JPH09505745A

JPH09505745A - 超音波治療及び評価装置及び方法

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Publication number: JPH09505745A
Application number: JP7511723A
Authority: JP
Inventors: カウフマン、ジョナサン、ジェー．; チアブレラ、アレサンドロ
Original assignee: オーソロジックコーポレーション
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1997-06-10
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: WO1995010229A1; ES2191679T3; EP0723421A4; JP3304979B2; DE69332700D1; EP0723421A1; CA2174139C; EP0723421B1; ATE232696T1; US5309898A; DE69332700T2; CA2174139A1

Abstract

(57)【要約】継続時間が有限の超音波音響パルスを筋骨組織に当て、約２MHzまでの超音波帯域内で離散的な複数の周波数から構成される複合正弦波信号を含ませ、実質的に１から1000 Hzの間で励起信号を繰り返すことにより、生体内における筋骨組織の非侵襲的治療及び定量的評価が行われる。定量的評価では、複合正弦波信号は骨の両側の２つのトランスデューサのうちの一方に供給され、他方のトランスジューサで受信された信号は、（ａ）平均化されたパルス単位信号を得るために、最新に受信された所定数の順次的な信号を順次平均化し、（ｂ）平均化されたパルス単位の筋骨組織通過信号のフーリエ変換を生成するように処理される。筋骨組織を介さない他の処理において、同一のトランスジューサーは、同様の励起、受信、処理をし、評価及び測定のために、筋骨組織通過信号のフーリエ変換で処理された参照フーリエ変換の生成が終了するまで既知の音響的特性と路長を有する媒質に向けられる。治療において、複合サイン波信号により励起されたトランスデューサは、一定期間又は周期的に、任意の患者に対して医者により指示される強度で用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】超音波治療及び評価装置及び方法発明の背景本発明は、筋骨組織、すなわち生体の骨、軟骨、靱帯、及び／又は腱の非侵襲的治療および定量的評価に関する装置及び方法に関するもので、評価の結果は、骨無機質密度、強度、骨折の危険性といった数量により任意のタイミングで、明示される。近年、生体の骨組織の状態を評価するために、超音波エネルギーを用いる様々な試みがなされているが、データ分析の明確な枠組みが無いため、実際にはその場しのぎのものとなっている。超音波による検査（超音波検査）から多くの情報が得られるが、多くの情報は使用されていない。即ち、既存の信号処理技術は、データの利用可能でしかも有用な側面を無視するほど単純なものであり、また、検査データの信号対ノイズ比は比較的小さい。ホープの米国3847141号特許は、目的とする骨のカルシウムの含量を測定することにより、骨の密度（骨密度）を測定する装置を開示する。一対の対向する超音波トランスデューサが患者の指に対向して配置され、一方のトランスデューサを介して発信（又は発振）される周期的なパルスを骨に「集中」させる（即ち、パルスの焦点を指に合わせる）。一方、他方のトランスデューサは、主に、骨を通したパルスを受信するように設定される（骨を通過したパルスを受信することに「集中」する）。電気回路は、受信され、濾波されたパルスが次のパルスの発信を引き起こす（トリガする）ように構成される。このパルスは、通過帯域が２５〜１２５kHzのバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）により濾波される。パルスが再発信する周波数が骨のカルシウムの含有量に比例するといわれている。このように、ホープは、示された帯域でのパルスの通過（伝達）時間であると彼が理解したもの以上のことを考慮していない。プラットJrの米国特許4361154号,4421119号（この特許の一部は4361154号特許に関連し、後にRe.32782号として再発行された）、4913157号、4941474号のすべては、馬などの生物の骨の、生体内の強度を求める方法に関する。彼の最初の三つの特許は彼の発見に基づいている。この発見は、骨や軟組織を通過する0.5〜1 .0 MHzのパルスの「発信」から「受信」までの通過時間の計測し、パルス反射時間の計測から、骨のみを通過する時間を引き出す。さらに、データバンクを使用することにより、計測対象の各骨を通過する伝播速度であると推測される通過時間の変化が意味するものを評価することが可能になる。この発明者の4913157号特許は、通過時間と速度に関する推論についての類似の一般原理に基づいて動作し、パルス化された「発信」のベース周波数として、後述するように、2.25MHz を用いる。そして、受信パルスを平均して分析することにより、骨変換関数（骨通過関数）を導出する。米国特許4941474号では、米国特許4913157号に開示されている一致濾波／フーリエ変換濾波の技術を用いて、測定された「軟組織信号」の速度と「骨信号」の速度の比を個別に決定することにより、通過時間と速度に関する推論に基づいた技術を更に改良している。デュアルトの米国特許4530360号は超音波エネルギーを用いた生体の骨組織の有効な治療的処理（治療）の装置と方法を開示する。この装置と方法は、1.3〜2 .0 MHzの範囲の実質的に単一の周波数からなり、100〜1000 Hzのパルス反復率のパルス化正弦波を用いている。この発明は、比較的狭い帯域の周波数を用いる方法であり、軟組織と骨での超音波の減衰量又は減衰率の大きな違いを考慮していない。このため、この治療方法の効果は実質的に限定的なものにすぎない。パーマーらの米国4774959号特許は、200〜600 KHzの範囲で一連のトーン信号について、超音波の周波数と減衰の関係の傾きを導き出す装置を開示する。トーン信号は一方のトランスデューサに供給され、踵の骨を通過した後、他方のトランスデューサに受信される。そして、踵の存在のない同一の２つのトランスデューサの間を通過した信号と比較される。この発明は、周波数と減衰の関係は直線、すなわち一定の傾きであるという仮定に基づいている。ブランデンバーガーの米国特許4926870号は、骨内を所望の経路に沿って通過する超音波信号の通過時間の計測に基づいた生体内の骨分析システムを開示する。正常な経路に関して予め定められた「正準」波形が、患者の骨を通過し、受信された信号と比較するために用いられる。一方、患者の骨は、受信信号により、超音波信号が所望の経路を通過するように配置されたと判断されるまで、再度配置（配向）される。加えて、患者の骨を通過する超音波の速度は、計測された通過時間から決定されると仮定される。ロスマンらの米国特許5054490号は、物理的特性や骨の完全性を測定する超音波密度計を開示する。この測定は、生体内の所望の骨を通過する時間と、既知の音響的特性を有する媒体を通過する時間との比較により決定される。また、ロスマンらの別の装置は、骨を通過する超音波音響信号の、特定の周波数における絶対減衰と、既知の音響的特性を有する媒体を通過する同一周波数成分の絶対減衰とを比較する。減衰の測定には、「広帯域超音波の発射と共振する」単一のスパイクとして説明される「広帯域超音波パルス」が推奨される。必要とされる比較はマイクロプロセッサによって行われ、減衰に対する重要な広帯域での周波数の傾斜が算出される。周波数帯については開示されていない。参照のために以上簡単に説明した従来技術は、通過時間が音響速度の評価で最も重要であるとする仮定か、直線的な関係である減衰対周波数の傾斜の決定に、１又は複数の特定の周波数の超音波が重要であるとする仮定のいずれかに基づいて、処理を進める。しかし、この発明の発明者は、骨の減衰と周波数との関係は、即ち、約２MHzまでの重要な超音波帯域では非直線的なものであり、骨や軟組織を通過する超音波音響伝播の速度及び／又は通過時間の計測の先入観により従来技術で見落とされている潜在的に重要なデータが存在することを発見した。さらに、広帯域での分析を達成するための従来の努力は、超音波周波数の問題とする広帯域で適当な信号対ノイズ比を保証する必要性を見落としている。発明の概要この発明は上記実状に鑑みて成されたもので、生体内の骨組織の非侵襲的、定量的評価のための改良された方法及び装置を提供することを目的とする。またこの発明は上記目的に関連し、骨無機質密度、強度、骨折の危険性などの評価を従来より容易で、より信頼性のあるものにすることを目的とする。さらに、上述の目的を達成するために、広帯域全体にわたって、ノイズよりも十分に大きい超音波信号を使用することにより、約２MHzまでの広帯域の超音波帯域の全体で、ノイズ上に対して受信された信号の評価を可能にすることをより具体的な目的とする。さらに、骨の治療の治療元としての上述の評価信号を用いることを目的とする。加えて、筋骨組織の治療のための治療元としての上述の評価信号を用いることを目的とする。市販されている装置部品を用いて上述の目的を達成することを一般的な目的とする。好適な形態での本発明は、骨の両側の２つのトランスデューサのうちの一方に供給された、継続時間が有限の超音波音響励起信号パルスを骨に反復的に当て、約２MHzまでの超音波帯域内で離散的な複数の周波数から構成される複合正弦波信号を含ませ、実質的に１から1000 Hzの間で励起信号を繰り返すことにより、上記目的を達成する。他方のトランスデューサから出力される受信信号の信号処理は、（ａ）平均化されたパルス単位信号を得るために、最新に受信された所定数の順次的な信号を順次平均化し、（ｂ）平均化されたパルス単位信号のフーリエ変換を生成するように作用する。骨を介在しない別の処理により、自身のフーリエ変換を生成するために処理される参照信号を生成するために、同一のトランスデューサが、既知の音響的特性と路長を有する媒質を介した同一の励起信号の送受信に反応する。２つのフーリエ変換は骨変換関数（骨通過関数）を生成するために比較されて評価される。骨変換関数は、この骨変換関数に関連した周波数依存の減衰関数μ( ｆ) と周波数依存の群速度関数ｖ_g(ｆ)とを導くために処理される。特に、周波数依存の群速度関数Ｖ_g(ｆ)は、周波数の関数として、骨変換関数の位相の派生物（導関数）と関係している。所望の、骨に関連した１又は複数の数量を推定するように形成されたニューラルネットワークは、特定減衰関数μ(ｆ)と群速度関数ｖ_g (ｆ)に反応するように接続され、分析中の骨の状態の推定量を生成する。発明の詳細な説明以下、この発明の好適な実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１は、この発明の装置の構成要素の相互接続関係を示す電気回路図である。図２は、第１の実施例において、骨に関連した要素（係数）を自動的に解析し、定量的に報告するためのコンピュータ制御動作のフローチャートである。図３は、他の実施例における図２と同様のフローチャートである。この発明の方法を、この発明の方法を実現するための装置を構成する相互接続された構成要素（部品）に応用した例を図１に示す。この装置は、この発明、即ち、骨無機質密度、強度、骨折の危険率等の数値の１つ又は複数を用いて示される生体内の骨組織の状態を非侵襲的及び定量的に評価する方法を実行する。これらの構成要素は、商業上異なる場所から入手可能であり、それらの動作の詳細な説明の前に特定される。図１において、生体内において解析されるべき骨部分１０は軟部組織１１に包囲され、対向して並んでいる２つのトランスデューサ（変換器）１２、１３の間に挟まれるべきものとして示されている。トランスデューサ１２、１３は同一のものでよく、Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ社（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州、Ｗａｌｔｈａｍ）から入手可能なものでもよい。各トランスデューサ１２、１３は、公称で直径が３／４インチで、定格周波数が５００ｋＨｚの部品ナンバＶ３１８ −ＳＵのＰａｎａｍｅｔｒｉｃｓ”ＶＩＤＥＯＳＣＡＮ”でもよい。図示するように、トランスデューサ１２は信号発信のために用いられ、トランスデューサ１３は、骨１０と、骨１０の周囲の軟部組織１１と、トランスデューサの表面と軟部組織１１の皮膚の表面との間のゲル等の結合媒体と、を通過した後の超音波発信信号を受信する。基本的な動作はコンピュータ手段１４により制御される。コンピュータ手段１４は、Ｇａｔｅｗａｙ２０００社（ＳｏｕｔｈＤａｋｏｔａ州、ＮｏｒｔｈＳｉｏｕｘＣｉｔｙ）から入手可能な「２５ＭＨｚ３８６」のようなパーソナルコンピュータでもよい。このコンピュータは、その名称が示すように、２５ＭＨｚクロックパルスジェネレータとインテル８０３８６プロセッサとを備え、キーボード１４’でのキーボード命令の規定を備える。任意の関数ジェネレータカード１５はコンピュータ内に設置された状態で図示されている。ジェネレータカードカード１５は、励起信号を生成する。励起信号は、パワーアンプ手段１６を介した信号発信用トランスデューサ１２へ周期的に供給される。パワーアンプには、ＥＩＮ社（ＮｅｗＹｏｒｋ州、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ）の製品であるモデルナンバ２４０ＬのＲＦパワーアンプが適している。この製品を用いることにより、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲に亘って５０デシベル（ｄｂ）のゲインが得られる。ジェネレータカード１５により生成された励起信号は、約２ＭＨｚまでの超音波周波数領域に位置する複数の離散した周波数からなる有限期間継続する複合的なサイン波信号（有限期間複合サイン波信号）である。この励起信号は、１Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲で実質上繰り返される。ジェネレータカード１５は、Ｑｕａｔｅｃｈ社（Ｏｈｉｏ州、Ａｋｒｏｎ）の製品で、Ｑｕａｔｅｃｈ部品ナンバＷＳＢ−１００で識別される波形シンセサイザが好適である。波形シンセサイザは、ホストコンピュータ１４から独立してアナログ信号を生成する。それにより、ホストコンピュータ１４は全ての能力を、波形データの計算等の他のタスクに使用することができる。波形シンセサイザは、上述した超音波周波数領域内の数千の点により構成される出力信号を生成する能力を備える。超音波トランスデューサ１３で受信した信号をコンピュータ１４で処理するためのディジタルフォーマットに変換するための他のカード１７もコンピュータ内に設置され、図示されている。カード１７は、ＳＯＮＩＸ（Ｖｉｒｇｉｎｉａ州、Ｓｐｒｉｎｇｆｉｅｌｄ）の製品で、部品ナンバ「ＳＴＲ＊８１００」の１００ＭＨｚの波形デジタイザが好適である。破線で示される接続部１８は、信号ジェネレータカード１５を、Ａ／Ｄ（デジタイザ）カード１７に接続する。これは、同期化と、コンピュータ１４が、超音波トランスデューサ１３で受信した信号の適当に補正された平均を連続的に更新するために、励起信号をディジタル化するためのものである。コンピュータの信号処理の制御及び動作のための一般的な信号処理／表示／記憶ソフトウェアは示されないが、それらは、コンピュータ内にロードされたフロッピィディスク１９である。このソフトウェアは、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ社（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州、Ｎａｔｉｃｋ）から入手可能な「ＭＡＴＬＡＢ− ３８６」でもよい。さらに、ＨＮＣ社（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州、ＳａｎＤｉｅｇｏ）の製品で、「ＥＸＰＬＯＲＥＮＥＴ３０００」として特定されるニューラルネットワークソフトウェア（図示せず）がコンピュータにロードされる。この好適実施例において、図１に示す上述した構成要素を含む構成要素は、トランスデューサ１３で受信した最新の一連の信号の平均値を連続して更新するために使用されるだけでなく、トランスデューサ１２、１３の間の空間から身体部１０、１１を取り除くことにより取得される参照信号をフーリエ変換し、コンピュータの記憶部に入力するためにも使用される。受信した信号の平均を更新するコンピュータ動作は、「平均化されたパルス毎（単位）の信号（パルス毎の信号を平均した信号）、以下、平均化パルス単位信号」として言及される。この平均化パルス単位信号もコンピュータ内においてフーリエ変換される。コンピュータは、現在の平均化パルス単位信号のフーリエ変換を、参照信号のフーリエ変換に対して比較的かつ連続的に計算するようにプログラムされており、これにより、骨変換関数（骨通過関数）が生成される。さらに、コンピュータは、骨変換関数を処理し、骨変換関数に関連した周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）と周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）とを取得するようにプログラムされている。複合サイン波信号に含まれる多数の周波数に対するこれら２つの関数は、コンピュータ内のニューラルネットワークに供給されている。ニューラルネットワークは初めに学習されており、上記の現在解析された骨の特性、即ち、骨無機質密度、強度、骨折危険率の値の１つ又は複数の予測値を生成するように構成（適合、チューニング）されている。この発明の好適実施例において、図２のフローチャートを参照して、データは以下のように収集され、処理される。骨組織部（１０、１１）は２つのトランスデューサ（１２、１３）の間に配置される。超音波信号は、トランスデューサ（１２）から送信され、骨組織部を通過し、他のトランスデューサ（１３）により受信される。伝送される超音波信号は、有限期間複合サイン波信号を用いて生成される。この波形の単一繰り返し（１パルス分）は以下の式により、示される。ここで、ａ_i及びφ_iは、それぞれ周波数ｆ_i（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）に関連する振幅及び位相である。Ｔは最小周波数ｆ₁の周期の少なくとも２倍より長く選択される。周波数ｆ_iは２５ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲の中で選択される。この実施例では、最小周波数ｆ₁は１００ｋＨｚであり、Ｔは２０マイクロ秒であり、周波数の範囲は１００ｋＨｚ〜８００ｋＨｚであり、各周波数の間隔は５０ｋＨｚであり、周波数の総数Ｎは１５である。位相φ_iは、０〜２π間での一様に分布した疑似乱数である。これにより、振幅の最高点が一定の信号力に最小化される。振幅ａ_iは、次に示す関連式に従って選択される。この式において、Ｂは、平均の骨組織部の減衰であり、｜Ｈ_r（ｆ_i）｜は、減数を無視できる媒体が２つの超音波変換器の間に配置されるときの超音波測定装置全体の強度（規模、振幅）変換関数である。｜Ｈ_r（ｆ_i）｜は、送信用及び受信用の双方の超音波トランスデューサの強度変換関数を含む。勿論、主な対象が治療している骨のとき、強度変換関数は単一のトランスデューサのみからの寄与を含み、この場合、｜Ｈ_t（ｆ_i）｜と示される。この好適実施例において、Ｂは１０ネーパーＭＨｚ^-1であり、｜Ｈ_r（ｆ_i）｜は、インパルス型の入力信号を用いて水を介して伝送された後に受信された波形の強度フーリエ変換である。この複合サイン波信号の振幅選択により、受信された信号は、上述の周波数の範囲においておおよそ一定の信号対ノイズ比となる。上記波形は、周波数５００Ｈｚの繰り返しで周期的に伝送される。この好適実施例において、受信された各波形Ｓ_j（ｔ）は、平均化パルス単位信号ｓ（ｔ）を取得するために、１００回の合計が平均化される。次に、ｓ（ｔ）の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、Ｓ（ｆ）が、高速フーリエ変換アルゴリズム（ＦＦＴ）を用いて取得される。参照信号ｒ（ｔ）は、水のみを通して、即ち、骨組織部を取り除き、水と置き換えて、転送された１００個の超音波信号を平均することにより取得される。骨変換関数を以下に示すように取得するために、同一の複合サイン波入力信号が参照信号の生成のために用いられる。参照信号のＤＦＴ、Ｒ（ｆ）はＦＦＴを用いて取得される。データは、さらに骨変換関数Ｈ（ｆ）を取得するために処理される。Ｈ（ｆ）は周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）と周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）とを取得するために処理される。ここで、Ｖ_wは水中の超音波の速度であり、Ｌは、骨組織部の厚さであり、ａｒｇ［Ｈ（ｆ）］は複素骨変換関数Ｈ（ｆ）の位相を計算するためのものである。周波数依存特定減衰関数μ（ｆ_i）と周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ_i）（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）は、上記の現在解析されている骨の特性、即ち、骨無機質密度、強度、骨折の危険率の値の１つ又は複数の予測値を生成するために適当に構成されたニューラルネットワークへ入力される。この好適実施例では、ニューラルネットワークは３０個の入力と１個の出力と、３００個の処理要素から構成される隠れ層とを備えるフィードフォワード型ネットワークである。ネットワークは、骨無機質密度を推定するためのバックプロパゲーションアルゴリズムで学習されている。上記入力の組を使用して、骨無機質密度を推定するためにニューラルネットワークを評価した。これに関連して、データのトレーニングセットは、超音波特定減衰と超音波群速度と骨無機質密度とが予め計測された２７個の牛の柱状骨の立方体から生成されたものであった。単純な線形回帰法を用いた場合、推定密度の平均エラーは２５パーセントであり、特定減衰と群速度とに対する平均エラーは２３パーセントであった。これに対して、ニューラルネットを用いた場合、推定密度に対するエラーは１５パーセントとなり、予測精度において４０パーセントの改良が示された。ニューラルネットワークは、一変量回帰法と比較して特定減衰と群速度とから得られた付加的な情報を非線形的に結合することができた。その上、この方法に基づくニューラルネットワークは、特定減衰と群速度とを密度（又は、強度、骨折危険率）に関連付ける関数に関する情報を前もって必要とせず、データ自身からこの情報を推定する。上記手順の変形例において、周波数依存特定減衰関数μ（ｆ_i）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ_i）（ｉ＝１，２，．．．，Ｎ）は、係数が線形最小２乗解析を用いて取得された多項式でモデル化されている。これらの係数、即ち、μ₀ 、μ₁、μ₂、．．．、μ_MとＶ_g0、Ｖ_g1、Ｖ_g2、．．．、Ｖ_gKは、他の適当に構成されたニューラルネットワークへ入力される。この好適実施例において、Ｍは２であり、Ｋは１であり、ニューラルネットワークは５個の入力と１個の出力と、５０個の処理要素から構成される隠れ層とを備えるフィードフォワード型ネットワークである。ニューラルネットワークは、骨密度に加えて、骨強度及び／又は骨折危険率を推定するように構成され得る。このような場合において、異なるトレーニングデータセットがニューラルネットワークの学習のために必要とされる。上記手順の他の変形例において、伝播用トランスデューサは、断面における軟部組織の厚さの推定値を取得するため、反射された超音波波形を測定する（測定するように適合されている）。反射測定には、狭いパルスで送信用トランスデューサを励起し、続いて、反射された波形を測定するＰａｎａｍｅｔｒｉｃｓ（Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ）のパルサー／レシーバモデル＃５００ＰＲを用いる。反射された信号の到着時間により、音響波がトランスデューサから軟部組織を通過して、骨の表面に伝播し（そこで部分的に反射され）、軟部組織部を通過して戻るまでのラウンドトリップ通過時間τが測定される。軟部組織の厚さｄ_sは次のようにして計算される得る。ここで、Ｖ_sは、軟部組織における超音波速度であり、Ｖ_s＝１５４０ｍｓ^-1である。式（７）は、骨の両側における軟部組織の厚さを推定するための２つの要素を含む。軟部組織の厚さｄ_sは、特定減衰μ（ｆ）と群速度Ｖ_g（ｆ）を補正するために、用いられてもよい。これらの補正は次式に示すように与えられる。ここで、μ_s（ｆ）は、軟部組織の特定減衰であり、μ_corr（ｆ）とＶ_g,corr（ｆ）は、それぞれ、軟部組織に関して修正された周波数依存特定減衰と、軟部組織に関して修正された周波数依存群速度である。軟部組織特定減衰は、周波数の線形関数、即ち、μ_s（ｆ）＝２ｘ１０^-4ｆとしてモデル化されている。ここで、ｆは周波数（Ｈｚ）を示す。上記補正式（式８、式９）を適応することによる影響は、軟部組織の相対的な量及び骨組織部の音響的な特性に依存しており、特定減衰に対する影響度は小さく（約０．５％〜２％）、群速度に対する影響は大きい（４％〜１０％）。図２の処理の他の変形例において、送信用のトランスデューサと受信用のトランスデューサとの双方は、断面における軟部組織の厚さｄ_sのより正確な推定値を取得するために、パルスエコーモードに対応可能である。この実施例において、骨の両側の軟部の厚さの各推測値は上記方法と同一の方法で生成され、最終的な推測値を得るために足し合わされる。補正された特定減衰及び修正された群速度は式８、式９に示される方法と同一の方法で求められる。この発明の他の変形例として、周波数依存特定減衰μ（ｆ）の分散σ_μ ²、周波数依存群速度Ｖ_g（ｆ）の分散σ_v ²はオンラインで計算される。平均値に対する分散は、信号の十分な平均化がなされた時間を判定するために用いられる。分散の監視は、データの精度の欠落と、実験（検査）の状況（状態）を修正しなければならないことを指摘するために用いられ得る。分散の帰納的な（再帰的な）計算式を次に示す。これらの式において、μ_i及びＶ_giは、データ取得番号ｉに関連した特定減衰と群速度であり、オーババーは現在の平均値を示す。各分散と（２乗された）各平均値とを比較することにより、算定され得る特定精度の推定を実行するために必要とされる取得数（μ_avg、Ｖ_avg）が決定される。例えば、ある例において、０．０１の相対精度（分散の平方根対平均の率）を得るために、特定減衰と群速度の双方において１０００の取得数が必要とされる。一方、他の場合では、１００の取得数で同一の精度を十分達成できる。この発明の第２の実施例では、図３のフローチャートに示すように、周波数依存特定減衰と周波数依存群速度の直接的推定がなされる。この実施例において、ガウス包絡線を有する音響パルスを生成する入力信号が用いられる。参照媒体を通過する信号ｒ（ｔ）は次のように与えられる。骨変換関数は、位相Φ（ｆ）と減衰Ａ（ｆ）との２次の多項展開式により十分に良くモデル化されていると仮定される。上述された変形例及び実施例において、μ（ｆ）＝Ａ（ｆ）／Ｌであり、β＝ Φ（ｆ）／Ｌである。よって、Ａ（ｆ）と骨組織部の長さＬとを知ることにより、特定減衰μ（ｆ）が直接的に与えられる。同様に、β（ｆ）は、群速度Ｖ_g（ｆ）を計算するために式５にて用いられる。上記ガウス入力信号及び骨変換関数の近似（漸近）法により、受信用のトランスデューサで測定された信号を次に示す。式（１４）の信号パラメータは、入力信号パラメータと骨変換関数パラメータとの陽性関数として記述され得る。これらの関係から、次に示す式が得られる。パラメータの組｛Ａ₂、Ａ₁、Ａ₀、Φ₂、Φ₁｝を最終的に取得するために、各式は、連続的に用いられる。位相Φ₀は、群速度の計算に使用されないため、明示されていない。特定減衰と群速度の直接的推定は、出力信号ｓ（ｔ）を復調することにより取得される。このため、信号ｓ（ｔ）は、包絡線ｓ_env（ｔ）を取得するため、整流器及び低域フィルタを通され得る。ピーク検波器はｅ^-a0（ｔ＝τ₀のとき）を検出し、それにより、最大時（ピーク時）の時間をτ₀と識別する。Δ₀ ²は、ピークの半分の振幅点の２点間の時間間隔である。ｓ（ｔ）が０のとき、次式に対応する。ここで、ｔ_nはｎ番目の０が発生する時間である。ｓ（ｔ）の３つの０に個々に対応する３個の時間ｔ₁＜ｔ₂＜ｔ₃を識別することにより、ω₀とΩ₀ ²とを識別できる。前述の変形例の説明と図２に示す実施例は、ディジタル処理が適しているという前提において、主に進められている。これに対して、図３の実施例の説明は、アナログ処理が適しているという前提において進められている。しかし、双方の実施例及びそれら実施例の変形例はディジタル技術とアナログ技術のいずれでも実行され得る。上述された発明は、体内の骨組織部の状態の計算に関する全ての明記された事象（実在物）を満たし、以下の効果を有する。ただし、効果は、以下に限定されるものではない。（１）パルス型の入力信号を用いる従来の技術に対して改良された信号対ノイズ比。この発明で使用される有限期間複合サイン波信号は、骨組織部の周波数特性及び超音波トランスデューサ／測定システムの周波数特性を考慮して、用いられている。これにより、周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）のより正確な推定が可能となる。（２）従来の技術では用いられていない付加的な情報の考慮。即ち、（ａ）周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）の使用と、（ｂ）特定減衰関数μ（ｆ）の周波数依存性と群速度関数Ｖ_g（ｆ）の周波数依存性を考慮することと、（ｃ）特定減衰関数μ（ｆ）の周波数依存性及び／又は群速度関数Ｖ_g（ｆ）の周波数依存性の非線形性を考慮することである。（３）群速度関数Ｖ_g（ｆ）を説明する分析的な手法の使用。これは、超音波の速度を計算するために単純な飛行時間（タイムオブフライト）の測定を使用する従来の技術と対照的である。従来の測定は、群速度の周波数依存を特徴付けることができず、それらの仮速度をどの周波数に割り当てるかを判定できない。これに対して、ここで記述された方法は、十分に特徴付けられた数学的な関係に従って、周波数依存群速度関数を決定するように具体的に設計されている。（４）過度に単純化された一変量線形回帰に大部分が依存する従来の技術と対照的な洗練されたデータ解析。上記処理は、ニューラルネットワークテクノロジに依存する。ニューラルネットワークは、密度、強度、及び／又は、骨折率を判定するための多変量の非線形解析を行う。この方法は、より多くのデータを使用できるように、定期的に、更新、改良されてもよい。（５）周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）の多項式の係数を、比較的単純で安価なアナログベースの技術を用いて、リアルタイムに取得する性能。（６）軟部組織の影響に対して、周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）の双方を補正する性能。（７）周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）の分散度を判定する性能。測定条件に対応していない従来の技術と対照に、この発明の実施例は高精度の推測を保証するデータに適合する。（８）指示された事象に相互に関連し得るより良い超音波骨データを取得するための更なる実験及び検査の目的を提供するという、ここで記述された装置の本質。上述された発明の実施例は、実験的な構成の広い範囲をカバーする。実施例において用いられているこの発明は、指示された事象を取得するためのコンパクトで効率的な装置の開発を可能とする。例えば、主要な目的が安価で単純な構成の装置及び方法を提供することならば、アナログ回路により容易に構成され得る。アナログ／ディジタル変換器に依存する他のシステムはより高価であるが、実行され得る処理のタイプに関してよりいっそう柔軟であり得る。双方のシステムは、スタンドアロン装置とパーソナルコンピュータベースのシステムの一部のいずれとしても構築され得る。開示された装置及び方法は、上述した骨組織の評価のような指定された事象に対応するだけでなく、信号生成及び骨組織への適応に関する限りにおいて、同一の装置及び方法を骨組織の治療に有用に適応することができる。治療のための照射時間は骨組織の評価に必要な時間よりも実質的に延長されてもよい。開示された装置及び方法を骨組織の検査及び治療において使用する限り、開示された装置及び方法は、一般的な筋骨組織、即ち、骨、軟骨、靱帯、及び／又は腱の検査及び治療に有効に適応できる。例えば、”テニス肘”に関しては、励起トランスデューサは、腱に直接アクセスする（超音波を照射する）ために、炎症部分上の皮膚に適用され、腱組織の評価に必要となる時間よりも実質的に長い時間、信号を生成し、適用される。一般的に、治療において、複合サイン波信号により励起されたトランスデューサは、一定期間又は周期的に、任意の患者に対して医者により指示される強度で用いられる。例えば、アキレス腱の強度を検査する際には、２つのトランスデューサは腱を覆う皮膚を中間にして、その両側に配置されるとともに、腱強度の定量的評価に適合された信号生成及び処理を行う。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】れる。

Claims

【特許請求の範囲】１．生体内の筋骨組織の非侵襲的治療処理及び／又は非侵襲的定量的評価を行う装置であって、（ａ）近傍の皮膚に音響結合し、生体内の筋骨組織を通過して伝播させる非侵襲的な超音波トランスデューサと、（ｂ）前記トランスデューサを次式を満たす有限期間複合サイン波励起信号により駆動する手段、とを備え、ここで、ａ_i及びφ_iは、それぞれ周波数ｆ_i（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）に関連する振幅及び位相であり、Ｔは最小周波数ｆ_iの周期の２倍よりも長く設定され、ここで、前記複合サイン波信号は、約２ＭＨｚまでの超音波周波数領域に位置する複数の離散した周波数の信号からなり、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの割合で繰り返し、さらに、振幅ａ_iは次式に従って選択され、Ｂは平均的な筋骨組織での減衰量を表し、｜Ｈ_t（ｆ_i）｜は前記超音波トランスデューサの強度変換関数であり、これにより、筋骨組織治療用の筋骨組織を通過した音響信号を生成する。２．特許請求の範囲１に記載の装置であって、さらに、（ｃ）前記組織通過信号に非侵襲的及び音響的に応答し、これにより電気的出力信号を生成する第２の超音波トランスデューサと、（ｄ）一連の前記電気的出力信号を平均化することにより各電気的出力信号を順次処理し、これにより、平均化されたパルス単位信号を取得し、各平均を実質的に１ミリ秒を越える予め定められた最小期間に亘って実行する手段と、（ｅ）既知の音響的特性と路長を有する媒体を含み、前記トランスデューサーと前記励起信号を前記生体への結合とは独立して前記媒体を介して使用し、これにより、参照信号を生成する選択動作手段と、（ｆ）参照信号を分けて記憶する手段と、（ｇ）記憶された参照信号に対して平均化されたパルス単位信号を比較的に評価する手段と、を備える。３．特許請求の範囲１に記載の装置であって、前記筋骨組織は骨である。４．特許請求の範囲１に記載の装置であって、前記筋骨組織は軟骨である。５．特許請求の範囲１に記載の装置であって、前記筋骨組織は靱帯である。６．特許請求の範囲１に記載の装置であって、前記筋骨組織は腱である。７．近傍の皮膚に音響結合し、生体内の筋骨組織を通過して伝播させる非侵襲的な超音波トランスデューサを用いて、生体内の筋骨組織の非侵襲的治療処理を行う方法であって、（ａ）前記トランスデューサを近傍の皮膚に前記筋骨部の方向に向けて音響結合するステップと、（ｂ）前記トランスデューサを次式を満たす有限期間複合サイン波励起信号により駆動するステップと、を含み、ここで、ａ_i及びφ_iは、それぞれ周波数ｆ_i（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）に関連する振幅及び位相であり、Ｔは最小周波数ｆ_iの周期の２倍よりも長く設定され、ここで、前記複合サイン波信号は、約２ＭＨｚまでの超音波周波数領に位置する複数の離散した周波数の信号からなり、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返し、さらに、振幅ａ_iは次式に従って選択され、Ｂは平均的な筋骨組織での減衰量を表し、｜Ｈ_t（ｆ_i）｜は前記超音波トランスデューサの強度変換関数であり、これにより、筋骨組織治療用の筋骨組織を通過した音響信号を生成する。８．特許請求の範囲７に記載の方法であって、治療処理とともに筋骨組織の状態が評価され、前記トランスデューサは前記筋骨組織部の両側の近傍の皮膚に結合された２つのトランスデューサのうちの一方であり、前記２つのトランスデューサの他方は、前記筋骨組織部を通過して伝送された信号を受信するトランスデューサであり、（ｃ）平均化されたパルス単位信号を取得するために、一連の信号を平均化することにより各電気的出力信号を順次処理し、各平均を実質的に１ミリ秒を越える予め定められた最小期間に亘って実行するステップと、（ｄ）前記生体への結合とは独立して、既知の音響的特性と路長を有する媒体を介して、前記トランスデューサーと前記励起信号を選択的に使用して参照信号を生成しするステップと、（ｅ）参照信号を分けて記憶するステップと、（ｆ）記憶された参照信号に対して平均化されたパルス単位信号を比較的に評価するステップと、を備える。９．特許請求の範囲７に記載の方法であって、前記筋骨組織は骨である。１０．特許請求の範囲７に記載の方法であって、前記筋骨組織は軟骨である。１１．特許請求の範囲７に記載の方法であって、前記筋骨組織は靱帯である。１２．特許請求の範囲７に記載の方法であって、前記筋骨組織は腱である。１３．任意の時間での骨無機質密度、強度、骨折率、の数値のうちの１つ又は複数を通して明示される生体内の筋骨組織の非侵襲的定量的評価を行う装置であって、近傍の皮膚に音響結合し、生体内の骨部を含む確定された路を通過させる１対の超音波トランスデューサを含むトランスデューサ手段と、前記骨部へ励起信号を適用するために前記トランスデューサの一方に接続される信号ジェネレータ手段と、を備え、前記励起信号は次式を満たす有限期間複合サイン波信号であり、ここで、ａ_i及びφ_iは、それぞれ周波数ｆ_i（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）に関連する振幅及び位相であり、Ｔは最小周波数ｆ_iの周期の２倍よりも長く設定され、ここで、前記複合サイン波信号は、約２ＭＨｚまでの超音波周波数領域に位置する複数の離散した周波数の信号からなり、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返し、さらに、振幅ａ_iは次式に従って選択され、Ｂは平均的な身体部での減衰量を表し、Ｈ_r（ｆ_i）は減衰を無視可能な媒体が２つのトランスデューサ間に配置される時の超音波測定システム全体の強度変換関数であり、前記トランスデューサの他方により受信された信号に応答するように接続され、平均化されたパルス単位信号を取得するために、一連の信号を平均化するように、各受信した信号を順次作用する手段を含み、各平均を実質的に１ミリ秒を越える予め定められた最小期間に亘って実行する信号処理手段と、前記生体への結合とは独立して、既知の音響的特性と路長を有する媒体を介して、前記トランスデューサと前記励起信号を選択的に使用し、参照信号を生成する手段と、前記参照信号を分けて記憶する手段と、前記記憶された参照信号に対して平均化されたパルス単位信号を比較的に評価する手段と、を備える。１４．任意の時間における骨無機質密度、強度、骨折率、の数値のうちの１つ又は複数を通して明示される生体内の筋骨組織の非侵襲的定量的評価を行う装置であって、近傍の皮膚に音響結合し、生体内の骨部を含む確定された路を通過させる１対の超音波トランスデューサを含むトランスデューサ手段と、前記骨部へ励起信号を適用するために前記トランスデューサの一方に接続し、前記励起信号は約２ＭＨｚまでの超音波周波数領域に位置する複数の周波数の信号からなる有限期間信号であり、前記励起信号を１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す信号ジェネレータ手段と、前記トランスデューサの他方により受信された信号に応答するように接続され、平均化されたパルス単位信号を取得するために、一連の信号を平均化するように、受信した信号を順次処理する手段を含み、各平均を実質的に１ミリ秒を越える予め定められた最小期間に亘って実行する信号処理手段と、前記生体への結合とは独立して、既知の音響的特性と路長を有する媒体を介して、前記トランスデューサーと前記励起信号を選択的に使用し、参照信号を生成する手段と、前記参照信号のフーリエ変換を生成する手段と、前記平均化されたパルス単位信号のフーリエ変換を生成する手段と、骨変換関数を生成するために前記フーリエ変換を比較的に評価する手段と、前記骨変換関数に関連した周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）を導出するために前記骨変換関数を処理する手段と、前記特定減衰関数μ（ｆ）及び前記群速度関数Ｖ_g（ｆ）に応答するように接続されたニューラルネットワークを含み、前記ニューラルネットワークを前記数値の１つ又は複数の推定値を生成するように構成する手段と、を備える。１５．任意の時間での骨無機質密度、強度、骨折率、の数値のうちの１つ又は複数を通して明示される生体内の筋骨組織の状態の非侵襲的定量的評価を行う装置であって、近傍の皮膚に音響結合し、生体内の骨組織部を含む確定された路を通過させる１対の超音波トランスデューサを含むトランスデューサ手段と、前記骨部へ励起信号を適用するために前記トランスデューサの１つに接続され、前記励起信号は約２ＭＨｚまでの超音波周波数領域に位置する複数の周波数の信号からなる有限期間信号であり、前記励起信号を１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す信号ジェネレータ手段と、前記トランスデューサの他方により受信された信号に応答するように接続され、前記受信された信号のフーリエ変換を生成する信号処理手段と、前記生体への結合とは独立して、既知の音響的特性と路長を有する媒体を介して、前記トランスデューサと前記励起信号を選択的に使用し、参照信号を生成する手段と、前記参照信号のフーリエ変換を生成する手段と、骨変換関数を生成するために前記フーリエ変換を比較的に評価する手段と、前記骨変換関数に関連した周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）を導出するために前記骨変換関数を処理するものであり、平均化されたパルス単位の特定減衰関数μ（ｆ）を取得するために、一連の特定減衰関数μ（ｆ）を平均化するように、受信された信号を順次処理する手段と、平均化されたパルス単位の群速度関数Ｖ_g（ｆ）を取得するために一連の周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）を平均化するように、受信された信号を順次処理する手段と、をさらに備え、各平均を実質的に１ミリ秒を越える予め定められた最小期間に亘って実行する更なる手段と、前記平均化された特定減衰関数μ（ｆ）及び前記平均化された群速度関数Ｖ_g （ｆ）に応答するように接続されたニューラルネットワークを含み、前記ニューラルネットワークは前記数値の１つ又は複数の推定値を生成するように構成されている手段と、を備える。１６．任意の時間での骨無機質密度、強度、骨折率、の数値のうちの１つ又は複数を通して明示される生体内の筋骨組織の状態を非侵襲的定量的評価を行う装置であって、近傍の皮膚に音響結合し、生体内の骨組織部を含む確定された路を通過させる１対の超音波トランスデューサを含むトランスデューサ手段と、前記骨組織部へ励起信号を適用するために前記トランスデューサの１つに接続され、前記励起信号は約２ＭＨｚまでの超音波周波数領域に位置する複数の周波数の信号からなる有限期間波信号であり、前記励起信号を１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す信号ジェネレータ手段と、前記トランスデューサの他方により受信された信号に応答するように接続され、前記受信された信号のフーリエ変換を生成する信号処理手段と、前記生体への結合とは独立して、既知の音響的特性と路長を有する媒体を介して、前記トランスデューサと前記励起信号を選択的に使用し、参照信号を生成する手段と、前記参照信号のフーリエ変換を生成する手段と、各前記受信信号に対する骨変換関数を計算するため、前記フーリエ変換を比較的に評価し、平均化されたパルス単位の骨変換関数を取得するために一連の骨変換関数算出値を平均化するように、受信された信号を順次処理し、各平均を実質的に１ミリ秒を越える予め定められた最小期間に亘って実行し、前記平均化されたパルス単位の骨変換関数に関連した周波数依存特定減衰関数 μ（ｆ）及び周波数依存群速度関数Ｖ_g（ｆ）を導くために平均化されたパルス単位の前記骨変換関数を処理する手段を含む更なる手段と、前記特定減衰関数μ（ｆ）及び前記群速度関数Ｖ_g（ｆ）に応答するように接続されたニューラルネットワークを含み、前記ニューラルネットワークは前記数値の１つ又は複数の推定値を生成するように構成されている手段と、を備える。１７．特許請求の範囲１４、１５、１６のいずれか１つに記載の装置であって、前記有限期間信号は、複数の離散した周波数の信号からなる複合サイン波信号である。１８．特許請求の範囲１３又は１４に記載の装置であって、前記信号処理手段は、現在の平均化された受信信号の分散度の評価をオンラインで処理する手段を備え、前記評価は２つの時間、即ち、（ａ）予め定められた最小の分散を取得するために必要な時間、（ｂ）予め定められた最大時間、のうち、短い方の時間で実行される。１９．特許請求の範囲１５に記載の装置であって、前記更なる手段は、前記骨変換関数に関連した現在の平均化されたパルス単位の特定減衰関数μ（ｆ）の分散度の評価をオンラインで処理する手段を備え、前記評価は２つの時間、即ち、（ａ）予め定められた最小の分散を取得するために必要な時間、（ｂ）予め定められた最大時間、のうち、短い方の時間で実行される。２０．特許請求の範囲１５に記載の装置であって、前記更なる手段は、前記骨変換関数に関連した現在の平均化されたパルス単位の群速度関数Ｖ_g（ｆ）の分散度の評価をオンラインで処理する手段を備え、前記評価は２つの時間、即ち、（ａ）予め定められた最小の分散を取得するために必要な時間、（ｂ）予め定められた最大時間、のうち、短い方の時間で実行される。２１．特許請求の範囲１５に記載の装置であって、前記更なる手段は、前記骨変換関数に関連した現在の平均化されたパルス単位の特定減衰関数μ（ｆ）の分散度の評価をオンラインで処理する第１の手段と、前記骨変換関数に関連した現在の平均化されたパルス単位の群速度関数Ｖ_g（ｆ）の分散度の評価をオンラインで処理する第２の手段と、を備え、前記評価は２つの時間、即ち、（ａ）前記評価の双方において予め定められた最小の分散を取得するために必要な時間、（ｂ）予め定められた最大時間、のうち、短い方の時間で実行される。２２．特許請求の範囲１６に記載の装置であって、前記更なる手段は、現在の平均化された骨変換関数の分散度の評価をオンラインで処理する手段を備え、前記評価は２つの時間、即ち、（ａ）予め定められた最小の分散を取得するために必要な時間、（ｂ）予め定められた最大時間、のうち、短い方の時間で実行される。２３．特許請求の範囲１３乃至１６のいずれか１つに記載の装置であって、前記トランスデューサの一方は、送信／受信機能に適合しており、前記信号処理手段は、骨からの表面近傍の反射波のラウンドトリップ通過時間を計算し、それにより、断面における軟部組織の厚さの測定を実行し、前記断面における軟部組織の厚さは、軟部組織の影響に対して前記特定減衰関数及び前記群速度関数を補正するために用いられる。２４．特許請求の範囲１３乃至１６のいずれか１つに記載の装置であって、前記トランスデューサ手段は、送信／受信機能に適合した他のトランスデューサを含み、前記信号処理手段は、骨からの表面近傍の反射波のラウンドトリップ通過時間を計算し、それにより、断面における軟部組織の厚さの測定を実行し、前記断面における軟部組織の厚さは、軟部組織の影響に対して前記特定減衰関数及び前記群速度関数を補正するために用いられる。２５．特許請求の範囲１３乃至１６のいずれか１つに記載の装置であって、前記トランスデューサ手段は、送信／受信機能に適合し、互いに間隔をあけて配置され、骨部上の異なる方向を向いた応答面用の２つのトランスデューサを含み、前記信号処理手段は、骨からの表面近傍の各反射波のラウンドトリップ通過時間を計算し、それにより、各応答面に対する断面における軟部組織の厚さの測定を実行し、前記断面における軟部組織の厚さは、軟部組織の影響に対して前記特定減衰関数及び前記群速度関数を補正するために用いられる。２６．特許請求の範囲１３乃至１６のいずれか１つに記載の装置であって、各前記トランスデューサは、送信／受信機能に適合し、前記信号処理手段は、骨から前記トランスデューサの一方への表面近傍の反射波のラウンドトリップ通過時間を計算し、また、骨から前記トランスデューサの他方への表面近傍の反射波のラウンドトリップ通過時間を計算し、それにより、骨の両側の断面における軟部組織の厚さの測定を実行し、前記断面における軟部組織の厚さは、軟部組織の影響に対して前記特定減衰関数及び前記群速度関数を補正するために用いられる。２７．特許請求の範囲１４、１５、１６のいずれか１つに記載の装置であって、各前記周波数依存関数、即ち、μ（ｆ）及びＶ_g（ｆ）は各多項式に対して有限の係数の組を有する多項式で処理され、多項式の係数を前記ニューラルネットワークの入力とする手段を含む。２８．特許請求の範囲１４、１５、１６のいずれか１つに記載の装置であって、各前記周波数依存関数、即ち、μ（ｆ）及びＶ_g（ｆ）は各多項式に対して有限の係数の組を有する多項式で処理され、多項式の係数を前記ニューラルネットワークの入力とする手段を含み、前記多項式の係数は０から４までの範囲の多項式の次数用である。２９．特許請求の範囲１４、１５、１６のいずれか１つに記載の装置であって、前記ニューラルネットワークは、年齢、性別、体重、身長、骨組織の厚さ、組織全体の厚さ、精神状態、骨密度測定値、により構成される群から選択された入力を受け取る。３０．所定の時間での骨無機質密度、強度、骨折率、の数値のうちの１つ又は複数を通して明示される生体内の筋骨組織の非侵襲的定量的評価を行う装置であって、近傍の皮膚に音響結合し、生体内の骨部を含む確定された路を通過させる１対の超音波トランスデューサを含むトランスデューサ手段と、前記骨部へ励起信号を適用するために前記トランスデューサの一方に接続され、前記励起信号は、約２ＭＨｚまでの超音波周波数領域においてガウス振幅変調された正弦波形を生成するように構成され、前記励起信号を１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す信号ジェネレータ手段と、前記トランスデューサの他方により受信された信号に応答するように接続され、前記信号を復調する手段を含む信号処理手段と、復調された信号のパラメータの組を抽出し、平均化されたパルス単位信号パラメータの組を取得するために、一連の前記信号パラメータの組を平均化する手段を含む手段と、前記生体への結合とは独立して、既知の音響的特性と路長を有する媒体を介して、前記トランスデューサーと前記励起信号を選択的に使用し、参照信号を生成する手段と、前記参照信号を復調し、復調された参照信号パラメータの組を抽出する手段を含む手段と、復調された信号パラメータの組と復調された参照信号パラメータの組とから、周波数依存特定減衰関数μ（ｆ）の多項式の係数と骨変換関数の位相Φ（ｆ）の多項式の係数とを導出する手段と、骨変換関数の位相Φ（ｆ）から周波数依存群速度Ｖ_g（ｆ）を導出する手段と、 μ（ｆ）と前記群速度関数との多項式の係数の組に応答するように接続されたニューラルネットワークを含み、前記ニューラルネットワークは前記数値の１つ又は複数の推定値を生成するように構成されている手段と、を備える。３１．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、前記励起は、２ＭＨｚまでの超音波周波数領域において正弦波的に振幅復調された正弦波形を生成するように構成され、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す。３２．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、前記励起は、２ＭＨｚまでの超音波周波数領域において正弦波的に周波数変調された正弦波形を生成するように構成され、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す。３３．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、前記励起は、２ＭＨｚまでの超音波周波数領域において正弦波的に振幅変調されかつ正弦波的に周波数変調された正弦波形を生成するように構成され、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す。３４．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、前記励起信号は、２ＭＨｚまでの超音波周波数領域において、複数の周波数を含むガウス振幅変調された正弦波形の重ね合わせを生成するように構成され、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す。３５．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、前記励起信号は、２ＭＨｚまでの超音波周波数領域における複数の周波数の連続的に供給される組からなるガウス振幅変調された正弦波形を生成するように構成され、前記励起信号は１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲で繰り返す。３６．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、周波数依存特定減衰関数の前記係数はμ₂＝０に制限される。３７．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、骨変換関数位相の前記係数はΦ₂＝０として制限される。３８．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、特定減衰関数多項式の前記係数と骨変換関数位相の前記係数の双方は、μ₂＝０とΦ₂＝０として制限される。３９．特許請求の範囲３０に記載の装置であって、前記復調とμ（ｆ）及び群速度関数Ｖ_g（ｆ）の多項式の係数の導出はリアルタイムで実行される。