JP3560405B2

JP3560405B2 - 骨評価装置

Info

Publication number: JP3560405B2
Application number: JP01732796A
Authority: JP
Inventors: 直樹大友
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JPH09206299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波を利用した骨評価装置に関し、特に、超音波ビームの横断面積の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波を利用して骨の評価を行う骨評価装置としては、従来から各種のタイプの装置が提案されている。例えば、米国特許第３，８４７，１４１号に開示された骨評価装置では、足の踵が一対の振動子で挟まれ、その状態で超音波を放射することにより、骨評価がなされている。この従来装置では、各振動子の前面に柔らかいラバーパットが設けられている。超音波の伝搬経路上に、音響インピーダンスが極端に異なる空気層が存在していると、その空気層によって、超音波が減衰・反射されてしまう。上記のラバーパットは、その問題を解消するものである。
【０００３】
他のタイプの骨評価装置としては、特開平６−２２９６０号公報（米国特許番号５，３４８，００９号）、特開平６−２５４０９９号公報などに開示された装置が挙げられる。このタイプの骨評価装置では、音響整合のためのカップリング液体が満たされた水槽の中に、一定の距離を隔てて一対の超音波振動子が配置されている。そして、水槽内に足を入れた状態で、一対の超音波振動子の間で超音波の送受波が行われ、これにより骨評価が行われている。しかし、水槽の管理が面倒であるなどの問題が指摘されている。
【０００４】
水槽を利用しない他のタイプの骨評価装置としては、特開平７−２０４２０５号公報で開示された装置が挙げられる。この従来装置では、生体の両側に、超音波振動子を備えた一対の振動子アセンブリが設けられている。各振動子アセンブリは、超音波振動子の前面側に、カップリング液体を収納した液体バックを有する。液体バックは比較的大型であり、その生体接触面は四角形で形成され、また、その生体接触面はやや外側（生体側）に膨らんでいる。
【０００５】
特開平７−３０３６４３号公報には、上記骨評価装置と同様のタイプの骨評価装置が開示されている。この装置では、液体バック内に、振動子アセンブリの生体への押圧力を検出する圧力センサが設けられている。そして、一定の押圧力が維持されつつ、超音波の送受波が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のいずれの骨評価装置においても、生体に放射する超音波ビームの横断面積（換言すれば、骨表面上の超音波ビームのスポット面積）を可変することはできなかった。すなわち、従来において、超音波ビームの太さの制御は行われていない。
【０００７】
現在普及しつつある骨評価装置は、もともと骨粗鬆症などの骨の疾患が生じやすい比較的年をとった人々（すなわち、大人）を診断対象とするものである。このため、従来の骨評価装置では、超音波ビームの横断面積が大人の骨（例えば、踵骨）に対応する大きさに設定されていた。
【０００８】
その一方、近年、比較的若い人々（子供）についても、その骨疾患の予防、診断のために、骨評価を行う必要性が高まっている。骨の疾患の予防や早期治療のためには、より早い時期から骨評価を行うのが望ましい。
【０００９】
しかし、従来の骨評価装置では、上述したように大人の計測を前提としていたため、従来の骨評価装置を用いて、子供の骨評価を行った場合には以下のような問題があった。これを図７を用いて説明する。
【００１０】
図７（Ａ）には、大人の足（踵の骨）が示されており、１０は踵骨、１２は距骨、１４は舟状骨、１６は立方骨である。踵骨１０は、海綿骨を多く含むため、骨粗鬆症などの骨の疾患による変化が現れやすい。そこで、骨評価を行う際には、踵骨１０が診断対象とされる場合が多い。図７（Ａ）に示すように、従来において、超音波ビームのスポット１８（すなわち、踵骨上の超音波ビームの横断面積）は、一般的な大人の踵骨１０の大きさを考慮して設定されている。
【００１１】
しかし、図７（Ｂ）に示すように、スポットの直径を切り替えることなく、子供の踵骨１０に対して超音波を送波すると、第１に、符号２０で示すように踵骨１０からビームスポット１８がはみ出る問題が生じ、第２に、骨の接合部２２に超音波が送波されてしまうという問題が生じる。
【００１２】
上記の第１の問題が生じると、骨の評価を行いたいにもかかわらず、骨以外の部分の計測データも取り込んでしまうことになり、骨評価結果の信頼性が低下する。また、上記の第２の問題が生じると、骨の接合部が構造的に特殊であり、音速が異常に早くなるなどの特殊性を有することから、音速を利用して骨評価を行う場合に骨評価結果の信頼性が低下してしまう。なお、この問題は、子供の超音波計測に限られず、足の大きさが小さい人に対する超音波計測においても生じる。また、上記問題は超音波に限られず、他の測定波（例えば、Ｘ線）により骨評価を行う場合にも生じ得る。
【００１３】
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、計測対象の大きさに合わせて、測定波ビームのスポット面積が可変可能であり、計測の信頼性を高められる骨評価装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、ユーザーの簡単な操作により測定波ビームのスポット面積の調整を行うことが可能なことにある。
【００１５】
【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、超音波を生体へ送受波することにより骨の評価を行う骨評価装置において、超音波振動子を内蔵し、生体に接触するカップリング部を有する少なくとも１つのアセンブリと、前記アセンブリに着脱自在に設けられ、超音波を絞り込むための部材を有し、装着時に前記カップリング部を突出させる円形の開口を有する開口調整アタッチメントと、を含み、前記開口調整アタッチメントの装着により、超音波ビームの横断面積を調整可能なことを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波を生体へ送受波することにより骨の評価を行う骨評価装置において、単一の振動子を内蔵し、生体に接触するカップリング部を有する少なくとも１つの振動子アセンブリと、前記振動子アセンブリに着脱自在に設けられ、超音波を絞り込むための超音波吸収部材を有し、装着時に前記カップリング部を突出させる円形の開口を有する開口調整アタッチメントと、を含み、前記開口調整アタッチメントの装着により、超音波ビームの横断面積が調整可能なことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、例えば、小さい測定部位に対し骨評価を行う場合には、振動子アセンブリへ開口調整アタッチメントを装着することにより、振動子アセンブリにて形成される超音波ビームの形状を絞り込んで、その横断面積を小さくすることが可能となる。開口調整アタッチメントの装着は例えば人為的に行われるが、それを自動化してもよい。
【００１８】
本発明の好適な態様では、前記開口調整アタッチメントを前記振動子アセンブリに装着した状態では、前記振動子アセンブリが有するカップリング部が前記開口から突出し、前記開口の周囲を構成するリング状部は超音波を吸収する部材で構成され、かつ、弾性変形する部材で構成される。
【００１９】
上記構成によれば、開口調整アタッチメントが装着された振動子アセンブリを生体に押し付けると、カップリング部が弾性変形し、また開口調整アタッチメントのリング状部も弾性変形する。リング状部は超音波を吸収・遮断し、それを有する開口が超音波ビームの太さを規定する。
【００２０】
本発明の好適な態様では、前記振動子アセンブリに対し前記開口調整アタッチメントを装着するための装着手段を有する。望ましくは、前記装着手段は、前記振動子アセンブリに形成された溝と、前記開口調整アタッチメントに形成され前記溝に引っ掛かるフックと、で構成される。
【００２１】
また、本発明の好適な態様では、開口調整アタッチメントの装着を検出する装着センサを有する。この装着センサにより、開口調整アタッチメントの装着の有無を電気的に確認でき、必要に応じて、その有無が表示器に表示することなどが可能となる。
【００２２】
その装着センサとともに計測部位の大きさを判定するサイズ判定器を設ければ、計測部位のサイズが小さい場合に開口調整アタッチメントの装着を促す表示を行うことができ、また、サイズとアタッチメント装着の不整合を自動判定して、ユーザーに警告表示を行うことなどが可能である。さらに、各患者ごとに装着有無（あるいは計測部位のサイズ）を記憶部に記憶しておけば、骨評価値を評価する際に、計測条件に関する情報を提供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、本発明に係る超音波骨評価装置の全体構成が示されている。この超音波骨評価装置は、超音波を利用して計測を行う計測ユニット２００と、その計測ユニットの計測結果を解析して骨評価値を演算する解析ユニット２０２と、で構成される。解析ユニット２０２は例えばコンピュータで構成される。
【００２５】
図２には、計測ユニット２００の外観が示されている。ユニット本体２４の上面２４Ａは傾斜しており、その上面２４Ａには交換自在に足台２６が配置される。足の大きさに合わせて複数種類の足台２６が用意されており、いずれかの足台２６が選択されて使用される。各足台２６は、超音波ビームの中心と踵骨の中心とを一致させるために、厚さなどの形状が互いに異なっている。
【００２６】
上面２４Ａにセットされた足台２６の両側には、突出部２４Ｂ、２４Ｃが起立形成されており、各突出部２４Ｂ，２４Ｃには、それぞれ振動子アセンブリ２８、３０が可動自在に設けられている。この一対の振動子アセンブリ２８、３０は図示されていない駆動機構により駆動され、両者を近接させたり、離したりすることができる。足台２６上に足を置いた後に、一対の振動子アセンブリ２８、３０を互いに近付ければ、一対の振動子アセンブリ２８、３０で踵を両側から挟むことができる。その状態で一方の振動子アセンブリから超音波が送波され、踵を通過した超音波が他方の振動子アセンブリで受波される。
【００２７】
図３には、振動子アセンブリ２８及びそれに着脱自在に装着されるアタッチメント１００の外観が示されている。なお、２つの振動子アセンブリ２８、３０は同一の形態及び構造を有する。
【００２８】
振動子アセンブリ２８は、比較的大型の単一の超音波振動子３５を内蔵した本体３２と、本体の前面側に設けられたおよそ円錐形状（断面は台形）のカップリング部３４と、で構成される。カップリング部３４は、超音波振動子３５と生体との間の超音波伝搬を良好にするために設けられたもので、弾性変形を生じるものである。
【００２９】
アタッチメント１００は、筒部１０１と、その前面側に形成されたリング状部１０４と、筒部１０１から伸長するフック１０６と、で構成される。リング状部１０４には、開口１０２が形成されており、その開口１０２により超音波ビームの横断面積を絞ることができる。すなわち、リング状部１０４は、弾性変形を生じ、かつ、超音波を吸収・遮断する部材（例えば、独立した多数の気泡が含まれるゴム）で構成され、そのリング状部１０４により、ビーム中心から一定の距離（開口１０２の半径に相当）以上外側に存在する超音波を吸収・遮断できる。
【００３０】
フック１０６には爪１０６Ａが形成されている。一方、振動子アセンブリ２８には、その本体３２の側面に爪１０６Ａが入り込む溝１１０が形成されている。また、振動子アセンブリ２８は装着センサ１１２を有する。
【００３１】
図４には、アタッチメント１００が装着された振動子アセンブリ２８の断面図が示されている。カップリング部３４はその外形をなすメンブレン３４Ａと、その内部に充填されたカップリング液３４Ｂ（例えば、ひまし油）と、で構成され、カップリング部３４は生体への接触圧力に従って弾性変形する。カップリング部３４の先端面の直径は例えば１ｃｍであり、その振動子側の直径は例えば２．５ｃｍであり、その長さ（高さ）は例えば２〜３ｃｍ位である。もちろん、本実施形態では、各種の形態のカップリング部を利用することができる。図４に示すように、アタッチメント装着状態では、開口１０２からカップリング部３４が外側に突出する。この状態では、リング状部１０４の内面がカップリング部３４のメンブレン３４Ａに密着する。
【００３２】
上記の装着センサ１１２は、具体的には、発光素子１１２Ｂと受光素子１１２Ａとで構成され、フック１０６が溝１１０内に進入していない状態では、発光素子１１２Ｂにて発生した光が受光素子１１２Ａで検出される。その一方、図４に示すように、アタッチメント１００を適切に装着すると、そのフック１０６が発光素子１１２Ｂと受光素子１１２Ａの間に進入し、発光素子１１２Ｂからの光を遮断する。
【００３３】
図５（Ａ）に示すように、振動子アセンブリ２８にアタッチメント１００を装着しないで、振動子アセンブリ２８を生体３９へ一定圧力で押圧すると、カップリング部３４が横方向に潰れて、大きな接触面積（超音波通過開口）Ａ１を形成できる。ちなみに、その開口Ａ１の大きさは、超音波振動子３５の振動面の面積と同等かそれ以上である。
【００３４】
その一方、図５（Ｂ）に示すように、振動子アセンブリ２８にアタッチメント１００を装着して、振動子アセンブリ２８を生体３９へ一定圧力で押圧すると、カップリング部３４が横方向に潰れようとするが、その弾性変形はアタッチメント１００のリング状部１０４により規制され、図５（Ａ）に示した状態に比べ、小さな接触面積（超音波通過開口）Ａ２が形成される。この場合、リング状部１０４は変形可能なゴムのような部材で構成されているため、そのリング状部１０４自身も若干弾性変形する。これにより、リング状部１０４が生体に当たることによる苦痛や違和感を解消できる。ちなみに、振動子アセンブリ２８の生体への押圧力は制御されており、常に設定どおりの接触面積を得られる。
【００３５】
よって、例えば、大人の踵骨に対する骨評価を行う場合には、アタッチメント１００を装着しないで超音波ビーム横断面積を大きくして超音波計測を行い、子供の踵骨に対する骨評価を行う場合には、アタッチメント１００を装着し超音波ビーム横断面積を小さくして超音波計測を行うことができる。
【００３６】
図１に戻って、コントローラ１１４からのトリガ信号に基づいて、送信回路３８が振動子アセンブリ３０に送信駆動信号を供給する。これにより超音波振動子アセンブリ３０から超音波（超音波パルス）が生体３９へ向けて送波される。生体３９を通過して減衰などの特性変化を受けたた超音波は、振動子アセンブリ２８にて受波される。その振動子アセンブリ２８から出力された受信信号は受信回路４０に供給される。受信回路４０では、受信信号に対し所定の処理（増幅、検波、Ａ／Ｄ変換など）を行って、その受信信号をコントローラ１１４を介して解析ユニット２０２へ出力する。解析ユニット２０２では、従来と同様に、超音波の音速又は減衰率などに基づいて、骨評価値を演算する。この骨評価値は、図示されていない表示器に表示される。
【００３７】
コントローラ１１４は、超音波の送受信制御及び搬送機構８６の制御を行っている。
【００３８】
搬送機構８６は、駆動モータ（図示せず）、トルクリミッタ（図示せず）、及び、送りねじ８８を含む。送りねじ８８には、振動子アセンブリ２８を備えた可動体９０と、振動子アセンブリ３０を備えた可動体９２と、が連結されている。送りねじ８８には、互いに逆向きのスパイラル溝が形成されており、可動体９０及び可動体９２は、それぞれ向きが異なるスパイラル溝と係合している。よって、送りねじ８８を順方向へ回転させれば、一対の振動子アセンブリ２８、３０が近接移動し、送りねじ８８を逆方向へ回転させれば、一対の振動子アセンブリ２８、３０が互いに離れる。
【００３９】
トルクリミッタは、一対の振動子アセンブリ２８、３０の生体への押圧力が所定のリミット値に到達した場合に、駆動モータにて発生された駆動力の伝達を切る。
【００４０】
コントローラ１１４には、足のサイズを判定するサイズ判定器５４が接続されており、足台上にある足が大きいか又は小さいかが直接的に又は間接的に検出される。このサイズ判定器５４は、例えば光学的センサにより足の大きさを計測する装置であり、あるいは機械的センサにより足台の種類を判定する装置であり、いずれにしても足のサイズが自動判定される。もちろん、人為的な判定により、コントローラ１１４にサイズ判定結果を与えてもよい。
【００４１】
コントローラ１１４は、判定されたサイズが小さい場合、図示されていない表示器にアタッチメントの装着を促す表示を行う。また、判定されたサイズとアタッチメント装着の有無が不整合の場合、その旨の表示を行う。
【００４２】
また、コントローラ１１４内に設けられた記憶部には、装着センサの出力に基づいて、患者ごとに各骨評価時のアタッチメントの装着の有無の情報が格納される。これにより、各骨評価時の計測条件を保存しておくことができる。また、コントローラ１１４は、各患者について、過去の計測時と現在の計測時とで、アタッチメントの装着有無が不一致となったことを自動判定し、その不一致を示すアラームを出力する機能を有する。
【００４３】
以上説明したように、アタッチメントの着脱により、超音波ビームの太さを２段階に切換えられるので、図７（Ｂ）の１８Ａに示すように、子供の踵骨１０に対しても適切な直径のビームスポットを形成することができる。なお、互いに開口の大きさが異なる複数種類のアタッチメントを用意しておけば、超音波の開口面積を多段階に切り替えることができる。
【００４４】
次に、本発明に係る骨評価装置の全体動作について図６を用いて説明する。
【００４５】
まず、Ｓ１０１において、足台上に置かれた足のサイズが判定される。これは図１に示したサイズ判定器５４により自動的に行われるが、人為的に判定してもよい。いずれにしても、判定されたサイズに応じて、アタッチメントの装着可否が判断される。この判断はコントローラが行ってもよいが、人為的に行ってもよい。Ｓ１０２において、大人用の計測すなわち超音波ビームの太さを大きくして計測を行うか、あるいは子供用の計測すなわち超音波ビームの太さを小さくして計測を行うか、が選択される。その後、一対の振動子アセンブリ２８、３０の間に生体が挿入され、その一対の振動子アセンブリ間に生体が挟まれる。
【００４６】
Ｓ１０２において、足のサイズが大きいと判定された場合には、Ｓ１０３において、アタッチメントを装着することなく、超音波計測が行われる。すなわち、大開口が設定され、太い超音波ビームによる計測が行われる。一方、Ｓ１０２において、足のサイズが小さいと判定された場合には、Ｓ１０４において、アタッチメントを装着して、小さい開口が設定され、細い超音波ビームによる計測が行われる。Ｓ１０５においては、計測データが解析されて骨評価値が演算され、Ｓ１０６においてその骨評価値が表示される。
【００４７】
なお、アタッチメントは送信用振動子アセンブリ及び受信用振動子アセンブリの一方又は両方に装着される。また、上記実施形態では、超音波により骨評価が行われていたが、Ｘ線などの他の測定波を利用して骨評価を行う装置にも同様に本発明を適用できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、計測対象の大きさに合わせて、超音波ビームのスポット面積が可変可能であり、計測の信頼性を高められる。また、簡単に超音波ビームのスポット面積の調整を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る骨評価装置の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る骨評価装置の外観図である。
【図３】本発明に係る振動子アセンブリ及びアタッチメントの外観図である。
【図４】本発明に係る振動子アセンブリの断面図である。
【図５】アタッチメントを装着した場合の超音波開口と装着しない場合の超音波開口とを示す図である。
【図６】本発明に係る骨評価装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】超音波ビームのスポット面積を変えずに、子供の踵骨の骨評価を行う場合における問題点を示す図である。
【符号の説明】
２６足台、２８，３０振動子アセンブリ、３４カップリング部、３５超音波振動子、１００アタッチメント、１０２開口、１０４リング状部、１０６フック、１１２装着センサ、２００計測ユニット、２０２解析ユニット。

Claims

超音波を生体へ送受波することにより骨の評価を行う骨評価装置において、
超音波振動子を内蔵し、生体に接触するカップリング部を有する少なくとも１つのアセンブリと、
前記アセンブリに着脱自在に設けられ、超音波を絞り込むための部材を有し、装着時に前記カップリング部を突出させる円形の開口を有する開口調整アタッチメントと、
を含み、
前記開口調整アタッチメントの装着により、超音波ビームの横断面積を調整可能なことを特徴とする骨評価装置。
超音波を生体へ送受波することにより骨の評価を行う骨評価装置において、
単一の振動子を内蔵し、生体に接触するカップリング部を有する少なくとも１つの振動子アセンブリと、
前記振動子アセンブリに着脱自在に設けられ、超音波を絞り込むための超音波吸収部材を有し、装着時に前記カップリング部を突出させる円形の開口を有する開口調整アタッチメントと、
を含み、
前記開口調整アタッチメントの装着により、超音波ビームの横断面積が調整可能なことを特徴とする骨評価装置。
超音波を生体へ送受波することにより骨の評価を行う骨評価装置において、
単一の振動子を内蔵した少なくとも１つの振動子アセンブリと、
前記振動子アセンブリに着脱自在に設けられ、超音波を絞り込むための開口を有する開口調整アタッチメントと、
を含み、
前記開口調整アタッチメントの装着により、超音波ビームの横断面積が調整可能であり、
前記開口調整アタッチメントを前記振動子アセンブリを装着した状態では、前記振動子アセンブリが有するカップリング部が前記開口から突出し、
前記開口の周囲を構成するリング状部は超音波を吸収しかつ弾性変形する部材で構成されたことを特徴とする骨評価装置。
請求項１、２又は３記載の装置において、
前記振動子アセンブリに対し前記開口調整アタッチメントを装着するための装着手段を有することを特徴とする骨評価装置。
請求項４記載の装置において、
前記装着手段は、前記振動子アセンブリに形成された溝と、前記開口調整アタッチメントに形成され前記溝に引っ掛かるフックと、で構成されたことを特徴とする骨評価装置。
請求項１、２又は３記載の装置において、
前記開口調整アタッチメントが前記振動子アセンブリに装着されたことを検出する装着センサを有することを特徴とする骨評価装置。
超音波を生体へ送受波することにより骨の評価を行う骨評価装置において、
それぞれが振動子及び生体に接触するカップリング部を有する一対の振動子アセンブリと、
前記一対の振動子アセンブリの少なくとも一方に着脱自在に設けられ、超音波を絞り込むための部材を有し、装着時に前記カップリング部を突出させる円形の開口を有する開口調整アタッチメントと、
を含み、
前記開口調整アタッチメントの装着により、超音波ビームの横断面積が調整可能なことを特徴とする骨評価装置。