JP2000051212A

JP2000051212A - 骨密度測定方法及び装置

Info

Publication number: JP2000051212A
Application number: JP10221789A
Authority: JP
Inventors: Shusaku Miyake; 周作三宅
Original assignee: Kasei Optonix Ltd
Current assignee: Kasei Optonix Ltd
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】超音波を用いての骨密度の測定。【解決手段】被検体に接触されて配され、かつ超音波
を発振又は受信可能な一対の超音波探触子Ｐ1，Ｐ2を有
し、一方の超音波探触子から発振されて、被検体内の骨
部Ｂを通過して他方の超音波探触子で受信される超音波
の伝播時間と、超音波探触子により各々の側から発振さ
れて、組織部内の骨部で反射された超音波の各々の伝播
時間を測定し、これらの各測定値と被検体の組織部中の
標準の伝播速度とから骨部の超音波の伝播時間と骨部の
幅寸法とを求めるとともに、骨部の伝播時間と幅寸法と
から骨部を構成する骨梁部及び骨梁間物質中の超音波の
伝播時間と骨梁部及び骨梁間物質の占める幅寸法とを求
めた後、この幅寸法から骨梁部の占める幅寸法と骨部の
幅寸法との比に相当する骨梁部の体積占有率を求め、さ
らにこの体積占有率と標準骨梁部の骨密度とから被検体
の骨部の骨密度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、骨密度を測定する
骨密度測定方法及び装置に係り、特に、超音波を用いて
骨密度を測定するようにした骨密度測定方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】骨密度を測定するものとして、例えば実
開平７−３６０１号公報に示される測定装置が知られて
いる。これは、二重エネルギＸ線吸収法（ＤＥＸＡ法）
を用いたものであり、各々Ｘ線の連続スペクトルを単色
化する２種のフィルタを、高低２種のエネルギのＸ線の
出力切換周期に合わせて切換え使用したものである。ま
た、この測定装置で用いられているＸ線の他に、γ線を
用いた測定装置も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の測定装置は、何れもＸ線やγ線等の電離放射線を使
用するものであるため、被験者に対して放射線被曝を伴
わせることになり、骨密度を測定する場合のように定期
的な広範囲のスクリーニング用としては好ましいもので
はなかった。

【０００４】一方、近年では、上述した電離放射線を使
用せずに超音波を利用した骨密度測定装置が開発され一
部実用化されつつあるが、現在実用化されている超音波
を用いた測定装置は、単に、超音波の伝播速度や減衰係
数を骨強度のパラメータとするものであり、これらのパ
ラメータは骨密度との相関をもつものではないため、骨
密度の測定を行うことは困難となっている。すなわち、
これらのパラメータは、骨の性質の一面を表すものでは
あるが、骨塩量との関わりや骨密度等の骨質を明確に示
すものでないからである。本発明は、このような事情に
対処してなされたもので、被験者が放射線被曝を伴うこ
とのない超音波を用いての骨密度の測定を行うことがで
きる骨密度測定方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の骨密度測定方法は、被検体（Ｈ）
の組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）の骨密度を測定する骨度
測定方法において、被検体（Ｈ）に接触されて配され、
かつ超音波を発振又は受信可能な一対の超音波探触子
（Ｐ1，Ｐ2）を有し、一方の超音波探触子（Ｐ1又はＰ
2）から発振されて、前記被検体（Ｈ）内の骨部（Ｂ）
を通過して他方の超音波探触子（Ｐ1又はＰ2）で受信さ
れる超音波の伝播時間（ｔ）と、前記超音波探触子（Ｐ
1，Ｐ2）により各々の側から発振されて、前記組織部
（Ｔ）内の骨部（Ｂ）で反射された超音波の各々の伝播
時間（ｔ_WX,ｔ_YZ)を測定し、被検体（Ｈ)の組織部（Ｔ)
中の標準の伝播速度（Ｃ_T)とから前記骨部（Ｂ）の超
音波の伝播時間（ｔ_B)と前記骨部（Ｂ）の幅寸法(Ｌ_B
=Ｌ−Ｃ_T・ｔ_WX−Ｃ_T・ｔ_YZ)とを求めるとともに、前
記骨部（Ｂ）の伝播時間（ｔ_B)と幅寸法(Ｌ_B)とか
ら、前記骨部（Ｂ）を構成する骨梁部（Ｍ）及び骨梁間
物質（Ｎ）中の超音波の伝播時間（ｔ_M,ｔ_N)と前記骨
梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の占める幅寸法
（Ｌ_M,Ｌ_N)とを求めた後、この幅寸法（Ｌ_M,Ｌ_N)か
ら前記骨梁部（Ｍ）の占める幅寸法（Ｌ_M) と前記骨部
（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B)との比（Ｌ_M／Ｌ_B)に相当する
骨梁部（Ｍ）の体積占有率（α）を求め、さらにこの体
積占有率（α）と前記標準骨梁部（Ｍ）の骨密度（ρ）
とから前記被検体（Ｈ）の骨部（Ｂ）の骨密度（ρ
_M ）を求めることを特徴とする。ここで、本発明で用
いられる超音波（Ｕ１又はＵ２）の周波数は、その値に
よって被検体（Ｈ）内部での伝播状態が変化することが
知られているが、例えば５００ＫHz と１ＭHz 程度の帯
域を用いることが好ましい。このような構成では、被検
体（Ｈ）の骨部（Ｂ）の骨密度（ρ_M)を測定するに先
立ち、被検体（Ｈ）の測定対象となる部位の幅寸法
（Ｌ）と、被検体（Ｈ）の骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B）
とを求める必要がある。幅寸法（Ｌ）にあっては、予め
メジャー等によって測定しておく。

【０００６】請求項２に記載の骨密度測定装置は、被検
体（Ｈ）の組織部（Ｔ）中の骨部（Ｂ）の骨密度を測定
する骨密度測定装置において、所定の単一周波数の超音
波（Ｕ1又はＵ2）を発信及び受信可能な超音波受発素子
（Ｏ1 又はＲ1）を備えるとともに、前記被検体（Ｈ）
に接触される第１の超音波探触子（Ｐ1）と、前記超音
波（Ｕ１又はＵ２）を受信及び発信可能な超音波受発素
子（Ｏ２又はＲ２）を備えるとともに、前記骨部
（Ｂ）を挟みかつ前記第１の超音波探触子（Ｐ1）と対
向して前記被検体（Ｈ）に接触される第２の超音波探触
子（Ｐ２）と、標準となる被検体（Ｈ）の組織部
（Ｔ）、骨梁部（Ｍ）、骨梁間物質（Ｎ）中の前記超音
波（Ｕ1又はＵ２）の伝播速度（Ｃ_T,Ｃ_M,Ｃ_N)並びに
標準骨梁部（Ｍ）の骨密度（ρ）に関する情報を格納し
ている格納手段（１４）と、一方の超音波探触子（Ｐ1
又はＰ2）から発振されて、前記被検体（Ｈ）内の骨部
（Ｂ）を通過して他方の超音波探触子（Ｐ1又はＰ2）で
受信される超音波（Ｕ１又はＵ２）の伝播時間（ｔ）
と、第１，２の超音波探触子（Ｐ1，Ｐ2）により各々の
側から発振されて、前記組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）で
反射された前記超音波（Ｕ１又はＵ２）の各々の伝播時
間（ｔ_WX,ｔ_YZ)とを計測する時間計測手段（１２）と、
この時間計測手段（１２）によって計測された前記伝播
時間（ｔ，ｔ_WX,ｔ_YZ)と、前記被検体（Ｈ）の組織部
（T）中の伝播速度（Ｃ_T)とから前記骨部（Ｂ）の超音
波（Ｕ１又はＵ２）の伝播時間（ｔ_B)と前記骨部
（Ｂ）の幅寸法(Ｌ_B=Ｌ−Ｃ_T・ｔ_WX−Ｃ_T・ｔ_YZ)と
を求めるとともに、前記伝播時間（ｔ_B)と幅寸法
(Ｌ_B)とから、前記骨部（Ｂ）を構成する骨梁部（Ｍ）
及び骨梁間物質（Ｎ）中の前記超音波（Ｕ１又はＵ２）
の伝播時間（ｔ_M,ｔ_N)と前記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間
物質（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M,Ｌ_N)とを求めた後、
この幅寸法（Ｌ _M,Ｌ_N)から前記骨梁部（Ｍ）の占める
幅寸法（Ｌ_M)と前記骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B)との比
（Ｌ_M ／Ｌ_B)に相当する骨梁部（Ｍ）の体積占有率
（α）を求め、さらにこの体積占有率（α）と前記標準
骨梁部（Ｍ）の骨密度（ρ）とから前記被検体（Ｈ）の
骨部（Ｂ）の骨密度（ρ_M）を求める演算処理手段（１
３）とが具備されていることを特徴とする。

【０００７】このような構成では、被検体（Ｈ）の骨部
（Ｂ）の骨密度（ρ_M)を測定するに先立ち、被検体
（Ｈ）の測定対象となる部位の幅寸法（Ｌ）と、被検体
（Ｈ）の骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B ) とを求める必要
がある。幅寸法（Ｌ）にあっては、予めメジャー等によ
って計り、その値を演算処理手段（１３）に入力してお
く。

【０００８】次に、被検体（Ｈ）の骨部（Ｂ）の幅寸法
（Ｌ_B）を求める場合、被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）で
囲まれた骨部（Ｂ）を挟んで、各第１，２の超音波探触
子（Ｐ1，Ｐ2 ）を被検体（Ｈ）に接触させる。このと
き、第１の超音波探触子（Ｐ1）の超音波受発信素子
（Ｏ1 又はＲ1）と、第２の超音波探触子（Ｐ2 ）の超
音波受発信素子（Ｏ2 又はＲ2）とを各々互いに同一平
面上の直線上で向き合うような位置関係とする。またこ
のとき、超音波受発信素子（Ｏ1 又はＲ1）と超音波受
発信素子（Ｏ2 又はＲ2）との発信及び受信動作を時間
的に切替えることで、各々の超音波受発信素子（Ｏ1 又
はＲ1）及び超音波受発信素子（Ｏ2 又はＲ2）に対して
発信及び受信動作を行わせることができる。

【０００９】そして、時間計測手段（１２）によって、
図３（ａ）に示すように、一方の超音波探触子（Ｐ1又
はＰ2）から発振されて、前記被検体（Ｈ）内の骨部
（Ｂ）を通過して他方の超音波探触子（Ｐ1又はＰ2）で
受信される超音波（Ｕ１又はＵ２）の伝播時間（ｔ）
と、第１，２の超音波探触子（Ｐ1，Ｐ2）により各々の
側から発振されて、前記組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）で
反射された前記超音波（Ｕ１又はＵ２）の各々の伝播時
間（ｔ_WX,ｔ_YZ)とを計測する。格納手段（１４）に格納
されている被検体（Ｈ）の組織部（T）中の伝播速度
（Ｃ_T)とから骨部（Ｂ）の超音波（Ｕ１又はＵ２）の
伝播時間（ｔ_B)と骨部（Ｂ）の幅寸法(Ｌ_B=Ｌ−Ｃ_T
・ｔ_WX−Ｃ_T・ｔ_YZ)とを求める。次いで、演算処理手
段（１３）が伝播時間（ｔ_B)と幅寸法(Ｌ_B)とから骨
梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）中の超音波（Ｕ１又は
Ｕ２）の伝播時間（ｔ_M,ｔ_N)と骨梁部（Ｍ）及び骨梁
間物質（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M,Ｌ_N)とを求めた
後、この幅寸法（Ｌ_M,Ｌ_N)から骨梁部（Ｍ）の占める
幅寸法（Ｌ_M) と骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B)との比
（Ｌ_M ／Ｌ_B)に相当する骨梁部（Ｍ）の体積占有率
（α）を求め、さらに、この体積占有率（α）と標準骨
梁部（Ｍ）の骨密度（ρ）とから被検体（Ｈ）の骨部
（Ｂ）の骨密度（ρ_M ）を求める。

【００１０】また、請求項３に記載の骨密度測定装置
は、請求項２の装置において、前記第１の超音波探触子
（Ｐ1 ）は、超音波（Ｕ１）を発信する超音波発信素子
（Ｏ1）と前記超音波（Ｕ１及びＵ２）を受信する超音
波受信素子（Ｒ1 ）とからなり、前記第２の超音波探触
子（Ｐ2 ）は、超音波（Ｕ２）を発信する超音波発信素
子（Ｏ2 ）と前記超音波（Ｕ１及びＵ２）を受信する超
音波受信素子（Ｒ2 ）とからなり、これら超音波受信素
子（Ｒ1 、Ｒ2 ）の何れか一方によって受信された超音
波（Ｕ１及びＵ２）は、各々の超音波（Ｕ１及びＵ２）
の通過帯域を有するフィルター手段（９）によって分離
されることを特徴とする。

【００１１】このような構成では、第１，２の超音波探
触子（Ｐ1，Ｐ2 ）を被検体（Ｈ）に接触させるとき、
第１，２の超音波探触子（Ｐ1，Ｐ2 ）の超音波発信素
子（Ｏ1 ）及び超音波受信素子（Ｒ2 ）と、第１，２の
超音波探触子（Ｐ1，Ｐ2 ）の超音波受信素子（Ｒ1 ）
及び超音波発信素子（Ｏ2 ）とを各々互いに同一平面上
の直線上で向き合うような位置関係とする。この状態
で、各超音波発信素子（Ｏ1 、Ｏ2 ）から、各々特定周
波数の超音波（Ｕ1 、Ｕ2 ）を発信させることで、各
々の超音波受信素子（Ｒ1 、Ｒ2 ）により超音波（Ｕ１
又はＵ２）が受信される。

【００１２】このとき、超音波受信素子（Ｒ1 、Ｒ2 ）
の何れか一方によって受信された超音波（Ｕ１及びＵ
２）を、フィルター手段（９）によって分離することに
より、被検体Ｈの骨部Ｂを通過した超音波（Ｕ１又はＵ
２）と骨部（Ｂ）によって反射された超音波（Ｕ１又は
Ｕ２）との識別を容易に行うことができる。

【００１３】さらに、請求項４に記載の骨密度測定装置
は、請求項３の装置において、前記超音波受信素子（Ｒ
1 、Ｒ2 ）による前記超音波（Ｕ１及びＵ２）の受信タ
イミングと、前記フィルター手段（９）による分離タイ
ミングとは、タイミング処理手段（１０）によって制御
されることを特徴とする。

【００１４】このような構成では、タイミング処理手段
（１０）によって、超音波受信素子（Ｒ1 、Ｒ2 ）の何
れか一方の受信タイミングと、フィルター手段（９）に
よる分離タイミングとが制御されるため、被検体（Ｈ）
の骨部（Ｂ）を通過した超音波（Ｕ１又はＵ２）と、骨
部（Ｂ）によって反射された２つの周波数の超音波（Ｕ
１及びＵ２）の識別を容易に行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の骨密度測定装置の一実
施の形態を示す概略構成図、図２は、図１の骨密度測定
装置の詳細を示すブロック図、図３（ａ）は、図１の骨
密度測定装置による測定方法を示す図、図３（ｂ）は、
骨部（Ｂ）を構成する骨梁部（Ｍ）及び骨梁部間物質
（Ｎ）を説明するための構成図、図４は、図１の骨密度
測定装置による測定方法を説明するためのフローチャー
ト、図５は、図１の骨密度測定装置に用いられる超音波
の周波数と伝播時間との相関の概念を示す図である。

【００１６】図１において、骨密度測定装置１には、広
帯域超音波用の２つの超音波探触子（以下、プローブと
いう）Ｐ1 、Ｐ2 が設けられている。これらプローブＰ
1，Ｐ2 には、特定の超音波を発する超音波発信素子Ｏ1
，Ｏ2 と、これら超音波発信素子Ｏ1 ，Ｏ2から発信さ
れた超音波を受信する超音波受信素子Ｒ1 ，Ｒ2 とが、
各々一対ずつ設けられている。

【００１７】ここで、これら超音波発信素子Ｏ1 ，Ｏ2
と、超音波受信素子Ｒ1 ，Ｒ2 とは共に、電界を印加す
ると自らが機械的な振動をして、電気的エネルギーを機
械的エネルギーに変換する性質を有する無機質セラミッ
クスや有機物からなる圧電体である。なお、本実施の形
態では、各プローブＰ1，Ｐ2 に、超音波発信素子Ｏ1，
Ｏ2 と、超音波受信素子Ｒ1 ，Ｒ2 とを、一対ずつ設け
た場合について示しているが、この例に限らず、各々の
プローブＰ1，Ｐ2 に超音波発信素子Ｏ1 ，Ｏ2 又は超
音波受信素子Ｒ1 ，Ｒ2 の何れか一方を設け、各々の発
信及び受信動作を時間的に切換えるようにすることもで
きる。

【００１８】これらプローブＰ1，Ｐ2 は、コード１
ａ，１ｂを介して測定装置本体２に接続されている。測
定装置本体２には、例えば後述の図２に示す高圧電源７
をオン／オフしたり電圧を調節したりする調節ツマミ３
ａ、超音波発信素子Ｏ1 ，Ｏ2の発信周波数を調節する
調節ツマミ３ｂ，３ｃ、測定結果を表示する表示部４が
設けられている。

【００１９】骨密度測定装置１の詳細は、図２に示す通
りである。すなわち、各プローブＰ1，Ｐ2 の超音波発
信素子Ｏ1 ，Ｏ2 は、パルサー５ａ，５ｂからの発信周
波数に応じて異なる超音波Ｕ１，Ｕ２を発信する。ここ
で、超音波発信素子Ｏ1 ，Ｏ2 から発信される発信周波
数は、各々例えば５００ＫHz と１ＭHz とを中心とした
帯域の周波数である。また、各パルサー５ａ，５ｂに
は、高圧電源７からの電源と、発信タイミングを与える
トリガ信号発生部８からのトリガ信号とが与えられるよ
うになっている。なお、本実施の形態では、超音波Ｕ
１，Ｕ２を異なる周波数としたが、同じ周波数として、
発信タイミングを調整するようにしても良い。

【００２０】ここで、高圧電源７のオン／オフや電圧の
調節は、上述したように、調節ツマミ３ａによって行わ
れる。また、各パルサー５ａ，５ｂの発信周波数の調節
も、上述したように、調節ツマミ３ｂ，３ｃによって行
われる。

【００２１】各プローブＰ1，Ｐ2 の超音波受信素子Ｒ1
，Ｒ2 によって受信された超音波信号は、各々レシー
バー６ａ，６ｂによって所定量増幅された後、２つの通
過帯域を有するフィルター部９を通過し、ゲート回路１
１に与えられる。ここで、フィルター部９を通過する周
波数は、上記の超音波発信素子Ｏ1 ，Ｏ2 から発信され
る発信周波数である５００ＫHz と１ＭHz とを中心とし
た帯域の周波数である。これらフィルター部９の通過帯
域及びゲート回路１１の通過時間は、タイミング処理部
１０によって調節されるようになっている。また、タイ
ミング処理部１０は、レシーバー６ａ，６ｂの受信タイ
ミングも同時に切替えるようになっている。

【００２２】なお、本実施の形態では、１個のフィルタ
ー部９に２つの通過帯域をもたせた場合について説明し
たが、この例に限らず、５００ＫHz と１ＭHz とを中心
とした帯域の周波数を通過させる２個のフィルター部を
設けるようにしてもよい。ゲート回路１１を通過した超
音波信号は、このゲート回路１１の出力パルスをカウン
トして時間を計測する時間計測部１２を経て、演算処理
部１３に与えられる。

【００２３】演算処理部１３は、メモリ１４に格納され
ている諸定数や演算式等と時間計測部１２によって計測
された計測時間とを基に、各種の演算を行うことで骨密
度の測定結果を得るものである。その演算による測定結
果は、表示部４によって表示される。ここで、メモリ１
４に格納されている諸定数とは、標準骨梁の密度ρ（例
えば骨の骨梁部の主成分であるハイドロキシアパタイト
の密度を採用する）、被検体Ｈの組織部Ｔを伝播する超
音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播速度Ｃ_T（人の軟部組織中におけ
る超音波伝播速度には個人差がなくほぼ一定なので、具
体的にはこれを採用する）、標準骨の骨梁部Ｍ（ハイド
ロキシアパタイト固形物からなる）中での超音波Ｕ1 ，
Ｕ2 の伝播速度Ｃ_M （例えば骨梁部の主成分であるハ
イドロキシアパタイト中での超音波伝播速度を求めてお
き、これを採用する）、その標準骨梁間物質Ｎ中での超
音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播速度Ｃ_N（例えば骨梁間物質とほ
ぼ等価と考えられる水中における超音波の伝播速度を測
定しておき、これを採用する）等であり、演算式等とは
後述の〜(10)に示す式であり、これらの諸定数や演算
式等を用いて被検体Ｈの骨密度ρ_Mが測定されるように
なっている。

【００２４】また、演算処理部１３には、入力部１５か
ら後述の図３に示す被検体Ｈの幅寸法（Ｗ−Ｚ間）Ｌが
入力されるようになっている。続いて、このような構成
の骨密度測定装置１の動作を、図３及び図４を用いて説
明する。まず、図３（ａ）に示す被検体Ｈの骨部Ｂの骨
密度ρ_Mを測定するに先立ち、被検体Ｈの測定対象とな
る部位の幅寸法Ｌと、被検体Ｈの骨部Ｂの幅寸法Ｌ_Bと
を求める必要がある。幅寸法Ｌにあっては、予めメジャ
ー等によって計り、その値を図２に示した入力部１５か
ら演算処理部１３に入力しておく（ステップ４０１）。

【００２５】また、骨部Ｂの幅寸法Ｌ_B は、次のよう
にして測定する。すなわち、図３（ａ）に示すように、
被検体Ｈの組織部Ｔで囲まれた骨部Ｂを挟んで、各プロ
ーブＰ1，Ｐ2 を被検体Ｈに接触させる。このとき、プ
ローブＰ1，Ｐ2の超音波発信素子Ｏ1 及び超音波受信素
子Ｒ2 と、プローブＰ1，Ｐ2 の超音波受信素子Ｒ1 及
び超音波発信素子Ｏ2 とを各々互いに同一平面上の直線
上で向き合うような位置関係とする。この状態で、各超
音波発信素子Ｏ1 、Ｏ2 から、各々特定周波数の超音波
Ｕ1 、Ｕ2 を発信させる（ステップ４０２）。

【００２６】超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の詳細については後述す
るが、本実施の形態では、超音波Ｕ1の発信周波数を、
例えば５００ＫHz とし、超音波Ｕ2の発信周波数を、例
えば１ＭHz としている。これらの発信周波数は、図１
及び図２に示した調節ツマミ３ｂ，３ｃの操作によって
調節することができる。このように、各超音波発信素子
Ｏ1 、Ｏ2 からの発信周波数を異ならせることで、各々
の超音波受信素子Ｒ1、Ｒ2 により受信した後の受信周
波数の識別が容易となる。

【００２７】ここで、各超音波発信素子Ｏ1 、Ｏ2 から
発信された超音波Ｕ1 ，Ｕ2 には、骨部Ｂを通過するも
のと、骨部Ｂによって反射されるものとがある。よっ
て、各レシーバー６ａ，６ｂによる受信周波数には、各
々超音波Ｕ1 ，Ｕ2 が含まれることになるが、図２のよ
うに、タイミング処理部１０によってレシーバー６ａ，
６ｂの受信タイミングを切替えることにより、各々の超
音波Ｕ1 ，Ｕ2 の通過と反射との識別を容易に行える。

【００２８】各レシーバー６ａ，６ｂを介して受信され
た超音波Ｕ1 ，Ｕ2 は、タイミング処理部１０によって
コントロールされるフィルター部９及びゲート回路１１
から時間計測部１２を経て演算処理部１３に与えられ
る。そして、後述するように、演算処理部１３によっ
て、被検体Ｈの骨部Ｂの超音波Ｕ1 、Ｕ2 の伝播時間
ｔ _Bと骨部Ｂの幅寸法Ｌ_Bとが求められる（ステップ４
０３）。

【００２９】このとき、まず被検体Ｈの組織部Ｔ内のＷ
−Ｘ間の伝播時間ｔ_WXからＷ−Ｘ間の距離Ｌ_WXが演算に
よって求められる（ステップ４０４）。すなわち、プロ
ーブＰ1 の超音波発信素子Ｏ1 から骨部Ｂに向けて発信
されるとともに、被検体Ｈの組織部ＴのＷ−Ｘ間を経由
して骨部Ｂで反射した超音波Ｕ1 は、プローブＰ1の超
音波受信素子Ｒ1 によって受信されることにより、超音
波Ｕ1 の組織部ＴにおけるＷ−Ｘ間の伝播時間ｔ_WXが図
２に示した時間計測部１２によって計測される。なお、
Ｗ−Ｘ間の伝播時間ｔ_WXは、組織部ＴのＷ−Ｘ間を経由
して骨部Ｂで反射したＷ−Ｘ間の往復時間であるので、
Ｗ−Ｘ間の往復時間の１／２とする。

【００３０】そして、Ｗ−Ｘ間の距離Ｌ_WXは、図２に示
したメモリ１４に格納されている次の式によって求め
られる。

【数１】Ｌ_WX＝Ｃ_T ・ｔ_WX ・・・ここで、Ｃ_T は、超音波Ｕ1 が被検体Ｈの組織部Ｔを
伝播する速度であり、上述のように、この速度Ｃ_T
は、個人差がなくほぼ一定の値である。

【００３１】次に、被検体Ｈの組織部Ｔ内のＹ−Ｚ間の
伝播時間ｔ_YZからＹ−Ｚ間の距離Ｌ _YZが演算によって求
められる（ステップ４０５）。すなわち、プローブＰ2
の超音波発信素子Ｏ2 から骨部Ｂに向けて発信されると
ともに、被検体Ｈの組織部ＴのＹ−Ｚ間を経由して骨部
Ｂで反射した超音波Ｕ2 は、プローブＰ2 の超音波受
信素子Ｒ2によって受信されることにより、超音波Ｕ2
の組織部ＴにおけるＹ−Ｚ間の伝播時間ｔ_YZが図２に示
した時間計測部１２によって計測される。なお、Ｙ−Ｚ
間の伝播時間ｔ_YZは、組織部ＴのＹ−Ｚ間を経由して骨
部Ｂで反射したＹ−Ｚ間の往復時間であるので、Ｙ−Ｘ
間の往復時間の１／２とする。

【００３２】そして、Ｙ−Ｚ間の距離Ｌ_YZは、図２に示
したメモリ１４に格納されている次の式によって求め
られる。

【数２】Ｌ_YZ＝Ｃ_T ・ｔ_YZ ・・・ここで、Ｃ_T は、上述したように、超音波Ｕ1 が被検
体Ｈの組織部Ｔを伝播する速度である。

【００３３】次に、被検体Ｈの骨部Ｂ（Ｘ−Ｙ間）中の
超音波Ｕ1，Ｕ2 の伝播時間ｔ_Bが求められる（ステッ
プ４０６）。この伝播時間ｔ_B を求めるに際しては、
まず一方のプローブＰ1 の超音波発信素子Ｏ1 から発信
された超音波Ｕ１を他方のプローブＰ2 の超音波受信素
子Ｒ2 が受信する時間ｔが図２に示した時間計測部１２
によって計測される。また、この時間ｔは、他方のプロ
ーブＰ2の超音波発信素子Ｏ2 から発信された超音波Ｕ
２を一方のプローブＰ1 の超音波受信素子Ｒ1で受信
し、図２に示した時間計測部１２によって計測しても同
様に得ることが出来る。

【００３４】そして、Ｘ−Ｙ間の超音波Ｕ1，Ｕ2 の伝
播時間ｔ_B は、図２に示したメモリ１４に格納されて
いる次の式によって求められる。

【数３】ｔ_B ＝ｔ−ｔ_WX−ｔ_YZ ・・・ここで、ｔ_WX,ｔ_YZ は、上述したように、各々Ｗ−Ｘ間
及びＹ−Ｚ間の伝播時間である。

【００３５】次に、被検体Ｈの骨部Ｂの幅Ｌ_B が、図
２に示したメモリ１４に格納されている次の式によっ
て求められる（ステップ４０７）。

【数４】Ｌ_B ＝Ｌ−Ｌ_WX−Ｌ_YZ ・・・ここで、Ｌは、被検体Ｈの幅寸法（Ｗ−Ｚ間）であり、
Ｌ_WX,Ｌ_YZは、上述したように、Ｗ−Ｘ間及びＹ−Ｚ間
の距離である。以上のような演算処理部１３による演算
によって被検体Ｈの骨部Ｂの幅寸法Ｌ _B が求められ
る。

【００３６】被検体Ｈの骨部Ｂの密度（ρ_M)は、次の
ようにして求められる。すなわち、図３（ｂ）に示すよ
うに、骨部Ｂは、骨梁部Ｍと骨髄液、その他骨梁成分以
外の成分（以下、骨梁間物質Ｎという）とに分けられ
る。なお、図３（ｂ）では、骨梁部Ｍ及び骨梁間物質Ｎ
を、便宜上、各々片側に寄せて図示しているが、実際に
は、骨部Ｂ内に骨梁部Ｍと骨梁間物質Ｎはこのように偏
在するものではない。各々の諸定数である上述した標準
骨梁部Ｍの密度ρ、被検体Ｈの組織部Ｔを伝播する超音
波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播速度Ｃ_T、標準骨の骨梁部Ｍ（ハイ
ドロキシアパタイト固形物からなる）中での超音波Ｕ1
，Ｕ2 の伝播速度Ｃ_M、その標準骨梁間物質Ｎ中での
超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播速度Ｃ_N等の情報は、上述した
ように、図２のメモリ１４に予め格納されている。な
お、ここで、被検体Ｈにおける骨梁中の超音波Ｕ1 ，Ｕ
2 の伝播時間をｔ_Mとし、骨梁間物質Ｎ中での超音波Ｕ
1 ，Ｕ2 の伝播時間をｔ_Nとする（ステップ４０８）。

【００３７】そして、被検体Ｈの骨部Ｂ中の超音波の伝
播時間ｔ_Bは、図２に示したメモリ１４に格納されてい
る次の式によって表される。

【数５】ｔ_B ＝ｔ_M ＋ｔ_N ・・・また、被検体Ｈの骨部Ｂの幅Ｌ_Bは、図２に示したメモ
リ１４に格納されている次の式によって表される。

【数６】Ｌ_B ＝Ｃ_M ・ｔ_M ＋Ｃ_N ・ｔ_N ・・・

【００３８】そして、上記の，，式から被検体Ｈ
の骨梁中の超音波の伝播時間ｔ_Mと骨梁間物質Ｎ中の超
音波の伝播時間ｔ_Nとが演算によって求められる。すな
わち、，_,式に含まれる未知数は、ｔ_M，ｔ_Nの
みであるため、これらの連立方程式を解くことにより、
ｔ_M，ｔ_Nが求められることになる。

【００３９】これらｔ_M，ｔ_Nが各々求められると、被
検体Ｈの骨部Ｂの骨梁部Ｍの占める幅Ｌ_M及び骨梁間物
質Ｎ部分の占める幅Ｌ_Nが、図２に示したメモリ１４に
格納されている次の，式によって求められる（ステ
ップ４０９）。

【数７】Ｌ_M ＝Ｃ_M ・ｔ_M ・・・

【数８】Ｌ_N ＝Ｃ_N ・ｔ_N ・・・

【００４０】さらに、，式により得られたＬ_M及び
Ｌ_Nの値から、被検体Ｈの骨部Ｂ全体の幅に対する骨梁
部Ｍの幅の占める割合である、Ｌ_M／Ｌ_Bが、図２に示
したメモリ１４に格納されている次の式によって求め
られる（ステップ４１０）。

【数９】Ｌ_M／Ｌ_B＝｛Ｌ_M／（Ｌ_M＋Ｌ_N）｝・・・このＬ_M／Ｌ_Bの値は、骨部Ｂ中の骨梁部Ｍが占める割
合、すなわち骨部Ｂ中の骨梁の体積占有率（α）に相当
するものである。

【００４１】最後に、標準骨の骨梁密度ρと被検体Ｈの
骨部Ｂにおける骨梁部Ｍの占める割合（骨梁部Ｍの体積
占有率に相当）から、被検体Ｈの骨梁部Ｍの密度ρ
_Mは、図２に示したメモリ１４に格納されている次の(1
0)式によって求められる（ステップ４１１）。

【数１０】 ρ_M＝ρ・｛Ｌ_M／（Ｌ_M＋Ｌ_N）｝・・・(10)

【００４２】次に、本実施の形態で用いられる超音波Ｕ
1 ，Ｕ2 の発信周波数の詳細を、図５を用いて説明す
る。一般に、被検体Ｈに与える超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の周波
数は、その値によって被検体Ｈ内部での伝播状態が変化
することが知られている。すなわち、超音波Ｕ1 ，Ｕ2
の周波数が高すぎると被検体Ｈの骨部Ｂを伝播せず、し
かも骨部Ｂを伝播し得る超音波であっても、その周波数
が低いほどその超音波の進路は周波数や骨部Ｂの３次元
的構造に依存する傾向がある。つまり、骨部Ｂの内部に
おいては、骨梁の構造に影響を受けて、進行方向が必ず
しも直進せずに曲ってしまい、最短距離を通らない場合
があるため、同一の被検体Ｈ中であっても超音波Ｕ1 ，
Ｕ2 の骨部Ｂ中における伝播時間が超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の
周波数によって一定しない。また、特に低周波数の超音
波Ｕ1 ，Ｕ2 の場合ほど曲がる程度が大となる傾向があ
る。

【００４３】ここで、図５に示すように、超音波Ｕ1 ，
Ｕ2 の周波数が一定値（例えばｆ_X)以上になると伝播時
間はほぼ一定となり、それよりもさらに周波数が高く
（例えばｆ_Y) なると骨部Ｂ中を伝播しなくなる傾向が
ある。従って、用いる超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の周波数が測定
精度を低下させる要因となることを考慮し、このような
弊害を避けるために、使用される広帯域の超音波を高低
帯域に分別し、エネルギー（周波数）の異なる２種以上
の超音波を使用して、帯域差による一定幅の被検体Ｈの
伝播時間差の有無を予め調べる必要がある。そして、差
があれば超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の帯域別の周波数差による時
間差から補正を行うことで、正確な時間を得ることがで
きる。

【００４４】そこで、例えば周波数ｆ1 の超音波を含
め、複数の周波数ｆ1 、ｆ2 ・・・（ｆ1 ＜ｆ2 ＜・・
・）により同一の被検体Ｈの骨部Ｂの伝播時間ｔ_B1、ｔ
_B2・・・を求め、図５の周波数−伝播時間の相関曲線を
求めておくことで、ほぼ一定値となる骨部Ｂの伝播ｔ_B
を求めることが可能となり、超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の周波数
差による測定精度の低下を抑えることができる。

【００４５】このようなことから、使用に適した超音波
Ｕ1 ，Ｕ2 の周波数としては、例えば、５００ＫHz と
１ＭHz 程度の帯域が好ましいことが解った。この場
合、プローブＰ1 、Ｐ2 の何れか一方によって検出され
た超音波Ｕ1 又はＵ2 を、周波数１ＭHz 帯域と周波数
５００ＫHz 帯域のバンドパスフィルターを有するフィ
ルター部９において分離し、分離後の両出力を処理して
各々の伝播時間ｔ_B1、ｔ_B2を求め、さらに高周波ｆ_Xで
の伝播時間ｔ_Xを得ることで、より真値に近い伝播時間
ｔ_Bを得ることができ、より正確な骨密度ρ_Mの測定が
可能となる。

【００４６】一方、骨部Ｂにおける骨梁間物質Ｎにあっ
ては、超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の周波数によるその伝播速度に
差がほとんどない。骨粗鬆症が進行し骨梁部Ｍが減少し
ているような被検体Ｈの場合、上述のｔ_B1、ｔ_B2の差は
ゼロに近づいて、周波数−伝播時間の相関曲線を求める
ことはできないが、伝播速度に差がほとんどないことか
ら、このような被検体Ｈに対しての補正は必要ない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の骨密度測
定方法によれば、上述したような構成としたので、被験
者が放射線被曝を伴うことのない超音波を用いての骨密
度の測定を行うことができ、安全に骨質を評価すること
が可能となる。

【００４８】また、本発明の骨密度測定装置によれば、
被験者が放射線被曝を伴うことのない超音波を用いての
骨密度の測定を行うことができ、安全に骨質を評価する
ことが可能となる。

【００４９】さらに、本発明の骨密度測定装置によれ
ば、超音波受信素子（Ｒ1 、Ｒ2 ）の何れか一方によっ
て受信された超音波（Ｕ１及びＵ２）を、フィルター手
段（９）によって分離するようにしたので、被検体
（Ｈ）の骨部Ｂを通過した超音波（Ｕ１又はＵ２）と骨
部Ｂによって反射された超音波（Ｕ１又はＵ２）との識
別を容易に行うことができるため、精度の高い骨密度の
測定方法並びに測定装置を提供することができる。

【００５０】さらにまた、本発明の骨密度測定装置によ
れば、被検体（Ｈ）の骨部Ｂを通過した超音波（Ｕ１又
はＵ２）と、骨部（Ｂ）によって反射された２つの周波
数の超音波（Ｕ１及びＵ２）の識別を容易に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の骨密度測定装置を示す概略構成図であ
る。

【図２】図１の骨密度測定装置の詳細を示すブロック図
である。

【図３】図（ａ）は、図１の骨密度測定装置による測定
方法を説明するための構成図、図（ｂ）は、骨部（Ｂ）
の骨梁部（Ｍ）及び骨梁部間物質（Ｎ）を説明するため
の構成図である。

【図４】図１の骨密度測定装置による測定方法を説明す
るためのフローチャートである。

【図５】図１の骨密度測定装置に用いられる超音波の周
波数と伝播時間との相関の概念を示す図である。

【符号の説明】

１骨密度測定装置２測定装置本体３ａ，３ｂ，３ｃ調節ツマミ９フィルター部（フィルター手段）１０タイミング処理部（タイミング処理手段）１２時計計測部（時間計測手段）１４メモリ（格納手段）１３演算処理部（演算処理手段）Ｂ骨部Ｈ被検体Ｏ1 、Ｏ2 超音波発信素子Ｐ1，Ｐ2 プローブ（超音波触子）Ｒ1 、Ｒ2 超音波受信素子Ｔ組織部Ｍ骨梁部Ｎ骨梁部間物質

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）内の骨部
（Ｂ）の骨密度を測定する骨度測定方法において、被検体（Ｈ）に接触されて配され、かつ超音波を発振又
は受信可能な一対の超音波探触子（Ｐ1，Ｐ2）を有し、
一方の超音波探触子（Ｐ1又はＰ2）から発振されて、前
記被検体（Ｈ）内の骨部（Ｂ）を通過して他方の超音波
探触子（Ｐ1又はＰ2）で受信される超音波の伝播時間
（ｔ）と、前記超音波探触子（Ｐ1，Ｐ2）により各々の
側から発振されて、前記組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）で
反射された超音波の各々の伝播時間（ｔ_WX,ｔ_YZ)を測定
し、被検体（Ｈ)の組織部（Ｔ)中の標準の伝播速度（Ｃ_T)
とから前記骨部（Ｂ）の超音波の伝播時間（ｔ_B)と前
記骨部（Ｂ）の幅寸法(Ｌ_B=Ｌ−Ｃ_T・ｔ_WX−Ｃ_T・ｔ
_YZ)とを求めるとともに、前記骨部（Ｂ）の伝播時間
（ｔ_B)と幅寸法(Ｌ_B)とから、前記骨部（Ｂ）を構成
する骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）中の超音波の伝
播時間（ｔ_M,ｔ_N)と前記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質
（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M,Ｌ_N)とを求めた後、この
幅寸法（Ｌ_M,Ｌ_N)から前記骨梁部（Ｍ）の占める幅寸
法（Ｌ_M) と前記骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B)との比
（Ｌ_M／Ｌ_B)に相当する骨梁部（Ｍ）の体積占有率
（α）を求め、さらにこの体積占有率（α）と前記標準
骨梁部（Ｍ）の骨密度（ρ）とから前記被検体（Ｈ）の
骨部（Ｂ）の骨密度（ρ_M ）を求めることを特徴とす
る骨密度測定方法。
【請求項２】被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）中の骨部
（Ｂ）の骨密度を測定する骨密度測定装置において、所定の単一周波数の超音波（Ｕ1又はＵ2）を発信及び受
信可能な超音波受発信素子（Ｏ1 又はＲ1）を備えると
ともに、前記被検体（Ｈ）に接触される第１の超音波探
触子（Ｐ1）と、前記超音波（Ｕ１又はＵ２）を受信及び発信可能な超音
波受発信素子（Ｏ２又はＲ２）を備えるとともに、前記
骨部（Ｂ）を挟みかつ前記第１の超音波探触子（Ｐ1）
と対向して前記被検体（Ｈ）に接触される第２の超音波
探触子（Ｐ２）と、標準となる被検体（Ｈ）の組織部（T）、骨梁部
（Ｍ）、骨梁間物質（Ｎ）中の前記超音波（Ｕ1又はＵ
２）の伝播速度（Ｃ_T,Ｃ_M,Ｃ_N)並びに標準骨梁部
（Ｍ）の骨密度（ρ）に関する情報を格納している格納
手段（１４）と、一方の超音波探触子（Ｐ1又はＰ2）から発振されて、前
記被検体（Ｈ）内の骨部（Ｂ）を通過して他方の超音波
探触子（Ｐ1又はＰ2）で受信される超音波（Ｕ１又はＵ
２）の伝播時間（ｔ）と、第１，２の超音波探触子（Ｐ
1，Ｐ2）により各々の側から発振されて、前記組織部
（Ｔ）内の骨部（Ｂ）で反射された前記超音波（Ｕ１又
はＵ２）の各々の伝播時間（ｔ_WX,ｔ_YZ)とを計測する時
間計測手段（１２）と、この時間計測手段（１２）によって計測された前記伝播
時間（ｔ，ｔ_WX,ｔ_YZ)と、前記被検体（Ｈ）の組織部
（T）中の伝播速度（Ｃ_T)とから前記骨部（Ｂ）の超音
波（Ｕ１又はＵ２）の伝播時間（ｔ_B)と前記骨部
（Ｂ）の幅寸法(Ｌ_B=Ｌ−Ｃ_T・ｔ_WX−Ｃ_T・ｔ_YZ)と
を求めるとともに、前記伝播時間（ｔ_B)と幅寸法
(Ｌ_B)とから、前記骨部（Ｂ）を構成する骨梁部（Ｍ）
及び骨梁間物質（Ｎ）中の前記超音波（Ｕ１又はＵ２）
の伝播時間（ｔ_M,ｔ_N)と前記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間
物質（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M,Ｌ_N)とを求めた後、
この幅寸法（Ｌ _M,Ｌ_N)から前記骨梁部（Ｍ）の占める
幅寸法（Ｌ_M)と前記骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B)との比
（Ｌ_M／Ｌ_B）に相当する骨梁部（Ｍ）の体積占有率
（α）を求め、さらにこの体積占有率（α)と前記標準
骨梁部（Ｍ）の骨密度（ρ）とから前記被検体（Ｈ）の
骨部（Ｂ）の骨密度（ρ_M）を求める演算処理手段（１
３）とが具備されていることを特徴とする骨密度測定装
置。
【請求項３】前記第１の超音波探触子（Ｐ1 ）は、超
音波（Ｕ１）を発信する超音波発信素子（Ｏ1 ）と前記
超音波（Ｕ１及びＵ２）を受信する超音波受信素子（Ｒ
1 ）とからなり、前記第２の超音波探触子（Ｐ2 ）は、超音波（Ｕ２）を
発信する超音波発信素子（Ｏ2 ）と前記超音波（Ｕ１及
びＵ２）を受信する超音波受信素子（Ｒ2 ）とからな
り、これら超音波受信素子（Ｒ1 、Ｒ2 ）の何れか一方によ
って受信された超音波（Ｕ１及びＵ２）は、各々の超音
波（Ｕ１及びＵ２）の通過帯域を有するフィルター手段
（９）によって分離されることを特徴とする請求項２に
記載の骨密度測定装置。
【請求項４】前記超音波受信素子（Ｒ1 、Ｒ2 ）によ
る前記超音波（Ｕ１及びＵ２）の受信タイミングと、前
記フィルター手段（９）による分離タイミングとは、タ
イミング処理手段（１０）によって制御されることを特
徴とする請求項３に記載の骨密度測定装置。