KR101643101B1 - Method And Apparatus For Estimating Bone Mineral Density Using Bidirectional Ultrasound Transverse Transmission Method - Google Patents

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KR101643101B1
KR101643101B1 KR1020150097630A KR20150097630A KR101643101B1 KR 101643101 B1 KR101643101 B1 KR 101643101B1 KR 1020150097630 A KR1020150097630 A KR 1020150097630A KR 20150097630 A KR20150097630 A KR 20150097630A KR 101643101 B1 KR101643101 B1 KR 101643101B1
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이강일
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강원대학교산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법은, 초음파 변환부로부터 전기적 신호를 제공받아 해면질골의 일측에 위치한 제 1 트랜스듀서가 상기 해면질골로 초음파를 조사하는 1차 초음파 조사 단계, 상기 해면질골의 타측에 위치한 제 2 트랜스듀서가 상기 해면질골을 투과한 초음파를 수신하여 상기 초음파 변환부로 전달하고, 상기 초음파 변환부가 수신된 초음파 신호를 시간반전하여 변환시키는 1차 변환 단계, 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 초음파 신호를 상기 제 2 트랜스듀서로 전달하여, 상기 제 2 트랜스듀서가 상기 해면질골에 시간반전된 초음파 신호를 조사하는 2차 초음파 조사 단계, 상기 제 2 트랜스듀서가 조사하여 상기 해면질골을 투과한 초음파 신호를 상기 제 1 트랜스듀서에서 수신하여 상기 초음파 변환부 BMD prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method according to the invention, the first ultrasonic irradiation step, the spongy accepted provides an electrical signal from the ultrasonic converter for applying ultrasonic waves, the first transducer located on one side of the spongy bone to give the spongy a second transducer located on the other side of the bone delivered to the said ultrasonic transducer receives an ultrasonic wave transmitted through the spongy bone and the first conversion step of converting the time reversed ultrasonic signal obtained by the ultrasonic transducer portion is received, the ultrasonic transducer unit by passing an ultrasonic signal obtained by a second transducer and the second ultrasonic irradiation step, the second transducer is in the spongy irradiated to the second transducer irradiating ultrasonic wave signal is time reversed in the spongy bone receiving the ultrasonic signal transmitted through the bone at the first transducer of the ultrasonic conversion section 전달하고, 상기 초음파 변환부가 수신한 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하는 2차 변환 단계, 측정부가 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 전기적 신호로부터 초음파 감쇠계수를 측정하는 측정 단계 및 상기 측정부에 의해 측정된 초음파 감쇠계수를 연산부로 전달하고, 연산부가 초음파 감쇠계수를 선형 회귀분석하여 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측 단계를 포함하여 마련된다. Pass, and the second conversion step, the measurement unit measuring step and measured by the measuring unit for measuring the ultrasonic wave attenuation factor from the electric signals converted by the ultrasonic converter for converting the ultrasonic wave ultrasonic signal converting portion receives an electrical signal transferring the ultrasonic attenuation coefficients by computing section, and is by linear regression analysis of the operation portion ultrasound attenuation coefficient provided, including bone mineral density predicting step for predicting the bone density of the spongy bone.
이로 인해, 본 발명은 해면질골의 골밀도 예측에 있어서, 해면질골에 단 하나의 방향으로 초음파를 투과시켜 골밀도를 예측하는 기존의 정량적 초음파 기술 대신, 새로운 방법으로 종골과 같은 해면질골에 양방향으로 초음파를 투과시켜 보다 정확하게 골밀도를 예측할 수 있다. Accordingly, the present invention is an ultrasonic wave in both directions in the spongy bone, such as in bone density prediction of spongy bone, only by transmitting an ultrasonic wave in one direction in place of the conventional quantitative ultrasound technology to predict the bone density in the spongy bone, the calcaneus in a new way It may be transmitted to more accurately predict the bone density.

Description

양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법 및 장치 {Method And Apparatus For Estimating Bone Mineral Density Using Bidirectional Ultrasound Transverse Transmission Method} Bidirectional BMD prediction method using ultrasonic transmission method and apparatus {Method And Apparatus For Estimating Bone Mineral Density Using Bidirectional Ultrasound Transverse Transmission Method}

본 발명은 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a bone density predicting method and apparatus using a bi-directional ultrasound transmission method.

골다공증은 골소실에 의한 골량의 감소 및 골조직의 미세구조 파괴로 인해 뼈가 약해짐에 따라 작은 충격에도 쉽게 골절이 발생할 수 있는 질환으로, 골다공증을 진단하는 종래기술로는 단순 X-선 촬영법, 이중에너지 X-선 흡수계측법(Dual Energy X-ray Absorptiometry) 및 정량적 초음파(Quantitative Ultrasound) 기술 등이 있다. Osteoporosis is a disease that can easily lead to fractures, even a small impact due to the fine structure according to the destruction of bone and decreased bone mass due to bone loss becomes a bone medicine, the art of diagnosing osteoporosis is simple X- ray radiography, dual and the like energy X- ray absorption cytometry (Dual energy X-ray Absorptiometry) and quantitative ultrasound (quantitative ultrasound) technique.

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 불가피했다. Simplicity of these prior art X- ray radiography and dual-energy X- ray absorptiometry cytometry was irradiated with low-energy and high-energy radiation that can have a harmful effect on the patient's body in order to diagnose osteoporosis by measuring bone mass per unit area of ​​the vertebrae, etc. this process was inevitable.

최근에는 기존 방사선 촬영방식의 골다공증 진단기술을 개선하기 위해, 초음파를 이용한 정량적 초음파 기술이 각광받고 있다. It has recently been, is spotlighted quantitative ultrasound technology using ultrasonic waves to improve osteoporosis diagnostic techniques in the conventional radiographic system. 정량적 초음파 기술은 초음파를 이용한 골다공증 진단 방법으로서, 종래의 X-선을 이용한 골다공증 진단법에 비해 인체에 미치는 유해한 영향이 거의 없으며, 사용이 간편하고 가격이 저렴한 장점을 가지고 있다. Quantitative ultrasound technology as an osteoporosis diagnosis by ultrasound, harmful effects on the human body with almost no diagnosis of osteoporosis compared to using a conventional X- ray, use has the advantage of simple and inexpensive.

정량적 초음파 기술은 초음파를 해면질골로 이루어진 인체의 종골(Calcaneus)에 조사하고, 종골의 음속(Speed Of Sound; SOS) 및 광대역 초음파 감쇠(Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; nBUA)를 측정함으로써 골밀도(Bone Mineral Density; BMD)를 간접적으로 예측하고 골다공증을 진단한다. BMD (Bone Mineral Density by measuring; (nBUA Normalized Broadband Ultrasound Attenuation); quantitative ultrasound technology is irradiated on the human body of the calcaneus (Calcaneus) spongy made to give the ultrasonic wave, and the acoustic velocity of the calcaneus (Speed ​​Of Sound SOS) and broadband ultrasound attenuation; indirectly it predicted a BMD) and osteoporosis diagnosis. 초음파를 이용한 골다공증 진단 기술은 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2005-0038812호(출원일 : 2003.10.23.), 공개특허공보 공개번호 제10-2003-0034550호(출원일 : 2001.10.26.) 등에 제시된 바 있다. Osteoporosis diagnosis technique using an ultrasonic wave is Republic of Korea Patent Application Laid-Open Publication No. 10-2005-0038812 No. (Application date: 10.23.2003), Patent Application Laid-Open Publication No. 10-2003-0034550 No. (Application date: 26.10.2001), etc. It has been suggested.

그러나 기존의 정량적 초음파 기술은 인체의 종골을 둘러싸고 있는 연조직의 두께, 종골의 이소성, 측정 시 발의 위치, 및 초음파 입사각에 따른 측정 오차가 크고 재현성이 부족하므로 골다공증 진단의 정확도에 단점을 가지고 있으며, 부수적인 방법으로 사용되는 것이 현실이다. However, the existing quantitative ultrasound technology is of the soft tissue surrounding the body's calcaneus thickness, ectopic of the calcaneus, measured at the foot position, and since the measurement error due to ultrasound incident angle greater reproducibility is low has the disadvantage of the osteoporosis diagnosis accuracy, additional it is a reality that is used in the method.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 종골과 같은 해면질골에 양방향으로 초음파를 투과시켜 보다 정확하게 골밀도를 예측할 수 있는 새로운 기술을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, an object of the present invention is to provide new technology that can accurately predict the bone density than by transmitting ultrasonic waves in both directions in the spongy bone, such as that, calcaneus created to solve the above-mentioned problem.

상기의 목적은, 초음파 변환부로부터 전기적 신호를 제공받아 해면질골의 일측에 위치한 제 1 트랜스듀서가 상기 해면질골로 초음파를 조사하는 1차 초음파 조사 단계, 상기 해면질골의 타측에 위치한 제 2 트랜스듀서가 상기 해면질골을 투과한 초음파를 수신하여 상기 초음파 변환부로 전달하고, 상기 초음파 변환부가 수신된 초음파 신호를 시간반전하여 변환시키는 1차 변환 단계, 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 초음파 신호를 상기 제 2 트랜스듀서로 전달하여, 상기 제 2 트랜스듀서가 상기 해면질골에 시간반전된 초음파 신호를 조사하는 2차 초음파 조사 단계, 상기 제 2 트랜스듀서가 조사하여 상기 해면질골을 투과한 초음파 신호를 상기 제 1 트랜스듀서에서 수신하여 상기 초음파 변환부로 전달하고, 상기 초음파 변환부가 수신한 초음파 신 The above object is achieved by the first ultrasonic irradiation step, a second transducer located on the other side of the spongy bone to accept provides an electrical signal from the ultrasonic transducer unit applying ultrasonic waves, the first transducer located on one side of the spongy bone to give the spongy delivered to the said ultrasonic transducer receives an ultrasonic wave transmitted through the spongy bone and the first conversion step, the second an ultrasonic signal obtained by the ultrasonic wave conversion unit for converting the time reversed ultrasonic signal obtained by the ultrasonic transducer portion received to pass to the transducer, the second transducer is a secondary ultrasonic waves irradiating the time when the ultrasonic signal is inverted in the spongy bone, wherein the ultrasonic signals a second transducer is irradiated to and transmitted through the spongy bone first a receiving transducer in the ultrasound delivered to the conversion, and receives the ultrasonic wave converting part ultrasonic Seen 를 전기적 신호로 변환하는 2차 변환 단계, 측정부가 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 전기적 신호로부터 초음파 감쇠계수를 측정하는 측정 단계 및 상기 측정부에 의해 측정된 초음파 감쇠계수를 연산부로 전달하고, 연산부가 초음파 감쇠계수를 선형 회귀분석하여 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법에 의해 달성될 수 있다. Passing a second conversion step, the measurement unit measuring step and the ultrasonic attenuation coefficient measured by the measuring unit for measuring the ultrasonic wave attenuation factor from the electric signals converted by the ultrasonic converter for converting into an electric signal to the operation unit, and operation It can be achieved by adding BMD prediction method by linear regression analysis of the ultrasonic wave attenuation factor by using the two-way ultrasonic wave transmission method comprising: a predicting step for predicting the bone density of the bone and spongy bone.

이때, 상기 제 1 트랜스듀서가 조사하는 초음파의 중심주파수는 300 kHz 내지 600 kHz의 범위내로 마련된다. At this time, the center frequency of the ultrasonic waves to the first transducer irradiation is provided within the range of 300 kHz to 600 kHz.

그리고, 상기 제 1 트랜스듀서와 상기 제 2 트랜스듀서간의 간격은, 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance; NFD)의 두배로 마련되고, 상기 해면질골과 상기 제 1 트랜스듀서와의 간격은 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance; NFD)로 마련된다. Then, the first transducer and the second transport distance between the transducers is, the first near-field distance of the transducer; a and is provided with twice the (Near Field Distance NFD), and the spongy bone and the first transducer interval near field distance of the first transducer; is provided to the (near field distance NFD).

또한, 상기 측정 단계에서, 상기 초음파 감쇠계수는 하기의 수학식 1에 의해 도출된다. Further, in the measuring step, the ultrasonic attenuation coefficient is derived by the equation 1 below.

[수학식 1] Equation 1

Figure 112015066485133-pat00001
[단위 : dB / cm] [Unit: dB / cm]

(여기서, (here,

Figure 112015066485133-pat00002
는 초음파 감쇠계수, An ultrasonic attenuation coefficient,
Figure 112015066485133-pat00003
는 주파수, Is the frequency,
Figure 112015066485133-pat00004
는 해면질골의 두께, The thickness of the spongy bone,
Figure 112015066485133-pat00005
는 해면질골이 존재할 때 측정한 파워스펙트럼 레벨, It is a power spectrum level measurement when the spongy bone is present,
Figure 112015066485133-pat00006
는 해면질골이 존재하지 않을 때 측정한 파워스펙트럼 레벨이다.) Is a power spectrum level measured when there is no the spongy bone).

그리고, 상기 계산 단계는 상기 초음파 감쇠계수를 300 kHz부터 600 kHz까지의 초음파 주파수 영역에서 측정한다. Then, the calculation step is measuring the ultrasonic wave attenuation factor in the ultrasonic frequency range from 300 kHz to 600 kHz.

또한, 상기 골밀도 예측 단계에서 상기 연산부가 상기 해면질골을 선형 회귀분석하기 위한 파라미터는, 적어도 광대역 초음파 감쇠(Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; nBUA)를 포함한다. Further, in the bone density prediction stage parameter for adding the calculated linear regression analysis of the spongy bone, at least a broadband ultrasonic attenuation; include (Normalized Broadband Ultrasound Attenuation nBUA).

한편, 상기의 목적은, 해면질골의 양측에 각각 위치하여, 상기 해면질골에 초음파를 조사하고, 조사된 초음파를 수신하는 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서, 상기 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서에 전기적 신호를 제공하고, 수신한 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하는 초음파 변환부, 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 전기적 신호를 분석하여 초음파 감쇠계수를 측정하는 측정부 및 상기 측정부에서 측정한 상기 초음파 감쇠계수를 선형 회귀분석하여 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치에 의해 달성될 수 있다. On the other hand, it is an object of the above, respectively located on either side of the spongy bone, the first transducer and the second transducer for applying ultrasonic waves to the spongy bone, and to receive the irradiated ultrasonic wave, the first transducer and the second trans providing an electrical signal to the transducer, and analyzing the electrical signal converted by the received ultrasonic signal to the ultrasonic converter, the ultrasonic converter for converting into an electrical signal measured in the measuring part and the measuring part for measuring the ultrasonic wave attenuation factor unit for predicting the bone density of the spongy bone by linear regression analysis of the ultrasonic attenuation coefficients, the two-way ultrasonic wave transmission method comprising the bone density can be achieved by using prediction device.

이때, 상기 제 1 트랜스듀서가 초음파 신호를 조사하여 상기 해면질골을 투과한 초음파 신호를 상기 제 2 트랜스듀서가 수신하면, 상기 초음파 변환부가 상기 제 2 트랜스듀서가 수신한 초음파 신호를 시간반전하여 변환한다. At this time, the conversion when the first transducer receives the second transducer ultrasound signals transmitted through the spongy bone to examine the ultrasonic signals, add the ultrasonic conversion time turn the ultrasonic signal by the second transducer receives do.

그리고, 상기 제 2 트랜스듀서는 상기 초음파 변환부에 의해 시간반전하여 변환된 초음파 신호를 상기 해면질골에 조사한다. In addition, the second transducer emits an ultrasound signal by converting the time inverted by the ultrasonic transducer unit in the spongy bone.

이때, 제 1 트랜스듀서가 조사하는 초음파 신호의 중심주파수는 300 kHz 내지 600 kHz의 범위내로 마련된다. At this time, the center frequency of the ultrasonic signal by the first transducer irradiation is provided within the range of 300 kHz to 600 kHz.

또한, 상기 제 1 트랜스듀서와 상기 제 2 트랜스듀서간의 간격은, 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance; NFD)의 두배로 마련되고, 상기 해면질골과 상기 제 1 트랜스듀서와의 간격은 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance, NFD)으로 마련된다. In addition, the first transducer and the second transport distance between the transducers is, the first near-field distance of the transducer; a and is provided with twice the (Near Field Distance NFD), and the spongy bone and the first transducer spacing is provided in the near field distance (near field distance, NFD) of the first transducer.

그리고, 상기 측정부는 상기 초음파 감쇠계수를 하기의 수학식 1에 의해 도출한다. And, wherein the measuring unit is derived by the equation (1) to the ultrasonic attenuation coefficient.

[수학식 1] Equation 1

Figure 112015066485133-pat00007
[단위 : dB / cm] [Unit: dB / cm]

(여기서, (here,

Figure 112015066485133-pat00008
는 초음파 감쇠계수, An ultrasonic attenuation coefficient,
Figure 112015066485133-pat00009
는 주파수, Is the frequency,
Figure 112015066485133-pat00010
는 해면질골의 두께, The thickness of the spongy bone,
Figure 112015066485133-pat00011
는 해면질골이 존재할 때 측정한 파워스펙트럼 레벨, It is a power spectrum level measurement when the spongy bone is present,
Figure 112015066485133-pat00012
는 해면질골이 존재하지 않을 때 측정한 파워스펙트럼 레벨이다.) Is a power spectrum level measured when there is no the spongy bone).

그리고, 상기 연산부에서 상기 해면질골을 선형 회귀분석하기 위한 파라미터는, 적어도 광대역 초음파 감쇠(Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; nBUA)를 포함한다. Then, parameters for the linear regression analysis of the spongy bone from the operation unit, at least a broadband ultrasonic attenuation; include (Normalized Broadband Ultrasound Attenuation nBUA).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초음파 조사를 통해 골밀도의 예측이 이루어지므로 환자가 방사선에 노출되지 않으므로 환자에게 안전한 측정 방법을 제공하는 효과가 있다. According to the present invention as described above, because since the prediction of the bone density achieved through ultrasonic irradiation a patient is not exposed to the radiation it is effective to provide to a patient a safe measurement method.

또한, 본 발명은 해면질골(B)의 골밀도 예측에 있어서 기존의 정량적 초음파 기술에 사용되는 파라미터 중의 하나인 광대역 초음파 감쇠(Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; nBUA)를 종골과 같은 해면질골에 양방향으로 초음파를 투과시켜 보다 정확하게 골밀도를 예측할 수 있다. The present invention is one of the broadband ultrasonic attenuation of the parameters used in a conventional quantitative ultrasound technology for bone prediction of spongy bone (B); transmitting ultrasonic waves in both directions (Normalized Broadband Ultrasound Attenuation nBUA) in spongy bone, such as the calcaneus by can accurately predict the bone density than.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 골밀도 예측 장치를 도시한 것이다. Figure 1 shows a bone density predicting device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 골밀도 예측 방법이 도시된 흐름도이다. Figure 2 is a flow diagram of the bone mineral density predicting method according to an embodiment of the present invention shown.
도 3은 본 발명의 골밀도 예측 방법에 의해 획득된 초음파 신호의 파형과, 초음파 신호의 파워스펙트럼 레벨이 도시된 도표이다. 3 is the waveform of the ultrasonic wave and the signal obtained by the bone density predicting method according to the present invention, the power spectrum level of the ultrasonic signal shown Figure.
도 4는 비교예 1의 골밀도 예측 방법에 의해 획득된 초음파 신호의 파형과, 초음파 신호의 파워스펙트럼 레벨이 도시된 도표이다. 4 is a diagram of a waveform and a power spectrum level of the ultrasonic signal of the ultrasonic signal obtained by the bone density predicting method in the comparative example 1 shown.
도 5는 비교예 2의 골밀도 예측 방법에 의해 획득된 초음파 신호의 파형과, 초음파 신호의 파워스펙트럼 레벨이 도시된 도표이다. 5 is a diagram of a waveform and a power spectrum level of the ultrasonic signal of the ultrasonic signal obtained by the bone density predicting method in the comparative example 2 shown.
도 6은 본 발명의 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 골밀도 예측 방법에 따라서 획득된 초음파 감쇠계수가 도시된 도표이다. 6 is a diagram showing the ultrasonic attenuation factor obtained according to the bone density predicting method in the Example, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다. But reference is made to the accompanying drawings with respect to preferred embodiments of the present invention will explained in more detail, it will be about the technical aspects already known omitted for brevity of the description, or compression.

<본 발명의 골밀도 예측 장치(10)에 대한 설명> <Description of the bone density estimating apparatus 10 according to the present invention>

본 발명의 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치(10)는 제 1 트랜스듀서(110), 제 2 트랜스듀서(120), 초음파 변환부(130), 측정부(140) 및 연산부(150)를 포함하여 구성되고, 이에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. Bone density using two-way ultrasonic wave transmission method of the present invention, prediction unit 10 is the first transducer 110 and second transducer 120, an ultrasonic transducer unit 130, a measurement unit 140 and computing unit 150 comprising: will be described with reference to Figure 1 with respect to this.

제 1 트랜스듀서(110)는 해면질골(B)의 일측에 위치하여, 초음파 변환부(130)로부터 전기적 신호를 제공받아 해면질골(B)에 초음파 신호를 조사하여 해면질골(B) 내부로 초음파 신호를 투과시킨다. The first transducer 110 is located at one side of the spongy bone (B), received it provides an electrical signal from the ultrasonic converter 130 examines the ultrasound signals to the spongy bone (B) ultrasound into the spongy bone (B) thereby transmitting a signal.

또한, 제 1 트랜스듀서(110)는 제 2 트랜스듀서(120)에서 조사한 초음파 신호를 수신하는 것이 가능하다. In addition, the first transducer 110 is capable of receiving the ultrasonic signal irradiated from the second transducer (120).

제 2 트랜스듀서(120)는 해면질골(B)의 타측에 위치하며, 제 1 트랜스듀서(110)에 의해 조사된 초음파 신호를 수신한다. Second transducer 120 is located on the other side of the spongy bone (B), first it receives the ultrasonic signal irradiated by the first transducer (110).

또한, 제 2 트랜스듀서(120)는 초음파 변환부(130)에 의해 시간반전된 초음파 신호를 제 1 트랜스듀서(110)로 초음파 신호를 조사하는 것이 가능하다. In addition, the second transducer 120, it is possible to examine the ultrasonic signals for time reversing the ultrasonic signal by the ultrasonic converter 130 to the first transducer (110).

본 발명의 일실시예에서 사용된 제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서(120)는 12.7 mm의 직경을 갖는 것으로 이용되었으며, 중심주파수는 300 kHz 내지 600 kHz 사이로 마련되는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 500 kHz의 중심주파수를 갖는 것이 이용되었다. A first transducer 110 and second transducer 120 used in one embodiment of the present invention was used as having a diameter of 12.7 mm, the center frequency is preferably provided between the 300 kHz to 600 kHz, According to an embodiment of the present invention it was used to have a center frequency of 500 kHz.

도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서(120)는 서로 마주보도록 배열되었으며, 제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서(120)의 사이에는 측정대상물인 해면질골(B)이 수중에 설치된다. 1, between the first transducer 110 and second transducer 120 has been arranged to face each other, the first transducer 110 and second transducer 120, the object to be measured the spongy bone (B) is installed in the water.

제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서(120)가 가지는 고유한 파라미터인 근거리음장 거리(Near Field Distance; NFD)는 53 mm 이며 이에 한정되지는 않는다. A first transducer 110 and second transducer 120 having a unique parameter near field distance (Distance Near Field; NFD) is 53 mm, and are not limited.

이때, 제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서(120)간의 간격은 근거리음장 거리의 배수로 마련되며, 본 발명의 실시예에서는 근거리 음장의 두 배인 106 mm로 마련된다. In this case, the first distance between the transducer 110 and second transducer 120 is provided to a multiple of the near field distance, in the embodiment of the present invention is provided to double the 106 mm of the near sound field.

또한, 해면질골(B)과 제 1 트랜스듀서(110)와의 간격은 제 1 트랜스듀서(110)의 근거리음장 거리인 53 mm로 마련된다. In addition, the distance between the spongy bone (B) and the first transducer 110 is provided in the near field distance of 53 mm of the first transducer (110).

초음파 변환부(130)는 제 1 트랜스듀서(110) 혹은 제 2 트랜스듀서(120)가 조사할 전기적 신호를 제공하거나, 수신된 초음파 신호를 변환하는 구성요소이다. Ultrasonic converter 130 is a component that provides or converts the received ultrasound signal to an electric signal to the first transducer 110 or second transducer 120 is irradiated.

상세하게는, 제 1 트랜스듀서(110)에서 최초로 조사할 초음파 신호를 생성하기 위해 전기적 신호를 변환하며, 해면질골(B)을 투과한 초음파 신호가 제 2 트랜스듀서(120)에서 수신되면, 제 2 트랜스듀서(120)로부터 초음파 신호를 전달받아 이를 시간반전하여 변환한다. If specifically, first, converts the electrical signal to generate ultrasound signals to the first survey from the transducer 110, the ultrasound signals transmitted through the spongy bone (B) received at the second transducer 120, 2 passes the ultrasonic signal from the transducer 120 receives and converts them to time reversal.

그리고, 초음파 변환부(130)는 제 1 트랜스듀서(110)가 제 2 트랜스듀서(120)에 의해 조사된 시간반전된 초음파 신호를 수신하면, 마지막으로 제 1 트랜스듀서(110)가 수신한 초음파 신호를 푸리에 변환하여 전기적 신호로 변환하기 위해 Then, the ultrasonic converter 130 includes a first transducer 110, a second when it receives the ultrasonic signal the exposure time inverted by the transducer 120, and finally the first transducer ultrasound a 110 is received to convert the signal into an electric signal by applying a Fourier transform

실시하기에 따라, 초음파 변환부(130)는 검출한 전기적 신호를 증폭하거나, 노이즈 제거를 위한 필터링, 신호 정규화 과정 등을 더 수행할 수 있다. Embodiment to ultrasonic converter 130 may be amplified, or perform further filtering for noise removal, signal normalization, etc., depending on the detected electrical signal.

측정부(140)는 초음파 변환부(130)로부터 전달받은 전기적 신호를 전기적 신호를 검출하여 분석하고, 전기적 신호를 통해 해면질골(B)의 초음파 감쇠계수를 하기의 수학식 1을 이용하여 측정한다. Measurement unit 140 is measured by analysis to detect the electrical signal to an electrical signal transmitted from the ultrasonic converter 130, and using the equation (1) to the ultrasonic attenuation coefficient of the spongy bone (B) through the electric signal .

[수학식 1] Equation 1

Figure 112015066485133-pat00013
[단위 : dB / cm] [Unit: dB / cm]

(여기서, (here,

Figure 112015066485133-pat00014
는 초음파 감쇠계수, An ultrasonic attenuation coefficient,
Figure 112015066485133-pat00015
는 주파수, Is the frequency,
Figure 112015066485133-pat00016
는 해면질골의 두께, The thickness of the spongy bone,
Figure 112015066485133-pat00017
는 해면질골이 존재할 때 측정한 파워스펙트럼 레벨, It is a power spectrum level measurement when the spongy bone is present,
Figure 112015066485133-pat00018
는 해면질골이 존재하지 않을 때 측정한 파워스펙트럼 레벨이다.) Is a power spectrum level measured when there is no the spongy bone).

이때, 측정부(140)는 300 kHz부터 600 kHz까지의 초음파 주파수 영역에서 초음파 감쇠계수를 측정하는 것이 가장 바람직하며, 실시하기에 따라 달라질 수 있다. At this time, the measuring unit 140 may vary according to the following embodiments, and it is best to measure the ultrasonic attenuation coefficient of ultrasonic waves in the frequency range from 300 kHz to 600 kHz,.

최종적으로, 연산부(150)는 도출된 수학식 1에서 도출한 초음파 감쇠계수를 이용하여 선형 회귀분석하여 해면질골(B)의 골밀도를 예측한다. Finally, the computing unit 150 by using the ultrasonic attenuation coefficient derived from the derived equation (1) a linear regression analysis to predict the bone density of the spongy bone (B).

<본 발명의 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법에 대한 설명> <Description of the bone density predicting method using the two-way ultrasonic wave transmission method of the present invention>

도1 내지 도2를 참조하여 본 발명의 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법에 대해 설명하고, 편의상 순서를 붙여 설명하도록 한다. 1 through 2 will be described for the bone density prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method of the present invention, and described again for the sake of convenience in order.

본 발명의 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법은 1차 초음파 조사 단계(S10), 1차 변환 단계(S200), 2차 초음파 조사 단계(S300), 2차 변환 단계(S400), 측정 단계(S500) 및 골밀도 예측 단계(S600)를 포함하여 마련된다. BMD prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method of the present invention is the first ultrasonic irradiation step (S10), first conversion step (S200), 2 car ultrasonic irradiation step (S300), 2 car conversion step (S400), measuring step ( S500) and is provided, including a bone mineral density predicting step (S600).

본 발명에 사용된 해면질골(B)은 소의 대퇴골로부터 얻어진 것으로, 소의 해면질골은 사람의 해면질골과 유사한 음향특성 및 구조를 갖고 있으므로 해면질골의 음향특성 실험에 많이 사용되고 있다. The spongy bone (B) used in the present invention because it was obtained from a bovine femur, cattle spongy bone has a structure similar to the acoustic properties and the spongy bone of the person is widely used in acoustic characteristic tests of spongy bone.

본 발명에서 사용된 해면질골(B)은 14.9 ± 2.1 mm (평균값 ± 표준편차)의 두께를 가지며, 본 발명의 제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서의 중심 로브의 폭인 7.6 mm보다 큰 폭을 갖도록 제작하였다. The spongy bone (B) used in the present invention is 14.9 ± 2.1 mm has a thickness (mean ± SD), of the present invention the first transducer 110 and the second of the central lobe of the transducer width is greater than 7.6 mm It was manufactured to have the width.

또한 해면질골(B)의 골수를 제거하기 위하여 100 ℃ 이상의 수중에서 가열하였으며, 초음파 변수를 측정하기 전에 해면질골(B) 내부의 기포를 제거하기 위하여 약 1 mmHg의 압력을 갖는 진공 데시케이터에서 약 8시간 동안 보관하여 본 발명의 실시예 해면질골(B)을 준비하였다. Also it was heated in a number greater than or equal to 100 ℃ to remove the bone marrow and spongy bone (B), before measuring the ultrasonic variable spongy bone (B) in a vacuum desiccator having from about 1 mmHg pressure in order to remove bubbles inside the example spongy bone (B) of the present invention was prepared by storage for about 8 hours.

1. 1차 초음파 조사 단계 ( S10 ) 1. Primary ultrasonic irradiation step (S10)

본 단계에서는 초음파 변환부(130)가 제 1 트랜스듀서(110)로 초음파의 송신을 위한 전기적 신호를 전송하면, 해면질골(B)의 일측에 위치한 제 1 트랜스듀서(110)가 해면질골(B)에 초음파를 조사한다. In this step the ultrasonic converter 130, the first when the transducer 110 transmits the electrical signals for the transmission of ultrasonic waves, the first transducer 110 is located at one side of the spongy bone (B) the spongy bone (B ) irradiates the ultrasonic waves in the.

2. 1차 변환 단계 ( S200 ) 2. 1st conversion step (S200)

본 단계에서는 해면질골(B)의 타측에 위치한 제 2 트랜스듀서(120)가 해면질골(B)을 투과한 초음파 신호를 수신하여 초음파 변환부(130)로 전달하고, 초음파 변환부(130)가 수신된 초음파 신호를 시간반전하여 변환시킨다. This is a step in the other side the second transducer 120, the spongy bone (B) receives the ultrasonic signal transmitted through the transmission by the ultrasonic converter 130, and the ultrasonic converter 130, located in the spongy bone (B) is It is converted to the time reversal of the received ultrasonic signal.

3. 2차 초음파 조사 단계 ( S300 ) 3. 2nd ultrasonic irradiation step (S300)

본 단계에서는 초음파 변환부(130)에 의해 변환(시간반전)된 초음파 신호를 제 2 트랜스듀서(120)로 전달하여, 제 2 트랜스듀서(120)가 해면질골(B)에 변환된 초음파 신호를 조사한다. In this step by passing the ultrasound signal converter (time reversal) by the ultrasonic converter 130 to the second transducer 120 and second transducer 120 is an ultrasound signal converted in the spongy bone (B) investigate.

4. 2차 변환 단계 ( S400 ) 4. the second conversion step (S400)

본 단계에서는, 제 2 트랜스듀서(120)가 조사하여 해면질골(B)을 투과한 초음파 신호를 제 1 트랜스듀서(110)에서 수신하여 초음파 변환부(130)로 전달하고, 초음파 변환부(130)가 수신한 초음파 신호를 푸리에 변환하여 전기적 신호로 변환한다. In this step, the second transducer 120 is irradiated by receiving the ultrasonic signal transmitted through the spongy bone (B) from the first transducer 110 and transmitted to the ultrasonic converter 130, ultrasonic transducer section (130 ) is converted to the ultrasound signal received into an electric signal by applying a Fourier transform.

이때, 수신된 전기적 신호를 증폭하며, 필터링 과정을 통해 노이즈를 제거하거나, 정규화 등이 이루어질 수 있다. At this time, the amplification of the received electrical signal, can be made through the filtering process is to remove noise, or the like qualified.

5. 측정 단계 ( S500 ) 5. The measurement step (S500)

본 단계에서는 측정부(140)는 초음파 변환부(130)로부터 전달받은 전기적 신호를 검출하여, 전기적 신호를 분석하고, 전기적 신호를 통해 해면질골(B)의 초음파 감쇠계수를 하기의 수학식 1을 이용하여 측정한다. . In this phase measurement unit 140 may detect an electric signal transmitted from the ultrasonic converter 130, the equation (1) to the ultrasonic attenuation coefficient of the spongy bone (B) and analyzing the electrical signals, via electrical signals measured using.

[수학식 1] Equation 1

Figure 112015066485133-pat00019
[단위 : dB / cm] [Unit: dB / cm]

(여기서, (here,

Figure 112015066485133-pat00020
는 초음파 감쇠계수, An ultrasonic attenuation coefficient,
Figure 112015066485133-pat00021
는 주파수, Is the frequency,
Figure 112015066485133-pat00022
는 해면질골의 두께, The thickness of the spongy bone,
Figure 112015066485133-pat00023
는 해면질골이 존재할 때 측정한 파워스펙트럼 레벨, It is a power spectrum level measurement when the spongy bone is present,
Figure 112015066485133-pat00024
는 해면질골이 존재하지 않을 때 측정한 파워스펙트럼 레벨이다.) Is a power spectrum level measured when there is no the spongy bone).

상기의 수학식 1은 nBUA(dB/cm/MHz)를 도출하기 위한 초음파 감쇠계수를 구하는 식으로, nBUA(Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; 광대역 초음파 감쇠)는 1984년 Langton 등에 의하여 처음으로 제안되었으며, [P. Of the equation (1) is the equation for obtaining the ultrasonic attenuation coefficient for deriving a nBUA (dB / cm / MHz), nBUA (Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; broadband ultrasonic attenuation), which was first proposed by the like Langton 1984 nyeon, [P . Laugier, "Instrumentation for in vivo ultrasonic characterization of bone strength," IEEE Trans. Laugier, "Instrumentation for in vivo ultrasonic characterization of bone strength," IEEE Trans. Ultrason. Ultrason. Ferroelectr. Ferroelectr. Freq. Freq. Control, Vol. Control, Vol. 55, No. 55, No. 6, pp. 6, pp. 1179-1196, (2008)]에 의하면, nBUA는 종골과 같은 측정 부위에서 측정된 초음파 감쇠계수의 특정한 주파수 영역에 대한 기울기로부터 결정됨을 알 수 있다. According to 1179-1196, (2008)], nBUA it can be seen as determined from the slope for a particular frequency range of the ultrasonic attenuation coefficient measured at a measurement site, such as the calcaneus.

이에 의해, 특정한 주파수 영역에 대한 감쇠계수의 기울기로 정의되는 nBUA를 결정하기 위하여, 본 실시예에서는 측정된 감쇠계수의 선형적인 주파수 의존성을 고려하여 300 kHz부터 600 kHz까지의 주파수 영역을 이용하였다. Thus, in the present embodiment it used the frequency region of from 300 kHz to 600 kHz in consideration of the linear frequency dependence of the measured attenuation coefficient, to determine a nBUA to be defined by the slope of the attenuation coefficient for a particular frequency range by.

초음파가 생체조직을 전파할 때 흡수 및 산란에 의하여 감쇠가 발생하게 되며, 골밀도 측정 시 이용되는 nBUA는 측정 부위의 두께와 제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서(120)이 조사하는 초음파 신호의 주파수에 의존하게 된다. Ultrasonic ultrasound and to the attenuation by the absorption and scattering occurs when a radio wave to a living tissue, bone nBUA the target body part thickness and the first transducer 110 and second transducer 120, which is used when measuring the irradiation It is dependent on the frequency of the signal.

임상에서 nBUA의 측정은 연조직의 영향을 받게 되나, 골조직에 비교하여 연조직의 매우 작은 두께 및 감쇠로 인하여 연조직의 영향을 무시할 수 있다. Measurement of clinical nBUA but is affected by the soft tissue, it can ignore the effect of the soft tissue as compared to bone due to the very small thickness and attenuation of soft tissue.

상기에서 설명한 바와 같이, nBUA는 측정부위에서 골조직 두께의 영향을 받게 된다. As described above, nBUA is affected by the thickness of the bone tissue at the measurement site.

6. 골밀도 예측 단계 ( S600 ) 6. BMD predicting step (S600)

본 단계에서는 측정부(140)에 의해 측정된 초음파 감쇠계수를 연산부(150)로 전달하여 연산부(150)가 초음파 감쇠계수를 선형 회귀분석하여 해면질골(B)의 골밀도를 예측한다. This is a step in the operation unit 150 by passing the ultrasonic attenuation coefficient measured by the measurement unit 140 to the operation unit 150 by linear regression analysis of the ultrasonic attenuation coefficient estimates the bone mineral density of the spongy bone (B).

이하에서는, 본 발명에 따른 실시예와 비교예 1 및 비교예 2를 통해 해면질골의 골밀도를 예측한 결과값을 각각 비교하여 설명하도록 한다. In the following, Comparative Examples and the Comparative Examples 1 and 2 the result predicted by the bone mineral density of the spongy bone of the present invention, respectively will be described to.

<본 발명의 실시예 , 비교예 1 및 비교예 2과의 상관관계 및 골밀도 예측 결과 분석> <Example, Comparative Examples 1 and 2 the correlation and analysis of the bone mineral density prediction result and the present invention>

비교예 1 및 2는 이전에 공지된 [KI Lee, J. Acoust. Comparative Examples 1 and 2 is previously [KI Lee, J. Acoust known in the. Soc. Soc. Am. Am. 135, EL61 (2014)]에 기재된 골밀도 예측 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예와는 다르게 해면질골에 단 하나의 방향으로 초음파를 투과시켜 골밀도를 예측하는 방법에 해당된다. 135, relates to a bone density predicting method according to EL61 (2014)], by alternatively embodiment of the present invention transmits the ultrasonic as a single direction in the spongy bone is available for the method to predict bone mineral density.

비교예 1 및 2에 대해 간략하게 설명하자면, 비교예 1은 해면질골의 일측에 초음파를 조사하는 트랜스듀서가 마련되고, 타측에 초음파 수신부가 마련되어, 상기 일측에 위치한 트랜스듀서가 초음파를 조사(Forward 전방방향)하면, 타측에 위치한 초음파 수신부가 이를 수신하여, 해면질골의 골밀도를 예측하는 것이다. Comparative Examples 1 and gritty overview of the 2, Comparative Example 1 is a transducer for irradiating ultrasonic waves on one side of the spongy bone is provided, located on the other side an ultrasonic receiver, investigate a transducer located in said one ultrasound (Forward When the forward direction), an ultrasonic receiver located on the other side to receive them, to predict the bone density of the spongy bone.

이와 반대로, 비교예 2는 해면질골의 일측에는 초음파 수신부가 마련되고, 타측에 초음파를 조사하는 트랜스듀서가 마련되어, 상기 타측에 위치한 트랜스듀서가 초음파를 조사(Backword, 후방방향)하면, 일측에 위치한 초음파 수신부가 이를 수신하여, 해면질골의 골밀도를 예측하는 것이다. On the other hand, Comparative Example 2, one side of the spongy bone has been provided with an ultrasound receiver, equipped with a transducer for applying ultrasonic waves on the other side, the transducer is located on the other side when the ultrasonic wave (Backword, posterior direction), which is located to one side an ultrasonic receiver to receive them, to predict the bone density of the spongy bone.

해면질골(B) Spongy bone (B)
샘플번호 Sample Number
골밀도 BMD
(g/cm 3 ) (g / cm 3)
nBUA (dB/cmMHz) nBUA (dB / cmMHz)
실시예 1 Example 1 비교예 1 Comparative Example 1 비교예 2 Comparative Example 2
1 One 0.456 .456 8.75 8.75 8.24 8.24 8.29 8.29
2 2 0.480 .480 11.67 11.67 11.52 11.52 11.61 11.61
3 3 0.485 .485 6.65 6.65 6.95 6.95 7.34 7.34
4 4 0.499 .499 8.36 8.36 8.19 8.19 8.55 8.55
5 5 0.563 .563 11.97 11.97 11.53 11.53 11.47 11.47
6 6 0.567 .567 17.14 17.14 17.02 17.02 17.09 17.09
7 7 0.597 .597 17.37 17.37 17.60 17.60 17.77 17.77
8 8 0.613 .613 12.92 12.92 12.88 12.88 13.31 13.31
9 9 0.620 .620 19.76 19.76 19.79 19.79 19.45 19.45
10 10 0.631 .631 16.11 16.11 16.25 16.25 16.23 16.23
11 11 0.648 .648 24.55 24.55 24.39 24.39 24.28 24.28
12 12 0.697 .697 17.71 17.71 17.98 17.98 18.10 18.10
13 13 0.725 .725 21.47 21.47 21.54 21.54 21.85 21.85
14 14 0.764 .764 25.91 25.91 25.61 25.61 25.97 25.97
평균값 medium 0.596 .596 15.74 15.74 15.67 15.67 15.81 15.81

표 1은 본 발명의 실시예, 비교예 1 및 비교예 2에 의해 측정된 14개의 해면질골(B)의 골밀도 및 nBUA가 도시된 도표이다. Table 1 is a chart showing the bone density and nBUA of Example, Comparative Example 1 and Comparative 14 spongy bone (B) measured by the Example 2 of the present invention.

이때, 표 1에 기재된 각 수치는 10개의 해면질골(B) 관심영역에서 측정된 값들의 평균값을 나타낸다. In this case, each value shown in Table 1 represents a mean value of values ​​measured at ten spongy bone (B) of interest.

표 1에 의하면, 14개의 해면질골(B)의 골밀도는 0.456부터 0.764 g/cm 3 까지 나타났으며, 14개의 해면질골(B)의 nBUA 평균값은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2, 순으로 15.74, 15.67, 15.81 dB/cmMHz로 나타났다. According to Table 1, showed bone density of 14 spongy bone (B) is from 0.456 to 0.764 g / cm 3, nBUA average value of 14 and spongy bone (B) was in Example 1, Comparative Examples 1 and 2, order found to be 15.74, 15.67, 15.81 dB / cmMHz.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라, 제 1 트랜스듀서(110) 및 제 2 트랜스듀서(120) 사이에 해면질골(B)이 없는 경우(Bidirectional Reference, 기준신호)와 있는 경우(Bidirectional Bone, 투과신호)에 각각 수신된 초음파 신호의 파형과, 상기 초음파 신호를 푸리에 변환하여 획득한 파워스펙트럼 레벨이 도시되어 있다. 3 is a case that a first case between the transducer 110 and second transducer 120 with no spongy bone (B) (Bidirectional Reference, a reference signal) in accordance with an embodiment of the invention (Bidirectional Bone, each received power level spectrum obtained by Fourier transform of the waveform and, the ultrasonic signal of the ultrasonic signal in the transmission signal) is shown.

마찬가지로, 도 4 및 도 5는 각각 비교예 1과 비교예 2에서, 트랜스듀서와 초음파 수신기 사이에 해면질골이 없는 경우와 해면질골이 있는 경우에 따라서, 각각의 신호에 따른 초음파 신호의 파형과, 상기 초음파 신호를 푸리에 변환하여 파워스펙트럼 레벨을 도출한다. Similarly, in FIG. 4 and Comparative Example 2. Figure 5 and Comparative Example 1, respectively, the transducer and the waveform of the ultrasonic signal in accordance with the respective signal, and in some cases between the ultrasonic receiver that has the spongy bone if there is no spongy bone, converting the ultrasound signal to Fourier derives a power spectrum level.

이후, 본 발명의 실시예는 하기의 수학식 1에 파워스펙트럼 레벨을 대입시켜 초음파 감쇠계수를 구한다. Next, embodiments of the invention by substituting the power spectrum level in the equation (1) to obtain the ultrasonic attenuation coefficient.

[수학식 1] Equation 1

Figure 112015066485133-pat00025
[단위 : dB / cm] [Unit: dB / cm]

(여기서, (here,

Figure 112015066485133-pat00026
는 초음파 감쇠계수, An ultrasonic attenuation coefficient,
Figure 112015066485133-pat00027
는 주파수, Is the frequency,
Figure 112015066485133-pat00028
는 해면질골의 두께, The thickness of the spongy bone,
Figure 112015066485133-pat00029
는 해면질골이 존재할 때 측정한 파워스펙트럼 레벨, It is a power spectrum level measurement when the spongy bone is present,
Figure 112015066485133-pat00030
는 해면질골이 존재하지 않을 때 측정한 파워스펙트럼 레벨이다.) Is a power spectrum level measured when there is no the spongy bone).

도 6은, 300 kHz부터 600 kHz까지의 주파수 영역에서 본 발명의 실시예, 비교예 1 및 비교예 2를 통해 획득한 초음파 감쇠계수가 도시된 도표이다. Figure 6, embodiments of the present invention in the frequency range from 300 kHz to 600 kHz for example, Comparative Example 1 and is obtained by the ultrasonic attenuation coefficient table shown by the Comparative Example 2.

value
(피어슨 상관계수, r) (Pearson's correlation coefficient, r)
골밀도 BMD 실시예의 방법으로 획득한 nBUA nBUA obtained by the embodiment method 비교예 1의 방법으로 획득한 nBUA nBUA obtained by the method of Comparative Example 1 비교예 2의 방법으로 획득한 nBUA nBUA obtained by the method of Comparative Example 2
골밀도 BMD 1 One 0.87 0.87 0.88 0.88 0.88 0.88
실시예에 따른 방법으로 획득한 nBUA Obtained by the method according to an embodiment nBUA 1 One 0.99 0.99 0.99 0.99
비교예 1의 방법으로 획득한 nBUA nBUA obtained by the method of Comparative Example 1 1 One 0.99 0.99
비교예 2의 방법으로 획득한 nBUA nBUA obtained by the method of Comparative Example 2 1 One

상기의 표 2는 해면질골(B)의 골밀도 값과, 본 발명의 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 방법으로 획득한 nBUA 값을 선형 회귀분석하여 각각의 값 사이의 피어슨 상관계수(Pearson's correlation coefficient)를 나타낸 도표이다. And bone mineral density values ​​of the above table 2 is spongy bone (B), Example, Comparative Example 1 and Comparative Pearson correlation coefficient between the nBUA value obtained by the method of Example 2, a linear regression analysis to each of the values ​​of the present invention (Pearson's a diagram showing the correlation coefficient).

여기서, 피어슨 상관계수(r)란, 독립적인 두 변수간의 선형적 상관관계의 정도를 나타내는 지표로써, 두 변수간의 선형적 상관관계의 강도를 상관계수(Correlation coefficient)라 한다. Here, the Pearson correlation coefficient (r) is, as a measure of the degree of linear correlation between two independent variables, and is referred to as coefficient (Correlation coefficient) correlating the intensity of the linear correlation between two variables.

여기서, 두 변수간에 선형적 상관관계가 높을수록 1 혹은 -1에 근접한 값을 나타내는데, 피어슨 상관계수(r)가 1에 가까울수록, 두 변수는 강한 양의 선형관계를 지니는 것을 의미하며, 반대로 1에 가까울수록 음의 선형관계를 의미한다. Here, the higher the linear correlation between two variables to represent a value close to 1 or -1, as close to the Pearson correlation coefficient (r) is 1, and the two variable means that having a strong linear relationship between the amount of, anti-1 the closer to means a linear relationship between the sound.

또한, 피어슨 상관계수(r)가 0이면, 두 변수는 서로 완전히 독립적임을 의미한다. In addition, when the Pearson correlation coefficient (r) is 0, the variable means that completely independent of one another.

본 발명에 따른 실시예로 획득한 nBUA 값과 해면질골(B)의 골밀도와의 피어슨 상관계수(r)는 0.87로 나타나고 있어, 강한 양(+)의 선형적인 상관관계가 존재함을 의미하며, 본 발명에 따른 실시예로 획득한 nBUA 값과, 비교예 1 및 비교예 2의 방법으로 획득한 nBUA 값과의 피어슨 상관계수(r)는 0.99로 나타나고 있어, 본 발명의 실시예에서 제안하는 골밀도 측정방법은, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 종래의 골밀도 측정방법과 거의 동등한 것을 의미한다. Pearson correlation coefficient (r) of the bone mineral density of the nBUA value and the spongy bone (B) obtained in the embodiment according to the present invention means that a linear correlation between the presence of I appears to 0.87, strong positive (+) and Pearson correlation coefficient (r) with a nBUA value and, Comparative example 1 and Comparative example 2 was nBUA value obtained by the method of acquisition in an embodiment in accordance with the present invention there appears to 0.99, bone mineral density proposed by the embodiment of the present invention measuring method, which means that Comparative example 1 and Comparative substantially the same as the conventional bone density measurement method according to example 2.

따라서, 본 발명의 실시예에 따라서 획득하는 nBUA는 골밀도를 예측할 수 있는 초음파 변수로 이용될 수 있다는 것을 의미한다. Thus, the means that nBUA to obtain according to an embodiment of the present invention may be utilized by the ultrasonic variables to predict the bone density.

즉, 본 발명의 실시예를 통해 획득한 nBUA와 해면질골(B)의 골밀도 간의 상관관계가 매우 높으므로, 본 발명의 골밀도 예측 방법에 의해 실제 사람의 해면질골에서 측정할 경우에도, 실제 사람의 골밀도 예측이 가능하다는 것을 의미하는 것이다. That is, because the correlation between the bone density relationship nBUA the spongy bone (B) obtained through the embodiment of the present invention is very high, even when measured at the spongy bone of a real person by the bone density predicting method according to the present invention, the actual human It will mean that the bone density that can be predicted.

따라서, 본 발명은 해면질골(B)의 골밀도 예측에 있어서, 해면질골에 단 하나의 방향으로 초음파를 투과시켜 골밀도를 예측하는 기존의 정량적 초음파 기술 대신, 본 발명의 실시예에 따른 새로운 방법으로, 종골과 같은 해면질골에 양방향으로 초음파를 투과시켜 보다 정확하게 골밀도를 예측할 수 있다. Accordingly, the present invention relates to a bone density prediction of spongy bone (B), in place of the conventional quantitative ultrasound technology by transmitting ultrasonic waves with a single direction of the spongy bone to predict the bone density, the new method according to an embodiment of the invention, more precisely by transmitting ultrasonic waves in both directions in the spongy bone, such as the calcaneus it can predict bone density.

따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. Therefore, it described in this invention embodiment is for illustrative and not intended to limit the technical idea of ​​the present invention, but the scope of the technical idea of ​​the present invention, by such an embodiment is not limited. 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The scope of protection is to be interpreted by the claims below, all spirits within a scope equivalent will be construed as included in the scope of the present invention.

B : 해면질골 B: spongy bone
10 : 골밀도 예측 장치 10: BMD prediction device
110 : 제 1 트랜스듀서 110: first transducer
120 : 제 2 트랜스듀서 120: second transducer
130 : 초음파 변환부 130: ultrasonic transducer unit
140 : 측정부 140: Measurement unit
150 : 연산부 150: operation unit

Claims (14)

  1. 초음파 변환부로부터 전기적 신호를 제공받아 해면질골의 일측에 위치한 제 1 트랜스듀서가 상기 해면질골로 초음파를 조사하는 1차 초음파 조사 단계; Primary ultrasonic irradiation step the first transducer receives the electrical signal provided in the side of the spongy bone from the ultrasound converter for irradiating the ultrasonic waves to give the spongy;
    상기 해면질골의 타측에 위치한 제 2 트랜스듀서가 상기 해면질골을 투과한 초음파를 수신하여 상기 초음파 변환부로 전달하고, 상기 초음파 변환부가 수신된 초음파 신호를 시간반전하여 변환시키는 1차 변환 단계; First conversion step of the second transducer is located on the other side of the spongy bone delivered to the said ultrasonic transducer receives an ultrasonic wave transmitted through the spongy bone, and conversion to the time reversed ultrasonic signal obtained by the ultrasonic transducer receiving portion;
    상기 초음파 변환부에 의해 변환된 초음파 신호를 상기 제 2 트랜스듀서로 전달하여, 상기 제 2 트랜스듀서가 상기 해면질골에 시간반전된 초음파 신호를 조사하는 2차 초음파 조사 단계; The second ultrasonic irradiation step of passing an ultrasonic signal obtained by the ultrasonic transducer unit to said second transducer, the second transducer irradiating ultrasonic wave signal is time reversed in the spongy bone;
    상기 제 2 트랜스듀서가 조사하여 상기 해면질골을 투과한 초음파 신호를 상기 제 1 트랜스듀서에서 수신하여 상기 초음파 변환부로 전달하고, 상기 초음파 변환부가 수신한 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하는 2차 변환 단계; The second conversion step of the second transducer is irradiated to the spongy pass the ultrasound signal transmitted through the bone parts of the ultrasonic transducer and received by the first transducer, and converting the ultrasonic signal by adding the ultrasonic transducer receives an electrical signal .;
    측정부가 상기 초음파 변환부에 의해 변환된 전기적 신호로부터 초음파 감쇠계수를 측정하는 측정 단계; Measurement step of measuring portion measures the ultrasound attenuation factor from the electric signals converted by the ultrasonic converter; And
    상기 측정부에 의해 측정된 초음파 감쇠계수를 연산부로 전달하고, 연산부가 초음파 감쇠계수를 선형 회귀분석하여 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 골밀도 예측 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법. The two-way ultrasonic wave transmission method comprising the; transfer the ultrasonic attenuation coefficient measured by the measuring unit in operation unit, and bone mineral density predicting step for predicting the bone density of the spongy bone by linear regression analysis of the operation portion ultrasound attenuation coefficient BMD prediction method.
  2. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 제 1 트랜스듀서가 조사하는 초음파의 중심주파수는 300 kHz 내지 600 kHz의 범위내로 마련되는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법. BMD prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that provided within the first transducer has a center frequency of the ultrasonic irradiation to the 300 kHz to 600 kHz range.
  3. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 제 1 트랜스듀서와 상기 제 2 트랜스듀서간의 간격은, 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance; NFD)의 두배로 마련되고, 상기 해면질골과 상기 제 1 트랜스듀서와의 간격은 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance; NFD)로 마련되는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법. Wherein the first transducer and the second transport distance between the transducers is, the first near-field distance of the transducer; interval and is provided to double the (Near Field Distance NFD), and the spongy bone and the first transducer is BMD prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that is provided with; (NFD near field distance) near field distance of the first transducer.
  4. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 측정 단계에서, 상기 초음파 감쇠계수는 하기의 수학식 1에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법. In the measuring step, BMD prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that derived by the equation (1) of the ultrasonic attenuation coefficient is to.
    [수학식 1] Equation 1
    Figure 112015066485133-pat00031
    [단위 : dB / cm] [Unit: dB / cm]
    (여기서, (here,
    Figure 112015066485133-pat00032
    는 초음파 감쇠계수, An ultrasonic attenuation coefficient,
    Figure 112015066485133-pat00033
    는 주파수, Is the frequency,
    Figure 112015066485133-pat00034
    는 해면질골의 두께, The thickness of the spongy bone,
    Figure 112015066485133-pat00035
    는 해면질골이 존재할 때 측정한 파워스펙트럼 레벨, It is a power spectrum level measurement when the spongy bone is present,
    Figure 112015066485133-pat00036
    는 해면질골이 존재하지 않을 때 측정한 파워스펙트럼 레벨이다.) Is a power spectrum level measured when there is no the spongy bone).
  5. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 측정 단계는 상기 초음파 감쇠계수를 300 kHz부터 600 kHz까지의 초음파 주파수 영역에서 측정하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법. It said measuring step is BMD prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that for measuring the ultrasonic wave attenuation factor in the ultrasonic frequency range from 300 kHz to 600 kHz.
  6. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 골밀도 예측 단계에서 상기 연산부가 상기 해면질골을 선형 회귀분석하기 위한 파라미터는, 적어도 광대역 초음파 감쇠(Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; nBUA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 방법. BMD prediction method using the two-way ultrasonic wave transmission method comprising the; (nBUA Normalized Broadband Ultrasound Attenuation) the operational parameters are added to the linear regression analysis of the spongy bone, at least a broadband ultrasound attenuation in the bone mineral density predicting step.
  7. 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치로서, As bone mineral density prediction apparatus using a two-way ultrasonic wave transmission method,
    해면질골의 양측에 각각 위치하여, 상기 해면질골에 초음파를 조사하고, 조사된 초음파를 수신하는 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서; Respectively located on either side of the spongy bone, the first transducer and the second transducer for applying ultrasonic waves to the spongy bone, and receives the ultrasonic irradiation;
    상기 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서에 전기적 신호를 제공하고, 수신한 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하는 초음파 변환부; Wherein the first transducer and the ultrasonic converter for providing an electrical signal to the second transducer, converts the received ultrasonic signal into an electric signal;
    상기 초음파 변환부에 의해 변환된 전기적 신호를 분석하여 초음파 감쇠계수를 측정하는 측정부; Measuring section for analysis by measuring the ultrasonic wave attenuation coefficient of the electrical signal converted by the ultrasonic converter; And
    상기 측정부에서 측정한 상기 초음파 감쇠계수를 선형 회귀분석하여 상기 해면질골의 골밀도를 예측하는 연산부;를 포함하고, Includes,; by linear regression analysis of the the ultrasonic attenuation coefficient measured by the measuring section unit for predicting the bone density of the spongy bone
    상기 제 1 트랜스듀서가 초음파 신호를 조사하여 상기 해면질골을 투과한 초음파 신호를 상기 제 2 트랜스듀서가 수신하면, 상기 초음파 변환부가 상기 제 2 트랜스듀서가 수신한 초음파 신호를 시간반전하여 변환하고, When the first transducer receives the spongy bone by the ultrasonic signal and the second transducer for transmitting the irradiated ultrasound signal, it said ultrasound conversion unit converts the time turn the ultrasonic signal by the second transducer receives,
    상기 제 2 트랜스듀서는 상기 초음파 변환부에 의해 시간반전하여 변환된 초음파 신호를 상기 해면질골에 조사하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치. It said second transducer is BMD prediction apparatus using a two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that for irradiating the ultrasonic wave signal converted to the time reversed by the ultrasonic transducer unit in the spongy bone.
  8. 삭제 delete
  9. 삭제 delete
  10. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7,
    상기 제 1 트랜스듀서가 조사하는 초음파 신호의 중심주파수는 300 kHz 내지 600 kHz의 범위내로 마련되는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치. BMD prediction apparatus using a two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that provided within the first transducer has a center frequency of the ultrasonic signal is 300 kHz to investigate a range of 600 kHz.
  11. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7,
    상기 제 1 트랜스듀서와 상기 제 2 트랜스듀서간의 간격은, 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance; NFD)의 두배로 마련되고, 상기 해면질골과 상기 제 1 트랜스듀서와의 간격은 상기 제 1 트랜스듀서의 근거리음장 거리(Near Field Distance, NFD)으로 마련되는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치. Wherein the first transducer and the second transport distance between the transducers is, the first near-field distance of the transducer; interval and is provided to double the (Near Field Distance NFD), and the spongy bone and the first transducer is BMD prediction apparatus using a two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that provided in the near field distance (near field distance, NFD) of the first transducer.
  12. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7,
    상기 측정부는 상기 초음파 감쇠계수를 하기의 수학식 1에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치. Wherein the measuring unit BMD prediction apparatus using a two-way ultrasonic wave transmission method characterized in that derived by the equation (1) to the ultrasonic attenuation coefficient.
    [수학식 1] Equation 1
    Figure 112015066485133-pat00037
    [단위 : dB / cm] [Unit: dB / cm]
    (여기서, (here,
    Figure 112015066485133-pat00038
    는 초음파 감쇠계수, An ultrasonic attenuation coefficient,
    Figure 112015066485133-pat00039
    는 주파수, Is the frequency,
    Figure 112015066485133-pat00040
    는 해면질골의 두께, The thickness of the spongy bone,
    Figure 112015066485133-pat00041
    는 해면질골이 존재할 때 측정한 파워스펙트럼 레벨, It is a power spectrum level measurement when the spongy bone is present,
    Figure 112015066485133-pat00042
    는 해면질골이 존재하지 않을 때 측정한 파워스펙트럼 레벨이다.) Is a power spectrum level measured when there is no the spongy bone).
  13. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7,
    상기 측정부는, 상기 초음파 감쇠계수를 300 kHz부터 600 kHz까지의 초음파 주파수 영역에서 측정하는 것을 특징으로 하는 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치. BMD prediction apparatus using a two-way ultrasonic wave transmission method, characterized in that measuring the measuring unit, the ultrasonic attenuation coefficient of ultrasonic waves in the frequency range from 300 kHz to 600 kHz.
  14. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7,
    상기 연산부에서 상기 해면질골을 선형 회귀분석하기 위한 파라미터는, 적어도 광대역 초음파 감쇠(Normalized Broadband Ultrasound Attenuation; nBUA)를 포함하는 것을 특징으로 양방향 초음파 투과법을 이용한 골밀도 예측 장치. BMD prediction apparatus using a two-way ultrasonic wave transmission method characterized in that it comprises a; (nBUA Normalized Broadband Ultrasound Attenuation) in the operation unit, at least a broadband ultrasonic attenuation parameter for the linear regression analysis of the spongy bone.
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