(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を照射する放射線源と、
被検体を透過した放射線を検出する検出手段と、
前記放射線源を一方向に向けて移動させる放射線源移動手段と、
前記放射線源移動手段を制御する放射線源移動制御手段と、
前記検出手段の出力を基に画像を生成する画像生成手段と、
前記放射線源を被検体に対して移動させながら連写された画像を基に断層画像を生成する画像再構成手段と、
前記断層画像を基に骨梁の状態を定量するデータを算出する骨梁解析手段と、
前記骨梁解析手段が算出したデータから骨梁が所定の空間を占める割合を推定する構成を備えていることを特徴とする骨梁解析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の骨梁解析装置において、
前記検出手段を前記放射線源の移動に同期して放射線源の移動方向と同じ方向または放射線源の移動方向とは逆方向に移動させる検出器移動手段と、
前記検出器移動手段を制御する検出器移動制御手段とを備えることを特徴とする骨梁解析装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の骨梁解析装置において、
前記骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像のある関心領域内の骨梁の総延長である骨梁総延長を示す数値であることを特徴とする骨梁解析装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の骨梁解析装置において、
前記骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像のある関心領域内の骨梁の数である骨梁数を示す数値であることを特徴とする骨梁解析装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の骨梁解析装置において、
前記骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像のある関心領域内の骨梁の長さの平均である平均骨梁長を示す数値であることを特徴とする骨梁解析装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の骨梁解析装置において、
前記骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像をフラクタル次元解析することにより算出されるフラクタル次元数を示す数値であることを特徴とする骨梁解析装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の骨梁解析装置において、
前記骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像を周波数解析することにより算出される周波数成分の分布を示す数値であることを特徴とする骨梁解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の骨梁を解析する骨梁解析装置に関し、特に被検体の放射線透過画像を取得して放射線透過画像の解析を行うことで骨梁解析を実行する骨梁解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨梁とは、骨の内部の海綿質を構成する細長状の構造である。この骨梁が骨の内部で充実しているかを知ることで被検体Ｍの健康の診断や疾病の診断ができる。また、被検体Ｍの骨梁を解析すれば被検体Ｍの骨強度も知ることができる。
【０００３】
従来の骨梁解析手法について説明する。従来の骨梁解析装置５０は、図１１に示すように、被検体Ｍを載置する天板５２と、天板５２の上側に設けられている放射線源５３と、天板５２の下側に設けられている検出器５４とを備えている。骨梁解析を行うには、図１１の様な装置を用いて、単純撮影を行い、取得された画像に骨梁解析が施される。単純撮影とは、被検体に対して一度だけ放射線を照射して透過画像を撮影する方法である。
【０００４】
骨梁解析部６２が行う骨梁の解析により、骨内部の骨梁の定量がされる。このときの数値が低いということは骨梁が少ないことを表しており、被検体Ｍの骨強度が低いことが分かる。
【０００５】
また、ＣＴ装置により被検体の骨梁の３次元構造を取得して骨梁解析を行うという方法もある。すなわち、放射線源と検出器とを被検体を中心に同期的に１回転させながら断層画像を取得して、骨梁解析を実行する方法である（例えば、特許文献1参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９２６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来方法には次のような問題点がある。
すなわち、従来の骨梁解析方法では、骨梁の定量を正確にできないという問題がある。
【０００８】
従来の方法では、放射線を被検体に一度だけ照射して被検体像を取得する単純撮影をすることで骨梁解析をしている。実際の骨梁は、骨の内部において３次元網目状の海綿質を形成している。したがって、骨梁の構造をイメージングしようとして単純撮影を行うと、骨梁同士が重なり合って画像化されてしまう。すると、取得される透過画像には骨梁が不鮮明に写り込んでしまう。この様な画像を基に骨梁解析を実行したのでは骨梁の定量を正確に求めることができない。
【０００９】
一方、放射線源および検出器が被検体の周りを一回転して断層画像を撮影するＣＴ装置においては、取得される断層画像の解像度は単純撮影で取得される透過画像よりも劣ってしまううえ、被検体の被曝の範囲が広い。したがって、ＣＴ装置を用いて骨梁解析を実行しても骨梁の定量を正確かつ安全に求めることができない。
【００１０】
ＣＴ装置の解像度が低い理由について説明する。ＣＴ装置に搭載される検出器には、散乱線成分を吸収する板状のコリメータが設けられている。このコリメータは、検出器における隣り合う検出素子の間に設けられる。このコリメータを備える必要性から検出器の検出素子のサイズを小さくすることができないのである。検出素子のサイズが大きいとそれだけＣＴ装置によって生成される断層画像の画素サイズが大きくなるので断層画像の解像度が低下する。
【００１１】
ＣＴ装置にとってコリメータは必要なものである。コリメータを省略し、散乱線成分が検出器に入射する構成とすると、ＣＴ装置は正確なＣＴ値を算出することができず、鮮明な断層画像が取得できなくなるからである。
【００１２】
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、骨梁の状態を正確に定量できる骨梁解析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る骨梁解析装置は、放射線を照射する放射線源と、被検体を透過した放射線を検出する検出手段と、放射線源を一方向に向けて移動させる放射線源移動手段と、放射線源移動手段を制御する放射線源移動制御手段と、検出手段の出力を基に画像を生成する画像生成手段と、放射線源を被検体に対して移動させながら連写された画像を基に断層画像を生成する画像再構成手段と、断層画像を基に骨梁の状態を定量するデータを算出する骨梁解析手段と、骨梁解析手段が算出したデータから骨梁が所定の空間を占める割合を推定する構成を備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
［作用・効果］本発明によれば、より正確に骨梁の状態を定量化することができる。従来方法では、単純撮影により取得される透過像を用いて骨梁解析を行っている。この様な解析は必ずしも正確な結果が取得できるわけではない。透過画像には骨梁同士が重なり合って不鮮明に写り込んでいるからである。そこで、本発明によれば、断層画像に対して骨梁解析が行われる。断層画像には網目状の骨梁が重ならずに鮮明に写り込んでいるので、骨梁解析による骨梁の定量はより正確なものとなる。
【００１５】
また、ＣＴ装置で取得した断層画像より骨梁解析をする従来方法と比べて、より放射線線量を抑制して正確な骨梁解析を行うことができる。したがって、本発明によれば、より安全な骨梁解析装置が提供できる。また、本発明による断層撮影装置は、単純撮影用の装置と同様に平面検出器を使用することができるので、ＣＴ装置と比べて解像度が高いものとなる。
【００１６】
また、本発明によれば、ＣＴ装置と比べて被検体に対する放射線源および検出手段の位置を変更させることが容易である。ＣＴ装置は、放射線源および検出手段を格納するガントリが設けられており、放射線源および検出手段の移動はこのガントリにより制約を受けるからである。本発明によれば、ＣＴ装置と比べて断層画像に写り込む被検体の像の大きさを容易に調節することができる。
【００１７】
また、上述の骨梁解析装置において、検出手段を放射線源の移動に同期して放射線源の移動方向と同じ方向または放射線源の移動方向とは逆方向に移動させる検出器移動手段と、検出器移動手段を制御する検出器移動制御手段とを備えればより望ましい。
【００１８】
［作用・効果］上述の構成は、本発明の骨梁解析装置の具体的な構成を示すものとなっている。本発明は検出手段を放射線と同期して移動させる構成においても適応することができる。
【００１９】
また、上述の骨梁解析装置において、骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像のある範囲に写り込んだ骨梁の総延長である骨梁総延長を示す数値であればより望ましい。
【００２０】
また、上述の骨梁解析装置において、骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像のある関心領域内の骨梁の数である骨梁数を示す数値であればより望ましい。
【００２１】
［作用・効果］上述の構成は、本発明の骨梁解析装置の具体的な構成を示すものとなっている。骨梁解析手段が算出するデータが骨梁の総延長である骨梁総延長、または骨梁の数である骨梁数であれば、これら数値が大きいほど被検体の骨強度は大きいものと予想することができる。
【００２２】
また、上述の骨梁解析装置において、骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像のある関心領域内の骨梁の長さの平均である平均骨梁長を示す数値であればより望ましい。
【００２３】
［作用・効果］上述の構成は、本発明の骨梁解析装置の具体的な構成を示すものとなっている。骨梁解析手段が算出するデータが平均骨梁長であれば、被検体の骨の内部の性質を数値化して比較することができる。
【００２４】
また、上述の骨梁解析装置において、骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像をフラクタル次元解析することにより算出されるフラクタル次元数を示す数値であればより望ましい。
【００２５】
［作用・効果］上述の構成は、本発明の骨梁解析装置の具体的な構成を示すものとなっている。骨梁解析手段が算出するデータがフラクタル次元数であれば、フラクタル次元数同士を比較することにより検査に係る骨の海綿質が健康な状態からどの程度離れているかを数値により知ることができる。
【００２６】
また、上述の骨梁解析装置において、骨梁解析手段が算出するデータは、断層画像を周波数解析することにより算出される周波数成分の分布を示す数値であればより望ましい。
【００２７】
［作用・効果］上述の構成は、本発明の骨梁解析装置の具体的な構成を示すものとなっている。骨梁解析手段が算出するデータが周波数成分の分布を示していれば、海綿質の稠密さを数値により知ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
従来方法によれば、単純撮影により取得される透過像を用いて骨梁解析を行っている。この様な解析は必ずしも正確な結果が取得できるわけではない。透過画像には骨梁同士が重なり合って不鮮明に写り込んでいるからである。また、ＣＴ装置による解析は解像度に優れているとは言えない。そこで、本発明によれば、単純撮影と同等の解像度を持つ断層画像に対して骨梁解析が行われる。断層画像には網目状の骨梁が重ならずに鮮明に写り込んでいるので、骨梁解析による骨梁の定量はより正確なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１に係る骨梁解析装置の構成を説明する機能ブロック図である。
【図２】実施例１に係る骨梁解析装置の撮影原理を説明する模式図である。
【図３】実施例１に係る骨梁解析部の動作を説明する模式図である。
【図４】実施例１に係る発明の効果を説明する相関図である。
【図５】実施例１に係る発明の効果を説明する模式図である。
【図６】実施例１に係る発明の効果を説明する模式図である。
【図７】実施例２に係る骨梁解析装置の撮影原理を説明する模式図である。
【図８】実施例２に係る骨梁解析装置の撮影原理を説明する模式図である。
【図９】実施例２に係る骨梁解析装置の撮影原理を説明する模式図である。
【図１０】実施例２に係る骨梁解析装置の撮影原理を説明する模式図である。
【図１１】従来の骨梁解析装置の構成を説明する模式図である。
【実施例１】
【００３０】
次に、本発明に係る骨梁解析装置の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、実施例におけるＸ線は、本発明の構成の放射線に相当する。なお、ＦＰＤは、フラットパネル型Ｘ線検出器（フラット・パネル・ディテクタ）の略である。
【００３１】
図１は、実施例１に係る骨梁解析装置の構成を説明する機能ブロック図である。図１に示すように、実施例１に係る骨梁解析装置１は、Ｘ線断層撮影の対象である被検体Ｍを載置する天板２と、天板２の上部（天板２の１面側）に設けられた被検体Ｍに対してコーン状のＸ線ビームを照射するＸ線管３と、天板２の下部（天板の他面側）に設けられ、被検体Ｍの透過Ｘ線像を検出するＦＰＤ４と、コーン状のＸ線ビームの中心軸とＦＰＤ４の中心点とが常に一致する状態でＸ線管３とＦＰＤ４との各々を被検体Ｍの関心部位を挟んで互いに反対方向に同期移動させる同期移動機構７と、これを制御する同期移動制御部８と、ＦＰＤ４のＸ線を検出するＸ線検出面を覆うように設けられた散乱Ｘ線を吸収するＸ線グリッド５とを備えている。この様に、天板２は、Ｘ線管３とＦＰＤ４とに挟まれる位置に配置されている。Ｘ線管３は、本発明の放射線源に相当し、ＦＰＤ４は、本発明の放射線検出手段に相当する。
【００３２】
同期移動機構７は、Ｘ線管３を被検体Ｍに対して体軸方向Ａに移動させるＸ線管移動機構７ａと、ＦＰＤ４を被検体Ｍに対して体軸方向Ａに移動させるＦＰＤ移動機構７ｂとを備えている。また、同期移動制御部８は、Ｘ線管移動機構７ａを制御するＸ線管移動制御部８ａとＦＰＤ移動機構７ｂを制御するＦＰＤ移動制御部８ｂとを備えている。Ｘ線管移動機構７ａは、本発明の放射線源移動手段に相当し、Ｘ線管移動制御部８ａは、本発明の放射線源移動制御手段に相当する。ＦＰＤ移動機構７ｂは、本発明の検出器移動手段に相当し、ＦＰＤ移動制御部８ｂは、本発明の検出器移動制御手段に相当する。
【００３３】
Ｘ線管３は、Ｘ線管制御部６の制御にしたがってコーン状でパルス状のＸ線ビームを被検体Ｍに対して繰り返し照射する構成となっている。このＸ線管３には、Ｘ線ビームを角錐となっているコーン状にコリメートするコリメータが付属している。そして、このＸ線管３と、ＦＰＤ４はＸ線透過画像を撮像する撮像系３，４を生成している。
【００３４】
同期移動機構７は、Ｘ線管３とＦＰＤ４とを同期させて移動させる構成となっている。この同期移動機構７は、同期移動制御部８の制御にしたがって被検体Ｍの体軸方向Ａに平行な直線軌道（天板２の長手方向）に沿ってＸ線管３を直進移動させる。このＸ線管３とＦＰＤ４との移動方向は、天板２の長手方向に一致している。しかも、検査中、Ｘ線管３の照射するコーン状のＸ線ビームは、常に被検体Ｍの関心部位に向かって照射されるようになっており、このＸ線照射角度は、Ｘ線管３の角度を変更することによって、たとえば初期角度−２０°から最終角度２０°まで変更される。この様なＸ線照射角度の変更は、Ｘ線管傾斜機構９が行う。Ｘ線管傾斜制御部１０は、Ｘ線管傾斜機構９を制御する目的で設けられている。
【００３５】
そして、さらに実施例１に係る骨梁解析装置１は、各制御部６，８，１０を統括的に制御する主制御部２５と、断層画像Ｄを表示する表示部２７とを備えている。この主制御部２５は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各制御部６，８，１０，２２および後述の各部１１，１２，１３を実現している。記憶部２３は、Ｘ線管３の制御に関わるパラメータなどの骨梁解析装置１の制御に関するデータの一切を記憶する。操作卓２６は、術者の骨梁解析装置１に対する各操作を入力させるものである。
【００３６】
また、同期移動機構７は、上述のＸ線管３の直進移動に同期して、天板２の下部に設けられたＦＰＤ４を被検体Ｍの体軸方向Ａ（天板２の長手方向）に直進移動させる。そして、その移動方向は、Ｘ線管３の移動方向と反対方向となっている。つまり、Ｘ線管３が移動することによってＸ線管３の焦点の位置と照射方向が変化するコーン状のＸ線ビームは、常にＦＰＤ４のＸ線検出面の全面で受光される構成となっている。このように、一度の検査において、ＦＰＤ４は、Ｘ線管３と互いに反対方向に同期して移動しながら、たとえば７４枚の透過画像Ｐ０を取得するようになっている。具体的には、撮像系３，４は、実線の位置を初期位置として、破線で示した位置を介して、図１に示した一点鎖線で示す位置まで対向移動する。すなわち、Ｘ線管３とＦＰＤ４の位置を変化させながら複数のＸ線透過画像が撮影されることになる。ところで、コーン状のＸ線ビームは常にＦＰＤ４のＸ線検出面の全面で受光されるので、撮影中コーン状のＸ線ビームの中心軸は、常にＦＰＤ４の中心点と一致している。また、撮影中、ＦＰＤ４の中心は、直進移動するが、この移動はＸ線管３の移動の反対方向となっている。つまり、体軸方向ＡにＸ線管３とＦＰＤ４とを同期的、かつ互いに反対方向に移動させる構成となっている。
【００３７】
すなわち、同期移動機構７は、Ｘ線管３を天板２の長手方向における一端側に向けて移動させるのに同期してＦＰＤ４を天板２の長手方向における他端側に向けて移動させるような動作をする。
【００３８】
また、ＦＰＤ４の後段には、そこから出力される検出信号を基に透過画像Ｐ０を生成する画像生成部１１が備えられており（図１参照），この画像生成部１１の更に後段には、透過画像Ｐ０を合成して断層画像Ｄを生成する画像再構成部１２とを備えている。画像生成部１１は、本発明の画像生成手段に相当し、画像再構成部１２は、本発明の画像再構成手段に相当する。
【００３９】
続いて、実施例１に係る骨梁解析装置１の断層画像の取得原理について説明する。図２は、実施例１に係るＸ線撮影装置の断層画像の取得方法を説明する図である。例えば、天板２に平行な（鉛直方向に対して水平な）仮想平面（基準裁断面ＭＡ）について説明すると、図２に示すように、基準裁断面ＭＡに位置する点Ｐ，Ｑが、常にＦＰＤ４のＸ線検出面の不動点ｐ，ｑのそれぞれに投影されるように、Ｘ線管３によるコーン状のＸ線ビームＢの照射方向に合わせてＦＰＤ４をＸ線管３の反対方向に同期移動させながら一連の透過画像Ｐ０が画像生成部１１にて生成される。一連の透過画像Ｐ０には、被検体Ｍの投影像が位置を変えながら写り込んでいる。そして、この一連の透過画像Ｐ０を画像再構成部１２にて再構成すれば、基準裁断面ＭＡに位置する像（たとえば、不動点ｐ，ｑ）が集積され、Ｘ線断層画像としてイメージングされることになる。一方、基準裁断面ＭＡに位置しない点Ｉは、ＦＰＤ４における投影位置を変化させながら一連の被検体画像に点ｉとして写り込んでいる。この様な点ｉは、不動点ｐ，ｑとは異なり、画像再構成部１２でＸ線透過画像を重ね合わせる段階で像を結ばずにボケる。このように、一連の透過画像Ｐ０の重ね合わせを行うことにより、被検体Ｍの基準裁断面ＭＡに位置する像のみが写り込んだＸ線断層画像が得られる。このように、透過画像Ｐ０を単純に重ね合わせると、基準裁断面ＭＡにおける断層画像Ｄが得られる。
【００４０】
さらに、画像再構成部１２の設定を変更することにより、基準裁断面ＭＡに水平な任意の裁断面においても、同様な断層画像を得ることができる。撮影中、ＦＰＤ４において上記点ｉの投影位置は移動するが、投影前の点Ｉと基準裁断面ＭＡとの離間距離が大きくなるにしたがって、この移動速度は増加する。これを利用して、取得された一連の被検体画像を所定のピッチで体軸方向Ａにずらしながら再構成を行うようにすれば、基準裁断面ＭＡに平行な裁断面における断層画像Ｄが得られる。このような一連の被検体画像の再構成は、画像再構成部１２が行う。
【００４１】
断層画像Ｄは、骨梁解析部１３に送出される。骨梁解析部１３は、断層画像Ｄに対して種々の解析を行って骨梁の定量を行う。このとき得られた各数値は、被検体Ｍの骨折リスクを予想するのに用いられる。以降、骨梁解析部１３が行う骨梁の定量動作の各々について説明する。骨梁解析部１３は、本発明の骨梁解析手段に相当する。
【００４２】
＜骨梁総延長・骨梁数・平均骨梁長の算出＞
図３は、骨梁解析部１３の動作を説明する模式図である。図３の左側は断層画像Ｄに写り込んだ被検体Ｍの骨の断層像を表している。骨梁解析部１３は、骨の内部の海綿質の一部を解析範囲Ｒと認識する。解析範囲Ｒの設定は、術者が操作卓２６を通じて行うようにしてもよいし、骨梁解析部１３が骨の形状から海綿質の位置を推定して行うようにしてもよい。また、骨梁解析部１３は、複数の断層画像Ｄを取得することで生成される３次元ボリュームデータに対して骨梁解析を行うようにしてもよい。
【００４３】
図３の右側は解析範囲Ｒの拡大図を表している。解析範囲Ｒには、複数の骨梁の断層像が写り込んでいる。この骨梁は、網目状海綿質を形成している。骨梁解析部１３は、解析範囲Ｒにおける骨梁の分岐点ｎを画像解析により取得し、この分岐点ｎ同士をつなぐ線分Ｋを求める。骨梁解析部１３は、これら線分Ｋの長さを合計する。これにより得られる数値が解析範囲Ｒにおける骨梁の総延長である骨梁総延長である。この骨梁総延長が長いほど解析範囲Ｒに多くの骨梁が存在していることになり、断層画像Ｄに写り込んだ骨は骨折のしにくいものであることが分かる。
【００４４】
また、骨梁解析部１３は、求めた線分Ｋの本数を計数する。これにより得られる数値が解析範囲Ｒにおける骨梁の数である骨梁数である。この骨梁数が多いほど解析範囲Ｒに多くの骨梁が存在していることになり、断層画像Ｄに写り込んだ骨は骨折のしにくいものであることが分かる。
【００４５】
そして、骨梁解析部１３は、骨梁総延長を骨梁数で除算する。これにより得られる数値が解析範囲Ｒにおける骨梁の長さの平均である平均骨梁長である。この平均骨梁長は、断層画像Ｄに写り込む骨の海綿質の特性を知る指標となる。すなわち、骨梁総延長が同じ骨であっても平均骨梁長が異なれば、骨に衝撃が与えられたときの力が骨内部に伝わる様子が異なる。平均骨梁長を求めるようにすれば、骨の物性の差異を数値により知ることができる。
【００４６】
骨梁解析部１３は断層画像Ｄ上における異なる解析範囲Ｒについて同様の動作をし、異なる解析領域Ｒごとに骨梁総延長・骨梁数・平均骨梁長を算出する。この様な動作をすることでより各数値を用いた骨折リスクの予想をより信頼性の高いものとすることができる。
【００４７】
＜フラクタル次元数の算出＞
また、骨梁解析部１３は、上述の数値以外にもフラクタル次元解析により断層画像Ｄからフラクタル次元数を算出することが可能である。フラクタル次元解析は、ある画像パターンを拡大していったときに拡大前の画像パターンに似た形状が拡大画像に現れる傾向をフラクタル次元数という数値によって表現するものである。
【００４８】
フラクタル次元解析を断層画像Ｄに施せば、微細な構造が寄り集まって形成されている海綿質の全体的な傾向を示す数値（フラクタル次元数）が算出できる。従って、断層画像Ｄを基にフラクタル次元数を算出し、これと予め算出しておいた健康体の骨のフラクタル次元数とを比較することで、断層画像Ｄに写り込んだ骨の状態が健康状態からどの程度かけ離れているかを定量的に表すことができる。
【００４９】
この様な解析の意義について説明する。視認により健康体の骨の海綿質と病態の海綿質とが異なることは確認することはできる。しかし、複数の海綿質同士を比較して、どちらがより健康状態に近いかを視認により判定することは難しい。フラクタル次元解析によれば、海綿質の微細構造の傾向を示した数値が取得できるので、海綿質の健康度をより定量的に知ることができる。
【００５０】
骨梁解析部１３は、断層画像Ｄの海綿質全域についてフラクタル解析を行い、断層画像Ｄごとに単一のフラクタル次元数を算出する。
【００５１】
＜周波数解析＞
また、骨梁解析部１３は、上述の数値以外にも周波数解析により断層画像Ｄから周波数成分の分布を算出することが可能である。断層画像Ｄに周波数解析を施すと、海綿質の各周波数成分の強度を示す数値が取得され、周波数と強度とが関係したスペクトルが生成される。このスペクトルを参照することで断層画像Ｄに写り込んだ海綿質の健康状態が分かる。すなわち、スペクトルの高周波成分が高い強度となっているとすると、それだけ海綿質が微細で骨梁の重合が稠密となっていることを示し、被検体Ｍの骨折リスクが小さいことを示す。骨梁解析部１３は、断層画像Ｄの海綿質全域について周波数解析を行い、断層画像Ｄごとに単一のスペクトルを算出する。
【００５２】
＜本発明の効果＞
次に、本発明の効果について説明する。本発明によれば、骨梁の状態をより正確に定量することができる。
【００５３】
図４は、従来方法である単純撮影による骨梁解析法と本発明の方法とを比較したものである。図４における横軸は、ＣＴ装置で取得された海綿質の３Ｄデータを基に算出される骨梁が所定の空間を占める割合（ＢＶ／ＴＶ値）である。この値が０であるとすると、解析に係る空間には骨梁が全くないことになる。したがって、このＢＶ／ＴＶ値が高いほど海綿質における骨梁がより稠密であることになる。ＢＶ／ＴＶ値は、ＣＴ装置に被検体Ｍを導入して、Ｘ線管とＦＰＤとを被検体周りに１回転させながら複数回の撮影を行うことにより得られる断層画像から求められた値である。
【００５４】
図４におけるプロットの各々は、海綿質のある部分におけるＢＶ／ＴＶ値と骨梁総延長との関係を示している。各プロットの間で算出に用いた解析領域が異なっている。また、図４における白抜き四角で表したプロットのデータは、従来法によって得られた骨梁総延長を基にしている。すなわち、白抜きプロットの骨梁総延長は、被検体Ｍを単純撮影で単発の撮影をしたときに得られた透過像を解析して得られたものである。
【００５５】
一方、図４における黒色ヤジリ型で表したプロットの骨梁総延長は、本発明の方法によって得られたものである。すなわち、黒色ヤジリ型のプロットのデータは、被検体Ｍを図１で説明した装置により断層撮影たときに得られた断層画像Ｄを解析して得られた骨梁総延長を基にしている。両方法の精度の比較のため、ＢＶ／ＴＶ値の算出方法は白抜きプロットおよび黒色ヤジリ型のプロットの間で統一されている。図４の破線は、従来法のプロット（白抜き四角）について一次近似を行った結果であり、実線は、本発明の方法のプロット（黒色ヤジリ型）について一次近似を行った結果である。
【００５６】
図４を参照すれば分かるように従来方法で得られたデータのバラツキよりも本発明で得られたデータのバラツキの方が小さい。つまり、従来方法よりも本発明の方法の方がより正確に骨梁総延長を求めることができているということになる。
【００５７】
単純撮影に係る従来の方法では、図５に示すように透過像Ｐ１上の解析領域Ｒに対して骨梁総延長解析が行われる。この解析領域Ｒには単純撮影により、骨ｂにおける図５の網掛けで示す３次元的な領域に含まれる骨梁の全てが重なり合って写り込んでいる。したがって、解析領域Ｒには骨梁が網目状に現れることがないので、骨梁総延長解析は困難なものとなる。
【００５８】
これに比べて、断層画像撮影に係る本発明の方法では、図６に示すように、断層画像Ｄ上の解析領域Ｒに対して骨梁総延長解析が行われる。この解析領域Ｒには、海綿質の断面が写り込んでいるので海綿質における骨梁の網目構造が現れている。したがって、骨梁総延長解析は、容易となり、より正確な骨梁総延長が取得できる。なお、図５および図６の説明では骨梁総延長解析について説明したが、他の定量解析においても事情は同じである。
【００５９】
＜骨梁解析装置の動作＞
次に、骨梁解析装置の動作について説明する。上述の骨梁解析装置では、生体の骨梁解析を行うものとする。本発明の骨梁解析装置で被検体Ｍの骨梁を解析するには、まず、被検体Ｍが天板２に載置される。術者が操作卓２６を通じて断層画像取得の指示を与えると、Ｘ線管３およびＦＰＤ４は各移動機構７ａ，７ｂにより同期的かつ反対方向に移動されながら、７４枚の透過画像Ｐ０が連写される。取得された透過画像Ｐ０は画像再構成部１２に送出され、そこで断層画像Ｄが生成される。断層画像Ｄは、骨梁解析部１３に送出される。
【００６０】
骨梁解析部１３は、断層画像Ｄに種々の骨梁解析を施して、結果を表示部２７に送出する。表示部２７に骨梁解析の結果を示す数値が表示されて骨梁解析装置の動作は終了となる。
【００６１】
以上のように、本発明によれば、より正確に骨梁の状態を定量化することができる。従来の骨梁解析法では、単純撮影により取得される透過像を用いて骨梁解析を行っている。この様な解析は必ずしも正確な結果が取得できるわけではない。透過画像には骨梁同士が重なり合って不鮮明に写り込んでいるからである。そこで、本発明によれば、断層画像に対して骨梁解析が行われる。断層画像には網目状骨梁が重ならずに鮮明に写り込んでいるので、骨梁解析による骨梁の定量はより正確なものとなる。
【００６２】
また、ＣＴ装置で取得した断層画像より骨梁解析をする従来方法と比べて、より放射線線量を抑制して正確な骨梁解析を行うことができる。したがって、本発明によれば、より安全な骨梁解析装置が提供できる。また、本発明による断層撮影装置は、単純撮影用の装置と同様に平面検出器を使用することができるので、ＣＴ装置と比べて解像度が高いものとなる。
【００６３】
また、本発明によれば、ＣＴ装置と比べて被検体Ｍに対するＸ線管３およびＦＰＤ４の位置を変更させることが容易である。ＣＴ装置は、Ｘ線管およびＦＰＤを格納するガントリが設けられており、Ｘ線管およびＦＰＤの移動はこのガントリにより制約を受けるからである。本発明によれば、ＣＴ装置と比べて断層画像に写り込む被検体の像の大きさを容易に調節することができる。
【００６４】
上述のように、骨梁解析部１３が算出するデータが骨梁の総延長である骨梁総延長、または骨梁の数である骨梁数であれば、これら数値が大きいほど被検体Ｍの骨折リスクは小さいものと予想することができる。
【００６５】
また、上述のように骨梁解析部１３が算出するデータが平均骨梁長であれば、被検体Ｍの骨の内部の性質を数値化して比較することができる。
【００６６】
そして、骨梁解析部１３が算出するデータがフラクタル次元数であれば、フラクタル次元数同士を比較することにより検査に係る骨の海綿質が健康な状態からどの程度離れているかを数値により知ることができる。
【００６７】
骨梁解析部１３が算出するデータが周波数成分の分布を示していれば、海綿質の稠密さを数値により知ることができる。
【実施例２】
【００６８】
続いて、実施例２に係る骨梁解析装置について説明する。実施例２の構成は、図７に示すように、Ｘ線管３とＦＰＤ４とが互いの位置関係を保った状態で被検体Ｍの体軸方向Ａに移動されながら断層画像を撮影することができる構成である。すなわち、同期移動機構７は、Ｘ線管３を天板２の長手方向における一端側に向けて移動させるのに同期してＦＰＤ４を天板２の長手方向における一端側に向けて移動させるような動作をする。
【００６９】
実施例２に係るＸ線撮影装置の構成は図１における機能ブロック図と同様である。図１に関して実施例２の構成が実施例１と異なる点は、ＦＰＤ４がＸ線管３に追従して移動すること（図７参照），Ｘ線管３が傾斜しないことである。したがって、実施例２においては図１におけるＸ線管傾斜機構９，Ｘ線管傾斜制御部１０は必ずしも必要とされない。
【００７０】
実施例２に係る断層画像の撮影の原理について説明する。まず、図７に示すように撮像系３，４が相対位置を保った状態で被検体Ｍに対して移動しながら間歇的にＸ線を照射する。つまり一度の照射が終了する毎にＸ線管３は被検体Ｍの体軸方向Ａに移動し、再びＸ線の照射を行う。こうして複数枚の透過画像が取得され、透過画像の加工画像（後述の長尺透過画像）がフィルタバックプロジェクション法により断層画像に再構成される。完成した断層画像は、被検体Ｍをある裁断面で裁断したときの断層像が写りこんだ画像となっている。
【００７１】
断層画像を生成するには、異なる方向から被検体Ｍを透視したときの画像が必要となる。実施例２に係る骨梁解析装置は、得られた透過画像を分割してつなぎ合わせてこの画像を生成するようにしている。この動作について説明する。図８は、Ｘ線管３のＸ線を照射する焦点がｄ１の位置にあるときのＦＰＤ４の位置を表している。この撮影において、被検体Ｍの体軸方向ＡにおけるＦＰＤ４の１／５の幅だけＸ線管３およびＦＰＤ４が天板２に対してこの方向に移動する度に透過画像の撮影が行われるものとする。
【００７２】
Ｘ線はＸ線管３から放射状に広がってＦＰＤ４に到達するので、生成された透過画像を被検体Ｍの体軸方向Ａに５分割すると、ＦＰＤ４に対するＸ線の入射角度は、矢印に示すように、その分割区の間で互いに異なっている。そのうちのあるの１つの方向ｋに注目する。この方向ｋに進んできたＸ線は、被検体Ｍの斜線の部分を通過してＦＰＤ４に写り込んでいるので、方向ｋのＸ線が入射したＦＰＤ４の分割区には、被検体Ｍの斜線部が写り込んでいる。透過画像において、この分割区に相当する部分を断片Ｒ１とする。
【００７３】
図９は、Ｘ線管３のＸ線を照射する焦点がｄ１からＦＰＤ４の１／５の幅だけ移動したｄ２の位置にあるときのＦＰＤ４の位置を表している。Ｘ線管３とＦＰＤ４の位置関係は変化しないので、このときの撮影においてもＦＰＤ４には、方向ｋに進んできたＸ線が写り込んでいる分割区があるはずであり、方向ｋのＸ線が入射したＦＰＤ４の分割区には、被検体Ｍの斜線部が写り込んでいる。透過画像において、この分割区に相当する部分を断片Ｒ２とする。
【００７４】
断片Ｒ１と断片Ｒ２とを比較すると、撮像系３，４に対する被検体Ｍの位置が異なるので、両断片Ｒ１，Ｒ２に写り込んでいる被検体Ｍの部分は互いに異なっている。Ｘ線管３をＦＰＤ４の１／５の幅だけずらすことにより、焦点ｄ１〜ｄ９において９回の撮影を行ったとして、そのときの方向ｋのＸ線が入射したＦＰＤ４の分割区における透過画像の各断片Ｒ１〜Ｒ９には、それぞれ異なる被検体Ｍの位置が写り込んでいる。そこで、図１０に示すように透過画像の各断片Ｒ１〜Ｒ９をこの順に被検体Ｍの体軸方向Ａにつなぎ合わせれば、ある方向ｋで被検体Ｍの全身にＸ線を照射したときに撮影される画像を得ることができる。この画像を長尺透過画像と呼ぶことにする。
【００７５】
実施例２に係る骨梁解析装置は、画像再構成部１２において方向ｋ以外の方向についても長尺透過画像を生成する。そして、画像再構成部１２は、被検体Ｍを投影した方向が異なる複数の長尺透過画像を基に被検体Ｍを所定の裁断位置で裁断したときの断層画像を生成するのである。
【００７６】
実施例２に係る骨梁解析装置の動作は、実施例１における装置の動作と同様であるので説明を省略する。
【００７７】
以上のように、実施例２の構成によれば、スロット撮影を仮想的に行うことにより取得された長尺画像を撮影しこれらから断層画像Ｄを撮影する構成となっている。この様な撮影を行うようにすれば、広範囲に亘って撮影された断層画像を取得できる放射線撮影装置を提供できる。
【００７８】
本発明は、上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。
【００７９】
（１）上述の構成に加えて、図４に示したＢＶ／ＴＶ値と骨梁総延長との関係を予め取得しておくことにより、骨梁解析部１３が算出した骨梁総延長に対応するＢＶ／ＴＶ値を取得する構成としてもよい。この様にすることで、断層画像撮影から３次元の骨梁構造を推定することができるようになる。
【００８０】
（２）上述した実施例は、医用の装置であったが、本発明は、工業用や、原子力用の装置に適用することもできる。
【００８１】
（３）上述した実施例のいうＸ線は、本発明における放射線の一例である。したがって、本発明は、Ｘ線以外の放射線にも適応できる。
【符号の説明】
【００８２】
２     天板
３     Ｘ線管（放射線源）
４     ＦＰＤ（検出手段）
７ａ   Ｘ線管移動機構（放射線源移動手段）
７ｂ   ＦＰＤ移動機構（検出器移動手段）
８ａ   Ｘ線管移動制御部（放射線源移動制御手段）
８ｂ   ＦＰＤ移動制御部（検出器移動制御手段）
１１   画像生成部（画像生成手段）
１２   画像再構成部（画像再構成手段）
１３   骨梁解析部（骨梁解析手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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