JP3257563B2 - Hardness measuring device and hardness measuring probe - Google Patents

Hardness measuring device and hardness measuring probe

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JP3257563B2
JP3257563B2 JP06470292A JP6470292A JP3257563B2 JP 3257563 B2 JP3257563 B2 JP 3257563B2 JP 06470292 A JP06470292 A JP 06470292A JP 6470292 A JP6470292 A JP 6470292A JP 3257563 B2 JP3257563 B2 JP 3257563B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、生体表面のような測定
対象物の表面の力学的特性、特に、硬さの評価のための
硬さ測定装置とそれに用いられる硬さ測定用プローブに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hardness measuring device for evaluating mechanical properties of a surface of an object to be measured such as a living body surface, in particular, hardness, and a hardness measuring probe used therein.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体表面のような測定対象物の表面の力
学的特性は機械インピーダンスを測定することによって
評価することができる。この機械インピーダンスは角周
波数ωの関数として複素数Z(ω)として表わされ、表
面に印加した力F(ω)とその応答としての表面の速度
V(ω)から Z(ω)=F(ω)/V(ω) と定義され、加速度A(ω)=jωV(ω)を使うと、 Z(ω)=jωF(ω)/A(ω) …(1) と表わされる。
2. Description of the Related Art The mechanical properties of the surface of an object to be measured, such as the surface of a living body, can be evaluated by measuring mechanical impedance. This mechanical impedance is expressed as a complex number Z (ω) as a function of the angular frequency ω. From the force F (ω) applied to the surface and the velocity V (ω) of the surface in response, Z (ω) = F (ω) ) / V (ω), and using the acceleration A (ω) = jωV (ω), it is expressed as Z (ω) = jωF (ω) / A (ω) (1).

【0003】本願出願人による特願平2−180546
号には、この機械インピーダンスZ(ω)を算出するこ
とのできる装置とそれに用いられるプローブが開示され
ている。
[0003] Japanese Patent Application No. 2-180546 filed by the present applicant.
Discloses an apparatus capable of calculating the mechanical impedance Z (ω) and a probe used therein.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述の装置では、所定
の周波数範囲にわたって機械インピーダンスZ(ω)を
算出し、さらにそれから力学特性評価のための種々のパ
ラメータを算出している。印加した力とその応答として
の加速度の測定値は、時間の関数として時間領域におい
て得られる。そのため、(1)式によって機械インピー
ダンスを算出するためには、時間領域において得られた
力と加速度を周波数領域に変換するフーリエ変換の演算
を行う必要があり、そのための装置はコンピュータを含
む大規模なものとなる。
In the above-described apparatus, the mechanical impedance Z (ω) is calculated over a predetermined frequency range, and then various parameters for evaluating the mechanical characteristics are calculated. Measurements of the applied force and the acceleration as a response are obtained in the time domain as a function of time. Therefore, in order to calculate the mechanical impedance by the equation (1), it is necessary to perform a Fourier transform operation for transforming the force and acceleration obtained in the time domain into the frequency domain. It becomes something.

【0005】また、測定はプローブを手で持って測定対
象物の各所に押し当てながら行なわれることから、小型
で軽量であることが望ましい。したがって本発明の第1
の目的は、簡単な構成で測定対象物の硬さを評価するた
めのパラメータを簡便に得ることのできる硬さ測定装置
を提供することにある。
[0005] Since the measurement is performed while holding the probe by hand and pressing it against various parts of the object to be measured, it is desirable that the probe be small and lightweight. Therefore, the first of the present invention
It is an object of the present invention to provide a hardness measuring device that can easily obtain a parameter for evaluating the hardness of a measurement object with a simple configuration.

【0006】本発明の第2の目的は、この硬さ測定装置
に使用される小型で軽量の測定用プローブを提供するこ
とにある。
A second object of the present invention is to provide a small and lightweight measuring probe used in the hardness measuring device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前述の第1の目的を達成
する本発明の硬さ測定装置は、対象物の表面に一定の振
幅で30Hz以上500Hz以下の一定の周波数で大きさが
変化する力を印加して対象物表面を振動させるための振
動発生手段と、該振動発生手段により振動する表面の加
速度を検出するための加速度検出手段と、該加速度検出
手段が検出した加速度の振幅に比例する量を算出するた
めの振幅比例量算出手段とを具備することを特徴とする
ものである。
A hardness measuring apparatus according to the present invention, which achieves the first object, changes its magnitude on a surface of an object with a constant amplitude at a constant frequency of 30 Hz or more and 500 Hz or less. Vibration generating means for applying a force to vibrate the surface of the object, acceleration detecting means for detecting the acceleration of the surface vibrating by the vibration generating means, and proportional to the amplitude of the acceleration detected by the acceleration detecting means And an amplitude proportional amount calculating means for calculating an amount to be calculated.

【0008】前述の第2の目的を達成する本発明の硬さ
測定用プローブは、対象物に押し当てられるための振動
子と、該対象物に押し当てられた振動子の静圧を測定す
る静圧測定器と、印加された電圧に応じて該振動子に力
を印加する第1の圧電素子と、該第1の圧電素子ととも
に圧電バイモルフ構造をなし、該振動子の加速度に比例
した電圧を出力する第2の圧電素子とを具備することを
特徴とするものである。
A hardness measuring probe according to the present invention, which achieves the second object, measures a vibrator to be pressed against an object and a static pressure of the vibrator pressed against the object. A static pressure measuring device, a first piezoelectric element for applying a force to the vibrator in accordance with the applied voltage, and a piezoelectric bimorph structure together with the first piezoelectric element, the voltage being proportional to the acceleration of the vibrator And a second piezoelectric element that outputs the same.

【0009】[0009]

【作用】後に実施例の項で詳述するように、周波数30
〜500Hz内の一点、特に200Hz付近における機械イ
ンピーダンスの絶対値は、生体表面の硬さの特徴を良く
表わしている。また、この周波数において一定の振幅で
変化する力を印加するとき、検出される加速度の振幅ま
たは実効値は機械インピーダンスの絶対値の逆数に比例
する。したがって、検出された加速度の振幅に比例する
量は対象物の表面の硬さを評価する指標となる。
As will be described in detail later in the embodiment section,
The absolute value of the mechanical impedance at one point within 500500 Hz, particularly around 200 Hz, is a good indicator of the hardness of the living body surface. When a force that changes at a constant amplitude at this frequency is applied, the amplitude or effective value of the detected acceleration is proportional to the reciprocal of the absolute value of the mechanical impedance. Therefore, the amount proportional to the detected amplitude of the acceleration is an index for evaluating the hardness of the surface of the object.

【0010】また、第1の圧電素子を振動を発生するア
クチュエータとし、これとともに圧電バイモルフ構造を
とる第2の圧電素子を加速度検出用センサとすることに
より、硬さ測定用プローブを小型で軽量にすることがで
きる。
Further, by using the first piezoelectric element as an actuator for generating vibration and the second piezoelectric element having a piezoelectric bimorph structure as an acceleration detecting sensor, the hardness measuring probe can be reduced in size and weight. can do.

【0011】[0011]

【実施例】特願平2−180546号に開示された装置
を使用して生体表面の各部位の機械インピーダンスを測
定した結果、図1に表わされるように、生体表面の各部
位の機械インピーダンスは、その周波数特性の特徴にも
とづき、軟部位特性A、中間部位特性B、硬部位特性C
の3種類のパターンに分類されることが見い出された
(Oka H. and Yamamoto T.:"Dependence of biomechani
cal impedance uponliving body structure", Med.& Bi
ol., Eng.& Comput., 25, pp.631−637 (1987)。
EXAMPLE As a result of measuring the mechanical impedance of each part of the living body surface using the device disclosed in Japanese Patent Application No. 2-180546, as shown in FIG. , A soft part characteristic A, an intermediate part characteristic B, a hard part characteristic C
Were found to be classified into three types of patterns
(Oka H. and Yamamoto T .: "Dependence of biomechani
cal impedance uponliving body structure ", Med. & Bi
ol., Eng. & Comput., 25, pp. 631-637 (1987).

【0012】生体表面ではこのうち軟部位特性Aが最も
多いが、その特性は周波数30〜500Hzの範囲で特に
低いインピーダンスを示す。また、3者のインピーダン
スの値の差はこの範囲において特に際立っている。した
がって、この30〜500Hzの範囲内の一点、特に20
0Hz付近において機械インピーダンスが得られれば、生
体表面の硬さを評価する指標が得られる。
Among the living body surfaces, the soft part characteristic A is the largest, but the characteristic shows a particularly low impedance in the frequency range of 30 to 500 Hz. The difference between the three impedance values is particularly prominent in this range. Therefore, one point within this range of 30 to 500 Hz, especially 20 points
If the mechanical impedance is obtained at around 0 Hz, an index for evaluating the hardness of the living body surface can be obtained.

【0013】(1)式より、特定の周波数ω0 における
複素機械インピーダンスZ(ω0 )は Z(ω0 )=jω0F(ω0 )/A(ω0 ) となる。両辺の絶対値をとると、 |Z(ω0 )|=ω0 |F(ω0 )|/|A(ω0 )| となり、ω0 および|F(ω0 )|が一定であれば、 |Z(ω0 )|=k/|A(ω0 )|;k=定数 …(2) となる。(2)式は、振幅および周波数が一定の振動を
与えたときの加速度の絶対値または実効値を測定すれ
ば、その周波数における機械インピーダンスに逆比例す
る量が得られ、その逆数をとれば機械インピーダンスに
比例する量が得られることを意味している。そこで、生
体表面の硬さを表わすパラメータSH(SkinHardness)
を、 SH=1/Ae と定義する。ただし、Aeは測定された加速度の実効値
である。
From equation (1), the complex mechanical impedance Z (ω 0 ) at a specific frequency ω 0 is Z (ω 0 ) = jω 0 F (ω 0 ) / A (ω 0 ). Taking the absolute values of both sides, | Z (ω 0 ) | = ω 0 | F (ω 0 ) | / A (ω 0 ) |, and if ω 0 and | F (ω 0 ) | , | Z (ω 0 ) | = k / | A (ω 0 ) |; k = constant (2) Equation (2) is obtained by measuring the absolute value or the effective value of the acceleration when a constant amplitude and frequency vibration is applied, and obtaining an amount inversely proportional to the mechanical impedance at that frequency. This means that an amount proportional to the impedance is obtained. Therefore, the parameter SH (SkinHardness) representing the hardness of the living body surface
Is defined as SH = 1 / Ae. Here, Ae is the effective value of the measured acceleration.

【0014】図2は、上記の原理に基づき、生体表面の
SHを自動的に算出して表示する硬さ測定装置の一実施
例を表わすブロック図である。硬さ測定用のプローブ1
0は測定対象物12に接触される振動子14と、振動子
14を加振するための圧電板16と、振動子14の加速
度を検知するための圧電板18と、振動子14を測定対
象物12に押し当てたときの静圧を測定するためのロー
ドセル20と、プローブ10を手で握ってその先端の振
動子14を測定対象物12へ押し当てるためのグリップ
22とから構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a hardness measuring apparatus for automatically calculating and displaying SH on the surface of a living body based on the above principle. Probe 1 for hardness measurement
Reference numeral 0 denotes a vibrator 14 that is in contact with the measurement object 12, a piezoelectric plate 16 for exciting the vibrator 14, a piezoelectric plate 18 for detecting the acceleration of the vibrator 14, and It comprises a load cell 20 for measuring the static pressure when pressed against the object 12, and a grip 22 for holding the probe 10 by hand and pressing the vibrator 14 at the tip of the probe 10 against the object 12 to be measured.

【0015】ロードセル20から出力される静圧に相当
する電圧は歪増幅器24で増幅され、レベルメータ26
で棒グラフ様に表示される。圧電板16へは発振器28
で発生され、増幅器30で増幅された一定振幅一定周波
数の正弦波電圧が印加される。圧電板18から出力され
る加速度に対応する電圧は電荷増幅器32で増幅され、
演算出力回路34へ入力される。
The voltage corresponding to the static pressure output from the load cell 20 is amplified by the distortion amplifier 24 and
Is displayed as a bar graph. An oscillator 28 is connected to the piezoelectric plate 16.
And a sine wave voltage of a constant amplitude and constant frequency amplified by the amplifier 30 is applied. The voltage corresponding to the acceleration output from the piezoelectric plate 18 is amplified by the charge amplifier 32,
It is input to the operation output circuit 34.

【0016】後に詳しく説明するが、演算出力回路34
には歪増幅器24からの静圧信号も入力され、加速度信
号の実効値の逆数を算出し、静圧信号が所定の静圧を示
すときこの信号をとり込み、10回の平均(合計)をと
って表示器36へ出力する。ブザー38は信号のとり込
みのタイミングおよび10回の取り込みが終了したこと
を知らせるために設けられている。
As will be described later in detail, the arithmetic output circuit 34
Also receives a static pressure signal from the distortion amplifier 24, calculates the reciprocal of the effective value of the acceleration signal, takes in this signal when the static pressure signal indicates a predetermined static pressure, and calculates an average (total) of 10 times. And outputs it to the display 36. The buzzer 38 is provided for notifying the timing of signal capture and the completion of the ten captures.

【0017】図3は図2の演算出力回路34の構成を表
わすブロック図である。コンパレータ40において静圧
信号と所定の静圧に対応する電圧V0 とが比較され、制
御パルス発生器42はコンパレータ40からの比較信号
のエッジ、すなわち静圧信号が電圧V0 とクロスするタ
イミングにおいて、パルス幅0.5秒と0.7秒の2つ
のパルス信号を出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of operation output circuit 34 of FIG. The comparator 40 compares the static pressure signal with a voltage V 0 corresponding to a predetermined static pressure, and the control pulse generator 42 detects the edge of the comparison signal from the comparator 40, that is, at the timing when the static pressure signal crosses the voltage V 0 . And outputs two pulse signals having a pulse width of 0.5 seconds and 0.7 seconds.

【0018】電荷増幅器32(図2)からの加速度信号
はrms/dc変換器(rms:root mean square) 4
4において実効値に対応する直流電圧に変換され、割算
器46においてその逆数がとられる。rms/dc変換
器44および割算器46は、それぞれ、市販のICであ
るAD536およびAD534によって実現される。サ
ンプル・ホールド回路48は制御パルス発生器42から
のパルス幅0.7秒のパルスが出力されていない間は割
算器46からの入力をサンプルし、幅0.7秒のパルス
が出力されている間、最後のサンプル値をホールドす
る。V/Fコンバータ50はサンプル・ホールド回路4
8からの電圧に比例した周波数のパルス信号を出力す
る。ANDゲート52は制御パルス発生器42からの幅
0.5秒のパルスが出力されている間だけV/Fコンバ
ータ50からのパルスを通過させる。カウンタ54はA
NDゲート52を通過したパルスの数をカウントする。
The acceleration signal from the charge amplifier 32 (FIG. 2) is converted to an rms / dc converter (rms: root mean square) 4.
At 4, the voltage is converted to a DC voltage corresponding to the effective value, and the reciprocal thereof is calculated at a divider 46. The rms / dc converter 44 and the divider 46 are realized by commercially available ICs AD536 and AD534, respectively. The sample / hold circuit 48 samples the input from the divider 46 while the 0.7-second pulse width is not output from the control pulse generator 42, and outputs a 0.7-second pulse. Hold the last sample value while The V / F converter 50 is a sample / hold circuit 4
And outputs a pulse signal having a frequency proportional to the voltage from step 8. The AND gate 52 allows the pulse from the V / F converter 50 to pass only while a pulse having a width of 0.5 seconds is output from the control pulse generator 42. The counter 54 is A
The number of pulses passing through the ND gate 52 is counted.

【0019】カウンタ56は制御パルス発生器42から
の幅0.5秒のパルスの数をカウントし、10回カウン
トしたらカウンタ54のカウント値をホールドする信号
を出力する。ORゲート58は制御パルス発生器42か
らの幅0.5秒のパルスおよびカウンタ56からのカウ
ント終了を示す信号を通過させ、それらによってブザー
38(図2)を鳴動させる。
The counter 56 counts the number of pulses having a width of 0.5 seconds from the control pulse generator 42 and outputs a signal for holding the count value of the counter 54 after counting 10 times. The OR gate 58 passes a 0.5-second pulse from the control pulse generator 42 and a signal indicating the end of counting from the counter 56, and causes the buzzer 38 (FIG. 2) to sound.

【0020】図4の(a)(b)(d)…(j)欄は、
それぞれ、図3のa,b,d…jで示した個所の信号の
波形を表わし、(c)欄は制御パルス発生器42の内部
の信号を表わす。図3および図4を参照して、図3に示
した回路の動作を説明する。図4(a)はコンパレータ
40に入力される静圧信号である。基準電圧V0 のレベ
ルは破線で示されている。コンパレータ40からは、
(b)欄に示すように、静圧信号が基準電圧V0 よりも
高いときHレベル、低いときLレベルの信号が出力され
る。制御パルス発生器42は(c)欄に示すように
(b)欄の信号のレベルが変わるタイミングにおいて極
く短かい幅のパルスを生成し、このパルスをトリガとし
て、(d)欄に示す幅0.5秒の正のパルスおよび
(e)欄に示す幅0.7秒の負のパルスを出力する。
The columns (a), (b), (d)... (J) in FIG.
The waveforms of the signals at the locations indicated by a, b, d... J in FIG. 3 are shown, and the column (c) shows the signals inside the control pulse generator 42. The operation of the circuit shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. FIG. 4A shows a static pressure signal input to the comparator 40. The level of the reference voltage V 0 is indicated by a broken line. From the comparator 40,
As shown in column (b), an H level signal is output when the static pressure signal is higher than the reference voltage V 0 , and an L level signal is output when the static pressure signal is lower than the reference voltage V 0 . The control pulse generator 42 generates a pulse having a very short width at the timing when the level of the signal in the column (b) changes as shown in the column (c), and uses this pulse as a trigger to generate the pulse shown in the column (d). A 0.5-second positive pulse and a 0.7-second negative pulse shown in column (e) are output.

【0021】図4(f)はrms/dc変換器44へ入
力される加速度信号の波形を示す。rms/dc変換器
44は(g)欄に示すように、入力信号の実効値に相当
する直流電圧を出力する。この電圧は割算器46で逆数
がとられ、サンプル・ホールド回路48において0.7
秒のパルスが出力されている間ホールドされるので、そ
の出力は(h)欄に示すようになり、V/Fコンバータ
50の出力は(i)欄に示すようになる。(j)欄に示
すように、ANDゲート52は0.5秒のパルスが出力
されている間だけこのパルスを通過させるので、この間
のパルスの数をカウンタ54においてカウントすれば、
加速度の実効値の逆数に比例したディジタル値が得ら
れ、これを10回演算することにより、10回の平均値
が表示器に表示される。
FIG. 4F shows a waveform of the acceleration signal input to the rms / dc converter 44. The rms / dc converter 44 outputs a DC voltage corresponding to the effective value of the input signal, as shown in column (g). This voltage is reciprocal in a divider 46 and 0.7 in a sample and hold circuit 48.
Since the pulse is held while the second pulse is being output, the output is as shown in column (h), and the output of the V / F converter 50 is as shown in column (i). As shown in the column (j), the AND gate 52 allows this pulse to pass only while the 0.5-second pulse is being output.
A digital value proportional to the reciprocal of the effective value of the acceleration is obtained. By calculating the digital value ten times, an average value of the ten times is displayed on the display.

【0022】図5はプローブ10(図2)に組み込まれ
たアクチュエータとしての圧電板16とセンサとしての
圧電板18の詳細な構造を表わす図である。ドーナツ形
の形状の圧電板16と18は金属板60の両面に貼り付
けられたバイモルフ構造をとっている。通常、バイモル
フ構造の圧電素子は、一方の圧電板を伸長させ、他方の
圧電板を収縮させるように電圧を印加することによっ
て、圧電板全体を屈曲させるかまたは、双方の圧電板を
屈曲させる力を与えて双方の圧電板から電圧をとり出す
ようにして使用されるが、本願発明においては、バイモ
ルフ構造の圧電素子の一方の圧電板をアクチュエータと
し、他方の圧電板をセンサとして使用することにより、
小型で軽量のプローブを実現している。なお、圧電素子
の軸62を振動子14(図2)に固定し、金属板60を
ロードセル20に固定することによって振動子14の振
動を得ている。
FIG. 5 is a diagram showing a detailed structure of a piezoelectric plate 16 as an actuator and a piezoelectric plate 18 as a sensor incorporated in the probe 10 (FIG. 2). The donut-shaped piezoelectric plates 16 and 18 have a bimorph structure attached to both surfaces of a metal plate 60. Normally, a bimorph-structured piezoelectric element has a force to bend the entire piezoelectric plate or to bend both piezoelectric plates by applying a voltage to extend one piezoelectric plate and contract the other. Is used to extract a voltage from both piezoelectric plates.In the present invention, however, by using one piezoelectric plate of a bimorph structure piezoelectric element as an actuator and using the other piezoelectric plate as a sensor, ,
A small and lightweight probe is realized. The vibration of the vibrator 14 is obtained by fixing the shaft 62 of the piezoelectric element to the vibrator 14 (FIG. 2) and fixing the metal plate 60 to the load cell 20.

【0023】本発明に係る装置において測定されるSH
値は測定対象の機械インピーダンスZs とプローブの振
動部分の機械インピーダンスZp の和、すなわち、 Zm =Zs +Zp で与えられる機械インピーダンスZm に比例するものと
して得られる。したがって、Zp が小さい程、Zm ≒Z
s となり、高い測定精度が得られる。本発明で使用され
るプローブは図6に示すように共振周波数fp =205
Hzにおいて機械インピーダンスが最小となっている。こ
の周波数において測定することにより、高精度・高感度
の測定が可能になる。
SH measured in the apparatus according to the present invention
The value is obtained as being proportional to the sum of the mechanical impedance Z s of the object to be measured and the mechanical impedance Z p of the vibrating portion of the probe, that is, the mechanical impedance Z m given by Z m = Z s + Z p . Therefore, as Z p is smaller, Z m ≒ Z
s , and high measurement accuracy can be obtained. The probe used in the present invention has a resonance frequency f p = 205 as shown in FIG.
The mechanical impedance is minimum at Hz. By measuring at this frequency, highly accurate and highly sensitive measurement is possible.

【0024】測定の再現性を調べるため、硬さの異なる
3種類のシリコン材料(東洋医療研究所、LTVゴム)
を用いて実験を行った。シリコンは鍼灸教育に用いられ
るもので、生体組織のシミュレータとして適当な硬さで
ある。硬い順にシリコンH,M,Sとする。工業用アス
カー硬度計(F型)によるシリコンH,M,Sの硬度値
は、それぞれ50,45,40である。3種類のシリコ
ンをそれぞれ10回測定した結果を表1に示す。いずれ
のシリコンにおいても十分な測定の再現性が得られてい
ることがわかる。また、SHがシリコンS,M,Hの順
に大きく(硬く)なっており、アスカー硬度計での硬さ
の評価と等しくなっている。
To examine the reproducibility of the measurement, three types of silicon materials having different hardnesses (Toyo Medical Research Institute, LTV rubber)
The experiment was performed using. Silicone is used for acupuncture and moxibustion education, and has a suitable hardness as a biological tissue simulator. Silicon is assumed to be H, M, S in order of hardness. The hardness values of silicon H, M, and S measured by an industrial Asker hardness meter (F type) are 50, 45, and 40, respectively. Table 1 shows the results obtained by measuring three types of silicon 10 times. It can be seen that sufficient reproducibility of the measurement was obtained in any of the silicons. In addition, SH increases (hardens) in the order of silicon S, M, and H, which is equal to the evaluation of hardness by the Asker hardness tester.

【0025】 表1 測定の再現性 シリコンH(50) シリコンM(45) シリコンS(40) 平均値 14439 13481 11909 標準偏差 146.9 162.9 198.2 誤差(%) 1.02 1.21 1.67 誤差(%)=(標準偏差/平均値)×100 本装置を用いて、成人男子の生体表面上の5部位におい
て各部位3回ずつの測定を行い、その平均値を求めた。
結果を表2に示す。最も大きな数値が得られた前頭部と
最も小さな数値が得られた大腿部とでは、その数値の差
がおよそ4倍ある。本装置の再現性がおよそ2%以内で
あることから考えて、生体表面の硬さ評価が十分に可能
であると考えられる。
Table 1 Reproducibility of measurement Silicon H (50) Silicon M (45) Silicon S (40) Average value 14439 13481 11909 Standard deviation 146.9 162.9 198.2 Error (%) 1.02 1.21 1.67 Error (%) = (standard deviation / average value) × 100 Using this apparatus, measurement was performed three times at each of five sites on the body surface of an adult male, and the average value was obtained.
Table 2 shows the results. The difference between the forehead where the largest value was obtained and the thigh where the smallest value was obtained is about four times. Considering that the reproducibility of this apparatus is within about 2%, it is considered that the hardness of the living body surface can be sufficiently evaluated.

【0026】表2 生体表面での測定例 測定部位 SH 前頭部 43552 胸部 13651 肋骨上 14620 大腿部 11646 ふくらはぎ 13887Table 2 Example of measurement on living body surface Measurement site SH Forehead 43552 Chest 13651 Above rib 14620 Thigh 11646 Calf 13887

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明に係る硬さ測定装置および硬さ測
定用プローブの特徴は以下のとおりである。 (1)生体表面に正弦振動を加え、そのときの加速度を
検出して結果を表示するので測定後の解析が必要なく、
リアルタイムの測定が可能である。 (2)ハンディ型の測定プローブを使って生体表面への
加振と加速度の検出を行うことにより、生体表面のほと
んどすべての部位で測定を行うことができる。また、増
幅器類、表示器なども小型ケースに納めることが可能で
あるため、ポータブルタイプとなり測定の場所を選ばな
い。 (3)生体軟部の共振周波数に近い共振周波数を持つ小
型なバイモルフ型圧電セラミックを動電駆動型バイブレ
ータ、あるいはインピーダンスヘッドに代って使用する
ことにより、安価で小型軽量なハンディ型の測定プロー
ブの製作が可能である。 (4)一定の接触力で測定でき、結果の表示は10回の
積算値となるため、測定結果の信頼性が高い。 (5)生体の硬さの指標として提案したSHは単なる指
標ではなく、インピーダンスに比例した量という物理的
意味付けが可能である。
The features of the hardness measuring device and the hardness measuring probe according to the present invention are as follows. (1) A sinusoidal vibration is applied to the surface of the living body, and the acceleration at that time is detected and the result is displayed.
Real-time measurement is possible. (2) By using a handy-type measurement probe to detect vibration and acceleration on a living body surface, it is possible to perform measurement at almost all parts of the living body surface. In addition, since amplifiers, indicators, and the like can be housed in a small case, they are portable and can be used anywhere. (3) By using a small bimorph type piezoelectric ceramic having a resonance frequency close to the resonance frequency of the soft part of the living body in place of the electrodynamically driven vibrator or impedance head, an inexpensive, small and lightweight handy type measurement probe can be obtained. Production is possible. (4) Measurement can be performed with a constant contact force, and the display of the result is an integrated value of ten times, so that the reliability of the measurement result is high. (5) The SH proposed as an index of the hardness of a living body is not a simple index, but can have a physical meaning of an amount proportional to the impedance.

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

【図1】生体表面の各部位の機械インピーダンスの周波
数特性における3つの特徴的な特性を表わすグラフであ
る。
FIG. 1 is a graph showing three characteristic characteristics of frequency characteristics of mechanical impedance of each part of a living body surface.

【図2】本発明の硬さ測定装置の一実施例を表わすブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a hardness measuring device according to the present invention.

【図3】図2の演算出力回路34の詳細な構成を表わす
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of an arithmetic output circuit 34 of FIG.

【図4】図3の回路の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the circuit of FIG. 3;

【図5】本発明の硬さ測定用プローブに用いられる圧電
素子の構造を表わす図である。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a piezoelectric element used in a hardness measuring probe of the present invention.

【図6】プローブの機械インピーダンスの周波数特性を
表わすグラフである。
FIG. 6 is a graph showing frequency characteristics of mechanical impedance of a probe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…プローブ 12…測定対象 14…振動子 16,18…圧電板 20…ロードセル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Probe 12 ... Measurement object 14 ... Vibrator 16, 18 ... Piezoelectric plate 20 ... Load cell

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−71533(JP,A) 特開 昭61−240140(JP,A) 特開 平3−81641(JP,A) 特開 昭50−81382(JP,A) 特開 昭58−138456(JP,A) 特開 平1−189583(JP,A) 特開 平4−160341(JP,A) 特開 昭60−90536(JP,A) 入江、岡、山本,可搬型生体機械イン ピーダンス測定装置,電子情報通信学会 論文誌,日本,社団法人 電子情報通信 学会,1992年 2月20日,J75−D−I I 第2号,P.432−434 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 3/40 A61B 5/00 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A-4-71533 (JP, A) JP-A-61-240140 (JP, A) JP-A-3-81641 (JP, A) JP-A-50-81382 (JP, A) JP-A-58-138456 (JP, A) JP-A-1-189583 (JP, A) JP-A-4-160341 (JP, A) JP-A-60-90536 (JP, A) Irie, Oka , Yamamoto, Portable Biomechanical Impedance Measuring Device, Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, February 20, 1992, J75-DII No. 2, P. 432-434 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 3/40 A61B 5/00 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 生体の表面に一定の振幅で30Hz以上5
00Hz以下の一定の周波数で大きさが変化する力を印加
して生体表面を振動させるための振動発生手段(14,
16,28,30)と、 該振動発生手段により振動する表面の加速度を検出する
ための加速度検出手段(14,18)と、 該加速度検出手段が検出した加速度の振幅に比例する量
を算出するための振幅比例量算出手段(44,48,5
0,54)と、 前記振幅比例量算出手段が算出した振幅比例量の逆数を
算出して生体表面の硬さの評価値とする逆数算出手段
(46) とを具備することを特徴とする生体表面の硬さ
測定装置。
1. A constant amplitude of 30 Hz or more on the surface of a living body.
Vibration generating means (14, 14) for vibrating the living body surface by applying a force whose magnitude changes at a constant frequency of 00 Hz or less.
16, 28, 30), acceleration detecting means (14, 18) for detecting the acceleration of the surface vibrating by the vibration generating means, and calculating an amount proportional to the amplitude of the acceleration detected by the acceleration detecting means. Proportional amount calculating means (44, 48, 5)
0,54) and the reciprocal of the amplitude proportional amount calculated by the amplitude proportional amount calculating means
Reciprocal calculating means for calculating and evaluating the hardness value of the living body surface
(46) An apparatus for measuring hardness of a living body surface, comprising:
【請求項2】 前記振動発生手段は、生体表面に所定の
静圧で押し当てられるための振動子(14)と、該振動
子に前記変化する力を印加して生体表面に該変化する力
を印加するための振動印加器(16,28,30)を有
し、 前記加速度検出手段は、該振動子の加速度を検出するこ
とによって生体表面の加速度を検出するための加速度検
出器(18)を有する請求項記載の硬さ測定装置。
2. The vibration generating means includes: a vibrator (14) pressed against a surface of a living body with a predetermined static pressure; and a force that applies the changing force to the vibrator and applies the changing force to the surface of the living body. An acceleration detector for applying an acceleration to the surface of the living body by detecting an acceleration of the vibrator. The hardness measuring device according to claim 1, comprising:
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