JP2000083955A - 骨の評価装置及びその評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波を用いての最適な骨質の指標を得るこ
とができる骨の評価装置及びその評価方法を提供する。 【解決手段】 被検体Ｈ、組織部Ｔ、骨部Ｂの計測され
た伝播時間（ｔ，ｔ _WX，ｔ_YZ)から骨部（Ｂ）の幅寸法
(Ｌ_B ）及び骨部（Ｂ）を構成する骨梁部及び骨梁間物
質の幅寸法を求め、さらに測定された骨部（Ｂ）の周波
数毎の超音波Ｕ1 又はＵ2 の骨質を示す指標である傾き
（Ｇ1 ）を求め、また幅寸法に相当する標準骨の周波数
毎の超音波Ｕ1 又はＵ2 の骨質を示す指標である傾きを
求めて、骨部（Ｂ）の骨質を示す指標である傾きを求め
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体内の骨を伝
播する広帯域の超音波の周波数毎の減衰率の傾きと、標
準骨を伝播する広帯域の超音波の周波数毎の減衰率の傾
きとの差から骨質の指標を得る骨の評価装置及びその評
価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】骨密度を測定するものとして、例えば実
開平７−３６０１号公報に示される測定装置が知られて
いる。これは、二重エネルギＸ線吸収法（ＤＥＸＡ法）
を用いたものであり、各々Ｘ線の連続スペクトルを単色
化する２種のフィルタを、高低２種のエネルギのＸ線の
出力切換周期に合わせて切換え使用したものである。ま
た、この測定装置で用いられているＸ線の他に、γ線を
用いた測定装置も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の測定装置は、何れもγ線やＸ線等の電離放射線を使
用するものであるため、被検者に対して放射線被曝を伴
わせることになり、骨密度を測定する場合のように定期
的な広範囲のスクリーニング用としては好ましいもので
はなかった。一方、近年では、上述した電離放射線を使
用せずに超音波を利用した骨の評価装置が開発され一部
実用化されつつある。これは、超音波が骨を通過すると
きの超音波伝播速度（ｍ／ｓ）と、超音波が骨の中で減
衰する率を、超音波の周波数と減衰率との相関直線の傾
き（ｄＢ／ＭＨz ）として表したものとをパラメータと
し骨強度の指標として用いるものである。

【０００４】これら超音波伝播速度（ｍ／ｓ）と、相関
直線の傾き（ｄＢ／ＭＨz ）との指標は、Ｘ線による
（骨塩量／骨密度）とある程度の相関があるとされてい
るとともに、その指標が骨質の要素を含んでいるとされ
ている。ここで、骨質とは、骨の強さが左右される骨梁
の幅、骨梁の数、骨梁間距離等を意味するものであり、
骨密度とは別の指標として重要とされている。しかし、
上記の指標は、Ｘ線による骨塩測定パラメータとの相関
が十分ではなく、しかも骨質の指標として明確なもので
はなかった。

【０００５】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたもので、超音波を用いての最適な骨質の指標を得る
ことができる骨の評価装置及びその評価方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の骨の評価装置は、被検体（Ｈ）の
組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）の骨質を示す指標を得る骨
密度測定装置において、前記組織部（Ｔ）内の骨部
（Ｂ）を挟みかつ対向する前記被検体（Ｈ）の両側から
発信された広帯域の超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）のうち、前記
骨部（Ｂ）で反射された前記超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）の各
々の伝播時間（ｔ_WX，ｔ_YZ）と、一方の超音波（Ｕ1 又
はＵ2 ）が前記骨部（Ｂ）を通過して他方で受信される
超音波（Ｕ1又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ）とを計測する
時間計測手段（１６）と、前記骨部（Ｂ）を通過する前
記超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の減衰量を周波数毎に測定す
る減衰量測定手段（１８）と、前記伝播時間（ｔ，
ｔ_WX，ｔ_YZ）から前記被検体（Ｈ）の前記骨部（Ｂ）の
幅寸法（Ｌ_B）及び前記骨部（Ｂ）を構成する骨梁部
（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）を
求め、さらに前記減衰量測定手段（１８）によって測定
された前記骨部（Ｂ）の周波数毎の超音波の相関直線の
傾き（Ｇ1 ）を求めるとともに、前記被検体（Ｈ）の前
記幅寸法（Ｌ_B ，Ｌ_M ，Ｌ_N ）に相当する標準骨（Ｂ1
）の周波数毎の超音波の相関直線の傾き（Ｇ2 ）を求
めた後、前記骨部（Ｂ）の骨質を示す指標である傾き
（Ｇ＝Ｇ1 −Ｇ2 ）を求める演算処理手段（１７）と、
が具備されていることを特徴とする。

【０００７】ここで、本発明で用いられる超音波（Ｕ1
又はＵ2 ）の周波数は、その値によって被検体（Ｈ）内
部での伝播状態が変化することが知られているが、例え
ば５００ＫＨz と１ＭＨz 程度の帯域を用いることが好
ましい。このような構成では、時間計測手段（１６）に
より、被検体（Ｈ）の両側から発信された広帯域の超音
波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）のうち、骨部（Ｂ）で反射された超音
波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）の各々の伝播時間（ｔ_WX，ｔ_YZ）と、
一方の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）が骨部（Ｂ）を通過して
他方で受信される超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間
（ｔ）とが計測される。また、減衰量測定手段（１８）
により、骨部（Ｂ）を通過する超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）
の減衰量が周波数毎に測定される。さらに、演算処理手
段（１７）により、時間計測手段（１６）によって計測
された伝播時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）から被検体（Ｈ）の
骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B）及び骨部（Ｂ）を構成する
骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の幅寸法（Ｌ_M，Ｌ_N
）が求められ、さらに減衰量測定手段（１８）によっ
て測定された骨部（Ｂ）の周波数毎の超音波の相関直線
の傾き（Ｇ1 ）が求められ、また被検体（Ｈ）の幅寸法
（Ｌ_B ，Ｌ_M ，Ｌ_N ）に相当する標準骨（Ｂ1 ）の周波
数毎の超音波の相関直線の傾き（Ｇ2 ）が求められる
と、骨部（Ｂ）の骨質を示す指標である傾き（Ｇ＝Ｇ1
−Ｇ2 ）が求められる。ここで、得られた骨質を示す指
標である傾きＧは、骨密度と分離して取扱うことが可能
であり、骨の強さが左右される骨梁の幅、骨梁の数、骨
梁間距離等を意味する骨質の指標となる。

【０００８】請求項２に記載の骨の評価装置は、前記演
算処理手段（１７）は、前記時間計測手段（１６）によ
って計測された前記伝播時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）と、前
記被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）中の伝播速度（Ｃ_T ）
と、前記被検体（Ｈ）の幅寸法（Ｌ）とから前記骨部
（Ｂ）の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ_B ）と
前記骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B ＝Ｌ−Ｃ_T ・ｔ_WX−Ｃ_T
・ｔ_YZ）とを求めるとともに、前記伝播時間（ｔ_B ）と
幅寸法（Ｌ_B ）とから、前記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物
質（Ｎ）中の前記超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間
（ｔ_M ，ｔ_N ）と前記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質
（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）とを求めることを
特徴とする。このような構成では、骨梁部（Ｍ）及び骨
梁間物質（Ｎ）中の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間
（ｔ_M ，ｔ_N ）と骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の
占める幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）とを求めるに先立ち、被検
体（Ｈ）の測定対象となる部位の幅寸法（Ｌ）を、予め
メジャー等によって計り、その値を演算処理手段（１
７）に入力しておく。そして、演算処理手段（１７）に
よって、被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）中の伝播速度（Ｃ
_T ）から骨部（Ｂ）の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時
間（ｔ_B ）と骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B ＝Ｌ−Ｃ_T ・ｔ
_WX−Ｃ_T ・ｔ_YZ）とが求められると、伝播時間（ｔ_B ）
と幅寸法（Ｌ_B ）とから骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質
（Ｎ）中の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ_M ，
ｔ_N ）と骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の占める幅
寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）とが求められる。

【０００９】請求項３に記載の骨の評価方法は、被検体
（Ｈ）の組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）の骨質を示す指標
を得る骨の評価方法において、前記組織部（Ｔ）内の骨
部（Ｂ）を挟みかつ対向する前記被検体（Ｈ）の両側か
ら発信された広帯域の超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）のうち、前
記骨部（Ｂ）で反射された前記超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）の
各々の伝播時間（ｔ_WX，ｔ_YZ）と、一方の超音波（Ｕ1
又はＵ2 ）が前記骨部（Ｂ）を通過して他方で受信され
る超音波（Ｕ1又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ）とを計測す
るとともに、前記骨部（Ｂ）を通過する前記超音波（Ｕ
1 又はＵ2 ）の減衰量を周波数毎に測定した後、前記伝
播時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）から前記被検体（Ｈ）の前記
骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B ）及び前記骨部（Ｂ）を構成
する骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の幅寸法（Ｌ
_M ，Ｌ_N ）を求め、さらに前記骨部（Ｂ）の周波数毎の
超音波の相関直線の傾き（Ｇ1 ）を求め、前記被検体
（Ｈ）の前記幅寸法（Ｌ_B ，Ｌ_M ，Ｌ_N ）に相当する標
準骨（Ｂ1 ）の周波数毎の超音波の相関直線の傾き（Ｇ
2 ）を求めた後、前記骨部（Ｂ）の骨質を示す指標であ
る傾き（Ｇ＝Ｇ1 −Ｇ2 ）を求めることを特徴とする。

【００１０】このような構成では、被検体（Ｈ）の両側
から発信された広帯域の超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）のうち、
骨部（Ｂ）で反射された超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）の各々の
伝播時間（ｔ_WX，ｔ_YZ）と、一方の超音波（Ｕ1 又はＵ
2 ）が骨部（Ｂ）を通過して他方で受信される超音波
（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ）とが計測されるとと
もに、骨部（Ｂ）を通過する超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の
減衰量が周波数毎に測定される。また、計測された伝播
時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）から骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ
_B ）及び骨部（Ｂ）を構成する骨梁部（Ｍ）及び骨梁間
物質（Ｎ）の幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）が求められ、さら
に、測定された骨部（Ｂ）の周波数毎の超音波の相関直
線の傾き（Ｇ1 ）が求められるとともに、前記被検体
（Ｈ）の幅寸法（Ｌ_B ，Ｌ_M ，Ｌ_N ）に相当する標準骨
（Ｂ1 ）の周波数毎の超音波の相関直線の傾き（Ｇ2 ）
が求められると、骨部（Ｂ）の骨質を示す指標である傾
き（Ｇ＝Ｇ1 −Ｇ2 ）が求められる。ここで、得られた
骨質を示す指標である傾きＧは、骨密度と分離して取扱
うことが可能であり、骨の強さが左右される骨梁の幅、
骨梁の数、骨梁間距離等を意味する骨質の指標となる。

【００１１】請求項４に記載の骨の評価方法は、前記伝
播時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）と、前記被検体（Ｈ）の組織
部（Ｔ）中の伝播速度（Ｃ_T ）と、前記被検体（Ｈ）の
幅寸法（Ｌ）とから、前記骨部（Ｂ）の超音波（Ｕ1 又
はＵ2 ）の伝播時間（ｔ_B ）と前記骨部（Ｂ）の幅寸法
（Ｌ_B ＝Ｌ−Ｃ_T ・ｔ_WX−Ｃ_T ・ｔ_YZ）とが求められ、
前記伝播時間（ｔ_B ）と幅寸法（Ｌ_B ）とから、前記骨
梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）中の前記超音波（Ｕ1
又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ_M ，ｔ_N ）と前記骨梁部
（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ
_N ）とが求められることを特徴とする。

【００１２】このような構成では、骨梁部（Ｍ）及び骨
梁間物質（Ｎ）中の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間
（ｔ_M ，ｔ_N ）と骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の
占める幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）とを求めるに先立ち、被検
体（Ｈ）の測定対象となる部位の幅寸法（Ｌ）を、予め
メジャー等によって測定しておく。そして、被検体
（Ｈ）の組織部（Ｔ）中の伝播速度（Ｃ_T ）から骨部
（Ｂ）の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔＢ）と
骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B ＝Ｌ−Ｃ_T ・ｔ_WX−Ｃ_T ・ｔ
_YZ）とが求められると、伝播時間（ｔ_B ）と幅寸法（Ｌ
_B ）とから骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）中の超音
波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ_M ，ｔ_N ）と骨梁部
（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ
_N ）とが求められる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の骨の評価装置の一実施
の形態を示す概略構成図、図２は、図１の骨の評価装置
の詳細を示すブロック図、図３は、図１の骨の評価装置
による骨質を示す指標を求める方法を示すフローチャー
ト、図４は、図１の骨の評価装置による被検体の評価方
法を示す図、図５は、図１の骨部の概略構成を示す図、
図６は、超音波の周波数と減衰率との相関直線の傾きを
示す図である。

【００１４】図１において、骨の評価装置には、広帯域
超音波用の２つの超音波探触子（以下、プローブとい
う）１，２が設けられている。プローブ１には、例えば
５００ＫＨz を中心とした帯域の周波数の超音波Ｕ1 を
発する超音波発信素子３と、超音波受信素子４とが設け
られている。プローブ２には、例えば１ＭＨz を中心と
した帯域の周波数の超音波Ｕ2 を発する超音波発信素子
３ａと、超音波受信素子４ａとが設けられている。そし
て、プローブ１，２は、組織部Ｔ内の骨部Ｂを挟んで対
向するように被検体Ｈに接触されるようになっている。
プローブ１，２は、コード５ａ，５ｂを介して評価装置
本体６に接続されている。評価装置本体６には、後述の
図２に示す高圧電源１１をオン／オフしたり電圧を調節
したりする出力調節つまみ７ａ、超音波発信素子３，３
ａの発信周波数を調節する周波数調節つまみ７ｂ，７
ｃ、測定結果を表示する表示部８が設けられている。

【００１５】骨密度評価装置の詳細は、図２に示す通り
である。すなわち、各プローブ１，２の超音波発信素子
３，３ａは、パルサー９ａ，９ｂからの発信周波数に応
じた異なる超音波Ｕ1 ，Ｕ2 を発信する。ここで、超音
波発信素子３，３ａから発信される発信周波数は、上述
したように、各々例えば５００ＫＨz と１ＭＨz とを中
心とした帯域の周波数である。また、各パルサー９ａ，
９ｂには、高圧電源１１からの電源と、発信タイミング
を与えるトリガ信号発生部１２からのトリガ信号とが与
えられるようになっている。ここでの発信タイミング
は、例えば超音波発信素子３から５００ＫＨz の超音波
が発信され、その超音波が超音波受信素子４によって受
信されたとき、フィルター部１３の通過帯域を５００Ｋ
Ｈz とするようなタイミングである。また、高圧電源１
１のオン／オフや電圧の調節は、上述したように、出力
調節つまみ７ａによって行われる。また、各パルサー９
ａ，９ｂの発信周波数の調節も、図１に示した周波数調
節つまみ７ｂ，７ｃによって行われる。

【００１６】各プローブ１，２の超音波受信素子４，４
ａによって受信された超音波信号は、各々レシーバー１
０ａ，１０ｂによって所定量増幅された後、複数の通過
帯域を有するフィルター部１３を通過し、ゲート回路１
５に与えられる。これらフィルター部１３の通過帯域及
びゲート回路１５の通過時間は、タイミング処理部１４
によって調節されるようになっている。また、タイミン
グ処理部１４は、レシーバー１０ａ，１０ｂの受信タイ
ミングも同時に切替えるようになっている。ゲート回路
１５を通過した超音波信号は、このゲート回路１５の出
力パルスをカウントして時間を計測する時間計測部１６
を経て、演算処理部１７に与えられる。演算処理部１７
は、被検体Ｈ内の骨部Ｂを伝播する広帯域の超音波の周
波数毎の減衰率の傾きと、該被検体Ｈの骨部Ｂに相当す
る標準骨を伝播する広帯域の超音波の周波数毎の減衰率
の傾きとを演算によって求めるとともに、これらの差か
ら骨質の指標を得るものであるが、その詳細は後述す
る。その演算による結果は、表示部８によって表示され
る。

【００１７】続いて、以上のような構成の骨の評価装置
による骨質の指標を求める方法を、図３〜図６用いて説
明する。なお、以下においては、図１の被検体Ｈを踵と
した場合について説明する。まず、骨の評価装置による
測定によって、図４に示す被検体Ｈの骨部Ｂの幅寸法Ｌ
B と、骨部Ｂでの超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播時間ｔ_B と
を求める。これら被検体Ｈの骨部Ｂの幅寸法Ｌ_B と、骨
部Ｂでの超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播時間ｔ_B とを求めるに
先立ち、被検体Ｈの測定対象となる部位の幅寸法Ｌを、
予めメジャー等によって計り、その値を図２の演算処理
部１７に入力しておく（ステップ３０１）。

【００１８】骨部Ｂの幅寸法Ｌ_B は、次のようにして測
定する。すなわち、図４に示すように、被検体Ｈの組織
部Ｔで囲まれた骨部Ｂを挟んで、各プローブ１，２を被
検体Ｈに接触させる。このとき、プローブ１，２の超音
波発信素子３及び超音波受信素子４ａと、プローブ１，
２の超音波受信素子４及び超音波発信素子３ａとを各々
互いに同一平面上の直線上で向き合うような位置関係と
する。この状態で、各超音波発信素子３，３ａから、超
音波Ｕ1 、Ｕ2 を発信させる（ステップ３０２）。これ
らの発信周波数は、図１に示した周波数調節つまみ７
ｂ，７ｃの操作によって調節することができる。このよ
うに、各超音波発信素子３，３ａからの発信周波数を異
ならせることで、各々の超音波受信素子４，４ａにより
受信した後の受信周波数の識別が容易となる。ここで、
各超音波発信素子３，３ａから発信された超音波Ｕ1 ，
Ｕ2 には、骨部Ｂを通過するものと、骨部Ｂによって反
射されるものとがある。よって、各レシーバー１０ａ，
１０ｂによる受信周波数には、各々超音波Ｕ1 ，Ｕ2 が
含まれることになるが、図２のように、タイミング処理
部１４によってレシーバー１０ａ，１０ｂの受信タイミ
ングを切替えることにより、各々の超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の
通過と反射との識別を容易に行える。すなわち、例えば
超音波発信素子３から５００ＫＨz の超音波Ｕ1 が発信
され、その超音波Ｕ1 が超音波受信素子４によって受信
されたとき、フィルター部１３の通過帯域を５００ＫＨ
z とすることである。

【００１９】各レシーバー１０ａ，１０ｂを介して受信
された超音波Ｕ1 ，Ｕ2 は、タイミング処理部１４によ
ってコントロールされるフィルター部１３及びゲート回
路１５から時間計測部１６を経て演算処理部１７に与え
られる。そして、後述するように、演算処理部１７によ
って、被検体Ｈの骨部Ｂの超音波Ｕ1 、Ｕ2 の伝播時間
ｔ_B と骨部Ｂの幅寸法Ｌ_B とが求められる（ステップ３
０３）。このとき、まず被検体Ｈの組織部Ｔ内のＷ−Ｘ
間の伝播時間ｔ_WXからＷ−Ｘ間の距離Ｌ_WXを演算によっ
て求める（ステップ３０４）。すなわち、プローブ１の
超音波発信素子３から骨部Ｂに向けて発信されるととも
に、被検体Ｈの組織部ＴのＷ−Ｘ間を経由して骨部Ｂで
反射した超音波Ｕ1 は、プローブ１の超音波受信素子４
によって受信されることにより、超音波Ｕ1 の組織部Ｔ
におけるＷ−Ｘ間の伝播時間ｔ_WXが図２の時間計測部１
６によって計測される。なお、Ｗ−Ｘ間の伝播時間ｔ_WX
は、組織部ＴのＷ−Ｘ間を経由して骨部Ｂで反射したＷ
−Ｘ間の往復時間であるので、Ｗ−Ｘ間の往復時間の１
／２とする。

【００２０】そして、Ｗ−Ｘ間の距離Ｌ_WXは、次の式
によって求められる。

【数１】Ｌ_WX＝Ｃ_T ・ｔ_WX ・・・ ここで、Ｃ_T は、超音波Ｕ1 が被検体Ｈの組織部Ｔを伝
播する速度である。なお、この速度Ｃ_T は、人の軟部組
織中における超音波伝播速度には個人差がなくほぼ一定
であり、また周波数に依存せず一定でもあるので、予め
演算処理部１７に入力し、記憶させておく。次に、被検
体Ｈの組織部Ｔ内のＹ−Ｚ間の伝播時間ｔ_YZからＹ−Ｚ
間の距離Ｌ _YZが演算によって求められる（ステップ３０
５）。すなわち、プローブ２の超音波発信素子３ａから
骨部Ｂに向けて発信されるとともに、被検体Ｈの組織部
ＴのＹ−Ｚ間を経由して骨部Ｂで反射した超音波Ｕ2
は、プローブ２の超音波受信素子４ａによって受信され
ることにより、超音波Ｕ2 の組織部ＴにおけるＹ−Ｚ間
の伝播時間ｔ_YZが図２に示した時間計測部１６によって
計測される。なお、Ｙ−Ｚ間の伝播時間ｔ_YZは、組織部
ＴのＹ−Ｚ間を経由して骨部Ｂで反射したＹ−Ｚ間の往
復時間であるので、Ｙ−Ｘ間の往復時間の１／２とす
る。

【００２１】そして、Ｙ−Ｚ間の距離Ｌ_YZは、次の式
によって求められる。

【数２】Ｌ_YZ=Ｃ_T ・ｔ_YZ ・・・ ここで、Ｃ_T は、上記の超音波Ｕ1 が被検体Ｈの組織部
Ｔを伝播する速度と同様に一定であり、周波数に依存し
ないものである。次に、被検体Ｈの骨部Ｂ（Ｘ−Ｙ間）
中の超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播時間ｔ_B を求める（ステッ
プ３０６）。この伝播時間ｔ_B を求めるに際しては、ま
ず一方のプローブ１の超音波発信素子３から発信された
超音波Ｕ1 を、他方のプローブ２の超音波受信素子４ａ
が受信するまでの時間ｔを図２に示した時間計測部１６
によって計測する。

【００２２】そして、Ｘ−Ｙ間の超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝
播時間ｔ_B は、次の式によって求められる。

【数３】ｔ_B ＝ｔ−ｔ_WX−ｔ_YZ ・・・ ここで、ｔ_WX，ｔ_YZ は、上述したように、各々Ｗ−Ｘ
間及びＹ−Ｚ間の伝播時間である。次に、被検体Ｈの骨
部Ｂの幅寸法Ｌ_B は、次の式によって求められる（ス
テップ３０７）。

【数４】Ｌ_B ＝Ｌ−Ｌ_WX−Ｌ_YZ ・・・ ここで、Ｌは、被検体Ｈの幅寸法（Ｗ−Ｚ間）であり、
Ｌ_WX，Ｌ_YZは、上述したように、Ｗ−Ｘ間及びＹ−Ｚ間
の距離である。以上のような演算処理部１７による演算
によって被検体Ｈの骨部Ｂの幅寸法ＬＢ と骨部Ｂでの
超音波の伝播時間ｔ_B とが求められる。

【００２３】次に、被検体Ｈの骨部Ｂは、図５に示すよ
うに、骨梁部Ｍと骨髄液、その他骨梁成分以外の成分
（以下、骨梁間物質Ｎという）とに分けられるため、そ
の骨梁部Ｍの占める幅Ｌ_M 及び骨梁間物質Ｎ部分の占め
る幅Ｌ_N を求める。なお、図５では、骨梁部Ｍ及び骨梁
間物質Ｎを、便宜上、各々片側に寄せて図示している
が、実際には、骨部Ｂ内に骨梁部Ｍと骨梁間物質Ｎはこ
のように偏在するものではない。ここで、骨梁部Ｍ中の
超音波Ｕ1 又はＵ2 の伝播時間をｔ_M とし、骨梁間物質
Ｎ中での超音波Ｕ1 又はＵ2 の伝播時間をｔ_N とする
（ステップ３０８）。

【００２４】そして、被検体Ｈの骨部Ｂ中の超音波Ｕ1
，Ｕ2 の伝播時間ｔ_B は、次の式によって表され
る。

【数５】ｔ_B ＝ｔ_M ＋ｔ_N ・・・ また、被検体Ｈの骨部Ｂの幅寸法Ｌ_B は、次の式によ
って表される。

【数６】Ｌ_B ＝Ｃ_M ・ｔ_M ＋Ｃ_N ・ｔ_N ・・・ ここで、Ｃ_M は、骨梁部Ｍ中での超音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝
播速度であり、Ｃ_N は、骨梁間物質Ｎ中での超音波Ｕ1
，Ｕ2 の伝播速度であるが、これらの値は全て公知で
ある。すなわち、Ｃ_M は標準骨の骨梁部Ｍの主成分であ
る、ハイドロキシアパタイト中での超音波の伝播速度に
相当し、一方、Ｃ_N は骨梁間物質とほぼ等価と考えられ
る水中での超音波の伝播速度に相当するので、予めハイ
ドロキシアパタイト中及び水中での超音波の伝播速度を
求めておき、これらの値をそれぞれＣ_M 及びＣ _N として
これらを演算処理部１７に入力しておく。

【００２５】上記の，，，式から被検体Ｈの骨
梁部Ｍ中の超音波の伝播時間ｔ_M と骨梁間物質Ｎ中の超
音波Ｕ1 ，Ｕ2 の伝播時間ｔ_N とが演算によって求めら
れる。すなわち、，，，式に含まれる未知数
は、ｔ_M ，ｔ_N のみであるため、これらの連立方程式を
解くことにより、ｔ_M ，ｔ_N が求められることになる。
これらｔ_M ，ｔ_N が各々求められると、被検体Ｈの骨部
Ｂの骨梁部Ｍの占める幅寸法Ｌ_M 及び骨梁間物質Ｎ部分
の占める幅寸法Ｌ_N が、次の，式によって求められ
る（ステップ３０９）。

【数７】Ｌ_M ＝Ｃ_M ・ｔ_M ・・・ Ｌ_N ＝Ｃ_N ・ｔ_N ・・・

【００２６】また、，式により得られたＬ_M 及びＬ
_N の値から、被検体Ｈの骨部Ｂ全体の幅に対する骨梁部
Ｍの幅の占める割合であるＬ_M ／Ｌ_B が、次の式によ
って求められる。

【数８】 Ｌ_M ／Ｌ_B ＝｛Ｌ_M ／（Ｌ_M ＋Ｌ_N ）｝・・・ このＬ_M ／Ｌ_B の値は、骨部Ｂ中の骨梁部Ｍが占める割
合、すなわち骨部Ｂ中の骨梁の体積占有率に相当するも
のである。次に、被検体Ｈ内の骨部Ｂを伝播する広帯域
の超音波Ｕ1 又はＵ2 の周波数毎の減衰率を、演算処理
部１７による演算によって求める（ステップ３１０）。
この場合、例えば一方のプローブ１の超音波発信素子３
から発信された超音波Ｕ1を他方のプローブ２の超音波
受信素子４ａで受信するとともに、図２の減衰量測定部
１８により、超音波発信素子３から発信される超音波Ｕ
1 の出力レベルと、ゲート回路１５を通過する超音波Ｕ
1 の周波数毎の受信レベルとを比較することによって得
られる。また、超音波発信素子３から発信される超音波
Ｕ1 を、例えば５００ＫＨz 〜１ＭＨz の間で、例えば
１００ＫＨz 毎に周波数を変えて発信させる。そして、
各周波数毎の減衰率は、例えば図６に示す被検体Ｈの骨
部Ｂにおける傾きＧ1 （超音波の周波数と減衰率との相
関直線の傾き）として表される。

【００２７】次に、標準骨Ｂ1 （図５参照）を伝播する
広帯域の超音波の周波数毎の減衰率を求める（ステップ
３１１）。標準骨Ｂ1 における超音波の伝播速度並びに
減衰率を求めるには、標準の骨を構成する骨梁部と骨梁
間物質の中、骨量部に相当するハイドロキシアパタイト
並びに骨梁間物質に相当する水について、厚さ毎にその
中を伝播する広帯域の超音波の周波数毎の伝播速度並び
に減衰率を測定して演算処理部１７に入力しておき、各
検体Ｈについて測定され、上記の〜によって得られ
た、その被検体Ｈの骨部Ｂにおける骨梁部Ｍの占める幅
寸法Ｌ_M 及び骨梁間物質Ｎの占める幅寸法Ｌ _N に相当す
る厚さのハイドロキシアパタイト並びに水中における、
たとえば５００ＫＨz 〜１ＭＨz の間で周波数を変えた
場合の超音波の減衰率を、その都度算出し、図６に示す
ようにこの減衰率の傾きＧ2 （標準骨Ｂ1 における超音
波の周波数と減衰率との相関直線の傾き）として表され
る。

【００２８】次に、骨質を示す指標である傾きＧ（標準
骨Ｂ1 による相関直線の傾きと被検体Ｈの骨部Ｂによる
相関直線の傾きとの差）を求める（ステップ３１２）。
すなわち、 Ｇ1 ＝Ｉ_m ／Ｉ_o Ｇ2 ＝Ｉ_c ／Ｉ_o Ｇ ＝Ｇ2 −Ｇ1 ここで、 Ｇ1 ：標準骨Ｂ1 による超音波の周波数と減衰率との相
関直線の傾き。 Ｇ2 ：被検体Ｈの骨部Ｂによる超音波の周波数と減衰率
との相関直線の傾き。 また、 Ｉ_m ＝ｂ₁ −ａ₁ Ｉ_o ＝Ｂ−Ａ Ｉ_c ＝ｂ₂ −ａ₂ である。Ａは例えば５００ＫＨz であり、Ｂは例えば１
ＭＨz であり、ａ₁ ，ａ₂ ，ｂ₁ ，ｂ₂ は、それぞれ
Ａ，Ｂにおける超音波Ｕ1 又はＵ2 の減衰率を示してい
る。さらに、 Ｇ2 ＝ｅ^-x ｛但し、ｘ＝α₁ Ｌ_M ＋α₂ Ｌ_N ｝ により、計算上の周波数と超音波の減衰率との相関直線
の傾きを求めることもできる。ここで、α₁ ，α₂ は減
衰係数であり、Ｌ_M は上述した骨梁部Ｍの幅寸法、Ｌ_N
は上述した被検体Ｈの骨梁間物質Ｎの幅寸法である。

【００２９】そして、骨質を示す指標である傾きは、図
６の点線で示す傾きＧとして表される。ここで、得られ
た骨質を示す指標である傾きＧは、骨密度と分離して取
扱うことが可能であり、骨の強さが左右される骨梁の
幅、骨梁の数、骨梁間距離等を意味する骨質の指標とな
る。また、ここで求められた骨質を示す指標である傾き
Ｇを、骨部Ｂの幅寸法Ｌ_Bで割ることにより、骨部Ｂの
単位長さ当りの指標とすることもできる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の骨の評価
装置及びその評価方法によれば、計測された伝播時間
（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）から骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B ）及
び骨部（Ｂ）を構成する骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質
（Ｎ）の幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）を求め、さらに測定され
た骨部（Ｂ）の周波数毎の超音波の相関直線の傾き（Ｇ
1 ）を求め、また幅寸法（Ｌ_B ，Ｌ_M ，Ｌ_N ）に相当す
る標準骨（Ｂ1 ）の周波数毎の超音波の相関直線の傾き
（Ｇ2 ）を求めて、骨部（Ｂ）の骨質を示す指標である
傾き（Ｇ＝Ｇ1 −Ｇ2 ）を求めるようにしたので、超音
波を用いての最適な骨質の指標を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の骨の評価装置の一実施の形態を示す概
略構成図である。

【図２】図１の骨の評価装置の詳細を示すブロック図で
ある。

【図３】図１の骨の評価装置による骨質を示す指標を求
める方法を示すフローチャートである。

【図４】図１の骨の評価装置による被検体の評価方法を
示す図である。

【図５】図１の骨部の概略構成を示す図である。

【図６】超音波の周波数と減衰率との相関直線の傾きを
示す図である。

【符号の説明】

１６ 時間計測部 １７ 演算処理部 １８ 減衰量測定部 Ｂ 骨部 Ｈ 被検体 Ｔ 組織部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）内の骨部
   （Ｂ）の骨質を示す指標を得る骨密度測定装置におい
   て、 前記組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）を挟みかつ対向する前
   記被検体（Ｈ）の両側から発信された広帯域の超音波
   （Ｕ1 ，Ｕ2 ）のうち、前記骨部（Ｂ）で反射された前
   記超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）の各々の伝播時間（ｔ_WX，
   ｔ_YZ）と、一方の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）が前記骨部
   （Ｂ）を通過して他方で受信される超音波（Ｕ1又はＵ2
   ）の伝播時間（ｔ）とを計測する時間計測手段（１
   ６）と、 前記骨部（Ｂ）を通過する前記超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）
   の減衰量を周波数毎に測定する減衰量測定手段（１８）
   と、 前記伝播時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）から前記骨部（Ｂ）の
   幅寸法（Ｌ_B ）及び前記骨部（Ｂ）を構成する骨梁部
   （Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ _N ）を
   求め、さらに前記減衰量測定手段（１８）によって測定
   された前記骨部（Ｂ）の周波数毎の超音波の相関直線の
   傾き（Ｇ1 ）を求めるとともに、前記被検体（Ｈ）の前
   記幅寸法（Ｌ_B ，Ｌ_M ，Ｌ_N ）に相当する標準骨（Ｂ1
   ）の周波数毎の超音波の相関直線の傾き（Ｇ2 ）を求
   めた後、前記骨部（Ｂ）の骨質を示す指標である傾き
   （Ｇ＝Ｇ1 −Ｇ2 ）を求める演算処理手段（１７）と、 が具備されていることを特徴とする骨の評価装置。
2. 【請求項２】 前記演算処理手段（１７）は、前記時間
   計測手段（１６）によって計測された前記伝播時間
   （ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）と、前記被検体（Ｈ）の組織部
   （Ｔ）中の伝播速度（Ｃ_T ）と、前記被検体（Ｈ）の幅
   寸法（Ｌ）とから前記骨部（Ｂ）の超音波（Ｕ1 又はＵ
   2 ）の伝播時間（ｔ_B ）と前記骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ
   _B ＝Ｌ−Ｃ_T ・ｔ_WX−Ｃ_T ・ｔ_YZ）とを求めるととも
   に、前記伝播時間（ｔ_B ）と幅寸法（Ｌ_B ）とから、前
   記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）中の前記超音波
   （Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ_M ，ｔ_N ）と前記骨梁
   部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の占める幅寸法（Ｌ_M ，
   Ｌ_N ）とを求めることを特徴とする請求項１に記載の骨
   の評価装置。
3. 【請求項３】 被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）内の骨部
   （Ｂ）の骨質を示す指標を得る骨の評価測定方法におい
   て、 前記組織部（Ｔ）内の骨部（Ｂ）を挟みかつ対向する前
   記被検体（Ｈ）の両側から発信された広帯域の超音波
   （Ｕ1 ，Ｕ2 ）のうち、前記骨部（Ｂ）で反射された前
   記超音波（Ｕ1 ，Ｕ2 ）の各々の伝播時間（ｔ_WX，
   ｔ_YZ）と、一方の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）が前記骨部
   （Ｂ）を通過して他方で受信される超音波（Ｕ1又はＵ2
   ）の伝播時間（ｔ）とを計測するとともに、前記骨部
   （Ｂ）を通過する前記超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の減衰量
   を周波数毎に測定した後、前記伝播時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ
   _YZ）から前記被検体（Ｈ）の前記骨部（Ｂ）の幅寸法
   （Ｌ_B ）及び前記骨部（Ｂ）を構成する骨梁部（Ｍ）及
   び骨梁間物質（Ｎ）の幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）を求め、さ
   らに前記骨部（Ｂ）の周波数毎の超音波の相関直線の傾
   き（Ｇ1 ）を求め、前記被検体（Ｈ）の前記幅寸法（Ｌ
   _B ，Ｌ_M ，Ｌ_N ）に相当する標準骨（Ｂ1 ）の周波数毎
   の超音波の相関直線の傾き（Ｇ2 ）を求めた後、前記骨
   部（Ｂ）の骨質を示す指標である傾き（Ｇ＝Ｇ1 −Ｇ2
   ）を求めることを特徴とする骨の評価方法。
4. 【請求項４】 前記伝播時間（ｔ，ｔ_WX，ｔ_YZ）と、前
   記被検体（Ｈ）の組織部（Ｔ）中の伝播速度（Ｃ_T ）
   と、前記被検体（Ｈ）の幅寸法（Ｌ）とから、前記骨部
   （Ｂ）の超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ_B ）と
   前記骨部（Ｂ）の幅寸法（Ｌ_B ＝Ｌ−Ｃ_T ・ｔ_WX−Ｃ_T
   ・ｔ_YZ）とが求められ、前記伝播時間（ｔ_B ）と幅寸法
   （Ｌ_B ）とから、前記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質
   （Ｎ）中の前記超音波（Ｕ1 又はＵ2 ）の伝播時間（ｔ
   _M ，ｔ_N ）と前記骨梁部（Ｍ）及び骨梁間物質（Ｎ）の
   占める幅寸法（Ｌ_M ，Ｌ_N ）とが求められることを特徴
   とする請求項３に記載の骨の評価方法。