JPH034835A - 生体組織の機械的性状測定装置及び生体組織の機械的性状測定用データ検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は生体組織の機械的性状ご測定するために使用さ
れる装置に関する。

（従来の技術） 生体組織の機械的性状、例えば筋肉の硬さ等の測定は従
来は医師等が直接測定部位に触れて行なっていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしこのような測定は正確でなく、装置によって定量
的に正しく測定することが望まれている。

本発明はこのようなことに鑑みなされたもので、その目
的は生体Ｍｉ織の機械的性状を定量的に正しく測定する
ための装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） 第１の発明の測定装置は、生体組繊の所望の部位に圧力
を与えてその応力と変位を検出するデータ検出器と、こ
のデータ検出器が検出した応力及び変位に基づいてこれ
らの関係を示す近似式を求め、この近似式を参照して必
要なデータを作成するデータ処理手段とを具備する構成
となっている。

第２の発明の検出器は、押圧部を押圧されるとその力に
応じた信号を出力する荷重変換器と、この荷重変換器の
前記押圧部に一端が当接し他端に与えられた力を前記押
圧部に伝達する当接部材と、前記荷重変換器を保持する
と共に前記当接部材を前記一端から前記他端に向かう方
向又はその逆方向に対して移動自在に保持するケースと
、このケースに取付けられこのケースが前記当接部材の
前記一端から前記他端に向かう方向又はその逆方向に移
動したときにこのケースの変位に応じた信号を出力する
変位変換器とを具備する構成となっている。

第３の発明の測定装置は、生体組織の所望の部位に所定
の圧力を継続して与えその部位の変位を検出する変位検
出器と、前記部位に前記所定の圧力が与えられた時から
前記変位検出器が検出した変位が所定となるまでの時間
を計測する計時手段とを具備する構成となっている。

第４の発明の検出器は、把手部と、この把手部に対し摺
動自在とされた所定の重さの軸部と、この軸部に設けら
れこの軸部が摺動方向に移動したときにこの軸部の変位
に応じた信号を出力する変位変換器とを具備する構成と
なっている。

（作用） 第１の本発明では、データ処理手段はデータ検出器が検
出した応力及び変位に基づいてこれらの関係を示す近似
式を求め、この近似式を参照して必要なデータを作成す
る。このように生体組織の機械的性状を近似式で表わす
ならば、データ処理を簡単かつ正確に行なうことができ
る。

第２の発明では、生体組織表面の測定部位に当接部材が
当接すると、荷重変換器はこの当接部材から受ける方に
応じた信号を出力する。同時に変位変換器は当接部材の
一端から他端に向かう方向又はその逆方向におけるケー
スの変位に応じた信号を出力する。この変位は当接部材
の前記他端の変位を示している。

第３の発明では、変位検出器は生体組織の所望の部位に
所定の圧力を継続して与え、その部位の変位を検出する
。計時手段は前記部位に前記所定の圧力が与えられた時
から、変位検出器が検出した変位が所定となるまでの時
間を計測する。この時間が測定部位の粘弾性を示す１つ
の指標となる。

第４の発明では、操作者は把手部を把持し、軸部を生体
組織表面の測定部位に対し略垂直にし、軸部の一端をそ
の測定部位に当接させる。このとき軸部の前記一端は把
手部に対し摺動する。変位変換器は軸部の変位を検出す
る。軸部の重さは予め測定しておく。この重さが測定中
、軸部の前記一端に継続してかかることになる。

（実施例） 第１図に第１の発明の測定装置の一実施例を示す。この
測定装置において、１は生体組織表面の測定部位に圧力
を与えその応力と変位に夫々応じた信号を出力するデー
タ検出器、２はデータ検出器１の出力信号を増幅する増
幅器、３は増幅器２から出力される信号をディジタル信
号に変換するＡ／Ｄ変換器、４はＡ／Ｄ変換器３から出
力されるディジタル信号を保持するデータ保持部、５は
データ保持部４が保持するデータを処理するデータ処理
部、６はデータ処理部５から出力される処理結果のデー
タ及びデータ保持部４が保持するデータを表示する表示
器である。尚、７はデータ保持部４が保持するデータや
データ処理部５が出力する処理結果のデータを保存する
ためのディスクを示し、８は表示器６が表示したデータ
を保存するためのハードコピーを示す。

第１図に示すデータ検出器１は具体的には第２図に示す
構成となっている。このデータ検出器１が第２の発明の
一実施例である。第２図中１１は略円筒状のケース、１
２はケース１１内に固着された荷重変換器、１３は一端
が荷重変換器１２の押圧部１２ａに当接し中間部がケー
ス１１の先端部に設けられた穴部に挿通された当接部材
、１４は当接部材１３の前記一端に設けられているフラ
ンジ部１３ａを荷重変換器１２側に押圧するばね、１５
はケース１１に取付けられた変位変換器である。

当接部材１３の他端は中間部よりも径が大きい円盤状と
なっており、この円盤状の底面が生体組織１６の表面に
当接する測定面１３ｂである。この測定面１３ｂの面積
は１ａ１Ｎである。当接部材１３はばね１４によって荷
重変換器１２の押圧部１２ａに微小の荷重を与えて当接
部材１３が常に押圧部１２ａと接触している状態とする
。

変位変換器１５は、ガイド光発光部１７、レーザ受光部
（図示せず〉、レーザ発光部（図示せず）、レーザ受光
部がガイド光２０の影響を受けないようにするためのフ
ィルタ１９、レーザ受光部が受けるレーザ光の位置を検
出する位置検出器（図示せず）から成る。ガイド光発光
部１１は楕円レンズを有しており光源からの光はこの楕
円レンズを透過している。当接部材１３とガイド光２０
の光路とは約４ａｎ離れている。レーザ発光部はガイド
光２０が照射する生体組織１６の表面の１点を照射する
ように向けられている。レーザ発光部からのレーザ光１
８はガイド光２０が示す生体組織１６の表面で反射し、
フィルタ１９を経てレーザ受光部に入る。位置検出器は
レーザ受光部が受けるレーザ光１８の位置に応じた信号
を出力する。この信号がケース１１の変位、すなわち当
接部材１３の変位を示す変位信号である。

この変位信号と荷重変換器１２が出力する応力信号とは
リード線２１を介して第１図に示した増幅器に至るよう
になっている。尚レーザ光は人体に害を与えない微弱な
エネルギー量とする。

次にこのように構成された装置の動作を説明する。

まず操作者は、第２図に示したデータ検出器１のケース
１１を把持し、当接部材１３の測定面１３ｂを測定すべ
き生体組織１６の表面に当接させる。そして操作者は当
接部材１３が生体組ｍ１６の表面に対し略直交する状態
とし、ケース１１をその生体組織１６の表面側に近づけ
るようにする。このとき荷重変換器１２は測定面１３ｂ
が生体組織１６から受ける応力を示す応力信号を出力し
、変位変換器１５は測定面１３ｂの変位を示す変位信号
を出力する。これらの信号はいずれも増幅器２に至る。

増幅器２で増幅された応力信号及び変位信号はＡ／Ｄ変
換器３でディジタル信号に変換された後、データ保持部
４に保持される。尚、増幅器２は応力信号が零から微小
変化した時点で測定開始信号をＡ／Ｄ変換器３へ与える
。Ａ／Ｄ変換器３はこの信号により変位信号を零にリセ
ットし、以後与えられる応力信号及び変位信号をデータ
保持部４にＡ／Ｄ変換して出力する。このとき表示器６
はデータ保持部４が保持するデータを表示しており、第
３図（ａ）に示される曲線が表示される。次に操作者は
応力または変位が予め定められた値となったときに、ケ
ース１１を生体組織１６から徐々に遠ざけるように移動
させて測定面１３ｂが生体組織１６に与える力を徐々に
小さくし、応力を零にする。このとき表示器６に第３図
（ｂ）に示されるような曲線が表示される。

次に操作者はデータ処理部５を操作してこのデータ処理
部５に以下の処理を行なわせる。

まずデータ保持部４が保持している第３図（ａ）に示す
データに基づいてその曲線を示す近似式を求める。ここ
で生体組織における変位Ｘ、応力ｙの関係は次式で近似
されることを利用する。

ｙ＝α・ｅ／ＳＸ−α　　　　・・・（１）α、βは測
定部位の性状で決まる定数である。

そこでまず、この測定部位におけるα、βを第３図（ａ
）に示すデータから求める。これは三点推定法に従って
処理する。

次に（１）式をＸで微分した式 ｄｙ／ｄｘ＝β・ｙ＋α・β　　・・・（２）に求めた
α、βを代入して、第４図（Ｃ）に示すようなｄｙ／ｄ
ｘとｙとの関係を示すグラフを表示器６に表示させる。

このｄｙ／ｄｘは弾性率であり、生体組織１６の測定部
位における組織の硬さである。ここでデータ処理部５は
、その生体組ｍ１６の測定部位における基準データ（例
えば健全なときのデータ）を予め保持しておき、このデ
ータ（第４図（ｄ）に示す）も表示器６の画面に表示す
る。このようにすれば、生体組織１６の測定部位の硬さ
が現在どのような状態にあるのかを一見して知ることが
できる。

以上は第３図（ａ）に示したデータの処理であるが第３
図（ｂ）に示したデータの処理も同様にして行なう。

第４図に示したように、生体組織の硬さは応力によって
異なるものである。すなわち、応力を指定することによ
り初めて硬さが得られるのである。

ここで応力ｐのときの硬さをＳＰと表わす。無負荷時（
ｐ＝ｏ）の硬さは（２）式よりＳｏ＝α・βである。一
方、βは硬さの変化の度合を表わす。

更に、生体組織の応力は第３図に示したようにヒステリ
シスループを描くものである。そこで、データ処理部５
は上記処理の過程で求めたβとある定められた圧力ｐに
おける硬さＳｐ及び、ヒステリシスの大小（ある応力に
おける変位量の差）も表示器６に表示させるようにする
。このようにすればより詳細に測定部位の性状を知るこ
とができる。

ここで具体的な例を１つ挙げる。ある被検者に１０−の
鉄亜鈴を持ち上げさせ、その前後における僧帽筋の硬さ
を本実施例装置で測定した。応力２００　ｇｆのときの
硬さ５２ｏｏは鉄亜鈴持ち上げ前では３５０　ｇｆ／ｃ
ｍ３、持ち上げ後は８００　ｇｆ／ｃｍ３であった。こ
れにより測定部位の硬さは明らかに上昇したことがわか
る。

本実施例ではレーザ光を用いて変位を測定しており、そ
の測定は対象物に対し非接触的に行なうので正確な結果
が得られる。しかし、変位を得る際に対象物に与える力
が微小であるならば、データ検出器は第５図に示すよう
にポテンショメータを用いたものであっても良い。

第５図は第２図に示した変位変換器１５の代りに、ポテ
ンショメータを用いた変位変換器３０が取付けられたデ
ータ検出器を示している。図中３１はロッド、３２は筐
体３３に設けられロッド３１を当接部材１３と平行な方
向に摺動自在となるように保持する保持部、３４はポテ
ンショメータである。ロッド３１にはラック３５が設け
られ、このラック３５はポテンショメータ３４の回転軸
に取付けられたギア３６と噛合している。従ってポテン
ショメータ３４は、ロッド３１が当接部材１３と平行な
方向に移動すればその変位を出力する。つまり第５図に
示すように、当接部材１３が生体組織１６を押圧してそ
の表面を陥没させると、ロッド３１の先端は生体組織１
６の表面に当接しているのでロッド３１は相対的に上方
に押される状態となり、ポテンショメータ３４を回転さ
せる。

ポテンショメータ３４はこの回転角度に応じた信号を出
力する。この信号から当接部材１３によって陥没した部
位の深さ、すなわち測定部位の変位を知ることができる
。このようなデータ検出器によっても前述の実施例と同
様の効果が得られる。

以上の実施例において、データ処理部５は１回の測定に
より得た応力ｙ及び変位Ｘのデータに基づいて処理を行
なった。しかし、同一部位について複数回の測定を行な
い、β、Ｓｐ、ヒステリシスの大きさについて平均値を
算出するようにしても良い。このようにすればより正確
な性状データが得られる。

次に第３の発明及び第４の発明を用いた実施例を説明す
る。この実施例で用いられるデータ検出器は第６図に示
す如くである。更にこの測定装置は第１図に示した装置
と略同じ構成であり、データ処理部５の機能が若干具な
るだけであるから、装置全体については第１図を参照し
て説明する。

まず第６図のデータ検出器について説明する。

この検出器が第２図に示したデータ検出器１と異なるの
は、そのケース１１の上面に分銅４１を載置するときに
必要な突起４２と、ケース１１を摺動自在に保持する把
手部４３を有する点である。把手部４３はケース１１の
周面を覆う略円筒状である。ただし変位変換器１５はケ
ース１１に対し突設されているので、把手部４３は変位
変換器１５の移動を阻害しない形状とされている。分銅
４１にはその中央に穴部４０が設けられており、分銅４
１はこの穴部４０に突起４２が挿通された状態でケース
１１に載置される。他の構成要素は第２図の検出器と同
じであるので同じ番号が付しである。本実施例では当接
部材１３、荷重変換器（図示せず〉、ケース１１及び分
銅４１が軸部を構成する。

次に本実施例装置の動作を説明する。

まず操作者は分銅４１をケース１１の上面に載置し、把
手部４３を把持し、当接部材１３が略垂直状態となるよ
うにしてその測定面１３ｂを生体組織の測定部位に当接
させる。ここで増幅器２は前述の実施例と同様Ａ／Ｄ変
換器３に測定開始信号を出力する。

この信号を受けた時点からＡ／Ｄ変換器３は、与えられ
る変位信号及び応力信号をＡ／Ｄ変換してデータ保持部
４に出力する。データ保持部４はこれらのデータを時刻
と対応づけて保持する。データ処理部５はデータ保持部
４が保持しているデータに基づいて、当接部材１３が測
定部位に当接したときから変位が一定となるまでの時間
を計算し、その結果を表示器６に表示させる。この時間
が荷重（圧力）ｐについての時定数Ｔｐである。このＴ
ｐも測定部位の粘弾性を表わす指標の１つである。尚、
荷重ｐは重さが異なる分銅４１を用いたり、同−重さの
分銅４１を複数個用意して必要な数だけケース上面に載
置する等すれば容易に調節することができる。更にデー
タ処理部５は時間を横軸に、荷重及び変位を縦軸にとっ
たグラフを作成し、これを表示器６に表示させるように
しても良い。

データ処理部５は、このような計時機能を有する他、前
述した実施例と同じ機能を有するものである。

〔発明の効果〕

これらの発明によれば、生体組織の機械的性状を簡単に
かつ正確に定量化することができる。

これらの発明は、肩凝り（筋緊張度）の定量化や運動生
理学、スポーツ医学、運動療法、整形外科、産業衛生（
例えばＶＤＴ障害）などの領域での筋肉および運動系組
織の機械的性状の同定、浮腫や強皮症などの鑑別診断に
用いるときわめて便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示す図、第２図は第２
の発明の一実施例を示す図、第３図及び第４図は第１図
に示した装置の動作を説明するための図、第５図は第２
の発明の他の実施例を示す図、第６図は第４の発明の一
実施例を示す図である。 １・・・データ検出器　　５・・・データ処理部１１・
・・ケース　　　　　１２・・・荷重変換器１３・・・
当接部材　　　　１５・・・変位変換器４３・・・把手
部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体組織の所望の部位に圧力を与えてその応力と
   変位を検出するデータ検出器と、このデータ検出器が検
   出した応力及び変位に基づいてこれらの関係を示す近似
   式を求め、この近似式を参照して必要なデータを作成す
   るデータ処理手段とを具備する生体組織の機械的性状測
   定装置。
2. （２）押圧部を押圧されるとその力に応じた信号を出力
   する荷重変換器と、この荷重変換器の前記押圧部に一端
   が当接し他端に与えられた力を前記押圧部に伝達する当
   接部材と、前記荷重変換器を保持すると共に前記当接部
   材を前記一端から前記他端に向かう方向又はその逆方向
   に対して移動自在に保持するケースと、このケースに取
   付けられこのケースが前記当接部材の前記一端から前記
   他端に向かう方向又はその逆方向に移動したときにこの
   ケースの変位に応じた信号を出力する変位変換器とを具
   備する生体組織の機械的性状測定用データ検出器。
3. （３）生体組織の所望の部位に所定の圧力を継続して与
   えその部位の変位を検出する変位検出器と、前記部位に
   前記所定の圧力が与えられた時から前記変位検出器が検
   出した変位が所定となるまでの時間を計測する計時手段
   とを具備する生体組織の機械的性状測定装置。
4. （４）把手部と、この把手部に対し摺動自在とされた所
   定の重さの軸部と、この軸部に設けられこの軸部が摺動
   方向に移動したときにこの軸部の変位に応じた信号を出
   力する変位変換器とを具備する生体組織の機械的性状測
   定用データ検出器。