JP2001231788A - Bone treatment and healy-diagnosing method and its device - Google Patents

Bone treatment and healy-diagnosing method and its device

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JP2001231788A
JP2001231788A JP2000044703A JP2000044703A JP2001231788A JP 2001231788 A JP2001231788 A JP 2001231788A JP 2000044703 A JP2000044703 A JP 2000044703A JP 2000044703 A JP2000044703 A JP 2000044703A JP 2001231788 A JP2001231788 A JP 2001231788A
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Japan
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bone
ultrasonic
healing
treatment
callus
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JP2000044703A
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Masahiko Takano
正彦 高野
Takayuki Mizuta
隆之 水田
Chitose Nakatani
千歳 中谷
Masahiro Kurihara
昌宏 栗原
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Hitachi Ltd
Hitachi Advanced Systems Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Advanced Systems Corp
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4504Bones

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  • Surgical Instruments (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the heal of a lesion while treating a bone after a surgical operation, etc., by a noninvasive and simple means through the use of ultrasonic wave. SOLUTION: The degree of heal of a fracture is measured by roughly classifying a fracture recovery process into two and by using respectively proper methods. Since a callus grows in a part in the periphery of the lesion in a comparatively early stage after the bone is fractured, diagnosing is performed by recognizing the shape. Since a bone density is increased by the growth of the bone after bridging by the callus is completed, the degree of heal is diagnosed by evaluating the correlative density of the normal part and the lesion. A mechanism for freely adjusting a space dissolution improvement area in a visual field adjusts a focus area in a depth direction with a vibrator 5 as an annular array and also adjusts an angle direction by scanning the vibrator or a probe by a mechanical scanning system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、骨の治療・治癒診
断方法及び治療・治癒診断装置に係り、特に、外科手術
後等の骨の治療及び患部の治癒状態を計測する超音波信
号を用いた骨の治療・治癒診断方法及び治療・治癒診断
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for treating and healing a bone and a diagnostic apparatus for treating and healing a bone, and more particularly to an ultrasonic signal for measuring the healing state of a bone and the affected part after a surgical operation. The present invention relates to a treatment / healing diagnosis method and a treatment / healing diagnosis device for damaged bone.

【0002】[0002]

【従来の技術】骨折の治療促進を目的とした方法及び装
置に関する従来技術として、例えば、患部に電極を装着
して患部に電気刺激を与えるもの、患部全体を磁場中に
曝して患部に誘導電流を生じさせるもの等が知られてい
る。前者の従来技術は、電極装着が侵襲的であるものが
多く、患者への肉体的精神的負担が大きいのに加え、感
染症の恐れもある。また、後者の従来技術は、装置の規
模が巨大であり、効果が表われるまでの治療期間、1回
の治療時間が極めて長い(1日数時間程度)ため、患者
がその間拘束されてしまうものである。
2. Description of the Related Art As a conventional technique relating to a method and an apparatus for promoting treatment of a fracture, there are, for example, a method in which an electrode is attached to an affected part to apply electric stimulation to the affected part, and an induced current is applied to the affected part by exposing the entire affected part to a magnetic field. Are known. In the former prior art, the electrode mounting is often invasive, and the physical and mental burden on the patient is large, and there is also a risk of infection. In the latter conventional technique, the size of the apparatus is huge, and the treatment period until the effect is achieved, and the time of one treatment is extremely long (about several hours a day), so that the patient is restrained during that time. is there.

【0003】前述した電気刺激、磁場印加を用いる従来
技術は、何れも、前述した理由により、現在ほとんど用
いられていない。
[0003] None of the above-mentioned conventional techniques using electric stimulation and application of a magnetic field are currently used for the reasons described above.

【0004】これに対して、超音波照射による骨折治療
が近年注目されている。この方法は、音響エネルギーを
経皮的に骨折患部に照射することによって骨折部の治療
を促進させるという方法である。この超音波照射による
方法は、前述した電気刺激、磁場印加の方法が持ってい
る侵襲的、装置規模の巨大化、治療の長時間化、治療の
長期間化の問題点を解決することができるものである。
[0004] On the other hand, in recent years, attention has been paid to fracture treatment by ultrasonic irradiation. In this method, treatment of the fracture is promoted by irradiating the fracture with the acoustic energy percutaneously. The method using ultrasonic irradiation can solve the problems of the invasive, large-scale device, long treatment, and long treatment of the above-described methods of electric stimulation and magnetic field application. Things.

【0005】超音波照射による骨折治療に関する従来技
術として、例えば、特開平4−82567号公報、特開
平4−82568号公報等に記載された技術が知られて
いる。この従来技術は、超音波照射と電気刺激とを同時
に行うことにより、骨折患部の治癒を促すというもので
ある。また、他の従来技術として、例えば、特開平5−
220160号公報に記載された技術が知られている。
この従来技術は、照射する超音波を骨折患部の骨の表面
で集束させるように、骨と周辺組織との境界位置を測定
する装置を備えて、治療に適した超音波照射法を自動制
御するというものである。
[0005] As a conventional technique relating to fracture treatment by ultrasonic irradiation, for example, techniques described in JP-A-4-82567, JP-A-4-82568 and the like are known. This conventional technique promotes healing of a fractured site by simultaneously performing ultrasonic irradiation and electrical stimulation. As another conventional technique, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
The technique described in 220220 is known.
This prior art includes a device for measuring a boundary position between a bone and a surrounding tissue so that an ultrasonic wave to be irradiated is focused on a surface of a bone of a fracture affected part, and automatically controls an ultrasonic irradiation method suitable for treatment. That is.

【0006】さらに、他の従来技術として、特開平7−
108054号公報に記載された技術が知られている。
この従来技術は、骨折患部に複数の超音波トランスジュ
ーサを装着し、それぞれを時分割方式により励振制御す
ることにより治療効果の増大を図るというものである。
また、さらに他の従来技術として、特開平8−1872
65号公報、特開平8−332209号公報等に記載さ
れた技術が知られている。これらの従来技術は、骨折患
部の骨と骨との間隙に着目し、その空間により効率よく
音響エネルギを伝搬、照射することができるにしたもの
であり、骨と骨との間隙の距離が照射する超音波の1/
4波長となるように超音波の周波数を選定することによ
り、骨と骨との間隙の空間に定在波を確立させ、治療促
進を図るというものである。
Further, as another prior art, Japanese Patent Laid-Open No.
The technology described in 108054 is known.
In this prior art, a plurality of ultrasonic transducers are mounted on a fractured affected part, and the excitation effect is controlled in a time-division manner to increase the therapeutic effect.
Further, as another prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-1872
There are known techniques described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 65-65, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-332209, and the like. These prior arts focus on the gap between the bones of the fractured affected area, and can more efficiently transmit and irradiate acoustic energy to the space. 1 /
By selecting the frequency of the ultrasonic wave so as to be four wavelengths, a standing wave is established in the space between the bones to promote treatment.

【0007】前述した従来技術による超音波を使用する
骨折の治療方法及び装置は、その何れも、骨折患部の治
癒状態を計測する機能を備えないものであり、超音波照
射による治療に専念するものであって、治癒具合の診断
は別の方法及び装置に頼らざるを得ないものである。
[0007] None of the aforementioned methods and devices for treating fractures using ultrasonic waves according to the prior art have a function of measuring the healing state of an affected part of a fracture, and are dedicated to treatment by ultrasonic irradiation. However, the diagnosis of the healing condition must rely on another method and apparatus.

【0008】超音波を使用して治療と診断とを同時に行
う方法及び装置に関する従来技術として、唯一、特表平
9−505745号公報に記載された技術が知られてい
るが、この従来技術は、骨診断として、骨無機質密度、
強度、骨折率を定量的に計測するもので、骨折治癒度と
の相関関係が明確でない上、計測・解析・計算手段も複
雑なものである。
As the only prior art relating to a method and an apparatus for simultaneously performing treatment and diagnosis using ultrasonic waves, the technique described in Japanese Patent Publication No. 9-505745 is known. , As bone diagnosis, bone mineral density,
It measures strength and fracture rate quantitatively, and its correlation with fracture healing degree is not clear, and the measurement, analysis, and calculation means are complicated.

【0009】また、この従来技術は、患部を挟むように
2個1組のトランスジューサを用いているため、送信用
のトランスジューサ、被測定部位(患部)、受信用トラ
ンスジューサが直線上に乗っている必要があり、そのた
めのトランスジューサのアライメントを取ることが困難
なものである。さらに、この従来技術は、送信した超音
波のほとんどが患部(骨)表面で反射するため、透過す
る超音波のエネルギが極端に小さくなり、充分な透過エ
ネルギを得るために、送信エネルギを高くする必要があ
るが、そうすると、生体に対する安全基準内に送信する
超音波の強度を抑えることが困難となるという問題点を
生じてしまうものである。
In this prior art, since a pair of transducers are used so as to sandwich the affected part, the transmitting transducer, the part to be measured (affected part), and the receiving transducer must be on a straight line. Therefore, it is difficult to align the transducers. Further, in this conventional technique, since most of the transmitted ultrasonic waves are reflected on the surface of the affected part (bone), the energy of the transmitted ultrasonic waves is extremely small, and the transmission energy is increased in order to obtain sufficient transmitted energy. It is necessary, but this causes a problem that it is difficult to suppress the intensity of the ultrasonic wave transmitted within the safety standard for the living body.

【0010】また、一般に、超音波の照射による治療
は、照射する超音波の強度が強すぎると組織を破壊させ
る危険性があるため、照射する超音波の強度を一定の基
準値以下にする必要がある。前述した従来技術の多く
も、この点について考慮しており、照射する超音波の強
度に関して規定する記述がある。しかし、前述した従来
技術は、何れも、皮下比較的浅い部位にある骨を治療対
象としているものであり、皮膚と骨との間にある脂肪、
筋、腱等によって生じる超音波の減衰について考慮され
ていない。
[0010] Generally, in the treatment by irradiation of ultrasonic waves, if the intensity of the irradiated ultrasonic waves is too high, there is a risk of destroying the tissue. Therefore, it is necessary to reduce the intensity of the irradiated ultrasonic waves to a certain reference value or less. There is. Many of the above-mentioned prior arts also take this point into consideration, and there is a description specifying the intensity of the ultrasonic wave to be irradiated. However, all of the above-mentioned conventional techniques are intended to treat a bone located at a relatively shallow subcutaneous site, and the fat between the skin and the bone,
No consideration is given to the attenuation of ultrasonic waves caused by muscles, tendons and the like.

【0011】また、従来、骨粗鬆症の診断を目指した診
断方法に関する報告等は数多く見られるが、これらも骨
折治癒状態の計測を目的とした技術は知られていない。
[0011] In the past, there have been many reports on diagnostic methods aimed at diagnosing osteoporosis, but none of these techniques has been known for the purpose of measuring the state of fracture healing.

【0012】そして、現在の骨折治癒の診断は、骨折患
部のX線撮影によって得られた画像を医師が診て、医師
の主観的判断に基づいて行われている。すなわち、「治
癒した」という診断の基準は、骨折部位と健常部位との
比較により行われ、相対的な診断であると言える。
[0012] Diagnosis of fracture healing at present is performed based on a doctor's subjective judgment by examining an image obtained by X-ray imaging of the affected part of the fracture. In other words, the criteria for the diagnosis of “healed” is made by comparing the fractured part with the healthy part, and can be said to be a relative diagnosis.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
何れも、治療と診断とを同時に行うことができないもの
であり、治療と診断とを同時に行うことができるとして
も、計測・解析・計算手段が複雑なものになってしま
い、また、トランスジューサのアラインメントを取るこ
とが困難であるという問題点を有している。
The prior art described above is
In any case, the treatment and the diagnosis cannot be performed simultaneously. Even if the treatment and the diagnosis can be performed simultaneously, the measurement, analysis, and calculation means are complicated, and the alignment of the transducer is also difficult. Is difficult to take.

【0014】また、前述した従来技術は、照射する超音
波の強度について考慮しているものの、皮下脂肪や筋肉
によって減衰せしめられて骨表面に到達する超音波強度
についてはなんら考慮されておらず、踵骨などの皮下浅
部の骨しか治療の対象としていないものと思われ、大腿
骨等の皮下深部の骨折の場合、治療を施す場合に、必ず
しも意図した強度の超音波が骨の表面に到達いるとはい
えないという問題点を有している。
Although the above-mentioned prior art considers the intensity of ultrasonic waves to be irradiated, it does not consider the intensity of ultrasonic waves which are attenuated by subcutaneous fat or muscle and reach the bone surface. It is considered that only the bones in the subcutaneous area such as the calcaneus are targeted for treatment, and in the case of fractures in the deep subcutaneous areas such as the femur, the ultrasonic waves of the intended strength do not necessarily reach the surface of the bone when applying treatment. There is a problem that it cannot be said that there is.

【0015】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、X線撮影装置等の被爆の恐れがある装置やMR
I等の大型の装置を使用することなく、超音波を用いて
非侵襲的に簡便な手段で、外科手術後等の骨の治療を行
いながら患部の治癒状態を計測することを可能にした骨
の治療・治癒診断方法及び治療・治癒診断装置を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide an apparatus such as an X-ray imaging apparatus which may be exposed to radiation or an MR.
Bone that enables measurement of the healing state of the affected area while performing bone treatment after surgery and the like by non-invasive and simple means using ultrasound without using a large device such as I To provide a treatment / healing diagnosis method and a treatment / healing diagnosis device.

【0016】一般に、骨の癒合は、まず患部(骨切り、
骨折等)周辺部位における仮骨の形成が先行する。この
ため、骨の癒合状態の測定には、仮骨の形成度合い(仮
骨量、仮骨密度)を計測することが有効であると考えら
れる。仮骨成長の初期段階は、骨切り、骨折等によって
離間した骨の対向面間ではなくその周辺部位に、対向面
に対して橋渡し(bridging)をするように形成される。
従って、仮骨の形成度合いの計測には、患部周辺部位の
橋渡しの形状を空間分解能の高い超音波ビームで計測す
る必要がある。この仮骨形状の計測は、既存の超音波診
断装置(腹部エコーや循環器疾患診断用のもの)の画像
診断機能によっては、超音波ビームの空間分解能が不充
分であるため実現することができない。また、仮骨の形
成度合いを計測する範囲は、骨の長軸方向の患部周辺の
たかだか数cm程度でよく、従来の超音波診断装置の深
さ方向十数cm全体において空間分解能を高めることは
合理的ではない。前述したような理由により、超音波ビ
ームの空間分解能をある特定の範囲(患部周辺部位)に
おいて向上させ、かつ、この特定の範囲を自由に設定す
ることができる必要がある。
[0016] In general, the fusion of the bones is performed first in the affected area (osteotomy,
Fractures, etc.) Callus formation in the surrounding area precedes. For this reason, it is considered effective to measure the degree of callus formation (callus bone amount, callus bone density) in measuring the union state of bone. The initial stage of callus growth is formed so as to bridge the opposing surface, not at the opposing surface of the bone separated by osteotomy, fracture, or the like, but at the periphery thereof.
Therefore, in order to measure the degree of callus formation, it is necessary to measure the shape of the bridge around the affected part using an ultrasonic beam with high spatial resolution. The measurement of the callus shape cannot be realized due to the insufficient spatial resolution of the ultrasonic beam depending on the image diagnostic function of an existing ultrasonic diagnostic apparatus (for abdominal echo or circulatory disease diagnosis). . Also, the range for measuring the degree of callus formation may be at most a few cm around the affected part in the longitudinal direction of the bone, and it is not possible to increase the spatial resolution over the entire depth direction of several tens of cm of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus. Not reasonable. For the reasons described above, it is necessary to improve the spatial resolution of the ultrasonic beam in a specific range (surrounding part of the affected part) and to freely set the specific range.

【0017】また、患部に照射する超音波として、治療
時には、患部全体に超音波が照射されるように広いビー
ム幅を持つものが、あるいは、細いビームをスキャンす
ることが必要であり、また、診断時には、患部周辺部位
で高分解能が必要であるためフォーカスしたビーム幅が
細い超音波が必要である。このような要求を満たすため
に、治療時と診断時とで超音波プローブを取り替えるこ
とはコスト高となり現実的ではないため、ビーム幅やフ
ォーカス、ビームスキャン方法を、治療・診断時に切り
替える必要がある。
Further, as the ultrasonic waves to be applied to the affected part, it is necessary to scan a narrow beam or a beam having a wide beam width so that the entire affected part is irradiated with the ultrasonic waves during treatment. At the time of diagnosis, high resolution is required in the vicinity of the affected part, so focused ultrasound with a narrow beam width is required. It is costly and impractical to replace the ultrasound probe between treatment and diagnosis to meet such demands, so it is necessary to switch the beam width, focus, and beam scanning method during treatment and diagnosis .

【0018】従って、本発明の他の目的は、前述したよ
うに要求を満たすことができ、骨外科手術後の治癒状態
計測のために体表面から骨折患部に向けて超音波を照射
し、骨治癒促進と同時に、仮骨形成状況を計測して癒合
度を客観的に診断する機能備えた骨の治療・治癒診断方
法及び治療・治癒診断装置を提供することにある。
Therefore, another object of the present invention is to satisfy the requirements as described above, and to measure the healing state after bone surgery by irradiating ultrasonic waves from the body surface to the fracture affected part, It is an object of the present invention to provide a bone treatment / healing diagnosis method and a bone treatment / healing diagnosis device having a function of measuring the state of callus formation and objectively diagnosing the degree of healing while promoting healing.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、超音波の照射によって骨の治療を行い、かつ、治癒
状態を診断する骨の治療・治癒診断方法において、骨折
患部である骨の治癒状態を、治療に用いる超音波と同一
の超音波の反射信号を用いて、骨折患部の仮骨形状、骨
折患部の骨密度の少なくとも一方を計測することにより
骨折治癒度を診断することにより、また、前記骨折患部
の仮骨形状の計測と、骨折患部の骨密度の計測とを骨折
治癒過程の期間によって切り換えることにより達成され
る。
According to the present invention, there is provided a bone treatment / healing diagnosis method for treating bone by irradiating an ultrasonic wave and diagnosing a healing state. By diagnosing the healing state of the fracture by measuring at least one of the callus shape of the fractured affected area and the bone density of the fractured affected area using the same ultrasonic reflected signal as the ultrasonic wave used for treatment, Further, the measurement can be achieved by switching between measurement of the shape of the callus of the fractured affected part and measurement of the bone density of the fractured affected part depending on the period of the fracture healing process.

【0020】また、前記目的は、超音波の照射によって
骨の治療を行い、かつ、治癒状態を診断する骨の治療・
治癒診断装置において、骨折患部に治療及び治癒状態の
診断のために超音波を照射する超音波振動子を有する超
音波プローブと、超音波の反射信号に基づいて骨折患部
の仮骨形状、骨折患部の骨密度の少なくとも一方を計測
する手段とを備えることにより達成される。
Further, the above object is to provide a bone treatment for irradiating an ultrasonic wave and diagnosing a healing state.
In a healing diagnosis device, an ultrasonic probe having an ultrasonic vibrator for irradiating an ultrasonic wave to a fractured part for treatment and diagnosis of a healing state, a callus shape of the fractured part based on a reflected signal of the ultrasonic wave, the fractured part Means for measuring at least one of the bone densities.

【0021】さらに、前記目的は、前記超音波振動子に
印加する電圧の位相を制御し、超音波ビームを絞りフォ
ーカスエリアを調整する制御手段をさらに備え、前記超
音波振動子が、アレイ状に配置した圧電素子を備えるこ
とにより、また、前記超音波プローブが、前記超音波振
動子と、メカニカルスキャン用のモータと、位置制御の
ためのエンコーダとにより構成されることにより達成さ
れる。
Further, the object is further provided with control means for controlling a phase of a voltage applied to the ultrasonic vibrator, narrowing an ultrasonic beam and adjusting a focus area, wherein the ultrasonic vibrators are arranged in an array. This is achieved by providing the arranged piezoelectric element, and by configuring the ultrasonic probe with the ultrasonic transducer, a motor for mechanical scan, and an encoder for position control.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明による骨の治療・治
癒診断方法及び治療・治癒診断装置の実施形態を図面に
より詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a method for treating and healing a bone and a diagnostic apparatus for healing and healing according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0023】図1は本発明の一実施形態による骨の治療
・治癒診断装置の構成を示すブロック図、図2は超音波
ビームのフォーカスとビームスキャンとについて説明す
る図、図3は骨折部位の治癒過程について説明する図、
図4は仮骨形状の計測と表示形式とについて説明する
図、図5は骨密度の相対値の計測と表示形式とについて
説明する図、図6は視野内の高分解能領域の調整につい
て説明する図である。図1〜図6において、1はフォー
カスエリア制御回路、2は振動子駆動回路、3はエンコ
ーダ、4はビームスキャン用モータ、5は超音波振動
子、6はゲート回路、7は増幅器、8はAD変換器、9
は信号処理部、10は診断結果表示部、11は超音波プ
ローブ、12は振動子アレイ、13は超音波ビーム、1
4はフォーカスエリア、20はスキャンエリア、21は
スキャン方向、22は骨折患部、23は骨、24は仮骨
である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a bone treatment / healing diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining focusing and beam scanning of an ultrasonic beam. Diagram explaining the healing process,
FIG. 4 is a diagram illustrating measurement of a callus shape and a display format, FIG. 5 is a diagram illustrating measurement and display format of a relative value of bone density, and FIG. 6 is a diagram illustrating adjustment of a high-resolution region in a visual field. FIG. 1 to 6, 1 is a focus area control circuit, 2 is a transducer driving circuit, 3 is an encoder, 4 is a beam scanning motor, 5 is an ultrasonic transducer, 6 is a gate circuit, 7 is an amplifier, 8 is AD converter, 9
Is a signal processing unit, 10 is a diagnostic result display unit, 11 is an ultrasonic probe, 12 is a transducer array, 13 is an ultrasonic beam, 1
4 is a focus area, 20 is a scan area, 21 is a scan direction, 22 is a fracture affected part, 23 is a bone, and 24 is a callus.

【0024】本発明の実施形態による骨の治療・治癒診
断装置は、図1に示すように、フォーカスエリア制御回
路1と、振動子駆動回路2と、エンコーダ3、ビームス
キャン用モータ4及び超音波振動子5により構成される
超音波プローブ11と、ゲート回路6と、増幅器7と、
AD変換器8と、信号処理部9と、診断結果表示部10
とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, a bone treatment / healing diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention comprises a focus area control circuit 1, a transducer driving circuit 2, an encoder 3, a beam scanning motor 4, and an ultrasonic wave. An ultrasonic probe 11 constituted by the transducer 5, a gate circuit 6, an amplifier 7,
AD converter 8, signal processing unit 9, diagnostic result display unit 10
It is comprised including.

【0025】前述において、振動子駆動回路2は、正弦
波発振器と矩形波発振器とを備えて構成され正弦波の発
振周波数として、骨の治療に適している周波数として知
られている1.5MHz、矩形波の発振周波数として、
デューティ比20%を持つ1KHzを発信出力する。こ
のように構成される治療・治癒診断装置による治療は、
パルス状(1KHzの矩形波の20%部分に1.5MH
zの正弦波が存在する)の超音波信号となり、その信号
が、所定のレベルに制御され、ゲート回路6を介して超
音波振動子5に与えられ、超音波振動子5からの照射超
音波強度が制御された治療用照射超音波が骨折患部を照
射することにより行われる。その際、その反射波は、1
KHzの矩形波の超音波が出力されていない時間で超音
波振動子5により検出され、その検出信号が増幅器7、
A/D変換器8を介して信号処理部9に入力される。
In the above description, the vibrator driving circuit 2 is provided with a sine wave oscillator and a rectangular wave oscillator, and has a sine wave oscillation frequency of 1.5 MHz, which is known as a frequency suitable for bone treatment. As the oscillation frequency of the square wave,
Transmits and outputs 1 KHz having a duty ratio of 20%. The treatment by the treatment / healing diagnostic device configured as described above,
Pulse-like (1.5 MH in 20% of 1 KHz square wave)
(a sine wave of z exists), and the signal is controlled to a predetermined level, applied to the ultrasonic vibrator 5 through the gate circuit 6, and irradiated by the ultrasonic vibrator 5. Irradiation ultrasonic waves for therapeutic treatment whose intensity is controlled are performed by irradiating the fractured affected part. At that time, the reflected wave is 1
The ultrasonic vibrator 5 detects the KHz rectangular wave ultrasonic wave during a period during which the ultrasonic wave is not output, and the detection signal is output from the amplifier 7.
The signal is input to the signal processing unit 9 via the A / D converter 8.

【0026】そして、図1に示す骨の治療・治癒診断装
置において、超音波プローブ11における骨折患部に超
音波ビームを照射する超音波振動子5は、フォーカスエ
リア制御回路1及び振動子駆動回路2により、骨折患部
に照射する超音波の周波数やパルス繰り返し周波数、焦
点深度、スキャン方向等が制御されている。そして、治
療時には、超音波ビームを患部に照射したままでよい
が、診断時には、患部からの反射波を受信しなければな
らない。このため、図示装置は、送信波と受信波とを時
間的に分割するゲート回路6を備えており、これによ
り、治療、診断のそれぞれに別のプローブを備える必要
をなくすことができ、装置の構成を単純にし、かつ、コ
ストを低く押さえることができる。
In the bone treatment / healing diagnosis apparatus shown in FIG. 1, the ultrasonic transducer 5 for irradiating the ultrasonic beam to the fractured part of the ultrasonic probe 11 comprises a focus area control circuit 1 and a transducer drive circuit 2. Thus, the frequency of the ultrasonic wave applied to the fractured part, the pulse repetition frequency, the depth of focus, the scanning direction, and the like are controlled. At the time of treatment, the affected part may be irradiated with the ultrasonic beam, but at the time of diagnosis, a reflected wave from the affected part must be received. For this reason, the illustrated apparatus is provided with a gate circuit 6 that temporally divides a transmission wave and a reception wave, thereby obviating the need for providing a separate probe for each of treatment and diagnosis. The configuration can be simplified and the cost can be kept low.

【0027】ゲート回路によって分割された受信信号
は、増幅器7で増幅され、AD変換器8により離散数値
化され、信号処理部9で適切な信号処理を施された後に
診断結果表示部10にその結果が表示される。AD変換
器8は、受信信号の他にビームスキャン方向を表す制御
信号をエンコーダ3から受け取り、ビーム方向を特定す
る情報を抽出している。超音波ビームを骨折患部の周辺
に照射するためにビームをスキャンする必要があるが、
図示装置は、このための手段として、メカニカルスキャ
ン方式を使用するものとし、ビームスキャン用モータ4
を備え、このモータ4により超音波振動子をスキャンし
ている。これにより、本発明は、装置構成の複雑化を防
止して、小型で安価な装置を構成することを可能にして
いる。
The received signal divided by the gate circuit is amplified by an amplifier 7, converted into a discrete numerical value by an AD converter 8, subjected to appropriate signal processing by a signal processing unit 9, and then displayed on a diagnosis result display unit 10. The result is displayed. The AD converter 8 receives a control signal indicating the beam scan direction from the encoder 3 in addition to the received signal, and extracts information for specifying the beam direction. It is necessary to scan the ultrasound beam to irradiate the area around the fracture,
The illustrated apparatus uses a mechanical scan method as a means for this purpose.
The ultrasonic transducer is scanned by the motor 4. Accordingly, the present invention makes it possible to configure a small and inexpensive device while preventing the device configuration from becoming complicated.

【0028】すでに説明したように、仮骨の形成状況を
計測するための画像診断に利用される既存の超音波診断
装置は、空間分解能が充分ではない。しかし、単純に深
さ方向に十数cmの視野範囲全体の空間分解能を向上さ
せることは明らかにオーバースペックである。骨の治癒
状態の診断のためには、骨折患部周辺部位の仮骨形成が
生じる部位のみ高分解能であればよいので、本発明の実
施形態に使用する超音波振動子5は、図2(a)に示す
ように、超音波振動子5を構成する圧電素子をアレイ
状、例えば、アニュラアレイ状に配置した振動子アレイ
12により構成し、同心円上に並ぶ圧電素子に異なる位
相の電圧を加えることによって超音波ビーム13のフォ
ーカスを可能としている。この印加電圧の位相を適切に
制御することにより、ある特定の範囲のみ超音波ビーム
をフォーカスすることが可能となり、仮骨形状計測に適
した超音波ビーム13のフォーミングを実現することが
できる。そして、図2(a)に示す超音波ビーム13の
高分解能を有するフォーカスエリア14のビーム径は、
ほぼ1波長分の大きさであり、また、深さ方向の長さは
数波長分の大きさである。
As described above, the existing ultrasonic diagnostic apparatus used for image diagnosis for measuring the state of callus formation has insufficient spatial resolution. However, it is clearly overspec to simply improve the spatial resolution of the entire visual field range of more than 10 cm in the depth direction. In order to diagnose the healing state of the bone, it is sufficient that only the part where the callus formation occurs near the fractured affected part has a high resolution. Therefore, the ultrasonic transducer 5 used in the embodiment of the present invention has the structure shown in FIG. As shown in (), the piezoelectric elements constituting the ultrasonic transducer 5 are constituted by a transducer array 12 arranged in an array, for example, an annular array, and different phases of voltages are applied to the piezoelectric elements arranged concentrically. This enables the ultrasonic beam 13 to be focused. By appropriately controlling the phase of the applied voltage, it becomes possible to focus the ultrasonic beam only in a certain specific range, and it is possible to realize the forming of the ultrasonic beam 13 suitable for measuring the shape of the callus. The beam diameter of the focus area 14 having a high resolution of the ultrasonic beam 13 shown in FIG.
The length is approximately one wavelength, and the length in the depth direction is several wavelengths.

【0029】また、骨は、その部位によって皮膚からの
深さが一定でないため、前述した高分解能(超音波ビー
ムのフォーカスエリア14)を有する特定の範囲は、タ
ーゲットである骨の深さ、患部の位置によって自由に移
動・設定できなければならない。このことを実現するた
めに、前述した位相制御によるビームフォーカス方式を
用いることが有効であり、これにより、ビームの幅やフ
ォーカス領域を自在に制御し、任意の領域で空間分解能
を向上させ、仮骨の形成状況の計測のために最適な超音
波ビームを照射することが可能となる。
Further, since the depth of the bone from the skin is not constant depending on the site, the specific range having the high resolution (the ultrasonic beam focus area 14) is determined by the depth of the target bone and the affected area. It must be able to move and set freely depending on the position of. In order to realize this, it is effective to use the beam focus method based on the above-described phase control, whereby the beam width and the focus area can be freely controlled, the spatial resolution can be improved in an arbitrary area, and It is possible to irradiate an optimal ultrasonic beam for measuring the state of bone formation.

【0030】現在の診断手法の主流であるレントゲン撮
影による画像診断における仮骨形成診断は、撮影画像上
の薄い影の有無という曖昧で、しかも主観的な診断とな
っているというのが現状である。このため、本発明によ
る仮骨の形成状況の計測は、仮骨の形状を超音波照射に
よって得られる反射信号によって同定し、その形状の経
時変化を監視することにより行うこととする。従って、
本発明は、仮骨の形成状況の診断において、超音波診断
装置のエコー画面のような断層像の必要はなく、患部の
周辺部位を照射超音波ビームによりスキャンし、仮骨形
状を表す境界面からの反射信号のピーク位置をトレース
した波形を表示するようにすればよい。
At present, callus formation diagnosis in image diagnosis by X-ray imaging, which is the mainstream of current diagnostic methods, is an ambiguous and subjective diagnosis of the presence or absence of a faint shadow on a captured image. . For this reason, the measurement of the callus formation state according to the present invention is performed by identifying the callus shape by a reflected signal obtained by ultrasonic irradiation and monitoring the change over time of the shape. Therefore,
The present invention does not require a tomographic image such as an echo screen of an ultrasonic diagnostic apparatus in diagnosing the state of callus formation, and scans a peripheral portion of an affected part with an irradiated ultrasonic beam to obtain a boundary surface representing a callus shape. What is necessary is just to display the waveform which traced the peak position of the reflected signal from.

【0031】前述のスキャンは、図2(b)に示すよう
に、超音波プローブ11の振動子5をスキャン用モータ
4により制御し、振動子5からの超音波ビームを骨折患
部22を含むように骨23の長手方向をスキャン方向2
1としてスキャンすることにより行われる。これによ
り、視野であるスキャンエリア20として、骨折患部2
2を含む仮骨形状を計測するために充分な広さを得るこ
とができる。
In the above-described scan, as shown in FIG. 2B, the transducer 5 of the ultrasonic probe 11 is controlled by the scanning motor 4 so that the ultrasonic beam from the transducer 5 includes the fracture affected part 22. In the longitudinal direction of the bone 23 in the scanning direction 2
This is performed by scanning as 1. Thereby, as the scan area 20 which is the visual field, the fracture affected part 2
A sufficient size can be obtained for measuring the shape of the callus including 2.

【0032】本発明の実施形態は、人あるいは骨折が致
命傷になりかねない動物に対して、骨折患部に骨折治癒
促進の目的で超音波を照射すると共に、その超音波を用
いて骨折治癒の状態を計測するものである。そして、本
発明者等の考察によれば、骨折治癒の状態計測には、骨
折部位の曲げに対する弾性率というような定量的な評価
は必要でなく、むしろ曲げ強度計測のために患部に相応
の機械的ストレスを加えることは、患者にとって苦痛を
感じさせか否か以前の問題であり、避けるべきことであ
る。このような骨折の治癒診断を行うためには、骨の健
常部と骨折部との比較が必要である。そのため、本発明
の実施形態は、体表面から骨の健常部と骨折部にそれぞ
れ超音波を送信し、超音波反射係数の骨長軸方向分布を
計測するものとしている。
The embodiment of the present invention is intended to irradiate ultrasonic waves to a fractured part of a human or an animal whose fracture may be fatal to promote fracture healing, and to use the ultrasonic waves for the state of fracture healing. Is to measure. According to the considerations of the present inventors, it is not necessary to quantitatively evaluate the fracture healing state, such as the elastic modulus for bending of the fracture site, but rather to measure the bending strength. Applying mechanical stress is a previous problem whether or not the patient feels painful and should be avoided. In order to make such a fracture healing diagnosis, it is necessary to compare the healthy part of the bone with the fractured part. Therefore, in the embodiment of the present invention, ultrasonic waves are transmitted from the body surface to the healthy part and the fractured part of the bone, respectively, and the distribution of the ultrasonic reflection coefficient in the longitudinal direction of the bone is measured.

【0033】ここで、図3を参照して、骨折部位の治癒
過程について説明する。骨23の治癒は、まず、図3に
stage1として示すように、骨折部の両側の骨23の周
囲に仮骨24が形成され、この仮骨24が、患部周辺部
位に離間する骨の対向部分に橋渡し(bridging)をする
ように成長し、図3に stage2として示すように、患部
を取り囲むようになり、さらに、患部周辺部位の離間部
が埋められるように進んでいく。
Here, the healing process of the fracture site will be described with reference to FIG. First, healing of bone 23 is shown in FIG.
As shown as stage 1, a callus 24 is formed around the bone 23 on both sides of the fracture, and the callus 24 grows so as to bridge the opposing portion of the bone separated from the affected area. As shown in FIG. 3 as stage 2, the diseased part is surrounded and further proceeds so as to fill the distant part around the affected part.

【0034】本発明の実施形態による骨折の治癒診断
は、前述したような骨折部位の治癒過程を利用し、仮骨
形状の経時変化を監視することにより仮骨の成長具合を
客観的に計測することにより行われる。仮骨24の形状
は、図2(b)により説明したように、患部周辺部位を
含むように超音波ビームをスキャンしながら骨23及び
仮骨24の表面からの反射波のピーク位置をトレースす
ることにより測定することができる。
The healing diagnosis of the fracture according to the embodiment of the present invention utilizes the above-described healing process of the fracture site, and objectively measures the growth of the callus by monitoring the temporal change of the callus shape. This is done by: As described with reference to FIG. 2B, the shape of the callus 24 traces the peak position of the reflected wave from the surface of the bone 23 and the callus 24 while scanning the ultrasonic beam so as to include the affected area. Can be measured.

【0035】骨23及び仮骨24の表面からの反射波の
ピーク位置をトレースした結果を表示した状態を図4に
示しており、受傷直後の反射波は、図4(a)に示すよ
うに、ほぼ平らな骨表面形状25に対して骨折離間部形
状26が窪んだ形状として計測される。また、仮骨形成
の初期における反射波は、図4(b)に示すように、骨
折部位端部に形成される仮骨表面形状27が骨表面形状
25から盛り上がった状態として、また、骨折離間部形
状26が窪んだ形状として計測される。そして、患部周
辺部位の離間部が埋められてbridgingが完了すると、図
4(c)に示すように、滑らかな骨表面形状25として
計測される。
FIG. 4 shows a state in which the result of tracing the peak positions of the reflected waves from the surfaces of the bone 23 and the callus 24 is shown in FIG. 4, and the reflected waves immediately after the injury are as shown in FIG. The fracture separation portion shape 26 is measured as a depressed shape with respect to the substantially flat bone surface shape 25. In addition, the reflected wave in the early stage of callus formation is, as shown in FIG. 4B, a state in which the callus surface shape 27 formed at the end of the fracture site is raised from the bone surface shape 25, and the distance between the fractures. The part shape 26 is measured as a depressed shape. Then, when bridging is completed by filling the space around the affected area, bridging is measured as a smooth bone surface shape 25 as shown in FIG.

【0036】仮骨のbridgingが完了すると、仮骨表面の
形状はほとんど変化せず、骨の癒合過程は、仮骨で囲ま
れた患部内部での変化が主となる。その過程の内容は、
大まかに分けて、離間した骨の対向空間での仮骨形成、
骨(仮骨)密度の増加、骨の癒合である。従って、仮骨
のbridgingが完了した後の骨の癒合の診断は、仮骨密度
の計測によって行われるべきであると考えられる。この
仮骨密度の計測による診断は、骨の健常部からの反射波
は必要なく、仮骨からの反射強度を測定し、皮下脂肪等
による減衰を考慮した腕、仮骨・周辺組織の境界面にお
ける音響インピーダンスの違いによって生じる反射係数
を算出することにより行うことができる。この反射係数
と周辺組織の音響インピーダンスとを用いて仮骨密度を
算出し、定量的な評価を行うことが可能となる。
When bridging of the callus is completed, the shape of the callus surface hardly changes, and the process of healing of the bone mainly changes within the affected area surrounded by the callus. The content of the process is
Broadly divided, callus formation in the opposing space of spaced bones,
It is an increase in bone (callus) density and bone union. Therefore, it is considered that the diagnosis of bone union after bridging of the callus should be performed by measuring the callus density. Diagnosis by measuring the callus density does not require reflected waves from healthy bones, measures the reflection intensity from the callus, and takes into account attenuation due to subcutaneous fat, etc., and the interface between the arm and callus / peripheral tissue. By calculating the reflection coefficient caused by the difference in the acoustic impedance at. Using this reflection coefficient and the acoustic impedance of the surrounding tissue, the callus density can be calculated and quantitative evaluation can be performed.

【0037】骨の癒合促進(治療)の場合、患部及びそ
の周辺部位全体に超音波ビームを照射する必要があり、
そのためには、幅の広い超音波ビームを照射するかある
いは比較的幅の狭い超音波ビームをスキャンするかすれ
ばよい。これに対して、骨の癒合度合いの診断時には、
高い精度が要求されるため、照射する超音波ビームに高
い空間分解能が必要である。高い空間分解能を実現する
には、ビーム幅の狭い超音波を用いるか、超音波ビーム
をフォーカスすることになる。このように治療時と診断
時とでは照射する超音波ビームの性質が大きく異なる。
しかし、照射する超音波ビームの性質を異ならせるため
に治療時と診断時とにおいて用いる超音波プローブを取
り替えることは、装置の高コスト化、複雑化、操作の煩
雑化等を招くことになるという理由から現実的ではな
い。
In the case of promoting (healing) bone fusion, it is necessary to irradiate an ultrasonic beam to the affected area and the entire surrounding area.
For this purpose, a wide ultrasonic beam may be applied, or a relatively narrow ultrasonic beam may be scanned. In contrast, when diagnosing the degree of bone union,
Since high accuracy is required, an ultrasonic beam to be irradiated needs high spatial resolution. To achieve high spatial resolution, an ultrasonic wave with a narrow beam width is used or an ultrasonic beam is focused. As described above, the properties of the ultrasonic beam to be irradiated are greatly different between the time of treatment and the time of diagnosis.
However, replacing the ultrasonic probe used at the time of treatment and at the time of diagnosis in order to make the properties of the ultrasonic beam to be irradiated different will lead to an increase in cost, complexity, and operation complexity of the device. Not realistic for a reason.

【0038】本発明の実施形態は、同一の超音波プロー
ブを使用して治療と診断とを行うため、治療、診断の切
換回路を備える。また、本発明の実施形態は、すでに説
明したようにプローブに用いる超音波振動子の構成をア
ニュラアレイ方式とし、制御回路を付加することによっ
て超音波ビームのフォーカス領域を自在に制御できるよ
うにしている。これにより、治療時には骨折患部周辺部
位を含むような幅の広いビームを、診断時には患部にお
いて高分解能のフォーカスされたビームを照射すること
が可能となる。さらに、骨の診断の場合、循環器疾患の
診断のように臓器の実時間における動きを追う必要はな
く、患部周辺組織からの情報はほとんどが無用なもので
あるため、視野領域全体の分解能を向上させる必要はな
い。このため、本発明の実施形態は、前述した制御回路
によりフォーカス領域を、皮膚からの深さが様々な骨に
対応できるように、任意に設定できるように構成されて
いる。
The embodiment of the present invention includes a treatment / diagnosis switching circuit for performing treatment and diagnosis using the same ultrasonic probe. Further, according to the embodiment of the present invention, as described above, the configuration of the ultrasonic transducer used for the probe is an annular array type, and the focus area of the ultrasonic beam can be freely controlled by adding a control circuit. I have. Thus, it becomes possible to irradiate a wide beam including the area around the affected part of the fracture at the time of treatment, and a focused beam of high resolution at the affected part at the time of diagnosis. Furthermore, in the case of bone diagnosis, it is not necessary to follow the movement of the organ in real time as in the diagnosis of cardiovascular disease, and since information from the tissue around the affected area is almost useless, the resolution of the entire visual field area is reduced. No need to improve. For this reason, the embodiment of the present invention is configured such that the focus area can be arbitrarily set by the above-described control circuit so that the depth from the skin can correspond to various bones.

【0039】図6に前述した超音波ビームのフォーカス
領域(高分解能領域)の制御状況を示しており、超音波
プローブ11を構成する振動子のアレイ状に配置された
圧電素子に加える電圧の位相を適切に制御し、加えてメ
カニカルスキャンによるビーム方向を制御することによ
り、高分解能領域31を視野20内において自在に調整
することができる。
FIG. 6 shows the control state of the focus area (high-resolution area) of the ultrasonic beam described above. The phase of the voltage applied to the piezoelectric elements arranged in an array of transducers constituting the ultrasonic probe 11 is shown in FIG. Is appropriately controlled, and in addition, the beam direction by the mechanical scan is controlled, so that the high resolution region 31 can be freely adjusted in the visual field 20.

【0040】なお、患部が治癒していない段階では、骨
の強度補強の目的で支持材(金属プレートやボルト等)
を患部に挿入・埋め込みを行っている場合が多い。この
ような場合、支持材が骨折患部と超音波照射用トランス
ジューサとの間にあると、支持材の表面でほぼすべての
超音波ビームが反射してしまい、骨折患部からの反射波
によりbridgingの形状や骨密度の情報を得ることができ
ない。これを避けるためには、支持材埋め込みを行った
医師とX線写真とを参考にして、超音波トランスジュー
サの配置を決定すればよい。
When the affected part is not healed, support materials (metal plates, bolts, etc.) are used for the purpose of reinforcing the strength of the bone.
Is often inserted and implanted in the affected area. In such a case, if the support material is located between the fractured affected part and the transducer for ultrasonic irradiation, almost all the ultrasonic beams are reflected on the surface of the support material, and the shape of the bridging is reflected by the reflected wave from the fractured affected part. And information on bone density cannot be obtained. In order to avoid this, the arrangement of the ultrasonic transducer may be determined with reference to the doctor who has implanted the support material and the X-ray photograph.

【0041】図1、図2により説明したように、本発明
の実施形態は、仮骨形状の計測のために必要な空間分解
能向上を図るため、超音波振動子5としてアニュラアレ
イトランスジューサを用い、フォーカスエリアを振動子
駆動回路2と制御回路1とによって自由に設定できるよ
うに構成され、また、治療と診断との切り換えを切換回
路としてのゲート回路6により行うように構成されてい
る。治療時には、超音波ビームを照射するのみでよいた
め、ゲート回路6は、反射波の受信部を構成する増幅器
7、AD変換器8へは信号が流れないようにしている。
これに対して診断時には、骨表面からの反射波を受信し
て処理する必要があるため、ゲート回路6は、反射波の
受信部へ反射信号が流れるように制御している。診断時
における仮骨形状の認識のためのビームスキャンは、メ
カニカルスキャンとし、エンコーダ3によって位置方向
情報を反射波と同期させて取り込み、表示する仮骨形状
を再形成するために利用する。
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the embodiment of the present invention uses an annular array transducer as the ultrasonic transducer 5 in order to improve the spatial resolution required for measurement of the callus shape. The focus area is configured to be freely set by the vibrator driving circuit 2 and the control circuit 1, and switching between treatment and diagnosis is performed by a gate circuit 6 as a switching circuit. At the time of treatment, it is only necessary to irradiate an ultrasonic beam. Therefore, the gate circuit 6 prevents a signal from flowing to the amplifier 7 and the AD converter 8 constituting a reflected wave receiving unit.
On the other hand, at the time of diagnosis, it is necessary to receive and process the reflected wave from the bone surface. Therefore, the gate circuit 6 controls the reflected signal to flow to the receiving unit of the reflected wave. The beam scan for recognizing the callus shape at the time of diagnosis is a mechanical scan, and the encoder 3 captures the position and direction information in synchronization with the reflected wave and uses the information to recreate the callus shape to be displayed.

【0042】図3により説明したように、骨折患部の治
癒過程は、受傷後しばらくの後、患部周辺部位に仮骨が
成長し、患部を囲むようにbridgingが形成され(stage
1)、仮骨によるbridgingが完了すると、その内部すな
わち骨折離間部分において仮骨が成長し、また、仮骨そ
のものの密度も増加して離間部位を埋めていく(stage
2)という過程である。そして、離間部が埋まり患部の
骨密度が健常部位のそれと等しくなると完治となる。
As described with reference to FIG. 3, during the healing process of the fractured area, a short time after the injury, callus grows around the affected area, and bridging is formed so as to surround the affected area (stage).
1) When the bridging with callus is completed, the callus grows in the inside thereof, that is, in the part where the fracture is separated, and the density of the callus itself increases and fills the separated part (stage).
This is the process 2). Then, when the distant part is buried and the bone density of the affected part becomes equal to that of the healthy part, it is completely cured.

【0043】このため、前述のStage 1は、仮骨が成長
してbridgingが完了するまでの時期であるから、骨折の
治癒度合いはこの仮骨の形状を監視すればよいことにな
る。すなわち、図4により説明したように、仮骨の表面
形状をスキャンしたビームによって得て、表示すること
によって骨折の治癒度を診断することができる。しか
し、前述のStage 2は、仮骨のbridgingが完了してその
内部の離間部において治癒が進展する時期であるため、
stage 1の場合と同様な形状の診断によっては治癒度を
診断することが困難である。
For this reason, the stage 1 is a period until the callus grows and the bridging is completed, so that the degree of healing of the fracture can be monitored by monitoring the shape of the callus. That is, as described with reference to FIG. 4, the healing degree of the fracture can be diagnosed by obtaining and displaying the surface shape of the callus by the scanned beam. However, Stage 2 is a time when bridging of the callus is completed and healing progresses in the separated part inside,
It is difficult to diagnose the degree of healing by diagnosing the same shape as in stage 1.

【0044】このため、本発明の実施形態は、Stage 2
の時期の診断を、仮骨からの反射強度を測定し、皮下脂
肪等による減衰を考慮した腕、仮骨・周辺組織の境界面
における音響インピーダンスの違いによって生じる反射
係数を算出し、この反射係数と周辺組織の音響インピー
ダンスとを用いて仮骨密度を算出し、健常部位の骨密度
との比較により定量的な評価を行うようにしている。骨
密度の相対値の計測の結果を表示した例を図5に示して
おり、仮骨23の密度30を、健常部位の骨23の密度
を100%とした場合の相対値として棒状に表示してい
る。これにより、仮骨と健常部位の骨との密度を相対的
に比較し、治癒度を容易に診断することが可能となる。
前述したstage 1、2の診断方法は、図1に示す信号処
理部9において容易に手法を切り換えて実施することが
できる。
Therefore, the embodiment of the present invention relates to the Stage 2
Diagnosis at the time of the measurement, the reflection intensity from the callus is measured, and the reflection coefficient caused by the difference in acoustic impedance at the interface between the arm and callus / peripheral tissue in consideration of attenuation due to subcutaneous fat is calculated. The temporary bone density is calculated by using the acoustic impedance of the surrounding tissue and the acoustic impedance of the surrounding tissue, and the evaluation is made quantitatively by comparing with the bone density of the healthy part. FIG. 5 shows an example in which the measurement result of the relative value of the bone density is displayed, and the density 30 of the callus 23 is displayed in a rod shape as a relative value when the density of the bone 23 in the healthy part is 100%. ing. This makes it possible to relatively compare the density between the callus and the bone of the healthy part, and easily diagnose the degree of healing.
The above-described diagnosis methods of stages 1 and 2 can be easily performed by switching the methods in the signal processing unit 9 shown in FIG.

【0045】前述したような本発明の実施形態による骨
折治癒度の診断は、診断対象が動かないこと、患部近辺
領域でのみ高い空間分解能を有する診断機構であるこ
と、高分解能領域が患部の位置に合うように自在に調整
できることが必要である。そのため、本発明の実施形態
は、図1に示して説明したような装置構成を備え、アレ
イ上に配置された圧電素子に加える電圧の位相を適切に
制御し、加えて、メカニカルスキャンによるビーム方向
制御によって図6により説明したように高分解能領域が
視野内において自在に調整できるように構成されてい
る。
The diagnosis of the fracture healing degree according to the embodiment of the present invention as described above is based on the fact that the diagnosis target does not move, the diagnosis mechanism has a high spatial resolution only in the vicinity of the affected part, and the high resolution area is the position of the affected part. It is necessary to be able to freely adjust to suit. Therefore, the embodiment of the present invention includes the device configuration as shown and described in FIG. 1, appropriately controls the phase of the voltage applied to the piezoelectric elements arranged on the array, and furthermore, controls the beam direction by mechanical scanning. As described with reference to FIG. 6, the high-resolution area can be freely adjusted within the field of view by the control.

【0046】前述した本発明の実施形態によれば、骨折
治療のために体表面に密着させている超音波トランスジ
ューサを取り去ることなく、そのままの状態で治癒状態
を計測することができ、治療と診断とを全く同一の装置
構成で同じに実現することができる。また、本発明の実
施形態によれば、骨折の治癒過程を大きく2つの stage
に分類し、それぞれの特徴を利用して形状の認識及び密
度の相対計測による診断方法を使い分けることにより、
より効果的な診断を行うことができる。さらに、本発明
の実施形態によれば、患部近辺領域でのみ必要となる形
状認識のための高い空間分解能を持つ領域を、患部の位
置によって自在に調整することができる。
According to the above-described embodiment of the present invention, the healing state can be measured as it is without removing the ultrasonic transducer which is in close contact with the body surface for treating a fracture, and the treatment and diagnosis can be performed. Can be realized in exactly the same manner with the same device configuration. In addition, according to the embodiment of the present invention, the healing process of the fracture is roughly divided into two stages.
By categorizing into different types and using the diagnostic method based on shape recognition and density relative measurement using each feature,
More effective diagnosis can be performed. Further, according to the embodiment of the present invention, a region having a high spatial resolution for shape recognition, which is required only in a region near the diseased part, can be freely adjusted depending on the position of the diseased part.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波を用いて非侵襲的に簡便な手段で、外科手術後等の
骨の治療を行いながら患部の治癒状態を計測することが
できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to measure the healing state of an affected part while performing a bone treatment after a surgical operation or the like by a noninvasive and simple means using ultrasonic waves. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による骨の治療・治癒診断
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a bone treatment / healing diagnosis device according to an embodiment of the present invention.

【図2】超音波ビームのフォーカスとビームスキャンと
について説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating focusing of an ultrasonic beam and beam scanning.

【図3】骨折部位の治癒過程について説明する図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a healing process of a fracture site.

【図4】仮骨形状の計測と表示形式とについて説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating measurement of a callus shape and a display format.

【図5】骨密度の相対値の計測と表示形式とについて説
明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating measurement and display format of a relative value of bone density.

【図6】視野内の高分解能領域の調整について説明する
図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating adjustment of a high-resolution area in a visual field.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フォーカスエリア制御回路 2 振動子駆動回路 3 エンコーダ 4 ビームスキャン用モータ 5 超音波振動子 6 ゲート回路 7 増幅器 8 AD変換器 9 信号処理部 10 診断結果表示部 11 超音波プローブ 12 振動子アレイ 13 超音波ビーム 14 フォーカスエリア 20 スキャンエリア 21 スキャン方向 22 骨折患部 23 骨 24 仮骨 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Focus area control circuit 2 Transducer drive circuit 3 Encoder 4 Beam scan motor 5 Ultrasonic transducer 6 Gate circuit 7 Amplifier 8 A / D converter 9 Signal processing unit 10 Diagnostic result display unit 11 Ultrasonic probe 12 Transducer array 13 Ultra Sound beam 14 Focus area 20 Scan area 21 Scan direction 22 Fracture affected area 23 Bone 24 Callus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水田 隆之 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 中谷 千歳 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立アドバンストシステムズ内 (72)発明者 栗原 昌宏 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 Fターム(参考) 4C060 JJ27 LL13 LL20 MM24 4C301 AA02 BB28 BB30 DD11 DD30 EE13 EE19 FF23 FF26 GB08 GD10 HH03 HH24 HH37 JB03 JB23  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takayuki Mizuta 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Communications Division, Hitachi, Ltd. Hitachi Advanced Systems Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Kurihara 216 Totsukacho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in the Communications Division, Hitachi, Ltd. 4C060 JJ27 LL13 LL20 MM24 4C301 AA02 BB28 BB30 DD11 DD30 EE13 EE19 FF23 FF26 GB08 GD10 HH03 HH24 HH37 JB03 JB23

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波の照射によって骨の治療を行い、
かつ、治癒状態を診断する骨の治療・治癒診断方法にお
いて、骨折患部である骨の治癒状態を、治療に用いる超
音波と同一の超音波の反射信号を用いて、骨折患部の仮
骨形状、骨折患部の骨密度の少なくとも一方を計測する
ことにより骨折治癒度を診断することを特徴とする骨の
治療・治癒診断方法。
Claims: 1. A treatment of a bone by irradiation of an ultrasonic wave,
And, in the bone treatment / healing diagnosis method for diagnosing the healing state, the healing state of the bone that is the fractured part is determined by using the same ultrasonic reflected signal as the ultrasonic wave used for the treatment, and the callus shape of the fractured part, A bone treatment / healing diagnosis method characterized by diagnosing a degree of healing of a fracture by measuring at least one of a bone density of a fractured part.
【請求項2】 前記骨折患部の仮骨形状の計測と、骨折
患部の骨密度の計測とを骨折治癒過程の期間によって切
り換えることを特徴とする請求項1記載の骨の治療・治
癒診断方法。
2. The bone treatment / healing diagnosis method according to claim 1, wherein the measurement of the shape of the callus at the fractured site and the measurement of the bone density of the fractured site are switched depending on the period of the fracture healing process.
【請求項3】 超音波の照射によって骨の治療を行い、
かつ、治癒状態を診断する骨の治療・治癒診断装置にお
いて、骨折患部に治療及び治癒状態の診断のために超音
波を照射する超音波振動子を有する超音波プローブと、
超音波の反射信号に基づいて骨折患部の仮骨形状、骨折
患部の骨密度の少なくとも一方を計測する手段とを備え
ることを特徴とする骨の治療・治癒診断装置。
3. Treatment of bone by irradiation of ultrasonic waves,
And, in a bone treatment / healing diagnostic device for diagnosing a healing state, an ultrasonic probe having an ultrasonic vibrator for irradiating an ultrasonic wave for treatment and diagnosis of a healing state to a fractured part,
Means for measuring at least one of a callus shape of a fractured affected part and a bone density of the fractured affected part based on a reflected signal of an ultrasonic wave.
【請求項4】 前記超音波振動子に印加する電圧の位相
を制御し、超音波ビームを絞りフォーカスエリアを調整
する制御手段をさらに備え、前記超音波振動子は、アレ
イ状に配置した圧電素子を備えることを特徴とする請求
項3記載の骨の治療・治癒診断装置。
4. A control device for controlling a phase of a voltage applied to the ultrasonic vibrator to narrow an ultrasonic beam and adjust a focus area, wherein the ultrasonic vibrator is a piezoelectric element arranged in an array The bone treatment / healing diagnosis apparatus according to claim 3, further comprising:
【請求項5】 前記超音波プローブは、前記超音波振動
子と、メカニカルスキャン用のモータと、位置制御のた
めのエンコーダとにより構成されることを特徴とする請
求項4記載の骨の治療・治癒診断装置。
5. The method according to claim 4, wherein the ultrasonic probe includes the ultrasonic transducer, a motor for mechanical scanning, and an encoder for position control. Healing diagnostic device.
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