JPH08280677A

JPH08280677A - 超音波による骨の診断方法および装置

Info

Publication number: JPH08280677A
Application number: JP11130295A
Authority: JP
Inventors: Noburo Takai; 信朗高井; Haruyoshi Hirata; 治義平田; Takuji Suzaki; 琢而須崎
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】骨粗鬆症などの状態をより的確にしかも簡単
に診断することができる超音波による骨の診断方法およ
び装置を提供すること。【構成】超音波発信部２から出力される超音波を前腕
３の橈骨４に入射して、これを透過させ、そのときの透
過波を超音波受信部５において受信し、そのときの波形
に基づいて橈骨４の性状に関する情報を得るようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、骨の性状（骨量、骨
強度など）に関する情報を得るための超音波による骨の
診断方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人体における骨の性状を診断する従来の
手法として、Ｘ線を骨に照射してこれを透過させ、骨中でのＸ線
の吸収量を測定して骨の面密度を求め、この骨面密度が
小さい場合には骨量が小であるから骨が折れ易いという
ように、骨粗鬆症による骨折の程度と対応づけるところ
の二重エネルギーＸ線吸収法（ＤＥＸＡ、または、ＤＸ
Ａ）や、超音波を踵骨または膝蓋骨に照射してこれらを透過
させ、そのとき超音波が透過するのに要した時間から、
骨内の超音波の伝搬速度と、透過後の超音波信号の減衰
率を求め、伝搬速度から骨のヤング弾性率を推定し、骨
強度と対応づけ、減衰率からは別のＤＥＸＡ診断装置で
求めた骨面密度から骨量を推定により対応づける方法が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
の手法で用いるＤＥＸＡ診断装置が大型でかつ高価であ
るといった問題があるとともに、この手法においてはＸ
線被曝の問題がある。また、前記の手法は、開発され
て日が浅いため未だ実績が少なく、この超音波法に用い
る超音波診断装置が前記ＤＥＸＡ診断装置と相関性が一
応あるという段階である。したがって、従来では骨の診
断を行うにあたり、骨量（骨の面密度）を求めるのが主
となっており、また、超音波診断装置で求めた骨強度の
各情報は、ＤＥＸＡ診断装置で測定した値と相関性が有
るということに基づいて信用され得ると考えられている
のが現状である。このように従来では、骨の診断を行う
ために上述した骨量や骨強度についての情報を同時に
得、これらの情報から総合的に骨粗鬆症の程度を判断で
きる装置はなかった。

【０００４】ところで、人体において骨粗鬆症が原因で
最も骨折しやすい部位は、脊椎、大腿骨頸部および橈骨
と言われているが、従来においては、超音波方式ではこ
れらの骨折しやすい部位における骨の診断方法や装置は
開発されていなかった。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、骨粗鬆症などの状態をより的確にしかも簡単
に診断することができる超音波による骨の診断方法およ
び装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の超音波による骨の診断方法は、超音波発
信部から出力される超音波を前腕の橈骨に入射して、こ
れを透過させ、そのときの透過波を超音波受信部におい
て受信し、そのときの波形に基づいて橈骨の性状に関す
る情報を得るようにしたことを特徴としている。

【０００７】また、この発明の超音波による骨の診断装
置は、超音波を前腕の橈骨に入射させる超音波発信部
と、前記橈骨を透過した透過波を受信する超音波受信部
と、この超音波受信部に受信された信号の波形処理およ
び演算を行う演算処理部とからなり、前記波形に基づい
て橈骨の性状に関する情報を得るようにしたことを特徴
としている。

【０００８】そして、上記装置を用いて測定を行う場
合、前腕における被測定部位と、超音波発信部および超
音波受信部との間に空気を介在させないようにするのが
好ましく、例えば、ａ．被測定部位を、水、または、水とグリセリンとを調
合した整合液を入れた伸縮可能な袋（ボーラス）に密着
させた状態で、超音波発信部および超音波受信部に密着
させる。ｂ．被測定部位にゲル状（またはゼリー状）物質を塗布
し、その状態で超音波発信部および超音波受信部に密着
させる。ｃ．被測定部位に含水ポリマーやシリコンパッドなどを
密着させた状態で、超音波発信部および超音波受信部に
密着させる。ｄ．被測定部位を予め超音波発信部および超音波受信部
が設置されている水中に入れる。などの手法がある。

【０００９】

【作用】この発明の超音波による骨の診断方法および装
置においては、従来の踵骨や膝蓋骨に超音波を照射する
手法に比べて測定が容易であり、また、橈骨は、踵骨や
膝蓋骨に比べて構造が比較的簡単であるので、波形処理
などを簡単に行えるとともに、精度の高い診断を行うこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら
説明する。まず、図１は、この発明の第１実施例を示
し、この図において、１はパルス発信部、２はパルス発
信部１からのパルス出力を受けて所定の周波数（または
ある周波数帯域）のパルス状の超音波Ｓを人間の前腕
（手首から肘までにおけるいずれかの箇所）３の橈骨４
に入射させる超音波発信部、５は橈骨４を透過した透過
波を受信する超音波受信部、６は超音波受信部５の出力
を適宜増幅する信号増幅器、７は透過波の波形処理およ
び演算を行う演算処理部としてのコンピュータ、８は表
示装置である。なお、９は前腕３のもう一つの骨である
尺骨、１０は橈骨４および尺骨９の周囲の軟部組織であ
る。

【００１１】前記超音波発信部２と超音波受信部５は、
一つの支持ボディ１１から平行かつ同じ方向に適宜の間
隔をおいて延設されたアーム１２，１３によって互いに
対向するように保持され、アーム１２，１３を矢印で示
すように適宜移動することにより、超音波発信部２と超
音波受信部５との間、つまり、前腕３の挿通空間を適宜
調節できるように構成されている。そして、超音波発信
部２および超音波受信部５の先端側には、前腕３の外形
に沿うように湾曲した前腕当接部２Ａ，５Ａが形成され
ている。

【００１２】そして、この実施例においては、測定に際
して、超音波発信部２の前腕当接部２Ａおよび超音波受
信部５の前腕当接部５Ａを前腕３における被測定部位
（橈骨４が存在する手首と肘との間の適宜の箇所）に直
接当接させるのではなく、伸縮可能な袋内に水、また
は、水とグリセリンとを適宜の割合で混ぜ合わせた整合
液を収容した音響インピーダンス整合体１４を、前腕当
接部２Ａ，２Ｂに着脱自在に取り付け、前記被測定部位
に音響インピーダンス整合体１４を密着させ、もって、
被測定部位と、超音波発信部２および超音波受信部５と
の間に空気を介在させないようにしている。

【００１３】このようにする理由は次の通りである。す
なわち、測定時に、前記被測定部位と、超音波発信部２
および超音波受信部５との間に空気層が形成されている
と、空気層から前腕３に超音波が入射する際、または、
前腕３内に入射して橈骨４を透過した超音波（透過波）
が前腕３から空気層に出る際に、前腕３と空気層との境
界で音響インピーダンスが変化するが、このような部分
では、超音波に反射が起こり、超音波受信部５によって
受信される信号に反射信号が混入したり、信号が著しく
減衰したりして、これがノイズとなって測定精度に悪影
響が及ぼされるからである。

【００１４】上記構成の診断装置を用いて骨の診断を行
うには、前記超音波発信部２および超音波受信部５との
間に前腕３を挿入し、超音波発信部２および超音波受信
部５の前腕当接部２Ａ，５Ａにそれぞれ設けられた音響
インピーダンス整合体１４を前腕３の被測定部位を密着
させる。この状態で、超音波発信部２から例えば０．２
ＭＨｚ〜５ＭＨｚの範囲で選択される最適の周波数の超
音波を発する。この超音波は、超音波発信部２側の音響
インピーダンス整合体１４を経て前腕３内に入射し、軟
部組織１０を経て橈骨４内を透過し、この透過波は、軟
部組織１０を経て前腕３外に出射し、さらに、超音波受
信部５側の音響インピーダンス整合体１４を経て超音波
受信部５に受信される。

【００１５】そして、前記超音波受信部５に受信された
透過波信号は、信号増幅器６で必要な振幅に増幅された
後、コンピュータ７に取り込まれる。そして、このコン
ピュータ７において適宜の手法で波形処理され、橈骨４
の性状、例えば、海綿骨内の骨量および／または骨質を
表す値を求め、これを表示装置８の画面に表示したり、
適宜のメモリ装置（図示してない）に記憶させるのであ
る。

【００１６】上述の診断方法および装置においては、超
音波を前腕３の橈骨４に照射するものであるから、従来
の踵骨や膝蓋骨に超音波を照射する手法に比べて測定が
容易である。そして、橈骨４は、踵骨や膝蓋骨に比べて
比較的構造が簡単であるので、波形処理などを簡単に行
えるとともに、精度の高い診断を行うことができる。

【００１７】そして、上述の実施例においては、超音波
を前腕３の橈骨４に照射する際、前腕３における被測定
部位と超音波発信部２および超音波受信部５との間に音
響インピーダンス整合体１４を介在させて、被測定部位
と超音波発信部２および超音波受信部５との間に空気を
介在させないようにしているので、発信された超音波が
減衰することが少なく、また、不必要に反射したり、超
音波受信部５によって受信される信号に反射信号が混入
し、これがノイズとなるといったことが防止され、精度
の高い測定を行うことができる。

【００１８】上述の実施例では、伸縮可能な袋内に水、
または、水とグリセリンとを適宜の割合で混ぜ合わせた
整合液を収容した音響インピーダンス整合体１４を用い
ていたが、これに代えて、例えば図２に示すように、前
腕３における被測定部位に、ゲル状物質を塗布したり、
含水ポリマーやシリコンパッドを密着させるなどして、
音響インピーダンス整合層１５を形成したり、あるい
は、図３に示すように、超音波発信部２と超音波受信部
５とを水１６を収容した水槽１７に対向するように設置
し、前腕３の被測定部位を水中に入れるようにしてもよ
い。

【００１９】上記図２および図３に示した実施例におい
ても、図１に示した実施例と同様の効果を奏する。そし
て、特に、図１および図２に示した構成のものでは、被
測定部位に対する音響インピーダンス整合体の形成がよ
り簡便であるといった利点がある。

【００２０】なお、前記図１〜図３において、超音波発
信部２と超音波受信部５とは対向配置してあれば、垂直
方向、水平方向のいずれであってもよく、また、たの方
向であってもよい。

【００２１】ところで、この発明においては、超音波発
信部２から出力される超音波を前腕３の橈骨４に入射し
て、これを透過させ、そのときの透過波を超音波受信部
５において受信し、そのときの波形に基づいて橈骨４の
性状に関する情報を得るようにしているが、この橈骨４
には海綿骨が約４０％も含まれていると考えられてい
る。そして、このことに着目して、本願出願人は、平成
５年９月３０日付けにて、「骨の超音波診断方法および
骨の診断装置」を特許出願している。すなわち、海綿骨
を有する橈骨４のような骨に、超音波を照射した場合、
海綿骨内をその軸方向に透過した波形から、海綿骨内の
ある経路において、音速の異なる２つの波（速度の速い
第１波と速度が遅い第２波）に分かれ、これら両波の振
幅の比が海綿骨の骨量の割合（または骨質部分の体積
比）に関係していると判断され、前記振幅比から骨量の
割合または骨質部分の体積比を算出できる。

【００２２】また、前記第１波の透過速度を測定して、
その透過速度が大きい場合は、骨のヤング率が大であ
り、その透過速度が小さい場合は前記ヤング率が小であ
るというように、骨のヤング率の大小を推定することに
よって、骨の強度の大小と結び付けることができる。

【００２３】さらに、前記第１波、第２波の減衰を測定
して得られる減衰定数、骨の強度、または、この骨の強
度と前記減衰定数とを関係づけるものそれぞれと、第１
波と第２波との振幅比から得られる骨量の割合または骨
質部分の体積比とを照合し、総合的に判断することによ
って、骨の健康状態を知ることができるといった結論に
達し、少なくとも海綿骨を有する骨試料に、超音波発信
部から出力したパルス状の超音波を入射させて海綿骨を
透過し、海綿骨内のある経路をそれぞれ透過した速度の
速い第１波と速度の遅い第２波とを超音波受信部で受信
し、第１波と第２波との振幅比を測定することによっ
て、骨量の割合または骨質部分の体積比を測定すること
ができる。

【００２４】前記先願の発明によれば、骨試料にパルス
状の超音波を入射させると、海綿骨内のある経路をそれ
ぞれ通過する２つのパルス波（先行する第１波と後進す
る第２波）を得る。この第１波と第２波は、海綿骨の骨
質の割合によって振幅が変化するため、その比率を求め
ることによって、骨量の割合が分かる。骨質部が多い場
合は、第１波は振幅が大きく、第２波は振幅が小さくな
る。逆に、骨質部が少ない場合は、第１波は振幅が小さ
く、第２波は振幅が大きくなる。

【００２５】図１１は、骨試料を用いて測定し、その性
質を示したもので、周波数１ＭＨｚの超音波を用いてい
る。超音波の周波数が高くなれば、第１波Ａの振幅は小
さく、周波数が低くなれば、第１波Ａの振幅は大きくな
るが、第２波Ｂに関しては、いずれの場合も顕著に変化
しない。この図１１を用いて、第１波Ａと第２波Ｂの振
幅の比を求めて骨質の体積比を推定することができる。
なお、図１１に示した第１波Ａおよび第２波Ｂの情報
（振幅、透過速度など）は、後述するように（図１０参
照）、超音波発信部２２、超音波受信部２３の相対的な
方向によって、変化しながら得ることができる。すなわ
ち、骨試料２６に応じた海綿骨３４固有の超音波発信部
２２および超音波受信部２３の最適位置を見出し、最も
有効に超音波発信部２２および超音波受信部２３を骨試
料２６に取り付けることによって、これらのデータを自
動解析演算し、ＣＴモードの画像が得られる。

【００２６】なお、前記先願の発明では、超音波発信位
置と超音波受信位置の骨固有の最適位置を知ることで、
超音波発信部２２と超音波受信部２３とを骨試料２６に
効果的に取付けるための超音波観測手段（例えば、図４
における信号増幅部２４と波形処理演算部２５）を設け
ている。これにより超音波発信部２２と超音波受信部２
３との位置を移動させながら、海綿骨３４内のある経路
をそれぞれ透過する第１波Ａと第２波Ｂとを観測して、
第１波Ａと第２波Ｂの多数の情報を得ることができる
（図１１参照）。この超音波観測手段としては、１個の
超音波発信部と、１個または複数個の超音波受信部を備
えたものを、骨試料に応じて、適宜選択することで配置
できる。

【００２７】そこで、上記先願内容を加味した第２実施
例について、図４〜図１１を参照しながら説明する。ま
ず、図４は骨の診断装置の構成を概略的に示し、この骨
の診断装置は、パルス発信部２１と、パルス状の超音波
Ｓを骨試料２６に出力する超音波発信部２２と、この超
音波発信部２２との間に骨試料２６が介装され、この骨
試料２６を透過中に海綿骨３４内のある経路をそれぞれ
透過した、超音波Ｓから由来する速度の速い第１波Ａと
遅い第２波Ｂを受信する超音波受信部２３と、超音波発
信部２２と超音波受信部２３の位置を移動させながら海
綿骨３４内のある経路をそれぞれ透過した、超音波Ｓか
ら由来する第１波Ａと第２波Ｂを観測するための観測手
段とからなり、さらに、第１波Ａと第２波Ｂの減衰係数
と、第１波Ａと第２波Ｂとの振幅比から得られる骨量の
割合、または、骨質部分の体積比とを照合して、これら
の相関関係を探索する手段（図示せず）を主として備え
ている。

【００２８】また、骨試料２６と、超音波発信部２２お
よび超音波受信部２３との間に空気が介在しないよう
に、この実施例では、超音波発信部２２および超音波受
信部２３にそれぞれ音響インピーダンス整合体２２Ａ，
２３Ａを設けている。

【００２９】そして、前記観測手段は、信号増幅部２４
と波形処理演算部２５とからなる。また、診断装置を用
いる際、種々の雑音は、ノイズフィルタによって除去
し、用いる周波数帯域は０．２ＭＨｚ〜５ＭＨｚとする
が、測定には最適の周波数を選び、また、広帯域の超音
波信号を用いたときには、適当な時間窓および周波数帯
域を設定する。

【００３０】これは、一般的には、いかなる場合にも、
測定する骨試料２６の表面Ｊや、皮質骨３３と海綿骨３
４の境界Ｌなど音響インピーダンスの変化する部分で
は、超音波に反射が起こり、したがって、図４に示され
ている測定系では、受信信号に反射信号が混入してくる
からである。そのため、この実施例では、スイッチ２７
を切り換えて、超音波発信部２２を受信部として作動さ
せている。

【００３１】また、この実施例では、海綿骨３４を透過
した第１波Ａと第２波Ｂ（図１１参照）をＳ／Ｎよく測
定するために、数多く発生する反射波を適当なゲート信
号のタイミングを合わせることにより、後述するよう
に、非同時計数を行い除去することができる構成になっ
ている。

【００３２】次に、上記構成の診断装置の測定回路系に
発生する反射波を除去する方法について説明する。図５
において、超音波信号が皮質骨３３および海綿骨３４を
Ｘ方向に透過するに要する時間をそれぞれｔ₁，ｔ₂と
すると、超音波発信部２２から発せられた超音波信号Ｓ
は、皮質骨３３および軟部組織３１との境界Ｊ₁と、皮
質骨３３および海綿骨３４との境界Ｌとで反射が起こ
り、それをスイッチ２７を経由して受信信号として信号
増幅部２８と波形処理演算部２９とからなる骨試料内反
射波測定系３０（図４参照）で検出すると、その時間関
係は、以下のようになる。ここでｌ₁，ｌ₃はそれぞ
れ、皮質骨３３の方向Ｘにおける対向位置での厚さ、ｌ
₂は海綿骨３４の方向Ｘにおける厚さである。また、ｔ
₁＝ｔ₃とした。

【００３３】図５において、超音波パルスＳが超音波発
信部２２から発射される時間をｔ₀とすると、前記境界
Ｊ₁および前記境界Ｌで反射されて検出される時間は、
そのどこかで（１）１回反射される場合、反射パルスは、２ｔ₁ ２ｔ₁＋２ｔ₂ ４ｔ₁＋２ｔ₂ の時間遅れをもつ３つのパルスとなって超音波受信部２
２で受信される。なお、軟部組織３１を透過し、前記境
界Ｊ₁で超音波パルスＳが反射する場合は省略する。す
なわち、前記境界Ｊ₁で反射されて検出される時間
ｔ₄，ｔ₅は以下省略して説明する。（２）また、３回反射される場合、反射パルスは、２ｔ₁＋４ｔ₂ ４ｔ₁ ４ｔ₁＋４ｔ₂ ６ｔ₁＋２ｔ₂ ６ｔ₁＋４ｔ₂ ８ｔ₁＋４ｔ₂ の時間遅れをもつ６つのパルスとなって超音波受信部２
２で受信される。

【００３４】この際、２回以上反射して、骨試料２６に
対して超音波受信部２２とは反対側の方向Ｘにある超音
波受信部２３へ出射される場合や、３回以上反射される
場合を除いて、略記すると図６に示すようになる。な
お、図６は、３回迄の反射波（超音波受信部２２側へ戻
るもの）の時間関係を示しているが、３回以上反射の場
合は、振幅がかなり小さくなる。

【００３５】そこで、検出すべき第１波Ａおよび第２波
Ｂは、超音波受信部２３で受信されるが、これら多数の
反射波の間の時間帯に現れる。第１波Ａおよび第２波Ｂ
は、図７に示すように、Δｔの時間差がある。

【００３６】これらの信号はそれぞれ、タイミングを合
わせたゲート信号によって、非同時、あるいは、同時計
数を行うことができ、必要な第１波Ａと第２波Ｂを取り
出すことができる。これらの信号はそれぞれ、タイミン
グを合わせたゲート信号によって、図８に示すような方
法で、非同時、あるいは、同時計数を行うことができ、
必要な第１波Ａと第２波Ｂを取り出すことができる。

【００３７】すなわち、図８において、非同時計数によ
り最初の信号を消去し、同様に第２番目の信号を消去
し、さらに、同時計数により第３番目の信号を計測し、
同様に第４番目の信号を計測し、非同時計数により第５
番目の信号を消去し、同様に第６番目の信号を消去する
ことで必要な第１波Ａと第２波Ｂを取り出すことができ
る。この第１波Ａと第２波Ｂを取り出し操作は超音波受
信部２３側で行われる。この際、反射波を取り除く操作
は、超音波受信部２３側、骨試料内反射波測定系３０側
どちらでも施されるのが好ましい。

【００３８】以下、図９を用いて、第１波Ａと第２波Ｂ
を求める手順について説明する。（１）まず、骨試料２６の断面を図９に示すような構造
とする。超音波信号は、超音波発信部２２から超音波受
信部２３、または、超音波受信部（この場合、発信部と
して機能する）２３から超音波発信部（この場合、受信
部として機能する）２２へ発信（送信）するものとす
る。（２）そこで、軟部組織３１については、ａ−ｂ間およ
びｅ−ｆ間の超音波伝搬速度Ｖ_abおよびＶ_efを、予め、
体温と同じ温度の水、または、類似の軟部組織を用いて
求めておく。（３）ａ−ｂ間およびｅ−ｆ間の長さＬ_abおよびＬ
_efは、超音波発信部２２および超音波受信部２３からそ
れぞれ超音波信号を発信し、ｂ点およびｅ点での反射波
をそれぞれ検出して軟部組織における片道の超音波伝搬
時間Ｔ_abおよびＴ_efを求めることによって得る。（４）皮質骨３３においても、予め、正常な骨を用いて
ｂ−ｃ間およびｄ−ｅ間の超音波伝搬速度Ｖ_bcおよびＶ
_deを求めておく。（５）上記（３）と同様にしてｃ点およびｄ点での反射
波をそれぞれ検出してｂ−ｃ間およびｄ−ｅ間のそれぞ
れの片道の超音波伝搬時間Ｔ_bcおよびＴ_deを求める。（６）ｂ−ｃ間およびｄ−ｅ間の長さＬ_bcおよびＬ_deは
上記（４），（５）から得る。（７）骨試料２６のａ−ｆ間の長さＬ_afはノギスなどを
用いて測定して求める。（８）上記（７）により上記（３），（６）から、海綿
骨３４におけるｃ−ｄ間の長さＬ_cdを求める。（９）骨試料２６におけるａ−ｆ間の片道の超音波伝搬
時間Ｔ_afは、信号の発信（送信）・受信により分かるか
ら、上記（３），（５）から、海綿骨３４におけるｃ−
ｄ間の片道の超音波伝搬時間Ｔ_cdも得ることができる。（１０）上記（８）と（９）の値Ｌ_cd，Ｔ_cdから、海綿
骨３４におけるｃ−ｄ間の超音波伝搬速度Ｖ_cdを得る。
なお、これらの値は信号方向が超音波発信部２２→超音
波受信部２３のものと、反対の超音波受信部２３→超音
波発信部２２のものと２度測定して求めた値の平均値を
採用するのが好ましい。（１１）そして、超音波受信部２３では超音波発信部２
２から発信（送信）された信号から、第１波Ａと第２波
Ｂとが求まっているので、第１波Ａの到達時間Ｔ_ar（Ｔ
_ab＋Ｔ_bc＜Ｔ_ar＜Ｔ_ab＋Ｔ_bc＋Ｔ_cd）と、第１波Ａと第
２波Ｂとの時間差ΔＴ（別途、試料にて求めておく）と
から、ゲート信号を用いて第１波Ａと第２波Ｂを取り出
すことができる。（１２）また、別の骨試料として、軟部組織のみの試料
と、皮質骨のみの試料とを使用し、ａ−ｂ間およびｂ−
ｃ間での減衰係数を、前記軟部組織のみおよび前記皮質
骨のみの別々の試料により得られる入射波と出射波のそ
れぞれの振幅の比とから予め求めておく。（１３）実際の第１波Ａと第２波Ｂのそれぞれの振幅
は、上記（１２）で求めた減衰係数の逆数を掛けること
で得ることができる。ここで求めた振幅は超音波発信部
２２→超音波受信部２３の送信で、ｄ点におけるもので
ある。これにより海綿骨におけるｃ−ｄ間の減衰が求め
られ、これから減衰係数を求めた。（１４）なお、全ての他の反射波については、ａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅおよびｆ各点での反射波にゲート信号を用い
て消去できる。また、他の多重反射は減衰して、その振
幅が小さくなるため、電気回路的に弁別をかけて除去す
ることができる。同様に種々の雑音に対してノイズフィ
ルタによっても除去することができる。このノイズフィ
ルタによる除去は、超音波受信部２３側、骨試料内反射
波測定系３０側どちらでも行われるのが好ましい。（１５）測定周波数は、０．２ＭＨｚ〜５ＭＨｚとし、
測定には最適の周波数を選択する。また、広帯域の超音
波信号を用いた時には、適当な時間窓および周波数帯域
を設定する。（１６）反射波が同一方向に戻らないよう超音波発信
部、超音波受信部の表面の形や状態を考慮する。

【００３９】次に、超音波発信部２２および超音波受信
部２３に対して、骨固有の最適位置を見出すために以下
のことを行う。方法としては、図１０に示すように、測
定物である骨試料２６の表面の一箇所（または複数箇
所）に超音波受信部２３を取り付け、超音波発信部２２
と離れた特定の方向の任意の位置Ｐに超音波受信部２３
を取り付けることにより、少なくとも海綿骨３４を透過
する第１波Ａと第２波Ｂとを有効に取り出せることがで
きる。すなわち、超音波発信部２２、超音波受信部２３
の一組（または、超音波発信部１個に対して超音波受信
部複数の組）を、場所を手動または自動的に少しずつ変
えて前述のような測定を行うと、第１波Ａおよび第２波
Ｂの情報（振幅、透過速度など）を超音波発信部２２、
超音波受信部２３の相対的な方向によって、変化しなが
ら得ることができる。これらのデータを自動解析演算す
るとＣＴモードの画像が得られる。

【００４０】このように、骨試料２６には１個の超音波
発信部２２に対して、１個（または複数個）の超音波受
信部２３を、音響インピーダンスが大きく変化しないよ
うに装着させ、ＣＴモードにて動作させ、上述した超音
波診断方法にて２次元的情報を得ることができるととも
に、それにより、骨固有の構造的な最適位置を知り、超
音波発信部、超音波受信部を効果的に取り付ける情報を
得ることができる。

【００４１】そして、海綿骨３４内のある経路に分かれ
た第１波Ａと第２波Ｂとの振幅比が海綿骨３４の骨量
（または、骨質部分の体積比）に関係していると判断
し、両波振幅から骨量の割合、または、骨質部分の体積
比を算出するとともに、一方で、第１波Ａの透過速度を
測定して、その透過速度が大きい場合は骨のヤング率が
大であり、一方、その透過速度が小さい場合には骨のヤ
ング率が小であるというように骨のヤング率の大小を推
定することによって、骨の強度の大小と結びつけるとと
もに、さらに、第１波Ａ、第２波Ｂの減衰も測定して求めた減衰係
数、骨の強度、または、前記骨の強度と減衰係数とを関係づけるもの、それ
ぞれと、第１波Ａと第２波Ｂの振幅比から得られる骨量の割
合または骨質部分の体積比とを照合し、それによって、
骨の健康状態の総合的判断を１つの診断装置で行うこと
が可能になった。

【００４２】上記第２実施例によれば、骨試料にパルス
状の超音波Ｓを入射させると、海綿骨３４内のある経路
をそれぞれ透過した２つのパルス波（速度の速い第１波
Ａと速度の遅い第２波Ｂ）に分かれる。この第１波Ａと
第２波Ｂは、海綿骨３４内の骨質の割合によって振幅が
変化するため、その比率を求めることによって、骨量の
割合が分かる。骨質部が多い場合は、第１波Ａは振幅が
大きく、第２波Ｂは振幅が小さくなる。逆に、骨質部が
少ない場合は、第１波Ａは振幅が小さく、第２波Ｂは振
幅が大きくなる。

【００４３】そして、海綿骨３４にパルス状の超音波Ｓ
を入射させて得られた第１波Ａと後第２波Ｂとの振幅比
から求められる骨量の割合または骨質部分の体積比と、
第１波Ａと第２波Ｂの減衰を測定して求めた減衰係数
や、あるいは、第１波Ａの透過速度を測定して、その透
過速度が大きい場合は骨のヤング率が大であり、一方、
その透過速度が小さい場合には骨のヤング率が小である
というように骨のヤング率の大小で推定される骨の強度
や、さらには、前記減衰係数および前記骨の強度とを関
係づけるものとの、それぞれの相関を、”第１波Ａの透
過速度から推定される骨のヤング弾性率と、第１波Ａと
第２波Ｂの減衰を測定して求めた減衰係数のいずれか、
または、その両方、さらに、第１波Ａと第２波Ｂの振幅
比から得られる骨量の割合または骨質部分の体積比とを
照合して、これらの相関関係を探索する”手段にて求め
ることにより、従来、別々の方法で独立に求められてい
た骨量と骨強度を同時に求めることができる。

【００４４】つまり、第２実施例によれば、前記第１実
施例と同様の効果を奏するとともに、従来、別々の方法
で独立に求められていた骨量と骨強度を同時に求めるこ
とができ、骨粗鬆症の状態のさらに高い確度での診断が
できる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来の踵骨や膝蓋骨に超音波を照射する手法に比べ
て測定が容易であり、また、橈骨は、踵骨や膝蓋骨に比
べて構造が比較的簡単であるので、波形処理などを簡単
に行えるとともに、精度の高い診断を行うことができ
る。したがって、骨粗鬆症の状態を従来に比べて簡便で
ありながらも確実に診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係る超音波による骨の
診断装置を概略的に示す図である。

【図２】前記第１実施例の変形例の要部を示す図であ
る。

【図３】前記第１実施例の他の変形例の要部を示す図で
ある。

【図４】この発明の第２実施例に係る超音波による骨の
診断装置を概略的に示す図である。

【図５】前記実施例における超音波発信部から出力した
超音波の骨試料内での反射波をスイッチを経由して検出
する検出動作を示す全体構成説明図である。

【図６】前記実施例における骨試料内反射波測定系に発
生する反射波の時間関係を説明するための図である。

【図７】前記実施例における第１波および第２波を示す
図である。

【図８】前記実施例における第１波と第２波の取り出し
手順を説明するための図である。

【図９】上記実施例における第１波と第２波を求める手
順を説明するための図である。

【図１０】前記実施例における骨固有の最適位置を得る
ための説明図である。

【図１１】前記実施例により得られた骨試料内部におけ
る第１波と第２波の振幅を示す特性図である。

【符号の説明】

２…超音波発信部、３…前腕、４…橈骨、５…超音波受
信部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波発信部から出力される超音波を前
腕の橈骨に入射して、これを透過させ、そのときの透過
波を超音波受信部において受信し、そのときの波形に基
づいて橈骨の性状に関する情報を得るようにしたことを
特徴とする超音波による骨の診断方法。
【請求項２】前腕における被測定部位と、超音波発信
部および超音波受信部との間に空気を介在させないよう
にしてなる請求項１に記載の超音波による骨の診断方
法。
【請求項３】超音波を前腕の橈骨に入射させる超音波
発信部と、前記橈骨を透過した透過波を受信する超音波
受信部と、この超音波受信部に受信された信号の波形処
理および演算を行う演算処理部とからなり、前記波形に
基づいて橈骨の性状に関する情報を得るようにしたこと
を特徴とする超音波による骨の診断装置。
【請求項４】前腕における被測定部位と、超音波発信
部および超音波受信部との間に空気を介在させないよう
にしてなる請求項１に記載の超音波による骨の診断装
置。