特許 6151714 測定装置、及び測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6151714

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】測定装置、及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/08 20060101AFI20170612BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/08ZDM

【請求項の数】22

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-550997(P2014-550997)

(86)(22)【出願日】2013年11月5日

(86)【国際出願番号】JP2013079824

(87)【国際公開番号】WO2014087776

(87)【国際公開日】20140612

【審査請求日】2016年9月24日

(31)【優先権主張番号】特願2012-267631(P2012-267631)

(32)【優先日】2012年12月6日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000166247

【氏名又は名称】古野電気株式会社

(72)【発明者】

【氏名】クレタン ドリアン

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平6-109709（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表2001-501509（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開2010-246692（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第2010/185089（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定体に向けて信号を送信する送信部と、
前記被測定体に入射した前記信号が前記被測定体を伝播して再び被測定体外に放射された第１信号、及び前記第１信号とは違う経路で伝播して再び被測定体外に放射された第２信号を受信する受信部と、
前記第１信号と前記第２信号の伝播経路の違いを、少なくとも第１のパラメータを含んでモデル化した伝達関数を設定する伝達関数設定部と、
前記第１のパラメータの値を互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの第１のパラメータに対応する合成信号を生成する信号合成部と、
前記各合成信号と、前記第２信号との一致度をそれぞれ算出する一致度算出部と、
前記一致度が最大となるときの前記第１のパラメータの値を求めるパラメータ選択部と、
を備えることを特徴とする測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の測定装置であって、
前記受信部は、
前記信号が送信された後、第１の時間経過後に、前記第１信号を受信し、
前記第１の時間よりも長い第２の時間経過後に、前記第２信号を受信することを特徴とする測定装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の測定装置であって、
前記被測定体に向けて信号を送信し、当該被測定体で反射された反射信号に基づいて当該被測定体の形状を検出する形状検出部を備え、
前記伝達関数設定部は、前記形状検出部が検出した前記被測定体の形状に基づいて、前記伝達関数を設定することを特徴とする測定装置。

【請求項4】

請求項１から３までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記第１のパラメータは前記被測定体の音速であることを特徴とする測定装置。

【請求項5】

請求項１から３までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記第１のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数であることを特徴とする測定装置。

【請求項6】

請求項１から５までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記一致度算出部は、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出し、
前記パラメータ選択部は、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータを求めることを特徴とする測定装置。

【請求項7】

請求項１から３までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記伝達関数は、前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータを含み、
前記信号合成部は、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータの組み合わせを互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの前記組み合わせに対応する合成信号を生成することを特徴とする測定装置。

【請求項8】

請求項７に記載の測定装置であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記第１のパラメータは前記被測定体の音速であり、
前記第２のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数であることを特徴とする測定装置。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の測定装置であって、
前記一致度算出部は、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出し、
前記パラメータ選択部は、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータと前記第２のパラメータの組み合わせを求めることを特徴とする測定装置。

【請求項10】

請求項１から９までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記被測定体は、軟組織中の皮質骨であることを特徴とする測定装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の測定装置であって、
前記送信部が送信した前記信号が、前記皮質骨の表面近傍を伝播して前記受信部に受信されることを特徴とする測定装置。

【請求項12】

被測定体に向けて信号を送信する送信工程と、
前記被測定体に入射した前記信号が前記被測定体を伝播して再び被測定体外に放射された第１信号、及び前記第１信号とは違う経路で伝播して再び被測定体外に放射された第２信号を受信する受信工程と、
前記第１信号と前記第２信号の伝播経路の違いを、少なくとも第１のパラメータを含んでモデル化した伝達関数を設定する伝達関数設定工程と、
前記第１のパラメータの値を互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの第１のパラメータに対応する合成信号を生成する信号合成工程と、
前記各合成信号と、前記第２信号と、の一致度をそれぞれ算出する一致度算出工程と、
前記一致度が最大になるときの前記第１のパラメータの値を求めるパラメータ選択工程と、
を含むことを特徴とする測定方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の測定方法であって、
前記受信工程では、
前記信号が送信された後、第１の時間経過後に、前記第１信号を受信し、
前記第１の時間よりも長い第２の時間経過後に、前記第２信号を受信することを特徴とする測定方法。

【請求項14】

請求項１２又は１３に記載の測定方法であって、
前記被測定体に向けて信号を送信し、当該被測定体で反射された反射信号に基づいて当該被測定体の形状を検出する形状検出工程を含み、
前記伝達関数設定工程では、前記形状検出工程で検出した前記被測定体の形状に基づいて、前記伝達関数を設定することを特徴とする測定方法。

【請求項15】

請求項１２から１４までの何れか一項に記載の測定方法であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記第１のパラメータは前記被測定体の音速であることを特徴とする測定方法。

【請求項16】

請求項１２から１４までの何れか一項に記載の測定方法であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記第１のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数であることを特徴とする測定方法。

【請求項17】

請求項１２から１６までの何れか一項に記載の測定方法であって、
前記一致度算出工程では、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出し、
前記パラメータ選択工程では、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータを求めることを特徴とする測定方法。

【請求項18】

請求項１２から１４までの何れか一項に記載の測定方法であって、
前記伝達関数は、前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータを含み、
前記信号合成工程では、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータの組み合わせを互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの前記組み合わせに対応する合成信号を生成することを特徴とする測定方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の測定方法であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記第１のパラメータは前記被測定体の音速であり、
前記第２のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数であることを特徴とする測定方法。

【請求項20】

請求項１８又は１９に記載の測定方法であって、
前記一致度算出工程では、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出し、
前記パラメータ選択工程では、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータと前記第２のパラメータの組み合わせを求めることを特徴とする測定方法。

【請求項21】

請求項１２から２０までの何れか一項に記載の測定方法であって、
前記被測定体は、軟組織中の皮質骨であることを特徴とする測定方法。

【請求項22】

請求項２１に記載の測定方法であって、
前記送信工程で送信する前記信号が、前記皮質骨の表面近傍を伝播して、前記受信工程で受信されることを特徴とする測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として、超音波を用いた測定装置において、音速と吸収（ＢＵＡ）を同時に測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波を用いて、皮質骨の音速を測定する測定装置が知られている。皮質骨の音速を測定することにより、骨の健全性を評価できる。この種の診断装置は、例えば特許文献１に記載されている。

【0003】

皮質骨を超音波が伝播する際、当該皮質骨によって吸収（広帯域超音波減衰：Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ、ＢＵＡ）が発生する。このＢＵＡが原因となり、測定装置が受信する超音波信号の波形が歪むため、音速を導出する際の誤差の原因となり得る。この点、特許文献１に記載の測定装置は、音速を導出する際にＢＵＡを考慮しておらず、ＢＵＡを測定することもできない。

【0004】

非特許文献１は、ＢＵＡと、皮質骨の骨質と、の間に相関があることを示している。従って、皮質骨のＢＵＡを測定することにより、骨診断の有用な指標として利用できると考えられる。このため、臨床の現場において、生体内の皮質骨のＢＵＡを測定できる技術が望まれている。

【0005】

また、非特許文献２は、ガウシアンパルスを骨に向けて送信した場合の受信信号をモデル化し、各パラメータを最適化することで、骨中の音速とＢＵＡを測定する手法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２４６６９２号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Magali Sasso, Salah Naili, Guillaume Haiat, Mami Matsukawa, Yu Yamato. 'Broadband Ultrasonic Attenuation in femoral bovine cortical bone is an indicator of bone properties'. 2007 IEEE Ultrasonics Symposium. Pages 2167-2170.

【非特許文献2】Stefanie Dencks, Reinhard Barkmann. 'Model-Based Estimation of Quantitative Ultrasound Variables at the Proximal Femur'. IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL, VOL. 55, NO. 6, JUNE 2008. pages 1304-1315.

【非特許文献3】Reinhard Barkmann, Pascal Laugier, Urs Moser, Stefanie Dencks, Michael Klausner, Frederic Padilla, Guillaume Haiat, Martin Heller, Claus.-C. Gluer. 'In Vivo Measurements of Ultrasound Transmission Through the Human Proximal Femur'. Ultrasoud in Medicine and Biology, Volume34, Issue 7, July 2008, Pages 1186-1190. <URL:http://www.umbjournal.org/article/S0301-5629%2807%2900652-7/abstract>.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

非特許文献１は、カットされた皮質骨サンプルを対象としてＢＵＡを測定したものであり、生体内の皮質骨のＢＵＡを測定していない。従って、非特許文献１は、臨床の現場においてＢＵＡを測定できる手法を提案するには至っていない。

【0009】

非特許文献２も、生体内の骨を測定したものではなく、水槽内の骨のサンプルを測定したものである。非特許文献２は、生体内の骨の測定にも適用できる可能性を示唆しているが、そのためには骨周囲の軟組織の影響を考慮する必要がある。また、非特許文献２で骨音速を導出する際には骨の厚みの情報が必要であるが、非特許文献２では骨の厚みをｄ＝３０ｍｍと仮定しているため実際の骨中の音速を算出できていない。

【0010】

また、非特許文献２は、２つの超音波振動子の間に骨のサンプルを配置して超音波信号の送受信を行い、骨を透過した信号に基づいて骨音速とＢＵＡを導出している。

【0011】

非特許文献３は、生体内の骨を測定する技術を開示している。この非特許文献３は、非特許文献２と同じく、測定対象の骨を２つの超音波振動子に挟んで、当該骨を透過した信号に基づいて、骨音速とＢＵＡを導出している。このように透過波を利用する手法は、骨内部の海綿骨の測定には利用できるものの、骨表面の皮質骨の測定には利用できない。

【0012】

以上のように、従来の超音波測定装置では、生体内の皮質骨の音速及びＢＵＡを測定することができなかった。

【0013】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、生体内の皮質骨の音速及びＢＵＡを測定できる測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び効果】

【0014】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0015】

本発明の第１の観点によれば、以下の測定装置が提供される。即ち、この測定装置は、送信部と、受信部と、伝達関数設定部と、信号合成部と、一致度算出部と、パラメータ選択部と、を備える。前記送信部は、被測定体に向けて信号を送信する。前記受信部は、前記被測定体に入射した前記信号が前記被測定体を伝播して再び被測定体外に放射された第１信号と、前記第１信号とは違う経路で伝播して再び被測定体外に放射された第２信号と、を受信する。前記伝達関数設定部は、前記第１信号と前記第２信号の伝播経路の違いを、少なくとも第１のパラメータを含んでモデル化した伝達関数を設定する。前記信号合成部は、前記第１のパラメータの値を互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの第１のパラメータに対応する合成信号を生成する。前記一致度算出部は、前記各合成信号と、前記第２信号と、の一致度をそれぞれ算出する。前記パラメータ選択部は、前記一致度が最大となるときの前記第１のパラメータの値を求める。

【0016】

このように、第１信号に伝達関数を適用することにより合成信号を生成し、当該合成信号と第２信号の一致度を判定することで、伝達関数設定部が設定した伝達関数の妥当性を判定できる。そして、一致度を最大化するパラメータを探すことにより、当該パラメータの値を確定できる。伝達関数は、第１信号の伝播経路と第２信号の伝播経路の違いのみをモデル化すれば良いので、伝播経路全体をモデル化する場合に比べて伝達関数が簡単になり、測定精度も向上する。

【0017】

上記の測定装置において、前記受信部は、前記信号が送信された後、第１の時間経過後に、前記第１信号を受信し、前記第１の時間よりも長い第２の時間経過後に、前記第２信号を受信する。

【0018】

第１信号は、第２信号に比べて時間的に早く受信されているので、第２信号に比べて被測定体中を伝播する距離が短い。従って、第１信号は、第２信号に比べて、被測定体から受けた影響が少ない。そこで、この第１信号を基準として、当該第１信号と第２信号との伝播経路の違いをモデル化することにより、前記パラメータを精度良く求めることができる。

【0019】

上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、この測定装置は、前記被測定体に向けて信号を送信し、当該被測定体で反射された反射信号に基づいて当該被測定体の形状を検出する形状検出部を備える。前記伝達関数設定部は、前記形状検出部が検出した前記被測定体の形状に基づいて、前記伝達関数を設定する。

【0020】

このように、被測定体の形状を予め検出しておくことにより、第１信号及び第２信号の伝播経路を求めることができるので、伝達関数を正確に設定できる。

【0021】

上記の測定装置において、前記信号は超音波信号であり、前記第１のパラメータは前記被測定体の音速とすることができる。

【0022】

この測定装置により、被測定体の音速を測定できる。

【0023】

上記の測定装置においては、前記信号は超音波信号であり、前記第１のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数とすることもできる。

【0024】

この測定装置により、被測定体の広帯域超音波減衰係数を測定できる。

【0025】

上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記一致度算出部は、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出する。前記パラメータ選択部は、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータを求める。

【0026】

即ち、２つの信号が一致していれば両者の内積は最大となり、一致していなければ両者の内積は小さくなる。そこで、合成信号と第２信号の一致度の指標として、両者の内積の値を利用できる。

【0027】

上記の測定装置は、以下のように構成することもできる。即ち、前記伝達関数は、前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータを含む。前記信号合成部は、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータの組み合わせを互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの前記組み合わせに対応する合成信号を生成する。

【0028】

このように、２つのパラメータの組み合わせを異ならせて伝達関数を適用していくことにより、それぞれの組み合わせに対応する合成関数を算出できる。

【0029】

上記の測定装置において、前記信号は超音波信号であり、前記第１のパラメータは前記被測定体の音速であり、前記第２のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数とすることができる。

【0030】

これにより、被測定体の音速と広帯域超音波減衰係数の組み合わせを異ならせて求めた複数の合成関数を得ることができる。

【0031】

上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記一致度算出部は、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出する。前記パラメータ選択部は、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータと前記第２のパラメータの組み合わせを求める。

【0032】

このように、本発明の構成によれば、被測定体内の音速と、広帯域超音波減衰（ＢＵＡ）係数を同時に測定できる。

【0033】

上記の測定装置において、前記被測定体は、軟組織中の皮質骨とすることができる。

【0034】

これにより、生体内の皮質骨の音速や広帯域超音波減衰係数などを本発明の測定装置によって測定できる。

【0035】

上記の測定装置においては、前記送信部が送信した前記信号が、前記皮質骨の表面近傍を伝播して前記受信部に受信されることが好ましい。

【0036】

このように、皮質骨の表面を伝播した信号に基づいて、当該皮質骨の音速や広帯域超音波減衰係数などを測定できる。

【0037】

本発明の第２の観点によれば、以下の測定方法が提供される。即ち、この測定方法は、送信工程と、受信工程と、伝達関数設定工程と、信号合成工程と、一致度算出工程と、パラメータ選択工程と、を含む。前記送信工程では、被測定体に向けて信号を送信する。前記受信工程では、前記被測定体に入射した前記信号が前記被測定体を伝播して再び被測定体外に放射された第１信号と、前記第１信号とは違う経路で伝播して再び被測定体外に放射された第２信号と、を受信する。前記伝達関数設定工程では、前記第１信号と前記第２信号の伝播経路の違いを、少なくとも第１のパラメータを含んでモデル化した伝達関数を設定する。前記信号合成工程では、前記第１のパラメータを互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの第１のパラメータに対応する合成信号を生成する。前記一致度算出工程では、前記各合成信号と、前記第２信号と、の一致度をそれぞれ算出する。前記パラメータ選択工程では、前記一致度が最大となるときの前記第１のパラメータの値を求める。

【0038】

上記の測定方法において、前記受信工程では、前記信号が送信された後、第１の時間経過後に、前記第１信号を受信し、前記第１の時間よりも長い第２の時間経過後に、前記第２信号を受信する。

【0039】

上記の測定方法は、以下のようにすることが好ましい。即ち、この測定方法は、前記被測定体に向けて信号を送信し、当該被測定体で反射された反射信号に基づいて当該被測定体の形状を検出する形状検出工程を含む。前記伝達関数設定工程では、前記形状検出工程で検出した前記被測定体の形状に基づいて、前記伝達関数を設定する。

【0040】

上記の測定方法において、前記信号は超音波信号であり、前記第１のパラメータは前記被測定体の音速とすることができる。

【0041】

上記の測定方法においては、前記信号は超音波信号であり、前記第１のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数とすることもできる。

【0042】

上記の測定方法は、以下のようにすることもできる。即ち、前記一致度算出方法では、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出する。前記パラメータ選択工程では、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータを求める。

【0043】

上記の測定方法は、以下のようにすることもできる。即ち、前記伝達関数は、前記第１のパラメータとは異なる第２のパラメータを含む。前記信号合成工程では、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータの組み合わせを互いに異ならせた複数の伝達関数をそれぞれ前記第１信号に適用することにより、それぞれの前記組み合わせに対応する合成信号を生成する。

【0044】

上記の測定方法は、以下のようにすることができる。即ち、前記信号は超音波信号であり、前記第１のパラメータは前記被測定体の音速であり、前記第２のパラメータは前記被測定体の広帯域超音波減衰係数である。

【0045】

上記の測定方法は、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記一致度算出工程では、前記各合成信号と前記第２信号の内積をそれぞれ算出する。前記パラメータ選択工程では、前記内積が最大値を示すときの前記第１のパラメータと前記第２のパラメータの組み合わせを求める。

【0046】

上記の測定方法において、前記被測定体は、軟組織中の皮質骨とすることができる。

【0047】

上記の測定方法においては、前記送信工程で送信する前記信号が、前記皮質骨の表面近傍を伝播して、前記受信工程で受信されることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。

【図2】本発明に係る測定方法のフローチャート。

【図3】図２のフローチャートの続き。

【図4】形状検出工程を説明する模式図。

【図5】（ａ）皮質骨に対して超音波ビームを送信した様子を示す模式的な断面図。（ｂ）漏洩波が各振動子に受信される様子を示す模式的な断面図。

【図6】ＢＵＡ−ｔ₀座標にプロットされた内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞の３次元曲面を例示する図。

【図7】ＢＵＡ−ＳＯＳ座標にプロットされた内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞の３次元曲面を例示する図。

【発明を実施するための形態】

【0049】

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る測定装置としての超音波診断装置１のブロック図である。

【0050】

本実施形態の超音波診断装置１は、人体の皮質骨１０を診断対象としている。本実施形態の超音波診断装置１は、皮質骨１０に向けて超音波信号を送信し、当該皮質骨１０から返ってきた超音波信号に基づいて、皮質骨１０中の音速（ＳＯＳ：Ｓｐｅｅｄ Ｏｆ Ｓｏｕｎｄ）と広帯域超音波減衰（ＢＵＡ：Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）係数を測定する。測定したＳＯＳとＢＵＡは、骨の健全性の指標として利用できる。

【0051】

図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波送受波器２と、装置本体３とから構成されている。

【0052】

超音波送受波器２は、超音波の送波及び受波を行うものである。この超音波送受波器２は、測定部位の軟組織１１の表面（皮膚）に当接する当接面２ａと、振動子アレイ２２を備えている。振動子アレイ２２は、当接面２ａに沿って、等間隔で１列に並んで配列された複数の振動子２４からなっている。

【0053】

振動子２４は、電気信号を与えられるとその表面が振動して超音波を発生させるとともに、その表面に超音波を受波すると電気信号を生成して出力する。即ち、各振動子２４は、超音波の送波と受波を行うことが可能に構成されている。

【0054】

装置本体３は、ケーブルによって超音波送受波器２と接続されており、当該超音波送受波器２との間で信号の送受信ができるように構成されている。この装置本体３は、送信回路３１と、複数の受信回路３３と、送受信分離部３４と、演算部３５と、表示部３２と、を備えている。

【0055】

送信回路３１は、振動子アレイ２２の各振動子２４を振動させて超音波を発生させるための電気パルス信号を生成するとともに、この電気パルス信号を各振動子２４に印加できるように構成されている。電気パルス信号の中心周波数は、例えば１〜１０ＭＨｚ程度である。

【0056】

電気パルスが印加された振動子２４は、当該電気パルス信号に応じて振動して超音波を発生させる。送信回路３１は、振動子アレイ２２の複数の振動子２４それぞれに対して任意のタイミングの電気パルス信号を印加できるように構成されている。これにより、複数の振動子２４から、一斉に、あるいは個別のタイミングで超音波を送波するように制御できる。

【0057】

複数の受信回路３３は、振動子アレイ２２を構成する複数の振動子２４にそれぞれ接続されている。各受信回路３３は、振動子２４が超音波を受波することにより出力する電気信号を受信し、当該電気信号に対して、増幅処理や、フィルタ処理、デジタル変換処理などを施したデジタルの受信信号を生成して演算部３５に送信するように構成されている。

【0058】

送受信分離部３４は、振動子アレイ２２と、前記送信回路３１及び前記受信回路３３と、の間に接続されている。この送受信分離部３４は、送信回路３１から振動子アレイ２２に送られる電気信号（電気パルス信号）が受信回路３３に直接流れるのを防止するとともに、振動子アレイ２２から受信回路３３に送られる電気信号が送信回路３１側に流れるのを防止するためのものである。

【0059】

演算部３５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのハードウェアを備えたコンピュータとして構成されており、各振動子２４が受信した信号に基づいて皮質骨１０のＳＯＳ及びＢＵＡを算出するように構成されている。なお、演算部３５で行われる処理の詳細については後述する。

【0060】

演算部３５によって導出されたＳＯＳ及びＢＵＡは、表示部３２に適宜表示される。以上のように構成された超音波診断装置１により、皮質骨１０のＢＵＡとＳＯＳを測定できる。

【0061】

次に、本実施形態の超音波診断装置１の動作を説明する前提として、伝達関数Ｈ_n（ｊω）について説明する。

【0062】

図５（ａ）に太線の矢印で示すように、皮質骨１０に向けて斜め方向の超音波ビームを送信した場合を考える。なお、本実施形態の超音波診断装置１では、送信回路３１が、隣り合う２つの振動子２４に対して所定の時間差を与えて電気パルス信号を印加することにより、図５（ａ）のような斜め方向の超音波ビームを送信する。このとき、超音波ビームを送信する２つの振動子２４を、ビーム送信ペア（送信部）２５と呼ぶ。ビーム送信ペア２５から超音波ビームを送信する方向は、当該ビームが皮質骨１０の表面に対して臨界角または臨界角に近い角度で入射するように設定されていれば好ましい。

【0063】

臨界角に近い角度で皮質骨１０の表面に入射した超音波信号は、当該皮質骨１０内の表面近傍を伝播する。このように皮質骨１０の内部を伝播する超音波信号は、皮質骨１０の音速ＳＯＳで進行し、かつ皮質骨１０によって広帯域超音波減衰（ＢＵＡ）の影響を受ける。また、皮質骨１０内の表面近傍を超音波信号が伝播するとき、当該皮質骨１０の表面から軟組織１１中に向けて超音波信号が再放射される（図５（ｂ））。皮質骨１０の表面から軟組織１１に再放射される超音波信号を、漏洩波と呼ぶ。

【0064】

ビーム送信ペア２５と、当該ビーム送信ペア２５以外の他の振動子２４は、皮質骨１０から見て同じ側に位置している。従って、皮質骨１０の表面から軟組織１１中に再放射された漏洩波を、少なくとも何れかの振動子２４で受信できる。なお、この漏洩波は、ビーム送信ペア２５の近くの振動子２４には受信されず、ビーム送信ペア２５からある程度離れた位置の振動子２４に受信される（図５（ｂ）参照）。そこで、皮質骨１０からの漏洩波を受信した振動子２４のうち、ビーム送信ペア２５に一番近い振動子２４を、基準受信部（第１受信部）２４₀とする。また、漏洩波２６を受信した他の振動子２４を、基準受信部２４₀に近い側から順に受信部２４₁、２４₂……とする。

【0065】

図５（ｂ）に示すように、基準受信部２４₀に受信された漏洩波は、他の受信部２４₁、２４₂…に受信された漏洩波２６に比べて、皮質骨１０中を伝播した距離が最も短い。従って、基準受信部２４₀に受信された信号は、皮質骨１０内を伝播したことによる影響が最も小さい信号であると言える。そこで、基準受信部２４₀に受信された信号を、基準信号Ｒ（ｊω）とする。ビーム送信ペア２５から超音波ビームが送信された後、基準受信部２４₀に基準信号Ｒ（ｊω）が受信されるまでにかかった時間を第１時間とする。一方、他の受信部２４₁、２４₂……に受信された信号を、受信信号Ｆ₁（ｊω）、Ｆ₂（ｊω）……とする。なお、以下の説明において、特に断わらない限り、信号を記述する際には周波数領域表現を用いる。

【0066】

基準受信部２４₀以外で漏洩波を受信した受信部２４₁、２４₂…のうち、任意の受信部を、注目受信部（第２受信部）２４_nとして選択する。また、注目受信部２４_nが受信した信号を受信信号Ｆ_n（ｊω）で表わす。なお、添字のｎは、基準受信部２４₀から数えて何番目の受信部かを表わしている。ビーム送信ペア２５から超音波ビームが送信された後、注目受信部２４_nに受信信号Ｆ_n（ｊω）が受信されるまでにかかった時間を第２時間とする。注目受信部２４_nは、基準受信部２４₀よりもビーム送信ペア２５から遠い位置にあるので、前記第２時間は、前記第１時間よりも長い。

【0067】

ここで、図５（ｂ）に示すように、基準信号（第１信号）Ｒ（ｊω）の伝播経路を第１伝播経路２７、受信信号（第２信号）Ｆ_n（ｊω）の伝播経路を第２伝播経路２８とする。図５（ｂ）に示すように、第１伝播経路２７において超音波信号が皮質骨１０中を伝播する距離をｘ₀、第２伝播経路２８において超音波信号が皮質骨１０中を伝播する距離をｘ_nとする。また、第１伝播経路２７において漏洩波が軟組織１１中を伝播する距離をｘ_0soft、第２伝播経路２８において漏洩波が軟組織１１中を伝播する距離をｘ_nsoftとする。

【0068】

超音波信号は、皮質骨１０の中を伝播する距離が長いほど、当該皮質骨１０から受ける影響が大きくなる。同様に、超音波信号は、軟組織１１の中を伝播する距離が長いほど、当該軟組織１１から受ける影響が大きくなる。第１伝播経路２７と第２伝播経路２８では、超音波信号が皮質骨１０中を伝播する距離と、軟組織１１中を伝播する距離と、がそれぞれ異なるので、伝播する超音波信号が皮質骨１０及び軟組織１１から受ける影響の大きさも異なる。

【0069】

例えば、第２伝播経路２８を伝播して注目受信部２４_nに受信される受信信号Ｆ_n（ｊω）は、第１伝播経路２７を伝播して基準受信部２４₀に受信される基準信号Ｒ（ｊω）に比べて、皮質骨１０中を伝播した距離の差（ｘ_n−ｘ₀）だけ皮質骨１０の影響を多く受け、軟組織１１中を伝播した距離の差（ｘ_nsoft−ｘ_0soft）だけ軟組織１１の影響を多く受ける。

【0070】

以上の点を考慮すれば、基準信号Ｒ（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）の関係は、伝達関数をＨ_n（ｊω）を用いて以下のように記述できる。伝達関数Ｈ_n（ｊω）は、基準信号Ｒ（ｊω）の伝播経路２７と、受信信号Ｆ_n（ｊω）の伝播経路２８と、の違いをモデル化したものである。

【0071】

【数1】

【0072】

ところで、皮質骨１０の表面と、振動子２４が並ぶ方向（図５の左右方向）と、が平行とみなせる場合は、第１伝播経路２７で超音波信号が軟組織１１中を伝播する距離ｘ_0softと、第２伝播経路２８で超音波信号が軟組織１１中を伝播する距離ｘ_nsoftは、同じとみなせる。このようにみなすと、第１伝播経路２７と第２伝播経路２８の違いは、皮質骨１０中を信号が伝播する距離の差（ｘ_n−ｘ₀）のみであると考えることができる。この場合、伝達関数Ｈ_n（ｊω）は軟組織１１の影響を考慮する必要が無いので、伝達関数Ｈ_n（ｊω）が簡単になる。具体的には、当該伝達関数Ｈ_n（ｊω）は、皮質骨１０の音速ＳＯＳ［ｍ／ｓ］、皮質骨１０の広帯域超音波減衰係数ＢＵＡ［ｄＢ／Ｈｚ／ｍ］、及び伝播距離の差（ｘ_n−ｘ₀）［ｍ］を用いて以下の式で記述できる。

【0073】

【数2】

【0074】

ここで、数式２中の（ａ）の部分は、皮質骨１０中のＢＵＡによる周波数の減衰を表しており、数式２中の（ｂ）の部分は、皮質骨１０中を音速ＳＯＳで伝播することによる信号の位相の遅れを表している。なお、数式２中のｔ₀は、演算回路の遅延などに起因する位相の遅れである。

【0075】

次に、本実施形態の超音波診断装置１におけるＳＯＳ及びＢＵＡの測定原理について説明する。

【0076】

上記のように、伝達関数Ｈ_n（ｊω）には４つのパラメータ（ＳＯＳ、ＢＵＡ、（ｘ_n−ｘ₀）、及びｔ₀）が含まれている。これらのパラメータを仮定することにより、仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定することができる。本実施形態の演算部３５は、このようにして仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定する伝達関数設定部４１としての機能を有している。

【0077】

また、演算部３５は、信号合成部４２としての機能を有している。信号合成部４２は、伝達関数設定部４１が設定した仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を基準信号Ｒ（ｊω）に適用することにより、合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する。具体的には、信号合成部４２は、以下の数式３によって合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する。なお、数式３の分母は、合成信号Ｇ_n（ｊω）を規格化するためのものである。

【0078】

【数3】

【0079】

数式３の伝達関数Ｈ_n（ｊω）が、伝播経路２７と伝播経路２８の違いを適切にモデル化したものであれば、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）は一致する。しかし、数式３の伝達関数Ｈ_n（ｊω）は、伝達関数設定部４１が設定した仮の伝達関数であるから、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）が一致するとは限らない。そこで、演算部３５は、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）の一致度を求める一致度算出部４３としての機能を有している。

【0080】

本実施形態において、一致度算出部４３は、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）の一致度の指標として、両者の内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞を以下の数式４で求める。合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）が規格化されている場合、両者が一致していれば内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞は１となり、両者が一致しなければ内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞は１よりも小さくなる。このように、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞を、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）の一致度の指標として利用できる。

【0081】

【数4】

【0082】

伝達関数設定部４１が設定した仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）が、伝播経路２７と伝播経路２８の違いを適切にモデル化できていれば、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）は一致するので、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞は１となる。一方、適切にモデル化できていない場合は、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）は一致しないので、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞は１よりも小さくなる。そこで、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞が最大になったときに、伝達関数Ｈ_n（ｊω）が、伝播経路２７と伝播経路２８の違いを適切にモデル化できていると判断できる。

【0083】

以上を踏まえたうえで、図２及び図３のフローチャートを参照して、本実施形態の超音波診断装置１を用いたＳＯＳ及びＢＵＡの測定方法について説明する。

【0084】

本実施形態の超音波診断装置で皮質骨１０のＢＵＡ及びＳＯＳを測定する際には、まず、被測定体である皮質骨１０の表面形状の検出を行う（ステップＳ１０１、形状検出工程）。オペレータは、診断対象である人体表面（皮膚）に、超音波送受波器２の当接面２ａを当接させた状態で、所定の測定開始操作を行う。当該測定開始操作が行われると、送信回路３１は、振動子アレイ２２の各振動子２４に対して、電気パルス信号を同じタイミングで印加する。これにより、各振動子２４から同じタイミングで体内に向けて超音波が送波されるので、振動子２４が並ぶ方向と直交する方向に進行する平面波が送信される（図４（ａ））。

【0085】

振動子アレイ２２から送信された平面波は、軟組織１１中を進行し、皮質骨１０の表面で反射して反射波を発生させる（図４（ｂ））。この反射波は、振動子アレイ２２が備える複数の振動子２４のうち、少なくとも一部の振動子２４に受信される。各振動子２４で受信された信号は、受信回路３３でフィルタリング、サンプリング等適宜の処理を施されて、演算部３５に出力される。

【0086】

演算部３５は、皮質骨１０の表面形状を検出する形状検出部４０としての機能を備えている。形状検出部４０は、各振動子２４に受信された信号の到来角度を検出し、これに基づいて皮質骨１０の表面形状を検出する。なお、皮質骨１０の表面形状を検出する構成は特許文献１に記載されているので、詳細な説明は省略する。

【0087】

続いて、送信回路３１が、皮質骨１０に向けて図５（ａ）のように超音波ビームを送信する（ステップＳ１０２、送信工程）。前記超音波ビームは皮質骨１０の表面近傍を伝播し、当該皮質骨１０の表面から軟組織１１中に再放射された漏洩波（図５（ｂ））が、振動子２４に受信される（ステップＳ１０３、受信工程）。

【0088】

前記漏洩波が複数の振動子２４で受信されると、演算部３５は、当該複数の振動子２４の中から、基準受信部（第１受信部）２４₀と注目受信部（第２受信部）２４_nを選択する（ステップＳ１０４）。前述のように、基準受信部２４₀は、漏洩波を受信した振動子２４のうち、ビーム送信ペア２５に一番近い振動子とする。注目受信部は、漏洩波２６を受信した他の受信部２４₁、２４₂…のうちの何れかであれば良い。

【0089】

演算部３５は、注目受信部２４_nで受信された受信信号Ｆ_n（ｊω）を規格化しておく（ステップＳ１０５）。

【0090】

以上のように受信信号Ｆ_n（ｊω）を取得する処理（ステップＳ１０２〜Ｓ１０５）と並行して、演算部３５は、複数の合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する処理（ステップＳ１０６〜ステップＳ１０８）を行う。

【0091】

複数の合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成するために、まず、伝達関数設定部４１が複数の仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定する。前述のように、伝達関数設定部４１は、４つのパラメータ（ＳＯＳ、ＢＵＡ、（ｘ_n−ｘ₀）、及びｔ₀）を仮定することにより、仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定することができる。

【0092】

ところで、本実施形態では、ステップＳ１０１で皮質骨１０表面形状を検出しているので、スネルの法則を適用して超音波ビームの伝播経路をシミュレーションすることができる。このシミュレーションにより、伝播距離の差（ｘ_n−ｘ₀）を求めることができる。

【0093】

スネルの法則を適用して超音波ビームの伝播経路をシミュレーションするためには、軟組織１１中の音速ＳＯＳ_softの値と、皮質骨１０中の音速ＳＯＳの値が必要である。軟組織１１中の音速ＳＯＳ_softは、経験値を用いれば良い。しかし、皮質骨１０中の音速ＳＯＳは、まさに超音波診断装置１が測定しようとしているものであるから、予めその値を知ることはできない。そこで、伝達関数設定部４１は、伝達関数Ｈ_n（ｊω）のパラメータとして仮定したＳＯＳの値を用いて上記シミュレーションを行い、伝播距離の差（ｘ_n−ｘ₀）を求める。

【0094】

伝達関数設定部４１は、上記シミュレーションによって求めた伝播距離の差（ｘ_n−ｘ₀）と、仮定した３つのパラメータ（ＳＯＳ，ＢＵＡ，及びｔ₀）を数式２に代入することにより、仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定する。伝播距離の差（ｘ_n−ｘ₀）はパラメータＳＯＳに依存しているので、結局、仮の伝達関数Ｈ_n（ｊω）の独立したパラメータは３つ（ＳＯＳ，ＢＵＡ，及びｔ₀）となる。

【0095】

上記３つのパラメータのうち、超音波診断装置１として有用な情報はＳＯＳ及びＢＵＡの値であり、ｔ₀は有用な情報ではない。そこで、早い段階でｔ₀を確定しておくことが演算負荷を低減する観点から好ましい。

【0096】

そこで本実施形態では、まずｔ₀を確定し、その後でＳＯＳ及びＢＵＡを求める、というように２段階の処理を行う。まず伝達関数設定部４１は、上記３つのパラメータのうち、ＳＯＳを適当な値に固定しておき（ステップＳ１０６）、ＢＵＡとｔ₀の値の組み合わせを互いに異ならせた複数の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定する（ステップＳ１０７）。

【0097】

続いて、信号合成部４２は、伝達関数設定部４１が設定した伝達関数Ｈ_n（ｊω）を、ステップＳ１０４で選択された基準受信部２４₀が受信した信号（基準信号Ｒ（ｊω））に適用することにより、合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する（ステップＳ１０８）。前述のステップＳ１０７においては複数の伝達関数Ｈ_n（ｊω）が設定されているので、信号合成部４２は、前記複数の伝達関数Ｈ_n（ｊω）それぞれを基準信号Ｒ（ｊω）に適用することで、複数の合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する。これにより、ＢＵＡ及びｔ₀の組み合わせそれぞれに対応した合成信号Ｇ_n（ｊω）が得られる。

【0098】

一致度算出部４３は、受信信号Ｆ_n（ｊω）と、信号合成部４２が生成した複数の合成信号Ｇ_n（ｊω）と、の内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞をそれぞれ算出する（ステップＳ１０９）。これにより、前述のＢＵＡ及びｔ₀の組み合わせそれぞれに対応した内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞が得られる。このようにして得られた複数の＜Ｆ_n，Ｇ_n＞の値を、ＢＵＡ−ｔ₀座標の各点にプロットすることで、図６に示すような３次元曲面が得られる。

【0099】

演算部３５は、パラメータ選択部４４としての機能を有している。パラメータ選択部４４は、上記３次元曲面において、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞が最大値を示すときのｔ₀座標を求める。このときのｔ₀の値が、実際のｔ₀（演算回路の遅延などに起因する位相の遅れ）に一致していると考えられる。そこでパラメータ選択部４４は、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞が最大になるときのｔ₀の値を、ｔ₀の測定値として採用する（ステップＳ１１０）。以上のようにして、伝達関数Ｈ_n（ｊω）の３つのパラメータのうち、不要なｔ₀の値を確定できる。

【0100】

続いて演算部３５は、ＳＯＳとＢＵＡの値を求める。

【0101】

伝達関数設定部４１は、伝達関数Ｈ_n（ｊω）の３つのパラメータのうち、ｔ₀の値をステップＳ１１０で求めた値に固定し、ＳＯＳ（第１のパラメータ）とＢＵＡ（第２のパラメータ）の値の組み合わせを互いに異ならせた複数の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定する（ステップＳ１１１、伝達関数設定工程）。

【0102】

続いて、信号合成部４２は、伝達関数設定部４１が設定した複数の伝達関数Ｈ_n（ｊω）を、それぞれ基準信号Ｒ（ｊω）に適用することにより、複数の合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する（ステップＳ１１２、信号合成工程）。これにより、前述のＳＯＳ及びＢＵＡの組み合わせそれぞれに対応した合成信号Ｇ_n（ｊω）が得られる。

【0103】

一致度算出部４３は、受信信号Ｆ_n（ｊω）と、信号合成部４２が生成した複数の合成信号Ｇ_n（ｊω）と、の内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞をそれぞれ算出する（ステップＳ１１３、一致度算出工程）。これにより、前述のＳＯＳ及びＢＵＡの組み合わせそれぞれに対応した内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞が得られる。このようにして得られた複数の＜Ｆ_n，Ｇ_n＞の値をＳＯＳ−ＢＵＡ座標の各点にプロットすることで、図７に示すような３次元曲面が得られる。

【0104】

なお、上記の処理では、ＢＵＡとＳＯＳの値を変化させて内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞の値をプロットしていくので、離散的で粗い３次元曲面しか得ることができない。そこで本実施形態において、パラメータ選択部４４は、上記のようにして求めた３次元曲面のガウス補間を行うように構成されている（ステップＳ１１４）。例えば、パラメータ選択部４４は、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法などを利用することにより、ＢＵＡ−ＳＯＳ座標の各点の内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞の値にフィッティングする２次元ガウス関数を求める。

【0105】

そして、パラメータ選択部４４は、上記のようにして求めた２次元ガウス関数に基づいて、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞の値を最大化するＢＵＡ−ＳＯＳ座標を算出する。パラメータ選択部４４は、このときのＢＵＡとＳＯＳの組み合わせを、ＳＯＳ及びＢＵＡの測定値として採用する（ステップＳ１１５、パラメータ選択工程）。

【0106】

以上のようにして、本実施形態の超音波診断装置１は、皮質骨１０の音速ＳＯＳ（第１のパラメータ）と広帯域超音波減衰ＢＵＡ（第２のパラメータ）の値を測定することができる。

【0107】

以上で説明したように、実施形態の超音波診断装置１は、ビーム送信ペア２５と、基準受信部２４₀と、注目受信部２４_nと、伝達関数設定部４１と、信号合成部４２と、一致度算出部４３と、パラメータ選択部４４と、を備えている。ビーム送信ペア２５は、皮質骨１０に向けて信号を送信する。基準受信部２４₀は、皮質骨１０に入射した前記信号が当該皮質骨１０を伝播して再び皮質骨１０外に放射された基準信号Ｒ（ｊω）を受信する。注目受信部２４_nは、皮質骨１０に入射した前記信号が当該皮質骨１０を基準信号Ｒ（ｊω）とは違う経路で伝播して再び皮質骨１０外に放射された受信信号Ｆ_n（ｊω）を受信する。伝達関数設定部４１は、基準信号Ｒ（ｊω）の伝播経路２７と受信信号Ｆ_n（ｊω）の伝播経路２８の違いを、皮質骨のＳＯＳ及びＢＵＡをパラメータとして含んでモデル化した伝達関数Ｈ_n（ｊω）を設定する。信号合成部４２は、皮質骨のＳＯＳとＢＵＡの組み合わせを互いに異ならせた複数の伝達関数Ｈ_n（ｊω）をそれぞれ基準信号Ｒ（ｊω）に適用することにより、前記ＳＯＳとＢＵＡの組み合わせに対応した合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する。一致度算出部４３は、各合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）の内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞をそれぞれ算出する。そして、パラメータ選択部４４は、内積が最大値を示すときのＳＯＳとＢＵＡの組み合わせを求める。

【0108】

このように、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）の内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞を求めることで、伝達関数設定部４１が設定した伝達関数のＨ_n（ｊω）妥当性を判定できる。そして、内積＜Ｆ_n，Ｇ_n＞を最大化するパラメータを探すことにより、当該パラメータの値を確定できる。伝達関数は、伝播経路２７と伝播経路２８の違いのみをモデル化すれば良いので、伝播経路全体をモデル化する場合に比べて伝達関数が簡単になり、測定精度も向上する。

【0109】

次に、上記実施形態の第１変形例について説明する。

【0110】

上記実施形態では、複数の受信部２４₁、２４₂…２４_n…のうち、１つの受信部２４_nを注目受信部として選択したうえで、当該注目受信部２４_nが受信した受信信号Ｆ_n（ｊω）と、基準受信部２４₀が受信した基準信号Ｒ（ｊω）と、に基づいてＢＵＡ及びＳＯＳを導出している。つまり上記実施形態では、２つの振動子（注目受信部２４_nと基準受信部２４₀）が受信した信号の情報しか利用していない。

【0111】

しかし、本実施形態の超音波診断装置１が備える振動子アレイ２２によれば、複数の受信部２４₁、２４₂…２４_n…で受信信号Ｆ₁（ｊω）、Ｆ₂（ｊω）…Ｆ_n（ｊω）…を得ることができるので、これら複数の受信部で得られた複数の信号の情報を利用することにより、より安定してＳＯＳとＢＵＡを求めることができると考えられる。

【0112】

そこで、複数の受信部２４₁、２４₂…２４_n…が受信した受信信号Ｆ₁（ｊω）、Ｆ₂（ｊω）…Ｆ_n（ｊω）…と、各受信部について求めた合成信号Ｇ₁（ｊω）、Ｇ₂（ｊω）、…Ｇ_n（ｊω）…と、の内積の平均＜Ｆ，Ｇ＞_aveを、以下の式で定義する。

【0113】

【数5】

【0114】

上記実施形態と同様に、ＳＯＳとＢＵＡの値の組み合わせを互いに異ならせて内積の平均＜Ｆ，Ｇ＞_aveを求め、＜Ｆ，Ｇ＞_aveが最大値を示したときのＳＯＳとＢＵＡの組み合わせを求める。このように、複数の受信部２４₁、２４₂…２４_n…で得られた複数の信号を利用することにより、より安定してＳＯＳ及びＢＵＡを求めることができる。

【0115】

次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。

【0116】

上記実施形態では、皮質骨１０の表面が、振動子２４が並ぶ方向に対して平行であるとみなして説明した。これにより、伝達関数を簡単にすることができる。しかし、皮質骨１０の表面が湾曲している場合、基準受信部２４₀に対する漏洩波の到来角度φ₀と、注目受信部２４_nに対する漏洩波の到来角度φ_nは異なる（図５（ｂ）参照）。振動子２４には指向性があるため、到来角度φ₀とφ_nが大きく違う場合には、指向性の影響を無視できない場合がある。

【0117】

基準信号Ｒ（ｊω）に対して、到来角度の違いによって受信信号Ｆ_n（ｊω）が受けた影響を表す伝達関数をＨ_{directivity,?n}（ｊω）とすれば、指向性の影響を組み込んだ伝達関数Ｈ'_n（ｊω）は、以下の数式６で定義できる。なお、伝達関数Ｈ_{directivity,?n}（ｊω）は、振動子２４の受信特性と、注目受信部２４_nに対する漏洩波の到来角度φ_nによって決まる。演算部３５は、信号の伝播経路に基づいて到来角度φ_nを算出し、これに基づいて伝達関数Ｈ_{directivity,?n}（ｊω）を求めることができる。

【0118】

【数6】

【0119】

また、皮質骨１０の表面が、振動子２４が並ぶ方向に対して平行でない場合、第１伝播経路２７と第２伝播経路で、軟組織１１中の漏洩波の伝播距離を同じとみなせない場合がある。例えば図５（ｂ）の場合、第２伝播経路２８は、第１伝播経路２７に比べて、軟組織１１中を漏洩波が伝播する距離が（ｘ_nsoft−ｘ_0soft）だけ短くなっている。軟組織１１中を伝播する距離の差（ｘ_nsoft−ｘ_0soft）が大きい場合、軟組織１１のＢＵＡ（軟組織ＢＵＡ）と、軟組織１１中のＳＯＳ（軟組織ＳＯＳ）の影響を無視できない。

【0120】

基準信号Ｒ（ｊω）に対して、軟組織１１中の漏洩波の伝播距離の差（ｘ_nsoft−ｘ_0soft）によって受信信号Ｆ_n（ｊω）が受けた軟組織ＢＵＡの影響を表す伝達関数をＨ_{SoftAbsorption,?n}（ｊω）、軟組織ＳＯＳの影響を表す伝達関数をＨ_SoftSpeed,n（ｊω）とすれば、軟組織ＢＵＡと軟組織ＳＯＳの影響を組み込んだ伝達関数Ｈ''_n（ｊω）は、以下の数式７で定義できる。なお、数式７中のＢＵＡ_softは、軟組織１１中のＢＵＡであり、経験値を用いることができる。ただし、このＢＵＡ_softをパラメータとしても良い。数式７中のＳＯＳ_softは、軟組織１１中のＳＯＳであり、経験値を用いることができる。ただし、このＳＯＳ_softをパラメータとしても良い。演算部３５は、形状検出部４０が検出した皮質骨１０の形状に基づいて超音波ビームの伝播経路をシミュレーションすることにより距離ｘ_nsoft−ｘ_0softを算出し、これに基づいて伝達関数Ｈ_{SoftAbsorption,?n}（ｊω）と伝達関数Ｈ_SoftSpeed,n（ｊω）を求めることができる。

【0121】

【数7】

【0122】

更に、指向性の影響と、軟組織ＢＵＡ及び軟組織ＳＯＳの影響と、の両方を組み込んだ伝達関数Ｈ'''_n（ｊω）を以下の数式８で定義することもできる。

【0123】

【数8】

【0124】

指向性の影響を組み込んだ伝達関数Ｈ'_n（ｊω）や、軟組織の影響を組み込んだ伝達関数Ｈ''_n（ｊω）、あるいは両者の影響を組み込んだ伝達関数Ｈ'''_n（ｊω）を、数式２の伝達関数Ｈ_n（ｊω）の代わりに用いることができる。これにより、皮質骨１０の表面が大きく湾曲している場合であっても、ＳＯＳ及びＢＵＡを正確に測定できる。

【0125】

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0126】

上記実施形態では、皮質骨１０に対してビームを送信するための送信部として、隣り合う２つの振動子２４からなるビーム送信ペア２５を利用しているが、例えば特許文献１に記載の音速測定装置のように、ビームを送信するための専用の振動子（送信部）を備えていても良い。

【0127】

上記実施形態では、漏洩波を受信した振動子２４のうち、ビーム送信ペア２５に一番近い振動子２４を基準受信部（第１受信部）２４₀としたが、皮質骨１０からの漏洩波を受信した振動子２４であれば何れも基準受信部（第１受信部）とすることができる。

【0128】

上記実施形態ではＳＯＳ及びＢＵＡを同時に測定しているが、ＳＯＳのみ、又はＢＵＡのみを測定しても良い。

【0129】

上記実施形態では、受信信号Ｆ_n（ｊω）を取得する処理（ステップＳ１０２〜Ｓ１０５）と、複数の合成信号Ｇ_n（ｊω）を生成する処理（ステップＳ１０６〜ステップＳ１０８）と、を並行して行っているが、これらの処理は逐次実行しても良い。

【0130】

上記実施形態では、ステップＳ１１４においてガウス補間を行うものとしたが、３次元曲面に適用できる補間方法であれば、他の補間法を用いても良い。もっとも、ステップＳ１１４の補間は省略することもできる。

【0131】

上記実施形態では、合成信号Ｇ_n（ｊω）と受信信号Ｆ_n（ｊω）の一致度の指標として内積を求めているが、２つの信号の一致度としては内積以外の別の指標を用いても良い。

【0132】

上記実施形態の説明では、数式中で周波数領域表現を用いているが、各数式は時間領域で表現することもできる。従って、演算部３５における実際の演算処理は、周波数領域で行ってもよいし、時間領域で行っても良い。

【0133】

上記実施形態では、皮質骨１０中のＳＯＳ及びＢＵＡを測定しているが、本願発明の測定装置が測定対象とする被測定体は皮質骨１０に限定されない。例えば、軟組織１１を被測定体とし、軟組織１１の音速ＳＯＳ_soft、及び軟組織１１のＢＵＡ_softを本願発明の測定装置で測定することもできる。

【0134】

また、本願発明の測定装置は、人体を診断対象とした診断装置としての利用に限定されない。例えば、本願発明の測定装置を、非破壊検査の分野で利用できる。例えば、本願発明の測定装置でコンクリートのＳＯＳ及びＢＵＡを測定することにより、コンクリート内部のクラックの有無などを判断できる。

【符号の説明】

【0135】

１ 超音波診断装置（測定装置）
１０ 皮質骨（被測定体）
２４ 振動子
２４₀ 基準受信部（第１受信部）
２４_n 注目受信部（第２受信部）
２５ ビーム送信ペア（送信部）
４０ 形状検出部
４１ 伝達関数設定部
４２ 信号合成部
４３ 一致度算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】