JPH08332184A - Osteoporosis diagnostic method - Google Patents

Osteoporosis diagnostic method

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Publication number
JPH08332184A
JPH08332184A JP14073295A JP14073295A JPH08332184A JP H08332184 A JPH08332184 A JP H08332184A JP 14073295 A JP14073295 A JP 14073295A JP 14073295 A JP14073295 A JP 14073295A JP H08332184 A JPH08332184 A JP H08332184A
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JP
Japan
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bone
echo
ultrasonic
ultrasonic wave
acoustic impedance
Prior art date
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Pending
Application number
JP14073295A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Ishii
徹哉 石井
Masashi Kuriwaki
真史 栗脇
Yasuyuki Kubota
康之 久保田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To diagnose the progressing condition of osteoporosis by estimating the bone density and the modulus of elasticity of the bone. CONSTITUTION: Ultrasonic impulses Ai are first shot without pressing a transducer 1 to a living body and at this time, the echoes returned from the front end face of the transducer 1 and the boundary with air are received and measurement data are extracted. Next, the transducer 1 is pressed to the living body and while the transducer is oscillated and moved within a prescribed angle range toward the bone Mb, the ultrasonic impulses Ai are shot and the surface echoes Ae1 returned from the surface of the living body and the bone echoes Ae2 returned from the surface of the bone Mb are received and the normal measurement data are extracted. The acoustic impedance of the bone of the testee M is thereafter calculated in accordance with the extracted preliminary measured data and the normal measurement data. The acoustic impedance of the bone Mb is expressed by the square root of the [modulus of elasticity ×density] of the bone Mb. The modulus of elasticity (increases) decreases as well when the bone density increases (decreases) and, therefore, a good index in judging the bone density and the modulus of elasticity of the bone are obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、超音波インパルスを
人体の所定の部位の骨組織に当てて骨粗鬆症を診断する
骨粗鬆症診断方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an osteoporosis diagnosing method for diagnosing osteoporosis by applying an ultrasonic wave impulse to a bone tissue of a predetermined part of a human body.

【0002】[0002]

【従来の技術】骨粗鬆症とは、骨のカルシウムが抜け出
してスカスカになり、変形したり少しのショックで折れ
易くなる病気である。骨粗鬆症を診断する手段の一つと
して、従来、特開平2−104337号公報に記載され
ているような超音波により診断する方法が知られてい
る。この超音波による診断方法では、骨組織中での音速
が、骨密度に経験上比例するとみなせるとして、超音波
パルスを被験者の骨組織に向けて発射し、当該骨組織を
透過してきた超音波パルスを受波して、骨組織中での音
速を測定する。そして、骨組織中での音速が遅い程、骨
粗鬆症が進行していると診断する。
2. Description of the Related Art Osteoporosis is a disease in which calcium in bones escapes to form squashes, which easily deforms or breaks with a small shock. As one of means for diagnosing osteoporosis, conventionally, a method for diagnosing by ultrasonic waves as described in JP-A-2-104337 is known. In this diagnostic method using ultrasonic waves, it is assumed that the speed of sound in bone tissue is empirically proportional to the bone density, and an ultrasonic pulse is emitted toward the bone tissue of the subject, and the ultrasonic pulse that has passed through the bone tissue. To measure the speed of sound in bone tissue. Then, it is diagnosed that the osteoporosis is progressing as the speed of sound in the bone tissue is slower.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、骨組織中で
の音速は、厳密に言うと、骨密度に比例するのではな
く、[骨の弾性率/骨密度]の平方根で与えられる。し
かも、骨密度が増加すれば弾性率も上昇する関係にある
ため、骨密度の増加に対して音速は敏感には応答でき
ず、音速と骨密度との相関係数は、けっして高くはな
い。したがって、音速情報に基づく上記従来の診断方法
では、骨粗鬆症の進行状況を確実に判断するには無理が
あった。一方、骨弾性率の状況から骨粗鬆症を診断でき
るという意見もある。
Strictly speaking, the speed of sound in bone tissue is not proportional to bone density but is given by the square root of [bone elastic modulus / bone density]. Moreover, since the elastic modulus increases as the bone density increases, the sound velocity cannot respond sensitively to the increase in the bone density, and the correlation coefficient between the sound velocity and the bone density is never high. Therefore, it is difficult to reliably judge the progress of osteoporosis by the conventional diagnosis method based on the sound velocity information. On the other hand, there is an opinion that osteoporosis can be diagnosed based on the condition of bone elasticity.

【0004】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、骨密度や骨弾性率の状態を正確に推定し、骨
粗鬆症の進行状況を確実に診断できる骨粗鬆症診断方法
を提供することを目的としている。
The present invention has been made under such a background, and it is an object of the present invention to provide an osteoporosis diagnosing method capable of accurately estimating the states of bone density and bone elastic modulus to surely diagnose the progress of osteoporosis. Has an aim.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、超音波振動子の超音波送受
波面に送信残響が静まるまで所定の部位からのエコーの
戻りを遅延させるための超音波遅延スペーサを接合して
なる超音波送受波器により骨粗鬆症を診断する骨粗鬆症
診断方法であって、上記超音波遅延スペーサの先端面を
空気雰囲気にさらした状態にして上記超音波振動子の超
音波送受波面から超音波インパルスを発射し、この際、
上記超音波遅延スペーサと空気との界面で反射して上記
超音波送受波面に戻ってくる第1のエコーを受波してプ
レ測定データを抽出する第1のステップと、上記超音波
遅延スペーサの先端面を生体に当て、上記超音波送受波
面の法線を骨に向け、かつ骨の法線に対して所定の角度
範囲内で振り動かしながら、超音波インパルスを断続的
に発射し、この際、上記生体表面で反射して超音波送受
波面に戻ってくる第2のエコー、及び上記骨表面で反射
して超音波送受波面に戻ってくる第3のエコーを逐次受
波して本測定データを抽出する第2のステップと、第1
のステップにおいて抽出された上記プレ測定データと第
2のステップにおいて抽出された上記本測定データとに
基づいて、上記生体の軟組織と骨との界面での反射係数
又は骨の音響インピーダンスを算出する第3のステップ
とからなり、第3のステップにおいて算出された上記反
射係数又は骨の音響インピーダンスから骨密度又は骨弾
性率の状況を推定して骨粗鬆症を診断することを特徴と
している。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 delays the return of an echo from a predetermined part until the transmission reverberation on the ultrasonic wave transmission / reception surface of the ultrasonic transducer subsides. A method for diagnosing osteoporosis using an ultrasonic wave transmitter / receiver formed by joining ultrasonic wave delay spacers, wherein the ultrasonic vibration is performed by exposing the tip surface of the ultrasonic wave delay spacer to an air atmosphere. Ultrasonic impulse is emitted from the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the child, at this time,
A first step of receiving the first echo reflected at the interface between the ultrasonic delay spacer and air and returning to the ultrasonic transmission / reception surface to extract pre-measurement data; The tip surface is applied to the living body, the normal line of the ultrasonic wave transmitting / receiving surface is directed to the bone, and while oscillating within a predetermined angle range with respect to the normal line of the bone, ultrasonic impulses are intermittently emitted, at this time. , The second echo reflected on the surface of the living body and returned to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface, and the third echo reflected on the surface of the bone and returning to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface are sequentially received and main measurement data is obtained. The second step of extracting
Calculating the reflection coefficient at the interface between the soft tissue of the living body and the bone or the acoustic impedance of the bone, based on the pre-measurement data extracted in the step and the main measurement data extracted in the second step. It is characterized in that the condition of the bone density or the bone elastic modulus is estimated from the reflection coefficient or the acoustic impedance of the bone calculated in the third step to diagnose osteoporosis.

【0006】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の骨粗鬆症診断方法であって、上記第1のステップ
は、予め工場にて行われ、かつ、工場出荷時には第1の
ステップにおいて抽出された上記プレ測定データは、不
揮発性メモリに記憶されていて、上記超音波送受波器に
より骨粗鬆症を診断する際には、上記不揮発性メモリか
ら読み出された上記プレ測定データを用いて、上記反射
係数又は骨の音響インピーダンスが算出されることを特
徴としている。
The invention according to claim 2 is the osteoporosis diagnosing method according to claim 1, wherein the first step is performed in advance in a factory, and is extracted in the first step at the time of factory shipment. The pre-measured data stored is stored in a non-volatile memory, and when diagnosing osteoporosis by the ultrasonic transmitter / receiver, using the pre-measured data read from the non-volatile memory, It is characterized in that the reflection coefficient or the acoustic impedance of bone is calculated.

【0007】[0007]

【作用】この発明の構成において、第1のステップで
は、超音波振動子の超音波送受波W面は空気雰囲気にさ
らされ、いまだ生体に当てがわれない。そして、超音波
遅延スペーサと空気との界面で反射して超音波送受波面
に戻ってくる第1のエコーが受波されて、エコーレベル
等のプレ測定データが抽出される。第2のステップで
は、超音波遅延スペーサの先端面が生体に当てがわれ、
骨に向けて、超音波インパルスが発射される。そして、
生体表面で反射して超音波送受波面に戻ってくる第2の
エコー、及び骨表面で反射して超音波送受波面に戻って
くる第3のエコーが逐次受波されて、第2,第3のエコ
ーレベル、エコー到達時間差等の本測定データが抽出さ
れる。第3のステップでは、第1,第2のステップにお
いてそれぞれ抽出されたプレ測定データと本測定データ
とに基づいて、生体の軟組織と骨との界面での反射係数
又は骨の音響インピーダンスが算出される。そして、算
出された反射係数又は骨の音響インピーダンスから骨密
度又は骨弾性率の状況を推定して骨粗鬆症を診断する。
In the configuration of the present invention, in the first step, the ultrasonic wave transmitting / receiving W surface of the ultrasonic transducer is exposed to the air atmosphere and is not yet applied to the living body. Then, the first echo reflected by the interface between the ultrasonic delay spacer and the air and returning to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface is received, and the pre-measurement data such as the echo level is extracted. In the second step, the tip surface of the ultrasonic delay spacer is applied to the living body,
Ultrasonic impulses are fired at the bone. And
The second echo reflected on the surface of the living body and returning to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface, and the third echo reflected on the bone surface and returning to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface are sequentially received, and the second, third The main measurement data such as the echo level and echo arrival time difference are extracted. In the third step, the reflection coefficient at the interface between the soft tissue of the living body and the bone or the acoustic impedance of the bone is calculated based on the pre-measurement data and the main measurement data extracted in the first and second steps, respectively. It Then, the state of the bone density or the bone elastic modulus is estimated from the calculated reflection coefficient or the acoustic impedance of the bone to diagnose osteoporosis.

【0008】この発明の構成では、超音波インパルスの
発射の度に送信残響が生じるが、送受波面に超音波遅延
スペーサが設けられているため、生体表面から戻ってく
る第1,第2,第3のエコーは、送信残響に重なること
なく、受波される。また、超音波送受波器を生体に当
て、超音波送受波面の法線を骨に向け、かつ骨の法線に
対して所定の角度範囲内で振り動かしながら、超音波イ
ンパルスを断続的に発射するので、第3のエコーのうち
最大レベルの抽出が容易である。第3のエコーについて
最大レベルのものが受波されるのは、骨の法線と超音波
送受波面の法線とが一致したとき、したがって、垂直反
射の骨エコーが送受波面に垂直に入射するときであり、
この場合には、非常に簡素な式を用いて、反射係数及び
骨の音響インピーダンスを算出できるので、処理の迅速
化を図ることができる。
In the configuration of the present invention, a transmission reverberation is generated each time an ultrasonic impulse is emitted, but since the ultrasonic delay spacer is provided on the transmitting / receiving surface, the first, second, and second beams returning from the surface of the living body. The echo No. 3 is received without overlapping the transmission reverberation. In addition, the ultrasonic wave transmitter / receiver is applied to the living body, the normal line of the ultrasonic wave transmitter / receiver surface is directed to the bone, and the ultrasonic impulses are intermittently emitted while swinging within a predetermined angle range with respect to the bone normal line. Therefore, it is easy to extract the maximum level of the third echo. The maximum level of the third echo is received when the normal line of the bone and the normal line of the ultrasonic wave transmitting / receiving surface coincide with each other, and thus the vertically reflected bone echo is vertically incident on the transmitting / receiving surface. When
In this case, since the reflection coefficient and the acoustic impedance of the bone can be calculated using a very simple formula, the processing can be speeded up.

【0009】この発明の構成によれば、骨の音響インピ
ーダンス又は生体の軟組織と骨との界面での反射係数が
測定できる。骨の音響インピーダンスは、骨の[弾性率
×密度]の平方根で表されるので、骨密度の増加に伴っ
て弾性率が上昇すると、これらの相乗効果を受けるため
に、敏感に応答して顕著に増加する。逆に、骨密度が減
少して、弾性率が低下すると、音響インピーダンスは、
これらの相乗効果を受けて、敏感に応答して顕著に減少
する。それゆえ、骨の音響インピーダンスは、骨密度や
骨弾性率を判断する上で、良い指標となる。したがっ
て、操作者は、出力手段によって出力される骨の音響イ
ンピーダンスの値から、骨粗鬆症の進行状況を確実に推
定することができる。例えば、音響インピーダンスが、
その年齢層の平均値から著しく小さい場合には、骨粗鬆
症が悪化していることが判る。また、通常は、骨の音響
インピーダンスの単調増加関数とみなして差し支えない
生体の軟組織と骨の界面での反射係数を骨密度や骨弾性
率の指標としても、上述したと同様の効果を得ることが
できる。なお、第1のステップを、予め工場にて行い、
得られた結果をROM等の不揮発性メモリに書き込んだ
状態で出荷するようにすれば、処理の迅速化を図ること
ができる。
According to the structure of the present invention, the acoustic impedance of bone or the reflection coefficient at the interface between the soft tissue of the living body and the bone can be measured. Since the acoustic impedance of bone is expressed by the square root of [elastic modulus x density] of the bone, when the elastic modulus increases with the increase of bone density, these synergistic effects are received, resulting in a remarkable response. Increase to. Conversely, when bone density decreases and elastic modulus decreases, the acoustic impedance becomes
Under these synergistic effects, there is a sensitive response and a marked decrease. Therefore, the acoustic impedance of bone is a good index for determining the bone density and the bone elastic modulus. Therefore, the operator can reliably estimate the progress of osteoporosis from the value of the acoustic impedance of the bone output by the output means. For example, if the acoustic impedance is
When the average value of the age group is extremely small, it can be seen that osteoporosis is aggravated. Further, usually, even if the reflection coefficient at the interface between the soft tissue and the bone of the living body that can be regarded as a monotonically increasing function of the acoustic impedance of the bone is used as an index of the bone density or the bone elastic modulus, the same effect as described above can be obtained. You can In addition, the first step is performed in advance in the factory,
If the obtained results are written in a non-volatile memory such as a ROM before shipment, the processing can be speeded up.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図1は、この発明の一実施例である骨粗
鬆症診断方法の実施に用いる装置(骨粗鬆症診断装置)
の電気的構成を示すブロック図、図2は、同装置の外観
図、図3は、同装置の使用状態を示す図、図4は、同装
置による骨粗鬆症診断の様子を示す図、図5及び図6
は、同装置の動作処理手順(同骨粗鬆症診断方法)を示
すフローチャート、また、図7は、同装置の動作を説明
するための図である。図1乃至図4に示すように、この
例の骨粗鬆症診断方法の実施に用いる装置は、被験者M
の測定部位である骨Mb等に向けて、指向性の良い超音
波インパルスAiを発射すると共に、エコー(反射波)
を受波して受波信号(電気信号)に変換する超音波トラ
ンスデューサ(以下、単に、トランスデューサという)
1と、このトランスデューサ1に半波インパルスの電気
信号を入力すると共に、トランスデューサ1から供給さ
れる各種エコーの受波信号(電気信号)を処理して、骨
粗鬆症診断の指標となる骨Mbの音響インピーダンス情
報を提供する装置本体2と、これらを接続するケーブル
3とから概略なっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a device (osteoporosis diagnostic device) used for carrying out an osteoporosis diagnostic method according to an embodiment of the present invention.
2 is an external view of the device, FIG. 3 is a diagram showing a usage state of the device, FIG. 4 is a diagram showing a state of osteoporosis diagnosis by the device, FIG. 5 and FIG. Figure 6
FIG. 7 is a flowchart showing an operation processing procedure (same osteoporosis diagnosing method) of the apparatus, and FIG. 7 is a diagram for explaining an operation of the apparatus. As shown in FIGS. 1 to 4, the apparatus used for carrying out the osteoporosis diagnosing method of this example is a subject M.
The ultrasonic impulse Ai with good directivity is emitted toward the bone Mb, which is the measurement site of
An ultrasonic transducer that receives waves and converts them into received signals (electrical signals) (hereinafter simply referred to as transducers)
1 and an electric signal of a half-wave impulse is input to the transducer 1, and the received signals (electrical signals) of various echoes supplied from the transducer 1 are processed to obtain the acoustic impedance of the bone Mb which is an index of osteoporosis diagnosis. It is roughly composed of a device main body 2 for providing information and a cable 3 for connecting them.

【0011】上記装置を用いて実施されるこの例の骨粗
鬆症診断方法では、人体からのエコー情報の抽出を行う
本測定に先立って、まず、プレ測定が実施され、また、
本測定の後に、骨Mbの音響インピーダンス(音響イン
ピーダンス密度:N・s/m3)Zzの算出処理が実施さ
れる。ここで、プレ測定とは、骨Mbの音響インピーダ
ンスZzの算出に際して必要となる補助データを得るた
めに、本測定に先だって実施される前段階の測定のこと
であり、このプレ測定では、トランスデューサ1を人体
に当てがわず、空気雰囲気にさらした状態で、超音波イ
ンパルスAiを発射し、この際、トランスデューサ1の
先端面と空気との界面でのエコー情報が抽出される。し
かしながら、説明の都合上、この例の骨粗鬆症診断方法
に付いては後に詳述することとして、まずは、装置各部
から説明する。
In the osteoporosis diagnosing method of this example which is carried out by using the above-mentioned device, first, before the main measurement for extracting the echo information from the human body, the pre-measurement is carried out, and
After this measurement, the calculation process of the acoustic impedance (acoustic impedance density: N · s / m 3 ) Zz of the bone Mb is performed. Here, the pre-measurement is a pre-measurement performed prior to the main measurement in order to obtain auxiliary data necessary for calculating the acoustic impedance Zz of the bone Mb. In this pre-measurement, the transducer 1 is used. The ultrasonic impulse Ai is emitted in a state where it is not exposed to the human body and is exposed to the air atmosphere. At this time, echo information at the interface between the tip surface of the transducer 1 and the air is extracted. However, for convenience of explanation, the osteoporosis diagnosing method of this example will be described in detail later. First, each part of the apparatus will be described.

【0012】上記トランスデューサ1は、図示しない
が、チタンジルコン酸鉛(PZT)からなる円板状の厚
み振動型圧電素子の両面に図示せぬ電極層を積層して形
成される超音波振動子1aの超音波送受波面X(以下、
単に、送受波面という)に、超音波遅延スペーサ1bを
接合してなっている。超音波遅延スペーサ1bは、送信
残響Anの残存中に、皮膚、筋肉、脂肪等で構成される
軟組織Maや骨Mbの表面Y,Zから、エコーAe1,
Ae2が送受波面Xに戻ってこないように、これらのエ
コーAe1,Ae2の到達を遅延させるための部材であ
り、例えばポリエチレンバルクが用いられる。ここで、
超音波振動子1aとしては、平面波の状態でエコーAe
1,Ae2を受けるのが測定感度上好ましいことから、発
射された超音波インパルスAiが平面波に近い状態で骨
Mbに向かって伝搬できるように、送受波面Xのなるべ
く大きなものを用いるのが好ましい。
Although not shown, the transducer 1 is an ultrasonic transducer 1a formed by laminating electrode layers (not shown) on both sides of a disk-shaped thickness vibration type piezoelectric element made of lead titanium zirconate (PZT). Ultrasonic wave transmission / reception surface X (hereinafter,
The ultrasonic wave delay spacer 1b is joined to the transmitting and receiving surface). The ultrasonic wave delay spacer 1b receives the echoes Ae1, from the surfaces Y and Z of the soft tissue Ma and the bone Mb composed of skin, muscle, fat, etc. while the transmission reverberation An remains.
This is a member for delaying the arrival of these echoes Ae1 and Ae2 so that Ae2 does not return to the wave transmission / reception surface X, and for example, polyethylene bulk is used. here,
As the ultrasonic transducer 1a, the echo Ae in a plane wave state is used.
Since it is preferable to receive 1 and Ae2 from the viewpoint of measurement sensitivity, it is preferable to use as large as possible a transmitting / receiving surface X so that the emitted ultrasonic impulse Ai can propagate toward the bone Mb in a state close to a plane wave.

【0013】上記装置本体2は、パルス送出部4と、整
合回路5と、増幅器6と、波形整形器7と、A/D変換
器8と、計時回路9と、CPU(中央処理装置)10
と、ROM11と、RAM12と、レベルメータ13
と、表示器14とから構成されている。パルス送出部4
は、整合回路5を介してトランスデューサ1に接続さ
れ、中心周波数略2.5MHzの半波インパルスの電気
信号を所定の周期で生成して、断続的にトランスデュー
サ1に送信する。整合回路5は、ケーブル3を介してト
ランデューサ1に接続され、トランデューサ1と装置本
体2との間で最大のエネルギ効率で信号の受け渡しを行
う。増幅器6は、整合回路5の出力信号を所定の増幅度
で増幅した後、波形整形器7に入力する。波形整形器7
は、図示せぬ検波回路とローパスフィルタ(LPF)と
から構成され、増幅器6の出力信号(増幅された受波信
号)を検波処理・フィルタ処理を施して波形整形した
後、A/D変換器8に入力する。
The apparatus main body 2 includes a pulse sending section 4, a matching circuit 5, an amplifier 6, a waveform shaper 7, an A / D converter 8, a clock circuit 9, and a CPU (central processing unit) 10.
, ROM 11, RAM 12, and level meter 13
And a display unit 14. Pulse sending unit 4
Is connected to the transducer 1 via a matching circuit 5, generates an electric signal of a half-wave impulse having a center frequency of about 2.5 MHz at a predetermined cycle, and transmits it to the transducer 1 intermittently. The matching circuit 5 is connected to the transducer 1 via the cable 3 and exchanges signals between the transducer 1 and the apparatus main body 2 with maximum energy efficiency. The amplifier 6 amplifies the output signal of the matching circuit 5 with a predetermined amplification degree, and then inputs it to the waveform shaper 7. Wave shaper 7
Is composed of a detection circuit (not shown) and a low-pass filter (LPF). The output signal of the amplifier 6 (amplified received signal) is subjected to detection processing and filter processing to shape the waveform, and then the A / D converter. Enter in 8.

【0014】A/D変換器8は、図示せぬレベル検出回
路、サンプルホールド回路等を備え、波形整形器7の出
力信号(波形整形された各種受波信号)のレベルを検出
すると共に、必要に応じて到来時刻等も検出する。すな
わち、プレ測定時には、トランスデューサ1の開放端面
(空気とのみ接触し、人体には接触していない時の超音
波遅延スペーサ1bの端面)で反射されて戻ってくるエ
コー(以下、開放時エコーAe0という)を抽出し、抽
出された開放時エコーAe0の受波信号をデジタルの開
放時エコー信号E0をCPU10に入力する。また、本
測定時には、軟組織Maの表面(以下、皮膚表面ともい
う)Yから先に戻ってくるエコーAe1(以下、表面エ
コーという)と、骨表面Zから遅れて戻ってくるエコー
Ae2(以下、骨エコーという)とを順次抽出し、対を
なして抽出された表面エコーAe1及び骨エコーAe2の
受波信号をそれぞれデジタルの表面エコー信号E1及び
骨エコー信号E2に変換し、デジタルに変換された表面
エコー信号E1及び骨エコー信号E2をCPU10に逐次
入力すると共に、表面エコーAe1を抽出したときは、
表面エコー抽出信号ETを生成して、計時回路9に与え
る。ここで、上述のことから明らかなように、デジタル
の開放時エコー信号E0は、プレ測定の際に、トランス
デューサ1の開放端面から戻ってくる開放時エコーAe
0のレベル値(開放時エコーレベル)を、デジタルの表
面エコー信号E1は、本測定の際に、表面エコーAe1が
送受波面Xにまで戻ってきたときの当該表面エコーAe
1のレベル値(表面エコーレベル)を、デジタルの骨エ
コー信号E2は、本測定の際に、骨エコーAe2が送受波
面Xにまで戻ってきたときの当該骨エコーAe2のレベ
ル値(骨エコーレベル)をそれぞれ示している。計時回
路9は、図示せぬクロック発生器と計数回路とから構成
され、本測定時、A/D変換器8から表面エコー抽出信
号ETの供給を受ける度に、計数回路をリセットして計
時を開始し、経過時間(計数値)はCPU10に与えら
れる。
The A / D converter 8 is provided with a level detection circuit, a sample hold circuit, etc., which are not shown, and detects the level of the output signal of the waveform shaper 7 (various wave reception signals) and is necessary. The arrival time and the like are also detected according to That is, at the time of pre-measurement, an echo reflected by the open end surface of the transducer 1 (the end surface of the ultrasonic delay spacer 1b when only in contact with air but not in contact with the human body) and returning (hereinafter referred to as open echo Ae0 Is extracted, and the received signal of the extracted opening-time echo Ae0 is input to the CPU 10 as a digital opening-time echo signal E0. Further, at the time of the main measurement, an echo Ae1 (hereinafter referred to as a surface echo) returning earlier from the surface Y of the soft tissue Ma (hereinafter also referred to as a skin surface) and an echo Ae2 (hereinafter referred to as a surface echo) returning later from the bone surface Z. Bone echo) are sequentially extracted, and the received signals of the surface echo Ae1 and the bone echo Ae2 extracted as a pair are converted into a digital surface echo signal E1 and a bone echo signal E2, respectively, and converted into digital. When the surface echo signal E1 and the bone echo signal E2 are sequentially input to the CPU 10 and the surface echo Ae1 is extracted,
The surface echo extraction signal ET is generated and given to the timing circuit 9. Here, as is clear from the above description, the digital open echo signal E0 is the open echo Ae returning from the open end face of the transducer 1 during the pre-measurement.
A digital surface echo signal E1 having a level value of 0 (opening echo level) is the surface echo Ae1 when the surface echo Ae1 returns to the transmitting / receiving surface X during the main measurement.
The level value of 1 (surface echo level) is the digital bone echo signal E2, and the level value of the bone echo Ae2 (bone echo level when the bone echo Ae2 returns to the transmitting / receiving surface X in this measurement is ) Are shown respectively. The clock circuit 9 is composed of a clock generator (not shown) and a counting circuit, and resets the counting circuit each time the surface echo extraction signal ET is supplied from the A / D converter 8 during the main measurement. After the start, the elapsed time (count value) is given to the CPU 10.

【0015】CPU10は、ROM11に記憶されたプ
レ測定時処理プログラム、本測定時処理プログラム及び
音響インピーダンス算出プログラムをRAM12を用い
て実行することにより、骨粗鬆症診断の指標となる骨M
bの音響インピーダンスZzの算出処理を行う。具体的
には、CPU10は、まず、プレ測定時処理プログラ
ムの記述に従って、パルス送出部4、A/D変換器8等
を制御して、開放時エコーレベルE0を所定個数抽出
し、抽出された所定個数の開放時エコーレベルE0の平
均値を求め、次いで、本測定時処理プログラムの記述
に従って、パルス送出部4、A/D変換器8等を制御し
て、表面エコーレベルE1及び骨エコーレベルE2を逐次
抽出すると共に、骨エコーレベルE2の抽出時点には、
計時回路9から経過時間を読み込んで、エコー到達時間
差Tnを計測する。そして、多数抽出した骨エコーレベ
ルE2の中から最大骨エコーレベルE2maxを抽出する。
ここで、エコー到達時間差Tnとは、表面エコーAe1
の到達時間を基準時間に設定した場合における、骨エコ
ーAe2の到達の遅れを意味し、エコー到達時間差Tn
に軟組織Ma中での音速を乗じて得られる値が、軟組織
Maの厚みの2倍、すなわち超音波が軟組織Maを往復
する道のりに相当する。この後、CPU10は、音響
インピーダンス算出プログラムに従って、プレ測定によ
って得られた開放時エコーレベルE0の平均値、及び本
測定によって得られた最大骨エコーレベルE2max、これ
と対をなす表面エコーレベルE1max、このときのエコー
到達時間差Tn等に基づいて、骨Mbの音響インピーダ
ンスZzを算出する。
The CPU 10 executes the pre-measurement time processing program, the main measurement time processing program, and the acoustic impedance calculation program stored in the ROM 11 by using the RAM 12, so that the bone M serving as an index for osteoporosis diagnosis is detected.
The calculation processing of the acoustic impedance Zz of b is performed. Specifically, the CPU 10 first controls the pulse sending unit 4, the A / D converter 8 and the like in accordance with the description of the pre-measurement time processing program to extract a predetermined number of open echo levels E0 and extract them. An average value of a predetermined number of open echo levels E0 is obtained, and then the pulse sending unit 4, the A / D converter 8 and the like are controlled according to the description of the measurement processing program to obtain the surface echo level E1 and the bone echo level. E2 is sequentially extracted, and at the time of extraction of the bone echo level E2,
The elapsed time is read from the clock circuit 9 and the echo arrival time difference Tn is measured. Then, the maximum bone echo level E2max is extracted from the many extracted bone echo levels E2.
Here, the echo arrival time difference Tn is the surface echo Ae1
Means a delay in arrival of the bone echo Ae2 when the arrival time is set to the reference time, and the echo arrival time difference Tn
The value obtained by multiplying by the sound velocity in the soft tissue Ma corresponds to twice the thickness of the soft tissue Ma, that is, the way in which ultrasonic waves travel back and forth in the soft tissue Ma. Thereafter, the CPU 10 follows the acoustic impedance calculation program, the average value of the open echo level E0 obtained by the pre-measurement, the maximum bone echo level E2max obtained by the main measurement, the surface echo level E1max paired with this, The acoustic impedance Zz of the bone Mb is calculated based on the echo arrival time difference Tn at this time.

【0016】ROM11は、プレ測定時にCPU10に
実行させる処理手順を記述したプレ測定時処理プログラ
ム、本測定時にCPU10に実行させる処理手順を記述
した本測定時処理プログラム及び骨Mbの音響インピー
ダンスZzを算出するための音響インピーダンス算出プ
ログラムを格納する。RAM12は、CPU10の作業
領域が設定されるワーキングエリアと、各種データを一
時記憶するデータエリアとを有し、このデータエリアに
は、プレ測定時に所定個数抽出された開放時エコーレベ
ルE0を記憶するプレ測定データメモリエリア、開放時
エコーレベルE0の平均値を記憶する平均値データメモ
リエリア、本測定時において、今回抽出した表面エコー
レベルE1、骨エコーレベルE2、このときのエコー到達
時間差Tnを記憶する今回抽出データメモリエリア、こ
れまでに抽出した骨エコーレベルE2の中から抽出され
た最大骨エコーレベルE2max、これと対をなす表面エコ
ーレベルE1max、及びこのときのエコー到達時間差Tn
等を一時記憶する最大値抽出データメモリエリア、及び
プレ測定時であるか否か、本測定時であるか否か等の状
況を示す測定状況フラグ等が設定されている。なお、こ
の例では、測定状況フラグの内容が「0」のときは、測
定終了の状況を示し、「1」のときは、プレ測定時であ
ることを示し、また、「2」のときは、本測定時である
ことを示している。
The ROM 11 calculates a pre-measurement processing program that describes a processing procedure to be executed by the CPU 10 during pre-measurement, a main measurement processing program that describes a processing procedure to be executed by the CPU 10 during main measurement, and the acoustic impedance Zz of the bone Mb. The acoustic impedance calculation program for performing the operation is stored. The RAM 12 has a working area in which a work area of the CPU 10 is set, and a data area for temporarily storing various data. In this data area, a predetermined number of open echo levels E0 extracted during pre-measurement are stored. Pre-measurement data memory area, average value data memory area that stores the average value of the echo level E0 when opened, the surface echo level E1, the bone echo level E2 that were extracted this time, and the echo arrival time difference Tn at this time are stored during the main measurement This time, the extracted data memory area, the maximum bone echo level E2max extracted from the bone echo levels E2 extracted so far, the surface echo level E1max paired with this, and the echo arrival time difference Tn at this time
A maximum value extraction data memory area for temporarily storing, etc., and a measurement status flag or the like indicating a status such as whether it is during pre-measurement or whether it is during main measurement are set. In this example, when the content of the measurement status flag is “0”, it indicates the status of measurement completion, when it is “1”, it indicates that the pre-measurement is in progress, and when it is “2”, , Indicates that it is during the main measurement.

【0017】レベルメータ13は、CPU10によって
制御され、RAM12の今回抽出データメモリエリアに
記憶されている今回抽出の骨エコーレベルE2(骨エコ
ーAe2の現在レベル13a)と、RAM12の最大値
抽出データメモリエリアに記憶されている最大骨エコー
レベルE2max(骨エコーAe2の最大レベル13b)と
を液晶指針パターンにより同時表示する。表示器14
は、CRTディスプレイ又は液晶ディスプレイからな
り、プレ測定が完了した旨の表示や、CPU10によっ
て算出された骨Mbの音響インピーダンスZzや算出途
中の結果を表示する。
The level meter 13 is controlled by the CPU 10 and the bone echo level E2 of the current extraction stored in the current extraction data memory area of the RAM 12 (the current level 13a of the bone echo Ae2) and the maximum value extraction data memory of the RAM 12 are stored. The maximum bone echo level E2max (maximum level 13b of bone echo Ae2) stored in the area is simultaneously displayed by the liquid crystal pointer pattern. Display 14
Is a CRT display or a liquid crystal display, and displays a display indicating that the pre-measurement is completed, the acoustic impedance Zz of the bone Mb calculated by the CPU 10, and a result in the middle of calculation.

【0018】次に、図3乃至図7を参照して、この例の
動作処理手順(骨粗鬆症診断方法)について説明する。
上記構成の装置を用いて、骨粗鬆症を診断するには、測
定対象として、なるべく平面波の骨エコーAe2が得易
い形状・部位の骨Mbを選択する。例えば、踵や膝蓋骨
上等は、湾曲が少なく、皮膚の近くにあり、平面波とみ
なせる骨エコーAe2が得易いので、測定対象として好
適である。測定対象の骨Mbを選択した後、装置に電源
を投入すると、CPU10は、まず、ステップSP10
(図5)において、装置各部のイニシャライズを行う。
このイニシャライズは、RAM12に設定された各種デ
ータメモリエリアのクリア及び測定状況フラグのリセッ
ト並びに周辺回路の初期設定となる各種変数の初期設定
等である。これにより、RAM12に設定されたプレ測
定データメモリエリア、平均値データメモリエリア、プ
レ測定時抽出回数データメモリエリア、今回抽出データ
メモリエリア、最大値抽出データメモリエリア、及び測
定状況フラグの内容は、いずれも、「0」の状態に初期
設定される。CPU10は、装置各部のイニシャライズ
を終えると、ステップSP11において、プレ測定の開
始を待つ。
Next, with reference to FIGS. 3 to 7, the operation processing procedure (osteoporosis diagnosis method) of this example will be described.
In order to diagnose osteoporosis using the apparatus having the above-described configuration, the bone Mb having a shape and site where a plane wave bone echo Ae2 is easily obtained is selected as a measurement target. For example, the heel or the patella and the like have little curvature and are close to the skin, and the bone echo Ae2 that can be regarded as a plane wave is easily obtained, and therefore, it is suitable as a measurement target. When the power of the device is turned on after selecting the bone Mb to be measured, the CPU 10 first executes step SP10.
In FIG. 5, each part of the device is initialized.
The initialization includes clearing various data memory areas set in the RAM 12, resetting measurement status flags, and initializing various variables that are initial settings of peripheral circuits. As a result, the contents of the pre-measurement data memory area, average value data memory area, pre-measurement extraction number data memory area, current extraction data memory area, maximum value extraction data memory area, and measurement status flag set in the RAM 12 are as follows: Both are initially set to the state of "0". After completing the initialization of each part of the apparatus, the CPU 10 waits for the start of pre-measurement in step SP11.

【0019】ここで、操作者が、トランスデューサ1の
先端面を人体(被験者M)に当てずに、空気とのみ接触
する状態にしたまま、測定開始スイッチをオンとする
と、CPU10は、測定状況フラグの内容を「1」に書
き改めた後、これより、ステップSP12〜SP17ま
での処理手順に従って、プレ測定動作を開始する。CP
U10は、ステップSP12において、パルス送出部4
を制御して、半波インパルスの電気信号を所定の周期で
生成させて、トランスデューサ1に断続的に送出させ
る。トランスデューサ1は、パルス送出部4から半波イ
ンパルスの電気信号を受ける度に、超音波振動子1aの
送受波面Xから指向性の良い超音波インパルスAiを発
射する。発射された超音波インパルスAiは、超音波遅
延スペーサ1bの中を送受波面Xの法線方向に進んで、
空気とのみ接触する超音波遅延スペーサ1bの開放端面
に達する。開放端面に達した超音波インパルスAiは、
空気中へは殆ど出て行かず、大部分が開放端面で垂直に
反射して、開放時エコーAe0となる。この開放時エコ
ーAe0は、超音波遅延スペーサ1b内を逆向きに進ん
で、超音波振動子1aの送受波面Xで受波される(な
お、開放時エコーAe0が受波される時点では、送信残
響Anは静まっている)。
Here, when the operator turns on the measurement start switch with the tip surface of the transducer 1 not in contact with the human body (subject M) and only in contact with air, the CPU 10 causes the CPU 10 to measure the measurement status flag. After rewriting the content of 1 to “1”, the pre-measurement operation is started according to the processing procedure of steps SP12 to SP17. CP
In step SP12, the U10 sends the pulse transmission unit 4
Is controlled to generate an electric signal of a half-wave impulse in a predetermined cycle, and the transducer 1 is intermittently sent out. Each time the transducer 1 receives an electric signal of a half-wave impulse from the pulse sending unit 4, it emits an ultrasonic impulse Ai having good directivity from the wave transmission / reception surface X of the ultrasonic transducer 1a. The emitted ultrasonic impulse Ai travels in the ultrasonic delay spacer 1b in the direction normal to the transmitting / receiving surface X,
It reaches the open end face of the ultrasonic delay spacer 1b, which is only in contact with air. The ultrasonic impulse Ai reaching the open end surface is
It almost does not go out into the air, and most of it is reflected vertically by the open end face and becomes an echo Ae0 at the time of opening. The open echo Ae0 travels backward in the ultrasonic delay spacer 1b and is received by the wave transmission / reception surface X of the ultrasonic transducer 1a (note that when the open echo Ae0 is received, it is transmitted. Reverberation An is quiet).

【0020】トランスデューサ1は、各種のエコーA
n,Ae0を受波すると、受波信号(電気信号)に変換
し、変換により生成された受波信号をケーブル3を介し
て装置本体2(整合回路5)に送出する。増幅器6は、
整合回路5から出力される受波信号を所定の増幅度で増
幅した後、波形整形器7に入力する。波形整形器7は、
増幅器6の出力信号を検波・フィルタ処理を施して波形
整形した後、A/D変換器8に入力する。CPU10
は、A/D変換器8を制御して、波形整形器7の出力信
号のレベルを検出させて、開放時エコーAe0を抽出さ
せ、抽出された受波信号をデジタルの開放時エコー信号
E0に変換させる(ステップSP13)。次いで、デジ
タル変換により得られた開放時エコー信号E0をA/D
変換器8から予め設定された所定個数取り込み、RAM
12のプレ測定データメモリエリアに開放時エコーレベ
ルE0として、順次記憶する(ステップSP14,1
5)。開放時エコーレベルE0が所定個数取り込まれる
と(ステップSP15で「YES」の場合)、CPU1
0は、プレ測定データメモリエリアの内容を全部読み出
して、開放時エコーレベルE0の平均値を算出し、算出
結果を平均値データメモリエリアに記憶すると共に、表
示器14を制御して、プレ測定が完了した旨を表示させ
る(ステップSP16、SP17)。
The transducer 1 has various echoes A
When n and Ae0 are received, they are converted into received signals (electrical signals), and the received signals generated by the conversion are sent to the apparatus main body 2 (matching circuit 5) via the cable 3. The amplifier 6 is
The received signal output from the matching circuit 5 is amplified by a predetermined amplification degree and then input to the waveform shaper 7. The waveform shaper 7
The output signal of the amplifier 6 is detected and filtered to be waveform-shaped, and then input to the A / D converter 8. CPU10
Controls the A / D converter 8 to detect the level of the output signal of the waveform shaper 7 to extract the open echo Ae0 and convert the extracted received signal into a digital open echo signal E0. It is converted (step SP13). Next, the open echo signal E0 obtained by digital conversion is A / D
A predetermined number of preset data are taken in from the converter 8 and a RAM
The pre-measurement data memory area 12 is sequentially stored as the open echo level E0 (step SP14, 1).
5). When a predetermined number of open echo levels E0 are fetched (in the case of "YES" in step SP15), the CPU 1
0 reads out the entire contents of the pre-measurement data memory area, calculates the average value of the echo level E0 at opening, stores the calculation result in the average value data memory area, and controls the display 14 to perform the pre-measurement. Is displayed (steps SP16 and SP17).

【0021】操作者は、表示器14の画面表示から、プ
レ測定が完了したことを知ると、これより、本測定を開
始する。すなわち、操作者は、図3に示すように、測定
対象の骨Mbを覆っている軟組織Maの表面(皮膚表
面)Yに、例えば水やゼリー等の超音波カップリング材
15を塗って、超音波が被験者Mの体内に注入され易い
状態にした後、超音波カップリング材15の上からトラ
ンスデューサ1を皮膚表面Yに密着させ、かつ送受波面
Xを測定対象の骨Mbに向けた状態で、再び測定開始ス
イッチをオンとする。
When the operator knows from the screen display of the display device 14 that the pre-measurement is completed, the operator starts the main measurement from this. That is, as shown in FIG. 3, the operator applies an ultrasonic coupling material 15 such as water or jelly to the surface (skin surface) Y of the soft tissue Ma covering the bone Mb to be measured, and After the sound waves are easily injected into the body of the subject M, the transducer 1 is brought into close contact with the skin surface Y from above the ultrasonic coupling material 15, and the wave transmission / reception surface X is directed toward the bone Mb to be measured. Turn on the measurement start switch again.

【0022】測定開始スイッチが再びオンとされると
(ステップSP18(図6))、CPU10は、測定状況
フラグの内容を「2」に書き改めた後、これより、ステ
ップSP19〜SP25までの処理手順に従って本測定
動作を開始する。CPU10は、ステップSP19にお
いて、パルス送出部4を制御して、半波インパルスの電
気信号を所定の周期で生成させて、トランスデューサ1
に断続的に送出させる。トランスデューサ1は、パルス
送出部4から半波インパルスの電気信号を受ける毎に、
超音波振動子1aの送受波面Xから被験者Mの骨Mbに
向けて指向性の良い超音波インパルスAiを発射する。
発射された超音波インパルスAiは、超音波遅延スペー
サ1bの中を送受波面Xの法線方向に進み、図4に示す
ように、超音波遅延スペーサ1bと軟組織Maとの界面
Y(厳密には、図3に示すように、超音波遅延スペーサ
1bと超音波カップリング材15との界面)において、
一部は反射して表面エコーAe1となり、残りは軟組織
Ma内に進入する。このうち、表面エコーAe1は、超
音波遅延スペーサ1b内を逆向きに進んで、超音波振動
子1aの送受波面Xで受波される(なお、表面エコーA
e1が受波される時点では、送信残響Anは静まってい
る)。一方、軟組織Ma内に進入した超音波インパルス
Aiは、軟組織Maを構成する分子との相互作用により
減衰しながらも測定対象の骨Mbに向かって伝搬する。
そして、骨表面Zにおいて、一部は反射して骨エコーA
e2となり、残りは骨Mb内に進入して一部は吸収され
一部は透過する。このうち、骨エコーAe2は、逆の経
路を辿って、再び超音波遅延スペーサ1b内に入り、超
音波振動子1aの送受波面Xで受波される。
When the measurement start switch is turned on again (step SP18 (FIG. 6)), the CPU 10 rewrites the content of the measurement status flag to "2", and then the processing from step SP19 to SP25. Follow the procedure to start the main measurement operation. In step SP19, the CPU 10 controls the pulse sending unit 4 to generate an electric signal of a half-wave impulse at a predetermined cycle, and the transducer 1
To be sent intermittently. Each time the transducer 1 receives an electric signal of a half-wave impulse from the pulse transmitter 4,
An ultrasonic impulse Ai having good directivity is emitted from the wave transmission / reception surface X of the ultrasonic transducer 1a toward the bone Mb of the subject M.
The emitted ultrasonic impulse Ai travels in the ultrasonic delay spacer 1b in the direction normal to the transmitting / receiving surface X, and as shown in FIG. 4, the interface Y between the ultrasonic delay spacer 1b and the soft tissue Ma (strictly speaking, At the interface between the ultrasonic delay spacer 1b and the ultrasonic coupling material 15, as shown in FIG.
A part of the light is reflected to become a surface echo Ae1, and the rest enters the soft tissue Ma. Of these, the surface echo Ae1 travels in the opposite direction in the ultrasonic delay spacer 1b and is received by the wave transmission / reception surface X of the ultrasonic transducer 1a (note that the surface echo Ae1).
At the time when e1 is received, the transmission reverberation An is quiet). On the other hand, the ultrasonic impulse Ai that has entered the soft tissue Ma propagates toward the bone Mb to be measured while being attenuated due to the interaction with the molecules constituting the soft tissue Ma.
Then, on the bone surface Z, a part is reflected and the bone echo A
It becomes e2, and the rest enters the bone Mb and is partially absorbed and partially penetrated. Among these, the bone echo Ae2 follows the reverse path, enters the ultrasonic wave delay spacer 1b again, and is received by the wave transmission / reception surface X of the ultrasonic transducer 1a.

【0023】トランスデューサ1は、各種のエコーA
n,Ae1,Ae2を逐次受波すると、受波信号(電気信
号)に変換し、変換により生成された受波信号をケーブ
ル3を介して装置本体2(整合回路5)に送出する。増
幅器6は、整合回路5から出力される受波信号を所定の
増幅度で増幅した後、波形整形器7に入力する。波形整
形器7は、増幅器6の出力信号を検波・フィルタ処理を
施して波形整形した後、A/D変換器8に入力する。
The transducer 1 has various echoes A.
When n, Ae1, and Ae2 are sequentially received, they are converted into received signals (electrical signals), and the received signals generated by the conversion are sent to the apparatus main body 2 (matching circuit 5) via the cable 3. The amplifier 6 amplifies the received signal output from the matching circuit 5 with a predetermined amplification degree and then inputs the amplified signal to the waveform shaper 7. The waveform shaper 7 detects and filters the output signal of the amplifier 6 to shape the waveform, and then inputs the signal to the A / D converter 8.

【0024】ここで、CPU10は、A/D変換器8を
制御して、波形整形器7の出力信号のレベルや到来時刻
等を検出させ、先に戻ってくる表面エコーAe1と、遅
れて戻ってくる骨エコーAe2とを順次抽出させ、対を
なして抽出された表面エコーAe1、骨エコーAe2の受
波信号をデジタルの表面エコー信号E1、骨エコー信号
E2に変換させる(ステップSP20)。なお、A/D
変換器8は、表面エコーAe1を抽出したときは、表面
エコー抽出信号ETを生成して計時回路9に与える。C
PU10は、A/D変換器8から互いに対をなす表面エ
コー信号E1max及び骨エコー信号E2を取り込むと共
に、骨エコー信号E2の取り込み時点に、計時回路9か
ら経過時間を読み込んで、このときのエコー到達時間差
Tnを計測した後、今回抽出の表面エコーレベルE1、
骨エコーレベルE2、エコー到達時間差Tnとして、R
AM12の今回抽出データメモリエリアに記憶した後
(ステップSP21)、レベルメータ13を制御して、
今回抽出の骨エコーレベルE2(骨エコーAe2の現在レ
ベル13a)と、RAM12の最大値抽出データメモリ
エリアに記憶されている最大骨エコーレベルE2max(骨
エコーAe2の最大レベル13b)とを液晶指針パター
ンにより同時表示させる(ステップSP22)。
Here, the CPU 10 controls the A / D converter 8 to detect the level of the output signal of the waveform shaper 7, the arrival time, and the like, and returns the surface echo Ae1 returning earlier and the returning after a delay. The incoming bone echoes Ae2 are sequentially extracted, and the received signals of the surface echoes Ae1 and bone echoes Ae2 extracted in pairs are converted into digital surface echo signals E1 and bone echo signals E2 (step SP20). A / D
When the surface echo Ae1 is extracted, the converter 8 generates a surface echo extraction signal ET and supplies it to the time counting circuit 9. C
The PU 10 takes in a pair of the surface echo signal E1max and the bone echo signal E2 from the A / D converter 8 and reads the elapsed time from the timing circuit 9 at the time of taking in the bone echo signal E2, and echoes at this time. After measuring the arrival time difference Tn, the surface echo level E1 extracted this time,
As a bone echo level E2 and an echo arrival time difference Tn, R
After storing in the currently extracted data memory area of AM12 (step SP21), the level meter 13 is controlled,
The bone echo level E2 (the current level 13a of the bone echo Ae2) extracted this time and the maximum bone echo level E2max (the maximum level 13b of the bone echo Ae2) stored in the maximum value extraction data memory area of the RAM 12 are displayed on the liquid crystal pointer pattern. Are simultaneously displayed by (step SP22).

【0025】次に、CPU10は、ステップSP23に
移り、RAM12内の今回抽出データメモリエリアから
今回抽出の骨エコーレベルE1を読み出すと共に、最大
値抽出データメモリエリアから最大骨エコーレベルE2m
axを読み出して、今回抽出の骨エコーレベルが、最大骨
エコーレベルE2maxよりも大きいか否かを判断する。こ
の判断の結果が、「YES」のとき、すなわち、今回抽
出の骨エコーレベルE2が最大骨エコーレベルE2maxよ
りも大きいときは、ステップSP24へ進み、最大値抽
出データメモリエリアの記憶内容(最大骨エコーレベル
E2max等)を今回抽出骨データメモリエリアの記憶内容
(今回抽出の骨エコーレベルE2等)で書き換えた後、
ステップSP25へ進む。一方、ステップSP23にお
ける判断の結果が、「NO」のとき、すなわち、今回抽
出の骨エコーレベルE2が最大骨エコーレベルE2maxよ
りも小さいときは、ステップSP25へ直接飛ぶ。ステ
ップSP25では、CPU10は、RAM12内の測定
状況フラグを見て、測定続行か否かを判断する。測定状
況フラグの内容が「2」のときは、測定続行の意味なの
で、CPU10は、ステップSP19へ戻り、上述の処
理(ステップSP19〜SP25)を繰り返す。なお、
操作者が、測定終了スイッチを押すまでは、測定状況フ
ラグの内容は「2」に保たれる。
Next, the CPU 10 proceeds to step SP23, reads the bone echo level E1 of this time extraction from the currently extracted data memory area in the RAM 12, and also reads the maximum bone echo level E2m from the maximum value extracted data memory area.
By reading ax, it is determined whether or not the bone echo level extracted this time is higher than the maximum bone echo level E2max. When the result of this determination is "YES", that is, when the bone echo level E2 of this time extraction is larger than the maximum bone echo level E2max, the processing proceeds to step SP24, and the stored contents (maximum bone extraction data memory area) After rewriting the echo level E2max etc. with the stored content of the bone data memory area extracted this time (bone echo level E2 etc. extracted this time),
Go to step SP25. On the other hand, when the result of the determination in step SP23 is "NO", that is, when the bone echo level E2 extracted this time is smaller than the maximum bone echo level E2max, the process directly jumps to step SP25. In step SP25, the CPU 10 looks at the measurement status flag in the RAM 12 and determines whether or not to continue the measurement. When the content of the measurement status flag is "2", it means that the measurement is continued, so the CPU 10 returns to step SP19 and repeats the above-described processing (steps SP19 to SP25). In addition,
Until the operator presses the measurement end switch, the content of the measurement status flag is kept at "2".

【0026】操作者は、CPU10が上述の処理(ステ
ップSP19〜SP25)を繰り返す間、図3中矢印R
で示すように、トランスデューサ1を、皮膚表面Yに当
てがい、かつ測定対象である骨Mbに向けた状態で、時
にコマの歳差運動のように円を描いて、時にシーソのよ
うに前後に左右に斜め方向に振りながら、レベルメータ
13の液晶指針パターンが最大に振れる状態を目指す。
レベルメータ13の液晶指針パターンが最大に振れると
きは、図7(a)に示すように、測定部位である骨Mb
の法線とトランスデューサ1の送受波面Xの法線とが一
致するとき、すなわち、平面波の超音波インパルスAi
が骨表面Zに垂直入射するとき(超音波インパルスAi
の波面が骨表面Zに対して略平行に揃っているとき)で
ある。
While the CPU 10 repeats the above-described processing (steps SP19 to SP25), the operator operates the arrow R in FIG.
, The transducer 1 is applied to the skin surface Y and is directed toward the bone Mb to be measured, and sometimes a circle is drawn like a precession motion of a coma and sometimes a back and forth like a seesaw. Aiming for a state in which the liquid crystal pointer pattern of the level meter 13 swings to the maximum while swinging left and right in an oblique direction.
When the liquid crystal pointer pattern of the level meter 13 swings to the maximum, as shown in FIG.
Of the plane wave ultrasonic wave Ai.
When it is vertically incident on the bone surface Z (ultrasound impulse Ai
When the wave fronts of are aligned substantially parallel to the bone surface Z).

【0027】何故なら、両法線が一致するときには、同
図(a)に示すように、骨表面Zで垂直反射した骨エコ
ーAe2は、送受波面Xに垂直入射して戻ってくるた
め、骨エコーAe2の波面も送受波面Xに対して略平行
に揃い、それゆえ、受波位置の違いによる骨エコーAe
2の位相のずれが最小となるので、受波信号は、山と谷
との打ち消し合いが少なく、したがって、最大レベルの
骨エコーAe2が受波されることとなるからである。こ
れに対して、両法線が不一致のとき、同図(b)に示す
ように、送受波面Xで骨エコーAe2の波面が不揃いの
ため、受波信号は、山と谷とが打ち消し合って、小さく
なる。ここで、大事なことは、骨エコーAe2のうち、
抽出したいのは、垂直反射で戻ってくる骨エコーAe2
である、ということである。何故なら、後述のアルゴリ
ズムに適用される数式は、計算の正確性・簡素化のた
め、骨エコーAe2が略垂直反射の場合に成立する式だ
からである。ただ、骨表面Zで垂直反射した骨エコーA
e2は、上述したように、受波信号が最大レベルとなる
ので、垂直反射の骨エコーAe2を抽出するために、レ
ベルメータ13を参照しながら、最大レベルの骨エコー
Ae2を抽出するのである。なお、レベルメータ13の
液晶指針パターンは、骨Mbの法線と送受波面Xの法線
との不一致が、はなはだしいときは、敏感に変化する
が、両法線が略一致するときは、変化が鈍くなるため、
垂直反射の骨エコーAe2は、容易にかつ再現性良く抽
出できる。一方、表面エコーAe1は、超音波振動子1
aの送受波面Xと超音波遅延スペーサ1bの先端面と
が、互いに平行関係を有するように設定されているの
で、同図(a),(b)に示すように、常に垂直反射で
ある。
The reason is that when the two normals coincide with each other, the bone echo Ae2 vertically reflected by the bone surface Z is vertically incident on the transmitting / receiving surface X and returns as shown in FIG. The wave front of the echo Ae2 is also aligned substantially parallel to the transmission / reception surface X, and therefore, the bone echo Ae due to the difference in the receiving position.
This is because the phase shift of 2 is minimized, so that the received signal has less cancellation of peaks and troughs, and therefore the maximum level of bone echo Ae2 is received. On the other hand, when the normals do not match, the wavefront of the bone echo Ae2 is not uniform on the transmitting and receiving wavefront X, as shown in FIG. , Get smaller. Here, the important thing is, of the bone echo Ae2,
I want to extract the bone echo Ae2 that returns with vertical reflection.
It means that This is because the mathematical formula applied to the algorithm described below is a formula that holds when the bone echo Ae2 is substantially vertical reflection for the sake of accuracy and simplification of calculation. However, bone echo A reflected vertically on the bone surface Z
Since the received signal of e2 has the maximum level as described above, the bone echo Ae2 of the maximum level is extracted with reference to the level meter 13 in order to extract the bone echo Ae2 of the vertical reflection. Note that the liquid crystal pointer pattern of the level meter 13 changes sensitively when the normal line of the bone Mb and the normal line of the transmitting / receiving surface X are extremely dissimilar, but changes when both normal lines substantially match. Because it becomes dull
The vertical reflection bone echo Ae2 can be extracted easily and with good reproducibility. On the other hand, the surface echo Ae1 is the ultrasonic transducer 1
Since the wave transmission / reception surface X of a and the tip surface of the ultrasonic delay spacer 1b are set to have a parallel relationship with each other, vertical reflection is always performed as shown in FIGS.

【0028】操作者は、レベルメータ13の指針パター
ンの振れ具合を見て、最大レベルの骨エコーAe2を抽
出できたと判断すると、測定終了スイッチを押下する。
測定終了スイッチが押下されると、CPU10は、割り
込み処理により、測定状況フラグの内容を「0」に書き
換える。CPU10は、次回のステップSP25の判断
の際に測定状況フラグの内容を見る。そして、測定終了
を知ると、パルス送出部4を制御して、トランスデュー
サ1への半波インパルス(電気信号)の送信を停止させ
る。そして、最大値抽出データメモリエリアから、記憶
内容(最大骨エコーレベルE2max等)を読み出して、表
示器14に表示する(ステップSP26)。
When the operator determines that the maximum level of bone echo Ae2 has been extracted by looking at the degree of deflection of the pointer pattern on the level meter 13, he presses the measurement end switch.
When the measurement end switch is pressed, the CPU 10 rewrites the content of the measurement status flag to "0" by interrupt processing. The CPU 10 looks at the content of the measurement status flag at the time of next determination at step SP25. When the end of measurement is known, the pulse sending unit 4 is controlled to stop the transmission of the half-wave impulse (electrical signal) to the transducer 1. Then, the stored contents (maximum bone echo level E2max etc.) are read from the maximum value extraction data memory area and displayed on the display 14 (step SP26).

【0029】この後、CPU10は、プレ測定データメ
モリエリアに記憶されている開放時エコーレベルE0、
最大値抽出データメモリエリアに記憶されているデータ
(最大骨エコーレベルE2max、これと対をなす表面エコ
ーレベルE1max、及びこのときのエコー到達時間差T
n)を用いて、骨Mbの音響インピーダンスZzの算出
処理を実行する。この算出処理は、まず、軟組織Ma中
での超音波の減衰度A(Tn)を算出し(ステップSP2
7)、次いで、得られた減衰度A(Tn)等から軟組織M
aと骨Mbとの界面での反射係数Rを算出した後(ステ
ップSP28)、得られた反射係数R等から骨Mbの音
響インピーダンスZzを算出する(ステップSP30)
という手順で行われる。
Thereafter, the CPU 10 causes the open echo level E0 stored in the pre-measurement data memory area,
Data stored in the maximum value extraction data memory area (maximum bone echo level E2max, surface echo level E1max paired therewith, and echo arrival time difference T at this time)
n) is used to execute the calculation process of the acoustic impedance Zz of the bone Mb. In this calculation process, first, the attenuation A (Tn) of the ultrasonic wave in the soft tissue Ma is calculated (step SP2
7), and then the soft tissue M from the obtained attenuation A (Tn) etc.
After calculating the reflection coefficient R at the interface between a and the bone Mb (step SP28), the acoustic impedance Zz of the bone Mb is calculated from the obtained reflection coefficient R and the like (step SP30).
It is performed in the procedure.

【0030】[1]超音波の軟組織往復による減衰度A
(Tn)の算出 CPU10は、まず、最大値抽出データメモリエリアの
中からエコー到達時間差Tnを読み出し、読み出された
エコー到達時間差Tn[sec]の値を式(1)に代入し
て、軟組織Ma内での超音波の減衰度A(Tn)を算出す
る(ステップSP27)。
[1] Attenuation A due to soft tissue reciprocation of ultrasonic waves A
Calculation of (Tn) First, the CPU 10 reads the echo arrival time difference Tn from the maximum value extraction data memory area, substitutes the value of the read echo arrival time difference Tn [sec] into the equation (1), and calculates the soft tissue. The attenuation A (Tn) of ultrasonic waves in Ma is calculated (step SP27).

【0031】[0031]

【数1】 [Equation 1]

【0032】ここで、減衰度A(Tn)とは、超音波が軟
組織Ma内を往復する際に受ける減衰の程度、すなわ
ち、超音波が皮膚表面Yから骨表面Zにまで伝搬し、骨
表面Zで反射して再び皮膚表面Yに戻ってくるまでに受
ける減衰の程度を意味する(A(Tn)が小さい程、減衰
大を意味する)。また、減衰度A(Tn)は、エコー到達
時間差Tnの関数であり、関係式は、実験もしくはシミ
ュレーションによって求めることができる。超音波が、
軟組織Ma内で減衰を受けるのは、第1に、この例で使
用する超音波は、完全な平面波ではなく、球面波成分も
多分に含み、この球面波成分により音響エネルギが拡散
(超音波拡散)するからであり、第2に、軟組織Maと
の摩擦で、音響エネルギが熱エネルギに変換(超音波吸
収)されるためである。超音波拡散に起因する減衰の程
度は、トランスデューサ1の開口、超音波の周波数、軟
組織Maの音速等から、計算や実験により求めることが
できる。また、超音波吸収に起因する減衰の程度は、超
音波の周波数を低くすれば小さくなり、周波数が充分に
低くなくとも、軟組織Maの代表的な吸収定数(単位長
当たりの超音波の減衰率)を用いることができる。な
お、超音波の減衰度A(Tn)を与える式(1)は、超音
波の使用中心周波数を2.5MHzに設定し、トランス
デューサ1の開口を15mmに設定した場合に成立する
実験式である。
Here, the degree of attenuation A (Tn) is the degree of attenuation that ultrasonic waves undergo when they reciprocate in the soft tissue Ma, that is, the ultrasonic waves propagate from the skin surface Y to the bone surface Z, It means the degree of attenuation that is reflected by Z and returns to the skin surface Y again (the smaller A (Tn), the larger the attenuation). The attenuation A (Tn) is a function of the echo arrival time difference Tn, and the relational expression can be obtained by experiment or simulation. Ultrasonic waves
First, the ultrasonic wave used in this example is not a perfect plane wave, but also contains a spherical wave component, and this spherical wave component diffuses acoustic energy (ultrasonic diffusion). Secondly, the acoustic energy is converted into heat energy (ultrasonic absorption) by friction with the soft tissue Ma. The degree of attenuation due to ultrasonic diffusion can be obtained by calculation or experiment from the aperture of the transducer 1, the frequency of ultrasonic waves, the speed of sound of the soft tissue Ma, and the like. Further, the degree of attenuation due to ultrasonic wave absorption is reduced by lowering the frequency of ultrasonic waves. Even if the frequency is not sufficiently low, the typical absorption constant of soft tissue Ma (the ultrasonic wave attenuation rate per unit length is ) Can be used. The equation (1) that gives the attenuation A (Tn) of the ultrasonic wave is an empirical equation that holds when the use center frequency of the ultrasonic wave is set to 2.5 MHz and the aperture of the transducer 1 is set to 15 mm. .

【0033】[2]軟組織Ma・骨Mbの界面での反射
係数Rの算出 次いで、CPU10は、最大値抽出データメモリエリア
の中から最大骨エコーレベルE2max、これと対をなす表
面エコーレベルE1maxを読み出し、式(1)を用いて算
出された減衰度A(Tn)と共に、式(2)に代入して、
超音波が軟組織Maの媒質側から骨Mbに垂直入射する
場合の軟組織Maと骨Mbとの界面での反射係数Rを算
出する(ステップSP28)。
[2] Calculation of Reflection Coefficient R at Interface between Soft Tissue Ma and Bone Mb Next, the CPU 10 determines the maximum bone echo level E2max and the surface echo level E1max paired with it from the maximum value extraction data memory area. Substituting into the expression (2) together with the attenuation A (Tn) read out and calculated using the expression (1),
A reflection coefficient R at the interface between the soft tissue Ma and the bone Mb when the ultrasonic wave is vertically incident on the bone Mb from the medium side of the soft tissue Ma is calculated (step SP28).

【0034】[0034]

【数2】 [Equation 2]

【0035】ただし、 h=−E2max/E0 s=−E1max/E0However, h = -E2max / E0 s = -E1max / E0

【0036】式(2)は、次のようにして導かれる。ま
ず、超音波遅延スペーサ1bの媒質から空気の媒質へ入
射する超音波インパルスAiの音圧がPiのとき、超音
波遅延スペーサ1bと空気との界面からの反射波である
開放時エコーAe0の音圧P(e0)は、式(3)で与え
られる。
Equation (2) is derived as follows. First, when the sound pressure of the ultrasonic impulse Ai incident from the medium of the ultrasonic delay spacer 1b to the air medium is Pi, the sound of the open echo Ae0 which is the reflected wave from the interface between the ultrasonic delay spacer 1b and the air. The pressure P (e0) is given by the equation (3).

【0037】[0037]

【数3】 (Equation 3)

【0038】ここで、 Zx:超音波遅延スペーサ1bの音響インピーダンス
(既知) Z0:空気の音響インピーダンス D0:超音波が、超音波遅延スペーサ1bの媒質側から
空気中に垂直入射する場合の超音波遅延スペーサ1bと
空気との界面での音圧の反射係数 ところで、ZxがZ0の略104倍であることを考慮すれ
ば、Z0/Zx→0とみなすことができるので、式
(3)より、式(4)が得られる。
Here, Zx: acoustic impedance of the ultrasonic delay spacer 1b (known) Z0: acoustic impedance of air D0: ultrasonic wave when the ultrasonic wave vertically enters the air from the medium side of the ultrasonic delay spacer 1b. Reflection coefficient of sound pressure at the interface between the delay spacer 1b and the air By considering that Zx is approximately 10 4 times Z0, it can be regarded as Z0 / Zx → 0. , Equation (4) is obtained.

【数4】 P(e0)=−Pi ……(4)## EQU00004 ## P (e0) =-Pi ... (4)

【0039】次に、超音波遅延スペーサ1bの媒質から
人体の軟組織Maへ入射する超音波インパルスAiの音
圧がPiのとき、超音波遅延スペーサ1bと軟組織Ma
の界面(皮膚表面Y)からの反射波である表面エコーA
e1の音圧P(e1)は、式(5)で与えられる。
Next, when the sound pressure of the ultrasonic impulse Ai entering the soft tissue Ma of the human body from the medium of the ultrasonic delay spacer 1b is Pi, the ultrasonic delay spacer 1b and the soft tissue Ma are
Surface echo A which is a reflected wave from the interface (skin surface Y) of
The sound pressure P (e1) of e1 is given by the equation (5).

【0040】[0040]

【数5】 (Equation 5)

【0041】ここで、 Zy:軟組織Maの音響インピーダンス D1:超音波が、超音波遅延スペーサ1bの媒質側から
人体の軟組織Maに垂直入射する場合の超音波遅延スペ
ーサ1bと軟組織Maとの界面での音圧の反射係数 式(5)に式(4)を代入すると、式(6)が得られ
る。
Here, Zy: Acoustic impedance of soft tissue Ma D1: At the interface between the ultrasonic delay spacer 1b and the soft tissue Ma when the ultrasonic wave vertically enters the soft tissue Ma of the human body from the medium side of the ultrasonic delay spacer 1b. (6) is obtained by substituting the equation (4) into the equation (5).

【0042】[0042]

【数6】 (Equation 6)

【0043】式(6)を整理すると、軟組織Maの音響
インピーダンスZyを与える式(7)が得られる。
By rearranging equation (6), equation (7) giving the acoustic impedance Zy of the soft tissue Ma is obtained.

【0044】[0044]

【数7】 (Equation 7)

【0045】ただし、s=P(e1)/P(e0) 一方、超音波インパルスAiが、超音波遅延スペーサ1
bの媒質側から人体の軟組織Maに垂直に透過する場合
の音圧の透過率Txyは、式(8)で与えられる。
However, s = P (e1) / P (e0) On the other hand, the ultrasonic impulse Ai is the ultrasonic delay spacer 1
The transmittance Txy of the sound pressure when the light is transmitted perpendicularly to the soft tissue Ma of the human body from the medium side of b is given by the equation (8).

【0046】[0046]

【数8】 (Equation 8)

【0047】また、超音波インパルスAiが、人体の軟
組織Maの側から超音波遅延スペーサ1bの媒質に垂直
に透過する場合の音圧の透過率Tyxは、式(9)で与
えられる。
Further, the sound pressure transmittance Tyx when the ultrasonic impulse Ai is perpendicularly transmitted from the soft tissue Ma side of the human body to the medium of the ultrasonic delay spacer 1b is given by the equation (9).

【0048】[0048]

【数9】 [Equation 9]

【0049】それゆえ、超音波遅延スペーサ1bの媒質
から人体の軟組織Maへ垂直に入射する超音波インパル
スAiの音圧がPiのとき、軟組織Maに注入された超
音波インパルスAiが、軟組織Maと骨Mbとの界面
(骨表面Z)で垂直に反射して骨エコーAe2となり、
この骨エコーAe2が、再び、超音波振動子1aの送受
波面Xにまで垂直に戻ってきたときの音圧P(e2)
は、式(1)より算出された超音波の軟組織Maを往復
したことによる減衰度A(Tn)を考慮すれば、式(1
0)で与えられる。なお、超音波が軟組織Maの媒質側
から超音波遅延スペーサ1bに入射する際の反射成分及
び超音波遅延スペーサ1b内での減衰成分は無視して考
える。
Therefore, when the sound pressure of the ultrasonic impulse Ai vertically incident on the soft tissue Ma of the human body from the medium of the ultrasonic delay spacer 1b is Pi, the ultrasonic impulse Ai injected into the soft tissue Ma becomes the soft tissue Ma. It is reflected vertically at the interface with the bone Mb (bone surface Z) and becomes a bone echo Ae2,
The sound pressure P (e2) when this bone echo Ae2 returns to the transmitting / receiving surface X of the ultrasonic transducer 1a perpendicularly again.
In consideration of the attenuation A (Tn) due to the reciprocation of the soft tissue Ma of the ultrasonic wave calculated from the expression (1), the expression (1
0). The reflection component when the ultrasonic wave enters the ultrasonic wave delay spacer 1b from the medium side of the soft tissue Ma and the attenuation component in the ultrasonic wave delay spacer 1b will be ignored.

【0050】[0050]

【数10】 [Equation 10]

【0051】ここで、 R:超音波が軟組織Maの媒質側から骨Mbに垂直入射
する場合の軟組織Maと骨Mbとの界面での音圧の反射
係数 式(10)は、式(4)を用いると、式(11)にな
る。
Where R is the reflection coefficient of the sound pressure at the interface between the soft tissue Ma and the bone Mb when the ultrasonic wave is vertically incident on the bone Mb from the medium side of the soft tissue Ma. Is used, equation (11) is obtained.

【0052】[0052]

【数11】 [Equation 11]

【0053】式(11)に式(7)を代入して整理する
と、垂直入射に対する軟組織Maと骨Mbとの界面での
音圧の反射係数Rを与える式(12)が得られる。
By substituting equation (7) into equation (11) and rearranging, equation (12) giving the reflection coefficient R of the sound pressure at the interface between the soft tissue Ma and the bone Mb with respect to vertical incidence is obtained.

【0054】[0054]

【数12】 (Equation 12)

【0055】ただし、 h=−P(e2)/P(e0) s=−P(e1)/P(e0) ここで、骨エコーAe2が、再び、超音波振動子1aの
送受波面Xにまで垂直に戻ってきたときの音圧P(e
2)は、最大骨エコーレベルE2maxに対応し、開放時エ
コーAe0の音圧P(e0)は、超音波遅延スペーサ1b
内での超音波の減衰を無視すると、開放時エコーレベル
E0に対応し、同様に、表面エコーAe1の音圧P(e
1)は、最大骨エコーレベルE2maxと対をなす表面エコ
ーレベルE1maxに対応しているので、式(12)のただ
し書きの式は、それぞれ、式(13),(14)で表す
ことができる。
However, h = -P (e2) / P (e0) s = -P (e1) / P (e0) Here, the bone echo Ae2 again reaches the transmitting / receiving surface X of the ultrasonic transducer 1a. Sound pressure P (e
2) corresponds to the maximum bone echo level E2max, and the sound pressure P (e0) of the open echo Ae0 is the ultrasonic delay spacer 1b.
Neglecting the attenuation of the ultrasonic waves inside, it corresponds to the open echo level E0 and similarly the sound pressure P (e of the surface echo Ae1
Since 1) corresponds to the surface echo level E1max which is paired with the maximum bone echo level E2max, the proviso of the formula (12) can be expressed by the formulas (13) and (14), respectively.

【0056】[0056]

【数13】 (Equation 13)

【0057】[0057]

【数14】 [Equation 14]

【0058】ゆえに、垂直入射に対する軟組織Maと骨
Mbとの界面での音圧の反射係数Rを与える式(2)が
得られる。
Therefore, the equation (2) giving the reflection coefficient R of the sound pressure at the interface between the soft tissue Ma and the bone Mb with respect to the normal incidence can be obtained.

【0059】再び、図6のフローチャートの説明に戻れ
ば、CPU10は、式(2)を用いて、軟組織Maと骨
Mbとの界面での反射係数Rを算出した後(ステップS
P28)、算出結果を表示器14に表示する(ステップ
SP29)。
Returning to the explanation of the flowchart of FIG. 6 again, the CPU 10 calculates the reflection coefficient R at the interface between the soft tissue Ma and the bone Mb using the equation (2) (step S).
P28), and the calculation result is displayed on the display 14 (step SP29).

【0060】[3]骨Mbの音響インピーダンスZzの
算出 この後、CPU10は、骨Mbの音響インピーダンスZ
zを式(15)を用いて算出し(ステップSP30)、
算出結果を表示器14に表示する(ステップSP3
1)。
[3] Calculation of acoustic impedance Zz of bone Mb After this, the CPU 10 causes the acoustic impedance Zz of bone Mb.
z is calculated using equation (15) (step SP30),
The calculation result is displayed on the display 14 (step SP3).
1).

【0061】[0061]

【数15】 (Equation 15)

【0062】上記構成によれば、超音波遅延スペーサ1
bによって、送信残響Anの影響が排除される上、超音
波の軟組織往復による減衰度A(Tn)も考慮されるの
で、骨Mbの音響インピーダンスZzを確実に測定でき
る。骨Mbの音響インピーダンスZzは、骨Mbの[弾
性率×密度]の平方根で表されるので、骨密度の増加に
伴って弾性率が上昇すると、これらの相乗効果を受ける
ために、敏感に応答して顕著に増加する。逆に、骨Mb
の密度が減少して、弾性率が低下すると、音響インピー
ダンスZzは、これらの相乗効果を受けて、敏感に応答
して顕著に減少する。それゆえ、骨Mbの音響インピー
ダンスZzは、骨密度を判断する上で、良い指標とな
る。したがって、操作者は、表示器14に表示されてい
る骨Mbの音響インピーダンスZzの値から、骨粗鬆症
の進行状況を確実に推定できる。例えば、音響インピー
ダンスが、その年齢層の平均値から著しく小さい場合に
は、骨Mbの骨粗鬆症が悪化していることが判る。加え
て、上記構成によれば、レベルメータ13には、骨エコ
ーAe2の現在レベル13aを表示すると共に、骨エコ
ーAe2の最大レベル13bも表示されるので、最大レ
ベルを容易に探索できる。また、変位(トランスデュー
サ1の振れ)に対して変化の鈍る垂直反射の骨エコーA
e2を利用するので、測定データの抽出が容易であり、
かつ再現性良く抽出できる。また、RAM12には、今
回抽出されたデータのみを記憶する今回抽出データメモ
リエリア、最大骨エコーレベル及び関係データのみを記
憶する最大値抽出データメモリエリアが設定されている
ので、記憶容量の小さい安価なRAMを使用することが
できる。
According to the above configuration, the ultrasonic delay spacer 1
b eliminates the influence of the transmission reverberation An and also considers the attenuation A (Tn) of the ultrasonic wave due to the round trip of the soft tissue, so that the acoustic impedance Zz of the bone Mb can be reliably measured. Since the acoustic impedance Zz of the bone Mb is represented by the square root of [elastic modulus × density] of the bone Mb, when the elastic modulus increases with an increase in bone density, these synergistic effects cause a sensitive response. And increase significantly. Conversely, bone Mb
The acoustic impedance Zz is significantly decreased in response to the above-mentioned synergistic effect when the density decreases and the elastic modulus decreases. Therefore, the acoustic impedance Zz of the bone Mb is a good index for determining the bone density. Therefore, the operator can reliably estimate the progress of osteoporosis from the value of the acoustic impedance Zz of the bone Mb displayed on the display unit 14. For example, when the acoustic impedance is significantly smaller than the average value of that age group, it is understood that the osteoporosis of the bone Mb is aggravated. In addition, according to the above configuration, the current level 13a of the bone echo Ae2 is displayed on the level meter 13, and the maximum level 13b of the bone echo Ae2 is also displayed, so that the maximum level can be easily searched. In addition, the bone echo A of the vertical reflection that changes slowly with respect to the displacement (vibration of the transducer 1)
Since e2 is used, measurement data can be easily extracted,
And it can be extracted with good reproducibility. In addition, since the RAM 12 is set with a currently extracted data memory area that stores only the currently extracted data and a maximum value extracted data memory area that stores only the maximum bone echo level and related data, it is inexpensive and has a small storage capacity. RAM can be used.

【0063】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、骨は人間
のものに限定されない。同様に、測定部位は、踵や膝蓋
骨上等に限定されない。また、トランスデューサを構成
する超音波振動子は、厚み振動型に限らず、撓み振動型
でも良い。また、超音波振動子の送受波面は、大きなも
のに限定されない。また、使用中心周波数は、2.5M
Hzに限らない。また、減衰度A(Tn)を与える式
(1)は、一例であり、超音波の使用中心周波数や、ト
ランスデューサの開口が変われば、変化し得る。また、
骨粗鬆症診断の指標(音響インピーダンス)を出力する
出力装置としては、表示器に限らず、プリンタを用いて
も良い。また、エコー波形を観察するために、時間波形
表示装置(例えば、デジタルオシロスコープ)を備える
ようにしても良い。
The embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific structure is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention. Also included in the present invention. For example, bones are not limited to humans. Similarly, the measurement site is not limited to the heel or the patella. Further, the ultrasonic transducer forming the transducer is not limited to the thickness vibration type, but may be the bending vibration type. The wave transmission / reception surface of the ultrasonic transducer is not limited to a large one. The center frequency used is 2.5M.
Not limited to Hz. Further, the expression (1) giving the attenuation degree A (Tn) is an example, and can be changed if the use center frequency of ultrasonic waves or the aperture of the transducer is changed. Also,
The output device that outputs the index (acoustic impedance) of the osteoporosis diagnosis is not limited to the display device, and a printer may be used. In addition, a time waveform display device (for example, a digital oscilloscope) may be provided to observe the echo waveform.

【0064】また、骨弾性率の状況から骨粗鬆症を診断
できるという意見があるが、骨の音響インピーダンス
は、骨の[弾性率×密度]の平方根で表されるので、骨
弾性率の指標ともなり得る。また、骨の音響インピーダ
ンスを骨密度や骨弾性率の指標とする代わりに、通常
は、骨の音響インピーダンスの単調増加関数とみなすこ
とのできる、軟組織Maと骨Mbとの界面での反射係数
を骨密度や骨弾性率の指標としても、上述したと同様の
効果を得ることができる。また、上述の実施例では、骨
粗鬆症診断の度に、プレ測定(開放時エコーレベルE0
の抽出)を行うようにしたが、このようなプレ測定に代
えて、予め、工場段階にて開放時エコーレベルE0の抽
出を行い、得られた結果をROM等の不揮発性メモリに
書き込んで置くようにすれば、CPUの負担を軽減で
き、処理の迅速化を図ることができる。
Although there is an opinion that osteoporosis can be diagnosed from the condition of the bone elastic modulus, the acoustic impedance of the bone is expressed by the square root of [elastic modulus × density] of the bone, and therefore it also serves as an index of the bone elastic modulus. obtain. Further, instead of using the acoustic impedance of bone as an index of bone density or bone elastic modulus, a reflection coefficient at the interface between the soft tissue Ma and the bone Mb, which can be generally regarded as a monotonically increasing function of the acoustic impedance of bone, is used. The same effect as described above can be obtained as an index of bone density or bone elastic modulus. In addition, in the above-described embodiment, the pre-measurement (opening echo level E0 is performed every time osteoporosis is diagnosed.
However, instead of such pre-measurement, the open echo level E0 is extracted in advance at the factory stage, and the obtained result is written in a non-volatile memory such as a ROM. By doing so, the load on the CPU can be reduced, and the processing can be speeded up.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の構成によれば、超音波遅延スペーサによって、送信
残響の影響が排除されるので、骨の音響インピーダンス
を確実に測定できる。加えて、変位(超音波送受波器の
振れ)に対して変化の鈍る垂直反射の骨エコー(第2の
エコー)を利用するので、測定データの抽出が容易であ
り、かつ再現性良く抽出できる。骨の音響インピーダン
スは、骨の[弾性率×密度]の平方根で表されるので、
骨密度の増加に伴って弾性率が上昇すると、これらの相
乗効果を受けるために、敏感に応答して顕著に増加す
る。逆に、骨の密度が減少して、弾性率が低下すると、
音響インピーダンスは、これらの相乗効果を受けて、敏
感に応答して顕著に減少する。それゆえ、骨の音響イン
ピーダンスは、骨密度や骨弾性率を判断する上で、良い
指標となる。したがって、操作者は、表示器に表示され
ている骨の音響インピーダンスの値から、骨粗鬆症の進
行状況を確実に推定できる。例えば、音響インピーダン
スが、その年齢層の平均値から著しく小さい場合には、
骨の骨粗鬆症が悪化していることが判る。また、骨の音
響インピーダンスを骨密度又は骨弾性率の指標とする代
わりに、通常は、骨の音響インピーダンスの単調増加関
数とみなすことのできる、生体の軟組織と骨の界面での
反射係数を骨密度や骨弾性率の指標としても、上述した
と同様の効果を得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the configuration of the present invention, the influence of the transmission reverberation is eliminated by the ultrasonic delay spacer, so that the acoustic impedance of bone can be reliably measured. In addition, since the bone echo (second echo) of vertical reflection, which changes slowly with respect to the displacement (vibration of the ultrasonic transducer), is used, the measurement data can be extracted easily and with good reproducibility. . Since the acoustic impedance of bone is expressed by the square root of [elastic modulus x density] of bone,
When the elastic modulus increases with the increase of bone density, it undergoes these synergistic effects, and therefore, it significantly increases in response to sensitivity. Conversely, when the bone density decreases and the elastic modulus decreases,
The acoustic impedance undergoes these synergistic effects and responds sensitively to a significant decrease. Therefore, the acoustic impedance of bone is a good index for determining the bone density and the bone elastic modulus. Therefore, the operator can reliably estimate the progress of osteoporosis from the value of the acoustic impedance of the bone displayed on the display. For example, if the acoustic impedance is significantly smaller than the average value for that age group,
It can be seen that the osteoporosis of the bone is getting worse. Further, instead of using the acoustic impedance of bone as an index of bone density or bone elastic modulus, normally, the reflection coefficient at the interface between the soft tissue and the bone of the living body, which can be regarded as a monotonically increasing function of the acoustic impedance of bone, is used. The same effect as described above can be obtained as an index of density or bone elastic modulus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例である骨粗鬆症診断方法の
実施に用いる装置(骨粗鬆症診断装置)の電気的構成を
示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an apparatus (osteoporosis diagnostic apparatus) used for carrying out an osteoporosis diagnostic method according to an embodiment of the present invention.

【図2】同装置の外観を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an appearance of the same device.

【図3】同装置の使用状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a usage state of the apparatus.

【図4】同装置による骨粗鬆症診断の様子を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing how osteoporosis is diagnosed by the device.

【図5】同装置の動作処理手順(同実施例の骨粗鬆症診
断方法)を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an operation processing procedure of the apparatus (the osteoporosis diagnosing method of the embodiment).

【図6】同装置の動作処理手順(同実施例の骨粗鬆症診
断方法)を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing an operation processing procedure of the device (the osteoporosis diagnosing method of the embodiment).

【図7】同装置の動作を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the same device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トランスデューサ(超音波送受波器) 1a 超音波振動子 1b 超音波遅延スペーサ 8 A/D変換器 9 計時回路 10 CPU 11 ROM 12 RAM 14 表示器(出力手段) Ai 超音波インパルス Ma 軟組織 Mb 骨 X 送受波面(超音波送受波面) Y 軟組織の表面(皮膚表面) Z 骨表面 Ae1 表面エコー(第2のエコー) Ae2 骨エコー(第3のエコー) 1 Transducer (Ultrasonic Transducer) 1a Ultrasonic Transducer 1b Ultrasonic Delay Spacer 8 A / D Converter 9 Timing Circuit 10 CPU 11 ROM 12 RAM 14 Display (Output Means) Ai Ultrasonic Impulse Ma Soft Tissue Mb Bone X Transmitting / receiving surface (ultrasonic transmitting / receiving surface) Y Surface of soft tissue (skin surface) Z Bone surface Ae1 surface echo (second echo) Ae2 Bone echo (third echo)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波振動子の超音波送受波面に送信残
響が静まるまで所定の部位からのエコーの戻りを遅延さ
せるための超音波遅延スペーサを接合してなる超音波送
受波器により骨粗鬆症を診断する骨粗鬆症診断方法であ
って、 前記超音波遅延スペーサの先端面を空気雰囲気にさらし
た状態にして前記超音波振動子の超音波送受波面から超
音波インパルスを発射し、この際、前記超音波遅延スペ
ーサと前記空気との界面で反射して前記超音波送受波面
に戻ってくる第1のエコーを受波してプレ測定データを
抽出する第1のステップと、 前記超音波遅延スペーサの先端面を生体に当て、前記超
音波送受波面の法線を骨に向け、かつ骨の法線に対して
所定の角度範囲内で振り動かしながら、超音波インパル
スを断続的に発射し、この際、前記生体表面で反射して
前記超音波送受波面に戻ってくる第2のエコー、及び前
記骨表面で反射して前記超音波送受波面に戻ってくる第
3のエコーを逐次受波して本測定データを抽出する第2
のステップと、 第1のステップにおいて抽出された前記プレ測定データ
と第2のステップにおいて抽出された前記本測定データ
とに基づいて、前記生体の軟組織と前記骨との界面での
反射係数又は骨の音響インピーダンスを算出する第3の
ステップとからなり、 第3のステップにおいて算出された前記反射係数又は骨
の音響インピーダンスから骨密度又は骨弾性率の状況を
推定して骨粗鬆症を診断することを特徴とする骨粗鬆症
診断方法。
1. Osteoporosis is prevented by an ultrasonic wave transmitter / receiver formed by bonding an ultrasonic wave delay spacer for delaying the return of echoes from a predetermined site on the ultrasonic wave transmission / reception surface of an ultrasonic transducer until the transmission reverberation is calmed down. A method of diagnosing osteoporosis for diagnosing, wherein an ultrasonic impulse is emitted from an ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer while the tip surface of the ultrasonic wave delay spacer is exposed to an air atmosphere. A first step of receiving the first echo reflected at the interface between the delay spacer and the air and returning to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface to extract pre-measurement data; and a tip surface of the ultrasonic delay spacer. To the living body, the normal line of the ultrasonic wave transmitting and receiving surface is directed to the bone, and while oscillating within a predetermined angle range with respect to the normal line of the bone, ultrasonic impulses are intermittently emitted, at this time, Living The second echo reflected on the surface and returned to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface and the third echo reflected on the bone surface and returning to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface are sequentially received to obtain the main measurement data. Second to extract
And the reflection coefficient or bone at the interface between the soft tissue of the living body and the bone based on the pre-measurement data extracted in the first step and the main measurement data extracted in the second step. And a third step of calculating the acoustic impedance of the bone, and diagnosing osteoporosis by estimating the condition of the bone density or the bone elastic modulus from the reflection coefficient or the acoustic impedance of the bone calculated in the third step. And a method for diagnosing osteoporosis.
【請求項2】 前記第1のステップは、予め工場にて行
われ、かつ、工場出荷時には第1のステップにおいて抽
出された前記プレ測定データは、不揮発性メモリに記憶
されていて、前記超音波送受波器により骨粗鬆症を診断
する際には、前記不揮発性メモリから読み出された前記
プレ測定データを用いて、前記反射係数又は骨の音響イ
ンピーダンスが算出されることを特徴とする請求項1記
載の骨粗鬆症診断方法。
2. The first step is performed in advance in a factory, and the pre-measurement data extracted in the first step at the time of factory shipment is stored in a non-volatile memory, 2. The reflection coefficient or the acoustic impedance of bone is calculated by using the pre-measurement data read from the non-volatile memory when diagnosing osteoporosis with the transceiver. Method for diagnosing osteoporosis in.
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