CN109891210B

CN109891210B - 硬度计和硬度测量方法

Info

Publication number: CN109891210B
Application number: CN201780067016.6A
Authority: CN
Inventors: 佐野佑子; 神鸟明彦; 冲本满男; 安藤茂光; 渡边光信
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: WO2018116968A1; CN109891210A; JP2018100848A; JP6829065B2; US20220240839A1; US11337641B2; US11678837B2; CN113974563A; US20190313962A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种与压迫强度无关地稳定地推算硬度的硬度计。本发明的硬度计的特征在于，包括：可动部，其能够被连续地按压在测量对象物上；传感器，其输出反映测量对象物上的与可动部接触的部分的反作用力的输出信号；动力机构，其用于使可动部进行活塞运动；和硬度推算部，其基于因可动部的活塞运动而生成的输出信号的交流成分，来推算测量对象物的硬度。

Description

硬度计和硬度测量方法

技术领域

本发明涉及推算对象物的硬度的硬度计。

背景技术

在很多场合下，测量对象物的硬度能带来益处。例如在医疗领域、美容领域希望能够测量人体的硬度。在医疗领域中，通过测量规定部位的硬度，能够判断因长期以相同姿势卧床不起导致的支承面皮肤的溃疡、因脏器的变化导致的皮肤的浮肿以及硬皮病症状等。在针灸科、接骨科等科室，还能够用来判断通过针灸、按摩治疗带来的肌肉变柔软的效果。另外，在美容领域，通过测量规定部位的硬度，能够判断疾病的发展程度和进行了药物治疗时的效果等。

为应对这种用途，现有技术中使用了一种被称为硬度测验器(durometer)的测量仪器，其以使用一定的力压迫(压入)对象物时对象物凹陷的程度作为硬度的指标。此外，人们还开发了一种触觉传感器，其获取机械振动部与物体接触时的共振状态的变化信息，将其作为物体的硬度信息输出(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-062328号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

上述的硬度测验器存在这样的问题，即，根据人压迫对象物的力的不同，测量结果也就是对象物的凹陷程度会发生变化。即，即使是同一对象物，轻轻压迫和用力压迫时推算出的硬度也会不同。为此，本发明利用除了设置有硬度测验器的机构以外还设置有使压力传感器主动周期运动的机构的硬度计，来解决该问题。

解决问题的技术手段

本发明的一个方面的硬度计，其特征在于，包括：可动部，其能够被连续地按压在测量对象物上；传感器，其输出反映测量对象物上的与可动部接触的部分的反作用力的输出信号；动力机构，其用于使可动部进行活塞运动；和硬度推算部，其基于因可动部的活塞运动而生成的输出信号的交流成分，来推算测量对象物的硬度。

本发明的另一个方面的硬度测量方法，其特征在于，包括：使可动部振动的第一步骤；获取感测信号的第二步骤，其中感测信号起因于使可动部与测量对象物接触时来自测量对象物的反作用力；获取感测信号的交流成分的第三步骤；和基于交流成分的振幅来推算测量对象物的硬度的第四步骤。

发明效果

采用本发明，在硬度计中，能够与操作者的压迫强度无关地仅根据压力传感器的输出值来推算硬度。另外，上述以外的技术问题、技术特征和技术效果能够通过以下实施例的说明而变得明确。

附图说明

图1是生物体硬度计的整体结构框图。

图2是测量装置(枪型)的结构例的透视说明图。

图3是测量装置(T字型)的结构例的透视说明图。

图4是测量装置的工作原理的示意图。

图5是生物体硬度计的磁传感器的电压波形的示意图。

图6是将生物体硬度计的磁传感器的电压波形转换为力的示意图。

图7是硬度推算方法的原理说明图。

图8是根据生物体硬度计的输出波形，固定直流成分来推算硬度的示意图。

图9是根据生物体硬度计的输出波形，固定交流成分来推算硬度的示意图。

图10是表示硬度推算结果的坐标图。

图11是表示生物体硬度计进行的处理的整个流程的流程图之一例。

图12是受试者登记画面的图。

图13是在结果显示画面中显示了推算出的硬度和硬度分布图的图。

图14A是表示实施例的对应表之示例的表图。

图14B是表示实施例的对应表之另一示例的表图。

图15是在结果显示画面中表示了治疗前后的硬度分布图的图。

图16是表示用于进行位置推算的测量装置的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施例进行说明。附图表示了基于本发明的原理的具体实施例，但它们仅用于理解本发明，而不应当用来对本发明作限定性解释。另外，各图中共用的结构有时会标注相同的附图标记。

以下实施例涉及对测量对象物的硬度进行计算的技术。硬度是表示测量对象物的软硬程度的指标，代表着弹性。下文以人体等生物体作为测量对象物的例子进行说明，但并不限定于此。例如，以下实施例的硬度计也可以应用于生物体以外的对象物。

图1是生物体硬度计的整体结构图。生物体硬度计1000包括测量装置1和硬度计算装置2。其中，图1的测量装置1与图2、图3、图4的测量装置1相比省略了部分结构的图示。在此，一并参照图2、图3和图4，对测量装置1的结构和工作原理进行说明。

图2表示测量装置1之一例的结构。测量装置1包括主体部14、可动部15、弹簧13(弹性体)、电池16、电动机17和上下可动部18，其中主体部14包括接收线圈11(磁场检测单元)，可动部15包括发射线圈12(磁场产生单元)。电动机17由电池16驱动，能够例如通过曲柄结构使上下可动部18进行活塞运动。将接收线圈11和发射线圈12合称为磁传感器19。磁传感器19输出与测量对象物150上的接触可动部15的部分的反作用力对应的反作用力信息。

可动部15的接触部20是在测量(计算)硬度时按压测量对象物150以使测量对象物150凹陷的部位，是可动部与对象部的接触面。其中，主体部14和可动部15具有刚度。测量对象物150例如是人体的躯干或其他要测量硬度的对象。

磁传感器19输出与测量对象物150的反作用力的大小对应的电压的信息，而测量对象物150的反作用力与测量装置1施加到测量对象物150上的压力对应。因此，接收线圈11和发射线圈12以彼此相对的方式配置。而且，在主体部14与可动部15之间配置有弹簧常数为K′(已知)的弹簧13(参照图2)。

弹簧13可替换为相同形状的线径粗的弹簧。这样就能够测得对象物的深层位置的硬度。现有技术只进行皮肤表面的硬度测量，存在无法获得皮肤深层的信息的问题。而采用本发明的结构，不仅能够测量皮肤表面，而且能够测量直至皮肤深层的皮下组织和肌肉等的硬度。

图3表示测量装置1之另一例的结构。在图2中，壳体整体呈L字形，但为了使操作者容易握持也可以采用T字形或铅笔形。图3表示T字形的示例。图3中对与图2共用的结构标注相同的附图标记。关于包括三轴接收线圈301和发射线圈302的位置测量装置3将在后文中叙述。

参照图4，对磁传感器19和周边部件的动作进行说明。首先，交流振荡源31生成具有特定频率(例如20kHz)的交流电压。该交流电压被放大器32转换为具有特定频率的交流电流，该转换后的交流电流流动至发射线圈12。发射线圈12中流动的交流电流产生磁场，该磁场在接收线圈11中产生感应电动势。

感应电动势在接收线圈11产生交流电流(频率与交流振荡源31生成的交流电压的频率相同)，该交流电流被前置放大器33放大，放大后的信号输入到检波电路34。检波电路34基于交流振荡源31生成的特定频率或2倍频率进行上述放大后的信号的检波。为此，将交流振荡源31的输出作为参考信号35导入到检波电路34的参考信号输入端子。另外，也可以不使用检波电路34而采用使用全波整流电路的工作方式。来自检波电路34(或整流电路)的电压的信息(输出信号)在通过低通滤波器36之后，被导入到硬度计算装置2的驱动电路21(参照图1)。

测量对象物150可模型化为具有弹簧常数K的弹簧37(a)和具有阻尼系数G的缓冲器(阻尼器)37(b)。由接收线圈11和发射线圈12构成的磁传感器19被按压在测量对象物150上。弹簧13的弹簧常数K′与测量对象物150的弹簧常数K之间优选具有K′＞K的关系。这是因为如若不然，在压迫主体部14时主体部14有可能在接触部20与测量对象物150发生接触。

接着回到图1，对硬度计算装置2进行说明。硬度计算装置2是计算机装置。硬度计算装置2包括驱动电路21、微处理器23、存储部24、声音发生部25、显示部26、电源部27、输入部28和位置推算驱动电路29。

微处理器23例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)实现。微处理器23包括电压波形生成部231、异常波形检测部232、电压-压力换算部233、硬度推算部234、判断部235和位置推算部236。微处理器23的上述处理部能够由各种程序实现。例如，将保存在存储部24中的各种程序展开到硬度计算装置2的未图示的存储器(memory)中。微处理器23执行载入到存储器中的程序，进行规定的处理和计算。下面对微处理器23的各处理部的处理内容进行说明。

在电压波形生成部231中，生成从驱动电路21得到的磁传感器的输出电压的波形信息。关于磁传感器的输出电压的波形的例子，在后文中使用图5进行详细说明。

异常波形检测部232检测到不合适的压迫的情况下——例如压迫过弱的情况或过强的情况、压迫方向相对于对象物表面发生倾斜的情况——的异常波形。在进行硬度推算时，操作者的压迫强度需要落入合适的范围内，异常波形检测部232的目的在于除去偏离该合适范围的情况下的波形。

作为异常波形的检测方法，能够以输出信号的直流成分的大小没有落入一定范围内作为条件，判断为发生异常。或者，能够基于无法检测到输出信号的交流成分的上限和下限来判断为是异常波形。硬度的检测是在不会检测出这样的异常波形的范围内，基于输出信号的交流成分进行检测的。

电压-压力换算部233将磁传感器的输出电压换算为压力信息。磁传感器的输出电压随图2的接收线圈11与发射线圈12之间的距离而变化。而这2个线圈间的距离与弹簧13的长度相等。根据胡克定律，作用在弹簧上的反作用力能够利用弹簧13从自由长度起缩短的距离和弹簧13的弹簧常数来计算。基于这些关系将磁传感器的输出电压换算为压力信息。关于磁传感器的输出电压到压力信息的换算，在后文中使用图6和图7进行详细说明。

具体来说，在规定的2个线圈间距离下，磁通以如下方式计算。设接收线圈11上的线微分元为ds1，发射线圈12上的线微分元为ds2。另外，设从ds1观察到的ds2的位置向量为r。此时，接收线圈11与发射线圈12的互感M₁₂由下式计算(Neumann公式)。μ为导磁率。

(式1)

假定接收线圈11中有电流I流动，接收线圈11的匝数为N，则发射线圈12内的磁通φ可使用M₁₂以下式计算。

(式2)

φ＝NM₁₂I

采用同样的方式，计算2个线圈间距离按规定的距离步幅变化后的各磁通φ。磁通φ与磁传感器的输出电压成线性关系。因此，根据它们的数据，能够生成2个线圈间距离与磁传感器的输出电压的转换曲线。接着，从弹簧13的自由长度中减去2个线圈间距离，求取弹簧13的位移量。将该位移量乘以弹簧13的弹簧常数就能够得到反作用力。通过上述方法，能够生成磁传感器的输出电压与反作用力的转换曲线。

<硬度的推算方法>

参照图5～图10对硬度推算部234进行说明。

图5是磁传感器19的输出波形，横轴表示时间(秒)，纵轴表示输出电压(V)。操作者将生物体硬度计1000贴在测量对象物150上一点点逐步压迫，得到图5那样的磁传感器19的输出电压的波形。为简化条件，令测量对象物150的硬度与深度无关保持一定，即硬度是均匀的(图6～图9中也相同)。在此，将除去电动机17的频率成分后的由手的压迫带来的缓慢的变动称为直流成分V_D，将具有电动机17的频率成分的快速的变动的振幅称为交流成分V_A。可知，当一点点逐步压迫时，直流成分V_D变大，并且交流成分V_A也随之逐渐变大。这是因为，接收线圈11与发射线圈12之间的距离越随着压迫而减小，则磁传感器19的电压越指数性增大。直流成分和交流成分的提取可使用公知的模拟或数字频率滤波器进行。

图6是利用上述的电压-压力换算部233将该磁传感器19的输出电压的波形换算为压力的波形而得的波形。横轴与图5同样是时间(秒)，纵轴是换算得到的压力(N)。在压力波形中，当一点点逐步压迫时，直流成分F_D变大，但交流成分F_AC的振幅始终保持一定。交流成分保持一定这一点与图5的磁传感器的输出电压不同。可基于该交流成分F_AC求取推算硬度。

在求取实际的硬度时，准备多个具有已知硬度的对象物，利用生物体硬度计1000在各对象物上进行测量来求取上述交流成分F_AC的振幅。由此能够得到已知的硬度与交流成分F_AC的对应表。从而，在测量了硬度未知的对象物，得到交流成分F_AC后，能够根据该对应表转换为硬度。通过利用线性插值或样条插值等对对应表的数据进行插值而得到转换式，即使是对应表中没有的交流成分F_AC也能够将其转换为硬度。上述对应表可预先生成并构建成数据库，例如作为数据库1001保存在存储部24中。硬度推算部234参照数据库1001将从电压-压力换算部233得到的压力转换为硬度。

图7是硬度推算方法的原理说明图。在此，参照图7说明在图6的压力波形中将交流成分F_AC视作推算硬度的理由。在操作者以一定的力F₀压迫测量对象的情况下，利用电动机17进一步赋予振幅A_C的较小的周期性变动。设压入量为D，因振幅A_C的周期变动而产生的力的变化量(变化幅度)为ΔF，在这种情况下，根据胡克定律，有D：A_C＝F₀：ΔF的关系成立。

这表示ΔF随测量对象的硬度的不同而不同。即，由于振幅A_C是一定的，所以在测量对象物150较软的情况下(测量对象物的弹簧常数K小)，压入量D较大，因此与F₀对应的因电动机17的振幅A_C而产生的力的变化ΔF较小。另一方面，在测量对象较硬的情况下(测量对象物的弹簧常数K大)，压入量D较小，因此与F₀对应的因电动机17的振幅A_C而产生的力的变化ΔF较大。

利用计算式对上述内容说明如下。设测量对象物150的弹簧常数为K，根据胡克定律，操作者以某个力F按压生物体硬度计1000时的压入量D[mm]如下。

F＝KD

此时，利用电动机17使接触部20以规定的振幅A_C上下运动。此时，操作者用手以规定的力F＝F_D＝KD_D按压时，电动机17达到最高位置(D_D-A_C)时的力如下。

F_U＝K(D_D-A_C)＝F-KA_C

此时，操作者以规定的力F＝F_D＝KD_D按压时，电动机17达到最低位置(D_D+A_C)时的力如下。

F_L＝K(D_D+A_C)＝F+KA_C

电动机17处于最高位置与最低位置时的力之差F_AC(＝力的交流成分)如下。

F_AC＝F_L-F_U＝2KA_C

由于A_C是一定的，所以F_AC与对象物的弹簧常数K成比例。由此可知，对象物越硬则F_AC越大。而且，根据该计算式可知，只要对象物为同一硬度，则无论压迫强度(力的直流成分)如何，力的交流成分F_AC始终保持一定。

参照图8说明将磁传感器的输出电压直接用作力传感器来推算硬度的情况。在这种情况下，省略电压-压力换算部233，将磁传感器19的输出电压直接作为压力使用。该情况下，如图8的波形所示，在磁传感器中，交流成分V_A随直流成分V_D的增大(即，随着压迫强度增大)而增大。这一点与上述段落所述的、在使用了电压-压力换算部233的情况下无论力的直流成分(压迫强度)如何力的交流成分始终保持一定是不同的。

作为像这样交流成分不保持一定的原因可举出这样的原因，即，磁传感器的输出电压与力的关系不是比例关系。由于硬度计内部的发射线圈12和接收线圈11之间的2个线圈间距离与硬度计内部的弹簧13的长度相等，所以根据胡克定律，2个线圈间距离与力成线性关系。另一方面，磁通的大小与发射线圈12和接收线圈11之间的2个线圈间距离不成线性关系，而是具有2个线圈越靠近则磁通越急速变大的非线性的关系。因此，力与磁通也成非线性的关系，交流成分会随压迫强度的增大而增大。

在此，在像这样不使用电压-压力换算部233而是将磁传感器的输出电压直接作为压力使用的情况下，以将电压的直流成分V_D固定为一定值V_DC时的电压的交流成分V_AC作为推算硬度。这样，能够进行硬度推算而不受磁通的大小与2个线圈间距离之间的非线性特性的影响。

具体来说，在存储部24的数据库1001中预先保存将直流成分V_D固定为一定值V_DC时的V_AC的振幅与硬度的对应表。测量时监视直流成分V_D，获取直流成分为规定值V_DC时的交流成分V_AC的振幅。然后，参照对应表取得与该振幅对应的硬度。

参照图8说明一定值V_DC的决定方法之一例。在将测量装置1逐渐贴在测量对象物150上并逐步压迫时，在硬度计轻触测量对象物150的状态(电压的直流成分V_D小的状态)——范围(A)中，不能完全获得交流成分。另一方面，在硬度计压入测量对象并发生饱和的状态——范围(C)中，由于对象物变得像刚体那样硬，所以无法得到交流成分的准确的值。即，一定值V_DC只要设定为位于上述两个极端状态之间的范围(B)的电压，使得能够在电压波形中合适地获得交流成分即可。不过，由于依赖于测量装置1内部的弹簧13的弹簧常数，所以一旦更换了弹簧，就需要再次重新决定一定值V_DC。

图9表示另一示例。出于与图8同样的想法，如图9所示，可以以将电压的交流成分V_A固定为一定值V_AC时的电压的直流成分V_DC作为推算硬度。该方法也能够进行硬度推算而不受磁通的大小与2个线圈间距离之间的非线性特性的影响。电压的直流成分V_AC的设定也与上述的V_DC的设定方法同样，只要设定为轻轻接触的状态(A)与强力按压并饱和的状态(C)这两个极端状态之间的范围(B)内的电压的直流成分即可。

图8和图9说明了在不使用电压-压力换算部233的情况下，基于直流成分固定时的交流成分、或者交流成分固定时的直流成分来推算硬度的方法。但是，即使是在设置了电压-压力换算部233的情况下，取决于测量对象的性质的不同，有时力的交流成分也不总是保持一定。这种情况下使用图8和图9的硬度推算法能带来好处。

图7将硬度推算的对象物简化为具有与弹簧相同特性来进行了说明，但实用上可以预想是将人体的皮肤、肌肉、脂肪等生物组织作为对象来进行测量的。弹簧能够准确地遵守胡克定律，其弹簧常数无论压迫强度如何均为一定值(固定值)。但对于生物组织来说，已知其具有弹簧常数(硬度)随强力压迫而增大的性质。因此，在以生物组织为对象进行测量的情况下，即使在将磁传感器的输出电压转换为力之后，也有可能像图6所示那样，交流成分F_D不保持一定而是随着压迫变强而增大。出于这样的原因，可以在即使使用了电压-压力换算部233的情况下，也基于直流成分固定时的交流成分(参照图8)、或者交流成分固定时的直流成分(参照图9)来推算硬度。而且，在弹簧常数(硬度)随压迫强度而不同的情况下，可以设定几种交流成分或直流成分的固定值。

图10表示使用磁传感器19但不使用电压-压力换算部233，利用图9的方法推算硬度的情况下的结果。坐标图中的3种标记表示了3名测量者。横轴是使用硬度测验器测得的已知的硬度(无单位)，纵轴是利用电动硬度计通过图9的方法求得的推算硬度(V)。根据该坐标图，对推算硬度和已知的硬度的数据点进行多项式拟合，求取表示两者关系的曲线。在利用电动硬度计测量得到了推算硬度的情况下，通过代入到曲线中能够转换为已知的硬度。

回到图1，存储部24是存储各种信息的单元，例如由RAM(Random Access Memory，随机访问存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等实现。存储部24中预先存储有通过实验计算出的电压-压力转换系数C_mp。声音产生部25是产生声音的单元，例如由扬声器实现。声音产生部25例如在测量装置1的测量开始和结束时发出蜂鸣声。显示部26是进行各种显示的单元，例如由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)或CRT(Cathode Ray Tube Display：阴极射线管显示器)实现。显示部26显示各种的波形、对象物的硬度(例如弹性的信息和粘性的信息中的至少一者)以及将对象物的硬度可视化的指示器(indicator)等。

在显示部26中显示由硬度推算部234求得的推算硬度。另外，如后所述，可以用色彩映射图(color map)的方式将该推算硬度显示在生物体表面上的测量位置处。在此，如后所述，生物体表面上的测量位置是由位置推算部236根据从位置测量装置得到的能够反映位置信息的磁场数据而推算的。另外，在有的情况下，推算硬度随压迫强度而不同，表示硬度随距离生物体表面的深度的不同而变化。

另外，显示部26还包括基于异常波形检测部232的结果向操作者提供压迫方法的指示的压迫指示部261。压迫指示部261在异常波形检测部232检测到压迫强度不合适的情况下，向操作者指示合适的压迫强度。另外，在硬度推算部234如图8和图9所示指定了直流成分或交流成分的情况下，向操作者指示合适的压迫强度。

电源部27是硬度计算装置2的电源供给单元。输入部28是供用户操作以输入各种信息的单元，例如由键盘、鼠标等实现。

回到图2和图3，主体部14包括接收线圈11、用于安装接收线圈11的线圈电路板110、电池16、供硬度计算开始时等情况下操作的工作按钮140、电动机17和与接收线圈11和发射线圈12连接的工作电路板141。可动部15包括发射线圈12和用于安装发射线圈12的线圈电路板120。在线圈电路板110与线圈电路板120之间配置有1个或多个弹簧13。

在测量装置1中，当通过电动机17产生了旋转运动时，安装在从电动机17的轴上错开的位置处的轴发生旋转，上下可动部18随之进行上下运动(曲轴机构)。当按下工作按钮140时电动机17开始旋转，当松开工作按钮140时电动机17停止旋转。通过该上下运动，可动部15周期性地按压测量对象。在可动部15按压对象物使对象物凹陷时，弹簧13收缩，发射线圈12和接收线圈11靠近，接收线圈11检测到的磁场的大小增大，接收线圈11能够输出与接触部20上产生的反作用力的大小对应的电压的信息。

如上所述，电动机17随松开工作按钮140而停止旋转，所以取决于操作者松开工作按钮140的时刻的不同，接触部20的停止位置是不同的。为此，利用光传感器测量电动机17的旋转位置，控制成使接触部20始终停止在固定位置。由此，测量装置1成为与硬度测验器相同的硬件结构，波形的直流成分与硬度测验器的输出值相同。从而，生物体硬度计1000包含硬度测验器的功能。

<硬度推算应用程序的执行顺序>

接着，参照图11的流程图(适当参照其他图)，对生物体硬度计1000的处理进行说明。下文以人体作为测量对象物的例子进行说明。首先，由操作者登记要测量身体硬度的受试者(步骤S1)。登记的内容是受试者ID、受试者姓名、性别、年龄、疾病信息、治疗信息、其他检查设备的测量结果等。

图12表示登记画面的例子。

接着，利用硬度计进行人的身体的硬度测量。具体来说，由操作者按下测量装置1的工作按钮140，电动机17开始工作，并开始记录磁传感器的数据(步骤S2)。在此，测量装置1整体安装在电动机17上。在采用该结构的情况下，通过驱动电动机17，能够以规定的频率fHz使可动部15连续地按压对象物。例如，可以设定为f＝2～8Hz左右。硬度计算装置2的微处理器23在每次测量装置1的可动部15按压测量对象物150时从该测量装置1获取信息。

操作者在保持按下工作按钮140的状态下，将测量装置1以垂直接触人体表面的方式逐渐增强压迫(步骤S3)。在此，在测量出的磁传感器的波形异常的情况下——例如在压迫强度过强或过弱的情况下、或相对于人体表面不是垂直而是倾斜的情况下，由微处理器23检测出这样的情况(步骤S4)。例如能够根据图8所示的磁传感器输出电压的直流成分的电压、交流成分的频率等进行该判断。该处理由微处理器23的判断部235执行。在为“是”的情况下前进至步骤S5，在为“否”的情况下前进至步骤S6。在判断为波形异常的情况下，微处理器23在显示部26上显示重新测量的消息，由此提醒操作者修正为合适的压迫方法(步骤S5)。

在步骤S4中判断为不是异常波形的情况下，进行硬度的推算(步骤S6)。微处理器23基于步骤S3中计算出的推算值，判断这些值是否为异常值(步骤S7)。该处理由微处理器23的判断部235执行。在为“是”的情况下前进至步骤S5，在为“否”的情况下前进至步骤S8。其中，是否为异常值的判断例如通过将平均值和方差与预先设定的阈值进行比较来实现。

在步骤S7中为“否”的情况下，将推算出的硬度作为测量值保存(步骤S8)。根据需要在多个测量点反复执行从步骤S2至步骤S8的处理(步骤S9)。在全部测量点的测量完成后，微处理器23在显示部26上显示将关于硬度的信息或硬度绘制(mapping)到人体示意图上得到的图(步骤S10)。

图13表示该画面的例子。在图13(a)的例子中，硬度分布图显示了人体9个测量点的硬度。硬度的大小能够用浓淡或颜色的不同来表示。另外，如图13(b)所示，能够利用滑动条1300显示不同深度的硬度。进而，为了评价针灸、按摩等的治疗效果，也能够与过去的硬度、硬度分布图进行比较(步骤S11)。

像这样，能够显示某一个部位的硬度的数值，或者与过去的数值进行比较。另外，也能够显示包括多个测量部位的硬度的硬度分布图，或者与过去的硬度分布图进行比较。另外，在本实施例的测量方法中还能够测量不同深度的硬度。

为了测量不同深度的硬度，例如在图6的数据中，获取直流成分大的时刻下的交流成分FAC1和直流成分小的时刻下的交流成分FAC2，分别求取对应的硬度。直流成分大的时刻下的交流成分FAC1反映深处部分的硬度，直流成分小的时刻下的交流成分FAC2反映浅处部分的硬度。另外，如上所述，图6的坐标图是以硬度均匀为前提的，所以任何部位交流成分的大小都相同。但是，在硬度随深度不同而不同的情况下，交流成分的大小会随直流成分的大小而不同。

此外，在图8、图9这样直接使用磁传感器输出的方式下，通过取多个固定点，能够测量多个深度的硬度。

图14A和B是表示实施例的数据库1001中包括的对应表的表图。

图14A是如图6所示将磁传感器19的输出电压的波形换算为压力波形，根据压力波形换算硬度的对应表的例子。图14A(a)是直流成分振幅与深度的对应表。图14A(b)是交流成分振幅与硬度的对应表。这些表只要例如预先通过实验求得即可。在想要测量任意深度的硬度的情况下，通过图14A(a)获得与深度对应的直流成分振幅，并获得该直流成分振幅的时刻下的交流成分振幅。然后，通过图14A(b)求取与该交流成分振幅对应的硬度。

图14B是如图8所示将磁传感器的输出电压直接用作力传感器来推算硬度的情况下的对应表的例子。在图8的例子中，以将电压的直流成分V_D固定为一定值V_DC时的电压的交流成分V_AC作为推算硬度。在这种情况下，随直流成分的大小的不同，即随着深度的不同，交流成分振幅与硬度的对应关系是变化的，所以按照深度的不同需要多个对应表。图14B(a)是浅处部分(直流成分的大小为100mV)的交流成分振幅与硬度的对应表，图14B(b)是深处部分(直流成分的大小为200mV)的交流成分振幅与硬度的对应表。

此外，在如图9所示基于交流成分固定时的直流成分来推算硬度的情况下，需要与多个交流成分对应地准备直流成分与硬度的多个对应表。在此，对应表中的硬度可以是推算硬度，也可以是图10中说明的那样将推算硬度换算为已知的硬度而得到的值。

图15表示将过去的数据与最新的数据比较着显示的画面的例子。可以将硬度信息、硬度分布图排列在一起显示，也可以显示两者之差。通过上述处理，全部步骤结束。

<测量位置的推算>

接着，说明将推算硬度映射显示在显示部26上所需的测量位置信息的求取方法。图1所示的位置测量装置3包括例如5个发射线圈302和三轴接收线圈301。

图16是5个发射线圈302和三轴接收线圈301的配置示意图。在此发射线圈302是5个，但也可以为其他个数，只要是能够获得作为目标的位置信息所需的个数即可。三轴接收线圈301安装在生物体硬度计1000的内部。并且，5个发射线圈302与测量对象物的位置关系是已知的。发射线圈302例如位于配置测量对象物150的样品台上。在测量对象物150为人体的情况下，可以内置在床上等。由此，能够推算生物体硬度计相对于发射线圈的计测位置。

位置测量装置3的测量原理与测量装置1相同。利用位置推算驱动电路29使电流在发射线圈302中流动，在周围产生磁场，根据电磁感应的原理由该磁场在三轴接收线圈301上产生电压。与测量装置1不同，接收线圈、振荡线圈都有多个，所以磁场的干涉成为问题。该问题通过采用时分方式来解决，即，在短时间内切换使用发射线圈和接收线圈的各组合(15种组合)进行电流的流动和检测。作为其他方法，在多个发射线圈同时有电流流动的情况下，只要改变发射线圈的频率，也能够使多个发射线圈的磁场彼此不干涉地进行检测。

在位置推算部236中，计算在显示部26上将推算硬度映射显示在生物体表面上时所需的位置信息。根据得到的磁场数据，通过进行磁场的模拟，来推算三轴接收线圈的三维位置(水平方向X、Y，垂直方向Z)和姿态角(仰角θ，方位角φ)。在显示在显示部26上的情况下，例如，在映射到人体后背的示意图上显示时，只需仅使用水平方向X、Y的位置信息，以色彩映射图的方式显示推算硬度即可。除此之外，在三维地映射显示于面孔表面的情况下，只要使用X、Y、Z的位置信息进行映射显示即可。

本实施例为了推算位置使用了磁场测量的方法，但也可以采用其他方法，例如通过摄像机来推算测量位置。另外，也可以通过对加速度传感器进行二阶积分来推算测量位置。

采用以上说明的本实施例，能够在包括主体部、压力传感器、电动机和曲轴机构的硬度计中提供一种硬度推算部，其中，主体部包括能够被连续按压在测量对象物上的可动部，压力传感器用于输出与测量对象物上的与可动部接触的部分的反作用力对应的反作用力信息，曲轴机构由电动机驱动，使主体部和可动部进行活塞运动，硬度推算部基于因可动部的活塞运动而生成的压力传感器值的交流成分来推算硬度。

另外，本实施例中作为压力传感器使用了磁传感器，但也可以使用其他种类的传感器。例如，能够代替图2的磁传感器19，配置使用了半导体工艺的压阻式压力传感器。压阻式压力传感器在膜片(diaphragm)的表面形成半导体应变计，膜片会因外部的力(压力)发生变形，进而产生压阻效应引起电阻变化，可将这样的电阻变化转换为电信号。因此，能够根据该传感器的输出直接获得图6所示的力的信息。

本发明不限于上述实施例，包括各种变形例。为使本发明易于理解，上述实施例详细进行了说明，但并不限定于必须包括所说明的全部结构。某个实施例的结构的一部分能够置换为其他实施例的结构。另外，能够在某个实施例的结构上加入其他实施例的结构。对于各实施例的结构的一部分，也能够追加、删除、置换其他结构。

上述微处理器23的各种处理的一部分或全部例如可以通过进行集成电路设计等而用硬件实现。上述的各结构、功能等也可以通过由处理器解释并执行实现各功能的程序而用软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息能够保存在存储器、硬盘、SSD(SolidState Drive，固态硬盘)等记录装置或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。

上述实施例中，控制线和信息线表示了说明所需的部分，并不一定表示了产品上所有的控制线和信息线。也可以认为所有的结构都彼此连接。

工业利用性

本发明能够在推算对象物的硬度的硬度计中使用。

附图标记说明

1…测量装置

2…硬度计算装置

11…接收线圈

12…发射线圈

13…弹簧

14…主体部

15…可动部

16…电池

17…电动机

18…上下可动部

19…磁传感器

20…接触部

21…驱动电路

23…微处理器

24…存储部

25…声音发生部

26…显示部

27…电源部

28…输入部

3…位置测量装置

31…交流振荡源

32…放大器

33…前置放大器

34…检波电路

35…参考信号

36…低通滤波器

37(a)…弹簧

37(b)…缓冲器

110、120…线圈电路板

140…工作按钮

141…工作电路板

130…工作电路板

140…工作按钮

231…电压波形生成部

232…异常波形检测部

233…电压-压力换算部

234…硬度推算部

235…判断部

236…位置推算部

261…压迫指示部

301…三轴接收线圈

302…发射线圈

1000…生物体硬度计

Claims

1.一种硬度计，其特征在于，包括：

可动部，其能够被连续地按压在测量对象物上；

传感器，其输出反映所述测量对象物上的与所述可动部接触的部分的反作用力的输出信号；

动力机构，其用于使所述可动部进行活塞运动；和

硬度推算部，其中，

所述硬度推算部，基于将所述输出信号的直流成分的大小固定为规定值时的、因所述可动部的活塞运动而生成的所述输出信号的交流成分的振幅，来推算所述测量对象物的硬度，或者，

基于将所述输出信号的交流成分的振幅固定为规定值时的直流成分的大小，来推算所述测量对象物的硬度。

2.如权利要求1所述的硬度计，其特征在于：

包括异常波形检测部，其以所述输出信号的直流成分的大小没有落入一定范围内为条件来检测异常的波形，

所述硬度推算部在所述异常波形检测部检测不到异常的波形的范围内推算所述测量对象物的硬度。

3.如权利要求1所述的硬度计，其特征在于：

包括异常波形检测部，其以无法检测到所述输出信号的交流成分的上限和下限为条件来检测异常的波形，

4.如权利要求1所述的硬度计，其特征在于：

包括将所述传感器的输出电压换算为压力信息的电压-压力换算部。

5. 如权利要求1所述的硬度计，其特征在于，包括：

推算硬度计的测量位置的位置推算部；和

使用所述测量位置将推算出的所述硬度显示为分布图的硬度分布图显示部。

6.如权利要求5所述的硬度计，其特征在于，包括：

所述硬度分布图显示部显示两个硬度分布图之差。

7.一种硬度测量方法，其特征在于，包括：

使可动部振动的第一步骤；

获取感测信号的第二步骤，其中所述感测信号起因于使所述可动部与测量对象物接触时来自所述测量对象物的反作用力；

获取所述感测信号的交流成分的第三步骤；和

第四步骤，

在所述第四步骤中，基于将所述感测信号的直流成分的大小固定为规定值时的交流成分的振幅，来推算所述测量对象物的硬度，或者，

基于将所述感测信号的交流成分的振幅固定为规定值时的直流成分的大小，来推算所述测量对象物的硬度。

8.如权利要求7所述的硬度测量方法，其特征在于：

在所述第一步骤中使用了用于使所述可动部振动的振动部件，所述振动部件经由弹簧与所述可动部连接，

在所述第二步骤中，

使用配置于所述可动部的第一线圈和配置于所述振动部件的第二线圈，利用一个线圈接收从另一个线圈发送的信号来检测磁传感器信号，基于所述磁传感器信号获取所述感测信号。

9.如权利要求8所述的硬度测量方法，其特征在于：

使用了包括微处理器、存储部、输入部和输出部的计算机装置，

所述微处理器通过进行电压-压力换算，来将从所述输入部得到的所述磁传感器信号的波形换算为压力的波形，得到所述感测信号。

10.如权利要求8所述的硬度测量方法，其特征在于：

所述微处理器将所述磁传感器信号的波形直接用作所述感测信号。

11.如权利要求9或10所述的硬度测量方法，其特征在于：

将所述感测信号的振幅与硬度的对应表作为数据库备于所述存储部中，

所述对应表表示将所述感测信号的直流成分固定的情况下的、所述感测信号的交流成分的振幅与硬度的对应关系，或者，

表示将所述感测信号的交流成分固定的情况下的、所述感测信号的直流成分的振幅与硬度的对应关系，

所述微处理器基于所述对应表推算所述硬度。