JP2001095797A - 超音波計測による生体内部の骨構造の可視化法 - Google Patents
超音波計測による生体内部の骨構造の可視化法Info
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- JP2001095797A JP2001095797A JP28092799A JP28092799A JP2001095797A JP 2001095797 A JP2001095797 A JP 2001095797A JP 28092799 A JP28092799 A JP 28092799A JP 28092799 A JP28092799 A JP 28092799A JP 2001095797 A JP2001095797 A JP 2001095797A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 生体の骨構造（例えば、骨の骨梁形状）を可
視化できる手段を提供する。 【構成】 超音波を用いた生体内の骨構造の可視化する
ために、１画素のサイズごとに離れた所のＡモード波形
を計測し、これを１組（隣り合う２本のＡモード波形、
または３本）取り出し、この波形強度について各画素サ
イズの距離にあるもの同士を数学的に比較、演算、補正
することにより当該画素の色区別（二値化画像）が決定
され、全体の形状が決まる可視化方法。
視化できる手段を提供する。 【構成】 超音波を用いた生体内の骨構造の可視化する
ために、１画素のサイズごとに離れた所のＡモード波形
を計測し、これを１組（隣り合う２本のＡモード波形、
または３本）取り出し、この波形強度について各画素サ
イズの距離にあるもの同士を数学的に比較、演算、補正
することにより当該画素の色区別（二値化画像）が決定
され、全体の形状が決まる可視化方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波計測によって、
生体内部の骨構造を可視化することで、皮質骨、海綿骨
の密度や構造を知ることができる装置に関するものであ
る。
生体内部の骨構造を可視化することで、皮質骨、海綿骨
の密度や構造を知ることができる装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】我が国では人口の高齢化がかなりの速度
で進んでいる。この傾向は今後も進むと推察され、平成
３２年には６５歳以上人口の割合が２５．５％と国民の
４人に１人の割合が高齢者という超高齢社会が到来する
と予測されている。このため、加齢と共に発症率が増加
する骨粗しょう症患者は１９９０年で５００万人、さら
に大腿骨頚部骨折患者は年間５万人、その治療費は年間
４００億円に達すると推計され、医療分野において大き
な問題となってくる。骨粗しょう症は、骨のカルシウム
などの成分が少なくなり骨量の減少を生じ、強度低下に
起因するひび割れや破損が起こりやすくなる病気で、女
性で６０歳以上の約３０％、男性で約１０％の人が該当
するといわれている。
で進んでいる。この傾向は今後も進むと推察され、平成
３２年には６５歳以上人口の割合が２５．５％と国民の
４人に１人の割合が高齢者という超高齢社会が到来する
と予測されている。このため、加齢と共に発症率が増加
する骨粗しょう症患者は１９９０年で５００万人、さら
に大腿骨頚部骨折患者は年間５万人、その治療費は年間
４００億円に達すると推計され、医療分野において大き
な問題となってくる。骨粗しょう症は、骨のカルシウム
などの成分が少なくなり骨量の減少を生じ、強度低下に
起因するひび割れや破損が起こりやすくなる病気で、女
性で６０歳以上の約３０％、男性で約１０％の人が該当
するといわれている。
【０００３】骨は骨膜、骨質（皮質骨、海綿骨）、骨髄
から構成されており、骨粗しょう症になると、皮質骨の
厚さと海綿骨の骨梁が減少する。この症状を評価する手
法としては、Ｘ線と超音波を使用したものが一般的であ
る。しかし、Ｘ線手法はＸ線が骨内部を透過する間に、
そのエネルギーがどの程度吸収されたものかを調べたも
のであり、骨内部の構造を知り得るまでには至っていな
い。また、Ｘ線は生体に大変有害であるが、骨粗しょう
症の可能性が高いと予測される約５０歳から６０歳以上
の人や、閉径後の女性などは、放射線被爆によるリスク
を負いながらの測定をやむなくされていた。
から構成されており、骨粗しょう症になると、皮質骨の
厚さと海綿骨の骨梁が減少する。この症状を評価する手
法としては、Ｘ線と超音波を使用したものが一般的であ
る。しかし、Ｘ線手法はＸ線が骨内部を透過する間に、
そのエネルギーがどの程度吸収されたものかを調べたも
のであり、骨内部の構造を知り得るまでには至っていな
い。また、Ｘ線は生体に大変有害であるが、骨粗しょう
症の可能性が高いと予測される約５０歳から６０歳以上
の人や、閉径後の女性などは、放射線被爆によるリスク
を負いながらの測定をやむなくされていた。
【０００４】そこで、人体に無害である超音波を用いて
骨粗しょう症を評価する方法も提案されている。例え
ば、超音波を患者（被検者）に送波して透過した受波信
号から骨内部の音速や減衰率を求め、これらを骨の症状
の評価指標としたものが提案されている（例えば特開平
６−３３９４７８号、特開平６−４７０４４号、特開平
８−２８０６７７号、特願平９−１４２８８７号等）。
しかし、骨の強度を正確に評価する際には、骨梁構造
（連続性、方向性）を知ることが必要になる。また、従
来から生体内の伝播速度が似通った複数の軟組織を可視
化する医療用超音波診断装置はあったが、海綿骨部分を
可視化する方法はなかった。これは、超音波の波長と減
衰の関係などの要因が考えられるが、特に得られた超音
波の反射波（エコー）の処理方法に問題があったと想定
される。
骨粗しょう症を評価する方法も提案されている。例え
ば、超音波を患者（被検者）に送波して透過した受波信
号から骨内部の音速や減衰率を求め、これらを骨の症状
の評価指標としたものが提案されている（例えば特開平
６−３３９４７８号、特開平６−４７０４４号、特開平
８−２８０６７７号、特願平９−１４２８８７号等）。
しかし、骨の強度を正確に評価する際には、骨梁構造
（連続性、方向性）を知ることが必要になる。また、従
来から生体内の伝播速度が似通った複数の軟組織を可視
化する医療用超音波診断装置はあったが、海綿骨部分を
可視化する方法はなかった。これは、超音波の波長と減
衰の関係などの要因が考えられるが、特に得られた超音
波の反射波（エコー）の処理方法に問題があったと想定
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】骨粗しょう症患者およ
びその治療費は年々増加すると推測されている。しかし
ながら、骨粗しょう症に対する効果的な治療法はまだ確
立されておらず、早い時期の検診で、骨量および骨強度
の減少を評価し骨折を予防することが重要である。従来
は骨粗しょう症の評価には、骨密度測定が主力であった
が、骨折には骨密度だけでなく骨の強度が大きくかかわ
ってくる為、患者（被検者）の骨梁形状を正確に知るこ
とも重要になってくる。そこで、本発明は、骨粗しょう
症の進行状態を超音波によって計測し、生体内部の骨構
造（例えば、骨の骨梁形状）の可視化ができる手段を持
つ装置を提供することを目的としたものである。
びその治療費は年々増加すると推測されている。しかし
ながら、骨粗しょう症に対する効果的な治療法はまだ確
立されておらず、早い時期の検診で、骨量および骨強度
の減少を評価し骨折を予防することが重要である。従来
は骨粗しょう症の評価には、骨密度測定が主力であった
が、骨折には骨密度だけでなく骨の強度が大きくかかわ
ってくる為、患者（被検者）の骨梁形状を正確に知るこ
とも重要になってくる。そこで、本発明は、骨粗しょう
症の進行状態を超音波によって計測し、生体内部の骨構
造（例えば、骨の骨梁形状）の可視化ができる手段を持
つ装置を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、人体に無害で
ある超音波を用いて、骨構造（例えば、骨の骨梁形状）
を可視化できるようにしたものである。具体的には受信
された波形に対応する画素を記憶演算装置内に仮想的に
用意（２次元ではｘ−ｙ、３次元ではｘ−ｙ−ｚ）し、
時間的に連続した超音波反射波形同士を数学的に比較、
演算、補正することにより差分をとり、その差が対応す
る画素間で規定値より大か小かによって二値化画像の色
を決定し全体の形状を可視化できるようにする。これに
より、超音波計測で患者（被検者）の骨梁形状を評価す
ることができる。
ある超音波を用いて、骨構造（例えば、骨の骨梁形状）
を可視化できるようにしたものである。具体的には受信
された波形に対応する画素を記憶演算装置内に仮想的に
用意（２次元ではｘ−ｙ、３次元ではｘ−ｙ−ｚ）し、
時間的に連続した超音波反射波形同士を数学的に比較、
演算、補正することにより差分をとり、その差が対応す
る画素間で規定値より大か小かによって二値化画像の色
を決定し全体の形状を可視化できるようにする。これに
より、超音波計測で患者（被検者）の骨梁形状を評価す
ることができる。
【０００７】
【作用】超音波によって骨内部を計測し、骨梁形状を可
視化することで、骨密度，骨強度を正確に評価すること
できる。また、放射線被爆がない定期検診として、今ま
でにない骨強度評価法の確立も期待できる。具体的に
は、骨組織（例えば、骨の骨梁形状）を，この超音波計
測によって可視化し、骨内部の骨梁形状を正確に計測す
る。このことは、骨粗しょう症の進行状態を画像として
正確に知ることができ、従来の方法より正確に骨量およ
び骨強度の減少を評価し、骨折の発生を予防することを
可能にする。
視化することで、骨密度，骨強度を正確に評価すること
できる。また、放射線被爆がない定期検診として、今ま
でにない骨強度評価法の確立も期待できる。具体的に
は、骨組織（例えば、骨の骨梁形状）を，この超音波計
測によって可視化し、骨内部の骨梁形状を正確に計測す
る。このことは、骨粗しょう症の進行状態を画像として
正確に知ることができ、従来の方法より正確に骨量およ
び骨強度の減少を評価し、骨折の発生を予防することを
可能にする。
【０００８】
【実施例】本発明を実施する骨粗しょう症の進行状態を
評価する装置のシステム例を図面に基づいて説明する
と、図１において、１は評価プログラムが内蔵されたコ
ンピュータ本体（ＰＣ）、２はディスプレイ（ＣＲ
Ｔ）、３は入力用のキーボード、４は超音波送受信器、
５は被験者の計測部位（例えば、かかと、膝、腕）に超
音波を放射する超音波探触子、６が画像などを印刷する
プリンターである。
評価する装置のシステム例を図面に基づいて説明する
と、図１において、１は評価プログラムが内蔵されたコ
ンピュータ本体（ＰＣ）、２はディスプレイ（ＣＲ
Ｔ）、３は入力用のキーボード、４は超音波送受信器、
５は被験者の計測部位（例えば、かかと、膝、腕）に超
音波を放射する超音波探触子、６が画像などを印刷する
プリンターである。
【０００９】ＣＰＵ１は超音波送受信器４からの信号を
もとに、演算処理して海綿骨内の骨梁形状を計測する。
さらに、超音波送受信器４はＰＣ１に接続され、一方こ
のＰＣ１はＣＲＴ２やプリンター６にも接続され、画像
処理された結果をこれらの装置に出力したり、記憶保持
したりするものである。
もとに、演算処理して海綿骨内の骨梁形状を計測する。
さらに、超音波送受信器４はＰＣ１に接続され、一方こ
のＰＣ１はＣＲＴ２やプリンター６にも接続され、画像
処理された結果をこれらの装置に出力したり、記憶保持
したりするものである。
【００１０】図２は、超音波送受信器４に接続された超
音波探触子５とその計測の様相を示すものである。超音
波探触子５は超音波送受信器４に接続されており、該超
音波探触子５から放射した超音波は生体内７を伝播す
る。この超音波は音響的性質の違う媒質同士の境界面で
一部は反射し、その他の超音波は透過する。一部の超音
波が反射した反射波（エコー）は、超音波の照射源であ
る超音波探触子から遠いものほど時間的に遅れて帰って
くる。この反射波を、同一の超音波探触子でとらえ、横
方向に時間遅れの順に、縦方向には反射波の強さを表示
することができる（Ａモード波形）。
音波探触子５とその計測の様相を示すものである。超音
波探触子５は超音波送受信器４に接続されており、該超
音波探触子５から放射した超音波は生体内７を伝播す
る。この超音波は音響的性質の違う媒質同士の境界面で
一部は反射し、その他の超音波は透過する。一部の超音
波が反射した反射波（エコー）は、超音波の照射源であ
る超音波探触子から遠いものほど時間的に遅れて帰って
くる。この反射波を、同一の超音波探触子でとらえ、横
方向に時間遅れの順に、縦方向には反射波の強さを表示
することができる（Ａモード波形）。
【００１１】骨は皮膚表面下の数ミリのところにあり、
表面から皮質骨の部分と内部は海綿状になり、細い骨梁
（骨梁；約０．２〜０．５ｍｍ程度の幅で３次元的な構
造）が全体または一部に存在し、主として力学的対応型
構造となり、骨髄と共に存在する。本発明である生体の
骨構造の可視化方法では、主として海綿骨の割合が多い
部分を測定する。これは骨粗しょう症の初期段階で、海
綿骨に骨量減少の変化が現れるからである。
表面から皮質骨の部分と内部は海綿状になり、細い骨梁
（骨梁；約０．２〜０．５ｍｍ程度の幅で３次元的な構
造）が全体または一部に存在し、主として力学的対応型
構造となり、骨髄と共に存在する。本発明である生体の
骨構造の可視化方法では、主として海綿骨の割合が多い
部分を測定する。これは骨粗しょう症の初期段階で、海
綿骨に骨量減少の変化が現れるからである。
【００１２】超音波探触子の走査方向をＸとする。初め
に測定する部位Ｘｎを超音波によって計測し、その計測
結果のＡモード波形を図３に示す。この時の波形を基本
波形とする。次いで、隣接した部位Ｘｎ＋１を計測し、
そのＡモード波形（図４）と基本波形を比較する。この
時、双方の波形の比較は、同じ距離のエコー強さ（振
幅）の値で行なうものとする。
に測定する部位Ｘｎを超音波によって計測し、その計測
結果のＡモード波形を図３に示す。この時の波形を基本
波形とする。次いで、隣接した部位Ｘｎ＋１を計測し、
そのＡモード波形（図４）と基本波形を比較する。この
時、双方の波形の比較は、同じ距離のエコー強さ（振
幅）の値で行なうものとする。
【００１３】画像を作成する時は輝度、色調の違う画素
を配列して構成される。本発明では、２つのＡモード波
形のエコー強さ（反射波の強さ）を比較する。具体的に
は、ある画素でのエコー強さ（振幅）の値の違いによ
り、色分けを行い，２値化画像を形成していく（差分
法）。次いで、順次隣接した箇所を超音波計測し、波形
のエコー強さ（反射波の強さ）を比較していくことで、
骨の内部を二値化画像として作成する。
を配列して構成される。本発明では、２つのＡモード波
形のエコー強さ（反射波の強さ）を比較する。具体的に
は、ある画素でのエコー強さ（振幅）の値の違いによ
り、色分けを行い，２値化画像を形成していく（差分
法）。次いで、順次隣接した箇所を超音波計測し、波形
のエコー強さ（反射波の強さ）を比較していくことで、
骨の内部を二値化画像として作成する。
【００１４】Ａモード波形の横方向は時間経過（距離）
を示し、縦方向はエコー強さ（反射波の強さ）を示す。
図５は隣り合うＡモード波形のＸｎとＸｎ＋１をある時
間通過点で差分演算したものである。この方法によって
２つのＡモード波形のエコー強さ差分が求められる。
を示し、縦方向はエコー強さ（反射波の強さ）を示す。
図５は隣り合うＡモード波形のＸｎとＸｎ＋１をある時
間通過点で差分演算したものである。この方法によって
２つのＡモード波形のエコー強さ差分が求められる。
【００１５】１つの画素として点ＸＡを得る。また、比
較する画素は点ＸA+1である。点ＸＡでのエコー強さを
Ａ１、点ＸA+1でのエコー強さをＡ２とすると、差分値
は次式から求められる。
較する画素は点ＸA+1である。点ＸＡでのエコー強さを
Ａ１、点ＸA+1でのエコー強さをＡ２とすると、差分値
は次式から求められる。
【００１６】
【数１】
【００１７】二値化画像を形成するので、しきい値をｋ
とおいて、ΔＡ≦ｋのときは同じ画素（同じ組織：２つ
の超音波は、骨梁もしくは骨髄にあたり反射したと判
断）、ΔＡ＞ｋのときは異なる画素（異なる組織：２つ
の超音波は、一方は骨梁，もう一方が骨髄で反射したと
判断）となり、二値化画像を得ることができる。このし
きい値は画像化におけるゲインとなる。図６には超音波
計測から得られたＡモード波形を利用して、骨内部の画
像化するまでのフローを示す。 図７には、以上のこと
をまとめた超音波による生体の骨構造の二値化画像作成
までの一連の流れを示す。
とおいて、ΔＡ≦ｋのときは同じ画素（同じ組織：２つ
の超音波は、骨梁もしくは骨髄にあたり反射したと判
断）、ΔＡ＞ｋのときは異なる画素（異なる組織：２つ
の超音波は、一方は骨梁，もう一方が骨髄で反射したと
判断）となり、二値化画像を得ることができる。このし
きい値は画像化におけるゲインとなる。図６には超音波
計測から得られたＡモード波形を利用して、骨内部の画
像化するまでのフローを示す。 図７には、以上のこと
をまとめた超音波による生体の骨構造の二値化画像作成
までの一連の流れを示す。
【００１８】
【発明の効果】本発明は上述のように、プログラムされ
たコンピュータによって、骨密度と骨梁形状を評価する
装置であって、超音波によって骨内部を計測し、骨密度
を求め、骨量および骨強度の評価をすることで、Ｘ線被
爆を避けた定期検診としての骨密度評価と骨強度評価法
の確立が期待できる。具体的には、骨粗しょう症の進行
状態を早い時期の検診で、骨量および骨強度の減少を評
価し、骨折を予防することが可能となる。
たコンピュータによって、骨密度と骨梁形状を評価する
装置であって、超音波によって骨内部を計測し、骨密度
を求め、骨量および骨強度の評価をすることで、Ｘ線被
爆を避けた定期検診としての骨密度評価と骨強度評価法
の確立が期待できる。具体的には、骨粗しょう症の進行
状態を早い時期の検診で、骨量および骨強度の減少を評
価し、骨折を予防することが可能となる。
【００１９】また、放射線被爆がないので定期的な検診
が実施でき、医師や保健婦は患者（被検者）の経時的な
骨の健康状態を把握できるようになる。さらに、医師や
保健婦などは、患者（被検者）の骨粗しょう症の進行状
態を把握したうえでの、日常・食生活、運動面などに対
して、的確なアドバイスおよび治療をすることができる
効果を奏する。
が実施でき、医師や保健婦は患者（被検者）の経時的な
骨の健康状態を把握できるようになる。さらに、医師や
保健婦などは、患者（被検者）の骨粗しょう症の進行状
態を把握したうえでの、日常・食生活、運動面などに対
して、的確なアドバイスおよび治療をすることができる
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生体軟硬組織の可視化装置概略構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】本発明のシステムの構成を示す説明図である。
【図３】超音波により計測したXn線上のAモード波形の
説明図である。
説明図である。
【図４】超音波により計測したXn+1線上のAモード波形
の説明図である。
の説明図である。
【図５】Xn線上とXn+1線上のAモード波形の差分演算説
明図である。
明図である。
【図６】超音波による生体軟硬組織の可視化のフローチ
ャート
ャート
【図７】超音波による生体内の骨構造の二値化画像作成
の流れ
の流れ
フロントページの続き (72)発明者 東 光司 石川県石川郡野々市町押野５丁目114番地 （102) Ｆターム(参考） 4C301 CC05 DD30 EE20 JB29 JB50 KK02
Claims (4)
- 【請求項１】 超音波計測によって生体内部の骨構造を
可視化する装置であって、超音波送受信器７と身体の生
体内８に音波が伝播するように接触した振動波形を計測
する超音波探触子６からなり、受信された波形に対応す
る画素を記憶演算装置内に仮想的に用意（２次元ではｘ
−ｙ、３次元ではｘ−ｙ−ｚ）し、時間的に連続した超
音波反射波形同士の差分をとり、その差が対応する画素
間で規定値より大か小かによって二値化画像の色を決定
することを特徴とする装置。 - 【請求項２】 超音波計測によって生体内部の骨構造を
可視化するプログラムを記録した媒体であって、超音波
計測によって受信された波形に対応する画素を記憶演算
装置内に仮想的に用意（２次元ではｘ−ｙ、３次元では
ｘ−ｙ−ｚ）し、時間的に連続した超音波反射波形同士
の差分をとり、その差が対応する画素間で規定値より大
か小かによって二値化画像の色を決定するプログラムを
記録した記録媒体。 - 【請求項３】 請求項１において、得られた画像を白黒
反転させて得られることを特徴とするネガ・ポジ画像作
成方法。 - 【請求項４】 請求項２において、基準値ｋが可視化対
象物により自由に選択できるようにしたことを特徴とす
る画像作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28092799A JP2001095797A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 超音波計測による生体内部の骨構造の可視化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28092799A JP2001095797A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 超音波計測による生体内部の骨構造の可視化法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001095797A true JP2001095797A (ja) | 2001-04-10 |
Family
ID=17631880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28092799A Pending JP2001095797A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 超音波計測による生体内部の骨構造の可視化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001095797A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007185212A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Gifu Univ | 超音波骨質計測器 |
| KR101025159B1 (ko) | 2010-03-17 | 2011-04-04 | 강원대학교산학협력단 | 정량적 초음파 기술을 이용한 골구조 예측방법 |
-
1999
- 1999-10-01 JP JP28092799A patent/JP2001095797A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007185212A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Gifu Univ | 超音波骨質計測器 |
| KR101025159B1 (ko) | 2010-03-17 | 2011-04-04 | 강원대학교산학협력단 | 정량적 초음파 기술을 이용한 골구조 예측방법 |
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