JP4681108B2 - 超音波生体組織評価システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波により生体組織の評価を行う超音波生体組織評価システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波生体組織評価装置として、例えば人間の踵骨を関心部位とした超音波骨評価装置等が知られている。この超音波骨評価装置では、人間の踵骨に対して超音波を照射し、骨を通過した超音波の音速や減衰度合いの測定値を骨の健常さの評価値としている。
【０００３】
しかしながら、超音波骨評価装置では、各計測機構の経時変化等により測定結果に誤差が生じる可能性がある。
【０００４】
このため、被測定者を測定する前に、測定結果に誤差が生じていないかをチェックしたり、誤差が生じている場合には、誤差を修正するように校正が行われている。
【０００５】
このような超音波骨評価装置の品質管理や校正には、通常、ファントムと呼ばれるテスト用の被測定部材が用いられ、このファントムに対して測定を行う。
【０００６】
しかしながら、どのような構成材料で形成されたファントムであっても、その温度が変化すると、超音波の音速や減衰度合いが変化してしまうという問題がある。
【０００７】
例えば、ファントムをアクリル樹脂で形成した場合、その温度が１０℃の時と４０℃の時とでは、超音波の音速が８０ｍ／ｓも異なる。これは、アクリル樹脂を通過する超音波の音速が約２７００ｍ／ｓ程度であるとすると、約３％の誤差となる。
【０００８】
また、超音波の減衰度合いについても、音速ほどではないにしろ、温度差による誤差が生じる。
【０００９】
従来の超音波骨評価装置では、ファントムを用いてその品質管理や校正を行う場合、前記温度変化によるファントムの特性変化をやむを得ないものとして扱っており、このことは、超音波骨評価装置の測定精度の向上を阻害する要因の１つとなっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、超音波生体組織評価装置の品質管理や校正の精度を向上させることができる超音波生体組織評価システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明により達成される。
【００１２】
（１） 被検体に対し超音波の送受信を行って生体組織の評価を行う超音波生体組織評価装置と、
前記超音波生体組織評価装置の校正に用いる校正用器具とを有し、
前記校正用器具は、前記超音波生体組織評価装置により測定されるテスト用の被測定部と、
前記被測定部の温度が規定温度になるよう調節する温度調節手段とを有し、
前記超音波生体組織評価装置により前記校正用器具の被測定部を測定して該超音波生体組織評価装置の校正を行うよう構成され、前記超音波生体組織評価装置の校正を行う際、前記被測定部の温度が規定温度である場合に、前記校正を開始するよう構成されていることを特徴とする超音波生体組織評価システム。
【００１３】
（２） 前記温度調節手段は、前記被測定部を加熱する加熱手段と、前記被測定部を冷却する冷却手段とを有する上記（１）に記載の超音波生体組織評価システム。
【００１４】
（３） 前記温度調節手段は、ぺルチェ素子を有し、該ぺルチェ素子により、前記被測定部を加熱または冷却するよう構成されている上記（１）に記載の超音波生体組織評価システム。
【００１５】
（４） 前記被測定部の温度を検出する温度検出手段を有する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
【００１６】
（５） 前記被測定部の温度が規定温度である場合、その旨を報知する報知手段を有する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
【００１９】
（６） 前記校正用器具は、前記被測定部の温度が規定温度のときの該被測定部に関する固有値が記憶された記憶部を有する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
【００２０】
（７） 前記被測定部の温度が規定温度のときの該被測定部に関する固有値と、前記超音波生体組織評価装置により測定された前記被測定部の測定値とに基づいて、前記超音波生体組織評価装置の校正を行うよう構成されている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
【００２１】
（８） 前記固有値は、前記被測定部内における超音波の音速および／または減衰度合いに対応する値である上記（６）または（７）に記載の超音波生体組織評価システム。
【００２２】
（９） 前記超音波生体組織評価装置は、該超音波生体組織評価装置の校正結果を記憶する記憶手段を有する上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波生体組織評価システムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の超音波生体組織評価システムを超音波骨評価システムに適用した場合の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す超音波骨評価装置の校正用器具を示す斜視図、図３は、図１および図２に示す校正用器具の回路構成を示すブロック図、図４は、図１に示す超音波骨評価装置の回路構成を示すブロック図である。
【００２５】
これらの図に示す超音波骨評価システム（超音波生体組織評価システム）１は、被測定者の踵（かかと）の部分（被検体）に対して超音波の送受信を行い、踵骨（生体組織）を伝搬（通過）する超音波の音速および減衰度合いを測定し、その測定値に基づいて骨評価（生体組織の評価）を行うものである。
【００２６】
超音波骨評価システム（超音波生体組織評価システム）１は、超音波骨評価装置（超音波生体組織評価装置）２と、その校正（品質管理）に用いる校正用器具（ファントム）３とを有している。
【００２７】
図２に示すように、校正用器具３は、テスト用の被測定部（テストピース）１２の温度を規定温度に調節する機能を持つものであり、その被測定部１２、ペルチェ素子（加熱手段および冷却手段）１８および温度センサー（温度検出手段）２０で構成されたブロック体１１と、コントローラ１４とを有している。
【００２８】
被測定部１２は、後述する超音波骨評価装置２の測定部に装着され、テスト測定される部位であり、中実の立方体形状をなしている。この被測定部１２の構成材料としては、例えば、アクリル樹脂等の各種樹脂等が挙げられる。
【００２９】
被測定部１２の１つの側面には凹部が設けられ、この凹部の表面にペルチェ素子１８が貼り付けられている。また、被測定部１２の凹部が形成された面の反対側の面の表面には温度センサー２０が貼り付けられている。これらのペルチェ素子１８および温度センサー２０は、ケーブル２２を介してコントローラ１４に接続されている。
【００３０】
コントローラ１４は、中空の直方体形状の筺体（ケーシング）２４の内部に、ブロック体１１の温度センサー２０から得られる温度情報に基づいて、ペルチェ素子１８を制御する手段を備えるものである。
【００３１】
コントローラ１４の筺体２４の図２中上面には電源スイッチ２６および準備完了ランプ（報知手段）２８が設置されている。また、コントローラ１４には電源ケーブル３０が接続されている。
【００３２】
また、図３に示すように、コントローラ１４は、電源スイッチ２６を介して電源ケーブル３０に接続された電源部３２と、ペルチェ素子１８を制御するペルチェ素子ドライブ部３４と、制御部３６とを有している。
【００３３】
コントローラ１４の制御部３６には、準備完了ランプ２８およびペルチェ素子ドライブ部３４が接続されている。ブロック体１１の温度センサー２０は、ケーブル２２を介してコントローラ１４の制御部３６に接続され、ペルチェ素子１８は、同じくケーブル２２を介してコントローラ１４のペルチェ素子ドライブ部３４に接続されている。なお、図示を省略しているが、電源部３２からは、校正用器具３を構成する各部位に電力が供給される。
【００３４】
電源スイッチ２６をオンにすると、温度センサー２０から被測定部１２の温度情報が制御部３６に供給される。
【００３５】
制御部３６は、入力された温度情報に基づいて、被測定部１２の温度が規定温度となるようにペルチェ素子ドライブ部３４を制御する。ペルチェ素子１８は、ペルチェ素子ドライブ部３４の制御により、被測定部１２を加熱または冷却するよう作用し、その結果、被測定部１２の温度が規定温度となる。
【００３６】
すなわち、温度センサー２０から供給される温度情報が規定温度よりも低い温度であれば、制御部３６は、ペルチェ素子ドライブ部３４を介して、被測定部１２を加熱するようにペルチェ素子１８を制御する。これに対し、温度センサー２０から供給される温度情報が規定温度よりも高い温度であれば、制御部３６は、ペルチェ素子ドライブ部３４を介して、被測定部１２を冷却するようにペルチェ素子１８を制御する。
【００３７】
以上のようにして、ペルチェ素子１８により被測定部１２を加熱または冷却して、温度センサー２０から供給される温度情報が規定温度になると、制御部３６の制御により準備完了ランプ２８が点灯される。これにより、使用者は、被測定部１２の温度が規定温度になり、準備が完了したことを把握することができる。
【００３８】
図１は、超音波骨評価装置２に、校正用器具３のブロック体１１の被測定部１２を装着した状態を示す。
【００３９】
超音波骨評価装置２は、前述したように、被測定者の踵の部分（被検体）に対して超音波の送受信を行い、踵骨（生体組織）を伝搬（通過）する超音波の音速および減衰度合いを測定し、その測定値に基づいて骨評価（生体組織の評価）を行うものである。
【００４０】
図１に示すように、超音波骨評価装置２は、直方体形状の筺体４０を有し、この筺体４０の図１中上面には、被測定者の足を載置するための載置台４２となる凹部が形成され、この載置台４２の奥側の両側面には、超音波を送受信するための一対の振動子（測定部）４４が設置されている。
【００４１】
また、筺体４０の図１中上面には、一対の振動子４４の間の間隔を調整するためのハンドル４６が設置されている。
【００４２】
また、図４に示すように、超音波骨評価装置２は、送信用の振動子４４に接続された送信ユニット５８と、受信用の振動子４４に接続された受信ユニット６０と、ＭＰＵ部６２と、校正結果等が記憶される記憶部（記憶手段）６４と、超音波骨評価装置２を操作する操作部６５と、電源スイッチ６８を介して電源ケーブル７０に接続された電源部７２とを有している。なお、図示を省略しているが、電源部７２からは、超音波骨評価装置２を構成する各部位に電力が供給される。
【００４３】
超音波骨評価装置２のＭＰＵ部６２には、送信ユニット５８、受信ユニット６０、記憶部６４および操作部６５が接続されている。
【００４４】
次に、超音波骨評価システム１の作用（使用方法）について説明する。
まず、校正用器具３の被測定部１２のテスト測定の場合について説明する。
【００４５】
図１に示すように、まず、一対の振動子４４の間の載置台４２の上に校正用器具３のブロック体１１を載置し、ハンドル４６を回して、一対の振動子４４の先端を被測定部１２の両側面に当接させる。
【００４６】
次に、この状態で校正用器具３および超音波骨評価装置２の電源を入れる。校正用器具３の電源を入れると、前述のように、被測定部１２の温度が規定温度になるように制御され、被測定部１２の温度が規定温度になると、準備完了ランプ２８が点灯する。
【００４７】
準備完了ランプ２８が点灯した後、操作部６５を操作してテスト測定を行う。
この場合、送信側の振動子４４から超音波パルス（送信波）が送出され、その超音波パルスは、被測定部１２を通過した後、受信側の振動子４４で受信される。
【００４８】
受信側の振動子４４で受信された信号は、ＭＰＵ６２へ送信される。そしてＭＰＵ６２は、この受信された信号に基づいて超音波の伝搬時間や減衰度合い等の測定値を算出する。
【００４９】
さらに、ＭＰＵ６２は、別途に求められた被測定部１２の幅（両振動子４４、４４間の距離）をも利用して所定の演算を行い、被測定部１２内を伝搬した超音波の音速を算出する。
【００５０】
超音波骨評価装置２は、このようにして、被測定部１２内を伝搬した超音波の音速および減衰度合いを測定する。これにより、テストデータが得られる。
【００５１】
一方、被測定部１２の温度が規定温度のときの超音波の音速および減衰度合いは、既知であるので、これらの既知のデータ（被測定部１２に関する固有値）（以下、「規定データ」と言う）と、前記テストデータとを比較することにより、超音波骨評価装置２の測定結果の正確性を判断することができ、また、測定結果に誤差が含まれていると判断された場合、規定データとテストデータとに基づいて、超音波骨評価装置２の校正を行うこともできる。
【００５２】
前記校正結果（例えば、誤差補正関数等）は、記憶部６４に記憶され、被測定者の踵骨の測定の際に、利用される。これにより、被測定者の測定、評価を正確に行うことができる。
【００５３】
この校正用器具３では、被測定部１２の温度が常に規定温度に保持されているので、超音波骨評価装置２の測定結果の正確性について高い精度で判定することができ、超音波骨評価装置２の校正を行う場合には、その校正を適正かつ正確に行うことができる。
【００５４】
次に、被測定者の踵骨の状態の測定（検査）の場合について説明する。
まず、一対の振動子４４の間の載置台４２の上に被測定者の足を載置し、ハンドル４６を操作して、一対の振動子４４の先端を被測定者の足の踵部に当接させる。
【００５５】
次いで、操作部６５を操作して測定を行う。
この場合、送信側の振動子４４から超音波パルス（送信波）が送出され、その超音波パルスは、被測定者の踵部を通過した後、受信側の振動子４４で受信される。
【００５６】
受信側の振動子４４で受信された信号は、ＭＰＵ６２へ送信される。そしてＭＰＵ６２は、この受信された信号に基づいて超音波の伝搬時間や減衰度合い等の測定値を算出する。
【００５７】
さらに、ＭＰＵ６２は、別途に求められた踵部の幅（両振動子４４、４４間の距離）をも利用して所定の演算を行い、被測定者の踵部内を伝搬した超音波の音速を算出する。
【００５８】
超音波骨評価装置２は、このようにして、被測定者の踵部内を伝搬した超音波の音速および減衰度合いを測定する。この音速が速いほど、骨密度が高いと考えられる。また、減衰度合いによって、骨量の多少が推定できる。
【００５９】
すなわち、超音波骨評価装置２は、音速および減衰度合いの測定値（測定データ）を評価指標として、被験者の骨評価を行う。
【００６０】
また、評価指標とするものは、音速または減衰度合いの測定値そのものに限らず、音速の測定値と減衰度合いの測定値とに対して所定の演算を施して得られた演算値であってもよい。このような演算値によれば、音響的に骨を診た場合の総合的な評価指標が得られる。
【００６１】
次に、本発明の超音波生体組織評価システムの第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の超音波生体組織評価システムを超音波骨評価システムに適用した場合の第２実施形態であって、その回路構成を示すブロック図である。
【００６２】
以下、第２実施形態の超音波骨評価システム１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６３】
同図に示す超音波骨評価システム（超音波生体組織評価システム）１は、テストデータを使用して自動的に、超音波骨評価装置２の校正を行うものであり、さらに、パーソナルコンピューター（以下、パソコンという）５０を有している。なお、本発明では、パソコン５０に限らず、同等の機能を備える他の制御手段を用いてもよい。
【００６４】
第２実施形態における校正用器具３のコントローラ１４は、ＭＰＵ部５２、記憶部（記憶手段）５４およびインターフェース部５６で構成された制御部３６を有している。
【００６５】
コントローラ１４のＭＰＵ部５２には、ブロック体１１の温度センサー２０、コントローラ１４の準備完了ランプ２８、ペルチェ素子ドライブ部３４、記憶部５４およびインターフェース部５６が接続されている。
【００６６】
コントローラ１４の記憶部５４には、被測定部１２の規定温度と、被測定部１２の温度がこの規定温度のときに被測定部１２を測定して得られるべき超音波の音速および減衰度合い等の規定データ（被測定部１２に関する固有値）等が記憶されている。
【００６７】
また、第２実施形態における超音波骨評価装置１は、ＭＰＵ部６２に接続されたインターフェース部６６を有している。
【００６８】
また、校正用器具３は、インターフェース部５６を介して、超音波骨評価装置３は、インターフェース部６６を介して、いずれもパソコン５０に接続されている。
【００６９】
次に、第２実施形態の超音波骨評価システム１の作用（使用方法）について説明する。
【００７０】
まず、超音波骨評価装置２の校正を行う場合について説明する。
図１に示すように、まず、一対の振動子４４の間の載置台４２の上に校正用器具３のブロック体１１を載置し、ハンドル４６を回して、一対の振動子４４の先端を被測定部１２の両側面に当接させる。
【００７１】
次に、この状態で校正用器具３および超音波骨評価装置２の電源を入れ、パソコン５０からコントローラ１４へ校正開始の指示を与える。これにより、被測定部１２の温度が規定温度になるように制御される。
【００７２】
被測定部１２の温度が規定温度になると、準備完了ランプ２８が点灯するとともに、コントローラ１４のＭＰＵ部５２からインターフェース部５６を介して、パソコン５０へ準備完了を示す信号が送信される。
【００７３】
パソコン５０は、コントローラ１４から準備完了の信号を受け取ると、超音波骨評価装置２に対して、被測定部１２のテスト測定開始の指示を与える。
【００７４】
超音波骨評価装置２では、パソコン５０からのテスト測定開始の指示を受け取ると、前述したように、被測定部１２が測定され、得られた超音波の音速や減衰度合いのテストデータは、ＭＰＵ部６２からインターフェース部６６を介してパソコン５０へ送信される。
【００７５】
パソコン５０では、超音波骨評価装置２からテストデータを受け取ると、校正用器具３の記憶部５４に記憶されている規定データと、超音波骨評価装置２から送信されたテストデータとが比較され、その差を補正（是正）するための誤差補正関数が作成される。パソコン５０で作成された誤差補正関数は、校正結果として、超音波骨評価装置２へ送信され、そのインターフェース部６６およびＭＰＵ部６２を介して記憶部６４に記憶される。
【００７６】
次に、被測定者の踵骨の状態の測定（検査）の場合について説明する。
超音波骨評価装置２では、前述した第１実施形態の場合と同じようにして、被測定者の踵部内を伝搬した超音波の音速および減衰度合いの測定値（測定データ）を得た後、記憶部６４に記憶されている誤差補正関数を使用して、測定値が補正され、その補正後の測定値を評価指標として、被験者の骨評価を行う。
【００７７】
この第２実施形態の超音波骨評価システム１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この超音波骨評価システム１では、校正の際の操作が容易である。
【００７８】
以上、本発明を、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
【００７９】
例えば、本発明では、前記各実施形態の任意の２以上の構成を適宜組み合わせてもよい。
【００８０】
また、本発明の超音波生体組織評価システムは、前述した骨評価を行う超音波骨評価システムに限らず、骨以外の生体組織の評価を行うシステム（装置）に適用してもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、校正用器具の被測定部の温度が常に規定温度に保持されているので、超音波生体組織評価装置による被測定者の生体組織の測定結果の正確性について高い精度で判定することでき、また、超音波生体組織評価装置の校正を高い精度で行うことができる。すなわち、超音波生体組織評価装置の品質管理を高い精度で行うことができる。
【００８２】
また、校正用器具の被測定部の温度が規定温度である場合に校正を開始するよう構成されている場合には、使用者の手を煩わせることなく、超音波生体組織評価装置の校正を高い精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波生体組織評価システムを超音波骨評価システムに適用した場合の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す超音波骨評価装置の校正用器具を示す斜視図である。
【図３】図１および図２に示す校正用器具の回路構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す超音波骨評価装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の超音波生体組織評価システムを超音波骨評価システムに適用した場合の第２実施形態であって、その回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 超音波骨評価システム
２ 超音波骨評価装置
３ 校正用器具（ファントム）
１１ ブロック体
１２ 被測定部
１４ コントローラ
１８ ペルチェ素子
２０ 温度センサー
２２ ケーブル
２４、４０ 筺体
２６、６８ 電源スイッチ
２８ 準備完了ランプ
３０、７０ 電源ケーブル
３２、７２ 電源部
３４ ペルチェ素子ドライブ部
３６ 制御部
４２ 載置台
４４ 振動子
４６ ハンドル
５０ パーソナルコンピューター
５２、６２ ＭＰＵ部
５４、６４ 記憶部
５６、６６ インターフェース部
５８ 送信ユニット
６０ 受信ユニット
６５ 操作部

Claims (9)

1. 被検体に対し超音波の送受信を行って生体組織の評価を行う超音波生体組織評価装置と、
   前記超音波生体組織評価装置の校正に用いる校正用器具とを有し、
   前記校正用器具は、前記超音波生体組織評価装置により測定されるテスト用の被測定部と、
   前記被測定部の温度が規定温度になるよう調節する温度調節手段とを有し、
   前記超音波生体組織評価装置により前記校正用器具の被測定部を測定して該超音波生体組織評価装置の校正を行うよう構成され、前記超音波生体組織評価装置の校正を行う際、前記被測定部の温度が規定温度である場合に、前記校正を開始するよう構成されていることを特徴とする超音波生体組織評価システム。
2. 前記温度調節手段は、前記被測定部を加熱する加熱手段と、前記被測定部を冷却する冷却手段とを有する請求項１に記載の超音波生体組織評価システム。
3. 前記温度調節手段は、ぺルチェ素子を有し、該ぺルチェ素子により、前記被測定部を加熱または冷却するよう構成されている請求項１に記載の超音波生体組織評価システム。
4. 前記被測定部の温度を検出する温度検出手段を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
5. 前記被測定部の温度が規定温度である場合、その旨を報知する報知手段を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
6. 前記校正用器具は、前記被測定部の温度が規定温度のときの該被測定部に関する固有値が記憶された記憶部を有する請求項１ないし５のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
7. 前記被測定部の温度が規定温度のときの該被測定部に関する固有値と、前記超音波生体組織評価装置により測定された前記被測定部の測定値とに基づいて、前記超音波生体組織評価装置の校正を行うよう構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。
8. 前記固有値は、前記被測定部内における超音波の音速および／または減衰度合いに対応する値である請求項６または７に記載の超音波生体組織評価システム。
9. 前記超音波生体組織評価装置は、該超音波生体組織評価装置の校正結果を記憶する記憶手段を有する請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波生体組織評価システム。

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