JP2001231788A

JP2001231788A - 骨の治療・治癒診断方法及び治療・治癒診断装置

Info

Publication number: JP2001231788A
Application number: JP2000044703A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Takano; 正彦高野; Takayuki Mizuta; 隆之水田; Chitose Nakatani; 千歳中谷; Masahiro Kurihara; 昌宏栗原
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Advanced Systems Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Advanced Systems Corp
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波を用いて非侵襲的に簡便な手段で、外
科手術後等の骨の治療を行いながら患部の治癒状態を計
測する。【解決手段】骨折治癒度計測は、骨折治癒過程を大き
く２つに分類し、それぞれにおいて適した手法によって
行われる。受傷後比較的初期の段階では患部周辺部位に
仮骨が成長するため、その形状認識によって診断を可能
する。仮骨によるbridgingが完了した後は骨成長による
骨密度の増加が見られるので、健常部位と患部との相対
密度を評価することによって治癒度診断を行う。空間分
解能向上領域を視野内で自由に調整する機構は、振動子
５をアニュラアレイとし深さ方向のフォーカスエリアを
調整することに加え、振動子あるいはプローブをメカニ
カルスキャン方式によりスキャンすることにより角度方
向の調整を行っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、骨の治療・治癒診
断方法及び治療・治癒診断装置に係り、特に、外科手術
後等の骨の治療及び患部の治癒状態を計測する超音波信
号を用いた骨の治療・治癒診断方法及び治療・治癒診断
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】骨折の治療促進を目的とした方法及び装
置に関する従来技術として、例えば、患部に電極を装着
して患部に電気刺激を与えるもの、患部全体を磁場中に
曝して患部に誘導電流を生じさせるもの等が知られてい
る。前者の従来技術は、電極装着が侵襲的であるものが
多く、患者への肉体的精神的負担が大きいのに加え、感
染症の恐れもある。また、後者の従来技術は、装置の規
模が巨大であり、効果が表われるまでの治療期間、１回
の治療時間が極めて長い（１日数時間程度）ため、患者
がその間拘束されてしまうものである。

【０００３】前述した電気刺激、磁場印加を用いる従来
技術は、何れも、前述した理由により、現在ほとんど用
いられていない。

【０００４】これに対して、超音波照射による骨折治療
が近年注目されている。この方法は、音響エネルギーを
経皮的に骨折患部に照射することによって骨折部の治療
を促進させるという方法である。この超音波照射による
方法は、前述した電気刺激、磁場印加の方法が持ってい
る侵襲的、装置規模の巨大化、治療の長時間化、治療の
長期間化の問題点を解決することができるものである。

【０００５】超音波照射による骨折治療に関する従来技
術として、例えば、特開平４−８２５６７号公報、特開
平４−８２５６８号公報等に記載された技術が知られて
いる。この従来技術は、超音波照射と電気刺激とを同時
に行うことにより、骨折患部の治癒を促すというもので
ある。また、他の従来技術として、例えば、特開平５−
２２０１６０号公報に記載された技術が知られている。
この従来技術は、照射する超音波を骨折患部の骨の表面
で集束させるように、骨と周辺組織との境界位置を測定
する装置を備えて、治療に適した超音波照射法を自動制
御するというものである。

【０００６】さらに、他の従来技術として、特開平７−
１０８０５４号公報に記載された技術が知られている。
この従来技術は、骨折患部に複数の超音波トランスジュ
ーサを装着し、それぞれを時分割方式により励振制御す
ることにより治療効果の増大を図るというものである。
また、さらに他の従来技術として、特開平８−１８７２
６５号公報、特開平８−３３２２０９号公報等に記載さ
れた技術が知られている。これらの従来技術は、骨折患
部の骨と骨との間隙に着目し、その空間により効率よく
音響エネルギを伝搬、照射することができるにしたもの
であり、骨と骨との間隙の距離が照射する超音波の１／
４波長となるように超音波の周波数を選定することによ
り、骨と骨との間隙の空間に定在波を確立させ、治療促
進を図るというものである。

【０００７】前述した従来技術による超音波を使用する
骨折の治療方法及び装置は、その何れも、骨折患部の治
癒状態を計測する機能を備えないものであり、超音波照
射による治療に専念するものであって、治癒具合の診断
は別の方法及び装置に頼らざるを得ないものである。

【０００８】超音波を使用して治療と診断とを同時に行
う方法及び装置に関する従来技術として、唯一、特表平
９−５０５７４５号公報に記載された技術が知られてい
るが、この従来技術は、骨診断として、骨無機質密度、
強度、骨折率を定量的に計測するもので、骨折治癒度と
の相関関係が明確でない上、計測・解析・計算手段も複
雑なものである。

【０００９】また、この従来技術は、患部を挟むように
２個１組のトランスジューサを用いているため、送信用
のトランスジューサ、被測定部位（患部）、受信用トラ
ンスジューサが直線上に乗っている必要があり、そのた
めのトランスジューサのアライメントを取ることが困難
なものである。さらに、この従来技術は、送信した超音
波のほとんどが患部（骨）表面で反射するため、透過す
る超音波のエネルギが極端に小さくなり、充分な透過エ
ネルギを得るために、送信エネルギを高くする必要があ
るが、そうすると、生体に対する安全基準内に送信する
超音波の強度を抑えることが困難となるという問題点を
生じてしまうものである。

【００１０】また、一般に、超音波の照射による治療
は、照射する超音波の強度が強すぎると組織を破壊させ
る危険性があるため、照射する超音波の強度を一定の基
準値以下にする必要がある。前述した従来技術の多く
も、この点について考慮しており、照射する超音波の強
度に関して規定する記述がある。しかし、前述した従来
技術は、何れも、皮下比較的浅い部位にある骨を治療対
象としているものであり、皮膚と骨との間にある脂肪、
筋、腱等によって生じる超音波の減衰について考慮され
ていない。

【００１１】また、従来、骨粗鬆症の診断を目指した診
断方法に関する報告等は数多く見られるが、これらも骨
折治癒状態の計測を目的とした技術は知られていない。

【００１２】そして、現在の骨折治癒の診断は、骨折患
部のＸ線撮影によって得られた画像を医師が診て、医師
の主観的判断に基づいて行われている。すなわち、「治
癒した」という診断の基準は、骨折部位と健常部位との
比較により行われ、相対的な診断であると言える。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
何れも、治療と診断とを同時に行うことができないもの
であり、治療と診断とを同時に行うことができるとして
も、計測・解析・計算手段が複雑なものになってしま
い、また、トランスジューサのアラインメントを取るこ
とが困難であるという問題点を有している。

【００１４】また、前述した従来技術は、照射する超音
波の強度について考慮しているものの、皮下脂肪や筋肉
によって減衰せしめられて骨表面に到達する超音波強度
についてはなんら考慮されておらず、踵骨などの皮下浅
部の骨しか治療の対象としていないものと思われ、大腿
骨等の皮下深部の骨折の場合、治療を施す場合に、必ず
しも意図した強度の超音波が骨の表面に到達いるとはい
えないという問題点を有している。

【００１５】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、Ｘ線撮影装置等の被爆の恐れがある装置やＭＲ
Ｉ等の大型の装置を使用することなく、超音波を用いて
非侵襲的に簡便な手段で、外科手術後等の骨の治療を行
いながら患部の治癒状態を計測することを可能にした骨
の治療・治癒診断方法及び治療・治癒診断装置を提供す
ることにある。

【００１６】一般に、骨の癒合は、まず患部（骨切り、
骨折等）周辺部位における仮骨の形成が先行する。この
ため、骨の癒合状態の測定には、仮骨の形成度合い（仮
骨量、仮骨密度）を計測することが有効であると考えら
れる。仮骨成長の初期段階は、骨切り、骨折等によって
離間した骨の対向面間ではなくその周辺部位に、対向面
に対して橋渡し（bridging）をするように形成される。
従って、仮骨の形成度合いの計測には、患部周辺部位の
橋渡しの形状を空間分解能の高い超音波ビームで計測す
る必要がある。この仮骨形状の計測は、既存の超音波診
断装置（腹部エコーや循環器疾患診断用のもの）の画像
診断機能によっては、超音波ビームの空間分解能が不充
分であるため実現することができない。また、仮骨の形
成度合いを計測する範囲は、骨の長軸方向の患部周辺の
たかだか数ｃｍ程度でよく、従来の超音波診断装置の深
さ方向十数ｃｍ全体において空間分解能を高めることは
合理的ではない。前述したような理由により、超音波ビ
ームの空間分解能をある特定の範囲（患部周辺部位）に
おいて向上させ、かつ、この特定の範囲を自由に設定す
ることができる必要がある。

【００１７】また、患部に照射する超音波として、治療
時には、患部全体に超音波が照射されるように広いビー
ム幅を持つものが、あるいは、細いビームをスキャンす
ることが必要であり、また、診断時には、患部周辺部位
で高分解能が必要であるためフォーカスしたビーム幅が
細い超音波が必要である。このような要求を満たすため
に、治療時と診断時とで超音波プローブを取り替えるこ
とはコスト高となり現実的ではないため、ビーム幅やフ
ォーカス、ビームスキャン方法を、治療・診断時に切り
替える必要がある。

【００１８】従って、本発明の他の目的は、前述したよ
うに要求を満たすことができ、骨外科手術後の治癒状態
計測のために体表面から骨折患部に向けて超音波を照射
し、骨治癒促進と同時に、仮骨形成状況を計測して癒合
度を客観的に診断する機能備えた骨の治療・治癒診断方
法及び治療・治癒診断装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、超音波の照射によって骨の治療を行い、かつ、治癒
状態を診断する骨の治療・治癒診断方法において、骨折
患部である骨の治癒状態を、治療に用いる超音波と同一
の超音波の反射信号を用いて、骨折患部の仮骨形状、骨
折患部の骨密度の少なくとも一方を計測することにより
骨折治癒度を診断することにより、また、前記骨折患部
の仮骨形状の計測と、骨折患部の骨密度の計測とを骨折
治癒過程の期間によって切り換えることにより達成され
る。

【００２０】また、前記目的は、超音波の照射によって
骨の治療を行い、かつ、治癒状態を診断する骨の治療・
治癒診断装置において、骨折患部に治療及び治癒状態の
診断のために超音波を照射する超音波振動子を有する超
音波プローブと、超音波の反射信号に基づいて骨折患部
の仮骨形状、骨折患部の骨密度の少なくとも一方を計測
する手段とを備えることにより達成される。

【００２１】さらに、前記目的は、前記超音波振動子に
印加する電圧の位相を制御し、超音波ビームを絞りフォ
ーカスエリアを調整する制御手段をさらに備え、前記超
音波振動子が、アレイ状に配置した圧電素子を備えるこ
とにより、また、前記超音波プローブが、前記超音波振
動子と、メカニカルスキャン用のモータと、位置制御の
ためのエンコーダとにより構成されることにより達成さ
れる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による骨の治療・治
癒診断方法及び治療・治癒診断装置の実施形態を図面に
より詳細に説明する。

【００２３】図１は本発明の一実施形態による骨の治療
・治癒診断装置の構成を示すブロック図、図２は超音波
ビームのフォーカスとビームスキャンとについて説明す
る図、図３は骨折部位の治癒過程について説明する図、
図４は仮骨形状の計測と表示形式とについて説明する
図、図５は骨密度の相対値の計測と表示形式とについて
説明する図、図６は視野内の高分解能領域の調整につい
て説明する図である。図１〜図６において、１はフォー
カスエリア制御回路、２は振動子駆動回路、３はエンコ
ーダ、４はビームスキャン用モータ、５は超音波振動
子、６はゲート回路、７は増幅器、８はＡＤ変換器、９
は信号処理部、１０は診断結果表示部、１１は超音波プ
ローブ、１２は振動子アレイ、１３は超音波ビーム、１
４はフォーカスエリア、２０はスキャンエリア、２１は
スキャン方向、２２は骨折患部、２３は骨、２４は仮骨
である。

【００２４】本発明の実施形態による骨の治療・治癒診
断装置は、図１に示すように、フォーカスエリア制御回
路１と、振動子駆動回路２と、エンコーダ３、ビームス
キャン用モータ４及び超音波振動子５により構成される
超音波プローブ１１と、ゲート回路６と、増幅器７と、
ＡＤ変換器８と、信号処理部９と、診断結果表示部１０
とを備えて構成されている。

【００２５】前述において、振動子駆動回路２は、正弦
波発振器と矩形波発振器とを備えて構成され正弦波の発
振周波数として、骨の治療に適している周波数として知
られている１．５ＭＨｚ、矩形波の発振周波数として、
デューティ比２０％を持つ１ＫＨｚを発信出力する。こ
のように構成される治療・治癒診断装置による治療は、
パルス状（１ＫＨｚの矩形波の２０％部分に１．５ＭＨ
ｚの正弦波が存在する）の超音波信号となり、その信号
が、所定のレベルに制御され、ゲート回路６を介して超
音波振動子５に与えられ、超音波振動子５からの照射超
音波強度が制御された治療用照射超音波が骨折患部を照
射することにより行われる。その際、その反射波は、１
ＫＨｚの矩形波の超音波が出力されていない時間で超音
波振動子５により検出され、その検出信号が増幅器７、
Ａ／Ｄ変換器８を介して信号処理部９に入力される。

【００２６】そして、図１に示す骨の治療・治癒診断装
置において、超音波プローブ１１における骨折患部に超
音波ビームを照射する超音波振動子５は、フォーカスエ
リア制御回路１及び振動子駆動回路２により、骨折患部
に照射する超音波の周波数やパルス繰り返し周波数、焦
点深度、スキャン方向等が制御されている。そして、治
療時には、超音波ビームを患部に照射したままでよい
が、診断時には、患部からの反射波を受信しなければな
らない。このため、図示装置は、送信波と受信波とを時
間的に分割するゲート回路６を備えており、これによ
り、治療、診断のそれぞれに別のプローブを備える必要
をなくすことができ、装置の構成を単純にし、かつ、コ
ストを低く押さえることができる。

【００２７】ゲート回路によって分割された受信信号
は、増幅器７で増幅され、ＡＤ変換器８により離散数値
化され、信号処理部９で適切な信号処理を施された後に
診断結果表示部１０にその結果が表示される。ＡＤ変換
器８は、受信信号の他にビームスキャン方向を表す制御
信号をエンコーダ３から受け取り、ビーム方向を特定す
る情報を抽出している。超音波ビームを骨折患部の周辺
に照射するためにビームをスキャンする必要があるが、
図示装置は、このための手段として、メカニカルスキャ
ン方式を使用するものとし、ビームスキャン用モータ４
を備え、このモータ４により超音波振動子をスキャンし
ている。これにより、本発明は、装置構成の複雑化を防
止して、小型で安価な装置を構成することを可能にして
いる。

【００２８】すでに説明したように、仮骨の形成状況を
計測するための画像診断に利用される既存の超音波診断
装置は、空間分解能が充分ではない。しかし、単純に深
さ方向に十数ｃｍの視野範囲全体の空間分解能を向上さ
せることは明らかにオーバースペックである。骨の治癒
状態の診断のためには、骨折患部周辺部位の仮骨形成が
生じる部位のみ高分解能であればよいので、本発明の実
施形態に使用する超音波振動子５は、図２（ａ）に示す
ように、超音波振動子５を構成する圧電素子をアレイ
状、例えば、アニュラアレイ状に配置した振動子アレイ
１２により構成し、同心円上に並ぶ圧電素子に異なる位
相の電圧を加えることによって超音波ビーム１３のフォ
ーカスを可能としている。この印加電圧の位相を適切に
制御することにより、ある特定の範囲のみ超音波ビーム
をフォーカスすることが可能となり、仮骨形状計測に適
した超音波ビーム１３のフォーミングを実現することが
できる。そして、図２（ａ）に示す超音波ビーム１３の
高分解能を有するフォーカスエリア１４のビーム径は、
ほぼ１波長分の大きさであり、また、深さ方向の長さは
数波長分の大きさである。

【００２９】また、骨は、その部位によって皮膚からの
深さが一定でないため、前述した高分解能（超音波ビー
ムのフォーカスエリア１４）を有する特定の範囲は、タ
ーゲットである骨の深さ、患部の位置によって自由に移
動・設定できなければならない。このことを実現するた
めに、前述した位相制御によるビームフォーカス方式を
用いることが有効であり、これにより、ビームの幅やフ
ォーカス領域を自在に制御し、任意の領域で空間分解能
を向上させ、仮骨の形成状況の計測のために最適な超音
波ビームを照射することが可能となる。

【００３０】現在の診断手法の主流であるレントゲン撮
影による画像診断における仮骨形成診断は、撮影画像上
の薄い影の有無という曖昧で、しかも主観的な診断とな
っているというのが現状である。このため、本発明によ
る仮骨の形成状況の計測は、仮骨の形状を超音波照射に
よって得られる反射信号によって同定し、その形状の経
時変化を監視することにより行うこととする。従って、
本発明は、仮骨の形成状況の診断において、超音波診断
装置のエコー画面のような断層像の必要はなく、患部の
周辺部位を照射超音波ビームによりスキャンし、仮骨形
状を表す境界面からの反射信号のピーク位置をトレース
した波形を表示するようにすればよい。

【００３１】前述のスキャンは、図２（ｂ）に示すよう
に、超音波プローブ１１の振動子５をスキャン用モータ
４により制御し、振動子５からの超音波ビームを骨折患
部２２を含むように骨２３の長手方向をスキャン方向２
１としてスキャンすることにより行われる。これによ
り、視野であるスキャンエリア２０として、骨折患部２
２を含む仮骨形状を計測するために充分な広さを得るこ
とができる。

【００３２】本発明の実施形態は、人あるいは骨折が致
命傷になりかねない動物に対して、骨折患部に骨折治癒
促進の目的で超音波を照射すると共に、その超音波を用
いて骨折治癒の状態を計測するものである。そして、本
発明者等の考察によれば、骨折治癒の状態計測には、骨
折部位の曲げに対する弾性率というような定量的な評価
は必要でなく、むしろ曲げ強度計測のために患部に相応
の機械的ストレスを加えることは、患者にとって苦痛を
感じさせか否か以前の問題であり、避けるべきことであ
る。このような骨折の治癒診断を行うためには、骨の健
常部と骨折部との比較が必要である。そのため、本発明
の実施形態は、体表面から骨の健常部と骨折部にそれぞ
れ超音波を送信し、超音波反射係数の骨長軸方向分布を
計測するものとしている。

【００３３】ここで、図３を参照して、骨折部位の治癒
過程について説明する。骨２３の治癒は、まず、図３に
stage１として示すように、骨折部の両側の骨２３の周
囲に仮骨２４が形成され、この仮骨２４が、患部周辺部
位に離間する骨の対向部分に橋渡し（bridging）をする
ように成長し、図３に stage２として示すように、患部
を取り囲むようになり、さらに、患部周辺部位の離間部
が埋められるように進んでいく。

【００３４】本発明の実施形態による骨折の治癒診断
は、前述したような骨折部位の治癒過程を利用し、仮骨
形状の経時変化を監視することにより仮骨の成長具合を
客観的に計測することにより行われる。仮骨２４の形状
は、図２（ｂ）により説明したように、患部周辺部位を
含むように超音波ビームをスキャンしながら骨２３及び
仮骨２４の表面からの反射波のピーク位置をトレースす
ることにより測定することができる。

【００３５】骨２３及び仮骨２４の表面からの反射波の
ピーク位置をトレースした結果を表示した状態を図４に
示しており、受傷直後の反射波は、図４（ａ）に示すよ
うに、ほぼ平らな骨表面形状２５に対して骨折離間部形
状２６が窪んだ形状として計測される。また、仮骨形成
の初期における反射波は、図４（ｂ）に示すように、骨
折部位端部に形成される仮骨表面形状２７が骨表面形状
２５から盛り上がった状態として、また、骨折離間部形
状２６が窪んだ形状として計測される。そして、患部周
辺部位の離間部が埋められてbridgingが完了すると、図
４（ｃ）に示すように、滑らかな骨表面形状２５として
計測される。

【００３６】仮骨のbridgingが完了すると、仮骨表面の
形状はほとんど変化せず、骨の癒合過程は、仮骨で囲ま
れた患部内部での変化が主となる。その過程の内容は、
大まかに分けて、離間した骨の対向空間での仮骨形成、
骨（仮骨）密度の増加、骨の癒合である。従って、仮骨
のbridgingが完了した後の骨の癒合の診断は、仮骨密度
の計測によって行われるべきであると考えられる。この
仮骨密度の計測による診断は、骨の健常部からの反射波
は必要なく、仮骨からの反射強度を測定し、皮下脂肪等
による減衰を考慮した腕、仮骨・周辺組織の境界面にお
ける音響インピーダンスの違いによって生じる反射係数
を算出することにより行うことができる。この反射係数
と周辺組織の音響インピーダンスとを用いて仮骨密度を
算出し、定量的な評価を行うことが可能となる。

【００３７】骨の癒合促進（治療）の場合、患部及びそ
の周辺部位全体に超音波ビームを照射する必要があり、
そのためには、幅の広い超音波ビームを照射するかある
いは比較的幅の狭い超音波ビームをスキャンするかすれ
ばよい。これに対して、骨の癒合度合いの診断時には、
高い精度が要求されるため、照射する超音波ビームに高
い空間分解能が必要である。高い空間分解能を実現する
には、ビーム幅の狭い超音波を用いるか、超音波ビーム
をフォーカスすることになる。このように治療時と診断
時とでは照射する超音波ビームの性質が大きく異なる。
しかし、照射する超音波ビームの性質を異ならせるため
に治療時と診断時とにおいて用いる超音波プローブを取
り替えることは、装置の高コスト化、複雑化、操作の煩
雑化等を招くことになるという理由から現実的ではな
い。

【００３８】本発明の実施形態は、同一の超音波プロー
ブを使用して治療と診断とを行うため、治療、診断の切
換回路を備える。また、本発明の実施形態は、すでに説
明したようにプローブに用いる超音波振動子の構成をア
ニュラアレイ方式とし、制御回路を付加することによっ
て超音波ビームのフォーカス領域を自在に制御できるよ
うにしている。これにより、治療時には骨折患部周辺部
位を含むような幅の広いビームを、診断時には患部にお
いて高分解能のフォーカスされたビームを照射すること
が可能となる。さらに、骨の診断の場合、循環器疾患の
診断のように臓器の実時間における動きを追う必要はな
く、患部周辺組織からの情報はほとんどが無用なもので
あるため、視野領域全体の分解能を向上させる必要はな
い。このため、本発明の実施形態は、前述した制御回路
によりフォーカス領域を、皮膚からの深さが様々な骨に
対応できるように、任意に設定できるように構成されて
いる。

【００３９】図６に前述した超音波ビームのフォーカス
領域（高分解能領域）の制御状況を示しており、超音波
プローブ１１を構成する振動子のアレイ状に配置された
圧電素子に加える電圧の位相を適切に制御し、加えてメ
カニカルスキャンによるビーム方向を制御することによ
り、高分解能領域３１を視野２０内において自在に調整
することができる。

【００４０】なお、患部が治癒していない段階では、骨
の強度補強の目的で支持材（金属プレートやボルト等）
を患部に挿入・埋め込みを行っている場合が多い。この
ような場合、支持材が骨折患部と超音波照射用トランス
ジューサとの間にあると、支持材の表面でほぼすべての
超音波ビームが反射してしまい、骨折患部からの反射波
によりbridgingの形状や骨密度の情報を得ることができ
ない。これを避けるためには、支持材埋め込みを行った
医師とＸ線写真とを参考にして、超音波トランスジュー
サの配置を決定すればよい。

【００４１】図１、図２により説明したように、本発明
の実施形態は、仮骨形状の計測のために必要な空間分解
能向上を図るため、超音波振動子５としてアニュラアレ
イトランスジューサを用い、フォーカスエリアを振動子
駆動回路２と制御回路１とによって自由に設定できるよ
うに構成され、また、治療と診断との切り換えを切換回
路としてのゲート回路６により行うように構成されてい
る。治療時には、超音波ビームを照射するのみでよいた
め、ゲート回路６は、反射波の受信部を構成する増幅器
７、ＡＤ変換器８へは信号が流れないようにしている。
これに対して診断時には、骨表面からの反射波を受信し
て処理する必要があるため、ゲート回路６は、反射波の
受信部へ反射信号が流れるように制御している。診断時
における仮骨形状の認識のためのビームスキャンは、メ
カニカルスキャンとし、エンコーダ３によって位置方向
情報を反射波と同期させて取り込み、表示する仮骨形状
を再形成するために利用する。

【００４２】図３により説明したように、骨折患部の治
癒過程は、受傷後しばらくの後、患部周辺部位に仮骨が
成長し、患部を囲むようにbridgingが形成され（stage
１）、仮骨によるbridgingが完了すると、その内部すな
わち骨折離間部分において仮骨が成長し、また、仮骨そ
のものの密度も増加して離間部位を埋めていく（stage
２）という過程である。そして、離間部が埋まり患部の
骨密度が健常部位のそれと等しくなると完治となる。

【００４３】このため、前述のStage １は、仮骨が成長
してbridgingが完了するまでの時期であるから、骨折の
治癒度合いはこの仮骨の形状を監視すればよいことにな
る。すなわち、図４により説明したように、仮骨の表面
形状をスキャンしたビームによって得て、表示すること
によって骨折の治癒度を診断することができる。しか
し、前述のStage ２は、仮骨のbridgingが完了してその
内部の離間部において治癒が進展する時期であるため、
stage １の場合と同様な形状の診断によっては治癒度を
診断することが困難である。

【００４４】このため、本発明の実施形態は、Stage ２
の時期の診断を、仮骨からの反射強度を測定し、皮下脂
肪等による減衰を考慮した腕、仮骨・周辺組織の境界面
における音響インピーダンスの違いによって生じる反射
係数を算出し、この反射係数と周辺組織の音響インピー
ダンスとを用いて仮骨密度を算出し、健常部位の骨密度
との比較により定量的な評価を行うようにしている。骨
密度の相対値の計測の結果を表示した例を図５に示して
おり、仮骨２３の密度３０を、健常部位の骨２３の密度
を１００％とした場合の相対値として棒状に表示してい
る。これにより、仮骨と健常部位の骨との密度を相対的
に比較し、治癒度を容易に診断することが可能となる。
前述したstage １、２の診断方法は、図１に示す信号処
理部９において容易に手法を切り換えて実施することが
できる。

【００４５】前述したような本発明の実施形態による骨
折治癒度の診断は、診断対象が動かないこと、患部近辺
領域でのみ高い空間分解能を有する診断機構であるこ
と、高分解能領域が患部の位置に合うように自在に調整
できることが必要である。そのため、本発明の実施形態
は、図１に示して説明したような装置構成を備え、アレ
イ上に配置された圧電素子に加える電圧の位相を適切に
制御し、加えて、メカニカルスキャンによるビーム方向
制御によって図６により説明したように高分解能領域が
視野内において自在に調整できるように構成されてい
る。

【００４６】前述した本発明の実施形態によれば、骨折
治療のために体表面に密着させている超音波トランスジ
ューサを取り去ることなく、そのままの状態で治癒状態
を計測することができ、治療と診断とを全く同一の装置
構成で同じに実現することができる。また、本発明の実
施形態によれば、骨折の治癒過程を大きく２つの stage
に分類し、それぞれの特徴を利用して形状の認識及び密
度の相対計測による診断方法を使い分けることにより、
より効果的な診断を行うことができる。さらに、本発明
の実施形態によれば、患部近辺領域でのみ必要となる形
状認識のための高い空間分解能を持つ領域を、患部の位
置によって自在に調整することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波を用いて非侵襲的に簡便な手段で、外科手術後等の
骨の治療を行いながら患部の治癒状態を計測することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による骨の治療・治癒診断
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】超音波ビームのフォーカスとビームスキャンと
について説明する図である。

【図３】骨折部位の治癒過程について説明する図であ
る。

【図４】仮骨形状の計測と表示形式とについて説明する
図である。

【図５】骨密度の相対値の計測と表示形式とについて説
明する図である。

【図６】視野内の高分解能領域の調整について説明する
図である。

【符号の説明】

１フォーカスエリア制御回路２振動子駆動回路３エンコーダ４ビームスキャン用モータ５超音波振動子６ゲート回路７増幅器８ＡＤ変換器９信号処理部１０診断結果表示部１１超音波プローブ１２振動子アレイ１３超音波ビーム１４フォーカスエリア２０スキャンエリア２１スキャン方向２２骨折患部２３骨２４仮骨

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水田隆之神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者中谷千歳神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立アドバンストシステムズ内 (72)発明者栗原昌宏神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所通信事業部内Ｆターム(参考） 4C060 JJ27 LL13 LL20 MM24 4C301 AA02 BB28 BB30 DD11 DD30 EE13 EE19 FF23 FF26 GB08 GD10 HH03 HH24 HH37 JB03 JB23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波の照射によって骨の治療を行い、
かつ、治癒状態を診断する骨の治療・治癒診断方法にお
いて、骨折患部である骨の治癒状態を、治療に用いる超
音波と同一の超音波の反射信号を用いて、骨折患部の仮
骨形状、骨折患部の骨密度の少なくとも一方を計測する
ことにより骨折治癒度を診断することを特徴とする骨の
治療・治癒診断方法。
【請求項２】前記骨折患部の仮骨形状の計測と、骨折
患部の骨密度の計測とを骨折治癒過程の期間によって切
り換えることを特徴とする請求項１記載の骨の治療・治
癒診断方法。
【請求項３】超音波の照射によって骨の治療を行い、
かつ、治癒状態を診断する骨の治療・治癒診断装置にお
いて、骨折患部に治療及び治癒状態の診断のために超音
波を照射する超音波振動子を有する超音波プローブと、
超音波の反射信号に基づいて骨折患部の仮骨形状、骨折
患部の骨密度の少なくとも一方を計測する手段とを備え
ることを特徴とする骨の治療・治癒診断装置。
【請求項４】前記超音波振動子に印加する電圧の位相
を制御し、超音波ビームを絞りフォーカスエリアを調整
する制御手段をさらに備え、前記超音波振動子は、アレ
イ状に配置した圧電素子を備えることを特徴とする請求
項３記載の骨の治療・治癒診断装置。
【請求項５】前記超音波プローブは、前記超音波振動
子と、メカニカルスキャン用のモータと、位置制御のた
めのエンコーダとにより構成されることを特徴とする請
求項４記載の骨の治療・治癒診断装置。