(57)【要約】超音波が正しく骨折部位に照射されていることを確認できる超音波骨折治療器、受信装置及び骨折位置検査器を提供する。骨折部位付近の体表（１２）に設置され、骨折部位（３）に対して超音波を照射する送信用トランスデューサ（４）、及び該骨折部位を有する骨付近の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサ（５）を備え、前記送信用トランスデューサから骨折部位に超音波が照射されていることを受信用トランスデューサの受信信号より確認する判定装置（６）を備えた超音波骨折治療器などである。
2008018612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨折部位付近の体表に設置され、骨折部位に対して骨折治療用の超音波を送信する送信用トランスデューサ、及び該骨折部位を有する骨付近の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサを備え、前記送信用トランスデューサから骨折部位に治療用の超音波が送信されていることを受信用トランスデューサの受信信号と設定された判別条件によって確認する判定装置を備えることを特徴とする超音波骨折治療器。
【請求項２】
前記受信用トランスデューサは、骨の近位端及び／又は遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、超音波を受信することを特徴とする、請求項１に記載の超音波骨折治療器。
【請求項３】
前記骨は大腿骨であり、大腿骨外側上顆付近、大腿骨内側上顆付近又は大腿骨大転子付近の体表で、大腿骨を伝搬した波を前記受信用トランスデューサが受信することを特徴とする、請求項１に記載の超音波骨折治療器。
【請求項４】
前記骨は上腕骨であり、上腕骨外側上顆付近又は上腕骨内側上顆付近の体表で、上腕骨を伝搬した波を前記受信用トランスデューサが受信することを特徴とする、請求項１に記載の超音波骨折治療器。
【請求項５】
前記判別条件は設定した閾値及び／又は治療対象骨の超音波伝搬特徴値によるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波骨折治療器。
【請求項６】
前記超音波伝搬特徴値は受信信号の振幅、周波数、波形形状、又は発信超音波からの伝搬時間の少なくとも１つから求めるパラメーターであることを特徴とする請求項５に記載の超音波骨折治療器。
【請求項７】
前記送信用トランスデューサは、骨折部位に送信する骨折治療用超音波と骨折部位に送信されていることを確認する検査用超音波の両方、又は骨折治療用超音波を送信可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波骨折治療器。
【請求項８】
前記検査用超音波が、治療用超音波を送信しない期間に比べて短いバースト幅を持ち、治療用超音波を送信しない間に送信されることを特徴とする請求項７に記載の超音波骨折治療器。
【請求項９】
前記判定装置は、前記受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、予め判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、超音波が骨折部位に送信していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記受信回路及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の超音波骨折治療器。
【請求項１０】
前記判定装置は、前記送信用トランスデューサを駆動する電気信号を発信する発信回路、前記受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、超音波が骨折部位に送信していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記発信回路、前記受信回路、及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の超音波骨折治療器。
【請求項１１】
前記受信用トランスデューサは、第１の受信用トランスデューサ及び第２の受信用トランスデューサから構成され、第１の受信用トランスデューサが骨の近位端付近、第２の受信用トランスデューサが骨の遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、それぞれ超音波を受信することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波骨折治療器。
【請求項１２】
（１）及び（２）の工程を行うことを特徴とする、請求項５〜１１に記載の超音波骨折治療器。
（１）前記受信用トランスデューサが受信した電気信号から、前記超音波特徴値を演算する工程を有し、その特徴値を前記記録手段によって予め記録する工程。
（２）（１）の工程の後に、前記送信用トランスデューサから超音波を送信し、骨を伝搬した超音波を前記受信用トランスデューサが受信し、前記判別手段がそのときの電気信号を（１）の工程で得られた特徴値及び／又は前記閾値と比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判断する工程。
【請求項１３】
前記（２）の工程において、前記表示手段は、受信超音波の電気信号が所定の範囲内であるか否かによって、表示内容を変更することを特徴とする、請求項１２に記載の超音波骨折治療器。
【請求項１４】
前記制御手段が、前記（２）の工程によって、前記差が所定の範囲内である場合に超音波が骨折部位に送信していると判定し、その後、前記送信用トランスデューサが治療用超音波を送信するように制御することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の超音波骨折治療器。
【請求項１５】
前記送信用トランスデューサは、治療用超音波を送信しない期間に、所定の間隔で検査用超音波を送信し、（２）の工程を繰り返すことを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の超音波骨折治療器。
【請求項１６】
骨折部位を有する骨付近の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサを備え、超音波送信器から骨折位置に超音波が送信されていることを、受信用トランスデューサの受信信号と設定された判別条件とを比較することによって確認する判定装置を備えることを特徴とする超音波受信装置。
【請求項１７】
前記受信用トランスデューサは、骨の近位端及び／又は遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、超音波を受信することを特徴とする請求項１６に記載の超音波受信装置。
【請求項１８】
前記判別条件は予め設定した閾値及び／又は治療対象骨の超音波伝搬特徴値によるものであることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の超音波受信装置。
【請求項１９】
前記超音波伝搬特徴値は受信信号の振幅、周波数、波形形状、又は発信超音波からの伝搬時間の少なくとも１つから求めるパラメーターであることを特徴とする請求項１８に記載の超音波受信装置。
【請求項２０】
前記判定装置は、受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、予め判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、前記超音波送信器からの超音波が骨折部位に送信していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記受信回路及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の超音波受信装置。
【請求項２１】
前記受信用トランスデューサは、第１の受信用トランスデューサ及び第２の受信用トランスデューサから構成され、第１の受信用トランスデューサが骨の近位端付近、第２の受信用トランスデューサが骨の遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、それぞれ超音波を受信することを特徴とする、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の超音波骨折受信装置。
【請求項２２】
（Ａ）及び（Ｂ）の工程を行うことを特徴とする、請求項１８〜２１に記載の超音波受信装置。
（Ａ）骨を伝搬した超音波を前記受信用トランスデューサが受信した電気信号から、前記超音波特徴値を演算する工程を有し、その特徴値を前記記録手段によって予め記録する工程。
（Ｂ）（Ａ）の工程の後に、新たに、骨を伝搬した超音波を前記受信用トランスデューサが受信し、前記判別手段がそのときの電気信号を（Ａ）の工程で得られた特徴値及び／又は前記閾値と比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判断する工程。
【請求項２３】
前記（Ｂ）の工程において、前記表示手段は、受信超音波の電気信号が所定の範囲内であるか否かによって、表示内容を変更することを特徴とする、請求項２２に記載の超音波受信装置。
【請求項２４】
前記制御手段が、（Ｂ）の工程によって、超音波が治療対象骨に送信していると判定した場合、治療用超音波を送信する超音波送信器に治療用超音波を送信するように指示することを特徴とする、請求項２２又は２３に記載の超音波受信装置。
【請求項２５】
骨折部位付近の体表に設置され、骨折部位に対して骨折検査用の超音波を送信する送信用トランスデューサ、及び該骨折部位を有する骨付近の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサを備え、前記送信用トランスデューサから骨折部位に超音波が送信されていることを受信用トランスデューサの受信信号と設定された判別条件によって確認する判定装置を備えることを特徴とする超音波骨折位置検査器。
【請求項２６】
前記受信用トランスデューサは、骨の近位端及び／又は遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、超音波を受信することを特徴とする、請求項２５に記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項２７】
前記骨は大腿骨であり、大腿骨外側上顆付近、大腿骨内側上顆付近又は大腿骨大転子付近の体表で、大腿骨を伝搬した波を前記受信用トランスデューサが受信することを特徴とする、請求項２５に記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項２８】
前記骨は上腕骨であり、上腕骨外側上顆付近又は上腕骨内側上顆付近の体表で、上腕骨を伝搬した波を前記受信用トランスデューサが受信することを特徴とする、請求項２５に記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項２９】
前記判別条件は予め設定した閾値及び／又は治療対象骨の超音波伝搬特徴値によるものであることを特徴とする、請求項２５〜２８のいずれかに記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項３０】
前記超音波伝搬特徴値は受信信号の振幅、周波数、波形形状、又は発信超音波からの伝搬時間の少なくとも１つから求めるパラメーターであることを特徴とする請求項２９に記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項３１】
前記判定装置は、前記受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、予め判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、超音波が骨折部位に送信していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記受信回路及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項２５〜３０のいずれか１項に記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項３２】
前記判定装置は、前記送信用トランスデューサを駆動する電気信号を発信する発信回路、前記受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、超音波が骨折部位に送信していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記発信回路、前記受信回路、及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする、請求項２５〜３０のいずれか１項に記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項３３】
前記受信用トランスデューサは、第１の受信用トランスデューサ及び第２の受信用トランスデューサから構成され、第１の受信用トランスデューサが骨の近位端付近、第２の受信用トランスデューサが骨の遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、それぞれ超音波を受信することを特徴とする、請求項２５〜３２のいずれかに記載の超音波骨折位置検査器。
【請求項３４】
（１）及び（２）の工程を行うことを特徴とする、請求項２９〜３３のいずれかに記載の超音波骨折位置検査器。
（１）前記受信用トランスデューサが受信した電気信号から、前記超音波特徴値を演算する工程を有し、その特徴値を前記記録手段によって予め記録する工程。
（２）（１）の工程の後に、前記送信用トランスデューサから超音波を送信し、骨を伝搬した超音波を前記受信用トランスデューサが受信し、前記判別手段がそのときの電気信号を（１）の工程で得られた特徴値及び／又は前記閾値と比較し、その差が所定の範囲内であるか否かにより、超音波が骨折部位に送信していると判定する工程。
【請求項３５】
前記（２）の工程において、前記表示手段は、受信超音波の電気信号が所定の範囲内であるか否かによって、表示内容を変更することを特徴とする、請求項３４に記載の超音波骨折位置検査器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波骨折治療器に関し、特に、受信用トランスデューサを有し、送信用トランスデューサを適切な位置へ調節するため、超音波が骨折部位に照射していることを確認できる超音波骨折治療器に関する。本発明は、また、超音波治療器から骨に照射された超音波を受信する超音波骨折治療用受信器、並びに、超音波を利用して超音波骨折治療を行うために適切なトランスデューサの位置を確認する超音波骨折位置検査器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
骨折癒合促進のために用いられている超音波骨折治療器は、超音波トランスデューサから超音波を骨折部位へ照射することにより治療を行っている。超音波は、安全で簡便な物理療法として一般的に診断や治療に使用されている。
超音波骨折治療器では、骨折位置へ正確に超音波を照射することが必要条件である。従来は、レントゲン撮影によって骨折位置を特定し、その付近の体表から超音波照射位置を決定し、治療を行っている。しかし、レントゲン撮影では２次元の情報しかなく、体表面の形状を反映する３次元の情報を持っていないため、超音波を照射しても、正しく骨に照射していないという課題が、特に軟部組織の厚い大腿骨、上腕骨の治療に際してあった。
上記課題を解決するため、治療用超音波トランスデューサから骨へ超音波を照射し、その反射波を受信用超音波トランスデューサで受信することで、正しく骨に照射されているかを判断する技術が開示されている（特開２００１−２９９７７２号公報）。しかし、この技術では、反射波の方向が骨の形状、骨の部位によって一定ではなく、骨からの反射波を受信できないことがしばしば発生し、目的とする送信用トランスデューサの正確な照射位置の確認ができなくなるという問題が生じた。また、受信用トランスデューサの設置位置を調節することで、受信できる場合もあるが、送信用トランスデューサの位置調整と受信用トランスデューサの位置調整を同時に行う必要があり、照射位置を決めるのに大変煩雑となり、実用的に問題があった。
別の先行技術として、特表２０００−５０４９４６号公報によると、骨の特性を判定する超音波装置が開示されている。これによると、超音波を第１の位置から介在する軟組織等の媒体を介して骨等の伝送経路に沿い、再度軟組織等の媒体を介して第２の位置へ送ることと、伝送経路に沿った超音波の伝送時間を測定することと、介在する媒体の厚さを測定することと、介在する媒体の音響速度を測定することと、２つの位置間の距離と、介在する媒体の厚さと、介在する媒体内の音響速度とに基づいて個体内の音響速度を算出することを含む。この方法では、超音波を利用して骨の物理的性質についての測定はできるものの、超音波を骨折の治療に用いることを意図したものではなく、超音波治療のためのトランスデューサの位置調節を行うことを意図したものではない。
また、特開２００５−１０２７１６号公報では、脛骨のプラウト部に置かれた振動子が、信号発生器からのドライブ信号を受けて脛骨を振動させ、一方で、超音波深触子および送受信器は、脛骨を伝搬して来た振動に対して超音波を送信し、戻ってきた超音波を受信する。位相比較部が受信信号を位相比較し、相関演算部が位相比較信号の相関演算を行い、相関演算の結果である、脛骨の各部位における振動の強度が表示部に表示される。この先行技術によると、骨の振動の強度を測定することで骨の状態を診断することはできるものの、骨折治療用の超音波を適切な骨折部位に照射して、骨折の治療を行うことを意図したものではない。
【特許文献１】特開２００１−２９９７７２号公報
【特許文献２】特表２０００−５０４９４６号公報
【特許文献３】特開２００５−１０２７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、治療用超音波を正確に骨折部位に照射することを確認でき、かつ簡単に使用できる超音波骨折治療器を提供することを課題とする。また、本発明は、当該超音波骨折治療器に関連する超音波骨折治療用受信器及び超音波を利用して超音波骨折治療を行うために適切なトランスデューサの位置を確認する超音波骨折位置検査器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、かかる課題について鋭意検討した結果、骨折部位付近の体表に設置され、骨折部位に対して超音波を照射する送信用トランスデューサ、及び該骨の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサを備え、前記送信用トランスデューサから骨折部位に超音波が照射されていることを確認する判定装置を備えることで上記課題を解決できることを見出したものである。
すなわち、本発明は、骨折部位付近の体表に設置され、骨折部位に対して骨折治療用の超音波を送信する送信用トランスデューサ、及び該骨折部位を有する骨付近の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサを備え、前記送信用トランスデューサから骨折部位に超音波が送信されていることを受信用トランスデューサの受信信号と設定された判別条件を比較することによって確認する判定装置を備えることを特徴とする超音波骨折治療器を提供するものである。
なお、本明細書において、「骨」とは、骨表面、骨膜、緻密質（皮質骨）と海綿質（海綿骨）からなる骨質、および骨髄を含む意味とし、また、「骨折」とは、これらの骨に係わるあらゆる損傷を含む意味とする。
また、本発明は、前記受信用トランスデューサは、骨の近位端及び／又は遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、超音波を受信することを特徴とし、特に、前記骨は大腿骨の場合、大腿骨外側上顆付近、大腿骨内側上顆付近又は大腿骨大転子付近の体表で、大腿骨を伝搬した波を受信すること、前記骨が上腕骨の場合、上腕骨外側上顆付近又は上腕骨内側上顆付近の体表で、上腕骨を伝搬した波を受信することを特徴とする超音波骨折治療器を提供するものである。
前記判別条件は、予め設定した閾値及び／又は治療対象骨の超音波伝搬特徴値によるものであることを特徴とする。特に、前記超音波伝搬特徴値は受信信号の振幅、周波数、波形形状、又は発信超音波からの伝搬時間の少なくとも１つから求めるパラメーターであることを特徴とする。
前記送信用トランスデューサは、骨折部位に送信する骨折治療用超音波と骨折部位に送信されていることを確認する検査用超音波の両方、又は骨折治療用超音波を送信可能であることを特徴とする。また、前記検査用超音波が、治療用超音波を送信しない期間に比べて短いバースト幅を持ち、治療用超音波を送信しない間に送信されることを特徴とする。
また、本発明は、前記判定装置は、前記受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、予め判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、超音波が骨折部位に送信していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記受信回路及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。或いは、前記判定装置は、前記送信用トランスデューサを駆動する電気信号を発信する発信回路、前記受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、超音波が骨折部位に送信していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記発信回路、前記受信回路、及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
前記受信用トランスデューサは、第１の受信用トランスデューサ及び第２の受信用トランスデューサから構成され、第１の受信用トランスデューサが骨の近位端付近、第２の受信用トランスデューサが骨の遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、それぞれ超音波を受信することを特徴とする。
また、本発明は、（１）前記受信用トランスデューサが受信した電気信号から、前記超音波特徴値を演算する工程を有し、その特徴値を前記記録手段によって予め記録する工程。（２）（１）の工程の後に、前記送信用トランスデューサから超音波を照射し、骨を伝搬した超音波を前記受信用トランスデューサが受信し、前記判別手段がそのときの電気信号を（１）で得られた特徴値及び／又は前記閾値と比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判断する工程を有する超音波骨折治療器を提供するものである。
また、本発明は、（２）の工程において、前記表示手段は、受信超音波の電気信号が所定の範囲内であるか否かによって、表示内容を変更することを特徴とする超音波骨折治療器を提供するものである。
また、本発明は、前記制御手段が、（２）の工程によって、超音波が骨折部位に照射していると判定した場合、前記送信用トランスデューサが治療用超音波を照射するように制御することを特徴とする超音波骨折治療器を提供するものである。
また本発明は、前記送信用トランスデューサは、治療用超音波を照射しない期間に、所定の間隔で検査用超音波を照射し、（２）の工程を繰り返すことを特徴とする超音波骨折治療器を提供するものである。
さらに本発明は、骨付近の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサを備え、超音波治療器から骨に超音波が照射されていることを受信用トランスデューサの受信信号と設定された判別条件とを比較することによって確認する判定装置を備えることを特徴とする超音波受信装置を提供する。前記受信用トランスデューサは、骨の近位端又は遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、超音波を受信することを特徴とする。
さらに本発明は、その判定装置は、少なくとも受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、予め判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、前記超音波治療器からの超音波が骨に照射していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに、前記受信回路、及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする超音波治療用受信装置を提供するものである。また、本発明は、前記判別条件は予め設定した治療対象骨の閾値及び／又は超音波伝搬特徴値によるものであることを特徴とし、特に、受信信号の振幅、周波数、波形形状、又は発信超音波からの伝搬時間の少なくとも１つから求めるパラメーターを特徴値にすることである超音波治療用受信装置を提供するものである。
また、本発明は、（Ａ）前記受信用トランスデューサが受信した電気信号から、前記超音波特徴値を演算する工程を有し、その特徴値を前記記録手段によって予め記録する工程。（Ｂ）（Ａ）の工程の後に、超音波治療器から超音波を照射し、骨を伝搬した超音波を前記受信用トランスデューサが受信し、前記判別手段がそのときの電気信号を（Ａ）で得られた特徴値及び／又は前記閾値と比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判断する工程を有する超音波受信装置を提供するものである。
また、本発明は、（Ｂ）の工程において、前記表示手段は、受信超音波の電気信号が所定の範囲内であるか否かによって、表示内容を変更することを特徴とし、また、前記制御手段が、（Ｂ）の工程によって、超音波が骨折部位に照射していると判定した場合、前記超音波治療器に治療用超音波を照射するように指示することを特徴とする超音波受信装置を提供するものである。
また、本発明は、前記受信用トランスデューサは、第１の受信用トランスデューサ及び第２の受信用トランスデューサから構成され、第１の受信用トランスデューサが骨の近位端付近、第２の受信用トランスデューサが骨の遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、それぞれ超音波を受信することを特徴とする超音波骨折受信装置が提供される。
更に、本発明は、骨折部位付近の体表に設置され、骨折部位に対して検査用超音波を送信する送信用トランスデューサ、及び該骨折部位を有する骨付近の体表に設置され、骨を伝搬する超音波を受信する受信用トランスデューサを備え、前記送信用トランスデューサから骨折部位に超音波が送信されていることを受信用トランスデューサの受信信号によって確認する判定装置を備えることを特徴とする超音波骨折位置検査器が提供される。
また、本発明は、前記判定装置は少なくとも前記送信用トランスデューサを駆動する電気信号を発信する発信回路、前記受信用トランスデューサが超音波の信号を受信する受信回路、予め判別条件を記憶する記憶手段、受信信号と判別条件と比較し、超音波が骨折部位に照射していることを判別する判別手段、少なくとも判別結果を表示する表示手段、並びに前記発信回路、前記受信回路、及び前記表示手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする、超音波骨折位置検査器が提供される。
また、本発明は、前記判別条件は予め設定した閾値及び／又は治療対象骨の超音波伝搬特徴値によるものであることを特徴とし、特に、前記検査用超音波が、治療用超音波を照射しない期間に比べて短いバースト幅を持ち、治療用超音波を照射しない間に発信されることを特徴とする、超音波骨折位置検査器が提供される。
また、本発明は、（１）及び（２）の工程を行うことを特徴とする、超音波骨折位置検査器が提供される。（１）前記受信用トランスデューサが受信した電気信号から、前記超音波特徴値を演算する工程を有し、その特徴値を前記記録手段によって予め記録する工程。（２）（１）の工程の後に、前記送信用トランスデューサから超音波を照射し、骨を伝搬した超音波を前記受信用トランスデューサが受信し、前記判別手段がそのときの電気信号を（１）の工程で得られた特徴値及び／又は前記閾値と比較し、その差が所定の範囲内であるか否かにより、超音波が骨折部位に照射していると判定する工程。
また、本発明は、前記制御手段が、（２）の工程によって、超音波が骨折部位に照射していると判定することを特徴とする。
また、本発明は、前記受信用トランスデューサは、第１の受信用トランスデューサ及び第２の受信用トランスデューサから構成され、第１の受信用トランスデューサが骨の近位端付近、第２の受信用トランスデューサが骨の遠位端付近の軟部組織の薄い部位の体表で、それぞれ超音波を受信することを特徴とする、超音波骨折位置検査器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、本発明の骨折治療器を用いた実施態様の概略図である。
図２は、装置の構成要素の概略図である。
図３は、受信信号解析例の図である。
図４は、本発明の骨折治療器を用いた別の実施態様の概略図である。
図５は、発信機構の概略図である。
図６は、受信機構の概略図である。
図７は、本発明における送信用トランスデューサを駆動する電気信号の一態様の図である。
図８は、本発明の骨折治療器で、受信用トランスデューサを２個用いた実施態様の概略図である。
図９は、受信用トランスデューサを２個用いた実施態様の装置の構成要素の概略図である。
図１０は、受信用トランスデューサを２個用いた実施態様の受信信号解析例の図である。
【符号の説明】
【０００６】
１    軟部組織
２    大腿骨
３    骨折部位
４    送信用トランスデューサ
５    受信用トランスデューサ
６    判定装置
７    超音波伝搬物質
８    ケーブル
９    受信用ケーブル
１０    固定手段
１１    固定手段
１２    体表
１３    制御手段
１４    発信回路
１５    受信回路
１６    記録手段
１７    電力供給手段
１８    表示手段
１９    受信信号振幅
２０    受信信号伝搬時間
２１    受信信号時間幅
２２    判別手段
２３    受信装置
２４    発信装置
２５    治療用超音波信号
２６    検査用超音波信号
２７    第二受信用トランスデューサ
２８    第二受信用ケーブル
２９    遠位部受信信号
３０    近位部受信信号
３１    遠位部受信信号振幅
３２    近位部受信信号振幅
３３    遠位部受信信号伝搬時間
３４    近位部受信信号伝搬時間
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。なお、本発明は図示の実施例に限定されるものではない。
図１に本発明の超音波骨折治療器の適応例を、大腿骨骨折治療を例に示す。以下の実施例では、大腿骨の適用のみに言及しているが、本発明の技術は、他の四肢の骨及び体幹の骨にも同様に適用可能である。
骨折部位３を治療する時には、医療機関で決定された装着位置に送信用トランスデューサ４を設置し、固定手段１０を用いて大腿に装着する。固定手段１０は、送信用トランスデューサ４を体表１２に固定できるものであればよく、例えばベルト等を用いる。このとき、送信用トランスデューサ４と体表１２との間に、超音波伝搬物質７を介在させる。超音波伝搬物質７は、超音波を伝搬するものであればよく、例えば水や超音波ゲル等が好適である。
また、大腿骨２付近の体表１２の、送信用トランスデューサ４を設置した箇所とは別の箇所に、受信用のトランスデューサ５を固定する。受信用トランスデューサ５の固定は、送信用トランスデューサ４と同様、固定手段１１を用いて固定する。受信用トランスデューサ５と体表１２との間にも超音波伝搬物質７を介在させる。
受信用トランスデューサ５の設置箇所は、骨を伝搬した超音波を受信できる場所であればどこでもよい。具体的には、治療対象である骨に近い体表で、軟部組織１が薄い、治療対象骨の近位端や遠位端が好ましい。軟部組織１が薄い箇所とは，体表を介して体を触ったときに、骨の存在が確認できる箇所が好ましい。この場所であれば、体表から骨までの距離が非常に短く、骨を伝搬した超音波が軟部組織を伝わるとき、伝搬した超音波が到達する体表の範囲に受信用トランスデューサを設置されている可能性が高く、伝搬する超音波の減衰も小さいからである。例えば、治療する骨が大腿骨であれば、大腿骨外側上顆付近や大腿骨内側上顆付近又は大腿骨大転子等がある。図１では、大腿骨外側上顆付近に設置している。他の例として、上腕骨を治療する際には、上腕骨外側上顆付近や上腕骨内側上顆付近に、受信用トランスデューサを設置するとよい。このように、受信用トランスデューサ５を軟部組織１が薄い箇所に設置することによって、骨内部をその骨軸方向に伝搬して来る超音波を確実に受信用トランスデューサ５で受信することが容易に可能であり、従来の技術では超音波を受信できなかったという問題を解決することができる。
また、受信用トランスデューサの固定箇所が関節部位であることが多いため、固定手段１１は、関節部位での固定が容易な形態が望まれる。例えば二本以上のベルトを用いて、大腿骨であれば大腿と下腿にベルトを巻くことで、大腿骨内側上顆もしくは大腿骨外側上顆へずれることなく固定することができる。そのほか、ポリウレタンゲル等の接着性のある材料を受信用トランスデューサの超音波受信面及び／又は周辺に貼り付けることで、目的の位置の体表に固定できる。
送信用トランスデューサ４が発信する治療用超音波の信号条件は、骨折治療に適切な超音波であれば良い。例えば適切な超音波条件の一つとして、１．５ＭＨｚの周波数、２００μｓのバースト幅、１ｋＨｚの繰り返し周波数、超音波出力の時間平均と空間平均が３０ｍＷ／ｃｍ２の超音波が好ましい。本実施例では前記条件を用いた。
受信用トランスデューサ４の位置が正しいことを確認するタイミングは、医療機関での医療従業者による診断時や、治療開始前に行う。治療終了後に確認として行うこともできる。
判定装置６の発信回路１４から送信用トランスデューサ４に検査用超音波の発信信号を送る場合、超音波信号の条件として、軟部組織１や骨２を伝搬する条件であれば良く、上記の治療用超音波と異なる条件を用いてもよい。検査用超音波は、周波数５０ｋＨｚ−３ＭＨｚの連続波もしくは基本周波数５０ｋＨｚ−３ＭＨｚ、バースト幅５−２０００μｓ、繰返し周波数１０Ｈｚ−１０ｋＨｚ（周期１００ｍｓ−０．１ｍｓ）の断続波、超音波出力の時間平均と空間平均は、０．５−１００ｍＷ／ｃｍ２が好ましい。超音波の直進性を考慮した場合、周波数は５００ｋＨｚ−３ＭＨｚが好ましく、バースト幅は５−５０μｓの短い方が信号解析が容易になる。治療中に、送信用トランスデューサ４の位置が正しいことを確認する場合、治療用超音波の信号を検査用超音波として用いることもできる。また、治療用超音波と異なる条件の検査用超音波を用いる場合は、治療用超音波を照射しない時間（本実施例では８００μｓ）よりも短いバースト幅の超音波を用いる必要がある。バースト幅以外の超音波条件は、前記検査用超音波条件の範囲で用いることが好ましい。
本実施例では、検査用超音波条件として基本周波数１．５ＭＨｚ、バースト幅１０μｓ、繰り返し周波数１ｋＨｚ、超音波出力の時間平均と空間平均が１．５ｍＷ／ｃｍ２を用いた。
次に、送信用トランスデューサ４の位置を確認する例を述べる。
送信用トランスデューサ４が照射位置に正しく設置している場合、超音波が骨折部位３に照射される。骨折部位３に照射された超音波は大腿骨２の長軸方向に伝わり、骨を伝搬した超音波を、受信用トランスデューサ５を用いて受信する。受信用トランスデューサで信号が受信できないときは、その状況を後述の表示手段１８に示す。この示された情報から、超音波が骨折部位３に照射されていないことがわかる。この場合は、送信用トランスデューサ４の設置位置や向きを変えて、信号を受信用トランスデューサ５で受信できるまで操作を繰り返す。信号を受信でき、それが下記記載の記録手段１６にて予め設定された信号振幅周波数等の判別条件を満たす場合には、骨折部位３に超音波が照射できていると下記記載の判別手段２２が判断し、その結果が情報として表示手段１８に示されることから、骨折部位３に正しく照射していることを判断できる。
治療前であれば、記録手段１６の判別条件から正しい照射位置であると判断した場合、送信用トランスデューサ４から照射する超音波を検査用超音波から治療用超音波に変更し、治療を開始する。このように、送信用トランスデューサ４は、検査用超音波だけでなく、治療用超音波も送信できるものを使用することによって、治療用トランスデューサとしての機能も兼ね備えることができる。
送信用トランスデューサ４が治療用トランスデューサとしての機能を兼ね備えている場合、治療中に位置の確認を行うことができる。本実施例では、治療用超音波を照射しながら、１ｋＨｚの繰り返し周波数即ち繰り返し周期１ｍｓのうち、治療目的の超音波を照射しない８００μｓの時間に、所定の間隔で検査用超音波を照射することで判別する。治療中に行う場合、送信用トランスデューサ４の位置が正しくないときは、表示手段１８により患者に送信用トランスデューサの設置が正しくないことを常時伝えることができ、その都度、送信用トランスデューサ４の位置を正すことにより、治療効果の向上が期待できる。
治療中に位置の確認を行う場合について、本実施例を用いた例を具体的に述べる。このときの送信用トランスデューサ４を駆動する電気信号を図７に示す。まず２００μｓ幅の治療用超音波信号２５を送り、その照射後４００μｓ経過する毎に１回だけ１０μｓ幅の検査用超音波信号２６を送り、次の治療用超音波信号２５を送る前の残り３９０μｓの間に、骨経由の超音波伝搬時間遅れを考慮した判別区間を設けて、受信用トランスデューサ５で骨を伝播した検査用超音波を検出し、判別区間内に検出した信号より、送信用トランスデューサ４の位置の適否を判別する。検査用超音波信号２６は、例えば、治療用超音波信号２５を１０回送るごとに１回送る方法も可能である。
他の方式として、治療目的の超音波を照射しない前記８００μｓの間に例えば２００μｓの間隔で３回だけ検査用超音波を照射することもできる。但し、この場合、検査用超音波のバースト幅が２００μｓ以内である必要がある。
送信用トランスデューサ４の位置を確認する判別条件として、患者ごとに対応する超音波伝搬特徴値を用いることもできる。
最初に医療機関で正しい照射位置を決定するとき、図３に示すように、受信用トランスデューサ５で検出した信号に基づき、受信信号振幅１９、受信信号伝搬時間２０、受信信号時間幅２１及び受信信号の周波数等を信号の特徴値として測定することが出来る。図３の縦軸と横軸が交わる時間ｔ０は、検査用超音波の照射終了時間を示しており、本実施例では、検査用超音波の照射から１０μｓ後、つまり検査用超音波照射終了時をｔ０としている。検査用超音波受信開始前の時間ｔ１と検査用超音波受信終了後の時間ｔ２の間が、前記判別区間である。なお、時間ｔ１とｔ２の判別区間は受信信号伝搬時間２０、及び受信信号時間幅２１から誤差を考慮して、受信信号時間幅２１より近い広い時間幅を設定できる。受信信号伝搬時間２０は、大腿骨を治療する場合、送信用トランスデューサ４から軟部組織、骨折部位付近、大腿骨、大腿骨外側上顆付近を経由して受信用トランスデューサ５に至る超音波伝搬経路の長さでほぼ決まる。従って、骨折部位が受信用トランスデューサ５から近いほど受信信号伝搬時間２０は短く、また超音波の減衰が小さいので受信信号振幅１９は大きくなる傾向を示す。信号の特徴値の少なくとも一つを判定装置６の記録手段１６に記録し、判別条件として扱う。患者は判別条件を記録した判定装置６を用いて治療を行う。
本実施例では受信信号振幅１９及び受信信号伝搬時間２０を用いることで、簡便に判別できる。受信信号振幅１９の波形は通常正弦波もしくはこれに類似の波形であり、その周波数は受信用トランスデューサ固有の共振周波数である。従って受信用トランスデューサ５は送信用トランスデューサ４と同じ周波数特性を示すものを用いた方が、トランスデューサに伝搬してくる超音波の機械的エネルギーを電気信号に効率よく変換する上で好都合である。
受信回路１５内には適切なアンプと狭帯域のバンドパスフィルター（本例では中心周波数が１．５ＭＨｚ）を備えて、受信信号のＳ／Ｎを良くしてやるのが好ましい。前記の基本周波数１．５ＭＨｚ、バースト幅１０μｓの検査用超音波の場合、電子回路により正確に１５個のパルス波で送信用トランスデューサを駆動するが、送信用トランスデューサが発する超音波は駆動信号がなくなっても、わずかの間持続する発信特性を有し、超音波の機械的エネルギーを電気信号に変換する受信用トランスデューサにも受信特性があるので、受信信号時間幅２１は前記バースト幅と同じわけではないが、同じ位置に正確に両トランスデューサを装着すれば再現性はある。骨折の治癒過程での軟部組織の厚み変化、骨折部位の骨生成による超音波の伝搬経路長の変化や伝搬物質の密度変化等により、受信信号伝搬時間２０はわずかに変化する要因を持っているが、受信信号伝搬時間２０と同程度の測定再現性はある。これに対して受信信号振幅１９の再現性は、特に送信用トランスデューサ４の照射軸のわずかな違いが大腿骨を伝搬する超音波エネルギー（強度）に変化を来たすために、受信信号伝搬時間２０のそれより劣ることが多い。従って、判別のための特徴値としては、受信信号振幅１９は広い誤差範囲を設ける必要がある。そのため、測定精度を高めるために、受信信号伝搬時間２０や受信信号時間幅２１のどちらか、もしくは両方を特徴値として併用することが好ましい。
なお、受信信号振幅１９は、略正弦波の最大値、最小値に追従するピークホールド回路とマイコン内蔵のＡ／Ｄ変換機能を使用してリアルタイムで測定することができる。また、受信信号時間幅２１は、前記のＡ／Ｄ変換値が予め設定した閾値より大きくなる区間をマイコン内で時間換算してやることにより容易に測定できる。受信信号伝搬時間２０もまた容易に測定できる。
治療中に位置の確認を行う別の方式として、治療用超音波を検査用超音波と兼ねて使用することもできる。この場合、図７に示すように、先ず２００μｓ幅の治療用超音波２５を照射し、その照射後から次の治療用超音波が照射されるまでの８００μｓの間に適切な判別区間ｔ３−ｔ４を設けて、受信用トランスデューサ５で骨を伝播した検査用超音波２６を検出し、判別区間内に検出した信号より、送信用トランスデューサ４の位置の適否を判別する。判別区間を設けるとき、超音波を照射する２００μｓの間を含めないのは、同じ装置内で超音波を発信するために生ずる、周波数成分が同じノイズが受信回路の信号に現れ、Ｓ／Ｎを悪くするためである。判別区間の開始タイミングは送信用トランスデューサ４の駆動パルスが停止した時点ではなく、その時点から超音波出射がなくなるまでの時間を十分見込んだ時点をｔ３にするのが、Ｓ／Ｎとして最も良い。また、ｔ４は超音波受信終了後に誤差を考慮して設定できる。このように適切な判別区間を設けて受信用トランスデューサ５で骨を伝搬した超音波を検出し、治療を行うと同時に送信用トランスデューサ４の位置の確認を行うこともできる。
骨折部位３を治療する時には、医療機関で決定された位置に送信用トランスデューサ４と受信用トランスデューサ５を、固定手段１０、１１を用いて取付け、検査用超音波の照射を行い、受信用トランスデューサ５が接続された受信回路１５で電圧信号に変換して検出された受信信号が持つ特徴値と、判定装置６の記録手段１６に予め記録された判別条件との比較を行う。
判別条件としては、医療機関での位置決定時の特徴値を基準値とし、これと治療時の特徴値を比較して、受信信号振幅１９については基準値±５０％以内、受信信号伝搬時間２０については基準値±２０％以内の差であれば正しい照射位置と本実施例では判断している。特徴値が、設定範囲から逸脱した場合には、表示手段１８で治療位置が正しくないことを表示する。一方、特徴値が設定範囲内であった場合、正しい照射位置であると表示手段１８で示す。この場合、送信用トランスデューサ４から照射する超音波条件を検査用超音波から治療用超音波に変更し、治療を開始する。あるいは、送信用トランスデューサ４を外し、超音波骨折治療用の治療用トランスデューサを送信用トランスデューサ４の装着位置と同じ位置に、正確に装着して治療を開始する。
図２に装置構成要素の一例を示す。
判定装置６は判定手段であって、制御手段１３、発信回路１４、受信回路１５、記録手段１６、電力供給手段１７、表示手段１８、及び判別手段２２を備えている。トランスデューサ４から照射される超音波の駆動信号は発信回路１４からケーブル８を通して伝達される。骨を伝搬した超音波を受信用トランスデューサ５で検出した場合に生じる電気信号は、ケーブル９を通して、受信回路１５にて電圧信号として検出し、制御手段１３によって演算され、記録手段１６で特徴値として保存される。電力供給手段１７は内蔵電源もしくは外部電源から他の手段、回路に電力を供給する手段であり、超音波骨折治療器の駆動源となる。例えば制御手段１３はマイコン及び周辺回路から容易に構成でき、記憶手段（メモリ）１６は半導体メモリから構成される。表示部１８は表示手段であって、判定装置６の状態、超音波照射の判定結果等の情報を表示する手段である。表示部として、例えばＬＣＤ等で容易に構成できるし、またＬＥＤを利用することでも容易に構成可能であり、機能を実現できる。本実施例ではＬＣＤを用いている。判別手段２２は、送信用トランスデューサ４が照射した超音波が骨折部位３に照射されていることを判定する手段で、例えば判別演算回路や、記録された特徴値と受信信号の特徴値との比較などを上記マイコンによって行われる。
他の特徴値として、判別手段２２内に設けたコンパレータ回路により受信信号を予め定めた閾値（マイコンのＤ／Ａ変換機能により記憶手段１６から導出した信号）と比較することによって得られる、受信信号の振幅が閾値を越える正弦波の個数（換言すれば周波数）を用いることもできる。この場合、医療機関で位置決定時に用いる閾値は適切に設定し、治療時にはその５０％を閾値として使用する。
図４に本発明の超音波の発信と受信の機構を二つの装置で実現した例を示す。送信用トランスデューサ４は発信装置２４から検査用超音波と治療用超音波のそれぞれの超音波を照射する装置である。発信装置２４は超音波骨折治療器そのものでも良い。受信用トランスデューサ５は受信装置２３に接続されており、骨を伝搬した超音波を電気信号として受信し、受信装置２３で骨に超音波が適切な位置に照射されているかどうかを判断する。
本態様では、各装置が小型化でき、使いやすくなる利点がある。また受信用トランスデューサ５と受信装置２３を一体化することで受信用ケーブル９がなくなり、より小型化することもできる。また、受信装置２３が超音波を発信する機構から独立することにより、同じ周波数特性成分を持つ、発信装置が発する外部ノイズを受けにくい受信装置にできる利点もある。
発信機構と受信機構を別々に実現した場合の、発信機構の一例を図５に、受信機構の一例を図６に示す。図５の発信機構は、制御手段１３、発信回路１４、及び表示手段１８を備える発信装置２４、電力供給手段１７、ケーブル８、及び送信用トランスデューサ４を備える。図６の受信機構は、制御手段１３、受信回路１５、記録手段１６、表示手段１８、及び判別手段２２を備える受信装置２３、電力供給手段１７、ケーブル９及び受信用トランスデューサ５を備える。それぞれの構成要素の作用などは、上述した実施例と同様に構成してもよい。この場合、特徴値としては、受信信号伝搬時間２０より受信信号振幅等の特徴値を用いる方が装置として簡単ではあるが、発信装置２４から受信装置２３に、治療用超音波を発信および又は停止するタイミング信号を、ケーブル（図示せず）もしくは無線（図示せず）等により送ることで、受信信号伝搬時間２０も特徴値として容易に利用できる。受信信号伝搬時間２０も特性値として利用することにより、利用しない場合に比較して検出精度が高まる。また、前記ケーブルもしくは無線等により、超音波が治療対象骨に照射していると判定した場合、発信装置２４へ治療用超音波を照射するように指示を送ることもできる。
図８は受信用トランスデューサを２つ用いて、大腿骨骨折に本発明の装置を用いた例を示している。受信用トランスデューサ５は大腿骨外側上顆に装着し、第二受信用トランスデューサ２７を大腿骨大転子に装着した。骨折している骨の遠位と近位の両端に受信用トランスデューサを装着することにより、本発明の装置は、骨の位置のみでなく、骨折位置も正確に認識することができる。ここで示す遠位とは、対象となる骨の体幹から遠い位置を示し、近位とは、対象となる骨の体幹に近い位置を示す。
図１０に骨折位置に照射したときの受信信号例を示す。遠位部受信信号２９が受信用トランスデューサ５で受信しており、近位部受信信号３０が第二受信用トランスデューサ２７で受信した信号である。照射位置から大腿骨外側上顆と大腿骨大転子それぞれの距離に対応した受信信号が得られる。医療機関で、特徴値の基準値としてこの受信信号を記録手段１６に記録する。超音波が骨に照射されているが骨折位置とは異なる場合、遠位と近位のそれぞれの信号で、送信用トランスデューサ４との距離が、基準値を記録した条件より近くなった受信用トランスデューサの信号の伝搬時間が短くなり、振幅が大きくなり、送信用トランスデューサ４との距離が、基準値を記録した条件より遠くなった受信用トランスデューサの信号の伝搬時間が長くなり、振幅が小さくなる傾向がある。医療機関での位置決定時の特徴値を基準値とし、これと治療時の特徴値を比較して、遠位部受信信号振幅３１と近位部受信信号振幅３２については基準値±５０％以内、遠位部受信信号伝搬時間３３と近位部受信信号伝搬時間３４については基準値±２０％以内の差であれば正しい照射位置と本実施例では判断している。
図９に受信用トランスデューサを２つ用いた装置構成要素の一例を示す。
判定装置６は、制御手段１３、発信回路１４、受信回路１５、記録手段１６、電力供給手段１７、表示手段１８、及び判別手段２２を備えている。送信用トランスデューサ４から照射される超音波の駆動信号は発信回路１４からケーブル８を通して伝達される。骨を伝搬した超音波を受信用トランスデューサ５、また第二受信用トランスデューサ２７で検出した場合に生じる電気信号は、ケーブル９，２８を通して、受信回路１５にてそれぞれ電圧信号として検出し、制御手段１３によって演算され、記録手段１６で特徴値として保存される。電力供給手段１７は内蔵電源もしくは外部電源から他の手段、回路に電力を供給する手段であり、超音波骨折治療器の駆動源となる。例えば制御手段１３はマイコン及び周辺回路から容易に構成でき、記憶手段１６は半導体メモリから構成される。表示手段１８は、判定装置６の状態、超音波照射の判定結果等の情報を表示する手段である。表示手段として、例えばＬＣＤ等で容易に構成できるし、またＬＥＤを利用することでも容易に構成可能であり、機能を実現できる。本実施例ではＬＣＤを用いている。判別手段２２は、送信用トランスデューサ４が照射した超音波が骨折部位３に照射されていることを判定する手段で、例えば記録された特徴値と受信信号の特徴値との比較などを上記マイコンによって行われる。
次に、本発明の超音波骨折位置検査器の適応例を、超音波骨折治療器の場合と同様に、大腿骨の骨折位置を判別する場合を例に図１を参照して示す。
固定手段１０を用いて検査用超音波を発信する送信用トランスデューサ４を大腿に装着する。送信用トランスデューサ４と体表１２との間に、超音波伝搬物質７を介在させる。また、大腿骨２付近の体表１２の、送信用トランスデューサ４を設置した箇所とは別の箇所に、受信用のトランスデューサ５を固定する。受信用トランスデューサ５の固定は、送信用トランスデューサ４と同様、固定手段１１を用いて固定する。受信用トランスデューサ５と体表１２との間にも超音波伝搬物質７を介在させる。
受信用トランスデューサ５の設置箇所は、骨を伝搬した超音波を受信できる場所であればどこでもよい。具体的には、検査対象である骨に近い体表で、軟部組織１が薄い、検査対象骨の近位端や遠位端が好ましい。軟部組織１が薄い箇所とは，体表を介して体を触ったときに、骨の存在が確認できる箇所が好ましい。この場所であれば、体表から骨までの距離が非常に短く、骨を伝搬した超音波が軟部組織を伝わるとき、伝搬した超音波が到達する体表の範囲に受信用トランスデューサを設置されている可能性が高く、伝搬する超音波の減衰も小さいからである。例えば、検査対象となる骨が大腿骨であれば、大腿骨外側上顆付近や大腿骨内側上顆付近又は大腿骨大転子等がある。図１では、大腿骨外側上顆付近に設置している。他の例として、上腕骨を検査対象とする際には、上腕骨外側上顆付近や上腕骨内側上顆付近に、受信用トランスデューサを設置するとよい。このように、受信用トランスデューサ５を軟部組織１が薄い箇所に設置することによって、骨内部をその骨軸方向に伝搬して来る超音波を確実に受信用トランスデューサ５で受信することが可能であり、従来の技術では超音波を受信できなかったという問題を解決することができる。
また、受信用トランスデューサの固定箇所が関節部位であることが多いため、固定手段１１は、関節部位での固定が容易な形態が望まれる。例えば二本以上のベルトを用いて、大腿骨であれば大腿と下腿にベルトを巻くことで、大腿骨内側上顆もしくは大腿骨外側上顆へずれることなく固定することができる。そのほか、ポリウレタンゲル等の接着性のある材料を受信用トランスデューサの超音波受信面及び／又は周辺に貼り付けることで、目的の位置の体表に固定できる。
送信用トランスデューサ４の位置が正しいことを確認するタイミングは、医療機関での医療従業者による診断時や、治療開始前に行う。治療終了後に確認として行うこともできる。
判定装置６の発信回路１４から送信用トランスデューサ４に検査用超音波の発信信号を送る場合、超音波信号の条件として、軟部組織１や骨２を伝搬する条件であれば良く、検査用超音波は周波数５０ｋＨｚ−３ＭＨｚの連続波もしくは基本周波数５０ｋＨｚ−３ＭＨｚ、バースト幅５−２０００μｓ、繰返し周波数１０Ｈｚ−１０ｋＨｚ（周期１００ｍｓ−０．１ｍｓ）の断続波、超音波出力の時間平均と空間平均は、０．５−１００ｍＷ／ｃｍ２が好ましい。超音波の直進性を考慮した場合、周波数は５００ｋＨｚ−３ＭＨｚが好ましく、バースト幅は５−５０μｓの短い方が信号解析が容易になる。
本実施例では、検査用超音波条件として基本周波数１．５ＭＨｚ、バースト幅１０μｓ、繰り返し周波数１ｋＨｚ、超音波出力の時間平均と空間平均が１．５ｍＷ／ｃｍ２を用いている。
次に、送信用トランスデューサ４が正しい位置に設置されていることを確認する方法の例を述べる。
送信用トランスデューサ４が正しい照射位置に設置されている場合、超音波が骨折部位３に照射される。骨折部位３に照射された超音波は大腿骨２の長軸方向に伝わり、骨を伝搬した超音波を、大腿骨外側上顆付近に設置した受信用トランスデューサ５を用いて受信する。受信用トランスデューサで信号が受信できないときは、その状況を、下記記載の表示手段（表示部）１８に示す。この表示された情報から、超音波が骨折部位３に照射されていないことがわかる。この場合は、送信用トランスデューサ４の設置位置や向きを変えて、信号を受信用トランスデューサ５で受信できるまで操作を繰り返す。信号を受信でき、それが下記記載の記録手段（メモリ）１６にて予め設定された信号振幅周波数等の判別条件を満たす場合には、骨折部位３に超音波が照射できていると下記記載の判別手段（判別演算回路）２２が判断し、その結果が情報として表示手段（表示部）１８に示されることから、骨折部位３に正しく照射していることを判断できる。
送信用トランスデューサ４の位置を確認する判別条件として、患者ごとに対応する超音波伝搬特徴値を用いることもできる。
最初に医療機関で正しい照射位置を決定するとき、図３に示すように、受信用トランスデューサ５で検出した信号に基づき、受信信号振幅１９、受信信号伝搬時間２０、受信信号時間幅２１及び受信信号の周波数等を信号の特徴値として測定することが出来る。図３の縦軸と横軸が交わる時間ｔ０は、検査用超音波の照射終了時間を示しており、本実施例では、検査用超音波の照射から１０μｓ後、つまり検査用超音波照射終了時の時間をｔ０としている。検査用超音波受信開始前の時間ｔ１と検査用超音波受信終了後の時間ｔ２の間が、前記判別区間である。なお、時間ｔ１とｔ２の判別区間は受信信号伝搬時間２０、及び受信信号時間幅２１から誤差を考慮して、受信信号時間幅２１より広い時間幅を設定できる。受信信号伝搬時間２０は、大腿骨を治療する場合、送信用トランスデューサ４から軟部組織、骨折部位付近、大腿骨、大腿骨外側上顆付近を経由して受信用トランスデューサ５に至る超音波伝搬経路の長さでほぼ決まる。従って、骨折部位が受信用トランスデューサ５から近いほど受信信号伝搬時間２０は短く、また超音波の減衰が小さいので受信信号振幅１９は大きくなる傾向を示す。信号の特徴値の少なくとも一つを判定手段６の記録手段（メモリ）１６に記録し、判別条件として扱う。患者は判別条件を記録した判定装置６を用いて治療開始の準備を行う。
本実施例では受信信号振幅１９及び受信信号伝搬時間２０を用いていることで、簡便に判別できる。受信信号振幅１９の波形は通常正弦波もしくはこれに類似の波形であり、その周波数は受信用トランスデューサ固有の共振周波数である。従って受信用トランスデューサ５は送信用トランスデューサ４と同じ周波数特性を示すものを用いた方が、トランスデューサに伝搬してくる超音波の機械的エネルギーを電気信号に効率よく変換する上で好都合である。
受信回路１５内には適切なアンプと狭帯域のバンドパスフィルター（本例では中心周波数が１．５ＭＨｚ）を備えて、受信信号のＳ／Ｎを良くしてやるのが好ましい。前記の基本周波数１．５ＭＨｚ、バースト幅１０μｓの検査用超音波の場合、電子回路により正確に１５個のパルス波で送信用トランスデューサを駆動するが、送信用トランスデューサが発する超音波は駆動信号がなくなってもわずかの間持続する発信特性を有し、超音波の機械的エネルギーを電気信号に変換する受信用トランスデューサにも受信特性があるので、受信信号時間幅２１は前記バースト幅と同じわけではないが、同じ位置に正確に両トランスデューサを装着すれば再現性はある。骨折の治癒過程での軟部組織の厚み変化、骨折部位の骨生成による超音波の伝搬経路長の変化や伝搬物質の密度変化等により、受信信号伝搬時間２０はわずかに変化する要因を持っているが、受信信号時間幅２１と同程度の測定再現性はある。これに対して受信信号振幅１９の再現性は、特に送信用トランスデューサ４の照射軸のわずかな違いが大腿骨を伝搬する超音波エネルギー（強度）に変化を来たすために、受信信号伝搬時間２０のそれより再現性が劣ることが多い。従って、判別のための特徴値としては、受信信号振幅１９は広い誤差範囲を設ける必要がある。そのため、測定精度を高めるために、受信信号伝搬時間２０や受信信号時間幅２１のどちらか、もしくは両方を特徴値として併用することが好ましい。
なお、受信信号振幅１９は、略正弦波の最大値、最小値に追従するピークホールド回路とマイコン内蔵のＡ／Ｄ変換機能を使用してリアルタイムで測定することができる。また、受信信号時間幅２１は、前記のＡ／Ｄ変換値が予め設定した閾値より大きくなる区間をマイコン内で時間換算してやることにより容易に測定できる。受信信号伝搬時間２０もまた容易に測定できる。
骨折部位３を検査するときには、医療機関で決定された位置に送信用トランスデューサ４と受信用トランスデューサ５を、固定手段１０、１１を用いて取付け、検査用超音波の照射を行い、受信用トランスデューサ５が接続された受信回路１５で電圧信号に変換して検出された受信信号が持つ特徴値と、判定手段６の記録手段１６に予め記録された判別条件との比較を行う。
判別条件としては、医療機関での位置決定時の特徴値を基準値とし、これと治療時の特徴値を比較して、受信信号振幅１９については基準値±５０％以内、受信信号伝搬時間２０については基準値±２０％以内の差であれば正しい照射位置と本実施例では判断している。特徴値が、設定範囲から逸脱した場合には、表示手段（表示部）１８で治療位置が正しくないことを表示する。一方、特徴値が設定範囲内であった場合、正しい照射位置であると表示手段（表示部）１８で示す。このように本発明の超音波骨折位置検査器で正しい位置が確認できた場合、送信用トランスデューサ４を外し、超音波骨折治療器のトランスデューサを、送信用トランスデューサ４の装着箇所と同じ箇所に正確に装着して骨折治療を開始する。
超音波骨折位置検査器の装置構成要素の一例を、超音波骨折治療器の場合と同様、図２を参照して示す。
判定装置６は、制御手段１３、発信回路１４、受信回路１５、記録手段（メモリ）１６、電力供給手段１７、表示手段（表示部）１８、及び判別手段（判別演算回路）２２を備えている。トランスデューサ４から照射される超音波の駆動信号は、発信回路１４からケーブル８を通して伝達される。骨を伝搬した超音波を受信用トランスデューサ５で検出した場合に生じる電気信号は、ケーブル９を通して、受信回路１５にて電圧信号として検出し、制御手段１３によって演算され、記録手段（メモリ）１６で特徴値として保存される。電力供給手段１７は内蔵電源もしくは外部電源から他の手段、回路に電力を供給する手段であり、超音波骨折位置検査器の駆動源となる。例えば制御手段１３はマイコン及び周辺回路から容易に構成でき、記憶手段１６は半導体メモリから構成される。表示手段（表示部）１８は、判定手段６の状態、超音波照射の判定結果等の情報を表示する手段である。表示手段（表示部）として、例えばＬＣＤ等で容易に構成できるし、またＬＥＤを利用することでも容易に構成可能であり、機能を実現できる。本実施例ではＬＣＤを用いている。判別手段（判別演算回路）２２は、送信用トランスデューサ４が照射した超音波が骨折部位３に照射されていることを判定する手段で、例えば記録された特徴値と受信信号の特徴値との比較などを上記マイコンによって行われる。
他の特徴値として、判別手段（判別演算回路）２２内に設けたコンパレータ回路により受信信号を予め定めた閾値（マイコンのＤ／Ａ変換機能により記憶手段１６から導出した信号）と比較することによって得られる、受信信号の振幅が閾値を越える正弦波の個数（換言すれば周波数）を用いることもできる。この場合、医療機関で位置決定時に用いる閾値は適切に設定し、治療時にはその５０％を閾値として使用する。
次に、本発明の超音波骨折位置検査器での発信と受信の機構を二つの装置で実現した例を図４を参照して示す。送信用トランスデューサ４は発信装置２４から検査用超音波を照射する装置である。発信装置２４は超音波骨折治療器そのものでも良い。受信用トランスデューサ５は受信装置２３に接続されており、骨を伝搬した超音波を電気信号として受信し、受信装置２３で骨に超音波が適切な位置に照射されているかどうかを判断する。本態様では、各装置が小型化でき、使いやすくなる利点がある。また受信用トランスデューサ５と受信装置２３を一体化することで受信用ケーブル９がなくなり、より小型化することもできる。また、受信装置２３が超音波を発信する機構から独立することにより、同じ周波数特性成分を持つ、発信装置が発する外部ノイズを受けにくい受信装置にできる利点もある。
本発明の超音波骨折位置検査器において発信機構と受信機構を別々に実現した場合の、発信機構の一例を図５と同様に、受信機構の一例を図６と同様に構成できる。図５の発信機構は、制御手段１３、発信回路１４、及び表示手段（表示部）１８を備える発信装置２４、電力供給手段１７、ケーブル８、及び送信用トランスデューサ４を備える。図６の受信機構は、制御手段１３、受信回路１５、記録手段（メモリ）１６、表示手段（表示部）１８、及び判別手段（判別演算回路）２２を備える受信装置２３、電力供給手段１７、ケーブル９及び受信用トランスデューサ５を備える。それぞれの構成要素の作用などは、上述した実施例と同様に構成してもよい。この場合、特徴値としては、受信信号伝搬時間２０より受信信号振幅等の特徴値を用いる方が装置として簡単ではあるが、発信装置２４から受信装置２３に、検査用の超音波を発信および又は停止するタイミング信号を、ケーブル（図示せず）もしくは無線（図示せず）等により送ることで、受信信号伝搬時間２０も特徴値として容易に利用できる。受信信号伝搬時間２０も特性値として利用することにより、利用しない場合に比較して検出精度が高まる。
本実施例の超音波骨折検査器においても、図８で説明したのと同様、受信用トランスデューサを２つ用いて、大腿骨骨折の検査に用いることができる。受信用トランスデューサ５は大腿骨外側上顆に装着し、第二受信用トランスデューサ２７を大腿骨大転子に装着する。この場合も、骨折している骨の遠位と近位の両端に受信用トランスデューサをそれぞれ装着することにより、骨折位置をより正確に認識することができる。ここで示す遠位とは、対象となる骨の体幹から遠い位置を示し、近位とは、対象となる骨の体幹に近い位置を示す。
受信信号例や装置構成要素についても、超音波骨折治療器について図９と図１０で示したものと同様のものが、超音波骨折位置検査器にも適用可能である。
本発明の超音波骨折治療器、骨折治療用受信装置、及び超音波骨折位置検査器は、骨折部位以外の骨に超音波を照射する場合にも利用することが可能である。骨折部位以外の骨に超音波を照射する場合は、骨密度の測定個所の決定や骨腫瘍などへの超音波温熱療法を用いる場合の位置決定が挙げられる。
本発明の超音波骨折治療器、骨折治療用受信装置、及び超音波骨折位置検査器において、作用の共通する要素については、同じ構成を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、治療用超音波を骨折部位に正確に照射していることを確認することが可能となる。かつ、本発明は、骨に超音波を照射したときの骨の反射波ではなく、骨を伝搬した超音波を利用するので、骨の形状、骨の部位、又は軟部組織の厚みによる影響が従来方法に比べ小さい。よって、簡単に使用可能な超音波骨折治療器並びに超音波受信装置を提供することができる。また、骨折位置を判別するための超音波骨折位置検査器は、検査用超音波を送信できれば良いので、超音波骨折治療器と比較してより簡便な装置とすることができる。これにより、低コストの生産が可能となり、発信回路の構成も容易にできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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