JPH09224934A - Osteoporosis diagnostic device - Google Patents
Osteoporosis diagnostic deviceInfo
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- JPH09224934A JPH09224934A JP3636396A JP3636396A JPH09224934A JP H09224934 A JPH09224934 A JP H09224934A JP 3636396 A JP3636396 A JP 3636396A JP 3636396 A JP3636396 A JP 3636396A JP H09224934 A JPH09224934 A JP H09224934A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 骨の密度及び弾性率を実測し、信頼性の高い
診断を簡易に行う。
【解決手段】 まず、超音波パルスを被験者の所定の皮
質骨に向けて斜めに繰り返し放射し、該皮質骨表面に表
面波を励振させて、その漏洩波を受波する。受波信号
は、A/D変換器8によってデジタル信号に変換され、
CPU11によって漏洩波レベルが検出される。CPU
11は、最大漏洩波レベルを抽出し、最大漏洩波レベル
に対応した伝播時間に基づいて皮質骨中の音速を算出す
る。次に、超音波パルスを上記皮質骨に向けて繰り返し
放射し、該皮質骨からのエコーを受波し、A/D変換器
8によってデジタルのエコー信号に変換し、CPU11
によってエコーレベルを検出する。CPU11は最大エ
コーレベルを抽出し、この最大エコーレベルに基づいて
皮質骨の音響インピーダンスを算出する。上記皮質骨中
の音速と音響インピーダンスとから皮質骨の密度及び弾
性率を算出する。
(57) [Abstract] [Problem] To measure a bone density and elastic modulus to easily perform a highly reliable diagnosis. First, an ultrasonic pulse is repeatedly emitted obliquely toward a predetermined cortical bone of a subject, a surface wave is excited on the surface of the cortical bone, and the leaked wave is received. The received signal is converted into a digital signal by the A / D converter 8,
The leak wave level is detected by the CPU 11. CPU
Reference numeral 11 extracts the maximum leaky wave level and calculates the sound velocity in the cortical bone based on the propagation time corresponding to the maximum leaky wave level. Next, ultrasonic pulses are repeatedly radiated toward the cortical bone, the echo from the cortical bone is received, the A / D converter 8 converts the echo into a digital echo signal, and the CPU 11
To detect the echo level. The CPU 11 extracts the maximum echo level and calculates the acoustic impedance of the cortical bone based on this maximum echo level. The density and elastic modulus of the cortical bone are calculated from the speed of sound in the cortical bone and the acoustic impedance.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波パルスを
被験者の所定の皮質骨に向けて放射し、該皮質骨表面か
らのエコーレベルを測定することにより、骨粗鬆症を診
断する超音波反射式の骨粗鬆症診断装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention radiates an ultrasonic pulse toward a predetermined cortical bone of a subject and measures an echo level from the surface of the cortical bone to measure an ultrasonic reflex type ultrasonic wave. The present invention relates to an osteoporosis diagnostic device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高齢化社会の到来に伴って、骨粗
鬆症と呼ばれる骨の疾患が問題となっている。これは、
骨からカルシウムが抜け出してスカスカになり、少しの
ショックで折れ易くなる病気で、高齢者をいわゆる寝た
きりにさせる原因の一つにもなっている。骨粗鬆症の物
理的診断は、主として、DXA等に代表されるX線を使
用する診断装置により、骨の密度を精密に測定すること
によって行われるが、X線による物理的診断では、装置
が大がかりになる上、使用にあたっては、放射線被爆障
害防止の見地から、いろいろな制約を受ける、という煩
わしい問題を抱えている。2. Description of the Related Art In recent years, with the advent of an aging society, a bone disease called osteoporosis has become a problem. this is,
It is a disease that causes calcium to escape from bones and becomes scuffed and easily broken with a slight shock, which is one of the causes of so-called bedridden elderly people. The physical diagnosis of osteoporosis is mainly performed by precisely measuring the bone density with a diagnostic device using X-rays such as DXA, but the physical diagnosis with X-rays requires a large-scale device. In addition, there is a troublesome problem in that it is subject to various restrictions from the viewpoint of preventing radiation exposure damage.
【0003】そこで、このような不都合が全く起きない
簡易な装置として、超音波を利用する診断装置が普及し
始めてきている。超音波を利用する診断装置では、超音
波が骨組織中を伝搬するときの音速や減衰を計測して、
骨密度又は骨の弾性率を推定し、低い推定値が得られれ
ば、それは、骨からカルシウムが抜け出したためである
と考えることができるので、骨粗鬆症と診断する。例え
ば、特開平2−104337号公報に記載の診断装置で
は、一方の超音波トランスデューサから測定部位である
被験者の骨組織に向けて超音波パルスを発射し、骨組織
を透過してきた超音波パルスを他方の超音波トランスデ
ューサで受波することにより、骨組織中での音速を測定
し、骨組織内での音速が遅い程、骨粗鬆症が進行してい
ると診断する。これは、同診断装置が、経験上骨組織中
では音速は骨密度や骨の弾性率に比例する、という前提
に立って動作するからである。[0003] As a simple device that does not cause such inconveniences at all, diagnostic devices using ultrasonic waves have begun to spread. A diagnostic device that uses ultrasonic waves measures the speed of sound and attenuation when the ultrasonic waves propagate through bone tissue,
If the bone density or the elastic modulus of the bone is estimated and a low estimated value can be obtained, it can be considered that it is because calcium has escaped from the bone, and thus osteoporosis is diagnosed. For example, in the diagnostic apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-104337, an ultrasonic pulse is emitted from one ultrasonic transducer toward a bone tissue of a subject, which is a measurement site, and an ultrasonic pulse transmitted through the bone tissue is emitted. By receiving the wave with the other ultrasonic transducer, the sound speed in the bone tissue is measured, and the lower the sound speed in the bone tissue, the more the diagnosis of osteoporosis is progressing. This is because the diagnosing device operates on the assumption that, in experience, the speed of sound in bone tissue is proportional to bone density and elastic modulus of bone.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、音速が
骨密度や骨の弾性率に比例するということの理論的根拠
は不確かで、厳密に言うと、骨組織中での音速は、骨密
度や骨の弾性率に比例するのではなく、[骨の弾性率/
骨密度]の平方根で与えられる。しかも、骨の弾性率と
骨密度とは、骨密度が増加すれば骨の弾性率も上昇する
という互いに相殺する形で音速に寄与するために、骨組
織中での音速は骨密度の増加に敏感には応答できず、骨
組織中での音速と骨密度との相関係数は、けっして高く
はない。また、骨密度と超音波の減衰とを結び付ける理
論的根拠も不確かである。したがって、骨組織中での音
速や超音波の減衰についての計測結果から、骨密度や骨
の弾性率を推定して骨粗鬆症を診断するという従来の診
断装置に信頼性の高い診断を求めることには無理があっ
た。However, the rationale for the fact that the speed of sound is proportional to bone density and elastic modulus of bone is uncertain. Strictly speaking, the speed of sound in bone tissue is Is not proportional to the elastic modulus of
Bone density]. Moreover, since the elastic modulus of bone and the bone density contribute to the speed of sound in such a way that the elastic modulus of bone increases as the bone density increases, the speed of sound in the bone tissue increases as the bone density increases. It cannot respond sensitively, and the correlation coefficient between sound speed and bone density in bone tissue is never high. In addition, the rationale for linking bone density with ultrasonic attenuation is uncertain. Therefore, in order to obtain a highly reliable diagnosis from the conventional diagnostic device that diagnoses osteoporosis by estimating the bone density and the elastic modulus of the bone from the measurement results of the sound velocity and the attenuation of the ultrasonic wave in the bone tissue, It was impossible.
【0005】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、放射線被爆の心配のない簡易型であるにもかか
わらず、従来よりも一段と確実な診断を行うことのでき
る超音波反射式の骨粗鬆症診断装置を提供することを目
的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is of an ultrasonic reflection type capable of performing a more reliable diagnosis than the conventional one, even though it is a simple type with no fear of radiation exposure. It is an object to provide an osteoporosis diagnostic device.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、超音波トランスデューサを
被験者の所定の皮質骨を覆う皮膚表面に当てた状態で、
上記超音波トランスデューサの送受波面の向きを、上記
皮質骨表面の法線の向きを含む所定の立体角の範囲内で
様々に変えながら、超音波パルスを上記皮膚下の皮質骨
に向けて繰り返し発射し、1パルス発射毎に、該皮質骨
表面から戻ってくるエコーを上記超音波トランスデュー
サによって受波し、受波信号をアナログ/デジタル変換
器によってデジタル信号に変換し、デジタル化されたエ
コー信号を用いて信号処理を行うことにより骨粗鬆症を
診断する超音波反射式の骨粗鬆症診断装置であって、入
力される上記エコー信号からエコーレベルを検出するエ
コーレベル検出手段と、検出された複数の上記エコーレ
ベルの中から最大エコーレベルを抽出するための最大エ
コーレベル抽出手段と、抽出された上記最大エコーレベ
ルに基づいて、上記皮質骨の音響インピーダンスを算出
する音響インピーダンス算出手段と、被験者の所定の皮
質骨に超音波パルスを投入して、該皮質骨中の超音波パ
ルスの音速を測定する音速測定手段と、該音速測定手段
によって測定された上記皮質骨中の音速と上記音響イン
ピーダンス算出手段によって算出された上記皮質骨の音
響インピーダンスとに基づいて、上記皮質骨の密度を算
出する骨密度算出手段とを備え、該骨密度算出手段によ
って算出された上記皮質骨の密度を指標として骨粗鬆症
を診断することを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 applies an ultrasonic transducer to a skin surface covering a predetermined cortical bone of a subject,
The ultrasonic wave pulse is repeatedly emitted toward the cortical bone under the skin while changing the orientation of the transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer within a predetermined solid angle range including the orientation of the normal line of the cortical bone surface. Then, each time one pulse is emitted, the echo returning from the cortical bone surface is received by the ultrasonic transducer, the received signal is converted into a digital signal by an analog / digital converter, and the digitized echo signal is converted. An ultrasonic reflex-type osteoporosis diagnostic device for diagnosing osteoporosis by performing signal processing using an echo level detecting means for detecting an echo level from the input echo signal, and a plurality of the detected echo levels. The maximum echo level extraction means for extracting the maximum echo level from among Acoustic impedance calculation means for calculating the acoustic impedance of cortical bone, sonic velocity measurement means for applying an ultrasonic pulse to a predetermined cortical bone of a subject, and measuring the sound velocity of the ultrasonic pulse in the cortical bone, and the sonic velocity measurement Based on the acoustic velocity of the cortical bone measured by means and the acoustic impedance of the cortical bone calculated by the acoustic impedance calculation means, a bone density calculation means for calculating the density of the cortical bone, the bone It is characterized in that osteoporosis is diagnosed using the density of the cortical bone calculated by the density calculating means as an index.
【0007】また、請求項2記載の発明は、超音波トラ
ンスデューサを被験者の所定の皮質骨を覆う皮膚表面に
当てた状態で、上記超音波トランスデューサの送受波面
の向きを、上記皮質骨表面の法線の向きを含む所定の立
体角の範囲内で様々に変えながら、超音波パルスを上記
皮膚下の皮質骨に向けて繰り返し発射し、1パルス発射
毎に、該皮質骨表面から戻ってくるエコーを上記超音波
トランスデューサによって受波し、受波信号をアナログ
/デジタル変換器によってデジタル信号に変換し、デジ
タル化されたエコー信号を用いて信号処理を行うことに
より骨粗鬆症を診断する超音波反射式の骨粗鬆症診断装
置であって、入力される上記エコー信号からエコーレベ
ルを検出するエコーレベル検出手段と、検出された複数
の上記エコーレベルの中から最大エコーレベルを抽出す
るための最大エコーレベル抽出手段と、抽出された上記
最大エコーレベルに基づいて、上記皮質骨の音響インピ
ーダンスを算出する音響インピーダンス算出手段と、被
験者の所定の皮質骨に超音波パルスを投入して、該皮質
骨中の超音波パルスの音速を測定する音速測定手段と、
該音速測定手段によって測定された上記皮質骨中の音速
と上記音響インピーダンス算出手段によって算出された
上記皮質骨の音響インピーダンスとに基づいて、上記皮
質骨の弾性率を算出する弾性率算出手段とを備え、該弾
性率算出手段によって算出された上記皮質骨の弾性率を
指標として骨粗鬆症を診断することを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, the ultrasonic transducer is applied to the skin surface covering a predetermined cortical bone of the subject, and the direction of the transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer is determined by the method of the cortical bone surface. The ultrasonic pulse is repeatedly emitted toward the cortical bone under the skin while changing variously within a predetermined solid angle including the direction of the line, and an echo returning from the surface of the cortical bone with each pulse emission. Is received by the ultrasonic transducer, the received signal is converted into a digital signal by an analog / digital converter, and signal processing is performed using the digitized echo signal to diagnose osteoporosis. An osteoporosis diagnostic device, comprising: echo level detection means for detecting an echo level from the input echo signal; and a plurality of detected echo levels. Maximum echo level extraction means for extracting the maximum echo level from among the above, based on the extracted maximum echo level, acoustic impedance calculation means for calculating the acoustic impedance of the cortical bone, predetermined cortical bone of the subject An ultrasonic pulse is applied to, and a sound velocity measuring means for measuring the sound velocity of the ultrasonic pulse in the cortical bone,
Based on the acoustic velocity of the cortical bone measured by the sound velocity measuring means and the acoustic impedance of the cortical bone calculated by the acoustic impedance calculating means, an elastic modulus calculating means for calculating the elastic modulus of the cortical bone. It is characterized in that osteoporosis is diagnosed using the elastic modulus of the cortical bone calculated by the elastic modulus calculating means as an index.
【0008】また、請求項3記載の発明は、請求項1又
は2記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記音響インピ
ーダンス算出手段は、上記最大エコーレベル抽出手段に
よって抽出された上記最大エコーレベルに基づいて、上
記被験者の軟組織に対する上記皮質骨の超音波反射係数
を算出し、算出された該超音波反射係数に基づいて、上
記皮質骨の音響インピーダンスを算出することを特徴と
している。The invention according to claim 3 is the osteoporosis diagnosing device according to claim 1 or 2, wherein the acoustic impedance calculating means is based on the maximum echo level extracted by the maximum echo level extracting means. Then, the ultrasonic reflection coefficient of the cortical bone with respect to the soft tissue of the subject is calculated, and the acoustic impedance of the cortical bone is calculated based on the calculated ultrasonic reflection coefficient.
【0009】また、請求項4記載の発明は、請求項1,
2又は3記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記音速測
定手段は、被験者の所定の皮質骨に超音波パルスを斜め
から投入して、該皮質骨表面を伝播する表面波の音速を
測定する表面波音速測定手段と、該表面波音速測定手段
によって測定された表面波の音速に基づいて、上記皮質
骨中の縦波の音速を上記超音波パルスの音速として算出
する縦波音速算出手段とからなることを特徴としてい
る。[0009] The invention described in claim 4 is the first invention.
The osteoporosis diagnostic apparatus according to 2 or 3, wherein the sound velocity measuring means measures the sound velocity of a surface wave propagating on the cortical bone surface by injecting an ultrasonic pulse obliquely into a predetermined cortical bone of the subject. Based on the sound velocity of the sound wave and the sound velocity of the surface wave measured by the sound wave velocity measuring means, the sound velocity of the longitudinal wave in the cortical bone is calculated as the sound velocity of the ultrasonic pulse. It is characterized by becoming.
【0010】また、請求項5記載の発明は、請求項1,
2,3又は4記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記表
面波音速測定手段は、被験者の所定の皮質骨を覆う皮膚
表面に当てた状態で、上記皮膚下の皮質骨に超音波パル
スを斜めから投入して、該皮質骨表面を伝播する表面波
を発生させる送波用超音波トランスデューサと、該送波
用超音波トランスデューサから既知の距離隔てられ、上
記表面波又はその漏洩波を受波する受波用超音波トラン
スデューサと、上記超音波パルスが上記送波用超音波ト
ランスデューサから上記皮質骨へ向けて投入されてか
ら、上記表面波が上記皮質骨表面を伝播して、該表面波
又はその漏洩波が上記受波用超音波トランスデューサに
よって受波されるまでに要する伝播時間を計測する計測
手段とを備えていることを特徴としている。[0010] The invention according to claim 5 is based on claim 1,
2. The osteoporosis diagnostic device according to 2, 3, or 4, wherein the surface wave sound velocity measuring means obliquely applies an ultrasonic pulse to the cortical bone under the skin while being applied to the skin surface covering a predetermined cortical bone of the subject. From the ultrasonic wave transducer for generating a surface wave propagating on the surface of the cortical bone and a known distance from the ultrasonic transducer for wave transmission, and receives the surface wave or its leaky wave. An ultrasonic transducer for receiving waves, and the ultrasonic pulse is input from the ultrasonic transducer for transmitting waves toward the cortical bone, and then the surface wave propagates on the surface of the cortical bone to generate the surface wave or the surface wave thereof. And a measuring unit for measuring a propagation time required for the leaky wave to be received by the receiving ultrasonic transducer.
【0011】さらにまた、請求項6記載の発明は、請求
項5記載の骨粗鬆症診断装置であって、上記送波用及び
受波用超音波トランスデューサは、超音波振動子に接合
される一端面と、被験者の上記皮膚に当接される他端面
とが互いに楔形に交差する超音波カプラを有しているこ
とを特徴としている。Further, the invention according to claim 6 is the osteoporosis diagnostic device according to claim 5, wherein the ultrasonic transducers for transmitting and receiving waves have one end surface joined to an ultrasonic transducer. It is characterized in that it has an ultrasonic coupler in which the other end surface which comes into contact with the skin of the subject intersects with each other in a wedge shape.
【0012】[0012]
【作用】この発明の構成において、超音波トランスデュ
ーサから超音波パルスを被験者の所定の皮質骨に向けて
繰り返し発射し、1パルス発射毎に、上記皮質骨表面か
ら戻ってくるエコーを上記超音波トランスデューサによ
って受波し、この受波信号に基づいて、上記皮質骨の音
響インピーダンスを算出する。一方、一対の投入射用及
び受波用超音波トランスデューサを、送波面及び受波面
の向きが被験者の所定の皮質骨表面に対してそれぞれ所
定の角度をなすように上記皮質骨を覆う皮膚表面に配置
し、上記投入用超音波トランスデューサから超音波パル
スを上記皮質骨に向けて斜めから投入して、表面波を発
生させ、上記皮質骨表面近傍を伝播してくる超音波パル
スを、受波用超音波トランスデューサで受波し、超音波
パルスが投入用及び受波用超音波トランスデューサの間
を伝播する時間を計測することによって、上記皮質骨表
面を伝播する超音波パルスの表面波の音速を測定し、こ
の表面波の音速に基づいて、縦波の音速を算出する。そ
して、算出された上記皮質骨の音響インピーダンスと上
記縦波の音速とに基づいて、[骨密度]=[音響インピ
ーダンス]/[音速]の関係より上記皮質骨の密度を、
[骨の弾性率]=[音響インピーダンス]×[音速]の
関係より上記皮質骨の弾性率を算出し、該皮質骨の密度
又は弾性率を指標として骨粗鬆症を診断する。In the configuration of the present invention, ultrasonic pulses are repeatedly emitted from the ultrasonic transducer toward a predetermined cortical bone of the subject, and echoes returning from the surface of the cortical bone are emitted by the ultrasonic transducer with each pulse emission. Then, the acoustic impedance of the cortical bone is calculated based on the received signal. On the other hand, a pair of injection and receiving ultrasonic transducers on the skin surface covering the cortical bone so that the directions of the transmitting surface and the receiving surface form respective predetermined angles with respect to the predetermined cortical bone surface of the subject. The ultrasonic wave pulse is placed and the ultrasonic pulse is injected obliquely from the input ultrasonic transducer toward the cortical bone to generate a surface wave, and the ultrasonic pulse propagating near the surface of the cortical bone is received. The sound velocity of the surface wave of the ultrasonic pulse propagating on the cortical bone surface is measured by receiving the ultrasonic wave and measuring the time for the ultrasonic pulse to propagate between the input and receiving ultrasonic transducers. Then, the sound velocity of the longitudinal wave is calculated based on the sound velocity of the surface wave. Then, based on the calculated acoustic impedance of the cortical bone and the sound velocity of the longitudinal wave, the density of the cortical bone is calculated from the relation of [bone density] = [acoustic impedance] / [speed of sound],
The elastic modulus of the cortical bone is calculated from the relationship of [elastic modulus of bone] = [acoustic impedance] × [speed of sound], and osteoporosis is diagnosed using the density or elastic modulus of the cortical bone as an index.
【0013】この発明の構成によれば、皮質骨の組成物
の詰まり具合を示す皮質骨の密度、又は骨の折れ難さの
尺度である皮質骨の弾性率を、受波したエコーに基づい
て算出した皮質骨の音響インピーダンスと、音速測定手
段によって測定した皮質骨中の超音波パルスの縦波速度
とに基づいて、直接的かつ正確に算出し、この皮質骨の
密度又は弾性率を指標として骨粗鬆症を診断するので、
一段と信頼性の高い診断を行うことができる。また、X
線を用いないので、放射線被爆の心配のない安全な測定
を手軽に行うことができる。According to the structure of the present invention, the density of cortical bone indicating the degree of clogging of the composition of cortical bone, or the elastic modulus of cortical bone, which is a measure of the fracture resistance of bone, is determined based on the received echo. Based on the calculated acoustic impedance of the cortical bone and the longitudinal wave velocity of the ultrasonic pulse in the cortical bone measured by the sound velocity measuring means, directly and accurately calculated, using the density or elastic modulus of the cortical bone as an index. Because it diagnoses osteoporosis,
A more reliable diagnosis can be performed. Also, X
Since no line is used, it is possible to easily perform a safe measurement without fear of radiation exposure.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 ◇第1実施例 図1は、この発明の第1実施例である骨粗鬆症診断装置
の電気的構成を示すブロック図、図2は、同装置の外観
図、図3は、同装置の使用状態を示す模式図、図4は、
同装置の使用状態を示す模式図、図5は、同装置の全体
の処理の流れ(メインルーチン)を示すフローチャー
ト、図6は、超音波パルスの音速を測定する際の同装置
の処理の流れ(音速測定サブルーチン)を示すフローチ
ャート、図7は、皮質骨の音響インピーダンスを算出す
る際の同装置の処理の流れ(音響インピーダンス算出サ
ブルーチン)を示すフローチャート、図8は、同装置の
動作の説明に用いられる図、また、図9は、同装置の動
作の説明に用いられる図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be specifically made using an embodiment. First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an osteoporosis diagnostic device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an external view of the device, and FIG. 3 is a usage state of the device. The schematic diagram shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a usage state of the device, FIG. 5 is a flow chart showing an overall processing flow (main routine) of the device, and FIG. 6 is a processing flow of the device when measuring a sound velocity of an ultrasonic pulse. FIG. 7 is a flow chart showing a (sonic velocity measurement subroutine), FIG. 7 is a flow chart showing a processing flow (acoustic impedance calculation subroutine) of the device when calculating the acoustic impedance of cortical bone, and FIG. 8 is an explanation of the operation of the device. FIG. 9 is a diagram used and FIG. 9 is a diagram used to explain the operation of the apparatus.
【0015】この例の骨粗鬆症診断装置は、図1乃至図
4に示すように、電気パルス信号が所定の周期で入力さ
れる度に、これに応答して、測定部位である被験者の所
定の皮質骨Mbに向けて超音波パルスAiを発射すると
共に、皮質骨Mbの表面Yから戻ってくるエコー(以
下、骨エコーという)Aeを受波して受波信号(電気信
号)に変換するエコー測定用超音波トランスデューサ
(以下、単に、エコー測定用トランスデューサという)
1と、超音波パルスを発射又は受波するための一対の超
音波トランスデューサを有し、電気パルス信号が所定の
周期で入力される度に、これに応答して、超音波パルス
Aiを当てる測定部位と略同じ部位の被験者の所定の皮
質骨Mbに向けて斜めに一方の超音波トランスデューサ
から超音波パルスBiを発射して、皮質骨Mbの表面を
伝播する表面波Bsを励振すると共に、皮質骨Mbの表
面Yから戻ってくる超音波(以下、漏洩波という)Be
をもう一方の超音波トランスデューサによって受波して
受波信号(電気信号)に変換する音速測定用超音波トラ
ンスデューサ(以下、単に、音速測定用トランスデュー
サという)2と、エコー測定用トランスデューサ1及び
音速測定用トランスデューサ2に電気パルス信号を供給
し、エコー測定用トランスデューサ1から出力される上
記受波信号を処理して皮質骨Mbからの反射波の振幅で
ある骨エコーレベルを抽出してこの骨エコーレベルに基
づいて音響インピーダンスを算出し、一方、音速測定用
トランスデューサ2から出力される上記受波信号を処理
して表面波Bsが皮質骨Mbの表面Yを伝播する伝播時
間を計測してこの伝播時間に基づいて縦波の音速を算出
し、上記音響インピーダンスと縦波の音速とから皮質骨
Mbの密度及び弾性率を算出して、骨粗鬆症の診断を行
う装置本体3とを有してなっている。In the osteoporosis diagnostic apparatus of this example, as shown in FIGS. 1 to 4, every time an electric pulse signal is input at a predetermined cycle, in response to this, a predetermined cortex of the subject, which is the measurement site, is responded to. An echo measurement in which an ultrasonic pulse Ai is emitted toward the bone Mb and an echo (hereinafter referred to as a bone echo) Ae returning from the surface Y of the cortical bone Mb is received and converted into a received signal (electrical signal). Ultrasonic transducer (hereinafter simply referred to as echo measurement transducer)
1 and a pair of ultrasonic transducers for emitting or receiving ultrasonic pulses, each time an electric pulse signal is input in a predetermined cycle, in response thereto, an ultrasonic pulse Ai is applied. An ultrasonic pulse Bi is obliquely emitted from one ultrasonic transducer toward a predetermined cortical bone Mb of the subject in the same region as the region to excite a surface wave Bs propagating on the surface of the cortical bone Mb and to generate a cortex. Ultrasonic waves returning from the surface Y of the bone Mb (hereinafter referred to as leakage wave) Be
Ultrasonic transducer for sonic velocity measurement (hereinafter, simply referred to as sonic velocity measurement transducer) 2 for receiving a wave by another ultrasonic transducer and converting it into a received signal (electrical signal), an echo measurement transducer 1 and a sonic velocity measurement An electric pulse signal is supplied to the transducer 2 for processing, the received signal output from the transducer 1 for echo measurement is processed to extract the bone echo level which is the amplitude of the reflected wave from the cortical bone Mb, and the bone echo level is extracted. On the other hand, the acoustic impedance is calculated based on the above, and the received signal output from the sound velocity measurement transducer 2 is processed to measure the propagation time of the surface wave Bs propagating on the surface Y of the cortical bone Mb, and this propagation time is measured. The sound velocity of the longitudinal wave is calculated based on the above, and the density and the elasticity of the cortical bone Mb are calculated from the acoustic impedance and the sound velocity of the longitudinal wave. To calculate the rate, which is and a device body 3 for diagnosis of osteoporosis.
【0016】ここで、皮質骨Mbの音響インピーダンス
を求める音響インピーダンス算出モードにおいて上記エ
コー測定用トランスデューサ1及び装置本体3が、皮質
骨Mb中の縦波の音速を求める音速測定モードにおいて
上記音速測定用トランスデューサ2及び装置本体3が動
作する。なお、エコー測定用トランスデューサ1と装置
本体3、音速測定用トランスデューサ2と装置本体3と
は、それぞれ、ケーブルC1,C2によって接続されて
いる。Here, in the acoustic impedance calculation mode for obtaining the acoustic impedance of the cortical bone Mb, the echo measuring transducer 1 and the apparatus main body 3 are used for measuring the acoustic velocity in the acoustic velocity measuring mode for obtaining the acoustic velocity of the longitudinal wave in the cortical bone Mb. The transducer 2 and the device body 3 operate. The echo measuring transducer 1 and the device body 3 are connected to each other by the sound velocity measuring transducer 2 and the device body 3 by cables C1 and C2, respectively.
【0017】上記エコー測定用トランスデューサ1は、
チタンジルコン酸鉛(PZT)等の円板状の厚み振動型
圧電素子の両面に電極層を有する超音波振動子1aを主
要部として構成され、この超音波振動子1aの一方の電
極面(超音波パルスAiの送受波面)には、送信残響の
効果を除去をするために、ポリエチレンバルク等の超音
波遅延スペーサ1bが固着されている。なお、送信残響
が骨エコーAeの受波に影響を及ぼさない場合には、超
音波遅延スペーサ1bを省略できる。ここで、精度の高
い測定を行うには、エコー測定用トランスデューサ1の
送受波面から平面波とみなして差し支えのない超音波パ
ルスAiを皮質骨Mbに向けて放射でき、平面波とみな
して差し支えのない骨エコーAeが送受波面に戻ってく
るのが望ましいことから、エコー測定用トランスデュー
サ1としては、送受波面をできるだけ広くしたものが好
適である(この例では、送受波面の直径Dを15[mm]
に設定)。同様の観点から、測定部位たる皮質骨Mbと
しては、曲率半径の大きな平坦性のよい部位、例えば、
頸骨等の皮質骨Mbを選択することが好ましい。The echo measuring transducer 1 is
The ultrasonic vibrator 1a having electrode layers on both sides of a disk-shaped thickness vibration type piezoelectric element such as lead titan zirconate (PZT) is mainly constituted, and one electrode surface of the ultrasonic vibrator 1a (super An ultrasonic wave delay spacer 1b such as polyethylene bulk is fixed to the transmission / reception surface of the sound wave pulse Ai in order to remove the effect of transmission reverberation. The ultrasonic delay spacer 1b can be omitted when the transmission reverberation does not affect the reception of the bone echo Ae. Here, in order to perform a highly accurate measurement, the ultrasonic pulse Ai, which can be regarded as a plane wave from the transmitting and receiving surface of the transducer 1 for echo measurement, can be emitted toward the cortical bone Mb, and can be regarded as a plane wave. Since it is desirable that the echo Ae returns to the transmitting / receiving surface, it is preferable that the transmitting / receiving surface is as wide as possible as the echo measuring transducer 1 (in this example, the transmitting / receiving surface diameter D is 15 [mm]).
Set to). From the same viewpoint, the cortical bone Mb, which is the measurement site, has a large flatness with a large radius of curvature, for example,
It is preferable to select cortical bone Mb such as tibia.
【0018】音速測定用トランスデューサ2は、超音波
パルスBiを発射する送波用超音波トランスデューサ
(以下、送波部という)21と、漏洩波Beを受波する
受波用超音波トランスデューサ(以下、受波部という)
22と、送波部21と受波部22とを繋ぐ連絡部23と
を有してなっている。送波部21は、上記超音波振動子
1aと同様の構成の超音波振動子21aの送波面に楔形
のポリエチレンバルク等の超音波カプラ21bが、受波
部22は、超音波振動子22aの受波面に楔形のポリエ
チレンバルク等の超音波カプラ22bがそれぞれ接合さ
れてなっている。また、連絡部23は所定の長さ(例え
ば、略100[mm])の可撓性を有する部材からなって
いる。超音波カプラ21bは、超音波振動子21aに接
合される接合面S1と皮膚表面Xに当接される当接面S
2とを有し、また、超音波振動子21aが接合面S1に
接合され、当接面S2が皮膚表面Xに当接した状態で、
送波部21から発射された超音波パルスBiが皮質骨M
bに臨界角で入射して皮質骨表面Y近傍を表面Yに沿っ
て伝播する表面波Bsが励振されるように、接合面S1
と当接面S2とは所定の角度をなしている。The sonic velocity measuring transducer 2 includes a transmitting ultrasonic transducer (hereinafter referred to as a transmitting unit) 21 that emits an ultrasonic pulse Bi and a receiving ultrasonic transducer (hereinafter, referred to as a transmitting wave) 21 that receives a leakage wave Be. Called the wave receiver)
22 and a connecting portion 23 connecting the wave transmitting portion 21 and the wave receiving portion 22. The wave transmission unit 21 has an ultrasonic wave coupler 21b such as a wedge-shaped polyethylene bulk on the wave transmission surface of the ultrasonic wave oscillator 21a having the same configuration as the ultrasonic wave oscillator 1a, and the wave receiving unit 22 has the ultrasonic wave oscillator 22a. Ultrasonic couplers 22b such as wedge-shaped polyethylene bulks are joined to the wave-receiving surface. The connecting portion 23 is made of a flexible member having a predetermined length (for example, about 100 [mm]). The ultrasonic coupler 21b includes a bonding surface S1 bonded to the ultrasonic transducer 21a and a contact surface S contacting the skin surface X.
2 and the ultrasonic transducer 21a is joined to the joint surface S1 and the contact surface S2 is in contact with the skin surface X,
The ultrasonic pulse Bi emitted from the transmitting unit 21 is the cortical bone M.
In order to excite the surface wave Bs that is incident on b at a critical angle and propagates in the vicinity of the surface Y of the cortical bone along the surface Y, the joint surface S1
And the contact surface S2 form a predetermined angle.
【0019】超音波カプラ22bは、超音波振動子22
aに接合される接合面S3と皮膚表面Xに当接される当
接面S4とを有し、また、超音波振動子22aが接合面
S3に接合され、当接面S4が皮膚表面Xに当接した状
態で、皮質骨表面Y近傍を表面Yに沿って伝播してくる
表面波Bsが軟組織Ma側に漏洩して生じた漏洩波Be
を受波するように、接合面S3と当接面S4とは所定の
角度をなしている。なお、超音波パルスBiが軟組織M
a側から皮質骨Mbに入射角θiで入射したときに、表
面波Bsが発生する条件は、軟組織Ma中の音速をV
a、表面波の音速をVsとすると、[sinθi=Vs
/Va]の関係を満足することであり、このときの入射
角θiが上記臨界角となる。ここで、測定部位たる皮質
骨Mbとしては、エコー測定用トランスデューサ1から
超音波パルスAiを放射した部位と略同一の部位が選択
されるが、曲率半径の大きな平坦性のよい部位であるほ
かに、この平坦性が一定の長さだけ保たれている部位で
あるこのが望まれる。これは、軟組織Maからのエコー
等のノイズを減らして所望の超音波を取り込むために、
送波部21と受波部22との離隔が所定の距離以上必要
であるからである。この点からも、頸骨等の皮質骨Mb
を選択することが好ましい。The ultrasonic coupler 22b is an ultrasonic transducer 22.
It has a joint surface S3 joined to a and a contact surface S4 brought into contact with the skin surface X, and the ultrasonic transducer 22a is joined to the joint surface S3, and the contact surface S4 is attached to the skin surface X. Leaky wave Be generated by leaking the surface wave Bs propagating along the surface Y in the vicinity of the cortical bone surface Y to the soft tissue Ma side in the contact state.
So that the contact surface S3 and the contact surface S4 form a predetermined angle. The ultrasonic pulse Bi is the soft tissue M.
The condition that the surface wave Bs is generated when the light enters the cortical bone Mb at the incident angle θi from the a side is that the sound velocity in the soft tissue Ma is V
a and the sound velocity of the surface wave is Vs, [sin θi = Vs
/ Va], and the incident angle θi at this time is the critical angle. Here, the cortical bone Mb to be measured is selected to be substantially the same as the part that radiates the ultrasonic pulse Ai from the echo measurement transducer 1, but is a part having a large radius of curvature and good flatness. It is desirable that this flatness is a portion where the flatness is maintained for a certain length. This reduces noise such as echoes from the soft tissue Ma and captures desired ultrasonic waves,
This is because the wave transmitter 21 and the wave receiver 22 need to be separated by a predetermined distance or more. From this point as well, cortical bone Mb such as tibia
It is preferable to select
【0020】上記装置本体3は、パルス発生器4と、整
合回路5と、増幅器6と、波形整形器7と、A/D変換
器8と、ROM9と、RAM10と、CPU(中央処理
装置)11と、レベルメータ12と、表示器13と計時
回路14とから概略構成されている。パルス発生器4
は、ケーブルC1(ケーブルC2)を介してエコー測定
用トランスデューサ1(音速測定用トランスデューサ
2)に接続され、中心周波数略2.5MHzの電気パル
ス信号を所定の周期(例えば、100msec)で繰り返し
生成して、エコー測定用トランスデューサ1(音速測定
用トランスデューサ2)に送信する。また、上記音速測
定モードにおいては、上記動作に加えて、この電気パル
ス信号の音速測定用トランスデューサ2への送信と同一
のタイミングで計時開始信号Taを計時回路14へ供給
する。The apparatus main body 3 includes a pulse generator 4, a matching circuit 5, an amplifier 6, a waveform shaper 7, an A / D converter 8, a ROM 9, a RAM 10, and a CPU (central processing unit). 11, a level meter 12, a display unit 13, and a timing circuit 14 are roughly configured. Pulse generator 4
Is connected to an echo measurement transducer 1 (sound velocity measurement transducer 2) via a cable C1 (cable C2) and repeatedly generates an electric pulse signal having a center frequency of approximately 2.5 MHz at a predetermined cycle (for example, 100 msec). And transmits it to the echo measurement transducer 1 (sound velocity measurement transducer 2). In addition, in the sound velocity measurement mode, in addition to the above operation, the timing start signal Ta is supplied to the timing circuit 14 at the same timing as the transmission of this electric pulse signal to the sound velocity measurement transducer 2.
【0021】なお、この電気パルス信号の周期は、後述
する漏洩波到達時間Tsよりも充分長く設定されてい
る。整合回路5は、ケーブルC1(ケーブルC2)を介
して接続されるエコー測定用トランスデューサ1(音速
測定用トランスデューサ2)と装置本体3との間で、最
大のエネルギ効率で信号の授受ができるように、インピ
ーダンスの整合を行う。それゆえ、受波信号は、上記音
響インピーダンス算出モードにおいては、エコー測定用
トランスデューサ1の超音波振動子1aが骨エコーAe
を受波する度に、エコー測定用トランスデューサ1から
出力され、整合回路5を介して、エネルギの損失なし
に、増幅器6に入力され、上記音速測定モードにおいて
は、同様に、音速測定用トランスデューサ2の超音波振
動子22aが漏洩波Beを受波する際に、受信信号は、
エネルギの損失なしに、増幅器6に入力される。The period of this electric pulse signal is set to be sufficiently longer than the leak wave arrival time Ts described later. The matching circuit 5 enables transmission / reception of signals with maximum energy efficiency between the device main body 3 and the echo measurement transducer 1 (sound velocity measurement transducer 2) connected via the cable C1 (cable C2). , Impedance matching is performed. Therefore, in the acoustic impedance calculation mode, the received wave signal is transmitted by the ultrasonic transducer 1a of the echo measurement transducer 1 to the bone echo Ae.
Every time the wave is received, it is output from the echo measuring transducer 1 and input to the amplifier 6 via the matching circuit 5 without energy loss. In the sound velocity measuring mode, similarly, the sound velocity measuring transducer 2 When the ultrasonic transducer 22a of receives the leaky wave Be, the received signal is
It is input to the amplifier 6 without loss of energy.
【0022】増幅器6は、整合回路5を経由して入力さ
れる受波信号を所定の増幅度で増幅した後、波形整形器
7に入力する。波形整形器7は、LC構成のバンドパス
フィルタからなり、増幅器6によって増幅された受波信
号にフィルタ処理を施して、ノイズ成分を除去すべく線
形に波形整形した後、A/D変換器8に入力する。A/
D変換器8は、図示せぬサンプルホールド回路、サンプ
リングメモリ(SRAM)等を備え、CPU11のサン
プリング開始要求に従って、入力される波形整形器7の
出力信号(波形整形されたアナログの受波信号)を所定
の周波数(例えば12MHz)でサンプリングしてデジ
タル信号(以下、上記音響インピーダンス算出モードに
おいては、骨エコー信号、上記音速測定モードにおいて
は、漏洩波信号という)に順次変換し、得られた骨エコ
ー信号(漏洩波信号)を一旦自身のサンプリングメモリ
に格納した後、CPU11に送出する。The amplifier 6 amplifies the received signal input via the matching circuit 5 with a predetermined amplification degree and then inputs it to the waveform shaper 7. The waveform shaper 7 is composed of a band-pass filter having an LC structure, performs a filtering process on the received signal amplified by the amplifier 6, and linearly shapes the noise to remove a noise component, and then the A / D converter 8 To enter. A /
The D converter 8 includes a sample hold circuit (not shown), a sampling memory (SRAM), and the like, and in accordance with a sampling start request from the CPU 11, the output signal of the waveform shaper 7 (an analog received signal whose waveform has been shaped) is input. Is sequentially sampled at a predetermined frequency (for example, 12 MHz) into a digital signal (hereinafter referred to as a bone echo signal in the acoustic impedance calculation mode and a leaky wave signal in the sound velocity measurement mode), and the obtained bone is obtained. The echo signal (leakage wave signal) is temporarily stored in its own sampling memory and then sent to the CPU 11.
【0023】ROM9は、オペレーティングシステム
(OS)の他に、CPU11が骨粗鬆症診断のために実
行する処理プログラムを格納する。この処理プログラム
は、1パルス1エコー毎にA/D変換器8から骨エコー
信号(漏洩波信号)を取り込んで骨エコーレベル(漏洩
波レベル)を検出する手順、このようにして検出された
多数の骨エコーレベル(漏洩波レベル)の中から最大骨
エコーレベル(最大漏洩波レベル)を抽出する手順、抽
出された最大骨エコーレベルに基づいて、被験者の軟組
織Maに対する皮質骨Mbの超音波反射係数Rを算出す
る手順、算出された超音波反射係数Rに基づいて、被験
者の皮質骨Mbの音響インピーダンスZbを算出する手
順、最大漏洩波レベルに対応した漏洩波到達時間Tsに
基づいて皮質骨Mb中の縦波の音速Vlを算出する手
順、上記音響インピーダンスZbと縦波の音速Vlとに
基づいて被験者の皮質骨Mbの骨密度ρを算出する手順
及び上記音響インピーダンスZbと縦波の音速Vlとに
基づいて被験者の皮質骨Mbの弾性率Eを算出する手順
等が記述されている。The ROM 9 stores a processing program executed by the CPU 11 for diagnosing osteoporosis in addition to the operating system (OS). This processing program is a procedure for detecting a bone echo level (leakage wave level) by taking in a bone echo signal (leakage wave signal) from the A / D converter 8 for each one pulse and one echo. Procedure for extracting the maximum bone echo level (maximum leaky wave level) from the bone echo level (leakage wave level) of the subject, and the ultrasonic reflection of the cortical bone Mb with respect to the soft tissue Ma of the subject based on the extracted maximum bone echo level The procedure for calculating the coefficient R, the procedure for calculating the acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb of the subject based on the calculated ultrasonic reflection coefficient R, and the cortical bone based on the leaky wave arrival time Ts corresponding to the maximum leaky wave level A procedure for calculating the sound velocity Vl of the longitudinal wave in Mb, a procedure for calculating the bone density ρ of the cortical bone Mb of the subject based on the acoustic impedance Zb and the sound velocity Vl of the longitudinal wave, and A procedure for calculating the elastic modulus E of the cortical bone Mb of the subject based on the acoustic impedance Zb and the sound velocity Vl of the longitudinal wave is described.
【0024】なお、この処理プログラムでは、被験者の
皮質骨Mb中の縦波の音速Vlは、式(1)によって与
えられる。In this processing program, the sound velocity Vl of the longitudinal wave in the cortical bone Mb of the subject is given by the equation (1).
【数1】 Vl=αL/(Ts−2Tp) …(1) α:皮質骨Mb中を伝播する縦波の音速と皮質骨表面Y
を伝播する表面波Bsの音速との比(既知) L:表面波Bsが皮質骨表面Yを伝播する際の皮質骨表
面Y上の距離(既知) Tp:超音波パルスBiが超音波カプラ21b及び軟組
織Maを通過するのに必要な時間、又は漏洩波Beが軟
組織Ma及び超音波カプラ22bを通過するのに必要な
時間(既知)Vl = αL / (Ts−2Tp) (1) α: Sound velocity of longitudinal waves propagating in cortical bone Mb and cortical bone surface Y
Ratio of the surface wave Bs propagating in the sound wave to the sound velocity (known) L: Distance on the cortical bone surface Y when the surface wave Bs propagates on the cortical bone surface Y (known) Tp: The ultrasonic pulse Bi is the ultrasonic coupler 21b And the time required to pass through the soft tissue Ma or the time required for the leaky wave Be to pass through the soft tissue Ma and the ultrasonic coupler 22b (known).
【0025】また、被験者の皮質骨Mbの音響インピー
ダンスZbは、式(2)によって与えられる。The acoustic impedance Zb of the subject's cortical bone Mb is given by equation (2).
【数2】 Zb=Za(R+1)/(1−R) …(2) Za: 軟組織Maの音響インピーダンス(既知) ここで、皮質骨Mbの表面Yが略平面で、エコー測定用
トランスデューサ1から発射される超音波パルスAiも
平面波で、しかも、その波面が皮質骨Mbの表面Yと略
平行であるとみなせるとき(つまり、超音波パルスAi
が皮質骨Mbの表面Yに略垂直に入射するとき)、被験
者の軟組織Maに対する皮質骨Mbの超音波反射係数R
は、式(3)で表される。ところで、骨エコーレベル
は、超音波パルスAiが皮質骨Mbの表面Yに略垂直に
入射するときに極大となる。したがって、この例によっ
て抽出される最大骨エコーレベルは、後述するように、
超音波パルスAiが皮質骨Mbの表面Yに略垂直に入射
したときに得られるので、抽出された最大骨エコーレベ
ルから算出される超音波反射係数Rは、式(3)によっ
て与えられる超音波反射係数Rと一致する。それゆえ、
式(3)を変形することにより、式(2)が得られる。## EQU00002 ## Zb = Za (R + 1) / (1-R) (2) Za: Acoustic impedance of soft tissue Ma (known) Here, the surface Y of the cortical bone Mb is a substantially flat surface, and from the echo measurement transducer 1. The emitted ultrasonic pulse Ai is also a plane wave, and when it can be considered that the wavefront is substantially parallel to the surface Y of the cortical bone Mb (that is, the ultrasonic pulse Ai
Is incident on the surface Y of the cortical bone Mb substantially vertically), the ultrasonic reflection coefficient R of the cortical bone Mb with respect to the soft tissue Ma of the subject.
Is represented by equation (3). By the way, the bone echo level becomes maximum when the ultrasonic pulse Ai is incident on the surface Y of the cortical bone Mb substantially perpendicularly. Therefore, the maximum bone echo level extracted by this example is, as described below,
Since the ultrasonic pulse Ai is obtained when the ultrasonic pulse Ai is incident on the surface Y of the cortical bone Mb substantially perpendicularly, the ultrasonic reflection coefficient R calculated from the extracted maximum bone echo level is the ultrasonic wave given by the equation (3). It matches the reflection coefficient R. therefore,
By transforming equation (3), equation (2) is obtained.
【数3】 R=(Zb−Za)/(Zb+Za) …(3)## EQU00003 ## R = (Zb-Za) / (Zb + Za) (3)
【0026】そして、式(1)より算出された縦波の音
速Vlと式(2)より算出された音響インピーダンスZ
bとにより、被験者の皮質骨Mbの骨密度ρは、式
(4)によって、被験者の皮質骨Mbの弾性率Eは、式
(5)によってそれぞれ求められる。Then, the sound velocity Vl of the longitudinal wave calculated from the equation (1) and the acoustic impedance Z calculated from the equation (2).
From b and b, the bone density ρ of the cortical bone Mb of the subject is obtained by equation (4), and the elastic modulus E of the cortical bone Mb of the subject is obtained by equation (5).
【数4】 ρ=Zb/Vl …(4)(4) ρ = Zb / Vl (4)
【数5】 E=Zb・Vl …(5)[Equation 5] E = Zb · Vl (5)
【0027】RAM10は、CPU11の作業領域が設
定されるワーキングエリアと、各種データを一時記憶す
るデータエリアとを有し、データエリアには、今回検出
された骨エコーレベル(今回骨エコーレベル)又は、今
回検出された漏洩波レベル(今回漏洩波レベル)、これ
まで検出された骨エコーレベル(漏洩波レベル)の中か
ら抽出された最大骨エコーレベル(最大漏洩波レベル)
を記憶するデータメモリエリア、今回受波された骨エコ
ー波形(今回骨エコー波形)又は今回受波された漏洩波
波形(今回漏洩波波形)や最大骨エコーレベル(最大漏
洩波レベル)が検出されたときに受波された骨エコー波
形(最大骨エコー波形)又は漏洩波波形(最大漏洩波波
形)を記憶する波形メモリエリア、及び測定続行か否か
の情報を記憶する測定続行フラグ等が設定されている。The RAM 10 has a working area in which a work area of the CPU 11 is set and a data area for temporarily storing various data. In the data area, a bone echo level detected this time (current bone echo level) or , Leak wave level detected this time (leak wave level this time), maximum bone echo level (maximum leak wave level) extracted from the bone echo levels detected so far (leak wave level)
The data memory area that stores the data, the bone echo waveform received this time (current bone echo waveform), the leak wave waveform received this time (current leak wave waveform), and the maximum bone echo level (maximum leak wave level) are detected. The waveform memory area that stores the bone echo waveform (maximum bone echo waveform) or leaky wave waveform (maximum leaky waveform) received when Has been done.
【0028】CPU11は、ROM9に格納されている
上述の各種処理プログラムをRAM10を用いて実行す
ることにより、パルス発生器4やA/D変換器8を始め
装置各部を制御して、1パルス1エコー(漏洩波)毎に
A/D変換器8から骨エコー信号(漏洩波信号)を取り
込んで骨エコーレベル(漏洩波レベル)を検出し、さら
に、その中から最大骨エコーレベル(最大漏洩波レベ
ル)を抽出し、上記音響インピーダンス算出モードにお
いては、抽出された最大骨エコーレベルの値に基づい
て、被験者の軟組織Maに対する皮質骨Mbの超音波反
射係数Rを算出し、算出された超音波反射係数Rに基づ
いて、被験者の皮質骨Mbの音響インピーダンスZbを
算出し、一方、上記音速測定モードにおいては、最大漏
洩波レベルに対応した漏洩波到達時間に基づいて皮質骨
Mb中の縦波の音速Vlを算出し、上記両モードにおい
て求められた音響インピーダンスZbと縦波の音速Vl
とに基づいて被験者の皮質骨Mbの骨密度ρ及び皮質骨
Mbの弾性率Eを算出して骨粗鬆症の診断を行う。The CPU 11 executes the above-mentioned various processing programs stored in the ROM 9 using the RAM 10 to control the pulse generator 4 and the A / D converter 8 and other parts of the apparatus, and 1 pulse 1 pulse The bone echo signal (leakage wave signal) is taken from the A / D converter 8 for each echo (leakage wave) to detect the bone echo level (leakage wave level). Level), in the acoustic impedance calculation mode, the ultrasonic reflection coefficient R of the cortical bone Mb with respect to the soft tissue Ma of the subject is calculated based on the extracted maximum bone echo level value, and the calculated ultrasonic wave is calculated. The acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb of the subject is calculated based on the reflection coefficient R, while in the sound velocity measurement mode, the leak corresponding to the maximum leak wave level is obtained. The sound velocity Vl of the longitudinal wave in the cortical bone Mb is calculated based on the arrival time of the leaky wave, and the acoustic impedance Zb and the sound velocity Vl of the longitudinal wave obtained in both modes are calculated.
Based on the above, the bone density ρ of the cortical bone Mb and the elastic modulus E of the cortical bone Mb of the subject are calculated to diagnose osteoporosis.
【0029】レベルメータ12は、CPU11によって
制御され、RAM10に記憶されている今回骨エコーレ
ベル(今回漏洩波レベル)を図2乃至図4に破線で示す
液晶指針パターン12aの振れとして、また、これまで
(今回まで)に検出された中での最大骨エコーレベル
(最大漏洩波レベル)を同図に実線で示す液晶指針パタ
ーン12bの振れとして同時に表示する。また、表示器
13は、CRTディスプレイ又は液晶ディスプレイ等か
らなり、CPU11の制御により、最大骨エコーレベル
(測定値)、最大漏洩波レベル(測定値)、漏洩波到達
時間Ts(測定値)、超音波反射係数R(算出値)、音
響インピーダンスZb(算出値)、皮質骨Mb中の縦波
の音速Vl(測定値)、骨密度ρ(算出値)、弾性率E
(算出値)、今回骨エコー波形、最大骨エコー波形、今
回漏洩波波形や最大漏洩波波形等が画面表示される。The level meter 12 is controlled by the CPU 11 and the current bone echo level (current leak wave level) stored in the RAM 10 is used as the deflection of the liquid crystal pointer pattern 12a shown by the broken lines in FIGS. The maximum bone echo level (maximum leaky wave level) detected up to (this time) is simultaneously displayed as the deflection of the liquid crystal pointer pattern 12b shown by the solid line in the figure. Further, the display 13 is composed of a CRT display or a liquid crystal display, etc., and under the control of the CPU 11, the maximum bone echo level (measured value), the maximum leaky wave level (measured value), the leaky wave arrival time Ts (measured value), Sound wave reflection coefficient R (calculated value), acoustic impedance Zb (calculated value), sound velocity Vl (measured value) of longitudinal waves in cortical bone Mb, bone density ρ (calculated value), elastic modulus E
(Calculated value), current bone echo waveform, maximum bone echo waveform, current leak wave waveform, maximum leak wave waveform, etc. are displayed on the screen.
【0030】計時回路14は、上記音速測定モードにお
いて用いられ、音速測定用トランスデューサ2の送波面
から超音波パルスBiが発射された後、漏洩波Beが受
波面に戻ってくるまでの漏洩波到達時間Tsを計測す
る。この計時回路14は、図示せぬクロック発生器と計
数回路とから構成され、パルス発生器4から計時開始信
号Taの供給を受ける度に、計時を開始し、A/D変換
器8から終了信号を受けると、計時を終了する。そし
て、計時値は、リセットされるまで保持され、保持され
た計時値は、漏洩波到達時間Tsとして要求に応じてC
PU11に与えられる。The clock circuit 14 is used in the sound velocity measurement mode, and reaches the leak wave until the leak wave Be returns to the wave receiving surface after the ultrasonic pulse Bi is emitted from the wave sending surface of the sound velocity measuring transducer 2. Measure the time Ts. The clock circuit 14 is composed of a clock generator (not shown) and a counter circuit (not shown). Each time the pulse generator 4 supplies the clock start signal Ta, the clock circuit 14 starts clocking and the A / D converter 8 outputs an end signal. When receiving the, the time measurement is ended. Then, the time count value is held until it is reset, and the held time count value is C as the leakage wave arrival time Ts upon request.
It is given to PU11.
【0031】次に、図3乃至図9を参照して、この例の
動作(骨粗鬆症診断時における主としてCPU11の処
理の流れ)について説明する。まず、所定の範囲に亘っ
て曲率半径が大きく、皮膚の表面に近く、かつ、骨の厚
さも比較的厚い脛骨等の皮質骨Mbを測定部位として選
ぶ。これにより、測定精度が向上し、さらに、ノイズの
混入が少なく、再現性の良い安定した測定が可能とな
る。装置に電源が投入されると、CPU11は、装置各
部のプリセット、カウンタや各種レジスタ、各種フラグ
の初期設定を行った後(ステップSP10(図5))、
CPU11は、音速測定開始スイッチが押下されるのを
待つ(ステップSP11)ので、ここで、操作者は、図
3に示すように、被験者の測定部位である皮質骨Mbを
覆う軟組織Maの表面(皮膚の表面X)に、超音波ゲル
Gを塗り、超音波ゲルGを介して音速測定用トランスデ
ューサ2を皮膚の表面Xに当て、送受波面を皮質骨Mb
に向けた状態で、測定開始スイッチをオンとする。音速
測定開始スイッチがオンとされると(ステップSP1
1)、この骨粗鬆症診断装置は、音速測定モードとな
り、音速測定サブルーチンへ進み(ステップSP1
2)、CPU11は、測定続行フラグに「1」を書き込
んで測定続行フラグを立てた後、これより、図6に示す
処理手順に従って測定動作を開始する。Next, with reference to FIGS. 3 to 9, the operation of this example (mainly the processing flow of the CPU 11 at the time of osteoporosis diagnosis) will be described. First, a cortical bone Mb such as a tibia having a large radius of curvature over a predetermined range, close to the surface of the skin, and a relatively thick bone is selected as a measurement site. As a result, the measurement accuracy is improved, noise is less mixed, and stable measurement with good reproducibility becomes possible. When the device is powered on, the CPU 11 performs presetting of each part of the device, initial setting of counters, various registers, and various flags (step SP10 (FIG. 5)),
Since the CPU 11 waits until the sound velocity measurement start switch is pressed (step SP11), the operator at this point, as shown in FIG. 3, the surface of the soft tissue Ma that covers the cortical bone Mb that is the measurement site of the subject ( The ultrasonic gel G is applied to the surface X of the skin, the transducer 2 for measuring the sound velocity is applied to the surface X of the skin through the ultrasonic gel G, and the transmitting / receiving surface is the cortical bone Mb.
Turn the measurement start switch on while facing to. When the sound velocity measurement start switch is turned on (step SP1
1), this osteoporosis diagnostic device enters the sound velocity measurement mode, and proceeds to the sound velocity measurement subroutine (step SP1).
2), the CPU 11 writes "1" in the measurement continuation flag to set the measurement continuation flag, and thereafter starts the measurement operation according to the processing procedure shown in FIG.
【0032】CPU11は、まず、パルス発生器4に1
パルス発生命令を発行する(ステップSP20)。パル
ス発生器4は、CPU11から1パルス発生命令を受け
ると、電気パルス信号を音速測定用トランスデューサ2
に送信すると共に、この電気パルス信号の送信と同一の
タイミングで計時開始信号Taを計時回路14へ供給す
る。音速測定用トランスデューサ2は、パルス発生器4
から電気パルス信号の供給を受けると、送波部21から
被験者の皮質骨Mbに向けて所定の角度で斜めに超音波
パルスBiを発射する。一方、計時回路14は、発生器
4から計時開始信号Taの供給を受けると同時に計時を
開始する。音速測定用トランスデューサ2から発射され
た超音波パルスBiは、図3に示すように、軟組織Ma
中を伝播して臨界角で皮質骨Mbに入射し、皮質骨表面
Y上を伝播する表面波Bsを発生させる。この表面波B
sは、軟組織Ma側へ漏洩しながら皮質骨表面Y上を伝
播し、所定の距離Lを伝播した後に、漏洩した漏洩波B
eが音速測定用トランスデューサ2の受波部22によっ
て捕らえられる。漏洩波Beは、超音波振動子22aに
よって受波された後、超音波の波形と振幅に対応する受
波信号にそれぞれ変換される。生成された受波信号は、
ケーブルC2を介して装置本体3(整合回路5)に入力
され、増幅器6において所定の増幅度で増幅され、波形
整形器7において線形に波形整形された後、A/D変換
器8に入力される。The CPU 11 first sets the pulse generator 4 to 1
A pulse generation command is issued (step SP20). When the pulse generator 4 receives the one-pulse generation command from the CPU 11, the pulse generator 4 converts the electric pulse signal into the sonic velocity measurement transducer 2
And also supplies the clock start signal Ta to the clock circuit 14 at the same timing as the transmission of this electric pulse signal. The sound velocity transducer 2 is a pulse generator 4
When an electric pulse signal is supplied from the transmitting unit 21, the transmitting unit 21 obliquely emits an ultrasonic pulse Bi toward the cortical bone Mb of the subject at a predetermined angle. On the other hand, the timing circuit 14 starts timing at the same time as receiving the timing start signal Ta from the generator 4. As shown in FIG. 3, the ultrasonic pulse Bi emitted from the sound velocity measuring transducer 2 has a soft tissue Ma.
Surface waves Bs propagating in the cortical bone Mb at a critical angle and propagating on the cortical bone surface Y are generated. This surface wave B
s propagates on the cortical bone surface Y while leaking to the soft tissue Ma side, propagates over a predetermined distance L, and then leaks the leaky wave B.
e is captured by the wave receiving portion 22 of the sound velocity measuring transducer 2. The leaky wave Be is received by the ultrasonic transducer 22a and then converted into a received signal corresponding to the waveform and amplitude of the ultrasonic wave. The received signal generated is
It is input to the apparatus main body 3 (matching circuit 5) via the cable C2, amplified by the amplifier 6 with a predetermined amplification degree, linearly shaped by the waveform shaper 7, and then input to the A / D converter 8. It
【0033】CPU11は、パルス発生器4に1パルス
発生命令を送出し(ステップSP20)、音速測定用ト
ランスデューサ2の超音波振動子22aによって漏洩波
Beが受波された後、A/D変換器8に、サンプリング
開始命令を発行する(ステップSP21)。A/D変換
器8は、CPU11からサンプリング開始命令を受ける
と、波形整形器7から波形整形された後、入力される皮
質骨Mbからの漏洩波1つ分の受波信号を所定の周波数
(例えば12MHz)でサンプリングしてデジタル信号
に変換し、得られたN個のサンプル値(漏洩波1つ分の
デジタル信号)を一旦自身のサンプリングメモリに格納
する。一方、計時回路14へは終了信号を送り、計時を
終了させる。この後、CPU11からの転送要求に応じ
て、サンプリングメモリに格納されたN個のサンプル値
をCPU11に順次送出する。CPU11は、A/D変
換器8からN個のサンプル値を順次取り込んで、今回漏
洩波波形として、RAM10の波形メモリエリアに記憶
した後、N個のサンプル値の中から最も大きな値を抽出
することにより、今回漏洩波レベル(今回漏洩波の振
幅)を検出し、検出結果をRAM10のデータメモリエ
リアに格納する。一方、漏洩波信号Eaの読み込みと共
に、計時回路14から漏洩波到達時間を読み、読み込ん
だ今回漏洩波到達時間もRAM10のデータメモリエリ
アに格納する。(ステップSP22)。RAM10に格
納された今回漏洩波レベルは、図3に破線で示すよう
に、レベルメータ12に液晶指針パターン12aの振れ
として表示されると共に、今回漏洩波到達時間は表示器
13に画面表示される(ステップSP23)。The CPU 11 sends a 1-pulse generation command to the pulse generator 4 (step SP20), and after the leak wave Be is received by the ultrasonic transducer 22a of the sound velocity measuring transducer 2, the A / D converter. A sampling start instruction is issued to 8 (step SP21). When the A / D converter 8 receives the sampling start command from the CPU 11, the A / D converter 8 waveform-shapes the waveform from the waveform shaper 7, and then receives the received signal for one leaky wave from the cortical bone Mb at a predetermined frequency ( For example, it is sampled at 12 MHz) and converted into a digital signal, and the obtained N sample values (digital signal for one leaky wave) are temporarily stored in its own sampling memory. On the other hand, an end signal is sent to the time counting circuit 14 to end the time counting. After that, N sample values stored in the sampling memory are sequentially transmitted to the CPU 11 in response to a transfer request from the CPU 11. The CPU 11 sequentially fetches N sample values from the A / D converter 8 and stores them as a leak waveform of this time in the waveform memory area of the RAM 10, and then extracts the largest value from the N sample values. Thus, the current leaky wave level (amplitude of the current leaky wave) is detected, and the detection result is stored in the data memory area of the RAM 10. On the other hand, when the leaky wave signal Ea is read, the leaky wave arrival time is read from the time counting circuit 14, and the read current leaky wave arrival time is also stored in the data memory area of the RAM 10. (Step SP22). The current leaky wave level stored in the RAM 10 is displayed as a deflection of the liquid crystal pointer pattern 12a on the level meter 12 and the current leaky wave arrival time is displayed on the display 13 as shown by the broken line in FIG. (Step SP23).
【0034】次に、CPU11は、RAM10内のデー
タメモリエリアから今回漏洩波骨レベルと最大漏洩波レ
ベルを読み出して、今回漏洩波レベルの値が、最大漏洩
波レベルの値よりも大きいか否かを判断する(ステップ
SP24)。今は、初回目の判断であり、最大漏洩波骨
レベルの値は、初期設定値「0」のままなので、CPU
11は、今回漏洩波レベルの値が、最大漏洩波レベルの
値よりも大きいと判断し、RAM10のデータメモリエ
リアに記憶されている最大漏洩波レベルの値を今回漏洩
波レベルの値に書き換え、また、最大漏洩波レベルに対
応した最大レベル時漏洩波到達時間を今回漏洩波到達時
間に書き換え、さらに、RAM10の波形メモリエリア
に記憶されている最大漏洩波波形を今回漏洩波波形に書
き換える(ステップSP25)。そして、更新された最
大漏洩波波形及び最大レベル時漏洩波到達時間を、表示
器13に画面表示すると共に、更新された最大漏洩波レ
ベルを、図3に実線で示すように、レベルメータ12に
液晶指針パターン12bの振れとして表示する(ステッ
プSP26)。Next, the CPU 11 reads the current leak wave level and the maximum leak wave level from the data memory area in the RAM 10, and determines whether the value of the current leak wave level is larger than the value of the maximum leak wave level. Is determined (step SP24). This is the first time judgment, and the maximum leakage wave bone level value remains the initial setting value "0".
11 determines that the value of the current leaky wave level is larger than the value of the maximum leaky wave level, and rewrites the value of the maximum leaky wave level stored in the data memory area of the RAM 10 to the value of the current leaky wave level, Further, the maximum level leaky wave arrival time corresponding to the maximum leaky wave level is rewritten to the current leaky wave arrival time, and further, the maximum leaky wave waveform stored in the waveform memory area of the RAM 10 is rewritten to the current leaky wave waveform (step SP25). Then, the updated maximum leaky wave waveform and the maximum level leaky wave arrival time are displayed on the display 13, and the updated maximum leaky wave level is displayed on the level meter 12 as shown by the solid line in FIG. It is displayed as a shake of the liquid crystal pointer pattern 12b (step SP26).
【0035】次に、CPU11は、RAM10内の測定
続行フラグを見て(ステップSP27)、測定続行フラ
グが立っていれば(測定フラグの内容が「1」のとき
は)、CPU11は測定継続と判断して、上述の1パル
ス発射1漏洩波受波(ステップSP20〜SP23)を
繰り返した後、ステップSP24において、再び、RA
M10内のデータメモリエリアから今回漏洩波レベルと
最大漏洩波レベルを読み出して、今回漏洩波レベルの値
が、最大漏洩波レベルの値よりも大きいか否かを判断す
る。この判断の結果、今回漏洩波レベルが最大漏洩波レ
ベルよりも大きくないときは、更新処理を行わずに、ス
テップSP27へ直接飛んで、測定続行フラグを見る。
測定続行フラグの内容は、操作者が測定終了スイッチを
押さない限り、「1」に保たれ、CPU11は、上述の
1パルス発射1漏洩波受波(ステップSP20〜SP2
3)、最大骨エコーレベルの抽出作業(ステップSP2
4〜ステップSP27)を繰り返す。Next, the CPU 11 looks at the measurement continuation flag in the RAM 10 (step SP27), and if the measurement continuation flag is set (when the content of the measurement flag is "1"), the CPU 11 determines that the measurement is continued. After making a determination and repeating the above-described 1-pulse emission and 1-leakage wave reception (steps SP20 to SP23), RA is again performed in step SP24.
The current leaky wave level and the maximum leaky wave level are read from the data memory area in M10, and it is determined whether the value of the current leaky wave level is larger than the value of the maximum leaky wave level. If the result of this determination is that the leaky wave level at this time is not greater than the maximum leaky wave level, the update processing is not performed and the process directly goes to step SP27 to see the measurement continuation flag.
The content of the measurement continuation flag is kept at "1" unless the operator presses the measurement end switch, and the CPU 11 receives the above-mentioned 1 pulse emission 1 leakage wave reception (steps SP20 to SP2).
3), maximum bone echo level extraction work (step SP2
4 to step SP27) are repeated.
【0036】操作者は、CPU11が上述の処理(ステ
ップSP20〜SP27)を繰り返す間、図3に示すよ
うに、音速測定用トランスデューサ2を、皮膚の表面X
に当てがい、測定部位の皮質骨Mbに向け、連絡部23
の長さを一定として、超音波カプラ21bの当接面S2
と超音波カプラ22bの当接面S4が同一平面上に載っ
た状態で、当接面S2,S4が前後左右に傾くように、
送波部21と受波部22とを同時に動かし、レベルメー
タ12の液晶指針パターン12a,12bが最大に振れ
る方向、つまり、最大漏洩波レベルが検出される方向を
探す。なお、この際、表示器13に画面表示された、そ
の都度計測された漏洩波到達時間のデータも参考として
当接面S2,S4の方向が大きくずれていないことを確
認する。また、ときには、連絡部23を僅かに捻らせた
り若干撓ませたりしがなら、当接面S2,S4の向きを
微調整し、最大漏洩波レベルが検出される方向を探す。
ここで、ノイズとなる波動、例えば、送波部21から発
射された超音波パルスBiが皮質骨表面Yで反射したエ
コーを直接受波するの避けるために、また、皮質骨表面
Yと皮膚表面Xとの間で多重反射する波動等の軟組織M
a中を伝播するこの例の測定で不必要な波動を充分減衰
させるために、連絡部23の長さは所定の長さが選ばれ
ている。このとき、最大漏洩波レベルが検出される方向
は、超音波パルスBiが皮質骨Mbに臨界角で入射して
表面波Bsが励振され、かつ、漏洩波Beが確実に受波
されていると考えられる。したがって、この最大漏洩波
レベルに対応した最大レベル時漏洩波到達時間が求める
漏洩波到達時間Tsとなる。While the CPU 11 repeats the above-described processing (steps SP20 to SP27), the operator changes the sound velocity measuring transducer 2 to the skin surface X as shown in FIG.
The contact part 23 toward the measurement site cortical bone Mb.
With a constant length, the contact surface S2 of the ultrasonic coupler 21b
While the contact surface S4 of the ultrasonic coupler 22b is placed on the same plane, the contact surfaces S2, S4 are tilted to the front, rear, left and right,
The wave transmitter 21 and the wave receiver 22 are simultaneously moved to search for a direction in which the liquid crystal pointer patterns 12a and 12b of the level meter 12 are maximally swung, that is, a direction in which the maximum leak wave level is detected. At this time, it is confirmed that the directions of the contact surfaces S2 and S4 are not significantly deviated by referring to the data of the leaky wave arrival time measured on the screen of the display 13 each time. If the connecting portion 23 is slightly twisted or slightly bent, the directions of the contact surfaces S2 and S4 are finely adjusted to find the direction in which the maximum leak wave level is detected.
Here, in order to avoid directly receiving an echo reflected by the ultrasonic wave Bi emitted from the transmitting unit 21 from the cortical bone surface Y, the corrugated bone surface Y and the skin surface Wave and other soft tissue M that undergoes multiple reflections with X
A predetermined length is selected for the length of the connecting portion 23 in order to sufficiently attenuate unnecessary waves in the measurement of this example propagating in a. At this time, in the direction in which the maximum leaky wave level is detected, the ultrasonic pulse Bi is incident on the cortical bone Mb at a critical angle to excite the surface wave Bs and surely receive the leaky wave Be. Conceivable. Therefore, the leaky wave arrival time Ts for the maximum level leaky wave arrival time corresponding to this maximum leaky wave level is obtained.
【0037】操作者は、レベルメータ12の液晶指針パ
ターン12a,12bの振れ具合を見て、最大漏洩波レ
ベルを抽出できたと判断すると、測定終了スイッチを押
下する。測定終了スイッチが押下されると、CPU11
は、割り込み処理により、測定続行フラグの内容を
「0」に書き換えて、測定続行フラグを下ろす。測定続
行フラグが下ろされると、CPU11は、次回以降の1
パルス発射を中止する(ステップSP27)。この後、
CPU11は、RAM10のデータメモリエリアに記憶
された最大レベル時漏洩波到達時間(漏洩波到達時間T
s)に基づき、ROM9に格納されている、皮質骨Mb
中の縦波の音速Vlを算出する処理手順(すなわち、式
(1))にしたがって、この音速Vlを算出し(ステッ
プSP28)、算出値を表示器13に画面表示する(ス
テップSP29)。The operator presses the measurement end switch when judging that the maximum leak wave level can be extracted by looking at the shake of the liquid crystal pointer patterns 12a and 12b of the level meter 12. When the measurement end switch is pressed, the CPU 11
Resets the content of the measurement continuation flag to "0" and lowers the measurement continuation flag by interrupt processing. When the measurement continuation flag is cleared, the CPU 11 causes the next 1 and subsequent 1
The pulse emission is stopped (step SP27). After this,
The CPU 11 uses the maximum level leakage wave arrival time (leakage wave arrival time T stored in the data memory area of the RAM 10).
s), the cortical bone Mb stored in the ROM 9
The sound velocity Vl is calculated according to the processing procedure for calculating the sound velocity Vl of the medium longitudinal wave (that is, the equation (1)) (step SP28), and the calculated value is displayed on the screen of the display 13 (step SP29).
【0038】次に、メインルーチンへ戻り、CPU11
は、音響インピーダンス測定開始スイッチが押下される
のを待つ(ステップSP13(図5))ので、ここで、
操作者は、図4に示すように、被験者の測定部位である
皮質骨Mbを覆う軟組織Maの表面(皮膚の表面X)
に、超音波ゲルGを塗り、超音波ゲルGを介してエコー
測定用トランスデューサ1を皮膚の表面Xに当て、送受
波面を皮質骨Mbに向けた状態で、音響インピーダンス
測定開始スイッチをオンとする。音響インピーダンス測
定開始スイッチがオンとされると(ステップSP1
3)、この例の骨粗鬆症診断装置は、音響インピーダン
ス算出モードとなり、音響インピーダンス算出サブルー
チンへ進み(ステップSP14)、CPU11は、測定
続行フラグに「1」を書き込んで測定続行フラグを立て
た後、これより、図7に示す処理手順に従って測定動作
を開始する。Next, returning to the main routine, the CPU 11
Waits until the acoustic impedance measurement start switch is pressed (step SP13 (FIG. 5)).
The operator, as shown in FIG. 4, is the surface of the soft tissue Ma that covers the cortical bone Mb that is the measurement site of the subject (the surface X of the skin).
Then, the ultrasonic gel G is applied to the surface, the transducer 1 for echo measurement is applied to the surface X of the skin through the ultrasonic gel G, and the acoustic impedance measurement start switch is turned on with the transmitting / receiving surface facing the cortical bone Mb. . When the acoustic impedance measurement start switch is turned on (step SP1
3) The apparatus for diagnosing osteoporosis of this example enters the acoustic impedance calculation mode, proceeds to the acoustic impedance calculation subroutine (step SP14), and the CPU 11 writes "1" in the measurement continuation flag to set the measurement continuation flag, and then Thus, the measurement operation is started according to the processing procedure shown in FIG.
【0039】CPU11は、まず、パルス発生器4に1
パルス発生命令を発行する(ステップSP40)。パル
ス発生器4は、CPU11から1パルス発生命令を受け
ると、電気パルス信号をエコー測定用トランスデューサ
1に送信する。エコー測定用トランスデューサ1は、パ
ルス発生器4から電気パルス信号の供給を受けると、被
験者の皮質骨Mbに向けて(取り扱う短い距離の間では
平面波とみなして差し支えのない)超音波パルスAiを
発射する。発射された超音波パルスAiは、図8に示す
ように、皮膚の表面Xで一部が反射され、残りが皮膚の
表面Xから軟組織Ma内に注入され、皮質骨Mbに向か
って伝搬する。そして、皮質骨Mbの表面Yで一部が反
射して骨エコーAeとなり、一部は皮質骨Mbに吸収さ
れ、残りは皮質骨Mbを透過する。The CPU 11 first sets the pulse generator 4 to 1
A pulse generation command is issued (step SP40). When the pulse generator 4 receives the one-pulse generation command from the CPU 11, the pulse generator 4 transmits an electric pulse signal to the echo measuring transducer 1. When receiving the electric pulse signal from the pulse generator 4, the echo measurement transducer 1 emits an ultrasonic pulse Ai toward the cortical bone Mb of the subject (which can be regarded as a plane wave during the short distance handled). To do. As shown in FIG. 8, the emitted ultrasonic pulse Ai is partially reflected on the surface X of the skin, and the rest is injected from the surface X of the skin into the soft tissue Ma and propagates toward the cortical bone Mb. Then, a part is reflected on the surface Y of the cortical bone Mb to become a bone echo Ae, a part is absorbed by the cortical bone Mb, and the rest is transmitted through the cortical bone Mb.
【0040】骨エコーAeは、入射超音波Aiとは逆の
経路を辿り、再びエコー測定用トランスデューサ1の超
音波振動子1aによって受波される。それゆえ、エコー
測定用トランスデューサ1では、超音波パルスAiの発
射後、まず、送信残響Anが、続いて、皮膚の表面Xか
らのエコー(以下、表面エコーという)Asが、少し遅
れて、骨エコーAeが超音波振動子1aによってそれぞ
れ受波されて、超音波の波形と振幅に対応する受波信号
にそれぞれ変換される。生成された受波信号は、ケーブ
ルC1を介して装置本体2(整合回路5)に入力され、
増幅器6において所定の増幅度で増幅され、波形整形器
7において線形に波形整形された後、A/D変換器8に
入力される。The bone echo Ae follows a path opposite to that of the incident ultrasonic wave Ai, and is again received by the ultrasonic transducer 1a of the echo measuring transducer 1. Therefore, in the echo measurement transducer 1, after the ultrasonic pulse Ai is emitted, first, the transmission reverberation An, then the echo (hereinafter, referred to as a surface echo) As from the surface X of the skin is slightly delayed, and the bone is delayed. The echo Ae is received by the ultrasonic transducer 1a and converted into a received signal corresponding to the waveform and amplitude of the ultrasonic wave. The generated received signal is input to the device body 2 (matching circuit 5) via the cable C1,
The signal is amplified by the amplifier 6 with a predetermined amplification degree, linearly shaped by the waveform shaper 7, and then input to the A / D converter 8.
【0041】CPU11は、パルス発生器4に1パルス
発生命令を送出した後(ステップSP40)、エコー測
定用トランスデューサ1の超音波振動子1aによって送
信残響Anが受波され、続いて、表面エコーAsが受波
された後、骨エコーAeがエコー測定用トランスデュー
サ1の超音波振動子1aの送受波面に戻ってくる時刻を
見計らって、A/D変換器8に、サンプリング開始命令
を発行する(ステップSP41)。A/D変換器8は、
CPU11からサンプリング開始命令を受けると、波形
整形器7から波形整形された後、入力される皮質骨Mb
からの1エコー分の受波信号を所定の周波数(例えば1
2MHz)でサンプリングしてデジタル信号に変換し、
得られたN個のサンプル値(1エコー分のデジタル信
号)を一旦自身のサンプリングメモリに格納する。この
後、CPU11からの転送要求に応じて、サンプリング
メモリに格納されたN個のサンプル値をCPU11に順
次送出する。CPU11は、A/D変換器8からN個の
サンプル値を順次取り込んで、今回骨エコー波形とし
て、RAM10の波形メモリエリアに記憶した後、N個
のサンプル値の中から最も大きな値を抽出することによ
り、今回骨エコーレベル(今回骨エコーの振幅)を検出
し、検出結果をRAM10のデータメモリエリアに格納
する(ステップSP42)。RAM10に格納された今
回骨エコーレベルは、図4に破線で示すように、レベル
メータ12に液晶指針パターン12aの振れとして表示
される(ステップSP43)。After sending the one-pulse generation command to the pulse generator 4 (step SP40), the CPU 11 receives the transmission reverberation An by the ultrasonic transducer 1a of the echo measuring transducer 1, and then the surface echo As. After the wave is received, a sampling start command is issued to the A / D converter 8 at the time when the bone echo Ae returns to the transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer 1a of the echo measuring transducer 1 (step SP41). The A / D converter 8 is
When a sampling start command is received from the CPU 11, the waveform is shaped by the waveform shaper 7, and then the input cortical bone Mb is input.
The received signal for one echo from the
2MHz) and convert it to a digital signal.
The obtained N sample values (digital signals for one echo) are temporarily stored in its own sampling memory. After that, N sample values stored in the sampling memory are sequentially transmitted to the CPU 11 in response to a transfer request from the CPU 11. The CPU 11 sequentially takes in N sample values from the A / D converter 8 and stores them as the present bone echo waveform in the waveform memory area of the RAM 10, and then extracts the largest value from the N sample values. As a result, the current bone echo level (amplitude of the current bone echo) is detected, and the detection result is stored in the data memory area of the RAM 10 (step SP42). The current bone echo level stored in the RAM 10 is displayed on the level meter 12 as a shake of the liquid crystal pointer pattern 12a as shown by the broken line in FIG. 4 (step SP43).
【0042】次に、CPU11は、RAM10内のデー
タメモリエリアから今回骨エコーレベルと最大骨エコー
レベルを読み出して、今回骨エコーレベルの値が、最大
骨エコーレベルの値よりも大きいか否かを判断する(ス
テップSP44)。今は、初回目の判断であり、最大骨
エコーレベルの値は、初期設定値「0」のままなので、
CPU11は、今回骨エコーレベルの値が、最大骨エコ
ーレベルの値よりも大きいと判断し、RAM10のエコ
ーデータメモリエリアに記憶されている最大骨エコーレ
ベルの値を今回骨エコーレベルの値に書き換え、さら
に、RAM10の波形メモリエリアに記憶されている最
大骨エコー波形を今回骨エコー波形に書き換える(ステ
ップSP45)。そして、更新された最大骨エコー波形
を、表示器13に画面表示すると共に、更新された最大
骨エコーレベルを、図4に実線で示すように、レベルメ
ータ12に液晶指針パターン12bの振れとして表示す
る(ステップSP46)。Next, the CPU 11 reads the current bone echo level and the maximum bone echo level from the data memory area in the RAM 10 and determines whether the value of the current bone echo level is larger than the value of the maximum bone echo level. It is determined (step SP44). Now, it is the first judgment, and the value of the maximum bone echo level remains the initial setting value "0".
The CPU 11 determines that the value of the current bone echo level is larger than the value of the maximum bone echo level, and rewrites the value of the maximum bone echo level stored in the echo data memory area of the RAM 10 with the value of the current bone echo level. Further, the maximum bone echo waveform stored in the waveform memory area of the RAM 10 is rewritten to the current bone echo waveform (step SP45). Then, the updated maximum bone echo waveform is displayed on the display 13 and the updated maximum bone echo level is displayed on the level meter 12 as the deflection of the liquid crystal pointer pattern 12b as shown by the solid line in FIG. Yes (step SP46).
【0043】次に、CPU11は、RAM10内の測定
続行フラグを見て(ステップSP47)、測定続行フラ
グが立っていれば(測定フラグの内容が「1」のとき
は)、CPU11は測定継続と判断して、上述の1パル
ス発射1エコー受波(ステップSP40〜SP43)を
繰り返した後、ステップSP44において、再び、RA
M10内のデータメモリエリアから今回骨エコーレベル
と最大骨エコーレベルを読み出して、今回骨エコーレベ
ルの値が、最大骨エコーレベルの値よりも大きいか否か
を判断する。この判断の結果、今回骨エコーレベルが最
大骨エコーレベルよりも大きくないときは、更新処理を
行わずに、ステップSP47へ直接飛んで、測定続行フ
ラグを見る。測定続行フラグの内容は、操作者が測定終
了スイッチを押さない限り、「1」に保たれ、CPU1
1は、上述の1パルス発射1エコー受波(ステップSP
40〜SP43)、最大骨エコーレベルの抽出作業(ス
テップSP44〜ステップSP47)を繰り返す。Next, the CPU 11 looks at the measurement continuation flag in the RAM 10 (step SP47), and if the measurement continuation flag is set (when the content of the measurement flag is "1"), the CPU 11 determines that the measurement is continued. After making a judgment and repeating the above-described one-pulse emission and one-echo reception (steps SP40 to SP43), RA is again set in step SP44.
The current bone echo level and the maximum bone echo level are read from the data memory area in M10, and it is determined whether or not the value of the current bone echo level is larger than the value of the maximum bone echo level. If the result of this determination is that the current bone echo level is not higher than the maximum bone echo level this time, the update processing is not performed and the process directly jumps to step SP47 to see the measurement continuation flag. The content of the measurement continuation flag is kept at "1" unless the operator presses the measurement end switch.
1 is the above-mentioned 1 pulse emission 1 echo reception (step SP
40-SP43) and the maximum bone echo level extraction operation (steps SP44-SP47) are repeated.
【0044】操作者は、CPU11が上述の処理(ステ
ップSP40〜SP47)を繰り返す間、図4に矢印W
で示すように、エコー測定用トランスデューサ1を、皮
膚の表面Xに当てがい、測定部位の皮質骨Mbに向け、
時にコマの歳差運動のように円や螺旋を描いたり、時に
シーソのように前後左右斜めに振ったりして、エコー測
定用トランスデューサ1の向きを変え、角度を変えなが
ら、レベルメータ12の液晶指針パターン12a,12
bが最大に振れる方向、つまり、最大骨エコーレベルが
検出される方向を探す。レベルメータ12の液晶指針パ
ターン12a,12bの振れが最大になるのは、図9
(a)に示すように、皮質骨Mbの法線とエコー測定用
トランスデューサ1の送受波面の法線が一致するときで
あり、したがって、平面波の超音波パルスAiの波面と
皮質骨Mbの表面Yが略平行のとき(つまり、平面波の
超音波パルスAiが皮質骨Mbの表面Yに略垂直入射す
るとき)である。While the CPU 11 repeats the above-described processing (steps SP40 to SP47), the operator indicates the arrow W in FIG.
As shown by, the echo measurement transducer 1 is applied to the surface X of the skin, and is directed toward the cortical bone Mb at the measurement site.
Sometimes a circle or a spiral is drawn like the precession motion of a top, and sometimes it is shaken back and forth and left and right like a seesaw to change the direction of the echo measuring transducer 1 and change the angle, while the liquid crystal of the level meter 12 is changed. Pointer patterns 12a, 12
A direction in which b is maximally swung, that is, a direction in which the maximum bone echo level is detected is searched for. The maximum deflection of the liquid crystal pointer patterns 12a and 12b of the level meter 12 is shown in FIG.
As shown in (a), when the normal line of the cortical bone Mb and the normal line of the transmitting / receiving surface of the echo measurement transducer 1 coincide with each other, therefore, the wavefront of the plane wave ultrasonic pulse Ai and the surface Y of the cortical bone Mb. Are substantially parallel to each other (that is, when the plane-wave ultrasonic pulse Ai is substantially vertically incident on the surface Y of the cortical bone Mb).
【0045】何故なら、両法線が一致するときには、同
図(a)に示すように、皮質骨Mbの表面Yで垂直反射
した骨エコーAeは、エコー測定用トランスデューサ1
の送受波面に垂直に戻ってくるため、骨エコーAeの波
面も送受波面に対して略平行に揃い、送受波面での受波
位置の違いによる骨エコーAeの位相のずれが最小とな
るので、受波信号は、山と谷との打ち消し合いが少な
く、したがって、最大骨エコーレベルの骨エコーAeが
受波されることとなるからである。これに対して、両法
線が不一致のとき、同図(b)に示すように、送受波面
で骨エコーAeの波面が不揃いのため、受波信号は、山
と谷とが打ち消し合って、小さくなる。それゆえ、操作
者が、エコー測定用トランスデューサ1の角度を皮質骨
Mbの法線付近で変化させたとき、骨エコーレベルが極
大になれば、エコー測定用トランスデューサ1の送受波
面に皮質骨Mbの表面Yで略垂直に反射した骨エコーA
eが戻ってきたと考えることができる。The reason is that, when the two normals coincide with each other, the bone echo Ae reflected vertically on the surface Y of the cortical bone Mb, as shown in FIG.
Since it returns perpendicularly to the wave transmission / reception surface, the wave front of the bone echo Ae is also aligned substantially parallel to the wave transmission / reception surface, and the phase shift of the bone echo Ae due to the difference in the reception position on the wave transmission / reception surface is minimized This is because the received signal has few peaks and troughs canceling each other, and therefore the bone echo Ae having the maximum bone echo level is received. On the other hand, when the normals do not match, the wavefront of the bone echo Ae is not uniform on the transmitting / receiving surface as shown in (b) of the figure, so that the received signal has peaks and troughs that cancel each other. Get smaller. Therefore, when the operator changes the angle of the echo measuring transducer 1 in the vicinity of the normal line of the cortical bone Mb and the bone echo level becomes maximum, the echo measuring transducer 1 transmits / receives the cortical bone Mb to the transmitting / receiving surface. Bone echo A reflected almost vertically on the surface Y
You can think of e coming back.
【0046】ここで、重要なことは、この例の診断装置
にとって、診断精度を上げるためには、垂直反射の骨エ
コーAeを抽出することが必要だ、ということである。
何故なら、皮質骨Mbの音響インピーダンスZbを導く
式(2)は、上述したように、略垂直反射の骨エコーA
eに対して成立する式だからである。しかしながら、垂
直反射の骨エコーAeを抽出することは、困難なことで
はなく、レベルメータ12の液晶指針パターン12a,
12bの振れを見ながら、垂直反射の骨エコーAeを容
易に見つけ出すことができる。つまり、皮質骨Mbの法
線と送受波面の法線との不一致が、はなはだしいとき
は、レベルメータ12の液晶指針パターン12a,12
bが敏感に振れるので、両法線のはなはだしい不一致を
認識でき、一方、両法線が一致に近づくと、エコー測定
用トランスデューサ1の送受波面の向きが多少変位して
も、骨エコーレベルが安定し、液晶指針パターン12
a,12bの振れが落ちついてくることから、両法線の
一致を確認できる。Here, it is important that the diagnostic apparatus of this example needs to extract the bone echo Ae of the vertical reflection in order to improve the diagnostic accuracy.
This is because the equation (2) for deriving the acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb is, as described above, the bone echo A of the substantially vertical reflection.
This is because the expression holds for e. However, it is not difficult to extract the vertically reflected bone echo Ae, and the liquid crystal pointer pattern 12a,
It is possible to easily find the bone echo Ae of the vertical reflection while looking at the shake of 12b. That is, when the disagreement between the normal line of the cortical bone Mb and the normal line of the transmitting / receiving surface is extremely large, the liquid crystal pointer patterns 12a, 12 of the level meter 12 are displayed.
Since b is sensitively shaken, it is possible to recognize a great discrepancy between both normals. On the other hand, when both normals come close to each other, the bone echo level is stable even if the direction of the transmitting / receiving surface of the echo measurement transducer 1 is slightly displaced. LCD pointer pattern 12
Since the shakes of a and 12b settle down, it can be confirmed that both normals match.
【0047】操作者は、レベルメータ12の液晶指針パ
ターン12a,12bの振れ具合を見て、最大骨エコー
レベルを抽出できたと判断すると、測定終了スイッチを
押下する。測定終了スイッチが押下されると、CPU1
1は、割り込み処理により、測定続行フラグの内容を
「0」に書き換えて、測定続行フラグを下ろす。測定続
行フラグが下ろされると、CPU11は、次回以降の1
パルス発射を中止する(ステップSP47)。そして、
RAM10のエコーデータメモリエリアに記憶された最
大骨エコーレベルを読み出して、表示器13に画面表示
する(ステップSP48)。この後、CPU11は、反
射係数算出ルーチンを実行することにより、RAM10
のエコーデータメモリエリアに記憶された最大骨エコー
レベルVeと、予めROM9に格納されている完全エコ
ーレベルV0 とから、被験者の軟組織Maと皮質骨Mb
との界面での超音波反射係数Rを算出し(ステップSP
49)、算出値を表示器13に画面表示する(ステップ
SP50)。When the operator judges that the maximum bone echo level can be extracted by looking at the shake of the liquid crystal pointer patterns 12a and 12b of the level meter 12, he depresses the measurement end switch. When the measurement end switch is pressed, the CPU1
1 rewrites the content of the measurement continuation flag to "0" by the interrupt processing and lowers the measurement continuation flag. When the measurement continuation flag is cleared, the CPU 11 causes the next 1 and subsequent 1
The pulse emission is stopped (step SP47). And
The maximum bone echo level stored in the echo data memory area of the RAM 10 is read out and displayed on the display 13 (step SP48). After that, the CPU 11 executes the reflection coefficient calculation routine, so that the RAM 10
From the maximum bone echo level Ve stored in the echo data memory area and the complete echo level V0 previously stored in the ROM 9, the soft tissue Ma and the cortical bone Mb of the subject.
The ultrasonic reflection coefficient R at the interface with and is calculated (step SP
49), the calculated value is displayed on the screen of the display 13 (step SP50).
【0048】ここで、超音波反射係数Rは、完全垂直反
射したときの完全エコーレベルV0と、最大骨エコーレ
ベルVeとの比[R=Ve/V0]から導かれ、完全エコ
ーレベルV0は、理論的に算出することもできるが、超
音波パルスAiを空に向けて発射し、この際、ポリエチ
レンバルク等の超音波遅延スペーサ(ダミーブロック)
1bの先端面から戻ってくる開放時エコーを超音波振動
子1aによって受波して開放時エコーレベルを測定する
ことによっても求めることができる。次に、CPU11
は、音響インピーダンス算出ルーチンを実行することに
より、反射係数算出ルーチンによって与えられた超音波
反射係数Rの値を式(2)に代入して皮質骨Mbの音響
インピーダンスZb[kg/m2sec]を算出し(ステップS
P51)、算出結果を表示器13に画面表示する(ステ
ップSP52)。Here, the ultrasonic reflection coefficient R is derived from the ratio [R = Ve / V0] between the perfect echo level V0 at the time of perfect vertical reflection and the maximum bone echo level Ve, and the perfect echo level V0 is Although it can be calculated theoretically, the ultrasonic pulse Ai is emitted toward the sky, and at this time, an ultrasonic delay spacer (dummy block) such as polyethylene bulk is emitted.
It can also be obtained by receiving the open echo returning from the front end surface of 1b by the ultrasonic transducer 1a and measuring the open echo level. Next, the CPU 11
Executes the acoustic impedance calculation routine to substitute the value of the ultrasonic reflection coefficient R given by the reflection coefficient calculation routine into the equation (2), and the acoustic impedance Zb [kg / m 2 sec] of the cortical bone Mb. Is calculated (step S
P51), and the calculation result is displayed on the screen of the display 13 (step SP52).
【0049】次に、メインルーチンへ戻り、CPU11
は、骨密度算出ルーチンを実行することにより、音速測
定モードにおいて、ステップSP28(図6)で算出し
た皮質骨Mb中の縦波の音速Vl[m/sec]と、音響イ
ンピーダンス算出モードにおいて、ステップSP51
(図7)で算出した皮質骨Mbの音響インピーダンスZ
b[kg/m2sec]とを式(4)に代入して、皮質骨Mb中
のの密度ρ[kg/m3]を算出し(ステップSP15(図
5))、この算出結果を表示器13に画面表示する(ス
テップSP16)。また、CPU11は、弾性率算出ル
ーチンを実行することにより、上記皮質骨Mb中の縦波
の音速Vl[m/sec]と、上記皮質骨Mbの音響インピ
ーダンスZb[kg/m2sec]とを式(5)に代入して、皮
質骨Mbの弾性率E[N/m2]を算出し(ステップSP1
7)、この算出結果を表示器13に画面表示する(ステ
ップSP18)。Next, returning to the main routine, the CPU 11
By executing the bone density calculation routine, in the sound velocity measurement mode, the sound velocity Vl [m / sec] of the longitudinal wave in the cortical bone Mb calculated in step SP28 (FIG. 6), and in the acoustic impedance calculation mode, SP51
Acoustic impedance Z of cortical bone Mb calculated in (FIG. 7)
Substituting b [kg / m 2 sec] into equation (4), the density ρ [kg / m 3 ] in the cortical bone Mb is calculated (step SP15 (FIG. 5)), and this calculation result is displayed. The screen is displayed on the container 13 (step SP16). Further, the CPU 11 executes the elastic modulus calculation routine to calculate the sound velocity Vl [m / sec] of the longitudinal wave in the cortical bone Mb and the acoustic impedance Zb [kg / m 2 sec] of the cortical bone Mb. Substituting into equation (5), the elastic modulus E [N / m 2 ] of the cortical bone Mb is calculated (step SP1
7) Then, the calculation result is displayed on the display 13 (step SP18).
【0050】上記構成によれば、皮質骨Mbの組成物の
詰まり具合を示す皮質骨Mbの密度ρ及び皮質骨Mbの
折れ難さの尺度である皮質骨Mbの弾性率Eを、音響イ
ンピーダンス算出モードにおいて、受波したエコーに基
づいて算出した皮質骨Mbの音響インピーダンスZb
と、音速測定モードにおいて、測定した皮質骨中の超音
波の縦波速度とに基づいて、直接的かつ正確に算出し、
この皮質骨Mbの密度ρ及び弾性率Eを指標として骨粗
鬆症を診断するので、一段と信頼性の高い診断を行うこ
とができる。また、X線を用いないので、放射線被爆の
心配のない安全な測定を手軽に行うことができる。According to the above configuration, the density ρ of the cortical bone Mb, which indicates the degree of clogging of the composition of the cortical bone Mb, and the elastic modulus E of the cortical bone Mb, which is a measure of the breaking resistance of the cortical bone Mb, are calculated as acoustic impedance. Mode, the acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb calculated based on the received echo
And in the sound velocity measurement mode, based on the longitudinal wave velocity of the ultrasonic waves in the measured cortical bone, directly and accurately calculated,
Since the osteoporosis is diagnosed using the density ρ and the elastic modulus E of the cortical bone Mb as an index, the diagnosis can be performed with higher reliability. Further, since X-rays are not used, safe measurement can be easily performed without fear of radiation exposure.
【0051】また、音響インピーダンス算出モードにお
いてエコーを測定する際、骨の法線と送受波面の法線が
略一致に達したときは、送受波面の向きが多少変位して
も、エコーレベルが安定するので(レベルメータ12の
液晶指針パターン12a,12bの振れが落ちつくの
で)、垂直反射時の骨エコーレベル、すなわち最大骨エ
コーレベルを容易に抽出でき、しかも、再現性の良い測
定データが得られる。同様に、音速測定モードにおいて
漏洩波を測定する際にも、カプラ21bの当接面S2及
び超音波カプラ22bの当接面S4が皮質骨表面Yと略
平行となり、かつ、超音波パルスBiが皮質骨Mbに臨
界角で入射し、漏洩波Beが確実に受波されている位置
関係に近い状態では、漏洩波レベルも安定するので、最
大漏洩波レベルも容易に抽出できる。Further, when measuring the echo in the acoustic impedance calculation mode, when the normal line of the bone and the normal line of the transmitting / receiving surface reach substantially the same level, the echo level is stable even if the direction of the transmitting / receiving surface is slightly displaced. Since (the deflection of the liquid crystal pointer patterns 12a and 12b of the level meter 12 is settled), the bone echo level at the time of vertical reflection, that is, the maximum bone echo level can be easily extracted, and measurement data with good reproducibility can be obtained. . Similarly, when measuring a leaky wave in the sound velocity measurement mode, the contact surface S2 of the coupler 21b and the contact surface S4 of the ultrasonic coupler 22b are substantially parallel to the cortical bone surface Y, and the ultrasonic pulse Bi is In a state in which the leaky wave Be is incident on the cortical bone Mb at a critical angle and is close to the positional relationship in which the leaky wave Be is reliably received, the leaky wave level is also stable, so that the maximum leaky wave level can be easily extracted.
【0052】加えて、レベルメータ12には、今回骨エ
コーレベル(今回漏洩波レベル)が刻々と表示されると
共に、最大骨エコーレベル(最大漏洩波レベル)も、更
新されない限り、固定的に表示されるので、最大骨エコ
ーレベル(最大漏洩波レベル)の探索がさらに容易とな
る。したがって、皮質骨Mbの音響インピーダンスZb
及び皮質骨Mb中の縦波の音速Vlを精度良く求めるこ
とができる。それ故、皮質骨Mbの密度ρ及び弾性率E
も正確に算出することができる。In addition, the level meter 12 displays the current bone echo level (current leak wave level) every moment, and the maximum bone echo level (maximum leak wave level) is also fixedly displayed unless it is updated. Therefore, the search for the maximum bone echo level (maximum leaky wave level) becomes easier. Therefore, the acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb
Also, the sound velocity Vl of the longitudinal wave in the cortical bone Mb can be accurately obtained. Therefore, the density ρ and the elastic modulus E of the cortical bone Mb are
Can also be calculated accurately.
【0053】◇第2実施例 図10は、この発明の第2実施例である骨粗鬆症診断装
置の電気的構成を示すブロック図、また、図11は、皮
質骨の音響インピーダンスを算出する際の同装置の処理
の流れ(音響インピーダンス算出サブルーチン)を示す
フローチャートである。この第2実施例が、上述の第1
実施例と大きく異なるところは、音響インピーダンス算
出モードにおいて、音響インピーダンスZbを算出する
際、超音波の軟組織Ma往復による減衰度を考慮するこ
とにより、皮質骨Mbの音響インピーダンスZbを確実
に測定できるようにした点、及び第1実施例において超
音波反射係数Rを完全エコーレベルV0と最大骨エコー
レベルVeとの比[R=Ve/V0]として算出したのに
対し、完全エコーレベルV0を用いずに超音波反射係数
Rを算出するようにした点である。Second Embodiment FIG. 10 is a block diagram showing the electrical configuration of an osteoporosis diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is the same as the calculation of the acoustic impedance of cortical bone. It is a flow chart which shows a flow of processing (acoustic impedance calculation subroutine) of a device. This second embodiment is the same as the first embodiment described above.
A big difference from the embodiment is that in calculating the acoustic impedance Zb in the acoustic impedance calculation mode, the acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb can be reliably measured by considering the attenuation of ultrasonic waves due to the round trip of the soft tissue Ma. And the ultrasonic reflection coefficient R in the first embodiment was calculated as the ratio [R = Ve / V0] between the perfect echo level V0 and the maximum bone echo level Ve, whereas the perfect echo level V0 was not used. The point is that the ultrasonic reflection coefficient R is calculated.
【0054】この第2実施例の装置本体3aには、図1
0に示すように、第1実施例の動作に加えて、音響イン
ピーダンス算出モードにおいても計時を行う計時回路1
4aが備えられている。すなわち、計時回路14aは、
エコー測定用トランスデューサ1の送受波面から超音波
パルスAiが発射された後、骨エコーAeが送受波面に
戻ってくるまでの骨エコー到達時間Teを計測する。ま
た、この例の処理プログラムは、第1実施例と同様のア
ルゴリズムにより抽出された最大骨エコーレベルと、こ
のときの骨エコー到達時間Teとに基づいて被験者の軟
組織Maに対する皮質骨Mbの超音波反射係数Rを算出
する手順の記述を含み、CPU11は、処理プログラム
を実行することにより、超音波反射係数Rを算出し、算
出された超音波反射係数Rに基づいて、音響インピーダ
ンスZbが算出される。なお、これ以外の点では、図1
の構成各部と同一であるので、図10において、図1に
示す構成部分と同一の構成各部には同一の符号を付して
その説明を簡略にする。The apparatus main body 3a of the second embodiment has a structure shown in FIG.
As shown in FIG. 0, in addition to the operation of the first embodiment, the timing circuit 1 that also measures the time in the acoustic impedance calculation mode.
4a is provided. That is, the timing circuit 14a is
After the ultrasonic pulse Ai is emitted from the wave transmission / reception surface of the echo measuring transducer 1, the bone echo arrival time Te until the bone echo Ae returns to the wave transmission / reception surface is measured. Further, the processing program of this example uses the maximum bone echo level extracted by the same algorithm as in the first embodiment and the bone echo arrival time Te at this time to perform ultrasound of the cortical bone Mb with respect to the soft tissue Ma of the subject. Including the description of the procedure for calculating the reflection coefficient R, the CPU 11 executes the processing program to calculate the ultrasonic reflection coefficient R, and the acoustic impedance Zb is calculated based on the calculated ultrasonic reflection coefficient R. It In addition, except for this point, FIG.
10, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals in FIG. 10 to simplify the description.
【0055】音響インピーダンス算出モードにおいて、
この例の装置本体3aのパルス発生器4aは、CPU1
1から所定の周期で繰り返されるパルス発生命令に応答
して、中心周波数略2.5MHzの電気パルス信号を所
定の周期で生成し、エコー測定用トランスデューサ1に
送信すると共に、この電気パルス信号の送信と同一のタ
イミングで計時開始信号Tbを計時回路14へ供給す
る。ここで、電気パルス信号の周期は、骨エコー到達時
間Teよりも充分長く設定されている。計時回路14a
は、図示せぬクロック発生器と計数回路とから構成さ
れ、パルス発生器4aから計時開始信号Tbの供給を受
ける度に、計時を開始し、A/D変換器8aから終了信
号を受けると、計時を終了する。そして、計時値は、リ
セットされるまで保持され、保持された計時値は、骨エ
コー到達時間Teとして要求に応じてCPU11に与え
られる。In the acoustic impedance calculation mode,
The pulse generator 4a of the apparatus main body 3a of this example is the CPU 1
In response to a pulse generation command repeated from 1 to a predetermined cycle, an electric pulse signal having a center frequency of approximately 2.5 MHz is generated at a predetermined cycle and transmitted to the echo measuring transducer 1 and the electric pulse signal is transmitted. The timing start signal Tb is supplied to the timing circuit 14 at the same timing as. Here, the cycle of the electric pulse signal is set to be sufficiently longer than the bone echo arrival time Te. Timing circuit 14a
Is composed of a clock generator (not shown) and a counting circuit, and starts counting time each time the pulse generator 4a supplies a timing start signal Tb, and receives an end signal from the A / D converter 8a. Stop timing. Then, the time count value is held until it is reset, and the held time count value is given to the CPU 11 as a bone echo arrival time Te in response to a request.
【0056】次に、図11を参照して、この例の動作
(骨粗鬆症診断時における主としてCPU11の処理の
流れ)について説明する。この例の処理の流れは、ステ
ップSP40からステップSP48までは、骨エコー到
達時間Teが計測される点を除けば、第1実施例で述べ
たと略同様であるので、その説明を簡略化する。この例
では、CPU11は、ステップSP42において、A/
D変換器8aから骨エコー信号Ebを読み込むと共に、
計時回路14aから骨エコー到達時間Teを読み、読み
込んだ今回骨エコー信号Eb及び骨エコー到達時間Te
をRAM10のデータメモリエリアに記憶する。測定が
終了した後では(ステップSP47、ステップSP4
8)、CPU11は、まず、超音波の減衰度算出ルーチ
ンを実行することにより、データメモリエリアの中から
骨エコー到達時間Teを読み出し、読み出された骨エコ
ー到達時間Te[sec]の値を式(6)に代入して、被
験者の軟組織Ma内での超音波の減衰度A(Te)を算出
する(ステップSP481)。Next, with reference to FIG. 11, the operation of this example (mainly the processing flow of the CPU 11 at the time of osteoporosis diagnosis) will be described. The process flow of this example is substantially the same as that described in the first embodiment except that the bone echo arrival time Te is measured from step SP40 to step SP48, and therefore the description thereof will be simplified. In this example, the CPU 11 executes A / A in step SP42.
While reading the bone echo signal Eb from the D converter 8a,
The bone echo arrival time Te is read from the timing circuit 14a, and the present bone echo signal Eb and the bone echo arrival time Te read
Is stored in the data memory area of the RAM 10. After the measurement is completed (step SP47, step SP4
8) First, the CPU 11 reads the bone echo arrival time Te from the data memory area by executing the ultrasonic wave attenuation degree calculation routine, and sets the value of the read bone echo arrival time Te [sec]. By substituting into the equation (6), the attenuation A (Te) of the ultrasonic wave in the soft tissue Ma of the subject is calculated (step SP481).
【0057】[0057]
【数6】 ここで、減衰度A(Te)とは、超音波が軟組織Ma内を
往復するまでに間に受ける減衰の程度、すなわち、超音
波が皮膚の表面Xから皮質骨Mbの表面Yにまで伝搬
し、皮質骨Mbの表面Yで反射して再び皮膚の表面Xに
戻ってくるまでに受ける減衰の程度を意味する(A(T
e)が小さい程、減衰大を意味する)。この減衰度A(T
e)は、骨エコー到達時間Teの関数であり、関係式
は、実験もしくはシミュレーションによって求められ
る。超音波が、軟組織Ma内で減衰を受けるのは、第1
に、この例で使用する超音波は、完全な平面波ではな
く、球面波成分も多分に含み、この球面波成分により音
響エネルギが拡散(超音波拡散)するからであり、第2
に、軟組織Maとの摩擦で、音響エネルギが熱エネルギ
に変換(超音波吸収)されるためである。(Equation 6) Here, the degree of attenuation A (Te) is the degree of attenuation that the ultrasonic wave receives before it reciprocates in the soft tissue Ma, that is, the ultrasonic wave propagates from the surface X of the skin to the surface Y of the cortical bone Mb. , A degree of attenuation that is reflected by the surface Y of the cortical bone Mb and returned to the surface X of the skin again (A (T
Smaller e) means greater damping). This attenuation A (T
e) is a function of the bone echo arrival time Te, and the relational expression is obtained by experiment or simulation. The first reason that ultrasonic waves are attenuated in the soft tissue Ma is
In addition, the ultrasonic wave used in this example includes not only a perfect plane wave but also a spherical wave component, and the spherical wave component diffuses acoustic energy (ultrasonic wave diffusion).
This is because the acoustic energy is converted into heat energy (ultrasonic absorption) by friction with the soft tissue Ma.
【0058】超音波拡散に起因する減衰の程度は、エコ
ー測定用トランスデューサ1の開口、超音波の周波数、
軟組織Maの音速等から、計算や実験により求めること
ができる。また、超音波吸収に起因する減衰の程度は、
超音波の周波数を低くすれば小さくなり、周波数が充分
に低くなくとも、軟組織Maの代表的な吸収定数(単位
長当たりの超音波の減衰率)を用いることができる。な
お、超音波の減衰度A(Te)を与える式(6)は、超音
波の使用中心周波数を2.5MHzに設定し、エコー測
定用トランスデューサ1の開口を15mmに設定した場
合に成立する実験式である。The degree of attenuation due to ultrasonic diffusion is determined by the aperture of the echo measuring transducer 1, the frequency of ultrasonic waves,
It can be obtained by calculation or experiment from the sound velocity of the soft tissue Ma. Also, the degree of attenuation due to ultrasonic absorption is
If the frequency of the ultrasonic wave is lowered, it becomes smaller. Even if the frequency is not sufficiently low, a typical absorption constant of the soft tissue Ma (attenuation rate of ultrasonic wave per unit length) can be used. The expression (6) that gives the attenuation A (Te) of the ultrasonic wave is an experiment that is established when the use center frequency of the ultrasonic wave is set to 2.5 MHz and the opening of the echo measurement transducer 1 is set to 15 mm. It is an expression.
【0059】次いで、CPU11は、エコーデータメモ
リエリアの中から最大骨エコーレベルVeを読み出して
きて、式(6)を用いて算出された減衰度A(Te)と共
に、式(7)に代入して、超音波が軟組織Maの媒質側
から皮質骨Mbに垂直に入射する場合の軟組織Maと皮
質骨Mbとの界面での超音波反射係数Rを算出する(ス
テップSP49)。Next, the CPU 11 reads out the maximum bone echo level Ve from the echo data memory area and substitutes it into the equation (7) together with the attenuation A (Te) calculated using the equation (6). Then, the ultrasonic reflection coefficient R at the interface between the soft tissue Ma and the cortical bone Mb when the ultrasonic wave is perpendicularly incident on the cortical bone Mb from the medium side of the soft tissue Ma is calculated (step SP49).
【数7】 R=Ve/P・Q・B・Vi・A(Te) …(7) P:エコー測定用トランスデューサ1に単位電気信号
(電圧、電流、散乱パラメータ)を印加したときに、エ
コー測定用トランスデューサ1の送受波面から略垂直方
向に出力される超音波パルスAiの音圧 Q:エコー測定用トランスデューサ1の送受波面に単位
音圧のエコーが略垂直に入射したときにエコー測定用ト
ランスデューサ1から出力される受波信号(電気信号)
の振幅 B:増幅器6の振幅増幅度と波形整形器7の振幅増幅度
との積 Vi:パルス発生器4からエコー測定用トランスデュー
サ1に加えられる電気信号(電圧、電流、散乱パラメー
タ)の振幅 Ve:最大骨エコーレベル なお、P,Q,B,Viは、いずれも周波数の関数であ
るが、ここでは、中心周波数(例えば2.5MHz)で
の成分を用いる。P,Q,B,Viについては、予め、
これらの測定値、設定値をROM9に書き込んでおく。## EQU00007 ## R = Ve / P.Q.B.Vi.A (Te) (7) P: Echo when a unit electric signal (voltage, current, scattering parameter) is applied to the echo measurement transducer 1. Sound pressure of ultrasonic pulse Ai output from the transmitting / receiving surface of the measuring transducer 1 in a substantially vertical direction Q: Echo measuring transducer when an echo of unit sound pressure enters the transmitting / receiving surface of the echo measuring transducer 1 substantially vertically Received signal (electrical signal) output from 1
Amplitude B: product of amplitude amplification of amplifier 6 and amplitude shaper of waveform shaper 7 Vi: amplitude Ve of electric signal (voltage, current, scattering parameter) applied from the pulse generator 4 to the transducer 1 for echo measurement : Maximum bone echo level P, Q, B, and Vi are all functions of frequency, but here, the component at the center frequency (for example, 2.5 MHz) is used. Regarding P, Q, B and Vi,
These measured values and set values are written in the ROM 9.
【0060】式(7)は、次のようにして導かれる。ま
ず、パルス発生器4aからエコー測定用トランスデュー
サ1に振幅Viの電気信号が加えられると、エコー測定
用トランスデューサ1の送受波面から音圧PViの超音
波パルスAiが軟組織Ma内に注入される。注入された
超音波パルスAiは、軟組織Ma内で減衰しながらも、
(皮質骨Mbの表面Yに対して垂直に入射する場合を考
えれば、)皮質骨Mbの表面Yで垂直に反射し、骨エコ
ーAeとなって、エコー測定用トランスデューサ1に垂
直に戻ってくる。それゆえ、エコー測定用トランスデュ
ーサ1の送受波面にまで戻ってきた骨エコーAeの音圧
P(e)は、式(6)より求めた超音波の軟組織Ma往復
による減衰度A(Te)を考慮すれば、式(8)で与えら
れる。Equation (7) is derived as follows. First, when an electric signal of amplitude Vi is applied from the pulse generator 4a to the echo measuring transducer 1, the ultrasonic pulse Ai of the sound pressure PVi is injected into the soft tissue Ma from the transmitting / receiving surface of the echo measuring transducer 1. The injected ultrasonic pulse Ai is attenuated in the soft tissue Ma,
(Consider the case of incidence perpendicularly to the surface Y of the cortical bone Mb), the light is reflected vertically on the surface Y of the cortical bone Mb, becomes a bone echo Ae, and returns vertically to the echo measurement transducer 1. . Therefore, the sound pressure P (e) of the bone echo Ae that has returned to the transmission / reception surface of the echo measurement transducer 1 considers the attenuation A (Te) of the ultrasonic wave due to the round trip of the soft tissue Ma obtained from the equation (6). Then, it is given by the equation (8).
【数8】 P(e)=P・Vi・R・A(Te) …(8)[Equation 8] P (e) = P · Vi · R · A (Te) (8)
【0061】音圧P(e)の骨エコーAeが、エコー測定
用トランスデューサ1の送受波面に受波されると、エコ
ー測定用トランスデューサ1は、振幅Q・P(e)の受波
信号を出力し、この受波信号は、増幅器6(及び波形整
形器7)において増幅度Bで増幅される。そして、A/
D変換器8aにてデジタル変換された後、CPU11に
取り込まれて、最大骨エコーレベルVe(=B・Q・P
(e))として検出される。それゆえ、最大骨エコーレベ
ルVeは、式(9)で与えられる。When the bone echo Ae having the sound pressure P (e) is received by the transmitting / receiving surface of the echo measuring transducer 1, the echo measuring transducer 1 outputs the received signal having the amplitude Q · P (e). Then, the received signal is amplified by the amplification degree B in the amplifier 6 (and the waveform shaper 7). And A /
After being digitally converted by the D converter 8a, the maximum bone echo level Ve (= B · Q · P) is taken in by the CPU 11.
(e)) is detected. Therefore, the maximum bone echo level Ve is given by equation (9).
【数9】 Ve=P・Vi・R・A(Te)・B・Q …(9) 式(9)を超音波反射係数Rについて解けば、式(7)
が得られる。再び、図11のフローチャートの説明に戻
れば、CPU11は、式(7)を用いて、軟組織Maと
皮質骨Mbとの界面での超音波反射係数Rを算出した後
(ステップSP49)、算出結果を表示器13に表示す
る(ステップSP50)。この後、CPU11は、皮質
骨Mbの音響インピーダンスZb(N・s/m3)を式
(2)を用いて算出し(ステップSP51)、算出結果
を表示器13に表示する(ステップSP52)。そし
て、メインルーチンへ戻る。[Equation 9] Ve = P · Vi · R · A (Te) · B · Q (9) If the equation (9) is solved for the ultrasonic reflection coefficient R, the equation (7) is obtained.
Is obtained. Returning to the explanation of the flowchart of FIG. 11 again, the CPU 11 calculates the ultrasonic reflection coefficient R at the interface between the soft tissue Ma and the cortical bone Mb using the equation (7) (step SP49), and then the calculation result. Is displayed on the display 13 (step SP50). After that, the CPU 11 calculates the acoustic impedance Zb (N · s / m 3 ) of the cortical bone Mb using the formula (2) (step SP51) and displays the calculation result on the display 13 (step SP52). Then, the process returns to the main routine.
【0062】上記構成によれば、上述した第1実施例の
効果に加えて、超音波の軟組織Ma往復による減衰度A
(Te)も考慮されるので、皮質骨Mbの音響インピーダ
ンスZbを一段と正確に測定できるため、皮質骨Mbの
密度ρ及び弾性率Eもより正確に算出することができ
る。According to the above structure, in addition to the effects of the first embodiment described above, the attenuation A due to the reciprocal movement of the soft tissue Ma of the ultrasonic wave A
Since (Te) is also taken into consideration, the acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb can be measured more accurately, so that the density ρ and elastic modulus E of the cortical bone Mb can also be calculated more accurately.
【0063】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述した
実施例においては、まず、皮質骨Mb中の縦波の音速V
lを求めた後に、皮質骨Mbの音響インピーダンスZb
を求めたが、この順序は、逆であっても差し支えない。
また、キーボード等のデータ入力手段を用いて、骨粗鬆
症の診断の助けのために、例えば、被験者の身長、体
重、性別及び年齢等が装置本体に入力する構成をとって
もよい。また、エコー測定用トランスデューサ及び音速
測定用トランスデューサを構成する超音波振動子は、厚
み振動型に限らず、撓み振動型でも良い。同様に、使用
中心周波数は、2.5MHzに限らない。また、軟組織
Maの音響インピーダンスは、水の音響インピーダンス
に近いので、式(2)の適用に当たっては、軟組織Ma
の音響インピーダンスに代えて、水の音響インピーダン
スを用いても良い。The embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific structure is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention. Also included in the present invention. For example, in the above-described embodiment, first, the sound velocity V of the longitudinal wave in the cortical bone Mb is
After obtaining l, the acoustic impedance Zb of the cortical bone Mb
However, the order may be reversed.
In addition, a data input means such as a keyboard may be used to input the height, weight, sex, age, etc. of the subject into the apparatus main body in order to assist the diagnosis of osteoporosis. Further, the ultrasonic transducers forming the echo measuring transducer and the sound velocity measuring transducer are not limited to the thickness vibration type, but may be the bending vibration type. Similarly, the center frequency used is not limited to 2.5 MHz. Further, since the acoustic impedance of the soft tissue Ma is close to the acoustic impedance of water, the soft tissue Ma should be applied when applying the equation (2).
The acoustic impedance of water may be used instead of the acoustic impedance of.
【0064】[0064]
【発明の効果】この発明の構成によれば、皮質骨の組成
物の詰まり具合を示す皮質骨の密度、又は骨の折れ難さ
の尺度である皮質骨の弾性率を、受波したエコーに基づ
いて算出した皮質骨の音響インピーダンスと、音速測定
手段によって測定した皮質骨中の超音波パルスの縦波速
度とに基づいて、直接的かつ正確に算出し、この皮質骨
の密度又は弾性率を指標として骨粗鬆症を診断するの
で、一段と信頼性の高い診断を行うことができる。ま
た、X線を用いないので、放射線被爆の心配のない安全
な測定を手軽に行うことができる。According to the configuration of the present invention, the density of cortical bone showing the degree of clogging of the composition of cortical bone, or the elastic modulus of cortical bone, which is a measure of the fracture resistance of the cortical bone, is converted into the received echo. Based on the acoustic impedance of the cortical bone calculated based on, and the longitudinal wave velocity of the ultrasonic pulse in the cortical bone measured by the sound velocity measuring means, directly and accurately calculated, the density or elastic modulus of this cortical bone Since osteoporosis is diagnosed as an index, it is possible to make a more reliable diagnosis. Further, since X-rays are not used, safe measurement can be easily performed without fear of radiation exposure.
【図1】この発明の第1実施例である骨粗鬆症診断装置
の電気的構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an osteoporosis diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同装置の外観図である。FIG. 2 is an external view of the device.
【図3】同装置の使用状態を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing a usage state of the apparatus.
【図4】同装置の使用状態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a use state of the device.
【図5】同装置の全体の処理の流れ(メインルーチン)
を示すフローチャートである。FIG. 5: Overall processing flow of the same device (main routine)
It is a flowchart which shows.
【図6】超音波パルスの音速を測定する際の同装置の処
理の流れ(音速測定サブルーチン)を示すフローチャー
トである。FIG. 6 is a flowchart showing a processing flow (sound velocity measurement subroutine) of the apparatus when measuring a sound velocity of an ultrasonic pulse.
【図7】皮質骨の音響インピーダンスを算出する際の同
装置の処理の流れ(音響インピーダンス算出サブルーチ
ン)を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a processing flow (acoustic impedance calculation subroutine) of the apparatus when calculating acoustic impedance of cortical bone.
【図8】同装置の動作の説明に用いられる図である。FIG. 8 is a diagram used for explaining the operation of the device.
【図9】同装置の動作の説明に用いられる図である。FIG. 9 is a diagram used to explain the operation of the device.
【図10】図10は、この発明の第2実施例である骨粗
鬆症診断装置の電気的構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of an osteoporosis diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図11】皮質骨の音響インピーダンスを算出する際の
同装置の処理の流れ(音響インピーダンス算出サブルー
チン)を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing a processing flow (acoustic impedance calculation subroutine) of the apparatus when calculating acoustic impedance of cortical bone.
1 エコー測定用トランスデューサ(超音波トラン
スデューサ) 21 送波部(送波用超音波トランスデューサ) 22 受波部(受波用超音波トランスデューサ) 21a,22a 超音波振動子 21b,22b 超音波カプラ Ai,Bi 超音波パルス Ae 皮質骨からのエコー Bs 表面波 Be 漏洩波 Ma 軟組織 Mb 皮質骨 X 皮膚表面 Y 皮質骨表面1 Echo Measurement Transducer (Ultrasonic Transducer) 21 Wave Sending Part (Wave Sending Ultrasonic Transducer) 22 Receiving Part (Receiving Ultrasonic Transducer) 21a, 22a Ultrasonic Transducer 21b, 22b Ultrasonic Coupler Ai, Bi Ultrasonic pulse Ae Echo from cortical bone Bs Surface wave Be Leakage wave Ma Soft tissue Mb Cortical bone X Skin surface Y Cortical bone surface
Claims (6)
の皮質骨を覆う皮膚表面に当てた状態で、前記超音波ト
ランスデューサの送受波面の向きを、前記皮質骨表面の
法線の向きを含む所定の立体角の範囲内で様々に変えな
がら、超音波パルスを前記皮膚下の皮質骨に向けて繰り
返し発射し、1パルス発射毎に、該皮質骨表面から戻っ
てくるエコーを前記超音波トランスデューサによって受
波し、受波信号をアナログ/デジタル変換器によってデ
ジタル信号に変換し、デジタル化されたエコー信号を用
いて信号処理を行うことにより骨粗鬆症を診断する超音
波反射式の骨粗鬆症診断装置であって、 入力される前記エコー信号からエコーレベルを検出する
エコーレベル検出手段と、検出された複数の前記エコー
レベルの中から最大エコーレベルを抽出するための最大
エコーレベル抽出手段と、 抽出された前記最大エコーレベルに基づいて、前記皮質
骨の音響インピーダンスを算出する音響インピーダンス
算出手段と、 被験者の所定の皮質骨に超音波パルスを投入して、該皮
質骨中の超音波パルスの音速を測定する音速測定手段
と、 該音速測定手段によって測定された前記皮質骨中の音速
と前記音響インピーダンス算出手段によって算出された
前記皮質骨の音響インピーダンスとに基づいて、前記皮
質骨の密度を算出する骨密度算出手段とを備え、 該骨密度算出手段によって算出された前記皮質骨の密度
を指標として骨粗鬆症を診断することを特徴とする骨粗
鬆症診断装置。1. A predetermined three-dimensional shape including a direction of a transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer in a state where an ultrasonic transducer is applied to a skin surface covering a predetermined cortical bone of a subject, including a direction of a normal line of the cortical bone surface. The ultrasonic pulse is repeatedly emitted toward the cortical bone under the skin while changing variously within the angular range, and the echo returning from the cortical bone surface is received by the ultrasonic transducer at each pulse emission. An ultrasonic reflex type osteoporosis diagnostic device for diagnosing osteoporosis by converting a received signal into a digital signal by an analog / digital converter and performing signal processing using a digitized echo signal, Echo level detecting means for detecting an echo level from the echo signal, and a maximum echo level from the detected plurality of echo levels Maximum echo level extraction means for extracting, acoustic impedance calculation means for calculating the acoustic impedance of the cortical bone based on the extracted maximum echo level, and an ultrasonic pulse is applied to a predetermined cortical bone of the subject. And a sound velocity measuring means for measuring the sound velocity of the ultrasonic pulse in the cortical bone, a sound velocity in the cortical bone measured by the sound velocity measuring means and an acoustic impedance of the cortical bone calculated by the acoustic impedance calculating means. An osteoporosis diagnosing device comprising: a bone density calculating unit that calculates the density of the cortical bone based on the above, and diagnoses osteoporosis using the density of the cortical bone calculated by the bone density calculating unit as an index. .
の皮質骨を覆う皮膚表面に当てた状態で、前記超音波ト
ランスデューサの送受波面の向きを、前記皮質骨表面の
法線の向きを含む所定の立体角の範囲内で様々に変えな
がら、超音波パルスを前記皮膚下の皮質骨に向けて繰り
返し発射し、1パルス発射毎に、該皮質骨表面から戻っ
てくるエコーを前記超音波トランスデューサによって受
波し、受波信号をアナログ/デジタル変換器によってデ
ジタル信号に変換し、デジタル化されたエコー信号を用
いて信号処理を行うことにより骨粗鬆症を診断する超音
波反射式の骨粗鬆症診断装置であって、 入力される前記エコー信号からエコーレベルを検出する
エコーレベル検出手段と、検出された複数の前記エコー
レベルの中から最大エコーレベルを抽出するための最大
エコーレベル抽出手段と、 抽出された前記最大エコーレベルに基づいて、前記皮質
骨の音響インピーダンスを算出する音響インピーダンス
算出手段と、 被験者の所定の皮質骨に超音波パルスを投入して、該皮
質骨中の超音波パルスの音速を測定する音速測定手段
と、 該音速測定手段によって測定された前記皮質骨中の音速
と前記音響インピーダンス算出手段によって算出された
前記皮質骨の音響インピーダンスとに基づいて、前記皮
質骨の弾性率を算出する弾性率算出手段とを備え、 該弾性率算出手段によって算出された前記皮質骨の弾性
率を指標として骨粗鬆症を診断することを特徴とする骨
粗鬆症診断装置。2. The ultrasonic wave transducer is applied to the skin surface covering a predetermined cortical bone of a subject, and the direction of the transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer is a predetermined three-dimensional shape including the direction of the normal line of the cortical bone surface. The ultrasonic pulse is repeatedly emitted toward the cortical bone under the skin while changing variously within the angular range, and the echo returning from the cortical bone surface is received by the ultrasonic transducer at each pulse emission. An ultrasonic reflex type osteoporosis diagnostic device for diagnosing osteoporosis by converting a received signal into a digital signal by an analog / digital converter and performing signal processing using a digitized echo signal, Echo level detecting means for detecting an echo level from the echo signal, and a maximum echo level from the detected plurality of echo levels Maximum echo level extraction means for extracting, acoustic impedance calculation means for calculating the acoustic impedance of the cortical bone based on the extracted maximum echo level, and an ultrasonic pulse is applied to a predetermined cortical bone of the subject. And a sound velocity measuring means for measuring the sound velocity of the ultrasonic pulse in the cortical bone, a sound velocity in the cortical bone measured by the sound velocity measuring means and an acoustic impedance of the cortical bone calculated by the acoustic impedance calculating means. And an elastic modulus calculating means for calculating the elastic modulus of the cortical bone based on the above, and diagnosing osteoporosis using the elastic modulus of the cortical bone calculated by the elastic modulus calculating means as an index. Diagnostic device.
記最大エコーレベル抽出手段によって抽出された前記最
大エコーレベルに基づいて、前記被験者の軟組織に対す
る前記皮質骨の超音波反射係数を算出し、算出された該
超音波反射係数に基づいて、前記皮質骨の音響インピー
ダンスを算出することを特徴とする請求項1又は2記載
の骨粗鬆症診断装置。3. The acoustic impedance calculating means calculates and calculates an ultrasonic reflection coefficient of the cortical bone with respect to the soft tissue of the subject based on the maximum echo level extracted by the maximum echo level extracting means. The osteoporosis diagnostic device according to claim 1, wherein the acoustic impedance of the cortical bone is calculated based on the ultrasonic reflection coefficient.
質骨に超音波パルスを斜めから投入して、該皮質骨表面
を伝播する表面波の音速を測定する表面波音速測定手段
と、該表面波音速測定手段によって測定された表面波の
音速に基づいて、前記皮質骨中の縦波の音速を前記超音
波パルスの音速として算出する縦波音速算出手段とから
なることを特徴とする請求項1,2又は3記載の骨粗鬆
症診断装置。4. The surface acoustic velocity measuring means for measuring the acoustic velocity of a surface wave propagating on a cortical bone surface by injecting an ultrasonic pulse obliquely into a predetermined cortical bone of a subject, A longitudinal wave sound velocity calculating means for calculating the sound velocity of the longitudinal wave in the cortical bone as the sound velocity of the ultrasonic pulse based on the sound velocity of the surface wave measured by the surface wave sound velocity measuring means. Item 1. The osteoporosis diagnostic device according to item 1, 2 or 3.
定の皮質骨を覆う皮膚表面に当てた状態で、前記皮膚下
の皮質骨に超音波パルスを斜めから投入して、該皮質骨
表面を伝播する表面波を発生させる送波用超音波トラン
スデューサと、該送波用超音波トランスデューサから既
知の距離隔てられ、前記表面波又はその漏洩波を受波す
る受波用超音波トランスデューサと、前記超音波パルス
が前記送波用超音波トランスデューサから前記皮質骨へ
向けて投入されてから、前記表面波が前記皮質骨表面を
伝播して、該表面波又はその漏洩波が、前記受波用超音
波トランスデューサによって受波されるまでに要する伝
播時間を計測する計測手段とを備えていることを特徴と
する請求項1,2,3又は4記載の骨粗鬆症診断装置。5. The surface wave sound velocity measuring means applies an ultrasonic pulse obliquely to the cortical bone under the skin in a state of being applied to the skin surface covering a predetermined cortical bone of the subject, and the cortical bone surface An ultrasonic transducer for transmitting a wave that generates a surface wave that propagates, a receiving ultrasonic transducer that is separated from the ultrasonic transducer for a known distance by a known distance, and receives the surface wave or a leak wave thereof, After an ultrasonic pulse is input from the ultrasonic transducer for wave transmission toward the cortical bone, the surface wave propagates on the surface of the cortical bone, and the surface wave or its leaky wave is the ultrasonic wave for reception. The osteoporosis diagnostic apparatus according to claim 1, 2, 3, or 4, further comprising: a measuring unit that measures a propagation time required for being received by the acoustic wave transducer.
ューサは、超音波振動子に接合される一端面と、被験者
の前記皮膚に当接される他端面とが互いに楔形に交差す
る超音波カプラを有していることを特徴とする請求項5
記載の骨粗鬆症診断装置。6. The ultrasonic transducers for transmitting and receiving waves, wherein one end face joined to an ultrasonic transducer and the other end face abutting against the skin of the subject cross each other in a wedge shape. 6. A coupler is provided, which has a coupler.
The osteoporosis diagnostic device described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3636396A JPH09224934A (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | Osteoporosis diagnostic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3636396A JPH09224934A (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | Osteoporosis diagnostic device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09224934A true JPH09224934A (en) | 1997-09-02 |
Family
ID=12467759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3636396A Pending JPH09224934A (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | Osteoporosis diagnostic device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09224934A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009061086A (en) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Fujifilm Corp | Ultrasonic diagnostic apparatus, and image processing method and program |
| JP2012170467A (en) * | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Fujifilm Corp | Ultrasound probe and ultrasound diagnostic apparatus |
| JP2012192133A (en) * | 2011-03-18 | 2012-10-11 | Fujifilm Corp | Ultrasound diagnostic apparatus and ultrasound image producing method |
| WO2023026316A1 (en) * | 2021-08-23 | 2023-03-02 | 本多電子株式会社 | Ultrasonic diagnostic device and program therefor |
-
1996
- 1996-02-23 JP JP3636396A patent/JPH09224934A/en active Pending
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