JP2863886B2

JP2863886B2 - 骨の超音波測定装置および骨の診断装置

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Publication number: JP2863886B2
Application number: JP27001893A
Authority: JP
Inventors: ▲隆▼彦大谷; 治義平田; 琢而須崎
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH07100136A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波を用いて骨の性状
（骨量、骨強度等）に関する情報を得るための骨の超音
波測定装置およびその診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の診断装置としては、一つ
は、Ｘ線を用いて骨を透過させ、骨内でのＸ線の吸収量
を測定して骨の面密度を求めることによって、測定した
骨の面密度を骨粗鬆症による骨折の程度と対応づけるこ
とができる二重エネルギーＸ線吸収法（ＤＥＸＡ、また
は、ＤＸＡ）を用いたものが提案されている。すなわ
ち、この方法は、骨の性状の内、骨の量の測定に関係
し、測定した骨の面密度が小さい場合には骨量が小であ
るから骨が折れ易いというように診断できる。

【０００３】他の一つは、超音波を用いて腫骨等を透過
させ、超音波が透過する時に要した時間から、骨内の超
音波の伝搬速度Ｖと、透過後の超音波信号の減衰率を求
める方法を用いた装置である。ここで求めた伝搬速度Ｖ
からは、次式によって骨のヤング弾性率Ｅを推定し、骨
強度と対応づけるものであり、減衰率からは別のＤＥＸ
Ａ診断装置で求めた骨面密度から骨量を推定により対応
づけるものである。Ｖ＝（Ｅ／ρ）^１／２，ここでρは
骨面密度（ＢＭＤ）である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者で
用いるＤＥＸＡ診断装置は、大型で、かつ高価であり、
また、後者の超音波を用いる測定方法は日が浅いため未
だ実績が少なく、この超音波法に用いる超音波診断装置
が前者のＤＥＸＡ診断装置と相関性が一応あるという段
階である。したがって、従来では骨の診断を行うにあた
り、骨量（骨の面密度）を求めるのが主となっており、
また、超音波診断装置で求めた骨強度の各情報は、ＤＥ
ＸＡ診断装置にて測定した値と相関性が有るということ
に基づいて信用され得ると考えられているのが現状であ
る。このように従来では、骨の診断を行うために上述し
た骨量や骨強度についての情報を同時に得、これらの情
報から総合的に骨粗鬆症の程度を判断できる装置はなか
った。

【０００５】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、従来、別々の方法で
独立に求められていた骨量と骨強度を同時に求めること
ができる骨の超音波測定装置および骨粗鬆症の状態の従
来なかった更に高い確度での診断ができる骨の診断装置
を得ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、測定対象とする構造の複雑な海綿骨について検討す
る前に、まず、海綿骨より比較的構造の単純な皮質骨に
ついて、試料片を骨幹部から切り出し、軸方向、径方向
および円周方向の三方向に対する音速と減衰係数を測定
した。この試料片を水槽内の超音波発信部と超音波受信
部間に挿入し、０．２ＭＨｚ乃至５ＭＨｚの周波数帯域
で測定を行った結果、周波数が１ＭＨｚのとき、前記三
方向は異方性を有し、軸方向の音速が他の方向のそれに
比べて速いことを本発明者らは見い出した。また、減衰
係数に関しても、音速と同様の異方性がみられた。

【０００７】続いて、本発明者らは、この異方性は骨質
の層状配列が関係すると推定し、多孔性構造部分と骨髄
構造部分からなる複雑な構造の海綿骨も類似の配列と考
え、周波数１ＭＨｚの単一正弦波パルスを、上記のこと
から、軸方向に入射して、その透過波形を観測した。

【０００８】その結果、海綿骨内をその軸方向に透過し
た波形から、海綿骨内のある経路にて観測波形が音速の
異なる２つのパルス波（先行する第１波と後進する第２
波）に分かれることがわかった。このことから、速度の
速い前記第１波が海綿骨の多孔性構造部分を透過するパ
ルス波であり、一方、第１波に比して速度の遅い前記第
２波が骨髄構造部分を透過した波であると考えることが
できる。

【０００９】要するに、海綿骨では、海綿骨内のある経路において音速の異
なる二成分に分かれることがわかった。そして、分かれた２つのパルス波（第１波、第２波）の振幅
比が海綿骨の骨量（または、骨質部分の体積比）に関係
していると判断し、両波振幅から骨量の割合、または、
骨質部分の体積比を算出した。また、第１波の透過速度を測定して、その透過速度
が大きい場合は骨のヤング率が大であり、一方、その透
過速度が小さい場合には骨のヤング率が小であるという
ように骨のヤング率の大小を推定することによって、骨
の強度の大小と結びつけた。更に、ａ．第１波、第２波の減衰も測定して求めた減衰係数、ｂ．骨の強度、または、ｃ．該骨の強度と前記減衰係数とを関係づけるもの、それぞれと、Ｈ．第１波と第２波の振幅比から得られる骨量の割合ま
たは骨質部分の体積比とを照合して、総合的判断から、
骨の健康状態を知るに至った。

【００１０】かくして、本発明の骨の超音波測定装置と
して、少なくとも海綿骨を有する骨試料に出力したパル
ス状の超音波を入射させて海綿骨内を透過させる超音波
発信部と、海綿骨内のある経路をそれぞれ透過した速度
の速い第１波と遅い第２波を受信する超音波受信部と、
この第１波と第２波の振幅比を測定して骨量の割合、ま
たは、骨質部分の体積比を測定する手段とからなるもの
が提供される。

【００１１】また、別の観点から、本発明は、少なくと
も海綿骨を有する骨試料に出力したパルス状の超音波を
入射させて海綿骨内を透過させる超音波発信部と、海綿
骨内のある経路をそれぞれ透過した速度の速い第１波と
遅い第２波を受信する超音波受信部と、この第１波の透
過速度を測定して該透過速度と骨のヤング弾性率とを相
関させて骨の強度を推定し、更に、前記第１波と第２波
の減衰を測定して減衰係数を求める手段とからなる骨の
超音波測定装置を提供する。

【００１２】また、本発明では、従来なかった、骨粗鬆
症の状態の更に高い確度での診断ができる骨の診断装置
として、パルス状の超音波を、少なくとも海綿骨を有す
る骨試料に出力する超音波発信部と、該超音波発信部と
の間に前記骨試料が介装され、該骨試料を透過中に海綿
骨内のある経路をそれぞれ透過した速度の速い第１波と
遅い第２波を受信する超音波受信部と、前記超音波発信
部と超音波受信部との位置を移動させながら海綿骨内の
ある経路をそれぞれ透過した前記第１波と第２波を観測
するための観測手段とからなり、更に、第１波の透過速
度から推定される骨のヤング弾性率と、前記第１波と第
２波の減衰を測定して求めた減衰係数のいずれか、また
は、その両方、更に、前記第１波と第２波の振幅比から
得られる骨量の割合または骨質部分の体積比とを照合し
て、これらの相関関係を探索する手段を有するものを提
供する。

【００１３】更に、超音波発信部を超音波の骨試料内で
の反射波を受信する受信部として作動させるために、本
発明では、パルス状の超音波を、少なくとも海綿骨を有
する骨試料に出力する超音波発信部と、該超音波発信部
との間に前記骨試料が介装され、該骨試料を透過中に海
綿骨内のある経路をそれぞれ透過した速度の速い第１波
と遅い第２波を受信する超音波受信部と、前記超音波発
信部と超音波受信部との位置を移動させながら海綿骨内
のある経路をそれぞれ透過した前記第１波と第２波を観
測するための観測手段とからなり、更に、前記パルス発
信部と超音波発信部間に介装されたスイッチと、該スイ
ッチの切換えにより、前記超音波発信部から出力した超
音波の骨試料内での反射波を前記スイッチを経由して検
出するための骨試料内反射波測定系を備えた骨の診断装
置を提供する。

【００１４】このように本発明では、骨試料にパルス状
の超音波を入射させると、海綿骨内のある経路をそれぞ
れ通過する２つのパルス波（先行する第１波と後進する
第２波）を得る。この第１波と第２波は、海綿骨の骨質
の割合によって振幅が変化するため、その比率を求める
ことによって、骨量の割合が分かる。骨質部が多い場合
は、第１波は振幅が大きく、第２波は振幅が小さくな
る。逆に、骨質部が少ない場合は、第１波は振幅が小さ
く、第２波は振幅が大きくなる。

【００１５】図１は、骨試料を用いて測定し、その性質
を示したもので、１ＭＨｚの周波数ｆによっている。周
波数ｆが高くなれば、第１波Ａの振幅は小さく、周波数
が低くなれば、第１波Ａの振幅は大きくなるが、第２波
Ｂに関しては、いずれの場合も顕著に変化しない。この
図１を用いて、第１波Ａと第２波Ｂの振幅の比を求めて
骨質の体積比を推定することができる。なお、図１に示
した第１波および第２波の情報（振幅、透過速度等）
は、後述するように（図８参照）、超音波発信部２、超
音波受信部２０の相対的な方向によって、変化しながら
得ることができる。すなわち、骨試料６に応じた海綿骨
１４固有の超音波発信部２および超音波受信部２０の最
適位置を見出し、最も有効に超音波発信部２および超音
波受信部２０を骨試料６に取付けることによって、これ
らのデータを自動解析演算し、ＣＴモードの画像が得ら
れる。なお、本発明では、超音波発信位置と超音波受信
位置の骨固有の最適位置を知ることで、超音波発信部２
と超音波受信部２０とを骨試料６に効果的に取付けるた
めの超音波観測手段（例えば、図２における信号増幅部
４と波形処理演算部５）を設けている。これにより超音
波発信部と超音波受信部との位置を移動させながら、海
綿骨１４内のある経路をそれぞれ透過する前記第１波と
第２波を観測して、第１波Ａと第２波Ｂの多数の情報を
得ることができる（図１参照）。この超音波観測手段と
しては、１個の超音波発信部と、１個または複数個の超
音波受信部を備えたものを、骨試料に応じて、適宜選択
することで配置できる。

【００１６】そして、骨試料にパルス状の超音波を入射
させて得られた２つのパルス波（先行する第１波と後進
する第２波）の振幅比から求められる、Ｈ．骨量の割合
または骨質部分の体積比と、ａ．第１波と第２波の減衰
を測定して求めた減衰係数や、あるいは、ｂ．第１波の
透過速度を測定して、その透過速度が大きい場合は骨の
ヤング率が大であり、一方、その透過速度が小さい場合
には骨のヤング率が小であるというように骨のヤング率
の大小で推定される骨の強度や、更には、ｃ．前記減衰
係数および前記骨の強度とを関係づけるものとの、それ
ぞれの相関を、前記”第１波の透過速度から推定される
骨のヤング弾性率と、前記第１波と第２波の減衰を測定
して求めた減衰係数のいずれか、または、その両方、更
に、前記第１波と第２波の振幅比から得られる骨量の割
合または骨質部分の体積比とを照合して、これらの相関
関係を探索する”手段にて求めることにより、従来、別
々の方法で独立に求められていた骨量と骨強度を同時に
求めることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。な
お、それによって本発明は限定を受けるものではない。
図２は本発明の一実施例による骨の診断装置を示す。図
２において、骨の診断装置は、パルス発信部１と、パル
ス状の超音波Ｓ（図３参照）を骨試料６に出力する超音
波発信部２と、該超音波発信部との間に骨試料６が介装
され、該骨試料を透過中に海綿骨１４内のある経路をそ
れぞれ透過した、超音波Ｓから由来する速度の速い第１
波Ａと遅い第２波Ｂを受信する超音波受信部３と、超音
波発信部２と超音波受信部３の位置を移動させながら海
綿骨１４内のある経路をそれぞれ透過した、超音波Ｓか
ら由来する第１波Ａと第２波Ｂを観測するための観測手
段とからなり、更に、第１波と第２波の減衰係数と、第
１波と第２波の振幅比から得られる骨量の割合、また
は、骨質部分の体積比とを照合して、これらの相関関係
を探索する手段（図示せず）を主として備えている。

【００１８】更に、前記観測手段は信号増幅部４と波形
処理演算部５とからなる。また、診断装置を用いる際、
種々の雑音は、ノイズフィルタによって除去し、用いる
周波数帯域は０．２ＭＨｚ乃至５ＭＨｚとするが、測定
には最適の周波数を選び、また、広帯域の超音波信号を
用いたときには、適当な時間窓および周波数帯域を設定
する。

【００１９】これは、一般的には、いかなる場合にも、
測定する骨試料６の表面Ｊや、皮質骨１３と海綿骨１４
の境界Ｌなど音響インピーダンスの変化する部分では、
超音波に反射が起こり、したがって、図２に示されてい
る測定系では、受信信号に反射信号が混入してくるから
である。そのため、本実施例では、図２で、スイッチ７
を切り換えて、超音波発信部２を受信部として作動させ
ている。

【００２０】また、本実施例では、海綿骨１４を透過し
た第１波Ａと第２波Ｂ（図１参照）をＳＮ比よく測定す
るために、数多く発生する反射波を適当なゲート信号の
タイミングを合わせることにより、後述するように、非
同時計数を行い除去することができる構成になってい
る。

【００２１】まず、本実施例の診断装置の測定回路系に
発生する反射波を除去する方法について以下に述べる。
図３において、超音波信号が皮質骨１３および海綿骨１
４をＸ方向に透過するに要する時間をそれぞれｔ_１，ｔ
_２とすると、超音波発信部２から発せられた超音波信号
Ｓは、皮質骨１３および軟部組織１１との境界Ｊ_１と、
皮質骨１３および海綿骨１４との境界Ｌとで反射が起こ
り、それをスイッチ７を経由して受信信号として信号増
幅部８と波形処理演算部９からなる骨試料内反射波測定
系１０（図２参照）で検出すると、その時間関係は、以
下のようになる。ここで１_１，１_３はそれぞれ、皮質骨
１３の方向Ｘにおける対向位置での厚さ、１_２は海綿骨
１４の方向Ｘにおける厚さである。また、ｔ_１＝ｔ_３と
した。

【００２２】図３において、超音波パルスＳが超音波発
信部２から発射される時間をｔ_０とすると、前記境界Ｊ
_１および前記境界Ｌで反射されて検出される時間は、そ
のどこかで（１）１回反射される場合、反射パルスは、２ｔ_１２ｔ_１＋２ｔ_２４ｔ_１＋２ｔ_２の時間遅れをもつ３つのパルスとなって超音波受信部２
で受信される。なお、軟部組織１１を透過し、前記境界
Ｊ_１で超音波パルスＳが反射する場合は省略する。すな
わち、前記境界Ｊ_１で反射されて検出される時間ｔ_４，
ｔ_５は以下省略して説明する。（２）また、３回反射される場合、反射パルスは、２ｔ_１＋４ｔ_２４ｔ_１４ｔ_１＋４ｔ_２６ｔ_１＋２ｔ_２６ｔ_１＋４ｔ_２８ｔ_１＋４ｔ_２の時間遅れをもつ６つのパルスとなって超音波受信部２
で受信される。

【００２３】この際、２回以上反射して、骨６に対して
超音波受信部２とは反対側の方向Ｘにある超音波受信部
３へ出射される場合や、３回以上反射される場合を除い
て、略記すると図４に示すようになる。なお、図４は、
３回迄の反射波（超音波受信部２側へ戻るもの）の時間
関係を示している。

【００２４】また、３回以上反射の場合は、振幅がかな
り小さくなる。

【００２５】そこで、検出すべき第１波Ａおよび第２波
Ｂは、超音波受信部３で受信されるが、これら多数の反
射波の間の時間帯に現れる。第１波Ａおよび第２波Ｂ
は、図５に示すように、Δｔの時間差がある。

【００２６】これらの信号はそれぞれ、タイミングを合
わせたゲート信号によって、非同時、あるいは、同時計
数を行うことができ、必要な第１波Ａと第２波Ｂを取り
出すことができる。これらの信号はそれぞれ、タイミン
グを合わせたゲート信号によって、図６に示すような方
法で、非同時、あるいは、同時計数を行うことができ、
必要な第１波Ａと第２波Ｂを取り出すことができる。す
なわち、図６において、非同時計数により最初の信号を
消去し、同様に第２番目の信号を消去し、さらに、同時
計数により第３番目の信号を計測し、同様に第４番目の
信号を計測し、非同時計数により第５番目の信号を消去
し、同様に第６番目の信号を消去することで必要な第１
波Ａと第２波Ｂを取り出すことができる。この第１波Ａ
と第２波Ｂを取り出し操作は超音波受信部３側で行われ
る。この際、反射波を取り除く操作は、超音波受信部３
側、骨試料内反射波測定系１０側どちらでも施されるの
が好ましい。

【００２７】以下に図７を用いて、第１波と第２波を求
める手順について説明する。（１）まず、骨試料６の断面を図７に示すような構造
とする。超音波信号は超音波発信部２から超音波受信部
３、または、超音波受信部（この場合、発信部として機
能する）３から超音波発信部（この場合、受信部として
機能する）２へ発信（送信）するものとする。（２）そこで、軟部組織１１については、ａ−ｂ間お
よびｅ−ｆ間の超音波伝搬速度Ｖ_ａｂおよびＶ_ｅｆを、
予め、体温と同じ温度の水、または、類似の軟部組織を
用いて求めておく。（３）ａ−ｂ間およびｅ−ｆ間の長さＬ_ａｂおよびＬ
_ｅｆは、超音波発信部２および超音波受信部３からそれ
ぞれ超音波信号を発信し、ｂ点およびｅ点での反射波を
それぞれ検出して軟部組織における片道の超音波伝搬時
間Ｔ_ａｂおよびＴ_ｅｆを求めることによって得る。（４）皮質骨１３においても、予め、正常な骨を用い
てｂ−ｃ間およびｄ−ｅ間の超音波伝搬速度Ｖ_ｂｃおよ
びＶ_ｄｅを求めておく。（５）上記（３）と同様にしてｃ点およびｄ点での反
射波をそれぞれ検出してｂ−ｃ間およびｄ−ｅ間のそれ
ぞれの片道の超音波伝搬時間Ｔ_ｂｃおよびＴ_ｄｅを求め
る。（６）ｂ−ｃ間およびｄ−ｅ間の長さＬ_ｂｃおよびＬ
_ｄｅは上記（４），（５）から得る。（７）骨試料６のａ−ｆ間の長さＬ_ａｆはノギス等で
測定して求める。（８）上記（７）により上記（３），（６）から、海
綿骨１４におけるｃ−ｄ間の長さＬ_ｃｄを求める。（９）骨試料６におけるａ−ｆ間の片道の超音波伝搬
時間Ｔ_ａｆは、信号の発信（送信）・受信により分かる
から、上記（３），（５）から、海綿骨１４におけるｃ
−ｄ間の片道の超音波伝搬時間Ｔ_ｃｄも得ることができ
る。（１０）上記（８）と（９）の値Ｌ_ｃｄ，Ｔ_ｃｄか
ら、海綿骨１４におけるｃ−ｄ間の超音波伝搬速度Ｖ
_ｃｄを得る。なお、これらの値は信号方向が超音波発信
部２→超音波受信部３のものと、反対の超音波受信部３
→超音波発信部２のものと２度測定して求めた値の平均
値を採用するのが好ましい。（１１）そして、超音波受信部３では超音波発信部２
から発信（送信）された信号から、第１波と第２波とが
求まっているので、第１波の到達時間Ｔ_ａｒ（Ｔ_ａｂ＋
Ｔ_ｂｃ＜Ｔ_ａｒ＜Ｔ_ａｂ＋Ｔ_ｂｃ＋Ｔ_ｃｄ）と、第１波
一第２波の時間差ΔＴ（別途、試料にて求めておく）と
から、ゲート信号を用いて第１波と第２波を取り出すこ
とができる。（１２）また、別の骨試料として、軟部組織のみの試
料と、皮質骨のみの試料とを使用し、ａ−ｂ間およびｂ
−ｃ間での減衰係数を、前記軟部組織のみおよび前記皮
質骨のみの別々の試料により得られる入射波と出射波の
それぞれの振幅の比とから予め求めておく。（１３）実際の、第１波と第２波のそれぞれの振幅
は、上記（１２）で求めた減衰係数の逆数を掛けること
で得ることができる。ここで求めた振幅は超音波発信部
２→超音波受信部３の送信で、ｄ点におけるものであ
る。これにより海綿骨におけるｃ−ｄ間の減衰が求めら
れ、これから減衰係数を求めた。（１４）なお、全ての他の反射波については、ａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆ各点での反射波にゲート信号を
用いて消去できる。また、他の多重反射は減衰して、そ
の振幅が小さくなるため、電気回路的に弁別をかけて除
去することができる。同様に種々の雑音に対してノイズ
フィルタによっても除去することができる。このノイズ
フィルタによる除去は、超音波受信部３側、骨試料内反
射波測定系１０側どちらでも行われるのが好ましい。（１５）測定周波数は、０．２ＭＨｚ乃至５ＭＨｚと
し、測定には最適の周波数を選択する。また、広帯域の
超音波信号を用いた時には、適当な時間窓および周波数
帯域を設定する。（１６）当然のことながら、超音波発信部２や受信部
３は、測定対象となる骨試料６の表面Ｊには、それらと
音響インピーダンスが大きく変わらない物質（例えば、
含水ポリマーやゲル状物質など）を隙間なく密着させ、
超音波はその物質を介して伝搬させるようにする。ま
た、反射波が同一方向に戻らないよう超音波発信部、超
音波受信部の表面の形や状態を考慮する。

【００２８】次に、超音波発信部２および超音波受信部
２０に対して、骨固有の最適位置を見出すために以下の
ことを行う。方法としては、図８に示すように、測定物
である骨試料６の表面の一箇所（または複数箇所）に超
音波受信部２０を取り付け、超音波発信部２と離れた特
定の方向の任意の位置Ｐに超音波受信部２０を取り付け
ることにより、少なくとも海綿骨１４を透過する速度の
速い第１波と遅い第２波を有効に取り出せることができ
る。すなわち、超音波発信部２、超音波受信部２０の一
組（または、超音波発信部１個に対して超音波受信部複
数の組）を、場所を手動または自動的に少しずつ変えて
前述のような測定を行うと、第１波および第２波の情報
（振幅、透過速度等）を超音波発信部２、超音波受信部
２０の相対的な方向によって、変化しながら得ることが
できる。これらのデータを自動解析演算するとＣＴモー
ドの画像が得られる。

【００２９】このように本実施例では、骨試料６には１
個の超音波発信部２に対して、１個（または複数個）の
超音波受信部２０を、音響インピーダンスが大きく変化
しないように装着させ、ＣＴモードにて動作させ、２次
元的情報を得ることができるとともに、それにより、骨
固有の構造的な最適位置を知り、超音波発信部、超音波
受信部を効果的に取り付ける情報を得ることができる。

【００３０】そして、海綿骨内のある経路に分かれた２
つのパルス波（第１波、第２波）の振幅比が海綿骨の骨
量（または、骨質部分の体積比）に関係していると判断
し、両波振幅から骨量の割合、または、骨質部分の体積
比を算出するとともに、一方で、第１波の透過速度を測
定して、その透過速度が大きい場合は骨のヤング率が大
であり、一方、その透過速度が小さい場合には骨のヤン
グ率が小であるというように骨のヤング率の大小を推定
することによって、骨の強度の大小と結びつけ、更に、
ａ．第１波、第２波の減衰も測定して求めた減衰係数、
ｂ．骨の強度、または、ｃ．該骨の強度と前記減衰係数
とを関係づけるもの、それぞれと、Ｈ．第１波と第２波
の振幅比から得られる骨量の割合または骨質部分の体積
比とを照合し、それによって、骨の健康状態の総合的判
断を１つの診断装置で行うことが可能になった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
骨試料にパルス状の超音波を入射させると、海綿骨内の
ある経路をそれぞれ透過した２つのパルス波（先行する
第１波と後進する第２波）に分かれる。この第１波と第
２波は、海綿骨内の骨質の割合によって振幅が変化する
ため、その比率を求めることによって、骨量の割合が分
かる。骨質部が多い場合は、第１波は振幅が大きく、第
２波は振幅が小さくなる。逆に、骨質部が少ない場合
は、第１波は振幅が小さく、第２波は振幅が大きくな
る。

【００３２】そして、海綿骨にパルス状の超音波を入射
させて得られた２つのパルス波（先行する第１波と後進
する第２波）の振幅比から求められる骨量の割合または
骨質部分の体積比と、第１波と第２波の減衰を測定して
求めた減衰係数や、あるいは、第１波の透過速度を測定
して、その透過速度が大きい場合は骨のヤング率が大で
あり、一方、その透過速度が小さい場合には骨のヤング
率が小であるというように骨のヤング率の大小で推定さ
れる骨の強度や、更には、前記減衰係数および前記骨の
強度とを関係づけるものとの、それぞれの相関を、”第
１波の透過速度から推定される骨のヤング弾性率と、前
記第１波と第２波の減衰を測定して求めた減衰係数のい
ずれか、または、その両方、更に、前記第１波と第２波
の振幅比から得られる骨量の割合または骨質部分の体積
比とを照合して、これらの相関関係を探索する”手段に
て求めることにより、従来、別々の方法で独立に求めら
れていた骨量と骨強度を同時に求めることができる。し
たがって、従来、別々の方法で独立に求められていた骨
量と骨強度を同時に求めることができる骨の超音波測定
装置を用いることによって従来なかった、骨粗鬆症の状
態の更に高い確度での診断ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例により得られた骨試料内部に
おける第１波と第２波の振幅を示す特性図である。

【図２】上記実施例における全体構成説明図である。

【図３】上記実施例における超音波発信部から出力した
超音波の骨試料内での反射波をスイッチを経由して検出
する検出動作を示す全体構成説明図である。

【図４】上記実施例における骨試料内反射波測定系に発
生する反射波の時間関係を説明するための図である。

【図５】上記実施例における第１波および第２波を示す
図である。

【図６】上記実施例における第１波と第２波の取り出し
手順を説明するための図である。

【図７】上記実施例における第１波と第２波を求める手
順を説明するための図である。

【図８】上記実施例における骨固有の最適位置を得るた
めの説明図である。

【符号の説明】

１…パルス発信部、２…超音波発信部又は受信部、３…
超音波受信部又は発信部、４…信号増幅部、５…波形処
理演算部、６…骨試料、１０…骨試料内反射波測定系、
１３…皮質骨、１４…海綿骨、Ｊ_１…皮質骨および軟部
組織との境界、Ｌ…皮質骨および海綿骨との境界、Ｊ…
骨試料の表面、Ａ…第１波、Ｂ…第２波。

───────────────────────────────────────────────────── 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 - 8/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも海綿骨を有する骨試料に出力
したパルス状の超音波を入射させて海綿骨内を透過させ
る超音波発信部と、海綿骨内のある経路をそれぞれ透過
した速度の速い第１波と遅い第２波を受信する超音波受
信部と、この第１波と第２波の振幅比を測定して骨量の
割合、または、骨質部分の体積比を測定する手段とから
なる骨の超音波測定装置。
【請求項２】少なくとも海綿骨を有する骨試料に出力
したパルス状の超音波を入射させて海綿骨内を透過させ
る超音波発信部と、海綿骨内のある経路をそれぞれ透過
した速度の速い第１波と遅い第２波を受信する超音波受
信部と、この第１波の透過速度を測定して該透過速度と
骨のヤング弾性率とを相関させて骨の強度を推定し、更
に、前記第１波と第２波の減衰を測定して減衰係数を求
める手段とからなる骨の超音波測定装置。
【請求項３】超音波発信部と超音波受信部との位置を
移動させながら海綿骨内のある経路をそれぞれ透過する
第１波と第２波を観測するための観測手段を備えている
請求項１または請求項２に記載の骨の超音波測定装置。
【請求項４】第１波の透過速度から推定される骨のヤ
ング弾性率と、前記第１波と第２波の減衰を測定して求
めた減衰係数のいずれか、または、その両方、更に、前
記第１波と第２波の振幅比から得られる骨量の割合また
は骨質部分の体積比とを照合する手段とからなる請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の骨の超音波測定装
置。
【請求項５】パルス状の超音波を、少なくとも海綿骨
を有する骨試料に出力する超音波発信部と、該超音波発
信部との間に前記骨試料が介装され、該骨試料を透過中
に海綿骨内のある経路をそれぞれ透過した速度の速い第
１波と遅い第２波を受信する超音波受信部と、前記超音
波発信部と超音波受信部との位置を移動させながら海綿
骨内のある経路をそれぞれ透過した前記第１波と第２波
を観測するための観測手段とからなり、更に、第１波の
透過速度から推定される骨のヤング弾性率と、前記第１
波と第２波の減衰を測定して求めた減衰係数のいずれ
か、または、その両方、更に、前記第１波と第２波の振
幅比から得られる骨量の割合または骨質部分の体積比と
を照合して、これらの相関関係を探索する手段を有する
骨の診断装置。
【請求項６】パルス状の超音波を、少なくとも海綿骨
を有する骨試料に出力する超音波発信部と、該超音波発
信部との間に前記骨試料が介装され、該骨試料を透過中
に海綿骨内のある経路をそれぞれ透過した速度の速い第
１波と遅い第２波を受信する超音波受信部と、前記超音
波発信部と超音波受信部との位置を移動させながら海綿
骨内のある経路をそれぞれ透過した前記第１波と第２波
を観測するための観測手段とからなり、更に、前記パル
ス発信部と超音波発信部間に介装されたスイッチと、該
スイッチの切換えにより、前記超音波発信部から出力し
た超音波の骨試料内での反射波を前記スイッチを経由し
て検出するための骨試料内反射波測定系を備えた骨の診
断装置。
【請求項７】ノイズフィルタを有し、診断用の周波数
帯域が０．２ＭＨｚ乃至５ＭＨｚの範囲の超音波信号を
用いるとともに、広帯域の超音波信号を用いるときに
は、所望の時間窓および周波数帯域が設定される請求項
５または請求項６に記載の骨の診断装置。
【請求項８】１個の超音波発信部と、１個または複数
個の超音波受信部を備えた請求項５または請求項６に記
載の骨の診断装置。