JP3019580B2 - 超音波透過検査装置 - Google Patents

超音波透過検査装置

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JP3019580B2
JP3019580B2 JP4030054A JP3005492A JP3019580B2 JP 3019580 B2 JP3019580 B2 JP 3019580B2 JP 4030054 A JP4030054 A JP 4030054A JP 3005492 A JP3005492 A JP 3005492A JP 3019580 B2 JP3019580 B2 JP 3019580B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、骨粗鬆症(こつそしょ
うしょう)の診断等に利用される超音波透過検査装置或
いは骨塩定量装置に関する。
【0002】
【従来の技術】骨粗鬆症はカルシウム不足等により骨組
織の密度が低下する症状であるが、その診断のため、骨
中に超音波を通過させ、骨中における超音波の速度(音
速)や減衰量を測定することにより、骨の特性(骨塩密
度、スティフネス等)を定量測定するという方法が既に
考案されている。このような超音波検査は通常、軟組織
の薄い足の踵(かかと)に対して行なわれる。
【0003】骨の特性を測定するための従来の装置(骨
塩定量装置と呼ばれる)は、内壁に超音波発生器と超音
波検出器とが対向するように取り付けられた容器(測定
槽)を使用する。超音波発生器と超音波検出器には、通
常、超音波トランスデューサと呼ばれる、超音波の発生
及び検出を1台で行なうことができる装置を用いる。こ
の測定槽内に、踵が超音波発生・検出器間を遮るように
足を入れ、さらに、踵に超音波が入射する際の整合を取
るための(すなわち、踵の表面で反射される超音波がで
きるだけ少なくなるようにするための)整合液として水
を入れる。その状態で発生器から超音波を発射すると、
超音波は踵骨を通過する際に、その骨塩量に応じた速度
で伝播し、また、減衰を受ける。従って、検出器により
超音波の速度或いは減衰量を測定することにより、被検
体である踵骨の骨塩量に相当する量を測定することがで
きる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】骨塩量測定値は、測定
箇所が一定でないと無意味である。すなわち、人により
測定箇所が異なればそれらのデータは比較のしようがな
いし、同一人でも測定毎に測定箇所が異なれば経年変化
を正確にトレースすることができず、的確な診断を下す
ことができない。そのため、従来、骨塩定量を行なう箇
所は踵の後ろから約3.5cm、底から約4cmの位置に固定さ
れていた。しかし、男女差又は身長の大小等により踵骨
の大きさや軟組織の厚さが異なるため、このような絶対
的な位置固定では測定値がばらつき、正確な比較を行な
うことができないという問題があった。
【0005】また、踵骨の内部は不均一であり、その一
部だけについて測定すると測定値が他の部分からかけ離
れた値となる可能性がある。そのため、予め広い範囲で
測定して、その中から所定の基準で一定の領域を選択す
るという方法が望まれていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、被検体を通過する超音波の速
度、減衰量等を測定することにより被検体の特性を検査
する超音波透過検査装置において、 a)内部に被検体及び超音波整合液を入れる測定槽と、 b)測定槽の一方の内壁において2次元的に走査可能な
第1超音波発生・検出器と、 c)上記内壁に対向する内壁において2次元的に走査可
能な第2超音波発生・検出器と、 d)第1超音波発生・検出器及び第2超音波発生・検出
器の全走査領域を走査することにより、超音波透過又は
反射2次元データを作成する予備測定手段と、 e)得られた2次元データを基に、被検体に関する本測
定を行なうべき第1超音波発生・検出器及び第2超音波
発生・検出器の走査領域を決定する測定箇所決定手段
と、 f)決定された走査領域内で走査される第1超音波発生
・検出器及び第2超音波発生・検出器からのデータを基
に、被検体の超音波透過検査を行なう本測定手段とを備
えることを特徴としている。
【0007】ここで、「2次元走査可能な超音波発生・
検出器」には、i)内壁面に複数の超音波発生・検出素
子を2次元的に配列したもの、ii)リニアに配列した
複数の超音波発生・検出素子であって、配列に直角方向
に移動可能なもの、iii)内壁面で2次元的に移動可
能とした1個又は複数個の超音波発生・検出素子、のい
ずれをも含むものである。
【0008】また、透過とは、第1超音波発生・検出器
(の素子)で発射した超音波を第2超音波発生・検出器
(の素子)で受けること(又は、その逆に第2超音波発
生・検出器(の素子)で発射した超音波を第1アレイ
(の素子)で受けること)であり、反射とは、第1超音
波発生・検出器(の素子)で発射した超音波を第1超音
波発生・検出器自身(の素子)で受けること(及び/又
は、第2超音波発生・検出器(の素子)で発射した超音
波を第2超音波発生・検出器自身(の素子)で受けるこ
と)をいう。
【0009】
【作用】予備測定手段により予め被検体を含む面の超音
波透過又は反射2次元データを作成し、測定箇所決定手
段により、本測定を行なうべき第1及び第2超音波発生
・検出器の走査領域を決定する。この決定の際の基準と
しては、例えば、走査面中の被検体が存在する領域の
み、或いは、被検体の(超音波透過方向の)厚みが所定
範囲内にある領域等とすることができる。本測定手段
は、そのようにして決定された走査領域について、第
1、第2超音波発生・検出器を走査し、被検体の超音波
透過検査を行なう。このとき、あらためて本測定を行な
ってもよいし、先の予備測定で行なったデータから、本
測定領域として決定された領域内のデータのみを用いて
所定の特性値を抽出するようにしてもよい。
【0010】
【実施例】本発明の一実施例である超音波骨塩定量装置
を図1〜図6により説明する。本装置は図2に示す通
り、測定部10、整合液制御部11、トランスデューサ
切替部12、超音波発振制御部13、超音波測定部1
4、制御部15及び表示部16から成る。測定部10に
は図1に示す通り、被検体である足(踵)を入れる測定
槽22、及び、測定槽22の内壁に対向して設けられた
1対の超音波トランスデューサアレイ23、24が含ま
れる。また、制御部15には、予備測定の結果から本測
定を行なうべき領域を決定する測定領域設定部17、超
音波の音速及び減衰量を算出する音速・減衰量算出部1
8、及び、それら算出値を骨塩量相当量に変換する骨塩
量相当量変換部19が含まれる。本実施例において、制
御部15中の特に測定領域設定部17が上記予備測定手
段及び測定箇所決定手段に該当し、制御部15が本測定
手段に該当する。
【0011】超音波トランスデューサアレイ23、24
はいずれも多数の超音波トランスデューサが2次元的に
配列されたものであり、各トランスデューサは超音波を
発生することができるとともに、検出することもできる
ようになっている。測定槽22の底には被検体である足
を置く位置を概略的に示すガイドマーク25が描かれて
おり、そこに足を置いたときに、両トランスデューサア
レイ23、24と踵26とは図3に示すような関係とな
る。
【0012】本超音波骨塩量測定装置による骨塩量測定
は次のようにして行なわれる。まず、測定槽22内のガ
イドマーク25の位置に被検体である踵26を置く。次
に、整合液制御部11より、所定温度に制御された整合
液(例えば、水)を注入口27から測定槽22内に注入
する。測定槽22の内壁に設けられた液位計28により
測定槽22内の液位が所定レベルに達したと検出された
時点で、整合液制御部11は整合液の注入を停止する。
その後、測定槽22の内壁に設けられた温度センサ29
により整合液の温度が所定の温度(整合液と被検体との
間の整合が最も良好となる温度。すなわち、被検体表面
における超音波の反射が最も少なくなる温度。)となる
ように微調整を行なった後、整合液の状態が安定するの
を待って、予備測定を行なう。
【0013】予備測定は制御部15の測定領域設定部1
7が行なう。まず、図5に示すように、両側のトランス
デューサアレイ23、24を構成する各トランスデュー
サから踵26に向かって超音波を発射し、その反射波
を、発射したトランスデューサ自身で検出することによ
り、測定槽22の各内壁から踵26の各対応点までの距
離を測定し、踵26の外形を検出する。ここで、本実施
例の超音波骨塩定量装置では、距離測定の精度を向上さ
せるため、図6に示すように、目的位置のトランスデュ
ーサ30の他にその周辺の一群のトランスデューサ31
をも使用して、いわゆる音響レンズを構成する。すなわ
ち、制御部15からの指令により、超音波発振制御部1
3及びトランスデューサ切替部12がそれら一群のトラ
ンスデューサ30、31から僅かづつ時間をずらせて超
音波を発射し、それらから発射される超音波の合成波に
より、踵26の目的箇所に超音波を集中させる(電子フ
ォーカス)。なお、もちろん、1個のトランスデューサ
30のみから超音波を発射して距離を検出するようにし
てもよい。
【0014】踵26の表面(或いは対向する内壁の表
面)から反射されてきた超音波は、超音波を発射した
(中心となった)トランスデューサ30により検出さ
れ、超音波測定部14によりその往復時間が測定され
る。こうして、一方のトランスデューサアレイ23を構
成する全てのトランスデューサを走査することにより、
その内壁に面する踵26の外形形状の情報を含む2次元
データを得ることができる。同様にして、反対側のトラ
ンスデューサアレイ24により踵26の反対側の外形形
状の情報を含む2次元データを作成する。測定領域設定
部17はこのようにして得られた踵26の外形形状デー
タを基に、所定の基準により、骨塩定量の本測定を行な
うべき領域(例えば、図4の斜線部)を決定する。
【0015】ここで、本測定を行なう領域を決定する基
準としては、例えば、 (1)被検体(踵26)をカバーするトランスデューサ
の全て (2)被検体の(超音波透過方向の)幅が一定の範囲内
にある領域 (3)被検体の形状から特定される領域(例えば、踵2
6の後ろから3.5cm、底から4cmの箇所を中心とする所定
の広さの領域等) 等を挙げることができる。なお、予備測定に際しては、
被検体に関する情報をより詳細に採取するため、図7に
示すように測定槽22の別の内壁にもトランスデューサ
アレイ32を設置し、被検体のより正確な3次元的な情
報を得るようにしてもよい。
【0016】以上の予備測定により本測定領域を決定し
た後、制御部15は次のようにして本測定を行なう。ま
ず、トランスデューサアレイ23の本測定領域内にある
トランスデューサから順次超音波を発射するように、超
音波発振制御部13及びトランスデューサ切替部12を
制御する。そして、対向するトランスデューサアレイ2
4の対応するトランスデューサにより、踵26を通過し
てきた超音波を検出し、その伝播時間(発射してから検
出されるまでの時間)及び強度を測定する。この伝播時
間及び強度の値を、踵26が介在しない場合の各値と比
較することにより、その通過点における踵26の超音波
伝播特性(音速、減衰量)を算出することができる(音
速・減衰量算出部18)。このようにして算出された音
速、減衰量は骨塩量相当量変換部19において、従来よ
り蓄積されたデータ等を基に骨塩量相当量に変換され
る。こうして、本測定領域の各点について骨塩量相当量
を算出した後、骨塩量相当量の2次元分布を作成し、そ
れを基に被検体の特性値となる1つの値(例えば、本測
定量域内の骨塩量相当量の平均値等)を算出し、表示部
16に出力する。なお、測定した2次元分布をそのまま
表示部16に表示するようにしてもよい。
【0017】上記実施例では、予備測定として踵26の
外形形状を測定する(反射測定)ものであったため、骨
塩定量のための本測定を別途行なう必要があったが、予
備測定として超音波の音速や減衰量の測定(透過測定)
を行なうようにした場合には、別途本測定を行なうこと
なく、(トランスデューサアレイ23、24の全トラン
スデューサについて測定された)予備測定の結果から評
価対象領域を限定し、その領域内の測定データに基いて
評価値を抽出するようにしてもよい。また、被検者毎に
測定領域に関するデータを記憶しておき、次回以降はそ
の記憶データに従って、同じ領域で直ちに本測定を行な
うようにしてもよい。
【0018】上記実施例ではトランスデューサによる2
次元走査は2次元的に配列したトランスデューサアレイ
23、24を用いて1回で済ませるようにしたが、図8
に示すように、1次元配列のトランスデューサアレイ3
3をそれに直交する方向に移動させて2次元走査を行な
うようにしてもよい。また、1個又は小数個のトランス
デューサを2次元的に移動させるという方法でも構わな
い。
【0019】
【発明の効果】本発明に係る超音波透過検査装置では、
本測定の前に予め被検体を含む面の超音波透過又は反射
2次元データを検出しておき、その中から所定の基準に
基いて常に一定の領域を選択するため、測定値のばらつ
きが抑えられるとともに測定の再現性が保証され、測定
値の間の正確な比較が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である超音波骨塩定量装置
の測定部の斜視図。
【図2】 実施例の超音波骨塩定量装置の構成を示すブ
ロック図。
【図3】 被検体である踵と超音波トランスデューサア
レイとの位置関係を示す側面図。
【図4】 トランスデューサアレイ中の本測定領域を示
す説明図。
【図5】 トランスデューサアレイによる被検体の外形
形状測定の様子を示す平面図。
【図6】 電子フォーカス法の説明図。
【図7】 付加的なトランスデューサアレイにより被検
体の3次元形状を予備測定する様子を示す平面図。
【図8】 1次元トランスデューサアレイを移動させる
ことにより2次元走査を行なう様子を示す説明図。
【符号の説明】
10…測定部 22…測定槽 23、24…超音波トランスデューサアレイ 25…ガイドマーク 26…踵 27…注入口 28…液位計 29…温度センサ 15…制御部 17…測定領域設定部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体を通過する超音波の速度、減衰量
    等を測定することにより被検体の特性を検査する超音波
    透過検査装置において、 a)内部に被検体及び超音波整合液を入れる測定槽と、 b)測定槽の一方の内壁において2次元的に走査可能な
    第1超音波発生・検出器と、 c)上記内壁に対向する内壁において2次元的に走査可
    能な第2超音波発生・検出器と、 d)第1超音波発生・検出器及び第2超音波発生・検出
    器の全走査領域を走査することにより、超音波透過又は
    反射2次元データを作成する予備測定手段と、 e)得られた2次元データを基に、被検体に関する本測
    定を行なうべき第1超音波発生・検出器及び第2超音波
    発生・検出器の走査領域を決定する測定箇所決定手段
    と、 f)決定された走査領域内で走査される第1超音波発生
    ・検出器及び第2超音波発生・検出器からのデータを基
    に、被検体の超音波透過検査を行なう本測定手段とを備
    えることを特徴とする超音波透過検査装置。
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