JPH1043181A - 超音波による骨の診断方法 - Google Patents

超音波による骨の診断方法

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JPH1043181A
JPH1043181A JP22584596A JP22584596A JPH1043181A JP H1043181 A JPH1043181 A JP H1043181A JP 22584596 A JP22584596 A JP 22584596A JP 22584596 A JP22584596 A JP 22584596A JP H1043181 A JPH1043181 A JP H1043181A
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JP
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bone
ultrasonic
wave
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measured
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JP22584596A
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English (en)
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Takahiko Otani
▲隆▼彦 大谷
Tomoshi Okumura
知史 奥村
Takuji Suzaki
琢而 須崎
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Horiba Ltd
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Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定部に対する超音波発信部や超音波受信
部の位置や当接具合、あるいは、被測定部への超音波の
入射方向などに影響されることなく、再現性よく骨の診
断を行うことができる超音波による骨の診断方法を提供
すること。 【解決手段】 超音波発信部2から出力される超音波S
を、被測定部位としての海綿骨を含む人骨3に入射し
て、これを透過させ、そのときの透過波を超音波受信部
4において受信し、そのときの透過波に基づいて骨にお
ける異常の有無を診断する超音波による骨の診断方法に
おいて、前記透過波をコンピュータ6によってフーリエ
変換し、その結果得られる振幅の周波数特性を求め、こ
れによって骨における異常の有無を診断するようにし
た。

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、人体の骨の性状
(骨量、骨強度など)に関する情報を得るための超音波
による骨の診断方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】骨粗鬆症を診断する従来の手法として
は、 X線を骨に照射してこれを透過させ、骨中でのX線
の吸収量を測定して骨の面密度を求め、この骨面密度が
小さい場合には骨量が小であるから骨が折れ易いという
ように、骨粗鬆症による骨折の程度と対応づけるところ
の二重エネルギーX線吸収法(DEXA、または、DX
A)や、 超音波を踵骨または膝蓋骨に照射してこれらを透過
させ、そのとき超音波が透過するのに要した時間から、
骨内の超音波の伝搬速度と、透過後の超音波信号の減衰
率を求め、伝搬速度から骨のヤング弾性率を推定し、骨
強度と対応づけ、減衰率は海面骨の骨梁構造に依存して
いると考えられているが、現状では、別のDEXA診断
装置で求めた骨面密度から骨量を推定により対応づける
方法が取られている。また、伝搬速度と減衰率の値を用
いて、stiffnessという骨硬度指数を求める方
法もとられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
の手法で用いるDEXA診断装置は、大型、かつ高価で
あるといった問題があるとともに、この手法においては
X線被曝や測定に長時間を要するといった問題がある。
【0004】また、前記の手法は、従来から提案され
ているが、この従来の超音波による診断法を用いる場
合、超音波発生器から発射した超音波を反射および減衰
を少なくして被測定部に入射させるためには、被測定部
にゼリー状のカップリング剤を塗布したり、被測定部と
超音波発生器との間に含水ポリマーを挟んだり、被測定
部と超音波発生器を水中に置くなどして、音響インピー
ダンスの整合を図っている。
【0005】しかしながら、上述のようにしても、被測
定部に対する超音波発信部や超音波受信部の位置や当接
具合、あるいは、被測定部への超音波の入射方向によ
り、透過波の減衰が起こるなどのため、測定原理に減衰
を利用している場合は、測定結果に大きな影響を与え
る。また、超音波の減衰や透過時間を一定にするため
に、恒温水中に測定部と被検体を置くなどの工夫が必要
になる。
【0006】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、被測定部に対する超音波発信部
や超音波受信部の位置や当接具合、あるいは、被測定部
への超音波の入射方向などに影響されることなく、再現
性よく骨の診断を行うことができる超音波による骨の診
断方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、超音波発信
部から出力される超音波を、被測定部位としての海綿骨
を含む人骨に入射して、これを透過させ、そのときの透
過波を超音波受信部において受信し、そのときの透過波
に基づいて骨における異常の有無を診断する超音波によ
る骨の診断方法において、前記透過波をコンピュータに
よってフーリエ変換し、その結果得られる振幅の周波数
特性を求め、これによって骨における異常の有無を診断
することを特徴としている。
【0008】前記フーリエ変換とは、高速フーリエ変換
(Fast Fourier Transformat
ion、以下、FFTという)を含む全てのフーリエ変
換方式のことをいう。
【0009】そして、フーリエ変換後の振幅の周波数特
性を高周波成分と低周波成分とにおいてそれぞれ演算す
るようにしてもよい。
【0010】また、フーリエ変換後の振幅の周波数特性
の低周波成分を積分して得られる値を、高周波成分を積
分して得られる値で割算するか、あるいは、低周波成分
を積分して得られる値を、高周波成分を積分して得られ
る値で割算し、その後、正規化するようにしてもよい。
【0011】前記海綿骨を含む人骨としては、前腕の橈
骨、膝蓋骨、踵骨、大腿骨頸部および腰椎などがある。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。
【0013】まず、図1は、第1の発明の超音波による
骨の診断方法を実施するための装置の構成の一例を示す
ものである。この図において、1はパルス発信部で、パ
ルス増幅部を含むこともある。2はパルス発信部1から
のパルス出力を受けてパルス幅が狭いパルス状の超音波
Sを、被測定物3に入射させる超音波発信部、4は被測
定物3を透過した透過波を受信する超音波受信部であ
る。5は超音波受信部4の出力を適宜増幅する信号増幅
器、6は透過波の波形処理および演算を行う演算処理部
としてのコンピュータ、7は表示装置である。
【0014】ここで、前記超音波Sとしては、5MHz
以下の周波数成分を多く含み、しかも、帯域幅が広いパ
ルス波で、波形が適当なものが選択される。そして、前
記被測定物3としては、海綿骨を含む骨が好ましく、例
えば前腕の橈骨、膝蓋骨、踵骨、大腿骨頸部および腰椎
などがあるが、以下の説明では、被測定物3を橈骨とす
る。したがって、符号8は前腕、9は橈骨3の周囲の軟
部組織である。
【0015】そして、上記構成の測定装置を用いて測定
を行う場合、超音波発信部2の前腕当接部および超音波
受信部4の前腕当接部を前腕8における被測定部位(橈
骨3が存在する手首と肘との間の適宜の箇所)に直接当
接させるのではなく、伸縮可能な袋内に水、または、水
とグリセリンとを適宜の割合で混ぜ合わせた整合液を収
容した音響インピーダンス整合体10を、前腕当接部に
着脱自在に取り付け、前記被測定部位に音響インピーダ
ンス整合体10を密着させ、もって、被測定部位と、超
音波発信部2および超音波受信部4との間に空気を介在
させないようにするのが好ましい。
【0016】このようにする理由は次の通りである。す
なわち、測定時に、前記被測定部位と、超音波発信部2
および超音波受信部4との間に空気層が形成されている
と、空気層から前腕8に超音波Sが入射する際、また
は、前腕8内に入射して橈骨3を透過した超音波(透過
波)が前腕8から空気層に出る際に、前腕8と空気層と
の境界で音響インピーダンスが変化するが、このような
部分では、超音波Sに反射が起こり、超音波受信部4に
よって受信される信号に反射信号が混入したり、信号が
著しく減衰したりして、これが妨害波となって測定精度
に悪影響が及ぼされるからである。
【0017】上記音響インピーダンスの変化による影響
をなくする手法としては、上記音響インピーダンス整合
体10によるものの他に、被測定部位にゲル状(または
ゼリー状)物質を塗布し、その状態で超音波発信部2お
よび超音波受信部4に密着させたり、被測定部位に含水
ポリマーやシリコンパッドなどを密着させた状態で、超
音波発信部2および超音波受信部4に密着させたり、あ
るいは、被測定部位を予め超音波発信部2および超音波
受信部4が設置されている水中に入れるなどの手法があ
る。そして、これらの手法については、本願出願人が平
成7年4月11日付けにて特許出願している「超音波に
よる骨の診断方法および装置」(特願平7−11130
2号)に詳しく開示されている。
【0018】上記構成の診断装置を用いて骨の診断を行
うには、前記超音波発信部2および超音波受信部4との
間に前腕8を挿入し、超音波発信部2および超音波受信
部4の前腕当接部にそれぞれ設けられた音響インピーダ
ンス整合体10を前腕8の被測定部位を密着させる。こ
の状態で、超音波発信部2から例えば周波数5MHz以
下のパルス性の超音波Sを発する。この超音波Sは、例
えば図2に示すような波形を有し、二乗余弦波の電圧を
印加して発生させたものである。
【0019】前記超音波Sは、超音波発信部2側の音響
インピーダンス整合体10を経て前腕8内に入射し、軟
部組織9を経て橈骨3内を透過し、この透過波は、軟部
組織9を経て前腕8外に出射し、さらに、超音波受信部
5側の音響インピーダンス整合体10を経て超音波受信
部4に受信される。超音波受信部4に受信された透過波
信号は、信号増幅器5で必要な振幅に増幅された後、コ
ンピュータ6に取り込まれる。そして、このコンピュー
タ6において適宜の手法で波形処理および演算が行われ
る。
【0020】ところで、発明者らは、骨粗鬆症の症状が
進行するにしたがって、透過波が低周波成分を多く含む
高速波と、高周波成分を多く含む低速波に分離するとい
ったことを、平成5年9月30日に特許出願している
「骨の超音波診断方法および骨の診断装置」〔特願平5
−270018号(特開平7−100136号)〕にお
いて開示している。これを、周波数特性の特徴を基にし
て説明する。
【0021】まず、図3〜図5は、3人の被験者(健常
者N、軽度の骨粗鬆症患者X、重度の骨粗鬆症患者Y)
の橈骨3に、図2に示した超音波Sを照射してそのとき
に得られた透過波の波形を示している。これらの被験者
N,X,Yは、いずれも別途DEXAによって診断され
たもので、図3は健常者Nの透過波を、図4は軽度の患
者Xの透過波を、図5は重度の患者Yの透過波をそれぞ
れ示している。そして、各透過波は、コンピュータ6に
おいてFFT処理が施される。
【0022】図6は、前記3人の被験者の透過波をFF
T処理して得られる骨中伝搬波形の振幅特性を示すもの
であり、図中の符号N,X,Yは健常者N、軽度の患者
X、重度の患者Yにそれぞれ対応している。この図6に
おいて、横軸は周波数を対数表示したものであり、縦軸
は強度を表している。
【0023】図6から以下のことが分かる。すなわち、
健常者Nの周波数特性に比べて、骨粗鬆症患者X,Yの
周波数特性は、高周波域と低周波域とに分離し、幅広い
周波数特性になっている。また、0.6MHz付近の特
性を見ると、重度の患者Yの方が振幅が大きく、この付
近の高周波成分の透過が大きい。
【0024】以上のことから、上記周波数特性における
絶対値をもって骨粗鬆症と診断するパラメータにするこ
とが可能であると考えられるが、患者の透過波における
振幅が必ずしも大きいとは限られてなく、被測定部であ
る前腕8に対する超音波発信部2や超音波受信部4の位
置や当接具合によって、透過波の振幅が変化することが
ある。
【0025】しかしながら、骨粗鬆症患者の周波数特性
は、軽度X、重度Yの如何にかかわらず、高周波域まで
広がっている傾向には変わりがないため、次のような工
夫を行った。
【0026】すなわち、患者X,Yの周波数特性には、
図7に示すように、健常者Nには小値しか見られない1
MHz付近以上の領域において健常者より大きい特性が
見られる。振幅の影響を受けることなく表すため、例え
ば0.5MHz以下の領域の特性を積分して、積分値を
Aを求めるとともに、1MHz以上の領域の特性を積分
して、積分値Bを求め、Aに対するBの割合を求め、こ
れを、百分率で表す。すなわち、 Sp =B/A×100 を求める。
【0027】図8は、DEXA法によって骨粗鬆症と診
断された37名の患者および23名の健常者について、
この発明を用いて計算した結果を示すもので、この図8
から、骨粗鬆症の患者と健常者との境界は、Sp =4%
付近であることが分かる。
【0028】上述の実施例では、Aに対するBの割合を
求めるようにしているが、これに代えて、Bに対するA
の割合を求めるようにしてもよい。
【0029】上述したように、この発明の超音波による
骨の診断方法においては、周波数特性を正規化できるた
め、波形の振幅の影響を受けることなく、周波数特性の
みを情報として得ることができる。その結果、被測定部
に対する超音波発信部や超音波受信部の位置や当接具
合、あるいは、被測定部への超音波の入射方向などに影
響されることなく、再現性よく骨の診断を行うことがで
きる。
【0030】そして、この発明において、入力される超
音波Sの周波数としては、100kHz〜5MHzが好
ましい。これは、この範囲の周波数の超音波Sを用いた
場合、健常者と患者との間の差異がより明確に分かるか
らである。
【0031】また、超音波Sは、二乗余弦波に代えて必
要な周波数を含むパルス波を用いて発生させてもよい。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、骨粗鬆症であるか否かを簡易にしかも正確に判別す
ることができ、従来の手法では困難であった骨粗鬆症の
進行度を定量的に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の超音波による骨の診断方法を実施す
るための装置を概略的に示す図である。
【図2】前記診断方法で用いる超音波の波形の一例を示
す図である。
【図3】健常者の透過波の一例を示す図である。
【図4】軽度の患者の透過波の一例を示す図である。
【図5】重度の患者の透過波の一例を示す図である。
【図6】各被験者における透過波の振幅の周波数特性を
示す図である。
【図7】この発明の診断方法で用いる計算方法の一例を
説明するための図である。
【図8】前記計算結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
2…超音波発信部、3…海綿骨を含む人骨、4…超音波
受信部、6…コンピュータ、S…超音波、A…低周波成
分を積分して得られる値、B…高周波成分を積分して得
られる値。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波発信部から出力される超音波を、
    被測定部位としての海綿骨を含む人骨に入射して、これ
    を透過させ、そのときの透過波を超音波受信部において
    受信し、そのときの透過波に基づいて骨における異常の
    有無を診断する超音波による骨の診断方法において、前
    記透過波をコンピュータによってフーリエ変換し、その
    結果得られる振幅の周波数特性を求め、これによって骨
    における異常の有無を診断することを特徴とする超音波
    による骨の診断方法。
  2. 【請求項2】 フーリエ変換後の振幅の周波数特性を高
    周波成分と低周波成分とにおいてそれぞれ演算するよう
    にした請求項1に記載の超音波による骨の診断方法。
  3. 【請求項3】 フーリエ変換後の振幅の周波数特性の高
    周波成分を積分して得られる値を、低周波成分を積分し
    て得られる値で割算するか、あるいは、低周波成分を積
    分して得られる値を、高周波成分を積分して得られる値
    で割算し、その後、正規化するようにした請求項1に記
    載の超音波による骨の診断方法。
JP22584596A 1996-08-08 1996-08-08 超音波による骨の診断方法 Pending JPH1043181A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002186620A (ja) * 2000-12-21 2002-07-02 Aloka Co Ltd 超音波骨評価装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002186620A (ja) * 2000-12-21 2002-07-02 Aloka Co Ltd 超音波骨評価装置

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