(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出マトリクス（４）により検出されるＸ線源（３）からのＸ線を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装置において、
前記Ｘ線源は２つのエネルギーレベルでＸ線を照射するものであり、
前記検出マトリクスで検出された放射線を分析する画像および信号生成ユニット（７）と、
人体部の厚さを決定する距離測定装置（５）とをさらに備えると共に、
前記画像および信号生成ユニットは、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の各構成要素の厚さを決定して、それにより人体部内の骨ミネラル量を決定するために、
前記人体部が２つのエネルギーレベルのＸ線で照射された場合の、前記検出マトリクスで検出されるＸ線強度の各測定値と、
成分の分かっている参照となる被対象物が２つのエネルギーレベルのＸ線で照射された場合の、前記検出マトリクスで検出されるＸ線強度の各測定値と、
前記距離測定装置により決定され、前記各構成要素の総和である人体部の厚さとから、前記各構成要素の厚さを計算すべき数とする算出式を定めて、
この算出式から該各構成要素の厚さを計算する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。
【請求項２】
前記距離測定装置（５）は、Ｘ線源（３）と人体部の一側との間、および人体部の他側と検出マトリクス（４）との間の距離を測定し、これらの距離をＸ線源（３）と検出マトリクス（４）との間の距離から引算することで、前記人体部の厚さを決定するものであ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装置。
【請求項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）と連結し、少なくとも前記手段（３）と前記人体部の一側との間の距離および該人体部の他側と前記検出マトリクス（４）との間の距離を測定する距離測定装置（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を用いて、
前記人体部が２つのエネルギーレベルのＸ線で照射された場合の、前記検出マトリクスで検出されるＸ線強度の各測定値と、
成分の分かっている参照となる被対象物が２つのエネルギーレベルのＸ線で照射された場合の、前記検出マトリクスで検出されるＸ線強度の各測定値と、
前記距離測定装置により決定され、骨ミネラルと、水分と、脂肪との各構成要素の総和である人体部の厚さとから、前記各構成要素の厚さを計算すべき数とする算出式を定めて、
この算出式から該各構成要素の厚さを計算することで、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。
【発明の詳細な説明】
［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、人体部の厚さを考慮し、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線で放射される場合、次の式に書き表わすことができる。
0003787661.tif 000002
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。Ｎi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Ｘ線強度の測定値である。Ｎ0i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Ｘ線強度である。μxiは、各構成要素に対する質量減衰係数（cm2／ｇ）である。ｔxは、各構成要素の厚さ（in cm）である。ρx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。
0003787661.tif 000003
ここで、Ｔは被対象物の全厚さを表わし、ｔb，ｔs，ｔf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Ｘ線強度である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。
0003787661.tif 000004
ここで、Ｎ1FおよびＮ2F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Ｘ線強度の各測定値である。
質量減衰係数，密度および厚さ（ｔbk，ｔsk）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。
【図１】
0003787661.tif 000005
【図２】
0003787661.tif 000006
【図３】
0003787661.tif 000007
【図４】
0003787661.tif 000008