JP2007209551A - Ultrasonograph - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonograph capable of appropriately evaluating kinetic properties of the bone. <P>SOLUTION: This ultrasonograph acquires an interpolation line 52a indicating the shape of the bone surface based on echo signals acquired by transmitting ultrasonic beam onto the surface of the bone applied with a load. The outside diameter ψ of the bone input by a user is previously stored. This ultrasonograph calculates a shrinkage degree in the axial direction of the bone surface due to the application of the load as a strain ε based on the interpolation line 52a and the bone outside diameter ψ. In concrete terms, assuming that the length of the bone surface (the length of the interpolation line 52a) is (x) and the length of the neutral axis of the bone is x+dx, then the strain ε is ε=x/(x+dx)=r/(r+dr)=r/(r+1/2ψ). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、骨の力学的特性を評価する超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that evaluates mechanical properties of bone.

骨粗鬆症などの骨代謝疾患の診断や易骨折性の判定、また、骨折治療後の骨癒合を定量的に診断するために、骨強度の簡便、かつ、定量的な測定が望まれている。   In order to diagnose bone metabolic diseases such as osteoporosis, determination of ease of fracture, and quantitative diagnosis of bone fusion after fracture treatment, simple and quantitative measurement of bone strength is desired.

現在、骨形成や骨癒合の評価は、X線写真に大きく依存している。しかし、X線写真では骨強度を定量的に診断することは困難であるばかりでなく、X線照射による被験者への侵襲性も問題となっている。   Currently, the evaluation of bone formation and bone fusion is highly dependent on radiographs. However, it is not only difficult to quantitatively diagnose bone strength by X-ray photography, but also invasiveness to the subject by X-ray irradiation is a problem.

そこで、近年では、超音波を利用して骨の力学的特性を評価することが提案されている。例えば、特許文献1には、被検体の骨に超音波ビームを送受することで、当該骨の形状データを取得し、得られた形状データに基づいて荷重付加による骨の歪み量を算出する超音波診断装置が開示されている。そして、得られた歪み量を、骨の強度や、折骨の癒合度合い判断の基準として用いる。この超音波診断装置では、明確な数値として現れる歪み量を骨の評価基準として用いることができるため、骨強度の定量的な測定が可能となる。   Therefore, in recent years, it has been proposed to evaluate the mechanical characteristics of bone using ultrasonic waves. For example, in Patent Document 1, an ultrasound beam is transmitted to and received from a bone of a subject to acquire shape data of the bone, and based on the obtained shape data, the amount of bone distortion due to load addition is calculated. An ultrasonic diagnostic apparatus is disclosed. The obtained strain amount is used as a reference for determining the strength of the bone and the degree of fusion of the fractured bone. In this ultrasonic diagnostic apparatus, since the amount of distortion that appears as a clear numerical value can be used as a bone evaluation criterion, bone strength can be measured quantitatively.

特開2004−298205号公報JP 2004-298205 A

しかしながら、この特許文献1では、骨の径方向における位置変化率を歪み量として算出している。すなわち、計測範囲の長さをL、荷重付加による骨の径方向の最大変位量(すなわち、最大撓み量)をΔdとした場合、歪み量εは、ε=Δd/Lとしている。つまり、特許文献1では、骨表面の形状変化しか考慮しておらず、骨の太さや断面形状といった事情を考慮していない。そのため、骨の太さなどが異なる被験者間では、単純に計測結果を比較することができなかった。その結果、例えば、評価対象の骨と同じ太さの健常骨の歪み量データがなければ、折骨の癒合度合いの評価に誤差を生じる可能性がある、などの問題を生じていた。   However, in this patent document 1, the position change rate in the radial direction of the bone is calculated as the amount of distortion. That is, when the length of the measurement range is L and the maximum amount of displacement in the radial direction of the bone (ie, the maximum amount of deflection) due to the load is Δd, the strain amount ε is ε = Δd / L. That is, Patent Document 1 considers only changes in the shape of the bone surface, and does not consider circumstances such as bone thickness and cross-sectional shape. Therefore, it was impossible to simply compare measurement results between subjects with different bone thicknesses. As a result, there is a problem that, for example, if there is no strain amount data of a healthy bone having the same thickness as the bone to be evaluated, an error may occur in the evaluation of the degree of healing of the fractured bone.

そこで、本発明では、骨の力学的特性をより適切に評価でき得る超音波診断装置を提供とすることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can more appropriately evaluate the mechanical characteristics of bone.

本発明の超音波診断装置は、被検体内の骨に対して超音波ビームを送信することにより得られたエコー信号に基づいて当該骨の力学的特性を診断する超音波診断装置であって、骨表面に超音波ビームを送信して得られるエコー信号に基づいて、当該骨に負荷をかけた際の骨表面の位置情報を取得する手段と、少なくとも骨の太さ情報を含む骨形状データを記憶する記憶手段と、骨表面の位置情報と、骨形状データと、に基づいて負荷に対する骨の軸方向の長さ変化率を歪み量として算出する手段と、を備えることを特徴とする。   The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is an ultrasonic diagnostic apparatus for diagnosing mechanical characteristics of a bone based on an echo signal obtained by transmitting an ultrasonic beam to a bone in a subject, Based on an echo signal obtained by transmitting an ultrasonic beam to the bone surface, means for acquiring position information on the bone surface when a load is applied to the bone, and bone shape data including at least bone thickness information Storage means for storing, and means for calculating, as a strain amount, a rate of change in the length of the bone in the axial direction with respect to a load, based on bone surface position information and bone shape data.

好適な態様では、前記骨の軸方向の長さ変化率は、負荷をかけた際に、骨の中立軸が描く円弧の半径と、骨表面が描く円弧の半径と、の比率として算出する。この場合、骨形状データは、さらに、骨の断面形状情報も含み、前記骨の断面形状情報に基づいて、中立軸が描く円弧半径の算出方法を可変することが望ましい。また、診断対象の骨の種類を、当該骨の断面形状情報とすることも望ましい。   In a preferred aspect, the rate of change in the length of the bone in the axial direction is calculated as a ratio between the radius of the arc drawn by the neutral axis of the bone and the radius of the arc drawn by the bone surface when a load is applied. In this case, it is desirable that the bone shape data further includes bone cross-sectional shape information, and based on the bone cross-sectional shape information, the calculation method of the arc radius drawn by the neutral axis is variable. It is also desirable that the type of bone to be diagnosed is cross-sectional shape information of the bone.

本発明によれば、骨の太さ情報を含む骨形状データに基づいて、歪み量を算出する。そのため、骨の太さ等の個体差を反映した歪み量が得られ、より適切に骨の力学的特性を評価できる。   According to the present invention, the amount of distortion is calculated based on bone shape data including bone thickness information. Therefore, a distortion amount reflecting individual differences such as bone thickness can be obtained, and the mechanical characteristics of the bone can be evaluated more appropriately.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態である超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、骨の力学的特性を診断する際に好適な構成となっている。本実施形態では、診断対象の骨に荷重を付加し、その際の骨の歪み量を力学的特性の指標として用いている。超音波診断装置は、その骨の歪み量を計測するために用いられる。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. This ultrasonic diagnostic apparatus is suitable for diagnosing the mechanical characteristics of bone. In this embodiment, a load is applied to the bone to be diagnosed, and the amount of bone distortion at that time is used as an index of the mechanical characteristics. The ultrasonic diagnostic apparatus is used to measure the amount of distortion of the bone.

超音波診断装置のプローブ10は被検者の体表50に当接して用いられる超音波探触子である。もちろん被検体内に挿入して用いられる超音波探触子を利用してもよい。このプローブ10は、被検者の体内の骨52に向けて超音波ビーム40を形成する。   The probe 10 of the ultrasonic diagnostic apparatus is an ultrasonic probe used in contact with the body surface 50 of the subject. Of course, an ultrasonic probe used by being inserted into the subject may be used. The probe 10 forms an ultrasonic beam 40 toward the bone 52 in the body of the subject.

送受信部12は、プローブ10を制御して、断層面内において超音波ビーム40を電子走査する。プローブ10がリニアプローブの場合、例えば120本の超音波ビーム40が次々に電子走査され、各超音波ビーム40ごとにエコー信号が取得される。送受制御部14は、操作パネル16を介して入力されたユーザからの指示に応じて、適宜、送受信部12を制御する。   The transmission / reception unit 12 controls the probe 10 to electronically scan the ultrasonic beam 40 in the tomographic plane. When the probe 10 is a linear probe, for example, 120 ultrasonic beams 40 are electronically scanned one after another, and an echo signal is acquired for each ultrasonic beam 40. The transmission / reception control unit 14 appropriately controls the transmission / reception unit 12 in accordance with an instruction from the user input via the operation panel 16.

送受信部12で取得された複数のエコー信号は断層画像形成部18に出力される。断層画像形成部18は複数のエコー信号に基づいて骨の断層画像(Bモード画像)を形成する。また、送受信部12で取得されたエコー信号は、エコートラッキング処理部20へも出力される。エコートラッキング処理部20は、各エコー信号から骨表面部を抽出してトラッキングする、いわゆるエコートラッキング処理を行う。エコートラッキング処理としては、例えば、特開2001−309918号公報に詳述された技術が利用できる。エコートラッキング処理には、例えば3本のトラッキング用エコー信号が利用される。トラッキング用エコー信号は、断層画像形成に利用されるエコー信号(例えば120本のエコー信号)の中から選択されてもよく、あるいは、断層画像形成を中断して送信される3本のトラッキング専用のエコー信号が利用されてもよい。   The plurality of echo signals acquired by the transmission / reception unit 12 are output to the tomographic image forming unit 18. The tomographic image forming unit 18 forms a tomographic image (B-mode image) of bone based on a plurality of echo signals. The echo signal acquired by the transmission / reception unit 12 is also output to the echo tracking processing unit 20. The echo tracking processing unit 20 performs so-called echo tracking processing that extracts and tracks a bone surface portion from each echo signal. As the echo tracking process, for example, a technique detailed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-309918 can be used. For example, three tracking echo signals are used for the echo tracking process. The tracking echo signal may be selected from echo signals (for example, 120 echo signals) used for tomographic image formation, or dedicated to three tracking signals transmitted by interrupting tomographic image formation. An echo signal may be used.

図2は、3本のエコー信号による骨52の表面部のトラッキングの様子を説明するための図である。骨52に向けられた3本の超音波ビーム40の各々に対応する各エコー信号68は、骨表面に対応する部分で大きな振幅(振幅極大部69)を示す。エコートラッキング処理部は、この振幅極大部69の位置(波形の取得時刻)に基づいて骨表面位置を特定している。なお、
200602091832399680__________AL1-3524____________________APH_0
図2においてはエコートラッキング用エコー信号が3本の例を示したが、3本以外の複数本でも計測可能である。このエコートラッキング処理において、各エコー信号ごとに、つまり各超音波ビーム40ごとにトラッキングされる表面ポイントがトラッキングポイント42である。
FIG. 2 is a diagram for explaining how the surface portion of the bone 52 is tracked by three echo signals. Each echo signal 68 corresponding to each of the three ultrasonic beams 40 directed toward the bone 52 exhibits a large amplitude (amplitude maximum portion 69) at a portion corresponding to the bone surface. The echo tracking processing unit specifies the bone surface position based on the position of the amplitude maximum portion 69 (waveform acquisition time). In addition,
200602091832399680 __________ AL1-3524 ____________________ APH_0
Although FIG. 2 shows an example in which there are three echo signals for echo tracking, a plurality of signals other than three can be measured. In this echo tracking process, a tracking point 42 is a surface point tracked for each echo signal, that is, for each ultrasonic beam 40.

補間ライン生成部22(図1参照)は、これらトラッキングポイント42を結ぶ補間ラインを生成する。つまり、複数のトラッキングポイント42をスプライン補間や最小二乗補間などを利用して曲線補間することで補間ラインが生成される。ここで生成される補間ラインが、骨表面形状を示す曲線となる。この補間ラインは、エコートラッキング処理用のエコー信号の数を増やすことで、本来の骨の表面形状にさらに近づけることが可能になる。生成された補間ラインは、メモリ24に一時記憶され、後述する歪み量εの算出に利用される。   The interpolation line generation unit 22 (see FIG. 1) generates an interpolation line that connects these tracking points 42. That is, an interpolation line is generated by performing curve interpolation on the plurality of tracking points 42 using spline interpolation, least square interpolation, or the like. The interpolation line generated here is a curve indicating the bone surface shape. This interpolation line can be made closer to the original bone surface shape by increasing the number of echo signals for echo tracking processing. The generated interpolation line is temporarily stored in the memory 24 and used for calculating the distortion amount ε described later.

歪み量演算部28は、荷重付加による骨の歪み量εを演算する。この歪み量εは、生成された補間ライン、および、操作パネルを介してユーザから入力された骨形状データに基づいて算出される。この歪み量εの算出方法については、後に詳説する。   The strain amount calculation unit 28 calculates a bone strain amount ε due to the load addition. This distortion amount ε is calculated based on the generated interpolation line and bone shape data input from the user via the operation panel. A method for calculating the strain amount ε will be described in detail later.

ここで、骨形状データは、診断対象の骨の太さ情報、および、断面形状情報を含むデータである。図3は、骨形状データの入力時の画面表示の一例である。骨の力学的特性を診断する際、ユーザは、予め、図3に図示された画面表示に従って、被験者氏名や、被験者ID、診断対象の骨の太さ、診断対象の骨の断面形状を入力する。入力された骨形状データは、メモリ24に一時記憶され、歪み量算出部εの算出に利用される。   Here, the bone shape data is data including thickness information and cross-sectional shape information of the bone to be diagnosed. FIG. 3 is an example of a screen display when inputting bone shape data. When diagnosing the mechanical characteristics of the bone, the user inputs in advance the subject name, the subject ID, the thickness of the bone to be diagnosed, and the cross-sectional shape of the bone to be diagnosed according to the screen display shown in FIG. . The input bone shape data is temporarily stored in the memory 24 and used for the calculation of the strain amount calculation unit ε.

なお、骨の太さは、X線を利用した画像診断装置(レントゲンやCTなど)を用いて予め取得していてもよいし、超音波診断装置で得られたBモード画像に基づいて算出してもよい。一方、骨の断面形状は、当該骨の種類ごとにほぼ同じであり、個人差は殆どない。例えば、大腿骨の断面形状は略円形であり、脛骨の断面形状は略正三角形であることが知られている。したがって、ユーザは、骨の断面形状として、診断対象の骨の種類に応じた形状を選択すればよい。あるいは、表示画面を図4に図示するような構成とし、骨の断面形状ではなく、骨の種類を選択させるようにしてもよい。この場合、超音波診断装置は、選択された骨の種類に基づいて、骨の断面形状を判断する。   The bone thickness may be acquired in advance using an image diagnostic apparatus (such as X-rays or CT) using X-rays, or calculated based on a B-mode image obtained by the ultrasonic diagnostic apparatus. May be. On the other hand, the cross-sectional shape of the bone is almost the same for each bone type, and there is almost no individual difference. For example, it is known that the cross-sectional shape of the femur is a substantially circular shape, and the cross-sectional shape of the tibia is a substantially equilateral triangle. Therefore, the user may select a shape corresponding to the type of bone to be diagnosed as the cross-sectional shape of the bone. Alternatively, the display screen may be configured as shown in FIG. 4, and the bone type may be selected instead of the cross-sectional shape of the bone. In this case, the ultrasonic diagnostic apparatus determines the cross-sectional shape of the bone based on the selected bone type.

表示画像形成部32は、診断結果としてディスプレイ34に表示すべき画像を形成する。この表示画像形成部32には、断層画像形成部18で形成された断層画像や、歪み量演算部28で算出された歪み量ε、荷重計測器36で計測され骨に付加される荷重値などが入力される。表示画像形成部32は、歪み量εや荷重値をグラフ化した画像を、単独で、または、Bモード画像と合成して、表示画像としてディスプレイ34に出力する。   The display image forming unit 32 forms an image to be displayed on the display 34 as a diagnosis result. The display image forming unit 32 includes a tomographic image formed by the tomographic image forming unit 18, a strain amount ε calculated by the strain amount calculating unit 28, a load value measured by the load measuring device 36 and added to the bone, and the like. Is entered. The display image forming unit 32 outputs an image obtained by graphing the distortion amount ε and the load value alone or with a B-mode image and outputs it as a display image to the display 34.

次に、骨の診断指標となる歪み量εについて説明する。歪み量εは、荷重を受けて変形した部材の伸縮特性を示す値であり、強度判断の指標として用いられている。本実施形態では、軸方向の伸縮比率を歪み量εとして算出する。例えば、図5に図示するように断面円形の棒材100の上面100aに荷重Wを付加して、円弧状に撓ませた場合を考える。この撓みにより、棒材100の上面100aが収縮し、その長さがD+αからDに変化したとする。このとき、棒材上面100aにおける歪み量εは、荷重付加前の長さD+αに対する、荷重付加による伸縮量αの比率として表すことができる。すなわち、歪み量εは、ε=α/(D+α)となる。   Next, the strain amount ε as a bone diagnosis index will be described. The strain amount ε is a value indicating the expansion / contraction characteristics of the member deformed by receiving a load, and is used as an index for determining strength. In this embodiment, the expansion / contraction ratio in the axial direction is calculated as the strain amount ε. For example, consider a case where a load W is applied to the upper surface 100a of the rod 100 having a circular section as shown in FIG. It is assumed that the upper surface 100a of the bar 100 contracts due to this bending and the length thereof changes from D + α to D. At this time, the strain amount ε in the bar upper surface 100a can be expressed as a ratio of the expansion / contraction amount α due to the load addition to the length D + α before the load addition. That is, the strain amount ε is ε = α / (D + α).

ここで、荷重付加により撓んだ場合、棒材の上側表面は縮小し、板材の下側表面は伸張する。一方、棒材の中間部分には、長さが変化しない部分が存在する。この長さが変化しない部分は、中立軸と呼ばれる。中立軸100bの位置は、部材の断面形状によって異なるが、断面形状が円形の場合、当該円の中心を通る線が中立軸となる。   Here, when bent by applying a load, the upper surface of the bar is reduced and the lower surface of the plate is expanded. On the other hand, in the middle part of the bar, there is a part whose length does not change. The portion where the length does not change is called a neutral axis. The position of the neutral shaft 100b varies depending on the cross-sectional shape of the member, but when the cross-sectional shape is circular, a line passing through the center of the circle is the neutral axis.

この中立軸100bでは、伸縮が生じないため、この中立軸100bの長さは、伸縮前の棒材上面100aの長さと等しい。したがって、歪み量ε(ε=α/D)は、荷重付加した際の、中立軸100bの長さと、棒材の上面100aの長さと、に基づいて求めることができる。本実施形態では、この原理を利用して、荷重を受けた骨の歪み量εを算出している。   Since the neutral shaft 100b does not expand and contract, the length of the neutral shaft 100b is equal to the length of the bar upper surface 100a before expansion and contraction. Therefore, the strain amount ε (ε = α / D) can be obtained based on the length of the neutral shaft 100b and the length of the upper surface 100a of the bar when a load is applied. In this embodiment, the strain amount ε of the bone subjected to the load is calculated using this principle.

具体的に、断面略円形の大腿骨を例に挙げて、骨の歪み量εの算出について説明する。図6は、荷重を受けて撓んだ大腿骨の概略図である。歪み量εを算出する際は、この骨の表面に超音波ビームを送信して得られるエコー信号に基づいて、骨の表面に存在するトラッキングポイントの位置を算出し、得られたトラッキングポイントの位置を補間して、骨の表面形状を示す補間ライン52a(図6において太実線で示した線)を得る。   Specifically, the calculation of the amount of bone strain ε will be described using a femur having a substantially circular cross section as an example. FIG. 6 is a schematic view of a femur that is bent under a load. When calculating the strain amount ε, the position of the tracking point obtained by calculating the position of the tracking point present on the surface of the bone is calculated based on the echo signal obtained by transmitting the ultrasonic beam to the surface of the bone. Is interpolated to obtain an interpolation line 52a (a bold solid line in FIG. 6) indicating the surface shape of the bone.

ここで、超音波診断装置で計測する計測区間の長さLおよび骨の撓み量hは、骨の全長に比して十分短い。したがって、計測区間における骨の撓み形状は、一定の曲率をもつ円弧と仮定できる。   Here, the length L of the measurement section and the amount of bending h of the bone measured by the ultrasonic diagnostic apparatus are sufficiently shorter than the total length of the bone. Therefore, the bending shape of the bone in the measurement section can be assumed to be an arc having a certain curvature.

いま、計測区間における骨表面の長さ(補間ライン52aの長さ)をx、骨の中立軸(図6において一点鎖線で示した線)の長さをx+dxとすると、歪み量εは、式1で表される。   Now, assuming that the length of the bone surface (the length of the interpolation line 52a) in the measurement section is x and the length of the neutral axis of the bone (the line indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 6) is x + dx, It is represented by 1.

ε=dx/(x+dx)・・・・式1   ε = dx / (x + dx)... Formula 1

ここで、骨の撓み形状は円弧と仮定できるので、式1におけるdx、および、x+dxは、それぞれ円弧の式に変換できる。すなわち、骨表面が描く円弧(補間ライン:太実線)の半径をr、骨の中立軸52b(太一点鎖線)が描く円弧の半径をr+drとすると、dx=r・K、x+dx=(r+dr)・Kとおける(なお、K=2π・θ/360°)。これを、式1に代入すると、式2が得られる。
ε=r/r+dr・・・式2
Here, since the bending shape of the bone can be assumed to be an arc, dx and x + dx in Equation 1 can be converted into arc equations, respectively. That is, if the radius of the arc drawn by the bone surface (interpolation line: thick solid line) is r, and the radius of the arc drawn by the bone neutral axis 52b (thick one-dot chain line) is r + dr, dx = r · K, x + dx = (r + dr)・ It can be set to K (K = 2π · θ / 360 °). If this is substituted into Equation 1, Equation 2 is obtained.
ε = r / r + dr Equation 2

さらに、骨の断面形状が略円形の場合、中立軸52bは、円の中心点になる。したがって、骨の外径をφとすると、
dr=φ/2 ・・・式3
となる。
Furthermore, when the cross-sectional shape of the bone is substantially circular, the neutral axis 52b is the center point of the circle. Therefore, if the outer diameter of the bone is φ,
dr = φ / 2 Formula 3
It becomes.

また、図2において、点線で図示した直角三角形に注目すると、ピタゴラスの定理から式4が得られる。
={(L/2)+(r−h)
r=(L+4h)/8h ・・・式4
In FIG. 2, when attention is paid to the right triangle shown by the dotted line, Expression 4 is obtained from Pythagorean's theorem.
r 2 = {(L / 2) 2 + (r−h) 2 }
r = (L 2 + 4h 2 ) / 8h Expression 4

そして、この式3,4を式2に代入すると、式5が得られる。
ε=r/r+dr
=4hφ/(L+4h+4hφ) ・・・式5
Then, when Expressions 3 and 4 are substituted into Expression 2, Expression 5 is obtained.
ε = r / r + dr
= 4hφ / (L 2 + 4h 2 + 4hφ) Equation 5

この式5において、右辺は全て、既知の値である。すなわち、撓み量h、計測区間長Lは、補間ライン等から求めることができ、骨外径φは事前にユーザから指定されている。したがって、式5によれば、既知の値を用いて、歪み量εを算出することができる。   In Equation 5, all the right sides are known values. That is, the bending amount h and the measurement section length L can be obtained from an interpolation line or the like, and the bone outer diameter φ is designated by the user in advance. Therefore, according to Equation 5, the distortion amount ε can be calculated using a known value.

ここで、従来技術、例えば、特許文献1では、計測区間長Lに対する撓み量hの比率(h/L)を骨の力学的特性評価の指標として用いていた。撓み量hの比率(h/L)では、骨の個体差、例えば、骨の太さ等を考慮していない。そのため、この撓み量の比率(h/L)は、骨の太さが異なる被験者間での計測結果の比較などには不向きであった。その結果、例えば、同じ太さの健常な骨の撓み量の比率(h/L)が無ければ、折骨の癒合度合いや骨疾患(偽間接や骨軟化症)などの診断精度が低下する、という不都合を招いていた。   Here, in the prior art, for example, Patent Document 1, the ratio (h / L) of the deflection amount h to the measurement section length L is used as an index for evaluating the mechanical characteristics of the bone. In the ratio (h / L) of the bending amount h, the individual difference of bone, for example, the thickness of the bone is not considered. Therefore, the ratio (h / L) of the amount of deflection is unsuitable for comparison of measurement results between subjects with different bone thicknesses. As a result, for example, if there is no ratio (h / L) of the amount of flexion of healthy bones of the same thickness, the accuracy of diagnosis such as the degree of bone fracture or bone disease (false indirect or osteomalacia) decreases. It was inconvenienced.

一方、本実施形態で、診断の指標とする歪み量εは、式5から明らかなように骨の太さ(外径φ)を反映した値である。そのため、骨の太さが異なる被験者間でも計測結果(歪み量ε)を比較できる。そして、その結果、折骨の癒合度合いや骨疾患の診断が容易になる。   On the other hand, in this embodiment, the strain amount ε as an index for diagnosis is a value reflecting the thickness of the bone (outer diameter φ) as is clear from Equation 5. Therefore, the measurement results (distortion amount ε) can be compared between subjects with different bone thicknesses. As a result, the degree of fracture fracture and the diagnosis of bone disease are facilitated.

なお、上記説明は、断面略円形の大腿骨を例としているが、当然、その他の骨、例えば、断面略三角形の脛骨などにも適用できる。ただし、その場合、その骨の断面形状に応じて、drの値を変更することが望ましい。すなわち、図7(A)に図示するような断面略円形の骨の場合、中立軸52bは、その円の中心を通る線となる。一方、図7(B)に図示するような断面略正三角形の骨の場合、中立軸52bは荷重が掛けられる三角形の頂点から対向する辺に下ろした垂線の2/3の点を通る線となる。かかる断面形状を備えた骨の場合、drは、dr=2/3φとなり、歪み量εは、ε=16hφ/(3L+12h+16hφ)となる。このように、骨の断面形状に応じて、歪み量εの算出式を変更することで、当該歪み量の信頼性をより向上することができる。 Although the above description uses a femur having a substantially circular cross section as an example, it can be applied to other bones such as a tibia having a generally triangular cross section. However, in that case, it is desirable to change the value of dr according to the cross-sectional shape of the bone. That is, in the case of a bone having a substantially circular cross section as shown in FIG. 7A, the neutral shaft 52b is a line passing through the center of the circle. On the other hand, in the case of a bone having a substantially equilateral triangle cross section as shown in FIG. 7B, the neutral axis 52b is a line passing through a 2/3 point of a perpendicular line dropped from the apex of the triangle to which a load is applied to the opposite side. Become. In the case of a bone having such a cross-sectional shape, dr is dr = 2 / 3φ, and the strain amount ε is ε = 16hφ / (3L 2 + 12h 2 + 16hφ). Thus, the reliability of the distortion amount can be further improved by changing the calculation formula of the distortion amount ε according to the cross-sectional shape of the bone.

次に、この歪み量εによる診断例を説明する。歪み量εが利用される診断としては、折骨の癒合度合いの診断が挙げられる。折骨の癒合度合いを診断する場合は、定期的(例えば、2週間に一回)に、折骨の歪み量を計測し、基準となる歪み量(例えば、骨折していない健常骨の歪み量)と比較する。比較の結果、診断対象の折骨の歪み量と、基準歪み量と、がほぼ同じ値になれば、十分に癒合したと判断できる。ここで、歪み量は、骨の太さを反映した値である。そのため、診断対象の折骨と、基準歪み量を算出した健常骨との太さが異なっていても、適切に癒合度合いを診断できる。その結果、折骨の太さごとに異なる基準歪み量を用意しておく必要がなく、より簡易に折骨の癒合度合いの診断が可能となる。   Next, a diagnosis example based on the distortion amount ε will be described. Diagnosis using the amount of strain ε includes diagnosis of the degree of fracture fracture. When diagnosing the degree of healing of fractured bones, measure the amount of fracture of the fractures periodically (for example, once every two weeks), and the standard amount of distortion (for example, the amount of distortion of healthy bone without fracture) ). As a result of the comparison, if the strain amount of the fractured bone to be diagnosed and the reference strain amount are substantially the same value, it can be determined that the fusion has been sufficiently performed. Here, the amount of distortion is a value reflecting the thickness of the bone. Therefore, even if the thickness of the fractured bone to be diagnosed is different from that of the healthy bone whose reference strain is calculated, the degree of fusion can be appropriately diagnosed. As a result, it is not necessary to prepare different reference strain amounts for each thickness of the fractured bone, and it becomes possible to diagnose the degree of fracture fusion more easily.

さらに、複数の被験者間で、歪み量の経時変化を比較することで、癒合の進行速度を比較できる。癒合の進行速度を比較することにより、骨の癒合を妨げる各種疾患を早期発見できる。   Furthermore, the progression rate of fusion can be compared by comparing the change in strain over time among a plurality of subjects. By comparing the progression rate of fusion, various diseases that hinder bone fusion can be detected early.

以上、説明したように本実施形態によれば、骨の個体差、例えば、太さの違いを考慮した歪み量εを算出する。この歪み量εによれば、骨の太さが異なる被験者間でも比較が可能となるため、より適切に骨の力学的特性を評価できる。また、その際、骨の断面形状も考慮しているため、評価指標である歪み量εの信頼性をより向上できる。   As described above, according to the present embodiment, the strain amount ε is calculated in consideration of individual differences in bone, for example, differences in thickness. According to this strain amount ε, comparison is possible even between subjects with different bone thicknesses, so that the mechanical characteristics of the bone can be evaluated more appropriately. At that time, since the cross-sectional shape of the bone is also taken into consideration, the reliability of the strain amount ε as an evaluation index can be further improved.

本発明の実施形態である超音波診断装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic diagnosing device which is embodiment of this invention. トラッキング処理の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a tracking process. 骨形状データ入力画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a bone shape data input screen. 骨形状データ入力画面の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a bone shape data input screen. 荷重付加による棒材の形状変形を示す図であり、(A)は荷重付加前の、(B)は荷重付加後の形状を示す。It is a figure which shows the shape deformation | transformation of the bar material by load addition, (A) is before a load addition, (B) shows the shape after a load addition. 骨の歪み量の算出に用いられるパラメータを説明する図である。It is a figure explaining the parameter used for calculation of the amount of distortion of a bone. 形状による中立軸の違いを説明する図であり、(A)は断面円形の、(B)は断面正三角形の中立軸を示す。It is a figure explaining the difference of the neutral axis by shape, (A) is a cross-sectional circle shape, (B) shows the neutral axis of a cross-section equilateral triangle.

符号の説明Explanation of symbols

10 プローブ、12 送受信部、14 送受制御部、16 操作パネル、18 断層画像形成部、20 エコートラッキング処理部、22 補間ライン生成部、24 メモリ、28 歪み量演算部、32 表示画像形成部、34 ディスプレイ、36 荷重計測器、40 超音波ビーム、42 トラッキングポイント、52 骨、52a 補間ライン、52b 中立軸。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Probe, 12 Transmission / reception part, 14 Transmission / reception control part, 16 Operation panel, 18 Tomographic image formation part, 20 Echo tracking process part, 22 Interpolation line production | generation part, 24 Memory, 28 Distortion amount calculation part, 32 Display image formation part, 34 Display, 36 load measuring instrument, 40 ultrasonic beam, 42 tracking point, 52 bone, 52a interpolation line, 52b neutral axis.

Claims (4)

被検体内の骨に対して超音波ビームを送信することにより得られたエコー信号に基づいて当該骨の力学的特性を診断する超音波診断装置であって、
骨表面に超音波ビームを送信して得られるエコー信号に基づいて、当該骨に負荷をかけた際の骨表面の位置情報を取得する手段と、
少なくとも骨の太さ情報を含む骨形状データを記憶する記憶手段と、
骨表面の位置情報と、骨形状データと、に基づいて負荷に対する骨の軸方向の長さ変化率を歪み量として算出する手段と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
An ultrasonic diagnostic apparatus for diagnosing mechanical characteristics of a bone based on an echo signal obtained by transmitting an ultrasonic beam to a bone in a subject,
Based on an echo signal obtained by transmitting an ultrasonic beam to the bone surface, means for acquiring position information of the bone surface when a load is applied to the bone;
Storage means for storing bone shape data including at least bone thickness information;
Means for calculating the amount of strain change in the axial length of the bone relative to the load based on the position information of the bone surface and the bone shape data;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項1に記載の超音波診断装置であって、
前記骨の軸方向の長さ変化率は、負荷をかけた際に、骨の中立軸が描く円弧の半径と、骨表面が描く円弧の半径と、の比率として算出することを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The rate of change in length of the bone in the axial direction is calculated as a ratio of the radius of the arc drawn by the neutral axis of the bone and the radius of the arc drawn by the bone surface when a load is applied. Ultrasonic diagnostic equipment.
請求項2に記載の超音波診断装置であって、
骨形状データは、さらに、骨の断面形状情報も含み、
当該骨の断面形状情報に基づいて、中立軸が描く円弧半径の算出方法を可変することを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2,
The bone shape data further includes bone cross-sectional shape information,
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein a method for calculating an arc radius drawn by a neutral axis is varied based on the cross-sectional shape information of the bone.
請求項3に記載の超音波診断装置であって、
診断対象の骨の種類を、当該骨の断面形状情報とすることを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3,
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that the type of bone to be diagnosed is cross-sectional shape information of the bone.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010058696A1 (en) * 2008-11-18 2010-05-27 国立大学法人東京大学 Ultrasonographic device
JP2010284518A (en) * 2009-05-14 2010-12-24 Tokyo Denki Univ Adhesion strength evaluation method, adhesion strength evaluation apparatus, and strain or deterioration degree evaluation method for structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0638964A (en) * 1992-07-23 1994-02-15 Toshitsugu Tanizawa Ultrasonic diagnostic method and apparatus
JPH1199153A (en) * 1997-09-30 1999-04-13 Aloka Co Ltd Bone evaluating device
JP2002034986A (en) * 2000-07-27 2002-02-05 Aloka Co Ltd Ultrasonograph
JP2004298205A (en) * 2003-03-28 2004-10-28 Aloka Co Ltd Ultrasonic diagnostic apparatus
JP2005160704A (en) * 2003-12-02 2005-06-23 Aloka Co Ltd Ultrasonic diagnosis apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0638964A (en) * 1992-07-23 1994-02-15 Toshitsugu Tanizawa Ultrasonic diagnostic method and apparatus
JPH1199153A (en) * 1997-09-30 1999-04-13 Aloka Co Ltd Bone evaluating device
JP2002034986A (en) * 2000-07-27 2002-02-05 Aloka Co Ltd Ultrasonograph
JP2004298205A (en) * 2003-03-28 2004-10-28 Aloka Co Ltd Ultrasonic diagnostic apparatus
JP2005160704A (en) * 2003-12-02 2005-06-23 Aloka Co Ltd Ultrasonic diagnosis apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010058696A1 (en) * 2008-11-18 2010-05-27 国立大学法人東京大学 Ultrasonographic device
JP2010119490A (en) * 2008-11-18 2010-06-03 Univ Of Tokyo Ultrasonic diagnostic apparatus
JP4517090B2 (en) * 2008-11-18 2010-08-04 国立大学法人 東京大学 Ultrasonic diagnostic equipment
JP2010284518A (en) * 2009-05-14 2010-12-24 Tokyo Denki Univ Adhesion strength evaluation method, adhesion strength evaluation apparatus, and strain or deterioration degree evaluation method for structure

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