JP2845583B2 - Method and apparatus for measuring mechanical properties of living body surface and structure of vibrator with built-in sensor - Google Patents

Method and apparatus for measuring mechanical properties of living body surface and structure of vibrator with built-in sensor

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JP2845583B2
JP2845583B2 JP2180546A JP18054690A JP2845583B2 JP 2845583 B2 JP2845583 B2 JP 2845583B2 JP 2180546 A JP2180546 A JP 2180546A JP 18054690 A JP18054690 A JP 18054690A JP 2845583 B2 JP2845583 B2 JP 2845583B2
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frequency
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作 用 実施例 装置の構成(第3図、第4図) 構造依存性の影響を除いた力学特性 A.モデルを対象とする実験 (1)実験方法(第5図) (2)構造依存性の評価(第6図) (3)補正関数の決定(第7図) (4)媒質定数が異なる場合(第8図、第9図、第10
図) (5)測定条件が異なる場合(第11図、第12図、第13
図) (6)補正関数の適用(第14図、第15図、第16図、第
17図) B.眼瞼周囲の力学特性の測定とその解析 (1)眼瞼周囲の力学特性の測定(第18図、第19図、
第20図) (2)補正関数の適用(第21図) (3)考案(第22図、第23図、第24図) 構造依存性を含む力学特性 A.生体機械インピーダンスの測定と硬さの指標(第25
図) (1)硬さの指標(第26図、第27図) (2)機械インピーダンスと硬さの指標(第28図、第
29図) B.機械インピーダンスによる硬さのマッピング (1)バーモデル(第14図、第15図、第30図) (2)ブロックモデル(第31図、第32図、第33図) C.生体機械インピーダンスのSIマッピング (1)手背部(第34図、第35図、第36図) (2)胸部(第37図、第38図、第39図) D.硬さの指標と触診 (1)実験方法および結果(第40図、第41図、第42
図) 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体の表面部の力学特性、特に、生体の皮
膚組織自身の弾性係数と粘性係数並びに触診によって経
験的に得られる生体表面の力学特性を客観的に評価する
ことのできる評価指数を測定するための方法および装
置、並びにそれらに使用するセンサ内蔵形加振器の構造
に関する。
Detailed Description of the Invention [Table of Contents] Industrial application Field of the Invention Prior Art Problems to be Solved by the Invention Means for Solving the Problems Working Examples Configuration of Device (FIGS. 3 and 4) Structure Mechanical properties excluding the influence of dependence A. Experiments on models (1) Experimental method (Fig. 5) (2) Evaluation of structural dependence (Fig. 6) (3) Determination of correction function (Fig. 7) (4) When the medium constants are different (Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10
(Figure) (5) When measurement conditions are different (Fig. 11, Fig. 12,
(6) Application of correction function (Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16,
(Fig. 17) B. Measurement of mechanical properties around eyelid and its analysis (1) Measurement of mechanical properties around eyelid (Figs. 18, 19,
(Fig. 20) (2) Application of correction function (Fig. 21) (3) Device (Fig. 22, Fig. 23, Fig. 24) Mechanical properties including structural dependence A. Measurement of biomechanical impedance and hardness Indicators (No. 25
(Figure) (1) Index of hardness (Fig. 26, Fig. 27) (2) Index of mechanical impedance and hardness (Fig. 28,
(Fig. 29) B. Mapping of hardness by mechanical impedance (1) Bar model (Fig. 14, Fig. 15, Fig. 30) (2) Block model (Fig. 31, Fig. 32, Fig. 33) SI mapping of biomechanical impedance (1) Back of hand (Fig. 34, Fig. 35, Fig. 36) (2) Chest (Fig. 37, Fig. 38, Fig. 39) D. Hardness index and palpation ( 1) Experimental method and results (FIGS. 40, 41, 42)
Figure) Effect of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to the mechanical properties of the surface of a living body, in particular, the elastic and viscous coefficients of the skin tissue of the living body, and the mechanical properties of the biological surface empirically obtained by palpation. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for measuring an evaluation index capable of objectively evaluating an image sensor, and a structure of a vibrator with a built-in sensor used therein.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

生体の皮膚組織そのものの力学特性を表わすパラメー
タを測定することができれば、いわゆる“肌の張りと潤
い”の程度を客観的に表わす指標が得られ、基礎化粧品
等の開発および評価において貴重な手段となり得る。そ
の場合において、測定対象は生体であるので、無侵襲で
かつ迅速に測定できなければならない。
If parameters that represent the mechanical properties of the skin tissue itself can be measured, an index that objectively indicates the degree of “skin tension and moisture” can be obtained, which is a valuable tool in the development and evaluation of basic cosmetics. obtain. In this case, since the measurement target is a living body, it must be able to measure noninvasively and quickly.

“H.E.von Gierke,et al.,Physics of Vibrations in
Living Tissues,J.Applied Physiology,4,886/900(19
52)”には、皮膚に接触させた振動子を加振し、その応
答から機械インピーダンスを算出し、予め導出した機械
インピーダンスの理論式を解くことによって皮膚の弾性
係数μおよび粘性係数μを算出する方法が記載され
ている。この方法において、振動子は正弦波で加振さ
れ、その代表的な有限個の周波数について機械インピー
ダンスの測定が行なわれ、その結果を簡略化された機械
インピーダンスの理論式に代入して得られた方程式を解
くことによって、前述のμ1が算出される。したが
ってこの方法では、1つの測定点についての測定が複数
回行なわれ、その間の測定対象の物理的状態が安定して
いなければならないという条件が要求されるので、生体
を対象とする測定に適した方法とは言えない。
“HEvon Gierke, et al., Physics of Vibrations in
Living Tissues, J. Applied Physiology, 4,886 / 900 (19
The 52) ", to vibrate the vibrator in contact with the skin, to calculate the mechanical impedance from the response, the elastic coefficient mu 1 of the skin by solving previously derived theoretical formulas of mechanical impedance and viscosity coefficient mu 2 In this method, a vibrator is excited by a sine wave, the mechanical impedance is measured at a representative finite number of frequencies, and the result is expressed as a simplified mechanical impedance. by solving the theoretical equations obtained by substituting the equation, the aforementioned mu 1, mu 2 are calculated. Thus, in this method, the measurement of one measurement point is performed a plurality of times, during which the measurement object Since the condition that the physical state of the sample must be stable is required, it cannot be said that the method is suitable for measurement on a living body.

“H.Oka,et al,.Measurement of bio−mechanical pr
oporties using rondom vibration,The Transaction of
the IECE of Japan,E67,49/50(1984)”および特開昭
62−172946号公報にはランダムな周波数分布を持つ振動
で加振することによって短時間で機械インピーダンスの
測定を行なう方法および装置が開示されている。
“H.Oka, et al, .Measurement of bio-mechanical pr
oporties using rondom vibration, The Transaction of
the IECE of Japan, E67, 49/50 (1984) "
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-172946 discloses a method and an apparatus for measuring mechanical impedance in a short time by vibrating with vibration having a random frequency distribution.

一方、臨床医学においては、触診は欠かすことのでき
ない簡便な診断法である。触診では手指による加圧や移
動によって生体の力学特性を検出しており、極めて敏感
な計測が可能であるが、経験を主とした計測法であるの
で、これまで触診の定性、定量化が待ち望まれてきた。
On the other hand, in clinical medicine, palpation is an indispensable simple diagnostic method. In palpation, the mechanical properties of the living body are detected by pressing or moving with the fingers, and extremely sensitive measurement is possible.However, since it is a measurement method based on experience, qualification and quantification of palpation have been awaited so far. I have been.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

前述の方法および装置で生体組織の機械インピーダン
スを測定する場合には、測定部位によってはその下層に
骨などが存在することが多く、振動が骨などにより反射
されることによる構造依存性の影響で測定結果がその生
体組織そのものの真の値よりも著しく異なって得られる
傾向がある。このことが無侵襲で生体組織の力学特性を
得る大きな障害となっている。
When measuring the mechanical impedance of a living tissue by the above-described method and apparatus, bones and the like often exist in the lower layer depending on the measurement site, and the vibration is reflected by the bones and the like, and the influence of the structure depends on the measurement. Measurement results tend to be obtained significantly differently than the true values of the living tissue itself. This is a major obstacle to obtaining the mechanical properties of living tissue in a non-invasive manner.

逆に、この構造依存性を含んだ力学特性は生体表面を
指で押した時の硬さ感覚に対応するものと考えられる。
したがって、前述の方法で測定した機械インピーダンス
の値に基づいて、触診によって経験的に得られる生体表
面の力学特性を客観的に評価する指標が得られるのでは
ないかとの期待が持たれる。
Conversely, it is considered that the mechanical properties including the structural dependence correspond to a sense of hardness when the surface of the living body is pressed with a finger.
Therefore, there is an expectation that an index for objectively evaluating the mechanical properties of the living body surface obtained empirically by palpation may be obtained based on the value of the mechanical impedance measured by the above-described method.

したがって本発明の第1の目的は、このような構造依
存性の影響を除き、生体組織の真の力学特性を得ること
のできる方法および装置を提供することにある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of obtaining true mechanical characteristics of a living tissue by eliminating such a structure-dependent influence.

また、本発明の第2の目的は、逆に構造依存性の効果
を含んだ機械インピーダンスの測定値から触診により生
体表面から感じられる硬さ感覚を客観的に評価する指標
を得ることのできる方法および装置を提供することにあ
る。
A second object of the present invention is to provide a method for obtaining an index for objectively evaluating the sense of hardness perceived from the surface of a living body by palpation from a measured value of mechanical impedance including a structure-dependent effect. And to provide a device.

また、本発明の第3の目的は、前述の方法および装置
において生体組織を加振するアクチュエータとなり、か
つその応答を検知するセンサともなるセンサ内蔵形加振
器の新規な構造を提案することにある。
A third object of the present invention is to propose a novel structure of a sensor-incorporated vibrator which serves as an actuator for vibrating a living tissue in the above-described method and apparatus, and also serves as a sensor for detecting a response. is there.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前述の第1の目的を達成する本発明の生体表面部の力
学特性の測定方法は、生体表面に振動子を圧接し、該振
動子を所定の周波数分布において加振し、該圧接され加
振された振動子における駆動力と加速度とを時間領域に
おいて測定し、該時間領域において測定された駆動力と
加速度とをフーリエ変換して周波数領域に変換し、該周
波数領域における駆動力と加速度とから該生体表面にお
ける機械インピーダンスの周波数特性を算出し、有効振
動半径a、弾性係数μ、および粘性係数μをパラメ
ータとする機械インピーダンスの理論式から算出される
機械インピーダンスの周波数特性曲線が該駆動力と加速
度とから算出された機械インピーダンスの周波数特性曲
線を最適に近似する有効振動半径a、弾性係数μ、お
よび粘性係数μの値を決定し、有効振動係数aの関数
としての弾性係数μおよび粘性係数μの補正率を予
め記憶し、該決定された有効振動半径aの値から定めら
れる該記憶された補正率により、該決定された弾性係数
μまたは粘性係数μの値を補正する各段階を具備す
ることを特徴とするものである。
The method for measuring the mechanical properties of the surface of a living body according to the present invention, which achieves the first object described above, includes a step of pressing a vibrator against the surface of the living body, and vibrating the vibrator in a predetermined frequency distribution. The driving force and acceleration in the vibrator are measured in the time domain, the driving force and the acceleration measured in the time domain are Fourier-transformed and converted to the frequency domain, and the driving force and the acceleration in the frequency domain are calculated. The frequency characteristic of the mechanical impedance on the surface of the living body is calculated, and the frequency characteristic curve of the mechanical impedance calculated from the theoretical equation of the mechanical impedance using the effective vibration radius a, the elastic coefficient μ 1 , and the viscosity coefficient μ 2 as parameters is used as the drive. effective vibration radius a that best approximates the frequency characteristic curve of the mechanical impedance calculated from the force and acceleration, elastic coefficient mu 1, and viscosity coefficient mu 2 Determine the value, stored in advance correction of the elastic coefficient mu 1 and viscosity coefficient mu 2 as a function of the effective vibration coefficients a, by the stored correction factor is determined from the value of the effective vibration radius a which is the determined and it is characterized by comprising the step of correcting the determined value of the modulus mu 1 or viscosity coefficient mu 2.

前述の第2の目的を達成する本発明の生体表面部の力
学特性の測定方法は、生体表面に振動子を圧接し、該振
動子を所定の周波数分布において加振し、該圧接され加
振された振動子における駆動力と加速度とを時間領域に
おいて測定し、該時間領域において測定された駆動力と
加速度とをフーリエ変換して周波数領域に変換し、該周
波数領域における駆動力と加速度とから該生体表面にお
ける機械インピーダンスの周波数特性を算出し、該算出
された機械インピーダンスの虚部の周波数特性曲線にお
ける共振周波数以下の領域の積分値を算出して生体表面
部の硬さの評価指数とする各段階を具備することを特徴
とするものである。
The method for measuring the mechanical characteristics of the surface of a living body according to the present invention, which achieves the second object, comprises pressing a vibrator against the surface of the living body, vibrating the vibrator in a predetermined frequency distribution, and The driving force and acceleration in the vibrator are measured in the time domain, the driving force and the acceleration measured in the time domain are Fourier-transformed and converted to the frequency domain, and the driving force and the acceleration in the frequency domain are calculated. Calculate the frequency characteristic of the mechanical impedance on the living body surface, calculate the integral value of the region below the resonance frequency in the frequency characteristic curve of the imaginary part of the calculated mechanical impedance, and use it as the evaluation index of the hardness of the living body surface portion It is characterized by having each step.

第1図は前述の第1の目的を達成する装置の原理構成
図である。図において、本発明の生体表面部の力学特性
の測定装置は、生体表面10に圧接される振動子12と、該
振動子12を所定の周波数分布において加振する加振手段
14と、圧接された該加振手段14により加振される該振動
子12における駆動力と加速度とを検知する検知手段16
と、該検知手段16において検知された時間領域における
駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリエ変換手段
18と、該フーリエ変換手段18が出力する周波数領域の駆
動力と加速度とから該生体表面10における機械インピー
ダンスの周波数特性を算出する機械インピーダンス算出
手段20と、有効振動半径a、弾性係数μ、および粘性
係数μをパラメータとする機械インピーダンスの理論
式から算出される機械インピーダンスの周波数特性曲線
が該駆動力と加速度とから算出された機械インピーダン
スの周波数特性曲線を最適に近似する有効振動半径a、
弾性係数μ、および粘性係数μの値を決定する曲線
適合手段22と、有効振動半径aの関数としての弾性係数
μおよび粘性係数μの補正率を記憶する補正値記憶
手段24と、該曲線適合手段22により決定された有効振動
半径aの値から定められる該補正値記憶手段24に記憶さ
れた補正率により、該曲線適合手段22により決定された
弾性係数μまたは粘性係数μの値を補正する補正手
段26とを具備することを特徴とするものである。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of an apparatus for achieving the first object. In the figure, an apparatus for measuring mechanical properties of a living body surface portion of the present invention includes a vibrator 12 pressed against a living body surface 10 and a vibrating means for vibrating the vibrator 12 in a predetermined frequency distribution.
Detecting means 16 for detecting the driving force and acceleration of the vibrator 12 vibrated by the vibrating means 14 pressed against
And Fourier transform means for Fourier transforming the driving force and acceleration in the time domain detected by the detection means 16
18, mechanical impedance calculating means 20 for calculating the frequency characteristic of mechanical impedance on the living body surface 10 from the driving force and acceleration in the frequency domain output by the Fourier transform means 18, an effective vibration radius a, an elastic coefficient μ 1 , and effective vibration radius a frequency characteristic curve of the mechanical impedance which is calculated the viscosity coefficient mu 2 from the theoretical equation of the mechanical impedance of the parameters to optimally approximate the frequency characteristic curve of the mechanical impedance calculated from the drive force and acceleration ,
Modulus mu 1, and the curve fitting means 22 to determine the value of viscosity coefficient mu 2, the correction value storing means 24 for storing the correction of the elastic coefficient mu 1 and viscosity coefficient mu 2 as a function of the effective vibration radius a The elasticity coefficient μ 1 or the viscosity coefficient μ determined by the curve fitting means 22 is determined by the correction rate stored in the correction value storage means 24 determined from the value of the effective vibration radius a determined by the curve fitting means 22. And correction means 26 for correcting the value of 2 .

第2図は前述の第2の目的を達成する装置の原理構成
図である。図において、本発明の生体表面部の力学特性
の測定装置は、生体表面10に圧接される振動子12と、該
振動子12を所定の周波数分布において加振する加振手段
14と、圧接された該加振手段14により加振される該振動
子12における駆動力と加速度とを検知する検知手段16
と、該検知手段16において検知された時間領域における
駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリエ変換手段
18と、該フーリエ変換手段18が出力する周波数領域の駆
動力と加速度とから該生体表面10における機械インピー
ダンスの周波数特性を算出する機械インピーダンス算出
手段20と、該機械インピーダンス算出手段20が算出した
機械インピーダンスの虚部の周波数特性曲線における共
振周波数以下の領域の積分値を算出して生体表面部の硬
さの評価指数とする評価指数算出手段30とを具備するこ
とを特徴とするものである。
FIG. 2 is a block diagram showing the principle of an apparatus for achieving the above-mentioned second object. In the figure, an apparatus for measuring mechanical properties of a living body surface portion of the present invention includes a vibrator 12 pressed against a living body surface 10 and a vibrating means for vibrating the vibrator 12 in a predetermined frequency distribution.
Detecting means 16 for detecting the driving force and acceleration of the vibrator 12 vibrated by the vibrating means 14 pressed against
And Fourier transform means for Fourier transforming the driving force and acceleration in the time domain detected by the detection means 16
18, mechanical impedance calculating means 20 for calculating the frequency characteristic of mechanical impedance on the living body surface 10 from the driving force and acceleration in the frequency domain output by the Fourier transform means 18, and a machine calculated by the mechanical impedance calculating means 20 An evaluation index calculating means 30 for calculating an integral value of a region below the resonance frequency in the frequency characteristic curve of the imaginary part of the impedance to obtain an evaluation index of the hardness of the surface of the living body is provided.

前述の第3の目的を達成する本発明のセンサ内蔵形加
振器構造は、振動すべき方向に伸びる振動軸と、弾性体
を介して該振動軸に釣支された永久磁石と、該永久磁石
に対向し、該振動軸に拘持された駆動コイルと、軸方向
の応力と加速度にそれぞれ比例した2つの電気信号を出
力するインピーダンスヘッドと、該インピーダンスヘッ
ドを介して該振動軸に固着された円盤状振動子とを具備
することを特徴とするものである。
The vibrator structure with a built-in sensor according to the present invention, which achieves the third object, comprises a vibration shaft extending in a direction in which vibration is to be performed, a permanent magnet supported by the vibration shaft via an elastic body, and a permanent magnet. A drive coil opposed to the magnet and held by the vibration axis, an impedance head for outputting two electric signals proportional to the stress and acceleration in the axial direction, and fixed to the vibration axis via the impedance head; And a disc-shaped vibrator.

〔作 用〕(Operation)

後の実施例において詳述するように、本発明者の実験
結果によれば、機械インピーダンスの理論式による周波
数特性曲線と測定値に基づく周波数特性曲線とを曲線適
合(curve fitting)することにより決定された有効振
動半径a、弾性係数μおよび粘性曲線μの値は、い
ずれも構造依存性に相当する変化を示し、しかも、有効
振動半径aと他のパラメータとの間には一定の関数が認
められる。したがって有効振動半径aの関数としてμ1,
μの補正率を記憶し、曲線適合で決定されたaの値か
ら定められるμ1の補正率により補正することによ
って構造依存性の影響が除去されたμ1の値が得ら
れる。
As will be described in detail in later examples, according to the experimental results of the present inventor, it is determined by curve fitting a frequency characteristic curve based on a theoretical formula of mechanical impedance and a frequency characteristic curve based on measured values. It has been effective vibration radius a, the value of the elastic modulus mu 1 and the viscosity curve mu 2, both show the change corresponding to the structure-dependent, moreover, a certain function is provided between the effective vibration radius a and the other parameters Is recognized. Therefore, μ 1 ,
storing correction factor μ 2, μ 1 is determined from the value of a determined by a curve fit, mu mu 1 Effect of structural dependency has been removed by correction by the correction factor of 2, mu 2 value Is obtained.

一方、測定値から算出された機械インピーダンスの虚
部の周波数特性曲線における共振点の周波数は測定対象
の触診による硬さと密接な関係がある。さらに、共振点
の周波数とそれ以下の領域の積分値との間には一定の関
係が認められる。したがって、触診による硬さの評価指
数として共振点の周波数ではなくそれ以下の領域の積分
値を採用すれば、周波数特性がノイズに乱されても安定
した指標が得られる。
On the other hand, the frequency of the resonance point in the frequency characteristic curve of the imaginary part of the mechanical impedance calculated from the measured value has a close relationship with the hardness of the measurement target by palpation. Further, a certain relationship is recognized between the frequency of the resonance point and the integral value in a region below the resonance point. Therefore, if an integrated value in a region lower than the resonance point frequency is used as the evaluation index of the hardness by palpation, a stable index can be obtained even if the frequency characteristics are disturbed by noise.

〔実施例〕〔Example〕

装置の構成 生体表面のある点に作用する力f(t)と、力の方向
に速度v(t)で振動するときの駆動点機械インピーダ
ンスは、f(t),v(t)のフーリエ変換をそれぞれF
(f),V(f)として、 により定義される。ここでA(f)は速度v(t)の微
分である加速度a(t)のフーリエ変換であり、ωは加
える振動の角周波数である。
Configuration of the device The force f (t) acting on a certain point on the surface of the living body and the driving point mechanical impedance when vibrating at a speed v (t) in the direction of the force are Fourier transforms of f (t) and v (t). To F
(F), V (f) Defined by Here, A (f) is a Fourier transform of acceleration a (t) which is a derivative of velocity v (t), and ω is an angular frequency of the vibration to be applied.

第3図はこのf(t)とv(t)を測定し、それらの
フーリエ変換から(1)式に基づいて機械インピーダン
スZ(f)を算出し、それからさらに生体表面の力学特
性を評価するパラメータを算出するための本発明に係る
測定および演算装置のハードウェア構成の一例を表わす
図である。
FIG. 3 measures f (t) and v (t), calculates the mechanical impedance Z (f) from the Fourier transform based on the equation (1), and further evaluates the mechanical properties of the living body surface. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a measurement and calculation device according to the present invention for calculating a parameter.

ランダム波発生回路144はランダムな周波数分布を有
する正弦波を出力する。ランダム波発生回路144の出力
は低域フィルタ145において30Hz以上1KHz以下の周波数
成分のみが通過され、電力増幅器146において増幅さ
れ、センサ内蔵形加振器150の加振器140へコネクタ162
を経て印加される。
The random wave generation circuit 144 outputs a sine wave having a random frequency distribution. The output of the random wave generation circuit 144 passes only a frequency component of 30 Hz or more and 1 KHz or less in the low-pass filter 145, is amplified in the power amplifier 146, and is connected to the vibrator 140 of the vibrator 150 with a built-in sensor.
Is applied via

加振器140において電気信号が軸方向の機械的振動に
変換され、ロードセル161およびインピーダンスヘッド1
60を介して振動子121へ伝達される。ロードセル161は測
定対象10を押下する振動子121の静圧を測定するための
ものである。インピーダンスヘッド160には圧電素子が
内蔵され、振動子121の動的な圧力および加速度を検知
する。
The electric signal is converted into mechanical vibration in the axial direction in the vibrator 140, and the load cell 161 and the impedance head 1 are converted.
The light is transmitted to the vibrator 121 via 60. The load cell 161 is for measuring the static pressure of the vibrator 121 that presses the measurement target 10. A piezoelectric element is incorporated in the impedance head 160, and detects the dynamic pressure and acceleration of the vibrator 121.

ロードセル161において検知された静圧はひずみ増幅
器163において増幅され、インピーダンスヘッド160にお
いて検知される動的な圧力および加速度は電荷増幅器16
6において増幅され、いずれもA/D変換器164でデジタル
信号に変換されて、コンピュータ180へ入力される。フ
ットスイッチ165はコンピュータ180へ測定開始および終
了の指示を与えるためのものである。
The static pressure detected in the load cell 161 is amplified in the strain amplifier 163, and the dynamic pressure and acceleration detected in the impedance head 160 are changed in the charge amplifier 16
The signals are amplified in 6, all are converted into digital signals by the A / D converter 164, and input to the computer 180. The foot switch 165 is for giving instructions to the computer 180 to start and end the measurement.

第4図はセンサ内蔵形加振器150の詳細な構造を説明
するための図である。
FIG. 4 is a view for explaining the detailed structure of the sensor-incorporated vibrator 150.

永久磁石141は板バネ142により、振動軸120に釣支さ
れている。1対の駆動コイル143は永久磁石141の磁極に
対向する位置に、振動軸120に拘持されている。駆動コ
イル143に振動電流が供給されると、永久磁石141と駆動
コイル143間に作用する電磁力が電流に応じて変化し、
永久磁石141の慣性により、振動軸120がその軸方向に振
動する。円盤状の振動子121はロードセル161およびイン
ピーダンスヘッド160を介して振動軸120に固着され、振
動軸120の振動に伴って、ロードセル161、インピーダン
スヘッド160および振動子121が1体となって振動軸120
の軸方向に振動する。162は駆動コイル143へのケーブ
ル、ロードセル161およびインピーダンスヘッド160から
の信号ケーブルを接続するためのコネクタである。
The permanent magnet 141 is supported by the vibration shaft 120 by a leaf spring 142. The pair of drive coils 143 are fixed to the vibration shaft 120 at positions facing the magnetic poles of the permanent magnet 141. When an oscillating current is supplied to the drive coil 143, the electromagnetic force acting between the permanent magnet 141 and the drive coil 143 changes according to the current,
Due to the inertia of the permanent magnet 141, the vibration shaft 120 vibrates in the axial direction. The disc-shaped vibrator 121 is fixed to the vibrating shaft 120 via the load cell 161 and the impedance head 160. With the vibration of the vibrating shaft 120, the load cell 161, the impedance head 160, and the vibrator 121 become a single unit. 120
Vibrates in the axial direction. Reference numeral 162 denotes a connector for connecting a cable to the drive coil 143, a signal cable from the load cell 161 and the impedance head 160.

このセンサ内蔵形加振器は加振器およびインピーダン
スヘッドと共に、静圧を測定するためのロードセルを一
体に組み込んだことをその特徴の1つとしており、測定
の際に接触力を同時に測定することができる。また、一
体化することにより、測定精度、信頼性、操作性が飛躍
的に向上する。また全体の形状は直径20mm長さ110mmと
細長い形状に設計されており、皮膚表面を対象とした計
測における操作性が良好である。
One of the features of this vibrator with built-in sensor is that it incorporates a load cell for measuring static pressure together with the vibrator and impedance head, and simultaneously measures contact force during measurement. Can be. In addition, the integration improves measurement accuracy, reliability, and operability dramatically. The overall shape is designed to be slender, with a diameter of 20 mm and a length of 110 mm, so that operability in measurement on the skin surface is good.

このセンサ内蔵形加振器150が測定対象の表面に所定
の静圧で圧接しつつ加振され、その応答がインピーダン
スヘッド160において動的な圧力および加速度として検
知され、電荷増幅器166において増幅されてA/D変換器16
4においてデジタル信号に変換されてコンピュータ180へ
入力される。時間領域において測定された圧力および加
速度は高速フーリエ変換アルゴリズムに従って周波数領
域に変換され(1)式により機械インピーダンスの周波
数特性Z(f)が算出される。
The sensor-incorporated vibrator 150 is vibrated while being pressed against the surface of the object to be measured with a predetermined static pressure, and its response is detected as dynamic pressure and acceleration by the impedance head 160, and amplified by the charge amplifier 166. A / D converter 16
At 4, it is converted into a digital signal and input to the computer 180. The pressure and acceleration measured in the time domain are converted to the frequency domain according to the fast Fourier transform algorithm, and the frequency characteristic Z (f) of the mechanical impedance is calculated by the equation (1).

以下、この機械インピーダンスの周波数特性Z(f)
を基にして、構造依存性の影響を除いた生体表面組織自
身の力学的特性の算出過程および構造依存性を含んだ形
での生体表面の力学特性すなわち触診により経験的に得
られる生体表面の力学特性を客観的に評価する指標の算
出過程についてそれぞれ説明する。
Hereinafter, the frequency characteristic Z (f) of the mechanical impedance
Based on the above, the calculation process of the mechanical properties of the biological surface tissue itself excluding the structure-dependent effects and the mechanical properties of the biological surface in a form including the structure-dependent, that is, the biological surface obtained empirically by palpation The calculation process of the index for objectively evaluating the mechanical characteristics will be described.

構造依存性の影響を除いた力学特性 Gierke等による前述の文献によれば、無限な均質媒質
中で振動する球の放射インピーダンスZの理論式は、振
動の周波数が充分に低い(例えば1KHz以下)であるとき
媒質は圧縮できない媒体であることを仮定することがで
き、 と表わせる。ただし、ρは媒体の密度、h2=ρω2/(μ
+jωμ)、μは媒体のせん断弾性係数、μ
媒体のせん断粘性係数である。なおこの文献においてa
は振動球の半径とされているが、後述するように本発明
者はこれと異なる解釈を採用する。
According to the above-mentioned document by Gierke et al., The theoretical formula of the radiation impedance Z of a sphere oscillating in an infinite homogeneous medium has a sufficiently low frequency of oscillation (for example, 1 KHz or less). It can be assumed that the medium is an incompressible medium when Can be expressed as Here, ρ is the density of the medium, and h 2 = ρω 2 / (μ
1 + jωμ 2 ), μ 1 is the shear modulus of the medium, and μ 2 is the shear viscosity of the medium. In this document, a
Is the radius of the vibrating sphere, but as will be described later, the present inventor adopts a different interpretation.

(2)式の分母を有理化すると、 が得られる。When rationalizing the denominator of equation (2), Is obtained.

T.Yamamoto & H.Oka:“Experimental modeling of b
omechanical impedance characteristics"Med. & Bio
l.Eng. & Comput.,24,493/498(1986)によれば、生体
表面において測定された機械インピーダンスの周波数特
性はその測定部位によって、軟部特性、中間部特性、硬
部特性の3種類に分けられるが、(3)式に示した理論
解の周波数特性は軟部特性の特徴(実部が単調増加)を
持っているので、ここではこの軟部特性の特徴を示す部
位のみを対象とする。
T. Yamamoto & H.Oka: “Experimental modeling of b
omechanical impedance characteristics "Med. & Bio
According to l.Eng. & Comput., 24,493 / 498 (1986), the frequency characteristics of mechanical impedance measured on the surface of a living body are classified into three types, soft part characteristics, middle part characteristics, and hard part characteristics, depending on the measurement site. However, since the frequency characteristic of the theoretical solution shown in the equation (3) has the characteristic of the soft part characteristic (the real part monotonically increases), here, only the part showing the characteristic of the soft part characteristic is targeted.

本発明においては、生体表面からのみ加振するので半
無限媒質と考え、式(3)に1/2を乗じた理論式を用い
る。そして、aについては振動球の半径でなく振動子の
有効振動半径であるとの解釈に基づいて、a,μ1
パラメータとして算出される機械インピーダンスの周波
数特性が、測定で得られた機械インピーダンスの周波数
特性曲線に最も適合するようなパラメータa,μ1
値を曲線適合(curve fitting)法により算出する。こ
の方法を構造依存性のみを任意に変更することの可能な
モデルに適用してaの関数としてのμ1の補正率、
すなわち補正関数を決定する。
In the present invention, since a vibration is applied only from the surface of a living body, it is considered to be a semi-infinite medium, and a theoretical expression obtained by multiplying Expression (3) by 1/2 is used. Then, based on the interpretation that a is not the radius of the vibrating sphere but the effective radius of the vibrator, the frequency characteristics of the mechanical impedance calculated using a, μ 1 and μ 2 as parameters can be obtained by measurement. The values of the parameters a, μ 1 , and μ 2 that best fit the frequency characteristic curve of the mechanical impedance are calculated by curve fitting. This method is applied to a model in which only the structure dependency can be arbitrarily changed to correct the correction factors of μ 1 and μ 2 as a function of a,
That is, the correction function is determined.

生体を対象とする測定においても同じ方法でa,μ1
を算出し、aの値によって定まるμ1の補正率を
補正関数から決定し、μ1を補正する。
In the measurement for the living body, a, μ 1 , μ
2 is calculated, and the correction factors of μ 1 and μ 2 determined by the value of a are determined from the correction function, and μ 1 and μ 2 are corrected.

A.モデルを対象とする実験 この手法の妥当性を示すためおよび補正関数の決定の
ための実験結果を以下に説明する。
A. Experiments on models The experimental results for validating this method and determining the correction function are described below.

(1)実験方法 触感が皮膚に似た材料を生体のシミュレータとして用
い、粘弾性係数の検討を行った。このシミュレータは白
色の粉末であり、これに水を加えると数分間で凝固し、
生体組織に似た力学特性をもった粘弾性媒質となる。シ
ミュレータと水の混合比(重量)を変えることによって
異なる密度、粘弾性係数の試料を作ることができるが、
今回は試料A(ρ=1083)、試料B(ρ=1038.5)の2
種類とした。
(1) Experimental method The viscoelastic coefficient was examined using a material having a tactile sensation similar to that of the skin as a biological simulator. This simulator is a white powder that solidifies in a few minutes when water is added,
It becomes a viscoelastic medium with mechanical properties similar to living tissue. By changing the mixing ratio (weight) of the simulator and water, samples with different densities and viscoelastic coefficients can be made.
This time, sample A (ρ = 1083) and sample B (ρ = 1038.5)
Type.

第5図は実験に用いたモデルの外観を表わす図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the appearance of a model used in the experiment.

鉄板104上にプラスチックフィルムを用いて作った円
柱状の輪102を乗せ、水を加えてかき混ぜた後、まだゾ
ル状のシミュレータ100をその中にそそぎ込む。凝固後
も表面部分から水分が蒸散するので、凝固後すぐに測定
を開始すると測定中の力学特性変化が大きい。そこで、
シミュレータ凝固後1時間の間隔をおいて水分の蒸散が
ほとんどなくなってから測定を行う。測定は一つの測定
点に対して3回行い、解析後その平均をとる。振動子の
直径(2a0)は5mmφと10mmφを用い、接触力pは15±1.
5および50±2.5gfとした。
A cylindrical ring 102 made of a plastic film is placed on an iron plate 104, and after adding water and stirring, the sol-like simulator 100 is poured into it. Since moisture evaporates from the surface portion even after solidification, if measurement is started immediately after solidification, a change in mechanical properties during measurement is large. Therefore,
The measurement is carried out at an interval of one hour after the simulator solidification and after the evaporation of water has almost disappeared. The measurement is performed three times for one measurement point, and the average is taken after analysis. The diameter (2a 0 ) of the vibrator is 5 mmφ and 10 mmφ, and the contact force p is 15 ± 1.
5 and 50 ± 2.5 gf.

(2)構造依存性の評価 試料Aの厚さを変えて実験を行った。プラスチックフ
ィルムの輪の直径は92mmφで、厚さを50mmから4mmまで
変えて、振動子の大きさ5mmφ、接触力15±1.5gfの条件
で測定した。第6図に実験結果を示す。横軸は材料の厚
さを対数目盛りで表している。同図のマークは、○が弾
性係数μ、△が粘性係数μ、□が有効振動半径aで
ある。ここでいう有効振動半径とはカーブフィッティン
グから得られるパラメータであるが、加振している振動
子の半径a0とは異なるもので、媒質中の振動子によって
加振されている実質的な振動範囲に比例する係数と定義
する。すなわち、十分に大きい試料と比較して垂直およ
び水平方向に振動を反射するような物質が存在する場合
には、実質的な振動範囲が小さくなり、aの値が減少す
ると考える。
(2) Evaluation of Structural Dependence An experiment was performed while changing the thickness of Sample A. The diameter of the plastic film ring was 92 mmφ, the thickness was changed from 50 mm to 4 mm, and the measurement was performed under the conditions of a vibrator size of 5 mmφ and a contact force of 15 ± 1.5 gf. FIG. 6 shows the experimental results. The horizontal axis represents the thickness of the material on a logarithmic scale. In the marks in the figure, ○ indicates the elastic coefficient μ 1 , △ indicates the viscosity coefficient μ 2 , and □ indicates the effective vibration radius a. The effective vibration radius here is a parameter obtained from the curve fitting, but is different from the radius a 0 of the vibrating vibrator, and is substantially the vibration that is vibrated by the vibrator in the medium. Defined as a coefficient proportional to the range. That is, when there is a substance that reflects vibration in the vertical and horizontal directions as compared with a sufficiently large sample, it is considered that the substantial vibration range is reduced and the value of a is reduced.

厚さが20mmから50mmまではμ12,aは平坦であり、
鉄板による振動の反射(構造依存性)の影響は受けてい
ないものと考えられる。しかし、厚さが15mm以下になる
と振動反射の影響すなわち構造依存性がみられ、表面か
らみた見かけの力学特性が変化する。厚さが薄くなるに
したがって、μ1は共に増加し、aは減少する傾向
がみられる。したがって、測定結果から得られるμ1
は見かけの粘弾性係数と考えることができる。
Μ 1 , μ 2 , a is flat from 20mm to 50mm in thickness,
It is considered that there is no influence of the vibration reflection (structure dependence) by the iron plate. However, when the thickness is less than 15 mm, the effect of vibration reflection, that is, the structure dependence is observed, and the apparent mechanical properties seen from the surface change. As the thickness becomes thinner, μ 1 and μ 2 both increase, and a tends to decrease. Therefore, μ 1 , μ obtained from the measurement results
2 can be considered as the apparent viscoelastic coefficient.

(3)補正関数の決定 この実験結果からμ12,aの間に強い相関性が認め
られ、有効振動半径aを用いて弾性係数μ、粘性係数
μに対する補正関数を定義する。
(3) Determination of correction function A strong correlation was found between μ 1 , μ 2 , and a from the experimental results, and a correction function for the elastic coefficient μ 1 and the viscosity coefficient μ 2 is defined using the effective vibration radius a. .

第6図のμ1の平坦な部分(厚さ20mmから50mm)
の値をそれぞれμ1n2nとおく。第7図(a)の○は
横軸にp(=a/a0、補正係数と呼ぶ)、縦軸に補正率μ
11nをとって書き直したものである。同図(b)も同
様に横軸は補正係数p、縦軸は補正率μ22nである。
この結果に対して次に示す補正関数f1(p),f2(p)
を、 の形で定義し、最小自乗法によりg0,g1,g2,g3を求めて
補正曲線を決定する。同図の実線はそれぞれ近似された
補正曲線である。補正曲線は、厚さが20mm以上の場合に
はf1(p)=f2(p)=1に固定した(このときのpの
値をpnとする)。p>pnとなるような結果が得られた測
定点では構造依存性の影響を受けておらず、媒質の真の
粘弾性係数μ1n2nが得られていると考えられ、補正
を行う必要がないからである。
Flat part of μ 1 and μ 2 in Fig. 6 (thickness 20mm to 50mm)
Are set to μ 1n and μ 2n , respectively. In FIG. 7A, ○ indicates p (= a / a 0 , referred to as a correction coefficient) on the horizontal axis, and the correction rate μ on the vertical axis.
1 / μ 1n is rewritten. Similarly, in FIG. 11B, the horizontal axis represents the correction coefficient p, and the vertical axis represents the correction rate μ 2 / μ 2n .
Correction functions f 1 (p) and f 2 (p) shown below for this result
To The correction curve is determined by obtaining g 0 , g 1 , g 2 , and g 3 by the least square method. The solid lines in the figure are the approximated correction curves. Correction curve, (the value of p at this time is p n) fixed to f 1 (p) = f 2 (p) = 1 in the case where the thickness is at least 20 mm. It is considered that the measurement points at which the results satisfying p> pn were not affected by the structure dependence, and the true viscoelastic coefficients μ 1n and μ 2n of the medium were obtained. It is not necessary to do it.

弾性係数μに対する補正関数f1(p)は また、粘性係数μに対する補正関数f2(p)は となった。ただし、この補正関数はp<pnで定義されて
おり、p≧pnの場合はf1(p)=f2(p)=1とする。
この実験ではpn=0.745であった。
The correction function f 1 (p) for the elasticity coefficient μ 1 is The correction function f 2 (p) for the viscosity coefficient μ 2 is It became. However, this correction function is defined as p < pn , and when p ≧ pn , f 1 (p) = f 2 (p) = 1.
In this experiment, pn = 0.745.

(4)媒質定数が異なる場合 媒質定数の異なる試料Bを用いて前述と同様な実験を
行った結果を第8図に示す。この試料Bは水とシミュレ
ータとの混合比を変えた(水の割合を多くした)もの
で、手でさわった感じも試料Aに比べて柔らかく、μ1,
μの値も小さくなっている。試料Aの場合は厚さが15
mm以下で振動反射の影響を受けていたが、試料Bの場合
も同様に厚さが20mm以上ではa,μ1の値がほぼ一定
であり、15mm以下になると振動反射の影響を受け、見か
けの粘弾性が得られている。試料Aの場合はpn=0.745
であったが、ρが小さく柔らかい試料Bはpn=0.866と
大きくなった。これは柔らかい(機械インピーダンスの
値が小さい)試料の方が、有効振動範囲が大きくなるこ
とを示している。
(4) When the Medium Constant is Different FIG. 8 shows the result of the same experiment as described above using the sample B having the different medium constant. This sample B was obtained by changing the mixing ratio of water and the simulator (increased the proportion of water). The touch by hand was softer than that of sample A, and μ 1 ,
μ 2 of the value is also smaller. Sample A has a thickness of 15
In the case of Sample B, the values of a, μ 1 and μ 2 were almost constant when the thickness was 20 mm or more, and the effect of the vibration reflection was reduced when the thickness was 15 mm or less. As a result, apparent viscoelasticity is obtained. For sample A, p n = 0.745
However, the soft sample B having a small ρ was as large as p n = 0.866. This indicates that a softer sample (smaller value of mechanical impedance) has a larger effective vibration range.

第9図(a)中の○は横軸の補正係数p、縦軸に補正
率μ11nをとったもので、(b)の○も同様に横軸に
補正係数p、縦軸にμ22nをとったものである。それ
ぞれの図の実線は式(4)を最小自乗法で近似して得た
補正曲線である。
9A shows the correction coefficient p on the horizontal axis and the vertical axis shows the correction rate μ 1 / μ 1n. Similarly, in FIG. 9B, the circle on FIG. 9B also shows the correction coefficient p on the horizontal axis and the vertical axis. Μ 2 / μ 2n . The solid line in each figure is a correction curve obtained by approximating Equation (4) by the method of least squares.

この場合の、弾性係数μに対する補正関数f1(p)
また、粘性係数μに対する補正関数f2(p)は と得られた。ただし、この補正関数はp<pn(=0.86
6)で定義されており、p≧pnの場合はf1(p)=f
2(p)=1とする。
In this case, the correction function f 1 (p) for the elastic coefficient μ 1
Is The correction function f 2 (p) for the viscosity coefficient μ 2 is And obtained. However, this correction function is p <p n (= 0.86
6), and when p ≧ pn , f 1 (p) = f
2 (p) = 1.

試料の力学特性が違った場合の補正関数の変化を検討
するために、試料Aから求められた補正関数(実線)
と、試料Bから求められた補正関数(点線)を第10図
(a)(b)に示す。(a)は弾性係数μについて、
(b)は粘性係数μについて比較したものである。
(a)(b)ともに、同じ補正係数pに対して試料Bの
補正率の値が、試料Aの補正率の値よりも大きくなって
いる。これは、前述のように試料Bが試料Aに比べて柔
らかい(粘弾性係数で約半分)ため有効振動範囲が広く
振動反射の影響を受け易いためと思われる。
Correction function obtained from sample A (solid line) to study the change of the correction function when the mechanical characteristics of the sample are different
And the correction function (dotted line) obtained from Sample B are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). (A) shows the elastic modulus μ 1 ,
(B) shows the comparison for the viscosity coefficient mu 2.
In both cases (a) and (b), the value of the correction factor of the sample B is larger than the value of the correction factor of the sample A for the same correction coefficient p. This is presumably because sample B is softer than sample A (viscosity is about half as large as sample A) as described above, so that the effective vibration range is large and the sample is easily affected by vibration reflection.

(5)測定条件が異なる場合 試料Aを用いて、振動子の大きさ10mmφ、接触力50±
2.5gfの条件で厚さを変えて実験を行った。その結果を
第11図に示す。厚さが40mm以上ではa,μ1はほぼ一
定となっているが、それ以下では振動反射の影響を受け
見かけの粘弾性が得られている。
(5) When the measurement conditions are different Using sample A, the size of the vibrator is 10 mmφ and the contact force is 50 ±
The experiment was performed with the thickness changed under the condition of 2.5 gf. The results are shown in FIG. When the thickness is 40 mm or more, a, μ 1 and μ 2 are almost constant, but below that, apparent viscoelasticity is obtained due to the influence of vibration reflection.

第12図(a)(b)の○は弾性係数、粘性係数それぞ
れについて補正係数pと補正率の関係を示したもので、
実線は補正曲線である。この場合の、弾性係数μに対
する補正関数f1(p)は次のように求められる。
The circles in FIGS. 12 (a) and 12 (b) show the relationship between the correction coefficient p and the correction rate for each of the elastic coefficient and the viscosity coefficient.
The solid line is the correction curve. In this case, the correction function f 1 (p) for the elastic coefficient μ 1 is obtained as follows.

また、粘性係数μに対する補正関数f2(p)は となった。ただし、この補正関数はp<pn(=0.923)
で定義されており、p≧pnの場合はf1(p)=f2(p)
=1とする。
The correction function f 2 (p) for the viscosity coefficient μ 2 is It became. However, this correction function is p <p n (= 0.923)
And when p ≧ pn , f 1 (p) = f 2 (p)
= 1.

振動子の接触子の測定条件が変わった場合に補正関数
がどのように変化するかを調べるために、第13図(a)
(b)にここで得られた補正関数(点線)と前に振動子
の大きさ5mmφ、接触力15±1.5gfの条件下で得られた補
正関数(実線)とを示す。(a)は弾性係数μについ
て、(b)は粘性係数μについて比較したものであ
る。両図ともに、同じ補正関数pに対して10mmφ,50gf
での補正率が大きくなっている。
FIG. 13 (a) shows how the correction function changes when the measurement conditions of the vibrator contact change.
(B) shows the correction function (dotted line) obtained here and the correction function (solid line) previously obtained under the conditions of the vibrator size of 5 mmφ and the contact force of 15 ± 1.5 gf. (A) for the elastic coefficient μ 1, (b) shows the comparison for the viscosity coefficient mu 2. In both figures, 10mmφ, 50gf for the same correction function p
The correction rate in is increased.

(6)補正関数の適用 次に、このようにして算出された補正関数を使用し
て、構造依存性が一様でないモデルについて本発明の方
法を適用することによって本方法の妥当性を示す実験に
ついて説明する。
(6) Application of Correction Function Next, using the correction function calculated in this way, an experiment showing the validity of the present method by applying the method of the present invention to a model having non-uniform structural dependence. Will be described.

第14図に示すような長さ120mm、直径4mmφの銅棒106
を4本組合せたバーモデルを、厚さ50mm、直径150mmφ
の試料Aに埋没させ、鉄板104の上に置いて測定を行っ
た。バーモデルにはアルミ製の足110を付け試料100の表
面から深さ10mmの位置に固定した。測定条件は振動子の
大きさ10mmφ、接触力50±2.5gfで測定を行った。測定
点は第15図に示すように72個所で、1点につき2回ずつ
測定し、得られた粘弾性係数を平均してもとめた。
Copper rod 106 having a length of 120 mm and a diameter of 4 mmφ as shown in FIG. 14
Is a bar model combining 4 pieces, with a thickness of 50mm and a diameter of 150mmφ.
The sample A was buried in the sample A and placed on the iron plate 104 for measurement. An aluminum foot 110 was attached to the bar model and fixed at a position 10 mm deep from the surface of the sample 100. The measurement was performed with a vibrator size of 10 mmφ and a contact force of 50 ± 2.5 gf. As shown in FIG. 15, measurement points were measured twice at each point at 72 points, and the obtained viscoelastic coefficients were averaged.

第16図(a)(b)は得られた粘弾性係数の解析結果
を3次元画面で表したものである。ここではインピーダ
ンスマッピングと呼ぶことにする。2次元的測定結果に
対して双スプライン関数によって全体の形状を補間して
ある。同図(a)は弾性係数μ1,(b)は粘性係数μ
をZ軸にした場合のマッピング画面である。銅棒106を
格子状に組んだバーモデルの形状が表面によく表現され
ている。これは試料表面からみて浅い部分の形状が表現
されている。浅い部分では振動反射の影響を受けて、測
定された見かけのμ1は他の測定点に比べて大きく
なり、aは小さくなったためである。左下方から右上方
に延びている2本の隆起の方が左上方から右下方に延び
ている2本の隆起よりも高くなっているが、これは、組
み合わされた銅棒が交差しているためで、図に表されて
いるように、左下方から右上方に延びている2本が上に
なっており、このような僅かな深さの影響も表現できて
いる。また、格子点の部分が最も高く隆起しているが、
これは第14図にも示されているように、格子状に固定す
るために針金108によって銅棒を格子点で結び合わせて
いるためである。
FIGS. 16 (a) and 16 (b) show the analysis results of the obtained viscoelastic coefficients on a three-dimensional screen. Here, it is referred to as impedance mapping. The overall shape is interpolated by a bi-spline function for the two-dimensional measurement result. FIG (a) the elastic coefficient μ 1, (b) the viscosity coefficient mu 2
7 is a mapping screen when is set to the Z axis. The shape of the bar model in which the copper rods 106 are assembled in a lattice shape is well represented on the surface. This expresses the shape of a shallow portion viewed from the sample surface. This is because the measured apparent μ 1 and μ 2 become larger and the value of “a” becomes smaller than the other measurement points due to the influence of the vibration reflection in the shallow portion. The two ridges extending from the lower left to the upper right are higher than the two ridges extending from the upper left to the lower right, but this is the intersection of the combined copper bars For this reason, as shown in the figure, the two lines extending from the lower left to the upper right are at the top, and the effect of such a slight depth can be expressed. In addition, the lattice point is the highest raised,
This is because, as also shown in FIG. 14, the copper rods are connected at the lattice points by wires 108 in order to fix them in a lattice shape.

この測定結果に対して前述した測定試料、測定条件の
等しい条件下(試料A、振動子の大きさ10mmφ、接触力
50±2.5gf)で得られた補正関数を適用する。第17図
(a)(b)は、補正後のμ1のマッピングであ
る。補正前の隆起している部分がなくなり、ほぼ平坦に
なっている様子がわかる。したがって、ここで用いた補
正関数は構造依存性の影響を除くのに有効であることが
証明された。
For this measurement result, the above-mentioned measurement sample and the same measurement conditions (sample A, vibrator size 10 mmφ, contact force
Apply the correction function obtained at 50 ± 2.5 gf). FIGS. 17 (a) and 17 (b) show the mapping of μ 1 and μ 2 after correction. It can be seen that the protruding portion before the correction disappears and is almost flat. Therefore, it was proved that the correction function used here was effective in eliminating the influence of the structure dependence.

B.眼瞼周囲の力学特性の測定とその解析 (1)眼瞼周囲の力学特性の測定 4才女児を被験者として、第18図に示す左眼瞼周囲20
点において測定を行った。測定条件は振動子の大きさ5m
mφ、接触力15±1.5gfとした。これは眼瞼周囲のような
狭い測定範囲において多数の測定点で測定を行うには、
小さな振動子を用いる必要があるが、振動子を小さくす
ると圧力が大きくなるため接触力を小さくしなければな
らないからである。この測定は、一つの部位に対して1
回の測定を行っている。その解析結果を第19図に示す。
測定部位の5番、6番、16番、20番は機械インピーダン
スの周波数特性が中間部特性の傾向を示したので前述し
た理由で本発明の方法が適用されないので、削除してい
る。●は弾性係数μ、△は粘性係数μである。μ
とμは測定部位に対しほぼ同じ様な値の変化をしてい
るが、違っている部位もいくつかある。一つの部位に対
して1回の測定しか行っていないことも原因の一つであ
ると考えられる。
B. Measurement of mechanical properties around the eyelid and its analysis (1) Measurement of mechanical properties around the eyelid Using a 4-year-old girl as a subject, the area around the left eyelid shown in FIG.
Measurements were taken at points. The measurement condition is the size of the transducer 5m
mφ and contact force were 15 ± 1.5 gf. This means that to measure at many measurement points in a narrow measurement range such as around the eyelid,
This is because it is necessary to use a small vibrator, but if the vibrator is made smaller, the pressure increases, and the contact force must be reduced. This measurement is one for one site.
Measurements have been performed. FIG. 19 shows the analysis result.
No. 5, No. 6, No. 16 and No. 20 of the measurement site were deleted because the frequency characteristic of the mechanical impedance showed the tendency of the intermediate part characteristic and the method of the present invention was not applied for the above-mentioned reason. ● indicates an elastic coefficient μ 1 , and △ indicates a viscosity coefficient μ 2 . μ 1
And μ 2 is being almost the same change in such value to the measurement site, there are some unlike that site. It is considered that one of the causes is that only one measurement is performed for one site.

折れ線グラフでは測定点と部位との対応が分かりにく
いので、第20図(a)(b)に解析結果を3次元のマッ
ピングで示す。(a)は弾性係数μ、(b)は粘性係
数μマッピング画面である。この画面は第18図に示し
ているような左眼瞼周囲におけるマッピングである。こ
のマッピングは格子点が45点であるが、実際の測定結果
は16点のデータしかないので、不規則データによる平面
の平滑化を行っている。μのマッピング画面がそのほ
かの図と対称になっているが、これは凹凸を観察しやす
くするために画面を回転しているためであり、(a)で
は左下が眼瞼上部であり、そのほかの図では左上が眼瞼
上部となっている。
Since it is difficult to understand the correspondence between the measurement points and the parts in the line graph, the analysis results are shown in three-dimensional mapping in FIGS. 20 (a) and (b). (A) is an elastic coefficient μ 1 mapping screen, and (b) is a viscosity coefficient μ 2 mapping screen. This screen is a mapping around the left eyelid as shown in FIG. Although this mapping has 45 grid points, the actual measurement result has only 16 data points, so the plane is smoothed with irregular data. Although mu 1 mapping screen is other figures and symmetrical, this is because of the rotation of the screen to make it easier to observe the irregularities, (a) in the lower left is a lid top, addition of In the figure, the upper left is the upper eyelid.

(2)補正関数の適用 この解析結果に対して補正関数の適用を試みる。眼瞼
周囲の測定の結果、弾性係数μの最も小さい値は4000
から5000程度であるのに対して試料A,Bの測定結果では
構造依存性を受けていない媒質自身の真の弾性係数μ10
がそれぞれ約1700,9500であるので適当とは云い難いが
試料Bの測定結果から求めた補正関数を用いることにす
る。第21図(a)(b)は、補正関数f1(p),f
2(p)によるμ1の補正後のマッピング画面であ
る。μ1の目尻の部分が少し高くなっている。ま
た、瞼に当たる部分(図の左下)が膨らんでいるが、こ
れは瞼の下の眼球の影響と考えられる。この補正関数は
生体における骨などを想定して、極めてインピーダンス
の大きな鉄板に対する構造依存性を考えたものであるの
で、眼球のようにあまりインピーダンスの大きくない場
合には、補正が十分でないと考えられる。この補正で
は、マッピング画面を平坦にすることが目的ではなく、
構造依存性の影響を相殺することが目的である。したが
って、補正後に得られた画面の起伏は生体組織本来のμ
1の値であると考えられるが、その点については以
下にさらに検討を加える。
(2) Application of correction function An attempt is made to apply a correction function to this analysis result. Results of the measurement of ambient eyelids, the smallest value of the modulus mu 1 4000
From about 5000 to the true elastic modulus μ 10 of the medium itself, which is not dependent on the structure, in the measurement results of Samples A and B.
Are about 1700 and 9500, respectively, but it is difficult to say that they are appropriate, but a correction function obtained from the measurement result of the sample B will be used. FIGS. 21 (a) and 21 (b) show the correction functions f 1 (p), f
2 is a mapping screen after μ 1 and μ 2 are corrected by (p). The corners of the eyes of μ 1 and μ 2 are slightly higher. In addition, the portion that hits the eyelid (lower left in the figure) is swollen, which is considered to be the effect of the eyeball under the eyelid. Since this correction function is based on the structure dependence on an iron plate with extremely large impedance, assuming bones and the like in the living body, if the impedance is not very large like an eyeball, it is considered that the correction is not sufficient. . The purpose of this correction is not to flatten the mapping screen,
The goal is to offset the effects of structure dependence. Therefore, the undulation of the screen obtained after the correction is the original μ of the living tissue.
It is considered that the values are 1 and μ 2 , and that point will be further discussed below.

(3)考 察 眼瞼周囲を第22図に示すように下眼瞼部、上眼瞼部、
外眼角部の三つに分けて、これまでに述べた測定結果に
ついて考察する。測定部位でみると、1から4は内側下
眼瞼部、8,9は上眼瞼部、10から13は外側下眼瞼部、14,
15は内側外眼角(いわゆる目尻)、18,19は外側外眼角
である。なお、7,17の部位は省略した。第23図は弾性係
数μについて、上述の三つの部位の結果で、(a)は
補正前、(b)は補正後である。○の中の数字は測定部
位を、また実線は内側を、点線は外側の部位を示してい
る。
(3) Discussion The lower eyelid, upper eyelid,
The measurement results described so far will be considered separately for the three external corners. Looking at the measurement sites, 1 to 4 are the inner lower eyelids, 8, 9 are the upper eyelids, 10 to 13 are the outer lower eyelids, 14,
Reference numeral 15 denotes the inside external canthus (so-called outer corner of the eye), and reference numerals 18 and 19 denote the outside canthus. Note that the portions 7 and 17 are omitted. Figure 23 is the modulus mu 1, the results of the three sites mentioned above, is (a) before correction, (b) is corrected. The numbers in the circles indicate the measurement site, the solid line indicates the inside, and the dotted line indicates the outside site.

補正を行う前の測定結果について考察する。手指など
の触診によれば、皮膚自身の粘弾性に骨などの組織構造
依存性が加わるため、表面から感じる硬さは皮膚自身の
硬さとは異なる。同図(a)に示すように、下眼瞼部で
は内側から外側へ、また外眼角部へいくに従って弾性係
数は大きくなることがわかる。外眼角部においても同様
に、内側から外側に向かって弾性係数は大きくなってい
ることがわかる。実際に手指の触診でもこのように感ず
る。またこれらの三つの部位の中では、触診で最も軟ら
かいと感ずる上眼瞼部では弾性係数が最も小さいことが
わかる。
Consider the measurement results before performing the correction. According to the palpation of a finger or the like, the viscoelasticity of the skin itself is dependent on the tissue structure such as bone, so the hardness felt from the surface is different from the hardness of the skin itself. As shown in FIG. 7A, it can be seen that the elastic coefficient increases in the lower eyelid portion from the inside to the outside and further toward the outer eye corner. Similarly, it can be seen that the elastic coefficient increases from the inside to the outside at the outer eye corner. In fact, it feels like this even when palpating the fingers. In addition, among these three parts, it can be seen that the elastic coefficient is the smallest in the upper eyelid part which is felt to be the softest by palpation.

実験では得られた弾性係数に対し、補正を行うと同図
(b)に示すような皮膚自身の弾性係数が得られるが、
下眼瞼部についてみれば、弾性係数は補正前とは逆で、
外側の方が小さく内側の方が大きくなっている。上眼瞼
部では補正前と同じ様な大きさとなっている。外眼角部
では補正前と同じように、皮膚自身の弾性係数も内側の
方が外側に比べて大きく、つまり硬化しやすくなってい
ると考えられる。これは皮膚の老化により、外側外眼角
部に比べて内側の方に皺、いわゆる“烏の足跡”ができ
やすいことを考えると、合理的である。
In the experiment, when the obtained elastic modulus is corrected, the elastic modulus of the skin itself is obtained as shown in FIG.
Looking at the lower eyelid, the elastic modulus is opposite to that before correction,
The outside is small and the inside is large. The upper eyelid has the same size as before the correction. It is considered that the elastic coefficient of the skin itself is larger in the inner eye than in the outer eye, that is, the skin is more likely to harden in the outer eye corner as before the correction. This is reasonable considering that skin aging tends to form wrinkles, so-called "crow's feet", on the inner side compared to the outer outer eye corner.

一方、粘性係数μについて示したのが第24図であ
る。第23図と同様に(a)は補正前、(b)は補正後で
ある。まず補正前について考察すると、下眼瞼部では、
内側と外側は部位番号の列に沿って、同じような傾向を
示しており、2,3,4および11,12の粘性係数が大きくなっ
ている。また弾性係数と同様に、内側より外側の方が大
きくなっている。外眼角部では外側の方が大きく眉に近
づくほど粘性係数も大きくなる。これは弾性係数と異な
った傾向である。上眼瞼部は眼瞼周囲の中では、粘性係
数が一番小さい。
On the other hand, was shown for viscosity coefficient mu 2 is a Figure 24. As in FIG. 23, (a) is before correction, and (b) is after correction. First, consider before correction. In the lower eyelid,
The inside and outside show a similar tendency along the row of the part numbers, and the viscosity coefficients of 2, 3, 4, and 11, 12 are large. Similarly to the elastic coefficient, the outer side is larger than the inner side. At the outer eye corner, the viscosity is larger on the outside and closer to the eyebrows, and the viscosity coefficient is larger. This is a different tendency from the elastic modulus. The upper eyelid has the smallest viscosity coefficient around the eyelid.

同図(b)の補正後の粘性係数では、下眼瞼部の傾向
は、補正前とほぼ同じであるが、粘性係数の値もほぼ同
じになっていることがわかる。上眼瞼部では、補正前後
でほとんど変化していない。また外眼角部においてもほ
ぼ同じ値に補正されているが、眉に近づくにつれ、大き
くなっていることがわかる。補正された皮膚自身の弾性
係数では、内側外眼角部が大きな値となっていたが、粘
性係数では逆で、内側の方が外側に比べて小さくなって
いる。
In the viscosity coefficient after the correction in FIG. 9B, the tendency of the lower eyelid is almost the same as before the correction, but the value of the viscosity coefficient is also almost the same. In the upper eyelid portion, there is almost no change before and after the correction. The values are also corrected to be substantially the same in the outer eye corners, but it can be seen that the values increase as the eyebrows are approached. In the corrected elastic coefficient of the skin itself, the inner outer eye corner has a large value, but the viscosity coefficient is opposite, and the inner side is smaller than the outer side.

以上のように本発明で用いた補正関数の考え方は眼瞼
周囲などの構造依存性の影響を受ける部位での測定・解
析に有効であると結論される。
As described above, it is concluded that the concept of the correction function used in the present invention is effective for measurement / analysis at a site that is affected by structural dependency such as around the eyelid.

構造依存性の影響を含む力学特性 A.生体機械インピーダンスの測定と硬さの指標 前述したように、第3図で説明した装置で測定された
生体表面の機械インピーダンスの周波数特性は第25図に
示すように、およそ軟部特性(a)、中間部特性
(b)、硬部特性(c)の三つに大別できる。軟部特性
では、実部が周波数の増加に伴って単調増加関数に、硬
部特性では実部が単調減少関数に、中間部特性では実部
が減少増加関数になっている。虚部は、どの特性も増加
関数になっているが、一般に硬部特性では、1KHzまでに
共振周波数はない。また、まれに第25図(d)(e)の
ように、典型的なパターンとは異なる周波数特性を示す
ものがある。
Mechanical Properties Including the Effect of Structure Dependence A. Measurement of Biomechanical Impedance and Index of Hardness As described above, the frequency characteristics of the mechanical impedance of the biological surface measured with the device described in FIG. As shown, the characteristics can be roughly classified into three: soft part characteristics (a), intermediate part characteristics (b), and hard part characteristics (c). In the soft part characteristic, the real part becomes a monotonically increasing function as the frequency increases, in the hard part characteristic, the real part becomes a monotonically decreasing function, and in the intermediate part characteristic, the real part becomes a decreasing increasing function. Every characteristic of the imaginary part is an increasing function, but in general, the characteristic of the hard part has no resonance frequency up to 1 KHz. In rare cases, as shown in FIGS. 25 (d) and (e), there are frequency characteristics different from typical patterns.

(1)硬さの指標 第26図に軟部特性を示す機械インピーダンスの周波数
特性を示す。虚部(リアクタンス)は負から始まって周
波数と共に増加し、共振周波数で0となりさらに増加し
ていく。しかし、生体表面での測定では、生体の不随意
な動きなどにより誤差が含まれるので、周波数特性に3
点の移動平均を3回かけて平滑化を行った。同図の実線
は移動平均をかける前、破線はかけた後の周波数特性で
ある。第27図に手背部の軟部特性(実線)、中間部特性
(破線)、硬部特性(一点鎖線)の周波数特性を示す。
この図より、対象が硬くなるほど共振周波数が高くな
り、また低周波数域ではリアクタンスの絶対値も大きく
なることがわかる。したがって、対象が硬くなるほど第
26図の斜線部の面積が大きくなる。低周波数域のリアク
タンスは被測定物の弾性を強く反映し、また粘性も反映
していることが、これまでの解析からわかってきた。し
たがって、この面積を以下のように生体表面からみた硬
さの指標SI(Stiffness Index)と定義する。
(1) Index of Hardness FIG. 26 shows the frequency characteristic of mechanical impedance showing the soft part characteristic. The imaginary part (reactance) starts from negative and increases with frequency, becomes 0 at the resonance frequency, and further increases. However, measurement on the surface of a living body includes an error due to involuntary movement of the living body and the like.
The moving average of the points was smoothed three times. The solid line in the figure indicates the frequency characteristics before the moving average is applied, and the broken line indicates the frequency characteristics after the application. FIG. 27 shows the frequency characteristics of the soft part characteristic (solid line), the intermediate part characteristic (dashed line), and the hard part characteristic (dashed line) of the back of the hand.
From this figure, it can be seen that the harder the target, the higher the resonance frequency, and the lower the frequency, the higher the absolute value of the reactance. Therefore, the harder the object
The area of the shaded area in Fig. 26 increases. It has been found from the previous analysis that the reactance in the low frequency range strongly reflects the elasticity of the DUT and also reflects the viscosity. Therefore, this area is defined as the hardness index SI (Stiffness Index) as viewed from the surface of the living body as follows.

ここで、f0は共振周波数であり、積分範囲を40Hzから
としたのは、測定センサーの測定可能な周波数範囲によ
る制限からである。指標SIは次元的に〔N/m〕となり、
粘性や慣性を含んで弾性を表現していると考えられる。
また硬部特性では、一般に共振周波数は1KHzまでにはな
いので、共振周波数を1KHzと仮定して面積を求めること
にする。本法によれば、多少周波数特性が良くなくて
も、平均的で安定した結果が得られる。また第25図
(d)(e)のような典型的なパターンとは異なる周波
数特性の場合でも、十分に結果を得ることができる。
Here, f 0 is the resonance frequency, and the reason why the integration range is set to be from 40 Hz is because of the limitation by the frequency range that can be measured by the measurement sensor. The index SI is dimensionally [N / m],
It is thought that it expresses elasticity including viscosity and inertia.
Further, in the hard part characteristics, since the resonance frequency is generally not up to 1 KHz, the area is determined assuming that the resonance frequency is 1 KHz. According to this method, an average and stable result can be obtained even if the frequency characteristics are somewhat poor. Even in the case of frequency characteristics different from typical patterns as shown in FIGS. 25 (d) and (e), a sufficient result can be obtained.

指標を求める際に、インピーダンスの実部を用いない
理由は、軟部特性と中間部特性を比較した場合、低周波
数域で中間部特性の実部が軟部特性のそれより小さくな
ることがあり、触診の硬さ感覚と一致していないためで
ある。また機械インピーダンスの絶対値を硬さの指標に
することも考えられるが、あまり対応は良くない。さら
に、部位によっては同一の共振周波数が得られるが、低
周波数域のリアクタンスが大きく異なっている場合があ
るので、共振周波数を硬さの指標とする場合には注意を
要する。そこで本発明者はリアクタンスの共振周波数ま
での面積をもって硬さの指標とすることを新たに提案す
る。
The reason for not using the real part of the impedance when calculating the index is that when comparing the soft part characteristic and the intermediate part characteristic, the real part of the intermediate part characteristic may be smaller than that of the soft part characteristic in the low frequency range, This is because it does not match the sense of hardness. It is also conceivable to use the absolute value of the mechanical impedance as an index of hardness, but this is not so good. Furthermore, although the same resonance frequency can be obtained depending on the part, the reactance in the low frequency range may be significantly different, so care must be taken when using the resonance frequency as an index of hardness. Therefore, the present inventor newly proposes that the area up to the resonance frequency of the reactance is used as an index of hardness.

(2)機械インピーダンスと硬さ指標 生体表面を指で軽く触れてみると、その硬さが違うよ
うに感じる部位がある(例えば手背部の骨のある部位と
ない部位)。これは生体表面下の組織構造、すなわち骨
などの硬さを含んだ形で硬さを感じているためで、生体
表面の皮膚の硬さそのものが違うわけではない。ここで
はこれを見かけの硬さと呼ぶことにする。本発明者はこ
れまで力学特性の構造依存性について研究を進めてきた
が、この機械インピーダンスの構造依存性と硬さ指標と
の関係について述べる。
(2) Mechanical Impedance and Hardness Index When lightly touching the surface of a living body with a finger, there are parts where the hardness feels different (for example, a part with a bone on the back of the hand and a part without the bone). This is because the stiffness is felt in the form including the hardness of the tissue structure under the surface of the living body, that is, bone, etc., and the hardness itself of the skin on the living body surface is not different. Here, this is called apparent hardness. The present inventor has been studying the structural dependence of the mechanical properties so far, and the relationship between the structural dependence of the mechanical impedance and the hardness index will be described.

第28図には、第5図で説明したモデルについて、振動
子直径5mm、接触力15gf(測定条件A)の条件下で測定
を行った場合の周波数特性を示す。同図の実線はシミュ
レータの厚さが50mm、破線は7mm、一点鎖線は4mmのもの
であり、厚さが薄くなるほど、低周波数域においてはリ
アクタンスの絶対値が大きくなっていることがわかる。
また、実部では軟部特性から中間部特性への変化が低周
波数域でみられる。第29図にシミュレータの厚さと見か
けの硬さSIの関係を示す。同図において△は条件Aで、
○は条件B(振動子の直径10mm、接触力50gf)での結果
である。シミュレータの厚さが薄くなるほど、見かけの
硬さは硬くなっているが、これは鉄板による構造依存性
を徐々に受けてくるためである。しかし厚さが同じで
も、測定条件(振動子直径や接触力の大きさ)が異なれ
ば、SIも異なっている。これはインピーダンスの周波数
特性自体が、測定条件によって異なるためである。例え
ば、指で皮膚を軽く押さえた場合と強く押さえた場合
で、硬さが違って感じるのと同じである。したがって、
同じ測定条件でのSIを比較することはできるが、異なる
測定条件でのSIを比較することは難しいことがわかる。
また、同図において条件Bでは、約20mm以上から、条件
Aでは、約15mm以上の厚さから、SIがほぼ一定となって
いるが、これはその厚さ以上では、見かけのSIが組織構
造の影響を受けなくなる。すなわち構造依存性を受けて
いない厚さにおいて示されているSIはシミュレータ自身
の硬さであるということができる。
FIG. 28 shows frequency characteristics when the model described in FIG. 5 is measured under conditions of a transducer diameter of 5 mm and a contact force of 15 gf (measurement condition A). The solid line in the figure indicates that the simulator thickness is 50 mm, the broken line is 7 mm, and the dashed line is 4 mm. It can be seen that the absolute value of the reactance increases in the low frequency range as the thickness decreases.
In the real part, a change from the soft part characteristic to the intermediate part characteristic is observed in a low frequency range. FIG. 29 shows the relationship between the thickness of the simulator and the apparent hardness SI. In the figure, Δ is the condition A,
○ is the result under condition B (vibrator diameter 10 mm, contact force 50 gf). The smaller the thickness of the simulator is, the higher the apparent hardness is, because it is gradually affected by the structure dependence of the iron plate. However, even if the thickness is the same, the SI is different if the measurement conditions (vibrator diameter or contact force) are different. This is because the frequency characteristics of the impedance itself vary depending on the measurement conditions. For example, it is the same as feeling that the hardness is different when the finger is lightly pressed against the skin and when the skin is pressed hard. Therefore,
Although it is possible to compare SIs under the same measurement conditions, it is difficult to compare SIs under different measurement conditions.
In the same figure, the SI is almost constant from about 20 mm or more under the condition B and from about 15 mm or more under the condition A. Will no longer be affected. In other words, it can be said that the SI shown at a thickness that does not depend on the structure is the hardness of the simulator itself.

シミュレータの厚さが薄くなれば、見かけの硬さも硬
くなることは述べたが、シミュレータ自身の硬さが硬く
なれば、当然見かけの硬さも硬くなる。さらにシミュレ
ータ下部の鉄板の硬さが変化すれば、表面からの見かけ
の硬さも変化する。本測定法はシミュレータを表面から
励振させることによって機械インピーダンスを測定して
いるが、その厚さが薄くなると下部の構造物からの振動
反射によって得られる機械インピーダンスが変化する。
すなわちシミュレータと下部の構造物の機械インピーダ
ンスの大小が影響しているのであり、反射は構造物が硬
いすなわち構造物の機械インピーダンスが大きいほどよ
く起こる。したがって、構造物の硬さが硬くなるほど反
射の影響も強く受けるようになるので、見かけの硬さも
硬くなってくると考えられる。
It has been described that when the thickness of the simulator is reduced, the apparent hardness is also increased, but when the hardness of the simulator itself is increased, the apparent hardness is naturally increased. Furthermore, if the hardness of the iron plate under the simulator changes, the apparent hardness from the surface also changes. In this measurement method, the mechanical impedance is measured by exciting the simulator from the surface, but when the thickness is reduced, the mechanical impedance obtained by vibration reflection from the underlying structure changes.
That is, the magnitude of the mechanical impedance of the simulator and the lower structure influences, and the reflection is more likely to occur when the structure is harder, that is, when the mechanical impedance of the structure is larger. Therefore, as the hardness of the structure becomes harder, the influence of reflection becomes stronger, and it is considered that the apparent hardness also becomes harder.

B.機械インピーダンスによる硬さのマッピング 前述のシミュレータの中に、第14図で説明したように
格子状に組み合わせた銅棒を埋め込んだ場合(バーモデ
ルと呼ぶ)、および鉄製のMブロックを埋め込んだ場合
(ブロックモデルと呼ぶ)の二つについて実験を行っ
た。測定は1つの測定点に対して2回ずつ行い、振動子
直径は10mm、接触力は50gfとし、前述のSIを求めた。ま
た、硬さの分布が視覚的、直観的にとらえることができ
るよう、測定結果を双3次スプライン補間を用いて3次
元画像(SIマッピングと呼ぶ)で表現した。
B. Mapping of hardness by mechanical impedance In the simulator described above, copper rods combined in a grid pattern as shown in Fig. 14 were embedded (called a bar model), and iron M blocks were embedded Experiments were performed on two cases (called block models). The measurement was performed twice for one measurement point, the transducer diameter was 10 mm, and the contact force was 50 gf, and the above-mentioned SI was obtained. In addition, the measurement result was represented by a three-dimensional image (referred to as SI mapping) using bicubic spline interpolation so that the distribution of hardness can be grasped visually and intuitively.

(1)バーモデル 前述のシミュレータ(厚さ50mm、直径150mm)の中
に、長さ120mm、直径4mmの銅棒4本を図8(a)のよう
に組み合せて埋め込み、表面から10mmの位置に固定して
バーモデルを作製し、実験を行った。バーモデルは対称
であるため、測定は同図(b)に示すように、片側だけ
72(12×6)点で行った。第30図に硬さのSIマッピング
を示す。同図には銅棒を格子状に組み合わせた様子がよ
く表現されている。左下方から右上方に延びている2本
の隆起が、右下方から左上方に延びている2本の隆起よ
りも高くなっているが、これは組み合わせた銅棒の上に
なっている側と、下になっている側の差である。また、
銅棒が交差している部分が他よりも高くなっているが、
これは、第14図にも示すように、銅棒を格子状に固定す
るために用いたワイヤーによるものである。
(1) Bar model Four 120 mm long, 4 mm diameter copper rods are combined and embedded in the simulator (50 mm thick, 150 mm diameter) as shown in Fig. 8 (a) and placed at a position 10mm from the surface. A bar model was prepared by fixing, and an experiment was performed. Since the bar model is symmetric, only one side is measured, as shown in FIG.
The evaluation was performed at 72 (12 × 6) points. FIG. 30 shows the SI mapping of hardness. In this figure, a state in which copper rods are combined in a lattice shape is well represented. The two ridges that extend from the lower left to the upper right are higher than the two ridges that extend from the lower right to the upper left, but this is the upper side of the combined copper bar. , The difference on the down side. Also,
The part where the copper bars cross is higher than the others,
This is due to the wires used to fix the copper rods in a grid, as also shown in FIG.

(2)ブロックモデル 前述のシミュレータ(厚さ65mm、直径200mm)の中
に、高さ55mmのMブロックを第31図に示すように埋め込
み、ブロックの最も高い部分が表面から10mmとなるよう
にしてブロックモデルを作製し、実験を行った。第32図
には測定点を示すが、図では半分だけ示しており、実際
には105点の測定を行った。第33図は硬さのSIマッピン
グで、図には隆起した山のようなものが二つ現れてい
る。これはブロックの山の部分に相当し、ブロックの谷
の部分もうまく表現されている。SIマッピングの4隅が
大きくなっているのは、振動子の大きさに比べてシミュ
レータの大きさが十分でなかったため、フィルムの側壁
の影響を受けているからと考えられる。
(2) Block model An M block with a height of 55 mm is embedded in the simulator (thickness: 65 mm, diameter: 200 mm) as shown in Fig. 31 so that the highest part of the block is 10 mm from the surface. A block model was created and experiments were performed. FIG. 32 shows the measurement points, but only half are shown in the figure, and actually 105 points were measured. Fig. 33 shows the SI mapping of hardness. In the figure, two ridges appear. This corresponds to the peak of the block, and the valley of the block is well represented. It is considered that the four corners of the SI mapping are large because the size of the simulator was not sufficient compared to the size of the vibrator, and thus the influence of the film side wall was given.

C.生体機械インピーダンスのSIマッピング 今回提案した硬さの指標が、生体表面においても適用
できることを確認するために、手背部と胸部において測
定を行った。これらの部位は生体表面下の骨などの影響
を受けており、SIマッピングで示されている硬さは、見
かけの硬さである。
C. SI mapping of biomechanical impedance In order to confirm that the proposed hardness index can be applied to the surface of a living body, measurements were made on the back and chest of the hand. These sites are affected by bones under the surface of the living body and the like, and the hardness indicated by the SI mapping is the apparent hardness.

(1)手背部 手背部では、皮膚下部の構造が複雑であり、皮膚も薄
いので振動子直径を5mm、接触力を15gfとし、手背部を
上にして自然な状態で台の上に置き、2回ずつ測定を行
った。第34図に、左手背部の測定点(8×5:格子点上)
40点を示す。また、第35図に手背部からみた骨格の格子
を(金子:日本人体解剖学1(骨学、靭帯学、筋学)、
71(昭57)両山堂)、第36図にSIマッピングを示す。中
手指関節上で一番硬くなり、また中手指のある部位とな
い部位の硬さの差がはっきり現れていることがわかる。
また中手骨上でも手根骨側はSIが小さいので、皮膚表面
の粘弾性が同じであるとすれば、骨などの構造依存性の
影響が少ない、すなわち中手骨側に比べて皮膚が厚いと
考えられる。
(1) The back of the hand In the back of the hand, the structure of the lower part of the skin is complicated and the skin is thin, so the oscillator diameter is 5 mm and the contact force is 15 gf. The measurement was performed twice. Fig. 34 shows the measurement points on the back of the left hand (8 x 5: above the grid points)
Indicates 40 points. Fig. 35 shows the lattice of the skeleton viewed from the back of the hand (Kaneko: Japanese Body Anatomy 1 (Bone, Ligament, Myology)
71 (Ryozan-do), Fig. 36 shows SI mapping. It can be seen that it becomes the hardest on the metacarpophalangeal joint, and the difference in hardness between the region with and without the metacarpal finger clearly appears.
Also, since the SI on the carpal bone is small even on the metacarpal bone, if the viscoelasticity of the skin surface is the same, there is little effect on the structure such as bone, that is, the skin is smaller than the metacarpal side. It is considered thick.

(2)胸部 胸部では、手背部に比べて胸壁の面積が大きく比較的
構造が簡単なので、振動子直径を10mm、接触力を50gfと
し、被験者を仰向けに寝かせて2回ずつ測定を行った。
左胸部上は心拍の影響を受けて正確に測定を行えないた
め、第37図に示すように右胸部において105点(15×7:
格子点上)で測定した。第38図に胸部の骨格を(同)、
第39図にSIマッピングを示す。鎖骨上と胸骨柄から胸骨
体にかけて、見かけの硬さは硬くなっており、肋骨のあ
る部位とない部位の差がよく表現されている。なお、マ
ッピングは鎖骨上、胸骨体上のSIが極めて大きかったの
で、高さを対数で表した。
(2) Chest Since the chest has a large chest wall area and a relatively simple structure compared to the back of the hand, the measurement was performed twice with the subject lying on his / her back with the vibrator diameter being 10 mm and the contact force being 50 gf.
Since the measurement on the left chest cannot be performed accurately due to the influence of the heartbeat, 105 points (15 × 7:
(On a grid point). Fig. 38 shows the skeleton of the chest (same as above).
FIG. 39 shows SI mapping. The apparent hardness is higher on the collarbone and from the sternum to the sternum, and the difference between the part with ribs and the part without ribs is well expressed. In the mapping, since the SI on the clavicle and the sternum were extremely large, the height was expressed in logarithm.

D.硬さの指標と触診 (1)実験方法および結果 右下腿外側部において振動子直径を10mm、接触力を50
gfとし、一点につき2回測定を行ってSIの平均値を得
た。測定部位は第40図に示すように、下腿外側の前脛骨
筋、腓骨筋、下腿三頭筋上にまたがる8cm×16cmの範囲
で、測定点は2cmおきに40点とした。測定部位が下腿外
側であるので足関節のわずかな変化によって筋の働きが
異なり、筋緊張度が変化すると考えられるので、足関節
はほぼ直角にしてテーピングを行い固定した。機械イン
ピーダンス測定と並行して、まず鍼灸師、次にマッサー
ジ師が全体にわたって触診を行い、1つの点に対して5
段階(硬さの程度は略均等)の点数で硬さを表現したマ
ップを作製した。次に脛骨側の20点について機械インピ
ーダンスの測定を行い、次に述べる方法で硬さ指標のマ
ップを作製した。さらに鍼灸師とマッサージ師が触診を
行って、2回目の触診のマップを作製し、次に残りの足
首側の20点について機械インピーダンスを測定した。も
う一度鍼灸師とマッサージ師が3回目の触診を行って、
マップを作製した。3回の触診を行ったのは、測定全体
が約2時間にも及ぶため、測定中に足関節角度の変化に
よる筋緊張度の変化を考慮するためである。同様な理由
で機械インピーダンスの測定も2回に分けて行った。
D. Hardness index and palpation (1) Experimental method and results Vibrator diameter 10 mm, contact force 50
The measurement was performed twice per point, and the average value of SI was obtained. As shown in FIG. 40, the measurement site was an area of 8 cm × 16 cm extending over the tibialis anterior muscle, the peroneal muscle, and the triceps surae outside the lower leg, and the measurement points were 40 points every 2 cm. Since the measurement site is on the outer side of the lower leg, the function of the muscles is considered to vary depending on slight changes in the ankle joint, and it is considered that the muscle tone changes. Therefore, the ankle joint was fixed by taping at a substantially right angle. In parallel with the mechanical impedance measurement, first the acupuncturist and then the masseur palpate the entire body and 5 points per point.
A map expressing the hardness by points of grade (the degree of hardness is substantially equal) was prepared. Next, the mechanical impedance was measured at 20 points on the tibia side, and a map of the hardness index was prepared by the method described below. Further, the acupuncturist and masseur performed palpation, created a map for the second palpation, and then measured the mechanical impedance of the remaining 20 points on the ankle side. Once again, the acupuncturist and masseur performed the third palpation,
A map was created. The reason why the palpation was performed three times was to take into account the change in the degree of muscle tone due to the change in the ankle joint angle during the measurement because the entire measurement took about 2 hours. For the same reason, the measurement of the mechanical impedance was also performed twice.

24才の男性の下腿において、触診と機械インピーダン
ス測定を行ってマッピングしたのが第41図および第42図
である。鍼灸師は被験者の下腿の筋が全体的に薄く、三
つの筋が区別しにくいと報告している。また触診の際の
加圧力は100〜500g程度である。測定の開始時には足関
節が少し動き、鍼灸師とマッサージ師の触診結果が異な
った。また測定終了時の足関節角度は開始時に比べると
かなり変化しており、測定中に徐々に角度が変化してい
たと考えられる。また被験者は測定の後半には足関節の
麻痺(しびれ)を訴えた。従って、触診のマッピングは
脛骨側(前半)の20点について、1回目のマッサージ師
(鍼灸師の触診は足関節角度が違うので除外する)、2
回目の鍼灸師、マッサージ師の触診結果から平均値を求
めて、20点の値とした。足首側(後半)の20点について
も2回目の鍼灸師、マッサージ師と3回目の鍼灸師、マ
ッサージ師の触診結果の平均値を求めて、残りの20点の
値としてマッピングを行った。
FIG. 41 and FIG. 42 show mapping of the lower leg of a 24-year-old man by performing palpation and mechanical impedance measurement. Acupuncturists report that the lower leg muscles of the subjects are generally thin, making it difficult to distinguish the three muscles. The pressure during palpation is about 100-500 g. At the start of the measurement, the ankle joint moved slightly, and the results of palpation differed between the acupuncturist and the masseur. Also, the angle of the ankle joint at the end of the measurement is considerably different from that at the start, and it is considered that the angle gradually changed during the measurement. The subject also complained of paralysis (numbness) of the ankle joint in the second half of the measurement. Therefore, the mapping of the palpation was performed for the 20 points on the tibia side (first half) of the first masseur (Palpation of the acupuncturist was excluded because the angle of the ankle joint is different.) 2
The average value was obtained from the palpation results of the second acupuncturist and masseur, and the result was set to 20 points. For the 20 points on the ankle side (the latter half), the average value of the palpation results of the second acupuncturist, the masseur, the third acupuncturist, and the masseur was obtained and mapped as the values of the remaining 20 points.

第41図および第42図の触診とSIマッピングを比べる
と、どちらも前脛骨筋、足首に向かって硬くなっていく
様子がわかる。しかし、SIでは腓脛骨筋上のいくつかの
山が特徴的なのに対し:触診はそれほど明確ではなく、
前脛骨筋中央部でかなり硬い部分があることが示されて
いる。SIでは三つの筋の特徴が判別できるようである
が、触診ではその区別がはっかりとわからない。今回の
結果では測定中に足関節角度が変化したこともあり、ま
た1例の結果でもあるので細かい部分の比較では明確な
結果を得ることができなかったが、全体の傾向(前脛骨
筋および足首に向かって硬くなっていく)は一致してい
ると考えてよいであろう。第43図に示すように触診とSI
の相関係数は0.797であり強い相関が認められるので、S
Iは触診に対応する硬さ指標として十分であると考え
る。
Comparing the palpation in FIG. 41 and FIG. 42 with the SI mapping, it can be seen that both become harder toward the tibialis anterior and the ankle. However, in SI there are some peaks on the tibialis muscle: the palpation is less clear,
It is shown that there is a considerably hard part in the central part of the tibialis anterior muscle. SI seems to be able to distinguish the features of the three muscles, but palpation makes it hard to tell. In the present results, the ankle joint angle changed during the measurement, and it was also a result of one case, so a clear comparison could not be obtained by comparing the fine parts, but the overall tendency (tibialis anterior muscle and (Stiffer towards the ankle) can be considered consistent. Palpation and SI as shown in Fig. 43
Has a strong correlation of 0.797, so S
I consider that I is sufficient as a hardness index corresponding to palpation.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べてきたように本発明によれば生体内部の構造
依存性の影響を除いた生体表面組織そのものの力学特性
の測定が可能となり、また一方では、構造依存性を含ん
だ形で触診により経験的に得られる生体表面の力学特性
を客観的に評価する指標が得られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to measure the mechanical properties of the living body surface tissue itself without the influence of the structure dependency inside the living body, and on the other hand, experience the palpation in a form including the structure dependency. It is possible to obtain an index for objectively evaluating the mechanical properties of the living body surface that can be obtained objectively.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る第1の装置の原理構成図、 第2図は本発明に係る第2の装置の原理構成図、 第3図は本発明に係る測定装置の一実施例を表わす図、 第4図は本発明に係るセンサ内蔵形加振基の詳細図、 第5図は実験に用いたモデルの外観を表わす図、 第6図はモデルについての弾性係数μ、粘性係数
μ、および有効振動半径aの算出結果とモデルの厚み
dとの関係を表わす図、 第7図はμ1と補正係数pとの関係を表わす図、 第8図は異なる媒質定数における第6図と同様な図、 第9図は異なる媒質定数における第7図と同様な図、 第10図は異なる媒質定数における補正関数の比較を表わ
す図、 第11図は異なる測定条件における第6図と同様な図、 第12図は異なる測定条件における第7図と同様な図、 第13図は異なる測定条件における補正関数の比較を表わ
す図、 第14図はバーモデルの外観を表わす図、 第15図はバーモデルの測定点を表わす図、 第16図はバーモデルにおける補正前のμ1のマッピ
ングを表わす図、 第17図はバーモデルにおける補正後のμ1のマッピ
ングを表わす図、 第18図は眼瞼周囲の測定点と補間点を表わす図、 第19図は眼瞼周囲の測定結果を表わす図、 第20図は補正前の眼瞼周囲のμ1のマッピングを表
わす図、 第21図は補正後の眼瞼周囲のμ1のマッピングを表
わす図、 第22図は眼瞼周囲の上眼瞼、下眼瞼、外眼角部を表わす
図、 第23図は補正前後の部位別のμを表わす図、 第24図は補正前後の部位別のμを表わす図、 第25図はいくつかの特徴的な生体機械インピーダンスの
周波数特性を表わす図、 第26図は硬さの評価法を表わす図、 第27図は生体の硬さに応じた共振周波数の変化を表わす
図、 第28図はモデルの厚さに応じた周波数特性の変化を表わ
す図、 第29図はモデルの厚さとSIとの関係を表わす図、 第30図はバーモデルにおけるSI値のマッピングを表わす
図、 第31図はMブロックモデルを表わす図、 第32図はMブロックモデルにおける測定点を表わす図、 第33図はMブロックモデルにおけるSI値のマッピングを
表わす図、 第34図は手甲部の測定点を表わす図、 第35図は手背部からみた骨格図、 第36図は手背部のSI値のマッピングを表わす図、 第37図は胸部の測定点を表わす図、 第38図は胸部の骨格図、 第39図は胸部のSI値のマッピングを表わす図、 第40図は右下腿外側部の測定点を表わす図、 第41図は触診によって得られた右下腿外側部の硬さのマ
ッピングを表わす図、 第42図は右下腿外側部のSIマッピングを表わす図、 第43図は触診の結果とSIマッピングとの相関を表わす
図、 図において、 10……生体表面、12,121……振動子、 140……加振器、 150……センサ内蔵形加振器、 160……インピーダンスヘッド、 161……ロードセル、162……コネクタ。
FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of a first device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the principle configuration of a second device according to the present invention, and FIG. 3 shows an embodiment of a measuring device according to the present invention. FIG. 4, FIG. 4 is a detailed view of a sensor-incorporated excitation base according to the present invention, FIG. 5 is a view showing the appearance of a model used in the experiment, FIG. 6 is an elastic coefficient μ 1 and a viscosity coefficient μ of the model. 2 and a diagram showing the relationship between the calculation result of the effective vibration radius a and the thickness d of the model. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between μ 1 and μ 2 and the correction coefficient p. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between different medium constants. 6, FIG. 9 is a diagram similar to FIG. 7 with different medium constants, FIG. 10 is a diagram showing a comparison of correction functions with different medium constants, and FIG. FIG. 12 is a view similar to FIG. 7 under different measurement conditions, and FIG. 13 is a view similar to FIG. FIG. 14 shows a comparison of correction functions under constant conditions, FIG. 14 shows an appearance of a bar model, FIG. 15 shows a measurement point of the bar model, and FIG. 16 shows μ 1 and μ before correction in the bar model. Figure representing two mappings, Fig. 17 Figure representing a mu 1, mu 2 mapping corrected in bar model, FIG. 18 represents the interpolation point and the measuring points around eyelids figure 19 figure eyelid ambient diagram showing the measurement results, Fig. FIG. 20 representing a mu 1, mu 2 mapping of the eyelid around before correction, Figure 21 Figure representing a mu 1, mu 2 mapping eyelid around the corrected first 22 illustration view showing the upper eyelid around eyelids, lower eyelid, the lateral canthus portion, FIG. 23 FIG. representing the different parts of mu 1 before and after the correction, Figure 24 Figure representing the different parts of the mu 2 before and after correction , Fig. 25 shows the frequency characteristics of some characteristic biomechanical impedances, Fig. 26 shows the hardness FIG. 27 is a diagram showing an evaluation method, FIG. 27 is a diagram showing a change in a resonance frequency according to the hardness of a living body, FIG. 28 is a diagram showing a change in a frequency characteristic according to a thickness of a model, and FIG. 29 is a diagram of the model. FIG. 30 is a diagram showing a relationship between thickness and SI, FIG. 30 is a diagram showing mapping of SI values in a bar model, FIG. 31 is a diagram showing an M block model, FIG. 32 is a diagram showing measurement points in an M block model, FIG. 33 is a diagram showing the mapping of SI values in the M block model, FIG. 34 is a diagram showing measurement points of the back of the hand, FIG. 35 is a skeleton diagram viewed from the back of the hand, and FIG. 36 is a diagram of the SI value of the back of the hand. Fig. 37 shows the mapping, Fig. 37 shows the measurement points of the chest, Fig. 38 shows the skeleton of the chest, Fig. 39 shows the mapping of SI values of the chest, Fig. 40 shows the measurement of the right lower leg lateral part FIG. 41 is a diagram showing the points. FIG. 42 is a diagram showing SI mapping of the outer side of the right lower leg, FIG. 43 is a diagram showing correlation between the result of palpation and SI mapping, and in the figure, 10: biological surface, 12, 121: vibration 140, a shaker, 150, a built-in sensor shaker, 160, an impedance head, 161, a load cell, 162, a connector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−107224(JP,A) 特開 昭61−193647(JP,A) 特開 昭59−120130(JP,A) 特開 平2−279135(JP,A) 特開 昭60−85729(JP,A) 特開 昭59−168835(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 5/00 G01N 29/16──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-2-107224 (JP, A) JP-A-61-193647 (JP, A) JP-A-59-120130 (JP, A) JP-A-2-107224 279135 (JP, A) JP-A-60-85729 (JP, A) JP-A-59-168835 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) A61B 5/00 G01N 29 / 16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】生体表面(10)に振動子(12)を圧接し、
該振動子(12)を所定の周波数分布において加振し、 該圧接され加振された振動子(12)における駆動力と加
速度とを時間領域において測定し、 該時間領域において測定された駆動力と加速度とをフー
リエ変換して周波数領域に変換し、 該周波数領域における駆動力と加速度とから該生体表面
における機械インピーダンスの周波数特性を算出し、 有効振動半径a、弾性係数μ、および粘性係数μ
パラメータとする機械インピーダンスの理論式から算出
される機械インピーダンスの周波数特性曲線が該駆動力
と加速度とから算出された機械インピーダンスの周波数
特性曲線を最適に近似する有効振動半径a、弾性係数μ
、および粘性係数μの値を決定し、 有効振動半径aの関数としての弾性係数μおよび粘性
係数μの補正率を予め記憶し、 該決定された有効振動半径aの値から定められる該記憶
された補正率により、該決定された弾性係数μまたは
粘性係数μの値を補正する各段階を具備することを特
徴とする生体表面部の力学特性の測定方法。
1. A vibrator (12) is pressed against a living body surface (10),
The vibrator (12) is vibrated in a predetermined frequency distribution, the driving force and the acceleration of the pressed and vibrated vibrator (12) are measured in a time domain, and the driving force measured in the time domain is measured. And acceleration are converted into a frequency domain by Fourier transform, and frequency characteristics of mechanical impedance on the living body surface are calculated from the driving force and the acceleration in the frequency domain, and the effective vibration radius a, the elastic coefficient μ 1 , and the viscosity coefficient The effective vibration radius a and the elastic coefficient that the frequency characteristic curve of the mechanical impedance calculated from the theoretical equation of the mechanical impedance with μ 2 as a parameter optimally approximates the frequency characteristic curve of the mechanical impedance calculated from the driving force and the acceleration. μ
1 and the value of the viscosity coefficient μ 2 are determined. The correction factors of the elastic coefficient μ 1 and the viscosity coefficient μ 2 as a function of the effective vibration radius a are stored in advance, and are determined from the determined value of the effective vibration radius a. by the stored correction factor is, the measuring method of the mechanical properties of the biological surface portion, characterized by comprising the step of correcting the determined value of the modulus mu 1 or viscosity coefficient mu 2.
【請求項2】生体表面(10)に振動子(12)を圧接し、
該振動子(12)を所定の周波数分布において加振し、 該圧接され加振された振動子(12)における駆動力と加
速度とを時間領域において測定し、 該時間領域において測定された駆動力と加速度とをフー
リエ変換して周波数領域に変換し、 該周波数領域における駆動力と加速度とから該生体表面
における機械インピーダンスの周波数特性を算出し、 該算出された機械インピーダンスの虚部の周波数特性曲
線における共振周波数以下の部分の領域の積分値を算出
して生体表面部の硬さの評価指数とする各段階を具備す
ることを特徴とする生体表面部の力学特性の測定方法。
2. A vibrator (12) is pressed against a living body surface (10),
The vibrator (12) is vibrated in a predetermined frequency distribution, the driving force and the acceleration of the pressed and vibrated vibrator (12) are measured in a time domain, and the driving force measured in the time domain is measured. And acceleration are converted to a frequency domain by Fourier transform, and a frequency characteristic of mechanical impedance on the living body surface is calculated from the driving force and acceleration in the frequency domain, and a frequency characteristic curve of an imaginary part of the calculated mechanical impedance. A step of calculating an integral value of a region below the resonance frequency in (1) and using the integrated value as an evaluation index of hardness of the living body surface portion.
【請求項3】生体表面(10)に圧接される振動子(12)
と、 該振動子(12)を所定の周波数分布において加振する加
振手段(14)と、 圧接され該加振手段(14)により加振される該振動子
(12)における駆動力と加速度とを検知する検知手段
(16)と、 該検知手段(16)において検知された時間領域における
駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリエ変換手段
(18)と、 該フーリエ変換手段(18)が出力する周波数領域の駆動
力と加速度とから該生体表面(10)における機械インピ
ーダンスの周波数特性を算出する機械インピーダンス算
出手段(20)と、 有効振動半径a、弾性係数μ、および粘性係数μ
パラメータとする機械インピーダンスの理論式から算出
される機械インピーダンスの周波数特性曲線が該駆動力
と加速度とから算出された機械インピーダンスの周波数
特性曲線を最適に近似する有効振動半径a、弾性係数μ
、および粘性係数μの値を決定する曲線適合手段
(22)と、 有効振動半径aの関数としての弾性係数μおよび粘性
係数μの補正率を記憶する補正値記憶手段(24)と、 該曲線適合手段(22)により決定された有効振動半径a
の値から定められる該補正値記憶手段(24)に記憶され
た補正率により、該曲線適合手段(22)により決定され
た補正係数μまたは粘性係数μの値を補正する補正
手段(26)とを具備することを特徴とする生体表面部の
力学特性の測定装置。
3. A vibrator (12) pressed against a living body surface (10).
A vibrating means (14) for vibrating the vibrator (12) in a predetermined frequency distribution; and a driving force and acceleration in the vibrator (12) pressed and vibrated by the vibrating means (14). (16), a Fourier transform means (18) for performing a Fourier transform of the driving force and the acceleration in the time domain detected by the detect means (16), and an output of the Fourier transform means (18) A mechanical impedance calculating means (20) for calculating a frequency characteristic of a mechanical impedance at the living body surface (10) from a driving force and an acceleration in a frequency region to be applied; and an effective vibration radius a, an elastic coefficient μ 1 , and a viscosity coefficient μ 2 . The frequency characteristic curve of the mechanical impedance calculated from the theoretical equation of the mechanical impedance as a parameter is optimized based on the frequency characteristic curve of the mechanical impedance calculated from the driving force and the acceleration. Effective vibration radius a of similar elastic modulus μ
1, and the correction value storing means for storing the curve fitting means for determining a value of the viscosity coefficient μ 2 (22), the correction of the elastic coefficient mu 1 and viscosity coefficient mu 2 as a function of the effective vibration radius a (24) And the effective vibration radius a determined by the curve fitting means (22).
The stored correction factor to be determined from the values the correction value storing means (24), correction means (26 to correct the value of the correction coefficient mu 1 or viscosity coefficient mu 2 determined by curve adaptation means (22) ). A device for measuring mechanical properties of a surface of a living body, characterized by comprising:
【請求項4】生体表面(10)に圧接される振動子(12)
と、 該振動子(12)を所定の周波数分布において加振する加
振手段(14)と、 圧接され該加振手段(14)により加振される該振動子
(12)における駆動力と加速度とを検知する検知手段
(16)と、 該検知手段(16)において検知された時間領域における
駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリエ変換手段
(18)と、 該フーリエ変換手段(18)が出力する周波数領域の駆動
力と加速度とから該生体表面(10)における機械インピ
ーダンスの周波数特性を算出する機械インピーダンス算
出手段(20)と、 該機械インピーダンス算出手段(20)が算出した機械イ
ンピーダンスの虚部の周波数特性曲線における共振周波
数以下の領域の積分値を算出して生体表面部の硬さの評
価指数とする評価指数算出手段(30)とを具備すること
を特徴とする生体表面部の力学特性の測定装置。
4. A vibrator (12) pressed against a living body surface (10).
A vibrating means (14) for vibrating the vibrator (12) in a predetermined frequency distribution; and a driving force and acceleration in the vibrator (12) pressed and vibrated by the vibrating means (14). (16), a Fourier transform means (18) for performing a Fourier transform of the driving force and the acceleration in the time domain detected by the detect means (16), and an output of the Fourier transform means (18) Mechanical impedance calculating means (20) for calculating the frequency characteristic of mechanical impedance on the living body surface (10) from the driving force and acceleration in the frequency region to be changed, and the imaginary part of the mechanical impedance calculated by the mechanical impedance calculating means (20) An index value calculating means (30) for calculating an integral value of a region below the resonance frequency in the frequency characteristic curve of the index and calculating the index as an index for evaluating the hardness of the surface of the living body. Apparatus for measuring mechanical properties of parts.
【請求項5】請求項1または2記載の方法に使用するセ
ンサ内蔵形加振器であって、 振動すべき方向に伸びる振動軸(120)と、 弾性体(142)を介して該振動軸(120)に釣支された永
久磁石(141)と、 該永久磁石(141)の磁極に対向し、該振動軸(120)に
拘持された駆動コイル(143)と、 軸方向の応力と加速度にそれぞれ比例した2つの電気信
号を出力するインピーダンスヘッド(160)と、 該インピーダンスヘッド(160)を介して該振動軸(12
0)に固着された円盤状振動子(121)とを具備すること
を特徴とするセンサ内蔵形加振器の構造。
5. A vibrator with a built-in sensor used in the method according to claim 1 or 2, wherein the vibrating shaft extends in a direction to vibrate, and the vibrating shaft extends through an elastic body. A permanent magnet (141) supported by the (120), a drive coil (143) opposed to the magnetic pole of the permanent magnet (141), and held by the vibrating shaft (120); An impedance head (160) for outputting two electric signals proportional to the acceleration, and a vibration axis (12) through the impedance head (160).
And (b) a disk-shaped vibrator (121) fixed to the sensor.
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