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Dokumentenidentifikation DE69733283T2 19.01.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001219245
Titel Knochenuntersuchungsgerät
Anmelder Aloka Co. Ltd., Mitaka, Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ohtomo, Naoki, Mitaka-shi, Tokyo, 181, JP
Vertreter Weber & Heim Patentanwälte, 81479 München
DE-Aktenzeichen 69733283
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.01.1997
EP-Aktenzeichen 020025573
EP-Offenlegungsdatum 03.07.2002
EP date of grant 11.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.01.2006
IPC-Hauptklasse A61B 8/08(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse A61B 5/107(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Bereich der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen und genauer auf eine Vorrichtung, welche Ultraschallwellen zur Beurteilung des Knochens nutzt.

Beschreibung des Standes der Technik

Bisher sind viele Typen von Vorrichtungen zur Beurteilung von Knochen unter Verwendung von Ultraschallwellen (Ultraschall) vorgeschlagen worden. Beispielsweise wird in der durch das US-Patent 3,847,141 offenbarten Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen die Ferse eines Fußes zwischen einem Paar von Ultraschallmesswandlern eingeschlossen und der Knochen wird beurteilt durch das Leiten von Ultraschallwellen durch die Ferse.

Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung sind weiche Gummiunterlagen auf der Vorderseite von jedem Messwandler vorgesehen. Wenn eine Luftschicht mit einer erheblichen unterschiedlichen akustischen Impedanz in dem Ausbreitungsweg der Ultraschallwellen vorhanden ist, werden die Ultraschallwellen abgeschwächt und durch die Luftschicht reflektiert. Die obigen Gummiunterlagen lösen dieses Problem.

Ein anderer Typ einer Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen wird durch Tokkai (Japanische Offenlegungsschrift) Hei 6-22960 (US-Patent Nr. 5,348,009) und Tokkai Hei 6-254099 offenbart. Bei diesem Typ eines Knochenbewertungsgeräts ist ein Paar von Ultraschallmesswandlern in einem mit einer Kopplungsflüssigkeit gefüllten Tank unter einem festen Abstand voneinander angeordnet, wobei jedoch darauf hingewiesen werden muss, dass die Handhabung des Tanks schwierig ist.

Ein anderer Typ einer Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen, der keinen Tank verwendet, ist in Tokkai Hei 7-204205 offenbart. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung ist von einem Paar von Messwandlereinheiten, die mit Ultraschallmesswandlern ausgerüstet sind, jede einzelne auf einer Seite eines Körperteils angeordnet, und ein Flüssigkeitsbeutel, der eine Kopplungsflüssigkeit enthält, ist vor den Ultraschallmesswandlern angeordnet. Dieser Flüssigkeitsbeutel ist relativ groß. Die Oberfläche des Beutels, die in Kontakt mit dem Körperteil ist, ist rechteckig, und sie ist auf der Außenseite (Seite, die in Kontakt mit dem Körperteil steht) geringfügig aufgebläht. Der Beutel ist überall verformbar, wobei sich jedoch die mit Körperteil in Kontakt befindliche Fläche nicht ändert, selbst wenn sich der Beutel verformt. Gemäß dieser herkömmlichen Vorrichtung sind der Beutel und die Kopplungsflüssigkeit immer zwischen den Messwandlern und der Oberfläche des Körperteils angeordnet.

Ein ähnlicher Typ einer Vorrichtung zur Beurteilung ist in Tokkai Hei 7-303643 offenbart. Gemäß dieser Vorrichtung ist ein Drucksensor, der den Druck der Messwandlereinheit auf das Körperteil detektiert, innerhalb des Flüssigkeitsbeutels vorgesehen. Auf diese Weise können Ultraschallwellen ausgesendet und empfangen werden, während ein konstanter Druck aufrechterhalten wird.

Jedoch ist es bei jeder der obigen Vorrichtungen zur Beurteilung von Knochen unmöglich, die Querschnittsfläche des in Richtung des Körperteils ausgesendeten Ultraschallstrahls zu variieren (d.h. die Fläche des Flecks des Ultraschallstrahls auf der Knochenoberfläche). Mit anderen Worten wird beim Stand der Technik die Breite des Ultraschallstrahls nicht gesteuert.

Die heute gewöhnlich anzutreffende Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen wird für die Diagnose bei vergleichsweise älteren Menschen verwendet, die gegenüber Knochenerkrankungen, wie Osteoporose, anfälliger sind. Die Querschnittsfläche des Ultraschallstrahls wird daher so eingestellt, dass sie die Knochen eines Erwachsenen (z.B. Calcaneus oder Fersenbein) entspricht.

Dessen ungeachtet besteht in den vergangenen Jahren ein steigendes Bedürfnis, die Knochen jüngerer Personen (Kinder) zu beurteilen, um Knochenerkrankungen vorzubeugen und zu diagnostizieren. Vorbeugung und frühe Behandlung fordern eine frühe Knochendiagnose.

Jedoch sind die herkömmlichen Vorrichtungen zur Beurteilung von Knochen so eingestellt, um, wie oben beschrieben, Messungen bei Erwachsenen durchzuführen und wenn sie zur Beurteilung von Knochen von Kindern benutzt werden, entstehen folgende Probleme. Diese Probleme werden nun mit Bezug auf 1 beschrieben.

1 zeigt den Fuß eines Erwachsenen (nahe der Ferse). 10 ist ein Calcaneus oder eine Ferse, 12 ist ein Talus oder Sprungbein, 14 ist ein Kahnbein und 16 ist ein Würfelbein. Da der Calcaneus 10 einen großen Teil von Trabekel-Knochen enthält, treten dort tendenziell häufiger strukturelle Änderungen aufgrund von Knochenerkrankungen wie Osteoporose auf, so dass im Allgemeinen der Calcaneus 10 diagnostiziert wird, wenn der Knochen beurteilt wird. Herkömmlicherweise wird ein Fleck 18 (d.h. die Beleuchtungsfläche des Ultraschallstrahls auf dem Calcaneus) auf die Größe des Calcaneus eines normalen Erwachsenen eingestellt, wie in 1 gezeigt.

Wenn jedoch der Durchmesser des Fleckes nicht geändert wird und der Ultraschall in den Calcaneus 10 eines Kindes, wie in der 2 gezeigt, gestrahlt wird, besteht ein erstes Problem darin, dass der Fleck 18 des Strahles den Calcaneus 10, wie durch das Symbol 20 angezeigt, überlappt. Zweitens besteht ein weiteres Problem darin, dass der Ultraschallstrahl in eine Verbindungsstelle 22 des Knochens gestrahlt wird.

Wenn das erste Problem auftritt, werden Daten auch für Bereiche erhalten, die keine Knochen aufweisen, obwohl das Ziel darin besteht, Messungen an dem Knochen durchzuführen, und dies beeinträchtigt die Zuverlässigkeit der Messungen. Bezüglich des zweiten Problems ist die Verbindungsstelle zwischen den Knochen strukturell einzigartig (d.h. die Schallgeschwindigkeit ist extrem hoch in diesem Bereich), so dass die Zuverlässigkeit der Knochenbeurteilung wiederum abfällt, wenn der Knochen unter Verwendung der Schallgeschwindigkeit beurteilt wird.

Diese Probleme sind nicht auf Ultraschallmessungen bei Kindern beschränkt und treten auch auf, wenn solche Messungen bei Erwachsenen mit kleinen Fußknochen gemacht werden.

Ein anderes Problem ist, dass beim Stand der Technik der Messpunkt nicht geeignet und nicht automatisch positioniert werden kann.

Bei der im oben erwähnten US-Patent Nr. 3,847,141 offenbarten Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen ist kein Mechanismus zur Einstellung des Messpunktes vorgesehen und es ist extrem schwer, diesen Punkt entsprechend der Fußgröße der Person einzustellen.

Bei der oben erwähnten Tokkai Hei 6-22960 ist ein Rastermechanismus zum Positionieren und Einstellen des Messpunktes offenbart. Bei dieser Offenbarung wird der Messpunkt des Ultraschallstrahls aufgrund eines zweidimensionalen Röntgenbildes festgelegt, aber die Festlegung erfolgt durch die Bedienperson.

In Tokkai Hei 6-327669 ist eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Messpunktes aus einem Umrissbild des Knochens vorgeschlagen, um jedoch solch ein Umrissbild zu erhalten, ist es nötig, beispielsweise den Knochen in zwei Dimensionen mit einem Röntgenstrahl abzurastern.

Bei der erwähnten Tokkai Hei 7-204205 ist ein Mechanismus zur Positionierung des Messpunktes offenbart, jedoch ist keine Vorkehrung getroffen, um diese Positionierung gemäß der Größe des Körperteils der Person (z.B. Fuß) zu steuern.

Folglich ist es beim Stand der Technik entweder unmöglich, den Messpunkt so einzustellen, dass er zur Größe des zu messenden Körperteils passt, oder die Einstellung kann nicht ohne einen komplexen Mechanismus oder eine beliebige menschliche Entscheidung durchgeführt werden.

Knochenbeurteilungen werden bei einer Vielzahl unterschiedlicher Menschen durchgeführt, von denen einige große Körperteile (z.B. Fuß) und andere kleine Körperteile aufweisen. Darüber hinaus müssen Knochenbeurteilungen nicht nur bei Erwachsenen, sondern auch bei Kindern durchgeführt werden. Wenn in solchen Fällen eine Knochenbeurteilung durchgeführt wird, ohne die Größe des zu beurteilenden Körperteils in Betracht zu ziehen, erreichen die Messwellen (Ultraschallstrahl oder Röntgenstrahl) möglicherweise nicht das Zentrum des Körperteils und unerwartete Reflexionen oder Zerstreuungen können auftreten, so dass die Zuverlässigkeit der erhaltenen Ergebnisse abnimmt.

Aus EP 0 576 217 A1 ist eine Knochenanalyse-Vorrichtung bekannt, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.

Aus der nachveröffentlichten EP 0 719 520 A2 ist eine Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen bekannt, die mit zwei Messwandlereinheiten versehen ist, wobei jede Messwandlereinheit einen Ultraschallmesswandler aufweist, der mit einem elastischem Kontaktelement versehen ist. Weiterhin weist diese bekannte Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen einen Kraftbegrenzer auf, der die Kraft, mit der die Ultraschallmesswandler gegen das Körperteil gedrückt werden, auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. Aufgrund der Verwendung des Kraftbegrenzers können unterschiedlich große Körperteile immer unter denselben Bedingungen untersucht werden, d.h., dass die Ultraschallmesswandler immer mit derselben Kraft gegen die verschiedenen Körperteile gedrückt werden, selbst wenn die Körperteile unterschiedlich groß sind.

Nachveröffentlichte EP 0 737 440 A1, welche Stand der Technik im Sinne des Artikels 54(3) EPÜ ist, beschreibt eine Knochenbewertungsvorrichtung, in welcher eine Vielzahl von Adaptern vorgesehen ist, so dass die Position des Calcaneus in Bezug auf die Größe des zu untersuchenden Fußes leicht eingestellt werden kann. Eine Bewertungseinheit ist vorgesehen, um zu überprüfen, ob der momentan angebrachte Adapter passend für das zu untersuchende Objekt ist oder nicht.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen bereitzustellen, die hochpräzise Messungen entsprechend der Größe eines zu messenden Körperteils durchführen kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Beurteilungs-Vorrichtung bereitzustellen, die hochpräzise Messungen entsprechend der Größe des zu messenden Körperteils ausführen kann.

Ein zusätzliches weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen bereitzustellen, bei der der Messpunkt automatisch und rasch positioniert werden kann.

Die Erfindung ist wie in den angehängten Ansprüchen definiert.

  • (1) Die Knochenbewertungsvorrichtung kann aufweisen:

    mindestens einen Messwandleraufbau mit einem Ultraschallmesswandler, und

    Einstellmittel zum Einstellen der Fläche eines Ultraschallstrahlquerschnittes, der von diesem Messwandleraufbau gebildet wird.
  • (2) Die Knochenbewertungsvorrichtung kann ebenso aufweisen:

    mindestens einen Messwandleraufbau mit einem Ultraschallmesswandler und einem Koppler, der vor dem Aufbau vorgesehen ist,

    einen Aufbauvorschubmechanismus, um den Messwandleraufbau so zu verschieben, dass der Koppler in Kontakt mit dem Körperteil kommt,

    und

    Einstellmittel zum Einstellen des Kontaktbereichs des Kopplers mit dem Körperteil, durch Steuern des Aufbauvorschubmechanismus,

    wobei die Einstellmittel die Fläche einer Ultraschallstrahlblende durch Einstellen der Kontaktfläche des Kopplers einstellen.

Nach der erwähnten Konstruktion ist ein Koppler (oder Kopplerhaube) vor dem Messwandler in dem Messwandleraufbau (Messwandlereinheit) vorgesehen. Wenn der Aufbau in Richtung des Körpers bewegt wird, kommt die Wölbung des Kopplers zuerst in Kontakt mit dem Körper. Wird der Aufbau weiter in dieselbe Richtung bewegt, erhöht sich der Druck auf das Körperteil und die Deformation (Quetschanteil) des Kopplers wird größer, so dass sich der Bereich, der mit dem Körper in Kontakt steht, allmählich vergrößert. Der Bereich des Kopplers im Kontakt mit dem Körper entspricht der Ultraschallblende, so dass die Querschnittsfläche des Strahls (d.h. die Querschnittsfläche senkrecht zu der Strahlachse) durch das Variieren der Kontaktfläche des Kopplers verändert werden kann.

Anders ausgedrückt, die Größe des Strahlflecks kann mit einer einfachen Konstruktion angepasst werden ohne Ausführen jeglicher spezieller Steuerung der gesendeten oder empfangene Signale.

Bevorzugt weist der Koppler eine Membran, die elastisch verformbar ist und eine Kopplungsflüssigkeit auf, welche den Innenraum dieser Membran ausfüllt, und dieser Koppler hat eine kuppelartige Form, von welcher sich der Bereich, der im Kontakt mit dem Körper steht, verändert, abhängig vom Betrag des Druckes des Kopplers auf den Körper.

In einer bevorzugten Ausführungsform variiert die Kontaktfläche des Kopplers von einer minimalen Fläche zu einer maximalen Fläche abhängig von dem Betrag seines Drucks auf den Körper, wobei die Maximalfläche gleich oder größer ist als die Fläche der schwingenden Oberfläche des Ultraschallmesswandlers.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die oben genannten Einstellmittel ein Druckdetektionsmittel zur Detektion des Druckes des Kopplers auf das Körperteil und ein Steuerungs-Stoppmittel auf, welches den Vorschub des Messwandleraufbaus anhält, wenn dieser Druck einen Grenzwert erreicht, welcher aus einer Vielzahl von Grenzwerten ausgewählt wurde.

  • (3) Die Knochenbewertungsvorrichtung kann aufweisen:

    mindestens einen Messwandler mit einem Ultraschallmesswandler, bei dem die schwingende Fläche verändert werden kann, und einen Koppler, welcher Ultraschallwellen zwischen diesem Ultraschallmesswandler und einem Körperteil weiterleitet, und

    Einstellmittel zum Einstellen der Größe der Querschnittsfläche des Ultraschallwellenstrahls durch Ändern der schwingenden Fläche.

Nach der erwähnten Konstruktion ändern die Einstellmittel die schwingende Fläche in dem Ultraschallmesswandler entsprechend der Größe des zu messenden Körperteils. So können durch passendes Einstellen der schwingenden Fläche Messungen ausgeführt werden unter Verwendung eines Ultraschallstrahls, welcher eine passende Breite für die Größe des zu messenden Körperteils hat.

  • (4) Die Knochenbewertungsvorrichtung kann ebenso aufweisen:

    mindestens einen Messwandleraufbau mit einem Ultraschallmesswandler und

    mindestens ein Vorsatzteil, welches beliebig an diesen Messwandleraufbau angebracht oder abgenommen werden kann, wobei dieses Vorsatzteil eine Blende zum Einengen des Ultraschallstrahls aufweist,

    wobei die Größe des Strahlquerschnitts durch Anbringen dieses Vorsatzteils an den Ultraschallmesswandleraufbau bestimmt wird.

Nach der erwähnten Konstruktion kann der Ultraschallstrahl verschmälert und sein Querschnitt verringert werden, indem man ein Vorsatzteil auf den Messwandleraufbau aufbringt, um beispielsweise Knochenbeurteilungen von kleinen Knochen vorzunehmen. Das Aufsetzen des Vorsatzteils kann beispielsweise durch den Benutzer erfolgen, aber das Aufbringen kann auch automatisch erfolgen. Es können eine Vielzahl von Vorsatzteilen mit Öffnungen unterschiedlicher Größe angeboten werden, von denen eine nach der Größe des zu messenden Körperteils ausgewählt wird.

Wird das Vorsatzteil an dem Messwandler befestigt, so ragt der Koppler des Messwandleraufbaus dieser bevorzugten Ausführungsform von der Öffnung hervor, und die Öffnung ist von einem Gebilde (ringförmiger Körper) umgeben, welches Ultraschallwellen absorbiert und elastisch verformbar ist.

Gemäß der zuvor genannten Konstruktion verformt sich der Koppler elastisch und der ringförmige Körper des die Öffnung einstellenden Vorsatzteils verformt sich elastisch, wenn der Messwandleraufbau an dem das die Öffnung einstellende Vorsatzteil befestigt ist, auf das Körperteil gedrückt wird. Der ringförmige Körper absorbiert und blockiert Ultraschallwellen und seine interne Öffnung verringert die Größe des Ultraschallstrahls.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen, um das Vorsatzteil am Messwanderlaufbau zu befestigen.

  • (5) Um die obigen Ziele zu erreichen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen weiter aufweisen:

    eine Bewertungseinheit mit einer Plattform, auf welcher ein Körperteil positioniert werden kann,

    ein Mittel zur Größenermittlung, um ein auf der Plattform aufliegendes Körperteil zu vermessen, und

    eine Vermessungssteuerung, um die Messbedingungen für die Beurteilung von Knochen auf die Größe des Körperteils abzustimmen.

Entsprechend der Erfindung sendet und empfängt die Messeinrichtung Ultraschallwellen und die Vermessungssteuerung legt den Messpunkt des Ultraschallstrahles nach der Größe des zu untersuchenden Körperteiles fest.

Nach der obigen Vorrichtung ermitteln die die Größe ermittelnden Mittel die Größe des zu untersuchenden Körperteils und die Vermessungssteuerung ermittelt die Vermessungsbedingungen, z.B. den Strahl zum Senden/Empfangen am Untersuchungspunkt basierend auf der gemessenen Größe. Erfindungsgemäß kann ein geeigneter Messungspunkt nach der Größe des zu bewertenden Körperteils ermittelt werden, also die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit der Messung erhöht werden. Diese Erfindung kann natürlich an einer Knochenbewertungseinrichtung genutzt werden, welche eine Anpassungsvorrichtung als Fußplattform besitzt. In diesem Fall z.B. kann, um den Vermessungspunkt zu ermitteln, die genutzte Anpassungseinrichtung automatisch identifiziert werden und der Vermessungspunkt aus deren Form (Dicke etc.) ermittelt werden.

In einer bevorzugten Form der Erfindung bestehen die Mittel zur Größenbestimmung mindestens aus einem ersten Vermessmittel, welches die Länge der Fußsohle von dem Ende der Ferse bis zu den Zehenspitzen misst, und aus einem zweiten Vermessungsmittel, welches die Höhe des Spannes des Fußes misst und bevorzugterweise aus beiden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm, welches eine strahlende Fläche eines Ultraschallwellenstrahls zeigt, wenn der Calcaneus eines Erwachsenen beurteilt wird.

2 ist ein Diagramm, welches eine strahlende Fläche eines Ultraschallwellenstrahls zeigt, wenn der Calcaneus eines Kindes beurteilt wird.

3 ist ein Diagramm, welches ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ultraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen zeigt.

4 ist ein Diagramm der äußeren Erscheinung einer erfindungsgemäßen Ultraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen.

5 ist ein Diagramm der äußeren Erscheinung einer erfindungsgemäßen Wandlereinheit.

6 ist ein Seitenschnitt einer erfindungsgemäßen Wandlereinheit.

7 ist ein Diagramm, bei dem ein Koppler stark verformt ist, um eine große Ultraschallstrahlöffnung zu bilden.

8 ist ein Diagramm, bei dem ein Koppler geringfügig verformt ist, um eine kleine Ultraschallstrahlöffnung zu bilden.

9 ist ein Diagramm, welches einen Transportmechanismus zum Transportierten eines Paares von Wandlereinheiten zeigt.

10 ist ein Flussdiagramm, welches unterschiedliche Schritte bei der Beurteilung von Knochen unter Verwendung der Ultraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen nach 3 zeigt.

11 ist ein Diagramm, welches ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ultraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen zeigt.

12 ist ein Diagramm, welches einen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, gemäß 11, verwendeten Drucksensor zeigt.

13 ist ein Diagramm, welches ein drittes Ausführungsbeispiel einer Ultraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen zeigt.

14 ist eine Schnittansicht einer Wandlereinheit nach dem dritten Ausführungsbeispiel.

15 ist eine perspektivische durchsichtige Ansicht einer Wandlereinheit nach dem dritten Ausführungsbeispiel.

16 ist ein Diagramm, welches ein viertes Ausführungsbeispiel einer Ultraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen zeigt.

17 ist eine Außensicht einer Wandlereinheit und Zusatzeinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.

18 ist eine Schnittansicht einer Wandlereinheit.

19 ist ein Diagramm, welches die Ultraschallstrahlöffnung zeigt, wenn das Vorsatzteil nicht angebracht ist.

20 ist ein Diagramm, welches die Ultraschallstrahlöffnung zeigt, wenn das Vorsatzteil angebracht ist.

21 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ulraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen.

22 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vermessungseinheit.

23 ist ein Diagramm, welches eine Methode zur Messung der Größe eines Fußes darstellt.

24 ist ein Flussdiagramm, welches den Ablauf einer Messeinrichtung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE (1) Ausführungsbeispiele 1 und 2

3 zeigt den Gesamtaufbau eines ersten Anwendungsbeispiels einer Ultraschallwellenvorrichtung zur Beurteilung von Knochen.

Diese Vorrichtung weist eine Messeinheit 200 zur Durchführung von Messungen unter Verwendung von Ultraschallwellen auf und einen Analysator 202 zum Analysieren der durch die Messeinheit gemessenen Resultate und um daraus Knochendiagnosewerte zu berechnen. Der Analysator 202 kann beispielsweise ein Computer sein.

4 zeigt die äußere Erscheinung der Messeinheit 200. Eine obere Fläche 24A eines Chassis 24 ist geneigt und eine Fußplattform (Anpassungseinrichtung) 26 ist auf dieser oberen Fläche 24A so angeordnet, dass sie, wenn nötig, frei ausgetauscht werden kann. Eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Fußplattformen 26 ist für verschiedene Fußgrößen vorgesehen, wobei eine dieser Plattformen 26 zur Benutzung ausgewählt ist. Die Dicke und Form usw. jeder Fußplattform 26 ist unterschiedlich, so dass durch geeignete Wahl der Plattform 26 ein Zusammenfallen des Zentrums des Ultraschallstrahls und des Zentrums des Calcaneus bewirkt werden kann.

Widerlager 24B, 24C sind auf beiden Seiten der auf die obere Fläche 24A gelegten Fußplattform 26 ausgebildet und Wandlereinheiten 28, 30 sind in den Widerlagern 24B, 24C vorgesehen, so dass sich diese Einheiten frei vor und zurück bewegen können. Das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 wird durch einen nachstehend beschriebenen Antriebsmechanismus (Transportmechanismus) angetrieben, so dass sie veranlasst werden können, sich einander anzunähern oder sich voneinander zu entfernen. Wenn ein Fuß auf die Plattform 26 gesetzt wird und das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 veranlasst wird, sich einander anzunähern, wird die Ferse des Fußes von beiden Seiten durch das Paar der Wandlereinheiten 28, 30 erfasst. Wenn in diesem Zustand durch eine der Wandlereinheiten ein Ultraschallstrahl gesendet wird, wird ein durch den Calcaneus hindurchtretender Ultraschallstrahl durch die andere Wandlereinheit empfangen.

5 ist ein schematisches Diagramm der äußeren Erscheinung der Wandlereinheit 28. Beide Wandlereinheiten 28, 30 weisen eine identische Form und einen identischen Aufbau auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Wandlereinheit 28 ein Chassis 32 auf, in dem ein relativ großer einzelner Ultraschallmesswandler und ein konischer Koppler 34 (mit einem trapezförmigen Querschnitt) aufgenommen ist. Der Koppler 34 ist auf der schwingenden Seite des Messwandlers angeordnet.

Der Koppler 34 ist vorgesehen, um die Ausbreitung der Ultraschallwellen zwischen dem Ultraschallmesswandler und einem Körperteil zu verbessern.

Der Koppler 34 weist ein elastisch verformbares Glied auf, um einen guten Kontakt mit dem Körperteil zu erreichen und zum Einstellen der Querschnittsfläche des Ultraschallstrahls, wie nachstehend beschrieben.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Koppler 34 eine Membran 34A auf, durch die sein äußerer Umriss festgelegt wird, und eine Kopplungsflüssigkeit 34B (z.B. Rizinusöl), die das Innere der Membran 34A, wie in 6 gezeigt, füllt. Der Koppler 34 verformt sich elastisch entsprechend dem Berühungsdruck auf das Körperteil. Die Wandlereinheit 28 und das Körperteil sind daher in engem Kontakt und gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Querschnittsfläche des Strahlverlaufs des Ultraschalls durch Einstellen des Grades der elastischen Verformung eingestellt werden.

7 zeigt den Zustand, bei dem der Koppler 34 eine große Verformung durch Erhöhung des Drucks der Wandlereinheit auf das Körperteil erfährt. 8 zeigt den Zustand, bei dem der Koppler 34 eine geringfügige Verformung durch Verringerung des Druckes der Wandlereinheit auf das Körperteil erfährt. Wie in 7 gezeigt, kann durch starke Verformung des Kopplers 34 eine Berührungsfläche A1 zwischen dem Koppler 34 und einem Körperteil 39 erhöht werden.

In diesem Fall wird die Berührungsfläche A1 so eingestellt, dass sie größer oder gleich der Größe der Vorderseite (schwingende Oberfläche) des Ultraschallmesswandlers 35 ist.

Auf der anderen Seite kann, wenn der Koppler 34 nur wenig verformt ist, so dass eine Berührungsfläche A2 zwischen dem Koppler 34 und einem Körperteil 39 reduziert ist, die Ultraschallstrahlöffnung verschmälert werden, wie in 8 gezeigt. Mit anderen Worten entspricht die Größe der Berührungsfläche effektiv der Öffnung des Ultraschallstrahls und durch Erhöhen oder Verringern der Größe der Berührungsfläche kann die Schnittfläche des Ultraschallstrahls (d.h. die Strahlenfläche) erhöht oder verringert werden.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel weist der Koppler 34 eine Funktion zum Vornehmen akustischer Einstellungen (ursprüngliche Funktion) und eine Funktion zum Einstellen der Öffnung des Ultraschallstrahls (zusätzliche Funktion) auf. Die Form des Kopplers 34 muss so sein, dass eine Fläche, die mit dem Körperteil in Berührung ist, sich wenigstens schrittweise mit steigendem Druck auf das Körperteil vergrößert. Beispielsweise ist der Koppler 34 so geformt, dass er in Richtung der Vorderseite zunehmend schmaler wird. Vorzugsweise ist sein Profil ein Konus mit kreisförmigem Querschnitt. Wenn der Koppler 34 nicht verformt wird, kann der Durchmesser seiner Scheitelfläche beispielsweise 1 cm sein, der Durchmesser auf seiner Messwandlerseite kann beispielsweise 2,5 cm sein und seine Länge (Höhe) kann beispielsweise 2 bis 3 cm sein.

Zurück zu 3, in der Messungen von einer Steuerung 36 gesteuert werden. Aufgrund eines Triggersignals der Steuerung 36 gibt eine Senderschaltung 38 ein Senderansteuerungssignal an die Wandlereinheit 30 ab. Eine Ultraschallwelle (Ultraschallwellenimpuls) wird dadurch von der Wandlereinheit 30 zu einem Körperteil 39 gesendet.

Wenn die Ultraschallwelle durch das Körperteil 39 hindurchtritt, ändern sich ihre Charakteristika und sie wird dann durch die Wandlereinheit 28 empfangen. Das empfangene Signal, das durch die Wandlereinheit 28 ausgegeben wird, wird an eine Empfängerschaltung 40 weitergegeben. In der Empfängerschaltung 40 wird das empfangene Signal in vorbestimmter Weise verarbeitet (Verstärkung, Detektion, A/D-Wandlung) und das Signal wird an den Analysator 202 durch die Steuerung 36 ausgegeben. In dem Analysator 202 werden aufgrund der Geschwindigkeit oder Abschwächung der Ultraschallwellen Knochendiagnosewerte berechnet, wie im Stand der Technik. Diese Knochendiagnosewerte werden auf einer nicht dargestellten Anzeigeeinheit angezeigt.

Die Steuerung 36 steuert das Senden und Empfangen der Ultraschallwellen und steuert den Transportmechanismus 42. Insbesondere steuert die Steuerung 36 dieses Ausführungsbeispiels einen in dem Transportmechanismus 42 untergebrachten Öffnungseinstellmechanismus 44. Wenn das Antriebsdrehmoment einen vorbestimmten Wert erreicht hat, d.h. wenn die Berührungsfläche des Kopplers mit dem Körperteil eine vorbestimmte Größe erreicht hat, stoppt der Öffnungseinstellmechanismus 44 den Vortrieb des Paars von Wandlereinheiten 28, 30 durch den Transportmechanismus 42.

Eine Größenbestimmungseinrichtung 45, die die Größe eines Fußes bestimmt und die mit der Steuerung 36 verbunden ist, stellt entweder direkt oder indirekt fest, ob der Fuß auf der Plattform groß oder klein ist. Diese Bestimmungseinrichtung 45 kann beispielsweise eine Einrichtung sein, die die Größe des Fußes unter Verwendung eines optischen Sensors misst, oder eine Einrichtung, die den Typ der Fußplattform durch einen mechanischen Sensor bestimmt. In jedem Fall wird die Größe des Fußes automatisch bestimmt. Das fünfte Anwendungsbeispiel, welches später beschrieben wird, bezieht sich auf diese Größenbestimmungseinrichtung 45.

Die Steuerung 36 ändert automatisch die Querschnittsfläche des Ultraschallstrahls entsprechend der Größe des Fußes, die bestimmt wurde.

9 zeigt den Gesamtaufbau des Transportmechanismus 42. Eine Antriebskraft eines Antriebsmotors 46 wird auf dem Öffnungseinstellmechanismus 44 über eine Mehrzahl von Synchronriemen und Riemenscheiben übertragen. Die auf den Öffnungseinstellmechanismus 44 übertragene Antriebskraft wird dann über eine Mehrzahl von Synchronriemen und Riemenscheiben auf eine Zuführungsspindel 48 übertragen. Die Zuführspindel 48 ist mit einem beweglichen Körper 50, der die Wandlereinheit 28 trägt, und einem beweglichen Körper 52, der die Wandlereinheit 30 trägt, verbunden. In der Zuführungsspindel 48 sind in entgegengesetzter Richtung zwei Schraubgewinde ausgebildet und die beweglichen Körper 50, 52 greifen jeweils in diese Gewinde ein. Daher nähert sich das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 einander an, wenn die Zuführspindel 48 in einer Vorwärtsrichtung gedreht wird und wenn die Zuführspindel 48 in einer Rückwärtsrichtung gedreht wird, bewegt sich das Paar Wandlereinheit 28, 30 auseinander.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Öffnungseinstellmechanismus 44 zwei Drehmomentbegrenzer 54, 56, die parallel angeordnet sind und zwei elektromagnetische Kupplungen 58, 60, die jeweils in Serie mit den Drehmomentbegrenzern verbunden sind, auf. Die beiden Drehmomentbegrenzer 54, 56 weisen wechselseitig bestimmte Grenzwerte auf (Drehmomentwerte, bei denen die Übertragung der Antriebskraft durch Rutschen unterbrochen wird). Beispielsweise kann der Grenzwert des Drehmomentbegrenzers 54 200 g × cm sein und der Grenzwert des Drehmomentbegrenzers 56 kann 100 g × cm sein.

Eine der elektromagnetischen Kupplungen 58, 60 wird durch die Steuerung 36 ausgewählt. Wenn eine Messung an einem Fuß eines Erwachsenen (oder einer Person mit großen Füßen) durchgeführt wird, wird die elektromagnetische Kupplung 58 eingeschaltet, d.h. der Drehmomentbegrenzer 54 mit einer hohen Drehmomentgrenze wird ausgewählt. Wenn das Antriebsdrehmoment den oben genannten Begrenzungswert (200 g × cm) erreicht, stoppt der Drehmomentbegrenzer 54 die Übertragung der Antriebskraft. Wenn dies auftritt, werden die Koppler 34 des Paares von Wandlereinheiten bei ihrer maximalen Verformung gehalten, wie in 7 gezeigt, so dass die Öffnung des Ultraschallstrahls groß ist.

Auf der anderen Seite, wenn Ultraschallmessungen bei einem Fuß eines Kindes (oder einer Person mit kleinen Füßen) durchgeführt werden, wird die elektromagnetische Kupplung 60 angeschaltet, d.h. der Drehmomentbegrenzer 56 mit einem kleinen Grenzwert. Wenn das Drehmoment den oben genannten vorbestimmten Wert (100 g × cm) erreicht, stoppt der Drehmomentbegrenzer 56 die Übertragung der Antriebskraft. Wenn dies eintritt, werden die Koppler des Paares von Wandlereinheiten bei einer nur geringen Verformung, wie in 8 gezeigt, gehalten, so dass die Öffnung, durch die der Ultraschallstrahl hindurchtritt, klein ist.

Auf diese Weise kann die Breite des Ultraschallstrahls eingestellt werden, so dass der Strahlfleck mit einem für den Calcaneus 10 eines Kindes geeigneten Durchmessers, wie durch das Symbol 18A von 2 gezeigt, gebildet werden kann. Gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird wahlweise einer von zwei Drehmomentbegrenzern benutzt, jedoch können drei oder mehr Drehmomentbegrenzer vorgesehen sein, um die Öffnungsfläche in einer Mehrzahl von Schritten zu ändern.

Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 10 die gesamte Betriebsweise einer Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen beschrieben.

Als Erstes wird in einem Schritt S101 die Größe des Fußes auf der Fußplattform bestimmt. Dies erfolgt automatisch durch die in 1 gezeigte Größenbestimmungseinheit 45, aber die Größe kann auch auf jeden gewünschten Wert gestellt werden. In einem Schritt S102 vergrößert die Steuerung 36 entweder die Breite des Ultraschallstrahls, um Messungen an einem Fuß eines Erwachsenen durchzuführen oder verringert die Breite des Ultraschallstrahls, um Messungen an einem Fuß eines Kindes durchzuführen.

Wenn in dem Schritt S102 bestimmt wird, dass der Fuß eine große Größe aufweist, wird die elektromagnetische Kupplung 58 ausgewählt, d.h. der Drehmomentbegrenzer 54 wird in einem Schritt S103 ausgewählt und das Paar von Ultraschallmesswandlern 28, 30 wird aufeinander zu bewegt. Wenn sich der Koppler 34, wie in 7 gezeigt, verformt hat, wirkt der Drehmomentbegrenzer 54, die Übertragung des Drehmoments wird unterbrochen und die Vorrichtung wird in dem in 7 gezeigten Zustand gehalten. In dieser Stellung werden Ultraschallwellen gesendet und empfangen. Nach der Messung wird das Paar von Ultraschallmesswandlern 28, 30 auseinander bewegt.

Auf der anderen Seite, wenn in dem Schritt S102 bestimmt wird, dass der Fuß eine kleine Größe aufweist, wird die elektromagnetische Kupplung 60 ausgewählt, d.h. der Drehmomentbegrenzer 56 wird in einem Schritt S104 ausgewählt und das Paar von Ultraschallmesswandlern 28, 30 wird aufeinander zu bewegt. Wenn der Koppler 34 sich wie in 8 gezeigt verformt hat, wirkt der Drehmomentbegrenzer 56, die Übertragung des Drehmoments wird unterbrochen und die Vorrichtung wird in der in 8 gezeigten Stellung gehalten. In dieser Stellung werden Ultraschallwellen gesendet und empfangen. Nach der Messung wird das Paar von Ultraschallwandlern 28, 30 auseinanderbewegt.

Die Messdaten werden analysiert und Knochendiagnosewerte werden durch den Analysator 202 in einem Schritt S105 berechnet und diese Werte werden in einem Schritt S106 angezeigt.

11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.

Dabei sind Teile des Aufbaus, die identische mit denen des ersten, in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels, sind, mit derselben Nummerierung versehen und ihre Beschreibung wird weggelassen.

In 11 detektiert ein Drucksensor 62 den Druck einer Kopplungsflüssigkeit in dem Koppler. 12 zeigt ein Beispiel dieses Drucksensors 62. Der Drucksensor 62 ist auf dem Rumpf der Einheit angebracht und eine Kopplungsflüssigkeit 34B in einer Membran 34A wird über eine Röhre 63 zu dem Drucksensor 62 geleitet. Es kann angenommen werden, dass der Druck der Kopplungsflüssigkeit 34B in der Membran 34A den Druck des Kopplers auf das zu messende Körperteil darstellt, so dass auf diese Weise der Druck auf das Körperteil indirekt gemessen werden kann.

In 11 weist eine Öffnungseinstelleinheit 44 in der Steuerung 36 eine Mehrzahl von wechselseitig verschiedenen Basisdruckwerten auf. Erreicht der durch den Drucksensor 62 gezeigte Druck einen entsprechend der Fußgröße ausgewählten Basisdruck, wird ein Kommando zum Unterbrechen der Übertragung des Antriebsdrehmoments an eine elektromagnetische Kupplung 65 ausgegeben. Ist die elektromagnetische Kupplung 65 an, wird das Drehmoment eines Motors 46 auf einen Mechanismus 67 über die elektromagnetische Kupplung 65 übertragen und die Zuführspindel 48 wird gedreht. Auf der anderen Seite, wenn die Übertragung des Drehmomentes durch die elektromagnetische Kupplung 65 unterbrochen wird, stoppt die Drehung der Zuführspindel 48 und der Druck der Wandlereinheiten 28, 30 auf den Fuß wird auf einen vorbestimmten Wert gesetzt und gehalten. Dies bestimmt die Querschnittsfläche des Ultraschallstrahls. Selbstverständlich kann jede der Wandlereinheiten 28, 30 mit solch einem Drucksensor versehen sein.

Bei dem vorgenannten ersten und zweiten Ausführungsbeispiel weisen beide Wandlereinheiten 28, 30 frei verformbare Koppler auf, und die Öffnung des Ultraschallstrahls wird durch Einstellen des Verformungsgrades des Kopplers eingestellt. Der Strahlfleck kann eingestellt werden, indem nur die Sendeeinheit auf der Sendeseite mit einer Öffnungseinstellfunktion versehen wird. Jedoch kann die Breite des Strahls durch Steuern der Ultraschallstrahlöffnung sowohl auf der Sendeals auch auf der Empfangsseite effektiver gesteuert werden. Die Strahlbreite kann in ähnlicher Weise durch Einstellen und Verformen eines Kopplers in einer Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen, bei der Ultraschallwellen durch eine Wandlereinheit gesendet und empfangen werden, eingestellt werden.

(2) Ausführungsbeispiel 3

13 zeigt den Gesamtaufbau eines dritten Ausführungsbeispiels einer Knochenbeurteilungsvorrichtung. Diese Knochenbewertungsvorrichtung weist eine Messeinheit 200 zur Durchführung von Messungen unter Verwendung von Ultraschallwellen auf und einen Analysator 202, der die gemessenen Ergebnisse der Messeinheit analysiert und daraus Knochendiagnosewerte berechnet. Der Analysator 202 kann beispielsweise ein Computer sein.

Die äußere Erscheinung der Messeinheit nach diesem Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt.

Die äußere Erscheinung der Wandlereinheit 28 ist identisch zu der aus 5. Die beiden Wandlereinheiten 28, 30 haben eine identische Form und Konstruktion.

14 zeigt eine Schnittansicht des Paars von Wandlereinheiten nach dem dritten Ausführungsbeispiel. Wie in 14 gezeigt, besitzt entsprechend diesem Ausführungsbeispiel der Koppler 34 eine Membran 34A, welche seine äußere Kontur festlegt und eine Kopplungsflüssigkeit 34B (z.B. Rizinusöl), welche das Innere ausfüllt. Der Koppler 34 verformt sich elastisch entsprechend dem Berührungsdruck auf das zu messende Körperteil. Zum Beispiel ist der Durchmesser der Scheitelfläche des Kopplers 34 1 cm, sein Durchmesser auf der Messwandlerseite 2,5 cm und seine Länge (Höhe) ist ca. 2 bis 3 cm. Nach diesem Ausführungsbeispiel können Koppler mit verschiedenen Formen genutzt werden.

Ein Ultraschallmesswandler 64, welcher Ultraschallwellen sendet und empfängt, ist in dem Chassis 32 vorgesehen. Wie in der transparenten perspektivischen Ansicht der 14 gezeigt wird, besteht der Ultraschallmesswandler 64 aus einer ringförmigen Anordnung von Ultraschallmesswandlerelementen. Genau besteht der Ultraschallmesswandler 64 aus einem einzelnen kreisförmigem Stück eines piezoelektrischen Materials 66, einer vorderen Elektrode 68, vor dem piezoelektrischen Material 66 und einer hinteren Elektrode 70 hinter dem piezoelektrischen Material 66.

Die vordere Elektrode 68 besteht aus einem zentralen Elektrodenelement 72 und einem ringförmigen Elektrodenelement 74, diese Elemente sind elektrisch voneinander isoliert. Das zentrale Elektrodenelement 72 besteht aus einem kreisförmigen Gebiet 72A und einem Gebiet 72B, welches vom Ende des kreisförmigen Gebiets 72A rückwärts entlang des piezoelektrischen Materials 66 reicht. Das ringförmige Elektrodenelement 74 besteht aus einem ringförmigen Gebiet 74A, welches in der Form eines Ringes um das kreisförmige Gebiet 72A geformt ist, und einem Gebiet 74B, welches vom Ende des ringförmigen Gebiets 74A rückwärts entlang des piezoelektrischen Materials 66 reicht (14).

Die hintere Elektrode 70 besteht aus einem kreisförmigen zentralen Elektrodenelement 76 und einem ringförmigen Elektrodenelement 78, welches in einer Ringform um das zentrale Element 76 geformt ist. Signalleitungen sind einzeln mit dem zentralen Elektrodenelement 72, dem ringförmigen Elektrodenelement 74, dem zentralen Elektrodenelement 76 und dem ringförmigen Elektrodenelement 78 verbunden, so dass jedes Elektrodenelement elektrisch ausgewählt werden kann.

Das kreisförmige Gebiet 72A in der vorderen Elektrode 68 und das zentrale Elektrodenelement 76 in der hinteren Elektrode 70 haben einen identischen Durchmesser. Ebenso haben das ringförmige Gebiet 74A in der vorderen Elektrode 68 und das ringförmige Element 78 in der hinteren Elektrode eine identische Form. Der Ultraschallmesswandler 64 ist von einem Öl umgeben (hinterer und seitlicher Bereich), welches isolierende Eigenschaften besitzt, z.B. Rizinusöl.

Zurück zu 13, eine Senderschaltung 82 sendet ein Senderantriebssignal zu der Wandlereinheit 30 aus, welches auf einem Triggersignal der Steuerung 80 basiert. Ultraschallwellen (Ultraschallimpulse) werden dadurch von der Wandlereinheit 30 zu dem Körperteil 39 gesendet. Wenn sie durch den Körperteil 39 hindurchtreten, ändern sich die Charakteristika der Ultraschallwellen und diese Wellen werden von der Wandlereinheit 28 empfangen. Die Empfangssignalausgabe des Ultraschallmesswandlers 28 wird an eine Empfänderschaltung 84 angelegt. In der Empfängerschaltung 84 wird eine vordefinierte Verarbeitung (Verstärkung, Detektion, A/D-Wandlung) an dem empfangenen Signal ausgeführt, und das Signal wird an den Analysator 202 durch die Steuerung 80 ausgegeben. In dem Analysator 202 werden Knochenanalysewerte aus der Geschwindigkeit oder der Dämpfung von Ultraschallwellen wie im Stand der Technik errechnet. Diese Knochenanalysewerte werden auf einer Anzeigeeinheit, die nicht dargestellt ist, angezeigt.

Die Steuerung 80 kontrolliert das Aussenden und das Empfangen der Ultraschallwellen und kontrolliert den Transportmechanismus 86.

Der Transportmechanismus 86 besteht aus einem Antriebsmotor, nicht gezeigt, einem Drehmomentbegrenzer, nicht gezeigt, und einer Zuführspindel 88. Die Zuführspindel 88 ist mit einem beweglichen Körper 90 verbunden, welcher die Messwandlereinheit 28 trägt und mit einem beweglichen Körper 92 verbunden, der die Messwandlereinheit 30 trägt. Zwei Schraubgewinde sind in entgegengesetzter Richtung auf der Zuführspindel 88 ausgebildet, und die beweglichen Körper 90, 92 greifen jeweils in diese Gewinde ein. Daher nähern sich das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 einander an, wenn die Zuführspindel 88 in einer Vorwärtsrichtung gedreht wird und wenn die Zuführspindel 88 in einer Rückwärtsrichtung gedreht wird, bewegt sich das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 auseinander.

Erreicht der Druck des Paares von Wandlereinheiten 28, 30 auf einem Körperteil einen vorbestimmten Wert, stoppt der Drehmomentbegrenzer die Übertragung der Antriebsdrehmomente des Antriebsmotors. Wie in 14 gezeigt, sind die Koppler 34 dann völlig deformiert und bieten somit einen zuverlässigen Pfad für die Ausbreitung der Ultraschallwellen.

Nach diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Steuerung 80 eine Schwingungsbereichwechseleinrichtung 94. Die Schwingungsbereichwechseleinrichtung 94 wechselt den Schwingungsbereich des Ultraschallmesswandlers 64, indem sie die Anzahl der schwingenden Elemente (z.B. Elektrodenelemente) wählt.

Besonders beim Erwachsenenmessmodus aktiviert die Schwingungsbereichwechseleinrichtung 94 das zentrale Elektrodenelement 72 und das ringförmige Elektrodenelement 74, welche die vordere Elektrode 68 bilden und aktiviert das zentrale Elektrodenelement 76 und das ringförmige Elektrodenelement 78, welche die hintere Elektrode 70 bilden. Mit anderen Worten, fungiert die gesamte vordere Elektrode 68 und die hintere Elektrode 70 als sendende oder empfangende Elektrode, so dass das gesamte piezoelektrische Material 66 schwingt. Die Querschnittsfläche des Ultraschallstrahls ist somit vergrößert.

Im Gegensatz dazu aktiviert die Schwingungsbereichwechseleinrichtung 94 im Kindermessmodus nur das zentrale Elektrodenelement 72, welche ein Teil der vorderen Elektrode 68 bildet und das zentrale Elektrodenelement 76, welche ein Teil der hinteren Elektrode 70 bildet. Mit anderen Worten, fungieren nur die zentralen Teile der vorderen Elektrode 68 und der hinteren Elektrode 70 als sendende oder empfangende Elektrode, so dass der schwingende Teil des piezoelektrischen Materials 66 begrenzt ist. Die Querschnittsfläche des Ultraschallstrahls ist somit verringert.

Die Steuerung 80 ist mit einer Größenbestimmungseinrichtung 45 verbunden, welche die Größe eines Fußes feststellt. Diese Größenbestimmungseinrichtung 45 bestimmt entweder direkt oder indirekt, ob der Fuß auf der Fußplattform groß oder klein ist. Diese Bestimmungseinrichtung 45 kann z.B. eine Bestimmungseinrichtung sein, welche die Größe des Fußes unter Nutzung eines optischen Sensors bestimmt, oder eine Bestimmungseinrichtung, welche den Typ der Fußplattform mit einem mechanischen Sensor bestimmt. Auf jeden Fall wird die Größe des Fußes automatisch bestimmt. Die Steuerung 80 kann natürlich auch auf jede gewünschte Größe eingestellt werden. Daher wechselt die Schwingungsbereichwechseleinrichtung 94 den Schwingungsbereich auf Grundlage der Größe des Fußes, die festgestellt wurde.

So kann die Breite eines Ultraschallstrahls zwischen zwei Werten gewechselt werden und ein passender Durchmesser für den Calcaneus 10 eines Kindes kann geformt werden, wie in 2 durch das Symbol 18A gezeigt. Gemäß der vorgenannten Beschreibung wird einer von zwei Schwingungsbereichen gewählt, jedoch kann eine Auswahl zwischen drei oder mehreren Schwingungsbereichen gemacht werden, um so die Ultraschallöffnungsfläche in einer Vielzahl von Schritten ändern zu können.

Der Gesamtbetrieb der Ultraschallknochenbewertungsvorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel ist grundsätzlich derselbe wie der in 10 gezeigte.

Als Erstes wird in dem Schritt S101 die Größe des Fußes auf der Fußplattform bestimmt. Dies erfolgt automatisch durch die in 1 gezeige Größenbestimmungseinrichtung 45, aber es kann auch auf jede gewünschte Größe eingestellt werden. In dem Schritt S102 erhöht die Steuerung 80 entweder die Breite des Ultraschallstrahls, um Messungen an einem Fuß eines Erwachsenen durchzuführen, oder verringert die Breite des Ultraschallstrahls, um Messungen an einem Fuß eines Kindes durchzuführen.

Dann wird das Körperteil zwischen das Paar von Messwandlereinheiten 28, 30 eingesetzt und wird zwischen ihnen eingespannt.

Wird in dem Schritt S102 festgestellt, dass der Fuß von großer Größe ist, werden in dem Schritt S103 alle Elektrodenelemente ausgewählt (z.B. der gesamte Messwandler wird ausgewählt), um einen großen Schwingungsbereich oder eine große Öffnung zu wählen und Messungen werden ausgeführt, unter der Benutzung eines weiten Ultraschallstrahls. Wenn auf der anderen Seite im Schritt S102 festgestellt wurde, dass der Fuß von kleiner Größe ist, werden in dem Schritt S104 nur ein Teil der Elektrodenelemente (z.B. Teilbereich) ausgewählt, so dass ein kleiner Schwingungsbereich oder eine große Öffnung gewählt wird und Messungen werden unter der Benutzung eines schmalen Ultraschallstrahls ausgeführt.

In dem Schritt S105 werden die gemessenen Daten analysiert und Knochendiagnosewerte errechnet und diese Werte in dem Schritt S106 dargestellt.

Nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde eine ringförmige Anordnung der Wandlereinheiten genutzt, aber eine Wandlereinheit mit Elementen, die in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, kann anstelle dessen genutzt werden. Ebenso wurde in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schwingungsbereich auf beiden, sowohl der sendenden, als auch der empfangenden Seite gewählt, es ist aber auch möglich, den Schwingungsbereich nur auf der sendenden Seite zu wählen.

Der Wechsel des schwingenden Bereichs kann auch in einem Knochenbewertungsapparat vollzogen werden, indem eine Messwandlereinheit einen Ultraschallstrahl sendet und empfängt.

(3) Ausführungsbeispiel 4

16 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bewertung von Knochen mit Ultraschallwellen. Diese Vorrichtung weist eine Messeinheit 200 zur Durchführung von Messungen unter Verwendung von Ultraschallwellen auf und einen Analysator 202 zum Analysieren der durch die Messeinheit gemessenen Resultate und um daraus Knochendiagnosewerte zu berechnen. Der Analysator 202 kann beispielsweise ein Computer sein.

Die äußere Erscheinung der Messeinheit 200 ist identisch mit der in 4 gezeigten.

17 zeigt die äußere Erscheinung des Messwandlers 28 und eines Vorsatzteils 100, welches beliebig an den Messwandler 28 angebracht oder entfernt werden kann. Nach diesem Ausführungsbeispiel haben die beiden Messwandlereinheiten 28, 30 eine identische Form und Konstruktion.

Die Wandlereinheit 28 besteht aus einem Chassis 32, welches einen einzelnen relativ großen Ultraschallmesswandler 35 beherbergt und einen im Wesentlichen konischen Koppler 34 (einen trapezförmigen Querschnitt besitzend), welcher sich vor dem Chassis befindet. Der Koppler 34 dient dazu, um gute Ultraschallwellenausbreitung zwischen dem Messwandler 35 und dem Körper zu ermöglichen. Zudem kann er sich elastisch verformen.

Das Vorsatzteil 100 besitzt eine Ummantelung 101, ein vorderseitig befestigtes ringförmiges Teil 104 und einen Haken 106, welcher sich von der Ummantelung 101 fortsetzt. Das ringförmige Teil 104 formt eine Öffnung 102, mit dieser Öffnung 102 kann die Querschnittsfläche des Ultraschallwellenstrahls verringert werden. Das ringförmige Teil 104 kann sich elastisch verformen und besteht aus einem Material, welches Ultraschallwellen absorbiert und blockiert (z.B. Gummi, welcher mit einer Mehrzahl von winzigen Blasen gefüllt ist). Das ringförmige Teil 104 absorbiert und blockiert Ultraschallwellen, die mehr als einen bestimmten Abstand vom Strahlzentrum entfernt sind (entsprechend dem Radius der Öffnung 102).

Auf dem Haken 106 ist ein Greifer 106A ausgebildet und auf der seitlichen Fläche des Chassis 32 ist eine Aussparung 110 vorhanden, in welche der Greifer 106A greift.

Die Wandlereinheit 28 besitzt außerdem einen Befestigungssensor 112.

18 ist eine Schnittansicht der Wandlereinheit 28 mit angebrachtem Vorsatzteil 100. Der Koppler 34 besteht aus einer Membran 34A, welche seine äußere Kontur formt und einer Kopplungsflüssigkeit 34B (z.B. Rizinusöl), welche sein Inneres ausfüllt. Der Koppler 34 verformt sich elastisch nach dem Kontaktdruck auf das zu messende Körperteil. Zum Beispiel ist der Durchmesser der Scheitelfläche des Kopplers 34 1 cm, der Durchmesser auf seiner Messwandlerseite 2,5 cm und seine Länge (Höhe) ca. 2 bis 3 cm. Nach diesem Anwendungsbeispiel können natürlich Koppler mit verschiedener Form genutzt werden. Wie in 18 gezeigt, steht der Koppler 34 aus der Öffnung 102 hervor, wenn das Vorsatzteil angebracht ist. In diesem Zustand ist die innere Oberfläche des ringförmigen Teils 104 in engem Kontakt mit der Membran 34A des Kopplers 34.

Genauer besteht der zuvor erwähnte Befestigungssensor 112 aus einem Licht ausstrahlenden Element 112B und einem lichtempfindlichen Element 112A. Wenn der Haken 106 nicht in der Aussparung 110 eingerastet ist, wird Licht, welches von dem Licht ausstrahlenden Element 112B ausgestrahlt wird, von dem lichtempfindlichen Element 112A festgestellt. Wenn andererseits Vorsatzteil 100 richtig befestigt ist, wie in 18 gezeigt, ist der Haken 106 zwischen dem Licht ausstrahlenden Element 112B und dem lichtempfindlichen Element 112A so positioniert, dass das Licht vom Element 112B bockiert wird.

Wenn das Vorsatzteil 100 nicht an der Messwandlereinheit 28 befestigt ist und die Messwandlereinheit 28 mit einem konstanten Druck auf den Körper 39 gedrückt wird, verformt sich der Koppler 34, so dass ein großer Kontaktbereich (Ultraschallstrahlöffnung) A1 erhalten wird, wie in 19 gezeigt. Die Größe der Öffnung A1 ist gleich oder größer als der Bereich der schwingenden Oberfläche des Ultraschallmesswandlers 35.

Wenn das Vorsatzteil 100 an der Wandlereinheit 28 angebracht ist und die Wandlereinheit 28 mit einem konstanten Druck auf den Körper 39 gedrückt wird, fängt der Koppler 34 an sich zu verformen, jedoch ist seine elastische Verformung durch das ringförmige Teil 104 des Vorsatzteils 100, wie in 20 gezeigt, begrenzt, so dass die Kontaktfläche (Ultraschallstrahlöffnung) A2, welche kleiner ist als die Fläche A1, wie in 19 gezeigt, erhalten wird. Das ringförmige Teil 104 besteht aus einem Material wie Gummi, welches selbst geringfügig verformt werden kann, so dass jeder Schmerz oder jedes Unbehagen beim Kontakt des Körpers mit dem Teil 104 gemindert wird. Der Kontaktdruck der Wandlereinheit 28 auf den Körper wird gesteuert, so dass der festgelegte Kontaktbereich immer erhalten wird.

Wenn eine Knochenbewertung an einem Erwachsenenknochen ausgeführt wird, ist das Vorsatzteil 100 nicht angebracht, so dass die Querschnittsfläche des Strahls bei der Ultraschallmessung vergrößert wird. Andererseits Seite ist das Vorsatzteil beim Knochenbewerten eines Kinderknochens angebracht, so dass die Querschnittsfläche des Strahls sich bei der Ultraschallmessung verringert.

Zurück zu 16, aufgrund eines Triggersignals der Steuerung 114 sendet eine Senderschaltung 38 ein Senderantriebssignal an die Messwandlereinheit 30. Ultraschallwellen (Ultraschallimpulse) werden somit von der Wandlereinheit 30 in das Körperteil 39 gesendet. Wenn sie durch das Körperteil 39 hindurchgehen, ändern sich die Charakteristika der Ultraschallwellen und diese Wellen werden von der Wandlereinheit 28 empfangen. Die Ausgabe der empfangenen Signale des Ultraschallmesswandlers 28 wird an die Empfängerschaltung 40 geleitet.

In der Empfängerschaltung 40 wird eine vorbestimmte Verarbeitung an dem empfangenen Signal vorgenommen (Verstärkung, Detektion, A/D Wandlung) und das Signal wird an den Analysator 202 durch die Steuerung 114 ausgegeben. In dem Analysator 202 werden Knochendiagnosewerte ausgerechnet basierend auf der Geschwindigkeit oder der Dämpfung der Ultraschallwellen, wie im Stand der Technik. Diese Knochendiagnosewerte werden auf einer nicht gezeigten Anzeigeeinheit angezeigt.

Die Steuerung 114 kontrolliert das Senden und Empfangen der Ultraschallwellen und kontrolliert den Transportmechanismus 86.

Der Transportmechanismus 86 besteht aus einem Antriebsmotor, nicht gezeigt, einem Drehmomentbegrenzer, nicht gezeigt, und einer Zuführspindel 88. Die Zuführspindel 88 ist mit dem beweglichen Körper 90 verbunden, welcher mit der Wandlereinheit 28 ausgerüstet ist und mit dem beweglichen Körper 92 verbunden, welcher mit der Wandlereinheit 30 ausgerüstet ist. In der Zuführspindel 88 sind in entgegengesetzten Richtungen zwei Schraubgewinde ausgebildet und die beweglichen Körper 90, 92 greifen jeweils in diese Gewinde ein. Daher nähert sich das Paar der Wandlereinheiten 28, 30, wenn die Zuführspindel 88 in einer Vorwärtsrichtung gedreht wird und das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 bewegt sich auseinander, wenn die Zuführspindel 88 in einer Rückwärtsrichtung bewegt wird.

Erreicht der Druck des Paares von Wandlereinheiten 28, 30 auf dem Körper einen vorbestimmten Wert, unterbricht der Drehmomentbegrenzer das Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors.

Die Steuerung 114 ist mit einer Größenbestimmungseinrichtung 45 verbunden, welche die Größe eines Fußes bestimmt. Diese Größenbestimmungseinrichtung 45 bestimmt entweder direkt oder indirekt, ob der Fuß auf der Fußplattform groß oder klein ist. Diese Bestimmungseinrichtung 45 kann z.B. eine Einrichtung sein, welche die Größe des Fußes unter der Benutzung eines optischen Sensors misst oder eine Einrichtung sein, welche die Art der Fußplattform mit einem mechanischen Sensor feststellt. Auf jeden Fall wird die Größe des Fußes automatisch bestimmt. Die Steuerung 114 kann natürlich auch mit jeder gewünschten Größe versorgt werden.

Ist die festgestellte Größe klein, zeigt die Steuerung 114 eine Nachricht auf einem Bildschirm, welche nicht gezeigt wird, an, die den Benutzer anweist, das Vorsatzteil zu befestigen. Wird eine Messung ausgeführt ohne Anbringen des Vorsatzteils, obwohl die festgestellte Fußgröße klein ist oder wenn eine Messung mit angebrachtem Vorsatzteil ausgeführt wird, obwohl die festgestellte Fußgröße groß ist, gibt die Steuerung 114 einen Alarm aus.

Informationen basierend auf der Ausgabe des Vorsatzteilssensors, ob die Knochenbewertung mit oder ohne dem Vorsatzteil ausgeführt wurde, werden für jeden Patient in einem Speicher, der in der Steuerung 114 bereitgestellt ist, gespeichert. So können die Knochenbewertungsbedingungen abgespeichert werden. Die Steuerung 114 hat zusätzlich eine Funktion einen Widerspruch bezüglich des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Vorsatzteils automatisch festzustellen, indem vorhergehende und aktuelle Messungen eines angegebenen Patienten verglichen werden und durch die Ausgabe eines Alarms ein solcher Widerspruch angezeigt wird.

Wie oben beschrieben, kann die Breite des Ultraschallstrahls in zwei Schritten geändert werden, indem die Zusatzeinrichtung angebracht oder entfernt wird, damit ein passender Strahlfleck geformt werden kann, um eine Messung an einem Calcaneus 10 eines Kindes durchzuführen, wie 2, 18A zeigt. Auch kann der Ultraschallöffnungsbereich in einer Vielzahl von Schritten variiert werden, wenn verschiedene Typen von Vorsatzteilen mit Öffnungen in verschiedenen Größen vorhanden sind.

Nun wird die gesamte Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beurteilung von Knochen entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Als erstes wird in dem Schritt S101 die Größe des Fußes auf der Fußplattform bestimmt. Dies erfolgt automatisch durch die in 16 gezeigte Größenbestimmungseinrichtung 45, aber jeder gewünschte Wert könnte eingestellt werden. In beiden Fällen wird festgestellt, ob das Vorsatzteil angebracht werden soll oder nicht. Diese Feststellung kann von der Steuerung ausgeführt werden, aber sie kann auch manuell ausgeführt werden. Im Schritt S102 wird die Auswahl getroffen, Messungen an einem Erwachsenenfuß auszuführen, d.h. die Breite des Ultraschallstrahls zu vergrößern oder Messungen an einem Kinderfuß auszuführen, d.h. die Breite des Ultraschallstrahls zu verringern. Anschließend wird das Körperteil zwischen das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 eingesetzt und wird von ihnen eingespannt.

Wird in dem Schritt S102 festgestellt, dass der Fuß groß ist, werden die Ultraschallmessungen ohne das Anbringen des Vorsatzteils in Schritt S103 durchgeführt. Mit anderen Worten wird eine große Öffnung festgelegt und Messungen mit einem weiten Ultraschallstrahl ausgeführt. Wenn andererseits im Schritt S102 festgestellt wird, dass der Fuß klein ist, wird das Vorsatzteil angebracht, eine schmale Öffnung festgelegt und Messungen mit einem schmalen Ultraschallstrahl im Schritt S104 durchgeführt. In dem Schritt S105 werden die Messdaten analysiert um Knochendiagnosewerte auszurechnen und in dem Schritt S106 werden diese Werte dargestellt.

Das Vorsatzteil wird entweder an den sendenden Messwandler oder an den empfangenden Messwandler oder an beiden angebracht. Obwohl nach dem oben genannten Ausführungsbeispiel, Knochenbewertungen durch Verwenden von Ultraschallwellen ausgeführt werden, kann die Erfindung in ähnlicher Weise auf eine Vorrichtung angewendet werden, welche Knochenbewertungen unter Verwendung von Röntgenstrahlen oder anderen Messwellen ausführt.

Weiter kann diese Erfindung auch an einer Knochenbewertungsvorrichtung genutzt werden, bei der das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen mit einer Messwandlereinheit ausgeführt wird.

(4) Ausführungsbeispiel 5

21 ist ein Blockdiagramm, welches den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Knochenbewertungsvorrichtung zeigt. Diese Vorrichtung bewertet Knochen eines lebenden Organismus, indem Ultraschallwellen in diesen Organismus gesendet werden und aus diesem Organismus empfangen werden, diese Erfindung kann aber auch auf eine Vorrichtung angewendet werden, welche Knochenbewertung unter der Nutzung von Röntgenstrahlung ausführt.

Die Vorrichtung, die in 21 gezeigt wird, besteht weitgehend aus der Messeinrichtung 200, welche Ultraschallwellen sendet und empfängt und dem Analysator 202, welcher Knochendiagnosewerte aus den Ergebnissen des Sendens und Empfangens dieser Ultraschallwellen errechnet. Jede der Wandlereinheiten des Paars von Wandlereinheiten 28, 30, die aus Ultraschallmesswandlern bestehen, wird auf einer Seite des zu vermessenden Fußes 39 plaziert. Die Wandlereinheit 30 wird zum Senden, die Wandlereinheit 28 zum Empfangen genutzt.

Nach diesem Ausführungsbeispiel können die Wandlereinheiten 28, 30 in drei Dimensionen von einem Transportmechanismus 146 transportiert werden, so dass der Vermessungspunkt frei gewählt werden kann. Eine Steuerung 148 kontrolliert den Betrieb der Messeinrichtung 200. Ein Sendertriggersignal der Steuerung 148 wird an die Senderschaltung 38 geleitet und ein Signal, welches von der Senderschaltung 38 erzeugt wird, wird zu der Wandlereinheit 30 geleitet. Von der Wandlereinheit 30 wird eine Ultraschallwelle dann in Richtung des Fußes 39 ausgesendet und, nachdem sie den Fuß 39 passiert hat, wird die Welle von der Wandlereinheit 28 empfangen. Ein empfangenes Signal der Wandlereinheit 28 wird über die Empfängerschaltung 40 an die Steuerung 148 gesendet. Die Empfängerschaltung 40 besteht beispielsweise aus einem Verstärker und Detektor, etc. Das empfangene Signal, welches der Steuerung 148 übergeben wurde, wird zu dem Analysator 202 gesendet und Knochendiagnosewerte werden in dem Analysator 202 berechnet.

Die Steuerung 148 besitzt eine Vermessungspositionsberechnungseinheit 156. Diese Berechnungseinheit 156 bestimmt einen geeigneten Vermessungspunkt aufgrund der Größe des Fußes und gibt Koordinaten (X, Y) des Vermessungspunktes aus, die diese Position für den Transportmechanismus 146 darstellen. Dann bewegt der Transportmechanismus 146 das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 in X-Richtung oder Y-Richtung, so dass das Zentrum des Ultraschallwellenstrahls mit dem festgelegten Vermessungspunkt übereinstimmt (22).

Ein Erkennungsergebnis des Anpassungseinrichtungserkenners 154 wird der Vermessungspositionsberechnungseinheit 156 eingegeben. Wie hier später beschrieben wird, erkennt dieser Anpassungseinrichtungserkenner 154 die Art der Anpassungseinrichtung 26, welche als Fußplattform an der Vermessungseinheit 200 genutzt wird (22) und das Bestimmungsergebnis wird bei der Berechnung des Vermessungspunktes genutzt.

Vermessungssignale einer ersten Vermessungseinrichtung 150 und einer zweiten Vermessungseinrichtung 152 werden ebenso in die Vermessungspositionsberechnungseinheit 156 eingegeben. Basierend auf diesen Messsignalen berechnet die Vermessungspositionberechnungseinheit 156 eine geeignete Vermessungsposition, wie weiter oben beschrieben. Dies wird nun detaillierter beschrieben.

22 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vermessungseinheit 200. Die Anpassungseinrichtung 26 kann frei an der oberen Oberfläche 24A des Chassis 24 als eine Fußplattform befestigt oder gelöst werden. Die Anpassungseinrichtung 26 ist bei der Benutzung mit Erwachsenen relativ dünn, während die Anpassungseinrichtungen 26 für die Benutzung mit Kindern relativ dick ist. Anpassungseinrichtungen 26 mit verschiedenen Größen können ebenfalls verwendet werden.

Der Fuß 39 wird auf die Anpassungseinrichtung 26 gesetzt, und das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 wird auf jeder Seite der Anpassungseinrichtung 26 so platziert, dass sie einander gegenüber liegen. Bei einer Knochenbewertung bewegen sich die Messwandlereinheiten 28, 30 in Z-Richtung, d.h. die Richtung, in der sie sich aufeinander zu bewegen und als Ergebnis wird der Calcaneus, welcher vermessen werden soll, zwischen dem Paar von Wandlereinheiten 28, 30 eingespannt. In dieser Position werden Ultraschallwellen gesendet und empfangen.

Ein Fußsohlenlängendetektor 150 ist als erste Vermessungseinrichtung an der Vermessungseinheit 200 dieses Ausführungsbeispiels angebracht, wie in 22 gezeigt. Dieser Detektor 150 ist an die Zehen des Fußes 39 anliegend befestigt, unterstützt durch die Anpassungseinrichtung 26. Die Entfernung vom Detektor 150 zu den Zehenspitzen wird durch Scannen mit einem Laserstrahl in Richtung der Z-Achse gemessen und die Länge der Fußsohle (Länge vom hinteren Ende der Ferse bis zu der Zehenspitze des längsten Zehs) wird basierend auf dem kleinsten Wert dieser Messung berechnet.

Dieser Detektor 150 besitzt einen Lasersensor, aber es kann auch ein anderer Sensor anstelle dieses optischen Sensors genutzt werden.

Die Länge der Fußsohle wird als Parameter genutzt, um die Vermessungsposition zu bestimmen, da die Distanzen der Zehenspitze eines bestimmten Zehs auch als die Länge der Fußsohle definiert werden kann. Alternativ kann auch die Größe eines anderen Teils, welches abhängig von der Größe des Fußes ist, vermessen werden und als Parameter genutzt werden.

Ein Spannhöhendetektor 152 ist auf der oberen Oberfläche 24A des Chassis 24 als zweite Vermessungseinrichtung vorgesehen, um die Höhe des Spannes des Fußes 39 zu messen, wie in 22 gezeigt. Hier besteht dieser Detektor 152 aus einer Licht ausstrahlenden Einheit 152A und einer lichtempfindlichen Einheit 152B und die Höhe des Spannes des Fußes wird durch die Breite von Laserstrahlen ermittelt, welche empfangen werden, wenn eine Vielzahl von Laserstrahlen zwischen der Licht ausstrahlenden Einrichtung 152A und der lichtempfindlichen Einrichtung 152B gesendet (/empfangen) werden. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist der Detektor 52 fest mit der oberen Oberfläche 24A verbunden, es kann jedoch ein Mechanismus vorgesehen werden, um die Licht ausstrahlende Einrichtung 152A und die lichtempfindliche Einrichtung 152B in Richtung der Zehen oder in Richtung der Ferse basierend beispielsweise auf den von der ersten Vermessungseinrichtung 150 erhaltenen Ergebnisse zu verschieben. Wenn diese Konstruktion genutzt wird, kann die Höhe des Spannes objektiver festgestellt werden.

23 zeigt die Länge L der Fußsohle und die Höhe H des Spannes, welche von der ersten Vermessungseinrichtung 150 und der zweiten Vermessungseinrichtung 152 gemessen wurden. Die Länge L der Fußsohle ist definiert als Länge vom hinteren Ende der Ferse bis zu den Zehenspitzen und die Höhe H des Spannes ist definiert als die Höhe des Spannes an der Position an der die zweite Vermessungseinrichtung befestigt ist. Die Länge L der Fußsohle und die Höhe H des Spannes, die wie beschrieben bestimmt wurden, werden als Parameter zur Berechnung der Messungskoordinaten X, Y verwendet, und als ein Ergebnis kann das Zentrum des Calcaneus als Vermessungsposition S angenommen werden. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist der Anpassungseinrichtungserkenner 154 so ausgelegt, wie in 23 gezeigt, dass er die Art der angebrachten Anpassungseinrichtung automatisch feststellt. Bei der Berechnung der Länge L der Fußsohle und der Höhe H des Spanns wird die Form der benutzten Anpassungseinrichtung berücksichtigt.

Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 24 die Betriebsweise der Beurteilungseinrichtung beschrieben.

Als Erstes wird in dem Schritt S101 die Art der Anpassungseinrichtung 26, welche in die Vermessungseinrichtung 200 eingesetzt ist, von dem Anpassungseinrichtungserkenner 154 bestimmt. Als Nächstes in dem Schritt S102 wird die Länge L der Fußsohle des Fußes 39, welcher auf der Anpassungseinrichtung 26 aufgestützt ist, bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Distanz von der Ferse zu den Zehenspitzen von der ersten Vermessungseinrichtung 150 optisch vermessen. Die Dicke der Anpassungseinrichtung wird bei der Berechnung der Länge der Fußsohle beachtet.

In dem Schritt S103 wird die Höhe des Spannes optisch durch die zweite Vermessungseinrichtung 152 bestimmt. Wie oben beschrieben, wird bei dieser Feststellung die Dicke der Anpassungseinrichtung beachtet. Entweder S102 oder S103 kann zuerst ausgeführt werden oder beide Schritte können gleichzeitig ausgeführt werden.

Als Nächstes berechnet die Vermessungspositionsberechnungseinheit 156 die X-Koordinaten in dem Schritt S104 und berechnet die Y-Koordinaten in dem Schritt S105 basierend auf der Länge L der Fußsohle und der Höhe H des Spannes, die wie oben beschrieben bestimmt wurden. Nach diesem Ausführungsbeispiel wird die Vermessungsposition der X-Koordinate beispielsweise durch die Berechnung der Gleichung x = aL + b berechnet. Hierbei sind a und b vorbestimmte Koeffizienten, die nach der Größe der Komponententeile der Vorrichtung bestimmt sind. In gleicher Weise berechnet die Vermessungspositionsberechnungseinheit 156 die Y-Koordinate aus der Gleichung Y = cH + d. Hierbei sind c und d vorbestimmte Koeffizienten, die nach der Größe der Komponententeile der Vorrichtung bestimmt sind.

In dem in 24 gezeigten Beispiel werden X und Y auf Grundlage von linearen Gleichungen bestimmt, jedoch können anstelle des Nutzens dieser Gleichungen andere passende Gleichungen aufgrund der geometrischen Eigenschaften der Komponententeile der Vorrichtung gewählt werden.

In dem Schritt S106 werden die Koordinaten (X, Y), die einen Vermessungspunkt festlegen und wie beschrieben bestimmt wurden, an den Transportmechanismus 146 weitergegeben und das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 wird in Xund Y-Richtung so ausgerichtet, dass der Ultraschallstrahl mit den Koordinaten (X, Y) übereinstimmt. Anschließend in dem Schritt S107 wird das Paar von Wandlereinheiten in die Richtung (Z-Richtung), in welcher sie sich einander annähern, bewegt und die Ferse wird mit einem vorherbestimmten Druck durch das Paar von Wandlereinheiten 28, 30 festgehalten.

Entsprechend dem oben genannten Ausführungsbeispiel wurde eine Vorrichtung zur Diagnose von Knochen durch Ultraschallwellen beschrieben, aber diese Erfindung kann auch auf eine Vorrichtung zur Diagnose von Knochen, welche Röntgenstrahlen verwendet, angewendet werden. Ebenso bestimmen nach dem vorgenannten Beispiel die erste Vermessungseinrichtung 150 und die zweite Vermessungseinrichtung 152 beide optisch die Länge der Fußsohle oder die Höhe des Spannes, es ist aber möglich, diese Bestimmung auch mit mechanischen Sensoren anstelle der optischen durchzuführen.

Weiter ist es möglich, dass das obige Ausführugnsbeispiel (Mittel zur Feststellung und Festlegung des Vermessungspunktes) mit irgendeinem des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels kombiniert wird. Wird diese Kombination vorgenommen und geeignete Messbedinungen nach der Größe des Körperteils gewählt (Bestrahlungsfläche und Vermessungspunkt) kann eine höchst präzise und verlässliche Knochenbewertung durchgeführt werden.


Anspruch[de]
  1. Knochenbewertungsvorrichtung mit:

    – einer Messeinheit (200) mit einer Plattform (26) zum Abstützen eines Körperteils (39)

    – Größenbestimmungsmitteln (45), vorgesehen in der Messeinheit (200), zum Bestimmen der Größe des auf der Plattform (26) abgestützten Körperteils (39) und

    – eine Messungssteuerung (148) zum Bestimmen der Messungsbedingungen zur Bewertung des Knochens, basierend auf der Körperteilgröße, wobei

    – die Messeinheit (200) Ultraschallwellen aussendet und empfängt,

    dadurch gekennzeichnet,

    – dass die Messungssteuerung (148) einen Utraschallwellenmesspunkt (S) gemäß der Körperteilgröße bestimmt.
  2. Knochenbewertungsvorrichtung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet,

    – dass der Körperteil ein Fuß (39) ist und

    – dass die Größenbestimmungsmittel (45) erste Messungsmittel (150) zum Messen der Länge der Fußsohle des Fußes (39) von dem hinteren Ende der Ferse bis zu den Zehenspitzen aufweisen.
  3. Knochenbewertungsvorrichtung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet

    – dass der Körperteil ein Fuß (39) ist und

    – dass die Größenbestimmungsmittel (45) zweite Messungsmittel (152) zum Messen der Höhe des Spannes des Fußes (39) aufweisen.
  4. Knochenbewertungsvorrichtung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet

    – dass der Körperteil ein Fuß (39) ist,

    – dass die Größenbestimmungsmittel (45)

    – erste Messungsmittel (150) zum Messen der Länge der Fußsohle des Fußes (39) von dem hinteren Ende der Ferse bis zu den Zehenspitzen aufweisen, und

    – zweite Messungsmittel (152) zum Messen der Höhe des Spannes des Fußes (39) aufweisen,

    – wobei die Messungssteuerung (148) den Messpunkt (S) basierend auf der Länge der Fußsohle und der Spannhöhe bestimmt.
Es folgen 19 Blatt Zeichnungen






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