JPH1176176A - 生体組織粘弾性特性計測器とその方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体 - Google Patents
生体組織粘弾性特性計測器とその方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体Info
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- JPH1176176A JPH1176176A JP9247352A JP24735297A JPH1176176A JP H1176176 A JPH1176176 A JP H1176176A JP 9247352 A JP9247352 A JP 9247352A JP 24735297 A JP24735297 A JP 24735297A JP H1176176 A JPH1176176 A JP H1176176A
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Abstract
(57)【要約】
高速フーリエ変換処理して伝達関数を求めているため多
大な計測時間を必要とし、生体組織の動的な粘弾性特性
を測定することができなかった。 【課題】 ランダム信号発振器１０から出力されるラン
ダム波を用いて加振器２０を振動させ、加振チップ５０
を介して生体組織に振動を加え、この生体組織表面の変
位と応力とを、それぞれ変位検出器３０と力検出器４０
により検知して所定の変位信号（ｘ）と応力信号（ｆ）
に変換して出力し、各々の信号において角速度ωｎ
（ｎ；１〜３の整数）の成分ｘωｎおよびｆωｎを抽出
し、解析処理器８０において、両者の振幅と位相との関
係から生体組織の弾性係数と、粘性係数とを算出するよ
うにしたため、簡易かつ高速に演算を行うことが可能で
あり、生体組織の動的な粘弾性特性を測定することがで
きる。
大な計測時間を必要とし、生体組織の動的な粘弾性特性
を測定することができなかった。 【課題】 ランダム信号発振器１０から出力されるラン
ダム波を用いて加振器２０を振動させ、加振チップ５０
を介して生体組織に振動を加え、この生体組織表面の変
位と応力とを、それぞれ変位検出器３０と力検出器４０
により検知して所定の変位信号（ｘ）と応力信号（ｆ）
に変換して出力し、各々の信号において角速度ωｎ
（ｎ；１〜３の整数）の成分ｘωｎおよびｆωｎを抽出
し、解析処理器８０において、両者の振幅と位相との関
係から生体組織の弾性係数と、粘性係数とを算出するよ
うにしたため、簡易かつ高速に演算を行うことが可能で
あり、生体組織の動的な粘弾性特性を測定することがで
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体組織に振動を
加えて粘弾性特性を計測する生体組織粘弾性特性計測器
とその方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを
記録した媒体に関し、特に、医療現場において被験者の
皮膚の硬さや歯の動揺度等を診断するのに用いて好適な
生体組織粘弾性特性計測器とその方法および生体組織粘
弾性特性算出プログラムを記録した媒体に関する。
加えて粘弾性特性を計測する生体組織粘弾性特性計測器
とその方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを
記録した媒体に関し、特に、医療現場において被験者の
皮膚の硬さや歯の動揺度等を診断するのに用いて好適な
生体組織粘弾性特性計測器とその方法および生体組織粘
弾性特性算出プログラムを記録した媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の技術の一例として、特開
昭６２−１７２９４６号公報に開示されたものが知られ
ている。同公報においては、所定の加振器を用いて歯周
組織をランダム波で加振して応力を検知し、このランダ
ム波の加速度に比例した電気信号と、同応力に比例した
電気信号を高速フーリエ変換処理して被測定系の伝達関
数を求め、歯周組織の機械インピーダンスを計測してい
た。
昭６２−１７２９４６号公報に開示されたものが知られ
ている。同公報においては、所定の加振器を用いて歯周
組織をランダム波で加振して応力を検知し、このランダ
ム波の加速度に比例した電気信号と、同応力に比例した
電気信号を高速フーリエ変換処理して被測定系の伝達関
数を求め、歯周組織の機械インピーダンスを計測してい
た。
【０００３】また、特開平７−１１６１２５号公報に開
示されたものにおいては、概ね上記のような構成にあわ
せて加振条件を複数個設定可能とし、多種類の生体組織
について粘弾性特性を計測できるようになっている。
示されたものにおいては、概ね上記のような構成にあわ
せて加振条件を複数個設定可能とし、多種類の生体組織
について粘弾性特性を計測できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
おいては、次のような課題があった。ランダム波の加速
度に比例した電気信号と、上記応力に比例した電気信号
を高速フーリエ変換処理して伝達関数を求めているため
多大な計測時間を必要とし、筋肉の運動時など、生体組
織の動的な粘弾性特性を測定することができなかった。
おいては、次のような課題があった。ランダム波の加速
度に比例した電気信号と、上記応力に比例した電気信号
を高速フーリエ変換処理して伝達関数を求めているため
多大な計測時間を必要とし、筋肉の運動時など、生体組
織の動的な粘弾性特性を測定することができなかった。
【０００５】本発明は、上記課題にかんがみてなされた
もので、生体組織の動的な粘弾性特性を測定することが
可能な生体組織粘弾性特性計測器、生体組織粘弾性特性
計測方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを記
録した媒体の提供を目的とする。
もので、生体組織の動的な粘弾性特性を測定することが
可能な生体組織粘弾性特性計測器、生体組織粘弾性特性
計測方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを記
録した媒体の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、生体組織に振動を加える
加振手段と、この振動に対する上記生体組織表面の変位
を検知して所定の変位信号に変換する変位検知手段と、
同振動に対する上記生体組織の応力を検知して所定の応
力信号に変換する応力検知手段と、同変位信号と応力信
号における振幅と位相との関係から上記生体組織の粘弾
性特性を算出する粘弾性特性算出手段とを備えた構成と
してある。
め、請求項１にかかる発明は、生体組織に振動を加える
加振手段と、この振動に対する上記生体組織表面の変位
を検知して所定の変位信号に変換する変位検知手段と、
同振動に対する上記生体組織の応力を検知して所定の応
力信号に変換する応力検知手段と、同変位信号と応力信
号における振幅と位相との関係から上記生体組織の粘弾
性特性を算出する粘弾性特性算出手段とを備えた構成と
してある。
【０００７】すなわち、加振手段が生体組織に対して振
動を加えると、同生体組織表面は変位しつつ振動に応じ
た応力を発生する。変位検知手段と応力検知手段は、そ
れぞれ同生体組織表面の変位と、同生体組織の応力とを
検知して変位信号と、応力信号とに変換する。粘弾性特
性算出手段は、これらの変位信号と、応力信号の振幅と
位相との関係から上記生体組織の粘弾性特性を算出す
る。粘弾性特性の具体的な算出方法の一例として、請求
項２にかかる発明は、請求項１に記載の生体組織粘弾性
特性計測器において、上記粘弾性特性算出手段は、上記
変位信号と応力信号において複数の特定周波数成分を抽
出し、各々における振幅と位相差との関係から粘弾性特
性を算出する構成としてある。
動を加えると、同生体組織表面は変位しつつ振動に応じ
た応力を発生する。変位検知手段と応力検知手段は、そ
れぞれ同生体組織表面の変位と、同生体組織の応力とを
検知して変位信号と、応力信号とに変換する。粘弾性特
性算出手段は、これらの変位信号と、応力信号の振幅と
位相との関係から上記生体組織の粘弾性特性を算出す
る。粘弾性特性の具体的な算出方法の一例として、請求
項２にかかる発明は、請求項１に記載の生体組織粘弾性
特性計測器において、上記粘弾性特性算出手段は、上記
変位信号と応力信号において複数の特定周波数成分を抽
出し、各々における振幅と位相差との関係から粘弾性特
性を算出する構成としてある。
【０００８】すなわち、上記粘弾性特性算出手段は、各
々、中心周波数の異なる複数のバンドパスフィルタに上
記変位信号と応力信号とを入力するなどして、複数の特
定周波数成分を抽出し、各々における振幅と位相差との
関係から粘弾性特性を算出する。ここにおいて、粘弾性
特性を機械インピーダンス等により間接的に計測する構
成としてもよいが、この構成に限定されることはない。
その一例として、請求項３にかかる発明は、請求項１ま
たは請求項２のいずれかに記載の生体組織粘弾性特性計
測器において、上記粘弾性特性算出手段は、上記生体組
織の弾性係数と粘性係数とを同時に算出する構成として
ある。
々、中心周波数の異なる複数のバンドパスフィルタに上
記変位信号と応力信号とを入力するなどして、複数の特
定周波数成分を抽出し、各々における振幅と位相差との
関係から粘弾性特性を算出する。ここにおいて、粘弾性
特性を機械インピーダンス等により間接的に計測する構
成としてもよいが、この構成に限定されることはない。
その一例として、請求項３にかかる発明は、請求項１ま
たは請求項２のいずれかに記載の生体組織粘弾性特性計
測器において、上記粘弾性特性算出手段は、上記生体組
織の弾性係数と粘性係数とを同時に算出する構成として
ある。
【０００９】すなわち、生体組織の状態を直接的に示す
弾性係数と粘性係数とを同時に算出する。この弾性係数
と粘性係数とを算出するための演算式として、請求項４
にかかる発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載
の生体組織粘弾性特性計測器において、上記粘弾性特性
算出手段は、Ｃ／ＡｃｏｓΦ＝（ｅ−ｍω2）およびＣ
／ＡｓｉｎΦ＝ｒωに基づいて弾性係数と粘性係数とを
算出する構成としてある。
弾性係数と粘性係数とを同時に算出する。この弾性係数
と粘性係数とを算出するための演算式として、請求項４
にかかる発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載
の生体組織粘弾性特性計測器において、上記粘弾性特性
算出手段は、Ｃ／ＡｃｏｓΦ＝（ｅ−ｍω2）およびＣ
／ＡｓｉｎΦ＝ｒωに基づいて弾性係数と粘性係数とを
算出する構成としてある。
【００１０】一般に、変位信号（ｘ）と応力信号（ｆ）
との関係は次式で表すことができる。 ｆ＝ｍｄ2ｘ／ｄｔ2＋ｒｄｘ／ｄｔ＋ｅｘ（ｔ：時間） ここで、ｘ＝Ａｓｉｎωｔとすると上式は次のようにな
る。 ｆ＝Ａ（ｅ−ｍω2）ｓｉｎωｔ＋Ａｒωｃｏｓωｔ
との関係は次式で表すことができる。 ｆ＝ｍｄ2ｘ／ｄｔ2＋ｒｄｘ／ｄｔ＋ｅｘ（ｔ：時間） ここで、ｘ＝Ａｓｉｎωｔとすると上式は次のようにな
る。 ｆ＝Ａ（ｅ−ｍω2）ｓｉｎωｔ＋Ａｒωｃｏｓωｔ
【００１１】また、応力信号（ｆ）は、変位信号（ｘ）
を上記のように表した場合、一定の位相差Φを有する正
弦波として考えられるから、次式のように表すことがで
きる。 ｆ＝Ｃｓｉｎ（ωｔ＋Φ） ＝ＣｓｉｎωｔｃｏｓΦ＋ＣｃｏｓωｔｓｉｎΦ 従って、次式の関係が成り立つ。 Ｃ／ＡｃｏｓΦ＝（ｅ−ｍω2） Ｃ／ＡｓｉｎΦ＝ｒω ここにおいて、変位信号（ｘ）の振幅Ａと、応力信号
（ｆ）の振幅Ｃと、両者の位相差Φが少なくとも二点の
角速度ωにおいて定まれば、質量ｍが判明するとともに
弾性係数ｅを算出することが可能となる。
を上記のように表した場合、一定の位相差Φを有する正
弦波として考えられるから、次式のように表すことがで
きる。 ｆ＝Ｃｓｉｎ（ωｔ＋Φ） ＝ＣｓｉｎωｔｃｏｓΦ＋ＣｃｏｓωｔｓｉｎΦ 従って、次式の関係が成り立つ。 Ｃ／ＡｃｏｓΦ＝（ｅ−ｍω2） Ｃ／ＡｓｉｎΦ＝ｒω ここにおいて、変位信号（ｘ）の振幅Ａと、応力信号
（ｆ）の振幅Ｃと、両者の位相差Φが少なくとも二点の
角速度ωにおいて定まれば、質量ｍが判明するとともに
弾性係数ｅを算出することが可能となる。
【００１２】上述したようにして、変位信号と応力信号
における振幅と位相との関係から上記生体組織の粘弾性
特性を算出するとしても、実体のある装置に限定される
必要はなく、その方法としても機能することは容易に理
解できる。このため、請求項５にかかる方法の発明は、
生体組織に振動を加え、同振動に対する上記生体組織表
面の変位を検知して所定の変位信号に変換し、同振動に
対する上記生体組織の応力を検知して所定の応力信号に
変換し、同変位信号と応力信号における振幅と位相との
関係から上記生体組織の粘弾性特性を算出する構成とし
てある。
における振幅と位相との関係から上記生体組織の粘弾性
特性を算出するとしても、実体のある装置に限定される
必要はなく、その方法としても機能することは容易に理
解できる。このため、請求項５にかかる方法の発明は、
生体組織に振動を加え、同振動に対する上記生体組織表
面の変位を検知して所定の変位信号に変換し、同振動に
対する上記生体組織の応力を検知して所定の応力信号に
変換し、同変位信号と応力信号における振幅と位相との
関係から上記生体組織の粘弾性特性を算出する構成とし
てある。
【００１３】すなわち、必ずしも実体のある装置に限ら
ず、その方法としても有効であることに相違はない。発
明の思想の具現化例として生体組織の粘弾性特性を算出
するソフトウェアとなる場合には、かかるソフトウェア
を記録した記録媒体上においても当然に存在し、利用す
ることが可能となる。その一例として、請求項６にかか
る発明は、生体組織に振動を加え、同生体組織表面の変
位を検知して所定の変位信号に変換するとともに、同生
体組織の応力を検知して所定の応力信号に変換し、同生
体組織の粘弾性特性を算出するための生体組織粘弾性特
性算出プログラムを記録した媒体であって、同変位信号
と応力信号における振幅と位相との関係から上記生体組
織の粘弾性特性を算出する構成としてある。
ず、その方法としても有効であることに相違はない。発
明の思想の具現化例として生体組織の粘弾性特性を算出
するソフトウェアとなる場合には、かかるソフトウェア
を記録した記録媒体上においても当然に存在し、利用す
ることが可能となる。その一例として、請求項６にかか
る発明は、生体組織に振動を加え、同生体組織表面の変
位を検知して所定の変位信号に変換するとともに、同生
体組織の応力を検知して所定の応力信号に変換し、同生
体組織の粘弾性特性を算出するための生体組織粘弾性特
性算出プログラムを記録した媒体であって、同変位信号
と応力信号における振幅と位相との関係から上記生体組
織の粘弾性特性を算出する構成としてある。
【００１４】もちろん、その記録媒体は、磁気記録媒体
であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今
後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考
えることができる。また、一次複製品、二次複製品など
の複製段階については全く問う余地無く同等である。そ
の他、供給方法として通信回線を利用して行う場合でも
本発明が利用されていることにはかわりないし、半導体
チップに書き込まれたようなものであっても同様であ
る。
であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今
後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考
えることができる。また、一次複製品、二次複製品など
の複製段階については全く問う余地無く同等である。そ
の他、供給方法として通信回線を利用して行う場合でも
本発明が利用されていることにはかわりないし、半導体
チップに書き込まれたようなものであっても同様であ
る。
【００１５】さらに、一部がソフトウェアであって、一
部がハードウェアで実現されている場合においても発明
の思想において全く異なるものではなく、一部を記録媒
体上に記憶しておいて必要に応じて適宜読み込まれるよ
うな形態のものとしてあってもよい。
部がハードウェアで実現されている場合においても発明
の思想において全く異なるものではなく、一部を記録媒
体上に記憶しておいて必要に応じて適宜読み込まれるよ
うな形態のものとしてあってもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にか
かる生体組織粘弾性特性計測器のハードウェア構成例を
ブロック図により示している。
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にか
かる生体組織粘弾性特性計測器のハードウェア構成例を
ブロック図により示している。
【００１７】同図において、ランダム信号発振器１０は
ランダム波を発生し、適宜、図示しないアンプを用いて
増幅出力し、このランダム波により加振器２０は振動す
る構成としてある。この加振器２０には、順に変位検出
器３０と、力検出器４０と、加振チップ５０を直列に接
続してあり、加振チップ５０を生体組織表面に当接させ
た状態で、上記のようにして加振器２０が振動すること
により生体組織に振動が加えられる。この意味におい
て、ランダム信号発振器１０と、加振器２０と、加振チ
ップ５０とが加振手段を構成する。
ランダム波を発生し、適宜、図示しないアンプを用いて
増幅出力し、このランダム波により加振器２０は振動す
る構成としてある。この加振器２０には、順に変位検出
器３０と、力検出器４０と、加振チップ５０を直列に接
続してあり、加振チップ５０を生体組織表面に当接させ
た状態で、上記のようにして加振器２０が振動すること
により生体組織に振動が加えられる。この意味におい
て、ランダム信号発振器１０と、加振器２０と、加振チ
ップ５０とが加振手段を構成する。
【００１８】加振チップ５０を介して生体組織に振動が
加えられれば、同生体組織表面は押さえつけられて変位
するとともに、加振チップ５０を押し戻す方向に応力を
生じる。変位検出器３０は、このような生体組織表面の
変位を検知して所定の変位信号（ｘ）に変換して変位信
号用ＢＰＦ群６０に出力する。他方、力検出器４０は、
上述したような応力を検知して所定の応力信号（ｆ）に
変換して応力信号用ＢＰＦ群７０に出力する。なお、各
々の具体的な構成については、従来技術の範疇であるた
め、ここでは詳述しない。
加えられれば、同生体組織表面は押さえつけられて変位
するとともに、加振チップ５０を押し戻す方向に応力を
生じる。変位検出器３０は、このような生体組織表面の
変位を検知して所定の変位信号（ｘ）に変換して変位信
号用ＢＰＦ群６０に出力する。他方、力検出器４０は、
上述したような応力を検知して所定の応力信号（ｆ）に
変換して応力信号用ＢＰＦ群７０に出力する。なお、各
々の具体的な構成については、従来技術の範疇であるた
め、ここでは詳述しない。
【００１９】変位信号用ＢＰＦ群６０は、入力信号に対
して並列に配設された三つの変位信号用ＢＰＦ６１，６
２，６３からなり、それぞれ、ω１／２π，ω２／２
π，ω３／２πからなる中心周波数の変位信号（ｘω
ｎ；ｎ＝１〜３の整数）を抽出して解析処理器８０に出
力する。応力信号用ＢＰＦ群７０は、変位信号用ＢＰＦ
６１，６２，６３のそれぞれの特性に揃った応力信号用
ＢＰＦ７１，７２，７３からなり、それぞれ入力信号に
対して並列に配設され、同様にω１／２π，ω２／２
π，ω３／２πからなる中心周波数の応力信号（ｆω
ｎ；ｎ＝１〜３の整数）を抽出して解析処理器８０に出
力する。
して並列に配設された三つの変位信号用ＢＰＦ６１，６
２，６３からなり、それぞれ、ω１／２π，ω２／２
π，ω３／２πからなる中心周波数の変位信号（ｘω
ｎ；ｎ＝１〜３の整数）を抽出して解析処理器８０に出
力する。応力信号用ＢＰＦ群７０は、変位信号用ＢＰＦ
６１，６２，６３のそれぞれの特性に揃った応力信号用
ＢＰＦ７１，７２，７３からなり、それぞれ入力信号に
対して並列に配設され、同様にω１／２π，ω２／２
π，ω３／２πからなる中心周波数の応力信号（ｆω
ｎ；ｎ＝１〜３の整数）を抽出して解析処理器８０に出
力する。
【００２０】解析処理器８０は、上記のようにして抽出
された変位信号（ｘωｎ）と、応力信号（ｆωｎ）のそ
れぞれをＡ／Ｄ変換して入力するとともに、図示しない
ＣＰＵやＲＡＭ等のプログラム実行環境を備えており、
図示しないプログラムＲＯＭに記録した図２のフローチ
ャートに示す生体組織粘弾性特性算出プログラムを実行
する。同図において、ステップＳ１１０においては、
「ｎ」に「１」をセットして中心周波数がω１／２πの
変位信号（ｘω１）と、応力信号（ｆω１）に着目す
る。ステップＳ１２０においては、変位信号（ｘω１）
の振幅Ａと、応力信号（ｆω１）の振幅Ｃと、変位信号
（ｘω１）と応力信号（ｆω１）との位相差Φを取得
し、Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ω１2をメモリ上にプロットす
る。
された変位信号（ｘωｎ）と、応力信号（ｆωｎ）のそ
れぞれをＡ／Ｄ変換して入力するとともに、図示しない
ＣＰＵやＲＡＭ等のプログラム実行環境を備えており、
図示しないプログラムＲＯＭに記録した図２のフローチ
ャートに示す生体組織粘弾性特性算出プログラムを実行
する。同図において、ステップＳ１１０においては、
「ｎ」に「１」をセットして中心周波数がω１／２πの
変位信号（ｘω１）と、応力信号（ｆω１）に着目す
る。ステップＳ１２０においては、変位信号（ｘω１）
の振幅Ａと、応力信号（ｆω１）の振幅Ｃと、変位信号
（ｘω１）と応力信号（ｆω１）との位相差Φを取得
し、Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ω１2をメモリ上にプロットす
る。
【００２１】次のステップＳ１３０においては、Ｃ／Ａ
ｓｉｎΦ対ω１を同様にプロットする。この後、ステッ
プＳ１４０では、「ｎ」を「１」だけカウントアップし
て中心周波数がω２／２πの変位信号（ｘω２）と、応
力信号（ｆω２）に着目し、同様にしてＣ／ＡｃｏｓΦ
対ω２2と、Ｃ／ＡｓｉｎΦ対ω２の値をメモリ上にプ
ロットして「ｎ」が「３」となるまで同様の処理を行
う。
ｓｉｎΦ対ω１を同様にプロットする。この後、ステッ
プＳ１４０では、「ｎ」を「１」だけカウントアップし
て中心周波数がω２／２πの変位信号（ｘω２）と、応
力信号（ｆω２）に着目し、同様にしてＣ／ＡｃｏｓΦ
対ω２2と、Ｃ／ＡｓｉｎΦ対ω２の値をメモリ上にプ
ロットして「ｎ」が「３」となるまで同様の処理を行
う。
【００２２】ところで、図３に示すように、変位信号
（ｘ）を振幅Ａの正弦波とした場合、応力信号（ｆ）は
変位信号（ｘ）に対して一定の位相差Φをもった振幅Ｃ
の正弦波として考えることができる。従って、上述した
ように、Ｃ／ＡｃｏｓΦ＝（ｅ−ｍω2）およびＣ／Ａ
ｓｉｎΦ＝ｒωの関係式が得られる。すると、Ｃ／Ａｃ
ｏｓΦ対ωｎ2と、Ｃ／ＡｓｉｎΦ対ωｎのプロット結
果は、それぞれ図４と図５に示すような形となる。図か
らも明らかなように各々の図におけるプロット結果は、
理論上、一直線上にのることになる。
（ｘ）を振幅Ａの正弦波とした場合、応力信号（ｆ）は
変位信号（ｘ）に対して一定の位相差Φをもった振幅Ｃ
の正弦波として考えることができる。従って、上述した
ように、Ｃ／ＡｃｏｓΦ＝（ｅ−ｍω2）およびＣ／Ａ
ｓｉｎΦ＝ｒωの関係式が得られる。すると、Ｃ／Ａｃ
ｏｓΦ対ωｎ2と、Ｃ／ＡｓｉｎΦ対ωｎのプロット結
果は、それぞれ図４と図５に示すような形となる。図か
らも明らかなように各々の図におけるプロット結果は、
理論上、一直線上にのることになる。
【００２３】実際の測定を行ったところ、両者のプロッ
ト結果は、それぞれ概ね一直線上にのることが確認され
た。しかし、ここにおける測定結果は誤差を内在してい
るのは明らかであり、完全に一直線上にのることは期待
できない。そこで、ステップＳ１６０において、Ｃ／Ａ
ｃｏｓΦ対ωｎ2と、Ｃ／ＡｓｉｎΦ対ωｎのそれぞれ
のプロット結果において、線形近似を行って近似関数を
取得する。具体的には、例えば、最小二乗法などを用い
て最も誤差が少なくなるような線形近似を行えばよい。
ト結果は、それぞれ概ね一直線上にのることが確認され
た。しかし、ここにおける測定結果は誤差を内在してい
るのは明らかであり、完全に一直線上にのることは期待
できない。そこで、ステップＳ１６０において、Ｃ／Ａ
ｃｏｓΦ対ωｎ2と、Ｃ／ＡｓｉｎΦ対ωｎのそれぞれ
のプロット結果において、線形近似を行って近似関数を
取得する。具体的には、例えば、最小二乗法などを用い
て最も誤差が少なくなるような線形近似を行えばよい。
【００２４】ステップＳ１７０においては、図４に示す
Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ωｎ2の線形近似関数において、ωｎ
を「０」とすることで切片の弾性係数ｅを取得し、次の
ステップＳ１８０においては、図５に示すＣ／Ａｓｉｎ
Φ対ωｎの線形近似関数において、その傾きを求めるこ
とにより粘性係数ｒを取得する。以上の意味において、
変位信号用ＢＰＦ群６０と、応力信号用ＢＰＦ群７０
と、解析処理器８０とが粘弾性特性算出手段を構成す
る。
Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ωｎ2の線形近似関数において、ωｎ
を「０」とすることで切片の弾性係数ｅを取得し、次の
ステップＳ１８０においては、図５に示すＣ／Ａｓｉｎ
Φ対ωｎの線形近似関数において、その傾きを求めるこ
とにより粘性係数ｒを取得する。以上の意味において、
変位信号用ＢＰＦ群６０と、応力信号用ＢＰＦ群７０
と、解析処理器８０とが粘弾性特性算出手段を構成す
る。
【００２５】このように、本実施形態においては、単純
な線形近似処理で弾性係数ｅと粘性係数ｒを算出するこ
とができるため、極めて高速に演算することが可能とな
る。従って、ほぼリアルタイムで弾性係数ｅと粘性係数
ｒを取得することが可能となり、例えば、運動時の筋肉
における動的な粘弾性特性を計測するのに用いることが
できる。また、従来技術においては、機械インピーダン
スで生体組織の粘弾性特性を間接的に評価していたのに
対して、本発明においては、生体組織の粘弾性特性を弾
性係数ｅと粘性係数ｒにより直接的に評価することが可
能となってわかりやすいという利点もある。
な線形近似処理で弾性係数ｅと粘性係数ｒを算出するこ
とができるため、極めて高速に演算することが可能とな
る。従って、ほぼリアルタイムで弾性係数ｅと粘性係数
ｒを取得することが可能となり、例えば、運動時の筋肉
における動的な粘弾性特性を計測するのに用いることが
できる。また、従来技術においては、機械インピーダン
スで生体組織の粘弾性特性を間接的に評価していたのに
対して、本発明においては、生体組織の粘弾性特性を弾
性係数ｅと粘性係数ｒにより直接的に評価することが可
能となってわかりやすいという利点もある。
【００２６】本実施形態においては、変位信号用ＢＰＦ
群６０および応力信号用ＢＰＦ群７０は、それぞれ中心
周波数がω１／２π、ω２／２π、ω３／２πの変位信
号用ＢＰＦ６１，６２，６３および応力信号用ＢＰＦ７
１，７２，７３を備え、解析処理器８０は、この三種の
周波数成分の変位信号（ｘωｎ）および応力信号（ｆω
ｎ）に基づいて弾性係数ｅと粘性係数ｒを算出する構成
としてあるが、この構成に限定されることはない。すな
わち、上記のような線形近似を行うためには、少なくと
も二点をプロットできればよく、適宜用いるバンドパス
フィルタの種類を削減してもかまわないし、増加させて
もよい。
群６０および応力信号用ＢＰＦ群７０は、それぞれ中心
周波数がω１／２π、ω２／２π、ω３／２πの変位信
号用ＢＰＦ６１，６２，６３および応力信号用ＢＰＦ７
１，７２，７３を備え、解析処理器８０は、この三種の
周波数成分の変位信号（ｘωｎ）および応力信号（ｆω
ｎ）に基づいて弾性係数ｅと粘性係数ｒを算出する構成
としてあるが、この構成に限定されることはない。すな
わち、上記のような線形近似を行うためには、少なくと
も二点をプロットできればよく、適宜用いるバンドパス
フィルタの種類を削減してもかまわないし、増加させて
もよい。
【００２７】また、本実施形態においては、専用の解析
処理器８０を用いて弾性係数ｅと粘性係数ｒを算出する
ようにしているが、パソコンなどの汎用的なコンピュー
タを用いることも可能である。もちろん、算出した弾性
係数ｅと粘性係数ｒを所定の表示器やプリンタから出力
するようにしてもよいし、ディスクなどの記録媒体に書
き込み、計測が終了してから所定のアプリケーションを
用いてグラフにまとめるなどしてもよく、算出した弾性
係数ｅと粘性係数ｒの扱いについては全くの任意であ
り、特に限定されない。
処理器８０を用いて弾性係数ｅと粘性係数ｒを算出する
ようにしているが、パソコンなどの汎用的なコンピュー
タを用いることも可能である。もちろん、算出した弾性
係数ｅと粘性係数ｒを所定の表示器やプリンタから出力
するようにしてもよいし、ディスクなどの記録媒体に書
き込み、計測が終了してから所定のアプリケーションを
用いてグラフにまとめるなどしてもよく、算出した弾性
係数ｅと粘性係数ｒの扱いについては全くの任意であ
り、特に限定されない。
【００２８】次に、上記のように構成した本実施形態の
動作について説明する。加振チップ５０を生体組織の表
面に当接させてランダム信号発振器１０を動作させる。
すると、ランダム信号発振器１０はランダム波を発生
し、このランダム波を受けて加振器２０は振動する。こ
こで、発生した振動は、加振器２０に直列に接続された
変位検出器３０と、力検出器４０とを介して加振チップ
５０に伝達され、この加振チップ５０から生体組織表面
に振動が加えられる。
動作について説明する。加振チップ５０を生体組織の表
面に当接させてランダム信号発振器１０を動作させる。
すると、ランダム信号発振器１０はランダム波を発生
し、このランダム波を受けて加振器２０は振動する。こ
こで、発生した振動は、加振器２０に直列に接続された
変位検出器３０と、力検出器４０とを介して加振チップ
５０に伝達され、この加振チップ５０から生体組織表面
に振動が加えられる。
【００２９】生体組織表面に振動が加えられれば、同生
体組織表面は押さえつけられて変位するとともに、加振
チップ５０を押し戻す方向に応力を生じる。すると、変
位検出器３０は、このような生体組織表面の変位を検知
して所定の変位信号（ｘ）に変換して変位信号用ＢＰＦ
群６０に出力し、力検出器４０は、上述したような応力
を検知して所定の応力信号（ｆ）に変換して応力信号用
ＢＰＦ群７０に出力する。
体組織表面は押さえつけられて変位するとともに、加振
チップ５０を押し戻す方向に応力を生じる。すると、変
位検出器３０は、このような生体組織表面の変位を検知
して所定の変位信号（ｘ）に変換して変位信号用ＢＰＦ
群６０に出力し、力検出器４０は、上述したような応力
を検知して所定の応力信号（ｆ）に変換して応力信号用
ＢＰＦ群７０に出力する。
【００３０】変位信号用ＢＰＦ群６０は、入力される変
位信号（ｘ）から中心周波数がω１／２π，ω２／２
π，ω３／２πの三種の周波数成分の変位信号（ｘω
ｎ）を抽出して解析処理器８０に出力する。応力信号用
ＢＰＦ群７０は、入力される応力信号（ｆ）から中心周
波数がω１／２π，ω２／２π，ω３／２πの三種の周
波数成分の応力信号（ｆωｎ）を抽出して同様に解析処
理器８０に出力する。
位信号（ｘ）から中心周波数がω１／２π，ω２／２
π，ω３／２πの三種の周波数成分の変位信号（ｘω
ｎ）を抽出して解析処理器８０に出力する。応力信号用
ＢＰＦ群７０は、入力される応力信号（ｆ）から中心周
波数がω１／２π，ω２／２π，ω３／２πの三種の周
波数成分の応力信号（ｆωｎ）を抽出して同様に解析処
理器８０に出力する。
【００３１】解析処理器８０は、入力される変位信号
（ｘωｎ）と応力信号（ｆωｎ）をＡ／Ｄ変換し、変位
信号（ｘωｎ）の振幅Ａと、応力信号（ｆωｎ）の振幅
Ｃと、変位信号（ｘωｎ）と応力信号（ｆωｎ）との位
相差Φを取得し、Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ωｎ2と、Ｃ／Ａｓ
ｉｎΦ対ωｎをメモリ上にプロットする（ステップＳ１
１０〜ステップＳ１５０）。
（ｘωｎ）と応力信号（ｆωｎ）をＡ／Ｄ変換し、変位
信号（ｘωｎ）の振幅Ａと、応力信号（ｆωｎ）の振幅
Ｃと、変位信号（ｘωｎ）と応力信号（ｆωｎ）との位
相差Φを取得し、Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ωｎ2と、Ｃ／Ａｓ
ｉｎΦ対ωｎをメモリ上にプロットする（ステップＳ１
１０〜ステップＳ１５０）。
【００３２】そして、Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ωｎ2と、Ｃ／
ＡｓｉｎΦ対ωｎのそれぞれのプロット結果において線
形近似を行って近似関数を取得し（ステップＳ１６
０）、前者の近似関数においてωｎを「０」とすること
で弾性係数ｅを取得するとともに（ステップＳ１７
０）、後者の近似関数において傾きを求めて粘性係数ｒ
を取得する。
ＡｓｉｎΦ対ωｎのそれぞれのプロット結果において線
形近似を行って近似関数を取得し（ステップＳ１６
０）、前者の近似関数においてωｎを「０」とすること
で弾性係数ｅを取得するとともに（ステップＳ１７
０）、後者の近似関数において傾きを求めて粘性係数ｒ
を取得する。
【００３３】このように、ランダム信号発振器１０から
出力されるランダム波を用いて加振器２０を振動させ、
加振チップ５０を介して生体組織に振動を加え、この生
体組織表面の変位と応力とを、それぞれ変位検出器３０
と力検出器４０により検知して所定の変位信号（ｘ）と
応力信号（ｆ）に変換して出力し、各々の信号において
角速度ωｎ（ｎ；１〜３の整数）の成分ｘωｎおよびｆ
ωｎを抽出し、解析処理器８０において、両者の振幅と
位相との関係から生体組織の弾性係数と、粘性係数とを
算出するようにしたため、簡易かつ高速に演算を行うこ
とが可能であり、生体組織の動的な粘弾性特性を測定す
ることができる。
出力されるランダム波を用いて加振器２０を振動させ、
加振チップ５０を介して生体組織に振動を加え、この生
体組織表面の変位と応力とを、それぞれ変位検出器３０
と力検出器４０により検知して所定の変位信号（ｘ）と
応力信号（ｆ）に変換して出力し、各々の信号において
角速度ωｎ（ｎ；１〜３の整数）の成分ｘωｎおよびｆ
ωｎを抽出し、解析処理器８０において、両者の振幅と
位相との関係から生体組織の弾性係数と、粘性係数とを
算出するようにしたため、簡易かつ高速に演算を行うこ
とが可能であり、生体組織の動的な粘弾性特性を測定す
ることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、変位信号
と応力信号における振幅と位相との関係から生体組織の
粘弾性特性を算出するようにしたため、高速に演算を行
うことが可能となって、生体組織の動的な粘弾性特性を
測定することが可能な生体組織粘弾性特性計測器を提供
することができる。また、請求項２にかかる発明によれ
ば、変位信号と応力信号において複数の特定周波数成分
を抽出し、各々における振幅と位相差との関係から粘弾
性特性を算出するようにしたため、簡易な演算方法で粘
弾性特性を測定することができる。
と応力信号における振幅と位相との関係から生体組織の
粘弾性特性を算出するようにしたため、高速に演算を行
うことが可能となって、生体組織の動的な粘弾性特性を
測定することが可能な生体組織粘弾性特性計測器を提供
することができる。また、請求項２にかかる発明によれ
ば、変位信号と応力信号において複数の特定周波数成分
を抽出し、各々における振幅と位相差との関係から粘弾
性特性を算出するようにしたため、簡易な演算方法で粘
弾性特性を測定することができる。
【００３５】さらに、請求項３にかかる発明によれば、
生体組織の弾性係数と粘性係数とを同時に算出するよう
にしたため、生体組織の状態を判断しやすい。さらに、
請求項４にかかる発明によれば、簡易な演算式で弾性係
数と粘性係数とを算出することができる。さらに、請求
項５にかかる発明によれば、生体組織の動的な粘弾性特
性を測定することが可能な生体組織粘弾性特性計測方法
を提供することができる。
生体組織の弾性係数と粘性係数とを同時に算出するよう
にしたため、生体組織の状態を判断しやすい。さらに、
請求項４にかかる発明によれば、簡易な演算式で弾性係
数と粘性係数とを算出することができる。さらに、請求
項５にかかる発明によれば、生体組織の動的な粘弾性特
性を測定することが可能な生体組織粘弾性特性計測方法
を提供することができる。
【００３６】さらに、請求項６にかかる発明によれば、
生体組織の動的な粘弾性特性を測定することが可能な生
体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体を提供
することができる。
生体組織の動的な粘弾性特性を測定することが可能な生
体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体を提供
することができる。
【図１】本発明の一実施形態にかかる生体組織粘弾性特
性計測器のハードウェア構成例を示すブロック図であ
る。
性計測器のハードウェア構成例を示すブロック図であ
る。
【図２】生体組織粘弾性特性算出プログラムのフローチ
ャートである。
ャートである。
【図３】変位信号（ｘ）と応力信号（ｆ）との関係を示
す波形図である。
す波形図である。
【図４】Ｃ／ＡｃｏｓΦ対ωｎ2のプロット結果を示す
グラフである。
グラフである。
【図５】Ｃ／ＡｓｉｎΦ対ωｎのプロット結果を示すグ
ラフである。
ラフである。
１０…ランダム信号発振器 ２０…加振器 ３０…変位検出器 ４０…力検出器 ５０…加振チップ ６０…変位信号用ＢＰＦ群 ７０…応力信号用ＢＰＦ群 ８０…解析処理器
Claims (6)
- 【請求項１】 生体組織に振動を加える加振手段と、 上記振動に対する上記生体組織表面の変位を検知して所
定の変位信号に変換する変位検知手段と、 上記振動に対する上記生体組織の応力を検知して所定の
応力信号に変換する応力検知手段と、 上記変位信号と応力信号における振幅と位相との関係か
ら上記生体組織の粘弾性特性を算出する粘弾性特性算出
手段とを具備することを特徴とする生体組織粘弾性特性
計測器。 - 【請求項２】 上記請求項１に記載の生体組織粘弾性特
性計測器において、 上記粘弾性特性算出手段は、上記変位信号と応力信号に
おいて複数の特定周波数成分を抽出し、各々における振
幅と位相差との関係から粘弾性特性を算出することを特
徴とする生体組織粘弾性特性計測器。 - 【請求項３】 上記請求項１または請求項２のいずれか
に記載の生体組織粘弾性特性計測器において、 上記粘弾性特性算出手段は、上記生体組織の弾性係数と
粘性係数とを同時に算出することを特徴とする生体組織
粘弾性特性計測器。 - 【請求項４】 上記請求項１〜請求項３のいずれかに記
載の生体組織粘弾性特性計測器において、 上記粘弾性特性算出手段は、Ｃ／ＡｃｏｓΦ＝（ｅ−ｍ
ω2）およびＣ／ＡｓｉｎΦ＝ｒω（Ｃ：応力信号の振
幅、Ａ：変位信号の振幅、Φ：変位信号と応力信号との
位相差、ｅ：弾性係数、ｍ：生体組織の質量、ω：変位
信号と応力信号の角速度、ｒ：粘性係数、以下同様）に
基づいて弾性係数と粘性係数とを算出することを特徴と
する生体組織粘弾性特性計測器。 - 【請求項５】 生体組織に振動を加え、 上記振動に対する上記生体組織表面の変位を検知して所
定の変位信号に変換し、 上記振動に対する上記生体組織の応力を検知して所定の
応力信号に変換し、 上記変位信号と応力信号における振幅と位相との関係か
ら上記生体組織の粘弾性特性を算出することを特徴とす
る生体組織粘弾性特性計測方法。 - 【請求項６】 生体組織に振動を加え、同生体組織表面
の変位を検知して所定の変位信号に変換するとともに、
同生体組織の応力を検知して所定の応力信号に変換し、
同生体組織の粘弾性特性を算出するための生体組織粘弾
性特性算出プログラムを記録した媒体であって、 上記変位信号と応力信号における振幅と位相との関係か
ら上記生体組織の粘弾性特性を算出することを特徴とす
る生体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9247352A JPH1176176A (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 生体組織粘弾性特性計測器とその方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9247352A JPH1176176A (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 生体組織粘弾性特性計測器とその方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1176176A true JPH1176176A (ja) | 1999-03-23 |
Family
ID=17162144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9247352A Pending JPH1176176A (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 生体組織粘弾性特性計測器とその方法および生体組織粘弾性特性算出プログラムを記録した媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1176176A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004049929A1 (en) * | 2002-12-04 | 2004-06-17 | Heriot-Watt University | Apparatus for mapping biological tissue quality |
| CN103054552A (zh) * | 2012-12-24 | 2013-04-24 | 深圳先进技术研究院 | 生物组织粘弹性测量方法和系统 |
| KR101398948B1 (ko) * | 2011-02-17 | 2014-05-27 | 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크. | 진폭―위상 변조된 초음파를 이용한 점탄성 측정 |
-
1997
- 1997-09-11 JP JP9247352A patent/JPH1176176A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004049929A1 (en) * | 2002-12-04 | 2004-06-17 | Heriot-Watt University | Apparatus for mapping biological tissue quality |
| KR101398948B1 (ko) * | 2011-02-17 | 2014-05-27 | 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크. | 진폭―위상 변조된 초음파를 이용한 점탄성 측정 |
| CN103054552A (zh) * | 2012-12-24 | 2013-04-24 | 深圳先进技术研究院 | 生物组织粘弹性测量方法和系统 |
| CN103054552B (zh) * | 2012-12-24 | 2014-12-10 | 深圳先进技术研究院 | 生物组织粘弹性测量方法和系统 |
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