KR19990007913A

KR19990007913A - 골조송증진단장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR19990007913A
Application number: KR1019970707436A
Authority: KR
Inventors: 이시이테쯔야; 쿠리와키마사시; 쿠보타야스유키; 나카모리유우이치
Original assignee: 니시자와스스무; 세키스이가가쿠고오교오가부시키가이샤
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1999-01-25
Also published as: CA2218682A1; WO1997030635A1; EP0821913A1; EP0821913A4; US5902240A

Abstract

개시되는 골조송증진단장치는 초음파 변환요소인 셀(1₁, 1₂, …)이 2차원 모양으로 다수 배열되어 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이(3)를 구비하고, 상기 초음파 트랜스듀서 어레이(3)를 피험자의 소정의 뼈를 덮는 피부표면에 대고, 셀(1₁, 1₂, …)에서 하나씩 순차적으로 초음파펄스를 뼈를 향해 소정의 회수로 발사시키고, 이 때의 뼈에서의 에코를 각 셀(1₁, 1₂, …)에 의해 수신한다. 그리고, 수신된 에코데이터에 대하여 뼈에서의 반사파를 평면파문제로 귀착시키는 평면파문제귀착처리를 행하고, 평면파문제로 귀착되었을 때의 상기 뼈의 반사파 정보를 산출하여 산출결과로부터 피질골 및 계면골의 음향임피던스를 산출하고, 산출된 뼈의 음향임피던스에 의거하여 골조송증을 진단한다. 또한, 뼈의 반사파 정보를 고유값 문제로서 취급하는것도 가능하고, 이와 같이 취급하면 뼈의 형상측정이 불필요하게 된다.

Description

골조송증진단장치 및 그 방법

최근 고령화 사회의 도래에 따라 골조송증(osteoporosis)이라 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 X선을 사용하는 DXA나 QCT 등의 진단장치에 의하여 뼈의 밀도를 정밀하게 측정함으로써 행하여지나, X선에 의한 물리적 진단에서는 장치가 대규모로 되어 피폭의 우려가 있다.

그래서 피폭이 없는 상태에서 취급하는 간단한 장치로서 초음파를 이용하는 진단장치가 보급되어 가고 있다. 초음파를 이용하는 진단장치에서는 초음파가 뼈조직속을 전파할 때의 음속이나 감쇠를 계측하고, 뼈밀도나 뼈의 탄성율(탄성적 강도)을 추정하여 낮은 추정치가 얻어지면, 그것은 뼈에서 칼슘이 빠져나왔기 때문이라고 생각되므로 골조송증이라 진단한다.

예를 들면 특개평 2-104337호 공보(미국특허출원 제193295호)에 기재된 진단장치에서는 측정부위인 피험자의 뼈를 사이에 두고 2개의 초음파 트랜스듀서를 마주보게 하여 한쪽의 초음파 트랜스듀서에서 피험자의 뼈조직을 향하여 초음파 펄스를 발사하고, 뼈조직을 투과하여 온 초음파 펄스를 다른 쪽의 트랜스듀서로 수신함으로써, 뼈조직 중에서의 음속을 측정하고, 뼈조직 내에서의 음속이 느릴수록 골조송증이 진행하고 있다고 진단한다. 이것은 상기 진단장치의 처리 알고리즘이 뼈조직 중에서는 음속이 뼈밀도에 비례한다는 경험에 의거하여 성립하고 있기 때문이다.

그러나 뼈밀도와 음속을 결부시키는 이론적 근거는 불확실하고, 엄밀하게 말하면 뼈조직 중에서의 음속은 뼈밀도에 비례하는 것은 아니고, [뼈의 탄성율/뼈밀도]의 평방근으로 주어진다. 게다가, 뼈의 탄성율과 뼈밀도와는 뼈밀도가 증가하면 뼈의 탄성율도 상승한다는 서로 상쇄하는 모양으로 음속에 기여하기 때문에 뼈조직중에서의 음속은 뼈밀도의 증가에 민감하게는 응답할 수 없고, 뼈조직중에서의 음속과 뼈밀도와의 상관계수는 결코 높지는 않다. 또한, 뼈밀도와 초음파의 감쇠를 결부시키는 이론적 근거도 불확실하다.

따라서, 뼈조직속에서의 음속이나 초음파의 감쇠에 대한 계측결과로부터 뼈밀도나 뼈의 탄성율을 추정한다는 종래의 초음파 투과식의 진단장치로 신뢰성이 높은 진단을 얻는데는 무리가 있었다.

이와 같은 단점을 해소하는 수단으로서, 본 출원인의 출원에 관한 특원평6-310445호 공보, 특원평7-140730호 공보 및 특원평7-140734호 공보 등에 기재되어 있는 바와 같이, 단일 초음파 트랜스듀서를 사용하여 표면이 평탄한 뼈조직을 향해 초음파펄스를 반복하여 방사하여 뼈조직에서 되돌아오는 에코를 수신하고, 수신된 에코중 (수직반사인 에코라고 볼 수 있다) 최대 에코를 추출하고, 추출된 최대 에코에 의거하여 반사계수나 음향 임피던스 등을 산출하고, 이들의 산출치에 의거하여 골조송증을 진단하는 초음파 반사식의 진단장치가 제안되어 있다.

그러나, 상기 공보에 기재된 초음파 반사식 진단장치에 있어서는 초음파 트랜스듀서를 피험자의 피부에 맞댄 상태에서, 표면이 평탄한 뼈조직을 향해 충분히 평면파로 볼 수 있는 초음파 펄스를 방사하여 수직반사의 에코를 수신하도록 하고 있지만, 이를 위해서는 초음파 트랜스듀서의 방향을 여러 가지로 변경하여 최대 에코를 찾아낸다는 조작자의 작업협력도 요구되기 때문에, 조작이 번거롭다는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 피폭이 없는 상태의 간단한 조작으로 높은 신뢰성을 얻을 수 있는 골조송증 진단장치 및 골조송증 진단방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 초음파 펄스를 피험자의 소정의 뼈를 향해 방사하고 뼈에서의 에코를 검지하여 골조송증을 진단하는 초음파 반사식의 골조송증장치 및 골조송증진단방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예인 반사초음파식의 골조송증 진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도,

도 2는 상기 장치의 외관도,

도 3은 상기 진단장치의 사용상태를 나타내는 모식도,

도 4는 상기 진단장치에서 사용되는 초음파 트랜스듀서 어레이의 주요부의 구성을 나타내는 사시도,

도 5는 상기 진단장치의 동작처리순서를 나타내는 플로우챠트,

도 6은 상기 실시예의 동작을 설명하기 위한 도면,

도 7은 상기 실시예의 동작을 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명의 제3 실시예인 골조송증진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도,

도 9는 본 발명의 제4실시예의 성립과정을 설명하기 위한 도면,

도 10은 상기 실시예의 동작처리순서를 나타내는 플로우챠트,

도 11은 상기 제1 실시예의 다른 변형예인 반사초음파식의 골조송증진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.

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

따라서, 본 발명의 제1의 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파 송수신수단과, 상기 각 초음파변환요소에서의 수신신호를 디지털 변환하는 A/D변환기와, N개인 상기 초음파 변환요소중, 제j번째의 초음파 변환요소에서의 초음파 펄스 발사에 의한 뼈에서의 에코를 제i번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하고, 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하는 에코파형계측수단과, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하여 N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하는 산란행열작성수단과, 구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하는 푸리에 변환수단과, 푸리에 변환된 N×N의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 반사파정보산출수단을 구비한 골조송증진단장치가 제공된다.

상기 산란행열작성수단의 바람직한 형태로는 계측할 때, 제i 번째의 초음파 변환요소와 제j 번째의 초음파 변환요소의 필요한 조합은 N(N+1)/2 종류 ∼ N×N종류의 범위내이다.

또한, 상기 푸리에 변환수단에서는 처리 알고리즘에 따라서 뼈에서의 수신에코라고 생각되는 파형에 게이트를 걸어 푸리에 변환하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제2 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기와, N개인 상기 초음파 변환요소중, 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)를 계측하는 에코파형계측수단과, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하고, N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하는 산란행열작성수단과, 구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하는 푸리에 변환수단과, 푸리에 변환된 N×N의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사정보를 산출하는 반사파 정보산출수단을 구비하고,

상기 반사파 정보산출수단은 처리 알고리즘에 따라서 수학식 7의 방정식을 성립시키는 값λ중 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 값λ를 구하고, 구해진 값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 것에 특징을 가지는 골조송증진단장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제3의 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기와, N개인 상기 초음파 변환요소중, 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하는 에코파형계측수단과, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하고, N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하는 산란행열작성수단과, 구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하는 푸리에 변환수단과, 푸리에 변환된 N×N개의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사정보를 산출하는 반사파 정보산출수단을 구비하고,

상기 반사파 정보산출수단은 처리 알고리즘에 따라서 수학식 8을 성립시키는 고유값λ중 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 고유값λ를 구하고, 구해진 고유값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 골조송증진단장치가 제공된다. 한편, 이 경우의 바람직한 형태로는 고유값λ에 소정의 비례정수를 곱하여 뼈의 반사율을 구하도록 하는 것이 바람직하다.

λ는 N×N의 실대칭 행열의 고유값이다.

또한, 본 발명의 제4의 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기와, N개인 상기 초음파 변환요소중, 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하는 에코파형계측수단과, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하고, N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하는 산란행열작성수단과, 구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하는 푸리에 변환수단과, 푸리에 변환된 N×N개의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 반사파 정보산출수단을 구비하고,

상기 반사파 정보산출수단은 처리 알고리즘에 따라서 상기 수신에코 파형 S_ij(t)에 의거하여 측정대상내의 N개(상기 초음파 변환요소와 같은 개수)의 뼈요소의 좌표를 구하고, 또 각각의 수신에코의 전파지연을 고려하여 소정의 형상으로부터의 반사파를 평면파 문제에 귀착시키는 평면파문제귀착처리를 행하여 평면파 문제에 귀착되었을 때의 상기 뼈의 반사파정보를 산출하는 것에 특징을 가지는 골조송증진단장치가 제공된다.

상기 반사파 정보산출수단의 바람직한 형태로는 산출되는 상기 뼈의 반사파정보에는 상기 피험자의 연조직에 대한 피질골의 뼈 반사파 정보와, 상기 피질골에 대한 해면골의 뼈 반사파 정보가 포함된다.

또한, 상기 뼈 반사파 정보에 의거하여 상기 뼈의 음향 임피던스, 또는 피질골의 음향 임피던스와 해면과 뼈의 음향 임피던스를 산출하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 제5의 관점에 의하면, 초음파 변환요소가 2차원 모양 또는 1차원 모양으로 복수 배열되어 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이를 피험자의 소정의 뼈를 덮는 피부표면에 댄 상태에서, 상기 초음파 변환요소에서 하나씩 순차적으로 초음파 펄스를 상기 뼈의 소정의 영역을 향하여 소정의 회수로 발사시키고, 상기 초음파 펄스의 발사때마다 발생하는 상기 뼈에서의 에코를 상기 각 초음파 변환요소에 의해 수신하고, 소정의 수신신호를 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털의 에코신호로 변환한 후, 소정의 해석처리를 행하는 것에 의해 골조송증을 진단하는 골조송증진단장치에 있어서, 상기 복수의 초음파 변환요소에서 측정부위인 상기 뼈의 소정의 영역에 대하여 수학식 9로 나타내는 초음파의 파형을 출력하는 기능을 가지는 골조송증진단장치가 제공된다.

여기서, a₁, a₂, …, a_n은 제1 번째, 제2 번째, …, 제N 번째의 초음파 변환요소에서의 방사파이고,

F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

T(ω)^-1은 임의의 뼈요소에서 임의의 초음파 변환요소까지의 거리를 함수로서 포함하는 그린(green)함수를 요소로 하는 행열 T(ω)의 역행열이다.

또한, 본 발명의 제1∼제5의 관점의 바람직한 형태는, 이 골조송증진단장치는 전기펄스를 소정의 주기로 반복하여 발생하는 펄스발생수단과, 임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 상기 펄스발생수단과 1대 1로 접속시키고/접속처를 전환시키기 위한 출력전환수단과, 임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 상기 아날로그/디지털 변환기와 1대 1로 접속시켜/접속처를 전환하기 위한 입력전환수단과, 상기 출력전환수단을 제어하여 상기 펄스발생수단에서 생성되는 상기 전기 펄스를 상기 각 초음파 변환요소에 순차적으로 공급함과 동시에, 상기 입력전환수단을 제어하여 상기 각 초음파 변환요소에서 출력되는 상기 수신신호를 상기 아날로그/디지털 변환기에 순차적으로 유도하는 제어수단을 구비한 골조송증진단장치가 제공된다.

또, 본 발명의 제1∼제5의 관점의 다른 바람직한 형태로는, 이 골조송증진단장치는, 상기 제어수단은 상기 출력전환수단을 제어하여 각 초음파 변환요소에 전기 펄스를 적어도 N개씩 할당하여 행함과 동시에, 동일한 상기 초음파 변환요소에서 순차적으로 발사되는 N개의 초음파펄스에 대응하여 발생하는 상기 뼈로부터의 N개의 에코에 대하여 상기 입력전환수단을 제어하여 서로 다른 상기 초음파 변환요소로부터 상기 각 에코의 수신신호를 순차적으로 추출하여 상기 아날로그/디지털 변환기로 유도하도록 한다.

또한, 본 발명의 제1∼제5의 관점의 또 다른 바람직한 형태로는, B블록으로 나누어 각 블록에 A개(B, A는 2이상의 자연수)씩, 전체로서 A×B개의 초음파 변환요소를 가진 초음파 트랜스듀서 어레이와, 전기펄스를 소정의 주기로 반복하여 발생하는 펄스발생수단과, 각 블록에 대응하여 설치된 B개의 상기 아날로그/디지털 변환기와, 임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 상기 펄스발생수단과 1대 1로 접속시키고/접속처를 전환하기 위한 출력전환수단과, 각 블록에 있어서, 임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 대응하는 상기 아날로그/디지털 변환기와 1대 1로 접속시키도/접속처를 전환하기 위한 입력전환수단과, 상기 출력전환수단을 제어하여 상기 각 초음파 변환요소에 전기 펄스를 적어도 A개씩 할당하여 행함과 동시에, 동일한 상기 초음파 변환요소에서 순차적으로 발사되는 A개의 초음파 펄스에 대응하여 발생하는 뼈에서의 A개의 에코에 대하여 상기 입력전환수단을 제어하여, 각 블록에 있어서, 서로 다른 상기 초음파 변환요소로부터 상기 각 에코의 수신신호를 순차적으로 추출하여 대응하는 상기 아날로그/디지털 변환기로 유도하는 제어수단을 구비한 골조송증진단장치가 제공된다.

또, 본 발명의 제1∼제5의 관점의 또 다른 바람직한 형태는, 이 골조송증진단장치는 상기 각 초음파 변환요소에 1대 1로 접속되는 복수의 상기 아날로그/디지털 변환기와, 전기 펄스를 소정의 주기로 반복하여 발생하는 펄스 발생수단과, 상기 펄스발생수단에 1대 1로 접속되는 상기 초음파 변환요소를 임의로 선택하고 또는 전환하기 위한 출력전환수단과, 상기 출력전환수단을 제어하여 상기 펄스발생수단에서 생성되는 전기 펄스를 상기 각 초음파 변환요소로 순차적으로 공급하는 제어수단을 구비한 골조송증진단장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제1∼제5의 관점의 또 다른 바람직한 형태는, 이 골조송증진단장치는 상기 각 초음파 변환요소에 1대 1로 접속되는 복수의 상기 아날로그/디지털 변환기와, 상기 각 초음파 변환요소에 1대 1로 접속되는 복수의 펄스발생수단과, 상기 각 펄스발생수단을 순차적으로 제어하여 전기펄스를 각 초음파 변환요소로 순차적으로 공급하는 제어수단을 구비한 골조송증진단장치가 제공된다.

또, 본 발명의 제6의 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소로부터의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기를 사용하여 N개인 상기 초음파 변환요소중 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 수신에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하고, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하여 N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하고, 구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 N×N의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 골조송증진단방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제7의 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기를 사용하여 N개인 상기 초음파 변환요소중 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 수신에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하고, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하여 N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하고, 구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 N×N의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하고,

이 때, 수학식 10을 성립시키는 값λ중 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 값λ를 구하고, 구해진 값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 골조송증진단방법이 제공된다.

또, 본 발명의 제8의 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기를 사용하여 N개인 상기 초음파 변환요소중 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 수신에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하고, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하여 N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하고, 구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 N×N의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하고,

이 때, 수학식 11을 성립시키는 고유값λ중, 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 고유값λ을 구하고, 구해진 고유값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파정보를 산출하는 골조송증진단방법이 제공된다.

λ는 N×N의 실대칭 행열의 고유값이다.

또한, 본 발명의 제9의 관점에 의하면, N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기를 사용하여 N개인 상기 초음파 변환요소중 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 수신에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하고, 계측된 수신에코 파형 S_ij(t)에 의거하여 측정대상내의 N개(상기 초음파 변환요소와 같은 개수)의 뼈요소의 좌표를 구하고, 또 각각의 수신에코의 전파지연을 고려하여 소정의 형상으로부터의 반사파를 평면파 문제로 귀착시키는 평면파문제귀착처리를 행하여 평면파 문제로 귀착되었을 때의 상기 뼈의 반사파정보를 산출하는 골조송증진단방법이 제공된다.

또, 본 발명의 제10의 관점에 의하면, 초음파 변환요소가 2차원 모양 또는 1차원 모양으로 복수 배열되어 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이를 피험자의 소정의 뼈를 덮는 피부표면에 댄 상태에서, 상기 초음파 변환요소에서 하나씩 순차적으로 초음파 펄스를 상기 뼈의 소정의 영역을 향하여 소정의 회수로 발사시키고, 상기 초음파 펄스의 발사때마다 발생하는 상기 뼈에서의 에코를 상기 각 초음파 변환요소에 의해 수신하고, 소정의 수신신호를 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털의 에코신호로 변환한 후, 소정의 해석처리를 행하는 것에 의해 골조송증을 진단하는 골조송증진단장치에 있어서, 상기 복수의 초음파 변환요소에서 측정부위인 상기 뼈의 소정의 영역에 대하여 수학식 12으로 나타내는 초음파의 파형을 출력하는 골조송증진단방법이 제공된다.

여기서, a₁, a₂, …, a_n은 제1 번째, 제2 번째, …, 제N 번째의 초음파 변환요소로부터의 방사파이고,

F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

T(ω)^-1은 임의의 뼈요소에서 임의의 초음파 변환요소까지의 거리를 함수로서 포함하는 그린함수를 요소로 하는 행열 T(ω)의 역행열이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 설명은 실시예를 이용하여 구체적으로 한다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 제1실시예인 반사초음파식의 골조송증 진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도, 도 2는 상기 진단장치의 외관도, 도 3 상기 진단장치의 사용상태를 나타내는 모식도, 도 4는 상기 진단장치에서 사용되는 초음파 트랜스듀서 어레이의 주요부의 구성을 나타내는 사시도, 도 5는 상기 진단장치의 동작처리순서를 나타내는 플로우챠트이다.

우선, 장치의 전체구성부터 개설(槪說)하면, 이 예의 골조송증진단장치는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 초음파 변환요소(엘러먼트(element))인 트랜스듀서 셀(이하, 간단히 셀이라고도 함)(1₁, 1₂, …, 1_N)을 지지원판(2)상에 종으로 16개, 횡으로 16개, 합계 256개 배열하여 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이(3)를 장비한 것으로, 조작자가 이 초음파 트랜스듀서 어레이(3)를 피험자의 측정부위인 뼈(Mb)(피질골(Mb₁), 해면골(Mb₂), 도 3 참조)를 향하여 동작을 개시시키면, 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서 순차적으로 주파수 범위 0.54∼1.62MHz(중심주파수 1MHz)의 초음파 펄스(Ai)를 후술하는 회수로 발사하고, 발사때마다 뼈(Mb)에서 되돌아 오는 에코(Ae)가 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에 의해 수신되고, 장치본체(4)가 케이블(5)을 통해 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)로부터 순차적으로 수신신호를 받아들여 후술하는 디지털 해석처리를 행하여 골조송증을 진단하는 구성으로 되어 있다.

다음에, 장치 각 부에 대하여 설명한다. 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)은 티탄지르콘산납(PZT) 등의 약 3mm각(角)의 두께 진동형 압전소자의 양면에 전극층을 가지고 구성되고, 초음파 펄스(Ai)의 송수신면으로 되는 한쪽의 전극면에는 송신잔향 등의 영향을 제거하기 위해, 필요에 따라서 폴리에틸렌 벌크 등의 공통의 초음파 지연스페이서(6)가 고착된다. 한편, 초음파 지연스페이서(6)도 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)의 공통의 지지체로서 기능할 수 있다.

장치본체(4)는 펄스 발생기(7)와, 출력전환기(8)와, 정합회로(9₁, 9₂, …, 9_N)와, 입력전환기(10)와, 증폭기(11)와, 파형정형기(12)와, A/D변환기(13)와, ROM(14)과, RAM(15)과, CPU(중앙처리장치)(16)와, 디스플레이(17)로 구성되어 있다.

펄스 발생기(7)는 전기 펄스를 소정의 주기 (예컨대, 1msec)로 반복하여 생성하고, 출력전환기(8), 정합회로(9₁, 9₂, …, 9_N) 및 케이블(5)을 경유하여 초음파 트랜스듀서 어레이(3)로 송신한다. 출력전환기(8)는 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)과 펄스 발생기(7)와의 사이에 삽입된 다수의 아날로그스위치 또는 릴레이로 구성되고, CPU(16)로부터 공급되는 지시신호에 따라서 임의의 1의 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에 전기펄스를 선택/전환식으로 공급한다. 정합회로(9₁, 9₂, …, 9_N)는 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)과 1대 1로 접속되고, 초음파 트랜스듀서 어레이(3)와 장치본체(4)의 사이에서 에너지의 손실없이 신호의 수수(授受)가 이루어지도록 임피던스의 정합을 행한다.

또한, 입력전환기(10)는 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)과 증폭기(11)의 사이에 삽입된 다수의 아날로그 스위치 또는 릴레이로 구성되고, CPU(16)에서 공급되는 지시에 따라서 임의의 1의 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서 출력되는 수신신호를 선택/전환식으로 순차적으로 받아들인다. 증폭기(11)는 정합회로(9₁, 9₂, …, 9_N)를 경유하여 입력되는 수신신호를 소정의 증폭도로 증폭한 후, 파형정형기(12)에 입력한다. 파형정형기(12)는 LC구성의 밴드패스필터로 이루어지고, 증폭기(11)에 의해 증폭된 수신신호를 선형으로 파형정형한 후, A/D변환기(13)에 입력한다.

A/D변환기(13)는 도시하지 않은 샘플홀드회로, 고속샘플링메모리 등을 구비하고, CPU(16)의 샘플링개시요구에 따라 입력되는 파형정형기(12)의 출력신호(파형정형된 아날로그의 수신신호)를 소정의 주파수(예컨대, 12MHz)로 샘플링하여 디지털의 에코신호로 변환하고, 이것에 의해, 디지털화된 에코신호를 일단 고속샘플링메모리에 저장한 후 CPU(16)로 송출한다.

ROM(14)은 CPU(16)에 골조송증의 진단을 실행시키기 위한 처리프로그램을 저장한다. 이 처리 프로그램은 송수신시 제어 서브프로그램과, 에코 파형검출처리 서브프로그램과, 뼈요소의 좌표산출 서브프로그램과, 평면파문제귀착처리 서브프로그램과, 반사파 정보산출 서브프로그램과, 뼈(Mb)의 음향 임피던스산출 서브프로그램과, 화상표시제어 서브프로그램을 가지고 구성되어 있다.

RAM(15)은 CPU(16)의 작업영역이 설정되는 워킹에리어와, 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 데이터에리어를 가지고, 예컨대, 에코데이터, 산란행열의 각 요소, 뼈요소의 좌표값 등도 데이터에리어 내에 일시적으로 기억된다.

CPU(16)는 ROM(14)에 저장되어 있는 전술한 처리 프로그램을 RAM(15)을 이용하여 실행함으로써, 펄스 발생기(7), 출력전환기(8), 입력전환기(10), A/D변환기(13) 등의 장치 각부의 제어, 256×256종류의 에코파형의 검출처리(산란행열의 작성), 산란행열의 푸리에변환, 뼈요소의 좌표산출, 그린함수를 요소로 하는 행열의 산출, 평면파 문제귀착처리(산란행열 역푸리에변환처리), 반사파 정보의 산출, 뼈(Mb)의 음향 임피던스의 산출(골조송증의 진단), 뼈형상의 3차원 화상처리 등을 행한다.

또한, 디스플레이(17)에는 CRT디스플레이 또는 액정디스플레이 등이 사용되고, 산출된 뼈(Mb)의 음향 임피던스의 표시나 뼈(Mb)형상의 3차원 화상표시 등이 행하여진다.

다음에 도 5를 참조하여 이 예의 동작(처리의 흐름)에 대하여 설명한다.

우선, 평면성은 좋지 않지만, 초음파 펄스(Ai)의 파장에 비해 곡률반경이 충분히 큰 뼈(Mb)를 측정부위로서 선택한다. 바람직한 측정부위로서는 예컨대, 요추, 상완골, 경골, 발꿈치뼈 또는 대퇴골 경부를 추천할 수 있다.

측정부위가 결정되어 장치에 전원이 투입되면, CPU(16)는 장치 각부의 프리셋, 카운터나 각종 레지스터, 각종 플래그의 초기설정을 행한 후, 측정개시 스위치가 눌려지는 것을 기다린다. 여기서, 조작자는 도 3에 나타낸 바와 같이, 피험자의 측정부위인 뼈(Mb)를 덮는 연조직(Ma)의 표면(피부의 표면(X))에 초음파겔(18)을 바르고, 초음파겔(18)을 통해 초음파 트랜스듀서 어레이(3)를 피부의 표면(X)에 대고 측정개시 스위치를 온(ON)으로 한다. 측정개시 스위치가 온으로 되면 CPU(16)는 이것에 의해 도 5에 나타낸 처리순서에 따라서 각종 처리를 실행한다.

우선, 스텝 SP10에 있어서, CPU(16)는 송수신시 제어 서브프로그램, 에코 파형검출처리 서브프로그램 및 뼈요소의 좌표산출 서브프로그램의 제어에 의해, 뼈(Mb)에서의 에코파형 S_n'n(t)을 계측하여 뼈(Mb)의 3차원 형상을 구하는 처리를 실행한다.

즉, CPU(16)는 초음파 펄스(Ai)송출과 에코(Ae)수신을 각 256×256회 서로 반복하는 제어를 행한다. 이 때, 초음파 펄스(Ai)를 송출할 때는 출력전환기(8)를 제어하여 제1 번째의 셀(1₁)에서 차례로 제256번째의 셀(1_N)까지 전기펄스를 256개씩 할당하여 행한다. 즉, 우선, 1∼256개째의 초음파 펄스(Ai)를 제1 번째의 셀(1₁)에서 발사하고, 257∼512개째의 초음파 펄스(Ai)를 제2 번째의 셀(1₂)에서 발사하는 식으로 (256n - 255)∼256n개째의 초음파 펄스(Ai)를 제n 번째의 셀(1_n)에서 발사한다.

한편, 에코(Ae)를 수신할 때에는 입력전환기(10)를 제어하여 1회의 수신마다 수신신호를 추출하는 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)을 순차적으로 전환하여 행한다. 즉, 최초의 에코(Ae)가 있었을 때는 제1 번째의 셀(1₁)에서 출력되는 수신신호만을 A/D변환기(13)로 유도하고, 2회째의 에코(Ae)가 있었을 때는 제2 번째의 셀(1₂)에서 출력되는 수신신호만을 A/D변환기(13)로 유도하고, n회째의 에코(Ae)가 있었을 때는 제n 번째의 셀(1_n)에서 출력되는 수신신호만을 A/D변환기(13)로 유도한다. 이와 같이 하여, 제n 번째의 셀(1_n)에서 초음파 펄스(Ai)를 발사하고, 이 때의 뼈(Mb)에서의 에코(Ae)를 제n 번째의 셀(1_n)이 수신할 때의 시간 t의 함수인 에코파형S_n'n(t)을 계측하는 것이 256×256종류의 모든 조합에 대하여 행하여진다.

그리고, 계측된 뼈(Mb)에서의 에코파형 S_n'n(t)에 의거하여, C모드 초음파 에코법에 거의 유사한 처리 알고리즘에 의해 뼈(Mb)의 3차원 형상을 구한다. 이 결과, 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)의 개수와 동일한 수의 256개소의 뼈요소(도 6 참조)로 이루어지는 뼈(Mb)의 형상이 각 뼈요소의 3차원 좌표의 집합이라는 형태로 구해진다. 그러므로, CPU(16)는 화상표시 제어 서브프로그램의 제어에 의해, 디스플레이(17)의 화면에 뼈(Mb)의 형상을 3차원 화상(도 3 참조)으로서 표시할 수 있다.

다음에, CPU(16)는 스텝 SP20으로 이동하여 평면파문제귀착처리 서브프로그램의 제어에 의해 스텝 SP10에 있어서 실측된 256×256개의 에코파형S_n'n(t)의 행열표시인 256×256의 산란행열[S_n'n(t)]을 시간(t)으로 푸리에 변환한다(수학식 13 참조).

다음에, CPU(16)는 평면파문제귀착처리 서브프로그램의 제어에 의해, 스텝 SP20∼SP40의 처리를 행한다.

CPU(16)는 스텝 SP30에 있어서, 제m 번째의 뼈요소에서 제n 번째의 셀(1_n)까지의 거리(r_nm)(도 6 참조)를 스텝 SP10에서 산출된 뼈요소의 좌표에서 계산하고, 수학식 14에서 주어지는 그린 함수를 요소로 하는 256×256의 행열 T(ω)를 구한 후, 스텝 SP40에서, 수학식 15에서 주어지는 256×256의 뼈(Mb)의 산란행열 σ(ω)를 계산한다. 한편, σ(ω)는 피질골(Mb₁)과 해면골(Mb₂)의 계면에서의 뼈(Mb)의 산란행열이고, 이것에 대하여 [S_n'n(t)]는 연조직(Ma)속을 되돌아 가는 에코(Ae)의 전파지연을 더 고려하여 넣은 뼈(Mb)의 산란행열이고, 상기한 바와 같이, 실측된 것이다.

여기서, P_n은 제n번째의 셀(1_n)의 면적이고, P_m은 제m 번째의 뼈요소의 면적이다.

여기서, T(ω)^-1은 그린 함수(수학식 14)를 요소로 하는 행열 T(ω)의 역행열이다.

뼈의 산란행열 σ(ω)를 제공하는 수학식 15는 다음과 같이 유도된다.

임의의 조합의 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서 발사된 초음파 펄스(Ai)는 피질골(Mb₁)의 위치에서는 수학식 16과 같이 표시된다.

여기서, a₁, a₂, …, a_N은 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서의 방사파이고, b₁, b₂, …, b_N은 피질골(Mb₁)의 각 뼈요소(m = 1, 2, …, N ; N = 256)로의 입사파를 표시하고 있다.

다음에, 피질골(Mb₁)에 입사된 초음파 펄스(Ai)가 뼈(Mb)내부(특히, 피질골(Mb₁)과 해면골(Mb₂)의 계면)에서 산란되어 다시 연조직으로 방출되었을 때의 각 뼈요소(m = 1, 2, …, N ; N = 256)의 표면에서의 산란파의 진폭 c₁, c₂, …, c_N은 수학식 17로 주어진다.

뼈(Mb)에서의 산란파가 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)로 되돌아 왔을 때의 에코(Ae)의 파형(수신파형)은 수학식 18로 주어진다.

여기서, d₁, d₂, …, d_N은 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서의 수신진폭을 나타내고 있다.

따라서, 수학식 16, 수학식 17, 수학식 18을 조합하면, 수학식 19가 얻어지고, 수학식 19에 의해 뼈의 산란행열 σ(ω)을 제공하는 수학식 15가 얻어진다.

다음에, CPU(16)는 스텝 SP50에서는 평면파문제귀착처리 서브프로그램 및 반사파 정보 산출 서브프로그램의 제어에 의해 수학식 20을 구하고, 이것을 역푸리에 변환하여 반사파정보 σ(t)의 시간파형을 구한다. 이와 같이 하여 도 7에 나타내 바와 같은 연조직(Ma)에 대한 피질골(Mb₁)의 반사파정보(반사계수)(σ₁)와, 피질골(Mb₁)에 대한 해면골(Mb₂)의 반사파정보(σ₂)가 구해진다.

수학식 20은 다음과 같이 유도된다.

피질골(Mb₁)로의 입사초음파(Ai)의 파면이 피질골(Mb₁)의 표면에 평행할 때의 뼈(Mb)에서의 산란파의 진폭은 수학식 16, 수학식 17에서 유도되는 수학식 21로 주어진다.

즉, 수학식 21에 있어서, 피질골(Mb₁)의 두께가 동일하고, 피질골(Mb₁)의 곡률반경이 입사초음파의 파장에 비해 충분히 크면 수학식 22가 성립하므로, 그 평균을 σ(ω)로 하면, 수학식 20이 성립한다.

여기서, σ(ω)는 정방행열(이 예에서는 256×256의 정방행열)의 각 요소 σ(ω)_m ^, _m의 합이고, 요소 σ(ω)_m ^, _m의 물리적 의미는 연조직(Ma)에서 제m 번째의 뼈요소에만 초음파 펄스(Ai)가 입사했을 때에 이 입사 음파와, 뼈(Mb)의 내부에서 초음파가 산란되어 다시 제m' 번째의 요소에서 연조직(Ma)에 방사되는 음파와의 비(比)이다.

다음에, σ(ω)의 물리적 의미, 즉, 정방행열의 각 요소 σ(ω)_m ^, _m의 합을 갖는 것의 물리적 의미는 다음과 같다.

수학식 20에 있어서, 우변의 종행열의 요소가 모두 1이기 때문에, 각 뼈요소에 입사하는 초음파(Ai)는 진폭이 위상도 포함하여 모두 동일하게 되지만, 이것은 뼈(Mb)의 표면에 평행한 파면이 입사된 것과 음향학적으로 등가이다. 또한, 피질골(Mb₁)의 두께가 동일하다면, 뼈(Mb)표면에 평행한 파면의 파는 피질골(Mb₁)과 해면골(Mb₂)의 계면에서 동일하게 반사되고, 피질골(Mb₁)의 표면에 평행한 파면을 가지고 피질골(Mb₁)내를 전파하여 평행한 파면으로 연조직(Ma)으로 방사된다. 이것은 각 요소에서 진폭과 위상이 갖추어진 파이지만, 여기서는 분모에 뼈요소의 총수 N(=256)이 있는 것으로, 평균화되어 있는 것을 나타낸다. 이와 같이 생각하면, 반사면과 파면이 평행하기 때문에 이 문제는 간단한 평면파의 문제로 귀착되게 된다.

이 후, CPU(16)는 스텝 SP60으로 진행하여 뼈(Mb)의 음향 임피던스산출 서브프로그램의 제어에 의해 수학식 23 및 수학식 24에 의거하여 피질골(Mb₁)의 음향 임피던스(Zb₁)와 해면골(Mb₂)의 음향 임피던스(Zb₂)를 구한다.

여기서, Za는 연조직(Ma)의 음향 임피던스를 나타낸다.

수학식 23 및 수학식 24는 수학식 25 및 수학식 26에서 주어진다.

한편, 도 7에 나타낸 바와 같이, 연조직(Ma)-피질골(Mb₁)계면에서의 반사파수신시각과, 피질골(Mb₁)-해면골(Mb₂)계면에서의 반사파수신시각과의 차 τ와, 피질골(Mb₁)의 음향 임피던스(Zb₁)와의 곱으로부터 피질골(Mb₁)의 면적밀도(τ·Zb₁)를 구할 수 있다.

이 예의 구성에서는 산출된 뼈(Mb)의 음향 임피던스에 의거하여 골조송증의 진행상황을 판단한다.

뼈의 음향 임피던스는 [뼈탄성율×뼈밀도]의 평방근으로 주어지고, 파라미터인 [뼈탄성율]과 [뼈밀도]는 한쪽이 증가(감소)하면 다른쪽도 증가(감소)하는 관계에 있다. 그러므로, 뼈밀도가 증가(감소)하면, 뼈탄성도 증가(감소)하기 때문에, 음향 임피던스는 이 상승효과에 의해 민감하게 응답하여 현저하게 증가(감소)한다. 따라서, 뼈의 음향 임피던스는 뼈밀도를 판단하는데 있어서, 대단히 좋은 지표로 된다. 예컨대, 조작자는 피험자의 뼈의 음향 임피던스가 그 연령층의 평균치보다 현저히 작은 경우에는 뼈의 골조송증이 악화하고 있는 것이 판단된다.

또한, 이 예의 구성에서는 뼈에서의 반사파를 평면파문제에 귀착시키는 평면파문제귀착처리가 행하여지므로 평면성이 나쁜 뼈도 측정부위로 될 수 있고, 또, 초음파 트랜스듀서의 방향도 문제로 되지 않는다. 결국, 뼈 표면의 평탄성이나 형상에 관계없이 뼈의 음향 임피던스를 측정할 수 있기 때문에, 대단히 사용상 편리함이 좋고 측정신뢰성도 향상한다. 또한, 피질골 및 계면골의 양쪽의 음향 임피던스를 구할 수 있으므로, 신뢰성이 현저히 향상한다. 또, 디스플레이(17)에는 뼈의 3차원화상이 표시되기 때문에 진단정보가 현저하게 증가한다.

제2 실시예

다음에, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.

이 제2 실시예에서는 측정부위인 뼈에서의 반사파를 평면파문제로 귀착시키는 평면파문제귀착처리의 수법이 전술한 제1 실시예의 그것과 다른 점을 제외하면, 제1실시예와 거의 동일한 구성이다.

즉, 이 제2실시예에서는 복수의 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서 측정부위인 뼈(Mb)에 대하여 수학식 27에서 나타내는 초음파의 파형을 거의 동시에 출력하는 구성으로 되어 있다. 이 출력파면은,

여기서, a₁, a₂, …, a_N는 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서의 방사파이고,

F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

T(ω)^-1은 임의의 뼈요소에서 임의의 셀까지의 거리를 함수로서 포함하는 그린함수를 요소로 하는 행열 T(ω)의 역행열이다.

이 때, 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서 수신되는 에코(Ae)(수학식 28)를 푸리에 변환하여 수학식 29를 구하고 또, 수학식 30을 구한다(이 수학식 30은 제1 실시예에서의 수학식 20에 대응하고 있다). 다음에 수학식 30을 역푸리에 변환하여 반사파정보σ(t)의 시간파형을 구한다. 이와 같이 하여, 연조직(Ma)에 대한 피질골(Mb₁)의 반사파정보(반사계수) σ₁과, 피질골(Mb₁)에 대한 해면골(Mb₂)의 반사파 정보 σ₂가 구해진다(도 7).

여기서, e₁, e₂, …, e_N는 각 셀(1₁, 1₂, …, 1_N)에서의 수신파형을 나타내고 있다.

이와 같이, 이 제2 실시예에 의해서도, 제1 실시예에 있어서 전술한 것과 거의 같은 효과를 얻을 수 있다.

제3 실시예

도 8은 본 발명의 제3 실시예인 골조송증진단장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.

이 제3 실시예의 구성이 전술한 제1 실시예의 그것과 크게 다른 점은 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 장치본체(4a)에 있어서, 출력전환기(8)와 입력전환기(10)를 없애고, 셀(19₁, 19₂, …, 19₆₄)의 하나하나에 전용 펄스발생기(7₁, 7₂, …, 7₆₄), 증폭기(11₁, 11₂, …, 11₆₄), 파형정형기(12₁, 12₂, …, 12₆₄) 및 A/D변환기(13₁, 13₂, …, 13₆₄)를 설치한 점이다. 이 예의 초음파 트랜스듀서 어레이(3a)는 크기가 약 1mm×1mm의 정방형의 셀(19₁, 19₂, …, 19₆₄)을 4mm핏치로 종으로 8개, 횡으로 8개, 합계 64개를 배열하여 이루어진다.

이 제2 실시예의 구성에서는 제k 번째의 셀(19_k)에서 주파수범위 0.54∼1.62MHz(중심주파수 1MHz)의 초음파 펄스(Ai)가 송출되면, 모든 셀(19₁, 19₂, …, 19₆₄)에 의해, 그 에코(Ae)가 수신되어 각각의 증폭기(11₁, 11₂, …, 11₆₄), 파형정형기(12₁, 12₂, …, 12₆₄) 및 A/D변환기(13₁, 13₂, …, 13₆₄)에 입력되고, CPU(16)에 받아들여진다.

그러므로, 초음파 펄스(Ai)의 송출은 제1 실시예에서는 N×N(N은 셀수)회 필요한 것에 비해 이 예에서는 N회로 이루어진다. 따라서, 이 예의 구성에 의하면, 제1 실시예의 구성보다 N배로 처리속도가 향상한다.

제4 실시예

이 제4 실시예의 구성이 전술한 제1∼제3 실시예의 구성과 크게 다른 점은 뼈형상의 측정을 전제로 하지 않고, 연조직(Ma)-뼈(Mb)의 계면반사율 λa를 정밀하게 측정할 수 있도록 한 점이다. 한편, 장치의 하드웨어구성에서는 도 8(제2 실시예)과 거의 동일한 구성이다.

이 예에서는 연조직(Ma)-뼈(Mb)의 계면반사율 λa은 N×N의 실대칭행열(수학식 31)의 고유값 문제로서 취급된다.

이하, 연조직(Ma)-뼈(Mb)의 계면반사율 λa가 N×N의 실대칭행열(수학식 31)의 고유값문제로서 취급되는 것을 설명한다.

여기서는 도 9에 나타낸 바와 같이, 반사체(Π)를 둘러싸는 폐곡면상에 관측면(Γ_o)을 설치한다. 이 관측면(Γ_o)에는 무수한 트랜스듀서 셀이 배치되어 있어 반사체(Π)를 향하여 임의의 파동 ψ_in을 송파할 수 있도록 되어 있다. 여기서, t〈 0에서, 관측면(Γ_o)에서 파동 ψ_in이 송파되고, t = -0에서 반사체(Π)의 표면(Γ_r)에 따른 파면을 형성한 것으로 한다. 반사체(Π)의 수직반사율 λ는 주파수 ω에 관계없이 일정(실수)하게 하고, 또 반사체(Π)와 관측면(Γ_o)과의 사이의 매질(Ω)내에서는 파동의 감쇠가 없는 것으로 하면, 매질(Ω)내에서는 수학식 32에 나타낸 바와 같은 함수식이 성립한다.

여기서, ψ_in는 반사체(Π)를 향하는 입사파의 파동함수, ψ_sc는 반사체(Π)에서 되돌아오는 산란파의 파동함수, x는 위치좌표이다.

수학식 32의 양변에, exp(-jωt)을 곱하여 시간적분하면,

수학식 33, 수학식 34에서 수학식 35를 얻는다.

또한, 일반적으로 산란파와 입사파의 사이에는 수학식 36에 나타낸 바와 같은 관계식도 성립한다.

여기서, σ(ω, x, x')는 x'상의 파원(波元)에서 나온 파동이 반사체(Π)의 표면(Γ_r)에서 산란되어 x상에 만들어지는 곳이고, 산란파라미터라 부른다.

수학식 35와 수학식 36에서 수학식 37이 유도된다.

다음에, 수학식 37을 이산화처리(離散化處理)하기 위해, 관측면(Γ_o)을 작은 메쉬(mesh) (Δj = 0, 1, …, N-1)로 나눈다. 여기서, 메쉬(Δj = 0, 1, …, N-1)는 미소셀의 각각의 넓이(면적)에 상당한다. 메쉬내에서는 파동함수 ψ_in, ψ_sc의 변화는 무시할 수 있으므로 수학식 37은 수학식 38의 형태로 나타난다.

수학식 38의 양변에 Δi^1/2를 곱하여 변형하면 수학식 39가 얻어진다.

여기서 ( )의 속을 Ψ_in(ω,j),

σ(ω, xi, xj)Δi^1/2Δi^1/2= S(ω, i, j)로 하면, 수학식 40이 얻어진다. 한편, S(ω, i, j)는 이산화된 산란파라미터이고, j 번째 면의 메쉬(셀)에서 나온 출력(송파)신호가 반사체(Π)의 표면(Γ_r)에서 산란되어 i번째의 메쉬(셀)로 되돌아왔을 때의 입력(수신)신호를 의미한다.

여기서, Ψ_sc(ω,i)는 N개의 모든 메쉬(셀)에서 나와 행하는 단위출력신호가 반사체에서 산란되어 i 번째 면의 메쉬(셀)에 되돌아왔을 때의 입력(수신)신호를 의미한다.

수학식 40을 행열형식으로 쓰면, 수학식 41, 수학식 42, 수학식 43으로 나타난다.

이 산란파라미터 S(ω)는 N×N의 복소대칭행열이고, 측정에 의해 얻어지는 것이다. 수학식 43을 실부와 허부로 나누어 쓰면, 수학식 44, 수학식 45가 얻어진다.

수학식 45의 양변에 -1을 곱하여 수학식 44, 수학식 45를 행열형식으로 쓰면 수학식 46이 얻어진다.

여기서, 산란파라미터 S(ω)는 N×N의 대칭행열이므로, 수학식 46의 형태는 반사체(Π)의 수직반사율 λ가 2N×2N의 실대칭 행열 고유값 문제로 되는 것을 나타내고 있다. 따라서, λ는 항상 실수이다.

가 수학식 34의 λ에 대한 고유벡터일 때,

에 좌에서 곱하면,

으로 된다.

그러므로 수학식 46의 고유값λ는 N개의 양의 고유값(λ_0,λ_{1, …,}λ_N-1)과, N개의 음의 고유값(-λ_0,-λ_{1, …,}-λ_N-1)이 존재한다. 가장 큰 고유값(절대치)은 가장 큰 반사율에 상당한다. 따라서, 실제로는 셀의 주파수 특성 등 때문에, 고유값(절대치)λ₀은 그 물체의 반사율에 비례한 것으로서 얻어진다. 그러므로, 이 예에서는 반사율 λb가 이미 알고 있는 기지의 물체에 대하여 산란파라미터 S(ω)를 계측하여 가장 큰 고유값(절대치)λ₀를 산출하여 비례정수를 얻는다.

다음에, 도 10을 참조하여 이 예의 동작(처리의 흐름)에 대하여 설명한다.

우선, 평면성은 좋지 않지만, 초음파 펄스(Ai)의 파장에 비해 곡률반경이 충분히 큰 뼈(Mb)를 측정부위로서 선택한다. 바람직한 측정부위로서는 예컨대, 요추(腰椎), 상완골(上腕骨), 경골(脛骨), 발꿈치뼈 또는 대퇴골경부(大腿骨頸部)를 들 수 있다.

장치에 전원이 투입되면 CPU는 장치 각부의 초기설정을 행한 후 측정개시 스위치가 눌러지는 것을 기다린다. 여기서, 조작자는 도 3에 나타낸 바와 같이 피험자의 측정부위, 예컨대, 요추, 상완골, 경골, 발꿈치뼈 또는 대퇴골 경부 등의 뼈(Mb)를 덮는 연조직(Ma)의 표면(피부의 표면(X))에 초음파겔(18)을 바르고, 초음파겔(18)을 통해 초음파 트랜스듀서 어레이(3)를 피부의 표면(X)에 대고 측정개시 스위치를 온(ON)으로 한다. 측정개시 스위치가 온으로 되면 CPU는 이것에 의해 도 10에 나타낸 처리순서에 따라서 각종 처리를 실행한다.

우선, 스텝 SQ10에 있어서, CPU는 송수신시 제어 서브프로그램의 제어에 의해 수신파형 S(t)을 계측한다. 그리고, 8×8(8;셀 개수)의 실대칭행열 [S(t)]을 작성한다.

이 때, CPU는 초음파 펄스(Ai)송출과 에코(Ae)수신을 각 8×8 = 64회 서로 반복하여 제어를 행한다. 이 제4 실시예에서는 제k 번째의 셀에서 초음파 펄스(Ai)가 송출되면, 모든 셀에 의해 그 에코(Ae)가 수신되고, 각각의 증폭기, 파형정형기 및 A/D변환기에 입력되어 CPU에 받아들여진다.

다음에, CPU는 스텝 SQ20, SQ30에 있어서, 8×8의 실대칭 행열인 수신파형 S(t)에 대하여 뼈(Mb)에서의 수신에코라고 생각되는 파형 S_n'n(t)에 게이트를 걸어 푸리에 변환한다. 그리고, 8×8의 복소대칭행열인 산란행열[S_n'n(ω)]을 작성한다. 스텝 SQ40에서는 SQ30에 있어서 작성된 산란행열[S_n'n(ω)]을 처리하여 수학식 31에 나타낸 N×N의 실대칭 행열식을 얻는다. 스텝 SQ50에서 수학식 34에서 가장 큰 고유값(절대치)λ₀를 산출하고, 산출된 고유값λ₀에 비례정수를 곱하여 뼈(Mb)의 반사율을 구한다.

이후, CPU는 스텝 SQ60으로 진행하고 뼈(Mb)의 음향 임피던스 산출 서브프로그램의 제어에 의해 뼈(Mb)의 음향 임피던스(Zb)를 구한다.

이와 같이, 이 예의 구성에 의하면, 제1∼제3 실시예에서는 필요로 되는 뼈형상의 측정이 불필요하게 되므로 신호처리가 현저히 신속하게 된다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위의 설계의 변경 등이 있더라도 본 발명에 포함된다. 예컨대, 트랜스듀서를 구성하는 초음파 진동자는 두께 진동형으로 한정되지 않고, 휨 진동형이라도 된다.

마찬가지로, 사용중심주파수도 한정되지 않는다. 셀의 개수도 64개나 256개로 한정되지 않고, 필요에 따라서 증감할 수 있다. 또한, 초음파 트랜스 듀서는 2차원 구성의 것으로 한정되지 않고, 트랜스듀서를 선모양으로 늘어놓은 1차원 구성의 것이라도 된다.

또한, 연조직(Ma)의 음향 임피던스는 물의 음향 임피던스에 가깝기 때문에, 수학식 12∼수학식 15의 적용에 있어서는 연조직(Ma)의 음향 임피던스를 대신하여 물의 음향 임피던스(이미 알고 있음)를 사용해도 된다.

한편, 도 11에 나타낸 바와 같이, 셀 1₁, 1₂, …, 1_N을 복수의 블록으로 나누고, 각 블록마다 A/D변환기(13, 13)를 준비하도록 해도 된다.

또한, 전술한 제1 실시예에서는 N×N회(N은 셀개수)펄스를 발생시켰지만, 상반(相反)정리에 의해 최소한 N(N+1)/2회 발생시키면 된다.

또, 가장 큰 1의 고유값을 사용하는 경우에 한정되지 않고, 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 복수의 고유값을 사용해도 된다.

본 발명의 초음파반사식의 골조송증진단장치 및 방법은 병원이나 스포츠시설이나 건강복지시설 등에 설치하는데 적용하고 있는데, 장치가 소형이고 경량이어서 조작이 간이하고, 또한, 방사선피폭의 우려도 없기 때문에, 고령자 가정의 건강관리기기로서 사용하여도 아주 바람직하다.

Claims

N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와,

상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파송수신수단과,

상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털변환하는 A/D변환기와,

N개인 상기 초음파 변환요소중, 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파펄스 발사에 의한 뼈에서의 에코를 제i 번째의 초음파 변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하는 에코파형 계측수단과,

이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하고, N×N의 산란행열[S_ij(t)]을 구하는 산란행열작성수단과,

구해진 상기 산란행열[S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하는 푸리에 변환수단과,

푸리에 변환된 N×N의 산란행열[S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 반사파 정보산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항에 있어서, 상기 산란행열 작성수단에 있어서, 필요한 조합은 N(N+1)/2종류∼N×N종류의 범위내인 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항에 있어서, 상기 푸리에 변환수단은 처리 알고리즘에 따라서, 뼈에서의 수신에코라고 생각되는 파형에 게이트를 걸어 푸리에 변환하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사파 정보산출수단은 처리 알고리즘에 따라서, 수학식 1의 방정식을 성립시키는 값λ중, 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 값λ을 구하고, 구해진 값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

S_ij(ω) ; 상기 산란행열 [S_ij(ω)]의 요소

Ψ_j(ω) ; 제j 번째의 초음파 변환요소에서 뼈를 향해 발신하는 신호

Ψ_i ^*(ω) ; Ψ_i(ω)의 복소공역

Ψ_j(ω)는 규격화되어 있다.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사파 정보산출수단은 처리 알고리즘에 따라서, 수학식 2를 성립시키는 고유값λ중, 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 고유값λ를 구하고, 구해진 고유값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

수학식 1을 행열형식으로 쓰면,

S(ω)는 복소대칭행열로 이것을 실부와 허부로 나누어 행열형식으로 쓴 것이 수학식 2이다.

따라서, 수학식 2의 λ는 N×N의 실대칭행열의 고유값이다.
제3항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사파정보산출수단은 처리 알고리즘에 따라서, 얻어진 상기 값λ 또는 고유값λ에 소정의 비례정수를 곱하여 뼈의 반사율을 구하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항에 있어서, 상기 반사파정보산출수단은 처리 알고리즘에 따라서 상기 수신에코파형 S_ij(t)에 의거하여 측정대상내의 N개(상기 초음파 변환요소와 같은 개수)의 뼈요소의 좌표를 구하고, 또한, 각각의 수신에코의 전파지연을 고려하여 소정의 형상으로부터의 반사파를 평면파문제로 귀착시키는 평면파문제귀착처리를 행하고, 평면파문제로 귀착되었을 때의 상기 뼈의 반사파정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제7항에 있어서, 상기 반사파정보산출수단에 의해 산출되는 상기 뼈의 반사파정보에는 상기 피험자의 연조직에 대한 피질골의 뼈반사파 정보와, 상기 피질골에 대한 해면골의 뼈반사파 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사파정보산출수단에 의해 산출된 상기 뼈반사파정보에 의거하여, 상기 뼈의 음향 임피던스, 또는 피질골의 음향 임피던스와 해면과 뼈의 음향 임피던스를 산출하는 음향 임피던스산출수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 전기 펄스를 소정의 주기로 반복하여 발생하는 펄스발생수단과, 임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 상기 펄스발생수단과 1대 1로 접속시키고/접속처를 변경하기 위한 출력전환수단과,

임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 상기 아날로그/디지털 변환기와 1대 1로 접속시키고/접속처를 변경하기 위한 입력전환수단과,

상기 출력전환수단을 제어하여 상기 펄스발생수단에서 생성되는 상기 전기 펄스를 상기 각 초음파 변환요소에 순차적으로 공급함과 동시에,

상기 입력전환수단을 제어하여 상기 각 초음파 변환요소에서 출력되는 상기 수신신호를 상기 아날로그/디지털 변환기에 순차적으로 유도하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제10항에 있어서,

초음파 변환요소가 2차원 모양 또는 1차원 모양으로 N개(N은 2이상의 자연수) 배열되어 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이를 구비하고, 또한,

상기 제어수단은 상기 출력전환수단을 제어하여 상기 각 초음파 변환요소에 전기펄스를 적어도 N개씩 할당하여 행함과 동시에,

동일한 상기 초음파 변환요소에서 순차적으로 발사되는 N개의 초음파 펄스에 대응하여 발생하는 상기 뼈에서의 N개의 에코에 대하여 상기 입력전환수단을 제어하여 서로 다른 상기 초음파 변환요소에서 상기 각 에코의 수신신호를 순차적으로 추출하여 상기 아날로그/디지털 변환기에 유도하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,

B블록으로 나누고 각 블록에 A개(B, A는 2이상의 자연수)씩, 전체로서 A×B개의 초음파 변환요소를 가지는 초음파 트랜스듀서 어레이와,

전기 펄스를 소정의 주기로 반복하여 발생하는 펄스발생수단과, 각 블록에 대응하여 설치된 B개의 상기 아날로그/디지털 변환기와,

임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 상기 펄스발생수단과 1대 1로 접속시키고/접속처를 전환하기 위한 출력전환수단과,

각 블록에 있어서, 임의의 1의 상기 초음파 변환요소를 선택하여 대응하는 상기 아날로그/디지털 변환기와 1대 1로 접속시키고/접속처를 전환하기 위한 입력전환수단과,

상기 출력전환수단을 제어하여 상기 각 초음파 변환요소에 전기 펄스를 적어도 A개씩 할당하여 행함과 동시에,

동일한 상기 초음파 변환요소에서 순차적으로 발사되는 A개의 초음파펄스에 대응하여 발생하는 뼈에서의 A개의 에코에 대하여 상기 입력전환수단을 제어하고, 각 블록에 있어서, 서로 다른 상기 초음파 변환요소에서 상기 각 에코의 수신신호를 순차적으로 추출하여 대응하는 상기 아날로그/디지털 변환기에 유도하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 초음파 변환요소에 1대 1로 접속되는 복수의 상기 아날로그/디지털 변환기와,

전기 펄스를 소정의 주기로 반복하여 발생하는 펄스발생수단과,

상기 펄스발생수단에 1대 1로 접속되는 상기 초음파 변환요소를 임의로 선택하고 또는 전환하기 위한 출력전환수단과,

상기 출력전환수단을 제어하고, 상기 펄스발생수단에 있어서 생성되는 전기 펄스를 상기 각 초음파 변환요소에 순차적으로 공급하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 초음파 변환요소에 1대 1로 접속되는 복수의 상기 아날로그/디지털 변환기와,

상기 각 초음파 변환요소에 1대 1로 접속되는 복수의 펄스발생수단과,

상기 각 펄스발생수단을 순차적으로 제어하고, 전기 펄스를 각 초음파 변환요소에 순차적으로 공급하는 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
초음파 변환요소가 2차원 모양 또는 1차원 모양으로 복수 배열되어 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이를 피험자의 소정의 뼈를 덮는 피부표면에 댄 상태에서, 상기 초음파 변환요소에서 하나씩 순차적으로 초음파 펄스를 상기 뼈의 소정의 영역을 향하여 소정의 회수로 발사시키고, 상기 초음파펄스의 발사때마다 발생하는 상기 뼈에서의 에코를 상기 각 초음파 변환요소에 의해 수신하고, 소정의 수신신호를 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털의 에코신호로 변환한 후, 소정의 해석처리를 행하는 것에 의해, 골조송증을 진단하는 골조송증진단장치에 있어서,

상기 복수의 초음파 변환요소에서 측정부위인 상기 뼈의 소정의 영역에 대하여, 수학식 3으로 나타내는 초음파의 파형을 출력하는 기능을 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.

여기서, a₁, a₂, …, a_N은 제1 번째, 제2 번째, …, 제N 번째의 초음파 변환요소에서의 방사파이고,

F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

T(ω)^-1은 임의의 뼈요소에서 임의의 초음파 변환요소까지의 거리를 함수로서 포함하는 그린함수를 요소로 하는 행열 T(ω)의 역행열이다.
제1항 내지 제15항중 어느 한 항에 있어서, 측정부위로 되는 상기 뼈는 요추(腰椎), 상완골(上腕骨), 경골(脛骨), 발꿈치뼈 또는 대퇴골경부(大腿骨頸部)인 것을 특징으로 하는 골조송증진단장치.
N개(N은 2이상의 자연수)의 초음파 변환요소의 2차원 모양 또는 1차원 모양의 배열로 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이와, 상기 각 초음파 변환요소에 접속되는 초음파 송수신수단과, 상기 각 초음파 변환요소에서의 수신신호를 디지털 변환하는 A/D변환기를 사용하고,

N개인 상기 초음파 변환요소중, 제j 번째의 초음파 변환요소에서의 초음파 펄스 발사에 의한 뼈에서의 수신에코를 제i번째의 초음파변환요소에 의해 수신하여 수신에코파형 S_ij(t)을 계측하고, 이 계측을 필요한 조합에 대하여 행하여 N×N의 산란행열 [S_ij(t)]을 구하고,

구해진 상기 산란행열 [S_ij(t)]을 시간으로 푸리에 변환하고,

푸리에 변환된 N×N의 산란행열 [S_ij(ω)]에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
제17항에 있어서, 상기 반사파 정보의 산출에는 수학식 4를 성립시키는 값λ중, 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 값λ를 구하고, 구해진 값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

S_ij(ω) ; 상기 산란행열 [S_ij(ω)]의 요소

Ψ_j(ω) ; 제j 번째의 초음파 변환요소에서 뼈를 향해 발신하는 신호

Ψ_i ^*(ω) ; Ψ_i(ω)의 복소공역

Ψ_j(ω)는 규격화되어 있다.
제17항에 있어서, 상기 반사파 정보의 산출에는 수학식 5를 성립시키는 고유값λ중, 절대치가 큰쪽에서부터 계산하여 단수 또는 복수의 고유값λ를 구하고, 구해진 고유값λ에 의거하여 피험자의 뼈의 반사파 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

수학식 4를 행열형식으로 쓰면,

로 된다.
제17항에 있어서, 상기 수신에코파형 S_ij(t)에 의거하여 측정대상내의 N개(상기 초음파 변환요소와 같은 개수)의 뼈요소의 좌표를 구하고, 또한, 각각의 수신에코의 전파지연을 고려하여 소정의 형상으로부터의 반사파를 평면파문제로 귀착시키는 평면파문제귀착처리를 행하고, 평면파문제로 귀착되었을 때의 상기 뼈의 반사파정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.
초음파 변환요소가 2차원 모양 또는 1차원 모양으로 복수 배열되어 이루어지는 초음파 트랜스듀서 어레이를 피험자의 소정의 뼈를 덮는 피부표면에 댄 상태에서, 상기 초음파 변환요소에서 하나씩 순차적으로 초음파 펄스를 상기 뼈의 소정의 영역을 향하여 소정의 회수로 발사시키고,

상기 초음파펄스의 발사때마다 발생하는 상기 뼈에서의 에코를 상기 각 초음파 변환요소에 의해 수신하고,

소정의 수신신호를 아날로그/디지털 변환기에 의해 디지털의 에코신호로 변환한 후, 소정의 해석처리를 행하는 것에 의해 골조송증을 진단하는 골조송증진단방법에 있어서,

상기 복수의 초음파 변환요소에서 측정부위인 상기 뼈의 소정의 영역에 대하여, 수학식 6으로 나타나는 초음파의 파형을 출력하는 것으로 한 것을 특징으로 하는 골조송증진단방법.

여기서, a₁, a₂, …, a_N은 제1 번째, 제2 번째, …, 제N 번째의 초음파 변환요소에서의 방사파이고,

F^-1은 역 푸리에 변환을 나타내고,

T(ω)^-1은 임의의 뼈요소에서 임의의 초음파 변환요소까지의 거리를 함수로서 포함하는 그린함수를 요소로 하는 행열 T(ω)의 역행열이다.