JPH05192332A

JPH05192332A - 超音波透過検査装置

Info

Publication number: JPH05192332A
Application number: JP4030053A
Authority: JP
Inventors: Takashi Marume; 尚丸目
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1992-01-21
Publication date: 1993-08-03
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: JP3052532B2

Abstract

(57)【要約】【目的】骨塩量の測定の際の測定条件をできる限り一
定にして、再現性のある測定を行なうとともに、測定を
短時間で行なう。【構成】第１発明では、被検体（踵２６）の両側と測
定槽２０の内壁との間で超音波を往復させ、各距離Ｌ
1、Ｌ2を求めて被検体の厚さＬbを算出する。また第２
発明では、超音波トランスデューサ対２１、２２を２対
以上設け、整合液（水）２５のみの場合と被検体２６が
介在する場合の測定を同時に行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、骨粗鬆症（こつそしょ
うしょう）の診断等に利用される超音波透過検査装置或
いは骨塩定量装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】骨粗鬆症はカルシウム不足等により骨組
織の密度が低下する症状であるが、その診断のため、骨
中に超音波を通過させ、骨中における超音波の速度（音
速）や減衰量を測定することにより、骨の特性（骨塩密
度、スティフネス等）を定量測定するという方法が既に
考案されている。このような超音波検査は通常、軟組織
の薄い足の踵（かかと）に対して行なわれる。

【０００３】骨の特性を測定するための従来の装置（骨
塩定量装置と呼ばれる）は、内壁に超音波発生器と超音
波検出器とが対向するように取り付けられた容器（測定
槽）を使用する。超音波発生器と超音波検出器には、通
常、超音波トランスデューサと呼ばれる、超音波の発生
及び検出を１台で行なうことができる装置を用いる。こ
の測定槽内に、踵が超音波発生・検出器間を遮るように
足を入れ、さらに、踵に超音波が入射する際の整合を取
るための（すなわち、踵の表面で反射される超音波がで
きるだけ少なくなるようにするための）整合液として水
を入れる。その状態で発生器から超音波を発射すると、
超音波は踵骨を通過する際に、その骨塩量に応じた速度
で伝播し、また、減衰を受ける。従って、検出器により
超音波の速度或いは減衰量を測定することにより、被検
体である踵骨の骨塩量に相当する量を測定することがで
きる。

【０００４】従来の超音波骨塩定量装置では、骨中にお
ける超音波の速度ｖbは、発生・検出器間が水だけで満
たされているときの超音波伝播時間とその間に踵骨が介
在したときの伝播時間との時間差Δｔ（通常、骨中の方
が音速が大きいため、Δｔは負の値となる）を測定する
ことにより、次のような式により計算で求めている。す
なわち、踵骨の厚さ（超音波伝播方向の長さ）をＬb、
水中における超音波の速度をｖwとすると、骨中の超音
波の速度ｖbは、ｖb＝Ｌb／（Ｌb／ｖw＋Δｔ）と計算される。この速度ｖbを、予め二重エネルギＸ線
定量法等により求めておいた速度ｖbと骨塩量相当量と
の関係に当てはめることにより、骨塩量相当量を求める
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、踵骨の厚さＬb
は、踵をコンパス等で挟むことによって測定していた
が、これには次のような問題があった。一つには、コン
パスで測定する箇所が骨塩定量装置において超音波が通
過する箇所と異なる可能性があることであり、もう一つ
は、コンパスをあてがう強さにより測定される距離Ｌb
が変わるということである。これらがＬb値の誤差要因
となり、ひいては算出される骨塩量の誤差の要因とな
る。

【０００６】また、上記式には、水だけの場合の超音波
伝播時間と足を入れた後の伝播時間との差Δｔ、及び、
水中における超音波の速度ｖwが入っている。このた
め、従来は測定槽に足を入れる前、或いは、足を入れて
超音波伝播時間を測定した後に、測定槽に水だけが満た
されている状態で、超音波の伝播時間及び水中における
超音波の速度ｖwを測定していた。ここで、音速ｖwは水
の温度により変化するため、従来より、骨塩定量装置に
は水の温度を一定に制御するための装置が設けられてい
た。しかし、厳密には、足を入れる前と入れた後とでは
体温により水の温度が変化する可能性がある。また、測
定槽内で水が動いていると、温度、密度のゆらぎ等によ
り、正確な測定を行なうことができない。このような誤
差要因を避けるために、従来の骨塩定量装置では、足を
入れた後、或いは足を出した後は、水の温度が安定し、
水の動きが静まるまで、暫く待たなければならなかっ
た。このため、１回の測定にやや時間がかかるという難
点があった。

【０００７】本発明はこれらの課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、より正確
な測定を、短時間で行なうことのできる超音波骨塩定量
装置（一般的には、超音波透過検査装置）を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明の第１発明では、被検体を通過する超
音波の速度、減衰量等を測定することにより被検体の特
性を検査する超音波透過検査装置において、ａ）内部に被検体及び超音波整合液を入れる測定槽と、ｂ）測定槽の一方の内壁に近接して設けた第１超音波発
生器及び第１超音波検出器と、ｃ）上記第１超音波発生器、第１超音波検出器に対向す
るように、測定槽の他方の内壁に近接して設けた第２超
音波発生器及び第２超音波検出器と、ｄ）第１超音波発生器から超音波を発射した後、第１超
音波検出器で超音波を検出するまでの時間ｔ1、及び、
第２超音波発生器から超音波を発射した後、第２超音波
検出器で超音波を検出するまでの時間ｔ2を測定する手
段と、ｅ）時間ｔ1及びｔ2を基に、超音波通過方向の被検体の
厚さを算出する手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】また、第２発明では、被検体を通過する超
音波の速度、減衰量等を測定することにより被検体の特
性を検査する超音波透過検査装置において、ａ）内部に被検体及び超音波整合液を入れる測定槽と、ｂ１）測定槽の内壁であって、被検体が介在しない箇所
に対向して設けた非介在部超音波発生器及び非介在部超
音波検出器と、ｂ２）測定槽の内壁であって、被検体が介在する箇所に
対向して設けた介在部超音波発生器及び介在部超音波検
出器とを備えることを特徴とする。

【００１０】なおここで、第１超音波発生器と第１超音
波検出器は１台の超音波トランスデューサで両者を兼用
するようにしてもよい。この場合、超音波トランスデュ
ーサから発射する超音波をパルス状とすることにより、
超音波を発射していない間に同じトランスデューサで検
出を行なうことができ、兼用が可能となる。第２超音波
発生器及び第２超音波検出器についても同様である。

【００１１】

【作用】第１発明の超音波透過検査装置では、被検体の
厚さ（超音波伝播方向の距離）を次のようにして求め
る。まず、測定槽内であって、対向する第１、第２超音
波発生・検出器の間となる位置に被検体を入れ、第１超
音波発生器から超音波を発射する。この超音波の一部は
被検体の表面で反射され、第１超音波検出器の方に戻っ
てくる。この超音波の発射から戻ってくるまでの時間ｔ
1を測定することにより、測定槽のその内壁面から被検
体表面までの距離Ｌ1を求めることができる。第２超音
波発生・検出器についても同様に、超音波パルスの往復
時間ｔ2を測定することにより、その内壁面から被検体
表面までの距離Ｌ2を求めることができる。測定槽の両
内壁面の間の距離Ｌからこれらの距離Ｌ1、Ｌ2を減算す
ることにより、被検体の厚さＬoを求めることができ
る。

【００１２】なお、時間ｔ1、ｔ2から距離Ｌ1、Ｌ2を算
出する際には、超音波整合液中における超音波の速度ｖ
が必要となるが、これは、第１、第２超音波発生・検出
器の間に被検体を介在させない状態で、第１超音波発生
器と第２超音波検出器との間（或いは、第２超音波発生
器と第１超音波検出器との間）を伝播する超音波の時間
ｔを測定することにより、ｖ＝Ｌ／ｔとして求めること
ができる。後述する第２発明の超音波透過検査装置のよ
うに、被検体が介在しない箇所に別の超音波発生・検出
器対を設け、これによりｖを求めるようにしてもよい。

【００１３】第２発明の超音波透過検査装置では、測定
槽中に被検体を入れたとき、介在部超音波発生・検出器
対により前記従来の装置と同様に被検体中の超音波速
度、減衰量等を求めることができるが、これと同時に、
非介在部超音波発生・検出器対により、超音波整合液中
における超音波の速度及び減衰量を求めることができ
る。このため、被検体を測定槽に入れない状態で改めて
測定を行なう必要がなくなり、超音波整合液の安定・静
止のための時間が不要となって、測定を短時間で終了す
ることができる。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例である超音波骨塩定量装置
を図１〜図５により説明する。本装置は図１に示す通
り、測定部１０、水制御部１１、超音波発振制御部１
２、超音波測定部１３、制御部１４及び表示部１５から
成る。測定部１０には、被検体である足（踵）を入れる
測定槽２０、及び、測定槽２０の内壁に対向して設けら
れた２対の超音波トランスデューサ対２１、２２が含ま
れる。また、制御部１４には、超音波の音速及び減衰量
を算出する音速・減衰量算出部１６と、それらの算出値
を骨塩量相当量に変換する骨塩量相当量変換部１７とが
含まれる。各超音波トランスデューサ対２１、２２にお
いて、トランスデューサ２１ａと２１ｂが対向してお
り、また、トランスデューサ２２ａと２２ｂが対向して
いる。これらのトランスデューサ２１ａ、２１ｂ、２２
ａ、２２ｂと超音波発振制御部１２及び超音波測定部１
３とは、図２に示すように接続されている。

【００１５】本超音波骨塩量測定装置による骨塩量測定
は次のようにして行なう。まず、測定槽内に被検体であ
る踵２６を、一方のトランスデューサ対２２のみを遮
り、他方のトランスデューサ対２１を遮らないような位
置に入れる（図５（ａ））。次に、水制御部１１によ
り、超音波整合液である水を、注入口２３から測定槽内
に入れる。なお、ここで測定槽内に注入される水は、予
め温度が一定となるように制御されている。測定槽２０
の内壁に設けられた水位計２４により測定槽内の水位が
所定レベルに達したと検出された時点で、水制御部１１
は水の注入を停止する。その後、水が安定するのを待っ
て、測定を開始する。

【００１６】測定の際、制御部１４は、踵が介在しない
方のトランスデューサ対２１（第２発明における非介在
部超音波発生器、検出器に相当）により、水中の超音波
の速度ｖw及び（単位距離当たりの）減衰量ｒwを測定す
る。まず、超音波発振制御部１２により一方のトランス
デューサ２１ａから超音波パルスを発射し、他方のトラ
ンスデューサ２１ｂでそれを受けて、その間の時間ｔw
を超音波測定部１３により測定する。両トランスデュー
サ２１ａ、２１ｂの間の距離Ｌは既知であるため、現在
の条件の下での水中の超音波の速度ｖwはｖw＝Ｌ／ｔw として求めることができる。また、減衰量ｒwは、受け
側のトランスデューサ２１ｂが検出する超音波の強度を
超音波測定部１３により測定し、これと発生側のトラン
スデューサ２１ａが発生する超音波の強度とを比較する
ことにより求めることができる。これらは、制御部１４
内の音速・減衰量算出部１６が算出する。

【００１７】一方、踵２６が介在する方のトランスデュ
ーサ対２２（このトランスデューサ対２２を構成する各
トランスデューサ２２ａ、２２ｂがそれぞれ、第１発明
における第１、第２超音波発生器、検出器に相当）によ
り、踵２６の厚さを測定する。図３に示すように、各ト
ランスデューサ２２ａ、２２ｂから超音波パルスを発射
し、踵２６の表面で反射され、戻ってくる超音波を、発
射したトランスデューサ２２ａ、２２ｂ自身が検出す
る。超音波測定部１３は、各トランスデューサ２２ａ、
２２ｂについて、この超音波パルスの発射から検出まで
の時間ｔ1、ｔ2（図４）を測定する。制御部１４はこの
測定値ｔ1、ｔ2より、各トランスデューサ２２ａ、２２
ｂと踵２６の表面との間の距離Ｌ1、Ｌ2をＬ1＝ｖw・ｔ1／２、Ｌ2＝ｖw・ｔ2／２として算出する。また、踵２６の厚さＬbをＬb＝Ｌ−Ｌ1−Ｌ2 として算出する。

【００１８】最後に、同じく踵２６が介在する方のトラ
ンスデューサ対２２（ここにおける各トランスデューサ
２２ａ、２２ｂはそれぞれ、第２発明の介在部超音波発
生器、検出器に相当）により、踵骨中の超音波速度ｖb
及び減衰量ｒbを測定する。すなわち、一方のトランス
デューサ２２ａから超音波パルスを発射し、他方のトラ
ンスデューサ２２ｂによりそれを検出して（逆でもよ
い）、その間の時間ｔwb及び検出超音波の強度を測定す
る。この測定値より、踵骨中の超音波速度ｖbは前記の
通り、ｖb＝Ｌb／（Ｌb／ｖw＋Δｔ） Δｔ＝ｔwb−ｔw として算出することができる。或いは、図３（ｂ）に示
すように、ｖb＝Ｌb／（ｔw−ｔ1／２−ｔ2／２）として算出することもできる。また、踵骨中の超音波の
減衰量ｒbも、検出した超音波の強度値を所定の式に代
入することにより算出することができる。この減衰量算
出の際にも踵骨の厚さＬbの値が必要となるが、これも
上記の通り算出した値Ｌbを代入することにより、再現
性の良い減衰量測定を行なうことができる。このように
して算出した超音波の速度又は減衰量を基に、骨塩量相
当量変換部１７が骨塩量相当量を算出し、その結果を表
示部１５に表示する。

【００１９】なお、精度向上のため、図５（ｂ）に示す
ように、被検体が介在する位置と介在しない位置にトラ
ンスデューサ対を複数対設け、それらの測定値の平均値
を計算の基礎とするようにしてもよい。また、上記実施
例では踵骨を被検体とする骨塩定量装置を例示したが、
本発明は骨以外にも、軟組織を被検体とするもの等、超
音波透過測定装置一般について適用することができる。

【００２０】

【発明の効果】第１発明の超音波透過検査装置では、被
検体の厚さを測定する箇所がそのまま超音波透過測定を
行なう箇所となり、両者の食い違いによる測定誤差を防
止することができる。また、厚さを非接触で測定するた
め、被検体の硬さ等にかかわらず、常に一定の条件で厚
さを測定することができる。これらにより、骨塩定量の
際の測定条件が常に一定となり、測定値の再現性が保証
される。第２発明の超音波透過検査装置においても、被
検体の測定と同時に超音波整合液の測定を行なうため、
整合液の温度等の測定条件を一定にすることが容易とな
り、測定値の再現性を向上させる。また、両測定が１回
で済むため、超音波整合液の安定・静止のための時間が
不要となり、測定時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である超音波骨塩定量装置
の構成を示すブロック図。

【図２】実施例の骨塩定量装置の超音波トランスデュ
ーサと超音波発振制御部及び超音波検出部の接続関係を
示すブロック図。

【図３】測定槽内に被検体である踵を入れた状態の断
面図。

【図４】超音波パルスにより超音波の伝播時間を測定
する際のタイミングチャート。

【図５】測定槽内におけるトランスデューサ対と被検
体との位置関係を示す平面図。

【符号の説明】

１０…測定部２０…測定槽２１、２２…トラ
ンスデューサ対２３…水注入口２４…水位計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体を通過する超音波の速度、減衰量
等を測定することにより被検体の特性を検査する超音波
透過検査装置において、ａ）内部に被検体及び超音波整合液を入れる測定槽と、ｂ）測定槽の一方の内壁に近接して設けた第１超音波発
生器及び第１超音波検出器と、ｃ）上記第１超音波発生器、第１超音波検出器に対向す
るように、測定槽の他方の内壁に近接して設けた第２超
音波発生器及び第２超音波検出器と、ｄ）第１超音波発生器から超音波を発射した後、第１超
音波検出器で超音波を検出するまでの時間ｔ1、及び、
第２超音波発生器から超音波を発射した後、第２超音波
検出器で超音波を検出するまでの時間ｔ2を測定する手
段と、ｅ）時間ｔ1及びｔ2を基に、超音波通過方向の被検体の
厚さを算出する手段とを備えることを特徴とする超音波
透過検査装置。
【請求項２】被検体を通過する超音波の速度、減衰量
等を測定することにより被検体の特性を検査する超音波
透過検査装置において、ａ）内部に被検体及び超音波整合液を入れる測定槽と、ｂ１）測定槽の内壁であって、被検体が介在しない箇所
に対向して設けた非介在部超音波発生器及び非介在部超
音波検出器と、ｂ２）測定槽の内壁であって、被検体が介在する箇所に
対向して設けた介在部超音波発生器及び介在部超音波検
出器とを備えることを特徴とする超音波透過検査装置。