JP2017047193A - Biological measurement apparatus, biological measurement method, and detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体計測装置、生体計測方法及び検出方法に関する。 The present invention relates to a biological measurement apparatus, a biological measurement method, and a detection method.
人体等の生体内部の情報を調べるには様々な方法があり、X線を用いたり、超音波を用いたり、生体組織の一部を取り出したりすることが行われている。例えば、超音波を用いて生体の硬さを計測する硬さ測定装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 There are various methods for examining information inside a living body such as a human body, and X-rays, ultrasonic waves, and part of a living tissue are taken out. For example, a hardness measuring device that measures the hardness of a living body using ultrasonic waves is disclosed (for example, see Patent Document 1).
生体内部の情報の計測は、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で行われるのが望ましい。また、例えば、超音波は、生体内を通りにくく、計測できる範囲に限界がある。 The measurement of information inside the living body is desirably performed in a non-invasive and simple manner without causing exposure and pain and without placing a burden on the subject's body as much as possible. In addition, for example, ultrasonic waves are difficult to pass through the living body, and there is a limit to the range that can be measured.
本発明は、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で生体内部の情報を計測することができる生体計測装置、生体計測方法及び検出方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a living body measuring apparatus, a living body measuring method, and a detection capable of measuring information inside a living body by a non-invasive and simple method without causing exposure and pain, and without burdening the body of the subject as much as possible. It aims to provide a method.
上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る生体計測装置は、
可聴域の範囲から選択された単一の周波数の振動波を生体に与える加振部と、
前記加振部が前記生体に前記振動波を与える位置から所定距離離れた位置で、前記生体を伝わる振動波を受振する受振部と、
前記加振部によって前記生体に与えられる振動波の周波数を変更しながら、前記加振部により前記生体に与えられる振動波と前記受振部で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような前記振動波の周波数を探索する探索部と、
前記探索部で探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を算出する算出部と、
を備える。
In order to achieve the above object, a biological measurement apparatus according to the first aspect of the present invention provides:
An excitation unit that gives a living body a vibration wave having a single frequency selected from the range of the audible range;
A vibration receiving unit that receives vibration waves transmitted through the living body at a position away from a position where the vibration unit gives the vibration wave to the living body by a predetermined distance;
While changing the frequency of the vibration wave given to the living body by the vibration unit, the phase difference between the vibration wave given to the living body by the vibration unit and the vibration wave received by the vibration receiving unit is a specific phase difference. A search unit for searching for the frequency of the vibration wave such that
A calculation unit that calculates a propagation speed of the vibration wave in the living body based on the frequency searched by the search unit;
Is provided.
この場合、球面のプローブを前記生体に所定の深さ押し込んだ状態で計測される応力を計測する応力計測部を備え、
前記算出部は、
前記応力計測部で計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
こととしてもよい。
In this case, a stress measurement unit that measures stress measured in a state where a spherical probe is pushed into the living body to a predetermined depth,
The calculation unit includes:
Based on the stress measured by the stress measurement unit, to calculate the Young's modulus of the living body,
It is good as well.
前記算出部は、
算出した前記伝搬速度と、前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を算出する、
こととしてもよい。
The calculation unit includes:
Calculating the density of the living body based on the calculated propagation velocity and the Young's modulus of the living body;
It is good as well.
前記算出部は、
算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び/又は脂肪組織の比率に関する情報を算出する、
こととしてもよい。
The calculation unit includes:
Based on the calculated density of the living body, calculate information on the ratio of muscle tissue and / or adipose tissue in the living body,
It is good as well.
前記加振器は、
前記生体における異なる2つの加振点を前記各加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記受振器は、
前記2つの加振点の中央1点である受振点で受振する、
こととしてもよい。
The vibrator is
Two different excitation points in the living body are respectively excited in the same phase or in opposite phase by the respective vibrators,
The geophone is
Receiving at a receiving point which is one central point of the two excitation points;
It is good as well.
本発明の第2の観点に係る生体計測方法は、
コンピュータが、加振器によって生体に与えられる振動波の周波数を可聴域の範囲で変更しながら、前記加振器により前記生体に与えられる振動波と前記受振器で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような前記振動波の周波数を探索する探索ステップと、
コンピュータが、前記探索ステップで探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を前記生体の硬さに関する情報として算出する算出ステップと、
を含む。
The biological measurement method according to the second aspect of the present invention includes:
While the computer changes the frequency of the vibration wave applied to the living body by the vibrator in the range of the audible range, the vibration wave applied to the living body by the vibrator and the vibration wave received by the shaker A search step for searching for a frequency of the vibration wave such that the phase difference becomes a specific phase difference;
A calculation step in which the computer calculates the propagation speed of the vibration wave in the living body as information on the hardness of the living body based on the frequency searched in the searching step;
including.
この場合、球面型のプローブを前記生体の組織を所定の深さまで押し込んだ時に得られる応力を計測する応力ひずみ計を用いて、当該応力を計測する計測ステップを含み、
前記算出ステップでは、
前記コンピュータが、
前記計測ステップで計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
こととしてもよい。
In this case, using a stress strain meter that measures the stress obtained when the spherical probe is pushed into the living tissue to a predetermined depth, the measurement step includes measuring the stress,
In the calculating step,
The computer is
Based on the stress measured in the measurement step, calculate the Young's modulus of the living body,
It is good as well.
前記算出ステップでは、
コンピュータが、前記伝搬速度と前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
こととしてもよい。
In the calculating step,
The computer calculates the density of the living body as information on the hardness of the living body based on the propagation speed and the Young's modulus of the living body.
It is good as well.
前記算出ステップでは、
コンピュータは、算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び/又は脂肪組織の比率に関する情報を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
こととしてもよい。
In the calculating step,
Based on the calculated density of the living body, the computer calculates information on the ratio of muscle tissue and / or adipose tissue in the living body as information on the hardness of the living body,
It is good as well.
前記探索ステップでは、
前記加振器と前記受振器とを水平に配置して前記振動波の周波数を探索する、
こととしてもよい。
In the search step,
Search the frequency of the vibration wave by horizontally arranging the vibrator and the geophone,
It is good as well.
前記探索ステップでは、
乳房の上側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測し、
乳房の下側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測する、
こととしてもよい。
In the search step,
Place the exciter and the geophone on the upper part of the breast, perform the search step and the calculation step, measure the propagation speed of the vibration wave in that part,
Placing the exciter and the geophone in the lower part of the breast and performing the search step and the calculation step to measure the propagation speed of the vibration wave in that part;
It is good as well.
前記探索ステップでは、
前記生体における異なる複数の加振点を前記加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記複数の加振点の中央1点を受振点として前記受振器で受振する、
こととしてもよい。
In the search step,
A plurality of different excitation points in the living body are respectively excited in the same phase or in opposite phase by the vibrator,
Receiving at the geophone as a receiving point at the center of the plurality of excitation points,
It is good as well.
本発明の第3の観点に係る検出方法は、
乳房を計測対象として、本発明の第2の観点に係る生体計測方法を行って、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を求め、その伝搬速度の変化に基づいて、乳がんを検出する。
The detection method according to the third aspect of the present invention is:
Using the breast as a measurement target, the living body measuring method according to the second aspect of the present invention is performed to determine the propagation speed of the vibration wave in the living body, and breast cancer is detected based on the change in the propagation speed.
本発明によれば、可聴域における単一の周波数の振動波を生体に与える加振部と生体を伝わる振動波を受振する受振部との距離を予め定められた距離とする。そして、生体に与えられる振動波の周波数を変更しながら、加振部により生体に与えられる振動波と受振部で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような振動波の周波数を探索する。このようにすれば、生体を伝わる振動波の周波数と波長との関係がわかるため、生体における振動波の伝搬速度を求めることができる。生体における振動波の伝搬速度は、生体の硬さに応じて変化するため、生体内部の情報を得るための基礎的な情報となる。このように、本発明によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で生体内部の情報を計測することができる。 According to the present invention, the distance between the excitation unit that applies a vibration wave having a single frequency in the audible range to the living body and the vibration reception unit that receives the vibration wave transmitted through the living body is set to a predetermined distance. Then, while changing the frequency of the vibration wave applied to the living body, the vibration wave such that the phase difference between the vibration wave applied to the living body by the vibration unit and the vibration wave received by the vibration receiving unit becomes a specific phase difference. Search for a frequency. In this way, since the relationship between the frequency and the wavelength of the vibration wave transmitted through the living body is known, the propagation speed of the vibration wave in the living body can be obtained. Since the propagation speed of the vibration wave in the living body changes according to the hardness of the living body, it becomes basic information for obtaining information inside the living body. As described above, according to the present invention, information inside the living body can be measured by a non-invasive and simple method without causing exposure and pain, and without burdening the body of the subject as much as possible.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図において同一の構成要素には同一の符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals.
実施の形態1.
図1に示すように、本発明の実施の形態1に係る生体計測装置100は、加振器1と、受振器2と、コントローラ3と、を備える。生体計測装置100は、生体10の内部の情報を計測する。
As shown in FIG. 1, the
加振器(スピーカ)1は、振動波(縦波)を生体10に与える。加振器1によって与えられる振動波は、コントローラ3により可聴域の範囲から選択された単一の周波数の振動波である。可聴域の範囲としては、0Hzより高く、かつ、20,000Hz以下の様々な範囲を設定することできるが、好ましくは、0Hzより高く、かつ、1000Hz以下である。加振器1は、コントローラ3から入力される加振信号に従って振動する。これにより、振動波(縦波)が生体10内を伝わっていく。
The vibrator (speaker) 1 gives a vibration wave (longitudinal wave) to the living
加振器1には、加速度ピックアップ1Aが取り付けられている。加速度ピックアップ1Aは、加振器1から生体10に与えられる振動波の波形を検出する。加速度ピックアップ1Aは、検出した波形に対応する加振器モニタ信号をコントローラ3に出力する。
An
受振器2は、加振器1が生体10と接触する位置から、予め定められた距離Lだけ離れた位置で生体10と接触している。受振器2は、加振器1によって与えられ、生体10を伝達される振動を受振する加速度ピックアップである。
The
受振器2で受振される生体10を伝わる振動波の位相は、加振器1から生体10に与えられる振動波の位相に対して遅れる。図2(A)に示すように、加振器モニタ信号と受振信号とで、位相差が180度ずれる場合、加振器1と受振器2との距離Lは、生体10を伝わる振動波の半波長(L=λ/2)となる。また、図2(B)に示すように、加振器モニタ信号と受振信号とで、位相差が540度ずれる場合、加振器1と受振器2との間の距離は、生体10を伝わる振動波の半波長(L=3λ/2)となる。このように、加振器1と受振器2との間の距離Lと、加振器モニタ信号と受振信号との位相差を求めれば、生体10を伝わる振動波の波長を求めることができる。
The phase of the vibration wave transmitted through the living
加振器1と受振器2との間の距離が同じであっても、加振器モニタ信号と受振信号との位相差は、振動波の周波数に応じて変化する。図3に示すように、振動波の周波数が上がっていくにつれ、受振信号は、加振器モニタ信号に対して遅れていく。周波数がf1、f2、f3になると、位相差は、180度のm(mは自然数)倍となる。
Even if the distance between the
本実施の形態に係る生体計測装置100は、加振器1と受振器2との距離Lと、生体10を伝わる振動波の周波数と、加振器モニタ信号と受振信号との位相差とに基づいて、生体10を伝わる振動波の伝搬速度Vを、生体内部の情報として計測する。例えば、加振器モニタ信号と受振信号との位相差が180度となる振動波の周波数f1を求める。そして、そのときの振動波の波長λ=2Lに基づいて、振動波の伝搬速度Vが求まる。
The living
図1に戻り、コントローラ3は、加振器1と受振器2とを制御して、上記計測を行う。具体的には、コントローラ3は、加振器1に、選択した周波数の加振信号を出力するとともに、加速度ピックアップ1Aから出力される加振器モニタ信号を入力し、受振器2から出力される受振信号を入力する。コントローラ3は、加振器1に出力する加振信号を調整しながら、加速度ピックアップ1Aから出力される加振器モニタ信号と受振器2で受振される受振信号とに対して信号処理を行うことにより、生体10内部の情報を計測する。
Returning to FIG. 1, the
コントローラ3は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及び入出力装置を有するコンピュータである。コントローラ3は、記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、加振信号の調整と、加振器モニタ信号と受振信号とに対する信号処理を行う。
The
図1に示すように、コントローラ3は、加振信号の調整と、加振器モニタ信号と受振信号とに対する信号処理を行うプログラムを実行することにより実現される機能の構成として、探索部3Aと、算出部3Bと、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
探索部3Aは、加振器1に加振信号を出力する。この加振信号は単一の周波数を有する正弦波状の信号である。加振器1は、加振信号に従って振動し、加振信号の周波数に合致する振動波(縦波)を生体10に伝達する。探索部3Aは、可聴域の範囲で、加振信号の周波数を変更可能である。加振信号の周波数を変更することにより、加振器1によって生体10に与えられる振動波の周波数を変更する。
The
探索部3Aは、加振信号の周波数を変更しながら、加振器モニタ信号と受振信号を受信する。探索部3Aは、加振器モニタ信号と受振信号との位相差を算出する。探索部3Aは、算出した位相差が特定の位相差となるまで、加振信号の周波数を変更する。例えば、探索部3Aは、加振器1によって生体10に与えられる振動波の周波数を変更しながら、加振器1により生体10に与えられる振動波と受振器2で受振される振動波との位相差が特定の位相差(−180度)となるような振動波の周波数f1を探索する。
The search unit 3A receives the vibration monitor signal and the vibration receiving signal while changing the frequency of the vibration signal. Search unit 3A calculates the phase difference between the vibrator monitor signal and the vibration receiving signal. Search unit 3A changes the frequency of the excitation signal until the calculated phase difference becomes a specific phase difference. For example, the search unit 3A changes the frequency of the vibration wave given to the living
算出部3Bは、探索部3Aで探索された周波数に基づいて、生体10中における振動波の伝搬速度Vを算出する。
V=f1×2L…(1)
The
V = f1 × 2L (1)
次に、生体計測装置100の計測動作について説明する。
Next, the measurement operation of the
図4に示すように、加振器1と受振器2とのセッティングを行う(ステップS1)。具体的には、加振器1と受振器2を所定の間隔L開いた状態でサンプル(生体10)に接触させる。
As shown in FIG. 4, the setting of the
続いて、加振器1を振動波の周波数を0Hzから1000Hzまでスイープさせる(ステップS2)。
Subsequently, the
続いて、探索部3Aは、それぞれの周波数について加振器モニタ信号の位相と受振信号の位相とを検出し、両者の位相差を検出する(ステップS3)。 Subsequently, the search unit 3A detects the phase of the exciter monitor signal and the phase of the received signal for each frequency, and detects the phase difference between the two (step S3).
続いて、探索部3Aは、位相差が−180度となる振動波の周波数f1を決定する(ステップS4)。 Subsequently, the search unit 3A determines the frequency f1 of the vibration wave at which the phase difference is −180 degrees (step S4).
続いて、算出部3Bは、上記式(1)を用いて、振動波の伝搬速度Vを算出する(ステップS5)。振動波の伝搬速度Vは、生体10の硬さを示す情報となる。伝播速度Vが大きければ大きいほど、生体10の計測部位は硬いということになる。
Subsequently, the
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、可聴域における単一の周波数の振動波を生体10に与える加振器1と生体10を伝わる振動波を受振する受振器2との距離を予め定められた距離Lとする。そして、生体10に与えられる振動波の周波数を変更しながら、加振器1により生体に与えられる振動波と受振器2で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような振動波の周波数を探索する。
As described above in detail, according to the present embodiment, the
このようにすれば、加振器1と受振器2との距離L、振動波の位相差180°及び周波数f1の関係に基づいて、生体10における振動波の伝搬速度Vを求めることができる。生体10における振動波の伝搬速度Vは、生体10の硬さに応じて変化する、生体10の内部の情報を得るための基礎的な情報となる。このように、本実施の形態に係る生体計測装置100によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で生体10内部の情報を計測することができる。
In this way, the propagation speed V of the vibration wave in the living
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態では、生体10内部の情報の計測に、生体計測装置100の他に、図5に示す応力ひずみ計101が用いられる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a
図5に示すように、応力ひずみ計101は、棒状体20と、応力計測部21と、押し当て部22と、を備える。棒状体20は、応力計測部21から外部に突き出しており、突き出した先端には、原点Oを中心とする半径Rの球の球面の一部が形成されている。応力計測部21は、棒状体20の先端に物を押し当てた場合の応力Fを計測する。押し当て部22は、生体10に棒状体20の先端を押し当てた場合に、生体10表面に押し当てられる。この押し当て部22により、棒状体20の先端が生体10に入り込む深さはhとなる。
As shown in FIG. 5, the
応力ひずみ計101を、図5に示すように生体10に押し付けた場合に求められる応力Fは、コントローラ3に送られる。
The stress F obtained when the
本実施の形態では、算出部3Bは、応力Fに基づいて、生体10のヤング率を算出する。生体10のヤング率Eは、次式を用いて求められる。
E=(3/4)×(F/(R1/2×h2/3)×(1−σ2)…(2)
ここで、σはポアソン比である。σは、計測対象の部位が筋肉組織である場合には、例えば0.490を使用することができ、部位が脂肪組織である場合には、例えば0.495を使用することができる。
In the present embodiment, the
E = (3/4) × (F / (R 1/2 × h 2/3 ) × (1-σ 2 ) (2)
Here, σ is a Poisson's ratio. For example, 0.490 can be used when the site to be measured is a muscle tissue, and 0.495 can be used when the site is a fat tissue.
なお、上記式(2)は、以下の公知の固体接触式に基づいて、被接触側の半径R’を無限大と置くことにより得られる式である。
h=F2/3[D2(1/R+1/R’)]1/3 …(3)
ここで、D=3/4((1−σ)2/E+(1−σ’)2/E’)である。σ’、E’は、棒状体20のポアソン比及びヤング率である。
In addition, said Formula (2) is a type | formula obtained by setting radius R 'of the to-be-contacted side to infinity based on the following well-known solid contact type | formulas.
h = F 2/3 [D 2 (1 /
Here, D = 3/4 ((1-σ) 2 / E + (1-σ ′) 2 / E ′). σ ′ and E ′ are the Poisson's ratio and Young's modulus of the rod-shaped
さらに、算出部3Bは、上記実施の形態1と同様に、算出した伝搬速度Vと、生体10のヤング率Eとに基づいて、生体10の密度ρを、次式を用いて算出する。
ρ=(a2×E)/V2 … (4)
上記式(4)のaは、生体10の形状、振動波の振動数と測定場所によって決まる定数である。
Furthermore, the
ρ = (a 2 × E) / V 2 (4)
In the above formula (4), a is a constant determined by the shape of the living
図6に示すように、探索部3A及び算出部3Bは、上記実施の形態1と同様に、ステップS1〜S5を行う。続いて、応力ひずみ計101を用いて、応力Fの計測を行う(ステップS6)。計測された応力Fは、算出部3Bに送られる。算出部3Bは、応力ひずみ計101で計測される生体10の応力Fに基づいて、生体10のヤング率Eを、上記式(2)を用いて算出する(ステップS7)。続いて、算出部3Bは、生体10の密度ρを、上記式(4)を用いて算出する(ステップS8)。
As shown in FIG. 6, the search unit 3A and the
以上説明したように、本実施の形態によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で、生体10の密度ρを求めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the density ρ of the living
なお、本実施の形態では、応力ひずみ計101で計測された生体10の応力Fを自動的に算出部3Bに送り、算出部3Bが応力ひずみ計101から送られた応力Fを用いてヤング率Eを算出したが、本発明はこれには限られない。例えば、応力ひずみ計101で計測された応力Fを、計測者が、入出力装置を操作してコントローラ3に応力Fを入力し、算出部3Bが、入力された応力Fを用いてヤング率Eを算出するようにしてもよい。
In the present embodiment, the stress F of the living
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態では、生体10の脂肪組織の比率を測定する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the ratio of the adipose tissue of the living
算出部3Bは、上記実施の形態2と同様に、算出した生体10の密度ρに基づいて、生体10における筋肉組織及び/又は脂肪組織の比率に関する情報を算出する。ここで、筋肉組織の比率をxとし、脂肪組織の比率をyとする。一般に、筋肉組織の密度は1.06に近く、脂肪組織の密度は0.90に近いので、生体の密度ρは、次式で表される。
ρ=1.06x+0.90y … (5)
x+y=1.0…(6)
上記式(5)、(6)より、脂肪組織の比率yは、次式のようになる。
y=(1.06−ρ)/0.16 … (7)
The
ρ = 1.06x + 0.90y (5)
x + y = 1.0 (6)
From the above formulas (5) and (6), the fat tissue ratio y is expressed by the following formula.
y = (1.06-ρ) /0.16 (7)
図7に示すように、探索部3A及び算出部3B等は、上記実施の形態2と同様に、ステップS1〜S8を実行する。ステップS8実行後、算出部3Bは、算出した密度ρに基づいて、式(6)を用いて脂肪組織の比率yを算出する(ステップS9)。
As illustrated in FIG. 7, the search unit 3A, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で、生体10の脂肪組織の比率yを求めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the ratio y of the adipose tissue of the living
実施の形態4.
次に、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態では、乳房の硬さを計測する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the hardness of the breast is measured.
本実施の形態では、図8に示すように、以下に示す幾つかの配置パターンで加振器1及び受振器2を配置してそれぞれ計測を行った。なお、加振器1と受振器2との間隔Lは5cmとしている。
パターンA:乳房30の左側で加振器1と受振器2とを鉛直方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は上下方向となる。
パターンB:乳房30の上側で加振器1と受振器2とを水平方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は水平方向となる。
パターンC:乳房30の右側で加振器1と受振器2とを鉛直方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は上下方向となる。
パターンD:乳房30の下側で加振器1と受振器2とを水平方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は水平方向となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
Pattern A: An arrangement pattern in which the
Pattern B: An arrangement pattern in which the
Pattern C: An arrangement pattern in which the
Pattern D: An arrangement pattern in which the
図9(A)には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンAで加振器1を上側とした場合の位相グラフが示されている。また、図9(B)には、パターンAで加振器1を下側とした場合の位相グラフが示されている。図9(A)と、図9(B)を比較するとわかるように、パターンAでは、加振器1及び受振器2を上下反転しただけで、周波数f1の値が大幅に異なるようになった。
FIG. 9A shows a phase graph in the case where the
図10(A)には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンCでかつ加振器1を上側とした場合の位相グラフが示されている。また、図10(B)には、パターンCでかつ加振器1を下側とした場合の位相グラフが示されている。図10(A)と、図10(B)を比較するとわかるように、パターンCでは、加振器1及び受振器2を上下反転しただけで、周波数f1の値が大幅に異なるようになった。
FIG. 10A shows a phase graph in the case where the posture of the subject is standing and the pattern C and the
図11(A)には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンBでの位相グラフが示されている。パターンBでは、加振器1を左側にしても右側にしても周波数f1の値に変化はなく、その値はほぼ同じで44.4Hzであった。このとき、伝播速度Vは以下のように算出される。
V=0.05×2×44.4=4.4m/s
FIG. 11A shows a phase graph in the pattern B in a state where the posture of the subject is standing. In the pattern B, the value of the frequency f1 was not changed regardless of whether the
V = 0.05 × 2 × 44.4 = 4.4 m / s
図11(B)には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンDでの位相グラフが示されている。パターンDでは、加振器1を左側にしても右側にしても周波数f1の値に変化はなく、その値はほぼ同じで372.8Hzであった。このとき、伝搬速度Vは以下のように算出される。
V=0.05×2×372.8=37.2m/s
FIG. 11B shows a phase graph of the pattern D in a state where the posture of the subject is standing. In the pattern D, the value of the frequency f1 did not change regardless of whether the
V = 0.05 × 2 × 372.8 = 37.2 m / s
このように、本実施の形態では、加振器1と受振器2とを水平に配置した方が、精度良く計測を行うことができることが明らかとなった。
Thus, in this Embodiment, it became clear that the direction which arrange | positioned the
ところで、同じ被検者が寝た状態でパターンBでの計測を行った場合には、周波数f1は、74.0Hzとなり、振動波の伝播速度Vは7.4m/sとなった。一方、被検者が寝た状態でパターンDの計測を行った場合には、周波数f1は、134.6Hzとなり、伝搬速度Vは13.5m/sとなった。 By the way, when measurement was performed with the pattern B while the same subject was sleeping, the frequency f1 was 74.0 Hz, and the propagation velocity V of the vibration wave was 7.4 m / s. On the other hand, when the pattern D was measured with the subject sleeping, the frequency f1 was 134.6 Hz, and the propagation velocity V was 13.5 m / s.
以上の結果から同じ被検者で同じ箇所を計測しても、立った状態と寝た状態とで、それぞれ振動波の伝搬速度Vが異なることがわかる。具体的には、パターンBの計測位置、すなわち乳房30の上半分は、立った方が寝た姿勢よりも柔らかくなり、パターンDの計測位置、すなわち乳房30の下側では、寝た姿勢の方が、立った状態よりも柔らかくなった。被検者の姿勢に応じた乳房30の各部位の硬さの変化等は、その乳房30に装着される下着の形状などを決める際に有用な情報となる。例えば、立ったとき、座ったときの乳房30の各部位の硬さを測定し、それぞれの姿勢に応じて、ほどよい締め付け力を有する下着をオーダーメイドでつくることも可能となる。
From the above results, it can be seen that even if the same location is measured by the same subject, the propagation speed V of the vibration wave differs between the standing state and the sleeping state. Specifically, the measurement position of the pattern B, that is, the upper half of the
この他、本実施の形態に係る生体計測装置100は、乳がんの検出にも適用することができる。乳がんの腫瘍は、正常な組織に比べ、10倍以上硬いことが知られている。したがって、生体計測装置100を用いて、乳房30の同じ部位における振動波の伝搬速度Vの変化を観察する。例えば、その部位で、ある時点で、振動波の伝搬速度Vが速くなった場合には、その部位の細胞組織が硬くなったことを示しているので、乳がんの発生を疑うことができる。このような計測を行うことにより、マンモグラフィ検査等を行うことなく、乳がんを早期発見することも可能となる。
In addition, the
実施の形態5.
次に、本発明の実施の形態5について説明する。ここでは、上記各実施の形態に係る生体計測装置100を用いて非破壊で生体10の硬さを測定する方法の原理について改めてまとめるとともに、加振器1及び受振器2を用いた振動の伝達方法のバリエーションについて説明する。本実施の形態に係る生体計測装置100は、加振器1を2つ備える。なお、本実施の形態では、加振器1は、縦波だけでなく横波も生体10に伝える。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Here, the principle of the method for measuring the hardness of the living
一般に、波は媒質の硬いものでは速く伝播し、軟らかいものでは遅く伝播する性質がある。これは、波の伝播速度V[m/s]と、媒質の硬さ(ヤング率)E、密度ρの間で、以下の式(1)’のような関係があるからである。
V=C×√(E/ρ) …(1)’
ここで、係数Cは、縦波と横波の場合でポアソン比によってのみ表される式である。ポアソン比は、生体10であれば0.3から0.5の間で一定の値をとるので、係数Cはほぼ定数になる。また、密度ρについても、生体10であれば水の密度に近い定数をとる。このように係数Cと密度ρは定数であるので、式(1)’から、伝播速度Vを測定すれば、硬さEを定量的に評価することができる。
In general, a wave propagates fast when the medium is hard, and propagates slowly when the medium is soft. This is because there is a relationship represented by the following equation (1) ′ between the wave propagation velocity V [m / s], the medium hardness (Young's modulus) E, and the density ρ.
V = C × √ (E / ρ) (1) ′
Here, the coefficient C is an expression expressed only by the Poisson's ratio in the case of a longitudinal wave and a transverse wave. Since the Poisson's ratio takes a constant value between 0.3 and 0.5 in the case of the living
振動の伝播速度Vを評価する方法には、振動の伝播の距離lと時間tを直接測定して評価する方法と、加振点と受振点の位相差θを用いて評価する方法の2つがある。伝播の距離lと時間tを直接測る方法では、加振点でパルス状の振動を一定の周期で与え、加振点から距離lの位置に置かれた受振点までパルス波が到達する時間tを測定する。しかし、この方法では、超音波などを用いたパルス波発生装置や、コンピュータによる振動制御部と受振部の製作費用が高額になる。 There are two methods for evaluating the vibration propagation velocity V: a method of directly measuring and evaluating the vibration propagation distance l and time t, and a method of evaluating using the phase difference θ between the excitation point and the receiving point. is there. In the method of directly measuring the propagation distance l and the time t, a pulsed vibration is given at a certain period at the excitation point, and the time t when the pulse wave reaches the receiving point located at a distance l from the excitation point. Measure. However, in this method, the manufacturing cost of a pulse wave generator using ultrasonic waves or the like, or a vibration control unit and a vibration receiving unit by a computer becomes high.
一方、位相差θを用いて評価する方法では、次の式(2)’を用いて伝播速度V[m/s]を求める。
V=360×f×l/θ …(2)’
ここで、f[Hz]は振動数であり、l[m]は加振点と受振点の間の距離である。また、θ[°]は、加振器1の加振点での振動の位相から受振器2の受振点の振動の位相を引いた位相差である。ここで、例えば、加振点と受振点の位相差が180度である場合には、図12(A)に示すように加振点から半波長分だけ離れた受振点での振動が測定され、加振点と受振点の位相差が360度の場合には、図12(B)に示すように、加振点から1波長分だけ離れた受振点での振動が測定される。
On the other hand, in the evaluation method using the phase difference θ, the propagation velocity V [m / s] is obtained using the following equation (2) ′.
V = 360 × f × l / θ (2) ′
Here, f [Hz] is the frequency, and l [m] is the distance between the excitation point and the receiving point. Θ [°] is a phase difference obtained by subtracting the vibration phase at the receiving point of the
このように、加振点での振動と受振点で受振される振動との位相差θを用いる方法では、可聴域内(20〜7000Hz)の正弦波の機械振動を生体10に与えるだけよいため、装置の構造を簡素にすることができるので、装置の故障を発生しにくくすることができるうえ、装置の製造費用を抑えることができる。また、加振器1の加振点から継続的に正弦波を与えるため、フーリエ変換(FFT)を安定的に実行でき、位相差θの検出精度を向上することができる。そこで、本実施の形態に係る生体計測装置100は、一定の振動数fと距離lの下で、位相差θを測定する。
Thus, in the method using the phase difference θ between the vibration at the excitation point and the vibration received at the receiving point, it is only necessary to give the living body 10 a sine wave mechanical vibration within the audible range (20 to 7000 Hz). Since the structure of the apparatus can be simplified, it is possible to make it difficult for the apparatus to fail and to reduce the manufacturing cost of the apparatus. Further, since the sine wave is continuously given from the excitation point of the
受振感度の向上のため、本実施の形態に係る生体計測装置100では、生体10の特徴に応じて以下に示す3つの方法のいずれかを用いて、加受振間の振動の伝播速度を測定し硬さを評価する。なお、生体計測装置100は、2台の加振器1を備えている。
In order to improve the vibration receiving sensitivity, the living
(1)1点加振法
図13に示すように、加振器1を1台用いて1点で加振し受振器2により1点で受振する方法である。この方法は、生体10の硬さが位置によって変化する場合、すなわち硬さが不均一な場合に、測定箇所ごとの硬さを測定できる。
(1) One-Point Excitation Method As shown in FIG. 13, this is a method in which one
(2)2点同位相加振法
図14に示すように、加振器1を2台用いて異なる2つの加振点を同位相で加振し、2つの加振器1の中央1点を受振点として受振器により受振する方法である。2つの加振点を同位相で加振すると、加振点で発生した横波は、波動の重ね合わせの原理により受振点での横波の振幅が大きくなり受振が容易になる。ただし、加振点で発生した縦波は受振点で相殺されるので、この方法で縦波を利用した伝播速度の測定には向かない。また、2つの加振点間の硬さが均一な場合では受振が容易であるが、不均一な場合には加振点から異なる伝播速度で受振点に振動波が到達するために、受振点での位相がそろわず伝播速度Vの測定精度が低下する。
(2) Two-point in-phase excitation method As shown in FIG. 14, two different excitation points are excited in the same phase using two
(3)2点逆位相加振法
図14に示すように、加振器1を2台用いて異なる2つの加振点を逆位相で加振し、2つの加振器1の中央1点を受振点として受振器により受振する受振する方法である。2つの加振点を逆位相で加振すると、加振点で発生した縦波は、受振点での縦波の振幅が大きくなり受振が容易になる。一方、加振点で発生した横波は受振点で相殺される。受振が容易な縦波を用いると、生体10の内部で硬さの異なる組織が受振器の直下付近に局所的に存在する場合、振動の一部が硬さの異なる組織で反射し伝播速度Vが変化する。したがって、加振点及び受振点の位置を変えながら伝播速度Vの変化を見ることにより、硬さの異なる組織を見つけることができる。また、2つの加振点間の硬さが不均一な場合、(2)と同様の理由で伝播速度の測定精度が悪化する。
(3) Two-point anti-phase excitation method As shown in FIG. 14, two different excitation points are excited in opposite phases using two
以上、(1)、(2)、(3)の方法についての特徴をまとめると、以下の表に示すようになる。このように、1点加振法、2点同位相加振法、2点逆位相加振法は、生体10の状態に応じて使い分けるのが望ましい。生体10の状態が不明な場合には、1点加振法、2点同位相加振法、2点逆位相加振法全てで測定を行うのが望ましい。
生体10の組織に見立てた寒天の伝播速度Vを、上記の3つの方法を用いて振動の測定をした。寒天は、縦7cm、横16cm、高さ4cmの直方体として作成した。
The vibration speed of the agar propagation velocity V assumed to be the tissue of the living
なお、1点加振法では、加振点と受振点とを、直方体上面の中央から端にそれぞれ5cm離れた点に置いた。また、2点同位相加振法と2点逆位相加振法では、受振点を直方体上面の中央に置き、2つの加振点をそれぞれ中央から2.5cm離れた点に置いた。そして、1000Hzまでの振動を加振点で寒天に与えた。1点加振法、2点同位相加振法、2点逆位相加振法の3方法により、寒天に振動を与えて測定した結果を図15、図16、図17に示す。
In the one-point excitation method, the excitation point and the reception point were placed at
2点同位相・逆位相加振法のときの加振と受振の距離2.5cmは、1点加振法の時の半分なので、式(2)より位相差も半分になることが予想される。実際、0[Hz]から1000[Hz]までの間で測定された2点同位相・逆位相加振法の位相差(図16と図17参照)は、1点加振法の位相差(図15参照)のほぼ半分になっていることがわかった。また、2点同位相加振法では横波を、2点逆位相加振法では縦波を受振点で測定する。両者とも加振と受振の距離が同じであれば、式(2)より位相差は同じであることが予想される。実際、測定された2点同位相加振法の位相差(図16参照)は2点逆位相加振法の位相差(図17参照)と同じであることがわかった。 The distance of 2.5 cm between excitation and reception in the two-point in-phase / anti-phase excitation method is half that in the one-point excitation method, so the phase difference is expected to be halved from equation (2). Is done. Actually, the phase difference of the two-point in-phase / anti-phase excitation method (see FIGS. 16 and 17) measured between 0 [Hz] and 1000 [Hz] is the phase difference of the one-point excitation method. It was found that it was almost half of that (see FIG. 15). In the two-point in-phase excitation method, a transverse wave is measured at the receiving point, and in the two-point anti-phase excitation method, a longitudinal wave is measured at the receiving point. In both cases, if the distance between excitation and reception is the same, the phase difference is expected to be the same from equation (2). Actually, it was found that the measured phase difference of the two-point in-phase excitation method (see FIG. 16) was the same as the phase difference of the two-point anti-phase excitation method (see FIG. 17).
以上説明したように、本実施の形態によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者に身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で、乳房30の各部位の硬さを求めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the hardness of each part of the
なお、上記各実施の形態では、コンピュータが、位相差が180度になるような周波数を探索したが、本発明はこれには限られない。例えば、位相差が90度、270度になるような周波数を探索するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the computer searches for a frequency at which the phase difference is 180 degrees, but the present invention is not limited to this. For example, a frequency where the phase difference is 90 degrees or 270 degrees may be searched.
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 Various embodiments and modifications can be made to the present invention without departing from the broad spirit and scope of the present invention. The above-described embodiments are for explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. In other words, the scope of the present invention is shown not by the embodiments but by the claims. Various modifications within the scope of the claims and within the scope of the equivalent invention are considered to be within the scope of the present invention.
本発明は、生体内の情報を計測するのに適用することができる。 The present invention can be applied to measuring in vivo information.
1 加振器、1A 加速度ピックアップ、2 受振器、3 コントローラ、3A 探索部、3B 算出部、10 生体、20 棒状体、21 応力計測部、22 押し当て部、30 乳房、100 生体計測装置、101 応力ひずみ計。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記加振部が前記生体に前記振動波を与える位置から所定距離離れた位置で、前記生体を伝わる振動波を受振する受振部と、
前記加振部によって前記生体に与えられる振動波の周波数を変更しながら、前記加振部により前記生体に与えられる振動波と前記受振部で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような前記振動波の周波数を探索する探索部と、
前記探索部で探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を算出する算出部と、
を備える生体計測装置。 An excitation unit that gives a living body a vibration wave having a single frequency selected from the range of the audible range;
A vibration receiving unit that receives vibration waves transmitted through the living body at a position away from a position where the vibration unit gives the vibration wave to the living body by a predetermined distance;
While changing the frequency of the vibration wave given to the living body by the vibration unit, the phase difference between the vibration wave given to the living body by the vibration unit and the vibration wave received by the vibration receiving unit is a specific phase difference. A search unit for searching for the frequency of the vibration wave such that
A calculation unit that calculates a propagation speed of the vibration wave in the living body based on the frequency searched by the search unit;
A biological measurement apparatus comprising:
前記算出部は、
前記応力計測部で計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
請求項1に記載の生体計測装置。 A stress measuring unit that measures stress measured in a state where a spherical probe is pushed into the living body to a predetermined depth;
The calculation unit includes:
Based on the stress measured by the stress measurement unit, to calculate the Young's modulus of the living body,
The biological measurement apparatus according to claim 1.
算出した前記伝搬速度と、前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を算出する、
請求項2に記載の生体計測装置。 The calculation unit includes:
Calculating the density of the living body based on the calculated propagation velocity and the Young's modulus of the living body;
The biological measurement apparatus according to claim 2.
算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び/又は脂肪組織の比率に関する情報を算出する、
請求項3に記載の生体計測装置。 The calculation unit includes:
Based on the calculated density of the living body, calculate information on the ratio of muscle tissue and / or adipose tissue in the living body,
The biological measurement apparatus according to claim 3.
前記生体における異なる2つの加振点を前記各加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記受振器は、
前記2つの加振点の中央1点である受振点で受振する、
請求項1に記載の生体計測装置。 The vibrator is
Two different excitation points in the living body are respectively excited in the same phase or in opposite phase by the respective vibrators,
The geophone is
Receiving at a receiving point which is one central point of the two excitation points;
The biological measurement apparatus according to claim 1.
コンピュータが、前記探索ステップで探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を前記生体の硬さに関する情報として算出する算出ステップと、
を含む生体計測方法。 While the computer changes the frequency of the vibration wave applied to the living body by the vibrator in the range of the audible range, the vibration wave applied to the living body by the vibrator and the vibration wave received by the shaker A search step for searching for a frequency of the vibration wave such that the phase difference becomes a specific phase difference;
A calculation step in which the computer calculates the propagation speed of the vibration wave in the living body as information on the hardness of the living body based on the frequency searched in the searching step;
A biological measurement method including:
前記算出ステップでは、
前記コンピュータが、
前記計測ステップで計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
請求項6に記載の生体計測方法。 A measurement step of measuring the stress using a stress strain meter that measures the stress obtained when the spherical tissue probe is pushed into the living tissue to a predetermined depth;
In the calculating step,
The computer is
Based on the stress measured in the measurement step, calculate the Young's modulus of the living body,
The biological measurement method according to claim 6.
コンピュータが、前記伝搬速度と前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
請求項7に記載の生体計測方法。 In the calculating step,
The computer calculates the density of the living body as information on the hardness of the living body based on the propagation speed and the Young's modulus of the living body.
The biological measurement method according to claim 7.
コンピュータは、算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び/又は脂肪組織の比率に関する情報を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
請求項8に記載の生体計測方法。 In the calculating step,
Based on the calculated density of the living body, the computer calculates information on the ratio of muscle tissue and / or adipose tissue in the living body as information on the hardness of the living body,
The biological measurement method according to claim 8.
前記加振器と前記受振器とを水平に配置して前記振動波の周波数を探索する、
請求項6から9のいずれか一項に記載の生体計測方法。 In the search step,
Search the frequency of the vibration wave by horizontally arranging the vibrator and the geophone,
The biological measurement method according to any one of claims 6 to 9.
乳房の上側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測し、
乳房の下側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測する、
請求項10に記載の生体計測方法。 In the search step,
Place the exciter and the geophone on the upper part of the breast, perform the search step and the calculation step, measure the propagation speed of the vibration wave in that part,
Placing the exciter and the geophone in the lower part of the breast and performing the search step and the calculation step to measure the propagation speed of the vibration wave in that part;
The biological measurement method according to claim 10.
前記生体における異なる複数の加振点を前記加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記複数の加振点の中央1点を受振点として前記受振器で受振する、
請求項6に記載の生体計測方法。 In the search step,
A plurality of different excitation points in the living body are respectively excited in the same phase or in opposite phase by the vibrator,
Receiving at the geophone as a receiving point at the center of the plurality of excitation points,
The biological measurement method according to claim 6.
検出方法。 The biological measurement method according to any one of claims 6 to 12 is performed on a breast as a measurement target, a propagation speed of the vibration wave in the living body is obtained, and breast cancer is determined based on a change in the propagation speed. To detect,
Detection method.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017169332A1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社日立製作所 | Ultrasonic imaging device and ultrasonic reception signal processing method |
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