(57)【要約】  【課題】  Ｘ線透過画像と骨密度空間分布画像もしくは骨密度変化率画像を並べるか重ね合わせて、両者の関係が判然と観察できるような画像を表示するＸ線画像診断装置を提供する。  【解決手段】  ２次元のＸ線透過像についてＸ線強度を測定できるＸ線撮影装置において、Ｘ線の実効エネルギー強度を少なくとも２段に切り替えて照射するＸ線発生装置１を備え、被検体５についてＸ線透過像を生成して画像メモリ装置１２，１３に格納するとともに、異なる２個の実効Ｘ線エネルギーにおいて取得する２個の透過Ｘ線画像の画像信号から、対応する画素について骨密度演算処理を行って骨密度を求め、骨密度の分布画像を画像メモリ装置１５に格納し、画像表示装置７に骨密度分布画像とＸ線透過像を並べて表示、あるいは重ねて表示する。【選択図】  図１
2005034539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生装置とＸ線検出器と画像演算装置と画像メモリ装置と画像表示装置を備え、被検体を透過したＸ線について２次元でＸ線強度像を生成するＸ線撮影装置において、該Ｘ線発生装置がＸ線の実効エネルギー強度を少なくとも２段に切り替えて照射するものであって、被検体についてＸ線透過像を生成して前記画像メモリ装置に格納するとともに、前記Ｘ線検出器が異なる実効エネルギーをもつ２個のＸ線により取得する２個の透過Ｘ線画像の画像信号を発生して前記画像メモリ装置に格納し、前記画像演算装置が該画像信号に基づいて対応する画素について骨密度演算処理を行って骨密度を求めて骨密度の分布画像を前記画像メモリ装置に格納し、前記画像表示装置に骨密度分布画像とＸ線透過像を並べて表示することあるいは重ねて表示することを特徴とする骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項２】
前記画像表示装置に表示するＸ線透過像は骨密度分布画像を生成するときに利用する２個の透過Ｘ線画像の一方であることを特徴とする請求項１記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項３】
前記Ｘ線検出器が１次元センサであって、該Ｘ線検出器と前記Ｘ線発生装置の相対的位置を固定した上で、該Ｘ線発生器と前記被検体を相対的に移動させて所定の刻みごとに走査して２次元のＸ線透過像を生成するもので、該走査ごとにＸ線の実効エネルギーを必要な段数だけ切り替えることにより異なる実効エネルギーごとの１次元のＸ線透過像を生成し統合して２次元のＸ線透過画像とすることを特徴とする請求項１または２記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項４】
前記刻みごとに前記Ｘ線発生器と前記被検体を相対的に停止させて撮影することを特徴とする請求項３記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項５】
前記骨密度分布画像を所定の数の画素を単位として作成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項６】
指定された位置における前記算出された骨密度の値を前記画像表示装置に表示することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項７】
前記表示される画像もしくは数値のデジタルデータを記憶装置に格納して保存することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項８】
前記Ｘ線発生器にＸ線の実効エネルギーを自動的に調整する機能を備えて、前記Ｘ線検出器が被検体の骨以外の部分を透過したＸ線の強度を測定した結果に基づいて、前記Ｘ線発生装置が発生するＸ線の実効エネルギーを前記被検体の厚さの変化に対応するように調整することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項９】
前記Ｘ線検出器が被検体の骨以外の部分を透過したＸ線の強度測定値が所定の割合より大きく変化したときは、前記Ｘ線発生装置が発生するＸ線の実効エネルギーを変えないようにすることを特徴とする請求項８記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線発生装置とＸ線検出器を結ぶ線が前記被検体に対して２以上の方向から交絡するようにして、２以上の方向から撮影データを演算することにより平面内の骨密度分布を測定することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置において、前記骨密度分布画像の画像信号に基づいて被検体の位置ごとの骨密度の変化率を算出して骨密度変化率画像を取得して表示することを特徴とする骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線を用いて骨密度を測定して診断に役立たせることを目的とするＸ線画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨密度測定は、実効エネルギーの異なる２種類のＸ線が骨の部分を透過した後の強度変化を測定して対数減衰率から骨密度を求める方法を用いる場合が多い。
従来のＸ線骨密度測定装置は、ある領域の平均の骨密度を算出することはできるが、空間分解能が低いため、信頼できる精度で細かい領域の骨密度を求めることはできなかった。
【０００３】
特許文献１には、相対移動装置を必要としない簡便な骨密度測定装置が開示されている。本開示装置では、シンチレータと固体撮像素子で検出することにより、高密度の２次元配置が可能である。
ただし、特許文献１には被検体上の１点を測定するのではなく面状に検知して平均値を求めて定量の精度をより向上させる目的が記載されており、被検体の骨密度を分布として測定することについては言及がない。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｘ線遮蔽室の省スペース化や装置稼働率の向上を図る目的で、骨密度測定と一般Ｘ線撮影を１台で行えるようにした骨密度測定機能付きＸ線撮影装置が開示されている。この装置は、Ｘ線フィルムを収納できる撮影台を備えたＸ線撮影装置に骨密度測定用アダプタを待避可能に装着したもので、必要に応じてＸ線撮影と骨密度測定を選択することができるようになっている。したがって、Ｘ線撮影と骨密度測定を同時に行うことができるものではないが、従来それぞれ別々の装置であったのと比較するとＸ線遮蔽室のスペースが小さくて良くなり装置の稼働率も向上することになる。
しかし、特許文献２に記載の装置は、Ｘ線撮影と骨密度測定を別々に行うので両者の測定部位の位置関係を正確に対応させることができない。
【０００５】
微小骨折や内部の空隙など、骨の形態的な診断はＸ線フィルムなどに撮影したＸ線透過画像を評価して行う。骨折や骨粗鬆症など骨の形態的症状と骨密度の関係を把握することができれば、より明確で精度の良い診断のために役に立つので、骨の形態上の位置における骨密度を対応させて調べられる装置が要望されている。しかし、上に述べたように、従来は、ある部位における平均的な骨密度しか求められず、また、Ｘ線撮影と骨密度測定を別々に行うので対象同士の正確な位置関係が把握できなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４５７２３号公報
【特許文献２】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】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線透過画像と骨密度空間分布画像および骨密度変化率画像の三者のうち少なくとも２つを並べたり重ね合わせて、両者の関係が判然と観察できるような画像を表示するＸ線画像診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置は、２次元のＸ線透過像についてＸ線強度を測定できるＸ線撮影装置において、Ｘ線の実効エネルギー強度を少なくとも２段に切り替えて照射するＸ線発生装置と、Ｘ線像検出器と、画像演算装置と、画像メモリ装置と、画像表示装置を備え、被検体についてＸ線透過像を生成して画像メモリ装置に格納するとともに、異なる実効エネルギーをもつ２種類のＸ線で取得する２個の透過Ｘ線画像の画像信号から、対応する画素について骨密度演算処理を行って骨密度を求め、骨密度の分布画像を画像メモリ装置に格納し、画像表示装置に骨密度分布画像とＸ線透過像を並べて表示すること、あるいは重ねて表示することを特徴とする。
【０００９】
骨のＸ線透過画像からは骨の形態的な診断ができ、骨密度分布画像からは骨の質的な診断ができる。本発明の装置は、形態的診断と質的診断を有機的に関連づけて行うことができる。
本発明の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置は、画像診断を行うＸ線検出器を骨密度測定に利用するので、１台のＸ線検出器から得られる電気的信号をＸ線透過画像の生成と骨密度に関する分布画像の生成の２通りに利用する。骨密度測定のためには、実効エネルギーの異なる２種類のＸ線で撮影を行い、その２種類のデータを用いていわゆるＤＸＡ法などの演算処理を行う。
【００１０】
本発明のＸ線画像診断装置では、Ｘ線透過像を取得するときと骨密度計測用の画像を取得するときはそれぞれ最適な実効エネルギーのＸ線を使用すればよいが、Ｘ線透過像用のＸ線を骨密度計測用に流用して、たとえば実効エネルギーの小さいＸ線を照射したときの画像をＸ線透過像観察と骨密度計測の両方に使用してもよい。
【００１１】
なお、２種以上のＸ線で測定した画像データを用いて演算するので、測定位置のずれを小さくするために、Ｘ線検出器は１台を共有して使用することが好ましい。
また、Ｘ線検出器として１次元センサを用いて、患者を相対的に移動させながら移動方向に垂直な方向に走査して測定することにより２次元画像とするときは、Ｘ線検出器の移動を停止してはＸ線の実効エネルギーを切り替えては走査することにより、異なるＸ線による透過像を同じ測定部位で取得するようにすることが、ずれを最小にして良好な測定結果を得るために好ましい。このような手法を用いれば、骨のＸ線透過画像と骨密度分布画像を高い精度で重ね合わせることができる。
【００１２】
本発明の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置によれば、被検体の骨の形態画像と、骨密度分布画像を対照して観察したり、重ねて観察することができるため、患部の骨密度状態を正確に把握して、症状の原因を判断して診断することができる。また、骨密度の小さい部分を見つけて骨折の危険を予知し、危険部位に無理な力が掛からないように指導して有効に予防したりすることができる。
たとえば、椎体には荷重がかかりやすく骨折しやすいが、特定の椎体あるいは椎体中の特定部分の骨密度が特に小さいときには、その特定の部分に荷重がかかる特定の運動を避けるような指導をして骨折を効果的に予防することができる。
また、手首のとう骨は骨折しやすいので、とう骨の手首に近い部分で骨密度が小さいと測定された場合は、手に体重を掛けないように指導する。
【００１３】
従来は、椎体など、ある特定部位における平均骨密度を測定して、性別、年齢、人種などについて求められた一般的な平均値と比較して判定していた。
本発明の装置を用いることにより、任意の部位について細かく骨密度測定ができるので、たとえばとう骨の手首に近い部分における骨密度が低下していることを絶対的に評価して、手に余分な荷重をかけないように指導して骨折を予防するなどの細かい対策が可能となる。
【００１４】
なお、Ｘ線検出器あるいは画像メモリの画素ごとに求める骨密度情報には各種のノイズが存在するので、適当な数の隣接画素を単位にまとめて画像処理することにより、平均化してノイズを抑制できるように構成することが好ましい。
あるいは、適当数の画素を含む移動ウィンドウを用いて演算し、移動平均によるノイズ抑制を利用しても良い。
生成した画像を表示するときに、指定された位置における骨密度算出値を数値で表示するようにすると、画像の濃淡や色彩表示に頼らず正確な値が読みとれるので、正しい判定を下すために効果がある。
これらの画像データや数値データは、必要なときに再度表示できるように記憶装置に格納して保存しておくことが好ましい。
【００１５】
また、Ｘ線発生器にＸ線の実効エネルギーを自動的に調整する機能を備えて、Ｘ線検出器が被検体の骨以外の部分を透過したＸ線の強度を測定した結果に基づいて、発生するＸ線の実効エネルギーを被検体の厚さの変化に対応するように調整できるようにしてもよい。これにより体厚の変化に起因する骨密度測定値の誤差を最小限にできる。被検体の骨以外の部分における透過Ｘ線の強度は、Ｘ線検出器で取得するＸ線透過画像から画像処理によって抽出することができる。
【００１６】
撮影中に軟部組織を透過するＸ線量をモニターして、照射するＸ線の実効エネルギーを体厚に応じて調整するようにすると、ビームハードニングによる測定値の補正を最小限に抑えることができる。
なお、たとえば被験者の腸内にガスがあったりするとＸ線透過量が大きくなり体厚が薄いと誤って判定され、Ｘ線の実効エネルギーを過剰に強めることになる。そこで、たとえばＸ線透過率が前の画素と比較して１０％以上変動するときにはそのようなデータをスキップして使用しないようにすることが好ましい。
【００１７】
たとえば、被検体の周りを旋回するガントリーなどを使用して、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を相対的に固定配置し、Ｘ線発生装置の向きを変化させて被検体に対して２以上の方向からＸ線透過像を取得してこれらに基づいて演算すると、骨密度の３次元分布を求めることができる。
たとえば、最も単純に垂直方向と水平方向の２方向から撮影を行えば、骨の断面を４つに分割した内部の骨密度を評価することが可能となる。
【００１８】
なお、骨密度分布画像の画像信号に基づいて被検体の位置ごとの骨密度の変化率を算出して骨密度変化率画像を生成して利用しても良い。骨密度変化率も、骨粗鬆症や代謝性骨疾患などの範囲、進行度などを把握するのに役立ち、治療効果や骨折時の治癒過程などを定量的にかつ容易に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置を実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置の構成図である。
また、図２はＸ線透過画像を並置した診断画像を模した写真図、図３はＸ線透過画像と骨密度分布画像を重畳した診断画像を模した写真図である。
【００２０】
図１には、被検体である横臥する被験者５の体軸方向（図面上、紙面に垂直な方向）に移動するガントリー３にＸ線発生器１とＸ線検出器２を固定したＸ線画像診断装置が記載されている。
Ｘ線発生器１は管電圧を変えることにより発生するＸ線の実効エネルギーを変化させることができる。なお、エネルギー分布を有するＸ線を発生するＸ線発生器１から放射されるＸ線の光路中に高低両エネルギーに対応したフィルタ４を選択して挿入することによりフィルター４を透過する波長を選択して、異なる実効エネルギーを持つ２種以上のＸ線を生成させるようにしてもよい。
【００２１】
Ｘ線検出器２はＸ線エネルギーを直接的に検出するものであっても良いが、入射するＸ線を蛍光物質などでＸ線強度に対応する強度を持った光に変換しこれをＣＣＤなどの個体撮像素子を用いた光検知器で電気信号に変換して素子における入射Ｘ線強度に対応する信号出力を得るようにしたものが、小型高密度に実装でき高分解能計測が可能になるので好ましい。
【００２２】
本実施例では、ガントリー３が被検体５の体軸方向に移動するように構成するので、Ｘ線検出器２は、被検体５を横断する方向に配設した１次元のラインセンサを用いている。体軸方向に移動しながら体軸に垂直な方向にスキャンすることによって、２次元画像を得ることができる。
２次元Ｘ線センサを使用して、直接的に２次元画像を得るようにしても良いことはいうまでもない。２次元センサを使用した場合は、小面積部分であればＸ線発生器１とＸ線検出器２を静止させたまま骨密度分布測定を行うことができる。
【００２３】
なお、ガントリー３を移動させながら測定する装置において２種以上のＸ線の実効エネルギーを利用するときは、Ｘ線を切り替えたときにも被検体５における観測部位が変動しないようにするため、１つのＸ線について走査ラインが歩進する間に他のＸ線の走査ラインを入れて、できるだけ短い時間内でＸ線切り替えをし、異なるＸ線を被検体上のできるだけ近い位置で走査させることが好ましい。
また、ガントリー３を停止させて同じ位置でＸ線エネルギーを切り替えては走査をしてエネルギーの異なるＸ線について走査線に沿ったＸ線透過量データを取得し、走査線に沿ったＸ線透過量データを体軸方向に並べて２次元のデータとするようにしてもよい。
【００２４】
骨密度測定をする場合は高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線を照射して少なくとも２個のＸ線撮影画像を取得する必要があり、Ｘ線透過画像による形態的診断をするためのＸ線画像を骨密度測定と異なるエネルギーの下で取得するときには、さらに形態的診断用のＸ線を照射したときのＸ線透過画像を取得するので、ガントリー３を移動する前に都合３回以上Ｘ線エネルギー切り替えをして撮影することになる。
なお、高低いずれかのエネルギーを持ったＸ線によるＸ線撮影画像を形態的診断用Ｘ線透過画像として利用することができるが、この場合はガントリー３を移動するごとに２回だけＸ線エネルギー切り替えを行えば足りることは言うまでもない。
【００２５】
Ｘ線検出器２から得られる信号は画像処理装置６に送られる。画像処理装置６は、Ｘ線検出器２と接続される入力装置１１、Ｘ線透過像を格納する画像メモリ装置１２，１３、内部メモリを備えた演算装置１４、画像表示のための画像メモリ１５、画像表示装置７と接続する入力装置１６などから構成され、画像データ処理機能、画像データ格納機能、画像表示装置７に画像を表示するための画像表示機能、骨密度算出のためのデータ演算処理機能を備える。
画像表示装置７は、画像を表示すると共に、タッチパネルやマウスなどのポインティングデバイスと、キーボードやキーパッドなどの入力装置を用いて、操作者が必要な指示を与えることができるようになっている。
【００２６】
たとえば、被験者５の全体骨格について骨密度計測を行う場合は、ガントリー３の間に設けたベッドに被験者５を横臥させて、ガントリー３を被験者５の体軸方向に移動しながら骨のＸ線透過画像を得る。骨のＸ線透過像は、ガントリー３を刻みごとに停止しては、高低２つの実効エネルギー水準に調整したＸ線を切り替えて照射して、走査線に沿って取得した１次元のＸ線透過量情報を体軸方向に集積することにより、高低２つの実効エネルギーのＸ線についてそれぞれ生成される。
【００２７】
生成した２つのＸ線透過画像は骨密度算出用の画像メモリ１２に格納される。また、同時に測定されたＸ線透過画像は、形態観察用画像メモリ１３に格納される。なお、骨密度算出用に測定した高エネルギーＸ線あるいは低エネルギーＸ線照射時の透過Ｘ線像を形態観察用のＸ線透過画像として利用しても良い。
演算装置１４は、適当な時に、骨密度算出用画像メモリ１２から画像データを読み出して、２枚の画像上の対応する位置にある画素におけるＸ線強度に基づいて、いわゆるＤＸＡ法など既に知られている算法によって骨密度を算出し、演算が終了すると対象部分について骨密度の分布図を作成することができる。
骨密度は、１個の画素ごとに算出する代わりに、適当数の画素を単位としてその単位ごとに平均値を使って算出しても良い。また、移動平均法を用いてノイズを抑制しながら算出しても良い。
【００２８】
ＤＸＡ法は、実効エネルギーの異なる２つのＸ線を使って、それぞれ骨を通過するときのＸ線の強度変化と軟部組織のみを通過するときのＸ線の強度変化を測定し、高低エネルギーＸ線の骨における質量減弱係数の比Ｒｂと軟部組織における質量減弱係数の比Ｒｓと、骨あるいは軟部組織におけるいずれかのＸ線の減弱係数の値、たとえば低エネルギーＸ線の骨における質量減弱係数μbＬを知ることにより、軟部組織中の骨の骨密度を算出するものである。
【００２９】
骨の密度ρ厚さｔであれば、下式のような関係があることが知られている。
ｔρ＝(ln(IＯＨ/IｂＨ)−Rｓln(IＯL/IｂＬ))/(μbＬ(Rｂ−Rｓ))
ここで、lnは対数を表し、IＯは入射するＸ線の強度、Iｂは骨の存在する部分を透過したＸ線の強度、添え字Ｈ、Ｌはそれぞれ高エネルギーＸ線、低エネルギーＸ線を表す。
実際の演算方法は、上に述べた基本的原理式に基づいた種々の手法があり、精度や画像の分解能を向上させる工夫が施されている。
【００３０】
骨密度分布図は、たとえば密度に従った色分けによって表現するなど直感的に分布を把握しやすい画面にすることが好ましい。骨密度分布画像は表示装置に表示するため表示用画像メモリ１５に格納しておく。骨密度の変化率を算出するときは骨密度分布画像を図示していない中間的な画像メモリに格納しておいてもよい。
【００３１】
図２は、Ｘ線透過画像と骨密度分布画像を隣り合わせて表示装置７に表示する様子を表す写真図である。左の部分に表したＸ線透過画像から骨の形態が読みとれ、右の部分に表した骨密度分布画像から形態上の特徴がある部分あるいは注目したい部分における骨密度の状態が読みとれる。Ｘ線透過画像と骨密度分布画像は同じＸ線検出器により取得された画像に基づいて作成されたものであり、被検体の位置関係が全く合致しているので、両者は正確に対比することができる。
このように、骨密度の分布状態をすぐ隣のＸ線透過図と対比して確認することができるので、骨の細部について的確な診断が可能になる。
なお、骨密度分布画像は骨密度に応じて適当な色を対応させて、いわゆるレインボーカラー表示として、直感的な状態把握ができるようにすることが好ましい。
【００３２】
また、図３は、骨密度分布画像とＸ線透過画像を重ねて表示装置に表示する様子を表す写真図である。２つの画像は被検体を同一位相で観察したものであるので、両画像に位置の不整合がなく、完全に重畳することができる。
このような表示方法では、骨の形態図と骨密度図が完全に重なっているので、２つの位置関係が極めて正確に把握でき、骨のごく細部の状態まで正しく観察でき、正確な診断が可能になる。
【００３３】
なお、画像表示装置７により骨の位置を指定すると、その部位における骨密度を数値で表示するようにしてもよい。また、部位ごとに年齢、性別、人種などの条件にしたがった一般的な平均値あるいは基準値を調べておいて、測定結果をこの基準値と比較したときの判定を表示するようにしても良い。
なお、骨密度分布データから隣接する部分の比較によって骨密度の変化率を算出して表示することができる。骨密度の絶対値ばかりでなく、その変化率も利用することにより疾患の特性をより正確に把握することができる。
【００３４】
さらに、ガントリー３を被験者５の横臥するベッドの周囲で旋回するようにして、複数の方向からＸ線撮影を行って骨密度の３次元分布を測定するようにすることができる。最も簡単な３次元骨密度分布測定の例として、垂直と水平の２方向から撮影を行えば、骨の内部を４分割したそれぞれについて骨密度を算定することが可能になる。撮影方向を増加していくと、やがてＣＴ撮影と同等の立体撮影ができるようになる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置によって、骨の形態的状態と骨密度の関係が正確に把握でき、骨粗鬆症や代謝性骨疾患など骨の疾患の分布範囲や進行状態、治療効果や骨折時の治癒過程などを容易に定量的判定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る骨密度分布測定機能付きＸ線画像診断装置の構成図である。
【図２】本発明により得られたＸ線透過画像を並置した診断画像例を模した写真図である。
【図３】本発明により得られたＸ線透過画像と骨密度分布画像を重畳した診断画像例を模した写真図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  Ｘ線発生器
２  Ｘ線検出器
３  ガントリー
４  フィルタ
５  被検体（被験者）
６  画像処理装置
７  画像表示装置
１１  入力装置
１２，１３，１５  画像メモリ
１４  演算装置
１６  入力装置
【図１】
2005034539.tif 000003
【図２】
2005034539.tif 000004
【図３】
2005034539.tif 000005