像や被検体ＣＴ画像を画面上に表示する。
【００３１】制御演算装置２００内の検量線作成部２２
０は、画像再構成部２１０により再構成された校正用Ｃ
Ｔ画像に基づいて検量線を作成する。この検量線は、骨
密度測定用ファントム１０の中心部１１のＣＴ値とハイ
ドロキシアパタイト濃度との間の関係を表すものであ
る。制御演算装置２００内の被検体骨密度獲得部２３０
は、被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値を上記の検量線に
当てはめて、被検体２０の海綿骨の骨密度を獲得する。
そして、表示部２４０は、被検体２０の海綿骨の微細構
造とともに骨密度の分布を画面上に例えば濃淡で表示す
る。なお、検量線作成および被検体骨密度獲得それぞれ
の方法の詳細については後述する。
０は、画像再構成部２１０により再構成された校正用Ｃ
Ｔ画像に基づいて検量線を作成する。この検量線は、骨
密度測定用ファントム１０の中心部１１のＣＴ値とハイ
ドロキシアパタイト濃度との間の関係を表すものであ
る。制御演算装置２００内の被検体骨密度獲得部２３０
は、被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値を上記の検量線に
当てはめて、被検体２０の海綿骨の骨密度を獲得する。
そして、表示部２４０は、被検体２０の海綿骨の微細構
造とともに骨密度の分布を画面上に例えば濃淡で表示す
る。なお、検量線作成および被検体骨密度獲得それぞれ
の方法の詳細については後述する。
【００３２】また、制御演算装置２００は、Ｚ軸移動ス
テージ１２４を駆動することにより、被検体２０のスラ
イス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向に一定間隔の各位
置それぞれで収集した投影データを加算したものを上記
被検体投影データとするのも好適である。また、被検体
２０のスライス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向の各位
置それぞれで収集した投影データを補間し積分したもの
を上記被検体投影データとするのも好適である。何れの
場合にも、被検体骨密度獲得部２３０により、被検体２
０の測定範囲に亘るＺ軸方向に関して平均された微細構
造と骨密度分布が獲得される。
テージ１２４を駆動することにより、被検体２０のスラ
イス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向に一定間隔の各位
置それぞれで収集した投影データを加算したものを上記
被検体投影データとするのも好適である。また、被検体
２０のスライス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向の各位
置それぞれで収集した投影データを補間し積分したもの
を上記被検体投影データとするのも好適である。何れの
場合にも、被検体骨密度獲得部２３０により、被検体２
０の測定範囲に亘るＺ軸方向に関して平均された微細構
造と骨密度分布が獲得される。
【００３３】次に、この骨密度測定装置の作用ととも
に、本発明に係る骨密度測定方法の１実施形態につい
て、図３〜図６を用いて説明する。図３は、本実施形態
に係る骨密度測定方法を説明するフローチャート図であ
る。図４は、本実施形態に係る骨密度測定方法に用いら
れる複数個の骨密度測定用ファントムを説明する図表で
ある。図５は、本実施形態に係る骨密度測定方法におけ
る検量線を説明するグラフである。図６は、その検量線
に基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得する方法を説
明するグラフである。
に、本発明に係る骨密度測定方法の１実施形態につい
て、図３〜図６を用いて説明する。図３は、本実施形態
に係る骨密度測定方法を説明するフローチャート図であ
る。図４は、本実施形態に係る骨密度測定方法に用いら
れる複数個の骨密度測定用ファントムを説明する図表で
ある。図５は、本実施形態に係る骨密度測定方法におけ
る検量線を説明するグラフである。図６は、その検量線
に基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得する方法を説
明するグラフである。
【００３４】この骨密度測定方法においては、先ずステ
ップＳ１（校正用投影データ収集ステップ）において、
上述したような複数個の骨密度測定用ファントム１０そ
れぞれを順次に、Ｘ線ＣＴ装置１００の測定空間内の回
転ステージ１２１上に載置し、回転ステージ１２１を回
転駆動させながらリニアＸ線検出器１３０により測定し
て、校正用投影データを制御演算装置２００により収集
する。なお、複数個の骨密度測定用ファントム１０は、
例えば図４に示すように中心部１１のハイドロキシアパ
タイト濃度がそれぞれ１００，２００，３００，…，１
００ｎ（ｍｇ／ｃｍ3 ）のものである（ただし、ｎは２
以上の整数）。
ップＳ１（校正用投影データ収集ステップ）において、
上述したような複数個の骨密度測定用ファントム１０そ
れぞれを順次に、Ｘ線ＣＴ装置１００の測定空間内の回
転ステージ１２１上に載置し、回転ステージ１２１を回
転駆動させながらリニアＸ線検出器１３０により測定し
て、校正用投影データを制御演算装置２００により収集
する。なお、複数個の骨密度測定用ファントム１０は、
例えば図４に示すように中心部１１のハイドロキシアパ
タイト濃度がそれぞれ１００，２００，３００，…，１
００ｎ（ｍｇ／ｃｍ3 ）のものである（ただし、ｎは２
以上の整数）。
【００３５】続くステップＳ２（校正用ＣＴ画像再構成
ステップ）において、ｎ個の骨密度測定用ファントム１
０それぞれについて、ステップＳ１で収集された校正用
投影データに基づいて校正用ＣＴ画像を画像再構成部２
１０により再構成する。続くステップＳ３（検量線作成
ステップ）において、ｎ個の骨密度測定用ファントム１
０の校正用ＣＴ画像それぞれの中心部１１のＣＴ値を外
周部１２のＣＴ値で補正した補正ＣＴ値と中心部１１の
ハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線を検量線作
成部２２０により作成する。
ステップ）において、ｎ個の骨密度測定用ファントム１
０それぞれについて、ステップＳ１で収集された校正用
投影データに基づいて校正用ＣＴ画像を画像再構成部２
１０により再構成する。続くステップＳ３（検量線作成
ステップ）において、ｎ個の骨密度測定用ファントム１
０の校正用ＣＴ画像それぞれの中心部１１のＣＴ値を外
周部１２のＣＴ値で補正した補正ＣＴ値と中心部１１の
ハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線を検量線作
成部２２０により作成する。
【００３６】この検量線作成の詳細は以下のとおりであ
る。ステップＳ２で再構成されたｎ個の骨密度測定用フ
ァントム１０の校正用ＣＴ画像それぞれにおいて、中心
部１１の平均ＣＴ値および外周部１２の平均ＣＴ値を図
４に示すようにｘk ，ａk とし（k=1,2,3,…,n）、これ
らの値に基づいて
る。ステップＳ２で再構成されたｎ個の骨密度測定用フ
ァントム１０の校正用ＣＴ画像それぞれにおいて、中心
部１１の平均ＣＴ値および外周部１２の平均ＣＴ値を図
４に示すようにｘk ，ａk とし（k=1,2,3,…,n）、これ
らの値に基づいて
【数１】 なる式に従って補正を行い、中心部１１の補正ＣＴ値Ｘ
k を求める。そして、この中心部１１の補正ＣＴ値Ｘk
とハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線を、図５
に示すように、（ｎ−１）次の回帰式または（ｎ−１）
次未満の回帰式として求める。
k を求める。そして、この中心部１１の補正ＣＴ値Ｘk
とハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線を、図５
に示すように、（ｎ−１）次の回帰式または（ｎ−１）
次未満の回帰式として求める。
【００３７】なお、この (1)式に示す補正式は、或る媒
質を透過するＸ線の強度Ｉが媒質の吸収係数μ、密度ρ
および透過距離ｔの関数として
質を透過するＸ線の強度Ｉが媒質の吸収係数μ、密度ρ
および透過距離ｔの関数として
【数２】 なる式で表され、また、ＣＴ値が減衰量μρｔに応じた
量であることに基づいて導かれるものである。
量であることに基づいて導かれるものである。
【００３８】続くステップＳ４（被検体投影データ収集
ステップ）において、被検体２０である骨を回転ステー
ジ１２１の上に載置し、回転ステージ１２１を回転駆動
させながらリニアＸ線検出器１３０により測定して被検
体投影データを制御演算装置２００により収集する。ス
テップＳ５（被検体ＣＴ画像再構成ステップ）におい
て、この被検体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像を
画像再構成部２１０により再構成する。そして、ステッ
プＳ６（被検体骨密度獲得ステップ）において、被検体
ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値を皮質骨のＣＴ値で補正した
補正ＣＴ値および検量線に基づいて被検体２０の海綿骨
の骨密度を、被検体骨密度獲得部２３０により獲得す
る。
ステップ）において、被検体２０である骨を回転ステー
ジ１２１の上に載置し、回転ステージ１２１を回転駆動
させながらリニアＸ線検出器１３０により測定して被検
体投影データを制御演算装置２００により収集する。ス
テップＳ５（被検体ＣＴ画像再構成ステップ）におい
て、この被検体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像を
画像再構成部２１０により再構成する。そして、ステッ
プＳ６（被検体骨密度獲得ステップ）において、被検体
ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値を皮質骨のＣＴ値で補正した
補正ＣＴ値および検量線に基づいて被検体２０の海綿骨
の骨密度を、被検体骨密度獲得部２３０により獲得す
る。
【００３９】この被検体２０の海綿骨の骨密度の獲得の
方法の詳細は以下のとおりである。ステップＳ５で再構
成された被検体ＣＴ画像において、被検体２０の海綿骨
のＣＴ値ｑおよび皮質骨の平均ＣＴ値ｒを求め、これら
の値に基づいて、上記 (1)式と等価な補正式である
方法の詳細は以下のとおりである。ステップＳ５で再構
成された被検体ＣＴ画像において、被検体２０の海綿骨
のＣＴ値ｑおよび皮質骨の平均ＣＴ値ｒを求め、これら
の値に基づいて、上記 (1)式と等価な補正式である
【数３】 なる式に従って補正を行い、海綿骨の補正ＣＴ値Ｑを求
める。そして、図６に示すように、ステップＳ３で求め
た検量線に海綿骨の補正ＣＴ値Ｑを当てはめて、ハイド
ロキシアパタイト濃度で換算した骨密度ρを得る。
める。そして、図６に示すように、ステップＳ３で求め
た検量線に海綿骨の補正ＣＴ値Ｑを当てはめて、ハイド
ロキシアパタイト濃度で換算した骨密度ρを得る。
【００４０】ここで、被検体２０の海綿骨の補正ＣＴ値
Ｑは、ステップＳ４における被検体投影データ収集の際
のスライス面上の位置の関数であり、被検体２０の海綿
骨の骨密度ρも、当該スライス面上の位置の関数であ
る。すなわち、以上のステップＳ１〜Ｓ６からなる骨密
度測定方法によれば、被検体２０である骨の海綿骨のス
ライス面上の微細構造を観測することができるだけでな
く、そのスライス面上の骨密度ρの分布を得ることがで
きる。
Ｑは、ステップＳ４における被検体投影データ収集の際
のスライス面上の位置の関数であり、被検体２０の海綿
骨の骨密度ρも、当該スライス面上の位置の関数であ
る。すなわち、以上のステップＳ１〜Ｓ６からなる骨密
度測定方法によれば、被検体２０である骨の海綿骨のス
ライス面上の微細構造を観測することができるだけでな
く、そのスライス面上の骨密度ρの分布を得ることがで
きる。
【００４１】なお、上記実施形態の説明においては、ス
テップＳ３において、ｎ個の骨密度測定用ファントム１
０それぞれの中心部１１の平均ＣＴ値ｘk を外周部１２
の平均ＣＴ値ａk で (1)式に従って補正して中心部１１
の補正ＣＴ値Ｘk を求め（k=1,2,3,…,n）、また、ステ
ップＳ６において、被検体２０の海綿骨のＣＴ値ｑを皮
質骨の平均ＣＴ値ｒで (3)式に従って補正し海綿骨の補
正ＣＴ値Ｑを求め、これにより、被検体２０の海綿骨の
骨密度を精度良く得ようとするものであった。しかし、
許容される誤差に依っては、上記補正を行うことなく、
ステップＳ３では複数個の骨密度測定用ファントム１０
それぞれの中心部１１の平均ＣＴ値ｘkそのままを用い
て検量線を作成し、ステップＳ４では被検体２０の海綿
骨のＣＴ値ｑそのままを用いて被検体２０の海綿骨の骨
密度ρを求めてもよい。
テップＳ３において、ｎ個の骨密度測定用ファントム１
０それぞれの中心部１１の平均ＣＴ値ｘk を外周部１２
の平均ＣＴ値ａk で (1)式に従って補正して中心部１１
の補正ＣＴ値Ｘk を求め（k=1,2,3,…,n）、また、ステ
ップＳ６において、被検体２０の海綿骨のＣＴ値ｑを皮
質骨の平均ＣＴ値ｒで (3)式に従って補正し海綿骨の補
正ＣＴ値Ｑを求め、これにより、被検体２０の海綿骨の
骨密度を精度良く得ようとするものであった。しかし、
許容される誤差に依っては、上記補正を行うことなく、
ステップＳ３では複数個の骨密度測定用ファントム１０
それぞれの中心部１１の平均ＣＴ値ｘkそのままを用い
て検量線を作成し、ステップＳ４では被検体２０の海綿
骨のＣＴ値ｑそのままを用いて被検体２０の海綿骨の骨
密度ρを求めてもよい。
【００４２】また、上記実施形態の説明においては、被
検体２０の１つのスライス面上の海綿骨の骨密度の測定
について説明したが、被検体２０の２以上のスライス面
について測定して被検体投影データを求めてもよい。
検体２０の１つのスライス面上の海綿骨の骨密度の測定
について説明したが、被検体２０の２以上のスライス面
について測定して被検体投影データを求めてもよい。
【００４３】例えば、ステップＳ４で、被検体２０のス
ライス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向に一定間隔の各
位置それぞれで被検体２０を測定し、当該測定結果を加
算したものを被検体投影データとしてもよい。すなわ
ち、図７に示すように、海綿骨２１とその周囲の皮質骨
２２からなる被検体２０を模式的に円柱形状のものとし
て表すと、被検体２０のスライス面（図中でハッチング
で示す各面）に垂直な方向に一定間隔（この図では、ス
ライス厚ｕに等しい間隔）の各位置それぞれで被検体２
０を測定する。このとき、被検体２０をＺ軸移動ステー
ジ１２４により移動させてもよいし、あるいは、Ｘ線管
１１０およびリニアＸ線検出器１３０を一体としてＺ軸
方向に移動させてもよい。そして、各位置で被検体２０
を測定した結果を加算したものを被検体投影データとす
る。ステップＳ５以降の内容は上述したものと同様であ
る。このようにすることにより、被検体２０の移動方向
に関して当該移動範囲における平均的な海綿骨２１の骨
密度が得られる。
ライス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向に一定間隔の各
位置それぞれで被検体２０を測定し、当該測定結果を加
算したものを被検体投影データとしてもよい。すなわ
ち、図７に示すように、海綿骨２１とその周囲の皮質骨
２２からなる被検体２０を模式的に円柱形状のものとし
て表すと、被検体２０のスライス面（図中でハッチング
で示す各面）に垂直な方向に一定間隔（この図では、ス
ライス厚ｕに等しい間隔）の各位置それぞれで被検体２
０を測定する。このとき、被検体２０をＺ軸移動ステー
ジ１２４により移動させてもよいし、あるいは、Ｘ線管
１１０およびリニアＸ線検出器１３０を一体としてＺ軸
方向に移動させてもよい。そして、各位置で被検体２０
を測定した結果を加算したものを被検体投影データとす
る。ステップＳ５以降の内容は上述したものと同様であ
る。このようにすることにより、被検体２０の移動方向
に関して当該移動範囲における平均的な海綿骨２１の骨
密度が得られる。
【００４４】あるいは、ステップＳ４で、被検体２０の
スライス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向の各位置それ
ぞれで被検体２０を測定し、当該測定結果を補間し積分
したものを被検体投影データとしてもよい。すなわち、
図８に示すように、被検体２０のスライス面に垂直な方
向の位置Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，…，Ｐn それぞれにおいて
被検体２０を測定する。これらの位置Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ
2 ，…，Ｐn は、一定間隔であってもよいが、これに限
られるものではない。そして、図９に示すように、各位
置Ｐk で被検体２０を測定して得られたＣＴ値ＣＴk を
補間して位置Ｐk- 1 から位置Ｐk までの補間曲線ｆk(p)
を求め（k=0,1,2,…,n）、この補間曲線を位置Ｐ0 から
位置Ｐn までに亘って
スライス面に垂直な方向すなわちＺ軸方向の各位置それ
ぞれで被検体２０を測定し、当該測定結果を補間し積分
したものを被検体投影データとしてもよい。すなわち、
図８に示すように、被検体２０のスライス面に垂直な方
向の位置Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，…，Ｐn それぞれにおいて
被検体２０を測定する。これらの位置Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ
2 ，…，Ｐn は、一定間隔であってもよいが、これに限
られるものではない。そして、図９に示すように、各位
置Ｐk で被検体２０を測定して得られたＣＴ値ＣＴk を
補間して位置Ｐk- 1 から位置Ｐk までの補間曲線ｆk(p)
を求め（k=0,1,2,…,n）、この補間曲線を位置Ｐ0 から
位置Ｐn までに亘って
【数４】 の如く積分して、位置Ｐ0 から位置Ｐn までに亘る被検
体２０の海綿骨２１における平均ＣＴ値を求め、これを
被検体投影データとする。ステップＳ５以降の内容は上
述したものと同様である。このようにすることにより、
被検体２０の移動方向に関して当該移動範囲における平
均的な海綿骨２１の骨密度が得られる。
体２０の海綿骨２１における平均ＣＴ値を求め、これを
被検体投影データとする。ステップＳ５以降の内容は上
述したものと同様である。このようにすることにより、
被検体２０の移動方向に関して当該移動範囲における平
均的な海綿骨２１の骨密度が得られる。
【００４５】次に、本発明に係る骨密度測定装置、骨密
度測定方法および骨密度測定用ファントムを用いた実施
例について説明する。なお、この実施例は本発明の範囲
を限定するものではない。
度測定方法および骨密度測定用ファントムを用いた実施
例について説明する。なお、この実施例は本発明の範囲
を限定するものではない。
【００４６】この実施例においては、４つの骨密度測定
用ファントム１０を用意し、その中心部１１の径を４ｍ
ｍφとし、それぞれのハイドロキシアパタイト濃度Ｄを
０，１００，２００および３００ｍｇ／ｃｍ3 とした。
ラット大腿骨骨幹部をハンドモータで４分割から６分割
程度に縦断たものをワックスを用いて中心部１１の周囲
に張り付け、これを外周部１２とした。これら４つの骨
密度測定用ファントムそれぞれについて、校正用投影デ
ータを収集して校正用ＣＴ画像を再構成し、中心部１１
の平均ＣＴ値および外周部１２の平均ＣＴ値を測定し
た。上記 (1)式に従って外周部１２の平均ＣＴ値で補正
して得られた中心部１１の平均ＣＴ値は、それぞれ２１
６，３４４，４７０および６００であった。
用ファントム１０を用意し、その中心部１１の径を４ｍ
ｍφとし、それぞれのハイドロキシアパタイト濃度Ｄを
０，１００，２００および３００ｍｇ／ｃｍ3 とした。
ラット大腿骨骨幹部をハンドモータで４分割から６分割
程度に縦断たものをワックスを用いて中心部１１の周囲
に張り付け、これを外周部１２とした。これら４つの骨
密度測定用ファントムそれぞれについて、校正用投影デ
ータを収集して校正用ＣＴ画像を再構成し、中心部１１
の平均ＣＴ値および外周部１２の平均ＣＴ値を測定し
た。上記 (1)式に従って外周部１２の平均ＣＴ値で補正
して得られた中心部１１の平均ＣＴ値は、それぞれ２１
６，３４４，４７０および６００であった。
【００４７】そして、補正された中心部１１の平均ＣＴ
値の検量線は、ハイドロキシアパタイト濃度Ｄの１次回
帰式として、
値の検量線は、ハイドロキシアパタイト濃度Ｄの１次回
帰式として、
【数５】 が得られ、また、ハイドロキシアパタイト濃度Ｄの３次
回帰式として、
回帰式として、
【数６】 が得られた。これら (5)式および (6)式から判るよう
に、２次および３次の項の寄与は非常に小さく、例え
ば、ハイドロキシアパタイト濃度Ｄの値が２００ｍｇ／
ｃｍ3 付近でＣＴ値は２％程度の差しか生じないことか
ら、上記 (5)式で表される検量線でも充分な精度を有す
るものとして用いられ得る。
に、２次および３次の項の寄与は非常に小さく、例え
ば、ハイドロキシアパタイト濃度Ｄの値が２００ｍｇ／
ｃｍ3 付近でＣＴ値は２％程度の差しか生じないことか
ら、上記 (5)式で表される検量線でも充分な精度を有す
るものとして用いられ得る。
【００４８】被検体２０としては、１２週齢の雌性ラッ
トを１４匹用いた。第１の雌性ラット７匹については卵
巣摘除手術を行うことにより骨粗鬆症を発症させ、第２
の雌性ラット７匹については卵巣を摘除することなく偽
手術を行うことにより第１の雌性ラットの状態と近似さ
せた。これら１４匹の雌性ラットそれぞれについて、手
術から３週間経過後に大腿骨を摘出し、その大腿骨の遠
位部の被検体投影データを収集し被検体ＣＴ画像を再構
成して観察した。また、この被検体ＣＴ画像の皮質骨お
よび海綿骨それぞれのＣＴ値を測定し、上記 (3)式に従
って皮質骨のＣＴ値で補正して得られた海綿骨のＣＴ値
を上記 (5)式の検量線に当てはめて海綿骨の骨密度を求
めた。
トを１４匹用いた。第１の雌性ラット７匹については卵
巣摘除手術を行うことにより骨粗鬆症を発症させ、第２
の雌性ラット７匹については卵巣を摘除することなく偽
手術を行うことにより第１の雌性ラットの状態と近似さ
せた。これら１４匹の雌性ラットそれぞれについて、手
術から３週間経過後に大腿骨を摘出し、その大腿骨の遠
位部の被検体投影データを収集し被検体ＣＴ画像を再構
成して観察した。また、この被検体ＣＴ画像の皮質骨お
よび海綿骨それぞれのＣＴ値を測定し、上記 (3)式に従
って皮質骨のＣＴ値で補正して得られた海綿骨のＣＴ値
を上記 (5)式の検量線に当てはめて海綿骨の骨密度を求
めた。
【００４９】その結果、卵巣を摘除した第１の雌性ラッ
トは、偽手術を行った第２の雌性ラットと比較して、骨
梁数の減少や骨梁間距離の増加が認められた。また、得
られた海綿骨の骨密度の平均値±標準偏差は、第１の雌
性ラットでは１４５．６±１６．６ｍｇ／ｃｍ3 であ
り、第２の雌性ラットでは２５４．１±５８．０ｍｇ／
ｃｍ3 であった。すなわち、卵巣摘除手術を行うことに
より明らかに海綿骨の骨密度の低下が認められた。この
ように雌性ラットを用いた閉経後骨粗鬆症モデルによ
り、骨の同一部位について内部微細構造を観察するとと
もに骨密度を測定することができることが確認できた。
トは、偽手術を行った第２の雌性ラットと比較して、骨
梁数の減少や骨梁間距離の増加が認められた。また、得
られた海綿骨の骨密度の平均値±標準偏差は、第１の雌
性ラットでは１４５．６±１６．６ｍｇ／ｃｍ3 であ
り、第２の雌性ラットでは２５４．１±５８．０ｍｇ／
ｃｍ3 であった。すなわち、卵巣摘除手術を行うことに
より明らかに海綿骨の骨密度の低下が認められた。この
ように雌性ラットを用いた閉経後骨粗鬆症モデルによ
り、骨の同一部位について内部微細構造を観察するとと
もに骨密度を測定することができることが確認できた。
【００５０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る骨密度測定装置および方法によれば、既知であって
互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを含有する
円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等価な物質
で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密度測定用
ファントムそれぞれについて、順次に校正用投影データ
が収集され、この校正用投影データに基づいて校正用Ｃ
Ｔ画像が再構成され、そして、この校正用ＣＴ画像に基
づいて、校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ値と中心部のハ
イドロキシアパタイト濃度との間の検量線が作成され
る。一方、被検体について被検体投影データが収集さ
れ、この被検体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像が
再構成され、そして、この被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣ
Ｔ値および検量線に基づいて、被検体の海綿骨の骨密度
が獲得される。このような構成としたので、被検体であ
る骨の海綿骨の微細構造および骨密度の双方を同時に、
非破壊的に且つ正確に測定することができる。したがっ
て、骨粗鬆症等の骨疾患の診断に好適に用いられ得る。
係る骨密度測定装置および方法によれば、既知であって
互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイトを含有する
円柱形状の中心部と中心部の外周を皮質骨と等価な物質
で覆う外周部とを有する２以上の所定数の骨密度測定用
ファントムそれぞれについて、順次に校正用投影データ
が収集され、この校正用投影データに基づいて校正用Ｃ
Ｔ画像が再構成され、そして、この校正用ＣＴ画像に基
づいて、校正用ＣＴ画像の中心部のＣＴ値と中心部のハ
イドロキシアパタイト濃度との間の検量線が作成され
る。一方、被検体について被検体投影データが収集さ
れ、この被検体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像が
再構成され、そして、この被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣ
Ｔ値および検量線に基づいて、被検体の海綿骨の骨密度
が獲得される。このような構成としたので、被検体であ
る骨の海綿骨の微細構造および骨密度の双方を同時に、
非破壊的に且つ正確に測定することができる。したがっ
て、骨粗鬆症等の骨疾患の診断に好適に用いられ得る。
【００５１】また、所定数の骨密度測定用ファントムの
校正用ＣＴ画像それぞれの外周部のＣＴ値で補正した中
心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度と
の間の検量線を作成するとともに、被検体ＣＴ画像の皮
質骨のＣＴ値で補正した海綿骨のＣＴ値および検量線に
基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得する場合には、
骨密度の測定精度が高い。
校正用ＣＴ画像それぞれの外周部のＣＴ値で補正した中
心部のＣＴ値と中心部のハイドロキシアパタイト濃度と
の間の検量線を作成するとともに、被検体ＣＴ画像の皮
質骨のＣＴ値で補正した海綿骨のＣＴ値および検量線に
基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得する場合には、
骨密度の測定精度が高い。
【００５２】また、被検体のスライス面に垂直な方向に
一定間隔の各位置それぞれで被検体を測定し当該測定結
果を加算したものを被検体投影データとする場合や、被
検体のスライス面に垂直な方向の各位置それぞれで被検
体を測定し当該測定結果を補間し積分したものを被検体
投影データとする場合には、被検体の移動範囲に亘る平
均された測定結果が得られる。
一定間隔の各位置それぞれで被検体を測定し当該測定結
果を加算したものを被検体投影データとする場合や、被
検体のスライス面に垂直な方向の各位置それぞれで被検
体を測定し当該測定結果を補間し積分したものを被検体
投影データとする場合には、被検体の移動範囲に亘る平
均された測定結果が得られる。
【００５３】また、本発明に係る骨密度測定用ファント
ムは、既知の濃度のハイドロキシアパタイトを含有する
円柱形状の中心部と、中心部の外周を皮質骨と等価な物
質で覆う外周部と、を備える構成としたので、上記の本
発明に係る骨密度測定用装置および方法による骨密度の
測定に好適に用いられる。
ムは、既知の濃度のハイドロキシアパタイトを含有する
円柱形状の中心部と、中心部の外周を皮質骨と等価な物
質で覆う外周部と、を備える構成としたので、上記の本
発明に係る骨密度測定用装置および方法による骨密度の
測定に好適に用いられる。
【図１】本実施形態に係る骨密度測定用ファントムを説
明する斜視図である。
明する斜視図である。
【図２】本実施形態に係る骨密度測定装置の構成図であ
る。
る。
【図３】本実施形態に係る骨密度測定方法を説明するフ
ローチャート図である。
ローチャート図である。
【図４】本実施形態に係る骨密度測定方法に用いられる
複数個の骨密度測定用ファントムを説明する図表であ
る。
複数個の骨密度測定用ファントムを説明する図表であ
る。
【図５】本実施形態に係る骨密度測定方法における検量
線を説明するグラフである。
線を説明するグラフである。
【図６】本実施形態に係る骨密度測定方法における検量
線に基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得する方法を
説明するグラフである。
線に基づいて被検体の海綿骨の骨密度を獲得する方法を
説明するグラフである。
【図７】本実施形態に係る骨密度測定方法における複数
スライス面の測定方法の第１の例を説明する図である。
スライス面の測定方法の第１の例を説明する図である。
【図８】本実施形態に係る骨密度測定方法における複数
スライス面の測定方法の第２の例を説明する図である。
スライス面の測定方法の第２の例を説明する図である。
【図９】本実施形態に係る骨密度測定方法における複数
スライス面の測定方法の第２の例を説明するグラフであ
る。
スライス面の測定方法の第２の例を説明するグラフであ
る。
１０…骨密度測定用ファントム、１１…中心部、１２…
外周部、２０…被検体、２１…海綿骨、２２…皮質骨、
１００…Ｘ線ＣＴ装置、１０１…測定室、１１０…Ｘ線
管、１２１…回転テーブル、１２２…Ｘ軸移動ステー
ジ、１２３…Ｙ軸移動ステージ、１２４…Ｚ軸移動ステ
ージ、１３０…リニアＸ線検出器、１３１…コリメー
タ、１３２…Ｘ軸移動ステージ、１３３…Ｙ軸移動ステ
ージ、１４０…Ｘ線イメージインテンシファイア、１４
３…Ｙ軸移動ステージ、１５０…架台、１５１…ステー
ジ移動レール、２００…制御演算装置、２１０…画像再
構成部、２２０…検量線作成部、２３０…被検体骨密度
獲得部、２４０…表示部、３１０…画像処理装置、３２
０…Ｘ線管制御装置。
外周部、２０…被検体、２１…海綿骨、２２…皮質骨、
１００…Ｘ線ＣＴ装置、１０１…測定室、１１０…Ｘ線
管、１２１…回転テーブル、１２２…Ｘ軸移動ステー
ジ、１２３…Ｙ軸移動ステージ、１２４…Ｚ軸移動ステ
ージ、１３０…リニアＸ線検出器、１３１…コリメー
タ、１３２…Ｘ軸移動ステージ、１３３…Ｙ軸移動ステ
ージ、１４０…Ｘ線イメージインテンシファイア、１４
３…Ｙ軸移動ステージ、１５０…架台、１５１…ステー
ジ移動レール、２００…制御演算装置、２１０…画像再
構成部、２２０…検量線作成部、２３０…被検体骨密度
獲得部、２４０…表示部、３１０…画像処理装置、３２
０…Ｘ線管制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 一夫 大阪府堺市緑町４−152 株式会社日鉄 エレックス内 (72)発明者 平井 秀和 大阪府堺市緑町４−152 株式会社日鉄 エレックス内 (72)発明者 濱崎 貴生 大阪府堺市緑町４−152 株式会社日鉄 エレックス内 (56)参考文献 特開 平７−148143（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−299533（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−286743（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−117315（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 6/00 - 6/14
Claims (9)
- 【請求項１】 測定空間を挟んで配置されたＸ線管と検
出器アレイとを有し、前記測定空間内に置かれた被検体
に前記Ｘ線管によりＸ線を照射し、前記検出器アレイに
到達したＸ線の強度を測定して、投影データを収集する
投影データ収集手段と、 前記投影データに基づいて画像を再構成する画像再構成
手段と、 既知であって互いに異なる濃度のハイドロキシアパタイ
トを含有する円柱形状の中心部と前記中心部の外周を皮
質骨と等価な物質で覆う外周部とを有する２以上の所定
数の骨密度測定用ファントムそれぞれについて順次に前
記投影データ収集手段により収集された校正用投影デー
タに基づいて前記画像再構成手段により再構成された校
正用ＣＴ画像に基づいて、前記校正用ＣＴ画像の前記中
心部のＣＴ値と前記中心部のハイドロキシアパタイト濃
度との間の検量線を作成する検量線作成手段と、 前記被検体について前記投影データ収集手段により収集
された被検体投影データに基づいて前記画像再構成手段
により再構成された被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値お
よび前記検量線に基づいて、前記被検体の海綿骨の骨密
度を獲得する被検体骨密度獲得手段と、 を備えることを特徴とする骨密度測定装置。 - 【請求項２】 前記検量線作成手段は、前記所定数の骨
密度測定用ファントムの校正用ＣＴ画像それぞれの前記
外周部のＣＴ値で補正した前記中心部のＣＴ値と前記中
心部のハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線を作
成するとともに、 前記被検体骨密度獲得手段は、前記被検体ＣＴ画像の皮
質骨のＣＴ値で補正した海綿骨のＣＴ値および前記検量
線に基づいて前記被検体の海綿骨の骨密度を獲得する、 ことを特徴とする請求項１記載の骨密度測定装置。 - 【請求項３】 前記投影データ収集手段は、前記被検体
のスライス面に垂直な方向に一定間隔の各位置それぞれ
で前記被検体を測定し、当該測定結果を加算したものを
前記被検体投影データとする、ことを特徴とする請求項
１記載の骨密度測定装置。 - 【請求項４】 前記投影データ収集手段は、前記被検体
のスライス面に垂直な方向の各位置それぞれで前記被検
体を測定し、当該測定結果を補間し積分したものを前記
被検体投影データとする、ことを特徴とする請求項１記
載の骨密度測定装置。 - 【請求項５】 既知であって互いに異なる濃度のハイド
ロキシアパタイトを含有する円柱形状の中心部と前記中
心部の外周を皮質骨と等価な物質で覆う外周部とを有す
る２以上の所定数の骨密度測定用ファントムそれぞれを
順次に、Ｘ線ＣＴ装置の測定空間内の所定位置に配置
し、前記Ｘ線ＣＴ装置により測定して校正用投影データ
を収集する校正用投影データ収集ステップと、 前記所定数の骨密度測定用ファントムそれぞれについ
て、前記校正用投影データに基づいて校正用ＣＴ画像を
再構成する校正用ＣＴ画像再構成ステップと、 前記所定数の骨密度測定用ファントムの校正用ＣＴ画像
に基づいて前記中心部のＣＴ値と前記中心部のハイドロ
キシアパタイト濃度との間の検量線を作成する検量線作
成ステップと、 被検体である骨を前記所定位置に配置し、前記Ｘ線ＣＴ
装置により測定して被検体投影データを収集する被検体
投影データ収集ステップと、 前記被検体投影データに基づいて被検体ＣＴ画像を再構
成する被検体ＣＴ画像再構成ステップと、 前記被検体ＣＴ画像の海綿骨のＣＴ値および前記検量線
に基づいて前記被検体の海綿骨の骨密度を獲得する被検
体骨密度獲得ステップと、 を備えることを特徴とする骨密度測定方法。 - 【請求項６】 前記検量線作成ステップは、前記所定数
の骨密度測定用ファントムの校正用ＣＴ画像それぞれの
前記外周部のＣＴ値で補正した前記中心部のＣＴ値と前
記中心部のハイドロキシアパタイト濃度との間の検量線
を作成するとともに、 前記被検体骨密度獲得ステップは、前記被検体ＣＴ画像
の皮質骨のＣＴ値で補正した海綿骨のＣＴ値および前記
検量線に基づいて前記被検体の海綿骨の骨密度を獲得す
る、 ことを特徴とする請求項５記載の骨密度測定方法。 - 【請求項７】 前記被検体投影データ収集ステップは、
前記被検体のスライス面に垂直な方向に一定間隔の各位
置それぞれで前記被検体を測定し、当該測定結果を加算
したものを前記被検体投影データとする、ことを特徴と
する請求項５記載の骨密度測定方法。 - 【請求項８】 前記被検体投影データ収集ステップは、
前記被検体のスライス面に垂直な方向の各位置それぞれ
で前記被検体を測定し、当該測定結果を補間し積分した
ものを前記被検体投影データとする、ことを特徴とする
請求項５記載の骨密度測定方法。 - 【請求項９】 既知の濃度のハイドロキシアパタイトを
含有する円柱形状の中心部と、前記中心部の外周を皮質
骨と等価な物質で覆う外周部と、を備えることを特徴と
する骨密度測定用ファントム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP32629297A JP3279513B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 骨密度測定装置、骨密度測定方法及び骨密度測定用ファントム |
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1997
- 1997-11-27 JP JP32629297A patent/JP3279513B2/ja not_active Expired - Fee Related
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