(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の一定距離Ｌ１の間隔を有し、骨の中へ超音波信号を送信するための少なくとも２つの送信機（１００，１０２）と、
骨から超音波信号を受信するための少なくとも２つの受信機（１０４，１０６）とを備え、
前記送信機（１００，１０２）は、前記受信機（１０４，１０６）の間に位置し、
第１の送信機（１００）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機（１０４，１０６）間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機（１０２）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差との平均で既知の距離Ｌ１を割ることによって、前記受信機（１０４，１０６）が受信した超音波信号に基づいて骨内の超音波速度を計算し、骨密度情報を形成するための処理装置（１０１）も備えることを特徴とする、骨密度情報の形成のための超音波装置。
【請求項２】
距離Ｌ１の間隔を有し、骨の中へ前記超音波信号を送信するための少なくとも２つの送信機（１００，１０２）と、
骨から超音波信号を受信するための少なくとも２つの受信機（１０４，１０６）と、
骨の中へ超音波信号を送信するための少なくとも１つの送信機（１０８）であって、第１の受信機（１０４）および第２の受信機（１０６）の間において、第１の送信機（１００）から既知の距離Ｌ３および第２の送信機（１０２）から既知の距離Ｌ４に位置する送信機（１０８）とを備え、
前記送信機（１００，１０２）は、前記受信機（１０４，１０６）の間に位置し、
既知の距離Ｌ１，Ｌ３およびＬ４を用い、
超音波信号の質を調査するため、前記受信機（１０４，１０６）が受信した超音波信号に基づいて既知の距離Ｌ１，Ｌ３およびＬ４に対する超音波速度を計算し、前記既知の距離Ｌ１，Ｌ３およびＬ４の速度値の差を検出するための処理装置（１０１）を備えることを特徴とする、骨密度情報の形成のための超音波装置。
【請求項３】
骨の中へ超音波信号を送信するための少なくとも２つの送信機（１００，１０２）と、
距離Ｌ２の間隔を有し、骨から超音波信号を受信するための少なくとも２つの受信機（１０４，１０６）と、
骨から超音波信号を受信するための少なくとも１つの受信機（１１０）であって、第１の送信機（１００）および第２の送信機（１０２）の間において、第１の受信機（１０４）から既知の距離Ｌ５および第２の受信機（１０６）から既知の距離Ｌ６に位置する受信機（１１０）とを備え、
既知の距離Ｌ２，Ｌ５およびＬ６を用い、
超音波信号の質を調査するため、前記受信機（１０４，１０６）が受信した超音波信号に基づいて既知の距離Ｌ２，Ｌ５およびＬ６に対する超音波速度を計算し、前記既知の距離Ｌ２，Ｌ５およびＬ６の速度値の差を検出するための処理装置（１０１）を備えることを特徴とする、骨密度情報の形成のための超音波装置。
【請求項４】
送信機（１００，１０２）として、多周波数送信機（１００，１０２）の少なくとも１つの基本特性周波数を用いることにより骨密度を測定する場合において、超音波信号用に様々な周波数を形成するための少なくとも２つの多周波数送信機と、
受信機（１０４，１０６）として、多周波数受信機（１０４，１０６）の少なくとも１つの基本特性周波数を用いることにより骨密度を測定する場合において、様々な周波数を含む前記超音波信号を受信するための少なくとも２つの多周波数受信機と、
距離Ｌ１の間隔を有し、骨の中へ前記超音波信号を送信するための少なくとも２つの前記送信機（１００，１０２）と、
距離Ｌ２の間隔を有し、骨から超音波信号を受信するための少なくとも２つの前記受信機（１０４，１０６）とを備え、
既知の一定距離Ｌとして、距離Ｌ１およびＬ２の少なくとも１つを用い、
第１の送信機（１００）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機（１０４，１０６）間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機（１０２）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差との平均で前記既知の距離Ｌを割ることによって、前記受信機（１０４，１０６）が受信した前記超音波信号に基づいて骨内の超音波速度を計算し、骨密度情報を形成するための処理装置（１０１）も備えることを特徴とする、骨密度情報の形成のための超音波装置。
【請求項５】
送信機（１００，１０２）として、異なる骨密度を測定する場合において、超音波信号用に異なる周波数を形成するための多周波数送信機と、受信機（１０４，１０６）として、異なる骨密度を測定する場合において、異なる周波数を含む前記超音波信号を受信するための多周波数受信機とを備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の超音波装置。
【請求項６】
超音波信号の質を調査するため、骨の中へ超音波信号を送信するための少なくとも１つの送信機（１０８）であって、前記送信機（１０８）は、第１の送信機（１００）から既知の距離Ｌ３および第２の送信機（１０２）から既知の距離Ｌ４に位置する請求項１，３または４のいずれか１つに記載の超音波装置。
【請求項７】
超音波信号の質を調査するため、骨から超音波信号を受信するための少なくとも１つの受信機（１１０）であって、前記受信機（１１０）は、第１の受信機（１０４）から既知の距離Ｌ５および第２の受信機（１０６）から既知の距離Ｌ６に位置する請求項１，２または４のいずれか１つに記載の超音波装置。
【請求項８】
プログラムで統合された較正プログラムからなる較正装置と、既知の距離Ｌ１を較正するための較正部（１１２）とを備え、前記較正部（１１２）において様々な温度における超音波速度が既知である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波装置。
【請求項９】
既知の一定距離Ｌ１の間隔を有する少なくとも２つの送信機（１００，１０２）によって骨の中へ送信し、
超音波信号を、少なくとも２つの受信機（１０４，１０６）によって骨から受信し、
前記送信機（１００，１０２）は、前記受信機（１０４，１０６）の間に位置し、
骨内の超音波速度は、第１の送信機（１００）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機（１０４，１０６）間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機（１０２）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機（１０４，１０６）間の超音波信号の伝達時間差との平均で既知の距離Ｌ１を割るようにして、前記受信機（１０４，１０６）が受信した超音波信号に基づいて骨密度情報を形成するために計算することを特徴とする、骨密度情報の形成のための方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの受信機（１０４，１０６）によって骨から超音波信号を受信し、
距離Ｌ１の間隔を有する少なくとも２つの送信機（１００，１０２）によって骨の中へ超音波信号を送信し、
第１の受信機（１０４）および第２の受信機（１０６）の間において、第１の送信機（１００）から既知の距離Ｌ３および第２の送信機（１０２）から既知の距離Ｌ４に位置する少なくとも１つの送信機（１０８）によって骨の中へ超音波信号を送信し、
前記送信機（１００，１０２）は、前記受信機（１０４，１０６）の間に位置し、
Ｌ１，Ｌ３およびＬ４は既知の距離であり、
超音波信号の質を調査するため、前記受信機（１０４，１０６）が受信した超音波信号に基づいて既知の距離Ｌ１，Ｌ３およびＬ４に対する超音波速度を計算し、前記既知の距離Ｌ１，Ｌ３およびＬ４の速度値の差を検出することを特徴とする、骨密度情報の形成のための方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの送信機（１００，１０２）によって骨の中へ超音波信号を送信し、
距離Ｌ２の間隔を有する少なくとも２つの受信機（１０４，１０６）によって骨から超音波信号を受信し、
第１の送信機（１００）および第２の送信機（１０２）の間において、第１の受信機（１０４）から既知の距離Ｌ５および第２の受信機（１０６）から既知の距離Ｌ６に位置する少なくとも１つの受信機（１１０）によって骨から超音波信号を受信し、
Ｌ２，Ｌ５およびＬ６は既知の距離であり、
超音波信号の質を調査するため、前記受信機（１０４，１０６）が受信した超音波信号に基づいて既知の距離Ｌ２，Ｌ５およびＬ６に対する超音波速度を計算し、前記既知の距離Ｌ２，Ｌ５およびＬ６の速度値の差を検出することを特徴とする、骨密度情報の形成のための方法。
【請求項１２】
送信機（１００，１０２）として、多周波数送信機を用いて多周波数送信機（１００，１０２）の少なくとも１つの基本特性周波数を利用し、受信機（１０４，１０６）として、多周波数受信機の骨密度を測定する場合において様々な周波数を含む前記超音波信号を受信するための多周波数受信機を用いて多周波数受信機（１０４，１０６）の少なくとも１つの基本特性周波数を利用することによって、様々な周波数を含む超音波信号で骨密度測定が行われ、
距離Ｌ１の間隔を有する少なくとも２つの前記送信機（１００，１０２）によって骨の中へ前記超音波信号を送信し、
距離Ｌ２を有する少なくとも２つの前記受信機（１０４，１０６）によって骨から前記超音波信号を受信し、
既知の一定距離Ｌとして、距離Ｌ１およびＬ２の少なくとも１つを用い、
骨内の超音波速度を、第１の送信機（１００）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機（１０４，１０６）間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機（１０２）から前記超音波信号を受信するそれらの受信機（１０４，１０６）間の超音波信号の伝達時間差との平均で既知の前記距離Ｌを割るようにして、前記受信機（１０４，１０６）が受信した前記超音波信号に基づいて骨密度情報の形成のために計算することを特徴とする、骨密度情報の形成のための方法。
【請求項１３】
様々な骨密度を測定する場合において超音波信号用に様々な周波数を形成するためのそれらの送信機（１００，１０２）として多周波送信機およびそれらの受信機（１０４，１０６）として多周波数受信機を用いることにより、様々な骨密度測定を様々な周波数を含む超音波信号で行う請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記送信機は、超音波信号の質を調査するため、骨の中へ超音波信号を送信する少なくとも１つの送信機（１０８）であって、前記送信機（１０８）は、第１の送信機（１００）から既知の距離Ｌ３および第２の送信機（１０２）から既知の距離Ｌ４に位置する請求項９，１１または１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
前記受信機は、超音波信号の質を調査するため、少なくとも１つの受信機（１１０）によって骨から超音波信号を受信し、前記受信機（１１０）は、第１の受信機（１０４）から既知の距離Ｌ５および第２の受信機（１０６）から既知の距離Ｌ６に位置する請求項９，１０または１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
距離Ｌ１を確認するため、超音波の速度が様々な温度において知られている較正部（１１２）を用いて較正測定を行い、当該較正測定において、
較正部（１１２）の温度を測定し、
較正する距離Ｌ１に対する較正部内の超音波の伝達時間を測定し、
測定温度で較正部（１１２）において測定された伝達時間および既知の超音波速度に基づいて距離Ｌ１を計算する請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
様々な理由から骨の密度が減少して骨格が弱くなり、様々な種類の骨折の危険性を増大させる。この現象は、骨粗鬆症と呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
骨の密度は、骨を透過してきたX線の減衰を測る測定装置によって測定される。これらの装置は比較的高価である。特に、このような理由のため、骨の中または表面上を伝搬する機械的振動、すなわち超音波の測定に基づいた装置および方法が普及してきた。
【０００３】
特許公報ＥＰ１５０７４７６Ａ１（ＣＥＮＴＲＥ  ＮＡＴ  ＲＥＣＨ  ＳＣＩＥＮＴ）に先行技術による超音波測定の装置が開示されている。当該先行技術において、少なくとも１つの送信機を用いて超音波を骨に送信し、いくつかの受信機を用いて受信する。そしてこれらの受信機間の距離はせいぜい１ｃｍである。骨粗鬆症の情報は、フーリエ変換または行列計算を利用することによって形成された超音波空間−時間−周波数図に基づいて決定される。
【０００４】
公報ＥＰ１５０７４７６Ａ１において、適用可能な周波数の範囲は１００ｋＨｚ−５ＭＨｚとされているが、実際にはＥＰ１５０７４７６Ａ１に開示されている送信機および受信機は、せいぜい０．５ｃｍしか離れておらず、１ＭＨｚ以下の周波数は適用可能でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行技術による骨の測定結果の形成には、最大の障害として、十分かつ信頼に足る測定結果を得るには、超音波信号の受信のために少なくとも１０、実際には、それより多くの受信機を用いる必要がある。これは経済的コストを増大させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の目的は、骨密度の測定を容易にうまく行うための方法および前記方法を利用する手頃な価格の装置である。これは骨密度の情報を形成する超音波装置により実現される。前記超音波装置は、骨密度情報の形成のため、距離Ｌ１を有し、骨の中へ超音波信号を送信するための少なくとも２つの送信機と、距離Ｌ２を有し、骨から超音波信号を受信するための少なくとも２つの受信機とを備え、較正された既知の距離Ｌとして、距離Ｌ１およびＬ２の少なくとも１つを用い、第１の送信機から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差との平均で既知の距離を割ることによって、前記受信機が受信した超音波信号に基づいて骨内の超音波速度を計算し、骨密度情報を形成するための処理装置を備える。
【０００７】
この発明の目的は骨密度情報の形成のための方法でもある。この方法において、距離Ｌ１の間隔を有する少なくとも２つの送信機によって骨の中へ超音波信号を送信し、距離Ｌ２の間隔を有する少なくとも２つの受信機によって骨から超音波信号を受信し、較正された既知の距離Ｌとして、Ｌ１およびＬ２の少なくとも１つを用い、第１の送信機から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差との平均で既知の距離Ｌを割るようにして、前記受信機が受信した超音波信号に基づいて骨密度情報を形成するために計算する。
【０００８】
この発明による骨密度測定において、超音波の伝搬速度が測定される。前記超音波は骨表面または骨内を伝搬し、実質的には骨の表面方向に沿って伝搬して超音波速度の測定に基づく先行技術の骨密度測定方法に存在する問題を最小限に抑える。この発明は、０．５ＭＨｚ以下の周波数で実施するのが好ましく、この発明の利用においてはフーリエ変換の使用は必要ない。
【０００９】
この発明は、軟組織および骨を通り抜けて最速ルートに沿って伝搬する超音波の速度計算に基づいて、骨粗鬆症のための応答データを決定することを基礎とする。この方法において、異なる場所に位置する少なくとも２つの送信機を用いて超音波信号を骨の中へ送信し、異なる場所に位置する受信機によって各超音波信号を骨から受信する。送信機または受信機間の距離Ｌは既知である。
この発明はさらに、較正部の温度を測定し、較正部で較正する距離Ｌに対する超音波の伝達時間を測定し、前記測定温度において較正部で測定された伝達時間および既知の超音波速度に基づいて距離Ｌを計算することを基礎とする。較正された距離情報は、第１の送信機から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差との平均で既知の距離を割るようにして、前記受信機が受信した超音波信号に基づいて骨密度情報を形成するため、骨内の超音波速度の計算に利用される。
【００１０】
この発明の利点は、骨粗鬆症が骨折を引き起こす前に、測定によって確実に発見し、栄養物の変更または薬物の使用によって骨粗鬆症の予防を可能にすることである。骨粗鬆症が十分早期に発見されれば、様々な保護手段を用いることによって骨折の危険性も最小限に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、測定のため皮膚上に設置するこの発明による測定ヘッドを示す。
【図２】図２は、この発明の第１の好ましい実施形態による測定を示す。
【図３】図３は、この発明の第２の好ましい実施形態による測定を示す。
【図４】図４Ａ−４Ｂは、超音波の質を調査するためのこの発明による超音波装置を示す。
【図５】図５は、この発明による処理装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
超音波は、様々な媒質およびそれらの界面において様々な伝搬特性を有する媒質内を伝搬する機械的振動と描写できる。超音波の周波数が同一のとき、媒質の組成によって速度が変化する。
【００１３】
この発明による実施形態においては、２つの超音波センサを用いるだけで十分である。第１のセンサは骨の中へ超音波を送信するための送信機であり、第２のセンサは骨から超音波を受信するための受信機である。実際には、骨とセンサ間の軟組織層が、軟組織層が有する様々な組成および厚さに依存する測定エラーを引き起こす。それゆえ、超音波センサを２つだけ用いることは、医学の分野において満足しうる測定結果を得るには、しばしば不十分である。
【００１４】
この発明による超音波装置の測定ヘッドは、列をなした少なくとも４つの超音波センサを備え、そのうち少なくとも２つのセンサを患者に超音波信号を送信するために用い、少なくとも２つのセンサを患者から超音波信号を受信するために用いる。
【００１５】
図１は、測定のため皮膚上に設置するこの発明による測定ヘッドを示す。図１は、横断面図として軟組織層１０５および骨１０７を示す。測定ヘッドは、軟組織層を通り抜けて超音波を骨の中へ送信するための少なくとも２つの送信機１００，１０２と、軟組織層を通り抜けて骨から超音波を受信するための少なくとも２つの受信機１０４，１０６とを備える。測定ヘッド１０３から処理装置１０１に有線または無線のデータ接続１０９があり（図４Ｂ）、前記処理装置は受信機が受信した測定データを処理する。
【００１６】
図２に示されるこの発明の第１の好ましい実施形態において、骨密度情報の形成のための超音波装置は、骨の中へ超音波信号を送信するための２つの送信機１００，１０２を測定ヘッド１０３内に備える。前記送信機間の距離Ｌ１は既知である必要はない。測定された既知の距離Ｌ２の間隔を有するように設置した測定ヘッド１０３内の受信機１０４，１０６によって、骨から超音波信号を受信する。第１の送信機が少なくとも１つのパルス状の超音波信号を、軟組織を通り抜けて骨の中へ送信するように超音波の第１の伝達時間測定を行う。超音波は骨表面または骨内を伝搬する。骨表面または骨内を伝搬するとき超音波は減衰し、骨および軟組織の接合部分を通じて超音波エネルギーの一部が軟組織に移る。超音波が第１の受信機１０４近くに到達すると、超音波エネルギーの一部が軟組織を通り抜けて第１の受信機に移り、超音波の他の部分がさらに伝搬する。超音波が第１の受信機と同じ方向でさらに遠くに位置する第２の受信機１０６近くに到着すると、超音波エネルギーの一部は、軟組織を通り抜けて第２の受信機に移り、超音波の他の部分はさらに遠くに伝搬する。
【００１７】
超音波信号の伝搬速度は、軟組織がなければ、送信機から受信機まで、あるいは第１の受信機から第２の受信機まで、互いの距離が既知のとき、骨に沿って信号の伝達に要する時間の測定によって得られる。実際の測定においては、その限度として、信号が軟組織を通り抜ける時間に測定結果に影響を与える未知の位置要因がある。信号が２つの受信機間を伝達する時間を測定するとき、軟組織を通り抜ける時間は、軟組織が両方の受信機において等しく同じ厚さなら誤差を生じない。実際の測定においては、これは真実ではなく、受信機において軟組織を通り抜けた伝達時間差に依存して時間測定に誤差が生じる。
この発明による実施形態においては、第１の送信機１００から送信された前記超音波信号と同様に、第２の送信機から少なくとも１つのパルス状の超音波信号を、実質的に反対方向から受信機１０４，１０６に軟組織を通り抜けて骨の中へ送信することによって第２の超音波の伝達時間測定を行い、前記誤差を取り除く。それゆえ、第２の送信機１０２が送信した前記超音波は、最初に第２の受信機１０６に到達し、その後、第１の受信機１０４に到達する。受信機１０４，１０６は、第１の送信機１００が送った超音波信号を受信するのと同様に、適時異なる順序で、第２の送信機が送った超音波信号を受信する。
【００１８】
前記第１および第２の伝達時間測定において、軟組織層を通り抜ける伝達時間の間の抽出（extraction）によって引き起こされる変化は同じであるが反対符号、すなわち絶対値は同じである。受信機１０４，１０６間の既知の距離Ｌ２、すなわち骨表面に投影された距離を第１および第２の伝達時間測定における測定時間値の平均値で割り、軟組織層によって引き起こされた測定誤差を前記のように除去することによって超音波速度を計算する。送信機１００，１０２から受信機１０４，１０６への距離は既知である必要はなく、測定ヘッド１０３および軟組織間の関係を正確に調整する必要はない。
【００１９】
この発明の第１の好ましい実施形態は、以下のような方程式で与えられる。
【００２０】
【数１】
0005592275.tif 000002
【００２１】
ここで、Ｖは超音波の速度、Ｌ２は受信機間の既知の距離、ｔ０は第１の送信機から送られる超音波の送信時間、ｔ１は第２の送信機から送られる超音波の送信時間、ｔｂ０は第１の送信機から送られてきた超音波信号を第１の受信機が受信する時間、ｔｃ０は第１の送信機から送られてきた超音波信号を第２の受信機が受信する時間、ｔｂ１は第２の送信機から送られてきた超音波信号を第１の受信機が受信する時間、ｔｃ１は第２の送信機から送られてきた超音波信号を第２の受信機が受信する時間である。
【００２２】
図３に示されるこの発明の第２の好ましい実施形態は、この発明の前記第１の好ましい実施形態に極めて似ているが、主な違いは、計算に必要な既知の距離は受信機１０４，１０６の間に位置する送信機１００，１０２間の既知の距離である。前記受信機１０４，１０６間の距離Ｌ２は、この発明の第２の好ましい実施形態において既知である必要はない。この発明の第１の好ましい実施形態のように、送信機および受信機１０４，１０６を測定ヘッド１０３に列をなして設置する。超音波の第１の伝達時間測定は、第１の送信機が軟組織を通り抜けて骨の中へ少なくとも１つのパルス状の超音波信号を送信するように行い、超音波は骨表面または骨内を伝搬する。骨表面または骨内を伝搬するとき超音波は減衰し、骨および軟組織の接合部分を通じて超音波エネルギーの一部が軟組織に移る。超音波が第１の受信機１０４の近くに到達すると、超音波エネルギーの一部が軟組織を通り抜けて受信機１０４に移る。超音波が受信機１０４と反対方向でさらに遠くに位置する受信機１０６近くに到達すると、超音波エネルギーの一部は、軟組織を通り抜けて受信機１０６に移る。
【００２３】
この発明の第２の好ましい実施形態において、超音波の第２の伝達時間測定は、第２の送信機１０２から少なくとも１つのパルス状の超音波信号を、軟組織を通り抜けて骨の中へ送信することによって行われ、超音波は骨表面または骨内を伝搬する。超音波が受信機１０６の近くに到達すると、超音波エネルギーの一部が軟組織を通り抜けて受信機１０６に移る。超音波が受信機１０４と反対方向において、さらに遠くに位置する受信機１０４の近くに到達すると、超音波エネルギーの一部は、軟組織を通り抜けて受信機１０４に移る。
第１および第２の伝達時間測定において、軟組織層を通り抜ける伝達時間の間の抽出によって引き起こされる変化は同じであるが反対符号、すなわち絶対値は同じである。送信機１００，１０２間の既知の距離Ｌ１、すなわち骨表面に投影された距離を第１および第２の伝達時間測定における測定時間値の平均値で割り、軟組織層により生じた測定誤差を前記のように除去することによって超音波速度を計算する。送信機１００，１０２から受信機１０４，１０６への距離は既知である必要はなく、測定ヘッド１０３および軟組織間の関係は正確に調整される必要はない。
【００２４】
この発明の第２の好ましい実施形態は、以下のような方程式で与えられる。
【００２５】
【数２】
0005592275.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｖは超音波の速度、Ｌ１は送信機間の既知の距離、ｔ０は第１の送信機から送られる超音波の送信時間、ｔ１は第２の送信機から送られる超音波の送信時間、ｔｂ０は第１の送信機から送られてきた超音波信号を第１の受信機が受信する時間、ｔｃ０は第１の送信機から送られてきた超音波信号を第２の受信機が受信する時間、ｔｂ１は第２の送信機から送られてきた超音波信号を第１の受信機が受信する時間、ｔｃ１は第２の送信機から送られてきた超音波信号を第２の受信機が受信する時間である。
【００２７】
第１および第２の実施例において、超音波装置は、受信機１０４，１０６が受信する超音波信号に基づいて骨内の超音波速度を計算することによって骨密度情報を形成するための処理装置１０１（図５）を備える。図５に示される処理装置１０１に、受信機が受信する測定データがデータ接続１０９を介して中継される。処理装置は表示装置１１１に接続された処理装置、キーボードを備えるコンピュータまたはその同等物である。当該処理装置から処理された測定データが調査でき、当該キーボードから制御処理コマンド等が処理装置に、および処理装置を介して超音波装置全体に与えられる。処理装置１０１は、第１の送信機１００から前記超音波信号を受信する受信機１０４，１０６間の超音波信号の伝達時間差と、第２の送信機１０２から前記超音波信号を受信するそれらの受信機間の超音波信号の伝達時間差との平均によって既知の距離を割るようにして計算を行う。測定データの処理に必要な電子装置は、処理装置１０１内以外の他の場所、例えば測定ヘッド１０３内にも設置可能である。この発明の第１の好ましい実施形態において、既知の距離は受信機間の距離Ｌ２であり、この発明の第２の好ましい実施形態において、既知の距離は送信機間の距離Ｌ１である。いずれの実施形態においても、この発明の利点は既知の距離が少なくとも１ｃｍのときに最適化されるが、この発明はそれより短い距離でも使用可能である。
【００２８】
この発明の好ましい実施形態において、超音波装置は、異なる時間に異なる送信機１００，１０２で骨の中へ超音波信号を送信するための送信機１００，１０２を備える。
【００２９】
送信機１００，１０２として、様々な骨密度を測定する場合（instances）における超音波信号用に様々な周波数を形成するための多周波数送信機を用いることができる。また、受信機１０４，１０６として、様々な骨密度を測定する場合における様々な周波数を含む前記超音波信号を受信するための多周波数受信機を用いることができる。様々な周波数を用いて行うこれらの骨密度測定は、調査すべき対象の相互補完的な骨密度情報を与える。好ましい実施形態において、送信機１００，１０２は骨の中へ１００−５００ｋＨｚの周波数の超音波信号を送信し、受信機１０４，１０６は骨から１００−５００ｋＨｚの周波数の超音波信号を受信する。
用語「多周波数」の一般的な説明は、例えば、ＵＳ−ＴＩＰ（超音波技術情報ポータル）"http://www.us-tip.com/serv1.php?type=db"から見ることができる。
【００３０】
図４Ａ−４Ｂにおいて、この発明による超音波装置用の較正装置が示されている。この発明の第１および第２の好ましい実施形態において、測定ヘッド１０３は、送信機１００，１０２および受信機１０４，１０６が、相互の相対位置が同一に保たれるよう、しっかり測定ヘッドに固定されるように作製される。
【００３１】
測定ヘッドの製造の間、較正部１１２の温度を測定し、較正部内で較正する距離Ｌに対する超音波の伝達時間を測定し、その後、測定された伝達時間および前記温度における較正部１１２内の既知の超音波速度に基づいて伝達時間および速度を掛けることによって、距離Ｌを計算する。この発明の第１の好ましい実施形態において、距離Ｌ２に対して較正を行い、この発明の第２の好ましい実施形態において、距離Ｌ１に対して較正を行う。当該測定において、例えば、プラスチックのような骨を模倣した材料を含む較正部１１２を用いることができる。超音波装置のユーザに較正装置とともに較正部１１２を供給し、超音波装置の使用中にチェックのための較正を行うこともできる。
【００３２】
較正プログラムは、超音波装置とともに供給される較正装置の一部として、処理装置１０１（図５）の処理にプログラムで統合される。当該装置は、様々な温度における既知の距離に対して距離Ｌを較正するため、測定ヘッドの製造段階で必要となる前記較正部１１２を含むこともできる。この発明による骨密度測定を実施するとき、温度Ｔも測定する。そして、測定された温度に基づいて、より正確な骨密度情報の形成のための較正を行うことにより、較正プログラムは骨内の超音波速度の計算のために用いる既知の距離Ｌに関する正確な情報を計算する。
【００３３】
図４Ａは、超音波信号の質を調査するためのこの発明の第１の好ましい実施形態による超音波装置を示す。前記超音波装置は、超音波信号の質を調査するための測定ヘッド１０３内に、骨からの超音波信号を受信する少なくとも１つの受信機１１０を備える。前記受信機は、第１の受信機１０４から既知の距離Ｌ５に、第１の送信機１００および第２の送信機１０２間の第２の受信機１０６から既知の距離Ｌ６に位置する。図２に示されるように、既知の距離Ｌ２は、受信機１０４，１０６間の距離である。この発明の第１の好ましい実施形態に関連して、受信機１１０は、送信機１００によって第１の方向から、送信機１０２によってその反対方向から送信する超音波信号を受信機１０４，１０６とともに受信する。そして、受信した信号に基づいて既知の距離Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６における超音波速度を計算する。もし、既知の距離Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６における超音波速度が明らかに異なる、あるいはいくつかの速度値が測定さえできないことが判明すると、いくつかの超音波センサが皮膚の表面上に適切に接触していないか、あるいはいくつかの超音波センサが故障していることに留意しうる。速度間の大きな差は、例えば５％になりうるが、これよりずっと小さくも、ずっと大きくもなりうる。このように、ユーザはセンサの測定位置をより良くするように教えられ、測定ヘッド１０３が制御チェックやサービスを要するときは、自動的に警報を鳴らすサービス警報を行うことができる。
【００３４】
図４Ｂは、超音波信号の質を調査するためのこの発明の第１の好ましい実施形態による超音波装置を示す。前記超音波装置は、超音波信号の質を調査するための測定ヘッド１０３内に、骨からの超音波信号を送信する少なくとも１つの送信機１０８を備える。前記送信機１０８は、第１の送信機１００から既知の距離Ｌ３に、第１の受信機１０４および第２の受信機１０６間の第２の送信機１０２から既知の距離Ｌ４に位置する。図３に示されるように、既知の距離Ｌ１は、送信機１００，１０２間の距離である。各送信機によって次々に送信した信号を受信機１０４，１０６が受信し、受信した信号に基づいて既知の距離Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４における音速値を計算する。もし、既知の距離Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４における超音波速度が明らかに異なる、あるいはいくつかの速度値が測定さえできないことが判明すると、いくつかの超音波センサが皮膚の表面上に適切に接触していないか、あるいはいくつかの超音波センサが故障していることに留意しうる。速度間の大きな差は、例えば５％になりうるが、これよりずっと小さくも、ずっと大きくもなりうる。このように、ユーザはセンサの測定位置をより良くするように教えられ、測定ヘッド１０３が制御チェックやサービスを要するときは、自動的に警報を鳴らすサービス警報を行うことができる。
【００３５】
図４Ａに関連して、最高速度を有する第１の波が第２の波よりも低いバースト状の超音波によって、より発展した方法で品質検査を行うことができる。第１の好ましい実施形態（図２）で述べたように既知の距離Ｌ５，Ｌ６およびＬ２を用いることにより、受信機１０４，１０６および１１０が受信することによって超音波速度を測定する。もし、距離Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４における超音波速度が明らかに異なり、例えば５％になるか、あるいはいくつかの速度値が測定さえできないことが判明すると、いくつかの受信機または送信機が皮膚の表面上に適切に接触していないか、いくつかの受信機または送信機が故障していることに留意しうる。これは、例えば皮膚上に接触不良を有する受信機が第１の低い波を受信できない、および／または接触不良を有する送信機が極低超音波しか送信していないことにより引き起こされる。速度間の大きな差は、例えば５％になりうるが、これよりずっと小さくも、ずっと大きくもなりうる。
【００３６】
図４Ｂに対応して、この発明の第２の好ましい実施形態（図３）で述べたように既知の距離Ｌ３，Ｌ４およびＬ１を用いることにより、送信機１００，１０２および１０８が送信した超音波を受信機１０４，１０６が受信することによって超音波速度を測定する。もし、受信機が受信した超音波速度が明らかに異なり、例えば５％であることが判明すると、いくつかの受信機が皮膚の表面上に適切に接触していないか、いくつかの受信機が故障していることに留意しうる。これは、例えば皮膚上に接触不良を有する受信機が第１の低い波を受信できない、および／または接触不良を有する送信機が極低超音波しか送信していないことにより引き起こされる。速度間の大きな差は、例えば５％になりうるが、これよりずっと小さくも、ずっと大きくもなりうる。
【符号の説明】
【００３７】
１００，１０２，１０８・・・送信機
１０１・・・処理装置
１０３・・・測定ヘッド
１０４，１０６，１１０・・・受信機
１０５・・・軟組織層
１０７・・・骨
１０９・・・データ接続
１１１・・・表示装置
１１２・・・較正部
Ｌ・・・較正された既知の距離
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４・・・送信機間の距離
Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６・・・受信機間の距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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