X射线图像诊断装置以及骨密度测量方法与流程

本发明涉及x射线图像诊断装置以及骨密度测量方法，详细来说，涉及基于dxa(dualenergyx-rayabsorptiometry，双能x射线吸收测量法)法的骨密度的测定中的测定区域的提取。

背景技术：

在骨密度的测定方法中例如具有dxa法。在dxa法中，照射具有不同能量峰值的两束x射线来拍摄被检体的腰椎，并获得仅选择性地描绘了骨的x射线图像。在使用腰椎来测定骨密度时，需要将第一腰椎至第四腰椎的合计四个区域确定为测定区域，并从图像准确地提取出腰椎。在专利文献1中提出了提取腰椎的轮廓线的方法。

然而，专利文献1的方法作为提取腰椎轮廓的方法，没有考虑横突的提取和骨与软组织之间的分离提取等。在骨密度的测定中，需要准确的分离提取骨与软组织的边界。如果不能准确的分离提取骨与软组织，则会产生过大评价骨量，或过少评价骨量的情况。

专利文献1：日本特开2014-236912号公报

技术实现要素：

鉴于以上的问题点而提出本发明，其目的在于提供一种能够通过准确的提取腰椎的横突来从周围的软组织中准确地分离提取骨区域，并由此准确地测定骨密度的x射线图像诊断装置以及骨密度测量方法。

为了达成上述目的，本发明的x射线图像诊断装置具备：x射线源，其向被检体照射x射线；x射线检测器，其与所述x射线源相对配置，检测透过了所述被检体的透射x射线；图像处理部，其基于所述透射x射线生成x射线图像；差分图像生成部，其从照射具有不同能量峰值的两束x射线而拍摄的各x射线图像生成差分图像；检测部，其从所述差分图像检测腰椎区域，并且从所述腰椎区域的周边部检测横突区域以及软组织区域；修正部，其将检测到的软组织区域的像素值作为基准来修正所述腰椎区域的像素值；以及骨密度计算部，其基于修正后的腰椎区域的像素值计算骨密度。

另外，x射线图像诊断装置中的骨密度测量方法包含如下步骤：从照射具有不同能量峰值的两束x射线而拍摄的各x射线图像生成差分图像的步骤；从所述差分图像检测腰椎区域，并且从所述腰椎区域的周边部检测横突区域以及软组织区域的步骤；将检测到的软组织区域的像素值作为基准来修正所述腰椎区域的像素值的步骤；以及基于修正后的腰椎区域的像素值计算骨密度的步骤。

通过本发明，能够提供一种能够通过准确地提取腰椎的横突来从周围的软组织准确地分离提取骨区域，并由此准确地测定骨密度的x射线图像诊断装置以及骨密度测量方法。

附图说明

图1是本发明的x射线图像诊断装置1的整体结构图。

图2是与骨密度测量相关的功能结构图。

图3是表示骨密度测量处理的整体流程的流程图。

图4是表示步骤s103的横突检测处理的流程的流程图。

图5(a)是从差分图像获得的腰椎图像50的例子，(b)表示腰椎l1～l4的轮廓，(c)是各腰椎轮廓部的周围区域r11～r42中设定的局部区域的例子。

图6是表示步骤s204的横突检测处理的流程的流程图。

图7是表示步骤s307的分离点计算处理的流程的流程图。

图8是局部区域的直方图61的例子。

图9是表示步骤s104的软组织检测处理的流程的流程图。

图10是腰椎l1的轮廓部的横突区域(b)与软组织区域(a)的分布例子。

图11表示步骤s104的软组织检测处理的其他例子。

图12是图11例子的腰椎l1的轮廓部的横突区域(b)与软组织区域(a)的分布例子。

图13是以软组织的像素值m1～m4为基准的腰椎区域的像素值d1～d4的修正例子。

图14是与x射线光阑的控制相关的功能结构图。

图15是说明包含x射线光阑控制处理的处理整体流程的流程图。

图16是受限制的x射线照射范围的例子。

符号说明

1：x射线图像诊断装置；

10：拍摄装置；

12：x射线源；

13：x射线光阑；

15：床；

16：x射线显像器；

20：操作装置；

21：控制装置；

22：图像处理装置；

23：存储装置；

24：输入装置；

25：显示装置；

41：图像取得部；

42：差分图像生成部；

43：检测部；

44：修正部；

45：骨密度计算部；

47：x射线光阑控制部；

50：差分图像；

61：直方图；

l1～l4：腰椎；

r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42：腰椎轮廓部的周边区域；

t：分离点；

p1：直方图的始点；

p2：直方图的终点；

p3：直方图的最频点。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细的说明。

[第一实施方式]

首先，参照图1对x射线图像诊断装置1的整体结构进行说明。

如图1所示的那样，x射线图像诊断装置1具备拍摄装置10、操作装置20以及承载被检体3的床15。拍摄装置10与操作装置20使用通信线缆等传送线路来进行通信连接。

拍摄装置10具备x射线源12、设置于x射线源12的x射线光阑13、隔着被检体3与x射线源12相对配置的x射线显像器16等。基于在x射线显像器16中检测出的透射x射线数据的图像数据经由传送线路发送到操作装置20。操作装置20具备控制装置21、图像处理装置22、存储装置23、输入装置24以及显示装置25等。

x射线源12具备x射线管以及高电压发生装置，根据从控制装置21发送的控制信号来产生预定剂量的x射线。x射线源12照射具有不同能量峰值的两束x射线。以下，将能量峰值高的x射线称为高能量x射线，将具有与高能量x射线相比较低的能量峰值的x射线称为低能量x射线。

在x射线源12中设置了x射线光阑13。x射线光阑13具有多个x射线屏蔽板(光阑叶片)，并根据从控制装置21通知的光阑叶片的开度信息，使光阑叶片开闭到预定的位置来形成期望形状的x射线照射区域。

x射线显像器16例如是将由闪烁器和光电二极管的组合构成的x射线检测元件进行二维排列而得的平板探测器(fdp)或i.i.(imageintensifier，图像增强器)等，并设置在隔着被检体3与x射线源12相对的位置。例如，在床15的顶板下表面设置x射线显像器16。

x射线显像器16的各检测元件检测从x射线源12照射并透过被检体3的x射线即透射x射线，并变换为与该x射线强度相应的电信号。x射线显像器16基于变换后的电信号即透射x射线数据来制作x射线图像数据。向操作装置20的图像处理装置22传送所制作的x射线图像数据，并且存储在存储装置23中。

图像处理装置22取得从x射线显像器16传送的x射线图像数据，并进行用于在显示装置25中显示的图像处理。在图像处理中，例如包含基于图像的像素值信息来检测x射线光阑位置并决定显示范围的处理、黑白的反转显示处理、不需要区域的删除等图像处理。

存储装置23存储基于由x射线显像器16检测到的透射x射线数据而生成的x射线图像。另外，在存储装置23中存储了与拍摄或透视动作相关的程序或各种拍摄条件、以及后述的骨密度测量处理所需要的程序以及数据等。

控制装置21是由cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)、rom(readonlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)等构成的计算机。控制装置21基于从输入装置24输入的输入信号来进行x射线源12中的x射线照射的动作控制，并进行x射线显像器16中的图像的制作、x射线光阑位置的修正相关的处理、显示装置25中的显示动作等的控制。另外，控制装置21执行基于x射线图像来测量骨密度的骨密度测量处理。骨密度测量处理的详细内容如后所述，

显示装置25由crt或液晶面板等构成，并显示由拍摄装置10拍摄的x射线图像或从控制装置21输入的显示数据等。

输入装置24例如是键盘或鼠标等输入装置，并向控制装置21输入由操作者输入的各种指示或信息。操作者使用显示装置25以及输入装置24等外部设备来以对话方式进行操作。此外，输入装置24也可以是与显示装置25的显示画面一体构成的触摸屏等。

其次，参照图2对本发明的x射线图像诊断装置1的功能结构进行说明。

如图2所示的那样，x射线图像诊断装置1的控制装置21具有图像取得部41、差分图像生成部42、检测部43、修正部44以及骨密度计算部45等。检测部43包含腰椎检测部431、横突检测部432、软组织检测部433。

图像取得部41取得由图像处理装置22生成的低能量图像和高能量图像，并发送到差分图像生成部42。也可以从存储装置23取得低能量图像以及高能量图像。低能量图像是指通过从x射线源12照射的低能量x射线拍摄到的被检体3的图像。高能量图像是指通过从x射线源12照射的高能量x射线拍摄到的被检体3的图像。

差分图像生成部42生成由图像取得部41取得的低能量图像和高能量图像的差分即差分图像。差分图像生成部42向检测部43发送所生成的差分图像。

检测部43从差分图像中检测腰椎区域，并且从腰椎区域的周边部分离提取横突区域以及软组织区域。在分离提取横突区域以及软组织区域的处理中，检测部43将腰椎轮廓部的周边区域分割为多个局部区域，对每个局部区域计算像素值的直方图，并通过解析直方图来判别是横突区域还是软组织区域。腰椎、横突、软组织的检测的详细内容如后所述。

修正部44将由检测部43检测出的软组织的像素值作为基准来修正腰椎区域的像素值。具体来说，修正部44针对每个腰椎计算用于修正腰椎区域的像素值的修正系数，并使用修正系数来修正各腰椎的像素值。修正部44的修正处理的详细内容如后所述。

骨密度计算部45基于由修正部44修正后的腰椎区域的像素值计算骨密度。

接着，参照图3～图10来对骨密度测量处理进行说明。

图3是表示骨密度测量处理整体流程的流程图。

控制装置21取得通过对被检体3照射高能量x射线而获得的高能量图像、通过对被检体3照射低能量x射线而获得的低能量图像，并生成它们的差分图像(步骤s101)。控制装置21从通过步骤s101取得的差分图像的边缘图像进行腰椎的检测(步骤s102)。控制装置21从通过步骤s102获得的腰椎的侧面边缘信息检测位于腰椎侧面的周边区域的横突(步骤s103)。进一步地控制装置21检测位于腰椎侧面的周边区域的腰椎、横突以外的软组织(步骤s104)，并将软组织的像素值作为基准来修正腰椎区域的像素值(步骤s105)。控制装置21基于修正后的像素值来测定骨密度(步骤s106)。

参照图4、图5对步骤s103的横突检测处理进行说明。图5(a)是通过步骤s102的腰椎检测处理检测到的腰椎图像50的示意图。

控制装置21从图5(a)所示那样的腰椎图像50中提取光阑区域51(步骤s201)，并且计算去除了不存在被检体的区域(直线x射线区域)的被检体区域52(步骤s202)。被检体区域52是通过图5(a)的虚线表示的区域。从所获得的被检体区域52，从轮廓部的边缘信息、图像的像素值信息提取腰椎的轮廓(步骤s203)。腰椎的轮廓例如能够通过进行依赖于方向性的过滤处理，并消除与像素的判定结果相对应的边缘信息的噪声成分来提取。图5(b)表示通过步骤s203的处理提取出的腰椎l1、l2、l3、l4的轮廓。

控制装置21针对通过步骤s203的处理而获得的各腰椎l1、l2、l3、l4，如图5(c)所示的那样，将腰椎侧面的左右区域(周边区域)r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42分别分割为局部区域。

然后，针对每个局部区域从像素值的信息以及边缘的信息等提取横突(以及椎间盘)(步骤s204)。

图5(c)表示将各腰椎l1、l2、l3、l4的轮廓的周边区域r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42分割为局部区域后的状态。

局部区域的各区域例如设为1cm×1cm左右(7像素×7像素等)的尺寸，并对各局部区域进行图6的横突提取处理(包含图7的分离点的计算处理)。

参照图6～图8对步骤s204的横突提取处理进行说明。

首先，如图6的流程图所示的那样，控制装置21针对各局部区域通过平滑滤波器去除噪声成分(步骤s301)，并针对各局部区域分别制作直方图(步骤s302)。控制装置21比较通过步骤s302获得的直方图的最低像素值与腰椎的像素值(步骤s303)，如果其差值为预先设定的阈值以内，则判定该局部区域为腰椎。在判定为腰椎时(步骤s303，腰椎)，从通过步骤s302制作的直方图中删除腰椎的像素值分布部分(步骤s304)，并对腰椎像素去除后的直方图进行解析(步骤s305)。在不包含腰椎时，进行所获得的直方图的解析。

在直方图解析中，首先根据删除了腰椎像素分布部分后的直方图判定像素值分布整体(全部分布)的斜率(步骤s305)。如果斜率不到预定的阈值，则判定该局部区域只是软组织或横突(步骤s305，不到斜率阈值)，并存储“无浓度差”标志(步骤s306)。

另一方面，如果删除了腰椎像素分布后的直方图的斜率(全部分布的斜率)的大小为预定的阈值以上(步骤s305，斜率阈值以上)，则判定为在局部区域内混合存在软组织和横突。

此外，在步骤s305的直方图解析处理中，也可以根据平滑化后的直方图的像素值分布的宽度来判定是否包含横突和软组织。如果直方图的像素值分布的宽度为预定的阈值以上，则判定为包含横突和软组织。

另外，如果直方图的像素值分布的宽度不到预定的阈值，则判定为横突和软组织中的某个，并存储“无浓度差”标志。

控制装置21针对包含横突和软组织的区域，执行求出软组织和横突的分离点的处理(分离点计算处理)(步骤s307)。

分离点计算处理的一个例子如图7所示。在图7所示的例子中，控制装置21在将腰椎像素分布去除后的直方图(通过步骤s302或步骤s304获得的直方图)平滑化后，探索频度最大的点即最频点(步骤s401)。

进一步地，计算最频点与终点的斜率的绝对值(“斜率终点”)、最频点与始点的斜率的绝对值(“斜率始点”)(步骤s402)，并比较斜率终点和始点的大小(步骤s403)。

在步骤s403中，在斜率始点与斜率终点的差值为预定值以上，“斜率始点”大时，判定最频点在横突。

在“斜率终点”大时，判定最频点在软组织。

根据步骤s403的判定结果，控制装置21计算直方图分离点(步骤s404)。

在步骤s403中判定为“斜率始点”大、最频点在横突中时，在步骤s404中，控制装置21从直方图的最频点计算终点的各点的斜率的绝对值，并将斜率小的点(例如，斜率为最小的点)作为横突与软组织的分离点t。在计算分离点t时，返回图6的步骤s308，控制装置21计算从始点到分离点为止的平均像素值(步骤s308)，并将该值作为横突的像素值存储在ram等中(步骤s309)。

另一方面，在步骤s403中判定为“斜率终点”大，最频点p3在软组织中时(参照图8)，在步骤s404中，控制装置21从直方图的始点p1计算最频点p3的各点的斜率的绝对值，并将斜率小的点(例如，斜率为最小的点)作为横突与软组织的分离点。在计算分离点t时，返回图6的步骤s308，控制装置21计算从始点p1到分离点t为止的平均像素值(步骤s308)，并将该值作为横突的像素值存储在ram等中(步骤s309)。

接着，控制装置21执行软组织检测处理(图3的步骤s104)。参照图9的流程图对软组织检测处理的详细内容进行说明。

对腰椎轮廓部的周边区域r11～r42进行图9所示的软组织检测处理。控制装置21在作为对象的局部区域中没有“无浓度差”标志时(步骤s501，无标志)，直接结束处理。另一方面，在作为对象的像素中存储了“无浓度差”标志时(步骤s501，有标志)，判定局部区域是横突还是软组织。

控制装置21比较通过图6的步骤s308计算出的横突平均像素值和局部区域内的平均像素值(步骤s502)。在横突平均像素值与局部区域内的平均像素值的差值为阈值以上时(步骤s502，阈值以上)，判定为软组织(a)(步骤s503)。在横突的像素值的平均值(平均像素值)与局部区域内的平均像素值的差值为不到阈值时(步骤s503，不到阈值)，判定为横突(b)(步骤s504)。

图6的横突检测处理、图9的软组织检测处理的结果如图10所示的那样，在腰椎l1的轮廓部的周边区域r11的各局部区域中存储横突(b)或软组织(a)的像素值。即，从腰椎的周边区域r11分离提取横突和软组织。如上所述，能够将腰椎轮廓的周边区域的各像素判别为腰椎、横突或软组织，并分别存储适当的像素值。

此外，在图3的步骤s104的软组织检测处理中，如图11的流程图所示的那样，也可以通过区域扩张处理来决定横突区域。

即，针对存储了“无浓度差”标志(步骤s601，有标志)的局部区域，判定是横突还是软组织。控制装置21比较通过图6的步骤s308计算出的该像素所属的局部区域内的横突平均像素值和局部区域内的平均像素值(步骤s602)。在横突的平均像素值与局部区域内的平均像素值的差值为阈值以上时(步骤s502，阈值以上)，判定为软组织(a)(步骤s603)。在横突的平均像素值与局部区域内的平均像素值的差值为不到阈值时(步骤s603，不到阈值)，判定为横突(b)(步骤s604)。然后，从判定为横突(b)的区域进行探索近似像素(像素值近似的像素)的区域扩张处理，并进行横突区域的提取(步骤s605)。

图6的横突检测处理以及图11的软组织检测处理的结果，如图12所示的那样，在腰椎l1的轮廓的周边区域r11的各局部区域中存储横突(b)或软组织(a)的像素值。并且，通过区域扩张处理提取横突区域(b)。通过区域扩张处理在局部区域内进一步分离横突和软组织。

如上所述，能够将腰椎轮廓部的周边的各像素判别为腰椎、横突或软组织，并分别存储适当的像素值。

针对各腰椎l1～l4的各周边区域r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42结束腰椎、横突或软组织的判别，并在各像素中存储了适当的像素值时，接着控制装置201进行修正处理(图3的步骤s105)。

在修正处理中，将由步骤s104(图10、图11)求出的软组织区域的像素值作为基准来修正腰椎周边部的腰椎区域的像素值。即，如图13所示的那样，针对各腰椎l1～l4的周边区域(虚线框内)，控制装置21在各周边区域计算修正系数k1～k4，以使腰椎以及横突以外的软组织区域m1～m4的像素值例如为“0”。控制装置21如以下式(1)所示的那样，从各腰椎的平均像素值d1～d4分别减去修正系数k1～k4，并计算骨平均像素值b1～b4。

bx＝dx－kx…(1)

控制装置21使用由式(1)修正后的腰椎的平均像素值d1～d4来测定骨密度(图3的步骤s106)。

如以上说明的那样，通过第一实施方式的x射线图像诊断装置1，能够准确地判别腰椎轮廓部的周边区域的横突和软组织。如果基于该结果修正腰椎区域的像素值，并测定骨密度，则能够求出准确的骨密度。

[第二实施方式]

接着，参照图14～图16对第二实施方式的x射线图像诊断装置1进行说明。

如图14所示的那样，第二实施方式的x射线图像诊断装置1的控制装置21a具有图像取得部41、差分图像生成部42、检测部43(腰椎检测部431、横突检测部432、软组织检测部433)以及x射线光阑控制部47。

x射线光阑控制部47向x射线光阑13反馈通过与第一实施方式相同的方法检测出的腰椎和横突的区域的信息，并控制x射线照射范围。

图像取得部41、差分图像生成部42、检测部43与第一实施方式相同，因此省略重复的说明，并对相同的各部位赋予相同的符号来说明。

图15是说明第二实施方式的x射线光阑控制处理的流程的流程图。

x射线图像诊断装置1首先收集透视图像作为定位用图像(步骤s701)。然后，通过与第一实施方式相同的方法来检测腰椎区域以及横突区域(步骤s702)。控制装置21a将腰椎以及横突的检测结果变换为图像坐标轴(步骤s703)。

如图16所示的那样，从x坐标、y坐标的最小点和最大点变换为上下左右的光阑叶片的位置(步骤s704)。控制装置21a将x射线光阑13的上下左右的光阑叶片控制成通过步骤s704变换的位置。由此，x射线照射范围被缩小到包含腰椎以及横突的位置。此后，进行高能量x射线以及低能量x射线的骨密度测量用拍摄(步骤s705)，并与第一实施方式相同地进行骨密度测量处理。

通过第二实施方式的x射线光阑的调整功能，能够将x射线照射范围缩小到骨密度测量所需要的必要最小限度的区域。由此，能够抑制对患者的辐射剂量。

以上，一边参照附图一边对本发明的x射线图像诊断装置等的优选实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述的实施例。本领域技术人员在本申请所公开的技术思想范畴内能够想到各种变更例或修正例是不言自明的，并了解到这些当然也属于本发明的技术范围。