JP5593115B2 - 超音波骨評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を利用して骨の状態を評価する超音波骨評価装置に関する。

踵骨などの骨に超音波を放射し、骨組織中を伝搬する超音波の音速や減衰の程度等を測定することにより、骨組織の状態を評価する超音波骨評価装置が実用に供されている。この形式の超音波骨評価装置は、互いに向き合って配置された対をなす超音波振動子を有する。これらの超音波振動子の間に評価対象となる骨を位置させて、対の一方の超音波振動子から超音波を送信し、骨組織を通過した超音波を他方の超音波振動子で受信し、この送受信信号に基づき対象の骨組織の状態の評価を行う。

下記特許文献１には、対向する二つの超音波振動子にそれぞれ変形自在の整合材収納部を装着した超音波骨評価装置が記載されている。整合材収納部には、水などの音響整合材が収納されている。二つの整合材収納部の互いに対向する面は変形自在であり、生体に当接したとき、生体表面の形状に倣って変形する。この状態で、超音波の送受を行う。

特開平７−２０４２０５号公報

骨の評価に当たっては、対象となる部位を固定した上で、超音波の送受を行う必要がある。載置台を設け、この載置台の上に対象部位を載せて固定した状態で、音響整合材収納部を対象部位に当接しようとするとき、上記特許文献１のような比較的単純な形状の音響整合材収納部であると、これの表面が載置台の縁に当たり、これが邪魔になって、対象部位に十分に密着しない。また、音響整合材収納部が載置台に当たらないように、載置台を、音響整合材収納部に対して退いた配置とすると、音響整合材収納部は対象部位の両側に配置されるので、載置台の幅が狭くなり、対象部位を安定して保持することができない。

本発明は、評価対象の部位を安定して載置すると共に、音響整合材を評価対象部位に密着させることができる超音波骨評価装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波骨評価装置は、生体を載置する載置面を有する載置台と、載置台に載置された生体を挟むように配置される一対の振動子ユニットと、を有する。各振動子ユニットは、超音波振動子と、この超音波振動子と生体の間に位置し、音響整合材を収容した整合材袋とを有する。整合材袋は、生体に対向する側に生体に向けて膨出している膨出部を含み、膨出部は、生体に当接する生体当接面と、載置台が有する前記載置面に沿い、かつ対向する側面を有する。

載置台の載置面は、二つの平面をＬ字形に配置して構成することができる。また、整合材袋の生体当接面は球面の一部であり、載置面に沿う側面は、載置面がＬ字形であれば、これに沿ってＬ字形に形成される。

整合材袋の一部を、生体に向けて膨出した膨出部とし、この膨出部が載置台の載置面に沿う側面を有することにより、載置台に邪魔されずに、膨出部の生体当接面が生体に密着する。

本実施形態の超音波骨評価装置の外観を示す斜視図である。 本実施形態の超音波骨評価装置の外観を示す斜視図である。 足置き台および振動子ユニットの外観を示す拡大斜視図である。 足置き台、振動子ユニットおよび足の位置関係を示す拡大断面図である。 振動子ユニットの概略断面図である。 整合材袋の表側部材の形状を示す斜視図である。 整合材袋の表側部材の形状を示す斜視図である。 整合材袋の表側部材の形状を示す斜視図である。 超音波振動子を移動させるための機構の概略を示す斜視図である。 足置き台と整合材袋の膨出部を示す図である。 足置き台に足を置いた状態の膨出部を示す図である。 超音波ビームの走査範囲を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。以下においては、踵骨を評価対象とする超音波骨評価装置について説明するが、評価対象の骨はこれに限られない。踵骨以外の骨についても、この骨およびその周囲の形状、特性等に合わせて、装置の構成を適宜変更して、本発明の趣旨を達成することは、当業者においては容易に想定可能である。

図１および図２は、踵骨を評価対象とする超音波骨評価装置１０の外観を示す斜視図である。装置本体１２の上部には、足置き台１４が配置されている。足置き台１４は、略Ｌ字形の載置面を有する台であり、図２の鎖線で示すように足Ｆを載せ、位置決めを行うものである。踵を足置き台１４のＬ字形の角に合わせることにより、足の位置決めが行われる。足置き台１４の左右には、踵部分を挟むように、超音波振動子を含む二つの振動子ユニット１６Ａ，１６Ｂが配置されている。左右の振動子ユニット１６Ａ，１６Ｂは、対称の構造を有しており、特に左右を区別する必要がないときには、単に振動子ユニット１６と記して、以下説明する。また、左右の各振動子ユニット１６Ａ，１６Ｂを構成する要素についても、左右の区別が必要な場合はその符号にＡ，Ｂを付し、また区別の必要がない場合には数字の符号のみを用いて説明する。振動子ユニット１６は、水等の音響整合材を収容した整合材袋１８を有し、足を足置き台１４上に置いたときに、整合材袋１８が足の踵部分に当接して、超音波振動子とこの踵部分の間の音響インピーダンスの整合を図っている。

図３および図４は、足置き台１４と振動子ユニット１６の拡大図である。図３，４において、足置き台１４の正中面で破断して、一方の側、つまり被検者が足置き台１４に足を置いたときに被検者にとって右側となる部分が示されている。足置き台１４は、略Ｌ字形状であり、Ｌ字の２辺を構成する底面２０と当接面２２のなす角度は、ほぼ直角となっている。被検者は足の踵の後端面を当接面２２に当接させて足裏を底面２０に置く。このときの足の踵、特に踵骨の位置およびその周囲の位置に当接するよう整合材袋１８が配置されている。整合材袋１８の踵部分およびその周囲に当接する面は、概略球面の、一つの直径に直交する面と、この直径に平行で互いに直交する二つの面とで囲まれた部分の形状となっている。足置き台１４に足を置くと、踵部分およびその周囲の左右両側に整合材袋１８が当接し、整合材袋１８が踵部分の表面に倣うように変形し、空気層の介在を排除する。

図５は、振動子ユニット１６の断面図である。整合材袋１８は、対象の生体である足側の表側部材２４と反対側の裏側部材２６を、環状のリングフレーム２８に固定して形成される。表側部材２４は、その周縁部をリングフレーム２８とリングフレーム２８の内側に位置する第１固定リング３０に挟持され、リングフレーム２８に固定されている。また、裏側部材２６は、その周縁部を第１固定リング３０と第２固定リング３２に挟持され、間接的にリングフレーム２８に固定されている。裏側部材２６は、蛇腹状に屈曲しており、中心部分は、超音波振動子３４の外周部分に結合されている。裏側部材２６の更に背面側には、裏側部材２６が背面側に膨出しないように規制し、これを支持する支持盤３６が配置されている。支持盤３６は複数の円環板状の支持プレート３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄから構成され、最外周の支持プレート３８ａは、外周縁部分に円筒形状の部分を更に有し、これが、リングフレーム２８に固定されている。最内周の支持プレート３８ｄは、超音波振動子３４の外周部分に固定されている。裏側部材２６は、超音波振動子３４の外周部分に設けられれたフランジ４０と、最内周の支持プレート３６ｄに挟持されて超音波振動子３４に固定される。支持プレート３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは、相互にスライド可能であり、後述する超音波探触子３４の探触子軸線に直交する方向の動きを許容する。

図６〜８は、整合材袋の表側部材２４の形状を示す斜視図である。表側部材２４は、円形状の基礎部分４１を有し、基礎部分４１に、足置き台１４上の踵部分に向けて膨出する膨出部４２、対をなす振動子ユニット１６Ａ，１６Ｂの各々の整合材袋１８Ａ，１８Ｂの内部空間を連通する連通管４４Ａ，４４Ｂ、および校正用のブロックを配置するための校正ブロックポケット４６が設けられている。左右の連通管４４Ａ，４４Ｂは中央部分で連結され、左右の整合材袋の内部空間が連通されてる。この連通管４４Ａ，４４Ｂの位置に二つの超音波振動子３４Ａ，３４Ｂを移動させ、これらを対向させることにより、整合材内の音速を計測することができる。

膨出部４２の形状は、球面を一つの直径に直交する第１の平面と、前記の直径に平行で、互いに直交する第２および第３の平面で切った形状となっている。前記の直径は基礎部分４１に直交し、基礎部分４１が形成する平面が前記第１の平面に相当する。第２、第３の平面は、足置き台１４の底面２０と当接面２２が形成する面である。第２、第３の平面による切り口が第１の側面４８、第２の側面５０となる。また、これら第１から第３の平面により切り出された球面の一部が対象部位である足に当接する生体当接面５１となる。したがって、膨出部４２の第１の側面４８は足置き台の底面２０に沿い、第２の側面５０は当接面２２に沿う。そして、第１および第２の側面４８，５０から形成される膨出部４２の側面は、全体としてＬ字形の足置き台の足を置く面に沿ってＬ字形に形成される。また、見方を変えれば、膨出部は、高さの低いドームを、交差する二つの平面により切り取った部分的なドーム形状と見ることもできる。

図９は、超音波振動子３４を移動させる移動機構５２を示す図である。振動子ユニット１６は、支持盤３６を省略した状態で示されており、整合材袋１８の裏側部材２６の蛇腹形状の部分が現れている。二つの超音波振動子３４Ａ，３４Ｂは、コの字形またはＵ字形の支持フレーム５４の先端に固定されている。支持フレーム５４は駆動機構５６により、二つの超音波振動子３４Ａ，３４Ｂが対向する方向（つまり超音波振動子の軸線方向）に直交する平面内で移動される。したがって、二つの超音波振動子３４Ａ，３４Ｂは、これらが対向する方向においては移動せず、互いの距離も変化しないが、この対向方向に直交する方向には、いずれの方向にも移動可能となっている。この超音波振動子３４の移動を許容するために、整合材袋の裏側部材２６は、蛇腹構造を有し、また、支持盤３６は、多重の支持プレート３８ａ〜３８ｄを有する構成を有する。それぞれの支持プレート３８ａ〜３８ｄが相互にスライドして、超音波振動子３４の移動を許容する。

図１０および図１１は、足を置く前後の整合材袋１８の状態を示す図であり、足置き台１４の底面２０に直交する方向から、足置き台１４および整合材袋１８を見た状態を示すしている。図１０は、足を置く前の状態を示しており、整合材袋の膨出部４２は、図６〜８に示された部分的なドーム形状となっている。平面で形成された第１および第２の側面４８，５０はそれぞれ、足置き台の底面２０および当接面２２に沿って位置し、対向する面の間には隙間がない状態となっている。また、左右の膨出部４２は自然に足置き台１４の縁を越えて奥へと膨らみ、足置き台１４のＬ字形の角の内側部分も自然な形で膨出部４２により埋められる。図１１は、足置き台１４に足を置いた状態を示す図である。置かれた足の特に踵部分により膨出部４２は変形して凹むが、踵の周囲に、特に、踵の後ろ側の部分に密着する。これにより整合材袋１８と足の間の隙間が十分に埋まり、空気の介在が避けられる。

図１２は、足置き台１４とこれに置かれた足Ｆを示す図である。蛇行する矢印Ｙは、超音波探触子３４の走査の経路を示している。超音波探触子３４を、踵骨Ｃを含む領域において走査し、透過超音波のデータを得る。この受信データに基づき、骨、特に踵骨の評価を行う。

図１２によく表されるように、踵骨Ｃは、足置き台１４のＬ字形の角に近い部分にあり、この位置で整合材袋１８を足に密着させる必要がある。本実施形態の整合材袋１８は、足置き台のＬ字形を構成する底面２０および当接面２２に沿う第１および第２の側面４８，５０を有する膨出部４２により、足置き台１４のＬ字形の角の部分に足置き台に邪魔されずに、整合材を配置することができ、空気層の介在が避けられる。

１０ 超音波骨評価装置、１４ 足置き台（載置台）、１６ 振動子ユニット、１８ 整合材袋、２０ 底面、２２ 当接面、２４ 表側部材、２６ 裏側部材、３４ 超音波振動子、４２ 膨出部、４８ 第１の側面、５０ 第２の側面。

Claims (3)

1. 生体に対して超音波を送受して生体内の骨の評価を行う超音波骨評価装置であって、
   生体を載置する載置面を有する載置台と、
   載置台に載置された生体を挟むように配置される一対の振動子ユニットと、
   を有し、
   各振動子ユニットは、超音波振動子と、この超音波振動子と生体の間に位置し、音響整合材を収容した整合材袋とを有し、
   整合材袋は、生体に対向する側に生体に向けて膨出している膨出部を含み、膨出部は、生体に当接する生体当接面と、載置台が有する前記載置面に沿い、かつ対向する側面を有する、
   超音波骨評価装置。
2. 請求項１に記載の超音波骨評価装置であって、前記載置面は、二つの平面がＬ字形に配置されて構成される、超音波骨評価装置。
3. 請求項２に記載の超音波骨評価装置であって、
   前記生体当接面は球面の一部であり、前記側面は載置面に沿ってＬ字形に配置された二つの平面から構成され、膨出部はこれらの生体当接面および側面により形成される、
   超音波骨評価装置。