WO1998005258A1 - Appareil de diagnostic par ultrasons - Google Patents

Description

明細書 超音波診断装置 技術分野

本発明は、 骨粗鬆症の診断等に利用される超音波診断装置に関する。 特 に、 一対の振動子間に位置する被検体に音波を透過させて被検体の特性を 得る装置に関する。 背景技術

骨粗鬆症はカルシゥム不足等によ り骨組織の密度が低下する症状である せ、 その診断のため、 骨中に超音波を透過させ、 骨中における伝播速度（ S O S ： Speed Of Sound) を測定することによ り、 骨の特性 （骨塩密度等） を 定量測定するという方法が既に提案されている。 このような超音波検査は 通常、 軟組織の薄い足の踵 （かかと） に対して行われる。

上記のように骨の特性を測定するための従来の装置 （超音波骨塩定量装 置とよばれる） は、 基台上に可動自在にされ、 各々の内壁に超音波発生と 超音波検出器とを対向するように取付けられた一対の可動片を使用する。 そして、 この各可動片間に、 踵が超音波発生 ·検出器間を遮るように挿入 し、 さらに、 超音波の伝播を可能とするために各可動片の可動を介して超 音波発生 .検出器を空中で踵に密着する。 その状態で発生器から超音波を 発射すると、 超音波は踵骨を透過する際に、 その骨塩量に応じた速度で伝 播する。 従って、 検出器により超音波の伝播速度 （ S O S ) を測定するこ とにより、 被検体である踵の骨塩量に相当する量を測定することができる。 すなわち、 上記のように超音波を被検体 （踵） に透過することで得られ る超音波発生 ·検出器間の距離 Lと、 踵を伝播した音波信号の到達時間 T から、 被検体 （踵） の伝播速度 （S O S) 〔S O S = LZT (m/ s ) 〕 を求め、 この伝播速度 （S O S) に相当する被検体 （踵） の骨塩量に変換 して、 上記骨粗鬆症の有無を診断するものである。 以下、 このように診断 するものを乾燥式の超音波診断装置という。

しかしながら、 上記乾燥式の超音波診断装置では、 被検体 （踵） に超音 波発生 ·検出器を密着させる必要性から一対の可動片を使用するが、 この ようにすると被検体 （踵） に超音波を透過して測定する毎に上記距離 L (超 音波発生 ，検出器間の距離 L) を測る必要があった。 また、 上記距離 Lを 高精度に測るには、 各可動片を丈夫で精密な機構で可動させると共に、 直 線性がよく髙分解能の電気信号処理系が必要であり、 実際は精度良く測る ことが困難で、 装置自体のコス トの上昇も招いていた。 従って、 上記の ように超音波発生 ·検出器間の距離 Lを精度] ¾く測ることが困難なため、 求めるべき伝播速度 （ S O S) は測定毎にばらついたり、 大きな誤差を含 んだり して、 信頼性に欠け易いものであった。

上記のような問題を解決するものと して、 特開平 5 - 2 2 8 1 4 8号公 報に記載した超音波診断装置が提案されている。 この種の装置は、 内側に 超音波発生 ·検出器とが対向するように取り付けられた枠と、 枠の内側に 設けられた液包体 （ボーラス） を使用する。 そして、 このボーラス内に整 合液を満たして被検体 （踵） の周囲を隙間なく整合液で囲むようにする。 この状態で、 発生器から超音波を発射すると、 超音波は踵骨を透過する際 に、 その骨塩量に応じた速度で伝播する。 従って、 検出器によ り超音波の 伝播速度 （ S O S) を測定することによ り、 被検体である踵の骨塩量に相 当する量を測定して、 上記骨粗鬆症の有無を診断するものである。 以下、 このように診断するものをボーラス式の超音波診断装置という。

このように、 枠の内側に超音波発生 '検出器を取り付けて、 各超音波発 生 ·検出器間の上記距離 Lを一定とすることで、 上記の乾燥式の超音波診 断装置で示したような、 求めるべき伝播速度 （S O S ) の測定毎にばらつ きや、 大きな誤差をなくすことができる。

しかしながら、 上記のボーラス式の超音波診断装置では、 液包体 （ボ— ラス） に整合液を供給してその容積を増大させることで、 被検体 （踵） ま での超音波の透過を確保するようにしているので、 この液包体 （ボーラス） の弾性疲労は測定 · 診断の回数 （液包体の容積を増減する回数） に比例し て著しくなり耐久性に問題があると考えられる。 特に、 液包体は、 被検体

(踵） の大きさに係わらずに包含する必要性から、 その材質を柔軟なもの と して大きな自由度をもたし、 また超音波の透過の可容性も必須なのでそ れだけ薄くする必要がある。

従って、 短期間で液包体 （ボーラス） が劣化して破裂するようなもので は、 利用価値がないばかりカ 液包体 （ボーラス） 内から整合液がこぼれ て被検体 （踵） に付いてしまう。 このとき、 整合液が水であるならば、 人 体の踵についても問題ないが、 超音波の音速の温度特性を変えたり、 物質 変化を防ぐために水以外の薬品等を混ぜる可能性もあって、 危険性がある。 また、 液包体 （ボーラス） は柔軟且つ丈夫な材質で形成されるため、 使 用時に必然的にしわがよる可能性がある。 被検体 （踵） との接触面に、 こ のようなしわがよると、 超音波の透過や反射が極端に不正常になり、 測定 が出来なくなる。

発明の開示

そこで、 本発明の一つの目的は、 耐久性、 安全性に優れており、 且つ被 検体について信頼性の高い診断結果を得る超音波診断装置を提供すること である。

この発明の他の目的は、 機構が簡単で操作が容易な骨についての特性を 測定することができる乾燥式の超音波診断装置を提供することである。 この発明の他の目的は、 被検体の幅を容易に測定することができる乾燥 式の超音波診断装置を提供することである。

この発明の他の目的は、 一対の超音波送受波器を互いに相対するように 固定設置し、 一方の超音波送受波器の送受波面の前にスタン ドオフを設置 し、 他方の超音波送受波器をスタン ドオフを先端に有する可動タ ンクに収 納し、 可動タンクを移動させることを特徴とする超音波診断装置を提供す ることである。

この発明の他の目的は、 一対の超音波送受波器を互いに相対するように 固定設置し、 一方の超音波送受波器の送受波面の前に第 1のスタ ン ドオフ を設置し、 他方の超音波送受波器を第 2のスタ ン ドオフを先端に有する可 動タ ンクに収納し、 第 1 のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドオフの 先端面との間に位置する被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可 動タンクを移動させ、 超音波送受波器が送受信する信号に基づいて被検体 の特性を診断することを特徴とする超音波診断装置を提供することである _c この発明の他の目的は、 一対め超音波送受波器を互いに相対するように 固定設置し、 一方の超音波送受波器の送受波面の前に第 1のスタ ン ドオフ を設置し、 他方の超音波送受波器を第 2のスタ ン ドオフを先端に有する可 動タ ンクに収納し、 第 1 のスタ ン ドオフの先端面と第 2のス タ ン ドオフの 先端面との間に位置する被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可 動タ ンクを移動させ、 一対の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて S O Sを算出することを特徴とする超音波診断装置を提供することである _c 請求項 1の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診 断する超音波診断装置であって、 前記被検体が載る基台と、 前記基台に設 けられ、 前記被検体の大きさに応じて相互の間隔を可変するため少なく と も一方が可動とされ、 前記被検体に対して超音波透過可能且つ押し付け可 能な一対の測定体と、 前記一対の測定体のうち可動とされたものの中に溜 められた超音波透過性流体と、 前記一対の測定体のそれぞれに設けられ、 可動とされた前記測定体にあっては前記超音波透過性流体内に収納される とともに前記基台側に支持され、 相互の間隔が固定された一対の超音波送 受波器とを備えてなるものである。

これによ り、 各測定体を被検体の大きさに応じて可変させて、 この被検 体に押し付けることで、 各超音波送受波器から発生されて被検体を透過す る超音波、 被検体で反射される超音波の伝播時間を測定し、 この伝播時間 と透過流体の温度などに基づく超音波の音速によ り、 被検体を透過する超 音波の伝播速度を検出することができる。 また、 各測定体の可動によ り各 超音波送受波器の相互の間隔も変動されることがない。

請求項 1 の発明によると、 測定体の間隔を被検体の大きさに応じて可変 させて、 被検体に押し付けることができ、 しかも測定体の可動によ り各超 音波送受波器の相互の間隔も変動されることがない。 この結果、 従来技術 のよう に、 被検体の特性を検出する毎に、 各超音波送受波器の間の距離を 測定する必要もなく、 被検体に接触する部分を柔軟なものとする必要がな いので、 各測定体が破損して超音波透過性の流体がこぼれる危険性もない また、 被検体と超音波透過性の流体の整合を必要と しないので、 被検体の 特性の検出時間が短時間で済み、 且つメ イ ンテナンスが容易で、 小型化を 図ることが可能となる。

また請求項 2の発明は、 請求項 1 において、 前-記可動された測定体は、 前記被検体に押し付けられる超音波透過性固体のスタン ドオフと、 このス 夕ン ドオフを先端に有し、 前記超音波透過性流体を溜めるとともに前記超 音波送受波器が収納される可動タンクとからなり、 前記スタン ドオフの前 記可動タンク側の面が、 前記超音波送受波器からの超音波の反射面に形成 されているものである。

これによ り、 超音波透過性流体中に超音波送受波器を固定すると、 この 超音波透過性流体、 超音波透過性固体のスタ ン ドオフを介して被検体に超 音波を確実、 且つ精度良く透過、 又は反射させることができる。

請求項 2発明によると、 前記スタン ドオフの前記可動タンク側の面が、 前記超音波送受波器からの超音波の反射面に形成され、 スタ ン ドオフと超 音波送受波器との位置関係が正確に測定できる。

請求項 3の発明は、 請求項 2において、 前記基台に前記可動タンクの可 動方向に延在するガイ ド機構を設け、 このガイ ド機構が、 前記可動タ ンク を可動に支持するとともに前記超音波送受波器を固定的に支持するもので ある。 ガイ ド機構が可動タ ンクの可動自在な支持と超音波送受波器の固定 的な支持との兼用になる。

請求項 3の発明によると、 ガイ ド機構が可動タンクの可動自在な支持と 超音波送受波器の固定的な支持との兼用になるので、 ガイ ド機構が簡単に なる。

請求項 4の発明は、 請求項 3において、 前記ガイ ド機構は前記可動タ ン クの少なく とも 2か所の支持部にシール部材を有し、 このシール部材で密 封された空間内に前記超音波送受波器の支持点があり、 前記可動タンク内 の前記超音波透過性流体が外気に対して密封されているものである。 可動 タンク内の超音波透過性液体が封じ込められる。

請求項 4の発明によると、 可動タンク内の超音波透過性液体が封じ込め られるので、 装置全体が取り扱いやすく なり、 且つ液体の劣化などを防止 することができる。

請求項 5の発明は、 請求項 4において、 前記シール部材で密封された前 記空間内に前記超音波透過性流体が充満しているものである。 前記ガイ ド 機構を超音波透過性流体の液面位置に関係なく配置できる。

請求項 5の発明によると、 ガイ ド機構を超音波透過性流体の液面位置に 関係なく配置できるので、 可動タンクにガイ ド機構を並設する構造が可能 になり、 装置全体を小型化できる

請求項 6の発明は、 請求項 2において、 前記可動タ ンクの後端に、 第 3 の超音波送受波器が、 前記スタ ン ドオフの反射面に向かって送受波可能に 取り付けられているものである。 これにより、 可動側の測定体内の超音波 透過性流体の温度に基づいて導き出される超音波の音速を用いることなく . 第 3の各超音波送受波器と前記反射面との送受波と可動タンク との位置関 係が変わる超音波送受波器と前記反射面との送受波の比較によって、 可動 タ ンクと超音波送受波器の位置関係が算出できる。

請求項 6の発明によると、 第 3の各超音波送受波器によって、 超音波透 過性流体の温度を計る必要がなくなり、 可動タ ンク側のスタ ン ドオフと超 音波送受波器の位置関係が正確に算出でき、 検査結果の精度を高めること ができる。

請求項 7の発明は、 請求項 1又は 2において、 前記一対の測定体のうち、 一方が固定され、 他方が可動とされている ものである。 これによ り、 固定 側の測定体に対して可動側の測 体を可動させるだけで、 被検体に測定体 を押しつけることができる。

請求項 7の発明によると、 固定側の測定体に衬して可動側の測定体を可 動させるだけで、 被検体に測定体を押しつけることができ、 装置の小型化 と簡略化を可能にする。

請求項 8の発明は、 請求項 7において、 前記固定される測定体は、 前記 被検体に押し付けられる超音波透過性固体のスタ ン ドオフで形成され、 こ のスタン ドオフに前記超音波送受波器が固定されているものである。 これ によ り、 スタ ン ドオフと超音波送受波器を密着させることができる。

請求項 8の発明によると、 スタン ドオフと超音波送受波器を密着させる ことができ、 固定側のスタ ン ドオフの構造が簡単になる。

請求項 9の発明は、 請求項 1 において、 前記一対の超音波送受波器を制 御する制御部が備えられ、 前記制御部は、 前記被検体を通過する超音波の 時間と前記被検体の幅とから前記被検体のを透過する超音波の伝播速度を 求める測定モー ドの他に、 前記被検体に対する伝播速度の検出前に、 この 被検体に透過される超音波の良否の判定する判定モー ドと、 前記一対の測 定体の間に間隔が既知の超音波透過体を袂むか、 又は前記一対の測定体同 士を当接させ、 可動とされた測定体とその内部の超音波送受波器の位置関 係を測定する較正モー ドとの少なく と も一つを有するものである。 判定モ 一ドを自動又は手動により選定して実行すると、 被検体に透過される超音 波を、 少なく とも強度、 波形および時間的安定度の物理量と比較するこ と で、 測定体と被検体との接触異常などを検出して知らせることができる。 また、 較正モー ドを手動により選択して実行すると、 被検体の幅が既知の 超音波透過体との比較によ り算出できる。

請求項 9の発明によると、 種々のモー ドの選択によ り適切な検査が可能 になる。 例えば判定モー ドによ り、 測定体と被検体との正しい接触が確認 され、 信頼できる測定結果を得ることができる。 また、 較正モー ドによ り、 被検体の幅が間隔が既知の超音波透過体との比較によ り算出でき、 被検体 に押し当てられるスタ ン ドオフの経年変化に係わらず正確な測定ができる 請求項 1 0の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を 診断する超音波診断装置であって、 互いに相対するように固定設置され超 音波信号を送受信する一対の超音波送受波器と、 一方の超音波送受波器の 送受波面の前に設けられるスタ ン ドオフと、 スタ ン ドオフを先端に有し、 超音波透過性流体を溜めるとともに他方の超音波送受波器を収納する可動 タンクと、 該可動タンクを前進または後進させる移動手段と

で構成される。

一対の超音波送受波器は固定設置され、 一方のスタン ドオフのみが移動 する構成なので、 操作が容易である。 請求項 1 1の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を 診断する超音波診断装置であって、 互いに相対するように固定設置され超 音波信号を送受信する一対の超音波送受波器と、 一方の超音波送受波器の 送受波面の前に設けられる第 1 のスタ ン ドオフと、 第 2のスタ ン ドオフを 先端に有し、 超音波透過性流体を溜めるとともに他方の超音波送受波器を 収納する可動タンクと、 上記第 1のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドォフの先端面との間に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接す るように該可動タンクを移動させる移動手段と、 上記一対の超音波送受波 器が送受信する信号に基づいて上記被検体の S 0 Sを演算する演算手段と で構成される。

操作が容易な装置でもって、 S O Sを算出することができる。

請求項 1 2の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を 診断する超音波診断装置であって、 互いに相対するように固定設置され超 音波信号を送受信する一対の超音波送受波器と、 一方の超音波送受波器の 送受波面の前に設けられる第 1 のスタ ン ドオフと、 第 2のスタ ン ドオフを 先端に有し、 超音波透過性媒体を保持するとと もに他方の超音波送受波器 を収納する可動タ ンクと、 上記第 1 のスタ ン ドォフの先端面と第 2のスタ ン ドオフの先端面との間に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接 するように該可動タンクを移動させる移動手段と、 上記被検体の幅を測定 する幅測定手段と、 音波信号が上記被検体を透過するのに要する時間を測 定する透過時間測定手段と、 上記幅測定手段と透過時間測定手段の出力に 基づいて上記被検体の S O Sを演算する演算手段とで構成される。

請求項 1 3の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を 診断する超音波診断装置であって、 互いに相対するように固定設置され超 音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、 第 1の超 音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第〗 のスタ ン ド オフと、 互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタ ン ドオフを 先端部に有し、 超音波透過性流体を溜めるとともに第 2の超音波送受波器 を収納する可動タンク と、 上記第 1のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタ ンドオフの先端面との間に位置する較正ファン トムまたは上記被検体をこ れらの両先端面で圧接するように該可動タンクを移動させる移動手段と、 上記一対の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて次の式の演算を行 なう演算手段と

S O S二検体幅/通過時間

=較正時のスタン ドオフの位置一測定時のスタン ドオフ位置 +較正フ ァ ン トムの幅） Z (透過時間一両側の反射時間 Z 2 )

= (F + V (Cr ) ■ t 1 - V (C) · t 3 ) / ( t 2 - ( t 4 + t 5 )

/2)

但し、 F ： ファン トムの幅

V (C) ： 温度 Cに対する液体中音速

V (Cr ) ：温度 Crに対する液体中音速

C ：測定時の温度

Cr ：較正時の温度

t 1 ：較正時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 2：測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第の超音波送 受波器で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 3：測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 4：測定時の第 1の超音波送受波器から発射され第 1のスタ ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 5 ：測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

で構成される。

経年変化によりスタ ン ドオフの幅が変わっても、 正確に測定を行なう こ とができる。

請求項 1 4の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を 診断する超音波診断装置であって、 互いに相対するように固定設置され超 音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、 第 1の超 音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1のスタン ド オフと、 互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタ ン ドオフを 先端部に有し、 超音波透過性流体を溜めるとともに第 2の超音波送受波器 を収納する可動タンク と、 較正時に上記第 1 のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタン ドオフの先端面とが接するようにまたは測定時に上記第 1のス 夕ン ドオフの先端面と第 2のスタン ドオフの先端面との間に位置する上記 被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可動夕ンクを移動させる移 動手段と、 上記一対の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて次の式 の演算を行なう演算手段と -

S〇 S =検体幅/通過時間

= ( V ( C r ) - t 1 - V ( C ) · t 3 ) / ( t 2 - ( t 4 + t 5 ) / 2 ) 但し、 V ( C ) ： 温度 Cに対する液体中音速

V ( C r ) ：温度 C rに対する液体中音速

C ：測定時の温度

C r ：較正時の温度 t 1 ： 較正時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

1 2： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 1 の超音波 送受波器で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時 間

t 3： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 4：測定時の第 1の超音波送受波器から発射され第 1 のスタ ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 5：測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

で構成される。

ファ ン トムを使用しない場合にも正確に測定できる。

請求項 1 5の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を 診断する超音波診断装置であって、 互いに相衬するように固定設置され超 音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音'波送受波器と、 第 1の超 音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1 のスタン ド オフと、 互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタ ン ドオフを 先端部に有し、 超音波透過性流体を溜めるとと もに第 2の超音波送受波器 を収納する可動タンクと、 該可動タンクの後端部に設置される第 3の超音 波送受波器と、 上記第 1 のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドオフの 先端面との間に位置する較正ファ ン トムまたは上記被検体をこれらの両先 端面で圧接するように該可動タンクを移動させる移動手段と、 上記第 1 、 第 2及び第 3の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて次の式の演算 を行なう演算手段と

S O S =検体幅 Z通過時間

=較正時のスタン ドオフの位置一測定時のスタ ン ドオフ位置 +較正ファ ン トムの幅） / (透過時間一両側の反射時間/ 2 )

= ( F + L · t 1 / t 70 - L - t 6 / t 7 ) / ( t 8 - ( t 9 + t 10) /

2 )

但し、 F : ファ ン トムの幅

L ： 可動タ ンクの長さ

t 1 ： 較正時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 6： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 7： 測定時の第 3の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 8：測定時の第 2の超音波送受波器から '発射され第 1 の超音波 送受波器で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時 間

t 9： 測定時の第 1の超音波送受波器から発射され第 1 のスタ ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 10：測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻 までの時間

t 70：較正時の第 3の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻 までの時間

で構成される。

可動タ ンクの長さが既知なので、 超音波透過性液体の温度を測定するこ となく正確な測定を行なうことができる。

請求項 1 6の発明は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を 診断する超音波診断装置であって、 互いに相対するように固定設置され超 音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、 第 1の超 音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1のスタ ン ド オフと、 互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタ ン ドオフを 先端部に有し、 超音波透過性流体を溜めるとともに第 2の超音波送受波器 を収納する可動タンク と、 上記第 1 のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドォフの先端面との間に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接 するように該可動タンクを移動させる移動手段と、 上記第 1及び第 2の超 音波送受波器が送受信する信号に基づいて次の式の演算を行なう演算手段 と

S O S 二検体幅/通過時間

二 （プローブ間距離—スタ ン ドオフの幅一液体通過分の距離） / (透過 時間一両側の反射時間 Z 2 )

= ( D ist - D l - D 2 - V ( C ) · t 3 / 2 ) / ( t 2 - ( t 4 + t 5 ) / 2 )

但し、 D ist ： 第 1及び第 2の超音波送受波器間距離

D 1 ： 第 1のスタン ドオフの幅 D 2 ： 第 2のスタン ドォフの幅

V ( C ) ：温度 Cに対する液体中音速

C ：測定時の温度

t 2： 第 2の超音波送受波器から発射され第 1 の超音波送受波器 で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 3： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの 後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 4： 第 1 の超音波送受波器から発射され第 1 のスタ ン ドオフの 先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 5 ： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの 先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 で構成される。

較正モ— ドを省略して測定できる。

請求項 1 7は、 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断す る超音波診断装置であって、 互いに相対するように固定設置され超音波信 号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、 第 1の超音波送 受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1のスタ ン ドオフ と、 互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタ ン ドオフを先端部に 有し、 超音波透過性流体を溜めるとともに第 2の超音波送受波器を収納す る可動タ ンク と、 該可動タンクの後端部に設置さ'れる第 3の超音波送受波 器と、 上記第 1 のスタン ドオフの先端面と第 2のスタン ドオフの先端面と の間に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可動タ ンクを移動させる移動手段と、 上記第 1、 第 2及び第 3の超音波送受波器 が送受信する信号に基づいて次の式の演算を行なう演算手段と

S〇 S =検体幅 Z通過時間

= ( D ist— D 1 — D 2 — L . t 6 / t 7 ) / ( t 8 - ( t 9 + t 1 0) / 2 ) 但し、 D ist ： 第 1及び第 2の超音波送受波器間距離

D 1 ： 第 1 のスタン ドオフの幅

D 2 ： 第 2のスタン ドオフの幅

L ：可動タンクの長さ

t 6： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタン ドオフの 後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 7： 第 3の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの 後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 8： 第 2の超音波送受波器から発射され第 1 の超音波送受波器 で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 9： 第 1の超音波送受波器から発射され第 1 のスタ ン ドオフの 先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 】0： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフ の先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時 間

で構成される。

較正モー ドを省略し、 超音波透過性液体の温度を測定することなく正確 に S 0 Sを算出することができる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 超音波診断装置の全体構成を示す側面図である。

第 2図は、 第 1図の A— A矢視図である。

第 3図は、 第 1図の B— B矢視図である。

第 4図は、 超音波診断装置の変形例を示す要部拡大側面図である。 第 5図は、 超音波診断装置の制御の構成を示すプロック図である。 第 6図は、 超音波診断装置の測定手順を示すフローチヤ一ト図である。 第 7図は、 被検体への測定体の押しっけの良否を判定する項目を示す表 図である。

第 8図は、 較正モー ドと測定モー ドでの測定状態を示す模式図である。 第 9図は、 第 3の超音波送受波器を用いた場合における較正モー ドと測 定モー ドでの測定状態を示す模式図である。

第 1 0図は、 較正モー ドを用いない測定モー ドでの測定状態を示す模式 図である。

第 1 1図は、 第 3の超音波送受波器を用いた場合であって較正モー ドを 用いない測定モー ドでの測定状態を示す模式図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の超音波診断装置の具体的な実施形態における超音波診断 方法について、 第 1図ないし第 8図を参照して説明する。

先ず、 第 1図ないし第 3図に基づいて、 本実施形態の超音波診断装置に ついて説明する。

第 1図ないし第 3図において、 1は超音波診断装置であって、 一対の測 定体 2， 3 と、 各測定体 2 , 3内に配される一対の超音波送受波器 4， 5 および後述する制御部 6 (第 5図に示す） とを主要部と して構成されてい る。

測定体 2は、 相対される測定体 3 との間隔を可変するために可動自在に された円筒状の可動タンク 7を有している。 可動タ ンク 7は、 相対する測 定体 3側に後述する被検体となる踵に押し付けられるスタン ドオフ 8を先 端に圧入して密閉状態にされている。 測定体 3の密閉された内部に各超音 波送受波器 4 , 5から発生される超音波信号を透過するに優れた超音波透 過物質となる超音波透過性流体 （例えば、 水） が注入されている。 スタン ドオフ 8は測定体 3に向かって段々に縮径突出する断面台形を呈しており、 可動タンク 7の軸方向に直交する 2つの反射平面 8 A， 8 Bを有している。 また、 スタ ン ドオフ 8は、 超音波信号を透過させるのに優れ、 超音波透過 性流体 （水） と異なる音響イ ンピーダンスを有するアク リル、 エキシ、 ゥ レタンおよびシリコン等の各種樹脂を成形したものが用いられる力 上記 被検体 （踵） への押し付けに際して各反射平面 8 A， 8 Bの変形が少ない 硬質材料たるァクリル樹脂を成形して用いることが好ましい。

そして、 測定体 2の可動タンク 7は、 被検体 （以下、 単に被検体を 「踵」 という） が載せられる診断台 9に可動機構 1 0を介して可動自在にされて、 診断台 9との間に配され V溝を形成する一対のタンク支え 1 1 で支持され ている。 この可動機構 1 0は、 可動タンク 6に固設されたラック 1 0 Aに 嚙み合うピニオン 1 0 Bを有し、 ラック 1 O Aは可動タンク 7の軸方向に 延びている。 ピニオン 1 0 Bは可動ダイヤル 1 2に配置されている。 可動 ダイヤル 1 2は、 診断台 9に立設された支持部材 1 3のオイルレスブッシ ュ内に回転自在に嵌合されたダイヤルシャフ ト 1 2 Aを有し、 ダイヤルシ ャフ ト 1 2 Aにピニオン 1 0 Bがラック 1 O Aに嚙み合う ように固設され ている。 また、 可動機構 1 0にはピニォン 1 0 Bの回転を規制する固定ピ ン （図示しない） を備えている。 これによ り、 可動ダイヤル 1 2を正逆回 転すると、 ピニオン 1 0 Bの回転がラ ッ ク 1 0 Aに伝達されて可動タンク 7 (スタン ドオフ 8を含む） が相対する測定体 3 に近接、 又は離間するよ うに直線可動されて測定体 3 との間隔を可変できるとともに、 上記固定ピ ンによるピニオン 1 0 Bの回転規制で各測定体 2 , 3の上記間隔を保持で きるようになっている。

上記の可動タンク 7には、 第 2図および第 3図に示すように、 その軸方 向に並行して延びるタンクガイ ド （ガイ ド機構） 1 5を有している。 タ ン クガイ ド 1 5は、 基台 （診察台） 9に固設されたガイ ドシャフ ト 1 6 と、 このガイ ドシャフ ト 1 6 に案内されたガイ ド蓋 1 8 と、 ダイ ド蓋 1 8の両 端のシール 1 6， 1 9を主要部分として構成される。 ガイ ドシャフ ト 1 6 は両端側で基台 （診断台） 9に立設された一対の固定台に軸支されている, また、 ガイ ド蓋 1 8は、 可動タンク 7の外周に固設されたガイ ド板 1 7に 対してシール材を介して気密に一体化され、 全体と してガイ ド筒体を構成 するものである。 上記ガイ ド筒体は、 上記ガイ ド板 1 7とガイ ド蓋 1 8 と で区画するガイ ド孔 C内に上記ガイ ドシャフ ト 1 6 を貫通させ、 ガイ ド蓋 1 8の両端の軸受部でガイ ドシャフ ト 1 6に軸方向摺動自在に支持されて いる。 このガイ ド孔 Cは、 ガイ ドシャフ ト 1 6の軸方向に延びると共に各 部材 1 8， 1 7の側面を貫通している。 またガイ ド孔 Cの軸方向の両端部 にシール 1 9， 密閉板 2 0とをこの順にガイ ドシャフ ト 1 6に摺動自在に 外嵌することで、 外気と密閉されている。 また、 ガイ ド孔 Cは、 ガイ ド板 1 7に形成された連絡長孔 2 1 を通して可動タンク 7内に連通しており、 連絡長孔 2 1 はガイ ドシャフ ト 1 6の軸方向に延びている。 したがって、 ガィ ド孔 C内には超音波透過性液体が充満する構造になっている。

これによ り、 上記のように可動機構 1 0 (ラック 1 0 Aとピニオン 1 0 B ) により可動タンク 7を可動すると、 ガイ ドシャフ ト 1 6をオイルシー ル 1 9 , 密閉部材 2 0が摺動して案内されながら安定して、 測定体 3に近 接、 又は離間されるようになっている。 また、 各オイルシール 1 9， 密閉 板 2 0とで、 可動タ ンク 7内から透過性流体 （水） が漏れないようになつ ている。

なお、 可動タンク 7を案内するタンクガイ ド 1 5において、 可動タンク 7内に注入された超音波透過性流体 （水） せ、 連通孔 2 1 を介してガイ ド 筒体のガイ ド孔 Cに達しない程度の注入量であれば、 このガイ ド孔 Cの両 端側をオイルシール 1 9， 密閉板 2 0で密閉しなくても、 透過性流体が装 置 1の外部に漏れることもない。 また、 タンクガイ ド 1 5の構成は、 第 1 図ないし第 3図に示されるものに限定されない。 例えば、 第 4図に示すよ うに、 可動タンク 7の上側にその可動方向に延びるガイ ド長孔 2 4を形成 し、 このガイ ド長孔 2 4から可動タ ンク 7内に挿入される連結部材 2 6に 超音波送受波器 4を連結する。 そして、 ガイ ド長孔 2 4から可動タンク 7 の外部に突出する連結部材 2 6を図示しない固定部材に固定することで、 超音波送受波器 4は、 可動タンク 7の可動を許容しつっこの超音波透過性 流体 （水） の中に配置 （固定） される。 なお、 超音波透過性流体は可動タ ンク 7内の全てに充満されておらず、 可動タンク 7の上側の液面を有する ( また、 測定体 3は、 可動タンク 7のスタン ドオフ 8に相対して配され、 各超音波送受波器 4， 5から発生される超音波信号を透過するのに優れた 超音波透過性固体からなるスタン ドオフ 2 5である。 スタ ン ドオフ 2 5は 可動タンク 7のスタ ン ドオフ 8側に向かって段々に縮径突出する断面台形 を呈しており、 スタン ドオフ 8端側の反射面 8 Aに平行する反射面 2 5 A を有している。 また、 スタン ドオフ 2 5は、 可動タ ンク 7のスタン ドオフ 8と同様に、 上記超音波を透過するに優れた、 アク リル、 エキシ、 ウレタ ンおよびシリコン等の各種樹脂を成形したものが用いられる力 ^s、 踵への押 し付けに際して反射平面 2 5 Aの変形が少ない硬質材料であるァクリル樹 脂を成形して用いるのが好ま しい。 そして、 測定体 3は、 スタ ン ドオフ 2 5の軸心を可動タンク 7のスタ ン ドオフ 8の軸心に一致させて、 且つ各反 射面 2 5 Aを平行にして、 上記基台 （診断台） 9に立設された固定台 2 8 に固設されている。 これにより、 上記のように可動機構 1 0による可動タ ンク 7の直線可動で、 踵の大きさに応じて （幅寸法の違いに応じて） 、 各 スタン ドオフ 8， 2 5を押し付けて踵を診断台 9上に挟持して固定するこ とができる。

ところで、 上記のように可動タンク 7のスタ ン ドオフ 8および、 固定タ ンク 2 6のスタン ドオフ 2 5の形状を先端側に向かって縮径する断面台形 としたのは、 各スタン ドオフ 8， 2 5で局部的に踵を挟持して固定するた めにである。 従って、 踵等の形状が一定とならない被検体であっても、 各 スタンドオフ 8 , 2 5を被検体に密着させて固定することが容易となる。 一方、 各超音波送受波器 4 , 5は、 通常、 超音波トラ ンスデューサと呼 ばれる （以下、 「トランスデューサ 4 , 5」 という。 ） 、 超音波信号の発 生および検出を 1台で行うことができる装置が用いられ、 相互間の距離 L 0が固定されて各測定体 2 , 3内に配置されている。

トランスデューサ 4はスタン ドオフ 8 に向かって超音波信号を送信可能 且つ受信可能に可動タ ンク 8内の透過流体 （水） 中に固定されている。 こ の トランスデューサ 4の固定は、 上記ガイ ドシャフ ト 1 6 に固定された連 結部材 2 7 によ り行われる。 連結部材 2 7 はガイ ドシャフ ト 1 6の軸方向 に直交して連絡長孔 2 1 を通して可動タンク 7内に突出して、 トランスデ ユーザ 4 に固定されている。 そして、 トランスデューサ 4 をガイ ドシャフ ト 1 6に固定した状態で、 上記のように可動タンク 7 (スタン ドオフ 8を 含む） の直線可動が許容されるようになっている。 また、 トランスデュ一 サ 5は、 スタン ドオフ 2 5の反射平面 2 5 A側に向かって、 超音波信号を 送信可能且つ受信可能にスタン ドオフ 2 5内に気密に配置されている。 そ して、 トランスデューサ 5の一端側は固定台に固定されている。 上記のよ うに各トラ ンスデューサ 4， 5を配置すると、 各々に発せられ、 超音波透 過性流体 （水） および各スタン ドオフ 8 , 2 5を透過する超音波信号を各 ト ランスデューサ 4， 5の各々で検出できると共に、 各スタン ドオフ 8， 2 5の反射面 8 A， 8 Bおよび 2 5 Aで反射される超音波信号の受信も可 能となる。

つぎに、 第 5図によ り、 各トランスデューサ 4 , 5に対する制御部を説 明する。 制御部 3 0は中央演算装置 （C P U ) 3 1 を有しており、 トラン スデューサ 4， 5の作動を制御するとともに、 後述する測定モー ド、 判定 モー ド、 較正モードを所定のプログラムに基づいて実行する機能を有する。 ト ラ ンスデューサ 4 , 5を送信又は受信に切り換えるために、 送信回路 3 2 と受信回路 3 3が設けられている。 送信回路 3 2は、 分周器 3 4、 所望 の信号波形に整形するフィルタ 3 5および増幅させるアンプ 3 6を介して. 各ト ラ ンスデューサ 4 ， 5の各々に出力するものである。 これによ り、 C P U 3 1で選択されたト ラ ンスデューサ 4 ， 5は、 超音波信号を発信する ( また、 各ト ラ ンスデューサ 4 , 5は、 受信回路 3 3に切換え可能に接続 されている。 受信回路 3 3は、 各トランスデューサ 4 ， 5から選択的に入 力される超音波検出信号を増幅するアンプ 3 7、 ノィズを除去するフィル タ 3 8および增幅させるアンプ 3 9を介してコンバータ 4 4 に接続されて いる。 コ ンバータ 4 4は、 受信回路 3 3から出力される超音波検出信号を デジタル化して、 超音波検出データと して C P U 3 1 に取り込ませる A Z Dコ ンバータ 4 4 a と、 受信回路 3 3のア ンプ 3 9の増幅率を補正する信 号を出力する D Z Aコ ンバータ 4 4 b とを備えている。

C P U 3 1 はそれ自体がマイコンとして機能するように、 コン トロール バス 4 1 を介して、 フラ ッ シュメモリ 4 2 、 R A M 4 3 、 コ ンノ 一タ 4 4 、 コンバータ 4 5、 プリ ンタ 4 6及びリ アルタ イ ムク ロ ッ ク 4 7が接続され ている。 フラ ッ シュメモリ 4 2には、 被検体を透過する超音波の伝播速度 を求めるための手順に関するプログラムが格納されている。 R A M 4 3は 必要なデ一タを一時的に記憶し、 伝搬速度の演算時等に必要に応じて読み 出し可能とするものである。 コンバータ 4 4は必要な超音波検出データを 得るためのものであり、 特に伝搬時間は時間設定器 4 8を用いて計られる _c コ ンバータ 4 5は超音波送受波器 4 , 5の超音波透過物質の温度を測定す る温度センサ 4 9 , 5 0からのセンサ出力を A / D変換するものである。 リアルタイムクロック 4 7はプリン夕 4 6 に日付等を入れるためのもので ある

また、 C P U 3 1 は、 オペレータによる測定の開始を指令するスター ト スィ ッチ 5 3、 オペレータに測定可能を知らせる測定可能ランプ 5 4、 ォ ペレ一夕に測定の実行中を知らせる測定ランプ 5 5、 オペレータに測定終 了、 モー ド変更、 異常などを知らせるブザー 5 6 と、 前述した時間設定器 4 8、 患者データの取り込み等の付加的機能を果たすときに使用されるパ ソコン 5 2 に接続されている。

つぎに、 フラッシュメモリ 4 2に格納されたプログラムであって、 C P U 3 1 のコン ト ロールによって実行される具体的手順を第 6図のフローチ ヤー ト図に基づいて説明する。 まずフローの全体の考え方について説明す る。

第 6図のフローには 4つのモ一 ドが組み込まれている。 第 1 のモー ドは、 ァィ ドル状態を保つスリ一ピン グモ一 ドであり、 第 2のモー ドは、 間隔力 判つている超音波透過体 （フ ァ ン トム） を挟んで経年変化し易いスタ ン ド オフ 8 , 2 5の合計距離を計るための較正モー ドであり、 第 3 のモー ドは、 スタ ン ドオフ 8， 2 5が踵に対して正しい状態で押しつけられたかどう力、 を判定する判定モー ドであり、 第 4のモー ドは、 S O S算出の測定モー ド である。

第 2モ一 ドでの較正モー ドは必要に応じて実行される力？、 その他のモー ドは普通の測定で繰り返されるモードである。 そこで、 第 1モー ドのスリ —ビングモー ドと第 3モー ドの判定モー ドと、 第 4モー ドの測定モ一 ドと の間には、 自動遷移機能が組み込まれている。 各モー ドの状態を検知する ことで、 スリーピングモ一ドから判定モ一 ドへ測定モードへと自動的に遷 移する。

つぎに、 第 6図のフローに基づいて手順の詳細を説明する。 まず、 人の 操作によってモー ドを決定する （S 1 ) 。 第 2モ— ドの較正モー ドを選定 する場合は人の入力によって較正モードの選択が決定される。 通常は、 （）） ハン ドル 1 0が測定体の間隔を狭める方向に操作されたことをセンサで検 知するか、 （2 ) 可動タ ンク 7のスタン ドオフ 8の移動を反射波到達時間で モニタし、 スタン ドオフ 8 , 2 5の間隔が所定になったことを検知するか、 ( 3 ) 基台 （診察台） 9の上に足が載ったことを検知するかで、 前述した自 動遷移機能が働き判定モー ド選択される。

較正モー ドが選定されるか、 又は上述した （ 1 ) 〜 （3 ) の状態を検知して モードの自動遷移が選定されると、 スリーピングモー ドが自動的に解除さ れる （S 2 , NO) 。 そして、 較正モー ドを実行するかどうかの判断が行 われる （S 3 ) 。 較正モー ドを実行する場合には （S 3 , Y E S) 、 スタ ン ドオフ 8， 2 5の合計距離に相当するデータを取得するため、第 8図（a ) の如く ファ ン トムを挟んで t 1時間が計測され （ S 4 ) 、 TO Pへ戻る。 較正モー ドを実行しない場合には （S 3， NO) 、 判定モー ドの実行に 移る （S 5， YE S) 。 そして、 波形判定モジュールで波形の良否が判定 される （ S 6 ) 。 通常、 踵にはゼリーが塗布され、 スタン ドオフ 8 , 2 5 を介しての超音波の透過が確保される。 しかし、 ゼリー塗布が不十分であ つたり、 踵に対するスタン ドオフ 8， 2 5の当たり具合が不十分であると、 波形異常が発生する。 この波形異常を、 第 7図に示されるように、 少なく とも超音波信号の信号強度、 信号波形および信号の時間的安定度等の判定 項目で検出する。 超音波信号サンプルの振幅の極大値が一定のレベル以上 にあるときは信号強度が良好、 この振幅の極大値が一定のレベルよ り小さ いときは信号強度が不足と判定する。 （2 ) また、 '土記超音波サンプルの振 幅の極大値の周期や間隔が一定の基準を満たすときは信号波形が良好、 こ の振幅の極大値の周期や間隔が一定の基準を満たさないときは信号波形が 不良と判定する。 （3 更に、 上記超音波サンプルの電圧 3つに対して、 そ れを与える時刻の列が一定の安定を示しておれば信号が安定 （良好） 、 変 動する場合には信号が不良と判定する。

波形の良否の結果は、 プリ ンタ 4 6に記録して表示するカ ブザー 5 6 で報知するか、 測定可能ランプ 5 4で報知するかの少なく とも一つ以上で 報知を行い （S 7) 、 続いてモード遷移モジュールへと進む （S 8) 。 こ のモード遷移モジュールでは、 第 7図の項目の全てをクリアすると、 次の 測定モードを移ること許容し （S 5 , NO) 、 一定時間内に第 7図の項目 の全てをク リアすることに失敗したら、 異常を報知しスリービングモー ド に復帰する （S 2 , Y E S) 。 そして、 操作者は、 異常の原因を追求し再 びフローをやり直すことになる。

信号波形が良好であると、 自動的に測定モー ドに移る （S 9 , Y E S ) 。 なお、 モー ド遷移モジュール （S 8 ) が組み込まれていない場合には、 人 の操作で測定モー ド （ S 9 ) が選定される。 測定モー ドでは、 踵を挟んだ 状態での反射時間や透過時間等のデータのサンプリ ングが行われ （S 1 1 ) このデータに基づいて足幅計算が行われ （ S 1 2 ) 、 続いて S O S算出が 行われる （ S 1 3 ) 。 この S 0 S算出が終了すると、 その結果をプリンタ 4 6に記録して表示するとともに、 測定の終了をブザー 5 6又は測定可能 ランプ 5 4で報知し （ S 1 5) 、 続いてモー ド遷移モジュールへと進む（ S 1 6 ) 。 このモー ド遷移モジュールによ り 自動的にスリービングモー ドに 戻る。

つぎに、 較正モー ド （S 3) と測定モー ド （S 9 ) における、 S O S算 出の具体例を第 8図によ り説明する。 第 8図 （ a ) は較正モー ドでの状態 を示し、 同図 （b) は測定モー ドでの状態を示している。 第 8図 （ a ) の よ う に、 スタ ン ドオフ 8， 2 5の間に間隔 Fが既知のフア ン トム （超音波 透過体） 6 1 をゼリーを介して挟み込み、 可動側の超音波送受波器 4によ つてスタ ン ドオフ 8の内側の反射面 8 Bにおける反射波の反射時間 t 1 を 計測する。 第 8図 （ b ) のように、 スタン ドオフ 8 , 2 5の間にゼリ ーを 塗った踵 6 2を挟み、 可動側の超音波送受波器 4によってスタ ン ドオフ 8 の内外の反射面 8 B, 8 Aにおける反射波の反射時間 t 3， t 5 と、 固定 側の超音波送受波器 5によってスタン ドオフ 2 5の外側の反射面 2 5 Aに おける反射波の反射時間 t 4 と、 超音波送受波器 4， 5による透過波の透 過時間 t 2 を計測する。

S O S ( s p e e d o f s o u n d ) =足幅 Z通過時間

=較正時のスタン ドォフの位置一測定時のスタ ン ドオフ位置 +較正ファ ン トムの幅） , (透過時間一両側の反射時間 Z2 )

= (F + V (Cr ) - t】 — V (C) · t 3 ) / ( t 2 - ( t 4 + t 5 ) /2 ) · · · ( 1 ) 式

但し、 F ： ファ ン トムの距離

V (C) ：温度 Cに対する液体中音速

C ：測定時の温度

Cr ：較正時の温度

によって算出できる。

ファ ン トムを使ってスタン ドオフ 8， 2 5の合計幅を知る較正モー ドを 組み込むと、 検査手順が面倒になるものの、 スタ ン ドオフ 8 , 2 5の経年 変化によって幅が変化した場合であっても正確に検査を行うことができる。 なお、 ファ ン トムを使わずスタ ン ドオフ 8， 2 5の先端どう しをゼリーを 介して密着させる場合でも、 （ 1 ) 式の Fがゼロになるだけで較正可能で ある。 ただし、 可動タンク 7の移動距離が長くなる。

しかし、 温度 Cに対する液体中音速 V (C) を必要とするため、 超音波 透過性液体の温度を正確に測定するとともに、 温度で音速が正確に計算で きる特性を有する液体を使用する必要がある。 そこで、 液体中音速 V (C) を必要としない測定方法を第 9図によ り説明する。

第 9図 （ a ) は較正モー ドでの状態を示し、 同図 （ b) は測定モー ドで の状態を示している。 第 8図と異なる点は、 可動タンク 7の後端に第 3の 超音波送受波器 2 9が取り付けられた点である。 第 8図 （ a ) の如くス夕 ン ドオフ 8 , 2 5の間に間隔 Fが既知のファ ン トム 6 1 をゼリ ーを介して 挟み込み、 可動側の超音波送受波器 4によってスタン ドオフ 8の内側の反 射面 8 Βにおける反射波の反射時間 t 1 を計測する。 第 8図 （b) の如く スタ ン ドオフ 8， 2 5の間にゼリ一を塗った踵 6 2 を挟み、 可動側の超音 波送受波器 4によってスタン ドオフ 8の内外の反射面 8 B， 8 Aにおける 反射波の反射時間 t 6 , t 1 0 と、 固定側の超音波送受波器 5によってス タン ドオフ 2 5の外側の反射面 2 5 Aにおける反射波の反射時間 t 9と、 超音波送受波器 4 , 5による透過波の透過時間 t 8 と、 超音波送受波器 2 9によってスタ ン ドオフ 8の内側の反射面 8 Bにおける反射波の反射時間 t 7を計測する。

前述の （ 1 ) 式と同様に、

S O S ( s p e e d o f s o u n d ) =足幅/通過時間

=較正時のスタン ドオフの位置一測定時のスタ ン ド才フ位置 +較正フ ァ ン トムの幅） / (透過時間一両側の反射時間 Z 2 )

二 ( F + L · t 1 / t 70- L - t 6 / t 7 ) ノ ( t 8 - ( t 9 + t 10) /' 2 ) · · · (2 ) 式

但し、 F ： フ ァ ン ト ムの距離 （既知）

L ：可動タ ンク （シリ ンダ） の長さ （既知）

によって算出できる。 このよ う に、 可動タ ンク 7の長さ Lを厳密に製作し ておき、 第 3の超音波送受波器 2 9を設けると、 回路が多少複雑になるも のの、 超音波透過性液体の温度測定の必要がなく、 正確な検査が可能にな る。

以上の実施形態の説明では、 較正モー ド （S 3 ) を必須とするものを説 明したが、 スタ ン ドオフ 8， 2 5の幅が測定できると、 較正モー ド （S 3 ) を省略できる。 その場合の測定手順を第 1 0図及び第 1 1図により説明す る。 第 1 1図は第 1 0図に第 3の超音波送受波器 2 9が付加されたもので ある。 第 1 0， 1 1図において、 スタ ン ドオフ 8 , 2 5のウレタン等の温 度特性を知ることができると、 スタ ン ドオフ 8， 2 5の幅 D 2， D 1は下 記の式で理論的に求めることができる。

D 1 = U (C) ■ t 4 /2 · · · · ( 3 ) 式

D 2 = U ( C ) . ( t 5 - t 3 ) / 2 - - - - ( 4 ) 式

但し、 U (C) ：温度 Cに対するスタ ン ドオフ内音速

C ： 温度センサで求めたり、 第 3の超音波送受波器 2 9があると きは、 L Z t 7で求めるもの

第 1 0図の場合、 スタン ドオフ 8， 2 5の間にゼリーを塗った踵 6 2 を 挟み、 可動側の超音波送受波器 4 によってスタン ドォフ 8の内外の反射面 8 B, 8 Aにおける反射波の反射時間 t 3， t 5 と、 固定側の超音波送受 波器 5によってスタ ン ド才フ 2 5の外側の反射面 2 5 Aにおける反射波の 反射時間 t 4 と、 超音波送受波器 4 , 5による透過波の透過時間 t 2 とを 計測する。 すると下記の式で S 0 Sが算出可能である。

S O S ( s p e e d o f s o u n d ) 二足幅/通過時間

= (プローブ間距離一スタ ン ドオフの幅一液体通過分の距離） / (透過 時間 -両側の反射時間 Z 2 )

= S 0 S = (Dist - D 1 - D2 - V (C) - t 3 / 2 ) Z ( t 2 ( t 4 + t 5 ) / 2 ) ■ · · · ( 5 ) 式

但し、 Dist ： プローブ間距離

D 1 ： スタ ン ドオフ 2 5の幅

D2 ： スタ ン ドオフ 8の幅

V (C) ： 温度 Cに対する液体中音速

C ：測定時の温度

第 1 1図の場合、 スタ ン ドオフ 8， 2 5の間にゼリーを塗った踵 6 2 を 挟み、 可動側の超音波送受波器 4によってスタン ドオフ 8の内側の反射面 8 Bにおける反射波の反射時間 t 6と、 固定側の超音波送受波器 5によつ てスタ ン ドオフ 2 5の外側の反射面 2 5 Aにおける反射波の反射時間 t 9 と、 超音波送受波器 4， 5による透過波の透過時間 t 8と、 超音波送受波 器 2 9によってスタ ン ドオフ 8の内側の反射面 8 Bにおける反射波の反射 時間 t 7を計測する。 すると （ 5) 式と同様に S 0 Sが下記の式で算出可 能である。

S 0 S = (Dist - D 1 - D2 - L - t 6 / t 7 ) / ( t 8 - ( t 9 + t 10) ノ2) · ■ ■ · (6 ) 式

但し、 D_1St ： プローブ間距離 （既知）

L ： 可動タ ン ク （シリ ンダ） の長さ （既知 )

前述の S O Sは、 ヤング率と物質の密度によって規定されるから、 一般 に骨密度の増加に伴ってヤング率が増加し、 音波は弾性の低い骨ではよ り 速い伝播速度を示す。 このこ とから、 よ り骨量の多い骨ではよ り高い S 0 Sを得るこ と になる。 従って、 S 0 Sは骨の密度と弾性力の両方を加味し た指標になる。 なお、 以上の実施の形態では S 0 Sから骨量を測定する場 合について説明したが、 透過スぺク ト ルのスロープの傾きから定める超音 波減衰係数 （B UA (B r o a d U l t r a s o u n d A t t e n u a t i o n) ) から骨量を求めても良いし、 或いは S O Sと B UAの組み 合わせから求められる数学的指標である L u n a r S t i f f n e s s I n d e xから骨量を求めても良い。

尚、 本実施形態における超音波診断方法では、 各ト ラ ンスデューサ 4， 2 9から照射され、 ス タ ン ドオフ 8の内側の反射面 8 Bで反射され超音波 信号の送受信時間の伝播時間データを測定するようにした力 これは踵に 押し付けられる各スタン ドオフ 8の変形を考慮して、 その影響を受けにく い部分で反射させるようにしたからである。 従って、 各ト ラ ンスデューサ 4， 50から照射される超音波信号をス タ ン ドオフ 8の外側の反射面 8 A で反射させるようにしてもよい。 また、 本実施形態における超音波診断装 置では、 測定体 3を固定したものとしたが、 これに限定されるものでなく， 測定体 3 も測定体 2の如く、 スタ ン ドオフ 8 と可動タン ク 7 とで構成して 可動自在にしたものであってもよい。 さらに、 可動側の測定体に溜められ る超音波透過性液体は、 一種類に限らず、 透過方向に複数槽に仕切られた 多層構造にすることもできる。 この場合、 温度変化に係わらず、 音速を一 定にする液体の組み合わせを採用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波診 断装置であって、

前記被検体が載る基台と、

前記基台に設けられ、 前記被検体の大きさに応じて相互の間隔を可変す るため少なく とも一方が可動とされ、 前記被検体に対して超音波透過可能 且つ押し付け可能な一対の測定体と、

前記一対の測定体のうち可動とされたものの中に溜められた超音波透過 性流体と、

前記一対の測定体のそれぞれに設けられ、 可動とされた前記測定体にあ つては前記超音波透過性流体内に収納されるとともに前記基台側に支持さ れ、 相互の間隔が固定された一対の超音波送受波器と

を備えてなる超音波診断装置。

2 . 請求項 1 において、 前記可動の測定体は、 前記被検体に押し付けら れる超音波透過性固体のスタン ドオフと、 このスタ ン ドオフを先端に有し、 前記超音波透過性流体を溜めるとともに前記超音波送受波器が収納される 可動タンク とからなり、 前記スタ ン ドオフの前記可動タンク側の面が、 前 記超音波送受波器からの超音波の反射面になるように形成されている超音 波診断装置。

3 . 請求項 2において、 前記基台に前記可動タンクの可動方向に延在す るガイ ド機構を設け、 このガイ ド機構が、 前記可動タンクを可動に支持す るとともに前記超音波送受波器を固定的に支持する超音波診断装置。

4 . 請求項 3において、 前記ガイ ド機構は前記可動タンクの適所の支持 部にシール部材を有し、 このシール部材で密封された空間内に前記超音波 送受波器の支持点があり、 前記可動タンク内の前記超音波透過性流体が外 気に対して密封されている超音波診断装置。

5 . 請求項 4において、 前記シール部材で密封された前記空間内に前記 超音波透過性流体が充満している超音波診断装置。

6 . 請求項 2において、 前記可動タンクの後端に、 第 3の超音波送受波 器が、 前記スタン ドオフの反射面に向かって送受波可能に取り付けられて いる超音波診断装置。

7 . 請求項 1又は 2において、 前記一対の測定体のうち、 一方が固定さ れ、 他方が可動とされている超音波診断装置。

8 . 請求項 7 において、 前記固定される測定体は、 前記被検体に押し付 けられる超音波透過性固体のスタ ン ドオフで形成され、 このスタ ン ドオフ に前記超音波送受波器が固定されている超音波診断装置。

9 . 請求項 1 において、 前記一対の超音波送受波器を制御する制御部が 備えられ、

前記制御部は、

前記被検体を通過する超音波の時間と前記被検体の幅とから前記被検体を 透過する超音波の伝播速度を求める測定モー ドの他に、

前記被検体に対する伝播速度の検出前に、 この被検体に透過される超音 波の良否の判定する判定モー ドと、

前記ー衬の測定体の間に間隔が既知の超音波透過体を挟むか、 又は前記 一対の測定体同士を当接させ、 可動とされた測定体とその内部の超音波送 受波器の位置関係を測定する較正モー ド

との少なく とも一つを有する超音波診断装置。

1 0 . 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する一対の超音 波振動子と、 一方の超音波振動子の送受波面の前に設けられるス タン ドォフと、 ス タ ン ドオフを先端に有し、 超音波透過性媒体を保持するとともに他方 の超音波振動子を収納する可動タンクと、

該可動タンクを前進または後進させる移動手段と

を備えてなる超音波診断装置。

1 1 . 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する一対の超音 波振動子と、

一方の超音波振動子の送受波面の前に設けられる第 1のス タ ン ドオフと、 第 2のスタン ドオフを先端に有し、 超音波透過性媒体を保持するとと も に他方の超音波振動子を収納する可動タン ク と、

上記第 1 のスタ ン ドオフの先端面と第 2 のス タ ン ドオフの先端面との間 に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可動タンク を移動させる移動手段と、

上記一対の超音波振動子が送受信する信号に基づいて上記被検体の S 0 Sを演算する演算手段と

を備えてなる超音波診断装置。

1 2 . 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する一対の超音 波送受波器と、

一方の超音波送受波器の送受波面の前に設けられる第 1のス タ ン ドオフ と、

第 2 のス タ ン ドオフを先端に有し、 超音波透過性媒体を保持するととも に他方の超音波送受波器を収納する可動タンクと、

上記第 1 のスタン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドオフの先端面との間 に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可動タンク を移動させる移動手段と、

上記被検体の幅を測定する幅測定手段と、

音波信号が上記被検体を透過するのに要する時間を測定する透過時間測 定手段と、

上記幅測定手段と透過時間測定手段の出力に基づいて上記被検体の S 0 Sを演算する演算手段と

を備えてなる超音波診断装置。

1 3 . 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、

第 1の超音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1 のスタン ドオフと、

互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタ ン ドオフを先端部 に有し、 超音波透過性媒体を保持するとと もに第 2の超音波送受波器を収 納する可動タ ンク と、

上記第 1のスタ ン ドォフの先端面と第 2のスタン ドオフの先端面との間 に位置する較正ファ ン トムまたは上記被検体をこれらの両先端面で圧接す るように該可動タンクを移動させる移動手段と、

上記一対の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて次の式の演算を 行なう演算手段と

S O S =検体幅/通過時間

=較正時のスタン ドオフの位置一測定時のスタ ン ドオフ位置 +較正フ 7 ン トムの幅） / (透過時間一両側の反射時間 / 2 )

= (F + V (Cr ) · t 1 - V (C) - t 3 ) / ( t 2 - ( t 4 + t 5 )

/ 2 )

但し、 F : ファン トムの幅

V (C) ：温度 cに対する液体中音速

V (Cr ) ： 温度 Crに対する液体中音速

C ： 測定時の温度

Cr ：較正時の温度

t 1 ： 較正時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のス夕 ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 2： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第の超音波送 受波器で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 3 ： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 4： 測定時の第 1の超音波送受波器から発射され第 1 のスタ ン ドォフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 5 ： 測定時の第 2の超音波送受波器から''発射され第 2のスタ ン ドォフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

を備えてなる超音波診断装置。

】 4. 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、

第 1の超音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1 のスタン ドオフと、

互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタン ドオフを先端部 に有し、 超音波透過性媒体を保持するとともに第 2の超音波送受波器を収 納する可動タンク と、

較正時に上記第 1のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドオフの先端 面とが接するようにまたは測定時に上記第 1のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタン ドオフの先端面との問に位置する上記被検体をこれらの両先端 面で圧接するように該可動タンクを移動させる移動手段と、

上記一対の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて次の式の演算を 行なう演算手段と

S O S二検体幅 Z通過時間

= (V (Cr ) · t 1 - V (C) · t 3 ) Z ( 12 - ( t 4 + t 5 ) ノ 2 ) 但し、 V (C) ： 温度 Cに対する液体中音速

V (Cr ) ： 温度 Crに対する液体中音速

C ：測定時の温度

Cr ：較正時の温度

t 1 ：較正時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 2 ： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 1 の超音波 送受波器で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時 間

t 3： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 4： 測定時の第 1の超音波送受波器から発射され第 1のスタ ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 5：測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のス夕ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

を備えてなる超音波診断装置。

1 5 . 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、

第 1の超音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1 のスタ ン ドオフと、

互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタン ドオフを先端部 に有し、 超音波透過性媒体を保持するとと もに第 2の超音波送受波器を収 納する可動タ ンクと、

該可動タンクの後端部に設置される第 3の超音波送受波器と、 上記第 1のスタン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドオフの先端面との間 に位置する較正ファン トムまたは上記被検体をこれらの両先端面で圧接す るように該可動タンクを移動させる移動手段と、

上記第 1、 第 2及び第 3の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて 次の式の演算を行なう演算手段と

S O S =検体幅 Z通過時間

=較正時のスタ ン ド才フの位置一測定時のスタン ドオフ位置 +較正ファ ン トムの幅） / (透過時間一両側の反射時間 / 2 ) ( F + L · t l / t 70— L ' t 6 / t 7 ) / ( t 8 - ( t 9 + t 10) , )

但し、 F : ファ ン トムの幅

L ： 可動タンクの長さ

t 1 ：較正時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 6： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 7： 測定時の第 3の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドォフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 8： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 1の超音波 送受波器で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時 間

t 9： 測定時の第 1の超音波送受波器から発射され第 1のスタ ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻ま での時間

t 10： 測定時の第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻 までの時間

t 70：較正時の第 3の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻 までの時間

を備えてなる超音波診断装置。

1 6. 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、

第 1の超音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1 のスタ ン ドオフと、

互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタ ン ドオフを先端部 に有し、 超音波透過性媒体を保持するとと もに第 2の超音波送受波器を収 納する可動タ ンク と、

上記第 1のスタン ドオフの先端面と第 2のスタ ン ドォフの先端面との間 に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可動タンク を移動させる移動手段と、

上記第 1及び第 2の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて次の式 の演算を行なう演算手段と

S O S =検体幅 Z通過時間

= (プローブ間距離一スタ ン ドオフの幅一液体通過分の距離） ノ （透過 時間 -両側の反射時間 Z 2 )

= (Dist - Dl - D2 - V (C) · t 3 / 2 ) / ( t 2 - ( t 4 + t 5 ) /2 )

但し、 Dist ： 第 1及び第 2の超音波送受波器間距離

D 1 ： 第 1のスタ ン ドオフの幅

D2 ： 第 2のスタ ン ドォフの幅

V (C) ：温度 Cに対する液体中音速

C ：測定時の温度

t 2： 第 2の超音波送受波器から発射され第 1の超音波送受波器 で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 3： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの 後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 4： 第 1 の超音波送受波器から発射され第 1 のスタン ドオフの 先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 5： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフの 先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 を備えてなる超音波診断装置。

1 7 . 被検体に超音波を透過させ、 この被検体の特性を診断する超音波 診断装置であって、

互いに相対するように固定設置され超音波信号を送受信する第 1及び第 2の一対の超音波送受波器と、

第 1 の超音波送受波器の送受波面の前に設けられる先端面を有する第 1 のスタ ン ドオフと、

互いに平行な先端面および後端面を有する第 2のスタン ドオフを先端部 に有し、 超音波透過性媒体を保持するとともに第 2の超音波送受波器を収 納する可動タンクと、

該可動タ ンクの後端部に設置される第 3の超音波送受波器と、 上記第 1 のスタ ン ドオフの先端面と第 2のスタン ドォフの先端面との間 に位置する上記被検体をこれらの両先端面で圧接するように該可動タンク を移動させる移動手段と、

上記第 1、 第 2及び第 3の超音波送受波器が送受信する信号に基づいて 次の式の演算を行なう演算手段と

S O S =検体幅 Z通過時間

= ( D ist— D l — D 2 -い t 6 / t 7 ) / ( t 8 _ ( t 9 + t 10) / 2 但し、 D ist ： 第 1及び第 2の超音波送受波器間距離

D 1 ： 第 1 のスタン ドオフの幅 D 2 ： 第 2のスタン ドオフの幅

L ：可動タンクの長さ

t 6： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタン ドオフの 後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 7：第 3の超音波送受波器から発射され第 2のスタン ドオフの 後端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 8： 第 2の超音波送受波器から発射され第 1 の超音波送受波器 で受信した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 9： 第 1 の超音波送受波器から発射され第 1 のスタ ン ドオフの 先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時間 t 10： 第 2の超音波送受波器から発射され第 2のスタ ン ドオフ の先端面で反射した信号の発射時刻から受信時刻までの時 間

を備えてなる超音波診断装置。

1 8 . 超音波透過性媒体が流体であることを特徴とする請求項 1 0乃至 1 7の超音波診断装置。