JPH0712356B2 - 脂肪厚み測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を利用して皮下脂肪等の脂肪層の厚み
を測定する脂肪厚み測定装置に関し、特に広範な厚みの
脂肪層の測定を可能とする構造が備えられたものに関す
る。

〔従来の技術〕

第２図は、従来の脂肪厚み測定装置の一例を説明するた
めの概略ブロック図である。この装置では、超音波振動
子を含むセンサ１を生体の体表面２に当接させ、発射さ
れた超音波の脂肪層３と筋肉層４との境界面で反射され
た反射波が返ってくるまでの時間を測定することによ
り、脂肪層３の厚みを該時間間隔から検出するものであ
る。

超音波振動子に駆動パルスを印加するために駆動パルス
発生回路５が、センサ１に接続されてる。また、センサ
１の出力は比較器６において、予め設定された基準電圧
と比較される。それによって、反射波に基づく信号が２
値化された出力信号として取出され、デジタル計数器７
によりカウントされ、表示器８により表示される。

なお、９は測定タイミング発生回路を示し、該測定タイ
ミング発生回路で発生された測定タイミング信号が前記
した駆動パルス発生回路５と、測定有効タイミング時間
発生回路10とに与えられ、該測定有効タイミング時間発
生回路10の出力がデジタル計数器７に与えられる。デジ
タル計数器７は、この測定有効タイミング時間信号に基
づき、比較器６から与えられる２値化された出力信号を
計数する。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

超音波振動子を用いたセンサ１により脂肪層と筋肉層と
の間の境界で反射された反射波を検出するに当たって
は、使用する超音波振動子の共振周波数によって測定可
能な脂肪厚みの範囲が制限されるという問題があった。

すなわち、比較的厚い脂肪層を測定する場合には、超音
波は脂肪層内で減衰し易い。よって、共振周波数の低い
超音波振動子を用いて、減衰を抑制する必要がある。

しかしながら、共振周波数の低い超音波振動子を用いた
場合には、超音波を送波する際の残響が大きくなり、反
射波が短時間で戻ってくる場合、すなわち脂肪層の厚み
が薄い場合には、反射波が残響に埋もれ、脂肪層の厚み
を正確に検出することができなくなる。

従って、第２図に示した測定装置において様々な厚み範
囲の脂肪層を測定するには、センサ１を脂肪層の厚みに
応じて交換する必要がある。すなわち、ある超音波振動
子を用いたセンサ１を体表面に当接した状態で脂肪層の
厚みを測定しようとし、該センサ１では測定不能である
ことが判明した場合には、共振周波数の異なる別異のセ
ンサを用意し、駆動パルス発生回路５や比較器６に再度
接続し、再度体表面に２にセットするという煩雑な作業
が強いられていた。

従って、本発明の目的は、上記のような煩雑なセンサ交
換作業を実施せずとも、広範な厚みの脂肪層を迅速かつ
簡単に測定することが可能な脂肪厚み測定装置を提供す
ることにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明は、超音波振動子を用いたセンサから発射された
超音波の反射波が返ってくる時間を測定することにより
脂肪層の厚みを測定する装置であって、下記の構成を備
えることを特徴とする。

すなわち、本発明では、共振周波数の相異なる超音波振
動子を有する第１及び第２のセンサの２つのセンサが備
えられている。また、第１及び第２のセンサの各超音波
振動子を駆動するための駆動パルス信号を発生する駆動
パルス発生手段と、第１及び第２のセンサの何れを駆動
するかを選択する選択手段とが備えられている。

駆動パルス発生手段及び選択手段には、センサ切換手段
が接続されている。このセンサ切換手段は、選択手段か
らの選択指令信号に基づいて、第１及び第２のセンサの
何れかに駆動パルス信号を供給し、かつ第１または第２
のセンサの出力信号が入力されるように構成されてい
る。

センサ切換手段には、センサ切換手段から与えられるセ
ンサ出力信号を基準電圧と比較する比較手段が接続され
ている。この比較手段は、センサ出力信号と基準電圧と
を比較して、反射波に基づく２値化された出力信号を出
力する。

選択手段には、残響カットタイミング発生手段が接続さ
れており、該残響カットタイミング発生手段は、第１及
び第２のセンサの超音波振動子の残響の長さに応じた残
響カットタイミング信号を発生する。

そして、上記した比較手段の出力と、残響カットタイミ
ング信号からの残響カットタイミング信号とを演算し、
残響に基づく信号成分をカットする残響カット手段が備
えられている。

〔作用〕

第１図の概略ブロック図を参照して、本発明の作用を説
明する。

共振周波数の異なる超音波振動子を用いて構成された第
１のセンサ11a及び第２のセンサ11bが備えられている。
すなわち、相対的に共振周波数の低い超音波振動子を有
するセンサを用いて厚みの厚い脂肪が測定され、相対的
に高い周波数の超音波振動子を用いたセンサにより薄い
脂肪層の厚みが測定される。

第1,第２のセンサは、センサ切換回路12に接続されてお
り、選択手段13において、何れのセンサ11aまたは11bを
駆動するかを決定する選択指令信号が発生される。セン
サ切換手段には、この選択手段13の選択指令信号に基づ
いて、駆動パルス発生回路14で発生された駆動パルスを
選択手段13により選択された何れかのセンサ11aまたは1
1bに印加する。そして、センサ11aまたは11bから戻って
きた反射波に基づく出力信号は、センサ切換回路12によ
り出力され、比較器15に与えられる。比較切欠15では、
センサ出力信号が予め設定された基準電圧と比較され、
反射波に基づくセンサ出力信号が２値化される。

他方、選択手段13からの選択指令信号は、残響カットタ
イミング発生回路16にも与えられる。残響カットタイミ
ング発生回路16では、各センサ11aまたは11bにおける残
響時間の長さに応じた残響カットタイミング信号が発生
され、これが残響カット回路17に与えられる。残響カッ
ト回路17は、残響カットタイミング信号と比較器15から
与えられるセンサ出力信号とを演算し、残響時間の影響
を排除した出力信号を与える。

本発明では、共振周波数の異なる超音波振動子を用いて
構成された第1,第２のセンサ11a,11bが、選択手段及び
センサ切換回路により電気的に切換え使用される。ま
た、各センサ11a,11bに用いられた超音波振動子の残響
時間の長さに応じた残響カットタイミング信号が残響カ
ットタイミング発生回路で発生され、残響カット手段に
てセンサ出力信号から残響時間中の成分が除かれる。よ
って、第１または第２のセンサを用いて、広い範囲の厚
みの脂肪層を正確に測定することが可能とされている。

〔実施例の説明〕

第３図は、本発明の一実施例の概略ブロック図であり、
第４図は第３図中の（ ）で囲まれた英小字で示す部分
における信号のタイムチャート図である。以下、第３図
及び第４図を参照して、本発明の一実施例の構成及び動
作を説明する。

第３図を参照して、生体の体表面２に当接される、共振
周波数の異なる第1,第２のセンサ11a,11bが備えられて
いる。第１のセンサ11aと、第２のセンサ12bとは、図示
のように物理的に一体化されて一つのプローブを構成し
ていてもよく、あるいは別体のものであってもよい。

別体のセンサを用いる場合であっても、双方のセンサは
体表面２に同時に当接させておく。

第1,第２のセンサ11a,11bは、センサ切換回路12に電気
的に接続されている。センサ切換回路12には、選択手段
13が接続されている。

選択手段13は、第１のセンサ11a及び第２のセンサ11bの
何れを駆動するかを選択する、「Ｈ」又は「Ｌ」の選択
指令信号を発生するものであり、例えば手動の切換えス
イッチにより構成することができる。もっとも、後述す
るように、手動スイッチに代えて図示しない制御装置を
用いることも可能である。

また、センサ切換回路12には、増幅器14aを介して駆動
パルス発生回路14が接続されている。駆動パルス発生回
路14は、第１または第２のセンサ11a,11bにおいて超音
波を発生させるための駆動パルスを発生するために設け
られている。

この駆動パルス発生回路14は、測定タイミング発生回路
18で発生される測定タイミング信号に基づいて駆動され
る。

検出側では、センサ切換え回路12に、反射信号を増幅す
る増幅器19が接続されている。この増幅器19は、ゲイン
コントロール20により利得が調整されるように構成され
ている。

増幅器19の出力側には波形整形回路21が接続されてい
る。波形整形回路21は、センサ11a,11bの出力信号波形
を整形するために設けられている。

波形整形回路21の出力側は、比較器15の一方入力端に接
続されている。比較器15の他方入力端には予め設定した
基準電圧が与えられる。比較器15は、波形整形回路21か
ら与えられる波形成形されたセンサ出力信号と基準電圧
とを比較することにより、２値化されたセンサ出力信号
を出力する。

比較器15の出力側は、残響カット手段を構成するアンド
ゲート22の一方入力端に接続されている。アンドゲート
22の他方入力端には、残響カットタイミング信号を発生
する残響カットタイミング発生回路16が接続されてい
る。この残響カットタイミング発生回路16は、測定タイ
ミング発生回路18より与えられる測定タイミング信号に
より、並びに選択手段13からの選択指令信号により、駆
動されているセンサ11aまたは11bの残響時間に応じた残
響カットタイミング信号を発生する。

アンドゲート22は、比較器15から与えられる２値化され
たセンサ出力信号と、残響カットタイミング信号とを演
算し、残響時間に係る信号成分をカットした反射波のみ
の信号を出力する。

アンドゲート22の出力側には、デジタル計数器23及び表
示器24が接続されている。

デジタル計数器23は、発振器24、Ｄ型フリップフロップ
25、カウンタ26、ラッチ27,28で構成されており、測定
有効時間タイミング発生回路29からのタイミング信号に
応じて、アンドゲート22より与えられる反射波に基づく
出力信号をカウントし、表示器24に与える。表示器24
は、反射波に基づく脂肪層の厚みを可視表示するために
設けられている。

次に、上記実施例の動作を、第３図中に（ ）で囲まれ
た英小字記号の部分のタイミングチャートを示す第４図
を参照しつつ説明する。

まず、測定タイミング発生回路18において、第４図
（ｃ）で示すように、10m秒程度の時間間隔の測定タイ
ミング信号が発生される。この測定タイミング信号が出
力されているとき、駆動パルス発生回路14により、
（ｄ）で示す駆動パルス信号が発生される。この駆動パ
ルス信号が、増幅器14aで増幅され、センサ切換回路12
に与えられる。

いま、選択手段13から「Ｈ」の信号が出力され、共振周
波数の高い第１のセンサ11aが選択されているとする
と、センサ切換回路12から（ａ）で示すパルス波が第１
のセンサ11aに与えられる。

第１のセンサ11aは該駆動パルスにより振動し、超音波
が生体から体内に発射される。生体内の脂肪層と筋肉層
との境界で反射された波が第１のセンサ11aにより検出
され、該センサ11aの出力信号がセンサ切換回路12を介
して増幅器19に与えられる。このセンサ出力信号波形
は、第４図の（ｅ）で示す通りとなる。

該センサ出力信号は、増幅器19で増幅され、波形整形回
路21に与えられる。波形整形回路21で波形整形されたセ
ンサ出力信号は、第４図の（ｆ）で示した形となる。

そして、比較器15で基準電圧と比較されて、第４図の
（ｇ）で示すように、矩形のパルス状出力信号が得られ
る。

他方、残響カットタイミング発生器16では、測定タイミ
ング信号に応じて、第４図に（ha）で示す残響カットタ
イミング信号が発生される。第４図の（ha）で示す残響
カットタイミング信号波形から明らかなように、この残
響カットタイミング信号は、第１のセンサ11aの残響時
間、すなわち数μ秒程度の時間間隔をおいてハイレベル
となるようにされている。

残響カットタイミング信号と比較器15の出力信号とはア
ンドゲート22で演算され、アンドゲート22により、残響
カットタイミング信号が「ハイ」のときにのみセンサ出
力信号が出力される。すなわち、アンドゲート22によ
り、比較器15の出力信号のうち第１のセンサ11aにおけ
る超音波振動子の残響時間内の信号成分が除去される。

以上のようにして、第１のセンサ11aを駆動した場合
に、第１のセンサ11aに用いた超音波振動子の残響時間
中の信号が除去されたセンサ出力信号が取出される。

他方、第１のセンサ11aでは脂肪層の厚みを特定するこ
とができない場合、すなわち脂肪層の厚みが厚くて超音
波の減衰が大きいため反射波を検出することができない
場合には、第２のセンサ11bを選択手段13により選択す
る。この場合、選択器13からの「Ｌ」の選択指令信号に
基づいて、センサ切換回路12が駆動され、第２のセンサ
11bに駆動パルス発生回路14からの駆動パルスが印加さ
れる。同様に、選択回路13からの選択指令信号が残響カ
ットタイミング発生回路16に与えられ、第４図に（hb）
で示す残響カットタイミング信号が発生される。第４図
に（hb）で示す残響カットタイミング信号では、約10数
μ秒程度の間隔をおいて信号が「ハイ」に立上がる。こ
れは、共振周波数の低い超音波振動子を利用した第２の
センサ11bの残響時間に合わせて、信号の立上がるまで
の時間を長くしたものである。

従って、アンドゲート22では、第２のセンサ11bの残響
時間に応じて、上記のような残響カットタイミング信号
と比較器15からの２値化されたセンサ出力信号とが演算
され、第２のセンサ11bにおける残響時間に基づく信号
成分がカットされる。

このように、第３図実施例では、選択手段13により何れ
かのセンサ11a,11bを選択することにより、各センサ11
a,11bが駆動され、かつ各センサ11a,11bに用いられてい
る超音波振動子の残響時間に応じた残響カットタイミン
グ信号が発生され、それによって残響時間中のセンサ出
力信号がアンドゲート22により除去される。よって、選
択手段13によりセンサを切換えるだけで、広範囲の厚み
の脂肪層を測定することが可能とされている。

次に、デジタル計数器23の機能につき説明する。比較器
15では、第４図に（ｇ）で示す複数の矩形波が出力され
る。この複数の矩形波のうち、Ａで示す信号は、第１境
界部における反射波を、Ｂで示す信号は皮下脂肪と筋肉
との間の境界層で反射された反射波を、Ｃで示す信号は
その他の臓器や骨等からの反射波を示す。

すなわち、第５図に断面図で示すように、センサ11で発
生された超音波を生表面２から生体内に発射した場合、
超音波は、体内の様々な境界で反射される。すなわち、
脂肪層３内の第１境界部と称されている部分3aで一部が
反射され、また脂肪層３と筋肉層４との間の皮下脂肪境
界3bで一部が反射され、さらに骨や筋肉組織内の様々な
部分で残りの超音波が反射される。従って、超音波振動
子より体内に発射された超音波が反射されて戻ってくる
信号中には、様々な境界部分における反射波が存在する
ので、脂肪層の厚みを測定するには、皮下脂肪境界3bで
反射された反射波を選択的に取出して、その時間間隔を
測定する必要がある。

もっとも、第１境界部3aにおける反射波であるか、脂肪
境界3bにおける反射波であるかは、経時的にすべての反
射波を測定した後でないと判断することができない。そ
のため、本実施例では、第４図の（ｇ）で示された矩形
波状の反射信号のうちハッチングを付して示した反射波
に相当するデータを、常にラッチ回路27に取込み、測定
有効時間タイミング発生器29の測定有効時間終了後に、
ラッチ回路27に保持されていたデータが、知りたい脂肪
厚みに相当するものとし、その結果をラッチ回路28に保
持し、次に測定サイクルまで表示器24による表示を続け
るように構成されている。

また、皮下脂肪境界3b（第５図参照）よりも深いところ
における反射も考えられるために、この測定有効時間
は、脂肪層の厚みに応じて適切な時間間隔に設定してお
くことが必要である。

なお、上述した実施例では、選択手段13として、手動の
スイッチ等により構成するものを例示したが、図示しな
い制御回路により第1,第２のセンサ11aまたは11bを選択
するための選択指令信号を発生するように構成してもよ
い。例えば、通常「ハイ」の信号を制御回路から出力
し、共振周波数の高い第１のセンサ11aを選択してお
く。そして、脂肪層の厚みが厚く、充分な反射波が戻っ
てこない場合には、第４図（ｇ）で示したタイミングチ
ャートにおいてハッチングを付した時間間隔に至ったと
しても、比較器15の出力信号が「ハイ」にならないた
め、正常な測定が行われなかったことが判明する。よっ
て、この時点において、制御回路により、選択指令信号
を「ロー」とし、第２のセンサ11bが選択されるように
構成してもよい。

もちろん、常時は選択手段としての制御回路が「ロー」
の選択指令信号を発生しており、第２のセンサ11bで脂
肪層の厚みを測定することができない場合には、逆に制
御装置が「ハイ」の選択指令信号を発生するように構成
してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、共振周波数の異なる第
1,第２のセンサが、選択手段及びセンサ切換回路により
切換えて駆動される。よって、煩雑なセンサ交換作業や
接続作業を実施例しなくとも、非常に薄い脂肪層から厚
い脂肪層まで、その脂肪層の厚みを簡単に測定すること
ができる。しかも、残響カットタイミング発生手段によ
り、各センサの超音波振動子の残響時間に応じた残響カ
ットタイミング信号が発生され、残響カット手段により
センサ出力信号から残響時間に応じた信号成分が除去さ
れるので、各センサの超音波振動子の残響によるエラー
の発生も確実に防止される。よって、広範囲な厚みの脂
肪層を正確に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を説明するための概略ブロック
図、第２図は従来の脂肪厚みの測定そうちの概略ブロッ
ク図、第３図は本発明の一実施例の概略ブロック図、第
４図は第３図の実施例における各回路部分における信号
の値のチャートを示す図、第５図は生体内に超音波が反
射される過程を説明するための断面図である。 図において、11aは第１のセンサ、11bは第２のセンサ、
12はセンサ切換回路、13は選択回路、14は駆動パルス発
生回路、15は比較器、16は残響カットタイミング発生
器、17は残響カット器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波振動子を用いたセンサから発射され
   た超音波の反射波の返ってくる時間を測定することによ
   り脂肪層の厚みを測定する装置であって、 共振周波数が相異なる超音波振動子を有する第1,第２の
   センサと、 前記超音波振動子を駆動するための駆動パルス信号を発
   生する駆動パルス発生手段と、 前記第1,第２のセンサの何れを駆動するかを選択する選
   択指令信号を発生する選択手段と、 前記駆動パルス発生手段及び選択手段に接続されてお
   り、前記選択手段からの指令信号に基づいて前記第1,第
   ２のセンサの何れかに駆動パルス信号を供給し、かつ第
   １または第２のセンサの出力信号が入力されるように、
   第1,第２のセンサに接続されたセンサ切換手段と、 前記センサ切換手段から与えられるセンサ出力信号を基
   準電圧と比較して、反射波に基づく２値化された出力信
   号を出力する比較手段と、 前記選択手段からの指令信号に基づいて、前記第１また
   は第２のセンサの超音波振動子の残響の長さに応じた残
   響カットタイミング信号を発生する残響カットタイミン
   グ発生手段と、 前記比較手段の出力信号から、残響カットタイミング発
   生手段から与えられる残響カットタイミング信号により
   残響に基づく信号成分をカットする、残響カット手段と
   を備えることを特徴とする脂肪厚み測定装置。