JP2017505168A - 被検者の骨を評価する超音波装置と方法 - Google Patents

被検者の骨を評価する超音波装置と方法 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施形態は被検者の骨を評価する超音波装置と方法を提供する。超音波装置は第１のモードと第２のモードを有する少なくとも２つのモードで被検者の骨を評価する。超音波装置は、少なくとも２つのモードから１つのモードを選択するように構成される選択ユニットと；骨へ超音波信号を送信するように構成される第１の超音波プローブと；骨から超音波信号を受信するように構成される第２の超音波プローブと；選択されたモードと、第２の超音波プローブによって受信される超音波信号とに基づいて骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを導出するように構成される評価ユニットと；第１の超音波プローブ及び第２の超音波プローブを結合するための結合器であって、第１のモードにおいて第１の構成に、第２のモードにおいて第２の構成に切り替えられるように構成される、結合器とを有する。第１の超音波プローブの面と第２の超音波プローブの面は、第１の構成において実質的に同じ方向に向けられ、第２の構成において実質的に反対方向に向けられる。本発明の実施形態は超音波評価装置の使用の柔軟性を改良する。

Description

本発明は主に超音波の分野に関し、より具体的には被検者の骨を評価する超音波装置と方法に関する。
骨粗しょう症は骨折のリスクを増大し、今日世界中で公衆衛生を著しく脅かす脅威となっている。骨粗しょう症を非常に早期に診断することが非常に重要である。定量的超音波法（ＱＵＳ）は骨の状態の評価及び骨粗しょう症の診断のための広く利用可能な非侵襲的ツールとなっている。
従来技術においてＱＵＳ測定のための主に３つのアプローチがある。
第１のアプローチは軸方向透過モードに基づく（特許番号ＵＳ７１１２１７３Ｂ１、ＵＳ７０２２０７６Ｂ１、ＵＳ６２２１０１９Ｂ１参照）。代表的な商用装置はＯｍｎｉｓｅｎｓｅ ７０００とＯｍｎｉｓｅｎｓｅ ８０００（ＢｅａｍＭｅｄ Ｌｔｄ，イスラエル）を含む。図１ａに図示の通り、一対のプローブ９００、９０１が骨１９６の片側に縦一列に置かれる。軸方向透過モードは脛骨及び橈骨などの長管骨を評価するのに適している。ここでは脛骨超音波評価装置が一実施例として使用される。一対のプローブ９００、９０１は、その上に被検者が立つことができるペダル（不図示）に接続されるブラケット（不図示）に固定される。被検者がペダル上に立つとき、一対のプローブ９００、９０１は脛骨の片側で縦一列になっている。
第２のアプローチは横方向透過モードに基づく。代表的な商用装置はＥｘｐｒｅｓｓ（ＧＥ（登録商標）、ＵＳ）、ＳＯＮＯＳＴ‐３０００（Ｏｓｔｅｏｓｙｓ（登録商標）、韓国）、Ｏｓｔｅｏ Ｐｒｏ（ＢＭＴＥＣＨ（登録商標）、韓国）を含む。骨の側面図である図１ｂと、図１ｂ中の線ＡＡ'でとられる対応する断面である図１ｃに図示の通り、一対のプローブ９００、９０１は骨１９６を挟んで反対方向に置かれる。横方向透過モードはヒールパッドなどの海綿骨の状態評価（特許番号ＵＳ２００３／００６８０１４ Ａ１、ＵＳ６６７６２９１ Ｂ２参照）、骨厚測定（特許番号ＵＳ７５３７５６６ Ｂ２参照）、及び年齢評価（特許番号ＵＳ７６７８０４９ Ｂ２参照）に適している。ブラケット及びペダル構造は軸方向透過モード用に使用されるものと同様であり得る。
第３のアプローチはパルスエコーモードに基づく。関連技術は超音波臨界角反射率測定法（ＵＣＲ）（特許番号ＵＳ２００５００１５０１０；６８９９６８０参照）と後方散乱法（特許番号ＵＳ２００２０１６１３００参照）を含む。パルスエコーモードは軟組織‐骨及び皮質骨‐骨梁界面における波反射若しくは散乱を利用し、骨材料特性と微細構造を評価することができる。図１ｄに図示の通り、プローブ９００は超音波信号を骨１９６へ送信し、骨１９６から超音波信号のエコー信号を受信する。ブラケット及びペダル構造は軸方向透過モード用に使用されるものと同様であり得る。
ＷＯ２０１１／１１９８７３ Ａ２は、超音波トランシーバが骨切り術の両側で皮下に骨に取り付けられる、超音波ガイド自動無線仮骨延長法を開示する。
本願の発明者らはＱＵＳ測定のための既存の３つのアプローチが以下の欠点を持つことを認識した。
限られた骨格部位。横方向モードとパルスエコーモードは一骨格部位、例えばヒールパッドにしか適用できない。軸方向透過モードは長管骨にしか適用できない。結果として、骨の健康状態の評価は一側性である。
限られたパラメータ。軸方向透過モード、横方向モード、パルスエコーモードの各々は、骨材料特性の少数の側面のみを反映し得る限られたパラメータのみを提供する。
限られた測定点。ほとんどのアプローチは特定骨格部位（例えばヒールパッド）における単一点で測定を行い、不十分な精度と信頼性をもたらす。
単一モード。既存のアプローチは軸方向透過モード、横方向透過モード、及びＱＵＳパルスエコーモードのうち１つに基づく。例えば、脛骨超音波評価装置の場合、ブラケットとペダルの位置関係は特に脛骨を評価するために固定され、従ってこれは例えば海綿骨を評価するために横方向透過モードで使用できない。従来技術の超音波評価装置で軸方向透過モードと横方向モードの両方をサポートできるものはない。従来技術の超音波評価装置は使用の柔軟性を欠く。
低再現性。ほとんどのアプローチは選択点のみで測定を行い、低再現性をもたらす。
オペレータ依存性。ほとんどの装置は熟練した医師によって操作されなければならない。オペレータの経験は評価の精度に影響し得る。
軟組織の結合効果の無知。軟組織は、骨における伝播速度を変化させることを含む、骨における超音波伝播に対する顕著な結合効果を持つことが報告された。こうした効果はｉｎ ｖｉｖｏ測定において考慮されない場合評価にバイアスを導入し得る。既存のアプローチにおいて、超音波信号が軟組織においてどれくらい長く伝播するかを導出するために、軟組織のこうした結合効果は考慮されず、軟組織の厚さのみが考慮される。
上記従来技術に基づき、上記欠点の少なくとも１つを克服する改良された超音波骨評価装置を提供することが有利である。
本発明の一実施形態によれば、第１のモードと第２のモードを有する少なくとも２つのモードにおいて被験者の骨を評価するための超音波装置を提案する。超音波装置は、少なくとも２つのモードから１つのモードを選択するように構成される選択ユニット；被験者の皮膚と接触させられる第１の面を持ち、骨に超音波信号を送信するように構成される第１の超音波プローブ；被験者の皮膚と接触させられる第２の面を持ち、骨から超音波信号を受信するように構成される第２の超音波プローブ；選択されたモードと、第１のモード又は第２のモードにおいて第２の超音波プローブによって受信される超音波信号とに基づいて、骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを導出するように構成される評価ユニット；並びに第１の超音波プローブと第２の超音波プローブを結合するための結合器であって、第１のモードで第１の構成に、第２のモードで第２の構成に切り替えられるように構成される結合器を有し、第１の面と第２の面は第１の構成において実質的に同じ方向に向けられ、第２の構成において実質的に反対方向に向けられる。
周知の通り、超音波プローブの面は骨評価中に被験者の皮膚と接触する超音波プローブの面と定義される。超音波プローブは平面又は曲面であり得る。超音波プローブの動作中、超音波信号は超音波プローブの面に直交する方向と定義される"レンジ"方向に伝播する。
第１のモードにおいて、第１の超音波プローブの面（すなわち第１の面）と第２の超音波プローブの面（すなわち第２の面）は実質的に同じ方向に向けられるので、超音波装置は軸方向透過モードでの骨評価のために適用可能である。第２のモードにおいて、第１の超音波プローブの面と第２の超音波プローブの面は実質的に反対方向に向けられるので、超音波装置は横方向モードでの骨評価のために適用可能である。
超音波装置は第１のモードと第２のモードの間で切替可能であるため、これは軸方向透過モードと横方向モードの両方をサポートすることができ、超音波評価装置にとって高い使用の柔軟性をもたらす。
一実施形態によれば、超音波信号は第１の周波数帯域における第１の超音波サブ信号及び／又は第２の周波数帯域における第２の超音波サブ信号を有し、第２の周波数帯域は第１の周波数帯域よりも高い。
このように、超音波装置は１より多くの周波数帯域で超音波信号を送信することができ、これは、ある評価は低周波数帯域の超音波信号でよりよく実行され得るが、ある他の評価は高周波数帯域の超音波信号でよりよく実行され得るので、使用の柔軟性をさらに増す。例えば、０．５ＭＨｚから１ＭＨｚの範囲の中央周波数を持つ超音波信号は骨特性を評価するのに適しており、一方約５ＭＨｚの中央周波数を持つ超音波信号は例えば軟組織厚を決定するために使用され得るＭモード超音波イメージングを得るために適している。結果として、これは骨評価の精度を改良するよう、骨評価に対する骨周辺の軟組織の層の影響を考慮する可能性を提供するという利点を持つ。
一実施形態によれば、評価ユニットは骨周辺の軟組織によって生じる結合効果を示す第３のパラメータを第２の超音波サブ信号に基づいて導出し、骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを、第１の超音波サブ信号と導出された第３のパラメータとに基づいて導出するように構成される。
このように、骨を覆う軟組織の層の結合効果が骨の評価において考慮されているので、骨評価の精度が改良され得る。
一実施形態によれば、第１の超音波プローブと第２の超音波プローブのうち少なくとも１つの超音波プローブは、少なくとも１つの超音波プローブの面に加えられる圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサをさらに有し、評価ユニットは、受信された超音波信号と測定された圧力とに基づいて第１のパラメータを導出するように構成される。
プローブ‐皮膚界面における圧力は軟組織の厚さに影響を及ぼし、従って評価結果に重要な影響を及ぼすので、プローブの面に加えられる圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサを持つことが有益であり、例えば測定された圧力が妥当な範囲内である場合のみ評価結果が採用される。このようにして、評価結果の精度が改良され得る。
一実施形態によれば、１つ以上の圧力センサは３つの圧力センサであり、３つの圧力センサのうちいずれか２つの間の距離は一定である。
一定の相互距離に配置される３つの圧力センサを採用するかかる方法は、プローブの面が、測定を受ける被検者の皮膚との適切な接触を維持されるという利点を提供する。例えば、３つの圧力センサによって測定される３つの圧力が全て既定範囲内に収まる場合、これは被検者の皮膚上のプローブの良好なポジショニングを示し、すなわちプローブの面は被検者の皮膚と適切に接触する。
一実施形態によれば、第１の超音波プローブ及び／又は第２の超音波プローブに含まれる超音波トランスデューサの各々は、被検者上の複数部位において測定するように所定範囲にわたって移動可能であり、評価ユニットは複数部位の各々において第１のパラメータを導出するように構成され、超音波装置は平均化された第１のパラメータを取得するために複数部位において導出される第１のパラメータを平均化するように構成される平均化ユニットをさらに有する。
超音波トランスデューサの各々は被検者上の複数部位において測定するように所定範囲にわたって移動可能であるため、評価ユニットは平均化ユニットによる平均化のために複数部位の各々において第１のパラメータを導出することができる。そして平均化された評価結果は単一部位のみに基づく評価結果よりも正確になり得る。
本発明の一実施形態によれば、上述の超音波装置を用いて、第１のモードと第２のモードを有する少なくとも２つのモードで被検者の骨を評価する方法を提案し、当該方法は、少なくとも２つのモードのうち１つのモードを選択するステップ；第１の超音波プローブを用いて骨へ超音波信号を送信するステップ；第２の超音波プローブを用いて骨から超音波信号を受信するステップ；選択されたモードと、第１若しくは第２のモードにおいて第２の超音波プローブによって受信される超音波信号とに基づいて、骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを導出するステップを有する。
本発明は実施形態と組み合わせて、図面を参照して、以下でより詳細に記載され説明される。
従来技術における軸方向透過モードに基づくアプローチにおける一対のプローブの使用状態を図示する。 従来技術における横方向透過モードに基づくアプローチにおける一対のプローブの使用状態を図示する。 図１ｂの方向ＡＡ'に示す断面である。 従来技術におけるパルスエコーモードに基づくアプローチにおけるプローブの使用状態を図示する。 本発明の一実施形態にかかる被検者の骨を評価するための超音波装置を図示する。 本発明の一実施形態に従って結合器が軸まわりに枢動する２つのアームを有するときの結合器の第１の構成を図示する。 本発明の一実施形態に従って結合器が軸まわりに枢動する２つのアームを有するときの結合器の第２の構成を図示する。 本発明の一実施形態に従って結合器が２つの固定部へ格納され得る格納部を有するときの結合器の第１の構成を図示する。 本発明の一実施形態に従って結合器が２つの固定部へ格納され得る格納部を有するときの結合器の第２の構成を図示する。 本発明の一実施形態にかかる、第１の超音波プローブが２つの超音波トランスデューサと１つの圧力センサとを有する、被検者の皮膚に接触する第１の超音波プローブの面を図示する。 本発明の一実施形態にかかる、第１の超音波プローブが１つの超音波トランスデューサと１つの圧力センサとを有する、被検者の皮膚に接触する第１の超音波プローブの面を図示する。 本発明の一実施形態にかかる、第１の超音波プローブが２つの超音波トランスデューサと３つの圧力センサとを有する、被検者の皮膚に接触する第１の超音波プローブの面を図示する。 本発明の一実施形態にかかる、第１の超音波プローブが１つの超音波トランスデューサと３つの圧力センサとを有する、被検者の皮膚に接触する第１の超音波プローブの面を図示する。 本発明の一実施形態にかかる被検者の骨を評価する方法のフローチャートを図示する。
図中の同じ参照符号は同様の若しくは対応する特徴及び／又は機能を示す。
本発明は特定の実施形態に関して、所定の図面を参照して記載されるが、本発明はそれらに限定されず、クレームのみによって限定される。記載の図面は略図に過ぎず限定するものではない。図中、要素の一部のサイズは例示の目的で誇張されており、原寸通りに描かれていない可能性がある。
図２は本発明の一実施形態にかかる第１のモードと第２のモードを有する少なくとも２つのモードにおいて被検者の骨を評価するための超音波装置１を図示する。超音波装置１は選択ユニット１９９、第１の超音波プローブ１０１、第２の超音波プローブ１０２、評価ユニット１３０、及び結合器１０３を有する。選択ユニット１９９は少なくとも２つのモードから１つのモードを選択するように構成される。第１の超音波プローブ１０１は骨に超音波信号を送信するように構成される。第２の超音波プローブ１０２は骨から超音波信号を受信するように構成される。評価ユニット１３０は選択されたモードと、第１のモード又は第２のモードにおいて第２の超音波プローブ１０２によって受信される超音波信号とに基づいて、骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを導出するように構成される。結合器１０３は第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２を結合し、結合器１０３は第１のモードにおいて第１の構成に、第２のモードにおいて第２の構成に切り替えられるように構成される。第１の超音波プローブの面１０９と第２の超音波プローブの面１１０は第１の構成において実質的に同じ方向に向けられ、第２の構成において実質的に反対方向に向けられる。
上記実施形態では第１の超音波プローブ１０１が骨へ超音波信号を送信するように構成され、第２の超音波プローブ１０２が骨から超音波信号を受信するように構成されるが、第２の超音波プローブ１０２が骨へ超音波信号送信するようにさらに構成されてもよく、第１の超音波プローブ１０１が骨から超音波信号を受信するようにさらに構成されてもよいことが当業者によって理解される。かかる場合において、評価ユニット１３０は選択されたモードと、第１のモード又は第２のモードにおいて第１の超音波プローブ１０１によって受信される超音波信号とに基づいて第１のパラメータを導出するようにさらに構成される。別の実施形態において、第１のパラメータは２回導出され得る。１回目に第１のパラメータを導出するように、第１の超音波プローブ１０１が骨へ超音波信号を送信し、第２の超音波プローブ１０２が骨から超音波信号を受信する。２回目に第１のパラメータを導出するように、第２の超音波プローブ１０２が骨へ超音波信号を送信し、第１の超音波プローブ１０１が骨から超音波信号を受信する。そして１回目に導出される第１のパラメータと２回目に導出される第１のパラメータが平均化されて最終的な第１のパラメータを導出する。
超音波装置１は人若しくは動物の骨を評価するために使用されることができる。超音波装置１はホームケア若しくは病院での初期評価のいずれか、又は術後経過観察、例えば骨折治癒のモニタリングのために使用されることができる。
超音波装置１は少なくとも２つのモードのいずれかで動作し得る。第１のモードにおいて、第１の超音波プローブの面と第２の超音波プローブの面は実質的に同じ方向に向けられるので、超音波装置は軸方向透過モードでの骨評価のために適用可能である。第２のモードにおいて、第１の超音波プローブの面と第２の超音波プローブの面は実質的に反対方向に向けられるので、超音波装置は横方向モードでの骨評価のために適用可能である。少なくとも２つのモードは他のモードをさらに含み得る。下記の通り、第３のモードにおいて、超音波装置はパルスエコーモードでの骨評価のために適用可能である。
選択ユニット１９９は多くの方法で実現され得る。例えば、図２に図示の通り、選択ユニット１９９と評価ユニット１３０はケース１９８に収容される。選択ユニット１９９はケースの表面上のノブであり得る。これはユーザがノブを回転させることに応答してモードを選択する。又は、選択ユニット１９９はケースの表面上の複数のボタンの形であり得る。これはユーザがボタンを押すことに応答してモードを選択する。選択ユニット１９９はキーボード、タッチスクリーンなどであってもよい。
選択されたモードに応じて、評価ユニット１３０は対応する評価を実行する。例えば、評価ユニット１３０は異なるモードに対してアルゴリズムを保存する。選択されたモードに応じて、評価ユニット１３０は対応するアルゴリズムを選択して第２の超音波プローブによって受信される超音波信号に基づいて対応する第１のパラメータを導出し得る。
第１のモードにおいて、第１のパラメータは例えば骨の幾何学的及び機械的特性である。第２のモードにおいて、第１のパラメータは例えばＳＯＳ又はＢＵＡである。同じモードで、異なる第１のパラメータについて、例えば超音波伝播速度（ＳＯＳ）若しくは広帯域超音波減衰率（ＢＵＡ）について、異なるアルゴリズムがあり得る。一実施形態において、選択ユニット１９９は同じモードで第１のパラメータを選択するためにも使用され得る。特定の第１のパラメータが選択ユニット１９９によって選択されるとき、その特定の第１のパラメータに対する対応するアルゴリズムが評価ユニット１３０によって実行される。
一実施形態によれば、評価ユニット１３０は選択されたモードと第２の超音波プローブ１０２によって受信される超音波信号とに基づくだけでなく、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す受信された第４のパラメータにも基づいて第１のパラメータを導出する。一部の実施例において、第１のパラメータは第２の超音波プローブ１０２によって受信される超音波信号のみから導出され得る。一部の他の実施例において、ＳＯＳなどの第１のパラメータは第２の超音波プローブ１０２によって受信される超音波信号と、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離から導出される。ＳＯＳなどの第１のパラメータを導出する場合、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す第４のパラメータが評価ユニット１３０への入力として取得される。一実施形態において、第４のパラメータは超音波装置へのユーザ入力を用いて評価ユニット１３０へ入力され得る。別の実施形態において、これは図３ａ‐ｂ、４ａ‐ｂを参照して以下の説明に従って導出される。
第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２は例えば有線若しくは無線通信リンク１９０を介してケース１９８に接続される。一実施形態において、選択ユニット１９９は通信リンク１９０を介してケース１９８と相互通信するノブ（不図示）でもあり得る。
一実施形態によれば、少なくとも２つのモードは第３のモードを有する。超音波装置が第３のモードで動作するとき、これはパルスエコーモードでの骨評価のために適用可能である。第３のモードにおいて、第１の超音波プローブ１０１は骨へ超音波信号を送信し、骨から超音波信号のエコー信号を受信するようにさらに構成される。評価ユニット１３０は選択されたモードと、第３のモードにおいて第１の超音波ユニット１０１によって受信されるエコー信号とに基づいて骨の１つ以上の他の特性を示す第２のパラメータを導出するようにさらに構成される。第２の超音波プローブ１０２はこのモードで動作しなくてもよい。
付加的に又は代替的に、第２の超音波プローブ１０２もパルスエコーモードで骨評価を実行するために使用されることができる。この場合、第２の超音波プローブ１０２は骨へ超音波信号を送信し、骨から超音波エコーを受信するようにさらに構成され、評価ユニット１３０は選択されたモードと、第２の超音波ユニット１０２によって受信されるエコー信号とに基づいて骨の１つ以上の他の特性を示す第２のパラメータを導出するようにさらに構成される。
第２のパラメータは例えば骨材料特性である。第３のモードは選択ユニット１９９によって選択され、評価ユニット１３０において対応するアルゴリズムが実行される。
第１の超音波プローブ１０１、第２の超音波プローブ１０２、及び結合器１０３は多くの方法で実現され得る。一部の方法が以下で詳細に論じられる。
一実施形態において、結合器１０３は調節可能な交角を持つ２つのアーム１０３１、１０３２を有する。一実施例において、２つのアームは交角を調節可能にすることができるように軸１０４まわりに枢動可能であるように構成される。さらに、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２はそれぞれ軸１０４から遠い２つのアームの端部に回転可能に結合される。
図３ａはこの実施形態における結合器１０３の第１の構成を図示する。第１のモード（例えば軸方向透過モード）において、結合器１０３は２つのアームの交角が第２の構成においてよりも大きくなるような第１の構成であり、従って第１のモードにおいて例えば長管骨を評価するために適切である。
図３ｂはこの実施形態における結合器１０３の第２の構成を図示する。第２のモード（例えば横方向透過モード）において、結合器１０３は２つのアーム１０３１、１０３２の交角が第１の構成においてよりも小さくなるような第２の構成であり、従って第２のモードにおいて例えばヒールパッドなどの海綿骨を評価するために適切である。
第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２はそれぞれ２つのアームの両端に回転可能に結合される。例えば、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の各々は軸まわりに枢動する対応するアームに枢支される。２つのアームの両端に回転可能に結合されているおかげで、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の各々はより容易に被検者の皮膚に接触することができる。
図３ａと図３ｂの実施形態において、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す第４のパラメータは、２つのアームの交角、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合されるアームとの間の角度、並びに第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合されるアームとの間の角度から決定され得る。超音波プローブの"レンジ"方向は上記で導入された通り超音波プローブの面に直交する方向を意味するものととられる。２つのアームの交角、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合されるアームとの間の角度、並びに第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合されるアームとの間の角度は測定され、その後評価ユニット１３０へ手動で入力されることができる。代替案として、２つのアームの交角、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合されるアームとの間の角度、並びに第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合されるアームとの間の角度は、例えば２つのアーム、第１の超音波プローブ１０１及び第２の超音波プローブ１０２の上に配置される重力センサを用いてプローブとアームの配向を測定することによって取得され、自動的に評価ユニット１３０へ入力されることができる。そして評価ユニット１３０はこれらのパラメータに基づいて第４のパラメータを導出することができる。
別の実施形態において、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す第４のパラメータはレーザ測定法によって測定され得る。例えば、レーザエミッタが第１の超音波プローブ１０１内に置かれ、レーザレシーバが第２の超音波プローブ１０２内に置かれる。レーザ速度及びレーザエミッタからレーザレシーバまでの伝播時間に基づいて、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す第４のパラメータが高精度で計算されることができる。
別の実施形態において、結合器１０３は２つの固定部１０５、１０６と、２つの固定部１０５、１０６の中へ必要に応じて異なる長さまで格納可能な、その間に配置される格納部１０７を有する。２つの固定部１０５、１０６のいずれかと格納部１０７との間の角度は調節可能である。第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２はそれぞれ２つの固定部１０５、１０６に（例えば枢動軸などによって）回転可能に結合される。
そのおかげで、２つの固定部１０５、１０６のいずれかと格納部１０７との間の角度を調節可能にすることによって、並びに第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２を２つの固定部１０５、１０６に回転可能に結合することによって、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の各々は被検者の皮膚により容易に接触することができる。
図４ａは本実施形態における結合器１０３の第１の構成を図示する。第１のモード（例えば軸方向透過モード）において結合器１０３は、格納部１０７の格納された長さ、固定部１０５と格納部１０７の間の角度、固定部１０６と格納部１０７の間の角度、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０５との間の角度、並びに第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０６との間の角度が、総合的に調節されるような第１の構成であり、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の位置関係を第１のモードにおける例えば長管骨の評価に適したものにする。
図４ｂは本実施形態における結合器１０３の第２の構成を図示する。第２のモード（例えば横方向透過モード）において、結合器１０３は、格納部１０７の格納された長さ、固定部１０５と格納部１０７の間の角度、固定部１０６と格納部１０７の間の角度、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０５との間の角度、並びに第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０６との間の角度が、総合的に調節されるような第２の構成であり、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の位置関係を第２のモードにおける例えばヒールパッドなどの海綿骨の評価に適したものにする。
図４ａと図４ｂの実施形態において、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す第４のパラメータは、格納部１０７の格納された長さ、固定部１０５と格納部１０７の間の角度、固定部１０６と格納部１０７の間の角度、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０５との間の角度、第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０６との間の角度、から決定されることができる。超音波プローブの"レンジ"方向は上記で導入された通り超音波プローブの面に直交する方向を意味するものととられる。格納部１０７の格納された長さ、固定部１０５と格納部１０７の間の角度、固定部１０６と格納部１０７の間の角度、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０５との間の角度、第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０６との間の角度は測定され、そして評価ユニット１３０へ手動で入力されることができる。代替案として、格納部１０７の格納された長さ、固定部１０５と格納部１０７の間の角度、固定部１０６と格納部１０７の間の角度、第１の超音波プローブ１０１の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０５との間の角度、第２の超音波プローブ１０２の"レンジ"方向とこれが結合される固定部１０６との間の角度は、例えば固定部１０５、１０６、格納部１０７及び第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の上の重力センサを用いて、プローブ、格納部、及び固定部の配向を測定することによって取得され、そして評価ユニット１３０へ自動的に入力されることができる。そして、評価ユニット１３０はこれらのパラメータに基づいて第４のパラメータを導出することができる。
別の実施形態において、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す第４のパラメータは、レーザ測定法によって測定されることができる。例えば、レーザエミッタが第１の超音波プローブ１０１内に置かれ、レーザレシーバが第２の超音波プローブ１０２内に置かれる。レーザ速度及びレーザエミッタからレーザレシーバまでの伝播時間に基づいて、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の間の距離を示す第４のパラメータが計算されることができる。
第３のモード（パルスエコーモード）については、結合器１０３は第１の構成又は第２の構成であり得る。
一実施形態において、超音波信号は第１の周波数帯域における第１の超音波サブ信号、及び／又は第２の周波数帯域における第２の超音波サブ信号を有する。第２の周波数帯域は第１の周波数帯域よりも高い。
例えば、第１の周波数帯域は低周波数域、例えば［０．５ＭＨｚ，２ＭＨｚ］である。第２の周波数帯域は高周波数域、例えば［４ＭＨｚ，６ＭＨｚ］である。
高周波数超音波信号は軟組織の評価に適し、一方低周波数超音波信号は骨の評価に適する。
一実施形態において、図５ａに図示の通り、第１の超音波プローブ１０１はそれぞれ第１及び第２の超音波サブ信号を、すなわち骨評価に適する低周波数サブ信号と軟組織評価に適する高周波数サブ信号を送信するように構成される２つの超音波トランスデューサ１０１１、１０１２を有する。例えば、２つの超音波トランスデューサ１０１１、１０１２の各々は単一素子トランスデューサ、又はトランスデューサアレイであり得る。
受信部として、第２の超音波プローブ１０２もそれぞれ第１及び第２の超音波サブ信号を受信するように構成される２つの超音波トランスデューサ（不図示）を含み得る、或いは第１及び第２の超音波サブ信号を受信するように構成される１つの超音波トランスデューサのみ（不図示）を持ち得る（第１及び第２の超音波サブ信号は異なる周波数帯域なのでそれらを分離することは容易であるため）。
一実施形態において、図５ｂに図示の通り、第１の超音波ユニット１０１は第１及び第２の超音波サブ信号を、すなわち骨評価に適する低周波数サブ信号と軟組織評価に適する高周波数サブ信号を送信するように構成される広帯域超音波トランスデューサ１０１４を有する。例えば、広帯域超音波トランスデューサは容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）であり得る。例えば、超音波トランスデューサ１０１４は単一素子トランスデューサ又はトランスデューサアレイであることもできる。
受信部として、第２の超音波プローブ１０２も第１及び第２の超音波サブ信号を受信するように構成される広帯域超音波トランスデューサ（不図示）を持ち得る（第１及び第２の超音波サブ信号は異なる周波数帯域なのでそれらを分離することは容易であるため）、或いはそれぞれ第１及び第２の超音波サブ信号を受信するように構成される２つの超音波トランスデューサ（不図示）を持ち得る。
一実施形態において、評価ユニット１３０は第２の超音波サブ信号に基づいて第３のパラメータを導出するように構成され、第３のパラメータは骨周辺の軟組織によって生じる結合効果を示す。加えて、評価ユニット１３０は第１の超音波サブ信号と導出された第３のパラメータとに基づいて第１のパラメータを導出するようにさらに構成され、第１のパラメータは骨の１つ以上の特性を示す。
このように、骨評価結果に対する骨を覆う軟組織の層の結合効果が少なくとも部分的に補正される。
一実施形態において、第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２のうち少なくとも１つの超音波プローブは、少なくとも１つの超音波プローブの面に加えられる圧力を測定するための圧力センサ１０１３をさらに有する。評価ユニット１３０は受信された超音波信号と測定された圧力とに基づいて第１のパラメータを導出するように構成される。
図５ａと図５ｂに図示の通り、圧力センサ１０１３は第１の超音波プローブ１０１に存在する。しかしながら、第２の超音波プローブ１０２が圧力センサ１０１３を有する場合、評価結果の精度は同様に改善される。第１の超音波プローブ１０１と第２の超音波プローブ１０２の両方が圧力センサ１０１３を有する場合、測定結果の精度はさらに改善される。
図５ｃと図５ｄに図示の通り、３つの圧力センサ１０１３は第１の超音波プローブ１０１に存在する。３つの圧力センサのうちいずれか２つの間の距離は一定である。第２の超音波プローブ１０２も３つの圧力センサ１０１３を有し得る。
圧力センサの数は２、４若しくは同様に機能することができるいかなる他の数であることもできることが理解される。
受信された超音波信号と測定された圧力に基づいて第１のパラメータを導出する多くの方法がある。例えば、測定された圧力が既定範囲内であるときのみ、第１のパラメータが受信された超音波信号に基づいて導出される。別の実施例の場合、測定された圧力と事前に保存された標準圧力との差に基づいて補正因子が計算され、そして受信された超音波信号に基づき、補正因子を考慮して、第１のパラメータが導出される。
一実施形態において、２つの超音波トランスデューサ１０１１、１０１２（図５ａ）の各々又は単一の超音波トランスデューサ１０１４（図５ｂ）は、被検者上の複数部位において測定するように所定範囲にわたって移動可能であり、評価ユニット１３０は複数部位の各々において第１のパラメータを導出するように構成され、超音波装置１は複数部位において導出される第１のパラメータを平均化して平均化された第１のパラメータを取得するように構成される平均化ユニット１９７（図２）をさらに有する。
平均化ユニット１９７は多くの方法で実現され得る。例えば、これはソフトウェアによって実現され得る。又は、これは複数部位において導出される第１のパラメータを加算するためのデジタル加算器と、加算結果を部位の数で除するためのデジタル除算器とを含む、論理ハードウェアユニットであり得る。
評価ユニット１３０は多くの方法で実現され得る。例えば、これはソフトウェアによって実現され得る。別の実施例の場合、これは評価ユニット１３０の機能を実行し得るデジタル論理回路であり得る。
本発明の別の実施形態によれば、図６に図示の通り、超音波装置１を用いて第１のモードと第２のモードを有する少なくとも２つのモードで被検者の骨を評価するための方法６が提案され、当該方法は次のステップを有する：ステップＳ１において、少なくとも２つのモードから１つのモードを選択するステップ；ステップＳ２において、第１の超音波プローブ１０１を用いて骨へ超音波信号を送信するステップ；ステップＳ３において、第２の超音波プローブ１０２を用いて骨から超音波信号を受信するステップ；ステップＳ４において、選択されたモードと、第１若しくは第２のモードにおいて第２の超音波プローブ１０２によって受信される超音波信号とに基づいて、骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを導出するステップ。
本発明に示す方法のステップ又は装置のユニットは上述のステップ又はユニットに限定されるべきではないことが留意される。請求される発明の様々な態様はこれら特定の詳細から離れる他の実施形態で実践され得ることが当業者に明らかであろう。
さらに、当業者に容易に理解され得る通り、方法クレームにおけるいくつかのステップは１ステップとして具体化されることができ、いくつかの動作を組み込む方法クレームにおける１ステップはいくつかのステップに分離されることができる。また、装置クレームにおけるいくつかのユニットは１ユニットとして具体化されることができ、いくつかの動作を実行する装置クレームにおける１ユニットはいくつかのユニットに分離されることができる。かかる組み合わせと分離は本発明の範囲内にある。また、特定の手段が相互に異なる従属クレームに列挙されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
上述の実施形態は本発明を限定するのではなく例示し、当業者は添付のクレームの範囲から逸脱することなく代替的な実施形態を設計することができることが留意されるべきである。クレーム中、括弧の間に置かれる任意の参照符号はクレームを限定するものと解釈されてはならない。"有する"という語はクレーム又は記載に列挙されない要素若しくはステップの存在を除外しない。ある要素に先行する"ａ"若しくは"ａｎ"という語はかかる要素の複数の存在を除外しない。いくつかのユニットを列挙するシステムクレームにおいて、これらユニットのいくつかはソフトウェア及び／又はハードウェアの１つの同じ項目によって具体化されることができる。第１、第２及び第３などの語の使用はいかなる順序も示さない。これらの語は名前として解釈されるものとする。

Claims (15)

  1. 第１のモードと第２のモードを有する少なくとも２つのモードで被検者の骨を評価するための超音波装置であって、
    前記少なくとも２つのモードから１つのモードを選択するように構成される選択ユニットと、
    前記被検者の皮膚と接触させられる第１の面を持ち、前記骨へ超音波信号を送信するように構成される、第１の超音波プローブと、
    前記被検者の皮膚と接触させられる第２の面を持ち、前記骨から超音波信号を受信するように構成される、第２の超音波プローブと、
    選択されたモードと、前記第１のモード又は前記第２のモードにおいて前記第２の超音波プローブによって受信される超音波信号とに基づいて、前記骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを導出するように構成される評価ユニットと、
    前記第１の超音波プローブ及び前記第２の超音波プローブを結合するための結合器であって、前記第１のモードにおいて第１の構成に、前記第２のモードにおいて第２の構成に切り替えられるように構成される、結合器と
    を有し、
    前記第１の面と前記第２の面が、前記第１の構成において実質的に同じ方向に向けられ、前記第２の構成において実質的に反対方向に向けられる、
    超音波装置。
  2. 前記少なくとも２つのモードが第３のモードを有し、
    前記第１の超音波プローブがさらに、前記第３のモードにおいて前記骨から超音波信号のエコー信号を受信するように構成され、
    前記評価ユニットがさらに、選択されたモードと、前記第３のモードにおいて前記第１の超音波ユニットによって受信される前記エコー信号とに基づいて、前記骨の１つ以上の特性を示す第２のパラメータを導出するように構成される、
    請求項１に記載の超音波装置。
  3. 前記結合器が２つのアームを有し、前記２つのアームの交角が調節可能であり、前記第１の超音波プローブと前記第２の超音波プローブがそれぞれ軸から遠い前記２つのアームの端部に回転可能に結合される、請求項１又は２に記載の超音波装置。
  4. 前記結合器が２つの固定部と、前記２つの固定部の中へ必要に応じて異なる長さまで格納可能な、その間に配置される格納部とを有し、前記２つの固定部のいずれかと前記格納部との間の角度が調節可能であり、前記第１の超音波プローブと前記第２の超音波プローブがそれぞれ前記２つの固定部に回転可能に結合される、請求項１又は２に記載の超音波装置。
  5. 前記超音波信号が第１の周波数帯域における第１の超音波サブ信号及び／又は第２の周波数帯域における第２の超音波サブ信号を有し、前記第２の周波数帯域が前記第１の周波数帯域より高い、請求項１に記載の超音波装置。
  6. 前記第１の超音波プローブが、それぞれ前記第１及び第２の超音波サブ信号を送信するように構成される２つの超音波トランスデューサを有する、請求項５に記載の超音波装置。
  7. 前記第１の超音波ユニットが、前記第１及び第２の超音波サブ信号を送信するように構成される１つの超音波トランスデューサを有する、請求項５に記載の超音波装置。
  8. 前記第１の周波数帯域が［０．５ＭＨｚ，２ＭＨｚ］であり、前記第２の周波数帯域が［４ＭＨｚ，６ＭＨｚ］である、請求項５に記載の超音波装置。
  9. 前記評価ユニットが、
    前記骨周辺の軟組織によって生じる結合効果を示す第３のパラメータを前記第２の超音波サブ信号に基づいて導出し、
    前記第１の超音波サブ信号と導出された前記第３のパラメータとに基づいて、前記骨の１つ以上の特性を示す前記第１のパラメータを導出する
    ように構成される、請求項５に記載の超音波装置。
  10. 前記第１の超音波プローブと前記第２の超音波プローブのうち少なくとも１つの超音波プローブが、前記少なくとも１つの超音波プローブの面に加えられる圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサをさらに有し、
    前記評価ユニットが受信された前記超音波信号と測定された前記圧力とに基づいて前記第１のパラメータを導出するように構成される、
    請求項１に記載の超音波装置。
  11. 前記少なくとも１つの圧力センサが３つの圧力センサを有し、前記３つの圧力センサのうちいずれか２つの間の距離が一定である、請求項１０に記載の超音波装置。
  12. 前記２つの超音波トランスデューサの各々が、前記被検者上の複数部位において測定するように所定範囲で移動可能であり、前記評価ユニットが前記複数部位の各々において前記第１のパラメータを導出するように構成され、前記超音波装置が、平均化された第１のパラメータを取得するために前記複数部位において導出される第１のパラメータを平均化するように構成される平均化ユニットをさらに有する、請求項６に記載の超音波装置。
  13. 前記超音波トランスデューサが、前記被検者上の複数部位において測定するように所定範囲で移動可能であり、前記評価ユニットが前記複数部位の各々において前記第１のパラメータを導出するように構成され、前記超音波装置が、平均化された第１のパラメータを取得するために前記複数部位において導出される第１のパラメータを平均化するように構成される平均化ユニットをさらに有する、請求項７に記載の超音波装置。
  14. 前記評価ユニットが、選択されたモード、前記第２の超音波プローブによって受信される超音波信号、及び前記第１の超音波プローブと前記第２の超音波プローブの間の距離を示す受信された第４のパラメータに基づいて、前記第１のパラメータを導出するように構成される、請求項１に記載の超音波装置。
  15. 請求項１に記載の超音波装置を用いて、第１のモードと第２のモードを有する少なくとも２つのモードで被検者の骨を評価する方法であって、
    前記少なくとも２つのモードから１つのモードを選択するステップと、
    第１の超音波プローブを用いて前記骨へ超音波信号を送信するステップと、
    第２の超音波プローブを用いて前記骨から超音波信号を受信するステップと、
    選択されたモードと、前記第１若しくは第２のモードにおいて前記第２の超音波プローブによって受信される超音波信号とにもとづいて、前記骨の１つ以上の特性を示す第１のパラメータを導出するステップと
    を有する、方法。
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