JPH053299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は骨の評価装置に関する。更に詳細には
本発明は、四肢長管骨のＸ線写真陰影度を測定し
て骨パターンを求め、あるいは四肢長管骨からフ
オトン・アブソープシオメトリーにより骨パター
ンを求め、得られる骨パターンを修正し、修正さ
れた骨パターンに基いて、各種の評価を行なうの
に適した骨の評価装置に関する。 ＜従来技術＞ 人間の骨の発育状態、老化度、あるいは骨粗鬆
症、骨軟化症等の骨病変の種類などを評価する方
法としてMD法が知られている（骨代謝、第13
巻、187−195頁、1980；骨代謝、第14巻、91−
104頁、1981等参照）。 MD法は、第２中手骨の骨幹部中央のＸ線像の
陰影度をマイクロデンシトメーターを用いて測定
し、コンピユータを併用して陰影より、骨皮質幅
指数（MCI）骨幅（Ｄ）、最高骨濃度（GSmax）
最低骨濃度（GSmin）、平均骨濃度（ΣGS／Ｄ）
等の各指標を求め、この指標によつて、骨萎縮度
等を判定する方法である。 骨を評価する他の方法としては、フオトン・ア
ブソープシオメトリーによる方法がある。この方
法はＸ線の代わりにガンマ線を用いて、骨を透過
したガンマ線の量を検出器により測定した定量化
する方法である。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ MD法にあつては、MD法で得られる各指標、
例えば最高骨濃度（GSmax）、骨皮質幅指数
（MCI）等の数値が、実際の骨の状態を反映しな
い場合があり、これらの指標によつては骨の評価
が困難なことも起り得る。例えば最高骨濃度
（GSmaxs）は骨皮質の骨密度の指標とされてい
るが、骨密度が同じ骨の場合でも骨の直径や骨皮
質幅が異なれば違う数値を示し、また骨皮質が均
質でない場合には、その意味することが不明確と
なる。 フオトン・アブソープシオメトリーによる従来
の方法では、骨塩量（BMC）を求めることしか
知られていない。 ＜問題点を解決するための手段＞ 本発明者らは、直接的に骨の状態を反映し得る
指標を求めることを目的として鋭意研究した結
果、第２中手骨のＸ線像の陰影度を、例えば従来
のMD法と同様にして、測定して骨パターンを求
め、あるいはフオトン・アブソープシオメトリー
より骨パターンを求め、該骨パターンの平滑化及
び対称化を行なつて骨パターンを修正し、該修正
された骨パターンより、各指標を求めることによ
つて得られる各指標が、骨の状態をよく反映し得
ることを見出した。 本発明者らはかかる知見に基いて更に鋭意研究
した結果、本発明を完成したものである。 本発明は第１に、 (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得られる骨の骨パ
ターンを求めるためのＸ線写真陰影度の測定手
段、あるいは四肢長管骨から骨パターンを求め
るためのフオトン・アブソープシオメトリー
（photon absorptiometory）手段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
骨パターンを修正するための修正手段と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨皮質幅指数
（MCI）、骨幅（Ｄ）、最高骨濃度（GSmax）、
最低骨濃度（GSmin）、骨塩量（ΣGS）及び平
均骨濃度（ΣGS／ＤあるいはΣGS／D²）より
選ばれる少なくとも１種の指標を求めるための
演算手段、 を有したことを特徴とする骨の評価装置。 第２に、 (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得られる骨の骨パ
ターンを求めるためのＸ線写真陰影度の測定手
段、あるいは四肢長管骨から骨パターンを求め
るためのフオトン・アブソープシオメトリー手
段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
骨パターンを修正するための修正手段と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨の断面の外
形を楕円とし帯状の骨皮質をもちその内側に骨
密度が減少する部分を持つ骨モデルを設定して
骨密度分布を求めるための演算手段、 を有したことを特徴とする骨の評価装置。 第３に、 (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得られる骨の一定
間隔での各部位の骨パターンを求めるために
各々のＸ線写真陰影度を測定するための測定手
段、あるいは四肢長管骨の一定間隔での各部位
から各々の骨パターンを求めるためのフオト
ン・アブソープシオメトリー手段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
各部位の骨パターンを修正するための修正手段
と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨の断面の外
形を楕円とし帯状の骨皮質をもちその内側に骨
密度が減少する部分を持つ帆ねモデルを設定し
て、各部位の骨密度分布を求めるための演算手
段と、 (d) 各部位の骨密度分布を、骨密度分布ごとにそ
の値の大小により色分けするための色分け手段
と、 (e) 四肢長管骨のＸ線像を、あるいはフオトン・
アブソープシオメトリーにより得られる像を、
骨密度分布の像に変換するための変換手段、 を有したことを特徴とする骨の評価装置である。 以下第１の発明について説明する。 先ず、a′、四肢長管骨をＸ線撮影して得られる
骨のＸ線写真陰影度から測定手段によつて骨パタ
ーンを求める。あるいは四肢長管骨からフオト
ン・アブソープシオメトリー手段により骨パター
ンを求める。 四肢長管骨としては骨のまわりの軟部組織の厚
さが薄く平均化している部分の骨が望ましく、例
えば第１〜第５の中手骨、上腕骨などがあげられ
る。なかでも第２中手骨の骨幹部中央が好適であ
る。四肢長管骨をＸ線撮影してＸ線の像を得る。
Ｘ線撮影して得られる骨のＸ線写真陰影度を測定
して骨パターンを求める。骨パターンを求めるに
は、例えばMD法によれば、Ｘ線像の陰影度を、
例えば１段の高さ１mmで20段（最低の高さ１mm、
最高の高さ20mm）のアルミ階段（alminium step
wedge）、あるいはアルミニウムロープのＸ線像
とともに、本発明の装置における測定手段を構成
するデンシトメーターで測定する。骨の近位端と
遠位端との中間点の陰影度を測定するのが望まし
い。得られる陰影度は、光学密度（OD）を目盛
つた用紙に拡大して記録し、骨の各点における吸
光度（OD）をアルミ階段の段数に変換補正（GS
値）して第１図に示すような骨パターンを作図す
る（（骨代謝、第13巻、187−195頁、1980；骨代
謝、第14巻、91−104頁、1981；骨代謝、第14巻、
319−925頁、1981）。あるいは、骨のＸ線像を、
アルミ階段、アルミニウムスロープのＸ線像とと
もにテレビカメラにより読み取つて骨パターンを
求めることもできる。 また、四肢長管骨からフオトン・アブソープシ
オメトリー手段により骨パターンを求めることも
できる。フオトン・アブソープシオメトリー手段
は、Ｘ線の代わりにガンマ線を用いて、骨を透過
したガンマ線の量を、検出器により測定して定量
化する方法である（腎と透析、Vol.6、No.１、49、
1979；Science、Vol.142、230、1963）。この方法
ではガンマ線を四肢長管骨の断面をスキヤンニン
グし、骨を透過したガンマ線のカウント数が第１
図の如き像として画かれる。 次いで(b)得られる骨パターンの対称化及び平滑
化を行なう修正手段によつて骨パターンを修正す
る。 骨パターンの対称化を第２図に基いて説明す
る。先ず上述した方法で得られる骨パターンに中
心線（第２図の一点鎖線）を引く。中心線より左
右に等間隔(X)の位置におけるGS値（GSx₁及び
GSx₂）を求め、これらの平均値［GSx＝（GSx₁
＋GSx₂）／２］を、中心線より、左右に等間隔
の位置のGS値（GSx）とする。Ｘを変えてこの
操作を繰り返すことにより、対称化された骨パタ
ーン（第２図の点線）を求める。次いで骨パター
ンの平滑化を行なう。平滑化の方法を第３図に基
いて説明する。先ず上述した方法で得られる対称
化された骨パターンを等分化する。次いで等分化
された骨パターンを、例えば５点ずつ区分する
（Xi₁、Xi₂、Xi₃、Xi₄、Xi₅）。次いで各位置にお
けるGS値（GSx₁、GSxi₂、GSxi₃、GSxi₄、
GSxi₅）を求めその平均値を算出して、その値
を、５区分の中心であるXi₃におけるGS値とす
る。この操作を順次行ない得られるGS値を結ぶ
ことに平滑化された骨パターンが得られる。この
平滑化は移動平均法に準じた方法である。 本発明の装置における修正手段では、上記対称
化、平滑化の操作の順はいずれでもよいが、対称
化を先ず行ない、次いで平滑化するのが望まし
い。 フオトン・アブソープシオメトリー手段による
方法では、GS値は、ln（I₀／Ii）として求める。
ここで、I₀は骨を透過したガンマ線のカウント数
であり、Iiは入射するガンマ線のカウント数であ
る。 かくして得られる修正された骨パターンより、
演算手段によつて各指標を求める。各指標につい
て例えば２中手骨に本法を用いた場合に得られる
第４図に基いて説明する。 第４図において、Ｄは骨幅、ｄは骨髄幅、d₁は
尺側骨皮質幅、d₂は橈側骨皮質幅を示している。
骨幅Ｄ、尺側骨皮質幅d₁、橈側骨皮質幅d₂より骨
皮質幅指数（MCI）が求まる（MCI＝（d₁＋
d₂）／Ｄ）。GSminは最低骨濃度であり、
GSmax₁（尺側骨皮質におけるGS値の極大値）と
GSmax₂（橈側骨皮質におけるGS値の極大値）と
の平均値（本発明の場合、GSmax₁とGSmax₂と
は、骨パターンの対称化により等しい）より最高
濃度（GSmax）［GSmax＝１／２（GSmax₁＋
GSmax₂）］が求まる。また各GS値を積分して得
られる面積が骨塩量（ΣGS）であり、これより
平均骨濃度（ΣGS／ＤまたはΣGS／D²）が求ま
る。 かくして得られる指標、骨皮質幅指数
（MCI）、骨幅（Ｄ）、最高骨濃度（GSmax）、最
低骨濃度（GSmin）、骨塩量（ΣGS）及び平均骨
濃度（ΣGS／ＤまたはΣGS／D²）より選ばれる
少なくとも１種の指標によつて骨の評価を行なう
ことができる。これらの指標、例えば骨皮質幅指
数（MCI）は、従来のMD法で用いられるMCIに
比べて実際の骨の状態をより適確に表わした値で
ある。したがつてこれらの指標により、より正確
な骨の評価が可能である。骨の評価の例として
は、例えば骨萎縮度の判定（骨代謝、第13巻、
187−195頁、1980）、骨成長の判定（骨代謝、第
14巻、319−325頁、1981）、骨病変の類別判定
（特開昭59−8935号公報、特開昭59−11840号公
報）、骨改善効果の判定（特開昭59−49743号公
報）などが挙げられる。本発明で得られる指標を
用いてこれら判定を行なうことが可能である。 次いで第２の発明、すなわち、 (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得られる骨の骨パ
ターンを求めるためのＸ線写真陰影度の測定手
段、あるいは四肢長管骨から骨パターンを求め
るためのフオトン・アブソープシオメトリー手
段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
骨パターンを修正するための修正手段と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨の断面の外
形を楕円とし帯状の骨皮質をもちその内側に骨
密度が減少する部分を持つ骨モデルを設定し
て、骨密度分布を求めるための演算手段、 を有したことを特徴とする骨の評価方法について
説明する。 第２の発明では先ず、(a)四肢長管骨をＸ線撮影
して得られる骨のＸ線写真陰影度を測定手段によ
り測定して骨パターンを求め、あるいは四肢長管
骨から、フオトン・アブソープシオメトリー手段
により骨パターンを求め、(b)修正手段によつて該
骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて骨パタ
ーンを修正する。これら(a)、(b)の手段は第１の発
明において説明したと同様である。 次いで、(c)演算手段によつて、該修正された骨
パターンより、骨の断面の外形を楕円とし帯状の
骨皮質をもちその内側に骨密度が減少する部分を
持つモデルを設定して、骨密度分布を求める。骨
密度分布の求め方を第５図に基いて説明する。 前述した方法により得られる修正した骨パター
ンを第５図の如き楕円形の骨モデルにあてはめ
る。ここで用いる楕円形は骨の一断面の外形であ
る。楕円形は長径／短径が、１＜長径／短径≦
1.4の範囲に在るものが望ましく、中手骨を対象
とする場合には1.25あるいはその前後のものが、
現実の骨によく適合する点で望ましい。上腕骨あ
るいは前腕骨近位部を対象とする場合には、長
径／短径が１に近い値の楕円形が望ましい。次い
で骨パターンをｎ等分する。第５図では骨パター
ンの片側（尺側）を100等分した例が記載されて
いる。そして各層における骨密度をμ₁′、μ₂′、
μ₃′……μi′……μ′₁₀₀とする。また第５図の如く
、
骨モデルをｎ個の帯状の骨皮質を有するように設
定し、それぞれの帯における骨密度は一定とす
る。すなわち骨の断面の外周より等距離にある層
の骨密度は同一とする。ｎ等分した各位置におけ
る骨モデルの断面の長さは次のように表わすこと
ができる。 ２・I₁、₁ ２・（I_2,1＋I_2,2） ２・（I_3,1＋I_3,2＋I_3,3） 〓 ２・（I_i、₁＋I_i,2＋…＋I_i,j＋…I_i,i） 〓 I_1,1、I_2,1…等の値は計算により求まる。これら
の値から以下の如き漸化式が求まる。この漸化式
は第５図に示すように100等分した場合の式であ
る。 GS1＝２・（I_1,1・μ′₁） GS2＝２・（I_2,1・μ′₂＋I_2,2・μ′₁） GSi＝２・（I_1,1・μi′＋…＋I_i,j・μ′_i-j+1＋…＋I
_i,j・
μ′₁） GS₁₀₀＝２・（I_100,1・μ′₁₀₀＋…＋I_100,k・μ′_100-
k+1＋
I_100,100・μ′₁） この漸化式を解くことによつて各位置での骨密
度（μi′）が求まり、これをグラフ化することに
よつて骨密度分布が得られる。第５図の点線が骨
密度分布の例を示す。本発明の装置における演算
手段では、上記漸化式を解く際に、骨皮質の外側
の部分の骨密度は一定（μ₁′＝μ₂′＝μ₃′＝…）と
み
なして解くことができる。すなわち骨皮質の外側
の部分で骨密度が均質と見られる部分の骨パター
ンを選び、その部分の骨密度を一定として、上記
漸化式を解くこともできる。また骨パターンを両
端部分は散乱線の影響で誤差が大きいので、無視
することができ、また無視することによつて、よ
り正しい値が求まる。本法を例えば撓畳遠位部の
如く、明らかに断面が楕円として近似できない場
合には、骨パターンの対称化を略し、橈側のみの
骨パターンを用いて、楕円として近似できる部分
のみを骨モデルにあてはめて計算することもでき
る。 ここで得られる骨密度（μi′）は、Ｘ線撮影し
て骨パターンを求めた場合には、Ｘ線像の陰影度
をアルミニウムステツプエツジあるいはアルミニ
ウムスロープの陰影度と比較した値より求まる
GS値に基いて得られるものであり、Ｘ線減弱係
数に相当するものである。そしてかかる骨密度す
なわちＸ線減弱係数は、実際の骨のＸ線減弱係数
（μb）から、骨のまわりの軟部組織のＸ線減弱係
数（μs）を減じた値と、アルミニウムのＸ線減弱
係数（μal）との比として、すなわち μi＝（μb−μs）／μal として求まるものである。またフオトン・アブソ
ープシオメトリー手段により骨パターンを求めた
場合には、得られる骨密度は、骨のγ線減弱係数
から軟部組織のγ線減弱係数を減じた値として求
まる。骨の各部の正確な骨密度を求めるには、コ
ンピユータートモグラフイーのようなスキヤンニ
ングを要するが、本発明の如く骨パターンを修正
し、骨モデルにあてはめれば骨密度の分布を近似
的に求めることができる。 かくして本発明の装置における演算手段によつ
て得られる骨密度分布は、従来のMD法によつて
得られる骨密度分布に比べて、より正確に実際の
骨の状態を反映し得る指標であり、この骨密度分
布を用いることによつて、より客観的な骨の評価
が可能である。例えば骨疾患を有する患者の骨密
度分布と、健常人の骨密度分布を比較することに
よつて骨病変の類別判定が可能であり、また骨密
度が不均一である腎性骨症の病態をより適確に判
定することができ、骨の成長度、老化度等の判定
にも応用できる。また得られる骨密度分布より第
６図に示した如き断面二次モーメント、または断
面二次極、モーメント（Clin.Orthop.Rel.Res.、
149、268、1980）を求めることができる。これら
の指標は骨の強度の指標ともなり得るものであ
り、これらの指標を併用することによつてより正
確に骨の評価を行なうことができる。 次いで第３の発明、すなわち (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得られる骨の一定
間隔での各部位の骨パターンを求めるために
各々Ｘ線写真陰影度を測定するための測定手
段、あるいは四肢長管骨の一定間隔での各部位
から各々の骨パターンを求めるためのフオト
ン・アブソープシオメトリー手段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
各部位の骨パターンを修正するための修正手段
と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨の断面の外
形を楕円とし帯状の骨皮質をもちその内側に骨
密度が減少する部分を持つ骨モデルを設定し
て、各部位の骨密度分布を求めるための演算手
段と、 (d) 各部位の骨密度分布を、骨密度分布ごとにそ
の値の大小により色分けするための色分け手段
と、 (e) 四肢長管骨のＸ線像を、あるいはフオトン・
アブソープシオメトリー手段により得られる像
を、骨密度分布の像に変換するための変換手
段、 を有したことを特徴とする骨の評価方法について
説明する。 第３の発明では、第２の発明と全く同様の手段
によつて骨密度分布を求める。ただし第３の発明
においては、上記(a)で述べたように、四肢長管骨
をＸ線撮影して得られる骨のＸ線濃度を一定の間
隔で測定手段によつて測定して各部位の骨パター
ンを求め、あるいは、四肢長管骨の各部位からフ
オトン・アブソープシオメトリー手段により各部
位の骨パターンを求め、修正手段及び演算手段に
よつてこの骨パターンより各部位ごとに骨密度分
布を求める。これらの方法を第７図に基いて説明
する。 第７図のは第２中手骨をＸ線像を示す略図で
あり斜線はＸ線の陰影を示す。第３の発明では、
Ｘ線像を一定の間隔に区分し各部位ごとに、骨パ
ターンを求める。一定の間隔としては通常２mm以
下が採用される。またこの場合、特に末梢骨の骨
幹部を測定対象とするのが好ましい。各部位ごと
に得られる骨パターンより、第２の発明と全く同
様にして各部位ごとの骨密度分布を求める。第７
図のは骨密度分布の略図を示す。第３の発明で
は、得られた骨密度分布を、色分け手段によつて
その骨密度（μ′）の値の大小によつて色分けす
る。すなわち例えば骨密度が高い部分（あるいは
正常な部分）を例えば赤系統の色、骨密度が低下
していく部分（あるいは軟度乃至中等度の萎縮を
示す部分）を、例えばピンク、黄色、緑と色別
し、骨密度が極度に低下した部分（あるいはこう
どの萎縮を示す部分）を、例えば青系統の色で色
別する。この操作を、各部位で得られる骨密度分
布について行なう。次いでこの色別化された骨密
度分布により、四肢長管骨のＸ線像を骨密度分布
の色別された像に変換する。第７図のは変換さ
れた像の略図である。これらの操作は、通常コン
ピユーターを用いてグラフイツクデイスプレイす
ることによつて行われる。フオトン・アブソープ
シオメトリー手段によつて骨パターンを求める場
合にも、同様に各部位の骨パターンを求めて、骨
密度分布を得て、同様にして色別化し、色別され
た像を得る。 また上記(a)〜(c)の操作を、従来のMD法による
骨密度分布の求め方によつて行ない（骨代謝、第
14巻、91−104頁、1981）、得られる骨密度分布を
本発明の(d)〜(e)の各種団によつて、四肢の上管骨
のＸ線像等より得られる骨パターンを骨密度分布
の色別された像に変換し、この像に基いて骨を評
価することも可能である。 かくして得られる像は、骨の一断面ではなく、
骨全体の骨密度分布を表わしており、この像によ
つて骨をより正確に、より現実的に評価すること
ができる。例えば本発明の像により、老人性骨粗
鬆症では骨皮質は菲薄化し、近位部から遠位部へ
ほぼ均質に骨密度の低下がみられる。慢性関節リ
ウマチでは、関節近傍に高度な骨萎縮がみられ
る。 ＜発明の効果＞ 本発明は、従来のMD法に改良を加えた骨の評
価方法に適した評価装置を提供するものであり、
本発明の装置によれば、骨の状態を適確に客観的
に評価することができ、本発明の意義は大きい。 ＜実施例＞ 実施例 １ 62才女性の骨粗鬆症患者の第２の中手骨のＸ線
写真より本発明の装置によつて求めた骨密度分布
を第７図に示す。骨密度を求める際に骨皮質の外
側の部分の骨密度は一定として求めた。第８図の
(a)はデンシトメリー手段により測定した値から得
られた骨パターンである。(b)の「―――」は骨幅
を10mmへ換算して求めた骨パターンである。「〓
〓〓」は本発明の修正手段によつて対称化及び平
滑化して求めた修正された骨パターンである。
「〓〓〓」は本発明の演算手段によつて求めた骨
密度分布である。 実施例 ２ 20才から40才までの男子19名、女子18名の健常
者を対象として、実施例１と同様にして本発明の
評価装置によつて骨密度分布を求めた。このとき
得られた骨皮質外側の骨密度（μ′）の結果を表に
した。 【表】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Technical Field> The present invention relates to a bone evaluation device. More specifically, the present invention obtains a bone pattern by measuring the degree of shading in an X-ray of a long bone of an extremity, or obtains a bone pattern from a long bone of an extremity by photon absorptiometry, and calculates the obtained bone pattern. The present invention relates to a bone evaluation device suitable for correcting and performing various evaluations based on the corrected bone pattern. <Prior art> The MD method is known as a method for evaluating the developmental state of human bones, the degree of aging, and the types of bone lesions such as osteoporosis and osteomalacia (Bone Metabolism, No. 13).
Vol. 187-195, 1980; Bone Metabolism, Vol. 14, 91-
(See p. 104, 1981, etc.) The MD method uses a microdensitometer to measure the shading of an X-ray image of the center of the diaphyseal shaft of the second metacarpal, and uses a computer to calculate the cortical width index (MCI) and bone width (D). ), maximum bone mineral density (GSmax)
Minimum bone density (GSmin), average bone density (ΣGS/D)
This is a method to determine the degree of bone atrophy, etc. based on these indices. Another method for evaluating bone is photon absorptimetry. This method uses gamma rays instead of X-rays and measures and quantifies the amount of gamma rays that have passed through the bone using a detector. <Problems to be solved by the invention> In the case of the MD method, each index obtained by the MD method,
For example, values such as maximum bone mineral density (GSmax) and bone cortical width index (MCI) may not reflect the actual bone condition, and bone evaluation may be difficult depending on these indicators. For example, the maximum bone density (GSmaxs) is considered to be an index of the bone density of the bone cortex, but even if the bone density is the same, it will show different values if the bone diameter and bone cortex width are different, and the bone cortex is not homogeneous. In some cases, the meaning is unclear. The conventional method using photon absorptiometry is only known to determine bone mineral content (BMC). <Means for solving the problem> As a result of intensive research aimed at finding an index that can directly reflect the condition of the bone, the present inventors found that the degree of shading in the X-ray image of the second metacarpal bone For example, in the same manner as the conventional MD method, the bone pattern is determined by measuring, or the bone pattern is determined by photon absorptiometry, and the bone pattern is smoothed and symmetrical to correct the bone pattern. However, it has been found that each index obtained by calculating each index from the corrected bone pattern can reflect the condition of the bone well. The present inventors have completed the present invention as a result of further intensive research based on this knowledge. The present invention provides, firstly, (a) a means for measuring the degree of shading of an X-ray photograph for determining a bone pattern of a bone obtained by taking an X-ray photograph of a long bone of an extremity; or a means for determining a bone pattern from a long bone of an extremity; (b) modification means for modifying the bone pattern by smoothing and symmetrizing the bone pattern; and (c) the modified bone pattern. From, bone cortical width index (MCI), bone width (D), maximum bone density (GSmax),
A calculation means for determining at least one index selected from minimum bone density (GSmin), bone mineral density (ΣGS), and average bone density (ΣGS/D or ΣGS/D ² ). Bone evaluation device. Second, (a) a method for measuring the degree of radiograph shading for determining the bone pattern of bones obtained by taking X-rays of the long bones of the extremities; (b) correction means for correcting the bone pattern by smoothing and symmetrizing the bone pattern; and (c) determining the outline of a cross-section of the bone from the corrected bone pattern. A bone evaluation device comprising: calculation means for determining a bone density distribution by setting a bone model in which is an ellipse, has a belt-shaped bone cortex, and has a portion where the bone density decreases inside the bone model. Thirdly, (a) a measuring means for measuring the shading degree of each X-ray photograph in order to obtain the bone pattern of each part at regular intervals of the bone obtained by X-ray photographing the long bones of the extremities, or (b) a photon absorptiometry means for determining each bone pattern from each part of the long bones of the extremities at regular intervals; (b) smoothing and symmetrizing the bone pattern to obtain the bone pattern of each part; (c) From the corrected bone pattern, set a sail model with an elliptical cross-sectional outline of the bone, a band-shaped bone cortex, and a portion where the bone density decreases inside the cortices. (d) color-coding means for color-coding the bone density distribution of each region according to the magnitude of the value for each bone density distribution; (e) a calculation means for determining the bone density distribution of each region; X-ray images of long bones or photon
The image obtained by absorptiometry is
A bone evaluation device comprising: a conversion means for converting into an image of bone density distribution. The first invention will be explained below. First, a', a bone pattern is determined by a measuring means from the X-ray shading of the bone obtained by X-ray photographing the long bones of the extremities. Alternatively, the bone pattern is determined from the long bones of the limbs using photon absorptiometry. The long bones of the limb are preferably bones in which the thickness of the soft tissue around the bones is thin and even, such as the first to fifth metacarpal bones, humerus, and the like. Among these, the center of the diaphysis of the second metacarpal is preferred. X-ray images are obtained by taking X-rays of the long bones of the limbs.
The bone pattern is determined by measuring the degree of shading in the X-ray image of the bone obtained by X-ray photography. To obtain a bone pattern, for example, according to the MD method, the degree of shading of an X-ray image is
For example, 20 steps with each step having a height of 1 mm (minimum height of 1 mm,
aluminum step (maximum height 20mm)
wedge) or an aluminum rope using a densitometer that constitutes the measuring means in the apparatus of the present invention. It is desirable to measure the degree of shading at the midpoint between the proximal and distal ends of the bone. The obtained shading degree is recorded by enlarging the optical density (OD) on a paper with a scale, and converting the absorbance (OD) at each point of the bone into the number of steps of an aluminum staircase (GS
(Bone Metabolism, Vol. 13, pp. 187-195, 1980; Bone Metabolism, Vol. 14, pp. 91-104, 1981; Bone Metabolism, Vol. 14 volumes,
319-925, 1981). Or, an X-ray image of the bone,
Bone patterns can also be determined by reading the X-ray images of aluminum stairs and slopes using a television camera. In addition, bone patterns can also be determined from the long bones of the extremities by photon absorptiometry. Photon absorptiometry is a method that uses gamma rays instead of X-rays and measures and quantifies the amount of gamma rays that have passed through bone with a detector (Kidney and Dialysis, Vol. 6, No. .1, 49,
1979; Science, Vol. 142, 230, 1963). In this method, gamma rays are scanned across a cross section of the long bones of the limb, and the number of gamma rays that have passed through the bones is the first.
It is depicted as an image as shown in the figure. Then (b) the bone pattern is modified by a modification means for symmetrizing and smoothing the resulting bone pattern. Symmetrization of bone patterns will be explained based on FIG. 2. First, a center line (dotted chain line in FIG. 2) is drawn on the bone pattern obtained by the method described above. GS values at positions equidistant (X) left and right from the center line (GSx ₁ and
GSx ₂ ) and calculate their average value [GSx = (GSx ₁
+GSx ₂ )/2] is the GS value (GSx) at positions equally spaced left and right from the center line. By repeating this operation while changing X, a symmetrical bone pattern (dotted line in Figure 2) is obtained. Next, the bone pattern is smoothed. The smoothing method will be explained based on FIG. First, the symmetrized bone pattern obtained by the method described above is divided into equal parts. Next, the equally differentiated bone pattern is divided, for example, into five points (Xi ₁ , Xi ₂ , Xi ₃ , Xi ₄ , Xi ₅ ). Next, calculate the GS value at each position (GSx ₁ , GSxi ₂ , GSxi ₃ , GSxi ₄ ,
GSxi ₅ ), calculate the average value, and use that value as the GS value at Xi ₃ , which is the center of the five categories. A smoothed bone pattern can be obtained by sequentially performing this operation and connecting the obtained GS values. This smoothing is a method similar to the moving average method. In the correction means in the apparatus of the present invention, the symmetrization and smoothing operations may be carried out in any order, but it is preferable to perform the symmetrization first and then the smoothing. In the photon absorptiometry method, the GS value is determined as ln(I ₀ /Ii).
Here, I ₀ is the count number of gamma rays that have passed through the bone, and Ii is the count number of incident gamma rays. From the thus obtained modified bone pattern,
Each index is determined by a calculation means. Each index will be explained based on FIG. 4 obtained when this method is applied to, for example, the second metacarpal. In FIG. 4, D indicates bone width, d indicates bone marrow width, d ₁ indicates ulnar bone cortex width, and d ₂ indicates radial bone cortex width.
Bone cortical width index (MCI) is calculated from bone width D, ulnar bone cortical width d ₁ , and radial bone cortical width d ₂ (MCI = (d ₁ +
_d2 )/D). GSmin is the minimum bone density;
GSmax ₁ (maximum value of GS value in the ulnar bone cortex) and
The highest concentration (GSmax) [ _GSmax = _{1 /} 2(GSmax ₁ +
GSmax ₂ )] is calculated. The area obtained by integrating each GS value is the bone mineral content (ΣGS), and from this, the average bone density (ΣGS/D or ΣGS/D ² ) can be determined. The indices thus obtained, bone cortical width index (MCI), bone width (D), maximum bone density (GSmax), minimum bone density (GSmin), bone mineral density (ΣGS), and average bone density (ΣGS/D or ΣGS/ Bone can be evaluated using at least one index selected from ^D2 ). These indices, such as the bone cortical width index (MCI), are values that more accurately represent the actual bone condition than the MCI used in conventional MD methods. Therefore, these indicators enable more accurate bone evaluation. Examples of bone evaluation include, for example, determination of the degree of bone atrophy (Bone Metabolism, Vol. 13,
187-195, 1980), determination of bone growth (bone metabolism,
14, pp. 319-325, 1981), classification of bone lesions (JP-A-59-8935, JP-A-59-11840), assessment of bone improvement effect (JP-A-59-49743) ), etc. These determinations can be made using the index obtained by the present invention. Next, the second invention, namely, (a) a means for measuring the degree of radiograph shading for determining the bone pattern of a bone obtained by taking an X-ray of a long bone of an extremity, or a means for determining a bone pattern from a long bone of an extremity; (b) a modification means for modifying the bone pattern by smoothing and symmetrizing the bone pattern; and (c) a method for modifying the bone pattern from the modified bone pattern. A bone characterized by having: a calculation means for determining bone density distribution by setting a bone model having an elliptical cross-sectional outline, a band-shaped bone cortex, and a portion where bone density decreases inside the bone model. We will explain the evaluation method. In the second invention, first, (a) a bone pattern is determined by measuring the opacity of the X-ray photograph obtained by taking an X-ray of the long bones of the extremities, or a photon pattern is obtained from the long bones of the extremities. A bone pattern is determined by the absorptiometric means, and (b) the bone pattern is smoothed and symmetrical by the modification means to modify the bone pattern. These means (a) and (b) are the same as those explained in the first invention. (c) Using the corrected bone pattern, a calculation means sets a model with an elliptical cross-sectional outline of the bone, a band-shaped bone cortex, and a portion where the bone density decreases inside the cortices; Determine bone density distribution. The method for determining bone density distribution will be explained based on FIG. 5. The modified bone pattern obtained by the method described above is applied to an oval bone model as shown in FIG. The ellipse used here is the outline of one cross-section of a bone. The major axis/minor axis of an ellipse is 1<major axis/minor axis≦
A value in the range of 1.4 is desirable, and when targeting metacarpal bones, a value of 1.25 or around 1.25 is preferable.
Desirable because it closely matches real bones. When targeting the humerus or the proximal forearm, an elliptical shape with a major axis/minor axis close to 1 is desirable. The bone pattern is then divided into n equal parts. Fig. 5 shows an example in which one side (ulnar side) of the bone pattern is divided into 100 equal parts. Then, the bone density in each layer is μ ₁ ′, μ ₂ ′,
Let μ ₃ ′……μi′……μ′ be ₁₀₀ . Also, as shown in Figure 5,
The bone model is set to have n band-shaped bone cortices, and the bone density in each band is constant. In other words, the bone densities of layers equidistant from the outer periphery of the bone cross section are assumed to be the same. The length of the cross section of the bone model at each position divided into n equal parts can be expressed as follows. 2・I ₁ , ₁ 2・(I _2,1 +I _2,2 ) 2・(I _3,1 +I _3,2 +I _3,3 ) 〓 2・(I _i , ₁ +I _i,2 +…+I _{i ,j} +...I _i,i ) 〓 The values of I _1,1 , I _2,1 ..., etc. are determined by calculation. From these values, the following recurrence formula can be found. This recurrence formula is a formula for dividing into 100 equal parts as shown in FIG. GS1=2・(I _1,1・μ′ ₁ ) GS2=2・(I _2,1・μ′ ₂ +I _2,2・μ′ ₁ ) GSi=2・(I _1,1・μi′+… ＋I _i,j・μ′ _i-j+1 ＋…＋I
_i,j・
μ′ ₁ ) GS ₁₀₀ = 2・(I _100,1・μ′ ₁₀₀ +…+I _100,k・μ′ _100-
k+1 +
I _100,100・μ′ ₁ ) By solving this recurrence formula, the bone density (μi′) at each position can be determined, and by graphing this, the bone density distribution can be obtained. The dotted line in FIG. 5 shows an example of bone density distribution. When solving the above recurrence formula, the calculation means in the device of the present invention can assume that the bone density of the outer part of the bone cortex is constant (μ ₁ ′=μ ₂ ′=μ ₃ ′=…). can. That is, it is also possible to select a bone pattern outside the bone cortex where the bone density is considered to be homogeneous, and solve the above recurrence formula by setting the bone density in that part constant. Furthermore, since errors at both ends of the bone pattern are large due to the influence of scattered radiation, they can be ignored, and by ignoring them, more accurate values can be found. When using this method, for example, in cases where the cross section cannot be clearly approximated as an ellipse, such as in the distal part of a flexural fold, symmetrization of the bone pattern is omitted, and only the bone pattern on the radial side is used, and only the part that can be approximated as an ellipse is modeled as a bone model. It can also be calculated by applying The bone density (μi') obtained here is obtained by comparing the shading of the X-ray image with the shading of the aluminum step edge or aluminum slope when the bone pattern is determined by X-ray photography.
It is obtained based on the GS value and corresponds to the X-ray attenuation coefficient. The bone density, that is, the X-ray attenuation coefficient, is the value obtained by subtracting the X-ray attenuation coefficient (μs) of the soft tissue around the bone from the actual X-ray attenuation coefficient (μb) of the bone, and the X-ray attenuation coefficient of aluminum. (μal), that is, μi=(μb−μs)/μal. When a bone pattern is determined by photon absorptiometry, the resulting bone density is determined as the value obtained by subtracting the γ-ray attenuation coefficient of soft tissue from the γ-ray attenuation coefficient of bone. Scanning such as computer tomography is required to obtain accurate bone density for each part of the bone, but by modifying the bone pattern and applying it to a bone model as in the present invention, it is possible to approximate the distribution of bone density. be able to. Thus, the bone density distribution obtained by the calculation means in the device of the present invention is an index that can reflect the actual bone condition more accurately than the bone density distribution obtained by the conventional MD method. By using this bone density distribution, more objective bone evaluation is possible. For example, by comparing the bone density distribution of a patient with bone disease with the bone density distribution of a healthy person, it is possible to classify bone lesions, and also to diagnose the pathology of nephrogenic osteopathy, where bone density is uneven. It can be determined more accurately and can also be applied to determining the degree of bone growth, aging, etc. In addition, from the bone density distribution obtained, the moment of inertia of the section, or the moment of inertia of the section, as shown in Fig. 6 (Clin.Orthop.Rel.Res.
149, 268, 1980). These indicators can also serve as indicators of bone strength, and by using these indicators together, bones can be evaluated more accurately. Next, the third invention, namely (a) a measuring means for measuring the degree of shading in each X-ray photograph in order to obtain the bone pattern of each part at regular intervals of the bone obtained by X-ray photographing the long bones of the extremities. (b) smoothing and symmetricalizing the bone patterns to obtain each bone pattern from each part of the long bones of the extremities at regular intervals; (c) from the corrected bone pattern, a bone model with an elliptical bone cross-sectional outline, a band-shaped bone cortex, and a portion where the bone density decreases inside the bone model; (d) a color-coding means for color-coding the bone density distribution of each region according to the magnitude of the value thereof; (e) X-ray images of long bones of extremities, or photon
A bone evaluation method characterized by comprising: a conversion means for converting an image obtained by an absorptiometry means into an image of bone density distribution will be described. In the third invention, the bone density distribution is determined by the same means as in the second invention. However, in the third invention, as described in (a) above, the X-ray density of the bone obtained by taking X-rays of the long bones of the extremities is measured by a measuring means at regular intervals, and the Alternatively, the bone pattern of each part of the long bones of the extremities is determined by photon absorptiometry, and the bone density of each part is determined from this bone pattern using the correction means and calculation means. Find the distribution. These methods will be explained based on FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing an X-ray image of the second metacarpal, and diagonal lines indicate X-ray shadows. In the third invention,
The X-ray image is divided into regular intervals and bone patterns are determined for each region. A constant spacing of 2 mm or less is usually adopted. In this case, it is particularly preferable to measure the diaphysis of the peripheral bone. From the bone pattern obtained for each site, the bone density distribution for each site is determined in exactly the same manner as in the second invention. 7th
The figure shows a schematic diagram of bone density distribution. In the third invention, the obtained bone density distribution is color-coded by color-coding means depending on the magnitude of the bone density (μ') value. In other words, for example, areas with high bone density (or normal areas) are colored red, and areas with decreasing bone density (or areas showing softness or moderate atrophy) are colored pink, yellow, or green. Areas with extremely low bone density (or areas showing bone atrophy) are classified by color, for example, in blue-based colors. This operation is performed for the bone density distribution obtained at each site. Then, using this color-coded bone density distribution, the X-ray image of the long bones of the limb is converted into a color-coded image of the bone density distribution. FIG. 7 is a schematic representation of the transformed image. These operations are normally performed using a computer and using a graphic display. When obtaining a bone pattern using photon absorpsiometric means, the bone pattern of each site is similarly obtained, the bone density distribution is obtained, and the color is divided in the same manner to obtain a color-coded image. . In addition, the operations (a) to (c) above were performed using the conventional MD method to determine bone density distribution (bone metabolism,
14, pp. 91-104, 1981), the obtained bone density distribution is determined by the various groups (d) to (e) of the present invention, and the bone patterns obtained from X-ray images of the upper canal bones of the extremities, etc. It is also possible to convert into a color-coded image of bone density distribution and evaluate bones based on this image. The image obtained in this way is not a cross-section of the bone, but
This image represents the bone density distribution of the entire bone, and this image allows for more accurate and realistic evaluation of the bone. For example, according to the images of the present invention, in senile osteoporosis, the bone cortex becomes thinner, and the bone density decreases almost uniformly from the proximal part to the distal part. In rheumatoid arthritis, severe bone atrophy is seen near the joints. <Effects of the Invention> The present invention provides an evaluation device suitable for a bone evaluation method that is an improvement on the conventional MD method.
According to the device of the present invention, the condition of bones can be evaluated accurately and objectively, and the present invention has great significance. <Examples> Example 1 The bone density distribution determined by the apparatus of the present invention from an X-ray photograph of the second metacarpal bone of a 62-year-old female osteoporotic patient is shown in FIG. When calculating bone density, the bone density of the outer part of the bone cortex was determined as constant. Figure 8
(a) is the bone pattern obtained from the values measured by densitometry. “---” in (b) is the bone pattern obtained by converting the bone width to 10 mm. “〓
〓〓'' is a corrected bone pattern obtained by symmetrization and smoothing by the correction means of the present invention.
"〓〓〓" is the bone density distribution determined by the calculation means of the present invention. Example 2 Bone density distribution was determined using the evaluation apparatus of the present invention in the same manner as in Example 1 for 19 healthy men and 18 women aged 20 to 40 years. The results of the bone density (μ') outside the bone cortex obtained at this time are shown in a table. 【table】

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

第１図は、Ｘ線像の陰影度から本発明の装置に
おける測定手段を構成するマイクロデンシトメー
タにより求まる骨パターンを示す。第２図は本発
明の修正手段における対称化について示したもの
であり、第３図は平滑化について示したものであ
る。第４図は修正された骨パターンより求まる各
指標について示した。第５図は修正された骨パタ
ーンを骨モデルにあてはめた図である。第６図は
断面二次モーメント及び断面二次極モーメントを
示す図であり、第７図は骨密度分布を本発明の評
価装置における色分け手段によつて色分けして、
Ｘ線像を変換手段によつて骨密度分布の像に変す
る様子を示す。第８図は本発明の評価装置による
評価の実例を示す。 FIG. 1 shows a bone pattern determined from the shading of an X-ray image by a microdensitometer that constitutes the measuring means in the apparatus of the present invention. FIG. 2 shows symmetrization in the correction means of the present invention, and FIG. 3 shows smoothing. FIG. 4 shows each index determined from the corrected bone pattern. FIG. 5 is a diagram showing the corrected bone pattern applied to the bone model. FIG. 6 is a diagram showing the moment of inertia of the area and the polar moment of inertia of the area, and FIG. 7 is a diagram showing the bone density distribution color-coded by the color-coding means in the evaluation device of the present invention.
2 shows how an X-ray image is transformed into an image of bone density distribution by a conversion means. FIG. 8 shows an example of evaluation by the evaluation apparatus of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得られる骨の
骨パターンを求めるためのＸ線写真陰影度の測
定手段、あるいは四肢長管骨から骨パターンを
求めるためのフオトン・アブソープシオメトリ
ー（photon absorptiometory）手段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
骨パターンを修正するための修正手段と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨皮質幅指数
（MCI）骨幅（Ｄ）、最高骨濃度（GSmax）、最
低骨濃度（GSmin）、骨塩量（ΣGS）及び平均
骨濃度（ΣGS／ＤあるいはΣGS／D²）より選
ばれる少なくとも１種の指標を求めるための演
算手段、 を有したことを特徴とする骨の評価装置。 ２ (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得られる骨の
骨パターンを求めるためのＸ線写真陰影度の測
定手段、あるいは四肢長管骨から骨パターンを
求めるためのフオトン・アブソープシオメトリ
ー手段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
骨パターンを修正するための修正手段と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨の断面の外
形を楕円とし帯状の骨皮質をもちその内側に骨
密度が減少する部分を持つ骨モデルを設定して
骨密度分布を求めるための演算手段、 を有したことを特徴とする骨の評価装置。 ３ (a) 四肢長管骨をＸ線撮影して得らえる骨の
一定間隔での各部位の骨パターンを求めるため
に各々のＸ線写真陰影度を測定するための測定
手段、あるいは四肢長管骨の一定の間隔での各
部位から各々の骨パターンを求めるためのフオ
トン・アブソープシオメトリー手段と、 (b) 該骨パターンの平滑化及び対称化を行なつて
各部位の骨パターンを修正するための修正手段
と、 (c) 該修正された骨パターンより、骨の断面の外
形を楕円とし帯状の骨皮質をもちその内側に骨
密度が減少する部分を持つ骨モデルを設定し
て、各部位の骨密度分布を求めるための演算手
段と、 (d) 各部位の骨密度分布を、骨密度分布ごとにそ
の値の大小により色分けするための色分け手段
と、 (e) 四肢長管骨のＸ線像を、あるいはフオトン・
アブソープシオメトリーにより得られる像を、
骨密度分布の像に変換するための変換手段、 を有したことを特徴とする骨の評価装置。[Scope of Claims] 1 (a) A means for measuring the degree of shading of an X-ray photograph for determining a bone pattern of a bone obtained by taking an X-ray photograph of a long bone of an extremity, or for determining a bone pattern from a long bone of an extremity. (b) modification means for modifying the bone pattern by smoothing and symmetrizing the bone pattern; and (c) the modified bone pattern. From the bone cortical width index (MCI), bone width (D), maximum bone density (GSmax), minimum bone density (GSmin), bone mineral content (ΣGS), and average bone density (ΣGS/D or ΣGS/D ² ). A bone evaluation device comprising: arithmetic means for determining at least one selected index. 2 (a) A means of measuring radiographic shading for determining bone patterns obtained by taking X-rays of long bones of extremities, or photon absorption for determining bone patterns from long bones of extremities. (b) modifying means for modifying the bone pattern by smoothing and symmetrizing the bone pattern; (c) determining the outline of the cross-section of the bone from the modified bone pattern to be an ellipse; A bone evaluation device comprising: calculation means for determining bone density distribution by setting a bone model having a band-shaped bone cortex and a portion where bone density decreases inside the bone model. 3 (a) Measuring means for measuring the degree of shading in each X-ray to determine the bone pattern of each part of the bone obtained by taking X-rays of the long bones of the extremities at regular intervals, or measuring the length of the extremities. (b) photon absorptiometry means for determining each bone pattern from each part of the canal bone at regular intervals; (b) smoothing and symmetrizing the bone pattern to obtain the bone pattern of each part; (c) from the corrected bone pattern, a bone model is set with an elliptical cross-sectional outline of the bone, a band-shaped bone cortex, and a portion where the bone density decreases inside the cortices; , a calculation means for determining the bone density distribution of each region; (d) a color-coding means for color-coding the bone density distribution of each region according to the magnitude of the value; (e) a limb long canal. X-ray images of bones, or photon
The image obtained by absorptiometry is
A bone evaluation device comprising: conversion means for converting into an image of bone density distribution.