(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して物理波ビームを走査するビーム走査手段と、
前記物理波ビームの走査により得られる受信信号に基づいて、各ビーム走査位置ごとの骨の性状値を演算する性状値演算手段と、
前記各ビーム走査位置ごとの骨の性状値から性状値分布を生成する性状値分布生成手段と、
前記性状値分布に基づいて骨の強さに関わる評価値を演算する評価値演算手段と、
を含むことを特徴とする骨評価装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記物理波ビームは超音波ビームであり、
前記ビーム走査手段は前記超音波ビームを機械的に又は電子的に走査する手段であり、
前記性状値は、超音波の減衰又は音速に関わる値であることを特徴とする骨評価装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記評価値演算手段は、前記性状値分布の形状に基づいて前記評価値を演算することを特徴とする骨評価装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記評価値は、前記性状値分布における中央部と端部の高低差を反映したものであることを特徴とする骨評価値。
【請求項５】
請求項３記載の装置において、
前記評価値は、前記性状値分布のＭ字形状度合いを反映したものであることを特徴とする骨評価装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
標準値が登録されるデータベースを含み、
前記評価値演算手段は、前記性状値分布についての形状解析の結果値を前記データベースに登録された標準値と比較することによって前記評価値を演算することを特徴とする骨評価装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記各ビーム走査位置における骨の厚みを計測する手段を含み、
前記性状値分布生成手段は、前記各ビーム走査位置ごとの骨の性状値を前記各ビーム走査位置における骨の厚みで規格化することにより前記性状値分布を生成することを特徴とする骨評価装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記骨の厚みを計測する手段は、骨表面に対して超音波を送波し且つ骨表面からの反射波を受波することにより骨表面位置を求める手段を含むことを特徴とする骨評価装置。
【請求項９】
第１方向に沿って、被検体に対して第１物理波ビームを走査する第１ビーム走査手段と、
前記第１方向に交差する第２方向に沿って、前記被検体に対して第２物理波ビームを走査する第２ビーム走査手段と、
前記第１物理波ビームの走査により得られる受信信号に基づいて、前記第１方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第１性状値を演算する第１性状値演算手段と、
前記第１方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第１性状値から第１性状値分布を生成する第１性状値分布生成手段と、
前記第２物理波ビームの走査により得られる受信信号に基づいて、前記第２方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第２性状値を演算する第２性状値演算手段と、
前記第２方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第２性状値から第２性状値分布を生成する第２性状値分布生成手段と、
前記第１性状値分布及び前記第２性状値分布に基づいて骨の強さに関わる評価値を演算する評価値演算手段と、
を含むことを特徴とする骨評価装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、
前記評価値演算手段は、前記第１性状値分布及び前記第２性状値分布に基づいて、骨内部の空間的な骨梁分布から定義される所定のモーメント値として前記評価値を演算することを特徴とする骨評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は骨評価装置に関し、特に、骨の強さの計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨評価装置は、Ｘ線や超音波を用いて骨の性状を評価する装置である。Ｘ線を用いた骨評価の場合には、被測定部位に対してＸ線が照射され、被測定部位を透過したＸ線についての減衰量から骨塩量が求められる。超音波を用いた骨評価の場合には、被測定部位に対して超音波が送波され、被測定部位を通過した超音波について音速や減衰を観測することによって骨の力学的特性あるいは構造的特性を表す評価値が演算される。特許文献１には、Ｘ線の計測と超音波の計測とを組み合わせて骨の性状を評価する骨評価装置が開示されている。特許文献２には、超音波の減衰、特に減衰特性の傾きを骨評価に利用することが開示されている。特許文献３には、超音波ビームを位置決めする機構が開示されている。
【０００３】
従来においては、対象となった骨全体について性状値が計測されており、性状値の空間的な分布（の形状）を積極的に解析、評価することは行われていない。特許文献４，５には、骨において生じた超音波の散乱により生じる散乱超音波の分布が計測されている。しかし、その分布は、骨の各位置における性状値の変化を反映したものではなく、骨全体についての構造的性質を反映したものである。特許文献６の図５にはＭ字形を有する音速分布が示されている。しかし、それは測定位置を決定するためのものに過ぎず、それ自体の形状を評価することは行われていない。なお、特許文献７には、骨を透過した超音波の受信信号（Ａモード波形）を処理することが記載されている。特許文献８には、Ｘ線計測に基づいて骨梁画像を形成することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２２９６０号公報
【特許文献２】特開平７−３１６１２号公報
【特許文献３】特開平７−２０４２０５号公報
【特許文献４】特開平８−１１７２２５号公報
【特許文献５】特開平９−８４７８８号公報
【特許文献６】特開平９−２２４９３５号公報
【特許文献７】特開２００１−９５７９７号公報
【特許文献８】特開平８−１６４１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来においては、骨全体の性状値、あるいは、特定位置における骨の性状値が計測されており、性状値の空間的な分布（の形状）を積極的に解析、評価することは行われていない。Ｘ線ＣＴ装置などを利用して、骨について二次元あるいは三次元の構造解析を行うこともできるが、そのような装置は非常に高価で、装置規模も大掛かりとなり、簡便に診断を行うことは難しい。また被ばく量が多いという問題もある。骨の強さは、その内部構造（特に骨梁の分布パターン）に大きく影響されるものと考えられ、内部構造の違いによる骨の強さの違いを簡便な機構で計測することが望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、骨の強さを簡便に計測することにある。本発明の他の目的は、骨梁の粗密分布を簡便に計測することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る骨評価装置は、被検体に対して物理波ビームを走査するビーム走査手段と、前記物理波ビームの走査により得られる受信信号に基づいて、各ビーム走査位置ごとの骨の性状値を演算する性状値演算手段と、前記各ビーム走査位置ごとの骨の性状値から性状値分布を生成する性状値分布生成手段と、前記性状値分布に基づいて骨の強さに関わる評価値を演算する評価値演算手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
骨の強さ（あるいは骨折しやすさ）は、骨内部の組成や構造に依存する。後述するように、骨梁は骨の剛性に直接影響するところ、その骨梁の総量が同じであれば、骨梁分布の状態によって骨の強さが変化すると考えられる。上記の性状値分布は、ビーム走査方向における骨の内部構造の変化を反映したものであって、骨内部において骨梁分布に粗密（密度変化）が存在すれば、それが性状値分布に表れることになる。そこで、性状値分布を取得し、それを何らかの手法によって定量解析することにより、骨梁分布の状態を推定することが可能となり、つまり、骨の強さを指標する１つの評価値を求めることが可能となる。
【０００９】
そこで、上記構成においては、骨を有する被検体に対して物理波ビームが走査され、この走査によって、各ビーム走査位置ごとに骨の性状（性質あるいは状態）を反映した性状値が演算される。そして、それらから生成される性状値分布に基づいて骨の強さに関わる評価値が演算される。その評価値は、基本的には、骨梁分布の観点から見た骨梁分布評価値として位置付けられる。そのような評価値と共に、必要に応じて他の評価値を併せて考慮し、これによって骨を総合的に診断するようにしてもよい。
【００１０】
上記の物理波は、被ばくの観点から見て超音波であるのが望ましいがＸ線であってもよい。物理波ビームは望ましくは直線的に一次元走査されるが、二次元走査あるいは三次元走査されてもよい。その走査は機械的に行われてもよいが、電子的に行われてもよい。性状値としては、超音波の減衰量や音速値、あるいは、Ｘ線の減衰量などをあげることができる。各ビーム走査位置で取得された性状値をそのままマッピングすることによって性状値分布を形成するようにしてもよいし、各性状値に対する規格化演算などを適用した上でその演算結果をマッピングすることによって性状値分布を形成するようにしてもよい。性状値分布の解析により評価値が演算される。性状値分布を表示器に表示するようにしてもよい。性状値分布の解析結果を統計的に求められる標準評価値とつき合わせて評価値を求めるようにしてもよい。性状値分布の解析手法としては後述するように各種の方法が考えられる。
【００１１】
望ましくは、前記物理波ビームは超音波ビームであり、前記ビーム走査手段は前記超音波ビームを機械的に又は電子的に走査する手段であり、前記性状値は、超音波の減衰又は音速に関わる値である。超音波を用いれば被ばくの問題を回避できる。但し、超音波に代えてＸ線を用いることも可能であり、また、超音波とＸ線の両方を用いることも可能である。いずれにしても、Ｘ線ＣＴ装置のような大掛かりな回転機構は不要であり、物理波ビームを直線走査する機構が１又は複数設けられる。
【００１２】
望ましくは、前記評価値演算手段は、前記性状値分布の形状に基づいて前記評価値を演算する。一般に、骨内部における骨梁分布が性状値分布に反映されると考えられるので、その形状を解析することによって、骨梁構造の観点から骨折の危険度を評価することが可能となる。
【００１３】
望ましくは、前記評価値は、前記性状値分布における中央部と端部の高低差を反映したものである。望ましくは、前記評価値は、前記性状値分布のＭ字形状度合いを反映したものである。計測対象となる骨にもよるが、一般に、一次元の性状値分布においては、骨の中央部から両端部にかけて性状値が連続的に変化する傾向を認めることができる。性状値分布の形状を簡易に解析するためには、その形状における幾つかの代表値を参照するのが望ましく、そのような代表値として中央部の値、端部の値、最大値、最小値、勾配などをあげることができる。例えば、超音波の減衰量を性状値とする場合において、性状値分布を観測すると、それは大なり小なりＭ字形状を呈し、しかも骨内部における周囲部に骨梁がより多く偏在した場合にはＭ字形状度合いが強くなる（中央部がより落ち込んで両端部がより立ち上がる）。よって、Ｍ字形状度合いを評価することによって、骨梁の偏在度を推定することができ、ひいては骨の強さについての１つの指標値を得られる。
【００１４】
望ましくは、標準値が登録されるデータベースを含み、前記評価値演算手段は、前記性状値分布についての形状解析の結果値を前記データベースに登録された標準値と比較することによって前記評価値を演算する。標準値は、一定の幅をもったものであってもよい。標準値からのズレ量を評価値として提供するのが望ましい。データベースにおいては、被検体に関する様々な属性をキー項目として管理し、実測された値を同じ条件下における標準値と比較するのが望ましい。
【００１５】
望ましくは、前記各ビーム走査位置における骨の厚みを計測する手段を含み、前記性状値分布生成手段は、前記各ビーム走査位置ごとの骨の性状値を前記各ビーム走査位置における骨の厚みで規格化することにより前記性状値分布を生成する。このような規格化によれば、少なくとも厚みに関する個体差の影響を排除でき、骨梁分布に起因する性状値分布の形状変化をより的確に且つより客観的に捉えることができる。
【００１６】
望ましくは、前記骨の厚みを計測する手段は、骨表面に対して超音波を送波し且つ骨表面からの反射波を受波することにより骨表面位置を求める手段を含む。外形計測用の超音波送受波器と性状値計測用の超音波送受波器とを別々の超音波振動子で構成することもできるし、同じ超音波振動子で構成することもできる。後者によれば装置構成を簡易化できる。
【００１７】
（２）本発明に係る骨評価装置は、第１方向に沿って、被検体に対して第１物理波ビームを走査する第１ビーム走査手段と、前記第１方向に交差する第２方向に沿って、前記被検体に対して第２物理波ビームを走査する第２ビーム走査手段と、前記第１物理波ビームの走査により得られる受信信号に基づいて、前記第１方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第１性状値を演算する第１性状値演算手段と、前記第１方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第１性状値から第１性状値分布を生成する第１性状値分布生成手段と、前記第２物理波ビームの走査により得られる受信信号に基づいて、前記第２方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第２性状値を演算する第２性状値演算手段と、前記第２方向における各ビーム走査位置ごとの骨の第２性状値から第２性状値分布を生成する第２性状値分布生成手段と、前記第１性状値分布及び前記第２性状値分布に基づいて骨の強さに関わる評価値を演算する評価値演算手段と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、互いに交差する第１方向及び第２方向について第１性状値分布及び第２性状値分布を取得することができ、それらに基づいて評価値が演算される。第１性状値分布及び第２性状値分布から骨梁の二次元分布を推定することも可能であり、そのような二次元分布から以下のような所定のモーメント値を演算することも可能である。望ましくは、第１方向と第２方向は直交関係にある。第１物理波ビームの走査と第２物理波ビームの走査は同時にあるいは時分割で実行される。骨梁の二次元分布を推定するために、必要であれば、対象骨の外形を計測するのが望ましい。超音波ビームを三次元走査することも可能である。対象骨は踵骨であるのが望ましいが、それ以外の骨であってもよい。
【００１９】
望ましくは、前記評価値演算手段は、前記第１性状値分布及び前記第２性状値分布に基づいて、骨内部の空間的な骨梁分布から定義される所定のモーメント値として前記評価値を演算する。所定のモーメント値としては断面二次モーメント、最小断面二次モーメント、断面二次極モーメント、重心回りのモーメント、などをあげることができるが、骨梁の偏在性を指標するものあるいは構造力学的観点からの骨の強さを定量的に指標するものであれば他の物理量であってもよい。なお、骨梁の二次元分布を推定できる場合にはそれを模式的に表す画像を形成して、それを表示するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、骨の強さを簡便に計測できる。あるいは、骨梁の粗密分布を簡便に計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
まず、図１及び図２を用いて本実施形態に係る骨評価の原理について説明する。図１（Ａ）には骨構造モデルが示されている。この骨構造モデルは原理説明のために作成されたものであって、実際の骨の構造をそのまま反映したものではない。（Ａ）に示す骨構造モデルにおいて、符号１０は軟組織を示しており、その軟組織１０内には評価対象としての骨１１が存在している。骨１１は例えば踵骨であるが、本発明が対象とする骨はそれには限定されない。骨１１は、大別して、外郭部分としての皮質骨１２と、その内部に存在する海綿骨１４とで構成される。（Ｂ）には、（Ａ）に示す部分領域１６の拡大図が示されている。海綿骨１４は、主にカルシウム等で構成されている小柱状の骨梁１８と、骨梁間に存在している骨髄２０と、からなるものである。ここで、骨梁は固体であって剛性を有している。一方、骨髄はゼラチン状のものであって、それ自体は剛性にはほとんど寄与しないものである。
【００２３】
図２には、二種類の骨構造モデルが示されている。（Ａ）には均一モデルが示されており、（Ｂ）には偏在モデルが示されている。ここで、（Ａ）に示す均一モデルは、海綿骨１４Ａにおいて、黒点として示す骨梁が全体にわたって均一に存在しているものを表している。（Ｂ）に示す偏在モデルは、海綿骨１４Ｂ，１４Ｃにおいて中央部（１４Ｃ参照）よりも周辺部（１４Ｂ参照）の方が骨梁の密度が高いものを示している。ちなみに、（Ａ）に示す均一モデルと（Ｂ）偏在モデルにおいては、いずれも骨の全体量が同じになるように模式的な作図が行われている。各モデルにおいては、上記のように黒点が骨梁を表し、それらの隙間としての白い部分が骨髄である。（Ａ）と（Ｂ）の対比において、黒点の総面積と白い部分の総面積は互いに同一である。また皮質骨の量も互いに同一である。
【００２４】
それらの二つのモデルを構造力学的に比較した場合、明らかに、（Ａ）に示す均一モデルよりも（Ｂ）に示す偏在モデルの方が折れにくい骨であると言える。つまり、一般に、骨の量が同じであれば、剛性を発揮する骨梁が骨の周辺部により多く分布している方が、外力が加わった場合における抗力が大きくなる。これは、構造力学的にすなわち数学的に解析を行えばより明らかであり、例えば断面二次モーメントや断面二次極モーメントなどを計算すれば明らかとなる。上述したように、図２においても各モデルは発明原理を説明するためのものであり、実際の骨の中の構造は多様性を呈するが、いずれにしても、骨梁分布が骨の剛性に影響を与える１つの主要な要因であることを理解することができる。
【００２５】
したがって、以下に詳述するように、超音波ビームあるいはＸ線ビームを骨に対してスキャンし、これによって性状値を取得することにより、その性状値の分布の形態から骨梁分布を推定することができ、ひいては構造力学的観点から骨の強さを評価することが可能となる。もちろん、骨の剛性を考える上では、骨塩量、皮質骨の厚みなどの他の要因も考えられるが、本実施形態においては、特に、骨梁分布に着目し、その観点から骨の健全性を診断するための１つの指標値として以下に詳述する評価値の演算を行っている。したがって、骨を総合的に診断するために、本実施形態に係る骨評価装置による評価結果のほか、他の評価結果を合わせて考慮するようにしてもよい。
【００２６】
図３には、第１実施形態に係る骨評価装置の全体構成が示されている。骨評価装置は計測部２２と演算制御部２４とで構成される。
【００２７】
計測部２２は被検体２６の両側に設けられた第１計測ユニット３２と第２計測ユニット３４とで構成される。被検体２６においては、軟組織２８内に計測対象となる骨３０が存在している。第１計測ユニット３２と第２計測ユニット３４はそれぞれ送受波器３６Ａ，３６Ｂと走査機構３８Ａ，３８Ｂとを有している。送受波器３６Ａ，３６Ｂはこの実施形態において超音波の送波あるいは受波を行う超音波振動子として構成されている。超音波振動子は単振動子であってもよいし、一次元あるいは二次元のアレイ振動子であってもよい。いずれにしても、送受波器３６Ａから超音波が放射され、音響レンズあるいは電子的なフォーカス技術の適用により超音波ビーム５０が形成される。その超音波ビーム５０は骨３０を透過する。透過した超音波は送受波器３６Ｂにて受波され、その受波により生成された受信信号が送受信ユニット４０へ出力される。
【００２８】
走査機構３８Ａ，３８Ｂは、図においてＹ方向に伸長したレールを具備しており、図示されていない駆動機構によって、レール上に沿って送受波器３６Ａ，３６Ｂを直線的に運動させることができる。送受波器３６Ａと送受波器３６Ｂは常に同じＹ方向の位置に位置決めされるようにその走査が制御されている。ちなみに、図示の例では超音波ビーム５０はＸ方向に沿って形成されている。
【００２９】
演算制御部２４は、二つの送受信ユニット４０，４２、制御ユニット４４、演算ユニット４６、データベース（ＤＢ）４７などを有している。送受信ユニット４２はこの実施形態において送受波器３６Ａに対して送信信号を供給する。これによって上述したように送受波器３６Ａから超音波が放射される。送受信ユニット４０は送受波器３６Ｂに接続されている。上述したように、送受波器３６Ｂから出力される受信信号は送受信ユニット４０に入力される。このように、図３に示す構成例において、送受信ユニット４２は送信回路として機能し、送受信ユニット４０は受信回路として機能する。なお、それぞれの送受波器３６Ａ，３６Ｂが超音波の送波及び受波の両方を行うものであってもよい。その場合においては、送受信ユニット４０，４２はそれぞれ送受信回路として機能することになる。制御ユニット４４は、上述した二つの送受信ユニット４０，４２の動作制御を行っており、特に送受信ユニット４２に対して送信制御信号を出力しており、また送受信ユニット４０から出力される受信信号を受け取って、それに対して必要な信号処理を行った後に、受信信号を演算ユニット４６へ渡している。制御ユニット４４は、走査機構３８Ａ，３８Ｂの動作制御を行っており、上述したように、常に二つの送受波器３６Ａ，３６Ｂの対向関係に維持されるようにそれらの走査制御を行っている。
【００３０】
演算ユニット４６は、受信信号を解析することにより骨の強さを表す評価値を演算するユニットである。この演算ユニット４６は、各ビーム走査位置における受信信号から骨の性状値を演算する機能、それらの性状値に基づいて一次元の性状値分布を生成する機能、性状値分布の形状を解析することにより評価値を演算する機能、などを具備している。また、その評価値の演算にあたってはデータベース４７が参照されており、これについては後に詳述する。
【００３１】
図３に示す構成例において、送受波器３６Ａと送受波器３６Ｂとの間における超音波の良好な伝播を確保するために、被検体２６及び二つの送受波器３６Ａ，３６Ｂを水槽などに浸漬させるようにしてもよい。あるいは、被検体２６の表面と各送受波器３６Ａ，３６Ｂとの間に水袋などのカップリング媒体を設けるようにしてもよい。また、上述した構成例では走査機構３８Ａ，３８Ｂを用いて超音波ビーム５０のスキャンを行っていたが、１Ｄアレイ振動子あるいは２Ｄアレイ振動子を用いて電子的に超音波ビームのスキャンを行うようにしてもよい。二次元アレイ振動子を用いれば二次元の性状値分布を得ることも可能である。
【００３２】
次に図４を用いて評価値の演算方法について説明する。上述したように、超音波ビーム５０をＹ方向に走査する様子が（Ａ）に示されている。各走査位置において取得された受信信号を解析することにより性状値が演算される。その性状値は例えば超音波の減衰量であり、あるいは超音波の音速などである。あるいはそれ以外の物理量であってもよい。いずれにしても、骨３０に対して超音波が透過したことに起因して変化する物理量を、特に骨梁の粗密が反映される物理量を、性状値として利用するのが望ましい。
【００３３】
（Ｂ）にはそのような性状値として超音波の減衰量をマッピングしたものが示されている。すなわち、性状値分布５２は各走査位置における減衰量をマッピングしたものであり、ここで減衰量はビーム上における骨塩の量に相当するものである。ちなみに、骨３０は上述同様にモデルとして表されており、（Ｂ）に示す性状値分布５２はそのモデルを前提とした場合におけるシュミレーション結果である。実際の骨を観測した場合には性状値分布５２は大なり小なりＭ字形の形状を呈する。すなわち、性状値分布５２においてその両端部は皮質骨に相当するため、そこでの減衰量は非常に大きく、その一方において中央部においては一般に骨梁があまり多くないので中央部における減衰量としては比較的低い値を呈する。
【００３４】
図５には、図２に示した二つのモデルを前提としてそれらについての性状値分布を表したものが示されている。すなわち符号５４は図２に示した均一モデルに対応し、符号５６は図２に示した偏在モデルに対応している。符号５４で示す性状値分布はＭ字形の形態を有していないが、上述したように、実際の測定結果においては大なり小なりＭ字形の形態を呈する。
【００３５】
図５において注目すべきことは、骨梁分布の状態、すなわち均一に分布しているのかあるいは周辺に多く偏在しているのかによって、性状値分布の形態が相違するということである。より詳しくは、骨梁がより周辺部に多く存在していればＭ字形状の度合いが大きくなる。すなわち、性状値分布における中央部がより低くなり、両端部がより高くなる形態になる。したがって、本実施形態では、性状値分布の形状を解析することにより、その性状値分布から骨内部における骨梁の分布、つまり骨の強さの評価値を求めるようにしている。
【００３６】
性状値分布におけるＭ字形状の度合いを定量評価する手法としてはいくつか考えられる。例えば、各位置における減衰量を性状値分布における最大値（最大の減衰量）で割って規格化し、その結果における最大値と中央部で発現する最小値との比をもって評価値とする方法が考えられる。この場合、その評価値が最大値／最小値として定義されるならば、その比が大きい方が構造面で折れにくい骨であると評価される。一方、性状値分布について平均値を求め、その平均値を基準として、性状値分布における最大値がどの程度離れているのか、あるいは最小値がどの程度離れているのかを求め、すなわちそのような差分値をもって評価値とすることも可能である。いずれにしても性状値分布における中央部と端部との間における高低差あるいは勾配を何らかの形で定量化することにより、骨の強さに関する評価を行うことが可能である。規格化演算にあたっては、上記の説明においては最大値での除算が行われていたが、例えば性状値分布の面積で規格化を行うことも可能である。ちなみに、最小値や最大値などは公知のピーク探索技術を利用すれば容易に判別することが可能である。性状値分布におけるいくつかの代表値を基準としてその形状を評価する方法のほか、パターンフィッティング法などを用いて性状値分布の形状それ自体を直接的に評価することも可能である。その場合には対象となる性状値分布をいずれかのパターンに類型化し、当該性状値分布が属するパターンとして骨の強さを評価することが可能となる。
【００３７】
また、図３に示したデータベース４７を用いてより客観的な評価を行うことも可能である。その場合には、性状値分布の形状を解析する手法に応じて、被検体に関する１または複数の属性をキー項目として、それらの組み合わせごとに統計的に求められる標準値を登録しておけばよい。すなわち、ある被検体について形状の解析結果が求まった場合、その解析結果を当該被検体が有する属性と同じ属性をもった標準値と比較し、その比較結果として評価値（相対的評価値）を算出するようにしてもよい。上記の属性としては、まず対象骨の種類を挙げることができる。これについては例えば、踵骨、橈骨、腰椎、大腿骨頚部、大腿骨長管部などの骨の種類を挙げることができる。また、人間や動物といった生物の種類を属性としてもよい。また、人間についても人種などの科目を属性とすることが可能であり、また、特に年齢や性別などを属性として管理しておくのが望ましい。このようなデータベースを用いれば、同じ条件下において標準値から実測値がどの程度外れているかをもって評価値を求めることができるという利点がある。
【００３８】
図５において、Ｌ1及びＬ2は性状値分布の両端を示している。またＬ0は中央の位置を示している。性状値分布における両端部においては皮質骨の影響が大きく、骨梁分布をより正確に評価するためにはその部分を除外して評価値の演算を行うのも好適である。その場合においては例えば中央位置Ｌ0を中心あるいは基準として、全範囲Ｗ１ではなく、部分範囲Ｗ２をウィンドウとして設定し、その範囲内において最大値、最小値、平均値などを観測するようにしてもよい。ここで、Ｑ2は性状値分布５６についての中央部に発現する最小値を示している。Ｑ1は性状値分布５６における全範囲Ｗ１内の最大値を示している。ウィンドウとして範囲Ｗ２が設定された場合には、その範囲内において最大値が特定されることになる。その最大値の特定にあたって、誤差要因が大きいと判断される場合には、最大値の代わりに勾配などを用いるようにしてもよい。いずれにしても、客観的な評価が行えるように評価値の計算方法を定めるのが望ましい。なお、上記のデータベースにおいて標準値として一定の幅をもったものを登録しておくこともできる。
【００３９】
図６及び図７には、上述した実施形態についての変形例が示されている。すなわち、上述した実施形態では、骨の厚みを考慮することなく性状値あるいは評価値の演算を行っていた。この変形例においては、図６に示されるように、骨３０の両側において、骨の外形が計測されている。具体的には、送受波器３６Ａ，３６Ｂがそれぞれ超音波の送受波を行っている。すなわち超音波を送波したのちに、骨３０の表面にて反射した反射波を受波している。送波と受波の時間間隔を計測することにより、音速から距離を求めることができる。つまり、送受波器３６Ａ，３６Ｂと骨表面との間の距離Ｌ1，Ｌ2を求めることが可能である。そして、既知である超音波ビーム５０の全経路長Ｌから上記のＬ1及びＬ2を減算すれば、結果として当該走査位置における骨の厚さＤを求めることが可能である。
【００４０】
図７には規格化演算が行われた後の性状値分布が示されている。ここで、符号６２で示される性状値分布は図２に示した均一モデルに対応し、符号６４で示される性状値分布は図２に示した偏在モデルに対応している。いずれの性状値分布においてもその横軸は単位厚みあたりの減衰量となっており、すなわち規格化後の値がマッピングされている。このように被検体の厚みによる変動分を除外した形で性状値あるいは評価値を求めれば、より客観的で信頼性のある評価を行えるという利点がある。すなわち、対象となる骨について個体差として形状のばらつきがあったとしても、客観的な評価結果を得ることができるので個体間における評価値の比較をより的確に行えるという利点がある。もちろん、このような変形例においてもデータベースに登録された標準値との比較により評価値を求めるようにしてもよい。なお、丸みをもった骨の端部において有効な反射波が得られないような場合には、その部分を性状値分布の解析対象から除外するようにしてもよい。すなわち、図５に示したような解析範囲を規定するウィンドウ（Ｗ２）を設定し、その範囲内において形状解析を行うようにしてもよい。
【００４１】
次に、図８及び図９を用いて第２実施形態に係る骨評価装置について説明する。なお、図３に示した構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
図８に示す骨評価装置は、大別して計測部２２と演算制御部２４とで構成されている。計測部２２は、図８に示す構成例において、４つの計測ユニット３２，３４，６６，６８を有している。それぞれの計測ユニット３２，３４，６６，６８は、超音波振動子としての送受波器３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄと、走査機構３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄと、を有している。計測ユニット３２，３４は図示されるようにＸ方向に沿った超音波ビーム５０を形成するものであり、その超音波ビーム５０はＹ方向に走査される。一方、計測ユニット６６，６８は図示されるようにＹ方向に沿った超音波ビーム７０を形成しており、その超音波ビーム７０はＸ方向に走査される。
【００４３】
演算制御部２４は、４つの送受信ユニット７６，７７，７８，７９、制御ユニット８２、演算ユニット８４、データベース８５などを有している。上記の４つの送受波器３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄがそれぞれ送受信ユニット７６，７７，７８，７９に接続されている。送受波器３６Ａ，３６Ｂは符号５８，６０で示されるようにＸ方向において超音波の送受波も行っており、これによってＹ方向に沿って骨表面形状が観測されている。これと同様に送受波器３６Ｃ，３６Ｄは符号７２，７４で示すようにＹ方向に超音波の送受波を行っており、これによってＸ方向に沿って骨３０の骨表面形状が観測されている。ちなみに、超音波ビーム５０，７０の形成は同時にあるいは時分割で行うことができ、これは表面形状を計測するための超音波の送受波についても同様である。すなわち、それぞれの送受波器において相互に超音波の干渉が生じない限りにおいて、同時に形状観測を行うことが可能である。
【００４４】
図９には第２実施形態に係る骨評価装置の作用が示されている。超音波ビーム５０をＹ方向に走査し、超音波ビーム７０をＸ方向に走査すると、それぞれの方向において、性状値分布８６，８８を取得することができる。ここで、それぞれの性状値分布８６，８８には上述した骨の厚さに基づく規格化演算が適用されており、すなわち各性状値は単位厚みあたりの減衰量に相当している。
【００４５】
この第２実施形態よれば、二方向から性状値分布を取得することができるので、それぞれの性状値分布に基づいて骨の強さの評価を行うことも可能であるし、以下に説明するように、対象となる骨３０についての内部構造の推定を行うことも可能である。
【００４６】
上記のような外形計測によって、骨３０についての外形状を特定することが可能である。その外形状を前提としてその内部に一定の骨梁間隔をもった海綿骨が存在するという前提を導入し、そのようなモデルを仮定してモデルにおける各座標点に存在する骨梁の直径を推定することが可能である。例えば、各座標点（格子点）に与える値をＰ（ｘ，ｙ）とし、ｘ方向における性状値としての重みをｗxとし、ｙ方向における性状値としての重みをｗyした場合、例えばＰ（ｘ，ｙ）＝ｗx×ｗyのように定義することが可能である。つまり、そのような計算式によって各格子点における骨梁の直径を与えることができる。但し、この場合における骨梁間隔は一定である。
【００４７】
このような推定演算によればモデルにおける未知パラメータに値を与えることが可能となり、当該モデルを画像化したり、そのモデルを基礎として所定のモーメントなどを演算することが可能となる。すなわち骨梁の二次元分布それ自体から所定のモーメントなどとして評価値を演算することが可能となる。上記の計算においては、骨梁の直径を可変パラメータとしたが、骨梁の直径を一定であると仮定した上で、骨梁間隔を可変パラメータと置くことも可能である。また、骨梁の直径及び間隔を両者可変パラメータとすることも可能である。その場合において、骨梁の間隔や骨梁の直径などを定義する場合には、上述同様データベースを基礎として必要な値をモデルに与えるようにしてもよい。また上述したように、そのモデルに従って二次元の断層画像を模式図として形成し、それをユーザに提供することも可能である。
【００４８】
上記の所定のモーメントとしては、材料力学の分野などにおいて周知の断面二次モーメント、最小断面二次モーメント、断面二次極モーメントなどを用いることができる。あるいは物理量の偏在度合いを指標できる他のパラメータを利用するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記の実施形態において、さらにＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に沿って、超音波ビームの走査を行い、当該方向において性状値分布の取得を行うようにしてもよい。またそれによって得られた結果も含めて所定のモーメントなどを求めることも可能である。その場合においては、重心演算を行ってその重心回りのモーメントを計算するようにしてもよい。
【００５０】
上記の実施形態においては性状値として超音波の減衰量を利用したが、それに代えて超音波の音速その他の情報を用いるようにしてもよい。また性状値の計測にあたっては超音波に代えてＸ線を用いるようにしてもよい。その場合においても上述同様の演算原理を用いて評価値を求めることが可能である。Ｘ線を用いる場合、骨の外形に関しては超音波の計測を併用するようにしてもよい。
【００５１】
上記の各実施形態によれば、Ｘ線ＣＴ装置などの大掛かりなしかも大きな被ばく量を生じる計測を行うことなく、簡易な構成及び簡易な方法によって骨の内部構造に関わる情報を計測することができ、すなわち骨について構造力学的な観点から評価値を求めることが可能である。人間を対象とする場合には、対象骨としては特に海綿骨を多く含む踵骨であるのが望ましいが、それ以外の骨を対象骨とするようにしてもよい。なお、骨梁モデルに関しては上記の特許文献４及び特許文献５などにも記述されており、そのような文献に記述された骨梁モデルを基礎として上述したように骨梁の直径や間隔を可変パラメータとして取り扱うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】骨構造モデルを説明するための図である。
【図２】均一モデルと偏在モデルとを対比説明するための図である。
【図３】第１実施形態に係る骨評価装置の全体構成を示す図である。
【図４】第１実施形態における作用を説明するための図である。
【図５】性状値分布の形状に関する解析方法を説明するための図である。
【図６】第１実施形態についての変形例を説明するための図である。
【図７】図６に示す変形例の作用を説明するための図である。
【図８】第２実施形態に係る骨評価装置の全体構成を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る骨評価装置の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  軟組織、１２  皮質骨、１４  海綿骨、１８  骨梁、２０  骨髄、２２  計測部、２４  演算制御部、３６Ａ，３６Ｂ  送受波器（超音波振動子）、４４  制御ユニット、４６  演算ユニット、５０  超音波ビーム、
【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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