JPH09253080A

JPH09253080A - 骨粗鬆症診断装置

Info

Publication number: JPH09253080A
Application number: JP6984096A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ishii; 徹哉石井; Masashi Kuriwaki; 真史栗脇; Yasuyuki Kubota; 康之久保田
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】骨密度の状態を正確に推定し、信頼性の高い
診断を簡易に行う。【解決手段】超音波パルスを被験者の皮質骨に向けて
繰り返し放射し、皮質骨からのエコーを受波する。受波
信号は、デジタルエコー信号に変換され、ＣＰＵ１１に
よってエコーレベルが検出される。ＣＰＵ１１は、エコ
ーレベルの中から最大エコーレベルを抽出し、かつ、計
時回路１４は超音波パルスが放射されてからエコーとし
て受波されるまでのエコー到達時間を計時し、最大エコ
ーレベル抽出時のエコーから得られるエコー信号を、計
時されたエコー到達時間に基づいて、フーリエ変換して
スペクトルを求め、このスペクトルに基づいて、皮質骨
の（特性）音響インピーダンスを算出する。これにより
振幅情報及び位相情報が得られるので、骨粗鬆症が進行
して皮質骨の音響インピーダンスが軟組織の音響インピ
ーダンスよりも小さくなっても正確な診断ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波パルスを
被験者の所定の骨に向けて放射し、該骨表面からのエコ
ーレベルを測定することにより、骨粗鬆症を診断する骨
粗鬆症診断装置に関する。

【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。

【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、
骨密度や骨の弾性率（弾性的強度）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に比例する、という前提
に立って動作するからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、骨密度
と音速とを結び付ける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。

【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、骨密度又は骨の弾性率をこの種の従来装置より
も一段と正確（敏感）に推定でき、信頼性の高い診断を
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。

【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
被験者の所定の骨を覆う皮膚表面に当てた状態で、該超
音波トランスデューサの送受波面の向きを、上記骨表面
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骨に向けて繰り返
し発射し、１パルス発射毎に、該骨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のエ
コー信号に変換し、デジタル化されたエコー信号につい
て所定の解析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
上記デジタルのエコー信号からエコーレベルを各エコー
毎に検出するエコーレベル測定手段と、各エコー毎に測
定された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、１パルス
発射毎に所定の計時開始時刻から上記エコーが上記超音
波トランスデューサの送受波面に戻ってくるまでの所要
時間を計時する計時手段と、抽出された上記最大エコー
レベル及び計時された上記所要時間に基づいて上記骨の
複素音響特性情報を算出する演算手段と、該演算手段に
よって算出された上記骨の複素音響特性情報に基づいて
骨粗鬆症を判断する判断手段とを備えてなることを特徴
としている。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の骨粗鬆症診断装置であって、上記最大エコーレベル
が抽出されたときのエコーに係る上記デジタルのエコー
信号に基づいてフーリエ変換を行ってスペクトルを求め
ると共に、該スペクトルに基づいて上記骨の複素音響特
性情報を算出することを特徴としている。

【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、上記演算手段
は、上記骨の複素音響特性情報として、上記被験者の軟
組織に対する上記骨の超音波複素反射係数を算出し、算
出された超音波複素反射係数から振幅情報及び位相情報
を得ると共に、上記判断手段は、上記演算手段によって
得られた上記振幅情報及び位相情報を指標として骨粗鬆
症を判断することを特徴としている。

【０００９】さらにまた、請求項４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、上記演算
手段は、上記骨の複素音響特性情報として、骨の複素音
響インピーダンスを算出し、算出された複素音響インピ
ーダンスから振幅情報及び位相情報を得ると共に、上記
判断手段は、上記演算手段によって得られた上記振幅情
報及び位相情報を指標として骨粗鬆症を判断することを
特徴としている。

【００１０】

【作用】この発明の構成では、骨の（特性）音響インピ
ーダンスは、骨の［弾性率×密度］の平方根で表される
ので、骨密度の増加に伴って弾性率が上昇するという、
相乗効果を受けるために、音速以上に敏感に応答して顕
著に増加する。逆に、骨密度が減少して、弾性率が低下
すると、（特性）音響インピーダンスは、これらの相乗
効果を受けて、音速以上に敏感に応答して顕著に減少す
る。それ故、骨の（特性）音響インピーダンスは、骨密
度を判断する上で、良い指標となる。例えば、皮質骨の
（特性）音響インピーダンスが、その年齢層の平均値か
ら著しく小さい場合には、骨の骨粗鬆症が悪化している
ことが判る。

【００１１】また、演算手段において、最大エコーレベ
ルが抽出されたときのエコーから得られるデジタルエコ
ー信号（エコー波形）を、計時された所要時間に基づき
フーリエ変換してスペクトルを求め、このスペクトルに
基づいて、複素表示の（特性）音響インピーダンスを所
定の周波数範囲で算出し、得られた（特性）音響インピ
ーダンスの周波数特性に基づいて診断が行われるので、
より詳細な情報をもとに一段と多角的で正確な骨粗鬆症
の診断を行うことができる。また、得られる（特性）音
響インピーダンスは、複素音響インピーダンスであっ
て、振幅情報だけでなく位相情報も含まれているので、
従来は計測が困難であった、例えば、軟組織に較べて
（特性）音響インピーダンスが小さい皮質骨や、超音波
の波長よりも薄い皮質骨についても音響特性情報を得る
ことができるようになった。また、骨の（特性）音響イ
ンピーダンスを骨密度の指標とする代わりに、骨の単位
面積当たりの質量、すなわち、面積密度や、骨の（特
性）音響インピーダンスの単調増加関数である軟組織と
骨との界面での超音波複素反射係数を骨密度の指標とし
ても、上述したと同様の効果を得ることができる。

【００１２】

【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、
同装置の動作処理手順を示すフローチャート、図５は、
同装置の動作の説明に用いられる図、図６は、同装置の
動作の説明に用いられる図である。この例の骨粗鬆症診
断装置は、図１乃至図３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）に変換する超音波トランスデュ
ーサ（以下、単に、トランスデューサという）１と、こ
のトランスデューサ１に電気パルス信号を供給し、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
抽出した後、所定の演算処理を施すことにより、骨粗鬆
症の診断を行う装置本体２と、トランスデューサ１と装
置本体２とを接続するケーブル３とから概略なってい
る。

【００１３】上記トランスデューサ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Ａ
ｅ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、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、
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）。

【００１４】上記装置本体２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とから構成されている。パルス発生器４は、
ケーブル３を介してトランスデューサ１に接続され、中
心周波数略１ＭＨｚ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、トランスデュ
ーサ１に送信する。また、この電気パルス信号のトラン
スデューサ１への送信と同一のタイミングで計時開始信
号Ｔｐを計時回路１４へ供給する。なお、この超音波パ
ルスの周期は、後述するエコー到達時間よりも充分長く
設定されている。整合回路５は、ケーブル３を介して接
続されるトランスデューサ１と装置本体２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、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、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
れる。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エ
コー信号（以下、骨エコー信号という）に順次変換し、
得られた骨エコー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。

【００１５】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
信号を取り込んで骨エコー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の中から最
大骨エコーレベルを抽出する手順、この最大骨エコーレ
ベルが抽出されたときの１エコー分の骨エコー信号（以
下、最大骨エコー波形という）に基づいて、高速フーリ
エ変換の手法を駆使して、この最大骨エコー波形のスペ
クトルを高速に求めさせる処理手順、このスペクトルに
基づいて、角周波数ωにおける被験者の軟組織Ｍａに対
する皮質骨Ｍｂの超音波反射係数Ｒ(ω)を算出する手
順、及び算出された超音波反射係数Ｒ(ω)に基づいて、
角周波数ωにおける被験者の皮質骨Ｍｂの音響インピー
ダンスＺb(ω)を算出する手順等が記述されている。な
お、この処理プログラムでは、被験者の皮質骨Ｍｂの
（特性）音響インピーダンスＺb(ω)は、式（１）によ
って与えられる。

【００１６】

【数１】

【００１７】Ｚa(ω)：軟組織Ｍａの（特性）音響イン
ピーダンス（既知）式（１）において、Ｚa(ω)、Ｚb
(ω)、Ｒ(ω)は、ともに角振動数ωの関数であり、か
つ、一般に、複素数として記述される。ここで、皮質骨
Ｍｂの表面Ｙが略平面で、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(ω)は、式（２）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(ω)は、式（２）によって与えられる超音
波反射係数Ｒ(ω)と一致する。それゆえ、式（２）を変
形することにより、式（１）が得られる。

【００１８】

【数２】

【００１９】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）や、これ
まで検出された骨エコーレベルの中から抽出された最大
骨エコーレベルを記憶するエコー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）や最
大骨エコーレベルが検出されたときに受波された最大骨
エコー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。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エコー毎にＡ／Ｄ変換器８か
ら骨エコー信号を取り込んで骨エコーレベルを検出し、
さらに、その中から最大骨エコーレベルを抽出し、最大
骨エコー波形に基づいて、この最大骨エコー波形のスペ
クトルを求め、このスペクトルに基づいて、角周波数ω
における被験者の軟組織Ｍａに対する皮質骨Ｍｂの超音
波反射係数Ｒ(ω)を算出し、算出された超音波反射係数
Ｒ(ω)に基づいて、角周波数ωにおける被験者の皮質骨
Ｍｂの（特性）音響インピーダンスＺb(ω)を算出し
て、すなわち、（特性）音響インピーダンスＺb(ω)の
周波数特性を得て、骨粗鬆症の診断を行う。

【００２０】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
ベルを図２及び図３に破線で示す液晶指針パターン１２
ａ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）、角周波数ωと超音波反射係数Ｒ
(ω)との関係を示す特性曲線（算出値）、角周波数ωと
（特性）音響インピーダンスＺb(ω)との関係を示す特
性曲線（算出値）、今回骨エコー波形や最大骨エコー
波形等が画面表示される。

【００２１】また、計時回路１４は、トランスデューサ
１の送波面から超音波パルスＡｉが発射された後、骨エ
コーＡｅが受波面に戻ってくるまでのエコー到達時間を
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Ｔｐ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。
ここで、Ａ／Ｄ変換器８から終了信号が送られるのは、
Ａ／Ｄ変換器８が受波された骨エコーＡｅに対応する信
号の立上りを検出したタイミングである。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、エコー到達時間として要求に応じてＣＰＵ１１に与
えられる。

【００２２】次に、図３乃至図６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、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。このような皮
質骨Ｍｂからは、平面波とみなして差し支えのない骨エ
コーＡｅが戻ってくるので、測定精度を高める上で好ま
しいし、さらに、ノイズの混入が少なく、再現性の良い
安定したエコーレベルの測定が可能となるからである。
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４））、測定
開始スイッチが押下されるのを待つ（ステップＳＰ１
１）。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１４を塗り、超音波ゲル１
４を介してトランスデューサ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、測定開始スイッ
チをオンとする。測定開始スイッチがオンとされると
（ステップＳＰ１１）、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４に示す処理手順に従って診断動作を開始す
る。

【００２３】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ＳＰ１２）。パル
ス発生器４は、ＣＰＵ１１から１パルス発生命令を受け
ると、電気パルス信号をトランスデューサ１に送信する
と共に、この超音波パルスの送信と同一のタイミングで
計時開始信号Ｔｐを計時回路１４へ供給する。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。一方、計時回路１４は、発
生器４から計時開始信号Ｔｐの供給を受けると同時に計
時を開始する。トランスデューサ１から発射された超音
波パルスＡｉは、図５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。骨エコーＡｅは、入射超音波Ａｉとは逆の経
路を辿り、再びトランスデューサ１の超音波振動子１ａ
によって受波される。それゆえ、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３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。

【００２４】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ＳＰ１２）、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ＳＰ
１３）。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
（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。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。ＣＰＵ１
１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ＲＡＭ１
０のエコーデータメモリエリアに格納する（ステップＳ
Ｐ１４）。一方、骨エコー信号の読み込みと共に、計時
回路１４からエコー到達時間を読み、読み込んだ今回エ
コー到達時間もＲＡＭ１０のデータメモリエリアに格納
する。ＲＡＭ１０に格納された今回骨エコーレベルは、
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、今回骨エコー波
形は、表示器１３に画面表示される（ステップＳＰ１
５）。

【００２５】次に、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１０内のエコ
ー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ＳＰ１６）。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、ＲＡＭ
１０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、また、最大骨エコーレベルに対応した最大レベル時
エコー到達時間を今回エコー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ＳＰ１７）。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ＳＰ１８）。

【００２６】次に、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１０内の測定
続行フラグを見て（ステップＳＰ１９）、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ＳＰ１２〜ＳＰ１５）を
繰り返した後、ステップＳＰ１６において、再び、ＲＡ
Ｍ１０内のエコー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ＳＰ１９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、Ｃ
ＰＵ１１は、上述の１パルス発射１エコー受波（ステッ
プＳＰ１２〜ＳＰ１５）、最大骨エコーレベルの抽出作
業（ステップＳＰ１６〜ステップＳＰ１９）を繰り返
す。

【００２７】操作者は、ＣＰＵ１１が上述の処理（ステ
ップＳＰ１２〜ＳＰ１９）を繰り返す間、図３に矢印Ｗ
で示すように、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、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，１２ｂ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６（ａ）に示すように、皮質骨
Ｍｂの法線とトランスデューサ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。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、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、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、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Ａｅが戻ってきたと考え
ることができる。そして、このときの最大レベル時エコ
ー到達時間が、超音波パルスＡｉがトランスデューサ１
から皮質骨Ｍｂに向けて発射されてから、表面Ｙで垂直
反射して戻ってくるエコーＡｓをトランスデューサ１に
よって受波されるまでに要する伝播時間である垂直反射
エコー到達時間Ｔaとなる。

【００２８】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（特性）音響インピーダンスＺ
b(ω)を導く式（１）は、上述したように、略垂直反射
の骨エコーＡｅ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１
２ａ，１２ｂ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、
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。

【００２９】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ＳＰ１９）。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ＳＰ２０）。次に、ＣＰＵ１１は、高速
フーリエ変換ルーチンを実行することにより、ＲＡＭ１
０の波形メモリエリアに記憶された時間ｔの関数である
最大骨エコー波形ｖe(ｔ)をフーリエ変換し、最大骨エ
コー波形のスペクトル（以下、最大エコースペクトルと
いう）Ｖe(ω)を求める。最大エコースペクトルＶe(ω)
は角周波数ωの関数であり、所定の角周波数ωの範囲
で、例えば、周波数ｆ［Ｈｚ］に換算して略３００［ｋ
Ｈｚ］から２［ＭＨｚ］の範囲内で求められる。この
後、反射係数算出ルーチンを実行することにより、算出
した最大エコースペクトルＶe(ω)に基づき、角周波数
ωにおける被験者の軟組織Ｍａと皮質骨Ｍｂとの界面で
の超音波反射係数Ｒ(ω)を算出し（ステップＳＰ２
１）、算出値を表示器１３に画面表示する（ステップＳ
Ｐ２２）。

【００３０】ここで、超音波反射係数Ｒu(ω)が既知で
ある疑似皮質骨Ｕについて、予め、上述した皮質骨Ｍｂ
の表面Ｙで垂直反射して戻ってくるエコーＡｅを受波し
て最大骨エコー波形ｖe(ｔ)を求めた手順と同様の手順
により、この疑似皮質骨Ｕに垂直反射して戻ってくるエ
コーＡｕを受波して最大骨エコー波形ｖu(ｔ)及びこの
ときの垂直反射エコー到達時間Ｔuを求め、さらに、最
大骨エコー波形ｖu(ｔ)をフーリエ変換し、角周波数ω
の関数である最大エコースペクトルＶu(ω)を算出して
おく。上記疑似皮質骨Ｕとしては、皮質骨Ｍｂに音響学
的性質が類似した物質、例えば、アクリル等が用いられ
る。この疑似皮質骨Ｕを軟組織Ｍａに音響学的性質が類
似した水等を満たした水槽に入れ、軟組織Ｍａの標準的
な厚さに相当する距離を隔ててトランスデューサ１を配
置し、超音波パルスＡｉを疑似皮質骨Ｕに向けて発射す
ることにより、計測が行われる。こうして求められた最
大エコースペクトルＶu(ω)及び垂直反射エコー到達時
間Ｔuは、ＲＯＭ９に格納しておかれ、超音波反射係数
Ｒ(ω)の演算のために利用される。超音波反射係数Ｒ
(ω)は、最大エコースペクトルＶe(ω)、垂直反射エコ
ー到達時間Ｔa、最大エコースペクトルＶu(ω)、垂直反
射エコー到達時間Ｔu、及び超音波反射係数Ｒu(ω)を用
いて、式（３）によって導かれる。

【００３１】

【数３】

【００３２】ｊ：虚数単位ここで、ｅｘｐ｛−ｊω（Ｔ
a−Ｔu）｝は、トランスデューサ１の送受波面において
受波される、エコーＡｅとエコーＡｕとの位相差を表す
ファクタであり、本測定で皮質骨Ｍｂについて計測する
ときの軟組織Ｍａの厚さと疑似皮質骨Ｕについて計測し
たときの水で代用した軟組織Ｍａの標準的な厚さとの違
いを補正するためのものである。

【００３３】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(ω)の値を式
（１）に代入して皮質骨Ｍｂの（特性）音響インピーダ
ンスＺb(ω)［kg/m²sec］を算出する（ステップＳＰ２
３）。もし、被験者の骨粗鬆症が進行していて、［｜Ｚ
a(ω)｜＞｜Ｚb(ω)｜］となってしまっていた場合に
は、式（２）より、Ｒ(ω)の実部は負となる。このこと
は、表面Ｙで反射したエコーＡｅの位相が反転したこと
を意味する。ここで、反射係数Ｒを複素数として記述し
ない従来の方式によると、ＣＰＵ１１内部では、超音波
反射係数Ｒの絶対値｜Ｒ｜をとり、式（１）に対応し
て、［Ｚb＝Ｚa（１＋｜Ｒ｜）／（１−｜Ｒ｜）＝Ｚa
（１−Ｒ）／（１＋Ｒ）］のように演算を行ってしま
い、誤った結果を得てしまう。この例では、式（３）よ
り超音波反射係数Ｒ(ω)の大きさとともに位相情報がわ
かるので、この場合でも、ＣＰＵ１１は正確に皮質骨Ｍ
ｂの（特性）音響インピーダンスＺb(ω)を算出する。
しかも、皮質骨Ｍｂの（特性）音響インピーダンスＺb
(ω)は、角周波数ωの関数として詳細に求められる。
ＣＰＵ１１は、こうして算出された皮質骨Ｍｂの（特
性）音響インピーダンスＺb(ω)の算出結果を表示器１
３に画面表示する（ステップＳＰ２４）。

【００３４】上記構成によれば、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。加えて、レベルメータ１２に
は、今回骨エコーレベルが刻々と表示されると共に、最
大骨エコーレベルも、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の探索がさらに容易と
なる。したがって、皮質骨Ｍｂの（特性）音響インピー
ダンスＺbを精度良く求めることができる。皮質骨Ｍｂ
の（特性）音響インピーダンスＺbは、皮質骨Ｍｂの
［弾性率×密度］の平方根で表されるので、骨密度が増
加すれば、弾性率も上昇するという、相乗効果を受ける
ために、音速以上に敏感に応答して顕著に増加する。逆
に、骨密度が減少して、弾性率が低下すると、皮質骨の
（特性）音響インピーダンスＺbは、これらの相乗効果
を受けて、音速以上に敏感に応答して顕著に減少する。
それゆえ、皮質骨Ｍｂの（特性）音響インピーダンスＺ
bは、骨密度を判断する上で、良い指標となる。したが
って、操作者は、表示器１３に表示されている皮質骨Ｍ
ｂの（特性）音響インピーダンスＺbの値から、骨粗鬆
症の進行状況を正確に推定できる。例えば、（特性）音
響インピーダンスが、その年齢層の平均値から著しく小
さい場合には、皮質骨Ｍｂの骨粗鬆症が悪化しているこ
とが判る。

【００３５】また、ＣＰＵ１１は、最大骨エコーレベル
が抽出されたときの最大骨エコー波形をフーリエ変換し
てスペクトルを求め、このスペクトルに基づいて（特
性）音響インピーダンスの周波数特性を得て、この周波
数特性に基づいて診断が行われるので、より詳細な情報
をもとに一段と多角的で正確な骨粗鬆症の診断を行うこ
とができる。また、得られる（特性）音響インピーダン
スは、複素音響インピーダンスであって、大きさだけで
なく位相情報も含まれているので、従来は計測が困難で
あった、例えば、軟組織よりも（特性）音響インピーダ
ンスの大きさが小さい皮質骨についても音響情報を得る
ことができる。それ故、被験者の骨粗鬆症が進行してい
て、皮質骨Ｍｂの（特性）音響インピーダンスＺb(ω)
の大きさが低下して、［｜Ｚa(ω)｜＞｜Ｚb(ω)｜］
となってしまっている場合であっても、従来のように、
［Ｒ＜０］となるためにＣＰＵ１１内部で超音波反射係
数Ｒの絶対値｜Ｒ｜をとって演算を行ってしまって、誤
った結果を出力して誤診を招く事態を防ぐことができ
る。また、ＲＡＭ１０のエコーデータメモリエリアに
は、今回検出の今回骨エコーレベルと最大骨エコーレベ
ルのみが記憶され、前回までに検出のエコーレベルは、
最大骨エコーレベルでない限り、消去されるので、記憶
容量の小さい安価なＲＡＭを使用することができる。勿
論、容量の大きなＲＡＭを用いて、全測定期間内に検出
された全ての骨エコーレベルを一旦記憶し、測定完了
後、ＲＡＭ１０に記憶された全ての骨エコーレベルの中
から最大骨エコーレベルを抽出するようにしても良い。

【００３６】◇第２実施例図７は、この発明の第２実施例である骨粗鬆症診断装置
の使用状態を示す模式図、また、図８は、同装置の動作
処理手順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、第１実
施例においては測定部位として比較的厚さの厚い皮質骨
を選んでいたのに対し、比較的薄い皮質骨を選んでいる
と共に、これに伴い、第１実施例と若干異なる骨の（特
性）音響インピーダンス算出等のアルゴリズムを採用し
ている点である。このＲＯＭ９に格納されるアルゴリズ
ムが異なる以外は、第２実施例の構成各部は第１実施例
と同一であるので、その説明を簡略にする。この例の骨
粗鬆症診断装置においては、上述した第１実施例と同
様、図７に示すように、トランスデューサ１は、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から戻
ってくる骨エコーＡｅを受波して受波信号（電気信号）
に変換し、この受波信号に装置本体２において所定の処
理が施される。しかしながら、この例の測定部位である
被験者の皮質骨Ｍｂは、例えば、踵骨等であって、比較
的薄い所定の厚さＬを有し、さらに軟組織Ｍａと反対側
で海綿骨Ｍｃに接している。このため、同図に示すよう
に、皮質骨Ｍｂに入射した超音波パルスＡｉは、表面Ｙ
において一部は反射係数Ｓｂで反射してエコーＡe0とな
り、一部は透過係数Ｔｂで透過して透過パルスＡt0とな
って皮質骨Ｍｂに入り、海綿骨Ｍｃの表面Ｑに到達す
る。そして、この表面Ｑにおいて透過パルスＡt0の一部
は反射係数Ｓｃで反射して反射パルスＡr1となって皮質
骨Ｍｂ中を戻り、この反射パルスＡr1の一部は表面Ｙを
透過係数Ｔｂで透過してエコーＡe1となり、一部は反射
して反射パルスＡr2となる。さらに、この反射パルスＡ
r2は、表面Ｑに到達して一部はこの表面Ｑで反射して反
射パルスＡr3となる。この反射パルスＡr3の一部は表面
Ｙを透過係数Ｔｂで透過してエコーＡe2となる。以上の
皮質骨Ｍｂの両側の表面Ｙ及び表面Ｑにおける多重反射
の過程は、反射パルスの振幅を弱めながら続けられ、そ
の都度、表面Ｙからパルスが透過してくる。

【００３７】したがって、この例の骨粗鬆症診断装置に
おいて観測される皮質骨Ｍｂの表面Ｙから戻ってくる骨
エコーＡｅは、皮質骨Ｍｂから戻ってくるエコーＡe0，
Ａe1，Ａe2，…の重ね合わせとなる。それ故、角周波数
ωにおける被験者の骨の超音波反射係数Ｒ(ω)は、式
（４）で与えられる。

【００３８】

【数４】

【００３９】τ：超音波が厚さＬの皮質骨Ｍｂ中を伝播
するのに要する時間また、垂直入射の場合には、表面Ｙにおいて式（５）、
式（６）が、表面Ｑにおいて式（７）が成り立つ。

【００４０】

【数５】

【００４１】

【数６】

【００４２】

【数７】

【００４３】Ｚc：海綿骨Ｍｃの（特性）音響インピー
ダンス式（５）、式（６）、式（７）をそれぞれ式（４）に代
入し、皮質骨Ｍｂの厚さＬが波長に比べ十分小さいとい
う条件で整理して、Ｒ(ω)を求めるための式を得たうえ
で、さらに、これをもとにして多重エコーを考慮した骨
の（特性）音響インピーダンスＺ(ω)を与える式（８）
を得る。

【００４４】

【数８】

【００４５】さらに、Ｚb(ω)>>Ｚc(ω)のときは、式
（８）は、式（９）に示すように簡略化される。

【００４６】

【数９】Ｚ(ω)＝Ｚc(ω)＋ｊωτＺb(ω) ＝Ｚc(ω)＋ｊωρＬ …（９）

【００４７】ρ：皮質骨Ｍｂの骨密度ここで、ρＬは、皮質骨Ｍｂの単位面積当たりの質
量、すなわち、面積密度σを表す。一方、式（１）に対
応させて骨の（特性）音響インピーダンスＺ(ω)を計測
データを得た後に算出でき、かつ、両者の実部同士及び
虚部同士はそれぞれ相等しいので、実部から海綿骨Ｍｃ
の（特性）音響インピーダンスＺc(ω)が、虚部から皮
質骨Ｍｂの面積密度σがわかる。また、皮質骨Ｍｂの厚
さＬが既知ならば皮質骨Ｍｂの骨密度ρもわかる。

【００４８】次に、図８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ＳＰ１０からステップＳＰ２０までは、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。Ｃ
ＰＵ１１は、ステップＳＰ２０において、最大骨エコー
レベルを表示器１３に画面表示した後、高速フーリエ変
換ルーチンを実行することにより、ＲＡＭ１０の波形メ
モリエリアに記憶された時間ｔの関数である最大骨エコ
ー波形ｖe(ｔ)をフーリエ変換し、角周波数ωの関数で
ある最大エコースペクトルＶe(ω)を求める。次に、反
射係数算出ルーチンを実行することにより、算出した最
大エコースペクトルＶe(ω)に基づき、角周波数ωにお
ける被験者の骨の超音波反射係数Ｒ(ω)を算出する（ス
テップＳＰ２０１）。

【００４９】なお、ここで、第１実施例において疑似皮
質骨について、最大骨エコー波形及び垂直反射エコー到
達時間を求めたときと同様の手順によって、超音波反射
係数Ｒu(ω)が既知である疑似皮質骨Ｕについて、最大
骨エコー波形ｖu(ｔ)及び垂直反射エコー到達時間Ｔuを
求め、さらに、最大骨エコー波形ｖu(ｔ)をフーリエ変
換し、角周波数ωの関数である最大エコースペクトルＶ
u(ω)を求めておき、ＲＯＭ９に格納しておく。但し、
この例においては、水等を満たした水槽に、まず、海綿
骨Ｍｃに音響学的性質が類似した物質からなる疑似海綿
骨を沈め、この疑似海綿骨の上に所定の厚さの疑似皮質
骨Ｕを載せた後、軟組織Ｍａの標準的な厚さに相当する
距離を隔ててトランスデューサ１を配置し、超音波パル
スＡｉを疑似皮質骨Ｕに向けて発射することにより、計
測が行われる。超音波反射係数Ｒ(ω)は、最大エコース
ペクトルＶe(ω)、垂直反射エコー到達時間Ｔa、最大エ
コースペクトルＶu(ω)、垂直反射エコー到達時間Ｔu、
及び超音波反射係数Ｒu(ω)を用いて、第１実施例の場
合と同様に、式（３）によって導かれる。

【００５０】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、第１実施例におい
て、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(ω)の値を式（１）に代入して皮質骨Ｍｂの
（特性）音響インピーダンスＺb(ω)［kg/m²sec］を算
出したのと同様にして、骨の（特性）音響インピーダ
ンスＺ(ω)を求める（ステップＳＰ２０２）。そして、
ＣＰＵ１１は、この計測データから求めた骨の（特性）
音響インピーダンスＺ(ω)と式（９）とから、海綿骨Ｍ
ｃの（特性）音響インピーダンスＺc(ω)及び皮質骨Ｍ
ｂの面積密度σを角周波数ωの関数として求め（ステッ
プＳＰ２０３）、表示器１３に画面表示する（ステッ
プＳＰ２０４）。

【００５１】上記構成によれば、超音波の波長より薄い
皮質骨Ｍｂについても面積密度σ等の音響情報を海綿骨
Ｍｃからのエコーによる影響を排除して得ることができ
るのみならず、この海綿骨Ｍｃについても、（特性）音
響インピーダンスＺcを得ることができる。それ故、測
定部位の選択の幅が大幅に広げられ、より被験者の骨の
状態についてより詳細に解析でき、骨の骨粗鬆症につい
ても一段と正確かつ精密に診断できる。

【００５２】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、疑似皮質骨について測定した最大骨
エコー波形及びこのときの垂直反射エコー到達時間、さ
らに、最大骨エコー波形をフーリエ変換して得た最大エ
コースペクトルは、予めＲＯＭに格納しておき、本測定
時の演算に利用したが、最大骨エコー波形及び垂直反射
エコー到達時間をその都度測定するようにしても良い。
また、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、１ＭＨｚに限らない。また、軟組織Ｍａ
の（特性）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（１）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。

【００５３】

【発明の効果】この発明の構成によれば、骨の（特性）
音響インピーダンスは、骨の［弾性率×密度］の平方根
で表されるので、骨密度の増加に伴って弾性率が上昇す
るという、相乗効果を受けるために、音速以上に敏感に
応答して顕著に増加する。逆に、骨密度が減少して、弾
性率が低下すると、（特性）音響インピーダンスは、こ
れらの相乗効果を受けて、音速以上に敏感に応答して顕
著に減少する。それ故、骨の（特性）音響インピーダン
スは、骨密度を判断する上で、良い指標となる。例え
ば、皮質骨の（特性）音響インピーダンスが、その年齢
層の平均値から著しく小さい場合には、骨の骨粗鬆症が
悪化していることが判る。

【００５４】また、演算手段において、最大エコーレベ
ルが抽出されたときのエコーから得られるデジタルエコ
ー信号（エコー波形）を、計時された所要時間に基づ
き、フーリエ変換してスペクトルを求め、このスペクト
ルに基づいて、複素表示の（特性）音響インピーダンス
を所定の周波数範囲で算出して、すなわち、（特性）音
響インピーダンスの周波数特性を得て、この（特性）音
響インピーダンスの周波数特性に基づいて診断が行われ
るので、より詳細な情報をもとに一段と多角的で正確な
骨粗鬆症の診断を行うことができる。また、得られる
（特性）音響インピーダンスは、複素音響インピーダン
スであって、振幅情報だけでなく位相情報も含まれてい
るので、従来は計測が困難であった、例えば、軟組織に
較べて（特性）音響インピーダンスが小さい皮質骨や、
適用される超音波の波長よりも薄い皮質骨についても音
響特性情報を得ることができるようになった。また、骨
の（特性）音響インピーダンスを骨密度の指標とする代
わりに、骨の単位面積当たりの質量、すなわち、面積密
度や、骨の（特性）音響インピーダンスの単調増加関数
である軟組織と骨との界面での超音波複素反射係数を骨
密度の指標としても、上述したと同様の効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】同装置の外観図である。

【図３】同装置の使用状態を示す模式図である。

【図４】同装置の動作処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図５】同装置の動作の説明に用いられる説明図であ
る。

【図６】同装置の動作の説明に用いられる説明図であ
る。

【図７】この発明の第２実施例である骨粗鬆症診断装置
の使用状態を模式的に示す図である。

【図８】同装置の動作処理手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】１トランスデューサ（超音波トランスデューサ）８Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）１１ＣＰＵ（エコーレベル測定手段、最大エコー
レベル抽出手段、演算手段、判断手段）１４計時回路（計時手段）Ａｉ超音波パルスＡｅ皮質骨からのエコーＭａ軟組織Ｍｂ皮質骨Ｘ皮膚表面Ｙ皮質骨表面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波トランスデューサを被験者の所定
の骨を覆う皮膚表面に当てた状態で、該超音波トランス
デューサの送受波面の向きを、前記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骨に向けて繰り返し発射し、１
パルス発射毎に、該骨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のエコー信号に変
換し、デジタル化されたエコー信号について所定の解析
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、入力される前記デジタルのエコー信号からエコーレベル
を各エコー毎に検出するエコーレベル測定手段と、各エ
コー毎に測定された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、１パルス発射毎に所定の計時開始時刻から前記エコ
ーが前記超音波トランスデューサの送受波面に戻ってく
るまでの所要時間を計時する計時手段と、抽出された前
記最大エコーレベル及び計時された前記所要時間に基づ
いて前記骨の複素音響特性情報を算出する演算手段と、
該演算手段によって算出された前記骨の複素音響特性情
報に基づいて骨粗鬆症を判断する判断手段とを備えてな
ることを特徴とする骨粗鬆症診断装置。
【請求項２】前記最大エコーレベルが抽出されたとき
のエコーに係る前記デジタルのエコー信号に基づいてフ
ーリエ変換を行ってスペクトルを求めると共に、該スペ
クトルに基づいて前記骨の複素音響特性情報を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の骨粗鬆症診断装置。
【請求項３】前記演算手段は、前記骨の複素音響特性
情報として、前記被験者の軟組織に対する前記骨の超音
波複素反射係数を算出し、算出された超音波複素反射係
数から振幅情報及び位相情報を得ると共に、前記判断手
段は、前記演算手段によって得られた前記振幅情報及び
位相情報を指標として骨粗鬆症を判断することを特徴と
する請求項１又は２記載の骨粗鬆症診断装置。
【請求項４】前記演算手段は、前記骨の複素音響特性
情報として、前記骨の複素音響インピーダンスを算出
し、算出された複素音響インピーダンスから振幅情報及
び位相情報を得ると共に、前記判断手段は、前記演算手
段によって得られた前記振幅情報及び位相情報を指標と
して骨粗鬆症を判断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。