(57)【要約】【課題】骨の厚みを安定して測定することのできる骨厚み測定装置を提供する。【解決手段】骨厚み測定装置は、皮質骨６０に対してほぼ垂直に入射パルス４０を送波するとともに、皮質骨表面６３からの第１反射波４１、及び、皮質骨裏面６４からの第２反射波４２を受波する超音波送受波器２と、超音波送受波器２によって、第１反射波と第２反射波がそれぞれ受波された時間の差に基づいて、皮質骨の厚みＤを算出する骨厚み演算部を備える。さらに、超音波送受波器２は、同一平面上に配置された、超音波の送波及び受波の両方を行う複数の超音波振動子２１〜２４と、超音波の送波のみを行う超音波振動子２５とを有する。【選択図】図２
2009153945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨に対して超音波を送波するとともに、前記骨の表面からの第１反射波、及び、前記骨の裏面からの第２反射波を受波する超音波送受波部と、
前記超音波送受波部によって、前記第１反射波と前記第２反射波がそれぞれ受波された時間の差に基づいて、前記骨の厚みを算出する骨厚み演算部とを備え、
前記超音波送受波部は、
同一平面上に配列され、それぞれ超音波の送波及び受波の両方が可能な、複数の超音波振動子を有することを特徴とする骨厚み測定装置。
【請求項２】
前記複数の超音波振動子のうちの受波を行う超音波振動子を決定する受波振動子決定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の骨厚み測定装置。
【請求項３】
骨に対して超音波を送波するとともに、前記骨の表面からの第１反射波、及び、前記骨の裏面からの第２反射波を受波する超音波送受波部と、
前記超音波送受波部によって、前記第１反射波と前記第２反射波がそれぞれ受波された時間の差に基づいて、前記骨の厚みを算出する骨厚み演算部とを備え、
前記超音波送受波部は、
同一平面上に配置された、超音波の送波及び受波の両方を行う送受波用超音波振動子、及び、超音波の送波のみを行う送波専用超音波振動子を有することを特徴とする骨厚み測定装置。
【請求項４】
顎骨の皮質骨に対して超音波を送波するとともに、前記顎骨の皮質骨の表面からの第１反射波、及び、前記顎骨の皮質骨の裏面からの第２反射波を受波する超音波送受波部と、
前記超音波送受波部によって、前記第１反射波と前記第２反射波がそれぞれ受波された時間の差に基づいて、前記顎骨の皮質骨の厚みを算出する骨厚み演算部とを備え、
前記超音波送受波部は、
同一平面上に配置された、超音波の送波及び受波の両方を行う送受波用超音波振動子、及び、超音波の送波のみを行う送波専用超音波振動子を有することを特徴とする骨厚み測定装置。
【請求項５】
前記超音波送受波部が、超音波の受波を行う超音波振動子を少なくとも２つ以上有しており、
前記２つ以上の超音波振動子がそれぞれ受波した前記第１反射波と前記第２反射波の何れかの位相差に基づいて、前記骨に対する前記超音波の入射方向を検出する入射方向検出部を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の骨厚み測定装置。
【請求項６】
前記送受波用超音波振動子は、前記送波専用超音波振動子によって囲まれており、
全ての超音波振動子の振動面を合わせた面の外縁形状が、円形状又は多角形状であり、
全ての前記送受波用超音波振動子の振動面を合わせた面の形状が、円形状又は多角形状であることを特徴とする請求項３又は４に記載の骨厚み測定装置
【請求項７】
前記骨厚み演算部が、前記受波された時間の差と、前記骨中を伝播する超音波の音速の仮定値とを用いて、前記骨の厚みを算出することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の骨厚み測定装置。
【請求項８】
前記仮定値が、３０００〜３３００ｍ／ｓの範囲内であることを特徴とする請求項７に記載の骨厚み測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて骨の厚み、特に、皮質骨の厚みを測定する骨厚み測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、骨粗鬆症の診断や、インプラント（人工歯根）の手術前の診断などのために、骨の強度を診断する様々な装置が知られている。そのような装置として、Ｘ線を用いた装置があるが、装置が大がかりになり、放射線の被爆という問題がある。
【０００３】
そこで、このような問題が生じない安全な装置として、超音波を利用して骨強度を診断する装置が開発されている。そのような超音波を用いた装置としては、例えば、特許文献１に開示されている骨密度測定装置がある。骨強度の評価指標としては、骨密度や、骨の厚み（皮質骨の厚み）などがあるが、特許文献１の装置は、特に骨密度に着目して骨強度を診断している。この骨密度測定装置は、被検体の両側を超音波送波器と超音波受波器とで挟み込み、被検体内中の超音波の通過速度から骨密度を算出するものである。この骨密度測定装置では、例えば、送波器と受波器によって挟み込むことの容易な踵骨を測定対象としている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４３１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の装置は、あくまでも骨密度を測定する装置であって、骨の厚みを測定するための装置ではない。また、上述した特許文献１の装置では、被検体の両側を超音波送波器と超音波受波器とで挟み込む必要がある。そのため、例えば、顎骨など両側から挟みにくい部位の測定には適しておらず、測定対象が限定される。
【０００６】
そこで、本願発明者らは、骨強度の指標の１つである骨厚みに着目し、本発明の目的を、骨厚みを安定して測定することのできる骨厚み測定装置を提供することとする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
請求項１の骨厚み測定装置は、骨に対して超音波を送波するとともに、前記骨の表面からの第１反射波、及び、前記骨の裏面からの第２反射波を受波する超音波送受波部と、前記超音波送受波部によって、前記第１反射波と前記第２反射波がそれぞれ受波された時間の差に基づいて、前記骨の厚みを算出する骨厚み演算部とを備え、前記超音波送受波部は、同一平面上に配列され、それぞれ超音波の送波及び受波の両方が可能な、複数の超音波振動子を有することを特徴とする。
【０００８】
骨に対して超音波が送波されると、骨の表面で反射した第１反射波と、骨の内部を伝播して骨の裏面で反射した第２反射波とが生じる。超音波送受波部は、骨に対して超音波を送波した後、第１反射波と第２反射波をそれぞれ受波する。第２反射波は、骨の表面から裏面の間を往復する分、第１反射波に対して遅れて戻ってくる。即ち、２つの反射波の時間差は、超音波が骨表面から骨裏面までの間を往復する時間に相当する。そのため、骨厚み演算部は、第１反射波と第２反射波の受波時間の差に基づいて、骨の厚みを算出することができる。また、このように、骨厚み測定装置では、反射波を用いて測定を行うため、骨の一方側に超音波の送波と受波を行う機器が配置される。そのため、様々な部位の骨厚みを測定することができる。
【０００９】
また、超音波送受波部は、超音波の送波及び受波の両方が可能な、複数の超音波振動子を有する。超音波送受波部は、複数の超音波振動子によって同時に骨に対して超音波を送波しつつ、はね返ってきた反射波を、複数の超音波振動子のうち受波を行う超音波振動子によって受波する。従って、超音波送受波部は、反射波を確実に受波するためには、骨に対してほぼ垂直に超音波を入射することが望ましい。しかし、骨は脂肪や筋肉などの軟組織で覆われているため、外部からは骨に対する入射方向がわかりにくい。そのため、結果的に、骨に対して超音波が斜めに入射されてしまう場合がある。
【００１０】
１つの超音波振動子によって超音波の送波と受波の両方を行う場合、上記問題を解決するために、超音波を骨に対して斜めに入射しても、その反射波を受波できるようにするには、超音波を送波する送波面（超音波振動子の振動面）を大きくすることが考えられる。しかし、一般的に、振動面を大きくすると、受波時の指向性が狭くなる。そのため、たとえ送波面を大きくしても、狭い指向性の範囲内でしか反射波を受波できない。
【００１１】
一方、本発明の超音波送受部では、超音波の送波面が、複数の超音波振動子の振動面で構成される。また、反射波の受波は、複数の超音波振動子のうち受波を行う超音波振動子ごとに独立して行われる。そのため、１つの超音波振動子によって超音波の送波と受波の両方を行う場合に比べて、受波時の指向性を広くすることができると同時に、送波面を大きくすることができる。従って、超音波を骨に対して斜めに入射した場合であっても、その反射波を受波することが可能となり、安定して骨の厚みを測定することができる。
【００１２】
請求項２の骨厚み測定装置は、請求項１において、前記複数の超音波振動子のうちの受波を行う超音波振動子を決定する受波振動子決定手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、超音波送受波部は、複数の超音波振動子によって同時に骨に対して超音波を送波しつつ、はね返ってきた反射波を、複数の超音波振動子のうち、受波振動子決定手段によって決定された超音波振動子によって受波する。骨の厚みを算出するためには、送波された超音波によって生じる反射波を全て受波する必要はなく、反射波の一部を受波できればよい。そのため、超音波の受波面は、送波面よりも小さくてもよい。そして、複数の超音波振動子のうちの一部の超音波振動子によって、受波を行うことにより、全ての超音波振動子によって受波を行うように構成されている場合に比べて、不要に超音波を受波する超音波振動子が少ないため、受波信号を処理するための電気的構成を簡略化でき、コストを低下できる。また、骨の形状によっては、どのように超音波送受波部を設置しても超音波を骨に対して斜めに入射されてしまう場合が考えられるが、このような場合であっても、超音波を受波する受波面の位置を、反射波が戻ってくる位置に設定することにより、確実に反射波を受波することができる。
【００１４】
請求項３の骨厚み測定装置は、骨に対して超音波を送波するとともに、前記骨の表面からの第１反射波、及び、前記骨の裏面からの第２反射波を受波する超音波送受波部と、前記超音波送受波部によって、前記第１反射波と前記第２反射波がそれぞれ受波された時間の差に基づいて、前記骨の厚みを算出する骨厚み演算部とを備え、前記超音波送受波部は、同一平面上に配置された、超音波の送波及び受波の両方を行う送受波用超音波振動子、及び、超音波の送波のみを行う送波専用超音波振動子を有することを特徴とする。
【００１５】
超音波送受波部は、骨に対して超音波を送波し、骨の表面で反射した第１反射波と、骨の裏面で反射した第２反射波をそれぞれ受波する。２つの反射波の時間差は、超音波が骨表面から骨裏面までの間を往復する時間に相当する。そのため、骨厚み演算部は、第１反射波と第２反射波の受波時間の差に基づいて、骨の厚みを算出することができる。また、このように、骨厚み測定装置では、反射波を用いて測定を行うため、骨の一方側に超音波の送波と受波を行う機器が配置される。そのため、様々な部位の骨厚みを測定することができる。
【００１６】
また、超音波送受波部は、超音波の送波及び受波の両方を行う送受波用超音波振動子、及び、超音波の送波のみを行う送波専用超音波振動子を有する。超音波送受波部は、送受波用超音波振動子と送波専用超音波振動子によって同時に骨に対して超音波を送波しつつ、はね返ってきた反射波を送受波用超音波振動子によって受波する。従って、超音波送受波部は、反射波を確実に受波するためには、骨に対してほぼ垂直に超音波を入射することが望ましい。しかし、骨は脂肪や筋肉などの軟組織で覆われているため、外部からは骨に対する入射方向がわかりにくいため、結果的に、骨に対して超音波が斜めに入射されてしまう場合がある。
【００１７】
超音波送受部は、超音波の送波面が、送受波用超音波振動子と送波専用超音波振動子の振動面で構成されている。また、反射波の受波は、送受波用超音波振動子によって行われる。そのため、１つの超音波振動子によって超音波の送波と受波の両方を行う場合に比べて、受波時の指向性を狭くすることなく、送波面を大きくすることができる。従って、超音波を骨に対して斜めに入射した場合であっても、その反射波を受波することが可能となり、安定して骨の厚みを測定することができる。尚、骨の厚みを算出するためには、送波された超音波によって生じる反射波を全て受波する必要はなく、反射波の一部を受波できればよい。そのため、超音波の受波面は、送波面よりも小さくてもよい。従って、超音波送受波部が超音波の送波と受波の両方が可能な複数の超音波振動子で構成される場合に比べて、不要な超音波の受波を行う超音波振動子の数が少ないため、受波信号を処理するための電気的構成を簡略化でき、コストを低下できる。
【００１８】
請求項４の骨厚み測定装置は、顎骨の皮質骨に対して超音波を送波するとともに、前記顎骨の皮質骨の表面からの第１反射波、及び、前記顎骨の皮質骨の裏面からの第２反射波を受波する超音波送受波部と、前記超音波送受波部によって、前記第１反射波と前記第２反射波がそれぞれ受波された時間の差に基づいて、前記顎骨の皮質骨の厚みを算出する骨厚み演算部とを備え、前記超音波送受波部は、同一平面上に配置された、超音波の送波及び受波の両方を行う送受波用超音波振動子、及び、超音波の送波のみを行う送波専用超音波振動子を有することを特徴とする。
【００１９】
超音波送受波部は、顎骨の皮質骨に対して超音波を送波した後、顎骨の皮質骨の表面で反射した第１反射波と、顎骨の皮質骨の裏面で反射した第２反射波をそれぞれ受波する。２つの反射波の時間差は、超音波が顎骨の皮質骨の表面から裏面までの間を往復する時間に相当する。そのため、骨厚み演算部は、第１反射波と第２反射波の受波時間の差に基づいて、顎骨の皮質骨の厚みを算出することができる。また、このように、骨厚み測定装置では、反射波を用いて測定を行うため、顎骨の一方側に超音波の送波と受波を行う機器が配置すればよい。そのため、顎骨の皮質骨の厚みを容易に測定することができる。
【００２０】
また、超音波送受波部は、超音波の送波及び受波の両方を行う送受波用超音波振動子、及び、超音波の送波のみを行う送波専用超音波振動子を有する。超音波送受波部は、送受波用超音波振動子と送波専用超音波振動子によって同時に顎骨に対して超音波を送波しつつ、はね返ってきた反射波を送受波用超音波振動子によって受波する。反射波を確実に受波するためには、顎骨の皮質骨に対してほぼ垂直に超音波を入射することが望ましいが、外部からは顎骨に対する入射方向がわかりにくいため、結果的に、顎骨の皮質骨に対して超音波が斜めに入射されてしまう場合がある。
【００２１】
超音波送受部は、超音波の送波面が、送受波用超音波振動子と送波専用超音波振動子の振動面で構成されている。また、反射波の受波は、送受波用超音波振動子によって行われる。そのため、１つの超音波振動子によって超音波の送波と受波の両方を行う場合に比べて、受波時の指向性を狭くすることなく、送波面を大きくすることができる。従って、超音波を顎骨の皮質骨に対して斜めに入射した場合であっても、その反射波を受波することが可能となり、安定して顎骨の皮質骨の厚みを測定することができる。尚、顎骨の皮質骨の厚みを算出するためには、送波された超音波によって生じる反射波を全て受波する必要はなく、反射波の一部を受波できればよい。そのため、超音波の受波面は、送波面よりも小さくてもよい。従って、超音波送受波部が超音波の送波と受波の両方が可能な複数の超音波振動子で構成される場合に比べて、不要な超音波の受波を行う超音波振動子の数が少ないため、受波信号を処理するための電気的構成を簡略化でき、コストを低下できる。
【００２２】
請求項５の骨厚み測定装置は、請求項１〜４の何れかにおいて、前記超音波送受波部が、超音波の受波を行う超音波振動子を少なくとも２つ以上有しており、前記２つ以上の超音波振動子がそれぞれ受波した前記第１反射波と前記第２反射波の何れかの位相差に基づいて、前記骨に対する前記超音波の入射方向を検出する入射方向検出部を備えることを特徴とする。
【００２３】
入射方向検出部によって、骨に対する超音波の入射方向を検出することにより、この検出された入射方向に応じて、超音波送受波部から超音波を送波する方向を調整することができる。これにより、骨に対してより垂直に超音波を入射することができる。そのため、より安定して測定を行うことができるとともに、測定精度が向上する
【００２４】
請求項６の骨厚み測定装置は、請求項３又は４において、前記送受波用超音波振動子は、前記送波専用超音波振動子によって囲まれており、全ての超音波振動子の振動面を合わせた面の外縁形状が、円形状又は多角形状であり、全ての前記送受波用超音波振動子の振動面を合わせた面の形状が、円形状又は多角形状であることを特徴とする。超音波送受波部の有する超音波振動子の構成の一例である。
【００２５】
請求項７の骨厚み測定装置は、請求項１〜６において、前記骨厚み演算部が、前記受波された時間の差と、前記骨中を伝播する超音波の音速の仮定値とを用いて、前記骨の厚みを算出することを特徴とする。
【００２６】
骨の厚みは、骨中を厚み方向に伝播する超音波の音速と、第１反射波と第２反射波の受波された時間の差から算出することができる。骨中の音速、及び、骨の厚みはいずれも個体差があるが、骨中の音速の個体差によるばらつきは、骨の厚みの個体差によるばらつきに比べて小さい。そのため、骨中の音速を一定値と仮定して骨の厚みを算出することにより、簡便に骨の厚みを算出することができる。
【００２７】
請求項８の骨厚み測定装置は、請求項７において、前記仮定値が、３０００〜３３００ｍ／ｓの範囲内であることを特徴とする。骨中の音速の仮定値を上述した範囲内に設定することにより、精度良く骨の厚みを算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の骨厚み測定装置１は、測定部位の皮質骨に対してほぼ垂直に超音波を送波し、皮質骨の表面及び皮質骨の裏面からの反射波を受波することにより、２つの反射波の受波された時間差に基づいて、皮質骨の厚みを測定する装置である。図１に示すように、骨厚み測定装置１は、下顎骨の皮質骨を測定部位とする。また、上顎骨の皮質骨を測定部位とすることもできる。
【００２９】
図２に示すように、骨は、皮質骨６０と、皮質骨６０の内部に存在する網目状の海綿骨６１とから構成されている。また、皮質骨の表面６３は、脂肪や筋肉などの軟組織６２で覆われている。ここで、皮質骨の表面６３と反対側の面、つまり、海綿骨６１と皮質骨６０との界面を、皮質骨裏面６４とする。皮質骨表面６３は、皮質骨裏面６４に対して、平行もしくは僅かに傾斜している。また、皮質骨６０の厚みＤは、皮質骨表面６３及び皮質骨裏面６４にほぼ直交する皮質骨６０の長さである。
【００３０】
図１に示すように、骨厚み測定装置１は、超音波送受波器２と、パルス発生器３と、送受信分離部４と、受信部５、信号処理部６と、制御装置７と、表示部８を備える。超音波送受波器２は、送受信分離部４を介して、パルス発生器３と受信部５に接続されている。また、受信部５は、信号処理部６に接続されている。制御装置７は、パスル発生器３と、信号処理部６と、表示部８に接続されている。尚、以下の骨厚み測定装置１の説明において、図１に示す上下方向を上下方向、図１に示す左右方向を左右方向と定義する。
【００３１】
図２に示すように、超音波送受波器２は、皮膚表面６５に当接される当接面２ａを有している。超音波送受波器２は、この当接面２ａが皮質骨６０とほぼ平行になるように、測定部位の皮膚表面６５に配置される。
【００３２】
超音波送受波器２は、送受信分離部４を介して、パルス発生器３から送られる電気パルス信号に応じて、測定部位の皮質骨６０に対してほぼ垂直に超音波パルス（入射パルス）４０を送波する。また、超音波送受波器２は、入射パルス４０が皮質骨表面６３で反射した第１反射波４１、及び、入射パルス４０が皮質骨裏面６４で反射した第２反射波４２をそれぞれ受波する。そして、超音波送受波器２は、第１反射波４１及び第２反射波４２を受波すると、受波信号を、送受信分離部４を介して受信部５に送信する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、超音波送受波器２は、振動子群２０を有する。振動子群２０は、同一平面上に配置された、超音波の送波及び受波の両方を行う４つの超音波振動子（以下、送受波用振動子という）２１〜２４と、超音波の送波のみを行う１つの超音波振動子（以下、送波専用振動子という）２５とから構成される。図３（ａ）に示すように、超音波を送波する送波面２０ａは、送受波用振動子２１〜２４及び送波専用振動子２５の振動面により構成される。また、図３（ｂ）に示すように、超音波を受波する受波面２０ｂは、送受波用振動子２１〜２４の振動面によって構成されている。
【００３４】
４つの送受波用振動子２１〜２４は、全て同一形状であり、それぞれ１辺の長さがＷの正方形の平板状に形成されている。送受波用振動子２１〜２４は、格子状に配置されている。詳細には、送受波用振動子２１、２３が左右に並んで配置されており、送受波用振動子２１、２３の上方には送受波用振動子２２、２４がそれぞれ配置されている。送受波用振動子２１〜２４は、それぞれ超音波を独立して受波可能に構成されている。送受波用振動子２１〜２４は、受信部５にパラレルに内蔵されている４つの受信回路にそれぞれ接続されている。受信部５の４つの受信回路は、受波信号を信号処理部６に送信する。さらに、信号処理部６は、この受波信号を一旦その記憶器に記憶した後、その信号処理回路で受波信号のピーク値等を検出して制御装置７へ送信する。
【００３５】
送波専用振動子２５は、４つの送受波用振動子２１〜２４を取り囲む形状の平板状に形成されている。送波専用振動子２５は、その外形が正方形であって、その中央部に送受波用振動子２１〜２４が配置されている。つまり、送波専用振動子２５の外縁形状、及び、送受波用振動子２１〜２４の振動面を合わせた面（受波面２０ｂ）の形状は、それぞれ正方形状である。
【００３６】
送受波用振動子２１〜２４及び送波専用振動子２５としては、例えば、ＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）圧電素子や、ＰＺＴと合成樹脂とからなる、いわゆるコンポジット圧電素子を用いることができる。特に、コンポジット圧電素子を用いることが好ましい。
【００３７】
超音波送受波器２は、パルス発生器３から一定の周期で送られる電気パルス信号を受信する度に、送受波用振動子２１〜２４及び送波専用振動子２５から、所定の周波数帯域の入射パルス４０を同時に送波する。尚、この電気パルス信号の周期は、入射パルス４０が送波されてから反射波が戻ってくるまでの時間よりも、十分に長い時間に設定されている。
【００３８】
超音波送受波器２から皮質骨６０に対してほぼ垂直に送波された入射パルス４０は、軟組織６２中を平面波として伝播し、その一部が皮質骨表面６３で反射する。これにより、第１反射波４１が生じる。また、皮質骨表面６３で反射せずに皮質骨６０中を伝播した入射パルス４０の一部が、皮質骨６０の皮質骨裏面６４で反射して、第２反射波４２が生じる。
【００３９】
第１反射波４１（第２反射波４２）が、受波面２０ｂに対して、送受波用振動子２１〜２４の指向性の範囲内の角度で入射することにより、第１反射波４１（第２反射波４２）は、送受波用振動子２１〜２４によってそれぞれ受波される。超音波送受波器２は、送受波用振動子２１〜２４が、第１反射波４１（第２反射波４２）を受波すると電気信号に変換し、この電気信号（受波信号）を、送受信分離部４を介して受信部５に送信する。
【００４０】
尚、超音波を受波する際の超音波振動子の指向性とは、超音波を検出できる角度範囲の広がり具合のことである。指向性は、１つの超音波振動子の振動面の面積や超音波の波長などによって決まる。例えば、面積の大きい振動面に対して、超音波が斜めから入射すると、受波位置で位相がずれるため、干渉により振幅が弱められる。そのため、振動面の面積が小さいほど、また、波長が長いほど、指向性は広くなる。
【００４１】
超音波送受波器２が反射波４１、４２を確実に受波するためには、皮質骨表面６３及び皮質骨裏面６４に対してほぼ垂直に入射パルス４０を入射することが望ましい。しかし、骨は軟組織６２で覆われているため、外部からは皮質骨６０に対する入射方向がわかりにくい。そのため、結果的に、皮質骨６０に対して入射パルス４０が斜めに入射されてしまう場合がある。
【００４２】
超音波の送波と受波の両方を行う１つの超音波振動子のみを有する超音波送受波器の場合、超音波を骨に対して斜めに入射しても、その反射波を受波できるようにするためには、超音波を送波する送波面（超音波振動子の振動面）を大きくすることが考えられる。しかし、一般的に、振動面を大きくすると、指向性が狭くなる。そのため、たとえ送波面を大きくしても、狭い指向性の範囲内でしか反射波を受波できない。
【００４３】
しかし、本実施形態の超音波送受波器２では、送波面２０ａが、送受波用振動子２１〜２４と送波専用振動子２５の振動面で構成され、また、反射波の受波は、送受波用振動子２１〜２４によってそれぞれ独立して行われる。そのため、１つの超音波振動子によって超音波の送波と受波の両方を行う場合に比べて、受波時の指向性を狭くすることなく、送波面２０ａを大きくすることができる。従って、入射パルス４０を皮質骨表面６３又は皮質骨裏面６４に対して斜めに入射した場合であっても、その反射波４１、４２を受波することが可能となり、安定して皮質骨６０の厚みを測定することができる。
【００４４】
さらに、受波面２０ｂは、送受波用振動子２１〜２４の振動面で構成されているため、受波面が１つの送受波用振動子で構成されている場合に比べて、振動面を小さくすることができるため、受波時の指向性を広くすることができる。従って、入射パルス４０を皮質骨６０に対してより斜めに入射した場合であっても、その反射波４１、４２を受波することが可能となる。
【００４５】
尚、皮質骨６０の厚みを算出するためには、送波された入射パルス４０によって生じる反射波４１、４２を全て受波する必要はなく、反射波４１、４２の一部を受波できればよい。そのため、超音波の受波面２０ｂは、送波面２０ａよりも小さくてもよい。従って、超音波送受波器２が、超音波の送波と受波の両方が可能な複数の超音波振動子で構成されている場合に比べて、不要な超音波の受波を行う超音波振動子の数が少ないため、受波信号を処理するための電気的構成を簡略化でき、コストを低下できる。
【００４６】
また、送波専用振動子２５の中央部に送受波用振動子２１〜２４が配置されているため、受波面２０ｂは送波面２０ａの中央部に位置している。そのため、送波面２０ａから送波された入射パルス４０が、皮質骨表面６３及び皮質骨裏面６４に対して、上下方向及び左右方向の何れに傾いている場合であっても、受波面２０ｂはその反射波を受波しやすい。
【００４７】
また、このように反射波を用いて測定を行うため、皮質骨表面６３側の皮膚表面６５に、１つの超音波送受波器２を配置すればよい。そのため、測定対象である顎骨の厚みを容易に測定することができる。
【００４８】
パルス発生器３は、制御装置７の後述する超音波制御部１０から信号を受けることにより、送受信分離部４を介して、超音波送受波器２に一定の周期で電気パルス信号を送信する。
【００４９】
送受信分離部４は、超音波送受波器２と、パルス発生器３及び受信部５との間に配置されている。送受信分離部４は、パルス発生器３から超音波送受波器２に送られる電気パルス信号（送波信号）が、受信部５に送られるのを防止するとともに、超音波送受波器２から受信部５に送られる電気信号（受波信号）が、パルス発生器３に送られるのを防止する。
【００５０】
受信部５は、送受信分離部４と信号処理部６との間に配置されている。受信部５は、並列に配置された４つの受信回路を有しており、これら４つの受信回路は、超音波送受波器２の送受波用振動子２１〜２４にそれぞれ接続されている。受信部５は、超音波送受波器２から送受信分離部４を介して送られた電気信号（受波信号）を、所定の増幅度で増幅し、デジタル信号に変換した後、信号処理部６に送信する。
【００５１】
信号処理部６は、記憶部と信号処理回路とから構成され、受信部５から受信したデジタル信号を一旦記憶部に記憶した後、信号処理回路によって図４に示す受波信号のピーク値等を検出して、制御装置７の骨厚み演算部１２や入射方向検出部１３へ送信する。
【００５２】
制御装置７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、図１に示すように、超音波制御部１０と、演算部１１とで構成されており、演算部１１は、骨厚み演算部１２と、入射方向検出部１３とを有する。
【００５３】
超音波制御部１０は、超音波送受波器２から入射パルス４０を送波するための信号をパルス発生器３に送信する。
【００５４】
演算部１１の骨厚み演算部１２は、超音波送受波器２によって、第１反射波４１と第２反射波４２がそれぞれ受波された時間の差ΔＴに基づいて、皮質骨６０の厚みＤを算出する。詳細には、骨厚み演算部１２は、この時間差ΔＴと、皮質骨６０中の音速Ｖｂの仮定値とを用いて、皮質骨６０の厚みＤを算出する。
【００５５】
以下、骨厚み演算部１２による厚みＤの算出方法について詳細に説明する。骨厚み演算部１２は、先ず、信号処理部６から送られた受波信号に基づいて、時間差ΔＴを算出する。
【００５６】
時間差ΔＴを導出する方法としては、図４（ａ）に示すような、横軸を時間、縦軸を受波された超音波（反射波）の強さ（振幅）とした時間領域のグラフを用いる方法と、図４（ｂ）に示すような、横軸を周波数、縦軸をパワースペクトルとする周波数領域のグラフを用いる方法がある。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すグラフは、信号処理部６から送信された信号を基にして、骨厚み演算部１２によって導出される。
【００５７】
時間領域のグラフを用いて時間差ΔＴを算出する方法としては、第１反射波４１及び第２反射波４２のそれぞれの最大ピークの時間差ΔＴ１を算出する、いわゆるピーク時間差法を用いることができる。また、第１反射波４１及び第２反射波４２のそれぞれの最大ピークの立ち上がり部分と、横軸（振幅０のライン）との交点の時間差ΔＴ２を算出する、いわゆるゼロクロス法を用いてもよい。
【００５８】
但し、皮質骨６０の厚みＤが薄い場合、図４（ａ）に示すような時間領域のグラフは、第１反射波４１の波形と第２反射波４２の波形が部分的に重なるため、時間領域のグラフを用いて時間差ΔＴを算出するのが困難となる。このような場合には、図４（ｂ）に示す周波数領域のグラフを用いて、時間差ΔＴを算出することが好ましい。以下、周波数領域のグラフを用いて時間差ΔＴを算出する方法について説明する。
【００５９】
第１反射波４１と第２反射波４２のそれぞれの時間ｔの関数を、Ｒ１(ｔ)、Ｒ２(ｔ)とし、第１反射波４１に対する第２反射波４２の振幅比をｋとすると、受波面２０ｂで受波される超音波Ｒ(ｔ)は、Ｒ(ｔ)＝Ｒ１(ｔ)＋Ｒ２(ｔ)＝Ｒ１(ｔ)＋ｋ・Ｒ１(ｔ−ΔＴ)で表される。また、第２反射波４２のフーリエスペクトルＦ[Ｒ２(ｔ)]は、以下の数式１で表される。
【００６０】
[数１]
Ｆ[Ｒ２(ｔ)]＝ｋ・Ｆ[Ｒ１(ｔ−ΔＴ)]
＝ｋ・exp(−ｊ２πｆΔＴ)・Ｆ[Ｒ１(ｔ)]
但し、ｆ：周波数、ｊ：虚数単位とする。
【００６１】
従って、受波面２０ｂで受波される超音波Ｒ(ｔ)のパワースペクトル｜Ｐ(ｆ)｜は、下記の数式２で表される。
【００６２】
[数２]
Ｐ(ｆ)＝|Ｆ[Ｒ１(ｔ)＋Ｒ２(ｔ)]|２
＝|Ｆ[Ｒ１(ｔ)]|２・|１＋ｋ・exp(−ｊ２πｆΔＴ)|２・
＝|Ｆ[Ｒ１(ｔ)]|２・(１＋ｋ２＋２ｋ・cos２πｆΔＴ)・
【００６３】
上記数式２より、Ｐ(ｆ)は、cos２πｆΔＴ＝１となるときにピークが生じ、cos２πｆΔＴ＝−１となるときに落ち込みが生じる。ピークが生じる周波数間隔をΔｆ１、落ち込みが生じる周波数間隔をΔｆ２とすると、Δｆ１＝Δｆ２＝１／ΔＴで表される。従って、図４（ｂ）に示す周波数領域のグラフから、Δｆ１又はΔｆ２を算出すると、ΔＴを求めることができる。
【００６４】
次に、以上のようにして算出された時間差ΔＴを用いて、皮質骨６０の厚みＤを算出する方法について説明する。図２に示すように、送波されてから第１反射波４１として受波されるまでの経路と、入射パルス４０が送波されてから第２反射波４２として受波されるまでの経路との差は、超音波が皮質骨６０中を厚さ方向に往復する距離２Ｄである。即ち、超音波は、時間ΔＴの間に、皮質骨６０中を距離２Ｄだけ進む。よって、皮質骨６０中を厚み方向に進む超音波の音速をＶｂとすると、皮質骨６０の厚みＤは、Ｄ＝Ｖｂ・ΔＴ／２で表される。そこで、皮質骨６０中の音速Ｖｂを一定値と仮定し、この仮定値を上記の式に代入することにより、皮質骨６０の厚みＤを算出する。音速Ｖｂの仮定値は、例えば、３０００〜３３００ｍ／ｓの範囲内に設定することが好ましい。
【００６５】
皮質骨６０中の音速Ｖｂ、及び、皮質骨６０の厚みＤはいずれも個体差があるが、皮質骨６０中の音速Ｖｂの個体差によるばらつきは、皮質骨６０の厚みＤの個体差によるばらつきに比べて小さい。そのため、皮質骨６０中の音速Ｖｂを一定値と仮定して皮質骨６０の厚みＤを算出することにより、算出された厚みＤは、実際の皮質骨６０の厚みと概ね一致する。
【００６６】
以上のように、皮質骨６０中の音速Ｖｂを一定値と仮定して皮質骨６０の厚みＤを算出することにより、簡便に皮質骨６０の厚みＤを算出することができる。
【００６７】
以下、音速Ｖｂの仮定値を、３０００〜３３００ｍ／ｓの範囲内に設定することが好ましい理由について説明する。
【００６８】
一般的に、皮質骨中の音速は、伝播する方向によって異なることが知られている。皮質骨中の音速は、荷重が作用する方向に関して比較的速く、３９００ｍ／ｓ前後である。荷重が作用する方向とは、通常、皮質骨表面に沿った方向である。
【００６９】
一方、皮質骨表面に対してほぼ垂直な方向（皮質骨の厚み方向）の音速は比較的遅く、３０００〜３５００ｍ／ｓ程度である。具体的には、例えば、７０〜９４歳の男女１７体の大腿骨の皮質骨の厚み方向の超音波音速を測定した結果、図５に示すように、３１２５〜３５６５ｍ／ｓの範囲で分布し、平均値は約３３００ｍ／ｓであり、標準偏差値は９１ｍ／ｓであった。尚、この測定は、以下の手順で行った。即ち、大腿骨の小転子の長管方向に関して３ｃｍ下方の位置から骨試料を取り出し、１辺１ｃｍ以下の直方体の骨ブロックを作製した後、この骨ブロックを２つの超音波振動子で挟み込み、超音波を骨ブロックに透過させることにより超音波音速を測定した。
【００７０】
また、音速Ｖｂを仮定して算出した皮質骨の厚みＤが実際の厚みとほぼ一致することを、以下のようにして検証した。表１に示すように、３名の被験者の下顎骨の厚みを、本実施形態の骨厚み測定装置１とＸ線ＣＴ装置を用いてそれぞれ測定した。骨厚み測定装置１による測定では、音速Ｖｂの仮定値を３０００ｍ／ｓとした。
【００７１】
【表１】
2009153945.tif 000003
【００７２】
骨厚み測定装置１を用いた測定では、被験者の測定対象に当接された超音波送受波器２の傾きを調整しつつ、皮質骨の厚みＤを表１に示す測定回数算出した。また、Ｘ線ＣＴ装置を用いた測定では、撮影されたＣＴ画像からの測定対象の皮質骨の厚みを測定した。
【００７３】
その結果、表１に示すように、骨厚み測定装置１を用いて測定された皮質骨の厚みＤの平均値と、Ｘ線ＣＴ装置を用いて測定された皮質骨の厚みとはほぼ一致することが確認された。
【００７４】
従って、骨厚み測定装置１を用いた測定では、音速Ｖｂの仮定値を３０００ｍ／ｓに設定することが好ましい。しかし、例えば音速Ｖｂを３３００ｍ／ｓと仮定して皮質骨の厚みを算出した場合、３０００ｍ／ｓと仮定した場合よりも約１０％大きくなるが、実際の皮質骨の厚みの傾向をほぼ把握することができる。よって、音速Ｖｂの仮定値は、３０００ｍ／ｓに限定されるものではない。
【００７５】
以上より、皮質骨６０中を厚み方向に伝播する音速Ｖｂの仮定値は、３０００〜３３００ｍ／ｓの範囲内に設定することが好ましい。音速Ｖｂの仮定値をこの範囲内に設定することにより、精度良く皮質骨厚みを算出することができる。
【００７６】
次に、演算部１１の入射方向検出部１３について説明する。入射方向検出部１３は、送受波用振動子２１〜２４がそれぞれ受波した第１反射波４１と第２反射波４２の何れかの位相差に基づいて、皮質骨６０に対する入射パルス４０の入射角を算出する。
【００７７】
以下、入射方向検出部１３による、皮質骨表面６３に対する入射パルス４０の入射角の算出方法について具体的に説明する。皮質骨表面６３に対する入射パルス４０の入射角は、上下方向の入射角と左右方向の入射角よって決まる。
【００７８】
図６に示すように、入射パルス４０が皮質骨表面６３に対して垂直に入射した場合、第１反射波４１は送受波用振動子２１〜２４に対して垂直に入射する。このとき、第１反射波４１の波面４１ａは、送受波用振動子２１〜２４の振動面と平行になる。そのため、受波位置での第１反射波４１の位相は全て同じになり、４つの送受波用振動子２１〜２４は、第１反射波４１を同時に受波する。このような場合、入射方向検出部１３は、入射角を０°と決定する。
【００７９】
一方、図７に示すように、入射パルス４０が皮質骨表面６３に対して、上下方向の入射角θで入射した場合、第１反射波４１は、送受波用振動子２１〜２４に対して入射角２θで入射する。このとき、第１反射波４１の波面４１ａは、送受波用振動子２１〜２４の振動面に対して２θ傾いている。そのため、上下方向に並んだ２つの送受波用振動子２１、２２（又は、送受波用振動子２３、２４）がそれぞれ受波した第１反射波４１に位相差が生じる。従って、送受波用振動子２１、２２（又は、送受波用振動子２３、２４）が第１反射波４１を受波した時間にずれが生じる。この時間の差をΔｔとする。
【００８０】
この場合、入射方向検出部１３は、先ず、信号処理部６から送信された受波信号に基づいて時間の差Δｔを算出する。図７に示すように、送受波用振動子２１で受波される第１反射波４１の経路と、送受波用振動子２２で受波される第１反射波４１の経路との差は、軟組織６２中での距離Ｗ・sin２θだけである。即ち、第１反射波４１は、時間Δｔの間に、軟組織６２中を距離Ｗ・sin２θだけ進む。従って、軟組織６２中の音速をＶｓとすると、Δｔは、Δｔ＝（Ｗ・sin２θ）／Ｖｓで表されるため、この式から、皮質骨表面６３に対する上下方向の入射角θを算出することができる。
【００８１】
また、皮質骨表面６３に対する左右方向の入射角は、左右方向に並んだ２つの送受波用振動子２１、２３（又は、送受波用振動子２２、２４）の受波信号に基づいて、同様に算出することができる。
【００８２】
また、皮質骨裏面６４に対する入射角についても、皮質骨表面６３に対する入射角を算出する場合と同様に算出することができる。
【００８３】
上述したように、超音波送受波器２は、超音波の受波を行う４つの送受波用振動子２１〜２４を有し、これら送受波用振動子２１〜２４が、上下方向及び左右方向に２つずつ配置されている。そのため、入射方向検出部１３は、送受波用振動子２１〜２４による受波信号に基づいて、皮質骨６０に対する入射パルス４０の上下方向及び左右方向の入射角を算出することができる。
【００８４】
算出された皮質骨表面６３及び皮質骨裏面６４に対する入射パルス４０の入射角は、即時に表示部８に表示される。測定者は、表示部８に表示された入射角を見ながら、皮膚表面６５に接する当接面２ａを支点として超音波送受波器２を上下方向又は左右方向に動かす。超音波送受波器２は、一定の周期で入射パルス４０を送波し続けているため、測定者は、新たに表示部８に表示される入射角が０°に近づくように、超音波送受波器２の傾きを調整する。
【００８５】
このように入射方向検出部１３によって、皮質骨６０に対する超音波の入射角を算出することにより、この算出された入射角に応じて、超音波送受波器２の傾きを調整することができる。これにより、皮質骨６０に対してより垂直に超音波を入射させることができる。そのため、安定して測定を行うことができるとともに、測定精度が向上する。
【００８６】
また、特に、皮質骨表面６３と皮質骨裏面６４とが平行でない場合、第１反射波４１と第２反射波４２の両方を受波するには、皮質骨裏面６４に対してできるだけ垂直に入射パルス４０を入射させることが好ましい。これは、皮質骨裏面６４は受波面２０ｂまでの距離が長いため、入射角が大きくなると、第２反射波４２が受波面２０ｂに戻ってこないためである。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態として第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は以下のように変更して実施できる。
【００８８】
即ち、超音波送受波器２の振動子群２０が有する送波専用振動子の数は、１つに限定されるものではなく、２つ以上であってもよい。例えば、図８に示すように、振動子群２０Ａは、４つの送波専用振動子２５Ａ〜２８Ａを有する構成であってもよい。
【００８９】
また、超音波送受波器２の振動子群２０が有する送受波用振動子の数は、４つに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、振動子群２０Ｂは、送受波用振動子２１Ｂを１つだけ有する構成であってもよい。この場合、送受波振動子２１Ｂは、受信部５の複数の受信回路のうちの１つの受信回路に接続されてもよいが、受信部５を１つの受信回路で構成し、この１つの受信回路に接続されてもよい。
【００９０】
また、例えば、振動子群は、上下方向及び左右方向に３つずつ配置された９つの送受波用振動子を有する構成であってもよい。但し、送受波用振動子の数が多すぎると（受波面２０ｂの分割数が多すぎると）、１つの送受波用振動子の振動面が小さくなりすぎて、超音波を受波する感度が低下して、測定精度が低下する。
【００９１】
また、送波専用振動子２５の外縁形状、及び、送受波用振動子２１〜２４の振動面を合わせた面（受波面２０ｂ）の形状は、それぞれ正方形状に限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示すように、振動子群２０Ｃの送波専用振動子２５Ｃの外縁形状、及び、送受波用振動子２１Ｃ〜２４Ｃの振動面を合わせた面（受波面２０ｂ）の形状は、それぞれ円形状に形成されていてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、振動子群２０Ｄが送受波用振動子２１Ｄを１つだけ有しており、送波専用振動子２５Ｄの外縁形状、及び、送受波用振動子２１Ｄの形状が、それぞれ円形状に形成されていてもよい。送波専用振動子２５Ｃの外形状が円形状であることにより、正方形状の場合よりも、超音波送受波器２を小型化することができる。また、例えば、送波専用振動子２５の外縁形状、及び、送受波用振動子２１〜２４の振動面を合わせた面（受波面２０ｂ）の形状が、それぞれ四角形状や八角形状などの多角形状にそれぞれ形成されていてもよい。
【００９２】
また、送波専用振動子２５の外縁形状と、送受波用振動子２１〜２４の振動面を合わせた面（受波面２０ｂ）の形状が、互いに異なる形状であってもよい。例えば、送波専用振動子２５の外縁形状が円形状であって、受波面２０ｂの形状が正方形状などの多角形状であってもよい。
【００９３】
また、送波専用振動子２５は、その中央部に送受波用振動子２１〜２４が配置されるように形成されていなくてもよい。例えば、送波専用振動子２５の上下方向に関して中央部より下側に、送受波用振動子２１〜２４が配置されていてもよい。
【００９４】
また、前記実施形態では、演算部１１の入射方向検出部１３によって、入射パルス４０の皮質骨６０に対する入射角を算出しているが、入射パルス４０の入射方向を検出するには、必ずしも入射角を算出しなくてもよい。例えば、図４（ａ）に示す時間領域のグラフを用いて入射方向を検出してもよい。具体的には、入射方向検出部１３によって、送受波用振動子２１〜２４ごとに、時間領域のグラフを導出して、隣接する送受波用振動子の波形の位相差を比較する。位相差がなければ垂直入射であると判断し、位相差があれば、受波された時間にずれがあるので、入射パルス４０が皮質骨６０に対して斜めに入射されたと判断できる。
【００９５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。但し、第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００９６】
図１１に示すように、本実施形態の骨厚み測定装置２０１は、超音波送受波器２０２と、送受信分離部４と、切替回路（受波振動子決定手段）２０９と、受信部５、信号処理部６と、制御装置７と、表示部８とを備える。切替回路２０９は、送受信分離部４と、受信部５の間に配置されている。
【００９７】
図１２に示すように、超音波送受波器２０２は、振動子群２２０を有する。振動子群２２０は、同一平面上に配置された、超音波の送波及び受波の両方が可能な１６個の超音波振動子２２１〜２３６によって構成されている。
【００９８】
超音波振動子２２１〜２３６は、四角形状の平板状にそれぞれ形成されている。超音波振動子２２１〜２３６は、上下方向及び左右方向に４つずつ格子状に配置されている。
【００９９】
超音波振動子２２１〜２３６は、送受信分離部４を介して、それぞれ独立して切替回路２０９に接続されている。切替回路２０９は、１６個の超音波振動子２２１〜２３６のうち、受波を行う例えば４つの超音波振動子を決定する。以下の説明において、切替回路２０９によって受波を行うと決定された超音波振動子を受波振動子とする。切替回路２０９によって受波振動子に決定された超音波振動子によって生成された受波信号は、受信部５に送信される。また、受波振動子以外の超音波振動子によって生成された受波信号は、切替回路２０９によって受信部５への接続が遮断される。従って、超音波を受波する受波面は、切替回路２０９によって決定された４つの受波振動子の振動面によって構成される。また、超音波を送波する送波面は、１６個の超音波振動子２２１〜２３６の振動面によって構成される。
【０１００】
また、受信部５は、切替回路２０９によって選択される４つの受波振動子にそれぞれ接続される４つの受信回路をパラレルに内蔵している。また、信号処理部６は、受信部５の４つの受信回路から送信されたデジタル信号を一旦その記憶器に記憶した後、信号処理回路によりピーク値等を検出して制御装置７へ送信する。
【０１０１】
切替回路２０９は、１６個の超音波振動子２２１〜２３６のうち、４つの超音波振動子を受波振動子に決定する。詳細には、切替回路２０９は、切替回路２０９に備えられたスイッチ（図示省略）を測定者が切り替えることによって受波振動子を決定する構成であってもよく、また、図示しないケーブルを介して制御装置７から送波された受波振動子決定信号を切替回路２０９が受信することによって受波振動子を決定する構成であってもよい。
【０１０２】
切替回路２０９によって、例えば、中央に配置された４つの超音波振動子２２６、２２７、２３０、２３１が受波振動子に決定された場合、超音波送受波器２０２は、１６個の超音波振動子２２１〜２３６の振動面（送波面）によって、入射パルス４０を同時に送波しつつ、また、はね返ってきた反射波４１、４２を４つの受波振動子（超音波振動子２２６、２２７、２３０、２３１）の振動面（受波面）によって受波する。尚、受波振動子は、上述した４つの超音波振動子２２６、２２７、２３０、２３１に限定されるものではなく、１６個の超音波振動子２２１〜２３６のうち、任意の４つの超音波振動子を選択することができる。
【０１０３】
以上のように超音波送受波器２０２は、送波面が、複数の超音波振動子２２１〜２３６の振動面で構成される。また、反射波の受波は、切替回路２０９によって決定された受波振動子ごとに独立して行われる。そのため、１つの超音波振動子によって超音波の送波と受波の両方を行う場合に比べて、受波時の指向性を広くすることができると同時に、送波面を大きくすることができる。従って、超音波を皮質骨６０に対して斜めに入射した場合であっても、その反射波を受波することが可能となり、安定して皮質骨の厚みを測定することができる。
【０１０４】
また、複数の超音波振動子２２１〜２３６の一部（本実施形態では４つ）の超音波振動子が受波振動子に切り替えられるため、超音波の受波面は、送波面よりも小さくなるが、皮質骨の厚みを算出するためには、送波された入射パルス４０によって生じる反射波４１、４２を全て受波する必要はなく、反射波４１、４２の一部を受波できればよい。従って、超音波の受波面は、送波面よりも小さくてもよい。従って、切替回路２０９を設けて、複数の超音波振動子２２１〜２３６のうちの一部の超音波振動子によって、受波を行うことにより、切替回路を設けない場合に比べて、不要に超音波を受波する超音波振動子が少ないため、受波信号を処理するための電気的構成を簡略化でき、コストを低下できる。
【０１０５】
また、例えば、皮質骨表面６３と皮質骨裏面６４とが平行でない場合など、皮質骨６０の形状によっては、どのように超音波送受波器２０２を設置しても入射パルス４０が皮質骨６０に対して斜めに入射されてしまう場合が考えられる。このような場合であっても、受波面の位置を、反射波が戻ってくる位置に設定することによって、確実に反射波を受波することができる。
【０１０６】
以上、本発明の好適な実施形態として第２実施形態を説明したが、上記第２実施形態は以下のように変更して実施できる。
【０１０７】
即ち、超音波送受波器２０２が有する超音波振動子の数は、１６個に限定されるものではない。例えば、超音波送受波器２０２は、上下方向及び左右方向に３つずつ配置された９つの超音波振動子を有する構成であってもよい。
【０１０８】
また、切替回路２０９によって決定される受波振動子の数は、４つに限定されるものではなく、例えば、４つ以下であっても、９つであってよい。
【０１０９】
また、切替回路２０９を設けずに、全ての超音波振動子２２１〜２３６によって受波を行ってもよい。これにより、入射パルス４０が皮質骨６０に対して斜めに入射してしまっても、その反射波を受波しやすくなる。
【０１１０】
以上、説明した第１実施形態及び第２実施形態では、測定部位を下顎骨又は上顎骨とし、口腔外に超音波送受波器を配置して測定を行っているが、図１３に示すように、抜歯後に再生した歯槽骨（顎骨）の皮質骨３６０の厚みＤ３を口腔内から測定する場合にも本発明の骨厚み測定装置を適用することができる。歯槽骨の皮質骨３６０の内側には海綿骨３６１が存在し、また皮質骨３６０の表面は、歯肉（軟組織）３６２で覆われている。超音波送受波器３０２は、皮質骨３６０に対してほぼ垂直に入射パルス３４０を送波し、皮質骨表面３６３で反射した第１反射波３４１、及び、皮質骨裏面３６４で反射した第２反射波３６２をそれぞれ受波する。この場合、この超音波送受波器３０２は、歯１つ分程度の大きさに形成されている。また、この場合、超音波送受波器としては、上述した第１実施形態又は第２実施形態と同様に、複数の超音波振動子を有するものを用いてもよいが、超音波の送波と受波の両方を行う１つの超音波振動子のみを有するものを用いてもよい。
【０１１１】
また、本発明の骨厚み測定装置の測定対象は、顎骨に限定されるものではない。例えば、頭蓋骨（顎骨以外）、脛骨等の皮質骨の厚みを測定する場合にも本発明の骨厚み測定装置を用いることができる。この場合、皮質骨の厚み方向の超音波音速Ｖｂは、測定部位に応じて、適切な値にそれぞれ設定される。具体的には、３０００〜３３００ｍ／ｓの範囲内の値に設定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】第１実施形態の骨厚み測定装置を示す図である。
【図２】超音波送受波器の使用状態を示す断面図である。
【図３】振動子群の配置を示す図であり、（ａ）は超音波の送波を行う超音波振動子を示し、（ｂ）は超音波の受波を行う超音波振動子を示す。
【図４】（ａ）は受波された超音波の受波時間ごとの振幅を示すグラフであり、（ｂ）は受波された超音波のパワースペクトルを示すグラフである。
【図５】大腿骨の皮質骨中の超音波音速を示すグラフである。
【図６】超音波が皮質骨表面に対して垂直に入射された状態を示す断面図である。
【図７】超音波が皮質骨表面に対して斜めに入射された状態を示す断面図である。
【図８】変更形態の振動子群を示す図である。
【図９】変更形態の振動子群を示す図である。
【図１０】変更形態の振動子群を示す図である。
【図１１】第２実施形態の骨厚み測定装置を示す図である。
【図１２】振動子群の配置を示す図である。
【図１３】超音波送受波器の他の使用状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、２０１  骨厚み測定装置
２、２０２、３０２  超音波送受波器
１２  骨厚み演算部
１３  入射方向検出部  
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  振動子群
２０ａ  送波面
２０ｂ  受波面
２１〜２４、２１Ｂ、２１Ｃ、２１〜２４Ｃ、２１Ｄ  送受波用振動子
２５、２５Ａ〜２８Ａ、２５Ｃ、２５Ｄ  送波専用振動子
４０  入射パルス
４１  第１反射波
４２  第２反射波
６０、３６０  皮質骨
６１、３６１  海綿骨
６２、３６２  軟組織
６３、３６３  皮質骨表面
６４、３６４  皮質骨裏面
２２１〜２３６  超音波振動子  
２０９  切替回路（受波振動子決定手段）
【図１】
2009153945.tif 000004
【図２】
2009153945.tif 000005
【図３】
2009153945.tif 000006
【図４】
2009153945.tif 000007
【図５】
2009153945.tif 000008
【図６】
2009153945.tif 000009
【図７】
2009153945.tif 000010
【図８】
2009153945.tif 000011
【図９】
2009153945.tif 000012
【図１０】
2009153945.tif 000013
【図１１】
2009153945.tif 000014
【図１２】
2009153945.tif 000015
【図１３】
2009153945.tif 000016