DE69532251T2 - Verfahren zur Messung der Schallgeschwindigkeit in Gewebe - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beurteilung von Gewebe, zum Beurteilen des Zustands von Gewebe, wie Knochen, unter Verwendung von Ultraschall, und insbesondere auf die Messung der Geschwindigkeit des sich im Gewebe ausbreitenden Ultraschalls.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Bei einer Messvorrichtung für Gewebe, die Ultraschall verwendet, wird Ultraschall in einen Teil des Organismus gesendet (z. B. die Ferse) und der hindurchgetretene oder von dem Organismus reflektierte Ultraschall wird empfangen. Auf Grundlage eines Signals, das von dem empfangenen Ultraschall erhalten wird, wird die Schallgeschwindigkeit in dem Gewebe oder der Grad der Schwächung des Ultraschalls durch das Gewebe als Indikator des Zustands des Gewebes berechnet. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist eine Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen, die zum Untersuchen beispielsweise des Fersenbeins oder Calcaneus verwendet wird. Zusätzlich zu Vorrichtungen zur Beurteilung von Gewebe, die nur Ultraschall verwenden, sind außerdem andere Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die sowohl Ultraschall als auch Röntgenstrahlung verwenden.
  • Es ist jedoch bekannt, dass wenn eine Gewebebeurteilung durch Ultraschall durchgeführt wird, es nicht möglich ist, eine präzise Messung oder Beurteilung der Geschwindigkeit oder Abschwächung des Ultraschalls zu erhalten, wenn in dem Weg von dem abstrahlenden Ultraschall-Messwandler bis zu dem Empfangs-Ultraschall-Messwandler eine Luftschicht vorhanden ist. Dies liegt an der Tatsache, dass der Ultraschall durch die Luftschicht reflektiert oder abgeschwächt wird. Um die Luftschicht, die Ultraschalluntersuchungen stört, zu beseitigen, wurden daher die Probe (Gewebe) und Ultraschall-Messwandler herkömmlich in ein Messbad eingetaucht, welches ein Akustikanpassmaterial, wie Wasser enthält, und durch Senden und Empfangen des Ultraschalls durch dieses Material wurden vorbestimmte Messungen ausgeführt.
  • Jedoch ist das Verfahren, bei dem die Probe in ein Akustikanpassmaterial eingetaucht wird, für die Person gelegentlich unbequem und es ist schwierig, sicherzustellen, dass das Messverfahren hygienisch ist.
  • In der japanischen Patentanmeldung Nr. HEI-6-7010 (Japanische Offenlegungsschrift Nr. HEI-7-204205) schlägt der Anmelder eine Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe vor, welche diese Probleme löst. Bei dieser Vorrichtung ist die Vorderseite des Ultraschall-Messwandlers mit einer Abdeckung (oder Membran) bedeckt, die sich verformen kann. Die Abdeckung ist mit einem Akustikanpassmaterial gefüllt und die Abdeckung wird mit der Probe in Berührung gebracht. Mit anderen Worten wird die Probe zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Ultraschall-Messwandlern gehalten und die Ausbreitungszeit des Ultraschalls zwischen den beiden Messwandlern wird gemessen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls in der Probe, das heißt in dem Gewebe, wird dann durch Division des Abstands zwischen den Messwandlern durch diese Ausbreitungszeit ermittelt. Gemäß diesem Verfahren kommt die verformbare Abdeckung leicht in Be rührung mit der Oberfläche der Probe, so dass keine Luftschicht zwischen den Messwandlern und der Probe vorhanden ist.
  • Bei diesem Stand der Technik entsteht jedoch insofern ein Problem, als bei Änderung der Umgebungsbedingungen, insbesondere der Temperatur oder des Luftdrucks, während einer Messung, sich die Eigenschaften des Akustikanpassmaterials ebenfalls ändern und Fehler der gemessenen Werte bewirken.
  • Bei diesem Stand der Technik umfasst der Abstand, der zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe benutzt wird, die Dicke des Akustikanpassmaterials, und die Zeit, die zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe benutzt wird, umfasst die Zeit, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Akustikanpassmaterial auszubreiten. Deshalb kann der Wert der erhaltenen Schallgeschwindigkeit selbst für dieselbe Probe unterschiedlich sein, wenn sich die Eigenschaften des Anpassmaterials aufgrund einer Veränderung der Messbedingungen ändern. Weiter besteht, wenn die Schallgeschwindigkeit einen Fehler aufweist, die Möglichkeit, dass bei anderen Beurteilungswerten, die aus der Schallgeschwindigkeit berechnet werden, ein Fehler entsteht.
  • Wenn beispielsweise Rizinusöl als Akustikanpassmaterial benutzt wird und die Temperatur des Öls sich um 1°C im Bereich der Zimmertemperatur ändert, ändert sich die Schallgeschwindigkeit in dem Öl um etwa 3 m/s. Daher entsteht, wenn beispielsweise bei der oben erwähnten Vorrichtung die Dicke des Rizinusöls etwa 4 cm ist und die Dicke der Probe etwa 6 cm beträgt, und sich die Temperatur des Öls um etwa 1°C verändert, ein Fehler von etwa 1,2 m/s in dem gemessenen Ergebnis für die Schallgeschwindigkeit in der Probe.
  • Wenn sich eine Luftblase unter das Akustikanpassmaterial in der Abdeckung der vorgenannten Vorrichtung mischt, entstehen weitere Probleme. Die Luftblase dehnt sich in diesem Fall aus oder zieht sich zusammen, wenn sich der atmosphärische Druck der Messumgebung ändert. Die Verformung der auf die Probe drückenden Abdeckung ändert sich daher aufgrund des atmosphärischen Drucks und folglich ändert sich die durchschnittliche Dicke des Akustikanpassmaterials. Dies führt zu Fehlern in dem gemessenen Wert der Schallgeschwindigkeit.
  • Die Dicke des Akustikanpassmaterials ändert sich auch, wenn das Material aus der Abdeckung aufgrund langer Nutzungszeiträume ausläuft.
  • Der Teil der Abdeckung, der mit dem Gewebe in Berührung ist, weist eine hervorragende Durchlässigkeit für Ultraschall auf und wird aus einem dünnen Film, wie beispielsweise einer Polyurethan-Folie, die hoch flexibel ist, gebildet. Bei Benutzung über lange Zeiträume ändert sich jedoch die Flexibilität der Abdeckung, so dass der Grad, bis zu welchem die Abdeckung verformt wird, sich sogar bei Druck gegen die Probe mit demselben Druck ändert. Dies bewirkt auch, dass die Dicke des Akustikanpassmaterials variiert und führt zu Fehlern des gemessenen Ergebnisses für die Schallgeschwindigkeit.
  • Im Allgemeinen sind die Schallgeschwindigkeiten in dem Akustikanpassmaterial und in dem Probengewebe nicht dieselben, so dass, wenn sich die durchschnittliche Dicke des Materials wegen einer Schwankung der Umgebungsbedingungen, langer Nutzungsperioden oder einer Veränderung der Flexibilität der Abdeckung bei der vorher erwähnten Technik veränderte, ein Risiko besteht, dass ein unterschiedliches Er gebnis für die Schallgeschwindigkeit erhalten wird, selbst wenn dieselben Proben gemessen wurden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
  • Die Erfindung wurde im Hinblick auf die vorgenannten Probleme getätigt. Sie bezweckt, ein Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit des Schalls in Gewebe bereitzustellen, welche immer ein genaues Ergebnis für die Schallgeschwindigkeit unabhängig von den Umgebungsbedingungen liefert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der Schallgeschwindigkeit weist die folgenden Schritte auf:
    • a) Einen Vorbereitungsschritt, bei dem eine Referenzprobe mit einer vorbestimmten Dicke zwischen einem Paar von Messwandlereinheiten mit einem vorbestimmten Druck gehalten wird, Ultraschall gesendet und empfangen wird, die Ausbreitungszeit des Ultraschalls von einem Messwandler zu dem anderen gemessen wird und die Temperatur der Referenzprobe ebenfalls gemessen wird,
    • b) einen Schritt zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit in der vorgenannten Referenzprobe auf Grundlage der Temperatur der Referenzprobe,
    • c) ein Messschritt, bei dem Gewebe zwischen dem oben genannten Paar von Messwandlereinheiten mit dem oben genannten vorbestimmten Druck gehalten wird, Ultraschall gesendet und empfangen wird, die Ausbreitungszeit des Ultraschalls von einem Messwandler zum dem anderen Messwandler gemessen wird und der Abstand zwischen den beiden Messwandlern gemessen wird und
    • d) einen Rechenschritt zum Berechnen der Schallgeschwindigkeit in einem Gewebe auf Grundlage der in dem Vorbereitungsschritt gemessenen Ausbreitungszeit, der Ausbreitungszeit und dem Abstand zwischen den Messwandlern, die in dem Messschritt gemessen wurden und der Schallgeschwindigkeit in der vorgenannten Referenzprobe.
  • Bei diesem Verfahren wird in Schritt (a) eine Referenzprobe mit vorbestimmter Dicke zwischen den Messwandlern gehalten und der Abstand zwischen den Messwandlern wird gemessen.
  • Der Abstand zwischen den Messwandlern kann beispielsweise mit einem Laser-Entfernungsmesser gemessen werden. Im Allgemeinen wird für Laser-Entfernungsmesser ein effektiver Längenmessbereich angegeben. Daher wären, wenn ein großer Unterschied zwischen den in den Schritten (a) und (c) gemessenen Abstände zwischen den Messwandlern bestehen würde, zwei Typen von Laser-Entfernungsmessern notwendig, wodurch die Apparatur komplexer und teurer würde.
  • Gemäß diesem Verfahren jedoch wird in Schritt (a) eine Referenzprobe benutzt, die so dick ist wie das Gewebe, so dass ein kostengünstiger Laser-Entfernungsmesser mit einem kleinen effektiven Längenmessbereich verwendet werden kann.
  • Eine Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, weist folgende Elemente auf:
    Ein Paar von Messwandlereinheiten, wobei jede der Einheiten einen Messwandler, eine Abdeckung, die diesen Messwandler abdeckt und von welcher wenigstens ein Teil frei verformbar ist, und ein Akustikanpassmaterial, das den Raum zwischen der Messwandlerabdeckung und dem Messwandler ausfüllt, einen Bewegungsmechanismus für die Messwandlereinheiten, der die Einheiten aufeinander zu oder voneinander weg bewegt,
    einen Begrenzer, der die Kraft begrenzt, mit denen die Messwandlereinheiten gegen das Gewebe gepresst werden, damit ein vorbestimmter Druck nicht überschritten wird, wenn das Paar von Einheiten das Gewebe hält,
    einen Speicher zum Speichern der Ausbreitungszeit des Ultraschalls zwischen den Messwandlern, wenn die Messwandlerabdeckungen der Einheiten mit einem vorbestimmten Druck aufeinander gedrückt werden,
    eine Zeitmesseinrichtung, die die Ausbreitungszeit des Ultraschalls zwischen den Messwandlern auf Grundlage eines von den Messwandlereinheiten empfangenen Signals misst,
    eine Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstands zwischen den Messwandlern und
    einen Prozessor zum Berechnen der Schallgeschwindigkeit auf Grundlage der in dem Speicher gespeicherten Ausbreitungszeit, der von der Zeitmesseinrichtung gefundenen Ausbreitungszeit und dem von der Abstandsmesseinrichtung gemessenen Abstand.
  • Bei dieser Vorrichtung kann die Schallgeschwindigkeit in dem Gewebe präzise gemessen werden auf Grundlage der in dem Speicher gespeicherten Ausbreitungszeit und den Messergebnissen von verschiedenen Instrumenten, ohne von dem Zustand des Akustikanpassmaterials beeinflusst zu sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, welches schematisch einen mechanischen Teil einer Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe zeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt werden kann.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, welches den Gesamtaufbau der Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe zeigt.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Messung der Schallgeschwindigkeit in Gewebe zeigt, das nicht Teil der Erfindung ist.
  • 4 ist ein illustrierendes Diagramm, welches den Zustand der Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe in einem Vorbereitungsschritt gemäß dem Verfahren zeigt, das nicht Teil der Erfindung ist.
  • 5 ist ein illustrierendes Diagramm, welches den Zustand der Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe in einem Messschritt gemäß dem Verfahren zeigt, das nicht Teil der Erfindung ist.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, welches eine Modifizierung des Verfahrens zeigt, das nicht Teil der Erfindung ist.
  • 7 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur einer Messwandlereinheit mit einem Temperatursensor zeigt.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, welches ein weiteres Verfahren zum Messen der Schallgeschwindigkeit in Gewebe zeigt, das nicht Teil der Erfindung ist.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, welches ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen der Schallgeschwindigkeit in Gewebe zeigt.
  • 10 ist ein illustrierendes Diagramm, welches den Zustand der Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe in einem Vorbereitungsschritt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, welches eine Modifizierung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, welches ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Schallgeschwindigkeit in Gewebe zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 ist ein Diagramm, welches einen typischen mechanischen Aufbau einer Vorrichtung zur Beurteilung von Gewebe zeigt.
  • In 1 ist ein Paar von Messwandlereinheiten 10a, 10b so angeordnet, dass die Ultraschallmesswandler 12a, 12b einander gegenüber stehen. Die Messwandler 12a, 12b sind durch Messwandlerabdeckungen (oder Membranen) 14a, 14b bedeckt, von denen jede eine dünnen Film aufweist, der flexibel und für Ultraschall transparent ist, so wie eine Polyurethan-Folie. Die von den Messwandlern 12a, 12b und den Messwandlermembranen 14a, 14b umschlossenen Volumina sind mit Akustikanpassmaterialien 16a, 16b gefüllt, von denen jedes ei ne Flüssigkeit, wie Rizinus-Öl, aufweist. Anschlussleitungen 20a, 20b führen jeweils von den Rückseiten der Messwandler 12a, 12b weg. Diese Anschlussleitungen 20a, 20b sind mit einer nicht gezeigten Messwandlersteuerung verbunden. Die Messwandler 12a, 12b und die Messwandlerabdeckungen 14a, 14b sind in den Messwandlergehäusen 18a, 18b untergebracht. Diese Messwandlergehäuse 18a, 18b werden jeweils von Armen 22a, 22b getragen.
  • Muttern 24a, 24b, die auf eine Vorschubspindel 30 geschraubt sind, sind an den unteren Enden der Arme 22a, 22b vorgesehen. wenn sich die Vorschubspindel 30 dreht, bewegen sich die Arme 22a, 22b daher entlang der Vorschubspindel 30. Die Arme 22a, 22b bewegen sich entweder aufeinander zu oder voneinander weg, abhängig von der Drehrichtung der Spindel 30. Auf diese Weise kann der Abstand von der Messwandlereinheit 10a zu der Messwandlereinheit 10b variiert werden.
  • Daher kann durch Drehen eines Rades 34, um die Spindel 30 in einer vorbestimmten Richtung zu drehen, eine Probe, wie eine Ferse eines Fußes, zwischen dem Paar von Messwandlereinheiten 10a, 10b gehalten werden. Bei der Vorrichtung aus 1 ist ein Drehmomentbegrenzer 32 zwischen dem Rad 34 und der Spindel 30 vorgesehen, so dass, selbst wenn eine übermäßige Kraft auf das Rad 34 angewendet wird, die auf die Spindel 30 übertragene Kraft immer durch die Wirkung des Drehmomentbegrenzers begrenzt wird, so dass sie kleiner oder gleich wie ein vorbestimmter Wert ist. Aufgrund der Wirkung des Drehmomentbegrenzers 32 wird die Anwendung einer übermäßigen Kraft auf die Probe vermieden. Ein Laser-Abstandsmesser 26 ist auch auf dem Arm 22a vorgesehen und eine reflektierende Scheibe 28, die einen Laserstrahl von dem Laser-Abstandsmesser 26 reflektiert, ist auf dem Arm 22b vorgesehen. Die Vorrichtung aus 1 kann daher den Abstand zwischen den Messwandlern 12a, 12b mit Hilfe des Laser-Abstandsmessers 26 messen.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, welches den gesamten Aufbau der Vorrichtung zeigt. Identischen Teilen wie diejenigen aus 1 sind in 2 dieselben Symbole zugewiesen und ihre Beschreibung wird weggelassen.
  • In der Figur ist der Sende-Messwandler 12a mit einem Sendeverstärker 40 verbunden und der Empfangs-Messwandler 12b ist mit einem Empfangsverstärker 42 verbunden. Der Empfangsverstärker 42 ist mit einem A/D-Wandler 44 verbunden. Eine Messwandler-Steuereinheit 52 innerhalb einer Steuerung 50 steuert den Sendeverstärker 40, so dass Ultraschallpulse von dem Messwandler 12a gesendet werden. Die Messwandler-Steuereinheit 52 empfängt ein digitalisiertes Signal von dem A/D-Wandler 44 und eine vorbestimmte Signalverarbeitung wird an diesem empfangenen Signal durchgeführt.
  • Die Wirkung der Vorrichtung aus 2 wird nun in weiteren Details beschrieben. Zunächst sendet die Messwandler-Steuereinheit 52 einen Trigger-Puls zu dem Sendeverstärker 40. Wenn der Sendeverstärker 40 diesen Trigger-Impuls empfängt, wird ein vorbestimmter Antriebs-Puls erzeugt und dem Messwandler 12a zugeführt. Der Messwandler 12a wird durch diesen Antriebs-Puls, der von dem Sendeverstärker zugeführt wird, angetrieben und sendet einen Ultraschallpuls aus. Nachdem dieser Ultraschallpuls durch die Probe hindurchgetreten ist, wird er von dem Messwandler 12b empfangen. Dieses schwache Empfangsignal erfährt eine vorbestimmte Verstärkung durch den Empfangsverstärker 42. Das Empfangssignal wird nach Verstärkung durch den A/D-Wandler 44 digitalisiert und der Messwandler-Steuereinheit 52 innerhalb der Steuerung 50 zugeführt. Die Messwandler-Steuereinheit 52 weist eine Ausbreitungszeit-Messeinheit 54 auf, welche unter Verwendung der Trigger-Puls-Zeitaufnahme und des empfangenen Signals gemäß einem im Stand der Technik bekannten Verfahren die Zeit berechnet, die der Ultraschall benötigt, um sich von dem Messwandler 12a zu dem Messwandler 12b auszubreiten ("Ausbreitungszeit"). Zusätzlich zu dieser Ausbreitungszeit berechnet die Messwandler-Steuereinheit 52 auch den Grad der Abschwächung des Ultraschalls unter Verwendung des Empfangssignals und anderer Informationen.
  • Die Steuerung 50 weist eine Abstandsmesser-Steuereinheit 56 auf. Die Abstandsmesser-Steuereinheit 56 steuert den Laser-Abstandsmesser 26, um den Abstand zwischen den Messwandlern 12a, 12b zu bestimmen.
  • Die Steuerung 50 weist weiterhin eine Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 58 und einen Speicher 60 auf. Die von der Ausbreitungszeit-Messeinheit 54 gefundene Ausbreitungszeit und der von der Abstandsmesser-Steuereinheit 56 gefundene Messwandler-Abstand werden der Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 58 eingegeben. Die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 58 berechnet die Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe unter Verwendung dieser eingegebenen Daten. Bei der Berechnung der Schallgeschwindigkeit durch die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 58 verwendete Zwischendaten werden in dem Speicher 60 gespeichert. Die gefundene Schallgeschwindigkeit wird verwendet als ein Wert zum Beurteilen des Probengewebes und wird zusammen mit anderen Beurteilungswerten verwendet, um neue Beurteilungswerte zu berechnen.
  • Ein Verfahren zum Messen der Schallgeschwindigkeit in einem Probengewebe durch die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung wird nun beschrieben.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches dieses Verfahren zeigt.
  • Wie aus der Figur ersichtlich, kann das Verfahren hier grob in drei Stufen, d. h. einen Vorbereitungssschritt, einen Messschritt und einen Berechnungsschritt, unterteilt werden.
  • Zuerst dreht bei dem Vorbereitungsschritt eine Bedienperson das Rad 34, so dass das Paar von Messwandlereinheiten 10a, 10b sich aufeinander zu bewegt und die Messwandler-Abdeckungen (oder Membranen) 14a, 14b einander berühren. Die Bedienperson erhöht dann die auf das Rad 34 angewandte Kraft, bis der Drehmomentbegrenzer 32 arbeitet, so dass die Messwandler-Abdeckungen mit einer vorbestimmten, durch den Drehmomentbegrenzer 32 festgesetzten Kraft aufeinander gepresst werden (S102). 4 zeigt den Zustand der Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels zu diesem Zeitpunkt. Wie nachstehend beschrieben wird, wird auf das Rad 34 Kraft angewendet, bis der Drehmomentbegrenzer 32 wie in S102 arbeitet, wenn die Probe zwischen den Messwandlereinheiten bei dem Messschritt gehalten wird. Daher ist, da die angewendete und von den Messwandlereinheiten bei dem Vorbereitungsschritt und dem Messschritt aufrechterhaltene Kraft im Wesentlichen dieselbe ist, der Grad der Verformung der Abdeckungen 14a, 14b, d. h. die Dicke der Akustikanpassmaterialien 16a, 16b auch im Wesentlichen dieselbe.
  • Als Nächstes wird die Ausbreitungszeit t1 des Ultraschalls zwischen den Messwandlern 12a, 12b gemessen (S104). Ein Ultraschallpuls wird von dem Messwandler 12a in dem in 4 gezeigten Zustand gesendet und nach Durchtritt durch die Akustikanpassmaterialien 16a, 16b wird der Puls von dem Messwandler 12b empfangen. Die Ausbreitungszeit t1 des Ultraschalls wird durch die Ausbreitungszeit-Messeinheit 54 unter Verwendung des Empfangsergebnisses berechnet. Diese Ausbreitungszeit t1 ist die Zeit, die der Ultraschall benötigt, um sich durch die Schichten des Akustikanpassmaterials 16a, 16b auszubreiten und sie wird dem Speicher 60 über die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 58 zugeführt.
  • Wenn die Messung der Ausbreitungszeit t1 abgeschlossen ist, dreht die Bedienperson das Rad 34 in der zu dem Schritt S102 entgegengesetzten Richtung, um vorübergehend den Abstand zwischen den Messwandlern zu erweitern.
  • Als Nächstes wird in dem Messschritt, wie in 5 gezeigt, eine Probe 70 zwischen den Messwandlereinheiten 10a, 10b angeordnet. Wie in dem Schritt S102, erhöht die Bedienperson die auf das Rad 34 angewendete Kraft bis der Drehmomentbegrenzer 32 arbeitet, um die Messwandlerabdeckungen 14a, 14b mit einer vorbestimmten, durch den Drehmomentbegrenzer 32 festgesetzten Kraft gegen die Probe 70 zu pressen (S106).
  • Als Nächstes wird in dem in 5 gezeigten Zustand Ultraschall gesendet und empfangen, eine Ausbreitungszeit t2 des Ultraschalls wird gemessen und gleichzeitig wird der Abstand zwischen den Messwandlern 12a, 12b unter Verwendung des Laser-Abstandsmesser 26 gemessen (S108).
  • In dem nachfolgenden Berechnungsschritt wird eine Durchgangszeit t, die der Ultraschall benötigt, um sich durch die Probe 70 auszubreiten, zuerst aus der in dem Schritt S108 gefundenen Ausbreitungszeit t2 des Messschritts und der in dem Speicher 60 gespeicherten Ausbreitungszeit t1 des Vorbereitungsschritts berechnet unter Verwendung der folgenden Beziehung (S110): t = t2 – t1 (1)
  • Gemäß diesem Verfahren ist wegen der Verwendung des Drehmo mentbegrenzers der auf die Messwandlerabdeckungen (oder Membranen) und die Schichten des Akustikanpassmaterials angewendete Druck bei dem Vorbereitsungsschritt und dem Messschritt im Wesentlichen derselbe. Folglich können die Dicken des Akustikanpassmaterials in beiden Schritten als im Wesentlichen dieselben angesehen werden. Es kann weiterhin in Betracht gezogen werden, dass die beim Vorbereitungsschritt gefundene Ausbreitungszeit t1 des Ultraschalls in der Schicht des Akustikanpassmaterials als die Ausbreitungszeit des Ultraschalls in dem Akustikanpassmaterial bei dem Messschritt angesehen werden kann. Durch Subtraktion der beim Vorbereitungsschritt gefundenen Ausbreitungszeit t1 von der bei dem Messschritt gefundenen Ausbreitungszeit t2 kann die Zeit t, welche der Ultraschal benötigt, um durch das Probengewebe hindurchzutreten, gefunden werden.
  • Bei diesem Verfahren kann die Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe unter Verwendung dieser Durchgangszeit t und eines bei dem Schritt S108 gefundenen Messwandlerabstands L2 des Messschritts aus der folgenden Beziehung (2) gefunden werden (S112): V = L2/t (2)
  • Gemäß diesem Verfahren ist die Ausbreitungszeit t1 in der Schicht des Akustikanpassmaterials von der Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe ausgeschlossen. Ein akkurater, von Geschwindigkeitsschwankungen in dem Akustikanpassmaterial aufgrund von Temperaturschwankungen unbeeinflusster Wert V für die Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe kann daher erhalten werden.
  • Das folgende Verfahren ist eine Modifizierung des vorgenannten Verfahrens.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, welches das bei dieser Modifizierung durchgeführte Verfahren zeigt. In 6 sind Schritten, welche dasselbe Verfahren wie in 3 bezeichnen, dieselben Symbole zugewiesen und ihre Beschreibung wird weggelassen. Bei dieser Modifizierung wird ein Messwandlerabstand L1 durch den Laser-Abstandsmesser 26 zur selben Zeit wie die Ausbreitungszeit t1 zwischen den Messwandlern bei dem Vorbereitungsschritt gemessen (S102a). Bei dem Berechnungsschritt wird die Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe durch die folgende Beziehung (2a) gefunden (S112a): V = (L2 – L1)/t (2a)
  • In diesem Fall gibt der Messwandlerabstand L1 die Dicke der Schicht des Akustikanpassmaterials an, so dass die Dicke der Gewebeprobe allein gefunden werden kann durch Subtraktion von L1 von dem Messwandlerabstand L2. Einen genaueren Wert für die Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe kann dann gefunden werden durch Dividieren der Dicke (L2 – L1) des Probengewebes alleine durch die Zeit t, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Probengewebe allein auszubreiten.
  • Die bei dem vorgenannten Verfahren gefundene Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe kann selbst als ein Beurteilungswert des Probengewebes benutzt werden oder sie kann in Verbindung mit anderen Beurteilungswerten benutzt werden, um neue Beurteilungswerte zu berechnen. Z. B. kann Ultraschall in Verbindung mit Röntgenstrahlung benutzt werden. Eine durch Röntgenstrahlungsmessung gefundene Knochen mineraldichte kann mit der gemäß diesem Ausführungsbeispiel bestimmten Schallgeschwindigkeit kombiniert werden, um den Elastizitätsmodul des Knochens zu berechnen, der auch als ein Beurteilungswert benutzt werden kann.
  • Gemäß diesem Verfahren wird ein Laser-Abstandsmesser benutzt, um den Abstand der Messwandler zu messen, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, da es möglich ist, auch mechanische Mittel, wie beispielsweise eine Kodiereinrichtung, zu benutzen.
  • Gemäß diesem Verfahren werden die Messwandlereinheiten durch Drehen des Rads 34 bewegt, jedoch kann die Vorschubspindel 30 alternativ durch einen Motor gedreht werden, um die Messwandlereinheiten zu bewegen.
  • Es wurden hier ein Vorbereitungsschritt, ein Messschritt und ein Berechnungsschritt als nacheinander ausgeführt beschrieben, jedoch ist es nicht notwendig, dass der Vorbereitungsschritt, der Messschritt (und Berechnungsschritt) nacheinander ausgeführt werden. Mit anderen Worten reicht es aus, wenn der Vorbereitungsschritt regelmäßig durchgeführt wird, beispielsweise einmal am Tag oder einmal in der Woche. In diesem Fall werden die bei dem Vorbereitungsschritt gefundene Ausbreitungszeit t1 und der Messwandler-Abstand L1 gespeichert, wobei nur der Messschritt durchgeführt wird, um unterschiedliche Proben zu untersuchen. Es ist natürlich klar, dass die ganze Schrittabfolge von dem Vorbereitungsschritt zu dem Messschritt und Berechnungsschritt auch durchgeführt werden können, wenn unterschiedliche Proben untersucht werden.
  • Als Nächstes wird ein weiteres Verfahren zum Messen der Schallgeschwindigkeit in Gewebe beschrieben. Dieses Verfah ren berücksichtigt Temperaturschwankungen der Akustikanpassmaterialien 16a, 16b, um einen noch präziseren Wert für die Schallgeschwindigkeit in Gewebe zu finden.
  • Bei dem Messschritt kann, wenn die Probe für einen langen Zeitraum zwischen dem Paar von Messwandlern gehalten wird, die Temperatur der Akustikanpassmaterialien 16a, 16b stark von der Temperatur (der Akustikanpassmaterialien) bei dem Vorbereitungsschritt abweichen wegen des Effekts der Temperatur der Probe selbst. In solch einem Fall ist die Schallgeschwindigkeit in den Akustikanpassmaterialien bei dem Vorbereitungsschritt und dem Messschritt verschieden. In diesem Fall kann daher die in dem Vorbereitungsschritt gemessene Ausbreitungszeit des Ultraschalls nicht als die Zeit angesehen werden, die die Welle bei dem Messschritt benötigt, um sich durch die Schichten des Akustikanpassmaterials auszubreiten.
  • Gemäß diesem Verfahren ist ein Temperatursensor 19 in der Messwandlereinheit 10a vorgesehen, um die Temperatur des Akustikanpassmaterials 16a, wie in 7 gezeigt, zu messen, und eine genauere Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe wird unter Verwendung des Messergebnisses dieses Sensors 19 berechnet. Abgesehen von dem Temperatursensor 19 ist der Aufbau der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Vorrichtung derselbe wie der in 1 und 2 gezeigte. Das Ausgabesignal des Temperatursensors 19 wird der Steuerung 50 aus 2 eingegeben. Die Steuerung 50 berechnet die Temperatur des Akustikanpassmaterials 16a aus dem von dem Temperatursensor 19 ausgegebenen Signal und gibt diese Temperatur der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 58 ein. Der von der Einheit 58 verwendete Berechnungsschritt bei diesem Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben. Dieser Temperatursensor 19 kann in wenigstens einem der Messwandlereinheiten 10a, 10b vorgesehen sein.
  • Als Nächstes wird das Verfahren zum Messen der Schallgeschwindigkeit in Gewebe gemäß diesem Verfahren unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm aus 8 beschrieben.
  • Zuerst dreht bei dem Vorbereitungsschritt die Bedienperson das Rad 34 bis der Drehmomentbegrenzer 32 arbeitet, so dass die Messwandlerabdeckungen 14a, 14b der Messwandlereinheiten 10a, 10b mit einem vorbestimmten Druck zusammengepresst werden (S202). Ultraschall wird dann gesendet und empfangen, um die Ausbreitungszeit t1 zwischen den Messwandlern zu messen. Der Abstand L zwischen den Messwandlern wird durch den Laser-Abstandsmesser gemessen und die Temperatur d1 des Akustikanpassmaterials wird durch den Temperatursensor 19 gemessen (S204).
  • Die Schallgeschwindigkeit V in dem Akustikanpassmaterial bei dem Vorbereitungsschritt wird dann durch die folgende Beziehung berechnet (3) (S206): V1 = L1/t1 (3)
  • Als Nächstes wird bei dem Messschritt die Probe 70 zwischen die Messwandlereinheiten 10a, 10b angeordnet und von diesen gehalten (S208), und die Bedienperson dreht das Rad 34 bis der Drehmomentbegrenzer 32 arbeitet. Die Ausbreitungszeit t2 des Ultraschalls zwischen den Messwandlern 12a, 12b, der Abstand L zwischen den Messwandlern und die Temperatur d2 des Akustikanpassmaterials werden gemessen (S210).
  • Die Schallgeschwindigkeit V2 in dem Akustikanpassmaterial wird dann unter Verwendung der folgenden Beziehung (4) berechnet (S212): V2 = V1 + a(d2 – d1) (4)
  • Hierbei zeigt die Konstante "a" die Schwankungsrate der Schallgeschwindigkeit in dem Akustikanpassmaterial für eine 1°C-Schwankung der Temperatur. Die Konstante "a" wird in Einheiten von beispielsweise m/s × Grad ausgedrückt. Wenn das Akustikanpassmaterial Rizinusöl ist, ist die Konstante "a" ein Wert von etwa –3 bis –4.
  • Als Nächstes wird bei dem Berechnungsschritt die Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe unter Verwendung der bei dem Vorbereitungsschritt und dem Messschritt gemessenen Werte und der in dem Schritt S212 berechneten Schallgeschwindigkeit V2 in dem Akustikanpassmaterial berechnet.
  • Zu diesem Zweck wird zuerst die Zeit t, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Probengewebe auszubreiten, unter Verwendung der folgenden Beziehung (5) berechnet: t = t2 – L1/V2 (5)
  • Da der Abstand L1 die Dicke des Akustikanpassmaterials bezeichnet und die Schallgeschwindigkeit V2 die Schallgeschwindigkeit in dem Akustikanpassmaterial bei dem Messschritt ist, drückt L1/V2 die Zeit aus, die der Ultraschall benötigt, um sich durch die Schichten des Akustikanpassmaterials bei dem Messschritt auszubreiten. Die Zeit, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Probengewebe allein auszubreiten, kann durch Subtrahieren dieser Zeit (L1/V2) von der Ausbreitungszeit t2 zwischen den Messwandlern bei dem Messschritt gefunden werden.
  • Die Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe wird dann unter Verwendung der folgenden Beziehung (2a) berechnet (S216): V = (L2 – L1)/t (2a)
  • Die auf diese Weise bestimmte Schallgeschwindigkeit ist ein akkurater, bezüglich der Temperaturdifferenz des Akustikanpassmaterials bei dem Vorbereitungsschritt und dem Messschritt korrigierter Wert.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Als Nächstes wird ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Messen der Schallgeschwindigkeit beschrieben. Bei den oben erwähnten Verfahren werden die Messwandler-Abdeckungen des Paars von Messwandlereinheiten bei dem Vorbereitungsschritt zusammengebracht, jedoch wird bei diesem ersten Ausführungsbeispiel eine Referenz-Probe, die so dick wie das Probengewebe ist, zwischen den Messwandlereinheiten gehalten und eine Messung wird durchgeführt. Diese Referenz-Probe kann beispielsweise ein Acryl-Block sein. Die Vorrichtung dieses dritten Ausführungsbeispiels ist von im Wesentlichen identischem Aufbau wie die in 1 gezeigte. Dieses Ausführungsbeispiel wird nun unter Verwendung des Flussdiagramms aus 9 beschrieben.
  • Zuerst platziert eine Bedienperson bei einem Vorbereitungsschritt eine Referenz-Probe 80 zwischen das Paar von Messwandlereinheiten 10a, 10b. Die Bedienperson dreht dann das Rad 34, um die Messwandlereinheiten näher zusammenzubringen und die Referenz-Probe 80 zu greifen. Das Rad 34 wird gedreht, bis der Drehmomentbegrenzer 32 arbeitet, so dass die Referenz-Probe 80 unter einem vorbestimmten Druck gehalten wird (S302). 10 zeigt den Zustand der Vorrichtung zu diesem Zeitpunkt. In 10 ist ein Temperatursensor 82 zum Messen der Temperatur der Referenz-Probe 80 an der Oberfläche der Probe 80 angebracht. Das Ausrichten der Referenz-Probe 80 in einer vorbestimmten Position in dem Schritt S302 wird automatisch durch einen nicht gezeigten Referenz-Proben-Ausrichtmechanismus durchgeführt. Es ist natürlich klar, dass die Bedienperson das Ausrichten von Hand selbst durchführen kann.
  • Als Nächstes wird Ultraschall gesendet und empfangen und die Ausbreitungszeit t1 des Ultraschalls zwischen den Messwandlern 12a, 12b wird gemessen. Auch wird die Temperatur r (°C) der Referenz-Probe 80 zu diesem Zeitpunkt durch den Temperatursensor 82 gemessen (S304).
  • Die Schallgeschwindigkeit Vs in der Referenz-Probe 80 bei dem Vorbereitungsschritt wird dann aus dem Messergebnis durch die folgende Beziehung (6) berechnet (S306): Vs = αr + β (6)
  • In Gleichung (6) ist α der Temperaturgradient der Schallgeschwindigkeit Vs in der Referenz-Probe 80 und β ist die Schallgeschwindigkeit in der Referenz-Probe 80 bei einer vorbestimmten Temperatur (z. B. 0°C). Hier werden α und β zuerst experimentell bestimmt und in dem Speicher 60 gespeichert (2). Die Schallgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 58 führt dann die Berechnung der Gleichung (6) unter Verwendung dieser Konstanten durch. Die auf diese Weise erhaltene Schallgeschwindigkeit Vs wird vorübergehend in dem Speicher 60 gespeichert.
  • Als Nächstes dreht die Bedienperson das Rad 34, um vorübergehend den Abstand zwischen den Messwandlereinheiten 10a, 10b zu erweitern, und entnimmt die Referenz-Probe 80. Eine Probe (z. B. Gewebe) 70 wird dann zwischen den Messwandlereinheiten angeordnet, das Rad 34 wird gedreht, bis der Drehmomentbegrenzer 32 arbeitet, und die Probe 70 wird zwischen den Messwandlereinheiten unter dem vorgenannten vorbestimmten Druck gehalten (S308).
  • Ultraschall wird dann gesendet und empfangen und die Ausbreitungszeit t2 des Ultraschalls wird gemessen. Der Abstand L2 zwischen den Messwandlern zu diesem Zeit punkt wird gleichzeitig durch den Laser-Abstandsmesser 26 gemessen (S310).
  • Als Nächstes wird bei dem Berechnungsschritt die Schallgeschwindigkeit Vs in dem Probengewebe unter Verwendung der Messergebnisse bei dem Vorbereitungsschritt und dem Messschritt und der in S306 gefundenen Schallgeschwindigkeit Vs in der Referenz-Probe berechnet.
  • Zuerst wird die Zeit t, welche der Ultraschall benötigt, um sich durch die Probe allein auszubreiten, unter Verwendung der folgenden Beziehung (7) berechnet: t = t2 – (t1 – (Ls/Vs)) (7)
  • In Gleichung (7) ist Ls die Dicke des Referenz-Probe 80 und ist bereits bekannt. Ls/Vs drückt daher die Zeit aus, welcher der Ultraschall benötigt, um sich durch die Referenz-Probe 80 auszubreiten und (t1 – (Ls/Vs)) drückt die Zeit aus, welche der Ultraschall benötigt, um sich durch das Akustikanpassmaterial auszubreiten. Die Zeit t, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Probengewebe allein auszubreiten, kann durch Subtraktion dieses Werts von der Ausbreitungszeit t2 des Ultraschalls zwischen den Messwandlern berechnet werden.
  • Die Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe kann dann unter Verwendung von Gleichung (2) wie in dem ersten Ausführungsbeispiel berechnet werden: V = L2/t (2)
  • Daher wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wie bei den oben beschriebenen Verfahren außerhalb der Erfindung der Effekt der Ausbreitungszeit t1 in den Schichten des Akustikanpassmaterials eliminiert, so dass ein akkurater Wert für die Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe gefunden werden kann.
  • Weiterhin wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Ausbreitungszeit bei dem Vorbereitungsschritt mit der zwischen den Messwandlereinheiten gehaltenen Referenz-Probe 80, welche so dick wie das Probengewebe ist, gemessen, so dass der Unterschied der Abstände zwischen den Messwandlern bei dem Vorbereitungsschritt und dem Messschritt geringer ist als in dem Fall, bei dem die Referenz-Probe 80 nicht benutzt wird (z. B. das erste Ausführungsbeispiel). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann daher der Laser-Abstands-Messer 26 ein preisgünstiger Abstandsmesser mit einem kleinen effektiven Längenmessbereich sein, so dass die Vorrichtung weniger kostenaufwendig herzustellen ist.
  • 11 ist ein Flussdiagramm des bei dieser Modifizierung der Erfindung durchgeführten Verfahrens. In 11 sind den Schritten, die dasselbe Verfahren wie in 9 zeigen, dieselben Symbole zugewiesen und ihre Beschreibung wird weggelassen. Bei dieser Modifizierung wird in dem Vorbereitungsschritt zusätzlich zu der Ausbreitungszeit t1 und der Temperatur r (°C) der Referenz-Probe der Abstand L1 zwischen den Messwandlern durch den Laser-Abstandsmesser 26 gemessen (S304a). In dem Berechnungsschritt wird die Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe dann unter Verwendung der folgenden Beziehung (8) berechnet (S314a): V = (L2 – (L1 – Ls))/t (8)
  • Hierbei bezeichnet (L1 – Ls) die Dicke der Schicht des Akustikanpassmaterials. Die Dicke des Probengewebes allein kann berechnet werden durch Subtraktion von (L1 – Ls) von L2 und durch Division des Resultats durch die Zeit t, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Probengewebe allein auszubreiten, kann ein genauerer Wert für die Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe berechnet werden.
  • Bei dieser Modifizierung wird der Effekt der Schichten des Akustikanpassmaterials vollständig von der Berechnung der Schallgeschwindigkeit eliminiert. Folglich kann ein genauerer, von Schwankungen der Schallgeschwindigkeit in dem Akustikanpassmaterial und von Dickenschwankungen der Schichten des Akustikanpassmaterials unbeeinflusster Wert für die Schallgeschwindigkeit V erhalten werden.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen der Schallgeschwindigkeit in Gewebe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Dieses vierte Ausführungsbeispiel ist eine Verbesserung des vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiels und bezweckt, einen noch genaueren Wert für die Schallgeschwindigkeit in Gewebe zu finden durch Berücksichtigung der Temperaturschwankungen des Akustikanpassmaterials 16a, 16b. Die Temperatur des Akustikanpassmaterials kann durch den bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erwähnten Temperatursensor 19 gemessen werden. Dieses Ausführungsbeispiel wird nun unter Verwendung des Flussdiagramms aus 12 beschrieben.
  • Als erstes hält die Bedienperson die Referenz-Probe 80 durch das Paar von Messwandlereinheiten (S402). Die Bedienperson dreht das Rad 34 bis der Drehmomentbegrenzer 32 ar beitet, so dass die Referenz-Probe 80 mit einem vorbestimmten Druck gehalten wird. Die Ausbreitungszeit t1 des Ultraschalls, der Abstand L1 zwischen den Messwandlern und die Temperatur der Referenz-Probe r werden gemessen und die Temperatur d1 des Akustikanpassmaterials 16a wird durch den Temperatursensor 19 gemessen (S404).
  • Die Schallgeschwindigkeit Vs in der Referenz-Probe wird aus diesen Messergebnissen unter Verwendung von Gleichung (6) berechnet (S406): Vs = αr + β (6)
  • Die Schallgeschwindigkeit V1 in dem Akustikanpassmaterial bei dem Vorbereitungsschritt wird dann aus der Schallgeschwindigkeit Vs in der Referenz-Probe unter Verwendung folgender Gleichung (9) berechnet (S408): V1 = (L1 – Ls)/(t1 – Ls/Vs) (9)
  • Als Nächstes entfernt die Bedienperson die Referenz-Probe 80 aus dem Bereich zwischen den Messwandlereinheiten und ersetzt sie durch die Probe 70. Die Bedienperson dreht das Rad 34 bis der Drehmomentbegrenzer 32 arbeitet, so dass die Probe 70 zwischen den Messwandlereinheiten unter einem vorbestimmten Druck gehalten wird (S410). Ultraschall wird gesendet und empfangen, die Ausbreitungszeit t2 des Ultraschalls wird gemessen und die Temperatur d2 des Akustikanpassmaterials und der Abstand L2 zwischen den Messwandlern wird gemessen (S412).
  • Als Nächstes wird die Schallgeschwindigkeit V2 in dem Akustikanpassmaterial in dem Messschritt aus diesen gemes senen Werten durch die folgende Beziehung (4) berechnet (S414): V2 = V1 + a(d2 – d1) (4)
  • Die Zeit t, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Probengewebe auszubreiten, wird gemäß der Beziehung (10) berechnet: t = t2 – (L1 – Ls)/V2 (10)
  • (L1 – Ls) ist die Dicke des Akustikanpassmaterials, so dass der durch Dividieren von (L1 – Ls) durch die Schallgeschwindigkeit V2 des Akustikanpassmaterials in dem Messschritt erhaltene Wert (L1 – Ls)/ V2) die Zeit ist, die der Ultraschall benötigt, um sich durch die Schichten des Akustikanpassmaterials in dem Messschritt auszubreiten. Die Zeit t, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Probengewebe allein auszubreiten, kann daher berechnet werden durch Subtrahieren dieser Zeit (L1 – Ls)/V2 von der Ausbreitungszeit t2 des Ultraschalls von dem Messwandler 12a zu dem Messwandler 12b.
  • Die Schallgeschwindigkeit V in dem Probengewebe kann aus dieser Zeit t durch Gleichung (8) wie in dem dritten Ausführungsbeispiel berechnet werden (S418): V = (L2 – (L1 – Ls))/t (8)
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann daher durch Verwendung der Referenz-Probe 80 ein Laser-Abstandsmesser mit einem kleinen effektiven Wellenlängen-Messbereich verwendet werden und die Vorrichtung ist kostengünstiger herzustellen.
  • Gemäß dem oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wurden Beispiele beschrieben, bei denen der Referenz-Proben-Temperatursensor 82 auf der Oberfläche der Referenz-Probe 80 befestigt ist, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, da die Temperatur der Referenz-Probe 80 zu diesem Zeitpunkt als gleich der Raumtemperatur angesehen werden. Weiterhin kann die Temperaturmessung der Referenz-Probe und die Temperaturmessung des Akustikanpassmaterials mit einem Sensor durchgeführt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann mit der Erfindung ein genauer, von Zustandsschwankungen des Akustikanpassmaterials aufgrund von Schwankungen der Umgebungsbedingungen oder zeitlicher oder anderer Schwankungen des Akustikanpassmaterials unbeeinflusster Wert der Schallgeschwindigkeit in Probengewebe erhalten werden. Zusätzlich können, neben der Schallgeschwindigkeit, andere Beurteilungswerte unter Verwenddung der genauen Schallgeschwindigkeit, die wie vorstehend beschrieben, gefunden wurde, korrigiert werden.
  • Erfindungsgemäß kann der für die Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe erhaltene Wert durch Korrektur von Fehlern aufgrund der Temperaturunterschiede des Akustikanpassmaterials in dem Vorbereitungs- und dem Messschritt noch genauer berechnet werden. Erfindungsgemäß kann die Schallgeschwindigkeit in dem Probengewebe genau berechnet werden, selbst wenn die Temperatur der Probe bei dem Messschritt auf das Akustikanpassmaterial übertragen wird, so dass die Temperatur des Akustikanpassmaterials schwankt.
  • Weiterhin kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch Halten einer Referenz-Probe, die so dick ist wie die Probe, zwischen den Messwandlern, an Stelle des direkten In-Kontakt-Bringens des Paars von Messwandlern in den Vorbereitungsschritt, ein Laser-Abstands-Messer mit einem kleinen effektiven Längenmessbereich verwendet werden und die Vorrichtung ist daher weniger teuer.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Messen der Schallgeschwindigkeit in Gewebe, wobei ein Gewebe (70) zwischen einem Paar von Messwandlereinheiten (10a, 10b) gehalten wird, Ultraschall von diesen Einheiten (10a, 10b) gesendet und empfangen wird, und wobei jede der Einheiten (10a, 10b) einen Ultraschallmesswandler (12a, 12b), eine Messwandlerabdeckung (14a, 14b), von der wenigstens ein Teil frei verformbar ist und die den Ultraschallmesswandler (12a, 12b) abdeckt, und ein Akustikanpassmaterial (16a, 16b) aufweist, das den Raum zwischen der Abdeckung (14a, 14b) und dem Messwandler (12a, 12b) ausfüllt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) einen Vorbereitungsschritt, bei dem eine Referenzprobe (80) mit einer vorbestimmten Dicke zwischen dem Paar von Messwandlereinheiten (10a, 10b) mit einem vorbestimmten Druck gehalten wird, Ultraschall gesendet und empfangen wird und die Ausbreitungszeit des Ultraschalls von dem einen zu dem anderen der Messwandler (12a, 12b) gemessen wird und die Temperatur der Referenzprobe gemessen wird; b) einen Schritt, bei dem die Schallgeschwindigkeit in der Referenzprobe (80) auf Grundlage der Temperatur der Referenzprobe (80) berechnet wird; c) einen Mess-Schritt, bei dem ein Gewebe (70) zwischen dem Paar von Messwandlereinheiten (10a, 10b) mit einem vorbestimmten Druck gehalten wird, Ultraschall gesendet und empfangen wird und die Ausbreitungszeit des Ultraschalls von dem einen zu dem anderen der Messwandler (12a, 12b) gemessen wird und der Abstand zwischen den Messwandlern (12a, 12b) gemessen wird; und d) einen Berechnungsschritt, bei dem die Schallgeschwindigkeit in dem Gewebe berechnet wird auf Grundlage der in dem Vorbereitungsschritt gemessenen Ausbreitungszeit, der Ausbreitungszeit und dem Abstand zwischen den Ultraschall-Messwandlern (12a, 12b), die im Mess-Schritt gemessen wurden, und der Schallgeschwindigkeit in der Referenzprobe (80).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Referenzprobe (80) so dick wie das Gewebe (70) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Referenzprobe (80) Ausbreitungseigenschaften des Ultraschalls aufweist, die im Wesentlichen identisch wie diejenigen des Gewebes (70) sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Druck mit einem Messwandlereinheit-Bewegungsmechanismus erzielt wird, der eine Zuführspindel (30) und einen Drehmoment-Begrenzer (32) aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen dem Paar von Messwandlern (12a, 12b) unter Verwendung eines Laserabstandsmessers (26) gemessen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messergebnis aus Schritt (a) in einem Speicher (60) gespeichert wird, wobei, wenn unterschiedliche Proben gemessen werden, nur die Schritte (c) und (d) durchgeführt werden, und die Schallgeschwindigkeit in dem Gewebe (70) in Schritt (d) unter Verwendung des in dem Speicher (60) gespeicherten Messergebnis aus Schritt (a) berechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) außerdem einen Schritt zum Messen des Abstands zwischen den Messwandlern (12a, 12b) aufweist und wobei der Schritt (d) aufweist: einen Schritt, bei dem die Zeit, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Gewebe (70) allein auszubreiten, berechnet wird auf Grundlage der in den Schritten (a) bzw. (c) gemessenen Ausbreitungszeiten, der in Schritt (b) berechneten Schallgeschwindigkeit in der Referenzprobe (80) und der Dicke der Referenzprobe (80), und einen Schritt, bei dem die Schallgeschwindigkeit in dem Gewebe (70) berechnet wird durch Berechnung der Dicke des Gewebes (70) auf Grundlage der in den Schritten (a) bzw. (c) gemessenen Abstände zwischen den Messwandlern (12a, 12b) und auf Grundlage der Dicke der Referenzprobe (80) und Teilen der Dicke des Gewebes (70) durch die Zeit, die der Ultraschall benötigt, um sich durch das Gewebe (70) allein auszubreiten.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) außerdem einen Schritt zum Messen der Temperatur des Akustikanpassmaterials (16a, 16b) und des Abstands zwischen dem Paar von Messwandlern (12a, 12b) umfasst, wobei der Schritt (b) einen Schritt umfasst zum Berechnen der Schallgeschwindigkeit in dem Akustikanpassmaterial (16a, 16b) auf Grundlage des Abstands zwischen den Messwandlern und der Ausbreitungszeit zwischen den Messwandlern (12a, 12b), die in Schritt (a) erhalten wurden, wobei Schritt (c) einen Schritt umfasst zum Messen der Temperatur des Akustikanpassmaterials (16a, 16b) und wobei Schritt (d) außerdem einen Schritt umfasst zum Berechnen der Schallgeschwindigkeit in dem Akustikanpassmaterial (16a, 16b) in Schritt (c) durch Korrektur der in Schritt (b) berechneten Schallgeschwindigkeit in dem Akustikanpassmaterial (16a, 16b) unter Verwendung der in den Schritten (a) bzw. (c) gemessenen Temperaturen, und die Schallgeschwindigkeit in dem Gewebe (70) wird berechnet auf Grundlage der hierbei gefundenen Schallgeschwindigkeit in dem Akustikanpassmaterial (16a, 16b), der in Schritt (a) gemessenen Ausbreitungszeit und der Ausbreitungszeit und dem Abstand zwischen den Messwandlern (12a, 12b), die in Schritt (c) gemessen wurden.
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