KR101412785B1 - Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter - Google Patents

Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter Download PDF

Info

Publication number
KR101412785B1
KR101412785B1 KR1020120111283A KR20120111283A KR101412785B1 KR 101412785 B1 KR101412785 B1 KR 101412785B1 KR 1020120111283 A KR1020120111283 A KR 1020120111283A KR 20120111283 A KR20120111283 A KR 20120111283A KR 101412785 B1 KR101412785 B1 KR 101412785B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bone
ultrasonic
frequency
mineral density
spongy
Prior art date
Application number
KR1020120111283A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140045124A (en
Inventor
이강일
Original Assignee
강원대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 강원대학교산학협력단 filed Critical 강원대학교산학협력단
Priority to KR1020120111283A priority Critical patent/KR101412785B1/en
Publication of KR20140045124A publication Critical patent/KR20140045124A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101412785B1 publication Critical patent/KR101412785B1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0875—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of bone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52025—Details of receivers for pulse systems
    • G01S7/52026—Extracting wanted echo signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52046—Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법 및 장치에 관한 것으로, 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법은 펄스형 초음파를 해면질골에 입사시키는 초음파 입사 단계; 상기 초음파 입사 단계에서 상기 해면질골을 투과한 상기 펄스형 초음파 중 상기 펄스형 초음파가 갖는 기본주파수(이하, 'f1주파수'라 함)의 2배인 주파수(이하, 'f2주파수'라 함)를 갖는 초음파만을 선별적으로 수신하는 초음파 수신 단계; 상기 초음파 수신 단계에서 선별적으로 수신된 상기 f2주파수를 갖는 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 변환 단계; 및 상기 변환 단계에서 변환된 상기 전기적 신호를 분석하여 상기 해면질골의 비선형 변수를 측정하고, 상기 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계를 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측 단계; 를 포함하고, 그로 인해 해면질골의 골밀도의 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명에 의하면, 본 발명은 기존의 정량적 초음파 기술에 사용되던 파라미터와 더불어 새로운 파라미터인 비선형 변수를 제공함으로써, 골밀도의 측정 정확도를 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to a method and apparatus for predicting bone density using ultrasonic nonlinear parameters, and a method for predicting bone density using ultrasonic nonlinear parameters includes: an ultrasonic wave incidence step of making pulsed ultrasound incident on a cavernous bone; In the ultrasonic joining step is twice the frequency (hereinafter referred to as "f 2 frequency") of the fundamental frequency (hereinafter referred to as "f 1 frequency" hereinafter) is the pulse-like ultrasonic waves having the above pulse-like ultrasonic waves transmitted through the spongy bone An ultrasound receiving step of selectively receiving ultrasound waves having a predetermined wavelength; A converting step of converting ultrasonic waves having the f 2 frequency selectively received in the ultrasonic receiving step into electrical signals; And predicting a bone density of the spongy bone through a correlation between the nonlinear parameter and the bone density of the spongy bone by analyzing the electrical signal converted in the conversion step and measuring a nonlinear parameter of the spongy bone, Thereby providing a technique for improving the measurement accuracy of the bone mineral density of the cavernous bone.
According to the present invention, the present invention has an effect of improving the measurement accuracy of bone density by providing a parameter, which is a new parameter, in addition to the parameter used in the existing quantitative ultrasonic technique.

Description

초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING BONE MINERAL DENSITY USING ULTRASONIC NONLINEAR PARAMETER}[0001] The present invention relates to a method and apparatus for predicting bone mineral density using an ultrasonic nonlinear parameter,

본 발명은 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for predicting bone mineral density using ultrasonic nonlinear variables.

일반적으로, 골다공증은 골소실에 의한 골량의 감소 및 골조직의 미세구조 파괴로 인해 뼈가 약해짐에 따라 작은 충격에도 쉽게 골절이 발생할 수 있는 질환으로서, 골다공증을 진단하는 종래기술로는 단순 X-선 촬영법, 이중에너지 X-선 흡수계측법(Dual Energy X-ray Absorptiometry) 및 정량적 초음파(Quantitative ultrasound) 기술 등이 있다. In general, osteoporosis is a disease in which fracture can easily occur even in a small impact due to a decrease in bone due to a decrease in bone mass due to bone loss and a fracture of a microstructure of a bone tissue. As a conventional technique for diagnosing osteoporosis, Dual energy X-ray absorptiometry, and quantitative ultrasound technology.

이러한 종래기술 중 단순 X-선 촬영법이나 이중에너지 X-선 흡수계측법은 척추골 등의 단위면적당 골밀도를 측정하여 골다공증을 진단하기 위해 환자의 몸에 유해한 영향을 미칠 수 있는 저에너지 및 고에너지의 방사선을 조사하는 과정이 불가피함에 따라, 최근에는 인체에 무해한 정량적 초음파 기술이 각광받고 있다. 정량적 초음파 기술은 초음파를 이용한 골다공증 진단 방법으로서, 종래의 X-선을 이용한 골다공증 진단법에 비해 인체에 미치는 영향이 거의 없으며, 사용이 간편하고 가격이 저렴한 장점을 가지고 있다. Among such conventional techniques, simple X-ray or dual energy X-ray absorptiometry is used to measure bone density per unit area of the vertebrae and to measure osteoporosis by irradiating low energy and high energy radiation which may have a detrimental effect on the body of the patient The quantitative ultrasonic technique harmless to the human body has recently been spotlighted. Quantitative ultrasound technology is a method of diagnosing osteoporosis using ultrasonic waves, and has advantages over conventional methods of diagnosing osteoporosis using X-rays, such as little influence on the human body, easy use, and low price.

정량적 초음파 기술은 초음파를 해면질골로 이루어진 인체의 종골(Calcaneus)에 투과시키고, 종골의 음속(Speed of sound; SOS) 및 광대역 초음파 감쇠(Broadband ultrasound attenuation; BUA)를 측정하여 골밀도(Bone mineral density; BMD)를 간접적으로 예측하고 골다공증을 진단하는 방법으로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0038812호, 제10-2003-0034550호 등에는 이러한 정량적 초음파 진단 기술에 대해 제시된 바 있다. Quantitative ultrasound technology is used to transmit ultrasound to the calcaneus of a human cavernous bone and to measure bone mineral density (BMD) by measuring the speed of sound (SOS) and broadband ultrasound attenuation (BUA) As a method for indirectly predicting osteoporosis and diagnosing osteoporosis, Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2005-0038812 and 10-2003-0034550 and the like disclose such a quantitative ultrasonic diagnostic technique.

하지만, 종래의 정량적 초음파 기술은 종골의 음속에 의한 측정과 광대역 초음파 감쇠의 측정에 의해 획득된 파라미터만으로 골밀도의 측정이 이루어지므로, 골밀도의 측정 정확도를 향상시키기 위한 추가적인 파라미터가 요구되는 실정이다.
However, the conventional quantitative ultrasonic technique requires additional parameters to improve the measurement accuracy of bone density because the measurement of the bone density is performed only by the parameters obtained by the measurement of the sound velocity of the calcaneus and the measurement of the broadband ultrasound attenuation.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해면질골의 골밀도의 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique for improving the measurement accuracy of a bone mineral density of a cavernous bone.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법은 펄스형 초음파를 해면질골에 입사시키는 초음파 입사 단계; 상기 초음파 입사 단계에서 상기 해면질골을 투과한 상기 펄스형 초음파 중 상기 펄스형 초음파가 갖는 기본주파수(이하, 'f1주파수'라 함)의 2배인 주파수(이하, 'f2주파수'라 함)를 갖는 초음파만을 선별적으로 수신하는 초음파 수신 단계; 상기 초음파 수신 단계에서 선별적으로 수신된 상기 f2주파수를 갖는 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 변환 단계; 및 상기 변환 단계에서 변환된 상기 전기적 신호를 분석하여 상기 해면질골의 비선형 변수를 측정하고, 상기 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계를 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측 단계; 를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for predicting a bone mineral density using an ultrasonic nonlinear parameter, the method comprising the steps of: injecting a pulsed ultrasound into a cavernous bone; In the ultrasonic joining step is twice the frequency (hereinafter referred to as "f 2 frequency") of the fundamental frequency (hereinafter referred to as "f 1 frequency" hereinafter) is the pulse-like ultrasonic waves having the above pulse-like ultrasonic waves transmitted through the spongy bone An ultrasound receiving step of selectively receiving ultrasound waves having a predetermined wavelength; A converting step of converting ultrasonic waves having the f 2 frequency selectively received in the ultrasonic receiving step into electrical signals; And predicting a bone density of the spongy bone through a correlation between the nonlinear parameter and the bone density of the spongy bone by analyzing the electrical signal converted in the conversion step and measuring a nonlinear parameter of the spongy bone, . ≪ / RTI >

또한, 골밀도 예측 단계에서 해면질골의 비선형 변수는 하기 수학식1에 의해 계산될 수 있다.Further, in the step of predicting the bone mineral density, the nonlinear parameter of the spongy bone can be calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112012081305745-pat00001
Figure 112012081305745-pat00001

(여기서, (B/A)s는 해면질골의 비선형 변수, P2s는 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이에 해면질골이 있는 경우에 해면질골을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, P2w는 초음파 송신부 및 수신부 사이에 해면질골이 없는 경우에 물만을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, L은 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이의 거리, d는 해면질골의 두께, αs1은 해면질골의 f1주파수 성분의 감쇠계수, αs2는 해면질골의 f2주파수 성분의 감쇠계수, Mws는 물/해면질골 사이 경계면에서의 음압투과계수, Msw는 해면질골/물 사이 경계면에서의 음압투과계수, ρw는 물의 밀도, cw는 물의 음속, ρs는 해면질골의 밀도, cs는 해면질골의 음속, (B/A)w는 증류수의 비선형 변수, exp는 지수함수)(B / A) s is the nonlinear parameter of the cavernous bone, P 2s is the amplitude of the f 2 frequency component transmitted through the sponge bone when there is a cavernous bone between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, P 2w is the amplitude of the ultrasonic transmitter and when between receiving no spongy bone only the amplitude of the f 2 frequency components permeate on, L is the distance between the ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver, d is the thickness, α s1 of the spongy bone is the attenuation of the f 1 frequency component of the spongy bone coefficient, α s2 is the attenuation coefficient, M ws of the f 2 frequency components of the spongy bone is the sound pressure transmission coefficient at the interface between water / spongy bone, M sw is the sound pressure transmission coefficient, ρ w between the spongy bone / water interface is water (B / A) w is the nonlinear variable of the distilled water, and exp is the exponential function), c w is the sound velocity of water, ρ s is the density of the cavernous bone, c s is the sonic velocity of the cavernous bone,

아울러, 골밀도 예측 단계에서 상기 해면질골의 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계는 상기 해면질골의 골밀도가 증가할 때 상기 해면질골의 비선형 변수가 선형적으로 증가하도록 마련될 수 있다.In addition, the correlation between the nonlinear parameter of the spongy bone and the bone mineral density of the spongy bone in the bone mineral density predicting step may be such that the nonlinear parameter of the spongy bone is linearly increased when the bone mineral density of the spongy bone is increased.

한편, 초음파 입사 단계에서 입사된 상기 펄스형 초음파의 상기 f1주파수는 0.5 MHz이고, 상기 초음파 수신 단계에서 선별적으로 수신된 초음파의 상기 f2주파수는 1.0 MHz일 수 있다.Meanwhile, the f 1 frequency of the pulsed ultrasound incident at the ultrasonic wave incidence step is 0.5 MHz, and the f 2 frequency of the ultrasound selectively received at the ultrasound reception step may be 1.0 MHz.

또한, 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법은 상기 골밀도 예측 단계에서 계산된 결과를 출력하는 출력 단계; 를 더 포함할 수 있다.Also, the method for predicting bone density using ultrasonic non-linear parameters may include: an output step of outputting a result calculated in the bone density estimation step; As shown in FIG.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 태양으로 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치는 펄스파를 유입하여 해면질골로 펄스형 초음파를 입사시키는 초음파 송신부; 상기 초음파 송신부로부터 입사된 상기 펄스형 초음파 중 상기 펄스형 초음파가 갖는 기본주파수(이하, 'f1주파수'라 함)의 2배인 주파수(이하, 'f2주파수'라 함)를 갖는 초음파만을 선별적으로 수신하는 초음파 수신부; 상기 펄스형 초음파가 상기 해면질골로 입사되도록 상기 펄스파를 생성하여 상기 초음파 송신부로 전송하거나, 상기 초음파 수신부가 선별적으로 수신한 상기 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 펄서/리시버부; 상기 펄서/리시버부에 의해 변환된 상기 전기적 신호를 검출하는 신호처리부; 상기 신호처리부에서 검출된 상기 전기적 신호를 분석하여 상기 해면질골의 비선형 변수를 측정하는 측정부; 및 상기 측정부로부터 측정된 상기 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계를 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 판단부; 를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for predicting a bone mineral density using an ultrasonic nonlinear parameter, the apparatus comprising: an ultrasonic transmitter for introducing a pulse wave into a spongy bone; Of the type of the pulse incident from the ultrasonic transmitting ultrasound the pulse-like ultrasonic waves are the fundamental frequency that has (hereinafter, "f 1 frequency" hereinafter) is twice the frequency (hereinafter, "f 2 frequency" hereinafter) only the selected ultrasound having a An ultrasonic receiving unit for receiving ultrasonic waves; A pulsator / receiver unit for generating the pulse wave to cause the pulsed ultrasound to be incident on the spongy bone, and transmitting the pulsed wave to the ultrasound transmitting unit, or converting the ultrasound selectively received by the ultrasound receiving unit into an electrical signal; A signal processing unit for detecting the electrical signal converted by the pulser / receiver unit; A measurement unit for analyzing the electrical signal detected by the signal processing unit and measuring a nonlinear parameter of the spongy bone; And a bone mineral density determination unit for predicting a bone mineral density of the spongy bone through a correlation between the nonlinear parameter and the bone mineral density of the spongy bone measured from the measurement unit. . ≪ / RTI >

또한, 측정부는 하기 수학식1에 의해 상기 해면질골의 비선형 변수를 측정할 수 있다.In addition, the measuring unit can measure the nonlinear parameter of the spongy bone by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112012081305745-pat00002
Figure 112012081305745-pat00002

(여기서, (B/A)s는 해면질골의 비선형 변수, P2s는 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이에 해면질골이 있는 경우에 해면질골을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, P2w는 초음파 송신부 및 수신부 사이에 해면질골이 없는 경우에 물만을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, L은 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이의 거리, d는 해면질골의 두께, αs1은 해면질골의 f1주파수 성분의 감쇠계수, αs2는 해면질골의 f2주파수 성분의 감쇠계수, Mws는 물/해면질골 사이 경계면에서의 음압투과계수, Msw는 해면질골/물 사이 경계면에서의 음압투과계수, ρw는 물의 밀도, cw는 물의 음속, ρs는 해면질골의 밀도, cs는 해면질골의 음속, (B/A)w는 증류수의 비선형 변수, exp는 지수함수)(B / A) s is the nonlinear parameter of the cavernous bone, P 2s is the amplitude of the f 2 frequency component transmitted through the sponge bone when there is a cavernous bone between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, P 2w is the amplitude of the ultrasonic transmitter and when between receiving no spongy bone only the amplitude of the f 2 frequency components permeate on, L is the distance between the ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver, d is the thickness, α s1 of the spongy bone is the attenuation of the f 1 frequency component of the spongy bone coefficient, α s2 is the attenuation coefficient, M ws of the f 2 frequency components of the spongy bone is the sound pressure transmission coefficient at the interface between water / spongy bone, M sw is the sound pressure transmission coefficient, ρ w between the spongy bone / water interface is water (B / A) w is the nonlinear variable of the distilled water, and exp is the exponential function), c w is the sound velocity of water, ρ s is the density of the cavernous bone, c s is the sonic velocity of the cavernous bone,

아울러, 해면질골의 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계는 상기 해면질골의 골밀도가 증가할 때 상기 해면질골의 비선형 변수가 선형적으로 증가하도록 마련될 수 있다.In addition, the correlation between the non-linear parameter of the spongy bone and the bone mineral density of the spongy bone can be set such that the non-linear parameter of the spongy bone is linearly increased when the bone mineral density of the spongy bone is increased.

또한, 초음파 수신부의 중심주파수는 상기 초음파 송신부의 중심주파수보다 2배 높도록 마련될 수 있다.The center frequency of the ultrasonic wave receiving unit may be set to be twice as high as the center frequency of the ultrasonic wave transmitting unit.

그리고, 초음파 송신부로부터 입사된 상기 펄스형 초음파의 상기 f1주파수는 0.5 MHz이고, 상기 초음파 수신부로부터 선별적으로 수신된 초음파의 상기 f2주파수는 1.0 MHz일 수 있다.The f 1 frequency of the pulsed ultrasonic wave incident from the ultrasonic transmission unit is 0.5 MHz, and the f 2 frequency of the ultrasonic wave selectively received from the ultrasonic wave receiving unit may be 1.0 MHz.

초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치는 상기 골밀도 판단부로부터 도출된 결과를 출력하는 출력부; 를 더 포함할 수 있다.
An apparatus for predicting a bone density using an ultrasonic non-linear parameter includes: an output unit for outputting a result derived from the bone density determining unit; As shown in FIG.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초음파 송신부에 의해 해면질골을 투과한 펄스형 초음파는 전기적 신호로 변환되고, 변환된 전기적 신호를 분석하여 해면질골의 비선형 변수가 계산되며, 비선형 변수 및 해면질골의 골밀도 간의 상관관계를 통해 해면질골의 골밀도를 예측할 수 있다.As described above, according to the present invention, the pulsed ultrasound transmitted through the spongy bone by the ultrasonic transmission unit is converted into an electrical signal, the non-linear parameter of the spongy bone is calculated by analyzing the converted electrical signal, The bone mineral density of the spongy bone can be predicted through the correlation between the BMD of the spongy bone.

따라서, 본 발명은 초음파 조사를 통해 해면질골의 골밀도를 예측할 수 있으므로 환자가 방사선에 노출되지 않으며, 본 발명은 환자에게 안전한 측정 방법을 제공하는 효과가 있다.Accordingly, since the bone mineral density of the cavernous bone can be predicted through the ultrasonic irradiation, the present invention is not exposed to radiation, and the present invention has an effect of providing a safe measurement method for a patient.

아울러, 본 발명은 기존의 정량적 초음파 기술에 사용되던 파라미터와 더불어 새로운 파라미터인 비선형 변수를 제공함으로써, 골밀도의 측정 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
In addition, the present invention has an effect of improving the measurement accuracy of the bone density by providing a parameter, which is a new parameter, in addition to the parameter used in the existing quantitative ultrasonic technique.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 골밀도 예측 장치를 도시한 것이다.
도2은 본 발명에 따른 해면질골의 비선형 변수 및 골밀도 간의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흐름도를 도시한 것이다.1 is a block diagram of an apparatus for predicting bone density according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a correlation between non-linear parameters and bone density of spongiform bone according to the present invention.
Figure 3 shows a flow diagram in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
The preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which the technical parts already known will be omitted or compressed for simplicity of explanation.

<구성에 대한 설명><Description of Configuration>

본 발명에 따른 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치(10)는 초음파 송신부(100), 초음파 수신부(200), 펄서/리시버부(pelser/receiver, 300), 신호처리부(400), 측정부(500), 골밀도 판단부(600) 및 출력부(700)를 포함하여 구성되고, 이에 대하여 도1 및 도2를 참조하여 설명한다.An apparatus 10 for predicting bone mineral density using an ultrasonic nonlinear parameter according to the present invention includes an ultrasonic transmission unit 100, an ultrasonic reception unit 200, a pulser / receiver 300, a signal processing unit 400, a measurement unit 500 A bone density determination unit 600, and an output unit 700, which will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig.

초음파 송신부(100)는 해면질골(B)의 일측에 위치하며, 펄서/리시버부(300)로부터 펄스파를 유입하여 해면질골(B) 내부로 펄스형 초음파를 입사시킨다. The ultrasound transmission unit 100 is located at one side of the cavernous bone B and introduces pulsed ultrasound into the cavernous bone B by introducing a pulsed wave from the pulser /

초음파 수신부(200)는 해면질골(B)의 타측에 위치하며, 초음파 송신부(100)에 의해 해면질골(B) 내부로 입사된 펄스형 초음파를 수신한다. 여기서, 초음파 수신부(200)는 초음파 송신부(100)로부터 입사된 펄스형 초음파 중 펄스형 초음파가 갖는 기본주파수(이하, 'f1주파수'라 함)의 2배인 주파수(이하, 'f2주파수'라 함)를 갖는 초음파만을 선별적으로 수신한다.The ultrasound receiving unit 200 is located on the other side of the cavernous bone B and receives the pulsed ultrasound incident into the cavernous bone B by the ultrasound transmitting unit 100. Here, the ultrasonic receiver 200 is the primary frequency of the pulse-like ultrasonic waves of the pulse-like ultrasonic waves incident from the ultrasonic transmitter 100 (hereinafter, "f 1 frequency" hereinafter) is twice the frequency (hereinafter, "f 2 frequencies" (Hereinafter referred to as &quot; ultrasonic waves &quot;).

초음파 송신부(100)로부터 해면질골(B)로 기본주파수를 갖는 펄스형 초음파가 입사될 경우, 초음파 수신부(200)는 기본주파수와 같거나 기본주파수의 2배, 3배 등의 주파수 성분이 측정되며, 이러한 현상을 초음파의 비선형성이라고 한다. When a pulsed ultrasound wave having a fundamental frequency is incident on the caustic bone B from the ultrasound transmitting unit 100, the ultrasound receiving unit 200 measures frequency components such as twofold or threefold of the fundamental frequency or the fundamental frequency This phenomenon is called nonlinearity of ultrasonic waves.

본 발명의 일실시예에서는 초음파의 비선형성을 용이하게 측정하기 위해 초음파 수신부(200)의 중심주파수를 초음파 송신부(100)의 중심주파수보다 2배 높도록 구성함으로써, 초음파 송신부(100)로부터 입사된 펄스형 초음파의 f1주파수는 0.5 MHz이고, 초음파 수신부(200)로부터 선별적으로 수신된 초음파의 f2주파수는 1.0 MHz가 되도록 설정하였다. The center frequency of the ultrasonic wave receiving unit 200 may be set to be twice as high as the center frequency of the ultrasonic wave transmitting unit 100 in order to easily measure the nonlinearity of the ultrasonic wave, The f 1 frequency of the pulsed ultrasonic wave is set to 0.5 MHz and the f 2 frequency of the ultrasonic wave selectively received from the ultrasonic wave receiver 200 is set to 1.0 MHz.

펄서/리시버부(300)는 펄스형 초음파가 해면질골(B)로 입사되도록 펄스파를 생성하여 초음파 송신부(100)로 전송한다. 또한, 펄서/리시버부(300)는 초음파 송신부(100)에 의해 해면질골(B)로 입사된 펄스형 초음파 중 f2주파수를 갖는 초음파를 초음파 수신부(200)가 수신할 경우, 초음파 수신부(200)가 선별적으로 수신한 초음파를 전기적 신호로 변환시켜 신호처리부(400)로 전송한다.The pulser / receiver unit 300 generates a pulse wave so that the pulsed ultrasound is incident on the cavernosal bone B and transmits the pulse wave to the ultrasound transmission unit 100. Further, the pulser / receiver unit 300 if the ultrasonic receiver 200 receives the ultrasonic wave having the f 2 frequency of the pulse-like ultrasonic waves incident on the spongy bone (B) by means of an ultrasonic transmitter 100, an ultrasonic receiver (200 Converts the received ultrasound into an electrical signal, and transmits the electrical signal to the signal processing unit 400.

신호처리부(400)는 펄서/리시버부(300)에 의해 변환된 전기적 신호를 검출하며, 검출된 전기적 신호의 증폭 및 필터링 과정을 수행한다. The signal processing unit 400 detects an electrical signal converted by the pulser / receiver unit 300, and amplifies and filters the detected electrical signal.

측정부(500)는 신호처리부(400)에서 검출된 상기 전기적 신호를 분석하고, 하기 수학식 1을 통해 해면질골(B)의 비선형 변수를 측정한다.The measuring unit 500 analyzes the electrical signal detected by the signal processing unit 400 and measures a nonlinear parameter of the cavernous bone B by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112012081305745-pat00003
Figure 112012081305745-pat00003

(여기서, (B/A)s는 해면질골의 비선형 변수, P2s는 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이에 해면질골이 있는 경우에 해면질골을 투과한 f2주파수 성분의 진폭(파워스펙트럼레벨), P2w는 초음파 송신부 및 수신부 사이에 해면질골이 없는 경우에 물만을 투과한 f2주파수 성분의 진폭(파워스펙트럼레벨), L은 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이의 거리, d는 해면질골의 두께, αs1은 해면질골의 f1주파수 성분의 감쇠계수, αs2는 해면질골의 f2주파수 성분의 감쇠계수, Mws는 물/해면질골 사이 경계면에서의 음압투과계수, Msw는 해면질골/물 사이 경계면에서의 음압투과계수, ρw는 물의 밀도, cw는 물의 음속, ρs는 해면질골의 밀도, cs는 해면질골의 음속, (B/A)w는 증류수의 비선형 변수(37ㅀC에서 약 5.3), exp는 지수함수)(B / A) s is the nonlinear parameter of the cavernous bone, P 2s is the amplitude (power spectrum level) of the f 2 frequency component transmitted through the sponge bone when the cavernous bone is present between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, P 2w is the distance between the ultrasonic transmitter and the amplitude of the f 2 frequency components transmitted through water only in the absence of spongy bone between the receiving unit (the power spectrum level), L is the ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver, d is the thickness of the spongy bone, α s1 Is the attenuation coefficient of the f 1 frequency component of the cavernosal bone, α s2 is the attenuation coefficient of the f 2 frequency component of the cavernosal bone, M ws is the sound pressure transmission coefficient at the interface between the water / cavernous bone, M sw is the interface between the cavernous bone / sound pressure transmission coefficient, ρ w is the density of water in, c w is the sound velocity, ρ s of water is the density of the spongy bone, c s is the acoustic velocity of the spongy bone, (B / a) w is non-linear parameters (37 DEG C in distilled water About 5.3), exp is exponential function)

골밀도 판단부(600)는 측정부(500)로부터 측정된 해면질골(B)의 비선형 변수 및 해면질골(B)의 골밀도 간의 상관관계를 통해 해면질골(B)의 골밀도를 예측한다.The bone mineral density determining unit 600 predicts the bone mineral density of the cavernosal bone B through a correlation between the nonlinear parameter of the caustic bone B and the bone mineral density of the caustic bone B measured by the measuring unit 500.

출력부(700)는 골밀도 판단부(600)로부터 도출된 연산 결과 또는 해면질골(B)의 골밀도를 출력하는 출력 장치로서, 출력부(700)는 음성신호를 출력하는 스피커 또는 영상신호를 화면상에 디스플레이하는 모니터 등을 포함할 수 있다.The output unit 700 is an output device for outputting the calculation result derived from the bone density determining unit 600 or the bone density of the cavernosal bone B. The output unit 700 outputs a speaker or a video signal, And the like.

본 발명의 일실시예에서 사용된 초음파 송신부(100)는 0.5 MHz의 중심주파수를 갖는 트랜스듀서이며, 초음파 수신부(200)는 1.0 MHz의 중심주파수를 갖는 트랜스듀서가 이용되었고, 해면질골 샘플과 각 초음파 송신부(100), 초음파 수신부(200) 간의 간격은 60 mm를 유지하였다.The ultrasonic transmitter 100 used in the embodiment of the present invention is a transducer having a center frequency of 0.5 MHz. The ultrasonic receiver 200 uses a transducer having a center frequency of 1.0 MHz. The interval between the ultrasonic transmitter 100 and the ultrasonic receiver 200 was maintained at 60 mm.

도1에 도시된 바와 같이, 골밀도 측정대상물인 해면질골(B)을 수중에 설치하고, 초음파 송신부(100) 및 초음파 수신부(200)와 소정거리 이격시켰다.As shown in FIG. 1, a cavernous bone B, which is an object to be measured for bone density, is installed in the water and is spaced apart from the ultrasonic transmitter 100 and the ultrasonic receiver 200 by a predetermined distance.

이때, 본 실험에 사용된 25개의 소 대퇴골 해면질골 샘플은 소의 대퇴골 근위부 해면질골로부터 얻어진 것으로, 마이크로 단층촬영장치(Micro computed tomography)에 의해 사전에 측정된 25개의 해면질골 샘플의 골밀도는 35.4 ~ 570.1 g/㎣의 범위 내에 분포하며, 해면질골 샘플의 골밀도 평균값은 242.1 g/㎣이다.At this time, the 25 small femoral sponge bone samples used in this experiment were obtained from the proximal spongy bone of the bovine femur, and the bone density of 25 spongy bone samples previously measured by microcomputed tomography was 35.4-570.1 g / 하며, and the average value of bone mineral density of spongiform bone samples is 242.1 g /..

도2에 도시된 바와 같이, 수중에서 초음파 투과법을 이용하여 측정된 25개의 해면질골 샘플의 비선형 변수는 63.5 ~ 176.4의 범위를 가지며, 평균값은 108.9이다.As shown in FIG. 2, the nonlinear parameters of 25 cavernous bone samples measured using ultrasound transmission in water range from 63.5 to 176.4, and the average value is 108.9.

측정부(500)가 수학식 1에 의해 해면질골(B)의 비선형 변수를 계산할 경우, ρw는 1000 kg/㎥로 적용되었으며, cw는 하기 수학식 2에 의해 계산되었다. 아울러, cs는 하기 수학식 3에 의해 계산되었고, ρs는 마이크로 사전에 측정된 25개의 해면질골 샘플의 평균 밀도이다. Mws는 하기 수학식 4에 의해 계산되었고, Msw는 하기 수학식 5에 의해 계산되었다. 그리고, αs1은 하기 수학식 6에 의해 계산되었고, αs2는 하기 수학식 7에 의해 계산되었다.When the measuring unit 500 calculates the non-linear parameter of the cavernous bone B according to Equation (1), ρ w is applied at 1000 kg / m 3, and c w is calculated by the following equation (2). In addition, c s is calculated by the following equation (3), and ρ s is the average density of 25 cavernous bone samples measured in the micro dictionary. M ws was calculated by the following equation (4), and M sw was calculated by the following equation (5). Then, α s1 was calculated by the following equation (6), and α s2 was calculated by the following equation (7).

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Figure 112012081305745-pat00004
Figure 112012081305745-pat00004

(여기서, cw는 물의 음속, T는 섭씨온도)(Where c w is the sound velocity of water and T is the temperature in degrees Celsius)

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure 112012081305745-pat00005
Figure 112012081305745-pat00005

(여기서, SOS는 해면질골의 음속(m/s), cw는 수중에서의 음속(1483m/s @20℃), Δt는 초음파 송수신부 사이에 해면질골 샘플이 없는 경우 및 있는 경우에 수신된 초음파 신호의 수신시간 차이, d는 해면질골 샘플의 두께)Where SOS is the sonic velocity of the cavernous bone (m / s), c w is the sonic velocity in the water (1483 m / s @ 20 ° C), Δt is the time at which there is no sponge bone sample between the ultrasound transceivers, Difference in reception time of ultrasound signals, and d is the thickness of the cavernous bone sample)

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure 112012081305745-pat00006
Figure 112012081305745-pat00006

(여기서, Mws는 물/해면질골 사이 경계면에서의 음압투과계수, ρw는 물의 밀도, cw는 물의 음속, ρs는 해면질골의 밀도, cs는 해면질골의 음속)(Where ws is the sound pressure permeability at the interface between water and cavernous bone, ρ w is the density of water, c w is the sound velocity of water, ρ s is the density of the cavernous bone, c s is the sound velocity of the cavernous bone)

[수학식 5]&Quot; (5) &quot;

Figure 112012081305745-pat00007
Figure 112012081305745-pat00007

(여기서, Msw는 해면질골/물 사이 경계면에서의 음압투과계수, ρw는 물의 밀도, cw는 물의 음속, ρs는 해면질골의 밀도, cs는 해면질골의 음속)(Where, M sw is the sound pressure transmission coefficient at the interface between the cavernous bone / water, ρ w is the density of water, c w is the sound velocity of water, ρ s is the density of the cavernous bone, c s is the sound velocity of the cavernous bone)

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure 112012081305745-pat00008
Figure 112012081305745-pat00008

(여기서, αs1은 해면질골의 f1주파수 성분의 감쇠계수(dB/cm), d는 해면질골의 두께, Ao(f)는 해면질골이 없는 경우에 수신된 f1주파수 신호의 파워스펙트럼레벨, As(f)는 해면질골이 있는 경우에 수신된 f1주파수 신호의 파워스펙트럼레벨, Τ는 물과 해면질골 사이의 경계면에서의 파워투과계수, ln은 자연로그)(Wherein, α s1 is spongy f 1 attenuation factor (dB / cm) of the frequency components of the bone, d is the power spectrum level of the f 1 frequency signal received when there is no thickness, Ao (f) is a spongy bone of the spongy bone , As (f) is the power spectral level of the received f 1 frequency signal in case of spongy bone, Τ is the power transmission coefficient at the interface between water and spongy bone, ln is the natural log)

[수학식 7]&Quot; (7) &quot;

Figure 112012081305745-pat00009
Figure 112012081305745-pat00009

(여기서, αs2은 해면질골의 f2주파수 성분의 감쇠계수(dB/cm), d는 해면질골의 두께, A'o(f)는 해면질골이 없는 경우에 수신된 f2주파수 신호의 파워스펙트럼레벨, A's(f)는 해면질골이 있는 경우에 수신된 f2주파수 신호의 파워스펙트럼레벨, Τ는 물과 해면질골 사이의 경계면에서의 파워투과계수, ln은 자연로그)
(Wherein, α s2 is spongy bone of the f 2 frequency components of the attenuation factor (dB / cm), d is the power of the f 2 frequency signal received in the case thickness, A'o (f) of the spongy bone is a spongy bone without A is the power spectral level of the received f 2 frequency signal when there is a cavernous bone, T is the power transmission coefficient at the interface between the water and the cavernous bone, and ln is the natural logarithm)

<방법에 대한 설명><Description of Method>

본 발명에 따른 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법에 대하여 설명하기 위해, 도1 내지 도3를 참조하여 설명하고, 편의상 순서를 붙여 설명한다.The method of predicting bone mineral density using the ultrasonic non-linear parameter according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and will be described for convenience.

1. 초음파 입사 단계<S301>1. Ultrasonic wave incidence step < S301 >

본 단계에서는 해면질골(B)로 펄스형 초음파가 입사되도록 펄서/리시버부(300)가 펄스파를 생성하여 초음파 송신부(100)로 전송하면, 초음파 송신부(100)가 해면질골(B)에 펄스형 초음파를 입사시킨다.
In this step, when the pulsar / receiver unit 300 generates a pulse wave to send the pulsed ultrasound wave to the caustic bone B, the ultrasound transmitting unit 100 transmits a pulse to the caustic bone B Type ultrasound.

2. 초음파 수신 단계<S302>2. Ultrasonic reception step < S302 >

초음파 수신부(200)는 단계 S301에서 해면질골(B)을 투과한 펄스형 초음파 중 펄스형 초음파가 갖는 f1주파수의 2배인 주파수인 f2주파수를 갖는 초음파만을 선별적으로 수신한다.The ultrasound receiving unit 200 selectively receives ultrasonic waves having an f 2 frequency that is twice the frequency f 1 of the pulsed ultrasound waves transmitted through the cavernous bone B in step S 301.

즉, 본 발명의 일실시예에서 초음파 수신부(200)의 중심주파수를 초음파 송신부(100)의 중심주파수보다 2배 높도록 구성함으로써, 본 단계에서 초음파 수신부(200)는 1.0 MHz를 갖는 주파수만을 수신하게 된다.
That is, in the embodiment of the present invention, the center frequency of the ultrasonic wave receiving unit 200 is set to be twice higher than the center frequency of the ultrasonic wave transmitting unit 100, so that the ultrasonic wave receiving unit 200 receives only the frequency of 1.0 MHz .

3. 변환 단계<S303>3. Conversion step < S303 >

본 단계에서 펄서/리시버부(300)는 단계 S302에서 초음파 수신부(200)가 수신한 f2주파수를 갖는 초음파를 전기적 신호로 변환시키고, 변환된 전기적 신호를 신호처리부(400)로 전송한다.In this step, the pulser / receiver unit 300 converts the ultrasonic wave having the frequency f 2 received by the ultrasonic wave receiving unit 200 into an electric signal and transmits the converted electric signal to the signal processing unit 400 in step S302.

또한, 신호처리부(400)는 펄서/리시버부(300)로부터 전송된 전기적 신호를 증폭하고 필터링하여 노이즈를 제거하며, 필터링된 전기적 신호를 측정부(500)로 전송한다.
The signal processing unit 400 amplifies and filters the electric signal transmitted from the pulser / receiver unit 300 to remove noise, and transmits the filtered electrical signal to the measuring unit 500.

4. 골밀도 예측 단계<S304>4. Bone Density Estimation Step <S304>

본 단계에서 측정부(500)는 단계 S303에서 신호처리부(400)로부터 전송된 전기적 신호를 분석하고, 전술한 수학식 1을 통해 해면질골(B)의 비선형 변수를 측정한다.In this step, the measuring unit 500 analyzes the electrical signal transmitted from the signal processing unit 400 in step S303, and measures nonlinear parameters of the caudal bone B using Equation (1).

즉, 측정부(500)는 해면질골(B)의 비선형 변수를 계산하기 위해 전술한 수학식 2 내지 및 수학식 7을 통해 도출된 cw , cs , Mws , Msw , αs1 , αs2을 수학식 1에 적용하여 비선형 변수를 측정하게 된다.That is, the measuring unit 500 calculates c w , c s , M ws , M sw , α s1 , and α s derived through the above-described Equations 2 and 7 to calculate the nonlinear parameters of the cavernous bone B s2 is applied to Equation (1) to measure a nonlinear variable.

또한, 본 단계에서 골밀도 판단부(600)는 측정부(500)로부터 도출된 해면질골(B)의 비선형 변수와 해면질골(B)의 골밀도 간의 상관관계를 통해 골밀도를 예측한다. 즉, 골밀도 판단부(600)는 해면질골(B)의 골밀도가 증가할 때 해면질골(B)의 비선형 변수가 선형적으로 증가하는 상관관계를 이용함으로써, 환자의 해면질골의 비선형 변수를 측정하여 환자의 해면질골 골밀도를 예측할 수 있다.
In this step, the bone density determining unit 600 predicts the bone density through a correlation between the nonlinear parameter of the caustic bone B derived from the measuring unit 500 and the bone density of the cavernous bone B. That is, when the bone mineral density of the caustic bone B increases, the bone mineral density determining unit 600 measures the nonlinear parameter of the cavernous bone of the patient by using the correlation that the nonlinear parameter of the caustic bone B linearly increases The spongiform bone density of the patient can be predicted.

5. 출력 단계<S305>5. Output step < S305 &

본 단계에서 출력부(700)는 단계 S305에서 골밀도 판단부(600)에 의해 도출된 골밀도 결과 또는 골다공증 판정 결과 등을 화면상에 출력하거나 사용자가 청각으로 인지할 수 있도록 소정의 음성신호를 스피커를 통해 출력할 수 있다.
In this step, the output unit 700 outputs a bone density result or osteoporosis determination result derived by the bone density determination unit 600 in step S305 on the screen, or outputs a predetermined voice signal to a speaker .

도2는 소의 대퇴골로부터 획득된 25개의 해면질골 샘플에 대하여 펄스형 초음파를 투과시켜 측정된 해면질골(B)의 비선형 변수 및 해면질골 골밀도의 상관관계를 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a correlation between non-linear parameters of spongy bone (B) and spongiform bone density measured by transmitting pulsed ultrasound waves to 25 cavernous bone samples obtained from the femur of a cow.

도2에서 ○ 기호는 각 해면질골 샘플에 펄스형 초음파를 투과시켜 10회씩 측정된 비선형 변수들의 평균값을 의미하고, ○ 기호의 에러 바는 표준편차를 나타낸다. 도2의 흑색실선은 25개의 비선형 변수들의 평균값에 대한 선형회귀를 의미한다.In Fig. 2, symbol O denotes an average value of nonlinear parameters measured 10 times by transmitting a pulsed ultrasonic wave to each spongy bone sample, and an error bar of the symbol O indicates a standard deviation. The black solid line in FIG. 2 represents a linear regression for the average value of the 25 nonlinear variables.

도2에 도시된 바와 같이, 25개의 해면질골 샘플로부터 측정된 비선형 변수는 해면질골 골밀도와 양(+)의 상관관계가 있다는 것을 확인할 수 있으며, 선형회귀법에 의해 구해진 피어슨(Pearson) 상관계수 R값이 0.95인 것을 통해 비선형 변수와 골밀도는 매우 높은 상관관계를 가진다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, it can be confirmed that the non-linear parameter measured from 25 cavernous bone samples has a positive correlation with the bone marrow bone density, and the Pearson correlation coefficient R value obtained by the linear regression method , The nonlinear variables and the bone mineral density have a very high correlation with each other.

즉, 골밀도가 증가함에 따라 비선형 변수도 증가하는 것을 알 수 있으므로, 본 발명은 실제 환자의 해면질골의 비선형 변수를 측정함으로써, 환자의 해면질골 골밀도를 예측하는 것이 가능하다.That is, it can be seen that the nonlinear parameter increases with the increase of the bone density. Therefore, it is possible to predict the spongy bone density of the patient by measuring the nonlinear parameter of the spongy bone in the actual patient.

또한, 본 발명은 기존의 정량적 초음파 기술에 사용되던 음속 및 광대역 초음파 감쇠 등의 파라미터와 더불어 새로운 파라미터인 비선형 변수를 제공함으로써, 골밀도의 측정 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
In addition, the present invention has an effect of improving the measurement accuracy of bone density by providing a non-linear parameter, which is a new parameter, in addition to parameters such as sonic velocity and broadband ultrasound attenuation used in existing quantitative ultrasonic techniques.

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 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. And the scope of the present invention should be understood as the following claims and their equivalents.

10 : 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치
100 : 초음파 송신부
200 : 초음파 수신부
300 : 펄서/리시버부
400 : 신호처리부
500 : 측정부
600 : 골밀도 판단부
700 : 출력부
B : 해면질골10: BMD prediction device using ultrasonic nonlinear variables
100: Ultrasonic transmitter
200: Ultrasonic receiver
300: Pulser / receiver section
400: Signal processor
500:
600: BMD determination unit
700: Output section
B: spongiform bone

Claims (11)

펄스형 초음파를 해면질골에 입사시키는 초음파 입사 단계;
상기 초음파 입사 단계에서 상기 해면질골을 투과한 상기 펄스형 초음파 중 상기 펄스형 초음파가 갖는 기본주파수(이하, 'f1주파수'라 함)의 2배인 주파수(이하, 'f2주파수'라 함)를 갖는 초음파만을 선별적으로 수신하는 초음파 수신 단계;
상기 초음파 수신 단계에서 선별적으로 수신된 상기 f2주파수를 갖는 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 변환 단계; 및
상기 변환 단계에서 변환된 상기 전기적 신호를 분석하여 상기 해면질골의 비선형 변수를 측정하고, 상기 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계를 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측 단계; 를 포함하되,
상기 골밀도 예측 단계에서
상기 해면질골의 비선형 변수는 하기 수학식1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법.
[수학식 1]
Figure 112014011149487-pat00015

(여기서, (B/A)s는 해면질골의 비선형 변수, P2s는 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이에 해면질골이 있는 경우에 해면질골을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, P2w는 초음파 송신부 및 수신부 사이에 해면질골이 없는 경우에 물만을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, L은 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이의 거리, d는 해면질골의 두께, αs1은 해면질골의 f1주파수 성분의 감쇠계수, αs2는 해면질골의 f2주파수 성분의 감쇠계수, Mws는 물/해면질골 사이 경계면에서의 음압투과계수, Msw는 해면질골/물 사이 경계면에서의 음압투과계수, ρw는 물의 밀도, cw는 물의 음속, ρs는 해면질골의 밀도, cs는 해면질골의 음속, (B/A)w는 증류수의 비선형 변수, exp는 지수함수)An ultrasonic wave incidence step of making the pulsed ultrasound incident on the cavernous bone;
In the ultrasonic joining step is twice the frequency (hereinafter referred to as "f 2 frequency") of the fundamental frequency (hereinafter referred to as "f 1 frequency" hereinafter) is the pulse-like ultrasonic waves having the above pulse-like ultrasonic waves transmitted through the spongy bone An ultrasound receiving step of selectively receiving ultrasound waves having a predetermined wavelength;
A converting step of converting ultrasonic waves having the f 2 frequency selectively received in the ultrasonic receiving step into electrical signals; And
A bone mineral density prediction step of analyzing the electrical signal converted in the conversion step to measure a nonlinear parameter of the sponge bone and predicting the bone mineral density of the spongy bone through the correlation between the nonlinear parameter and the bone mineral density of the spongy bone; , &Lt; / RTI &
In the bone mineral density prediction step
Wherein the non-linear parameter of the spongy bone is calculated by the following equation
A Method for Predicting Bone Mineral Density Using Ultrasound Nonlinear Parameters.
[Equation 1]
Figure 112014011149487-pat00015

(B / A) s is the nonlinear parameter of the cavernous bone, P 2s is the amplitude of the f 2 frequency component transmitted through the sponge bone when there is a cavernous bone between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, P 2w is the amplitude of the ultrasonic transmitter and when between receiving no spongy bone only the amplitude of the f 2 frequency components permeate on, L is the distance between the ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver, d is the thickness, α s1 of the spongy bone is the attenuation of the f 1 frequency component of the spongy bone coefficient, α s2 is the attenuation coefficient, M ws of the f 2 frequency components of the spongy bone is the sound pressure transmission coefficient at the interface between water / spongy bone, M sw is the sound pressure transmission coefficient, ρ w between the spongy bone / water interface is water (B / A) w is the nonlinear variable of the distilled water, and exp is the exponential function), c w is the sound velocity of water, ρ s is the density of the cavernous bone, c s is the sonic velocity of the cavernous bone, 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 골밀도 예측 단계에서 상기 해면질골의 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계는 상기 해면질골의 골밀도가 증가할 때 상기 해면질골의 비선형 변수가 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법.The method according to claim 1,
The correlation between the nonlinear parameter of the spongy bone and the bone mineral density of the spongy bone in the bone mineral density predicting step linearly increases when the bone mineral density of the spongy bone is increased.
A Method for Predicting Bone Mineral Density Using Ultrasound Nonlinear Parameters. 제3항에 있어서,
상기 초음파 입사 단계에서 입사된 상기 펄스형 초음파의 상기 f1주파수는 0.5 MHz이고, 상기 초음파 수신 단계에서 선별적으로 수신된 초음파의 상기 f2주파수는 1.0 MHz 인 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법.The method of claim 3,
Wherein the f 1 frequency of the pulsed ultrasonic wave input in the ultrasonic wave incidence step is 0.5 MHz and the f 2 frequency of the ultrasound wave selectively received in the ultrasonic wave receiving step is 1.0 MHz
A Method for Predicting Bone Mineral Density Using Ultrasound Nonlinear Parameters. 제4항에 있어서,
상기 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법은
상기 골밀도 예측 단계에서 계산된 결과를 출력하는 출력 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 방법.5. The method of claim 4,
The bone mineral density prediction method using the ultrasonic nonlinear parameters
An output step of outputting a result calculated in the bone mineral density prediction step; &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
A Method for Predicting Bone Mineral Density Using Ultrasound Nonlinear Parameters. 펄스파를 유입하여 해면질골로 펄스형 초음파를 입사시키는 초음파 송신부;
상기 초음파 송신부로부터 입사된 상기 펄스형 초음파 중 상기 펄스형 초음파가 갖는 기본주파수(이하, 'f1주파수'라 함)의 2배인 주파수(이하, 'f2주파수'라 함)를 갖는 초음파만을 선별적으로 수신하는 초음파 수신부;
상기 펄스형 초음파가 상기 해면질골로 입사되도록 상기 펄스파를 생성하여 상기 초음파 송신부로 전송하거나, 상기 초음파 수신부가 선별적으로 수신한 상기 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 펄서/리시버부;
상기 펄서/리시버부에 의해 변환된 상기 전기적 신호를 검출하는 신호처리부;
상기 신호처리부에서 검출된 상기 전기적 신호를 분석하여 상기 해면질골의 비선형 변수를 측정하는 측정부; 및
상기 측정부로부터 측정된 상기 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계를 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 판단부; 를 포함하되,
상기 측정부는 하기 수학식1에 의해 상기 해면질골의 비선형 변수를 측정하는 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치.
[수학식 1]
Figure 112014011149487-pat00016

(여기서, (B/A)s는 해면질골의 비선형 변수, P2s는 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이에 해면질골이 있는 경우에 해면질골을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, P2w는 초음파 송신부 및 수신부 사이에 해면질골이 없는 경우에 물만을 투과한 f2주파수 성분의 진폭, L은 초음파 송신부 및 초음파 수신부 사이의 거리, d는 해면질골의 두께, αs1은 해면질골의 f1주파수 성분의 감쇠계수, αs2는 해면질골의 f2주파수 성분의 감쇠계수, Mws는 물/해면질골 사이 경계면에서의 음압투과계수, Msw는 해면질골/물 사이 경계면에서의 음압투과계수, ρw는 물의 밀도, cw는 물의 음속, ρs는 해면질골의 밀도, cs는 해면질골의 음속, (B/A)w는 증류수의 비선형 변수, exp는 지수함수)An ultrasonic transmitter for introducing a pulsed wave into the spongy bone to enter a pulsed ultrasound wave;
Of the type of the pulse incident from the ultrasonic transmitting ultrasound the pulse-like ultrasonic waves are the fundamental frequency that has (hereinafter, "f 1 frequency" hereinafter) is twice the frequency (hereinafter, "f 2 frequency" hereinafter) only the selected ultrasound having a An ultrasonic receiving unit for receiving ultrasonic waves;
A pulsator / receiver unit for generating the pulse wave to cause the pulsed ultrasound to be incident on the spongy bone, and transmitting the pulsed wave to the ultrasound transmitting unit, or converting the ultrasound selectively received by the ultrasound receiving unit into an electrical signal;
A signal processing unit for detecting the electrical signal converted by the pulser / receiver unit;
A measurement unit for analyzing the electrical signal detected by the signal processing unit and measuring a nonlinear parameter of the spongy bone; And
A bone mineral density determination unit for predicting a bone mineral density of the spongy bone through a correlation between the nonlinear parameter and the bone mineral density of the spongy bone measured from the measurement unit; , &Lt; / RTI &
Wherein the measuring unit measures a nonlinear parameter of the spongy bone by the following equation (1)
A Bone Mineral Density Prediction System Using Ultrasonic Nonlinear Parameters.
[Equation 1]
Figure 112014011149487-pat00016

(B / A) s is the nonlinear parameter of the cavernous bone, P 2s is the amplitude of the f 2 frequency component transmitted through the sponge bone when there is a cavernous bone between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, P 2w is the amplitude of the ultrasonic transmitter and when between receiving no spongy bone only the amplitude of the f 2 frequency components permeate on, L is the distance between the ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver, d is the thickness, α s1 of the spongy bone is the attenuation of the f 1 frequency component of the spongy bone coefficient, α s2 is the attenuation coefficient, M ws of the f 2 frequency components of the spongy bone is the sound pressure transmission coefficient at the interface between water / spongy bone, M sw is the sound pressure transmission coefficient, ρ w between the spongy bone / water interface is water (B / A) w is the nonlinear variable of the distilled water, and exp is the exponential function), c w is the sound velocity of water, ρ s is the density of the cavernous bone, c s is the sonic velocity of the cavernous bone, 삭제delete 제6항에 있어서,
상기 해면질골의 비선형 변수 및 상기 해면질골의 골밀도 간의 상관관계는 상기 해면질골의 골밀도가 증가할 때 상기 해면질골의 비선형 변수가 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치.The method according to claim 6,
The correlation between the non-linear parameter of the cavernous bone and the bone mineral density of the cavernous bone is such that when the bone mineral density of the cavernous bone increases, the non-linear parameter of the cavernous bone is linearly increased
A Bone Mineral Density Prediction System Using Ultrasonic Nonlinear Parameters. 제8항에 있어서,
상기 초음파 수신부의 중심주파수는 상기 초음파 송신부의 중심주파수보다 2배 높은 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the center frequency of the ultrasonic wave receiving unit is two times higher than the center frequency of the ultrasonic wave transmitting unit
A Bone Mineral Density Prediction System Using Ultrasonic Nonlinear Parameters. 제9항에 있어서,
상기 초음파 송신부로부터 입사된 상기 펄스형 초음파의 상기 f1주파수는 0.5 MHz이고, 상기 초음파 수신부로부터 선별적으로 수신된 초음파의 상기 f2주파수는 1.0 MHz 인 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the f 1 frequency of the pulsed ultrasonic wave incident from the ultrasonic transmission unit is 0.5 MHz and the f 2 frequency of the ultrasonic wave selectively received from the ultrasonic wave receiving unit is 1.0 MHz
A Bone Mineral Density Prediction System Using Ultrasonic Nonlinear Parameters. 제10항에 있어서,
상기 초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치는
상기 골밀도 판단부로부터 도출된 결과를 출력하는 출력부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
초음파 비선형 변수를 이용한 골밀도 예측 장치.11. The method of claim 10,
The apparatus for predicting bone mineral density using the ultrasonic non-linear parameter
An output unit for outputting a result derived from the BMD determination unit; &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
A Bone Mineral Density Prediction System Using Ultrasonic Nonlinear Parameters.
KR1020120111283A 2012-10-08 2012-10-08 Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter KR101412785B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120111283A KR101412785B1 (en) 2012-10-08 2012-10-08 Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120111283A KR101412785B1 (en) 2012-10-08 2012-10-08 Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140045124A KR20140045124A (en) 2014-04-16
KR101412785B1 true KR101412785B1 (en) 2014-06-27

Family

ID=50652785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120111283A KR101412785B1 (en) 2012-10-08 2012-10-08 Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101412785B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160049642A (en) * 2014-10-28 2016-05-10 강원대학교산학협력단 Method and apparatus for estimating bone mineral density using a time reversal acoustic focusing technique

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104188690B (en) * 2014-08-27 2017-01-11 中国科学院合肥物质科学研究院 Bone strength evaluation method based on ultrasonic linear and non-linear parameter information fusion
KR102159012B1 (en) * 2018-09-18 2020-09-24 강원대학교산학협력단 Apparatus and method for estimating bone structure using ultrasonic nonlinearity
KR102303922B1 (en) * 2019-11-18 2021-09-24 강원대학교산학협력단 Method for estimating bone mineral density and bone structure using ultrasonic attenuation coefficient and phase velocity
KR102364309B1 (en) * 2020-01-13 2022-02-18 강원대학교산학협력단 Method for estimating bone mineral density and bone structure using ultrasonic attenuation coefficient and backscatter coefficient

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020082378A (en) * 2001-04-20 2002-10-31 디지탈에코 주식회사 A osteoporosis apparatus and method by ultrasound longitudinal transmission
KR101025159B1 (en) 2010-03-17 2011-04-04 강원대학교산학협력단 Estimation of bone structure by using quantitative ultrasound technology
KR101102784B1 (en) * 2010-07-07 2012-01-05 강원대학교산학협력단 Estimation method of bone mineral density

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020082378A (en) * 2001-04-20 2002-10-31 디지탈에코 주식회사 A osteoporosis apparatus and method by ultrasound longitudinal transmission
KR101025159B1 (en) 2010-03-17 2011-04-04 강원대학교산학협력단 Estimation of bone structure by using quantitative ultrasound technology
KR101102784B1 (en) * 2010-07-07 2012-01-05 강원대학교산학협력단 Estimation method of bone mineral density

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160049642A (en) * 2014-10-28 2016-05-10 강원대학교산학협력단 Method and apparatus for estimating bone mineral density using a time reversal acoustic focusing technique
KR101637088B1 (en) 2014-10-28 2016-07-07 강원대학교산학협력단 Method and apparatus for estimating bone mineral density using a time reversal acoustic focusing technique

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140045124A (en) 2014-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101412785B1 (en) Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter
WO2008067328A3 (en) Density and porosity measurements by ultrasound
KR101432871B1 (en) Measuring method and device of bone density by using dispersion rate of ultrasonic phase velocity
KR101345870B1 (en) Method for estimating bone mineral density using ultrasonic attenuation
KR102140538B1 (en) Apparatus for estimating bone mineral density and bone structure using frequency dependence of ultrasonic backscatter coefficient
KR20180037351A (en) Apparatus and method for estimating bone structure using ultrasonic nonlinear parameter
KR101117550B1 (en) Method for providing an elastic image
KR101637088B1 (en) Method and apparatus for estimating bone mineral density using a time reversal acoustic focusing technique
KR101102784B1 (en) Estimation method of bone mineral density
KR101306543B1 (en) Method and apparatus for estimating bone mineral density of proximal femur using ultrasonic backscatter coefficient
KR101510525B1 (en) Method for Estimating Bone Structure of Proximal Femur by Using Ultrasonic Attenuation and Backscatter Coefficients
KR101025159B1 (en) Estimation of bone structure by using quantitative ultrasound technology
KR101840349B1 (en) Apparatus and method for estimating bone mineral density using ultrasonic sum frequency component
KR102303922B1 (en) Method for estimating bone mineral density and bone structure using ultrasonic attenuation coefficient and phase velocity
JP2863886B2 (en) Bone ultrasonic measuring device and bone diagnostic device
KR101643101B1 (en) Method And Apparatus For Estimating Bone Mineral Density Using Bidirectional Ultrasound Transverse Transmission Method
KR101643104B1 (en) Method and apparatus for estimating cortical bone mineral density using time-reversed lamb waves
CN112244780A (en) Bone density measuring device and method based on photoacoustic signals
KR101239583B1 (en) A diagnostic device by ultrasonic reflection monitoring and a method thereof
KR20130111493A (en) Measuring method of bone density by using dispersion rate of ultrasonic phase velocity
JP2017192569A5 (en)
KR102159012B1 (en) Apparatus and method for estimating bone structure using ultrasonic nonlinearity
KR102364309B1 (en) Method for estimating bone mineral density and bone structure using ultrasonic attenuation coefficient and backscatter coefficient
JP2009183454A (en) Ultrasonic inspection apparatus or ultrasonic irradiation position inspection method using frequency damping characteristic
CN213963331U (en) Bone density measuring device based on photoacoustic signal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170329

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180604

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190321

Year of fee payment: 6