JP2001501509A - 部位に関してマップ化された値を用いる骨アセスメントのための超音波波形検定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 装置及び方法は、脊椎動物被験体の骨の有孔性を外部から測定する。好ましい実施形態は、音響信号が一方の音響変換器から骨を通って他方の音響変換器まで伝搬されるように、互いに空間において離間して配置された１対の音響変換器（１２、１３）を備える音響トランシーバ（２１１）を有する。装置によって分析される音響信号に対応して骨を通る伝搬経路を変えることができ、記憶装置（２３、２１３）の異なった位置に記憶された骨の異なる位置を通過する音の伝搬の測定から多くの値が導かれる。骨の有孔性の測定を行う関心部位を決定するために、記憶装置（２１３）に記憶された値の少なくとも一部に基づいて目標位置を選択する位置処理装置（２１４）が備えられる。

Description

【発明の詳細な説明】 部位に関してマップ化された値を用いる骨アセスメントのための超音波波形検 定 技術分野 本発明は、骨の音響分析装置及び方法に関し、特に、時間、周波数及び空間領 域に関する信号処理技術を用いて骨測定を達成する装置及び方法に関する。 背景技術 骨の症状や病気の治療を必要とする患者を識別することに関して音響その他の 方法を用いて骨の特性を測定する方法は、従来技術において多く存在する。多く の音響技術は、第１外部位置から被験者（被験体）に対して音の信号（典型的に 超音波の周波数）を与える第１変換器と、該第１変換器によって送信され、骨及 び間の柔らかい組織を通過した信号を受信するために、被験者の骨の反対側に位 置する第２外部位置に配設された第２変換器を利用する。（変換器は、典型的に 水又は水ゲルのような適当な流体を介して被験者につながれる。）骨を通過する 音波の速度を推定するために回路とともに変換器を使うことが通常なされる。推 定される速度は骨の症状と相互関係がある。別の方法において、広帯域超音波減 衰（BUA）が約３００〜７００kHzの範囲内で決定される。BUAは、かかとを通過 したエネルギーの周波数グラフに対する線形対数振幅の勾配として定義される。 骨を通過する音波の速度あるいはBUAの測定はまた、方法論を改善するために、 複数の位置においてなされるかもしれないが、これらの方法は特異性及び感度に 関して望ましいレベルを与えなかった。 発明の概要 好ましい実施形態において、本発明は、脊椎動物被験体の体内の骨の孔空き状 態及び非連続状態の指標を外部から測定する装置を供給する。装置は、変換器に つながれたときにある周波数範囲に分布されるエネルギーを有する音讐パルスを 生成する信号発生器を有する音響トランシーバを含む。音響トランシーバはまた 、複数の変換器を含みかつ骨から間隔をおいて位置される１対の変換器を備え る変換器アセンブリを有する。１対の変換器の第１変換器は音響パルスを与える ように信号発生器につながれ、１対の変換器の第２変換器は、骨を含む経路に沿 って伝搬する音響パルスから生じる音響信号を受ける。変換器アセンブリは、前 記経路が骨の選択された１つの部位内の複数の位置を通過するように構成される 。 信号処理装置は１対の変換器の第２変換器と通信する。信号処理装置は前記各 位置に対する測定を供給する。この測定は、１対の変換器の第２変換器によって 受信された信号の１部分（その量全体まで）に関する複数のスペクトル又は時間 成分の少なくとも１つの信号を表す。信号処理装置は、前記各位置についての測 定と関連する値を記憶する値記憶装置と通信して作動する。位置処理装置が値記 憶装置に記憶された値に少なくとも部分的に基づいて目標位置を選択し、出力処 理装置は、その出力として、前記目標位置に関する量、あるいは骨の選択された 部位の測定の空間分布形態特性に関する量を与える。 図画の簡単な説明 本発明は、発明の詳細な説明に伴う以下の図面を参照することによりいっそう 容易に理解されるであろう。 図１は、発明の好ましい実施形態のとおりに使用するシステムの構成要素を一 般的に示す図である。 図２は、図１のシステムの実行を示す図である。 図３と４は、それぞれ、健康な４６才の女性の踵骨の２次元部位に関するUBI ‐４bとUBI‐５cの面グラフを示す。 図５と６は、それぞれ、骨粗鬆症の４５才の女性の踵骨の２次元部位に関する UBI‐４bとUBI‐５cの面グラフを示す。 図７と８は、それぞれ、典型的な同年齢の人に比べて年のわりに非常に優れた 状態の骨を有する７６才の女性の踵骨の２次元部位に関するUBI‐４bとUBI‐５c の面グラフを示す。 図９と１０は、それぞれ、骨粗鬆症の８３才の女性の踵骨の２次元の部位に関 するUBI‐４bとUBI‐５cの面グラフを示す。 図１１乃至１８は、それぞれ図３乃至１０に対応する形態グラフを示す。 図１９は、目標位置のUBI測定を与える本発明の好ましい実施形態のプロセス （方法）の論理的フローチャートを示す。 図２０は、基準位置を識別するための図１９の実施形態のプロセス（方法）の 論理フローチャートである。 図２１は、図１９及び２０のプロセスを実行するための本発明の好ましい実施 形態の装置のブロック線図である。 図２２は、１又は２以上のUBI測定から骨の完全性についての他の測定を推測 することを目的とする本発明の実施形態の超音波解析システムの図式モデルであ る。 図２３Ａ乃至２３Ｃは、健全な骨、骨粗鬆症の骨及び水分補正に関して受信し た典型的な波形特性の比較を示す。 図２４Ａは、図１のシステムによって生成され実質的に孔を持つ骨を通過した 興奮波形に応答して図１の変換器T_Rに記憶された出力を、本発明の好ましい実施 形態によるUBIの計算と関係する図とともに示す図。 図２４Ｂは、図２４Ａの図と関連するブルグ（Burg）スペクトル推定関数の図 。 図２５Ａは、図１のシステムによって生成され、低密度状態-標準状態の骨を 通過した興奮波形に応答して図１の変換器T_Rに記憶された出力を、本発明の好ま しい実施形態によるUBIの計算と関係する図とともに示す図。 図２５Ｂは、図２５Ａの図と関連するブルグスペクトル推定関数の図。 図２６Ａは、図１のシステムによって生成され例外的に健全な骨を通過したた 興奮波形に応答して図１の変換器T_Rに記憶された出力を、本発明の好ましい実施 形態によるUBIの計算と関係する図とともに示す図。 図２６Ｂは、図２６Ａの図と関連するブルグスペクトル推定関数の図。 図２７は、かかとからつま先へ至る軸に平行な軸に沿って見た図４のUBI‐５c の面グラフの断面図である。 図２８は、かかとからつま先へ至る軸に平行な軸に沿って見た図６のUBI‐５c の面グラフの断面図である。 図２９は、かかとからつま先へ至る軸に平行な軸に沿って見た図８のUBI‐５c の面グラフの断面図である。 図３０は、かかとからつま先へ至る軸に平行な軸に沿って見た図１０のUBI‐ ５cの面グラフの断面図である。 具体的な実施形態の詳細な説明 １９９６年３月１３日に出願され１９９７年８月２６日に特許された米国特許 出願第０８／６１５,６４３号（以下「先出願」という）、発明の名称「スペク トル信号成分及び時間信号成分の最適化関数を用いた骨の音響分析装置及び方法 」(その写しは添付物Ａとしてここに添付され参考までにここに組み入れられる) において、本発明を採用することができるシステムが開示されている。 １．一般的構成、信号生成及び信号処理 図１は、先出願で記述されたタイプのシステムであって、本発明の好ましい実 施形態において使用することができるシステムの構成要素を示す図である。この システムにおいて、波形は波形発生機１１によって生成され、そして番号１２で 示す送信変換器T_Tに送られる。変換器T_Tは被験者の身体の一部（以下身体部分と いう）１６に音響的につながれ、身体部分１６、特に身体部分内の骨の中に伝搬 する音波を作り出す。番号１３で示す変換器T_Rもまた音響的に身体部分１６につ ながれ、骨及び身体部分内を伝搬する音波から特に生じる信号を受信する。身体 部分を通る音讐信号を送受信するすべての構成要素は、本明細書及び添付した請 求の範囲において一括して「音讐トランシーバ」と言う。変換器T_Rの出力は増幅 器１４によって増幅され、プロセッサ１５によって処理される。プロセッサ１５ は変換器T_Rの出力を分析し、骨の状態を反映した測定を行い、出力を与える。 図２は、図１のシステムの実行を示す概略図である。身体部分は、例えば、踵 骨の直前の部位とすることができる。図１の構成要素はアナログ式であってもよ いが、当該技術分野において知られるように、デジタル式のものとするほうが都 合が良い。したがって、プロセッサ１５と波形発生器１１は、変換器T_Rの出力の 処理と、変換器T_Tを励起させるために用いる波形の生成の両方を制御するマイク ロプロセッサ２１を含む１つのユニット２７として具現化される。この波形は、 番号２４で示す記憶装置１にデジタル形式で記憶され、そして、増幅器２６と変 換器T_Tへ送られる前に、マイクロプロセッサ２１の制御の下にデジタル-ア ナログコンバータ２５で処理される。同様に、受信変換器T_Rの出力は増幅器１４ からアナログ-ディジタルコンバータ２２に入力され、このデジタル化された出 力は番号２３で示す記憶装置２に記憶される。記憶された出力は次にマイクロプ ロセッサ２１によって処理され、そしてマイクロプロセッサ２１は骨の状態を示 す出力データを与える。 システムの別の実施形態において、図２の実施形態（完全に、あるいは部分的 に図１の実行と類似している）は、骨の状態を示すデータ出力を与える１又は２ 以上の多様な手順に従いT_Rの記憶された出力を処理するために用いられる。いく つかの実施形態において、骨の状態を示すデータ出力は、我々が「超音波骨指数 」（UBI）と呼ぶ数値を含む。我々が採用するそれぞれの異なる処置は異なるUBI を導き、種々のUBIタイプは、例えば、UBI-２、UBI-３等のように数字の接尾辞 によって識別される。UBI-２からUBI-８までの手順は先出願に詳細内に記述され ている。利用された一般的な信号処理技術（しかし、これは超音波骨テストとい う環境での特定の使用ではない）に関しては、次の参考文献に述べられている。 ボウアレム・ボアシャシュ（Boualem Boashash）編の「時間‐周波数信号分析 」（ワイリー(Wiley)、１９９２）（特に瞬間的周波数分析と関係があり、特に 第２章、第４３〜７３頁を参照）と、リチャード・シアビ(Richard Shiavi)の「 応用統計信号分析の序論」（アーウィン(Irwin)、１９９１）（特にブルグスペ クトルの推定と関係があり、特に３６９〜３７３を参照）。これらの文献は参考 としてここに含める。 手順は、比較的孔の少ない連続した骨と、比較的多孔性かつ非連続の骨が超音 波入力に対して異なる応答をするという事実を利用する。先出願に記述された種 々のUBIは本発明に関係があり、以下に記述される。 UBI‐２ UBI‐２によれば、T_Rの記憶された出力は離散的フーリエ変換を介して実行さ れる。結果として生じる周波数成分の対数の重み付け線形合計が次に計算され、 この合計がUBI‐２である。重み付けは、同じ個人から採った連続した測定値間 の較差を最小にし、かつ、異なる個人から採った測定値間の交差を最大にする ように選ばれるので、この関数は骨の非連続性と孔空き状態の程度の測定に関す る判別の役目を果たす。 UBI‐３ UBI‐３手順は記憶されたT_rの出力に関するヒルバート（Hilbert）包絡線を利 用する。ヒルバート包絡線は受信した波形のエネルギー含有量の測定を時間の関 数として与える。健全な骨に関して受信した波形内の低周波信号の大きな利点は 、その信号が比較的孔空き状態の骨に関して受信した波形の持続期間よりも長い 持続期間を有するということである。したがって、UBI‐３に従い、ヒルバート 包絡線はエネルギー持続期間の間調べられる。 UBI‐４ UBI‐４手順は、T_Rの記憶された出力の自動後退移動平均（ARMA）スペクトル 推定関数を利用する。１つの実施形態において、UBI‐４はT_Rの記憶された出力 のブルグスペクトル推定関数を用いる。ブルグ関数は、受信波形周波数に対する 推定電力を図示する。図の形状は健全な骨と、比較的孔空き状態の骨とを判別す るものである。UBI‐４はｆ関数に対するlog（sdf）の勾配（単位はdB/MHz）の 推定である。一般に、勾配が負で急であればあるほど、骨はより健全である。UB I‐４bは、第１点が最初のピークで生じ、第２点がそれよりも４００kHz高い周 波数で起こるという２点のみに関して作られる推定勾配である。 UBI‐５ UBI‐５手順は、受信波形の早い部分の間の瞬間的周波数と関係する測定を利 用する。１実施形態において、ヒルバート周波数関数を利用する。受信波形の早 い部分は、送受信変換器間で多数の経路を通る音波によって乱されていない状態 での分析であり、体の部分、特に、骨の部分をよりよく表しているかもしれない 。受信波形の早い部分に基づいた分析は、図２４Ａ，２４Ｂ、図２５Ａ，２５Ｂ 及び図２６Ａ、２６Ｂに言及して論じられる。例えば、ボアシャシュが教えるよ うに、信号は一般に次の形で表現される。 f(t)=a(t)e^{i Φ(t)} （１） a(t)は信号の包絡線を表し、Φ(t)が信号の周波数関数であることは当該技術 分野においてよく知られている。特に、信号が主に励起源の中心周波数を追跡す る ときに適切であるように、信号の関数挙動の分解がヒルバート変換（ボアシャシ ュ、第２６頁）を用いて式（１）の形に変換されると、包絡線a(t)はヒルバート 包絡線として照会され、周波数関数がヒルバート周波数関数として照会される。 包絡線と周波数関数は、共に、興奮が短期であるという性質と骨の応答の性質に より、両方とも時間の関数として変化する。病的な骨と健全な骨のそれぞれの場 合の包絡線と周波数関数の値は、図２４Ａ中の番号２４２と２４３及び図２６Ａ 中の番号２６２と２６３によって表される。健全な骨の場合、受信波形の早い部 分（３又は４マイクロセカンド）の間に、ほとんど可変性がなく、そして優位周 波数は比較的低い。比較的孔空き状態の骨の場合、かなりの可変性があり、そし て優位周波数は比較的高い。可変性は当該技術分野において知られる多様な方法 に従い数量化することができる。ヒルバート周波数関数の時間に対する可変性を 測定することに対する代替方法、あるいは付加的方法として、受信した突発の所 定の早い小区分内の優位周波数を決定することは可能である。不健全な骨はこの 部位で劇的に高い優位周波数を有する。我々はこの時間的インタバルの間の優位 周波数と優位期間をそれぞれ「優位早期周波数」、「優位早期期間」と呼ぶ。こ の周波数あるいは周期測定を行う一つの方法は、この部位に関するヒルバート関 数を計算し、次にインタバルの時間グラフに対するヒルバート位相の平均勾配を 決定することである。代替的に、この部位の優位周波数の測定はサンプル波形デ ータから成功裏に直接推測することができる。UBI‐５c指標は、最初の実質的な ピークの両側に位置する２点を利用する推定期間である。この実施形態における ２点は、時間に関する第２派生物がゼロである位置（「変曲点」）として決定さ れる。半分周期はこれらの２点における曲線の正接間に挟まれる時間として推定 される。UBI‐５cの値はマイクロセカンドで表される全対応時間である。代わり の実施形態は早期優位周波数の他の複数の測定を使用する。これらの測定は、ピ ークから溝までのインタバル若しくは最初の半周期のピークからゼロまでの距離 の測定又は第２のゼロ交雑における受信信号の勾配の測定を含むことができるが 、これらに制限されるものではない。 UBI‐６ UBI‐６手順は、ヒルバート変換を用いて受信波形の時間経過に伴うさまざ まなスペクトル内容を調べるためにT_Rの記憶された出力に関する短期フーリエ変 換を利用する。周波数指標はUBI‐２に類似した方法で計算することができる。 この指標の時間的変化はUBI‐５に類似した方法で異なる指標を計算するために 使うことができる。 UBI‐７ UBI‐７手順は、周波数に対する位相を示す図（曲線）を与えるデータを作り 出すためにT_Rの記憶された出力についてフーリエ変換を利用する。この曲線の勾 配は（周波数の関数としての）速度の測定である。周波数に対する速度の変化（ あるいはその時間領域対応物、群遅延）は、多様な方法によって数量化すること ができる拡散である。比較的孔空き状態の骨ではほとんど拡散がなく、比較的密 な骨では比較的より多くの拡散がある。 UBI‐８ UBI‐８手順は、不健全な骨が広帯域識別特性を引き起こすのに対して、健全 な骨がいっそう選択的に比較的低周波数を通過させる傾向があるという認識に基 づいている。したがって、UBI‐８は、（i）本明細書及び以下の請求の範囲に関 して、低周波数のスペクトル頂点のまわりの１０ＯkHzのスペクトルと関連する エネルギーである「狭帯域エネルギー」と、（ii）本明細書及び以下の請求の範 囲に関して、０−１０００kHzの全スペクトルと関連するエネルギーである「広 帯域エネルギー」の測定を伴う。UBI‐８は広帯域エネルギーに対する狭帯域エ ネルギーの標準化された比率である。 先出願に記述されるように、前述のUBは単に説明的なものであり、他のUBIあ るいはUBIを組み合わせて用いることができる。 ２．位置分析 被験者の骨の完全性に関する測定が位置の関数としてグラフ化された図３乃至 １０の面グラフ若しくは図１１乃至１８の局部特性グラフ又はグレースケール若 しくは１色以上の色を用いて示すいかなる表示に示すように、前述のUBI等のよ うな骨の完全性に関する種々の測定についての空間グラフ（地図）を得ることが できるし、また示すことができる。 被験者の骨の複数位置における超音波診断情報を調べることにより空間地図 （マップ）を得ることができる。このためには、骨に関して機械的にあるいは電 子的に音響トランシーバを規制無しに走査することを含むかもしれない。本発明 の種々の実施形態による空間地図は、規制なしに以下を含む多様な目的のために 有利に使用される。 (a) 特定の診断効用の部位である骨の縁のように、被験者の骨の決定可能な 特徴に関して１つ以上の「関心部位」を決定すること。 (b) 診断測定自体の局部特性について決定できる特性に関して１つ以上の「 関心部位」、例えば、特定のUBIパラメータに関して最小部分を囲む特定の部位 であって、特定の診断効用があることが知られている部位を決定すること。 (c) 特定の診断効用部位の決定に用いるため、骨の部分から骨の部分でない 位置への遷移、即ち骨の縁を決定すること。 (d) 空間地図それ自体の局所特性又は幾何学特性を１以上の診断測定として 使用すること、例えば、特定のUBIフィールドの湾曲を空間の関数として、診断 目的のために、本発明の実施形態に従い使用することができる。 図３と４はそれぞれ４６才の健康な女性の踵骨の２次元部位に関するUBI‐４b とUBI‐５cの３次元面グラフである。これらのグラフ及び図５乃至図８のグラフ において、右側に「COLUMN」で示す軸は、かかとからつま先までの軸にほぼ等し く、かかとの後端部が原点位置である。（このグラフ及びこの後のグラフにおい て、表示される部位は必ずしも踵骨の外縁を含む必要はないかもしれない。）「 ROW」で示す軸は「COLUMN」軸に直角の方角であり、ここでも、かかとの後端部 が原点位置である。これらの２軸は、図１及び２の変換器対T_TとT_Rと関連する座 標を識別するために用いられる。変換器対は、先出願の図１６の揺りかご(cradl e)１６６のようにお互いに固定位置とすることができ、それで超音波パルスは踵 骨を通る経路に沿って変換器T_Tから変換器T_Rに送信され、そして、先出願に記述 される方法で処理される。関連するUBIは任意位置の２つの変換器によって決定 される。全関心部位の全UBI値を測定するために、変換器は骨の周りの一連の異 なった位置へ移動される。（しかしながら、変換器を取付け、移動する特定の方 法は本発明に含まない。）従って、２軸（COLUMN，ROW）は被験者の足と変換器 対の相対位置を識別する。最後に、垂直軸は、各位置に関 して決定された関連UBI値を示す。 これらの２つのグラフ間に若干の相違があるが、注目に値する類似性を有する 。それぞれのグラフは比較的広いプラトーを示す。プラトーの右側エッジ−これ はほぼ、かかとからつま先までの（「COLUMN」）軸に沿って走っている−は踵骨 のエッジに帰因するがけのような落差を示す。換言すれば、グラフは評価された 骨のエッジの識別を与える。 さらに、それぞれ図３と４において、プラトーそれ自身は若干の規則性を示す。 特に、例えば１から６までのCOLUMN値の範囲内で、UBI値は、ROW値の３から８ま での範囲において比較的ほとんど変化しない。本明細書及び以下の請求の範囲に おいて「候補部位」と呼ばれるこの部位は、（i）該部位が骨のエッジから設定 され、（ii）該部位のUBI値は、かかとからつま先までの軸上の高さ、即ちROW値 の変化に比較的鈍感であという特性を有する。しかしながら、候補部位において 、UBI値が局部的に最小である局部的な谷が見られる。図３において、候補部位 の局部的な谷は位置３１、そして図４においては、候補部位の局部的な谷は位置 ４１として識別される。 候補部位内の局部的な谷と関連する局部的な最小勾配を有する位置(谷が存在 する場合)は、本明細書及び以下の請求の範囲において「基準位置」と呼ばれ、 基準位置は踵骨に関する解剖学的特性から生じると信じられ、かつ、下に論じる ように、UBI測定に関して特に重要な位置を識別することにも役立つと信じられ る。基準位置は、また、何らかの異なる基準を使って識別されるかもしれない。 例えば、我々は、比較的原点の近くの位置、即ち踵骨のエッジから後退している にもかかわらず踵骨の後部と底部の近くに位置する谷を予想することが好ましい ことを見いだした。この一般的な区を候補部位と見なすことができ、基準位置は 、その部位内の谷（谷が存在する場合）として識別される（谷が存在しない場合 は、その部位内の局部的な最小勾配の位置であると識別される）。 図３及び４と対照して、図５及び６はそれぞれ４５才の骨粗鬆症の女性の踵骨 の２次元部位に関するUBI‐４bとUBI‐５cの面グラフである。これらのグラフに おいて、図３及び４の高くて幅広のプラトーは比較的より低いプラトーに取って 代わり、図５のプラトーは図３のものより低く、図６のプラトーは比較的 図４のものより低い。このことは、COLUMN値が３から８の間で、ROW値が１から ６の間の候補部位を見るならば、最も明白である。さらに、候補部位に基準位置 ５１，６１を識別することができ、そこにはUBI値に関する局部的な谷が存在し ている。基準位置５１におけるUBI値は基準位置３１におけるものより明らかに 低く、また、基準位置６１におけるUBI値は基準位置４１におけるものより低い 。 図７及び９は、年齢平均以上の良質の骨を有する７６才の女性と、骨粗鬆症の ８３才の女性のそれぞれの踵骨の２次元部位に関するUBI‐４bの面グラフである 。図７において、骨エッジの最も低い部分がかかとからつま先までの軸の上部に およそ３つのROW（３段）に位置していることと、候補部位が１から３の間のCOL UMN値、かつ、４から８の間のROW値を有することがわかる。局部的な谷７１によ り候補部位に基準位置を識別することができる。図９において、候補部位は１か ら３までの間のCOLUMN値かつ３から８の間のROW値を有する。局部的な谷９１に より候補部位に基準位置を識別することができる。ここでも、基準位置９１にお けるUBI値が基準位置７１におけるものより明らかに低いことがわかる。図８及 び１０はそれぞれ、図７及び９のケースと同じ２人の被験者の踵骨の１つの２次 元部位に関するUBI‐５cの面グラフであり、それぞれ番号８１，１０１で示す識 別された基準位置を有し、これらの面グラフは図７及び９のケースと類似する結 果を示す。 図３乃至１０の面グラフを使用することは、３Ｄフォーマットを使用するため 、いくつかのケースの場合、正確な基準位置座標を視覚化することが困難である という不利な点を有する。この困難性は、図３乃至１０にそれぞれ対応する図１ １乃至１８に示すような局部特性グラフにより解決される。図１１乃至１８にお いて、UBIの強さを３番目の座標値によって示さず、むしろ陰影によって示した ので、ROW及びCOLUMN位置は明確である。図３乃至１０に関連して先に論じた基 準位置は図１１乃至１８において顕著である。 発明の１実施形態に従い、被験者間の比較目的で骨の有孔性及び非接続性の測 定としてUBI値を与えるために一般的な候補部位と特別の基準位置を使用できる ことが前述の実施例からわかる。さらに、基準位置あるいは候補部位を識別す るために使われる特定のUBIは、骨の有孔性及び非連続性の最終測定に用いる同 じUBIである必要がない。例えば、基準位置の識別にUBI‐５cを使い、そして次 に基準位置における骨の有孔性及び非連続性の測定にUBI‐４bを使用することが できる。実際に、先に論じられ、また、先出願で論じられるように、UBIは、特 に番号付けられ説明されたもの以外のものとすることができる。例えば、比較的 粗鬆の非連続性の骨と、健全な骨の間の上記タイプのグラフにおける明白な相違 は、候補部位の下の空間又は基準位置を囲んで形成された区の下の空間の測定で あるもう１つのUBIを示唆する。また以下に記述するように、UBIからBUAの推定 を得ることはある特定のケースで可能である。 本説明のここまでの説明において、UBI面それ自身−ある部位について得たUBI 値の集合−は、UBI値が骨の有孔性及び非接続性の測定として利用されるであろ う位置を識別するために調査され使われてきた。（UBI値が骨の有孔性及び非接 続性の測定として利用されるであろう位置は、明細書及び次のクレームの目的に おいて「目標位置」と呼ばれる。）換言すれば、目標位置は基準位置であるかも しれないが、必ずしもそうである必要はない。従って、幾何学的手段によって被 験者の身体部分の外部から目標位置を識別することは、本発明の範囲内であり、 発明の１つの実施形態である。代替的に、目標位置を、装置それ自身によって測 定されるように、骨のエッジに関して決めることができる。（このように選択さ れた位置は、本明細書と次の請求の範囲の目的において「デフォルト位置」と呼 ばれる。）従って、例えば、デフォルト位置は、踵骨の底部及び後部に関して決 定され、被験者の足の大きさ（しかし、これに制限されない）を含む他のパラメ ータに基づくデフォルト寸法の測定を含むこととしてもよい。これにより、さま ざまな量の柔らかい組織の存在に起因する骨の後退にかかわらず、装置は目標部 位をすべての被験者の骨の解剖学的類似位置とすることを可能にする。デフォル ト位置が確認された後、先出願の図１６の揺りかご１６６のような、固定した相 対位置にある変換器対Ｔ_TとT_Rをデフォルト位置へ移動して、次にそのデフォル ト位置において適切なUBIを測定することができる。換言すれば、デフォルト位 置を、例えば、図２乃至８までのグラフに関して上に記述した座標系（ｘ位置と ｙ位置）における絶対距離として記述することができる。例えば、xy座標が骨固 定座標系に関する被験者の分類に関して確認される座標であるならば、（ｘ軸に 沿って）１センチ前進、かつ、（ｙ軸に沿って）２センチ上である。 デフォルト位置は、被験者のある分類に関し、その分類中の各被験者の基準位 置に関する経験的な測定によって確かめることができる。中間数位置をデフォル ト位置として用いることができる。すべての人間にひとつのデフォルト位置を使 うことは可能であり、多くの場合、デフォルト位置を関数として、例えば、被験 者の性と年齢範囲や靴のサイズ、足の外部形状等の関数として明示することが望 ましい。 デフォルト位置が一旦確認されると、本発明の１実施形態において、デフォル ト位置をUBI測定のために目標位置として使うことが可能である。代替的に、も う１つの測定を得るために目標位置に関して決定されて明示された部位を処理す ることとしてもよい。例えば、発明の好ましい実施形態に従い、高さ８mm、幅４ mmのウィンドウ（足の底部の輪郭に従いかつ骨のエッジに関して決められた線に 対して４mmの位置のもの）を平均して骨の有孔性の測定を与えることとしてもよ い。 しかしながら、本発明の別の実施形態において、目標位置は、デフォルト位置 と基準位置の両方の関数として決定される。この関数は、例えば、２つの位置の 荷重（重みつけ）平均とすることができる。さらなる実施例として、UBI面が候 補部位に十分に顕著な局部的な谷を示すときに基準位置を支持し、UBI面が好ま しいレベルの信頼性で基準位置を示さないときにデフォルト位置を支持するよう に前記重み付けを調整することができる。 図１９は、目標位置におけるUBI測定を作り出すことに関する本発明のプロセ ス（方法）の好ましい実施形態の論理フローチャートである。ここに記述された プロセスは図３から図１８までに関連して上に記述された手順と特徴を利用する 。ステップ１９１に従い、先出願の図１６の揺りかご１６６のように相対固定位 置に存する変換器対T_TとT_Rは、超音波パルスが先出願に記述されるように変換器 T_Tから踵骨を介して変換器T_Rに送られて、そして先出願に記載された方法で処理 されるように利用される。変換器T_Rが受信した波形はそのように捕えられ、所定 の位置におけるUBI測定を作り出すために解析される。変換器を骨の周 りの一連の異なった位置に動かして全関心部位のUBI値の全体の測定を得る。 ステップ１９２に従い、基準位置を識別するために、作り出されたUBI面のト ポロージーを調べる。このステップにおいて、目標位置は基準位置に基づいて選 択される。目標位置を実際基準位置と同じにすることとしてもよいし、あるいは 、さらなる実施形態のように幾何学データをステップ１９３に適用して目標位置 を幾何学的なデータと基準位置の両方の関数してもよい。最終的に、ステップ１ ９４において、目標位置における適切なUBI測定が作り出される。 図２０は、目標位置を識別するための、図９の実施形態のステップ１９２，１ ９３に従う方法をさらに詳細に示す論理フローチャートである。ステップ２０１ において、記憶された測定値は骨のエッジを識別するために分析される。ステッ プ２０２において、骨のエッジが識別された後、エッジから後退した骨の部位の UBI測定値が調べられる。ステップ２０３での調査の結果として、位置に対して 相対的感度を示さない測定値を有する候補部位が識別される。次にステップ２０ ４において、測定値に局部的な谷を有する、候補部位内の基準位置（これが存在 するならば）が識別される。局部的な谷が存在しないならば、識別される位置は 局部的最小勾配を有する。ステップ２０５において、目標位置は、幾何学的入力 データに基づくデフォルト位置と基準位置の両方の関数として選択される。最終 的に、ステップ２０６において、目標位置は出力として与えられる。 これらのプロセスは、図１９と２０のプローセスを実行するするための本発明 の好ましい実施形態の装置のブロック線図である図２１に示すように構成された 装置において実行される。音響トランシーバ２１１は、変換器に接続されたとき に所定の周波数範囲にわたって分布するエネルギーを有する音轡パルスを生成す る信号発生器を有する。音響トランシーバ２１１はまた変換器アセンブリを有し 、この変換器アセンブリは複数の変換器を含み、また、骨を間に挟むように互い に間隔をおいて配設される１対の変換器を備える。この変換器対の第１変換器が 音響パルスを与えるために信号発生器につながれ、第２変換器は、骨を含む伝搬 路に沿って伝搬する音響パルスの音響信号を受信する。パルス伝搬路が選択され た骨の部位の複数の位置を通るように複数位置に配設されるように、変換器アセ ンブリを構成する。 信号処理装置２１２は、変換器対の第２変換器と通信する。信号処理装置２１ ２は、変換器対の第２変換器が受信した信号の一部からその量全体までのスペク トル及び時間の構成要素の少なくとも１つを示す位置に関するUBI値を与える。 に１対の変換器の１つ、信号処理装置２１２は、位置関連するUBI値を記憶する 値記憶装置２１３と通信するように作動する。 別個の位置に関するデータを処理する信号処理装置の作動は、後の操作のため に値を記憶する値記憶装置に関して、体験学習目的のために、ここに記述される ことに留意されたい。データ処理分野の当業者に知られるように、限定的なもの ではなく１例として、適応性のある段階的サーチのような空間データの操作にリ アルタイム処理を応用することができる。本明細書及び請求の範囲で用いる「値 記憶装置」は、従って、数値の配列の意味に用いられ、必ずしも同時に残存して いる必要はない。記憶され又は操作された値と物理的な位置との対応は１対１即 ち１つではなくてもよいことに更に留意すべきであり、処理の前に個々の位置か ら得たデータを平均することは本発明の請求の範囲によってカバーされることに 留意すべきである。 位置処理装置２１４は値記憶装置に記憶された値の少なくとも一部に基づき目 標位置を選択し、出力処理装置２１５は目標位置と関連する量を出力として与え る。実際、信号処理装置２１２、位置処理装置２１４及び出力処理装置２１５は 、各処理装置の個々の機能を行うためにソフトウェアでプログラムされたプロセ スを実行する（図２のマイクロプロセッサ２１のような）ひとつのマイクロプロ セッサとして実現することができる。但し、必ずしもそうする必要はない。 診断効用の部位の選択のマッピングの使用に加え、あるいはその代替として、 空間地図の本質的な形状即ち地形から得た価値のある図形もまた診断目的のため に使うことができる。例えば、局部的な谷の近所の平均勾配は重要な更なる情報 を与えることがある。地形測定の使用法は、図４，６，８及び１０の面グラフの 断面図を与える図２７乃至３０により最もよく理解される。更に詳しく言えば、 図２７乃至３０は、図４，６，８及び１０に示す同じ４人の被験者のUBI‐５cデ ータを図４，６，８及び１０の面グラフのかかとからつま先までの軸と平行な方 向の断面を示す。図４，６，８，１０と、図２７乃至３０の参照番号は同一の 特徴を示す。 ４５歳の骨粗鬆症の女性と７６歳の年齢平均以上のUBI得点を有する女性に関 するUBI‐５c得点をそれぞれグラフ化した図２８と２９を比較すると、谷６１， ８１に位置するUBI‐５cの同様な最小値を示していることがわかる。しかしなが ら、番号６２と８２で示され谷６１と８１に始まりおよそ３つのROW(およそ１セ ンチメートル)上方に行った選択部位の平均勾配は劇的に異なっている。図２８ の被験者は骨粗鬆症であることが知られており、図２９の被験者は健全であるこ とが知られているので、より険しい勾配は骨のより貧弱な症状と関係しているか もしれない。この結果は、より大きな部位６２と８２のUBI‐５c得点を単に平均 することによって得られるであろう結果と反対である。 同様な方法により、４６歳の健康な女性と８３歳の骨粗鬆症の女性のUBI‐５c の得点をそれぞれグラフ化した図２７，３０は、UBI‐５cの面グラフの局部的な 谷４１と１０１のそれぞれの近くに位置する選択された部位４２と１０２におけ る比較的緩い勾配を示す。４６才の健全な被験者と８３才の骨粗鬆症の被験者の 両方の平均勾配が低いので、単独で採用した勾配は、局部的な谷の近くでの平均 UBI‐５c値と共に採用した平均勾配ほど骨の晶質を効率的に示さないことは明確 である。谷における勾配とUBI‐５c値を組合わせことで空間地図の診断効用を高 めることができる。例えば、最大勾配のようなUBIトポロジーの測定を使用して もよく、さらに、同様な技術を単独で、あるいは、組み合わせて他のUBI測定に 適用することは本発明の範囲内であることが理解される。 ここで説明する方法及び装置の別の応用は、特定位置での骨の晶質測定のみの 値によって骨の品質を与えることよりも、骨の品質の低下をより早い時期に示す ことを目的とする。前述の全ての技術は、当該技術分野の通常の知識を備える者 にとって公知である長年に渡って研究された診療方法を応用して、骨の有孔性を 変える被験者の性癖を決定するために単独あるいは組合わせて使用することがで きる。 前に記述されるように、先出願の図１６の揺りかご１６６を使って変換器アセ ンプリを作動させることができるが、骨の側部に配設される複数の変換器を備え る変換器アセンブリを利用し、骨を通る経路を電気スイッチで変化させそれぞれ の場合に実際に使用されている変換器対を決定することは本発明の範囲内である 。 我々は次に、UBI‐５cのようなUBI測定からBUA推定を測定できる方法について 論じる。以下に説明する方法はBUA推定を与え、この推定は使用者にとって診療 効用であるように意図され、UBI測定が特異性と感度に関してBUAの同じ制限及び 固有の欠陥を受けるということは全く示されない。我々は、一般に、図２２に示 すように、我々のシステムを設計することができる。この図において、Tx（番号 ２２２で示す）は送信機（電子装置と変換器）を表し、Rx（番号２２４で示す） は受信機（電子装置と変換器）を示す。メディア（番号２２３で示す）は、両変 換器間の試験材料又は被験者である。刺激（番号２２１で示す）は、興奮関数で あり、しばしば衝撃のようである。このシステムの反応h(t)を以下のように記載 することができる。 h(t)=h_St(t)^*h_Tx(t)^*h_Mediurn(t)^*h_Rx(t) （２） ここで、アスタリスク［^*］はたたみこみを示し、h_St(t)、h_Tx(t)、h_Medium(t )及びh_Rx(t)はそれぞれ、刺激、送信機、メディア及び受信器と関連する別個の 衝動応答である。 我々は、一般に、次の２つのメディアを処理する。 （１）水のようなキャリブレーションメディア （２）人体の踵のようなテストメディア 次にキャリブレーション信号h_calとテスト信号h_tesを得る。これらの信号から 式（１）に照らして次の式を得る。 h_cal(t)=h_St(t)^*h_Tx(t)^*h_{cal medium}(t)^*h_Rx(t) （３） h_text(t)=h_St(t)^*h_Tx(t)^*h_{text medium}(t)^*h_Rx(t) （４） 信号にひずみのない単純な遅延が生じる。従って、現在の目的において、次のよ うに取り扱うことができる。 h_water(t)=h_St(t)^*h_Tx(t)^*h_Rx(t) （５） 変換器とテストメディアの接触のいかなる変化も絶対的にh_testに含まれている ことに留意されたい。 我々はUBI‐５c測定からBUAの推定値を得ようと試みるための処置を定める。 これに関し、図２３Ａ乃至２３Ｃに示す波形状Ａ、Ｂ、Ｃを考える。波形Ａは、 メディアの一部として健全な骨を使って受信器Rxから得られるかもしれない信号 を示す。最初のサイクルあるいは２つのサイクルのおおよその時間は〜３−４マ イクローセカンド（病的な骨の場合〜２−２.５マイクローセカンド）である。 波形Ｂは、骨粗鬆症の骨を使った場合の対応する信号を示るものであり、波形Ａ の場合よりも短い第１第１サイクルを示す。波形Ｃは、典型的な水キャリブレー ション信号を示す。最初の少数のサイクルの時間は１-２マイクロセカンドであ る。測定UBI‐５cは、最初の正のピーク（図ＡのＰ）の近くに周波数（及び周期 ）を推定することにより得られる。 信号ＡとそのUBI‐５cに相当するBUA推定値を次のように得ることができる。 最初に、次式で与えられる伝達関数F_mによって定義される応答を与えるフィルタ ーの族を仮定する。 F_m(f)=Ae^mfe^{j Ф(f)}・W(f) （６） ここで、mはlog‐線形振幅関数の（負の）勾配、 Aは定数、 F(f)は位相伝達関数、 W(f)は、（音が鳴るといったような）信号処理人工産物に対する調整が 必要ならば付け加えられるウィンドウ関数である。 関数h_filter(t)は標準的な逆フーリエ変換によりF_m(F)から決定することができ る。 考えることは、h_{filter system}(t)=h_St(t)^*h_Tx(t)＊h_filter(t)^*h_Rx(t)が最初 の正のピーク（図２３の波形Ａの点Ｐ）の近辺の観察された被験者のデータに最 も良く適合するようにmの値を見いだすことである。mのこの値、即ち勾配はBUA 値に相当する。従って、Ｐに近いデータによってまた排他的に決定される、UBI ‐５（ｃ）に相当するBUAの推定値を決定することができる。 残りのパラメータを次の方法で選択することができる。Ａとmが最も良い適合 度を与えるために最初に変化することが許容される。これは、例えば、２媒介変 数の非線形最少二乗適合を使って達成することができる。代替的に、Ａの値を固 定し、次にm(A)を決定することができ、次に、最適状態の良い推定を得るまで十 分な数のＡの値を継続的に試すこととしてもよい。 最初にF(f)は定数とされる。このことは、拡散がなく、かつ、TxからRxまで固 定した遅延と関連する線形位相関数を取り除くように時間のゼロが再定義される と想定することに等しい。同様に、初めにW(f)=１と設定することができる。有 害な人工産物から干渉を受ける場合は、その後に、そういった人工産物の影響を 低減する適当なウィンドウW(f)を制定することとしてもよい。 水キャリブレーションの優れた近似としてh_{cal medium}=d(t‐t_o)であるから、 h_{filtred system}(t)=h_cal(t)^*h_filter(t)であることに留意されたい。 従って、上に記述したタイプの一般的なシステムを利用し、そして次の階段を とることよってUBI値に相当するBUAの推定を導く方法を示した。 （ａ）被験者及びキャリブレーションメディアに対して上記システムを用い ことから生じる波形h_subject(t)とｈ_cal(t)を決定する （ｂ）h_subject(t)からUBI値を決定する （ｃ）h_{filtr system}(t)=h_filter(t)^*h_cal(t)が関心近傍位置のh_subject(t) に最も良く適合するようなmの値を見いだす、ここで、応答h_filter(t)は下の式 で表される伝達関数F_mによって定義される。 F_m(f)=Ae^mfe^{j Ф(f)}・W(f) ここで、mは、log‐線形振幅関数の勾配、Ａは定数、F(f)は位相伝達関数、W(f) は追加のウィンドウ関数である。 （ｄ）値mを波形h_subject(t)と関連するUBI値に合わせる。BUAは適当な倍率 でもって値mから決定することができる。 この方法は、水のようなキャリブレーションメディアが関心周波数範囲内にお いて実質的に周波数に依存しない減衰を有すると想定している。しかしながら、 他のキャリブレーションメディアを処理するために、上に概説した関連性を利用 してこの方法を容易に修正することができる。 代替的に、h_{filtr system}(t)に関するUBI‐５cを計算することができ、またF( f)とW(f)に関する固定された仮定を用いて、UBI‐５c値をmに相当するBUA値に関 連づけることができる。従って、UBI‐５cとBUAの対応は検索テーブルに取 り入れることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １.脊椎動物被験体の体部分の内部の骨の有孔性と非連続性に関する指標を外部 から測定する装置であって、 (a)(i) 変換器に接続されたとき、所定の周波数範囲に分散されるエネルギを 有する音響パルス発生させる信号発生器と、 (ii) 複数の変換器を含み、かつ、骨の周りで離間した位置に置かれる１ 対の変換器を備える変換器アセンブリであって、前記１対の変換器の第 １変換器は音響パルスを与えるために前記信号発生器に接続され、前記 １対の変換器の第２変換器は骨を含む経路を伝搬する音響パルスから生 じる音響信号を受信し、前記変換器アセンブリは骨の選択された部位内 の複数位置を通る経路が形成されるように構成された変換器アセンプリ リとを、 備える音響トランシーバと、 (b)前記第２変換器と通信し前記各位置に関連する測定を与える信号処理装置 であって、前記測定は、前記第２変換器が受信した信号の、部位（部位の一 部から全体まで）の遷移スペクトルと遷移時間成分のうちの少なくとも１つ を示す信号処理装置と、 (c)前記各位置での測定に関する値を記憶する記憶装置と、 (d)前記値記憶装置に記憶した値の少なくとも一部に基づいて目標位置を選択 択する位置処理装置と、 (e)前記目標位置と関連する量を出力として与える出力処理装置とを、 含んでなる装置。 ２.請求項１の装置であって、前記量は前記目標位置に関連する測定である装置 。 ３.請求項１の装置であって、前記量は前記目標位置に関連する測定とは異なる 別のものである装置。 ４.請求項１の装置であって、前記位置処理装置は、前記値記憶装置に記憶され た値の少なくとも一部に基づいて基準位置を識別し、かつ、前記基準位置の少 なくとも一部に基づいて前記目標位置を選択する手段を含んでなる装置。 ５.請求項１の装置であって、前記位置処理装置は前記体部分の幾何学的配置に 基づいてデフォルト位置を定義する幾何学的入力データを有し、前記目標位置 は前記幾何学的入力データと、前記値記憶装置に記憶された値の両方に基づい て前記位置処理装置によって選択される装置。 ６.請求項５の装置であって、前記位置処理装置は、前記値記憶装置に記憶され た値に基づいて骨のエッジを識別する手段を含んでなる装置。 ７.請求項６の装置であって、前記位置処理装置は、骨のエッジに対して指定し た方向に指定した距離だけ骨のエッジからセットバックした骨の位置を識別す る手段を含んでなる装置。 ８.請求項７の装置であって、前記骨は踵骨であり、前記位置処理装置は、前記 エッジからセットバックした候補部位であって、該候補部位に対して前記値記 憶装置に記憶された値が比較的感応しない候補部位を識別する手段を含む装置 。 ９.脊椎動物被験体の体部分の内部の骨の有孔性と非連続性の指標を外部から測 定する装置であって、 (a)(i) 変換器に接続されたとき、所定の周波数範囲に分散されるエネルギを 有する音響パルス発生させる信号発生器と、 (ii) 複数の変換器を含み、かつ、骨の周りで離間した位置に置かれる１対 の変換器を備える変換器アセンブリであって、前記１対の変換器の第１ 変換器は音響パルスを与えるために前記信号発生器に接続され、前記１ 対の変換器の第２変換器は骨を含む経路を伝搬する音響パルスから生じ る音響信号を受信し、前記変換器アセンブリは骨の選択された部位内の 複数位置を通る経路が形成されるように構成された変換器アセンプリと を、 備える音響トランシーバと、 (b)前記第２変換器と通信し前記各位置に関連する測定を与える信号処理装置 であって、前記測定は、前記第２変換器が受信した信号の、部位（部位の一 部から全体まで）のスペクトルと時間成分のうちの少なくとも１つを示す信 号処理装置と、 (c)前記各位置での測定に関する値を記憶する記憶装置と、 (d)前記値記憶装置に記憶した値に基づいて前記骨のエッジを識別し、かつ、 前記値記憶装置に記憶した値の少なくとも一部に基づいて目標位置を選択す る位置処理装置と、 (e)前記目標位置と関連する量を出力として与える出力処理装置とを、 含んでなる装置。 10.請求項９の装置であって、前記位置処理装置は、指定した距離だけ骨のエッ ジからセットバックした骨の位置を識別する手段を含んでなる装置。 11.請求項９の装置であって、前記骨は踵骨であり、前記位置処理装置は、前記 エッジからセットバックした候補部位であって、この候補部位に対して前記値 記憶装置に記憶された値が比較的感応しない候補部位を識別する手段と、ディ フォルト位置及び前記候補部位内の指定された位置の関数として基準位置を選 択する手段とを含んでなる装置。 12.請求項９の装置であって、前記位置処理装置は、前記候補部位内に存する基 準位置を識別し、かつ、候補部位内に測定値の局部的な谷が存在するならば、 前記谷に存在する基準位置を識別する手段を含んでなる装置。 13.請求項９の装置であって、前記位置処理装置は、前記候補部位内に存する基 準位置を識別し、かつ、前記候補部位内に測定値の局部的な谷が存在するなら ば、前記谷に存在する基準位置を識別する手段を含み、前記指定された位置は 基準位置である装置。 14.脊椎動物被験体の体部分の内部の骨の有孔性と非連続性の指標を外部から測 定する方法であって、 (a)(i) 変換器に接続されたとき、所定の周波数範囲に分散されるエネルギを 有する音響パルス発生させる信号発生器と、骨の周りで離間した位置に 置かれる１対の変換器であって、前記１対の変換器の第１変換器は音響 パルスを与えるために前記信号発生器に接続され、前記１対の変換器の 第２変換器は骨を含む経路を伝搬する音響パルスから生じる音響信号を 受信し、前記変換器アセンブリは骨の選択された部位内の複数位置を通 る経路が形成されるように構成された変換器対とを備える音響ト ランシーバと、 (ii) 前記第２変換器と通信し前記各位置に関連するUBI測定を与える信号 処理装置であって、前記UBI測定は、前記第２変換器が受信した信号の 、部位（部位の一部から全体まで）のスペクトルと時間成分のうちの少 なくとも１つを示す信号処理装置とを、 含む装置を準備し、 (b)各記憶装置位置が前記骨の前記選択された部位内の複数の位置の少なくと も１つと関連する複数の記憶装置位置に前記UBI測定に関連した値を記憶し 、 (c)前記複数の記憶装置位置に記憶された値の少なくとも一部に基づいて目標 位置を選択し、 (d)前記目標位置と関連した少なくとも１つのUBI測定に基づいて骨の有孔性に 関する量特性を与える、 ステップを含んでなる方法。 15.請求項１４の方法であって、 (a)前記変換器と協働するシステムにおいて前記骨のエッジを識別し、 (b)前記目標位置選択ステップが基準位置から指定された距離隔てた目標位置 を選択することを含むように前記骨のエッジに関して前記基準位置を定義す る、 ステップを更に含んでなる方法。 16.脊椎動物被験体の体部分の内部の骨の有孔性と非連続性の指標を外部から測 定する方法であって、 (a)(i) 変換器に接続されたとき、所定の周波数範囲に分散されるエネルギを 有する音響パルス発生させる信号発生器と、骨の周りで離間した位置に 置かれる１対の変換器であって、前記１対の変換器の第１変換器は音響 パルスを与えるために前記信号発生器に接続され、前記１対の変換器の 第２変換器は骨を含む経路を伝搬する音響パルスから生じる音響信号を 受信し、前記変換器アセンブリは骨の選択された部位内の複数位置を通 る経路が形成されるように構成された変換器対とを備える音響ト ランシーバと、 (ii) 前記第２変換器と通信し前記各位置に関連するUBI測定を与える信号 処理装置であって、前記UBI測定は、前記第２変換器が受信した信号の 、部位（部位の一部から全体まで）のスペクトルと時間成分のうちの少 なくとも１つを示す信号処理装置とを、 含む装置を準備し、 (b)各記憶装置位置が前記骨の前記選択された部位内の複数の位置の少なくと も１つと関連する複数の記憶装置位置に前記UBI測定に関連した値を記憶し 、 (c)前記骨の選択された部位内のUBI測定の空間分布の少なくとも地形特性に基 づき骨の有孔性に関する量特性を与える、 ステップを含んでなる方法。 17．骨の有孔性を変化させる被験体の性癖を特徴づける方法であって、 (i) 変換器に接続されたとき、所定の周波数範囲に分散されるエネルギを有 する音響パルス発生させる信号発生器と、骨の周りで離間した位置に置かれ る１対の変換器であって、前記１対の変換器の第１変換器は音響パルスを与 えるために前記信号発生器に接続され、前記１対の変換器の第２変換器は骨 を含む経路を伝搬する音響パルスから生じる音響信号を受信し、前記変換器 アセンブリは骨の選択された部位内の複数位置を通る経路が形成されるよう に構成された変換器対とを備える音響トランシーバと、 (ii) 前記第２変換器と通信し前記各位置に関連するUBI測定を与える信号処 理装置であって、前記UBI測定は、前記第２変換器が受信した信号の、部位 （部位の一部から全体まで）のスペクトルと時間成分のうちの少なくとも１ つを示す信号処理装置とを、 含む装置を準備し、 (a)各記憶装置位置が前記骨の前記選択された部位内の複数の位置の少なくと も１つと関連する複数の記憶装置位置に前記UBI測定に関連した値を記憶し 、 (b)前記骨の選択された部位内のUBI測定の空間分布の少なくとも地形特性 に基づき骨の有孔性に関する量特性を与える、 ステップを含んでなる方法。 18.被験体の体部分の中の骨の外部からの測定されたUBI値に対応するBUA推定を 導く方法であって、 (a)(i) 変換器に接続されたとき、所定の周波数範囲に分散されるエネルギを 有する音響パルス発生させる信号発生器と、骨の周りで離間した位置に 置かれる１対の変換器であって、前記１対の変換器の第１変換器は音響 パルスを与えるために前記信号発生器に接続され、前記１対の変換器の 第２変換器は骨を含む経路を伝搬する音響パルスから生じる音響信号を 受信し、前記変換器アセンブリは骨の選択された部位内の複数位置を通 る経路が形成されるように構成された変換器対とを備える音響トランシ ーバと、 (ii) 前記第２変換器と通信し前記各位置に関連するUBI測定を与える信号 処理装置であって、前記UBI測定は、前記第２変換器が受信した信号の 、部位（部位の一部から全体まで）のスペクトルと時間成分のうちの少 なくとも１つを示す信号処理装置とを、 含む装置を準備し、 (b)前記装置を前記被験体及びキャリブレーションメディアに対して使用する ことからそれぞれ生じるh_subject(t)とh_cal(t)を決定し、 (c)前記h_subject(t)からUBI値を決定し、 (d)h_{filtr system}(t)=h_filtem(t)^*h_cal(t)が関心近傍位置のに最も良く適合す るようなmの値を見いだし（ここで、応答h_filter(t)はF_m(f)=A_e ^mfe^{j Ф(f)}・ W(f)で表される伝達関数F_mによって定義され、mは、log-線形振幅関数の勾 配、Aは定数、F(f)は位相伝達関数、W(f)は追加のウィンドウ関数）、 (e)値mを波形h_subject(t)と関連するUBI値と合わせる、 ステップを含んでなる方法。 19.請求項１８の方法であって、前記キャリブレーションメディアは、関心周波 数範囲において実質的に周波数非依存減衰を有する方法。 20.請求項１８の方法であって、前記キャリブレーションメディアは水である方 法。 21.請求項１８の方法であって、UBI値を値mに対応するBUA値と関連づけるステッ プを更に含んでなる方法。