JP2842997B2 - Biological tissue evaluation device - Google Patents
Biological tissue evaluation deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、生体組織の評価・診断
のための生体組織評価装置に関し、特に生体組織の構造
に関する評価・診断のための生体組織評価装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a living tissue evaluation apparatus for evaluating and diagnosing living tissue, and more particularly to a living tissue evaluation apparatus for evaluating and diagnosing the structure of living tissue.
【０００２】[0002]
【従来の技術】生体に超音波を透過させ、生体組織の評
価・診断を行う生体組織評価装置が提案されている。こ
のような生体組織評価装置及び評価方法の例としては、
本出願人が特願平４−１２７７５１号、特願平５−５５
５３１号及び特願平５−１８０５４１号等において提案
したものが挙げられる。2. Description of the Related Art There has been proposed a living tissue evaluation apparatus for transmitting ultrasonic waves to a living body to evaluate and diagnose living tissues. Examples of such a biological tissue evaluation device and an evaluation method include:
Applicants filed Japanese Patent Application Nos. 4-127951 and 5-55.
531 and Japanese Patent Application No. 5-180541.
【０００３】特願平４−１２７７５１号で提案した装置
は、生体組織のうち特に骨を評価するための装置であ
り、超音波計測によって骨中の音速を求め、更にＸ線計
測によって骨密度（単位体積当たりのミネラル量）を求
め、それらの計測結果を組み合わせて骨の剛性に関する
評価値を算出するものである。[0003] The device proposed in Japanese Patent Application No. 4-127551 is a device for evaluating especially bones in a living tissue. The speed of sound in the bones is determined by ultrasonic measurement, and the bone density is determined by X-ray measurement. (A mineral amount per unit volume) is calculated, and an evaluation value relating to bone rigidity is calculated by combining the measurement results.
【０００４】また、特願平５−１８０５４１号で提案し
た装置は、骨に対して超音波を透過させた場合の超音波
の減衰特性に基づいて骨評価を行うものである。The apparatus proposed in Japanese Patent Application No. 5-180541 performs a bone evaluation based on the attenuation characteristics of ultrasonic waves when ultrasonic waves are transmitted through bones.
【０００５】また、特願平５−５５５３１号は、生体組
織中の超音波伝搬特性に関する係数値（音速、減衰定数
等）を推定する方法を示したものであり、生体組織を透
過した超音波を受信した際の受信信号から、いわゆる等
価伝送線路理論を用いて超音波伝搬特性に関する係数値
を求めるものである。Japanese Patent Application No. 5-55531 discloses a method for estimating a coefficient value (sound speed, attenuation constant, etc.) relating to an ultrasonic wave propagation characteristic in a living tissue. Is obtained from the received signal at the time of receiving the signal by using the so-called equivalent transmission line theory.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】これら従来の装置及び
方法では、送波振動子と受波振動子は直線上で互いに対
向した状態で固定されており、その受信信号に基づいて
生体組織に関する評価値を求めていた。In these conventional devices and methods, the transmitting oscillator and the receiving oscillator are fixed so as to face each other on a straight line, and the evaluation of the living tissue is performed based on the received signals. I was seeking a value.
【０００７】ところが、生体組織を透過した超音波は、
生体組織内の微視的な構造によって回折・散乱されるた
め、ある程度空間的な広がりを持ったものとなる。この
超音波の空間的な広がりのパターンは、生体組織の微視
的構造を直接反映したものとなる。従来の装置及び方法
は、このような超音波の空間的な広がりの情報を全く利
用していなかった。However, the ultrasonic wave transmitted through the living tissue is
Since the light is diffracted and scattered by the microscopic structure in the living tissue, it has a certain spatial spread. The pattern of the spatial spread of the ultrasonic waves directly reflects the microscopic structure of the living tissue. Conventional devices and methods have not utilized such information on the spatial extent of the ultrasound at all.
【０００８】本発明は、透過超音波の空間的な広がりの
情報を利用して生体組織の微視的な構造の評価を行う全
く新しいタイプの生体組織評価装置を提供することを目
的とする。An object of the present invention is to provide a completely new type of living tissue evaluation apparatus for evaluating the microscopic structure of a living tissue by using information on the spatial spread of transmitted ultrasonic waves.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明に係る生体組織評価装置は、生体組織に対
して超音波ビームを送波する送波手段と、前記超音波ビ
ームが前記生体組織により散乱されることにより得られ
た透過超音波を受波してその強度分布を求める強度分布
取得手段と、得られた強度分布のパターンに基づき生体
組織の微視的構造に関する評価値を算出する評価値演算
手段とを有することを特徴とする。In order to achieve the above object, a living tissue evaluation apparatus according to the present invention comprises: a transmitting means for transmitting an ultrasonic beam to a living tissue;
Is scattered by the living tissue.
Permeation ultrasound and reception to have an evaluation value calculating means for calculating the intensity distribution obtaining means for obtaining the intensity distribution, the evaluation value related microscopic structure of the biological tissue on the basis of the pattern of the obtained intensity distribution It is characterized by.
【００１０】このような構成において、強度分布取得手
段としては、２つのタイプを用いることができる。１つ
は、複数の超音波振動子を所定の配列パターンで配列し
て成る受信用振動子アレイを有し、各超音波振動子の出
力信号から強度分布を求めるタイプである。もう１つ
は、生体組織を透過した超音波を受波する受波手段と、
受波手段を所定面に沿って移動させる駆動手段と、を有
し、受波手段が前記所定面の各位置で受波した超音波の
強度に基づき強度分布を求めるタイプである。In such a configuration, two types of intensity distribution obtaining means can be used. One is a type having a receiving transducer array in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a predetermined arrangement pattern, and obtaining an intensity distribution from output signals of the respective ultrasonic transducers. The other is a receiving means for receiving the ultrasonic wave transmitted through the living tissue,
And a driving unit for moving the wave receiving unit along a predetermined surface, wherein the wave receiving unit obtains an intensity distribution based on the intensity of the ultrasonic wave received at each position on the predetermined surface.
【００１１】また、本発明に係る生体組織評価装置は、
前記評価値演算手段が、求められた強度分布のピークを
検出するピーク検出手段と、検出された各ピーク間の距
離を求めるピーク距離演算手段と、を有し、前記各ピー
ク間の距離に基づいて評価値を算出することを特徴とす
る。[0011] Further, the biological tissue evaluation apparatus according to the present invention comprises:
The evaluation value calculating means has a peak detecting means for detecting a peak of the calculated intensity distribution, and a peak distance calculating means for calculating a distance between the detected peaks, based on the distance between the peaks. And calculating the evaluation value.
【００１２】また、本発明に係る生体組織評価装置は、
前記評価値演算手段が、求められた強度分布のピークを
検出するピーク検出手段と、検出された各ピーク同士の
強度比を求める強度比演算手段と、を有し、求められた
強度比に基づいて評価値を算出することを特徴とする。Further, the biological tissue evaluation apparatus according to the present invention
The evaluation value calculation means has a peak detection means for detecting a peak of the obtained intensity distribution, and an intensity ratio calculation means for obtaining an intensity ratio between the detected peaks, based on the obtained intensity ratio. And calculating the evaluation value.
【００１３】[0013]
【作用】上記構成において、送波手段から放射された超
音波は、生体組織を透過する際に生体組織の微視的構造
によって回折・散乱され、空間的に広がった波となる。
この空間的に広がった透過波は、干渉により、生体組織
の微視的構造を反映した超音波強度の分布を形成する。
強度分布取得手段は、透過波を受波してこの超音波の強
度分布を求める。そして、評価値演算手段は、求められ
た強度分布に基づいて生体組織の評価値を算出する。In the above arrangement, the ultrasonic wave emitted from the wave transmitting means is diffracted and scattered by the microscopic structure of the living tissue when passing through the living tissue, and becomes a spatially spread wave.
The transmitted wave that has spread spatially forms an ultrasonic intensity distribution that reflects the microscopic structure of the living tissue due to interference.
The intensity distribution obtaining means receives the transmitted wave and obtains the intensity distribution of the ultrasonic wave. Then, the evaluation value calculating means calculates an evaluation value of the living tissue based on the obtained intensity distribution.
【００１４】強度分布は、例えば、複数の超音波振動子
を平面状又は凹面状等の所定の配列パターンで配列した
受信用振動子アレイによって生体組織を透過した超音波
を受波し、このアレイの個々の超音波振動子の出力信号
をまとめることにより求めることができる。また、別の
方法としては、小面積の受波手段を所定面に沿って移動
させながら、その所定面の各位置での超音波強度を求
め、それら各位置での強度を総合して強度分布を求める
こともできる。The intensity distribution is determined, for example, by receiving an ultrasonic wave transmitted through a living tissue by a receiving transducer array in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a predetermined arrangement pattern such as a plane shape or a concave shape. Can be obtained by summing the output signals of the individual ultrasonic transducers. As another method, while moving a small-area receiving means along a predetermined surface, the ultrasonic intensity at each position on the predetermined surface is determined, and the intensity at each position is integrated to obtain an intensity distribution. Can also be requested.
【００１５】また、上記構成において評価値演算手段
は、強度分布取得手段によって得られた超音波の強度分
布のピークをピーク検出手段にて求め、更にそれらピー
ク間の距離をピーク距離演算手段によって求め、このピ
ーク間の距離に基づいて生体組織の評価値を算出する。Further, in the above configuration, the evaluation value calculating means obtains the peak of the intensity distribution of the ultrasonic wave obtained by the intensity distribution obtaining means by the peak detecting means, and further obtains the distance between the peaks by the peak distance calculating means. Then, the evaluation value of the living tissue is calculated based on the distance between the peaks.
【００１６】また、上記構成において評価値演算手段
は、強度分布取得手段によって得られた超音波の強度分
布のピークをピーク検出手段にて求め、更にそれらピー
ク同士の強度比を強度比演算手段によって求め、この強
度比に基づいて生体組織の評価値を算出する。In the above configuration, the evaluation value calculating means obtains the peak of the intensity distribution of the ultrasonic wave obtained by the intensity distribution obtaining means by the peak detecting means, and further calculates the intensity ratio between the peaks by the intensity ratio calculating means. Then, the evaluation value of the living tissue is calculated based on the intensity ratio.
【００１７】[0017]
【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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１８】図１は、本発明に係る生体組織評価装置の
原理を説明するための図であり、図２は、実施例の具体
的な装置構成を示すブロック図である。ここで示す装置
は、例えば踵骨の骨評価値を算出するためのものであ
る。FIG. 1 is a view for explaining the principle of a living tissue evaluation apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a specific apparatus configuration of the embodiment. The apparatus shown here is for calculating a bone evaluation value of a calcaneus, for example.
【００１９】図１において、生体１００は、例えば踵で
あり、軟組織１１０と踵骨１２０とで構成されている。
生体１００は、音響整合材としての水（図示せず）が満
たされた水槽内に入れられている。生体１００の一方側
には超音波送信器１０が配置されている。そして、生体
１００を挟んで、超音波送信器１０の正面には、超音波
受信器として受信用振動子アレイ２０が配置されてい
る。受信用振動子アレイ２０は、ここでは、個々の超音
波振動子を凹面状（球面状）に配列した構成となってい
る。そして、この例は、踵骨１２０の中心が、受信用振
動子アレイ２０の凹面の中心となるような配置関係とな
っている。In FIG. 1, a living body 100 is, for example, a heel, and includes a soft tissue 110 and a calcaneus 120.
The living body 100 is placed in a water tank filled with water (not shown) as an acoustic matching material. An ultrasonic transmitter 10 is arranged on one side of the living body 100. A receiving transducer array 20 as an ultrasonic receiver is disposed in front of the ultrasonic transmitter 10 with the living body 100 interposed therebetween. Here, the receiving transducer array 20 has a configuration in which individual ultrasonic transducers are arranged in a concave shape (spherical shape). In this example, the arrangement relationship is such that the center of the calcaneus 120 is the center of the concave surface of the transducer array 20 for reception.
【００２０】図２を参照して本実施例の具体的な装置構
成を説明すると、まず超音波送信器１０は、送信アンプ
３０に接続されている。この超音波送信器１０は、単一
の超音波振動子でも、振動子アレイでもよいが、ある程
度指向性のある超音波ビームを形成できることが望まし
い。Referring to FIG. 2, the specific configuration of this embodiment will be described. First, the ultrasonic transmitter 10 is connected to the transmission amplifier 30. The ultrasonic transmitter 10 may be a single ultrasonic vibrator or a vibrator array, but is desirably capable of forming an ultrasonic beam having a certain degree of directivity.
【００２１】受信用振動子アレイ２０は、複数の超音波
振動子２０ａから構成される。図２においては、超音波
振動子２０ａは、直線配列として描かれているが、超音
波振動子２０ａは、直線状に限らず、円弧状や、あるい
は二次元的に平面状や凹面状に配列してもよい。ここで
は、図１の説明どおり、凹面状に配列されているものと
して、以下の説明を行う。The receiving transducer array 20 includes a plurality of ultrasonic transducers 20a. In FIG. 2, the ultrasonic transducers 20a are drawn as a linear array. However, the ultrasonic transducers 20a are not limited to a linear array, but may be arranged in an arc or two-dimensionally in a flat or concave shape. May be. Here, as described with reference to FIG. 1, the following description will be made assuming that they are arranged in a concave shape.
【００２２】受信用振動子アレイ２０の各超音波振動子
２０ａは、振動子切換器３２に接続されており、各超音
波振動子２０ａからの受信信号は、振動子切換器３２に
よって切換え制御され順次受信アンプ３４に入力され
る。受信アンプ３４はＡ／Ｄ変換器３６に接続されてお
り、各超音波振動子２０ａからの受信信号は受信アンプ
３４で増幅された後、Ａ／Ｄ変換され、制御部３８に入
力される。制御部３８は、超音波の送受を制御すると共
に、各超音波振動子２０ａの受信信号のデジタル化デー
タを演算装置４０に伝達する。演算装置４０は、受信デ
ータに基づいて演算処理を行い、生体組織の評価値を算
出する。Each ultrasonic vibrator 20a of the receiving vibrator array 20 is connected to a vibrator switch 32, and a received signal from each ultrasonic vibrator 20a is switched and controlled by the vibrator switch 32. The signals are sequentially input to the receiving amplifier 34. The reception amplifier 34 is connected to an A / D converter 36, and a reception signal from each ultrasonic transducer 20 a is amplified by the reception amplifier 34, A / D converted, and input to the control unit 38. The control unit 38 controls transmission and reception of ultrasonic waves, and transmits digitized data of a reception signal of each ultrasonic transducer 20a to the arithmetic device 40. The arithmetic device 40 performs an arithmetic process based on the received data, and calculates an evaluation value of the living tissue.
【００２３】次に本実施例の動作を説明する。超音波送
信器１０からは、生体１００に向かって、指向性のある
超音波ビームが放射される。この指向性のある超音波ビ
ームは、生体１００の特に踵骨１２０を透過する際に、
骨内部の微視的な構造により回折・散乱されて空間的に
広がる。踵骨１２０のうち特に海綿骨組織は、硬い骨
（骨梁）と軟らかい骨髄とが入り交じっており、より詳
しくいえば、縦走及び横走する骨梁の間に骨髄が入り交
じって構成されている。このような踵骨１２０の微視的
な構造により、超音波ビームが回折・散乱される。この
結果、生体１００を透過した超音波（以下、透過波と略
す）は、空間的にある程度広がった波となり、しかも踵
骨組織の微視的構造を反映した干渉パターンを形成す
る。Next, the operation of this embodiment will be described. The ultrasonic transmitter 10 emits a directional ultrasonic beam toward the living body 100. This directional ultrasonic beam is transmitted through the calcaneus 120 of the living body 100, in particular,
It is diffracted and scattered by the microscopic structure inside the bone and spreads spatially. Particularly, the trabecular bone tissue of the calcaneus 120 includes hard bone (trabecular bone) and soft bone marrow intermingled. More specifically, bone marrow intersects between vertically and horizontally running trabecular bone. I have. The ultrasonic beam is diffracted and scattered by such a microscopic structure of the calcaneus 120. As a result, the ultrasonic wave transmitted through the living body 100 (hereinafter, abbreviated as a transmitted wave) becomes a wave that spreads to some extent spatially, and forms an interference pattern that reflects the microscopic structure of the calcaneal tissue.
【００２４】このように踵骨１２０の微視的構造により
回折・散乱されて広がった超音波は、受信用振動子アレ
イ２０によって受波される。受信用振動子アレイ２０の
各超音波振動子は、透過波が干渉により強め合う位置に
あるものは大きな信号を出力し、弱め合う位置にあるも
のは小さい信号を出力する。これら各超音波振動子の出
力信号を総合することにより、受信用振動子アレイ２０
上における透過波の強度分布が求められる。The ultrasonic waves diffracted and scattered by the microscopic structure of the calcaneus 120 are received by the receiving transducer array 20. Each of the ultrasonic transducers of the receiving transducer array 20 outputs a large signal at a position where transmitted waves are strengthened by interference, and outputs a small signal at a position where transmitted waves are weakened. By integrating the output signals of these ultrasonic transducers, the receiving transducer array 20
The intensity distribution of the transmitted wave above is determined.
【００２５】図４は、本実施例の構成におけるコンピュ
ータシミュレーションによる透過波の強度分布の一例を
示している。このシミュレーションにおいては、骨梁と
骨髄とから成る海綿骨のモデルを数値的に構築し、この
モデルを透過した超音波ビームの受信用振動子アレイ２
０面上における干渉パターンを計算により求めた。図４
において、縦軸は超音波の相対強度である。また、横軸
は振動子アレイ２０上における超音波の受波位置を角度
で表したものであり、超音波送信器１０の正面方向を０
°としている。FIG. 4 shows an example of the intensity distribution of a transmitted wave by computer simulation in the configuration of the present embodiment. In this simulation, a model of trabecular bone composed of trabecular bone and bone marrow is numerically constructed, and a transducer array 2 for receiving an ultrasonic beam transmitted through the model is used.
The interference pattern on the zero plane was calculated. FIG.
In the graph, the vertical axis represents the relative intensity of the ultrasonic wave. Further, the horizontal axis represents the ultrasonic wave receiving position on the transducer array 20 by an angle, and the front direction of the ultrasonic transmitter 10 is represented by 0.
°.
【００２６】図４からわかるように、踵骨を透過した超
音波の強度分布には、特徴的な３つのピークが見られ
る。中央のピーク（主ピーク）は、超音波送信器１０の
正面方向に現れるピークで、生体を真直ぐに透過した超
音波によるものであり、主ピークの両隣のピーク（隣接
ピーク）は、ビームの干渉による強め合いによって生じ
たものである。本実施例では、これら３つのピークのピ
ーク間距離（角度差）や各ピークの強度の比を用いて骨
評価を行う。As can be seen from FIG. 4, there are three characteristic peaks in the intensity distribution of the ultrasound transmitted through the calcaneus. The central peak (main peak) is a peak appearing in front of the ultrasonic transmitter 10 and is due to the ultrasonic wave transmitted straight through the living body. Peaks on both sides of the main peak (adjacent peaks) are the beam interference. It is caused by the strengthening by In the present embodiment, bone evaluation is performed using the distance between the three peaks (angle difference) and the ratio of the intensity of each peak.
【００２７】次に、本実施例における骨評価の手法につ
いて説明する。Next, a description will be given of a bone evaluation method according to the present embodiment.
【００２８】踵骨の海綿骨の評価においては、骨梁が密
な状態にあるのか否かという点が重要な着目点となる。
海綿骨の構造は、骨の疾病により変化し、一般に、健常
人では縦走及び横走する骨梁が密な状態にあるが、非健
常人、例えば骨粗鬆症の人は、骨梁が粗になる。In the evaluation of the trabecular bone of the calcaneus, whether or not the trabecular bone is in a dense state is an important focus.
The structure of cancellous bone changes due to bone diseases, and in general, trabecular bones that traverse and traverse in a healthy person are dense, but in a non-healthy person, for example, a person with osteoporosis, the trabecular bone is coarse.
【００２９】骨梁が粗である場合は、超音波ビームはあ
まり散乱されず、この結果、透過波はあまり広がらず干
渉による強弱のパターンは密となる。逆に骨梁が密な場
合は、超音波ビームは広く広がり干渉パターンは粗にな
る。When the trabecular bone is rough, the ultrasonic beam is not scattered much. As a result, the transmitted wave does not spread so much and the pattern of the strong and weak due to the interference becomes dense. Conversely, when the trabecular bone is dense, the ultrasonic beam spreads widely and the interference pattern becomes coarse.
【００３０】よって、受信用振動子アレイ２０によって
得られる透過波の強度分布において、図５に示すよう
に、主ピークと隣接ピークの距離Ｗを測定することによ
り、骨梁の粗密を判定することが可能となる。すなわ
ち、距離Ｗが小さければ骨梁は粗であると推定でき、一
方距離Ｗが大きければ骨梁は密であると推定できる。Therefore, in the intensity distribution of the transmitted wave obtained by the receiving transducer array 20, by measuring the distance W between the main peak and the adjacent peak as shown in FIG. Becomes possible. That is, if the distance W is small, the trabeculae can be estimated to be coarse, while if the distance W is large, the trabeculae can be estimated to be dense.
【００３１】また、踵骨の評価においては、骨梁１本い
っぽんの太さも重要な因子となる。骨梁の太さが太いほ
ど、一般に骨は丈夫であるといえる。本実施例において
は、強度分布に現れる主ピークと隣接ピークの強度比
を、骨梁の太さの評価値として用いる。すなわち、骨髄
は比較的超音波を伝達しやすいのに対し、骨梁は比較的
超音波を吸収しやすいので、骨梁が太いほど超音波がよ
く吸収される。隣接ピークは、骨梁によって回折・散乱
された超音波の干渉によって生じたものであるが、骨梁
に当たった超音波はすべてが回折・散乱されるわけでは
なく、その一部は骨梁に吸収される。従って、骨梁が太
いほど超音波が吸収される割合が大きくなり、隣接ピー
クの強度は小さくなる。In evaluating the calcaneus, the thickness of one trabecular bone is also an important factor. In general, the thicker the trabecular bone, the stronger the bone. In the present embodiment, the intensity ratio between the main peak and the adjacent peak appearing in the intensity distribution is used as an evaluation value of the trabecular thickness. That is, the bone marrow relatively easily transmits ultrasonic waves, while the trabecular bone relatively easily absorbs ultrasonic waves. Therefore, the thicker the trabecular bone, the better the ultrasonic waves are absorbed. Adjacent peaks are caused by the interference of ultrasonic waves diffracted and scattered by the trabecular bone, but not all of the ultrasonic waves that hit the trabecular bone are diffracted and scattered, and some of the Absorbed. Therefore, the larger the trabecular bone, the greater the rate of absorption of ultrasonic waves, and the lower the intensity of adjacent peaks.
【００３２】よって、本実施例では、受信用振動子アレ
イ２０によって得られる透過波の強度分布において、図
６に示すように、主ピーク強度Ｓ0 と隣接ピーク強度Ｓ
1 との比Ｒ＝Ｓ1 ／Ｓ0 を求めることにより、骨梁の太
さを判定することができる。すなわち、Ｒの値が大きけ
れば、超音波の吸収が少なく、骨梁は細いと推定でき、
一方Ｒの値が小さければ、超音波の吸収が多く、骨梁は
太いと推定できる。[0032] Thus, in this embodiment, the intensity distribution of the transmitted waves obtained by the receiving transducer array 20, as shown in FIG. 6, the adjacent peak intensity S and the main peak intensity S 0
By determining the ratio R = S 1 / S 0 of 1, it is possible to determine the thickness of the trabecular. That is, if the value of R is large, it can be estimated that the absorption of ultrasonic waves is small and the trabecular bone is thin,
On the other hand, if the value of R is small, it can be estimated that the ultrasound absorbs much and the trabecular bone is thick.
【００３３】このように本実施例では、受信用振動子ア
レイ２０によって得た透過超音波の強度分布から、主ピ
ークと隣接ピークのピーク間距離及び強度比を求め、こ
れらを骨の評価値として用いている。評価値を求める演
算処理は、前述したように演算装置４０（図２参照）で
行われる。この演算装置４０の詳細な構成を図３に示
す。As described above, in the present embodiment, the peak-to-peak distance and the intensity ratio between the main peak and the adjacent peak are obtained from the intensity distribution of the transmitted ultrasonic waves obtained by the receiving transducer array 20, and these are used as bone evaluation values. Used. The calculation processing for obtaining the evaluation value is performed by the calculation device 40 (see FIG. 2) as described above. FIG. 3 shows a detailed configuration of the arithmetic unit 40.
【００３４】図３において、制御部３８からの受信信号
のデジタルデータは、まず強度分布演算部４２に入力さ
れる。強度分布演算部４２は、入力されたデータに基づ
き、強度分布を求める。これは、例えば、各超音波振動
子からの受信信号データに対して、そのデータがどの超
音波振動子に対応するものであるかを示すアドレスデー
タを制御部３８にて付加し、強度分布演算部４２におい
てアドレスデータに基づいて受信データをマッピングす
ることによって行うことができる。In FIG. 3, digital data of a received signal from the control unit 38 is first input to an intensity distribution calculation unit 42. The intensity distribution calculator 42 calculates an intensity distribution based on the input data. This is because, for example, address data indicating which ultrasonic transducer corresponds to the received signal data from each ultrasonic transducer is added by the control unit 38 to the intensity distribution calculation. This can be performed by mapping received data based on the address data in the unit 42.
【００３５】求められた強度分布データは、ピーク位置
演算部４４に入力される。ピーク位置演算部４４は、強
度分布データを解析処理し、強度分布におけるピーク
（極大値）の位置（例えば、角度）を算出する。本実施
例においては、特に、強度分布における主ピーク（超音
波送信器の正面近傍の位置に現れたもの）及びそれの隣
接ピークの位置を求める。主ピーク及び隣接ピークの位
置は、ピーク間距離演算部４６に入力され、そこで主ピ
ークと隣接ピークとの距離（角度差）Ｗが算出される。
そして、このＷが踵骨の評価値の１つとして出力され
る。The obtained intensity distribution data is input to the peak position calculator 44. The peak position calculation unit 44 analyzes the intensity distribution data and calculates the position (eg, angle) of a peak (maximum value) in the intensity distribution. In the present embodiment, in particular, the position of the main peak (appearing at a position near the front of the ultrasonic transmitter) in the intensity distribution and the position of the peak adjacent thereto are obtained. The positions of the main peak and the adjacent peak are input to the peak-to-peak distance calculator 46, where the distance (angle difference) W between the main peak and the adjacent peak is calculated.
This W is output as one of the evaluation values of the calcaneus.
【００３６】また、演算装置４０には、更にピーク強度
比演算部４８が設けられており、このピーク強度比演算
部４８は、主ピーク及び隣接ピークでの超音波強度Ｓ0
及びＳ1 を強度分布から読み出し、それらの比Ｒ＝Ｓ1
／Ｓ0 を求める。そして、このＲが踵骨の評価値の１つ
として出力される。Further, the arithmetic unit 40 is further provided with a peak intensity ratio operation unit 48, and this peak intensity ratio operation unit 48 is provided with the ultrasonic intensity S 0 at the main peak and the adjacent peak.
And S 1 are read from the intensity distribution, and their ratio R = S 1
/ Seek the S 0. Then, this R is output as one of the evaluation values of the calcaneus.
【００３７】図３には図示していないが、強度分布演算
部４２で求められた強度分布自体を、例えばＣＲＴ等に
表示する構成としてもよい。これにより、強度分布その
ものの観察による骨の診断を行うことも考えられる。Although not shown in FIG. 3, the intensity distribution itself obtained by the intensity distribution calculator 42 may be displayed on a CRT or the like. Thereby, it is conceivable to diagnose the bone by observing the intensity distribution itself.
【００３８】また、前述の評価値Ｗ及びＲは、それぞれ
単独で用いることができるのはもちろん、骨中音速や骨
塩量等の他の評価値と組み合わせて、新たな評価値を作
成するのにも利用できる。The above-mentioned evaluation values W and R can be used alone, and can be combined with other evaluation values such as the sound velocity in bone and the amount of bone mineral to create new evaluation values. Also available.
【００３９】以上説明したように、本実施例によれば、
踵骨を透過した超音波の強度分布を求め、この強度分布
の様子から踵骨の微視的構造を示す評価値を求めること
ができる。このように本実施例は、従来利用されていな
かった超音波の空間的な広がりの情報を利用することに
より、踵骨の直接的な構造解析を行うことができる。As described above, according to the present embodiment,
The intensity distribution of the ultrasonic wave transmitted through the calcaneus is obtained, and the evaluation value indicating the microscopic structure of the calcaneus can be obtained from the intensity distribution. As described above, in the present embodiment, direct structural analysis of the calcaneus can be performed by using information on the spatial spread of the ultrasonic wave, which has not been conventionally used.
【００４０】なお、本実施例では、強度分布において、
主ピークとこれに隣接するピークとを用いて種々の評価
値を求めたが、これはそれらのピークが他に比べてはっ
きりしており扱いやすいためである。従って、原理的に
いえば、他のピークを用いても同様の評価値を求めるこ
とも可能である。In this embodiment, in the intensity distribution,
Various evaluation values were obtained using the main peak and the peak adjacent thereto, because these peaks were clearer and easier to handle than others. Therefore, in principle, a similar evaluation value can be obtained by using other peaks.
【００４１】また、本実施例では、受信用振動子アレイ
２０の形状は凹面状であったが、これに限らず、平面状
のアレイを用いることもでき、またリニアアレイや円弧
状アレイなど一次元アレイを用いる場合でも同様の評価
を行うことができる。In this embodiment, the shape of the receiving transducer array 20 is concave. However, the present invention is not limited to this. A planar array may be used, and a primary array such as a linear array or an arc array may be used. The same evaluation can be performed even when the original array is used.
【００４２】また、本実施例は、生体（踵）を水中に浸
漬した状態で超音波の送受を行う構成であったが、超音
波送信器及び受信用振動子アレイによって生体を直接挟
み込んで超音波の送受を行う構成であっても、同様の評
価を行うことができる。In this embodiment, the ultrasonic waves are transmitted and received while the living body (heel) is immersed in water. However, the living body is directly sandwiched between the ultrasonic transmitter and the receiving transducer array. The same evaluation can be performed even in a configuration in which sound waves are transmitted and received.
【００４３】更に、上記実施例においては、生体を透過
した超音波の強度分布を得るために、超音波の受信装置
として超音波振動子のアレイを用いたが、別の実施例と
して、図７に示すように小面積の探触子５０を駆動装置
６０によって移動させながら、各位置において超音波を
受信して強度分布を求めることもできる。すなわち、超
音波送信器１０から、所定時間の間、超音波を送波し続
け、その間駆動装置６０によって探触子５０を所定経路
にそって移動させながら、各位置での超音波強度を測定
する。駆動装置６０は、探触子５０の位置を示す位置信
号を生成し、制御部３８に伝える。演算装置４０は、探
触子５０の受信信号と位置信号とを組み合わせることに
より、強度分布を求めることができる。本実施例におい
ても、前述の実施例の場合と同様にして、強度分布を用
いた評価値演算を行うことができる。Further, in the above embodiment, an array of ultrasonic transducers is used as an ultrasonic wave receiving device in order to obtain an intensity distribution of ultrasonic waves transmitted through a living body. As shown in (5), while the probe 50 having a small area is moved by the driving device 60, an ultrasonic wave can be received at each position and the intensity distribution can be obtained. That is, the ultrasonic wave is continuously transmitted from the ultrasonic transmitter 10 for a predetermined time, and the ultrasonic intensity at each position is measured while the probe 50 is moved along the predetermined path by the driving device 60 during that time. I do. The driving device 60 generates a position signal indicating the position of the probe 50 and transmits the position signal to the control unit 38. The arithmetic device 40 can obtain the intensity distribution by combining the received signal of the probe 50 and the position signal. In this embodiment, the evaluation value calculation using the intensity distribution can be performed in the same manner as in the above-described embodiment.
【００４４】以上、踵骨の評価を例にとって、本発明の
好適な実施例について説明したが、本発明は、骨以外の
他の組織の診断にも応用可能である。本発明に係る生体
組織評価装置は、例えば癌の診断において、癌組織の発
見や癌組織の分布状態を求めるために用いることが可能
である。本発明は、生体組織を透過した超音波が、生体
組織の微視的構造によって回折・散乱されることによっ
て生じる空間的な強度分布を利用するものであり、この
ような微視的構造を有する組織の評価に広く応用可能で
ある。As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described by taking the evaluation of the calcaneus as an example. However, the present invention is also applicable to diagnosis of tissues other than bone. The biological tissue evaluation device according to the present invention can be used, for example, in cancer diagnosis, for finding cancer tissue and obtaining the distribution state of cancer tissue. The present invention utilizes a spatial intensity distribution generated by ultrasonic waves transmitted through a living tissue being diffracted and scattered by the microscopic structure of the living tissue, and has such a microscopic structure. It can be widely applied to organization evaluation.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来利用されていなかった透過超音波の空間的な広がり
の情報を利用することにより、生体組織の微視的な構造
を直接的に解析することが可能となる。As described above, according to the present invention,
By utilizing information on the spatial spread of transmitted ultrasonic waves, which has not been conventionally used, it is possible to directly analyze the microscopic structure of a living tissue.
【図１】本発明に係る生体組織評価装置の原理を説明す
るための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a biological tissue evaluation device according to the present invention.
【図２】本発明に係る生体組織評価装置の実施例の構成
を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a living tissue evaluation device according to the present invention.
【図３】図２の生体組織評価装置における演算装置４０
の詳細な構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a calculation device 40 in the biological tissue evaluation device of FIG. 2;
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of FIG.
【図４】実施例における透過波の強度分布の一例を示す
図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an intensity distribution of a transmitted wave in the example.
【図５】実施例における評価値を説明するための図であ
る。FIG. 5 is a diagram for explaining evaluation values in the example.
【図６】実施例における評価値を説明するための図であ
る。FIG. 6 is a diagram for explaining evaluation values in the example.
【図７】本発明に係る生体組織評価装置の他の実施例の
構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the biological tissue evaluation device according to the present invention.
１０ 超音波送信器 ２０ 受信用振動子アレイ ３０ 送信アンプ ３２ 振動子切換器 ３４ 受信アンプ ３６ Ａ／Ｄ変換器 ３８ 制御部 ４０ 演算装置 １００ 生体（踵） １２０ 踵骨 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic transmitter 20 Transducer array for reception 30 Transmission amplifier 32 Transducer switch 34 Receiving amplifier 36 A / D converter 38 Control part 40 Computing device 100 Living body (heel) 120 Calcaneus
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61B 8/00 G01N 29/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) A61B 8/00 G01N 29/00
Claims (10)
る送波手段と、前記超音波ビームが 前記生体組織により散乱されること
により得られた透過超音波を受波してその強度分布を求
める強度分布取得手段と、 得られた強度分布のパターンに基づき生体組織の微視的
構造に関する評価値を算出する評価値演算手段と、 を有することを特徴とする生体組織評価装置。1. A transmitting means for transmitting an ultrasonic beam to a living tissue, wherein the ultrasonic beam is scattered by the living tissue.
Intensity distribution obtaining means for receiving the transmitted ultrasonic wave obtained by the method and obtaining the intensity distribution thereof; and microscopically analyzing the biological tissue based on the obtained intensity distribution pattern.
A biological tissue evaluation device, comprising: evaluation value calculation means for calculating an evaluation value relating to a structure .
いて、 前記強度分布取得手段は、複数の超音波振動子を所定の
配列パターンで配列して成る受信用振動子アレイを有
し、各超音波振動子の出力信号から前記強度分布を求め
ることを特徴とする生体組織評価装置。2. The biological tissue evaluation apparatus according to claim 1, wherein the intensity distribution acquiring unit has a receiving transducer array in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a predetermined arrangement pattern. A biological tissue evaluation device, wherein the intensity distribution is obtained from an output signal of an ultrasonic transducer.
いて、 前記受信用振動子アレイは、複数の超音波振動子を平面
状に配列して成ることを特徴とする生体組織評価装置。3. The living tissue evaluation device according to claim 2, wherein the receiving transducer array includes a plurality of ultrasonic transducers arranged in a plane.
いて、 前記受信用振動子アレイは、複数の超音波振動子を凹面
状に配列して成ることを特徴とする生体組織評価装置。4. The biological tissue evaluation device according to claim 2, wherein the receiving transducer array is configured by arranging a plurality of ultrasonic transducers in a concave shape.
いて、 前記受信用振動子アレイは、複数の超音波振動子を直線
状に配列して成ることを特徴とする生体組織評価装置。5. The biological tissue evaluation device according to claim 2, wherein the receiving transducer array is configured by linearly arranging a plurality of ultrasonic transducers.
いて、 前記強度分布取得手段は、 前記生体組織を透過した超音波を受波する受波手段と、 前記受波手段を所定面に沿って移動させる駆動手段と、 を有し、前記受波手段が前記所定面の各位置で受波した
超音波の強度に基づき前記強度分布を求めることを特徴
とする生体組織評価装置。6. The biological tissue evaluation device according to claim 1, wherein the intensity distribution obtaining unit receives the ultrasonic wave transmitted through the biological tissue, and receives the ultrasonic wave along a predetermined surface. A biological tissue evaluation device, comprising: a driving unit for moving the ultrasonic wave at a predetermined position on the predetermined surface based on the intensity of the ultrasonic wave received at each position on the predetermined surface.
生体組織評価装置において、 前記評価値演算手段は、 求められた強度分布のピークを検出するピーク検出手段
と、 検出された各ピーク間の距離を求めるピーク距離演算手
段と、 を有し、前記各ピーク間の距離に基づいて前記評価値を
算出することを特徴とする生体組織評価装置。7. The biological tissue evaluation device according to claim 1, wherein the evaluation value calculation unit includes: a peak detection unit that detects a peak of the obtained intensity distribution; A biological tissue evaluation device, comprising: peak distance calculating means for calculating a distance between peaks; and calculating the evaluation value based on the distance between the peaks.
いて、 前記評価値演算手段は、前記強度分布において前記送波
手段の正面に対応する位置に現れる主ピークとこの主ピ
ークの隣に現れる隣接ピークとの距離に基づいて、前記
評価値を算出することを特徴とする生体組織評価装置。8. The biological tissue evaluation apparatus according to claim 7, wherein the evaluation value calculation unit appears in the intensity distribution at a position corresponding to the front of the wave transmitting unit and appears next to the main peak. A biological tissue evaluation device, wherein the evaluation value is calculated based on a distance from an adjacent peak.
生体組織評価装置において、 前記評価値演算手段は、 求められた強度分布のピークを検出するピーク検出手段
と、 検出された各ピーク同士の強度比を求める強度比演算手
段と、 を有し、前記強度比に基づいて前記評価値を算出するこ
とを特徴とする生体組織評価装置。9. The biological tissue evaluation apparatus according to claim 1, wherein the evaluation value calculation unit includes: a peak detection unit that detects a peak of the obtained intensity distribution; A biological tissue evaluation apparatus, comprising: an intensity ratio calculating unit that calculates an intensity ratio between peaks; and calculating the evaluation value based on the intensity ratio.
おいて、 前記評価値演算手段は、前記強度分布において前記送波
手段の正面に対応する位置に現れる主ピークとこの主ピ
ークの隣に現れる隣接ピークとの強度比に基づいて、前
記評価値を求めることを特徴とする生体組織評価装置。10. The biological tissue evaluation device according to claim 9, wherein the evaluation value calculation means is a main peak appearing at a position corresponding to the front of the wave transmitting means in the intensity distribution, and appears next to the main peak. A biological tissue evaluation device, wherein the evaluation value is obtained based on an intensity ratio with an adjacent peak.
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