(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部と該表層部で覆われたコア部とを有した測定対象物に対して、前記表層部側から超音波信号を送信して得られた反射信号を基にして前記コア部の音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定装置において、
前記超音波信号を送信し、反射信号を得る送受信センサーと、
前記送受信センサーに超音波信号を通過させるように接合された中間媒体と、
既知の音響インピーダンスを有した基準媒体と前記中間媒体との境界面からの反射信号のエコーレベルと、前記基準媒体の前記音響インピーダンスとは異なる既知の音響インピーダンスを有した校正媒体と前記中間媒体との境界面からの反射信号のエコーレベルとを基にして前記中間媒体の音響インピーダンスを求める中間媒体音響インピーダンス算出手段と、
前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記中間媒体と前記基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルと、前記中間媒体と前記測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルと、前記測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルとを基にして前記コア部の音響インピーダンスを求める音響インピーダンス算出手段とを有することを特徴とする音響インピーダンス測定装置。
【請求項２】
前記音響インピーダンス算出手段は、
前記中間媒体が前記基準媒体にセットされた場合における該中間媒体と該基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルを求める基準エコーレベル測定手段と、
前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該中間媒体と該測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルを求める表層部エコーレベル測定手段と、
前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルを求めるコア部エコーレベル測定手段と、
前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記基準エコーレベルと、前記表層部エコーレベルとを基にして表層部の音響インピーダンスを求める表層部音響インピーダンス算出手段と、
前記表層部の音響インピーダンスと、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記表層部エコーレベルと、前記コア部エコーレベルとを基にしてコア部の音響インピーダンスを求める第１コア部音響インピーダンス算出手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の音響インピーダンス測定装置。
【請求項３】
前記音響インピーダンス算出手段は、
前記中間媒体が前記基準媒体にセットされた場合における該中間媒体と該基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルを求める基準エコーレベル測定手段と、
前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該中間媒体と該測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルを求める表層部エコーレベル測定手段と、
前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルを求めるコア部エコーレベル測定手段と、
前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記基準エコーレベルと、前記表層部エコーレベルとを基にして表層部の音響インピーダンスを求める表層部音響インピーダンス算出手段と、
前記表層部に対応した反射信号の表層部パワースペクトルと、前記コア部に対応した反射信号のコア部パワースペクトルとを求めるパワースペクトル算出手段と、
前記コア部パワースペクトルを前記表層部パワースペクトルで除算して常用対数をとった場合における周波数との関係値を求める関係値算出手段と、
前記関係値が直線部分となる周波数領域を抽出し、該周波数領域の近似直線から周波数が０の場合における固有値を求める固有値算出手段と、
前記固有値と、前記表層部の音響インピーダンスと、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記表層部エコーレベルと、前記コア部エコーレベルとを基にしてコア部の音響インピーダンスを求める第２コア部音響インピーダンス算出手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の音響インピーダンス測定装置。
【請求項４】
前記基準媒体が空気であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響インピーダンス測定装置。
【請求項５】
前記測定対象物の表層部およびコア部がそれぞれ被検者の軟組織および骨であり、前記コア部の音響インピーダンスが骨粗鬆症の診断に用いられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の音響インピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、骨等の測定対象物に対して超音波信号を送受信することにより測定対象物の音響インピーダンスを求める音響インピーダンス測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種機器の構造部品や人体等の測定対象物の内部の状態を表面側から非侵襲で評価する方法として、超音波信号を測定対象物に対して送受信することにより伝播速度（音速）や音響インピーダンスを測定し、これらの測定値を基にして評価する方法がある。そして、近年においては、音響インピーダンスが音速よりも測定対象物の状態の変化に対して敏感に反応するため、音響インピーダンスを基にした評価が注目されており、これに伴って音響インピーダンスを測定するための各種の方法が提案されている。
【０００３】
例えば特開平９−２２０２２５号公報には、軟組織の音響インピーダンスと、軟組織で覆われた骨の音響インピーダンスと、軟組織に対する皮質骨の反射係数とが一定の関係を有することに着目し、これらの関係から骨の音響インピーダンスを求める方法が提案されている。即ち、先ず、軟組織の音響インピーダンスを予め決定しておく。この後、トランスデューサを測定対象物である被検者の測定部位に当接して超音波信号を送受信することによって、反射信号のエコーレベルを基にして反射係数を求める。そして、この反射係数と上述の軟組織の音響インピーダンスとを用いて骨の音響インピーダンスを求めるというものである。
【０００４】
また、他の測定方法としては、上述の軟組織および骨の音響インピーダンスと反射係数との関係において、軟組織の音響インピーダンスや減衰等が骨の音響インピーダンスに影響を与えることに着目し、これらの影響を除去する測定方法が提案されている。
【０００５】
即ち、軟組織の音響インピーダンスが水の音響インピーダンスにほぼ等しいと仮定し、水内に測定対象物を浸漬した状態で超音波信号を送受信する。そして、水／軟組織の境界面における反射係数と、軟組織の影響を含んだ軟組織／骨の境界面における見かけ上の反射係数とを求める。この後、見かけ上の反射係数と軟組織／骨の境界面における真の反射係数とが、軟組織の減衰定数および厚みを変数として一定の関係を有することから、これらの減衰定数および厚みを別途測定したり仮定することによって、軟組織／骨の境界面における真の反射係数を求める。そして、この反射係数と軟組織（水）の音響インピーダンスとを用いて骨の音響インピーダンスを求めるというものである（『軟組織での反射と減衰を考慮した超音波反射法による骨の音響インピーダンスの計測』Jpn Med UltrasonicsVol.23 No.9(1996) 。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、軟組織の音響インピーダンスを予め決定しておく測定方法では、軟組織および骨の音響インピーダンスをそれぞれ別個に求めることになるため、骨の音響インピーダンスを得るまでに長時間を要するという問題がある。
【０００７】
一方、上記従来のその他の測定方法においては、水と軟組織とがほぼ等しい音響インピーダンスであると仮定し、軟組織の音響インピーダンスの測定や事前の決定を不要にすることによって、１回の測定動作により短時間で骨の音響インピーダンスを求めることが可能になっているが、この場合には、水および軟組織間の誤差により測定精度が低下するという問題がある。さらに、この場合には、測定対象物（被検者）を水に浸漬する必要があるため、測定が被検者にとって煩わしいものになるという問題もある。
【０００８】
また、上記従来のその他の測定方法においては、軟組織の減衰を考慮した補正を行うことによって、骨の音響インピーダンスを高精度に求めることを可能にしている。ところが、この補正は、軟組織の減衰定数および厚みを別途測定したり仮定することにより行われるため、別途測定するための新たな作業時間が必要になったり、仮定した値との誤差により補正の精度が不十分なものになるという問題がある。
【０００９】
尚、このような問題は、軟組織および骨を測定対象物とした場合に限られるものではなく、軟組織に対応する表層部と、骨に対応するコア部とを異なる材質で構成した２層構造の構造部品を測定対象物とした場合においても生じるものである。
【００１０】
従って、本発明は、表層部の音響インピーダンスを考慮しながら短時間でコア部の音響インピーダンスを簡単に測定することができる音響インピーダンス測定装置を提供し、さらに、表層部の減衰も考慮しながら音響インピーダンスを測定することができる音響インピーダンス測定装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、表層部と該表層部で覆われたコア部とを有した測定対象物に対して、前記表層部側から超音波信号を送信して得られた反射信号を基にして前記コア部の音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定装置において、前記超音波信号を送信し、反射信号を得る送受信センサーと、前記送受信センサーに超音波信号を通過させるように接合された中間媒体と、既知の音響インピーダンスを有した基準媒体と前記中間媒体との境界面からの反射信号のエコーレベルと、前記基準媒体の前記音響インピーダンスとは異なる既知の音響インピーダンスを有した校正媒体と前記中間媒体との境界面からの反射信号のエコーレベルとを基にして前記中間媒体の音響インピーダンスを求める中間媒体音響インピーダンス算出手段と、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記中間媒体と前記基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルと、前記中間媒体と前記測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルと、前記測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルとを基にして前記コア部の音響インピーダンスを求める音響インピーダンス算出手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成において、中間媒体の音響インピーダンスと、測定対象物の表層部の音響インピーダンスとは、後述の（１３）式で示すように、中間媒体と基準媒体との境界面から得られた反射信号と、中間媒体と表層部との境界面から得られた反射信号とに基づいて一定の関係が成立しており、さらに、表層部の音響インピーダンスとコア部の音響インピーダンスとは、後述の（２０）式や（２４）式で示すように、表層部の音響インピーダンスと各反射信号とに基づいて一定の関係が成立している。
【００１３】
従って、中間媒体を基準媒体に当接させて反射信号を測定する作業と、中間媒体を測定対象物に当接させて反射信号を測定する作業とを行えば、これらの反射信号や中間媒体の音響インピーダンスを基にして表層部の音響インピーダンスを求めると共に、この表層部の音響インピーダンス等を用いてコア部の音響インピーダンスをさらに求めることができる。これにより、表層部とコア部とを一連の作業で同時に求めることができるため、従来のように表層部およびコア部の音響インピーダンスを個別の作業でそれぞれ求めていた場合よりも、短時間でコア部の音響インピーダンスを簡単に測定することができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記音響インピーダンス算出手段は、前記中間媒体が前記基準媒体にセットされた場合における該中間媒体と該基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルを求める基準エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該中間媒体と該測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルを求める表層部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルを求めるコア部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記基準エコーレベルと、前記表層部エコーレベルとを基にして表層部の音響インピーダンスを求める表層部音響インピーダンス算出手段と、前記表層部の音響インピーダンスと、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記表層部エコーレベルと、前記コア部エコーレベルとを基にしてコア部の音響インピーダンスを求める第１コア部音響インピーダンス算出手段とを有することを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、請求項１の発明の場合と同様に、表層部とコア部とを一連の作業で同時に求めることができるため、従来のように表層部およびコア部の音響インピーダンスを個別の作業でそれぞれ求めていた場合よりも、短時間でコア部の音響インピーダンスを簡単に測定することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記音響インピーダンス算出手段は、前記中間媒体が前記基準媒体にセットされた場合における該中間媒体と該基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルを求める基準エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該中間媒体と該測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルを求める表層部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルを求めるコア部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記基準エコーレベルと、前記表層部エコーレベルとを基にして表層部の音響インピーダンスを求める表層部音響インピーダンス算出手段と、前記表層部に対応した反射信号の表層部パワースペクトルと、前記コア部に対応した反射信号のコア部パワースペクトルとを求めるパワースペクトル算出手段と、前記コア部パワースペクトルを前記表層部パワースペクトルで除算して常用対数をとった場合における周波数との関係値を求める関係値算出手段と、前記関係値が直線部分となる周波数領域を抽出し、該周波数領域の近似直線から周波数が０の場合における固有値を求める固有値算出手段と、前記固有値と、前記表層部の音響インピーダンスと、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記表層部エコーレベルと、前記コア部エコーレベルとを基にしてコア部の音響インピーダンスを求める第２コア部音響インピーダンス算出手段とを有することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、請求項１の発明の場合と同様に、表層部とコア部とを一連の作業で同時に求めることができるため、従来のように表層部およびコア部の音響インピーダンスを個別の作業でそれぞれ求めていた場合よりも、短時間でコア部の音響インピーダンスを簡単に測定することができる。さらに、表層部の減衰を考慮することによって、コア部の音響インピーダンスを高精度に求めることができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記基準媒体が空気であることを特徴としている。上記の構成によれば、基準媒体が空気であるため、中間媒体を基準媒体に当接させて反射信号を測定する作業が空気中にトランスデューサをセットするという極めて簡単なものになる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記測定対象物の表層部およびコア部がそれぞれ被検者の軟組織および骨であり、前記コア部の音響インピーダンスが骨粗鬆症の診断に用いられることを特徴としている。上記の構成によれば、骨粗鬆症の診断を短時間で終了することができるため、患者の負担を低減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図１０に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る音響インピーダンス測定装置は、表層部と、表層部で覆われたコア部との少なくとも２層構造にされた構造部品を測定対象物としており、表層部の音響インピーダンスを測定すると共に、表層部から非接触でコア部の音響インピーダンスを測定することが可能になっている。尚、測定対象物としては、軟組織（表層部）と骨（コア部）とで構成された人間や動物等の動植物の他、例えば樹脂（表層部）と金属（骨）とで構成された各種機器の構造部品等を挙げることができる。そして、この測定装置は、音響インピーダンスが表層部やコア部の状態（材質や組成、密度等）に対応した固有値を示すことから、音響インピーダンスにより測定対象物の状態変化を検査する用途に適用される。具体的には、骨粗鬆症の診断や設備機器の欠陥の検査等に適用され、特に音響インピーダンスの測定に使用される超音波が放射線のように人間や動物に悪影響を及ぼさないため、骨粗鬆症の診断等の医療分野に好適に適用される。
【００２１】
上記の音響インピーダンス測定装置は、図１に示すように、装置本体１と、装置本体１に信号ケーブル１３を介して接続されたトランスデューサ２とを有している。尚、装置本体１とトランスデューサ２とは、信号ケーブル１３を介して間接的に接続されることによって、トランスデューサ２を操作する際の自由度が高められていても良いし、測定装置を一体的に操作することができるように直結されていても良い。
【００２２】
上記のトランスデューサ２は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の円板状の厚み振動型圧電素子の両面に電極層を有する超音波振動子を主要部として構成された送受信センサー１４と、送受信センサー１４の送受波面１４ａに接合された中間媒体１５とを有している。中間媒体１５は、ポリエチレン樹脂等の合成樹脂により円柱形状に形成されており、中間媒体１５における送受波面１４ａに対向する端面１５ａは、超音波信号を平面波の状態で送受信できるように平坦状に形成されている。そして、このように構成されたトランスデューサ２は、装置本体１から送信パルス信号が送受信センサー１４に入力されたときに送受波面１４ａから超音波信号を送信し、この超音波信号の大部分を中間媒体１５を介して外部に出射させる一方、超音波信号の反射波を受信したときに、この受信波を電気的に変換した反射信号として装置本体１に出力する。尚、中間媒体１５の材質としては、上述のポリエチレン樹脂の他、アクリル，ポリイミド樹脂等を挙げることができる。
【００２３】
上記のトランスデューサ２に信号ケーブル１３を介して接続された装置本体１は、各種のデータを所定のプログラムに従って情報処理する演算部３を有している。演算部３には、操作部１７と表示部４と記憶部５とトリガパルス発生部６とＡ／Ｄ変換部７とが接続されている。操作部１７は、減衰補正を行うか否かを指示する減衰補正スイッチや、トランスデューサ２のセットの完了を知らせるセット完了スイッチ、電源スイッチ等の各種のスイッチを備えている。表示部４は、情報処理の過程や音響インピーダンス等の結果を文字や図形により画面表示する液晶表示器やＣＲＴ装置等からなっている。
【００２４】
また、記憶部５は、データを書換え可能に記憶するＲＡＭ部と、データを読み出し専用に記憶するＲＯＭ部とからなっており、ＲＯＭ部には、各種のデータや処理プログラムが記憶されている。一方、ＲＡＭ部には、反射信号領域５ａや空気エコーレベル領域５ｂ、校正媒体エコーレベル領域５ｃ、中間媒体音響インピーダンス領域５ｄ、表層部エコーレベル領域５ｅ、コア部エコーレベル領域５ｆ、表層部音響インピーダンス領域５ｇ、表層部パワースペクトル領域５ｈ、コア部パワースペクトル領域５ｉ、コア部音響インピーダンス領域５ｊ等の各種のデータ領域が形成されている。
【００２５】
また、演算部３に接続されたトリガパルス発生部６は、演算部３からの送信指令によりパルス状のトリガ信号を形成する機能を有している。トリガパルス発生部６は、送信パルス発生部８とＡ／Ｄ変換用クロック発生部９とに接続されており、これらの各発生部８・９にトリガ信号をそれぞれ出力する。送信パルス発生部８は、トリガ信号が入力されたときに例えば中心周波数が約２．５ＭＨｚの送信パルス信号を出力する機能を有している。送信パルス発生部８は、トラップ部１０および信号ケーブル１３を介してトランスデューサ２に接続されており、上述のトランスデューサ２に対して送信パルス信号を出力する。
【００２６】
また、送信パルス発生部８とトランスデューサ２との間に設けられたトラップ部１０は、受信増幅器１１に接続されており、送信パルス発生部８からの送信パルス信号をトランスデューサ２側に通過させる一方、トランスデューサ２からの反射信号が入力されたときに、受信増幅器１１に反射信号を出力する機能を有している。そして、受信増幅部１１は、フィルター部１２を介してＡ／Ｄ変換部７に接続されており、反射信号を増幅してフィルター部１２でノイズ成分を除去させながらＡ／Ｄ変換部７に出力する。
【００２７】
上記のＡ／Ｄ変換部７には、上述のトリガパルス発生部６に接続されたＡ／Ｄ変換用クロック発生部９が接続されている。Ａ／Ｄ変換用クロック発生部９は、トリガパルス発生部６からトリガ信号が入力されたときに、例えば１２ＭＨｚのサンプリング周波数で振幅するクロック信号を形成する機能を有しており、このクロック信号をＡ／Ｄ変換部７に出力する。Ａ／Ｄ変換部７は、フィルター部１２からの反射信号（アナログ信号）をクロック信号のサンプリング周波数でサンプリングしながらデジタル値の反射信号に順次変換する機能を有している。そして、Ａ／Ｄ変換部７は、演算部３に接続されており、演算部３は、デジタル値の反射信号を記憶部５の反射信号領域５ａに格納する。
【００２８】
上記のように構成された装置本体１は、記憶部５に格納された処理プログラムとして図２の初期校正ルーチンと図３および図４の音響インピーダンス測定ルーチンとを有している。初期校正ルーチンは、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、既知の校正媒体１６の音響インピーダンスＺｒと、空気との境界面からの反射信号ｆａ（ｔ）のエコーレベルＶａと、図６の校正媒体１６との境界面からの反射信号ｆｒ（ｔ）のエコーレベルＶｒとの関係式を基にして中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０を求めるようにプログラミングされている。また、音響インピーダンス測定ルーチンは、中間媒体１５、表層部およびコア部の音響インピーダンスＺ０・Ｚ１・Ｚ２と、各エコーレベルＶ１・Ｖ２等との関係式を基にして測定対象物の表層部およびコア部の音響インピーダンスＺ１・Ｚ２をそれぞれ求めるようにプログラミングされている。
【００２９】
次に、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と各値Ｚｒ・Ｖａ・Ｖｒとの関係式を導き出す手順について説明する。
【００３０】
図５に示すように、トランスデューサ２を空気中で送受信した場合において、中間媒体１５と空気との境界面（端面１５ａ）からの反射信号は（１）式で表される。
fa(t)=f0(t)*10＾(-2*α*L/20)*Ra ・・・（１）
但し、ｆａ（ｔ）は空気との境界面からの反射信号、ｆ０（ｔ）は入射信号、αは中間媒体の吸収減衰係数（ｄＢ／ｍｍ）、Ｌは中間媒体の厚み、Ｒａは境界層の音圧反射係数である。
【００３１】
また、図６に示すように、既知の音響インピーダンスＺｒを有した校正媒体１６にトランスデューサ２を当接して送受信した場合において、中間媒体１５と校正媒体１６との境界面（端面１５ａ）からの反射信号は（２）式で表される。
fr(t)=f0(t)*10＾(-2*α*L/20)*Rr ・・・（２）
但し、ｆｒ（ｔ）は校正媒体１６との境界面からの反射信号、Ｒｒは境界層の音圧反射係数である。
【００３２】
ｆａ（ｔ）およびｆｒ（ｔ）の符号を考慮したエコーレベル（振幅）をそれぞれＶａおよびＶｒとすると、（２）式を（１）式で除算することより（３）式が得られる。
Ｖｒ／Ｖａ＝Ｒｒ／Ｒａ ・・・（３）
【００３３】
そして、中間媒体１５および校正媒体１６の音響インピーダンスをそれぞれＺ０およびＺｒとすると、各音圧反射係数Ｒａ・Ｒｒは、（４）式および（５）式でそれぞれ表される。
Ｒａ＝（Ｚａ−Ｚ０）／（Ｚ０＋Ｚａ） ・・・（４）
Ｒｒ＝（Ｚｒ−Ｚ０）／（Ｚ０＋Ｚｒ） ・・・（５）
但し、Ｚａは空気の音響インピーダンスである。
【００３４】
空気の音響インピーダンスＺａは、値が非常に小さいので零に近似することができる（Ｚａ＝０．０００４１５ＭＲａｙｌｓ）。従って、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０は、（３）式、（４）式および（５）式を基にして下記の関係式（６）で表すことができる。
Ｚ０＝（１＋ｒ）／（１−ｒ）＊Ｚｒ ・・・（６）
但し、ｒはＶｒ／Ｖａである。
【００３５】
これにより、上記の関係式（６）によれば、音響インピーダンスＺ０は、既知の校正媒体１６の音響インピーダンスＺｒと、空気との境界面からの反射信号ｆａ（ｔ）のエコーレベルＶａと、校正媒体１６との境界面からの反射信号ｆｒ（ｔ）のエコーレベルＶｒとを測定することにより求めることができることになる。
【００３６】
次に、中間媒体１５、測定対象物の表層部およびコア部の音響インピーダンスＺ０・Ｚ１・Ｚ２と各エコーレベルＶ１・Ｖ２等との関係式を導き出す手順について説明する。
【００３７】
〔表層部の音響インピーダンスＺ１〕
図７に示すように、人体等の測定対象物にトランスデューサ２を当接させて超音波信号を送受信した場合において、中間媒体１５と表層部（軟組織３１）との境界面（端面１５ａ）から反射してくる信号波形信号ｆ１（ｔ）は、（７）式で表される。
f1(t)=f0(t)*10＾(-2*α*L/20)*R01 ・・・（７）
但し、ｆ０（ｔ）は入射波形信号、Ｒ０１は中間媒体１５と表層部との境界面での音圧反射係数である。
【００３８】
次に、表層部とコア部（骨３２）との境界面からの反射波形信号ｆ２（ｔ）は、（８）式で表される。
f2(t)=f0(t)*10＾(-2*α*L/20)*T01*T10*R12*10 ＾(-2*β*d/20) ・・・（８）
但し、Ｔ０１は中間媒体１５から表層部への音圧透過係数、Ｔ１０は表層部から中間媒体１５への音圧透過係数、Ｒ１２は表層部とコア部との境界面での音圧反射係数、βは表層部の吸収減衰係数（ｄＢ／ｍｍ）、ｄは表層部の厚み（ｍｍ）である。
【００３９】
また、βは一般に周波数に比例すると考えられるので、γを比例係数およびｆを周波数とすると、
β＝γ＊ｆ ・・・（９）
と書くことができ、この（９）式を（８）式に代入すれば、
f2(t)=f0(t)*10＾(-2*α*L/20)*T01*T10*R12*10 ＾(-2*γ*f*d/20) ・・・（１０）
となる。
【００４０】
（１）式と（７）式から、以下の関係式（１１）を得る。
f1(t)/fa(t)=R01/Ra ・・・（１１）
（４）式で空気の音響インピーダンスＺａを零とみなすと、音圧反射係数Ｒａ＝−１となる。そして、表層部の音響インピーダンスをＺ１とすると、
R01=(Z1-Z0)/(Z0+Z1) ・・・（１２）
と書け、ｆａ（ｔ）およびｆ１（ｔ）の符号を考慮したエコーレベルをそれぞれＶａおよびＶ１とすれば、下記の関係式（１３）が得られる。
V1/Va= -(Z1-Z0)/(Z0+Z1) ・・・（１３）
【００４１】
これにより、上記の関係式（１３）によれば、表層部の音響インピーダンスＺ１は、初期校正で得た既知の中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、表層部（軟組織３１）との境界面からの信号波形信号ｆ１（ｔ）のエコーレベルＶ１と、空気との境界面からの反射信号ｆａ（ｔ）のエコーレベルＶａとを用いて求めることができることになる。
【００４２】
〔コア部の音響インピーダンスＺ２〕
ところで、表層部での吸収減衰を無視した場合には、コア部の音響インピーダンスＺ２の関係式を以下の手順で導き出すことができる。（１０）式で比例係数γを零とおくと、  f2(t)=f0(t)*10＾(-2*α*L/20)*T01*T10*R12 ・・・（１４）
となる。
【００４３】
（７）式と（１４）式から f2(t)/f1(t)=T01*T10*R12/R01 ・・・（１５）
となる。
【００４４】
ｆ１（ｔ）、ｆ２（ｔ）の符号を考慮したエコーレベルをそれぞれＶ１およびＶ２とすると、
V2/V1=T01*T10*R12/R01 ・・・（１６）
となる。また、Ｔ０１、Ｔ１０およびＲ１２は、以下の式でそれぞれ表される。
T01=2*Z1/(Z0+Z1) ・・・（１７）
T10=2*Z0/(Z0+Z1) ・・・（１８）
R12=(Z2-Z1)/(Z1+Z2) ・・・（１９）
【００４５】
そして、（１２）式および（１６）式〜（１９）式をまとめてＺ２について整理すると、下記の関係式（２０）のようになる。
Z2=-Z1*(A+B)/(A-B) ・・・（２０）
但し、A=V2*(Z0+Z1)2*(Z0-Z1) 、B=4*V1*Z1*Z0*(Z0+Z1)である。
【００４６】
これにより、上記の関係式（２０）によれば、コア部の音響インピーダンスＺ２は、初期校正で得た既知の中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、表層部（軟組織３１）との境界面からの反射信号ｆ１（ｔ）のエコーレベルＶ１と、コア部（骨３２）との境界面からの反射信号ｆ２（ｔ）のエコーレベルＶ２と、（１３）式で得た表層部の音響インピーダンスＺ１とを用いて求めることができることになる。
【００４７】
次に、表層部での吸収減衰を考慮した場合には、コア部の音響インピーダンスＺ２の関係式を以下の手順で導き出すことができる。
【００４８】
（７）式および（１０）式からパワースペクトルをそれぞれ求めると、以下のようになる。
｜F1(f) ｜2 = ｜10＾(-2*α*L/20)*R01｜2*｜F0(f) ｜2・・・（２１）
｜F2(f) ｜2 = ｜10＾(-2*α*L/20)*T01*T10*R12 *10＾(-2*γ*f*d/20)｜2*｜F0(f) ｜2 ・・・（２２）
【００４９】
そして、（２２）式を（２１）式で割って、常用対数をとって１０倍した関係値Ｐ（ｆ）は（２３）式のようになる。
P(f)=20*log ｜T01*T10*R12/R01 ｜-40*γ*f*d/20 ・・・（２３）
【００５０】
（２３）式からわかるように、右辺の第１〜第４項までは周波数ｆに依存しないので、関係値Ｐ（ｆ）を縦軸、周波数ｆを横軸にして（２３）式をグラフ化すると、周波数ｆ＝０の場合の固有値Ｐ０は（２４）式となる。
P0=20*log ｜T01*T10*R12/R01 ｜ ・・・（２４）
【００５１】
これにより、（２４）式によれば、固有値Ｐ０が求まり、Ｚ０、Ｚ１が既知であるため、（１７）式、（１８）式および（１２）式からＴ０１、Ｔ１０およびＲ０１がそれぞれ求まる。そして、（１９）式のＲ１２を（２４）式に代入することによって、コア部の音響インピーダンスＺ２を求めることができることになる。
【００５２】
尚、固有値Ｐ０は、絶対値の２０＊ｌｏｇ値なので、Ｒ１２を求めるときには符号に注意しなければならない。反射信号波形ｆ１（ｔ）・ｆ２（ｔ）が正負反転している場合には、負符号となり、そうでない場合には正符号となる。
【００５３】
上記の構成において、音響インピーダンス測定装置の動作について説明する。尚、以降の説明においては、図７に示すように、人間を測定対象物として軟組織３１および骨３２の音響インピーダンスＺ１・Ｚ２を測定し、骨粗鬆症の診断に適用する場合について説明するが、これに限定されるものではない。
【００５４】
先ず、図５に示すように、被検者に対する測定の前準備として中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０を決定する初期校正が行われる。尚、初期校正は、１日や１週間等の時間的な間隔をおいて定期的に行われても良いし、気温等の使用環境の変化が所定量を越えたときに行われても良い。
【００５５】
初期校正を行う場合には、図示しない測定選択スイッチを『初期校正モード』に設定することによって、図２の初期校正ルーチンを演算部３に実行させる。演算部３が初期校正ルーチンを実行すると、例えば『空気中へのセット』を表示部４に画面表示してオペレータに知らせた後、図示しないセット完了スイッチの押圧状態を検出することによって、トランスデューサ２が空気中にセットされたか否かを判定する（Ｓ１）。セット完了スイッチが押圧されなければ（Ｓ１，ＮＯ）、セットが完了していないと判断してＳ１を再実行し、セット完了スイッチの検出を繰り返す。
【００５６】
一方、セット完了スイッチの押圧によりトランスデューサ２のセットが完了したと判断した場合には（Ｓ１，ＹＥＳ）、図１に示すように、演算部３から送信指令信号をトリガパルス発生部６に出力し、トリガパルス発生部６からトリガ信号を出力させる。トリガ信号は、Ａ／Ｄ変換用クロック発生部９および送信パルス発生部８にそれぞれ出力され、Ａ／Ｄ変換用クロック発生部９においては、所定のサンプリング周波数のクロック信号をＡ／Ｄ変換部７に出力し、Ａ／Ｄ変換部７におけるデジタル値への変換動作を開始させる。一方、送信パルス発生部８においては、トリガ信号の入力により所定の周波数の送信パルス信号をトラップ部１０および信号ケーブル１３を介してトランスデューサ２の送受信センサー１４に出力し、送受信センサー１４の送受波面１４ａから超音波信号を中間媒体１５中に発射させる（Ｓ２）。
【００５７】
送信パルス信号が入力された送受信センサー１４は、送受波面１４ａから超音波信号を中間媒体１５中に発射する。中間媒体１５中に発射された超音波信号は、端面１５ａに対して垂直方向に進行し、一部が空気と中間媒体１５との境界面である端面１５ａで反射する。そして、端面１５ａの反射波は、中間媒体１５中を逆方向に進行して送受信センサー１４に入力される。送受信センサー１４は、反射波を反射信号として装置本体１に出力する。装置本体１に入力された反射信号は、トラップ部１０を介して受信増幅部１１に入力され、所定の増幅度で増幅された後、フィルター部１２においてノイズ成分が除去されながらＡ／Ｄ変換部７に入力される。そして、Ａ／Ｄ変換部７に入力された反射信号は、クロック信号のサンプリング周波数でサンプリングされながらデジタル値に変換され、記憶部５の反射信号領域５ａに順次格納される（Ｓ３）。
【００５８】
上記のようにして反射信号を含む一連の信号を反射信号領域５ａに格納すると、続いて反射信号領域５ａのデータ中から空気に対応する反射信号のデータを抽出した後、これら抽出したデータを平均化処理等することにより空気エコーレベルＶａを求め、記憶部５の空気エコーレベル領域５ｂに格納する（Ｓ４）。
【００５９】
次に、例えば『校正媒体へのセット』を表示部４に画面表示してオペレータに知らせた後、図示しないセット完了スイッチの押圧状態を検出することによって、図６に示すように、トランスデューサ２の端面１５ａが校正媒体１６の側面に当接された状態にセットされたか否かを判定する（Ｓ５）。セット完了スイッチが押圧されなければ（Ｓ５，ＮＯ）、セットが完了していないと判断してＳ５を再実行し、セット完了スイッチの検出を繰り返す。
【００６０】
一方、セット完了スイッチの押圧によりトランスデューサ２のセットが完了したと判断した場合には（Ｓ５，ＹＥＳ）、上述のＳ２と同様の動作により超音波信号を発射し（Ｓ６）、校正媒体１６に当接された端面１５ａからの超音波信号の反射波を反射信号として記憶部５の反射信号領域５ａに順次格納する（Ｓ７）。そして、反射信号領域５ａのデータ中から校正媒体１６に対応する反射信号のデータを抽出し、これら抽出したデータを平均化処理等することにより校正媒体エコーレベルＶｒを求めて記憶部５の校正媒体エコーレベル領域５ｃに格納する（Ｓ８）。
【００６１】
この後、校正媒体１６の音響インピーダンスＺｒと空気エコーレベルＶａと校正媒体エコーレベルＶｒとを上述の（６）式に代入することによって、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０を算出する。そして、この音響インピーダンスＺ０を記憶部５の中間媒体音響インピーダンス領域５ｄに格納し（Ｓ９）、本ルーチンを終了する。
【００６２】
次に、被検者に対して測定を行う場合には、図示しない測定選択スイッチを『測定モード』に設定することによって、図３の音響インピーダンス算出ルーチンを演算部３に実行させる。演算部３が音響インピーダンス算出ルーチンを実行すると、例えば『空気中へのセット』を表示部４に画面表示してオペレータに知らせた後、図示しないセット完了スイッチの押圧状態を検出することによって、トランスデューサ２が空気中にセットされたか否かを判定する（Ｓ１１）。セット完了スイッチが押圧されなければ（Ｓ１１，ＮＯ）、セットが完了していないと判断してＳ１１を再実行し、セット完了スイッチの検出を繰り返す。
【００６３】
一方、セット完了スイッチの押圧によりトランスデューサ２のセットが完了したと判断した場合には（Ｓ１１，ＹＥＳ）、上述のＳ２と同様の動作により超音波信号を発射し（Ｓ１２）、空気に接触した端面１５ａからの超音波信号の反射波を反射信号として記憶部５の反射信号領域５ａに順次格納する（Ｓ１３）。そして、反射信号領域５ａのデータ中から反射信号のデータを抽出し、これら抽出したデータを平均化処理等することにより空気エコーレベルＶａを求めて記憶部５の校正媒体エコーレベル領域５ｃに格納する（Ｓ１４）。
【００６４】
次に、例えば『被検者の測定部位へのセット』を表示部４に画面表示してオペレータに知らせた後、図示しないセット完了スイッチの押圧状態を検出することによって、図７に示すように、トランスデューサ２の端面１５ａが測定対象物である被検者の例えば踵部分（測定部位）に当接された状態にセットされたか否かを判定する（Ｓ１５）。セット完了スイッチが押圧されなければ（Ｓ１５，ＮＯ）、セットが完了していないと判断してＳ１５を再実行し、セット完了スイッチの検出を繰り返す。尚、測定部位としては、踵部分の他、頭骨や脛骨、肩胛骨等を挙げることができる。
【００６５】
一方、セット完了スイッチの押圧によりトランスデューサ２のセットが完了したと判断した場合には（Ｓ１５，ＹＥＳ）、図１に示すように、上述のＳ２と同様の動作により超音波信号を発射し（Ｓ１６）、トランスデューサ２および軟組織３１の境界面である端面１５ａからの反射波と、軟組織３１（表層部）および骨３２（コア部）の境界面からの反射波とを反射信号として記憶部５の反射信号領域５ａに順次格納する（Ｓ１７）。この後、反射信号領域５ａのデータ中から軟組織３１に対応する反射信号のデータを抽出し、これら抽出したデータを平均化処理等することにより表層部エコーレベルＶ１を求める（Ｓ１８）。そして、表層部エコーレベルＶ１が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１９）。所定値以上でなければ（Ｓ１９，ＮＯ）、トランスデューサ２のセットが不十分であると判断し、例えば『セット不良』を表示部４に画面表示してオペレータに知らせ、Ｓ１５を再実行してセットの完了を待つ。
【００６６】
一方、表層部エコーレベルＶ１が所定値以上である場合には（Ｓ１９，ＹＥＳ）、正常なセット状態から得られた表層部エコーレベルＶ１であると判断し、表層部エコーレベル領域５ｅに格納する（Ｓ２０）。そして、表層部エコーレベルＶ１と空気エコーレベルＶａと校正媒体１６の音響インピーダンスＺ０とを（１３）式に代入することによって、軟組織３１の音響インピーダンスＺ１を算出し、表層部音響インピーダンス領域５ｇに格納する（Ｓ２１）。
【００６７】
次に、軟組織３１の減衰を考慮した骨３２の音響インピーダンスＺ２を求めるか否かを確認するため、図示しない減衰補正スイッチがＯＮ状態にされているか否かを判定する（Ｓ２２）。減衰補正スイッチがＯＮ状態でない場合には（Ｓ２２，ＮＯ）、軟組織３１の減衰を考慮せずに骨３２の音響インピーダンスＺ２を求めるように指示されていると判断し、反射信号領域５ａのデータ中から骨３２に対応する反射信号のデータを抽出し、これら抽出したデータを平均化処理等することによりコア部エコーレベルＶ２を求めて記憶部５のコア部エコーレベル領域５ｆに格納する（Ｓ２３）。そして、コア部エコーレベルＶ２と表層部エコーレベルＶ１と、軟組織３１および校正媒体１６の音響インピーダンスＺ１・Ｚｒとを（２０）式に代入することによって、骨３２の音響インピーダンスＺ２を算出する（Ｓ１９）。この後、骨３２の音響インピーダンスＺ２をコア部音響インピーダンス領域５ｊに格納した後、軟組織３１および骨３２の音響インピーダンスＺ１・Ｚ２を各記憶領域５ｆ・５ｊからそれぞれ読み出して表示部４に画面表示する。また、骨３２の音響インピーダンスＺ２を図示しない情報処理装置に送信することにより骨粗鬆症の判断に用いられるデータとし（Ｓ２５）、本ルーチンを終了する。
【００６８】
一方、Ｓ２２において、減衰補正スイッチがＯＮ状態である場合には（Ｓ２２，ＹＥＳ）、軟組織３１の減衰を考慮しながら骨３２の音響インピーダンスＺ２を求めるように指示されていると判断し、反射信号領域５ａのデータ中から骨３２に対応する反射信号のデータを抽出し、これら抽出したデータを平均化処理等することによりコア部エコーレベルＶ２を求めて記憶部５のコア部エコーレベル領域５ｆに格納する（Ｓ２６）。この後、 反射信号領域５ａのデータ中から軟組織３１に対応する反射信号のデータを抽出する（Ｓ２７）。そして、図８に示すように、これら抽出したデータをＦＦＴ処理することにより軟組織３１のパワースペクトルＦ１（ｆ）を求め、記憶部５の表層部パワースペクトル領域５ｈに格納する（Ｓ２８）。続いて、反射信号領域５ａのデータ中から骨３２に対応する反射信号のデータを抽出する（Ｓ２９）。そして、図９に示すように、これら抽出したデータをＦＦＴ処理することにより骨３２のパワースペクトルＦ２（ｆ）を求め、記憶部５のコア部パワースペクトル領域５ｉに格納する（Ｓ３０）。
【００６９】
次に、軟組織３１および骨３２のパワースペクトルＦ１（ｆ）・Ｆ２（ｆ）を記憶領域５ｈ・５ｉからそれぞれ読み出し、骨３２のパワースペクトルＦ２（ｆ）を軟組織３１のパワースペクトルＦ１（ｆ）で除算し、常用対数をとって１０倍した（２３）式の関係値Ｐ（ｆ）を求める（Ｓ３１）。そして、図１０に示すように、関係値Ｐ（ｆ）を縦軸および周波数ｆを横軸にしてグラフ化した場合における直線部分の第１周波数値ｆｓから第２周波数値ｆｅまでの領域を抽出し、この領域の直線部分の関係値Ｐ（ｆ）に基づいて近似直線を形成し、この近似直線のｆ＝０における固有値Ｐ０を求める（Ｓ３２）。
【００７０】
この後、固有値Ｐ０と、校正媒体１６および軟組織３１の音響インピーダンスＺ０・Ｚ１と、表層部エコーレベルＶ１と、コア部エコーレベルＶ２とを（１７）式、（１８）式、（２４）式に代入することによって、骨３２の音響インピーダンスＺ２を算出する（Ｓ３３）。この後、骨３２の音響インピーダンスＺ２をコア部音響インピーダンス領域５ｊに格納した後、軟組織３１および骨３２の音響インピーダンスＺ１・Ｚ２を各記憶領域５ｆ・５ｊからそれぞれ読み出して表示部４に画面表示する。また、骨３２の音響インピーダンスＺ２を図示しない情報処理装置に送信することにより骨粗鬆症の診断に用いられるデータとし（Ｓ３４）、本ルーチンを終了する。
【００７１】
以上のように、本実施形態における音響インピーダンス測定装置は、図１に示すように、表層部（軟組織３１）と表層部で覆われたコア部（骨３２）とを有した測定対象物（被検者の踵部分等）に対して、表層部側から超音波信号を送信して得られた反射信号を基にしてコア部の音響インピーダンスＺ２を測定するものであり、超音波信号を送信し、反射信号を得る送受信センサー１４と、送受信センサー１４に超音波信号を通過させるように接合された中間媒体１５と、中間媒体１５と基準媒体（空気）との境界面からの反射信号のエコーレベルと、中間媒体１５と既知の音響インピーダンスＶｒを有した校正媒体１６との境界面からの反射信号のエコーレベルとを基にして音響インピーダンスＺ０を求める中間媒体音響インピーダンス算出手段（初期校正ルーチン）と、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、中間媒体１５と基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベル（空気エコーレベルＶａ）と、中間媒体１５と測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルＶ１と、測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルＶ２とを基にして表層部およびコア部の音響インピーダンスＺ１・Ｚ２をそれぞれ求める音響インピーダンス算出手段（音響インピーダンス算出ルーチン）とを有した構成にされている。
【００７２】
即ち、音響インピーダンス算出手段は、中間媒体１５が基準媒体にセットされた場合における中間媒体１５と基準媒体（空気）との境界面からの反射信号の基準エコーレベル（空気エコーレベルＶａ）を求める基準エコーレベル測定手段（図３のＳ１２〜Ｓ１４）と、中間媒体１５が測定対象物に当接された場合における中間媒体１５と測定対象物の表層部（軟組織３１）との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルＶ１を求める表層部エコーレベル測定手段（図３のＳ１６〜Ｓ１８）と、中間媒体１５が測定対象物に当接された場合における測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルＶ２を求めるコア部エコーレベル測定手段（図４のＳ２３）と、中間媒体１５の音響インピーダンスと、基準エコーレベルと、表層部エコーレベルとを基にして表層部の音響インピーダンスＺ１を求める表層部音響インピーダンス算出手段（図３のＳ２１）と、表層部の音響インピーダンスＺ１と、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、表層部エコーレベルＶ１と、コア部エコーレベルＶ２とを基にしてコア部の音響インピーダンスＺ２を求める第１コア部音響インピーダンス算出手段（図４のＳ２４）とを有した構成にされている。
【００７３】
尚、本実施形態においては、基準媒体として空気を用いているが、これに限定されることはなく、窒素や酸素、二酸化炭素等の単一組成の気体状物質、またはこれらを混合した複数組成の気体状物質を基準媒体として用いても良いし、水やアルコール溶液等の液体状物質、或いは合成樹脂等の固体状物質を基準媒体として用いても良い。
【００７４】
上記の構成において、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、測定対象物の表層部の音響インピーダンスＺ１とは、上述の（１３）式で示すように、中間媒体１５と基準媒体との境界面から得られた反射信号と、中間媒体１５と表層部との境界面から得られた反射信号とに基づいて一定の関係が成立しており、さらに、表層部の音響インピーダンスＺ１とコア部の音響インピーダンスＺ２とは、上述の（２０）式や（２４）式で示すように、表層部の音響インピーダンスＺ１と各反射信号とに基づいて一定の関係が成立している。
【００７５】
従って、中間媒体１５を基準媒体に当接させて反射信号を測定する作業と、中間媒体１５を測定対象物に当接させて反射信号を測定する作業とを行えば、これらの反射信号や中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０を基にして表層部の音響インピーダンスＺ１を求めた後、この表層部の音響インピーダンスＺ１等を用いてコア部の音響インピーダンスＺ２を求めることができる。これにより、表層部とコア部とを一連の作業で同時に求めることができるため、従来のように表層部およびコア部の音響インピーダンスＺ１・Ｚ２を個別の作業でそれぞれ求める場合よりも、短時間でコア部の音響インピーダンスＺ２を簡単に測定することができる。
【００７６】
また、本実施形態の音響インピーダンス測定装置における音響インピーダンス算出手段（音響インピーダンス算出ルーチン）は、中間媒体１５が基準媒体（空気）にセットされた場合における中間媒体１５と基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルＶａを求める基準エコーレベル測定手段（図３のＳ１２〜Ｓ１４）と、中間媒体１５が測定対象物に当接された場合における中間媒体１５と測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルＶ１を求める表層部エコーレベル測定手段（図３のＳ１６〜Ｓ１８）と、中間媒体１５が測定対象物に当接された場合における測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルＶ２を求めるコア部エコーレベル測定手段（図４のＳ２６）と、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、基準エコーレベルＶａと、表層部エコーレベルＶ１とを基にして表層部の音響インピーダンスＺ１を求める表層部音響インピーダンス算出手段（図３のＳ２１）と、表層部に対応した反射信号の表層部パワースペクトルＦ１（ｆ）と、コア部に対応した反射信号のコア部パワースペクトルＦ２（ｆ）とを求めるパワースペクトル算出手段（図４のＳ２７〜Ｓ３０）と、コア部パワースペクトルＦ２（ｆ）を表層部パワースペクトルＦ１（ｆ）で除算して常用対数をとった場合における周波数との関係値Ｐ（ｆ）を求める関係値算出手段（図４のＳ３１）と、関係値Ｐ（ｆ）が直線部分となる周波数領域を抽出し、周波数領域の近似直線から周波数が０の場合における固有値Ｐ０を求める固有値算出手段（図４のＳ３２）と、固有値Ｐ０と、表層部の音響インピーダンスＺ１と、中間媒体１５の音響インピーダンスＺ０と、表層部エコーレベルＶ１と、コア部エコーレベルＶ２とを基にしてコア部の音響インピーダンスＺ２を求める第２コア部音響インピーダンス算出手段（図４のＳ３３）とを有した構成にされている。
【００７７】
上記の構成によれば、さらに表層部の減衰を考慮することによって、コア部の音響インピーダンスＺ２を高精度に求めることができる。
【００７８】
尚、本実施形態においては、初期校正ルーチンや音響インピーダンス算出ルーチンをソフトウエア的に構成した場合について説明しているが、これらルーチンをハードウエア的に構成しても良い。また、本実施形態においては、表層部（軟組織３１）の減衰を考慮しない場合（図４のＳ２３〜Ｓ２５）と、表層部（軟組織３１）の減衰を考慮する場合（図４のＳ２６〜Ｓ３４）とを選択可能にした構成について説明しているが、これに限定されることもなく、何れか一方を実施する構成であっても良い。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、表層部と該表層部で覆われたコア部とを有した測定対象物に対して、前記表層部側から超音波信号を送信して得られた反射信号を基にして前記コア部の音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定装置において、前記超音波信号を送信し、反射信号を得るトランスデューサと、前記トランスデューサに超音波信号を通過させるように接合された中間媒体と、既知の音響インピーダンスを有した基準媒体と前記中間媒体との境界面からの反射信号のエコーレベルと、前記基準媒体の前記音響インピーダンスとは異なる既知の音響インピーダンスを有した校正媒体と前記中間媒体との境界面からの反射信号のエコーレベルとを基にして前記中間媒体の音響インピーダンスを求める中間媒体音響インピーダンス算出手段と、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記中間媒体と前記基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルと、前記中間媒体と前記測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルと、前記測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルとを基にして前記表層部および前記コア部の音響インピーダンスをそれぞれ求める音響インピーダンス算出手段とを有する構成である。
【００８０】
上記の構成において、中間媒体の音響インピーダンスと、測定対象物の表層部の音響インピーダンスとは、上述の（１３）式で示すように、中間媒体と基準媒体との境界面から得られた反射信号と、中間媒体と表層部との境界面から得られた反射信号とに基づいて一定の関係が成立しており、さらに、表層部の音響インピーダンスとコア部の音響インピーダンスとは、上述の（２０）式や（２４）式で示すように、表層部の音響インピーダンスと各反射信号とに基づいて一定の関係が成立している。
【００８１】
従って、中間媒体を基準媒体に当接させて反射信号を測定する作業と、中間媒体を測定対象物に当接させて反射信号を測定する作業とを行えば、これらの反射信号や中間媒体の音響インピーダンスを基にして表層部の音響インピーダンスを求めた後、この表層部の音響インピーダンス等を用いてコア部の音響インピーダンスを求めることができる。これにより、表層部とコア部とを一連の作業で同時に求めることができるため、従来のように表層部およびコア部の音響インピーダンスを別個の作業でそれぞれ求めていた場合よりも、短時間でコア部の音響インピーダンスを簡単に測定することができるという効果を奏する。
【００８２】
請求項２の発明は、請求項１記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記音響インピーダンス算出手段は、前記中間媒体が前記基準媒体にセットされた場合における該中間媒体と該基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルを求める基準エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該中間媒体と該測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルを求める表層部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルを求めるコア部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記基準エコーレベルと、前記表層部エコーレベルとを基にして表層部の音響インピーダンスを求める表層部音響インピーダンス算出手段と、前記表層部の音響インピーダンスと、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記表層部エコーレベルと、前記コア部エコーレベルとを基にしてコア部の音響インピーダンスを求める第１コア部音響インピーダンス算出手段とを有する構成である。
【００８３】
上記の構成によれば、請求項１の発明の場合と同様に、表層部とコア部とを一連の作業で同時に求めることができるため、従来のように表層部およびコア部の音響インピーダンスを個別の作業でそれぞれ求めていた場合よりも、短時間でコア部の音響インピーダンスを簡単に測定することができるという効果を奏する。
【００８４】
請求項３の発明は、請求項１記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記音響インピーダンス算出手段は、前記中間媒体が前記基準媒体にセットされた場合における該中間媒体と該基準媒体との境界面からの反射信号の基準エコーレベルを求める基準エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該中間媒体と該測定対象物の表層部との境界面からの反射信号の表層部エコーレベルを求める表層部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体が前記測定対象物に当接された場合における該測定対象物の表層部とコア部との境界面からの反射信号のコア部エコーレベルを求めるコア部エコーレベル測定手段と、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記基準エコーレベルと、前記表層部エコーレベルとを基にして表層部の音響インピーダンスを求める表層部音響インピーダンス算出手段と、前記表層部に対応した反射信号の表層部パワースペクトルと、前記コア部に対応した反射信号のコア部パワースペクトルとを求めるパワースペクトル算出手段と、前記コア部パワースペクトルを前記表層部パワースペクトルで除算して常用対数をとった場合における周波数との関係値を求める関係値算出手段と、前記関係値が直線部分となる周波数領域を抽出し、該周波数領域の近似直線から周波数が０の場合における固有値を求める固有値算出手段と、前記固有値と、前記表層部の音響インピーダンスと、前記中間媒体の音響インピーダンスと、前記表層部エコーレベルと、前記コア部エコーレベルとを基にしてコア部の音響インピーダンスを求める第２コア部音響インピーダンス算出手段とを有する構成である。
【００８５】
上記の構成によれば、請求項１の発明の場合と同様に、表層部とコア部とを一連の作業で同時に求めることができるため、従来のように表層部およびコア部の音響インピーダンスを個別の作業でそれぞれ求めていた場合よりも、短時間でコア部の音響インピーダンスを簡単に測定することができると共に、表層部の減衰も考慮することによって、コア部の音響インピーダンスを高精度に求めることができるという効果を奏する。
【００８６】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記基準媒体が空気である構成である。上記の構成によれば、基準媒体が空気であるため、中間媒体を基準媒体に当接させて反射信号を測定する作業を極めて簡単にすることができるという効果を奏する。
【００８７】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の音響インピーダンス測定装置であって、前記測定対象物の表層部およびコア部がそれぞれ被検者の軟組織および骨であり、前記コア部の音響インピーダンスが骨粗鬆症の診断に用いられる構成である。上記の構成によれば、骨粗鬆症の診断を短時間で終了することができるため、患者の負担を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響インピーダンス測定装置のブロック図である。
【図２】初期構成ルーチンのフローチャートである。
【図３】音響インピーダンス算出ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図４】音響インピーダンス算出ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図５】トランスデューサを空気中にセットした状態を示す説明図である。
【図６】トランスデューサを校正媒体にセットした状態を示す説明図である。
【図７】トランスデューサを測定対象物にセットした状態を示す説明図である。
【図８】表層部のパワースペクトルと周波数の関係を示すグラフである。
【図９】コア部のパワースペクトルと周波数の関係を示すグラフである。
【図１０】関係値Ｐ（ｆ）と周波数ｆの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 装置本体
２ トランスデューサ
３ 演算部
４ 表示部
５ 記憶部
６ トリガパルス発生部
７ Ａ／Ｄ変換部
８ 送信パルス発生部
９ Ａ／Ｄ変換用クロック発生部
１０ トラップ部
１１ 受信増幅部
１２ フィルター部
１３ 信号ケーブル
１４ 送受信センサー
１５ 中間媒体
１６ 校正媒体
１７ 操作部
３１ 軟組織
３２ 骨
【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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