【発明の詳細な説明】
フィルムカセット付き骨濃度計
発明の分野
本出願は、1992年9月14日に出願された米国特許第5228068号の
分割出願である1993年5月26日に出願された08/067,651号の一
部継続出願である1993年9月10日のPCT出願を基礎として1994年5
月10日に出願された、08/241270号の一部継続出願、および1991
年2月13日に出願された07/655011号の継続出願である、1992年
4月2日に出願された07/862096号の継続出願である、1992年6月
7日に出願された08/073264号の一部継続出願である。
本発明は全体としては骨濃度計および椎骨形態学に関し、特に骨濃度測定技術
を使用する椎骨形態の決定および解析、および画像をデジタル的に記録すると同
時に、フィルムに記録できる能力をもつ、上記技術の実施装置に関する。
発明の背景
濃度計
ウィスコンシン州マディソンのルナー コーポレイション製のDPX機やマサ
チューセッツ州ウォルサムのホロジック インク製のQDR機などのデジタル式
骨濃度計装置は、骨無機物含量(BMC)や骨無機物濃度(BMD)などの骨特
性に関して広範な基本的な値を発生させるために使用されている。これら装置は
、骨周囲の軟組織の減衰効果を大幅に排除できる2重エネルギー測定を使用する
ことによって生体内で骨を解析する装置である。骨特性に関するこのような情報
、特に脊椎中の骨特性に関するこのよう情報に依拠して、骨粗鬆症などの骨欠損
症を診断かつ治療することが多い。
形態測定
骨粗鬆症の場合、骨濃度測定だけでは、明確な診断には不十分である。すなわ
ち、臨床医は脊椎骨折の徴候もみる必要がある。J.A.Kanis et al. Osteoporosi
s Int.1,182-188(1991)。骨折の有無を決定することは臨床面、研究面の両者か
らみて重要である。臨床的には、患者のBMDが低い場合でも、臨床医は、骨折
や奇形の診断がつかない限り、特定の治療のための生活規制を開始することにつ
いては、躊躇したり、あるいはそれを望まない。研究の面については、骨折の診
断は、母集団における骨粗鬆症の発生率および有病率を研究する際に、あるいは
臨床研究の入り口基準として、あるいは特定治療に対する有効性の尺度として重
要である。この点に関して、欧州骨粗鬆症協会は骨粗鬆症の臨床試験ガイドライ
ンを発行して、骨粗鬆症の定義として「骨の脆弱性の増加により一つかそれ以上
の骨折が発症している疾患」を使用することを勧めている。また、骨粗鬆症の治
療を対象とする新薬の有効性を研究する際の骨折低減の決定点に関するガイドラ
インも発行している。J.A.Kanis、et al.
骨粗鬆症の診断に決定的に重要なのは椎骨骨折の有無であるが、椎骨骨折の診
断は難しいことが多い。このような骨折の半分以上は無症候性であるため、比較
対象として以前のレントゲン記録が残っていない限り、症候が最小の場合、明ら
かな骨折や奇形でも見逃されることが多い。
椎骨形態測定技術は、椎骨骨折や椎骨変形の決定をより他覚的にすることを約
束する技術である。これら方法は、椎骨実質寸法に関するある指数や標準値に依
拠する。例えば、以下の文献が参考になる。
Minne et al.、"A Newly Developed Spine Deformity Index(SDI)to
Quantitate Vertebral Crush Factors in Patients with Osteoporosis"
,Bone and Mineral,3,335-349(1988);J.C.Gallagher et al.,"Vertebral
Morphometry:Normative Data",Bone and Mineral,4,189-196(1988);Hedlu
nd et al.,"Vertebral Morphometry in Diagnosis of SpinalFractures",
Bone and Mineral,5,59-57(1988);Hedlund et al.,"Change in Vertebral
Shape in Spinal Osteoporosis",Calcified Tissue International,44,168
-172(1989)
椎骨形態測定を使用して骨折を診断する際、臨床医は通常アナログ式放射線学
的撮像技術を利用する。基本的には、患者の椎骨のアナログX線像を撮像し、X
線フィルムプリントなどのような固定媒体に印刷する。このプリントは人体に対
して特定スケール、すなわち1:1スケールでもよく、あるいは特定の縮小また
は拡大スケールでもよい。次に、臨床医は定規および直定規を使用して椎骨サイ
ズを測定し、実際にフィルムに線を引いて、椎骨実質の輪郭を描いた後、定規を
用いて、フィルム自体に描かれた基準線間を測定する。
骨濃度と形態測定を組み合わせて評価する場合、最低でも、骨粗鬆症を診断ま
たは治療する臨床医は、2種類の比較的価格の高い医療機器、すなわち骨濃度計
とX線撮像装置を使用する必要がある。その上、従来のX線撮像装置は形態測定
に適合する装置とは言えない。従来のX線装置で使用するX線ビームは円錐形状
であるため、得られた画像の倍率が放射線写真面に対する物体の位置に応じて変
化する。特に、放射線写真感光板から離れた位置にある物体の前縁部については
、放射線写真感光板に対向する後縁部よりも倍率が大きくなる。この結果、形態
測定の場合には、境界を視覚的に明示する必要のある感光板に垂直な骨縁部が、
円錐形ビーム放射線写真ではその境界でぼけることになる。
円錐形ビームの角度が最大になる円錐形ビームの縁部では、円錐形ビームで露
光すると、脊椎の歪みが特にひどくなる。椎骨の形態測定の場合、このように角
度が存在すると、視野の上下で椎骨間の間隔がぼける上に、歪むことになり、例
えば身長体長の形態的な測定が正確さを欠くことになる。
発明の概要
本発明では、走査型X線濃度計に放射線写真フィルムカセットを組み込んで、
走査時間を実質的に長くすることなく、また患者へのX線照射量を実質的に増や
すことなく、解像度が高く、広帯域スペクトルのX線写真およびデジタル化した
骨濃度像を同時に実現することができる。
とくに、本発明は、支持装置によってX線ビーム中に位置決めされ、患者に照
射されるX線放射の多重エネルギービームを発生するX線源を有する濃度計を提
供するものである。フィルムカセットは、患者に対してX線源の反対側の患者支
持台に固定され、X線が患者を透過した後、X線ビーム内に標準的な広帯域スペ
クトルの放射線写真フィルムを保持するようにする。多重エネルギービームが患
者およびフィルムカセットの両者を透過後、このビームを受け取る2重エネルギ
ー検出器を設ける。この検出器は、それぞれ別な第1エネルギー範囲および第2
エネルギー範囲内で多重エネルギービームの減衰を示す電気信号を発生する。電
子コンピュータがこれら電気信号を受け取り、合成して、デジタル骨濃度画像を
形成する。
すなわち、本発明の一つの目的は、1回の骨濃度走査時にアナログフィルム画
像とデジタル骨濃度画像の両者を同時に形成することである。デジタル骨濃度画
像は骨濃度を評価するために使用することができ、一方アナログフィルム画像は
形態測定データを解析または確認するために使用することができる。アナログフ
ィルム画像については、濃度計の適正な動作を確認するために、あるいは走査の
記録用複写としても使用することが可能である。アナログフィルム画像は空間解
像度にすぐれる上に、放射線写真は熟練した放射線写真技師にとっては見慣れた
ものであり、読像が簡単である。
本発明のもう一つの目的は、骨濃度走査のX線照射を高度に効率的に使用する
ことである。放射線源は検出器の第1エネルギー範囲および第2エネルギー範囲
外のX線を必然的に放出するが、これは2重エネルギー検出器では検出不可能で
ある。しかし、これらX線はX線フィルムよって検出されるため、記録すること
ができる。
放射線源を扇状ビームに視準すると、線形検出器アレイとともにフィルムを横
断走査することが可能である。
すなわち、走査濃度計システムの改善された視準化を利用して、通常の放射線
写真に付随して認められる視差や倍率変化がないためエッジコントラストが優れ
ているフィルム画像を形成することも本発明の目的である。エッジコントラスト
が高くなると、放射線写真の形態測定用としての価値が高くなる。
本発明はまた、ある椎骨が圧挫しているかどうかを決定する自動校正法を提供
するものでもある。このような圧挫があると、椎骨の濃度が、場合にもよるが、
健全な骨と間違えられる範囲まで高くなることがある。本発明では、患者の大半
の椎骨については有意味な圧挫がない前提で患者の椎骨を統計的に解析すること
によって各椎骨の高さを各患者に固有な標準値と比較して、このような圧挫を検
出する。このように、標準値を異なる患者に簡単に適用できるため、多数の異な
る患者を基準にしたデータベース標準値よりも潜在的に感度が高い。
とくに、本発明の骨折検出方法は、デジタルコンピュータのメモリに濃度計に
より取得された画素アレイを読み込み、これら画素を解析して、まず第1に、軟
組織のみではなく骨によっても減衰された画素を識別し、第2に、これら画素を
個別の椎骨に関係づける段階を有する。次に、ある一つの椎骨内の分離画素の位
置を決定することによって椎骨の高さを測定する。多数の椎骨に関しての高さは
、解析されて患者に関する統計的に正常な高さを出す。次に、個々の椎骨の高さ
と正常な高さとの間の偏差を求め、この偏差を操作者に指示して、圧挫椎骨を識
別する。
このように、骨折している恐れがあり、従って濃度計で読み取った骨密度が骨
の健全性の正確な指標でないかもしれない旨の指示をオペレータに与えることも
本発明の目的である。
本発明の上記以外の目的、作用・効果、および特徴については、添付図面を参
照して以下の説明を参照すれば、明らかになるはずである。
図面の簡単な説明
図1は、本発明に使用する装置の概略図で、ペンシルビーム及びラスター走査
を利用する第1実施例、および扇状ビーム及び線形走査を利用する第2実施例を
示す図である。
図2は、本発明において使用される徴候を判定する際に使用する測定値を示す
椎骨の側面図である。
図3は、椎骨、例えば図2に示した椎骨を横断する水平走査線における位置に
対して骨濃度をプロットしたグラフである。
図4は、椎骨を横断する垂直走査線における位置に対して骨濃度をプロットし
てグラフである。
図5は、椎骨形態を解析する際に使用する本発明方法を示すフローチャートで
ある。
図6は、椎骨、および図2、3及び4と同様なその垂直グラフ及び水平グラフ
を示すとともに、解析用軸線を決定する第1の方法を示す図である。
図7は、異なる2つの軸線に沿って作図した対応するグラフを示すとともに、
解析用軸線を決定する第2の方法を示す図である。
図8は、椎骨形態を解析する準備として椎骨高さの平均を求める測定領域を確
定することを示す、解析用軸線に揃えた椎骨を示す図である。
図9は、椎骨の境界を定める一つの方法を示す、椎骨の一部に関する骨無機質
濃度の概略図である。なお、図示を明瞭にするために、組織に関連する範囲内に
ある濃度値は大文字「T」で、そして骨を示す範囲内にある濃度値は大文字「B
」で示してある。
図10は、走査方向に沿って見た図1の装置の正面図で、本発明の一つの実施
態様における側方位置と前後位置との間の放射線源と検出器の動作を示す図であ
る。
図11は、本発明に使用する装置の概略図で、起立位置の患者を走査する本発
明の第3実施態様を示す図である。
図12は、大腿骨軸線の決定、および近位端及び遠位端における基準点の識別
を説明する大腿骨の前後図である。
図13は、大腿骨頭と寛骨臼との界面を示す前後図で、間接腔の計算に使用す
る一つのカットライン方向におけるX線減衰の変化率を示すグラフに揃えた場合
における間接腔を決定するカットラインの位置を示す図である。
図14は、大腿骨長さおよび間接腔を測定する本発明方法を説明する、図5と
同様なフローチャートである。
図15は、ヒトの手内部の皮質骨ないし小柱骨および間接腔の測定に関する基
準軸線の決定を示す、手の中手骨の平面図である。
図16は、図15に示した測定値を得る段階を示す、図14と同様なフローチ
ャートである。
図17は、走査扇状ビームによってデジタル2重エネルギー濃度画像とアナロ
グ放射線写真画像を同時に取得するために、フィルムカセットを患者支持台の下
部に取り付けた状態を示す、図1と同様な図である。
図18(a)は、走査時の2重エネルギー検出器と患者との間の放射線写真フ
ィルムカセットの位置を示す、図17の18−18線についての簡略化した正面
図である。
図18(b)は、2重エネルギー検出器の別な構成を示す、図18(a)の詳
細図である。
図19は、脊椎の前後方向走査を示す概略図で、骨の測定用画素の領域と走査
に揃えたグラフを示す図である。なお、走査の垂直軸線は走査における垂直位置
に対応し、水平軸線は走査データの行に関する画素値の合計に対応するため、極
小値によって、あるいは合計骨値が小さい行によって椎骨を識別することができ
る。
図20は、脊椎中の椎骨の順に配列した、図19によって決定した各椎骨の高
さを示すグラフで、椎骨の圧挫骨折を検出する際の標準値を与える2つの方法に
よって代表的な椎骨の高さを決定することを説明するグラフである。
好適な実施態様の説明
濃度測定装置
図1に、本発明の好適な実施態様で説明する形式のX線に基づくデジタルX線
装置10の簡単な概略図を示す。このデジタルX線装置10は2重エネルギーX
線照射源12および検出器13を備え、これらはいずれも回動自在なC型アーム
14に取り付ける。このアーム14については、患者の放射線軸24にそって放
射線を照射できるように仰臥した患者16の両側に延びる。このC型アーム14
の場合、カラー部材15で支持された状態で、矢印9で示す垂直面内で回動でき
るため、脊椎やその他の骨の前後(AP)状態およびその側方状態の両者を観察
できる。また、このC型アーム14については、患者の身体の長手方向に沿って
走査方向19に移動することができ、従来と同様に、サーボモータの制御下で位
置決めすることができる。
好適な実施態様のデジタルX線装置10は、2重エネルギーX線モードから単
一エネルギーX線モードに切換えることができる。ここで、「単一エネルギーX
線」は、診断撮像範囲(20〜100keV)にある数keVの狭い帯域のエネ
ルギーにおける電離放射線を指す用語である。また、「2重エネルギーX線」ま
たは「広帯域X線」は、同時に、あるいは急速に連続して放出される2つかそれ
以上の帯域のエネルギーにおけるか、あるいは診断撮像範囲にわたって数keV
以上の単一の広帯域のエネルギーの放射線を意味する用語である。
2重エネルギーモードから単一エネルギーモードに切換えるには、X線源に例
えばK−エッジフィルターを着脱するか、エネルギーの切換えを制御、すなわち
高いX線管電圧と低いX線管電圧との間の切換えを制御するか、あるいは検出器
に影響を与えることによって特定の診断時に例えば唯一のエネルギーレベルを選
択するか、あるいはX線源とX線検出器とのある組み合わせである。
好適な実施態様では、骨特性(すなわち、BMCおよびBMD)を測定する場
合には2重エネルギーX線ビームを使用し、そして自動的に形態測定する場合に
は単一エネルギーX線ビームを使用する。なお、2重エネルギービームと比較し
た場合、単一エネルギービームの方が、走査精度が高い(すなわち、画素当たり
のデータ密度が高い)ことが判明している。ところが、本発明の新規特徴を厳密
な意味での2重エネルギーX線濃度計の特徴と組み合わせると、測定対象の濃度
だけではなく、形態も測定することが可能になる。あるいは、濃度測定しない場
合には、単一エネルギービームを形態測定に単独で使用しても良い。
本発明を説明するために、ここで、ヒトの椎骨やその他の骨に関する形態につ
いて記述される。ただし、本発明はヒトだけでなく、ヒトと同様に他の動物にも
適用可能であることが理解されるべきである。
また、上記の好適な実施態様のデジタルX線装置10は、X線の扇状ビーム2
3の面が脊椎の長軸に垂直になるように椎骨に向けて視準かつ指向されたX線の
扇状ビーム23か、あるいは放射線軸24にそって射出される扇状ビーム23の
実質的に真中の光線であるペンシルビームを選択できる。扇状ビームを選択した
場合、検出器13としては検出器要素からなる線形アレイを使用するが、これら
要素は扇状ビーム23に相対するため、これら要素毎に扇状ビーム23の多数の
光線に沿って同時測定が可能である。また、ペンシルビームを採用した場合、ご
く限られた数の検出器要素13′を使用し、ペンシルビームの単一光線に沿って
のみ測定を行なう。また、円錐ビーム(図1には示していない)も使用すること
ができるが、この場合の検出器13としては、扇状ビーム23の患者16に対向
する領域を覆う検出器要素の行および列からなる行列を使用する。
扇状ビーム23を使用する場合には、脊椎の長軸に沿って、あるいは走査方向
19に沿って走査する。脊椎に垂直な狭い扇状ビーム23を使用すると、脊椎や
全体として脊椎に整列している他の長い骨、例えば大腿骨を撮像でき、長軸にそ
って生じる歪みも最小になる結果、円錐ビームを使用した場合よりも高い精度で
、
椎骨寸法を測定できる。水平軸における精度をさらに高くするために、ビームの
歪みやすい縁部ではなく、中心部によって椎骨実質や他の骨を照射できるように
、扇状ビーム23を配向することも可能である。扇状ビーム23の中心はほとん
ど角度がないため、ペンシルビーム使用した場合に得られるデータに匹敵するデ
ータを得ることができ、しかもより高速度で走査を実施できる。
また、ペンシルビームを使用した場合には、椎骨体の側方部についてラスター
走査17を行なう。ラスター走査では、長軸方向に分離された連続走査線にそっ
て前後方向に放射線軸を前後動して、全体として走査方向19に沿って放射線軸
を動かす。ラスター走査17の場合、データの取得速度は遅くなるが、視差によ
る歪曲が最小になる。
円錐ビームを使用する場合、デジタル出力を再変換して、光線アラインメント
を補償し、これによって寸法をより正確に測定できるようにする必要がある。円
錐ビームについては、離散的な固定位置で取得することができる。あるいは、走
査方向19に沿って放射線軸24を走査する際に、連続的に取得してもよい。
放射線源12および検出器13を備えた回動自在なC型アーム14は、デジタ
ルX線装置10を作動し、かつデータを解析する際に使用できるように特にプロ
グラミングされ、本発明が必要とする計算を実行する専用のアルゴリズムを備え
た汎用デジタルコンピュータ18に接続され、このコンピュータの制御下で作動
するアームである。さらに、本発明では、コンピュータ18に組み込むことがで
きるデータ取得装置(DAS)およびデータ記憶装置(いずれも図示省略)を使
用し、またデータ解析結果を出力する表示装置22を利用する。
図11について説明すると、患者の脊椎および他の骨に患者の体重によって自
然な負荷を加える必要がある診断に好適なデジタルX線装置10′の第2実施態
様では、患者16は起立した姿勢で、患者の頭上に設けられた水平把持棒21を
掴む。把持棒21を掴むと、患者の姿勢は放射線源12と検出器13との間で安
定する。この実施態様では、放射線源12および検出器13が垂直軸を中心にし
て回動し、これらを取り付けたC型アーム14が水平面内において矢印9′で示
すように回動する。
C型アーム14は、患者の身体に沿って垂直に方向矢印19′で示すように上
下動でき、また矢印33で示すように水平面内で水平移動できるため、検出器1
3が相対するよりも広い走査路を含む解析の場合に、患者16を重畳走査する際
の自在性が完全なものになる。この点以外では、垂直に配置したデジタルX線装
置10′は、図1に示した水平配置X線装置と同様に作動する。
1台のデジタルX線装置10を使用して、患者の起立姿勢および仰臥姿勢の両
方の場合について解析する場合には、デジタルX線装置10の支持構造体内にピ
ボット(図示省略)を組み込んで、異なる解析に応じてデジタルX線装置10を
図11の垂直位置から図1の水平位置に回動できるようにするのが有利である。
なお、当業者ならば理解できるように、図1および図11に示す装置の他の部品
は両装置にとって共通であり、したがってこのピボット構成により自在性もあり
、また費用効果の高い1台の装置を実現できる。
さらに一般化していえば、放射線源12が走査すべき所定位置において放射線
軸24に沿って少なくとも一つ以上の所定エネルギー水準の放射線を放射する。
被走査椎骨20を透過した放射線は検出器13に入射する。検出器13のアナロ
グ出力は標本化かつデジタル化され、データ取得システム(DAS)が離散デー
タ要素からなる信号を発信する。次に、このDASがデジタル化信号をコンピュ
ータ18に送り、コンピュータメモリ(図示省略)または大容量記憶装置にデー
タを記憶する。
フィルムカセット
次に、図17および図18(a)及び図18(b)について説明する。患者支
持台26については、発泡合成樹脂製のコアまたは他の類似物質にエポキシ含浸
炭素繊維を積層して構成し、全体として放射線透過性で、剛性のある非常に軽い
構造にする。この場合、特に垂直方向または前後方向において、支持台26を介
して撮像された放射線写真像に人為的な夾雑物が入らないように減衰が極めて均
質な支持台26であることが重要である。
全体として水平な面内に放射線写真フィルム27を保持するフィルムカセット
25を支持台26の下側に取り付ける。放射線透過性保持タブ29によって着脱
自在にカセット25を支持台26に取り付けるので、暗室においてフィルム27
をカセット25から取り出して現像することができる。支持台26の下向き凸状
の底面に合わせるために、カセット25を箱形にし、その上面を支持台26に密
接するように円筒形の凹状に形成する。支持台26からのカセットの変位を小さ
くすることによって、カセット25と検出器13との間に十分な余裕を設定する
。
フィルム27は、カセット25に装填すると、フィルム27を通常の室内光中
で扱うことできるように、放射線透過性ではあるが不透光性の外側容器に密封す
る。カセット25の壁体を薄いアルミニウムで構成して、カセット25を透過す
るX線の減衰を最小限に抑える不透明な耐久性のあるアルミニウム囲い体を形成
するのが好ましい。また、患者および支持台26を透過するX線ビームの減衰を
最小限に抑えるとともに均一化するようにカセット25の全体を構成して、カセ
ット25から出るX線があれば、これを検出器13によって検出できるようにす
ることが重要である。すなわち、このカセット25には、現在利用されているい
くつかのX線カセットにみられるようなX線ビーム遮断構造体を底壁に設けない
。
よく知られているように、散乱の抑制によってコントラストを改善するために
、通常のX線グリッド31をフィルム27上に設けることができる。また、この
ようなグリッドを構成する薄層(図示省略)については、放射線源12からの扇
状ビーム23の放射線の全体的な角度に従うように傾斜配設してもよい。
扇状ビーム23は、カセット25を透過した後、C型アーム14に取り付けた
X線吸収遮断プレート35を有する検出器13に入射する。この遮断プレート3
5は、C型アーム14が前後方向にあるときには、ほぼ水平な面を形成する。患
者に対向する遮断プレート35の上部に、検出器23の線形アレイの一部を構成
するともに、扇状ビーム23の内部に相対する高エネルギー検出器要素37(a
)および低エネルギー検出器要素(b)を設ける。
扇状ビーム23が多重エネルギーの場合、患者によるX線の高エネルギー減衰
と低エネルギー減衰との判別は並列線形アレイ検出器である検出器13によって
実行できる。検出器要素37(a)は高エネルギーに対して選択的に感応し、一
方、検出器要素37(b)は低エネルギーに選択的に感応する。この場合、走査
方向19にそって走査している間、検出器要素37(a)および37(b)の各
アレイは高エネルギー像か低エネルギー像のいずれかを形成する。これら2つの
像をアラインメントし、数学的に結合すると、公知の数学的アルゴリズムに従っ
て必要な骨濃度情報が得られる。
図18(b)に別な設計構成の検出器を示す。すなわち、積層アレイ検出器1
3′である。この構成の場合、要素37(a)′および37(b)′はそれぞれ
低エネルギースペクトルおよび高エネルギースペクトルに感応する。この積層ア
レイ検出器は、複線形アレイ検出器や複線形領域検出器に簡単に対応できる点で
特に有利である。このような積層検出器は、ここでは参考として言及するBar
nesを発明者とするUSP4626688およびUSP5138167に開示
され、また特許請求の範囲に記載されている。
患者を横切って多重エネルギーX線扇状ビーム23で走査している間、X線フ
ィルム27もまたその表面を横切って均一かつ高度に視準された扇状ビーム23
によって順次露光される。扇状ビーム23を視準すると、散乱を抑制できるだけ
でなく、椎骨20の縁部も正確に確定できる。
一般的にいって、低エネルギーX線が高エネルギー放射線検出器37(a)に
入射したり、低エネルギーX線が高エネルギー放射線検出器37(b)に入射す
ることはないが、たとえ入射したとしても、骨濃度画像の有用な部分を形成しな
いが、にもかかわらず、これらエネルギー線はすべてフィルム27を露光し、フ
ィルム画像において十分に利用されるエネルギー線である。本発明では、与えら
れた量子効率の検出器13およびフィルム27は、フィルム27およびカセット
25の装填によって、骨濃度を取得するのに必要な露光時間をかなり短縮でき、
また骨濃度走査時に患者に対する所定線量でフィルムに得ることができる撮像情
報を多くできることを見いだしたことが重要である。
走査が終了したならば、検出器13によって得られた信号をコンピュータ18
で再構成して画像を形成し、カセット25を取り出して、フィルム25を現像す
ればよい。検出器13によって取得された大量のデータでフィルム27を同時露
光するため、フィルム画像を使用して、スキャナー操作および患者の位置を確認
することができる。検出器13のデータから直接形成した骨濃度画像とは異なり
、フィルム画像はスペクトルが広く、コントラストおよび解像力の点で従来の放
射線写真の特性とよく一致する画像である。このため、ある種の診断では、熟練
し
た放射線写真技師にとってフィルム画像のほうが好ましい場合がある。特に、検
出器13は必然的に狭いエネルギー範囲も検出するため、この検出器13のデー
タから直接形成したスペクトルの広いシミュレーション画像はフィルム27の画
像とは一致しないことに留意する必要がある。
フィルムは記録を目的として使用することもできるため、記録用画像を出力す
る高価なフィルムプリンターの必要がない。また、フィルム画像は形態測定にも
使用することができる。この場合、臨床医は、例えば照明付きテーブルで照明し
た状態で、フィルム上で直接相対的な寸法を測定する。
固体素子を用いた2重エネルギー判別検出器と組み合わせてフィルムカセット
を使用する上記本発明には各種の変更や改変を加えることが可能であるが、いず
れも当業者にとっては明らかなはずである。そのうちの少なくない部分が、フィ
ルムを対象として富士写真フィルムが開発したコンピュータ放射線写真法やシミ
ュレーション可能な蛍光体感光板などの代用である。したがって、本明細書に開
示する実施態様は、特許請求の範囲内にあるこれらすべての変形例を包摂するも
のである。
自動形態測定
椎骨解析
骨の形態を手動で測定すると、骨の縁部および縁部間の測定方向を決定する際
に誤差が生じやすい。このため、形態測定については、検出器13によって得た
データをコンピュータ解析によって自動化するのが好ましい。このような解析で
は、統計的手法を多重データ点に適用して、骨縁部や骨方向に関してより確固と
した、しかも反復可能な決定を行なう。
ここで図5について説明する。プロセスブロック60として示すように、放射
線源12および検出器13による患者の走査が終了すると、本発明では、走査に
より行列として得られたデータ要素をコンピュータ18によって配列する。マト
リクッスの各データ要素は、走査時にデータ要素を取得した場合には、C型アー
ム14の位置によって定まる空間位置に対応する。これらデータ要素間の空間位
置は、装置、例えば放射線源12および検出器13が各走査間で横方向および(
ペンシルビームの場合は)垂直方向に各データ点を取得する間に移動する距離
だけ異なる。
デジタルX線装置10、例えば扇状ビーム23を使用する図1に示すような装
置の場合、X線装置12および検出器13を水平方向に短い段階で移動すること
によって一連の走査でデータ要素を取得する。ペンシルビームを使用する場合、
前後方向に短い垂直走査でデータ要素を取得する。いずれの場合でも、これら一
連の走査で行列データ要素を集めて、水平走査方向19またはラスター走査17
の垂直線方向の走査長さによって定まる領域にわたってデータを収集する。
ヒト椎骨の形態を解析する場合は、患者の脊椎を通る側方方向に走査を行い、
単一エネルギーモードを選択するのが好ましい。各データ要素は、対応する位置
の組織によって吸収された放射線量に比例する相対値をもつ。この場合、組織に
よる放射線吸収は当該組織のある種の物性に相関関係がある。例えば、骨は軟組
織よりも多量の放射線を吸収する。このようにして得られたデータは、PBM、
すなわち疑似骨無機質含量と呼ばれる。これら数字は、校正されていない無次元
値であるため、疑似値である。したがって、解析のこの時点では、データ要素間
の相対的な差のみが有意味であり、絶対値は有意味ではない。各データ要素につ
いてはこの時点で校正できるが、これはコンピュータ資源の無駄であり、したが
ってこの時点では校正を実行せず、PBM値を使用する。このようにして得られ
た値の行列は患者の椎骨を側方から観察した相対濃度を表す。
行列データ要素を集めたならば、コンピュータ18がデータ要素の局部比較を
自動的に行なって、骨に帰属するデータ要素と軟組織に帰属するデータ要素との
接合を決定する。目的、およびこのような走査で得られた結果の理解を容易にす
るため、ここで、理想的な組の椎骨20を示す図2について説明する。椎骨20
のそれぞれは、一つの椎骨に対して図2では参照符号によって示す特徴的な境界
領域をもっている。すなわち、各椎骨の前方境界は30、後方境界は32、上方
境界は34、そして下方境界は36である。後方境界のさらに後方に位置する椎
骨20の他の要素については、後方要素38と呼ぶ。隣接椎骨20間の領域は椎
骨間領域とし40で示す。
図1に図示した椎骨20の最も下側には、デジタルX線装置10をペンシルビ
ームで操作する場合に用いられるデジタルX線装置10のラスター走査線17を
表す一連の水平線を重ねる。このラスター走査の結果はデジタル値の行列で、一
回の走査における各点値は、前に測定したデジタル値から一単位距離だけ変位し
ている。
図1および図2に示す態様では、患者16は支持台26上に仰臥しているため
、脊椎の椎骨20は全体として走査方向19に整合している。にもかかわらず、
脊椎の曲率ため、椎骨20の角度、すなわち走査方向19に対する前方境界30
、後方境界32、上方境界34および下方境界36の角度は椎骨20間で変化す
る。椎骨20の形態を記述する距離を評価して、このような測度を自動的に決定
する際、臨床医の熟練した目があればこの変化には対処することができるが、ラ
スター走査17または走査方向19に対して椎骨の方向を確定して、形態測定を
反復可能に、しかも正確に実施する必要がある。
図5に、プロセスブロック64として示す、椎骨20の相対配置を評価する第
1段階では、近似中心28によって識別される各椎骨20の近似位置を決定する
。これら近似中心28については、図3および図4の水平グラフおよび垂直グラ
フによって求めるのが好ましい。
図4は、椎骨20の脊柱に関する上下方向グラフである。グラフの縦軸は検出
器13によって測定された骨濃度単位であり、横軸は図2に46で示す線方向の
データ要素の空間位置を示す。隣接椎骨20のいくつかの任意の水平グラフによ
って位置が決まるように、脊椎にそって線46が中心に位置しているのが理想で
あるが、これについては後述する。あるいは、図4のグラフは、一本の線46の
方向におけるデータ要素ではなく、前後線方向のデータ要素の平均を示すもので
あってもよい。
一般的にいって、ペンシルビームを使用する場合、垂直グラフのデータ要素は
デジタルX線装置10のラスター走査17の一本の線から誘導するのではなく、
むしろデジタルX線装置10によって収集されたデータ要素の全行列から適当な
デジタル技術を使用して再び集める。このようにして再び集めると、図4のグラ
フの値は上下方向に取得された一連の逐次的なデータ要素を表す。このデータ要
素セットは、1回の上下方向走査で得られる結果と等価である。
なお、図4のグラフには、極小値50および極大値51がある。これら極小値
50は低濃度領域を、そして極大値51は高濃度領域を表す。椎骨間領域40の
位置は極小値50として簡単に確認でき、また椎骨20の近似下方境界52およ
び上方境界54は極小値50の両側にあるグラフ部分として認識できる。椎骨の
上下方向中心については、極小値50の中間にある点として識別することができ
る。
図3についてであるが、水平グラフは走査パターンの各前後方向線にそって作
成する。図3の水平グラフは、図4の垂直グラフと同様に、その縦軸が骨の無機
質濃度である。図3のグラフの横軸は、前後方向の走査線数である。図4の垂直
グラフと同様に、水平グラフには極小値44が存在する。極小値44は後方要素
38が与える極大値と椎骨20自体の主要部(すなわち実質部)が与える極大値
との間に位置する椎骨20の近似後方境界32を表す。そして、極小値45は椎
骨20の近似前方境界を表す。このように、各椎骨20の中心28については、
図6に示すように、極小点44および45の中間にある前後方向の走査線と垂直
グラフの極大値50の中間にある上下方向の中心53との交点として近似するこ
とができる。
あるいは、半自動モードでは、濃度計10の操作者が画像を観察することによ
ってこれら中心28を対話的に識別することも可能である。この画像については
、データ要素の行列を一連の画素として表すことによって得られ、これら画素は
ディスプレイ端末22の濃度値に比例するグレイ値を画像内に有する。操作者は
トラックボール形式かマウス形式のカーソル制御装置(図示省略)を使用してカ
ーソルを移動し、表示されている椎骨画像の中心にカーソルを位置させ、これに
よって中心28を選択する。選択時のカーソルのスクリーン位置を記録し、画像
を形成する離散的データ値の空間座標に関係づけ、画像上において選択された位
置を離散的データの行列に記録された椎骨の中心28に関係づける。
これら中心28については、上記の中心決定法によって詳細化してもよく、あ
るいは後述の形態測定にそのまま使用してもよい。後者の場合には、中心決定に
おける小さな誤差が内在的に補正されることになる。
図5について説明すると、プロセスブロック64として示すように、各椎骨2
0の中心28の検出後、各椎骨20にアライメントする座標系を確定する。ここ
で図6について説明すると、前後方向の幅が極小値44と45の距離に等しく、
そして上下方向の高さが極小値50間の距離に等しい各椎骨20の中心28を中
心にして矩形領域100を確定することができる。必要ならば、上記のように操
作者が矩形領域の正確な寸法を調節して、椎骨の画像に一致するようにしてもよ
い。上記説明から明らかなように、矩形領域100については、各辺がラスター
走査17の走査線または走査方向に平行または直交するようにアライメントでき
る。
次に、矩形領域100内のPBMデータ要素を合計して、アライメント値を得
る。このアラインメント値は、矩形領域100内における椎骨20の合計骨質量
の概算値であるため、矩形領域100の椎骨20に対する「適合度」の一般的な
尺度である。
次に、点28を中心にして新しい矩形領域102を角度φだけずらして発生し
、新しいアラインメント値を算出する。このずらして発生した矩形領域102の
アラインメント値が小さい場合には、反対方向に回転してずらした新しい矩形領
域102を発生する。しかし、この矩形領域102のアラインメント値が大きい
場合には、角度φをさらにずらして、別な矩形領域102を発生し、新しいアラ
インメント値を算出する。このずらした矩形領域102内のアラインメント値が
(大きくなった後)小さくなったことが検出されるまで、このプロセスを繰り返
す。
このように、アラインメント値が最大値になるまで、矩形領域102を一方の
方向に、あるいは逆方向に徐々に回す。なお、最大アラインメント値を与える矩
形領域102の方向が、矩形領域102の境界内に含まれる椎骨20の量を最大
化する方向でもある。この回転プロセスの終了後、矩形領域102の椎骨20へ
の適合が最適になり、椎骨20の形態を解析するための座標系が確定する。特に
、矩形領域102の垂直縁部または水平縁部に平行な線にそって椎骨20に関す
る全測定値が取得される。矩形領域102の垂直縁部に平行な列軸108が、走
査方向19から識別される測定軸である。
あるいは、すなわち図7に示す第2実施態様では、走査方向19の線46にそ
って取得される列平均グラフ104を作成することによって、椎骨形態を測定す
るための座標系を確定することができる。列平均グラフの縦軸はデータ要素1行
の線数で、そして列平均グラフの横軸は当該行のデータ要素の全密度、すなわち
当該列におけるデータ要素の合計である。走査方向19に対して傾斜している椎
骨20の場合、下方境界36および上方境界34にある角度で交差する矢印10
6の方向に斜行する行のデータ要素の結果として、列平均グラフ104は比較的
小さい変化率を示す。図6について説明したのと同様な方法で、新しい列軸10
8を反復発生し、走査方向19に対して角度φだけ傾ける。そして、この列軸1
08に関して新しい列平均グラフ104′を発生する。椎骨20の下方境界36
および上方境界34に対してこの新しい列軸108の行方向106′が良好にア
ラインメントしている場合、列平均グラフ104′は行数に関する行における全
骨濃度の急激な変化率を示す。列平均グラフ104′の変化率を求め、(異なる
角度φにおいて)他の列軸108について列平均グラフ104間で変化率のピー
ク値を比較して、限られた角度範囲内でこのような変化率の最大値を与える列軸
108を選択する。将来の形態測定の基準軸としてこの列軸108を選択する。
このように、前方境界30および後方境界32が走査方向19に対して実質的
に平行になるようにし、また上方境界34および下方境界36が走査方向19に
対して実質的に垂直になるように、走査方向19は椎骨20に整列していないが
、新しい列軸108を求め、この列軸108に対して椎骨形態の測定値を求めて
、椎骨形態測定における精度および反復性を改善することができる。列軸108
によって表される座標系の各椎骨に対するこの整列は、図5にプロセスブロック
68として示す。
ここで図8について説明する。全体として、列軸108は走査方向19とは異
なっている。所定の椎骨20について列軸108を決定したならば、この新しい
座標系に適合するように、データ要素を有効に「再結合化」(rebinning)する。
この再結合化については、新しい列軸108にアラインメントしている等間隔の
線および列に対応する椎骨20内の新しい一連の位置を発生することによって実
現することができる。新しい行列におけるこれら位置に存在する内挿されたデー
タ要素については、これらデータ要素の実際に位置にしたがって重みを付けた、
最も近接した実際のデータ要素を双1次形式で内挿することによって得られる。
次
に、図6について説明したのと全く同じ方法でこれら内挿されたデータ要素から
新しい垂直グラフおよび水平グラフを作成する。この場合、水平グラフは内挿さ
れたデータ要素の垂直列に関する平均密度を、そして垂直グラフは内挿されたデ
ータ要素の行に関する平均密度を表す。
図8について説明を続ける。図6の矩形領域100について説明したのと同じ
方法で水平グラフおよび垂直グラフの最小値を使用して、解析矩形領域110を
導く。列軸108に整列している解析矩形110は主に椎骨20を包含するが、
後方要素38については包含しない。次に、図5にプロセスブロック68として
示すように、この解析矩形領域110をコンピュータによって複数の領域に分割
する。好ましい実施態様では、3つの領域を選択する。すなわち、後方領域11
2、中央領域114および前方領域116を選択する。また、好ましい実施態様
では、これら領域は矩形領域である。そして、その前方から後方にかけての幅は
解析矩形領域110の幅の1/4であり、その長さは解析矩形領域110の上下
方向における高さ全体に相当する。また、これら矩形領域の間隔は等しい。これ
ら領域の相対的な幅および数は任意であり、使用者の要求、および解析矩形領域
110の寸法にしたがって変更できる。あるいは、半自動モードでは、測定領域
は操作者が対話的に決定することも可能である。この場合、操作者は、これら画
像上の全体的な領域内のデータを解析する際には、上記のように、上記全体的な
領域を指示する。
図8の実施例では、後方領域、中央領域および前方領域がデータ要素セットに
なり、このセットを用いて、椎骨20の形態に関して基準測定値を得ることにな
る。また、このような測定値の第1セットにより、解析矩形領域110の3つの
各領域の上下方向における椎骨実質の高さを決定することになる。
1つの実施態様では、これは後方領域112から開始する。すなわち、コンピ
ュータによって領域112内のデータ要素を行を横断して自動的に合計して、領
域グラフ118を作成する。この領域グラフ118は、縦軸が前後方向行に対応
するデータ要素の行数で、横軸が当該行の、そして後方領域112内のデータ要
素の全骨質量である。この領域グラフ118は、後方領域112に有効に焦点を
合わせることできるため、この領域のみの形態に感応する点で、今まで述べてき
た他のグラフとは異なる。
コンピュータによって、グラフ上で、したがって後方領域112における上方
境界34に関係するグラフ118の***した縁部において椎骨20に関して第1
の行120を識別する。この第1の行120、例えば骨質量値が所定の一定限界
値を越える第1の行を選択する際には、多数の基準を使用することができる。好
ましい実施態様では、PBM値が最初に領域グラフ118のピークグラフ値の3
0%を越える行として第1の行を選択する。(PBM値によって重みを付けた)
後方領域内の上方境界34の輪郭の位置を平均する場合には、コンピュータによ
って、上方境界34の位置の最良近似になる行を第1の行120として選択する
のが理想的である。実際の場合には、第1の行120を選択するたびに同じ基準
を使用し、それ故測定にばらつきがない限り、選択した第1の行120が上方境
界34の真の平均値から逸脱しても問題はない。
同様に、第2の行122については、後方領域112の下方境界36において
グラフ118から選択する。ここで、グラフ118の下がっている縁部を検証し
、最初にグラフ118の最大PBM値の30%未満になる行として第2の行12
2を選択する。これら行120および122間の距離を自動的に決定し、後方高
さとしてPで表す。そして、この距離を後方領域における椎骨実質の平均高さと
推定する。
他の領域のそれぞれについても、すなわち中央領域114および前方領域11
6についても、同様に、領域グラフ118を発生し、2つの行、すなわち上方境
界34の行と、下方領域36の行を識別することによって解析する。これら列間
の距離が中央領域については中央高さMに、そして前方領域については前方高さ
Aになる。これら形態高さの値の抽出については、図5にプロセスブロック70
として示す。
好ましい実施態様では、高さの値A、MおよびPについては、各領域毎の第1
の行120と第2の行122との間のデータ要素の行数に解析矩形領域110に
おける各行のデータ要素間の距離を乗ずることによって計算する。データ点の行
間距離は使用するデジタル撮像技術の特性の一つであり、知られているはずであ
る。解析矩形領域の各領域に関する上記解析はコンピュータが自動的に行なう。
別な実施態様では、各領域の平均高さについては、コンピュータが各領域にお
けるデータ対を自動的に識別することによって決定する。この場合、各対の一つ
のデータ要素は上方境界上の位置に対応し、またもう一つのデータ要素は対向す
る下方境界上の位置に対応する。各対の2つのデータ要素には、データ対の各デ
ータ要素を横断する想像線が列軸108に対して合理的に平行になるような相互
関係がある。データ対の各データ要素については、コンピュータがデータ要素の
PBM値の局部的な比較を行なうことによって選択する。例えば、上方境界上に
存在するデータ要素を選択する際には、コンピュータが隣接要素のPBM値を検
証する。図9に示すように、前方方向、後方方向および下方方向においては同様
な値を持つが、上方方向の値が著しく小さい隣接データ要素を有するデータ要素
111は上方境界か、あるいはその付近にあると想定する。同様に、コンピュー
タが領域112の上部1/3の位置に存在するデータ要素すべてを自動的に検証
して、上方境界上に存在するこれらデータ要素を決定する。上方境界上のデータ
要素を選択したならば、領域112の下部1/3の位置に存在するデータ要素に
ついて同様な解析を実行し、領域112の下方領域部分か、あるいはその付近に
存在するデータ要素を選択する。各境界についてデータ要素が選択されると、コ
ンピュータが次に列軸108に対して合理的に平行な列にデータ要素を割り当て
ることによって、上方境界上のデータ要素と下方境界上のデータ要素とを一対に
組み合わせる。データ要素を一対に組み合わせ、対を列に割り当てたならば、コ
ンピュータがアルゴリズムを用いて、データ対の各データ要素間に認められるデ
ータ要素の数に各データ要素間の距離を掛けることによって対における各データ
要素間の距離を自動的に決定する。上記したように、データ要素間の距離は使用
するデジタル撮像技術の特性の一つである。対のデータ要素間の距離については
、当該対に関係する列の特定位置における椎骨20の下方から上方への高さとす
る。
領域112における列すべての高さを決定したならば、これら高さを合計し、
領域112について平均高さを求める。同様にして、中央領域114および前方
領域116について平均高さを求める。
同様な過程によって、いくつかの(好ましくは等しい3つの)水平に延長する
基準領域(図示省略)に解析矩形領域110を分割し、椎骨20の前方境界30
および後方境界32で列を識別して、水平に延長するこのような基準領域の平均
幅を決定することができる。好ましい実施態様では、3つの領域、すなわち上方
領域S、中央領域Cおよび下方領域Iを選択し自動的に測定する。
各領域S、CおよびIでは、後方領域112、中央領域114および前方領域
116の第1の行120および第2の行122について上記したのと同様な方法
で前方列および後方列を識別する。識別された前方および後方列間のちょうど中
間にある領域S、CおよびIについても中心列を決定する。領域SおよびIの識
別された列と後方領域112、中央領域114および前方領域116の行の交点
が基準点セットになる。例えば、後方領域112に対する第1の行120と領域
Cに対する第1の列との交点がこのような基準点の一つになる。
領域S、CおよびIの識別された列も、上記したように、測定したA、Mおよ
びPに対応するが、前後方向に延長する測度S、CおよびIを求めるのに役立つ
。
なお、椎骨20の「角部」および中心の上方境界34および下方境界36にお
ける基準点についても確定することができ、しかもこれら基準点の相互間隔も自
動的に測定することができる。これら基準点は、それぞれ特異的な位置を持つが
、周囲のデータ点のBMD値の平均を表し、したがって所定の任意のデータ点に
おけるBMD測定値の小さな誤差に対して確固としたものである。
コンピュータがこれら基準点を識別したならば、コンピュータはこのデータを
自動的に使用して、解析すべき椎骨の形状および大きさを正確に決定する。これ
らについては、操作者の自由裁量で、CRT装置や印刷装置などを使用して視覚
的に表示できる。ところで、ここでより重要なことは、形状および大きさに関す
るデータを使用して、臨床的な、あるいは診断的な価値を持つ椎骨状態の徴候を
公式化してから、臨床状態を診断するか、あるいは骨濃度を測定する場合には、
測定値の精度を高くする際に操作者が使用できるようにこれら徴候を表示するよ
うにコンピュータをプログラムしておくことである。
以上説明してきた本発明を使用すると、一つの椎骨について測定値を自動的に
求めることができる。あるいは、いくつかの椎骨についても可能である。いくつ
かの用途を対象とするアルゴリズムによって実行する解析を使用することが可能
である。この解析を最も有効に適用できる対象は椎骨実質、すなわち後方要素を
排除した椎骨の部分である。以上説明してきた本発明によって得られた椎骨実質
の各種測定値を使用して、以下に述べるように、病気や変形の徴候を知ることが
できる。さらに、ある一つの椎骨実質について得られた測定値を1回の走査で求
めた隣接椎骨実質の測定値と比較すれば、少なくとも一つ以上の椎骨に、これら
椎骨に異状をもたらす外傷やその他の傷害があるかどうかを決定できる。あるい
は、椎骨実質の徴候を正規な基準母集団から得た徴候と比較すれば、ある患者に
異形や異状な椎骨が一つ、あるいはそれ以上あるかどうかを決定できる。このよ
うな標準的な結果については、個々の患者の身長、性別や体重だけでなく、年令
に応じて調整することができる。各種の標準に関するデータはデータベースに保
存しておけばよい。あるいは、同一個人に関する椎骨実質の徴候を経時的に比較
すれば、臨床的に有意味な症状の進展を示す椎骨形態変化を経時的に知ることが
できる。
実施例1:前方高さ
椎骨形態にとって意味のある特別な徴候は椎骨の前方高さである。基準点を説
明する際に、各基準領域について下方境界から上方境界までの距離をアルゴリズ
ムにより自動的にどのように計算するかについては既に説明した。椎骨実質の前
方高さは2つの終板間の距離、すなわち前方境界における、あるいはその付近に
おける上方境界と下方境界との間の距離である。従来、椎骨の前方高さを測定す
るのに好ましいとされていた点は、椎骨実質の最前方境界から最初の5〜10m
mのところにあった。本発明の好適な実施態様では、解析矩形領域110の前方
1/4の部分を占める前方領域116として選択し、この領域内でコンピュータ
により椎骨20の前方部分の平均高さを決定する。前方高さを測定するために特
別な点を選択する従来技術と比較した場合、予め選択された基準領域内で平均高
さを自動的に決定する本発明方法の方が再現性の点ですぐれている。本発明によ
って決定した、この前方高さAは、例えばmmなどの測定値の絶対単位で操作者
に表示することができる。あるいは、一般母集団における椎骨の正常値の平均高
さか当該患者の他の椎骨の正常値の平均高さに対する高さのいずれかをコンピュ
ータにより決定できる。
実施例2:後方高さ
意味のある別な指標は椎骨の後方高さPの測定値である。前方高さと同様に、
従来の場合には、椎骨の後方境界の5〜10mmの範囲内にある一つの位置で後
方高さを測定している。本発明は、解析用矩形領域110の後方1/4を占める
後方基準領域112内にある椎骨20の後方領域の平均高さを自動的に測定する
ものである。前方高さの場合と同様に、後方高さについても、例えばmmなどの
測定値の絶対単位で操作者に表示することができる。あるいは、一般母集団にお
ける椎骨の標準値の平均高さか当該患者の他の椎骨の標準値の平均高さに対する
高さのいずれかをコンピュータにより決定できる。
実施例3:前方高さ/後方高さの比較
コンピュータをプログラミングして自動的に得ることができる重要な指標は、
前方高さAの後方高さPに対する比較である。標準値に対して、同一患者の場合
には以前の測定値に対して、あるいは同一椎骨の後方高さに対して前方椎骨高さ
が、例えば15%低くなると、これは前方椎骨骨折、すなわち臨床的に有意味な
指標になる。
実施例4:くさび角度
本発明によって自動的に得ることができる椎骨形態の重要な指標はくさび角度
である。くさび角度とは、定義すれば、下方境界および上方境界における平均値
の平面の線形延長によって得られる平行関係からの逸脱の程度である。従来の場
合、このくさび角度は椎骨の全体的な前方高さおよび後方高さに基づき計算して
いる。前方高さおよび後方高さのこれらの値、および測定値を得た位置間の距離
から、椎骨の上方境界および下方境界を介して延長する仮定直線間の角度を計算
できる。本発明では、くさび角度をプロットするためのAおよびP間の距離をC
とする。A、PおよびCが平均値なため、高さおよび幅の測定位置を選択する際
のばらつきによるくさび角度のばらつきがなくなる。椎骨のくさび角度が例えば
15°であると、椎骨にくさび骨折が発症していると考えられる。くさび骨折は
、臨床的文献では椎骨骨折の一つの種類として認められている、臨床的には再発
性症状である。
実施例5:両凹性指数
本発明に従ってコンピュータをプログラミングすることによって自動的に測定
できる椎骨形態の別な指標を、ここでは両凹性指数と呼ぶことにする。椎骨実質
の両凹性指数は、椎骨実質の中心部の高さが椎骨実質の後方境界および前方境界
の平均高さからどの程度逸脱しているかを比較することによって計算する。換言
すれば、椎骨実質が凹状になる傾向を示す際の、椎骨実質の変形の尺度である。
この両凹性は、比較的劣悪な椎骨状態に関係する椎骨実質の変形度を示す。この
量は、アルゴリズムを使用して、Mと、AおよびPの平均値を比較するコンピュ
ータによって自動的に計算できる。また、Mは隣接椎骨と、あるいは以前に得ら
れた標準的な基準母集団の平均値と比較できる。前方境界および後方境界と比較
して、椎骨実質の中心高さが選択的に15%低くなっている場合には、中心が骨
折している状態、即ち両凹性状態を表していることが多い。
実施例6:肥大
本発明に従ってコンピュータをプログラミングすることによって測定できる椎
骨形態の別な指標は、椎骨の終板の肥大または椎骨内にある結節の肥大である。
肥大とは、椎骨実質部分の相対濃度が他の椎骨に代表的にみられる相対濃度より
も異状に高い状態を指す。従来の濃度計の場合は、高濃度か低濃度の局部的な領
域を無視し、より広い領域の平均値のみを得ている。この結果、肥大によって不
連続部分がある場合には、骨の無機質レベルの判読に誤りが生じる。本発明では
、各領域、すなわち後方領域112、中央領域114、前方領域116、および
領域S、CおよびIの位置を確定でき、また再現できるため、椎骨内の各位置で
骨濃度を別々に評価できる。領域SまたはIにおける骨濃度と領域Cの骨濃度を
比較することによって、例えば、終板肥大を検出することができる。あるいは、
椎骨の「角部」において基準点内の全領域にわたって骨濃度を評価して、当該領
域内の統計的に標準的なすべての値から所定の量以上に異なる値をもつ当該領域
内の任意のデータ点か、あるいは小さなデータ点セットを識別することによって
肥大化結節を検出することができる。
この指標は、本質的な点でも、あるいはそれだけでは、臨床的価値からみて特
異的なものではないが、骨濃度または無機質含量のこれ以外の点では確実な測定
値から排除する必要がある比較のできない特性を持つ椎骨の領域に関する情報を
与える限り有用である。このため、ある特定の椎骨に関する骨無機質データにつ
いては詳細な検証が必要であることを操作者に警告するために使用することがで
きる。
実施例7:椎骨間間隔
ある一つの椎骨の上方境界および次の上方椎骨の下方境界において基準点を評
価すれば、椎骨間間隔は簡単に決定することができる。本質的には、椎骨間間隔
はこれら2つの椎骨に関する対応する基準点間の距離である。
これら2つの椎骨については列軸108に差が生じることが考えられるので、
2つの縁部、すなわち下方椎骨の上方境界で基準点を結ぶ線分によって与えられ
る縁部と、上方椎骨の下方境界で基準点を結ぶ線分によって与えられる縁部との
間の平均距離を考慮することによって椎骨間距離を評価するのが好ましい。
実施例8:欠損椎骨に関する警告
本発明では、椎骨実質の形態特性の指標については、これらが高さ、圧縮、く
さび形あるいは両凹性であろうとも、2つのそれ程目立たない目的を対象する装
置によって使用することを特に意図している。一つの目的は、ある特定の椎骨の
骨無機質濃度データは不適当であるため、使用を避ける必要があることを操作者
に警告することである。多孔性の骨は、圧挫すると、圧挫されていない多孔性の
骨よりも測定濃度が高くなるが、これは容易に理解できるはずである。この場合
、圧挫された骨の高い濃度は、全く逆ではあるが、その骨の健全性の指標にはな
らない。従って、有意味な椎骨実質の骨折の徴候が少なくとも一つ以上検出され
た場合には、図5にプロセスブロック76として示すように、本発明装置によっ
て操作者に明確な警告を発することが適当である。いずれにしても、結果として
、骨濃度計による骨無機質濃度の計算精度が高くなるだけでなく、椎骨劣化の臨
床的に有意味な症状について潜在的に診断できる利点もある。
A、M及びP、およびS、I及びC、そしてこれらの間隔に関する測定値から
これら指標を計算により求めることは、図5にプロセスブロック72として示す
。続くプロセスブロック76では、異状な徴候が本方法によって検出された場合
には、その徴候について操作者に通知する。これら異状な状態は、被走査患者の
カテゴリーに属する患者について予想される標準値から外れた、既に説明した指
標である。このような指標が認められた場合には、操作者は、不連続部分をもつ
特
定な椎骨の骨濃度に関する平均値を臨床には使用すべきでないことを理解できる
はずである。
実施例9:椎骨骨折の予測
骨質量の減少や、少なくとも一つ以上の椎骨骨折の存在は、将来椎骨が骨折す
る可能性が高いことにつながる。また、骨質量における2つの標準偏差が小さく
なることは、将来椎骨が骨折する可能性が4〜6倍高くなることにつながり、一
方前方高さAの形態測定によって2つの骨折が認められた場合は、将来椎骨が骨
折する可能性が12倍高くなることにつながる。この点に関する参考文献は、R
oss et al.,"Pre-Existing Fractures and Bone Mass Predict Vertebra
l Fracture Incidence in Women",Annals of Internal Medicine,v.114-1
1,919(1991)である。
骨質量の減少が測定され、かつ同時に骨折が形態的に認められた場合には、将
来椎骨が骨折する可能性が75倍も高くなることにつながる。すなわち、骨質量
の測定と形態測定を同時に行なえば、より確実な予測が可能になる。濃度計を形
態測定にも使用できるようにした本発明は、このような複合的な測定において骨
質量データと骨折データの両者を与える点で有利であり、価値のある発明である
。
実施例10:2重角度形態測定、およびBMD測定
図10について説明する。患者16を側方走査する前に、位置101にあるX
線源12をC型アーム14で患者16を中心にして回動させながら、前後方向に
2重エネルギー走査を実施することができる。よく知られているように、2重エ
ネルギー走査は、骨ではなく組織が引き起こすX線減衰を識別して、より精度の
高いBMD測定値を与える能力の点ですぐれているが、形態測定値の精度につい
ては低い。また、C型アーム14を前後方向に設定すると、その角度で介在する
組織の量が減少する程度まで、骨濃度測定に改善がある。
ここでまた図5について説明する。前後方向走査により得られたBMD値を用
いると、プロセスブロック78として示すようにBMDを計算することができ、
またプロセスブロック80として示すように、公知技術に従って骨領域を計算す
ることができる。次に、BMD値を直接表示するのではなく、放射線軸24を水
平にした状態で、位置101にあるX線源12を用いて側方走査を行なう。患者
の前後方向走査の各点におけるBMDの計算値は、側方走査の対応する点におけ
るBMDの計算値にほぼ一致し、またある所定の椎骨20の形態測定の徴候は、
プロセスブロック80のBMDの計算値、したがってプロセスブロック82の骨
領域値に一致している。所定の椎骨に関する徴候が異状な場合、次に、BMDお
よび領域の計算値を表示するプロセスブロック84で、プロセスブロック76と
して示すように、BMD値および領域値に疑わしい点がある旨の適当な警告を操
作者に発することができる。
前後方向に走査された点と側方方向に走査された点の相関関係はこのような点
それぞれの縦座標に事実上一致し、患者が走査時に支持台で目立つ程位置を変え
なかったことを前提にしている。あるいは、椎骨間領域40を前後方向走査およ
び側方方向走査のそれぞれについて導き、各走査からのデータを移動し、各走査
のグラフを相関させて、椎骨間領域40を一致させることも可能である。
濃度計を使用して形態測定を実施できることは、BMDおよび骨領域計算値を
形態徴候によってこのように拡張する場合、非常に重要である。というのは、B
MDおよび形態測定の両者を患者の位置を変えずに実施できるからである。
ある患者についてある時点で計算した指標については、同一患者に関する当該
時点前後の測定値と比較することができる。このような比較によって、椎骨形態
の経時的変化を追跡できる。さらに、最初の測定以降の測定で得られたデジタル
画像を記憶しておいた最初の画像から差し引いて、差分画像を形成することも可
能である。また、形態指標を測定するために使用した境界条件を使用して、この
ような逐次画像を正確に重ね合わせることも可能である。
あるいは、患者について計算した指標を性別、年令やその他の基準によって分
類した基準値のデータベースに保管されている値と比較することもできる。
本発明を使用して、大腿骨、股関節および中手骨の形態測定を行なう場合につ
いて、以下の実施態様により説明する。なお、これら実施例は例示のみを目的と
し、如何なる意味でも本発明を制限するものではない。特に、大腿骨および中手
骨に関して説明する測定は、例えばヒトや動物などの肩甲部の他の骨や関節腔に
も適用できる。
大腿骨134の軸線146の位置を決定する場合には、操作者によって、ある
いは自動的な方法にしたがって、取得したデータの行列を切頭して、他の隣接骨
を限られた範囲で含む形で大腿骨全体にほぼ外接する矩形領域に含まれるデータ
151にする。さらに、大腿骨軸線146については、走査方向19に近似配向
する必要がある。この選択および配向は、例えば、プロセスブロック130に示
すように、AP走査の範囲および方向を設定することにより実施する。
適切なデータを選択したならば、走査方向に沿って測定された選択データ15
1の上方1/6を含む上部部分138を識別する。同様に、選択データ151の
下方1/6を含む下部部分140を識別する。選択データ151のほぼ2/3を
含む残りの中央部分142は、全体としては、大腿骨の骨幹のみを含み、骨端は
含まない。
中央部分142では、データの各行144を解析し、この行144について骨
値の中心データ値143を決定する。(明示するために図12では誇張して図示
した)各行144の方向は走査方向19に対して直交しているが、大腿骨134
の長軸に対しては全体として直交していない。
大腿骨134の長幹にそって中心データ値143のセットが確定されるまで、
行144における各データ要素について骨の最中心値を識別する過程を繰り返す
。これら中心値143に適合する線が大腿骨軸線146になる。上記したように
、大腿骨軸線146は以降の測定値に対して、走査方向19よりも再現性の高い
基準になる。
大腿骨軸線146を確定したならば、すでに述べたように、行列のデータ値を
再結合して、データが、大腿骨34の軸線に対して垂直かつ平行な行144′お
よび列に従うようにする。
さらに図12および図14に関する説明を続けると、大腿骨軸線146の位置
を確定したならば、プロセスブロック158として示すように、2つの測定領域
150および152を確定し、近位点154および内側上顆156の基準点を識
別する。前者の測定領域150は、ほぼ(再結合したデータ値から決定した)上
方部分138の始点から大腿骨146に沿って上方方向に延長する。
この測定領域内では、プロセスブロック160として示すように、各再結合行
144′を検証して、依然として骨値をもち、また大腿骨軸線146に整列して
いる最上方の行144′を求める。大腿骨134の高さと考えられるこの行は、
近位点154を含み、大腿骨134の高さの測定終点を形成する行である。
第2の測定領域152は、下方領域140の始点から下方方向に、そして大腿
骨軸線146から近位方向に延長する。内側上顆156の位置は、骨幹と軸線を
結ぶ大腿骨表面の滑らかな曲線における区切り点と考えられる。この区切り点を
決定するには、下方に行くに従って骨に対して識別された測定領域152の各行
144における最中心データ要素の行値の第1の変化率を考えればよい。変化率
がゼロになる第1の行144′が、内側上顆156の位置と考えられる。この行
144′については、大腿骨134の長さを測定する際の第2終点とする。
プロセスブロック162として示すように、近位点154および内側上顆15
6を包含する2行の終点の行座標を差し引くことによって大腿骨長さLを計算す
ることができる。
大腿骨長さLを計算したならば、結果は、プロセスブロック164として示す
ように表示するか、あるいはプロセスブロック166として示すように、コンピ
ュータ18および表示装置22によって印字すればよい。長さLについては、所
定期間にわたる多数の測定値の編集を通じて時間の関数として表示することがで
きる。あるいは、椎骨測定値に関して既に説明した「標準値」のデータベースと
比較してもよい。
大腿骨の長さについては、骨成長の指標としても使用できる。この場合、数年
にわたって間隔をおいて得た大腿骨長さの測定値を正確に比較することが非常に
重要である。内側上顆および近位点154に中心を定めた基準点を使用する意図
は、このような再現性を実現することである。領域142内の多量のデータの数
学的組合せよって位置を決定された大腿骨146に測定値を基準化すると、この
再現性を確実なものにすることに役立つ。
図13および図14について説明する。大腿骨頭170と寛骨臼168との間
の関節腔に関する第2の測定は大腿骨134上で実行することができる。関節腔
を測定すると、関節機能を評価できるとともに、関節炎などの変性関節病を追跡
できる。同様に、所定の期間にわたって測定を行なう必要がある場合には、関節
腔変化ではなく、測定技術における変化を原因とする変動性を最小限に抑制する
ことが極めて重要である。
関節腔の測定の際には、プロセスブロック130、132および137に関連
して既に説明したように、大腿骨軸線146をまず決定して、再現性のある基準
を得る。大腿骨軸線146を識別したならば、上方領域138の下方縁部から行
単位基準で上方領域138、および大腿骨軸線146の内側内のデータを解析し
て、それぞれ下方変曲点163および上方変曲点165を識別する。この下方変
曲点163は、骨値が並列している行144′の最後の組織データ要素の中心で
ある。すなわち、下方変曲点163は、大腿骨頸の下向き凹部の最高点である。
所定の行にこれら2つの変曲点がある場合には、大腿骨軸線146の最も近い点
を選択する。
上方変曲点165は、下方変曲点163を順次上方データ行144′として検
証した後における、骨値が並列している第1の検出組織要素の中心である。この
場合には、上方変曲点165が大腿骨頸の上向き凹部の最下点になる。
これら変曲点163および165については、大腿骨頸の大腿骨頸軸線184
および大腿骨頭の中心174を決定する際に、プロセスブロック172で決定す
る。
変曲点163および165を決定したならば、変曲軸線169が測定用矩形領
域169の長軸に一致し、そして測定矩形領域167の中心からの変曲点165
および163の距離が等しくなるように、幅が1cmで、長さが4cmの上記測
定矩形領域167を変曲点165および163を通る変曲軸線169に整列する
。
プロセスブロック137および行144に関連して説明した再結合と同様な方
法で、測定矩形領域167内のデータ要素を矩形領域の幅にそっては矩形行に、
そして矩形領域の長さにそっては矩形列に編成する。次に、測定矩形領域167
のデータ要素を解析して、測定矩形領域167の幅を横断する中心線(図示省略
)を決定するとともに、測定矩形領域167内に含まれる骨要素を対称的に二分
する。詳しくは、測定矩形領域167内のデータの各矩形列を解析して、この矩
形列内の最中心のデータ要素、およびこれら中心点に適合する線を求める。この
中心線は、大腿骨頸軸線184の近似線である。すなわち、大腿骨頸の延長対称
線
の近似線である。
この中心線を決定したならば、測定矩形領域167を回転して、その幅に沿っ
たその対称軸線をこの中心線に整列する。このためには、例えば、測定矩形領域
167の平行移動や回転を行なう。
回転すると、測定矩形領域167内の新しいデータが測定矩形領域に対して新
しい行列になり、このデータを解析して、測定矩形領域167内の全矩形列間に
最小長さの一連の骨要素がある矩形列を決定する。この矩形列は、測定矩形領域
167内の大腿骨頸の最も狭い部分にほぼ相当する。次に、測定矩形領域167
をその短軸、従って全体として大腿骨頸の軸線184にそって移動し、この決定
された最小幅の頸部の位置をほぼ中心矩形列に決定する。
次に、データの矩形列内にある骨データの中心線の決定を繰り返し、測定矩形
領域を再移動して、その短軸をこの中心線にアラインメントする。そして、測定
矩形領域を再び移動して、反復的な方法で骨データの最短列の位置をその最中心
列に決定する。測定矩形領域167の位置の再決定のためのこれら2つの段階に
ついては、増分調整量が予め決められた量未満になるまでか、あるいは予め決め
られた回数繰り返して、測定矩形領域の短軸が大腿骨頸の軸線184に一致し、
測定矩形領域が大腿骨頸の最も狭い部分を跨ぐようにする。
大腿骨頸軸線184の位置については、上記のようにして位置が決定された測
定矩形領域167の短軸に等しくなるように設定する。
関節腔およびその他のいくつかの寸法を測定するために、測定矩形領域167
のデータの最中心列内の骨要素の長さから大腿骨頸の平均幅を決定する。次に、
測定矩形領域167の中心から平均頸部幅だけ変位した大腿骨頸軸線184にそ
って大腿骨頭の中心にほぼ相当する中心点174を識別する。この計算法は、大
腿骨頭の半径が大腿骨頸の平均幅に等しいとする近似法である。
中心点174のこの位置における若干の偏倚は、主に大腿骨軸線146の位置
に依存するため、許容できるものである。
プロセスブロック178では、中心点174を始点とする頸部軸線184およ
び大腿骨軸線に基づいて、中心点174から放射延長する切線180および18
2を確定する。切線182は近位方向に走る大腿骨軸線146に平行であり、一
方、切線180は時計方向に60°だけ切線182から離間している。
切線180と182との間には、中心点174を始点とする切線をさらに5本
(図示省略)があり、中心点174を中心にして10°ずつ離間している。
行列のデータ値によって示されるX線の減衰「A」の値は、よく知られている
双方向内挿によって各切線に沿って決定することができる。次に、プロセスブロ
ック190において、中心点174を始点とし、大腿骨頭40の外側方向に個々
の切線方向の距離Xの関数としてこれら減衰値(dA/dx)の変化率183を
決定する。
各切線方向の変化率の最初の2つの極小値間の距離を各切線に関する関節腔と
し、プロセスブロック192ですべての切線に関して関節腔を平均して、平均関
節腔を求める。関節腔については、プロセスブロック164および166として
示すように、表示かつ印字してもよい。あるいは、このような値のデータベース
に保管した標準値と比較してもよい。
大腿骨軸線146の確固とした基準に対してこの関節腔の測定値を固定でき、
また多数の関節腔の値を平均できるため、この測度の再現性を高くできる。
これら解析によって得られた測定値のいくつかは、股関節強度を評価するため
にも使用することができる。例えば、大腿骨軸線146と大腿骨頸軸線184の
角度は、これら2つの軸線の交点および大腿骨頭の中心点174、そして大腿骨
頸の幅とともに、患者16の体重下における大腿骨頸の機械的強度の尺度のひと
つになる。
以上の測定は、人工股関節を埋め込んだ患者16を対象として実施することも
可能であり、大腿骨136に対して人工股関節がずれた場合、このずれの指標に
なる。このずれの特徴は、中心点174と、大腿骨軸線146および大腿骨頸軸
線184の交点との間の距離の変化か、あるいはこの後者の点と、大腿骨頸軸線
184および大腿骨134の最も側方にある部分の交点との間の距離の変化であ
る。
中手骨の解析
以下、図15および図16について説明する。大腿骨134に関連して説明し
た同様な解析はヒトの手、特にヒトの手の第3中手(中指)骨200に対しても
有効である。
大腿骨と同様に、プロセスブロック202として示すように、手を解剖学的位
置に置いた状態で前後方向に、すなわち手の甲から掌の方向に走査するのが好ま
しい。全体としてプロセスブロック204として示すように、同様に、コンピュ
ータ18内で走査データをデータ値の行列に編成する。
測定対象の第3中手骨200については、一般に、中手骨200にある一点を
選択し、そして第3中手骨に関係するデータを公知の連結性アルゴリズムによっ
て選択することによって操作者が識別する。あるいは、この選択プロセスは自動
的に行なうことも可能である。
一般的にいって、患者16の手の向きについては、中手骨200が矢印19に
よって示す走査データの列の方向に向くようにする。なお、既に説明したように
、走査データの列は必ずしも中手骨200の軸線に整列している必要はない。こ
のため、既に説明したのと同様にして、まず最初に、中手骨200に関する座標
を確定する。
特に、データ要素を骨または軟組織に分離したならば、中手骨200に関連す
るデータ要素に従って、骨幹をカバーする中手骨200のデータの中心部分を選
択し、この中心部分内の各行208の最中心骨値207を識別し、中手骨200
を示す中心値207に正しく整列する。大腿骨の場合と同様に、中手骨軸線21
2を決定するために使用するデータの中心部分は、走査行列のうちの行の中心2
/3であればよい。
この中手骨軸線212を決定したならば、この軸線212に関して以降の測定
が実施できるように、既に説明したように、データ値を再結合する。この再結合
については、プロセスブロック214として示す。
中手骨212に整列した列にそって再結合したデータを調べれば、プロセスブ
ロック216として示すように、中手骨の長さを簡単に決定することができる。
中手骨と近位指節骨213との間にある軟骨に相当する最初の非骨値が検出され
るまで、中手骨軸線212にそって中手骨200の中心領域から遠位方向に移動
することによって遠位点220を決定する。同様に、最初の非骨値が検出される
まで、中手骨軸線212にそって中手骨200の中心領域から近位方向に移動す
ることによって近位点218を決定する。
次に、中手骨200の骨値の最後で再結合データの各列に最初の骨値が検出さ
れるまで、線224によって示され、そして遠位方向に続く予め決められた範囲
内の中手骨212軸線の両側に対称的にある再結合データを評価することによっ
て、中手骨200の遠位骨端と近位指節骨の対向面との間の関節腔を決定するこ
とができる。次に、中手骨200および近位指節骨213の骨間に含まれる非骨
データの全領域を線224の範囲内にある列の数によって割って、統計的平均に
確固とした関節腔を求める。
あるいは、関節付近にあり、かつ線224によって示す範囲内にあるデータ2
21の各列を微分して、変化率グラフ223を求めてもよい。ここでは、関節軟
骨の非骨値を中心として正負のピーク225を遠位骨端および中手骨200の対
向端部および測定されたこれらの間隔とする。線224内のデータ221の各列
に関する平均間隔を次に平均して、関節腔の値を求める。
データの再結合後に行なうのが有利であるさらに別な測定では、プロセスブロ
ック226として示すように、皮質厚さを測定する。既に説明したグラフプロセ
スによって分離した中手骨200のデータ内には、濃度の高い皮質層228と濃
度の低い小柱中心230がある。これら2つの部分の相対的比率は、例えば中手
骨200の厚さよりも感度のよい骨組織変化の測度を与える。この測定では、取
得されたデータ内のこれら2つの異なる骨種間で微分を行なう。
このような測定の最初の段階では、測定矩形領域232の位置を中手骨200
の中心に決める。これについては、軸線217および点220及び218の測定
の場合と同様にして、自動的に行なうことができる。測定矩形領域232は、中
手骨200の軸線方向の幅が0.5cmで、長さが2.0cmである。当業者に
は明らかなように、測定矩形領域232の正確な大きさは患者の背格好によって
調節することができる。中手骨212を横断して整列する測定矩形領域232内
の各列のデータ値を微分して、変化率グラフ234を発生する。ここでは、グラ
フ234の正負のピーク236を軟組織と皮質骨間の界面の位置および皮質骨と
小柱骨間の界面の位置とする。これらの位置については、測定矩形領域232の
データの各列に関して同種の位置とともに平均して、長さの0.5cmに関して
皮質厚さと小柱厚さの平均測定値を得る。
プロセスブロック240および242として示すように、プロセスブロック2
16、222および226の結果は検討するために、表示および印字することが
できる。これら値については、直接検討してもよく、あるいは標準値のデータベ
ース内に保管されている統計学的標準値と比較してもよい。
圧挫骨折の検出
以下、図19について説明する。画素210の水平行および垂直列をもつデー
タ201の行列については、図5に関して既に説明したように、またプロセスブ
ロック60および62として示すように、患者を前後方向に走査することによっ
て得ることができる。そして、既に説明したように、また一般的に知られている
ように、骨か軟組織のいずれかに対して各画素210を識別することができる。
行列201が多数の椎骨20(a)〜20(f)をカバーするが好ましい。
走査された行列201から、コンピュータ18が、図4の場合と全く同様に、
行列201の各行の画素210の全骨含量を行数に対してプロットしてグラフ2
15に関する値を決定して、全骨グラフ線219を発生する。このグラフ線21
9は、脊椎の椎骨間隙246を介して延長する画素210の行に関して周期的な
最小値50をもつ。これら最小値50を使用して、特定の椎骨20(a)〜20
(f)に対して画素210のそれぞれを識別することができる。すなわち、ある
最小値50の行上方でかつ次のより高い最小値50の行下方の列の画素210を
同じ椎骨20に対して識別する。
このような椎骨20(a)〜20(f)のそれぞれについて、既に計算された
最小値50間の間隔を測定するか、あるいは好ましくはある特定の椎骨20に関
して、予め決められた閾値を越える全骨値、例えば最小値50間のグラフ219
のピーク値の30%を持つグラフ線219の最初の列を取得することによって高
さH1−H6をグラフ219から直接決定することができる。
一般的に、ある健全な人でもH1〜H6の値間には多少の偏倚があるが、健全な
人たちの間でもH1〜H6の特定の値間に相当大きな偏倚がある。
次に、図20について説明する。それぞれの椎骨20(a)〜20(f)の順
に対して、値H1〜H6から計算した椎骨20(a)〜20(f)の垂直中心にし
たがってコンピュータ18によって高さの値H1〜H6を有効にプロットすること
ができる。ただし、いずれの場合も、これら椎骨20の列を維持した状態で、棒
グラフ248を発生する。これら値H1〜H6の単純な算術平均を計算し、各値H1
〜H6と比較して、次式によって偏差値△を求める。
ただし、Nは測定対象の椎骨合計数である。ここで、大きな負の偏差値Δは対
応する椎骨20に圧挫骨折が発症している可能性があることを示し、この椎骨2
0から得られた濃度測定の有効性については、割り引いて考えたほうがよいこと
を示唆している。
図19および図20の実施例では、椎骨20(f)(H6)および20(d)
(H4)はいずれも平均241よりもいくぶん小さい。ところが、椎骨20(d
)はかなり小さく、圧挫骨折が発症している可能性を示している。圧挫骨折を示
す偏差量は、経験的に処置の必要な臨床的な傾向を示すものである。
あるいは、椎骨20の高さの値H1〜H6に低次の線または曲線243を当ては
めることによって、脊椎中において動いた場合の、椎骨20の高さH1〜H6にお
ける正常な偏倚は解消することができる。図19および図20の実施例では、椎
骨高さHは上から下に行くにしたがっていくぶん低くなる。ここで、最小二乗法
などのよく知られている方法を使用する直線当てはめを用いると、前に説明した
ように、圧挫骨折している可能性がある椎骨20(d)を除くすべての椎骨20
が除かれる統計的測定値が得られる。
あるいは、高さの値H1〜H6を標準値のデータベースと比較することも可能で
ある。ここでは、上記と同様に、各患者の身長、性別および体重だけでなく、患
者の年令に応じて標準値に応じて調整する。さらに、同様に椎骨の大部分が健全
であると前提して、各患者の椎骨の統計的測度に基づいて標準値を調整してもよ
い。
このように、上記方法は椎骨が骨折していることを決定する閾値を与える。こ
の閾値は各患者に自動的に合わせることができ、また患者間の椎骨の偏倚に対し
ても合わせることができる。この方法は、通常行なわれている患者の側方走査を
必要としないが、にもかかわらず凹性やくさび角度などの骨折の他の兆候を検出
するためには、側方走査を行なうことも望ましいことを示するものである。全体
として、本発明は確かな骨濃度測定を1回の前後走査で可能にするものである。
なお、当業者にとっては明らかなように、本発明は多くの変更が可能である。
従って、本発明は、以上説明してきた特定な実施態様に限定されず、以下の特許
請求の範囲に包摂されるこれら変更すべてを含むものである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】1996年12月2日
【補正内容】
特許請求の範囲
1. 放射線源および検出器を対向関係で配置するとともに、患者の脊椎を中心
にして予め決められた角度で配設して、患者の対応する位置において放射線の減
衰を表す二次元の画素アレイを得るようにした濃度計で患者の脊椎の椎骨を測定
する方法において、
(a)デジタルコンピュータのメモリに上記二次元の画素アレイを読み込み、
(1)骨によって減衰した放射線を測定する骨画素を識別し、
(2)上記骨画素を個々の椎骨に分離し、
(3)上記分離された骨画素によって表される個々の椎骨の高さを測定す
る、分離された骨画素を解析し、
(4)椎骨に関して統計的な標準高さを作り出すことができる2個より多
くの椎骨の高さを解析し、
(5)少なくとも一つの椎骨の高さと上記統計的な標準高さとの間の偏差
を識別し、そして
(6)上記識別された椎骨と上記偏差について操作者に指示を与える段階
からな
ることを特徴とする椎骨の測定方法。
2.上記偏差が、予め決められた閾値未満であるかどうかが上記段階(5)の指
標であることを特徴とする請求項1記載の椎骨の測定方法。
3.上記予め決められた角度が、上記放射線源および上記検出器を前後軸線にそ
って配設できるような角度であることを特徴とする請求項1記載の椎骨の測定方
法。
4.上記統計的な標準高さが、上記椎骨の高さの算術平均であることを特徴とす
る請求項1記載の椎骨の測定方法。
5.上記統計的な標準高さが、脊椎における椎骨の順序の線形関数であることを
特徴とする請求項1記載の椎骨の測定方法。
6.濃度計において、
(a)対向関係で配置した放射線源および検出器、
(b)脊椎を中心にして予め決められた角度で上記放射線源および検出器を支
持して、患者の対応する位置において放射線の減衰を表す二次元の画素アレイを
得るようにした位置決め装置、および
(c)上記画素アレイを受け取り、プログラムに従って、
(1)個々の椎骨の画素を分離し、
(2)上記分離された骨画素によって表される少なくとも3個の椎骨の高
さを測定し、
(3)上記椎骨に関して統計的な標準高さを出すために、上記高さを解析
し、
(4)少なくとも一つの椎骨の高さと上記統計的な標準高さとの間の偏差
を識別し、そして
(5)上記識別された椎骨について操作者に指示を与えること
からなることを特徴とする濃度計。