本發明涉及x射線圖像診斷裝置以及骨密度測量方法，詳細來說，涉及基于dxa(dualenergyx-rayabsorptiometry，雙能x射線吸收測量法)法的骨密度的測定中的測定區域的提取。

背景技術：

在骨密度的測定方法中例如具有dxa法。在dxa法中，照射具有不同能量峰值的兩束x射線來拍攝被檢體的腰椎，并獲得僅選擇性地描繪了骨的x射線圖像。在使用腰椎來測定骨密度時，需要將第一腰椎至第四腰椎的合計四個區域確定為測定區域，并從圖像準確地提取出腰椎。在專利文獻1中提出了提取腰椎的輪廓線的方法。

然而，專利文獻1的方法作為提取腰椎輪廓的方法，沒有考慮橫突的提取和骨與軟組織之間的分離提取等。在骨密度的測定中，需要準確的分離提取骨與軟組織的邊界。如果不能準確的分離提取骨與軟組織，則會產生過大評價骨量，或過少評價骨量的情況。

專利文獻1：日本特開2014-236912號公報

技術實現要素：

鑒于以上的問題點而提出本發明，其目的在于提供一種能夠通過準確的提取腰椎的橫突來從周圍的軟組織中準確地分離提取骨區域，并由此準確地測定骨密度的x射線圖像診斷裝置以及骨密度測量方法。

為了達成上述目的，本發明的x射線圖像診斷裝置具備：x射線源，其向被檢體照射x射線；x射線檢測器，其與所述x射線源相對配置，檢測透過了所述被檢體的透射x射線；圖像處理部，其基于所述透射x射線生成x射線圖像；差分圖像生成部，其從照射具有不同能量峰值的兩束x射線而拍攝的各x射線圖像生成差分圖像；檢測部，其從所述差分圖像檢測腰椎區域，并且從所述腰椎區域的周邊部檢測橫突區域以及軟組織區域；修正部，其將檢測到的軟組織區域的像素值作為基準來修正所述腰椎區域的像素值；以及骨密度計算部，其基于修正后的腰椎區域的像素值計算骨密度。

另外，x射線圖像診斷裝置中的骨密度測量方法包含如下步驟：從照射具有不同能量峰值的兩束x射線而拍攝的各x射線圖像生成差分圖像的步驟；從所述差分圖像檢測腰椎區域，并且從所述腰椎區域的周邊部檢測橫突區域以及軟組織區域的步驟；將檢測到的軟組織區域的像素值作為基準來修正所述腰椎區域的像素值的步驟；以及基于修正后的腰椎區域的像素值計算骨密度的步驟。

通過本發明，能夠提供一種能夠通過準確地提取腰椎的橫突來從周圍的軟組織準確地分離提取骨區域，并由此準確地測定骨密度的x射線圖像診斷裝置以及骨密度測量方法。

附圖說明

圖1是本發明的x射線圖像診斷裝置1的整體結構圖。

圖2是與骨密度測量相關的功能結構圖。

圖3是表示骨密度測量處理的整體流程的流程圖。

圖4是表示步驟s103的橫突檢測處理的流程的流程圖。

圖5(a)是從差分圖像獲得的腰椎圖像50的例子，(b)表示腰椎l1～l4的輪廓，(c)是各腰椎輪廓部的周圍區域r11～r42中設定的局部區域的例子。

圖6是表示步驟s204的橫突檢測處理的流程的流程圖。

圖7是表示步驟s307的分離點計算處理的流程的流程圖。

圖8是局部區域的直方圖61的例子。

圖9是表示步驟s104的軟組織檢測處理的流程的流程圖。

圖10是腰椎l1的輪廓部的橫突區域(b)與軟組織區域(a)的分布例子。

圖11表示步驟s104的軟組織檢測處理的其他例子。

圖12是圖11例子的腰椎l1的輪廓部的橫突區域(b)與軟組織區域(a)的分布例子。

圖13是以軟組織的像素值m1～m4為基準的腰椎區域的像素值d1～d4的修正例子。

圖14是與x射線光闌的控制相關的功能結構圖。

圖15是說明包含x射線光闌控制處理的處理整體流程的流程圖。

圖16是受限制的x射線照射范圍的例子。

符號說明

1：x射線圖像診斷裝置；

10：拍攝裝置；

12：x射線源；

13：x射線光闌；

15：床；

16：x射線顯像器；

20：操作裝置；

21：控制裝置；

22：圖像處理裝置；

23：存儲裝置；

24：輸入裝置；

25：顯示裝置；

41：圖像取得部；

42：差分圖像生成部；

43：檢測部；

44：修正部；

45：骨密度計算部；

47：x射線光闌控制部；

50：差分圖像；

61：直方圖；

l1～l4：腰椎；

r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42：腰椎輪廓部的周邊區域；

t：分離點；

p1：直方圖的始點；

p2：直方圖的終點；

p3：直方圖的最頻點。

具體實施方式

以下，根據附圖對本發明的實施方式進行詳細的說明。

[第一實施方式]

首先，參照圖1對x射線圖像診斷裝置1的整體結構進行說明。

如圖1所示的那樣，x射線圖像診斷裝置1具備拍攝裝置10、操作裝置20以及承載被檢體3的床15。拍攝裝置10與操作裝置20使用通信線纜等傳送線路來進行通信連接。

拍攝裝置10具備x射線源12、設置于x射線源12的x射線光闌13、隔著被檢體3與x射線源12相對配置的x射線顯像器16等。基于在x射線顯像器16中檢測出的透射x射線數據的圖像數據經由傳送線路發送到操作裝置20。操作裝置20具備控制裝置21、圖像處理裝置22、存儲裝置23、輸入裝置24以及顯示裝置25等。

x射線源12具備x射線管以及高電壓發生裝置，根據從控制裝置21發送的控制信號來產生預定劑量的x射線。x射線源12照射具有不同能量峰值的兩束x射線。以下，將能量峰值高的x射線稱為高能量x射線，將具有與高能量x射線相比較低的能量峰值的x射線稱為低能量x射線。

在x射線源12中設置了x射線光闌13。x射線光闌13具有多個x射線屏蔽板(光闌葉片)，并根據從控制裝置21通知的光闌葉片的開度信息，使光闌葉片開閉到預定的位置來形成期望形狀的x射線照射區域。

x射線顯像器16例如是將由閃爍器和光電二極管的組合構成的x射線檢測元件進行二維排列而得的平板探測器(fdp)或i.i.(imageintensifier，圖像增強器)等，并設置在隔著被檢體3與x射線源12相對的位置。例如，在床15的頂板下表面設置x射線顯像器16。

x射線顯像器16的各檢測元件檢測從x射線源12照射并透過被檢體3的x射線即透射x射線，并變換為與該x射線強度相應的電信號。x射線顯像器16基于變換后的電信號即透射x射線數據來制作x射線圖像數據。向操作裝置20的圖像處理裝置22傳送所制作的x射線圖像數據，并且存儲在存儲裝置23中。

圖像處理裝置22取得從x射線顯像器16傳送的x射線圖像數據，并進行用于在顯示裝置25中顯示的圖像處理。在圖像處理中，例如包含基于圖像的像素值信息來檢測x射線光闌位置并決定顯示范圍的處理、黑白的反轉顯示處理、不需要區域的刪除等圖像處理。

存儲裝置23存儲基于由x射線顯像器16檢測到的透射x射線數據而生成的x射線圖像。另外，在存儲裝置23中存儲了與拍攝或透視動作相關的程序或各種拍攝條件、以及后述的骨密度測量處理所需要的程序以及數據等。

控制裝置21是由cpu(centralprocessingunit，中央處理單元)、rom(readonlymemory，只讀存儲器)、ram(randomaccessmemory，隨機存取存儲器)等構成的計算機。控制裝置21基于從輸入裝置24輸入的輸入信號來進行x射線源12中的x射線照射的動作控制，并進行x射線顯像器16中的圖像的制作、x射線光闌位置的修正相關的處理、顯示裝置25中的顯示動作等的控制。另外，控制裝置21執行基于x射線圖像來測量骨密度的骨密度測量處理。骨密度測量處理的詳細內容如后所述，

顯示裝置25由crt或液晶面板等構成，并顯示由拍攝裝置10拍攝的x射線圖像或從控制裝置21輸入的顯示數據等。

輸入裝置24例如是鍵盤或鼠標等輸入裝置，并向控制裝置21輸入由操作者輸入的各種指示或信息。操作者使用顯示裝置25以及輸入裝置24等外部設備來以對話方式進行操作。此外，輸入裝置24也可以是與顯示裝置25的顯示畫面一體構成的觸摸屏等。

其次，參照圖2對本發明的x射線圖像診斷裝置1的功能結構進行說明。

如圖2所示的那樣，x射線圖像診斷裝置1的控制裝置21具有圖像取得部41、差分圖像生成部42、檢測部43、修正部44以及骨密度計算部45等。檢測部43包含腰椎檢測部431、橫突檢測部432、軟組織檢測部433。

圖像取得部41取得由圖像處理裝置22生成的低能量圖像和高能量圖像，并發送到差分圖像生成部42。也可以從存儲裝置23取得低能量圖像以及高能量圖像。低能量圖像是指通過從x射線源12照射的低能量x射線拍攝到的被檢體3的圖像。高能量圖像是指通過從x射線源12照射的高能量x射線拍攝到的被檢體3的圖像。

差分圖像生成部42生成由圖像取得部41取得的低能量圖像和高能量圖像的差分即差分圖像。差分圖像生成部42向檢測部43發送所生成的差分圖像。

檢測部43從差分圖像中檢測腰椎區域，并且從腰椎區域的周邊部分離提取橫突區域以及軟組織區域。在分離提取橫突區域以及軟組織區域的處理中，檢測部43將腰椎輪廓部的周邊區域分割為多個局部區域，對每個局部區域計算像素值的直方圖，并通過解析直方圖來判別是橫突區域還是軟組織區域。腰椎、橫突、軟組織的檢測的詳細內容如后所述。

修正部44將由檢測部43檢測出的軟組織的像素值作為基準來修正腰椎區域的像素值。具體來說，修正部44針對每個腰椎計算用于修正腰椎區域的像素值的修正系數，并使用修正系數來修正各腰椎的像素值。修正部44的修正處理的詳細內容如后所述。

骨密度計算部45基于由修正部44修正后的腰椎區域的像素值計算骨密度。

接著，參照圖3～圖10來對骨密度測量處理進行說明。

圖3是表示骨密度測量處理整體流程的流程圖。

控制裝置21取得通過對被檢體3照射高能量x射線而獲得的高能量圖像、通過對被檢體3照射低能量x射線而獲得的低能量圖像，并生成它們的差分圖像(步驟s101)。控制裝置21從通過步驟s101取得的差分圖像的邊緣圖像進行腰椎的檢測(步驟s102)。控制裝置21從通過步驟s102獲得的腰椎的側面邊緣信息檢測位于腰椎側面的周邊區域的橫突(步驟s103)。進一步地控制裝置21檢測位于腰椎側面的周邊區域的腰椎、橫突以外的軟組織(步驟s104)，并將軟組織的像素值作為基準來修正腰椎區域的像素值(步驟s105)。控制裝置21基于修正后的像素值來測定骨密度(步驟s106)。

參照圖4、圖5對步驟s103的橫突檢測處理進行說明。圖5(a)是通過步驟s102的腰椎檢測處理檢測到的腰椎圖像50的示意圖。

控制裝置21從圖5(a)所示那樣的腰椎圖像50中提取光闌區域51(步驟s201)，并且計算去除了不存在被檢體的區域(直線x射線區域)的被檢體區域52(步驟s202)。被檢體區域52是通過圖5(a)的虛線表示的區域。從所獲得的被檢體區域52，從輪廓部的邊緣信息、圖像的像素值信息提取腰椎的輪廓(步驟s203)。腰椎的輪廓例如能夠通過進行依賴于方向性的過濾處理，并消除與像素的判定結果相對應的邊緣信息的噪聲成分來提取。圖5(b)表示通過步驟s203的處理提取出的腰椎l1、l2、l3、l4的輪廓。

控制裝置21針對通過步驟s203的處理而獲得的各腰椎l1、l2、l3、l4，如圖5(c)所示的那樣，將腰椎側面的左右區域(周邊區域)r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42分別分割為局部區域。

然后，針對每個局部區域從像素值的信息以及邊緣的信息等提取橫突(以及椎間盤)(步驟s204)。

圖5(c)表示將各腰椎l1、l2、l3、l4的輪廓的周邊區域r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42分割為局部區域后的狀態。

局部區域的各區域例如設為1cm×1cm左右(7像素×7像素等)的尺寸，并對各局部區域進行圖6的橫突提取處理(包含圖7的分離點的計算處理)。

參照圖6～圖8對步驟s204的橫突提取處理進行說明。

首先，如圖6的流程圖所示的那樣，控制裝置21針對各局部區域通過平滑濾波器去除噪聲成分(步驟s301)，并針對各局部區域分別制作直方圖(步驟s302)。控制裝置21比較通過步驟s302獲得的直方圖的最低像素值與腰椎的像素值(步驟s303)，如果其差值為預先設定的閾值以內，則判定該局部區域為腰椎。在判定為腰椎時(步驟s303，腰椎)，從通過步驟s302制作的直方圖中刪除腰椎的像素值分布部分(步驟s304)，并對腰椎像素去除后的直方圖進行解析(步驟s305)。在不包含腰椎時，進行所獲得的直方圖的解析。

在直方圖解析中，首先根據刪除了腰椎像素分布部分后的直方圖判定像素值分布整體(全部分布)的斜率(步驟s305)。如果斜率不到預定的閾值，則判定該局部區域只是軟組織或橫突(步驟s305，不到斜率閾值)，并存儲“無濃度差”標志(步驟s306)。

另一方面，如果刪除了腰椎像素分布后的直方圖的斜率(全部分布的斜率)的大小為預定的閾值以上(步驟s305，斜率閾值以上)，則判定為在局部區域內混合存在軟組織和橫突。

此外，在步驟s305的直方圖解析處理中，也可以根據平滑化后的直方圖的像素值分布的寬度來判定是否包含橫突和軟組織。如果直方圖的像素值分布的寬度為預定的閾值以上，則判定為包含橫突和軟組織。

另外，如果直方圖的像素值分布的寬度不到預定的閾值，則判定為橫突和軟組織中的某個，并存儲“無濃度差”標志。

控制裝置21針對包含橫突和軟組織的區域，執行求出軟組織和橫突的分離點的處理(分離點計算處理)(步驟s307)。

分離點計算處理的一個例子如圖7所示。在圖7所示的例子中，控制裝置21在將腰椎像素分布去除后的直方圖(通過步驟s302或步驟s304獲得的直方圖)平滑化后，探索頻度最大的點即最頻點(步驟s401)。

進一步地，計算最頻點與終點的斜率的絕對值(“斜率終點”)、最頻點與始點的斜率的絕對值(“斜率始點”)(步驟s402)，并比較斜率終點和始點的大小(步驟s403)。

在步驟s403中，在斜率始點與斜率終點的差值為預定值以上，“斜率始點”大時，判定最頻點在橫突。

在“斜率終點”大時，判定最頻點在軟組織。

根據步驟s403的判定結果，控制裝置21計算直方圖分離點(步驟s404)。

在步驟s403中判定為“斜率始點”大、最頻點在橫突中時，在步驟s404中，控制裝置21從直方圖的最頻點計算終點的各點的斜率的絕對值，并將斜率小的點(例如，斜率為最小的點)作為橫突與軟組織的分離點t。在計算分離點t時，返回圖6的步驟s308，控制裝置21計算從始點到分離點為止的平均像素值(步驟s308)，并將該值作為橫突的像素值存儲在ram等中(步驟s309)。

另一方面，在步驟s403中判定為“斜率終點”大，最頻點p3在軟組織中時(參照圖8)，在步驟s404中，控制裝置21從直方圖的始點p1計算最頻點p3的各點的斜率的絕對值，并將斜率小的點(例如，斜率為最小的點)作為橫突與軟組織的分離點。在計算分離點t時，返回圖6的步驟s308，控制裝置21計算從始點p1到分離點t為止的平均像素值(步驟s308)，并將該值作為橫突的像素值存儲在ram等中(步驟s309)。

接著，控制裝置21執行軟組織檢測處理(圖3的步驟s104)。參照圖9的流程圖對軟組織檢測處理的詳細內容進行說明。

對腰椎輪廓部的周邊區域r11～r42進行圖9所示的軟組織檢測處理。控制裝置21在作為對象的局部區域中沒有“無濃度差”標志時(步驟s501，無標志)，直接結束處理。另一方面，在作為對象的像素中存儲了“無濃度差”標志時(步驟s501，有標志)，判定局部區域是橫突還是軟組織。

控制裝置21比較通過圖6的步驟s308計算出的橫突平均像素值和局部區域內的平均像素值(步驟s502)。在橫突平均像素值與局部區域內的平均像素值的差值為閾值以上時(步驟s502，閾值以上)，判定為軟組織(a)(步驟s503)。在橫突的像素值的平均值(平均像素值)與局部區域內的平均像素值的差值為不到閾值時(步驟s503，不到閾值)，判定為橫突(b)(步驟s504)。

圖6的橫突檢測處理、圖9的軟組織檢測處理的結果如圖10所示的那樣，在腰椎l1的輪廓部的周邊區域r11的各局部區域中存儲橫突(b)或軟組織(a)的像素值。即，從腰椎的周邊區域r11分離提取橫突和軟組織。如上所述，能夠將腰椎輪廓的周邊區域的各像素判別為腰椎、橫突或軟組織，并分別存儲適當的像素值。

此外，在圖3的步驟s104的軟組織檢測處理中，如圖11的流程圖所示的那樣，也可以通過區域擴張處理來決定橫突區域。

即，針對存儲了“無濃度差”標志(步驟s601，有標志)的局部區域，判定是橫突還是軟組織。控制裝置21比較通過圖6的步驟s308計算出的該像素所屬的局部區域內的橫突平均像素值和局部區域內的平均像素值(步驟s602)。在橫突的平均像素值與局部區域內的平均像素值的差值為閾值以上時(步驟s502，閾值以上)，判定為軟組織(a)(步驟s603)。在橫突的平均像素值與局部區域內的平均像素值的差值為不到閾值時(步驟s603，不到閾值)，判定為橫突(b)(步驟s604)。然后，從判定為橫突(b)的區域進行探索近似像素(像素值近似的像素)的區域擴張處理，并進行橫突區域的提取(步驟s605)。

圖6的橫突檢測處理以及圖11的軟組織檢測處理的結果，如圖12所示的那樣，在腰椎l1的輪廓的周邊區域r11的各局部區域中存儲橫突(b)或軟組織(a)的像素值。并且，通過區域擴張處理提取橫突區域(b)。通過區域擴張處理在局部區域內進一步分離橫突和軟組織。

如上所述，能夠將腰椎輪廓部的周邊的各像素判別為腰椎、橫突或軟組織，并分別存儲適當的像素值。

針對各腰椎l1～l4的各周邊區域r11、r12、r21、r22、r31、r32、r41、r42結束腰椎、橫突或軟組織的判別，并在各像素中存儲了適當的像素值時，接著控制裝置201進行修正處理(圖3的步驟s105)。

在修正處理中，將由步驟s104(圖10、圖11)求出的軟組織區域的像素值作為基準來修正腰椎周邊部的腰椎區域的像素值。即，如圖13所示的那樣，針對各腰椎l1～l4的周邊區域(虛線框內)，控制裝置21在各周邊區域計算修正系數k1～k4，以使腰椎以及橫突以外的軟組織區域m1～m4的像素值例如為“0”。控制裝置21如以下式(1)所示的那樣，從各腰椎的平均像素值d1～d4分別減去修正系數k1～k4，并計算骨平均像素值b1～b4。

bx＝dx－kx…(1)

控制裝置21使用由式(1)修正后的腰椎的平均像素值d1～d4來測定骨密度(圖3的步驟s106)。

如以上說明的那樣，通過第一實施方式的x射線圖像診斷裝置1，能夠準確地判別腰椎輪廓部的周邊區域的橫突和軟組織。如果基于該結果修正腰椎區域的像素值，并測定骨密度，則能夠求出準確的骨密度。

[第二實施方式]

接著，參照圖14～圖16對第二實施方式的x射線圖像診斷裝置1進行說明。

如圖14所示的那樣，第二實施方式的x射線圖像診斷裝置1的控制裝置21a具有圖像取得部41、差分圖像生成部42、檢測部43(腰椎檢測部431、橫突檢測部432、軟組織檢測部433)以及x射線光闌控制部47。

x射線光闌控制部47向x射線光闌13反饋通過與第一實施方式相同的方法檢測出的腰椎和橫突的區域的信息，并控制x射線照射范圍。

圖像取得部41、差分圖像生成部42、檢測部43與第一實施方式相同，因此省略重復的說明，并對相同的各部位賦予相同的符號來說明。

圖15是說明第二實施方式的x射線光闌控制處理的流程的流程圖。

x射線圖像診斷裝置1首先收集透視圖像作為定位用圖像(步驟s701)。然后，通過與第一實施方式相同的方法來檢測腰椎區域以及橫突區域(步驟s702)。控制裝置21a將腰椎以及橫突的檢測結果變換為圖像坐標軸(步驟s703)。

如圖16所示的那樣，從x坐標、y坐標的最小點和最大點變換為上下左右的光闌葉片的位置(步驟s704)。控制裝置21a將x射線光闌13的上下左右的光闌葉片控制成通過步驟s704變換的位置。由此，x射線照射范圍被縮小到包含腰椎以及橫突的位置。此后，進行高能量x射線以及低能量x射線的骨密度測量用拍攝(步驟s705)，并與第一實施方式相同地進行骨密度測量處理。

通過第二實施方式的x射線光闌的調整功能，能夠將x射線照射范圍縮小到骨密度測量所需要的必要最小限度的區域。由此，能夠抑制對患者的輻射劑量。

以上，一邊參照附圖一邊對本發明的x射線圖像診斷裝置等的優選實施方式進行了說明，但是本發明并不限定于上述的實施例。本領域技術人員在本申請所公開的技術思想范疇內能夠想到各種變更例或修正例是不言自明的，并了解到這些當然也屬于本發明的技術范圍。