JPH10509075A - 改良した指示特性を有する骨濃度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２重エネルギー濃度計（１０）は、患者（１６）を横切って走査し、患者（１６）を透過した減衰を代表するデータエレメント（３１）のマトリックス（２９）を生成する固体素子の線形Ｘ線検出器（１３）の可動装置を備えている。これらのデータエレメント（３１）は、そのデータの値を使用して、その物質の形態を特性づけられ、一般的規則を表すテンプレートは骨および操作者の入力に適用される。操作者の入力は、カーソル（２８）によって制御された、選ばれたブラシ形式に基づく個々の画素の分類を変化させるペイントブラシによって行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 改良した指示特性を有する骨濃度計 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０８／０６７６５１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。 本発明は骨濃度計に関し、特定的にはＸ線減衰データを解析して、生体におけ る骨と他の物質とを区別し、特定の骨を識別するとともに、これら骨を測定する ことに関する。 発明の背景 ウィスコンシン州マディソンのルナー コーポレーション製のＤＰＸ機やマサ ー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 式骨濃度計装置を使用して、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い基底値を発生している。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な情報に依拠して、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。 従来、ＢＭＣおよびＢＭＤの測定については、前後（ＡＰ）軸線にそって配向 した放射線源で患者の脊椎を走査することによって行なっていた。脊椎のＡＰ走 査によってＢＭＣおよびＢＭＤを測定する場合の問題は、各椎骨における診断に 十分に役立つ小柱骨の測定値が各椎骨の後方要素の影響で偏ることである。これ は、後方要素からの骨が椎骨間間隔に突出し、ＡＰ走査時に椎骨実質の多くの上 に重なるからである。このように、後方要素の骨の大部分がＡＰ測定に否応なく 含まれる結果になる。 これら問題を避けるために、メーカーは脊椎を側方位置から測定するようにし ている。側方位置では、立証されているように、測定対象領域を後方要素を含ま ない椎骨実質に容易に制限できる。このようにして、後方要素による測定値の偏 りを回避していた。 にもかかわらず、側方走査には重大な問題がある。患者の厚さは側方走査では 厚くなるため、解像度に難がある。側方走査で、ＡＰ走査と同じ解像度を得よう とする場合、Ｘ線ビーム束密度を大きくする必要があるが、結果として照射線量 が増大することになる。ビーム束密度を高くしない場合には、椎骨実質の輪郭を 明示する能力が高くならず、多くの場合、ＡＰ走査よりも悪くなっていた。さら に、脊椎の側方走査の多くでは、肋骨や股関節が障害になる。当業者ならば理解 できるように、このような障害があると、ＡＰ走査における後方要素に関連して 説明したのと同様な偏り問題が生じる。 せいぜい２つだけの椎骨Ｌ１およびＬ２ならば、障害のない走査が可能である が、これは母集団の２０％に該当するにすぎない。障害のない走査が可能な、こ のような小さな割合の母集団でも、椎骨に圧挫骨折などの異常がある場合には、 当該椎骨のＢＭＣまたはＢＭＤ測定は臨床的には適切ではない。 発明の概要 本発明は、脊椎の後方要素の重なりによって大きく偏る椎骨エリアを含まない 、測定対象領域（ＲＯＩ）を椎骨を中心にして確定することによってＡＰ方向の 骨ＢＭＣまたはＢＭＤ測定を改善するものである。デジタルコンピュータで、取 得したデータ要素の減衰値とこれらデータ要素の位置の両者を解析し、後方要素 を原因とする傾向がある濃度の高いエリアを識別する。これらエリアは測定対象 領域ＲＯＩから除く。 詳しくは、ＡＰ方向に配向した放射線ビームで椎骨を走査して、それぞれが値 をもち、椎骨中に明確な位置をもつ離散データ要素の行列を取得する。デジタル コンピュータで、データ要素の値およびこれらの明確な位置を検証して、個々の 椎骨および個々の椎骨内のデータ要素の領域を識別する。この場合、データ要素 が椎体および脊椎突起両者の骨によって実質的に減衰した放射線の尺度になる。 これら領域については、椎骨に隣接する椎骨間間隔、および椎体ではなく、脊 椎突起によってのみ実質的に減衰した放射線の尺度になる椎骨間空間内のデータ 要素を識別して、基準測定値を与えることによって位置指定することができる。 椎骨内のデータ要素のピーク値から基準測定値を差し引くと、ある所定の限界値 を確定することができる。椎骨内のデータ要素は上記領域を確定する限界値を超 える値をもつ。 領域は、次に表示される椎骨の物質の物理的特性の計算から除かれる。 すなわち、本発明の一つの目的は、側方方向における骨濃度測定法に匹敵する 側方撮像の欠陥がない、ＡＰ方向における骨濃度測定法を提供することである。 この方法は、同様に、椎骨濃度測定から椎骨間間隔の位置を指定するとともに 、椎骨濃度測定から椎骨間空間を排除することにも適用できる。ここでは、椎骨 間空間の領域中のデータの値および当該データの位置を脊椎の既知構造とともに 使用して、椎骨間空間の位置を正確に指定し、かつ濃度測定からこれら空間を排 除する。 特に、上記のようにして取得した椎骨のデータ要素は、これらの値に基づいて 、椎骨の物理的特性の尺度になる骨データ要素に分類する。これらデータ要素の 確定された位置を使用して、脊柱および椎骨間空間を識別し、椎骨間空間を排除 した、椎骨に関する骨の完全性値を決定する。 このように、本発明の別な目的は、椎骨測定から濃度のより高い後方要素の影 響だけでなく、椎骨間空間の濃度のより低い領域の影響を排除することである。 測定にどのデータ要素を含めるかについて選択できる、自在性および相互作用 性がいずれも高い方法は、操作者がデータ要素の画像上に対応する画素を「ペイ ント」することによって、データ要素の特性化を選択的に変更することを可能に する「ペイントブラシ」カーソルの使用によって実現する。 特に、表示スクリーンおよび操作者の指令に応答して選択信号及びカーソル座 標を発生するカーソル制御装置を有するデジタルコンピュータに、患者を透過す る位置で放射線の減衰を表す値をもつ二次元アレイの画素を表示する。デジタル コンピュータは二次元アレイの画素を受け取り、少なくとも骨画素、組織画素お よび中間画素に画素を分類する。少なくとも一つのカテゴリーが残りのカテゴリ ーから判別できるように画素の画像を表示する。カーソル制御装置からのカーソ ル座標に応答して、画像上の軌跡にしたがってカーソル記号を動かす。軌跡上の 画素は、選択信号が受信されたときに、そのカテゴリーを変更する。各画素が操 作者のカーソル制御下にあるときに、中間画素を除く、骨画素および軟組織画素 に基づいて診断値が操作者に表示される。 このように、操作者が各データ要素の特性化を対話方式で微調整できるように することも本発明の他の目的である。 本発明の他の目的、作用効果および特徴は、添付図面を参考にして以下の説明 を読めば、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斜視図である。この装置は、平面が仰臥して いる患者の横断面に整列する扇状ビームを発生するＸ線源を一端に支持し、かつ 他端に線形検出器を有するＣ型アームを備えている。このＣ型アームによって患 者の上下方向軸線にそって患者を走査して、コンピュータに表示することができ るデータ要素の行列を発生する。 図２は、図１の装置が発生したデータ要素の行列を示す概略図で、各データ要 素を骨または軟組織として指示をタイプすることを示す。 図３は、図１の装置によって取得したデータ要素の行列画像の、極めて簡明な 図で、脊椎の椎骨だけでなく鎖骨および腸骨の一部を示す。各データ要素は画像 上に画素として表現される。 図４は、図３の画像中における画素の出現頻度を対応するデータ要素の値に対 してプロットして作成したヒストグラムで、骨画素、および軟組織画素に対応す る双峰の画素の分布を示す。 図５は、図２のデータ要素の指示のタイピングを詳細化して、データ要素の値 、データ要素の空間分布および操作者の指令に基づいて複数の分類にする段階を 示すフローチャートである。 図６は、図１のコンピュータ画像を示す図で、図３の画像に関連する指示のタ イピングを変更するために操作者が使用するブラシの型およびブラシの大きさを 選択する操作者のメニューを示す。 図７は、椎体および後方に突出する脊椎プロテーゼを示す椎骨斜視図である。 図８は、図３に示したようなＡＰ骨濃度画像を簡略化して示す図で、後方脊椎 プロテーゼの椎体上への重なりによって生じた濃度の高い領域およびこれら濃度 の高い領域かを最終的な濃度測定から除くために使用する椎骨間空間における基 準領域の識別を示す。 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使用する形式のＸ線に基づくデジタルＸ線 装置１０の簡単な斜視図を示す。 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１６の放射線軸２４に沿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ＡＰ状態およびその側方状態 の両者を走査観察できる。また、このＣ型アーム１４については、患者の身体の 長手方向にそって走査方向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 以上の広い単一帯域のエネルギーにおける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、そして形態測定する場合には単一エ ネルギービームを使用する。あるいは、濃度測定を行なわずに形態測定のみを行 なう場合には、単一エネルギービームを使用することができ、一方、形態測定お よび骨濃度測定の両者を行なう場合には２重エネルギー装置を使用することがで きる。 また、上記の放射線源１２は、Ｘ線の扇状ビーム２３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を射出する ことができる。扇状ビーム２３の方向を脊椎に垂直に設定すると、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、長軸に沿って生 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、この 長軸における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。 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に相対しているため、これら要素毎に扇状ビーム２３の多数の 輻射線に沿って同時測定が可能になる。 汎用デジタルコンピュータ１８については、デジタルＸ線装置１０を作動し、 かつ検出器から得られたデータを解析する際に使用できるようにプログラミング 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適用する。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、検出器１３が発生 した信号をコンピュータ１８が利用できる形に変換するデータ取得装置（ＤＡＳ ）およびデータ記憶装置（いずれも図示省略）を使用する。 コンピュータ１８の電子表示端末２２に、後述するように、データ解析結果、 すなわちデータの画像を出力する。操作者は、マウス２５やその他のカーソル制 御装置を使用して、画面上の操作者によるマウス２５の移動に応答して表示端末 ２２上でカーソル（図１では図示省略）を制御する。マウスの制御ボタン２６を 使用すると、後で詳しく説明するように、メニュー項目の選択だけでなく画像合 成に関連して別な入力操作も可能である。 さらに一般化していえば、Ｘ線装置１０の動作時、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、ＤＡＳが、それ ぞれ患者の各位置に対応する離散データ要素からなる信号を送信する。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。 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検出器１３によって実行できる。２組の検出器要 素を使用することができる。すなわち、１組の検出器要素は高エネルギーに対し て選択的に感応し、もう１組の検出器要素は低エネルギーに選択的に感応する。 この場合、走査時に、検出器１３は高エネルギー像か低エネルギー像のいずれか を対象とするデータを発生する。これら２つの像を次に整列し、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骨濃度情報が得られる。 ここで図１および２について説明する。放射線源１２および検出器１３による 患者１６の走査が終了すると、コンピュータ１８が、走査により行列２９として 得られたデータ要素をコンピュータメモリ内に配列する。行列の各データ要素３ １は、走査時にデータ要素３１が取得され、かつ行列内のデータ要素３１の位置 によって行列内に示された場合には、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。このようにして確定されたデータ要素３１の空間位置は、装置 、例えば放射線源１２および検出器１３がデータ要素３１の行を取得する間に移 動する距離、および検出器１３内の検出器要素の間隔によって決定される。 各データ要素３１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理 的特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３１は、ＰＢＭ、即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３１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３１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。 濃度測定データの処理 以下、図３について説明する。走査時に集められたデータ要素は画像２００と して表示することができる。この場合、患者の各データ要素３１の空間位置は画 像２００に対応する空間位置をもつ画素２０１に描かれており、各データ要素の 値は当該画素２０１の濃淡値及び／又は色として表現される。Ｘ線の最大減衰を 記録するデータ要素には、画像２００において最も淡い濃度値が与えられるため 、画像２００は通常のＸ線写真と同じように見え、減衰が最大の骨領域は全体と して白く、そして軟組織や空気などの減衰がより小さい領域は全体として黒くな る。 典型的な画像２００は、軟組織２０４および体内の腸骨２０６や鎖骨２０８な どの他の骨によって囲まれた各椎骨２０からなる脊椎２０２を示すであろう。と ころが、一部の画像２００では、Ｘ線扇状ビーム２３が全体として患者の外側を 通過するため、空気２１０の領域を含むことになる。 ２重エネルギーを使用した場合には、この初期画像２００は、各位置の高いデ ータ値と低いデータ値とが結合されることによって、有効な多重エネルギー画像 になるであろう。 図３および図４について説明する。データ要素の値は全体として減衰値の範囲 に広がるであろう。さらに、骨のみ、あるいは軟組織のみの測定であるデータ要 素内では、値の所定範囲全体としては、変動が生じるであろう。このデータを正 確にコンピュータ解析するためには、画像２００中の各データ要素、したがって 各画素２０１をその組織形に関して識別する必要がある。この識別、すなわち「 指示タイピング」は、（組織形の基準測定が必要な）２重エネルギー測定を用い る際に使用するアルゴリズムを適正に校正するためだけにではなく、椎骨のコン ピュータによる自動測定を可能にするためにも必要である。 ここで、図５についても説明する。プロセスブロック４００として示すように 、 指示タイピングの第１段階は、画像２００中の各画素２０１のデータ要素２１の 値を検証することによって行なう。この値に基づく指示タイピングでは、有効減 衰ヒストグラム２１２の横軸になる複数の減衰範囲にしたがって画像２００の各 画素２０１を分類する。ヒストグラム２１２の縦軸は、画像２００の特定減衰値 をもつ画素２０１の画素数である。図４に例示するように、画素２０１は双峰分 布を示し、最初の峰２１４は軟組織で、次の峰２１６は骨である。 図４のヒストグラムは、２つの峰２１４と２１６との間にはそれよりも低い、 ある特定の画素値の範囲がある事実を反映している。従って、特定の減衰値をも つ閾値２１８をこれら峰２１４と２１６との間において、例えばピーク間にある ヒストグラム２１２の最小値で、あるいは峰２１４と２１６の最大値で識別する 必要がある。この閾値２１８を使用して、画像２００の画素２０１のそれぞれを その値に基づいて骨、あるいは軟組織として分類する。 空気のみを表現するか、あるいは金属移植片を表現するデータ要素３１に関連 する画素を有する画像２００では、それぞれ低い減衰の峰２１４と高い減衰の峰 ２１６との外側に別な峰２１１および２３１が存在する。これら峰２１１および ２１３については、峰２１４の軟組織画素から空気画素を分離する閾値２１７、 および峰２１６の骨画素から峰２１３の人工的な夾雑物の画素２１３を分離する 閾値２１５を発生するために使用できる。 以下、図２について説明する。画像２００の画素２０１に対応する各データ要 素については、閾値２１７、２１８および２１５と比較して、その値に加えて、 これらに形式行列２２１上の指示形式２１９を割り当てることが可能である。こ のように、（閾値２１５未満であるが）閾値２１８についてはこれを超える減衰 値をもつ画素２０１は骨分類「Ｂ」に割り当て、そして（閾値２１７を超えるが ）閾値２１８についてはそれ未満の値をもつ画素２０１は組織値「Ｔ」に割り当 てる。このように、骨要素「Ｂ」と組織要素「Ｔ」との境界１１１を確定するこ とができ、またこれを使用して、後で説明するプロセスブロック４０６として示 すように、骨についてさらに解析することができる。例えば、本願の譲受人に譲 渡され、本明細書では参考として言及する米国特許明細書第５２２８０６８およ び同５２９１５３７号に記載されているようなある特定の椎骨に関する形態測定 を 実行することができる。 ところが、この値に基づく指示タイピングだけでは不十分なことが多い。これ は、特に、各個人における骨の損失を測定する場合と同様に、ある形式のみの骨 を測定しようとする場合についていえる。例えば、小柱骨の比率の高い椎骨の椎 骨実質（すなわち、椎体）は、例えば脊椎突起にみられるより硬質でより濃度の 高い皮質骨に比較した場合、より感応性の高い骨損失の指標と考えられる。この ため、小柱骨が失われた場合でも比較的一定な骨濃度の変化の測定効率を低くす るより濃度の高い脊椎突起については、できるだけ排除するのが望ましい。 測定誤差（ノイズや量子化が寄与する）や、介在組織を原因とする変動がある ため、値に基づく指示タイピングは不十分である。このため、図３および図５の プロセスブロック４０２として説明するように、値に基づく指示タイピングにつ いては、テンプレートに基づく指示タイピングによって拡張する。このテンプレ ート指示タイピングでは、代表的な脊椎椎骨の形状に関する知識を利用して、指 示タイピングを詳細化する。一般的に、テンプレートに基づく指示タイピングは 被測定骨に特有な骨形状に関する規則を適用する。例えば、脊椎２０２の場合、 椎骨２０は全体として徐々に変化する脊椎軸にそって相互に整列し、しかも椎骨 幅が比較的一定なことが知られている。このテンプレートを使用して、プロセス ブロック４００で実行した値に基づく指示タイピングに基づく脊椎２０２の左右 の境界に２つの境界線２２０を当てはめる。境界線２２０については、識別され た所定次数ポイントに関する多項式によって記述される曲線の最良当てはめを与 える、よく知られている曲線当てはめアルゴリズムの使用によって骨画素に当て はめる。 一般的に、曲線をあてはめる指示については、画像２００内の水平線を横切っ て形式行列２２１の指示タイピングを検証し、軟組織「Ｔ」が骨「Ｂ」に取り次 ぐ境界画素２０１を識別することによって、識別することができる。 一般的な脊椎の解剖学に関する知識に基づいて、適当な低次の曲線を選択する と、ＡＰ方向に椎骨から側方に突出している脊椎突起３０２を骨測定対象から外 すことが可能になる。このテンプレートに基づく指示タイピングでは、境界線２ ２０外の骨については、骨とも、あるいは軟組織とも分類できないことを意味す る中間的な特性化が与えられる。 同様なテンプレートあてはめを使用して、椎骨間空間３１３を正確に識別する ことができる。ここで、形式行列２２１を垂直に通る通路を定め、骨特性化「Ｂ 」が組織特性化「Ｔ」に取り次ぐか、組織特性化「Ｔ」が骨特性化「Ｂ」に取り 次ぐ指示によって椎骨２０の上下方向境界を識別する。これらの指示に当てはま るとともに、境界線２２０に垂直な低次曲線により、骨濃度の計算に含まれた場 合には、骨濃度計算値が偏ることになる椎骨間空間が正確に確定する。一般的に 、後方脊椎プロテーゼが椎骨間空間から突出していることを一つの理由として、 椎骨間空間には骨に分類される画素がないわけではないが、曲線あてはめ過程を 調節すれば、骨がこのように含まれても無視でき、明確な椎骨間空間を確定する ことができる。 このように、値に基づく指示タイピング４００およびテンプレートに基づく指 示タイピング４０２を用いると、各指示の骨または軟組織へのより確かな特性化 が可能である。 以下、図７および図８について説明する。さらに、データ要素３１の値および これらの位置に関する情報を使用すると、骨濃度の高い点を識別することができ る。例えば、椎骨画像上に重ねた脊椎突起を表現することができる。図７に示す ように、椎骨２０は、椎骨実質の負荷の大部分を支持するとともに、小柱骨を高 い比率で含む全体として円筒形の椎体３００を有する。既に述べたように、小柱 骨は、骨粗顆症の早期段階における骨変化に感応する指標であることがわかって いる。この場合、理想的には、脊椎の骨濃度測定値は主に小柱骨の測度である。 椎体３００から後方方向には、側方突起３０２、上下方向の関節突起３０３お よび脊椎板３０６が突出している。以下、記述を簡単にするために、これら後方 突起をまとめて脊椎突起３０５と呼ぶことにする。脊椎突起３０５の骨は椎体３ ００よりも濃度が高く、小柱骨をほとんど含んでいない。 ここで図８について説明すると、ＡＰ骨濃度画像３１０では、（直接は見るこ とのできない）脊椎突起３０５は、椎体３００の画像に重なる濃度の高い領域３ １２を形成する。これら領域３１２は、椎骨２０に関して椎骨平均骨濃度値に平 均すると、平均濃度を上方に偏らすため、小柱骨質量の臨床的に有意味な損失を 不明瞭する場合がある。このため、これら領域３１２を測定過程から識別し、か つ排除するのが望ましい。 椎骨２０にのみ付けた標識点に関してこれら領域３１２を位置指定することは 可能であるが、椎骨２０内の変動がある場合には、領域３１２を示す骨密度に関 してある一定の閾値レベルを確定することによってこれら領域を識別すことが好 ましい。すなわち、画像３１０のデータ要素３１の濃度が確定された閾値を超え る場合、このデータ要素３１は、意味のある、脊椎突起３０５の骨の尺度である と想定する。 領域３１２を定める特定の濃度閾値は、患者間で個人差がある。従って、椎骨 ２０に関して確定された位置で基準濃度測定を行なって閾値を決定する。この手 順は、既に説明したように、データ要素３１の行列２９に基づき演算するコンピ ュータ１８によって行なう。 ここで図３に戻って短く説明する。左右の脊椎境界線２２０を使用して、椎骨 間空間３１３の近似水平中心を識別する。前に検出した、隣接椎骨の上下境界を 使用して、椎骨間空間３１３の垂直中心を決定する。このようにし、椎骨の垂直 ／水平中心３１４が定まる。 この中心３１４の周囲にあるデータ要素３１のクラスターを平均して、椎体３ ００が介在していない脊椎突起３０５の濃度値を決定する。この値を基準測定値 として使用して、領域３１２を識別することになる。 次に、椎骨２０内の各データ要素３１について、すでに説明した指示タイピン グ、および境界線２２０及び椎骨間空間の識別によって識別する。これらデータ 要素３１を解析して、椎骨２０内で最大の骨濃度、すなわちピーク値を求める。 次に、ピーク値から既に決定した基準値を差し引いて、領域３１２を識別する濃 度限界値を求める。 ここで、椎骨２０に関する椎骨平均骨濃度の計算に、この限界値より低い濃度 値をもつ椎骨２０内のデータ要素３１のみを使用すると、椎骨平均骨濃度の解析 から境界３１２を有効に排除できる。高い値をもつデータ要素３１については、 脊椎突起３０５によって上方に偏っていると考えられるので、無視する。このよ うに、椎骨平均骨濃度は、椎骨２０内のデータ要素３１の合計であり、これら計 算に含められたデータ要素３１によって囲いこまれた領域によって分割された領 域３１２は排除されている。この濃度は領域濃度であり、単位は例えばｇ／ｃｍ² である。 再び図５に戻って説明する。値に基づく指示タイピング４００およびテンプレ ートに基づく指示タイピング４０２については、操作者がある画素２０１の分類 を対話方式で変更する操作者の指示タイピング４０４によって拡張するのが望ま しい。この操作者の指示タイピングでは、骨および軟組織の放射線写真状の画像 の関係で骨および軟組織を識別する際に、熟練操作者のすぐれた知識を利用する 。また、操作者の指示タイピングでは、骨解剖学に関する一般的な知識を組み入 れたテンプレートが開発されていないシステムを使用して、骨を撮像かつ測定で きる。これは、体内の別な骨や、システムに記憶した汎用規則に適合しない骨を もつ患者に使用することができる。このような自在性は、システムを動物の解析 に使用する場合にも望ましい。 操作者の指示タイピングにとって重要なことは、操作者とコンピュータとの間 に適当なインターフェースを適用して、操作者による特定画素２０１の再特性化 を容易にすることである。このようなインターフェースの場合、可能な範囲で、 操作者によるデータ要素の不注意な変更を防止する必要がある。本発明は、操作 者が画像上でカーソル「ペイントブラシ」を操作して、選択されたデータ要素の 指示タイピングを変更する「ペイントブラシ」インターフェースを採用すること によってこの目的を実現する。 以下、図６について説明する。表示端末２２には、画像２００がブラシ型メニ ュー２２４およびブラシの大きさメニュー２２６を有するメニュースクリーンと ともに表示される。このようなメニューシステムはコンピュータアートではよく 知られているシステムで、操作者のパラメータを図形入力する。特に、ブラシ型 メニュー２２４は５つの異なるブラシ、すなわち骨、組織、空気、人口夾雑物お よび中間物を与える。ある特定のブラシ型を選択すると、選択したブラシ型の内 容が、現時点の指示タイピングに従って青い色で画像２００中で強調される。こ のように、図６に示すように、ブラシ型として骨を選択すると、プロセスブロッ ク４００および４０２の指示タイピングによって予め識別された画素２０１が青 で強調されることになる。また、骨を始めとする全内容は、既に説明したように 、これらデータ要素３１の値に基づく濃度階調値をとるため、走査のデータすべ てを指示形式決定の際に操作者が利用できる。 組織ブラシ型を選択すると、組織画素２０１が青で強調され、骨組織が単に黒 白濃度値に戻ることになる。本実施例では、空気および人口夾雑物の分類は、画 素２０１が空気とも、あるいは人口夾雑物とも特性化されていないので、組織を 強調しない。中間物特性化は、プロセスブロック４００および４０２の値に基づ く指示タイピングおよびテンプレートに基づく指示タイピングによって予め排除 された腸骨２０６、鎖骨２０８および突起３０２の部分を強調する。 図１に関連して既に説明したマウス２５または他のよく知られているカーソル 制御装置によって位置を制御することができる「ペイントブラシ」カーソル２２ ８を使用することによって操作者が画素２０１を選択する。マウス２５の動きに したがって、カーソル２２８の画像が画像２００上で動くので、操作者が指示の 指示タイピングを対話方式でリアルタイムに制御できる。 操作者がカーソル２２８を画像２００上の特定の点に移動したならば、マウス ボタン２６を押す。これによって、カーソル２２８が選択した画像２００の領域 に対応するデータ要素をブラシ型メニュー２２４によって指示された特性化に変 更する。好ましくは、ボタン２６を押し続けた状態で、ペイントブラシと同様に マウスを動的に使用する。この場合、所定軌跡で描かれたカーソル２２８の画像 ２００上のエリアが新しい分類に変更された画素２０１になる。 例えば、骨ブラシ型を現在使用しているとすると、操作者が選択した画素２０ １は骨分類に変更されることになる。 ブラシの大きさは、一つの試料、すなわち画像の一つの画素から正方形で９× ９試料または画素２０１に変更することができる。このように、異質な骨を直ち に除いて中間物に分類するためには、大きなペイントブラシを使用することがで きる。一方、例えば椎骨間空間にある個々の指示分類を補正するためには、小さ なペイントブラシを使用することができる。 骨濃度を測定する際、分類のこの操作者の調節により測定の臨床的値を有意味 に強調できるが、再現性への悪影響については最小限に抑制できる。骨として分 類された画素２０１を例えば中間物に変更すると、骨濃度の計算からこれら画素 ２０１を排除する効果があるが、骨計算に使用した除数からこれら画素２０１も 排除できる。このように、均質な骨に関して、その画素２０１の一部を例えば中 間物として再特性化しても、全体的な骨測定には影響はない。一方、実質的に小 柱のみである一部の骨を除く犠牲を払っても、カーソル２２８を使用して脊椎突 起３０２の濃度の高い領域を除くと、骨質量の損失を検出する際の濃度測定の感 度が著しく高くなる。 再び図５に戻って説明する。指示タイピングを終了したならば、椎骨２０に対 して識別された骨画素に関する全骨含量をプロセスブロック４０６として示すよ うに、決定して、表示端末２２に表示することができる。全骨含量は、データ要 素３１が領域３１２に存在するか否かに関係なく、椎骨内のデータ要素３１の合 計数の（データ要素３１当たりの値に変換された）上記の計算された椎骨平均濃 度倍である。 椎骨間境界と左右の境界線２２０を組み合わせて使用すると、特定な椎骨２０ に関して骨濃度を計算するのに使用する椎骨領域を正確に定めることができる。 さらに、椎骨全体または脊椎２０２内の椎骨集団に関して特定領域で骨濃度を 測定することも可能である。これら濃度測定に先立って、指示タイピングを使用 すると、軟組織に基づく２重エネルギーアルゴリズムを校正して、測定対象の骨 に重なっている軟組織の介在から生じる影響を排除することができる。 当業者にとっては明らかなように、本発明で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制限されず、以下の特許請求の 範囲に含まれるこれら変形態様もすべて包含するものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１１月１５日 【補正内容】 改良した指示特性を有する骨濃度計 発明の分野 本発明は、骨濃度計に関し、特に、Ｘ線減衰データを解析して、生体における 骨と他の物質とを区別し、特定の骨を識別するとともに、これら骨を測定するこ とに関する。 発明の背景 ウィスコンシン州マディソンのルナー コーポレーション製のＤＰＸ機やマサ ー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 式骨濃度計装置を使用して、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い基底値を発生している。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な情報に依拠して、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。 従来、ＢＭＣおよびＢＭＤの測定については、前後（ＡＰ）軸線にそって配向 した放射線源で患者の脊椎を走査することによって行なっていた。脊椎のＡＰ走 査によってＢＭＣおよびＢＭＤを測定する場合の問題は、各椎骨における診断に 十分に役立つ小柱骨の測定値が各椎骨の後方要素の影響で偏ることである。これ は、後方要素からの骨が椎骨間間隔に突出し、ＡＰ走査時に椎骨実質の多くの上 に重なるからである。このように、後方要素の骨の大部分がＡＰ測定に否応なく 含まれる結果になる。 これら問題を避けるために、メーカーは脊椎を側方位置から測定するようにし ている。側方位置では、立証されているように、測定対象領域を後方要素を含ま ない椎骨実質に容易に制限できる。このようにして、後方要素による測定値の偏 りを回避していた。 にもかかわらず、側方走査には重大な問題がある。患者の厚さは側方走査では 厚くなるため、解像度に難がある。側方走査で、ＡＰ走査と同じ解像度を得よう とする場合、Ｘ線ビーム束密度を大きくする必要があるが、結果として照射線量 が増大することになる。ビーム束密度を高くしない場合には、椎骨実質の輪郭を 明示する能力が高くならず、多くの場合、ＡＰ走査よりも悪くなっていた。さら に、脊椎の側方走査の多くでは、肋骨や股関節が障害になる。当業者ならば理解 できるように、このような障害があると、ＡＰ走査における後方要素に関連して 説明したのと同様な偏り問題が生じる。 せいぜい２つだけの椎骨Ｌ１およびＬ２ならば、障害のない走査が可能である が、これは母集団の２０％に該当するにすぎない。障害のない走査が可能な、こ のような小さな割合の母集団でも、椎骨に圧挫骨折などの異常がある場合には、 当該椎骨のＢＭＣまたはＢＭＤ測定は臨床的には適切ではない。 骨密度の自動決定と解析のための装置は、ＵＳ−Ａ−５２２８０６８において 開示されている。その開示では、マトリックスデータはの値は、Ｘ線ビームによ る側方の椎骨の走査から得られている。そのマトリックスは、椎骨の境界の決定 を可能とする最大および最高値の位置を示すコンピュータによって調べられる。 これらの境界の決定は、導かれた椎骨の状態の指標を可能とする。一般の骨濃度 はの領域もまた識別される。 発明の概要 本発明は、脊椎の後方要素の重なりによって大きく偏る椎骨エリアを含まない 、測定対象領域（ＲＯＩ）を椎骨を中心にして確定することによってＡＰ方向の 骨ＢＭＣまたはＢＭＤ測定を改善するものである。デジタルコンピュータで、取 得したデータ要素の減衰値とこれらデータ要素の位置の両者を解析し、後方要素 を原因とする傾向がある濃度の高いエリアを識別する。これらエリアは測定対象 領域ＲＯＩから除く。 詳しくは、ＡＰ方向に配向した放射線ビームで椎骨を走査して、それぞれが値 をもち、椎骨中に明確な位置をもつ離散データ要素の行列を取得する。デジタル コンピュータで、データ要素の値およびこれらの明確な位置を検証して、個々の 椎骨および個々の椎骨内のデータ要素の領域を識別する。この場合、データ要素 が椎体および脊椎突起両者の骨によって実質的に減衰した放射線の尺度になる。 これら領域については、椎骨に隣接する椎骨間間隔、および椎体ではなく、脊 椎突起によってのみ実質的に減衰した放射線の尺度になる椎骨間空間内のデータ 画素は、選択信号が受信されたときに、そのカテゴリーを変更する。各画素が操 作者のカーソル制御下にあるときに、中間画素を除く、骨画素および軟組織画素 に基づいて診断値が操作者に表示される。 このように、操作者が各データ要素の特性化を対話方式で微調整できるように することも本発明の他の目的である。 本発明の他の目的、作用効果および特徴は、添付図面を参考にして以下の説明 を読めば、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斜視図である。この装置は、平面が仰臥して いる患者の横断面に整列する扇状ビームを発生するＸ線源を一端に支持し、かつ 他端に線形検出器を有するＣ型アームを備えている。このＣ型アームによって患 者の上下方向軸線にそって患者を走査して、コンピュータに表示することができ るデータ要素の行列を発生する。 図２は、図１の装置が発生したデータ要素の行列を示す概略図で、各データ要 素を骨または軟組織として指示をタイプすることを示す。 図３は、図１の装置によって取得したデータ要素の行列画像の、極めて簡明な 図で、脊椎の椎骨だけでなく鎖骨および腸骨の一部を示す。各データ要素は画像 上に画素として表現される。 図４は、図３の画像中における画素の出現頻度を対応するデータ要素の値に対 してプロットして作成したヒストグラムで、骨画素、および軟組織画素に対応す る双峰の画素の分布を示す。 図５は、図２のデータ要素の指示のタイピングを詳細化して、データ要素の値 、データ要素の空間分布および操作者の指令に基づいて複数の分類にする段階を 示すフローチャートである。 図６は、図１のコンピュータ画像を示す図で、図３の画像に関連する指示のタ イピングを変更するために操作者が使用するブラシの型およびブラシの大きさを 選択する操作者のメニューを示す。 図７は、椎体および後方に突出する脊椎突起を示す椎骨斜視図である。 指示タイピングの第１段階は、画像２００中の各画素２０１のデータ要素２１の 値を検証することによって行なう。この値に基づく指示タイピングでは、有効減 衰ヒストグラム２１２の横軸になる複数の減衰範囲にしたがって画像２００の各 画素２０１を分類する。ヒストグラム２１２の縦軸は、画像２００の特定減衰値 をもつ画素２０１の画素数である。図４に例示するように、画素２０１は双峰分 布を示し、最初の峰２１４は軟組織で、次の峰２１６は骨である。 図４のヒストグラムは、２つの峰２１４と２１６との間にはそれよりも低い、 ある特定の画素値の範囲がある事実を反映している。従って、特定の減衰値をも つ閾値２１８をこれら峰２１４と２１６との間において、例えばピーク間にある ヒストグラム２１２の最小値で、あるいは峰２１４と２１６の最大値で識別する 必要がある。この閾値２１８を使用して、画像２００の画素２０１のそれぞれを その値に基づいて骨、あるいは軟組織として分類する。 空気のみを表現するか、あるいは金属移植片を表現するデータ要素３１に関連 する画素を有する画像２００では、それぞれ低い減衰の峰２１４と高い減衰の峰 ２１６との外側に別な峰２１１および２３１が存在する。これら峰２１１および ２１３については、峰２１４の軟組織画素から空気画素を分離する閾値２１７、 および峰２１６の骨画素から峰２１３の人工的な夾雑物の画素２１３を分離する 閾値２１５を発生するために使用できる。 以下、図２について説明する。画像２００の画素２０１に対応する各データ要 素については、閾値２１７、２１８および２１５と比較して、その値に加えて、 これらに形式行列２２１上の指示形式２１９を割り当てることが可能である。こ のように、（閾値２１５未満であるが）閾値２１８についてはこれを超える減衰 値をもつ画素２０１は骨分類「Ｂ」に割り当て、そして（閾値２１７を超えるが ）閾値２１８についてはそれ未満の値をもつ画素２０１は組織値「Ｔ」に割り当 てる。このように、骨要素「Ｂ」と組織要素「Ｔ」との境界１１１を確定するこ とができ、またこれを使用して、後で説明するプロセスブロック４０６として示 すように、骨についてさらに解析することができる。例えば、本願の譲受人に譲 渡された米国特許明細書第５２２８０６８および同５２９１５３７号に記載され ているようなある特定の椎骨に関する形態測定を実行することができる。 ところが、この値に基づく指示タイピングだけでは不十分なことが多い。これ は、特に、各個人における骨の損失を測定する場合と同様に、ある形式のみの骨 を測定しようとする場合についていえる。例えば、小柱骨の比率の高い椎骨の椎 骨実質（すなわち、椎体）は、例えば脊椎突起にみられるより硬質でより濃度の 高い皮質骨に比較した場合、より感応性の高い骨損失の指標と考えられる。この ため、小柱骨が失われた場合でも比較的一定な骨濃度の変化の測定効率を低くす るより濃度の高い脊椎突起については、できるだけ排除するのが望ましい。 測定誤差（ノイズや量子化が寄与する）や、介在組織を原因とする変動がある ため、値に基づく指示タイピングは不十分である。このため、図３および図５の プロセスブロック４０２として説明するように、値に基づく指示タイピングにつ いては、テンプレートに基づく指示タイピングによって拡張する。このテンプレ ート指示タイピングでは、代表的な脊椎椎骨の形状に関する知識を利用して、指 示タイピングを詳細化する。一般的に、テンプレートに基づく指示タイピングは 被測定骨に特有な骨形状に関する規則を適用する。例えば、脊椎２０２の場合、 椎骨２０は全体として徐々に変化する脊椎軸にそって相互に整列し、しかも椎骨 幅が比較的一定なことが知られている。このテンプレートを使用して、プロセス ブロック４００で実行した値に基づく指示タイピングに基づく脊椎２０２の左右 の境界に２つの境界線２２０を当てはめる。境界線２２０については、識別され た所定次数ポイントに関する多項式によって記述される曲線の最良当てはめを与 える、よく知られている曲線当てはめアルゴリズムの使用によって骨画素に当て はめる。 一般的に、曲線をあてはめる指示については、画像２００内の水平線を横切っ て形式行列２２１の指示タイピングを検証し、軟組織「Ｔ」が骨「Ｂ」に取り次 ぐ境界画素２０１を識別することによって、識別することができる。 一般的な脊椎の解剖学に関する知識に基づいて、適当な低次の曲線を選択する と、ＡＰ方向に椎骨から側方に突出している脊椎突起３０２を骨測定対象から外 すことが可能になる。このテンプレートに基づく指示タイピングでは、境界線２ ２０外の骨については、骨とも、あるいは軟組織とも分類できないことを意味す る中間的な特性化が与えられる。 同様なテンプレートあてはめを使用して、椎骨間空間３１３を正確に識別する ことができる。ここで、形式行列２２１を垂直に通る通路を定め、骨特性化「Ｂ 」が組織特性化「Ｔ」に取り次ぐか、組織特性化「Ｔ」が骨特性化「Ｂ」に取り 次ぐ指示によって椎骨２０の上下方向境界を識別する。これらの指示に当てはま るとともに、境界線２２０に垂直な低次曲線により、骨濃度の計算に含まれた場 合には、骨濃度計算値が偏ることになる椎骨間空間が正確に確定する。一般的に 、後方脊椎突起が椎骨間空間から突出していることを一つの理由として、椎骨間 空間には骨に分類される画素がないわけではないが、曲線あてはめ過程を調節す れば、骨がこのように含まれても無視でき、明確な椎骨間空間を確定することが できる。 このように、値に基づく指示タイピング４００およびテンプレートに基づく指 示タイピング４０２を用いると、各指示の骨または軟組織へのより確かな特性化 が可能である。 以下、図７および図８について説明する。さらに、データ要素３１の値および これらの位置に関する情報を使用すると、骨濃度の高い点を識別することができ る。例えば、椎骨画像上に重ねた脊椎突起を表現することができる。図７に示す ように、椎骨２０は、椎骨実質の負荷の大部分を支持するとともに、小柱骨を高 い比率で含む全体として円筒形の椎体３００を有する。既に述べたように、小柱 骨は、骨粗鬆症の早期段階における骨変化に感応する指標であることがわかって いる。この場合、理想的には、脊椎の骨濃度測定値は主に小柱骨の測度である。 椎体３００から後方方向には、側方突起３０２、上下方向の関節突起３０３お よび脊椎板３０６が突出している。以下、記述を簡単にするために、これら後方 突起をまとめて脊椎突起３０５と呼ぶことにする。脊椎突起３０５の骨は椎体３ ００よりも濃度が高く、小柱骨をほとんど含んでいない。 ここで図８について説明すると、ＡＰ骨濃度画像３１０では、（直接は見るこ とのできない）脊椎突起３０５は、椎体３００の画像に重なる濃度の高い領域３ １２を形成する。これら領域３１２は、椎骨２０に関して椎骨平均骨濃度値に平 均すると、平均濃度を上方に偏らすため、小柱骨質量の臨床的に有意味な損失を 特許請求の範囲 １． 後方に突出する濃度の高い脊椎突起と共に小柱骨の椎体を有する、脊椎椎 骨の物理的特性を測定する方法において、 （ａ）前後方向に配向された放射線ビーム（２３）で椎骨を走査して、それぞ れが値および椎骨中において確定された位置を有する離散データ要素の行列を取 得し、そして各データ要素の値を確定された位置における椎骨実質の物性に関係 づける段階 （ｂ）デジタルコンピュータ（１８）を使用して、 （１）データ要素の値およびこれらの確定された位置を検証して、個々 の椎骨を識別し、 （２）データ要素が椎体および脊椎突起両者の骨によって実質的に減衰 された放射線の尺度になる個々の椎骨内にデータ要素の領域を識別し、 （３）椎骨実質の物理的特性の計算から段階（ｂ）（２）で識別された 領域を排除する段階、および （ｃ）段階（３）で決定された物理的特性の測定を表示する段階からなること を特徴とする脊椎椎骨の骨濃度を測定する方法。 ２． 物理的特性が骨濃度である請求項１の方法。 ３． 物理的特性が骨含量である請求項１の方法。 ４． 段階（２）が、 （ｉ）段階（ｂ）（１）で識別された椎骨の位置を使用して、椎骨に隣接する 椎骨間空間の位置を指定し、 （ｉｉ）椎体ではなく、脊椎突起によってのみ基準測定値を発生する実質的に 減衰された放射線の尺度によって椎骨間空間内のデータ要素を識別し、 （ｉｉｉ）脊椎突起による実質的な減衰を示す椎骨内のデータ要素を識別する 基準測定値を使用し、そして （ｉｖ）段階（ｉｉｉ）で識別されたデータ要素によって領域を識別すること からなる請求項１の方法。 ５． 上記段階（ｉｉｉ）がさらに、 制限値を確定し、椎骨内におけるデータ要素のピーク値から基準測定値を差し 引いて、そして 制限値を越える値をもつ椎骨内のデータ要素すべてを脊椎突起による実質的な 減衰を示す椎骨内のデータ要素として識別することからなる請求項４の方法。 ６． 上記放射線が２重エネルギーＸ線で、上記離散データ要素の値が骨濃度の ２重エネルギー測定値である請求項１の方法。 ７． 骨濃度の表示された測度が識別された椎骨当たりの骨の質量として表現さ れる請求項１の方法。 ８． 脊椎の椎骨間空間によって分離された脊柱を形成する椎骨の物理的特性を 測定する方法において、 （ａ）前後方向に配向された放射線ビーム（２３）で身体を走査して、それぞ れが値をもつ離散データ要素の行列を取得し、そして各データ要素を身体中の確 定された位置に対応させるとともに、放射線ビームが透過する椎骨実質の物理的 特性に各データ要素の値を関係付ける段階、 （ｂ）デジタルコンピュータ（１８）を使用して、 （１）椎骨の物理的特性を測定する骨データ要素へ、それらの値に基づ いて、データ要素を分類し、 （２）脊柱および椎骨間空間を識別する骨データ要素および骨データ要 素の確定された位置を検証し、 （３）椎骨間空間を排除した、脊柱内の骨データ要素の値に基づいた骨 完全性値を決定する、そして （ｃ）段階（３）で決定された骨完全性値を表示する段階からなる脊椎椎骨の 骨濃度測定方法。 ９． 物理的特性が骨濃度である請求項８の方法。 １０． 物理的特性が全骨含量である請求項８の方法。 １１． 段階（ｂ）（２）が、 （ｉ）左右の脊椎境界を位置指定し、段階（ｂ）（１）で識別された骨データ 要素の位置を使用し、 （ｉｉ）椎骨間空間を位置指定する左右の脊椎境界内の骨データ要素の位置お よび値を解析することからなる請求項８の方法。 １２． 放射線が２重エネルギーＸ線で、上記離散データ要素の値が骨濃度の２ 重エネルギー測定値である請求項８の方法。 １３． 骨濃度計において、 （ａ）対向配置した放射線源（１２）および検出器（１３）、 （ｂ）患者を中心にして予め決められた角度で放射線源（１２）および検出器 （１３）を支持する位置決め装置（１４）および、それぞれ値を有する別々の画 素、および椎骨を透過した定義された位置のマトリックスを取得するために、前 後方向に指向した放射線ビーム（２３）の椎骨の走査に適合し、それぞれの画素 の値は、定義された椎骨の物質の濃度に関連しており、 （ｃ）表示スクリーン（２２）、および操作者の指令に応答して選択信号及び カーソル座標を与えるカーソル制御装置（２５）を有するデジタルコンピュータ （１８）、デジタルコンピュータ（１８）は、離散データ要素のマトリックスを 受け取り、 （１）個々の椎骨を識別するために画素の値とそれらの定義された位置を 観察し、 （２）椎体と脊椎突起の両者の骨によって実質的に減衰された放射線を測 定する画素を、個々の椎骨から椎骨の画素のカテゴリーを識別し （３）椎骨の物質の濃度の計算から段階（ｃ）（２）において識別したカ テゴリーを除外し、 （４）画像の形態で、段階（ｃ）（３）で決定された濃度の測定を表示す る ことに適合したものであることを特徴とする濃度計。 １４． 記憶されているプログラムが画像中の少なくとも一つのカテゴリーの画 素を色によって判別する請求項１３の濃度計。 １５． 少なくとも３つのカテゴリーを骨、軟組織、空気、人工夾雑物および中 間物からなる群から選択する請求項１３の濃度計。 １６． カーソル制御装置（２５）がさらに、操作者の指令に応答して、画像の 画素に関してカーソル記号の大きさを制御するカーソルフォーマット信号を発生 する請求項１３の濃度計。 １７． 骨濃度計において、段階（ｃ）（４）が、 （ｉ）骨含量値を発生する段階（ｃ）（３）の後に、骨画素カテゴリーにおけ るすべての画素の値を合計し、 （ｉｉ）段階（ｃ）（３）の後に、骨画素カテゴリー中の画素数の値によって 全骨含量値を割る ものである請求項１３の濃度計。 １８． カーソル制御装置（２５）がさらに、選択信号の受信時に、操作者の要 求に応答して、指示された画素を変更するカテゴリーを制御するカテゴリー信号 を発生する請求項１３の濃度計。 １９． 生体条件内で骨を測定する方法において、 （ａ）放射線ビームで身体を走査して、それぞれが値をもつ離散データ要素の 行列を取得し、そして各データ要素を身体中の確定された位置に対応させるとと もに、放射線ビームが透過する実質の物理的特性に各データ要素の値を関係づけ る段階、 （ｂ）デジタルコンピュータを使用して、 （１）椎骨の物理的特性を示す骨データのカテゴリへーそれらの値に基 づいてデータ要素を分類し、 （２）分類されたデータ要素と、分類されたデータ要素を椎骨の物理的 特性を示す骨データカテゴリーへ分類するそれらの定義された位置の解析し、 （３）再分類段階（２）の表示の操作者検証、およびデータ要素の値お よび確定された位置に表示に基づいてデータ要素を椎骨の物性を示す骨データ分 類に再分類する段階からなる 生体内で骨を測定する方法。 ２０． データ要素の確定された位置に対応する表示された位置において各デー タ要素の値を表示された点の輝度として段階（３）で表示し、データ要素の再分 類段階（２）を表示された点の色で表示する請求項１９の方法。 図９を削除します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 後方に突出する濃度の高い脊椎突起と共に小柱骨の椎体を有する、脊椎椎 骨の骨濃度を測定する方法において、 （ａ）前後方向に配向された放射線ビームで椎骨を走査して、それぞれが値お よび椎骨中において確定された位置を有する離散データ要素の行列を取得し、そ して各データ要素の値を確定された位置における椎骨実質の物性に関係づける段 階 （ｂ）デジタルコンピュータを使用して、 （１）データ要素の値およびこれらの確定された位置を検証して、個々 の椎骨を識別し、 （２）データ要素が椎体および脊椎突起両者の骨によって実質的に減衰 された放射線の尺度になる個々の椎骨内にデータ要素の領域を識別し、 （３）椎骨実質の物理的特性の計算から段階（ｂ）（２）で識別された 領域を排除する段階、および （ｃ）段階（３）で決定された物理的特性の測定を表示する段階からなること を特徴とする脊椎椎骨の骨濃度を測定する方法。 ２． 物理的特性が骨濃度である請求項１の方法。 ３． 物理的特性が骨含量である請求項１の方法。 ４． 段階（２）が、 （ｉ）段階（ｂ）（１）で識別された椎骨の位置を使用して、椎骨に隣接する 椎骨間空間の位置を指定し、 （ｉｉ）椎体ではなく、脊椎突起によってのみ基準測定値を発生する実質的に 減衰された放射線の尺度によって椎骨間空間内のデータ要素を識別し、 （ｉｉｉ）脊椎突起による実質的な減衰を示す椎骨内のデータ要素を識別する 基準測定値を使用し、そして （ｉｖ）段階（ｉｉｉ）で識別されたデータ要素によって領域を識別すること からなる請求項１の方法。 ５． 上記段階（ｉｉｉ）がさらに、 制限値を確定し、椎骨内におけるデータ要素のピーク値から基準測定値を差し 引いて、そして 制限値を越える値をもつ椎骨内のデータ要素すべてを脊椎突起による実質的な 減衰を示す椎骨内のデータ要素として識別することからなる請求項４の方法。 ６． 上記放射線が２重エネルギーＸ線で、上記離散データ要素の値が骨濃度の ２重エネルギー測定値である請求項１の方法。 ７． 骨濃度の表示された測度が識別された椎骨当たりの骨の質量として表現さ れる請求項１の方法。 ８． 脊椎の椎骨間空間によって分離された脊柱を形成する椎骨の骨濃度を測定 する方法において、 （ａ）前後方向に配向された放射線ビームで身体を走査して、それぞれが値を もつ離散データ要素の行列を取得し、そして各データ要素を身体中の確定された 位置に対応させるとともに、放射線ビームが透過する椎骨実質の物理的特性に各 データ要素の値を関係付ける段階、 （ｂ）デジタルコンピュータを使用して、 （１）椎骨の物理的特性を測定する骨データ要素へ、それらの値に基づい て、データ要素を分類し、 （２）脊柱および椎骨間空間を識別する骨データ要素および骨データ要素 の確定された位置を検証し、 （３）椎骨間空間を排除した、脊柱内の骨データ要素の値に基づいた骨完 全性値を決定する、そして （ｃ）段階（３）で決定された骨完全性値を表示する段階からなる脊椎椎骨の 骨濃度測定方法。 ９． 物理的特性が骨濃度である請求項８の方法。 １０． 物理的特性が全骨含量である請求項８の方法。 １１． 段階（ｂ）（２）が、 （ｉ）左右の脊椎境界を位置指定し、段階（ｂ）（１）で識別された骨データ 要素の位置を使用し、 （ｉｉ）椎骨間空間を位置指定する左右の脊椎境界内の骨データ要素の位置お よび値を解析することからなる請求項８の方法。 １２． 放射線が２重エネルギーＸ線で、上記離散データ要素の値が骨濃度の２ 重エネルギー測定値である請求項８の方法。 １３． 骨濃度計において、 （ａ）対向配置した放射線源および検出器、 （ｂ）患者を中心にして予め決められた角度で放射線源および検出器を支持し 、二次元アレイ内の画素の位置に対応して患者を透過した位置で放射線の減衰を 表す値をもつ二次元アレイの画素を発生する位置決め装置、および （ｃ）表示スクリーン、および操作者の指令に応答して選択信号及びカーソル 座標を与えるカーソル制御装置を有し、二次元アレイの画素を受け取り、記憶さ れているプログラムにしたがって演算を行なって、 （１）骨画素、軟組織画素および中間画素のカテゴリーを含む少なくと も３つのカテゴリーに画素を分類し、 （２）２つのカテゴリーを視覚的に判別できる画素の画像を表示し、 （３）画像上の通路にしたがってカーソル記号の位置を動かすカーソル 制御装置のカーソル座標に応答し、 （４）選択信号の受信時に、通路内の指示された画素に関してカテゴリ ーの少なくとも一つにおいて指示された画素のカテゴリーを変更し、そして （５）段階（４）の後に、中間画素を除いた骨画素および軟組織画素に 基づいて操作者に診断値を表示するデジタルコンピュータ からなることを特徴とする濃度計。 １４． 記憶されているプログラムが画像中の少なくとも一つのカテゴリーの画 素を色によって判別する請求項１３の濃度計。 １５． 少なくとも３つのカテゴリーを骨、軟組織、空気、人工夾雑物および中 間物からなる群から選択する請求項１３の濃度計。 １６． カーソル制御装置がさらに、操作者の指令に応答して、画像の画素に関 してカーソル記号の大きさを制御するカーソルフォーマット信号を発生する請求 項１３の濃度計。 １７． 骨完全性値が骨濃度で、段階（５）が、 （ｉ）骨含量の合計値を発生する段階（４）の後に、骨画素カテゴリーにおけ る画素すべての値を合計し、 （ｉｉ）段階（４）の後に、骨含量の合計値を骨画素カテゴリー中の画素数に よって割るステップを有する請求項１３の濃度計。 １８． カーソル制御装置がさらに、選択信号の受信時に、操作者の要求に応答 して、指示された画素を変更するカテゴリーを制御するカテゴリー信号を発生す る請求項１３の濃度計。 １９． 生体条件内で骨を測定する方法において、 （ａ）放射線ビームで身体を走査して、それぞれが値をもつ離散データ要素の 行列を取得し、そして各データ要素を身体中の確定された位置に対応させるとと もに、放射線ビームが透過する実質の物理的特性に各データ要素の値を関係づけ る段階、 （ｂ）デジタルコンピュータを使用して、 （１）椎骨の物理的特性を示す骨データのカテゴリへーそれらの値に基 づいてデータ要素を分類し、 （２）段階（１）で決定されたデータ要素の値およびデータ要素の確定 された位置に基づいて上記の分類されたデータ要素を椎骨の物性を示す骨データ カテゴリーに再分類し、 （３）再分類段階（２）の表示の操作者検証、およびデータ要素の値お よび確定された位置に表示に基づいてデータ要素を椎骨の物性を示す骨データ分 類に再分類する段階からなる 生体内で骨を測定する方法。 ２０． データ要素の確定された位置に対応する表示された位置において各デー タ要素の値を表示された点の輝度として段階（３）で表示し、データ要素の再分 類段階（２）を表示された点の色で表示する請求項１９の方法。