JP7051112B2 - 皮膚の粘弾性特性測定方法およびこれを用いた装置 - Google Patents
皮膚の粘弾性特性測定方法およびこれを用いた装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7051112B2 JP7051112B2 JP2019003364A JP2019003364A JP7051112B2 JP 7051112 B2 JP7051112 B2 JP 7051112B2 JP 2019003364 A JP2019003364 A JP 2019003364A JP 2019003364 A JP2019003364 A JP 2019003364A JP 7051112 B2 JP7051112 B2 JP 7051112B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- skin
- indenter
- measuring
- repulsive force
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Description
図1では、押込み量2mm、押込み周波数2Hzの条件で測定されているが、測定周波数は、図1のヒステリシス曲線の面積が最大となる周波数、すなわち被測定粘弾性体の損失が極大値を示す周波数に選ぶことが望ましく、具体的には、各測定部位に対して、動的粘弾性測定法により、周波数を変化させて求めた損失弾性率E’’(ω)が極大値を示す周波数を選ぶのが最も適していると考えられる。
また、前述したヒステリシス曲線の面積が極大となる周波数f0と緩和時間τとの間には数式5の関係があるため、緩和時間τが求められれば、数式6より、ヒステリシス曲線の面積が極大となる周波数f0を求めることができる。
また、応力緩和特性測定法においても、小形でハンディー型のプローブに内蔵するのが可能な荷重センサが求められている。
皮膚の表面に、略半球状の圧子を瞬時に所定の量だけ押し込んで保持する工程と、
前記圧子を皮膚の表面に押し込んだ直後からの経過時間に対する前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する工程と、
前記経過時間に対する前記反発力の測定データの測定開始から2秒以内のデータに修正指数関数に対するパラメータ推定法を適用して皮膚の粘弾性特性を3素子型標準線形固体モデルの応力緩和関数で近似した場合のパラメータを求める工程と、
前記パラメータから、皮膚の複素弾性率を求める工程と、
前記皮膚の複素弾性率を用いて、皮膚のかたさおよび皮膚のハリを数値化する工程と、
を含むことを特徴とする皮膚の粘弾性特性測定方法が得られる。
皮膚の表面に、略半球状の圧子を瞬時に所定の量だけ押し込んで保持する工程と、
前記圧子を皮膚の表面に押し込んだ直後からの経過時間に対する前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する工程と、
前記経過時間に対する前記反発力の測定データから、押込み直後の反発力の値と、測定開始から0.2秒以内の第一の経過時間とそのときの第一の反発力の値と、測定開始から2秒以内の第二の経過時間とそのときの第二の反発力の値を用い、これらの測定値を満足する皮膚の粘弾性特性を3素子型標準線形固体モデルの応力緩和関数で近似した場合のパラメータを求める工程と、
前記パラメータから、皮膚の複素弾性率を求める工程と、
前記皮膚の複素弾性率を用いて、皮膚のかたさおよび皮膚のハリを数値化する工程と、
を含むことを特徴とする皮膚の粘弾性特性測定方法が得られる。
請求項1または請求項2に記載の粘弾性特性測定方法に用いられる粘弾性特性測定装置であって、
皮膚の表面に、略半球状の圧子を瞬時に所定の量だけ押し込んで保持する手段と、
前記圧子を皮膚の表面に押し込んだ直後からの経過時間に対する前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する手段と、
前記経過時間に対する前記反発力の測定データを用いて、皮膚の粘弾性特性を3素子型標準線形固体モデルの応力緩和関数で近似した場合のパラメータを求める手段と、
前記パラメータから、皮膚の複素弾性率を求める手段と、
前記皮膚の複素弾性率を用いて、皮膚のかたさおよび皮膚のハリを数値化する手段と、
を備えることを特徴とする皮膚の粘弾性特性測定装置が得られる。
前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する手段として、矩形弾性体板の中央部に、板面に垂直に先端部の形状が略半球状の柱状圧子を備え、前記矩形弾性体板の主面の幅方向の二等分線に対称で、かつ前記柱状圧子の形成位置に対称な4カ所に歪ゲージを備えた圧力センサを用いることを特徴とする請求項3に記載の皮膚の粘弾性特性測定装置が得られる。
ハンディー型のプローブへの搭載が容易な、構造が簡単で小型化が容易な圧力センサを用いて、動的粘弾性測定法により得られるのと同じ複素弾性率E*(ω)と同じ特性の測定が可能で、長くても2秒以内の皮膚の応力緩和特性の測定データから、3素子型標準線形固体モデルで近似させた応力緩和関数のパラメータを求めることができ、得られたパラメータを用いて、皮膚の粘弾性特性測定方法およびこれを用いた装置を提供することができる。
反発力は皮膚の弾性率に比例するので、得られた測定データは、図2に示すような応力緩和特性を示すことになり、図2の応力緩和特性の測定データから、「修正指数関数のパラメータ推定法」を用いて、短時間で数式1の応力緩和関数のパラメータEe、E1、τを求めている。
修正指数関数は、一般に数式7で表される関数で、tは0、1、2・・という値をとる時間変数で、a<0、0<b<1のとき、図4に示す関数となり、修正指数関数の3個の未知パラメータK、a、bは、応力緩和特性の測定データから以下の手順1および手順2により求めることができる。修正指数関数の3個パラメータK、a、bが得られれば、手順3により、数式1の応力緩和関数のパラメータEe、E1、τを求めることができる。
(手順2) 図5の部分和S1、S2 、S3を用いて、数式8、数式9、数式10から、修正指数関数のパラメータb、a、Kを求める。
つまり、図6からわかるように、修正指数関数を用いた近似法では、1つのグループのデータ数nにより近似精度の良い経過時間領域が変化するとともに、得られた数式1の応力緩和関数のパラメータEe、E1、τの値も変化している。しかし、本来、皮膚の粘弾性特性などの現実の粘弾性体の応力緩和特性は、広い経過時間領域で図2および図3に示した、「3素子型標準線形固体モデル」で近似させることが困難であるので、本発明の修正指数関数によるパラメータ推定法を適用することにより、1つのグループのデータ数nによる近似精度および近似限界などが明らかになり、測定対象を皮膚などに限定するとともに、1つのグループのデータ数nを適切に選ぶことにより、皮膚の粘弾性特性に関する有効なデータを得ることができる。
この近似方法(以下、単に数値計算法と呼ぶ)は、図2の応力緩和特性の測定データに対して、t=t1の時のE(t1)と、t=t2の時のE(t2)、および弾性率Eの初期値E0=E(0)=Ee+E1を与えて、永久弾性率Eeと緩和弾性率E1を求める方法である。
上記仮定より、 数式14、数式15が得られ、さらに、数式14、数式15から、 数式16と数式17の連立方程数式が得られる。
図8において、円柱状圧子3の先端に荷重が印加されると、矩形弾性体板2が撓み、この撓
みに比例した電圧を前記歪ゲージ式圧力センサ5により検出することができる。
4個の歪ゲージを図9のように配置することにより、もし、前記円柱状圧子3の先端に、円柱状圧子3を前記矩形弾性体板2の長さ方向に傾ける力が作用した場合、歪ゲージ41と42の出力電圧が増加すると歪ゲージ43と44の出力電圧が減少し、逆に歪ゲージ41と42の出力電圧が減少すると歪ゲージ43と44の出力電圧が増加する。その結果、前記円柱状圧子3を前記矩形弾性体板2の長さ方向に傾ける力が作用した場合でも、4個の歪ゲージの出力電圧の和を求めることにより、前記円柱状圧子3の長さ方向の荷重成分を正しく検出することができる。
以上説明した効果により、4個の歪ゲージを図9ように配置し、4個の歪ゲージの出力電圧の和を求めることにより、前記円柱状圧子3の長さ方向の荷重成分を正しく検出することができる。
測定プローブを皮膚に垂直に当接した状態で、前記電磁ソレノイド11を駆動させることにより、プローブをより正しい位置で保持した状態で、前記円柱状圧子3を突出させることが可能となり、より高精度の測定が可能となる。
2:矩形弾性体板
3:円柱状圧子
4,41,42,43,44:歪ゲージ
5:歪ゲージ式圧力センサ
6:センサホルダ
7:微小隙間
8:センサユニットホルダ
9:プローブ端面
10:開口部
Claims (4)
- 皮膚の表面に、略半球状の圧子を瞬時に所定の量だけ押し込んで保持する工程と、
前記圧子を皮膚の表面に押し込んだ直後からの経過時間に対する前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する工程と、
前記経過時間に対する前記反発力の測定データの測定開始から2秒以内のデータに修正指数関数に対するパラメータ推定法を適用して皮膚の粘弾性特性を3素子型標準線形固体モデルの応力緩和関数で近似した場合のパラメータを求める工程と、
前記パラメータから、皮膚の複素弾性率を求める工程と、
前記皮膚の複素弾性率を用いて、皮膚のかたさおよび皮膚のハリを数値化する工程と、
を含むことを特徴とする皮膚の粘弾性特性測定方法。 - 皮膚の表面に、略半球状の圧子を瞬時に所定の量だけ押し込んで保持する工程と、
前記圧子を皮膚の表面に押し込んだ直後からの経過時間に対する前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する工程と、
前記経過時間に対する前記反発力の測定データから、押込み直後の反発力の値と、測定開始から0.2秒以内の第一の経過時間とそのときの第一の反発力の値と、測定開始から2秒以内の第二の経過時間とそのときの第二の反発力の値を用い、これらの測定値を満足する皮膚の粘弾性特性を3素子型標準線形固体モデルの応力緩和関数で近似した場合のパラメータを求める工程と、
前記パラメータから、皮膚の複素弾性率を求める工程と、
前記皮膚の複素弾性率を用いて、皮膚のかたさおよび皮膚のハリを数値化する工程と、
を含むことを特徴とする皮膚の粘弾性特性測定方法。 - 請求項1または請求項2に記載の粘弾性特性測定方法に用いられる粘弾性特性測定装置であって、
皮膚の表面に、略半球状の圧子を瞬時に所定の量だけ押し込んで保持する手段と、
前記圧子を皮膚の表面に押し込んだ直後からの経過時間に対する前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する手段と、
前記経過時間に対する前記反発力の測定データを用いて、皮膚の粘弾性特性を3素子型標準線形固体モデルの応力緩和関数で近似した場合のパラメータを求める手段と、
前記パラメータから、皮膚の複素弾性率を求める手段と、
前記皮膚の複素弾性率を用いて、皮膚のかたさおよび皮膚のハリを数値化する手段と、
を備えることを特徴とする皮膚の粘弾性特性測定装置。 - 前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する手段として、矩形弾性体板の中央部に、板面に垂直に先端部の形状が略半球状の柱状圧子を備え、前記矩形弾性体板の主面の幅方向の二等分線に対称で、かつ前記柱状圧子の形成位置に対称な4カ所に歪ゲージを備えた圧力センサを用いることを特徴とする請求項3に記載の皮膚の粘弾性特性測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019003364A JP7051112B2 (ja) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | 皮膚の粘弾性特性測定方法およびこれを用いた装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019003364A JP7051112B2 (ja) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | 皮膚の粘弾性特性測定方法およびこれを用いた装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020112436A JP2020112436A (ja) | 2020-07-27 |
JP7051112B2 true JP7051112B2 (ja) | 2022-04-11 |
Family
ID=71667438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019003364A Active JP7051112B2 (ja) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | 皮膚の粘弾性特性測定方法およびこれを用いた装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7051112B2 (ja) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006250557A (ja) | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Citizen Watch Co Ltd | 硬さ計 |
JP2009198481A (ja) | 2008-01-23 | 2009-09-03 | Nec Corp | 応力解析装置及び方法 |
JP2011130805A (ja) | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Moritex Corp | 肌特性測定装置、肌特性測定方法およびプログラム |
US20120118071A1 (en) | 2010-09-15 | 2012-05-17 | Fraunhofer Usa, Inc. | Methods and apparatus for detecting cross-linking in a polymer |
JP2012234229A (ja) | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Dunlop Sports Co Ltd | 複合ヘッドのモード減衰比を予測する方法 |
JP2014038089A (ja) | 2012-07-20 | 2014-02-27 | Tanita Corp | 粘弾性測定装置 |
WO2015059878A1 (ja) | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 国立大学法人東京農工大学 | 粘性係数算出装置、押込試験装置、引張試験装置、粘性係数算出方法およびプログラム |
WO2016194468A1 (ja) | 2015-06-05 | 2016-12-08 | 日立マクセル株式会社 | 粘弾性計算システムおよび粘弾性測定方法 |
JP2018083005A (ja) | 2016-11-25 | 2018-05-31 | 花王株式会社 | 肌評価方法及び肌評価装置 |
-
2019
- 2019-01-11 JP JP2019003364A patent/JP7051112B2/ja active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006250557A (ja) | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Citizen Watch Co Ltd | 硬さ計 |
JP2009198481A (ja) | 2008-01-23 | 2009-09-03 | Nec Corp | 応力解析装置及び方法 |
JP2011130805A (ja) | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Moritex Corp | 肌特性測定装置、肌特性測定方法およびプログラム |
US20120118071A1 (en) | 2010-09-15 | 2012-05-17 | Fraunhofer Usa, Inc. | Methods and apparatus for detecting cross-linking in a polymer |
JP2012234229A (ja) | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Dunlop Sports Co Ltd | 複合ヘッドのモード減衰比を予測する方法 |
JP2014038089A (ja) | 2012-07-20 | 2014-02-27 | Tanita Corp | 粘弾性測定装置 |
WO2015059878A1 (ja) | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 国立大学法人東京農工大学 | 粘性係数算出装置、押込試験装置、引張試験装置、粘性係数算出方法およびプログラム |
WO2016194468A1 (ja) | 2015-06-05 | 2016-12-08 | 日立マクセル株式会社 | 粘弾性計算システムおよび粘弾性測定方法 |
JP2018083005A (ja) | 2016-11-25 | 2018-05-31 | 花王株式会社 | 肌評価方法及び肌評価装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020112436A (ja) | 2020-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Samani et al. | Measuring the elastic modulus of ex vivo small tissue samples | |
Lucas et al. | The dynamics of frequency-specific, depth-sensing indentation testing | |
Turgay et al. | Identifying the mechanical properties of tissue by ultrasound strain imaging | |
US6289734B1 (en) | In-situ non-destructive audiosonic identification system for visco-elastic materials | |
Qiang et al. | Estimating material elasticity by spherical indentation load-relaxation tests on viscoelastic samples of finite thickness | |
JP4154720B2 (ja) | 粘弾性体表面の力学特性測定装置 | |
Lubinski et al. | Adaptive strain estimation using retrospective processing [medical US elasticity imaging] | |
JP2022036270A5 (ja) | ||
JPH0221840A (ja) | 柔軟な生体組織の内部に侵入しない弾性音響波を測定する装置及び方法 | |
US10327737B2 (en) | System and method for acoustic radiation force creep-recovery and shear wave propagation elasticity imaging | |
JP7051112B2 (ja) | 皮膚の粘弾性特性測定方法およびこれを用いた装置 | |
JP6954667B2 (ja) | 皮膚の粘弾性特性の測定方法および皮膚の粘弾性特性の測定装置 | |
JP2007024606A (ja) | 粘弾性特性の測定方法及び装置 | |
Sienkiewicz et al. | Identification of the mechanical properties of the skin by electromechanical impedance analysis of resonant piezoelectric actuator | |
JP2003501645A (ja) | 材料の動的機械的性質を評価する装置 | |
Wang et al. | Critical electrode size in measurement of d33 coefficient of films via spatial distribution of piezoelectric displacement | |
Chen et al. | A piezoelectric based sensor system designed for in vivo skin biomechanical measurements | |
JP7049465B2 (ja) | 二次元ナノインデンテーション装置及び方法 | |
RU2425356C1 (ru) | Устройство для измерения физико-механических свойств материалов | |
Ju et al. | A variable-impedance tactile sensor with online performance tuning for tissue hardness palpation in robot-assisted minimally invasive surgery | |
Singh et al. | Displacement modulation based dynamic nanoindentation for viscoelastic material characterization | |
JP5247762B2 (ja) | 触覚センシング方法 | |
RU2551263C2 (ru) | Способ определения свойств материала наноиндентированием | |
RU2731039C1 (ru) | Устройство для измерения параметров рельефа поверхности и механических свойств материалов | |
Schmitt et al. | Microelastography of tissue with OCT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190121 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200716 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210519 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210622 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210812 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211130 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220107 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220322 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220323 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7051112 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |