JP4992456B2 - 骨疾患評価システム - Google Patents

Description

本発明は、骨疾患評価システムに係り、特に、骨疾患の程度を評価するための骨疾患評価システムに関する。

現在、骨疾患の一種としての骨糜爛の早期発見が望まれている。骨糜爛は、増殖した骨膜が軟骨や骨を浸食するために起きる疾患であり、骨の表面が虫食い状、うろこ状になっていく症状である。このため、例えば特許文献１に示すように、所望の骨関節状に関心領域を設定し、骨関節を定量的に評価する診断装置などを骨糜爛診断に適用することが考えられる。
特開２００４−５７８０４号公報

しかしながら、特許文献１記載の診断装置は、主にリウマチ疾患を評価する診断装置であるために、高精度に骨糜爛の程度を評価することは困難であった。
そこで、本発明の課題は、骨糜爛の程度を測るための定量的な診断精度を高精度に実現可能とすることである。

請求項１記載の発明における骨疾患評価システムは、
放射線を照射する放射線源と、
骨を含む被写体を前記放射線源に対向する位置に支持する被写体台と、
前記被写体台における前記放射線の照射方向前方に配置され、前記放射線源から前記骨に対して照射され、透過した放射線の放射線画像を検出する検出器と、
前記検出器により検出された前記放射線画像から関心領域を設定する関心領域設定部と、
前記関心領域から前記骨のプロファイル方向を判断する方向判断部と、
前記方向判断部により判断された前記プロファイル方向に基づいて、前記関心領域内の放射線信号強度プロファイルを取得するプロファイル取得部と、
前記プロファイル取得部により得られた放射線信号強度プロファイルから、骨肉境界部を決定する骨肉境界決定部と、
前記骨肉境界決定部により決定された前記骨肉境界部の前記放射線信号強度プロファイルの角度指標値を算出し、算出した前記角度指標値を所定の基準値と比較して骨糜爛の程度を評価する評価部とを備えることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の骨疾患評価システムにおいて、
前記評価部で算出された前記角度指標値を記憶する記憶部を備え、
前記評価部は、算出した前記角度指標値を、前記記憶部に記憶された過去の前記角度指標値と比較して骨糜爛の程度を評価することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の骨疾患評価システムにおいて、
前記放射線画像は位相コントラスト画像であることを特徴としている。

本発明者は、骨肉境界部の放射線信号強度プロファイルが成す角度を表す角度指標値と、骨糜爛の進行度合いとの相関関係を見出した。これにより、本発明のように、骨肉境界部の前記放射線信号強度プロファイルが成す角度を表す角度指標値を算出することで、骨糜爛の進行度合いを定量的に診断することができる。これによって従来よりも定量的な骨糜爛の診断精度が高められることになる。

以下に、図を参照しつつ、本発明に係る骨疾患評価システム１００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。

図１に、本実施形態における骨疾患評価システム１００の構成例を示す。本実施形態において骨疾患評価システム１００は、放射線であるＸ線を照射することにより撮影対象の画像を生成する放射線画像撮影装置１と、放射線画像撮影装置１によって生成された画像の画像処理等を行う画像処理装置３０と、画像処理装置３０によって画像処理等が行われた画像等を表示又はフィルム出力等する画像出力装置５０とから構成されており、各装置は、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（以下単に「ネットワーク」という。）Ｎに接続されている。

なお、骨疾患評価システム１００の構成は、ここに例示したものに限定されず、例えば、画像処理装置３０と画像出力装置５０とが一体化されて、１つの装置によって画像処理と画像処理された画像の出力（表示又はフィルム出力等）とを行うように構成してもよい。

まず、図２から図８を参照しつつ放射線画像撮影装置１について説明する。
図２及び図３に、放射線画像撮影装置１の構成例を示す。放射線画像撮影装置１には、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、撮影装置本体部４が、支持軸５を介してＣＷ方向及びＣＣＷ方向に回動自在に支持されている。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いる。支持基台３及び撮影装置本体部４は、被写体Ｈの位置に応じて昇降するようになっている。被写体Ｈの位置とは、被検者が腕を後述する被写体台１４に載せて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。

撮影装置本体部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、被写体Ｈに低管電圧で放射線を放射する本発明に係る放射線源としての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及び撮影装置本体部４を介して接続されている。Ｘ線源８の放射線放射口には、放射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、Ｘ線源８の焦点径は、後述する撮影方式に対応して変更されるようになっている。

Ｘ線源８としては、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。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写体Ｈに向けて放射される。この照射方向（被写体方向）から見た平面の大きさを焦点（フォーカス）と呼ぶ。焦点径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長辺または短辺の長さを、焦点が円形の場合はその直径をさす。一般的に、焦点径Ｄは、大きくなるほど多くの放射線量を照射することができる。
本実施形態では、Ｘ線管の陽極は、放射線画像の形成に寄与しない低エネルギー成分の少ないタングステン陽極を用いる。これは、通常医療用の一般撮影に使用されるものであり、比較的低い被曝線量での放射線撮影が可能となる。

本実施形態の放射線画像撮影装置１では、手指の放射線画像を得る際には２３ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの範囲内のエネルギー量となるように、管電圧を調整してＸ線源８に印加する。ここでＸ線源８は、ＩＥＣ６０５２２−１９７６規格の固有ろ過が２．５ｍｍアルミ等量以上であることが好ましく、タングステン陽極が用いられることが、骨関節の疾患の程度を表す指標を算出するに堪える位相コントラスト放射線画像を得る上でより好ましい。Ｘ線源８に印加する管電圧は２５ｋＶｐ以上であり３９ｋＶｐ以下であることが好ましい。管電圧が低すぎると、照射されたＸ線が被写体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。また管電圧が高すぎると得られる被写体コントラストが低くなるため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、２３ｋｅＶ〜３０ｋｅＶのＸ線による画像撮影を行うことができる。
Ｘ線エネルギーは、例えばＩＥＣ６０５２２−１９７６規格の固有ろ過が２．５ｍｍアルミ等量であるタングステン陽極では、２３ｋｅＶのＸ線エネルギーの場合は管電圧３０ｋＶｐ設定で、また３０ｋｅＶの場合は３９ｋＶｐ設定で得ることができる。

保持部材７の下方であって検出器保持部１２の下面には、照射された放射線量の検出を行う放射線量検出部１３が設けられている。
検出器１１の構造について、ＦＰＤ（flat panel detector）を例に図４を用いて説明する。図４は、検出器１１の斜視図である。検出器１１は、内部を保護する筐体６１を備えており、カセッテとして携帯可能に構成されている。
筐体６１の内部には、照射された放射線を電気信号に変換する撮像パネル６２が層を成して形成されている。この撮像パネル６２における放射線の照射面側には、入射された放射線の強度に応じて発光を行う発光層（図示せず）が設けられている。
発光層は、一般にシンチレータ層と呼ばれるものであり、例えば、蛍光体を主たる成分とし、入射した放射線に基づいて、波長が３００ｎｍから８００ｎｍの電磁波、すなわち、可視光線を中心に紫外光から赤外光にわたる電磁波（光）を出力する。
この発光層の放射線が照射される側の面と反対側の面には、発光層から出力された電磁波（光）を電気エネルギーに変換して蓄積し、蓄積された電気エネルギーに基づく画像信号の出力を行う光電変換部がマトリクス状に配列された信号検出部６００が形成されている。なお、１つの光電変換部から出力される信号が、放射線画像データを構成する最小単位となる１画素に相当する信号となる。信号検出部６００では、蓄積された電気エネルギーをスイッチングにより電気信号として取り出すとともに所定の増幅割合（ゲイン）で電気信号を増幅したのち、電気信号をデジタルデータに変換する。このようにして、撮像パネル６２により放射線画像データが作成される。

保持部材７の下方であって検出器保持部１２の下面には、照射された放射線量の検出を行う放射線量検出部１３が設けられている。

Ｘ線源８と検出器保持部１２の間には、被写体Ｈである被検者の手指を下から保持する平板状の被写体台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、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）のために、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。

被写体台１４は、検出器保持部１２の他端より被検者側に突出するように形成されている。被写体台１４の上方には、被写体Ｈを上部から圧迫して固定するための圧迫板２１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。圧迫板２１は保持部材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。圧迫板２１の被検者側の端面は、略垂直方向に配置されたＸ線源８及び検出器１１（有効画像端面）より若干被検者側に突出するように配置されている。したがって、被検者の撮影対象範囲（例えば右手）を、圧迫板２１より保持部材７側に位置するように配置すれば、関心領域（撮影対象範囲）の画像欠損を生じることがなく好ましい。また、被写体台１４の端面を曲面形状とし、平均的な体型の高齢の被検者が椅子Ｘに座った状態で被写体台１４に上半身をあずけられるようにするのが好ましい。
また、本実施形態において、被写体台１４の下面には、被撮影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、被検者は椅子Ｘに座った状態で、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。また、患者の体の一部分がＸ線照射領域内に入り、無用な被爆を被ることを防ぐことができる。なお、圧迫板及びプロテクター２５は必須の構成要素ではなく、圧迫板及びプロテクター２５を用いない構成としてもよい。

図５に示すように、被写体台１４には、被検者の手指を保持する手保持部１６が、放射線照射経路と交差して備えられている。手保持部１６の大きさは、被検者の手指が載置可能であれば特に制限は無い。手保持部１６の上面には、被検者が手保持部１６に手指を置いた状態で親指と人差指の間に添えて配置される三角マグネット１７が備えられている。手保持部１６には、三角マグネット１７の載置箇所を検知して撮影方向情報として被検者の親指の位置を判別する撮影方向判別手段１８（図６参照）が備えられている。
ここで、手の骨関節撮影時の照射野Ｑは、関節を挟んだ２本の指骨が収まるように予め設定されている（図５参照）。これは、後述するように骨関節撮影時には鮮鋭度の高い低管電圧の位相コントラストにより放射線画像が取得されることにより、一箇所の関節の画像であっても十分に経過観察に耐えうる解析値が得られるためである。

図６に示すように、撮影装置本体部４には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）により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、放射線量検出部１３、電源部９、駆動装置６、位置調整装置１５、情報付帯手段２６、撮影方向判別手段１８及び検出器識別部２９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。なお、撮影装置本体部４には、その他に、バーコード等を読み取ることにより患者情報等を取得する情報取得手段が設けられていてもよい。

制御装置２２のＲＯＭには、放射線画像撮影装置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放射線画像撮影装置１各部の動作を統括的に制御し、位相コントラスト撮影を行い、位相コントラスト画像の画像データを生成する画像データ生成部として機能する。

例えば、ＣＰＵは、撮影方向判別手段１８による判別結果や、被検者の撮影条件等に基づいて、駆動装置６を制御して撮影装置本体部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、放射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、位相コントラスト撮影の拡大率を調整する。その後、撮影装置本体部４は、撮影処理を実行し、電源部９により、Ｘ線源８に管電圧を印加して被写体Ｈに対して放射線を照射させ、放射線量検出部１３から入力された放射線量が予め設定された放射線量に達すると、電源部９によりＸ線源８からの放射線の照射を停止させる。また、Ｘ線の照射条件をあらかじめ設定しておき、その条件でＸ線を照射するようにしてもよい。

情報付帯手段２６には、前述のように、撮影方向判別手段１８によって取得された撮影方向情報や、入力装置２４ａから入力された左右情報が、制御装置２２を介して出力される。また、本実施形態においては、操作装置２４や図示しない情報取得手段等から、被写体Ｈに関する患者情報（被撮影者情報）や撮影の日時等の情報（撮影時情報）、撮影された被写体Ｈが患者のどの部位であるのかを示す撮影部位に関する部位情報等が入力されるようになっており、入力された情報は制御装置２２を介して情報付帯手段２６に出力される。なお、制御装置２２がタイマー機能を備えているような場合には、撮影時情報を改めて入力しなくても、撮影を行うと自動的に制御装置２２が撮影時刻を取得し、当該撮影時刻を当該画像データに付帯させる撮影時情報として情報付帯手段２６に出力するようになっていてもよい。

情報付帯手段２６は、生成される位相コントラスト画像の画像データに、これらの各種情報（撮影方向情報、左右情報、被撮影者情報、撮影時情報、部位情報等）を付帯情報として対応付けるようになっている。なお、情報付帯手段２６によって画像データに付帯される付帯情報はこれに限定されない。例えば、患者（被撮影者）のＩＤ情報等も付帯させることとしてもよい。また、情報付帯手段２６は、ここに例示した全ての情報を付帯させるものに限定されず、これらの情報のうちのいずれかを付帯させるものであってもよい。

検出器識別部２９は、検出器保持部１２内に内蔵されており、当該検出器保持部１２にセットされた検出器１１が通常撮影用であるか、位相コントラスト撮影用であるか、高拡大位相コントラスト撮影用であるかを識別するものである。具体的には、検出器識別部２９は、検出器１１の筐体等に設けられた識別用のマーク（凹凸部）や、導通部、ＲＦＩＤ、バーコード等を読み取ることで識別する。そして、検出器識別部２９は、例えば操作装置２４から入力される撮影条件と比較して、今後行われる放射線撮影に適したものであるか否かを判断して、その識別結果を制御装置２２に出力する。この識別結果が不適合である場合は、制御装置２２は、表示装置２４ｂを制御して警告する旨の表示をさせる。つまり、本実施形態では本発明に係る報知部は表示装置２４ｂである。なお、報知部は視覚的な報知でなくとも、聴覚的な報知を行うものであってもよい。

また、制御装置２２は、入力装置２４ａに対する撮影切替指示によって、通常撮影、位相コントラスト撮影、高拡大位相コントラスト撮影のそれぞれが実行されるように各部を制御する。

ここで、通常撮影は一般的に行われている、被写体Ｈを検出器１１に密着させる撮影条件である。この場合、制御装置２２により、通常撮影用の検出器１１が装着されるように適合検出器を「通常撮影用」とする。
広い範囲の手を撮影する位相コントラスト撮影においては、後述する拡大率Ｍが１．５〜３倍に対応して、位相コントラスト撮影が実行されるように、Ｘ線源８の焦点径Ｄは０．１ｍｍ、平均放射線エネルギーは２６ｋｅＶとなっている。さらに位相コントラスト撮影においては、通常撮影の場合に比べて、検出器１１に照射される放射線の照射量（線量）に対する検出器１１から出力される信号値の割合を中程度に高いものとしている。これは、Ｘ線管と検出器間距離が長くなること、及び平均放射線エネルギーが低くなるため、検出器１１への到達Ｘ線量が減少することなどに起因する。

照射した放射線の線量に対して検出器１１から出力される信号値の割合を高いものとするためには、感度の高い検出器１１を選択して検出器保持部１２に装着する、又は検出器１１から出力される信号の増幅割合（ゲイン）を高いものとする、あるいはこれらを組み合わせるなどの方法が考えられる。検出器１１の感度を高くするためには、例えば、検出器１１に収納されている輝尽性蛍光体シートあるいは撮像パネル６２に用いられる発光層を、低放射線線量においても高輝度で発光するものにする。また、ゲインを高いものとするためには、例えば、信号検出部６００における電気信号の増幅割合を高いものとしたり、放射線が照射された輝尽性蛍光体シートを読み取って放射線画像データを出力する読取装置において、輝尽性蛍光体シートを読み取った電気信号の増幅割合を高いものとしたりする。また、検出器１１や読取装置から出力された放射線画像データを増幅する割合を高くするようにしてもよい。本実施形態においては、制御装置２２により、通常撮影用の検出器１１よりも高感度及び高ゲインの位相コントラスト撮影用の検出器１１が装着されるように適合検出器を「位相コントラスト撮影用」としている。この位相コントラスト撮影が骨粗鬆症の定量的な診断に適用される。一方、リウマチ疾患のための定量的な骨関節の変形の診断で適用される高拡大位相コントラスト撮影においては、拡大率Ｍが３〜１０倍に対応して、位相コントラスト撮影が実行されるように、Ｘ線源８の焦点径Ｄは０．０５ｍｍ、平均放射線エネルギーは２３ｋｅＶとなっている。さらに高拡大位相コントラスト撮影においては、位相コントラスト撮影に比べて、感度、ゲインともに高いものとしている。すなわち制御装置２２により、高拡大位相コントラスト撮影用の検出器１１が装着されるように適合検出器を「高拡大位相コントラスト撮影用」とする。これは、高拡大位相コントラスト撮影においては、被写体Ｈと検出器１１とが位相コントラスト撮影より離間していること、及び平均放射線エネルギーを低いものとしていることに起因する。

次に、位相コントラスト撮影方法について説明する。図７は、位相コントラスト撮影の概略を説明する図である。図７に示すように、通常の撮影方法の場合、被写体Ｈとに検出器１１が接する位置に被写体Ｈが配置されている（図７の密着撮影位置）。この場合、その検出器１１に記録されるＸ線画像（潜像）はライフサイズ（被写体Ｈと同一サイズであることをいう）とほぼ等サイズとなる。

これに対し、位相コントラスト撮影は、被写体Ｈと検出器１１間に距離を設けるものであり、Ｘ線源８からコーンビーム状に照射されたＸ線により、ライフサイズに対して拡大されたＸ線画像（以下、拡大画像という）の潜像が検出器１１で検出されることとなる。

ここで、拡大画像のライフサイズに対する拡大率Ｍは、Ｘ線源８の焦点ａから被写体Ｈまでの距離をＲ１、被写体Ｈから検出器１１までの距離をＲ２、Ｘ線源８の焦点ａから検出器１１までの距離をＬ（Ｌ＝Ｒ１＋Ｒ２）とすると、下記式（１）により求めることができる。
Ｍ＝Ｌ／Ｒ１・・・（１）

位相コントラスト拡大画像では、図８に示すように、被写体Ｈの辺縁を通過することにより屈折したＸ線が被写体Ｈを介さずに通過したＸ線と検出器１１上で重なり合い、重なった部分のＸ線強度が強くなる。一方で、屈折したＸ線の分だけ、被写体Ｈの辺縁内側の部分においてＸ線強度が弱くなる現象が生じる。そのため、被写体Ｈの辺縁を境にしてＸ線強度差が広がるエッジ強調作用（エッジ効果ともいう）が働き、辺縁部分が鮮鋭に描写された視認性の高いＸ線画像を得ることができる。
撮影室内等、距離Ｌの設定に制限がある場合には、距離Ｌを固定し、その固定した距離Ｌの中で距離Ｒ１、Ｒ２の比率を変えて最適な条件で撮影することができる。例えば、Ｌ＝３．０（ｍ）に決定した場合、この距離Ｌに対し、Ｒ１＝１．０（ｍ）、Ｒ２＝２．０（ｍ）とする。一般的な撮影室の広さを考慮すると、０．１≦Ｒ１≦２．０、０．３≦Ｒ２≦２．０、０．８≦Ｌ≦３．０の範囲とし、拡大率Ｍを１．５≦Ｍ≦１０、焦点径Ｄを０．００５（ｍｍ）≦Ｄ≦０．２（ｍｍ）の範囲とし、この範囲内で拡大画像の視認性との関係を見ながら、経験的、実験的に最適な距離Ｌ、Ｒ１、Ｒ２及び拡大率Ｍ、焦点径Ｄを決定すればよい。焦点径Ｄをこのような範囲とすることで、Ｘ線強度が強く、短時間の撮影が可能となり、被写体Ｈの動きによる運動ボケを小さくさせることができる。なお、より好ましい距離としては、０．５≦Ｒ１≦１．２、０．５≦Ｒ２≦１．２、１．０≦Ｌ≦２．５の範囲を満たし、拡大率Ｍを３≦Ｍ≦８、焦点径Ｄを０．０３（ｍｍ）≦Ｄ≦０．０８（ｍｍ）の範囲を満たす設定とすることができる。
拡大率Ｍは高い方がより微細な画像情報を得ることができるので、定量結果の精度も高いものとなる。一方、高拡大率撮影には、より小さな焦点径のＸ線管が必要になるが、出力が低くなり撮影時間が長くなるので、被写体の動きによるボケが生じやすくなり、画質の鮮明さが損なわれ、精度の高い解析ができなくなるので、現実的には上記の範囲が最適になる。

次に、図９を参照しつつ、本実施形態における画像処理装置３０について説明する。

本発明に係る画像処理装置３０は、放射線画像撮影装置１により生成された放射線画像のデータに画像処理を施して、診断に適した画像を生成するものである。画像処理装置３０は、図９に示すように、制御部３１、記憶部３２、入力部３３、通信部３４、画像処理部３５、関心領域設定部３７、指標算出部３８、方向判断部３９等を備えて構成されており、これら各部はバス３６を介して互いに接続されている。

制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等（何れも図示せず）を備えており、ＣＰＵが、ＲＡＭの所定領域を作業領域としてＲＯＭまたは記憶部３２に記憶されている各種プログラムに従い、上記各部に制御信号を送ることにより画像処理装置３０の動作全般を集中制御し、後述する画像抽出処理等の各種処理を実行するようになっている。なお、画像処理部３５、関心領域設定部３７、方向判断部３９も制御部３１と同様に、ＣＰＵが各種プログラムに従い動作するものである。

記憶部３２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、光ディスク等の磁気的あるいは光学的記憶媒体や半導体メモリ等の図示しない記憶媒体を固定的又は着脱自在に備え、画像処理プログラム等、画像処理装置３０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を格納している。

また、本実施形態においては、記憶部３２には、放射線画像撮影装置１によって撮影され画像処理装置３０に送られた放射線画像の画像データが記憶される。本実施形態において、放射線画像の画像データには、前述のように、放射線画像撮影装置１の情報付帯手段２６によって、撮影方向情報、左右情報、被撮影者情報、撮影時情報、部位情報等が付帯情報として付帯された状態で画像処理装置３０に送られるようになっており、記憶部３２はこれらの情報を画像データに付帯させた状態で記憶する。

また、記憶部３２には、指標算出部３８で算出された指標（算出指標）の評価基準値が記憶されており、制御部３１が算出指標と評価基準値とを比較することで、算出指標の評価を行うようになっている。
また、記憶部３２には、各骨の形状リストが記憶されている。
さらに記憶部３２には、算出指標とともに、当該患者の識別情報が関連付けされて記憶されている。

入力部３３は、例えば図示しないカーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードや、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成されており、画像処理条件等を入力可能となっている。入力部３３は、キーボードに対するキー操作やマウス操作等により入力された指示信号を制御部３１に出力するようになっている。この入力部３３を作業者が操作することで、位相コントラスト画像中に映る各骨から骨糜爛の評価が実行される評価対象骨が指定（評価対象骨指定指示）されるようになっている。

通信部３４は、ネットワークインターフェース等により構成され、スイッチングハブを介してネットワークＮに接続された放射線画像撮影装置１や画像出力装置５０等の外部機器との間でデータの送受信を行う。即ち、通信部３４は、ネットワークＮを通じて、放射線画像撮影装置１によって生成された放射線画像の画像データを受信し、また、適宜画像出力装置５０等の外部装置に画像処理の完了した画像の画像データを送信するものである。

関心領域設定部３７は、評価対象骨Ｂ１の位相コントラスト画像から、指標を算出するための領域を設定するものである。関心領域設定部３７は、作業者から入力部３３に評価対象骨指定指示が入力されると、当該指示内容に基づいて、位相コントラスト画像中の各骨から、評価対象骨を特定し、その形状を認識する。具体的には、図１０（ａ）に示すように手の位相コントラスト画像Ｇ１が取得されると、関心領域設定部３７は、画像中の評価対象骨Ｂ１の形状を認識する。この認識方式には、図１０（ｂ）に示すように、例えば放射線信号強度プロファイルから骨部分と肉部分とを判別することで評価対象骨Ｂ１の辺縁を追い、形状を認識する。形状認識後には、その認識した形状と、記憶部３２中の各骨の形状リストとを比較して、評価対象骨Ｂ１の形状及び向きを認識する。
関心領域の設定方法は種々考えられ、例えば、入力部３３により矩形枠を指定して関心領域を設定したり、放射線画像に対し画像解析を行って自動で設定したりすることができる。自動で設定する場合には、少なくとも関心領域内に評価対象骨Ｂ１の辺縁が収まるように設定しなければならない。例えば、図１１に示すように、位相コントラスト画像中の評価対象骨Ｂ１の辺縁上の所定位置Ｐ１を中心に矩形枠を指定し、当該矩形枠内を関心領域Ｒとする。

方向判断部３９は、関心領域設定部３７により関心領域Ｒが設定されると、当該関心領域Ｒから評価対象骨Ｂ１のプロファイル方向を判断するものである。具体的には、プロファイル方向は、図１１に示すように、評価対象骨Ｂ１の縁辺に交わりながら外側から重心Ｐ２に向かう方向Ｈ１や、評価対象骨Ｂ１の縁辺に直交する方向Ｈ２などが挙げられる。

指標算出部３８は、関心領域Ｒにおける評価対象骨Ｂ１の骨糜爛の程度を表す指標を算出するものであり、プロファイル取得部４０、評価部４１、骨肉境界決定部４２等を備えている。

プロファイル取得部４０は、方向判断部３９により判断されたプロファイル方向に基づいて、関心領域Ｒ内の放射線信号強度プロファイルを取得するものである。具体的には、プロファイル取得部４０は、図１２に示すように位相コントラスト画像における関心領域Ｒ内の放射線信号強度を基に、プロファイル方向（この図１２では、プロファイル方向と関心領域Ｒの横方向とが平行である場合を例示）の放射線信号強度プロファイルを取得する。なお、信号強度プロファイルは、等間隔Ｋで複数、関心領域Ｒから取得する。
なお、本実施形態では、実測された放射線信号強度プロファイル１ライン分を、後述する骨肉境界部を決定する際における１ライン分の放射線信号強度プロファイルとして使用しているが、実測された連続する複数ライン分の放射線信号強度プロファイルの平均値を、骨肉境界部を決定する際における１ライン分の放射線信号強度プロファイルとしてもよい。このように平均化されるとノイズが低減された放射線信号強度プロファイルで、骨肉境界部を決定することができ、より精度を高めることができる。

骨肉境界決定部４２は、プロファイル取得部４０により得られた放射線信号強度プロファイルから、骨肉境界部を決定するものである。図１３は、放射線信号プロファイルの一例を示す図である。この図１３に示すように、放射線信号強度プロファイルＦには、肉側のプロファイルＦ１と、骨側のプロファイルＦ２とで信号値に差があり、その間（骨肉境界部Ｆ３）では急峻な変動を見せることになっている。骨肉境界決定部４２は、放射線信号強度プロファイルＦを骨側端部ｆ１から肉側に向けてスキャンしていき、所定の位置間隔で規定範囲以上の変位があった地点を境界開始点Ｐ５とする。また、骨肉境界決定部４２は、放射線信号強度プロファイルＦを肉側端部ｆ２から骨側に向けてスキャンしていき、境界開始点Ｐ５よりも骨側で所定の位置間隔あたりの変位が規定範囲内に収まる部分Ｐ７を特定する。骨肉境界決定部４２は、部分Ｐ７の肉側端部を境界終了点Ｐ６とする。骨肉境界決定部４２は、この境界開始点Ｐ５から境界終了点Ｐ６までの範囲を骨肉境界部として決定する。

評価部４１は、骨肉境界決定部４２により決定された骨肉境界部の放射線信号強度プロファイルが成す角度を表す角度指標値を算出するものである。評価部４１は、角度指標値を検出するために、放射線信号強度プロファイルに対して種々の基準線を設定する。例えば、境界開始点Ｐ５に交わり、かつ境界開始点Ｐ５よりも肉側の放射線信号強度プロファイルの近似直線を、評価部４１は基準線ａとして設定する。また、境界終了点Ｐ６に交わり、かつ部分Ｐ７の放射線信号強度プロファイルの近似直線を、評価部４１は基準線ｂとする。そして、評価部４１は、境界開始点Ｐ５と境界終了点Ｐ６とを結ぶ線を基準線ｃとする。

基準線ａ，ｂ，ｃの設定が完了すると、評価部４１は、各基準線ａ，ｂ，ｃを基に角度指標値を算出する。角度指標値としては、放射線信号強度プロファイルが成す角度を表す値であればいかなるものでもよいが、例えば以下のものが挙げられる。図１４は、角度指標値の種類を表す説明図である。図１４（ａ）に示すように、基準線ａと基準線ｃとにより形成される鋭角ｄ２、鈍角ｄ１若しくは基準線ｂと基準線ｃとにより形成される鋭角ｄ３、鈍角ｄ４を角度指標値としてもよい。また、図１４（ｂ）に示すように、境界開始点ｐ５と境界終了点Ｐ６との間隔Ｌ１を角度指標値としてもよい。そして、図１４（ｃ）に示すように、境界開始点Ｐ５から規定距離Ｘだけ骨側に移動したときの信号値幅Ｓや、プロファイル長Ｙを角度指標値としてもよい。なお、図１４（ｄ）に示すように、規定距離Ｘの開始点は、境界開始点Ｐ５でなくとも骨肉境界部の放射線信号強度プロファイル上であればどこでも構わない。
なお、本実施形態では、評価部４１は、図１４（ａ）における基準線ｂと基準線ｃとにより形成される鋭角ｄ３を角度指標値として算出している。

評価部４１は、関心領域Ｒから取得した全ての放射線信号強度プロファイルから、角度指標値を算出すると、関心領域Ｒ内における代表値を算出する。具体的には、各放射線信号強度プロファイルから取得した角度指標値の平均値を代表値としている。

代表値が決定すると、評価部４１は当該代表値を評価する。ここで、図１５は、健常者の骨状態と骨糜爛患者の骨状態とを比較表示した説明図である。図１５（ａ）は健常者、骨糜爛患者それぞれの骨梁状態を表している。この図１５（ａ）に示すように骨糜爛患者においては骨梁が減少していることが分かる。一方、図１５（ｂ）は健常者、骨糜爛患者それぞれの骨辺縁の状態を表している。この図１５（ｂ）に示すように骨糜爛患者においては骨辺縁が鮮明さに欠けてラインが崩れてくる。これらのことにより、健常者の骨の放射線信号強度プロファイルと、骨糜爛患者の放射線信号強度プロファイルとを比較すると、骨糜爛患者の方が骨肉境界部での角度が小さくなるのである（図１６参照。図１６の境界開始点右側周辺が骨肉境界部）。

図１７は、健常者１５人と骨糜爛患者１５人とにおける角度指標値の代表値を比較したものである。なお、図中の○印は１５人の平均値である。また、角度指標値を求める際には放射線信号強度プロファイルをグラフ化しているが、その場合、健常者、骨糜爛患者の何れにおいても縦軸目盛り、横軸目盛りの比率は同等である。図１７の角度を求める際における放射線信号強度プロファイルの縦軸目盛り、横軸目盛りの比率は、縦軸（信号値［諧調］）／横軸（距離［ｍｍ］）＝８０である。
図１７に示すように、角度指標値の代表値は、健常者であると３０度であるのに対し、患者であると健常者よりも小さく１７度程度の値となっている。このため、本実施形態では、角度指標値の代表値における評価基準値として例えば２０度が記憶部３２に記憶されていて、評価部４１は、指標算出部３８で算出された算出指標（角度指標値の代表値）と、記憶部３２に記憶された評価基準値とを比較することで、評価対象骨Ｂ１の関心領域Ｒにおける骨糜爛の程度を評価する。

例えば、過去の算出指標が記憶部３２に記憶されている被撮影者に対して骨糜爛の程度を判定する場合には、評価部４１は、記憶部３２から過去の算出指標を読み出し、当該算出指標と今回求められた算出指標とを比較表示する旨を決定する。
一方、過去の算出指標が記憶部３２に記憶されていない被撮影者に対して骨糜爛の程度を判定する場合には、制御部３１は、記憶部３２から評価基準値（本実施形態では角度指標値の評価基準値２０度）を読み出し、当該評価基準値と今回求められた算出指標とを比較表示する旨を決定する。

なお、評価基準値は、骨糜爛の初期症状が判定できる値になるように、実験やシミュレーション、過去のデータの解析などから求められている。なお、この場合において、評価基準値となる角度を求める際には、画像処理装置３０でプロットされる放射線信号強度プロファイルと同等の縦横比（グラフでいう縦軸目盛りと横軸目盛りの比率）であることが前提である。

そして、評価部４１の決定結果に基づいて、制御部３１は、後述する画像出力装置５０の表示部にその決定結果に沿った表示をさせたり、又は、決定結果に沿ったフィルム出力をさせたりするようになっている。この場合、画像出力装置５０が、記憶部３２内に記憶された過去の評価結果と、評価部４１により現在求められた評価結果とを比較表示したり、記憶部３２内に記憶された評価基準値と、評価部４１により現在求められた評価結果とを比較表示したりする本発明に係る比較表示部である。

画像処理部３５は、放射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ものである。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。
なお、撮影部位、撮影条件、撮影方向等の条件に対応する画像処理条件を規定する画像処理パラメータを記憶部３２等に予め記憶させておき、画像処理を行うに際しては、放射線画像が身体の何れの部位を撮影したものであるか、撮影された部位、撮影方向等、画像データに付帯されている情報に応じて、これに対応する画像処理パラメータを画像処理部３５が記憶部３２から読み出し、読み出したパラメータに基づいて画像処理条件を決定することが好ましい。なお、画像データに撮影された部位、撮影方向等の情報が付帯していないときには、入力部３３等から必要な条件を入力し、これに基づいて画像処理を行うようにしてもよい。

次に、画像出力装置５０は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のモニタ（表示部）、又は、画像データをフィルムや紙等の媒体にプリント（フィルム出力）するプリント部等の出力部と、外部機器と接続するための通信部、電源を供給する電源部等（何れも図示せず）を備えて構成される画像表示装置、プリンタ等である。画像出力装置５０は、制御部３１（判断手段）により、対象画像と過去画像とで各部に変化があるか否か、変化している部分（変化領域）の有無が判断された場合に、その判断結果を出力する出力手段として機能する。通信部は、ネットワークインターフェース等により構成され、スイッチングハブを介してネットワークＮに接続された放射線画像撮影装置１や画像出力装置５０等の外部機器との間でデータの送受信を行う。

画像出力装置５０は、通信部３４がネットワークＮを通じて画像処理装置３０によって画像処理が行われた放射線画像の画像データを受信すると、適宜その画像を前記出力部（表示部又はプリント部）により出力させるようになっている。

また、前述のように、画像処理装置３０によって表示内容が決定された場合には、例えば、画像出力装置５０の表示部にその旨が表示され、又は、フィルム出力されたものにその旨が明示されるようになっている。

なお、画像出力装置５０がモニタ（表示部）を備える画像表示装置である場合には、診断用の医用画像を表示して医師等の診断に供するものであるため、一般的なＰＣ（Personal Computer）等よりも高精細のモニタ（表示部）を備えることが好ましい。

次に、図１８を参照しつつ、本実施形態における骨疾患評価システム１００の作用について説明する。
まず、図示しない検査受付け等により被撮影者（患者）が検査登録（撮影オーダー登録）を行う等によって、撮影オーダー情報が登録されると、当該撮影オーダー情報に基づいて、被撮影者が左右いずれかの腕部を被写体台１４に載置させ、親指と人差指の間に三角マグネット１７を沿うように載置させる（ステップＳ１）。

その後、駆動装置６及び位置調整装置１５により、放射線照射角度や照射距離、撮影倍率等の撮影条件に合わせた被写体台１４の位置の調整及び撮影装置本体部４の角度の調整が行われる。本実施形態において、被写体台１４の位置は、位相コントラスト撮影となるように調整される（ステップＳ２）。
そして、ステップＳ３では、制御装置２２は、検出器識別部２９の識別した検出器１１がステップＳ２で設定された適合検出器と一致しない、すなわち不適合である場合にはステップＳ４に移行し、位相コントラスト撮影用であると識別されている場合にはステップＳ５に移行する。

ステップＳ４では、制御装置２２は、表示装置２４ｂを制御して、セットされている検出器１１が本撮影には不適合である旨を表示させ、終了する。

ステップＳ５では、上記の被写体台１４の位置及び角度の調整後、電源部９は、平均放射エネルギーが２６ｋｅＶとなるように管電圧をＸ線源８に印加し、Ｘ線源８は被写体Ｈに向けて放射線を照射することで、位相コントラスト撮影が行われる。

位相コントラスト画像の画像データが生成されると、生成された各画像データに撮影方向情報、左右情報、被撮影者情報、撮影時情報、部位情報等が付帯情報として付帯される（ステップＳ６）。そして、放射線画像撮影装置１は、生成された放射線画像の画像データを付帯情報とともに画像処理装置３０に送信する（ステップＳ７）。

画像処理装置３０は、放射線画像撮影装置１から画像データ及びその付帯情報を受信すると（ステップＳ８）、受信した画像データ及びその付帯情報を記憶部３２に保存（記憶）する（ステップＳ９）。

制御部３１は、入力部３３で指定された骨を評価対象骨Ｂ１として指定する（ステップＳ１０）。

その後、制御部３１は、関心領域設定部３７を制御して、画像データ中の評価対象骨Ｂ１の形状を認識させ（ステップＳ１１）、当該評価対象骨Ｂ１の形状と、記憶部３２中の形状リストとを比較することで評価対象骨Ｂ１の形状及び方向を特定し、関心領域Ｒを設定させる（ステップＳ１２）。

そして、制御部３１は、方向判断部３９を制御して、関心領域Ｒ内におけるプロファイル方向を判断する（ステップＳ１３）。

プロファイル方向が決定すると、制御部３１は、プロファイル取得部４０を制御して、関心領域Ｒ内のプロファイル方向における放射線信号強度プロファイルを所定間隔で複数取得する（ステップＳ１４）。

放射線信号強度プロファイルを取得すると、制御部３１は、骨肉境界決定部４２を制御して、放射線信号強度プロファイルにおける骨肉境界部を決定する（ステップＳ１５）。

その後、制御部３１は、評価部４１を制御して、放射線信号強度プロファイルにおける基準線ａ，ｂ，ｃを設定する（ステップＳ１６）。

制御部３１は、評価部４１を制御して、算出指標（骨肉境界部における放射線信号強度プロファイルの角度指標値の代表値）を算出する（ステップＳ１７）。

制御部３１は、記憶部３２を制御して、算出指標を記憶させる（ステップＳ１８）。

そして、制御部３１は、画像データに付帯する被撮影者情報を基に、当該被撮影者の過去の算出指標が記憶部３２内に記憶されているか否かを判定する（ステップＳ１９）。制御部３１は、当該被験者の過去の算出指標が記憶されている場合（ステップＳ１９；ＹＥＳ）にはステップＳ２０に移行し、記憶されていない場合（ステップＳ１９；ＮＯ）にはステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２０では、制御部３１は、記憶部３２から検査対象である被撮影者の過去の算出指標を読み出し、当該算出指標と今回求められた算出指標とを比較表示する旨を決定し、ステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２１では、制御部３１は、記憶部３２から評価基準値を読み出し、当該評価基準値と今回求められた算出指標とを比較表示する旨を決定し、ステップＳ２２に移行する。

そして、ステップＳ２２では、制御部３１は、放射線画像撮影装置１から送信された画像データ、付帯情報、現在の算出指標、評価基準値、決定結果及びある場合は過去の算出指標を、通信部３４を介して画像出力装置５０に送信する。

画像出力装置５０は、画像処理装置３０からデータを受信すると（ステップＳ２３）、受信した内容を出力部に出力させる（ステップＳ２４）。出力方法としては、前述のように、モニタ（表示部）によるビューワ表示、プリント部によるフィルム出力（ハードコピー）のいずれでもよい。これにより、画像出力装置５０では、画像データ、付帯情報、現在の算出指標、評価基準値、決定結果に基づく比較表示及び過去の算出指標が閲覧することができる。ここで、画像出力装置５０では、現在の算出指標と、過去の算出指標とを比較表示したり、現在の算出指標と評価基準値とを比較表示したりすることもできる。
なお、本実施の形態においては、ステップＳ１９において被験者の過去の算出指標が記憶されている場合にはステップＳ２０の処理のみ行うようにしたが、ステップＳ２１の処理を併せて行うようにしてもよい。

以上より、本実施形態における骨疾患評価システム１００によれば、骨肉境界部の放射線信号強度プロファイルが成す角度を表す角度指標値を算出することで、骨糜爛の進行度合いを定量的に診断することができる。これによって従来よりも定量的な骨糜爛の診断精度が高められることになる。

また、本実施形態では、位相コントラスト画像に基づいて放射線信号強度プロファイルを求めているが、これは通常撮影による放射線画像に比べて、位相コントラスト画像の方が放射線信号強度の差が明確であり、精度高く角度指標を測定できるからである。

また、本実施形態では被写体を手としているので、他の箇所と比較しても簡単且つ被ばく線量が少なくて済む。さらに、骨疾患は身体の末端から先に症状が現れるため、手骨画像を用いると大腿骨や背骨よりも骨疾患の早期発見が可能となる。

そして、本実施形態では画像出力装置５０により、記憶部３２内に記憶された過去の評価結果と、評価部４１により現在求められた評価結果とが比較表示されるので、過去の症状と現在の症状とを容易に比較でき、より効率的な診断が可能となる。

さらに、本実施形態では、画像出力装置５０により、記憶部３２内に記憶された評価基準値と、評価部４１により現在求められた評価結果とが比較表示されるので、評価基準値と現在の症状とを容易に比較でき、より効率的な診断が可能となる。

なお、本実施形態においては、画像処理装置３０と画像出力装置５０とを別体の装置として設ける場合を例として説明したが、画像処理手段、記憶手段、判断手段、及び出力手段としての表示手段又はプリント手段等を１つの装置に備え、画像処理装置３０と画像出力装置５０とを１台の装置で兼ねる構成としてもよい。

本実施形態における骨疾患評価システムの要部構成を示す図である。 本実施形態における放射線画像撮影装置の要部構成を示す側面図である。 本実施形態における放射線画像撮影装置の内部構成を示す模式図である。 本実施形態における放射線画像撮影装置に備わる検出器の斜視図である 本実施形態における手保持部に被検者が左手の手の甲を上方に向けて置いた際の平面図である。 本実施形態における放射線画像撮影装置の制御構成を示すブロック図である。 本実施形態における位相コントラスト撮影の概略を説明する図である。 位相コントラスト効果について説明する図である。 本実施形態における画像処理装置の制御構成を表すブロック図である。 本実施形態における放射線画像撮影装置により得られた位相コントラスト画像に対する処理例を示す図であり、（ａ）は位相コントラスト画像の一例を示す説明図、（ｂ）は形状認識処理の手順を示す説明図である。 本実施形態における評価対象骨のプロファイル方向を表す説明図である。 本実施形態における関心領域内のプロファイル方向を表す図である。 図１２の関心領域内における放射線信号強度プロファイルの一例を表す説明図である。 本実施形態における角度指標値の種類を表す説明図である。 本実施形態における健常者の骨状態と骨糜爛患者の骨状態とを比較表示した説明図であり、（ａ）は健常者、骨糜爛患者それぞれの骨梁状態を表し、（ｂ）は健常者、骨糜爛患者それぞれの骨辺縁の状態を表している。 本実施形態における骨糜爛患者の放射線信号強度プロファイルと、健常者の放射線信号強度プロファイルとを比較した説明図である。 健常者１５人と骨糜爛患者１５人とにおける角度指標値の代表値を比較した説明図である。 本実施形態における処理を表した流れ図である。

符号の説明

１ 放射線画像撮影装置
２ 支持台
３ 支持基台
４ 撮影装置本体部
５ 支持軸
６ 駆動装置
７ 保持部材
８ Ｘ線源（放射線源）
９ 電源部
１１ 検出器
１２ 検出器保持部
１３ 放射線量検出部
１４ 被写体台
２２ 制御装置
２４ 操作装置
２９ 検出器識別部
３０ 画像処理装置
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 入力部
３４ 通信部
３５ 画像処理部
３７ 関心領域設定部
３８ 指標算出部
３９ 方向判断部
４０ プロファイル取得部
４１ 評価部
４２ 骨肉境界決定部
５０ 画像出力装置
１００ 骨疾患評価システム
Ｒ 関心領域

Claims (3)

1. 放射線を照射する放射線源と、
   骨を含む被写体を前記放射線源に対向する位置に支持する被写体台と、
   前記被写体台における前記放射線の照射方向前方に配置され、前記放射線源から前記骨に対して照射され、透過した放射線の放射線画像を検出する検出器と、
   前記検出器により検出された前記放射線画像から関心領域を設定する関心領域設定部と、
   前記関心領域から前記骨のプロファイル方向を判断する方向判断部と、
   前記方向判断部により判断された前記プロファイル方向に基づいて、前記関心領域内の放射線信号強度プロファイルを取得するプロファイル取得部と、
   前記プロファイル取得部により得られた放射線信号強度プロファイルから、骨肉境界部を決定する骨肉境界決定部と、
   前記骨肉境界決定部により決定された前記骨肉境界部の前記放射線信号強度プロファイルの角度指標値を算出し、算出した前記角度指標値を所定の基準値と比較して骨糜爛の程度を評価する評価部とを備えることを特徴とする骨疾患評価システム。
2. 前記評価部で算出された前記角度指標値を記憶する記憶部を備え、
   前記評価部は、算出した前記角度指標値を、前記記憶部に記憶された過去の前記角度指標値と比較して骨糜爛の程度を評価することを特徴とする請求項１記載の骨疾患評価システム。
3. 前記放射線画像は位相コントラスト画像であることを特徴とする請求項１又は２記載の骨疾患評価システム。