KR101637088B1 - Method and apparatus for estimating bone mineral density using a time reversal acoustic focusing technique - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치는, 초음파를 조사하는 초음파 송신부; 상기 초음파 송신부로부터 조사된 상기 초음파를 수신하는 초음파 수신부; 상기 초음파 송신부에 시간반전된 초음파를 제공하는 시간반전부; 상기 초음파 수신부가 수신한 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 변환부; 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 상기 전기적 신호를 검출하는 신호처리부; 및 상기 변환부에서 검출된 상기 전기적 신호를 분석하여 해면질골을 통과한 초음파의 음속을 산출하고, 산출된 초음파의 음속을 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 연산부; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인체에 무해한 초음파를 이용하여 골밀도를 예측하므로, 종래의 방사선을 이용한 측정에 따른 방사선 피폭 등의 피해가 발생되지 않아, 인체가 비교적 안전하고, 환자의 종골을 대상으로 종골 단면을 여러 개의 관심영역으로 분할하고 각각의 관심영역에 시간반전 음향집속 기술을 이용하여 집속된 펄스형 초음파를 투과시켜 각각의 관심영역에 대한 음속을 구할 수 있으며, 이로부터 종골 단면에 대한 골밀도 영상을 획득할 수 있으므로 더욱 정확도가 높은 골밀도의 예측이 가능한 효과가 있다.
The present invention relates to an apparatus and method for predicting bone density using a time reversal acoustic focusing technique, and an apparatus for predicting bone density using the time reversed acoustic focusing technique of the present invention includes an ultrasonic transmitter for irradiating ultrasonic waves; An ultrasonic wave receiving unit for receiving the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic wave transmitting unit; A time inverting unit for providing time-inverted ultrasonic waves to the ultrasonic transmitting unit; A converting unit for converting the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving unit into an electric signal; A signal processing unit for detecting the electrical signal converted by the ultrasonic conversion unit; And an operation unit for analyzing the electrical signal detected by the conversion unit to calculate a sound velocity of an ultrasonic wave passing through the spongy bone and for predicting a bone density of the spongy bone through a sound velocity of the calculated ultrasonic wave; . ≪ / RTI >
According to the present invention, since bone mineral density is predicted using harmless ultrasound to the human body, damage such as radiation exposure due to measurement using conventional radiation is not generated, and the human body is relatively safe, It is possible to obtain the sound velocity for each region of interest by dividing the region of interest into multiple regions of interest and transmitting the pulsed ultrasonic waves focused on each region of interest using the time reversed acoustic focusing technique and obtaining the bone density image It is possible to predict the bone density with higher accuracy.

Description

시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING BONE MINERAL DENSITY USING A TIME REVERSAL ACOUSTIC FOCUSING TECHNIQUE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus and a method for predicting bone mineral density using time-

본 발명은 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for predicting bone density using time reversed sound focusing techniques.

최근, 생활수준이 향상하고 의학이 발전하여 평균 수명이 길어지고, 노인 인구가 증가함에 따라 퇴행성 골다공증 환자 또한 계속 증가하고 있다. Recently, the number of patients with degenerative osteoporosis is also increasing as the standard of living improves, medicine develops, life expectancy increases, and the elderly population increases.

퇴행성 골다공증은, 미국의 경우 전체 인구의 10%가 골다공증에 의해 골격 부피가 줄어들어 있음이 보고되고 있고, 해마다 골다공증에 의한 골절환자의 발생률이 늘면서 연간 의료비도 계속 늘어나고 있는 추세이다.Degenerative osteoporosis is reported to be caused by osteoporosis in skeletal volume reduced by 10% of the total population in the United States. The annual incidence of osteoporosis-related fractures increases and the annual medical expenses are increasing.

이러한, 골다공증은 골절 한계치 이하로 골밀도가 줄어들어 조그마한 충격에도 골절을 일으킬 수 있고, 고령의 경우 골절이 사망의 주요 원인이 되므로 예방이 매우 중요한 질환이기 때문에, 골밀도를 확인하기 위한 장비의 개발이 요구되는 실정이다.In the case of osteoporosis, fracture can be caused by a small impact due to a decrease in bone mineral density below the fracture threshold. In the case of the elderly, fracture is a major cause of death, and prevention is very important. Therefore, development of equipment for verifying bone density is required It is true.

이를 위해, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1053438호(출원일 : 2009.08.22, 등록일 : 2011.07.27, 이하, 종래기술이라 칭함)에서는 2개 이상의 감마선을 방출하는 방사성동위원소를 측정부위에 조사하여 골밀도를 측정하는 기술이 제시되었다. To this end, in Korean Patent Registration No. 10-1053438 (filed on August 22, 2009, registered on July 27, 2011, hereinafter referred to as "prior art"), a radioisotope emitting two or more gamma- To measure bone mineral density.

하지만, 이러한 종래기술은 단위면적당 골밀도를 측정하기 위해 고에너지의 방사선을 조사해야 하므로 환자가 방사선에 노출되는 것이 불가피한 문제점이 있다.
However, such a conventional technique has a problem that it is inevitable that a patient is exposed to radiation because high-energy radiation is required to measure bone density per unit area.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 골밀도 측정 시에 방사선을 사용하지 않고 골밀도를 예측하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique for predicting bone density without using radiation in measuring bone density.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치는, 초음파를 조사하는 초음파 송신부; 상기 초음파 송신부로부터 조사된 상기 초음파를 수신하는 초음파 수신부; 상기 초음파 송신부에 시간반전된 초음파를 제공하는 시간반전부; 상기 초음파 수신부가 수신한 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 변환부; 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 상기 전기적 신호를 검출하는 신호처리부; 및 상기 변환부에서 검출된 상기 전기적 신호를 분석하여 해면질골을 통과한 초음파의 음속을 산출하고, 산출된 초음파의 음속을 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 연산부; 를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for predicting bone density using a time-reversed acoustic focusing technique, comprising: an ultrasonic transmitter for irradiating ultrasound; An ultrasonic wave receiving unit for receiving the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic wave transmitting unit; A time inverting unit for providing time-inverted ultrasonic waves to the ultrasonic transmitting unit; A converting unit for converting the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving unit into an electric signal; A signal processing unit for detecting the electrical signal converted by the ultrasonic conversion unit; And an operation unit for analyzing the electrical signal detected by the conversion unit to calculate a sound velocity of an ultrasonic wave passing through the spongy bone and for predicting a bone density of the spongy bone through a sound velocity of the calculated ultrasonic wave; . ≪ / RTI >

그리고, 상기 초음파 송신부는, 초음파 조사방향으로 결합되어, 상기 초음파 송신부에서 조사된 초음파를 다중 반사시키는 잔향부가부분;을 더 포함할 수 있다.The ultrasonic transmission unit may further include a reverberation part coupled to the ultrasonic wave irradiation direction to multiply reflect the ultrasonic waves irradiated by the ultrasonic wave transmission unit.

여기서, 상기 잔향부가부분은, 15~25mm 두께의 알루미늄판일 수 있다.Here, the reverberation portion may be an aluminum plate having a thickness of 15 to 25 mm.

또한, 상기 연산부는, 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속 값과 상기 해면질골의 골밀도 값이 비례하며 증가하는 양의 선형관계를 가지는 것을 이용하여, 상기 해면질골의 골밀도를 예측할 수 있다.In addition, the calculation unit may predict the bone mineral density of the spongy bone using the linear relationship between the sonic velocity of the ultrasonic wave passing through the caustic bone and the bone mineral density value of the caustic bone.

그리고, 상기 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치는, 상기 연산부에서 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 골밀도 예측 결과를 출력하는 출력부; 를 더 포함할 수 있다.The apparatus for predicting bone density using the time reversal sound focusing technique may further include an output unit for outputting a sound velocity and a bone density prediction result of ultrasonic waves having passed through the spongy bone formed by the calculation unit; As shown in FIG.

한편, 본 발명의 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 방법은, 초음파 송신부가 초음파를 조사하는 초음파 조사단계;Meanwhile, the method of predicting bone density using the time-reversed acoustic focusing technique of the present invention comprises: an ultrasonic wave irradiation step in which an ultrasonic wave transmitting unit irradiates an ultrasonic wave;

변환부가 초음파 수신부로부터 상기 초음파 조사단계에서 조사된 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환시키는 변환단계; 및A conversion step of receiving the ultrasonic wave irradiated in the ultrasonic wave irradiation step from the ultrasonic wave receiving unit and converting the received ultrasonic wave into an electric signal; And

연산부가 상기 변환단계에서 변환된 상기 전기적 신호를 통해 초음파의 음속(SOS)을 산출하는 연산단계;를 포함하며,(SOS) of an ultrasonic wave through the electric signal converted by the operation unit in the conversion step,

상기 연산단계는, 상기 변환단계에서 해면질골을 통과한 초음파로부터 검출된 전기적 신호와 해면질골이 위치하지 않은 상태에서 조사된 초음파로부터 검출된 전기적 신호의 수신시간 차이를 측정하여 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속을 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 단계일 수 있다.The calculation step may include calculating the difference in reception time between an electrical signal detected from the ultrasonic waves passing through the spongy bone in the conversion step and an electrical signal detected from the ultrasonic waves irradiated in a state in which the spongy bone is not positioned, And predicting the bone mineral density of the spongy bone through the sonic velocity of the passed ultrasound.

여기서, 상기 초음파조사단계는, 상기 초음파 송신부가 시간반전부에서 다중 반사된 초음파를 시간반전시켜 생성한 집속 초음파를 조사하는 단계일 수 있다.Here, the step of irradiating the ultrasound waves may be a step of irradiating focused ultrasound waves generated by time-reversing the ultrasound waves reflected by the ultrasonic wave transmitter in the time reversing unit.

그리고, 상기 연산단계는, 상기 변환단계에서 변환된 상기 전기적 신호를 통해 초음파의 음속(SOS)을 산출하는 음속 산출단계; 및 상기 음속 산출단계에서 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 상기 해면질골의 골밀도와의 상관관계를 이용하여 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측단계;를 포함하며, 상기 골밀도 예측단계에서 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 상기 해면질골의 골밀도의 상관관계는, 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속 값과 상기 해면질골의 골밀도 값이 선형적으로 비례하며 증가하는 양(+)의 선형 관계일 수 있다.The calculating step may include: a sonic velocity calculating step of calculating a sonic velocity (SOS) of the ultrasonic wave through the electrical signal converted in the converting step; And a bone mineral density prediction step of predicting the bone mineral density of the spongy bone using the correlation between the sonic velocity of the ultrasonic wave passing through the spongy bone calculated in the sound velocity calculation step and the bone mineral density of the spongy bone, The correlation between the sonic velocity of the ultrasonic wave passing through the cavernous bone and the bone mineral density of the cavernous bone is linearly proportional to the sonic velocity of the cavernous bone passing through the cavernous bone, Lt; / RTI >

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아울러, 상기 시간반전 음향집속 기술은 이용한 골밀도 예측방법은, 상기 연산단계에서 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 골밀도 예측 결과를 출력하는 출력단계;를 더 포함할 수 있다.
The method of predicting bone density using the time reversed acoustic focusing technique may further include outputting a sound velocity and a bone density prediction result of the ultrasonic wave having passed through the spongy bone calculated in the calculation step.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects.

첫째, 인체에 무해한 초음파를 이용하여 골밀도를 예측하므로, 종래의 방사선을 이용한 측정에 따른 방사선 피폭 등의 피해가 발생되지 않아, 인체가 비교적 안전하다.First, since the bone density is predicted using ultrasonic waves which are harmless to the human body, the human body is relatively safe because no damage such as radiation exposure due to measurement using conventional radiation occurs.

둘째, 환자의 종골을 대상으로 종골 단면을 여러 개의 관심영역으로 분할하고 각각의 관심영역에 시간반전 음향집속 기술을 이용하여 집속된 펄스형 초음파를 투과시켜 각각의 관심영역에 대한 음속을 구할 수 있으며, 이로부터 종골 단면에 대한 골밀도 영상을 획득할 수 있으므로 더욱 정확도가 높은 골밀도의 예측이 가능하다.
Second, the sonographic velocity of each region of interest can be obtained by dividing the calcaneal cross-section into multiple regions of interest and transmitting the focused pulsed ultrasonic waves to each region of interest using the time reversed acoustic focusing technique. , It is possible to obtain a bone density image for the cross section of the calcane bone, so that it is possible to predict the bone density with higher accuracy.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도2는 본 발명의 잔향부가부분과 시간반전부를 통해 생성되는 집속 초음파 신호를 나타낸 것이다.
도3은 해면질골을 통과한 초음파 신호와 해면질골을 통과하지 않은 초음파 신호를 나타낸 그래프이다.
도4는 해면질골 샘플을 통과한 초음파의 음속과 해면질골 샘플의 골밀도 간의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도5는 본 발명의 일실시예에 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 방법을 나타낸 순서도이다.
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for predicting bone density using a time inversion sound focusing technique according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a focused ultrasound signal generated through the reverberation part and the time reversal part of the present invention.
3 is a graph showing ultrasonic signals that have passed through the cavernous bone and ultrasound signals that have not passed through the cavernous bone.
FIG. 4 is a graph showing the correlation between the sonic velocity of ultrasonic waves passing through spongy bone samples and the bone mineral density of spongy bone samples.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting bone density using a time inversion sound focusing technique according to an 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.

<시간반전 <Time reversal 음향집속Acoustic focus 기술을 이용한 골밀도 예측 장치의 구성> Technology for the prediction of bone mineral density>

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for predicting bone density using a time inversion sound focusing technique according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치(100)는 초음파 송신부(110), 초음파 수신부(120), 시간반전부(130), 변환부(140), 신호처리부(150), 연산부(160) 및 출력부(170)를 포함할 수 있다.An apparatus 100 for predicting bone density using a time inversion sound focusing technique according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic transmission unit 110, an ultrasonic reception unit 120, a time reversal unit 130, a conversion unit 140, a signal processing unit 150, an operation unit 160, and an output unit 170.

초음파 송신부(110)는 수중에 위치하여, 해면질골(B)에 초음파를 조사할 수 있다.The ultrasonic transmission unit 110 is located in the water and can irradiate ultrasonic waves to the cavernous bone B.

여기서, 초음파 송신부(110)가 초음파를 조사하는 해면질골(B)은, 초음파가 투과하기에 용이한 해부학적 구조를 갖는 인체의 발뒤꿈치 뼈, 즉, 종골을 이용함이 바람직하다.Here, the cavernous bone B to which the ultrasonic transmission unit 110 irradiates the ultrasonic wave is preferably a human heel bone, that is, a calf bone having an anatomical structure that allows easy penetration of ultrasonic waves.

초음파 수신부(120)는 수중에 위치하여, 초음파 송신부(110)에서 조사하여 해면질골(B)을 통과한 초음파를 수신할 수 있다.The ultrasonic receiving unit 120 is located in the water and can receive the ultrasound waves irradiated by the ultrasonic transmitting unit 110 and passed through the cavernous bone B.

여기서, 초음파 송신부(110)와 초음파 수신부(120)는 각각 송신용 트랜스듀서(Transducer)와 수신용 트랜스듀서가 사용될 수 있으며, 0.5MHZ의 중심주파수를 가질 수 있다.Here, the ultrasonic transmission unit 110 and the ultrasonic reception unit 120 may use transducers for transmitting and receiving transducers, respectively, and may have a center frequency of 0.5 MHZ.

또한, 초음파 송신부(110)는 긴 잔향시간을 가지는 초음파가 조사될 수 있도록, 초음파 송신부(110)의 초음파 조사방향으로 결합되는 잔향부가부분(112)이 더 포함될 수 있다.The ultrasonic transmission unit 110 may further include a reverberation part 112 coupled with the ultrasonic wave irradiation direction of the ultrasonic transmission unit 110 so that ultrasonic waves having a long reverberation time can be irradiated.

여기서, 잔향부가부분(112)으로는, 바람직하게는, 20mm 두께의 알루미늄판이 사용될 수 있으며, 초음파 송신부(110)에서 조사되는 초음파가 알루미늄판을 투과하면서 알루미늄판 내에 초음파가 다중 반사되어, 알루미늄판을 통과하지 않고 조사되는 초음파에 비해 긴 잔향시간을 가질 수 있다.An ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic wave transmitting unit 110 is transmitted through the aluminum plate, and the ultrasonic waves are multiply reflected in the aluminum plate, so that the aluminum plate It is possible to have a longer reverberation time than an ultrasonic wave to be irradiated without passing through.

시간반전부(130)는 변환부(140)가 초음파 송신부(120)로부터 수신한 초음파 신호를 변환시킨 전기적 신호를 시간반전시켜 초음파 송신부(110)에 제공할 수 있으며, 도2를 참조하여 설명하도록 한다.The time reversing unit 130 may provide the ultrasonic transmission unit 110 with the time-reversed electrical signal obtained by converting the ultrasonic signal received from the ultrasonic transmission unit 120 by the conversion unit 140, do.

도2에 도시된, 신호(a)는 수중에 위치한 초음파 송신부(110)가 조사된 초음파가 잔향부가부분(112)을 투과하면서 다중 반사되면서 긴 잔향시간을 가지게 된 초음파 신호 나타낸 것이다.The signal a shown in FIG. 2 represents an ultrasonic signal having a long reverberation time while the ultrasonic wave irradiated by the ultrasonic transmitter 110 located in the water is reflected by being reflected by the reverberation portion 112.

신호(b)는 시간반전부(120)가 초음파 수신부(120)가 수신한 신호(a)를 도2의 세로축에 해당하는 시간(Time)을 반전시켜 생성한 신호이다.The signal b is a signal generated by inverting the time (Time) corresponding to the vertical axis of FIG. 2 of the signal a received by the ultrasonic receiving unit 120 by the time inverting unit 120.

여기서, 신호(b)는 신호(a)와 세로축 시간 '0'에서 좌우 대칭됨을 통해서, 신호(b)는 신호(a)의 시간반전된 신호인 것을 확인할 수 있다.Here, it can be confirmed that the signal b is symmetric with respect to the signal a in the vertical axis time '0', and the signal b is the time-inverted signal of the signal a.

신호(c)는 시간반전부(130)에서 생성한 신호(b)를 초음파 송신부(110)를 통해 조사하였을 때, 초음파 수신부(120)가 수신하게 되는 초음파 신호를 나타낸 것이다.The signal c indicates the ultrasonic signal received by the ultrasonic wave receiving unit 120 when the signal b generated in the time inverting unit 130 is irradiated through the ultrasonic wave transmitting unit 110. [

즉, 시간반전부(130)는 초음파 수신부(120)로부터 초음파 송신부(110)가 잔향부가부분(112)를 투과하여 조사한 초음파 신호(a)를 수신하여 수신된 초음파 신호를 시간반전시킨 초음파 신호(b)를 생성하고, 생성된 초음파 신호를 초음파 송신부(110)에 제공함으로써, 초음파 송신부(110)는 시간적으로 집속된 초음파를 조사할 수 있게 된다.That is, the time inverting unit 130 receives the ultrasound signal a transmitted from the ultrasound receiving unit 120 through the reverberation portion 112 of the ultrasound transmitting unit 110, and outputs the ultrasound signal b and provides the generated ultrasonic signal to the ultrasonic transmission unit 110 so that the ultrasonic transmission unit 110 can irradiate the focused ultrasonic waves in time.

변환부(140)는 초음파 수신부(120)에서 수신한 초음파 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.The converting unit 140 may convert the ultrasound signals received by the ultrasound receiving unit 120 into electrical signals.

여기서, 변환부(140)는 전기적 신호를 초음파로 변환하여 초음파 수신부(120)가 초음파를 조사하도록 하고, 초음파 수신부(120)가 초음파 송신부(110)에서 조사된 초음파를 수신할 경우, 변환부(140)에서 수신한 초음파를 전기적 신호로 변환시켜 시간반전부(130) 또는 신호처리부(150)로 송신한다.Here, the converting unit 140 converts an electrical signal into an ultrasonic wave to cause the ultrasonic wave receiving unit 120 to irradiate the ultrasonic wave. When the ultrasonic wave receiving unit 120 receives the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic wave transmitting unit 110, 140 to an electric signal and transmits the ultrasonic wave to the time inverting unit 130 or the signal processing unit 150.

신호처리부(150)는 변환부(140)에서 전기적 신호로 변환된 초음파 신호를 검출할 수 있다.The signal processing unit 150 may detect the ultrasonic signal converted into the electrical signal by the converting unit 140. [

여기서 신호처리부(150)는 변환부(140)로부터 송신된 전기적 신호를 검출하며, 검출된 전기적 신호의 증폭 및 필터링 과정을 수행한다.Here, the signal processor 150 detects an electrical signal transmitted from the converting unit 140, and amplifies and filters the detected electrical signal.

도3은 해면질골을 통과한 초음파 신호와 해면질골을 통과하지 않은 초음파 신호를 나타낸 그래프이며, 도4는 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 해면질골의 골밀도 간의 상관관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing an ultrasonic signal passing through the cavernous bone and an ultrasonic signal not passing through the cavernous bone, and FIG. 4 is a graph showing a correlation between the sonic velocity of the cavernous bone and the bone mineral density of the cavernous bone.

연산부(160)는 신호처리부(150)에서 검출된 전기적 신호를 분석하고, 전기적 신호로부터 초음파의 음속을 산출하고, 산출된 초음파의 음속을 통해 해면질골(B)의 골밀도를 예측할 수 있다.The calculation unit 160 analyzes the electrical signal detected by the signal processing unit 150, calculates the sound velocity of the ultrasonic wave from the electrical signal, and predicts the bone density of the spongy bone B through the calculated sound velocity.

도3에 나타난 두 개의 초음파 신호 중에 진폭이 큰 신호는 초음파 송신부(110)와 초음파 수신부(120) 사이에 중골(B)이 없을 때, 수중에서 초음파 송신부(110)에서 조사된 초음파가 초음파 수신부(120)에 수신된 신호이며, 진폭이 작은 신호는 초음파 송신부(110)에서 조사된 초음파가 해면질골(B)을 통과한 후, 초음파 수신부(12)에 수신된 신호이다.A signal having a large amplitude among the two ultrasonic signals shown in FIG. 3 is transmitted to the ultrasonic wave receiving unit (not shown) when the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitting unit 110 is in the water The signal having a small amplitude is a signal received by the ultrasonic wave receiver 12 after the ultrasonic wave irradiated by the ultrasonic wave transmitter 110 passes through the caustic bone B.

이때, 연산부(160)는 초음파 수신부(120)부가 수신한 두 신호의 수신시간 차이를 측정하고, 해면질골(B)을 통과한 초음파의 음속을 산출할 수 있다.At this time, the arithmetic unit 160 may measure the difference in the reception time of the two signals received by the ultrasonic receiver 120 and calculate the sonic velocity of the ultrasonic wave that has passed through the cavernosal bone B.

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또한, 연산부(160)는, 사전에 해면질골 샘플(BS)을 통해 확인된 해면질골 샘플(BS)을 통과한 초음파의 음속과 해면질골 샘플(BS)의 골밀도 간의 상관관계를 통해, 해면질골(B)을 통과한 초음파의 음속을 통해 해면질골(B)의 골밀도를 예측할 수 있으며, 도4를 참조하여 설명하도록 한다.The calculation unit 160 may calculate the correlation between the sonic velocity of the ultrasonic wave that has passed through the spongy bone sample BS previously confirmed through the spongy bone sample BS and the bone mineral density of the spongy bone sample BS, B, the bone mineral density of the caustic bone B can be predicted through the sonic velocity of the ultrasonic waves, which will be described with reference to FIG.

도4의 그래프에서 Y축은 초음파 음속(SOS : Sound of speed)를 나타내고, X축은 해면질골 샘플(BS)의 골밀도를 나타내며, 해면질골 샘플(BS)로는 소 대퇴골 해면질골이 사용되었다.In the graph of FIG. 4, the Y axis represents the sound of speed (SOS), the X axis represents the bone mineral density of the spongy bone sample (BS), and the small femoral spongy bone is used as the spongiform bone sample (BS).

여기서, 14개의 해면질골 샘플(BS)의 초음파 음속을 측정하였고, 각 해면질골 샘플(BS)에서 10개의 영역을 지정하여 10개의 영역을 통과하는 각 초음파 음속의 평균값을 ‘○’ 기호로 나타내었으며, 각 14개의 해면질골 샘플(BS)의 골밀도를 측정하였다.Here, the ultrasonic sound velocity of 14 sponge bone samples (BS) was measured, and the average value of each ultrasonic sound velocity passing through 10 areas by designating 10 areas in each spongy bone sample (BS) , And bone mineral densities of 14 sponge bone samples (BS) were measured.

또한, 도4의 양의 기울기를 가지는 흑색실선은 14개의 해면질골 샘플(BS)을 통과한 초음파 음속의 평균값에 대한 선형회귀이며, 14개의 해면질골 샘플로부터 측정된 초음파 음속은 소 대퇴골 해면질골 샘플(BS)의 골밀도와 양(+)의 상관관계가 존재하는 것을 확인할 수 있다.The black solid line with positive slope in FIG. 4 is a linear regression of the mean value of the ultrasonic sound velocity passed through 14 spongy bone samples (BS), and the sonic sound velocity measured from the 14 spongy bone samples is the small femoral spongy bone sample It is confirmed that there is a positive correlation with the bone mineral density of the BS.

그리고, 선형회귀분석법에 의해 구해진 피어슨(Pearson) 상관계수 R 값이 0.92인 것을 통해 시간반전 음형집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치(100)를 통해 측정된 해면질골(B)을 통과한 초음파의 음속과 해면질골(B)의 골밀도는 매우 높은 상관관계를 가진다는 것을 알 수 있다.The sonic velocity of the ultrasound passed through the spongy bone (B) measured through the bone mineral density predicting apparatus (100) using the time reversal sound focusing technique through the Pearson correlation coefficient R value obtained by the linear regression analysis is 0.92 It can be seen that the bone mineral density of the cavernous bone (B) has a very high correlation.

따라서, 연산부(160)는 해면질골(B)을 통과한 초음파 음속을 통해 해면질골(B)의 골밀도를 예측할 수 있게 된다.Accordingly, the operation unit 160 can predict the bone mineral density of the cavernosal bone B through the ultrasonic sound velocity passed through the cavernous bone B.

출력부(170)는 연산부(160)에서 산출한 해면질골(B)을 통과한 초음파의 음속과 해면질골의 골밀도 예측 결과를 출력할 수 있다.The output unit 170 can output the bone density of the cavernous bone and the sonic velocity of the ultrasonic wave that has passed through the cavernous bone B calculated by the calculator 160. [

여기서, 출력부(170)는 연산부(160)에서 산출한 해면질골(B)을 통과한 초음파의 음속과 해면질골의 골밀도 예측 결과를 화면 또는 용지 상에 출력하는, 모니터(미도시), 프린터(미도시)의 등의 출력장치의 형태로 마련될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
Here, the output unit 170 may include a monitor (not shown), a printer (not shown) for outputting the results of bone mineral density prediction of the spongial bone and the sonic velocity of the ultrasonic wave that have passed through the cavernosal bone B calculated by the calculation unit 160, (Not shown), but it is not limited thereto.

<시간반전 <Time reversal 음향집속Acoustic focus 기술을 이용한 골밀도 예측 방법> Technique for predicting bone mineral density>

도5는 본 발명의 일실시예에 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 방법을 나타낸 순서도이다.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting bone density using a time inversion sound focusing technique according to an embodiment of the present invention.

1. 초음파 조사단계<1. Ultrasonic irradiation step < S100S100 >>

초음파 조사단계(S100)는 초음파 송신부(110)가 집속 초음파를 해면질골(B)에 조사하는 단계이다.In the ultrasound irradiation step S100, the ultrasound transmitting unit 110 irradiates focused ultrasound to the cavernosal bone B.

여기서, 최초 수중에 위치한 초음파 송신부(110)가 조사한 다중 반사된 초음파를 초음파 수신부(120)가 수신하여 변환부(140)에 송신되고, 변환부(140)는 수신한 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하여, 시간반전부(130)에 송신하게 된다.The ultrasound receiving unit 120 receives the multiple reflected ultrasound waves irradiated by the ultrasound transmitting unit 110 located in the initial water and is transmitted to the converting unit 140. The converting unit 140 converts the received ultrasound signals into electrical signals And transmits it to the time reversing unit 130. [

그리고, 시간반전부(130)는 변화부(120)로부터 수신한 전기적신호를 시간반전시켜 집속 초음파를 생성하고, 초음파 송신부(110)에 송신하게 된다.Then, the time inverting unit 130 generates a focused ultrasonic wave by inverting the electric signal received from the changing unit 120 for a time, and transmits the focused ultrasonic wave to the ultrasonic transmitting unit 110.

이후, 초음파 송신부(110)는 해면질골(B)에 집속 초음파를 조사할 수 있다. Thereafter, the ultrasonic transmission unit 110 may irradiate focused ultrasonic waves to the cavernous bone B.

이때, 수중에서의 초음파 음속 값을 생성하기 위해 초음파 송신부(110)는 해면질골(B)을 위치시키기 이전에 집속 초음파를 조사할 수 있다.At this time, in order to generate an ultrasonic sound velocity value in the water, the ultrasonic transmission unit 110 may irradiate focused ultrasonic waves before positioning the caudal bone B.

여기서, 초음파 조사단계(S100) 이전에, 해면질골 샘플(BS)를 통과한 초음파 음속과 해면질골 샘플(BS)의 골밀도를 측정하여, 해면질골 샘플(BS)을 통과한 초음파 음속과 해면질골 샘플(BS)의 골밀도로부터, 해면질골(B)을 통과한 초음파 음속과 해면질골(B)의 골밀도 간의 상관관계를 도출하는 단계가 선행되어야 할 것이다.
Before the ultrasonic irradiation step S100, the ultrasonic sound velocity passed through the caustic bone sample (BS) and the bone mineral density of the caustic bone sample (BS) are measured, and the ultrasonic sound velocity passing through the caustic bone sample (BS) A correlation step between the bone mineral density of the caustic bone B and the ultrasonic sound velocity passing through the caustic grit bone B should be preceded by the step of deriving the correlation between the bone density of the caustic bone B and the bone mineral density of the caustic bone B,

2. 변환단계<2. Conversion step < S200S200 >>

변환단계(S200)는 초음파 조사 단계(S100)에서 초음파 송신부(110)에서 조사된 초음파를 초음파 수신부(120)가 수신할 경우, 변환부(140)가 이를 전기적 신호로 변환시키고, 변환된 전기적 신호를 신호처리부(150)로 전송하는 단계이다.In the conversion step S200, when the ultrasonic wave receiving unit 120 receives ultrasonic waves irradiated from the ultrasonic wave transmitting unit 110 in the ultrasonic wave irradiation step S100, the converting unit 140 converts the ultrasonic waves into electrical signals, To the signal processor 150.

이후, 신호처리부(150)는 수신된 전기적 신호를 증폭하고 노이즈를 필터링하여 골구조를 계산하는 데 유용한 신호만을 얻어내어, 신호처리부(150)를 통해 전처리된 전기적 신호를 연산부(160)로 전송할 수 있다.
Thereafter, the signal processing unit 150 obtains only signals useful for amplifying the received electrical signal, filtering the noise to calculate the bone structure, and transmitting the electrical signal, which has been preprocessed through the signal processing unit 150, to the operation unit 160 have.

3. 연산단계<3. Operation step < S300S300 >>

연산단계(S300)는 연산부(160)가 변환단계(S200)에서 신호처리부(150)로부터 수신된 전기적 신호를 통해 초음파의 음속을 산출하고, 산출된 초음파 음속을 통해 해면질골(B)의 골밀도를 예측하는 단계이다. The operation step S300 is a step in which the operation unit 160 calculates the sound velocity of the ultrasonic wave through the electric signal received from the signal processing unit 150 in the conversion step S200 and calculates the bone density of the spongy bone B by the calculated sonic sound velocity Prediction.

여기서, 연산부(160)는 변환단계(S200)에서 변환된 전기적 신호를 통해 해면질골(B)을 통과한 초음파의 음속을 산출할 수 있다.Here, the operation unit 160 may calculate the sound velocity of the ultrasonic wave that has passed through the caudal bone B through the electrical signal converted in the conversion step S200.

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그리고, 사전에 해면질골 샘플(BS)을 통해 도출된 해면질골(B)을 통과한 초음파 음속과 해면질골(B)의 골밀도 간의 상관관계를 이용하여, 연산부(160)는 산출된 초음파의 음속으로부터 해면질골(B)의 골밀도를 예측할 수 있게 된다.Using the correlation between the ultrasonic sound velocity passed through the caustic bone B obtained through the caustic bone sample BS and the bone density of the caustic bone B in advance, the calculating unit 160 calculates a difference between the sonic velocity of the calculated ultrasonic waves The bone mineral density of the caustic bone B can be predicted.

이후, 연산단계(S300)에서 산출한 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 골밀도 예측 결과를 출력부(170)를 통해 출력하는 출력단계가 더 포함될 수 있다.
Thereafter, an output step of outputting the sonic velocity and the bone mineral density prediction result of the ultrasonic wave passing through the spongy bone calculated in the calculation step (S300) through the output unit 170 may be further included.

결국, 본 발명은, 고에너지의 방사선을 환자의 측정부위에 조사하는 골밀도 측정방식과는 다르게 인체에 무해한 초음파를 사용함으로써, 종래와 같이 방사선 노출에 따른 환자의 신체 피해가 발생되지 않으므로, 골밀도 측정에 따른 환자의 거부감과 신체적 피해를 최소화할 수 있으며, 긴 잔향시간을 가지는 초음파 신호를 시간반전시켜, 집속 초음파를 생성함으로써, 시간적으로 집속된 초음파가 환자의 종골 단면을 통과할 때의 음속을 정확히 산출할 수 있고, 하나의 종골 단면을 복수개의 관심영역으로 나누어 각 영역의 초음파의 음속을 산출하여, 해당 종골 단면의 골밀도 영상획득이 가능하기 때문에, 정확도 높은 골밀도 측정이 가능한 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치 및 방법을 제공한다.
As a result, the present invention uses ultrasonic waves that are harmless to the human body, unlike the method of measuring bone density, which irradiates high-energy radiation to a patient's measurement site. Therefore, It is possible to minimize the rejection and physical damage of the patient according to the time of the ultrasound signal and to reverse the time of the ultrasound signal having a long reverberation time to generate the focused ultrasound wave so that the time- Since it is possible to obtain the bone density images of the corresponding calcaneal sections by calculating the sound velocity of the ultrasonic waves in each region by dividing a single calcaneal section into a plurality of regions of interest, the time reversal sound focusing technique capable of accurately measuring the bone density can be performed An apparatus and a method for predicting bone density are provided.

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.

100 : 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치
110 : 초음파 송신부
112 : 잔향부가부분
120 : 초음파 수신부
130 : 시간반전부
140 : 변환부
150 : 신호처리부
160 : 연산부
170 : 출력부
B : 해면질골
BS : 해면질골 샘플
100: Bone density prediction device using time convergence acoustic focusing technique
110: Ultrasonic transmitter
112:
120: Ultrasound receiver
130: half an hour
140:
150: Signal processor
160:
170:
B: spongiform bone
BS: Spongy bone sample

Claims (10)

초음파를 조사하는 초음파 송신부;
상기 초음파 송신부로부터 조사된 상기 초음파를 수신하는 초음파 수신부;
상기 초음파 송신부에 시간반전된 초음파를 제공하는 시간반전부;
상기 초음파 수신부가 수신한 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 변환부;
상기 초음파 변환부에 의해 변환된 상기 전기적 신호를 검출하는 신호처리부; 및
상기 초음파 변환부에서 검출된 상기 전기적 신호를 분석하여 해면질골을 통과한 초음파의 음속을 산출하고, 산출된 초음파의 음속을 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 연산부;를 포함하며,
상기 초음파 송신부는,
초음파 조사방향으로 결합되어, 상기 초음파 송신부에서 조사된 초음파를 다중 반사시키는 잔향부가부분;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치.
An ultrasonic transmitter for irradiating ultrasonic waves;
An ultrasonic wave receiving unit for receiving the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic wave transmitting unit;
A time inverting unit for providing time-inverted ultrasonic waves to the ultrasonic transmitting unit;
A converting unit for converting the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving unit into an electric signal;
A signal processing unit for detecting the electrical signal converted by the ultrasonic conversion unit; And
And an operation unit for analyzing the electrical signal detected by the ultrasonic transducer unit to calculate the sonic velocity of the ultrasonic wave passing through the spongy bone and for predicting the bone density of the spongy bone through the sonic velocity of the ultrasonic wave,
The ultrasonic transmission unit includes:
And a reverberation part coupled to the ultrasonic wave irradiation direction for multiply reflecting the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic wave transmitter part
Bone Density Prediction System Using Time Inverse Acoustic Focusing Technique.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 잔향부가부분은, 15~25mm 두께의 알루미늄판인 것을 특징으로 하는
시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the reverberation portion is an aluminum plate having a thickness of 15 to 25 mm
Bone Density Prediction System Using Time Inverse Acoustic Focusing Technique.
제1항에 있어서,
상기 연산부는, 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속 값과 상기 해면질골의 골밀도 값이 비례하며 증가하는 양의 선형관계를 가지는 것을 이용하여, 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 것을 특징으로 하는
시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the calculation unit predicts the bone mineral density of the spongy bone using the fact that the sonic velocity of the ultrasonic wave that has passed through the spongy bone is proportional to the bone mineral density of the spongy bone,
Bone Density Prediction System Using Time Inverse Acoustic Focusing Technique.
제1항에 있어서,
상기 시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치는,
상기 연산부에서 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 골밀도 예측 결과를 출력하는 출력부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 장치.
The method according to claim 1,
The apparatus for predicting bone density using the time-reversed sound focusing technique comprises:
An output unit for outputting a sound velocity and a bone density prediction result of ultrasonic waves having passed through the spongy bone formed by the operation unit; &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Bone Density Prediction System Using Time Inverse Acoustic Focusing Technique.
초음파 송신부가 초음파를 조사하는 초음파 조사단계;
변환부가 초음파 수신부로부터 상기 초음파 조사단계에서 조사된 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환시키는 변환단계; 및
연산부가 상기 변환단계에서 변환된 상기 전기적 신호를 통해 초음파의 음속(SOS)을 산출하는 연산단계;를 포함하며,
상기 초음파조사단계는, 상기 초음파 송신부가 시간반전부에서 다중 반사된 초음파를 시간반전시켜 생성한 집속 초음파를 조사하는 단계이고,
상기 연산단계는, 상기 변환단계에서 해면질골을 통과한 초음파로부터 검출된 전기적 신호와 해면질골이 위치하지 않은 상태에서 조사된 초음파로부터 검출된 전기적 신호의 수신시간 차이를 측정하여 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속을 통해 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 단계인 것을 특징으로 하는
시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 방법.
An ultrasonic wave irradiation step in which the ultrasonic wave transmission unit irradiates ultrasonic waves;
A conversion step of receiving the ultrasonic wave irradiated in the ultrasonic wave irradiation step from the ultrasonic wave receiving unit and converting the received ultrasonic wave into an electric signal; And
(SOS) of an ultrasonic wave through the electric signal converted by the operation unit in the conversion step,
Wherein the ultrasonic wave irradiation step is a step of irradiating the focused ultrasonic wave generated by time reversal of the ultrasonic wave reflected by the ultrasonic wave transmitting part in the time inverting part,
The calculation step may include calculating the difference in reception time between an electrical signal detected from the ultrasonic waves passing through the spongy bone in the conversion step and an electrical signal detected from the ultrasonic waves irradiated in a state in which the spongy bone is not positioned, And predicting the bone mineral density of the spongy bone through the sonic velocity of the ultrasound wave
A Method of Predicting Bone Mineral Density Using Time Inverse Acoustic Focusing Technique.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 연산단계는,
상기 변환단계에서 변환된 상기 전기적 신호를 통해 초음파의 음속(SOS)을 산출하는 음속 산출단계; 및
상기 음속 산출단계에서 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 상기 해면질골의 골밀도와의 상관관계를 이용하여 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측단계;를 포함하며,
상기 골밀도 예측단계에서 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 상기 해면질골의 골밀도의 상관관계는, 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속 값과 상기 해면질골의 골밀도 값이 선형적으로 비례하며 증가하는 양(+)의 선형 관계인 것을 특징으로 하는
시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 방법.
The method according to claim 6,
Wherein,
A sound velocity calculating step of calculating a sound velocity (SOS) of an ultrasonic wave through the electrical signal converted in the conversion step; And
And a bone mineral density prediction step of predicting the bone mineral density of the spongy bone using the correlation between the sonic velocity of the ultrasonic wave that has passed through the spongy bone and the bone mineral density of the spongy bone,
The correlation between the sonic velocity of the ultrasonic wave passing through the cavernous bone and the bone mineral density of the cavernous bone in the bone mineral density prediction step is such that the sonic velocity of the cavernous bone passing through the cavernous bone is linearly proportional to the bone mineral density of the cavernous bone And a positive (+) linear relationship.
A Method of Predicting Bone Mineral Density Using Time Inverse Acoustic Focusing Technique.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 시간반전 음향집속 기술은 이용한 골밀도 예측방법은,
상기 연산단계에서 산출한 상기 해면질골을 통과한 초음파의 음속과 골밀도 예측 결과를 출력하는 출력단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
시간반전 음향집속 기술을 이용한 골밀도 예측 방법.
The method according to claim 6,
The method of predicting bone density using the time inversion sound focusing technique comprises:
And outputting the sonic velocity and the bone mineral density prediction result of ultrasonic waves having passed through the spongy bone formed in the calculation step
A Method of Predicting Bone Mineral Density Using Time Inverse Acoustic Focusing Technique.
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