JPH0716229A

JPH0716229A - 超音波透過検査装置

Info

Publication number: JPH0716229A
Application number: JP16242293A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Takayama; 直彦高山; Takashi Marume; 尚丸目
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】メインバンクの影響を除去し、被検体内の超
音波透過特性を正確に測定する。【構成】測定槽１９に超音波変換器位置移動手段２１
ａ，２１ｂで超音波放射方向に移動できるように超音波
変換器２０ａ，２０ｂを対向配設し、超音波変換器２０
ａ，２０ｂで検出された反射波がメインバンクの影響を
受けているかをメインバンク影響判定手段２９で判定
し、影響を受けている場合には、影響の受けない超音波
変換器の移動位置を測定値解析計算手段２７が解析し、
その位置に位置移動手段２１ａ，２１ｂでもって超音波
変換器２０ａ，２０ｂを自動的に移動させるようにし
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提案されている。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、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を測定する前に、被検体の幅
（踵の幅または踵骨の幅）を被検体からの反射波により
測定していた。これは音速を求める際、被検体を測定槽
に入れたときと入れないときの超音波の到達時間と被検
体の幅（踵の幅または踵骨の幅）から音速を算出するた
めのものである。

【０００５】測定は、まず、一方の超音波変換器から発
信された超音波が、踵表面または踵骨表面で反射され再
び同じ超音波変換器に戻って来るまでの時間差から超音
波変換器と被検体表面間の距離を算出し、他方の超音波
変換器についても同様の測定を行い距離を求め、次に超
音波変換器間の既知の距離からそれら測定した距離の合
計を差し引くことで被検体の幅（踵の幅または踵骨の
幅）を求める。次に一方の超音波変換器から発信された
超音波が、他方の超音波変換器で受信されるまでの透過
時間と、被検体を測定槽に入れない（水のみ）時の透過
時間を測定し、これら測定値から式１に示すように音速
V を計算している。

【０００６】 Lh＝ L -(L/Tw) *(Tr1+Tr2)/2 V ＝ Lh/{ Th -(Tr1+Tr2)/2 ｝ ………（式１） Tr1：一方の超音波変換器での反射波検出までの時間
（測定値） Tr2：他方の超音波変換器での反射波検出までの時間
（測定値） Th：被検体透過時間（測定値） Tw：水のみの透過時間（測定値） L ：２つの超音波変換器間の距離（固定で既知） Lh：被検体幅（測定値より計算）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】超音波変換器から発信
される超音波を一定の距離離れた位置で観測すると、ま
ず初めに一般にメインバンクと呼ばれている超音波変換
器の励起と同時に検出される超音波の伝搬とは無関係の
ピークが観測され、次いで媒体中を伝搬してきた超音波
の振動波形が観測される。この最初に観測されるメイン
バンクは超音波の振動波形と比べると一般的に大きく、
超音波の発信位置と受信位置が比較的近い場合、観測す
べき超音波波形がメインバンクの影響を受けてしまい、
その波形、または電圧レベルが変化してしまう。この現
象は２つの超音波変換器間で超音波の送受信を行なう場
合でも、また、超音波変換器から超音波を発信し被検体
からの反射波を同一の超音波変換器で受信する場合でも
生じてしまう。

【０００８】従来の装置では、２つの超音波変換器間の
距離が固定されており、被検体（踵または踵骨）の幅が
比較的大きい患者を測定しようとすると、被検体と超音
波変換器との距離が近くなってしまい、受信信号がメイ
ンバンクの影響を受けてしまう。メインバンクの影響に
より、受信波形、またはレベルが変化してしまうと、超
音波変換器と被検体間距離を測定する際に、超音波発信
から受信するまでの時間の測定が不正確になる。その結
果、被検体の幅（踵の幅または踵骨の幅）が実際の被検
体の幅と異なって測定されてしまい、精度よい超音波透
過特性が求められなくなってしまう。

【０００９】本発明は、上記に鑑み、観測対象である超
音波波形がメインバンクの影響を受けることなく、超音
波透過特性測定を精度よい行える超音波透過検査装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【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、被検体を挟んで対向配設された超音波送受
信可能な超音波変換器の位置を超音波の放射方向に対し
て同じ向きに移動可能に配設すると共に被検体からの反
射超音波におけるメインバンクの影響を判定する判定手
段を備えたことを特徴とする。

【００１１】ここで、「超音波変換器の位置を超音波の
放射方向に対して同じ向きに移動」とは、この放射方向
を法線に持つ平面を２次元的に移動させることをも含
む。

【００１２】

【作用】まず、踵を挟む一方の超音波変換器から被検体
向けて超音波を発信し、被検体からの反射波は同じ超音
波変換器で検出され、判定手段に導びかれる。判定手段
はその検出波形におけるメインバンクの影響の有無を判
定する。もし影響があると判断された場合は、判定手段
の出力で自動的に、または手動で超音波変換器をメイン
バンクの影響のない位置まで移動させ再測定を行なう。
これと同様の測定を他方の超音波変換器についても行な
う。ここで、２つの超音波変換器における測定は同時に
行なってもよい。ここで、超音波変換器位置が調整され
ている間、絶えず２つの超音波変換器間の距離はモニタ
ーされている。

【００１３】次に、対向する２つの超音波変換器位置が
共に反射波測定においてメインバンクの影響がない位置
であることが確定した時点で、前述した従来と同一の手
法（以下、従来の手法という）で測定を行ない被検体で
の音速を算出する。このとき、２つの超音波変換器の位
置調整を行ないながら従来の測定を行ない、位置調整終
了と同時に音速を算出してもよい。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例である超音波透過検査装置
を図面により説明する。本装置は図１に示すように、測
定部１０、整合液注入・排出制御手段１１、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（被検体透過超音波及び反射超音波検出手
段を含む）、超音波変換器対距離測定手段１５、主制御
部１６、表示部１７及び入出力手段１８（キーボード）
から成る。

【００１５】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の内壁に対向して設けられてい
る少なくとも１対の超音波変換器２０ａ，２０ｂ、それ
ぞれの超音波変換器を超音波の放射方向と同じ向きに移
動させる超音波変換器位置移動手段２１ａ，２１ｂ、測
定槽内に整合液２２を注入する注入口２３と排水する排
出口２４、及び、整合液の水量をモニターする液位計２
５が含まれる。また、主制御部１６には、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２
６、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、及び、検出波形におけ
るメインバンクの影響の有無を判定するメインバンク影
響判定手段２８が含まれる。

【００１６】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。

【００１７】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・排出制御手段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、超音波変換器２０ａないし２０ｂを超音波放
射方向と同じ向きに移動させメインバンクの影響のない
位置に位置調整し、その後測定を行なう。

【００１８】この位置調整と測定の手順を図２のフロー
チャートに沿って説明する。まず、超音波変換器位置移
動手段２１ａおよび２１ｂ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る（Ａ）。この初期
位置は特に限定されない。次に、超音波発生制御手段１
３により超音波変換器対の一方の超音波変換器２０ａか
ら被検体２６に向けて超音波を発射する（Ｂ）。この超
音波の一部は整合液２２と被検体２６の境界で反射さ
れ、超音波を発射した超音波変換器２０ａに戻って来
る。その反射波を超音波検出手段１４により検出し
（Ｃ）、主制御部１６内のメインバンク影響判定手段２
９によりその測定位置での反射波がメインバンクの影響
を受けているかどうかを判定する（Ｄ）。そこで影響あ
りと判定された場合、測定値解析計算手段２７により影
響がなくなるまでの移動距離を計算したのち（Ｅ）、超
音波変換器位置移動手段ａ（２１ａ）により超音波変換
器２０ａを移動させる（Ｆ）。

【００１９】これと同様な操作を超音波変換器２０ｂに
ついても行い、それぞれの測定位置を決定する。また、
超音波変換器位置移動手段（２１ａ）（２１ｂ）により
測定位置が調整されている間、２つの超音波変換器間の
距離は、絶えず超音波変換器間距離計測手段１５によっ
てモニターされており、その情報は主制御部１６内の情
報記憶手段２８に記憶され音速算出の際、計算に用いら
れる。２つの超音波変換器の位置が決定した後、従来の
方法により（式１）における Tr1, Tr2, Th, Tw を測定
により求め、予め情報記憶手段２８に記憶されている２
つの超音波変換器間距離 Lと測定値より音速を算出す
る。ここで、これら一連の超音波変換器位置移動調整順
序は、図２に示したように超音波変換器２０ａ，２０ｂ
の順でなくともよく、超音波変換器２０ｂ，２０ａの順
でも、また同時に並行して行なってもよい。

【００２０】上記ステップＤ，Ｉにおけるメインバンク
影響判定手段２９の機能およびステップＥ，Ｊにおける
測定値解析計算手段２７による超音波変換器移動距離計
算の方法を、図３をもとに説明する。反射波信号の大体
の検出時間は、例えば以下のような方法で検出できる。
まず１つは、被検体を入れない状態で得られるメインバ
ンクの形状を予め情報記憶手段２８に記憶しておき、こ
の記憶データと被検体を入れたときのデータ波形との差
をとることにより検出する。または、測定時間範囲全体
に対して最小２乗法等の手段により直線近似を行い、得
られたその直線との差をとることにより検出する。尚、
反射波信号の検出方法は、これら２つに限定するもので
はない。

【００２１】メインバンク影響判定手段２９では、上に
述べたような方法により、反射波信号がメインバンクの
影響がなくなる時点（図３では点線で示す）より前に検
出された場合（反射波１の位置）影響ありと判定し、逆
に後に検出された場合（反射波２の位置）影響なしと判
定する。この判定基準となるメインバンクの影響がなく
なる時点（図３の点線）は、測定装置固有のもので一定
であり、予め情報記憶手段２８に記憶されているもので
ある。

【００２２】次に、反射波がメインバンクの影響ありと
判定された場合の超音波変換器移動距離（L-move）は、
図３に示すように、反射波１の開始時間から判定基準時
点（点線位置）までの時間差Ｔを測定値解析計算手段２
７により解析し、以下の式２により算出し求める。 (L-move)＝ Vw * (T/2) ………（式２） Vw：整合液中の超音波の伝搬速度 T ：判定基準時点との時間差上記の式２ではVwは、標準温度における整合液中音速
（定数）を、予め情報記憶手段２８に記憶しておいても
よいし、また、本測定の前（測定槽１９に被検体２６を
入れる前）に整合液での音速を測定して情報記憶手段２
８に記憶しておいてもよい。また、このステップＥ，Ｊ
（図２）において式２のような計算は行なわず、単にス
テップＤ，Ｉ（図２）の判定基準を満足するまで、予め
設定された十分短い距離の移動を繰り返すようにしても
よい。

【００２３】また、図２に示した測定手順は反射波の測
定により被検体の幅を求める際に用い、透過波による測
定については特にこの手順に従わなくてもよい。

【００２４】この場合の測定手順の一例を図４に示す。
まず始めに、超音波変換器２０ａおよび２０ｂを超音波
変換器位置移動手段２１ａおよび２１ｂによって初期位
置に移動させる（Ａ）。次に超音波発生制御手段１３に
より超音波変換器２０ａ（または２０ｂ）から被検体２
６に向けて超音波を発射する（Ｂ）し、超音波変換器２
０ｂ（または２０ａ）での被検体２６を透過した超音波
を超音波検出手段１４により検出し（Ｃ）、測定値解析
計算手段２７により透過時間を算出し（Ｄ）、超音波変
換器間距離計測手段１５により計測された（Ｅ）超音波
変換器の間の距離と共に情報記憶手段２８へ記録する
（Ｆ）。

【００２５】次に反射波によって被検体幅を測定する
（Ｇ）。この（Ｇ）の測定手順は、図２のステップＬで
透過波による測定を行なわないことを除いて図２の測定
手段（Ｂ〜Ｌ）と同じである。この手順により測定した
測定値から、被検体における音速Vhは式３に示すように
求められる。

【００２６】 Vw＝L'/Tw Lh＝L -Vw*(Tr1+Tr2)/2 Vh＝Lh/{Th-(L'-Lh)/Vw} ………（式３） Tr1：一方の超音波変換器での反射波検出までの時間
（測定値） Tr2：他方の超音波変換器での反射波検出までの時間
（測定値） Th：被検体透過時間（測定値） Tw：水のみの透過時間（測定値） L ：反射波測定での２つの超音波変換器間の距離（測定
値） L'：透過波測定での２つの超音波変換器間の距離（測定
値） Vw：整合液の音速（測定値より計算） Lh：被検体幅（測定値より計算）上記の式３のVwは、予め情報記憶手段２８に記憶してあ
る標準温度における整合液中音速（定数）で代用しても
よい。また、本測定の前（測定槽１９に被検体２６を入
れる前）に、２つの超音波変換器が初期位置にある状態
（距離L'）の整合液透過時間Twを測定し音速Vwを算出し
てもよい。あるいは、本測定終了後（測定槽１９から被
検体２６を抜き去った後）に、整合液透過時間Twを測定
し音速Vwを算出してもよい。この場合式３の第１式はVw
＝L/Twとなる。さらに、２つの超音波変換器間で、両方
向の透過波測定を行ない、その平均値としての音速を求
めても構わない。

【００２７】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（音速など）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。実施例は主に被検
体の音速測定について説明してきたが、超音波の減衰量
なども共に測定しても構わない。また、この超音波変換
器位置移動手段２１ａ，２１ｂは、図１に示したように
超音波の放射方向に対して同じ向きに１次元的に移動す
るばかりでなく、超音波の放射方向を法線に持つような
平面上を同時に走査するような手段を併せ持ったもので
あっても構わない。

【００２８】この場合、各操作位置ごとにメインバンク
の影響判定を行ない、超音波変換器操作位置（例えば、
操作領域のうちで最もメインバンクの影響を受けると予
め予想される位置）においてのみメインバンクの影響判
定を行ない、その他の操作位置では、超音波変換器の超
音波放射方向に対する位置を、先に求めた特定の操作位
置での位置に固定して測定を行なっても構わない。ま
た、実施例ではメインバンク影響判定手段で反射波がメ
インバンクの影響ありと判断した場合、メインバンクの
影響のない超音波変換器の移動距離（L-move）を測定値
解析計算手段２７で解析し、その位置に超音波変換器を
自動的に移動させたり、超音波変換器をステップ移動さ
せてメインバンクの影響のない位置に移動させるように
したが、手動で移動させるようにしてもよい。この場
合、メインバンク影響判定手段の判定結果を術者に知ら
せる手段が必要となる。

【００２９】また、本実施例では、被検体内の音速の測
定を例に説明したが、被検体内の超音波の減衰量（広帯
域減衰量を含む）を測定する場合においても適用でき
る。この場合、測定した被検体幅は透過減衰量を規格化
する際にもちいる。尚、実施例は最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る。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、検出信号から超音波変
換器励起のためのメインバンクの影響を除去することが
可能となるため、正確な測定が被検体の大きさによらず
行うことができるようになる。

【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】測定手順のフローチャート。

【図３】検出信号におけるメインバンクの影響を判断す
る方法の説明図。

【図４】測定手順のフローチャート。

【符号の説明】

１３：超音波発生制御手段１４：超音波
検出手段１５：超音波変換器間距離計測手段１９：測定槽２０ａ，２０ｂ：超音波変換器２１ａ，２１ｂ：超音波変換器移動手段２７：測定値解析計算手段２８：情報記
憶手段２９：メインバンク影響判定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体を挟んで超音波送受信可能な一対
の超音波変換器を対向配設し、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
る超音波透過検査装置において、前記一対の超音波変換
器の少なくとも一方を超音波の放射方向に移動できるよ
うに配設すると共に、被検体からの反射超音波における
メインバンクの影響を判定する判定手段を設け、前記判
定手段の判定結果に基づいて前記超音波変換器をメイン
バンクの影響しない位置に移動させるようにしたことを
特徴とする超音波透過検査装置。