JPH03188842A

JPH03188842A - 超音波生体検査器

Info

Publication number: JPH03188842A
Application number: JP32814889A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yagata; 屋ケ田　和彦; Yasuo Noguchi; 野口　康夫
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-08-16

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、主に生体の骨の状態、即ち骨折や骨粗鬆症等
の診断に使用する検査器に関するものである。

〈従来の技術〉老年者の増加に伴い、骨の吸収と形成のバランスが崩れ
骨量が病的に減少する、いわゆる骨粗鬆症の問題が注目
されるようになってきた。

この骨粗鬆症の診断は、従来、Ｘ線撮影や骨折の有無、
年令、腰背痛、血清カルシウム等をもとにスコア化し、
診断基準としてきた。しかし、これらの方法は煩雑で時
間がかかり、例えば集団検診のような場では不可能であ
った。

一方、超音波で骨量を測定する方法、（例えばＷ　Ｏ８
０１０２７９６等）が発明され、骨粗鬆症の診断に応用
されはじめている。（例えば、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ＋ｖ
ｏｌ、　１３８　７０１〜７１０（１９８９）や、ＪＡ
ＭＡ、　ｖｏｌ、　２６Ｌ２９８６〜２９９０（Ｍａｙ
　２６．１９８９）等）これらは、いずれも骨中の音速
を測定し、正常人の値と比較するもので、例えば、骨粗
鬆症の場合、音速の低下を示すといわれている。

音速は、２つの超音波トランスデユーサ−の−方である
発振トランスデユーサ−からの超音波が、骨中を伝搬し
反対側にある受信トランスデユーサ−へ到達するまでの
伝搬時間と、両トランスデユーサ−間の距離とから計算
するが、患者の個体差によって当然この距離は異なる。

また、例えば、Ｃａ１ｃｉｆ　Ｔｉ５ｓｕｅ　Ｉｎｔ−
＋　ｖｏｌ、　４３．１３８〜１４２（１９８Ｂ）のよ
うに、音波の減衰を比較する方法も考案されているが、
この方法に関しても、距離の補正を加える方が望ましい
。

そのためには検査時における距離測定が必要であり、別
途測定した距離データをキーボード入力するか、バーニ
ア等にフォトセンサーや抵抗値センサー等のセンサーを
付設する必要があった。

〈発明が解決しようとする課題〉本発明は、従来超音波検査器の２つのトランスデユーサ
−間の距離測定のために、超音波検査器とは別に用意さ
れていたフォトセンサーや抵抗値センサー等のセンサー
を使用することなく、超音波生査器自体に距離測定の機
能を持たせることによって、検査器の取扱い、操作の簡
略化を図ると共に、より正確で深い診断を可能にする超
音波生体検査器を提供しようとするものである。

〈課題を解決するための手段〉本発明は、少な（とも２ケの超音波トランスデユーサ−
と超音波発振・検出器とから成り、生体よって、生体の
状態を検査することを特徴とする超音波生体検査器であ
る。

本発明において使用する超音波トランスデユーサ−は、
特に限定はしないが、例えば、ＰＺＴ、圧電プラスチッ
ク等の圧電素子に銀または銅の電極を付属し、これを板
またはホルダーに貼り合わ３− せた構造の計測制御用超音波機器の送信用もしくは受信
用として使われる超音波トランスデユーサ−が使用でき
る。２つの超音波トランスデユーサ−は、超音波発振・
検出器からの高周波電圧を超音波エネルギーに変換する
発振トランスデユーサ−と、発振トランスデユーサ−か
ら発振された超音波を受信し、電気信号に変換する受信
トランスデユーサ−でありご超音波トランスデユーサ−
としてはどちらに使用しても差し支えない。

本発明における超音波発振・検出器は、その発振方式等
特に限定するものではなく、例えば、発振トランスデユ
ーサ−からの超音波パルスを受信トランスデユーサ−で
受け、電気的に増幅した後、再度発振トランスデユーサ
−にフィードバックし、生体中に超音波パルスとして発
射するという過程をくり返すシングアラウンド方式や、
多重反射パルスの間隔から求めるパルス発振方式、また
、帰還発振回路による連続波の周波数変化を求め、基準
周波数と比較する方式等、一般に超音波の音速を測定す
る公知の方法はどれでも用いることがで一４＝きる。

ただし、その周波数は、生体組織中を伝搬し得る周波数
であり、かつ、必要な分解能を満足させる周波数である
ことが必要で、２０ＫＨｚ〜ＩＭＨ２％更に好ましくは
５０〜５００１［Ｈｚの範囲の周波数を使用するのが適
切である。

空気中の超音波伝搬速度は、温度、湿度が一定であれば
、一定と見なすことができる。従って、生体組織の伝搬
時間を測定した時の発振−受信画トランスデューサー間
の距離をそのまま維持して、空気中の伝搬時間を測定す
ることによって、両トランスデユーサ−間の距離を測定
することができる。一般に病院内等、本発明の使用環境
はほぼ一定の温湿度条件にあると考えられ、特に温湿度
の補正は必要ないものと思われるが、より正確を期する
′ためには、超音波トランスデユーサ−の近傍にサーミ
スタ等の温度計、セラミック等の湿度計を設置しても良
い。

一般に超音波の伝搬速度■は、 −ＦＫ７に：比例定数 ρ；密度で与えられる。従って、生体組織の密度が高い程伝搬速
度は速くなる。これを骨組織に応用すれば、伝搬速度は
骨密度の状態を示す良好な示標となり得る。

一方、生体による超音波の減衰は受信波の振幅から測定
され、そのための超音波トランスデユーサ−及び超音波
発振・検出器は、伝搬速度の測定で用いたものと全く同
一のものが使用できる。超音波は媒体の粘弾性、熱伝導
、熱輻射等により減衰するが、実際には熱輻射による割
合は無視できるため、粘弾性と熱伝導による減衰を考え
れば良く、減衰定数βは次式で与えられる。

ここで、ｆ；周波数、ρ：密度、■：伝搬速度。

ζ：粘弾性係数、γ＝Ｃｐ／Ｃｖ、Ｃｐ　：定圧比熱、
ＣＶ：定容比熱、に：熱伝導率である。

従って、例えば、伝搬速度と減衰の両方を測定すると同
時に、骨組織の熱的物性を何らかの方法で推算あるいは
測定すれば、骨組織の粘弾性に関する情報が得られる。

これは、例えば、骨組織が多孔質状態であったり、また
は、骨折等があった場合には、その減衰が非常に大きく
なることから骨粗鬆症の診断には大いに有用である。ま
た、超音波トランスデユーサ−を１〜４■φの受圧面と
することで、骨折箇所の推定も可能になる。

以下、実施例により本発明の超音波検査器を具体的に説
明する。

〈実施例〉第１図は本発明の一実施例となる超音波生体検査器の構
成を示すブロック図で、第２図はその測定部の構造の一
例を示す図である。

２つの超音波トランスデユーサ−の間に検体となる生体
組織００を挟んで超音波を送受信する測定部００には、
発振用及び受信用の超音波トランスデユーサ−（１）、
　（２）、　０２１として３ｒ！ＩｍφのＰＺＴを用い
、超音波発振・検出器（３）としてはシングアラウンド
方式を採用した。シングアラウンド方式は、受信波を受
けてからτ。秒後に発振する方法を繰り返すもので、任
意の送信時点から（ｎ＋１）回の送信が行われるまでの
時間をＴ、Ｐ＝Ｔ／ｎとすると、伝搬速度Ｖは、 ■９Ｌｏ　：発振−受信トランスデユーサ−間距離で与えられる。

このＬｏは、生体組織０ωを挟んで測定した後、ストッ
パーＱ４によってスライダーＱ３１を固定し、空気を介
して同様の測定を行うことにより、Ｌｏ　＝Ｖｏ　　・
（Ｐａ　　Ｔｏ　）ｖｏ　；空気中の伝搬速度（既知）ｐｏ　　：　Ｔｏ　／ｎＴｏ　：空気中における（ｎ＋１）回の送信が行われる
までの時間で与えられる。

また、生体組織についての測定中は、同時に減衰測定部
（４）によって受信波の振幅を測定し、発振波との比較
によって減衰を測定する。

Ｉ１０部（５）はインターフェイスであり、超音波発振
・検出器（３）や、減衰測定部（４）、出力部（９）、
ＣＰＵ（６１間の信号の授受は、このＩ１０部（５）を
介して行われる。

ＣＰ　Ｕ　（６）は中央演算処理装置であり、演算処理
の他、図示していないキーボードや外部スイッチ等によ
り設定された機能を実行する。ＲＡ　Ｍ　（７）は演算
処理の途中で必要な演算結果などを、−時記憶するラン
ダムアクセスメモリーである。ＲＯＭ（８）は正常人や
骨粗鬆症患者等のデータと年令等を記憶しており、出力
部（９）にグラフや数値で実測値との比較を表示する。

また、出力部（９）は受信波の波形を表示し、測定部０
０が正しく生体組織０（Ｉｌに装着されているかをチエ
ツクする。

第２図に示す測定部は、２ケの超音波トランスデユーサ
−〇′ｌＪの平行度が正確に保たれるように作られてお
り、両トランスデユーサ−間の距離は、スライダー側に
よって自由に変えることができる。

生体組織を間に挟んで測定したら、ス）７パー０４によ
ってその距離を固定し、続いて、生体組織をはずしてそ
のまま空気中での伝搬速度を測定する。

前出の演算は、ＣＰ　Ｕ　（６）が自動的に行い、出力
部（９）に出力する。

〈発明の効果〉以上示したように、本発明は従来、距離の補正が行われ
なかったり、別途に用意された付属のセンサーを用いて
距離測定が行われていた超音波生体検査器において、生
体中の伝搬速度や生体によ゛る減衰を測定したものと同
一の超音波センサーで距離を測定するので、検査器の取
扱い、操作が簡単になる他、例えば、センサーの経時的
変化等による誤差が少なく、また、さらに伝搬速度と減
衰を同時に測定するため得られる情報が多く、より深い
診断が可能なものであり、医療産業上極めて有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例となる超音波生体検査器のシ
ステム構成を示すブロック図、第２図はその測定部の構
造の一例を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも２ヶの超音波トランスデューサーと超
音波発振・検出器とから成り、生体中の超音波伝搬時間
と空気中の超音波伝搬時間とを測定する事によって、生
体の状態を検査することを特徴とする超音波生体検査器
。
（２）少なくとも２ヶの超音波トランスデューサーと超
音波発振・検出器とから成り、生体による超音波の減衰
と空気中の超音波伝搬時間とを測定する事によって、生
体の状態を検査することを特徴とする超音波生体検査器
。
（３）少なくとも２ヶの超音波トランスデューサーと超
音波発振・検出器から成り、生体中の超音波伝搬時間と
生体による超音波の減衰の両方を同時に測定し、さらに
空気中の超音波伝搬時間を測定する事によって、生体の
状態を検査することを特徴とする超音波生体検査器。