超音波による骨強度診断に関する新技術の確立

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09559015
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 大谷 隆彦 同志社大学, 工学部, 教授 (50066205)
• 研究分担者: 須崎 琢而 (株)堀場製作所, 医用システム統括部, シニアマネージャー ; 高井 信朗 京都府立医科大学, 医学部, 助手 (10226730)
• キーワード: cancellous bone / trabecular structure / porous structure / Biot's theory / fast wave / slow wave / ultrasonic wave speed / ultrasonic wave attenuation

研究概要

本研究グループでは、すでに約4年間の研究によって、海綿骨内の超音波伝播現象を解明し、海綿骨に固有の特異な伝播現象を見出している。すなわち海綿骨内では音速の異なる2種類の縦波が存在し、各々の縦波が海綿骨の多孔性骨格構造に固有のもので、骨の密度と弾性定数の推定の可能性を見出した。
平成9年度においては下記の成果を得た。
(1)海綿骨内の超音波伝播現象の解明:海綿骨の間隙率の大小は骨梁構造の変化を伴っていることを明らかにし、また間隙率が小さい範囲(β<0.81)ではBiotの理論と良く一致するが、間隙率が大きくなると(β>0.81)、Wyllieの理論、Urickの理論が適用できることを見出した。更に海綿骨の骨梁整列方向と2種類の縦波の音速と減衰についても明らかにした。これらの成果の一部はすでに論文として公表した。(担当:大谷、高井)
(2)超音波伝播パラメータ計測装置:臨床計測を実現するために超音波伝播パラメータの計測装置の試作を完了した。S/N比については更に検討が必要であるが、臨床計測が可能となった。(装置の設計、製作は須崎が担当、送波器、受波器の感度校正は大谷が担当)
(3)臨床計測:臨床計測装置が完成の後、約1ヶ月にわたり健常者、加齢者、疾患者の計測データを収集した(約70名)。若干の被検体についてはX線CTによる骨量計測とCT画像を計測した。収集したデータは、これまでの知見と比べ十分に納得できるものであるが、更に精密に分析を行い、骨の等価弾性定数、骨強度指数を導くデータ処理手法の検討を進めている。(担当:高井、須崎、大谷)

研究成果

• [文献書誌] HOSOKAWA, OTANI, SUZAKI, KUBO, TAKAI: "Influence of Trabecular Structure on Ultrasonic Wave Propagation in Bovine Cancellous Bone" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.36,No.1-5B. 3233-3237 (1997)
• [文献書誌] HOSOKAWA, OTANI, SUZAKI, KUBO, TAKAI: "Influence of Trabecular Structure in Bone on Ultrasonic Wave Propagation" Proceedings of Ultrasonics World Congress(YOKOHAMA). 368-369 (1997)
• [文献書誌] 久保、高井、平澤、細川、大谷: "海綿骨中の音響伝搬について" 日本整形外科学会誌. Vol71,No8. 1540 (1997)
• [文献書誌] CAMUS, MUKUDA, OTANI, WATANABE: "Influence of fluid viscosity on the propagation of Ultrasonic waves in bovine cancellous bone" Technical Report of the Institute of Electronics,Information and Communication Engineers. US97-85. 1-8 (1998)
• [文献書誌] 久保、高井、平澤、細川、大谷: "牛海綿骨中の音波伝搬について" 第24回日本臨床バイオメカニクス学会論文抄録. 72 (1997)
• [文献書誌] 細川、大谷、須崎: "海綿骨中の音響伝搬-低速波の生成における表面状態の影響-" 日本音響学会平成9年度秋季研究発表会講演論文集. 巻2. 1129-1130 (1997)