JPH07327995A - 超音波皮脂厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純な構成で高い測定精度を得ること。 【構成】 超音波の送受信を行う超音波トランスデュー
サａと、超音波の送信を制御する送信制御手段ｂと、超
音波トランスデューサａが受信した信号をエコーの有る
無しに対応した信号に整形する波形整形手段ｃと、この
波形整形手段ｃの出力に基づいて皮脂厚を演算する皮脂
厚演算手段ｄと、を備え、送信制御手段ｂは、１回の測
定に際し、超音波を複数回送信するように構成し、皮脂
厚演算手段ｄは、各超音波ごとに波形整形手段ｃからの
時間的に変化する出力波形を所定の時間間隔Ｔで取り込
み、各取り込み時期ｎごとのエコーの有る無しを送信残
響及び端面エコーの部分を除いて加算し、所定の取り込
み時期ｎに対する漸化式を用いてエコー有りの分布を示
す値Ｙｎに変換して、さらに、分布を示す値Ｙｎの最大
値を求め、この最大値に基づいて皮脂厚を演算するよう
に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて人体あ
るいは動物といった被験体の皮脂厚を測定する超音波皮
脂厚測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人体あるいは動物の体内に向けて
超音波を送信し、その超音波が脂肪と筋肉との境界面で
反射する境界面エコーを検出して皮脂厚を検出するよう
にした皮脂厚測定装置が知られている（例えば、特許出
願公表昭５７−５００９００号公報参照のこと）。すな
わち、この装置は、パルス発生器で発生させた超音波を
人体に向けて送信し、その境界面エコーを入力したら電
気信号に変換して増幅器で増幅し、その信号が所定のし
きい値を越えたら、境界面エコーを検出したとして、パ
ルス発生から境界面エコーの検出までの時間に基づい
て、皮下脂肪の厚みを測定するよう構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
技術では、超音波を送信して返ってくるエコーの強度に
基づいて皮脂厚の算出を行うようにしているが、この方
式では、ハードウエアが複雑になるという問題がある。

【０００４】また、複数回の測定を行ってその測定値の
平均を皮脂厚として算出する方式もあるが、この方式で
は、複数の組織（境界）からエコーがあった場合、それ
らの中間値を皮脂厚として算出することになり、測定精
度に問題がある。

【０００５】本発明は、上述の従来の問題点に着目して
なされたもので、単純な構成で高い測定精度を得るよう
にすることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、複
数回の測定を行ったデータから漸化式を用いてエコーの
分布を求め、この分布に基づいて皮脂厚を測定するよう
にして上述の目的を達成するようにした。

【０００７】すなわち、本発明は、図１のクレーム対応
図に示すように、電気信号と超音波との相互変換を行う
振動子ａ₁ ならびに超音波を伝達する遅延部材ａ₂ を有
して超音波の送受信を行う超音波トランスデューサａ
と、この超音波トランスデューサａの超音波の送信を制
御する送信制御手段ｂと、前記超音波トランスデューサ
ａが受信した信号をエコーの有る無しに対応した信号に
整形する波形整形手段ｃと、この波形整形手段ｃの出力
に基づいて皮脂厚を演算する皮脂厚演算手段ｄとを備
え、前記送信制御手段ｂは、１回の測定に際し、超音波
を複数回送信するように構成され、前記皮脂厚演算手段
ｄは、各超音波ごとに波形整形手段ｃからの時間的に変
化する出力波形を所定の時間間隔Ｔで取り込み、各取り
込み時期ｎごとのエコーの有る無しを送信残響および端
面エコーの部分を除いて加算し、所定の取り込み時期ｎ
に対する漸化式を用いてエコー有りの分布を示す値Ｙｎ
に変換して、さらに、分布を示す値Ｙｎの最大値を求
め、この最大値に基づいて皮脂厚を演算するように構成
されていることを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の超音波皮脂厚測定装置による測定手順
を説明する。まず、超音波トランスデューサａを人体あ
るいは動物の皮脂厚を測定した部位の皮膚に接触させて
測定を開始する。

【０００９】測定を開始すると、超音波トランスデュー
サａから超音波が複数回送信され、また、この複数の各
超音波に対応して超音波トランスデューサａがエコーを
受信して、波形整形手段ｃは、エコーの有る無しに対応
した信号に整形する。

【００１０】そして、皮脂厚演算手段ｄでは、波形整形
手段ｃからの時間的に変化する出力波形を各超音波につ
いて所定の時間間隔Ｔで取り込み、各取り込み時期ｎご
とのエコーの有る無しを送信残響の部分を除いて加算す
る。すなわち、エコーの取り込み時期ｎは、エコーが返
ってくる位置、つまり、皮膚からの距離（厚み）を示し
ており、このエコーの加算により、同じ位置からのエコ
ーの数が多い程大きな値を示すことになる。また、エコ
ーの有る無しを取り込む場合、エコーの強度を取り込む
ものに比べてハードウエアは簡単な構成で済む。

【００１１】さらに、皮脂厚演算手段ｄでは、所定の取
り込み時期ｎに対する漸化式を用いてエコー有りの分布
を示す値Ｙｎに変換して、分布を示す値Ｙｎの最大値を
求める。したがって、エコーに、皮脂と筋肉との境界面
からのエコーの他に複数の組織からのエコーが混在する
ことがあっても、分布を示す値Ｙｎの最大値は境界面エ
コーが返ってくる位置（取り込み時期ｎ）の近傍のもの
となる。そして、皮脂厚演算手段ｄは、この最大値に基
づいて皮脂厚を演算する。

【００１２】

【実施例】本発明実施例を図面に基づいて説明する。図
２は本発明実施例の超音波皮脂厚測定装置の構成を示す
全体構成図であり、図中１は超音波トランスデューサで
ある。この超音波トランスデューサ１は、超音波を人あ
るいは動物といった被験体に向けて送信するとともに、
そのエコーを受信するためのもので、電気信号を受けて
振動する一方、振動を電気信号に変換する機能を有する
振動子１ａと、後述するように、エコーを検出する時期
を遅らせるための、ポリエチレンやシリコンなどを素材
として略円柱形状に形成された遅延部材１ｂとを備えて
いる。ちなみに、測定時には、遅延部材１ｂの端面１ｃ
を被験体に当接させる。

【００１３】前記振動子１ａは、整合回路２に接続さ
れ、この整合回路２を経て入力されるパルサー３からの
駆動信号を受けて振動する一方、入力された振動（エコ
ー）を電気信号（エコー信号Ｖ_echo）に変換して整合回
路２からアンプ４へ伝達するようになっている。

【００１４】また、前記アンプ４で増幅されたエコー信
号Ｖ_echoは波形整形器（波形整形手段）５で整形され
る。すなわち、波形整形器５は、図３に示すようなエコ
ー信号Ｖ_echoを入力した場合に、検出電圧Ｖ_THを越えな
い時に出力を１として、越えた時に出力を０として０，
１の波形の整形信号Ｓを出力するよう構成されている。
また、波形整形器５は、エコー信号Ｖ_echoが検出電圧Ｖ
_THを越えて出力０の状態となると、その後、エコー信号
Ｖ_echoが検出電圧Ｖ_TH未満になっても出力０の状態を時
間ｔ_HOだけ保持する。なお、図３のエコー信号Ｖ
_echoは、超音波トランスデューサ１を被験者の皮膚に密
着させて超音波を送信した時に入力されたものを示して
おり、超音波の出力を含む送信残響（図示せず）の後、
ｐ１は遅延部材１ｂの端面１ｃで反射した端面エコー、
ｐ２，ｐ３，ｐ４は体内での反射エコーであり、また、
前記検出電圧Ｖ_THは、超音波の送信後、時間が経過する
と共に減少するように設定されている。

【００１５】前記波形整形器５の整形信号ＳはＣＰＵ６
に入力される。このＣＰＵ６は、図外のスイッチを操作
して計測開始信号が入力されると起動して、パルサー３
を作動させて超音波を送信する制御を行うとともに、こ
の超音波の送信に伴って波形整形器５からの波形整形信
号Ｓを変換した入力ｍｎに基づいて皮脂厚を演算し、そ
の演算結果を表示器７に表示するように構成されてい
る。

【００１６】すなわち、ＣＰＵ６は、波形整形信号Ｓ
を、図３に示すように、超音波を送信した時点（この
時、ｎ＝０とする）から所定の時間Ｔの間隔でｎ＝３５
となるまで読み込みを行うもので、この時間Ｔは、脂肪
中の音速をＣとした場合に、２ＣＴ＝１mmとなる時間に
設定されている。したがって、ｎはエコーが発生した位
置（これを、以下パルス位置という）を示すことにな
り、ｎ＝１０の位置は、皮膚から１０mmの深さを示すこ
とになるもので、よって、最大３５mmの皮脂厚を測定す
ることができる。ちなみに、図３に示すエコー信号Ｖ
_echoが検出された時の入力ｍｎは、下記表１の入力ｍｎ
に示す０，１の組み合わせとなる。

【００１７】

【表１】

【００１８】次に、皮脂厚を演算する制御流れを図４の
フローチャートにより説明する。ステップＳ１では、Ｙ
ｎ＝０に設定する。なお、Ｙｎは、後述する漸化式で得
られる値であり、ｎは０〜３５である（表１参照）。

【００１９】ステップＳ２では、Ｍｎを０に設定する。

【００２０】ステップＳ３では、ｋ＝１に設定する。

【００２１】ステップＳ４では、パルサー３を作動させ
て超音波を送信させる。

【００２２】ステップＳ５では、入力ｍｎからｍ_knを求
める。このｍ_knは、ｋ回目の測定時の入力ｍｎが１から
０へ立ち下がる位置（パルス位置）を表しており、表１
に示す入力ｍｎの場合には、ｍ_k9とｍ_k15 が＋１とな
り、他は、ｍ_kn＝０である。

【００２３】ステップＳ６では、ｍ_knのうち、ｋ＝０か
らｋ＝３までの値を０とする処理を行う。これは、送信
残響や端面エコーｐ１や皮脂間のエコーｐ２の影響をカ
ウントしないようにするためである（図３ならびに表１
参照のこと）。

【００２４】ステップＳ７では、Ｍｎを求める。このＭ
ｎは、各超音波の送信でｍ_knが得られる度に積算して得
られる値であって、表１では、ｍ_k9を積算して得られた
Ｍｎ（ｎ＝９）の値が１５，ｍ_k14 を積算したＭｎ（ｎ
＝１４）の値が７，同様にＭ１５が７，Ｍ１６が１０，
Ｍ１７が９となっている。

【００２５】ステップＳ８では、Ｍｎが１５以上のもの
があるか否かを判定し、ＹＥＳでステップＳ１１に進
み、ＮＯでステップＳ９に進む。また、ステップＳ９で
は、ｋ＝１２７か否かを判定して、ＹＥＳでステップＳ
１１に進み、ＮＯでステップＳ１０に進んで、ｋに１を
加える処理を行う。すなわち、本実施例では、そのメモ
リの容量による制限から、Ｍｎの値が１５を越えるか
（つまり、境界面エコーが跳ね返る位置を特定するのに
十分な分布のかたまりが生じるか）、あるいは、１２７
回の測定を行うかした時には、測定を終了する。

【００２６】ステップＳ１１では、Ｙｎをｎ＝０〜３５
までの範囲で下記の線形漸化式により求める。 Ｙｎ＝Ｍ_n ＋Ｍ_n+1 ＋Ｍ_n+2 ＋Ｍ_n+3 ちなみに、Ｙｎは、ｍ_kn＝１となる位置の分布をグラフ
で表した時の面積を表す数値で、エコーの分布状態を表
している。

【００２７】ステップＳ１２では、Ｙｎの最大値をＹ
_max とし、その時のｎをｎ_max とする処理を行う。すな
わち、このステップでは、ｍ_kn＝１の分布の山の最大
（頂点）位置を捜すものである。ちなみに、表１に示す
例ではＹ₁₄がＹ_max となり、ｎ＝１４がｎ_max となる。

【００２８】ステップＳ１３では、皮脂厚ｘを下記の数
式１により求め、続くステップＳ１４で皮脂厚ｘを表示
器７に表示する。ちなみに、数式１は、エコーの分布の
山の重心を求めるものである。

【００２９】

【数式１】

【００３０】したがって、表１に示すようなＭｎならび
にＹｎの値が得られた場合、皮脂厚ｘを求める式は、
（１４×７＋１５×７＋１６×１０＋１７×９）／３３
となって、これの演算結果はｘ＝１５．６で皮脂厚１６
mmと表示することになる。すなわち、本実施例では、図
３に示すエコーｐ３，ｐ４の内のｐ４が皮脂厚を示して
いると判断して、このｐ４の信号の分布の重心位置が１
５．６であるとして、この値から皮脂厚を求めている。

【００３１】なお、上述の実施例において、超音波の送
信は、パルサー３とＣＰＵ６により制御されるから、こ
れらが請求の範囲の送信制御手段ｂに相当し、また、Ｃ
ＰＵ６は、波形整形手段ｃとして波形整形器５からの信
号に基づいて皮脂厚を演算するから請求の範囲の皮脂厚
演算手段ｄに相当する。

【００３２】以上説明したように、本実施例では、最大
１２７回超音波の送信を行って、皮脂厚に関する入力ｍ
ｎを得て皮脂厚を演算するようにしているため、高い検
出精度が得られ、しかも、これら複数の入力ｍｎに基づ
いて皮脂厚を演算するにあたり、単純に平均値を求める
のではなしに、エコーｐ３，ｐ４の立ち上がり（入力ｍ
ｎの立ち下がり）の分布を漸化式から求め、さらに、こ
の分布の山から境界面エコーの位置を求めているから、
他の組織のエコーｐ３が混在していても、これらの影響
を受けることなく、境界面エコー（ｐ４）の位置を正確
に求めて、正確な皮脂厚を演算することができるという
効果が得られる。

【００３３】また、アンプ４で増幅したエコー信号Ｖ
_echoを取り込むにあたって、波形整形器５により単純に
エコーの有る無しの信号Ｓに変換した後、ＣＰＵ６に取
り込むようにしているため、エコーの強度を取り込むの
に比べて、ハードウエアを単純にすることができ、コス
トダウンを図ることができるという効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明の超音波
皮脂厚測定装置は、エコーの強度を取り込むことなくエ
コーの有る無しを取り込むだけであるので、ハードウエ
アを簡単にでき、コストを抑えることができるという効
果が得られ、また、複数回のエコーの検出で得られた入
力を、漸化式を用いてエコーの分布を示す数値に変換し
て、この数値の最大値に基づいて皮脂厚を演算するよう
にしているため、複数の組織からのエコーが混在してい
ても、エコーの分布から皮脂と筋肉との境界面からのエ
コーの位置を確実に把握して、皮脂厚を正確に測定する
ことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波皮脂厚測定装置を示すクレーム
対応図である。

【図２】本発明実施例の超音波皮脂厚測定装置の構成を
示す全体構成図である。

【図３】アンプの出力ならびに波形整形器の出力を示す
タイムチャートである。

【図４】実施例装置の制御の流れを示すフローチャート
である。

【符号の説明】

ａ₁ 振動子 ａ₂ 遅延部材 ａ 超音波トランスデューサ ｂ 送信制御手段 ｃ 波形整形手段 ｄ 皮脂厚演算手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気信号と超音波との相互変換を行う振
   動子ならびに超音波を伝達する遅延部材を有して超音波
   の送受信を行う超音波トランスデューサと、 この超音波トランスデューサの超音波の送信を制御する
   送信制御手段と、 前記超音波トランスデューサが受信した信号をエコーの
   有る無しに対応した信号に整形する波形整形手段と、 この波形整形手段の出力に基づいて皮脂厚を演算する皮
   脂厚演算手段と、を備え、 前記送信制御手段は、１回の測定に際し、超音波を複数
   回送信するように構成され、 前記皮脂厚演算手段は、各超音波ごとに波形整形手段か
   らの時間的に変化する出力波形を所定の時間間隔Ｔで取
   り込み、各取り込み時期ｎごとのエコーの有る無しを送
   信残響および端面エコーの部分を除いて加算し、所定の
   取り込み時期ｎに対する漸化式を用いてエコー有りの分
   布を示す値Ｙｎに変換して、さらに、分布を示す値Ｙｎ
   の最大値を求め、この最大値に基づいて皮脂厚を演算す
   るように構成されていることを特徴とする超音波皮脂厚
   測定装置。