JP2596701B2 - 骨評価装置 - Google Patents
骨評価装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0875—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of bone
-
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- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、骨中の透過超音波の減
衰率に基づいて骨の評価を行う骨評価装置に関する。
衰率に基づいて骨の評価を行う骨評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、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持つ人が増加し
ており、その診断や予防の必要性が強く要望されてい
る。
て、骨粗鬆症・骨軟化症等の骨の疾患を持つ人が増加し
ており、その診断や予防の必要性が強く要望されてい
る。
【0003】骨のうちで特に海綿骨においては、硬い骨
(骨粱)と軟らかい骨髄とが入り交じっており、すなわ
ち海綿骨は縦走及び横走する骨粱の間に骨髄が入り交じ
って構成されている。
(骨粱)と軟らかい骨髄とが入り交じっており、すなわ
ち海綿骨は縦走及び横走する骨粱の間に骨髄が入り交じ
って構成されている。
【0004】しかし、その構造は、骨の疾病により変化
し、健常人では、縦走及び横走する骨粱が密の状態にあ
るが、非健常人、例えば骨粗鬆症の人は、骨粱が粗にな
る。骨に対して超音波を透過させると、一般に透過超音
波の減衰率は周波数に依存するが、骨の構造変化によっ
ても、減衰特性が変化するといわれている。すなわち、
非健常人では骨粱が粗になる結果、超音波の減衰度合い
が小さくなる。
し、健常人では、縦走及び横走する骨粱が密の状態にあ
るが、非健常人、例えば骨粗鬆症の人は、骨粱が粗にな
る。骨に対して超音波を透過させると、一般に透過超音
波の減衰率は周波数に依存するが、骨の構造変化によっ
ても、減衰特性が変化するといわれている。すなわち、
非健常人では骨粱が粗になる結果、超音波の減衰度合い
が小さくなる。
【0005】従って、上記の減衰特性を観察すること
で、骨の疾病を診断する装置が提案されている(例え
ば、USPNo.4,774,959参照)。そのよう
な従来装置では、基本的に、ある特定の2つの周波数に
おいて減衰率を求め、減衰率の周波数に対する傾きの大
きさを演算している。
で、骨の疾病を診断する装置が提案されている(例え
ば、USPNo.4,774,959参照)。そのよう
な従来装置では、基本的に、ある特定の2つの周波数に
おいて減衰率を求め、減衰率の周波数に対する傾きの大
きさを演算している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の各種実験に
よれば、所定の周波数範囲において、骨の減衰率が最小
になる周波数は、人によって異なることが判明した。
よれば、所定の周波数範囲において、骨の減衰率が最小
になる周波数は、人によって異なることが判明した。
【0007】すなわち、人それぞれ該周波数は異なって
おり、それは健常人、非健常人を問わない。
おり、それは健常人、非健常人を問わない。
【0008】従って、従来装置のように、上記減衰率が
最小になる周波数が人によって異なることを考慮せず
に、固定的に周波数を設定して減衰率の周波数に対する
傾き(以下、減衰の傾きと呼ぶ)を求めると、骨の構造
状態を忠実に示す減衰の傾きを演算することは困難であ
ることが分かった。
最小になる周波数が人によって異なることを考慮せず
に、固定的に周波数を設定して減衰率の周波数に対する
傾き(以下、減衰の傾きと呼ぶ)を求めると、骨の構造
状態を忠実に示す減衰の傾きを演算することは困難であ
ることが分かった。
【0009】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、減衰率の最も小さい周波数を
考慮に入れて、透過超音波の減衰の傾き及び単位厚さ当
たりの減衰の傾きを演算することにある。
ものであり、その目的は、減衰率の最も小さい周波数を
考慮に入れて、透過超音波の減衰の傾き及び単位厚さ当
たりの減衰の傾きを演算することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被検部位に対して広帯域の超音波を送波
する送波手段と、前記被検部位を透過した超音波を受波
する受波手段と、前記透過超音波の減衰スペクトルに基
づいて減衰率の最も小さい基準周波数を判定する判定手
段と、前記基準周波数を基準にして減衰の傾きを演算す
る演算手段と、超音波の送受波による被検部位の厚さ測
定から、骨の単位厚さ当たりの減衰の傾きを演算する演
算手段と、を含むことを特徴とする。
に、本発明は、被検部位に対して広帯域の超音波を送波
する送波手段と、前記被検部位を透過した超音波を受波
する受波手段と、前記透過超音波の減衰スペクトルに基
づいて減衰率の最も小さい基準周波数を判定する判定手
段と、前記基準周波数を基準にして減衰の傾きを演算す
る演算手段と、超音波の送受波による被検部位の厚さ測
定から、骨の単位厚さ当たりの減衰の傾きを演算する演
算手段と、を含むことを特徴とする。
【0011】
【作用】上記構成によれば、送波手段から放射された超
音波は、骨を透過して受波手段にて受波される。そし
て、送波スペクトルと受波スペクトルとの差である減衰
スペクトルに基づいて基準周波数が判定され、その基準
周波数を基準として、減衰の傾きが演算される。
音波は、骨を透過して受波手段にて受波される。そし
て、送波スペクトルと受波スペクトルとの差である減衰
スペクトルに基づいて基準周波数が判定され、その基準
周波数を基準として、減衰の傾きが演算される。
【0012】具体的には、基準周波数での減衰率と、そ
の基準周波数の周波数から所定値離れた周波数での減衰
率と、の差分を、前記所定値で除算し減衰の傾きが求め
られる。
の基準周波数の周波数から所定値離れた周波数での減衰
率と、の差分を、前記所定値で除算し減衰の傾きが求め
られる。
【0013】その減衰の傾きは、骨粱の粗密状態の情報
を含めた骨の量を示すものであり、骨粱が粗になると、
高い周波数成分の減衰率が減って、減衰の傾きが緩やか
になる。本発明では、その減衰の傾きを求める範囲が基
準周波数を基準にして設定されるため統一的基準の下で
正確な減衰の傾き及び骨の密度に関係した値を演算でき
る。
を含めた骨の量を示すものであり、骨粱が粗になると、
高い周波数成分の減衰率が減って、減衰の傾きが緩やか
になる。本発明では、その減衰の傾きを求める範囲が基
準周波数を基準にして設定されるため統一的基準の下で
正確な減衰の傾き及び骨の密度に関係した値を演算でき
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【0015】まず、図2を用いて本発明の原理につき説
明する。
明する。
【0016】図2において、(A)及び(B)には骨を
透過した透過超音波によって得られた減衰スペクトルが
示されている。すなわち、それぞれのグラフにおいて、
横軸は周波数であり、縦軸は減衰率である。
透過した透過超音波によって得られた減衰スペクトルが
示されている。すなわち、それぞれのグラフにおいて、
横軸は周波数であり、縦軸は減衰率である。
【0017】そして、(A)には健常人の減衰スペクト
ルが示され、(B)には非健常人の減衰スペクトルが示
されている。健常人、非健常人を問わず、各人の基準周
波数fpは人によって異なるものである。
ルが示され、(B)には非健常人の減衰スペクトルが示
されている。健常人、非健常人を問わず、各人の基準周
波数fpは人によって異なるものである。
【0018】そこで、本発明では、減衰の傾きΔを求め
るに当たり、基準周波数fpと所定の周波数隔てた周波
数fqとのそれぞれの減衰率から減衰の傾きΔを求めて
いる。すなわち、本発明では、基準周波数fpを基準に
して減衰の傾きΔの演算を行っている。
るに当たり、基準周波数fpと所定の周波数隔てた周波
数fqとのそれぞれの減衰率から減衰の傾きΔを求めて
いる。すなわち、本発明では、基準周波数fpを基準に
して減衰の傾きΔの演算を行っている。
【0019】(A)に示されるように、健常人において
は、骨梁が密であり骨の量が多いため基準周波数fpを
基準として減衰の傾きΔが比較的大きい。すなわち、高
い周波数成分における減衰率が大きい。
は、骨梁が密であり骨の量が多いため基準周波数fpを
基準として減衰の傾きΔが比較的大きい。すなわち、高
い周波数成分における減衰率が大きい。
【0020】一方、骨粗鬆症などの骨の疾患を持つ非健
常人では、(B)に示されるように減衰の傾きΔが小さ
くなる。すなわち、高い周波数成分の減衰率が小さくな
る。従って、このような減衰の傾きΔから骨梁の粗密度
合いを判断することが可能であり、本発明では、その粗
密度合いを求めるに当たり適切な周波数で減衰の傾きの
演算を行うことができる。
常人では、(B)に示されるように減衰の傾きΔが小さ
くなる。すなわち、高い周波数成分の減衰率が小さくな
る。従って、このような減衰の傾きΔから骨梁の粗密度
合いを判断することが可能であり、本発明では、その粗
密度合いを求めるに当たり適切な周波数で減衰の傾きの
演算を行うことができる。
【0021】本発明では、以下の第1式のように減衰の
傾きΔが求められる。
傾きΔが求められる。
【0022】 Δ=(αp−αq)/(fq−fp) …(1) すなわち、第1式では、基準周波数fpとそれから一定
周波数隔てた所定の周波数fqとの差分(周波数)で、
基準周波数fpでの減衰率αpと所定周波数fqでの減
衰率αqとの差分を除算することにより減衰の傾きΔが
演算されている。
周波数隔てた所定の周波数fqとの差分(周波数)で、
基準周波数fpでの減衰率αpと所定周波数fqでの減
衰率αqとの差分を除算することにより減衰の傾きΔが
演算されている。
【0023】更に、以下の第2式のように密度に関する
指標値ρIが求められる。
指標値ρIが求められる。
【0024】 ρI=Δ/d …(2) すなわち、減衰の傾きΔを骨の厚さdで除算することに
より、密度指標値ρIが演算されている。
より、密度指標値ρIが演算されている。
【0025】次に、図1を用いて本発明に係る骨評価装
置の構成について説明する。
置の構成について説明する。
【0026】測定対象である被検体10は、骨12と軟
組織14とで構成されている。また、骨12は外側の皮
質骨と内部の海綿骨とで構成され、例えば踵骨などでは
海綿骨が多く、骨の疾病による変化が現れやすい。
組織14とで構成されている。また、骨12は外側の皮
質骨と内部の海綿骨とで構成され、例えば踵骨などでは
海綿骨が多く、骨の疾病による変化が現れやすい。
【0027】被検体10の両側には送波振動子16及び
受波振動子18が配置されている。これらの振動子は送
受信器20に接続され、送波振動子16に対して送信駆
動信号が供給され、一方、受波振動子18からの受信信
号は送受信器20に出力されている。
受波振動子18が配置されている。これらの振動子は送
受信器20に接続され、送波振動子16に対して送信駆
動信号が供給され、一方、受波振動子18からの受信信
号は送受信器20に出力されている。
【0028】送受信器20は、送波スペクトル及び受波
スペクトルに基づき、図2に示した減衰スペクトルを求
める。そのデータは、基準周波数判定部22及び傾き演
算部24に出力されている。基準周波数判定部22は、
図2に示した減衰率の最も小さい周波数fpを判定する
ものであり、その判定結果は傾き演算部24に送られ
る。
スペクトルに基づき、図2に示した減衰スペクトルを求
める。そのデータは、基準周波数判定部22及び傾き演
算部24に出力されている。基準周波数判定部22は、
図2に示した減衰率の最も小さい周波数fpを判定する
ものであり、その判定結果は傾き演算部24に送られ
る。
【0029】傾き演算部24は、図2に示したfp及び
fq更にαp及びαqを特定し、上述した第1式の計算
を実行して減衰の傾きΔを出力する。
fq更にαp及びαqを特定し、上述した第1式の計算
を実行して減衰の傾きΔを出力する。
【0030】ここで、減衰の傾きΔは上述したように骨
梁の粗密度合いを表すものであり、換言すれば、骨の構
造を反映した骨の量の指標値となるものである。
梁の粗密度合いを表すものであり、換言すれば、骨の構
造を反映した骨の量の指標値となるものである。
【0031】厚さ演算回路30は、本出願人が特願平4
−127551号で提案した骨の厚さを求めるための装
置と同様の構成を有する。この厚さ演算回路30で骨の
厚さdを演算し、密度演算回路31で上述した減衰の傾
きΔを骨の厚さdで除することによって、単位厚さ当た
りの減衰の傾きρIを演算する。
−127551号で提案した骨の厚さを求めるための装
置と同様の構成を有する。この厚さ演算回路30で骨の
厚さdを演算し、密度演算回路31で上述した減衰の傾
きΔを骨の厚さdで除することによって、単位厚さ当た
りの減衰の傾きρIを演算する。
【0032】この単位厚さ当たりの減衰の傾きρIは、
換言すれば、骨の構造を反映した骨の密度指標値となる
ものである。
換言すれば、骨の構造を反映した骨の密度指標値となる
ものである。
【0033】本実施例の装置によれば、上述したように
減衰の傾きΔが演算され、図2から明らかなように、非
健常人においては、減衰の傾きΔが小さく計算される。
従って、例えば予め決められたしきい値を定め、それ以
上を健常人、それ以下を非健常人として区別すれば、容
易に骨の疾患を診断できることが理解される。
減衰の傾きΔが演算され、図2から明らかなように、非
健常人においては、減衰の傾きΔが小さく計算される。
従って、例えば予め決められたしきい値を定め、それ以
上を健常人、それ以下を非健常人として区別すれば、容
易に骨の疾患を診断できることが理解される。
【0034】本実施例の装置では、減衰スペクトルを求
めるため、超音波の送波に当たっては広帯域の超音波を
送波することが望ましい。なお、fq−fpは、例えば
1.6MHzに設定する。
めるため、超音波の送波に当たっては広帯域の超音波を
送波することが望ましい。なお、fq−fpは、例えば
1.6MHzに設定する。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
適切な基準周波数の下で透過超音波の減衰の傾き及び単
位厚さ当たりの減衰の傾きを演算でき、その結果、骨の
疾病を正確に診断することができるという効果がある。
適切な基準周波数の下で透過超音波の減衰の傾き及び単
位厚さ当たりの減衰の傾きを演算でき、その結果、骨の
疾病を正確に診断することができるという効果がある。
【図1】本発明に係る骨評価装置の全体構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図2】健常人及び非健常人の透過超音波の減衰スペク
トルを示す図である。
トルを示す図である。
16 送波振動子 18 受波振動子 20 送受信器 22 基準周波数判定部 24 傾き演算部 30 厚さ演算回路 31 密度演算回路
Claims (3)
- 【請求項1】 被検部位に対して超音波を送波する送波
手段と、 前記被検部位を透過した超音波を受波する受波手段と、 前記透過超音波の減衰スペクトルに基づいて減衰率の最
も小さい基準周波数を判定する判定手段と、 前記基準周波数を基準にしてこの基準周波数より高い周
波数において減衰率の周波数に対する傾きを演算する演
算手段と、 を含み、各人によって異なる前記基準周波数を基準とし
て前記傾きを演算する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、 前記演算手段は、 前記基準周波数での減衰率と、基準周波数から所定値離
れた周波数での減衰率と、の差分を、前記所定値で除算
することを特徴とする骨評価装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の骨評価装置におい
て、 前記演算手段は、 前記減衰率の周波数に対する傾きを、超音波の送受方向
に沿う方向の被検部位の厚さで、除算することを特徴と
する骨評価装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5180541A JP2596701B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | 骨評価装置 |
US08/278,092 US5433203A (en) | 1993-07-22 | 1994-07-21 | Bone assessment apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5180541A JP2596701B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | 骨評価装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0731612A JPH0731612A (ja) | 1995-02-03 |
JP2596701B2 true JP2596701B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=16085081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5180541A Expired - Lifetime JP2596701B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | 骨評価装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5433203A (ja) |
JP (1) | JP2596701B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
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---|---|---|---|---|
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JP2883290B2 (ja) * | 1995-04-10 | 1999-04-19 | アロカ株式会社 | 超音波骨評価装置 |
US6004272A (en) * | 1995-06-07 | 1999-12-21 | Hologic, Inc. | Ultrasonic bone testing apparatus with repeatable positioning and repeatable coupling |
US5730135A (en) * | 1995-09-12 | 1998-03-24 | Horiba, Ltd. | Ultrasonic bone diagnostic apparatus and method |
JP3581262B2 (ja) * | 1998-10-07 | 2004-10-27 | 有限会社オープンハート | 超音波波形を利用した媒質中の異物の非破壊検出方法 |
JP2002186620A (ja) * | 2000-12-21 | 2002-07-02 | Aloka Co Ltd | 超音波骨評価装置 |
WO2002071949A2 (en) * | 2001-02-28 | 2002-09-19 | Research Foundation Of State University Of New York | Method and apparatus for scanning confocal acoustic diagnostic for bone quality |
US6468215B1 (en) * | 2001-07-16 | 2002-10-22 | Artann Laboratories | Method and device for multi-parametric ultrasonic assessment of bone conditions |
WO2005120203A2 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-22 | Synthes (U.S.A.) | Orthopaedic implant with sensors |
WO2007120890A2 (en) * | 2006-04-13 | 2007-10-25 | The Research Foundation Of State University Of New York | Phased array ultrasound with electronically controlled focal point for assessing bone quality via acoustic topology and wave transmit functions |
RU2634453C1 (ru) * | 2016-05-19 | 2017-10-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук | Способ предотвращения угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов |
JP2020099619A (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 株式会社日立製作所 | 超音波送受信装置 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US4202215A (en) * | 1978-10-26 | 1980-05-13 | Kurt Orban Company, Inc. | Sonic pulse-echo method and apparatus for determining attenuation coefficients |
JPS6080442A (ja) * | 1983-10-06 | 1985-05-08 | テルモ株式会社 | 超音波測定方法およびその装置 |
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JPS63130054A (ja) * | 1986-11-19 | 1988-06-02 | アロカ株式会社 | 超音波診断装置 |
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1994
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