(57)【要約】【課題】高齢者等であっても負担が少なく、広く検診に用いることができる簡便な骨塩定量が可能であり、かつ、骨粗鬆症の早期発見及び治療のための経過観察に利用可能な測定精度を実現することのできる骨塩量測定装置を提供する。【解決手段】被検体ＨのＸ線画像を撮影し、得られた画像データに基づいて被検体Ｈの骨塩量を測定する骨塩量測定装置であって、被検体Ｈに対してＸ線を照射するＸ線源８と、照射されたＸ線量に応じたＸ線画像を記録するＸ線検出器１１と、撮影時に被検体Ｈを内包する液状物３１を保持する水槽３０と、を備え、Ｘ線源８は、モリブデン陽極Ｘ線管であり、Ｘ線検出器１１は、ダイナミックレンジが３桁以上であって、被写体Ｈとの距離が１５ｃｍ以上離れるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体のＸ線画像を撮影し、得られた画像データに基づいて前記被検体の骨塩量を測定する骨塩量測定装置であって、
前記被検体に対してＸ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線源から照射され入射したＸ線量に応じたＸ線画像を記録するＸ線検出器と、
撮影時に前記被検体を内包する液状物を保持する液状物保持部材と、を備え、
前記Ｘ線源は、モリブデン陽極Ｘ線管であり、
前記Ｘ線検出器は、ダイナミックレンジが３桁以上であって、前記被写体との距離が１５ｃｍ以上離れるように配置されていることを特徴とする骨塩量測定装置。
【請求項２】
前記Ｘ線源は、管電圧が２０ｋＶｐ以上、３９ｋＶｐ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の骨塩量測定装置。
【請求項３】
前記Ｘ線検出器のダイナミックレンジは、７桁以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の骨塩量測定装置。
【請求項４】
前記Ｘ線検出器は、前記被写体との距離が１ｍ以下となるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の骨塩量測定装置。
【請求項５】
前記被検体は、人体の手指又は足であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の骨塩量測定装置。
【請求項６】
乳房画像を撮影する乳房画像撮影装置を兼ねることができることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の骨塩量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨塩量測定装置に係り、特に、単一エネルギーＸ線を用いて骨塩量を測定する骨塩量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療現場において、骨粗鬆症の診断を行うために、骨塩量の測定（骨塩定量）が行われている。この骨塩量の測定に用いられる骨塩定量法としては、例えば、二重エネルギーＸ線吸収法(Dual X-ray Absorptiometry：ＤＸＡ法)、定量的超音波骨密度測定法（Quantitative Ultrasound ：QUS法）、定量的Ｘ線ＣＴ検査法（Quantitative Computed Tomography：QCT法）、単一エネルギーＸ線吸収法（Single X-ray Absorptiometry：ＳＸＡ法）等が知られており、現在は、このうち二重エネルギーＸ線吸収法が骨塩量の測定の標準的方法となっている。
【０００３】
具体的には、例えば、二重エネルギーＸ線吸収法を用いるものとしては、エネルギーが異なる放射線を照射して得られた複数の画像間でエネルギーサブトラクションを行うことにより差信号の画像信号を取得し、主走査方向及び／又は副走査方向で平均化処理した補正用の画像信号と前記差信号との間で引き算をして補正差分信号を得て、この補正差分信号により骨塩定量分析を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、定量的Ｘ線ＣＴ検査法を用いるものとしては、ＣＴ断層画像を所得して、このＣＴ断層画像から弁別抽出された特定骨組織における各画素ごとのＣＴ値から骨密度を演算する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、単一エネルギーＸ線吸収法を用いて骨塩量を測定する手段としては、単一エネルギーのＸ線を被検体に照射して、被検体のＸ線吸収値を測定するにあたり、連続Ｘ線を単色化するのに単一の金属材料のみからなる１種類のフィルタを用い、フィルタの厚さ、コリメータの径、管電圧及び電流の最適化を図ることによって、簡易な構成でＸ線を単色化する骨塩量測定装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、骨密度測定時には絞り装置の下方に単色化手段が配置されるように骨密度アダプタを移動させ、一般Ｘ線撮影時には絞り装置の下方から単色化手段が退避するように骨密度アダプタを移動させることにより１台の装置で骨密度測定と一般Ｘ線撮影とができるようにしている骨密度測定機能付きＸ線撮影装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平５−１１１４８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９２６５７号公報
【特許文献３】特開２００５−３１９２３６号公報
【特許文献４】特開平１０−３１４１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、骨粗鬆症は高齢化にともなって増加し、高齢者の骨折、とくに大腿骨頚部骨折は、寝たきりに結びつく可能性が高い。特に４０歳以上の女性では急激に骨塩量が低下し、０．７０ｇ/ｃｍ２以下になると骨折を起こし易くなるといわれている。骨粗鬆症の患者が増加することは、個々の患者の生活に支障をきたすことはもちろん、高齢者人口が増加する日本においては医療費の増加に拍車をかけることとなり大きな問題である。
【０００８】
骨粗鬆症は適当な運動を行い、食事から充分なカルシウムを摂取することにより、かなり予防できると言われている。そこで個々人が早期に自らの骨塩量を正確に把握して、骨粗鬆症の予防に努めることが重要である。したがって今日骨塩定量の検診が行われるようになりつつある。
【０００９】
しかし、骨塩量の変化はごくわずかであり、骨粗鬆症の予防、早期発見のための骨塩定量の測定誤差は１％前後が求められている。また、充分にカルシウムを摂取して適切な運動を続けたとしても、骨塩量の増加は１年に０．５％程度と考えられており、骨粗鬆症の予防、早期発見及び治療を適切に行うためには、少なくとも数年におよぶ長期間にわたって定期的に骨塩定量の検診を行い、経過を観察することが好ましい。そこで、骨粗鬆症の予防、早期発見等のためには、簡便に骨塩量の測定を行えるようにすることが求められる。
また、骨粗鬆症は、前述のように高齢者が多く罹患する疾患であるため、できるだけ検査を受ける者に負担をかけないようにして骨塩量の測定を行うことが好ましい。
【００１０】
しかしながら、二重エネルギーＸ線吸収法は、測定精度は優れているが測定に数分以上の時間がかかるとの欠点がある。このため、高齢者が定期的に行う検診の手法としては好ましくない。また、二重エネルギーＸ線吸収法の場合には、骨塩量の測定と同時に高分解能の画像として情報を得ることはできない。
定量的Ｘ線ＣＴ検査法は、立体的に情報を得ることができるが、被曝線量が多いという欠点があり、検診（特に長期間にわたって定期的に行う検診）には適していない。
さらに、超音波装置を用いる定量的超音波骨密度測定法については、測定精度などの問題があり、検診利用の有効性の評価が始まったばかりであり、未だ実用には適さない。
【００１１】
これらに対して、単一エネルギーＸ線吸収法は、Ｘ線フィルム等を用いて被検体を撮影することにより骨塩量の測定を行うことができ、もっとも簡便に骨塩定量が可能な手法である。しかし、測定精度が低いため、現在では他の方法の補助的役割を担っているにすぎず、この手法単独では骨粗鬆症の早期発見、進行具合の確認といった医学的利用には耐えられないとの問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、高齢者等であっても負担が少なく、広く検診に用いることができる簡便な骨塩定量が可能であり、かつ、骨粗鬆症の早期発見及び治療のための経過観察に利用可能な測定精度を実現することのできる骨塩量測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の骨塩量測定装置は、
被検体のＸ線画像を撮影し、得られた画像データに基づいて前記被検体の骨塩量を測定する骨塩量測定装置であって、
前記被検体に対してＸ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線源から照射され入射したＸ線量に応じたＸ線画像を記録するＸ線検出器と、
撮影時に前記被検体を内包する液状物を保持する液状物保持部材と、を備え、
前記Ｘ線源は、モリブデン陽極Ｘ線管であり、
前記Ｘ線検出器は、ダイナミックレンジが３桁以上であって、前記被写体との距離が１５ｃｍ以上離れるように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の骨塩量測定装置において、
前記Ｘ線源は、管電圧が２０ｋＶｐ以上、３９ｋＶｐ以下に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の骨塩量測定装置において、
前記Ｘ線検出器のダイナミックレンジは、７桁以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の骨塩量測定装置において、
前記Ｘ線検出器は、前記被検体との距離が１ｍ以下となるように配置されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の骨塩量測定装置において、
人体の手指又は足であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の骨塩量測定装置において、
乳房画像を撮影する乳房画像撮影装置を兼ねることができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
単一エネルギーＸ線吸収法によって骨塩量を測定する場合には、被検体に対して単色Ｘ線を照射する必要があるが、請求項１に記載の発明によれば、強い特性Ｘ線を放射し、タングステン陽極のＸ線管に比べて単色性に優れたモリブデン陽極Ｘ線管をＸ線源として用いるので、正確な骨塩量の測定を行うことができる。
また、Ｘ線が物体（被検体）を透過すると２次Ｘ線として色々なエネルギーをもつ散乱Ｘ線が生じ、この散乱Ｘ線はＸ線画像においてノイズとなる。この点、被検体からＸ線検出器を１５ｃｍ以上離すことにより、いわゆるグレーデル効果によって１次Ｘ線量を減らすことなく散乱Ｘ線を低減することができ、Ｘ線検出器によってより単色性に優れたＸ線による透過Ｘ線量を捉えることができる。
また、Ｘ線検出器のダイナミックレンジが２桁程度の場合には、特に低エネルギーのＸ線を照射した場合にＸ線吸収の大きい骨部において十分な画像コントラストを得ることができず、骨塩量の正確な測定が困難であるが、本発明ではＸ線検出器のダイナミックレンジが３桁以上と広いため、骨部で大きく低下するＸ線についても十分に計測可能となり、骨塩量の測定精度を上げることができるとの効果を奏する。
【００２０】
Ｘ線源の管電圧が低すぎると、被写体にＸ線を照射しても、Ｘ線が骨部にほとんど吸収されて骨塩量の測定に必要な透過Ｘ線量が得られない。
この点、請求項２に記載の発明によれば、管電圧が２０ｋＶｐ以上であるため、骨塩量の測定に必要な透過Ｘ線量を得ることができるとの効果を奏する。
他方で、管電圧が３９ｋＶｐを超えると１８ｋｅＶの特性Ｘ線以外の制動放射Ｘ線が必要以上に増加して測定精度が劣化するが、本発明によれば、管電圧が３９ｋＶｐ以下に設定されているので、測定精度を劣化させることもない。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、Ｘ線検出器のダイナミックレンジは７桁以下であるので、画像データ処理に費やす時間が短く、また、装置コストも安価に抑えることができるとの効果を奏する。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、Ｘ線検出器と被写体との間の距離が１ｍ以下となっているため、Ｘ線検出器が検出すべきＸ線量が大きく低下することがなく、骨塩量の測定精度が高くなる。また、Ｘ線検出器と被写体との間の距離が短いため、装置の小型化を実現することができるとの効果を奏する。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、被検体が人体の手指又は足であるため、臥位で撮影を行う等ではなく、例えば被写体台の上に手をかざして検査を行うような簡易な手法によって骨塩量の測定を行うことができる。このため、被検者に対する負担が少なく、例えば被検者が高齢者である場合等でも骨塩量の測定を簡便に行うことができるとの効果を奏する。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、乳癌検診等を行うのに用いられる乳房画像撮影装置と骨塩定量検査を行う装置とを１台で兼ねることができる。この点、特に骨粗鬆症を発症しやすい４０歳を越える女性については乳癌検診が推奨されており、毎年か、少なくとも２年ごとに乳癌検診が行われている。このため、例えば乳癌検診を行う被検者においては、乳癌検診の際に併せて骨塩定量検査を行うことができ、簡便に骨塩定量検査の検診をうけることができるとの効果を奏する。
特に、近年、乳房画像撮影装置については位相コントラスト撮影可能に構成する技術が知られており（例えば特開２００１−２３８８７１参照）、この撮影にはモリブデン陽極Ｘ線管が用いられ、さらに位相コントラストを得るために被写体とＸ線検出器との間を離して撮影可能となっているため、散乱Ｘ線を低減させるグレーデル効果を得ることができる。また、このような装置では拡大撮影を行うためにＸ線強度が大きく落ちるため、ダイナミックレンジが４桁のＣＲカセッテ等が用いられている。このため、このような乳房画像撮影装置を用いて骨塩量の測定を行うことにより、装置台数を増やすことなく、簡易かつ正確に骨塩定量検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、図１から図１０を参照しつつ、本発明に係る骨塩量測定装置１の一実施形態について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００２６】
図１及び図２に、本実施形態における骨塩量測定装置１の構成例を示す。なお、骨塩量測定装置１は、例えば図示しないスイッチングハブ等を介してＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワーク（図示せず。以下単に「ネットワーク」という。）に接続されており、このネットワークに接続された端末装置（図示せず）のモニタ等に骨塩量測定装置１によって測定された骨塩量の測定結果を表示させたり、測定結果をネットワークに接続された出力装置（図示せず）からフィルム出力させること等ができるようになっていてもよい。
【００２７】
なお、骨塩量測定装置１の構成は、ここに例示したものに限定されず、例えば、骨塩量測定装置１によって骨塩量の測定結果の出力（表示又はフィルム出力等）をも行うように構成してもよい。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態において骨塩量測定装置１には、土台となる撮影本体部４に支持基台３が、支持台２に対して昇降自在に設けられている。支持基台３には、略直方体形状の撮影本体部４が、支持軸５を介して矢示Ａ方向から見て時計回り方向及び反時計回り方向に回動自在に支持されている。
【００２９】
支持基台３には、その昇降及び支持軸５の回動を駆動する駆動装置６が備えられている。駆動装置６は、図示しない公知の駆動モータ等を備えており、支持基台３及び撮影本体部４は、被検体Ｈの位置に応じて昇降するようになっている。
本実施形態において、骨塩量測定装置１は、骨塩量の測定（骨塩定量）を行うための撮影と、乳房画像の撮影とを一台の装置で行うことができる構成となっており、支持基台３及び撮影本体部４は、各撮影に適した被検体Ｈの位置に応じて移動可能である。
すなわち、骨塩量の測定（骨塩定量）のために手指を撮影する場合には、撮影に適した被検体Ｈの位置は、被検者の胸部付近又は胸部よりも低い位置であって、被検者が手指を後述する被写体台１４の上に載置された後述する水槽３０内に浸したときに疲れにくい姿勢をとることができるような位置に調整可能となっている。
また、乳房画像を撮影する場合、撮影に適した被検体Ｈの位置は、立位の被検者の胸部付近の位置であって、支持基台３及び撮影本体部４は、被検体Ｈである乳房の位置に応じて昇降し、その高さ、位置を調整可能となっている。
【００３０】
図２に示すように、撮影本体部４には、上下方向に沿って保持部材７が備えられている。保持部材７の上部には、被検体ＨにＸ線を放射するＸ線源８が取り付けられている。Ｘ線源８には、管電圧及び管電流を印加する電源部９が、支持軸５、支持基台３及び撮影本体部４を介して接続されている。Ｘ線源８のＸ線放射口には、Ｘ線照射野を調節する絞り１０が、開閉自在に設けられている。また、撮影本体部４には、図示しないフィルタが設けられている。フィルタは、例えばモリブデン、ロジウム、アルミニウム等のものを用いることができる。
【００３１】
本実施形態において、Ｘ線源８としては、モリブデン陽極Ｘ線管が適用される。Ｘ線源８としてモリブデン陽極のＸ線管を用いることにより、Ｘ線源８から１８ｋｅＶのエネルギーをもつ強い特性Ｘ線を放射することができる。また、モリブデン陽極のＸ線管はタングステン陽極のＸ線管に比べて単色性に優れているとの特徴がある。
【００３２】
またＸ線源８は、回転陽極Ｘ線管とすることが好ましい。この回転陽極Ｘ線管においては、陰極から放射される電子線が陽極に衝突することでＸ線が発生する。これは自然光のようにインコヒーレント（非干渉性）であり、また平行光Ｘ線でもなく発散光である。電子線が陽極の固定した場所に当り続けると、熱の発生で陽極が傷むので、通常用いられるＸ線管では陽極を回転して陽極の寿命の低下を防いでいる。回転陽極Ｘ線管は、電子線を陽極の一定の大きさの面に衝突させ、発生したＸ線はその一定の大きさの陽極の平面から被検体Ｈに向けて放射される。この照射方向（被検体方向）から見た平面の大きさを焦点（フォーカス）と呼ぶ。
【００３３】
焦点サイズＤ（μｍ）は、焦点が正方形の場合はその一辺の長さを、焦点が長方形や多角形の場合はその短辺の長さを、焦点が円形の場合はその直径をさす。焦点サイズＤは、大きくなるほど照射されるＸ線量が多くなる。
本実施形態において使用するＸ線源８のＸ線管の焦点サイズは１μｍから５００μｍが好ましい。１μｍより小さいと、被検体Ｈを透過する十分な量のＸ線を数秒内で得ることができない。また５００μｍより大きいと画像のボケが大きくなり、測定精度が低下する。
【００３４】
また、骨塩量測定装置１は、管電圧を調整してＸ線源８に印加するように、電源部９の管電圧の設定値を調整可能となっており、Ｘ線源８から所望のエネルギー量でＸ線を照射させることが可能となっている。
【００３５】
本実施形態において骨塩量測定装置１は、前述のように、骨塩量の測定及び乳房画像の撮影を行うことが可能となっており、骨塩量を測定する場合には、Ｘ線源８に印加する管電圧が２０ｋＶｐ以上であり３９ｋＶｐ以下に設定されることが好ましく、さらに好ましい設定管電圧は２５ｋＶｐ以上であり３５ｋＶｐ以下である。管電圧が低すぎると、照射されたＸ線が被検体Ｈの骨部にすべて吸収されて測定に必要な透過Ｘ線量が得られない。また管電圧が３９ｋＶｐを超えると１８ｋｅＶの特性Ｘ線以外の制動放射Ｘ線が必要以上に増加して測定精度が劣化する。
管電圧をこのように設定することにより、骨塩量測定装置１は、骨塩量の測定の際には管電圧が低い低エネルギー帯域での画像撮影を行うことができる。
【００３６】
従来の骨部撮影は、２桁程度のダイナミックレンジの従来のハロゲン化銀写真感光材料を用いて行われていたため、Ｘ線源８に印加する管電圧を５０ｋＶｐ以上に設定して撮影を行っていた。管電圧をこのように高く設定することにより、ダイナミックレンジが２桁程度の場合でも、診断等に耐え得る画像コントラストを得ることができる。これに対して、Ｘ線源８に印加する管電圧の設定が５０ｋＶｐより低い場合は、皮膚のような軟部組織については診断等に耐え得る画像コントラストが得られるが、Ｘ線吸収の大きい骨部では十分なコントラストが得られない。しかしながら、本実施形態においては、後述するように、Ｘ線検出器１１として、ダイナミックレンジの広いデジタルＸ線検出器を用いるため、骨部で大きく低下するＸ線についても十分に診断等に耐え得るコントラストを得ることができ、骨塩量の測定が可能となる。
なお、骨塩量の測定の際の管電圧は、ここに例示した範囲に限定されない。
【００３７】
保持部材７の下部には、被検体Ｈを透過したＸ線を検出するＸ線検出器１１を保持する検出器保持部１２の一端が取り付けられている。Ｘ線検出器１１としては、例えば、輝尽性蛍光体シートを収納したＣＲ（Computed Radiography）カセッテやＦＰＤ(Flat panel X-ray detector)等のデジタルＸ線検出器を適用することができる。なお、Ｘ線検出器１１はデジタルＸ線検出器であればよく、ＣＲやＦＰＤに限定するものではない。従来のＸ線画像撮影にはハロゲン化銀写真感光材料が広く用いられていたが、ハロゲン化銀写真感光材料を使用すると被検体を透過するＸ線の透過量を測定するために、まず現像処理後のフィルムの画像濃度を測定してから計算する等、工数がかかりかつ精度が低い。またハロゲン化銀写真感光材料の場合にはダイナミックレンジが２桁程度であって、正確な測定を行うことが不可能である。これに対してデジタルＸ線検出器を用いるとデジタル画像信号として直接に画像データを得ることができ、正確でかつ迅速に処理することができる。
【００３８】
本実施形態において、Ｘ線検出器１１は、３桁以上のダイナミックレンジを備えている。
ここで、本実施形態において骨塩量測定装置１により検出する画像の濃度範囲は３桁以上のＸ線吸収係数に対応する。すなわち被検体Ｈに照射されたＸ線は、骨部を透過することにより数十分の一に減弱（低下）する。また、２次元のＸ線検出器１１面上のＸ線強度分布は、Ｘ線強度の最大値と最小値とで通常２倍程度の差（ばらつき）がある。このため、骨塩量の値を正確に測定するためにはＸ線検出器１１面上でのＸ線強度補正（後述するシェーディング補正）を行う必要がある。このようなＸ線の減弱や補正の必要性等を考慮すると、骨塩量を正確に測定するためにはＸ線検出器１１のダイナミックレンジは少なくとも３桁以上である必要がある。ダイナミックレンジが３桁以上であることにより、Ｘ線フィルム等で撮影を行う場合と比べて高感度、高分解能を実現することができ、Ｘ線源８に印加する管電圧の低い低エネルギー帯域での画像撮影を行った場合でもコントラストのよい画像の検出を行うことができる。
なお、ダイナミックレンジは３桁以上であれば特に限定されず、測定誤差などを勘案するとダイナミックレンジが広いほど望ましい態様である。しかしダイナミックレンジが７桁を超えると画像データ処理に時間を費やし、また装置が高価となるため、ダイナミックレンジは７桁以下であることが好ましい。
【００３９】
Ｘ線源８と検出器保持部１２の相対位置は固定されており、その距離をＲとする。また図２においてＸ線源８から被検体Ｈまでの距離をｒ１、被検体ＨとＸ線検出器との距離をｒ２とする。
なお、Ｒを一定とせずに、Ｘ線源８から被検体までの間の距離及び被検体からＸ線検出器１１までの間の距離の両方を適宜可変としてもよい。
【００４０】
また、被検体ＨからＸ線検出器１１までの距離は、１５ｃｍ以上離間している。
Ｘ線が被検体Ｈを透過する際には被検体Ｈから２次Ｘ線として色々なエネルギーをもつ散乱Ｘ線が生ずるが、このように被検体ＨからＸ線検出器１１までの距離を１５ｃｍ以上離すことにより、いわゆるグレーデル効果によって１次Ｘ線量を減らすことなく散乱Ｘ線を低減することができる。このように被検体ＨとＸ線検出器１１の間の距離を離すことによって、散乱Ｘ線を取り除き、Ｘ線検出器１１で検出するＸ線のエネルギー幅が広くなることを防ぐことができるため、より単色性の高いＸ線を得ることができ、好ましい。
しかし、被検体ＨからＸ線検出器１１までの距離が１ｍを超えると、装置が非常に大きくなり、またＸ線検出器１１が検出すべきＸ線量が距離２乗則で大きく低下するため、距離が離れすぎると画像の鮮鋭性に欠ける。このため、被検体ＨからＸ線検出器１１までの距離は、１ｍ以下であることが好ましい。
なお、散乱Ｘ線を除去する方法としては、一般にＸ線グリッドを用いることが知られている。本実施形態においてもＸ線グリッドを使用することは可能であるが、Ｘ線グリッドを使用すると１次Ｘ線が低下することから、使用しないことが好ましい。
【００４１】
保持部材７の下方であって検出器保持部１２の下面には、照射されたＸ線量の検出を行うＸ線量検出部１３が設けられている。
【００４２】
Ｘ線源８と検出器保持部１２の間には、平板状の被写体台１４が、その一端を保持部材７に取り付けるようにして備えられている。被写体台１４は、乳房画像撮影における位相コントラスト撮影時の撮影倍率調整（高さ方向の位置調整）を可能とするために、保持部材７に対する位置を変更するモータ等を備える位置調整装置１５と接続されている。
【００４３】
被写体台１４の上であって、Ｘ線源８から照射されるＸ線の照射領域内には、撮影時に被検体Ｈである被検者の手指を入れる水槽３０が着脱可能に載置されている。本実施形態において水槽３０は、撮影時に被検体Ｈを内包する液状物３１を保持する液状物保持部材であり、水槽３０の内部には、被検体Ｈを水槽３０に入れたとき、被検体Ｈ全体が十分に浸る量の液状物３１が保持されている。本実施形態においては、被検体Ｈを一定の深さの液状物３１の中に沈め、被検体Ｈを十分に浸した状態でＸ線撮影を行う。
【００４４】
なお、水槽３０に保持される液状物３１の深さ（量）は被検体Ｈによって異なるが、例えば手指の場合は３ｃｍから１０ｃｍ程度、足の場合は５ｃｍから１５ｃｍ程度が好ましい。
【００４５】
また、この液状物３１は、水がもっとも簡便、安価、安全であり、好ましい。水に香料、消毒薬、色素など添加して患者の安心感を増す工夫を施したものを用いてもよい。また、水ではなく、より人体の肉や体液に近い液状物３１を使用することは好ましい態様である。例えばヒアロルン酸溶液、ゼラチン溶液、グリセリン溶液、マンノース溶液、米汁、片栗粉液等を単独で又は水との溶液としたものを使用することができる。
また、被検体Ｈが直接に液状物３１に触れないように、上記液状物３１をビニール袋等に入れた上で水槽３０内に保持してもよい。
さらに、液状物３１又は液状物３１を袋等に入れたものを体温程度に加熱して用いてもよい。
【００４６】
さらに、保持部材７の被写体台１４が取り付けられている位置よりも図１及び図２における上方には、圧迫板２１を取り付けるための取付部（図示せず）が設けられている。
本実施形態において、骨塩量測定装置１は、前述のように骨塩量の測定（骨塩定量）を行う他に乳房画像の撮影を行うことができるようになっており、乳房画像を撮影する際には、例えば図３に示すように、被写体台１４上から水槽３０を外し、保持部材７の取付部に圧迫板２１の一端を圧迫板２１と被写体台１４とがほぼ平行となるように取り付ける。そして、被写体台１４の上に被検体Ｈとして乳房を載置し、圧迫板２１により被検体Ｈを上部から圧迫して固定した上で撮影を行う。
圧迫板２１は被写体台１４と平行状態を保ったまま保持部材７に沿って移動自在である。圧迫板２１の移動は、自動又は手動のいずれも適用可能である。
【００４７】
また、本実施形態において、被写体台１４の下面には、被験者が脚をぶつけることなく撮影位置につくことができるように、プロテクター２５が、ほぼ鉛直方向に延在して設けられている。これにより、被検者は、検出器保持部１２に脚をぶつけることなく撮影位置につくことができるようになっている。
なお、圧迫板２１及びプロテクター２５は必須の構成要素ではなく、圧迫板２１及びプロテクター２５を用いない構成としてもよい。
【００４８】
図４に示すように、撮影本体部４には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等（いずれも図示せず）を備えて構成される制御装置２２が備えられている。制御装置２２には、Ｘ線量検出部１３、電源部９、駆動装置６、位置調整装置１５、がバス２３を介して接続されている。また、制御装置２２には、撮影条件等の入力を行うキーボードやタッチパネル（図示省略）、被写体台１４の位置の調整を行うための位置調整スイッチ等を備える入力装置２４ａ、及びＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等の表示装置２４ｂを有する操作装置２４、等が接続されている。
【００４９】
制御装置２２のＲＯＭには、骨塩量測定装置１各部を制御するための制御プログラム及び各種処理プログラムが記憶されており、ＣＰＵは、この制御プログラム及び各種処理プログラムとの協働により骨塩量測定装置１各部の動作を統括的に制御し、Ｘ線画像撮影を行い、Ｘ線画像の画像データを生成する。
【００５０】
例えば、ＣＰＵは、被検者の撮影条件、骨塩量の測定か乳房画像撮影かといった撮影の種類等に基づいて、駆動装置６を制御し、撮影本体部４を被検者の身長等に合わせた高さに昇降させるとともに、Ｘ線照射角度を調節するために支持軸５を回動させる。そして、位置調整装置１５により被写体台１４の位置を調整し、乳房画像撮影の場合には位相コントラスト撮影の拡大率を調整する。その後、撮影本体部４は、撮影処理を実行し、電源部９により、Ｘ線源８に管電圧及び管電流を印加して被検体Ｈに対してＸ線を照射させ、Ｘ線量検出部１３から入力されたＸ線量が予め設定されたＸ線量に達すると、電源部９を制御することによりＸ線源８からのＸ線の照射を停止させる。
【００５１】
また、本実施形態において制御装置２２のＲＯＭには、画像処理プログラム、骨塩定量プログラム等、画像処理及び骨塩定量にかかる各種プログラムの他、これらの処理プログラム実行時に使用される各種データが格納されている。制御装置２２のＣＰＵは、これらの制御プログラム及び各種処理プログラムとの協働により、取得した画像データについての画像処理及び画像処理を施したデータに基づいて骨塩量を測定する骨塩定量処理を行う。
【００５２】
具体的には、制御装置２２は、以下のような処理を行う。
【００５３】
まず、制御装置２２は、骨塩量測定装置１の工場出荷時又は設置場所に設置したとき等の一定の場合に、装置特性の補正を行うため、アルミニウムステップを用いたＸ線撮影を行い、得られた画像データに基づいて被写体台１４面上のＸ線照射量の偏りのシェーディング補正値を求める。そして、求められた補正値に基づいて画像データにシェーディング補正を施す。
画像データのシェーディング補正について、図５を参照しつつ説明する。
図５（ａ）及び図５（ｃ）は、Ｘ線検出器１１で検出されたＸ線画像であり、図５（ｂ）及び図５（ｄ）は、図５（ａ）、図５（ｃ）それぞれにおける、矢示Ｙ方向におけるＸ線検出量を縦軸にプロットしたＸ線検出量プロファイルである。
例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、シェーディング補正前には被写体台１４面上の位置により検出されるＸ線照射量にばらつきが見られるが、シェーディング補正後は、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、ばらつきが緩和されて被写体台１４面上のＸ線照射量の偏りが補正される。
【００５４】
次に、検出されたＸ線量に基づいて算出される骨塩量の補正曲線が補正係数として生成される。骨塩量の補正係数の生成について、人体の骨と極めて類似したＸ線吸収特性を有するアルミニウムを例に説明する。
【００５５】
アルミニウムステップ（図７において「Ａｌステップ」）を用いたＸ線撮影によって、厚さを変えたアルミニウムステップを透過するＸ線量とアクリルを透過するＸ線量を検出し、制御装置２２は、アルミニウムの減弱係数μAlを求める。
【００５６】
例えば、図６に示すように、μ１とμ２のそれぞれのＸ線吸収係数をもつ厚さがそれぞれｘ１とｘ２の物質を重ね合わせた対象物がある場合に、対象物全体の厚さ「Ｌ」は、ｘ１＋ｘ２＝Ｌとなる。そして、この対象物に入射するＸ線量を「Ｉ０」とし、厚さ「Ｌ」の対象物を透過したときのＸ線量を「Ｉ」とすると、以下の式（１）が成立する。
Ｉ=Ｉ０exp（−μ１x１−μ２x２）          ・・・式（１）
この式（１）を変形すると、以下の式（２）となる。
μ１x１＋μ２x２＝ｌｎ（Ｉ０/Ｉ）            ・・・式（２）
また、このとき以下のような式（３）が導かれる。
x１＝{ｌｎ（Ｉ０/Ｉ）−μ２Ｌ}/（μ１−μ２)            ・・・式（３）
これにより、Ｘ線画像撮影によりｌｎ（Ｉ０/Ｉ）を求めることができる。このときμ２とＬとが既知であると、μ１が求められればx１の値を得ることができる。
なお、骨塩量の測定を行う場合には、μ２については、前述のように水等の液状物３１が用いられ、μ１は被検体Ｈである手指の骨などである。水等の液状物３１を入れた水槽３０の中に手指を浸し、液状物３１の量を調整することによってＬを一定にすることができる。
また、このμ１を正確に求めるには、例えば放射光Ｘ線源などから得られる単色Ｘ線を使用する必要があるが、この点、前述のようにモリブデン陽極のＸ線管を用いた場合には、１８ｋｅＶのエネルギーをもつ強い特性Ｘ線を放射することができ、単色性にも優れているため、μ１を正確に求めることが可能となる。
【００５７】
そこで、アルミニウムの減弱係数μAlを求める場合には、図７において、対象物の厚さを「Ｌ」とし、対象物に入射するＸ線量を「Ｉ０」とし、対象物によって減弱されたＸ線量を「Ｉ１」とし、厚さ「Ｌ」の対象物を透過したときのＸ線量を「Ｉ」としたとき、まず、式（４）より式（５）を求める。
Ｉ１＝Ｉ０exp（−μLuＸLu）      ・・・式（４）
μLu＝ｌｎ（Ｉ０/Ｉ１）/ＸLu        ・・・式（５）
また、ＮＩＳＴの吸収係数データベースに基づいて、μLuに対応するエネルギー（Ｅeff）を求める。
さらに、前記吸収係数データベースに基づいて、Ｅeffに対応するアルミニウム（Ａｌ）の減弱係数（μAl）を求める。
算出されたこれらの値に基づいて、式（６）及び式（７）より式（８）を求め、アルミニウムステップの厚さの理論値（ＸAl）を算出する。
μAlＸAl＋μLuＸLu＝ｌｎ（Ｉ０/Ｉ）ＸAl＋ＸLu      ・・・式（６）
ＸAl＋ＸLu＝Ｌ                                  ・・・式（７）
ＸAl＝{ｌｎ（Ｉ０/Ｉ）−μLuＬ}/（μAl−μLu）      ・・・式（８）
【００５８】
そして、制御装置２２は、この算出結果ＸＡｌと実際のアルミニウムステップの厚さの測定値Ｘとを用いて、図８に示すような、当該骨塩量測定装置１における補正係数を示す補正曲線Ｑを求める。
補正係数を示す補正曲線Ｑは、アルミニウムの厚さＸが増加するにつれて、主にビームハードニングの影響により、画像データに基づいて算出された測定値ＸＡｌが、実際のアルミニウムの厚さＸよりも小さくなることを補正するものである。このように、ビームハードニング効果を補正する補正曲線Ｑは、同じ撮影条件のもとではよい再現性があり、補正された測定値ＸＡｌは、実際のアルミニウムの厚さＸに対してプラスマイナス１〜２％の測定精度が得られる。
上述のようにして生成された補正係数は、制御装置２２に記憶される。
【００５９】
さらに、制御装置２２は、この補正係数を用いてアルミニウムの定量測定を行う。すなわち、図９に示すように、３５ｋＶの管電圧でＸ線を照射した場合のＸ線画像の画像データに基づいて補正係数を用いたプロファイルを行うことにより、アルミニウムの定量画像を得ることができる。
【００６０】
同様に、炭酸カルシウムを含む骨塩定量ファントムを用いてＸ線画像撮影を行い、骨塩定量ファントムによって吸収され減弱したＸ線量の減弱率と炭酸カルシウムの含有量との関係を求めることができる。
例えば、炭酸カルシウムの含有量が０〜９３９ｍｇ/ｃｍ３の骨塩定量ファントムを用い、アクリル厚９ｍｍ、１８ｍｍ、２７ｍｍの対象物に対してＸ線を照射した場合のＸ線量の減弱率と炭酸カルシウムの含有量との関係を求めた結果を図１０に示す。なお、図１０では、照射野を通常サイズに設定し、Ｘ線の管電圧を３０ｋＶに設定した場合及び３５ｋＶに設定した場合の各結果について示している。
【００６１】
このようにしてＸ線量の減弱率と炭酸カルシウムの含有量との関係が求められると、制御装置２２は、当該関係をＲＯＭ等の記憶部に記憶する。そして、被検体Ｈの骨塩量を測定するための撮影を行ったときは、記憶されているＸ線量の減弱率と炭酸カルシウムの含有量との関係に基づいて骨塩量の測定を行う。
【００６２】
また、乳房画像撮影を行う場合には、制御装置２２は、Ｘ線検出器１１により所得されたＸ線画像の画像データに画像のコントラストを調整する階調処理、濃度を調整する処理、鮮鋭度を調整する周波数処理等の画像処理を施す。これにより、撮影部位等の条件に適した画像処理を行うことができる。
【００６３】
次に、本実施形態における骨塩量測定装置１の作用について説明する。
【００６４】
まず、アルミステップを用いて被写体台１４面上のＸ線照射量の偏りのシェーディング補正値をもとめ、さらに、骨塩定量ファントムを用いてＸ線画像撮影を行い、骨塩定量ファントムによって吸収され源弱したＸ線量の減弱率と炭酸カルシウムの含有量との関係を求める。
【００６５】
その後、被写体台１４の高さ等を被検者の被検体Ｈの位置に合うようにするとともに、Ｘ線検出器１１と被検体Ｈとが１５ｃｍ以上１ｍ以下の距離だけ離れるように調整する。さらに被写体台１４上の所定位置に適量の液状物３１を保持した水槽３０を載置し、被検体Ｈを水槽３０の中に浸す。例えば被検体Ｈが手指である場合には、手指を水槽３０の液状物３１の中に十分に浸すようにする。そして手指を水槽３０の液状物３１の中に浸した状態でＸ線源８から所定量のＸ線を照射し、Ｘ線画像撮影を行う。
【００６６】
Ｘ線検出器１１によって、検出されたＸ線画像の画像データは制御装置２２に送られ、制御装置２２は、当該画像データについて、先に得られているＸ線量の減弱率と炭酸カルシウムの含有量との関係から求められる補正係数に基づいて補正し、骨塩量の値を得ることのできる定量画像を生成する。
【００６７】
以上より、本実施形態における骨塩量測定装置１によれば、一般の乳房画像検診にも用いることのできる装置を用いて、簡易かつ正確に骨塩量の測定を行うことができる。これにより、乳癌検診の際等に併せて骨塩量の測定を行うことができ、経年で測定を重ねることができる。このため、特に女性の高齢者に多く発症する骨粗鬆症の予防、早期発見を、高齢者にできるだけ負担をかけることなく行うことができる。
【００６８】
また、単色性に優れたモリブデン陽極Ｘ線管をＸ線源８として用いるので、正確な骨塩量の測定を行うことができる。
【００６９】
また、Ｘ線源８の管電圧が２０ｋＶｐ以上、３９ｋＶｐ以下に設定されているので、骨塩量の測定に必要な透過Ｘ線量を得ることができるとともに、１８ｋｅＶの特性Ｘ線以外の制動放射Ｘ線が必要以上に増加しないため測定精度を劣化させることがない。
【００７０】
また、Ｘ線検出器１１を被検体Ｈから１５ｃｍ以上離すことにより、いわゆるグレーデル効果によって１次Ｘ線量を減らすことなく散乱Ｘ線を低減することができ、Ｘ線検出器１１によってより単色性に優れたＸ線による透過Ｘ線量を捉えることができる。また、Ｘ線検出器１１と被検体Ｈとの距離が１ｍ以下となっているため、Ｘ線検出器１１が検出すべきＸ線量が大きく低下することがなく、骨塩量の測定精度が高くなる。また、Ｘ線検出器と被写体との間の距離が短いため、装置の小型化を実現することができる。
【００７１】
さらに、Ｘ線検出器１１のダイナミックレンジが３桁以上と広いため、骨部で大きく低下するＸ線についても十分に計測可能となり、骨塩量の測定精度を上げることができる。また、ダイナミックレンジが７桁以下であるため、画像データ処理に費やす時間が短く、また、装置コストも安価に抑えることができる。
【００７２】
また、被検体Ｈが人体の手指等であるため、被検者は、装置の前で被写体台１４の上に載置された水槽３０の中に手を浸した状態で撮影を行うという簡易な手法によって骨塩量の測定を行うことができる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、骨塩量測定装置１が乳房画像撮影装置を兼ねることができるように構成したが、骨塩量測定装置１は骨塩量を測定する専用機としてもよい。
【００７４】
また、本実施形態においては、被検体Ｈとして人体の手指を例としたが、被検体Ｈはこれに限定されず、足その他の身体の部位を被検体Ｈとして骨塩量を測定してもよい。
【実施例】
【００７５】
次に、図１１及び図１２を参照しつつ、本発明にかかる骨塩量測定装置を備えるシステムについて、実施例を挙げて具体的に説明する。なお、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。
【００７６】
本実施例においては、コニカミノルタエムジー社製のデジタル乳房画像撮影システムを使用した。このデジタル乳房画像撮影システムは、本発明を実施する例における骨塩量測定装置として、コニカミノルタエムジー社製の乳房Ｘ線撮影装置（MGU-100B）を備え、その他、ダイレクトディジタイザー（REGIUS Vstage MODEL 190）、レーザーイメージャ（DPYPRO MODEL 793）を備えて構成されるものである。乳房Ｘ線撮影装置において使用されているＸ線管はモリブデン陽極であり、焦点サイズは公称100μｍである。Ｘ線源の管電圧は２５ｋＶｐ〜３５ｋＶｐに設定されている。また、Ｘ線検出器としてデジタルＸ線検出器であるＣＲカセッテを用いている。また、Ｘ線管から被写体台までの距離は６５ｃｍであり、被写体台からＣＲカセッテ台までの距離は４９ｃｍである。なお、散乱Ｘ線グリッドは使用していない。使用したＣＲカセッテの輝尽蛍光体プレートのダイナミックレンジは図１１に示すようにほぼ４桁であった。
【００７７】
このような乳房Ｘ線撮影装置を備えるデジタル乳房画像撮影システムを使用して、手指のＸ線画像を撮影し、ＣＲカセッテにより取得されたＸ線画像の画像データ（原画像）についてＸ線量の源弱率と炭酸カルシウム含有量との関係から求められる補正係数に基づく処理を施して得られた定量画像とを図１２に示す。
本実施例において、Ｘ線画像の撮影は、低エネルギーのＸ線を照射して行われているため、処理を施さない原画像の場合には、画像全体が暗くなり、手指の画像を明確に判別することができない。これに対して、補正係数に基づく処理を施して得られた定量画像の場合には、図１２に示すように、手指の画像を明確に識別することができ、この定量画像に基づいて正確に骨塩量を測定することが可能となる。
【００７８】
なお、被写体台からＣＲカセッテ台までの距離を１５ｃｍ、６５ｃｍに変更して撮影したが、同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施形態における骨塩量測定装置の要部構成を示す側面図である。
【図２】本実施形態における骨塩量測定装置の内部構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態における骨塩量測定装置を乳房画像撮影に用いる場合の構成例を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態における骨塩量測定装置の制御構成を示すブロック図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、シェーディング補正前のＸ線照射量のばらつきを表した図であり、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、シェーディング補正後のＸ線照射量のばらつきを表した図である。
【図６】物質に照射されたＸ線のＸ線吸収係数と物質の厚さとの関係を説明する図である。
【図７】アルミニウムに照射されたＸ線の減弱係数を説明する図である。
【図８】補正係数を示すグラフである。
【図９】アルミニウムの定量測定についての説明図である。
【図１０】Ｘ線の減弱率と炭酸カルシウム含有量との関係を示すグラフである。
【図１１】本実施形態におけるＸ線検出器のダイナミックレンジを示すグラフである。
【図１２】原画像を補正して得られた定量画像である。
【符号の説明】
【００８０】
１   骨塩量測定装置
３   支持基台
４   撮影装置本体部
５   支持軸
７   保持部材
８   Ｘ線源
９   電源部
１１   Ｘ線検出器
１２   検出器保持部
１４   被写体台
１５   位置調整装置
２１   圧迫板
２２   制御装置
３０   水槽
３１   液状物
Ｈ   被検体
【図１】
2008206560.tif 000003
【図２】
2008206560.tif 000004
【図３】
2008206560.tif 000005
【図４】
2008206560.tif 000006
【図６】
2008206560.tif 000007
【図７】
2008206560.tif 000008
【図８】
2008206560.tif 000009
【図１０】
2008206560.tif 000010
【図１１】
2008206560.tif 000011
【図５】
2008206560.tif 000012
【図９】
2008206560.tif 000013
【図１２】
2008206560.tif 000014