JPH08173419A - 組織内音速測定方法 - Google Patents

組織内音速測定方法

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JPH08173419A JP6319721A JP31972194A JPH08173419A JP H08173419 A JPH08173419 A JP H08173419A JP 6319721 A JP6319721 A JP 6319721A JP 31972194 A JP31972194 A JP 31972194A JP H08173419 A JPH08173419 A JP H08173419A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波組織評価装置において、どんな環境下
でも正確な被検体組織内の音速を求める方法を提供す
る。 【構成】 まず、トルクリミッタが作動するまで、振動
子ユニット１０ａ及び１０ｂを押しつけ、この状態で超
音波振動子１２ａ、１２ｂ間の超音波の伝搬時間ｔ1 な
どを測定する。これらの測定値は、音速演算処理部５８
を介して、メモリ６０に格納される。次に、振動子ユニ
ット１０ａ及び１０ｂにより被検体を所定圧力で挟み、
この状態で超音波の伝搬時間ｔ2 と振動子間距離Ｌ2 を
測定する。そして、測定されたｔ2 及びＬ2 と、メモリ
６０に記憶されているｔ1 などの値とを用いて、音速演
算処理部５８によって超音波が被検体組織を透過するの
に要する時間などを求め、これらの値から被検体組織内
の音速を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して生体
組織の状態を評価する超音波組織評価装置に関し、特に
そのような超音波組織評価装置において用いる組織内音
速測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、生体（例えば踵）に対して超音波
を放射し、そのときの生体組織（例えば踵骨）内の超音
波の速度（以下、音速という）や生体組織による超音波
の減衰度合いなどを測定して、その生態組織の状態を評
価・診断する超音波組織評価装置が普及しつつある。ま
た、超音波とＸ線とを併用して、骨などの組織の評価を
行う装置なども提案されている。
【０００３】周知のように、このような超音波を用いた
組織評価においては、送波用超音波振動子から受波用超
音波振動子までの経路上に空気層が介在すると、超音波
の反射・減衰が生じるため、音速や減衰度合いの正確な
測定・評価が行えなくなる。このため、従来は、水など
の音響整合材を入れた測定槽内に被検体及び超音波振動
子を沈め、このような状態で超音波を送受波して測定を
行っていた。
【０００４】しかしながら、このように被検体を音響整
合材内に入れる方法は、被検者が違和感を覚えることが
あり、また衛生面の管理が繁雑になるという問題があっ
た。そこで、本出願人は、特願平６−７０１０号におい
て、超音波振動子を整合材収納部というカバー部材で覆
い、この整合材収納部の内部を音響整合材で満たし、整
合材収納部の生体接触面を被検体に接触させて超音波送
受波を行う装置を提案した。この装置によれば、整合材
収納部の生体接触面が被検体表面に対して無理なく接触
し、超音波伝搬経路において空気層の介在を防ぐことが
できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置を用いた場合でも、測定を行う環境、特に温度
や気圧の変化によって音響整合材の特性が変化し、ひい
ては被検体組織内の音速などの組織の評価値に影響を与
え、誤差を生じさせてしまうという問題があった。
【０００６】すなわち、従来は、互いに対向する超音波
振動子の間に被検体を配置した状態で超音波を送受波し
て超音波振動子間の超音波の伝搬時間を求め、この伝搬
時間によってそのときの超音波振動子間の距離を割るこ
とにより被検体組織内の音速を求めていた。この場合、
被検体と超音波振動子との間に介在する音響整合材層の
厚さ及びこの音響整合材層中を超音波が伝搬するのに要
する時間が、音速の演算に用いる値の中に含まれること
になり、被検体が同一でも音響整合材の特性が変化する
と、求められる音速の値が異なってくるという問題があ
った。また、これに伴い、この音速を用いて算出する他
の評価値の値も、音響整合材の特性の変化によってゆら
いでしまうという問題があった。
【０００７】例えば、音響整合材にひまし油などを使用
している場合では、室温付近ではひまし油の温度が１℃
変化するとひまし油内の音速がおよそ３ｍ／ｓ程度変化
してしまう。従って、音響整合材としてのひまし油層の
厚さが４ｃｍ程度であり、評価対象とする生体組織の厚
さが６ｃｍ程度である場合を例にとると、ひまし油の温
度が１℃変わると被検体内の音速測定結果に対して１．
２ｍ／ｓ程度の誤差が生じてしまう。
【０００８】また、整合材収納部内部の音響整合材には
気体が混入している場合もあり、測定環境の気圧が変化
すると、その気体が膨脹・収縮するため、整合材収納部
を被検体に押圧したときの変形の度合いが気圧によって
変わり、音響整合材層の平均的厚さを変化させてしま
う。
【０００９】更に、経年的な使用による音響整合材の漏
れによっても音響整合材層の厚さは変化する。また、従
来装置においては、整合材収納部の生体接触面は、超音
波の透過性に優れ、柔軟性に富んだポリウレタンシート
などの薄膜によって形成されるが、経年的な使用により
この生体接触面の柔軟度が変化し、同一圧力で被検体に
押圧したとしても生体接触面のつぶれ量が異なってくる
ため、このことによっても音響整合材層の厚さは変化す
る。
【００１０】一般に、音響整合材内の音速と被検体組織
内の音速は同じではないため、音響整合材層の平均的厚
さが変化すると、同じ被検体を測定しても、音速測定結
果が変わり、測定誤差を生じてしまう。
【００１１】本発明は、上記課題に鑑みなされたもの
で、超音波組織評価装置において正確な評価値を得るた
めに、いかなる環境下でも、いつも安定して正確な被検
体組織内の音速を得ることができる組織内音速測定方法
を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明に係る組織内音速測定方法は、
一対の振動子ユニットの振動子カバー同士の接触面を
所定圧力で直接接触させ、この状態での超音波伝搬時間
を測定する準備測定工程と、前記一対の振動子ユニット
により所定圧力で被検体を挟み、この状態での超音波振
動子間の距離及び超音波伝搬時間を測定する実測定工程
と、準備測定工程で測定された超音波伝搬時間と、実測
定工程で測定された超音波振動子間の距離及び超音波伝
搬時間と、に基づいて、被検体組織内の音速を演算する
組織内音速演算工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】また、請求項２記載の発明に係る組織内音
速測定方法は、一対の振動子ユニットの振動子カバー同
士の接触面を所定圧力で直接接触させ、この状態での音
響整合材の温度、超音波振動子間の距離及び超音波伝搬
時間を測定する準備測定工程と、準備測定工程での超音
波振動子間の距離及び超音波伝搬時間から、準備測定工
程における音響整合材内の音速を求める整合材内音速演
算工程と、前記一対の振動子ユニットにより所定圧力で
被検体を挟み、この状態での超音波振動子間の距離、超
音波伝搬時間及び音響整合材の温度を測定する実測定工
程と、準備測定工程及び実測定工程において測定された
音響整合材の温度を用いて準備測定工程における音響整
合材内の音速を補正することにより実測定工程における
音響整合材内の音速を求める整合材内音速補正工程と、
準備測定工程で測定された超音波振動子間の距離と実測
定工程で測定された超音波振動子間の距離及び超音波伝
搬時間と整合材内音速補正工程で求められた実測定工程
における音響整合材内の音速とに基づいて、被検体組織
内の音速を演算する組織内音速演算工程とを含むことを
特徴とする。
【００１４】また、請求項３記載の発明に係る組織内音
速測定方法は、一対の振動子ユニットによって、所定厚
さを有する基準体を所定圧力で挟み、この状態での基準
体の温度、超音波伝搬時間を測定する準備測定工程と、
準備測定工程で求められた基準体の温度から基準体内の
音速を求める基準体音速演算工程と、前記一対の振動子
ユニットにより所定圧力で被検体を挟み、この状態での
超音波振動子間の距離及び超音波伝搬時間を測定する実
測定工程と、準備測定工程で測定された超音波伝搬時間
と実測定工程で測定された超音波振動子間の距離及び超
音波伝搬時間と基準体音速演算工程で求められた基準体
内の音速とに基づいて、被検体組織内の音速を演算する
組織内音速演算工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】更に、請求項４記載の発明に係る組織内音
速測定方法は、一対の振動子ユニットによって、所定厚
さを有する基準体を前記所定圧力で挟み、この状態での
基準体の温度、音響整合材の温度、超音波振動子間の距
離及び超音波伝搬時間を測定する準備測定工程と、準備
測定工程で求められた基準体の温度から基準体内の音速
を求める基準体音速演算工程と、準備測定工程での超音
波振動子間の距離及び超音波伝搬時間と基準体音速演算
工程で求められた基準体内の音速とに基づいて、準備測
定工程における音響整合材内の音速を求める整合材内音
速演算工程と、前記一対の振動子ユニットにより所定圧
力で被検体を挟み、この状態での音響整合材の温度、超
音波振動子間の距離及び超音波伝搬時間を測定する実測
定工程と、準備測定工程及び実測定工程において測定さ
れた音響整合材の温度を用いて準備測定工程における音
響整合材内の音速を補正することにより、実測定工程に
おける音響整合材内の音速を求める整合材内音速補正工
程と、準備測定工程で測定された超音波振動子間の距離
と実測定工程で測定された超音波振動子間の距離及び超
音波伝搬時間と整合材内音速補正工程で求められた実測
定工程における音響整合材内の音速とに基づいて、被検
体組織内の音速を演算する組織内音速演算工程と、を含
むことを特徴とする。
【００１６】
【作用】請求項１記載の方法によれば、まず振動子ユニ
ット間に被検体がないときの超音波伝搬時間が測定され
る。この値と振動子ユニット間に被検体があるときの超
音波伝搬時間とを用いることにより、超音波が被検体組
織のみを透過するのに要する時間を求めることができ
る。このようにして求められた超音波が被検体組織のみ
を透過するのに要する時間と、振動子ユニット間に被検
体があるときの超音波振動子間の距離とに基づいて被検
体組織内の音速を求めることにより、音響整合材の状態
に影響されずに被検体組織内の音速を常に正確に求める
ことができる。また、このような正確な組織内音速を用
いることにより、超音波組織評価装置で求められる組織
の評価値を校正することができ、環境の変化に左右され
ず、常に安定した評価値を得ることができる。
【００１７】また、請求項２記載の方法では、更に準備
測定工程と実測定工程において音響整合材の温度を測定
し、これらの温度差によって準備測定工程における音響
整合材内の音速を補正して、実測定工程における音響整
合材内の音速を求める。この実測定工程の音響整合材の
音速を用いて、超音波が被検体組織を透過する時間を校
正することにより、準備測定工程と実測定工程における
音響整合材の温度の違いによる誤差を補正し、被検体組
織内の音速を更に正確に求めることができる。測定が長
時間に亘る場合などには、実測定工程において被検体の
体温が音響整合材に伝わり、音響整合材の温度が変化す
る場合がある。本発明によれば、このような場合でも被
検体組織内の正確な音速を求めることができる。
【００１８】さらに、請求項３又は請求項４記載の方法
では、準備測定工程において、一対の振動子ユニット同
士を直接に接触させるのではなく、被検体とほぼ等しい
厚さの基準体を挟んで超音波振動子間の距離などの測定
を行う。また、基準体の温度を測定し、これから基準体
内における音速を求め、更に超音波が基準体を透過する
時間を求める。そして、この時間と、準備測定工程及び
実測定工程の超音波振動子間の距離及び超音波伝搬時間
などに基づいて、被検体組織内の音速を求める。距離測
定手段としてレーザ測長器を用いると、温度などの環境
条件に左右されずに正確に超音波振動子間の距離を求め
ることができるが、レーザ測長器には有効測長範囲があ
るので、準備測定工程と実測定工程とで超音波振動子間
の距離に大きな差があると、有効測長範囲が大きなレー
ザ測長器を用いたり、近距離用と遠距離用の２種類のレ
ーザ測長器を用いたりする必要があり、装置が複雑化、
高コスト化するという問題が生じる。これに対して、本
発明では、準備測定工程において基準体を用いることに
より、準備測定工程及び実測定工程での超音波振動子間
の距離がほぼ等しくなるため、有効測長範囲が比較的小
さく安価なレーザ測長器を用いることができる。
【００１９】
【実施例】図１は、本発明に係る組織内音速測定方法が
適用される超音波組織評価装置（以下、装置と略す）の
機械的構成の一例を示す模式図である。図１において、
一対の振動子ユニット１０ａ及び１０ｂは、各々の超音
波振動子１２ａ及び１２ｂの振動面が対向するように配
置されている。超音波振動子１２ａ及び１２ｂの振動面
には、ポリウレタンシートなどの柔軟で超音波透過性に
優れた薄膜からなる振動子カバー１４ａ及び１４ｂが設
けられており、超音波振動子１２ａ、１２ｂと振動子カ
バー１４ａ、１４ｂとで囲まれた内空間には、ひまし油
などの液体の音響整合材１６ａ、１６ｂが充填されてい
る。超音波振動子１２ａ、１２ｂの後端からはそれぞれ
コード２０ａ、２０ｂが出ており、これらコード２０
ａ、２０ｂは、図示しない振動子制御部に接続されてい
る。また、これら超音波振動子１２ａ、１２ｂ及び振動
子カバー１４ａ、１４ｂは、振動子ケース１８ａ、１８
ｂに収納されている。そして、これら振動子ケース１８
ａ、１８ｂは、それぞれアーム２２ａ、２２ｂで支持さ
れている。
【００２０】アーム２２ａ、２２ｂの下端には、送りネ
ジ３０を通すためのネジ受け部２４ａ、２４ｂが配設さ
れており、送りネジ３０が回転することによってアーム
２２ａ、２２ｂが移動し、ひいては振動子ユニット１０
ａ、１０ｂが移動する構造となっている。なお、この送
りネジ３０は中央部分を境に逆ネジとなっているので、
送りネジ３０を一方向に回した場合、一対の振動子ユニ
ット１０ａ、１０ｂは、互いに遠ざかるか、近づくかの
動作をすることになる。従って、検査時には、送りネジ
３０を所定方向に回転させることにより、被検体を一対
の振動子ユニット１０ａ及び１０ｂによって挟むことが
できる。送りネジ３０は、ハンドル３４を回すことによ
って回転させるが、このハンドル３４は、トルクリミッ
タ３２を介して送りネジ３０に接続されているため、検
査時に一定以上の力で被検体を挟み込まないようになっ
ている。また、アーム２２ａにはレーザ測長器２６が設
けられ、アーム２２ｂには反射板２８が設けられてお
り、これらによって超音波振動子の振動面間距離が計測
できるようになっている。
【００２１】図２は、この装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。図２において、図１に示したものと同一の
部材には同一の符号を付してその説明を省略する。図に
おいて、超音波振動子１２ａは、送信用超音波振動子と
して送信アンプ４０に接続されている。また超音波振動
子１２ｂは、受信用超音波振動子として受信アンプ４２
に接続されている。また、受信アンプ４２は、Ａ／Ｄ変
換器４４に接続されている。制御部５０内の振動子制御
部５２は、送信アンプ４０を制御して送信用超音波振動
子１２ａから超音波パルスを送信させるとともに、Ａ／
Ｄ変換器４４から、デジタル化された受信信号を受けと
り、その受信信号について所定の処理を行う。
【００２２】この動作を更に詳しく説明すると、まず検
査の開始が指示されると、振動子制御部５２は、送信ア
ンプ４０に対してトリガーを送信する。このトリガーを
受けて、送信アンプ４０は所定の負パルスを超音波振動
子１２ａに供給し、これにより超音波振動子１２ａから
超音波パルスが発せられる。この超音波パルスは、被検
体などを透過した後、超音波振動子１２ｂで受信され、
その微弱な受信信号は受信アンプ４２で所定の増幅をう
ける。増幅後の受信信号は、Ａ／Ｄ変換器４４でデジタ
ル化され、制御部５０内の振動子制御部５２に送られ
る。振動子制御部５２では、このデジタル化された受信
信号に基づいて所定の測定値が求められる。特に、振動
子制御部５２内の伝搬時間測定部５４では、被検体組織
内の音速測定に必要な超音波振動子間の超音波伝搬時間
（以下、伝搬時間と略す）が求められる。振動子制御部
５２では、伝搬時間のほかにも、超音波の減衰度合いな
どが求められる。
【００２３】また、制御部５０は、振動子制御部５２の
ほかに、測長器制御部５６を有している。測長器制御部
５６は、レーザ測長器２６を制御して、超音波振動子１
２ａ、１２ｂの振動面間の距離（以下、振動子間距離と
呼ぶ）を測定する。
【００２４】更に、制御部５０には音速演算処理部５８
及びメモリ６０が設けられている。伝搬時間測定部５４
で求められた超音波振動子間の超音波伝搬時間と、測長
器制御部５６で求められた振動子間距離とは、音速演算
処理部５８に入力される。音速演算処理部５８は、被検
体組織内の音速を求めるために必要な演算処理を行う。
メモリ６０には、後に詳述する準備測定工程などの工程
で求められた測定値が格納され、これらの測定値は、音
速演算処理部５８において被検体組織内の音速を求める
演算の際に用いられる。
【００２５】このようにして制御部５０で求められた音
速や超音波の減衰度合いなどは、被検体組織の評価のた
めの評価値として用いられる。
【００２６】以下、このような装置を用いた場合におけ
る、本発明に係る被検体組織内音速測定方法の第１実施
例を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】第１実施例の処理は、大きく分けて、準備
測定工程、実測定工程、組織内音速演算工程の３つの工
程から成っている。
【００２８】まず、準備測定工程において、操作者は、
ハンドル３４を回して一対の振動子ユニット１０ａ及び
１０ｂを互いに近づけ、振動子カバー１４ａ、１４ｂを
互いに接触させる。そして、トルクリミッタ３２が作動
するまで、振動子カバー同士を押し付けあわせる（Ｓ１
０２）。図４は、このときの装置の状態を示している。
後に説明するように、実測定工程において被検体を振動
子ユニット間に挟むときには、このＳ１０２と同様、ト
ルクリミッタ３２が作動するまで振動子ユニット対で被
検体を挟み付けるが、このようにすることにより、準備
測定工程と実測定工程とにおける振動子カバー１４ａ、
１４ｂのつぶれ具合、すなわち音響整合材１６ａ、１６
ｂの層の厚さがほぼ等しいとみなせる。次に、この状態
で、超音波振動子１２ａ、１２ｂ間の超音波の伝搬時間
ｔ1 を測定する（Ｓ１０４）。すなわち、まず送信用超
音波振動子１２ａから超音波パルスを送信し、このパル
スを受信用超音波振動子１２ｂで受信し、これらに基づ
いて伝搬時間測定部５４で超音波の伝搬時間ｔ1 を測定
する。この準備測定工程において測定された伝搬時間ｔ
1 は、超音波が音響整合層内を伝搬するのに要する時間
を示している。この測定値は、音速演算処理部５８を介
して、メモリ６０に格納される。
【００２９】次に、実測定工程においては、操作者はハ
ンドル３４を回して振動子間距離をいったん広げ、振動
子ユニット対の間に被検体を配置し、図５に示すよう
に、トルクリミッタ３２が作動するまで振動子ユニット
１０ａ、１０ｂによって被検体７０を挟み込む（Ｓ１０
６）。次に、被検体７０を挟んだ状態で、準備測定工程
のときと同様にして超音波の伝搬時間ｔ2 を測定し、こ
れと同時にレーザ測長器２６を用いてこのときの振動子
間距離Ｌ2 を測定する（Ｓ１０８）。
【００３０】そして、組織内音速演算工程では、まずＳ
１０８で求められた実測定工程での伝搬時間ｔ2 と、メ
モリ６０に格納されている準備測定工程での伝搬時間ｔ
1 とを用いて、超音波が被検体７０を透過するのに要す
る透過時間ｔを次式（１）で求める（Ｓ１１０）。
【００３１】ｔ＝ｔ2 −ｔ1 …（１） すなわち、この第１実施例では、トルクリミッタ３２を
用いているため、振動子カバー及び音響整合材層にかか
る圧力が準備測定工程と実測定工程とでほぼ等しくなる
ので、振動子カバーのつぶれ具合は両工程でほぼ等しい
とみなすことができ、従って音響整合材層の厚さは両工
程でほぼ等しいとみなすことができる。従って、準備測
定工程において求められた音響整合材層内の超音波伝搬
時間ｔ1は、そのまま実測定工程における音響整合材層
内の超音波伝搬時間として用いることができる。よっ
て、この音響整合材層内の超音波伝搬時間ｔ1 を、超音
波振動子１２ａ、１２ｂ間の超音波伝搬時間ｔ2 から減
算することにより、超音波が被検体組織を透過するのに
要する時間ｔを求めることができる。
【００３２】そして、本実施例では、この透過時間ｔと
前述のＳ１０８で求められた実測定工程での振動子間距
離Ｌ2 とを用いて、次式（２）から被検体組織内の音速
Ｖを求める（Ｓ１１２）。
【００３３】Ｖ＝Ｌ2 ／ｔ …（２） このように、この第１実施例では、被検体組織内の音速
Ｖの演算において、音響整合材層内の伝搬時間ｔ1 の影
響を排除したため、温度変化による音響整合材層内の音
速変化の影響を受けず、より正確な被検体組織内の音速
Ｖを得ることができる。
【００３４】また、この第１実施例の変形例として、次
に示すような方法がある。すなわち、図３のフローチャ
ートにおける準備測定工程のＳ１０４において、超音波
振動子間の超音波の伝搬時間ｔ1 を測定すると同時に、
レーザ測長器２６により振動子間距離Ｌ1 を測定する。
そして、組織内音速演算工程のＳ１１２において、以下
に示す式（２ａ）を用いて、被検体組織内の音速Ｖを求
める。
【００３５】Ｖ＝（Ｌ2 −Ｌ1 ）／ｔ …（２ａ） この場合、準備測定工程において測定された振動子間距
離Ｌ1 は、音響整合材層の厚さを示しているとみなせる
ので、これを実測定工程で測定された振動子間距離Ｌ2
から減算することにより、被検体組織のみの厚さを求め
ることができる。この被検体組織のみの厚さ（Ｌ2 −Ｌ
1 ）を、超音波が被検体組織のみを透過するのに要した
時間ｔで割ることにより、更に正確な被検体組織内の音
速Ｖを求めることができる。
【００３６】このように、この変形例では、被検体組織
のみの厚さと超音波が被検体組織のみを透過する時間と
に基づいて被検体組織内の音速を求めており、音響整合
材層の影響を完全に排除しているため、音響整合材層内
の音速の変化や音響整合材層の厚さの変化などの影響を
受けず、正確な被検体組織内の音速Ｖを得ることができ
る。
【００３７】以上、本発明の第１実施例及びその変形例
について説明した。本実施例で求められた被検体組織内
の音速Ｖは、それ自体で被検体組織の評価値として用い
られるが、被検体組織の他の評価値と組み合わせて、新
たに別の評価値を求めるのにも用いることができる。例
えば、本出願人が特願平４−１２７５５１号で提案した
ように、Ｘ線測定と併用し、Ｘ線測定によって求められ
る骨塩量と本実施例で求められる音速とを組み合わせて
骨の弾性率を求め、この弾性率を骨の評価値として用い
ることもできる。
【００３８】なお、本実施例では、振動子間距離を測定
する手段としてレーザ測長器を用いたが、これに限ら
ず、例えばエンコーダのような機械的な測長手段を用い
てもよい。
【００３９】また、ここでは準備測定工程と実測定工程
及び組織内音速演算工程とを一連の流れで説明したが、
準備測定工程と実測定工程（及び組織内音速演算工程）
とは必ずしも続けて行う必要はない。準備測定工程は、
被検体の検査を行うときに毎回行うようにしてもよい
し、また毎日１回や毎週１回など定期的に行って測定値
を記憶しておき、実際の被検体検査時において音速を求
める際に、記憶された測定値を用いて演算を行うように
してもよい。
【００４０】次に、本発明に係る組織内音速測定方法の
第２実施例を説明する。この第２実施例は、音響整合材
１６ａ、１６ｂの温度変化を考慮して、更に正確な組織
内音速を求めるものである。この第２実施例において用
いる装置は、図１に示した第１実施例のものと基本的に
同様の構成である。
【００４１】実測定工程において一対の振動子ユニット
で被検体を挟み込んだ状態が長時間続くと、被検体自体
の温度の影響によって音響整合材１６ａ、１６ｂの温度
が準備測定工程での温度から大きく変化する場合があ
る。このような場合、準備測定工程と実測定工程とで音
響整合材内の音速が異なってくるので、準備測定工程で
測定した超音波の伝搬時間を、そのまま実測定工程にお
いて超音波が音響整合材層を透過する時間として用いる
と、求められる被検体組織内の音速に誤差が生じること
になる。
【００４２】そこで、この第２実施例では、図６に示す
ように振動子ユニット１０ａに音響整合材１６ａの温度
を測定するための整合材温度センサ１９を設け、これに
よって測定された音響整合材１６ａの温度を用いてより
正確な被検体組織内の音速を求める。第２実施例で用い
る装置構成は、整合材温度センサ１９を除いて第１実施
例のものとほぼ同じである。図２の制御部５０におい
て、整合材温度センサ１９の制御を行い、測定した温度
を音速演算処理部５８での演算処理に用いる。詳しい演
算処理については後述する。なお、このような整合材温
度センサは、一対の振動子ユニットの少なくとも一方に
設ければよい。
【００４３】次に、この第２実施例における組織内音速
の測定の手順を、図７のフローチャートを用いて説明す
る。
【００４４】まず、第１実施例と同様に、操作者は、準
備測定工程において一対の振動子ユニット１０ａ，１０
ｂの振動子間距離が近づくように、ハンドル３４を回
し、トルクリミッタ３２が作動するまで、振動子ユニッ
トの振動子カバー１４ａ、１４ｂ同士をあわせる（Ｓ２
０２）。そして、この状態で超音波振動子１２ａから超
音波パルスを発生し、反対側の超音波振動子１２ｂでこ
のパルスを受信し、超音波振動子間の超音波の伝搬時間
ｔ1 を計測する。更に、このときレーザ測長器２６で振
動子間距離Ｌ1 を測定し、整合材温度センサ１９で音響
整合材の温度ｄ1を計測する（Ｓ２０４）。
【００４５】そして、準備測定工程での測定結果を用い
て、準備測定工程における音響整合材層内の音速Ｖ1 を
以下の（３）式で求める（Ｓ２０６）。
【００４６】Ｖ1 ＝Ｌ1 ／ｔ1 …（３） 次に、実測定工程において、ハンドル３４を回して振動
子間距離をいったん広げ、振動子ユニット間に被検体を
配置し、再びハンドル３４を回して振動子ユニット同士
を互いに近づけ、トルクリミッタ３２が作動するところ
まで被検体を挟み込む（Ｓ２０８）。そして、この状態
で、準備測定工程と同様にして、この状態での超音波の
伝搬時間ｔ2 、振動子間距離Ｌ2 、及び整合材の温度ｄ
2 を測定する（Ｓ２１０）。
【００４７】より正確な被検体組織内の音速を得るため
には、実測定工程における音響整合材内の音速を知る必
要があるが、この音速Ｖ2 を以下の（４）式で求める
（Ｓ２１２）。
【００４８】Ｖ2 ＝Ｖ1 ＋ａ（ｄ2 −ｄ1 ） …（４） この（４）式において、定数ａは、温度変化１℃当たり
の音響整合材層内の音速の変化量である。定数ａの単位
は、例えばｍ／ｓ・ｄｅｇなどで与えられ、整合材がひ
まし油である場合は、定数ａは−３から−４程度の値と
なる。
【００４９】次に、組織内音速演算工程において、準備
測定工程及び実測定工程での測定値と、Ｓ２１２で求め
られた実測定工程における音響整合材の音速Ｖ2 とを用
いて、被検体組織内の音速を求める。
【００５０】まず、次式（５）によって超音波が被検体
組織を透過するのに要する時間ｔを求める（Ｓ２１
４）。
【００５１】ｔ＝ｔ2 −Ｌ1 ／Ｖ2 …（５） すなわち、音響整合材層の厚さを示す距離Ｌ1 を実測定
工程における音響整合材の音速Ｖ2 で割ることにより、
実測定工程において超音波が音響整合材層を透過するの
に要する時間を求め、これを超音波振動子間の伝搬時間
ｔ2 から引くことにより超音波が被検体組織のみを透過
するのに要する時間ｔを求めることができる。
【００５２】そして、被検体組織内の音速Ｖを前述の式
（２ａ）を用いて求める（Ｓ２１６）。
【００５３】このように、第２実施例によれば、準備測
定工程時と実測定工程時における音響整合材の温度差に
よる誤差をなくし、より正確な被検体組織内の音速Ｖを
求めることができる。
【００５４】次に、本発明に係る組織内音速測定方法の
第３実施例を説明する。前述の第１及び第２実施例で
は、準備測定工程において一対の振動子ユニットの振動
子カバー同士を接触させて測定を行ったが、この第３実
施例では、準備測定工程において、被検体とほぼ等しい
厚さの基準体を振動子ユニット間に挟んで測定を行う。
この基準体としては、アクリルブロック等を用いる。こ
の第３実施例において用いる装置は、図１に示した第１
実施例のものと基本的に同様の構成である。以下、図８
のフローチャートを用いて、本実施例について説明す
る。
【００５５】まず、準備測定工程において、操作者は、
一対の振動子ユニット１０ａ、１０ｂの間に基準体８０
を置く。そして、ハンドル３４を回して、振動子ユニッ
ト同士を近づけ、基準体８０を挟む。このとき、トルク
リミッタ３２が作動するまでハンドルを回し、所定の圧
力で基準体８０を挟み込む（Ｓ３０２）。この状態を示
したのが図９である。図９に示すように、振動子ユニッ
ト１０ａ、１０ｂは、所定圧力（すなわち、被検体測定
時の圧力）で基準体８０に押し付けられており、振動子
カバー１４ａ、１４ｂは被検体測定時とほぼ等しいつぶ
れ具合となっている。また、基準体８０の表面には基準
体温度センサ８２が取り付けられており、これにより随
時基準体８０の温度が測定される。なお、このときの基
準体８０の所定位置へのセッティングは、図示しない基
準体セッティング機構によって自動的に行う。もちろ
ん、操作者自身が手動でセッティングを行う構成として
もよい。
【００５６】次に、この状態で超音波の送受信を行い、
超音波振動子間の超音波の伝搬時間ｔ1 を計測する。更
に、この時の基準体８０の温度ｒを基準体温度センサ８
２で測定する（Ｓ３０４）。
【００５７】そして、この測定結果を用いて、準備測定
工程時の基準体８０内の音速Ｖs を次式（６）で求める
（Ｓ３０６）。
【００５８】Ｖs ＝αｒ＋β …（６） （６）式において、αは基準体８０内の音速Ｖs の温度
勾配であり、βはその切片、すなわち基準温度（例えば
０℃）の時の音速である。このαとβは予め実験等によ
って定めておく。このようにして求められた基準体内の
音速Ｖs は、メモリ６０（図２参照）にいったん記憶さ
れる。
【００５９】次に、操作者は、ハンドル３４を回して振
動子間距離をいったん広げ、基準体８０を取り除いた
後、振動子ユニット間に被検体を配置し、再びハンドル
３４を回して振動子ユニット同士を互いに近づけ、トル
クリミッタ３２が作動するところまで被検体７０を挟み
込む（Ｓ３０８）。
【００６０】そして、この状態で超音波の送受信を行っ
て超音波の伝搬時間ｔ2 を測定すると同時に、レーザ測
長器２６を用いてこの時の振動子間距離Ｌ2 を測定する
（Ｓ３１０）。
【００６１】組織内音速演算工程において、準備測定工
程及び実測定工程での測定値と、Ｓ３０６で求められた
基準体内の音速Ｖs とを用いて、以下のようにして被検
体組織内の音速を求める。
【００６２】まず、次式（７）を用いて、超音波が被検
体のみを透過するのに要する時間ｔを求める（Ｓ３１
２）。
【００６３】 ｔ＝ｔ2 −｛ｔ1 −（Ｌs ／Ｖs ）｝ …（７） （７）式において、Ｌs は基準体８０の厚さであり、既
知の値である。よって、（７）式において、Ｌs ／Ｖs
は超音波が基準体８０を透過するのに要する時間を示し
ている。従って、（７）式における｛ｔ1 −（Ｌs ／Ｖ
s ）｝は、超音波が音響整合材層を通過するのに要する
時間を示していることになり、これを振動子間の超音波
の伝搬時間ｔ2 から減ずることにより超音波が被検体組
織を透過するのに要する時間ｔを求めることができる。
【００６４】そして、このようにして求められた被検体
組織内の超音波透過時間ｔを用いて、第１実施例と同様
に、前述の（２）式によって被検体組織内の音速を求め
る。
【００６５】このように、この第３実施例では、前述の
第１実施例と同様に、被検体組織内の音速Ｖの演算にお
いて、音響整合材層内の伝搬時間ｔ1 の影響を排除した
ため、温度変化による音響整合材層内の音速変化の影響
を受けず、より正確な被検体組織内の音速Ｖを得ること
ができる。更に、準備測定工程において、被検体とほぼ
等しい厚さを有する基準体８０を振動子ユニット間に挟
みこんで伝搬時間等の測定を行うことにより、準備測定
工程時と実測定工程時との振動子間距離の差が基準体８
０を用いない場合（例えば、第１実施例）に比べて小さ
くなるので、有効測長範囲の小さいレーザ測長器を用い
ることが可能になり、装置全体のコストダウンを図るこ
とができる。
【００６６】また、この第３実施例の変形例として、次
のような方法がある。すなわち、図８のフローチャート
におけるＳ３０４において、超音波振動子間の超音波の
伝搬時間ｔ1 を測定すると同時に、レーザ測長器２６に
より振動子間距離Ｌ1 を測定する。そして、組織内音速
演算工程のＳ３１４において、以下に示す式（８）を用
いて、被検体組織内の音速Ｖを求める。
【００６７】 Ｖ＝｛Ｌ2 −（Ｌ1 −Ｌs ）｝／ｔ …（８） この（８）式において、（Ｌ1 −Ｌs ）は音響整合材層
の厚さを示しており、これをＬ2 から減算することによ
り、被検体組織のみの厚さが求められる。この被検体組
織のみの厚さを超音波が被検体組織のみを透過するのに
要した時間ｔで割ることにより、更に正確な被検体組織
内の音速Ｖを求めることができる。このように、この変
形例では、音速の演算において音響整合材層の影響を完
全に排除しているため、音響整合材層内の音速の変化や
音響整合材層の厚さの変化などの影響を受けず、正確な
被検体組織内の音速Ｖを得ることができる。
【００６８】次に、本発明に係る組織内音速測定方法の
第４実施例を説明する。この第４実施例は、前述の第３
実施例の構成に加えて音響整合材１６ａ、１６ｂの温度
を計測する手段を備えており、音響整合材１６ａ、１６
ｂの温度変化を考慮して、更に正確な組織内音速を求め
ようとするものである。音響整合材の温度を計測する手
段としては、第２実施例に挙げた整合材温度センサ１９
と同じ物を用いる。以下、図１０のフローチャートを用
いて本実施例について説明する。
【００６９】まず、操作者は、一対の振動子ユニットに
よって基準体８０を挟み込む（Ｓ４０２）。この状態で
超音波の送受信を行い、超音波の伝搬時間ｔ1 を計測す
る。更にこのとき、レーザ測長器２６で振動子振動面間
距離Ｌ1 を計測し、また基準体温度センサ８２によって
基準体８０の温度ｒを計測する。更に、整合材温度セン
サ１９によって音響整合材の温度ｄ1 を計測する（Ｓ４
０４）。
【００７０】これら準備測定工程における測定値を用い
て、まずこの時の基準体の音速Ｖsを前述の（６）式を
用いて求める（Ｓ４０６）。
【００７１】そして、求められた基準体の音速Ｖs を用
いて、準備測定工程における音響整合材内の音速Ｖ1 を
次式（９）で求める（Ｓ４０８）。
【００７２】 Ｖ1 ＝（Ｌ1 −Ｌs ）／（ｔ1 −Ｌs ／Ｖs ） …（９） 次に、操作者は、被検体８０を振動子ユニット間に挟む
（Ｓ４１０）。そして、この状態で超音波の送受信を行
って超音波の伝搬時間ｔ2 を計測し、更に音響整合材の
温度ｄ2 及び振動子間距離Ｌ2 を計測する（Ｓ４１
２）。
【００７３】そして、これら測定値を用いて、実測定時
の音響整合材内の音速Ｖ2 を前述の式（４）によって求
める（Ｓ４１４）。
【００７４】次に、式（１０）に従い、超音波が被検体
組織を透過するのに要する時間ｔを求める（Ｓ４１
６）。
【００７５】 ｔ＝ｔ2 −（Ｌ1 −Ｌs ）／Ｖ2 …（１０） すなわち、音響整合材層の厚さを示す距離（Ｌ1 −
Ｌs ）を実測定工程における音響整合材の温度Ｖ2 で割
ることにより、実測定工程において超音波が音響整合材
層を透過するのに要する時間を求め、これを超音波振動
子間の伝搬時間ｔ2から引くことにより超音波が被検体
組織のみを透過するのに要する時間ｔを求める。
【００７６】そして、被検体組織内の音速Ｖは、第３実
施例と同様に、前述の（８）式で求められる（Ｓ４１
８）。
【００７７】このように、第４実施例でも、基準体８０
を用いることにより、有効測長範囲の小さいレーザ測長
器を採用することが可能となり、装置のコストダウンを
図ることができる。
【００７８】なお、以上に示した第３及び第４実施例で
は、基準体温度センサ８２を基準体８０の表面に取り付
ける例を説明したが、これに限らず、基準体８０の温度
をその時の室温と等しいとみなし、その時の室温を計測
して基準体８０の温度として用いてもよい。また第４実
施例においては、基準体の温度計測手段と音響整合材の
温度計測手段を別に設けたが、これらを兼ね備えた１つ
の温度計測手段を設ける構成としてもよい。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波が被検体組織のみを透過する時間を求め、これを
用いて音速を求めるため、音響整合材の状態の変化に影
響されず、被検体組織内の音速を正確に求めることがで
きる。また、このような正確な組織内音速を用いること
により、超音波組織評価装置で求められる組織の評価値
を校正することにより、環境の変化に左右されず、常に
安定した評価値を得ることができる。
【００８０】また本発明によれば、音響整合材層の温度
を測定し、準備測定工程と実測定工程における音響整合
材の温度の違いによる誤差を補正することにより、被検
体組織内の音速を更に正確に求めることができる。測定
が長時間にわたる場合などには、実測定工程において被
検体の温度が音響整合材に伝わり、音響整合材の温度が
変化する場合があるが、本発明によれば、このような場
合でも被検体組織内の正確な音速を求めることができ
る。
【００８１】また、本発明によれば、準備測定工程にお
いて、一対の振動子ユニット同士を直接に接触させるの
ではなく、被検体とほぼ等しい厚さの基準体を挟んで超
音波振動子間の距離などの測定を行うことにより、有効
測長範囲が小さいレーザ測長器を用いることができ、装
置の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る超音波組織評価装置の機械的部
分の構成を示す概略図である。
【図２】 本発明に係る超音波組織評価装置の全体構成
を示すブロック図である。
【図３】 組織内音速測定方法の第１実施例を示すフロ
ーチャートである。
【図４】 準備測定工程時において振動子カバー同士を
押し付け合わせた状態を示す説明図である。
【図５】 実測定工程において振動子ユニット間に被検
体を挟み込んだ状態を示す説明図である。
【図６】 整合材温度センサを有する振動子ユニットを
示す概略図である。
【図７】 組織内音速測定方法の第２実施例を示すフロ
ーチャートである。
【図８】 組織内音速測定方法の第３実施例を示すフロ
ーチャートである。
【図９】 第３実施例の準備測定工程において、振動子
ユニット間に基準体を挟み込んだ状態を示す説明図であ
る。
【図１０】 組織内音速測定方法の第４実施例を示すフ
ローチャートである。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ 振動子ユニット、１２ａ，１２ｂ 超
音波振動子、１４ａ，１４ｂ 振動子カバー、１６ａ，
１６ｂ 音響整合材、１８ａ，１８ｂ 振動子ケース、
２０ａ，２０ｂ コード、２２ａ，２２ｂ アーム、２
４ａ，２４ｂネジ受け部、２６ レーザ測長器、２８
反射板、３０ 送りネジ、３２ トルクリミッタ、３４
ハンドル、４０ 送信アンプ、４２ 受信アンプ、４
４ Ａ／Ｄ変換器、５０ 制御部、５２ 振動子制御
部、５４ 伝搬時間測定部、５６測長器制御部、５８
音速演算処理部、６０ メモリ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波振動子と、被検体表面に接触する
    変形自在な接触面を有する振動子カバーと、この振動子
    カバーと超音波振動子との間の空間に充填された音響整
    合材と、を有する互いに対向して配置された一対の振動
    子ユニットと、 これら一対の振動子ユニット間の距離を変える振動子ユ
    ニット移動機構と、 前記超音波振動子間の距離を計測する距離計測手段と、 前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間を計測する時間
    計測手段と、 を含み、これら一対の振動子ユニットによって被検体を
    所定圧力で挟み、このときの超音波振動子間の距離及び
    超音波振動子間の超音波伝搬時間を測定し、これらの測
    定値から被検体組織内の音速を求め、この求められた音
    速を用いて被検体組織の評価を行う超音波組織評価装置
    において、 前記一対の振動子ユニットの振動子カバー同士の接触面
    を前記所定圧力で直接接触させ、この状態での超音波伝
    搬時間を測定する準備測定工程と、 前記一対の振動子ユニットにより前記所定圧力で被検体
    を挟み、この状態での超音波振動子間の距離及び超音波
    伝搬時間を測定する実測定工程と、 準備測定工程で測定された超音波伝搬時間と、実測定工
    程で測定された超音波振動子間の距離及び超音波伝搬時
    間と、に基づいて、被検体組織内の音速を演算する組織
    内音速演算工程と、 を含むことを特徴とする組織内音速測定方法。
  2. 【請求項２】 超音波振動子と、被検体表面に接触する
    変形自在な接触面を有する振動子カバーと、この振動子
    カバーと超音波振動子との間の空間に充填された音響整
    合材と、を有する互いに対向して配置された一対の振動
    子ユニットと、 これら一対の振動子ユニット間の距離を変える振動子ユ
    ニット移動機構と、 前記超音波振動子間の距離を測定する距離測定手段と、 前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する時間
    測定手段と、 前記音響整合材の温度を測定する温度測定手段と、 を含み、これら一対の振動子ユニットによって被検体を
    所定圧力で挟み、このときの超音波振動子間の距離及び
    超音波振動子間の超音波伝搬時間を測定し、これらの測
    定値から被検体組織内の音速を求め、この求められた音
    速を用いて被検体組織の評価を行う超音波組織評価装置
    において、 前記一対の振動子ユニットの振動子カバー同士の接触面
    を前記所定圧力で直接接触させ、この状態での音響整合
    材の温度、超音波振動子間の距離及び超音波伝搬時間を
    測定する準備測定工程と、 準備測定工程での超音波振動子間の距離及び超音波伝搬
    時間から、準備測定工程における音響整合材内の音速を
    求める整合材内音速演算工程と、 前記一対の振動子ユニットにより前記所定圧力で被検体
    を挟み、この状態での音響整合材の温度、超音波振動子
    間の距離及び超音波伝搬時間を測定する実測定工程と、 準備測定工程及び実測定工程において測定された音響整
    合材の温度を用いて準備測定工程における音響整合材内
    の音速を補正することにより、実測定工程における音響
    整合材内の音速を求める整合材内音速補正工程と、 準備測定工程で測定された超音波振動子間の距離と、実
    測定工程で測定された超音波振動子間の距離及び超音波
    伝搬時間と、整合材内音速補正工程で求められた実測定
    工程における音響整合材内の音速と、に基づいて、被検
    体組織内の音速を演算する組織内音速演算工程と、 を含むことを特徴とする組織内音速測定方法。
  3. 【請求項３】 超音波振動子と、被検体表面に接触する
    変形自在な接触面を有する振動子カバーと、この振動子
    カバーと超音波振動子との間の空間に充填された音響整
    合材と、を有する互いに対向して配置された一対の振動
    子ユニットと、 これら一対の振動子ユニット間の距離を変える振動子ユ
    ニット移動機構と、 前記超音波振動子間の距離を計測する距離計測手段と、 前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間を計測する時間
    計測手段と、 を含み、これら一対の振動子ユニットによって被検体を
    所定圧力で挟み、このときの超音波振動子間の距離及び
    超音波振動子間の超音波伝搬時間を測定して、これらの
    測定値から音速を求め、この求められた音速を用いて被
    検体組織の評価を行う超音波組織評価装置において、 前記一対の振動子ユニットによって、所定厚さを有する
    基準体を前記所定圧力で挟み、この状態での基準体の温
    度及び超音波伝搬時間を測定する準備測定工程と、 準備測定工程で求められた基準体の温度から基準体内の
    音速を求める基準体音速演算工程と、 前記一対の振動子ユニットにより前記所定圧力で被検体
    を挟み、この状態での超音波振動子間の距離及び超音波
    伝搬時間を測定する実測定工程と、 準備測定工程で測定された超音波伝搬時間と、実測定工
    程で測定された超音波振動子間の距離及び超音波伝搬時
    間と、基準体音速演算工程で求められた基準体内の音速
    と、に基づいて、被検体組織内の音速を演算する組織内
    音速演算工程と、 を含むことを特徴とする組織内音速測定方法。
  4. 【請求項４】 超音波振動子と、被検体表面に接触する
    変形自在な接触面を有する振動子カバーと、この振動子
    カバーと超音波振動子との間の空間に充填された音響整
    合材とを有する互いに対向して配置された一対の振動子
    ユニットと、 これら一対の振動子ユニット間の距離を変える振動子ユ
    ニット移動機構と、 前記超音波振動子間の距離を測定する距離測定手段と、 前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する時間
    測定手段と、 前記音響整合材の温度を測定する温度測定手段と、 を含み、これら一対の振動子ユニットによって被検体を
    所定圧力で挟み、このときの超音波振動子間の距離及び
    超音波振動子間の超音波伝搬時間を測定して、これらの
    測定値から被検体組織内の音速を求め、この求められた
    音速を用いて被検体組織の評価を行う超音波組織評価装
    置において、 前記一対の振動子ユニットによって、所定厚さを有する
    基準体を前記所定圧力で挟み、この状態での基準体の温
    度、音響整合材の温度、超音波振動子間の距離及び超音
    波伝搬時間を測定する準備測定工程と、 準備測定工程で求められた基準体の温度から基準体内の
    音速を求める基準体音速演算工程と、 準備測定工程での超音波振動子間の距離及び超音波伝搬
    時間と、基準体音速演算工程で求められた基準体内の音
    速と、に基づいて、準備測定工程における音響整合材内
    の音速を求める整合材内音速演算工程と、 前記一対の振動子ユニットにより前記所定圧力で被検体
    を挟み、この状態での音響整合材の温度、超音波振動子
    間の距離及び超音波伝搬時間を測定する実測定工程と、 準備測定工程及び実測定工程において測定された音響整
    合材の温度を用いて準備測定工程における音響整合材内
    の音速を補正することにより、実測定工程における音響
    整合材内の音速を求める整合材内音速補正工程と、 準備測定工程で測定された超音波振動子間の距離と、実
    測定工程で測定された超音波振動子間の距離及び超音波
    伝搬時間と、整合材内音速補正工程で求められた実測定
    工程における音響整合材内の音速と、に基づいて、被検
    体組織内の音速を演算する組織内音速演算工程と、 を含むことを特徴とする組織内音速測定方法。
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