WO2017056780A1 - Measurement device, measurement method, and measurement program - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a measuring apparatus, a measuring method, and a measuring program for measuring an acoustic characteristic value such as a sound speed inside a living body of a measurement subject from the outside using ultrasonic waves.
- a sound velocity measuring device that measures an acoustic characteristic value such as the sound velocity of a cortical bone by transmitting an ultrasonic wave to the cortical bone and receiving an echo signal reflected by the cortical bone. It is known that the speed of sound of cortical bone is related to the soundness of bone, and bone evaluation can be performed by measuring the speed of sound of cortical bone (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent). Reference 3).
- an object of the present invention is to provide a measuring apparatus, a measuring method, and a measuring program capable of obtaining an evaluation index in consideration of the dependency of a measurement site.
- the measuring apparatus includes a transmission / reception unit that transmits ultrasonic waves to the inside of a living body including cortical bone and receives echo signals thereof, and a plurality of measuring units that are substantially orthogonal to the long axis direction of the cortical bone and are along the circumferential direction of the cortical bone Based on the acoustic characteristic value calculated by the acoustic characteristic value calculation unit, an acoustic characteristic value calculation unit that calculates an acoustic characteristic value for the cortical bone corresponding to each position from the echo signal obtained at the position, And an evaluation index generation unit that generates an evaluation index indicating the state of the cortical bone.
- the measuring device calculates an acoustic characteristic value that depends on the measurement site at each position.
- the acoustic characteristic value is, for example, a sound speed or an ultrasonic absorption coefficient.
- the measuring device generates an evaluation index based on the calculated acoustic characteristic value. Therefore, the measuring apparatus can obtain an evaluation index considering the measurement site dependency.
- FIG. 1A is a block diagram showing the main configuration of the measurement system
- FIG. 1B is a functional block diagram of the analysis unit 63.
- index shows the relationship between sound velocity and apatite orientation which is a bone quality parameter
- FIG. 1A is a block diagram showing the main configuration of a measurement system including the measurement apparatus of the present invention.
- FIG. 2 is a view showing a mounting mode of the measuring device 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an ultrasonic output mode of the probe 2 with respect to the tibia (cortical bone).
- the long axis direction of the tibia 201 is the X direction
- the direction in which the probe 2 is moved among the directions orthogonal to the direction is the Y direction
- the ultrasonic wave is output from the probe 2 among the directions orthogonal to the long axis direction.
- This direction is referred to as the Z direction.
- the major axis direction of the tibia 201 may be slightly inclined with respect to the X direction (substantially parallel).
- the information processing apparatus 3 corresponds to the measurement apparatus of the present invention, and is composed of, for example, a personal computer.
- the information processing device 3 is connected to the probe 2, the position detection unit 5 of the measurement device 1, and the display 8.
- the information processing apparatus 3 includes a transmission / reception unit 4, a signal processing unit 6, and an operation unit 7.
- the signal processing unit 6 functionally includes a signal generation unit 61, a control unit 62, and an analysis unit 63.
- the operation unit 7 includes a mouse or a keyboard, and receives an operation from a user (measurer).
- the operation unit 7 receives, for example, an operation related to transmission setting or an operation for starting measurement.
- the control unit 62 of the signal processing unit 6 sets a transmission frequency, a pulse width, an input voltage, or the like according to an operation related to transmission setting received by the operation unit 7.
- the control unit 62 inputs the set contents to the signal generation unit 61.
- the signal generator 61 generates an ultrasonic signal under the input setting conditions.
- the transmission / reception unit 4 outputs the ultrasonic signal generated by the signal generation unit 61 to the probe 2 and transmits the ultrasonic wave from the probe 2.
- the transmission / reception unit 4 converts the echo signal received by the probe 2 into a digital signal and outputs it to the analysis unit 63.
- the probe 2 is fixed to the measuring device 1. As shown in FIG. 2, the measurement device 1 is attached to a user's limb.
- the measurement device 1 includes a first fixing mechanism 20, a second fixing mechanism 30, and a coupling mechanism 50.
- the first fixing mechanism 20 has an opening 21.
- the opening 21 is fitted with a characteristic bone (for example, a rough surface of a tibial bone) located proximal to the subject's tibia (side closer to the trunk).
- the second fixing mechanism 30 has an opening 31.
- the opening 31 is fitted with a characteristic bone (for example, an ankle or an endometrium) located distal to the subject's tibia (the side far from the trunk).
- the measuring equipment 1 is fixed to the limb (for example, leg) of the person to be measured.
- the connecting mechanism 50 connects the first fixing mechanism 20 and the second fixing mechanism 30.
- the coupling mechanism 50 has a slide portion that slides the first fixing mechanism 20 and the second fixing mechanism 30 with respect to the coupling mechanism 50.
- the connecting mechanism 50 can expand and contract the interval between the first fixing mechanism 20 and the second fixing mechanism 30 by expanding and contracting the slide portion in the long axis direction (X direction).
- the measuring device 1 is adapted to be worn on the extremities in accordance with the length of the tibia 201 of the measurement subject in the long axis direction.
- the coupling mechanism 50 has a support holder 153 that supports the probe holding mechanism 40.
- the support holder 153 is formed in a staircase shape.
- the coupling mechanism 50 has a slide rail that allows the support holder 153 to move up and down. Thereby, the position of the probe holding mechanism 40 in the Z direction (axial direction perpendicular to the XY plane) can be adjusted.
- the probe holding mechanism 40 holds the probe 2 so as to be in contact with a predetermined part of the tibia 201.
- the probe holding mechanism 40 can change an attachment angle around an attachment pin 155 that is an attachment location with the coupling mechanism 50.
- An opening 401 is formed at the center of the probe holding mechanism 40.
- the probe 2 is brought into contact with the skin of the measurement subject through the opening 401.
- the ultrasonic transducer provided in the probe 2 outputs ultrasonic waves from the opening 401 to the tibia 201.
- the opening 401 has a rectangular shape having a long axis in the Y direction in plan view, and can move the probe 2 in the Y direction.
- the measurement position of the probe 2 attached to the probe holding mechanism 40 can be adjusted to a desired position according to the operation of the measurer.
- the opening 401 is set so that the vicinity of the center position of the tibia 201 in the long axis direction (for example, when the limb is a leg, the center position of the leg tip and the knee) is the measurement site.
- the central position of the tibia 201 in the long axis direction is easy to measure because the soft tissue is relatively thin and is flat in the horizontal direction.
- the measuring device 1 has a built-in position detector 5.
- the position detector 5 is composed of an encoder, for example, and detects the position of the probe 2 in the Y direction. More specifically, the measurer slides the probe 2 in the horizontal direction (Y direction) using the probe holding mechanism 40 of the measurement device 1, and more specifically, the cortical bone substantially perpendicular to the long axis direction of the tibia 201. Are measured at a plurality of positions along the peripheral direction (hereinafter, for the sake of simplicity, the horizontal direction). Thereby, the information processing apparatus 3 acquires the position information of the probe 2 while performing transmission of an ultrasonic wave and reception of an echo signal at each position.
- the position detection unit 5 is not limited to an encoder, and may be, for example, a method of detecting a position by photographing a probe with a camera (for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-050589). . Further, the probe holding mechanism 40 and the position detection unit 5 are not essential components in the present invention. For example, a measurer may hold the probe 2 by hand and perform measurement at each position and input position information.
- the analysis unit 63 includes an acoustic characteristic value calculation unit 631 and an evaluation index generation unit 632 as shown in FIG.
- the acoustic characteristic value calculation unit 631 processes the received echo signal and calculates an acoustic characteristic value related to the tibia 201.
- the evaluation index generation unit 632 generates an evaluation index indicating the state of cortical bone.
- the evaluation index is, for example, the position distribution of the acoustic characteristic value. Examples of acoustic characteristic values include ultrasonic absorption coefficient or sound speed.
- the ultrasonic absorption coefficient indicates the degree of absorption attenuation when an ultrasonic wave having a specific frequency (for example, 1 MHz) propagates through a unit distance, and is expressed in units such as dB / cm @ 1 MHz.
- a specific frequency for example, 1 MHz
- the ultrasonic absorption coefficient indicates the degree of absorption attenuation when an ultrasonic wave having a specific frequency (for example, 1 MHz) propagates through a unit distance, and is expressed in units such as dB / cm @ 1 MHz.
- the speed of sound is the speed SOS (Speed of Sound) at which sound waves propagate through the cancellous bone.
- SOS Speed of Sound
- cSOS cortical speed of sound
- the horizontal axis of the graph of FIG. 6 is an index indicating the apatite orientation (defined as the ratio of diffraction intensity from the (002 plane) and (310) planes of the apatite crystal in the bone in the X-ray diffractometer), and the vertical axis is cSOS.
- the evaluation index generation unit 632 calculates the position distribution of the cSOS, for example, as the bone quality evaluation index. In the following description, an example of calculating cSOS will be described.
- the CSOS is determined as follows. First, as shown in FIG. 3, the probe 2 has a transmitting transducer 2A and a plurality of receiving transducers 2B arranged in the long axis direction. Each of the plurality of wave receiving vibrators 2B receives a leaky surface wave such as a leaky surface pseudo longitudinal wave.
- the leaky surface wave is incident on the tibia 201 after the ultrasonic wave obliquely transmitted from the transmitting transducer 2A to the tibia 201 propagates in the soft tissue 250, propagates in the tibia 201, The light is again radiated into the soft tissue 250 and reaches the plurality of receiving transducers 2B.
- the acoustic characteristic value calculation unit 631 calculates the ultrasonic wave from the distance x between the plurality of receiving transducers 2B and the time difference t between the reception of the leaky surface wave by each receiving transducer 2B.
- CSOS x / t
- cSOS and BUA are also a plurality of the tibia 201 substantially perpendicular to the long axis direction of the tibia 201 along the Y direction of the tibia 201. It changes according to the position (position change in the Y direction). Therefore, in the measurement system of the present embodiment, the measurer performs measurement at each position while sliding the probe 2 in the “peripheral direction (including Y direction)” using the probe holding mechanism 40 of the measurement device 1.
- the evaluation index generation unit 632 acquires the position information of the probe 2 from the position detection unit 5 and inputs the cSOS (or BUA) at each position calculated by the acoustic characteristic value calculation unit 631.
- the transmission / reception unit 4 transmits ultrasonic waves from the probe 2 (S101). Further, the transmission / reception unit 4 receives an echo signal (S102). The position detection unit 5 detects the position (position in the Y direction) of the probe 2 (S103).
- the acoustic characteristic value calculation unit 631 calculates cSOS at each position by the method shown in FIG. 3 (S104). The measurement at each position is performed a plurality of times.
- the evaluation index generation unit 632 aggregates the calculated cSOS at each position and outputs it as a distribution (S105). This distribution is an example of an evaluation index indicating the state of cortical bone.
- FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a display mode of the evaluation index displayed on the display device 8.
- information on the measurement subject Patient ID
- cSOS value indicating that the measurement is being performed
- icon image Measuring
- STOP icon image
- the icon image (Measuring) indicating that the measurement is in progress changes to, for example, an icon image “START” for instructing the start of measurement after the measurement is completed.
- an icon image “START” for instructing the start of measurement after the measurement is completed.
- the cSOS at each position calculated by the analysis unit 63 is displayed as a distribution chart as shown in the lower right graph of FIG.
- the horizontal axis of the lower right graph in the figure shows the position in the Y direction, the left side of the horizontal axis is the outside of the tibia 201, and the right side is the inside of the tibia 201.
- the vertical axis is cSOS.
- the evaluation index generation unit 632 outputs the calculated cSOS value to the display 8 as a distribution chart as shown in FIG.
- the evaluation index generation unit 632 displays an echo image based on the level of the echo signal received by the transmission / reception unit 4 as shown in the lower left of FIG.
- the evaluation index generation unit 632 determines whether or not the number of measurements at each position is equal to or greater than a reference value (S106). If it is not greater than the reference value, the process is repeated from the transmission of the ultrasonic wave. When it is determined that the evaluation index generation unit 632 is equal to or greater than the reference value, the evaluation index generation unit 632 notifies the measurer (S107). The notification is performed, for example, by displaying an image on the display 8. For example, as shown in the upper right of FIG. 5, a histogram indicating the number of measurements at each position is displayed on the display 8, and the histogram is highlighted, for example, when the number of measurements at each position exceeds a reference value. .
- the measurement at each position may be performed once, but in order to improve the reliability and reproducibility of the measurement, it is preferable to perform a predetermined number of measurements or more. Therefore, the information processing device 3 performs notification when the number of measurements becomes equal to or greater than the reference value. Note that the notification may be performed by sound, for example. When sound is output when the number of measurements exceeds the reference value, the measurer can measure while looking at the measurement site of the subject by listening to the sound without looking at the screen of the display 8. it can.
- the evaluation index generation unit 632 determines whether or not the measurement at all positions is completed (S108). When the measurement at all positions is not completed, the process is repeated from the transmission of the ultrasonic wave. If the evaluation index generation unit 632 determines that the measurement has been completed at all positions, the evaluation index generation unit 632 calculates the overall average cSOS (S109), and displays it on the display unit 8 (S110).
- the analysis unit 63 averages the calculated cSOS at each position to calculate an average cSOS.
- the calculated average cSOS is displayed on the display 8 as shown in the upper left of FIG.
- the evaluation index generation unit 632 first determines a representative value (for example, an average value or a median value) of cSOS at each position, and sets the average value (representative average value) of the representative values at each position as an average cSOS.
- Average cSOS is also an example of an evaluation index indicating the state of cortical bone.
- the evaluation index generation unit 632 averages each representative value by unit length, and generates an evaluation index based on a representative value (unit length average value) averaged by the unit length. Also good.
- the average unit length is a value obtained by adding the representative values of cSOS at each position and dividing by the total length (L), as shown in the following formula. In this case, an average value that does not depend on the variation in the number of measurement samples at each position can be obtained.
- the evaluation index generation unit 632 selectively uses an acoustic characteristic value within a predetermined range for calculating the average cSOS and does not employ a measurement result with a low reliability (a value outside the specified range).
- the specified range is preferably determined by statistical processing from the average value and standard deviation at each position.
- the value outside the specified range is, for example, a specifically large or small value among cSOS calculated at each position.
- the measurement result when the amplitude of the echo signal is within a predetermined range is used, or the measurement result when the waveform of the leaky surface wave is a predetermined pattern (correlation with the reference is within the predetermined range) is used. It may be.
- the specified range of each position after calculating the entire distribution.
- the lowest value of cSOS at a position of 3 mm is about 3700 (m / s)
- the lowest value of cSOS at a position of 15 mm is also about 3700 (m / s). Both values are comparable.
- the value of 3700 (m / s) is close to the other measured values and thus falls within the specified range.
- the value of 3700 (m / s) is a value that is specifically smaller than other measured values, and thus is outside the specified range and is not used for calculating the average cSOS.
- the analysis unit 63 detects the measurement position of the probe by the position detection unit 5 and calculates, for example, cSOS as an index having dependency on the measurement site at each position. In addition, the analysis unit 63 outputs an index having dependency on the measurement site such as cSOS as a position distribution, or calculates an average cSOS as a whole, thereby obtaining an evaluation index considering the measurement site dependency. Can be generated.
- acoustic characteristic values are calculated at each position along the circumference of the cortical bone (Y direction) substantially orthogonal to the long axis direction (X direction) of the tibia. It is not necessary to measure each position in a direction that is exactly 90 ° with respect to the X direction. For example, even in a direction that is shifted by about 90 ⁇ 10 ° with respect to the X direction (preferably a direction that is shifted by about 90 ⁇ 3 °), it is possible to obtain an evaluation index that takes into account the site dependence of the acoustic characteristic value.
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Abstract
Description
この発明は、超音波を用いて被測定者の生体内部の音速等の音響特性値を外部から測定する測定装置、測定方法、および測定プログラムに関する。 The present invention relates to a measuring apparatus, a measuring method, and a measuring program for measuring an acoustic characteristic value such as a sound speed inside a living body of a measurement subject from the outside using ultrasonic waves.
従来から、皮質骨に対して超音波を送信し、当該皮質骨で反射されたエコー信号を受信することにより、皮質骨の音速等の音響特性値を測定する音速測定装置が知られている。皮質骨の音速は、骨の健全性と関係があることが知られており、皮質骨の音速を測定することにより、骨評価を行うことができる(例えば特許文献1、特許文献2、および特許文献3を参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a sound velocity measuring device that measures an acoustic characteristic value such as the sound velocity of a cortical bone by transmitting an ultrasonic wave to the cortical bone and receiving an echo signal reflected by the cortical bone. It is known that the speed of sound of cortical bone is related to the soundness of bone, and bone evaluation can be performed by measuring the speed of sound of cortical bone (for example, Patent Document 1,
従来の測定手法では、測定部位による依存性(例えば測定部位の変化による音速の変化)を考慮した評価指標を得ることができていない。 In the conventional measurement method, it is not possible to obtain an evaluation index that takes into account the dependence depending on the measurement site (for example, the change in sound speed due to the change in the measurement site).
そこで、本発明は、測定部位の依存性を考慮した評価指標を得ることができる測定装置、測定方法、および測定プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a measuring apparatus, a measuring method, and a measuring program capable of obtaining an evaluation index in consideration of the dependency of a measurement site.
測定装置は、皮質骨を含む生体内部に対して超音波を送信してそのエコー信号を受信する送受信部と、皮質骨の長軸方向に略直交して該皮質骨の周囲方向に沿った複数の位置において得られた前記エコー信号から各位置に対応する前記皮質骨に関する音響特性値をそれぞれ算出する音響特性値算出部と、前記音響特性値算出部によって算出された音響特性値に基づいて、前記皮質骨の状態を示す評価指標を生成する評価指標生成部と、を備えたことを特徴とする。 The measuring apparatus includes a transmission / reception unit that transmits ultrasonic waves to the inside of a living body including cortical bone and receives echo signals thereof, and a plurality of measuring units that are substantially orthogonal to the long axis direction of the cortical bone and are along the circumferential direction of the cortical bone Based on the acoustic characteristic value calculated by the acoustic characteristic value calculation unit, an acoustic characteristic value calculation unit that calculates an acoustic characteristic value for the cortical bone corresponding to each position from the echo signal obtained at the position, And an evaluation index generation unit that generates an evaluation index indicating the state of the cortical bone.
このように、測定装置は、各位置において、測定部位による依存性がある音響特性値を算出する。音響特性値は、例えば音速または超音波吸収係数である。測定装置は、算出した音響特性値に基づいて評価指標を生成する。したがって、測定装置は、測定部位依存性を考慮した評価指標を得ることができる。 Thus, the measuring device calculates an acoustic characteristic value that depends on the measurement site at each position. The acoustic characteristic value is, for example, a sound speed or an ultrasonic absorption coefficient. The measuring device generates an evaluation index based on the calculated acoustic characteristic value. Therefore, the measuring apparatus can obtain an evaluation index considering the measurement site dependency.
この発明によれば、測定部位の依存性を考慮した評価指標を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an evaluation index considering the dependency of the measurement site.
図1(A)は、本発明の測定装置を含む測定システムの主要構成を示すブロック図である。図2は、測定用装具1の装着態様を示す図である。図3は、脛骨(皮質骨)に対するプローブ2の超音波の出力態様を示す断面図である。
FIG. 1A is a block diagram showing the main configuration of a measurement system including the measurement apparatus of the present invention. FIG. 2 is a view showing a mounting mode of the measuring device 1. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an ultrasonic output mode of the
本実施形態では、脛骨201の長軸方向をX方向、当該方向に直交する方向のうちプローブ2を移動させる方向をY方向、当該長軸方向に直交する方向のうちプローブ2から超音波を出力する方向をZ方向と称する。ただし、図3に示すように、脛骨201の長軸方向は、X方向に対して多少傾いていてもよい(略平行である)。
In the present embodiment, the long axis direction of the
情報処理装置3は、本発明の測定装置に相当し、例えばパーソナルコンピュータからなる。情報処理装置3は、プローブ2と、測定用装具1の位置検出部5と、表示器8と、に接続される。
The
また、情報処理装置3は、送受信部4、信号処理部6、および操作部7を備えている。信号処理部6は、機能的に、信号発生部61、制御部62、および解析部63を備えている。
Further, the
操作部7は、マウスまたはキーボード等からなり、ユーザ(測定者)からの操作を受け付ける。操作部7は、例えば送信設定に関する操作または測定開始の操作を受け付ける。信号処理部6の制御部62は、操作部7で受け付けた送信設定に関する操作に応じて、送信周波数、パルス幅、または入力電圧等の設定を行う。制御部62は、設定した内容を信号発生部61に入力する。信号発生部61は、入力された設定条件で超音波信号を発生する。送受信部4は、信号発生部61で発生した超音波信号をプローブ2に出力し、プローブ2から超音波を送信させる。
The
送受信部4は、プローブ2で受信したエコー信号をデジタル信号に変換し、解析部63へ出力する。
The transmission /
プローブ2は、測定用装具1に固定される。測定用装具1は、図2に示すように、利用者の四肢に装着される。測定用装具1は、第1固定機構20、第2固定機構30、および連結機構50を備えている。
The
第1固定機構20は、開口21を有する。開口21には、被測定者の脛骨の近位(体幹に近い側)にある特徴骨(例えば頸骨粗面)が嵌められる。第2固定機構30は、開口31を有する。開口31には、被測定者の脛骨の遠位(体幹に遠い側)にある特徴骨(例えばくるぶし、または内果)が嵌められる。これにより、測定用装具1が被測定者の四肢(例えば脚)に固定される。
The
連結機構50は、第1固定機構20と第2固定機構30とを連結する。連結機構50は、当該連結機構50に対して第1固定機構20および第2固定機構30をスライドさせるスライド部を有する。連結機構50は、このスライド部を長軸方向(X方向)に伸縮させることで、第1固定機構20と第2固定機構30との間隔を拡縮可能になっている。これにより、測定用装具1は、被測定者の脛骨201の長軸方向の長さに合わせて四肢に装着されるようになっている。
The
また、連結機構50は、プローブ保持機構40を支持する支持ホルダー153を有している。支持ホルダー153は、階段形状に形成されている。また、連結機構50は、支持ホルダー153を上下移動可能にするスライドレールを内部に有している。これにより、プローブ保持機構40のZ方向(X-Y平面に垂直な軸方向)の位置を調節することができる。
Further, the
プローブ保持機構40は、プローブ2を脛骨201の所定部位に当接可能に保持する。プローブ保持機構40は、連結機構50との取り付け箇所である取付ピン155を中心にして取り付け角度を変更できるようになっている。
The
プローブ保持機構40の中央部には、開口部401が形成されている。プローブ2は、当該開口部401から被測定者の表皮に当接される。プローブ2に設けられた超音波振動子は、当該開口部401から脛骨201に対して超音波を出力する。また、開口部401は、この例では、平面視してY方向に長軸を有する長方形状となっていて、Y方向にプローブ2を移動させることができるようになっている。
An
これにより、プローブ保持機構40に装着されたプローブ2の測定位置は、測定者の操作に応じて、所望の位置に合わせることができるようになっている。特に、プローブ保持機構40は、脛骨201の長軸方向の中心位置(例えば四肢が脚である場合、脚先と膝の中心位置)付近が測定部位となるように開口部401が設定されている。脛骨201の長軸方向の中心位置は、軟部組織の厚みが比較的薄く、水平方向に平坦な形状であるため、測定が容易である。
Thereby, the measurement position of the
また、測定用装具1には、位置検出部5が内蔵されている。位置検出部5は、例えばエンコーダからなり、プローブ2のY方向の位置を検出する。測定者は、測定用装具1のプローブ保持機構40を用いてプローブ2を水平方向(Y方向)にスライドさせながら、より具体的には、脛骨201の長軸方向に略直交して該皮質骨の周囲方向(以下、説明の簡略化のために、水平方向とする)に沿った複数の位置において測定を行う。これにより、情報処理装置3は、各位置での超音波の送信およびエコー信号の受信を行いつつ、プローブ2の位置情報を取得する。なお、位置検出部5の例としては、エンコーダに限らず、例えばカメラによりプローブを撮影して位置を検出する手法等(例えば特開2014-050589号公報に開示された手法)であってもよい。また、プローブ保持機構40および位置検出部5は、本発明において必須の構成ではない。例えば測定者が手でプローブ2を保持し、各位置での測定、および位置情報の入力を行ってもよい。
In addition, the measuring device 1 has a built-in
解析部63は、図1(B)に示すように、音響特性値算出部631および評価指標生成部632を備えている。音響特性値算出部631は、受信したエコー信号を処理して、脛骨201に関する音響特性値を算出する。評価指標生成部632は、皮質骨の状態を示す評価指標を生成する。評価指標は、例えば、当該音響特性値の位置分布である。音響特性値の例としては、超音波吸収係数または音速が挙げられる。
The
超音波吸収係数は、ある特定の周波数(例えば1MHz)の超音波が、単位距離を伝搬した際の吸収減衰の程度を表すもので、dB/cm@1MHz等の単位で表される。特に、帯域の広い超音波パルス信号の(例えば帯域が2MHz~4MHz)を送信し、2点間で受信したときに、受信パルス信号のスペクトル比を計算すると、周波数の変化に対する当該比の値の変化(傾き)であるBUA(Broadband Ultrasound Absorption)が算出される。当該BUAは、骨の微細構造に依存する。したがって、解析部63は、超音波吸収係数として、当該BUAの位置分布を算出することが好ましい。
The ultrasonic absorption coefficient indicates the degree of absorption attenuation when an ultrasonic wave having a specific frequency (for example, 1 MHz) propagates through a unit distance, and is expressed in units such as dB / cm @ 1 MHz. In particular, when transmitting an ultrasonic pulse signal having a wide band (for example, the band is 2 MHz to 4 MHz) and receiving it between two points, calculating the spectrum ratio of the received pulse signal, the value of the ratio with respect to the frequency change A change (inclination) BUA (Broadband Ultrasound Absorption) is calculated. The BUA depends on the bone microstructure. Therefore, it is preferable that the
音速は、海綿骨中を音波が伝搬する速度SOS(Speed of Sound)である。特に、超音波が皮質骨中を長軸方向に伝搬する速度であるcSOS(cortical Speed of Sound)は、図6に示すように、ミネラルのナノスケールの骨質指標であるアパタイト配向性と強い相関(r=0.889,p<0.001)が認められる。図6のグラフの横軸は、アパタイト配向性を示す指標(X線回折装置における骨中のアパタイト結晶の(002面)と(310)面からの回折強度比として定義)であり、縦軸はcSOSである。 The speed of sound is the speed SOS (Speed of Sound) at which sound waves propagate through the cancellous bone. In particular, cSOS (cortical speed of sound), which is the speed at which ultrasound propagates in the cortical bone in the long axis direction, has a strong correlation with the apatite orientation, which is a nanoscale bone quality index of minerals as shown in FIG. r = 0.889, p <0.001) is observed. The horizontal axis of the graph of FIG. 6 is an index indicating the apatite orientation (defined as the ratio of diffraction intensity from the (002 plane) and (310) planes of the apatite crystal in the bone in the X-ray diffractometer), and the vertical axis is cSOS.
評価指標生成部632は、骨質の評価指標として、例えば上記cSOSの位置分布を算出する。以下の説明では、cSOSを算出する例について説明する。
The evaluation
cSOSは、以下のようにして求められる。まず、図3に示すように、プローブ2には、長軸方向に並ぶ送波用振動子2Aと複数の受波用振動子2Bとを有する。複数の受波用振動子2Bは、それぞれ漏洩表面疑似縦波などの漏洩表面波を受波する。
CSOS is determined as follows. First, as shown in FIG. 3, the
漏洩表面波は、送波用振動子2Aから脛骨201に対して斜めに送信された超音波が、軟組織250の中を伝播した後に、脛骨201に入射し、当該脛骨201中を伝搬して、再び軟組織250の中に放射されて複数の受波用振動子2Bに到達するものである。
The leaky surface wave is incident on the
したがって、音響特性値算出部631は、複数の受波用振動子2B間の距離xと、各受波用振動子2Bで漏洩表面波を受波したタイミングの時間差tから、超音波が脛骨201中を長軸方向に伝搬する速度であるcSOS(=x/t)を算出する。なお、音響特性値算出部631は、脛骨201の表面を検出することで、距離xの値を補正してもよい。例えば、プローブ2の表面と、脛骨201の表面との角度がθ傾いている場合、受波用振動子2B間の距離x1は、x1=x・cosθと表される。したがって、cSOSは、cSOS=x・cosθ/tで表される。
Therefore, the acoustic characteristic
そして、脛骨201の骨微細構造は、該脛骨201のY方向の位置によって異なるため、cSOSおよびBUAも、該脛骨201の長軸方向に略直交して該脛骨201のY方向に沿った複数の位置(Y方向の位置変化)に応じて変化する。そこで、本実施形態の測定システムでは、測定者が測定用装具1のプローブ保持機構40を用いてプローブ2を「周囲方向(Y方向を含む)」にスライドさせながら各位置で測定を行う。評価指標生成部632は、位置検出部5からプローブ2の位置情報を取得するとともに、音響特性値算出部631で算出された各位置でのcSOS(またはBUA)を入力する。
And since the bone microstructure of the
図4のフローチャートを参照しながら解析部63の動作について説明する。まず、上述したように、送受信部4は、プローブ2から、超音波を送信する(S101)。また、送受信部4は、エコー信号を受信する(S102)。位置検出部5は、プローブ2の位置(Y方向の位置)を検出する(S103)。
The operation of the
そして、音響特性値算出部631は、図3で示した手法により、各位置のcSOSを算出する(S104)。各位置での測定は、複数回行われる。評価指標生成部632は、算出した各位置のcSOSを集計し、分布として出力する(S105)。この分布は、皮質骨の状態を示す評価指標の一例となる。
Then, the acoustic characteristic
図5は、表示器8に表示される、評価指標の表示態様の一例を示す図である。同図の表示例において、左上には、被測定者の情報(Patient ID)、cSOSの値、測定中を示すアイコン画像(Measuring)、停止を示すアイコン画像(STOP)が表示されている。左下には、エコー画像が表示されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a display mode of the evaluation index displayed on the
測定中を示すアイコン画像(Measuring)は、測定終了後は、例えば測定開始を指示するためのアイコン画像「START」に変化する。測定者は、操作部7を操作して、当該アイコン画像「START」を押下すると、測定が開始される。
The icon image (Measuring) indicating that the measurement is in progress changes to, for example, an icon image “START” for instructing the start of measurement after the measurement is completed. When the measurer operates the
解析部63で算出された各位置のcSOSは、同図の右下グラフに示すような分布図として表示される。同図の右下のグラフの横軸は、Y方向の位置を示し、横軸の左側は、脛骨201の外側であり、右側は脛骨201の内側である。縦軸は、cSOSである。
The cSOS at each position calculated by the
評価指標生成部632は、算出したcSOSの値を、図5に示すような分布図として表示器8に出力する。また、評価指標生成部632は、送受信部4で受信したエコー信号のレベルに基づいて、同図の左下に示すように、エコー画像を表示する。
The evaluation
図4のフローチャートに戻り、評価指標生成部632は、各位置における測定数が基準値以上となったか否かを判断する(S106)。基準値以上でない場合、超音波の送信から処理が繰り返される。評価指標生成部632は、基準値以上であると判断した場合、測定者に報知を行う(S107)。報知は、例えば表示器8に画像を表示することにより行われる。例えば、図5の右上に示すように、表示器8に各位置での測定数を示すヒストグラムを表示し、各位置で測定数が基準値以上となった場合に、ヒストグラムを例えばハイライト表示する。各位置での測定は、1回であってもよいが、測定の信頼性および再現性を向上させるために、所定数以上の測定を行うことが好ましい。したがって、情報処理装置3は、測定数が基準値以上となった場合に報知を行う。なお、報知は、例えば音により行われてもよい。測定数が基準値以上となった場合に音が出力されると、測定者は表示器8の画面を見ずに、音を聞くことで被測定者の測定部位を見ながら測定を行うことができる。
Returning to the flowchart of FIG. 4, the evaluation
次に、評価指標生成部632は、全ての位置での測定が終了したか否かを判断する(S108)。全ての位置での測定が終了していない場合、超音波の送信から処理が繰り返される。評価指標生成部632は、全ての位置での測定が終了したと判断した場合、全体の平均cSOSを算出し(S109)、表示器8に表示を行う(S110)。
Next, the evaluation
上述したように、骨微細構造は、Y方向(周囲方向)の位置によって異なるため、cSOSも、Y方向の位置変化に応じて変化する。そこで、解析部63は、算出した各位置のcSOSを平均化し、平均cSOSを算出する。算出した平均cSOSは、図5の左上に示すように、表示器8に表示される。
As described above, since the bone microstructure differs depending on the position in the Y direction (circumferential direction), the cSOS also changes according to the position change in the Y direction. Therefore, the
評価指標生成部632は、まず各位置でのcSOSの代表値(例えば平均値あるいは中央値)を決定し、各位置での代表値の平均値(代表平均値)を平均cSOSとする。平均cSOSも、皮質骨の状態を示す評価指標の一例となる。
The evaluation
また、評価指標生成部632は、各代表値を単位長さで平均化し、当該単位長さで平均化した代表値(単位長さ平均値)に基づいて、評価指標を生成する態様であってもよい。単位長さ平均値は、以下の数式に示すように、各位置のcSOSの代表値を加算し、全体の長さ(L)で除算した値である。この場合、各位置での測定サンプル数のばらつきに依存しない平均値を求めることができる。
The evaluation
なお、評価指標生成部632は、平均cSOSの算出に、予め定められた範囲にある音響特性値を選択的に用い、信頼性の低い測定結果(規定範囲外の値)を採用しないことが好ましい。例えば、規定範囲は、各位置での平均値と標準偏差から統計処理により決定することが好ましい。規定範囲外の値とは、例えば、各位置で算出されたcSOSのうち、特異的に大きい値または小さい値である。また、エコー信号の振幅が所定範囲内である場合の測定結果を用いる、あるいは、漏洩表面波の波形が所定のパターン(リファレンスとの相関が所定範囲内)である場合の測定結果を用いる、等であってもよい。なお、各位置の規定範囲は、全体の分布を算出した後に設定することが好ましい。例えば、図5の例では、3mmの位置におけるcSOSの最も低い値は、約3700(m/s)であり、15mmの位置におけるcSOSの最も低い値も、約3700(m/s)であり、両者は同程度の値である。しかし、3mmの位置では、3700(m/s)の値は、他の測定値と近い値であるため、規定範囲内となる。これに対し、15mmの位置では、3700(m/s)の値は、他の測定値に対して特異的に小さい値であるため、規定範囲外となり、平均cSOSの算出には用いられない。
In addition, it is preferable that the evaluation
以上のように、解析部63は、位置検出部5でプローブの測定位置を検出するとともに、各位置において、測定部位による依存性がある指標として、例えばcSOSを算出する。また、解析部63は、cSOS等の測定部位による依存性がある指標を、位置分布として出力したり、全体としての平均cSOSを算出したりすることで、測定部位依存性を考慮した評価指標を生成することができる。
As described above, the
なお、本実施形態では、脛骨の長軸方向(X方向)に対して略直交して該皮質骨の周囲(Y方向)に沿った各位置での音響特性値を算出する態様を示したが、厳密にX方向に対して90°となる方向の各位置を測定する必要はない。例えばX方向に対して90±10°程度ずれた方向(好ましくは90±3°程度ずれた方向)であっても、音響特性値の部位依存性を考慮した評価指標を求めることができる。 In the present embodiment, an aspect has been shown in which acoustic characteristic values are calculated at each position along the circumference of the cortical bone (Y direction) substantially orthogonal to the long axis direction (X direction) of the tibia. It is not necessary to measure each position in a direction that is exactly 90 ° with respect to the X direction. For example, even in a direction that is shifted by about 90 ± 10 ° with respect to the X direction (preferably a direction that is shifted by about 90 ± 3 °), it is possible to obtain an evaluation index that takes into account the site dependence of the acoustic characteristic value.
1…測定用装具
2…プローブ
2A…送波用振動子
2B…受波用振動子
3…情報処理装置
4…送受信部
5…位置検出部
6…信号処理部
7…操作部
8…表示器
20…第1固定機構
21…開口
30…第2固定機構
31…開口
40…プローブ保持機構
50…連結機構
61…信号発生部
62…制御部
63…解析部
153…支持ホルダー
155…取付ピン
201…脛骨(皮質骨)
401…開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
401 ... opening
Claims (12)
皮質骨の長軸方向に略直交して該皮質骨の周囲方向に沿った複数の位置において得られた前記エコー信号から各位置に対応する前記皮質骨に関する音響特性値をそれぞれ算出する音響特性値算出部と、
前記音響特性値算出部によって算出された音響特性値に基づいて、前記皮質骨の状態を示す評価指標を生成する評価指標生成部と、
を備えたことを特徴とする測定装置。 A transmission / reception unit for transmitting an ultrasonic wave to the inside of the living body including the cortical bone and receiving an echo signal thereof;
An acoustic characteristic value for calculating an acoustic characteristic value for the cortical bone corresponding to each position from the echo signals obtained at a plurality of positions along the circumferential direction of the cortical bone substantially orthogonal to the longitudinal direction of the cortical bone A calculation unit;
Based on the acoustic characteristic value calculated by the acoustic characteristic value calculation unit, an evaluation index generation unit that generates an evaluation index indicating the state of the cortical bone;
A measuring apparatus comprising:
前記音響特性値は、同じ位置での複数回の前記超音波の送受信によって得られたエコー信号から算出されることを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 1,
The acoustic characteristic value is calculated from an echo signal obtained by transmitting and receiving the ultrasonic wave a plurality of times at the same position.
前記評価指標生成部は、前記各位置における前記音響特性値の代表値を決定し、当該決定した前記代表値をさらに全体で平均化した代表平均値に基づいて、前記評価指標を生成することを特徴とする測定装置。 In the measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The evaluation index generation unit determines a representative value of the acoustic characteristic value at each position, and generates the evaluation index based on a representative average value obtained by further averaging the determined representative value as a whole. Characteristic measuring device.
前記評価指標生成部は、前記各位置における前記音響特性値の代表値を決定し、当該決定した前記代表値を単位長さで平均化した単位長さ平均値に基づいて、前記評価指標を生成することを特徴とする測定装置。 In the measuring apparatus in any one of Claims 1 thru | or 3,
The evaluation index generation unit determines a representative value of the acoustic characteristic value at each position, and generates the evaluation index based on a unit length average value obtained by averaging the determined representative value by a unit length. A measuring apparatus characterized by:
前記評価指標生成部は、前記各音響特性値のうち、予め定められた範囲にある音響特性値を選択的に用いることを特徴とする測定装置。 In the measuring apparatus in any one of Claims 1 thru | or 4,
The evaluation index generation unit selectively uses an acoustic characteristic value within a predetermined range among the acoustic characteristic values.
前記複数の位置を検出する位置検出部をさらに備えたことを特徴とする測定装置。 In the measuring apparatus in any one of Claims 1 thru | or 5,
A measurement apparatus further comprising a position detection unit that detects the plurality of positions.
前記各音響特性値をその位置関係に対応させて表示する表示部をさらに備えたことを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The measuring apparatus further comprising a display unit that displays each acoustic characteristic value in correspondence with the positional relationship.
前記音速は、前記皮質骨を前記長軸方向に超音波が伝搬する速度であることを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The measuring device is characterized in that the sound velocity is a velocity at which an ultrasonic wave propagates through the cortical bone in the long axis direction.
前記音響特性値は、超音波吸収係数であることを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The acoustic characteristic value is an ultrasonic absorption coefficient.
各位置における測定回数が所定回数以上となった場合に、報知を行う報知部を備えたことを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 9,
A measuring apparatus, comprising: a notification unit that performs notification when the number of measurements at each position is equal to or greater than a predetermined number.
皮質骨の長軸方向に略直交して該皮質骨の周囲方向に沿った複数の位置において得られた前記エコー信号から各位置に対応する前記皮質骨に関する音響特性値をそれぞれ算出し、
算出された音響特性値に基づいて、前記皮質骨の状態を示す評価指標を生成する、
ことを特徴とする測定方法。 Sending ultrasonic waves to the inside of the living body including cortical bone and receiving the echo signal,
Calculating the acoustic characteristic values for the cortical bone corresponding to each position from the echo signals obtained at a plurality of positions along the circumferential direction of the cortical bone substantially orthogonal to the longitudinal direction of the cortical bone,
Based on the calculated acoustic characteristic value, an evaluation index indicating the state of the cortical bone is generated.
A measuring method characterized by the above.
皮質骨の長軸方向に略直交して該皮質骨の周囲方向に沿った複数の位置において得られた前記エコー信号から各位置に対応する前記皮質骨に関する音響特性値をそれぞれ算出する音響特性値算出ステップと、
前記音響特性値算出ステップによって算出された音響特性値に基づいて、前記皮質骨の状態を示す評価指標を生成する評価指標生成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする測定プログラム。 A transmission / reception step of transmitting an ultrasonic wave to the inside of the living body including the cortical bone and receiving an echo signal thereof;
An acoustic characteristic value for calculating an acoustic characteristic value for the cortical bone corresponding to each position from the echo signals obtained at a plurality of positions along the circumferential direction of the cortical bone substantially orthogonal to the longitudinal direction of the cortical bone A calculation step;
Based on the acoustic characteristic value calculated by the acoustic characteristic value calculating step, an evaluation index generating step for generating an evaluation index indicating the state of the cortical bone;
A measurement program for causing a computer to execute.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013013567A (en) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Furuno Electric Co Ltd | Bone sound velocity measuring wearing implement, bone sound velocity measurement device, and bone velocity measurement method |
| JP2014050589A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Furuno Electric Co Ltd | Measuring apparatus |
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-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013013567A (en) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Furuno Electric Co Ltd | Bone sound velocity measuring wearing implement, bone sound velocity measurement device, and bone velocity measurement method |
| JP2014050589A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Furuno Electric Co Ltd | Measuring apparatus |
| WO2014087776A1 (en) * | 2012-12-06 | 2014-06-12 | 古野電気株式会社 | Measurement device and measurement method |
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