JP2000287971A - 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法 - Google Patents

骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法

Info

Publication number
JP2000287971A
JP2000287971A JP11101460A JP10146099A JP2000287971A JP 2000287971 A JP2000287971 A JP 2000287971A JP 11101460 A JP11101460 A JP 11101460A JP 10146099 A JP10146099 A JP 10146099A JP 2000287971 A JP2000287971 A JP 2000287971A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
equation
ultrasonic
bone
real
symmetric matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11101460A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Nakamori
勇一 中森
Tetsuya Ishii
徹哉 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sekisui Chemical Co Ltd filed Critical Sekisui Chemical Co Ltd
Priority to JP11101460A priority Critical patent/JP2000287971A/ja
Publication of JP2000287971A publication Critical patent/JP2000287971A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Closed-Circuit Television Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 近距離不感帯の発生を抑制し、信頼性の高い
結果を得、自由な装置設計を可能にする。 【解決手段】 開示される骨粗鬆症診断装置は、セル６
1〜６64と、セル６nから超音波パルスを送信して骨から
のエコーをセル６mによって受信して検出した６４×６
４個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)のうち、エコー信号Ｓ
1,1(ｔ),Ｓ 2,2(ｔ),…,Ｓ64,64(ｔ)については値を０と
してフーリエ変換し、得られた６４×６３個のエコー信
号Ｓm,n(ω)に関する方程式を成立させる、絶対値の大
きい方から数えて単数又は複数の実数値λp及びそれに
対応する単数又は複数の関数ψp(ω)を算出するＣＰＵ
１５とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、骨粗鬆症診断装
置及び骨粗鬆症診断方法に係り、詳しくは、超音波パル
スを被験者の所定の骨に向けて送信すると共に、骨から
のエコーを検出して、骨粗鬆症を診断する超音波反射式
の骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高齢化社会の到来に伴って、骨粗
鬆症（osteoporosis）と呼ばれる骨の疾患が問題となっ
ている。これは、骨からカルシウムが抜け出してスカス
カになり、少しのショックでも折れ易くなる病気であ
り、高齢者をいわゆる寝たきりにさせる原因の１つにも
なっている。この骨粗鬆症を簡易に診断する装置とし
て、最近、超音波を利用するものが普及してきている。
この出願人は、特願平８−３３９８３４号に開示されて
いるように、単一の超音波トランスデューサを用いて、
表面が平らな骨組織に向けて超音波パルスを繰り返し送
信し、骨組織から戻ってくるエコーを受信し、受信した
エコーのうち、垂直反射のエコーであるとみなすことの
できる最大エコーを抽出し、抽出した最大エコーに基づ
いて、反射係数や音響インピーダンス等を算出し、これ
らの算出値に基づいて骨粗鬆症を診断する超音波反射式
の診断装置を提案した。また、この出願人は、複数の超
音波トランスデューサを用いて上記診断装置と同様な処
理をするものについて、特願平８−３４１００号に開示
された診断装置を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の特願平８−３４１００号に開示された骨粗鬆症診断
装置においては、複数の超音波トランスデューサのう
ち、いずれか１つの超音波トランスデューサから超音波
パルスを送信するが、他の複数の超音波トランスデュー
サだけでなく、超音波パルスを送信した超音波トランス
デューサ自体も骨からのエコーを受信するように構成さ
れている。このような構成では、超音波トランスデュー
サと骨との距離が近すぎると、当該超音波トランスデュ
ーサにおいて、近距離不感帯の問題が発生してしまう場
合がある。ここで、近距離不感帯とは、当該超音波トラ
ンスデューサから超音波パルスを送信した際の残響（送
信残響）と骨からのエコーとが混ざり合うため、骨から
のエコーを正確に検出できない周波数帯域のことを意味
する。この場合、当該超音波トランスデューサから得ら
れた信号が他の信号と共に処理されると、装置全体の処
理結果は信頼性を欠くことになる。このような不都合を
回避するためには、近距離不感帯が発生しにくい、すな
わち、残響のレベルが小さく、残響時間も短い超音波ト
ランスデューサを開発したり、送信残響がなくなってか
ら骨からのエコーを受信するために超音波トランスデュ
ーサと骨との距離を長くする等の設計変更したりしなけ
ればならない。しかし、近距離不感帯が発生しにくい超
音波トランスデューサを開発するには時間も費用もかか
るし、また、超音波トランスデューサと骨との距離を長
くしなければならないとすると、装置設計の自由度が狭
められ、装置の開発に支障が生じてしまうという問題が
あった。
【０００４】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、近距離不感帯の発生を抑制でき、信頼性の高い
結果が得られると共に、自由な設計が可能な骨粗鬆症診
断装置及び骨粗鬆症診断方法を提供することを目的とし
ている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明に係る骨粗鬆症診断装置は、２
次元的に任意に配置され、超音波パルスを被験者の生体
内部に送信すると共に、測定部位である骨からのエコー
を受信するためのＮ個（Ｎは２以上の自然数）の超音波
変換要素からなる超音波トランスデューサユニットと、
上記Ｎ個の超音波変換要素のうち、第ｎ番目（ｎ＝１,
２,…,Ｎ）の超音波変換要素から所定周波数範囲内の超
音波パルスを送信させ、それに基づく上記骨からのエコ
ーを第ｍ番目（ｍ＝１,２,…,Ｎ）の超音波変換要素に
よって受信させる処理を上記Ｎ個の超音波変換要素につ
いて行うことにより上記Ｎ個の超音波変換要素から出力
される（Ｎ×Ｎ）個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)を検出し、
ｍ＝ｎの場合のエコー信号Ｓ1,1(ｔ),Ｓ2,2(ｔ),…,Ｓ
64,64(ｔ)については値を０とするエコー信号検出手段
と、上記（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)
を（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ω)にフー
リエ変換するフーリエ変換手段と、上記（Ｎ×（Ｎ−
１））個のエコー信号Ｓm,n(ω)に関する式（１３）の
方程式を成立させる実数値λ1,λ2,……,λNのうち、絶
対値の大きい方から数えて、単数又は複数の実数値λp
（１≦ｐ≦Ｎ）を求めると共に、上記単数又は複数の実
数値λpに対応する単数又は複数の関数ψp(ω)を算出す
る算出手段とを備えてなることを特徴としている。
【０００６】
【数１３】 式（１３）において、ψ* m(ω)はψm(ω)の複素共役で
ある。
【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の骨粗鬆症診断装置に係り、上記所定周波数範囲に対
応する角周波数範囲及び上記Ｎ個の超音波変換要素につ
いて、上記単数又は複数の実数値λpに対応する単数又
は複数の関数ψp(ω)から音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)
を求め、上記音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を逆フーリ
エ変換して得られた関数φp(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)から時刻ｔ＝
０での音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)（＝φp(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)
（ｔ＝０））を求め、該音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)及び
上記単数又は複数の実数値λpに基づいて上記骨を画像
化する画像化処理手段を備えてなることを特徴としてい
る。
【０００８】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の骨粗鬆症診断装置に係り、上記算出手段は、
上記（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ω)から
作成される（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列であり、式（１
４）で表される散乱行列Ｓ(ω)から、式（１５）で表さ
れる（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'(ω)を求め、上記
実対称行列Ｓ'(ω)の固有値問題を処理して固有値及び
それに対する固有ベクトルを求め、上記固有値のうち、
絶対値の大きい方から数えて、単数又は複数の固有値を
上記単数又は複数の実数値λpとすると共に、上記単数
又は複数の固有値に対する単数又は複数の固有ベクトル
を上記単数又は複数の実数値λpに対応する単数又は複
数の関数ψp(ω)とすることを特徴としている。
【０００９】
【数１４】 式（１４）において、Ｓm,n(ω)は、第ｎ番目の超音波
変換要素（ｎ＝１,２,……,Ｎ）から超音波パルスを送
信した時の骨からのエコーを第ｍ番目の超音波変換要素
（ｍ＝１,２,……,Ｎ）が受信するときの時間の関数で
あるエコー信号Ｓm,n(ｔ)に対応している。
【００１０】
【数１５】 式（１５）において、Ｒｅ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)
の実部、Ｉｍ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)の虚部であ
る。
【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の骨粗鬆症診断装置に係り、上記算出手段は、式（１
６）で表される（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列ＳV(ω)か
ら、式（１７）で表される（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列
Ｓ'V(ω)を求め、上記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有値問題
を処理して固有値及びそれに対する固有ベクトルを求
め、上記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有値を上記実対称行列
Ｓ'(ω)の固有値とし、上記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有
ベクトルとｅｘｐ(jωτV)との積を上記実対称行列Ｓ'
(ω)の固有ベクトルとすることを特徴としている。
【００１２】
【数１６】 ＳV(ω)＝Ｓ(ω)・ｅｘｐ(２jωτV) …（１６） 式（１６）において、τVは上記超音波トランスデュー
サユニットの送受信面から送信された超音波パルスが上
記送受信面と上記骨との間の任意の位置に到達するまで
の時間である。
【００１３】
【数１７】 式（１７）において、Ｒｅ（ＳV(ω)）は複素対称行列
ＳV(ω)の実部、Ｉｍ（ＳV(ω)）は複素対称行列Ｓ
V(ω)の虚部である。
【００１４】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至４のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断装置に係り、上
記骨からの１次反射波信号のみを抽出するためのゲート
関数ｇ(ｔ)と、上記エコー信号Ｓm,n(ｔ)とを乗算する
ゲート処理手段を備えてなることを特徴としている。
【００１５】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の骨粗鬆症診断装置に係り、上記ゲート関数ｇ(ｔ)
は、上記エコー信号Ｓm,n(ｔ)のうち、上記１次反射波
信号と推定される部分で振幅が略１で、その他の部分で
振幅が略０の矩形窓を示す関数、又は式（１８）で示さ
れる正規関数であることを特徴としている。
【００１６】
【数１８】 式（１８）において、ｔ0はエコー信号Ｓm,n(ｔ)が最大
振幅になる時間、τは２２０μｓである。
【００１７】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至６のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断装置に係り、上
記エコー信号検出手段は、上記所定周波数範囲内におい
て、上記超音波変換要素から送信された超音波パルスが
上記骨まで伝搬された後、上記骨において反射され、再
び上記超音波変換要素に到達するまでの時間である最終
到達時間をＴとした場合の（１／８Ｔ）より十分小さい
周波数間隔で、上記超音波パルスの周波数を変更して周
波数毎の上記（Ｎ×Ｎ）個のエコー信号Ｓm, n(ｔ)を検
出することを特徴としている。
【００１８】また、請求項８記載の発明は、請求項１乃
至７のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断装置に係り、上
記算出手段は、上記単数又は複数の実数値λpから又は
上記単数又は複数の実数値λpに所定の比例定数を乗じ
て、上記骨の反射率を求めることを特徴としている。
【００１９】また、請求項９記載の発明は、請求項１乃
至８のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断装置に係り、測
定部位となる上記骨は、腰椎、上腕骨、脛骨、踵骨又は
大腿骨頚部であることを特徴としている。
【００２０】また、請求項１０記載の発明に係る骨粗鬆
症診断方法は、２次元的に任意に配置され、超音波パル
スを被験者の生体内部に送信すると共に、測定部位であ
る骨からのエコーを受信するためのＮ個（Ｎは２以上の
自然数）の超音波変換要素からなる超音波トランスデュ
ーサユニットを備え、上記Ｎ個の超音波変換要素のう
ち、第ｎ番目（ｎ＝１,２,…,Ｎ）の超音波変換要素か
ら所定周波数範囲内の超音波パルスを送信させ、それに
基づく上記骨からのエコーを第ｍ番目（ｍ＝１,２,…,
Ｎ）の超音波変換要素によって受信させる処理を上記Ｎ
個の超音波変換要素について行うことにより上記Ｎ個の
超音波変換要素から出力される（Ｎ×Ｎ）個のエコー信
号Ｓm,n(ｔ)を検出し、ｍ＝ｎの場合のエコー信号Ｓ1,1
(ｔ),Ｓ2,2(ｔ),…,Ｓ64,64(ｔ)については値を０と
し、上記（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)
をフーリエ変換して得られた（Ｎ×（Ｎ−１））個のエ
コー信号Ｓm,n(ω)に関する式（１９）の方程式を成立
させる実数値λ1,λ2,……,λNのうち、絶対値の大きい
方から数えて、単数又は複数の実数値λp（１≦ｐ≦
Ｎ）を求めると共に、上記単数又は複数の実数値λpに
対応する単数又は複数の関数ψp(ω)を算出することを
特徴としている。
【００２１】
【数１９】 式（１９）において、ψ* m(ω)はψm(ω)の複素共役で
ある。
【００２２】また、請求項１１記載の発明は、請求項１
０記載の骨粗鬆症診断方法に係り、上記所定周波数範囲
に対応する角周波数範囲及び上記Ｎ個の超音波変換要素
について、上記単数又は複数の実数値λpに対応する単
数又は複数の関数ψp(ω)から音場の関数φp（ω,ｘ,
ｙ,ｚ)を求め、上記音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を逆
フーリエ変換して得られた関数φp(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)から時
刻ｔ＝０での音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)（＝φp(ｔ,ｘ,
ｙ,ｚ)（ｔ＝０））を求め、該音場の関数φp(ｘ,ｙ,
ｚ)及び上記単数又は複数の実数値λpに基づいて上記骨
を画像化することを特徴としている。
【００２３】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
０又は１１記載の骨粗鬆症診断方法に係り、上記（Ｎ×
（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ω)から作成される
（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列であり、式（２０）で表され
る散乱行列Ｓ(ω)から、式（２１）で表される（２Ｎ×
２Ｎ）の実対称行列Ｓ'(ω)を求め、上記実対称行列Ｓ'
(ω)の固有値問題を処理して固有値及びそれに対する固
有ベクトルを求め、上記固有値のうち、絶対値の大きい
方から数えて、単数又は複数の固有値を上記単数又は複
数の実数値λpとすると共に、上記単数又は複数の固有
値に対する単数又は複数の固有ベクトルを上記単数又は
複数の実数値λpに対応する単数又は複数の関数ψp(ω)
とすることを特徴としている。
【００２４】
【数２０】 式（２０）において、Ｓm,n(ω)は、第ｎ番目の超音波
変換要素（ｎ＝１,２,……,Ｎ）から超音波パルスを送
信した時の骨からのエコーを第ｍ番目の超音波変換要素
（ｍ＝１,２,……,Ｎ）が受信するときの時間の関数で
あるエコー信号Ｓm,n(ｔ)に対応している。
【００２５】
【数２１】 式（２１）において、Ｒｅ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)
の実部、Ｉｍ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)の虚部であ
る。
【００２６】また、請求項１３記載の発明は、請求項１
２記載の骨粗鬆症診断方法に係り、式（２２）で表され
る（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列ＳV(ω)から、式（２３）
で表される（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'V(ω)を求
め、上記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有値問題を処理して固
有値及びそれに対する固有ベクトルを求め、上記実対称
行列Ｓ'V(ω)の固有値を上記実対称行列Ｓ'(ω)の固有
値とし、上記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有ベクトルとｅｘ
ｐ(jωτV)との積を上記実対称行列Ｓ'(ω)の固有ベク
トルとすることを特徴としている。
【００２７】
【数２２】 ＳV(ω)＝Ｓ(ω)・ｅｘｐ(２jωτV) …（２２） 式（２２）において、τVは上記超音波トランスデュー
サユニットの送受信面から送信された超音波パルスが上
記送受信面と上記骨との間の任意の位置に到達するまで
の時間である。
【００２８】
【数２３】 式（２３）において、Ｒｅ（ＳV(ω)）は複素対称行列
ＳV(ω)の実部、Ｉｍ（ＳV(ω)）は複素対称行列Ｓ
V(ω)の虚部である。
【００２９】また、請求項１４記載の発明は、請求項１
０乃至１３のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断方法に係
り、上記フーリエ変換する前に、上記骨からの１次反射
波信号のみを抽出するためのゲート関数ｇ(ｔ)と、上記
エコー信号Ｓm,n(ｔ)とを乗算することを特徴としてい
る。
【００３０】また、請求項１５記載の発明は、請求項１
４記載の骨粗鬆症診断方法に係り、上記ゲート関数ｇ
(ｔ)は、上記エコー信号Ｓm,n(ｔ)のうち、上記１次反
射波信号と推定される部分で振幅が略１で、その他の部
分で振幅が略０の矩形窓を示す関数、又は式（２４）で
示される正規関数であることを特徴としている。
【００３１】
【数２４】 式（２４）において、ｔ0はエコー信号Ｓm,n(ｔ)が最大
振幅になる時間、τは２２０μｓである。
【００３２】また、請求項１６記載の発明は、請求項１
０乃至１５のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断方法に係
り、周波数毎の上記（Ｎ×Ｎ）個のエコー信号Ｓ
m,n(ｔ)を検出するには、上記所定周波数範囲内におい
て、上記超音波変換要素から送信された超音波パルスが
上記骨まで伝搬された後、上記骨において反射され、再
び上記超音波変換要素に到達するまでの時間である最終
到達時間をＴとした場合の（１／８Ｔ）より十分小さい
周波数間隔で上記超音波パルスの周波数を変更して行う
ことを特徴としている。
【００３３】また、請求項１７記載の発明は、請求項１
０乃至１６のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断方法に係
り、上記単数又は複数の実数値λから又は上記単数又は
複数の実数値λに所定の比例定数を乗じて、上記骨の反
射率を求めることを特徴としている。
【００３４】
【作用】この発明の構成によれば、近距離不感帯の発生
を抑制できるので、信頼性の高い結果が得られる。した
がって、自由な装置設計が可能となる。また、請求項４
及び１３記載の発明の構成によれば、仮想センサ面の考
え方を採用することにより、超音波パルスの周波数の数
を減らすことができるので、処理時間を短縮できる。さ
らに、請求項５，６，１４及び１５記載の発明の構成に
よれば、超音波変換要素の最初の残響や骨と超音波変換
要素との間の多重反射等に関するノイズが除去され、骨
からの１次反射波信号のみが抽出されるので、精確な測
定を行うことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図１は、この発明の一実施例である骨
粗鬆症診断装置の電気的構成を示すブロック図、図２
は、同装置の外観図、図３は、同装置の使用状態を示す
模式図である。この例の骨粗鬆症診断装置は、図１〜図
３に示すように、電気パルス信号を超音波パルスに変換
し、その超音波パルスを被験者の所定の測定部位に送信
すると共に、測定部位からのエコーを受信して電気信号
である受信信号に変換するためのプローブ１と、このプ
ローブ１に上記電気パルス信号を供給すると共に、プロ
ーブ１からの上記受信信号を取り込んで、後述するデジ
タル解析処理を行って骨粗鬆症の診断を行う装置本体２
と、プローブ１と装置本体２とを接続するケーブル３と
から概略構成されている。
【００３６】プローブ１は、電気パルス信号が所定の周
期で入力される度に、これに応答して、図３に示すよう
に、測定部位である被験者の、例えば、踵骨等の骨Ｍｂ
（皮質骨Ｍｂ1、海綿骨Ｍｂ2）に向けて超音波パルスＡ
ｉを送信すると共に、骨から戻ってくるエコー（以下、
骨エコーという）Ａｅを受信して受信信号に変換する超
音波トランスデューサユニット４と、超音波トランスデ
ューサユニット４の送受信面４ａに固着された超音波遅
延スペーサ５とから概略構成されている。なお、この例
においては、超音波トランスデューサユニット４の送受
信面４ａと測定部位、すなわち、骨Ｍｂとの距離は、１
６０ｍｍであるとする。超音波トランスデューサユニッ
ト４は、図４に示すように、超音波変換要素（エレメン
ト）である超音波トランスデューサセル（以下、単にセ
ルという）６1〜６64が、支持円板７上に、略１４ｍｍ
のピッチで、縦に８個、横に８個、合計６４個配列され
て構成されている。各セル６1〜６64は、チタンジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる略１ｍｍ角の厚み振動型圧
電素子の両面に電極層が形成されて構成されている。超
音波遅延スペーサ５は、ポリエチレンバルク等からな
り、送信残響等の影響を除去すると共に、支持円板７と
同様、セル６1〜６64の共通の支持体として機能する。
【００３７】図１において、装置本体２は、パルス発生
器８1〜８64と、整合回路９1〜９64と、増幅器１０1〜
１０64と、波形整形器１１1〜１１64と、Ａ／Ｄ変換器
１２1〜１２64と、ＲＯＭ１３と、ＲＡＭ１４と、ＣＰ
Ｕ（中央処理装置）１５と、ディスプレイ１６とから構
成されている。パルス発生器８1〜８64は、それぞれ周
波数範囲０．２５〜１．２５ＭＨｚの電気パルス信号を
所定の周期（例えば、１ｍｓ）で３ｋＨｚずつステップ
させながら繰り返し生成する。整合回路９1〜９64は、
ケーブル３を介して、セル６1〜６64と一対一に接続さ
れ、パルス発生器８1〜８64からの電気パルス信号をセ
ル６1〜６64に供給すると共に、セル６1〜６64からの受
信信号を増幅器１０1〜１０64に供給する。整合回路９1
〜９64は、セル６1〜６64と装置本体２との間で、エネ
ルギの損失なしに信号の授受がなされるように、インピ
ーダンスの整合を行う。増幅器１０1〜１０64は、整合
回路９1〜９64を介して供給される受信信号を所定の増
幅度で増幅した後、波形整形器１１1〜１１64に供給す
る。波形整形器１１1〜１１64は、ＬＣ構成のバンドパ
スフィルタからなり、増幅器１０1〜１０64によって増
幅された受信信号を線形に波形整形した後、Ａ／Ｄ変換
器１２1〜１２64に供給する。Ａ／Ｄ変換器１２1〜１２
64は、図示せぬサンプルホールド回路、高速サンプリン
グメモリ等を備え、ＣＰＵ１５のサンプリング開始要求
に従って、波形整形器１１1〜１１64から供給される波
形整形されたアナログの受信信号を所定の周波数（例え
ば、１２ＭＨｚ）でサンプリングしてデジタルのエコー
信号に変換し、一旦高速サンプリングメモリに格納した
後、ＣＰＵ１５に供給する。
【００３８】ＲＯＭ１３には、ＣＰＵ１５に骨粗鬆症の
診断を実行させるための処理プログラムが格納されてい
る。この処理プログラムは、エコー信号検出処理サブプ
ログラムと、ゲート処理サブプログラムと、フーリエ変
換処理サブプログラムと、固有値問題処理サブプログラ
ムと、複素ベクトル符号統一処理サブプログラムと、画
像化処理サブプログラムなどとを有して構成されてい
る。なお、各種処理の内容については、後述する動作説
明において詳述する。ＲＡＭ１４は、ＣＰＵ１５の作業
領域が設定されるワーキングエリアと、各種データを一
時記憶するデータエリアとを有し、例えば、デジタルの
エコー信号等もデータエリア内に一時記憶される。ＣＰ
Ｕ１５は、ＲＯＭ１３に格納されている上述の処理プロ
グラムをＲＡＭ１４を用いて実行することにより、パル
ス発生器８1〜８64、Ａ／Ｄ変換器１２ 1〜１２64等の装
置各部の制御、周波数毎の６４×６４個のエコー信号の
検出処理、ゲート処理、フーリエ変換処理、固有値問題
処理、複素ベクトルの符号統一処理、骨の形状の３次元
画像化処理等を行う。ディスプレイ１６は、ＣＲＴディ
スプレイ又は液晶ディスプレイ等からなり、ＣＰＵ１５
の制御により、算出された骨Ｍｂの音響インピーダンス
の表示や骨Ｍｂの形状の３次元画像表示等が行われる。
なお、装置本体２には、図示しないが、電源スイッチ、
被験者の体内の骨の形状の測定開始を指示する測定開始
スイッチ、右測定の終了を指示する測定終了スイッチ等
の各種スイッチや、各種の測定条件を設定するためのボ
タン等が設けられている。
【００３９】次に、図５を参照して、この例の動作（処
理の流れ）について説明する。まず、平面性は良くない
が、超音波パルスＡｉの波長と較べるなら曲率半径が充
分に大きい骨Ｍｂを測定部位として選ぶ。好適な測定部
位としては、例えば、腰椎、上腕骨、脛骨、踵骨又は大
腿骨頚部を挙げることができる。測定部位が決定され、
装置本体２の電源スイッチが押下されると、ＣＰＵ１５
は、装置各部のプリセット、カウンタや各種レジスタ、
各種フラグの初期設定を行った後、測定開始スイッチが
押下されるのを待つ。ここで、操作者は、図３に示すよ
うに、被験者の測定部位である骨Ｍｂを覆う軟組織Ｍａ
の表面（皮膚の表面Ｘ）に、超音波ゲルＧを塗り、超音
波ゲルＧを介してプローブ１の先端を皮膚の表面Ｘに当
て、かつ、超音波トランスデューサユニット４の送受信
面４ａを骨Ｍｂに向けた状態でプローブ１を手で支持
し、測定開始スイッチを押下する。測定開始スイッチが
押下されると、ＣＰＵ１５は、図５に示す処理手順に従
って各種処理を実行する。
【００４０】ステップＳＰ１では、ＣＰＵ１５は、エコ
ー信号検出処理サブプログラムの制御により、１個のセ
ル６からの超音波パルスＡｉの送信及び６４個のセルに
よる骨エコーＡｅの受信を、超音波パルスＡｉの周波数
をステップさせながら６４個のセル６すべてについて繰
り返してエコー信号を検出するエコー信号検出処理を実
行する。まず、ＣＰＵ１５は、パルス発生器８1〜８64
にそれぞれ周波数範囲０．２５〜１．２５ＭＨｚの電気
パルス信号を所定の周期（例えば、１ｍｓ）で３ｋＨｚ
ずつステップさせながら繰り返し生成させることによ
り、セル６1〜６64から超音波パルスＡｉを繰り返し送
信させる。これにより、セル６1〜６64によって骨エコ
ーＡｅが各周波数毎に受信されて受信信号に変換された
後、各増幅器１０1〜１０64、波形整形器１１1〜１１64
及びＡ／Ｄ変換器１２1〜１２64を経てデジタルのエコ
ー信号となり、ＣＰＵ１５に取り込まれ、ＲＡＭ１４の
所定の記憶領域に記憶される。この時、ＣＰＵ１５は、
Ａ／Ｄ変換器１２1〜１２64から供給されたエコー信号
が超音波パルスＡｉを送信したセル６自体が受信したも
のである場合には、そのエコー信号に代えて値０をＲＡ
Ｍ１４の所定の記憶領域に記憶させる。したがって、第
ｎ番目のセル６n（ｎ＝１,２,…,Ｎ；Ｎ＝６４）から超
音波パルスＡｉを送信し、このときの骨Ｍｂからの骨エ
コーＡｅを第ｍ番目のセル６ m（ｍ＝１,２,…,Ｎ；Ｎ＝
６４）が受信するときの時間ｔの関数であるエコー信号
をエコー信号Ｓm,n(ｔ)と表すとすると、ＲＡＭ１４の
所定の記憶領域には、ｍ＝ｎの場合のエコー信号Ｓ
1,1(ｔ)，Ｓ2,2(ｔ),…,Ｓ64,64(ｔ)については値０
が、ｍ≠ｎの場合のエコー信号Ｓm,n(ｔ)についてはそ
れぞれの値が記憶される。なお、周波数変化のステップ
を３ｋＨｚに設定した理由については、後述する。
【００４１】ステップＳＰ２では、ＣＰＵ１５は、ゲー
ト処理サブプログラムの制御により、ＲＡＭ１４の所定
の記憶領域に記憶されているエコー信号Ｓm,n(ｔ)をゲ
ートに掛けるゲート処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ
１５は、セル６の最初の残響や骨エコーＡｅの骨Ｍｂと
セル６との間における多重反射等に関するノイズを除去
し、骨Ｍｂからの１次反射波信号のみを抽出するため
に、ＲＡＭ１４の所定の記憶領域に記憶されているエコ
ー信号Ｓm,n(ｔ)をゲートに掛けてＲＡＭ１４の所定の
記憶領域に記憶する。具体的には、エコー信号Ｓ
m,n(ｔ)において最大振幅となるところを骨Ｍｂからの
１次反射波信号と推定し、それのみを抽出するためのゲ
ート関数ｇ(ｔ)と、エコー信号Ｓm,n(ｔ)とを乗算して
エコー信号Ｓgm,n(ｔ)を算出する。ゲート関数ｇ(ｔ)と
しては、上記１次反射波信号と推定される部分で振幅が
略１で、その他の部分で振幅が略０の矩形窓を示す関数
や、式（２５）で示される正規関数が考えられる。
【００４２】
【数２５】
【００４３】式（２５）において、ｔ0はエコー信号Ｓ
m,n(ｔ)が最大振幅になる時間、τは２２０μｓであ
る。
【００４４】ステップＳＰ３では、ＣＰＵ１５は、フー
リエ変換処理サブプログラムの制御により、ＲＡＭ１４
の所定の記憶領域に記憶されているエコー信号Ｓ
gm,n(ｔ)を角周波数毎のエコー信号Ｓm,n(ω)にフーリ
エ変換した後、角周波数毎にエコー信号Ｓm,n(ω)を成
分とする（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列である散乱行列Ｓ
(ω)（式（２６）参照）を作成してＲＡＭ１４の所定の
記憶領域に記憶するフーリエ変換処理を実行する。
【００４５】
【数２６】
【００４６】ステップＳＰ４では、ＣＰＵ１５は、固有
値問題処理サブプログラムの制御により、ＲＡＭ１４の
所定の記憶領域に記憶されている散乱行列Ｓ(ω)にｅｘ
ｐ(２jωτV)を掛けて得られる（Ｎ×Ｎ）の複素対称行
列ＳV(ω)（式（２７）参照）から（２Ｎ×２Ｎ）の実
対称行列Ｓ'V(ω)（式（２８）参照）を求め、この実対
称行列Ｓ'V(ω)の固有値問題を処理して、１個の実対称
行列Ｓ'V(ω)当たりＮ個（Ｎ＝６４）の正の固有値λVp
（ｐ＝１,２,…,Ｎ）及びそれに対する（Ｎ×Ｎ）個の
固有ベクトルψVp,n(ω)（ｎ＝１,２,…,Ｎ）を決定し
た後、式（２９）及び式（３０）により、１個の（Ｎ×
Ｎ）の複素対称行列である散乱行列Ｓ(ω)に対応した１
個の（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'(ω)当たりのＮ個
の固有値λp及びそれに対する（Ｎ×Ｎ）個の固有ベク
トルψp,n(ω)を求めてＲＡＭ１４の所定の記憶領域に
記憶する固有値問題処理を実行する。固有ベクトルψ
Vp,n(ω)は、第ｎ番目のセル６nから送信された超音波
パルスＡｉによる散乱波の第ｐ番目の固有値λpに対す
る固有ベクトルであることを意味する。なお、各固有値
λV及びλの添字ｐは、固有値の絶対値が大きい順に付
すものとする。また、固有値問題処理の詳細について
は、例えば、この出願人が骨粗鬆症診断装置について先
に提案した特願平９−２８７１６６号を参照されたい。
【００４７】
【数２７】 ＳV(ω)＝Ｓ(ω)・ｅｘｐ(２jωτV) …（２７）
【００４８】この複素対称行列ＳV(ω)は、超音波トラ
ンスデューサユニット４の送受信面４ａを、本来の送受
信面４ａが設けられている位置から骨Ｍｂの方向に時間
τVだけ超音波パルスＡｉが伝搬した位置（この位置を
仮想センサ面という）に設けたと仮想した場合に得られ
る複素対称行列である。仮想センサ面の考え方について
は、後述する。
【００４９】
【数２８】
【００５０】式（２８）において、Ｒｅ（ＳV(ω)）は
複素対称行列ＳV(ω)の実部、Ｉｍ（ＳV(ω)）は複素対
称行列ＳV(ω)の虚部である。
【００５１】
【数２９】λp＝λVp …（２９）
【００５２】
【数３０】 ψp,n(ω)＝ψVp,n(ω)・ｅｘｐ(jωτV) …（３０）
【００５３】次に、仮想センサ面の考え方について説明
する。上記した特願平９−２８７１６６号に開示された
骨粗鬆症診断装置においては、送信される超音波パルス
Ａｉの周波数変化のステップを３６０Ｈｚに設定してい
る。周波数範囲は、０．５４〜１．６２ＭＨｚに設定さ
れているから、送信される超音波パルスＡｉの周波数の
数は３００１個となり、上記した固有値問題を処理する
と、１個の周波数当たりそれぞれＮ個の固有値λp及び
（Ｎ×Ｎ）個の固有ベクトルψp,n(ω)が得られるか
ら、全体で得られる固有値λp及び固有ベクトルψ
p,n(ω)の数はそれぞれ（３００１×Ｎ）個及び（３０
０１×Ｎ×Ｎ）個となる。この固有値λp及び固有ベク
トルψp,n(ω)を求めるには、演算速度が高速なＣＰＵ
を用いても多くの時間がかかり、その分全体の処理時間
が長くなって、実用的でない。この点、超音波パルスＡ
ｉの周波数の数を減らすことが考えられるが、この数
は、周波数変化のステップΔｆに関する式（３１）及び
設定される周波数範囲によって決定される。なお、式
（３１）の根拠については、後述する複素ベクトル符号
統一処理（ステップＳＰ５）において説明する。
【００５４】
【数３１】Δｆ≦１／８Ｔ …（３１）
【００５５】式（３１）において、Ｔは、セル６から送
信された超音波パルスＡｉが骨Ｍｂまで伝搬された後、
骨Ｍｂにおいて反射され、再びセル６に到達するまでの
時間である最終到達時間を意味する。上記の例において
は、超音波トランスデューサユニット４の送受信面４ａ
から骨Ｍｂまでの距離は７０ｍｍであるから、最終到達
時間Ｔは、｛（７０（ｍｍ）×２）／１５００（ｍ／
ｓ）｝≒９３．３μｓとなる。ここで、１５００（ｍ／
ｓ）は軟組織Ｍａ中での超音波パルスの伝搬する速度で
あり、水と同じであるとしている。したがって、式（３
１）より、周波数変化のステップΔｆは略１．３４ｋＨ
ｚ以下であれば良いので、余裕をみて、３６０Ｈｚに設
定したのである。これにより、周波数変化のステップΔ
ｆは略１．３４ｋＨｚまでなら広げることができるが、
単に周波数変化のステップΔｆを広げるだけでは情報量
が少なくなり、正しく骨粗鬆症を診断することができな
い。また、最終到達時間Ｔは、超音波トランスデューサ
ユニット４の送受信面４ａから骨Ｍｂまでの距離から求
められるが、機構上及び被験者の身体の構造上、あるい
は、上記した近距離不感帯が発生する虞があるため、上
記距離を短くするには限界がある。一方、周波数範囲を
狭めることも、情報量の減少につながり、正しく骨粗鬆
症を診断することができない。
【００５６】そこで、この例においては、超音波トラン
スデューサユニット４の送受信面４ａと骨Ｍｂとの間に
仮想的な超音波トランスデューサユニットの送受信面
（仮想センサ面）を想定することにより、仮想的に最終
到達時間Ｔを短縮して超音波パルスＡｉの周波数の数を
減らして処理時間を短縮化する。すなわち、上記した特
願平９−２８７１６６号に開示されているように、散乱
行列Ｓ(ω)と、Ｎ個の固有値λpと、（Ｎ×Ｎ）個の固
有ベクトルψp,n(ω)との間には、式（３２）の関係が
ある。
【００５７】
【数３２】 Ｓ(ω)ψp,n(ω)＝λpψp,n *(ω) …（３２）
【００５８】式（３２）において、ψp,n *(ω)は、ψ
p,n(ω)の複素共役である。そこで、今、上記した式
（２７）で表される（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列ＳV(ω)
を考える。式（２７）の両辺に｛ψp,n(ω)・ｅｘｐ(−j
ωτV)｝を掛けて変形し、式（３２）を代入すると、式
（３３）が得られる。
【００５９】
【数３３】 ＳV(ω)ψp,n(ω)・ｅｘｐ(−jωτV) ＝Ｓ(ω)・ｅｘｐ(２jωτV）・ψp,n(ω)・ｅｘｐ(−jωτV) ＝Ｓ(ω)ψp,n(ω)・ｅｘｐ(jωτV) ＝λpψp,n *(ω)・ｅｘｐ(jωτV) ＝λp｛ψp,n(ω)・ｅｘｐ(−jωτV)｝* …（３３）
【００６０】式（３３）から、（Ｎ×Ｎ）の複素対称行
列ＳV(ω)のＮ個の固有値をλVpとし、（Ｎ×Ｎ）個の
固有ベクトルをψVp,n(ω)とすると、Ｎ個の固有値λ Vp
及び（Ｎ×Ｎ）個の固有ベクトルψVp,n(ω)は、それぞ
れＮ個の固有値λpと、（Ｎ×Ｎ）個の固有ベクトル
｛ψp,n(ω)・ｅｘｐ(−jωτV)｝であることが分かる。
すなわち、（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列ＳV(ω)と、Ｎ個
の固有値λVpと、（Ｎ×Ｎ）個の固有ベクトルψ
Vp,n(ω)との間には式（３４）の関係があるから、式
（３３）及び式（３４）により、Ｎ個の固有値λVp及び
（Ｎ×Ｎ）個の固有ベクトルψVp,n(ω)は、それぞれ式
（３５）及び式（３６）で表される。
【００６１】
【数３４】 ＳV(ω)ψVp,n(ω)＝λVpψVp,n *(ω) …（３４）
【００６２】
【数３５】λVp＝λp …（３５）
【００６３】
【数３６】 ψVp,n(ω)＝ψp,n(ω)・ｅｘｐ(−jωτV) …（３６）
【００６４】そこで、上記したように、ＲＡＭ１４の所
定の記憶領域に記憶されている散乱行列Ｓ(ω)にｅｘｐ
(２jωτV)を掛けて得られる（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列
Ｓ V(ω)に対応した（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'
V(ω)の固有値問題を処理して実対称行列Ｓ'V(ω)の固
有値λVpと固有ベクトルψVp,n(ω)とを決定した後、上
記した式（２９）及び式（３０）（式（２９）は式（３
５）と同一、式（３０）は式（３６）を変形して得られ
る）により、（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列である散乱行列
Ｓ(ω)に対応した（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'(ω)
の固有値λp及びそれに対する固有ベクトルψp,n(ω)を
求めることができるのである。
【００６５】例えば、仮想センサ面と骨Ｍｂとの距離を
３０ｍｍに設定したとすると、最終到達時間Ｔは、
｛（３０（ｍｍ）×２）／１５００（ｍ／ｓ）｝＝４０
μｓとなるから、式（３１）より周波数変化のステップ
Δｆは３１２５Ｈｚ以下であれば良い。そこで、余裕を
みて、周波数変化のステップΔｆを３ｋＨｚに設定する
と、周波数範囲は０．２５〜１．２５ＭＨｚであるか
ら、送信される超音波パルスＡｉの周波数の数は３３４
個となり、求めるべき固有値λp及びそれに対する固有
ベクトルψp,n(ω)の数はそれぞれ（３３４×Ｎ）個及
び（３３４×Ｎ×Ｎ）個で良いこととなる。これによ
り、処理時間を短縮化することができる。この場合、時
間τVは、｛（１６０−３０）（ｍｍ）／１５００（ｍ
／ｓ）｝≒８６．７μｓである。
【００６６】ところで、実際には、セルの周波数特性等
のため、固有値λpは、骨Ｍｂの反射率に比例したもの
として得られる。そこで、この例では、反射率が既知の
物体についても上記したステップＳＰ１〜ＳＰ４の処理
を行い、固有値及びそれに対する固有ベクトルを算出
し、得られた固有値で対応する固有値λpを除算して比
例定数を得ることにする。
【００６７】ステップＳＰ５では、ＣＰＵ１５は、複素
ベクトル符号統一処理サブプログラムの制御により、Ｒ
ＡＭ１４の所定の記憶領域に記憶されている各角周波数
毎のＮ個の正の固有値λpに対する（Ｎ×Ｎ）個の固有
ベクトルψp,n(ω)より、式（３７）で表される複素ベ
クトルＶψp,n(ω)を作成した後、複素ベクトルＶψp,n
(ω)の符号を統一してＲＡＭ１４の所定の記憶領域に記
憶する複素ベクトル符号統一処理を実行する。
【００６８】
【数３７】 Ｖψp,n(ω)＝Ｒｅ（Ｖψp,n(ω)）＋jＩｍ（Ｖψp,n(ω)） …（３ ７）
【００６９】式（３７）において、Ｖψp,n(ω)は、式
（３８）で表される行列形式の複素ベクトルである。Ｖ
は複素ベクトルであることを示している。
【００７０】
【数３８】
【００７１】まず、前提として、固有値λpの符号は既
知であるとし、例えば、第ｐ番目の固有値λpは当該符
号をとるものとする。多くの場合、骨Ｍｂの音響インピ
ーダンスは生体の軟組織Ｍａの音響インピーダンスより
大きいので、このように仮定できる。また、固有値λp
に対する複素ベクトルＶψp,n(ω)は規格化されている
とする。すなわち、複素ベクトルＶψp,n(ω)の大きさ
は１であるとする。ここで、複素ベクトルＶψp,n(ω)
の大きさが１であるとは、複素ベクトルＶψp,n(ω)が
式（３９）で表されることを意味する。
【００７２】
【数３９】
【００７３】複素ベクトルＶψp,n(ω)は、図６（ａ）
に示すように、１つの角周波数ωにおいて、向きが１８
０゜異なるものも存在し、かつ、対応する固有値λ
pは、固有値（−λp）とペアをなし、固有値（−λp）
に対する複素ベクトルは固有値λpに対する複素ベクト
ルと位相が９０゜回転したものに対応する。すなわち、
絶対値が｜λp｜である固有値（±λp）に対する複素ベ
クトルＶψp,n(ω)は、同一の角周波数ωについて４個
存在する。したがって、固有値λpに対する複素ベクト
ルＶψp,n(ω)を角周波数の変化に従って追跡する場
合、隣接する複素ベクトルＶψp,n（ω＋Δω）とのな
す角θが４５゜より大きいと、複素ベクトルＶψ
p,n(ω)を正しく追跡できなくなってしまう。図６
（ｂ）の例では、固有値λpに対する角周波数ω1の複素
ベクトルＶψp,n（ω1）に隣接する角周波数（ω1＋Δ
ω）の複素ベクトルＶψp,n（ω1＋Δω）を追跡する
際、角θが４５゜より大きいと、誤って固有値（−
λp）に対する角周波数（ω1＋Δω）の複素ベクトルＶ
ψp,n（ω 1＋Δω）を選択してしまう。これにより、後
述する画像化処理（ステップＳＰ６）において誤った画
像をディスプレイ１６に表示してしまうことになる。
【００７４】そこで、上記したステップＳＰ１のエコー
信号検出処理において、超音波パルスＡｉを３ｋＨｚず
つステップさせながら送信すると共に、このステップＳ
Ｐ５の複素ベクトル符号統一処理において、Ｖψ
p,n(ω)の向きを角周波数で連続させる。まず、周波数
変化のステップを３ｋＨｚに設定した理由について説明
する。上記のように、隣接する複素ベクトルＶψ
p,n(ω)と複素ベクトルＶψp, n（ω＋Δω）とのなす角
θは、４５゜より小さくなければならないから、角周波
数間隔Δωと、上記した最終到達時間Ｔとの積（Δω
Ｔ）が、（π／４）より小さくなければならない。すな
わち、式（４０）が満足されなければならない。
【００７５】
【数４０】ΔωＴ≦π／４ …（４０）
【００７６】角周波数ωは２πｆと表させるから、式
（４０）は、上記した式（３１）となる。この例におい
ては、超音波トランスデューサユニット４の送受信面４
ａから骨Ｍｂまでの距離は１６０ｍｍであるから、最終
到達時間Ｔは｛（１６０（ｍｍ）×２）／１５００（ｍ
／ｓ）｝＝２１３μｓとなる。したがって、式（３１）
より周波数変化のステップΔｆは略５８６Ｈｚ以下とし
なければならないはずであるが、上記した仮想センサ面
の考え方を採用することにより、周波数変化のステップ
Δｆを３ｋＨｚに設定している。
【００７７】次に、複素ベクトルＶψp,n(ω)の向きを
角周波数で連続させる処理について説明する。複素ベク
トルＶψp,n(ω)を算出すべき角周波数範囲内（最小角
周波数ω1〜最大角周波数ω334）において、最小角周波
数ω1から第ｑ番目の角周波数をωq（ｑ＝１,２,…,３
３４）とし、ｑが２以上の時は、次のアルゴリズムに従
って、順次複素ベクトルＶψp,n（ωq）を決定する。
【００７８】
【数４１】
【００７９】以上の処理により、複素ベクトルＶψ
p,n(ω)の符号が統一され、その向きが複素ベクトルＶ
ψp,n（ω1）から複素ベクトルＶψp,n（ω334）まで連
続的に変化するものになる。
【００８０】ステップＳＰ６では、ＣＰＵ１５は、画像
化処理サブプログラムの制御により、ディスプレイ１６
の画面に、骨Ｍｂの形状を３次元画像（図３参照）とし
て表示する処理を実行する。この処理では、まず、第ｐ
番目の固有値λpに対する複素ベクトルＶψp,n(ω)から
音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を求める処理をすべての
角周波数ω1〜ω334及びすべてのセル６1〜６64につい
て行う。次に、得られた音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)
を逆フーリエ変換して得られた関数φp(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)か
ら時刻ｔ＝０での音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)（＝φp(ｔ,
ｘ,ｙ,ｚ)（ｔ＝０））を求める。これにより、音場の
関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)は、骨Ｍｂの表面に沿った波面を形
成するので、その波面を骨Ｍｂの表面と対応させ、固有
値λpを骨Ｍｂの反射率に対応させることにより、画像
化する。この場合、反射率が異なる領域があれば、反射
率毎に画像化される。
【００８１】まず、ＣＰＵ１５は、式（４１）に基づい
て、第ｐ番目の固有値λpに対する複素ベクトルＶψp,n
(ω)から音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を求める処理を
すべての角周波数ω1〜ω334及びすべてのセル６1〜６
64について行う。
【００８２】
【数４２】
【００８３】式（４１）において、Φn（ωq,ｘ,ｙ,ｚ)
は、その中心座標が座標(ｘn,ｙ n,ｚn）である第ｎ番目
のセル６nに角周波数ωq及び振幅１の電気パルス信号を
印加した場合にセル６nから送信される超音波パルスに
より座標(ｘ,ｙ,ｚ)に形成される複素音場の関数であ
る。 ［１］ セル６nが点音源とみなせる場合には、関数Φn
（ωq,ｘ,ｙ,ｚ)は、式（４２）で表される。
【００８４】
【数４３】
【００８５】式（４２）において、ＡPは周波数依存の
比例定数、ｋ＝ω／ｃ、ｃは媒体中の音速であり、既知
とする。例えば、軟組織の場合、水と同じ１５００ｍ／
ｓとして良い。また、ｒは、式（４３）で表される。
【００８６】
【数４４】
【００８７】［２］ セル６nが、平面剛体壁に囲まれ
た円形ピストン振動音源と見なせる場合には、関数Φn
（ωq,ｘ,ｙ,ｚ)は、式（４４）で表される。
【００８８】
【数４５】
【００８９】式（４４）において、ＡRは比例定数、Ｊ1
は１次のベッセル関数、ａRは音源の半径である。ま
た、ｓｉｎθは式（４５）で表される。
【００９０】
【数４６】
【００９１】式（４５）において、（ｎｘ,ｎｙ,ｎｚ)
は音源の大きさ１の法線ベクトル、×はベクトル積を表
す。なお、式（４４）の他の記号の意味は［１］の点音
源の場合と略同様である。
【００９２】［３］ セル６nが剛壁に囲まれた矩形音
源と見なせる場合には、関数Φn（ωq,ｘ,ｙ,ｚ)は、式
（４６）で表される。
【００９３】
【数４７】
【００９４】式（４６）において、２ａSは矩形のｘ軸
方向の長さ、２ｂSは矩形のｙ軸方向の長さ、α及びβ
はそれぞれベクトル(ｘ−ｘn,ｙ−ｙn,ｚ−ｚn）とｘ軸
及びｙ軸とのなす角である。また、ｓｉｎｃ（Ｄ）は、
Ｄについて式（４７）を意味する。なお、式（４６）の
他の記号の意味は［１］の点音源の場合と略同様であ
る。
【００９５】
【数４８】
【００９６】なお、［２］及び［３］の詳細について
は、「超音波基礎工学」（山本美明著、日刊工業新聞社
刊、第５６ページ〜第５８ページ）を参照されたい。
【００９７】次に、ＣＰＵ１５は、得られた音場の関数
φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を逆フーリエ変換して音場の関数φp
(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)を得た後、その音場の関数φp(ｔ,ｘ,ｙ,
ｚ)にｔ＝０を代入して、時刻ｔ＝０での音場の関数φp
(ｘ,ｙ,ｚ)を求める。これにより、音場の関数φp(ｘ,
ｙ,ｚ)は、骨Ｍｂの表面に沿った波面を形成するので、
ＣＰＵ１５は、音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)の波面を骨Ｍ
ｂの表面と対応させ、固有値λpを骨Ｍｂの反射率に対
応させることにより、画像化し、図３に示すように、デ
ィスプレイ１６に画像表示する。この場合、反射率が異
なる領域があれば、反射率毎に画像化される。また、す
べての音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)について画像化するの
ではなく、音場の大きさが所定の大きさ以上の場所につ
いてだけ濃淡をつけ、それと共に、固有値λpに先に求
めた比例定数を乗算した結果である反射率の位置情報を
その濃淡に関連付けても良い。
【００９８】ここで、図７に示すように、骨Ｍｂの代わ
りにダミーとして、音響インピーダンスが骨Ｍｂの音響
インピーダンスに近い直径４０．０ｍｍのベークライト
製の球体（反射率；約０．６、密度；１．５ｇ／ｃ
ｍ3、音速；４０００ｍ／ｓ）を（０．０,０．０,１６
０．０）が中心座標となるように、媒体としての水（密
度；１．０ｇ／ｃｍ3、音速；１５００ｍ／ｓ）の中に
配置すると共に、６４個のセル６1〜６64を１４ｍｍの
ピッチで原点（０,０,０）を中心に配置して、６４個の
セル６1〜６64による超音波パルスＡｉの送信及び骨エ
コーＡｅの受信を行い、ゲート処理において上記矩形窓
を示す関数をゲート関数ｇ(ｔ)に用いた場合の第１（最
大）固有値λ1に対応した音場の画像の一例を図８に示
す。図８（ａ）は従来例による画像、すなわち、すべて
のエコー信号Ｓm,n(ｔ)を用いることにより得られた画
像、図８（ｂ）はこの例による画像、すなわち、すべて
のエコー信号Ｓm,n(ｔ)のうち、ｍ＝ｎの場合のエコー
信号Ｓ1,1(ｔ),Ｓ 2,2(ｔ),…,Ｓ64,64(ｔ)については値
０に代えることにより得られた画像である。なお、従来
例とこの例とは他の条件はすべて同一に設定されてい
る。
【００９９】図８から分かるように、この例において
は、仮想センサ面という考え方を採用して周波数変化の
ステップを３ｋＨｚに設定し、送信される超音波パルス
Ａｉの周波数の数を３３４個に減少させると共に、超音
波パルスＡｉを送信したセル６自身が受信したエコー信
号Ｓ1,1(ｔ),Ｓ2,2(ｔ),…,Ｓ64,64(ｔ)に代えて値０を
用いても、従来例と何等遜色のない結果が得られる。反
射率の誤差は、略３％程度であり、支障はない。
【０１００】このように、この例の構成によれば、超音
波パルスＡｉを送信したセル６自体が受信したエコー信
号Ｓ1,1(ｔ),Ｓ2,2(ｔ),…,Ｓ64,64(ｔ)に代えて値０を
用いることにより、近距離不感帯の発生を抑制でき、信
頼性の高い結果が得られる。したがって、近距離不感帯
が発生しにくい超音波トランスデューサを開発する必要
がないため、通常の超音波トランスデューサを用いるこ
とができ、また、超音波トランスデューサと骨との距離
を自由に設計することができる。これにより、装置開発
の時間も費用も削減できるし、装置設計の自由度が広め
られるので、装置の開発が容易となる。
【０１０１】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の実施例においては、ステップＳＰ１のエコー信号検出
処理において、１つのセル６から周波数範囲０．２５〜
１．２５ＭＨｚの超音波パルスＡｉを３ｋＨｚずつステ
ップさせながら繰り返し送信する例を示したが、これに
限定されず、同一周波数の超音波パルスＡｉを各セル６
から順次送信する処理を周波数範囲０．２５〜１．２５
ＭＨｚについて３ｋＨｚずつステップさせながら繰り返
すようにしても良い。また、上述の実施例においては、
ステップＳＰ６の画像化処理において、Ｎ個すべての固
有値λpについて音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)を求める例を
示したが、これに限定されず、画像化に有効なＮ個より
少ない個数の固有値λpについて音場の関数φp(ｘ,ｙ,
ｚ)を求めるようにしても良い。この場合には、演算処
理時間がその分さらに短縮できる。さらに、上述の実施
例においては、ステップＳＰ３のフーリエ変換処理にお
いて、ゲート処理により得られたエコー信号Ｓgm,n(ｔ)
をフーリエ変換した後、散乱行列Ｓ(ω)を作成する例を
示したが、これに限定されず、散乱行列Ｓ(ω)を作成し
た後その結果をフーリエ変換してももちろん良い。
【０１０２】また、上述の実施例においては、反射率を
求めるのに、反射率が既知の物体についても、上記した
ステップＳＰ１〜ＳＰ４の処理を行い、固有値及びそれ
に対する固有ベクトルを算出し、得られた固有値で対応
する固有値λpを除算して比例定数を得る例を示した
が、これに限定されない。要するに、実対称行列Ｓ'
(ω)の固有値問題を処理して得られた固有値λpに比例
する量を反射率の絶対値とすれば良い。さらに、上述の
実施例においては、反射率を求めるのに、ステップＳＰ
４の固有値問題処理において、実対称行列Ｓ'V(ω)の固
有値問題を処理して実対称行列Ｓ'V(ω)の固有値λVpと
固有ベクトルψVp,n(ω)とを決定した後、（Ｎ×Ｎ）の
散乱行列Ｓ(ω)に対応した（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列
Ｓ'(ω)の固有値λp及びそれに対する固有ベクトルψ
p,n(ω)を求める例を示したが、これに限定されない。
要するに、式（４８）を満足する十分絶対値がＮ個以下
の大きな実数値λp及び関数ψp(ω)（１≦ｐ≦Ｎ）を求
め、実数値λpに比例する量を反射率の絶対値とすれば
良い。
【０１０３】
【数４９】
【０１０４】式（４８）において、Ｓm,n(ω)は散乱行
列Ｓ(ω)の成分、ψn(ω)は第ｎ番目のセル６nから骨Ｍ
ｂに向かって送信される超音波パルス、ψ* m(ω)はψ
m(ω)の複素共役である。
【０１０５】また、上述の実施例においては、パルス発
生器８を６４個設けた例を示したが、これに限定され
ず、１個のみ設けると共に、切替器を設け、ＣＰＵ１５
の制御により、その出力を順次整合回路９1〜９64を介
してセル６1〜６64に供給するようにしても良い。さら
に、セル６は、厚み振動型に限らず、撓み振動型でも良
い。セル６の個数も６４個に限定されるものではなく、
必要に応じて、増減できる。さらに、図４に示すように
所定のピッチでセル６を配列する必要はなく、任意で良
い。
【０１０６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、近距離不感帯の発生を抑制できるので、信頼性
の高い結果が得られる。したがって、超音波トランスデ
ューサの仕様を厳しく制限する必要がないし、超音波ト
ランスデューサと骨との距離を任意に設定することがで
きる。これにより、装置を安価に構成できると共に、自
由な装置設計が可能となり、装置開発を順調に行うこと
ができる。また、請求項４及び１３記載の発明の構成に
よれば、仮想センサ面の考え方を採用することにより、
超音波パルスの周波数の数を減らすことができるので、
処理時間を短縮できる。また、請求項５，６，１４及び
１５記載の発明の構成によれば、超音波変換要素の最初
の残響や骨と超音波変換要素との間の多重反射等に関す
るノイズが除去され、骨からの１次反射波信号のみが抽
出されるので、一段と精確な測定が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である骨粗鬆症診断装置の
電気的構成を示すブロック図である。
【図２】同診断装置の外観図である。
【図３】同診断装置の使用状態を示す模式図である。
【図４】同診断装置で使用される超音波トランスデュー
サユニットの構成を示す斜視図である。
【図５】同診断装置の動作処理手順を示すフローチャー
トである。
【図６】同診断装置の動作処理の１つである画像化処理
を説明するための図である。
【図７】６４個のセルとダミーとの位置関係を説明する
ための図である。
【図８】従来例及びこの発明の一実施例である骨粗鬆症
診断装置における画像化処理によって画像化されたダミ
ーの画像の一例を示す図であり、（ａ）が従来例による
画像、（ｂ）がこの実施例による画像である。
【符号の説明】
Ａｉ 超音波パルス Ａｅ 骨エコー Ｍｂ 骨 ４ 超音波トランスデューサユニット ６1〜６64 セル（超音波変換要素） ８1〜８64 パルス発生器（エコー信号検出手段） １０1〜１０64 増幅器（エコー信号検出手段） １１1〜１１64 波形整形器（エコー信号検出手段） １２1〜１２64 Ａ／Ｄ変換器（エコー信号検出手段） １５ ＣＰＵ（エコー信号検出手段、ゲート処理
手段、フーリエ変換手段、算出手段、画像化処理手段） １６ ディスプレイ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２次元的に任意に配置され、超音波パル
    スを被験者の生体内部に送信すると共に、測定部位であ
    る骨からのエコーを受信するためのＮ個（Ｎは２以上の
    自然数）の超音波変換要素からなる超音波トランスデュ
    ーサユニットと、 前記Ｎ個の超音波変換要素のうち、第ｎ番目（ｎ＝１,
    ２,…,Ｎ）の超音波変換要素から所定周波数範囲内の超
    音波パルスを送信させ、それに基づく前記骨からのエコ
    ーを第ｍ番目（ｍ＝１,２,…,Ｎ）の超音波変換要素に
    よって受信させる処理を前記Ｎ個の超音波変換要素につ
    いて行うことにより前記Ｎ個の超音波変換要素から出力
    される（Ｎ×Ｎ）個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)を検出し、
    ｍ＝ｎの場合のエコー信号Ｓ1,1(ｔ),Ｓ2,2(ｔ),…,Ｓ
    64,64(ｔ)については値を０とするエコー信号検出手段
    と、 前記（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)を
    （Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ω)にフーリ
    エ変換するフーリエ変換手段と、 前記（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ω)に関
    する式（１）の方程式を成立させる実数値λ1,λ2,…
    …,λNのうち、絶対値の大きい方から数えて、単数又は
    複数の実数値λp（１≦ｐ≦Ｎ）を求めると共に、前記
    単数又は複数の実数値λpに対応する単数又は複数の関
    数ψp(ω)を算出する算出手段とを備えてなることを特
    徴とする骨粗鬆症診断装置。 【数１】 式（１）において、ψ* m(ω)はψm(ω)の複素共役であ
    る。
  2. 【請求項２】 前記所定周波数範囲に対応する角周波数
    範囲及び前記Ｎ個の超音波変換要素について、前記単数
    又は複数の実数値λpに対応する単数又は複数の関数ψp
    (ω)から音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を求め、前記音
    場の関数φ p（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を逆フーリエ変換して得ら
    れた関数φp(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)から時刻ｔ＝０での音場の関
    数φp(ｘ,ｙ,ｚ)（＝φp(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)（ｔ＝０））を
    求め、該音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)及び前記単数又は複
    数の実数値λpに基づいて前記骨を画像化する画像化処
    理手段を備えてなることを特徴とする請求項１記載の骨
    粗鬆症診断装置。
  3. 【請求項３】 前記算出手段は、前記（Ｎ×（Ｎ−
    １））個のエコー信号Ｓ m,n(ω)から作成される（Ｎ×
    Ｎ）の複素対称行列であり、式（２）で表される散乱行
    列Ｓ(ω)から、式（３）で表される（２Ｎ×２Ｎ）の実
    対称行列Ｓ'(ω)を求め、前記実対称行列Ｓ'(ω)の固有
    値問題を処理して固有値及びそれに対する固有ベクトル
    を求め、前記固有値のうち、絶対値の大きい方から数え
    て、単数又は複数の固有値を前記単数又は複数の実数値
    λpとすると共に、前記単数又は複数の固有値に対する
    単数又は複数の固有ベクトルを前記単数又は複数の実数
    値λpに対応する単数又は複数の関数ψp(ω)とすること
    を特徴とする請求項１又は２記載の骨粗鬆症診断装置。 【数２】 式（２）において、Ｓm,n(ω)は、第ｎ番目の超音波変
    換要素（ｎ＝１,２,……,Ｎ）から超音波パルスを送信
    した時の骨からのエコーを第ｍ番目の超音波変換要素
    （ｍ＝１,２,……,Ｎ）が受信するときの時間の関数で
    あるエコー信号Ｓm,n(ｔ)に対応している。 【数３】 式（３）において、Ｒｅ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)の
    実部、Ｉｍ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)の虚部である。
  4. 【請求項４】 前記算出手段は、式（４）で表される
    （Ｎ×Ｎ）の複素対称行列ＳV(ω)から、式（５）で表
    される（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'V(ω)を求め、前
    記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有値問題を処理して固有値及
    びそれに対する固有ベクトルを求め、前記実対称行列
    Ｓ'V(ω)の固有値を前記実対称行列Ｓ'(ω)の固有値と
    し、前記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有ベクトルとｅｘｐ(j
    ωτ V)との積を前記実対称行列Ｓ'(ω)の固有ベクトル
    とすることを特徴とする請求項３記載の骨粗鬆症診断装
    置。 【数４】 ＳV(ω)＝Ｓ(ω)・ｅｘｐ(２jωτV) …（４） 式（４）において、τVは前記超音波トランスデューサ
    ユニットの送受信面から送信された超音波パルスが前記
    送受信面と前記骨との間の任意の位置に到達するまでの
    時間である。 【数５】 式（５）において、Ｒｅ（ＳV(ω)）は複素対称行列ＳV
    (ω)の実部、Ｉｍ（ＳV(ω)）は複素対称行列ＳV(ω)の
    虚部である。
  5. 【請求項５】 前記骨からの１次反射波信号のみを抽出
    するためのゲート関数ｇ(ｔ)と、前記エコー信号Ｓ
    m,n(ｔ)とを乗算するゲート処理手段を備えてなること
    を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の骨粗
    鬆症診断装置。
  6. 【請求項６】 前記ゲート関数ｇ(ｔ)は、前記エコー信
    号Ｓm,n(ｔ)のうち、前記１次反射波信号と推定される
    部分で振幅が略１で、その他の部分で振幅が略０の矩形
    窓を示す関数、又は式（６）で示される正規関数である
    ことを特徴とする請求項５記載の骨粗鬆症診断装置。 【数６】 式（６）において、ｔ0はエコー信号Ｓm,n(ｔ)が最大振
    幅になる時間、τは２２０μｓである。
  7. 【請求項７】 前記エコー信号検出手段は、前記所定周
    波数範囲内において、前記超音波変換要素から送信され
    た超音波パルスが前記骨まで伝搬された後、前記骨にお
    いて反射され、再び前記超音波変換要素に到達するまで
    の時間である最終到達時間をＴとした場合の（１／８
    Ｔ）より十分小さい周波数間隔で、前記超音波パルスの
    周波数を変更して周波数毎の前記（Ｎ×Ｎ）個のエコー
    信号Ｓm ,n(ｔ)を検出することを特徴とする請求項１乃
    至６のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断装置。
  8. 【請求項８】 前記算出手段は、前記単数又は複数の実
    数値λpから又は前記単数又は複数の実数値λpに所定の
    比例定数を乗じて、前記骨の反射率を求めることを特徴
    とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の骨粗鬆症診
    断装置。
  9. 【請求項９】 測定部位となる前記骨は、腰椎、上腕
    骨、脛骨、踵骨又は大腿骨頚部であることを特徴とする
    請求項１乃至８のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断装
    置。
  10. 【請求項１０】 ２次元的に任意に配置され、超音波パ
    ルスを被験者の生体内部に送信すると共に、測定部位で
    ある骨からのエコーを受信するためのＮ個（Ｎは２以上
    の自然数）の超音波変換要素からなる超音波トランスデ
    ューサユニットを備え、 前記Ｎ個の超音波変換要素のうち、第ｎ番目（ｎ＝１,
    ２,…,Ｎ）の超音波変換要素から所定周波数範囲内の超
    音波パルスを送信させ、それに基づく前記骨からのエコ
    ーを第ｍ番目（ｍ＝１,２,…,Ｎ）の超音波変換要素に
    よって受信させる処理を前記Ｎ個の超音波変換要素につ
    いて行うことにより前記Ｎ個の超音波変換要素から出力
    される（Ｎ×Ｎ）個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)を検出し、
    ｍ＝ｎの場合のエコー信号Ｓ1,1(ｔ),Ｓ2,2(ｔ),…,Ｓ
    64,64(ｔ)については値を０とし、前記（Ｎ×（Ｎ−
    １））個のエコー信号Ｓm,n(ｔ)をフーリエ変換して得
    られた（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信号Ｓm,n(ω)に
    関する式（７）の方程式を成立させる実数値λ1,λ2,…
    …,λNのうち、絶対値の大きい方から数えて、単数又は
    複数の実数値λp（１≦ｐ≦Ｎ）を求めると共に、前記
    単数又は複数の実数値λpに対応する単数又は複数の関
    数ψp(ω)を算出することを特徴とする骨粗鬆症診断方
    法。 【数７】 式（７）において、ψ* m(ω)はψm(ω)の複素共役であ
    る。
  11. 【請求項１１】 前記所定周波数範囲に対応する角周波
    数範囲及び前記Ｎ個の超音波変換要素について、前記単
    数又は複数の実数値λpに対応する単数又は複数の関数
    ψp(ω)から音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を求め、前記
    音場の関数φp（ω,ｘ,ｙ,ｚ)を逆フーリエ変換して得
    られた関数φp(ｔ,ｘ,ｙ,ｚ)から 時刻ｔ＝０での音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)（＝φp(ｔ,
    ｘ,ｙ,ｚ)（ｔ＝０）） を求め、該音場の関数φp(ｘ,ｙ,ｚ)及び前記単数又は
    複数の実数値λpに基づいて前記骨を画像化することを
    特徴とする請求項１０記載の骨粗鬆症診断方法。
  12. 【請求項１２】 前記（Ｎ×（Ｎ−１））個のエコー信
    号Ｓm,n(ω)から作成される（Ｎ×Ｎ）の複素対称行列
    であり、式（８）で表される散乱行列Ｓ(ω)から、式
    （９）で表される（２Ｎ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'(ω)
    を求め、前記実対称行列Ｓ'(ω)の固有値問題を処理し
    て固有値及びそれに対する固有ベクトルを求め、前記固
    有値のうち、絶対値の大きい方から数えて、単数又は複
    数の固有値を前記単数又は複数の実数値λpとすると共
    に、前記単数又は複数の固有値に対する単数又は複数の
    固有ベクトルを前記単数又は複数の実数値λpに対応す
    る単数又は複数の関数ψp(ω)とすることを特徴とする
    請求項１０又は１１記載の骨粗鬆症診断方法。 【数８】 式（８）において、Ｓm,n(ω)は、第ｎ番目の超音波変
    換要素（ｎ＝１,２,……,Ｎ）から超音波パルスを送信
    した時の骨からのエコーを第ｍ番目の超音波変換要素
    （ｍ＝１,２,……,Ｎ）が受信するときの時間の関数で
    あるエコー信号Ｓm,n(ｔ)に対応している。 【数９】 式（９）において、Ｒｅ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)の
    実部、Ｉｍ（Ｓ(ω)）は散乱行列Ｓ(ω)の虚部である。
  13. 【請求項１３】 式（１０）で表される（Ｎ×Ｎ）の複
    素対称行列ＳV(ω)から、式（１１）で表される（２Ｎ
    ×２Ｎ）の実対称行列Ｓ'V(ω)を求め、前記実対称行列
    Ｓ'V(ω)の固有値問題を処理して固有値及びそれに対す
    る固有ベクトルを求め、前記実対称行列Ｓ'V(ω)の固有
    値を前記実対称行列Ｓ'(ω)の固有値とし、前記実対称
    行列Ｓ'V(ω)の固有ベクトルとｅｘｐ(jωτV）との積
    を前記実対称行列Ｓ'(ω)の固有ベクトルとすることを
    特徴とする請求項１２記載の骨粗鬆症診断方法。 【数１０】 ＳV(ω)＝Ｓ(ω)・ｅｘｐ(２jωτV) …（１０） 式（１０）において、τVは前記超音波トランスデュー
    サユニットの送受信面から送信された超音波パルスが前
    記送受信面と前記骨との間の任意の位置に到達するまで
    の時間である。 【数１１】 式（１１）において、Ｒｅ（ＳV(ω)）は複素対称行列
    ＳV(ω)の実部、Ｉｍ（ＳV(ω)）は複素対称行列Ｓ
    V(ω)の虚部である。
  14. 【請求項１４】 前記フーリエ変換する前に、前記骨か
    らの１次反射波信号のみを抽出するためのゲート関数ｇ
    (ｔ)と、前記エコー信号Ｓm,n(ｔ)とを乗算することを
    特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１に記載の骨
    粗鬆症診断方法。
  15. 【請求項１５】 前記ゲート関数ｇ(ｔ)は、前記エコー
    信号Ｓm,n(ｔ)のうち、前記１次反射波信号と推定され
    る部分で振幅が略１で、その他の部分で振幅が略０の矩
    形窓を示す関数、又は式（１２）で示される正規関数で
    あることを特徴とする請求項１４記載の骨粗鬆症診断方
    法。 【数１２】 式（１２）において、ｔ0はエコー信号Ｓm,n(ｔ)が最大
    振幅になる時間、τは２２０μｓである。
  16. 【請求項１６】 周波数毎の前記（Ｎ×Ｎ）個のエコー
    信号Ｓm,n(ｔ)を検出するには、前記所定周波数範囲内
    において、 前記超音波変換要素から送信された超音波パルスが前記
    骨まで伝搬された後、前記骨において反射され、再び前
    記超音波変換要素に到達するまでの時間である最終到達
    時間をＴとした場合の（１／８Ｔ）より十分小さい周波
    数間隔で前記超音波パルスの周波数を変更して行うこと
    を特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１に記載の
    骨粗鬆症診断方法。
  17. 【請求項１７】 前記単数又は複数の実数値λから又は
    前記単数又は複数の実数値λに所定の比例定数を乗じ
    て、前記骨の反射率を求めることを特徴とする請求項１
    ０乃至１６のいずれか１に記載の骨粗鬆症診断方法。
JP11101460A 1999-04-08 1999-04-08 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法 Pending JP2000287971A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11101460A JP2000287971A (ja) 1999-04-08 1999-04-08 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11101460A JP2000287971A (ja) 1999-04-08 1999-04-08 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000287971A true JP2000287971A (ja) 2000-10-17

Family

ID=14301325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11101460A Pending JP2000287971A (ja) 1999-04-08 1999-04-08 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000287971A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003260057A (ja) * 2002-02-19 2003-09-16 Biosense Inc マッピング装置およびマッピング方法
CN110285876A (zh) * 2019-07-01 2019-09-27 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种海洋声场全波解的获取方法
EP2907458B2 (en) † 2001-10-05 2021-01-27 Boston Scientific Limited Medical device for causing hemostasis

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2907458B2 (en) † 2001-10-05 2021-01-27 Boston Scientific Limited Medical device for causing hemostasis
JP2003260057A (ja) * 2002-02-19 2003-09-16 Biosense Inc マッピング装置およびマッピング方法
JP4689146B2 (ja) * 2002-02-19 2011-05-25 バイオセンス・ウエブスター・インコーポレーテツド マッピング装置およびマッピング方法
CN110285876A (zh) * 2019-07-01 2019-09-27 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种海洋声场全波解的获取方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4854212B2 (ja) 超音波診断装置
WO1996018342A1 (fr) Dispositif et procede de diagnostic de l'osteoporose
JP2008136860A (ja) 超音波診断装置およびその画像処理プログラム
EP0821913A1 (en) Method and apparatus for osteoporosis diagnosis
JP5281107B2 (ja) 超音波診断装置および超音波画像生成方法
CN102209496A (zh) 超声波诊断装置、超声波诊断装置的信号处理方法
KR20170045985A (ko) 초음파 영상장치 및 그 제어방법
WO2020110500A1 (ja) 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法
JP4469583B2 (ja) 超音波診断装置
JP2000287971A (ja) 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法
WO1997019641A1 (en) Apparatus and method for diagnosing osteoporosis
WO2010055818A1 (ja) 超音波診断装置、超音波診断装置の信号処理実行方法
JP2008142130A (ja) 超音波診断装置およびその制御処理プログラム
JPH11313820A (ja) 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法
JP3730743B2 (ja) 骨粗鬆症診断装置
JP5331839B2 (ja) 超音波プローブおよび超音波診断装置
JP2000316852A (ja) 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法
JPH11188034A (ja) 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法
JP2013244136A (ja) 超音波診断装置および超音波診断画像生成方法
JP2004305236A (ja) 超音波診断装置
Mohammed Investigation of Fluid Loading Effects on CMUT Arrays for Cardiac Imaging
Krit et al. Control of the biceps activity with the simple ultrasound probe
JPH0548130B2 (ja)
JP2023058108A (ja) 情報処理装置および超音波処理システム
JPH1176230A (ja) 骨粗鬆症診断装置及び骨粗鬆症診断方法