CN101677809A - 骨强度诊断装置及骨强度诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种骨强度诊断装置及骨强度诊断方法。目的在于：提供一种能够准确地诊断骨强度的骨强度诊断装置及骨强度诊断方法。纵方向超声波发送接收器及横方向超声波发送接收器从规定角度向胫骨的骨表面辐射超声波，使在骨表面分别产生在胫骨的长轴方向及与长轴方向正交的方向上传播的表面波，并且，分别接收从表面波向软组织一侧泄漏的泄漏波。音速计算器根据超声波的路径长度的差与传播时间的差，来计算横方向及纵方向的表面波音速。第一指标计算器使用横方向的表面波音速，来计算评价骨密度的第一指标。第二指标计算器使用纵方向及横方向的表面波音速，来计算评价骨的定向性的第二指标。第三指标计算器测量皮质骨厚度，来计算评价骨强度的第三指标。骨诊断器使用第一指标、第二指标和第三指标中的至少一个指标来诊断骨强度。

Description

骨强度诊断装置及骨强度诊断方法

技术领域

本发明涉及使用超声波来诊断骨强度的骨强度诊断装置及骨强度诊断方法。

背景技术

至今为止，作为诊断骨强度的装置，具有利用X线来精密地测量骨密度的诊断装置，但却存在有装置规模较大，被放射线照射的问题。

于是，作为不产生此问题的无创性(non-invasive)骨强度诊断装置，使用了对超声波进行利用的装置(例如，参照专利文献1)。在这样的诊断装置中，从相对于骨表面倾斜规定角度的方向从超声波的送波设备辐射超声波，来在骨表面产生表面波。然后，例如，通过能够相对该超声波的送波设备移动的超声波接收设备，接收从表面波泄漏的泄漏波，根据辐射超声波到泄漏波被接收为止的传播时间和传播距离，来测量表面波的音速。在这样的装置中，使桡骨、胫骨及指骨这样的长管状骨为测量部位，并且，对沿着这些长管状骨的长轴方向传播的表面波的音速进行测量。一般来说，被测量的表面波的音速越快，诊断为骨强度越高。

专利文献1：日本特表2005-510283号公报。

但是，本案发明者们发现了即使被测量的表面波的音速较快，有时也会发生实际的骨密度较低这样的情况，与此相反，即使被测量的表面波的音速较慢，有时也会发生实际的骨密度较高这样的情况，长管状骨的长轴方向的表面波的音速与骨密度不太相关的事实。因此，基于长管状骨的长轴方向的表面波的音速，难以准确地评价骨强度。

发明内容

于是，本发明的目的在于：提供一种能够更准确地诊断骨强度的骨强度诊断装置及骨强度诊断方法。

本发明的目的还在于：能够通过使用超声波、X线诊断装置、计算机断层扫描装置等，从生体外测量“皮质骨厚度”，并使用超声波测量“各轴方向的音速”，来从皮质骨厚度观测骨量，从圆周或直径方向音速观测骨密度，且使用长轴方向的音速观测骨定向性，提供一种与现有技术相比，能够从更多的角度来诊断骨强度的骨强度诊断装置及骨强度诊断方法。

本案的骨强度诊断装置是利用超声波来诊断骨强度的骨强度诊断装置，其特征在于，包括：音速测量器，向骨表面辐射超声波，测量在上述骨表面中，沿着与该骨的长轴方向交叉的第一方向进行传播的超声波的音速；第一指标计算器，使用由上述音速测量器所测量出的上述第一方向的音速，来计算与骨密度有关的第一指标；以及骨诊断器，根据由上述第一指标计算器所算出的上述第一指标来诊断骨强度。

一般认为在骨表面传播的超声波(表面波)的音速会受到骨密度、骨的定向性等骨特性的影响。骨具有羟磷灰石结晶和骨胶原纤维规则性排列的结构。长管状骨的羟磷灰石(HAp)结晶的c轴具有沿着长轴方向排列的被称为1轴定向的HAp结晶的定向性。纤维状的骨胶原的走向(定向性)与该HAp结晶的c轴方向几乎相同。可以认为由于长轴方向的表面波的音速大幅度地受到长轴方向的骨的定向性(HAp)结晶的定向性和骨胶原纤维的定向性)和骨密度两方面的影响，因此不能根据长轴方向的音速准确地把握骨密度。另一方面，可以认为作为与长轴方向交叉的方向的第一方向的表面波的音速受到骨的定向性的影响较小，与骨密度密切相关。所以，第一指标计算器能够根据第一方向的音速，来计算与骨密度有关的第一指标。并且，由于骨诊断器根据该第一指标来诊断骨强度，因此与根据长轴方向的音速诊断骨强度时相比，能够更准确地诊断骨强度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，上述音速测量器还测量沿着与上述骨的长轴方向平行的第二方向进行传播的超声波的音速；该骨强度诊断装置还包括第二指标计算器，该第二指标计算器使用由上述音速测量器所测量出的上述第二方向的音速和上述第一方向的音速，来计算与骨的定向性有关的第二指标；上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨的定向性有关的上述第二指标这两个指标，来诊断骨强度。

第二方向的音速大幅度地受到骨的定向性和骨密度的影响，第一方向的音速受到骨的定向性的影响较小，受到骨密度的影响较大。因此，第二指标计算器能够根据第二方向的音速和第一方向的音速，来计算与骨的定向性有关的第二指标。并且，由于骨诊断器通过使用与骨密度有关的上述第一指标和与骨的定向性有关的上述第二指标这两个指标，来诊断骨强度，因此与仅使用第一指标来进行诊断时相比，能够更准确地诊断骨强度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，上述第一方向是与上述骨的长轴方向正交的方向。

与长轴方向正交的方向的表面波音速受到骨定向性的影响较小。所以，能够通过使用与长轴方向正交的方向的表面波音速，来准确地诊断骨强度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，上述音速测量器，还测量上述骨的皮质骨厚度；该骨强度诊断装置还包括第三指标计算器，该第三指标计算器使用由上述音速测量器所测量出的上述皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标；上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，或者使用与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

在现在的骨质疏松症诊断中，一般标准使用Dual X-rayAbsorptiometry(以下，DXA)来测定骨矿物密度(Bone Mineral Density，以下，BMDDXA)，作为骨强度的标准指标的BMDDXA受到皮质骨厚度(骨量)的影响大于皮质骨骨密度的影响。第三指标计算器根据用超声波所测量出的骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标。并且，由于骨诊断器不仅使用与骨密度有关的第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标，还使用与骨强度有关的第三指标，来诊断骨强度，因此与仅使用第一指标时，或者仅使用第一指标和第二指标来进行诊断时相比，能够更准确地诊断骨强度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，上述音速测量器使超声波大约垂直地辐射到骨表面，接收来自上述骨表面的第一反射波以及来自上述骨的背面的第二反射波，并根据分别接收到上述第一反射波和上述第二反射波的时间差，来计算上述骨厚度。

当大约垂直于骨来发送超声波时，会产生在骨表面反射的第一反射波和在骨内部传播且在骨背面反射的第二反射波。音速测定器在对于骨发送了超声波之后，分别接收第一反射波和第二反射波。第二反射波相对于第一反射波将迟延从骨表面到背面之间往返所需的那么多时间之后返回。即，两个反射波的时间差相当于超声波从骨表面到骨背面之间往返所需的时间。因此，音速测定器能够根据第一反射波和第二反射波的接收时间的差，来计算骨的厚度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，使用上述接收到第一反射波和第二反射波的时间差和在上述骨中传播的超声波的音速的假定值，来计算上述骨厚度。

能够根据在骨中厚度方向上传播的超声波的音速和接收到第一反射波和第二反射波的时间差来计算骨厚度。虽然骨中的音速及骨厚度均因人而异，但是骨中的音速的个人差所带来的不同与骨厚度的个人差所带来的不同相比较小。故而，通过将骨中的音速设为一定值，来计算骨厚度，能够简便地算出骨厚度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，还包括第三指标计算器，该第三指标计算器使用由皮质骨测量器所测量出的上述骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标；上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，来诊断骨强度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，还包括第三指标计算器，该第三指标计算器使用由皮质骨测量器所测量出的上述骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标；上述骨诊断器根据与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

本案的骨强度诊断装置的特征在于，上述皮质骨测量器是使用超声波的测量装置、X线诊断装置或计算机断层扫描装置。

在现在的骨质疏松症诊断中，一般标准使用Dual X-rayAbsorptiometry(以下，DXA)来测定骨矿物密度(Bone Mineral Density，以下，BMDDXA)，作为骨强度的标准指标的BMDDXA受到皮质骨厚度(骨量)的影响大于皮质骨骨密度的影响。第三指标计算器根据通过使用超声波的测量装置、X线诊断装置或计算机断层扫描装置等皮质骨测量器所测量出的骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标。并且，由于骨诊断器不仅使用与骨密度有关的第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标，还使用与骨强度有关的第三指标，来诊断骨强度，因此与仅使用第一指标进行诊断时，或者仅使用第一指标和第二指标来进行诊断时相比，能够更准确地诊断骨强度。

本案的骨强度诊断方法是使用超声波来诊断骨强度的方法，其特征在于，包括：音速测量步骤，向骨表面辐射超声波，分别测量在上述骨表面中，沿着与该骨的长轴方向交叉的第一方向进行传播的超声波的音速和沿着与上述长轴方向平行的第二方向进行传播的超声波的音速；第一指标计算步骤，使用在上述音速测量步骤中所测量出的上述第一方向的音速，来计算与骨密度有关的第一指标；第二指标计算步骤，使用在上述音速测量步骤中所测量出的上述第二方向的音速和上述第一方向的音速，来计算与骨的定向性有关的第二指标；以及骨诊断步骤，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨的定向性有关的上述第二指标这两个指标来诊断骨强度。

由于第一方向的表面波的音速受到骨的定向性的影响较小，受到骨密度的影响较大，因此与骨密度的相关性高。另一方面，第二方向的表面波的音速受到骨的定向性和骨密度两方面的影响较大。因此，能够通过第一指标计算步骤，根据第一方向的音速，来计算与骨密度有关的第一指标。并且，能够通过第二指标计算步骤，根据第二方向的音速和第一方向的音速，来计算与骨的定向性有关的第二指标。并且，由于通过骨诊断步骤，使用与骨密度有关的第一指标和与骨的定向性有关的上述第二指标来诊断骨强度，因此与仅使用其中一个指标时相比，能够更准确地诊断骨强度。

本案的骨强度诊断方法的特征在于，上述音速测量方法，还测量上述骨的皮质骨厚度；该骨强度诊断方法还包括第三指标计算步骤，该第三指标计算步骤使用由上述音速测量步骤所测量出的上述皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标；上述骨诊断步骤，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，或者使用与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

本案的骨强度诊断方法的特征在于，还测量上述骨的皮质骨厚度；该骨强度诊断方法还包括第三指标计算步骤，该第三指标计算步骤使用由上述音速测量步骤所测量出的上述皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标；上述骨诊断步骤，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，或者使用与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

本案的骨强度诊断步骤的特征在于是使用超声波的测量步骤、X线诊断步骤或计算机断层摄影步骤。

在现在的骨质疏松症诊断中，一般标准使用Dual X-rayAbsorptiometry(以下，DXA)来测定骨矿物密度(Bone Mineral Density，以下，BMDDXA)，作为骨强度的标准指标的BMDDXA受到皮质骨厚度(骨量)的影响大于皮质骨骨密度的影响。第三指标计算器根据通过使用超声波的测量装置、X线诊断装置或计算机断层扫描装置等皮质骨测量器所测量出的骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标。并且，由于骨诊断器不仅使用与骨密度有关的第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标，还使用与骨强度有关的第三指标，来诊断骨强度，因此与仅使用第一指标进行诊断时，或者仅使用第一指标和第二指标来进行诊断时相比，能够更准确地诊断骨强度。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的骨强度诊断装置的图。

图2是使用了横方向超声波发送接收器时的剖面图。

图3是使用了纵方向超声波发送接收器时的剖面图。

图4是表示胫骨的纵方向及横方向的表面波音速和跟骨的骨密度的关系的坐标图。

图5是表示大腿骨骨干皮质骨部的骨密度和纵方向及横方向音速的关系的坐标图。

图6是表示大腿骨骨干皮质骨部的骨的定向性和纵方向及横方向音速的关系的坐标图。

图7是表示大腿骨骨干皮质骨部的骨密度和骨的定向性的关系的坐标图。

图8是表示大腿骨骨干皮质骨部的骨密度和BMDDXA及骨密度和BMDpQCT的关系的坐标图。

图9是表示大腿骨骨干皮质骨部的骨厚度和BMDDXA的关系的坐标图。

符号说明：1-骨强度诊断装置；2-横方向超声波发送接收器；3-纵方向超声波发送接收器；4-装置本体；5a、5b-送波部；6a、6b、7a、7b-收波部；8a、8b-抵接面；20-超声波控制部；21-音速计算部；22-第一指标计算部；23-第二指标计算部；24-第二指标计算部；25-骨诊断部；26-显示部；30-骨；31-骨表面；40-软组织；41-皮肤表面；100-皮质骨测量装置(X线诊断装置/计算机断层扫描装置)。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

本实施方式的骨强度诊断装置1是向测量部位的骨辐射超声波，让骨表面产生表面波，并接收从该表面波泄漏的泄漏波，来测量表面波的音速，且从所获得的音速诊断骨强度的装置。

骨强度诊断装置1以胫骨的内侧面31为测量部位。胫骨是长管状骨的一种，如图2所示，胫骨的皮质骨30的与长轴方向正交的方向的剖面形状大致为三角形。作为测量部位的胫骨内侧面31是指位于构成该剖面大致为三角形的3个面中的身体内侧(图2中的右侧)的面。胫骨内侧面31在一定的长度上具有平坦性。并且，覆盖该胫骨内侧面31的肌肉等软组织40的厚度较薄。因此，胫骨内侧面31和皮肤表面41几乎平行。从而，能够产生后述的表面波，能够确保表面波的传播距离。

另外，在以下的骨强度诊断装置1的说明中，将胫骨的长轴方向定义为纵方向，将与胫骨的长轴方向正交的图2所示的胫骨内侧面31的方向定义为横方向。并且，将胫骨内侧面31及胫骨的皮质骨30仅表现为骨表面31及骨30。本发明的第一方向及第二方向分别相当于横方向和纵方向。

如图1所示，骨强度诊断装置1包括横方向超声波发送接收器2、纵方向超声波发送接收器3和装置本体4。横方向超声波发送接收器2和纵方向超声波发送接收器3分别经由电缆连接在装置本体4。

并且，骨强度诊断装置1能够与使用超声波的测量装置、X线诊断装置或计算机断层扫描装置等皮质骨测量装置连接，或者包括与用皮质骨测量装置所测量出的数据能够共有的接口(无图示)。

或者，还能够在横方向超声波发送接收器2和纵方向超声波发送接收器3的至少一个设置皮质骨厚度测量用的发送收波部，相对于骨大致垂直地辐射超声波，根据来自表面和背面的反射波的时间差，假设音速，导出厚度。

此时，不需要与皮质骨测量装置连接，或者不需要共有数据。

横方向超声波发送接收器2向骨表面31辐射超声波，使产生沿着骨表面31在横方向上传播的超声波(表面波)，并且，接收从该表面波向软组织40侧泄漏的超声波(泄漏波)。纵方向超声波发送接收器3向骨表面31辐射超声波，使产生沿着骨表面31在纵方向上传播的超声波(表面波)，并且，接收从该表面波向软组织40侧泄漏的超声波(泄漏波)。能够各自用1台进行超声波的发送及接收的被称为超声波换能器的设备来作为横方向超声波发送接收器2和纵方向超声波发送接收器3。另外，图2是表示正在使用横方向超声波发送接收器2的状态的图，图1及图3是表示正在使用纵方向超声波发送接收器3的状态的图。

如图2及图3所示，横方向超声波发送接收器2和纵方向超声波发送接收器3分别包括抵接在皮肤表面41的抵接面8a、8b。另外，在使用横方向超声波发送接收器2和纵方向超声波发送接收器3时，在皮肤表面41上涂覆超声波胶状药物。

如图2所示，横方向超声波发送接收器2包括发送超声波的送波部5a和接收超声波的两个收波部6a、7a。在抵接面8a抵接在皮肤表面41的规定位置的状态下，送波部5a、收波部6a、收波部7a分别隔开规定的间隔，以此顺序在横方向上排列。

送波部5a通过接收从装置本体4发送来的电脉冲信号，来辐射规定频率的超声波脉冲Aa。将辐射指向性较宽的超声波的部件用作送波部5a。送波部5a被设定为在抵接面8a抵接在皮肤表面41的规定位置的状态下，使从送波部5a辐射的超声波Aa在临界角附近入射到骨表面31。通过使用指向性较宽的送波部5a，即使不严密地设定入射角，也能够以临界角使超声波入射到骨表面31。并且，能够通过软组织40中的音速和后述的表面波的音速来求出临界角。因此，通过使用指向性较宽的送波部5a，即使表面波的音速因受验者的不同而不同，也能够以临界角使超声波入射到骨表面31。

当从送波部5a辐射超声波脉冲Aa，并以临界角入射到骨表面31时，在骨表面31就会产生表面波Ba。表面波Ba在软组织40侧的规定方向(例如，C1a、C2a方向)辐射泄漏波，同时沿着骨表面31在横方向上传播。

两个收波部6a、7a分别传播了从规定距离L1a、L2a的表面波Ba接受分别辐射的泄漏波C1a、C2a。并且，收波部6a、7a在分别接受泄漏波C1a、C2a的同时，分别将到达信号发送到装置本体4。

如图3所示，纵方向超声波发送接收器3与横方向超声波发送接收器2一样，包括发送超声波的送波部5b和接收超声波的两个收波部6b、7b。在抵接面8b抵接在皮肤表面41的规定位置的状态下，送波部5b、收波部6b、收波部7b分别隔开规定的间隔，以此顺序在纵方向上排列。

送波部5b通过接收从装置本体4发送来的电脉冲信号，来辐射规定频率的超声波脉冲Ab。将辐射指向性较宽的超声波的部件用作送波部5a。送波部5b被设定为在抵接面8b抵接在皮肤表面41的规定位置的状态下，使从送波部5b辐射的超声波Ab在临界角附近入射到骨表面31。

当从送波部5b辐射超声波脉冲Ab，并以临界角入射到骨30时，在骨表面31就会产生表面波Bb。表面波Bb在软组织40侧的规定方向(例如，C1b、C2b方向)辐射泄漏波，同时沿着骨表面31在纵方向上传播。

两个收波部6b、7b分别从传播了规定距离L1b、L2b的表面波Bb接收分别辐射的泄漏波C1b、C2b。并且，收波部6b、7b在分别接收泄漏波C1b、C2b的同时，分别将到达信号发送到装置本体4。

如图1所示，装置本体4由超声波控制部20、音速计算部21、第一指标计算部22、第二指标计算部23、骨诊断部25和显示部26等构成。另外，超声波控制部20、音速计算部21、骨特性评价部22及骨诊断部25由ROM、RAM、CPU等构成。本发明的音速测量器由纵方向超声波发送接收器3、纵方向超声波发送接收器3、超声波控制部20和音速计算部21构成。

超声波控制部20生成用以从横方向超声波发送接收器2及纵方向超声波发送接收器3的送波部5a、5b辐射规定频率的超声波脉冲Aa、Ab的电脉冲信号，并将该电信号发送给横方向超声波发送接收器2及纵方向超声波发送接收器3。

音速计算部21根据从横方向超声波发送接收器2的收波部6a、7a发送来的到达信号的时间差等，计算在骨表面31横方向传播的表面波Ba的音速Va。并且，音速计算部21根据从纵方向超声波发送接收器3的收波部6b、7b发送来的到达信号的时间差等，计算在骨表面31纵方向传播的表面波的音速Vb。

对计算横方向的表面波Ba的音速Va的情况进行具体说明。首先，计算分别从收波部6a、7a发送来的到达信号的时间差ΔTa。送波部5a到收波部6a的超声波的路径和送波部5a到收波部7a的超声波的路径之差是横方向的表面波Ba的传播距离的差ΔLa(L2a-L1a)。即，表面波Ba在时间ΔTa之间仅前进了距离ΔLa。并且，如上所述，由于骨表面31与皮肤表面41几乎平行，因此表面波Ba的传播距离的差ΔLa几乎等于收波部6a与收波部7a的间隔距离ΔDa。因此，通过Va＝ΔDa/ΔTa来计算横方向的表面波Ba的音速Va。

并且，当计算横方向的表面波Bb的音速Vb时，使从收波部6b、7b分别发送来的到达信号的时间差为ΔTb，使收波部6b与收波部7b之间的间隔距离为ΔDb时，通过Vb＝ΔDb/ΔTb来计算纵方向的表面波Bb的音速Vb。

第一指标计算部22使通过音速计算部21所算出的横方向的表面波音速Va为与骨密度有关的第一指标。第二指标计算部23使用通过音速计算部21所算出的纵方向及横方向的表面波音速Vb、Va，来计算与骨的定向性有关的第二指标。骨诊断部25根据通过第一指标计算部22及第二指标计算部23所算出的第一指标及第二指标，来诊断骨强度。另外，后面再对第一指标计算部22，第二指标计算部23及骨诊断部25进行详细地说明。

显示部26将骨诊断部25的诊断结果与由骨特性评价部22算出的第一指标及第二指标一起显示。

这里，对表面波音速、骨密度及骨的定向性和骨强度的关系进行说明。

能够认为骨强度几乎是由骨的定向性和骨密度来决定。骨密度是骨量的评价指标，表示骨的紧密程度。骨密度越高，强度越强。而骨的定向性是评价骨质的重要指标之一。骨具有由羟磷灰石(HAp)结晶和纤维状骨胶原规则排列而成的结构。羟磷灰石(HAp)结晶的定向性表示HAp结晶的排列方向和排列程度(结晶的朝向情况)。并且，纤维状骨胶原的走向也与HAp结晶的排列方向几乎相同。包括胫骨在内的长管状骨具有HAp结晶的c轴沿着长轴方向排列的被称为1轴定向性的特征。一般来说，能够判断为在某定向方向上，HAp结晶的排列程度越高，在该排列方向上，骨强度就越高。但是，例如，有时因骨质疏松而造成骨密度下降时，负荷作用的方向上的定向性会变高。能够认为这是由于为了补救降低了的骨强度而引起的作用。当象这样仅在特定方向上的定向性极端高时，有时在其他方向上的定向性会变低，在该方向上的骨强度会变弱。

并且，能够认为骨的表面波音速受到了骨密度和骨的定向性(HAp结晶的定向性和骨胶原的定向性)的影响。能够认为在同一定向性的情况下，骨密度越高，表面波音速越快，而在同一骨密度的情况下，定向性越高，表面波音速越快。

图4是表示胫骨的横方向及纵方向的表面波音速和骨密度之间的相关性的坐标图。图4的纵轴为纵方向的表面波音速，横轴为横方向的表面波音速。首先，测量多个被验者的胫骨横方向及纵方向的表面波音速。并且，针对相同被验者们的跟骨，使用超声波骨密度测量装置(古野电器株式会社制CM-200)分别测量了骨密度。并且，在图4中，对于骨密度的靠前的4名，用符号“○”表示横方向及纵方向的表面波音速的测量结果，对于骨密度的靠后的5名，用符号“×”表示横方向及纵方向的表面波音速的测量结果。另外，用于跟骨的骨密度测量中的超声波骨密度测量装置是通过用超声波发送器和超声波接收器夹住跟骨，测量通过跟骨内的超声波的音速，来计算骨密度的。通常在某部位的骨密度较高时，能够推算出其他部位的骨密度也较高。因此，在跟骨的骨密度较高时，能够认为胫骨的骨密度也较高。

如图4所示，骨密度较高的4名的横方向的表面波音速较快。骨密度较低的5名的横方向的表面波音速较慢。因此，横方向的表面波音速与骨密度具有相关性，当横方向的表面波音速较快时，能够判断为骨密度较高。能够认为这是由于横方向的表面波横跨上述胫骨的1轴定向性的定向方向进行传播，所以横方向的表面波音速几乎不受定向性的影响，而在很大程度上受到骨密度的影响之故。

但从另一面说，如图4所示，骨密度较高的4名中，既有纵方向的表面波音速较快的，也有较慢的。因此，即使纵方向的表面波音速较快(或较慢)，也不能说骨密度较高。能够认为这是由于纵方向的表面波沿着上述胫骨的1轴定向性的定向方向进行传播，所以纵方向的表面波音速在很大程度上受到定向性和骨密度的影响之故。

根据上述内容，第一指标计算部将横方向的表面波音速Va本身用作评价骨密度的指标(第一指标)。

并且，能够认为纵方向的表面波音速受到了骨密度和定向性的影响，而横方向的表面波音速受到定向性的影响较小，受到骨密度的影响较大。所以，能够认为纵方向的表面波音速除以横方向的表面波音速的值在骨密度的影响方面相互抵消，而与定向性具有相关性。这样一来，例如，由于图4所示的骨密度较小的5名中的纵方向的表面波音速最快的W是纵方向的表面波音速除以横方向的表面波音速的值较高，因此能够判断为定向性较高。

根据上述内容，第二指标计算部23计算出纵方向的表面波音速Vb除以横方向的表面波音速Va所获得的值Vb/Va，并使该值Vb/Va为评价定向性的第二指标。

并且，如上所述，骨强度几乎是由骨密度和骨的定向性决定的，骨密度和骨的定向性是相互独立的骨强度的指标。因此，骨诊断部25根据第一指标和第二指标来诊断骨强度。如果第一指标大于规定值的话，则从骨密度的观点出发，能够认为骨强度是足够的。并且，第二指标用于与第一指标进行对照。例如，当第一指标比规定值小，第二指标比规定范围大时，骨密度较小而定向性较高。此时，例如，由于骨密度因骨质疏松而降低，因此能够认为因负载过重而使得长轴方向的定向性变高。此时，诊断为尤其是长轴方向以外的方向的骨强度较低。根据骨密度和骨的定向性来诊断骨强度，与根据其中一个指标来诊断的情况相比，能够更准确地诊断骨强度。尤其是在因骨质疏松和儿童等的骨生长而造成骨密度及骨的定向性发生变化的情况下，使用两个指标，与使用一个指标时相比，能够更准确地掌握骨的状态进行诊断。

图5～9是实际使用实验用骨样品所测量的数据。将70～94岁的17个男女的大腿骨骨干皮质骨部用作了实验用骨样品。用相当于皮质骨测量装置100的DXA和Peripheral Quantitative Computed Tomography(pQCT)测量之后，从小转子下大约3cm的位置切出骨样品(皮质骨)，制作了一个边在1cm以下的长方体块。用两个探针夹住骨块，通过超声波透过法测量了长轴(纵)方向和圆周(横)方向的音速(中心频率为3MHz)。并且，通过阿基米德法测量出骨密度。长轴方向的骨定向性是通过微小区域X线折射法，根据(002)/(310)强度比测量出各个方向的生体磷灰石(BAp)结晶的c轴定向性。

根据上述测量值，分析各个参数之间的相关关系，对超声波的音速和X线的BMD或结晶定向性之间的相关关系进行了调查。

图5示出了骨密度和纵方向及横方向音速的关系。首先，得知：纵方向音速快于横方向音速，骨的各向异性表现在音速上。并且，关于与骨密度的相关系数，横方向音速与骨密度的相关系数较大(R2＝0.72)，说明能够根据沿着与长轴方向交叉的第一方向的音速来计算与骨密度有关的第一指标。纵方向音速与骨密度的相关是R2＝0.35，表示相关性较弱。

图6表示骨的定向性和纵方向及横方向音速的关系。看不到骨(磷灰石结晶)的定向性和横方向音速的相关，但能够看到与纵方向音速的相关(R2＝0.46)。得知：不如骨密度和横方向音速的相关系数那么大。

图7表示骨密度和骨的定向性之间的关系。得知：骨密度和骨的定向性不相关，分别是独立的参数。

图8表示骨密度和DXA方式的BMDDXA及pQCT方式的BMDpQCT之间的关系，图9表示皮质骨厚度和DXA方式的BMDDXA之间的关系。在pQCT方式中，计算所切出的部位的BMDpQCT，并读取了其附近的皮质骨厚度。得知：骨密度和DXA方式的BMDDXA毫不相关，骨密度和pQCT方式的BMDpQCT相关。因此，可以说作为骨强度的标准指标的BMDDXA并不表示物理上的骨密度。相反，得知：由于能够看到BMDDXA和皮质骨厚度相关(R2＝0.53)，因此BMDDXA不受骨密度支配，而是受骨量支配。

根据图5～8和再回归分析，骨密度和骨定向性这两个参数对纵方向音速作出了贡献。这里，当通过再回归分析，用骨密度和骨定向性这两个参数对纵方向音速进行回归分析时，相关系数上升到R2＝0.85。骨密度、骨定向性的各个标准回归系数成为0.52和0.62。这表示骨密度和骨定向性对纵方向音速作出的贡献率相同。故而，能够用第一方向音速和第二方向音速这两个指标计算骨定向性。从上述内容可知：作为骨强度的标准指标的(用DXA测量)BMDDXA受到皮质骨厚度(骨量)的影响大于皮质骨骨密度的影响。另一方面，从观察到的用pQCT测量的BMDpQCT和皮质骨骨密度的较强的相关性可知：骨密度几乎由矿物质成份的量来决定。并且，关于骨的各方异性，可知：圆周及直径方向的音速几乎仅受骨密度的影响，而长轴方向的音速受到骨密度和磷灰石结晶定向性双方的支配。也就是说，通过使用超声波从生体外测量“皮质骨厚度”和“各轴方向的音速”，能够从皮质骨厚度观测骨量，从圆周或直径方向音速观测骨密度，且使用长轴方向的音速观测骨定向性，与现有技术相比，能够从更多的角度来诊断骨强度。

其次，对用骨强度诊断装置1来诊断骨强度时的处理顺序进行说明。首先，使横方向超声波发送接收器2的抵接面8a抵接在涂覆有超声波胶状物并将测量部位的骨30覆盖起来的皮肤表面41。在该状态下，操作者打开设置在装置本体4的开关。使得电信号从装置本体4的超声波控制部20发送到横方向超声波发送接收器2。横方向超声波发送接收器2一接收到电信号，就在相对于骨表面31具有规定的倾斜方向上从送波部5a辐射超声波脉冲Aa。被辐射的超声波脉冲Aa在软组织40中传播，并以临界角入射到骨30，在骨表面31产生表面波Ba。该表面波Ba在向软组织40泄漏的同时，在骨表面31向横方向传播。在表面波Ba传播了规定距离L1a、L2a之后，所泄漏的泄漏波C1a、C2a分别被收波部6a、7a接收。收波部6a、7a在分别接收泄漏波C1a、C2a的同时，向装置本体4发送到达信号。

其次，使纵方向超声波发送接收器3的抵接面8b抵接在涂覆有超声波胶状物并将测量部位的骨30覆盖起来的皮肤表面41，打开装置本体4的开关。使得电信号从装置本体4的超声波控制部20发送到纵方向超声波发送接收器3。纵方向超声波发送接收器3一接收到电信号，就在相对于骨表面31具有规定的倾斜方向上从送波部5b辐射超声波脉冲Ab。被辐射的超声波脉冲Ab在软组织40中传播，并以临界角入射到骨30，在骨表面31产生表面波Bb。该表面波Bb在向软组织40泄漏的同时，在骨表面31向纵方向传播。在表面波Bb传播了规定距离L1b、L2b之后，所泄漏的泄漏波C1b、C2b分别被收波部6b、7b接收。收波部6b、7b在分别接收泄漏波C1b、C2b的同时，向装置本体4发送到达信号。

装置本体4的音速计算部21根据从横方向超声波发送接收器2所发送的两个到达信号的时间差ΔTa和收波部6a、7a的隔离距离ΔDa，计算横方向的表面波Ba的音速Va。同样，根据从纵方向超声波发送接收器3所发送的两个到达信号的时间差ΔTb和收波部6b、7b的隔离距离ΔDb，计算纵方向的表面波Bb的音速Vb。

其次，能够通过第一指标计算部22获得根据横方向的表面波音速Va的第一指标。并且，能够通过第二指标计算部23计算纵方向的表面波音速Vb除以横方向的表面波音速Va所得到的值，来获得第二指标。

其次，骨诊断部25根据第一指标和第二指标来诊断骨强度。并且，将骨诊断部25的诊断结果与第一指标及第二指标一起显示在显示部26。

并且，在连接有使用了超声波的测量装置、X线诊断装置、计算机断层扫描装置等皮质骨测量装置的情况下，或者在共有用皮质骨测量装置测量的数据时，除了上述两个指标之外，还将第三指标显示在显示部26。

另外，也可以对本实施方式的骨强度诊断装置1进行下述变更来实施。

1)测量部位并不限定于胫骨。也可以使用胫骨以外的骨。

2)横方向超声波发送接收器2和纵方向超声波发送接收器3也可以不是分别具有一个送波部和两个收波部的结构。例如，也可以是具有两个送波部和一个收波部的结构。并且，也可以是具有一个送波部和一个收波部，送波部和收波部的任意之一相对于另一方能够进行相对移动的结构。也可以是具有一个送波部和3个以上收波部的结构。

3)也可以不必单独准备横方向超声波发送接收器2和纵方向用超声波发送接收器3。即，使用同时可兼作横方向和纵方向的一个超声波发送接收器。

4)所测量的表面波的方向并不限定于横方向(与长轴方向正交的方向)和纵方向(长轴方向)，也可以是横方向以外的与长轴方向交叉的方向和纵方向。

5)本发明的音速测量器并不限定于由横方向超声波发送接收器2、纵方向用超声波发送接收器3、超声波控制部20和音速计算部21所构成的音速测量器。例如，音速测量器也可以是包括除去反射波等的噪声的周知设备的结构。

6)通过第一指标计算部22获得的第一指标并不限定于横方向的表面波音速Va本身，能够使用根据音速Va所算出的值。例如，可以使根据横方向的表面波音速Va和软组织的厚度等所算出的值为第一指标。

7)通过第二指标计算部23获得的第二指标并不限定于纵方向的表面波音速Vb除以横方向的表面波音速Va所得到的值，能够使用根据音速Va和音速Vb用不同的方法所算出的值。

8)骨强度诊断装置1也可以不包括纵方向用超声波发送接收器3及第二指标计算部23。此时，骨诊断部25在根据横方向的表面波音速Va得到的第一指标大于规定值时，诊断为骨密度较高，且骨强度较高。因此，与仅根据纵方向的表面波音速来诊断骨强度的现有装置相比，能够更准确地诊断骨强度。

Claims (17)

1、一种骨强度诊断装置，其利用超声波来诊断骨强度，

所述骨强度诊断装置的特征在于，包括：

音速测量器，其向骨表面辐射超声波，测量在上述骨表面中，沿着与该骨的长轴方向交叉的第一方向进行传播的超声波的音速；

第一指标计算器，其使用由上述音速测量器所测量出的上述第一方向的音速，来计算与骨密度有关的第一指标；以及

骨诊断器，其根据由上述第一指标计算器所算出的上述第一指标来诊断骨强度。

2、根据权利要求1所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述音速测量器，还测量沿着与上述骨的长轴方向平行的第二方向进行传播的超声波的音速，

该骨强度诊断装置还包括第二指标计算器，该第二指标计算器使用由上述音速测量器所测量出的上述第二方向的音速和上述第一方向的音速，来计算与骨的定向性有关的第二指标，

上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨的定向性有关的上述第二指标这两个指标，来诊断骨强度。

3、根据权利要求1或2所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述第一方向是与上述骨的长轴方向正交的方向。

4、根据权利要求1～3中任一项所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述音速测量器，还测量上述骨的皮质骨厚度，

该骨强度诊断装置还包括第三指标计算器，该第三指标计算器使用由上述音速测量器所测量出的上述皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，来诊断骨强度。

5、根据权利要求1～3中任一项所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述音速测量器，还测量上述骨的皮质骨厚度，

该骨强度诊断装置还包括第三指标计算器，该第三指标计算器使用由上述音速测量器所测量出的上述皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

6、根据权利要求4或5所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述音速测量器，使超声波大约垂直地辐射到骨表面，接收来自上述骨表面的第一反射波以及来自上述骨的背面的第二反射波，并根据分别接收到上述第一反射波和上述第二反射波的时间差，来计算上述骨厚度。

7、根据权利要求6所述的骨厚度测量装置，其特征在于，

使用上述接收到的时间差和在上述骨中进行传播的超声波的音速的假定值，来计算上述骨厚度。

8、根据权利要求1～3中任一项所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

该骨强度诊断装置还包括第三指标计算器，该第三指标计算器使用由皮质骨测量器所测量出的上述骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，来诊断骨强度。

9、根据权利要求1～3中任一项所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

该骨强度诊断装置还包括第三指标计算器，该第三指标计算器使用由皮质骨测量器所测量出的上述骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断器，根据与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

10、根据权利要求8或9所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述皮质骨测量器是使用超声波的测量装置。

11、根据权利要求8或9所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述皮质骨测量器是X线诊断装置。

12、根据权利要求8或9所述的骨强度诊断装置，其特征在于，

上述皮质骨测量器是计算机断层扫描装置。

13、一种骨强度诊断方法，其使用超声波来诊断骨强度，

所述骨强度诊断方法的特征在于，包括：

音速测量步骤，向骨表面辐射超声波，分别测量在上述骨表面中，沿着与该骨的长轴方向交叉的第一方向进行传播的超声波的音速和沿着与上述长轴方向平行的第二方向进行传播的超声波的音速；

第一指标计算步骤，使用在上述音速测量步骤中所测量出的上述第一方向的音速，来计算与骨密度有关的第一指标；

第二指标计算步骤，使用在上述音速测量步骤中所测量出的上述第二方向的音速和上述第一方向的音速，来计算与骨的定向性有关的第二指标；以及

骨诊断步骤，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨的定向性有关的上述第二指标这两个指标来诊断骨强度。

14、根据权利要求13所述的骨强度诊断方法，其特征在于，

上述音速测量步骤，还测量上述骨的皮质骨厚度，

该骨强度诊断方法还包括第三指标计算步骤，该第三指标计算步骤使用由上述音速测量步骤所测量出的上述皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断步骤，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，来诊断骨强度。

15、根据权利要求15所述的骨强度诊断方法，其特征在于，

上述音速测量步骤，还测量上述骨的皮质骨厚度，

该骨强度诊断方法还包括第三指标计算步骤，该第三指标计算步骤使用在上述音速测量步骤中所测量出的上述皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断步骤，使用与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

16、根据权利要求13所述的骨强度诊断方法，其特征在于，

该骨强度诊断方法还包括第三指标计算步骤，该第三指标计算步骤使用在皮质骨测量步骤中所测量出的上述骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断步骤，根据与骨密度有关的上述第一指标和与骨强度有关的上述第三指标这两个指标，来诊断骨强度。

17、根据权利要求13所述的骨强度诊断方法，其特征在于，

该骨强度诊断方法还包括第三指标计算步骤，该第三指标计算步骤使用在皮质骨测量步骤中所测量出的上述骨的皮质骨厚度，来计算与骨强度有关的第三指标，

上述骨诊断器，使用与骨密度有关的上述第一指标、与骨的定向性有关的上述第二指标和与骨强度有关的上述第三指标中的至少一个指标，来诊断骨强度。

Images