JPH10511882A - 骨内の骨ミネラル量測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、人体部の一側からＸ線で照射し、このＸ線を人体部の反対側にて検出する人体部骨内の骨ミネラル量測定方法および装置に関わる。Ｘ線は２つのエネルギーレベルを有し、検出された放射線が分析され、人体部の厚さが決定される。分析に際しては、人体部の厚さが考慮されると共に、測定手順を較正するために、成分の分かっている参照となる被対象物が測定される。装置は、２つのエネルギーレベルでＸ線を発生し、その形状が人体部の形状に適合するケーシング（２）の一側（２ａ）に配置されると共に、人体部に向けられている手段（３）からなる。ケーシングの反対側（２ｂ）に配置される放射線検出マトリクス（４）は、Ｘ線の到達を検出する。距離測定装置（５）は、画像および信号生成ユニット（７）と連結すると共に、前記人体部に対向する側のケーシング（２）内に配置される。画像および信号生成ユニット（７）は、人体部の測定と成分の分かっている参照となる被対象物の測定とに関係して、検出マトリクス（４）に記録される信号と、距離測定装置（５）に記録される信号との組み合わせで、骨ミネラル量が決定されるように配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 骨内の骨ミネラル量測定方法および装置 ［従来技術］ 本発明は、人体部の一側からＸ線で人体部を照射し、このＸ線を人体部の 反対側で検出する人体部骨内の骨ミネラル量測定方法に関する。 また、本発明は、骨内の骨ミネラル量測定装置に関する。 産業化された世界と成長化する国々の双方にあって、世界中で急速に増加 する病気は骨粗鬆症である。この病気は、一般に老人女性を冒すものであるが、 最近では、骨粗鬆症が若人や男女双方をも冒すことが発見されている。 こうした種類の病気の危険を減らすには、骨のカルシウム分の減少を抑制 する効果を持つ特殊な薬を投与するのが一般的である。既存の方法や装置をもっ て、薬物治療が必要かどうかを評価するのは困難で、また高価なことであるので 、現在では、薬物治療における配剤が多少独断的となっている。その結果、実際 には骨粗鬆症にかかっていない人々に対して、多量の薬が処方される一方、本当 に骨粗鬆症にかかっている人々に対して、必要な助力が届かなくなっている。こ うした問題を克服するには、骨粗鬆症を確実に診断できることが必要とされる。 その人が骨粗鬆症にかかっているかどうかを確定する最善の方法は、人体 のどれでも適当な骨内の骨ミネラル量を測定することにある。多くの様々な装置 が、この目的のために開発されてきた。 国際公開第WO-A-86/07351 号公報は、踵骨内の骨ミネラル量を測定する装 置を開示している。この測定装置は、ガンマ線あるいはＸ線源を一側に配置する と共に、Ｘ線源の反対側に放射線検出装置を備えたケーシングを有する。検出装 置は、例えば入手した結果を分析するコンピュータのような各種の制御システム に順番に接続される。装置が比較的満足な程度に動作できるように、水で満され る足を囲む空間がケーシング内に必要になる。しかし、これにも拘らず、この装 置により与えられる結果は不満足なものとなる。 米国特許第5 348 009 号公報は、例えば足に適合したケーシングの一側に 放射源が配置された骨ミネラル量を測定する同様の装置を開示している。反対側 には、信号発生ユニットに接続された検出器が配置される。加えて、骨の厚さを 決定するために、被測定物の周囲の各側において、距離測定用の装置がケーシン グ内に配置される、これらの各装置も、信号発生ユニットに接続されると共に、 放射線測定器と厚さ測定から受け取った各信号の組み合わせにより、容積単位毎 のミネラル量を測定することができる。 さらに、欧州特許公開第0 432 730 号公報も、骨ミネラル量測定装置を開 示している。この装置は、ケーシングと、ケーシングの一側に配置されるＸ線検 出手段を備えたＸ線発生装置とから構成される。また、装置は、Ｘ線装置の前部 に配置され、Ｘ線信号のスペクトルを区切るように変化するフィルタから構成さ れ、これによって、Ｘ線信号が２つの異なるエネルギーレベルに分界される。こ の方法の不利益は、２つの異なるレベルのＸ線信号から受け取った測定に基づい てのみ、骨ミネラル量が確立されるので、踵骨の全構成要素を分離することが不 可能になり、これが原因で信頼できる結果が得られないことにある。 最後に、欧州特許公開第0 549 858 号公報は、骨ミネラル量の測定を行な う装置を開示しており、２つのエネルギーレベルあるいはエネルギー帯を有する Ｘ線源が、被検体内の与えられた実質量を決定するのに用いられる。この発明で は、結果に対し好ましくない一定の構成要素を排除することによる特殊な計算方 法を用いており、この事実結果として、恐らくは求めた骨ミネラル量が入手され 得る。しかし、この方法もまた、非常に信頼性のない結果が得られ、最悪の場合 は、患者が健康であるとして診断されることがある。 米国特許第5 348 009 号公報および英国特許1 526 926 号公報も、この範 囲にある関連した先行技術である。 本発明の目的は、Ｘ線タイプの骨ミネラル量測定装置の先行技術に関する 問題を克服すると共に、簡単かつ信頼できる手法で、骨内の骨ミネラル量を測定 する方法を提案することにある。この目的は、次の組み合わせにより達成される 。それは、２つのエネルギーレベルでＸ線の照射を行ない、検出さ れた放射線を分析し、人体部の厚さを決定すると共に、この検出された放射線を 分析する際に、人体部の厚さを決定し、さらに、測定手順を較正するために、こ れを成分の分かっている参照となる被対象物で行なう。 特に本発明によれば、前記人体部の厚さは、Ｘ線源と人体部との間、およ び人体部と検出マトリクスとの間の距離を測定することで決定され、これらの距 離をＸ線源と検出マトリクスとの間の距離と比較することで、前記人体部の厚さ が決定される。 この方法は、本発明における装置において、次の組み合わせで装置を構成 することで達成される。それは、２つのエネルギーレベルでＸ線を発生し、その 形状が人体部の形状に適合するケーシングの一側に配置されると共に、人体部に 向けられている手段と、前記手段からのＸ線を検出するために、ケーシングの反 対側に配置される放射線検出マトリクスと、検出マトリクスに記録される信号を 解析するために、検出マトリクスが接続される画像および信号生成ユニットと、 前記人体部に対向する側のケーシング内に配置され、画像および信号生成ユニッ トと連結する距離測定装置とからなり、画像および信号生成ユニットは、一方で は、人体部の測定に関係し、また他方では、人体部の測定と成分の分かっている 参照となる被対象物の測定に関係して、検出マトリクスに記録される信号と、距 離測定装置に記録される信号との組み合わせることで、人体部骨内の骨ミネラル 量を確立するように配置される。 以下、本発明は添付図面を参照してより詳細に説明されるであろう。 図１は、骨ミネラル測定装置の主構成部分の概略図を示している。 図２は、ケーシングの上部を省略した測定ユニットの斜視図を示している 。 図３は、人体部の遮蔽物を省略した図２における測定ユニットの斜視図を 示している。 図４は、本発明の骨ミネラル量を測定する装置の適用例を示している。 ［発明の実施形態］ 本発明の装置は、測定ユニット１と、画像および信号生成ユニット７とに より概ね構成される。測定ユニット１は、人体部の外形に適合すると共に、 ２つのエネルギーレベルを放射する放射線源３を一側２ａに配置し、放射線源３ から発した放射線を検出するための放射線検出マトリクス４を他側２ｂに配置し たケーシング２により形成する。 放射線源３は、好ましくは、例えば30ｋＶまたは75ｋＶの２つの別々なエ ネルギーレベルで光子を発するＸ線管により形成される。これらのエネルギーレ ベルは、被測定物６の骨ミネラル量を決定するのに用いられることから、エネル ギーレベルが明確に区分され、明確に定義されることが重要である。異なるエネ ルギーレベルは、例えばその間を変化することのできる発生器でＸ線管を駆動す ることで達成される。２つのエネルギーレベルでＸ線を発生させる他の方法とし ては、一つのエネルギーレベルでＸ線源３から得た放射線にフィルタをかけるこ とである。 放射線を検出する放射検出マトリクス４は、Ｘ線源３に対して反対側に配 置される。検出マトリクス４は、格子形状に配列されると共に、一定範囲若しく は一定時間内において、各々の地点に衝突する放射線を検出してその量を測定す る多数の素子から構成される。 Ｘ線管３および検出マトリクス４は、固定若しくは被測定物６に沿って直 線上に移動して進む。いずれの場合も、コリメータがＸ線管３に接続して配置さ れ、これにより、検出マトリクス４の視野範囲を含むように、Ｘ線の発散範囲を 定めることができる。 Ｘ線管３が固定した位置に設けられる場合、特別に配置されたコリメータ が検出マトリクス４の前部に取り付けられる。このコリメータは、後方にある放 射線検出マトリクス４の各素子と同数の開口により貫通されるように、組み立て られる。開口の配置方向は、それらが放射線源の焦点から逸れ、しかも、開口の 各々が検出マトリクスの全ての地点の各々に向けて一致するようになっている。 コリメータの目的は、干渉を引き起こすことがある放散された二次放射線をフィ ルタ効果により排除すること、開口を通過するビームが平行であり続けるように すること、および、送出された放射線を検出マトリクスの各地点に向けることに ある。開口を通過したビームだけが、後方にある検出マトリクス４により検出さ れるような高い減衰性を有する材料によ り、コリメータを構成することができる。 他の実施態様では、Ｘ線管３が被測定物６に沿って直線上に移動され、機 械的なアームにＸ線管３が取り付けられる。このアームは、測定される人体部６ に関連して、測定に重要な人体部の断面が走査されるように動く。Ｘ線管３と共 に検出器４が動くように配置されるならば、検出マトリクス４を単一の検出素子 で構成できる。 図２に示す実施態様の場合、骨ミネラル量の測定は踵骨で行なわれる。Ｘ 線管３は、約10.0×15.0cm、すなわち、踵骨の全寸法に等しい範囲で走査できる ように配置される。測定される足がケーシング２内に置かれると、足の一側，足 の踵部あるいはその近辺に、Ｘ線管３が向けられる。Ｘ線管３が明確に走査する 部位の寸法は、測定される人体部６の寸法に依存する。 検出マトリクス４に向かう放射線の量を測定するために、測定ユニットは さらにコンピュータ／増幅器４ａを備える。このコンピュータ４ａは、放射線が 衝突する検出マトリクス４の地点と、放射線内の光子のエネルギーレベルとを見 分けることができるように配置される。２つの電圧が発生するエネルギーレベル 特性の場合に、２つの「測定窓」が用いられるので、より信頼できる結果が得ら れる。 参照符号６に示すユニットは、例えば踵骨や前腕部のような測定される人 体部を表わしている。図２に示す骨ミネラル測定装置の実施態様の場合には、足 の踵部を測定するために装置が配置される。 踵部の主要な構成要素である水分，脂肪および骨ミネラルを明確に決定で きるように、第３の測定パラメータが要求される。これは、測定される人体部６ の各側に距離測定装置５を配置し、これらの装置５により、Ｘ線が照射される被 対象物６の各側からの距離を決定できるようにすることで得られる。こうして、 被対象物の厚さを計算できる。これらの装置５は、好ましくはレーザ測定リング からなる。ケーシング内の足の位置が信頼できない測定結果を導かないように、 距離測定装置５が足の両側に配置される。 本発明における方法および装置は、上述したＸ線と被対象物の厚さ測定と により、互いに異なる３つの測定を行なうことができ、人体部内における骨 ミネラル量の割合を確立できるという事実に基づいている。 被測定物すなわち測定される人体部は、概ね３つの構成要素からなる。そ れは、ハイドロキシアパタイトＣａ₁₀（ＰＯ₄）₆（ＯＨ₂）の形態からなる骨ミ ネラルと、脂肪と、水分である。これらの構成要素に関わるパラメータは各々ｂ ，ｆ，およびｓで、次のように示される。 被測定物が２つのエネルギーレベルのＸ線で照射される場合、次の式に書 き表わすことができる。 低エネルギーレベル（例えば35ｋＶ）のＸ線は、添字１が与えられ、また 、高エネルギーレベル（例えば70ｋＶ）のＸ線は、添字２が与えられる。Ｎ_iは 、エネルギーレベルがｉの場合における被対象物を通過した後の測定演算速度で ある。Ｎ_0iはエネルギーレベルがｉの場合における被対象物の範囲外の測定演算 速度である。μ_xiは、各構成要素に対する質量減衰係数（cm²／ｇ）である。ｔ_x は、各構成要素の厚さ（in cm）である。ρ_xは、各構成要素の密度である。 被対象物の全厚さは、この被対象物の両側にある距離測定装置により測定 される。 ここで、Ｔは被対象物の全厚さを表わし、ｔ_b，ｔ_s，ｔ_fは、各構成要素 の厚さを表わしている。 式（１），（２）から厚さを計算できるようにするために、被対象物の範 囲外の測定演算速度であるＮ₀₁，Ｎ₀₂が決定されなければならない。これは、成 分の分かっている被対象物を装置内に置くことで達成される。Ｎ₀₁とＮ₀₂は、次 のようにして定めることができる。 ここで、Ｎ_1FおよびＮ_2Fは、放射線が成分の分っている被対象物を通過し た後の、低エネルギーレベルと高エネルギーレベルの各測定演算速度である。 質量減衰係数，密度および厚さ（ｔ_bk，ｔ_sk）は、分かっている量である 。このため、異なる構成要素の厚さが、検出マトリクスの各素子に対する異なる 式から計算できる。測定される人体部の骨ミネラル量の表示は、これらの各素子 から得た結果より生成できる。 検出マトリクス４および距離測定装置５で得た結果を評価するために、画 像および信号生成ユニット７は、好ましくはパーソナルコンピュータが用いられ る。 双方の光子エネルギーレベルで測定された量的な値は、結果を理想的に評 価するアルゴリズムを計算するのに利用される。好ましくは、この装置は、大多 数の様々な試験体を測定した値から計算した標準値を含むデータベースにもアク セスする。骨のカルシウム分の減少が起こっているか否かを決めるのに、測定に よって得た値がデータベース内に蓄積された値と比較される。 コンピュータは、被対象物に適合したソフトウェアを備えており、これに よって、足の全ての構成要素である脂肪，水分および骨ミネラルを高精度に定め られるように、検出マトリクスからの情報と、距離測定装置からの情報との組み 合わせが用いられる。 操作者が種々の可能な操作を制御できるように、キーボードがコンピュー タと連携して用いられる。 結果を表示するのに、測定した被対象物の画像を表示できるスクリーンが 好ましくは用いられる。また、得られた結果を印刷出力するプリンタも、用いる ことがある。 図２および図３は、本発明の装置における最も好ましい実施態様を示して いおり、この装置は踵骨を測定するのに適合する。応用として、比較的小型 で簡単となるように測定装置を構築することができ、これにより、患者を測定す るために、装置を簡単に動かすことができる。 本発明は、図２〜図４に示す実施態様に限定されるものではない。測定さ れるのに十分な人体部のあらゆる部分に見出だした骨のあらゆる形態に、本発明 の本質を適合することが可能である。本発明は、請求項の内容によってのみ限定 されるものであり、発明となる概念の範囲を含む種々な大多数の装置に、本発明 に基づく方法を当業者が成し遂げ得ることが明確になろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 されるように配置される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．検出マトリクス（４）により検出されるＸ線で人体部の一側から照射すると 共に、この検出マトリクスは人体部の反対側に格子形状に配列される多数の素子 から構成される骨内の骨ミネラル量測定方法において、 ２つのエネルギーレベルでＸ線を照射させ、 検出された放射線を分析し、 人体部の厚さを決定すると共に、 人体部の主要な構成要素である水分，脂肪および骨ミネラルを決定して、 それにより人体部骨内の骨ミネラル量の表示を生成するために、前記検出された 放射線の分析にて前記人体部の厚さを考慮し、 成分の分かっている参照となる被対象物を測定することにより、Ｘ線の強 度を決定する、 以上の組み合わせを特徴とする骨内の骨ミネラル量測定方法。 ２．前記人体部の厚さは、Ｘ線源（３）と人体部との間、および人体部と検出マ トリクス（４）との間の距離を測定することで確立され、これらの距離をＸ線源 （３）と検出マトリクス（４）との間の距離と比較することで、前記人体部の厚 さが決定されることを特徴とする請求項１記載の骨内の骨ミネラル量測定方法。 ３．２つのエネルギーレベルでＸ線を発生するように配置され、その形状が人体 部の形状に適合するケーシング（２）の一側（２ａ）に配置されると共に、人体 部に向けられている手段（３）と、 複数の素子からなり、この素子は前記手段（３）からのＸ線を検出するた めに、ケーシング（２）の反対側（２ｂ）に配置される格子形状に配列された放 射線検出マトリクス（４）と、 検出マトリクス（４）に記録される信号を解析するために、検出マトリク ス（４）が接続される画像および信号生成ユニット（７）と、 前記人体部に対向する側のケーシング（２）内に配置され、画像および信 号生成ユニット（７）と連結する距離測定装置（５）との組み合わせからなり、 画像および信号生成ユニット（７）は、人体部の測定と成分の分かってい る参照となる被対象物の測定とに関係して、検出マトリクス（４）に記録される 信号と、距離測定装置（５）に記録される信号との組み合わせで、骨ミネラルと 、水分と、脂肪の各構成要素の厚さを決定することで、人体部骨内の骨ミネラル 量を決定するように配置されたものであることを特徴とする骨内の骨ミネラル量 測定装置。