KR19980701650A - 골조송증 진단장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 골조송증진단장치는 초음파 임펄스(Ai)를 피험자의 피질골(Mb)을 향하여 반복 방사하여 뼈(Mb)에서의 에코(Ae)를 수파한다. 수파신호는 A/D 변환기(8)에 의하여 디지탈의 에코신호로 변환되어 CPU(11)에 의하여 에코레벨이 검출된다. CPU(11)는 측정기간중에 검출된 에코레벨 중에서 최대에코레벨을 추출하고, 추출된 최대에코레벨에 의거하여 피질골의 음향임피던스(Zb)를 산출한다. 그리고, 산출된 피질골의 음향임피던스(Zb)에서 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 뼈밀도를 산출한다.

뼈의 음향임피던스는 뼈의[탄성률×밀도]의 평방근으로 주어지며, 뼈밀도의 증가(감소)에 따라 뼈의 탄성률도 상승(하강)하기 때문에, 뼈의 탄성률과 뼈밀도와는 음향임피던스에 대하여는 상승효과로 기여한다. 그러므로, 뼈의 음향임피던스(Zb)는 뼈밀도를 판단하는데에 있어서 좋은 지표로 된다.

Description

골조송증 진단장치 및 방법

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 초음파 펄스를 피검자의 소정의 피질골(皮質骨)을 향하여 방사하여 그 피질골 표면에서의 에코레벨을 측정함으로써 골조송증을 진단하는 초음파 반사식의 골조송증 진단장치 및 방법에 관한 것이다.

[배경기술]

최근 고령화 사회의 도래에 따라 골조송증(osteoporosis)라 부르는 뼈의 질환이 문제가 되고 있다. 이것은 뼈에서 칼슘이 빠져나가 푸석푸석한 상태로 되어 약간의 충격에도 부러지기 쉽게 되는 병으로 고령자를 소위 병들어 죽 누워있게 하는 원인의 하나로 되어 있다. 골조송증의 물리적 진단은 주로 DXA 등으로 대표되는 X선을 사용하는 진단장치에 의하여 뼈의 밀도를 정밀하게 측정함으로써 행하여지나, X선에 의한 물리적 진단으로는 장치가 대규모로 고가가 되는 것뿐 아니라, 사용에 있어서는 방사선피폭장해 방지의 견지에서 여러 가지 제약을 받는다고 하는 번거로운 문제를 안고 있다.

그래서 이러한 불편함이 전혀 일어나지 않는 간단한 장치로서 투과 초음파나 반사초음파를 이용하는 진단장치가 보급되기 시작하고 있다.

우선 초음파투과식의 것으로서는, 예를 들면 일본특개평 2-104337호 공보·미국 특허출원 제19329호 기재의 진단장치가 알려져 있다. 이 진단장치에는 2개의 초음파 트랜스듀서를 피검자의 몸의 일부를 끼워 마주보게 하여 한쪽의 초음파 트랜스듀서에서 피검자의 뼈조직을 향하여 초음파 펄스를 발사하여 뼈조직을 투과하여 온 초음파 펄스를 다른 쪽의 트랜스듀서로 수파(授波)함으로써, 뼈조직 중에서의 음속을 측정한다. 그리고 뼈조직 내에서의 음속이 느릴수록 뼈에서 칼슘이 빠져나가 뼈밀도가 작다고 생각하여 골조송증이 진행하고 있다고 진단한다.

그러나 뼈밀도와 음속을 결부시키는 이론적 근거는 불확실하고, 정확하게 말하면 뼈조직 중에서의 음속은 뼈 밀도에 비례하는 것은 아니고, [뼈의 탄성률/뼈밀도]의 평방근으로 주어지는 것이다. 게다가 뼈의 탄성율과 뼈밀도와는 뼈밀도(분모)가 증가하면 뼈의 탄성율(분자)도 상승한다고 하는 서로 상쇄하는 모양으로 음속에 기여하기 때문에 뼈조직 중에서 음속은 뼈밀도의 증가에 대하여 민감하게 응답할 수가 없으며, 그러므로 뼈조직 중에서의 음속과 뼈밀도와의 상관계수는 결코 높지는 않다. 따라서 뼈조직 중에서의 음속으로부터 뼈밀도를 측정하는 종래의 초음파 투과식의 진단장치에서는 신뢰성에 문제가 있었다.

한편, 초음파 반사식의 것으로서는 본 출원인과 관련된 일본특원평6-310445호, 동7-140730호, 동7-140731호, 동7-140732호, 동7-140733호, 동7-140734호, 국제공개번호WO096/18342호 공보 등에 기재된 진단장치가 제안되어 있다. 이 진단장치에서는 송수파 겸용의 단일 초음파 트랜스듀서를 사용하여 초음파 펄스를 피검자의 피질골을 향해 발사하여 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 얻은 에코 데이터로부터 피검자의 피질골의 음향 임피던스를 산출한다. 그리고 산출된 음향 임피던스가 높고 낮은 만큼 골조송증이 진행하고 있다고 진단한다.

뼈의 임피던스는 뼈의 [탄성률×밀도]의 평방근으로 주어지고, 상기한 바와 같이 뼈의 밀도의 증가(감소)에 따라 뼈의 탄성률도 상승(하강) 하기 때문에 뼈의 탄성율과 뼈밀도는 음향 임피던스에 대해서는 상승효과로 기여한다. 그러므로 음속을 지표로 하는 초음파 투과식의 전자(前者)의 장치보다도 음향 임피던스를 지표로 하는 초음파반사식의 후자의 장치 쪽이 골조송증 진행 정도에 민감하게 응답할 수 있으므로 보다 신뢰성이 높다고 할 수가 있다.

그러나, 음향 임피던스가 골조송증 진행 정도에 민감하게 응답한다고는 할 수 있으나, 어디까지나 뼈밀도의 지표에 그치며 뼈밀도 그 자체가 구하여지는 것은 아니다. 또, 피질골의 음향 임피던스가 연조직(軟組織)의 음향 임피던스보다도 작은 경우나, 초음파의 파장보다 얇은 피질골의 경우에는 피질골의 음향 임피던스 그 자체의 측정이 불가능 또는 부정확하게 된다고 하는 문제도 있었다.

본 발명은 상술의 사정을 감안하여 된 것으로서, 방사선 피폭의 걱정이 없는 간이형임에도 불구하고 뼈밀도를 구할 수 있는 초음파 방사식의 골조송증 진단장치 및 방법을 제공하는 것을 제1의 목적으로 하고 있다. 또 피질골의 음향 임피던스가 연조직의 음향 임피던스보다도 작은 경우, 초음파의 파장보다도 얇은 피질골의 경우라도 높은 신뢰성 아래 진단을 행할 수가 있은 초음파 반사식의 골조송증 진단장치 및 방법을 제공하는 것을 제2의 목적으로 하고 있다.

[발명의 개시]

본 발명의 골조송증 진단장치(및 방법)는 초음파 펄스를 피험자의 피질골을 향해 반복 발사하여 그때마다 그 피질골의 표면에 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 얻어진 에코 데이터에 의거하여 골조송증을 진단한다.

따라서, 본 발명의 제1의 관점에 의하면 초음파 펄스의 발사시에 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 상기 에코의 에코레벨을 검출하기 위한 에코레벨 검출수단과, 검출된 상기 에코레벨 중에서 최대 에코레벨을 추출하기 위한 최대 에코레벨 검출수단과, 추출된 상기 최대 에코 레벨에 의거하여 상기 피검자의 연조직과 상기 피질과의 계면에서의 초음파 반사계수를 산출하기 위한 반사계수 산출수단과, 피질골의 밀도의 상기 초음파 반사계수에 관한 소정의 회귀식(回歸式)을 사용하여 피검자의 피질골의 밀도를 산출하기 위한 뼈밀도 산출수단을 구비한 골조송증 진단장치가 제공된다.

상기 뼈밀도 산출수단의 바람직한 태양으로서는, 피질골 밀도의 초음파 반사계수에 관한 상기 회귀식은 식(1) 또는 (2)로 주어진다.

ρ=α'R+β' ...(1)

ρ:피질골의 밀도(kg/㎥)

R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파 반사계수

α':회귀계수(kg/㎥)

β':절편(切片)(kg/㎥)

또, 상기 회귀계수 α'를 588~1100의 범위로, 또 상기 절편 β'를 953~1060의 범위로 각각 설정하는 것이 바람직하다.

ρ=B'R^A'...(2)

A:회귀지수

B:정수(sec/m)

또, 본 발명의 제2의 관점에 의하면, 상기 초음파 펄스의 반사시에 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 상기 에코의 에코레벨을 검출하기 위한 에코레벨 검출수단과, 검출된 상기 에코레벨 중에서 최대 에코레벨을 추출하기 위한 최대 에코레벨 검출수단과, 추출된 상기 최대 에코레벨에 의거하여 상기 피검자의 피질골의 음향 임피던스를 산출하기 위한 음향 임피던스 산출수단과, 피질골 밀도의 상기 음향 임피던스에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 상기 피검자의 피질골 밀도를 산출하는 뼈밀도 산출수단을 구비한 골조송증 진단장치가 제공된다.

상기 뼈밀도 산출수단의 바람직한 양태로서는, 피질골의 밀도를 음향 임피던스에 관한 상기 회귀식은 식(3) 또는 식(4)로 주어진다.

ρ=αZb+B...(3)

ρ:피질골의 밀도(kg/㎥)

Zb:피험자의 피질골의 음향 임피던스[kg/㎡ sec]

α:회귀계수(sec/cm)

β:절편(kg/㎥)

또, 상기 회귀계수 α를 1.27×10^-4~2.34×10^-4의 범위로 또, 상기 절편 β를 646~887의 범위로 각각 설정하는 것이 바람직하다.

ρ=BZb⁴...(4)

A:회귀지수

B:정수(sec/cm)

또, 상기 회귀지수 A를 0.239~0.445의 범위로, 또 상기 정수 B를 10^0.239~10^1.55의 범위로 각각 설정하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 제3의 관점에 의하면 상기 초음파펄스의 발사 때마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하기 위한 에코 파형 검출수단과, 검출된 복수의 상기 에코의 수파파형을 비교하여 최대 에코의 수파파형을 추출하기 위한 최대 에코 파형 추출수단과, 상기 최대 에코의 수파파형을 푸리에 변환하여 당해 최대 에코의 스펙트럼을 구하기 위한 푸리에 변환처리 수단과, 구하여진 최대 에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피검자의 연조직에 대한 피질골의 초음파복소반사계수(超音波複素反射係數)(복소음향특성정보)를 산출하기 위한 복소반사계수 산출수단을 구비하며, 산출된 초음파 복수반사계수에 의거하여 골조송증을 진단하는 골조송증 진단장치가 제공된다.

또, 상기 제3의 관점에서는 산출된 상기 초음파복소반사계수에서 진폭정보 및 위상정보를 얻고, 얻어진 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 진단수단을 구비하는 태양이 바람직하다.

또, 본 발명의 제4의 관점에 의하면, 상기 초음파펄스의 반사시마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하기 위한 에코파형검출수단과, 검출된 복수의 상기 에코의 수파 파형을 비교하여 최대 에코의 수파파형을 추출하기 위한 최대 에코파형추출수단과, 상기 최대 에코의 수파파형을 푸리에 변환하여 당해 최대 에코의 스펙트럼을 구하기 위한 푸리에 변환처리수단과, 구하여진 상기 최대 에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향 임피던스(복소음향특성정보)를 산출하기 위한 복소음향 임피던스 산출수단을 구비하고, 산출된 복수음향 임피던스에 의거하여 골조송증을 진단하는 골조송증 진단장치가 제공된다.

또, 상기 제4의 관점에서는 산출된 상기 복소음향 임피던스에서 진폭정보 및 위상정보를 얻고, 얻어진 진폭정보 및 위상 정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 진단수단을 구비하는 태양이 바람직하다.

또, 본 발명의 제5의 관점에 의하면, 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서 초음파 펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향해 반복 발사하고, 그때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 에코레벨을 검출하고, 검출한 상기 에코 레벨 중에서 최대 에코레벨을 추출하여, 추출된 상기 최대 에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 연조직과 상기 피질골과의 계면에서의 초음파 반사계수를 산출한 후, 피질골의 밀도를 상기 초음파 반사계수에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 피질골의 밀도를 산출하는 골조송증 진단방법이 제공된다.

또, 본 발명의 제6의 관점에 의하면, 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서 초음파 펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향해 반복 발사하고, 그때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 에코레벨을 검출하여 검출된 상기 에코레벨 중에서 최대 에코 레벨을 추출하고, 추출된 상기 최대 에코 레벨에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 임피던스를 산출한 후, 피질골 밀도의 상기 음향 임피던스에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 피질골 밀도를 산출하는 골조송증 진단방법이 제공된다.

또, 본 발명의 제7의 관점에 의하면 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서 초음파 펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향해 반복 반사하고, 그때마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파 파형을 검출하고, 검출된 에코의 수파 파형에서 최대 에코를 추출하고, 최대 에코의 수파 파형을 푸리에 변환하여 당해 최대 에코의 스펙트럼을 구하고, 구한 최대 에코 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 연조직에 대한 피질골의 초음파복소반사계수를 산출하고, 산출된 초음파복소반사계수에서 얻어진 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 골조송증 진단방법이 제공된다.

또, 본 발명의 제8의 관점에 의하면, 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부 표면에 댄 상태에서 초음파 펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향해 반복 발사하고, 그때마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파 파형을 검출하고, 검출된 에코의 수파 파형에서 최대 에코를 추출하여 최대 에코의 수파 파형을 푸리에 변환하여 당해 최대 에코의 스펙트럼을 구하고, 구한 최대 에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향 임피던스를 산출하고, 산출한 복소음향 임피던스에서 얻어지는 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 골조송증 진단방법이 제공된다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 제1실시예인 골조송증 진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.

제2도는 동 장치의 외관을 모식적으로 나타내는 모식적 외관도이다.

제3도 내지 제6도는 동 장치의 설명에 사용되는 설명도이다.

제7도는 동 장치의 동작의 흐름을 나타내는 플로 챠트이다.

제8도는 동 장치를 구성하는 뼈밀도 산출 서브프로그램의 내용설명에 사용되는 도면이며, 피질골 밀도(ρ)의 음향 임피던스(Zb)에 관한 회귀직선을 나타내는 그래프이다.

제9도는 제4실시예에서의 뼈밀도 산출서브프로그램의 내용설명에 사용되는 도면이며, 피질골의 밀도(ρ)의 음향 임피던스(Zb)에 관한 회귀직선을 나타내는 그래프이다.

제10도는 제6실시예에서의 뼈밀도 산출서브프로그램의 내용설명에 사용되는 도면이며, 피질골의 밀도(ρ)의 음향 임피던스(Zb)에 관한 회귀직선을 나타내는 그래프이다.

제11도는 본 발명의 제8실시예인 골조송증 진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.

제12도는 동 장치의 동작처리 순서를 나타내는 플로차트이다.

제13도는 본 발명의 제9실시예인 골조송증 진단장치의 사용상태를 나타내는 도식도이다.

제14도는 동 장치의 동작처리 순서를 나타내는 플로차트이다.

제15도는 본 발명의 제10실시예인 골조송증 진단장치의 동작처리순서를 나타내는 플로차트이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 대하여 설명한다. 설명은 실시예를 사용하여 구체적으로 한다.

[제1실시예]

제1도는 본 발명의 제1실시예인 골조송증 진단장치의 전체적 구성을 나타내는 블록도, 제2도는 동 장치의 외관을 모식적으로 나타내는 모식적 외관도, 제3도 내지 제6도는 동 장치의 동작의 설명에 사용되는 설명도, 제7도는 동 장치의 동작의 흐름을 나타내는 플로차트, 또 제8도는 피질골의 밀도(ρ)의 음향 임피던스(Zb)에 관한 회귀직선을 나타내는 그래프이고, 동 장치를 구성하는 뼈밀도 산출서브 프로그램의 설명에 사용되는 도면이다.

본 예의 골조송증 진단장치는 제1도 및 제2도에 도시하는 것과 같이 전기펄스신호가 소정의 주기로 입력될 때마다 이것에 응답하여 측정부위인 피험자의 소정의 피질골을 향해 초음파 펄스를 발사함과 동시에 피질골의 표면에서 되돌아오는 에코(반사파)를 수파하여 수파신호(전기신호)를 변환하는 초음파 트랜스듀서(이하, 간단히 트랜스듀서라 한다)(1)와, 이 트랜스듀서(1)에 전기펄스신호를 공급하여 트랜스듀서(1)에서 출력되는 상기 수파신호를 처리하여 피질골로부터의 에코레벨(반사파의 진폭)을 추출함으로써 골조송증의 진단을 하는 장치 본체(2)와, 트랜스듀서(1)와 장치본체(2)를 접속하는 케이블(3)로 개략 이루어져 있다.

상기 트랜스듀서(1)는 티탄지르콘산납(PZT) 등의 원판상의 두께 진동형 압전소자의 양면에 전극층을 가진 초음파 진동자(1a)를 주요부로 하고, 이 초음파 진동자(1a)의 한쪽과 전극면(초음파 펄스의 송수화면)에 송신잔향(送信殘響)의 효과를 제거하기 위하여 폴리에틸렌 벌크 등의 초음파 지연 스페이서(1b)가 고착되어 이루어져 있다. 여기에서, 정밀도가 높은 측정을 하는데에는, 트랜스듀서(1)의 송수신파면에서 평면파에 가까운 초음파 펄스를 피질골에 방사할 수 있고 피질골에서 평면파에 가까운 에코가 송수파면에 되돌아오는 것이 바람직하기 때문에, 트랜스듀서(1)로서는 원판반경이 비교적 큰 압전소자로 구성함으로써 송수파면을 가능한 한 넓게 한 것이 바람직하다(이 예에서는 송수파면의 직경(D)을 15mm로 설정). 이와 같은 관점에서, 곡률반경이 크고 평면으로 볼 수가 있으며 피부의 표면에 가까운 피질골, 예를 들면 발꿈치, 슬개골 상부, 경골(脛骨), 견갑골(肩胛骨), 두골 등의 피질골을 측정부 위로 하는 것이 바람직하다. 이 출원에 관한 발명자들은 인체의 여러 가지 부위의 피질골에 대하여 상세하게 측정을 한 결과, 제3도에 도시하는 것과 같이 경골하부의 피질골 특히, 복사뼈(Mc)의 한쪽 40~100mm의 범위(K)에서는 노이즈의 혼입이 거의 없고 경골하부(Mb)에서의 에코만이 단독으로 추출되는 빈도가 다른 부위의 피골질과 비하여 훨씬 높으므로 측정부로서 최적이라 것이 판명되었다. 또 송신잔향의 영향을 무시할 수 있는 경우에는 초음파지연 스페이서(1b)를 생략할 수 있다.

상기 장치 본체(12)는 펄스발생기(4)와, 정합회로(5)와, 증폭기(6), 파형정형기(7)와, A/D변환기(8)와, ROM(9)과, RAM(10)과, CPU(중앙처리장치)(11)와, 레벨미터(12)와, 표시기(3)로 구성되어 있다.

펄스발생기(4)는 케이블(3)을 통하여 트랜스듀서(1)에 접속되며, 중심주파수가 예를 들면 1MHz 또는 2.5MHz의 전기펄스신호를 소정의 주기(예를 들면 100msec)로 반복생성하여 트랜스듀서(1)에 송신한다. 정합회로(5)는 케이블(3)을 통하여 접속되는 트랜스듀서(1)와 장치본체(2)와의 사이에서 최대의 에너지 효율로 신호의 수수(授受)를 할 수 있도록 임피던스의 정합을 한다. 그러므로 수파신호는 트랜스듀서(1)의 초음파 진동자(1a)가 피질골로부터의 에코를 수파할 때 트랜스듀서(1)에서 출력되고, 정합회로(5)를 통하여 에너지의 손실 없이 증폭기(6)에 입력된다. 증폭기(6)는 정합회로(5)를 경유하여 입력되는 수파신호를 소정의 증폭도로 증폭한 후 파형정형기(7)에 입력한다. 파형정형기(7)는 LC구성의 대역통과 필터로 이루어지며, 증폭기(6)에 의하여 증폭된 수파신호에 필터처리를 하여 노이즈성분을 제거하기 위해 선형으로 파형 정형한 후 A/D 변환기(8)에 입력한다. A/D변환기(8)는 도시하지 않은 샘플홀드회로, 샘플링 메모리(SRAM) 등을 구비하며, CPU(11)의 샘플링개시 요구에 따라 입력되는 파형정형기(7)의 출력신호(파형 정형된 아날로그 수파신호)를 소정의 주파수(예를 들면 12MHz)로 샘플링하여 디지털 신호로 순차변환하고, 얻어진 디지털 신호를 일단 자신의 샘플링 메모리에 저장한 후 CPU(11)에 송출한다.

ROM(9)은 오퍼레이팅 시스템(OS) 외에 CPU(11)의 각종 처리 프로그램, 구체적으로는 최대 에코레벨 추출 서브프로그램, 반사계수 산출 프로그램, 음향임피던스 산출 서브프로그램, 뼈밀도 산출 서브프로그램 등을 저장한다.

상기 최대 에코레벨 추출 서브프로그램에는 1펄스 1에코마다 A/D변환기(8)의 샘플링메모리에서 디지털신호를 읽어들여 1에코마다의 에코레벨을 검출하는 순서와, 1에코마다에 검출된 에코레벨 중에서 최대 에코레벨을 추출하기 위한 처리순서가 기입되어 있다. 또 반사계수 산출 서브프로그램에는 최대 에코레벨 추출 서브프로그램에 의하여 주어지는 최대 에코레벨의 값에 의거하여 피험자의 연조직과 피질골(측정부위)과의 계면에서의 대략 수직반사시의 초음파 반사계수(R)를 산출하기 위한 처리순서가 기입되어 있다. 음향 임피던스 산출 서브프로그램에는 반사계수 산출 서브프로그램에 의하여 주어지는 초음파 반사계수(R)의 산출치에 의거하여 식(5)를 내용으로 하는 음향임피던스(Zb)의 산출순서가 기입되어 있다.

Zb=Za(R+1)/(1-R)...(5)

Za:연조직의 음향 임피던스

식(5)는 식(6)에서 유도된다. 제6(a)도에 도시하는 것과 같이, 피질골(Mb)의 표면(Y)을 평면으로 볼 수가 있고 트랜스듀서(1)에서 방사되는 초음파펄스(Ai)도 평면파로 볼 수가 있으며 또 파면이 피질골(Mo)의 표면(Y)과 평행일 때(대략 직(直)입사하는 경우), 초음파 반사계수는 식(6)으로 나타낼 수 있다. 후술하는 것과 같이 에코레벨은 평면파의 파면과 피질골(Mb)의 표면(Y)이 평행일 때 극대로 된다. 따라서 식(6)에서 주어지는 초음파반사계수는 최대 에코레벨이 얻어질 때의 초음파반사 계수이다. 그러므로 식(6)을 변형함으로써 식(5)가 얻어진다.

K=(Zb-Za)/(Zb-Za)...(6)

또, 뼈밀도 산출 서브프로그램에는 음향임피던스산출 서브프로그램에 의하여 주어지는 음향임피던스(Zb)의 산출치에 의거하여 식(7)을 내용으로 하는 피험자의 뼈밀도(피질골의 밀도)(ρ)의 산출순서가 기술되어 있다.

여기에서 식(7)은 뼈밀도(ρ)의 음향임피던스(Zb)에 관한 회귀식이며, 제8도에 도시하는 것과 같이 미리 표본조사를 실시하여 얻어진 것이다.

ρ=αZb+β

=1.80×10^-4Zb+766...(7)

ρ:피질골의 밀도(kg/㎥)

Zb:피질골의 음향임피던스(kg/㎡sec)

α:피질골의 음향임피던스에 대한 회귀계수(sec/m)

β:절편(kg/㎥)

또, 상기 표본조사에서는 음향임피던스(Zb)는 초음파반사법을 적용하여 경골의 피질골에 대하여 계측되고, 피질골(Mb)의 밀도(ρ)는 요골(撓骨)(팔의 뼈)에 대하여 X선(QCT)에 의하여 측정되었다. 이 표본조사의 결과, 음향임피던스(Zb)와 X선(QCT)으로 측정한 뼈밀도(ρ)는 높은 상관(r=0.67)인 것이 판명되었다. 통계적 가설 검정을 행한 결과, 임의의 피험자의 피질골의 음향 임피던스(Zb)의 값이 Zb일 때 그 피험자의 뼈밀도(ρ)가 ρmin~ρmax의 범위에 드는 확률(신뢰도)은 95%이다. 따라서 위험률은 5%이다.

여기에서, ρmin은 식(8)에 의해, ρmax는 식(9)에 의해 각각 주어진다.

ρmin=(1.80×10^-4-30%)Zb+(766-16%)...(8)

ρmax=(1.80×10^-4+30%)Zb+(766+16%)...(9)

RAM(10)은 CPU(11)의 작업영역이 설정되는 워킹에리어와 각종 데이터를 일시 기억하는 데이터 에리어를 가지며, 데이터 에리어에는 가장 새로이 검출된 에코레벨(이하, 이번 에코레벨이라 한다.)이나 최대 에코레벨을 기억하는 에코레벨 메모리에리어, 가장 새로이 검출된 에코 파형(이번 에코파형)이나 최대의 에코파형을 기억하는 에코파형 메모리 에리어, 측정속행인지 아닌지의 정보를 기억하는 측정속행 플래그 등이 설정되어 있다.

CPU(11)는 ROM(9)에 저장되어 있는 전술한 각종 처리 프로그램을 RAM(10)을 사용하여 실행함으로써 펄스발생기(4)와 A/D변환기(8)를 위시하여 장치 각부를 제어하는 1펄스 1에코마다 에코레벨을 검출하고, 또 그 중에서 최대의 에코레벨을 추출하여, 추출된 최대의 에코레벨의 값에 의거하여 피험자의 뼈밀도(ρ)를 산출하여 골조송증을 진단한다.

레벨미터(12)는 CPU(11)에 의하여 제어되며, RAM(10)에 기억되어 있는 이번 에코레벨을 제2도에 파선으로 나타내는 액정지침패턴(12a)의 흔들림으로, 또 지금까지에 검출된 가장 큰 에코레벨인 최대 에코레벨을 동 도면에 실선으로 나타내는 액정지침패턴(12b)의 흔들림으로 동시에 표시한다. 또 표시기(13)는 CRT 디스플레이 또는 액정 디스플레이로 이루어지며, CPU(11)의 제어에 의해 에코레벨 등의 측정치. 초음파반사계수(R), 음향임피던스(Zb), 뼈밀도(ρ)의 산출치, 에코파형 등이 화면 표시된다.

다음에 제4도 내지 제7도를 참조하여 이 예의 동작(골조송증진단시의 CPU(11)의 처리 흐름)에 대하여 설명한다.

우선 측정부위로서 경골하부의 피질골, 특히, 복사뼈(Mc) 위쪽 40mm~100mm의 범위(K)를 선택한다. 물론 필요에 따라 다른 바람직한 부위, 예를 들면 발꿈치, 슬개골상부, 견갑골, 두골 등의 피질골을 선택하여도 된다. 장치에 전원이 투입되면, CPU(11)는 장치 각부의 프리셋, 카운터와 각종 레지스터 각종 플래그의 초기 설정을 한 후, 측정개시 스위치가 눌려지는 것을 기다린다(스텝 SP10(제7도)). 여기에서 조작자는 제4도에 도시하는 것과 같이 피험자의 측정부위인 피질골(Mb) 상의 연조직(Ma)의 표면(피부의 표면(X))에 초음파겔(14)을 바르고, 초음파겔(14)을 개재하여 트랜스듀서(1)를 피부의 표면(X)에 압접하여 송수파면을 피질골(Mb)을 향한 상태에서 측정개시 스위치를 온으로 한다. 측정개시 스위치가 온 되면(스텝 SP11), CPU(11)는 측정속행 플래그에 “1”을 기입하여 측정속행 플래그를 세운 후, 여기부터 제7도에 도시하는 처리순서(주로 최대에코레벨 추출서브프로그램에 기재된 순서)에 따라 진단동작을 개시한다. CPU(11)는 우선, 펄스발생기(4)에 1펄스 발생명령을 발행한다.(스텝 SP12). 펄스발생기(4)는 CPU(11)에서 1펄스 발생명령을 받으면 전기펄스신호를 트랜스듀서(1)에 송신한다. 트랜스듀서(1)는 펄스발생기(4)에서 전기펄스신호의 공급을 받으면 피험자의 피질골(Mb)을 향하여 평면파에 가까운 초음파펄스(Ai)를 발사한다. 발사된 초음파 펄스(Ai)는 제5도에 도시하는 것과 같이, 피부의 표면(x)에서 연조직(Ma)에 주입되며 피질골(Mb)을 향하여 전파한다. 그리고 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 일부가 반사하여 에코(Ae)로 되며, 일부는 피질골(Mb)흡수되지만 나머지는 피질골(Mb)을 투과한다. 에코(Ae)는 입사초음파(Ai)와는 반대의 경로를 더듬어 다시 트랜스듀서(1)의 초음파 진동자(1a)에 의하여 수파된다. 트랜스듀서(1)에서는 피질골(Mb)을 향하여 초음파펄스(Ai)를 발사하면 동도에 도시하는 것과 같이 먼저 송신잔향(An₁)이, 계속하여 피부의 표면(X)에서의 에코(An₂)가 조금 늦게, 피질골(Mb)에서의 에코(Ae)가 초음파진동자(1a)에 의하여 송파되어 초음파의 파형과 진폭에 대응하는 수파신호(전기신호)로 각각 변환된다. 생성된 수파신호는 케이블(3)을 통하여 장치본체(2)(정합회로 5)에 입력되고, 증폭기(6)에서 소정의 증폭도로 증폭되어 파형정형기(7)에서 선형으로 파형정형된 후 A/D변환기(8)에 입력된다.

CPU(11)는 펄스발생기(4)에 펄스발생명령을 송출한 후(스텝 SP12), 트랜스듀서(1)의 초음파진동자(1a)에 의하여 송신잔향(An₁)이 수파되고, 계속하여 피부의 표면(X)에서의 에코(An₂)가 수파된 후, 피질골(Mb)로부터의 에코(At)가 트랜스듀서(1)의 초음파진동자(1a)의 송수파면에 되돌아오는 시각을 가늠하여 A/D 변환기(8)에 샘플링 개시명령을 발생한다.(스텝 SP13).

A/D 변환기(8)는 CPU(11)에서 샘플링 개시명령을 받으면 파형정형기(7)에서 파형정형된 후 입력되는 피질골(Mb)로부터의 1에코분의 수신신호를 소정의 주파수(예를 들면 12MHz)로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 얻어진 N개의 샘플치(1에코분의 디지털 신호)를 일단 자신의 샘플링 메모리에 저장한다. 그후 CPU(11)에서 전송요구가 있으면 샘플링메모리에 저장된 N개의 샘플치를 CPU(11)에 순차 송출한다. CPU(11)는 A/D변환기(9)에서 N개의 샘플치를 순차 읽어들여 이번 에코파형으로 하고, RAM(10)의 에코파형 메모리에리어에 기억함과 동시에 N개의 샘플치 중에서 가장 큰 값을 추출함으로써 이번 에코레벨을 검출하고, 검출결과를 RAM(10)의 에코레벨 메모리에리어에 저장한다(스텝 SP14). RAM(10)의 에코레벨 메모리에리어에 저장된 이번 에코레벨은 제4도에 파선으로 나타내는 것과 같이, 레벨미터(12)에 액정지침패턴(12a)의 흔들림으로 표시된다(스텝 SP15).

다음에 CPU(11)는 RAM(10) 내의 에코레벨 메모리에리어에서 이번 에코레벨과 최대 에코레벨을 읽어내어 이번 에코레벨의 값이 최대의 에코레벨의 값보다 큰지 아닌지를 판단한다.(스텝 SP16). 지금은 첫 번째의 판단이며 최대에코레벨의 값은 초기 설정치 “0”인채이므로, CPU(11)는 이번 에코레벨의 값이 최대에코레벨의 값보다 크다고 판단하여, RAM(10)의 에코레벨 메모리에리어에 기억되어 있는 최대 에코레벨의 값을 이번 에코레벨의 값으로 바꿔쓰고, 또, RAM(10)의 에코파형 메모리에리어에 기억되어 있는 최대 에코파형을 이번 에코파형으로 바꿔쓴다.(스텝 SP17). 그리고 경신된 최대에코파형을 표시기(13)에 화면표시함과 동시에 경신된 최대 에코레벨을 제4도에 실선으로 나타내는 것과 같이 레벨미터(12)에 액정지침패턴(12b)의 흔들림으로서 표시한다(스텝 SP18). 다음에 CPU(11)는 RAM(10) 내의 측정속행 플래그를 보고(스텝 SP19), 측정속행 플래그가 세워져 있다면(측정플래그의 내용이 “1”일 때) CPU(11)는 측정계속이라 판단하여 전술한 1펄스 발사 1에코 수파(스텝 SP12~SP15)를 반복한 후, 스텝 SP16에서 다시 RAM(10)내의 에코레벨 메모리에리어에서 이번 에코레벨과 최대 에코레벨을 판독하여 이번 에코레벨의 값이 최대 에코레벨의 값보다도 큰지 아닌지를 판단한다. 이 판단의 결과 이번 에코레벨이 최대 에코레벨보다도 크지 않을 때는 경신처리를 하지 않고 스텝 SP19로 직접 진행하여 측정속행 플래그를 본다. 측정속행 플래그의 내용은 조작자가 측정종료 스위치를 누르지 않는 한 “1”로 유지되며, CPU(11)는 전술한 1펄스 발사 1에코 수파(스텝 SP12~15), 최대 에코레벨의 추출작업(스텝 SP16~스텝 SP19)을 반복한다.

조작자는 CPU(11)가 전술한 처리(스텝 SP12~SP19)를 반복하는 동안 제4도에 화살표(W)로 나타내는 것과 같이 트랜스듀서(1)를 피부의 표면(X)에 대고, 측정부위의 피질골(Mb)을 향해, 때로는 시소와 같이 전후좌우 비스듬히 흔든다든지 하여 트랜스듀서(1)의 방향을 바꾸면서 레벨미터(12)의 액정지침패턴(12a,12b)이 최대로 흔들리는 방향, 즉 최대 에코레벨이 검출되는 방향을 찾는다. 레벨 미터(12)의 액정지침패턴(12a,12b)의 흔들림이 최대로 되는 것은 제6(a)도에 도시하는 것과 같이 피질골(Mb)의 법선과 트랜스듀서(1)의 송수파면의 법선이 일치할 때이며, 따라서 평면파인 초음파 펄스(Ai)의 파면과 피질골(Mb)의 표면(Y)이 대략 평행일 때(평면파인 초음파펄스(Ai)가 피질골(Mb)의 표면(Y)에 대략 수직입사할 때)이다.

왜냐하면, 양 법선이 일치할 때는 동도(a)에 도시하는 것과 같이, 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 수직반사한 에코(Ae)는 트랜스듀서(1)의 송수파면에 수직으로 되돌아오기 때문에 에코(Ae)의 파면도 송수파면에 대하여 대략 평형으로 가지런하며, 그러므로 송수파면에서의 차에 대한 에코(Ae)의 위상이 어긋남이 최소로 되므로 수파신호는 산과 골의 상쇄가 적고 따라서 최대 에코레벨의 에코(Ae)가 수파되게 되기 때문이다. 이것에 비하여 양 법선이 불일치할 때 동도(b)에 도시하는 것과 같이 송신파면에서 에코(Ae)의 파면이 모두 가지런하지 않기 때문에 수파신호는 산과 골이 서로 상쇄되어 작게 된다.

그런데, 이 예의 진단장치에 있어서 진단정밀도를 올리는데에는 수직반사로 되돌아오는 에코(Ae)를 추출하는 것이 전제가 된다. 왜냐하면 전술한 음향 임피던스 산출 서브 프로그램에서 대략 수직 반사시의 초음파 반사계수(R)로부터 음향임피던스(Zb)를 유도하는 식(5)는 상술한 바와 같이 피질골(Mb)에서 대략 수직 반사로 에코(Ae)가 되돌아오는 경우에 성립하는 식이기 때문이다. 그러므로 조작자가 트랜스듀서(1)의 각도를 피질골(Mb)의 법선부근에서 변화시켰을 때 에코레벨이 극대로 되면, 트랜스듀서(1)의 송수파면에 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 대략 수직으로 반사한 에코(Ae)가 되돌아왔다고 생각할 수가 있다.

또, 레벨미터(12)의 액정지침패턴(12a,12b)은 피질골(Mb)의 법선과 송수파면의 법선과의 불일치가 심할 때는 민감하게 변화하나(심하게 흔들리나), 양 법선이 대략 일치할 때는 변화가 둔하게 되기(흔들림이 안정되기) 때문에 수직반사의 에코(Ae)를 찾아내는 것은 비교적 용이하다.

조작자는 레벨미터(12)는 액정지침패턴(12a,12b)의 흔들리는 상태를 보아 최대 에코레벨이 추출되었다고 판단하면 측정종료 스위치를 누른다. 측정종료 스위치가 눌려지면 CPU(11)는 인터럽트 처리에 의해 측정 속행 플래그의 내용을 “0”으로 바꿔써서 측정속행 플래그를 내린다. 측정 속행 플래그가 내려지면 CPU(11)는 차회 이후의 1펄스 발사를 중지한다(스텝 SP19). 그리고 RAM(10)의 에코레벨 메모리에리어에 기억된 최대의 에코레벨을 판독하여 표시기(13)에 화면표시한다(스텝 SP20).

이후, CPU(11)는 반사계수 산출 서브프로그램을 실행함으로써 RAM(10)의 에코레벨 메모리에리어에 기억된 최대 에코레벨(V1)과 미리 반사계수 산출 서브프로그램에 기입되어 있는 완전 에코레벨(V0)로부터 피험자의 연조직(Ma)과 피질골(Mb)과의 계면에서의 초음파 반사계수(R)를 산출하여(스텝 SP21) 산출치를 표시기(13)에 화면 표시한다.(스텝 SP22).

여기에서 초음파반사계수(R)는 완전 수직반사하였을 때의 완전 에코레벨(V0)과 최대 에코레벨(V1)과의 비[R=V1/V0]에서 유도되며, 완전 에코레벨(V))은 이론적으로 산출할 수도 있지만, 플라스틱 등의 더미블록을 준비하여 그 에코레벨을 계측함으로써 구할 수도 있다.

다음에 CPU(11)는 음향 임피던스 산출 서브프로그램에 따라서 반사계수 산출 서브 프로그램에 의하여 주어진 초음파 반사계수(R)의 값을 식(5)에 대입하여 피질골(Mb)의 음향 임피던스(Zb)[kg/㎡sec]를 산출하고(스텝 SP23), 산출결과를 표시기(13)에 화면 표시한다(스텝 SP24). 다음에 CPU(11)는 뼈밀도 산출 서브프로그램에 따라 음향 임피던스 산출 서브프로그램에 의하여 주어진 피질골(Mb)의 음향 임피던스(Zb)의 값을 식(7)에 대입하여 벼밀도를 산출하고(스텝 SP25), 이 산출결과를 표시기(13)에 화면표시한다.(스텝 SP26)

이와 같이 상기 구성에 의하면 변위(트랜스듀서(1)의 흔들림)에 대하여 피질골로부터의 에코의 레벨 변화가 둔한 수직반사의 에코(Ae)를 이용하므로, 최대 에코레벨의 추출이 용이하며, 또 추출의 재현성도 좋다. 또 경골하부의 피질골을 측정부위로 하였으므로 원인불명의 노이즈의 혼입이 적고, 피질골에서의 에코를 정확하게 검출할 수 있다. 더하여 레벨미터(12)에는 액정지침 패턴(12a)에 의하여 이번 에코레벨이 시시각각으로 표시됨과 동시에 액정지침패널(12b)에 의하여 최대 에코레벨도 고정적으로 표시되므로 최대 에코레벨의 탐색이 더욱 용이해진다. 따라서, 피질골(Mb)의 음향 임피던스(Zb)를 정밀도 좋게 구할 수가 있다.

피질골(Mb)의 음향임피던스(Zb)는 피질골(Mb)의 [탄성률×밀도]의 평방근으로 나타내지므로, 피질골 밀도의 증가에 따라 피질골의 탄성률이 상승한다고 하는 상승효과를 받기 때문에 피질골 밀도의 증가에 민감하게 응답하여 현저히 증가한다. 마찬가지로 피질골 밀도가 감소하면 피질골의 탄성률도 저하하므로, 음향임피던스(Zb)는 피질골 밀도의 감소에 민감하게 응답하여 현저하게 감소한다. 그러므로 피질골(Mb)의 음향임피던스(Zb)는 뼈밀도를 판단함에 있어 좋은 지표가 된다.

덧붙여 뼈밀도(ρ)의 음향임피던스(Zb)에 관한 회귀식이 준비되어 있으므로 음향 임피던스(Zb)에 의거하여 피험자의 뼈밀도(피질골의 밀도)(ρ)를 신뢰도 95% 하에서 산출할 수가 있다. 그러므로 직접적으로 골조송증의 진행정도를 파악할 수 있다.

[제2실시예]

다음에 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다.

이 제2실시예에서는 전술한 제1실시예와는 다른 반사계수산출 서브프로그램(알고리듬)이 채용된다. 이것 이외의 점에서는 제1실시예의 구성과 대략 동일한다. 즉 이 제2실시예의 반사계수산출 서브프로그램에서는 연조직(Ma)과 피질골(Mb)의 계면에서 초음파 펄스(Ai)가 대략 수직 반사하였을 때의 초음파 반사계수(R)는, 초음파펄스(Ai) 및 에코(Ae)가 충분히 평면파로 볼 수 있으며 또 면조직(Ma)에서의 초음파의 감쇄가 무시할 수 있다고 가정하여, 식(10)에 의하여 구하여진다.

R=Ve/P·Q·B·Vi...(10)

여기에서 R:연조직(Ma)과 피질골(Mb)의 계면에서 초음파 펄스(Ai)가 대략 수직반사할 때의 초음파 반사계수.

P:트랜스듀서(1)에 단위전기신호(전압, 전류, 산란 패러미터 등)를 인가할 때에 트랜스듀서(1)에서 대략 수직방향으로 출력되는 초음파 펄스(Ai)의 음압.

Q:트랜스듀서(1)의 송수파면에 단위 음압의 에코(Ae)가 대략 수직으로 입사할 때에 트랜스듀서(1)에서 출력되는 수파신호(전기신호)의 진폭.

B:증폭기(6)의 진폭 증폭도와 파형정형기(7)의 진폭 증폭도와의 곱

Vi:펄스발생기(4)에서 트랜스듀서(1)에 가하여지는 전기신호의 진폭.

Ve:최대 에코레벨.

또, P, Q, B, Vi는 어느 것이나 주파수의 함수이지만, 여기에서는 중심 주파수(예를 들면 2.5MHz)에서의 성분을 사용한다. P, Q, B, Vi에 대하여는 미리 이들의 측정치, 설정치를 ROM(9)(이 예의 반사계수산출 서브프로그램)에 기입해 둔다.

식(10)은 다음과 같이 하여 유도한다. 먼저, 펄스발생기(4)에서 트랜스듀서(1)에 진폭(Vi)의 전기신호가 가하여지면 트랜스듀서(1)의 송수파면에서 음압 PVi인 초음파 펄스(Ai)가 피질골(Mb)을 향하여 출력된다. 그러므로 음압(RPVi)의 에코(Ae)가 트랜스듀서(1)의 송수파면에 수직으로 되돌아온다. 따라서 최대 에코레벨(Ve)은 식(11)로 주어진다.

Ve=Q·R·P·B·Vi...(11)

식(11)에서 식(10)이 유도된다.

이와 같이 이 제2실시예에 의하여도 CPU(11)에 의하여 연조직(Ma)과 피질골(Mb)과의 계면에서의 초음파 반사계수(R)로부터 피질골(Mb)의 음향 임피던스(Zb)가 산출되므로 제1실시예와 대략 같은 효과를 얻을 수가 있다.

[제3실시예]

다음에 본 발명의 제3실시예에 대하여 설명한다.

이 제3실시예에서는 뼈밀도 산출 서브프로그램을 실행하여 뼈밀도(ρ)의 회귀를 행함에 있어서 신뢰도 95% 또는 위험률 5%의 범위 ρmin~ρmax가 산출되어 출력되는 점에서 제1실시예와 다르다. 이것 이외의 점에서는 제1실시예의 구성과 대략 동일하다. 즉, 이 예의 뼈밀도 산출 서브프로그램에는 뼈밀도(ρ)를 주는 회귀식으로서 식(12)가 채용된다.

ρ=αZb+β...(12)

ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

Zb:피질골의 음향 임피던스[kg/㎡sec]

α:회귀계수[sec/m]

β:절편[kg/㎥]

이 식(12)가 전술한 제1실시예의 식(5)와 다른 것은 회귀계수(α)의 값이 1.27×10^-4~2.34×10^-4의 폭을 가지고 설정되며, 또 절편(β)의 값도 646~887의 폭을 가지고 설정된다는 점이다. 따라서, 구하여지는 뼈밀도 ρmin~ρmax도 폭을 가지게 된다.

ρmin=1.27×10^-4Zb+646

=(1.80×10^-4-30%)Zb+(766-16%)...(13)

ρmax=2.34×10^-4Zb+887

=(1.80×10^-4+30%)Zb+(766+16%)...(14)

식(13),(14)는 % 형식으로 나타내면, 제1실시예의 식(8),(9)와 동일하게 되며, 제1실시예의 회귀식은 이 제3실시예의 폭을 가지는 회귀식의 중심선을 나타내는 식인 것을 알 수 있다. 그러므로, 임의의 피험자의 피질골의 음향임피던스(Zb)의 값이 Zb일 때, 그 피험자의 뼈밀도(ρ)가 ρmin~ρmax의 범위에 들어가는 확률(신뢰도)은 95%, 위험률은 5%이다. 이 제3실시예의 회귀식을 유도하는데 있어서도 제1실시예와 같은 표본조사데이터가 이용되었기 때문에, 이 제3실시예에 있어서도 음향임피던스(Zb)와 X선(QCT)으로 측정한 뼈밀도(ρ)는 높은 상관(r=0.67)이 있다. 그러므로, 이 예의 구성에 의하면 상술한 제1실시예와 대략 같은 효과를 얻을 수가 있을 뿐 아니라 뼈밀도(ρ)의 추정치를 확률적(통계적)으로 평가할 수 있다.

[제4실시예]

다음에, 본 발명의 제4실시예에 대하여 설명한다.

이 제4실시예의 구성이 제1실시예 내지 제3실시예의 구성과 크게 다른 곳은, 제1실시예 내지 제3실시예의 뼈밀도산출 서브프로그램에서는 선형의 회귀식(ρ=αZb+β)이 채용된데 비하여, 이 제4실시예에서는 식(15)에 도시하는 바와 같이 비선형의 회귀식이 채용되고 있다. 여기에서, 식(15)는 뼈밀도(ρ)의 음향임피던스(Zb)에 관한 회귀식이며, 제9도에 도시하는 바와 같이 표본조사데이터를 통계처리하여 얻어진 것이다.

ρ=BZb^A=10^0.894Zb^0.342...(15)

ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

Zb:피질골의 음향임피던스[kg/㎡sec]

A:회귀지수

B:정수[sec/m]

통계적 가설검정을 한 결과, 임의의 피험자의 피질골의 음향임피던스(Zb)의 값이 Zb일 때, 그 피험자의 뼈밀도(ρ)가 ρmin~ρmax의 범위에 들어가는 확률(신뢰도)은 95%이다. 따라서 위험률은 5%이다. 여기에서, ρmin은 식(16)에 의해, ρmax는 식(17)에 각각 주어진다.

ρmin=10^(0.894-73%)Zb^(0.342-30%)...(16)

ρmax=10^(0.894+73%)Zb^(0.342+30%)...(17)

이 제4실시예의 회귀식을 유도하는데 있어서도 제1실시예와 같은 표본조사데이터가 이용되었기 때문에, 이 제4실시예에 있어서도 음향임피던스(Zb)와 X선(QCT)으로 측정한 뼈밀도(ρ)는 높은 상관(r=0.67)이 있다. 그러므로, 이 예의 구성에 의해서도 상술한 제1실시예와 대략 같은 효과를 얻을 수가 있다.

[제5실시예]

다음에 이 발명의 제5실시예에 대하여 설명한다. 이 제5실시예에서는, 뼈밀도산출 서브프로그램을 실행하여 뼈밀도(ρ)의 회귀를 행함에 있어서, 신뢰도 95% 또는 위험률 5%의 범위 ρmin~ρmax가 산출되어 출력되는 점에서 제4실시예와 다르다. 이외의 점에서는 제4실시예의 구성과 대략 동일한다. 즉, 이 예의 뼈밀도산출 서브프로그램에는 뼈밀도(ρ)를 주는 회귀식으로서 식(18)이 채용된다.

ρ=BZb^A=10^0.894Zb^0.342...(18)

P:피질골의 밀도[kg/㎥]

Zb:피질골의 음향임피던스[kg/㎡sec]

A:회귀지수

B:정수[sec/m]

이 식(18)이 제4실시예의 식(15)와 다른 것은, 회귀지수A의 값이 0.239~0.445의 폭을 가지고 설정되며, 또한 정수B의 값도 10^0.293~10^1.55의 폭을 가지고 설정되는 점이다. 따라서, 구하여지는 뼈밀도 ρmin~ρmax도 폭을 가지고 나타내어진다.

ρmin=10^0.239Zb^0.239=10^(0.894-73%)Zb^(0.342-30%)...(19)

ρmax=10^1.55Zb^0.445=10^(0.894+73%)Zb^(0.342+30%)...(20)

식(19). (20)은 % 형식으로 나타내면 제4실시예의 식(16),(17)과 동일하게 되며, 제4실시예의 회귀식은 이 제5실시예의 폭을 가진 회귀식의 중심선을 나타내는 식인 것을 알 수 있다. 그러므로, 임의의 피험자의 피질골의 음향임피던스(Zb)의 값이 Zb일 때, 그 피험자의 뼈밀도(ρ)가 ρmin~ρmax의 범위에 들어가는 확률(신뢰도)은 95%, 위험률은 5%이다. 이 제5실시예의 회귀식을 유도하는데 있어서도 제1실시예와 같은 표본조사데이터가 이용되었기 때문에, 이 제5실시예에 있어서도 음향임피던스(Zb)와 X선(QCT)으로 측정한 뼈밀도(ρ)는 높은 상관(r=0.67)이 있다. 그러므로, 이 예의 구성에 의하면, 전술한 제1실시예와 대략 같은 효과를 얻을 수가 있을 뿐 아니라, 뼈밀도(ρ)의 추정치를 확률적(통계적)으로 평가할 수 있다.

[제6실시예]

다음에, 이 발명의 제6실시예에 관해서 설명한다. 이 제6실시예의 구성이, 제1실시예 내지 제5실시예의 구성과 크게 다른 곳은, 제1실시예 내지 제5실시예의 뼈밀도 산출 서브프로그램에서는 뼈밀도(ρ)의 음향임피던스(Zb)에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 뼈밀도(ρ)를 산출하는데 비하여, 이 제6실시예의 뼈밀도산출 서브프로그램에서는 뼈밀도(ρ)의 초음파반사계수(R)에 관한 회귀식을 사용하여 피험자의 뼈밀도(ρ)를 산출하도록 한 점이다. 여기에서, 식(21)은 뼈밀도(ρ)의 초음파반사계수(R)에 관한 회귀식이고, 제10도에 도시하는 바와 같이 표본조사데이터를 통계처리하여 얻어진 것이다.

ρ=α'R+β'=843R+1000...(21)

ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

R:연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수

α':회귀계수[kg/㎥]

β':절편[kg/㎥]

또, 상기 표본조사에서는, 초음파반사계수(R)는 초음파반사법을 적용하여 경골의 피질골에 대하여 계측되고, 피질골(Mb)의 밀도(ρ)는 요골(팔의 뼈)에 대하여 X선(QCT)에 의해서 측정되었다. 이 표본조사의 결과, 초음파반사계수(R)와 X선(QCT)으로 측정한 뼈밀도(ρ)는 높은 상관(r=0.67)이 있는 것이 판명되었다. 통계적 가설검정을 한 결과, 임의의 피험자의 피질골의 초음파반사계수(R)의 값이 R일 때 그 피험자의 뼈밀도(ρ)가 ρmin~ρmax의 범위에 들어가는 확률(신뢰도)은 95%이다. 따라서 위험률은 5%이다. 여기에서, ρmin은 식(22)에 의해, ρmax는 식(23)에 의해 각각 주어진다.

ρmin=(843-30%)R+(1000-6%)...(22)

ρmax=(843+30%)R+(1000+6%)...(23)

이 제6실시예의 회귀식을 유도하는데 있어서도 제1실시예와 같은 표본조사데이터가 이용되었기 때문에, 이 제6실시예에 있어서도 음향임피던스(Zb)와 X선(QCT)으로 측정한 뼈밀도(ρ)는 높은 상관(r=0.67)이 있다. 그러므로, 피질골(Mb)의 음향임피던스(Zb)를 뼈밀도(ρ)의 지표로 하는 대신에, 피질골(Mb)의 음향임피던스(Zb)의 단소증가함수인 연조직(Ma)과 피질골(Mb)의 계면에서의 초음파반사계수(R)를 뼈밀도(ρ)의 지표로 하여도, 상술한 제1실시예와 대략 같은 효과를 얻을 수가 있다.

[제7실시예]

다음에, 이 발명의 제7실시예에 관해서 설명한다.

이 제7실시예에서는, 뼈밀도산출 서브프로그램을 실행하여 뼈밀도(ρ)의 회귀를 행함에 있어서, 신뢰도 95% 또는 위험률 5%의 범위 ρmin~ρmax가 산출되어 출력되는 점에서 제6실시예와 다르다. 이외의 점에서는 제6실시예의 구성과 대략 동일하다. 즉, 이 예의 뼈밀도산출 서브프로그램에는 뼈밀도(ρ)를 주는 회귀식으로서 식(24)가 채용된다.

ρ=α'R+β'=...(24)

ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

R:연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수

α':회귀계수[kg/㎥]

β':절편[kg/㎥]

이 식(24)이 제6실시예의 식(21)과 다른 것은, 회귀계수 α'의 값이 588~1100의 폭을 가지고 설정되며, 또한, 절편 β'의 값도 953-1060의 폭을 가지고 설정된 점이다. 따라서, 구하여지는 뼈밀도 ρmin~ρmax도 폭을 가지고 나타난다.

ρmin=588Zb+953=(843-30%)R+(100-6%)...(25)

ρmax=1100Zb+1060=(843+30%)R+(1000+6%)...(26)

식(25),(26)은, %형식으로 나타내면, 제6실시예의 식(22),(23)과 동일하게 되며, 제6실시예의 회귀식은 이 제7실시예의 폭을 가지는 회귀식의 중심선을 나타내는 식인 것을 알 수 있다. 그러므로 임의의 피험자의 피질골의 음향임피던스(Zb)의 값이 Zb일 때, 그 피험자의 뼈밀도(ρ)가 ρmin~ρmax의 범위에 들어가는 확률(신뢰도)은 95%, 위험률은 5%이다. 이 제7실시예의 회귀식을 유도하는데 있어서도 제1실시예와 같은 표본조사데이터가 이용되었기 때문에, 이 제7실시예에 있어서도 음향임피던스(Zb)와 X선(QCT)으로 측정한 뼈밀도(ρ)는 높은 상관(r=0.67)이 있다. 그러므로, 이 예의 구성에 의하면 상술한 제1실시예와 대략 같은 효과를 얻을 수가 있을 뿐 아니라 뼈밀도(ρ)의 추정치를 확률적(통계적)으로 평가할 수 있다.

[제8실시예]

제11도는, 이 발명의 제8실시예인 골조송증진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도, 또한, 제12도는 동 장치의 동작처리순서를 나타내는 플로 차트이다.

이 제8실시예의 골조송증진단장치가 전술한 제1 내지 제7실시예의 구성과 크게 다른 곳은, 푸리에해석기능을 가지며 복소음향임피던스를 산출할 수 있는 구성으로 되어있는 점이다.

이 예의 장치본체(2A)에는, 제11도에 도시하는 바와 같이, 제1실시예의 구성에 더하여, 새로이 계시(計時)회로(15)가 부가되어 있다.

펄스발생기(4)는, 중심주파수가, 예컨대 1MHz 또는 2.5MHz인 전기펄스신호를 소정의 주기(예컨대, 100msec)로 반복하여 생성하여 트랜스듀서(1)에 송신함과 동시에 이 전기펄스신호송신과 동일의 타이밍으로 계시 개시신호(Tp)를 계시회로(15)에 공급한다. 또, 이 초음파펄스의 주기는 후술하는 에코도달시간보다도 충분히 길게 설정되어 있다.

이 예의 ROM(19)에는, CPU(11)가 복소음향임피던스를 산출하여 골조송증의 진단을 하기 위하여, 다음과 같은 처리프로그램이 저장되어 있다. 즉, 이 예의 처리프로그램에는, 1펄스 1에코마다 A/D 변환기(8)에서 에코파형(에코신호)을 넣어 에코레벨을 검출하는 순서, 이렇게 하여 검출된 다수의 에코레벨 중에서 최대에코레벨을 추출하는 순서, 이 최대에코레벨이 추출되었을 때의 최대에코파형에 의거하여 고속푸리에변환의 수법을 구사하여 이 최대에코파형의 스펙트럼을 고속으로 구하는 처리순서, 이 스펙트럼에 의거하여 각주파수(角周波數) ω에 있어서의 피험자의 연조직(Ma)에 대한 피질골(Mb)의 초음파복소반사계수 R(ω)를 산출하는 순서, 및 산출된 초음파복소반사계수 R(ω)에 의거하여 각주파수 ω에 있어서의 피험자의 피질골(Mb)의 복소음향임피던스 Zb(ω)를 산출하는 순서 등이 기술되어 있다.

이 처리프로그램에서는, 피험자의 피질골(Mb)의 복소음향임피던스 Zb(ω)는 식(27)에 의하여 주어진다.

Zb(ω)=Za(ω){R(ω)+1}/{1-R(ω)}...(27)

Zb(ω):각주파수 ω에 있어서의 연조직(Ma)의 복소음향임피던스(기지)

R(ω):각주파수 ω에 있어서의 피험자의 연조직(Ma)에 대한 피질골(Mb)의 초음파 복소반사계수

식(27)은 식(28)에서 유도된다. 즉, 제6(a)도에 도시하는 바와 같이, 피질골(Mb)의 표면(Y)이 대략 평면이고, 트랜스듀서(1)로부터 발사되는 초음파펄스(Ai)도 평면파이고, 더구나, 그 파면이 피질골(Mb)의 표면(Y)과 대략 평행이라고 간주할 때(요컨대, 초음파펄스(Ai)가 피질골(Mb)의 표면(Y)에 대략 수직으로 입사할 때), 피험자의 연조직(Ma)에 대한 피질골(Mb)의 초음파복소반사계수R(ω)는 식(28)로 표시된다. 한편, 에코레벨은 초음파펄스(Ai)가 피질골(Mb)의 표면(Y)에 대략 수직으로 입사할 때에 극대로 된다. 따라서, 식(28)으로 주어지는 초음파복소반사계수R(ω)는 최대에코레벨이 얻어질 때의 초음파복소반사계수R(ω)이다. 그러므로, 식(28)을 변형함으로써 식(27)이 얻어진다.

R(ω)={Zb(ω)-Za(ω)}/{Zb(ω)+Za(ω)}...(28)

CPU(11)는 ROM(9)에 저장되어 있는 전술한 처리프로그램을 RAM(10)을 사용하여 실행함으로써 펄스발생기(4)나 A/D 변환기(8)를 위시하여 장치 각부를 제어하여, 1펄스 1에코마다에 A/D 변환기(8)로부터 에코신호를 읽어들여 에코레벨을 검출하고, 또, 그 중에서 최대 에코레벨을 추출하고, 최대에코파형에 의거하여 이 최대에코파형의 스펙트럼을 구하고, 이 스펙트럼에 의거하여 각주파수 ω에 있어서의 피험자의 연조직(Ma)에 대한 피질골(Mb)의 초음파복소반사계수 R(ω)를 산출하고, 산출된 초음파복소반사계수 R(ω)에 의거하여 각주파수 ω에 있어서의 피험자의 피질골(Mb)의 복소음향임피던스 Zb(ω)를 산출하고, 산출된 복소음향임피던스에서 얻어지는 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증의 진단을 한다. 표시기(13)에는, CPU(11)의 제어에 의해 에코레벨 등의 측정치, 초음파복소반사계수 R(ω), 복소음향임피던스 Zb(ω), 뼈밀도(ρ)의 산출치, 에코파형 등이 화면표시된다. 또한, 계시회로(15)는, 트랜스듀서(1)의 송파면에서 초음파펄스(Ai)가 발사되고 나서 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 반사한 에코(Ae)가 수파면에 되돌아올 때까지의 경과시간인 에코도달 시간을 재촉한다. 이 계시회로(15)는, 도시하지 않은 클럭발생기와 계수회로로 구성되어, 펄스발생기(4)에서 계시 개시신호(Tp)의 공급을 받을 때에 계시를 개시하여, A/D 변환기(8)에서 종료신호를 받으면 계시를 종료한다. 여기에서, A/D 변환기(8)로부터 종료신호가 보내지는 것은 A/D 변환기(8)가 에코(Ae)의 수파를 검출한 타이밍이다. 그리고, 계시치는 리셋될 때까지 유지되며, 유지된 계시는 에코도달시간으로서 요구에 응하여 CPU(11)에 주어진다.

다음에, 제12도를 참조하여, 이 예의 동작(골조송증 진단시에 있어서의 주로 CPU(11)의 처리 흐름)에 대하여 설명한다. 우선, 곡율반경이 크고 피부의 표면에 가깝고 비교적 두께도 있는 경골 등의 피질골(Mb)을 측정부위로서 고른다. 장치에 전원이 투입되면, CPU(11)는 장치 각부의 프리셋 카운터나 각종 레지스터, 각종 플래그의 초기 설정을 한 후(스텝 SQ10), 측정개시스위치가 눌려지는 것을 기다린다(스텝 SQ11). 여기에서 조작자는, 제4도에 도시하는 바와 같이, 피험자의 측정부위인 피질골(Mb)을 덮는 연조직(Ma)의 표면(피부의 표면X)에 초음파겔(14)을 바르고, 초음파겔(14)을 통해 트랜스듀서(1)를 피부의 표면(X)에 대어, 송수파면을 피질골(Mb)에 향하게 한 상태에서, 측정개시스위치를 온으로 한다. 측정개시스위치가 온이 되면(스텝 SQ11), CPU(11)는 측정속행플래그에 “1”을 기입하여 측정속행플래그를 세운 후, 여기에서 제12도에 나타내는 처리순서에 따라서 진단동작을 개시한다.

CPU(11)는, 우선, 펄스발생기(4)에 1펄스발생명령을 발행한다(스텝 SQ12). 펄스발생기(4)는, CPU(11)에서 1펄스발생명령을 받으면 전기펄스신호를 트랜스듀서(1)에 송신함과 동시에, 이 초음파펄스의 송신과 동일의 타이밍으로 계시 개시신호(Tp)를 계시회로(15)에 공급한다. 트랜스듀서(1)는, 펄스발생기(4)에서 전기펄스신호의 공급을 받으면 피험자의 피질골(Mb)을 향하여(취급하는 짧은 거리의 사이에는 평면파라고 간주하여도 지장이 없는) 초음파펄스(Ai)를 발사한다. 한편, 계시회로(15)는 발생기(4)에서 계시 개시신호(Tp)의 공급을 받음과 동시에 계시를 개시한다. 트랜스듀서(1)에서 발사된 초음파펄스(Ai)는, 제5도에 도시하는 바와 같이, 피부의 표면(X)에서 일부가 반사되며, 나머지가 피부의 표면(X)에서 연조직(Ma)내에 주입되어 피질골(Mb)을 향하여 전파된다. 그리고, 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 일부가 반사하여 에코(Ae)로 되며, 일부는 피질골(Mb)에 흡수되며, 나머지는 피질골(Mb)을 투과한다. 피질골(Mb)에서의 에코(Ae)는 입사초음파(Ai)와는 반대로 경로를 더듬어, 다시 트랜스듀서(1)의 초음파진동자(1a)에 의하여 수파된다. 그러므로, 트랜스듀서(1)에서는 초음파펄스(Ai)의 발사 후, 먼저 송신잔향(Ani)이, 계속하여 피부의 표면(X)에서의 에코(An2)가 조금 늦게, 피질골(Mb)에서의 에코(Ae)가 초음파진동자(1a)에 의하여 각각 수파되어 초음파의 파형과 진폭에 대응하는 수파신호로 각각 변환된다. 생성된 수파신호는 케이블(3)을 통하여 장치본체(2A)(정합회로(5))에 입력되며, 증폭기(6)에 있어서 소정의 증폭도로 증폭되고, 파형정형기(7)에 있어서 선형으로 파형정형된 후, A/D 변환기(8)에 입력된다. CPU(11)는 펄스발생기(4)에 1펄스발생명령을 송출한 후(스텝 SQ12), 트랜스듀서(1)의 초음파진동자(1a)에 의하여 송신잔향(An1)이 수파되며, 계속하여, 피부의 표면에서의 에코(An2)가 수파된 후, 피질골(Mb)에서의 에코(Ae)가 트랜스듀서(1)의 초음파진동자(1a)의 송수파면에 되돌아오는 시각을 가늠하여, A/D 변환기(8)에 샘플링개시명령을 발생한다(스텝 SQ13). A/D 변환기(8)는 CPU(11)에서 샘플링개시명령을 받으면, 파형정형기(7)에서 파형정형된 후 입력되는 피질골(Mb)에서의 1에코분의 수파신호를 소정의 주파수(예컨대 12MHz)로 샘플링하여 디지털신호로 변환하고, 얻어진 N개의 샘플치(1에코분의 디지털신호)를 일단 자신의 샘플링메모리에 저장한다. 한편, 계시회로(15)에는 종료신호를 보내고 계시를 종료시킨다. 이 다음, CPU(11)에서의 전송요구에 응하여 샘플링메모리에 저장된 N개의 샘플치를 CPU(11)에 순차 송출한다. CPU(11)는 A/D 변환기(8)에서 N개의 샘플치를 순차 읽어들여, 이번 에코파형으로서 RAM(10)의 파형 메모리 에리어에 기억한 후, N개의 샘플치의 중에서 가장 큰 값을 추출함으로써 이번 에코레벨(이번 에코의 진폭)을 검출하고, 검출결과를 RAM(10)의 에코데이터 메모리 에리어에 저장한다(스텝 SQ14). 한편, 에코신호와 읽어들이기와 함께, 계시회로(15)로부터 에코도달 시간을 읽고, 읽어들인 이번 에코도달시간도 RAM(10)의 데이터 메모리 에리어에 저장한다. RAM(10)에 저장된 이번 에코레벨은, 제4도에 파선으로 도시하는 바와 같이, 레벨미터(12)에 액정지침패턴(12a)의 흔들림으로서 표시되며, 이번 에코파형은 표시기(13)에 화면표시된다(스텝 SQ15).

다음에, CPU(11)는 RAM(10) 내의 에코데이터 메모리 에리어에서 이번 에코레벨과 최대에코레벨을 읽어 내어, 이번 에코레벨의 값이 최대에코레벨의 값보다도 큰지 아닌지를 판단한다(스텝 SQ16). 지금은 첫 번째의 판단이며 최대에코레벨의 값은 초기 설정치 “0” 그대로이므로, CPU(11)는 이번 에코레벨의 값이 최대에코레벨의 값보다도 크다고 판단하여 RAM(10)의 에코데이터 메모리 에리어에 기억되어 있는 최대에코레벨의 값을 이번 에코레벨의 값으로 바꿔쓰고, 또한, 최대에코레벨에 대응한 최대레벨시 에코도달 시간을 이번 에코도달시간으로 바꿔쓰며, 또, RAM(10)의 파형 메모리 에리어에 기억되어 있는 최대에코파형을 이번 에코파형으로 바꿔쓴다(스텝 SQ17). 그리고, 갱신된 최대에코파형을 표시기(13)에 화면표시함과 동시에, 갱신된 최대에코레벨을 제4도에 실선으로 도시하는 바와 같이 레벨미터(12)의 액정지침패턴(12b)의 흔들림으로 표시한다(스텝 SQ18). 다음에, CPU(11)는 RAM(10)내의 측정속행플래그를 보고(스텝 SQ19), 측정속행플래그가 서있으면(측정플래그의 내용이 “1”일 때는) CPU(11)은 측정계속이라 판단하여, 전술한 1펄스발사 1에코수파(스텝 SQ12~SQ15)를 반복한 후, 스텝(SQ16)에서 다시, RAM(10) 내의 에코데이터 메모리에리어로부터 이번 에코레벨과 최대에코레벨을 읽어 내어, 이번 에코레벨의 값이 최대에코레벨의 값보다도 큰지 아닌지를 판단한다. 이 판단의 결과, 이번회 에코레벨이 최대에코레벨보다도 크지 않을 때에는 갱신처리를 하지 않고 스텝 SQ19로 직접 진행, 측정속행플래그를 본다. 측정속행플래그의 내용은 조작자가 측정종료스위치를 누르지 않은 한 “1”로 유지되며, CPU(11)는 전술한 1펄스발사 1에코수파(스텝 SQ12~SQ15), 최대에코레벨의 추출작업(스텝 SQ16~스텝 SQ19)을 되풀이한다. 조작자는, CPU(11)가 전술한 처리(스텝 SQ12~SQ19)를 되풀이하는 사이, 제4도에 화살표(W)로 도시하는 바와 같이, 트랜스듀서(1)를 피부의 표면(X)에 대고 측정부위의 피질골(Mb)에 향하여 때로는 팽이의 세차운동(歲差運動)같이 원이나 나선을 그린다든지, 때로는 시소와 같이 전후좌우 비스듬히 흔든다든지하여, 트랜스듀서(1)의 방향을 바꾸고 각도를 바꾸면서 레벨미터(12)의 액정지침패턴(12a,12b)이 최대로 흔들리는 방향, 요컨대 최대에코레벨이 검출되는 방향을 찾는다. 제1실시예에서 상술한 것과 같이, 에코레벨이 극대가 되면 트랜스듀서(1)의 송수파면에 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 대략 수직으로 반사한 에코(Ae)가 되돌아왔다고 생각할 수가 있다. 그러므로, 이때 계측되는 최대레벨시 에코도달시간(Ta)은 초음파펄스(Ai)가 발사되고 나서 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 수직 반사한 에코(An₂)가 트랜스듀서(1)의 송수파면으로 되돌아올 때까지에 걸린 시간이다. 또, 레벨미터(12)의 액정지침패턴(12a,12b)은 피질골(Mb)의 법선과 송수파면의 법선과의 불일치가 심할 때는 민감하게 변화하지만(심히 흔들리지만), 양 법선이 대략 일치할 때는 변화가 둔하게 되기(흔들림이 안정되기) 때문에, 수직반사의 에코(Ae)를 찾아내는 것은 비교적 용이하다.

조작자는, 레벨미터(12)의 액정지침패턴(12a,12b)의 흔들리는 상태를 보아 최대에코레벨을 추출할 수 있었다고 판단하면 측정종료스위치를 눌린다. 측정종료스위치가 눌려지면, CPU(11)는 인터럽트처리에 의해 측정속행플래그의 내용을 “0”으로 바꿔쓰고 측정속행플래그를 내린다. 측정속행 플래그가 내려지면 CPU(11)는 차회 이후의 1펄스발사를 중지한다(스텝 SQ19). 그리고, RAM(10)의 에코데이터 메모리에리어에 기억된 최대에코레벨을 읽어내어 표시기(13)에 화면표시한다(스텝 SQ20).

다음에, CPU(11)는 고속푸리에변환 루틴으로 옮겨, RAM(10)의 파형메모리 에리어에서 최대에코파형(ve(t))을 읽어내어 푸리에변환하고, 최대에코파형의 스펙트럼(이하, 최대에코 스펙트럼이라 함)(Ve(ω))을 구한다. 최대에코스펙트럼(Ve(ω))은 예컨대, 주파수(f)로 환산하여 약 300kHz에서 2.5MHz의 범위 내에서 주파수성분이 구하여진다. 이후, 복소반사계수 산출루틴을 실행함으로써, 산출한 최대에코 스펙트럼(Ve(ω))에 의거하여 각주파수 ω에 있어서의 피험자의 연조직(Ma)과 피질골(Mb)과의 계면에서의 초음파복소반사계수R(ω)를 산출하고(스텝 SQ21), 산출치를 표시기(13)에 화면표시한다(스텝 SQ22).

스텝 SQ21에 있어서 초음파복소반사계수R(ω)는 식(29)로 주어진다.

j:허수단위

Ve(ω):피질골(Mb)의 표면(Y)에서 수직반사한 에코(Ae)의 최대에코스펙트럼

Ta:피질골(Mb)의 표면(Y)에서 수직반사한 에코(Ae)의 최대레벨시에코도달시간

Vu(ω):의사(疑似)피질골에서 수직반사한 에코의 최대레벨시 에코도달시간(이미 알고있는 값)

Tu:의사피질골에서 수직반사한 에코의 최대레벨시 에코도달시간(이미 알고 있는 값)

Ru(ω):각주파수(ω)에서의 유사연조직(Ma)에, 대한 의사피질골의 초음파복소반사계수(이미 알고 있는 값)

여기에서, exp{-jω(Ta-Tu)}는 트랜스듀서(1)의 송수파면에서 각각 수파되는, 피질골(Mb)의 표면(Y)에서의 에코(Ae)와, 의사피질골의 표면에서의 에코(Au)와의 위상차를 나타내는 요소이며, 피험자의 연조직(Ma)의 두께와 의사피질골에 대하여 계측하였을 때의 의사연조직의 표준적인 두께와의 차이를 보정하기 위한 것이다. 의사피질골로서는, 피질골(Mb)과 음향학적 성질이 유사한 물질(이 예에서는 아크릴수지)이 사용된다. 또한, 의사피질골의 전방에 놓여지는 의사연조직으로서는, 연조직(Ma)과 음향학적 성질이 유사한 물질(이 예에서는 물)이 사용된다. 또, 의사피질골에 대해 최대에코스펙트럼(Ve(ω)) 및 최대레벨시 에코도달시간(Tu)의 각 값은, 미리 수조(水槽)(의사연조직) 속에 초음파복소반사계수(Ru(ω))가 기지(旣知)이 아크릴수지의 블록(의사피질골)을 넣고, 이 블록에 대하여 연조직(Ma)의 표준적인 두께에 상당하는 거리를 두고 트랜스듀서(1)를 배치하여, 초음파펄스(Ai)를 의사피질골을 향하여 발사하고, 얻어진 에코데이터에 대하여 전술한 푸리에변환처리 등을 실행하여 얻어진다. 이렇게 하여 얻어진, 의사피질골에 대한 최대에코 스펙트럼(Ve(ω)) 및 최대레벨시 에코도달시간(Tu)의 각 값은 기지의 초음파복소반사계수 Ru(ω)와 같이 ROM(9)에 저장되어 있다. 다음에, CPU(11)는 복소음향임피던스 산출루틴을 실행함으로써 복소반사계수 산출루틴에 의해서 주어진 초음파복소반사계수 R(ω)의 값을 식(27)에 대입하여 피질골(Mb)의 복소음향임피던스 Zb(ω)를 산출한다(스텝 SQ23).

만약 피험자의 골조송증이 진행되고 있고, [|Zb(ω)||Zb(ω)|]로 되어버린 경우에는, 식(28)에서 R(ω)의 실부(實部)는 음으로 된다. 이것은 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 에코(Ae)의 위상이 반전하는 것을 의미한다. CPU(11)는 이와 같이 산출된 피질골(Mb)의 복소음향임피던스(Zb)(ω)의 산출결과를 표시기(13)에 화면표시한다(스텝 SQ24).

뼈의 음향임피던스는 뼈의 [탄성률×밀도]의 평방근으로 주어지고, 뼈밀도의 증가(감소)에 따라 뼈의 탄성률도 상승(하강)하기 때문에, 뼈의 탄성률과 뼈밀도와는 음향임피던스에 대하여서는 상승효과로 기여한다. 그러므로, 이 예의 구성에 의하면, 음향임피던스를 골조송증의 지표로 하기 때문에 골조송증의 진행의 정도에 민감하게 응답할 수 있다. 예컨대, 피질골의 음향임피던스가 그 연령층의 평균치에서 현저하게 작은 경우에는, 피질골의 골조송증이 악화되어 있는 것을 알 수 있다.

게다가, 식(29)에서 초음파복소반사계수 R(ω)의 크기와 함께 위상정보를 알 수 있으므로, 피질골의 음향임피던스가 연조직의 음향임피던스보다도 작은 경우라도 진단은 틀리지 않는다. 이것에 비하여, 반사계수(R)를 복소수로서 기술하지 않은 방식에서는, 이와 같은 경우에는, CPU(11)는 초음파반사계수(R)의 절대치 |R|을 취해 [Zb=Za(1+|R|)/(1-|R|)=Za(1-R)/(1+R)](식(5))를 사용하여 연산을 하기 때문에, 오진의 우려가 있는 것이다.

[제9실시예]

제13도는 본 발명의 제9실시예인 골조송증진단장치의 사용상태를 나타내는 모식도, 또한, 제14도는 동 장치의 동작처리순서를 나타내는 플로 차트이다.

전술한 제8실시예의 골조송증진단장치는, 두께가 있는 피질골에 대하지 않으면 복소음향임피던스를 산출할 수 없는데 비하여, 이 예의 골조송증진단장치는 두께가 엷은 피질골(연조직(Ma)과 반대측의 해면골(Mc)에 바로 접하고 있는 것 같은 두께가 엷은 발꿈치뼈 등)도 측정부위로서 선택할 수 있는 것이 특징이다.

두께가 없는 피질골과 두께가 있는 피질골에서는 에코의 발생형태가 다르다. 두께가 없는 피질골에서는, 제13도에 도시하는 바와 같이, 피질골(Mb)에 입사한 초음파펄스(Ai)는 그 표면(Y)에서 일부는 반사계수(Sb)로 반사하여 에코(Ae0)로 되며, 일부는 투과계수(Tb)로 투과하여 투과초음파(At0)로 되어 피질골(Mb)에 들어가 해면골(Mc)과의 계면(Q)에 도달한다. 그리고, 해면골(Mc)과의 계면(Q)에서, 투과초음파(At0)의 일부는 반사계수 Sc로 반사하여 반사초음파(Ar1)가 되어 피질골(Mb) 중을 제자리로 되돌아간다. 이 반사초음파(Ar1)의 일부는 연조직(Ma)과의 계면(Y)을 투과계수 Tb로 투과하여, 트랜스듀서(1)로 향하는 에코(Ae1)로 되며, 일부는 연조직(Ma)과의 계면(Y)에서 반사하여 반사초음파(Ar2)가 되어 다시 해면골(Mc)과의 계면(Q)에 도달한다. 반사초음파(Ar2)의 일부는 여기에서 다시 반사하여 반사초음파(Ar3)로 되어 피질골(Mb)중을 되돌아가 그 일부가 연조직(Ma)과의 계면(Y)을 투과계수 Tb로 투과하여, 트랜스듀서(1)로 향하는 에코(Ae2)가 된다. 따라서, 피질골(Mb)에서 되돌아오는 에코(Ae)는 전술한 다중반사의 과정에서 얻어지는 에코(Ae0, Ae1, Ae2, …)를 겹친 것이다. 이 결과, 뼈의 초음파복소반사계수 R(ω)는 식(30)으로 주어지게 된다.

τ:초음파가 두께 L인 피질골(Mb) 중을 전파하는데 요하는 시간

수직입사의 경우에는, 피질골(Mb)과 연조직(Ma)과의 계면(Y)에서는, 식(31), 식(32)이 해면골(Mc)과 피질골(Mb)과의 계면(Q)에 있어서 식(33)이 성립한다.

Sb(ω)={Zb(ω)-Za(ω)}/{Zb(ω)+Za(ω)}...(31)

Tb(ω)=2{Zb(ω)Za(ω)}^1/2/{(Zb(ω)+Za(ω)}...(32)

Sc(ω)=2{Zc(ω)-Zb(ω)}/(Zc(ω)+Zb(ω)}...(33)

Zc:해면골(Mc)의 복소음향임피던스

식(31), 식(32) 및 식(33)을 각각 식(30)에 대입하여, 피질골(Mb)의 두께(L)가 초음파의 파장에 비교하여 충분히 작다고 하는 조건에서 정리하면, 다중에코(Ae0, Ae1, Ae2, …)를 고려한 뼈의 복소음향임피던스 Z(ω)를 주는 식(34)을 얻는다.

또, Zb(ω)》Zc(ω)를 고려하면, 식 (34)은 식(35)로 나타내는 것과 같이 간략화된다.

Z(ω)=Zc(ω)+jωτZb(ω)=Zc(ω)+jωρL...(35)

ρ:피질골(Mb)의 뼈밀도

여기에서, ρL은 피질골(Mb)의 단위면적당의 질량, 즉, 면적밀도 σ를 나타낸다.

한편, 식(27)에 대응시켜 뼈의 복소음향임피던스 Z(ω)를 에코데이터에 의거하여 산출할 수 있지만, 식(27)과 식(35)와의 실부끼리 및 허부끼리는 각각 서로 같기 때문에, 실부에서 해면골(Mc)의 복소음향임피던스 Zc(ω)를, 허부에서 피질골(Mb)의 면적밀도 σ를 알 수 있다. 이 경우, 피질골(Mb)의 두께 L이 기지이면, 피질골(Mb)의 뼈밀도 ρ도 알 수 있다. 이 예의 처리 프로그램에는 식(35) 등이 기술되어 있고, 다중에코(Ae0, Ae1, Ae2, …)가 고려되고 있다.

다음에, 제14도를 참조하여, 이 예의 동작(골조송증진단시에 있어서 주로 CPU(11)의 처리 흐름)에 대하여 설명한다. 또, 이 예의 처리의 흐름은, 스텝 SR10에서 스텝 SR20까지는 제8실시예에서 기술한(스텝 SQ10~스텝 SQ20(제12도)) 것과 대략 같기 때문에 그 설명을 간략화하고, 스텝 SR20에서부터 설명한다.

CPU(11)는 최대에코레벨을 표시기(13)에 화면표시(스텝 SR20)한 후, 스텝(SR201)으로 진행하여 고속푸리에변환루틴을 실행함으로써, RAM(19)의 파형 메모리 에리어에서 최대에코파형(ve(t))을 읽어 내어 푸리에변환하고, 최대에코스펙트럼 Ve(ω)를 구한다. 다음에, 복소반사계수산출루틴을 실행함으로써 산출한 최대에코스펙트럼 Ve(ω)에 의거하여 각주파수 ω에 있어서의 피험자의 연조직(Ma)과 뼈와의 계면에서의 초음파복소반사계수 R(ω)를 산출한다. 이 예의 초음파복소반사계수 R(ω)는, 피험자의 뼈에 대한 최대에코스펙트럼 Ve(ω) 및 최대레벨시 에코도달시간(Ta), 의사피질골에 대한 최대에코스펙트럼 Vu(ω), 최대레벨시 에코도달시간(Tu) 및 초음파복소반사계수 Ru(ω)를 사용하여, 제8실시예에서 기술한 바와 같이 식(29)에 의하여 유도된다.

의사피질골에 대한 최대에코스펙트럼 Vu(ω), 최대레벨시 에코도달시간(Tu)은, 제8실시예에 있어서 의사피질골에 대하여 최대에코파형 및 최대레벨시 에코도달시간을 구하였을 때와 대략 같은 순서에 의하여, 미리, 초음파복소반사계수 Ru(ω)가 기지인 유사피질골에 관해서 구해지고, 기지의 초음파 복소반사계수 Ru(ω)와 같이 ROM(9)에 저장되어 있다. 다만, 이 예에 있어서는, 의사피질골에 대한 최대에코스펙트럼 Vu(ω) 및 최대레벨시 에코도달시간(Tu)은 물 등을 채운 수조에 우선 해면골(Mc)에 음향학적성질이 유사한 물질로 이루어진 의사해면골을 가라앉히어, 이 의사해면골의 위에 소정의 두께의 의사피질골을 엊은 후, 이 의사피질골에 대하여 연조직(Ma)의 표준적인 두께에 상당하는 거리를 두고 트랜스듀서(1)를 배치하고, 초음파펄스(Ai)를 의사피질골을 향하여 발사하여, 얻어진 에코데이터에 대하여 전술한 푸리에변환처리 등을 실행하여 얻어진다. 다음에, CPU(11)는, 복소음향임피던스산출루틴으로 가서, 산출된 초음파 복소반사계수 R(ω)를 식(27)에 대입하여 피험자의 뼈의 복소음향임피던스 Z(ω)를 구한다(스텝 SR202). 다음에, CPU(11)는 얻어진 뼈의 복소음향임피던스 Z(ω)와 식(35)로부터 피험자의 해면골(Mc)의 복소음향임피던스 Zc(ω) 및 피질골(Mb)의 면적밀도(σ)를 구하고(스텝 SP203), 표시기(13)에 화면표시한다(스텝 SR204).

이 제9실시예의 구성에 의하면, 초음파의 파장보다도 얇은 피질골(Mb)에 관해서도 면적밀도 σ 등의 정보를 얻을 수 있다. 이 경우, 피험자의 피질골(Mb)의 두께(L)가 기지이면 피질골(Mb)의 뼈밀도(ρ)를 알 수도 있다. 또한, 해면골(Mc)에 대한 복소음향임피던스(Zc)를 알 수도 있다.

[제10실시예]

제15도는 본 발명의 제10실시예인 골조송증진단장치의 동작처리순서를 나타내는 플로 차트이다.

이 제10실시예의 하드웨어는 제8실시예의 그것과 대략 같은 구성이기 때문에, 제11도를 참조하여 이 예의 구성에 대하여 설명한다.

이 예의 골조송증진단장치에서는, 초음파가 연조직(Ma)을 왕복할 때의 감쇄도 A(T)가 고려되며, 피질골(Mb)의 음향임피던스(Zb)를 한층 정확히 측정할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 일환으로서, 이 예의 장치본체(2a)에는 트랜스듀서(1)의 송수파면에서 초음파임펄스(Ai)가 발사된 후 에코(Ae)가 송수파면에 되돌아올 때까지의 에코도달시간(T)을 계측하는 계시회로(14)가 부착되어 있다. 또한, 이 예의 처리프로그램에는, 최대에코레벨과 이 때의 에코도달시간(T)에 의거하여 피험자의 연조직(Ma)에 대한 피질골(Mb)의 초음파반사계수(R)를 산출하는 순서의 기술이 포함되어 있다.

다음에, 제15도를 참조하여, 이 예의 동작(골조송증진단시에 있어서의 주로 CPU(11)의 처리 흐름)에 대하여 설명한다.

CPU(11)는, 펄스발생기(4)에서 1펄스발생명령을 송출한 후(스텝 ST12), 트랜스듀서(1)의 초음파진동자(1a)에 의해서 송진잔향(An₁)이 수파되고, 계속하여 피부의 표면으로부터의 에코(An₂)가 수파된 후, 피질골(Mb)로부터의 에코(Ae)가 트랜스듀서(1)의 초음파진동자(1a)의 송수파면에 되돌아오는 시각을 가늠하여, A/D 변환기(8)에 샘플링 개시명령을 발생한다(스텝 ST13). 다음에, CPU(11)는 스텝 ST14에 있어서, A/D 변환기(8a)에서 에코파형(에코신호)을 읽어들임과 동시에 계시회로(14)에서 에코도달시간(T)을 읽고, 읽어들인 이번 에코파형(이번 에코신호) 및 에코도달시간(T)을 RAM(10)의 에코데이터 메모리에리어에 기억한다. 측정이 종료한 후에는(스텝 ST19, 스텝 ST20), CPU(11)는 우선 초음파의 감쇄도 산출루틴으로 옮겨서, RAM(10)의 에코데이터 메모리에리어 중에서 에코도달시간(T)을 읽어 내고, 읽어낸 에코도달시간(Tsec)의 값을 식(36)에 대입하여 피험자의 연조직(Ma) 내에서의 초음파의 감쇄도(A)(T)를 산출한다(스텝 ST201).

여기에서, 감쇄도 A(T)란 초음파가 연조직(Ma) 내를 왕복할 때까지의 사이에 받는 감쇄의 정도, 즉, 초음파가 피부의 표면(X)에서 피질골(Mb)의 표면(Y)에까지 전파하고, 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 반사하여 다시 피부의 표면(X)에 되돌아올 때까지에 받는 감쇄의 정도를 의미한다(A(T)가 작을수록 감쇄가 큼을 의미한다). 이 감쇄도 A(T)는 에코도달시간(T)의 함수이며, 관계식은 실험 또는 시뮬레이션에 의해서 구하여진다. 초음파가 연조직(Ma) 내에서 감쇄를 받는 것은, 제1로는, 이 예에서 사용하는 초음파는 완전한 평면파가 아니고 구면과 성분도 상당히 포함하며, 이 구면파성분에 의해 음향에너지가 확산(초음파확산)하기 때문이며, 제2로, 연조직(Ma)과의 마찰로 음향에너지가 열에너지로 변환(초음파흡수)되기 때문이다. 초음파확산에 기인하는 감쇄의 정도는 트랜스듀서(1)의 개구, 초음파의 주파수, 연조직(Ma)의 음속 등에서 계산이나 실험에 의해 구할 수가 있다. 또한, 초음파흡수에 기인하는 감쇄의 정도는 초음파의 주파수를 낮게 하면 작게 되며, 주파수가 충분히 낮지 않더라도 연조직(Ma)의 대표적인 흡수정수(단위 장당의 초음파의 감쇄율)를 사용할 수가 있다. 또, 초음파의 감쇄도(A(T))를 주는 식(36)은, 초음파의 사용중심주파수를 2.5MHz로 설정하고 트랜스듀서(1)의 개구를 15mm로 설정한 경우에 성립하는 실험식이다.

이어서, CPU(11)는 RAM(10)의 에코데이터 메모리에리어 중에서 최대에코레벨(Ve)을 읽어내어, 산출된 감쇄도 A(T)와 함께 식(37)에 대입하고, 초음파가 연조직(Ma)과 매질 측에서 피질골(Mb)에 수직으로 입사하는 경우의 연조직(Ma)과 피질골(Mb)과의 계면에서의 초음파반사계수(R)를 산출한다(스텝 ST21).

R=Ve/P·Q·B·Vi·A(T)...(37)

여기에서, P, Q, B, Vi의 의미는 식(10)에 있어서 기술한 것과 같다. 식(37)은 다음과 같이 하여 유도된다. 우선 펄스발생기(4a)에서 트랜스듀서(1)에 진폭 Vi의 전기신호가 가하여지면, 트랜스듀서(1)의 송수파면에서 음압 PVi인 초음파임펄스(Ai)가 연조직(Ma) 내에 주입된다. 주입된 초음파임펄스(Ai)는 연조직(Ma) 내를 전파하는 과정에서 감쇄하면서도, (피질골(Mb)의 표면(Y)에 대하여 수직으로 입사하는 경우를 생각하면,) 피질골(Mb)의 표면(Y)에서 수직으로 반사하고, 에코(Ae)되어 트랜스듀서(1)에 수직으로 되돌아온다. 그러므로, 트랜스듀서(1)의 송수파면에까지 되돌아온 에코(Ae)의 음압(P(e))은 식(36)에서 구한 초음파의 연조직(Ma) 왕복에 의한 감쇄도 A(T)를 고려하면, 식(38)로 주어진다.

P(e)=P·Vi·R·A(T)...(38)

음압 P(e)의 에코(Ae)가 트랜스듀서(1)의 송수파면에 수파되면, 트랜스듀서(1)는 진폭(Q·P(e))의 수파신호를 출력하고, 이 수파신호는 증폭기(6)(및 파형정형기(7))에 있어서 증폭도 B로 증폭된다. 그리고, A/D 변환기(8a)에서 디지털 변환된 후 CPU(11)에 취입되어 최대에코레벨 Ve(B·Q·P(e))로서 검출된다. 그러므로, 최대에코레벨(Ve)은 식(39)로 주어진다.

Ve=P·Vi·R·A(T)·B·Q...(39)

식(39)를 초음파반사계수(R)에 대하여 풀면 식(37)이 얻어진다. 다시 제15도의 플로차트의 설명으로 되돌아가면, CPU(11)는 식(37)을 사용하여 연조직(Ma)과 피질골(Mb)과의 계면에서의 초음파반사계수(R)를 산출한 후(스텝 ST21), 산출결과를 표시기(13)에 표시한다(스텝 ST22). 다음에, CPU(11)는 식(5)를 사용하여 피험자의 피질골(Mb)의 음향임피던스(Zb)를 산출하여(스텝 ST23), 산출결과를 표시기(13)에 화면표시한다(스텝 ST24).

이 다음, 전술한 제1 내지 제7실시예와 같은 수법에 의해, 음향임피던스(Zb)의 산출치에 의거하여 피험자(Mb)의 뼈밀도(피질골의 밀도)(ρ)를 산출하여(스텝 ST25), 산출결과를 표시기(13)에 화면표시한다(스텝 ST26).

상기 구성에 의하면, 상술한 제1실시예의 효과에 더하여, 초음파의 연조직(Ma) 왕복에 의한 감쇄도(A)(T)도 고려되기 때문에, 피질골(Mb)의 음향임피던스(Zb), 나아가서는 피질골(Mb)의 뼈밀도(ρ)를 한층 더 정확히 측정할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 상술하여 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위의 설계의 변경 등이 있더라도 본 발명에 포함된다. 예컨대, 측정부위의 뼈는 평면이라고 간주할 수 있는 한 발꿈치나 슬개골 상부나 경골 등의 피질골에 한정하지 않는다. 또한, 트랜스듀서를 구성하는 초음파진동자는 두께진동형에 한하지 않고, 휨 진동형이라도 좋다.

또한, 연조직(Ma)의 음향임피던스는 물의 음향임피던스 1.5×10⁶kg/㎡sec에 가깝기 때문에, 식(31)의 적용에 의한 초음파반사계수의 산출에 있어서는 연조직(Ma)의 음향임피던스 대신 물의 음향임피던스를 사용하여도 된다. 또한, CPU(11)의 각종 처리프로그램은 ROM(9)에 저장하는 대신에 필요에 따라 하드디스크 등의 외부기억장치에 기억하도록 하여도 된다. 또한, 본 발명의 골조송증진단장치의 구성각부는 그 일부 또는 전부가 하드웨어구성이거나 소프트웨어 구성이거나에 상관되지 않는다.

또한, 초음파반사계수(R)의 산출방법은 전술의 실시예에서 기술한 방법에 한정되지 않고, 예컨대, 트랜스듀서(1)의 일단면을 자유단으로 하여 일단면에서의 에코를 관측한 경우, 초음파는 일단면에서 완전히 반사하기 때문에 이 때의 반사레벨은 입사파의 레벨과 같게 된다. 따라서, 초음파반사계수(R)를 이 입사파의 레벨과 피질골(Mb)에서의 에코레벨의 비로서 구할 수도 있다.

또한, 전술한 제1실시예에서는 뼈밀도산출을 회귀식을 구성하는 회귀계수 α로서 1.80×10^-4가 채용되었지만, 제3실시예에서도 분명한 것 같이, 회귀계수 α는 1.27×10^-4~2.34×10^-4의 범위에 있으면 된다. 마찬가지로 절편 β는 766으로 고정되었지만 646~887의 범위에 있으면 된다. 또한, 전술한 제4실시예에서는 뼈밀도산출을 위한 회귀식을 구성하는 회귀지수 A로서 0.342가 채용되었지만, 제5실시예로부터도 분명한 것과 같이, 회귀지수(A)는 0.239~0.445의 범위에 있으면 된다. 마찬가지로, 정수 B는, 10^0.894로 고정되었지만, 10^0.239~10^1.55의 범위에 있으면 된다. 또한, 전술한 제6실시예에서는 뼈밀도산출을 위한 회귀식을 구성하는 회귀계수 α'로서 843이 채용되었지만, 제7실시예에서도 분명한 것과 같이, 회귀계수 α'는 588~1100의 범위에 있으면 된다. 마찬가지로, 절편 β'는 1000에 고정되었지만, 953~1060의 범위에 있으면 된다.

또한, 전술한 제4실시예에서는 뼈밀도(ρ)의 음향임피던스(Zb)에 관한 비선형의 회귀식(식(15))을 사용하였지만, 마찬가지로 식(40)에 보인 것처럼 피질골의 밀도의 초음파반사계수에 관한 비선형의 회귀식을 사용하는 것도 가능하다.

ρ=B'R'^A' ...(40)

ρ=피질골의 밀도[kg/㎥]

R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수

A:회귀지수

B':정수[sec/m]

[산업상의 이용가능성]

본 발명의 초음파반사식의 골조송증진단장치 및 방법은 병원이나 스포츠시설이나 건강복지시설 등에 설치하는데 적합하지만, 장치가 소형 경량일 뿐 아니라 조작이 간이하고 더구나 방사선피폭의 우려도 없기 때문에 고령자 가정의 건강관리기기로서 사용하여도 대단히 바람직하다.

Claims (45)

1. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여, 얻어진 에코데이터에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 밀도를 산출하며, 산출된 피질골의 밀도에 의거하여 골조송증을 진단하는 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

   상기 초음파펄스의 발사시마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 상기 에코의 에코레벨을 검출하기 위한 에코레벨검출수단과,

   검출된 상기 에코레벨 중에서 최대에코레벨을 추출하기 위한 최대에코레벨추출수단과,

   추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 연조직과 상기 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수를 산출하기 위한 반사계수산출수단과,

   피질골 밀도의 상기 초음파반사계수에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 피질골의 밀도를 산출하기 위한 뼈밀도산출수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
2. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파 송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수신하며, 얻어진 에코데이터에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 밀도를 산출하고, 산출된 피질골의 밀도에 의거하여 골조송증을 진단하는 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

   상기 초음파펄스의 발사시마다, 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 상기 에코의 에코레벨을 검출하기 위한 에코레벨 검출수단과,

   검출된 상기 에코레벨 중에서 최대에코레벨을 추출하기 위한 최대에코레벨 추출수단과,

   추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스를 산출하기 위한 음향임피던스 산출수단과,

   피질골의 밀도의 상기 음향임피던스에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 상기 피험자의 피질골의 밀도를 산출하는 뼈밀도 산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 음향임피던스 산출수단은, 상기 최대에코레벨 검출수단에 의하여 추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 연조직에 대한 상기 피질골의 초음파반사계수를 산출한 후, 산출된 그 초음파반사계수에 의거하여 상기 피험자의 피골질의 음향임피던스를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
4. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파 송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골에 향하여 반복하여 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여, 얻어진 에코데이터에 의거하여 상기 피험자의 피질골 밀도를 산출하고, 산출된 피질골의 밀도에 의거하여 골조송증을 진단하는 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

   상기 초음파펄스의 발사시마다, 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 상기 에코의 에코레벨을 검출하기 위한 에코레벨검출수단과,

   검출된 상기 에코레벨 중에서 최대에코레벨을 추출하기 위한 처리순서를 기술한 최대에코레벨 추출프로그램과,

   추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 연조직과 상기 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수를 산출하기 위한 처리순서를 기술한 반사계수 산출프로그램과,

   피질골 밀도의 상기 초음파반사계수에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 피질골 밀도를 산출하기 위한 처리순서를 기술한 뼈밀도 산출프로그램과,

   상기 최대에코레벨 추출프로그램, 반사계수 산출프로그램 및 뼈밀도 산출프로그램을 포함하는 각종 처리프로그램을 저장하는 제1의 메모리와,

   검출된 상기 에코레벨 및 추출된 상기 최대에코레벨을 포함하는 각종 데이터를 일시 기억하는 제2의 메모리와,

   상기 제1의 메모리에 저장되어 있는 상기 각종 프로그램을 상기 제2의 메모리를 사용하여 실행함으로써 상기 피험자의 피질골의 밀도를 산출하는 중앙연산처리장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
5. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골에 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여, 얻어진 에코데이터에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 밀도를 산출하고, 산출된 피질골의 밀도에 의거하여 골조송증을 진단하는 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

   상기 초음파펄스의 발사시마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 상기 에코의 에코레벨을 검출하기 위한 에코레벨검출수단과,

   검출된 상기 에코레벨 중에서 최대에코레벨을 추출하기 위한 처리순서를 기술한 최대에코레벨 추출프로그램과,

   추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스를 산출하기 위한 처리순서를 기술한 음향임피던스 산출프로그램과,

   피질골 밀도의 상기 음향임피던스에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 상기 피험자의 피질골의 밀도를 산출하기 위한 처리순서를 기술한 뼈밀도 산출프로그램과,

   상기 최대에코레벨 추출프로그램, 반사계수 산출프로그램, 음향임피던스 산출프로그램 및 뼈밀도 산출프로그램을 포함하는 각종 처리프로그램을 저장하는 제1의 메모리와.

   검출된 상기 에코레벨 및 추출된 상기 최대에코레벨을 포함하는 각종 데이터를 일시 기억하는 제2의 메모리와,

   상기 제1의 메모리에 저장되어 있는 상기 각종 프로그램을 상기 제2의 메모리를 사용하여 실행함으로써, 상기 피험자의 피질골의 밀도를 산출하는 중앙연산처리장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 음향임피던스 산출프로그램에는 상기 최대에코레벨추출수단에 의하여 추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 연조직에 대한 상기 뼈의 초음파반사계수를 산출하기 위한 처리순서 및 산출된 그 초음파반사계수에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스를 산출하기 위한 처리순서가 기술되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 피질골 밀도의 초음파반사계수에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태으로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

   ρ=α'R+β'

   ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

   R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수

   α':회귀계수[kg/㎥]

   β':절편[kg/㎥]
8. 제7항에 있어서, 상기 회귀계수는 α'는 588~1100의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 절편 β'는 953~1060의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
10. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 피질골 밀도의 초음파 반사계수에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

    ρ=B'R^A'

    ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

    R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수

    A':회귀지수

    B':정수[sec/m]
11. 제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스는 다음 식에 의하여 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

    Zb=Za(R+1)/(1-R)

    Zb:피험자의 피질골의 음향임피던스

    Za:연조직의 음향임피던스 또는 물의 음향임피던스

    R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수
12. 제2항 또는 제5항에 있어서, 피질골 밀도의 음향임피던스에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

    ρ=α Zb+β

    ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

    Zb:피험자의 피질골의 음향임피던스[kg/㎡sec]

    α:회귀계수[sec/m]

    β:절편[kg/㎥]
13. 제12항에 있어서, 상기 회귀계수 α는 1.27×10^-4~2.34×10^-4의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 절편 β는 646~887의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
15. 제2항 또는 제5항에 있어서, 피질골 밀도의 음향임피던스에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

    ρ=BZb^A

    ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

    Zb:피험자의 피질골의 음향임피던스[kg/㎡sec]

    A:회귀지수

    B:정수[sec/m]
16. 제15항에 있어서, 상기 회귀지수 A는 0.239~0.445의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 정수 B는 10^0.239~10^1.55의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
18. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파 송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골이 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여, 얻어진 에코데이터에 따라서 상기 피험자의 피질골의 복소음향특성정보를 산출하여, 산출된 복소음향특성정보에 의거하여 골조송증을 진단하기 위한 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

    상기 초음파펄스의 발사시마다, 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하기 위한 에코파형검출수단과,

    검출된 복수의 상기 에코의 수파파형을 비교하여 최대 에코의 수파파형을 추출하기 위한 최대에코파형 추출수단과,

    상기 최대에코의 수파파형을 후리에변환하여 해당 최대에코의 스펙트럼을 구하기 위한 푸리에변환처리수단과,

    구하여진 최대에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 연조직에 대한 피질골의 초음파복소반사계수를 산출하기 위한 복소반사계수 산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
19. 제18항에 있어서, 산출된 상기 초음파 복소반사계수에서 얻어지는 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 진단수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
20. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파 송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하고, 얻어진 에코데이터에 따라서 상기 피험자의 피질골의 복소음향특성정보를 산출하여, 산출된 복소음향특성정보에 의거하여 골조송증를 진단하기 위한 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

    상기 초음파펄스의 발사시마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하기 위한 에코파형검출수단과,

    검출된 복수의 상기 에코의 수파파형을 비교하여 최대에코의 수파파형을 추출하기 위한 최대에코파형 추출수단과,

    상기 최대에코의 수파파형을 후리에 변환하여 당해 최대에코의 스펙트럼을 구하기 위한 후리에변환 처리수단과,

    구하여진 최대에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향임피던스를 산출하기 위한 복소음향임피던스 산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 복소음향임피던스 산출수단은, 상기 푸리에변환처리수단에 의하여 구하여진 최대에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 연조직에 대한 피질골의 초음파복소반사계수를 산출한 후, 산출된 초음파복소반사계수에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향임피던스를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스는 다음 식에 의하여 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

    Zb(ω)=Za(ω)(R(ω)+1)/(1-R(ω))

    Zb(ω):각주파수 ω일 때의 피험자의 피질골의 음향임피던스

    Za(ω):각주파수 ω일 때의 연조직의 음향임피던스 또는 물의 음향임피던스

    R(ω):각주파수 ω일 때의 피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파복소반사계수
23. 제20항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 산출된 상기 복소음향임피던스에서 얻어지는 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 진단수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
24. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파 송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여, 얻어진 에코데이터에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향특성정보를 산출하고, 산출된 복소음향특성정보에 의거하여 골조송증을 진단하기 위한 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

    상기 초음파펄스의 발사시마다, 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하기 위한 처리순서를 기술한 에코파형 검출프로그램과,

    검출된 복수의 상기 에코의 수파파형을 비교하여 최대에코의 수파파형을 추출하기 위한 처리순서를 기술한 최대에코파형 추출프로그램과,

    상기 최대에코의 수파파형을 푸리에변환하여 당해 최대 에코의 스펙트럼을 구하기 위한 처리순서를 기술한 푸리에변환 처리프로그램과,

    구하여진 최대에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 초음파복소반사계수를 산출하기 위한 처리순서를 기술한 복소반사계수 산출프로그램과,

    상기 에코파형 검출프로그램, 최대에코파형 추출프로그램, 푸리에변환 처리프로그램, 복소반사계수 산출프로그램을 포함하는 각종 처리프로그램을 저장하는 제1의 메모리와,

    검출된 상기 에코의 수파파형, 추출된 상기 최대에코의 수파파형 및 스펙트럼을 포함하는 각종 데이터를 일시 기억하는 제2의 메모리와,

    상기 제1의 메모리에 저장되어 있는 상기 각종 프로그램을 상기 제2의 메모리를 사용하여 실행함으로써 상기 피험자의 피질골의 초음파복소반사계수를 산출하는 중앙연산처리장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
25. 초음파펄스를 송수파하기 위한 초음파 송수파기를 가지며, 상기 초음파펄스를 피험자의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 얻어진 에코데이터에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향특성정보를 산출하고, 산출된 복소음향특성정보에 의거하여 골조송증을 진단하기 위한 초음파반사식의 골조송증진단장치에 있어서,

    상기 초음파펄스의 발사시마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하기 위한 처리순서를 기술한 에코파형 검출프로그램과,

    검출된 복수의 상기 에코의 수파파형을 비교하여 최대에코의 수파파형을 추출하기 위한 처리순서를 기술한 최대에코파형 추출프로그램과,

    상기 최대에코의 수파파형을 푸리에변환하여 해당 최대에코의 스펙트럼을 구하기 위한 처리순서를 기술한 푸리에변환 처리프로그램과,

    구하여진 최대에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향임피던스를 산출하기 위한 처리순서를 기술한 복소음향임피던스 산출프로그램과,

    상기 에코파형검출프로그램, 최대에코파형 추출프로그램, 후리에변환 처리프로그램, 복소음향임피던스 산출프로그램을 포함하는 각종 처리프로그램을 저장하는 제1의 메모리와,

    검출된 상기 에코의 수파파형, 추출된 상기 최대에코의 수파파형 및 스펙트럼을 포함하는 각종 데이터를 일시 기억하는 제2의 메모리와,

    상기 제1의 메모리에 저장되어 있는 상기 각종 프로그램을 상기 제2의 메모리를 사용하여 실행함으로써 상기 피험자의 피질골의 복소음향임피던스를 산출하는 중앙연산처리장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 복소음향임피던스 산출프로그램에는, 구하여진 상기 최대에코의 스펙트럼에 의하여 상기 피험자의 피질골의 초음파복소반사계수를 산출하기 위한 처리순서 및 산출된 그 초음파반사계수에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스를 산출하기 위한 처리순서가 기술되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
27. 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서, 초음파펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향하여 반복하여 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 에코레벨을 검출하고, 검출된 상기 에코레벨 중에서 최대에코레벨을 추출하고, 추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 연조직과 상기 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수를 산출한 후, 피질골의 밀도의 상기 초음파반사계수에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 피질골의 밀도를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
28. 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서, 초음파펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 그 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 에코레벨을 검출하고, 검출된 상기 에코레벨중에서 최대에코레벨을 추출하고, 추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스를 산출한 후, 피질골의 밀도의 상기 음향임피던스에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 피질골의 밀도를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
29. 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서, 초음파펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코를 수파하여 에코레벨을 검출하고, 검출된 상기 에코레벨중에서 최대에코레벨을 추출하고, 추출된 상기 최대에코레벨에 의거하여 상기 피험자의 연조직과 상기 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수를 산출하고, 산출된 그 초음파반사계수에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스를 산출한 후, 피질골의 밀도의 상기 음향임피던스에 관한 소정의 회귀식을 사용하여 피험자의 피질골의 밀도를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
30. 제27항에 있어서, 피질골 밀도의 초음파반사계수에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

    ρ=α'R+β'

    ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

    R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수

    α':회귀계수[kg/㎥]

    β':절편[kg/㎥]
31. 제30항에 있어서, 상기 회귀계수 α'는 588~1100의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
32. 제30항에 있어서, 상기 절편 β'는 953~1060의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
33. 제28항 또는 제29항에 있어서, 피질골 밀도의 초음파반사계수에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

    ρ=B'R^A'

    ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

    R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수

    A':회귀지수

    B':정수[sec/m]
34. 제29항에 있어서, 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스는 다음 식에 의해서 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

    Zb=Za(R+1)/(1-R)

    Zb:피험자의 피골질의 음향임피던스

    Za:연조직의 음향임피던스 또는 물의 음향임피던스

    R:피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파반사계수
35. 제28항 또는 제29항에 있어서, 피골질의 밀도의 음향임피던스에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

    ρ=α Zb+β

    ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

    Zb:피험자의 피질골의 음향임피던스[kg/㎡sec]

    α:회귀계수[sec/m]

    β:절편[kg/㎥]
36. 제35항에 있어서, 상기 회귀계수 α는 1.27×10^-4~2.34×10^-4의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
37. 제35항에 있어서, 상기 절편 β는 646~887의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
38. 제28항 또는 제29항에 있어서, 피질골 밀도의 음향임피던스에 관한 상기 회귀식은 다음 식의 형태로 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

    ρBZb^A

    ρ:피질골의 밀도[kg/㎥]

    Zb:피험자의 피질골의 음향임피던스[kg/㎡sec]

    A:회귀지수

    B:정수[sec/m]
39. 제38항에 있어서, 상기 회귀지수 A는 0.239~0.445의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
40. 제38항에 있어서, 상기 정수 B는 10^0.239~10^1.55의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
41. 초음파 송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서 초음파펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하고, 검출된 에코의 수파파형에서 최대에코를 추출하고, 최대에코의 수파파형을 푸리에변환하여 해당 최대에코의 스펙트럼을 구하고, 구하여진 최대 에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 연조직에 대한 피질골의 초음파 복소반사계수를 산출하고, 산출된 초음파 복소반사계수에서 얻어지는 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
42. 초음파송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서 초음파펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하고, 검출된 에코의 수파파형에서 최대에코를 추출하고, 최대에코의 수파파형을 푸리에변환하여 당해 최대에코의 스펙트럼을 구하고, 구하여진 최대에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향임피던스를 산출하고, 산출된 복소음향임피던스에서 얻어지는 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
43. 초음파송수파기를 피험자의 소정의 피부표면에 댄 상태에서 초음파펄스를 상기 피부 밑의 피질골을 향하여 반복 발사하고, 그 때마다 상기 피질골의 표면에서 반사하여 되돌아오는 에코의 수파파형을 검출하고, 검출된 에코의 수파파형으로부터 최대에코를 추출하고, 최대에코의 수파파형을 푸리에변환하여 당해 최대에코의 스펙트럼을 구하고, 구하여진 최대에코의 스펙트럼에 의거하여 상기 피험자의 연조직에 대한 피질골의 초음파 복소반사계수를 산출하고, 산출된 초음파 복소반사계수에 의거하여 상기 피험자의 피질골의 복소음향임피던스를 산출하고, 산출된 복소음향임피던스에서 얻어지는 진폭정보 및 위상정보에 의거하여 골조송증을 진단하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
44. 제43항에 있어서, 상기 피험자의 피질골의 음향임피던스는 다음 식에 의하여 주어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

    Zb(ω)=Za(ω)(R(ω)+1)/(1-R(ω))

    Zb(ω):각주파수 ω일 때의 피험자의 피질골의 음향임피던스

    Za(ω):각주파수 ω일 때의 연조직의 음향임피던스 또는 물의 음향임피던스

    R(ω):각주파수 ω일 때의 피험자의 연조직과 피질골과의 계면에서의 초음파복소반사계수
45. 제27항 내지 제44항 중의 어느 한 항에 있어서, 진단부위가 되는 상기 피질골은 두골, 경골 또는 견갑골의 피질골인 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.