JP2577174B2

JP2577174B2 - 骨評価装置

Info

Publication number: JP2577174B2
Application number: JP5031672A
Authority: JP
Inventors: 直樹大友; 茂郎木村
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-22
Filing date: 1993-02-22
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JPH06237934A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、骨疾患を診断する際に
有用な骨の質に関する新しい情報を提供する骨評価装置
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】老年人口の急激な増加と相俟って、骨粗
鬆症・骨軟化症等の骨の疾患をもつ人が増加しており、
その診断や予防の必要性が強く要望されている。骨は、
その組成でみると、大別して骨塩（カルシウムなどのミ
ネラル）と骨基質（骨組織の細胞間物質）とで構成され
ている。

【０００３】ここで、「骨粗鬆症」とは一般に、骨基質
と骨塩との比率は正常であるが骨の量自体が減少した病
態をいい、「骨軟化症」とは一般に、骨石灰化障害によ
り骨塩のみが減少した病態をいう。つまり、骨疾患とい
っても、その病態における骨の組成は一様ではない。い
ずれにしても骨の強度が弱まると骨折が生じ、特に老年
の人はいわゆる寝たきりになるおそれがある。

【０００４】従来、骨疾患の診断のために、骨塩量測定
装置が用いられている。この骨塩量測定装置は、体外か
ら被検体にＸ線を照射し、その際のＸ線の減弱率から骨
塩量（カルシウムなどのミネラル量）を解析するもので
ある。なお、従来の骨塩量測定装置では、単位面積当た
りの骨塩量（ｇ／ｃｍ²）が演算されている。

【０００５】そして、その求められた骨塩量の大きさに
基づいて、骨粗鬆症等が診断される。

【０００６】ところが、“骨の強さ”は、骨塩量のみに
依存しないといわれている。骨塩量は、確かに骨の強度
を決定する主要因とはなるが、それ以外に骨の剛性、弾
性や構造などによっても骨の強度は左右される。

【０００７】つまり、骨塩量が多くても骨の剛性が乏し
く、骨折を生じやすい場合がある一方、骨塩量が少なく
ても骨の剛性が高く、骨折を生じにくい場合もある。

【０００８】要するに、骨折の危険度を知るためには、
骨塩量のみで評価するだけでは不十分であり、骨の組成
及び構造に基づく「骨の強度」自体を知る必要がある。

【０００９】そこで、本出願人は、特願平４−１２７５
５１号で、骨の強度を示す骨に関する新しい評価値を得
られる骨評価装置を提案している。この装置は、Ｘ線の
計測による骨塩量を基礎として求められる骨密度ρと、
骨中の音波（超音波）の伝搬速度Ｖとを用いて、骨の強
度を示す“評価値”を算出するものである。その原理を
説明する。

【００１０】超音波の伝搬速度Ｖは、骨のような異方性
の媒体においては、その伝搬方向において、骨密度ρと
弾性率Ｅとの関数である。すなわち、一般式で示せば、Ｖ＝ｋ・（Ｅ／ρ）^1/2 …（１）である。

【００１１】ここでｋは定数であり、骨密度ρは従来の
骨塩量測定装置で測定される骨塩量ＢＭＤ（Ｂｏｎｅ
ＭｉｎｅｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）（ｇ／ｃｍ²）を、
骨の厚さｄ（ｃｍ）で除算したものに相当する。また、
超音波の伝搬速度Ｖは、超音波の送受波により測定され
る。

【００１２】従って、弾性率（ヤング率）Ｅは、次のと
おりである。

【００１３】Ｅ＝ｋ´・Ｖ²・ρ （ただし、ρ＝ＢＭＤ／ｄ、ｋ´＝ｋ^-2） …（２）ここで、弾性率Ｅは、骨に関して、ひっぱり強さや剛性
等の骨の強度を示すと考えられ、換言すれば、そのＥの
値が骨折の危険度を示すと考えられる。

【００１４】そこで、上記装置では、そのＥを骨の評価
値として定義している。なお、骨に関する弾性率は、各
種の計算式が知られており、骨の強度を示す値としては
他の定義式を用いることもできるが、いずれにしてもＥ
として弾性率が定義される。図５には、上記特願平４−
１２７５５１号で提案した骨評価装置の原理的構成が図
示されている。

【００１５】図５において、被検体（例えば踵）１０
は、大別して骨１２と、軟組織１４とで構成される。被
検体１０の近傍には、Ｘ線を発生するＸ線発生器１６が
配置され、また被検体１０を透過したＸ線を検出するＸ
線検出器１８が配置されている。更に、被検体１０の近
傍には、前記Ｘ線発生器１６及びＸ線検出器１８に近接
して、超音波を送波する振動子２０及び超音波を受波す
る振動子２２が配置されている。なお、骨の厚さｄの計
測を行う場合には、振動子２０及び２２が共に、送波兼
受波振動子として機能する。

【００１６】骨密度測定部２４は、Ｘ線発生器１６に対
して駆動信号を供給し、一方、Ｘ線検出器１８からの検
出信号を受け入れ、骨１２の骨塩量ＢＭＤを測定するも
のである。この値を骨の厚さｄで除算して得られる骨密
度ρは、評価値演算部２６に送られている。ここで、骨
の厚さｄは、被検体１０の両側からの超音波の計測によ
り求められる。なお、速度測定部２８は、振動子２０に
対して駆動信号を供給し、一方、振動子２２からの受波
信号を受け入れて、骨１２中の超音波の伝搬速度Ｖを演
算するものであり、その速度Ｖは、評価値演算部２６に
送られている。

【００１７】評価値演算部２６は、上述した第２式を実
行して、骨密度ρ及び速度Ｖに基づき評価値Ｅを演算す
る。そしてその評価値Ｅは出力され、例えば表示器等に
表示される。従って、その評価値の大きさに基づいて、
骨折の危険度等を知ることができ、あるいは骨粗鬆症等
の診断を行うことができる。

【００１８】ところで、超音波の伝搬を確保するため、
測定部位である被検体１０は、水槽内に入れられる。す
なわち、振動子２０、２２を水槽内に入れ、それら２つ
の振動子２０、２２間の被検体以外の区間において、音
響伝搬媒体を介在させるものである。その場合、Ｘ線発
生器１６及びＸ線検出器１８は、装置が比較的大型であ
ること、内部で高電圧が発生すること、等から、水槽の
外側に配置される。なお、水槽の外壁は例えばアクリル
板等で構成されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記装置にお
いては、振動子２０、２２を水槽内に配置するスペース
をとる必要性があるため水槽が大型化し、Ｘ線が水中を
比較的長い距離透過することとなり、Ｘ線の減弱が大き
くなる（計数率の低下）という問題があった。よって、
計測精度の低下を防止するため、Ｘ線の出力を上げる必
要が生じていた。しかし、Ｘ線発生器の大型化を防ぎか
つ寿命を延ばし、更に被曝をできるだけ抑えるために
は、Ｘ線の出力を低下させることが望まれる。

【００２０】一方、Ｘ線発生器を水槽内部に配置するこ
とも考えられるが、防水構造としなければならないた
め、その構造が複雑化してしまうという問題があった。

【００２１】なお、Ｘ線発生器から発生するＸ線ビーム
の広がりが防止されれば、不要な部位の被曝量を低減で
き、またＸ線検出器に入射する目的外の外部Ｘ線の混入
が防止されれば計測精度を向上できることから、Ｘ線に
対する十分なコリメートの要請がある。また、水槽の中
の水量を削減できれば、水置換や水管理の煩雑さを軽減
でき、加えて水を置換する際の時間を短縮化できる。

【００２２】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、水槽中をＸ線が透過する骨評価装置におい
て、Ｘ線の減弱をできるだけ防止して、Ｘ線発生器の出
力を抑えることを目的とする。

【００２３】また、本発明は、Ｘ線に対するコリメート
を行うことを目的とする。

【００２４】更に、本発明は、水槽中の水量を削減する
ことを目的とする。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】上記目的を達成するた
めに、本発明は、超音波計測とＸ線計測とを利用して骨
の評価値を演算する骨評価装置において、被検体が入れ
られる水槽と、前記水槽内において前記被検体を挟んで
配置された一対の超音波振動子と、前記水槽の外側にお
いて前記被検体を挟んで配置されたＸ線発生器及びＸ線
検出器と、前記水槽内におけるＸ線の経路上に前記被検
体を挟んで配置され、密閉された内部に水よりもＸ線減
弱係数の低い物質が充填された潜水体と、を含むことを
特徴とする。

【００２６】また、本発明は、前記潜水体におけるＸ線
経路を取り囲む側周囲壁がＸ線遮蔽部材で構成されたこ
とを特徴とする。

【００２７】

【作用】上記構成によれば、水槽内には潜水体が被検体
を挟んで配置されているので、Ｘ線を被検体へ照射する
と、Ｘ線検出器までの経路上において潜水体を通過する
ことになる。

【００２８】この場合、潜水体の内部には、水よりもＸ
線減弱係数の小さい物質が充填されているので、従来の
水中透過の場合に比べ、Ｘ線の減弱を抑制することがで
きる。なお、水と空気のＸ線減弱係数を比較すると、水
の方が密度が大きく、具体的には約３倍も異なる。

【００２９】また、潜水体の側周囲壁は、Ｘ線減弱係数
の高い遮蔽物質で構成されているため、潜水体がコリメ
ート作用をもち、Ｘ線発生器とＸ線検出器との間におい
て、Ｘ線ビームの広がりを抑制でき、また計測精度を向
上させることができる。更に、潜水体が水没するので、
その分だけ水量を削減できる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づき
説明する。

【００３１】図１及び図２には、本発明に係る骨評価装
置の要部構成が示されており、図１はその正面から見た
断面図であり、図２は上面図である。なお、図５に示し
た構成と同一の構成には同一符号を付し、その説明を省
略する。

【００３２】図２に示されるように、水３１が入れられ
た水槽３０内には踵（断面）１０を挟んで、超音波の送
受波を行う振動子２０，２２が設けられている。これら
の振動子２０，２２は、図１に示されるように、アーム
３８によって支持されている。

【００３３】一方、図１及び図２に示されるように、水
槽３０の外側には、Ｘ線発生器１６及びＸ線検出器１８
が配置されている。なお、Ｘ線発生器１６のＸ線出射孔
には第１のコリメータ１７が設けられている。これらの
Ｘ線発生器１６及びＸ線検出器１８は、上述同様、アー
ム３８によって支持されている。

【００３４】アーム３８は、走査駆動部３６によって駆
動されるものであり、このような機構により、超音波の
測定部位及びＸ線の測定部位に合わせて、超音波ビーム
及びＸ線ビームが移動走査される。なお、水槽３０は、
Ｘ線をあまり減弱させない物質、例えばアクリル等で構
成されている。

【００３５】図１及び図２に示されるように、アーム３
８には、水没する潜水部材としての２つの中空体３２，
３４が支持されており、具体的には、Ｘ線のビーム上に
配置されている。すなわち、Ｘ線発生器１６、２つの中
空体３２，３４、及びＸ線検出器１８は一直線上に配列
されている。

【００３６】図３には、中空体３２，３４の拡大図が示
されており、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は正面図で
ある。

【００３７】図示されるように、本実施例では、潜水体
としての円筒形状の中空体３２，３４が用いられてお
り、その内部は空洞で密封されている。なお、内部には
空気が入れられているが、例えば真空であってもよい。
水３１よりもＸ線減弱係数が低い物質が内部に入ること
により従来に比較してＸ線の減弱率を低く抑えることが
できる。

【００３８】中空体３２，３４の前面板Ｆ及び後面板Ｒ
はできるだけＸ線減弱係数の低いものを用いることが好
適であり、例えばアクリル等で構成される。一方、側周
囲壁Ｓとしては、Ｘ線遮蔽作用をもつＸ線減弱係数の高
い例えば金属で構成される。従って、中空体３２に、第
１のコリメータ１７の代わりとしての作用をもたせるこ
とも可能である。また、中空体３４に、Ｘ線検出器１８
に外部Ｘ線が入射することを防止する外部Ｘ線遮蔽作用
をもたせることも可能である。この場合、中空コリメー
タ３２，３４の内径はＸ線のビーム径に対応して設定さ
れ、例えば直径が１ｃｍの内径で構成されている。ただ
し、中空体３２と３４とで異なる内径を選択してもよ
い。

【００３９】以上のように構成された骨評価装置を用い
てＸ線の計測を行う場合について述べると、図４に示さ
れるように、Ｘ線発生器１６から放射されたＸ線は、水
槽３０の壁面を透過した直後に中空体３２を通過するこ
とになり、被検体１０を透過した直後においても中空体
３４を通過した後、水槽３０の壁を介してＸ線検出器１
８に達する。

【００４０】すなわち、図４に示される区間１００にお
いては、従来ではＸ線が水中を通過していたが、本実施
例によれば、その区間１００においてはＸ線が空気を通
過するため、従来に比べＸ線の減弱を有効に防止するこ
とが可能となる。そして、各構成がアーム３８によって
連結されているため、Ｘ線ビームが走査された場合でも
上述の状態を維持することが可能である。

【００４１】また、このような中空体３２，３４にコリ
メータとしての機能を持たせることもでき、Ｘ線ビーム
の広がりを有効に抑制し、外部Ｘ線の混入を防止するこ
とができる。従って、不必要なＸ線の外部漏洩の防止、
及び精度の良い測定を実現することができる。更に、水
槽３０内に入れられる水３１の量が中空体３２，３４の
体積分だけ削減されるため、水の管理等が容易化される
という利点がある。

【００４２】なお、中空体３２，３４としては、種々の
形状を採用することができ、例えば立方体形状のものも
採用可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水槽中をＸ線が透過する骨評価装置においてＸ線の減弱
をできるだけ防止してＸ線発生器の出力を極力抑えるこ
とが可能となる。また、Ｘ線に対するコリメートを行う
ことが可能であり、更に水槽中の水量を削減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る骨評価装置の要部構成を示す断面
図である。

【図２】本発明に係る骨評価装置の要部構成を示す上面
図である。

【図３】中空体を示す拡大図である。

【図４】本発明に係る骨評価装置においてＸ線の通過経
路を示す図である。

【図５】従来の骨評価装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０被検体（踵）１６Ｘ線発生器１８Ｘ線検出器２０，２２振動子３０水槽３１水３２，３４中空体３６走査駆動部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波計測とＸ線計測とを利用して骨の
評価値を演算する骨評価装置において、被検体が入れられる水槽と、前記水槽内において前記被検体を挟んで配置された一対
の超音波振動子と、前記水槽の外側において前記被検体を挟んで配置された
Ｘ線発生器及びＸ線検出器と、前記水槽内におけるＸ線の経路上に前記被検体を挟んで
配置され、密閉された内部に水よりもＸ線減弱係数の低
い物質が充填された潜水体と、を含むことを特徴とする骨評価装置。
【請求項２】請求項１記載の骨評価装置において、前記潜水体におけるＸ線経路を取り囲む側周囲壁がＸ線
遮蔽部材で構成されたことを特徴とする骨評価装置。
【請求項３】請求項１記載の装置において、前記潜水体を移動させる駆動機構が設けられ、Ｘ線による測定点の移動に伴い前記潜水体を移動させて
Ｘ線の経路上に維持することを特徴とする骨評価装置。