| 【発明の名称】 |
骨塩量測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】吉田 義輝
【氏名】服部 俊幸
【氏名】山田 聰
【氏名】野田 耕二
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| 【要約】 |
【課題】精確に生体の骨塩量測定が可能となる骨塩量測定装置を提供する。
【解決手段】単一の放射性同位元素を所定量用いたもの、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合したものを所定の大きさの容器に収納したＸ線・γ線の点状線源２０と、前記Ｘ線・γ線の線源２０からの固有Ｘ線又はγ線の、或いは前記Ｘ線・γ線の線源２０から生体を透過した固有Ｘ線又はγ線の、夫々の数とエネルギ値を計測し、かつ夫々の生体の透過経路を判別することにより、所望の位置の生体の固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するようにした測定機能３０と、前記測定機能３０により測定した生体の固有Ｘ線又はγ線の夫々の透過率に基づいて、当該生体の骨塩量を算出する計算機能４０とを備えた構成とした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 単一の放射性同位元素を所定量用いることにより、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合することにより、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するようにした１又は２以上のＸ線・γ線の線源と、前記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の、或いは前記Ｘ線・γ線の線源から生体を透過した固有Ｘ線又はγ線の、夫々のエネルギ値を計測することによって夫々の線種を同定し、かつ夫々の生体の透過経路を判別する測定系により、所望の位置の生体の所望のエネルギ値の固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するようにした測定機能と、前記測定機能により測定した生体の夫々の固有Ｘ線又はγ線の透過率に基づいて、当該生体の骨塩量を算出する計算機能とを備え、非破壊で、生体の骨塩量を計測するようにしたことを特徴とする骨塩量測定装置。
【請求項２】 上記単一の放射性同位元素を所定量用いたＸ線・γ線の線源、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合したＸ線・γ線の線源を略点状に作製するか、所定の大きさの容器に収納するか、或いはコリメータを用いることにより、上記Ｘ線・γ線の線源としては、ほぼ点状線源となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の骨塩量測定装置。
【請求項３】 上記Ｘ線・γ線の線源として、３種以上のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を放射する単一の放射性同位元素を所定量用いるようにし、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合したものを使用するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の骨塩量測定装置。
【請求項４】 上記Ｘ線・γ線の線源に使用する複数の放射性同位元素として、241Ａｍ、133Ｂａ、204Ｔｌを用い、夫々所定量混合したＸ線・γ線の線源を使用するように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の骨塩量測定装置。
【請求項５】 上記測定機能として、位置及びエネルギ検出型の比例計数管又は半導体検出器を用いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の骨塩量測定装置。
【請求項６】 上記測定機能として、縦長の比例計数管又は半導体検出器等の検出器を用いたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の骨塩量測定装置。
【請求項７】 ｘ軸、ｙ軸よりなる２次元平面、又はｙ軸、θ軸よりなる２次元平面において、上記測定機能を、ｘ軸又はθ軸方向の１次元位置検出器、或いはｘ軸又はθ軸方向とｙ軸方向の２次元位置検出器とし（検出器の短い方向がｙ軸方向とする）、当該検出器をｙ軸方向にスキャニングすることにより、広い面積の生体の上記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するようにしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の骨塩量測定装置。
【請求項８】 上記検出機能として、内部封入ガスを高圧にすると共に、内部に薄いベリリウム板又は金属グリッドに仕切られた多数の有感部分を、上記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の飛程方向に設けた比例計数管を用いたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の骨塩量測定装置。
【請求項９】 複数の放射性同位元素として、241Ａｍ、133Ｂａ、204Ｔｌを夫々所定量混合することにより、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の骨塩量測定装置のＸ線・γ線の線源。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、骨粗しょう症等の診断を中心とする各種医学診断分野に係り、特に、非破壊で人体や動物等の生体の骨塩量を計測する骨塩量測定装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、人口構成が老齢化にシフトしている中で、骨粗しょう症や骨軟化症等の対応策として骨塩量の測定が重要になってきている。ここで、骨粗しょう症とは、骨基質と骨塩との比率は正常であるが、骨の量自体が減少した病態をいい、一方、骨軟化症とは、骨石灰化障害により骨塩のみが減少した病態をいう。また、骨塩量BMD（Bone Mineral Density）[g/cm2]と骨密度ρ[g/cm3]との関係は次式で与えられる。
骨密度ρ[g/cm3]＝骨塩量BMD[g/cm2]/骨の厚さｄ[cm]従来より、種々の骨塩定量法が、骨粗しょう症をはじめとする代謝性骨疾患の骨状態の正確な把握や早期診断の一助として試みられている。
【０００３】測定方法としては、microdensity法（ＭＤ）、単一光子吸収計測法（ＳＰＡ）、153Ｇｄを線源とした２重光子吸収測定法（ＤＰＡ）や定量的ＣＴ法（ＱＣＴ）が行われて来ている。しかし、近年では、２つの異なるエネルギのＸ線を用いた骨塩定量法（DualEnergy X-ray Absorptiometry；ＤＥＸＡ法或いはＤＸＡ法）が、骨塩量の測定精度や測定器の感度が良く、しかも検査時間も短く、被曝線量も少ないという利点があるということで、最もよく利用されている。
【０００４】以下、上記した従来のＤＸＡ法の原理を図１２を用いて説明する。なお、前記した他の骨塩量の測定方法については説明を省略するが、Ｘ線或いはγ線（以下、適宜「Ｘ線」或いは「光子」と総括的に記載する場合がある。）が人体を透過する際の減衰率を測定することにより骨塩量を算出する点では、ＤＸＡ法と原理的に同様である。
【０００５】図１２は、従来のＤＸＡ法を用いた骨塩量測定装置１００の原理を説明するための概略構成図である。図１２において、７０はＸ線の線源（以下、適宜単に「Ｘ線源」という場合がある。）であり、図示は省略したが、Ｘ線管に回折格子或いはＫエッジフィルターを備えることにより構成される。また、６０は人体で、人骨６１部分（以下単に「骨」或いは「皮質骨」という場合がある。）と軟部組織６２から構成される。更に、７２はシンチレーション検出器、或いは半導体検出器等のＸ線の検出装置であり、単独で、又は複数の検出器を配列させることにより、Ｘ線源７０から照射され、人体６０の軟部組織６２のみ、或いは人骨６１部分及び軟部組織６２を透過したＸ線の線量を計測する。また、Ｘ線源７０は、人体６０の所望の位置のＸ線の透過率を測定するために、図１２に示す矢印方向、或いは矢印方向及びその垂直方向にスキャニングするようになっている。このように、従来のＤＸＡ法の骨塩量測定装置１００は、Ｘ線源７０とＸ線の検出装置７２より構成される。
【０００６】以上の構成において、Ｘ線源７０から人骨６１部分の所望の位置の骨塩量Ｍb[g/cm2]の算出方法を説明する。図１２に示すように、先ず、Ｉ0を人体６０に入射するＸ線の強度とし、Ｉを人体６０を透過したＸ線の強度とする。また、μs、ρsとＴsは、夫々、軟部組織６２における質量吸収係数、密度、厚さとし、μb、ρbとＴbは、夫々、骨６１における質量吸収係数、密度、厚さとする。このように各パラメータを定義すると、Ｉ0とＩの間には次式のような関係が成り立つ。
Ｉ＝Ｉ0・exp(−μb・ρb・Ｔb)・exp(−μs・ρs・Ｔs) (１)【０００７】ところで式（１）は、種々のエネルギのＸ線で成り立つ関係式であるので、異なるエネルギのＸ線を用いた場合は、次の２式が成立する。
ＩL＝Ｉ0L・exp(−μbL・ρb・Ｔb)・exp(−μsL・ρs・Ｔs) (２)ＩH＝Ｉ0H・exp(−μbH・ρb・Ｔb)・exp(−μsH・ρs・Ｔs) (３)ここで、低エネルギ(エネルギ値；ＥL)のＸ線(ＸL)が人体６０に入射する強度をＩ0L、人体６０を透過した低エネルギ(ＥL)のＸ線(ＸL)の強度をＩL、また、当該低エネルギ(ＥL)のＸ線(ＸL)の軟部組織６２における質量吸収係数をμsL、骨６１における質量吸収係数をμbLとしている。同様に、高エネルギ(エネルギ値；ＥH)のＸ線(ＸH)の人体６０に入射する強度をＩ0H、人体６０を透過した高エネルギ(ＥH)のＸ線(ＸH)の強度をＩH、また、当該高エネルギ(ＥH)のＸ線(ＸH)の軟部組織６２における質量吸収係数をμsH、骨６１における質量吸収係数をμbHとしている。
【０００８】骨塩量Ｍbは、Ｍb＝Ｔb・ρbで与えられるが、式（２）及び式（３）を連立方程式として、骨塩量Ｍbについて解くと、骨塩量Ｍbは次式で求めることができる。
Ｍb＝Ｔb・ρb＝｛μsH・ln(Ｉ0L/ＩL)−μsL・ln(Ｉ0H/ＩH)｝
/｛μsH・μbL−μsL・μbH｝ （４）
ここで、低エネルギのＸ線(ＸL)及び高エネルギのＸ線(ＸH)の軟部組織６２における質量吸収係数μsL、μsH、及び骨６１における質量吸収係数μbL、μbHは、低エネルギのＸ線(ＸL)及び高エネルギのＸ線(ＸH)のエネルギ値(ＥL、ＥH)によって決定される量である。従って、結局、骨塩量Ｍbは、低エネルギのＸ線(ＸL)、及び高エネルギのＸ線(ＸH)の測定値（Ｉ0L/ＩL)、及び（Ｉ0H/ＩH)を、Ｘ線の検出装置７２によって測定し、その値を式（４）に代入することにより算出することができる量である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従来の測定装置は総て、計測した各光子（Ｘ線やγ線）に関し、次のような問題の一方、或いは双方を共通に有している。
（１−１）計測した光子が、複雑な内部構造をしている人体のどの部分を透過したものであるかについては、不明か或いは充分な精度で測定することができない（問題１）。
（１−２）計測した光子のエネルギ値について、不明か或いは充分な精度で測定することができない（問題２）。
【００１０】更に、注意しなければならないのは、式（１）乃至式（４）は、厳密には高いエネルギの光子と低いエネルギの光子とが人体の全く同じ位置を透過し、しかも夫々が単一のエネルギであるときにのみに成り立つ式であることである。従って、上記（１−１）及び（１−２）の如く、この条件が満たされないにもかかわらず、高いエネルギの光子と低いエネルギの光子に関する夫々の式（１）乃至式（４）において、図１２に示す骨６１の厚さＴbと密度ρb、及び軟部組織６２の厚さＴsと密度ρsに共通の値を用いたり、骨６１の質量吸収係数μb及び軟部組織６２の質量吸収係数μsを一定の値として、式（２）及び式（３）を連立方程式として解く従来の方法は、その方法自体が根本的な誤りである。
【００１１】以下に、上記（１−１）の（問題１）及び（１−２）の（問題２）のために、骨塩量の測定値にどの程度の誤差がもたらされるかに関して、具体的な場合について計算し、検討した結果生じる誤差を（２−１）乃至（２−６）に記す。これらの結果により、ある特別な条件により求めた、従来の骨塩量測定装置の測定値再現性（従来の骨塩量測定装置では、これを「精度」と称している場合が多い。）に関する数値とは大いに異なって、従来の測定装置では、根本原理的に充分な精度と信頼性では骨塩量の測定ができないことが分かる。従って、従来の骨塩量測定装置では、平均的な加齢に伴う、年約１％の骨減少や、代謝性骨疾患の多くの、年約３〜５％の骨減少を根本原理的に充分な精度と信頼性で骨塩量の測定ができないことが順次明らかにされる。
【００１２】（２−１）人体骨は複雑な形状をしていることに起因する誤差（形状誤差）
例えば図１３に示すように、人体骨６１は、非常に複雑な形状をしており、図示による説明は省略するが、更に骨６１の内部も複雑な構造をしている。一方、従来のＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による骨塩量測定装置１００では、各光子（Ｘ線やγ線）に関し、図１３に示すＸ線の発生源であるＸ線管７０のどの位置から放出されたのか（ＸLとＸH）、或いは検出器７２のどの位置で各Ｘ線を測定したのか（ＤLとＤH）、の一方又は双方に関して不明であるか、或いは骨６１の位置による形状変化に対比して、不充分な位置分解能での測定になっている。
【００１３】それ故、結局のところ、従来の測定法による骨塩量測定装置１００では、検出する各Ｘ線に関し、複雑な人体６０のどの位置を透過してきたものか不明のまま、或いは解明が不充分なまま測定を行っていることになる。一方、式（１）は、Ｘ線のエネルギが低いとき（エネルギ値；ＥL）と、高いとき（エネルギ値；ＥH）の夫々で式（２）、式（３）が成立して、それらを連立方程式として、骨塩量Ｍbを求めることは上述したが、この算出法が許されるのは、低いエネルギのＸ線（ＸL）と高いエネルギのＸ線（ＸH）が、夫々人体６０の全く同じ位置を透過した場合、或いは、図１２に示す骨６１の厚さＴbと密度ρb、及び軟部組織６２の厚さＴsと密度ρsの総てが、低いエネルギのＸ線（ＸL）と高いエネルギのＸ線（ＸH）において全く等しい場合のみであることに注意しなければならない。この意味で、従来からのＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による骨塩量測定装置１００は、人体骨塩量Ｍbの測定において、原理的に間違っているか、或いは精度的に不充分であることになる。
【００１４】ところで、従来の測定法による骨塩量測定装置では、全体としてみれば、低いエネルギのＸ線（ＸL）と高いエネルギのＸ線（ＸH）は共に、ほぼ同じ人体の部分を透過しているのだから、平均的にはそれ程大きな測定誤差にはならないのではないかという見解が採られていた可能性がある。しかし、Ｘ線は実際は人体内で、式（１）に示すように指数関数的にその強度が減衰するという性質のために、この誤差は現実には極めて大きいものとなる。以下に、上記連立方程式である式（２）及び式（３）が成り立つとして求めた式（４）に、いくつかの典型的な人体形状が変化する具体例における各数値を代入して求めた骨塩量は、いかに本来の骨塩量の平均値と異なった値になっているかを具体的に計算によって示す。
【００１５】図１４は、人体６０を軟部組織６２と皮質骨６１に分類し、Ｘ線（ＸL1、ＸL2、ＸH1、ＸH2）が人体６０の異なる部分を透過した場合について、影響の違いを計算するために皮質骨６１の厚さを段階的に変化させた状態を示す模式図である。図１４において、人体６０は皮質骨６１の薄い部分Ｔb1と皮質骨６１の厚い部分Ｔb2より成り、他の軟部組織６２部分Ｔs1、Ｔs2を含めて同じ厚さＴが示されている。この模式化した人体６０において、低エネルギＸ線(ＸL)のエネルギ：ＥL＝３０keV、４０keV、５０keV (A-1)高エネルギＸ線(ＸH)のエネルギ：ＥH＝６０keV、８０keV、１００keV (A-2)が、夫々透過した場合について骨塩量を計算する。
【００１６】この皮質骨６１の厚さが違う部分を、低いエネルギのＸ線(ＸL)と高いエネルギのＸ線(ＸH)が夫々透過した場合、具体的なエネルギの上記総ての組み合わせについて、軟部組織６２部分の質量吸収係数μsL値、μsH値、及び皮質骨６１における質量吸収係数μbL値、μbH値を求め、更に（ＩL／Ｉ0L）値、又は（ＩH／Ｉ0H）値は、図１５（Ｂ）の表２に示す各場合（ａ〜ｆ）について、ＩL／Ｉ0L＝(1/2)・exp(-μbL・ρb・Ｔb1-μsL・ρs・Ｔs1) ＋(1/2)・exp(-μbL・ρb・Ｔb2-μsL・ρs・Ｔs2) （５）
ＩH／Ｉ0H＝(1/2)・exp(-μbH・ρb・Ｔb1-μsH・ρs・Ｔs1) ＋(1/2)・exp(-μbH・ρb・Ｔb2-μsH・ρs・Ｔs2) （６）
当該式（５）に、低いエネルギのＸ線(ＸL)の質量吸収係数μbL、μsL、皮質骨６１の密度ρb、軟部組織６２の密度ρs、皮質骨６１の厚さＴb1、Ｔb2、軟部組織６２の厚さＴs1、Ｔs2値を代入し、同様に式（６）に、高いエネルギのＸ線(ＸH)の質量吸収係数μbH、μsH、皮質骨６１の密度ρb、軟部組織６２の密度ρs、皮質骨６１の厚さＴb1、Ｔb2、軟部組織６２の厚さＴs1、Ｔs2値を代入して求めることにより、それらを式（４）に代入して骨塩量Ｍb値を求めた（以下、この値をＭbc値とする。）。なお、式（５）や式（６）の中の係数に（１／２）を用いたのは、典型的な例として、図１４の皮質骨６１の薄い部分Ｔb1と皮質骨６１の厚い部分Ｔb2とが、夫々等しい面積の場合について、計算したためである。
【００１７】この式（４）により求めた骨塩量Ｍbc値は、図１４のように人体６０の皮質骨６１の厚さが内部的に２種（Ｔb1、Ｔb2）あってそれらが等面積の時、それらが判別されずに、従来法で正しく測定されたときに従来のＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）により求められる骨塩量である。図１５（Ｂ）の表２の各場合（ａ〜ｆ）における、骨塩量Ｍbの真の平均値（これをＭb0値とする。）は、当然ながらＭb0＝(1/2)・（Ｔb1＋Ｔb2）・ρb （７）
である。
【００１８】以上により、Ｘ線の各エネルギ値(ＥLとＥH)に関する上記(A-1)、(A-2)の各３個の値に対して、これらの総ての組み合わせである計９個の場合について、図１５（Ｂ）の表２の（ａ〜ｆ）の各皮質骨形状の夫々に関し、上記により計算で求めた骨塩量Ｍbc値の、骨塩量Ｍb0値に対する比（Ｍbc／Ｍb0）をまとめて図１５（Ａ）のグラフに示す。この計算は、皮質骨６１の厚さＴb1、Ｔb2、軟部組織６２の厚さＴs1、Ｔs2において、Ｔb1＋Ｔs1＝Ｔb2＋Ｔs2＝Ｔ＝８cmの場合について行った。図１５（Ａ）により、皮質骨６１の厚さＴb1値とＴb2値に違いがあることにより、従来より考えられていた程度とは比較にならないほどの大きな誤差が生じることが分かる。また、図１５（Ａ）には記してないが、人体６０の厚さＴ値（従って、軟部組織６２の厚さの値Ｔs1やＴs2）が、図１５（Ａ）の場合の２倍或いは３倍になっても、皮質骨６１の厚さ（Ｔb1とＴb2）が同じ場合は、ほぼ同様の結果になることが、別の計算結果として得られている。
【００１９】図１５（Ａ）、（Ｂ）より明らかに以下の（ａ）〜（ｄ）に記すことが指摘し得る。
（ａ）従来のＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）では、特別な測定条件を設定したときの測定結果の繰り返し再現性が１％以下であることにより、これがあたかもＤＸＡ法の測定精度であるかのように言われてきている可能性があるが、従来のＤＸＡ法では、人体の内部形状を正確におさえることなく、測定結果を出していることにより必然的に、その１０倍以上、場合によると数１０倍の絶対値としての測定誤差が多くの場合においてあることが推測される。また、測定面積を変えたり、測定位置が少しずれた測定をしたとき、それらの骨塩量の測定結果間に、説明のし難い大きな相違が生じる可能性がある。
（ｂ）骨形状には個人差があるため、従来のＤＸＡ法では、同じ骨塩量であったとしても、人によりかなり異なった測定結果になる。
（ｃ）ほんの少しの測定位置や測定角度の違いにより、測定結果に大きな違いが生じ得ることにより、人により、また同一人物であっても測定時期が異なることにより大きな誤差が見込まれる。
（ｄ）同一人物でも経時的に骨形状が変化することにより大きな測定誤差が見込まれる。
【００２０】（２−２）Ｘ線のエネルギ値に拡がりがあることに起因する誤差（エネルギ拡がり誤差）
従来よりＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による骨塩量測定に用いられているＸ線管より出るＸ線のエネルギ値は、連続スペクトルでかなりの拡がりを持つ。このため、各種のＫエッジフィルターが用いられてきているが、これらを用いたとしてもＸ線のエネルギの単色化（単一化）にはほど遠い。少数ではあるが、従来の骨塩量測定装置でも、回折格子を用いてＸ線のエネルギを単色化することが行われている。しかし、この場合は、Ｘ線源としての空間的な拡がりが避けられず、上記（２−１）に記した形状誤差が問題になる。また、大部分の場合、Ｘ線の検出にはシンチレーション検出器が用いられているが、このエネルギ領域では、かなりエネルギ分解能が悪く、個々のＸ線のエネルギ分析をした測定ということにはなっていない。
【００２１】以下に、ＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）における、骨塩量測定において、一つの例として、低エネルギのＸ線のエネルギ値（ＥL）が４０keV±１０keVの範囲で拡がり、また高エネルギのＸ線のエネルギ値（ＥH）が８０keV±２０keVの範囲で拡がっている場合に関し、個々のＸ線のエネルギ値の分析をすることなく、測定結果の（ＩH／Ｉ0H）値や、（ＩL／Ｉ0L）値は、ＥL＝４０keV、ＥH＝８０keVのときの値であると見なして、式（４）により骨塩量Ｍb値を求めたとすると、ＥL＝４０keVやＥH＝８０keVとは異なるＸ線のエネルギ値のＥL値やＥH値の夫々の場合における骨塩量Ｍb値に関する夫々エネルギ２．５keVステップの計算結果（これをＭbe値とする）は、本来の骨塩量Ｍb値（これをＭb0値とする）と大きく異なる結果になることが分かる。この結果の一例を図１６にまとめて表３として、そして図１７にはそれらをまとめてグラフにして示す。
【００２２】この計算は、皮質骨塩量Ｍb0＝1.85[g/cm2]（皮質骨の厚さＴb＝１cm）、全軟部組織量Ｍso＝7.49[g/cm2]（全軟部組織厚さＴS＝８cm）の場合について、式（４）において夫々の（ＩH／Ｉ0H）値や、（ＩL／Ｉ0L）値は共通にＥL＝４０keV、ＥH＝８０keVのときの軟部組織６２部分の質量吸収係数μs値及び皮質骨６１における質量吸収係数μb値を、式（３）や式（２）に代入することにより求め、また、式（４）の軟部組織６２部分の質量吸収係数μsL、μsH、皮質骨６１における質量吸収係数μbL、μbH値は夫々のＸ線のエネルギ値がＥL、ＥHのときの値を代入することにより求めた。
【００２３】低エネルギ（ＥL）のＸ線及び高エネルギ（ＥH）のＸ線のエネルギスペクトルを夫々矩形とした場合、即ち、低エネルギのＸ線のエネルギＥLが３０keVから５０keVまで、高エネルギのＸ線のエネルギＥHが６０keVから１００keVまで、夫々等分布のときは、図１６の表３の全Ｍbe／Ｍb0値を平均することにより、Ｍbe／Ｍb0＝１．４８が得られ、また、低エネルギのＸ線のエネルギＥLが３５keVから４５keVまで、高エネルギのＸ線のエネルギＥHが７０keVから９０keVまで（表３で打点して示した中心枠部分）夫々等分布のときは、同じく、図１６の表３のそのエネルギ範囲の全Ｍbe／Ｍb0値を平均することにより、Ｍbe／Ｍb0＝１．１１４が得られる。即ち、Ｘ線が単色でなく、エネルギ値に幅があるとＤＥＸＡ法（又はＤＸＡ法）により求めた骨塩量には１％というような値ではなく、その１０倍或いは数１０倍の大きな誤差が発生する可能性があることが分かる。
【００２４】（２−３）散乱線の混入に起因する誤差図１８に一例として測定対象とする部分の人体の厚さ（ｘ）が１０[g/cm2]のときの、光子（Ｘ線やγ線）の光電吸収の確率（１−Ｉp；Ｉp＝exp（-μp・ｘ））及びコンプトン散乱の確率（１−Ｉs；Ｉs＝exp（-μs・ｘ））、そしてそれらの比（１−Ｉp）／（１−Ｉs）を光子エネルギ（Ｅｘ）の関数として示す。図１８より明白に、光子（Ｘ線やγ線）エネルギが３０keVを超すと、人体ではコンプトン散乱される確率が、光電吸収される確率より大きくなり、更に５０keV以上では、コンプトン散乱される確率が圧倒的に大きくなる。
【００２５】コンプトン散乱された光子は、散乱される前のエネルギより低くなるが、前方方向に散乱される光子の場合、その差は極めて小さく、例えばエネルギが８０keV光子で散乱角が１０゜以内のときは、０．１６keV以内で、２０゜以内の場合は０．７５keV以内となる。それ故、特別に高エネルギ分解能のゲルマニウム検出器を使用したとしても、検出エネルギをスペクトル化して分離することはほぼ不可能である。従って、Ｘ線源及び検出器の双方の面積が、それらが置かれている間の距離に比し、充分に小さく、かつ、Ｘ線源と検出器が共に充分にコリメートされていない限り、散乱Ｘ線の混入による測定誤差は極めて大きく、そして避けられないものである。即ち、従来のＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）による測定では、この点に関する充分な対策が為されていなかった。
【００２６】（２−４）２種のエネルギのＸ線だけで骨塩量を求めることに起因する誤差人体の骨塩量を、２種のエネルギのＸ線の夫々の透過率の測定値だけから求めようとすることは、基本的に以下の２つの問題点があり、誤差発生の原因になっている。
（ａ）ＤＸＡ法（又はＤＥＸＡ法）では、人体は骨と軟部組織の２種の物質のみから構成されていると仮定して、測定値を満足するように夫々の厚さを求めているが、骨も軟部組織も、双方共に多数の物質から構成されており、またその構造も複雑である。２種のＸ線のエネルギによるデータのみで解析しようとするＤＸＡ法は、原理的には構成物質が２種のときのみ有効であるので、多種のものを２種として解析する誤差はかなり大きくなる可能性があり、また、骨塩量測定の信頼性を小さくしている。
（ｂ）総て放射線計測は、計測カウント数に伴って統計誤差が生ずることは必然であり、更にまた、個々の測定はその他にも必然的に各種の誤差を含む。それ故、求めたいパラメータ数よりも、より多種・多数の測定値を求め、それらの測定値間で最適フィットするようにすることで、正確な値が得られることになるはずであるが、従来のＤＥＸＡ法（又はＤＸＡ法）では、２個のパラメータ（皮質骨の厚さＴbと軟部組織の厚さＴs）を２個の測定値（Ｉ0L／ＩL、Ｉ0H／ＩH）から求めるという意味なので、それがなされていないことになる。
【００２７】（２−５）カウンタアレイ検出器の使用上の問題点近年、ＤＸＡ法による骨塩量測定において、カウンタアレイ検出器を用いる場合が増えてきた。これを用いることにより、スキャニング回数を１桁以上減らして短時間の測定を可能にする、という大きなメリットが生じる。しかし、このカウンタアレイ検出器は、本来の位置検出器に比し、以下の問題点がある。
（ａ）個々のカウンタ間に不感領域がある。（ｂ）個々のカウンタには感度上そして有感面積上ばらつきがあり、それらを揃えるのが困難である。
（ｃ）個々のカウンタの感度は、経時的に変化することがあり、それらを常に調整しておくことは困難なことである。
【００２８】（２−６）回折格子使用上の問題点上記（２−２）に詳しく記した通り、ＤＸＡ法で骨塩量を測定する上で、Ｘ線のエネルギ値に拡がりがあることによる誤差は極めて大きい。この誤差を極小化する意味で、近年、Ｘ線管の後方に回折格子を置き、Ｘ線のエネルギを選別（単色化）してから、人体に照射する方法が一部で行われるようになった。回折格子を使用することは、骨塩量の測定誤差を小さくする上で非常に大きな意味を持つことになるが、しかし、必然的にＸ線源としての回折格子の面積はかなりの拡がりを持たざるを得なくなり、このため、Ｘ線源の点状線源化は不可能である。このため、もう一方のＤＸＡ法での大きな誤差である、（２−１）に詳しく記した、人体のどの部分を透過したかの判別が不可能になることによる形状誤差の問題は避けられなくなる。
【００２９】本発明は、上記課題（問題点）を解決し、精確に生体の骨塩量測定が可能となる骨塩量測定装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明の骨塩量測定装置では、上記課題を解決するために、請求項１に記載のものでは、単一の放射性同位元素を所定量用いることにより、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合することにより、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するようにした１又は２以上のＸ線・γ線の線源と、前記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の、或いは前記Ｘ線・γ線の線源から生体を透過した固有Ｘ線又はγ線の、夫々のエネルギ値を計測することによって夫々の線種を同定し、かつ夫々の生体の透過経路を判別する測定系により、所望の位置の生体の所望のエネルギ値の固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するようにした測定機能と、前記測定機能により測定した生体の夫々の固有Ｘ線又はγ線の透過率に基づいて、当該生体の骨塩量を算出する計算機能とを備え、非破壊で、生体の骨塩量を計測するように構成した。このように、Ｘ線・γ線の線源としては、所定量の放射性同位元素を用いて、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するようにすることにより、エネルギ分布幅のない単色（単一のエネルギ）のＸ線・γ線の線源とすることができ、また、測定系としては、線源からのＸ線・γ線の夫々の線種をエネルギ的に分別し得る分解能を持つので、夫々のＸ線・γ線の線種を同定することができ、これらにより、従来の骨塩量測定装置に存在したＸ線エネルギ値の拡がりに起因する上記（２−２）に記した骨塩量の測定誤差は、充分になくすことができる。また、各固有Ｘ線又はγ線の夫々の生体への透過経路を計測する測定系により、所望の位置の生体の固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するようにすると、複雑な人体又は動物等の生体の形状を反映したＸ線又はγ線の透過率分布（マップ）が分かるようになり、最終的には上記計算機能により人体の骨塩量分布（マップ）が分かることになり、従来の骨塩量測定装置に存在した、上記（２−１）に記した形状に起因する誤差の問題は解決し、測定精度が飛躍的に向上した骨塩量測定装置とすることができる。更に、計算機能も、上記測定機能から計測した生体の透過率に基づいて骨塩量を算出できるようにしたため、即座に骨塩量を求めることができるようになる。
【００３１】請求項２に記載した骨塩量測定装置では、上記単一の放射性同位元素を所定量用いたＸ線・γ線の線源、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合したＸ線・γ線の線源を略点状に作製するか、所定の大きさの容器に収納するか、或いはコリメータを用いることにより、上記Ｘ線・γ線の線源としては、ほぼ点状線源となるように構成した。このように、Ｘ線・γ線の線源をほぼ点状線源とすることにより、光子の生体への透過経路は点状線源の位置と、線源からの光子が直進して生体を透過し、検出器に入射する位置の測定により、幾何学的に判定される。即ち、Ｘ線・γ線の線源をほぼ点状線源とすることは、上記（２−１）に記した形状に起因する誤差を極小にするための重要な要素であり、また、従来の骨塩量測定装置に存在した上記（２−３）に記したコンプトン散乱線の混入に起因する誤差の問題を解消する上でも重要であるので、点状線源にすることにより骨塩量測定装置の測定精度をより向上させることができる。また、上記（２−６）に記した、Ｘ線管に回折格子を使用したときの問題点を回避することができる。
【００３２】請求項３に記載した骨塩量測定装置では、上記Ｘ線・γ線の線源として、３種以上のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を放射する単一の放射性同位元素を所定量用いるようにし、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合したものを使用するように構成した。このようにすると、従来の骨塩量測定装置に存在した（２−４）に記した２種のエネルギのＸ線だけで骨塩量を求めることに起因する誤差を解決することができるので骨塩量測定装置の測定精度をより向上させることができる。
【００３３】請求項４に記載したように、当該骨塩量測定装置に用いるＸ線・γ線の線源としては、具体的には、上記Ｘ線・γ線の線源に使用する複数の放射性同位元素として、241Ａｍ、133Ｂａ、204Ｔｌを用い、夫々所定量混合するように構成するようにすると良い。これらの放射性同位元素からのＸ線やγ線は、骨塩量測定上適したエネルギ値であるのみならず、相互に適当なエネルギ間隔があるので、エネルギ測定による線種の同定が容易になる利点を有する。
【００３４】請求項５に記載したように、当該骨塩量測定装置に用いる測定機能として、具体的には、位置及びエネルギ検出型の比例計数管又は半導体検出器を用いるように構成すると良い。即ち、このようにすると、上記（２−１）、（２−２）、（２−３）、（２−４）、（２−５）及び（２−６）の総ての問題を解決することができる。
【００３５】請求項６に記載した骨塩量測定装置では、上記測定機能として、縦長の比例計数管又は半導体検出器等の検出器を用いるように構成した。このように、検出器を縦長とすると、従来の骨塩量測定装置に存在した（２−３）に記したコンプトン散乱線の混入に起因する誤差を充分に小さくすることができるので骨塩量測定装置の測定精度をより向上させることができる。
【００３６】請求項７に記載した骨塩量測定装置では、ｘ軸、ｙ軸よりなる２次元平面、又はｙ軸、θ軸よりなる２次元平面において、上記測定機能を、ｘ軸又はθ軸方向の１次元位置検出器、或いはｘ軸又はθ軸方向とｙ軸方向の２次元位置検出器とし（検出器の短い方向がｙ軸方向とする）、当該検出器をｙ軸方向にスキャニングすることにより、広い面積の生体の上記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するように構成した。このようにすると、広い面積の生体の骨塩量を、上記（２−１）に記した形状に起因する誤差、及び、上記（２−３）に記したコンプトン散乱線の混入による誤差を充分に小さくし、更に（２−５）のカウンタアレイ使用上の問題点を克服した骨塩量測定装置とすることが可能となる。
【００３７】請求項８に記載した骨塩量測定装置では、上記検出機能として、内部封入ガスを高圧にすると共に、内部に薄いベリリウム板又は金属グリッドに仕切られた多数の有感部分を、上記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の飛程方向に設けた比例計数管を用いるように構成した。これにより、比例計数管の検出効率が上がり、測定時間が短く精度の良い骨塩量測定装置とすることができる。
【００３８】請求項９に記載のＸ線・γ線の線源は、複数の放射性同位元素として、241Ａｍ、133Ｂａ、204Ｔｌを夫々所定量混合することにより、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するように構成した。本発明の骨塩量測定装置に用いるＸ線・γ線の線源としては最も適したものである。また、これらの放射性同位元素は、半減期が３年以上のため、経時的減衰による線源交換を３年以上しないで済む利点を有する。
【００３９】
【発明の実施の形態】先ず、本発明の骨塩量測定装置を概説する。上述した夫々の従来技術の問題点は、（ａ）Ｘ線のエネルギ値と生体の透過経路の双方を、同時かつ精密に分析可能な検出器系の開発と、（ｂ）必要な数種のエネルギ値と強度を持った、数種の混合放射性同位元素の点状線源の活用により、根本的な解決となることを、以下に具体的に記す。なお、以下に記すことは総て、人体の骨塩量測定に限らず動物体（以下総括的に「生体」という場合がある。）の骨塩量測定に関しても同様に有効である。
【００４０】（３−１）検出器の基本仕様先ず、本発明の骨塩量測定装置の検出機能として用いる検出器系の基本仕様は以下の通りである。
(a1) 測定可能エネルギ範囲；１４keV〜８１keV(a2) エネルギ分解能 ；半値幅１０keV以下（Ｅx,γ＞５０keV）
半値幅 ５keV以下（Ｅx,γ＜５０keV）
(a3) 位置分解能 ；半値幅 ２mm以下 （ｘ軸或いはθ軸方向：及びｙ軸方向）
(a4) 有感面積 ；180mm以上（ｘ軸方向）×１０mm以上（ｙ軸方向）
或いは、測定対象とする人体部分より大きなｘ軸方向の有感幅があること。（ｙ軸方向は、有感幅２mmの検出部が５個以上により構成され、更に必要長だけスキャニングして測定するものとする。）
但し、Ｅx,γは検出器により検出するＸ線又はγ線のエネルギである。
【００４１】（３−２）Ｘ線・γ線の線源の基本仕様次に、本発明の骨塩量測定装置のＸ線・γ線の線源の基本仕様は以下の通りである。
(b1) 数本の固有（特性）Ｘ線或いはγ線を放出する混合放射性同位元素線源(b2) 線源寸法 ；直径２mm以下(b3) 半減期 ；３年以上(b4) エネルギ値；１４keVから８１keVまでの間の数本の固有Ｘ線（特性Ｘ線）
又はγ線で、エネルギが５０keV以上のＸ線やγ線では、相互に１０keV程度以上のエネルギ値差があること。また、エネルギが５０keV以下のＸ線やγ線では、相互に５keV程度以上のエネルギ値差があること。
【００４２】次に、本発明の骨塩量測定装置の一実施の形態を図１乃至図１１を用いて説明する。図１は、本発明の骨塩量測定装置１０の概略構成を示すブロック図で、骨塩量測定装置１０の主要構成は、Ｘ線・γ線の線源（S）２０、測定機能である比例計数管３０、後述するエレクトロニクス系と計算機４０である。エレクトロニクス系としては、３つの電荷有感型プリアンプ（C.S.P.A.）３１〜３３、２つの主増幅器（M.A.）３４ａ1、３５とアナログ割り算器（DIVIDER）３６、リニアゲート（L.G.）３８ａ1〜３８ａn、３９、単一チャンネル波高分析器（S.C.A.）３７ａ1〜３７ａn、３７ｅ、波高分析器（PHA）４１を備え、更に、３つの抵抗器Ｒ１〜Ｒ３と４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４と高圧電源Ｅを有している。
【００４３】なお、単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａn、３７ｅとリニアゲート３８ａ1〜３８ａn、３９は、Ｘ線・γ線源２０からの測定に用いる線種の数ｎプラス１台用いる。また、波高分析器４１は、ｎ個の単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａnからの各出力信号に基づいてｎ個に分別して、各線種毎に検出器入射位置信号の波高分析を行う。
【００４４】また、後述するが、エレクトロニクス系のうち、アナログ割り算器３６、単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａn、、３７ｅ、リニアゲート３８ａ1〜３８ａn、３９、波高分析器４１は図４に示すＣＡＭＡＣ系によって行うことも可能である。このＣＡＭＡＣ系は説明は省略するが、物理実験分野での放射線計測装置として標準化されているものである。なお、Ｘ線・γ線の線源２０は、その大きさが、線源２０から比例計数管３０までの距離に比べて充分に小さく、点状の線源２０と見なせるものとする。
【００４５】先ず、Ｘ線・γ線の線源２０は、（３−２）の(b1)に述べたように、数本の固有Ｘ線或いはγ線を放出する混合放射性同位体線源であるが、具体的には、図２の表１の■〜■欄に示すような３核種、即ち241Ａｍ、133Ｂａ、204Ｔｌの混合線源が用いられている。更に、エネルギ的に詳しく分析したい場合は、図２の表１の■欄に示す核種153Ｇｄを加えると良い。
【００４６】次に、上記基本仕様を満足する固有Ｘ線やγ線のエネルギ値と生体への透過経路の双方を、同時かつ精密に分析可能な検出器は、図１に示す高圧アルゴンガスフロー型の比例計数管３０が最適であるが、この比例計数管３０の原理的な解説図を図３に示す。
【００４７】図３において、点状の線源（S）２０より放出された固有Ｘ線又はγ線は、Ｂｅ（ベリリウム）板を窓２２ｆとし、細い（直径約１０ミクロン）ニクロム線を陽極芯線２２ｅとする比例計数管３０に入射する。また、窓２２ｆや陽極芯線２２ｅは、点状線源２０を中心とした同心円状に配置する。この比例計数管３０は、光子の検出効率を高くするために、１０乃至３０気圧のアルゴンガスを充填し、導線（陽極線間の結線）２２ｈにより直列に結ばれた陽極芯線２２ｅとＢｅ板或いはメッシュ２２ｃ、２２ｆ、２２ｇよりなる何層もの有感部分２２ｄよりなる。また、クエンチングガスとして、微量のＣＯ2（二酸化炭素）ガスをアルゴンガスに混合し、測定中は常時孔２２ａから流入し、孔２２ｂから排出される。
【００４８】ガス増倍率を大きくして、大きな信号電荷量（Ｑｃ）を得ることによって、良好なエネルギ分解能と、有感部分２２ｄへの入射位置分解能を得るために、陽極には図１に示す高圧電源Ｅにより、１０乃至３０kVの高い電圧（ＶB）を印加する。図１に示す陰極（Ｃ）は、高抵抗Ｒ３を接続してアースより浮かしてあり、光子エネルギに比例するガス増倍された全電荷パルス（Ｑｃ）は陰極（Ｃ）に集められて、電荷有感型プリアンプ３２と主増幅器３５で増幅され、これをリニアゲート３９を通して波高分析器４１に入力して光子エネルギの波高スペクトルに処理して、それを計算機（COMPUTER）４０で処理及び記憶をする。
【００４９】一方、全電荷パルス（Ｑｃ）と同量で反対符号の電荷が陽極芯線２２ｅに集められるが、陽極のニクロム線は、長さ１mm当たり約１２オームの一定の抵抗値を持つため、光子の検出位置より陽極の両端（Ａ1）と（Ａ2）に至るまでのニクロム線の長さに逆比例して分割されて、陽極両端（Ａ1、Ａ2）に集められる。ニクロム線の全長をＬとし、光子検出位置より陽極端Ａ2までのニクロム線の長さを（ｘ）とすると、陽極端Ａ1に集められる電荷信号量ＱA1は、ＱA1＝（ｘ／Ｌ）・Ｑｃである。電荷信号量ＱA1を図１に示す電荷有感型プリアンプ３１と主増幅器３４ａ1で増幅した信号波高を、パルス的に割り算器３６により上記したＱｃに比例する主増幅器３５の信号波高で割り算することにより、光子検出位置より陽極端Ａ2までのニクロム線の長さ（ｘ）に比例した波高のパルスを得、これを波高分析器４１に入力することにより、光子が比例計数管３０に入射する位置のスペクトルを得て、計算機４０で処理及び記憶する【００５０】なお、主増幅器３５の出力波高を、測定線種の数のｎに等しい台数の単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａnで、光子エネルギに応じて線種を分別し、夫々の単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａnの出力を入力した、ｎ個の夫々のリニアゲート３８ａ1〜３８ａnで各線種に分別して、割り算器３６の出力信号を波高分析器４１で集計することにより、各線種毎の検出器入射位置スペクトルを得る。また、エレクトロニクス系のうち、アナログ割り算器３６、単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａn、３７ｅ、リニアゲート３８ａ1〜３８ａn、３９、波高分析器４１は図４に示すＣＡＭＡＣ系を使用しても同様の結果を得ることができる。
【００５１】なお、光子エネルギに比例する全電荷パルス（Ｑｃ）は、上記のごとく、陰極（Ｃ）からの信号を用いてもよいが、陽極両端（Ａ1、Ａ2）からの夫々の電荷パルス（ＱA1とＱA2）の和を用いてもよい。即ち、主増幅器３４ａ1と主増幅器３４ａ2の各出力パルスを、和算回路（図示せず）に入力し、この出力を主増幅器３５の出力の代わりに割り算回路３６に入力する方式でも、同様の結果を得ることができる。
【００５２】図４は、本発明の骨塩量測定装置１０のブロック図である図１に示すエレクトロニクス系、アナログ割り算器３６、単一チャンネル波高分析器３７ａ1〜３７ａn、３７ｅ、リニアゲート３８ａ1〜３８ａn、３９、波高分析器４１の機能を、ＣＡＭＡＣ系で実施する場合のブロック図である。図４に示すように、主増幅器３４ａ1、３５からの入力信号は、夫々ＣＡＭＡＣ ＡＤＣモジュール５５に入力する。同時に上記出力信号は、２個のディスクリ(discri)５１、５２及びゲート発生器５３により同時性を検出し、ゲート発生器５３(G.G)の出力で上記ＡＤＣモジュール５５のゲート(Gate)を開く。
【００５３】また、ゲート発生器５３の出力は、遅延回路(D.L.)５４で若干遅延させてＣＡＭＡＣインタラプトモジュール５６に入力信号を与え、ＣＡＭＡＣクレート５７及びクレートコントローラ５８を介してコンピュータ４０の入力動作を起動する。コンピュータ４０は、主増幅器３４ａ1の出力波高と主増幅器３５の出力波高の各ＡＤＣ出力信号を読みとり、それらの割り算を実行し、入射Ｘ線の位置情報（ｘ）を得る。また、主増幅器３５の出力のエネルギ情報のｎ個の夫々指定された範囲データにより、位置情報（ｘ）を振り分ける。これは、図示による説明は省略するが、実際は画面上のマウスカーソルで任意に指定することができる。
【００５４】なお、ＣＡＭＡＣ系を使用する場合は、上記のごとく、陽極の一方の端（A1）からの信号と、陰極（Ｃ）からの信号を、ＣＡＭＡＣ ＡＤＣモジュール５５のＣＨ１とＣＨ２に入力してもよいが、陽極の両端（A1とA2）からの信号を夫々ＣＨ１とＣＨ２に入力し、コンピュータ４０により、ＱA1／（ＱA1+ＱA2）の演算をすることにより、位置情報（ｘ）を得るようにしてもよい。
【００５５】図３には示されてはいないが、紙面に垂直に（ｙ軸方向に）計５本のアノード線を平行に張り、それらの中間に金属板を置いて互いに分離することにより、そしてそれらには、夫々図１の電子回路を結合させることにより、どのアノード線からの信号かによってｙ軸方向の位置分析も行う。検出器３０へのＸ線又はγ線のｘ軸方向及びｙ軸方向双方の入射位置が分かれば、Ｘ線又はγ線の線源２０は上記した通り点状線源であるので、線源２０と前記入射位置を直線で結ぶことにより、幾何学的にＸ線又はγ線の人体６０における透過経路が判別でき、しかもそれは上記の如く各線種毎に判別できることになる。従って、以上により、上述した検出器の基本仕様を満足する検出器とすることができる。
【００５６】 なお、アノード同士の結線は、図３或いは図１の陽極線間の結線２２ｈのごとく、Ｘ線又はγ線の進行方向の各アノードを結線してもよいが、同図紙面に垂直に（ｙ軸方向に）平行に張った、（計５本の）各アノード線同士を結線し、その両端に図１の電子回路を結合することにより、検出器入射位置のｘ軸及びｙ軸両方向の分析をするようにしてもよい。アノード線の長さを余り長くする（１ｍ以上にする）と、位置分解能が劣化するので、Ｘ線又はγ線の進行方向２列目（検出器２層目）の（計５本の）各アノード線については、別途結線にして電子回路を結合し、また、３列目（３層目）は３列目同士で結線する、という方法により、検出感度も向上させつつ、ｘ、ｙ両位置情報を得ることも可能になる。
【００５７】なお、位置検出器の校正は、後述するように、検出器前面に、多数のスリットを所定の間隔をあけて、機械的に精度良くｙ軸方向に（平行に）開けた校正用コリメータを置き、点状線源によりＸ線又はγ線をその全面に照射して、各スリットを通過して検出器に入射したＸ線又はγ線の波高分析器４１のスペクトルの各ピークチャンネルナンバーの測定結果より、図３に示すＸ線の検出器３０への入射位置（ｘ，ｙ）と波高分析器スペクトルのチャンネルナンバーとの関係を精密に得ることができる。
【００５８】次に、Ｘ線・γ線の線源のｙ軸方向のスキャニングと検出器コリメータの使用に関して図５を用い、図３を参照して説明する。図３の検出器３０は、同図の紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）には、２mm（人体６０の形状変化の影響を±１mm内で計測する場合）の有感幅で、図５に示すように隣の検出器と金属メッシュ又はＢｅ板２２ｃで分離されていなければならない。
【００５９】一方、５０keV以上のＸ線・γ線の検出感度を上げるためには、使用ガスの選定（アルゴン）とガス圧を上げる（１０〜３０気圧）だけではなく、Ｘ線・γ線の飛行方向有感厚が大きく（例えば１００mm）なければならず、また、ｙ軸方向の位置検出のためには、（ｙ軸方向に）薄い検出器にする必要性が出てくる。薄い検出器にした場合の問題点は、検出器内でのＸ線・γ線の吸収或いは衝突により、エネルギを与えられた電子が、壁２２ｃに衝突することによって、そのエネルギの一部を失い、検出器ガスを充分に電離できなくなり、このことによってＸ線・γ線のエネルギ値の測定が不正確になることである。
【００６０】以上の問題は、図５に示すように、検出器窓（Ｂｅ板）２２ｆの前面に、検出器コリメータ２２ｋを取り付けることにより、充分に避けることができる。即ち、検出器コリメータ２２ｋは、２mm幅のスリットを各検出器の中央に取り付けたもので、各検出器幅はその４倍の８mmとする。測定Ｘ線・γ線の最大エネルギ値は８１keVなので、上記電子の最大エネルギ値は８１keVである。エネルギ値が８１keVの電子の、３０気圧アルゴンガス中での最大飛程は２．７mmなので、検出器コリメータ２２ｋを付けたときのＸ線・γ線の壁までの最短距離３mmよりも短く、従って、壁に衝突してエネルギを失う可能性はなくなる。なお、検出器コリメータ２２ｋは、１mm厚のタンタル板等で作成すると良い。
【００６１】図５に示すように、検出器コリメータ２２ｋを使用した場合は、一度測定した（スキャニングＳ1）後、ｙ軸方向にそのスリット幅（２mm）だけ動かして、また、測定（スキャニングＳ2）し、これを検出器幅（８mm）のスリット幅に対する倍数回（計４回）繰り返して、その都度測定（スキャニング）することにより、ｙ軸方向は全検出器幅Ｗ（５×８＝４０mm）を、２mm幅の精度で位置測定ができることになる。５回目のスキャニング（Ｓ5）では、全検出器幅Ｗだけ移動させることにより、更に全検出器幅Ｗのスキャニングが可能になり、同様のスキャニングを更に行えば、全検出器幅Ｗの整数倍のｙ軸方向の位置測定が可能になる。なお、図５では、一番右側の検出器のスキャニング位置（Ｓ1〜Ｓ5）のみ記したが、２番目乃至５番目の検出器も同様である。
【００６２】次に、本発明の骨塩量測定装置１０を用いて人体６０の骨塩量を算定する解析方法の方針について説明する。先ず、当該解析方法を概説すると、Ｘ線やγ線が透過する人体６０の測定対象部６５を図６に示すように多数のセグメントに細分割し、夫々の各セグメントのＸ線の透過率を計測することにより、前述した複雑な人体６０の構造を反映したものにする。また、上記（２−４）に記したように、人体６０は多数の物質から構成されており、この骨塩量や軟部組織量等の人体６０を構成する物質の数を人体変数ｍとすると、人体変数ｍと同じか、或いは人体変数ｍよりも多数のｎ個のエネルギ値（正確なエネルギ値を同定して）のＸ線の透過率を測定し、ｎ個のｍ元連立方程式を解き、必要に応じて最小二乗法によりフィットすることにより、人体６０の骨塩量Ｍbの測定精度を上げるものとする。
【００６３】本発明の骨塩量測定装置１０を用いて人体６０の測定対象部６５の骨塩量Ｍbを算定する解析方法の方針は上記の通りだが、以下、骨塩量Ｍbの解析方法の概要を図６を参照し、図７及び図８のフローチャートを用いて概説する。
（４−１）先ず、図６に示すように、人体６０の測定対象部６５の大きさを、ｘ軸方向にＸ、ｙ軸方向にＹとしたとき、Ｘを上記セグメントのｘ軸方向の長さであるΔｘでｉmax等分し（Ｘ＝Δｘ・ｉmax）、同様にＹをセグメントのｙ軸方向の長さであるΔｙでｊmax等分する（Ｙ＝Δｙ・ｊmax）（ＳＰ１）。
【００６４】（４−２）次に、図６に示す測定対象部６５の位置（ｘi，ｙj）の微分部分（面積：Δｘ・Δｙ）の、エネルギ値ＥkのＸ線又はγ線の透過率ｔ（i,j,k)は、人体６０が無いときのＸ線又はγ線の計測値をｎ0（i,j,k)とし、人体６０があるときのＸ線又はγ線の計測値をｎ（i,j,k)とした場合、次式によって求めることができる（ＳＰ２）。
ｔ（i,j,k)＝ｎ（i,j,k)／ｎ0（i,j,k) （８）
なお、ｉ及びｊはｉ＝１〜ｉmax、ｊ＝１〜ｊmaxの間を変動するものとする。また、ｎ種のＸ線又はγ線の各エネルギ値Ｅk（k＝１〜ｎ）に対する透過率ｔ（i,j,k)の総てを図示したものが、エネルギ値ＥkのＸ線又はγ線の透過率マップと称するものとする。さらに、ｉは後述するように位置検出器の出力の波高分析器のチャネル数に相当し、ｊは位置検出器の何本目のアノードの何回目のスキャニング計測かによって一意的に決定される。
【００６５】（４−３）上記した方法で測定した測定対象部６５の各微小部分位置（ｘi，ｙj）のエネルギ値ＥkのＸ線又はγ線の透過率ｔ（i,j,k)に基づいて、次に、各微小部分位置（ｘi，ｙj）の骨塩量ｂ1(i,j)は図８に示すフローチャートのように求める。
(a)先ず、検出器３０によるｎ種のＸ線又はγ線の透過率ｔ（i,j,k)の測定値がコンピュータ４０に入力されると（ＳＴ１）、人体変数ｍとＸ線又はγ線の線種の数ｎとが等しい場合（ｍ＝ｎ）は（ＳＴ２）、式（４）についてのｎ個のｍ元連立方程式が成立する。従って、このｎ（＝ｍ）個のｍ元連立方程式を解くことにより（ＳＴ３）、骨塩量ｂ1(i,j)を始め、他の測定対象部６５の（ｍ−１）個の構成部分の量ｂ2(i,j)〜ｂm(i,j)が夫々一意に定まる（ＳＴ４）ので、当該各微小部分位置（ｘi，ｙj）の骨塩量ｂ1(i,j)を即座に決定することができる（ＳＴ７、ＳＰ３）。
【００６６】(b)次に、人体変数ｍがＸ線又はγ線の線種の数ｎよりも小さい場合（ｍ＜ｎ）は（ＳＴ２）、上記同様に式（４）についてのｎ個のｍ元連立方程式が成立する。ところで、このｎ（＞ｍ）個のｍ元連立方程式を解くと、人体変数ｍよりも方程式の個数ｎの方が多いので、一般に、各セグメントの骨塩量ｂ1(i,j)を始め、他の人体６０のｍ−１個の構成部分の量ｂ2(i,j)〜ｂm(i,j)の解は夫々複数解となる（ＳＴ５）。従って、人体変数ｍより連立方程式の個数が多いときは、最小二乗法によるフィットにより（ＳＴ６）、各セグメントの骨塩量ｂ1f(i,j)を始め、他の人体６０のｍ−１個の各セグメントの構成部分の量ｂ2f(i,j)〜ｂmf(i,j)の量も決定する（ＳＴ７、ＳＰ３）。なお、このｎ個のｍ元連立方程式を解くプログラム及び最小二乗法によりフィットするプログラムは、図１に示すコンピュータ４０に予め入力されている。
【００６７】このように、各セグメントについての骨塩量ｂ1(i,j)、或いはｂ1f(i,j)が求まると、ｉ＝１〜ｉmax、ｊ＝１〜ｊmaxの各セグメントについての骨塩量ｂ1(i,j)、或いはｂ1f(i,j)の総和を求めることにより（ＳＰ４）、人体６０の測定対象部６５の骨塩量Ｍb、Ｍbfを【数１】
又は【数２】
の式（９）又は式（１０）に代入することにより求めることができる（ＳＰ５）。なお、この骨塩量ｂ1(i,j)、或いはｂ1f(i,j)の総和を求める計算も図１に示す計算機４０が行うようになっている。また、ここで、Ｍbは上記(a)の解法により求めた骨塩量、Ｍbfは上記(b)の解法（最小二乗法によるフィット）により求めた骨塩量である。更に、上記解法では、各セグメントの位置を（ｘi，ｙj）とするｘ，ｙの直交座標系で解析するようにしたが、ｘi＝Ｒ・θi、Δｘi＝Ｒ・Δθiとし、極座標系で測定及び解析するようにすると、より高精度で骨塩量Ｍb、Ｍbfを計測できるようになる。ここで、Ｒは、図１に示すＸ線の線源２０と人体６０間の平均距離とする。
【００６８】以上、人体変数をｍとし、Ｘ線又はγ線の線種の数をｎとした一般的な場合で説明したが、以下は、（５−１）でｍ＝ｎ＝２、（５−２）でｍ＝２、ｎ＝３（５−３）でｍ＝ｎ＝３の値とした具体的な場合について説明する。
（５−１） ｍ＝ｎ＝２とした場合人体６０を、人骨６１と軟部組織６２から構成され、人体変数ｍが２とし、Ｘ線又はγ線の線種の数を高エネルギ(ＥH)と低エネルギ(ＥL)の２種類とした点で、従来の測定法と共通するが、本発明の骨塩量測定装置では、上述したように、Ｘ線又はγ線のエネルギ誤差が無く、また、人体６０の骨塩量Ｍbの測定対象部６５を細かくセグメントに分割することにより、人体形状の変化に比較して透過位置測定精度に優れているので、従来の式（４）は各セグメントについて微視的には正しいと言える。
【００６９】従って、各セグメントについて式（４）を適用し、ａ＝μsH/｛μsH・μbL−μsL・μbH｝
ｂ＝μsL/｛μsH・μbL−μsL・μbH｝
とすると、骨塩量Ｍbは【数３】
の式（１１）に示すようになり、人体６０が人骨６１と軟部組織６２から構成されるとした仮定が正しい場合は、正確な骨塩量Ｍbを算出できる。ここで、低エネルギ(ＥL)のＸ線(ＸL)の軟部組織６２における質量吸収係数をμsL、骨６１における質量吸収係数をμbLとしている。同様に、高エネルギ(ＥH)のＸ線(ＸH)の軟部組織６２における質量吸収係数をμsH、骨６１における質量吸収係数をμbHとしている。なお、従来法では、人体６０におけるＸ線又はγ線の透過位置を測定していなかったので、【数４】
の式（４）´のように算出され、更に大きな誤差原因となっていたことは、式（４）´を上記の正しい式（１１）と比較することにより明白になる。つまり、式（４）´では、高エネルギ(ＥH)のＸ線(ＸH)の透過率ｔ（i,j,H)、或いは低エネルギ(ＥL)のＸ線(ＸL)の透過率ｔ（i,j,L)の小さい部分、即ち骨塩量の大きい部分の寄与を過小評価していることになる。このことが、図１５に示したように、従来法ではどの具体例においても、常にそして大幅に、骨塩量の計測値（Ｍbc）がそれの真の値（Ｍb0）よりも小さくなってしまう原因となっている。
【００７０】（５−２） ｍ＝２、ｎ＝３とした場合人体６０を、人骨６１と軟部組織６２から構成され、従って、人体変数ｍを２とし、Ｘ線又はγ線の線種の数を３種類とした場合である。３種類のＸ線又はγ線の線種のエネルギをＥ1、Ｅ2、Ｅ3とし、μbE1・ρb＝β1、 μsE1・ρs＝σ1μbE2・ρb＝β2、 μsE2・ρs＝σ2μbE3・ρb＝β3、 μsE3・ρs＝σ3とおくと、人体６０の各セグメント（ｘi，ｙj）の骨６１の厚さＴb(i,j)[cm]と軟部組織６２の厚さＴs(i,j)[cm]とが未知数として、【数５】
の式（１２）によって表されるＵの値が最小となるような骨６１の厚さＴb(i,j)と軟部組織６２の厚さＴs(i,j)を、図１に示す計算機４０により算出し、その値を夫々Ｔbf(i,j)とＴsf(i,j)として、測定値である３種類のＸ線又はγ線の線種の透過率ｔ(i,j,k)と、上記一定値β1、β2、β3、σ1、σ2、σ3を使って人体６０の測定対象部６５の骨塩量Ｍbf及び軟部組織Ｍsfを【数６】
と【数７】
の式（１３）と式（１４）により求める。
【００７１】（５−３） ｍ＝３、ｎ＝３とした場合人体６０を、人骨６１と、図示は省略するが、人骨６１以外の第２及び第３の組織から構成され、従って、人体変数ｍを３とし、Ｘ線又はγ線の線種の数を３種類とした場合である。（５−２）の場合同様に、３種類のＸ線又はγ線の線種のエネルギＥkをＥ1、Ｅ2、Ｅ3とし、μbE1・ρb＝β1、 μsE1・ρs＝σ1μbE2・ρb＝β2、 μsE2・ρs＝σ2μbE3・ρb＝β3、 μsE3・ρs＝σ3とおき、更に第３の組織に対して、μuE1・ρu＝ν1、μuE2・ρu＝ν2、μuE3・ρu＝ν3とすると、３種類のＸ線又はγ線の線種のエネルギＥkのＥ1、Ｅ2、Ｅ3の夫々に対して、ｌｎ｛ｔ(i,j,k)｝＋βk・Ｔb(i,j)＋σk・Ｔs(i,j) ＋νk・Ｔu(i,j)＝０ （１５）
が成り立つので、Ｔb(i,j)、Ｔs(i,j)、Ｔu(i,j)に関する３個の連立方程式を解き、式（９）のｂ1(i,j)にρb・Ｔb(i,j)を代入することによって骨塩量Ｍbを求めることができる。また、人骨６１以外の第２及び第３の組織の量Ｍs、Ｍuは、式（９）のｂ1(i,j)にρs・Ｔs(i,j)、或いはρu・Ｔu(i,j)を代入することによって夫々求めることができる。
【００７２】次に、図９を用い図３を参照して、本発明の骨塩量測定装置１０に用いるＸ線・γ線の線源の混合線源２０の補足説明をする。図９は、図２に示す表１の上記４種の各線源が同一強度（同一ベクレル数）のときの、各線種の計数率に関して図３に示す検出器３０を用いたときの相対値を一例として図示したものである。横軸には各線種のエネルギ値、縦軸には検出器３０の（アルゴンガス圧）×（有効厚）＝３００気圧・cmのときの各線種の検出効率（εDET）と、人体の皮質骨の厚さ（Ｔb）と軟部組織の厚さ（Ｔs）が、同図内の表の夫々の場合（○、△、×）における各線種の人体透過率（ＴBODDY）と、そして各線源の１崩壊（ベクレル）当たりの各線種の放出確率（Ｉs[％]）との、３個の積の値、即ち各線種の人体６０透過後の計数率の相対値を示す。
【００７３】図９より、特に３０keVから５０keVまでは、皮質骨６１の厚さ（Ｔb）に計数率が鋭敏に影響を受ける、即ち骨塩量Ｍbを正確に定量するのに適していることが分かる。測定精度を上げるためには、解析に用いる各測定線種の計測カウント数を大きくして、統計精度を上げなければならない。計測カウント数は、（計数率）×（計測時間）であるが、計測時間は診断時間としての限りがあり、また、計数率は余り大きくなると検出器のエネルギ分解能や位置検出精度に悪影響を与えるため、使用線源は解析に用いる各測定線種の計数率がほぼ同じようになるように、混合比を選ぶと良い。
【００７４】241Ａｍ線源は半減期が４００年以上もあって、一度購入するといつまでも減弱することなくＸ線・γ線源として使用可能なので、241Ａｍ線源を基準にすると、133Ｂａ線源はほぼ同じ強度（ベクレル）、204Ｔｌ線源や153Ｇｄ線源ならば約１／３の強度（ベクレル）となるように混合したＸ線・γ線源を使用すればよいことが図９より分かる。
【００７５】133Ｂａ線源の半減期は図２の表１に示すように約１１年、204Ｔｌ線源の半減期は約４年なので、241Ａｍ線源も含めた３種を混合したＸ線・γ線の混合線源の場合は、５年以上同一線源のまま使用可能である。153Ｇｄ線源は半減期が約２４０日と短いので、特別の場合のみ上記の混合線源の直前又は直後に置いて同時に使用するようにし、毎年153Ｇｄ線源のみ交換するようにすればよい。
【００７６】なお、解析法のところで、測定対象である人体があるときの計数率ｎと、ないときの計数率ｎ0との比として透過率ｔを求めるように式に記したが、現実の診断は計数率ｎによりする以上、計数率ｎ0の測定は別途強度比の分かっている弱い線源を用いて、ｎとほぼ同程度の計数率で測定する必要がある。
【００７７】このように、Ｘ線・γ線の線源と検出器系と計算機が共に上記基本仕様を満足することにより、上述した図１２の従来の骨塩量測定装置１００が有していた（２−１）乃至（２−６）の誤差が解決されることは上記の通り詳細に記してきたが、更にまとめて図１０と図１１を用いて以下に示す。
（６−１）形状誤差の極小化検出機能で検出する各光子（Ｘ線やγ線）に関して、その光子が複雑な内部形状をしている人体のどの部分を透過してきたかが判定できれば、即ち、人体の形状を反映した光子の詳細な透過率分布（マップ）が分かれば、人体の骨塩量分布（マップ）が分かることになり、前記した形状誤差の問題は解決する。
【００７８】Ｘ線・γ線の線源と検出器が共に基本仕様に記したように、図１０の線源２０は直径２mm以下の点状線源で、図３の検出器３０は位置分解能が半値幅２mm以下であれば、図１０に示すように、光子の人体６０への入射位置精度が約±１mmの人体６０（骨６１、軟部組織６２）の光子透過率分布（マップ）が作成できることになる。人体６０に入射する光子に垂直な±１mm内で、骨６１の厚さが大幅に変化する部分の面積の総和が、測定対象とする人体６０部分の総面積に比し、かなり大きくなるような特別な場合は稀であるので、上記（１−１）の問題（１）に記した人体６０の形状変化に起因する骨塩量の測定誤差を極小化することができる。
【００７９】（６−２）Ｘ線エネルギ値の拡がりによる誤差の消滅上記Ｘ線・γ線の線源が基本仕様のように、夫々一定のエネルギ値（単色）で、かつ、相互に５keV以上（Ｅx,γ＜５０keV）或いは、１０keV以上（Ｅx,γ＞５０keV）のエネルギ値差がある数種のＸ・γ線を放出する、数種類の放射性同位元素からなり、更に検出器系としては基本仕様として、上記のＸ線・γ線を分離して測定できるエネルギ分解能を持ったものを使用すれば、検出する各光子に関しては、そのエネルギ値が厳密に同定（特定）されることになるので、上記問題に記した光子のエネルギに拡がりがあることに起因する骨塩量の測定誤差は厳密になくすことが可能になる。これらは図２の表１中の任意の放射性同位元素からなる混合線源と、（３−１）の(a2)に記したエネルギ分解能に関する基本仕様を持った検出器系により達成できる。
【００８０】（６−３）散乱線の混入による誤差の除去上記（２−３）に記したように、従来の骨塩量測定装置では、Ｘ線・γ線の線源や検出器が夫々大きく、光子のコリメートが充分になされていないと、検出器で計測する光子数は圧倒的に散乱光子によるものの方が多くなり、このため計測値に大きな誤差をもたらすことになる。従って散乱線の混入を極力避けて精度がよい測定をするには以下の条件が重要になる。
（ａ）Ｘ線・γ線の線源が点状線源であること。
（ｂ）検出器の有感面は細長く、線源及び人体から極力離れていること。
（ｃ）人体に入射する光子及び人体から検出器有感面へ入射する光子は、線源より検出器有感面を見込むもののみにコリメートすること。
【００８１】上記の基本仕様を満足する検出器と線源を用い、上記（ｃ）を満足するようにコリメートし、検出器と人体及び線源間の距離を夫々１２cm（平均）及び２４cmとすると、図１１の計算結果に示すように、大幅に検出器系に入射する散乱光子の数を減少させることが可能になる。なお、計算はＴＯＴＡＬ ＢＯＤＹの厚さが１０[g/cm2]の場合についてのみ行った。また、人体内で散乱後、検出器に入射するまで、散乱確率の角度分布及び人体内での減衰と検出器を見込む立体角も考慮して計算を行った。ここで検出器の有感面積は１８cm×１cmとした。図１１に示す通り、上記の条件では、検出器に入射する散乱光子数は、全入射光子数（＝散乱光子数＋透過光子数）の約６〜７％（光子エネルギが４０keV〜１５０keVのとき）、或いは約１３％（光子エネルギが３０keVのとき）になり、大幅に減少させることができるのが分かる。ここでＣは、Ｃ＝（散乱して検出器に入る光子数）／（検出器に入る全光子数）とする。なお、図１１のＣ0は、人体内で散乱された光子が、人体内で減衰することを考慮していないときのＣの計算値である。
【００８２】（６−４）多数エネルギ値での分析による効果上記従来の骨塩量測定装置では、２個のエネルギ（Dual Energy）値のみの測定を行っていたが、これでは２重の意味で問題点があることを（２−４）に記した。しかし、基本仕様を満足する数本の固有（特性）Ｘ線或いはγ線を放出する混合線源を用い、基本仕様を満足する検出器系で測定するならば、多数のエネルギ値よりなる線種の夫々に対して人体の透過率分布（マップ）を同時に測定することができるので（Multi-Energy X and γray Absorptiometry;MEXA法と称することにする。）、人体の構成物質数を３種以上にして、夫々の分布量を求めたり、また、そのことによって測定誤差を少なくすることを可能にしたり、求めるパラメータ数よりも多くのエネルギ値による分析データによって最適フィットをすることにより、誤差をより小さくすることが可能になる。
【００８３】（６−５）位置検出器使用によるカウンタアレイの問題点の克服上記基本仕様を満足する検出器系は、基本的に１個乃至数個の位置検出器であるので、カウンタアレイの問題点として記した３点は総て克服される。即ち、離散的な不感領域があったり、位置による感度のばらつきや、経時変化があったりするようなことは総てなくすことができる。
【００８４】（６−６）回折格子使用による問題点の点状放射性同位元素線源使用による克服Ｘ線管からのブロードなＸ線は、回折格子により単色化することができるが、しかしこの場合、Ｘ線源としては空間的に幅の広いものになってしまうため、回折格子を使用すると、骨形状に起因する誤差は避けられないことは上述した。基本仕様の点状放射性同位元素線源使用の場合、エネルギ値はどれも単一であり、また空間的に点状であるので、エネルギ拡がりに起因する誤差と、骨形状に起因する誤差の両方共、極小化することが可能になる。
【００８５】本発明の骨塩量測定装置は、上記実施の形態には限定されない。先ず、上記実施の形態では、Ｘ線・γ線の線源の形状として、測定対象とする生体内骨形状の位置変化に比し、充分に小さい点状線源の例で説明した。これは上述したように、線源の位置と検出器がＸ線又はγ線を検出した位置を直線的に結ぶことにより、Ｘ線又はγ線の骨の透過経路を幾何学的に正確に判別するためである。本発明の骨塩量測定装置でいう点状線源とは、線源そのものが文字通り点状であることを必ずしも意味するものではない。線源そのものは面状であれ、線状であれ、或いは点列状であれ、点状のコリメータによって実効的に点状とされた線源であれば、人体の透過経路の判別その他の測定等において問題となることではない。
【００８６】また、上記の点状コリメータは、面状、線状、点列状等の線源と共に、時間的に移動させて使用したり、或いは複数個であったとしても、或いはまた、点状線源そのものが複数個であったとしても、それらの夫々の線源を使用する時間や、夫々の線源のＸ線又はγ線のエネルギ値より、Ｘ線又はγ線の出射位置が判定できるならば、Ｘ線又はγ線の検出器における検出位置を測定することにより、上記したように、Ｘ線又はγ線の人体における透過経路が判別できることになり、骨塩量（骨密度）測定上有効である。そしてまた、この方法では、測定時間の短縮に繋がるメリットがある場合もある。但し、人体には厚みがあるため、異なる位置の各点状線源による光子の人体透過経路は夫々異なるため、測定結果の解析上大きな誤差をもたらすこともあることは、個々の実施上の場合について注意しなければならない。
【００８７】上記実施の形態では、最も精度を必要とする場合について、そしてまた、その重要性について記した。その結果、点状線源が基本的に最良であることは上記したが、それ程精度を必要としない場合や、人体形状に特別な仮定が可能な場合については、本発明の骨塩量測定装置に用いる測定機能や計算機能により、線源の形状は点状線源に限定されず、種々の形状が考えられる。
【００８８】また、（３−１）で述べたが、これは本発明の骨塩量測定装置に用いる線源を考慮して、最も望ましい検出器の仕様を示したものであり、線源に用いる放射性同位体の種類の変更等に応じて、当該仕様についても種々の変更が考えられるのは勿論のことである。
【００８９】
【発明の効果】本発明の骨塩量測定装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、Ｘ線・γ線の線源としては、所定量の放射性同位元素を用いて、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するようにすることにより、エネルギ分布幅のない単色（単一のエネルギ）のＸ線・γ線の線源とすることができ、従来の骨塩量測定装置に存在したＸ線エネルギ値の拡がりに起因する骨塩量の測定誤差をなくすことができる。
（２）また、各固有Ｘ線又はγ線の夫々のエネルギ値及び生体への透過経路を計測することにより、所望の位置の生体の固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するようにすると、複雑な生体の形状を反映した多線種の固有Ｘ線又はγ線の夫々の透過率分布（マップ）が分かるようになり、最終的には計算機能により生体の骨塩量分布（マップ）が分かることになり、従来の骨塩量測定装置に存在した、上記した形状に起因する誤差及びエネルギの拡がりに起因する誤差の問題は解決し、測定精度が飛躍的に向上した骨塩量測定装置とすることができる。
（３）更に、計算機能も、検出機能から計測した生体の透過率に基づいて骨塩量を算出できるようにしたため、即座に骨塩量を求めることができるようになる。
【００９０】（４）請求項２に記載したように、単一の放射性同位元素を所定量用いたＸ線・γ線の線源、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合したＸ線・γ線の線源を略点状に作製するか、所定の大きさの容器に収納するか、或いはコリメータを用いることにより、Ｘ線・γ線の線源としては、ほぼ点状線源となるように構成すると、光子の人体の透過経路を判定する測定機能を持つ上で、本質的な効果を持ち、また、従来の骨塩量測定装置に存在したコンプトン散乱線の混入に起因する誤差の問題を解消する上でも本質的な効果を持つことができるので骨塩量測定装置の測定精度をより向上させることができる。
【００９１】（５）請求項３に記載したように、Ｘ線・γ線の線源として、３種以上のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を放射する単一の放射性同位元素を所定量用いるようにし、又は複数の放射性同位元素を夫々所定量混合するように構成すると、従来の骨塩量測定装置に存在した、２種のエネルギのＸ線だけで骨塩量を求めることに起因する誤差を解消することができるので骨塩量測定装置の測定精度をより向上させることができる。
【００９２】（６）請求項４に記載したように、当該骨塩量測定装置に用いるＸ線・γ線の線源としては、具体的には、Ｘ線・γ線の線源に使用する複数の放射性同位元素として、241Ａｍ、133Ｂａ、204Ｔｌを用い、夫々所定量混合するように構成すると、Ｘ線・γ線の線源として適した線源を備えた骨塩量測定装置とすることができる。
【００９３】（７）請求項５に記載したように、当該骨塩量測定装置に用いる測定機能として、具体的には、位置及びエネルギ検出型の比例計数管又は半導体検出器を用いるように構成すると、適した測定機能を備えた骨塩量測定装置とすることができる。
【００９４】（８）請求項６に記載したように、測定機能として、縦長の比例計数管又は半導体検出器等の検出器を用いるように構成とすると、従来の骨塩量測定装置に存在したコンプトン散乱線の混入に起因する誤差の問題を解消する上で本質的な効果を持つことができるので骨塩量測定装置の測定精度をより向上させることができる。
【００９５】（９）請求項７に記載したように、ｘ軸、ｙ軸よりなる２次元平面、又はｙ軸、θ軸よりなる２次元平面において、上記測定機能を、ｘ軸又はθ軸方向の１次元位置検出器、或いはｘ軸又はθ軸方向とｙ軸方向の２次元位置検出器とし、当該検出器をｙ軸方向にスキャニングすることにより、広い面積の生体の上記Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の透過率を測定するように構成すると、広い面積の生体の骨塩量を短い時間で測定できる骨塩量測定装置とすることが可能となる。
【００９６】（１０）請求項８に記載したように、検出機能として、内部封入ガスを高圧にすると共に、内部に薄いベリリウム板又は金属グリッドに仕切られた多数の有感部分を、Ｘ線・γ線の線源からの固有Ｘ線又はγ線の飛程方向に設けた比例計数管を用いるように構成すると、比例計数管の検出効率が上がり、一層精度の良い骨塩量測定装置とすることができる。
【００９７】（１１）請求項９に記載のＸ線・γ線の線源では、複数の放射性同位元素として、241Ａｍ、133Ｂａ、204Ｔｌを夫々所定量混合することにより、所望のエネルギの固有Ｘ線又はγ線を所望の強度で発生するように構成すると、本発明の骨塩量測定装置に用いるＸ線・γ線の線源としては最も適したものとすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９８０１３２３１
【氏名又は名称】吉田 義輝
【識別番号】５９８０１３２４２
【氏名又は名称】服部 俊幸
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月１４日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 陽介
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１９７１４３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月２７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１７６４９ |
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