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技術 骨測定装置および骨画像処理方法

出願人 日立アロカメディカル株式会社
発明者 東方弘之小林正樹
出願日 2007年10月23日 (13年2ヶ月経過) 出願番号 2007-275653
公開日 2009年5月14日 (11年7ヶ月経過) 公開番号 2009-100943
状態 特許登録済
技術分野 放射線診断機器
主要キーワード 定量演算 Y座標 尺骨茎状突起 X座標 透過放射線量 茎状突起 対象骨 骨塩量測定装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年5月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

骨の特徴部位画像処理によって特定する。

解決手段

画像データ形成部は、尺骨橈骨を含む画像の画像データを形成し、画像データ識別部16は、画像データ内において骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する。分離線設定部20は、識別された画像データに基づいて尺骨と橈骨に挟まれた骨間軟部組織に対応する画像部分を通る分離線を設定し、骨画像分離部22は、分離線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより尺骨を含む画像部分を抽出する。茎状突起特定部24は、尺骨を含む画像部分の形状に基づいて尺骨茎状突起を特定する。

概要

背景

測定対象の骨に対してX線照射して得られる骨の画像に基づいて骨を診断する装置が知られている(特許文献1〜3参照)。特に、特許文献1には、人の前腕にX線を照射して骨中に含有されるカルシウム等の骨塩量計測する前腕用骨塩量測定装置が記載されている。

前腕用骨塩量測定装置は、手首との間の前腕、特に橈骨尺骨を測定対象とする。前腕を測定する場合、被検者は左右いずれかの腕の肘をほぼ直角に折り曲げた状態で前腕を装置の載置台に置き、そして、装置の計測ユニット測定個所に移動されてX線の照射と検出が行われる。前腕の測定個所としては、例えば、前腕長を1/N(N=3など)に内分する位置が利用される。前腕長は、例えば、尺骨の手首側の先端に存在する尺骨茎状突起肘頭との間の距離として定義される。そのため、尺骨茎状突起や肘頭の位置は、正確に検出されることが望ましい。

特許第2735507号公報
特開平7−168944号公報
特開平7−236631号公報

概要

骨の特徴部位画像処理によって特定する。画像データ形成部は、尺骨と橈骨を含む画像の画像データを形成し、画像データ識別部16は、画像データ内において骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する。分離線設定部20は、識別された画像データに基づいて尺骨と橈骨に挟まれた骨間軟部組織に対応する画像部分を通る分離線を設定し、骨画像分離部22は、分離線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより尺骨を含む画像部分を抽出する。茎状突起特定部24は、尺骨を含む画像部分の形状に基づいて尺骨茎状突起を特定する。

目的

本発明は、その研究開発過程において成されたものであり、その目的は、骨の特徴部位を画像処理によって特定することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

検体内の2本の対象骨を含む画像の画像データを取得する画像データ取得部と、取得された画像データ内において骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する画像識別部と、識別された画像データに基づいて2本の対象骨に挟まれた骨間軟部組織に対応する画像部分を通る基準線を設定する基準線設定部と、設定された基準線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより2本の対象骨のうちの基準骨を含む画像部分を抽出する画像分離部と、前記基準骨を含む画像部分の形状に基づいて前記基準骨の特徴部位を特定する部位特定部と、前記基準骨の特徴部位の位置を利用して設定される測定位置において2本の対象骨のうちの少なくとも一方についての測定量を算出する測定量演算部と、を有する、ことを特徴とする骨測定装置

請求項2

請求項1に記載の骨測定装置において、前記画像識別部によって識別された画像データ内において骨に対応した画像部分間の距離に基づいて骨間軟部組織に対応した画像部分の端部を設定する端部設定部を有し、前記基準線設定部は、前記端部から所定距離内にある骨間軟部組織の画像部分に基づいて基準線を設定する、ことを特徴とする骨測定装置。

請求項3

請求項2に記載の骨測定装置において、前記部位特定部は、前記端部の位置に基づいて前記基準骨を含む画像部分から前記基準骨の画像部分を選択し、前記基準骨の画像部分の形状から前記特徴部位を特定する、ことを特徴とする骨測定装置。

請求項4

請求項3に記載の骨測定装置において、前記部位特定部は、前記基準骨の画像部分に関する長手方向の先端を前記特徴部位とする、ことを特徴とする骨測定装置。

請求項5

請求項1から4のいずれか1項に記載の骨測定装置において、前記画像データ取得部は、被検体内の2本の対象骨である尺骨橈骨を含む画像の画像データを取得し、前記画像分離部は、前記基準線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより前記基準骨である尺骨を含む画像部分を抽出し、前記部位特定部は、尺骨を含む画像部分の形状に基づいて前記特徴部位である尺骨茎状突起を特定する、ことを特徴とする骨測定装置。

請求項6

請求項5に記載の骨測定装置において、前記測定量演算部は、尺骨茎状突起の位置を利用して設定される橈骨遠位1/N(Nは自然数)の測定位置において測定量である骨密度を算出する、ことを特徴とする骨測定装置。

請求項7

被検体内の2本の対象骨を含む画像の画像データを取得する画像データ取得工程と、取得された画像データ内において骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する画像識別工程と、識別された画像データに基づいて2本の対象骨に挟まれた骨間軟部組織に対応する画像部分を通る基準線を設定する基準線設定工程と、設定された基準線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより2本の対象骨のうちの基準骨を含む画像部分を抽出する画像分離工程と、前記基準骨を含む画像部分の形状に基づいて前記基準骨の特徴部位を特定する部位特定工程と、を含む、ことを特徴とする骨画像処理方法

技術分野

0001

本発明は、骨測定装置および骨画像処理方法に関し、特に骨の特徴部位を特定する技術に関する。

背景技術

0002

測定対象の骨に対してX線照射して得られる骨の画像に基づいて骨を診断する装置が知られている(特許文献1〜3参照)。特に、特許文献1には、人の前腕にX線を照射して骨中に含有されるカルシウム等の骨塩量計測する前腕用骨塩量測定装置が記載されている。

0003

前腕用骨塩量測定装置は、手首との間の前腕、特に橈骨尺骨を測定対象とする。前腕を測定する場合、被検者は左右いずれかの腕の肘をほぼ直角に折り曲げた状態で前腕を装置の載置台に置き、そして、装置の計測ユニット測定個所に移動されてX線の照射と検出が行われる。前腕の測定個所としては、例えば、前腕長を1/N(N=3など)に内分する位置が利用される。前腕長は、例えば、尺骨の手首側の先端に存在する尺骨茎状突起肘頭との間の距離として定義される。そのため、尺骨茎状突起や肘頭の位置は、正確に検出されることが望ましい。

0004

特許第2735507号公報
特開平7−168944号公報
特開平7−236631号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、前腕長を定義するための尺骨茎状突起の位置を確認する技術に注目した。そして、尺骨に限らず尺骨を含む測定対象骨の特徴部位を自動認識する技術について研究開発を重ねてきた。

0006

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、骨の特徴部位を画像処理によって特定することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様の骨測定装置は、被検体内の2本の対象骨を含む画像の画像データを取得する画像データ取得部と、取得された画像データ内において骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する画像識別部と、識別された画像データに基づいて2本の対象骨に挟まれた骨間軟部組織に対応する画像部分を通る基準線を設定する基準線設定部と、設定された基準線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより2本の対象骨のうちの基準骨を含む画像部分を抽出する画像分離部と、前記基準骨を含む画像部分の形状に基づいて前記基準骨の特徴部位を特定する部位特定部と、前記基準骨の特徴部位の位置を利用して設定される測定位置において2本の対象骨のうちの少なくとも一方についての測定量を算出する測定量演算部と、を有することを特徴とする。

0008

上記態様によれば、画像データに対する画像処理により基準骨の特徴部位が特定されるため、例えば検査者触診により特定部位の位置を確認する場合に比べて、特徴部位の特定が容易になり特定の精度も向上する。

0009

望ましい態様において、前記画像識別部によって識別された画像データ内において骨に対応した画像部分間の距離に基づいて骨間軟部組織に対応した画像部分の端部を設定する端部設定部を有し、前記基準線設定部は、前記端部から所定距離内にある骨間軟部組織の画像部分に基づいて基準線を設定することを特徴とする。

0010

望ましい態様において、前記部位特定部は、前記端部の位置に基づいて前記基準骨を含む画像部分から前記基準骨の画像部分を選択し、前記基準骨の画像部分の形状から前記特徴部位を特定することを特徴とする。

0011

望ましい態様において、前記部位特定部は、前記基準骨の画像部分に関する長手方向の先端を前記特徴部位とすることを特徴とする。

0012

望ましい態様において、前記画像データ取得部は、被検体内の2本の対象骨である尺骨と橈骨を含む画像の画像データを取得し、前記画像分離部は、前記基準線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより前記基準骨である尺骨を含む画像部分を抽出し、前記部位特定部は、尺骨を含む画像部分の形状に基づいて前記特徴部位である尺骨茎状突起を特定することを特徴とする。

0013

望ましい態様において、前記測定量演算部は、尺骨茎状突起の位置を利用して設定される橈骨遠位1/N(Nは自然数)の測定位置において測定量である骨密度を算出することを特徴とする。

0014

また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様の骨画像処理方法は、被検体内の2本の対象骨を含む画像の画像データを取得する画像データ取得工程と、取得された画像データ内において骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する画像識別工程と、識別された画像データに基づいて2本の対象骨に挟まれた骨間軟部組織に対応する画像部分を通る基準線を設定する基準線設定工程と、設定された基準線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離することにより2本の対象骨のうちの基準骨を含む画像部分を抽出する画像分離工程と、前記基準骨を含む画像部分の形状に基づいて前記基準骨の特徴部位を特定する部位特定工程と、を含むことを特徴とする。

0015

上記態様の骨画像処理方法は、例えば、上記各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムによって具現化される。例えば、そのプログラムを読み込んだコンピュータが上記態様の骨画像処理方法を実行する。

発明の効果

0016

本発明により、骨の特徴部位を画像処理によって特定することが可能になる。例えば、本発明の好適な態様によれば、画像データに対する画像処理により基準骨の特徴部位が特定されるため、検査者の触診により特定部位の位置を確認する場合に比べて、特徴部位の特定が容易になり特定の精度も向上する。

発明を実施するための最良の形態

0017

図1は、本発明に係る骨測定装置および骨画像処理方法の好適な実施形態を説明するための図であり、図1には、骨密度測定装置の全体構成が機能ブロック図によって示されている。

0018

X線発生部10は、被検体内の対象骨に対してX線を照射する。本実施形態における対象骨は、例えば人体の前腕の尺骨と橈骨である。X線発生部10は、例えばビーム状のX線を照射する。X線はファンビーム状でもコーンビーム状でもよい。X線発生部10から出力されて前腕を透過したX線はX線検出部12によって検出される。

0019

X線検出部12は、照射されるX線の形状に応じて1次元的または2次元的に配列された複数のX線検出素子を備えている。X線発生部10とX線検出部12によって構成される測定ユニットは、適宜、測定位置を移動(走査)させて前腕の断層像を形成するための検出データ収集する。

0020

画像データ形成部14は、前腕から収集された検出データに基づいて、尺骨と橈骨を含んだ前腕に関する断層画像の画像データを形成する。本実施形態においては、画像データ形成部14によって形成された画像データに対する画像処理により、尺骨茎状突起の位置が特定される。そして、尺骨茎状突起の位置を利用して設定される測定位置において骨密度が測定される。

0021

そこで、図2から図7を利用して本実施形態の画像処理について詳述する。なお、図1に示す部分(構成)については、以下の説明において図1の符号を利用する。

0022

図2は、尺骨52と橈骨54を含んだ前腕に関する断層画像の画像データを説明するための図である。本実施形態においては、断層画像内において尺骨52が上(Y軸の正方向側)で橈骨54が下(Y軸の負方向側)となるように装置に対して被検者の腕(左右どちらでもよい)が配置される。

0023

図2において(図3から図7も同様に)、X軸は前腕の伸長方向に対応している。X軸の正方向側は遠位であり、X軸上のXmaxの位置まで断層画像の画像データが形成され、手首を構成する手根骨56の一部も断層画像内に含まれている。一方、X軸の負方向側は近位であり、X軸上の原点の位置まで断層画像の画像データが形成される。本実施形態においては、画像データに対する画像処理により、断層画像内の尺骨52の遠位側の先端である尺骨茎状突起の位置Xuが特定される。

0024

画像データ形成部14において前腕に関する断層画像の画像データが形成されると、画像データ識別部16は、形成された画像データ内において、骨に対応した画像部分と軟部組織に対応した画像部分とを識別する。画像データ識別部16は、例えば、エネルギーサブトラクションと呼ばれる公知の手法を利用して骨と軟部組織を識別する。これにより、図2に示すように、尺骨52と橈骨54と手根骨56からなる骨に対応した画像部分と、骨以外の軟部組織に対応した画像部分とが識別される。骨と軟部組織とが識別されると、次に、尺骨52と橈骨54の間に位置する骨間軟部組織の端部が設定される。

0025

図3は、骨間軟部組織62に対応した画像部分の端部の設定を説明するための図である。画像データ識別部16において骨と軟部組織が識別されると、骨間端部設定部18は、識別された画像データ内において、骨と骨に挟まれた軟部組織の画像部分を骨間軟部組織62とみなして、骨間軟部組織62の端部を検索する。端部の検索は、骨間軟部組織62の画像部分において、X軸に沿って原点から正方向側(遠位)に向かって行われる。そして、2つの骨の間の距離(Y軸方向の距離)が極めて小さくなる位置に端部が設定される。例えば2つの骨に囲まれた領域のY軸方向の画素数が3画素未満となるX座標(X1)に端部が設定される。

0026

骨間軟部組織62の端部が設定されると、分離線設定部20は、骨間軟部組織62に対応した画像部分を通る分離線を設定する。分離線の設定にあたり、分離線設定部20は、まず、端部に対応したX1からX1-nの間の各X座標ごとに、骨間軟部組織62の重心座標Yxgを次式のように算出する。

0027

0028

数1式において、右辺分子は骨間軟部組織62に該当する各画素Y座標の和であり、右辺の分母は骨間軟部組織62に該当する画素の総数である。

0029

さらに、分離線設定部20は、X1からX1-nの間の各X座標ごとに算出された重心座標Yxgの平均値Ygを次式のように算出する。そして、平均値Ygを通りX軸に平行な直線を分離線として設定する。

0030

0031

図4は、分離線が設定された画像データを示す図である。分離線設定部20によって設定された分離線は、図4において、座標Ygを通る破線で示されている。分離線が設定されると、骨画像分離部22は、分離線に基づいて骨に対応した画像部分を2つに分離する。つまり、座標Ygよりも小さい座標にある骨の画像部分を全て消去する。これにより、図4に示すように、分離線よりも大きい位置(Y軸の正方向側)にある骨部50のみが抽出される。図4図2との比較から分かるように、図4の骨部50には、尺骨に対応する部分と手根骨に対応する部分が存在する。

0032

さらに、図5に示すように、骨部50と軟部組織との境界(一点鎖線)が描画され、骨が領域として把握される。ちなみに、図5において、一点鎖線で示される境界は、骨部50の周囲に沿って、軟部組織の画素を辿ったものである。骨の境界が描画されると、茎状突起特定部24によって、尺骨の画像が選択されて尺骨茎状突起の位置が特定される。

0033

図6は、尺骨の選択を説明するための図である。茎状突起特定部24は、骨間軟部組織の端部(X1)の位置に基づいて尺骨52の画像部分を選択する。つまり、X軸上のX1の位置において、Y座標の最も小さい骨部画素の位置Y1を検索し、座標(X1,Y1)の骨画素を含む骨の画像領域を特定する。これにより、図6に示すように、尺骨52に対応した領域の画像が抽出される。

0034

図7は、尺骨茎状突起の特定を説明するための図である。尺骨52に対応した領域の画像が抽出されると、茎状突起特定部24は、尺骨52に対応した領域のうち、X座標が最も大きい骨部画素を検索する。これにより、図7に示す座標Xuが検索され、茎状突起特定部24は、座標Xuの位置を尺骨茎状突起の位置とする。

0035

尺骨茎状突起の位置(Xu)が特定されると、前腕長演算部26は、被検者の肘頭から尺骨茎状突起までの長さである前腕長を算出する。尺骨茎状突起の位置(Xu)は、図2から図7を利用して説明したように、画像データに対する画像処理によって特定される。一方、肘頭は、例えば、被検者が装置の肘当てに肘を載せて固定することによって位置決めされる。前腕長演算部26は、位置決めされた肘頭の位置と画像処理によって特定された尺骨茎状突起の位置から前腕長を算出する。

0036

前腕長が算出されると、骨密度演算部28は、前腕長を1/N(Nは自然数)に内分する橈骨遠位1/Nの測定位置において骨密度を算出する。例えば、橈骨遠位1/3部位、1/6部位、1/10部位の各位置において骨密度が算出される。骨密度の算出には、公知の手法が利用される。

0037

例えば、エネルギーサブトラクションにおいては、2種のエネルギーを持つ放射線(X線)を交互にあるいは同時に被検体に照射しながら被検体を走査し、透過放射線量を計測することにより、各走査点における骨と軟部組織の厚さなどが決定される。被検体を透過する2種のエネルギーの放射線の全減弱量は、骨および軟部組織の各成分の減弱量の積として次式のように表すことができる。

0038

0039

そして、(3−1)式と(3−2)式の両辺の自然対数をとると次の2次元連立方程式が得られる。

0040

0041

さらに、(4−1)式と(4−2)式による2次元連立方程式をXBについて解くと次のようになる。

0042

0043

(5)式が減算の形をしていることから、この演算がエネルギーサブトラクションと呼ばれる。そして、(5)式で定義されるXBに骨の物理密度ρBを乗じて骨の関心領域内で積分することにより骨塩量であるBMC(Bone Mineral Content)が算出される。さらに、BMCを骨の面積で除すことにより平面骨密度であるBMD(Bone Mineral Density)が算出される。BMCとBMDの具体的な算出式は例えば次式のようになる。

0044

0045

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態によれば、画像処理によって尺骨茎状突起の位置が確認されるため、検査者の触診により位置を確認する場合に比べて、確認が容易になり位置特定の精度も向上する。また、尺骨茎状突起の位置確認が比較的短時間で終了するため、被検者に対する負担が軽減される。また、仮に、画像処理によって自動的に特定された尺骨茎状突起の位置を修正する場合においても、断層画像を利用して画像上で比較的容易に修正することが可能になる。

0046

なお、上述した実施形態やその効果などは、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、図2から図7を利用して説明した画像処理が、超音波などを介して得られた画像に対して実行されてもよい。本発明は、その本質を逸脱しない範囲でその他の各種の変形形態包含する。

図面の簡単な説明

0047

本発明に係る骨密度測定装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
前腕に関する断層画像の画像データを説明するための図である。
骨間軟部組織に対応した画像部分の端部の設定を説明するための図である。
分離線が設定された画像データを示す図である。
骨部と軟部組織との境界を示す図である。
尺骨の選択を説明するための図である。
尺骨茎状突起の特定を説明するための図である。

符号の説明

0048

14 画像データ形成部、16 画像データ識別部、18骨間端部設定部、20分離線設定部、22骨画像分離部、24茎状突起特定部、26前腕長演算部、28骨密度演算部。

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