JPH0354575B2 - - Google Patents

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を測定するため
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
つていた。

（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
つ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、その目的は生体組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の発明は、一端が生体組織に当接する当接
部材と、この当接部材の他端に設けられこの当接
部材の前記一端が前記生体組織から受ける力に応
じた信号を出力する荷重変換器と、この荷重変換
器を収容するケースと、前記当接部材と一体に移
動すると共に前記当接部材の前記一端が当接して
いる前記生体組織の測定部位近傍に光を照射しそ
の反射光を検出して前記当接部材の変位に応じた
信号を出力する変位検出器とを具備する構成とな
つている。

第２の発明は、上記第１の発明の構成に更に、
前記荷重変換器と前記変位検出器の出力から前記
測定部位における圧力ｙと変位ｘとの関係を求
め、これからdy／dxを算出するデータ処理手段
が追加された構成となつている。

第３の発明は、把手部と、この把手部に対し摺
動自在とされ一端が生体組織に当接する所定の重
さの軸部と、前記軸部と一体に移動すると共に前
記当接部材の前記一端が当接している前記生体組
織の測定部位近傍に光を照射しその反射光を検出
して前記当接部材の変位に応じた信号を出力する
変位検出器とを具備する構成となつている。

（作用） 第１の発明では、操作者がケースを手に持ち、
当接部材の一端を生体組織の測定部位に当接させ
て押圧する。このとき荷重変換器は前記生体組織
の測定部位から受ける力に応じた信号を出力す
る。一方変位検出器は当接部材と共に移動しなが
ら生体組織の測定部位近傍に光を照射し、その反
射光を検出して当接部材の変位量を検出してそれ
に応じた信号を出力する。

第２の発明では、第１の発明のデータ検出器か
ら出力される圧力ｙ、変位ｘの関係を求め、これ
からdy／dxを計算する。

第３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２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イ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
るデイ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イスク
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
図に示す構成となつている。このデータ検出器１
が第１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、１２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
円盤状となつており、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１cm²である。当接部材１
３はばね１４によつて荷重変換器１２の押圧部１
２ａ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イルタ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１７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２
０の光路とは約４cm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１８はガイド光２０が示す生体
組織１６の表面で反射し、フイルタ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
るようになつている。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１
３ｂ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が生体組織１６
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でデイジタル信号に
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
リセツトし、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
定められた値となつたときに、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〓^x−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
に従つて処理する。

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／dxとｙ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、その生体組織１６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
によつ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＝０）の硬さは(2)式よりS₀＝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
10Kgの鉄亜鈴を持ち上げさせ、その前後における
増帽筋の硬さを本実施例装置で測定した。応力
200gfのときの硬さS₂₀₀は鉄亜鈴持ち上げ前では
350gf／cm³、持ち上げ後は800gf／cm³であつた。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ヨメータ
を用いたものであつても良い。

第５図は第２図に示した変位変換器１５の代り
に、ポテンシヨ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３
１はロツド、３２は筐体３３に設けられロツド３
１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はポテンシヨメータ
である。ロツド３１にはラツク３５が設けられ、
このラツク３５はポテンシヨメータ３４の回転軸
に取付けられたギア３６と噛合している。従つて
ポテンシヨメータ３４は、ロツド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、ロツド３１の先端は生体組織１６の表面に当
接しているのでロツド３１は相対的に上方に押さ
れる状態となり、ポテンシヨメータ３４を回転さ
せる。ポテンシヨメータ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
によつ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
出器によつ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
づいて処理を行なつた。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
能が若干異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の周囲を覆う略円筒状で
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１
５の移動を阻害しない形状とされている。分銅４
１にはその中央に穴部４０が設けられており、分
銅４１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て
ある。ただし本実施例では荷重変換器は不要であ
る。本実施例では当接部材１３、ケース１１及び
分銅４１が軸部を構成する。変位変換器１５は第
２図に示した実施例と同様にケース１１に取付け
られている。従つて変位変換器１５は、軸部と一
体に移動すると共に軸部の一端（当接部材１３の
一端）が当接する生体組織の測定部位近傍にレー
ザ光を照射しその反射光を検出して軸部の変位に
応じた信号を出力するものである。この信号が測
定部位の変位を示すことは第２図に示した実施例
と同様である。

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
Tp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、同一重さの分銅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つたグラフを作
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２の発明の一実施例を示す図、第２
図は第１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図はポテンシヨメータを用いたデー
タ検出器を示す図、第６図は第３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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端が生体組織に当接する当接部材と、この
   当接部材の他端に設けられこの当接部材の前記一
   端が前記生体組織から受ける力に応じた信号を出
   力する荷重変換器と、この荷重変換器を収容する
   ケースと、前記当接部材と一体に移動すると共に
   前記当接部材の前記一端が当接している前記生体
   組織の測定部位近傍に光を照射しその反射光を検
   出して前記当接部材の変位に応じた信号を出力す
   る変位検出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。 ２ 一端が生体組織に当接する当接部材とこの当
   接部材の他端に設けられこの当接部材の前記一端
   が前記生体組織から受ける力に応じた信号を出力
   する荷重変換器と、この荷重変換器を収容するケ
   ースと、前記当接部材と一体に移動すると共に前
   記当接部材の前記一端が当接している前記生体組
   織の測定部位近傍に光を照射しその反射光を検出
   して前記当接部材の変位に応じた信号を出力する
   変位検出器と、前記荷重変換器と前記変位検出器
   の出力から前記測定部位における圧力ｙと変位ｘ
   との関係を求め、これからdy／dxを算出するデ
   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。 ３ 把手部と、この把手部に対し摺動自在とされ
   一端が生体組織に当接する所定の重さの軸部と、
   前記軸部と一体に移動すると共に前記軸部の前記
   一端が当接している前記生体組織の測定部位近傍
   に光を照射しその反射光を検出して前記軸部の変
   位に応じた信号を出力する変位検出器とを具備す
   る生体組織の機械的性状測定用データ検出器。