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
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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 |
---|---|---|---|
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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11155852A JPH11155852A (ja) | 1999-06-15 |
JP3279513B2 true JP3279513B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=18186150
Family Applications (1)
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