JPH09501068A

JPH09501068A - 外部音響上の骨速度測定装置及び方法

Info

Publication number: JPH09501068A
Application number: JP6522493A
Authority: JP
Inventors: ホウィットニー、ハートウェル・エイチ; ローデンスレイガー、ロイ・イー
Original assignee: オステオ・サイエンスィズ・コーポレーション
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1997-02-04
Also published as: WO1994022375A1; EP0693906B1; ATE213606T1; ES2173915T3; EP0693906A1; DE69429986D1; US5396891A; DE69429986T2

Abstract

(57)【要約】脊椎動物内で長手方向軸線を持つ骨における音響波の速度を外部から測定する。第１(11)及び第２(12)トランスジューサを備えており、各々が中央音響軸線を持つ。搭載構成が、トランスジューサの中央軸線が１８０度より狭い角度を形成するとともに、骨(142)の長手方向軸線を横切る平面内にほぼ位置するように、それらのトランスジューサを搭載する。信号励振器(94)が電気信号を第１トランスジューサ(11)に提供してその第１トランスジューサが音響波を発生するようにし、その音響波は対象を伝搬して骨(142)の弦を含む経路に沿って第２トランスジューサによって受信される。信号処理装置が第２トランスジューサに接続されていて骨(142)内の音響波の速度を決定する。トランスジューサの軸線の角度は明白な骨速度測定値内の軟質組織(141)の厚さの変化によって引き起こされる誤差を減少させるために最適化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】外部音響上の骨速度測定装置及び方法技術分野本願発明は、脊椎動物の骨内の音響波の速度を測定する方法及び装置に関し、詳しくは、対象の外側から測定を実施する方法及び装置に関する。従来技術対象の外部から対象の骨速度測定を実行することは公知である。装置は、典型的な例の場合には、対象の骨はその骨の長手方向軸線と直交する平面内において等方性伝搬を有すると仮定する。プラットジュニア(Pratt,Jr.)の発明の米国特許第4,412,119号は、骨速度測定のために一対の対向するトランスジューサを用いることを教示する。第１のトランスジューサは送信機として用いられ、第２トランスジューサは受信機として用いられる。送信機から受信機への音響パルスの伝達時間を骨速度の決定のために用いることができる。送信トランスジューサを駆動するために連続波及びパルス波を用いることは公知である。アッシュマン(A shman)他の「皮質の骨の弾性特性の測定のための連続波技術」、１７Biomechani cs 349-361、353(No．5)(1964)参照。連続波の方法はより正確なものとして見られていたが、それは、パルス伝搬を用いると、受信信号の開始を読み取るのに際に一定量の誤差が持ち込まれるからである。連続波のアプローチを用いると、しかしながら、２つの信号の間の位相シフトを、伝搬の時間遅延を決定するために用いることができる。同著参照。しかし、位相シフトを決定することは、遅延周期の数にあいまいさを含むことがあるが、それは別々に位相シフトを決定し、さらに多数の異なる周波数を決定することにより、また、その遅延を図形的にプロットすることにより、さらに、プロットの適正な遮断を発見することによって取り除くことができる。同著360-361参照。パルス波又は連続波のアプローチのいずれの実施においても、多数経路を取り扱う際には固有の困難性がさらに存在する。つまり、波形が受信トランスジューサに到達するためには通常は１より多くの経路が存在する。受信機において選択経路を経由する送信波形を発見することは設計者にって困難性である。発明の概要本願発明は、従来技術において受信機で選択経路を経由する送信波形を発見する際の問題を解消するもので、さまざまな実施例によって骨速度測定のために都合のよい装置及び方法を提供する。１つの実施例において、本願発明は脊椎動物内で長手方向軸線を持つ骨における音響波の速度を外部から測定する装置及び方法を提供する。その実施例内の装置は第１及び第２トランスジューサを持ち、それらの各々は中央音響軸線を持つ。搭載装置がトランスジューサを搭載し、これにより、それらの軸線はほぼ１８０度より小さな角度を形成するとともに、骨の長手軸線に関して横断するように配置された平面内に位置する。信号励振器が電気信号を第１トランスジューサに提供し、これにより、そのトランスジューサは音響波を発生し、その音響波は対象に伝達されるとともに骨の弦を含む経路に沿って第２のトランスジューサで受信される。第２トランスジューサ及び信号励振器と接続された信号処理装置が骨内の音響波の速度を決定する。トランスジューサの軸線の角度を最適化して軟質組織の種類により引き起こされる明白な骨速度測定内の誤差を減少させることができ、さらに、その平面を骨の長手方向軸線とほぼ直交させることができる。別な実施例においては、骨に関して空間をおいて配置された３つのトランスジューサを用いる。信号励振器が電気信号を第１トランスジューサに提供し、これにより、そのトランスジューサは音響波を発生し、その音響波は対象に伝達されるとともに骨をそれぞれ通過しかつ軟質組織を含む第１及び第２経路に沿って第２及び第３のトランスジューサで受信される。第２及び第３トランスジューサ並びに信号励振器に接続された信号処理装置が骨内の音響波の速度を決定する。その信号処理装置は、軟質組織によって引き起こされる骨速度の決定値の誤差を排除して減少させるために、第２及び第３のトランスジューサの間の速度を決定する中で、第１及び第３トランスジューサの間の波走行時間と第１及び第２トランスジューサの間の波走行時間との差を効果的に決定する手段を含む。さらに別な実施例は、第１及び第３トランスジューサの役割を入れ替える構成を含んでおり、それにより、第３トランスジューサを音響波形を生成するために用い、第１トランスジューサを処理手段に接続する。処理装置は、さらに、(i)第２及び第３のトランスジューサの間の速度を決定する中で、第３及び第１トランスジューサの間の波走行時間と第３及び第２トランスジューサの間の波走行時間との差を効果的に決定する構成と、(ii)相互入れ替えの構成の作動を用いて得た速度決定値及びそれを用いないで得た速度決定値の平均をとる構成とを含む。他の実施例においては、本願発明は本体部分の骨内の音響波の速度測定のための装置を提供する。その装置は、第１及び第２トランスジューサと、そのトランスジューサを骨に関して空間を置くように配置する搭載手段と、信号励振器と、速度決定装置とを備える。この実施例の搭載手段は本体部分に接触し、その本体部分上の安定しかつ繰り返し可能な位置を画定する接触構成を含む。トランスジューサを機械的に偏倚させてそれらを実質的な接触力を持つよう本体部分に作用することができる。その接触構成は、本体部分に接触するために共通方向に突出する複数の接触ボタン（多くの実施例においては通常４）を用いて構成することができる。さらに、別な実施例においては、その接触ボタンは、軸線に沿って移動自在にでき、さらに、各々のボタンが本体部分にしっかりと配置された時点を決定するための係合検知装置に備えることができる。各々のボタンが本体部分に接触するようにしっかりと設けられたことを係合検知装置が決定するまで及び決定しないときには、装置の作動を阻止することができる。温度センサを接触ボタンの１つに設けて本体部分の温度を検知することができる。さらに別の実施例においては、本願発明は対象の骨の中の音響波の速度を外部から測定する装置を提供し、その装置は第１及び第２トランスジューサと、そのトランスジューサを骨に対し空間を置くように配置する搭載手段とを持つ。信号励振器がサイン波形を第１トランスジューサを提供し、トランスジューサが特徴のある音響波形を生成し、その波形は対象に伝達されるとともに骨を含む経路に沿って第２のトランスジューサで受信される。テンプレート構成が、第２トランスジューサによって受信されたサイン波形を示す基準的なテンプレート波形を提供する。結合構成が、サイン波形ではない波形パターンを識別するとともに、経路に沿ったサイン波形の走行時間を確認するために、基準的テンプレート波形を第２トランスジューサに受信された波形に結合する。サイン波形は、結合構成による強調された識別力を提供するために最適化された不規則な連続波形であってもよく、１０より少なくすることができる（例えば、３サイクル長さで）。基準的なテンプレート波形は、第２トランスジューサに現れた標本サンプル信号から経験的な選択によって導き出すことができる。結合手段は、基準的テンプレート波形を第２トランスジューサに受信された波形に交差的に相互に関係させる相関器であってもよい。相関器は基準的なテンプレート波形及び第２トランスジューサに受信された波形を示すサンプル信号に基づいて作動することができ、その場合には、補間によりサイン波形の走行時間の決定値を正確にする構成を含めることができる。図面の簡単な説明本願発明の上述の特徴は添付図面とともに以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解できるであろう。そこでは、図１は、脊椎動物の対象の骨の弦を通過する音速を測定するように構成したトランスジューサを示す本願発明の望ましい実施例の線図であり、図２は、トランスジューサを対象の軟質組織に圧迫させたときに対し図１の実施例の相対的鈍感性を示す線図であり、図３は３つのトランスジューサを用いる本願発明の実施例を示す線図であり、図４は図１の構成に含まれる本願発明の実施例の正面図であり、図５は図４の実施例の側面図であり、図６は図４の実施例の背面図であり、図７は図４の実施例の上面図であり、図８は図４の実施例の底面図であり、図９は図４の実施例のブロック図であり、図１０(a)乃至図１０(c)は、それぞれ、図４の実施例のトランスジューサ１１の端子でのデジタルパターン、合成パルス波形及び励振器波形を示しており、図１１は、上半分において基準的テンプレート波形及び第２トランスジューサに受信された波形を示し、下半分においてそれらの波形の交差的相関関係を示すグラフ図であり、図１２は、図４における交差的相関関係付け及び補間を実行する際の論理流れを示すブロック図であり、図１３は図１３の工程１２８の補間に用いる座標(x1,y1)、(x2,y2)及び(x3,y3 )の相対位置を示すグラフ図である。特定の実施例の詳細な説明図１には本願発明に係る望ましい実施例の線図を表す。この実施例においては、音響波形を送信及び受信する第１及び第２超音波トランスジューサ１１、１２が、それぞれ中心音響軸線Ｘ−Ｘ及びＹ−Ｙを持つ。トランスジューサは、それらの中心軸線Ｘ−Ｘ及びＹ−Ｙが平面内にあって、ほぼ１８０度より狭い角度θ を形成するように、トランスジューサブロック１３内で互いに関連するようにしっかりと固定されている。様々な角度を適合でき、例えば、ゼロ、３０、６０、９０、１２０及び１５０度を含めることができる。脊椎動物の対象の本体部分１４（例えば、馬の脚又は人間の前腕のようなもの）は、軟質組織１４１及び骨１４２を含む。その骨は広範な種類の骨のいずれでもよく、それは撓骨、尺骨、第三中手骨、膝蓋骨、鎖骨及び踵骨を含むがそれらに限定されるものではない。骨１４２はここでは髄質の管１４３を持つ皮質の骨であり、その骨１４２は図面に直交する長手方向軸線（図示せず）を持つ。トランスジューサブロック１３は、中心軸線Ｘ−Ｘ及びＹ−Ｙによって画定される平面が骨１４２の長手方向軸線と交差（ここでは直交）するように向けられている。一連の実験において、我々は、意外なことに、この実施例は対向していないトランスジューサを用いているが、トランスジューサ１１と１２との間に経路Ａが与えられ、その経路が骨１４２の弦を含むことがわかった。トランスジューサ１１と１２との間の距離はトランスジューサブロック１３によって固定されいて決定することができるので、経路Ａの長さは合理的に推定することができ、その結果、経路Ａを通る音響波の走行時間の測定は、その経路を通る骨１４２内の音響波の速度を決定するために用いることができる。従って、信号処理構成装置が用いられてその走行時間を測定して速度を決定する。経路Ａは、２つのトランスジューサの間を移動する音響波形にとって短い走行時間を持つが、第１のトランスジューサ１１から髄質の管１４３の境界に行き、それから第２のトランスジューサ１２まで行く他の経路Ｂが存在する。経路Ａを通る波形移動走行時間の測定に関して上述した方法により決定される骨速度を用いると、経路Ｂを通って測定された波形走行時間を用いて骨の厚さｃ−ｄを推定することがでできる。賢明な方法で選択された波形を用いて経路Ｂを通る波形走行時間を測定することができるが、それはその経路を通る波形は経路Ａを通る波形の後にトランスジューサ１２に到達し、その結果検出できるからである。図１に示す実施例の潜在的困難性が、対象の外側に音響速度測定技術を利用するような他のすべての実施例を用いたのと同様に、軟質組織１４１を通る波形の走行時間にある。軟質組織の走行時間は骨速度測定において潜在的な不正確性を導く。この影響を処理するために、本願発明に係る多数の戦略を用いることができる。望ましい実施例によると、軟質組織の走行時間の影響を減少させるために角度θを最適化することができる。図２に示すようにそこには正規の経路２１が存在しており、それはトランスジューサ１１と１２との間の骨１４２の第１の弦ＢＣを経由する軟質組織部分ＡＢ及びＣＤを含む。軟質組織１４１の圧縮のため又はほとんど軟質組織１４１を持たない他の対象に装置を用いると、骨１４２の第２弦ＩＪを通る軟質組織部分ＨＩを含む異なる経路２２が存在することがある。スネルの法則、屈折の適切な指数、軟質組織１４１及び骨１４２内の超音波の速度、並びに本体部分１４、骨１４２及び軟質組織１４１の近似的寸法により、図１の角度θを決定することができ、それに伴い、経路長さ２２及び２１は、経路２２を通る波形の走行時間が経路２１を通る波形の走行時間とほぼ等しくなるようになる。そのような決定は当業者によって行うことができ、θの第１の順位の決定は２つの媒体を通過する速度が一定であると仮定することによって行うことができる。スネルの法則は骨及び軟質組織の境界での屈折の角度を与える。角度θはそれから単純な三角法を用いることによって決定することができる。その決定を繰り返すことにより軟質組織を通過する場合の低速度を補償することができる。経路２２のより大きな長さの弦ＩＪ（経路２１の弦の長さと比較して）は、軟質組織部分ＨＩ及びＪＫの短い長さ（経路２１の部分ＡＢ及びＣＤの長さと比較して）を補償する。しかし、軟質組織を通る走行時間は骨より遅いので、骨の弦ＩＪは、ＨＩ及びＪＫの部分の累積長さを短くする量より長い量だけ長くしなければならない。図３において、軟質組織の影響を補償する別な実施例を示す。この実施例においては、図１及び図２のトランスジューサに加えて、第３のトランスジューサを用いており、それもトランスジューサ１１からの波形を受け取る。トランスジューサ１１及び１２の間の経路ＡＢＣＤに加えて、トランスジューサ１１及び３１の間に経路ＡＢＥＦがある。部分ＦＭは弦ＢＣとは直交する。この図面から、α 及びβが小さな角度のときは長さＢＭ及びＢＥはほぼ等しくなることが明らかである。軟質組織の経路ＥＦ及びＣＤがほぼ等しいときには、経路ＭＣを通る走行時間は、経路２１を通る全走行時間から経路３２を通る走行時間を引いた走行時間と等しいが、それは両方の経路とも軟質組織１４１内で同一の部分長さを持つからである。その結果、この実施例では信号処理装置を用いて第１及び第２トランスジューサの間の波走行時間と第３及び第１トランスジューサの間の波走行時間との差を求める。この差は、経路ＭＣを通る走行時間と等しく、軟質組織による決定値内の誤差を幾分か減少させるために、第２及び第３トランスジューサの間の骨内での超音波の速度を決定する過程において計算される。（これらの決定はトランスジューサ３１の位置とトランスジューサ１１及び１２の位置との相対的関係が分かると可能である。）別の実施例において、外側のトランスジューサ、ここでは１１及び１２の役割を相互に入れ替えることができる。トランスジューサ１２を超音波波形の送信に用い、トランスジューサ１１を超音波波形の受信に用いる。その結果、第１経路２１はトランスジューサ１２からトランスジューサ１１までの部分ＤＣＢＡにわたって存在することになる。第２経路３３（破線で示す）はトランスジューサ１２からトランスジューサ３１までの間に存在する。前段で説明したのと同様の方法で、経路ＭＢを通る波形の走行時間を、第２及び第１トランスジューサの間の波走行時間と第３及び第１トランスジューサの間の波走行時間との差を決定することによって計算することができる。この差は、軟質組織による決定値内の誤差を幾分か減少させるために、第２及び第１トランスジューサの間の骨内での超音波の速度を決定する過程において計算される。軟質組織を通過する経路長さＡＢ、ＥＦ及びＣＤを等しくなくすることができるので、さらに軟質組織の圧縮を実行することができ、そこでは前２段に（弦部分ＭＣ及びＭＢのそれぞれに対応して）説明した速度決定値が平均化される。つまり、トランスジューサの相互入れ替え（それはコンピュータ制御下で達成することができる）を用いて、またそれを用いずに行った速度決定は、軟質組織をさらに補償するために平均化される。図４−８は、図１の構成を含む本願発明の実施例のそれぞれ正面、側面、背面、平面及び底面図を示す。この実施例は図９のブロック図に示す構成要素のすべてのための単一のハウジング４１を含む。この実施例は、表示部４２と、キーパッド４３と、電源スイッチ４４と、以下に説明するようなＬＥＤ指示器４５（本体部分に対するハウジングの配置に関連する）、４６及び４７（測定の正確さに関連する）とを含む。キーパッドの代わりに、他の包含入力手段、ジョイスティックのようなものを用いることができる。図４−９の実施例は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ９１）及び所定の対象の以前の経歴とグループの対象の統計的平均値とを記憶するためのランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）９２を含む。（この実施例においては従前の経歴は好結果の過去の速度決定値の各々においてトランスジューサ１２に受信された完全にデジタル的にサンプル化された波形を選択的に含む。）この実施例の装置の操作においては、キーパッドは、対象の確認情報を適切な対象データとともに入力するために用いられ、対象の各測定値ごとに結果と測定のデータ及び時間とが記憶される。このデータは、統計的平均値とともに、キーパッド４３によってアクセスされ、さらに表示部４２に表示することができる。時間を通じてその対象の速度測定値を表示部４２に図形的に表示することができる。電源スイッチ４４は、押し下げられたときに表示部のバックライトを点灯するとともにキーパッドのキーを明るくするモードを備える。そのモードは、装置を、薄暗い明りがつけられた納屋において、例えば、馬や他の動物の本体部分１４の骨速度を測定する場合において操作するときに有用である。その装置は交流電源ポート８３を通じて再充電されるような再充電可能なバッテリーから電源を得る。補助ポート８２は補助センサのために提供され、また、同期式デジタルシリアルポート８１はＲＡＭ９２に記憶されたデータをアップロード及びダウンロードするために提供される。装置の持ち運びを容易にするため、手首ストラップへの取り付け用の固定バー５１を備える。装置の背面には、脊椎動物の対象の適当な本体部分１４を受け入れるのに適した湾曲したチャネル７１を備える。そのチャネル７１はハウジング４１の適切な形状の側面５２によって制限されている。図１のトランスジューサ１１及び１２はブロック１３内に配置されており、そのブロックはハウジング４１内にスプリングで付勢されていて、公知の及び繰り返し可能な本体部分１４への接触力を用いてトランスジューサを可能な限り骨１４２に接触させて配置することができる。チャネルの両側に対に配置した４つの接触ボタン６１を用いることによって、トランスジューサの適切な配置をさらに確実にすることができる。これらの接触ボタンは軸線方向にそって変位でき、さらにスプリングによって付勢されている。トランスジューサが本体部分１４の上に適切に配置されるように装置を置くと、各々の接触ボタン６１は、それが関連する姿勢スイッチ（図９の集合的な姿勢センサ９１１）が閉じるまで内側に押される。全部の姿勢スイッチではなくて幾つかのスイッチが閉じられると、「位置」ＬＥＤ４５が点滅し、さらに、選択的な姿勢警告を提供することができる。すべての姿勢スイッチが閉じられるまでかつ閉じられないと、装置の作動は停止する。すべての姿勢スイッチが閉じられると、「位置」ＬＥＤ４５が安定して点灯する。好結果の速度決定が行われた後、「良好」ＬＥＤ４６が点灯する。速度決定を行う過程において誤差状態を検出したときには、「繰り返し」ＬＥＤ４７が点灯する。その場合には、ユーザは本体部分から装置を取り除くことが要求され、取り除きは姿勢スイッチ９１１によって検知される。装置はそれから後は再度本体部分に置かれるまではその後の速度測定は行わない。接触ボタン６１の１つにはさらに温度センサが設けられていて本体部分の温度を監視する。別の温度センサも採用されていて周囲の空気の温度及びバッテリー区域の温度を決定する。バッテリー区域の温度は、バッテリーが完全に充電された時点を監視し、さらに、バッテリーが完全に充電されたときに充電回路からバッテリーを外すために感知される。幾つかの実施例においては、トランスジューサ１１及び１２と、搭載ブロック１３と、関連する姿勢スイッチ及び温度センサを持つ接触ボタン６１とを装置から分離したハウジング（例えば概略図７の外観を持つ）内に提供し、これによって、装置が感知ヘッド及び主本体を持つようにすることが都合が良い。ヘッドはユニバーサルジョイントによって機械的に本体に取り付けることができ、これによって、測定を行っているときに本体部分への不均一なトランスジューサの圧力又は本体部分へのトランスジューサの不十分な密接の危険性を生じさせることがあるようなトルクを不注意によりヘッドに与えることがなくなる。その様な解決方法により、別々の取り除くことができるヘッドを使用して問題の特別な寸法の本体部分を収容し又は別々の本体部分を一緒に収容することもできる。図９は装置の構成を示しており、その装置は、読みだし専用メモリ（ＲＯＭ）９３からＲＡＭ９２に初期化の時点でロードされたプログラムに従うＣＰＵ９１の制御下で作動する。クロック９１６が、記憶されたサイン波形９４１を励振器９４及びトランスジューサ１１に分配する際の計時を行い、トランスジューサ１１はその波形を軟質組織１４１及び骨１４２を経由して本体部分に送る。その波形はトランスジューサ１２で受信され、増幅器（ＡＭＰ）９５、アナログ・デジタル変換器９５１を通じて送られ、サンプルされたデジタルデータはスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）９５３に記憶される。基準的テンプレートの波形はその後ＳＲＡＭ内でサンプルされたデータと交差的に相互に関連付けられ、これにより、サイン波形の走行時間を発見する。走行時間は、図１及び図２に関連して上述したように速度決定の根拠を形成し、決定の結果は図９に示すＲＡＭ９２に記憶される。図１０はこの実施例に用いられたサイン波形示す。その波形はクロック９１６の速度（１２ＭＨｚ）で図１０(A)のデジタルパターンを供給することによって導かれたものである。そのパターンはパルス波形発生器に供給され、その出力は図１０(B)に示す。上昇変圧器の一次巻線及びその変圧器の二次巻線に供給されるパルス発生器の出力は図１０(C)に示す出力を提供し、それはトランスジューサ１１に接続され、そこで、圧電トランスジューサによって実行される。本願発明のこの実施例を実行する過程において、相互作用技術によりサイン波形の走行時間を検出しかつ決定することは、通常の単一反復速度パルス又は単一周波数正弦波のような他の波形の場合におけるときと比べて、劇的に容易であることが分かった。図１１はトランスジューササンプル出力１１１と相互作用させるために用いられる基準的テンプレート波形１１２を示す。その基準的テンプレートの波形は、最初に、実際の本体部分を用いて得た実際のトランスジューサ出力から導き出され、次に、より大きな識別性のあるサイン波形を生成するために経験的に変形されたものである。相互作用の結果は図１１の底側半分下方に示されている。この相互作用は図１２に関連して以下に説明するように実施される。図１２は図４の実施例において交差的相互作用及び補間を実行する際の論理流れを示すブロック図である。工程１２１では、新たにデジタル的にサンプルされた信号が処理に適したメモリの部分にロードされる。信号振幅は（各々のサンプルのＹ座標軸）その後にＹ軸について対称となるのに十分な量だけオフセットされる（工程１２１１）。信号オフセットが発生する時間（Ｘ座標）ｔ_onsetがその後に決定される（工程１２１２）。信号のダイナミックレンジがその後テストされ（工程１２１３及び１２１４）、信号がレンジを外れると減衰器が調整され（工程１２１６）、信号は再びロードされる。（工程１２１５において）減衰器の調節限界を越えるダイナミックレンジを持つ信号が発見されると、その信号は工程１２７において（Ｘ軸線に沿って）再配置され、さらに再びロードされる。一旦信号がレンジ内にあると、それは交差的相互作用を実行するように調整される。交差的相互作用ウインドウの幅は５Ｔｐ期間で設定され、ここで、図１０ (C)のサイン波形用のＴｐ＝（２π／ω_o）＝１．０μ秒である。その交差的相互作用ウインドウはｔ_onsetの左までの２・Ｔｐ期間で、つまり、ｔ_onset−２・Ｔｐで開始するように配置される。早期の開始点は、ここでは、その早期の開始信号オンセットが検出されなかった状態になった可能性を含むために採用されている。それから基準的テンプレート波形を持つ交差的相互作用が実行される（工程１２４において）。最大ピークが存在するＸ座標（工程１２５）はサイン波形の走行時間候補を決定する。２番目の最大ピークが最大ピークの高さの９０％より大きくないときには、（工程１２６において）最大ピークが最終的に選択され、２番目の最大ピークが最大ピークの高さの９０％より大いときには、その信号は再配置及び再処理される。最終的に選択された最大ピークからのデータサンプルは、工程１２８の式を用いて実際のピークのＸ座標の補間を行うために用いられる。座標（ｘ1，ｙ1）、（ｘ2，ｙ2）及び（ｘ3，ｙ3）によって示された適切な３つのデータサンプルの相対位置を図１３に示す。選択されたピークのｘ軸上の位置を決定するために補間を行った後に、サイン波形の実際の走行時間が、処理の際に、信号に与えられたＸ軸上のシステムオフセットの量を加えることによって求められる（工程１２９）。上記の通り、トランスジューサ１１及び１２の幾何図形的配置に基づいて、サイン波形の骨速度を求めることができる。速度決定の正確さを高めるために、装置を既知の寸法及び既知の超音波速度の１又はそれより多くの基準（例えばプラスチック固体）に対し較正することができる。２又はそれより多くのその様な基準を用いると図１２に係る走行時間の決定に対する較正オフセットを決定することができる。このオフセットはその装置及びトランスジューサの幾何図形的配置における変形の固有の潜在性及び同様な因子を補正することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１脊椎動物の対象において長手方向軸線を持つ骨内の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサであって、各々が中央音響軸線を持つ第１及び第２トランスジューサと、 (b) トランスジューサを搭載する搭載装置であって、これにより、それらの軸線がほぼ１８０度より小さな角度を形成するとともに、骨の長手方向軸線に関して横断するように配置された平面内に位置するようにする搭載装置と、 (c) 電気信号を前記第１トランスジューサに提供する信号励振器であって、これにより、該トランスジューサが音響波を発生し、該音響波が対象に伝達されるとともに骨の弦を含む経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信されるようにする信号励振器と、 (d) 前記第２トランスジューサ及び信号励振器に接続されていて、骨内の音響波の速度を決定する信号処理装置とを備える装置。２請求項１の装置において、前記経路の一部が対象の軟質組織を通過し、角度が該軟質組織によって引き起こされる骨速度測定値内の誤差を減少させるように選択される装置。３請求項１の装置において、前記平面が骨の前記長手方向軸線とほぼ直交する装置。４請求項１の装置において、前記経路の一部が対象の軟質組織を通過し、さらに、前記平面内にほぼ位置する中央音響軸線を持ち、骨の弦及び軟質組織を通る第２の部分を含む第２経路に沿って音響波を受信する第３のトランスジューサを備えており、前記信号処理装置が、軟質組織によって引き起こされる骨速度の決定値の誤差を排除して減少させるために、第２及び第３のトランスジューサの間の速度を決定する過程において、第１及び第３トランスジューサの間の波移動時間と第１及び第２トランスジューサの間の波移動時間との差を効果的に決定する手段を含む装置。５脊椎動物の対象において骨内の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１、第２及び第３トランスジューサと、 (b) 骨に関して空間をおくような関係に前記トランスジューサを搭載する搭載装置と、 (c) 電気信号を前記第１トランスジューサに提供する信号励振器であって、これにより、該トランスジューサが音響波を発生し、該音響波が対象に伝達されるとともに、それぞれ骨及び軟質組織を通過する第１及び第２経路に沿って前記第２及び第３のトランスジューサによって受信されるようにする信号励振器と、 (d) 骨内の音響波の速度を決定するために前記第２及び第３トランスジューサ並びに前記信号励振器に接続された信号処理装置であって、軟質組織によって引き起こされる骨速度の決定値の誤差を排除して減少させるために、前記第２及び第３のトランスジューサの間の速度を決定する過程において、前記第１及び第３トランスジューサの間の波移動時間と前記第１及び第２トランスジューサの間の波移動時間との差を効果的に決定する手段を含む信号処理装置とを備える装置。６請求項５の装置において、さらに、前記第１及び第３トランスジューサの役割を入れ替え、それにより、前記第３トランスジューサを音響波形を生成するために用い、前記第１トランスジューサを処理手段に接続する相互入れ替え手段を備え、前記処理装置が、さらに、(i)前記第２及び第３のトランスジューサの間の速度を決定する中で、前記第３及び第１トランスジューサの間の波移動時間と前記第３及び第２トランスジューサの間の波移動時間との差を効果的に決定する構成と、(ii)前記相互入れ替え手段の作動を用いて得た速度決定値及びそれを用いないで得た速度決定値の平均をとる手段とを含む装置。７脊椎動物対象において本体部分にある骨内の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサと、 (b) 該トランスジューサを骨に関して空間を置く関係に配置する搭載手段と、 (c) 前記第１トランスジューサが音響波を発生するようにする信号励振器であって、該音響波が対象に伝達されるとともに骨を含む経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信されるようにする信号励振器と、 (d) 前記経路に沿った波形の速度を決定する速度決定手段とを備え、前記搭載手段が、本体部分に接触するとともに、前記本体部分上の安定しかつ繰り返し可能な位置を画定する接触手段を含む装置。８請求項７の装置において、実質的な接触力を用いて前記本体部分に対して前記トランスジューサを進めるように該トランスジューサを機械的に付勢する手段をさらに備える装置。９請求項７の装置において、前記接触手段が前記本体部分と接触するために共通の方向に突出する複数の接触ボタンを備える装置。 10 請求項９の装置において、前記接触手段が矩形を画定する位置にある４つの接触ボタンを含む装置。 11 請求項９の装置において、さらに、前記ボタンが軸線方向に変位できるように該ボタンを搭載する手段と、前記ボタンの各々が前記本体部分と接触するようにしっかりと設けられた時点を決定する係合感知手段とを備える装置。 12 請求項１１の装置において、さらに、前記ボタンの各々が前記本体部分に接触するようにしっかりと設けられたことを前記係合検知装置が決定するまで及び決定しないときには、該装置の作動を阻止する阻止手段を備える装置。 13 請求項９の装置において、さらに、さらに、前記接触ボタンの１つに設けて前記本体部分の温度を感知する温度センサを備える装置。 14 脊椎動物の対象において骨の中の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサと、 (b) 該トランスジューサを骨に関して空間を置く関係に配置する搭載手段と、 (c) サイン波形を前記第１トランスジューサに提供する信号励振器であって、該トランスジューサが特徴のある音響波形を生成し、該波形が前記対象に伝達されるとともに骨を含む経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信される信号励振器と、 (d) 前記第２トランスジューサによって受信されたサイン波形を示す基準的なテンプレート波形を提供するテンプレート手段と、 (e) サイン波形ではない波形パターンを識別するとともに、前記経路に沿ったサイン波形の移動時間を確認するために、基準的テンプレート波形を前記第２トランスジューサに受信された波形に結合する結合手段とを備える装置。 15 請求項１４の装置において、前記サイン波形が、前記結合手段による強調された識別力を提供するために最適化された不規則な連続波形である装置。 16 請求項１５の装置において、前記サイン波形が１０サイクルより少ない装置。 17 請求項１６の装置において、前記サイン波形が３サイクルである装置。 18 請求項１４の装置において、前記基準的なテンプレート波形が、前記第２トランスジューサに現れた標本サンプル信号から経験的な選択によって導き出される装置。 19 請求項１４の装置において、前記結合手段が、前記基準的テンプレート波形を前記第２トランスジューサに受信された波形に交差的に相互作用させる相関手段を含む装置。 20 請求項１９の装置において、前記相関手段が、前記基準的なテンプレート波形及び前記第２トランスジューサに受信された波形を示すサンプル信号に基づいて作動し、さらに、前記相関手段が、補間によりサイン波形の移動時間の決定を正確にする手段を含める装置。 21 脊椎動物の対象において骨の中の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサと、 (b) 該トランスジューサを骨に関して空間を置く関係に配置する搭載手段と、 (c) 前記第１トランスジューサが音響波形を生成するようにする信号励振器であって、該音響波形が前記対象に伝達されるとともに骨を含む複数の経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信され、１つの経路が最短の移動時間を持つ信号励振器と、 (d) 前記第２トランスジューサによって受信されたサイン波形が前記最短の移動時間を持つ経路を通って受信されたときに、該サイン波形を示す基準的テンプレート波形を提供するテンプレート手段と、 (e) 前記最短の移動時間を持つ前記経路に乗る波形ではない波形パターンを識別するとともに、前記最短の移動時間を持つ前記経路に沿った前記波形の移動時間を確認するために、前記基準的テンプレート波形を前記第２トランスジューサに受信された波形に結合する結合手段とを備え、前記基準的テンプレート波形が、前記第２トランスジューサに現れた標本サンプル信号から経験的な選択によって導き出される装置。 22 請求項２１の装置において、前記結合手段が、前記基準的テンプレート波形を前記第２トランスジューサに受信された波形に交差的に相互作用させる相関手段を含む装置。 23 請求項２２の装置において、前記相関手段が、前記基準的なテンプレート波形及び前記第２トランスジューサに受信された波形を示すサンプル信号に基づいて作動し、さらに、前記相関手段が、補間によりサイン波形の移動時間の決定を正確にする手段を含める装置。 24 脊椎動物対象において本体部分にある骨内の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサと、 (b) 該トランスジューサを骨に関して空間を置く関係に配置する搭載手段と、 (c) 前記第１トランスジューサに音響波を発生させる信号励振器であって、該音響波が対象に伝達されるとともに骨を含む経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信されるようにする信号励振器と、 (d) 前記経路に沿った波形の速度を決定する速度決定手段とを備え、前記トランスジューサ、前記搭載手段、前記信号励振器および速度決定手段のすべてが、単一の手で握ることができるハウジングに含まれる装置。 25 請求項２４の装置において、さらに、マニュアル入力を経由して入力データを受信するマニュアル入力手段と前記ハウジング内に配置された表示装置とを備える装置。 26 請求項２４の装置において、前記トランスジューサの各々が中央音響軸線を持ち、また、前記トランスジューサの中央軸線が実質的に１８０度より小さな角度を形成するように前記トランスジューサが配置されている装置。 27 請求項２５記載の装置において、さらに、(i)１またはそれより多くの脊椎動物の対象の速度決定値の経歴と、(ii)一群の対象の統計的平均値との少なくとも１つを含むデータベースを備える装置。 28 脊椎動物対象において本体部分にある骨内の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサと、 (b) 該トランスジューサを骨に関して空間を置く関係に配置する搭載手段と、 (c) 前記第１トランスジューサが音響波を発生するようにする信号励振器であって、該音響波が対象に伝達されるとともに骨を含む経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信されるようにする信号励振器と、 (d) 前記経路に沿った波形の速度を決定する速度決定手段と、 (e) 前記トランスジューサ及び前記搭載手段用の第１ハウジングと、 (f) 前記信号励起手段及び前記速度決定手段用の第２ハウジングとを備え、該第２ハウジングが手で握ることができ、前記第１ハウジングが柔軟性をもって第２ハウジングに接続されている装置。 29 請求項２８の装置において、さらに、前記第２ハウジング内に配置された表示装置及びキーパッドを備える装置。 30 脊椎動物対象において本体部分にある骨内の音響波の速度を外部から測定する装置であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサと、 (b) 該トランスジューサを骨に関して空間を置く関係に配置する搭載手段と、 (c) 前記第１トランスジューサが音響波を発生するようにする信号励振器であって、該音響波が対象に伝達されるとともに骨を含む経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信されるようにする信号励振器と、 (d) 前記経路に沿った波形の速度を決定する速度決定手段と、 (e)(i)１またはそれより多くの脊椎動物の対象の速度決定値の経歴と、(ii)一群の対象の統計的平均値との少なくとも１つを含むデータベースとを備える装置。 31 請求項３０の装置において、前記データベースが一群の対象の統計的平均値を含み、さらに、 (f) 骨速度決定値を前記一群の対象の統計的平均値に関連付ける評価手段を備える装置。 32 脊椎動物対象において長手方向軸線を持つ骨内の音響波の速度を外部から測定する方法であって、 (a) 各々が中央音響軸線を持つ第１及び第２トランスジューサを提供する工程と、 (b) 前記トランスジューサの中央軸線が実質的に１８０度より小さな角度を形成するとともに前記骨の前記長手方向軸線に対し横切るように配置された平面に横たわるように前記トランスジューサを搭載する工程と、 (c) 前記電気信号を前記第１トランスジューサに提供して該第１トランスジューサが音響波を発生するようにする工程であって、該音響波が対象に伝達されるとともに骨を含む経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信されるようにする工程と、 (d) 前記骨内の音響波の速度を決定する工程とを含む方法。 33 請求項３２の方法において、前記経路の一部が対象の軟質組織を通過し、前記工程(b)が、該軟質組織によって引き起こされる骨速度測定値内の誤差を減少させるように角度を選択する工程を含む方法。 34 脊椎動物の対象において骨の中の音響波の速度を外部から測定する方法であって、 (a) 第１及び第２トランスジューサを提供する工程と、 (b) 前記トランスジューサを骨に関して空間を置く関係に配置する搭載工程と、 (c) 信号波形を前記第１トランスジューサに提供して該第１トランスジューサが音響波形を生成するようにする工程であって、該音響波形が前記対象に伝達されるとともに骨を含む複数の経路に沿って前記第２のトランスジューサによって受信される工程と、 (d) 前記第２トランスジューサによって受信されたサイン波形を示す基準的テンプレート波形を提供する工程と、 (e) 前記サイン波形ではない波形パターンを識別するとともに、前記経路に沿った前記サイン波形の移動時間を確認するために、前記基準的テンプレート波形を前記第２トランスジューサに受信された波形に結合する工程とを備える方法。 35 請求項３４の方法において、前記サイン波形が工程(e)の識別を増強するように最適化された不規則な連続波である方法。 36 請求項３５の方法において、前記サイン波形が1０サイクルより少ない方法。 37 請求項３６の方法において、前記サイン波形が３サイクルである方法。 38 請求項３４の方法において、さらに、前記基準的なテンプレート波形を、前記第２トランスジューサに現れた標本サンプル信号から経験的な選択によって導き出す工程を含む方法。 39 明細書に図示し及び説明したような発明。