KR20020082378A - A osteoporosis apparatus and method by ultrasound longitudinal transmission - Google Patents

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KR20020082378A
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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for diagnosing an osteoporosis using an ultra wave are provided to diagnose an initial progressive step of the osteoporosis by utilizing the ultrasonic wave to measure density of bone. CONSTITUTION: A transmitting ultrasonic converter(1) converts an electric signal to an ultrasonic wave by using a piezoelectric phenomenon. A receiving ultrasonic converter(2) converts the ultrasonic wave to the electric signal by using a piezoelectric phenomenon. The transmitting ultrasonic converter(1) and the receiving ultrasonic converter(2) are combined with the first and the second wedges(3,4). The first and the second wedges(3,4) are adhered to interval shaft(6). An interval control handle(7) is adhered to the interval shaft(6). A wedge fixing portion(8) maintains an interval between the first and the second wedges(3,4).

Description

초음파를 이용한 골다공증 진단장치 및 그 방법{A OSTEOPOROSIS APPARATUS AND METHOD BY ULTRASOUND LONGITUDINAL TRANSMISSION}Osteoporosis Diagnosis Device Using Ultrasound and Its Method {A OSTEOPOROSIS APPARATUS AND METHOD BY ULTRASOUND LONGITUDINAL TRANSMISSION}

본 발명은 초음파를 이용하여 골밀도를 측정하여 골다공증을 진단하는 진단장치 및 그 방법에 관한것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 초음파를 인체의 경골의 길이방향으로 전송하고, 뼈의 밀도에 따라 음파의 전달속도가 변하는 초음파의 특성 및 뼈의 구조에 따른 초음파의 대역별 감쇠계수의 변화, 전달 파형의 왜곡에 의한 비선형 정도를 측정하여 골밀도를 측정하는 초음파를 이용한 골다공증 진단장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a diagnostic apparatus and method for diagnosing osteoporosis by measuring bone density using ultrasonic waves, in more detail, the ultrasonic wave is transmitted in the longitudinal direction of the tibia of the human body, and the sound wave is transmitted according to the density of the bone. The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing osteoporosis using ultrasound, in which bone density is measured by measuring a change in attenuation coefficient of each band according to the characteristics of the speed of the ultrasound, the structure of the bone, and the nonlinear degree due to the distortion of the transmission waveform.

골다공증이란, 단단하여야할 뼈가 여러 가지 원인에 의해 약화되어서 쉽게 손상되거나 부러질 수 있는 상태를 말하며, 골다공증에 의한 골절이 발생할 수 있는 부위는 뼈가 있는 신체의 모든 부위이며, 골다공증이 심한 경우 잇몸에 풍치도 발생하게 된다. 칼슘 흡수를 증가시키고 뼈에서 칼슘이 빠져나가는 것을 방지하는 에스트로겐이란 호르몬이 여성의 폐경기 이후에 갑자기 감소하기 때문에 여성에게 특히 잘 나타나는 병이며, 근래에는 폐경이 되지 않은 젊은 여성들도 날씬해지려는 욕망으로 체중을 과도하게 줄이다보니 생리가 중단되는 등 호르몬 이상에 의해 발생을 한다. 불과 몇 년 전 까지만 해도 골다공증의 진단은 매우 어려웠으나, 최근 기술의 발달로 골밀도를 측정하여 골다공증 진단이 가능하게 되었다. 골밀도란 뼈의 단단한 정도를 나타내는 것으로 골밀도 수치가 높을수록 뼈의 단단함을 말한다. 세계보건기구인 WHO의 정의상 골다공증은 건강한 젊은 사람의 골밀도에 비해 25 % 가 모자란 경우를 골다공증 (OSTEOPOROSIS)이라 하고, 10 - 24 % 부족한 경우를 골감소증 (OSTEOPENIA)이라고 하나 일반적으로 골감소증도 골다공증으로 환자에게 설명되고 있다. 따라서, 골밀도를 측정하여 골다공증을 판단할 수 있다.Osteoporosis refers to a condition in which bone to be hardened is weakened by various causes and can be easily damaged or broken.In the area where osteoporosis fracture can occur, all parts of the body where the bone is present, and in the case of severe osteoporosis, gum Scenic spots also occur. Estrogen, which increases calcium absorption and prevents calcium from escaping from bone, is particularly acute in women because the hormone suddenly decreases after a woman's menopause, and in recent years, even young women who are not menopause have a desire to thin. Excessively reduce the physiological interruption is caused by hormonal abnormalities. Only a few years ago, the diagnosis of osteoporosis was very difficult, but recent advances in technology have made it possible to diagnose osteoporosis by measuring bone density. Bone density refers to the strength of bones. The higher the bone density, the harder the bones. In the definition of WHO, the World Health Organization, osteoporosis is called osteoporosis (OSTEOPOROSIS) when less than 25% of the bone density of healthy young people is called. Being explained. Therefore, osteoporosis can be determined by measuring bone density.

상기와 같이 골밀도를 측정하여 골다공증 진단방식으로, 방사선을 이용하여 골밀도를 측정하여 골절의 위험도를 예측, 평가하는방식이 있는데, 이러한 방식으로 일반 X선 촬영방식, 단광자 흡수법 (Single Photon Absorpitometry: SPA), 양광자 흡수법 (Dual Photon Absorpito-metry: DPA), 이중에너지 X선 흡수법 (Dual Energy X-ray Absorpitometry: DEXA), CT (Computed Tomography)를 이용한 QCT (Quantitative Computed Tomography) 등이 있으나, 이는 인체에 해로우며, 특히, 임산부에게는 치명적이며, 상당한 고가의 비용을 필요로 한다. 또한, 동일한 골밀도를 가지고 있는 성장기의 어린이 혹은 청소년과 노인을 비교할 때 골절의 위험도 및 빈도를 고려해보면 상당한 차이가 있다. 따라서 골밀도만으로 골절의 위험성을 평가하는 것은 골밀도가 뼈의 구조적인 특성과 물리적인 특성을 모두 반영하지 않기 때문에 한계점이 있다.As described above, there is a method of diagnosing osteoporosis by measuring bone density, and a method of predicting and evaluating the risk of fracture by measuring bone density using radiation. In this way, general X-ray imaging and single photon absorption method (Single Photon Absorpitometry: SPA), Dual Photon Absorpito-metry (DPA), Dual Energy X-ray Absorpitometry (DEXA), and Quantative Computed Tomography (QCT) using Computed Tomography (CT). This is harmful to the human body, and particularly fatal for pregnant women and requires significant expensive costs. In addition, there is a significant difference when considering the risk and frequency of fractures when comparing children or adolescents with older adults having the same bone density. Therefore, assessing the risk of fracture with bone density alone has limitations because bone density does not reflect both structural and physical characteristics of bone.

이러한 방사선의 문제점으로 인하여 최근에 초음파를 이용한 골밀도 측정방식에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 초음파를 이용한 골밀도 측정방식으로 초음파를 인체의 측정부위를 관통하는 전송 방식에 의한 진단 방식을 말할 수 있는데, 초음파의 측정부위 관통하는 전송 방식은 인체의 종골 (발뒤꿈치뼈)을 대상으로 진단하는 방식으로 물을 매질로 하여 초음파의 투과성을 이용하는방식이다. 그러나, 초음파의 측정부위 관통하는 전송방식은 종골과 연조직의 두께에 따라 값이 변화하고, 종골의 이소성 (異所性), 개인간의 해부학적인 위치와 측정시의 발 위치와 각도에 따른 오차, 그리고 물의 온도에 따른 변화로 인해 재현성이 부족하기 때문에, 이를 극복하기 위하여 장치가 복잡하게 되고 정량적인 진단에 많은 어려움이 있다.Due to the problem of radiation, research on bone density measurement method using ultrasonic waves has been actively conducted. However, as a method of measuring bone density using ultrasound, a diagnosis method using ultrasound may be a transmission method that penetrates a measurement part of a human body. The transmission method of ultrasound measurement penetrates a calcaneus (heel bone) of a human body. In this way, water is used as a medium to utilize the permeability of ultrasonic waves. However, the transmission method that penetrates the measuring part of the ultrasound varies depending on the thickness of the calcaneus and soft tissue, the heterogeneity of the calcaneus, the anatomical position between individuals and the error of foot position and angle during measurement. Because of the lack of reproducibility due to changes in the temperature of the water, the apparatus is complicated to overcome this, and there are many difficulties in quantitative diagnosis.

따라서, 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 골다공증을 초기단계에서 파악하여 치료에 도움이 되도록 하기위하여, 초음파를 이용하여 정확한 골밀도를 측정하여 골다공증 진단장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is derived to solve the above problems, in order to identify the osteoporosis at an early stage to help the treatment, to provide an osteoporosis diagnostic apparatus by measuring the accurate bone density using ultrasound.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 초음파를 이용하여 골다공증을 진단하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for diagnosing osteoporosis using ultrasound.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단장치는, 초음파를 전송하여 매질의 밀도를 측정하는 초음파를 이용한 밀도측정장치로, 초음파를 생성한 후 발신하는 초음파 발신수단; 초음파 발신수단에서 발신된 초음파를 수신하는 초음파 수신수단; 초음파 발신수단에서 발신된 초음파가 밀도를 측정하고자 하는 매질과 소정의 경사각을 가지며 입사될 수 있도록 하는 제 1웨지; 초음파 수신수단이 상기 매질과 소정의 경사각을 갖도록 하는 제 2웨지; 및 제 1웨지와 상기 제 2웨지가 일정한 간격을 갖도록 하는 고정수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for diagnosing osteoporosis using ultrasonic waves, comprising: ultrasonic wave transmitting means for transmitting ultrasonic waves and generating ultrasonic waves after measuring the density of the medium; Ultrasonic receiving means for receiving ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitting means; A first wedge for allowing the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitting means to be incident at a predetermined tilt angle with a medium to be measured for density; A second wedge for causing the ultrasonic receiving means to have a predetermined inclination angle with the medium; And it provides a density measuring apparatus using the ultrasonic wave, characterized in that the first wedge and the second wedge is configured to have a fixed interval.

또한, 본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단방법으로, 초음파를 전송하여 매질의 밀도를 측정하는 초음파를 이용한 밀도측정하는 방법으로, 초음파를 매질에 소정의 각도로 입사하는 단계; 소정의 각도로 입사한 초음파가 매질을 통과한 초음파를 수신하는 단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도진단방법을 제공한다.In addition, the present invention is a method for diagnosing osteoporosis using ultrasound, the method of measuring the density by using ultrasound to measure the density of the medium by transmitting the ultrasound, the step of injecting the ultrasonic wave into the medium at a predetermined angle; Provided is a density diagnosis method using ultrasonic waves, characterized in that the step of receiving the ultrasonic wave passed through the medium is a ultrasonic wave incident at a predetermined angle.

도 1은 본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단장치에서 사용되는 프로브어셈블리의 단면을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a cross section of the probe assembly used in the apparatus for diagnosing osteoporosis using ultrasound of the present invention.

도 2는 송신용 또는 수신용 초음파 변환기를 부착하여 초음파가 경사 입사되도록 하는 웨지를 나타내는 도이다.2 is a diagram illustrating a wedge for attaching a transmitting or receiving ultrasonic transducer so that ultrasonic waves are obliquely incident.

도 3은 프로브어셈블리에서 초음파가 경골에서 진행하는 것을 나타내는 도이다.3 is a diagram showing that the ultrasound proceeds in the tibia in the probe assembly.

도 4는 초음파가 매질의 경계면에서 90도의 각도로 굴절하는 것을 나타내는 도이다.4 is a diagram showing that the ultrasonic wave is refracted at an angle of 90 degrees at the interface of the medium.

도 5는 밀도변수 중 초음파의 감쇠 정도를 측정하기 위하여 수중에 초음파 변환기와 생체 연부조직이 일직선상에 놓고, 초음파가 조직에 수직 입사하는 모델을 가정한 도이다.FIG. 5 illustrates a model in which ultrasonic transducers and biological soft tissues are placed in a straight line and ultrasonic waves are perpendicularly incident on tissues to measure the degree of attenuation of ultrasonic waves among density variables.

도 6은 매질에서 반사하는 반사파의 파형을 나타내는 도이다.6 is a diagram showing waveforms of reflected waves reflected from a medium.

도 7은 매질에서 반사하는 반사파의 스펙트럼을 나타내는 도이다.7 is a diagram illustrating a spectrum of reflected waves reflected from a medium.

도 8은 연속정형파가 비선형효과에 의해 감쇠되어 가는 과정을 나타내는 도이다.8 is a diagram illustrating a process in which a continuous standing wave is attenuated by a nonlinear effect.

도 9는 길이방향 전송방식을 이용하여 수신용 초음파 변환기에서 획득한 초음파 파형이다.9 is an ultrasound waveform obtained from a receiving ultrasound transducer using a longitudinal transmission method.

도 10은 사용된 필터의 주파수 응답특성을 나타내었다.10 shows the frequency response of the filter used.

도 11은 필터링 후에 Hamming Window를 사용하여 FFT를 실시한 결과의 예를 도 11에 나타내었다.11 shows an example of the result of performing the FFT using the Hamming Window after filtering.

도 12와 도 13은 돼지와 소 경골의 화학반응별 주파수 쉬프트 분석 결과이다.12 and 13 are the results of frequency shift analysis by chemical reactions of pig and bovine tibia.

도 14는 길이방향 전송방식을 이용하여 수신용 초음파 변환기에서 획득한 초음파 파형이다.14 is an ultrasonic wave waveform obtained by a receiving ultrasonic transducer using a longitudinal transmission method.

도 15, 도 16은 돼지와 소의 경골에서 초음파 전달속도를 나타낸 도이다.Figure 15, Figure 16 is a diagram showing the ultrasound delivery rate in the tibia of pigs and cattle.

도 17은 제2고조파 진폭법의 원리를 블록 다이어그램으로 나타내었다.17 shows in block diagram the principle of the second harmonic amplitude method.

도 18은 골다공증이 증가하면서 제 2고조파의 진폭이 커지는 것을 나타내는 도이다.18 is a diagram showing that the amplitude of the second harmonic increases as osteoporosis increases.

도 19는 주파수 쉬프트, 전달속도, 비선형 현상 파라메타를 모두 사용하여 다중 회귀분석을 시행하였을 때 표준화된 잔차들에 대하여 기대분포와 관측분포의 누적분포를 도표화한 것이다.FIG. 19 is a chart of the cumulative distribution of expected and observed distributions for standardized residuals when multiple regression analysis is performed using all of the frequency shift, transmission speed, and nonlinear phenomenon parameters.

도 20은 프로브어셈블리와 연결되어 골밀도를 측정하는 골밀도 측정장치에 관한 구조도이다.20 is a structural diagram of a bone density measuring apparatus connected to the probe assembly to measure bone density.

도 21은 본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단장치에서 사용되는 DSP부의 메모리영역을 나타내는 도이다.21 is a view showing a memory area of the DSP unit used in the osteoporosis diagnosis apparatus using the ultrasound of the present invention.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하면서, 종래의 기술과 비교하여, 하기의 설명으로부터 좀더 명확하게 이해될 것이다.The present invention will be more clearly understood from the following description, in comparison with the prior art, with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단장치에서 사용되는 프로브어셈블리의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 프로브어셈블(리(10)는 크게 초음파를 송신하는 송신용 초음파 변환기(1), 초음파를 수신하는 수신용 초음파 변환기(2), 거리이격 축(6), 웨지고정수단(8), 거리조절핸들(7), BNC 커넥터(5), 송신용 초음파 변환기(1)와 수신용 초음파 변환기(2)가 경사지게 하는 웨지(3,4)로 구성된다.1 is a cross-sectional view showing a cross section of the probe assembly used in the apparatus for diagnosing osteoporosis using ultrasound of the present invention. Referring to Figure 1, the probe assembly (Lee 10 is largely an ultrasonic transducer for transmitting (1) for transmitting ultrasonic waves, ultrasonic transducer for receiving (2) for receiving ultrasonic waves, distance separation axis (6), wedge fixing The means 8, the distance adjusting handle 7, the BNC connector 5, the transmitting ultrasonic transducer 1 and the receiving ultrasonic transducer 2 are constituted by wedges 3 and 4.

송신용 초음파 변환기(1)는 초음파를 송신하는 수단으로 압전현상을 이용하여 전기적인 신호를 초음파로 전환하여 송신하는 수단이며, 수신용 초음파 변환기(2)는 초음파를 수신하는 수단으로 송신용 초음파 변환기와 반대로 역압전현상을 이용하여 수신된 초음파를 역압전현상을 이용하여 전기적인 신호로 전환하는수단이다. 그리고, 송신용 초음파 변환기(1)와 수신용 초음파 변환기(2)는 웨지(3,4)와 결합되고 웨지(3)는 일정한 각도를 가지고 있어 송신용 초음파 변환기(3)에서 송신된 초음파가 일정한 입사각을 가지고 매질로 전달될 수 있도록 한다. 그리고, 수신용 초음파 변환기(2)에도 웨지(4)를 부착하여 매질을 향해 일정한 각도를 가지고 있도록 한다. 도 2는 송신용 또는 수신용 초음파 변환기(1,2)를 부착하여 초음파가 경사 입사되도록 하는 웨지(3,4)를 나타내는 도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 웨지(3,4)는 변환기가 장착되는 변환기 장착홀과 흡음용 rear-face를 가지고 있어, 변환기 장착홀에 송신용 또는 수신용 초음파 변환기(1,2)가 부착되어 사용되어 웨지(3)에 의해 송신용 초음파 변환기(1)에서 송신하는 초음파가 매질에 소정의 각도를 가지고 입사하게 된다.The transmitting ultrasonic transducer 1 is a means for transmitting ultrasonic waves, which is a means for converting an electrical signal into ultrasonic waves using a piezoelectric phenomenon, and the transmitting ultrasonic transducer 2 is a means for receiving ultrasonic waves. On the contrary, it is a means for converting the received ultrasonic waves into electrical signals using the reverse piezoelectric phenomenon. Then, the transmitting ultrasonic transducer 1 and the receiving ultrasonic transducer 2 are combined with the wedges 3 and 4 and the wedge 3 has a constant angle so that the ultrasonic waves transmitted from the transmitting ultrasonic transducer 3 are constant. Allow the angle of incidence to be transferred to the medium. The wedge 4 is also attached to the receiving ultrasonic transducer 2 so as to have a constant angle toward the medium. FIG. 2 shows wedges 3 and 4 for attaching transmission or reception ultrasonic transducers 1 and 2 so that ultrasonic waves are obliquely incident. As shown in Fig. 2, the wedges 3 and 4 have a transducer mounting hole to which the transducer is mounted and a rear face for sound absorption, so that the ultrasonic transducers 1 and 2 for transmission or reception are attached to the transducer mounting hole. The ultrasonic wave transmitted by the transmitting ultrasonic transducer 1 by the wedge 3 is incident on the medium at a predetermined angle.

그리고, 송신용 초음파 변환기(1)와 수신용 초음파 변환기(2)에 부착된 각 웨지(3,4)를 거리이격 축에 부착하여 웨지(3,4)가 수평방향으로 이동할 수 있도록 하여 웨지에 부착한 송신용 초음파 변환기(1)와 수신용 초음파 변환기(2)가 수평방향으로 이동할 수 있도록 한다. 그리고 거리이격 축의 중앙을 기준으로 방향이 다른 2개의 나사홈을 가지고 있어 거리이격 축(6)에 거리조절핸들(7)을 부착하여 거리조절핸들(7)을 회전시켜 각 웨지가 거리이격 축(6)에서 정반대 방향으로 이동할 수 있도록 한다. 그리고, BNC커넥터(5)를 이용해서 송신용 초음파 변환기(1)에 전기적인 신호를 공급하는 케이블을 연결하고, 또한, 수신용 초음파 변환기(2)에서 출력되는 전기적인 신호를 출력하는 케이블을 연결한다.Then, the wedges 3 and 4 attached to the transmitting ultrasound transducer 1 and the receiving ultrasound transducer 2 are attached to the distance-distance axis so that the wedges 3 and 4 can move in the horizontal direction. The attached ultrasonic transducer 1 and the ultrasonic receiver 2 can be moved in the horizontal direction. In addition, it has two screw grooves with different directions with respect to the center of the distance separation axis, so that the distance adjustment handle 7 is attached to the distance separation axis 6 to rotate the distance adjustment handle 7 so that each wedge has a distance separation axis ( 6) to move in the opposite direction. Then, a cable for supplying an electrical signal to the transmitting ultrasonic transducer 1 using the BNC connector 5 is connected, and a cable for outputting an electrical signal output from the receiving ultrasonic transducer 2 is connected. do.

초음파는 매질을 통해서만 전파를 하며, 초음파가 매질을 통과하여 전파할때는 매질 내 조직학적 정보를 함께 수반한다. 따라서 이러한 초음파의 전파특성파라메터를 분석하여 매질의 상태를 해석할 수 있다. 일반적으로 생체조직 내 초음파의 특성파라메터에는 반사, 굴절, 감쇠, 속도, 비선형현상 등이 있다. 이러한 초음파의 성질을 이용해서 경골의 골밀도를 측정하게 된다. 일반적으로 경골(경골)은 약 90%이상이 피질골(cortical bone)로 구성되어 있으며, 나머지는 해면골(trabecular bone)로 구성된다. 그리고, 뼈의 강도와 관련된 부분은 피질골이여서 피질골의 골밀도를 측정하여 골다공증을 진단한다.Ultrasound propagates only through the medium, and when the ultrasound propagates through the medium, it carries histological information in the medium. Therefore, the state of the medium can be analyzed by analyzing the propagation characteristics parameter of the ultrasonic waves. In general, the characteristic parameters of ultrasonic waves in living tissues include reflection, refraction, attenuation, velocity, and nonlinear phenomena. The bone mineral density of the tibia is measured using the property of the ultrasound. In general, about 90% or more of the tibia is composed of cortical bone, and the remainder is composed of trabecular bone. And, the part related to the strength of the bone is cortical bone to diagnose osteoporosis by measuring the bone density of the cortical bone.

초음파는 밀도가 다른 두 매질을 통과하는 경우에 매질의 경계면에서 매질의 밀도에 따라 초음파가 하기의 스넬의 법칙에 따라 굴절하게 된다.When the ultrasonic waves pass through two media having different densities, the ultrasonic waves are refracted according to Snell's law according to the density of the media at the interface of the media.

스넬의 법칙에서는 초음파의 입사각이고는 초음파의 굴절각이며,는 제 1매질에서 초음파의 속도이며는 제 2매질에서 초음파의 속도이다. 그리고,는 제 1매질의 밀도이고,는 제 2매질의 밀도이다.In Snell's Law Is the angle of incidence of the ultrasound Is the refraction angle of the ultrasonic wave, Is the velocity of ultrasound in the first medium Is the velocity of the ultrasonic waves in the second medium. And, Is the density of the first medium, Is the density of the second medium.

도 3은 초음파가 경골의 경계면에서 굴절을 하는 것을 나타내는 도이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 피질골로 초음파를 경사(傾斜)입사하면, 초음파는 피질골과 해면골의 경계면에서 굴절을 하게 된다. 해면골은 인체의 피부와 밀도가 비슷하여 피부와 해면골의 경계면에서 초음파의 진행방향의 변화는 무시할 수 있다. 또한, 매질에서 초음파의 속도는 일정한 값을 가지므로 피질골로 입사하는 입사각을 조절하여 굴절각의 크기를 변화시킬 수 있는데, 입사각의 크기를 조절하여 도 4에 도시된 바와 같이 굴절각이 90도가 되도록 할 수 있다. 굴절각이 90도가 되는 각을 임계각이라고 한다. 이러한 임계각으로 초음파를 입사하기 위하여 웨지(3)를 송신용 초음파 변환기에 부착하여 송신용 초음파 변환기에서 송신하는 초음파의 입사각을 조절한다. 웨지(3)는 인체의 피부조직과 음속 및 음향임피던스가 비슷한 테프론으로 구성할 수 있다. 굴절각이 90도가 되면 경골을 따라 초음파가 전송되는데 경골을 따라 진행을 하는 방향을 길이방향으로 정의한다. 그리고 이러한 길이방향으로 초음파가 전송되는 경우에 수신용 초음파 변환기에 수신되는 초음파의 세기가 최대가 된다. 웨지(3)의 각도는 실험을 통하여 초음파의 굴절각이 임계각이 되도록 하는데, 상기 스넬의 법칙에 따라 초음파가 각 매질에서 진행하는 속도와 입사각을 이용해서 초음파의 굴절각을 구할 수 있다.3 is a diagram showing that the ultrasound is refracted at the interface of the tibia. Referring to FIG. 3, when the ultrasound is inclined into the cortical bone, the ultrasound is refracted at the interface between the cortical bone and the cancellous bone. The spongy bone is similar in density to the skin of the human body, so the change in the direction of ultrasound can be ignored at the interface between the skin and the spongy bone. In addition, since the velocity of the ultrasonic wave in the medium has a constant value, the size of the refraction angle can be changed by adjusting the angle of incidence incident on the cortical bone. By adjusting the size of the angle of incidence, the angle of refraction can be 90 degrees. have. The angle at which the angle of refraction is 90 degrees is called the critical angle. In order to inject the ultrasonic wave at such a critical angle, the wedge 3 is attached to the transmitting ultrasonic transducer to adjust the incident angle of the ultrasonic wave transmitted by the transmitting ultrasonic transducer. Wedge (3) may be composed of a Teflon similar to the skin tissue and sound velocity and acoustic impedance of the human body. When the angle of refraction is 90 degrees, ultrasound is transmitted along the tibia, and the direction of travel along the tibia is defined as the longitudinal direction. When the ultrasonic waves are transmitted in the longitudinal direction, the intensity of the ultrasonic waves received by the receiving ultrasonic transducer is maximized. According to Snell's law, the angle of the wedge 3 may be determined by using the velocity and the incident angle of the ultrasonic wave in the medium according to Snell's law.

표 1은 생체조직 및 금속에서 초음파가 진행하는 속도를 나타낸다.Table 1 shows the rate at which ultrasound proceeds in living tissues and metals.

매 질Medium 속 도(m/s)Speed (m / s) 공기(air)물(20˚c)(water)납(Pb)알루미늄(aluminium)지방조직(fat)연부조직(soft tissue)뇌(brain)간(liver)혈액(blood)눈의 수정체(eye)두개골(skull)테프론Air water (20 ° c) Lead Pb Aluminum Fat tissue Soft tissue Brain Blood Blood Eye Skull Teflon 3301480240064001450154015411549157016204080134033014802400640014501540154115491570162040801340

상기 표와 스넬의 법칙을 이용하여 초음파의 굴절각이 90도가 되도록 입사각을 조절하여 초음파가 경골의 표면을 따라 진행하게 할 수 있다.By using the table and Snell's law, the angle of incidence can be adjusted so that the angle of refraction of the ultrasonic wave is 90 degrees so that the ultrasonic wave can travel along the surface of the tibia.

그리고, 수신용 초음파 변환기(2)에는 송신용 초음파 변환기(1)에서 송신된 초음파가 매질속을 진행하면서 속도의 변화, 흡수, 산란, 반사 등에 의해 음파의 강도감소정도, 비선형성 등이 나타난 초음파를 수신된다. 따라서, 수신용 초음파 변환기(2)에서 초음파의 속도 변화, 강도감소정도, 비선형성 등을 밀도측정을 위한 밀도변수로하여 매질의 밀도를 측정에 이용할 수 있다. 밀도파라메터를 이용하기 위하여 수신용 초음파 변환기(2)에서 수신된 초음파를 전기적인 신호로 전환하여 전기적인 신호를 분석하여 밀도를 측정한다.In addition, the receiving ultrasonic transducer 2 includes ultrasonic waves transmitted by the transmitting ultrasonic transducer 1 as the medium progresses in the medium, and the intensity of the sound wave decreases due to the change in velocity, absorption, scattering and reflection, and the like, and nonlinearity. Is received. Therefore, the density of the medium can be used for the measurement by using the speed change, the intensity reduction degree, the nonlinearity, etc. of the ultrasonic wave in the receiving ultrasonic transducer 2 as the density variable for the density measurement. In order to use the density parameter, the ultrasonic wave received by the receiving ultrasonic transducer 2 is converted into an electrical signal, and the density is measured by analyzing the electrical signal.

도 5는 밀도변수 중 초음파의 감쇠정도를 측정하기 위하여 수중에 초음파 변환기와 생체 연부조직이 일직선상에 놓고, 초음파가 조직에 수직 입사하는 모델을 가정한 도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 입사되는 초음파는 매질과 매질의 경계면에서 반사가 되므로 생체 연부조직 전면에서 한번 PN(f) 반사가 일어나고 생체 연부조직 후면에서 다시 한번 PF(f) 반사가 일어나서 총 두 번의 반사가 발생하게 된다. 반사파의 파형을 도 6에 나타내었다. A부분에서 반사되어 오는 신호를 PN(t)라 하고, B부분에서 반사되어 오는 신호를 PF(t)라고 할 때, 각각의 진폭사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.FIG. 5 is a diagram illustrating a model in which an ultrasonic transducer and a living tissue are placed in a straight line and ultrasonic waves are perpendicularly incident on the tissue in order to measure the degree of attenuation of ultrasonic waves among density variables. As shown in FIG. 5, the incident ultrasound is reflected at the interface between the medium and the medium, so that PN (f) reflection occurs once in front of the living soft tissue and PF (f) reflection occurs again in the rear of the living soft tissue. Burn reflection will occur. The waveform of the reflected wave is shown in FIG. When the signal reflected from the A part is called PN (t) and the signal reflected from the B part is called PF (t), the following relationship is established between the amplitudes.

여기서 는 음향 감쇠계수이며, 단위는 [ Np / cm ] 이다. 그런데 1[Np]는 8.686[dB]이므로, 다시 쓰면,Where is the acoustic attenuation coefficient and the unit is [Np / cm]. But 1 [Np] is 8.686 [dB], so if you write it again,

A부분의 반사파P n (f) 및 B부분에서의 반사파P F(f)의 전력스펙트럼을 각각S N(f),S F(f)라고 하면, 이들은 다음 관계가 성립한다.If the power spectra of the reflected wave P n ( f) in the A part and the reflected wave P F (f) in the B part are S N (f) and S F (f), respectively, these relations are established.

여기서은 초음파가 통과하는 조직내부의 에너지 전달함수를 나타내며, 수학식 4로 표현할 수 있다.here Represents an energy transfer function within the tissue through which the ultrasound passes, and can be expressed by Equation 4.

수학식 4로부터 감쇠계수는 다음과 같이 구할 수 있다.Attenuation Coefficient from Equation 4 Can be obtained as

감쇠계수 기울기를 구하는 주파수 차분법(spectral difference method)과주파수 쉬프트법(spectral shift method)이 주로 사용되는데, 이중 주파수 쉬프트 법은 다음과 같은 방법을 사용한다. A에서 반사되어 나오는S N(f)를 가우시안의 형태로 나타내면 수학식 6과 같이 표현이 가능하다.Attenuation Coefficient Slope The spectral difference method and the spectral shift method are mainly used. The dual frequency shift method uses the following method. If S N (f) reflected from A is expressed in Gaussian form, it can be expressed as in Equation 6.

수학식 6에서C N은 상수이고, B는 펄수 대역폭의 측정값, fN은 스펙트럼의 중심, 즉 중심주파수이다. 이런 스펙트럼은 가우시안 분포로서 변조되어진 사인펄스와 같이 간소화될 것이다. 이때 에너지 전달함수는 수학식 7과 같다.In Equation 6, C N is a constant, B is a measure of the pulse bandwidth, f N is the center of the spectrum, that is, the center frequency. This spectrum will be simplified like a sine pulse modulated as a Gaussian distribution. At this time, the energy transfer function is shown in Equation 7.

여기서는 cm·MHz 당 네퍼 단위를 가지는 감쇠계수의 기울기이다. 4는 반사되어진 신호에 대한 전파거리가 2D와 동일하기 때문에 기인되어진다. B점에서 반사되어지는 반사파의 스펙트럼을 결정하기 위해 수학식 3에 수학식 6과 수학식 7을 대입하여 계산하면,here Is the slope of the attenuation coefficient with nefer units per cm · MHz. 4 is caused because the propagation distance for the reflected signal is equal to 2D. In order to determine the spectrum of the reflected wave reflected at the point B, and calculated by substituting Equation 6 and Equation 7 into Equation 3,

여기서C F는 주파수와 연관된 상수이므로,Where C F is a constant associated with frequency,

다시 말해, 스펙트럼은 도 7과 같이 조금 작은 형태의 동일한 가우시안 분포를 유지한다. 그러나, 도 7에서 확인할 수 있듯이 더 낮은 중심 주파수 fFfmf 이동시킨다.값은 중심주파수의 쉬프트를 이용하여 결정되어 질 수 있다.In other words, the spectrum maintains the same Gaussian distribution in a slightly smaller form as shown in FIG. However, as shown in FIG. 7, the lower center frequency f F fmf is shifted. The value can be determined using the shift of the center frequency.

따라서 중심주파수의 쉬프트를 이용하여 골다공증 진행정도에 따른 감쇠의 영향을 분석하고, 이를 골밀도 측정의 유효한 파라메터로 하여 감쇠특성을 검토할 수 있다.Therefore, the effect of attenuation according to the progression of osteoporosis can be analyzed by using the shift of the center frequency, and the attenuation characteristics can be examined as a valid parameter of bone density measurement.

그리고, 일반적으로 초음파의 전파를 생각할 때, 초음파의 진폭이 매우 작다고 가정함으로서, 파동방정식의 비선형항을 무시하여 선형 파동방정식으로 간주한다. 그런데, 초음파의 진폭이 큰 경우에는 이 비선형항을 무시할 수 없는 파동방정식이 되므로 비선형 현상에 대하여 고려하여야 한다. 이와 같이 진폭이 무한소라고 간주할 수 없는 초음파를 유한진폭초음파라고 정의한다. 본 발명 초음파 길이방향 전송방식에 의한 골다공증 진단장치는 수신용 초음파 변환기에서 수신되는 초음파 파형의 세기가 가로축 전송방식을 사용했을 때보다 매우 크기 때문에 비선형 현상을 포함하여 골밀도를 예측하는 것이 필요하다.In general, when considering the propagation of ultrasonic waves, it is assumed that the amplitude of the ultrasonic waves is very small, so that the nonlinear terms of the wave equation are ignored and considered as a linear wave equation. However, when the amplitude of the ultrasonic wave is large, this nonlinear term becomes a wave equation that cannot be ignored. Therefore, the nonlinear phenomenon must be considered. Ultrasonic waves that cannot be regarded as infinitely infinite are defined as finite amplitude ultrasonic waves. In the present invention, the apparatus for diagnosing osteoporosis by the ultrasonic longitudinal transmission method is required to predict the bone density including the nonlinear phenomenon because the intensity of the ultrasonic wave received by the receiving ultrasound transducer is much larger than when the horizontal axis transmission method is used.

초음파가 일정한 매질 중을 전파하는 과정은 등엔트로피의 상태가 지속된다고 생각할 수 있다. 이때 매질이 밀도와 입자속도사이에는 다음과 같은 수학식 11이 성립한다.It is conceivable that the process of ultrasound propagating in a constant medium is a state of isentropy. The density of the medium And particle velocity Equation 11 is established in between.

여기서 음압을 P라고 하면, 매질이 점성을 무시한 상태방정식은 오일러의 연속식에 의하여 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.Here, if the sound pressure is P, the state equation in which the medium ignores viscosity can be expressed by Equation 12 by Euler's continuous equation.

음압 P와 밀도와의 관계를 나타내는 상태방정식을 ()의 항에 관하여 정리하면 수학식 13과 같이 테일러의 급수전개로 나타낼 수 있다.Sound pressure P and density The state equation representing the relationship with In terms of), it can be expressed by Taylor's series expansion as shown in Equation 13.

여기서 P는 음압,는 매질의 밀도, P0는 각각 정압시의 값을 나타낸다. 또 계수 A,B,C는 다음과 같이 정의된다.Where P is the sound pressure, Is the density of the medium, P 0 and Represents the value at static pressure, respectively. The coefficients A, B, and C are defined as follows.

여기서 C는 음속이고, C0는 정압시의 음속, 즉 무한 소진폭을 갖는 음파의 음속이다. 따라서 B/A는 상태방정식의 2차항의 척도이며 수학식 15로 나타낼 수 있다.Where C is the speed of sound and C 0 is the speed of sound at constant pressure, that is, the speed of sound of sound waves with infinite small amplitude. Accordingly, B / A is a measure of the quadratic term of the state equation and can be represented by Equation 15.

여기서 B/A를 비선형 파라메터라고 하며, 초음파가 전파해 가면서 찌그러지는 과정을 검토하기 위해서 수학식 15를 적분하면 다음과 같이 된다.Here, B / A is referred to as a nonlinear parameter, and when Equation 15 is integrated to examine the process of distorting as the ultrasonic wave propagates, it becomes as follows.

수학식 16은 유한 진폭음파의 음속 C가 음압 P의 함수가 되는 것을 의미하며, 전파과정에서 음압 P가 정(+)의 부분은 속도가 C0보다 빨라지고, 음압 P가 부(-)의 부분에서는 느려지기 때문에 음압파형에 찌그러짐이 생기며 고조파가 발생하게 된다. 따라서, 수학식 16은 매질의 비선형 파라메터와 파형의 왜곡에 관계되는 중요한 식이다. 연속정현파가 전파하는 경우에는 이러한 영향을 받아 파형이 거치상파 (鋸齒狀波)로 변해간다. 이와 같이 매질내를 초음파가 전파해 감에 따라 비선형 효과에 의하여 찌그러짐이 발생함과 동시에 감쇠가 일어나 마침내 소멸되어 가는 것이다. 도 8은 연속정형파가 비선형효과에 의해 감쇠되어 가는 과정을 나타내는 도이다. 도 8을 참조하여 설명하면, 음원으로부터 발생한 깨끗한 정현파(a)는 전파함에 따라서 (b)와 같이 찌그러져간다. 이 과정에서 고조파 성분이 증가하고 기본파 성분이 감소한다. 음파가 더욱 전파하면 (c)와 같이 시간축에 수직한 파면이 형성되며, 이때의 전파거리를 임계거리 또는 충격파 형성거리라 한다. 이와 같은 현상은 (d)에서와 같이 뚜렷해지다가 (e)에서 완전히 수직인 파면이 완성된다. (f),(g)에서는 거치상파가 비선형적으로 감쇠하는 모양을 나타내며 마침내 소멸한다.Equation 16 means that the sound velocity C of the finite amplitude sound wave becomes a function of the sound pressure P. In the propagation process, the sound pressure P is positive (+), and the speed is faster than C 0 , and the sound pressure P is negative (-). Because of slowing down at, the sound pressure wave is distorted and harmonics are generated. Therefore, Equation 16 is an important equation related to the nonlinear parameter of the medium and the distortion of the waveform. When continuous sinusoidal waves propagate, the waveform changes into a stationary phase wave due to this effect. As the ultrasonic waves propagate in the medium as described above, distortion occurs due to nonlinear effects, and attenuation occurs and finally disappears. 8 is a diagram illustrating a process in which a continuous standing wave is attenuated by a nonlinear effect. Referring to FIG. 8, the clean sinusoidal wave a generated from the sound source is crushed as shown in (b) as it propagates. In this process, the harmonic components increase and the fundamental components decrease. If the sound wave further propagates, a wavefront perpendicular to the time axis is formed as shown in (c), and the propagation distance at this time is called a critical distance or a shock wave formation distance. This phenomenon becomes apparent as in (d), and the wavefront is completely perpendicular in (e). In (f) and (g), the stationary wave attenuates nonlinearly and finally disappears.

유한진폭 초음파가 매질 중을 전파하면 전파거리가 증가함에 따라 파형이 찌그러지면서 소멸되어 가는데, 이 과정에서 기본파 성분은 감쇠하고 고조파 성분이 증가한다. 여기서 제 2고조파 성분의 증가 및 감소분은 수학식 17과 같이 된다.When finite-amplitude ultrasonic waves propagate in a medium, the waveform distorts and disappears as the propagation distance increases. In the process, the fundamental wave component is attenuated and the harmonic component increases. Herein, the increase and decrease of the second harmonic component are expressed by Equation 17.

단, x는 전파거리, f1은 기본파 주파수, α는 감쇠계수, P1(x),P2(x)는 각각 전파거리 x에서 기본파 음압, 제 2고조파 음압이다. 따라서, 초음파를 조직 중으로 전파시키면, 제 2고조파 성분이 증가하여 파형은 찌그러진다. 수학식 17 과 수학식 18에 의하여 거리 x만큼 초음파가 전파했을 때의 제 2고조파 성분의 변화는 수학식 19과 같이 된다. 단, 이때 사용된 파는 평면파이고, 위상변화는 없는 것으로 한다.Where x is the propagation distance, f 1 is the fundamental wave frequency, α is the attenuation coefficient, and P 1 (x) and P 2 (x) are the fundamental wave sound pressure and the second harmonic sound pressure at the propagation distance x, respectively. Therefore, when the ultrasonic waves propagate into the tissue, the second harmonic component increases and the waveform is distorted. The change of the second harmonic component when the ultrasonic wave propagates by the distance x by the equations (17) and (18) is expressed by the equation (19). However, the wave used at this time is a planar pie, and there is no phase change.

따라서, 수학식 19에서 비선형 파라메터 B/A를 구하면 다음과 같이 된다.Accordingly, when the nonlinear parameter B / A is obtained from Equation 19, it is as follows.

또한 초음파가 매질 중을 전파할 때는 감쇠, 왜곡과 함께 위상이 쉬프트(shift)되는 현상이 발생한다. 이를 나타내는 위상 쉬프트 파라메터 N은 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.In addition, when the ultrasonic wave propagates in the medium, the phase shift occurs with attenuation and distortion. The phase shift parameter N indicating this may be expressed as Equation 21.

또 위상 쉬프트 파라메터 N과 비선형 파라메터 B/A와의 사이에는 다음의 관계가 성립한다.In addition, the following relationship holds between the phase shift parameter N and the nonlinear parameter B / A.

도 9는 길이방향 전송방식을 이용하여 수신용 초음파 변환기에서 획득한 초음파 파형이다. 송신용 초음파 변환기 측에서 초음파를 전파할 때 1㎒의 중심주파수를 가지는 신호 파형을 전파하며, 시편을 통해 맞은편 수신용 초음파 변환기에서 획득한 초음파 신호 파형을 이용하여 Fast Fourier Transform (FFT, 이하 FFT)을 실시하였다. FFT는 오실로스코프에 저장된 데이터를 디스켓을 사용하여 오프라인으로 컴퓨터로 전송, AcqKnowledge 3.2.6 버전을 사용하여 주파수 분석을 하였으며, 오실로스코프에 저장될 때의 샘플링 주파수는 10㎒/sample 이였으며, 데이터의 개수는 1,000개를 저장하였다. 주파수 분석은 우선 300㎑의 차단 주파수를 가진 M값이 39인 Hamming FIR highpass filter를 사용하여 직류성분을 제거하였다. 도 10은 사용된 필터의 주파수 응답특성을 나타내었다. 도 11은 필터링 후에 Hamming Window를 사용하여 FFT를 실시한 결과의 예이다. 도 11에서 화살표가 표시된 부분이 수신된 초음파 신호의 중심주파수이며, 약 850Hz의 중심주파수를 지니고 있다.9 is an ultrasound waveform obtained from a receiving ultrasound transducer using a longitudinal transmission method. When the ultrasonic wave propagates from the transmitting ultrasound wave, it propagates the signal waveform having the center frequency of 1MHz and uses the ultrasonic signal wave acquired from the receiving ultrasonic transducer on the opposite side through the specimen to perform Fast Fourier Transform (FFT). ) Was performed. FFT transmits the data stored in the oscilloscope to a computer offline using a diskette, and analyzes the frequency using AcqKnowledge 3.2.6. The sampling frequency when stored in the oscilloscope was 10 MHz / sample. 1,000 were stored. The frequency analysis was first performed using a Hamming FIR highpass filter with an M value of 39 with a cutoff frequency of 300 kHz. 10 shows the frequency response of the filter used. 11 is an example of the result of performing FFT using a Hamming Window after filtering. In FIG. 11, the part indicated by the arrow is the center frequency of the received ultrasonic signal and has a center frequency of about 850 Hz.

각각의 파형에 대한 주파수 분석 결과 처리전 시편과 화학 반응 시간에 따라 중심주파수의 쉬프트가 일어남을 확인할 수 있었다. 도 12와 도 13은 돼지와 소 경골의 화학반응별 주파수 쉬프트 분석 결과이다. 화학반응이 진행될수록 중심주파수의 이동폭도 급격하게 변하는 것을 알 수 있으며, 이는 골다공증이 진행될수록 감쇠가 심해지고, 이러한 주파수 감쇠현상, 또는 중심주파수 이동현상이 중증의 골다공증을 진단하는데 유용한 파라메타임을 의미한다.Frequency analysis of each waveform showed that the shift of the center frequency occurred according to the specimen and chemical reaction time before processing. 12 and 13 are the results of frequency shift analysis by chemical reactions of pig and bovine tibia. As the chemical reaction progresses, the movement width of the center frequency changes rapidly, which means that the attenuation becomes more severe as osteoporosis progresses. This means that the frequency attenuation or center frequency shift is a useful parameter for diagnosing severe osteoporosis. .

도 14는 길이방향 전송방식을 이용하여 수신용 초음파 변환기에서 획득한 초음파 파형이다. 송신 신호의 시작부분부터 수신신호의 시작부분까지 오실로스코프의 표시기를 이용하여 전체 전파시간을 측정하였다. 도 14를 참조해서 설명하면, 측정된 전체 시간으로부터 경골에서의 초음파 속도를 측정하기 위해서는 웨지에서의 전파시간과 길이에 대한 보상이 필요하며, 이러한 보상을 통하여 실제 경골에서의 전파시간을 계산하였다. 송신용 초음파 변환기와 수신용 초음파 변환기 사이의 전체 전파 시간은 웨지에서의 전파시간과 경골에서의 전파시간의 합으로 나타낼 수 있으며 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.14 is an ultrasonic wave waveform obtained by a receiving ultrasonic transducer using a longitudinal transmission method. The total propagation time was measured from the beginning of the transmitted signal to the beginning of the received signal using an oscilloscope indicator. Referring to FIG. 14, in order to measure the ultrasonic velocity in the tibia from the measured total time, it is necessary to compensate for the propagation time and length in the wedge, and through this compensation, the propagation time in the actual tibia was calculated. The total propagation time between the transmitting ultrasound transducer and the receiving ultrasound transducer may be expressed as the sum of the propagation time in the wedge and the propagation time in the tibia and may be expressed as follows.

여기서, Vb: 경골에서의 초음파의 전달속도Where V b is the rate of ultrasound delivery in the tibia

Db: 경골에서 초음파가 진행하는 거리D b : Distance traveled by ultrasound in tibia

Tt: 총 전달시간T t : total delivery time

Dw: 웨지의 거리D w : street of wedge

Vw: 웨지에서의 초음파의 전달속도V w : speed of ultrasound transmission in the wedge

웨지의 길이를 웨지의 초음파 전달속도로 나누어주면 초음파가 웨지를 통과하는 전파시간을 구할 수 있으며, 전체 전달시간에서 웨지를 전파하는 시간을 빼면, 초음파가 경골만을 통과하는 전달시간을 구할 수 있다. 이를 이용하여 경골의 측정거리를 초음파 전달시간으로 나누어주면 경골에서의 초음파 전달 속도를 구할 수 있으며, 도 15, 도 16은 돼지와 소의 경골에서 초음파의 전달시간을 나타낸 도이다. 도 15, 도 16 에서 사용된 웨지(3,4)의 길이는 0.7cm 이었으며, 송신용과 수신용 초음파 변환기(1,2)를 통과하므로 총 1.4cm의 거리를 가진다. 웨지(3,4)는 아크릴을 사용하였으며, 아크릴의 초음파 전달속도는 2680m/s 이다.By dividing the length of the wedge by the ultrasonic delivery speed of the wedge, the propagation time through which the ultrasonic waves pass through the wedge can be obtained. By subtracting the time when the wedge propagates from the total delivery time, the transmission time through which only the tibia passes through the tibia can be obtained. By using this to divide the measurement distance of the tibia by the ultrasonic delivery time it is possible to obtain the ultrasonic delivery speed in the tibia, Figure 15, Figure 16 is a diagram showing the delivery time of ultrasound in the tibia of pigs and cattle. The lengths of the wedges 3 and 4 used in FIGS. 15 and 16 were 0.7 cm, and the total length of the wedges 3 and 4 passed through the ultrasonic transducers 1 and 2 for transmission and reception. Wedges (3,4) using acrylic, the ultrasonic wave transmission rate of acrylic is 2680m / s.

초음파 비선형 현상은 비선형 파라메타 B/A를 측정하는 대표적인 방법으로는 정압법(열역학법), pumping파 이용법, parametric array법, 제2고조파 진폭법 등이 있다. 이 중에서도 제2고조파 진폭 법이 비교적 간단한 장치로 B/A의 값을 측정할 수 있으며, 생체의 계측에 사용할 수 있는 초음파의 세기 (수mw정도)와 주파수의 한계 등이in vivo의 측정으로 응용할 수 있는 가능성이 가장 높기 때문에 제2고조파 진폭 법을 사용하였다. 도 17은 제2고조파 진폭법의 원리를 블록 다이어그램으로 나타내었다. 초음파 송신용 변환기에 의하여 초음파를 매질 내로 전파시켰을 때, 매질을 통과하여 초음파 수신용 변환기에 수신된 신호를 BPF(band pass filter)로 통과시켜 기본 파와 제2고조파 진폭을 얻는다. 이 과정에서 조직의 비선형 효과로 인하여 발생되는 제2고조파의 크기를 측정하여 비선형 파라메타 B/A의 값을 측정하는 방법이다. 본 발명에서는 소의 경골에서 획득한 수신 데이터를 이용하여 제2고조파 진폭 법에 의한 비선형 파라메타 B/A의 값을 측정하였다. 그 결과 도 18에서와 같이 뼈의 골다공 현상이 진행될수록 제2고조파의 진폭이 증가하여 제2고조파 대 기본 파의 비가 점차로 증가함을 알 수 있었다. 이러한 비선형 현상은 pulse-echo 법을 사용하는 의료용 진단기나 transmission 법을 이용하는 가로축 전송방식 초음파 골다공증 진단기의 경우 반사파의 감쇠가 매우 크고 진폭이 작아서 대부분 무시되어 왔다. 그러나 길이방향 전송방식의 경우 경골을 전파한 대부분의 신호가 수신초음파로 전달되어 오므로, 비선형 현상을 고려하는 것이 경골의 밀도를 좀더 정확한 측정을 할 수 있다.Ultrasonic nonlinear phenomena include non-linear parameter B / A, such as static pressure method, thermodynamic method, pumping wave method, parametric array method, and second harmonic amplitude method. Among them, the second harmonic amplitude method can measure the B / A value with a relatively simple device, and the intensity of the ultrasonic wave (a few mw) and the frequency limit that can be used for the measurement of a living body can be applied to the in vivo measurement. The second harmonic amplitude method is used because it is most likely. 17 shows in block diagram the principle of the second harmonic amplitude method. When the ultrasonic waves are propagated into the medium by the ultrasonic transducer, the signals received by the ultrasonic transducer are passed through a band pass filter (BPF) to obtain fundamental and second harmonic amplitudes. In this process, the second harmonic generated by the nonlinear effect of the tissue is measured to measure the value of the nonlinear parameter B / A. In the present invention, the value of the nonlinear parameter B / A by the second harmonic amplitude method was measured by using the received data obtained from the bovine tibia. As a result, as the bone porosity of the bone progresses as shown in FIG. 18, the amplitude of the second harmonic increases, indicating that the ratio of the second harmonic to the fundamental wave gradually increases. Such nonlinear phenomena have been largely neglected in the case of medical diagnostics using the pulse-echo method or horizontal oscillation type ultrasound osteoporosis diagnostics using the transmission method because of the large attenuation of the reflected wave and the small amplitude. However, in the case of the longitudinal transmission method, since most of the signals propagating the tibia are transmitted to the received ultrasound, considering the nonlinear phenomenon can measure the density of the tibia more accurately.

위와 같이 측정되는 초음파의 전파속도, 감쇠정도 및 비선형성의 밀도 파라메터는 유용한 파라메터이기는 하지만 이들 밀도파라메터는 정성적인 변화만을 보여주고 있다. 따라서, 실험을 통하여 측정된 밀도파라메터와 다른 밀도 측정장비(예: QCT:전산화 방사선 단층촬영기)를 이용하여 정량적인 골밀도 데이터를 수집하여, 밀도파라메터와 QCT에 의해 수집된 데이터와 밀도파라메터의 상관관계를 분석하여 길이방향 전송방식 초음파 골밀도 진단알고리듬을 수립한다.Although the propagation velocity, attenuation and nonlinearity density parameters of the ultrasonic waves measured above are useful parameters, these density parameters show only qualitative changes. Therefore, the quantitative bone density data is collected by using the density parameter measured through the experiment and other density measuring equipment (eg, CTCT), and the correlation between the density parameter and the data collected by QCT and the density parameter Analyze and establish a longitudinal transmission-type ultrasound bone density diagnosis algorithm.

SPSS社의 통계분석 프로그램인 SPSS 9.0 프로그램을 사용하여, 초음파 중심주파수 변화와 QCT 촬영을 통한 골밀도와의 단순회귀분석을 통해 추출한 알고리즘 수식은 수학식 29와 같으며, 동일한 방법으로 수학식 25는 QCT 촬영 데이터와 초음파 전파 속도, 수학식 26은 QCT 촬영데이터와 초음파 비선형 계수를 이용하였다.Using the SPSS 9.0 program, SPSS's statistical analysis program, the algorithm formula extracted through the simple regression analysis of the change in the center frequency of ultrasound and bone density through QCT imaging is as shown in Equation 29. The imaging data and the ultrasonic propagation velocity, Equation 26 used QCT imaging data and ultrasonic nonlinear coefficients.

여기서 BMD는 Bone Mineral Density (골밀도)를 의미한다.Where BMD stands for Bone Mineral Density.

각각의 변수는 모두 골밀도 변화에 따라 일정한 추세를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 기존의 골밀도 해석 방법은 이들 세 파라메터 중 주로 감쇠와 초음파 속도를 이용하여 알고리즘을 구성하였다. 여기서 다시, 초음파 속도와, 주파수 쉬프트 파라메터만을 사용하여 동일한 프로그램으로 다중 회귀분석 처리를 행하면 수학식 27과 같은 골밀도 측정 알고리즘을 얻을 수 있다. 본 발명 초음파 길이방향 전송에 의한 골밀도 진단장치는 이에 비선형 파라메터를 추가하여 다중 회귀분석을 시행하였고, 그 결과 수학식 28과 같은 알고리즘을 구할 수 있었다.Each variable was confirmed to have a certain trend according to the change in bone density. Existing bone density analysis method consists of attenuation and ultrasonic velocity among these three parameters. Here, by performing multiple regression analysis using the same program using only the ultrasonic velocity and the frequency shift parameter, a bone density measurement algorithm as shown in Equation 27 can be obtained. In the present invention, the apparatus for diagnosing bone density by longitudinal transmission of ultrasound was subjected to multiple regression analysis by adding a nonlinear parameter thereto. As a result, an algorithm as shown in Equation 28 was obtained.

여기서 FC= 중심주파수, UV = 속도, B/A = 비선형계수를 의미한다.Where F C = center frequency, UV = velocity, and B / A = nonlinear coefficient.

도 19는 주파수 쉬프트, 전달속도, 비선형 현상 파라메타를 모두 사용하여 다중 회귀분석을 시행하였을 때 표준화된 잔차들에 대하여 기대분포와 관측분포의 누적분포를 도표화한 것이다. 도 19는 두 개의 값이 동일하다면 일직선으로 나타나는데, 표준화된 잔차가 기대되는 직선에 대하여 어떻게 분포되는지를 관측하여 두 분포를 비교할 수 있다.FIG. 19 is a chart of the cumulative distribution of expected and observed distributions for standardized residuals when multiple regression analysis is performed using all of the frequency shift, transmission speed, and nonlinear phenomenon parameters. 19 shows a straight line if two values are equal, the two distributions can be compared by observing how the standardized residual is distributed over the expected straight line.

도 20은 프로브어셈블리와 연결되어 골밀도를 측정하는 골밀도 측정장치에 관한 구조도이다. 도 20을 참조하여 설명하면, 골밀도 측정장치(100)는 프로브어셈블리(10)에서 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 전환하는 A/D컨버터(20), A/D컨버터(20)의 출력신호를 신호처리 하는 DSP(41)와 DSP(41)와 연결되어 DSP(41)에서 처리된 데이터를 저장하는 내부 메모리부(42), 골밀도 측정알고리듬을 수행할 수 있도록 하는 데이터를 저장하는 롬(44)과 A/D컨버터(20)를 통과하여 입력된 초음파의 데이터를 저장하는 램(45)으로 구성되는 외부 메모리(43) 및 I/O Space(46)로 구성되는 DSP부(40) 및 디지털 신호로 컨버터된 신호를 메모리에 적재를 하는 중앙처리부(30)로 구성된다. 또한, 피씨(Personal Computer)와 연결할 수 있는 피씨 인터페이스부(50)를 연결하여 초음파를 이용한 골다공증진단장치가 피씨와 연결되어 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 한다. 그리고, 측정한 경골에대한 정보를 출력할 수 있는 디스플레이부(60)를 더 구성한다.20 is a structural diagram of a bone density measuring apparatus connected to the probe assembly to measure bone density. Referring to FIG. 20, the bone density measuring apparatus 100 may output the output signals of the A / D converter 20 and the A / D converter 20 to convert analog signals output from the probe assembly 10 into digital signals. DSP 41 for signal processing and internal memory 42 for storing data processed in DSP 41 and ROM 44 for storing data for performing bone density measurement algorithms. And the DSP unit 40 and the digital signal composed of an external memory 43 and an I / O space 46 configured to include a RAM 45 for storing the ultrasonic data inputted through the A / D converter 20. It consists of a central processing unit 30 for loading the signal converted into the memory. In addition, by connecting the PC interface unit 50 that can be connected to the PC (Personal Computer), the osteoporosis diagnostic device using ultrasound is connected to the PC so that anyone can easily use. Then, the display unit 60 is further configured to output information about the measured tibia.

골밀도 측정장치(100)는 경골을 통과를 한 초음파를 프로브 어셈블리(10)의 수신용 초음파 변환기(2)에서 수신을 한 후 전기적인 신호로 전환을 한다. 전기적인 신호는 아날로그 신호이므로 A/D컨버터(20)에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환한다. 그리고, 본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단장치에서 사용되는 초음파변환기(1,2)에서 발생하는 초음파의 주파수는 1MHz~2.25MHz이므로 샘플링 시간은 이의 2배 이상으로 설계를 한다.The bone density measuring apparatus 100 converts the ultrasonic waves passing through the tibia into the electrical signal after receiving the ultrasonic transducer 2 for receiving the probe assembly 10. Since the electrical signal is an analog signal, the A / D converter 20 converts the analog signal into a digital signal. In addition, since the frequency of the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducers 1 and 2 used in the osteoporosis diagnosis apparatus using the ultrasonic waves of the present invention is 1 MHz to 2.25 MHz, the sampling time is designed to be twice or more.

A/D컨버터(20)에서 출력된 데이터의 저장은 FPGA의 데이터메모리에 적재 하지만, 논리적으로 DSP의 메모리 맵 영역 안에 데이터를 저장할 수 있도록 DSP와 FPGA의 인터페이스로 구성하였다. 경우에 따라서 DSP의 데이터 메모리에 직접 적재 하도록 시스템을 고안할 수 있다. 도 21은 본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단장치에서 사용되는 DSP부의 메모리영역을 나타내는 도이다. 도 22를 참조해서 설명하면, DSP부의 메모리 영역은 내부메모리영역(42)에 할당된 프로그램 메모리 영역, 외부메모리(43)에 할당된 데이터 메모리 영역, I/O 영역(46) 의 3가지 영역으로 나누어진다. 먼저 프로그램 메모리는 0x0080~0x4000번지까지 사용한다. 프로그램메모리는 DSP가 원하는 동작을 할 수 있도록 DSP의 동작에 대한 데이터가 저장된다. 데이터 메모리 영역 (0x4000~0x8000)에는 코드에서 초기에 속하는 변수들의 값과 외부 램(45)에서 가져온 데이터를 가지고 있다. 그리고, 외부 롬영역 (0x8000~0xC000)에는 DSP(41)가 일정한 역할을 수행할 수 있도록 하는 데이터가 컴파일된 Hex 값으로 저장된다. 이 Hex 값은 부트로드시 프로그램 메모리 영역으로 옮겨져 실행된다. 그리고, 외부 롬 영역(44)에는 각종 시스템의 정보를 쓰고 읽을 수 있도록 한다. 또한, 외부 램 영역(45)은 0xC000이하의 번지로 할당된 영역으로, 외부에서 나오는 데이터를 저장하는 부분으로, A/D 컨버터에서 디지털 신호로 컨버터된 데이터를 모두 저장한 후에 이 데이터들을 데이터 메모리 영역으로 옮긴다. I/O영역은 UART (Universal Asychronous Receiver/ Transmitter)를 배치한다. 측정장치(100)는 동작신호가 입력되면 롬영역의 시스템정보를 DSP부의 내부메모리에 전송한다. DSP부의 내부메모리에 저장하는 이유는 프로그램동작 속도를 최대한 빠르게 하기 위한 것이다. 그리고, 프로그램이 실행되면서 외부메모리에 할당되어 있는 데이터 메모리 영역으로 데이터 영역에 저장되어있는 데이터를 전송하고, 데이터 메모리 영역에 있는 데이터를 DSP부(40)에 억세스 (Acess)한다. DSP부에서 DSP부의 내부메모리에 저장된 데이터를 처리하여 UART에 할당된 영역으로 전송하여 결과를 디스플레이를 한다. 또한, 피씨와 연결하여 피씨를 이용하여 시스템을 사용할 수 있도록 피씨 인터페이스를 구성한다. 피씨 인터페이스로는 USB를 사용한다.The data output from the A / D converter 20 is loaded into the data memory of the FPGA, but logically configured as an interface between the DSP and the FPGA to store data in the DSP memory map area. In some cases, the system can be designed to load directly into the DSP's data memory. 21 is a view showing a memory area of the DSP unit used in the osteoporosis diagnosis apparatus using the ultrasound of the present invention. Referring to FIG. 22, the memory area of the DSP unit is divided into three areas: a program memory area allocated to the internal memory area 42, a data memory area allocated to the external memory 43, and an I / O area 46. Divided. First, use program memory from 0x0080 to 0x4000. The program memory stores data about the DSP's operation so that the DSP can perform its desired operation. The data memory area (0x4000 to 0x8000) contains the values of variables initially belonging to the code and data obtained from the external RAM 45. In the external ROM region (0x8000 to 0xC000), data for allowing the DSP 41 to perform a certain role is stored as a compiled Hex value. This Hex value is moved to the program memory area and executed at boot time. In the external ROM region 44, information of various systems can be written and read. In addition, the external RAM area 45 is an area allocated to an address less than or equal to 0xC000, and stores external data. The external RAM area 45 stores all data converted from the A / D converter into digital signals and stores the data in the data memory. Move to the area. I / O area arranges UART (Universal Asychronous Receiver / Transmitter). When the operation signal is input, the measuring device 100 transmits the system information of the ROM area to the internal memory of the DSP unit. The reason for storing in the internal memory of DSP unit is to make the program operation speed as fast as possible. As the program is executed, data stored in the data area is transferred to the data memory area allocated to the external memory, and the data in the data memory area is accessed by the DSP unit 40. The DSP unit processes the data stored in the internal memory of the DSP unit and sends it to the area allocated to the UART to display the result. In addition, the PC interface is configured to connect to the PC so that the system can be used using the PC. USB is used as the PC interface.

본 발명 초음파를 이용한 골다공증 진단장치는 초음파를 밀도에 경사 입사시켜서 골밀도 측정을 하는데, 초음파가 초음파 발신기에서 초음파 수신기로 전송되는 시간을 측정하고, 피부 등 인체의 연부조직의 두께를 측정하여 연부조직을 초음파가 통과하는 시간을 측정하면 초음파가 경골부분만을 통과하는 시간을 알 수있어, 인체의 연부조직에 영향을 받지않고 골밀도를 측정할 수 있고, 초음파가 경골의 길이방향으로 전송되므로, 수신파형의 세기가 가로축 전송방식을 사용하였을 때보다 매우 크기 때문에 비선형 현상을 포함하여 골밀도를 예측하는 것이 더욱더 타당한 결과를 얻을 것으로 사료된다. 그리고, 인체의 연부조직의 두께 등 개개인의 해부학적인 특성에 영향을 받지 않고 골밀도를 측정할 수 있으며, 초음파의 속도, 감쇠정도 및 비선형성을 밀도측정 파라메터로 하여 골밀도의 측정을 정확히 할 수 있으며, 측정 및 장치가 간단하여 쉽게 골밀도를 측정할 수 있어, 누구나골밀도를 측정할 수 있다.In the present invention, the osteoporosis diagnosis apparatus using ultrasonic waves makes bone density measurement by inclining ultrasonic waves at a density, and measures the time when the ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transmitter to the ultrasonic receiver, and measures the thickness of the soft tissues of the human body such as skin. By measuring the time that the ultrasound passes, it is possible to know the time when the ultrasound passes through only the tibial part, so that the bone density can be measured without being affected by the soft tissues of the human body, and the ultrasound is transmitted in the longitudinal direction of the tibia. Since the intensity is much larger than that of the transverse transmission method, the prediction of bone density including nonlinear phenomena seems to be more valid. In addition, bone density can be measured without being affected by individual anatomical characteristics such as the thickness of soft tissues of the human body.Bone density can be accurately measured using the speed, attenuation, and nonlinearity of ultrasonic waves as density measurement parameters. Simple measurement and device can easily measure the bone density, anyone can measure the bone density.

또한, 골밀도 측정장치를 산업전반의 이용에 확대하여 비파괴검사 등에 이용할 수 있다.In addition, the bone density measuring device can be extended to use throughout the industry, and can be used for nondestructive testing.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해 되어져야 한다.While the preferred embodiments of the present invention have been described using specific terms, such descriptions are for illustrative purposes only, and it is understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the following claims. Should be done.

Claims (9)

초음파를 전송하여 매질의 밀도를 측정하는 초음파를 이용한 밀도측정장치로,Density measuring device using ultrasonic waves to transmit the ultrasonic waves to measure the density of the medium, 상기 초음파를 생성한 후 발신하는 초음파 발신수단;Ultrasonic transmitting means for transmitting the generated ultrasonic waves; 상기 초음파 발신수단에서 발신된 초음파를 수신하는 초음파 수신수단;Ultrasonic receiving means for receiving ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitting means; 상기 초음파 발신수단에서 발신된 초음파가 밀도를 측정하고자 하는 매질과 소정의 경사각을 가지며 입사될 수 있도록 하는 제 1웨지;A first wedge for allowing the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitting means to be incident with a medium to measure density with a predetermined angle of inclination; 상기 초음파 수신수단이 상기 매질과 소정의 경사각을 갖도록 하는 제 2웨지; 및A second wedge such that the ultrasonic receiving means has a predetermined inclination angle with the medium; And 상기 제 1웨지와 상기 제 2웨지가 일정한 간격을 갖도록 하는 고정수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.Density measurement apparatus using ultrasonic waves, characterized in that the first wedge and the second wedge is composed of a fixing means having a predetermined interval. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고정수단에 부착되어 상기 제 1웨지와 상기 제 2웨지가 수평으로 이동하여 상기 제 1웨지와 상기 제 2웨지의 간격의 크기가 조절될 수 있도록 하는 이동축을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.And a moving shaft attached to the fixing means to move the first wedge and the second wedge horizontally so that the size of the gap between the first wedge and the second wedge can be adjusted. Density measuring device used. 제 1항 또는 제 2항 에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 초음파 수신수단과 연결하여 상기 초음파 수신수단에서 전환되는 출력신호를 분석하는 신호분석장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.And a signal analysis device connected to the ultrasonic wave receiving means and analyzing the output signal converted by the ultrasonic wave receiving means. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 신호분석장치는 상기 초음파의 상기 매질에서의 속도, 감쇠정도, 비선형성을 상기 매질의 밀도를 나타내는 밀도파라메터로 하여 상기 밀도파라메터를 측정하는 수단;The signal analyzing apparatus includes: means for measuring the density parameter using the speed, attenuation degree, and nonlinearity of the ultrasonic wave as the density parameter representing the density of the medium; 상기 밀도파라메터를 이용하여 상기 매질의 밀도를 연산하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.And a means for calculating the density of the medium using the density parameter. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 신호분석장치에 표시장치를 더 구비하여 환자의 골밀도를 표시할 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.And a display device on the signal analysis device to display the bone density of the patient. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 신호분석장치에 개인용 컴퓨터 인터페이스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.Density measurement apparatus using the ultrasonic wave, characterized in that the signal analysis device further comprises a personal computer interface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1웨지의 각도는 경사 입사된 초음파가 상기 매질의 경계면에서 굴절하여 상기 매질의 길이방향으로 진행될 수 있도록 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.And the angle of the first wedge is determined so that obliquely incident ultrasonic waves are refracted at the interface of the medium to proceed in the longitudinal direction of the medium. 초음파를 전송하여 매질의 밀도를 측정하는 초음파를 이용한 밀도측정하는 방법으로,Density measurement using ultrasonic waves to transmit the ultrasonic waves to measure the density of the medium, 상기 초음파를 상기 매질에 소정의 각도로 입사시키는 단계;Injecting the ultrasonic wave into the medium at a predetermined angle; 상기 소정의 각도로 입사한 초음파가 상기 매질의 경계면에서 굴절한 후 상기 매질의 길이방향으로 진행하고, 상기 진행된 초음파를 수신하는 단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.And the ultrasonic wave incident at the predetermined angle is refracted at the interface of the medium, and proceeds in the longitudinal direction of the medium, and receives the advanced ultrasonic wave. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 수신하는 단계 후에, 상기 수신된 초음파의 매질에서의 속도, 감쇠정도, 비선형성을 상기 매질의 밀도를 나타내는 밀도파라메터로 하여 상기 밀도파라메터를 측정하는 단계;After the receiving step, measuring the density parameter using a velocity parameter, attenuation degree, and nonlinearity in the medium of the received ultrasonic wave as the density parameter representing the density of the medium; 상기 밀도파라메터를 이용하여 상기 매질의 밀도를 측정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 밀도측정장치.Density measurement apparatus using the ultrasonic wave, characterized in that further comprising the step of measuring the density of the medium using the density parameter.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100504710B1 (en) * 2002-06-26 2005-08-05 주식회사 휴먼테크피아 Ultrasound bone density measuring instrument
KR101009332B1 (en) * 2008-07-29 2011-01-19 (주)이에스텍 Uncoiler
KR101102784B1 (en) * 2010-07-07 2012-01-05 강원대학교산학협력단 Estimation method of bone mineral density
KR101345870B1 (en) * 2011-12-27 2014-01-16 강원대학교산학협력단 Method for estimating bone mineral density using ultrasonic attenuation
KR101412785B1 (en) * 2012-10-08 2014-06-27 강원대학교산학협력단 Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter
KR101477386B1 (en) * 2013-04-30 2014-12-29 우석대학교 산학협력단 Ultrasonic detecting device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5197475A (en) * 1988-08-10 1993-03-30 The Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for analyzing material properties using ultrasound
JPH07100136A (en) * 1993-09-30 1995-04-18 Horiba Ltd Ultrasonography and ultrasonograph for bone
KR19990073283A (en) * 1999-06-30 1999-10-05 강중길 Diagnostic apparatus of attenuation bone by ultrasonic scanning
KR20000036303A (en) * 1999-11-27 2000-07-05 노천희 Bone densitometer device having flexible sensor locator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5197475A (en) * 1988-08-10 1993-03-30 The Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for analyzing material properties using ultrasound
JPH07100136A (en) * 1993-09-30 1995-04-18 Horiba Ltd Ultrasonography and ultrasonograph for bone
KR19990073283A (en) * 1999-06-30 1999-10-05 강중길 Diagnostic apparatus of attenuation bone by ultrasonic scanning
KR20000036303A (en) * 1999-11-27 2000-07-05 노천희 Bone densitometer device having flexible sensor locator

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100504710B1 (en) * 2002-06-26 2005-08-05 주식회사 휴먼테크피아 Ultrasound bone density measuring instrument
KR101009332B1 (en) * 2008-07-29 2011-01-19 (주)이에스텍 Uncoiler
KR101102784B1 (en) * 2010-07-07 2012-01-05 강원대학교산학협력단 Estimation method of bone mineral density
KR101345870B1 (en) * 2011-12-27 2014-01-16 강원대학교산학협력단 Method for estimating bone mineral density using ultrasonic attenuation
KR101412785B1 (en) * 2012-10-08 2014-06-27 강원대학교산학협력단 Method and apparatus for estimating bone mineral density using ultrasonic nonlinear parameter
KR101477386B1 (en) * 2013-04-30 2014-12-29 우석대학교 산학협력단 Ultrasonic detecting device

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