JPH0471533A - 生体表面部の力学特性の測定方法と装置並びにそのためのセンサ内蔵形加振器の構造 - 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】 〔目　次］ 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 笠！夏撓底（第３図、第４図） １　　　　の　　　を　　いた Ａ、モデルを特徴とする特許 （１）実験方法（第５図） （２）構造依存性の評価（第６図） （３）補正関数の決定（第７図） （４）媒質定数が異なる場合（第８図、第９図、第１０
図） （５）測定条件が異なる場合（第１１図、第１２図、第
１３図） （６）補正関数の適用（第１４図、第１５図、第１６図
、第１７図） Ｂ、眼瞼周囲の力学特性の測定とその解析（１）眼瞼周
囲の力学特性の測定（第１８図、第１９図、第２０図） （２）補正関数の適用（第２１図） （３）考察（第２２図、第２３図、第２４図）告　　　
　　　　Ａむ Ａ、生体機械インピーダンスの測定と硬さの指標（第２
５図） （１）硬さの指標（第２６図、第２７図）（２）機械イ
ンピーダンスと硬さの指標（第２８図、第２９図） Ｂ１機械インピーダンスによる硬さのマツピング （１）バーモデル（第１４図、第１５図、第３０図）（
２）ブロックモデル（第３１図、第３２図、第３３図） Ｃ，生体機械インピーダンスのＳＩマツピング（１）手
背部（第３４図、第３５図、第３６図）（２）胸部（第
３７図、第３８図、第３９図）Ｄ、硬さの指標と触診 （１）実験方法および結果（第４０図、第４１図、第４
２図） 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体の表面部の力学特性、特に、生体の皮膚
組織自身の弾性係数と粘性係数並びに触診によって経験
的に得られる生体表面の力学特性を客観的に評価するこ
とのできる評価指数を測定するための方法および装置、
並びにそれらに使用するセンサ内蔵形加振器の構造に関
する。

〔従来の技術〕

生体の皮膚組織そのものの力学特性を表わすパラメータ
を測定することができれば、いわゆる“肌の張りと潤い
”の程度を客観的に表わす指標が得られ、基礎化粧品等
の開発および評価において貴重な手段となり得る。その
場合において、測定対象は生体であるので、無侵襲でか
つ迅速に測定できなければならない。

Ｈ，Ｅ、ｖｏｎ　Ｇｉｅｒｋｅ、　ｅｔ　ａｌ、、　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ　ｏｆ　Ｖｉｂｒａ−ｔｉｏｎｓ　ｉｎ　
Ｌｉｖｉｎｇ　Ｔｉ５ｓｕｅｓ＋　Ｊ、Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ。

４、８８６／９００（１９５２）”には、皮膚に接触さ
せた振動子を加振し、その応答から機械インピーダンス
を算出し、予め導出した機械インピーダンスの理論式を
解くことによって皮膚の弾性係数μ、および粘性係数μ
２を算出する方法が記載されている。

この方法において、振動子は正弦波で加振され、その代
表的な有限個の周波数について機械インピーダンスの測
定が行なわれ、その結果を簡略化された機械インピーダ
ンスの理論式に代入して得られた方程式を解くことによ
って、前述のμヨ、μ２が算出される。したがってこの
方法では、１つの測定点についての測定が複数回行なわ
れ、その間の測定対象の物理的状態が安定していなけれ
ばならないという条件が要求されるので、生体を対象と
する測定に適した方法とは言えない。

”Ｉ（、Ｏｋａ、　ｅｔ　ａｌ、＋　Ｍｅａｓｕｒｅｍ
ｅｎｔ　ｏｆ　ｂｉｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏ
ｐｏｒｔｉｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ｒｏｎｄｏｍ　ｖｉｂｒ
ａｔｉｏｎ、　Ｔｈｅな周波数分布を持つ振動で加振す
ることによって短時間で機械インピーダンスの測定を行
なう方法および装置が開示されている。

一方、臨床医学においては、触診は欠かすことのできな
い簡便な診断法である。触診では手指による加圧や移動
によって生体の力学特性を検出しており、極めて敏感な
計測が可能であるが、経験を主とした計測法であるので
、これまで触診の定性、定量化が待ち望まれてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の方法および装置で生体組織の機械インピーダンス
を測定する場合には、測定部位によってはその下層に骨
などが存在することが多（、振動が骨などにより反射さ
れることによる構造依存性の影響で測定結果がその生体
組織そのものの真の値よりも著しく異なって得られる傾
向がある。このことが無侵襲で生体組織の力学特性を得
る大きな障害となっている。

逆に、この構造依存性を含んだ力学特性は生体表面を指
で押した時の硬さ感覚に対応するものと考えられる。し
たがって、前述の方法で測定した機械インピーダンスの
値に基づいて、触診によって経験的に得られる生体表面
の力学特性を客観的に評価する指標が得られるのではな
いかとの期待が持たれる。

したがって本発明の第１の目的は、このような構造依存
性の影響を除き、生体組織の真の力学特性を得ることの
できる方法および装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、逆に構造依存性の効果を
含んだ機械インピーダンスの測定値から触診により生体
表面から感じられる硬さ感覚を客観的に評価する指標を
得ることのできる方法および装置を提供することにある
。

また、本発明の第３の目的は、前述の方法および装置に
おいて生体組織を加振するアクチュエータとなり、かつ
その応答を検知するセンサともなるセンサ内蔵形加振器
の新規な構造を提案することにある。

〔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生体表面部の力学
特性の測定方法は、生体表面に振動子を圧接し、該振動
子を所定の周波数分布において加振し、該圧接され加振
された振動子における駆動力と加速度とを時間領域にお
いて測定し、該時間領域において測定された駆動力と加
速度とをフーリエ変換して周波数領域に変換し、該周波
数領域における駆動力と加速度とから該生体表面におけ
る機械インピーダンスの周波数特性を算出し、有効振動
半径ａ、弾性係数μ８、および粘性係数μ２をパラメー
タとする機械インピーダンスの理論式から算出される機
械インピーダンスの周波数特性曲線が該駆動力と加速度
とから算出された機械インピーダンスの周波数特性曲線
を最適に近似する有効振動半径ａ、弾性係数μ１、およ
び粘性係数μ２の値を決定し、有効振動係数ａの関数と
しての弾性係数μｍおよび粘性係数μ２の補正率を予め
記憶し、該決定された有効振動半径ａの値から定められ
る該記憶された補正率により、該決定された弾性係数μ
ｍまたは粘性係数μ２の値を補正する各段階を具備する
ことを特徴とするものである。

前述の第２の目的を達成する本発明の生体表面部の力学
特性の測定方法は、生体表面に振動子を圧接し、該振動
子を所定の周波数分布において加振し、該圧接され加振
された振動子における駆動力と加速度とを時間領域にお
いて測定し、該時間領域において測定された駆動力と加
速度とをフーリエ変換して周波数領域に変換し、該周波
数領域における駆動力と加速度とから該生体表面におけ
る機械インピーダンスの周波数特性を算出し、該算出さ
れた機械インピーダンスの虚部の周波数特性曲線におけ
る共振周波数以下の領域の積分値を算出して生体表面部
の硬さの評価指数とする各段階を具備することを特徴と
するものである。

第１図は前述の第１の目的を達成する装置の原理構成図
である。図において、本発明の生体表面部の力学特性の
測定装置は、生体表面１０に圧接される振動子１２と、
該振動子１２を所定の周波数分布において加振する加振
手段１４と、圧接され該加振手段１４により加振される
該振動子１２における駆動力と加速度とを検知する検知
手段１６と、該検知手段１６において検知された時間領
域における駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリ
エ変換手段１８と、該フーリエ変換手段１８が出力する
周波数領域の駆動力と加速度とから該生体表面１０にお
ける機械インピーダンスの周波数特性を算出する機械イ
ンピーダンス算出手段２０と、有効振動半径ａ、弾性係
数μ１、および粘性係数μ２をパラメータとする機械イ
ンピーダンスの理論式から算出される機械インピーダン
スの周波数特性曲線が該駆動力と加速度とから算出され
た機械インピーダンスの周波数特性曲線を最適に近似す
る有効振動半径ａ、弾性係数μ８、および粘性係数μ２
の値を決定する曲線適合手段２２と、有効振動半径ａの
関数としての弾性係数μｍおよび粘性係数μ２の補正率
を記憶する補正値記憶手段２４と、該曲線適合手段２２
により決定された有効振動半径ａの値から定められる該
補正値記憶手段２４に記憶された補正率により、該曲線
適合手段２２により決定された弾性係数μｍまたは粘性
係数μ２の値を補正する補正手段２６とを具備すること
を特徴とするものである。

第２図は前述の第２の目的を達成する装置の原理構成図
である。図において、本発明の生体表面部の力学特性の
測定装置は、生体表面１０に圧接される振動子１２と、
該振動子１２を所定の周波数分布において加振する加振
手段１４と、圧接され該加振手段１４により加振される
該振動子１２における駆動力と加速度とを検知する検知
手段１６と、該検知手段１６において検知された時間領
域における駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリ
エ変換手段１８と、該フーリエ変換手段１８が出力する
周波数領域の駆動力と加速度とから該生体表面１０にお
ける機械インピーダンスの周波数特性を算出する機械イ
ンピーダンス算出手段２０と、該機械インピーダンス算
出手段２０が算出した機械インピーダンス、の虚部の周
波数特性曲線における共振周波数以下の領域の積分値を
算出して生体表面部の硬さの評価指数とする評価指数算
出手段３０とを具備することを特徴とするものである。

前述の第３の目的を達成する本発明のセンサ内蔵形加振
器構造は、振動すべき方向に伸びる振動軸と、弾性体を
介して該振動軸に釣支された永久磁石と、該永久磁石に
対向し、該振動軸に拘持された駆動コイルと、軸方向の
応力と加速度にそれぞれ比例した２つの電気信号を出力
するインピーダンスヘッドと、該インピーダンスヘッド
を介して該振動軸に固着された円盤状振動子とを具備す
ることを特徴とするものである。

〔作　用〕

後の実施例において詳述するように、本発明者の実験結
果によれば、機械インピーダンスの理論式による周波数
特性曲線と測定値に基づく周波数特性曲線とを曲線適合
（ｃｕｒｖｅ　ｆｉｔｔｉｎｇ）することにより決定さ
れた有効振動半径ａ、弾性係数μｍおよび粘性曲線μ２
の値は、いずれも構造依存性に相当する変化を示し、し
かも、有効振動半径ａと他のパラメータとの間には一定
の関係が認められる。したがって有効振動半径ａの関数
としてμ１、μ２の補正率を記憶し、曲線適合で決定さ
れたａの値から定められるμ１、μ２の補正率により補
正することによって構造依存性の影響が除去されたμ８
．μ２の値が得られる。

一方、測定値から算出された機械インピーダンスの虚部
の周波数特性曲線における共振点の周波数は測定対象の
触診による硬さと密接な関係がある。さらに、共振点の
周波数とそれ以下の領域の積分値との間には一定の関係
が認められる。したがって、触診による硬さの評価指数
として共振点の周波数ではなくそれ以下の領域の積分値
を採用すれば、周波数特性がノイズに乱されても安定し
た指標が得られる。

〔実施例〕

装置■檎戚 生体表面のある点に作用する力ｆ　（ｔ）と、力の方向
に速度ｖ（ｔ）で振動するときの駆動点機械インピーダ
ンスは、ｆ　　（ｔ）、Ｖ　（ｔ）のフーリエ変換をそ
れぞれＦ　（ｆ）、Ｖ　（ｆ）として、により定義され
る。ここでＡ（ｆ）は速度ｖ　（ｔ）の微分である加速
度ａ　（ｔ）のフーリエ変換であり、ωは加える振動の
角周波数である。

第３図はこのｆ　（ｔ）とｖ（ｔ）を測定し、それらの
フーリエ変換から（１）式に基づいて機械インピーダン
スＺ　（ｆ）を算出し、それからさらに生体表面の力学
特性を評価するパラメータを算出するための本発明に係
る測定および演算装置のハードウェア構成の一例を表わ
す図である。

ランダム波発生回路１４４はランダムな周波数分布を有
する正弦波を出力する。ランダム波発生回路１４４の出
力は低域フィルタ１４５において３０Ｈｚ以上Ｉ　ＫＨ
ｚ以下の周波数成分のみが通過され、電力増幅器１４６
において増幅され、センサ内蔵形加振器１５０の加振器
１４０ヘコネクタ１６２を経て印加される。

加振器１４０において電気信号が軸方向の機械的振動に
変換され、ロードセル１６１およびインピーダンスヘッ
ド１６０を介して振動子１２１へ伝達される。ロードセ
ル１６１は測定対象１０を押下する振動子１２１の静圧
を測定するためのものである。インピーダンスヘッド１
６０には圧電素子が内蔵され、振動子１２１の動的な圧
力および加速度を検知する。

ロードセル１６１において検知された静圧はひずみ増幅
器１６３において増幅され、インピーダンスヘッド１６
０において検知される動的な圧力および加速度は電荷増
幅器１６６において増幅され、いずれもＡ／Ｄ変換器１
６４でデジタル信号に変換されて、コンピュータ１８０
へ入力される。フットスイッチ１６５はコンピュータ１
８０へ測定開始および終了の指示を与えるためのもので
ある。

第４図はセンサ内蔵形加振器１５０の詳細な構造を説明
するための図である。

永久磁石１４１は板バネ１４２により、振動軸１２０に
釣支されている。１対の駆動コイル１４３は永久磁石１
４１の磁極に対向する位置に、振動軸１２０に拘持され
ている。駆動コイル１４３に振動電流が供給されると、
永久磁石１４１と駆動コイル１４３間に作用する電磁力
が電流に応じて変化し、永久磁石１４１の慣性により、
振動軸１２０がその軸方向に振動する。円盤状の振動子
１２１はロードセル１６１およびインピーダンスヘッド
１６０を介して振動軸１２０に固着され、振動軸１２０
の振動に伴って、ロードセル１６１、インピーダンスヘ
ッド１６０および振動子１２１が１体となって振動軸１
２０の軸方向に振動する。１６２は駆動コイル１４３へ
のケーブル、ロードセル１６１およびインピーダンスヘ
ッド１６０からの信号ケーブルを接続するためのコネク
タである。

このセンサ内蔵形加振器は加振器およびインピーダンス
ヘッドと共に、静圧を測定するためのロードセルを一体
に組み込んだことをその特徴の１つとしており、測定の
際に接触力を同時に測定することができる。また、一体
化することにより、測定精度、信頼性、操作性が飛躍的
に向上する。

また全体の形状は直径２０■長さ１１０閣と細長い形状
に設計されており、皮膚表面を対象とした計測における
操作性が良好である。

このセンサ内蔵形加振器１５０が測定対象の表面に所定
の静圧で圧接しつつ加振され、その応答がインピーダン
スヘッド１６０において動的な圧力および加速度として
検知され、電荷増幅器１６６において増幅されてＡ／Ｄ
変換器１６４においてデジタル信号に変換されてコンピ
ュータ１８０へ入力される。時間領域において測定され
た圧力および加速度は高速フーリエ変換アルゴリズムに
従って周波数領域に変換され（１）式により機械インピ
ーダンスの周波数特性Ｚ　（ｆ）が算出される。

以下、この機械インピーダンスの周波数特性Ｚ　（ｆ）
を基にして、構造依存性の影響を除いた生体表面組織自
身の力学的特性の算出過程および構造依存性を含んだ形
での生体表面の力学特性すなわち触診により経験的に得
られる生体表面の力学特性を客観的に評価する指標の算
出過程についてそれぞれ説明する。

の　　　を　　いた Ｇｉｅｒｋｅ等による前述の文献によれば、無限な均質
媒質中で振動する球の放射インピーダンスＺの理論式は
、振動の周波数が充分に低い（例えばＩＫＨｚ以下）で
あるとき媒質は圧縮できない媒体であることを仮定する
ことができ、 と表わせる。ただし、ρは媒体の密度、ｈｚ＝ρω２／
（μ＋＋ｊωμ２）、μｍは媒体のせん断弾性係数、μ
２は媒体のせん断粘性係数である。なおこの文献におい
てａは振動法の半径とされているが、後述するように本
発明者はこれと異なる解釈を採用する。

（２）式の分母を有理化すると、 が得られる。

Ｔ、Ｙａｍａ麟ｏｔｏ　　＆　　Ｈ，Ｏｋａ　：　　”
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　　ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆ　
ｂｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ｃｈ
ａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＭｅｄ、　＆　Ｂｉｏｌ、
Ｅｎｇ、　＆　Ｃｏｍｐｕｔ、、　２４．４９３／４９
Ｂ（１９８６）によれば、生体表面において測定された
機械インピーダンスの周波数特性はその測定部位によっ
て、軟部特性、中間部特性、硬部特性の３種類に分けら
れるが、（３）式に示した理論解の周波数特性は軟部特
性の特徴（実部が単調増加）を持っているので、ここで
はこの軟部特性の特徴を示す部位のみを対象とする。

本発明においては、生体表面からのみ加振するので半無
限媒質と考え、式（３）に１７２を乗じた理論式を用い
る。そして、ａについては振動法の半径でなく振動子の
有効振動半径であるとの解釈に基づいて、ａ、μ８．μ
、をパラメータとして算出される機械インピーダンスの
周波数特性が、測定で得られた機械インピーダンスの周
波数特性曲線に最も適合するようなパラメータａ、μ８
．μ２の値を曲線適合（ｃｕｒｖｅ　ｆｉｔｔｉｎｇ）
法により算出する。この方法を構造依存性のみを任意に
変更することの可能なモデルに適用してａの関数として
のμ１、μ２の補正率、すなわち補正関数を決定する。

生体を対象とする測定においても同じ方法でａ。

μ１、μ２を算出し、ａの値によって定まるμ０．μ２
の補正率を補正関数から決定し、μ８．μ２を補正する
。

Ａ、モデルを対象とする実験 この手法の妥当性を示すためおよび補正関数の決定のた
めの実験結果を以下に説明する。

（１）実験方法 触感が皮膚に似た材料を生体のシミュレータとして用い
、粘弾性係数の検討を行った。このシミュレータは白色
の粉末であり、これに水を加えると数分間で凝固し、生
体組織に位た力学特性をもった粘弾性媒質となる。シミ
ュレータと水の混合比（重量）を変えることによって異
なる密度、粘弾性係数の試料を作ることができるが、今
回は試料Ａ　（ρ＝１０８３）　、試料Ｂ　（９＝１０
３８．５）　（７）　２種類とした。

第５図は実験に用いたモデルの外観を表わす図である。

鉄板１０４上にプラスチックフィルムを用いて作った円
柱状の輪１０２を乗せ、水を加えてかき混ぜた後、まだ
ゾル状のシミュレータ１００をその中にそそぎ込む。凝
固後も表面部分から水分が蒸散するので、凝固後すぐに
測定を開始すると測定中の力学特性変化が大きい。そこ
で、シミュレータ凝固後１時間の間隔をおいて水分の蒸
散がほとんどなくなってから測定を行う。測定は一つの
測定点に対して３回行い、解析後その平均をとる。振動
子の直径（２ａ、）は５ｆｆＩＩＩｌφと１０ｍｍφを
用い、接触力ｐは１５±１．５および５０±２．５ｇｆ
とした。

（２）構造依存性の評価 試料Ａの厚さを変えて実験を行った。プラスチックフィ
ルムの輪の直径は９２閣φで、厚さを５０［１から４ｍ
ＩＣまで変えて、振動子の大きさ５菖φ、接触力１５±
１．５ｇｆの条件で測定した。第６図に実験結果を示す
。横軸は材料の厚さを対数目盛りで表している。同図の
マークは、○が弾性係数μ１、Δが粘性係数μ２、口が
有効振動半径ａである。

ここでいう有効振動半径とはカーブフィンティングから
得られるパラメータであるが、加振している振動子の半
径ａ０とは異なるもので、媒質中の振動子によって加振
されている実質的な振動範囲に比例する係数と定義する
。すなわち、十分に大きい試料と比較して垂直および水
平方向に振動を反射するような物質が存在する場合には
、実質的な振動範囲が小さ（なり、ａの値が減少すると
考える。

厚さが２０■から５０閣まではμ１．μｚ、ａは平坦で
あり、鉄板による振動の反射（構造依存性）の影響は受
けていないものと考えられる。しかし、厚さが１５論以
下になると振動反射の影響すなわち構造依存性がみられ
、表面からみた見かけの力学特性が変化する。厚さが薄
くなるにしたがって、μ１．μ２は共に増加し、ａは減
少する傾向がみられる。したがって、測定結果から得ら
れるμ７．μ。

は見かけの粘弾性係数と考えることができる。

（３）補正関数の決定 この実験結果からμ１、μ２．ａの間に強い相関性が認
められ、有効振動半径ａを用いて弾性係数μ１、粘性係
数μ２に対する補正関数を定義する。

第６図のμ１、μ２の平坦な部分（厚さ２０ｍから５０
ｍ）の値をそれぞれμｌ＋＋ｔμ２７とおく。第７図（
ａ）の○は横軸にｐ（＝ａ／ａ６、補正係数と呼ぶ）、
縦軸に補正率μＩ／μｍ７をとって書き直したものであ
る。同図（ｂ）も同様に横軸は補正係数ｐ、縦軸は補正
率μ２／μ、である。この結果に対して次に示す補正間
数ｆ　ｔ（ｐ）、　ｆ　ｇ（ｐ　）を、の形で定義し、
最小自乗法によりｇｏ＋ｇ＋＋ｇｚ＋ｇ３を求めて補正
曲線を決定する。同図の実線はそれぞれ近似された補正
曲線である。補正曲線は、厚さが２０ｍ以上の場合には
ｆｌ（ｐ）＝ｆ＝（ｐ）＝１に固定した（このときのＰ
の値をｐ、、とする）。

ｐ＞Ｐｎとなるような結果が得られた測定点では構造依
存性の影響を受けておらず、媒質の真の粘弾性係数μｍ
□、μ２、が得られていると考えられ、補正を行う必要
がないからである。

弾性係数μｍに対する補正関数ｆ＋（ｐ）はまた、粘性
係数μ２に対する補正関数ｆｚ（ｐ）はｆｚ（ｐ）＝　
　２．９９７　　＋ ３．８８０　　　−０．４９９　　−０．１６６十　　
　　　　　　＋ ｐ　　　　　　　ｐ２　　　　　ｐ” となった。ただし、この補正関数はＰ＜ｐ、、で定義さ
れており、Ｐ≧Ｐ、の場合はｆｌ（ｐ）＝ｆｚ（ｐ）＝
１とする。この実験ではｐ、　＝０．７４５であった。

（４）媒質定数が異なる場合 媒質定数の異なる試料Ｂを用いて前述と同様な実験を行
った結果を第８図に示す。この試料Ｂは水とシミュレー
タとの混合比を変えた（水の割合を多くした）もので、
手でされった感じも試料Ａに比べて柔らかく、μ３．μ
２の値も小さくなっている。試料Ａの場合は厚さが１５
１以下で振動反射の影響を受けていたが、試料Ｂの場合
も同様に厚さが２０閣以上ではａ、μ８．μ２の値がほ
ぼ一定であり、１５−以下になると振動反射の影響を受
け、見かけの粘弾性が得られている。試料Ａの場合はｐ
、、＝０．７４５であったが、ρが小さく柔らかい試料
Ｂはｐ、、＝０．８６６と大きくなった。これは柔らか
い（機械インピーダンスの値が小さい）試料の方が、有
効振動範囲が大きくなることを示している。

第９図（ａ）中のＯは横軸に補正係数Ｐ、縦軸に補正率
μｌ／μＩ７をとったもので、（ｂ）の○も同様に横軸
に補正係数ｐ、縦軸にμ２／μ２、をとったものである
。それぞれの図の実線は式（４）を最小自乗法で近似し
て得た補正曲線である。

この場合の、弾性係数μｍに対する補正関数ｆ＋（ｐ）
は また、粘性係数μ２に対する補正関数ｆ　２（Ｐ　）は
と得られた。ただし、この補正関数はｐ＜ｐ、。

（＝０．８６６）で定義されており、ｐ≧ｐ、、の場合
はｆｌ（Ｐ）＝ｆｚ（ｐ）＝ｉとする。

試料の力学特性が違った場合の補正関数の変化を検討す
るために、試料Ａから求められた補正関数（実線）と、
試料Ｂから求められた補正関数（点線）を第１０図（ａ
）（ｂ）に示す。（ａ）は弾性係数μｍについて、（ｂ
）は粘性係数μ２について比較したものである。（ａ）
（ｂ）ともに、同じ補正係数ｐに対して試料Ｂの補正率
の値が、試料Ａの補正率の値よりも大きくなっている。

これは、前述のように試料Ｂが試料Ａに比べて柔らがい
（粘弾性係数で約半分）ため有効振動範囲が広く振動反
射の影響を受は易いためと思われる。

（５）測定条件が異なる場合 試料Ａを用いて、振動子の大きさ１ｏ閣φ、接触力５０
±２．５ｇｆの条件で厚さを変えて実験を行った。

その結果を第１１図に示す。厚さが４０閣以上ではａ。

μ８．μ２はほぼ一定となっているが、それ以下では振
動反射の影響を受は見かけの粘弾性が得られている。

第１２図（ａ）（ｂ）の○は弾性係数、粘性係数それぞ
れについて補正係数ｐと補正率の関係を示したもので、
実線は補正曲線である。この場合の、弾性係数μｍに対
する補正間数ｆ　＋（ｐ　）は次のように求められる。

また、粘性係数μ２に対する補正間数ｆｚ（ｐ）はとな
った。ただし、この補正関数はｐ＜Ｐカ（＝０．９２３
）で定義されており、ｐ≧Ｐ１．の場合はｆ＋（ｐ）＝
ｆｚ（ｐ）＝１とする。

振動子の接触子の測定条件が変わった場合に補正関数が
どのように変化するがを調べるために、第１３図（ａ）
（ｂ）にここで得られた補正関数（点線）と前に振動子
の大きさ５閤φ、接触力１５±１．５８ｆの条件下で得
られた補正関数（実線）とを示す。（ａ）は弾性係数μ
ｍについて、（ｂ）は粘性係数μ２について比較したも
のである。両図ともに、同じ補正関数ｐに対して１０＋
ａ＋＋＋φ、　５０ｇｆでの補正率が大きくなっている
。

（６）補正関数の通用 次に、このようにして算出された補正関数を使用して、
構造依存性が一様でないモデルについて本発明の方法を
適用することによって本方法の妥当性を示す実験につい
て説明する。

第１４図に示すような長さ１２０ｍ１、直径４ｍφの銅
棒１０６を４本組合せたバーモデルを、厚さ５０ｍ。

直径１５０ｍφの試料Ａに埋没させ、鉄板１０４の上に
置いて測定を行った。バーモデルにはアルミ製の足１１
０を付は試料１００の表面から深さ１０ｍｏの位置に固
定した。測定条件は振動子の大きさ１０ｍｍφ、接触力
５０±２．５ｇｆで測定を行った。測定点は第１５図に
示すように７２個所で、１点につき２回ずつ測定し、得
られた粘弾性係数を平均してもとめた。

第１６図（ａ）（ｂ）は得られた粘弾性係数の解析結果
を３次元画面で表したものである。ここではインピーダ
ンスマツピングと呼ぶことにする。２次元的測定結果に
対して双スプライン関数によって全体の形状を補関しで
ある。同図（ａ）は弾性係数μｌ、（ｂ）は粘性係数μ
２をＺ軸にした場合のマツピング画面である。銅棒１０
６を格子状に組んだバーモデルの形状が表面によく表現
されている。これは試料表面からみて浅い部分の形状が
表現されている。浅い部分では振動反射の影響を受けて
、測定された見かけのμ１、μ２は他の測定点に比べて
大きくなり、ａは小さ（なったためである。左下方から
右上方に延びている２本の隆起の方が左上方から右下方
に延びている２本の隆起よりも高くなっているが、これ
は、組み合わされた銅棒が交差しているためで、図に表
されているように、左下方から右上方に延びている２本
が上になっており、このような僅かな深さの影響も表現
できている。また、格子点の部分が最も高く隆起してい
るが、これは第１４図にも示されているように、格子状
に固定するために針金１０８によって銅棒を格子点で結
び合わせているためである。

この測定結果に対して前述した測定試料、測定条件の等
しい条件下（試料Ａ、振動子の大きさ１゜閣φ、接触力
５０±２．５ｇｆ）で得られた補正関数を適用する。第
１７図（ａ）（ｂ）は、補正後のμ。

μ２のマツピングである。補正前の隆起している部分が
なくなり、はぼ平坦になっている様子がわかる。したが
って、ここで用いた補正関数は構造依存性の影響を除く
のに有効であることが証明された。

Ｂ、眼瞼周囲の力学特性の測定とその解析（１）眼瞼周
囲の力学特性の測定 ４才女児を被験者として、第１８図に示す左眼瞼周囲２
０点において測定を行った。測定条件は振動子の大きさ
５鵬φ、接触力１５±１．５ｇｆとした。これは眼瞼周
囲のような狭い測定範囲において多数の測定点で測定を
行うには、小さな振動子を用いる必要があるが、振動子
を小さくすると圧力が大きくなるため接触力を小さくし
なければならないからである。この測定は、一つの部位
に対して１回の測定を行っている。その解析結果を第１
９図に示す。測定部位の５番、６番、１６番、２０番は
機械インピーダンスの周波数特性が中間部特性の傾向を
示したので前述した理由で本発明の方法が適用されない
ので、削除している。・は弾性係数μ１、△は粘性係数
μ２である。μｍとμ２は測定部位に対しほぼ同じ様な
値の変化をしているが、違っている部位もいくつかある
。一つの部位に対して１回の測定しか行っていないこと
も原因の一つであると考えられる。

折れ線グラフでは測定点と部位との対応が分かりにくい
ので、第２０図（ａ）（ｂ）に解析結果を３次元のマツ
ピングで示す。（ａ）は弾性係数μ１、（ｂ）は粘性係
数μ２マツピング画面である。この画面は第１８図に示
しているような左眼瞼周囲におけるマツピングである。

このマツピングは格子点が４５点であるが、実際の測定
結果は１６点のデータしかないので、不規則データによ
る平面の平滑化を行っている。μｍのマツピング画面が
そのほかの図と対称になっているが、これは凹凸を観察
しやすくするために画面を回転しているためであり、（
ａ）では左下が眼瞼上部であり、そのほかの図では左上
が眼瞼上部となっている。

（２）補正関数の適用 この解析結果に対して補正関数の適用を試みる。

眼瞼周囲の測定の結果、弾性係数μｍの最も小さい値は
４０００から５０００程度であるのに対して試料Ａ。

Ｂの測定結果では構造依存性を受けていない媒質自身の
真の弾性係数μ、。がそれぞれ約１７０００．９５００
であるので適当とは云い難いが試料Ｂの測定結果から求
めた補正関数を用いることにする。第２１図（ａ）（ｂ
）は、補正関数ｆ　＋（ｐ）、　ｆ　ｚ（ｐ　）による
μ８．μ２の補正後のマツピング画面である。μｍ。

μ２の目尻の部分が少し高くなっている。また、瞼に当
たる部分（図の左下）が膨らんでいるが、これは瞼の下
の眼球の影響と考えられる。この補正関数は生体におけ
る骨などを想定して、極めてインピーダンスの大きな鉄
板に対する構造依存性を考えたものであるので、眼球の
ようにあまりインピーダンスの大きくない場合には、補
正が十分でないと考えられる。この補正では、マツピン
グ画面を平坦にすることが目的ではなく、構造依存性の
影響を相殺することが目的である。したがって、補正後
に得られた画面の起伏は生体組織本来のμ３．μ２の値
であると考えられるが、その点については以下にさらに
検討を加える。

（３）考察 眼瞼周囲を第２２図に示すように下眼瞼部、下眼瞼部、
外販角部の三つに分けて、これまでに述べた測定結果に
ついて考察する。測定部位でみると、１から４は内側上
眼瞼部、８，９は下眼瞼部、１０から１３は外側上眼瞼
部、１４　、１５は内側外販角（いわゆる目尻）、１８
．１９は外側外販角である。なお、７．１７の部位は省
略した。第２３図は弾性係数μ。

について、上述の三つの部位の結果で、（ａ）は補正前
、（ｂ）は補正後である。○の中の数字は測定部位を、
また実線は内側を、点線は外側の部位を示している。

補正を行う前の測定結果について考察する。手指などの
触診によれば、皮膚自身の粘弾性に骨などの組織構造依
存性が加わるため、表面がら感じる硬さは皮膚自身の硬
さとは異なる。同図（ａ）に示すように、下眼瞼部では
内側から外側へ、また外販角部へいくに従って弾性係数
は大きくなることがわかる。外販角部においても同様に
、内側から外側に向かって弾性係数は大きくなっている
ことがわかる。実際に手指の触診でもこのように感する
。またこれらの三つの部位の中では、触診で最も軟らか
いと感する下眼瞼部では弾性係数が最も小さいことがわ
かる。

実験では得られた弾性係数に対し、補正を行うと同図（
ｂ）に示すような皮膚自身の弾性係数が得られるが、下
眼瞼部についてみれば、弾性係数は補正前とは逆で、外
側の方が小さく内側の方が大きくなっている。上眼瞼部
では補正前と同じ様な大きさとなっている。外販角部で
は補正前と同じように、皮膚自身の弾性係数も内側の方
が外側に比べて大きく、つまり硬化しやすくなっている
と考えられる。これは皮膚の老化により、外側外販角部
に比べて内側の方に皺、いわゆる“鳥の足跡”ができや
すいことを考えると、合理的である。

一方、粘性係数μ２について示したのが第２４図である
。第２３図と同様に（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後で
ある。まず補正前について考察すると、下眼瞼部では、
内側と外側は部位番号の列に沿って、同じような傾向を
示しており、２．３．４および１１　、１２の粘性係数
が大きくなっている。また弾性係数と同様に、内側より
外側の方が大きくなっている。外販角部では外側の方が
大きく眉に近づくほど粘性係数も大きくなる。これは弾
性係数と異なった傾向である。上眼瞼部は眼瞼周囲の中
では、粘性係数が一番小さい。

同図（ｂ）の補正後の粘性係数では、下眼瞼部の傾向は
、補正前とほぼ同じであるが、粘性係数の値もほぼ同じ
になっていることがわかる。上眼瞼部では、補正前後で
ほとんど変化していない。

また外販角部においてもほぼ同じ値に補正されているが
、眉に近づくにつれ、大きくなっていることがわかる。

補正された皮膚自身の弾性係数では、内側外販角部が大
きな値となっていたが、粘性係数では逆で、内側の方が
外側に比べて小さくなっている。

以上のように本発明で用いた補正関数の考え方は眼瞼周
囲などの構造依存性の影響を受ける部位での測定・解析
に有効であると結論される。

の　　　　　Ａ　・ Ａ、生体機械インピーダンスの測定と硬さの指標前述し
たように、第３図で説明した装置で測定された生体表面
の機械インピーダンスの周波数特性は第２５図に示すよ
うに、およそ軟部特性（ａ）、中間部特性（ｂ）、硬部
特性（ｃ）の三つに大別できる。軟部特性では、実部が
周波数の増加に伴って単調増加関数に、硬部特性では実
部が単調減少関数に、中間部特性では実部が減少増加関
数になっている。虚部は、どの特性も増加関数になって
いるが、一般に硬部特性では、Ｉ　ＫＨｚまでに共振周
波数はない、また、まれに第２５図（ｄ）（ｅ）のよう
に、典型的なパターンとは異なる周波数特性を示すもの
がある。

（１）硬さの指標 第２６図に軟部特性を示す機械インピーダンスの周波数
特性を示す。虚部（リアクタンス）は負から始まって周
波数と共に増加し、共振周波数で０となりさらに増加し
ていく。しかし、生体表面での測定では、生体の不随意
な動きなどにより誤差が含まれるので、周波数特性に３
点の移動平均を３回かけて平滑化を行った。同図の実線
は移動平均をかける前、破線はかけた後の周波数特性で
ある。第２７図に手背部の軟部特性（実線）、中間部特
性（破線）、硬部特性（−点鎖線）の周波数特性を示す
。この図より、対象が硬くなるほど共振周波数が高くな
り、また低周波数域ではりアクタンスの絶対値も大きく
なることがわかる。したがって、対象が硬くなるほど第
２６図の斜線部の面積が大きくなる。低周波数域のりア
クタンスは被測定物の弾性を強く反映し、また粘性も反
映していることが、これまでの解析かられかってきた。

したがって、この面積を以下のように生体表面からみた
硬さの指標Ｓ　Ｉ　（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　Ｉｎｄｅｘ
）と定義する。

ここで、ｆｏは共振周波数であり、積分範囲を４０七か
らとしたのは、測定センサーの測定可能な周波数範囲に
よる制限からである。指標Ｓｌは次元的に［Ｎ／ｍ）と
なり、粘性や慣性を含んで弾性を表現していると考えら
れる。また硬部特性では、一般に共振周波数はＩ　ＫＨ
ｚまでにはないので、共振周波数をＩ　ＫＨ２と仮定し
て面積を求めることにする。末法によれば、多少周波数
特性が良くなくても、平均的で安定した結果が得られる
。また第２５図（ｄ）（ｅ）のような典型的なパターン
とは異なる周波数特性の場合でも、十分に結果を得るこ
とができる。

指標を求める際に、インピーダンスの実部を用いない理
由は、軟部特性と中間部特性を比較した場合、低周波数
域で中間部特性の実部が軟部特性のそれより小さくなる
ことがあり、触診の硬さ感覚と一致していないためであ
る。また機械インピーダンスの絶対値を硬さの指標にす
ることも考えられるが、あまり対応は良くない。さらに
、部位によっては同一の共振周波数が得られるが、低周
波数域のりアクタンスが大きく異なっている場合がある
ので、共振周波数を硬さの指標とする場合には注意を要
する。そこで本発明者はりアクタンスの共振周波数まで
の面積をもって硬さの指標とすることを新たに提案する
。

（２）機械インピーダンスと硬さ指標 生体表面を指で軽く触れてみると、その硬さが違うよう
に感じる部位がある（例えば手背部の骨のある部位とな
い部位）。これは生体表面下の組織構造、すなわち骨な
どの硬さを含んだ形で硬さを感じているためで、生体表
面の皮膚の硬さそのものが違うわけではない。ここでは
これを見かけの硬さと呼ぶことにする。本発明者はこれ
まで力学特性の構造依存性について研究を進めてきたが
、この機械インピーダンスの構造依存性と硬さ指標との
関係について述べる。

第２８図には、第５図で説明したモデルについて、振動
子直径５１、接触力１５ｇｆ　（測定条件Ａ）の条件下
で測定を行った場合の周波数特性を示す。同図の実線は
シミュレータの厚さが５０ｍ１、破線は７閣、−点鎖線
は４ｍｍのものであり、厚さが薄くなるほど、低周波数
域においてはりアクタンスの絶対値が大きくなっている
ことがわかる。また、実部では軟部特性から中間部特性
への変化が低周波数域でみられる。第２９図にシミュレ
ータの厚さと見かけの硬さＳＩの関係を示す。同図にお
いて△は条件Ａで、○は条件Ｂ（振動子の直径１０ｍｎ
、接触力５０ｇｆ　）での結果である。シミュレータの
厚さが薄くなるほど、見かけの硬さは硬くなっているが
、これは鉄板による構造依存性を徐々に受けてくるため
である。しかし厚さが同じでも、測定条件（振動子直径
や接触力の大きさ）が異なれば、３１も異なっている。

これはインピーダンスの周波数特性自体が、測定条件に
よって異なるためである。例えば、指で皮膚を軽く押さ
えた場合と強く押さえた場合で、硬さが違って感じるの
と同じである。したがって、同じ測定条件でのＳｌを比
較することはできるが、異なる測定条件でのＳｌを比較
することは難しいことがわかる。また、同図において条
件Ｂでは、約２０腸以上から、条件Ａでは、約１５■以
上の厚さから、Ｓｌがほぼ一定となっているが、これは
その厚さ以上では、見かけのＳｌが組織構造の影響を受
けなくなる。すなわち構造依存性を受けていない厚さに
おいて示されているＳＩはシミュレータ自身の硬さであ
るということができる。

シミュレータの厚さが蒲（なれば、見かけの硬さも硬く
なることは述べたが、シミュレータ自身の硬さが硬くな
れば、当然見かけの硬さも硬くなる。さらにシミュレー
タ下部の鉄板の硬さが変化すれば、表面からの見かけの
硬さも変化する。本測定法はシミュレータを表面から励
振させることによって機械インピーダンスを測定してい
るが、その厚さが薄くなると下部の構造物がらの振動反
射によって得られる機械インピーダンスが変化する。す
なわちシミュレータと下部の構造物の機械インピーダン
スの大小が影響しているのであり、反射は構造物が硬い
すなわち構造物の機械インピーダンスが大きいほどよく
起こる。したがって、構造物の硬さが硬くなるほど反射
の影響も強く受けるようになるので、見かけの硬さも硬
（なってくると考えられる。

Ｂ１機械インピーダンスによる硬さのマツピング前述の
シミュレータの中に、第１４図で説明したように格子状
に組み合わせた銅棒を埋め込んだ場合（パーモデルと呼
ぶ）、および鉄製のＭブロックを埋め込んだ場合（ブロ
ックモデルと呼ぶ）の二つについて実験を行った。測定
は１つの測定点に対して２回ずつ行い、振動子直径は１
０■、接触力は５０ｇｆとし、前述のＳＩを求めた。ま
た、硬さの分布が視覚的、直観的にとらえることができ
るよう、測定結果を双３次スプライン補間を用いて３次
元画像（Ｓｌマツピングと呼ぶ）で表現した。

（１）バーモデル 前述のシミュレータ（厚さ５０１、直径１５０閣）の中
に、長さ１２０１、直径４ｍの銅棒４本を図８（ａ）の
ように組み合せて埋め込み、表面から１０閣の位置に固
定してバーモデルを作製し、実験を行った。バーモデル
は対称であるため、測定は同図（ｂ）に示すように、片
側だけ７２　（１２Ｘ　６　）点。

で行った。第３０図に硬さのＳｌマツピングを示す。

同図には銅棒を格子状に組み合わせた様子がよく表現さ
れている。左下方から右上方に延びている２本の隆起が
、右下方から左上方に延びている２本の隆起よりも高く
なっているが、これは組み合わせた銅棒の上になってい
る側と、下になっている側の差である。また、銅棒が交
差している部分が他よりも高（なっているが、これは、
第１４図にも示すように、銅棒を格子状に固定するため
に用いたワイヤーによるものである。

（２）ブロックモデル 前述のシミュレータ（厚さ６５閣、直径２００腫）の中
に、高さ５５ｍのＭブロックを第３１図に示すように埋
め込み、ブロックの最も高い部分が表面から１０閣とな
るようにしてブロックモデルを作製し、実験を行った。

第３２図には測定点を示すが、図では半分だけ示してお
り、実際には１０５点の測定を行った。第３３図は硬さ
のＳｌマツピングで、図には隆起した山のようなものが
二つ現れている。これはブロックの山の部分に相当し、
ブロックの谷の部分もうま（表現されている。Ｓｌマツ
ピングの４隅が大きくなっているのは、振動子の大きさ
に比べてシミュレータの大きさが十分でなかったため、
フィルムの側壁の影響を受けているからと考えられる。

Ｃ０生体機械インピーダンスのＳｌマツピング今回提案
した硬さの指標が、生体表面においても適用できること
を確認するために、手置部と胸部において測定を行った
。これらの部位は生体表面下の骨などの影響を受けてお
り、Ｓｌマツピングで示されている硬さは、見かけの硬
さである。

（１）手置部 手置部では、皮膚下部の構造が複雑であり、皮膚も薄い
ので振動子直径を５１、接触力を１５ｇｆとし、手置部
を上にして自然な状態で台の上に置き、２回ずつ測定を
行った。第３４図に、左手背部の測定点（８Ｘ５：格子
点上）４０点を示す。また、第３５図に手置部からみた
骨格の様子を（金子二日本人体解剖学１（管掌、靭帯学
、勧学）　、７１　（昭５７）両山堂）、第３６図にＳ
ｌマツピングを示す。中手指関節上で一番硬くなり、ま
た中手指のある部位とない部位の硬さの差がはっきり現
れていることがわかる。また中手骨上でも手根骨側はＳ
Ｉが小さいので、皮膚表面の粘弾性が同じであるとすれ
ば、骨などの構造依存性の影響が少ない、すなわち中手
骨側に比べて皮膚が厚いと考えられる。

（２）胸部 胸部では、手置部に比べて胸壁の面積が大きく比較的構
造が簡単なので、振動子直径を１０閣、接触力を５０ｇ
ｆとし、被験者を仰向けに寝かせて２回ずつ測定を行っ
た。左胸部上は心拍の影響を受けて正確に測定を行えな
いため、第３７図に示すように右胸部において１０５点
（１５Ｘ７：格子点上）で測定した。第３８図に胸部の
骨格を（同）、第３９図にＳｌマツピングを示す。鎖骨
上と胸骨柄から胸骨体にかけて、見かけの硬さは硬くな
っており、肋骨のある部位とない部位の差がよく表現さ
れている。なお、マツピングは鎖骨上、胸骨体上のＳＩ
が極めて大きかったので、高さを対数で表した。

Ｄ、硬さの指標と触診 （１）実験方法および結果 右下腿外側部において振動子直径を１０１、接触力を５
０ｇｆとし、−点につき２回測定を行ってＳｌの平均値
を得た。測定部位は第４０図に示すように、下腿外側の
前脛骨筋、腓骨筋、下腿二頭筋上にまたがる８Ｃ１１１
Ｘ１６Ｃ１＋の範囲で、測定点は２ＣＩｌ−おきに４０
点とした。測定部位が下腿外側であるので足関節のわず
かな変化によって筋の働きが異なり、筋緊張層が変化す
ると考えられるので、足関節はほぼ直角にしてテーピン
グを行い固定した。機械インピーダンス測定と並行して
、まず鍼灸師、次にマツサージ師が全体にわたって触診
を行い、１つの点に対して５段階（硬さの程度は略均等
）の点数で硬さを表現したマツプを作製した。次に脛骨
側の２０点について機械インピーダンスの測定を行い、
次に述べる方法で硬さ指標のマツプを作製した。さらに
鍼灸師とマツサージ師が触診を行って、２回目の触診の
マツプを作製し、次に残りの足首側の２０点について機
械インピーダンスを測定した。

もう−度鍼灸師とマツサージ師が３回目の触診を行って
、マツプを作製した。３回の触診を行ったのは、測定全
体が約２時間にも及ぶため、測定中に足関節角度の変化
による筋緊張層の変化を考慮するためである。同様な理
由で機械インピーダンスの測定も２回に分けて行った。

２４才の男性の下腿において、触診と機械インピーダン
ス測定を行ってマツピングしたのが第４１図および第４
２図である。鍼灸師は被験者の下腿の筋が全体的に薄（
、三つの筋が区別しにくいと報告している。また触診の
際の加圧力は１００〜５００　ｇ程度である。測定の開
始時には足関節が少し動き、鍼灸師とマツサージ師の触
診結果が異なった。また測定終了時の足関節角度は開始
時に比べるとかなり変化しており、測定中に徐々に角度
が変化していたと考えられる。また被験者は測定の後半
には足関節の麻痺（しびれ）を訴えた。従って、触診の
マツピングは脛骨側（前半）の２０点について、１回目
のマツサージ師（鍼灸師の触診は足関節角度が違うので
除外する）、２回目の鍼灸師、マツサージ師の触診結果
から平均値を求めて、２０点の値とした。足首側（後半
）の２０点についても２回目の鍼灸師、マツサージ師と
３回目の鍼灸師、マツサージ師の触診結果の平均値を求
めて、残りの２０点の値としてマツピングを行った。

第４１図および第４２図の触診とＳｌマツピングを比べ
ると、どちらも前脛骨筋、足首に向かって硬くなってい
く様子がわかる。しかし、ＳＩでは腓脛骨筋上のいくつ
かの山が特徴的なのに対し：触診はそれほど明確ではな
く、前脛骨筋中央部でかなり硬い部分があることが示さ
れている。Ｓｒでは三つの筋の特徴が判別できるようで
あるが、触診ではその区別がはっきりとわからない。今
回の結果では測定中に足関節角度が変化したこともあり
、また１例の結果でもあるので細かい部分の比較では明
確な結果を得ることができなかったが、全体の傾向（前
脛骨筋および足首に向かって硬くなっていく）は一致し
ていると考えてよいであろう。第４３図に示すように触
診とＳＩの相関係数は０．７９７であり強い相関が認め
られるので、Ｓｌは触診に対応する硬さ指標として十分
であると考える。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば生体内部の構造依
存性の影響を除いた生体表面組織そのものの力学特性の
測定が可能となり、また一方では、構造依存性を含んだ
形で触診により経験的に得られる生体表面の力学特性を
客観的に評価する指標が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１の装置の原理構成図、第２図
は本発明に係る第２の装置の原理構成図、第３図は本発
明に係る測定装置の一実施例を表わす図、 第４図は本発明に係るセンサ内藏形加振基の詳細図、 第５図は実験に用いたモデルの外観を表わす図、第６図
はモデルについての弾性係数μ１、粘性係数μ２、およ
び有効振動半径ａの算出結果とモデルの厚みｄとの関係
を表わす図、 第７図はμ１、μ２と補正係数Ｐとの関係を表わす図、 第８図は異なる媒質定数における第６図と同様な図、 第９図は異なる媒質定数における第７図と同様な図、 第１０図は異なる媒質定数における補正関数の比較を表
わす図、 第１１図は異なる測定条件における第６図と同様な図、 第１２図は異なる測定条件における第７図と同様な図、 第１３図は異なる測定条件における補正関数の比較を表
わす図、 第１４図はバーモデルの外観を表わす図、第１５図はバ
ーモデルの測定点を表わす図、第１６図はバーモデルに
おける補正前のμ１、μ２のマツピングを表わす図、 第１７図はバーモデルにおける補正後のμ１、μ２のマ
ツピングを表わす図、 第１８図は眼瞼周囲の測定点と補間点を表わす図、第１
９図は眼瞼周囲の測定結果を表わす図、第２０図は補正
前の眼瞼周囲のμ３．μ２のマツピングを表わす図、 第２１図は補正後の眼瞼周囲のμ３．μ２のマツピング
を表わす図、 第２２図は眼瞼周囲の上眼瞼、下眼瞼、外販角部を表わ
す図、 第２３図は補正前後の部位別のμｍを表わす図、第２４
図は補正前後の部位別のμ２を表わす図、第２５図はい
くつかの特徴的な生体機械インピーダンスの周波数特性
を表わす図、 第２６図は硬さの評価法を表わす図、 第２７図は生体の硬さに応じた共振周波数の変化を表わ
す図、 第２８図はモデルの厚さに応じた周波数特性の変化を表
わす図、 第２９図はモデルの厚さとＳｌとの関係を表わす図、 第３０図はバーモデルにおけるＳＩ値のマツピングを表
わす図、 第３１図はＭブロックモデルを表わす図、第３２図はＭ
ブロックモデルにおける測定点を表わす図、 第３３図はＭブロンクモデルにおけるＳｌ値のマツピン
グを表わす図、 第３４図は手甲部の測定点を表わす図、第３５図は手置
部からみた骨格図、 第３６図は手置部の３１値のマツピングを表わす図、 第３７図は胸部の測定点を表わす図、 第３８図は胸部の骨格図、 第３９図は胸部のＳＩ値のマツピングを表わす図、第４
０図は右下腿外側部の測定点を表わす図、第４１図は触
診によって得られた右下腿外側部の硬さのマツピングを
表わす図、 第４２図は右下腿外側部のＳｌマツピングを表わす図、 第４３図は触診の結果とＳｌマツピングとの相関を表わ
す図、 図において、 １０・・・生体表面、　　　　１２．１２１・・・振動
子、１４０・・・加振器、 １５０・・・センサ内蔵形加振器、 １６０・・・インピーダンスヘッド、 １６１・・・ロードセル、　　１６２・・・コネクタ。 ］○○ シミュレータ実験モデル 第５図 ｄ（ｍｍ） 構造依存性の影響 第６図 ０・　　ｐｌ Δ・・・ｐｌ ０・・・Ｏ 弾性係数、Ｌ＋ （ａ） 粘性係数Ｐ２ （ｂ”１ 補正関数の決定 補正関数の比較（媒質定数が異なる場合）媒質定数が異
なる場合の補正関数 測定条件が異なる場合の補正関数 第１２図 補正関数の比較（測定条件が異なる場合）第１３図 バーモデル バーモデルの測定点 第１５図 （ｂ） 補正後のマツピング（バ 第１７図 モデル） 弾性係数μｍ （ａ） 粘性係数μ２ （ｂ） 眼瞼周囲の測定点と補間点 第１８図 眼瞼周囲の測定結果 第１９図 補正後の粘性係数μ２ （ｂ） 補正後のマツピング（眼瞼周囲） 第２１図 測定結果のマツピング（眼瞼周囲） 眼瞼周囲の上眼瞼、下眼瞼、外眼角部 第２２図 部位別の弾性検数Ｐ１ 茅２３図 部位別Ｃ 瞳部 角部 補正後 （ｂ） 硬さの評価法 第２６図 共振周波数の変化 第２７図 厚さを変えたときの 周波数特性の変化 厚さ（ｍｍ） 厚さを変えたときの 見かけの硬さの変化 第２９図 バーモデルのＳＩマツピング 第３０図 ＭブロックモデルのＳｌマツピング ｇＡ３３図 プラスチック Ｍブロックモデル 第３１図 測定点 第３２図 第３４図 第３５図 手甲部のＳ１７・ンビング 第３６図 胸部のＳ］マツピング 第３９図 測定点 第３７図 胸部の骨格 測定点 第４０図 触診とＳＩの相関 第４３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、生体表面（１０）に振動子（１２）を圧接し、該振
   動子（１２）を所定の周波数分布において加振し、 該圧接され加振された振動子（１２）における駆動力と
   加速度とを時間領域において測定し、該時間領域におい
   て測定された駆動力と加速度とをフーリエ変換して周波
   数領域に変換し、該周波数領域における駆動力と加速度
   とから該生体表面における機械インピーダンスの周波数
   特性を算出し、 有効振動半径ａ、弾性係数μ＿１、および粘性係数μ＿
   ２をパラメータとする機械インピーダンスの理論式から
   算出される機械インピーダンスの周波数特性曲線が該駆
   動力と加速度とから算出された機械インピーダンスの周
   波数特性曲線を最適に近似する有効振動半径ａ、弾性係
   数μ＿１、および粘性係数μ＿２の値を決定し、 有効振動半径ａの関数としての弾性係数μ＿１および粘
   性係数μ＿２の補正率を予め記憶し、該決定された有効
   振動半径ａの値から定められる該記憶された補正率によ
   り、該決定された弾性係数μ＿１または粘性係数μ＿２
   の値を補正する各段階を具備することを特徴とする生体
   表面部の力学特性の測定方法。 ２、生体表面（１０）に振動子（１２）を圧接し、該振
   動子（１２）を所定の周波数分布において加振し、 該圧接され加振された振動子（１２）における駆動力と
   加速度とを時間領域において測定し、該時間領域におい
   て測定された駆動力と加速度とをフーリエ変換して周波
   数領域に変換し、該周波数領域における駆動力と加速度
   とから該生体表面における機械インピーダンスの周波数
   特性を算出し、 該算出された機械インピーダンスの虚部の周波数特性曲
   線における共振周波数以下の部分の領域の積分値を算出
   して生体表面部の硬さの評価指数とする各段階を具備す
   ることを特徴とする生体表面部の力学特性の測定方法。 ３、生体表面（１０）に圧接される振動子（１２）と、 該振動子（１２）を所定の周波数分布において加振する
   加振手段（１４）と、 圧接され該加振手段（１４）により加振される該振動子
   （１２）における駆動力と加速度とを検知する検知手段
   （１６）と、 該検知手段（１６）において検知された時間領域におけ
   る駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリエ変換手
   段（１８）と、 該フーリエ変換手段（１８）が出力する周波数領域の駆
   動力と加速度とから該生体表面（１０）における機械イ
   ンピーダンスの周波数特性を算出する機械インピーダン
   ス算出手段（２０）と、 有効振動半径ａ、弾性係数μ＿１、および粘性係数μ＿
   ２をパラメータとする機械インピーダンスの理論式から
   算出される機械インピーダンスの周波数特性曲線が該駆
   動力と加速度とから算出された機械インピーダンスの周
   波数特性曲線を最適に近似する有効振動半径ａ、弾性係
   数μ＿１、および粘性係数μ＿２の値を決定する曲線適
   合手段（２２）と、有効振動半径ａの関数としての弾性
   係数μ＿１および粘性係数μ＿２の補正率を記憶する補
   正値記憶手段（２４）と、 該曲線適合手段（２２）により決定された有効振動半径
   ａの値から定められる該補正値記憶手段（２４）に記憶
   された補正率により、該曲線適合手段（２２）により決
   定された弾性係数μ＿１または粘性係数μ＿２の値を補
   正する補正手段（２６）とを具備することを特徴とする
   生体表面部の力学特性の測定装置。 ４、生体表面（１０）に圧接される振動子（１２）と、 該振動子（１２）を所定の周波数分布において加振する
   加振手段（１４）と、 圧接され該加振手段（１４）により加振される該振動子
   （１２）における駆動力と加速度とを検知する検知手段
   （１６）と、 該検知手段（１６）において検知された時間領域におけ
   る駆動力と加速度とをフーリエ変換するフーリエ変換手
   段（１８）と、 該フーリエ変換手段（１８）が出力する周波数領域の駆
   動力と加速度とから該生体表面（１０）における機械イ
   ンピーダンスの周波数特性を算出する機械インピーダン
   ス算出手段（２０）と、 該機械インピーダンス算出手段（２０）が算出した機械
   インピーダンスの虚部の周波数特性曲線における共振周
   波数以下の領域の積分値を算出して生体表面部の硬さの
   評価指数とする評価指数算出手段（３０）とを具備する
   ことを特徴とする生体表面部の力学特性の測定装置。 ５、請求項１または２記載の方法に使用するセンサ内蔵
   形加振器であって、 振動すべき方向に伸びる振動軸（１２０）と、弾性体（
   １４２）を介して該振動軸（１２０）に釣支された永久
   磁石（１４１）と、 該永久磁石（１４１）の磁極に対向し、該振動軸（１２
   ０）に拘持された駆動コイル（１４３）と、軸方向の応
   力と加速度にそれぞれ比例した２つの電気信号を出力す
   るインピーダンスヘッド（１６０）と、 該インピーダンスヘッド（１６０）を介して該振動軸（
   １２０）に固着された円盤状振動子（１２１）とを具備
   することを特徴とするセンサ内蔵形加振器の構造。