細川 篤

Atsushi HOSOKAWA

明石工業高等専門学校　電気情報工学科

Department of Electrical and Computer Engineering, Akashi National College of Technology

キーワード :

【目的】
海綿骨中を伝搬する超音波の特徴を明らかにすることが目的である．
【方法】
海綿骨試料は牛の大腿骨遠位部から切り出し，海綿骨間隙中の骨髄は取り除かずに元の状態のままにした．試料の寸法を縦横30〜40 mm，厚さ9 mmとして，厚さ方向が軸方向と横方向の二種類の試料を作製した．骨の体積比（BV/TV）は両試料ともに約0.18であった．実験前に試料を水中に浸して脱気を行い，間隙中の気泡を除去した．実験は水中で行い，PVDF（ポリフッ化ビニリデン）フィルムを用いた広帯域（0.1〜10 MHz）の超音波送・受波器間に試料を配置した．試料の厚さ方向，すなわち軸方向と横方向に，中心周波数1 MHzの超音波パルスを伝搬させたときの受波波形を観測した．
【結果】
図（a）は超音波を軸方向に伝搬させた場合，図（b）は横方向に伝搬させた場合の観測波形である．図（a）では二種類の波（伝搬速度が速い波は高速波，遅い波は低速波と呼ばれる）を明瞭に観測することができるが，図（b）では一波しか観測できない．
【考察】
X線写真から骨梁構造を観測した結果，軸方向は骨梁配向が強く，横方向は弱いことが分かった．これらのことから，骨梁配向が強い方向に超音波を伝搬させると高速波・低速波の二波が観測できると考えられる．さらに，BV/TVが大きくなる，すなわち海綿骨中の骨梁の割合が大きく間隙（骨髄）の割合が小さくなると，高速波の振幅が大きく低速波の振幅が小さくなった．同時に，高速波の伝搬速度は速く低速波の伝搬速度はわずかに遅くなった．したがって，高速波は主として骨梁部分を伝搬し，低速波は主として間隙部分を伝搬すると考えることができる．骨梁配向が強い方向に超音波を伝搬させた場合，超音波は強く配向した骨梁および間隙に沿った二つの伝搬経路に明確に分かれることができ，骨梁中と間隙中の伝搬速度が大きく異なるため，明瞭に分離した高速波・低速波が観測できると考えられる．他方，骨梁配向が弱い方向に超音波を伝搬させた場合，骨梁・間隙の弱い配向によってのみ伝搬経路が分かれるので，高速波・低速波の伝搬速度の差が小さくなる．その結果，高速波・低速波は大きく重畳して一波のように観測されると考えられる．
【結論】
高速波・低速波の分離は骨梁配向の強さに依存する．すなわち，海綿骨中の超音波伝搬は骨梁構造の影響を大きく受ける．