JPH0716224A - 超音波透過検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体透過した超音波の信号強度に応じて信
号の平均化処理回数を自動的に設定する。 【構成】 超音波変換器２０ａで発生し被検体２６を透
過した超音波を超音波変換器２０ｂで受波し、その強度
を信号検出手段２０で検出し、検出信号が平均化回数設
定回路２９に導びかれて、信号強度に応じた信号の平均
化回数を自動設定するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質内における超音波
の音速・減衰量を測定することにより物質の違いを明確
にする分野に適用される装置で、特に生体の骨粗鬆症の
診断等に利用される超音波減衰測定装置あるいは骨塩定
量装置に関するものである。

【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、通常軟組織が薄くまた踵骨の両側面が
比較的平行である踵に対して実施される。

【０００３】骨の特性を測定するための従来の装置（超
音波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、通常超音波変換器と呼ばれる、超音波の発生及び検
出を１台で行うことができる超音波変換器を用いる。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（即ち、踵の表面で反射される超音波が出来るだ
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搬
し、また減衰を受ける。従って、検出器により超音波の
到達時刻，速度ある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
が出来る。

【０００４】従来の測定装置は、特開平２−１０４３３
７号に示されているように、測定槽の側面に固定された
一対の超音波変換器の間に被検体である踵を挿入し超音
波透過波により音速または減衰量などの超音波透過特性
を測定する際に、透過波の測定波形におけるランダムノ
イズ成分を低減するため数回平均化処理が行なわれる
が、その平均化回数は固定されたものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】被検体透過波の信号強
度はその被検体の密度分布や透過距離（被検体の幅）に
よって大きく変化する。特に、被検体（踵骨）を２次元
的に走査し、その超音波透過特性（音速，減衰量など）
の２次元分布を測定する際には、実際の測定は、必要な
領域よりも広い範囲に対し２次元走査を行なうことによ
り、被検体以外の領域（例えば整合液の領域など）に測
定範囲がかかってしまうため、透過波信号強度はより一
層大きく変化する。

【０００６】いま、信号の平均化回数を、最も減衰の大
きい時の透過波信号（踵骨を主に透過する場合つまり測
定関心領域）に対して設定し固定すると、信号強度は小
さいためＳ／Ｎ比は悪く、ランダムノイズを低減するた
めには平均化回数を多くしなければならない。このた
め、この透過波信号よりも有意に信号強度が大きい場
合、無駄な平均化処理が増えてしまい、測定時間が長く
なってしまう。

【０００７】また、逆に、信号の平均化回数を最も信号
強度の大きい場合に対して設定し固定すると、平均化回
数は少なくなるため測定時間は短くなるが、減衰が大き
い透過信号の場合（踵骨を主に透過する場合つまり測定
関心領域）Ｓ／Ｎ比が悪くなってしまい、精度よい測定
ができなくなってしまうという問題があった。この問題
は単一の超音波変換器を対向配設し超音波を走査しない
場合にも生じる。

【０００８】本発明は、上記に鑑み、被検体透過波の信
号強度に応じて自動的に信号の平均化回数を設定するよ
うにし、精度がよく、かつ測定時間の短い超音波透過検
査装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【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、第１の発明の超音波透過検査装置は、超音
波変換器で検出された被検体を透過した超音波信号強度
に応じて透過波測定における信号平均化回数を設定する
平均化回数設定手段を設けた、ことを特徴としている。

【００１０】第２の発明の超音波透過検査装置は、超音
波変換器として超音波を１次元、または２次元走査し送
受信可能な超音波変換器を用い、平均化回数設定手段
は、各走査位置での被検体透過超音波信号強度に応じて
透過波測定における各走査位置での信号平均化回数を設
定するものである、ことを特徴としている。

【００１１】ここで、「２次元走査し超音波送受信可能
な超音波変換器」には、複数の超音波送受信可能な超
音波変換素子を２次元的に配列したもの、リニア（１
次元）に配列した複数の超音波送受信可能な超音波変換
素子であって、配列方向に直角方向に移動可能なもの、
２次元的に移動可能とした１個または複数個の超音波
送受信可能な超音波変換素子、のいずれをも含むもので
ある。また、透過とは、一方の超音波変換器（の素子）
で発信した超音波を他方の超音波変換器（の素子）で受
信すること、または、その逆に他方の超音波変換器（の
素子）で発信した超音波を一方の超音波変換器（の素
子）で受信することである。

【００１２】

【作用】平均化回数設定手段は、一方の超音波変換器で
検出された被検体透過超音波信号に応じて透過波測定に
おける信号平均化回数を自動的に設定し、設定された回
数測定が繰り返えし行なわれる。走査可能な超音波変換
器を用いた第２の発明では、ある任意の測定位置におい
て、まず、被検体透過波の信号強度を超音波変換器によ
り検出し、それをもとに平均化回数設定手段が信号の平
均化回数を決定する。次に決定された平均化回数の数だ
け測定を繰り返し、目的の透過波データを得る。これと
同じ操作を、超音波変換器で超音波を走査しながら繰り
返し行ない、被検体の超音波透過特性検査を行なう。こ
のとき、最初に行なった被検体透過波の信号強度測定で
得られたデータを、平均化回数設定のために用いるとと
もに、平均化処理のための１つの透過波形データとして
用いてもよい。

【００１３】このように平均化回数設定手段が、信号強
度に応じて信号平均化回数を自動設定するのでランダム
ノイズを低減し、精度の良い超音波透過検査が行な得
る。また、被検体を２次元走査し、その超音波透過特性
の２次元分布を測定する場合にも各走査位置の信号強度
に応じて走査位置毎に平均化回数が自動設定されるの
で、短時間で精度の良い超音波透過検査が行な得る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例である超音波透過検
査装置を図面に基づいて説明する。 まず最初に「２次
元走査可能で超音波送受信可能な超音波変換器」とし
て、リニアに配列した複数の超音波送受信可能な超音波
変換素子であって、配列方向と直角方向に移動させて２
次元走査を行なうようにした図１に示す装置の構成と動
作について説明する。

【００１５】図１は装置の構成を示すブロック図で、図
において、測定部１０、整合液注入・排出制御手段１
１、整合液温度・脱気制御手段１２、超音波発生制御手
段１３、超音波検出手段１４、超音波変換器の素子の切
替手段１５、主制御部１６、表示手段１７及び入出力手
段１８（例えばキーボード）から成る。

【００１６】測定部１０には、被検体である踵を入れる
測定槽１９、測定槽１９の内壁近傍に対向して設けられ
ているリニアに超音波変換素子を配列した超音波変換器
２０ａ，２０ｂ、超音波変換器を配列方向に直角方向
（図では紙面に直角方向）に移動させる超音波変換器移
動制御手段２１、測定槽内に整合液２２を注水する注入
口２３と排水する排水口２４、及び、整合液の水量をモ
ニターする液位計２５が含まれる。

【００１７】また、主制御部１６には、本測定に用いら
れる様々な定数や、測定結果などを記憶しておく情報記
憶手段２７、超音波の到達時間、音速及び減衰量を計算
する測定値解析計算手段２８、被検体２６を透過した超
音波の信号強度を検出する信号強度検出手段３０、及
び、信号強度に応じて測定における信号平均化回数を設
定する平均化回数設定手段２９が含まれる。

【００１８】本超音波透過検査装置による被検体の超音
波透過特性測定は次のようにして行われる。まず、測定
槽１９内に被検体である踵を、超音波変換器２０ａ，２
０ｂの間に入れる。次に、整合液注入・排出制御手段１
１より、整合液温度・脱気制御手段１２によって所定温
度で脱気された整合液（例えば、水）を注入口２３から
測定槽１９内に注入する。測定槽１９の内壁に設けられ
た液位計２５により測定槽１９内の液位が所定レベルに
達したと検出された時点で、整合液注入・排出手段１１
は整合液の注入を停止する。その後、整合液の状態が安
定するのを待って、平均化回数設定と測定を図２の流れ
図に示すように行う。

【００１９】まず、超音波変換器移動制御手段２１によ
って超音波変換器２０ａおよび２０ｂを初期位置に移動
させた後、切替手段１５によって被検体２６を挟み対向
する超音波変換素子２０ａ−１および２０ｂ−１を選択
する（Ｂ）。この初期位置および超音波変換素子は特に
限定しない。次に、超音波発生制御手段１３により超音
波変換器素子２０ａ−１（または２０ｂ−１）から被検
体２６に向けて超音波を発信し、被検体透過後の透過超
音波を超音波変換素子２０ｂ−１（または２０ａ−１）
で受け、超音波検出手段１４により検出されディジタル
化される（Ｃ）。この透過波データから主制御部１６内
の信号強度検出手段３０により信号強度が検出される
（Ｄ）。この信号強度の検出方法は、透過波データの最
大最小の値の差をもって信号強度とする。ステップＤで
得られた信号強度をもとに、平均化回数設定手段２９内
に予め記憶されている信号強度に対する信号平均化の最
適回数の対応表などにより、信号処理に必要な平均化回
数（例えばＮ回）を求める（Ｅ）。このようにして平均
化回数が決定された後、ステップＣと同様の透過波測定
（Ｆ）と測定値解析計算手段２８により平均化処理
（Ｇ）を、先のＥで求めた回数だけ繰り返す。

【００２０】ここで、ステップＧの平均化処理は、毎回
得られる透過波データを主制御部１６内の情報記憶手段
２７内に記憶する際に、前回の透過波データとの加算及
び累積平均化回数での除算を行ないながら重ね書きして
いくことにより行なわれる。次に、最終的な平均化処理
された透過波データに対して、測定値解析計算手段２８
により透過波の到達時間や音速及び減衰度（広帯域減衰
量も含む）などの被検体の超音波透過特性を表わす物理
パラメータが算出され、それらのパラメータは情報記憶
手段２７に記憶される（Ｈ）。

【００２１】この後、切替手段１５により次の超音波変
換器素子（例えば２０ａ−２および２０ｂ−２）に切り
替え（Ｉ）、最後の超音波変換素子（例えば２０ａ−５
および２０ｂ−５）まで再度ステップＣからＩを繰り返
す。すべて、または一部のリニアに配列した超音波変換
素子について測定が終った後、超音波変換器移動制御手
段２１により超音波変換器２０ａ及び２０ｂを配列方向
に直角方向に所定の距離だけ移動させ（Ｊ）、再び上記
のステップＢからＪまでを繰り返し、所定の２次元領域
を走査測定した後、測定を終了する（Ｋ）。

【００２２】ここで、上記のステップＦおよびＧにおけ
る平均化処理の繰り返し回数の設定は、平均化回数を
設定する際に、ステップＣで測定した透過波データにつ
いても平均化処理の回数に入れることにより（Ｎ−１）
回繰り返すもの（点線で示す）、ステップＣでの透過
波データは、平均化処理の回数に入れずＮ回繰り返すも
の（実線で示す）、のいずれも含むものである。

【００２３】図３，図４はそれぞれ他の実施例の構成を
示すブロック図で、図３は超音波変換素子を２次元的に
配列した構造の超音波変換器を用い電子的に２次元走査
するようにした装置を、図４は１個、 または複数個の
超音波変換素子を２次元的に機械的に移動させて２次元
走査するようにした装置である。図３に示した装置構成
では、超音波変換器２０ａ及び２０ｂが超音波変換素子
の２次元配列になった点と、超音波変換器を移動させる
ための移動制御手段が不必要になった点を除くと図１で
示した装置構成とほぼ同じものである。また、この場合
の測定手段は、図２で示した測定手順においてステップ
Ｊの超音波変換器移動とそれに伴う繰り返しが不必要に
なることを除けばほぼ同じである。

【００２４】一方、図４に示した装置構成では、超音波
変換器２０ａ及び２０ｂが単一（または複数）の超音波
変換素子に置き変わった点と、超音波変換素子間の切り
替えを行なう切替手段が不必要になった点（複数の超音
波素子を２次元的に移動させる構成の場合は必要となる
（図４には示さず））を除くと図１で示した装置構成と
ほぼ同じものである。この場合の測定手順は、単一の超
音波変換素子の場合では、図２に示した測定手順におい
て、ステップＩの超音波変換素子切り替えとそれに伴う
繰り返しが不必要になることを除けばほぼ同じ手順とな
り、複数の超音波変換素子を用いる場合では、ほぼ図２
の操作手順と同じである。

【００２５】以上のような測定手順で求めた被検体の超
音波透過特性値（音速、減衰量など）を表示手段１７に
表示する。ここで、表示方法は、全ての２次元データ
が測定し終った後で、情報記憶手段２７に記憶されてい
る超音波透過特性値を一度に表示する方法、それぞれ
の測定位置での測定の度毎に、その位置での超音波透過
特性値を表示する方法、のいずれでもよい。次に、得ら
れた２次元（１次元でも構わない）超音波透過特性デー
タ内に任意の関心領域を設定し、その領域内の平均値を
算出し、被検体に対する超音波透過特性の代表値とし、
その値を表示手段１７に表示する。最後に、被検体２６
（踵）を測定槽１９から抜き、整合液注入・排出制御手
段１１により排水口２４より整合液２２を排出し、測定
を終了する。

【００２６】尚、実施例は好適と思われるものを例示し
たものであり、請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変
更が可能であり、実施例は請求の範囲を何等限定するも
のではない。すなわち、実施例では整合液を収容する測
定槽を用いたが、被検体を挟んで所定間隔を隔てて対向
配設された一対の超音波変換器と被検体間に整合液を収
容する袋体を介在させることも可能で、この場合には整
合液を収容する測定槽は不要である。

【００２７】また、実施例では超音波を機械的ないし、
電子的に走査したが、この発明は図４の構成において超
音波変換器２０ａ，２０ｂを固定し走査しないものにも
適用できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、被検体（測定部位）の
透過信号の強度に応じて最適の平均化処理回数が自動設
定され、測定されるのでノイズの少ない精度よい測定が
行なうことができ、かつ、また、被検体を２次元走査
し、超音波透過特性の２次元分布を測定する場合は、走
査位置、すなわち、走査位置に対応する測定部位に応じ
た最適の平均化回数が自動設定されるので、精度のよい
測定が短時間で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。

【図２】図１に示す実施例装置の測定手順を示すフロー
チャート。

【図３】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図。

【図４】本発明のさらに他の実施例の構成を示すブロッ
ク図。

【符号の説明】

１４…超音波検出手段 １５…切替手段 １９…測定槽 ２０ａ，２０ｂ
…超音波変換器 ２１…超音波変換器移動手段 ２６…被検体 ２７…情報記憶手段 ２８…測定値解
析計算手段 ２９…平均化回数設定手段 ３０…信号検出
手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方が超音波発生器、他方が超音波検出
   器として作用する一対の超音波変換器を被検体を挟んで
   対向配設し、被検体を透過する超音波を測定することに
   より被検体の超音波透過特性を検査する超音波検査装置
   において、前記他方の超音波変換器で検出された被検体
   を透過した超音波信号強度に応じて透過波測定における
   信号平均化回数を設定する平均化回数設定手段を設けた
   ことを特徴とする超音波透過検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波透過検査装置に
   おいて、前記一対の超音波変換器が超音波を少なくとも
   １次元方向走査し送受信可能な超音波変換器であると共
   に前記平均化回数設定手段が各走査位置における被検体
   透過超音波信号強度に応じて透過波測定における各走査
   位置での信号平均化回数を設定するものであることを特
   徴とする超音波透過検査装置。