JP2000245736A - 骨粗しょう症診断装置 - Google Patents
骨粗しょう症診断装置Info
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- JP2000245736A JP2000245736A JP11048521A JP4852199A JP2000245736A JP 2000245736 A JP2000245736 A JP 2000245736A JP 11048521 A JP11048521 A JP 11048521A JP 4852199 A JP4852199 A JP 4852199A JP 2000245736 A JP2000245736 A JP 2000245736A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 装置が大掛かりではなく、簡便で、身体に悪
影響を与えずに骨粗しょう症を診断する。 【解決手段】 共振周波数付近のある周波数範囲に亘っ
てマイクロ波周波数が連続的に変化できるようにした励
振装置３からマイクロ波が誘電体共振器１へ送られ、検
出装置４によって例えば透過マイクロ波強度が検知され
る。この信号が共振周波数検知装置５へ送られ、共振周
波数を測定後コンピュータ６へ送られる。記憶装置７に
は、種々の検量線が記憶されており、それをもとに、測
定された共振周波数から被測定物２の誘電率に基づく骨
の密度（空隙度）が計算される。
影響を与えずに骨粗しょう症を診断する。 【解決手段】 共振周波数付近のある周波数範囲に亘っ
てマイクロ波周波数が連続的に変化できるようにした励
振装置３からマイクロ波が誘電体共振器１へ送られ、検
出装置４によって例えば透過マイクロ波強度が検知され
る。この信号が共振周波数検知装置５へ送られ、共振周
波数を測定後コンピュータ６へ送られる。記憶装置７に
は、種々の検量線が記憶されており、それをもとに、測
定された共振周波数から被測定物２の誘電率に基づく骨
の密度（空隙度）が計算される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、老人に多く発生す
るといわれている骨粗しょう症を、検知部を皮膚に近接
または接触させることにより、その程度と空隙部の形状
を誘電率およびその異方性から診断する骨粗しょう症診
断に関するものである。
るといわれている骨粗しょう症を、検知部を皮膚に近接
または接触させることにより、その程度と空隙部の形状
を誘電率およびその異方性から診断する骨粗しょう症診
断に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】骨粗しょう症の診断装置としては、ＭＤ
法、ＤＸＡ法および超音波法などがある。ＭＤ法は、手
のレントゲン像の濃さをコンピュータで解析して、骨の
カルシウム量を計測する方法であり、簡便ではあるが骨
粗しょう症で真っ先に弱くなる海面骨の計測ではないと
いう問題がある。デキサ（ＤＸＡ）法は、最も精密に骨
のカルシウム量が計測でき、国際的に通用する結果が得
られるが、この方法は装置が大掛かりとなり、高価であ
るとともに測定に時間がかかかるという問題がある。ま
た、Ｘ線を照射するために人体に対して悪い影響を与え
かねない。超音波法は、放射線を用いないため、子供や
妊婦の検診にも適しているが、測定部位の骨のカルシウ
ム量でなく骨の強さそのものが測定される特徴がある。
また、接触させる必要があるため、その接触の仕方によ
って測定値にばらつきが出る可能性がある。この３つの
方法はその測定原理、方法の違いにより一般的には同一
の測定値にはならない。
法、ＤＸＡ法および超音波法などがある。ＭＤ法は、手
のレントゲン像の濃さをコンピュータで解析して、骨の
カルシウム量を計測する方法であり、簡便ではあるが骨
粗しょう症で真っ先に弱くなる海面骨の計測ではないと
いう問題がある。デキサ（ＤＸＡ）法は、最も精密に骨
のカルシウム量が計測でき、国際的に通用する結果が得
られるが、この方法は装置が大掛かりとなり、高価であ
るとともに測定に時間がかかかるという問題がある。ま
た、Ｘ線を照射するために人体に対して悪い影響を与え
かねない。超音波法は、放射線を用いないため、子供や
妊婦の検診にも適しているが、測定部位の骨のカルシウ
ム量でなく骨の強さそのものが測定される特徴がある。
また、接触させる必要があるため、その接触の仕方によ
って測定値にばらつきが出る可能性がある。この３つの
方法はその測定原理、方法の違いにより一般的には同一
の測定値にはならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような状況におい
て、装置が大掛かりではなく、簡便で、身体に悪影響を
与える可能性のあるＸ線を使用しない測定装置が望まれ
ている。
て、装置が大掛かりではなく、簡便で、身体に悪影響を
与える可能性のあるＸ線を使用しない測定装置が望まれ
ている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、骨の誘電率お
よびその異方性に注目した。骨粗しょう症の骨は海面骨
内部の小さな隔壁が無くなった状態であり、骨としての
密度が減少していくために、巨視的に見た誘電率も減少
する。また、隔壁がなくなった部分の形状によって、巨
視的に見た誘電率に異方性が生じる。この誘電率および
誘電率の異方性をマイクロ波を用いて測定し、健全な骨
のデータとの比較を行うことにより、骨粗しょう症を診
断しようとするものである。
よびその異方性に注目した。骨粗しょう症の骨は海面骨
内部の小さな隔壁が無くなった状態であり、骨としての
密度が減少していくために、巨視的に見た誘電率も減少
する。また、隔壁がなくなった部分の形状によって、巨
視的に見た誘電率に異方性が生じる。この誘電率および
誘電率の異方性をマイクロ波を用いて測定し、健全な骨
のデータとの比較を行うことにより、骨粗しょう症を診
断しようとするものである。
【０００５】そのため、本発明の骨粗しょう症診断装置
は、被測定物に近接又は接触する測定面を有する誘電体
共振器と、電界ベクトルをその誘電体共振器に発生させ
るマイクロ波用励振装置と、誘電体共振器の測定面を被
測定物に近接又は接触させた一定の条件において、その
誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギー
を検出する検出装置と、被測定物が存在しないときのブ
ランク時の共振周波数と前記一定の条件で被測定物を測
定したときの共振周波数との差に基づいて、生体の骨の
内部構造を診断するデータ処理装置とを備えている。本
発明の診断装置は、本質的に骨の内部構造を診断できる
ので、骨粗しょう症以外にも骨の内部構造が変化する症
例も診断可能であり、言い換えれば骨の内部構造診断装
置とも捉えることができる。
は、被測定物に近接又は接触する測定面を有する誘電体
共振器と、電界ベクトルをその誘電体共振器に発生させ
るマイクロ波用励振装置と、誘電体共振器の測定面を被
測定物に近接又は接触させた一定の条件において、その
誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギー
を検出する検出装置と、被測定物が存在しないときのブ
ランク時の共振周波数と前記一定の条件で被測定物を測
定したときの共振周波数との差に基づいて、生体の骨の
内部構造を診断するデータ処理装置とを備えている。本
発明の診断装置は、本質的に骨の内部構造を診断できる
ので、骨粗しょう症以外にも骨の内部構造が変化する症
例も診断可能であり、言い換えれば骨の内部構造診断装
置とも捉えることができる。
【０００６】（測定原理）図１は誘電体共振器１を被測
定物２に接触させた場合の一般的な模式図である。被測
定物２は無損失とし、皮下組織も含めて１つの誘電体と
すると、共振周波数（ω0）は次式により表わされる。 βgｌ＝Ｐ'(π/2)＋tan-1(α2/βg)・tanh[α2ｌ2+tanh
-1((α3/α2)・cothα3ｌ3)] 上式で、ｌ3→∞の場合、cothα3ｌ3→１
定物２に接触させた場合の一般的な模式図である。被測
定物２は無損失とし、皮下組織も含めて１つの誘電体と
すると、共振周波数（ω0）は次式により表わされる。 βgｌ＝Ｐ'(π/2)＋tan-1(α2/βg)・tanh[α2ｌ2+tanh
-1((α3/α2)・cothα3ｌ3)] 上式で、ｌ3→∞の場合、cothα3ｌ3→１
【０００７】さらに、測定部位の誘電率をεS、誘電体
共振器の誘電率をεr、マイクロ波共振周波数をω0とす
ると、 α2＝（ｋc 2−ω0 2ε0μ0εs）1/2 α3＝（ｋc 2−ω0 2ε0μ0）1/2 βg＝（ω0 2ε0μ0εr−ｋc 2）1/2 ｋc 2＝（ｍπ／ａ）2＋（ｎπ／ｂ）2 ただし、Ｐ’、ｍ、ｎは０、１、２、３、………。
共振器の誘電率をεr、マイクロ波共振周波数をω0とす
ると、 α2＝（ｋc 2−ω0 2ε0μ0εs）1/2 α3＝（ｋc 2−ω0 2ε0μ0）1/2 βg＝（ω0 2ε0μ0εr−ｋc 2）1/2 ｋc 2＝（ｍπ／ａ）2＋（ｎπ／ｂ）2 ただし、Ｐ’、ｍ、ｎは０、１、２、３、………。
【０００８】以上の関係から、測定部位の誘電率εSあ
るいは測定部位の深さｌ2が変われば共振周波数が変化
することがわかる。つまり、誘電率が大きいほど、ブラ
ンク時の共振周波数から低い側にシフトする変移量が大
きくなり、また測定部位の深さが深いほど同変移量が大
きくなることを示してしる。しかし、エバネセント波を
用いているために、電界ベクトルの強さは誘電体共振器
の表面で最も強く、そこから離れるにつれて指数関数的
に減少していくため、骨の裏側の皮下組織の影響は受け
にくい。
るいは測定部位の深さｌ2が変われば共振周波数が変化
することがわかる。つまり、誘電率が大きいほど、ブラ
ンク時の共振周波数から低い側にシフトする変移量が大
きくなり、また測定部位の深さが深いほど同変移量が大
きくなることを示してしる。しかし、エバネセント波を
用いているために、電界ベクトルの強さは誘電体共振器
の表面で最も強く、そこから離れるにつれて指数関数的
に減少していくため、骨の裏側の皮下組織の影響は受け
にくい。
【０００９】従って、予め健全な場合のブランク時の共
振周波数と試料が接触したときの共振周波数の差（Δｆ
とする）と測定部位の厚さとの関係を調べて検量線を作
っておけば、厚みとΔｆを測定するだけで、被測定物の
誘電率から骨粗しょう症の診断が可能になる。骨が健全
であるか、骨粗しょう症を患っているかによって、例え
ば、図２のように共振周波数に変化が現れる。
振周波数と試料が接触したときの共振周波数の差（Δｆ
とする）と測定部位の厚さとの関係を調べて検量線を作
っておけば、厚みとΔｆを測定するだけで、被測定物の
誘電率から骨粗しょう症の診断が可能になる。骨が健全
であるか、骨粗しょう症を患っているかによって、例え
ば、図２のように共振周波数に変化が現れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】共振モードがＴＭモードの場合
は、電界ベクトルが誘電体表面および試料内部において
平行になるため、そのベクトルの方向の誘電率を測定で
きることになる。従って、誘電体共振器を何らかの方法
で試料面に垂直な軸を回転軸として、ある角度毎に回転
させながらその都度共振周波数を測定すれば、その場所
における誘電率の異方性つまり、骨の内部の構造をも測
定できる。
は、電界ベクトルが誘電体表面および試料内部において
平行になるため、そのベクトルの方向の誘電率を測定で
きることになる。従って、誘電体共振器を何らかの方法
で試料面に垂直な軸を回転軸として、ある角度毎に回転
させながらその都度共振周波数を測定すれば、その場所
における誘電率の異方性つまり、骨の内部の構造をも測
定できる。
【００１１】骨の内部を模式的に描くと図３（Ａ）に示
したような海島構造と考えることができる。マトリック
スを表わす海は骨組織、分散相を表わす島は空洞に該当
する。この図において、海および島の誘電率をεｍ、ε
ｆ、島の全体に占める割合をＶｆ、島の形状を楕円体と
した場合の離心率をｅとすると、楕円の長軸方向の誘電
率εａ、短軸方向の誘電率εｂは、以下のように表され
る。 εa＝εm[(εf-εm){Vf+(1-Vf)Aa}+εm]／{(εf-εm)(1
-Vf)Aa+εm} εb＝εm[(εf-εm){Vf+(1-Vf)Ab}+εm]／{(εf-εm)(1
-Vf)Ab+εm｝ ここで、 Aa={(e2-1)/2e2}[2+(1/e)ln{(1-e)/(1+e)}] Ab=(1/2e2)[1+{(1-e2)/2e}ln{(1-e)/(1+e)}] ｅ＝(１−(ｂ／ａ)2)1/2 ただし、ａおよびｂは楕円の長軸および短軸の長さを表
す。
したような海島構造と考えることができる。マトリック
スを表わす海は骨組織、分散相を表わす島は空洞に該当
する。この図において、海および島の誘電率をεｍ、ε
ｆ、島の全体に占める割合をＶｆ、島の形状を楕円体と
した場合の離心率をｅとすると、楕円の長軸方向の誘電
率εａ、短軸方向の誘電率εｂは、以下のように表され
る。 εa＝εm[(εf-εm){Vf+(1-Vf)Aa}+εm]／{(εf-εm)(1
-Vf)Aa+εm} εb＝εm[(εf-εm){Vf+(1-Vf)Ab}+εm]／{(εf-εm)(1
-Vf)Ab+εm｝ ここで、 Aa={(e2-1)/2e2}[2+(1/e)ln{(1-e)/(1+e)}] Ab=(1/2e2)[1+{(1-e2)/2e}ln{(1-e)/(1+e)}] ｅ＝(１−(ｂ／ａ)2)1/2 ただし、ａおよびｂは楕円の長軸および短軸の長さを表
す。
【００１２】上式により、マトリックス、分散相そのも
の自体はそれぞれ等方性（誘電的異方性がない）であっ
ても、分散相の形状が楕円体であればその長軸／短軸に
応じて巨視的な誘電率の異方性が発現することがわか
る。
の自体はそれぞれ等方性（誘電的異方性がない）であっ
ても、分散相の形状が楕円体であればその長軸／短軸に
応じて巨視的な誘電率の異方性が発現することがわか
る。
【００１３】手足に入っている長管骨でも端近くの部位
は海面骨でできているため、この部分が折れやすいとい
われている。海面骨はスポンジのように細い骨が入り組
んだ状態になっており、骨粗しょう症になれば、カルシ
ウムが減少して海島構造において島に相当する空洞部分
の割合が増えてきて、誘電率が変化してくる。そして、
その島の形が細長くなれば、図３（Ｂ）に示すように、
巨視的にみた誘電率に異方性が生じることになる。した
がって、誘電率の異方性に起因する共振周波数を検出用
電界ベクトルの方向を変えて測定すれば、骨内部の島の
形状に起因した情報が得られ、内部の構造変化がわかる
ことになる。以上の説明では、単純に骨粗しょう症では
骨に空洞ができるとし、それにより誘電率が減少すると
した。しかし、実際には空洞部には脂肪髄等の軟組織が
入り込む場合があり、組織によってはかえって誘電率が
増大する場合も見られる。いずれにしても、骨粗しょう
症を誘電率変化として測定することは可能である。
は海面骨でできているため、この部分が折れやすいとい
われている。海面骨はスポンジのように細い骨が入り組
んだ状態になっており、骨粗しょう症になれば、カルシ
ウムが減少して海島構造において島に相当する空洞部分
の割合が増えてきて、誘電率が変化してくる。そして、
その島の形が細長くなれば、図３（Ｂ）に示すように、
巨視的にみた誘電率に異方性が生じることになる。した
がって、誘電率の異方性に起因する共振周波数を検出用
電界ベクトルの方向を変えて測定すれば、骨内部の島の
形状に起因した情報が得られ、内部の構造変化がわかる
ことになる。以上の説明では、単純に骨粗しょう症では
骨に空洞ができるとし、それにより誘電率が減少すると
した。しかし、実際には空洞部には脂肪髄等の軟組織が
入り込む場合があり、組織によってはかえって誘電率が
増大する場合も見られる。いずれにしても、骨粗しょう
症を誘電率変化として測定することは可能である。
【００１４】誘電率の異方性を測定するために、本発明
の好ましい態様では、マイクロ波用励振装置は誘電体共
振器の測定面に平行な被測定物内平面において一方向成
分をもつ電界ベクトルをその誘電体共振器に発生させる
ものであり、被測定物内平面内にある電界ベクトルの方
向をその面内で変化させる電界ベクトル変位機構をさら
に備え、データ処理装置はその電界ベクトルの方向を変
化させたときのブランク時の共振周波数と被測定物測定
時の共振周波数との差の異方性から骨内部の空隙部分の
形状をも診断するものである。
の好ましい態様では、マイクロ波用励振装置は誘電体共
振器の測定面に平行な被測定物内平面において一方向成
分をもつ電界ベクトルをその誘電体共振器に発生させる
ものであり、被測定物内平面内にある電界ベクトルの方
向をその面内で変化させる電界ベクトル変位機構をさら
に備え、データ処理装置はその電界ベクトルの方向を変
化させたときのブランク時の共振周波数と被測定物測定
時の共振周波数との差の異方性から骨内部の空隙部分の
形状をも診断するものである。
【００１５】電界ベクトルの方向を変化させるために、
電界ベクトル変位機構として、誘電体共振器を測定面に
平行な面内で回転させる回転機構とすることができる。
また、電界ベクトルの方向を変化させるために、マイク
ロ波用励振装置と検出装置の組を、誘電体共振器に対す
る互いに異なった位置に複数配置し、電界ベクトル変位
機構としてマイクロ波用励振装置と検出装置の複数の組
のうちの１組を選択して順次作動させる切換え駆動装置
を備えたものとすることもできる。
電界ベクトル変位機構として、誘電体共振器を測定面に
平行な面内で回転させる回転機構とすることができる。
また、電界ベクトルの方向を変化させるために、マイク
ロ波用励振装置と検出装置の組を、誘電体共振器に対す
る互いに異なった位置に複数配置し、電界ベクトル変位
機構としてマイクロ波用励振装置と検出装置の複数の組
のうちの１組を選択して順次作動させる切換え駆動装置
を備えたものとすることもできる。
【００１６】誘電体共振器は円柱状であっても方形であ
ってもよい。いすれの場合も、共振の鋭さ（Ｑ値の高
さ）を向上させるためには、誘電体共振器はシールドケ
ース内に入れられ、被測定物に近接又は接触する測定面
を除いてそのシールドケースによりシールドされている
ことが好ましい。また、誘電体共振器が方形である場合
には、電界ベクトルの均一性を高めるためには、マイク
ロ波用励振装置はロッドアンテナで方形誘電体共振器を
励振するものであることが好ましい。
ってもよい。いすれの場合も、共振の鋭さ（Ｑ値の高
さ）を向上させるためには、誘電体共振器はシールドケ
ース内に入れられ、被測定物に近接又は接触する測定面
を除いてそのシールドケースによりシールドされている
ことが好ましい。また、誘電体共振器が方形である場合
には、電界ベクトルの均一性を高めるためには、マイク
ロ波用励振装置はロッドアンテナで方形誘電体共振器を
励振するものであることが好ましい。
【００１７】マイクロ波用励振装置は測定周波数を掃引
し、検出装置は複数の共振スペクトルを検知し、データ
処理装置は各共振スペクトルの共振周波数変移量を総合
的に捉えて骨粗しょう症を診断するものであることが好
ましい。この場合、各組織成分に基づく誘電率分散に対
応した共振スペクトルが得られることから、より多くの
情報を得ることができる。本発明に基づく骨粗しょう症
診断装置は、単独の機能をもった独立した装置として実
施するだけでなく、健康管理のための他の機器と組合わ
せることもできる。例えば、誘電体共振器、マイクロ波
用励振装置及び検出装置を含む検知部を体重計に取り付
けたことによって、体重測定の際に、骨粗しょう症もい
っしょに診断できるようになり、利用頻度が高まって好
ましい。
し、検出装置は複数の共振スペクトルを検知し、データ
処理装置は各共振スペクトルの共振周波数変移量を総合
的に捉えて骨粗しょう症を診断するものであることが好
ましい。この場合、各組織成分に基づく誘電率分散に対
応した共振スペクトルが得られることから、より多くの
情報を得ることができる。本発明に基づく骨粗しょう症
診断装置は、単独の機能をもった独立した装置として実
施するだけでなく、健康管理のための他の機器と組合わ
せることもできる。例えば、誘電体共振器、マイクロ波
用励振装置及び検出装置を含む検知部を体重計に取り付
けたことによって、体重測定の際に、骨粗しょう症もい
っしょに診断できるようになり、利用頻度が高まって好
ましい。
【００１８】
【実施例】一実施例を図４に示す。被測定物２に接近又
は接触する平面（測定面）を有する誘電体共振器１と、
被測定物２が存在するときの誘電体共振器１の共振周波
数近傍の周波数を発生させるマイクロ波用励振装置３
と、その誘電体共振器１による透過エネルギー又は反射
エネルギーを検出する検出装置４と、検出装置４の出力
の変化から共振周波数を求める共振周波数検知装置５
と、求められた共振周波数から被測定物２の骨内部の密
度（誘電率）などの情報を求めるデータ処理装置とを備
えている。データ処理装置としてはコンピュータ６と記
憶装置７を備えており、記憶装置７には検量線を保持し
ておく。誘電体共振器１はその測定面を除いてシールド
ケースによりシールドされている。
は接触する平面（測定面）を有する誘電体共振器１と、
被測定物２が存在するときの誘電体共振器１の共振周波
数近傍の周波数を発生させるマイクロ波用励振装置３
と、その誘電体共振器１による透過エネルギー又は反射
エネルギーを検出する検出装置４と、検出装置４の出力
の変化から共振周波数を求める共振周波数検知装置５
と、求められた共振周波数から被測定物２の骨内部の密
度（誘電率）などの情報を求めるデータ処理装置とを備
えている。データ処理装置としてはコンピュータ６と記
憶装置７を備えており、記憶装置７には検量線を保持し
ておく。誘電体共振器１はその測定面を除いてシールド
ケースによりシールドされている。
【００１９】この実施例で、共振周波数付近のある周波
数範囲に亘ってマイクロ波周波数が連続的に変化できる
ようにした励振装置３からマイクロ波が誘電体共振器１
へ送られ、検出装置４によって例えば透過マイクロ波強
度が検知される。この信号が共振周波数検知装置５へ送
られ、共振周波数を測定後コンピュータ６へ送られる。
記憶装置７には、種々の検量線が記憶されており、それ
をもとに、測定された共振周波数から被測定物２の誘電
率に基づく骨の密度（空隙度）が計算される。
数範囲に亘ってマイクロ波周波数が連続的に変化できる
ようにした励振装置３からマイクロ波が誘電体共振器１
へ送られ、検出装置４によって例えば透過マイクロ波強
度が検知される。この信号が共振周波数検知装置５へ送
られ、共振周波数を測定後コンピュータ６へ送られる。
記憶装置７には、種々の検量線が記憶されており、それ
をもとに、測定された共振周波数から被測定物２の誘電
率に基づく骨の密度（空隙度）が計算される。
【００２０】マイクロ波用励振装置３と検出装置４のア
ンテナはループ状又はロッド状のアンテナとすることが
できるが、誘電体共振器１を方形とした場合には、アン
テナはループ状のものよりも棒状のロッド状のものの方
が試料内平面における電界ベクトルの均一性が優れてい
る。その際、そのロッド状アンテナは、誘電体共振器１
の試料に接近又は接触する平面に垂直な方向に配置する
のが好ましい。
ンテナはループ状又はロッド状のアンテナとすることが
できるが、誘電体共振器１を方形とした場合には、アン
テナはループ状のものよりも棒状のロッド状のものの方
が試料内平面における電界ベクトルの均一性が優れてい
る。その際、そのロッド状アンテナは、誘電体共振器１
の試料に接近又は接触する平面に垂直な方向に配置する
のが好ましい。
【００２１】検出装置４により透過エネルギーを検出す
る場合は、例えば図５のように、励振装置３のロッドア
ンテナ３ａと検出装置４のロッドアンテナ４ａは誘電体
共振器１を挟んで対向して配置された一対のロッド状の
アンテナにそれぞれ接続される。（Ａ）は正面断面図、
（Ｂ）は平面図である。誘電体共振器１の周囲は測定側
を除いて導電性材料からなるシールド材８で被われてい
るのが好ましい。これにより、共振の鋭さ（Ｑ値）を高
めることができる。
る場合は、例えば図５のように、励振装置３のロッドア
ンテナ３ａと検出装置４のロッドアンテナ４ａは誘電体
共振器１を挟んで対向して配置された一対のロッド状の
アンテナにそれぞれ接続される。（Ａ）は正面断面図、
（Ｂ）は平面図である。誘電体共振器１の周囲は測定側
を除いて導電性材料からなるシールド材８で被われてい
るのが好ましい。これにより、共振の鋭さ（Ｑ値）を高
めることができる。
【００２２】図６に図４の実施例を実現する場合のやや
具体的な構成を示す。誘電体共振器１に対し、適当なマ
イクロ波用ロッドアンテナ３ａ，４ａを誘電体共振器１
に対して適当な位置に適当な方向で配置することによ
り、誘電体共振器１を共振させ、かつ誘電体共振器１か
ら外部にしみだしたエバネッセント波の平行電界が存在
するような共振モードを作ることができる。その共振モ
ードとしては、ＴＭモードなどがある。電界ベクトルの
強度は誘電体共振器１から離れるにつれてほぼ指数関数
的に減少していくが、誘電体共振器１から僅かな距離を
離して、又は誘電体共振器１に接触させて被測定物２を
配備することにより、電磁的結合により被測定物２の誘
電率に応じて共振周波数がシフトする。なお、被測定物
２は骨２ａの周りを皮下組織２ｂが覆っている状態を示
している。１０は誘電体共振器１を被測定物２に対し一
定の距離を保って、又は接触させて保持するためのホル
ダーである。
具体的な構成を示す。誘電体共振器１に対し、適当なマ
イクロ波用ロッドアンテナ３ａ，４ａを誘電体共振器１
に対して適当な位置に適当な方向で配置することによ
り、誘電体共振器１を共振させ、かつ誘電体共振器１か
ら外部にしみだしたエバネッセント波の平行電界が存在
するような共振モードを作ることができる。その共振モ
ードとしては、ＴＭモードなどがある。電界ベクトルの
強度は誘電体共振器１から離れるにつれてほぼ指数関数
的に減少していくが、誘電体共振器１から僅かな距離を
離して、又は誘電体共振器１に接触させて被測定物２を
配備することにより、電磁的結合により被測定物２の誘
電率に応じて共振周波数がシフトする。なお、被測定物
２は骨２ａの周りを皮下組織２ｂが覆っている状態を示
している。１０は誘電体共振器１を被測定物２に対し一
定の距離を保って、又は接触させて保持するためのホル
ダーである。
【００２３】図７（Ａ）は誘電体共振器１による反射エ
ネルギーを測定するようにした実施例を表わしたもので
あり、（Ｂ）に示されるように誘電体共振器１の下面側
にロッドアンテナ４０が配置されている。ロッドアンテ
ナ４０はマイクロ波用励振装置からのマイクロ波を誘電
体共振器１に供給するとともに、誘電体共振器１による
反射エネルギーを検出する。
ネルギーを測定するようにした実施例を表わしたもので
あり、（Ｂ）に示されるように誘電体共振器１の下面側
にロッドアンテナ４０が配置されている。ロッドアンテ
ナ４０はマイクロ波用励振装置からのマイクロ波を誘電
体共振器１に供給するとともに、誘電体共振器１による
反射エネルギーを検出する。
【００２４】図８は異方性を測定するために、誘電体共
振器１を回転させるようにした実施例を示したものであ
る。誘電体共振器１及びシールドケース８がロータリー
ジョイント４２に取りつけられ、モータ４６により回転
させられるようになっている。コネクタ３４ａ，３４ｂ
はロータリージョイント４２を介してジョイント４４に
よりマイクロ波用励振装置と検出装置へそれぞれ接続さ
れている。シールドケース８及び誘電体共振器１の上面
に接近して被測定物２を配置する。この場合、誘電体共
振器１とシールドケース８を回転させることにより、被
測定物２の面内での各方向の透過エネルギーが測定さ
れ、その異方性から被測定物２の骨内部の構造が診断さ
れる。
振器１を回転させるようにした実施例を示したものであ
る。誘電体共振器１及びシールドケース８がロータリー
ジョイント４２に取りつけられ、モータ４６により回転
させられるようになっている。コネクタ３４ａ，３４ｂ
はロータリージョイント４２を介してジョイント４４に
よりマイクロ波用励振装置と検出装置へそれぞれ接続さ
れている。シールドケース８及び誘電体共振器１の上面
に接近して被測定物２を配置する。この場合、誘電体共
振器１とシールドケース８を回転させることにより、被
測定物２の面内での各方向の透過エネルギーが測定さ
れ、その異方性から被測定物２の骨内部の構造が診断さ
れる。
【００２５】図９は誘電体共振器１も被測定物も回転さ
せることなく被測定物の誘電率異方性を測定する他の実
施例を示したものである。円形誘電体共振器６２の周囲
に３対のロッドアンテナが配置されている。３ａ−１，
３ａ−２，３ａ−３は励振装置３のロッドアンテナ、４
ａ−１，４ａ−２，４ａ−３は検出装置４のロッドアン
テナであり、ロッドアンテナ３ａ−１と４ａ−１が対を
なして誘電体共振器６２を挟むように配置され、３ａ−
２と４ａ−２が対をなして誘電体共振器６２を挟むよう
に配置され、３ａ−３と４ａ−３が対をなして誘電体共
振器６２を挟むように配置されている。ロッドアンテナ
３ａ−１により発生する電界ベクトルの方向とロッドア
ンテナ３ａ−２により発生する電界ベクトルの方向が６
０度をなし、ロッドアンテナ３ａ−２により発生する電
界ベクトルの方向とロッドアンテナ３ａ−３により発生
する電界ベクトルの方向が６０度をなすように、各ロッ
ドアンテナが配置されている。励振装置３とロッドアン
テナ３ａ−１〜３ａ−３との接続は分配器６５により順
次切り換えられる。検出装置４とロッドアンテナ４ａ−
１〜４ａ−３との接続は分配器６７により順次切り換え
られる。分配器６５と６７は、切換え駆動装置６８によ
り各対のロッドアンテナを発振器３と検出装置４にそれ
ぞれ接続させるように同期して制御される。
せることなく被測定物の誘電率異方性を測定する他の実
施例を示したものである。円形誘電体共振器６２の周囲
に３対のロッドアンテナが配置されている。３ａ−１，
３ａ−２，３ａ−３は励振装置３のロッドアンテナ、４
ａ−１，４ａ−２，４ａ−３は検出装置４のロッドアン
テナであり、ロッドアンテナ３ａ−１と４ａ−１が対を
なして誘電体共振器６２を挟むように配置され、３ａ−
２と４ａ−２が対をなして誘電体共振器６２を挟むよう
に配置され、３ａ−３と４ａ−３が対をなして誘電体共
振器６２を挟むように配置されている。ロッドアンテナ
３ａ−１により発生する電界ベクトルの方向とロッドア
ンテナ３ａ−２により発生する電界ベクトルの方向が６
０度をなし、ロッドアンテナ３ａ−２により発生する電
界ベクトルの方向とロッドアンテナ３ａ−３により発生
する電界ベクトルの方向が６０度をなすように、各ロッ
ドアンテナが配置されている。励振装置３とロッドアン
テナ３ａ−１〜３ａ−３との接続は分配器６５により順
次切り換えられる。検出装置４とロッドアンテナ４ａ−
１〜４ａ−３との接続は分配器６７により順次切り換え
られる。分配器６５と６７は、切換え駆動装置６８によ
り各対のロッドアンテナを発振器３と検出装置４にそれ
ぞれ接続させるように同期して制御される。
【００２６】図９の実施例では、誘電体共振器１の被測
定物測定面上に被測定物があるとき、作動するロッドア
ンテナ対を切換え駆動装置６８により切り換えることに
より、６０度ずつ異なった３方向の共振スペクトルを測
定することができ、被測定物も誘電体共振器１も回転さ
せることなく、被測定物面内での誘電率異方性を測定す
ることができる。
定物測定面上に被測定物があるとき、作動するロッドア
ンテナ対を切換え駆動装置６８により切り換えることに
より、６０度ずつ異なった３方向の共振スペクトルを測
定することができ、被測定物も誘電体共振器１も回転さ
せることなく、被測定物面内での誘電率異方性を測定す
ることができる。
【００２７】図９の実施例では、誘電体共振器１の被測
定物測定面が円形であるが、発振器と検出器のアンテナ
としてロッド状アンテナを用いる場合は、被測定物測定
面は円形であるよりも多角形の方が電界ベクトルの均一
性がよくなる。そのため、図９の実施例では誘電体共振
器１の被測定物測定面の形状を正六角形とすることがで
きる。
定物測定面が円形であるが、発振器と検出器のアンテナ
としてロッド状アンテナを用いる場合は、被測定物測定
面は円形であるよりも多角形の方が電界ベクトルの均一
性がよくなる。そのため、図９の実施例では誘電体共振
器１の被測定物測定面の形状を正六角形とすることがで
きる。
【００２８】図１０は図４に示した実施例を単独の骨粗
しょう症診断装置として組み立てた場合の外観図を示し
たものである。測定プローブ８０はシールドケース８内
に誘電体共振器１と励振用アンテナ及び検出用アンテナ
を備えたものであり、本体８２内には励振装置３、検出
装置４、共振周波数検知装置５、コンピュータ６及び記
憶装置７が収容されており、測定プローブ８０と本体８
内の装置とがケーブル８４で接続されている。本体８２
の前面には、電源スイッチ８６、ブランク測定及び被測
定物測定をそれぞれ指示するスイッチ８８の他、求めた
骨粗しょう症の程度を数値で表示する表示部９０、診断
結果を異常、要注意、正常のいずれかとして表示するラ
ンプ９２が設けられている。
しょう症診断装置として組み立てた場合の外観図を示し
たものである。測定プローブ８０はシールドケース８内
に誘電体共振器１と励振用アンテナ及び検出用アンテナ
を備えたものであり、本体８２内には励振装置３、検出
装置４、共振周波数検知装置５、コンピュータ６及び記
憶装置７が収容されており、測定プローブ８０と本体８
内の装置とがケーブル８４で接続されている。本体８２
の前面には、電源スイッチ８６、ブランク測定及び被測
定物測定をそれぞれ指示するスイッチ８８の他、求めた
骨粗しょう症の程度を数値で表示する表示部９０、診断
結果を異常、要注意、正常のいずれかとして表示するラ
ンプ９２が設けられている。
【００２９】図１１（Ａ），（Ｂ）は、人体の異なる部
位に図１０の測定プローブを当てて共振スペクトルを測
定した結果を示したものである。横軸は周波数（右方向
が高周波数）、縦軸は電磁エネルギーの透過量（ｄＢ
ｍ）を表わす。急峻なピークがブランク測定時の共振ス
ペクトルで、それよりも低周波数側にピークトップをも
つなだらかなスペクトルが被測定物測定時の共振スペク
トルである。測定部位によって骨の状態が異なってお
り、その違いを本発明の装置により検知できることがわ
かる。
位に図１０の測定プローブを当てて共振スペクトルを測
定した結果を示したものである。横軸は周波数（右方向
が高周波数）、縦軸は電磁エネルギーの透過量（ｄＢ
ｍ）を表わす。急峻なピークがブランク測定時の共振ス
ペクトルで、それよりも低周波数側にピークトップをも
つなだらかなスペクトルが被測定物測定時の共振スペク
トルである。測定部位によって骨の状態が異なってお
り、その違いを本発明の装置により検知できることがわ
かる。
【００３０】
【発明の効果】本発明では、被測定物に誘電体共振器を
近接又は接触させてマイクロ波を照射するだけで生体の
骨の骨粗しょう症を診断することができるので、装置が
大掛かりでなく、簡便で、しかも身体に悪影響を与えな
い骨粗しょう症診断装置を実現することができる。
近接又は接触させてマイクロ波を照射するだけで生体の
骨の骨粗しょう症を診断することができるので、装置が
大掛かりでなく、簡便で、しかも身体に悪影響を与えな
い骨粗しょう症診断装置を実現することができる。
【図１】誘電体共振器を被測定物に接触させた場合の模
式図である。
式図である。
【図２】健全骨、骨粗しょう症を患った骨、ブランクの
それぞれの共振スペクトルを示す図である。
それぞれの共振スペクトルを示す図である。
【図３】（Ａ）は骨の内部を模式的に示す断面図、
（Ｂ）は骨を巨視的にみた場合の誘電率異方性を示す図
である。
（Ｂ）は骨を巨視的にみた場合の誘電率異方性を示す図
である。
【図４】一実施例を示す概略構成図である。
【図５】同実施例における電磁エネルギーを示す図であ
り、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は平面図である。
り、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図６】図４の実施例を実現する場合のやや具体的な構
成を示す正面断面図である。
成を示す正面断面図である。
【図７】誘電体共振器１による反射エネルギーを測定す
るようにした実施例を示す図で、（Ａ）は斜視図、
（Ｂ）は誘電体共振器とロッドアンテナを示す正面図で
ある。
るようにした実施例を示す図で、（Ａ）は斜視図、
（Ｂ）は誘電体共振器とロッドアンテナを示す正面図で
ある。
【図８】異方性を測定するために、誘電体共振器を回転
させるようにした実施例を示す正面端面図である。
させるようにした実施例を示す正面端面図である。
【図９】誘電体共振器も被測定物も回転させることなく
被測定物の誘電率異方性を測定する他の実施例を示す構
成図である。
被測定物の誘電率異方性を測定する他の実施例を示す構
成図である。
【図１０】図４に示した実施例を単独の骨粗しょう症診
断装置として組み立てた場合の外観図を示す正面図であ
る。
断装置として組み立てた場合の外観図を示す正面図であ
る。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）は、脚の踵に図１０の測定プ
ローブを当て、誘電体共振器の電界ベクトルの方向を異
ならせて異方性を測定した結果を示す図である。
ローブを当て、誘電体共振器の電界ベクトルの方向を異
ならせて異方性を測定した結果を示す図である。
１，６２ 誘電体共振器 ２ 被測定物 ３ マイクロ波用励振装置 ３ａ，３ａ−１〜３ａ−３ 励振装置のアンテナ ４ 検出装置 ４ａ，４ａ−１〜４ａ−３ 検出装置のアンテナ ５ 共振周波数検知装置 ６ コンピュータ ７ 記憶装置 ８ シールドケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 22/00 Ｇ０１Ｎ 22/00 Ｕ 22/02 22/02 Ａ (72)発明者 小山 清人 山形県米沢市城南４−３−16 山形大学工 学部内 (72)発明者 宮村 清 京都府八幡市内里河原33 京都電測株式会 社内 (72)発明者 永田 紳一 兵庫県尼崎市常光寺４丁目３番１号 王子 製紙株式会社尼崎研究センター内 (72)発明者 宮本 誠一 兵庫県尼崎市常光寺４丁目３番１号 王子 製紙株式会社尼崎研究センター内
Claims (7)
- 【請求項１】 被測定物に近接又は接触する測定面を有
する誘電体共振器と、電界ベクトルをその誘電体共振器
に発生させるマイクロ波用励振装置と、前記誘電体共振
器の測定面を被測定物に近接又は接触させた一定の条件
において、その誘電体共振器による透過エネルギー又は
反射エネルギーを検出する検出装置と、被測定物が存在
しないときのブランク時の共振周波数と前記一定の条件
で被測定物を測定したときの共振周波数との差に基づい
て、生体の骨の内部構造を診断するデータ処理装置とを
備えた骨粗しょう症診断装置。 - 【請求項２】 前記マイクロ波用励振装置は、前記測定
面に平行な被測定物内平面において一方向成分をもつ電
界ベクトルをその誘電体共振器に発生させるものであ
り、前記被測定物内平面内にある電界ベクトルの方向を
その平面内で変化させる電界ベクトル変位機構をさらに
備え、前記データ処理装置は前記電界ベクトルの方向を
変化させたときのブランク時の共振周波数と被測定物測
定時の共振周波数との差の異方性から骨内部の空隙部分
の形状をも診断するものである請求項１に記載の骨粗し
ょう症診断装置。 - 【請求項３】 前記電界ベクトル変位機構は誘電体共振
器を前記測定面に平行な面内で回転させる回転機構であ
る請求項２に記載の骨粗しょう症診断装置。 - 【請求項４】 前記マイクロ波用励振装置と前記検出装
置の組が、前記誘電体共振器に対する互いに異なった位
置に複数配置され、前記電界ベクトル変位機構はマイク
ロ波用励振装置と検出装置の前記複数の組のうちの１組
を選択して順次作動させる切換え駆動装置を備えている
請求項２に記載の骨粗しょう症診断装置。 - 【請求項５】 前記誘電体共振器は方形誘電体共振器で
あり、シールドケース内に入れられ、被測定物に近接又
は接触する前記平面を除いてそのシールドケースにより
シールドされ、前記マイクロ波用励振装置はロッドアン
テナで前記方形誘電体共振器を励振するものである請求
項１から４のいずれかに記載の骨粗しょう症診断装置。 - 【請求項６】 前記マイクロ波用励振装置は測定周波数
を掃引し、前記検出装置は複数の共振スペクトルを検知
し、前記データ処理装置は各共振スペクトルの共振周波
数変移量を総合的に捉えて骨粗しょう症を診断する請求
項１から５のいずれかに記載の骨粗しょう症診断装置。 - 【請求項７】 前記誘電体共振器、マイクロ波用励振装
置及び検出装置を含む検知部を体重計に取り付けた請求
項１から６のいずれかに記載の骨粗しょう症診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048521A JP2000245736A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 骨粗しょう症診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048521A JP2000245736A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 骨粗しょう症診断装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000245736A true JP2000245736A (ja) | 2000-09-12 |
Family
ID=12805672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11048521A Pending JP2000245736A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 骨粗しょう症診断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000245736A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1116951A1 (en) * | 1998-09-25 | 2001-07-18 | Oji Paper Co., Ltd. | Method and device for measuring dielectric constant |
| US8051720B2 (en) | 2006-10-31 | 2011-11-08 | Ao Technology Ag | Method and device for measuring the local mechanical resistance of a porous body |
| CN110530898A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-12-03 | 北海市产品检验检测中心 | 岩石试件内外起裂非接触实时检测装置 |
| US10657338B2 (en) | 2017-01-16 | 2020-05-19 | Neva Electromagnetics, LLC | Microwave antenna array and testbed for osteoporosis detection |
| WO2020157340A1 (en) | 2019-02-01 | 2020-08-06 | Bien-Air Holding Sa | Method and tool for measuring osseous quality |
| US11101554B2 (en) | 2018-01-16 | 2021-08-24 | Neva Electromagnetics, LLC | Dual antiphase antenna for better signal transmission into human body or signal reception from human body |
| CN113397897A (zh) * | 2020-08-27 | 2021-09-17 | 于峻懿 | 一种多功能骨科医疗诊断椅 |
-
1999
- 1999-02-25 JP JP11048521A patent/JP2000245736A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1116951A1 (en) * | 1998-09-25 | 2001-07-18 | Oji Paper Co., Ltd. | Method and device for measuring dielectric constant |
| EP1116951A4 (en) * | 1998-09-25 | 2003-05-14 | Oji Paper Co | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE DIELECTRICITY CONSTANT |
| US8051720B2 (en) | 2006-10-31 | 2011-11-08 | Ao Technology Ag | Method and device for measuring the local mechanical resistance of a porous body |
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| US11484249B2 (en) | 2019-02-01 | 2022-11-01 | Bien-Air Holding Sa C/O Bien-Air Dental Sa | Method and tool for measuring osseous quality |
| CN110530898A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-12-03 | 北海市产品检验检测中心 | 岩石试件内外起裂非接触实时检测装置 |
| CN110530898B (zh) * | 2019-08-13 | 2024-03-15 | 北海市产品检验检测中心 | 岩石试件内外起裂非接触实时检测装置 |
| CN113397897A (zh) * | 2020-08-27 | 2021-09-17 | 于峻懿 | 一种多功能骨科医疗诊断椅 |
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