WO1996018342A1

WO1996018342A1 - Dispositif et procede de diagnostic de l'osteoporose

Info

Publication number: WO1996018342A1
Application number: PCT/JP1995/002569
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Ishii; Masashi Kuriwaki; Yasuyuki Kubota
Original assignee: Sekisui Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisya
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1996-06-20
Also published as: EP0747009A4; KR970701017A; US5749363A; CA2183054A1; EP0747009A1

Description

明細書骨粗鬆症診断装置及び方法技術分野

この発明は、超音波インパルスを被験者の所定の骨（皮質骨）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超音波反射式の骨粗鬆症診断装置及び方法に関する。背景技術

近年、高齢化社会の到来に伴って、骨粗鬆症（osteoporosis) 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つている。骨粗鬆症の物理的診断は、主として、 D X A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。

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、日本特開平 2— 1 0 4 3 3 7号公報 ·米国特許出願第 1 9 3 2 9 5号に記載の診断装置では、一方の超音波トランスデューザから測定部位である被験者の骨組織に向けて超音波ィンパルスを発射し、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力、らでめる。

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、 [骨の弾性率ノ骨密度] の平方根で与えられる。しかも、骨の弾性率と骨密度とは、骨密度が增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、けつして高くはない。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。

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，方法よりも一段と正確（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及び方法を提供することを目的としている。発明の開示

この発明の骨粗鬆症診断装置は、超音波卜ランスデューサを被験者の所定の皮虜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、超音波ィンパルスを上記皮虜下の骨に向けて繰り返し発射し、 1パルス発射毎に、該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 Zデジタル変換器によってデジタルエコー信号に変換し、変換により得られたデジタルェコ一信号を用いてデジタル信号処理を行うことにより骨粗鬆症を診断する。

したがって、この発明の骨粗鬆症診断装置の第 1の観点によれば、入力される上記デジタル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ェコ一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骨粗鬆症を判断する判断手段と、該判断手段による判断結果を出力する出力手段とを備えた骨粗鬆症診断装置が提供される。

この第 1の観点の骨粗鬆症診断装置には、抽出された上記最大エコーレベルに基づいて、被験者の钦組織に対する骨の超音波反射係数を算出する反射係数算出手段又は被験者の骨の音響ィンビーダンスを算出する音響ィンビ一ダンス算出手段が付加されるのが好ましい。これに伴い、上記判断手段が、上記超音波反射係数又は骨の音響インビーダンスに基づいて骨粗鬆症を判断できるようにするのが良い。

何故なら、最大エコーレベルは、超音波反射係数の単調増加関数であり、超音波反射係数は、骨の音響インビーダンスの単調増加関数だからであり、三者のうち、いずれかが増加（又は減少）すると、これに伴つて、二者も増加（又は減少）するからである。骨の音響インビーダンスは、骨の [弾性率 X密度] の平方根で表される。それゆえ、この発明の構成では、骨の音響インビーダンス（最大ェコ一レベル、超音波反射係数）力 <、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增加する。逆に、骨密度が減少して、弾性率が低下すると、音響インビ一ダンスは、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。それゆえ、骨の音響インビーダンスは、骨密度を判断する上で、良い指標となる。

なお、超音波反射係数や骨の音響インビーダンスを算出する際に、超音波が被験者の钦組織を往復するまでの間に受ける減衰度をも考慮できるようにすれば、一段と正確な推定値を得ることができるので、好ましい。

また、この発明の骨粗鬆症診断装置の第 2の観点によれば、超音波振動子の送受波面に送信残響の効果を除去をするための超音波遅延スべ一サを固着してなる超音波卜ランスデューザの上記超音波遅延スぺーサを被験者の所定の皮膚表面に当てた状態で、該超音波振動子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、超音波ィンパルスを上記皮虜下の骨に向けて繰り返し発射し、 1パルス発射毎に、上記被験者の上記皮膚表面から戻ってくる第 1 のエコー、続いて上記骨表面から戻ってくる第 2のエコーを上記超音波振動子の送受波面において受波し、受波信号をアナログノデジタル変換器によって第 1及び第 2のデジタルエコー信号に変換し、変換により得られた第 1及び第 2のデジタルエコー信号を用いてデジタル信号処理を行うことにより骨粗鬆症を診断する骨粗鬆症診断装置が提供される。

また、この発明の骨粗鬆症診断方法は、超音波トランスデューサを被験者の所定の皮膚表面に当てた状態で、該超音波卜ランスデューザ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、超音波ィン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てエコーレベルを測定し、さらに、測定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し、抽出された最大エコーレベルに基づいて骨密度又は骨弾性率を推定して骨粗鬆症を診断する。最大エコーレベルの受波は、骨の法線と超音波トランスデューザの送受波面の法線とがー致したときであり、このときは、骨からの垂直反射のエコーが送受波面にも垂直に入射する。骨の法線と送受波面の法線とがー致したときは、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、再現性の良い測定データが得られる。図面の簡単な説明

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、同装置の使用伏態を示す模式図、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、また、図 6は、同装置の動作の説明に用いられる図、図 7は、この発明の第 3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 8は、同装置の動作処理手順を示すフローチャート、図 9は、この発明の第 4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 1 0は、この発明の第 6実施例である骨粗鬆症診断装置の動作処理手順を示すフローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して、この発明を実施するための最良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ヤ—卜、図 5は、同装置の動作の説明に用いられる図、また、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、半波インパルスの電気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骨 M bに向けて超音波ィンパルス A iを発射すると共に、骨（皮質骨） M bの表面 Yから戻ってくるエコー（以下、骨エコーという） A e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、トランスデューザという） 1と、このトランスデューサ 1 に半波ィンパルスの電気信号を供給し、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骨 M bからの反射波の振幅である骨エコーレベルを抽出することにより、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とを接続するケ一ブル 3とから概略なつている。

上記卜ランスデューサ 1は、チタンジルコン酸鉛（P Z T ) 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 1 aを主要部として構成され、この超音波振動子 1 aの一方の電極面（超音波ィンパルス A i の送受波面）には、送信残響の効果を除去をするために、ポリェチレンバルク等の超音波遅延スべ一サ 1 b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、超音波遅延スぺーサ 1 b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ィンパルス A iを骨 M b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 A e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、円板半径の比較的大きな圧電素子で構成することにより、送受波面をできるだけ広くしたものが好適である。同様の観点から、曲率半径が大きく平面とみなすことができ、皮膚の表面に近い骨 M b、例えば踵、膝蓋骨上部、脛骨等の皮質骨を測定部位とするのが好ましい。

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ノ D変換器 8と、 R O M 9と、 R A M I 0と、 C P

U (中央処理装置） 1 1と、レベルメータ 1 2と、表示器 1 3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 2. 5 M H zの半波インパルスの電気信号を所定の周期（例えば、 1 0 O msec) で繰り返し生成して、トランスデューサ 1に送信する。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、インビ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 1 aが骨エコー A e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、ェ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增幅度で増幅した後、波形整形器 7に入力する。波形整形器 7は、 L C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 Z D変換器 8に入力する。 A Z D変換器 8は、図示せぬサンブルホールド回路、サンブリングメモリ（S R A M) 等を備え、 C P U 1 1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 12MH z) 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、 C P U 1 1に送出する。

R OM 9は、オペレーティングシステム（OS) の他に、 C P U 1 1 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 ZD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、抽出された最大骨エコーレベルに基づいて、被験者の敉組織 M aに対する骨 Mbの超音波反射係数 Rを算出する手順、及び算出された超音波反射係数 Rに基づいて、被験者の骨 M bの音響ィンビーダンス Zb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、被験者の骨 M bの音響インピーダンス Z bは、式（1) によって与えられる。

Zb=Za (R + 1) / (1 -R) … （1 )

Za：钦組織 M aの音響インピーダンス（既知）

ここで、骨 M b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インパルス A i も平面波で、しかも、その波面が骨 Mbの表面 γと略平行であるとみなせるとき（つまり、超音波ィンパルス A iが骨 Mbの表面 Yに略垂直に入射するとき）、被験者の敉組織 Maに対する骨 Mbの超音波反射係数 Rは、式（2) で表される。ところで、骨ェコーレベルは、超音波インパルス A iが骨 M b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、超音波インパルス A iが骨 M b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（2) 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（2) を変形することにより、式（1 ) が得られる。

R= (Zb-Za) / (Zb+Za) … （2)

R AM 10は、 C P U 1 1の作業領域が設定されるワーキングェリァと、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骨エコー波形（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。

C P U 11は、 R OM9に格納されている上述の各種処理ブログラムを RAMI 0を用いて実行することにより、パルス発生器 4や AZD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 ZD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、抽出された最大骨エコーレベルの値に基づいて、被験者の钦組織 M aに対する骨 M b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、被験者の骨 Mb の音響ィンビ一ダンス Zbを算出して骨粗鬆症の診断を行う。

レベルメータ 1 2は、 C P U 11によって制御され、 RAMI 0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 1 2 bの振れとして同時に表示する。また、表示器 13は、 CRTディスブレイ又は液晶ディスプレイ等からなり、 CPU 1 1の制御により、最大骨エコーレベル（測定値）、超音波反射係数 R (算出値）、音響ィンビ一ダンス Z b (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。

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 C P U 1 1の処理の流れ）について説明する。

まず、曲率半径が大きく、皮膚の表面に近い骨 M b、例えば踵、膝蓋骨上部、脛骨等の皮質骨を測定部位として選ぶ。このような骨 M bからは、平面波とみなして差し支えのない骨エコー A eが戻ってくるので、測定精度を高める上で好ましいからである。装置に電源が投入されると、 C P U 1 1は、装置各部のブリセット、カウンタゃ各種レジスタ、各種フラグの初期設定を行った後（ステップ S P 1 0 (図 4 ) ) 、測定開始スイツチが押下されるのを待つ（ステップ S P 1 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骨 M bを覆う钦組織 M aの表面（皮庸の表面 X ) に、超音波ゲル 1 4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、送受波面を骨 M b に向けた伏態で、測定開始スィッチをオンとする。測定開始スィッチがオンとされると（ステツプ S P 1 1 )、 C P U 1 1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つて診断動作を開始する。

C P U 1 1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 S P 1 2 ) 。パルス発生器 4は、 C P U 1 1から 1パルス発生命令を受けると、半波ィンパルスの電気信号を卜ランスデューサ 1に送信する。トランスデューサ 1は、パルス発生器 4から半波インパルスの電気信号の供給を受けると、被験者の骨 M b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）超音波インパルス A i を発射する。発射された超音波インパルス A i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から钦組織 M a内に注入され、骨 Mbに向かって伝搬する。そして、骨 Mbの表面 Yで一部が反射して骨エコー A eとなり、一部は骨 Mbに吸収され、残りは骨 Mbを透過する。骨エコー A eは、入射超音波 A i とは逆の経路を迪り、再びトランスデューサ 1の超音波振動子 1 aによって受波される。

それゆえ、トランスデューサ 1では、超音波ィンパルス A i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） A s力少し遅れて、骨エコー A eが超音波振動子 1 a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、 AZD変換器 8に入力される。

C P U 11は、パルス発生器 4に 1パルス発生命令を送出した後（ステツブ S P 1 2) 、トランスデューサ 1の超音波振動子 1 aによって送信残響 A nが受波され、続いて、表面エコー A sが受波された後、骨ェコ一 A eがトランスデューサ 1の超音波振動子 1 aの送受波面に戻ってくる時刻を見計らって、 AZD変換器 8に、サンプリング開始命令を発行する（ステップ S P 13) 。 AZD変換器 8は、 C PU 1 1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 2MH z) でサンプリングしてデジタル信号に変換し、得られた N個のサンブル値（ 1エコー分のデジタル信号）を一旦自身のサンブリングメモリに格納する。この後、 C P U 1 1からの転送要求に応じて、サンブリングメモリに格納された N個のサンブル値を C P U 1 1に順次送出す o

C P U 11は、 AZD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、 RAMI 0の波形メモリエリアに記憶した後、 N個のサンブ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 R A Ml 0のエコーデータメモリエリアに格納する（ステップ S P 14) 。 RAMI 0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 12 aの振れとして表示される（ステップ S P 15) 。

次に、 C P U 1 1は、 RAM 10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 S P 16) 。今は、初回目の判断であり、最大骨エコーレべルの値は、初期設定値「0」のままなので、 C P U 1 1は、今回骨ェコ一レベルの値が、最大骨エコーレベルの値よりも大きいと判断し、 RA Ml 0のエコーデ一夕メモリエリァに記憶されている最大骨エコーレべルの値を今回骨エコーレベルの値に書き換え、さらに、 RAMI 0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 S P 1 7) 。そして、更新された最大骨エコー波形を、表示器 1 3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 1 2 bの振れとして表示する（ステップ S P 1 8) 。

次に、 C P U 1 1は、 R AM 10内の測定続行フラグを見て（ステツブ S P 1 9) 、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）、 C PU 11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 S P 1 2〜S P 15) を繰り返した後、ステツプ S P 16において、再び、 R AM 10内のエコーデー夕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 S P 19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ィッチを押さない限り、「1」に保たれ、 C PU 11は、上述の 1パルス発射 1エコー受波（ステップ S P 12〜S P 15) 、最大骨エコーレベルの抽出作業（ステップ S P 16〜ステップ S P 19) を繰り返す。

操作者は、 C P U 1 1が上述の処理（ステップ S P 12〜S P 19) 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、皮庸の表面 Xに当てがい、測定部位の骨 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つたりして、トランスデューサ 1の向きを変え、角度を変えながら、レべルメータ 12の液晶指針パターン 12 a， 1 2 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。レベルメ一夕 1 2の液晶指針パターン 1 2 a, 1 2 bの振れが最大になるのは、図 6 (a) に示すように、骨 M b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、平面波の超音波インパルス A iの波面と骨 M bの表面 Yが略平行のとき（つまり、平面波の超音波ィンパルス A iが骨 M b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、骨 M bの表面 Yで垂直反射した骨エコー A e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 A e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 A e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 A e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 A e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の角度を骨 M bの法線付近で変化させたとき、骨ェコ一レベルが極大になれば、トランスデューサ 1の送受波面に骨 M b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さる。

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 A eを抽出することが必要だ、ということである。何故なら、骨 M bの音響インビーダンス Z bを導く式（1 ) 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 A eを抽出することは、困難なことではなく、レベルメータ 1 2の液晶指針パターン 1 2 a , 1 2 bの振れを見ながら、垂直反射の骨エコー A eを容易に見つけ出すことができる。つまり、骨 M b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 1 2の液晶指針パターン 1 2 a， 1 2 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、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 1 2 a， 1 2 b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。

操作者は、レベルメータ 1 2の液晶指針パターン 1 2 a , 1 2 b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、測定終了スィッチを押下する。測定終了スィッチが押下されると、 C P U 1 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、 C Pし 1 1 は、次回以降の 1パルス発射を中止する（ステップ S P 1 9 ) 。.そして、 RAMI 0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べルを読み出して、表示器 13に画面表示する（ステップ S P 20)。

この後、 C PU 11は、反射係数算出ルーチンを実行することにより、 RAMI 0のエコーデータメモリエリアに記憶された最大骨ェコーレベル Veと、予め R OM 9に格納されている完全エコーレベル V0 とから、被験者の钦組織 M aと骨 Mbとの界面での超音波反射係数 Rを算出し (ステップ S P 21) 、算出値を表示器 13に画面表示する（ステップ S P 22) 。

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 = VeZV0] 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力超音波インパルス A i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べ一サ（ダミ一ブロック） 1 bの先端面から戻ってくる開放時エコーを超音波振動子 1 aによつて受波して開放時ェコ一レベルを測定することによつても求めることができる。次に、 C P U 11は、音響ィンビ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（1) に代入して骨 M bの音響ィンビーダンス Zb [kg/m-sec] を算出し（ステップ S P 23) 、算出結果を表示器 13に画面表示する（ステップ S P 24) 。

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 (レベルメ一夕 1 2の液晶指針パターン 12 a, 12 b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、骨 M bの音響ィンピーダンス Zbを精度良く求めることができる。

骨 Mbの音響インビ一ダンス Zbは、骨 Mbの [弾性率 X密度] の平方根で表されるので、骨密度が增加すれば、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、骨の音響インビーダンス 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、骨 Mbの音響インビーダンス Zb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 1 3に表示されている骨 M bの音響ィンビーダンス 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、音響インビ一ダンスが、その年齢層の平均値から著しく小さい場合には、骨 Mbの骨粗鬆症が悪化していることが判る。

また、 RAMI 0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 R AMを用いて、全測定期間内に検出された全ての骨エコーレべルを一旦記憶し、測定完了後、 RAMI 0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。

◊第 2実施例

次に、この発明の第 2実施例について説明する。

この第 2実施例では、上述の第 1実施例と異なる超音波反射係数算出のァルゴリズムが採用される点を除けば、第 1実施例の構成と略同一である。この第 2実施例では、钦組織 M aに対する骨 M bの超音波反射係数 R は、超音波ィンパルス A i及び骨エコー A eが充分平面波とみなすことができ、かつ钦組織 Maでの超音波の減衰が無視できるときは、式（3) により与えられる。

R = Ve/P-Q'B-V i … （ 3 )

P ：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、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ィンパルス A iの音圧 Q ：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 V i ：パルス発生器 4からトランスデューサ 1に加えられる電気信号（電圧、電流、散乱パラメ一夕）の振幅

V e ：最大骨エコーレベル

なお、 P, Q, B, V i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. 5MH z) での成分を用いる。 P， Q, B, V iについては、予め、これらの測定値、設定値を R OM9に書き込んでおく。

式（3) は、次のようにして導かれる。まず、パルス発生器 4から卜ランスデューサ 1に振幅 V iの電気信号が加えられると、トランスデューサ 1の送受波面から音圧 P V iの超音波ィンパルス A iが骨 M bに向かって出力される。それゆえ、音圧 R P V iの骨エコー A e力トランスデューサ 1の送受波面に垂直に戻ってくる。したがって、最大骨ェコ一レベル V eは、式（4) で与えられる。

V e =Q-R-P-B-V i ··· (4) この式（4 ) を整理すると、式（3 ) が得られる。

このように、この第 2実施例によっても、 C P U 1 1によって、超音波反射係数 Rから骨 M bの音響ィンビーダンス Z bが算出されるので、第 1実施例と略同様の効果を得ることができる。

◊第 3実施例

図 7は、この発明の第 3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 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 3実施例が、上述の第 2実施例と大きく異なるところは、超音波の钦組織 M a往復による減衰度 A ( T )を考慮することにより、骨 M b の音響インビーダンス Z bを確実に測定できるようにした点である。

このため、この例の装置本体 2 aには、図 7に示すように、トランスデューサ 1の送受波面から超音波ィンパルス A iが発射された後、骨ェコー A eが送受波面に戻ってくるまでの骨エコー到達時間 Tを計測する計時回路 1 4が付加されている。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 Tとに基づいて被験者の钦組織 M aに対する骨 M bの超音波反射係数 Rを算出する手順の記述を含み、 C P U 1 1 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に基づいて骨粗鬆症の診断がなされる。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 7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。

この例の装置本体 2 aにおいて、パルス発生器 4 aは、 C P U 1 1力、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. 5 MH zの半波ィンパルスの電気信号を所定の周期で生成し、卜ランスデューサ 1に送信すると共に、この半波ィン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。

ここで、半波インパルスの周期は、骨エコー到達時間 Τよりも充分長く設定されている。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 aから計時開始信号 Tpの供給を受ける度に、計時を開始し、 AZD変換器 8 a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 Tとして要求に応じて C P U 1 1 に与えられる。

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 C P U 1 1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 S P 10からステップ S P 20までは、骨ェコ一到達時間 T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、 C PU 1 1は、ステップ S P 14において、 AZD変換器 8 aから骨エコー信号 Eを読み込むと共に、計時回路 14から骨ェコ一到達時間丁を読み、読み込んだ今回骨ェコ一信号 E及び骨ェコ一到達時間 Tを RAMI 0のエコー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 S P 19、ステップ S P 20) 、 C PU 11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、エコーデータメモリエリァの中から骨エコー到達時間 Tを読み出し、読み出された骨エコー到達時間 T [sec] の値を式（5) に代入して、被験者の钦組織 M a内での超音波の減衰度 A (T)を算出する（ステップ S P A(T)= 10 ϋϋ.ϋ.ϋΙ/ΙΒϋΟ - (5) ここで、減衰度 Α(Τ)とは、超音波が钦組織 M a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から骨 Mbの表面 Yにまで伝搬し、骨 M bの表面 Yで反射して再び皮膚の表面 Xに戻つてくるまでに受ける減衰の程度を意味する（A(T)が小さい程、減衰大を意味する）。この減衰度 A (T)は、骨エコー到達時間 T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、钦組織 M a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、钦組織 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。超音波拡散に起因する減衰の程度は、トランスデュ一サ 1の開口、超音波の周波数、钦組織 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、钦組織 Maの代表的な吸収定数（単位長当たりの超音波の'减衰率）を用いることができる。なお、超音波の'减衰度 A (T)を与える式 (5) は、超音波の使用中心周波数を 2. 5MH zに設定し、トランスデューサ 1の開口を 15 mmに設定した場合に成立する実験式である。次いで、 C P U 11は、エコーデータメモリエリアの中から最大骨ェコーレベル V eを読み出してきて、式（5) を用いて算出された减衰度 A(T)と共に、式（6) に代入して、超音波が钦組織 M aの媒質側から骨 M bに垂直に入射する場合の钦組織 M aと骨 M bとの界面での超音波反射係数 Rを算出する（ステップ S P21) 。

R = V e/P-0-B-V i ·Α(Τ) … （6) ここで、 P, Q, B, V iの意味は、式（3 ) において述べたと同様である。式（6 ) は、次のようにして導かれる。

まず、パルス発生器 4 aからトランスデューサ 1に振幅 V iの電気信号が加えられると、トランスデューサ 1の送受波面から音圧 P V iの超音波インパルス A iが钦組織 M a内に注入される。注入された超音波ィンパルス A i は、钦組織 M a内で減衰しながらも、（骨 M bの表面 Yに対して垂直に入射する場合を考えれば、）骨 M bの表面 Yで垂直に反射し、骨エコー A eとなって、トランスデューサ 1に垂直に戻ってくる。それゆえ、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 A eの音圧 P ( e )は、式（5 ) より求めた超音波の钦組織 M a往復による減衰度 A (T)を考慮すれば、式（7 ) で与えられる。

P ( e )= P -V i -R -A (T) - (7 )

音圧 P (e；)の骨エコー A eが、トランスデューサ 1の送受波面に受波されると、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で增幅される。そして、 AZD変換器 8 aにてデジタル変換された後、 C P U 1 1に取り込まれて、最大骨エコーレベル V e (= 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 V eは、式（8 ) で与えられる。

V e = P · V i -R ·Α (Τ)· B -Q … （8 )

式（8 ) を超音波反射係数 Rについて解けば、式（6 ) が得られる。再び、図 8のフローチヤ一卜の説明に戻れば、 C P U 1 1は、式（6 ) を用いて、钦組織 M aと骨 M bとの界面での超音波反射係数 Rを算出した後（ステップ S P 2 1 ) 、算出結果を表示器 1 3に表示する（ステツブ S P 2 2 ) 。

この後、 C P U 1 1は、骨 M bの音響ィンビーダンス Zb (Ν · s /m ³ ) を式（1 ) を用いて算出し（ステップ S P 2 3 ) 、算出結果を表示器 1 4に表示する（ステッブ S P 2 4 ) 。

上記構成によれば、上述した第 1実施例の効果に加えて、超音波の钦組織 M a往復による減衰度 A ( T )も考慮されるので、骨 M bの音響ィンビーダンス Z bを一段と正確に測定できる。

◊第 4実施例

図 9は、この発明の第 4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。

この第 4実施例では、超音波の钦組織 M a往復による減衰度 A (T )を考慮する点で、上述の第 3実施例と同様であるが、超音波遅延スぺーサ 1 bと皮膚との接触面 Xで発生する表面エコー A sを受波して、そのレベル（表面エコーレベル）を検出し、検出された表面エコーレベルに基づいて減衰度 A ( T )を算出するようにした点で、上述の第 3実施例と相違している。

すなわち、この例の装置本体 2 bにおいて、 A Z D変換器 8 bは、 C P U 1 1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 1 2 M H z ) でサンプリングすることにより、サンプリング開始要求後の最初の受波信号（表面エコー A sに係る受波信号）と次の受波信号 (骨エコー A eに係る受波信号）とを表面エコー信号 E sと骨エコー信号 E eとに順次デジタル変換し、この変換により得られた表面エコー信号 E sと骨エコー信号 E eを一旦自身のサンプリングメモリに格納した後、求めに応じて C P U 1 1に送出する。また、 A Z D変換器 8 bは、表面エコー A sを受波したときは、表面エコー到達信号 T sを生成し、続いて骨エコー A eを受波したときは、骨エコー到達信号 T eを生成して、計時回路 14 bに与える。

計時回路 14 bは、図示せぬクロック発生器と計数回路とから構成され、 A ZD変換器 8 bから表面エコー到達信号 T sの供給を受ける度に、計数回路をリセッ卜して計時を開始し、骨エコー到達信号 T eの供給を受ける度に、計数回路を終了する。そして、計時値は、リセッ卜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 Tとして、要求に応じて C P U 1 1に与えられる。ここで、骨エコー到達時間 Tとは、基準時（表面エコー A sの到達時）からの骨エコー A eの到達の遅れを意味し、骨エコー到達時間 Tに钦組織 M a中での音速を乗じて得られる値が、钦組織 Maの厚みの 2倍、すなわち超音波が钦組織 M aを往復する道のりに相当する。

この例の処理プログラムは、第 1実施例で述べたと略同様の処理ル一チンからなるが、超音波反射係数 Rは、式（9) によって与えられる。

R = [(Za+ Zc)-(Za- Zc)-V e ]/[4 Za- Zc-A (Τ)· V s ]

… （9)

Zc：超音波遅延スぺ一サ 1 bの音響ィンビーダンス（既知の実測値、計算値）

Za :軟組織 Maの音響インビーダンス（既知の実測値、計算値）

V e ：最大骨エコーレベル

V s ：最大骨エコーレベル受波時の表面エコーレベル

T ：最大骨エコーレベル受波時の骨エコー到達時間

A (T)：最大骨エコーレベル受波時の超音波の減衰度

式（9) は、次のようにして導かれる。

まず、パルス発生器 4から、半波インパルスの電気信号（振幅 V i ) をトランスデューサ 1に送出すると、トランスデューサ 1は、超音波振動子 1 aの送受波面から被験者 Mの骨 M bに向けて超音波ィンパルス A iを発射する。トランスデューサ 1に単位電気信号（電圧、電流、散乱パラメータ等）を印加したときに、トランスデューサ 1から出力される超音波ィンパルス A iの超音波遅延スベーサ 1 bの先端面における音圧を Pとすると、超音波ィンパルス A iは、音圧 P V iで超音波遅延スべ —サ l bの先端面に達し、ここで、大半は、皮膚の表面 Xから钦組織 M a内に注入されるが、一部は表面エコー A sとなって、再び逆の経路を迪りトランスデューサ 1に受波される。

表面エコー A sの音圧 P (s )は、式（10) で与えられる。

P ( s ) = D · P · V i - (10)

ただし、

D = (Z a- Zc) / ( Za+ Zc)

D：超音波が、超音波遅延スベーサ 1 bの媒質側から钦組織 Maに垂直に入射する場合の超音波遅延スベーサ 1 bと钦組織 Maとの界面での超音波反射係数

いま、超音波遅延スぺ一サ 1 bの先端面に単位入射音圧のエコーが垂直に入射したときにトランスデューサ 1から出力される受波信号（電気信号）の振幅を Qとすると、音圧 P(s)の表面エコー A s力く、トランスデューサ 1の超音波振動子 1 aに受波されると、トランスデューサ 1は、振幅 Q*P(s〗の受波信号を出力する。この受波信号は、増幅器 6及び波形整形器 7で增幅されて、表面ェコ一信号 E sとして、 A/D変換器 8 bにてデジタル変換される。それゆえ、增幅器 6の振幅增幅度と波形整形器 7の振幅增幅度との積を Bとすると、表面エコーレベル E sは、式 (1 1) で与えられる。

E s = [ (Za- Zc) / (Za+Zc) ] · B · Q · P · V i

…… （1 1 )

一方、音圧 P V iの超音波ィンパルス A iは、超音波遅延スぺーサ 1 bの先端面（皮膚表面 Y) から PV i ·Τ12の音圧で钦組織 Ma内に注入される。ここで、 T12は、超音波遅延スべ一サ 1 bの媒質から钦組織 M aの媒質へ垂直に入射する超音波の音圧の透過率である。钦組織 M a内に注入された音圧 PV i ·Τ12の超音波ィンパルス A iは、骨表面 Yに対して垂直に入射する場合、骨表面 Yで垂直に反射して骨エコー A eとなつて、トランスデューサ 1に戻ってくる。超音波振動子 1 aの送受波面に垂直に戻ってきた骨エコー A eの音圧 P(e )は、式（5) より求めた超音波の钦組織 Ma往復による減衰度 A (T)を考慮すれば、式（12) で与えられる。なお、超音波が钦組織 M aの媒質側から超音波遅延スぺーサ 1 bに入射する際の反射成分及び超音波遅延スベーサ 1 b内での減衰成分は無視して考える。

P (e ) = P -V i ·Τ 12-T21-R ·Α (T) - (1 2)

ここで、

T21：钦組織 Maの媒質から超音波遅延スべ—サ 1 bの媒質へ垂直に入射する超音波の音圧の透過率

音圧 P(e )の骨エコー A e力トランスデューサ 1の超音波振動子 1 aに垂直に受波されると、トランスデューサ 1は、振幅 Q'P(e)の受波信号を出力する。この受波信号は、増幅器 6 (及び波形整形器 7) において增幅度 Bで增幅されて、最大骨エコー信号 V eとして、 AZD変換器 8 bにてデジタル変換される。

それゆえ、最大骨エコーレベル V eは、式（1 3) で与えられる。 V e = Ρ· Vト T12'T21'R.A(T)'B.Q … (13)

ここで、超音波遅延スぺーサ 1 bから钦組織 M aへの音圧の透過率 T 12は、式（1 4) で与えられる。

T12= 2 Zc (Za+ Zc) - (14)

また、钦組織 M aから超音波遅延スぺーサ 1 bへの音圧の透過率 T21 は、式（15) で与えられる。

T21= 2 Za/ (Za+ Zc) ■·· (15)

式（14) , (15) を用いて、式（13) を整理すれば、最大骨ェコ一レベル V eは、式（ 16 ) で与えられる。

V e = P · V i Α(Τ)· B -Q- 4 Za-Zc/ (Za+Zc) ²

… （16)

式（16) に式（1 1) を代入すると、式（17) が得られる。

V e = R · A (Τ)· V s -4 Za-Zc/[(Za+Zc)-(Za-Zc)]

… (17)

ここで、式（17) における V sは、最大骨エコーレベル V e受波時の表面エコーレベルであり、式（17) を整理すると、この例の超音波反射係数 Rを与える上述の式（9) が得られる。

この例の構成において、 CPU 1 1は、 R OM 9に格納されている上記処理プログラムを R AM 10を用いて実行することにより、第 1実施例と略同様のアルゴリズムに従って、 1パルス 1エコー毎に A ZD変換器 8 bから表面エコー信号 E s及び骨エコー信号 E eを取り込んで表面エコーレベル及び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 V eを抽出し、抽出された最大骨エコーレベル V eと、このときの表面エコーレベル V sと、このときの骨エコー到達時間 Tとに基づいて式（9) で与えられる超音波反射係数 Rを算出し、算出された超音波反射係数 Rに基づいて、被験者の骨の音響インビーダンスを算出し、算出された骨の音響ィンビーダンスを指標として骨粗鬆症を診断す o

上記構成によっても、第 3実施例において述べたと略同様の効果を得ることができる。 ◊第 5実施例

この第 5実施例でも、超音波の钦組織 M a往復による減衰度 A ( T )が考慮される。この例のハードウユアの構成は、第 4実施例（図 9) のそれと略同様であるが、ソフトゥユアの構成、すなわち、超音波反射係数算出及び Mbの音響ィンビ一ダンス算出のアルゴリズムが、上述の第 4 実施例と相違している。

すなわち、この実施例では、钦組織 Ma ·骨 Mbの界面での超音波反射係数 Rは、式（18) によって与えられる。

R = h/ [ (1 + s) · (1 - s) ·Α(Τ)] … (18)

ただし、

h = V e/P-Q-B-V i

s =V s/P'Q，B.V i

ここで、 P, Q, B, V iの意味は、式（3) において述べたと同様である。钦組織 Maの音響インビーダンス Z aは、式（11) を整理することにより、式（19) で与えられる。

Za= (1 + s) / (1 - s) -Zc - (19)

ただし、

s =V s/P-Q-B-V i

式（1 8) は、式（19) と式（16) とから導き出される。

また、骨 M bの音響インピーダンス Zbは、式（20) によって与えられる。

Zb= Zc- (1 + s) / (1— s) . ( 1 + R) / ( 1 - R)

… (20)

ただし、

s =V s/P-Q-B-V i

上記構成によっても、第 4実施例において述べたと略同様の効果を得ることができる。

◊第 6実施例

図 1 0は、この発明の第 6実施例である骨粗鬆症診断装置の動作処理手順を示すフ口一チャートである。

この第 6実施例でも、超音波の钦組織 M a往復による減衰度 A (T )が考慮される点、及びハードウユアの構成が略同様である点で、上述の第 4実施例及び第 5実施例と共通するが、骨粗鬆症診断のための本測定ル —チンの実行に先だって、ブレ測定ルーチンが実行される点で前二者の実施例と相違する。

プレ測定ルーチンでは、図 1 0に示すように、超音波インパルス A i が空に向けて発射され（ステップ S Q 1 2) 、このとき、ポリエチレンバルク等の超音波遅延スぺーサ 1 bの先端面から戻ってくる開放時ェコ一を超音波振動子 1 aによって受波して（ステップ S Q 1 3) 、開放時エコーレベル V0が測定される（ステップ S Q 1 6) 。この後、本測定ル一チンが実行される（ステップ S Q 1 8 ) 。本測定ルーチンでは、第 4 実施例において説明したと略同様の流れに従って処理が実行される。

この実施例では、被験者の钦組織 M aに対する骨 M bの超音波反射係数 Rは、式（2 1 ) によって与えられる。

R = h/ [ ( 1 + s ) · (1— s) ·Α (Τ)] - (2 1 )

ただし、

h =— V e/VO

s = - V s / VO

V e ：最大骨エコーレベル

V s ：最大骨エコーレベル受波時の表面エコーレベル

T ：最大骨エコーレベル受波時の骨エコー到達時間 - 29 -

A (T)：最大骨エコーレベル受波時の超音波の減衰度

V0：開放時エコーレベル

式（21) は、次のようにして導かれる。

まず、超音波遅延スベーサ 1 bの媒質から空気の媒質へ入射する超音波ィンパルス A iの音圧が P iのとき、超音波遅延スべ一サ 1 bと空気との界面で発生する開放時エコー AOの音圧 P (0) は、式（22) で与られる。

D0= P (0) /P i = (Z0- Zc) / (Z0+Zc)

… (22)

ここで、

Zc：超音波遅延スベーサ 1 bの音響インビーダンス（既知）

Z0：空気の音響ィンビーダンス

DO：超音波が、超音波遅延スベーサ 1 bの媒質側から空気中に垂直入射する場合の超音波遅延スべ一サ 1 bと空気との界面での音圧の反射係数

ところで、 Zcが Z0の略 10⁴倍であることを考慮すれば、 ZOZZc— 0とみなすことができるので、式（22) より、式（23) が得られる。

P (0) = - P i - (23)

以下、第 5実施例と略同様の過程を迪れば、式（21) に到達することができる。

また、この実施例では、被験者の骨 M bの音響インビ一ダンス Zbは、 (24) によって与えられる。

Zb= Zc- [ (l + s) / (l - s) ] - [ (1 +R) / (1 -R) ]

… (24)

ただし、

s = - V sノ V0 上記構成によっても、第 4実施例において述べたと略同様の効果を得ることができる。

なお、この第 6実施例では、診断の度に、ブレ測定を行って開放時ェコ一レベル V 0を求めるようにしたが、予め、工場段階にて開放時エコーレベル V 0を求めておき、 R 0 M等の不揮発性メモリに格納した状態で出荷するようにすれば、ブレ測定を省略できる。

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、卜ランスデユーザ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. 5 M H zに限らない。また、钦組織 M aの音響ィンビ一ダンスは、水の音響ィンビーダンスに近いので、式（ 1 ) の適用に当たっては、钦組織 M aの音響インビ一ダンスに代えて、水の音響インビ一ダンスを用いても良い。産業上の利用可能性

この発明の超音波反射式の骨粗鬆症診断装置及び方法は、病院や健康福祉施設等に設置するのに適しているが、装置が小型軽量である上、操作が簡易で、しかも、放射線被爆の虞もないので、高齢者家庭の健康管理機器として用いても大変好ましい。

Claims

請求の範囲

1 . 超音波トランスデューサを被験者の所定の皮庸表面に当てた状態で、該超音波トランスデューザ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、超音波ィンパルスを前記皮虜下の骨に向けて繰り返し発射し、 1パルス発射毎に、該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、受波信号をァナ口グ/デジ夕ル変換器によってデジタルエコー信号に変换し、変換により得られたデジタルエコー信号を用いてデジタル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、

入力される前記デジタルエコー信号からエコーレベルを検出するェコ一レベル検出手段と、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骨粗鬆症を判断する判断手段と、該判断手段による判断結果を出力する出力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。

2 . 前記判断手段は、前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の値が、予め設定された設定値よりも小さいときは、骨粗鬆症と判断することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の骨粗鬆症診断装置。

3 . 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钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出する反射係数算出手段が付加されてなると共に、前記判断手段は、算出された前記超音波反射係数を標として骨粗鬆症を判断することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の骨粗鬆症診断装置。

4 . 前記超音波トランスデューザの送受波面から前記超音波ィンパルスが発射された後、前記骨表面からの前記エコーが当該送受波面に戻つてきて受波されるまでのエコー到達時間を計測するための計時手段が付加されてなると共に、前記反射係数算出手段は、前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及びこのときの前記エコー到達時間に基づいて前記被験者の钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出することを特徴とする請求の範囲第 3項記載の骨粗鬆症診断装置。

5 . 前記反射係数算出手段は、前記最大エコーレベル抽出手段によつて前記最大エコーレベルが抽出されると、このときの前記エコー到達時間に基づいて超音波が前記被験者の钦組織を往復するまでの間に受ける減衰度を算出し、算出された該减衰度と抽出された前記最大エコーレべルとに基づいて前記被験者骨の音響ィンビーダンスを算出することを特徴とする請求の範囲第 4項記載の骨粗鬆症診断装置。

6. 前記判断手段は、前記反射係数算出手段によって算出された前記超音波反射係数の値が、予め設定された設定値よりも小さいときは、骨粗鬆症と判断することを特徴とする請求の範囲第 3項、第 4項又は第 5 項記載の骨粗鬆症診断装置。

7 . 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骨の音響ィンビ一ダンスを算出する音響ィンビーダンス算出手段が付加されてなると共に、前記判断手段は、算出された前記骨の音響インビーダンス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の範囲第 1項記載の骨粗鬆症診断装置。

8 . 前記超音波トランスデューザの送受波面から前記超音波ィンパルスが発射された後、前記骨表面からの前記エコーが当該送受波面に戻つてきて受波されるまでのエコー到達時間を計測するための計時手段が付加されてなると共に、前記音響インビーダンス算出手段は、前記最大ェ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及びこのときの前記エコー到達時間に基づいて前記被験者骨の音響ィンビーダンスを算出することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の骨粗鬆症診断装。

9 . 前記音響インビーダンス算出手段は、前記最大エコーレベル抽出手段によって前記最大エコーレベルが抽出されると、このときの前記ェコー到達時間に基づいて超音波が前記被験者の钦組織を往復するまでの間に受ける減衰度を算出し、算出された超音波の減衰度と抽出された前記最大エコーレベルとに基づいて前記被験者骨の音響ィンビーダンスを算出することを特徴とする請求の範囲第 8項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 0. 前記音響インビーダンス算出手段は、前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钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出した後、算出された該超音波反射係数に基づいて前記骨の音響ィンビーダンスを算出することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 1 . 前記判断手段は、前記音響インビーダンス算出手段によって算出された前記音響ィンビ一ダンスの値が、予め設定された設定値よりも小さいときは、骨粗鬆症と判断することを特徴とする請求の範囲第 7項、第 8項、第 9項又は第 1 0項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 2. 超音波トランスデューサを被験者の所定の皮膚表面に当てた状態で、該超音波トランスデューザ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、超音波ィンパルスを前記皮躇下の骨に向けて繰り返し発射し、 1パルス発射毎に、該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ザによって受波し、受波信号をアナログ Zデジタル変換器によってデジタルエコー信号に変換し、変換により得られたデジタルエコー信号を用いてデジ夕ル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、

前記アナ口グ ζデジタル変換器から前記デジタルェコ一信号を取り込んでエコーレベルを検出する手順及び検出された複数の前記エコーレべルの中から最大エコーレベルを抽出する手順を記述する処理プログラムと、該処理プログラムを格納するためのプログラムメモリと、検出された前記エコーレベル及び抽出された前記最大エコーレベルを含む各種デ一夕を一時記憶するためのデータメモリと、 ϊ亥データメモリを用いて前記処理プログラムを実行することにより、前記最大エコーレベルを抽出し、抽出された前記最大エコーレベルに基づいて骨粗鬆症の診断処理を行う中央処理装置と、該中央処理装置による診断結果を出力する出力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。

1 3. 前記中央処理装置は、抽出された前記最大エコーレベルの値が、予め設定された設定値よりも小さいときは、骨粗鬆症と診断することを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 4. 前記処理プログラムは、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钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記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骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第

1 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 5. 前記超音波トランスデューザの送受波面から前記超音波ィンパルスが発射された後、前記骨表面からの前記エコーが当該送受波面に戻つてきて受波されるまでのェコ一到達時間を計測する計時手段が付加されてなると共に、前記処理プログラムは、抽出された前記最大エコーレベルと、このときの前記エコー到達時間とに基づいて前記被験者の钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記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骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 4項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 6. 前記処理プログラムは、最大エコーレベル受波時の前記エコー到達時間に基づいて超音波が前記被験者の钦組織を往復するまでの間に受ける減衰度を算出する手順、及び算出された該減衰度と前記最大ェコ一レベルとに基づいて前記超音波反射係数を算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記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骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 5項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 7. 前記中央処理装置は、算出された前記超音波反射係数の値が、予め設定された設定値よりも小さいときは、骨粗鬆症と診断することを特徴とする請求の範囲第 1 4項、第 1 5項又は第 1 6項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 8. 前記処理プログラムは、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骨の音響ィンビ一ダンスを算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記骨の音響ィンビ一ダンスを算出し、算出された該骨の音響インビーダンスに基づいて骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

1 9. 前記超音波卜ランスデューザの送受波面から前記超音波ィンパルスが発射された後、前記骨表面からの前記エコーが当該送受波面に戻つてきて受波されるまでのエコー到達時間を計測する計時手段が付加されてなると共に、前記処理プログラムは、抽出された前記最大エコーレベルと、このときの前記エコー到達時間とに基づいて前記被験者の骨の音響ィンビ一ダンスを算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記骨の音響ィンビーダンスを算出し、算出された該骨の音響ィンビーダンスに基づいて骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 8項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 0. 前記処理プログラムは、最大エコーレベル受波時の前記エコー到達時間に基づいて超音波が前記被験者の钦組織を往復するまでの間に受ける減衰度を算出する手順、及び算出された該減衰度と前記最大ェコ ―レベルとに基づいて前記骨の音響ィンビ一ダンスを算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記骨の音響インビーダンスを算出し、算出された該骨の音響インビーダンスに基づいて骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 8項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 1 . 前記処理プログラムは、抽出された該最大エコーレベルに基づいて前記被験者の钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出する手順、及び算出された該超音波反射係数に基づいて前記被験者の骨の音響インビーダンスを算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記骨の音響ィンビーダンスを算出し、算出された該骨の音響ィンビーダンスに基づいて骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 8項記載の骨粗鬆症診断

2 2 . 前記中央処理装置は、算出された前記音響インビ一ダンスの値が、予め設定された設定値よりも小さいときは、骨粗鬆症と診断することを特徴とする請求の範囲第 1 8項、第 1 9項、第 2 0項又は第 2 1項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 3. 前記アナログデジタル変換器は、所定のサンプリング周期でデジタル化される前記デジタルエコー信号を一旦格納する高速アクセス可能なサンプリングメモリを備えていることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 1 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 4. 前記処理プログラムには、前記超音波反射係数 Rを与える式として、

R = V e V 0

V e ：最大エコーレベル（変数）

V 0：超音波トランスデューザから発射された超音波ィンパルスの完全エコーレベル（実験又は理論計算により得られた定数）が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 1 4項又は第 2 1項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 5. 前記処理プログラムには、前記超音波反射係数 Rを与える式として、

R = V e P - Q - B - V i

P ：超音波トランスデューザに単位電気信号を印加したときに、超音波トランスデューザの送受波面から略垂直方向に出力される超音波ィンパルスの音圧

Q ：超音波卜ランスデューザ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超音波トランスデューザから出力される受波信号の振幅

B ：超音波トランスデューザとアナログ _/ /デジタル変換器との間に介在する増幅回路系のトータル振幅増幅度

V i ：パルス発生手段から超音波トランスデューサに加えられる電気信号の振幅

V e ：最大ェコ一レべノレ

が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 1 4項又は第 2 1項記載の骨粗鬆症診断装置。

26. 前記処理プログラムには、前記超音波反射係数 Rを与える式として、

R = Ve/ [P -Q-B -Vi-A (T)]

A (T) ：超音波が被験者の钦組織を往復するまでの間に受ける減衰度

Τ ：エコー到達時間

Ρ ：超音波トランスデューザに単位電気信号を印加したときに、超音波トランスデューサの送受波面から略垂直方向に出力される超音波ィンパルスの音圧

Q ：超音波トランスデューザ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超音波トランスデューザから出力される受波信号の振幅

Β ：超音波トランスデューザとアナログデジタル変換器との間に介在する增幅回路系のトータル振幅增幅度

V i：パルス発生手段から超音波卜ランスデューザに加えられる電気信号の振幅

V e：最大ェコ一レベル

が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 1 5項又は第 1 6項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 7. 前記処理プログラムには、前記骨の音響インビ一ダンス Zbを与える式として、

Zb= Za (Ve/V0+ 1 ) / ( l— Ve, Z b：骨の音響ィンビーダンス

Z a：钦組織の音響ィンビ一ダンス又は水の音響ィンビーダンス V e：最大エコーレベル（変数）

V 0：超音波トランスデューザから発射された超音波ィンパルスの完全エコーレベル（（実験又は理論計算により得られた定数）が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 1 8項、第 1 9項又は第 2 0項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 8. 前記処理プログラムには、前記骨の音響インビーダンス Z bを与える式として、

Z b= Z a ( R + l ) / ( 1一 R )

Z a：予め知られた钦組織の音響ィンビーダンス又は水の音響ィンビ一ダンス

R ：被験者の钦組織に対する骨の超音波反射係数

が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 1 8項、第 1 9項、第 2 0項又は第 2 1項記載の骨粗鬆症診断装置。

2 9. 前記データメモリには、前記処理プログラムの稼働により今回検出された今回エコーレベルと最大エコーレベルとを少なくとも記憶するエコーレベル記憶領域が設定されていて、

前記処理プログラムには、今回エコーレベルが検出されたときは、今回エコーレベルと最大エコーレベルとを比較し、比較の結果、今回ェコ ―レベルが最大エコーレベルよりも大のときは、今回エコーレベルの値で前記最大エコーレベルの値を更新する手順の記述が含まれていることを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

3 0. 前記データメモリには、前記処理プログラムの稼働により全測定期間内に検出された略全ての前記エコーレベルと最大エコーレベルとを記憶するェコ一レベル記憶領域が設定されていて、前記処理プログラムには、前記全測定期間が経過した後、前記デ一夕メモリに順次記憶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手順が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

3 1 . 前記データメモリには、前記処理プログラムの稼働により今回検出された今回エコーレベルと最大エコーレベルとを少なくとも記憶するエコーレベル記憶領域が設定されていると共に、

刻々と変動する今回エコーレベルと、更新されない限り固定的な最大エコーレベルとが同時に表示されるレベル表示器が付加されてなることを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

3 2. 超音波振動子の送受波面に送信残響の効果を除去をするための超音波遅延スベーサを固着してなる超音波卜ランスデューサを用いて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、

前記超音波遅延スベーサを被験者の所定の皮膚表面に当てた状態で、該超音波振動子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、超音波ィン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、前記被験者の前記皮膚表面から戻ってくる第 1のエコー、続いて前記骨表面から戻ってくる第 2のエコーを前記超音波振動子の送受波面において受波し、受波信号をアナ口グノデジ夕ル変換器によって第 1及び第 2のデジタルエコー信号に変換し、変換により得られた第 1及び第 2のデジタルエコー信号を用いてデジタル信号処理を行うことにより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。

3 3. 同一の受波フヱ一ズにおいて、第 1のエコーが受波されてから前記第 2のェコ一が.受波されるまでのエコー到達時間差を計測する手順、入力される前記第 1及び第 2のデジタルエコー信号から第 1及び第 2のエコーレベルを検出する手順、検出された複数の前記第 2のエコーレべルの中から最大エコーレベルを抽出する手順、及び抽出された前記最大ェコ一レベル、このときの第 1のェコ一レベル及びこのときの前記ェコ一到達時間差に基づいて前記被験者の钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出する手順を記述する処理プログラムと、該処理プログラムを格納するためのプログラムメモリと、検出された前記第 1及び第 2のエコーレベル、前記エコー到達時間差及び抽出された前記最大エコーレベルを含む各種デー夕を一時記憶するためのデ一タメモリと、該デ一タメモリを用いて前記処理プログラムを実行することにより、前記超音波反射係数を算出し、算出された超音波反射係数に基づいて骨粗鬆症の診断処理を行う中央処理装置と、該中央処理装置による診断結果を出力する出力手段とを備えてなることを特徴とする請求項第 3 2項記載の骨粗鬆症診断装置。

3 4. 同一の受波フヱーズにおいて、第 1のエコーが受波されてから前記第 2のェコ一が受波されるまでのェコー到達時間差を計測する手順、入力される前記第 1及び第 2のデジタルエコー信号から第 1及び第 2のエコーレベルを検出する手順、検出された複数の前記第 2のエコーレべルの中から最大エコーレベルを抽出する手順、及び抽出された前記最大エコーレベル、このときの第 1のエコーレベル及びこのときの前記ェコ —到達時間差に基づいて前記被験者の骨の音響ィンピーダンスを算出する手順を記述する処理プログラムと、該処理プログラムを格納するためのプログラムメモリと、検出された前記第 1及び第 2のエコーレベル、前記エコー到達時間差及び抽出された前記最大エコーレベルを含む各種デ一夕を一時記憶するためのデ一タメモリと、該デ一タメモリを用いて前記処理プログラムを実行することにより、前記音響ィンビーダンスを算出し、算出された音響ィンピーダンスに基づいて骨粗鬆症の診断処理を行う中央処理装置と、該中央処理装置による診断結果を出力する出力手段とを備えてなることを特徴とする請求の範囲第 32項記載の骨粗鬆症診断装置。

35. 前記処理プログラムは、抽出された該最大エコーレベル、このときの第 1のエコーレベル及びこのときの前記エコー到達時間差に基づいて前記被験者の软組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出する手順、及び算出された該超音波反射係数に基づいて前記被験者の骨の前記音響ィンビーダンスを算出する手順の記述を含み、前記中央処理装置は、該処理プログラムを実行することにより、前記骨の音響ィンビーダンスを算出し、算出された該骨の音響ィンビ一ダンスに基づいて骨粗鬆症の診断処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 34項記載の骨粗鬆症診断装置。

36. 前記処理プログラムには、前記超音波反射係数 Rを与える式として、

R = [(Za+ Zc)-(Za- Zc)-V e] / [ 4 Z a' Z c' A ( T ) · V s ] Zc：超音波遅延スベーザの音響インビーダンス（既知）

Za：钦組織の音響インビーダンス（既知）

V e ：最大工コ一レベル

V s ：最大エコーレベル受波時の第 1のエコーレベル

T ：最大エコーレベル受波時のエコー到達時間差

A ( T ) ：最大エコーレベル受波時の超音波の減衰度

が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 3 3項記載の骨粗鬆症診断装置。

37. 前記処理プログラムには、前記骨の音響インビ一ダンス Zbを与える式として、

Zb= Zc- [ ( 1 + s ) / ( 1 - s ) ] · [ (1 +R) / ( 1— R) ] s = - V s / V O

V O _:超音波インパルスを空に向けて発射し、この際、前記超音波遅延スベーザの先端面から戻ってくるエコーのレベル（既知）

R ：被験者の钦組織に対する骨の超音波反射係数

Z c：超音波遅延スぺ一ザの音響インピーダンス（既知）

が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 3 5項記載の骨粗鬆症診断装置。

3 8. 超音波インパルスを空に向けて発射し、この際、前記超音波遅延スベーザの先端面から戻ってくる開放時エコーを前記超音波振動子によって受波して開放時エコーレベルを測定する手順を記述するブレ測定時処理プログラムと、

同一の受波フヱーズにおいて、第 1のエコーが受波されてから前記第 2のエコーが受波されるまでのェコ一到達時間差を計測する手順、入力される前記第 1及び第 2のデジタルエコー信号から第 1及び第 2のェコ ―レベルを検出する手順、検出された複数の前記第 2のエコーレベルの中から最大エコーレベルを抽出する手順、抽出された前記最大エコーレベル、このときの第 1のエコーレベル、このときの前記エコー到達時間差及び測定された前記開放時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骨の超音波反射係数を算出する手順を記述する本測定時処理ブログラムと、

前記ブレ測定時処理プログラム及び本測定時処理プログラムを格納するためのプログラムメモリと、測定された前記開放時エコーレベル、検出された前記第 1及び第 2のエコーレベル及び抽出された前記最大ェコ ―レベルを含む各種データを一時記憶するためのデータメモリと、該デ一夕メモリを用いて前記ブレ測定時処理プログラムと本測定時処理プログラムとを実行することにより、前記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骨粗鬆症を判断する判断手段と、該判断手段による判断結果を出力する出力手段とを備えてなることを特徴とする請求の範囲第 32項記載の骨粗鬆症診断装置。

39. 前記処理プログラムには、前記超音波反射係数 Rを与える式として、

R = hX [ (1 + s) · (1 - s) ·Α (T)]

ただし、

h = - V e ΎΟ

s =— V s /VO

V e ：最大エコーレベル

V s ：最大エコーレベル受波時の第 1のエコーレベル

T ：最大エコーレベル受波時のエコー到達時間差

A(T)：最大エコーレベル受波時の前記超音波の'减衰度

V0：開放時エコーレベル

が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 38項記載の骨粗鬆症診断装置。

40. 同一の受波フヱーズにおいて、第 1のエコーが受波されてから前記第 2のエコーが受波されるまでのエコー到達時間差を計測する手順、入力される前記第 1及び第 2のデジタルエコー信号から第 1及び第 2のエコーレベルを検出する手順、検出された複数の前記第 2のエコーレべルの中から最大エコーレベルを抽出する手順、抽出された前記最大ェコ一レベル、このときの第 1のエコーレベル、このときの前記エコー到達時間差及び測定された前記開放時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骨の超音波反射係数を算出する手順、及び算出された該超音波反射係数に基づいて前記被験者の骨の音響ィンビ一ダンスを算出する手順を記述する本測定時処理プログラムと、前記ブレ測定時処理プログラム及び本測定時処理プログラムを格納するためのプログラムメモリと、測定された前記開放時エコーレベル、検出された前記第 1及び第 2のエコーレベル及び抽出された前記最大ェコ —レベルを含む各種データを一時記憶するためのデータメモリと、該デ一タメモリを用いて前記ブレ測定時処理プログラムと本測定時処理ブ口グラムとを実行することにより、前記被験者の骨の音響ィンビーダンスを算出し、算出された該音礬インビーダンスに基づいて骨粗鬆症を判断する判断手段と、該判断手段による判断結果を出力する出力手段とを備えてなることを特徴とする請求の範囲第 32項記載の骨粗鬆症診断装置。

41. 前記処理プログラムには、前記骨の音響インビーダンス Zbを与える式として、

Zb= Zc- [ (1 -f s) / (1 -s) ] · [ (1 +R) / (1 -R) ] s = - V s ZVO

VO：開放時エコーレベル

R ：被験者の钦組織に対する骨の超音波反射係数

Zc：超音波遅延スベーザの音響インビーダンス（既知）

が記述されていることを特徴とする請求の範囲第 40項記載の骨粗鬆症診断装置。

42. 超音波卜ランスデューサを被験者の所定の皮膚表面に当てた状態で、該超音波トランスデューザ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、超音波ィン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ザによって受波してエコーレベルを測定し、さらに、測定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し、抽出された最大エコーレべルに基づいて骨密度又は骨弾性率を推定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方法。

4 3. 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钦組織に対する前記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骨粗鬆症を診断することを特徴とする請求の範囲第 4 2 項記載の骨粗鬆症診断方法。

4 4. 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前記骨の音響ィンビーダンスを算出し、算出された該音響ィンビ一ダンスに基づいて骨粗鬆症を診断することを特徴とする請求の範囲第 4 2項記載の骨粗鬆症診断方法。

4 5. 前記音響インビーダンスの算出は、まず、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钦組織に対する前記骨の超音波反射係数を算出した後、算出された該超音波反射係数に基づいて行うことを特徴とする請求の範囲第 4 4項記載の骨粗鬆症診断方法。