JPH0722580B2 - Bone evaluation device - Google Patents
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- JPH0722580B2 JPH0722580B2 JP4127551A JP12755192A JPH0722580B2 JP H0722580 B2 JPH0722580 B2 JP H0722580B2 JP 4127551 A JP4127551 A JP 4127551A JP 12755192 A JP12755192 A JP 12755192A JP H0722580 B2 JPH0722580 B2 JP H0722580B2
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、骨疾患を診断する際に
有用な骨の質に関する新しい情報を提供する骨評価装置
に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a bone assessment device that provides new information regarding bone quality useful in diagnosing bone disorders.
【0002】[0002]
【従来の技術】老年人口の急激な増加と相俟って、骨粗
鬆症・骨軟化症等の骨の疾患をもつ人が増加しており、
その診断や予防の必要性が強く要望されている。骨は、
その組成でみると、大別して骨塩(カルシウムなどのミ
ネラル量)と基質(骨組織の細胞間物質)とで構成され
ている。2. Description of the Related Art With the rapid increase in the aging population, the number of people with bone diseases such as osteoporosis and osteomalacia is increasing.
There is a strong demand for the diagnosis and prevention. Bones
In terms of its composition, it is roughly divided into bone mineral (amount of minerals such as calcium) and matrix (intercellular substance of bone tissue).
【0003】ここで、「骨粗鬆症」とは一般に、骨基質
と骨塩との比率は正常であるが骨の量自体が減少した病
態をいい、「骨軟化症」とは一般に、骨石灰化障害によ
り骨塩のみが減少した病態をいう。つまり、骨疾患とい
っても、その病態における骨の組成は一様ではない。い
ずれにしても骨の強度が弱まると骨折が生じ、特に老年
の人はいわゆる寝たきりになるおそれがある。Here, "osteoporosis" generally refers to a condition in which the ratio of bone matrix to bone mineral is normal, but the amount of bone itself has decreased, and "osteomalacia" generally refers to bone mineralization disorder. It refers to a condition in which only bone mineral is reduced by. In other words, even if it is called a bone disease, the composition of bone in the pathological condition is not uniform. In any case, when the strength of the bone is weakened, a bone fracture may occur, and an elderly person may become so-called bedridden.
【0004】従来、骨疾患の診断のために、骨塩量測定
装置が用いられている。この骨塩量測定装置は、体外か
ら被検体にX線を照射し、その際の減弱率から骨塩量
(カルシウムなどのミネラル量)を解析するものであ
る。なお、従来の骨塩量測定装置では、単位面積当たり
での骨塩量(g/cm2 )が演算されている。Conventionally, a bone mineral content measuring device has been used for diagnosing bone diseases. This bone mineral content measuring device irradiates a subject with X-rays from outside the body, and analyzes the bone mineral content (mineral content such as calcium) from the attenuation rate at that time. In the conventional bone mineral density measuring device, the bone mineral density (g / cm 2 ) per unit area is calculated.
【0005】そして、その求められた骨塩量の大きさに
基づいて、骨粗鬆症等が診断される。Then, osteoporosis or the like is diagnosed based on the calculated amount of bone mineral.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、“骨の強
さ”は、骨塩の量のみに依存しないといわれている。骨
塩の量は、確かに骨の強度を決定する主要因とはなる
が、それ以外に骨の剛性、弾性や構造(例えば、基質の
構成要素である線質の形成構造)などによっても骨の強
度は左右される。However, it is said that "bone strength" does not depend only on the amount of bone mineral. The amount of bone mineral is certainly the main factor that determines the strength of the bone, but besides that, the bone stiffness, elasticity, and structure (for example, the formation structure of the quality material that is a component of the matrix) and the like Strength depends on.
【0007】つまり、骨塩量が多くても骨の剛性が乏し
く、骨折を生じやすい場合がある一方、骨塩量が少なく
ても骨の剛性が高く、骨折を生じにくい場合もある。That is, even if the amount of bone mineral is large, the rigidity of the bone is poor and the bone fracture is likely to occur. On the other hand, even if the amount of the bone mineral is small, the bone stiffness is high and the bone fracture is hard to occur.
【0008】要するに、骨折の危険度を知るためには、
骨塩量のみで評価するだけでは不十分であり、骨の組成
及び構造に基づく「骨の強度」自体を知る必要がある。[0008] In summary, in order to know the risk of fracture,
It is not enough to evaluate the bone mineral content alone, and it is necessary to know the “bone strength” itself based on the bone composition and structure.
【0009】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、骨の強度を指標する骨に関す
る新しい評価値を得られる骨評価装置を提供することに
ある。The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a bone evaluation apparatus capable of obtaining a new evaluation value for bone which indicates the strength of the bone.
【0010】[0010]
(a)本発明の原理 本発明では、骨塩量を基礎として求められる骨密度ρ
と、骨中の音波(超音波)の伝搬速度Vを用いて、骨の
強度を指標する“評価値”を算出する。(A) Principle of the present invention In the present invention, the bone density ρ obtained based on the amount of bone mineral is ρ
And the propagation velocity V of the sound wave (ultrasound) in the bone is used to calculate an “evaluation value” that indicates the strength of the bone.
【0011】超音波の伝搬速度Vは、骨のような異方性
の媒体においては、その伝搬方向において、骨密度ρと
弾性率Eとの関数である。すなわち、一般式で示せば、 V=k・(E/ρ)1/2 …(1) である。The propagation velocity V of ultrasonic waves is a function of the bone density ρ and the elastic modulus E in the propagation direction in an anisotropic medium such as bone. That is, if expressed by a general formula, V = k · (E / ρ) 1/2 (1).
【0012】ここでkは定数であり、骨密度ρは従来の
骨塩量測定装置で測定される骨塩量BMD(g/c
m2 )を、骨の厚さd(cm)で除算したものに相当す
る。また、超音波の伝搬速度Vは、超音波の送受波によ
り測定される。Here, k is a constant, and the bone density ρ is the bone mineral density BMD (g / c) measured by a conventional bone mineral density measuring device.
m 2 ) divided by the bone thickness d (cm). The ultrasonic propagation velocity V is measured by transmitting and receiving ultrasonic waves.
【0013】したがって、弾性率(ヤング率)Eは、次
のとおりである。Therefore, the elastic modulus (Young's modulus) E is as follows.
【0014】 E=k´・V2 ・ρ (ただし、ρ=BMD/d、k´=k-2) …(2) ここで、弾性率Eは、骨に関して、ひっぱり強さや剛性
等の骨の強度を示すと考えられ、換言すれば、そのEの
値が骨折の危険度を指標すると考えられる。E = k ′ · V 2 · ρ (where ρ = BMD / d, k ′ = k −2 ) (2) Here, the elastic modulus E is the bone such as tensile strength and rigidity. In other words, the value of E is considered to indicate the risk of fracture.
【0015】そこで本発明では、そのEを骨の評価値と
して定義している。なお、骨に関する弾性率は、各種の
計算式が知られており、骨の強度の指標値としては他の
定義式を用いることもできるが、いずれにしてもEとし
て弾性率が定義される。Therefore, in the present invention, the E is defined as a bone evaluation value. Various calculation formulas are known for the elastic modulus of bone, and other definition formulas can be used as the index value of bone strength, but in any case, the elastic modulus is defined as E.
【0016】(b)課題解決の手段 上記目的を達成するために、上記原理に基づき本発明
は、被検体の骨評価部位に対して超音波を送受波するこ
とによって骨中の超音波速度Vを測定する速度測定手段
と、前記骨評価部位にX線を照射して、骨密度を測定す
る骨密度測定手段と、前記超音波速度と前記骨密度とで
定義される評価値を演算する骨評価値演算手段と、を含
むことを特徴とする。(B) Means for Solving the Problem In order to achieve the above object, the present invention is based on the above principle and the ultrasonic velocity V in the bone is transmitted and received by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the bone evaluation site of the subject. Measuring speed, a bone density measuring means for irradiating the bone evaluation site with X-rays to measure bone density, and a bone for calculating an evaluation value defined by the ultrasonic speed and the bone density. And an evaluation value calculating means.
【0017】[0017]
【作用】上記構成によれば、骨速度測定手段によって超
音波の送受波により骨中の超音波の速度が求められ、さ
らに骨密度測定手段によってX線の照射により骨密度が
測定される。骨評価値演算手段は、以上の2つの測定値
から骨評価値を演算する。According to the above construction, the speed of the ultrasonic waves in the bone is obtained by transmitting and receiving the ultrasonic waves by the bone speed measuring means, and the bone density is measured by the X-ray irradiation by the bone density measuring means. The bone evaluation value calculation means calculates a bone evaluation value from the above two measured values.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0019】図1には、本発明に係る骨評価装置の原理
説明図が示されている。図1において、被検体10は、
大別して骨12と、軟組織14とで構成される。被検体
10の近傍には、X線を発生するX線発生器16が配置
され、また被検体10を透過したX線を検出するX線検
出器18が配置されている。FIG. 1 shows an explanatory view of the principle of the bone evaluation apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the subject 10 is
It is roughly divided into bone 12 and soft tissue 14. An X-ray generator 16 that generates X-rays is arranged near the subject 10, and an X-ray detector 18 that detects X-rays that have passed through the subject 10 is arranged.
【0020】さらに、被検体10の近傍には、前記X線
発生器16及びX線検出器18に近接して、超音波を送
波する振動子20及び超音波を受波する振動子22が配
置されている。なお、厚さdの計測を行う場合には、振
動子20及び22が共に、送波兼受波振動子として機能
する。Further, in the vicinity of the subject 10, a transducer 20 for transmitting ultrasonic waves and a transducer 22 for receiving ultrasonic waves are provided in the vicinity of the X-ray generator 16 and the X-ray detector 18. It is arranged. When the thickness d is measured, both the vibrators 20 and 22 function as a wave transmitter / receiver vibrator.
【0021】骨密度測定部24は、X線発生器16に対
して駆動信号を供給し、一方、X線検出器18からの検
出信号を受け入れ、骨12の骨密度を測定するものであ
る。その骨密度ρは、評価値演算部26に送られてい
る。The bone density measuring section 24 supplies a drive signal to the X-ray generator 16 and receives a detection signal from the X-ray detector 18 to measure the bone density of the bone 12. The bone density ρ is sent to the evaluation value calculation unit 26.
【0022】なお、速度測定部28は、振動子20に対
して駆動信号を供給し、一方、振動子22からの受波信
号を受け入れて、骨12中の超音波の伝搬速度Vを演算
するものであり、その速度Vは、評価値演算部26に送
られている。The velocity measuring unit 28 supplies a drive signal to the oscillator 20, while receiving a received signal from the oscillator 22, and calculates the propagation velocity V of the ultrasonic wave in the bone 12. The speed V is sent to the evaluation value calculator 26.
【0023】評価値演算部26は、上述した第2式を実
行して、骨密度ρ及び速度Vに基づき評価値Eを演算す
る。そしてそのEは出力され、例えば表示器等に表示さ
れる。したがって、その評価値の大きさに基づいて、骨
折の危険度等を知ることができ、あるいは骨粗鬆症等の
診断を行うことができる。The evaluation value calculator 26 executes the above-mentioned second equation to calculate the evaluation value E based on the bone density ρ and the speed V. Then, the E is output and displayed on, for example, a display device. Therefore, based on the magnitude of the evaluation value, it is possible to know the risk of bone fracture or the like, or to diagnose osteoporosis or the like.
【0024】ところで骨は、その構造上、海綿骨と皮質
骨とで構成され、海綿骨は皮質骨より代謝速度がおよそ
8倍速いといわれている。それゆえ骨量の減少あるいは
骨の強度の低下は、まず海綿骨に現れると考えられる。
そこで、骨の評価を行うにあたっては、その海綿骨の割
合が多い、例えば踵骨や腰椎等を測定することが好適で
あり、診断精度を向上させることができる。そこで、以
下に説明する本発明に係る骨評価装置においては、踵骨
を測定対象としている。By the way, bone is composed of cancellous bone and cortical bone due to its structure, and it is said that the cancellous bone has a metabolic rate about 8 times faster than that of cortical bone. Therefore, it is considered that the decrease in bone mass or the decrease in bone strength appears first in the cancellous bone.
Therefore, in evaluating the bone, it is preferable to measure, for example, the calcaneus or the lumbar spine, which has a large proportion of the cancellous bone, and the diagnostic accuracy can be improved. Therefore, in the bone evaluation device according to the present invention described below, the calcaneus is the measurement target.
【0025】図2には、本実施例の骨評価装置の全体的
な外観図が示されている。この骨評価装置は大別して、
計測装置30と制御装置32とで構成されている。FIG. 2 shows an overall external view of the bone evaluation apparatus of this embodiment. This bone evaluation device is roughly divided into
It is composed of a measuring device 30 and a control device 32.
【0026】図示されるように、制御装置32は、コン
ピュータ等で構成され、ケーブル34によって計測装置
30に接続されている。As shown in the figure, the control device 32 is composed of a computer or the like, and is connected to the measuring device 30 by a cable 34.
【0027】計測装置30において、台車36の下面側
には複数のキャスタが設けられており、一方、台車36
の上面には、椅子38及び測定ユニット44が配置され
ている。この測定ユニット44は、水槽46を含み、水
槽46の中には足置き48が配置されている。In the measuring device 30, a plurality of casters is provided on the lower surface side of the carriage 36, while the carriage 36 is provided.
A chair 38 and a measurement unit 44 are arranged on the upper surface of the. The measurement unit 44 includes a water tank 46, and a footrest 48 is arranged in the water tank 46.
【0028】計測を行う場合には、被検者40は椅子3
8に腰掛け、足42aを水槽46内に配置された足置き
48に載せ、その状態でX線の照射及び超音波の送受波
が行われる。When the measurement is to be performed, the examinee 40 wears the chair 3
Sit on 8 and place the foot 42a on the footrest 48 arranged in the water tank 46, and in that state, X-ray irradiation and ultrasonic wave transmission / reception are performed.
【0029】なお、水槽46の外壁は例えばアクリル板
等で構成されている。このように足42aを水槽46内
に入れるのは、水が生体の軟組織とほぼ同等のX線減衰
率及び音速を有するからであり、このような構成により
軟組織から分離して骨塩量の測定ができ、また軟組織の
形状によらずに骨のみの超音波測定を簡単に行うことが
できる。The outer wall of the water tank 46 is made of, for example, an acrylic plate or the like. The reason why the foot 42a is put in the water tank 46 in this way is that water has an X-ray attenuation rate and a sound velocity almost equal to those of the soft tissue of the living body, and is separated from the soft tissue by such a configuration to measure the bone mineral content. In addition, the ultrasonic measurement of only the bone can be easily performed regardless of the shape of the soft tissue.
【0030】図示されるように、測定ユニット44にお
いては、アーム52a,52bによって支持された2つ
の超音波振動子50a,50bが足42aを介して互い
に対向配置されている。なお図2には、X線発生器及び
X線検出器は図示されていない。As shown in the figure, in the measuring unit 44, two ultrasonic transducers 50a and 50b supported by arms 52a and 52b are arranged to face each other via a foot 42a. The X-ray generator and the X-ray detector are not shown in FIG.
【0031】図3には、測定ユニット44の要部を示す
斜視図が示されている。なお、図において水槽46は一
点鎖線で示されている。FIG. 3 is a perspective view showing the main part of the measuring unit 44. In addition, the water tank 46 is shown with the dashed-dotted line in the figure.
【0032】基板54の一方端には、上述したアーム5
2aが配設されると共に、X線発生器56が配置されて
いる。なお、X発生器56のX線照射口にはコリメータ
やフィルタが配置されている。At one end of the substrate 54, the arm 5 described above is provided.
2a is arranged, and an X-ray generator 56 is arranged. A collimator and a filter are arranged at the X-ray irradiation port of the X generator 56.
【0033】一方、基板54の他方端には、アーム52
bが配置されると共に、半導体検出器等で構成されるX
線検出器58が配置されている。したがって、X線は水
槽46の外側から照射され水槽の内部を通って足を通過
した後、水槽の外部で測定されることになる。On the other hand, the arm 52 is provided at the other end of the substrate 54.
b is arranged and X composed of a semiconductor detector or the like
A line detector 58 is arranged. Therefore, the X-ray is irradiated from the outside of the water tank 46, passes through the inside of the water tank and passes through the foot, and then is measured outside the water tank.
【0034】基板54は、移動機構60によって支持さ
れている。この移動機構60は、大別して、図において
Z方向に基板54を昇降させるZ方向昇降ユニットと、
図においてX方向に基板54を移送させるX方向移動ユ
ニットとで構成されている。そして、各ユニットは、モ
ータ62,64と送りねじ66,68とを含み、モータ
62,64によって送りねじ66,68を回転させるこ
とによって、図においてX方向及びZ方向に自在に基板
54を移動させることができる。The substrate 54 is supported by the moving mechanism 60. The moving mechanism 60 is roughly classified into a Z-direction elevating unit that elevates and lowers the substrate 54 in the Z direction in the drawing,
In the figure, it is configured with an X-direction moving unit that moves the substrate 54 in the X-direction. Each unit includes motors 62 and 64 and feed screws 66 and 68. By rotating the feed screws 66 and 68 by the motors 62 and 64, the substrate 54 is freely moved in the X direction and the Z direction in the drawing. Can be made.
【0035】図3に示されるように、X線100は、細
いビームとなって照射されており、超音波102は超音
波振動子50a、50bを結ぶ線上で送受波される。そ
してX線100と超音波102の中心軸は互いに接近し
ている。As shown in FIG. 3, the X-ray 100 is irradiated as a thin beam, and the ultrasonic wave 102 is transmitted / received on the line connecting the ultrasonic transducers 50a and 50b. The central axes of the X-ray 100 and the ultrasonic wave 102 are close to each other.
【0036】図4には、計測装置30の構成がブロック
図で示されている。X線計測制御部70は、X線の発生
及び検出を制御するものであり、そのX線計測制御部7
0から出力された駆動信号104は、X線制御装置72
を介してX線発生器56に送られている。ここで、X線
制御装置72は、X線発生器56の駆動電圧等を決定す
るものである。一方、X線を検出するX線検出器58か
ら出力されたX線検出信号106は、アンプ74によっ
て増幅された後、計数回路76に入力される。この計数
回路76は、パルスをカウントすることによってX線の
強度を求めるものであり、その計数回路76から計数率
Cを示す信号108がX線計測制御部70に送られてい
る。なお、この計数率Cを示す信号108はさらに制御
装置32へ送出される。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the measuring device 30. The X-ray measurement control unit 70 controls the generation and detection of X-rays, and the X-ray measurement control unit 7 thereof.
The drive signal 104 output from 0 is the X-ray controller 72.
Is transmitted to the X-ray generator 56 via the. Here, the X-ray control device 72 determines the drive voltage and the like of the X-ray generator 56. On the other hand, the X-ray detection signal 106 output from the X-ray detector 58 that detects X-rays is amplified by the amplifier 74 and then input to the counting circuit 76. The counting circuit 76 obtains the intensity of X-rays by counting pulses, and the counting circuit 76 sends a signal 108 indicating the counting rate C to the X-ray measurement control unit 70. The signal 108 indicating the count rate C is further sent to the control device 32.
【0037】超音波計測制御部78は、超音波の送波及
び受波の制御を行うものであり、第1送受信ユニット8
0及び第2送受信ユニット82を制御している。各送受
信ユニット80,82は、送信回路及び受信回路で構成
されている。すなわち、第1送受信ユニット80は、超
音波振動子50aに対して送信駆動信号を送ると共に、
超音波振動子50aからの受波信号を受信している。ま
た、第2送受信ユニット82は、第1送受信ユニット8
0と同様に、超音波振動子50bについて送信駆動信号
の供給及び受波信号の受信を行っている。The ultrasonic measurement control section 78 controls the transmission and reception of ultrasonic waves, and the first transmission / reception unit 8
0 and the second transmission / reception unit 82 are controlled. Each transmission / reception unit 80, 82 is composed of a transmission circuit and a reception circuit. That is, the first transmission / reception unit 80 sends a transmission drive signal to the ultrasonic transducer 50a, and
The received signal from the ultrasonic transducer 50a is received. The second transmission / reception unit 82 includes the first transmission / reception unit 8
Similar to 0, the ultrasonic transducer 50b supplies the transmission drive signal and receives the reception signal.
【0038】送受信ユニット80,82から出力される
受波信号109は、A/D変換器84によってデジタル
値に変換された後、超音波計測制御部78に送られてい
る。そして、この超音波計測制御部78にて、後述する
一定時間t1,t2,t3の計測が行われ、それぞれの
時間値が制御装置32へ出力されている。The received signal 109 output from the transmitting / receiving units 80 and 82 is converted into a digital value by the A / D converter 84, and then sent to the ultrasonic measurement control section 78. Then, the ultrasonic measurement control unit 78 measures the fixed times t1, t2, and t3, which will be described later, and outputs the respective time values to the control device 32.
【0039】走査制御部86は、基板54の昇降及び前
後動を制御するものであり、モータ62及び64に駆動
信号を出力している。これらの制御部70,78,86
は、いずれも制御装置32によって制御されている。The scanning controller 86 controls the up-and-down movement and back-and-forth movement of the substrate 54, and outputs drive signals to the motors 62 and 64. These control units 70, 78, 86
Are controlled by the control device 32.
【0040】図5には、制御装置32の具体的な構成が
ブロック図で示されている。X線の強度を示す計数率C
は、骨塩量(BMD)を演算するBMD演算回路88に
入力されている。その演算結果Bは、骨密度演算回路9
0及びメインコントローラ92に送られている。骨密度
演算回路90は、骨塩量Bを骨の厚さdで除することに
よって、単位体積あたりの骨密度ρを演算し、その演算
結果を評価値演算回路94に出力する。FIG. 5 is a block diagram showing a specific structure of the control device 32. Counting rate C indicating the intensity of X-rays
Is input to the BMD calculation circuit 88 that calculates the bone mineral content (BMD). The calculation result B is the bone density calculation circuit 9
0 and sent to the main controller 92. The bone density calculation circuit 90 calculates the bone density ρ per unit volume by dividing the bone mineral content B by the bone thickness d, and outputs the calculation result to the evaluation value calculation circuit 94.
【0041】一方、厚さ演算回路96は、後に詳述する
ように、t2,t3に基づいて、骨の厚さdを演算する
ものであり、その演算結果dは、上記骨密度演算回路9
0,速度演算回路98、及びメインコントローラ92に
出力されている。On the other hand, the thickness calculation circuit 96 calculates the bone thickness d based on t2 and t3, as will be described later, and the calculation result d is the bone density calculation circuit 9 described above.
0, the speed calculation circuit 98, and the main controller 92.
【0042】ここで、速度演算回路98は、後に詳述す
るように、t1及びdに基づいて、骨中の超音波の速度
Vを演算するものであり、その演算結果Vは、評価値演
算回路94及びメインコントローラ92に出力されてい
る。Here, the velocity calculation circuit 98 calculates the velocity V of the ultrasonic wave in the bone based on t1 and d, as will be described later, and the calculation result V is the evaluation value calculation. It is output to the circuit 94 and the main controller 92.
【0043】評価値演算回路94は、上記骨密度ρ及び
速度Vに基づき、上述した第2式の演算を実行し、評価
値であるEを計算する。その評価値EはCRT110に
出力される。一方、本実施例では、評価度数演算回路1
12が設けられており、評価値Eに基づいて骨の評価度
数Hが算出され、CRT110に送られている。The evaluation value calculation circuit 94 executes the calculation of the above-mentioned second equation based on the bone density ρ and the speed V, and calculates the evaluation value E. The evaluation value E is output to the CRT 110. On the other hand, in this embodiment, the evaluation frequency calculation circuit 1
12 is provided, and the bone evaluation frequency H is calculated based on the evaluation value E and sent to the CRT 110.
【0044】メインコントローラ92は、この制御装置
の全体を制御すると共に、前述のX線計測制御部70,
超音波計測制御部78,及び走査制御部86の制御を行
っている。そして、メインコントローラ92には、キー
ボードで構成される入力部114が接続されている。The main controller 92 controls the whole of the control device, and at the same time, the X-ray measurement controller 70,
The ultrasonic measurement control unit 78 and the scanning control unit 86 are controlled. The main controller 92 is connected to the input unit 114 including a keyboard.
【0045】次に、本実施例の骨評価装置の動作につい
て説明する。Next, the operation of the bone evaluation apparatus of this embodiment will be described.
【0046】図2に示すように、骨評価を行う際には、
被検者40を椅子38に座らせ、足42aを水槽46内
に入れさせる。その後操作者は、入力部114から計測
実行を指令する。すると、メインコントローラ92は、
図4に示す走査制御部86に対して初期位置への移動を
命令する。これにより、走査制御部86は、モータ62
及び64を制御して、X線及び超音波の照射位置を初期
位置に移動させる。位置設定が行われた後、図5に示す
メインコントローラ92が図4に示すX線計測制御部7
0に対してX線計測の指令を行う。As shown in FIG. 2, when performing bone evaluation,
The subject 40 is seated on the chair 38, and the foot 42a is put in the water tank 46. After that, the operator commands the measurement execution from the input unit 114. Then, the main controller 92
The scan controller 86 shown in FIG. 4 is instructed to move to the initial position. As a result, the scan controller 86 causes the motor 62 to
And 64 are controlled to move the irradiation position of the X-ray and the ultrasonic wave to the initial position. After the position is set, the main controller 92 shown in FIG. 5 causes the X-ray measurement controller 7 shown in FIG.
X-ray measurement command is issued to 0.
【0047】すると、X線計測制御部70から駆動信号
104がX線制御装置72を介してX線発生器56に送
られ、X線が照射される。Then, the drive signal 104 is sent from the X-ray measurement controller 70 to the X-ray generator 56 via the X-ray controller 72, and X-rays are emitted.
【0048】足42aを透過したX線は、X線検出器5
8にて検出され、その検出信号106はアンプ74を介
して計数回路76に入力され、カウントが行われる。そ
のカウント値を示す信号C108は、図5に示すBMD
演算回路88に送られ、骨塩量が従来同様に演算され、
骨塩量Bが骨密度演算回路90に送られる。The X-ray transmitted through the foot 42a is detected by the X-ray detector 5
8, the detection signal 106 is input to the counting circuit 76 via the amplifier 74 and counting is performed. The signal C108 indicating the count value is the BMD shown in FIG.
It is sent to the arithmetic circuit 88 and the amount of bone mineral is calculated in the same manner as before,
The bone mineral content B is sent to the bone density calculation circuit 90.
【0049】このようなX線測定が行われた後、次に超
音波の計測が行われる。After such X-ray measurement is performed, ultrasonic measurement is next performed.
【0050】メインコントローラ92から図4の超音波
計測制御部78に超音波計測の指令が与えられると、図
6(A)に示すように、超音波計測制御部78は第1送
受信ユニット80に対して送信指令を示すパルスを出力
する。これと同時に、図6(B)に示すように、超音波
計測制御部78は、その内部に設けられたカウンタを起
動させる。これによって、第1送受信ユニット80から
駆動信号が超音波振動子50aに対して与えられ、これ
によって超音波が足42aに対して送波され、透過した
超音波が超音波振動子50bにて受波される。図6
(C)には、その受波により得られる受波信号が示され
ており、受波信号は第2送受信ユニット82及びA/D
変換器84を介して超音波計測制御部78に送られる。When an ultrasonic measurement command is given from the main controller 92 to the ultrasonic measurement control unit 78 of FIG. 4, the ultrasonic measurement control unit 78 causes the first transmission / reception unit 80 to operate as shown in FIG. 6 (A). On the other hand, a pulse indicating a transmission command is output. At the same time, as shown in FIG. 6 (B), the ultrasonic measurement control unit 78 activates a counter provided therein. As a result, a drive signal is applied from the first transmitting / receiving unit 80 to the ultrasonic transducer 50a, whereby ultrasonic waves are transmitted to the foot 42a, and transmitted ultrasonic waves are received by the ultrasonic transducer 50b. Be waved. Figure 6
A received signal obtained by the received wave is shown in (C), and the received signal is the second transmission / reception unit 82 and the A / D.
It is sent to the ultrasonic measurement control unit 78 via the converter 84.
【0051】超音波計測制御部78は、図6(C)に示
す受波パルスが得られたときまでのカウント値を読み取
り、そのカウント値で示される時間情報t1を制御装置
32へ出力する。The ultrasonic measurement controller 78 reads the count value up to when the received pulse shown in FIG. 6C is obtained, and outputs the time information t1 indicated by the count value to the controller 32.
【0052】次に、骨(踵骨)の厚さを計測する厚さ計
測が行われる。Next, thickness measurement is performed to measure the thickness of the bone (calcaneus).
【0053】ここで、厚さ測定における動作を説明する
前に、骨(踵骨)の厚さ測定原理について説明する。図
7に示すように、本実施例では、踵骨200の一方側か
ら超音波振動子50aによって超音波が送波され、踵骨
200にて反射した超音波が同じく超音波振動子50a
にて測定される。その後、踵骨200の他方側において
も超音波振動子50bによって同様の超音波の送波及び
反射波の受波が行われる。Before explaining the operation in the thickness measurement, the principle of measuring the thickness of the bone (calcaneus) will be described. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, ultrasonic waves are transmitted from one side of the calcaneus 200 by the ultrasonic transducer 50a, and ultrasonic waves reflected by the calcaneus 200 are also transmitted by the ultrasonic transducer 50a.
Is measured at. After that, also on the other side of the calcaneus 200, the same ultrasonic wave transmission and reflected wave reception are performed by the ultrasonic transducer 50b.
【0054】ここで、水は軟組織とほぼ同等の音速を有
するため、踵骨200の一方側における超音波の送受波
期間Δtとその他方側における送受波期間Δtによって
踵骨200の厚さdは容易に算出される。すなわち、水
の音速Vw は既知であるので、次の第3式によって厚さ
dが算出される。Since water has a sound velocity almost equal to that of soft tissue, the thickness d of the calcaneus 200 is determined by the ultrasonic wave transmission / reception period Δt on one side of the calcaneus 200 and the ultrasonic wave transmission / reception period Δt on the other side. Easily calculated. That is, since the sound velocity V w of water is known, the thickness d is calculated by the following third equation.
【0055】 d=L−(t2+t3)・(Vw /2) …(3) ただし、Lは振動子間距離である。D = L− (t2 + t3) · (V w / 2) (3) where L is the distance between the transducers.
【0056】したがって、以上の原理を実現させるため
に、メインコントローラ92から厚さ計測指令が発せら
れると、超音波計測制御部78は、図8(A)に示すよ
うに、まず第1送受信ユニット80に対して送信パルス
を出力し、図8(B)に示すように、その内部に設けら
れたカウンタを起動させる。これによって、第1送受信
ユニット80から超音波振動子50aに対して駆動信号
が出力され、超音波が送波された後、反射波が同じ超音
波振動子50aにて受波される。図8(C)に示される
受波信号は、第1送受信ユニット80及びA/D変換器
84を介して超音波計測制御部78に送られる。この場
合、超音波計測制御部78は、受波信号中における受波
パルスを判定して、カウントの開始からその受波パルス
が得られたときまでのパルス数から送受波期間t2を求
める。そのt2は、制御装置32へ送られる。Therefore, in order to realize the above principle, when the thickness measurement command is issued from the main controller 92, the ultrasonic measurement control section 78, as shown in FIG. A transmission pulse is output to 80 to activate a counter provided therein as shown in FIG. As a result, a drive signal is output from the first transmitting / receiving unit 80 to the ultrasonic transducer 50a, the ultrasonic wave is transmitted, and then the reflected wave is received by the same ultrasonic transducer 50a. The received signal shown in FIG. 8C is sent to the ultrasonic measurement control unit 78 via the first transmission / reception unit 80 and the A / D converter 84. In this case, the ultrasonic measurement control unit 78 determines the received pulse in the received signal and obtains the transmission / reception period t2 from the number of pulses from the start of counting to the time when the received pulse is obtained. The t2 is sent to the control device 32.
【0057】t3の測定においては、上記同様に、第2
送受信ユニット82を動作させて、その測定が行われ、
制御装置32へt3が送られる。In the measurement of t3, the second
The transmitter / receiver unit 82 is operated to perform the measurement,
T3 is sent to the controller 32.
【0058】以上のようにして得られたt2,t3は、
図5の厚さ演算回路96に送られ、上述した第3式が実
行され、骨の厚さdが求まり、その厚さdが骨密度演算
回路90及び速度演算回路98に送られる。これによっ
て、骨密度演算回路90は、次の第4式を実行する。T2 and t3 obtained as described above are
It is sent to the thickness calculation circuit 96 of FIG. 5, the above-mentioned third equation is executed, the bone thickness d is obtained, and the thickness d is sent to the bone density calculation circuit 90 and the speed calculation circuit 98. As a result, the bone density calculation circuit 90 executes the following fourth equation.
【0059】 ρ=B/d …(4) 一方、t1が入力される速度演算回路98においては、
次の第5式が実行され速度Vが求まる。Ρ = B / d (4) On the other hand, in the speed calculation circuit 98 to which t1 is input,
The following formula 5 is executed to obtain the speed V.
【0060】 V=d/{t1−(t2+t3)/2} …(5) したがって、このようにして得られたρ及びVに基づ
き、評価値演算回路94は、上記第2式、すなわちE=
k・V2 ・ρを実行して評価値Eを求める。V = d / {t1− (t2 + t3) / 2} (5) Therefore, based on ρ and V thus obtained, the evaluation value calculation circuit 94 causes the evaluation value calculation circuit 94 to have the above-mentioned second equation, that is, E =
The evaluation value E is obtained by executing k · V 2 · ρ.
【0061】以上のような工程がある一点の測定部位に
ついて行われた後、走査制御部86の制御の下、測定点
が移動され、上記同様の工程が繰り返される。After the above process is performed for one measurement site, the measurement point is moved under the control of the scan control unit 86, and the same process as above is repeated.
【0062】図9には、X線及び超音波の照射領域が示
されている。図中300はX線の照射領域であり、30
2は超音波の送受波領域である。いずれの領域も踵骨を
十分にカバーする大きさを有している。FIG. 9 shows the irradiation areas of X-rays and ultrasonic waves. In the figure, 300 is an X-ray irradiation area,
Reference numeral 2 denotes an ultrasonic wave transmission / reception region. Both regions are large enough to cover the calcaneus.
【0063】ここで、超音波振動子とX線発生装置は互
いに少しずれて配置されているため、領域300及び3
02も互いに少しずれて設定されている。Here, since the ultrasonic transducer and the X-ray generator are arranged slightly displaced from each other, the regions 300 and 3 are provided.
02 is also set to be slightly deviated from each other.
【0064】上述した初期位置は、図9におけるA及び
A´であり、ここにおいてAはX線照射の初期位置であ
り、A´は超音波照射の初期位置である。そして、上述
したように、この初期位置での照射が実行された後、そ
の照射点が図において左方向あるいは下方向に少しずら
されて再度同様の照射・計測が行われ、このような過程
が繰り返されて最終的に図9に示す領域内におけるデー
タの取込みが行われる。なお、X線の照射の後、そのX
線が照射された点へ超音波の送受波点を移動させること
によって、図9に示す領域300と302とを合致させ
ることも可能である。The above-mentioned initial positions are A and A'in FIG. 9, where A is the initial position of X-ray irradiation and A'is the initial position of ultrasonic irradiation. Then, as described above, after the irradiation at this initial position is performed, the irradiation point is slightly shifted leftward or downward in the figure and the same irradiation / measurement is performed again, and such a process is performed. Repeatedly, the data is finally taken in in the area shown in FIG. After the X-ray irradiation, the X
It is also possible to match the regions 300 and 302 shown in FIG. 9 by moving the ultrasonic wave transmitting / receiving point to the point where the line is irradiated.
【0065】図10には、CRT110における表示例
が示されている。図において304は、骨塩量(BM
D)の分布を示す骨塩量マップであり、306は骨(踵
骨)の厚さdを示す厚さマップであり、308は骨内の
超音波の音速を示す音速マップであり、310は上述の
演算により求められた評価値Eを示す評価値マップであ
る。なお、図中312はカーソルである。FIG. 10 shows a display example on the CRT 110. In the figure, 304 is the amount of bone mineral (BM
D) is a bone mineral density map showing the distribution, 306 is a thickness map showing the thickness d of the bone (calcaneus), 308 is a sound velocity map showing the sound velocity of ultrasonic waves in the bone, and 310 is 9 is an evaluation value map showing an evaluation value E obtained by the above calculation. Incidentally, reference numeral 312 in the drawing is a cursor.
【0066】また、314はカーソル312によって指
定された部位における骨の健康度を示す評価度数であ
り、評価値Eに基づき次のように算出される。Further, reference numeral 314 is an evaluation frequency indicating the degree of health of the bone in the portion designated by the cursor 312, which is calculated based on the evaluation value E as follows.
【0067】図11には、各年齢における標準的な評価
値Eを示す標準特性曲線322が示されている。表示さ
れる評価度数314は、被検者の年齢と実際に測定され
た評価値Eとで特定される点とが標準特性曲線322か
らどれだけ離れているかを示すものである。具体的に
は、当該年齢における標準的な評価値から実際に測定さ
れた評価値が減算され、その差が評価度数314として
表示されている。さらに、図10におけるポイントデー
タ表示320は、カーソル312で特定された測定部位
における骨塩量、厚さ、音速、評価値を数値で表示する
ものである。FIG. 11 shows a standard characteristic curve 322 showing a standard evaluation value E at each age. The displayed evaluation frequency 314 indicates how far the point specified by the age of the subject and the actually measured evaluation value E is from the standard characteristic curve 322. Specifically, the evaluation value actually measured is subtracted from the standard evaluation value at that age, and the difference is displayed as the evaluation frequency 314. Furthermore, the point data display 320 in FIG. 10 displays the amount of bone mineral, the thickness, the speed of sound, and the evaluation value at the measurement site specified by the cursor 312 as numerical values.
【0068】以上のように、このような表示をCRT1
10に表示すれば、骨に関する多面的な情報を互いに相
関付けて提供することができ、骨粗鬆症等の骨の疾病の
診断にあたって有意義な情報を提供できる。As described above, such a display is displayed on the CRT1.
When displayed on 10, multifaceted information about bones can be provided in correlation with each other, and meaningful information can be provided in diagnosing bone diseases such as osteoporosis.
【0069】上述の実施例では、踵骨全体にわたってX
線の照射及び超音波の送受波を行ったが、次のような変
形例を用いることも可能である。すなわち、図12にそ
の表示例が示されるように、上記実施例同様にまずX線
の照射を行って骨塩量マップ304のみを表示した後、
操作者によってカーソル312を用いて、評価値を求め
たい部位を特定する。そして、その特定された部位のみ
に超音波を送受波して、上述同様に送受波期間t1,t
2,t3を計測し、それらのデータに基づき、上記実施
例同様に踵骨の厚さ、踵骨内の音速、評価値を演算し
て、それらをポイントデータ表示320として表示す
る。また、これと共に評価度数の表示314を行う。In the embodiment described above, X is applied over the entire calcaneus.
Although line irradiation and ultrasonic wave transmission / reception were performed, the following modified examples can also be used. That is, as shown in the display example in FIG. 12, X-ray irradiation is first performed to display only the bone mineral content map 304 as in the above-described embodiment, and then,
The operator uses the cursor 312 to specify the part for which the evaluation value is to be obtained. Then, ultrasonic waves are transmitted / received only to the specified portion, and the transmission / reception periods t1, t
2, t3 are measured, and based on these data, the thickness of the calcaneus, the speed of sound in the calcaneus, and the evaluation value are calculated in the same manner as in the above embodiment, and these are displayed as the point data display 320. Further, together with this, the evaluation frequency display 314 is performed.
【0070】このような変形例によれば、全範囲にわた
って超音波の送受波を行う必要がなく、計測の所要時間
を極めて短縮できるという効果がある。もちろん、装置
にモード切替えスイッチ等を設け、上記実施例又はこの
変形例を操作者の要求に応じて切り替えてもよい。According to such a modification, it is not necessary to transmit and receive ultrasonic waves over the entire range, and there is an effect that the time required for measurement can be extremely shortened. Of course, the apparatus may be provided with a mode change-over switch or the like, and the above-mentioned embodiment or this modified example may be changed over according to the operator's request.
【0071】図13には、厚さ測定の第2実施例が示さ
れている。この実施例においては、複数の超音波振動素
子を直線配列させたアレイ振動子326が配置されてお
り、図13に示されるように、X線及び超音波のビーム
方向と直交する方向に向けて一定間隔で複数の超音波を
送受波することによって、各振動素子の受信信号の内容
から踵骨200の厚みを容易に求めることができる。FIG. 13 shows a second embodiment of thickness measurement. In this embodiment, an array transducer 326 in which a plurality of ultrasonic transducers are linearly arranged is arranged, and as shown in FIG. 13, the array transducer 326 is directed in a direction orthogonal to the beam directions of X-rays and ultrasonic waves. By transmitting and receiving a plurality of ultrasonic waves at regular intervals, the thickness of the calcaneus 200 can be easily obtained from the content of the received signal of each vibrating element.
【0072】なお、上述した実施例において水中の超音
波の速度は既知のものとして計算を行ったが、より精度
を高めるためには、図14に示すように、水中音速測定
用として更に別の一対の超音波振動子328a,328
bを設けることが好適である。In the above embodiment, the velocity of the ultrasonic waves in the water was calculated as a known velocity. However, in order to further improve the accuracy, as shown in FIG. A pair of ultrasonic transducers 328a, 328
It is preferable to provide b.
【0073】[0073]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る骨評
価装置によれば、骨中の超音波の速度と骨密度とで定義
される評価値を求めることができるので、骨折の危険度
等を示す骨の健康度に関する有意義な情報を提供できる
という効果がある。したがって、より骨に関する病気の
診断精度を向上させることができるという効果がある。As described above, according to the bone evaluation apparatus of the present invention, it is possible to obtain an evaluation value defined by the speed of ultrasonic waves in the bone and the bone density. There is an effect that it is possible to provide meaningful information regarding the bone health degree indicating such as. Therefore, there is an effect that the accuracy of diagnosing bone-related diseases can be further improved.
【図1】本発明の測定原理を示す原理説明図である。FIG. 1 is a principle explanatory view showing a measurement principle of the present invention.
【図2】本発明に係る骨評価装置の外観を示す外観図で
ある。FIG. 2 is an external view showing the external appearance of a bone evaluation device according to the present invention.
【図3】測定ユニットの要部を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a main part of a measurement unit.
【図4】計測装置の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a measuring device.
【図5】制御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control device.
【図6】超音波計測における各信号のタイミングを示す
タイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart showing the timing of each signal in ultrasonic measurement.
【図7】骨の厚さの測定原理を示す原理説明図である。FIG. 7 is a principle explanatory view showing a measurement principle of bone thickness.
【図8】超音波計測における各信号のタイミングを示す
タイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing the timing of each signal in ultrasonic measurement.
【図9】X線及び超音波の照射領域を示す概念図であ
る。FIG. 9 is a conceptual diagram showing irradiation areas of X-rays and ultrasonic waves.
【図10】表示例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a display example.
【図11】評価値の標準的な特性図である。FIG. 11 is a standard characteristic diagram of evaluation values.
【図12】他の表示例を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing another display example.
【図13】骨の厚さ測定の第2実施例を示す説明図であ
る。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a second embodiment of bone thickness measurement.
【図14】水中の音速の測定を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing measurement of sound velocity in water.
Claims (3)
受波することによって骨中の超音波速度を測定する速度
測定手段と、 前記骨評価部位にX線を照射して骨密度を測定する骨密
度測定手段と、 前記超音波速度と前記骨密度とで定義される評価値を演
算する骨評価値演算手段と、 を含むことを特徴とする骨評価装置。1. A velocity measuring means for measuring an ultrasonic velocity in a bone by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a bone evaluation site of a subject, and irradiating the bone evaluation site with X-rays to determine bone density. A bone evaluation device comprising: a bone density measuring unit for measuring; and a bone evaluation value calculating unit for calculating an evaluation value defined by the ultrasonic velocity and the bone density.
礎として前記評価値が定義されることを特徴とする骨評
価装置。2. The bone evaluation device according to claim 1, wherein the evaluation value is defined based on a result of multiplying the square of the ultrasonic velocity by the bone density.
と、 前記超音波振動子からの超音波受波信号に基づき,X線
のビーム方向に沿う方向の骨の厚さを演算する厚さ演算
器と、 骨中の超音波伝搬時間を前記厚さで除算して超音波速度
を演算する速度演算器と、 を含み、 前記骨密度測定手段は、 骨評価部位にX線を照射するX線発生器と、 前記骨評価部位を透過した透過X線を検出するX線検出
器と前記X線検出器からのX線検出信号と前記骨の厚さ
とに基づき骨密度を演算する密度演算器と、 を含むことを特徴とする骨評価装置。3. The bone evaluation device according to claim 2, wherein the speed measuring unit includes an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves to and from a bone evaluation site, and an ultrasonic wave reception from the ultrasonic transducer. A thickness calculator for calculating the bone thickness in the direction along the beam direction of the X-ray based on the signal, and a speed calculator for calculating the ultrasonic velocity by dividing the ultrasonic wave propagation time in the bone by the thickness. The bone density measuring means includes: an X-ray generator that irradiates a bone evaluation site with X-rays; an X-ray detector that detects transmitted X-rays that have passed through the bone evaluation site; and an X-ray detector. The bone evaluation device, comprising: a density calculator that calculates a bone density based on an X-ray detection signal from the bone and the thickness of the bone.
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