KR101197923B1 - Measuring method and device of cortical bone thickness by using pulse-echo ultrasound - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펄스-에코 초음파를 이용하여 피질골 두께를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 뼈에 초음파 펄스를 입사시켜 시간차를 두고 반사되어 나오는 에코 초음파를 감지하여, 감지된 에코 초음파가 수신되는 시간차를 이용하여 상기 뼈의 피질골의 두께를 연산하는 기술을 제공한다. 본 발명에 의하면 초음파를 경골에 조사하여 피질골의 두께를 측정함으로써 조기에 골다공증을 정확하게 진단할 수 있다. 또한 인체에 유해한 방사선을 조사하지 않는다는 이점이 있다. 그리고 측정방법이 간단하며 측정시간도 짧아 신속하게 결과를 알 수 있다는 효과가 있다.The present invention relates to a method of measuring cortical bone thickness using pulse-echo ultrasound. The present invention provides a technique for calculating the thickness of the cortical bone of the bone by using the time difference in which the detected echo ultrasound is received by detecting the echo ultrasonic waves reflected by the time difference by injecting the ultrasonic pulse to the bone. According to the present invention, it is possible to accurately diagnose osteoporosis at an early stage by measuring the thickness of cortical bone by applying ultrasound to the tibia. It also has the advantage of not irradiating harmful radiation to the human body. In addition, the measurement method is simple and the measurement time is short, and the result can be quickly known.

Description

펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정방법 및 그 장치{MEASURING METHOD AND DEVICE OF CORTICAL BONE THICKNESS BY USING PULSE-ECHO ULTRASOUND}Cortical bone thickness measurement method using pulse-eco ultrasound and its apparatus {MEASURING METHOD AND DEVICE OF CORTICAL BONE THICKNESS BY USING PULSE-ECHO ULTRASOUND}

본 발명은 펄스-에코 초음파를 이용하여 피질골 두께를 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring cortical bone thickness using pulse-echo ultrasound.

골다공증은 골소실에 의한 골량의 감소 및 골조직의 미세구조 파괴로 인하여 뼈가 약해짐에 따라 골절이 쉽게 발생하는 전신적 골질환으로 정의된다. 또한 골다공증이 심한 경우 잇몸에 풍치도 발생하게 된다. 칼슘 흡수를 증가시키고 뼈에서 칼슘이 빠져나가는 것을 방지하는 호르몬인 에스트로겐이 여성의 폐경기 이후에 갑자기 감소하기 때문에 특히 여성에게 잘 나타나는 병이며, 근래에는 폐경이 되지 않은 젊은 여성들도 무리한 다이어트로 인한 호르몬 이상에 의해 골다공증이 발생하기도 한다.Osteoporosis is defined as a systemic bone disease in which bone fractures easily occur due to bone loss due to bone loss and microstructure destruction of bone tissue. In addition, severe osteoporosis will cause the appearance of gums. Estrogen, a hormone that increases calcium absorption and prevents calcium from escaping from bone, is particularly pronounced in women because it suddenly decreases after menopause. Osteoporosis can also be caused by.

이러한 골다공증을 진단하는 방법으로는 단순 X-선 촬영법, 이중에너지 X-선 흡수계측법(Dual Energy X-ray Absorptiometry), 정량적 초음파(Quantitative Ultrasound) 기술, 정량적 컴퓨터 단층 촬영기(Quantitative Computed Tomography) 등이 있다.Diagnosis of such osteoporosis includes simple X-ray imaging, dual energy X-ray absorptiometry, quantitative ultrasound technology, and quantitative computed tomography. .

X-선을 이용하여 골다공증을 진단하는 방법은 비교적 저렴한 경비로 골다공증에 의한 뼈의 소실을 진단할 수 있다. 하지만 적어도 30% 이상 뼈의 소실이 발생한 후에야 진단이 가능하여 조기에 골다공증을 진단할 수 없는 점과, 방사선 조사로 인해 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.X-ray diagnosis of osteoporosis can be used to diagnose bone loss due to osteoporosis at a relatively low cost. However, at least 30% or more of the bone loss occurs after the diagnosis is possible to diagnose osteoporosis early, and there is a problem that can be harmful to the human body due to irradiation.

이중에너지 X-선 흡수계측법은 단순 X-선 촬영법과 유사한 방법으로, 저에너지와 고에너지의 방사선을 이용하여 척추골 등의 단위면적당 골밀도를 측정하는 방법으로 현재 골밀도 측정을 위한 가장 정확한 방법으로 알려져 있으나, 방사선을 조사하므로 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있다.Dual-energy X-ray absorptiometry is similar to simple X-ray imaging. It is a method of measuring bone density per unit area of vertebrae using low energy and high energy radiation. Irradiation can have a harmful effect on the human body.

정량적 초음파 기술은 초음파를 이용한 골다공증 진단 방법으로, X-선을 이용한 골다공증 진단에 비해 인체에 미치는 위험이 거의 없으며, 사용이 간편하고 가격이 저렴한 장점이 있다. 정량적 초음파 기술은 초음파를 해면질골(cancellous bone)로 이루어진 인체의 종골(발꿈치뼈)에 투과하여 종골의 음속 및 광대역 초음파 감쇠량을 측정함으로써 골밀도를 간접적으로 측정하여 골다공증을 진단한다.Quantitative ultrasound technology is a method for diagnosing osteoporosis using ultrasound, and compared to X-ray osteoporosis diagnosis, there is little risk to the human body, and there is an advantage in that it is easy to use and inexpensive. Quantitative ultrasound technology diagnoses osteoporosis by indirectly measuring bone density by penetrating ultrasound through the calcaneus (elbow bone) of the human body consisting of cancellous bone.

정량적 컴퓨터 단층촬영기는 많은 병원에 설치되어 있는 기존의 단층촬영기에 저밀도로부터 점진적으로 고밀도를 나타내는 기준물질이 내장된 보조기구를 설치하여 촬영함으로써, 환자의 골밀도를 비교 및 정량화할 수 있는 장치이다. 그러나 측정시간이 길며, 노인들에게서 정확도가 떨어지고, 방사선 피폭량이 많다는 단점이 있다.Quantitative computed tomography (CT) is a device capable of comparing and quantifying the bone density of patients by installing and photographing an assistive device in which a reference material showing progressively high density from low density is installed in an existing tomography camera installed in many hospitals. However, there are disadvantages in that the measurement time is long, the accuracy is low in the elderly, and the radiation dose is large.

종래에 골다공증은 대퇴부, 요골부 또는 척추의 골절이 발생한 후 또는 극심한 골소실이 발생한 후에야 비로소 X-선 촬영상에 소견을 보임으로써 진단이 가능하였다. 뒤늦게 골다공증 진단이 내려지는 경우에 치료가 시작되더라도 대부분 치료 효과를 기대할 수 없었다. 따라서 골다공증의 예방이 강조되었고, 골다공증을 조기에 발견할 수 있는 적절한 진단 기술의 개발이 요구되었다.In the past, osteoporosis was diagnosed by showing the findings on X-rays only after a fracture of the thigh, radial or spine occurred or after severe bone loss occurred. In the case of late diagnosis of osteoporosis, most of the treatment effects could not be expected even if the treatment was started. Therefore, the prevention of osteoporosis has been emphasized, and the development of appropriate diagnostic techniques for early detection of osteoporosis was required.

또한 상기의 방법들을 이용하여 골다공증을 진단할 수 있지만 인체에 유해한 영향을 미치거나, 골다공증의 정확한 진단이 어렵다는 문제가 있다. 그리고 골절이 처음 발생하는 부분인 피질골의 골밀도를 정확히 측정할 수 없으며, 종골과 이를 둘러싼 피부조직의 두께, 종골의 이소성, 측정시 발의 위치 및 초음파 입사각에 따른 측정오차가 크고 재현성이 부족하므로 정확한 골다공증 진단에 한계가 있다.In addition, it is possible to diagnose osteoporosis using the above methods, but there is a problem that it is harmful to the human body or difficult to accurately diagnose osteoporosis. In addition, the bone density of the cortical bone, which is the first occurrence of fracture, cannot be measured accurately. The diagnosis is limited.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 방사선을 조사하지 않음으로써 인체에 유해한 영향을 미치지 않고, 골다공증을 정확하게 진단할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems and to provide a technology capable of accurately diagnosing osteoporosis without harmful effects on the human body by not irradiating radiation.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정방법은 뼈에 초음파 펄스를 입사시키는 A단계; 상기 뼈에서 시간차를 두고 반사되어 나오는 에코 초음파를 감지하는 B단계; 및 상기 B단계에서 감지된 에코 초음파가 수신되는 시간차를 이용하여 상기 뼈의 피질골의 두께를 연산하는 C단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve this object, in one aspect of the present invention, a cortical bone thickness measurement method using pulse-echo ultrasound includes: a step of injecting ultrasound pulses into a bone; Detecting the echo ultrasonic waves reflected from the bone at a time difference; And calculating a thickness of the cortical bone of the bone by using a time difference at which the echo ultrasound detected in the step B is received. Characterized in that it comprises a.

그리고 상기 C단계에서 연산한 결과를 출력하는 D단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a step D for outputting a result calculated in the step C; And further comprising:

이때, 상기 A단계의 초음파 펄스의 주파수는 2㎒ ~ 10㎒인 것을 특징으로 한다.At this time, the frequency of the ultrasonic pulse of step A is characterized in that 2MHz ~ 10MHz.

또한 상기 C단계에서의 연산은 하기 수학식In addition, the operation in the step C is the following equation

Figure 112010076505907-pat00001
Figure 112010076505907-pat00001

(여기서, Δt는 상기 A단계에서 초음파 펄스를 송신하여 상기 B단계에서 에코 초음파를 수신할 때까지의 시간이고, v는 피질골에서 초음파의 진행속도이다.)을 이용하는 것을 특징으로 한다.(Where Δt is the time until the ultrasound pulse is transmitted in step A and the echo ultrasound is received in step B, and v is the traveling speed of the ultrasound in the cortical bone.).

상기 B단계에서 감지되는 에코 초음파는 상기 A단계에서의 초음파 펄스 입사 후 첫 번째로 반사되어 나온 초음파인 것을 특징으로 한다.The echo ultrasound detected in the step B is characterized in that the ultrasonic wave is first reflected after the ultrasonic pulse incident in the step A.

그리고 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치는 뼈에 초음파를 입사시키는 입사부; 상기 뼈에서 시간차를 두고 반사되어 나오는 에코 초음파를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에서 감지된 에코 초음파가 수신되는 시간차를 이용하여 상기 뼈의 피질골의 두께를 연산하는 연산부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.And cortical bone thickness measurement apparatus using pulse-eco ultrasound is incident portion for injecting ultrasound to the bone; A detector for detecting echo ultrasonic waves reflected from the bone at a time difference; And a calculating unit calculating a thickness of the cortical bone of the bone by using a time difference at which the echo ultrasonic waves sensed by the detecting unit are received. Characterized in that it comprises a.

또한 상기 연산부에서 연산한 결과를 출력하는 출력부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, an output unit for outputting a result calculated by the operation unit; And further comprising:

이때, 상기 입사부가 입사하는 초음파 펄스의 주파수는 2㎒ ~ 10㎒인 것을 특징으로 한다.At this time, the frequency of the ultrasonic pulse incident the incident portion is characterized in that 2MHz ~ 10MHz.

상기 연산부에서의 연산은 하기 수학식The calculation in the operation unit is the following equation

Figure 112010076505907-pat00002
Figure 112010076505907-pat00002

(여기서, Δt는 상기 입사부에서 초음파 펄스를 송신하여 상기 감지부에서 에코 초음파를 수신할 때까지의 시간이고 v는 피질골에서의 초음파의 진행속도이다)을 이용하는 것을 특징으로 한다.(Where Δt is the time from transmitting the ultrasonic pulse at the incidence portion to receiving the echo ultrasonic wave at the sensing portion and v is the traveling speed of the ultrasonic waves in the cortical bone).

상기 감지부에서 감지되는 에코 초음파는 상기 입사부에서의 초음파 펄스 입사 후 첫 번째로 반사되어 나온 초음파인 것을 특징으로 한다.The echo ultrasonic wave detected by the sensing unit is characterized in that the ultrasonic wave is first reflected after the ultrasonic pulse incident from the incident unit.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 초음파를 경골의 피질골 껍질에 조사하여 피질골의 두께를 측정함으로써 조기에 골다공증을 정확하게 진단할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to accurately diagnose osteoporosis at an early stage by measuring the thickness of cortical bone by applying ultrasound to the cortical bone of tibia.

또한 인체에 유해한 방사선을 조사하지 않는다는 이점이 있다.It also has the advantage of not irradiating harmful radiation to the human body.

그리고 측정방법이 간단하며 측정시간도 짧아 신속하게 결과를 알 수 있다는 효과가 있다.In addition, the measurement method is simple and the measurement time is short, and the result can be quickly known.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치를 도시한 블럭도이다.
도2는 본 발명의 실시에에 따른 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치의 사용예를 도시한 것이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정방법에 대한 흐름도이다.
도4는 본 발명의 실시예에서 피질골과 골수의 경계면에서 반사되는 에코 초음파의 모습을 도시한 것이다.
도5는 도4에서 반사된 에코 초음파가 수신되는 시간을 도시한 그래프이다.
1 is a block diagram showing an apparatus for measuring cortical bone thickness using pulse-echo ultrasound according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an example of the use of the cortical bone thickness measurement apparatus using pulse-eco ultrasound in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a cortical bone thickness measurement method using pulse-echo ultrasound according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 illustrates the appearance of echo ultrasound reflected at the interface between the cortical bone and bone marrow in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating a time at which the reflected echo ultrasound is received in FIG. 4.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, but the well-known technical parts will be omitted or compressed for brevity of description.

본 발명의 실시예에서는 경골(tibia) 등의 긴 뼈의 외부 껍질을 구성하는 피질골(cortical bone)의 두께를 측정하기 위해 펄스-에코 방법을 이용한다.In the embodiment of the present invention, a pulse-echo method is used to measure the thickness of the cortical bone constituting the outer shell of long bone such as tibia.

초음파(Ultrasound)는 사람이 들을 수 있는 주파수 범위인 20㎐ ~ 20,000㎐ 이상의 진동수를 갖는 소리의 영역을 말한다. 초음파는 본질적으로는 가청범위의 음파와 같지만, 주파수가 크고 파장이 짧으며 상단이 강한 진동을 얻을 수 있으므로 보통 소리에서 볼 수 없는 성질을 보인다. 의료용 초음파는 보통 1㎒ ~ 20㎒ 까지를 사용하며, 목적에 따라 출력과 범위를 달리할 수 있다.Ultrasound refers to an area of sound having a frequency of 20 kHz to 20,000 kHz or more, which is a frequency range that can be heard by a human. Ultrasonic waves are inherently the same as sound waves in the audible range, but because they are large in frequency, short in wavelength, and have strong vibrations at the top, they are not seen in normal sound. Medical ultrasound usually uses from 1 MHz to 20 MHz and can vary in power and range depending on the purpose.

일반적인 초음파 검사의 원리는 고체가 초음파를 전달시키는 훌륭한 매개체라는 사실에 근간을 두고 있다. 어군탐지기나 레이더와 동일한 원리로, 탐촉자에서 생성되어 재질의 내부로 전달된 초음파는 재질의 경계 또는 내부결함 즉 틈, 다른 재질의 침투, 단절 등에서 반사되어 탐촉자로 돌아온다.The principle of ultrasonography is based on the fact that solids are excellent mediators of ultrasound. In the same principle as a fish finder or radar, ultrasonic waves generated by a transducer and transmitted into the material are reflected back to the transducer by reflecting from a material boundary or internal defect, ie, a gap, penetration of another material, or disconnection.

초음파 탐촉자 내에는 압전결정체(전기를 가하면 모양과 크기가 변하고, 반대로 모양과 크기가 변하면 전기가 발생하는 성질을 지니고 있는 물질)가 들어있는데, 이는 기하학적 형태로 배열된 수많은 쌍극자로 형성되어 있다. 만일 순간적인 전압을 가하면 결정체의 두께가 변하면서(진동하면서) 초음파를 발생한다. 초음파의 짧은 펄스가 체내로 발사되면 이 펄스는 체내의 어느 반사면과 만날 때까지 일정한 속도로 조직 속을 진행한다. 반사면에 부딪히면 초음파속의 일부는 음원쪽으로 반사되는데 이것이 에코이다. 나머지는 다음 반사면과 만날 때까지 계속 진행한다.The ultrasonic transducer contains piezoelectric crystals (materials whose properties change in shape and size when electricity is applied and conversely, when they change shape and size), which are formed of numerous dipoles arranged in a geometric form. If an instantaneous voltage is applied, the thickness of the crystals changes (vibrates), generating ultrasonic waves. When a short pulse of ultrasound is emitted into the body, the pulse travels through the tissue at a constant rate until it meets any reflective surface in the body. When hitting the reflective surface, part of the ultrasonic wave is reflected toward the sound source, which is an echo. The rest continues until it meets the next reflecting surface.

초음파의 조직과의 상호작용은 반사, 굴절, 흡수로 대별할 수 있는데 그 중 반사가 초음파 검사의 기초가 된다. 반사, 즉 에코의 생성은 서로 성질이 다른 조직간의 경계면(이를 초음파 계면이라 한다)에서 발생하는데 매우 작은 밀도의 차이라도 계면을 만든다. 즉 물, 혈구, 지방, 간세포, 담즙, 담관벽과 결체조직이나 섬유조직 모두가 계면을 만들 만큼 서로 다른 밀도를 가지고 있다. The interaction of ultrasound with tissues can be roughly classified into reflection, refraction, and absorption, of which reflection is the basis of ultrasound. Reflection, or echo generation, occurs at the interface between tissues of different properties (called the ultrasonic interface), creating an interface even with very small differences in density. Water, blood cells, fat, hepatocytes, bile, bile duct walls and connective or fibrous tissues all have different densities to create interfaces.

성숙된 뼈는 피질골, 해면질골, 골막, 골내막 등의 구조로 이루어진다. 뼈의 단면을 보면 잔구멍이 많이 나 있고 바깥에 비해 약간 퍼석퍼석한 안쪽의 뼈를 해면질골이라 하고 딱딱한 바깥쪽 부분을 피질골이라 한다.Mature bone is composed of cortical bone, spongy bone, periosteum, endosteum, and the like. If you look at the cross section of the bone, there are a lot of fine pores, and a little rougher than the outside, the inner bone is called spongy bone, and the hard outer part is called cortical bone.

본 발명의 실시예에서는 경골의 피질골 두께를 측정하는데, 이는 기존에 종골의 해면질골 밀도를 측정하던 것에 비해, 측정의 정확성을 높일 수 있다. 또한 실제로 골절이 발생되는 부위인 피질골의 두께를 측정함으로써 골다공증 진단의 정확성도 향상시킬 수 있다.
In the embodiment of the present invention to measure the cortical bone thickness of the tibia, which can increase the accuracy of the measurement compared to the conventional spongy bone density of the calcaneus. In addition, the accuracy of diagnosis of osteoporosis can be improved by measuring the thickness of cortical bone, which is the site where the fracture actually occurs.

<장치에 대한 설명>< Description of the device >

도1은 본 발명의 실시예에 따른 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치를 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing an apparatus for measuring cortical bone thickness using pulse-echo ultrasound according to an embodiment of the present invention.

도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치는 입사부, 감지부, 연산부, 출력부를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the cortical bone thickness measuring apparatus using pulse echo echo according to an exemplary embodiment of the present invention includes an incident part, a sensing part, a calculating part, and an output part.

입사부에서는 경골 내부로 초음파를 입사시킨다. 이때 입사부를 경골에 수직이 되도록 밀착시켜 정확한 측정이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 일반적으로 진단용으로 사용되는 1㎒ ~ 20㎒ 까지의 초음파 중, 얇은 피질골의 두께를 측정하기 위해 주파수가 2㎒ ~ 10㎒인 초음파를 이용한다.At the incident portion, ultrasonic waves are incident into the tibia. At this time, the incidence portion is preferably in close contact with the tibia so as to make accurate measurements. In an embodiment of the present invention, an ultrasonic wave having a frequency of 2 MHz to 10 MHz is used to measure the thickness of thin cortical bone among ultrasonic waves of 1 MHz to 20 MHz that are generally used for diagnosis.

감지부는 입사부에서 입사시킨 초음파가 반사되어 나오는 에코 초음파를 감지한다. 이때, 에코 초음파는 초음파 입사 후에 첫 번째로 감지되는 반사 초음파를 말한다. 그 이유는 다음과 같다. 경골로 입사된 초음파는 도4에 도시한 바와 같이 경골 내부의 여러 계면에서 반사 또는 투과하며 진행한다(Δt, t1, t2). 그 중 본 발명의 실시예에서 얻고자 하는 값은 입사된 초음파가 처음 만나는 계면인 피질골과 골수의 밀도 차에 의해 반사되어 나오는 신호이기 때문이다.The detector detects echo ultrasonic waves from which ultrasonic waves incident from the incident portion are reflected. In this case, the echo ultrasound refers to the reflected ultrasound which is first detected after the ultrasound incident. The reason for this is as follows. Ultrasound incident on the tibia proceeds by reflecting or transmitting at various interfaces inside the tibia as shown in FIG. 4 (Δt, t 1 , t 2 ). This is because the value to be obtained in the embodiment of the present invention is a signal reflected by the density difference between the cortical bone and bone marrow, the interface where the incident ultrasonic waves first meet.

연산부는 반사되어 나오는 에코를 이용하여 피질골의 두께를 계산하여 골다공증을 진단하거나 골절률을 예측할 수 있다. 이때, 연산에는 하기 [수학식1]을 이용한다.The calculator calculates the thickness of the cortical bone using the reflected echo to diagnose osteoporosis or predict the fracture rate. At this time, the following [Equation 1] is used for the calculation.

Figure 112010076505907-pat00003
Figure 112010076505907-pat00003

여기서 Δt는 초음파 입사 후, 에코 초음파를 감지하기까지의 시간이고, v는 피질골에서 초음파의 진행속도이다. 본 발명의 실시예에서는 피질골에서 초음파의 진행 속도가 4000m/s라 가정한다. 초음파의 진행 속도는 주파수에 상관없이 매질의 성질과 밀도에 따라 결정되는데, 하기 [표1]에 여러 매질에서 초음파가 진행하는 속도를 나타내었다.Where Δt is the time from the ultrasound incidence to the detection of the echo ultrasound, and v is the velocity of the ultrasound in the cortical bone. In the embodiment of the present invention, it is assumed that the traveling speed of the ultrasound in the cortical bone is 4000m / s. The speed of the ultrasonic wave is determined according to the nature and density of the medium irrespective of the frequency. Table 1 shows the speed at which the ultrasonic wave proceeds in various media.

여러 매질에서 초음파의 진행 속도Rate of progress of ultrasound in different media 매질medium 속도(m/s)Speed (m / s) 공기air 330 330 물(20℃)Water (20 ℃) 14801480 lead 24002400 알루미늄aluminum 64226422 지방조직Adipose tissue 14501450 연부조직Soft tissue 15401540 brain 15411541 liver 15491549 혈액blood 15701570 눈의 수정체The lens of the eye 16201620 두개골skull 40804080 테프론Teflon 13401340

출력부는 연산부에서 연산한 정보를 외부의 장치로 출력한다. 즉 외부의 오실로스코프와 연결되어 이 오실로스코프를 통해 피질골과 골수의 경계면에서 반사되어 감지된 에코의 수신시간을 파악한다. The output unit outputs the information calculated by the operation unit to an external device. In other words, it is connected to an external oscilloscope to detect the reception time of the detected echo reflected from the interface between the cortical bone and bone marrow through the oscilloscope.

출력부에서 출력되는 정보는 Δt, 연산 결과 및 골다공증 판정 결과 등이다. 골다공증의 판정에는 다소 논란의 여지는 있으나, 보통 세계보건기구(WHO)에서 제시한 기준에 따라 판정한다. 즉, 최대 골밀도를 확보한 건강한 성인(20 ~ 29세)의 평균 골밀도와 비교하여 측정치가 얼마나 차이가 있는가(T-score)에 의해서 평가한다. T-score가 -1에서 -2.5까지의 낮은 골밀도를 나타낸 경우를 골감소증(osteopenia)으로 판정하며, -2.5 이하의 낮은 골밀도를 나타낸 경우를 골다공증으로 판정한다.
Information output from the output unit is Δt, arithmetic results, osteoporosis determination results, and the like. The determination of osteoporosis is somewhat controversial, but is usually based on criteria set out by the World Health Organization (WHO). That is, it is evaluated by the difference in the measured value (T-score) compared to the average bone density of healthy adults (20-29 years old) who have secured the maximum bone density. Osteoopenia is determined when the T-score shows low bone density from -1 to -2.5, and osteoporosis is determined when the bone density is lower than -2.5.

<방법에 대한 설명>< Description of the method >

도3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정방법에 대한 흐름도이다. 도1 내지 도2를 참조하여 설명하되, 편의상 순서를 붙이도록 한다.3 is a flowchart illustrating a cortical bone thickness measurement method using pulse-echo ultrasound according to an embodiment of the present invention. A description will be given with reference to FIGS. 1 and 2, but for convenience.

1. 입사 단계<S301> 1.Step of entering <S301>

S301단계에서는 경골 내부로 초음파를 입사시키며, 이때 입사부를 경골에 수직이 되도록 밀착시켜 정확한 측정이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 주파수가 2㎒ ~ 10㎒인 초음파를 이용한다.In step S301, the ultrasonic wave is incident to the inside of the tibia, and at this time, it is preferable to make an accurate measurement by closely contacting the incident portion perpendicular to the tibia. In the embodiment of the present invention, ultrasonic waves having a frequency of 2 MHz to 10 MHz are used.

2. 감지 단계<S302> 2. Detection step <S302>

S302단계에서는 경골로 입사된 초음파가 경골 내부의 피질골과 골수의 밀도 차에 의해 그 경계면에서 반사되어 나오는 에코 초음파를 감지한다.In step S302, the ultrasonic wave incident to the tibia detects echo ultrasonic waves reflected from the interface by the density difference between the cortical bone and the bone marrow in the tibia.

3. 연산 단계<S303> 3. Operation step <S303>

S303단계에서는 S302단계에서 감지한 에코 초음파를 이용하여 피질골의 두께를 계산하여 골다공증을 진단하거나 골절률을 예측한다. 이때, 연산에는 상기 수학식1을 이용한다.In step S303, the thickness of the cortical bone is calculated using echo ultrasound detected in step S302 to diagnose osteoporosis or predict fracture rate. In this case, Equation 1 is used for the calculation.

4. 출력 단계<S304> 4. Output stage <S304>

S304단계에서는 S303단계에서 연산한 정보를 외부의 장치로 출력한다. 출력 정보는 Δt, 연산 결과 및 골다공증 판정 결과 등이다.
In step S304, the information calculated in step S303 is output to an external device. The output information is Δt, arithmetic results, osteoporosis determination results and the like.

이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 초음파를 경골에 조사하여 그 에코 초음파를 감지하기까지의 시간을 이용하여 피질골의 두께를 측정함으로써, 조기에 골다공증을 정확하게 진단할 수 있다.
According to this embodiment of the present invention, by measuring the thickness of the cortical bone using the time from the ultrasound to the tibia to detect the echo ultrasound, it is possible to accurately diagnose osteoporosis early.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
As described above, the detailed description of the present invention has been made by the embodiments with reference to the accompanying drawings. However, since the above-described embodiments have only been described with reference to preferred examples of the present invention, the present invention is limited to the above embodiments. It is not to be understood that the scope of the present invention will be understood by the claims and equivalent concepts described below.

100 : 펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치
110 : 입사부 120 : 감지부
130 : 연산부 140 : 출력부
200 : 오실로스코프
C : 피질골 M : 골수
100: cortical bone thickness measurement apparatus using pulse-eco ultrasound
110: incident part 120: detection part
130: calculator 140: output unit
200: oscilloscope
C: Cortical bone M: Bone marrow

Claims (10)

경골 내부로 초음파를 입사시키는 입사부를 상기 경골에 수직이 되도록 밀착시키고, 상기 경골에 2㎒ ~ 10㎒ 사이의 주파수 대역대의 초음파 펄스를 입사시키는 A단계;
상기 A단계에서의 초음파 펄스 입사 후 첫 번째로 반사되어 나온 에코 초음파를 감지하는 B단계; 및
상기 B단계에서 감지된 에코 초음파가 수신되는 시간차를 이용하여 상기 경골의 피질골의 두께를 연산하는 C단계; 를 포함하고,
상기 C단계에서의 연산은 하기 수학식을 이용하는 것을 특징으로 하는
[수학식]
Figure 112012038730547-pat00011

(여기서, Δt는 상기 A단계에서 초음파 펄스를 송신하여 상기 B단계에서 첫번째로 감지되는 반사 초음파인 에코 초음파를 수신할 때까지의 시간이고, v는 피질골에서 초음파의 진행속도이다.)
펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정방법.
Contacting an incident part for injecting ultrasonic waves into the tibia so as to be perpendicular to the tibia, and injecting ultrasonic pulses into the tibia in a frequency band between 2 MHz and 10 MHz;
Step B for detecting the echo echo first reflected after the ultrasonic pulse incident in step A; And
Calculating a thickness of the cortical bone of the tibia by using a time difference at which the echo ultrasound detected in the step B is received; Including,
The operation in the step C is characterized by using the following equation
[Mathematical Expression]
Figure 112012038730547-pat00011

(Where Δt is the time from transmitting the ultrasonic pulse in the A stage to receiving the echo ultrasonic wave, which is the first detected ultrasonic wave in the B stage, and v is the speed of the ultrasonic wave in the cortical bone.)
Cortical bone thickness measurement method using pulse echo echo ultrasound.
제1항에 있어서,
상기 C단계에서 연산한 결과를 출력하는 D단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정방법.
The method of claim 1,
A D step of outputting a result calculated in the C step; &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Cortical bone thickness measurement method using pulse echo echo ultrasound.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 경골에 수직이 되도록 밀착되고, 상기 경골 내부에 2㎒ ~ 10㎒ 사이의 주파수 대역대의 초음파 펄스를 입사시키는 입사부;
상기 입사부의 초음파 펄스 입사 후 첫 번째로 반사되어 나온 에코 초음파를 감지하는 감지부; 및
상기 감지부에서 감지된 에코 초음파가 수신되는 시간차를 이용하여 상기 경골의 피질골의 두께를 연산하는 연산부; 를 포함하고,
상기 연산부에서의 연산은 하기 수학식을 이용하는 것을 특징으로 하는
[수학식]
Figure 112012071529911-pat00012

(여기서, Δt는 상기 입사부에서 초음파 펄스를 송신하여 상기 감지부에서 첫번째로 감지되는 반사 초음파인 에코 초음파를 수신할 때까지의 시간이고 v는 피질골에서의 초음파의 진행속도이다)
펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치.
An incidence portion that is in close contact with the tibia and is incident on the inside of the tibia to inject ultrasonic pulses in a frequency band between 2 MHz and 10 MHz;
A detector configured to detect echo ultrasonic waves reflected first after the ultrasonic pulse is incident on the incident portion; And
A calculating unit calculating a thickness of the cortical bone of the tibia using a time difference at which the echo ultrasonic waves sensed by the detecting unit are received; Including,
The calculation in the operation unit is characterized by using the following equation
[Mathematical Expression]
Figure 112012071529911-pat00012

(Where Δt is the time until the ultrasonic wave is transmitted from the incidence part to receive echo ultrasonic wave, which is the first detected ultrasonic wave in the detection part, and v is the speed of the ultrasonic wave in the cortical bone)
Cortical bone thickness measurement apparatus using pulse echo echo ultrasound.
제6항에 있어서,
상기 연산부에서 연산한 결과를 출력하는 출력부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
펄스-에코 초음파를 이용한 피질골 두께 측정장치.
The method according to claim 6,
An output unit for outputting a result calculated by the operation unit; &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Cortical bone thickness measurement apparatus using pulse echo echo ultrasound.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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