JPH10179575A - 骨粗鬆症診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な操作でトランスデューサの向きを確実
かつ正確に変化させて、信頼性の高い診断を行えるよう
にする。 【解決手段】 ＣＰＵは、駆動回路を介して３台のステ
ッピングモータを制御し、各ステッピングモータに接続
されたフレキシブルワイヤ２２ａ，２２ｂ，２２ｃによ
ってトランスデューサ１の向きを所定の範囲内で小刻み
に変化させる。これに伴い、トランスデューサ１は、そ
の送受波方向を変えながら、被験者の皮質骨に向けて超
音波ビームパルスを繰り返し放射し、骨表面を超音波ビ
ームパルスで走査する一方で、皮質骨からのエコーをそ
の都度受波する。受波信号がデジタルエコー信号に変換
された後、ＣＰＵは、エコーレベルを検出し、トランス
デューサ１の各向きにおいて検出されたエコーレベルの
中から最大エコーレベルを抽出し、該最大エコーレベル
に基づいて皮質骨の音響インピーダンスを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、骨粗鬆症診断装
置に係り、超音波ビームパルスを被験者の所定の皮質骨
に向けて放射し、該皮質骨表面からのエコーレベルを測
定することにより、骨粗鬆症を診断する超音波反射式の
骨粗鬆症装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高齢化社会の到来に伴って、骨粗
鬆症と呼ばれる骨の疾患が問題となっている。これは、
骨からカルシウムが抜け出してスカスカになり、少しの
ショックで折れ易くなる病気で、高齢者をいわゆる寝た
きりにさせる原因の一つにもなっている。骨粗鬆症の物
理的診断は、主として、ＤＸＡ等に代表されるＸ線を使
用する診断装置により、骨の密度を精密に測定すること
によって行われるが、Ｘ線による物理的診断では、装置
が大がかりになる上、使用にあたっては、放射線被曝障
害防止の見地から、いろいろな制約を受ける、という煩
わしい問題を抱えている。

【０００３】そこで、このような不都合が全く起きない
簡易な装置として、超音波を利用する診断装置が普及し
始めてきている。超音波を利用する診断装置では、超音
波が骨組織中を伝搬するときの音速や減衰を計測して、
骨密度や骨の弾性率（弾性的強度）を推定し、低い推定
値が得られれば、それは、骨からカルシウムが抜け出し
たためであると考えることができるので、骨粗鬆症と診
断する。例えば、特開平２−１０４３３７号公報に記載
の診断装置では、一方の超音波トランスデューサから測
定部位である被験者の骨組織に向けて超音波パルスを発
射し、骨組織を透過してきた超音波パルスを他方の超音
波トランスデューサで受波することにより、骨組織中で
の音速を測定し、骨組織内での音速が遅い程、骨粗鬆症
が進行していると診断する。これは、同診断装置が、経
験上骨組織中では音速は骨密度に比例する、という前提
に立って動作するからである。

【０００４】しかしながら、骨密度と音速とを結び付け
る理論的根拠は不確かで、厳密に言うと、骨組織中での
音速は、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、骨の弾性率と
骨密度とは、骨密度が増加すれば骨の弾性率も上昇する
という互いに相殺する形で音速に寄与するために、骨組
織中での音速は骨密度の増加に敏感には応答できず、骨
組織中での音速と骨密度との相関係数は、けっして高く
はない。また、骨密度と超音波の減衰とを結び付ける理
論的根拠も不確かである。したがって、骨組織中での音
速や超音波の減衰についての計測結果から、骨密度や骨
の弾性率を推定するという従来の診断装置に信頼性の高
い診断を求めることには無理があった。

【０００５】このような不都合を解消する手段として、
この出願人の出願に係る特願平６−３１０４４５号公
報、特願平７−１４０７３０号公報、特願平７−１４０
７３４号公報等に記載されているように、単一の超音波
トランスデューサを用いて、被験者の骨組織に向けて超
音波パルスを繰り返し放射し、骨組織から戻ってくるエ
コーを受波し、受波したエコーのうち最大のエコーを抽
出し、この最大エコーが垂直反射のエコーであるとみな
して、抽出された最大エコーに基づいて、垂直反射の場
合に成立する所定の関係式を用いて、反射係数や音響イ
ンピーダンス等の音響特性値を算出し、これらの音響特
性値に基づいて診断する方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報記載の従来方法においては、超音波トランスデューサ
を被験者の皮膚に当てた状態で、骨組織に向けて十分平
面波とみなせる超音波パルスを放射し、垂直反射のエコ
ーを受波するようにしているが、最大のエコーを得るた
めには、操作者が、超音波トランスデューサを被験者の
皮膚に当てた状態で、絶えず送受波面の向きを変化させ
て、最大のエコーが得られる向きを探し当てていたの
で、操作が煩わしい上に、最大のエコーが得られる向き
を見逃す虞もあった。それ故、正確な測定を行うことが
困難であった。

【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、放射線被曝の心配のない簡易型であるにもかか
わらず、骨密度又は骨の弾性率をこの種の従来装置より
も一段と正確（敏感）に推定でき、かつ、手軽に信頼性
の高い診断を行うことのできる骨粗鬆症診断装置を提供
することを目的としている。

【０００８】

【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、超音波トランスデューサを
被験者の所定の皮膚表面に当て、超音波ビームパルスを
上記皮膚下の骨に向けて繰り返し放射し、該骨表面から
のエコーを受波して上記骨の所定の音響特性値を得、得
られた該音響特性値に基づいて、骨粗鬆症を診断する超
音波反射式の骨粗鬆症診断装置であって、上記超音波ト
ランスデューサの送受波方向を自動的に変えながら、上
記骨表面の任意の領域を上記超音波ビームパルスで走査
するためのビーム走査手段と、上記超音波トランスデュ
ーサによって受波された上記骨からのエコーのレベルを
検出するエコーレベル検出手段と、該エコーレベル検出
手段によって繰り返し検出されたエコーレベルの中から
最大エコーレベルを抽出するための最大エコーレベル抽
出手段と、該最大エコーレベル抽出手段によって抽出さ
れた上記最大エコーレベルに基づいて、被験者の骨の上
記音響特性値を算出する音響特性値算出手段とを備えて
なることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の骨粗鬆症診断装置であって、上記超音波トランスデ
ューサは、超音波振動子の送受波面側に生体の軟組織と
音響学的に略同質の液体を容器に充填してなる超音波遅
延スペーサを有し、上記容器の少なくとも底部は弾性体
膜からなることを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記音響特性値
算出手段によって算出される音響特性値は、上記被験者
の骨の音響インピーダンス又は超音波反射係数であるこ
とを特徴としている。

【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項１，
２又は３記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記ビーム
走査手段は、上記超音波トランスデューサを支えなが
ら、その姿勢を変えるために長手軸方向に移動可能な第
１、第２、及び第３の足部材と、これら第１、第２、及
び第３の足部材を駆動するための第１、第２、及び第３
のモータと、これら第１、第２、及び第３のモータの駆
動を制御するための駆動制御手段とを有してなることを
特徴としている。

【００１２】また、請求項５記載の発明は、請求項１，
２又は３記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記ビーム
走査手段は、上記超音波トランスデューサを支えなが
ら、その姿勢を変えるために長手軸周りに回動自在な第
１、第２、及び第３の足部材と、これら第１、第２、及
び第３の足部材を駆動するための第１、第２、及び第３
のモータと、これら第１、第２、及び第３のモータの駆
動を制御するための駆動制御手段とを有してなることを
特徴としている。

【００１３】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の骨粗鬆症診断装置であって、上記超音波トランスデ
ューサの軸周りの所定の部位には、第１、第２、及び第
３の雌ねじ部が設けられていて、これらの雌ねじ部に
は、それぞれの先端部に雄ねじ部を有する第１、第２、
及び第３の足部材が回動自在に螺着されていることを特
徴としている。

【００１４】また、請求項７記載の発明は、請求項５記
載の骨粗鬆症診断装置であって、上記超音波トランスデ
ューサの軸周りの所定の部位には、第１、第２、及び第
３の雄ねじ部が設けられていて、これらの雄ねじ部に
は、それぞれの先端部に雌ねじ部を有する第１、第２、
及び第３の足部材が回動自在に螺着されていることを特
徴としている。

【００１５】また、請求項８記載の発明は、請求項４，
５，６又は７記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記各
足部材の先端部は、上記超音波トランスデューサの軸周
りに、互いに略１２０度の角度間隔で配設されているこ
とを特徴としている。

【００１６】また、請求項９記載の発明は、請求項４，
５，６，７又は８記載の骨粗鬆症診断装置であって、各
足部材は可撓性の線材からなることを特徴としている。

【００１７】さらにまた、請求項１０記載の発明は、請
求項４，５，６，７，８又は９記載の骨粗鬆症診断装置
であって、上記第１、第２、及び第３のモータは、ロー
タリパルスモータ又はリニアパルスモータであることを
特徴としている。

【００１８】

【作用】この発明の構成によれば、ビーム走査手段が作
動して、超音波トランスデューサの送受波方向を自動的
に変えながら、骨表面の任意の領域を超音波ビームパル
スで走査するので、操作者を煩わせることなく、或い
は、操作の巧拙に関係なく、自動的に最大エコーを容易
に受波でき、正確な測定を行うことができる。

【００１９】また、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いう、相乗効果を受ける
ために、音速以上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、（特性）
音響インピーダンスは、これらの相乗効果を受けて、音
速以上に敏感に応答して顕著に減少する。それ故、骨の
音響インピーダンスは、骨密度を判断する上で、良い指
標となる。例えば、骨の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
ンスを骨密度の指標とする代わりに、骨の音響インピー
ダンスの単調増加関数である軟組織と骨表面での超音波
反射係数を骨密度の指標としても、上述したと同様の効
果を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 ◇第１実施例 図１は、この発明の第１実施例である骨粗鬆症診断装置
の外観斜視図、図２は、同平面図、図３は、同側面図、
図４は、同装置に用いられる超音波トランスデューサの
構成を示す断面図、図５は、同装置の電気的構成を示す
ブロック図、図６は、同装置の使用状態を示す模式図、
図７は、同装置の動作処理手順を示すフローチャート、
図８は、同装置の動作の説明に用いられる図、また、図
９は、同装置の動作の説明に用いられる図である。ま
ず、この例の骨粗鬆症診断装置の機械的構成から説明す
る。同骨粗鬆症診断装置は、図１乃至図６に示すよう
に、超音波ビームパルスを測定部位である皮質骨Ｍｂに
向けて放射すると共に、皮質骨Ｍｂからのエコーを受波
するための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、トランスデューサ１の向き
を変化させ、軟組織Ｍａと皮質骨Ｍｂとの境界面Ｙの任
意の領域を超音波ビームパルスで走査するための走査機
構２と、受波されたエコーのレベルを、例えば、液晶指
針パターンで表示するレベルメータ３と、液晶ディスプ
レイ等からなり、測定結果等を表示する表示器４と、ト
ランスデューサ１や走査機構２等を搭載した状態で被験
者の所定の部位に固定される基体５とから概略構成され
ている。

【００２１】この例のトランスデューサ１は、電気パル
ス信号が所定の周期で入力される度に、これに応答し
て、皮質骨Ｍｂ（例えば、脛骨下部）に向けて超音波ビ
ームパルスＡｉを発射すると共に、骨から戻ってくるエ
コー（以下、骨エコーという）Ａｅを受波して受波信号
（電気信号）に変換する超音波振動子１１が、超音波振
動子１１を支持するための、例えば、外径が略３０ｍｍ
の支持体１２の一端面１２ａに取着され、容器１３ａの
中に水１３ｂが充填されてなるウォータバッグ１３が、
開口を支持体１２によって塞がれるように支持体１２の
端面１２ａと反対側の端面１２ｂ側に配設されて概略構
成されている。ここで、超音波振動子１１は、チタンジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の球面状の厚み振動型圧電素子
の両面に電極層が形成されてなり、送受波面１１ａは、
曲率半径が略６０ｍｍの凹面を形成し、また、直径は略
２４ｍｍである。また、支持体１２は、樹脂製又はゴム
製の部材であり、端面１２ａは凸状の湾曲面を、端面１
２ｂは凹状の湾曲面を形成してなり、かつ、両端面１２
ａ，１２ｂは、共に超音波振動子１１の送受波面１１ａ
の曲率中心と同一の曲率中心を有している。また、ウォ
ータバッグ１３において、容器１３ａは、外径が略３０
ｍｍのステンレス鋼製の筒状部材からなる側壁部の下端
部に、変形自在のゴム製の袋状部材が取着されてなって
いる。ウォータバッグ１３は高さが略５０ｍｍであり、
上記袋状部材を変形させることによって、略±５ｍｍの
範囲内で調整が可能なように設計されている。ここで、
送受波面１１ａの曲率半径やウォータバッグ１３の高さ
等は、トランスデューサ１を被験者の皮膚の表面Ｘに当
てて、皮質骨Ｍｂに向けて超音波ビームパルスＡｉを発
射した際に、収束した超音波ビームパルスＡｉのスポッ
ト径が、軟組織織Ｍａと皮質骨Ｍｂとの境界面Ｙにおい
て、微調整のみで略最小となるように、すなわち、境界
面Ｙが集束点位置となるように設定されている。

【００２２】走査機構２は、回転運動を行う３台のステ
ッピングモータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、先端部に雄
ねじ部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃを有し、後端部側
でそれぞれステッピングモータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
に接続されているフレキシブルワイヤ２２ａ，２２ｂ，
２２ｃと、トランスデューサ１の容器１３ａの側壁部の
下部に固定された取付金具２３に支持され、雄ねじ部２
２ａ，２２ｂ，２２ｃとそれぞれ螺合するナット２４
ａ，２４ｂ，２４ｃとを有してなっている。ここで、基
体５は、略平板状の部材からなり、トランスデューサ１
の底部を挿入するための断面が円形の挿入孔５ａが設け
られていると共に、測定の際に被験者の測定部位の直上
の皮膚の表面Ｘに当接される当接面５ｂと、当接面５ｂ
の反対側において、走査機構２のステッピングモータ２
１ａ，２１ｂ，２１ｃや種々の電子部品が実装された配
線基板やこれらを覆うカバー等が搭載されている搭載面
５ｃとを有してなっている。

【００２３】また、フレキシブルワイヤ２２ａ，２２
ｂ，２２ｃは、測定の際には、先端が基体５の搭載面５
ｃの所定の部位を略垂直方向から圧接した状態で用いら
れ、また、ナット２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、取付金具
２３によってトランスデューサ１の中心軸の周りに互い
に１２０度の角度間隔で配設されている。ステッピング
モータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが回転運動を行うと、こ
の運動に従ってフレキシブルワイヤ２２ａ，２２ｂ，２
２ｃも長手軸の周りに回転し、雄ねじ部２２１ａ，２２
１ｂ，２２１ｃの回転によってナット２４ａ，２４ｂ，
２４ｃが、それぞれ、フレキシブルワイヤ２２ａ，２２
ｂ，２２ｃの長手軸方向に沿って移動して（ナット２４
ａ，２４ｂ，２４ｃから搭載面５ｃまでの距離が変化し
て）、トランスデューサ１が変位する。

【００２４】次に、この例の骨粗鬆症診断装置の電気的
構成について説明する。同骨粗鬆症診断装置は、上記ト
ランスデューサ１と、走査機構２と、レベルメータ３
と、表示器４と、パルス発生器６１と、整合回路６２
と、増幅器６３と、波形整形器６４と、Ａ／Ｄ変換器６
５と、ＲＯＭ６６と、ＲＡＭ６７と、ＣＰＵ（中央処理
装置）６８と、駆動回路６９ａ，６９ｂ，６９ｃとから
概略構成されている。パルス発生器６１は、ケーブルを
介してトランスデューサ１に接続され、中心周波数略１
ＭＨｚの電気パルス信号を所定の周期で繰り返し生成し
て、トランスデューサ１に送信する。整合回路６２は、
ケーブルを介して接続されるトランスデューサ１と装置
本体２との間で、最大のエネルギ効率で信号の授受がで
きるように、インピーダンスの整合を行う。それゆえ、
受波信号は、トランスデューサ１の超音波振動子１１が
骨エコーＡｅを受波する度に、トランスデューサ１から
出力され、整合回路６２を介して、エネルギの損失なし
に、増幅器６３に入力される。

【００２５】増幅器６３は、整合回路６２を経由して入
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６４に入力する。波形整形器６４は、ＬＣ構成のバ
ンドパスフィルタからなり、増幅器６３によって増幅さ
れた受波信号にフィルタ処理を施して、ノイズ成分を除
去すべく線形に波形整形した後、Ａ／Ｄ変換器６５に入
力する。Ａ／Ｄ変換器６５は、図示せぬサンプルホール
ド回路、サンプリングメモリ（ＳＲＡＭ）等を備え、Ｃ
ＰＵ６８のサンプリング開始要求に従って、入力される
波形整形器６４の出力信号（波形整形されたアナログの
受波信号）を所定の周波数（例えば１２ＭＨｚ）でサン
プリングしてデジタルエコー信号（以下、骨エコー信号
という）に順次変換し、得られた骨エコー信号を一旦自
身のサンプリングメモリに格納した後、ＣＰＵ６８に送
出する。

【００２６】ＲＯＭ６６は、オペレーティングシステム
（ＯＳ）の他に、ＣＰＵ６８が骨粗鬆症診断のために実
行する処理プログラムを格納する。この処理プログラム
は、トランスデューサ１に所定の姿勢をとらせるための
角度変位を与えるステッピングモータ２１ａ，２１ｂ，
２１ｃのそれぞれの回転角度を算出する手順、１パルス
１エコー毎にＡ／Ｄ変換器６５から骨エコー信号を取り
込んで骨エコーレベルを検出する手順、このようにして
検出された多数の骨エコーレベルの中から最大骨エコー
レベルを抽出する手順、抽出された最大骨エコーレベル
に基づいて、被験者の軟組織Ｍａに対する骨の超音波反
射係数Ｒを算出する手順、及び算出された骨の超音波反
射係数Ｒに基づいて、被験者の皮質骨Ｍｂの音響インピ
ーダンスＺｂを算出する手順等が記述されている。

【００２７】この処理プログラムでは、図８に示すよう
に、所定の軸、例えば、基体５の挿入孔５ａの中心軸と
搭載面５ｃを含む平面との交点を原点Ｏとし、挿入孔５
ａの中心軸に重なり、基体５の当接面ｂから搭載面５ｃ
へ向かう方向が正の方向となる座標軸をｚ軸、搭載面５
ｃ上の基体５の幅の中心線に重なり、原点Ｏからステッ
ピングモータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが搭載されている
側へ向かう方向が正の方向となる座標軸をｘ軸、ｘ軸及
びｚ軸に直交する座標軸をｙ軸とすると、トランスデュ
ーサ１（の音波振動子１１）の中心軸がそれぞれｘ−ｚ
平面及びｙ−ｚ平面に投影された直線が、ｚ軸（挿入孔
５ａの中心軸）となすｘ軸方向変位角α［ｒａｄ］、ｙ
軸方向変位角β［ｒａｄ］と、ステッピングモータ２１
ａ，２１ｂ，２１ｃのそれぞれのモータ回転角θa［ｒ
ａｄ］，θb，θcとの関係は、式（１）、式（２）、及
び式（３）によって与えられる。

【００２８】

【数１】 θa＝２π｛−αｒ｝／ｐ …（１）

【００２９】ｐ：雄ねじ部２２１ａ，２２１ｂ，２２１
ｃ及びナット２４ａ，２４ｂ，２４ｃのねじのピッチ
［ｍｍ］ ｒ：ｚ軸からフレキシブルワイヤ２２ａ，２２ｂ，２２
ｃの先端までの距離［ｍｍ］

【００３０】

【数２】 θb＝２π｛−αｒｃｏｓ（２π／３）−βｒｓｉｎ（２π／３）｝／ｐ …（２）

【００３１】

【数３】 θc＝２π｛−αｒｃｏｓ（２π／３）＋αｒｓｉｎ（２π／３）｝／ｐ …（３）

【００３２】また、この処理プログラムでは、被験者の
皮質骨Ｍｂの音響インピーダンスＺｂは、式（４）によ
って与えられる。

【００３３】

【数４】 Ｚｂ＝Ｚａ（Ｒ＋１）／（１−Ｒ） …（４）

【００３４】Ｚａ：軟組織Ｍａの音響インピーダンス
（既知） ここで、超音波ビームパルスＡｉの入射方向（すなわ
ち、超音波振動子１１の送受波面１１ａの中心軸に平行
な方向）が軟組織Ｍａと皮質骨Ｍｂとの境界面Ｙに略垂
直であるときには、被験者の軟組織Ｍａに対する超音波
反射係数Ｒは、式（５）で表される。ところで、骨エコ
ーレベルは、超音波ビームパルスＡｉの入射方向が境界
面Ｙに略垂直であるときに極大となる。したがって、こ
の例によって抽出される最大骨エコーレベルは、後述す
るように、超音波インパルスＡｉが境界面Ｙに略垂直に
入射したときに得られるので、抽出された最大骨エコー
レベルから算出される超音波反射係数Ｒは、式（５）に
よって与えられる超音波反射係数Ｒと一致する。それゆ
え、式（５）を変形することにより、式（４）が得られ
る。

【００３５】

【数５】 Ｒ＝(Ｚｂ−Ｚａ)／(Ｚｂ＋Ｚａ) …（５）

【００３６】ここで、軟組織Ｍａの音響インピーダンス
Ｚａは、軟組織に音響学的性質が類似した水の音響イン
ピーダンスで代用される。すなわち、［Ｚａ＝１．５×
１０ ⁶ｋｇ／ｍ²ｓｅｃ］とする。

【００３７】ＲＡＭ６７は、ＣＰＵ６８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、データエリアには、今回検出
された骨エコーレベル（今回骨エコーレベル）や、これ
まで検出された骨エコーレベルの中から抽出された最大
骨エコーレベルを記憶するエコーデータメモリエリア、
今回受波された骨エコー波形（今回骨エコー波形）や最
大骨エコーレベルが検出されたときに受波された最大骨
エコー波形を記憶する波形メモリエリア等が設定されて
いる。ＣＰＵ６８は、ＲＯＭ６７に格納されている上述
した各種処理プログラムをＲＡＭ６７を用いて実行する
ことにより、パルス発生器６１やＡ／Ｄ変換器６５を始
め装置各部を制御する。例えば、駆動回路６９ａ，６９
ｂ，６９ｃを介して走査機構２を制御して、トランスデ
ューサ１の向きを変化させて角度スキャニングを行わせ
る。すなわち、ｘ軸方向変位角αを一定として，ｙ軸方
向変位角βを所定の範囲（β₁≦β≦β₂）内で、増分Δ
βずつ変化させ、各ｘ軸方向変位角α，ｙ軸方向変位角
βにおいて、骨エコーレベルを検出する。そして、ｘ軸
方向変位角αを所定の範囲（α₁≦α≦α₂）内で、増分
Δαずつ変化させ、同様の制御等を行う。ここで、ｘ軸
方向変位角α，ｙ軸方向変位角βは、例えば、略±１０
度の範囲内で変化させるようにする。

【００３８】また、１パルス１エコー毎にＡ／Ｄ変換器
６５から骨エコー信号を取り込んで骨エコーレベルを検
出し、さらに、トランスデューサ１の所定の姿勢におい
て得られた骨エコーレベルの中から最大骨エコーレベル
を抽出し、抽出された最大骨エコーレベルの値に基づい
て、被験者の軟組織Ｍａに対する皮質骨Ｍｂの超音波反
射係数Ｒを算出し、算出された超音波反射係数Ｒに基づ
いて、被験者の皮質骨Ｍｂの音響インピーダンスＺｂを
算出して骨粗鬆症の診断を行う。また、駆動回路６９
ａ，６９ｂ，６９ｃは、それぞれ、ステッピングモータ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃを駆動するための回路であっ
て、ＣＰＵ６８から与えられる制御信号に従って、所定
の周波数及び大きさのパルス信号をステッピングモータ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃに供給する。

【００３９】ここで、レベルメータ３は、ＣＰＵ６８に
よって制御され、ＲＡＭ６７に記憶されている今回骨エ
コーレベルを図１及び図２に破線で示す液晶指針パター
ン４ａの振れとして、また、今回までに検出された中で
の最大骨エコーレベルを同図に実線で示す液晶指針パタ
ーン３ｂの振れとして同時に表示する。また、表示器４
は、ＣＰＵ６８の制御により、最大骨エコーレベル（測
定値）、超音波反射係数Ｒ（算出値）、音響インピーダ
ンスＺｂ（算出値）、今回骨エコー波形や最大骨エコー
波形等が画面表示される。

【００４０】次に、図６乃至図９を参照して、この例の
動作（骨粗鬆症診断時における主としてＣＰＵ６８の処
理の流れ）について説明する。装置に電源が投入される
と、ＣＰＵ６８は、装置各部のプリセット、カウンタや
各種レジスタの初期設定を行った後（ステップＳＰ１０
（図７））、測定開始スイッチが押下されるのを待つ
（ステップＳＰ１１）。ここで、操作者は、図６に示す
ように、被験者の測定部位である皮質骨Ｍｂ（例えば、
脛骨下部）を覆う軟組織Ｍａの表面（皮膚の表面Ｘ）に
超音波ゲルＧを塗り、この例の骨粗鬆症診断装置を被験
者の、例えば、下肢の下部に載せて手で支持し、超音波
ゲルＧを介してトランスデューサ１のウォータバッグ１
３が皮膚の表面Ｘに当たるようにし、かつ、超音波振動
子１１の送受波面１１ａを皮質骨Ｍｂに向けた状態で、
測定開始スイッチをオンとする。測定開始スイッチがオ
ンとされると（ステップＳＰ１１）、ＣＰＵ６８は、図
７に示す処理手順に従って診断動作を開始する。

【００４１】次に、ステップＳＰ１２へ進み、ＣＰＵ６
８は、まず、ｘ軸方向変位角α、ｙ軸方向変位角βの値
を、それぞれ、［α＝α₁］、［β＝β₁］に設定する。
そして、ステップＳＰ１３において、ｘ軸方向変位角α
が、所定の値α₂に達したかどうかを、また、ステップ
ＳＰ１４において、ｙ軸方向変位角βが、所定の値β ₂
に達したかどうかを判断するが、今は、初回の判断であ
るので、ステップＳＰ１６へ進む。ＣＰＵ６８は、ステ
ップＳＰ１６において、トランスデューサ１の姿勢が、
ｘ軸方向変位角αについて［α＝α₁］、ｙ軸方向変位
角βについて［β＝β₁］の状態とするために、式
（１）、式（２）、及び式（３）に、それぞれ、［α＝
α ₁］、［β＝β₁］を代入して、モータ回転角θa，θ
b，θcを算出する。算出されたモータ回転角θa，θb，
θcに基づいて制御信号を、駆動回路６９ａ，６９ｂ，
６９ｃへ送出し、ステッピングモータ２１ａ，２１ｂ，
２１ｃが所望量回転するようにし、トランスデューサ１
を変位させる（ステップＳＰ１７）。

【００４２】次に、ＣＰＵ６８は、パルス発生器６１に
１パルス発生命令を発行する（ステップＳＰ１８）。パ
ルス発生器６１は、ＣＰＵ６８から１パルス発生命令を
受けると、電気パルス信号をトランスデューサ１に送信
する。トランスデューサ１は、パルス発生器６１から電
気パルス信号の供給を受けると、被験者の皮質骨Ｍｂに
向けて超音波ビームパルスＡｉを発射する。発射された
超音波ビームパルスＡｉは、支持体１２中及びウォータ
バッグ１３の水１３ｂ中を集束点へ向かって収束しなが
ら伝播して皮膚の表面Ｘに達する。この超音波ビームパ
ルスＡｉは、皮膚の表面Ｘで一部が反射され、残りが皮
膚の表面Ｘから、なおも収束しながら軟組織Ｍａ内に注
入され、軟組織Ｍａと皮質骨Ｍｂとの境界面Ｙにおいて
略集束点位置に達して、ビームの大きさは最小となる。

【００４３】そして、軟組織Ｍａと皮質骨Ｍｂとの境界
面Ｙで一部が反射して骨エコーＡｅとなり、一部は、発
散しながら皮質骨Ｍｂ内を伝播していき、一部は皮質骨
Ｍｂに吸収され、残りは皮質骨Ｍｂを透過する。骨エコ
ーＡｅは、発散しながら入射超音波ビームパルスＡｉと
は逆の経路を辿り、再びトランスデューサ１の超音波振
動子１１によって受波される。ここで、境界面Ｙで反射
して戻ってきた骨エコーＡｅは、図９（ａ）に示すよう
に、超音波ビームパルスＡｉの入射方向（すなわち、超
音波振動子１１の送受波面１１ａの中心軸）と境界面Ｙ
における法線の方向とが略一致しているときは、略その
全てが超音波振動子１１によって受波される。

【００４４】それ故、超音波ビームパルスＡｉの発射
後、まず、送信残響が、続いて、皮膚の表面Ｘからのエ
コー（以下、表面エコーという）が、少し遅れて、骨エ
コーＡｅが超音波振動子１１によってそれぞれ受波され
て、超音波の波形と振幅に対応する受波信号にそれぞれ
変換される。また、同図においては、超音波ビームパル
スＡｉの境界面Ｙへの入射角（超音波振動子１１の送受
波面１１ａの中心軸と境界面Ｙにおける法線とがなす角
度）θが略０の場合、すなわち、超音波ビームパルスＡ
ｉが境界面Ｙに対して略垂直に入射する場合について例
示したが、入射角θが大きい程、境界面Ｙで反射した骨
エコーＡｅのうち、超音波振動子１１によって受波され
ないエコーの割合は増加する（同図（ｂ）参照）。

【００４５】生成された受波信号は、ケーブルを介して
整合回路６２に入力され、増幅器６３において所定の増
幅度で増幅され、波形整形器６４において線形に波形整
形された後、Ａ／Ｄ変換器６５に入力される。ＣＰＵ６
８は、パルス発生器６１に１パルス発生命令を送出した
後（ステップＳＰ１８）、超音波振動子１１によって送
信残響が受波され、続いて、表面エコーが受波された
後、骨エコーＡｅがトランスデューサ１の超音波振動子
１１の送受波面１１ａに戻ってくる時刻を見計らって、
Ａ／Ｄ変換器６５に、サンプリング開始命令を発行する
（ステップＳＰ１９）。Ａ／Ｄ変換器６５は、ＣＰＵ６
８からサンプリング開始命令を受けると、波形整形器６
４において波形整形された後、入力される皮質骨Ｍｂか
らの１エコー分の受波信号を、所定の周波数（例えば１
２ＭＨｚ）でサンプリングしてデジタル信号に変換し、
得られたＮ個のサンプル値（１エコー分のデジタル信
号）を一旦自身のサンプリングメモリに格納する。この
後、ＣＰＵ６８からの転送要求に応じて、サンプリング
メモリに格納されたＮ個のサンプル値をＣＰＵ６８に順
次送出する。

【００４６】ＣＰＵ６８は、Ａ／Ｄ変換器６５からＮ個
のサンプル値を順次取り込んで、今回骨エコー波形とし
て、ＲＡＭ６７の波形メモリエリアに記憶した後、Ｎ個
のサンプル値の中から最も大きな値を抽出することによ
り、今回骨エコーレベル（今回骨エコーの振幅）を検出
し、検出結果をＲＡＭ６７のエコーデータメモリエリア
に格納する（ステップＳＰ２０）。

【００４７】ステップＳＰ２１において、ＣＰＵ６８
は、ＲＡＭ６７に格納された今回骨エコーレベルを、図
１及び図２に破線で示すように、レベルメータ３に液晶
指針パターン３ａの振れとして表示させる。次に、ステ
ップＳＰ２２において、ＣＰＵ６８は、ＲＡＭ６７内の
エコーデータメモリエリアから今回骨エコーレベルと最
大骨エコーレベルを読み出して、今回骨エコーレベルの
値が、最大骨エコーレベルの値よりも大きいか否かを判
断する。今回は、初回目の判断であり、最大骨エコーレ
ベルの値は、初期設定値「０」のままなので、ＣＰＵ６
８は、今回骨エコーレベルの値が、最大骨エコーレベル
の値よりも大きいと判断し、ＲＡＭ６７のエコーデータ
メモリエリアに記憶されている最大骨エコーレベルの値
を今回骨エコーレベルの値に書き換え、さらに、ＲＡＭ
６７の波形メモリエリアに記憶されている最大骨エコー
波形を今回骨エコー波形に書き換える（ステップＳＰ２
３）。そして、更新された最大骨エコー波形を、表示器
４に画面表示すると共に、更新された最大骨エコーレベ
ルを、図１及び図２に実線で示すように、レベルメータ
３に液晶指針パターン３ｂの振れとして表示する（ステ
ップＳＰ２４）。

【００４８】次に、ステップＳＰ２５へ進み、ＣＰＵ６
８は、ｘ軸方向変位角αは、［α＝α₁］のままとし、
ｙ軸方向変位角βをΔβ増加させて、［β＝β₁＋Δ
β］とし、ステップＳＰ１４へ戻る。ここで、ｙ軸方向
変位角βが、所定の値β₂に達していないと判断したと
きは、上述のトランスデューサ１の姿勢制御及び１パル
ス発射１エコー受波（ステップＳＰ１６〜ＳＰ２１）を
繰り返した後、ステップＳＰ１２２において、再び、Ｒ
ＡＭ６７内のエコーデータメモリエリアから今回骨エコ
ーレベルと最大骨エコーレベルを読み出して、今回骨エ
コーレベルの値が、最大骨エコーレベルの値よりも大き
いか否かを判断する。この判断の結果、今回骨エコーレ
ベルが最大骨エコーレベルよりも大きくないときは、更
新処理を行わずに、ステップＳＰ２５へ直接飛ぶ。そし
て、この後も同様に、ＣＰＵ６８は、ステッピングモー
タ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを小刻みに回転させ、ｙ軸方
向変位角βをΔβずつ増加させながら、上述のトランス
デューサ１の姿勢制御（ステップＳＰ１６、ステップＳ
Ｐ１７）、１パルス発射１エコー受波（ステップＳＰ１
８〜ＳＰ２１）、及び最大骨エコーレベルの抽出作業
（ステップＳＰ２２〜ステップＳＰ２４）を繰り返し、
ｙ軸方向変位角βが［β＝β₂］となるまで、角度スキ
ャニングを行う。

【００４９】角度スキャニングが進んで、ステップＳＰ
１４において、ｙ軸方向変位角βが所定の値β₂に達し
たと判断したならば、ＣＰＵ６８は、ｘ軸方向変位角α
をΔα増加させて、［α＝α₁＋Δα］とし、さらに、
ｙ軸方向変位角βを［β＝β₁］まで戻して、ステップ
ＳＰ１３に帰る。そして、上述のステップＳＰ１４〜Ｓ
Ｐ２５を繰り返し、この後も同様に、ｘ軸方向変位角α
をΔαずつ増加させ、ｘ軸方向変位角αを一定としたｙ
軸方向変位角βのスキャニングを行いながら、１パルス
発射１エコー受波（ステップＳＰ１８〜ＳＰ２１）及び
最大骨エコーレベルの抽出作業（ステップＳＰ２２〜ス
テップＳＰ２４）を実行する。

【００５０】ＣＰＵ６８が上述の処理（ステップＳＰ１
３〜ＳＰ２５）を繰り返す過程で検出された最大骨エコ
ーレベルが得られるのは、すなわち、レベルメータ３の
液晶指針パターン３ａ，３ｂの振れが最大になるのは、
図９（ａ）に示すように、皮質骨Ｍｂの法線と超音波振
動子１１の送受波面１１ａの中心軸が一致するときであ
り、したがって、超音波ビームパルスＡｉが境界面Ｙに
略垂直入射するときである。何故なら、上記法線及び中
心軸が略一致すれば、同図に示すように、境界面Ｙにお
いて反射した骨エコーＡｅは、超音波振動子１１の送受
波面１１ａに略全て戻ってくるため、最大骨エコーレベ
ルの骨エコーＡｅが受波されることとなるからである。
これに対して、上記法線及び中心軸が不一致のときは、
同図（ｂ）に示すように、境界面Ｙにおいて反射した骨
エコーＡｅは、入射方向と正反対の方向（すなわち、超
音波振動子１１の送受波面１１ａの中心がある方向）か
らずれた方向へ向かって発散しながら伝播してしまうた
めに、一部は超音波振動子１１の送受波面１１ａに達す
ることができない。

【００５１】ここで、重要なことは、この例の診断装置
にとって、診断精度を上げるためには、垂直反射の骨エ
コーＡｅを抽出することが必要だ、ということである。
何故なら、皮質骨Ｍｂの音響インピーダンスＺｂを導く
式（４）は、上述したように、略垂直反射の骨エコーＡ
ｅに対して成立する式だからである。この垂直反射の骨
エコーＡｅは、上述した角度スキャニングの過程で、自
動的に抽出される。

【００５２】ｘ軸方向変位角αが［α＝α₂］に達し、
所定の範囲の角度スキャニングが完了したと判断する
（ステップＳＰ１３）と、ＣＰＵ６８は、１パルス発射
を中止すると共に、走査機構２を停止させる。そして、
ＲＡＭ６７のエコーデータメモリエリアに記憶された最
大骨エコーレベルを読み出して、表示器４に画面表示す
る（ステップＳＰ２６）。この後、ＣＰＵ６８は、反射
係数算出ルーチンを実行することにより、ＲＡＭ６７の
エコーデータメモリエリアに記憶された最大骨エコーレ
ベルＶeと、予めＲＯＭ６６に格納されている完全エコ
ーレベルＶ0 とから、被験者の軟組織Ｍａと皮質骨Ｍｂ
との界面での超音波反射係数Ｒを算出する（ステップＳ
Ｐ２７）。

【００５３】ここで、超音波反射係数Ｒは、完全垂直反
射したときの完全エコーレベルＶ0と、最大骨エコーレ
ベルＶeとの比［Ｒ＝Ｖe／Ｖ0］から導かれ、完全エコ
ーレベルＶ0は、理論的に算出することもできるが、ポ
リエチレンバルク等の超音波遅延スペーサ（ダミーブロ
ック）を超音波振動子１１の送受波面１１ａに取着し、
超音波ビームパルスＡｉを空に向けて発射し、上記超音
波遅延スペーサの先端面から戻ってくる開放時エコーを
超音波振動子１１によって受波して開放時エコーレベル
を測定することによっても求めることができる。次に、
ＣＰＵ６８は、音響インピーダンス算出ルーチンを実行
することにより、反射係数算出ルーチンによって与えら
れた超音波反射係数Ｒの値を式（４）に代入して皮質骨
Ｍｂの音響インピーダンスＺｂ［kg/m²sec］を算出し
（ステップＳＰ２８）、算出結果を表示器４に画面表示
する（ステップＳＰ２９）。

【００５４】上記構成によれば、走査機構２が作動し
て、トランスデューサ１に所定の範囲内で角度スキャニ
ングさせるので、超音波ビームパルスＡｉの放射方向が
自動的に絶えず変化する。それ故、操作者を煩わせるこ
となく、或いは、操作者の熟練度や操作の巧拙に係わら
ず、自動的に最大エコーを容易に受波できるので、正確
な測定を行うことができる。

【００５５】また、皮質骨Ｍｂの音響インピーダンスＺ
ｂは、皮質骨Ｍｂの［弾性率×密度］の平方根で表され
るので、骨密度が増加すれば、弾性率も上昇するとい
う、相乗効果を受けるために、音速以上に敏感に応答し
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、皮質骨の音響インピーダンスＺｂは、これ
らの相乗効果を受けて、音速以上に敏感に応答して顕著
に減少する。それ故、皮質骨Ｍｂの音響インピーダンス
Ｚｂ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３に表示されている皮質骨Ｍ
ｂの音響インピーダンスＺｂの値から、骨粗鬆症の進行
状況を正確に推定できる。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、皮
質骨Ｍｂの骨粗鬆症が悪化していることが判る。

【００５６】また、ＲＡＭ６７のエコーデータメモリエ
リアには、今回検出の今回骨エコーレベルと最大骨エコ
ーレベルのみが記憶され、前回までに検出のエコーレベ
ルは、最大骨エコーレベルでない限り、消去されるの
で、記憶容量の小さい安価なＲＡＭを使用することがで
きる。勿論、容量の大きなＲＡＭを用いて、全測定期間
内に検出された全ての骨エコーレベルを一旦記憶し、測
定完了後、ＲＡＭ６７に記憶された全ての骨エコーレベ
ルの中から最大骨エコーレベルを抽出するようにしても
良い。

【００５７】◇第２実施例 図１０は、この発明の第２実施例である骨粗鬆症診断装
置の外観図、図１１は、同装置に用いられるトランスデ
ューサの構成を示す断面図、また、図１２は、同装置の
電気的構成を示すブロック図である。この第２実施例が
上述の第１実施例と大きく異なるところは、ステッピン
グモータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに代えて、直進運動を
行うボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭという）を用
い、フレキシブルワイヤ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを直接
長尺軸方向に移動できるようにした点、及び球面状の送
受波面１１ａを有する超音波振動子１１に代えて、円板
状の送受波面を有する超音波振動子を採用している点で
ある。なお、これに伴って、フレキシブルワイヤ２２
ａ，２２ｂ，２２ｃの先端部の雄ねじ部２２１ａ，２２
１ｂ，２２１ｃ及び取付金具２３に固定したナット２４
ａ，２４ｂ，２４ｃは廃し、フレキシブルワイヤの先端
部を直接、取付金具に固定するようにした。これ以外
は、第１実施例と略同一の構成であるので、第１実施例
の構成部分と対応する各部には同一の符号を付してその
説明を省略する。

【００５８】まず、この例の骨粗鬆症診断装置の機械的
構成から説明する。同骨粗鬆症診断装置は、図１０乃至
図１２に示すように、トランスデューサ７と、トランス
デューサ７の向きを変化させ、軟組織Ｍａと皮質骨Ｍｂ
との境界面Ｙの任意の領域を超音波ビームパルスで走査
するための走査機構８と、レベルメータ３と、表示器４
と、基体５とから概略構成されている。

【００５９】この例のトランスデューサ７は、超音波振
動子７１が、超音波振動子７１を支持するための支持体
７２の一端面７２ａに取着され、容器１３ａの中に水１
３ｂが充填されてなるウォータバッグ１３が、開口を支
持体７２によって塞がれるように支持体７２の端面７２
ａと反対側の端面７２ｂ側に配設されて概略構成されて
いる。ここで、超音波振動子７１は、平板状の厚み振動
型圧電素子の両面に電極層が形成されてなっている。ま
た、支持体７２の両端面７２ａ，端面７２ｂも、共に平
板状の形状を有している。

【００６０】走査機構８は、直進運動を行う３台のＶＣ
Ｍ８１ａ，８１ｂ，８１ｃと、後端部側でそれぞれＶＣ
Ｍ８１ａ，８１ｂ，８１ｃに接続されているフレキシブ
ルワイヤ８２ａ，８２ｂ，８２ｃと、フレキシブルワイ
ヤ８２ａ，８２ｂ，８２ｃをそれぞれ案内するためのガ
イドチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃとを有してなって
いる。また、フレキシブルワイヤ８２ａ，８２ｂ，８２
ｃの先端部は、トランスデューサ７の容器１３ａの側壁
部の下部に取着された取付金具８４に固定されている。

【００６１】ＶＣＭ８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、それぞ
れコイルを有してなる可動部がマグネットによる磁界中
に配置されてなり、コイルを流れる電流の極性や大きさ
等により可動部の運動の方向及び移動速度等が決定され
る。また、フレキシブルワイヤ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ
は、それぞれ、後端部が上記可動部に固定され、かつ、
ガイドチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃの空洞内を挿通
され、ガイドチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ内壁に沿
って移動する。また、ガイドチューブ８３ａ，８３ｂ，
８３ｃは、硬質の部材からなり、基体５に固定された取
付部材８５によって支持されている。ここで、トランス
デューサ７は、先端部を取付金具８４を介してトランス
デューサ７に固定されたフレキシブルワイヤ８２ａ，８
２ｂ，８２ｃで吊り下げられることによって、支持され
ると共に、ＶＣＭ８１ａ，８１ｂ，８１ｃの直進運動に
従ってフレキシブルワイヤ８２ａ，８２ｂ，８２ｃが、
長手軸方向に、すなわち、先端部においては、基体５の
搭載面５ｃに対して、垂直に上下することによって、姿
勢が制御される。

【００６２】次に、この例の骨粗鬆症診断装置の電気的
構成について説明する。同骨粗鬆症診断装置は、上記ト
ランスデューサ７と、走査機構８と、レベルメータ３
と、表示器４と、パルス発生器６１と、整合回路６２
と、増幅器６３と、波形整形器６４と、Ａ／Ｄ変換器６
５と、ＲＯＭ９６と、ＲＡＭ６７と、ＣＰＵ（中央処理
装置）６８と、駆動回路９９ａ，９９ｂ，９９ｃとから
概略構成されている。駆動回路９９ａ，９９ｂ，９９ｃ
は、それぞれ、ＶＣＭ８１ａ，８１ｂ，８１ｃを駆動す
るための回路であって、ＣＰＵ６８から与えられる制御
信号に従って、所定の極性及び大きさの電流をＶＣＭ８
１ａ，８１ｂ，８１ｃに供給する。また、ＲＯＭ９６に
格納されている処理プログラムに中には、トランスデュ
ーサ７に所定の姿勢をとらせるための角度変位を与える
ＶＣＭ８１ａ，８１ｂ，８１ｃのそれぞれの移動量ｄ
a，ｄb，ｄcを算出する手順が含まれている。

【００６３】この処理プログラムにおいては、ｘ軸方向
変位角α［ｒａｄ］、ｙ軸方向変位角β［ｒａｄ］と、
ＶＣＭ８１ａ，８１ｂ，８１ｃのそれぞれの可動部の移
動量ｄa［ｍｍ］，ｄb，ｄcとの関係は、式（６）、式
（７）及び式（８）によって与えられる。

【００６４】

【数６】 ｄa＝−αｒ …（６）

【００６５】

【数７】 ｄb＝−αｒｃｏｓ（２π／３）−βｒｓｉｎ（２π／３） …（７）

【００６６】

【数８】 ｄc＝−αｒｃｏｓ（２π／３）＋αｒｓｉｎ（２π／３） …（８）

【００６７】この例の動作については、ＣＰＵ６８が、
式（６）、式（７）、及び式（８）に基づいて移動量ｄ
a，ｄb，ｄcを算出して、トランスデューサ７を変位さ
せることを除いては、第１実施例と略同様であるので省
略する。

【００６８】この例の構成によれば、第１実施例で述べ
たと略同様の効果を得ることができる。加えて、回転運
動を直進運動に変換する機構が不要となるので、トラン
スデューサを一段と確実かつ正確に変位させることがで
きる。また、集束点の位置が境界面Ｙに合っていない場
合の集束点の位置の調節が不要となるので、トランスデ
ューサの角度スキャニングをより高速に行うことができ
る。

【００６９】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、上述した
第１実施例においては、球面状の厚み振動型圧電素子の
両面に電極を取り付けてなる超音波振動子を用いたが、
超音波振動子として、円板状の厚み振動型圧電素子の両
面に電極層を形成したものを用い、超音波振動子の送受
波面側に所定の焦点距離を有する音響レンズを配設し
て、所定の位置に焦点を結ばせるようにしても良い。ま
た、上述した第１実施例においては、集束点の位置合わ
せの方法については、特に言及しなかったが、勿論、こ
の例の構成によって容易に集束点の位置合わせは可能で
ある。この際、超音波振動子１１の送受波面１１ａから
超音波ビームパルスＡｉが発射された後、骨エコーＡｅ
が送受波面１１ａに戻ってくるまでの骨エコー到達時間
を計測する計時回路を付加し、超音波振動子１１の中心
軸の向きを固定した上で、計時回路によって得られた骨
エコー到達時間に基づいて、送受波面１１ａから境界面
Ｙまでの距離を算出し、算出された該距離と既知の送受
波面１１ａから集束点（送受波面１１ａの曲率中心）ま
での距離とに基づいて、走査機構を制御して、集束点位
置を境界面Ｙに合わせるようにすれば良い。また、この
集束点の位置合わせは、最大の骨エコーレベルが得られ
る位置を探す方法によっても良い。また、トランスデュ
ーサ１（７）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。同様に、使用中心周波数
は１ＭＨｚに限らない。

【００７０】また、上述した第１実施例においては、フ
レキシブルワイヤ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの先端部の雄
ねじ部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃと、トランスデュ
ーサ１の容器１３ａの側壁部の下部に固定された取付金
具２３に支持されたナット２４ａ，２４ｂ，２４ｃとが
それぞれ螺合する構成としたが、図１３乃至図１５に示
すように、フレキシブルワイヤ２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ
の先端部に、雄ねじ部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃに
代えて雌ねじ部２２１ｐ，２２１ｑ，２２１ｒを設け、
容器１３ａの側壁部の下部の対応する箇所には、ナット
２４ａ，２４ｂ，２４ｃに代えて雄ねじ部２４ｐ，２４
ｑ，２４ｒを取付金具２５に上向きに取り付けて、雌ね
じ部２２１ｐ，２２１ｑ，２２１ｒと雄ねじ部２４ｐ，
２４ｑ，２４ｒとがそれぞれ螺合するようにしても良
い。この際、図１３に示すように、フレキシブルワイヤ
２２ｐ，２２ｑ，２２ｒは、それぞれ、これらフレキシ
ブルワイヤ２２ｐ，２２ｑ，２２ｒを支持するための硬
質の材料からなるチューブ２６ｐ，２６ｑ，２６ｒの空
洞内を挿通され、チューブ２６ｐ，２６ｑ，２６ｒは、
基体５に固定された取付部材２７によって支持されてい
る。ここで、トランスデューサ１は、先端部を取付金具
２５を介してトランスデューサ１に固定されたフレキシ
ブルワイヤ２２ｐ，２２ｑ，２２ｒで吊り下げられるこ
とによって支持されると共に、フレキシブルワイヤ２２
ｐ，２２ｑ，２２ｒの回転に伴って、長手軸方向に、す
なわち、先端部においては、基体５の搭載面５ｃに対し
て、垂直に上下することによって、姿勢が制御される。

【００７１】また、上述した第１実施例の走査機構２に
おいて、ステッピングモータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと
フレキシブルワイヤ２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間に減
速機構を介在させた構成としても良い。また、ステッピ
ングモータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに代えて、パルス駆
動ではないモータを用いるようにしても良い。また、上
述した第２実施例においては、直進型のモータとしてＶ
ＣＭを用いたが、リニアモータとして、例えば、リニア
ステッピングモータを用いるようにしても良い。また、
上述した実施例においては、基体５を操作者が手で押さ
えることによって被験者の所定の部位に固定するように
したが、基体５にベルト等の装着具を取り付け、この装
着具を用いて基体５を被験者の所定の部位に固定するよ
うにしても良い。また、レベルメータ３や表示器４を独
立させて別置する構成としても良い。さらに、レベルメ
ータ３は省略しても良い。また、表示器４による骨エコ
ー波形の表示を省略しても良い。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、ビーム走査手段が作動して、超音波トランスデ
ューサの送受波方向を自動的に変えながら、骨表面の任
意の領域を超音波ビームパルスで走査するので、操作者
を煩わせることなく、或いは、操作の巧拙に関係なく、
自動的に最大エコーを容易に受波でき、正確な測定を行
うことができる。

【００７３】また、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いう、相乗効果を受ける
ために、音速以上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、（特性）
音響インピーダンスは、これらの相乗効果を受けて、音
速以上に敏感に応答して顕著に減少する。それ故、骨の
音響インピーダンスは、骨密度を判断する上で、良い指
標となる。例えば、骨の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
ンスを骨密度の指標とする代わりに、骨の音響インピー
ダンスの単調増加関数である骨表面での超音波反射係数
を骨密度の指標としても、上述したと同様の効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例である骨粗鬆症診断装置
の外観を示す斜視図である。

【図２】同装置の平面図である。

【図３】同装置の側面図である。

【図４】同装置に用いられるトランスデューサの構成を
示す断面図である。

【図５】同装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図６】同装置の使用状態を示す模式図である。

【図７】同装置の動作処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図８】同装置の動作の説明に用いられる図である。

【図９】同装置の動作の説明に用いられる図である。

【図１０】この発明の第２実施例である骨粗鬆症診断装
置の外観を示す斜視図である。

【図１１】同装置に用いられるトランスデューサの構成
を示す断面図である。

【図１２】同装置の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図１３】この発明の第１実施例の変形例である骨粗鬆
症診断装置の外観を示す斜視図である。

【図１４】図１３のＡ−Ａ線に沿う水平断面図である。

【図１５】図１３のＢ部を拡大して示す垂直断面図であ
る。

【符号の説明】

１，７ トランスデューサ（超音波トランスデュー
サ） １１，７１ 超音波振動子 １１ａ，７１ａ 送受波面 １３ ウォータバッグ（超音波遅延スペーサ） １３ａ 容器 １３ｂ 水（液体） ２，８ 走査機構（ビーム走査手段の一部） ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ ステッピングモータ（モ
ータ） ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、２２ｐ，２２ｑ，２２ｒ、８
２ａ，８２ｂ，８２ｃ フレキシブルワイヤ（足部
材） ２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ 雄ねじ部 ２２１ｐ，２２１ｑ，２２１ｒ 雌ねじ部 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ ナット（雌ねじ部） ２４ｐ，２４ｑ，２４ｒ 雄ねじ部 ６８ ＣＰＵ（ビーム走査手段の一部、エコーレベ
ル検出手段、最大エコーレベル抽出手段、音響特性値算
出手段、駆動制御手段の一部） ８１ａ，８１ｂ，８１ｃ ＶＣＭ（モータ） Ａｉ 超音波ビームパルス Ａｅ 骨からのエコー Ｍｂ 皮質骨（骨）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波トランスデューサを被験者の所定
   の皮膚表面に当て、超音波ビームパルスを前記皮膚下の
   骨に向けて繰り返し放射し、該骨表面からのエコーを受
   波して前記骨の所定の音響特性値を得、得られた該音響
   特性値に基づいて、骨粗鬆症を診断する超音波反射式の
   骨粗鬆症診断装置であって、 前記超音波トランスデューサの送受波方向を自動的に変
   えながら、前記骨表面の任意の領域を前記超音波ビーム
   パルスで走査するためのビーム走査手段と、 前記超音波トランスデューサによって受波された前記骨
   からのエコーのレベルを検出するエコーレベル検出手段
   と、 該エコーレベル検出手段によって繰り返し検出されたエ
   コーレベルの中から最大エコーレベルを抽出するための
   最大エコーレベル抽出手段と、 該最大エコーレベル抽出手段によって抽出された前記最
   大エコーレベルに基づいて、被験者の骨の前記音響特性
   値を算出する音響特性値算出手段とを備えてなることを
   特徴とする骨粗鬆症診断装置。
2. 【請求項２】 前記超音波トランスデューサは、超音波
   振動子の送受波面側に生体の軟組織と音響学的に略同質
   の液体を容器に充填してなる超音波遅延スペーサを有
   し、前記容器の少なくとも底部は弾性体膜からなること
   を特徴とする請求項１記載の骨粗鬆症診断装置。
3. 【請求項３】 前記音響特性値算出手段によって算出さ
   れる音響特性値は、前記被験者の骨の音響インピーダン
   ス又は超音波反射係数であることを特徴とする請求項１
   又は２記載の骨粗鬆症診断装置。
4. 【請求項４】 前記ビーム走査手段は、前記超音波トラ
   ンスデューサを支えながら、その姿勢を変えるために長
   手軸方向に移動可能な第１、第２、及び第３の足部材
   と、これら第１、第２、及び第３の足部材を駆動するた
   めの第１、第２、及び第３のモータと、これら第１、第
   ２、及び第３のモータの駆動を制御するための駆動制御
   手段とを有してなることを特徴とする請求項１，２又は
   ３記載の骨粗鬆症診断装置。
5. 【請求項５】 前記ビーム走査手段は、前記超音波トラ
   ンスデューサを支えながら、その姿勢を変えるために長
   手軸周りに回動自在な第１、第２、及び第３の足部材
   と、これら第１、第２、及び第３の足部材を駆動するた
   めの第１、第２、及び第３のモータと、これら第１、第
   ２、及び第３のモータの駆動を制御するための駆動制御
   手段とを有してなることを特徴とする請求項１，２又は
   ３記載の骨粗鬆症診断装置。
6. 【請求項６】 前記超音波トランスデューサの軸周りの
   所定の部位には、第１、第２、及び第３の雌ねじ部が設
   けられていて、これらの雌ねじ部には、それぞれの先端
   部に雄ねじ部を有する第１、第２、及び第３の足部材が
   回動自在に螺着されていることを特徴とする請求項５記
   載の骨粗鬆症診断装置。
7. 【請求項７】 前記超音波トランスデューサの軸周りの
   所定の部位には、第１、第２、及び第３の雄ねじ部が設
   けられていて、これらの雄ねじ部には、それぞれの先端
   部に雌ねじ部を有する第１、第２、及び第３の足部材が
   回動自在に螺着されていることを特徴とする請求項５記
   載の骨粗鬆症診断装置。
8. 【請求項８】 前記各足部材の先端部は、前記超音波ト
   ランスデューサの軸周りに、互いに略１２０度の角度間
   隔で配設されていることを特徴とする請求項４，５，６
   又は７記載の骨粗鬆症診断装置。
9. 【請求項９】 前記各足部材は可撓性の線材からなるこ
   とを特徴とする請求項４，５，６，７又は８記載の骨粗
   鬆症診断装置。
10. 【請求項１０】 前記第１、第２、及び第３のモータ
    は、ロータリパルスモータ又はリニアパルスモータであ
    ることを特徴とする請求項４，５，６，７，８又は９記
    載の骨粗鬆症診断装置。