JP6267237B2 - 生体軟組織の非侵襲的測定のシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、医療診断技術の分野に関し、より正確には、皮膚、筋肉、腱、及び他の生体軟組織の緊張度（tone）、生体力学的特性、及び粘弾性特性の非侵襲的測定の方法及び装置の分野に関する。
動的測定法は、一定の予圧縮下で外部から軽く急速な機械的衝撃を加えた後の生体軟組織の減衰振動の登録からなる。
皮下層の一定の予圧縮は、生体軟組織の動的測定において必須である。測定対象の筋肉又は組織の上の予圧縮層が筋肉と医療診断装置の試験端との間を橋渡し又は接続する役割を果たすので、一定の予圧縮を加えなければ、非侵襲的測定法は可能とならない。骨格筋は非常に繊細な器官であり、外部からの機械的衝撃に対する反応に限界があるので、予圧縮力は最適且つ一定でなければならない。所与の面積にわたる予圧縮力が小さすぎる場合、皮下脂肪層が十分に予圧縮されないか、又は衝撃がより深い層に達さず関与する測定対象の筋肉／組織の振動質量が小さくなり、さらに、（腱のように）剛性及び弾性が高い場合、組織が変形後にその形状を取り戻す際に試験端が測定表面から落ちてしまう。予圧縮が大きすぎる場合、組織の反応が過度に減衰され、弾性の低い小さな筋肉又は高齢者の筋肉ほど測定が不可能であり得る。
変形時の剛性及び弾性に関する生体軟組織の特徴的挙動は、多くの他の非生体物質（例えば金属）の線形応答とは異なり線形ではない。これは、動的測定法において剛性及び（弾性の指標としての）対数減少がヤング率を用いる代わりに振動加速度、速度、又は変位から直接導出される理由でもある。軟組織評価の機械的測定解決手段を適用する場合、組織の刺激を引き起こすことに関与する物理的又は電気的因子の全てが、最適化及び標準化されて経時的に一定のままでなければならない。これらの因子が一定且つ標準でなければ、測定結果は装置依存的、製造業者依存的、又はユーザ依存的となり、したがって測定結果が比較できないものとならない（would not be not comparable）。
測定結果は、標準化される以下の物理的因子に応じて変わる。
・測定機構の機械的摩擦、慣性、及び重量
・試験片の直径（測定表面の変形面積）
・予圧縮力
・衝撃力特性−振幅、形状、及び持続時間
・アクチュエータの特性
・動作温度範囲
・測定機構の機械的摩擦、慣性、及び重量
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・動作温度範囲
技術水準
浅層骨格筋の緊張度、生体力学的特性、及び粘弾性特性の非侵襲的評価には、いくつか知られている技術的解決手段及び方法がある。これらのパラメータは、
・緊張度−随意収縮をしていない状態の内因的緊張（intrinsic tension）状態−振動周波数［Ｈｚ］で示される
・生体力学的特性
‐剛性［Ｎ／ｍ］
‐弾性−対数減少で示される（単位なし）
・粘弾性特性
‐クリープ−デボラ数（単位なし）
‐機械的応力緩和時間［ｍｓ］
である。上記パラメータの客観的な評価及び監視が、浅層骨格筋の健康状態及び機能性の評価を可能にする。
浅層骨格筋の緊張度、生体力学的特性、及び粘弾性特性の非侵襲的評価には、いくつか知られている技術的解決手段及び方法がある。これらのパラメータは、
・緊張度−随意収縮をしていない状態の内因的緊張（intrinsic tension）状態−振動周波数［Ｈｚ］で示される
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‐剛性［Ｎ／ｍ］
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‐クリープ−デボラ数（単位なし）
‐機械的応力緩和時間［ｍｓ］
である。上記パラメータの客観的な評価及び監視が、浅層骨格筋の健康状態及び機能性の評価を可能にする。
いくつかの非侵襲的測定解決手段は、ＭＹＯＴＯＮＯＭＥＴＥＲ筋硬度計（stiffness meter）（非特許文献１）、ＩＭＯＴＯ筋硬度計（hardness meter）ＰＥＫ−１（非特許文献２）、変形力に対する筋肉の抵抗を登録するＮＥＵＴＯＮＥ筋硬度テスタ（非特許文献３）、外部からの電気的衝撃に対する筋肉の反応を登録するＴＥＮＳＩＯＭＹＯＧＲＡＰＨＹ（非特許文献４）である。
ＭＹＯＴＯＮＯＭＥＴＥＲ、ＩＭＯＴＯ、及びＮＥＵＴＯＮＥはいずれも、変形力に対する軟組織変位抵抗を測定して統計的に登録する、いわゆる静的測定法を利用する。
ＴＥＮＳＩＯＭＹＯＧＲＡＰＨＹは、静的測定法及び動的測定法の組み合わせを利用する。この方法の静的部分は測定対象の組織の予圧縮にあり、動的部分は外部からの電気的衝撃及びその結果としての筋収縮の登録にある。
上記方法は、装置の試験端で衝撃を発生させて測定対象の筋肉の上の皮膚表面に伝えるために、渦巻ばねと組み合わせた並進運動シャフトに基づく機械的解決手段を用いる。上記解決手段の欠点は、軟組織に加わる変形力が、以下の因子に起因して経時的に変わり得ることである：渦巻ばねのクリープ、測定機構の機械的摩擦、潤滑材の粘度、シールの剛性及び摩擦、又は測定機構で用いられるスリーブ軸受若しくは他のタイプの軸受上の汚垢粒子。
さらに、機械的測定システムが最小限の摩擦及び慣性を有することが必須である。弛緩した骨格筋は（腱とは異なり）、予圧縮された皮下層を通して機械的エネルギーを貯蔵及び回収する能力が非常に低く、こうしたエネルギーの貯蔵及び回収は、いかなる動的方法にも必要である。装置測定機構における機械的摩擦が最小であっても、大きな減衰を引き起こす結果として、感度が悪くなるか又は測定の完全な失敗さえ招く。
動的測定法の技術的解決手段は、特許文献１に記載されている。
以前の静的測定法と比べたこの動的測定法の明らかな利点は、非常に短い持続時間にわたる（筋肉だけでなく）表層軟組織の加速度グラフの形態の振動の登録である。得られる振動グラフは、リアルタイムでの測定対象の組織の上記パラメータ（緊張度、緊張状態、剛性、及び対数減少（弾性の指標として））のうち３つの同時計算を可能にする。測定時間が非常に短いので（１５０ｍｓ）、被験者は振動の登録に、したがって測定結果に、随意にも不随意にも影響を及ぼすことができない。
この解決手段では、測定対象の筋肉の上の皮下層の予圧縮は、装置測定機構の重量によってもたらされる。したがって、この解決手段は、測定が重力ベクトルと正確に平行な方向に行われて重力が一定である場合にのみ予圧縮力を生む。特許文献１の主な欠点は、重力ベクトルの方向に対して任意の角度で測定を行わなければならない場合に、一貫した測定を行うことが不可能なことである。例えば、測定方向が水平又は鉛直上向きである場合、生じる予圧縮はそれぞれゼロ又は負である。他の欠点は、回動ダブルアームレバーの慣性が大きく、レバー軸受の摩擦が比較的大きく不安定なことである。
生体軟組織の非侵襲的動的測定の技術的解決手段は、特許文献２に記載されている。この解決手段は、システムを以前の解決手段よりも高感度にする無摩擦並進運動シャフトシステムを含む。
特許文献２に記載の解決手段の欠点は、測定機構の試験端のＹ軸が重力ベクトルと平行ではないときに測定が行われる場合、測定機構の振動が重力の影響をかなり受けることである。Ｘ軸及びＹ軸が垂直であり、Ｚ軸が重力ベクトルと平行である場合、この機構が重力によって受ける影響が最大になる。これは、統計的に有意な重力に起因した測定差をもたらし得る。
http://www.neurogenic.com/pages/technical-info.php
http://www.imotoss.net/product/medical/PEK-1.html
http://www.try-all-jpn.com/english/hardness_meter/index.html
http://www.tmg.si/en/products/tmg-products/about-tensiomyography
本発明の目的は、測定機構の重量の補償、試験端の軸周りの傾き検出システム、及び最大変位を直接測定するシステムを用いた、一定の予圧縮を提供することができる、生体軟組織の緊張度、生体力学的特性、及び粘弾性特性の非侵襲的測定のシステム及び方法を提供することである。本発明は、測定機構の質量、したがってその慣性を大幅に減らすことを可能にして、測定が測定対象の軟組織の緊張状態又は特性をより正確に反映するようにする。
本発明に記載のシステム及び方法は、国際公開第２０１２／０８９２２１号から援用される無摩擦測定機構と共に、皮膚、筋肉、腱、及び生体内の他の生体軟組織の緊張度、緊張状態、生体力学的特性、及び粘弾性特性を、リアルタイムで、重力ベクトルの方向に対して任意の角度で、且つ微小重力の環境条件で、同時に一貫して確実に測定することを可能にする。
本発明によれば、試験端と、試験端に力を加えるよう構成されたアクチュエータと、試験端の運動を感知するセンサとを備えた、生体軟組織の緊張度、緊張状態、生体力学的特性、及び粘弾性特性の非侵襲的測定のシステムであって、制御信号をアクチュエータに供給することで生体組織が試験端による荷重を受けるようにする信号発生回路であり、試験端を通して生体組織に作用する重量成分に従って信号発生回路が供給した信号を調整して、生体組織が受ける荷重が事前設定値を有するようにする手段を含む、信号発生回路と、衝撃信号（impulse signal）をアクチュエータに供給することで、生体組織が試験端による機械的衝撃を受けるようにする衝撃信号発生回路とを備えたシステムが提供される。
本発明は、測定対象の組織の上の皮下層を予圧縮するために、測定方向に関係なく一定の予圧縮力が装置試験端によって皮膚表面に伝えられることを確実にする。装置の試験端は、測定対象の組織の上の測定表面に対して垂直に配置され得る。
本発明は、重量補償機構を備え、測定機構の質量が変わった場合に、補償機構は、測定機構の重量が結果として変わるにもかかわらず重力下で同じ予圧縮力を全方向で保つことを可能にする。
本発明のシステム及び方法の利点は以下の通りである。本システムは、皮下層の予圧縮が動的測定法の主要部分であるような、また測定対象の組織の上の皮膚表面との物理的接触が必須であるような、無摩擦軟組織診断解決手段で用いることができる。これらの条件の両方が、測定対象の組織に予圧縮力を伝えると共に外部からの機械的又は電気的衝撃に対する組織の反応を登録するために必要である。本システムは、重力場及び微小重力における上記パラメータの動的測定法に用いることができる。位置又は変位センサを利用した最大変位の直接測定（剛性の計算に必要）の精度が、変位を振動加速度信号から導出する場合よりも高いことが理解されよう。機械的変形衝撃の持続時間が短い（例えば１５ｍｓ）ことの利点は、軟組織の最大変形が変形衝撃の終了後数ミリ秒しか起こらないことである。したがって、最大変位は、装置の逆方向の移動及び測定対象の骨格筋又は他の組織の潜在的な神経学的反応の前に登録される。これにより、前述の静的測定解決手段で必要であるような基準始点が不要であり、且つ測定の登録の瞬間が被験者の影響を受けない状況が得られる。さらに、（Ｍｙｏｔｏｎｏｍｅｔｅｒの場合の３０ｍｍディスク等の）基準始点用の試験端の周りのディスク状の機械的アイテムが不要なので、皮膚表面上の測定位置が見え、より小さな組織をより正確に測定できるようになる。
予圧縮は、
使用コンポーネントの差及び測定機構のわずかな重量差に対応する（account for）よう必要に応じて較正され、
経時的に一定であり、
客観的であり且つ本システムによって自動的に制御され、
ユーザから独立しており、
地球上の重力のわずかな差とは無関係であり、且つ
測定方向及び重力ベクトルとは無関係である。
使用コンポーネントの差及び測定機構のわずかな重量差に対応する（account for）よう必要に応じて較正され、
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地球上の重力のわずかな差とは無関係であり、且つ
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単なる例として添付図面を参照して本発明をより正確に説明する。
図１を参照すると、感知機器１００は、電子回路１２０を収容すると共に軟組織１２５に対して保持され得るロッド又は試験端１を貫通させる開口を画定するハウジング１１０を備える。試験端１は、磁心１３２を含む矩形のフレーム１３０に取り付けられる。フレーム１３０は、両端で薄い板ばね１３４ａ及び１３４ｂによってハウジング１１０内に弾性支持され、板ばね１３４ａ及び１３４ｂは、他端で棒１３６によって支持され、棒１３６は、ハウジング１１０に固定されるか又はハウジング１１０と一体である。フレーム１３０のいかなる運動もセンサ２によって検出されることができ、センサ２は、この実施形態ではフレーム１３０に装着された３軸加速度計である。磁心１３２は、駆動コイル１４０内に位置し、駆動コイル１４０に供給された電流が磁心１３２を動かすようになっているので、アクチュエータ３を構成し、したがって試験端１をそれ自体の長手方向軸に沿って動かす。軟組織１２５に接触する試験端１の端は、例えば円形で直径３ｍｍであり得る。薄筋の、特にコンプライアントな軟組織の測定を行う際には、試験端１により大きな直径の、例えば直径５ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、又は１０ｍｍの先端を設けることが望ましいであろう。
試験端１の長手方向軸は、Ｙ軸と称することができる。Ｘ軸は、フレーム１３０の両端で２つの板ばね１３４ａ及び１３４ｂによって画定された平面と平行なので、図１の平面内にあり、Ｚ軸は、これら２つの板ばね１３４ａ及び１３４ｂによって画定された平面に直交する。
次に図２を参照すると、これは、試験端１、センサ２、及びアクチュエータ３を概略的に示すものであり、電子回路１２０をブロック図として示す。センサ２からの信号８．４は、３つの加速度又は重力成分Ｘ、Ｙ、及びＺをデジタル信号として表すものであり、センサスケーリングユニット９に供給される。スケーリングユニット９は、可能性のある信号のオフセットを特定し、機器１００の較正中に求められる一定のスケールファクターによって信号を増幅させることもできる。スケーリングされたＹ軸信号成分８．１は、測定登録システム１１に供給され、そうして得られた信号出力から軟組織１２５の緊張状態、生体力学的特性、及び粘弾性特性を計算することができる。測定登録システム１１は、信号の解析も行い、信号に例えば信号処理を施して軟組織減衰振動に特徴的でない低周波数及び高周波数を排除し、且つ計算に必要な最大及び最小極値を求める。種々のパラメータが、計算されて機器１００の測定登録システム１１内に記憶される。個々の測定又は複数の測定から計算されたパラメータ又は振動信号は、例えば、さらなる解析のためにポータブルコンピュータ（図示せず）に供給され得る。
スケーリングされた信号は、続いてローパスフィルタ４に供給される。ローパスフィルタ４は、Ｘ方向の加速度又は重力場成分を表す出力信号８．２を提供し、これがコンパレータユニット１２に供給され、またＹ方向の加速度又は重力場成分を表す出力信号８．５を提供し、これが１つの入力として加算ユニット５に供給される。加算ユニット５には、固定力予圧縮信号発生器６及び衝撃信号発生器７からの信号も供給される。信号発生器６は、試験端１によって軟組織１２５に加えられる所望の予圧縮力である固定力に対応する信号を提供する。衝撃信号発生器７からの信号は、所定の時間変化を有する試験端１によって軟組織１２５に加えられる衝撃力に対応する。信号発生器６及び７からの信号は、加算ユニット５によって加算されるが、Ｙ軸と平行に試験端１に作用する重量の成分に対応する信号８．５は、加算ユニット５によって減算される。加算ユニット５からの出力は、アクチュエータスケーリングユニット１０を通してアクチュエータ３のコイル１４０に供給される。
機器１００の較正中、アクチュエータスケーリングユニット１０によって加えられるスケーリングファクターが調整され、このとき、機器１００は、Ｙ軸が重力ベクトルと平行な状態ではあるが（図示の向きと比べて）上下逆で保持され、デジタル信号がスケーリングユニット１０に供給されて、アクチュエータ３が測定機構の重量のバランスをとるようにする。
測定に用いる際、加算ユニット５が、アクチュエータスケーリングユニット１０に、したがってアクチュエータ３に印加される信号を、信号８．５で表されるように機器１００の向きに従って、それゆえ重力ベクトルに関してＹ軸の向きに従って、連続的に調整することが理解されよう。これにより、いかなる測定中も、アクチュエータスケーリングユニット１０に、したがってアクチュエータ３に加えられる一定の値を予圧縮力が有することが確実になる。
コンパレータユニット１２は、Ｘ軸に対して垂直な重力の成分に対応する信号８．２を所定の限度と比較する。信号が、重力場強度Ｇプラスマイナス小数（fraction）Ｃに対応し得るこれらの所定の限度内にある限り、コンパレータユニット１２は、衝撃信号発生器７が出力を提供できるようにする信号８．３を提供する。コンパレータユニット１２は、照明ディスプレイも提供し得るインジケータ１３に、信号が限度内にあるか否かを示す対応の信号も供給する。例えば、小数Ｃは、０．１又は０．２であり得る。したがって、機器１００を大きく傾けすぎて、Ｘ軸が重力ベクトルに対して垂直から離れすぎた場合、測定を行うことができない。一例では、Ｘ軸の最大傾斜角は１５°であり得る。
コンポーネントの目的
機器１００の使用の際、機器ケース１１０は、試験端１を測定対象の軟組織１２５の上の皮膚表面に当てて試験端１の所定の部分が突出するまで皮膚表面に押し付けられる。これは、（図１に示すように）試験端１上のマーカ１０４で示すことができ、これは、板ばね１３４ａ及び１３４ｂが非緊張状態にある位置である。この位置決めは、正確である必要はなく、公差は、例えばプラスマイナス１．５ｍｍであり得る。この位置は測定位置である。位置が正確でこの公差内にある場合、これがインジケータ１３によって示される。固定力信号発生器６は、Ｙ方向に試験端１に作用する力が、Ｙ軸と平行な重力成分を表す信号８．５の減算後のＹ軸と平行なフレーム１３０の重量（磁心１３２及び試験端１の重量を含む）の成分及び固定力信号発生器６からの信号に対応する力となるように、その信号を提供する。これら２つの力は、軟組織１２５に対して必要な一定の予圧縮力をもたらす。
機器１００の使用の際、機器ケース１１０は、試験端１を測定対象の軟組織１２５の上の皮膚表面に当てて試験端１の所定の部分が突出するまで皮膚表面に押し付けられる。これは、（図１に示すように）試験端１上のマーカ１０４で示すことができ、これは、板ばね１３４ａ及び１３４ｂが非緊張状態にある位置である。この位置決めは、正確である必要はなく、公差は、例えばプラスマイナス１．５ｍｍであり得る。この位置は測定位置である。位置が正確でこの公差内にある場合、これがインジケータ１３によって示される。固定力信号発生器６は、Ｙ方向に試験端１に作用する力が、Ｙ軸と平行な重力成分を表す信号８．５の減算後のＹ軸と平行なフレーム１３０の重量（磁心１３２及び試験端１の重量を含む）の成分及び固定力信号発生器６からの信号に対応する力となるように、その信号を提供する。これら２つの力は、軟組織１２５に対して必要な一定の予圧縮力をもたらす。
一定の予圧縮状態に達すると、試験端１、したがって軟組織１２５に短時間の付加的な機械的力を受けさせる衝撃信号が、衝撃信号発生器７によって提供される。軟組織１２５は、減衰振動を受けるので、試験端１も同じ振動を受けるようになり、センサ２は、振動の登録を可能にする。この例では、振動は、試験端１が軟組織１２５によって与えられる加速度を記録することによって登録される。したがって、測定登録システム１１は、この加速度を表すデジタル信号を受け取る。試験端１の変位が、加速度信号８．１を２回積分することによって導かれることが理解されよう。
センサスケーリングユニット９は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の加速度成分の信号オフセット誤差及びセンサ２の感度を補償する。軸オフセット及びゲイン誤差パラメータは、較正プロセスの結果として設定される。センサスケーリングユニット９は、加速度センサ２の信号に従って重力補償値を計算し、Ｘ軸成分８．２をコンパレータユニット１２に送り、Ｙ軸重力場成分を表す信号８．５を加算ユニット５に（重力補償目的で）送り、測定信号のＹ軸成分８．１を測定登録システム１１に送る。Ｚ軸成分も、Ｘ軸及びＹ軸成分と共に、永久重力場における測定機構の向きの計算に、又は軟組織の振動若しくは最大変位が登録されたときの運動関連総重力及びその方向の計算に用いられ得る。
力アクチュエータ３は、予圧縮力及び機械的衝撃力を発生させる。ローパスフィルタ４は、Ｙ軸測定信号関連の高周波数を除去し、永久重力加速度信号のクリーンなＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸成分を提供する。加算ユニット５は、所定の固定力予圧縮信号６を加算し、ローパスフィルタ４からの永久重力加速度信号８．５のＹ軸成分を減算する。衝撃信号発生器７は、所定の振幅、形状、及び持続時間の衝撃信号を発生させる。Ｙ軸成分測定信号８．１は、測定パラメータの計算に用いられる。アクチュエータスケーリングユニット１０は、異なる装置で等しい力放出を確保するためにアクチュエータゲインを較正する。力放出の差は、考えられる構成コンポーネントの差に由来する。測定登録システム１１は、組織反応登録システムである。コンパレータユニット１２は、永久重力加速度信号のＸ軸成分８．２が所定の限度内にあるか否かを調べる。インジケータ１３は、システムが所定の限度内にあるか所定の限度外にあるかに関する警告／情報をユーザに与える。
軟組織１２５の測定時の、Ｘ軸が重力ベクトルに対して垂直ではないような機器１００の傾きが、センサ２の永久重力加速度信号のＸ軸成分８．２によって測定された後に、組織の測定を行うことができる。Ｘ軸が重力ベクトルに対して垂直である場合、Ｘ軸の加速度信号値はゼロである。Ｘ軸の加速度信号値がゼロでなく、所定の限度（Ｃ×Ｇ）を超えない値である場合、重力ベクトルに対する向きは許容可能であり、機器１００は測定を行うことができる。値が所定の限度の範囲にない場合、機器１００を所定の限度内の位置に移動させるまで測定は許されない。
測定を行う場合、試験端１は、測定対象の生体軟組織１２５（例えば、浅層骨格筋）の上の皮膚表面に対して垂直に配置され得る。表面の向きによって、重力ベクトルの方向に関する測定方向が決まる。上述のように一定の予圧縮を加えた後、衝撃信号発生器７からの衝撃信号が、得られる一定予圧縮信号に加算ユニット５によって加算され、アクチュエータスケーリングユニット１０を通してアクチュエータ３に送られる。アクチュエータ３は、試験端１を通して測定表面に一定の圧縮力及び衝撃を伝える。
一定の予圧縮下で衝撃が伝えられて素早く解除された後、測定対象の組織１２５は、減衰振動の形態で即座に反応し、ａ）測定対象の組織、ｂ）組織上の予圧縮皮下層、ｃ）試験端１、ｄ）フレーム１３０、及びｅ）センサ２の共振動（co-oscillation）を引き起こす。センサ２は、組織反応を登録し、Ｙ軸成分測定信号８．１を測定登録システム１１に送る。
予圧縮が、加算ユニット５を介した固定力予圧縮信号発生器６からの信号に応答して、部分的にフレーム１３０の重量によって、また部分的にアクチュエータ３によって与えられるので、予圧縮に影響を及ぼすことなくフレーム１３０の質量を最小化することができる。例えば、所望の予圧縮力が０．１８ニュートン（Ｎ）である状況では、これは、予圧縮力をＹニュートンとする質量Ｘグラムのフレームによって与えられる場合があり、残りの予圧縮力は、アクチュエータ３によって与えられる（０．１８ニュートン−Ｙニュートン）。機器１００が、重量がＹ軸の方向に作用する向きにある場合、アクチュエータ３が与える力は、加算ユニット５に印加される信号８．５により所望の予圧縮力を提供するよう自動的に調整されることも理解されよう。例えば、機器１００が図１に示すものと比べて上下逆である場合、アクチュエータ３が与える力は、予圧縮に必要な力にフレーム１３０の重量を足したものに等しくなるが、図１に示す向きでは、アクチュエータ３が与える力は、予圧縮に必要な力からフレーム１３０の重量を引いたものに等しい。したがって、本発明は、フレームの質量を最小化することを可能にする。このとき全振動質量のうちフレーム１３０の質量が占める割合が小さくなるので、慣性の低下により、軟組織１２５の振動についてより代表的な測定を行うことが可能になる。
機器１００は、加速度計２をセンサとして組み込むように上述されている。代替的なセンサを用いてもよいことが理解されよう。例えば、試験端１又は関連のフレーム１３０の運動を、速度用の、又は変位若しくは位置用のセンサによって、又は荷重センサによって代わりに監視する場合がある。
次に図３を参照すると、変更型の感知機器２００は、上述の機器１００と共通の特徴を多く有する。これは、フレーム１３０が、試験端１及びフレーム１３０の変位を表す出力信号８．６を提供する位置センサ又は変位センサ２１を担持する点が異なる。この信号は、測定登録システム１１に直接供給され得る。加速度計２２が電子回路１２０内に含まれるが、フレーム１３０には装着されない。機器１００に関して説明したように、加速度計２２からの信号８．４は、センサスケーリングユニット９によってスケーリングされるオフセット及びゲインに対応するよう処理されて、重力のＸ軸成分を表す信号８．２及び重力のＹ軸成分を表す信号８．５を提供する。
他の点では、機器２００は、機器１００に関して上述したのと同じ方法で動作する。機器２００は、試験端１が測定対象の生体軟組織（例えば、浅層骨格筋）の上の皮膚表面に対して垂直であり得るように配置され、試験端１の適当な長さを（±１．５ｍｍの公差内で）突出させて所定位置に動かされる。予圧縮システムは、軟組織１２５の上の皮下組織層を圧縮するために一定の予圧縮を発生させ、アクチュエータ３は、フレーム１３０の重量と共に、試験端１を通して測定対象の組織１２５に一定の目標変形力を与える。衝撃信号発生器７は、加算ユニット５及びアクチュエータスケーリングユニット１０を通してアクチュエータ３に衝撃信号を送る。センサ２１は、変位を測定し、結果を測定登録システム１１に送る。続いて、変位が組織の剛性等の特性の計算に用いられる。
機器２００の変更形態では、図２に関して説明したように、試験端１に接続されたフレーム１３０が、位置センサ２１及び加速度センサ２の両方を担持し得る。
Claims (11)
- 板ばねによってハウジング内に弾性支持されＹ軸に沿って移動可能な試験端と、
該試験端に力を加えるよう構成されたアクチュエータと、
衝撃信号をアクチュエータに供給することで生体組織が前記試験端による機械的衝撃を受けるようにする衝撃信号発生回路と、
前記試験端の運動を感知するセンサと
を備えた、生体軟組織の緊張度、緊張状態、生体力学的特性、又は粘弾性特性の非侵襲的測定のシステムであって、
制御信号を前記アクチュエータに供給することで前記生体組織が前記試験端による荷重を受けるようにする信号発生回路であり、前記試験端を通して前記生体組織に作用する重量成分に従って前記信号発生回路が供給した前記信号を調整して、前記生体組織が受ける前記荷重が事前設定値を有するようにする信号調整手段を含む、信号発生回路と、
重力場の前記Ｙ軸成分を表す補償信号を供給する加速度計と
を更に備え、
前記信号調整手段は、前記信号発生回路からの前記制御信号及び重力場の前記Ｙ軸成分を表す前記補償信号が供給される加算ユニットであり、
前記加算ユニットは、前記信号発生回路からの前記制御信号を加算し、重力場の前記Ｙ軸成分を表す前記補償信号を減算するように構成され、
前記加算ユニットには、前記衝撃信号発生回路からの前記衝撃信号が供給され、
前記衝撃信号は、前記加算ユニットによって加算され、
前記加算ユニットの出力が前記アクチュエータに供給されて、一定の予圧縮下で前記機械的衝撃が伝えられて素早く解除される、システム。 - 請求項１に記載のシステムであって、前記試験端の運動を感知する前記センサは、加速度又は重力場強度を表す信号を生成する加速度計であり、該システムは、前記加速度計から得られる信号を受け取って前記加算ユニットに前記補償信号を供給するローパスフィルタも備えるシステム。
- 請求項１に記載のシステムにおいて、前記センサは、加速度計、位置センサ、変位センサ、速度センサ、又は荷重センサの少なくとも１つを含むシステム。
- 請求項１に記載のシステムにおいて、前記試験端の運動を感知する前記センサは、位置又は変位センサであり、該システムは、重力場強度を表す信号を提供する加速度計も備えるシステム。
- 請求項４に記載のシステムにおいて、前記試験端の運動を感知する加速度計も備えたシステム。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステムにおいて、重力ベクトルに対する該システムの傾きを表す信号を導出する手段、及び前記傾きが事前設定限度内にあるか否かを監視するモニタも備えたシステム。
- システムを用いて生体軟組織の緊張度、緊張状態、生体力学的特性、又は粘弾性特性の非侵襲的測定を行う方法であって、
該システムは、
板ばねによってハウジング内に弾性支持されＹ軸に沿って移動可能な試験端と、
該試験端に力を加えるよう構成されたアクチュエータと、
衝撃信号を前記アクチュエータに供給することで生体組織が前記試験端による機械的衝撃を受けるようにする衝撃信号発生回路と、
前記試験端の運動を感知するセンサと、
制御信号を前記アクチュエータに供給することで前記生体組織が前記試験端による荷重を受けるようにする信号発生回路であり、前記試験端を通して前記生体組織に作用する重量成分に従って前記信号発生回路が供給した前記信号を調整して、前記生体組織が受ける前記荷重が事前設定値を有するようにする信号調整手段を含む、信号発生回路と、
重力場の前記Ｙ軸成分を表す補償信号を供給する加速度計と
を備え、
前記信号調整手段は、前記信号発生回路からの前記制御信号及び重力場の前記Ｙ軸成分を表す前記補償信号が供給される加算ユニットであり、
前記試験端を測定対象の前記生体軟組織の上の皮膚表面と接触させて、前記システムを前記板ばねが非緊張状態となる測定開始位置にするステップと、
前記信号発生回路からの前記制御信号を加算し、重力場の前記Ｙ軸成分を表す前記補償信号を減算するように構成され、出力が前記アクチュエータに供給される前記加算ユニットを介して、前記制御信号を前記アクチュエータに供給して前記生体組織が一定の予圧縮のための定常荷重を受けるよう前記信号発生回路を構成するステップと、
前記加算ユニットによって加算された前記衝撃信号を、前記加算ユニットを介して前記アクチュエータに供給して、一定の予圧縮下で前記機械的衝撃が伝えられて素早く解除されるよう前記衝撃信号発生回路を構成するステップと、
得られる前記試験端の運動を前記センサで感知するステップであり、前記試験端の長手方向軸と平行な運動成分が測定登録システムに供給されるステップと
を含む方法。 - 請求項７に記載の方法において、前記センサによって感知される前記運動は加速度である方法。
- 請求項７又は８に記載の方法において、前記補償信号を供給する前記加速度計は、前記試験端の加速度を感知するよう構成された加速度計である方法。
- 請求項９に記載の方法において、前記加速度計からの信号は、ローパスフィルタを通した前記Ｙ軸と平行な加速度成分に対応する方法。
- 請求項７又は８に記載の方法において、前記補償信号を供給する前記加速度計は、前記試験端の加速度を感知するよう構成されない加速度計である方法。
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