JP3874944B2 - 超音波骨診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は骨疾患に関し、骨の質に関する有益な情報を得るための超音波骨診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
骨粗鬆症をはじめとする骨疾患に対し、骨中に超音波を透過させ、骨中での音速や減衰量を測定することにより、骨質を評価する超音波骨診断の方法はすでに知られている。超音波による測定には通常、踵骨が用いられ、従来の測定の方法について図２１および図２２を用いて説明する。図２１は本発明の第１の従来例における超音波による踵骨の骨質測定装置の説明図、図２２は図２１の装置の動作を示すフローチャートである。
【０００３】
図２１において１、２は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根、３は骨質を測定する踵骨であり、探触子１と探触子２の間に被験者の足根１２を挿入するが、探触子１ないし探触子２と足根１２の間には超音波を容易に伝播させるための整合材（図示なし）が介在する。整合材としては水などが用いられることが多い。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。
【０００４】
以下、測定手順を説明する。測定は大きく分けて、踵骨に超音波を透過させる透過モード、踵骨表面の反射を用いる反射モード、これら２つのモードで得たデータをもとに行なう骨評価の３つに分けられる。まず、透過モードで図２２のステップ（以下ＳＴと略す）１０１において探触子１から探触子２までの伝搬時間が測定される。図２１においてはスイッチ４がａにスイッチ５がｂに接続され、探触子１により送信が、探触子２により受信が行なわれる。このスイッチ設定はスイッチ４がｂでスイッチ５がａでもよく、この場合には探触子２が送信、探触子１が受信となる。これにより踵骨を通した探触子１−探触子２間の超音波の伝搬時間と透過信号が得られる。
【０００５】
次に、図２２のＳＴ１０２で踵骨３の幅の測定がなされる。図２１では、まずスイッチ４、５がともにａ側に接続され、送信受信ともに探触子１により行なわれる。これにより探触子１から踵骨３表面までの往復に要する伝搬時間が求められ、距離に換算される（図２２のＳＴ１０３）。そのあと、スイッチ４、５がともにｂ側に接続され、送信受信ともに探触子２により行なわれる。これにより探触子２から踵骨３表面までの往復に要する伝搬時間が求められ、距離に換算される（図２２のＳＴ１０４）。
【０００６】
踵骨３の幅は探触子１−２間の距離から探触子１−踵骨３間の距離および探触子２−踵骨３間の距離を差し引いたものとして求められる（図２２のＳＴ１０５）。足根１２と探触子１および探触子２の間を埋める整合材の音速、および、探触子１から探触子２までの距離が既知で、測定した探触子１−踵骨３の表面までの往復伝搬時間、探触子２−踵骨３の表面までの往復伝搬時間より、探触子１および探触子２から踵骨３表面までの距離が求められ、踵骨幅と踵骨を通貨するための時間が算出でき、踵骨の音速が計算される。（図２２のＳＴ１０６）また、踵骨３を透過したエコーの周波数成分を解析し、踵骨なしの場合の特性と比較することにより、踵骨の周波数依存減衰特性が求められる。これらの演算は図２１の演算回路９で行なわれ、結果が表示器１０に表示される。
【０００７】
ところで、再現性および精度のよいデータを得るためには、踵骨に当てる探触子の位置決めを正確に行なうことが重要である。位置の決定方法についてはいくつかの文献に記載されている。例えば特開平２−１０４３３７号公報では、送信および受信を行なう探触子を上下前後に移動させ、最も減衰が大きい領域に隣接しつつ、骨の超音波減衰あるいは音速が局所的に最小である点をみつけ、この点を測定位置と定めている。この測定の手順を図２３および図２４を用いて説明する。
【０００８】
図２３は本発明の第２の従来例における測定位置を決めるための構成を示すブロック図、図２４はその動作を説明するもので、（ａ）はフローチャート、（ｂ）は探触子の位置の移動を示す説明図である。図２３において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根、１１は足根１２を載せる足載せ台である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器である。前後方向移動手段２３および上下方向移動手段２４はタイミング回路７により発生するタイミング信号をトリガにした移動パルス発生器２６で発生する移動パルスにより、制御アーム２５につけられた探触子１、２の前後および上下に正確な距離な移動の移動が可能である。
【０００９】
次に、動作について説明する。探触子１および２を移動させながら信号を取り込む手順は図２４（ａ）のフローチャートに示すとおりである。測定点は図２４（ｂ）に示すようにエリアＡ内を前後方向、上下方向ともにαの間隔で並んでいる。まず探触子は開始点Ｙ＝１、Ｚ＝１の地点に置かれ（図２４（ａ）−ＳＴ１１０）、測定を行ない（ＳＴ１１１）、αを単位ステップとして、Ｙ方向（前後方向）に１ステップずつ移動して（ＳＴ１１３）、測定を行なう。前後方向位置Ｙが規定された最大値Ｙｍａｘになると、前後位置がＹ＝１に戻され、上下方向位置Ｚが１つ増加する（ＳＴ１１５）。このようにして、前後上下にメッシュ状に測定しながら、Ｙｍａｘ、Ｚｍａｘまで測定を行ない、評価すべき測定点を特定し（ＳＴ１１６）、音速や減衰などの骨情報を算出して表示する（ＳＴ１１７）。また、探触子の位置を基点に戻し（ＳＴ１１８）、次の測定に備える。
【００１０】
次に、２次元アレイを用いた場合のブロック図の例を図２５に示す。図２５は本発明の第３の従来例におけるに２次元アレイを用いた骨診断装置のブロック図の例である。図２５において、１３、１４は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子で、２次元状に配列された振動子を持つ。１２は足根、３は骨質を測定する踵骨であり、探触子１３と探触子１４の間に被験者の足根１２を挿入するが、探触子１３ないし探触子１４と足根１２の間には超音波を容易に伝播させるための整合材（図示なし）が介在する。４および５は探触子１３あるいは探触子１４のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。１５、１６は探触子１３、１４のうちのどの振動子を送信・受信に用いるかを選択するスイッチ、１７はタイミング回路の情報をもとにスイッチ１５、１６の切換えを制御するスイッチ制御回路である。この例では、スイッチ制御回路１７の制御によりスイッチ１５、１６が順次切り換えられることにより、図２４の（ｂ）に示したような２次元に配列された測定点を順に測定していく。
【００１１】
ところで、超音波信号の送受信において、受信信号を適切な振幅に増幅、Ａ／Ｄ変換し、高いＳ／Ｎ比を確保することは、各種骨評価パラメータを正確に導出する上で重要である。受信信号の振幅調整として、受信ゲインの自動調整について図２６および図２７を用いて説明する。図２６は本発明の第４の従来例における超音波骨診断装置の受信ゲインの調整を自動的に行なうための構成を示すブロック図、図２７はその動作を説明するフローチャートである。図２６において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、３１はゲインを調節するためのゲイン制御器、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプでゲイン制御器３１の制御により増幅率が変化できる。９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器である。
【００１２】
次に、動作について説明する。信号取り込みの主な動作は図２３に示した従来例と同じなので省略し、受信ゲインの調整のみを図２７を参考に説明する。ＳＴ１２１において取り込まれたデータはＳＴ１２２により最大振幅が計算される。この結果、ＳＴ１２３において振幅が大きすぎると判断され、かつ、図２６のゲイン制御器３１および受信アンプ８においてゲインを下げることが可能ならば（ＳＴ１２６）、ＳＴ１２７においてゲインが下げられ、再度データの取込みを行なう。この実施例はゲインを数値で示し、数値が大きいほど受信アンプ８におけるゲインが高いことを示す。また、ゲインは１ステップ１０ずつでの制御が可能としている。逆にＳＴ１２４において振幅が小さすぎると判断され、かつ図２６のゲイン制御器３１および受信アンプ８においてゲインを上げることが可能ならば（ＳＴ１２８）、ＳＴ１２９においてゲインが１ステップ（＝１０）上げられ再度データの取込みが行なわれる。ゲインを下げる必要があるがこれ以上ゲインを下げられない場合やゲインを上げる必要があるがこれ以上ゲインを上げられない場合については、ＳＴ１２５における各種骨パラメータの算出は行なわれず、次の測定位置に探触子を移動する。
【００１３】
次に、送信パルスの振幅を調整することで入力信号レベルを調整する方法について説明する。図２８は本発明の第５の従来例における超音波骨診断装置の送信パルスの振幅調整を自動的に行なうための構成を示すブロック図、図２９はその動作を説明するフローチャートである。図２８において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプである。９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器である。３３はパルス発生回路６の発生パルスの振幅を調整する送信レベル制御回路である。
【００１４】
次に、動作について説明する。信号取り込みの主な動作は図２３に示した従来例と同じなので省略し、送信パルスの振幅の調整のみを図２９を参考に説明する。ＳＴ１４１において取り込まれたデータは、ＳＴ１４２により最大振幅が計算される。この結果、ＳＴ１４３において振幅が大きすぎると判断され、また、ゲインが下げられるならば（ＳＴ１４１）、ＳＴ１４２においてゲインが下げられ再度データの取込みを行なう。また、ＳＴ１２４において振幅が小さすぎると判断され、まだゲインを上げることができるならば（ＳＴ１４３）、ＳＴ１４４においてゲインが上げられ、再度データの取込みが行なわれる。
【００１５】
一方、ＳＴ１４１において取り込まれたデータがＳＴ１４２により受信信号の最大振幅が計算された結果、ＳＴ１４３において振幅が大きすぎると判断され、かつ、図２８の送信レベル制御回路３３および送信パルス発生回路６において送信パルスの振幅を下げることが可能ならば（ＳＴ１４６）、ＳＴ１４７においてゲインが下げられ、再度データの取込みを行なう。この従来例は送信パルス振幅を数値で示し、数値が大きいほど送信パルスの振幅が高いことを示す。また、送信パルスの振幅は１ステップ１０ずつでの制御が可能としている。逆にＳＴ１４４において受信信号の振幅が小さすぎると判断され、かつ図２８の送信レベル制御回路３３および送信パルス発生回路６において送信パルスの振幅を上げることが可能ならば（ＳＴ１４８）、ＳＴ１４９において送信振幅が１ステップ（＝１０）上げられ、再度データの取込みが行なわれる。送信振幅を下げる必要があるがこれ以上振幅を下げられない場合や送信振幅を上げる必要があるがこれ以上振幅を上げられない場合については、ＳＴ１４５における各種骨パラメータの算出は行なわれず、次の測定位置に探触子を移動する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたように従来の方法では探触子の位置を少しずつずらしながら測定点を探していた。しかし、足の大きさや形の個人差から測定点の位置が異なり、また、測定点に許容される位置ずれが小さいために測定点数をたくさんとる必要があり、測定時間が長いという問題を生じ、被験者にも苦痛であった。また、受信信号を適切な振幅に調整するために、ゲインの調整を行なう必要がありその動作にも時間を要していた。本発明はこれらの問題を解決し、少ない測定点数すなわち短時間で測定点を精度よく探しだし、少ない測定回数でゲインを最適に調整し、得たデータから誤差の少ない評価結果を出力する優れた超音波骨診断装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、測定シーケンスを２回あるいはそれ以上に分けることで、測定点数を少なくし、測定に時間がかかるという問題を解消し、被験者に苦痛を与えることが少なく、かつ精度のよい超音波骨診断装置を実現したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、測定対象の骨の両側に配置された２つの探触子を用いて超音波パルスの送受信により前記骨を走査しながら、受信アンプにより得られたデータを演算手段により演算して前記骨の状態を調べる超音波骨診断装置において、前記探触子が単一エレメントからなり、前記探触子を前記骨に対し前後方向および上下方向に移動させる移動手段と、前記移動手段を移動させるパルスを発生する移動パルス発生手段と、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段とを備え、前記探触子により前記骨を走査しながら骨状態を調べるシーケンスを２回あるいはそれ以上に分け、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段が前記移動パルス発生手段を制御することにより、１回目のシーケンスでは前記探触子を特定の移動ピッチで移動させておおまかな探索範囲を同定し、２回目以降のシーケンスでは前記同定された探索範囲内を前記特定の移動ピッチよりも小さい移動ピッチで移動させることを特徴とするものであり、単一エレメントからなる探触子を用いた場合に探触子移動ピッチを切り換える手段を設けることで、短時間で精度のよい骨情報を得ることの可能な超音波骨診断装置を実現できる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、測定対象の骨の両側に配置された２つの探触子を用いて超音波パルスの送受信により前記骨を走査しながら、受信アンプにより得られたデータを演算手段により演算して前記骨の状態を調べる超音波骨診断装置において、前記探触子が複数の振動子を２次元状に配列した２次元アレイエレメントからなり、前記２次元アレイエレメントの各振動子を走査のために切り替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を駆動するスイッチ制御手段と、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段とを備え、前記探触子により前記骨を走査しながら骨状態を調べるシーケンスを２回あるいはそれ以上に分け、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段が前記スイッチ制御手段を制御することにより、１回目のシーケンスでは前記各振動子を特定の移動ピッチで走査しておおまかな探索範囲を同定し、２回目以降のシーケンスでは前記同定された探索範囲内を前記特定の移動ピッチよりも小さい移動ピッチで走査することを特徴とするものであり、２次元アレイエレメントからなる探触子を用いた場合にエレメント切換え手段を設けることで、短時間で精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、振幅が最も大きいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、音速が最も遅いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、波形の周期が最も長いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なく、かつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、周波数依存減衰の値が最も小さいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項３、４、５、６のいずれかに記載の装置において、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する選択範囲のみを切り出す選択手段を設けることで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の装置において、整合材の温度を測定する測定手段と、測定手段から得られたデータをもとに探触子間の伝搬時間の変動を演算する演算機能を持つことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項３から７のいずれかに記載の装置において、振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことのうち２つ以上を基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項３から７のいずれかに記載の装置において、振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことのうち２つ以上を基準におおまかな位置を同定し、さらにそのデータの上下のデータおよび前後のデータを比較し、位置をより狭い範囲に限定してから２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図２０を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の請求項１に対応する第１の実施の形態における探触子位置の移動シーケンスのフローチャートであり、（ｂ）はその説明図である。まず被検範囲全体（エリアＡ）の測定を行なう。ＳＴ１６０において探触子の移動ピッチは本来のピッチより広いβに設定される。ＳＴ１６１においてエリアＡにピッチβの格子状に設定された全ての測定点について測定が行なわれる。次に、ＳＴ１６２においてこれらの測定点から、評価点Ｃにもっとも近い測定点が特定される。特定の方法についてはあとで述べる。ここでは図１（ｂ）のように測定点ｂが評価点ｃに最も近い点に特定されるとする。このとき、ＳＴ１６２において測定点Ｂを中心としたエリアＡより狭いエリアＢが設定され、Ｓ１６３で走査ピッチはβより狭い本来の測定に用いる測定ピッチαに設定される。次に、Ｓ１６４でエリアＢをピッチαの格子状に設定したすべての測定点について測定が行なわれる。Ｓ１６５においてこの測定から骨特性を得るべき測定点Ｃを特定し、Ｓ１６６で測定点Ｃにおける骨情報を算出、表示を行なう。
【００３９】
このように、本実施の形態１によれば、測定シーケンスを２つあるいはそれ以上に分け、１回目のシーケンスでは探触子の移動ピッチを大きくして、おおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスで絞られた範囲を細かい移動ピッチで走査することで、測定点数を少なくし、かつ精度のよい骨情報を得ることの可能な超音波骨診断方法を実現できる。
【００４０】
なお、この実施の形態においては２段階のシーケンスで測定を行なったが、エリアＡの大きさや最終測定ピッチαにより、３段以上のシーケンスを用いたほうがよい場合もある。
【００４１】
（実施の形態２）
図２は本発明の請求項２に対応する第２の実施の形態における単一振動子を持つ探触子を用いた場合のブロック図である。図２において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９は演算回路で、タイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算するものであり、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器、２７は測定シーケンスの回数をカウントするシーケンス数カウンタである。前後方向移動手段２３および上下方向移動手段２４はタイミング回路７により発生するタイミング信号をトリガにした移動パルス発生器２６で発生する移動パルスにより、前後および上下に正確な距離だけ移動する。移動パルスの発生数は、シーケンス数カウンタ２７より出される制御信号により決定されている。
【００４２】
探触子１および２を移動させながら信号を取り込む手順は第１の実施の形態で述べたとおりである。最初のシーケンスではシーケンス数カウンタ２７の出力が１であり、その制御により移動パルス発生器２６は、βの移動量に相当するパルスを出力する。２度目のシーケンスでは、シーケンス数カウンタ２７の出力が２となり、この結果、移動パルス発生器２６からはαの移動量に相当するパルスを出力する。これにより、２段階のシーケンスに対応でき、測定点数を減らすことができ、短時間の測定を行なうことが可能になる。
【００４３】
このように、本実施の形態２によれば、単一エレメントからなる探触子１、２を用いた場合に、探触子の移動ピッチを切り換える手段２７を設けることで、実施の形態１の手順により短時間で精度のよい骨情報を得ることができる。
【００４４】
（実施の形態３）
図３は本発明の請求項３に対応する第３の実施の形態における２次元アレイより構成される探触子を用いた場合のブロック図である。図３において、１３、１４は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子で、２次元状に配列された振動子を持つ。１２は足根、３は骨質を測定する踵骨であり、探触子１３と探触子１４の間に被験者の足根１２を挿入するが、探触子１３ないし探触子１４と足根１２の間には超音波を容易に伝播させるための整合材（図示なし）が介在する。４および５は探触子１３あるいは探触子１４のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。１５、１６は探触子１３、１４の２次元配列された振動子のうちのどの振動子を送信・受信に用いるかを選択するスイッチ、１７はスイッチ制御回路であり、スイッチ１５、１６の切換えを制御する。２７はシーケンス数カウンタであり、測定シーケンスの回数をカウントし、スイッチ制御回路１７に出力する。スイッチ制御回路１７はシーケンス数カウンタの出力をもとに測定における移動ピッチを決定する。この機構により１度目のシーケンスと２度目のシーケンスで移動ピッチを変化させることにより、測定点数を減らすことができ、測定を短時間ですませることができる。
【００４５】
このように、本実施の形態３によれば、２次元アレイエレメントからなる探触子１３、１４を用いた場合に、エレメント切換え手段１５、１６を設けることで、実施の形態１の手順により短時間で精度のよい骨情報を得ることができる。
【００４６】
なお、この例においては、スイッチ制御回路１７の制御によりスイッチ１５、１６が順次切り換えられることにより、図１の（ｂ）に示したような２次元に配列された測定点を順に測定していく。
【００４７】
（実施の形態４）
図４本発明の請求項４および５に対応する第４の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。シーケンス１において、初めにＳＴ１７０において探触子の初期位置設定および、データの最大振幅の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ１７１においてデータが取り込まれ、ＳＴ１７２においてデータにおける最大振幅Ａｍ１が算出される。最大振幅Ａｍ１がシーケンス１における今までの最大であった場合はＳ１７４においてＡｍ１の値がＡｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ１７５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取ったとき）はＳＴ１７６において探触子が移動され、ＳＴ１７１の測定に戻る。そしてＳＴ１７５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ１７７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ１７８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００４８】
このように、本実施の形態４によれば、実施の形態１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、振幅が最も大きいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態５）
図５本発明の請求項６および７に対応する第５の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。シーケンス１において、初めにＳＴ１８０において探触子の初期位置設定および、データの最低音速の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ１８１においてデータが取り込まれ、ＳＴ１８１においてこのデータにおける音速Ｖｍ１が算出される。音速Ｖｍ１がシーケンス１における今までの最小であった場合はＳ１８３においてＶｍ１の値がＶｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ１８５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取ったとき）はＳＴ１８６において探触子が移動され、ＳＴ１８１の測定に戻る。そして、ＳＴ１８５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ１８７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ１８８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００５０】
このように、本実施の形態５によれば、実施の形態１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、音速が最も遅いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５１】
（実施の形態６）
図６本発明の請求項８および９に対応する第６の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。シーケンス１において、初めにＳＴ１９０において探触子の初期位置設定および、データの最長周期の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ１９１においてデータが取り込まれ、ＳＴ１９２においてこのデータにおける周期Ｔｍ１が算出される。周期Ｔｍ１がシーケンス１における今までの最小であった場合はＳ１４７においてＴｍ１の値がＴｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ１９５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取り終わっていないとき）はＳＴ１９６において探触子が移動され、ＳＴ１９１の測定に戻る。そして、ＳＴ１９５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ１９７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ１９８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００５２】
このように、本実施の形態６によれば、実施の形態１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、波形の周期が最も長いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なく、かつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５３】
（実施の形態７）
図７本発明の請求項１０および１１に対応する第７の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。 シーケンス１において、初めにＳＴ２００において探触子の初期位置設定および、データの最低周波数減衰の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ２０１においてデータが取り込まれ、ＳＴ２０２においてこのデータにおける周波数減衰Ｇｍ１が算出される。周波数減衰Ｇｍ１がシーケンス１における今までの最小であった場合はＳ２０４においてＧｍ１の値がＧｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ２０５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取ったとき）はＳＴ２０６において探触子が移動され、ＳＴ２０１の測定に戻る。そして、ＳＴ２０５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ２０７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ２０８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００５４】
このように、本実施の形態７によれば、請求項１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、周波数依存減衰の値が最も小さいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５５】
（実施の形態８）
図８は本発明の請求項１２に対応する第８の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。本実施の形態８は、図４に示した実施の形態４と殆ど同様であるが、ＳＴ２１１において取り込んだデータをＳＴ２１２により時間制限をかけているところが異なる。ＳＴ２１２の時間制限は、探触子から探触子まで音波が到達する時間に若干の余裕を見た時間帯のみの信号を取り込むようになっており、不要なデータにより例えば最大振幅の値を算出し間違えるといった測定ミスを防ぐものである。本実施の形態８では、シーケンス２における時間制限について述べていないが、これも全く同様に時間制限をかけることで測定ミスを低減することができる。
【００５６】
このように、本実施の形態８によれば、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみに注目し、その時間範囲において振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５７】
（実施の形態９）
図９は本発明の請求項１３に対応する第９の実施の形態における単一振動子を持つ探触子を用いた場合のブロック図である。図９において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器、２７は測定シーケンスの回数をカウントするシーケンス数カウンタである。３０は得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみを選択するスイッチである。
【００５８】
本実施の形態の動作は実施の形態２で述べたのと同様である。本実施の形態では、さらに受信信号をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ３０が設けてあり、このスイッチ３０により、タイミング回路７の制御により探触子間の伝達時間に若干の余裕をみた間だけオンし、信号を受信アンプ８に伝えるようになっており、不要なデータにより、例えば最大振幅の値を算出し間違えるといった測定ミスを防ぐことができる。
【００５９】
このように、本実施の形態９によれば、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する選択範囲のみを切り出す選択手段３０を設けることで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６０】
（実施の形態１０）
図１０は本発明の請求項１４に対応する第８の実施の形態における動作を示すフローチャートである。本実施の形態１０は、図８に示した実施の形態８と殆ど同様であるが、ＳＴ２３２において整合材の温度を測定しており、ＳＴ２３３において受信信号の取り込みに時間の限定をかける際に、温度による整合材の音速の変化を加味した設定ができるようにしてあることに特徴を有する。
【００６１】
このように、本実施の形態１０によれば、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみに注目する際に、その時間範囲の限定において、整合材の温度による影響を加味して、実施の形態８と同様な基準によりおおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６２】
（実施の形態１１）
図１１は本発明の請求項１５に対応する第１１の実施の形態における単一振動子を持つ探触子を用いた場合のブロック図である。図１１において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器、２７は測定シーケンスの回数をカウントするシーケンス数カウンタである。２８は温度センサ、２９は温度測定器である。
【００６３】
本実施の形態１１における動作は実施の形態９で述べたのと同様である。本実施の形態１１では、さらに温度センサ２８で得た温度情報を温度測定器２９を介して演算回路９に入力することで、入力信号の時間制限を行なうスイッチ３０のＯＮ／ＯＦＦタイミングを整合材の温度変化による音速の変化を加味した制御を行なうことができる。
【００６４】
このように、本実施の形態１１によれば、実施の形態９に記載の装置において、整合材の温度を測定する手段２８、２９を備え、これらから得られたデータをもとに演算回路９が探触子間の伝搬時間の変動を演算することで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６５】
（実施の形態１２）
実施の形態４〜１０の発明においては、２回目以降の測定範囲の同定に振幅、音速、信号の周期、周波数依存減衰などを単独に用いる場合を記述してきたが、本実施の形態では、これらのうちの２つあるいはそれ以上を用いて２回目以降の測定範囲を同定するものである。図１２は本発明の請求項１６および１７に対応する実施の形態１２における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２、３、９、１１に示すものと同じである。本実施の形態では、ＳＴ２５１で得た受信データからＳＴ２５２において、まず信号の周期Ｔｍ１を算出し、Ｔｍ１の値があらかじめ用意した基準Ｔｍｉｎより小さい場合は、このデータの処理をやめ、探触子を次の測定位置に移動させる。Ｔｍ１の値がＴｍｉｎより大きい場合はＳＴ２５４において最大振幅を求め、ＳＴ２５６で今までの最大の振幅Ａｍと比較し、それより大きい場合にはＳＴ２５７においてＡｍ＝Ａｍ１とし、その探触子位置をｂに記憶させる。
【００６６】
本実施の形態１２によれば、例えば、足根を置く位置が前に出すぎている場合に振幅だけで判断すると、踵の後部分で踵骨がない部分を通った信号は減衰が小さく振幅が大きいため、これを測定位置と誤認してしまうような場合に有効であり、初めに信号の周期を見て、周期が一定よりも短い場合はデータを破棄することで、不要部分の信号を切り捨て、正確な値を求めるのに有効である。
【００６７】
（実施の形態１３）
図１３は本発明の請求項１８および１９に対応する第１３の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２、３、９、１１に示すものと同じである。本実施の形態では、まず初めにＳＴ２７０において走査ピッチがαに設定され、ＳＴ２７１でエリアＡのすべての測定点について測定される。この結果からＳＴ２７４において測定点ｂが特定されるところは先の実施の形態４〜７と同じである。本実施の形態では測定点ｂの隣接点どうしが比較される。比較の内容は実施の形態４〜７で述べた、振幅、音速、波形周期、周波数依存減衰のいずれでもよくまた、それらの２つ以上を用いたものでもよい。ここでは音速について比較したとする。まず、ＳＴ２７３において測定点ｂの左右の点ｇとｅについて音速の比較がなされ、つぎにＳＴ２７４、２７５により上下の点ｄとｆの比較がなされる。この比較の結果、測定点と音速の遅い側の点の間に評価点ｃがあることがわかる。例えばｇ＜ｅでかつｆ＜ｄだとすると、評価点ｃは測定点ｂと隣接点ｆ、ｇを頂点とする正方形の中にある。このようにして測定点ｂに隣接した上下、左右の点を比較することで測定範囲を狭め、測定点数を減らすことができ、短時間による測定を可能にする。
【００６８】
このように、本実施の形態１３によれば、振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことのうち２つ以上を基準におおまかな位置を同定し、さらに、そのデータの上下のデータおよび前後のデータを比較し、位置をより狭い範囲に限定してから２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６９】
（実施の形態１４）
図１４は本発明の請求項２０に対応する第１４の実施の形態における動作を示すフローチャートである。本実施の形態は、信号取り込み時におけるゲインの調整方法に特徴を有する。ＳＴ２９０においてゲインの初期設定値Ｇ０に設定し、Ｓ２９１でデータを取り込み、ＳＴ２９２において振幅Ａを算出する。Ｓ２９３で振幅の過大を、Ｓ２９４で過小を発見し、Ｓ２９６〜２９７および、ＳＴ２９８〜２９９の各処理においてゲインの調整を行ない適正なゲインになるようにする。このようにして得たゲインの値は別途記憶され、ＳＴ３０２において次の測定点に移動したとき、その測定点のデータをＳＴ３０３において過去に記憶した隣接点のデータから予測する。予測は例えば既に知られている隣接点のデータの平均などでよい。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、ゲインを毎回初期値に戻すよりも、ゲイン調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７０】
このように、本実施の形態１４によれば、当該測定点の受信信号のゲインをすでに取り込んだ隣接点のデータを基に予測することで、ゲイン調節を短時間で行なう超音波骨診断方法を実現することができる。
【００７１】
（実施の形態１５）
図１５は本発明の請求項２１に対応する第１５の実施の形態における構成を示す超音波骨診断装置のブロック図である。本実施の形態は図２６に示した従来例と似ているが、ゲイン記憶回路３２を有するところが異なる。過去に測定した測定点のデータをゲイン記憶回路３２に記憶させておき、未知の測定点のゲインを隣接点のデータから演算回路９により予測する。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、ゲインを毎回初期値に戻すよりも、ゲイン調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７２】
このように、本実施の形態１５によれば、既に測定した点の受信ゲインデータを記憶する手段３２と、その記憶データから演算回路９により当該測定点の受信信号のゲインを予測することで、ゲイン調節を短時間で行なうことができる。
【００７３】
（実施の形態１６）
図１６は本発明の請求項２２に対応する第１６の実施の形態における動作を示すフローチャートである。本実施の形態１６は、信号取り込み時における送信パルスの振幅の調整方法に特徴を有する。ＳＴ３１０においてパルス振幅の初期設定値Ｐ０に設定し、Ｓ３１１でデータを取り込み、ＳＴ３１２において振幅Ａを算出する。Ｓ３１３で振幅の過大を、Ｓ３１４で過小を発見し、Ｓ３１６〜３１７および、ＳＴ３１８〜３１９の各処理においてゲインの調整を行ない適正なゲインになるようにする。このようにして得たゲインの値は別途記憶され、ＳＴ３２２において次の測定点に移動したとき、その測定点の送信パルス振幅データをＳＴ３３３において過去に記憶した隣接点のデータから予測する。予測は例えば既に知られている隣接点のデータの平均などでよい。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、送信パルス振幅を毎回初期値に戻すよりも、振幅調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７４】
このように、本実施の形態１６によれば、当該測定点の送信パルスの振幅をすでに取り込んだ隣接点のデータを基に予測することで、パルス振幅の調節を短時間で行なうことができる。
【００７５】
（実施の形態１７）
図１７は本発明の請求項２３に対応する第１７の実施の形態における構成を示す超音波骨診断装置のブロック図である。本実施の形態は図２８に示した従来例と似ているが、送信レベル記憶回路３４を有するところが異なる。過去に測定したデータの送信パルス振幅を送信レベル記憶回路３４に記憶させておき、未知の測定点の送信パルス振幅を隣接点のデータから演算回路９により予測する。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、パルス振幅を毎回初期値に戻すよりも、振幅調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７６】
このように、本実施の形態１７によれば、既に測定した点の送信パルス振幅データを記憶する手段３４と、その記憶データから演算回路９により当該測定点の送信パルスの振幅を予測することで、パルス振幅の調節を短時間で行なうことができる。
【００７７】
（実施の形態１８）
図１８は本発明の請求項２４および２５に対応する第１８の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図１５と図１７を合わせ備えたものである。本実施の形態１８は、信号取り込み時における送信パルスの振幅の調整方法に特徴を有する。ＳＴ３３０において受信ゲインの初期設定値Ｇ０、および送信パルスの振幅の初期設定値Ｐ０に設定し、Ｓ３３１でデータを取り込み、ＳＴ３３２において振幅Ａを算出する。Ｓ３３３で振幅の過大を、Ｓ３３４で過小を発見する。このとき、ＳＴ３３５において振幅が過大でかつゲインが最小でないかを調べ、そうでない場合はＳＴ３３６にて受信ゲインを引き下げる。受信ゲインを最低まで下げてなおかつ振幅が過大である場合にＳ３３７により送信振幅を引き下げる。このような手順をとることで受信信号のＳ／Ｎ比の劣化を防ぎ、骨特性の評価を正確に行なうことが可能である。また、Ｓ３３４で振幅が過小であると判断された場合にも、同様にＳ／Ｎ比の劣化を最小限に抑えるため、Ｓ３３９で送信振幅をまだ上げることが可能ならば、Ｓ３４０により、送信振幅を引き上げる。これ以上送信振幅を引き上げられず、なおかつ入力信号の振幅が過小のときにＳ３４１において、受信のゲインが引き上げられる。
【００７８】
このように、本実施の形態１８によれば、送信パルスの振幅を変えることのできる送信レベル制御回路３３と、受信信号の増幅度を変えることのできるゲイン制御器３２を備え、各測定位置におけるデータ取り込みの際に取り込んだ信号の振幅を監視し、適正なゲインに調節する機能を備え、振幅が小さい場合には、送信パルス振幅の増加を受信ゲインの増加により優先して行い、また、振幅が大きい場合には受信ゲインの低減を送信パルス振幅の低減より優先して行なう機能を備えることで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００７９】
（実施の形態１９）
図１９は本発明の請求項２６および２７に対応する第１９の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図１５と図１７を合わせ備えたものである。本実施の形態１９では、最初のシーケンスループ１（Ｌ＝１）と次のシーケンスループ２（Ｌ＝２）において、ゲインの増減ステップが異なる。シーケンスループ１においては測定点がどのあたりにあるかを調べればよいので、ゲインの調整はそれほどきめ細かく行なわなくともよい。それに対してシーケンスループ２においては骨特性を抽出する必要があるため、データは最良の条件で取り込む必要があり、ゲインの調節はきめ細かく行なう必要がある。本実施の形態では、シーケンスステップ１においてゲインステップＳを２回目のＳ２に較べて粗いＳ１とすることで、ゲイン調整に必要な繰り返しを少なくすることで、測定時間を短くするものである。なお、この実施の形態では受信ゲインの調整に適用したが、まったく同様に送信パルスの振幅にも適用が可能である。
【００８０】
このように、本実施の形態１９によれば、実施の形態１４から１８における受信信号レベル調節を、１回目のシーケンスにおける受信ゲインあるいは送信パルスの調節ステップを２回目よりも粗くとることで、測定精度を落とすことなく短時間での測定を可能にすることができる。
【００８１】
（実施の形態２０）
図２０は本発明の請求項２８および２９に対応する第２０の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図１５と図１７を合わせ備えたものである。実施の形態においては、反射モードによる踵骨の幅測定と透過モードにおける伝達時間測定において、反射モードの場合には誤差の許容が大きいことから、本実施の形態では反射モードにおいてゲインステップＳを透過モードのＳ２に較べて粗いＳ１とすることで、ゲイン調整に必要な繰り返しを少なくし、測定時間を短くするものである。なお、この実施の形態では受信ゲインの調整に適用したが、まったく同様に送信パルスの振幅調整にも適用が可能である。
【００８２】
このように、本実施の形態２０によれば、実施の形態１４〜１８のいずれかに記載の発明において、踵骨幅を測定するための反射モードにおける受信ゲインあるいは送信パルス振幅の調節ステップを、骨特性を測定する透過モードの２回目のシーケンスにおける調節ステップより粗くとることで、精度を落とすことなく短時間での測定を可能にすることができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は上記実施の形態より明らかなように、骨評価を行なう位置の探索を２つ以上のシーケンスに分けて行なうことで測定点数を少なくすることができ、短時間で良好な精度の測定ができるという効果を有する。
また、信号取り込み時における振幅の調整方法として、送信パルスの振幅や、受信ゲインの設定値をすでに測定が済んだ測定点におけるデータより予測することで、調整回数をすくなくすることができ、短時間で良好な精度の測定ができるという効果を有する。
また、１回目のシーケンスや、踵骨幅を測定するシーケンスにおいて、送信パルスの振幅や受信ゲインの変化ステップを大きくとることで精度を落とすことなく、短時間での測定ができるという効果を有する。
また、受信信号の調整手順として振幅を大きくしたいときには送信パルスの調整を優先的に、振幅を小さくしたいときには受信ゲインの調整を優先的に行なうことでＳ／Ｎ比を良好に保つことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２】本発明の第２の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図３】本発明の第３の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図４】本発明の第４の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図５】本発明の第５の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図６】本発明の第６の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図７】本発明の第７の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図８】本発明の第８の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図９】本発明の第９の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１０】本発明の第１０の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１１】本発明の第１１の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１２】本発明の第１２の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１３】本発明の第１３の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１４】本発明の第１４の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１５】本発明の第１５の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１６】本発明の第１６の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１７】本発明の第１７の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１８】本発明の第１８の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１９】本発明の第１９の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２０】本発明の第２０の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２１】本発明の第１の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２２】本発明の第１の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２３】本発明の第２の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２４】本発明の第２の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２５】本発明の第３の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２６】本発明の第４の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２７】本発明の第４の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２８】本発明の第５の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２９】本発明の第５の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【符号の説明】
１、２ 探触子
３ 踵骨
４、５ スイッチ
６ 送信パルス発生回路
７ タイミング発生回路
８ 受信アンプ
９ 演算回路
１０ 表示器
１１ 足載せ台
１２ 足根
１３、１４ 探触子
１５、１６ スイッチ
１７ スイッチ制御器
２３ 前後方向移動手段
２４ 上下方向移動手段
２５ 制御アーム
２６ 移動パルス発生器
２７ シーケンス数カウンタ
２８ 温度センサ
２９ 温度測定器
３０ スイッチ
３１ ゲイン制御器
３２ ゲイン記憶回路
３３ 送信レベル制御回路
３４ 送信レベル記憶回路
【産業上の利用分野】
本発明は骨疾患に関し、骨の質に関する有益な情報を得るための超音波骨診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
骨粗鬆症をはじめとする骨疾患に対し、骨中に超音波を透過させ、骨中での音速や減衰量を測定することにより、骨質を評価する超音波骨診断の方法はすでに知られている。超音波による測定には通常、踵骨が用いられ、従来の測定の方法について図２１および図２２を用いて説明する。図２１は本発明の第１の従来例における超音波による踵骨の骨質測定装置の説明図、図２２は図２１の装置の動作を示すフローチャートである。
【０００３】
図２１において１、２は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根、３は骨質を測定する踵骨であり、探触子１と探触子２の間に被験者の足根１２を挿入するが、探触子１ないし探触子２と足根１２の間には超音波を容易に伝播させるための整合材（図示なし）が介在する。整合材としては水などが用いられることが多い。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。
【０００４】
以下、測定手順を説明する。測定は大きく分けて、踵骨に超音波を透過させる透過モード、踵骨表面の反射を用いる反射モード、これら２つのモードで得たデータをもとに行なう骨評価の３つに分けられる。まず、透過モードで図２２のステップ（以下ＳＴと略す）１０１において探触子１から探触子２までの伝搬時間が測定される。図２１においてはスイッチ４がａにスイッチ５がｂに接続され、探触子１により送信が、探触子２により受信が行なわれる。このスイッチ設定はスイッチ４がｂでスイッチ５がａでもよく、この場合には探触子２が送信、探触子１が受信となる。これにより踵骨を通した探触子１−探触子２間の超音波の伝搬時間と透過信号が得られる。
【０００５】
次に、図２２のＳＴ１０２で踵骨３の幅の測定がなされる。図２１では、まずスイッチ４、５がともにａ側に接続され、送信受信ともに探触子１により行なわれる。これにより探触子１から踵骨３表面までの往復に要する伝搬時間が求められ、距離に換算される（図２２のＳＴ１０３）。そのあと、スイッチ４、５がともにｂ側に接続され、送信受信ともに探触子２により行なわれる。これにより探触子２から踵骨３表面までの往復に要する伝搬時間が求められ、距離に換算される（図２２のＳＴ１０４）。
【０００６】
踵骨３の幅は探触子１−２間の距離から探触子１−踵骨３間の距離および探触子２−踵骨３間の距離を差し引いたものとして求められる（図２２のＳＴ１０５）。足根１２と探触子１および探触子２の間を埋める整合材の音速、および、探触子１から探触子２までの距離が既知で、測定した探触子１−踵骨３の表面までの往復伝搬時間、探触子２−踵骨３の表面までの往復伝搬時間より、探触子１および探触子２から踵骨３表面までの距離が求められ、踵骨幅と踵骨を通貨するための時間が算出でき、踵骨の音速が計算される。（図２２のＳＴ１０６）また、踵骨３を透過したエコーの周波数成分を解析し、踵骨なしの場合の特性と比較することにより、踵骨の周波数依存減衰特性が求められる。これらの演算は図２１の演算回路９で行なわれ、結果が表示器１０に表示される。
【０００７】
ところで、再現性および精度のよいデータを得るためには、踵骨に当てる探触子の位置決めを正確に行なうことが重要である。位置の決定方法についてはいくつかの文献に記載されている。例えば特開平２−１０４３３７号公報では、送信および受信を行なう探触子を上下前後に移動させ、最も減衰が大きい領域に隣接しつつ、骨の超音波減衰あるいは音速が局所的に最小である点をみつけ、この点を測定位置と定めている。この測定の手順を図２３および図２４を用いて説明する。
【０００８】
図２３は本発明の第２の従来例における測定位置を決めるための構成を示すブロック図、図２４はその動作を説明するもので、（ａ）はフローチャート、（ｂ）は探触子の位置の移動を示す説明図である。図２３において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根、１１は足根１２を載せる足載せ台である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器である。前後方向移動手段２３および上下方向移動手段２４はタイミング回路７により発生するタイミング信号をトリガにした移動パルス発生器２６で発生する移動パルスにより、制御アーム２５につけられた探触子１、２の前後および上下に正確な距離な移動の移動が可能である。
【０００９】
次に、動作について説明する。探触子１および２を移動させながら信号を取り込む手順は図２４（ａ）のフローチャートに示すとおりである。測定点は図２４（ｂ）に示すようにエリアＡ内を前後方向、上下方向ともにαの間隔で並んでいる。まず探触子は開始点Ｙ＝１、Ｚ＝１の地点に置かれ（図２４（ａ）−ＳＴ１１０）、測定を行ない（ＳＴ１１１）、αを単位ステップとして、Ｙ方向（前後方向）に１ステップずつ移動して（ＳＴ１１３）、測定を行なう。前後方向位置Ｙが規定された最大値Ｙｍａｘになると、前後位置がＹ＝１に戻され、上下方向位置Ｚが１つ増加する（ＳＴ１１５）。このようにして、前後上下にメッシュ状に測定しながら、Ｙｍａｘ、Ｚｍａｘまで測定を行ない、評価すべき測定点を特定し（ＳＴ１１６）、音速や減衰などの骨情報を算出して表示する（ＳＴ１１７）。また、探触子の位置を基点に戻し（ＳＴ１１８）、次の測定に備える。
【００１０】
次に、２次元アレイを用いた場合のブロック図の例を図２５に示す。図２５は本発明の第３の従来例におけるに２次元アレイを用いた骨診断装置のブロック図の例である。図２５において、１３、１４は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子で、２次元状に配列された振動子を持つ。１２は足根、３は骨質を測定する踵骨であり、探触子１３と探触子１４の間に被験者の足根１２を挿入するが、探触子１３ないし探触子１４と足根１２の間には超音波を容易に伝播させるための整合材（図示なし）が介在する。４および５は探触子１３あるいは探触子１４のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。１５、１６は探触子１３、１４のうちのどの振動子を送信・受信に用いるかを選択するスイッチ、１７はタイミング回路の情報をもとにスイッチ１５、１６の切換えを制御するスイッチ制御回路である。この例では、スイッチ制御回路１７の制御によりスイッチ１５、１６が順次切り換えられることにより、図２４の（ｂ）に示したような２次元に配列された測定点を順に測定していく。
【００１１】
ところで、超音波信号の送受信において、受信信号を適切な振幅に増幅、Ａ／Ｄ変換し、高いＳ／Ｎ比を確保することは、各種骨評価パラメータを正確に導出する上で重要である。受信信号の振幅調整として、受信ゲインの自動調整について図２６および図２７を用いて説明する。図２６は本発明の第４の従来例における超音波骨診断装置の受信ゲインの調整を自動的に行なうための構成を示すブロック図、図２７はその動作を説明するフローチャートである。図２６において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、３１はゲインを調節するためのゲイン制御器、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプでゲイン制御器３１の制御により増幅率が変化できる。９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器である。
【００１２】
次に、動作について説明する。信号取り込みの主な動作は図２３に示した従来例と同じなので省略し、受信ゲインの調整のみを図２７を参考に説明する。ＳＴ１２１において取り込まれたデータはＳＴ１２２により最大振幅が計算される。この結果、ＳＴ１２３において振幅が大きすぎると判断され、かつ、図２６のゲイン制御器３１および受信アンプ８においてゲインを下げることが可能ならば（ＳＴ１２６）、ＳＴ１２７においてゲインが下げられ、再度データの取込みを行なう。この実施例はゲインを数値で示し、数値が大きいほど受信アンプ８におけるゲインが高いことを示す。また、ゲインは１ステップ１０ずつでの制御が可能としている。逆にＳＴ１２４において振幅が小さすぎると判断され、かつ図２６のゲイン制御器３１および受信アンプ８においてゲインを上げることが可能ならば（ＳＴ１２８）、ＳＴ１２９においてゲインが１ステップ（＝１０）上げられ再度データの取込みが行なわれる。ゲインを下げる必要があるがこれ以上ゲインを下げられない場合やゲインを上げる必要があるがこれ以上ゲインを上げられない場合については、ＳＴ１２５における各種骨パラメータの算出は行なわれず、次の測定位置に探触子を移動する。
【００１３】
次に、送信パルスの振幅を調整することで入力信号レベルを調整する方法について説明する。図２８は本発明の第５の従来例における超音波骨診断装置の送信パルスの振幅調整を自動的に行なうための構成を示すブロック図、図２９はその動作を説明するフローチャートである。図２８において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプである。９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器である。３３はパルス発生回路６の発生パルスの振幅を調整する送信レベル制御回路である。
【００１４】
次に、動作について説明する。信号取り込みの主な動作は図２３に示した従来例と同じなので省略し、送信パルスの振幅の調整のみを図２９を参考に説明する。ＳＴ１４１において取り込まれたデータは、ＳＴ１４２により最大振幅が計算される。この結果、ＳＴ１４３において振幅が大きすぎると判断され、また、ゲインが下げられるならば（ＳＴ１４１）、ＳＴ１４２においてゲインが下げられ再度データの取込みを行なう。また、ＳＴ１２４において振幅が小さすぎると判断され、まだゲインを上げることができるならば（ＳＴ１４３）、ＳＴ１４４においてゲインが上げられ、再度データの取込みが行なわれる。
【００１５】
一方、ＳＴ１４１において取り込まれたデータがＳＴ１４２により受信信号の最大振幅が計算された結果、ＳＴ１４３において振幅が大きすぎると判断され、かつ、図２８の送信レベル制御回路３３および送信パルス発生回路６において送信パルスの振幅を下げることが可能ならば（ＳＴ１４６）、ＳＴ１４７においてゲインが下げられ、再度データの取込みを行なう。この従来例は送信パルス振幅を数値で示し、数値が大きいほど送信パルスの振幅が高いことを示す。また、送信パルスの振幅は１ステップ１０ずつでの制御が可能としている。逆にＳＴ１４４において受信信号の振幅が小さすぎると判断され、かつ図２８の送信レベル制御回路３３および送信パルス発生回路６において送信パルスの振幅を上げることが可能ならば（ＳＴ１４８）、ＳＴ１４９において送信振幅が１ステップ（＝１０）上げられ、再度データの取込みが行なわれる。送信振幅を下げる必要があるがこれ以上振幅を下げられない場合や送信振幅を上げる必要があるがこれ以上振幅を上げられない場合については、ＳＴ１４５における各種骨パラメータの算出は行なわれず、次の測定位置に探触子を移動する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたように従来の方法では探触子の位置を少しずつずらしながら測定点を探していた。しかし、足の大きさや形の個人差から測定点の位置が異なり、また、測定点に許容される位置ずれが小さいために測定点数をたくさんとる必要があり、測定時間が長いという問題を生じ、被験者にも苦痛であった。また、受信信号を適切な振幅に調整するために、ゲインの調整を行なう必要がありその動作にも時間を要していた。本発明はこれらの問題を解決し、少ない測定点数すなわち短時間で測定点を精度よく探しだし、少ない測定回数でゲインを最適に調整し、得たデータから誤差の少ない評価結果を出力する優れた超音波骨診断装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、測定シーケンスを２回あるいはそれ以上に分けることで、測定点数を少なくし、測定に時間がかかるという問題を解消し、被験者に苦痛を与えることが少なく、かつ精度のよい超音波骨診断装置を実現したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、測定対象の骨の両側に配置された２つの探触子を用いて超音波パルスの送受信により前記骨を走査しながら、受信アンプにより得られたデータを演算手段により演算して前記骨の状態を調べる超音波骨診断装置において、前記探触子が単一エレメントからなり、前記探触子を前記骨に対し前後方向および上下方向に移動させる移動手段と、前記移動手段を移動させるパルスを発生する移動パルス発生手段と、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段とを備え、前記探触子により前記骨を走査しながら骨状態を調べるシーケンスを２回あるいはそれ以上に分け、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段が前記移動パルス発生手段を制御することにより、１回目のシーケンスでは前記探触子を特定の移動ピッチで移動させておおまかな探索範囲を同定し、２回目以降のシーケンスでは前記同定された探索範囲内を前記特定の移動ピッチよりも小さい移動ピッチで移動させることを特徴とするものであり、単一エレメントからなる探触子を用いた場合に探触子移動ピッチを切り換える手段を設けることで、短時間で精度のよい骨情報を得ることの可能な超音波骨診断装置を実現できる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、測定対象の骨の両側に配置された２つの探触子を用いて超音波パルスの送受信により前記骨を走査しながら、受信アンプにより得られたデータを演算手段により演算して前記骨の状態を調べる超音波骨診断装置において、前記探触子が複数の振動子を２次元状に配列した２次元アレイエレメントからなり、前記２次元アレイエレメントの各振動子を走査のために切り替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を駆動するスイッチ制御手段と、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段とを備え、前記探触子により前記骨を走査しながら骨状態を調べるシーケンスを２回あるいはそれ以上に分け、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段が前記スイッチ制御手段を制御することにより、１回目のシーケンスでは前記各振動子を特定の移動ピッチで走査しておおまかな探索範囲を同定し、２回目以降のシーケンスでは前記同定された探索範囲内を前記特定の移動ピッチよりも小さい移動ピッチで走査することを特徴とするものであり、２次元アレイエレメントからなる探触子を用いた場合にエレメント切換え手段を設けることで、短時間で精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、振幅が最も大きいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、音速が最も遅いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、波形の周期が最も長いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なく、かつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、周波数依存減衰の値が最も小さいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項３、４、５、６のいずれかに記載の装置において、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する選択範囲のみを切り出す選択手段を設けることで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の装置において、整合材の温度を測定する測定手段と、測定手段から得られたデータをもとに探触子間の伝搬時間の変動を演算する演算機能を持つことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項３から７のいずれかに記載の装置において、振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことのうち２つ以上を基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項３から７のいずれかに記載の装置において、振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことのうち２つ以上を基準におおまかな位置を同定し、さらにそのデータの上下のデータおよび前後のデータを比較し、位置をより狭い範囲に限定してから２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図２０を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の請求項１に対応する第１の実施の形態における探触子位置の移動シーケンスのフローチャートであり、（ｂ）はその説明図である。まず被検範囲全体（エリアＡ）の測定を行なう。ＳＴ１６０において探触子の移動ピッチは本来のピッチより広いβに設定される。ＳＴ１６１においてエリアＡにピッチβの格子状に設定された全ての測定点について測定が行なわれる。次に、ＳＴ１６２においてこれらの測定点から、評価点Ｃにもっとも近い測定点が特定される。特定の方法についてはあとで述べる。ここでは図１（ｂ）のように測定点ｂが評価点ｃに最も近い点に特定されるとする。このとき、ＳＴ１６２において測定点Ｂを中心としたエリアＡより狭いエリアＢが設定され、Ｓ１６３で走査ピッチはβより狭い本来の測定に用いる測定ピッチαに設定される。次に、Ｓ１６４でエリアＢをピッチαの格子状に設定したすべての測定点について測定が行なわれる。Ｓ１６５においてこの測定から骨特性を得るべき測定点Ｃを特定し、Ｓ１６６で測定点Ｃにおける骨情報を算出、表示を行なう。
【００３９】
このように、本実施の形態１によれば、測定シーケンスを２つあるいはそれ以上に分け、１回目のシーケンスでは探触子の移動ピッチを大きくして、おおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスで絞られた範囲を細かい移動ピッチで走査することで、測定点数を少なくし、かつ精度のよい骨情報を得ることの可能な超音波骨診断方法を実現できる。
【００４０】
なお、この実施の形態においては２段階のシーケンスで測定を行なったが、エリアＡの大きさや最終測定ピッチαにより、３段以上のシーケンスを用いたほうがよい場合もある。
【００４１】
（実施の形態２）
図２は本発明の請求項２に対応する第２の実施の形態における単一振動子を持つ探触子を用いた場合のブロック図である。図２において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９は演算回路で、タイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算するものであり、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器、２７は測定シーケンスの回数をカウントするシーケンス数カウンタである。前後方向移動手段２３および上下方向移動手段２４はタイミング回路７により発生するタイミング信号をトリガにした移動パルス発生器２６で発生する移動パルスにより、前後および上下に正確な距離だけ移動する。移動パルスの発生数は、シーケンス数カウンタ２７より出される制御信号により決定されている。
【００４２】
探触子１および２を移動させながら信号を取り込む手順は第１の実施の形態で述べたとおりである。最初のシーケンスではシーケンス数カウンタ２７の出力が１であり、その制御により移動パルス発生器２６は、βの移動量に相当するパルスを出力する。２度目のシーケンスでは、シーケンス数カウンタ２７の出力が２となり、この結果、移動パルス発生器２６からはαの移動量に相当するパルスを出力する。これにより、２段階のシーケンスに対応でき、測定点数を減らすことができ、短時間の測定を行なうことが可能になる。
【００４３】
このように、本実施の形態２によれば、単一エレメントからなる探触子１、２を用いた場合に、探触子の移動ピッチを切り換える手段２７を設けることで、実施の形態１の手順により短時間で精度のよい骨情報を得ることができる。
【００４４】
（実施の形態３）
図３は本発明の請求項３に対応する第３の実施の形態における２次元アレイより構成される探触子を用いた場合のブロック図である。図３において、１３、１４は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子で、２次元状に配列された振動子を持つ。１２は足根、３は骨質を測定する踵骨であり、探触子１３と探触子１４の間に被験者の足根１２を挿入するが、探触子１３ないし探触子１４と足根１２の間には超音波を容易に伝播させるための整合材（図示なし）が介在する。４および５は探触子１３あるいは探触子１４のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。１５、１６は探触子１３、１４の２次元配列された振動子のうちのどの振動子を送信・受信に用いるかを選択するスイッチ、１７はスイッチ制御回路であり、スイッチ１５、１６の切換えを制御する。２７はシーケンス数カウンタであり、測定シーケンスの回数をカウントし、スイッチ制御回路１７に出力する。スイッチ制御回路１７はシーケンス数カウンタの出力をもとに測定における移動ピッチを決定する。この機構により１度目のシーケンスと２度目のシーケンスで移動ピッチを変化させることにより、測定点数を減らすことができ、測定を短時間ですませることができる。
【００４５】
このように、本実施の形態３によれば、２次元アレイエレメントからなる探触子１３、１４を用いた場合に、エレメント切換え手段１５、１６を設けることで、実施の形態１の手順により短時間で精度のよい骨情報を得ることができる。
【００４６】
なお、この例においては、スイッチ制御回路１７の制御によりスイッチ１５、１６が順次切り換えられることにより、図１の（ｂ）に示したような２次元に配列された測定点を順に測定していく。
【００４７】
（実施の形態４）
図４本発明の請求項４および５に対応する第４の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。シーケンス１において、初めにＳＴ１７０において探触子の初期位置設定および、データの最大振幅の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ１７１においてデータが取り込まれ、ＳＴ１７２においてデータにおける最大振幅Ａｍ１が算出される。最大振幅Ａｍ１がシーケンス１における今までの最大であった場合はＳ１７４においてＡｍ１の値がＡｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ１７５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取ったとき）はＳＴ１７６において探触子が移動され、ＳＴ１７１の測定に戻る。そしてＳＴ１７５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ１７７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ１７８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００４８】
このように、本実施の形態４によれば、実施の形態１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、振幅が最も大きいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態５）
図５本発明の請求項６および７に対応する第５の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。シーケンス１において、初めにＳＴ１８０において探触子の初期位置設定および、データの最低音速の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ１８１においてデータが取り込まれ、ＳＴ１８１においてこのデータにおける音速Ｖｍ１が算出される。音速Ｖｍ１がシーケンス１における今までの最小であった場合はＳ１８３においてＶｍ１の値がＶｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ１８５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取ったとき）はＳＴ１８６において探触子が移動され、ＳＴ１８１の測定に戻る。そして、ＳＴ１８５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ１８７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ１８８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００５０】
このように、本実施の形態５によれば、実施の形態１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、音速が最も遅いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５１】
（実施の形態６）
図６本発明の請求項８および９に対応する第６の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。シーケンス１において、初めにＳＴ１９０において探触子の初期位置設定および、データの最長周期の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ１９１においてデータが取り込まれ、ＳＴ１９２においてこのデータにおける周期Ｔｍ１が算出される。周期Ｔｍ１がシーケンス１における今までの最小であった場合はＳ１４７においてＴｍ１の値がＴｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ１９５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取り終わっていないとき）はＳＴ１９６において探触子が移動され、ＳＴ１９１の測定に戻る。そして、ＳＴ１９５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ１９７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ１９８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００５２】
このように、本実施の形態６によれば、実施の形態１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、波形の周期が最も長いことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なく、かつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５３】
（実施の形態７）
図７本発明の請求項１０および１１に対応する第７の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。 シーケンス１において、初めにＳＴ２００において探触子の初期位置設定および、データの最低周波数減衰の初期値代入および走査ピッチβの設定が行なわれる。次に、ＳＴ２０１においてデータが取り込まれ、ＳＴ２０２においてこのデータにおける周波数減衰Ｇｍ１が算出される。周波数減衰Ｇｍ１がシーケンス１における今までの最小であった場合はＳ２０４においてＧｍ１の値がＧｍに書き込まれ、その時の探触子の位置がｂに書き込まれる。ＳＴ２０５においてシーケンス１が終了していないと判断された場合（エリア内のデータを全て取ったとき）はＳＴ２０６において探触子が移動され、ＳＴ２０１の測定に戻る。そして、ＳＴ２０５においてシーケンス１が終了となった場合は、ＳＴ２０７において走査ピッチがαに変更され、ＳＴ２０８において、シーケンス２のための位置計算がなされる。シーケンス２のエリアの位置は位置ｂを中心とする。このあとシーケンス２によるデータの取込みが行なわれる。
【００５４】
このように、本実施の形態７によれば、請求項１に記載した１回目のシーケンスで得たデータのうち、周波数依存減衰の値が最も小さいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５５】
（実施の形態８）
図８は本発明の請求項１２に対応する第８の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２または図３に示したものと同じである。本実施の形態８は、図４に示した実施の形態４と殆ど同様であるが、ＳＴ２１１において取り込んだデータをＳＴ２１２により時間制限をかけているところが異なる。ＳＴ２１２の時間制限は、探触子から探触子まで音波が到達する時間に若干の余裕を見た時間帯のみの信号を取り込むようになっており、不要なデータにより例えば最大振幅の値を算出し間違えるといった測定ミスを防ぐものである。本実施の形態８では、シーケンス２における時間制限について述べていないが、これも全く同様に時間制限をかけることで測定ミスを低減することができる。
【００５６】
このように、本実施の形態８によれば、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみに注目し、その時間範囲において振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことを基準におおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００５７】
（実施の形態９）
図９は本発明の請求項１３に対応する第９の実施の形態における単一振動子を持つ探触子を用いた場合のブロック図である。図９において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器、２７は測定シーケンスの回数をカウントするシーケンス数カウンタである。３０は得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみを選択するスイッチである。
【００５８】
本実施の形態の動作は実施の形態２で述べたのと同様である。本実施の形態では、さらに受信信号をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ３０が設けてあり、このスイッチ３０により、タイミング回路７の制御により探触子間の伝達時間に若干の余裕をみた間だけオンし、信号を受信アンプ８に伝えるようになっており、不要なデータにより、例えば最大振幅の値を算出し間違えるといった測定ミスを防ぐことができる。
【００５９】
このように、本実施の形態９によれば、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する選択範囲のみを切り出す選択手段３０を設けることで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６０】
（実施の形態１０）
図１０は本発明の請求項１４に対応する第８の実施の形態における動作を示すフローチャートである。本実施の形態１０は、図８に示した実施の形態８と殆ど同様であるが、ＳＴ２３２において整合材の温度を測定しており、ＳＴ２３３において受信信号の取り込みに時間の限定をかける際に、温度による整合材の音速の変化を加味した設定ができるようにしてあることに特徴を有する。
【００６１】
このように、本実施の形態１０によれば、得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみに注目する際に、その時間範囲の限定において、整合材の温度による影響を加味して、実施の形態８と同様な基準によりおおまかな位置を同定し、２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６２】
（実施の形態１１）
図１１は本発明の請求項１５に対応する第１１の実施の形態における単一振動子を持つ探触子を用いた場合のブロック図である。図１１において、１は超音波パルスの送信・受信を行なうための探触子、１２は足根である。足根１２の探触子１と反対側の側面に探触子２があるが、見えないため図示されていない。４および５は探触子１あるいは探触子２のいずれかを選択するスイッチ、６はスイッチ４により選択された探触子より超音波パルスを発生させるための送信パルス発生回路、７は本測定装置のタイミングを制御するタイミング回路、８はスイッチ５で選択された探触子のエコー信号を増幅するための受信アンプ、９はタイミング回路７で発生したタイミング信号と受信アンプ８で受信されたエコー信号から音速や減衰度を計算する演算回路で、エコー信号を量子化するためのＡ／Ｄ変換器を含む。１０は表示器である。２３および２４は前後方向および上下方向に探触子１および２を移動させる移動手段で、ここではパルスモータにより直線移動が可能な電動ステージを想定している。２５は上下方向移動手段２４と探触子１を連結する制御アーム、２６は移動手段２３および２４に移動パルスを出力する移動パルス発生器、２７は測定シーケンスの回数をカウントするシーケンス数カウンタである。２８は温度センサ、２９は温度測定器である。
【００６３】
本実施の形態１１における動作は実施の形態９で述べたのと同様である。本実施の形態１１では、さらに温度センサ２８で得た温度情報を温度測定器２９を介して演算回路９に入力することで、入力信号の時間制限を行なうスイッチ３０のＯＮ／ＯＦＦタイミングを整合材の温度変化による音速の変化を加味した制御を行なうことができる。
【００６４】
このように、本実施の形態１１によれば、実施の形態９に記載の装置において、整合材の温度を測定する手段２８、２９を備え、これらから得られたデータをもとに演算回路９が探触子間の伝搬時間の変動を演算することで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６５】
（実施の形態１２）
実施の形態４〜１０の発明においては、２回目以降の測定範囲の同定に振幅、音速、信号の周期、周波数依存減衰などを単独に用いる場合を記述してきたが、本実施の形態では、これらのうちの２つあるいはそれ以上を用いて２回目以降の測定範囲を同定するものである。図１２は本発明の請求項１６および１７に対応する実施の形態１２における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２、３、９、１１に示すものと同じである。本実施の形態では、ＳＴ２５１で得た受信データからＳＴ２５２において、まず信号の周期Ｔｍ１を算出し、Ｔｍ１の値があらかじめ用意した基準Ｔｍｉｎより小さい場合は、このデータの処理をやめ、探触子を次の測定位置に移動させる。Ｔｍ１の値がＴｍｉｎより大きい場合はＳＴ２５４において最大振幅を求め、ＳＴ２５６で今までの最大の振幅Ａｍと比較し、それより大きい場合にはＳＴ２５７においてＡｍ＝Ａｍ１とし、その探触子位置をｂに記憶させる。
【００６６】
本実施の形態１２によれば、例えば、足根を置く位置が前に出すぎている場合に振幅だけで判断すると、踵の後部分で踵骨がない部分を通った信号は減衰が小さく振幅が大きいため、これを測定位置と誤認してしまうような場合に有効であり、初めに信号の周期を見て、周期が一定よりも短い場合はデータを破棄することで、不要部分の信号を切り捨て、正確な値を求めるのに有効である。
【００６７】
（実施の形態１３）
図１３は本発明の請求項１８および１９に対応する第１３の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図２、３、９、１１に示すものと同じである。本実施の形態では、まず初めにＳＴ２７０において走査ピッチがαに設定され、ＳＴ２７１でエリアＡのすべての測定点について測定される。この結果からＳＴ２７４において測定点ｂが特定されるところは先の実施の形態４〜７と同じである。本実施の形態では測定点ｂの隣接点どうしが比較される。比較の内容は実施の形態４〜７で述べた、振幅、音速、波形周期、周波数依存減衰のいずれでもよくまた、それらの２つ以上を用いたものでもよい。ここでは音速について比較したとする。まず、ＳＴ２７３において測定点ｂの左右の点ｇとｅについて音速の比較がなされ、つぎにＳＴ２７４、２７５により上下の点ｄとｆの比較がなされる。この比較の結果、測定点と音速の遅い側の点の間に評価点ｃがあることがわかる。例えばｇ＜ｅでかつｆ＜ｄだとすると、評価点ｃは測定点ｂと隣接点ｆ、ｇを頂点とする正方形の中にある。このようにして測定点ｂに隣接した上下、左右の点を比較することで測定範囲を狭め、測定点数を減らすことができ、短時間による測定を可能にする。
【００６８】
このように、本実施の形態１３によれば、振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことのうち２つ以上を基準におおまかな位置を同定し、さらに、そのデータの上下のデータおよび前後のデータを比較し、位置をより狭い範囲に限定してから２回目のシーケンスを行なうことで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００６９】
（実施の形態１４）
図１４は本発明の請求項２０に対応する第１４の実施の形態における動作を示すフローチャートである。本実施の形態は、信号取り込み時におけるゲインの調整方法に特徴を有する。ＳＴ２９０においてゲインの初期設定値Ｇ０に設定し、Ｓ２９１でデータを取り込み、ＳＴ２９２において振幅Ａを算出する。Ｓ２９３で振幅の過大を、Ｓ２９４で過小を発見し、Ｓ２９６〜２９７および、ＳＴ２９８〜２９９の各処理においてゲインの調整を行ない適正なゲインになるようにする。このようにして得たゲインの値は別途記憶され、ＳＴ３０２において次の測定点に移動したとき、その測定点のデータをＳＴ３０３において過去に記憶した隣接点のデータから予測する。予測は例えば既に知られている隣接点のデータの平均などでよい。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、ゲインを毎回初期値に戻すよりも、ゲイン調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７０】
このように、本実施の形態１４によれば、当該測定点の受信信号のゲインをすでに取り込んだ隣接点のデータを基に予測することで、ゲイン調節を短時間で行なう超音波骨診断方法を実現することができる。
【００７１】
（実施の形態１５）
図１５は本発明の請求項２１に対応する第１５の実施の形態における構成を示す超音波骨診断装置のブロック図である。本実施の形態は図２６に示した従来例と似ているが、ゲイン記憶回路３２を有するところが異なる。過去に測定した測定点のデータをゲイン記憶回路３２に記憶させておき、未知の測定点のゲインを隣接点のデータから演算回路９により予測する。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、ゲインを毎回初期値に戻すよりも、ゲイン調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７２】
このように、本実施の形態１５によれば、既に測定した点の受信ゲインデータを記憶する手段３２と、その記憶データから演算回路９により当該測定点の受信信号のゲインを予測することで、ゲイン調節を短時間で行なうことができる。
【００７３】
（実施の形態１６）
図１６は本発明の請求項２２に対応する第１６の実施の形態における動作を示すフローチャートである。本実施の形態１６は、信号取り込み時における送信パルスの振幅の調整方法に特徴を有する。ＳＴ３１０においてパルス振幅の初期設定値Ｐ０に設定し、Ｓ３１１でデータを取り込み、ＳＴ３１２において振幅Ａを算出する。Ｓ３１３で振幅の過大を、Ｓ３１４で過小を発見し、Ｓ３１６〜３１７および、ＳＴ３１８〜３１９の各処理においてゲインの調整を行ない適正なゲインになるようにする。このようにして得たゲインの値は別途記憶され、ＳＴ３２２において次の測定点に移動したとき、その測定点の送信パルス振幅データをＳＴ３３３において過去に記憶した隣接点のデータから予測する。予測は例えば既に知られている隣接点のデータの平均などでよい。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、送信パルス振幅を毎回初期値に戻すよりも、振幅調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７４】
このように、本実施の形態１６によれば、当該測定点の送信パルスの振幅をすでに取り込んだ隣接点のデータを基に予測することで、パルス振幅の調節を短時間で行なうことができる。
【００７５】
（実施の形態１７）
図１７は本発明の請求項２３に対応する第１７の実施の形態における構成を示す超音波骨診断装置のブロック図である。本実施の形態は図２８に示した従来例と似ているが、送信レベル記憶回路３４を有するところが異なる。過去に測定したデータの送信パルス振幅を送信レベル記憶回路３４に記憶させておき、未知の測定点の送信パルス振幅を隣接点のデータから演算回路９により予測する。隣接する測定点では得られる信号が似たような振幅となることが多いことが実験上確かめられており、パルス振幅を毎回初期値に戻すよりも、振幅調整の回数を減らすことができ、短時間で測定を行なうことができる。
【００７６】
このように、本実施の形態１７によれば、既に測定した点の送信パルス振幅データを記憶する手段３４と、その記憶データから演算回路９により当該測定点の送信パルスの振幅を予測することで、パルス振幅の調節を短時間で行なうことができる。
【００７７】
（実施の形態１８）
図１８は本発明の請求項２４および２５に対応する第１８の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図１５と図１７を合わせ備えたものである。本実施の形態１８は、信号取り込み時における送信パルスの振幅の調整方法に特徴を有する。ＳＴ３３０において受信ゲインの初期設定値Ｇ０、および送信パルスの振幅の初期設定値Ｐ０に設定し、Ｓ３３１でデータを取り込み、ＳＴ３３２において振幅Ａを算出する。Ｓ３３３で振幅の過大を、Ｓ３３４で過小を発見する。このとき、ＳＴ３３５において振幅が過大でかつゲインが最小でないかを調べ、そうでない場合はＳＴ３３６にて受信ゲインを引き下げる。受信ゲインを最低まで下げてなおかつ振幅が過大である場合にＳ３３７により送信振幅を引き下げる。このような手順をとることで受信信号のＳ／Ｎ比の劣化を防ぎ、骨特性の評価を正確に行なうことが可能である。また、Ｓ３３４で振幅が過小であると判断された場合にも、同様にＳ／Ｎ比の劣化を最小限に抑えるため、Ｓ３３９で送信振幅をまだ上げることが可能ならば、Ｓ３４０により、送信振幅を引き上げる。これ以上送信振幅を引き上げられず、なおかつ入力信号の振幅が過小のときにＳ３４１において、受信のゲインが引き上げられる。
【００７８】
このように、本実施の形態１８によれば、送信パルスの振幅を変えることのできる送信レベル制御回路３３と、受信信号の増幅度を変えることのできるゲイン制御器３２を備え、各測定位置におけるデータ取り込みの際に取り込んだ信号の振幅を監視し、適正なゲインに調節する機能を備え、振幅が小さい場合には、送信パルス振幅の増加を受信ゲインの増加により優先して行い、また、振幅が大きい場合には受信ゲインの低減を送信パルス振幅の低減より優先して行なう機能を備えることで、測定点数を少なくしかつ精度のよい骨情報を得ることができる。
【００７９】
（実施の形態１９）
図１９は本発明の請求項２６および２７に対応する第１９の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図１５と図１７を合わせ備えたものである。本実施の形態１９では、最初のシーケンスループ１（Ｌ＝１）と次のシーケンスループ２（Ｌ＝２）において、ゲインの増減ステップが異なる。シーケンスループ１においては測定点がどのあたりにあるかを調べればよいので、ゲインの調整はそれほどきめ細かく行なわなくともよい。それに対してシーケンスループ２においては骨特性を抽出する必要があるため、データは最良の条件で取り込む必要があり、ゲインの調節はきめ細かく行なう必要がある。本実施の形態では、シーケンスステップ１においてゲインステップＳを２回目のＳ２に較べて粗いＳ１とすることで、ゲイン調整に必要な繰り返しを少なくすることで、測定時間を短くするものである。なお、この実施の形態では受信ゲインの調整に適用したが、まったく同様に送信パルスの振幅にも適用が可能である。
【００８０】
このように、本実施の形態１９によれば、実施の形態１４から１８における受信信号レベル調節を、１回目のシーケンスにおける受信ゲインあるいは送信パルスの調節ステップを２回目よりも粗くとることで、測定精度を落とすことなく短時間での測定を可能にすることができる。
【００８１】
（実施の形態２０）
図２０は本発明の請求項２８および２９に対応する第２０の実施の形態における動作を示すフローチャートであり、装置構成は図１５と図１７を合わせ備えたものである。実施の形態においては、反射モードによる踵骨の幅測定と透過モードにおける伝達時間測定において、反射モードの場合には誤差の許容が大きいことから、本実施の形態では反射モードにおいてゲインステップＳを透過モードのＳ２に較べて粗いＳ１とすることで、ゲイン調整に必要な繰り返しを少なくし、測定時間を短くするものである。なお、この実施の形態では受信ゲインの調整に適用したが、まったく同様に送信パルスの振幅調整にも適用が可能である。
【００８２】
このように、本実施の形態２０によれば、実施の形態１４〜１８のいずれかに記載の発明において、踵骨幅を測定するための反射モードにおける受信ゲインあるいは送信パルス振幅の調節ステップを、骨特性を測定する透過モードの２回目のシーケンスにおける調節ステップより粗くとることで、精度を落とすことなく短時間での測定を可能にすることができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は上記実施の形態より明らかなように、骨評価を行なう位置の探索を２つ以上のシーケンスに分けて行なうことで測定点数を少なくすることができ、短時間で良好な精度の測定ができるという効果を有する。
また、信号取り込み時における振幅の調整方法として、送信パルスの振幅や、受信ゲインの設定値をすでに測定が済んだ測定点におけるデータより予測することで、調整回数をすくなくすることができ、短時間で良好な精度の測定ができるという効果を有する。
また、１回目のシーケンスや、踵骨幅を測定するシーケンスにおいて、送信パルスの振幅や受信ゲインの変化ステップを大きくとることで精度を落とすことなく、短時間での測定ができるという効果を有する。
また、受信信号の調整手順として振幅を大きくしたいときには送信パルスの調整を優先的に、振幅を小さくしたいときには受信ゲインの調整を優先的に行なうことでＳ／Ｎ比を良好に保つことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２】本発明の第２の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図３】本発明の第３の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図４】本発明の第４の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図５】本発明の第５の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図６】本発明の第６の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図７】本発明の第７の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図８】本発明の第８の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図９】本発明の第９の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１０】本発明の第１０の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１１】本発明の第１１の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１２】本発明の第１２の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１３】本発明の第１３の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１４】本発明の第１４の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１５】本発明の第１５の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１６】本発明の第１６の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１７】本発明の第１７の実施の形態における超音波骨診断装置のブロック図
【図１８】本発明の第１８の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図１９】本発明の第１９の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２０】本発明の第２０の実施の形態における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２１】本発明の第１の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２２】本発明の第１の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２３】本発明の第２の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２４】本発明の第２の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２５】本発明の第３の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２６】本発明の第４の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２７】本発明の第４の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【図２８】本発明の第５の従来例における超音波骨診断装置のブロック図
【図２９】本発明の第５の従来例における超音波骨診断の方法を示すフロー図
【符号の説明】
１、２ 探触子
３ 踵骨
４、５ スイッチ
６ 送信パルス発生回路
７ タイミング発生回路
８ 受信アンプ
９ 演算回路
１０ 表示器
１１ 足載せ台
１２ 足根
１３、１４ 探触子
１５、１６ スイッチ
１７ スイッチ制御器
２３ 前後方向移動手段
２４ 上下方向移動手段
２５ 制御アーム
２６ 移動パルス発生器
２７ シーケンス数カウンタ
２８ 温度センサ
２９ 温度測定器
３０ スイッチ
３１ ゲイン制御器
３２ ゲイン記憶回路
３３ 送信レベル制御回路
３４ 送信レベル記憶回路
Claims (10)
- 測定対象の骨の両側に配置された２つの探触子を用いて超音波パルスの送受信により前記骨を走査しながら、受信アンプにより得られたデータを演算手段により演算して前記骨の状態を調べる超音波骨診断装置において、前記探触子が単一エレメントからなり、前記探触子を前記骨に対し前後方向および上下方向に移動させる移動手段と、前記移動手段を移動させるパルスを発生する移動パルス発生手段と、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段とを備え、前記探触子により前記骨を走査しながら骨状態を調べるシーケンスを２回あるいはそれ以上に分け、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段が前記移動パルス発生手段を制御することにより、１回目のシーケンスでは前記探触子を特定の移動ピッチで移動させておおまかな探索範囲を同定し、２回目以降のシーケンスでは前記同定された探索範囲内を前記特定の移動ピッチよりも小さい移動ピッチで移動させることを特徴とする超音波骨診断装置。
- 測定対象の骨の両側に配置された２つの探触子を用いて超音波パルスの送受信により前記骨を走査しながら、受信アンプにより得られたデータを演算手段により演算して前記骨の状態を調べる超音波骨診断装置において、前記探触子が複数の振動子を２次元状に配列した２次元アレイエレメントからなり、前記２次元アレイエレメントの各振動子を走査のために切り替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を駆動するスイッチ制御手段と、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段とを備え、前記探触子により前記骨を走査しながら骨状態を調べるシーケンスを２回あるいはそれ以上に分け、前記探触子の移動ピッチを切り替える手段が前記スイッチ制御手段を制御することにより、１回目のシーケンスでは前記各振動子を特定の移動ピッチで走査しておおまかな探索範囲を同定し、２回目以降のシーケンスでは前記同定された探索範囲内を前記特定の移動ピッチよりも小さい移動ピッチで走査することを特徴とする超音波骨診断装置。
- 前記２回目以降のシーケンスにおける探索範囲の同定に、前のシーケンスで得たデータのうち、振幅が最も大きいことを基準に用いることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波骨診断装置。
- 前記２回目以降のシーケンスにおける探索範囲の同定に、前のシーケンスで得たデータのうち、音速が最も遅いことを基準に用いることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波骨診断装置。
- 前記２回目以降のシーケンスにおける探索範囲の同定に、前のシーケンスで得たデータのうち、波形の周期が最も長いことを基準に用いることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波骨診断装置。
- 前記２回目以降のシーケンスにおける探索範囲の同定に、前のシーケンスで得たデータのうち、周波数依存減衰の値が最も小さいことを基準に用いることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波骨診断装置。
- 前記得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみを選択する選択手段を有することを特徴とする請求項３、４、５、６のいずれかに記載の超音波骨診断装置。
- 前記得られたデータのうち探触子間の伝搬時間に相当する範囲のみを選択する際にその時間範囲の限定において、整合材の温度による影響を加味するために整合材の温度を測定する手段を有することを特徴とする請求項７に記載の超音波骨診断装置。
- 前記２回目以降のシーケンスにおける探索範囲の同定に、前のシーケンスで得たデータのうち、振幅が最も大きいこと、音速が最も遅いこと、波形の周期が最も長いこと、周波数依存減衰の値が最も小さいことのうち、２つ以上を基準に用いることを特徴とする請求項３、４、５、６、７のいずれかに記載の超音波骨診断装置。
- 前記２回目以降のシーケンスにおける探索範囲の同定に、前のシーケンスで得たデータのうち、振幅が最も大きいこと、あるいは音速が最も遅いこと、あるいは波形の周期が最も長いこと、あるいは周波数依存減衰の値が最も小さいことを用い、さらにそのデータの上下のデータおよび前後のデータを比較し、位置をより狭い範囲に限定することを特徴とする請求項３、４、５、６、７のいずれかに記載の超音波骨診断装置。
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