JPH02104337A - 超音波密度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は骨などの身体の部分の密度を計測するために用
いられる装置、特にその身体の部分の物理的特性および
完全性に計測するために超音波信号を利用する装置に関
する。

〔従来の技術〕

現在、骨などの身体の部分の物理的特性および完全性を
計測するために用いられる様々な装置が存在する。害を
与えることのない密度計測装置は人間や競走馬のような
動物の骨の中で起こる微小な粉砕や微小な破砕によりも
たらされる累積的な内部障害を確認するために用いられ
うる。更に、骨粗鬆症、若しくは骨の鉱物成分の低下、
人体内での検出およびその治療と予防はますます医療上
、生物学上のたいへんな関心事となりつつある。人口の
平均年令が増すにつれて、たいへんな数の患者が象、速
な小柱の骨の損傷による合併症を併発しつつある。

フープ（ｆｌｏｏｐ）に与えられた米国特許第３．８４
７，１４１号はカルシウム成分を監視するために指の骨
やかかとの骨などの骨の組織の密度を計測するための装
置を開示している。この装置は分析されている骨上に締
め付けられる締め付は装置内に保持された、間を隔てて
対向する一対の超音波変換器を含んでいる。パルス発生
器が骨を通って他方の変換器へ向けられる超音波を発生
させるために変換器の一つに結合される。電気回路は受
け側の変換器からの信号を、それらの信号に応じてパル
ス発生器を再び起動するために、パルス発生器に入力す
る。したがって、パルスは超音波が骨の組織を通過する
に要する通行時間、それは骨を通過する音の速度に直接
、比例するが、に比例するが周波数で生成される。骨を
通過する音の速度は骨の密度に比例することがわかって
いる。このようにパルス発生器が再び起動される周波数
は骨の密度に比例する。

骨の強さを迅速に確証するための他の装置および方法は
プラット・ジュニア（Ｐｒａｔｔ、　Ｊｒ、）に与えら
れた米国特許第４．３６１．１５４号および第４，４２
１，１１９号に開示されている。この装置は目盛りが付
された副尺により接続され、骨の強さを決めるために骨
を通過する音の速度を決める発射側の変換器と受け側の
変換器を含んでいる。副尺は２つの変換器の表面間の総
通行距離を計測するために用いられる。

リース（Ｌｅｅｓ）の文献（Ｌｅｅｓ、　Ｓ、（１９８
６）鉱化組織の音波特性、超音波による組織の特性づけ
、ＣＲＣｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　２．　ｐｐ、２（１
７−２２６）は皮質性および海綿質（格子状若しくは小
柱）の骨の両者における音の減衰と速度の計測を含む様
々な研究について述べている。これらの研究の結果によ
り、湿性の音の速度と湿性の皮質性の密度との間および
乾性の音の速度と乾性の皮質性の密度との間には線型の
関係があることが明らかになった。したがって、骨の部
分を通過する音波信号の通行時間は骨の密度に比例する
。ラングトン（Ｌａｎｇｔｏｎ　）らによる文献（Ｌａ
ｎｇｔｏｎ、　Ｃ，Ｍ、＋　Ｐａｌｍｅｒ、　Ｓ、Ｄ、
およびＰｏｒｔｅｒ。

Ｓ、　Ｗ、、’（１９８４）格子状の骨における広帯域
超音波の減衰の計測、Ｅｎｇ、　Ｍｅｄ、、　１３．８
９−９１）は通過伝達技術を用いた、踵骨（かかとの骨
）における周波数に対する超音波の減衰の研究の結果を
発表した。

これらの著者は異なる対象物において認められた減衰度
の違いは踵骨の鉱物成分の変化によるものであることを
示唆した。また、彼らは、低い周波数の超音波の減衰度
は骨粗鬆症の診断における有効なパラメータとなり得、
また、それにより起こりうる骨折の危機を予測しうるこ
とを示唆した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は次のように要約される。生きている病体の部分
の物理的特性および完全性を計測するため超音波密度針
であって、以下のものを含む。そこから少なくとも１つ
の特定の周波数成分を有する音波信号が身体の部分およ
び既知の音響特性を有する物質を通して送出される送り
側の変換器と、音波信号が身体の部分を通って送られて
しまった後で、その音波信号を受信する受け側の変換器
と、前記変換器に接続され、身体の部分を通った音波信
号の身体部分通行時間を決めるための、および／または
身体の部分を通った音波信号の少なくとも一つのある特
定な周波数成分の絶対減衰度を決めるための、および物
質を通った音波信号の物質通行時間を決めるための、お
よび／または前記物質を通った音波信号の少なくとも１
つの対応する、ある特定の周波数成分の絶対減衰度を決
めるための手段。

あるいは、送り側の変換器は身体の部分を通して音波信
号を送り、受け側の変換器は音波信号が身体の部分を通
って送られてしまった後、その音波信号を受け、そして
密度計は通常の通行時間のデータベースを有すマイクロ
プロセッサと、前記通常の通行時間のうちの１つを選択
するための手段と、選択された通常の通行時間に対する
前記身体部分通行時間の数学的比較を行うための手段と
、前記数学的比較を前記身体の部分の物理的特性および
完全性に関係づける手段とを含むようにしてもよい。デ
ータベース内の通常の通行時間の各々は検査されている
人間の年令、背丈、体重、人種または性別に、または変
換器の間の距離に、または身体の部分の厚さ若しくは大
きさに依存するかもじれない。

本発明の第１の目的は身体の部分を通った超音波信号の
通行時間を迅速に、効率よく、簡便に決定することによ
り、生きている身体の部分の物理的特性および完全性を
計測するための超音波密度針装置および方法を提供する
ことにある。

本発明の第２の目的は身体の部分を通った超音波信号の
通行時間を、既知の音響特性を有する物質を通った音波
信号の通行時間と比較することにより、生きている身体
の部分の物理的特性および完全性を計測するための超音
波密度針装置および方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は身体の部分を通った超音波信号の
特定の周波数成分の絶対減衰度を決めることにより、生
きている身体の部分の物理的特性および完全性を計測す
るための超音波密度計装置および方法を提供することに
ある。

本発明の更なる目的は身体の部分を通った超音波信号の
特定の周波数成分の絶対減衰度を、既知の音響特性を有
する物質を通った音波信号の対応する周波数成分の絶対
減衰度と比較することにより、生きている身体の部分の
物理的特性および完全性を計測するための超音波密度計
装置および方法を提供することにある。

本発明の他の目的は身体の部分を通った超音波信号の通
行時間を、検査されている人間の年令、背丈、体重、人
種または性別に、また変換器間の距離若しくは身体の部
分の大きさにも依存する通常の通行時間のデータベース
から選択される。選択された通常の通行時間と比較する
ことにより、生きている身体の部分の物理的特性および
完全性を計測するための超音波密度計装置および方法を
提供することにある。

本発明の更なる目的は各々、複数の要素の配列を含む送
り側および受け側の変換器を有し、このことにより受け
側の１以上の要素によって受信される音波信号は受け側
の要素により受信された音波信号の各々が身体の部分に
対しｄ相対的にどこに位置〒るかを決めるために分析さ
れうるところの、生きている身体の部分の物理的特性お
よび完全性を計測するための超音波密度針装置および方
法を提供することにある。

本発明の他の目的、特徴および効果は本発明のより好ま
しい実施例が例示のため選ばれており、添付の図面に関
連させて記載されている以下の詳細な説明から明らかと
なろう。

〔実施例〕

より詳細に図面を参照すると、図面では同じ番号は同じ
部分を示しており、第１図には骨などの生きている身体
の部分の物理的特性および完全性を計測するための小型
な超音波密度計１０が示されている。第１図に示される
ように、密度計１０は起動ボタン１２を備えたハンドル
１１を含んでいる。接続ロッド１３はハンドル１１から
まっすぐに延びている。また、密度計１０は固定アーム
１５と調整可能なアーム１６とを含んでいる。固定アー
ム１５は好ましくは接続ロッド１３と連続的に成形され
ており、したがって、接続ロッド１３の端１７に接続さ
れる。調整可能なアーム１６はハンドル１１とロッド１
３上に置かれたディジタル表示器１８との間の接続ロッ
ド１３上に摺動可能な状態で置かれている。ノブ１９は
調整可能なアーム１６をアーム１５および１６の間の距
離が調整されうるように接続ロッド１３に沿って摺動せ
しめるたにロックしたり、ロック解除したりするように
回動可能である。

固定アーム１５の端には第１（左）の変換器２１が接続
され、調整可能なアーム１６の端には第２（右）の変換
器２１が接続される。第１および２図に示されるように
、変換器２１の各々の上には検査されるべき対象物に変
換器を音響的に結合するために、柔軟な音響結合器２３
が配置されている。この音響結合器２３はプラスチック
製のリング２４とウレタンまたは他の柔軟な物質からな
る取り付はパッド２６を含む。第３図は通常は音響結合
器２°３の柔軟なパッド２６の後に隠される第１　（左
）の変換器２１の表面を示している。変換器の表面２日
は通常、第２図に示されるパッド２６の内部表面２９と
接している。第３図に示される変換器の表面２８はａか
らｌの符号が付された１２個の変換器要素の配列を含ん
でいる。第２（右）の変換器２１は第３図に示される表
面の鏡像である表面２日を含んでいる。

第４図には密度計１０の電気回路３１が概略的に示され
ており、この電気回路は物理的にはディジタル表示器１
８の筐体内に収容される。対象物３２は音波信号が対象
物を介して伝わるように２つの変換器２１の間に置かれ
る。この対象物３２は骨のような身体の部分か、または
蒸留水若しくはネオプレーンの比較物のかたまりなどの
知られた音響特性を有する物質を代表する。第４図に図
示された実施例に示されるように、一番左の変換器２１
は送信側の変換器であり、一番台の変換器２１は受信側
の変換器である。しかしながら、実際には変換器２１の
いずれかまたは両者とも送信側および／または受信側の
変換器でありうる。第４図の回路の送信側および受信側
の変換器２１は要素選択信号３６および３７によりマイ
クロプロセッサ３８に接続されている。マイクロプロセ
ッサ３８は任意の時点において変換器要素ａからｌの各
対のうちのどれが送信し、受信すべきものかを決めるよ
うにプログラムされる。この選択は要素選択信号線３６
および３７により行われ、その線は必要とされる選択デ
ータを変換器２１に送るために複数の信号線であっても
よいし、シリアルデータ線であってもよい。またマイク
ロプロセッサ３８はデータおよびアドレス・バス４０に
よって、ディジタル表示器１８、ディジタル信号プロセ
ッサ４１、サンプリング・アナログ／ディジタル変換器
４２および外部タイマ部４３に接続される。マイクロプ
ロセッサ３８には電気的に書き込み可能な不揮発性ラン
ダム・アクセス・メモリ（ＮＵＲＡＭ）および、おそら
く同様に、周知のＲＡＭメモリが組み込まれており、密
度計１０の動作を制御する。ディジタル信号プロセッサ
４１は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）が組み込まれてお
り、マイクロプロセッサ３８の制御の下に密度計１１）
により行われる数学的機能の多くを実行する。ディジタ
ル信号プロセッサ４１は特に受信した波形信号を時間領
域から周波数領域に変換しうるように、現在、集積回路
の形態で市販されているような離散的なフーリエ変換を
実行する能力を含んでいる。

マイクロプロセッサ３８およびディジタル信号プロセッ
サ４１もまた、マイクロプロセッサ３８がディジタル信
号プロセッサ４１の動作の制御をずっと維持しつつ、か
つ状態信号を受け取ることができるように、制御信号４
５および４６により相互接続される。また、マイクロプ
ロセッサ３８およびディジタル信号プロセッサ４１は密
度計１０が以下に説明されるであろうその動作を実行で
きるように電気回路３１を制御する。音声スピーカのよ
うな音声帰還機構４８が出力信号４９を介してマイクロ
プロセッサに接続されうる。

外部タイマ４３はマイクロプロセッサ３８とディジタル
信号プロセッサ４１内のプログラムに従って、Ａ／Ｄ変
換器４２に時間情報をもたらすために、Ａ／Ｄ変換器４
２に一連のクロック信号５１および５２を供給し、送り
側の変換器から最終的に受けた電気信号を計時された時
間間隔でサンプリングする。また、外部タイマ４３は励
振増幅器５５へのクロック信号５３を生成する。計時さ
れたパルスはタイマ４３により生成され、信号線５３を
介して増幅器５５に送られ、増幅された信号線５６を介
して送り側の変換器２１へ送られる。送り側の変換器２
１は増幅されたパルスを音波信号に変換し、その音波信
号は対象物若しくは物質３２を介して伝達され、受け側
の変換器２１により受信され、受け側の変換器２１はそ
の音波信号を電気信号に逆変換する。その電気信号は出
力信号５７を介して受け側の増幅器５９に入力され、受
け側の増幅器５９はその電気信号を増幅する。

励振増幅器５５は好ましくはパルス信号を出力するよう
設計された、ディジタル的に制御可能な回路である。そ
のパルスの増幅度は１から９９のステップでディジタル
的に制御可能である。このようにして、パルスの増幅度
は適当な増幅度の受信パルスが、利得もまたディジタル
的に調整可能な受信／増幅回路５９で受けられるまで、
ディジタル制御により繰り返し増加されうる。

受信音波信号に対して受け側の変換器２１および増幅回
路５９の感度を最適化する、ディジタル的に制御可能な
自動利得制御回路が受け側の増幅回路５９に接続され、
一体化される。マイクロプロセッサ３８は増幅回路およ
び利得制御５９の増幅度を規定するために信号線６０を
介して増幅回路および自動利得制御５９に接続される。

増幅された電気信号は導線６１を介してＡ／Ｄ変換器４
２に入力され、Ａ／Ｄ変換器４２はそれらの信号を計時
された時間間隔によりサンプリングする。したがって、
Ａ／Ｄ変換器４２は事実上、受信された音波信号をサン
プリングすることとなる。一連の実質的に同じ音波信号
が受け側の変換器２１により受信されたとき、Ａ／Ｄ変
換器４２は漸次、各連続する信号波形の増加部分をサン
プルする。

マイクロプロセッサ３８はそれらの部分が単一の信号波
形とほぼ等しいディジタル合成波形を形成するよう組み
合わされるようにプログラムされる。

このディジタル化された波形はディジタル表示器１８上
に表示され得、またディジタル信号プロセッサ４１によ
り数値解析のために処理されうる。

第１乃至４図により構成される密度計は完全性や密度な
どの身体の部分の物理的特性を計測するために、いくつ
かの区別されうる使用法のうちの一以上において動作可
能である。以下に詳細に記載されるように、使用法の違
いは密度計をどのように使用するかについて臨床医に与
えられた指示と共に、マイクロプロセッサ３４の動作を
プログラムするソフトウェアの両者に依存する。異なる
使用法は全て単一のユニットの中にプログラムされ得、
その場合、ユーザの選択スイッチが動作モードを選択す
るために設けられ得、でなければ密度計は単一モードの
使用のためとなるよう構成されうる。いづれの場合にお
いても、身体の部分の物理的特性を計測するための密度
計の使用法が充分に理解されるためには、まず密度計自
体の内部動作を必要とすることが必要である。

そのいかなる使用方法においても、密度計はその特性が
計測されている身体の部分上に過程のいくつか゛のポイ
ントで置かれようとする。これはその身体の部分の反対
側に変換器２１を置くことによりなされる。これを行な
うために、ノブ１９は調整可能なアーム１６が動くこと
ができるようにゆるめられ、その結果、変換器２１は人
間の患者のかかとのような身体の部分の反対側に置かれ
うるようになる。パッド２６の外側表面は身体の部分３
２と変換器２１との間でよりよく音波信号の伝達を行わ
しめるためにパッド２６と対象物３２との間に置かれる
超音波ゲル３５若しくは他の結合物質と共に対象物であ
るかかとに対して設置されうる。変換器２１が身体の部
分上に適当に設置されたならば、ノブ１９は変換器２１
に身体の部分３２をはさんで相互に距離を置かせた状態
で調整可能なアーム１６を固定するように締めつけられ
る。そして、起動ボタン１２が押下されると、音波信号
が身体の部分３２を介して送信され、受け側の変換器２
１により受信される。第４図の電気回路は受け側の変換
器２１から電気信号を受信し、生きている身体の部分３
２の物理的特性および完全性に関する情報を得るために
これらの信号をサンプルし、処理する。マイクロプロセ
ッサ３８はこの情報収集過程が完了しているときをディ
ジタル表示器１８上に示すようプログラムされる。

また、その情報は情報収集過程が完了したとき、ディジ
タル表示器１８上に表示されてもよい。例えば、単に身
体の部分３２を通る音波信号の通行（所要）時間がディ
ジタル表示器１日上に表示されうるであろう。

第４図の回路の動作を詳細にみると、概念的には回路は
対象物３２を介して送り側の変換器２１から送られ、そ
して、受け側の変換器２１により受信される超音波パル
スを生成するように設計される。回路は身体の部分３２
を通ったパルスの通行時間を決め、身体の部分３２を通
ったパルスの減衰度を確認し、そしてパルスが身体の部
分３２を通過してしまった後、そのパルスの波形をディ
ジタル的に表わすものを再生し、その結果、それは選択
された周波数での減衰度を決定されうるように設計され
る。これらの目的を成しとげるために、第４図の回路は
マイクロプロセッサ３８の制御の下に動作する。マイク
ロプロセッサ３８は選択的に、変換器２１の各々の表面
上のａから２の要素のうちの一対の、若しくは一群の要
素を要素選択信号線３６を介して選択する。各変換器上
の対応する要素は同時に選択される一方、各変換器の表
面上の残りの要素は起動されない。１つの要素について
、例えば要素ａが選択されたとすると、マイクロプロセ
ッサは外部タイマ４３に信号線５３上に励振増幅回路５
５へのパルスを送出せしめる。

励振増幅器５５の出力は信号線５３に沿って送り側の変
換器２１の要素ａに伝達され、それにより、その要素は
超音波パルスを送出する。受け側の変換器２１上の対応
する要素ａはそのパルスを受信し、増幅回路５９へ信号
線５７を介してその出力を送出する。Ａ／Ｄ変換器４２
の出力として望まれるものは選択された一つの変換器の
要素の出力であるアナログ波形をディジタル的に表わし
たものである。残念ながら、超音波周波数帯域において
波形をサンプルするに充分な速さで動作しうるリアル・
タイム・サンプリングＡ／Ｄ変換器は比較的高価なもの
である。したがって、Ａ／Ｄ変換器４２はエキュイバレ
ント・タイム・サンプリングＡ／Ｄ変換器であることが
好ましい。エキュイバレント・タイム・サンプリングに
よって、Ａ／Ｄ変換器４２が任意の超音波パルスの後の
狭い時間幅の間、変換器の出力をサンプルするようにし
たものである。概念的には第５図に図示されている。受
け側の変換器２１により受信され、信号線５７に出力さ
れた一つのパルスの典型的な波形は関数“ｆ”により示
される、励振パルスが繰り返し発射されると、同じパル
スが繰り返し受信される。受信パルスはｔｏ　−ｔ＋。

の符号が付された一連の時間間隔でサンプルされる。換
言すると、信号ｆをリアル・タイムによりアナログから
ディジタルへ変換するというよりも、その信号は伝達パ
ルスが送出された後、む。−Ｌ＋ｏの個々の固定された
期間の間、サンプルされ、各期間の間のアナログ値はデ
ィジタル関数に変換され、そのデータは保持される。こ
のようにして、全体のアナログ波形出力は波形再生の全
体の精度はサンプルされる時間間隔の数によるものの、
各時間間隔ｔの間に生成される個々のディジタル値から
再生されうる。このサンプリングは受け側の変換器２１
からの一つのリアル・タイムのパルスの間では完了しな
い、その代わり、一連のパルスが送り側の変換器２１か
ら送出される。外部タイマは最初のパルスが所定の変換
器の要素へ印加されたとき、そのアナログ値が時間ｔ０
のところでサンプルされ、２番目のパルスの間に時間ｔ
１のところでサンプルされ、３番目のパルスの間に時間
む２のところでサンプルされるという具合に全ての時間
についてサンプルが行われるまで、信号線５１および５
２を介してサンプリングＡ／Ｄ変換器４２に信号を供給
するよう構成される。各要素について完全な波形がサン
プルされてしまえば、次の要素、例えば要素すが選択さ
れる。Ａ／Ｄ変換器４２からの出力はマイクロプロセッ
サ３８および信号プロセッサ４１の両者に供給される。

こうして、第５図の合成波形ｆを表わすディジタル出力
値は各変換器要素についてそれらが蓄積された後、信号
プロセッサ４１により処理されうる。そしてその波形は
、送出された超音波パルスの性質に照らされ、任意の周
波数成分での時間遅延または減衰について解析されうる
。そして、全ての要素を用いて、受け側の変換器配列２
１で受信された波形を表わすディジタル・データを生成
するに充分な一連のパルスを送出されるまで、他の要素
についてもこの過程が繰り返される。そして、身体の物
理的特性を決定するための様々な方法において用いられ
るのはこのデータであり、密度計が使用される態様を決
定し、このデータが探し求められると、適宜な出力がデ
ィジタル表示器１Ｂを介してマイクロプロセッサ３８ま
たは信号プロセッサ４１のいづれかよりもたらされうる
。

超音波パルスの発生およびサンプリングは少なくとも人
間から見ると、高速に行われうるので、サンプルされた
超音波受信パルスを生成する過程は、信号平均化技術に
よりノイズを低減するために、付加的に数回繰り返され
うる。この付加過程が行われるのであれば、繰り返し超
音波パルスを発射し、第５図に示されるような受信波１
１をサンプルする過程は配列内の各要素について次の要
素に進む前に１回以上繰り返される。そして、このよう
にして生成されたサンプルされた波形は単一のサンプル
波形と比べより少ないランダム・ノイズ成分を有するで
あろう合成波形を生成するためにディジタル的に平均化
されうる。雑音を充分、低減するに必要な繰り返し回数
はこの分野の熟練者に知られた方法でテストすることに
より決定されうる。

このように、第１乃至４図の密度計の内部動作について
みてみたが、身体の部分の物理的特性を計測するための
密度計の使用方法を理解することが今や可能となった。

第１の使用方法は対象物を通る超音波パルスの通行時間
を計測し、その時間を水のような既知の音響特性の物質
中の等しい距離を超音波パルスが伝搬するに要する時間
と比較する。この過程において密度計を使用するために
、調整可能なアーム１６はかかとなどの対象物である身
体の部分が変換器２１の間で締めつけられるまで調整さ
れる。そして、ノブ１９は調整可能な　”アームを固定
するよう締められる。起動ボタン１２がパルス発生と計
測を始めるよう押下される。次に、変換器２１間の距離
が同じに保たれるようにノブ１９を堅くしたまま密度計
は対象物から外される。そして、装置１０はあたりに置
かれるか、若しくは蒸留水の水そうに浸すなどにより、
既知の音響特性を備えた基準物ｆ３２に浸けられる。

起動ボタン１２が再び押下されると、音波信号が送り側
の変換器２１からその物質を通って受け側の変換器２１
へ送られる。身体の部分の計測のためにはａから２の要
素の配列全てを用いることが効果的であるが、基準物は
均質であるとするならば、基準物を介した計測について
は一対の要素を用いさえすればよい。そして、２つの計
測により受信した信号のプロフィールはマイクロプロセ
ッサ３８および信号プロセッサ４１により分析される。

この分析は基準物と比べた場合の、対象物を通るパルス
の通行時間の比較および基準物と比べた場合の、対象物
を通る波形の周波数応答および減衰特性の両者に方向づ
けられる。

このように、この方法において、密度計は２つの分析方
式の両者またはいづれかによって、身体の部分３２の物
理的特性および完全性を決定しうる。密度計は身体の部
分を通る音波信号の通行時間を、既知の音響特性を有す
る物質を通る音波信号の通行時間と比較し得、および／
または装置１０は身体の部分３２を通った広帯域の音波
信号の周波数の関数として減衰度を、既知を音響特性を
する物質を通った音波信号の対応する特定の周波数成分
の絶対減衰度と比較する。ある物質を通った音波信号の
“減衰°”とは対象物か基準物のいづれかを通った伝播
により音波信号が減少することである。これらの方法の
両者を用いた理論および実験はロスマン（Ｒｏｓｓｍａ
ｎ　）、Ｐ、Ｊ、による人間の踵骨の中の超音波の速度
および減衰の測定と光子吸収による骨の鉱物測定に対す
るそれらの関係、（１９８７）（ウィスコンシンーマデ
ィソン大学での科学修士のための要件を部分的に充足し
て提出された論文）の中で表わされ、議論されている。

試験は特定の周波数での超音波の減衰（デシベルで計測
された）（ｄｂ）とそれらの周波数との間には線型の関
係が存在することを示した。広帯域の超音波の減衰とし
て呼ばれている。その線型な関係の傾き（ｄＢ／ＭＨｚ
）は試験される物質の物理的特性と完全性に依存してい
る。骨に関しては、その線型な関係の傾きは骨の鉱物密
度に依存するだろう。このように骨を通る広帯域の超音
波の減衰度は格子状の骨の基質の品質に直接、関係して
いるパラメータである。

したがって、マイクロプロセッサ３８は装置が身体の部
分および既知の音響特性を有する物質を介して得られる
相対的な通行時間および／または相対的な広帯域の超音
波の減衰度のいづれかを比較することにより身体の部分
の物理的特性および完全性を決めるようにプログラムさ
れうる。通行時間を比較するとき、マイクロプロセッサ
３８は音波信号が身体の部分を介して送出されてしまっ
た後、その音波信号を受信してしまってから、身体の部
分を通ったそれら音波信号の゛身体部分°。

通行時間を決め、音波信号が既知の音響特性を有する物
質を介して送られた後、その物質を通った音波信号の゛
物質”通行時間を決めるように、かなり簡便にプログラ
ムされうる。これらの時間はパルスの発射した時とＡ／
Ｄ変換器４２で受信パルスを感知した時との間にタイマ
４３により送出された既知の周波数のクロック・パルス
の数を数えることによりかなり簡便に計測されうる。そ
して、マイクロプロセッサ３８は物質通行時間に対する
身体部分通行時間の数学上の時間比較を行い、その数学
上の時間比較を、身体の部分の物理的特性および完全性
に関連づける。この数学上の時間比較は身体部分通行時
間と物質通行時間との間の差を求めるか、若しくは身体
部分通行時間と物質通行時間との間の比を求めるかのい
づれかにより行われうる。

密度計の第２の使用法として、既知の音響特性を有する
物質を参照することなく、身体の部分を通った音波信号
の広帯域の周波数成分の絶対減衰度を決定し、比較する
ことにより、身体の部分３２の物理的特性および完全性
を決定することもてきる。この方法を使えば、計測され
るのは減衰度であるので、基準に対する速度の比較は必
要ではなく、パルスの絶対通行時間も計算される必要は
ない。このようなモードにおいては、送り側の変換器２
１は単純な超音波パルスのような広い幅の周波数成分を
有する音波信号を送出することが好ましい。いづれの場
合においても、音波信号は少なくとも一つの特定の周波
数成分をもっているべきである。

この減衰度比較モードにおいては、マイクロプロセッサ
３８は受け側の変換器２１が骨の部分３２を介して送ら
れてきた音波信号を受信した後、身体の部分を通ること
による音波信号の周波数成分スペクトルの絶対減衰度を
決めるようにプログラムされる。励振増幅回路５５およ
び受け側の増幅器５９がディジタル的に制御されうる増
幅度レベルを備えているのは、この減衰度の測定を行う
ためである。連続するパルスに対して、連続的に増幅器
５５および５９の利得を変化させることにより、第４図
の回路は受信波形のピークを適当な電圧レベルにするに
はどのレベルの利得が必要であるかを決めることができ
る。もちろん、この利得は音波が身体の部分３２を通過
する間での減衰のレベルの関数である。受け側の変換器
２１が音波信号を受信した後、マイクロプロセッサ３８
は信号プロセッサ４１と連携して、その物質を介して送
られてきた受信音波信号の個々の特定の周波数成分の絶
対減衰度を決定する。そして、ディジタル信号プロセッ
サ４１は身体の部分を介して得られた、対応する個々の
特定の周波数成分の数学的な“減衰度”比較を行う。こ
れにより、対応する周波数成分の間で、１組の数学上の
減衰度比較がなされ得、比較されるべき各周波数成分に
ついて１回の比較である。このように、減衰度が周波数
に対して関数となる方法が引き出された。そして、マイ
クロプロセッサ３８およびディジタル信号プロセッサ４
１はその関数を身体の部分の物理的特性および不完全性
に関連づける。

第７図に示されているのは広帯域の超音波パルスの一例
と典型的な受信波形である。周波数領域においてとても
幅の広い超音波信号、すなわち、広帯域の伝送信号とす
るために、７０のところで示されるような電子パルスが
送り側の配列２１内の選択された超音波変換器に印加さ
れ、変換器は広帯域の超音波放射により共振する。そし
て、時間領域信号表示により第７図中の７２のところに
示されるような受信信号が離散的なフーリエ変換解析に
より処理され、周波数領域へ変換される。

第８図に示されているのは周波数領域表示により、サン
プルの受信信号をプロットした一対のプロット表示であ
るが、これは装置内に置かれた参照対象物とネオプレー
ンのプラグとの間で周波数の関数として、受信信号強度
の変化を示している。第９図には同様の比較が図示され
ており、第８図では垂直軸に相対的な減衰度を用いてい
るが、第９図では受信信号の絶対パワーを用いている。

両者ともいかに広帯域に超音波の減衰度が対象から対象
へと変化するかを示す周波数の関数として相対的な強度
の違いを示すものである。計算された現実の値、広帯域
の超音波の減衰度はまず受信信号を参照信号に対して比
較し、周波数領域に変換するめに離散的なフーリエ変換
を行い、広帯域の超音波の減衰度をひき出すために減衰
度の傾きにおける差分の線型回帰を行うことにより計算
される。

離散的なフーリエ変換の数学は減衰度に加えて、あるい
は減衰度に代わる、骨の部分の密度に関する他のパラメ
ータが計算されうるようなものである。離散的なフーリ
エ変換が時間領域の信号に対して行われたとき、各ポイ
ントでの解析は本当の身体部分の成分と想像上の身体部
分の成分とを含んでいる。第８および９図にグラフ化さ
れた値は実成分と虚成分の２乗の合計の平方根をとるこ
とによりこの離散的なフーリエ変換から決められるよう
な受信パルスの増幅度である。超音波パルスが身体の部
分を通過したとき、その超音波パルスの位相上の変化の
位相角は実成分に対する虚成分の比のアークタンジェン
トをとることにより計算されうる。また、この位相角値
は骨の部分の密度に対しても計算される。

また、マイクロプロセッサ３８は密度計が同時に２つの
機能を実行するように、すなわち、最初は身体の部分を
通って送られてきた音波信号の通行時間と絶対減衰度を
決め、そして既知の音響特性を有する物質を通ってきた
音波信号の通行時間と絶対減衰度を決めるようにプログ
ラムされうる。

そして、密度計は広帯域の超音波の減衰度関数をひき出
すと共に物質通行時間に対する身体部分通行時間の数学
的な時間比較を行うことができる。

そして、マイクロプロセッサ３８およびディジタル信号
プロセッサ４１はその時間比較を減衰度関数と共に、身
体の部分３２の物理的特性および完全性または密度に関
係づける。

さらに他の可能性のある動作モードにおいては、マイク
ロプロセッサ３８は密度計１０が既知の音響特性の物質
を通した音波信号の相対通行時間または減衰度のいづれ
かを計算する必要性が除かれたモードで動作するように
プログラムされうる。

そのようなモードで動作するために、マイクロプロセッ
サ３８は変換器間の距離または身体の部分の厚さ若しく
は大きさと同じように検査されるべき人の年令、背丈、
体重、人種、または性別などの要素に基づく通常の絶対
通行時間のデータベースを含むであろう。この通常通行
時間のデータベースは不揮発性のメモリに保持されうる
か、または他の媒体に保持されえよう。このモードにお
いて人間を検査するとき、その人間の関係する要素はそ
れらの要素に基づく関係する通常通行時間を選択するた
めにマイクロプロセッサ３８内に取り込まれる。変換器
２１が上述したごとく検査されている骨の部分上に置か
れる。起動ボタン１２が押下されると、音波信号が身体
の部分３２を介して送られる。受け側の変換器２１はそ
れらの信号が身体の部分を通過してしまった後、それら
の信号を受信する。そして電子回路３１は身体の部分を
通った音波信号の身体部分通行時間を決める。

そして、マイクロプロセッサ３日およびディジタル信号
プロセッサ４１は選択されたデータベースの通常通行時
間に対する計測された身体部分通行時間の数学的な比較
を行い、その数学的な時間比較を身体の部分の物理的特
性および完全性、若しくは密度に関係づけ、そしてそれ
は表示される。

本発明の密度計の選択的な出力として、ディジタル表示
器１８は第３図にみられるような変換器の面上の要素配
列のパターンに対応する表示をも含みうる。この表示は
ａから２の各配列について、計測されているパラメータ
、すなわち、通行時間または減衰度に比例するグレース
ケール画像を表示することができよう。この画像は患者
内に存する身体の部分の物理的特性について、経験豊か
な臨床医に対して視覚的に報知を行うことができる。

第６図に示されているのは本発明により構成される超音
波密度計の他の実施例のための概略回路である。第６図
の回路において、第４図の対応する部分と同じ構成およ
び機能を有する部分は同じ参照符号により示されている
。

第６図の実施例は送り側および受け側の変換器配列とし
て機能する唯一の変換器配列２１により機能するように
したものである。付加される反射面６４゛は変換器配列
２１が接する身体の部分３２の面とは反対の面に置かれ
る。ディジタル的に制御される多極スイッチ６６、それ
は好ましくは物理的なものより電子スイッチの方がよい
が、は変換器配列２１の要素への入力および、要素から
の出力を選択的に励振増幅器５５または制御可能な利得
の受信／増幅回路５９に接続する。スイッチ６６はスイ
ッチ制御線６８によりマイクロプロセッサ３８の出力に
接続される。

第６図の回路の動作において、回路は多くの面で第４図
の回路と同じように機能するので、その差異のみが議論
される必要がある。超音波パルスを発射している間、マ
イクロプロセッサ３８はスイッチ６６に励振増幅器５５
の出力を変換器配列２１内の選択された要素に接続させ
るために、スイッチ制御線６日に信号を送出する。パル
スの発射が完了すると、マイクロプロセッサ３８は選択
された一つまたは複数の要素を入力として増幅器５９に
接続するようスイッチ６６を作動せしめるため、スイッ
チ制御線６８上の信号を変化させる。

一方、パルスは身体の部分３２を通って伝播する。

パルスが身体の部分を通過すると、そのパルスが身体の
部分の異なる物質の境界を超えるとき、特にパルスが身
体の部分から身体の部分の反対側で空気中へ出たとき、
反射パルスが発生する。身体の部分から空気中への移動
が充分な反射パルスを生み出さないとしても、反射面６
４が反射パルスを強めるために、身体の部分の反対側に
対して設置されうる。

このように第６図の実施例は一つの変換器２１のみを使
用して身体の部分の物理的特性および完全性を分析する
のに用いられる。このような計測のために上記した方法
の全てがこの形式の装置についても同様に効果的に用い
られうる。身体の部分を通ったパルスの通行時間は反射
パルスが受信されるまでの時間を単に計測し、２で割る
ことにより計測されうる。この通行時間は水などの基準
媒体を同じ距離だけ通る場合の通行時間と比較されうる
。また、反射パルスを受信するまでの時間は年令、性別
などの基準値と比較されうる。周波数を異ならしめて減
衰度を計測することは反射パルスに対して直接、行われ
うる。反射面６４が用いられず、かつ絶対通行時間を求
めたいときは、身体の部分またはサンプルの厚さが計測
されうる。

第３図に図示されるような、変換器２１のための複数の
要素の超音波変換器を用いれば第１乃至９図の装置の別
の効果的特徴をもたらしうる。先行技術の密度計を用い
ると、有益な結果を得るには、しばしば計測されている
患者の人体の部分に対し装置を正確に位置させることが
必要であった。

これは現実の人体の部分の骨のかたまりおよび構造にお
ける異質性のためにもたらされる困難である。ある部位
の密度を計測することは近くでの計測とはかなりの差が
生じうる。したがって、先行技術の装置は計測がその都
度、正確な場所で行われるように、人体の部分を正確に
固定していた。

本超音波変換器配列を用いればこの正確な位置決めの必
要性は不要なものとなる。第１乃至９図の装置を用いる
と、装置はパルスの送受を行い、離散的フーリエ変換を
行い、ａから２の変換器配列の各対についての骨の超音
波減衰度の値を生成する。そして、マイクロプロセッサ
３８は関心のある同じ領域をその都度、再生可能に識別
するために、骨の超音波密度計測の結果の配列を分析す
る。換言すると、変換器の物理的配列はその都度、少な
くとも、関心のある一つの共通領域を確実に覆うのに充
分に大きいので、配列によって計測された部位の中から
計測のために適当な部位を電気的に選択することにより
、その都度同じ焦点に対して計測が限定される。第１乃
至９図の装置は人間の患者のかかとを介して計測された
ときの踵骨の密度を計測することにより丁度よい具合に
用いられうる。この部位において用いられるとき、踵骨
内の関心のある領域は配列内のいくつかのポイントでの
骨の超音波減衰度の比較に基づいて、確実にかつ繰り返
し位置せしめうろことがわかった。

踵の関心のあ４ｉｉｌ域は人体の部分において最も減衰
度の値の高い領域に近接しつつ、骨の超音波減衰度およ
び／または速度が局所的に、または相対的に最小である
と認められる。このように、密度計機器１０が連続する
計測の度に、同じ位置のところにおおよそ位置するだけ
で、この関心のある同じ領域での骨の超音波減衰度の値
を繰り返し計測することができる。

位置の臨界性を避けるために複数要素の配列を用いるこ
の方法はここで記載された広帯域の超音波の減衰度を決
定する以外の他の技術にも適用可能である。計測の焦点
を決定するために配列を使って、結果の配列を比較する
という概念は上述した音の通行時間の速度に基づく身体
の部分の密度の計測や減衰度または位相角の計算に基づ
く他の計測にも同様に適用可能であろう。また、関心の
ある領域における１つの要素の自動化された選択により
、複数要素の配列などを使用することはブラット（Ｐｒ
ａｔｔ）に与えられた米国特許第４，３６１．１５４号
に示唆されるような伝送パルスにおける速度の変化の測
定やフープ（Ｉｌｏｏρ）に与えられた米国特許第３．
８４７．１４１号に示唆されるような“シング・アラウ
ンド”　（”ｓｉｎｇ−ａｒｏｕｎｄ”）の自己誘起パ
ルスの周波数の測定など骨の密度に関するパラメータを
生成するために用いられる他の計測技術にも適用可能で
ある。自由に位置決めできるという特徴をもたらす概念
は再生可能な基準値若しくはいくつかの臨界値によって
関心のある領域が選択されるデータ・ポイントの配列を
生成する配列計測によるものである。また、配列内の要
素の数は明らかに関心のある同じ領域を識別する上で、
高い正確さをもたらす大きい数で変化させうる。

〔発明の効果］ このように本発明の超音波密度計は放射能を利用するこ
となく、生きている身体の部分の物理的特性を迅速に、
かつ効率よ（決定することのできる装置をもたらすもの
である。上述したように、密度針はマイクロプロセッサ
３８の制御の下に動作するよう構成されているので、い
くつかのモードの１つにおいて動作するようにプログラ
ムされうる。これにより、装置の効率的使用と共に臨床
医の目的に柔軟性をもたらすことができる。

本発明はここにおいて記載された実施例および図説に特
に制限されるものではなく、その変形例など全てを請求
の範囲内にあるものとして含んでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従い構成された超音波密度計装置の斜
視図である。 第２図は第１図にその２つが示されている音響結合器の
斜視図である。 第３図は音波信号が送出され、または音波信号が受信さ
れ、他方の変換器の面はその鏡像となっているところの
変換器の面の正面図である。 第４図は本発明に従い構成された超音波密度計装置の回
路の概略ブロック図である。 第５図は第４図の回路によって用いられる受信波形をサ
ンプリングする方法を説明するための図である。 第６図は本発明に従い構成された超音波密度計の他の実
施例の回路の概略ブロック図である。 第７図は本発明による超音波密度計からの実際の超音波
パルスと応答を例示した図である。 第８図は周波数帯域にわたる相対的な超音波パルスの強
度をプロットした例の図である。 第９図は対照例と対比させて測定された目的物の減衰度
対周波数の特性における変化を図示した周波数領域での
グラフである。 １０・・・・・・密度計、　　　１１・・・・・・ハン
ドル、１２・・・・・・起動ボタン、１３・・・・・・
接続ロンド、１５・・・・・・固定アーム、１６・・・
・・・調整可能なアーム、１７・・・・・・端、　　　
　　１８・・・・・・ディジタル表示器、１９・・・・
・・ノブ、　　　２１・・・・・・変換器、２３・・・
・・・音響結合器、２４・・・・・・リング、２６・・
・・・・パッド、　　２８・・・・・・変換器の表面、
２９・・・・・・内部表面、　３２・・・・・・身体の
部分、３５・・・・・・超音波ゲル、３６・・・・・・
要素選択信号線、３８・・・・・・マイクロプロセッサ
、４０・・・・・・アドレス・バス、 ４１・・・・・・ディジタル信号プロセッサ、４２・・
・・・・アナログ／ディジタル変換器、４３・・・・・
・外部タイマ部、 ４５、４６・・・・・・制御信号、４８・・・・・・音
声帰還機構、４９・・・・・・出力信号、　５１．５２
・・・・・・クロック信号、５５・・・・・・励振増幅
器、５７・・・・・・出力信号、５９・・・・・・増幅
器。 の　ω （ｄ８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）（ａ）超音波変換要素の配列を有する超音波検査
   機器を設け、 （ｂ）前記検査機器を身体の関心のある領域の部位にほ
   ぼ位置せしめ、 （ｃ）配列内の前記要素から連続的に超音波信号を発射
   し、 （ｄ）前記要素から発射された受信超音波信号を検知し
   、 （ｅ）前記受信超音波信号から前記配列内の各点での前
   記身体の部分の物理的特性に関する少なくとも一つのパ
   ラメータを抽出し、 （ｆ）同様な関心のある領域を繰り返し選択するために
   基準値によりパラメータの中から選択し、そのパラメー
   タの１つを、その関心のある領域でのその身体の一部分
   の物理的特性の指標として、その関心のある領域で用い
   るステップを含む任意の関心のある領域で、生きている
   身体の部分の物理的特性および完全性を計測するための
   方法。 （２）前記超音波検査機器は２つの対応する変換器配列
   を含み、一方の変換器の配列はステップ（ｃ）において
   発射するために用いられ、他方の変換器の配列はステッ
   プ（ｄ）において検知に用いられる請求項（１）に記載
   の方法。 （３）前記超音波検査機器はステップ（ｃ）においてパ
   ルスを発射するため、およびステップ（ｄ）においてそ
   れらを検知するための両者に用いられる一つの変換器配
   列を備えた請求項（１）に記載の方法。 （４）前記機器はステップ（ｄ）において使用者のかか
   と上に置かれ、関心のある領域は踵骨内である請求項（
   １）に記載の方法。 （５）ステップ（ｅ）における抽出パラメータに広帯域
   の超音波減衰度である請求項（１）に記載の方法。 （６）ステップ（ｅ）における抽出パラメータは超音波
   パルスの通行時間の中にある請求項（１）に記載の方法
   。 （７）ステップ（ｅ）における抽出パラメータは超音波
   パルスの速度である請求項（１）に記載の方法。 （８）ステップ（ｅ）における抽出パラメータは広帯域
   の超音波の減衰度であり、ステップ（ｆ）において用い
   られる基準値は高い帯域の超音波の減衰度のある領域に
   おける局所的な最小値により識別される請求項（１）に
   記載の方法。 （９）ステップ（ｅ）における抽出パラメータは受信超
   音波パルスの位相角である請求項（１）に記載の方法。 （１０）抽出パラメータは受信超音波信号が新しい超音
   波信号の伝送を誘発するときに得られるシング・アラウ
   ンド（ｓｉｎｇ−ａｒｏｕｎｄ）周波数である請求項（
   １）に記載の方法。 （１１）（ａ）第１の変換器の要素から身体の部分に、
   一連の超音波パルスを発射し、 （ｂ）前記身体の部分を通過した受信超音波信号を検知
   し、 （ｃ）一連の時間増分の間に受信超音波信号をサンプル
   し、異なるパルスの間にパルスの発射から異なる経過時
   間の異なる増分がサンプルされ、一組のサンプルされた
   増分のデータは受信超音波信号全体を表わし、 （ｄ）少なくとも２組のサンプルされた増分データが保
   持されるように、（ａ）から（ｃ）のステップを少なく
   とも一回、繰り返し、 （ｅ）雑音成分が低減された、受信信号を表わすものを
   生成するために前記２組のサンプルされた増分データを
   平均する ステップを含む生きている身体の一部の物理的特性を計
   測するための方法。 （１２）配列には複数の超音波要素が存在し、ステップ
   （ａ）から（ｅ）は配列内の複数の要素について実行さ
   れる請求項（１１）に記載の方法。 （１３）ステップ（ｂ）において検知を行うための第２
   の変換器要素が存在する請求項（１１）に記載の方法。 （１４）ステップ（ａ）における発射およびステップ（
   ｂ）における検知は同じ変換器要素により行われる請求
   項（１１）に記載の方法。 （１５）ステップ（ｃ）においてサンプルされた値はア
   ナログからディジタル形態に変換され、サンプルされた
   増分データはディジタル形態で蓄積される請求項（１１
   ）に記載の方法。 （１６）ステップ（ｃ）において各連続するパルスにつ
   いてのサンプリングは連続するパルスについて発射され
   る度に、１つの時間増分が増やされる請求項（１１）に
   記載の方法。 （１７）（ａ）身体の部分を通して音波信号を送出し、 （ｂ）その身体の部分を通った音波信号の身体部分通行
   時間を決め、 （ｃ）既知の音響特性を有する基準物質を通して音波信
   号を送出し、 （ｄ）前記基準物質を通った音波信号の基準物質通行時
   間を決め、 （ｅ）前記物質通行時間に対する身体部分通行時間の数
   学的な時間比較を行い、 （ｆ）この数学的な時間比較を身体の部分の物理的特性
   を関係づける ステップを含む、生きている身体の一部の物理的特性と
   完全性を計測するための方法。 （１８）前記数学的な時間比較は前記身体部分通行時間
   と前記物質通行時間との間の差分をもとめることにより
   なされる請求項（１７）に記載の方法。 （１９）前記数学的な時間比較は前記身体部分通行時間
   と前記物質通行時間との間の比を求めることによりなさ
   れる請求項（１７）に記載の方法。 （２０）前記身体の部分および前記物質を通して音波信
   号を送出するステップは一連の音波信号を送出すること
   を含み、前記身体の部分を通して連続して送られる音波
   信号は実質的に同じものであり、 身体の部分通行時間および物質通行時間を決めるステッ
   プは一連の音波信号を受信し、漸次、連続する各信号の
   増分したところをサンプルし、前記身体の部分および前
   記物質を各々、通ってきた音波信号のディジタル合成信
   号を形成するために増分データを組み合わせることを含
   む請求項（１７）に記載の方法。 （２１）表示器上に前記身体の部分の物理的特性を表わ
   す数を表示するステップを更に含む請求項（１７）に記
   載の方法。 （２２）前記身体の部分を通して音波信号を送出するス
   テップは送出要素の配列、１度に少なくとも１つの要素
   を介して連続的に前記音波信号を送出することを含み、 身体部分通行時間を決めるステップは受信要素の配列に
   より前記身体の部分を通して送られてくる前記音波信号
   を受信することを含む請求項（１７）に記載の方法。 （２３）送信するステップ（ａ）および（ｂ）の各々は
   変換器から音波信号を送出することを含み、 決定するステップ（ｂ）および（ｄ）の各々は前記通行
   時間を決定するために同じ変換器で反射面からの音波パ
   ルスが検出されるまでの時間を求め、その時間を２で割
   ることを含む請求項（１７）に記載の方法。 （２４）（ａ）身体の部分を通して音波信号を送出し、 （ｂ）前記身体の部分を通った前記音波信号の少なくと
   も１つのある特定の周波数成分の絶対減衰度を決定し、 （ｃ）既知の音響特性を有する物質を通して同じ音波信
   号を送出し、 （ｄ）前記物質を通った前記音波信号の少なくとも１つ
   の対応する特定の周波数成分の絶対減衰度を決定し、 （ｅ）前記物質を通った、各々対応するある特定の周波
   数成分の前記絶対減衰度に対する、前記身体の部分を通
   った前記ある特定の成分の前記絶対減衰度の数学的な減
   衰度の比較を行い、 （ｆ）前記数学的な減衰度の比較を前記身体の部分の物
   理特性および完全性に関係づけるステップを含む、生き
   ている身体の部分の物理的特性および完全性を計測する
   ための方法。 （２５）前記数学的な減衰度の比較は前記身体の部分を
   通ったある特定の周波数成分の減衰度と前記物質を通っ
   た対応する周波数成分の減衰度との間の差を求めること
   によりなされる請求項（２４）に記載の方法。 （２６）前記数学的な減衰度の比較は前記身体の部分を
   通ったある特定の周波数成分の減衰度と前記物質を通っ
   た対応する周波数成分の減衰度との間の比を求めること
   によりなされる請求項（２４）に記載の方法。 （２７）前記身体の部分および前記物質を通して音波信
   号を送出するステップは一連の音波信号を送出すること
   を含み、前記身体の部分を通って連続して送られる音波
   信号は実質的に同じであり、前記物質を通って連続して
   送られる音波信号は実質的に同じであり、 前記身体の部分を通しての絶対減衰度および前記物質を
   通しての絶対減衰度を決めるステップは前記身体の部分
   を通って送られてくる一連の音波信号を受信し、漸次、
   連続する波形の各々の増分部分のデータをサンプルし、
   ディジタル合成波形を形成するために前記増分の波形部
   分のデータを組み合わせることを含む請求項（２４）に
   記載の方法。 （２８）ディジタル表示器上に前記身体の部分の物理的
   特性を表わす数を表示するステップを更に含む請求項（
   ２７）に記載の方法。 （２９）前記身体の部分を通して音波信号を送出するス
   テップは複数の送信要素の配列から順次前記音波信号を
   送出することを含み、前記音波信号は各送信要素から、
   一度に少なくとも１つの要素から順次、送出され、 前記身体の部分を通しての絶対減衰度を決めるステップ
   は複数の受信要素の配列により前記身体の部分を通って
   送られてきた前記音波信号を受信し、前記身体の部分を
   通った音波信号の絶対減衰度を決めることを含む請求項
   （２４）に記載の方法。 （３０）（ａ）身体の部分を通して音波信号を送出し、 （ｂ）前記身体の部分を通った音波信号の身体部分通行
   時間を決め、 （ｃ）通常の通行時間のデータベースから複数の通常の
   通行時間の中の１つを選択し、 （ｄ）前記選択された通常の通行時間に対する、前記身
   体部分の通行時間の数学的な比較を行い、 （ｅ）前記数学的な比較を前記身体の部分の物理的特性
   および完全性に関連づける ステップを含む、生きている身体の部分の物理的特性お
   よび完全性を計測するための方法。 （３１）前記選択された通常の通行時間は検査されてい
   る人間の年令、背丈、人種または性別などの要素のうち
   少なくとも１つに基づいて選択される請求項（３０）に
   記載の方法。 （３２）送出するステップ（ａ）は変換器から前記音波
   信号を送出することを含み、 決定するステップ（ｂ）は前記身体の部分の反対側から
   の反射音波信号を検出し、経過時間を２で割ることを含
   む請求項（３０）に記載の方法。 （３３）（ａ）身体の部分を通して音波信号を送出し、 （ｂ）前記身体の部分を通った音波信号の身体部分通行
   時間を決め、 （ｃ）前記身体の部分を通った前記音波信号の少なくと
   も１つのある特定の周波数成分の絶対減衰度を決め、 （ｄ）既知の音響特性を有する物質を通して音波信号を
   送出し、 （ｅ）前記物質を通った前記音波信号の物質通行時間を
   決め、 （ｆ）前記物質を通った前記音波信号の少なくとも１つ
   の対応するある特定の周波数成分の絶対減衰度を決め、 （ｇ）前記物質通行時間に対する、前記身体部分通行時
   間の数学的な時間比較を行い、 （ｈ）対応する周波数成分間で数学的な減衰度の比較を
   するために、前記物質を通った、 各々対応する特定の周波数成分の前記絶対 減衰度に対する、前記身体の部分を通った ある特定の成分の前記絶対減衰度の数学的 な減衰度の比較を行い、 （ｉ）前記数学的な時間の比較および前記数学的な減衰
   度の比較の両者を前記身体の部分の物理的特性および完
   全性に関連づけるステップを含む、生きている身体の部
   分の物理的特性および完全を計測するための方法。 （３４）前記音波信号の送出は前記身体の部分の一方の
   側に位置する変換器から前記身体の部分の他方の側に位
   置する変換器に向けて行われる請求項（３３）に記載の
   方法。 （３５）前記音波信号の送出は反射音波信号が同じ変換
   器によって検出されうるように、前記身体の部分に対し
   て位置する変換器から行われる請求項（３３）に記載の
   方法。 （３６）（ａ）一対の変換器を、それらが身体の部分と
   接触するようになるまで調整し、その間の距離を固定し
   、 （ｂ）前記身体の部分を通して超音波パルスを発射し、 （ｃ）前記身体の部分を通ったパルスの通行時間を計測
   し、 （ｄ）前記変換器を前記身体の部分から取り外し、それ
   らを、それらの間の距離を変えることなく、既知の音響
   特性の基準物質の中に置き、 （ｅ）前記物質を通して超音波パルスを発射し、 （ｆ）前記物質を通ったパルスの通行時間を計測し、 （ｇ）前記身体の部分の物理的特性および完全性の計測
   法として、前記物質を通ったパルスの通行時間に対する
   、前記身体の部分を通ったパルスの通行時間の比較を用
   いるステップを含む、 生きている身体の部分物理的特性および完全性を計測す
   る方法。 （３７）（ａ）間をあけて対向する関係にある一対の超
   音波変換器と、 （ｂ）第１の前記変換器に接続される励振増幅器と、 （ｃ）第２の前記変換器の出力を受けるよう接続された
   受け側の増幅器と、 （ｄ）前記受け側の増幅器の出力を受けるよう接続され
   たサンプリング・アナログ−ディジタル変換器と、 （ｅ）タイミング・パルスを発生するタイマ回路と、 （ｆ）前記励振および受け側の増幅器、タイマ、アナロ
   グ−ディジタル変換器の動作を制御するよう接続され、 （１）前記第１の変換器から超音波パルスを発射するた
   めに、前記励振増幅器に一連のパルスを送出せしめ、 ２）前記受け側の増幅器により受信された各パルスにつ
   いて、前記アナログ−ディジタル変換器に前記第２の変
   換器により受信された波形の一部をサンプルせしめ、か
   つ送られてくる連続するパルスの各々について、前記サ
   ンプルを次々と遅らせ、 （３）前記アナログ−ディジタル変換器による各サンプ
   ルのディジタル出力を保持し、 （４）パルスのサンプリングが完了したとき、前記第２
   の変換器により受信されたアナログ波形を表わす一連の
   ディジタル値を出力するようプログラムされたマイクロ
   プロセッサと を含む超音波密度計。 （３８）各変換器は複数の要素を含む配列を含み、前記
   マイクロプロセッサは前記変換器上の一つの対応する対
   の要素を選択するように接続され、前記マイクロプロセ
   ッサは更に、配列内の各要素について、順次パルスを出
   し、サンプルし、保持するプログラム・ステップを連続
   的に繰り返すようプログラムされている請求項（３７）
   に記載の方法。 （３９）各々が超音波変換器の要素の配列を含み、離れ
   て位置する第１および第２の超音波変換器と、 前記変換器に接続され、順次、対応する一組の要素を選
   択し、超音波パルスを発射し、そのパルスの受信を検知
   し、前記配列の面にわたって、一連のパルスの通行時間
   を生成するために、前記パルスの通行時間を計測するた
   めの電気的手段と を含む超音波密度計。