WO2023218725A1 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

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健司 生嶋
也真人 安齋
佑紀 坂倉
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
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    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device and a measuring method.
  • an electromagnetic field of light or radio waves When measuring the electrical properties, magnetic properties, and other properties of an object, it is usually best to use an electromagnetic field of light or radio waves. However, it is difficult to measure characteristics using light for objects such as the human body, metal, or concrete blocks, which have difficulty transmitting light. Therefore, it has high internal permeability to targets such as the human body, metal, or concrete blocks, which are difficult for light to pass through, and the wavelength is about five orders of magnitude shorter than that of an electromagnetic field of the same frequency, so compared to radio wave measurement of the same frequency. Disclosed is an apparatus and method for measuring the characteristics of an object using an acoustically induced electromagnetic field that can measure any object while taking advantage of the characteristic of sound waves that they have high spatial resolution in the depth direction and in-plane direction of the object.
  • Patent Document 1 discloses that an object to be measured is irradiated with ultrasonic waves, the electromagnetic field generated by the object to be measured is measured, and the electrical characteristics of the object to be measured are determined from any one or a combination of the intensity, phase, and frequency characteristics of the electromagnetic field. , a technique for measuring either magnetic properties or electromagnetic/mechanical properties has been disclosed. Furthermore, Patent Document 2 discloses that an electromagnetic field generated by irradiating an amplitude-modulated sound wave to a measured object is detected, and at least one type of electromagnetic field selected from the group consisting of the intensity, phase, and frequency of the electromagnetic field is detected.
  • a technique for extracting at least one characteristic selected from the group consisting of electrical characteristics, magnetic characteristics, electromechanical characteristics, and magnetomechanical characteristics of an object to be measured based on the measurement of .
  • the method of measuring electromagnetic responses excited by ultrasonic waves in this way is called the acoustically stimulated electromagnetic (ASEM) method.
  • the present invention provides a measuring device capable of quantitatively or qualitatively evaluating the crystallinity or orientation of a tissue having an anisotropic structure such as a crystal or fiber structure without a center of symmetry using an acoustically induced electromagnetic method. and a measurement method.
  • the present inventor When measuring the electromagnetic field generated by an object to be measured using the ASEM method, the present inventor has proposed that, for example, the object to be measured has a structure having an anisotropic structure such as a crystal or fiber structure that does not have a center of symmetry. It has been found that in this case, electric polarization (or piezoelectric polarization) is induced in the object to be measured by the irradiated sound waves (for example, ultrasonic waves). The inventor has learned that the anisotropy of polarization greatly affects the anisotropy of the object to be measured, and that it greatly affects the crystallinity or orientation of the object to be measured.
  • Characteristics related to anisotropy for example, direction of polarization, magnitude of polarization, degree of anisotropy of polarization, and from these anisotropy of polarization, crystal direction, degree of crystallinity, fiber structure, orientation direction, In order to evaluate the degree of gender, we conducted extensive research and analysis.
  • the present inventor has developed a measuring device and a measuring method that can highly accurately reduce or eliminate noise that inevitably exists when the detecting section detects the electromagnetic field to be measured. Also created.
  • the present invention was created based on the above-mentioned findings.
  • One measuring device of the present invention includes a sound wave transmitter that transmits sound waves to a measured object, and a sound wave emitted from the sound wave transmitter to the measured object from a plurality of different directions. , or a detection unit that detects electromagnetic fields at a plurality of mutually different positions, and an evaluation unit that evaluates the anisotropy-related characteristics of the object to be measured based on the detection results of the electromagnetic field by the detection unit.
  • the above-mentioned detection when detecting an electromagnetic field from a measured object generated by irradiation with the above-mentioned sound waves, the above-mentioned detection detects electromagnetic fields from a plurality of different directions or at a plurality of different positions. Since it is possible to detect the anisotropy of the object to be measured, it becomes possible to evaluate the anisotropy-related characteristics of the object to be measured with higher accuracy than in the past.
  • Another measuring device of the present invention includes a sound wave transmitter that transmits a sound wave to an object to be measured, and a detector that detects an electromagnetic field generated by the object to be measured when the sound wave is irradiated from the sound wave transmitter. and a noise processing section that calculates the detection results of the electromagnetic field from at least two directions by the detection section to reduce or remove noise in the electromagnetic field.
  • the above-mentioned detection when detecting an electromagnetic field from a measured object generated by irradiation with the above-mentioned sound waves, the above-mentioned detection detects electromagnetic fields from a plurality of different directions or at a plurality of different positions. Since it is possible to detect the anisotropy of the object to be measured, it becomes possible to evaluate the anisotropy-related characteristics of the object to be measured with higher accuracy than in the past. In addition, the noise of the electromagnetic field can be reduced or removed by the noise processing unit that calculates the detection result of the electromagnetic field. As a result, this measurement device can evaluate electromagnetic fields with little or no noise, making it possible to evaluate the anisotropy of the object to be measured with higher accuracy.
  • one measurement method of the present invention includes a transmission step of transmitting a sound wave to an object to be measured, and a step in which the object to be measured is emitted by the irradiation of the sound wave, from a plurality of different directions or from different directions.
  • the method includes a detection step of detecting electromagnetic fields at a plurality of positions, and an evaluation step of evaluating the anisotropy-related characteristics of the object to be measured based on the detection results of the electromagnetic field detected in the detection step.
  • the detection step of detecting the electromagnetic field from the object to be measured generated by the above-mentioned transmission step it is possible to detect electromagnetic fields from a plurality of different directions or at a plurality of different positions.
  • the above-mentioned evaluation step it is possible to evaluate the anisotropy-related characteristics of the object to be measured with higher accuracy than in the past.
  • Another measurement method of the present invention includes a transmission step of transmitting a sound wave to an object to be measured, and a detection step of detecting an electromagnetic field generated by the object to be measured by being irradiated with the sound wave from at least two directions. , and an evaluation step of the object to be measured based on the relationship between the detection results of the electromagnetic field from the at least two directions detected in the detection step.
  • the electromagnetic field can be detected from at least two directions in the detection step of detecting the electromagnetic field from the object to be measured generated by the above-mentioned transmission step, so in the above-mentioned evaluation step, it is possible to detect the electromagnetic field from at least two directions. This makes it possible to evaluate the anisotropy-related characteristics of the object to be measured with high accuracy.
  • Another measurement method of the present invention includes a transmission step of transmitting a sound wave to an object to be measured, and a detection step of detecting an electromagnetic field generated by the object to be measured by being irradiated with the sound wave from at least two directions. , a noise processing step of reducing or removing noise of the electromagnetic field by calculating the detection results of the electromagnetic field detected in the detection step from at least two directions.
  • the electromagnetic field can be detected from at least two directions in the detection step of detecting the electromagnetic field from the object to be measured generated by the above-mentioned transmission step, so in the above-mentioned evaluation step, it is possible to detect the electromagnetic field from at least two directions.
  • the noise of the electromagnetic field can be reduced or removed by a noise processing step that calculates the detection results of the electromagnetic field.
  • An example of the above-mentioned detecting section includes at least one detecting section that detects an electromagnetic field generated by the object to be measured by being irradiated with a sound wave from the above-mentioned sound wave transmitting section, as described later.
  • Another example of the measuring device or the measuring method described above is to detect the noise contained in the electromagnetic field by calculation using the detection results of the electromagnetic field from at least two directions by the detection unit or in the detection step, as long as there is no overlap. It may further include a noise processing unit or a noise processing step that reduces or removes noise.
  • an example of the detection unit includes a first detection unit that detects an electromagnetic field generated by the object to be measured when the sound wave is irradiated from the sound wave transmitter, and a first detection unit that detects an electromagnetic field generated by the object to be measured when the object is irradiated with the sound wave.
  • a second detection section that detects an electromagnetic field generated by the object and is located at a different position from the first detection section, and the noise processing section detects the detection result by the first detection section and the second detection section.
  • the noise contained in the electromagnetic field may be reduced or removed by subtraction using the detection result by the detection unit.
  • an example of the processing of the noise processing unit is as follows (p1) to (p3).
  • Detection results by the first detection unit (for convenience of explanation, referred to as “first detection results”) and detection results by the second detection unit (for convenience of explanation, referred to as “second detection results”) ) is Fourier-transformed, and the waveform after Fourier-transformation of the first detection result by the first detection unit is normalized for each frequency component, and the value of the waveform after Fourier-transformation of the second detection result by the second detection unit.
  • the coefficients are determined by multiplying the waveform by the complex conjugate of the waveform value normalized for each frequency component.
  • an example of the second detection section that plays the role of the above-mentioned detection section may have a shape that surrounds the first detection section.
  • an example of the sound wave transmitter is an image that scans the sound wave over a two-dimensional surface or a three-dimensional volume of the object to be measured, and converts the detection results of the electromagnetic field from at least two directions by the detector into an image. It may further include a processing section.
  • an example of the evaluation section may evaluate the crystallinity of the object to be measured in a specific direction based on the difference between the electromagnetic fields from two directions by the detection section.
  • an example of the evaluation section may evaluate the degree of orientation of the fiber structure of the object to be measured based on at least one of the difference or ratio of the electromagnetic fields from two directions by the detection section.
  • a sound wave transmitter that transmits a sound wave to an object to be measured, and a detector that detects an electromagnetic field generated by the object to be measured when the sound wave is irradiated from the sound wave transmitter. and a noise processing section that calculates the detection results of the electromagnetic field from at least two directions by the detection section to reduce or remove noise in the electromagnetic field.
  • an example of the detection unit includes a first detection unit that detects an electromagnetic field generated by the object to be measured when the sound wave is irradiated from the sound wave transmitter, and a first detection unit that detects an electromagnetic field generated by the object to be measured when the object is irradiated with the sound wave.
  • a second detection section that detects an electromagnetic field generated by the object and is located at a different position from the first detection section, and the noise processing section detects the detection result by the first detection section and the second detection section.
  • the noise contained in the electromagnetic field may be reduced or removed by subtraction using the detection result by the detection unit.
  • a measuring device and a measuring method when evaluating a tissue having a crystalline or fibrous structure using an acoustically induced electromagnetic method, external noise is reduced or removed, and the orientation of the tissue is qualitatively and/or quantitatively evaluated.
  • FIG. 2 is a diagram showing an electromagnetic field induced by irradiating a portion of a measurement target with a sound wave.
  • 1 is a diagram showing a configuration example of a measuring device according to a first embodiment;
  • FIG. It is a flowchart which shows the flow of measurement processing by a measuring device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating electric polarization induced in the object to be measured by irradiating the object with ultrasonic waves.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method for measuring a target using the measuring device of the first embodiment. It is a graph which shows the strength of the electromagnetic field detected by the detection part of 1st Embodiment by irradiating an ultrasonic wave perpendicular
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case where a non-invasive evaluation of a measurement target is performed.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case where a non-invasive evaluation of a measurement target is performed.
  • 9 is a diagram for explaining a method of calculating E y /E p shown in FIG. 8 and E x /E p shown in FIG. 9.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the flow of noise reduction or removal processing performed by the measurement device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating noise reduction or removal processing performed by the measurement device of the first embodiment.
  • FIGS. 7A and 7B are graphs of measurement results using the measuring device of Modification Example (6) of the first embodiment when bovine bones are the object to be measured 10.
  • FIG. 7A and 7B are graphs of measurement results using the measuring device of Modification Example (6) of the first embodiment when bovine bones are the object to be measured 10.
  • FIG. 12 is a graph of measurement results using the measurement apparatus of modification example (7) of the first embodiment when a gallium arsenide (GaAs) substrate is used as the measurement target 10.
  • FIG. FIG. 7 is a graph of measurement results using the measurement apparatus of modification (6) of the first embodiment when a gallium arsenide (GaAs) substrate is the object to be measured.
  • FIG. (a) is a diagram showing an example of the configuration of a measuring device according to a second embodiment in which two detection units and a housing unit that accommodates a sonic medium are integrated.
  • (b) is an example of a photograph showing a state in which a human arm bone is being measured using the measuring device of the second embodiment.
  • Crystals have a certain kind of symmetry due to their atomic arrangement.
  • Tissues such as biological tissues and polymeric fiber materials do not guarantee accurate periodicity on the atomic scale, but may have some kind of periodic structure on a more macroscopic scale.
  • fibrous polymers may form bundles aligned in a certain direction, and these molecular bundles may come together to form larger fiber bundles, creating a hierarchical structure.
  • the present inventor has discovered that the magnitude and direction of electric polarization (or piezoelectric polarization) induced by sonic irradiation are determined by the crystal or fiber structure. It was found that it can be determined depending on the symmetry of.
  • the present inventors have set out to invent a technique that allows quantitative evaluation of the crystallinity or orientation of a tissue when evaluating a tissue with a fibrous structure using the acoustically induced electromagnetic method. It's arrived.
  • the magnitude of electrical polarization is proportional to sound pressure, it may be regarded as piezoelectric polarization.
  • a characteristic in which the magnitude of electric polarization is proportional to sound pressure may be regarded as a piezoelectric characteristic.
  • the present embodiment assumes that the magnitude of the electric polarization is proportional to the sound pressure. Not limited.
  • a fibrous structure has a strong tensile strength in its orientation direction. Therefore, fibrous tissues such as bones, tendons, and ligaments of locomotive organs maintain appropriate orientation so as to withstand mechanical loads.
  • fibrous tissues such as bones, tendons, and ligaments of locomotive organs maintain appropriate orientation so as to withstand mechanical loads.
  • inflammatory cytokines When damage occurs to collagen fiber tissue, inflammatory cytokines are released, fibroblasts gather at the site of inflammation to repair the tissue, and produce collagen fibers to repair the damaged tissue.
  • Newly generated collagen fibers are arranged in a disorderly manner at the beginning of the new generation, but by applying an appropriate mechanical load such as exercise, they will eventually have an optimal arrangement that can withstand the load and repair the damaged area. is completed.
  • the strength of calcified bones increases due to mechanical loads such as gravity or motion.
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • CT Computer Tomography
  • echo MRI, CT, echo, etc. evaluate the shape, thickness, and volume of target tissues, but it is not possible to obtain qualitative information related to "fiber orientation," which is the basis for the mechanical properties of fiber structures.
  • X-ray CT or DXA dual energy X-ray absorptiometry
  • the present inventors have discovered that electric polarization (or piezoelectric polarization) is induced by sound waves (eg, ultrasound) not only in bones but also in living soft tissues. Furthermore, it has been found that the anisotropy of polarization is determined by the crystallinity (orientation) of the fibers. This means that the direction and degree of orientation of the fiber structure can be evaluated from the anisotropy of polarization. Since the ASEM method can evaluate and image the polarization of a specific region within the body using sound waves (eg, ultrasound), it can also be applied to non-invasive medical diagnosis.
  • sound waves eg, ultrasound
  • FIG. 1 is a diagram showing an electromagnetic field induced by irradiating a part of a measurement target with a sound wave.
  • a focused acoustic beam 1 is shown to be focused on a part 2 of the object to be measured, and + and - symbols surrounded by circles indicate positively charged particles 3 and negatively charged particles, respectively. 4 is shown.
  • the concentration of positively charged particles 3 and negatively charged particles 4 is unbalanced, and a state of charge distribution is shown in which the number of positively charged particles 3 is larger than that of negatively charged particles 4.
  • arrow 5 indicates the direction of acoustic vibration of the focused acoustic beam 1, which corresponds to the direction of the electric field.
  • arrow 6 indicates a magnetic field generated in a plane perpendicular to arrow 5.
  • the positively charged particles 3 and the negatively charged particles 4 vibrate at the frequency of the acoustic wave in the vibration direction of the acoustic wave (in the direction of the arrow indicated by reference numeral 5). . Then, since the vibrations of the positively charged particles 3 and the negatively charged particles 4 cause the charges to vibrate, a magnetic field (in the direction of the arrow shown by reference numeral 6) generated in a plane perpendicular to the vibration direction 5 is induced. Ru. Since the generated electromagnetic fields are out of phase with each other by ⁇ , the electromagnetic fields cancel each other out and no electromagnetic field is induced.
  • the charge distribution state is such that there are more positively charged particles 3 than negatively charged particles 4, so they cannot completely cancel each other out, and the net electromagnetic field (arrow 6) will be induced. Therefore, if an electromagnetic field induced by a sound wave is observed and a change in the intensity of the electromagnetic field is observed, it means that a change has occurred in the charge distribution, that is, a change has occurred in the concentration of positively charged particles 3 or negatively charged particles 4. It can be seen that the concentration of either or both of them has changed. As a result, from the measurement of the electromagnetic field induced by the sound waves, it is possible to determine the characteristic values of the charged particles in the object to be measured, in this case changes in their concentration.
  • Figure 1 shows an example of measuring changes in the concentration of charged particles from measurements of electromagnetic fields induced by sound waves, but changes in the characteristic values of charged particles that can be measured include not only concentration but also mass and size. , changes in shape, number of charges, or interaction forces with the medium surrounding the charged particles are possible. For example, if the concentration, mass, size, shape, and number of charges cannot change due to other knowledge about the state of the measured object or knowledge by some other means, then the strength of the measured electromagnetic field will change. can be linked to changes in the interaction forces of charged particles with the surrounding medium. Thus, for example, changes in the strength of the measured electromagnetic field can be linked to changes in electronic or cationic polarizability.
  • an electric field, a dielectric constant, and a spatial gradient of an electric field or a dielectric constant can be measured as the electrical characteristics of the object to be measured.
  • magnetization caused by electron spin or nuclear spin can also be measured as the magnetic property of the object to be measured.
  • an electromagnetic field is generated even if the magnetization changes over time.
  • the radiated electric field is proportional to the second differential of magnetization with respect to time (see Non-Patent Document 1). Therefore, it is possible to measure the magnitude and direction of magnetization from the strength and phase of the electromagnetic field.
  • acoustic magnetic resonance caused by electron spin or nuclear spin can be measured as the magnetic property of the object to be measured. Specifically, since sound waves are efficiently absorbed and the direction of electron spin or nuclear spin changes at a certain resonant frequency, it is expected that the strength and phase of the electromagnetic field will change significantly at that frequency. As information, the resonant frequency can be determined. In addition, as with normal ESR (electron spin resonance) and NMR (nuclear magnetic resonance), by scanning the frequency of the sound wave, a spectrum can be obtained, and information on electron spin and nuclear spin can be obtained. It is also possible to measure the relaxation times of electron spins and nuclear spins.
  • ESR electron spin resonance
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • piezoelectric properties or magnetostrictive properties can be measured as the electromechanical properties or magnetomechanical properties of the object to be measured as follows.
  • electric polarization occurs in ionic crystals without inversion symmetry due to strain. Therefore, the magnitude of polarization can be obtained from the strength of the electromagnetic field of the object to be measured, which can be said to be a sound wave-induced electromagnetic field.
  • the piezoelectric tensor can be measured in a non-contact manner without providing electrodes on the object to be measured.
  • magnetostrictive properties can be measured as the electromechanical properties or magnetomechanical properties of the object to be measured as follows.
  • Magnetostriction is a phenomenon in which electron orbits change due to crystal strain, and changes are added to electron spin magnetization through orbit-spin interaction.
  • the magnetic domain structure may change due to external strain, resulting in a change in the effective magnetization in a macroscopic region (on the order of a sound beam spot).
  • crystal strain causes a change in crystal field splitting, which may change the electronic state and change the magnitude of electron spin magnetization. It is thought that these temporal changes generate electromagnetic fields.
  • the strength of the acoustically induced electromagnetic field can be used to determine the magnitude of magnetization, orbit-spin interaction, sensitivity of crystal strain and electron orbit change, sensitivity of crystal field splitting and strain, relationship between crystal field splitting and electron spin state, or magnetic domain structure.
  • the relationship between and strain can be determined. From the sound wave propagation direction and radiation intensity, the magnetostriction tensor can be measured in a non-contact manner without providing electrodes on the object to be measured. Imaging of magnetostrictive properties is also possible in the same way as piezoelectric properties.
  • an object to be measured is irradiated with a sound wave, and an electromagnetic field generated by the object to be measured is measured.
  • an object to be measured is irradiated with a sound wave generated based on predetermined information, and an electromagnetic field generated by the irradiation to the object to be measured is detected.
  • the measurement target is selected from the group consisting of electrical properties, magnetic properties, electromechanical properties, and magnetomechanical properties of the object to be measured. At least one selected characteristic can be extracted.
  • the electrical properties of the object to be measured include the electric field, the dielectric constant, the spatial gradient of the electric field or the permittivity, the concentration, mass, size, shape, number of charges in the charged particles of the object to be measured, and the relationship between the charged particles and the medium surrounding them.
  • a change in the value of at least one characteristic selected from the group consisting of interactions can be measured.
  • the magnetic properties of the object to be measured magnetization caused by the electron spin or nuclear spin of the object to be measured, and acoustic magnetic resonance caused by the electron spin or nuclear spin of the object to be measured can be measured.
  • piezoelectric characteristics or magnetostrictive characteristics of the object to be measured can be measured.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the measuring device 100 of this embodiment.
  • the measuring device 100 of this embodiment includes a waveform generator 110, a sound wave transmitting section 120, detecting sections 130A and 130B, an amplification section/filter section 140, a signal processing section 150, It consists of:
  • the measuring device 100 shown in FIG. 2 is a device that measures the characteristics of the object 10 to be measured. Note that in this embodiment, an object having a tissue having a fibrous structure is used as the object to be measured 10. Further, in FIG. 2, as in other drawings of the present application, a known holder or holding mechanism for holding the object to be measured 10 is omitted.
  • a typical example of the detection unit uses a capacitively coupled antenna, such as a metal plate.
  • various antennas such as a loop antenna, a capacitively coupled antenna, an array antenna, a sensor that detects electric charge, an electric field, a magnetic field, an array sensor, etc. may be used as the antennas 130A and 130B.
  • the emitted sound waves are represented in the drawings by dotted arrows or dotted arrows, and are distinguished from white arrows representing electrical polarization or piezoelectric polarization. be done. Additionally, open arrows representing electrical or piezoelectric polarization are not necessarily drawn in each drawing.
  • the waveform generator 110 generates a predetermined waveform (for example, a pulse waveform) for generating a sound wave represented by an ultrasonic wave (hereinafter referred to as "ultrasonic wave") from the sound wave transmitter 120.
  • the sound wave transmitter 120 transmits ultrasonic waves toward the object to be measured 10 based on the waveform generated by the waveform generator 110 (an example of a transmitting step).
  • a sound wave medium is provided in the tank 30 between the sound wave transmitter 120 and the object to be measured 10 in order to temporally separate the reverberation noise accompanying the transmission of the sound waves and the electromagnetic field generated by the object to be measured by the sound waves.
  • the sonic medium is not limited to water.
  • liquids other than water eg, various aqueous solutions, alcohol, liquid oil
  • gases containing air, resins, or metals may also be employed as the sound wave medium 31 for adjusting the sound speed.
  • the frequency range of the sound waves in this embodiment is, for example, 10 kHz to 1 GMHz, and a typical frequency is 0.5 MHz to 10 MHz.
  • the detection units 130A and 130B are examples of the detection units of this embodiment.
  • One detection unit (first detection unit) 130A detects the electromagnetic field (an example of the first electromagnetic field) generated (radiated) by the object to be measured 10
  • the other detection unit (second detection unit) 130B also detects the electromagnetic field (an example of the first electromagnetic field).
  • an electromagnetic field (an example of the second electromagnetic field) generated (radiated) by the object to be measured 10 is detected.
  • the objects detected by the detection units 130A and 130B are sometimes referred to as "electromagnetic fields” and “electromagnetic field signals,” but it should be noted that they have substantially the same content.
  • the detection units 130A and 130B may be of any type as long as they can detect electromagnetic fields.
  • the distance between the sound wave transmitting section 120 and the object to be measured 10 is 70 mm
  • the distance between the object to be measured 10 and the detecting sections 130A and 130B is 20 mm.
  • each of the above-mentioned distances is between the sound wave transmitting part 120 or the detection part 130A, 130B and the sound wave irradiating part in the measured object 10. It is desirable to set the distance to .
  • the sound waves from the sound wave transmission section 120 are focused and the sound waves are irradiated to a part of the object to be measured 10, and the electromagnetic field generated from the sound wave irradiation section is This is a case of detection.
  • the arrangement pattern of the detection units 130A and 130B will be described in detail later, but to give an example, the direction of the electrical polarization induced in the object to be measured 10 by the irradiation of the sound wave from the sound wave transmitting unit 120, and the center of the electrical polarization.
  • the direction connecting the center of the detection section 130A may be 90 degrees, and the angle between the direction of electric polarization and the direction connecting the center of electric polarization and the center of the detection section 130B may be 45 degrees.
  • the direction of electrical polarization induced in the object to be measured 10 by the irradiation of sound waves from the sound wave transmitting section 120 and the direction connecting the center of the electrical polarization and the center of the detection section 130A are 90 degrees, and the direction of the electrical polarization is 90 degrees.
  • the angle between the direction and the direction connecting the center of electric polarization and the center of the detection unit 130B may be 54.7 degrees.
  • the arrangement pattern of the detection units 130A and 130B is not limited to this example.
  • the amplifier/filter sections 140A and 140B amplify and filter the electromagnetic fields detected by the detection sections 130A and 130B, respectively.
  • the amplifying section/filter section 140A, 140B amplifies the electromagnetic field detected by the detecting section 130A, 130B by a predetermined amount, and passes it through a band pass filter to reduce or eliminate bands other than the predetermined frequency band.
  • the predetermined frequency band is, for example, 3.4 MHz to 3.6 MHz.
  • the signal processing section 150 extracts the characteristics of the object to be measured 10 based on the electromagnetic field that has passed through the amplification section/filter section 140A, 140B.
  • the signal processing section 150 includes a noise processing section 151, an evaluation section 152, and an image processing section 153.
  • the noise processing unit 151 uses the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B to reduce or remove noise included in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B. Details of noise reduction or removal processing by the noise processing unit 151 will be described in detail later, but for example, the noise processing unit 151 subtracts the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B. The noise contained in the electromagnetic field detected by the sensor is canceled out, and the noise is reduced or eliminated. This noise is caused by a background electric field (external noise) coming from a distance.
  • the evaluation unit 152 evaluates the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10 using the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B (an example of an evaluation process). Specifically, the evaluation unit 152 evaluates the crystallinity of the object to be measured 10 in a specific direction using the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B. For example, when the object to be measured 10 has a fiber structure, the evaluation unit 152 evaluates in which direction and to what degree the fiber structure of the object to be measured 10 is oriented.
  • characteristics related to anisotropy includes “characteristics related to polarization anisotropy” and “characteristics related to anisotropy of the object to be measured.”
  • the above-mentioned “characteristics related to polarization anisotropy” includes the meanings of "direction of polarization,” “magnitude of polarization,” and “degree of anisotropy of polarization.”
  • “characteristics related to anisotropy of the object to be measured” includes the meanings of "crystal direction” and “degree of crystallinity”
  • when the object to be measured is a fiber structure “characteristics related to anisotropy” include “orientation direction” and “orientation direction”. It includes the meaning of ⁇ degree of degree''. Note that by measuring the "characteristics related to polarization anisotropy,” it is possible to know the “characteristics related to the anisotropy of the object to be measured.”
  • the electric polarization induced in each local region of the object to be measured 10 irradiated with ultrasonic waves by the sound wave transmitter 120 is not necessarily They occur in random directions rather than in a fixed direction.
  • the detection result by the detection units 130A and 130B is the sum of the electric polarization induced in the local area within the sound wave irradiation area.
  • the evaluation unit 152 can evaluate the characteristics regarding the anisotropy within the sound wave irradiation region of the object to be measured 10 based on the relationship between the detection results of the detection units 130A and 130B disposed at different positions.
  • the evaluation unit 152 evaluates the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10 by calculating the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B. For example, the evaluation unit 152 determines the characteristics related to the anisotropy of the object to be measured 10 based on the peak-to-peak, absolute value, and integral of the envelope over a certain time domain of the pulse waveform of the signal voltage corresponding to the strength of the electromagnetic field. Evaluate. Evaluation of the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10 will be described in detail later.
  • the image processing unit 153 performs image processing to convert the detection results of the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B into images.
  • a two-dimensional surface (plane or depth direction) or three-dimensional volume of the object to be measured 10 is scanned with ultrasonic waves from the sound wave transmitter 120, and the detection results of the electromagnetic field detected by the detectors 130A and 130B are subjected to image processing.
  • the measurement device 100 can image the spatial distribution of anisotropy of the object to be measured 10 by converting the image into an image by the unit 153.
  • the ultrasonic scanning by the sonic wave transmitter 120 may be mechanical scanning or electronic scanning.
  • the measurement device 100 can reduce or eliminate noise included in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B.
  • the measuring device 100 can evaluate the characteristics related to the anisotropy of the object to be measured 10 from the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B.
  • the measurement apparatus 100 can image the spatial distribution of anisotropy of the object to be measured 10 by imaging the detection results of the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of measurement processing by the measurement device 100.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a computer program reads out a computer program, expands it to a RAM (Random Access Memory), and executes it.
  • Measurement processing is performed by controlling.
  • step S101 the measuring device 100 transmits ultrasonic waves from the sound wave transmitter 120 toward the object to be measured 10.
  • step S102 the measuring device 100 detects the electromagnetic field generated by the object to be measured 10 by the ultrasonic irradiation from the sound wave transmitting unit 120 using the detecting units 130A and 130B.
  • the measurement device 100 evaluates the anisotropy-related characteristics of the measurement target 10 based on the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B. Specifically, the measuring device 100 determines the anisotropy of the object to be measured 10 based on the peak-to-peak, absolute value, and integral of the envelope over a certain time domain of the pulse waveform of the signal voltage corresponding to the strength of the electromagnetic field. Evaluate gender-related characteristics.
  • the object to be measured 10 is scanned by an ultrasonic transducer that detects electrical polarization induced in the object to be measured 10 by the detection sections 130A and 130B by the irradiation of ultrasonic waves onto the object to be measured 10 from the sound wave transmitter 120. It is possible to obtain two-dimensional images and tomographic images of. What is important here is that the detection signal becomes maximum when polarization is perpendicular to the detection surfaces of the detection units 130A and 130B. Moreover, when the polarization is parallel to the detection surfaces of the detection units 130A and 130B, the detection signal ideally becomes zero.
  • the piezoelectricity of the fibrous tissue is such that the component caused by shear stress (piezoelectric coefficient d 14 ) and the component caused by tensile/compressive stress (piezoelectric coefficient d 31 , d 32 , d 33 ) are non-zero.
  • d31 is a component that polarizes in three axial directions when compressive/tensile stress is applied in one axial direction
  • d32 is a component that polarizes in three axial directions when compressive/tensile stress is applied in two axial directions
  • d33 is a component that polarizes in the triaxial directions when compressive/tensile stress is applied in the triaxial directions.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating electric polarization induced in the object to be measured 10 by irradiating the object to be measured 10 with ultrasonic waves.
  • FIG. 4(a) illustrates the d33 polarization
  • FIG. 4(b) illustrates the d14 polarization.
  • an ultrasonic wave is applied to apply a time-varying stress T j (t) at a high frequency (i.e., the frequency of the ultrasound), and as a result, a time-varying electric polarization P i (t) is induced.
  • t is detected.
  • T j (t) and P i (t) is expressed by the following formula. In the following formula, i is the polarization direction and j is the stress application direction.
  • the measuring device 100 can evaluate the characteristics of the object to be measured 10 by detecting an electromagnetic field with detection units 130A and 130B provided at a plurality of positions and using the strength of the electromagnetic field.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method for measuring the object to be measured 10 using the measuring device 100.
  • FIG. 5A shows an example in which d 31 polarization is generated by irradiating ultrasonic waves perpendicular to the fiber direction, and the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10 are evaluated.
  • FIG. 5B shows an example in which d33 polarization is generated by irradiating ultrasonic waves parallel to the fiber direction, and the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10 are evaluated.
  • one detection unit 130A is a detection unit for detecting polarization in a direction parallel to the ultrasound irradiation direction
  • the other detection unit 130B is a detection unit for detecting polarization in a direction perpendicular to the ultrasound irradiation direction. This is a detection unit for detecting.
  • non-invasive evaluation of the object to be measured 10 is possible.
  • the detection units 130A and 130B outside the body so it may not be possible to install the detection units in the orientation direction of the fibers. be.
  • the characteristics regarding the anisotropy of the object to be measured 10 are evaluated by installing the detection unit at the position of the angle ⁇ between the ultrasound incident direction and the polarization.
  • FIG. 5C is an example of non-invasive evaluation of the object to be measured 10. In FIG. By irradiating the measured object with sound waves and detecting electromagnetic fields in multiple directions, it is possible to non-invasively evaluate the anisotropy of the measured object.
  • FIG. 5 is the distance from the polarization center to the detection section 130A
  • r2 is the distance from the polarization center to the detection section 130B.
  • the distance r1 and the distance r2 are equidistant ((e-1) in FIG. 5(e)), approximately equidistant ((e-1) in FIG. 5(d)).
  • d 31 polarization is generated by irradiating ultrasonic waves perpendicular to the fiber direction to evaluate the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10.
  • FIG. 6 is a graph showing the strength of the electromagnetic field detected by the detection units 130A and 130B arranged at positions corresponding to FIG. 5(a) when ultrasonic waves are irradiated perpendicular to the fiber direction.
  • FIG. 6 is an example of a signal V ⁇ detected by the detection unit 130B for detecting polarization in a direction perpendicular to the ultrasound irradiation direction
  • (b) of FIG. This is an example of a signal V ⁇ detected by the detection unit 130A for detecting polarization in a direction parallel to the direction.
  • each graph indicates the elapsed time from the start of ultrasonic irradiation (that is, the time when the sound wave is generated is set to time 0), and the vertical axis indicates the elapsed time from the start of ultrasonic irradiation (time 0 is the time when the sound wave is generated), and the vertical axis indicates the elapsed time from the start of ultrasonic irradiation (time 0 is the time when the sound wave is generated).
  • the intensity of the electromagnetic field signal ie, ASEM signal
  • each graph shows the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B integrated 30,000 times.
  • the measuring device 100 can quantitatively indicate the degree of orientation of the tissue by evaluating the difference, ratio, or combination of these detection signals. Furthermore, in the process of calculating the difference or ratio between the signals detected by the two detection units 130A and 130B, signals caused by background electric fields (external noise) coming from a distance are canceled out.
  • the two detection units 130A and 130B it is possible to improve the S/N ratio (ratio of signal to noise).
  • the value when the ideal orientation state is "1" and the completely random state (non-oriented state) is "0 (zero)", or the average of the orientation directions.
  • the amount of variation (standard deviation) with respect to the value can be used as an index of the "degree of orientation.”
  • FIG. 7 is a graph showing the strength of the electromagnetic field detected by the detection units 130A and 130B arranged at positions corresponding to FIG. 5(b) when ultrasonic waves are irradiated parallel to the fiber direction.
  • 7(a) is an example of a signal detected by the detection unit 130B for detecting polarization in the direction perpendicular to the ultrasound irradiation direction
  • FIG. 7(b) is an example of a signal detected in the direction perpendicular to the ultrasound irradiation direction.
  • This is an example of a signal detected by the detection unit 130A for detecting polarization in parallel directions.
  • the horizontal axis of each graph is time, and the vertical axis is the strength of the electromagnetic field expressed in voltage. Note that each graph shows the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B integrated 30,000 times.
  • the detection signal of the detection unit 130B ((a) in FIG. 7) should be smaller than the detection signal of the detection unit 130A ((b) in FIG. 7) for detecting polarization in the direction parallel to the ultrasound irradiation direction. It is. Therefore, by evaluating the difference, ratio, or combination of these detection signals, it is possible to quantitatively indicate the degree of orientation of the tissue. Furthermore, in the process of calculating the difference or ratio between the signals detected by the two detection units 130A and 130B, signals caused by background electric fields (external noise) coming from a distance are canceled out. Therefore, by using the two detection units 130A and 130B, it is possible to improve the S/N ratio.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a case where non-invasive evaluation of the object to be measured 10 is performed.
  • (a) of FIG. 8 shows the arrangement positions of the detection units 130A and 130B when performing non-invasive evaluation
  • a graph of (b) of FIG. shows the change in the electric field detected by Ep indicates the magnitude of the electric field generated by the object to be measured 10
  • Ey indicates the magnitude of the electric field detected by the detection unit 130B in the y-axis direction.
  • ⁇ is an angle between the direction of electrical polarization of the object to be measured 10 and the direction connecting the center of electrical polarization and the center of the detection unit 130B.
  • E y /E p becomes maximum when ⁇ is 45 degrees.
  • the detection unit 130B at a position where ⁇ is 45 degrees or an angle in the vicinity thereof (for example, 40 degrees to 50 degrees), evaluation of the anisotropy of the object to be measured 10 based on the y component of the electric field is possible. becomes possible.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a case where non-invasive evaluation of the object to be measured 10 is performed.
  • 9(a) shows the arrangement positions of the detection units 130A and 130B when performing non-invasive evaluation
  • the graph of FIG. 9(b) shows the arrangement positions of the detection unit 130B according to the arrangement position of the detection unit 130B.
  • Ep indicates the magnitude of the electric field generated by the object to be measured 10
  • Ex indicates the magnitude of the electric field detected by the detection unit 130B in the x-axis direction.
  • ⁇ is an angle between the direction of electrical polarization of the object to be measured 10 and the direction connecting the center of electrical polarization and the center of the detection unit 130B. As shown in FIG.
  • E x /E p becomes zero when ⁇ is 54.7 degrees. Therefore, by installing the detection unit 130B at a position where ⁇ is 54.7 degrees or an angle in the vicinity thereof (for example, 49 degrees to 60 degrees), the anisotropy of the object to be measured 10 based on the x component of the electric field can be It becomes possible to evaluate the
  • the distances r between the two detection units and the center of polarization are preferably the same, but may be different. If the distances r are different, the measurement target 10 can be evaluated by making corrections according to the distances. Furthermore, if the distances from the center of polarization to the two detection sections are different, the area of the farther detection section may be increased to match the signal levels of the two detection sections.
  • the correction according to the distance is, for example, a correction that matches the distance from the center of polarization of one of the detection sections.
  • the measurement target 10 can be evaluated by performing correction according to the areas or shapes.
  • the correction according to the area or shape is, for example, correction to match the area or shape of one of the detection sections.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method of calculating E y /E p shown in FIG. 8 and E x /E p shown in FIG. 9.
  • polarization appears in the x-axis direction, and E x and E y on a circle with radius r from the center of polarization are shown.
  • the magnitude E(r) of an electromagnetic field (typically, an electric field) on a circle with radius r from the center of polarization is expressed by the following formula.
  • E x (r) and E y (r) are respectively as follows. Seek.
  • E x (r) and E y (r) are expressed as follows using E(r).
  • the measuring device 100 determines the installation location and orientation of the detection unit based on E x (r) and E y (r) according to the component of the electromagnetic field that is to be detected. Compared to the case where the determination is not made based on y (r), it is possible to evaluate the object to be measured 10 with high accuracy.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the flow of noise reduction or removal processing by the measuring device 100.
  • the noise reduction or removal process by the measurement device 100 is performed by the CPU of the computer connected to the measurement device 100 reading out a computer program, loading it into RAM, executing it, and controlling each part of the measurement device 100. A reduction or removal process is performed.
  • step S111 the measuring device 100 transmits ultrasonic waves from the sound wave transmitter 120 toward the object to be measured 10.
  • step S112 the measuring device 100 detects the electromagnetic field generated by the object to be measured 10 by the ultrasonic irradiation from the sound wave transmitter 120 using the detectors 130A and 130B.
  • step S113 the measuring device 100 reduces or eliminates noise included in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A, 130B by calculating the electromagnetic fields detected by the detection units 130A, 130B.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating noise reduction or removal processing by the measurement device 100.
  • (a) of FIG. 12 is a graph showing an example of the electromagnetic field detected by the detection unit 130A
  • (b) of FIG. 12 is a graph showing an example of the electromagnetic field detected by the detection unit 130B
  • (c) of FIG. It is a graph obtained by subtracting the electromagnetic field detected by the detection unit 130B from the electromagnetic field detected by the detection unit 130A.
  • the horizontal axis of each graph is time, and the vertical axis is the strength of the electromagnetic field expressed in voltage.
  • the surface irradiated with the sound wave is referred to as the "front surface" of the object to be measured 10
  • the back side thereof is referred to as the "back surface.”
  • the noise contained in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B can be reduced or removed.
  • the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B include white noise (intrinsic noise), a signal caused by the electromagnetic field generated by the object to be measured 10, and external noise.
  • white noise is the only one whose shapes do not match in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B. In other words, the complex phases of white noise do not match.
  • the noise processing unit 151 first reduces or removes the white noise and then reduces or removes the extraneous noise, thereby reducing or removing the noise contained in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B. May be removed.
  • the noise processing unit 151 first performs Fourier transform on the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B.
  • Z 1 ( ⁇ ) be a signal after Fourier transformation of the electromagnetic field of the detection unit 130A
  • Z 2 ( ⁇ ) be a signal after Fourier transformation of the electromagnetic field of the detection unit 130B.
  • Z 1 ( ⁇ ) and Z 2 ( ⁇ ) are expressed as follows.
  • Z Re1 is the real part of Z 1 ( ⁇ )
  • Z Im1 is the imaginary part of Z 1 ( ⁇ )
  • Z Re2 is the real part of Z 2 ( ⁇ )
  • Z Im2 is the imaginary part of Z 2 ( ⁇ ).
  • the noise processing unit 151 normalizes the two converted waveforms Z 1 ( ⁇ ) and Z 2 ( ⁇ ) for each frequency component to have a magnitude of 1. Let the values of the normalized waveform be ⁇ 1 and ⁇ 2 , respectively. ⁇ 1 and ⁇ 2 are expressed as in the following formula.
  • the noise processing unit 151 then multiplies ⁇ 1 and ⁇ 2 * , which is the complex conjugate of ⁇ 2 , to calculate a coefficient.
  • the coefficient is the real part of ⁇ 1 ⁇ 2 * and is expressed as the following formula.
  • the coefficient includes information cos ⁇ about the phase difference between the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B.
  • the noise processing unit 151 cuts frequencies whose coefficients are equal to or less than a specific value from the Fourier-transformed signal. By cutting frequencies whose coefficients are below a specific value from the Fourier-transformed signal, the noise processing unit 151 can reduce or remove white noise included in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B.
  • the noise processing unit 151 then performs an inverse Fourier transform on the Fourier-transformed signal in which frequencies with the coefficients below a specific value are cut, and returns it to a time-domain signal.
  • the noise processing unit 151 then calculates the difference between the signals after the inverse Fourier transform. By taking the difference between the signals after the inverse Fourier transform, the noise processing unit 151 can reduce or remove external noise included in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B.
  • the measuring device 100 can evaluate the orientation of a tissue having a fibrous structure through simple measurement.
  • the measurement device 100 according to the present embodiment evaluates the object to be measured 10 by measuring the electromagnetic field excited by the irradiation of ultrasonic waves. No need to create one.
  • the measuring device 100 according to the present embodiment can quantitatively evaluate the averaged degree of orientation in the ultrasound irradiation area.
  • the measuring device 100 according to this embodiment can evaluate desired coarse-grained orientation information by controlling the range of about 0.1 to 100 mm.
  • the measuring device 100 according to the present embodiment is capable of non-invasive evaluation of tissues within the body. Since the measurement device 100 according to the present embodiment is capable of non-invasive evaluation of the object to be measured, it is possible to evaluate the effects of rehabilitation after damage to bones, tendons, ligaments, etc. over time.
  • the measuring device 100 according to the present embodiment can perform non-destructive testing on composite materials whose substrates include fibers, such as CFRP (carbon fiber reinforced plastic), CMC (ceramic composite material), and PMC (polymer composite material). It is possible. Furthermore, the measuring device 100 according to the present embodiment is capable of on-the-spot observation and evaluation during material synthesis or when using a product under load.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • CMC ceramic composite material
  • PMC polymer composite material
  • the measuring device 100 may evaluate the anisotropy of the object to be measured 10 by moving one detector to a different position and detecting the electromagnetic field generated by the object to be measured 10. For example, the measuring device 100 detects the electromagnetic field by moving the detector so that the electromagnetic field detection locations have the relationship as shown in FIG. 8 or 9. It is possible to evaluate the anisotropy of the object to be measured 10 in the same way as when using the method. Note that when the measurement device 100 evaluates the anisotropy of the object to be measured 10 by detecting an electromagnetic field with one detection unit, it is desirable to match the conditions of the measurement time and the number of integrations.
  • the shapes of the detection units 130A and 130B are not limited to the above-mentioned example.
  • a sub-detection section may be provided around the main detection section, and calculations may be performed to reduce or remove noise from the electromagnetic fields detected by the main detection section and the sub-detection section.
  • FIG. 13 is a diagram showing detection units 130A and 130B of this modification.
  • FIG. 13(a) is a plan view of the detection units 130A, 130B
  • FIG. 13(b) is a side view of the detection units 130A, 130B
  • FIG. 13(c) is a perspective view of the detection units 130A and 130B.
  • the direction of polarization is shown from the bottom to the top of the page for the sake of explanation.
  • a second detection section 130B which is a sub-detection section, is arranged continuously in a circumferential manner outside of the first detection section 130A, which is a main detection section, so as not to be in contact with the first detection section 130A. This is also an aspect that can be adopted.
  • both the electromagnetic field V 1 detected by the first detection unit 130A shown in FIG. 13 and the electromagnetic field V 2 detected by the second detection unit 130B are equal to Detect the z component. Thereafter, by measuring (calculating) the difference between the electromagnetic field V1 and the electromagnetic field V2 , the polarization of the z-direction component of the first detection unit 130A in the central portion is detected, and the noise of the z-component of the electromagnetic field is reduced or removed. can do.
  • FIG. 13 describes an example in which circular and hollow circular detection sections 130A and 130B are employed in a plan view
  • the example of the shape of the detection sections 130A and 130B is not limited to the above-mentioned example.
  • the area of the first detection section 130A and the second detection section 130B is the same or approximately the same. This is a more preferred embodiment.
  • the areas of the first detection section 130A and the second detection section 130B are different, it is possible to reduce or eliminate the noise by calculation for correction.
  • the second detection section 130B is arranged continuously in a circumferential manner outside the first detection section 130A, but this modification is not limited to the example shown in FIG. 13.
  • FIG. 14 is a diagram showing detection units 130A and 130B as a further modification of the detection unit shown in FIG. 13.
  • FIG. 14(a) is a plan view of the detection units 130A, 130B
  • FIG. 14(b) 130A, 130B is a side view of the detection units.
  • charges plus marks and minus marks
  • FIG. 14 charges (plus marks and minus marks) are drawn for the sake of explanation, and the direction of polarization defined by the direction from negative charges to positive charges is shown.
  • the first detection section 130A is divided into two, and the second detection section 130B is disposed discontinuously in a circumferential manner outside the first detection section 130A.
  • the effects of the example shown in FIG. 13 can be achieved.
  • the difference between the electromagnetic fields V 1 and V 1 ' detected by the two first detection units 130A and 130A shown in FIG. 14 i.e., ⁇ V 1
  • the second detection unit 130B , 130B detects the x component of the electromagnetic field to be measured.
  • noise in the y and z components of the electromagnetic field may be reduced or removed.
  • the difference between ⁇ V 1 and ⁇ V 2 it is possible to detect polarization in the x direction near the first detection units 130A and 130A, and to reduce or eliminate noise in the x component of the electromagnetic field. can.
  • the reason why the charge marks of the second detection units 130B, 130B in FIG. 14 are drawn smaller than the charge marks of the first detection units 130A, 130A is because the positions of the second detection units 130B, 130B are This suggests that the distance is far from the center of polarization.
  • the shapes of the detection parts 130A and 130B are not limited to circular and hollow circular shapes in plan view.
  • the detection sections 130A and 130B that are rectangular and hollow rectangular in plan view.
  • the areas of the two first detection units 130A, 130A and the two second detection units 130B, 130B are the same. or substantially the same is a more preferred embodiment.
  • the areas of the two first detection sections 130A, 130A and the two second detection sections 130B, 130B are different, it is possible to reduce or eliminate the noise by calculation for correction. .
  • the electromagnetic field generated by the object to be measured 10 can be transmitted to each detection section 130A.
  • 130B is another possible embodiment.
  • noise is reduced or removed by taking the difference between the electromagnetic fields detected by the two detection units 130A and 130B, but the configuration of the measurement device 100 is the same as that shown in FIG. Needless to say, it is not limited to things.
  • FIG. 15 is a diagram showing a modification of the measuring device 100.
  • the measuring device 100 shown in FIG. 15(a) includes a differential amplifier 145 that takes the difference between the electromagnetic fields that have passed through the amplification/filter sections 140A and 140B.
  • the differential amplifier 145 reduces or eliminates noise included in the signals that have passed through the amplification and filter sections 140A and 140B by taking the difference between the electromagnetic fields that have passed through the amplification and filter sections 140A and 140B. I can do it. Therefore, in this modification, the amplifier/filter sections 140A, 140B and the differential amplifier 145 play the roles of the amplifier/filter sections 140A, 140B and the noise processing section 151 in the measuring device 100 of the first embodiment. .
  • the measuring device 100 shown in FIG. 152 can be evaluated. Also, like the measuring device 100 shown in FIG. 2, the measuring device 100 images the spatial distribution of anisotropy of the object to be measured 10 by imaging the detection results of the electromagnetic fields detected by the detecting units 130A and 130B. It can be converted into an image by the processing unit 153.
  • FIG. 15(b) shows an example in which the amplifier/filter sections 140A and 140B are composed of an LC resonant circuit and an amplifier. Note that in FIG. 15, the wiring resistance is represented as a resistance 190c.
  • FIGS. 15(c), 15(d), and 15(e) show a differential amplifier 145, an amplifier/filter unit 140A that can be replaced with the configuration shown in FIG. 15(b) of this modification, 140B is another modified example specifically configured.
  • Q represents charge
  • B represents magnetic flux density
  • t represents time
  • i represents current
  • V represents voltage.
  • the method of extracting the signal voltage is not limited.
  • the voltage difference that occurs between the two detection units 130A and 130B may be extracted as the signal voltage, or the current flowing between the two detection units 130A and 130B may be converted into voltage by an amplifier, and the signal voltage may be obtained by converting the current flowing between the two detection units 130A and 130B. You can take it out.
  • the outputs of the two detection sections 130A and 130B are connected to a metal disk, and the input of the differential amplifier 145 is also connected to a metal disk.
  • an LC resonant circuit is placed between the two disks. Since the resonant circuit is indirectly coupled to the detection units 130A, 130B, even if the capacitive coupling between the detection units 130A, 130B and the object to be measured 10 changes, the resonance characteristics of the resonant circuit are unlikely to change. . Moreover, it becomes possible to realize broadband tuning. Note that another mode that can be adopted is to further provide an amplifier to amplify the outputs of the two detection sections 130A and 130B.
  • the amplifier/filter section inputs the output of one of the two detection sections 130A, 130B to the differential amplifier via the coil 190b. I have to. Further, the output of the other detection section 130B is input to the differential amplifier via a capacitor 190a. According to the configuration of this modification, since the resonant circuit has low impedance, generation of unnecessary noise can be suppressed. Note that another mode that can be adopted is to further provide an amplifier to amplify the outputs of the two detection sections 130A and 130B.
  • the amplification section/filter section inputs the output of one of the two detection sections 130A and 130B to a differential amplifier via a capacitor 190a and a coil 190b. I am trying to input it. Further, the output of the other detection section 130B is directly input to the differential amplifier. Also in the configuration of this modification, as in the modification shown in FIG. 15(d) described above, since the resonant circuit has a low impedance, generation of unnecessary noise can be suppressed. Note that another mode that can be adopted is to further provide an amplifier to amplify the outputs of the two detection sections 130A and 130B.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 100A of this modification for the object to be measured 10 placed in the sonic medium 31 in the tank 30.
  • the evaluation unit 152 directly acquires the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B, similar to the modification (2) of the first embodiment.
  • the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10 can be evaluated. That is, instead of the differential amplifier 145 and the amplification/filter sections 140A, 140B, the evaluation section 152A and the amplification/filter sections 140A, 140B perform differential processing of the electromagnetic field signal and also serve as a filter section, thereby detecting the electromagnetic field. It is also possible to reduce or eliminate noise contained in electromagnetic field signals.
  • the image processing unit 153 is used to image the spatial distribution of anisotropy of the object to be measured 10, the image processing unit 153 is not necessarily used when evaluating the characteristics regarding the anisotropy of the object to be measured 10. does not require
  • FIG. 17 is a diagram showing a modification of the measuring device 100.
  • the measurement device 100 shown in FIG. 14 includes a differential amplifier 145 that takes the difference between the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B, and an amplification unit/filter unit 140 that amplifies and filters the signal output from the differential amplifier 145. ing.
  • the differential amplifier 145 can reduce or eliminate noise included in the electromagnetic fields detected by the detection units 130A and 130B by calculating the difference between the electromagnetic fields that have passed through the detection units 130A and 130B. Similar to the measuring device 100 shown in FIG. 2, the measuring device 100 shown in FIG.
  • the measuring device 100 shown in FIG. 17 has an evaluation section 152 that evaluates the anisotropy-related characteristics of the object to be measured 10 from the electromagnetic fields detected by the detecting sections 130A and 130B. I can do it.
  • the measuring device 100 shown in FIG. 2 The distribution can be converted into an image by the image processing unit 153.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of a measuring device 100B that is another modification of the measuring device 100 of the first embodiment.
  • one detection section (first detection section) 130A is arranged on one side of the tank 30, and another detection section (second detection section) 130B is arranged on the other side of the tank 30.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that the second embodiment is arranged, so a duplicate explanation can be omitted.
  • one detecting section (first detecting section) 130A is in the direction of polarization parallel to the plane of the paper in the object to be measured 10 (indicated by the white outline in FIG. 18(a)).
  • a detection unit is provided at a position perpendicular or substantially perpendicular to the arrow).
  • the first detection unit 130A detects the electromagnetic field signal (V 1 ) from the object to be measured 10.
  • the other detection section (second detection section) 130B also operates in the direction of polarization parallel to the plane of the paper in the object to be measured 10, similarly to the first detection section 130A.
  • a detection unit is provided at a position perpendicular or substantially perpendicular to the sensor.
  • the second detection unit 130B detects the electromagnetic field signal (V 2 ) from the object to be measured 10.
  • the electromagnetic field signals detected by the two detection units 130A and 130B have approximately the same intensity and the phases are inverted or 180 degrees different, so the signal strength obtained by the difference between these signals is approximately As it doubles, in-phase noise is reduced.
  • V 2 ⁇ V 1 the difference between the signal strengths of the electromagnetic fields detected by the two detection units 130A and 130B
  • a measurement result in which the signal strength of the electromagnetic fields is strong as shown in FIG. 18(c) is obtained. It will be done.
  • one detecting section (first detecting section) 130A refers to the polarization direction perpendicular to the plane of the paper in the object to be measured 10 (the white outline in FIG. 18(b)).
  • the detection unit is provided at a position parallel or substantially parallel to the arrow).
  • the first detection unit 130A detects the electromagnetic field signal (V 1 ) from the object to be measured 10.
  • the other detection unit (second detection unit) 130B is also located in a position parallel or approximately parallel to the polarization direction perpendicular to the plane of the paper in the object to be measured 10. Equipped with a detection section.
  • the second detection unit 130B detects the electromagnetic field signal (V 2 ) from the object to be measured 10.
  • the intensities and phases of the electromagnetic field signals detected by the two detection units 130A and 130B are substantially the same.
  • V 2 ⁇ V 1 the difference between the signal strengths of the electromagnetic fields detected by the two detection units 130A and 130B is calculated, it is found that the signal strength of the electromagnetic fields is weak or almost observable as shown in FIG. 18(d). measurement results are obtained.
  • the positions of the two detection units 130A and 130B are not only the positions shown by solid lines in FIGS. 18(a) and (b), but also the respective positions shown by dotted lines. It has also become clear that almost the same tendency as the measurement results shown in FIGS. 18(c) and 18(d) can be obtained. Therefore, for example, even if the position is at the top of the page in FIG. It is worth noting that this can be obtained. This is because when measuring a fibrous structure such as bone in the human body, even when the two detection units 130A and 130B are placed at a position away from the sound wave medium 31, that is, away from the human skin, the fibrous tissue cannot be detected. This is because it is possible to detect electromagnetic fields from the human body, greatly increasing the feasibility of diagnosing the fiber structure within the human body.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 100C of this modification for the object to be measured 10 placed in the sonic medium 31 in the tank 30.
  • FIG. 19 is a diagram specifically explaining the relationship between the sound wave transmitter 120, the object to be measured 10, the object to be measured 10, and the two detectors 130A and 130B. , not depicted in FIG. Similar to FIG. 19, FIGS. 20 to 23 are also drawn with some structures omitted.
  • ⁇ Modification (7) of the first embodiment> one detection section 130A is arranged vertically below the tank 30, and the detection section 130A can be rotated relative to the object to be measured 10 by the rotation mechanism 60a.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except for the following, and therefore, duplicate explanation may be omitted.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 200 of this modification for the object to be measured 10 placed in the sonic medium 31 in the tank 30.
  • the measuring device 200 of this modification includes a rotation mechanism 60a.
  • the rotation mechanism 60a can be rotated in any rotational direction indicated by "R" in FIG. 20 by a known drive mechanism (not shown). Further, in this modification, the detection unit 130A is fixedly arranged on the disc of the rotation mechanism 60a.
  • the detection unit 130A can be rotated relative to the object to be measured 10 by the rotation mechanism 60a.
  • one detection unit 130A which is a detection unit that detects an electromagnetic field generated by the target to be measured 10 due to the irradiation of sound waves from the sound wave transmitting unit 120, is moved by the rotating mechanism 60a to the target to be measured 10. It becomes possible to detect the electromagnetic field at at least two different positions relative to the electromagnetic field. Therefore, in this modification, one detection section 130A plays the role of both the first detection section in the detection section and the second detection section located at a different position from the first detection section. This is worth noting. As a result, also in this modification, the characteristics regarding the anisotropy of the object to be measured 10 can be evaluated.
  • the measurement device 200 of this modification is equipped with at least one of the following configurations (1) and (2) (not shown), so that the difference between the electromagnetic waves included in the electromagnetic field is Noise can be reduced or removed more accurately and easily.
  • a drive unit that automatically rotates the rotation mechanism 60a at a temporally constant angular velocity or a temporally different angular velocity (2)
  • a target to be measured by the sound waves irradiated from the sound wave transmitting unit 120 A record for recording at least one position and measurement result selected from the group of the position and measurement result where the intensity is the strongest and the position and measurement result where the intensity is the weakest among the intensities of the electromagnetic field signals generated in 10. Department
  • the position of the strongest electromagnetic field signal is along the polarization direction. Therefore, for example, it is extremely useful as information for knowing the polarization direction of the object to be measured 10 whose polarization direction (typically, the direction of orientation of the fiber structure) is unknown. Therefore, providing the rotation mechanism 60a is a preferable aspect because the polarization direction of the object to be measured 10 can be determined more easily and with higher accuracy.
  • a measurement method including the following steps (s1) to (s2) is an extremely preferred embodiment.
  • (s1) A step of acquiring information on the position where the intensity is the strongest in the above-mentioned electromagnetic field signal with or without the rotation mechanism 60a.
  • (s2) Detection result of the position where the intensity is the strongest or its vicinity (measurement results) and the position when rotated 180 degrees from that position without substantially changing the distance from the object to be measured 10 (i.e., the other position where the intensity is the strongest) or its vicinity. Process of obtaining detection results (measurement results)
  • the rotation mechanism 60a is provided such that the distance from the object to be measured 10 to the detection unit 130A changes (that is, r 1 and r 1 ' differ) when rotating, the distance The noise contained in the electromagnetic field can be reduced or removed by calculations that take this into account.
  • the detection unit 130A continuously detects, for example, an electromagnetic field signal generated by the object to be measured 10 by the sound wave irradiated from the sound wave transmitting unit 120.
  • This is another preferable aspect from the viewpoint of being able to obtain temporal changes in the intensity of the signal.
  • Obtaining the temporal change in the intensity of the signal by continuously detecting the signal by the detection unit 130A is useful for, for example, measuring the object 10 whose measurement result is unpredictable, such as human bones, tendons, It can be applied to the diagnosis of fibrous structures represented by biological fibrous tissues such as ligaments.
  • one detection unit 130A detects the electromagnetic field at two or more relatively different positions with respect to the object to be measured 10 using the rotating mechanism 60a.
  • the electromagnetic field may be detected by manually changing the detection position of the detection unit 130A, or one detection unit 130A may This is another mode that can be adopted to play the roles of both the first detection section and the second detection section.
  • ⁇ Modification (8) of the first embodiment> two detection units 130A and 130B are arranged vertically below the tank 30, and the detection units 130A and 130B are rotated relative to the object to be measured 10 by the rotation mechanism 60a. Since this is the same as the first embodiment and modification example (7) of the first embodiment except that it is possible, duplicate explanation can be omitted.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 300 of this modification for the object to be measured 10 placed in the sonic medium 31 in the tank 30.
  • the measuring device 300 of this modification includes a rotation mechanism 60a, similar to modification (7) of the first embodiment. Therefore, the rotation mechanism 60a can rotate in the rotation direction indicated by "R" in FIG. 21. Moreover, the two detection parts 130A and 130B are fixedly arranged on the disk of the rotation mechanism 60a.
  • the detection sections 130A and 130B can be rotated relative to the object to be measured 10 by the rotation mechanism 60a.
  • the two detection units 130A and 130B which serve as detection units for detecting the electromagnetic field generated by the target 10 by the irradiation of sound waves from the sound wave transmitting unit 120, are rotated by the rotating mechanism 60a. It becomes possible to detect the electromagnetic field at at least two different positions relative to the object 10.
  • the relative positions of the two detection units 130A and 130B with respect to the object to be measured 10 are not particularly limited.
  • the two detection sections 130A and 130B that play the role of detection sections facing the object to be measured 10 may be provided so that the areas are the same or substantially the same (including the meaning of "substantially the same”). , is a preferred embodiment.
  • the other detector 130B is rotated by the rotating mechanism 60a so that the position of the detector 130A coincides with the position of the other detector 130B. It is a preferable aspect that the detectors 130A and 130B are arranged such that the distances (r 1 and r 2 in FIG. 21) from the object to be measured 10 to the detection units 130A and 130B are equal or substantially equal. .
  • the two detection units 130A and 130B are rotated 90 degrees, the left and right positions in the horizontal direction of the paper (X direction in FIG. 21) and the depth direction of the paper ( Since the electromagnetic field can be detected at at least four positions before and after the Y direction in FIG.
  • both the position where the strength of the electromagnetic field signal is the strongest and the position where the strength is the weakest can be known at an early stage. Furthermore, by taking the difference between signals received at different positions, the noise contained in the electromagnetic field can be reduced or removed in a shorter time.
  • ⁇ Modification (9) of the first embodiment> one detecting section 130A is arranged vertically below the tank 30, and another detecting section 130B is arranged on the side of the tank 30, and the detecting section 130A is connected to the rotating mechanism 60a.
  • the first implementation except that the detection unit 130B is rotatable relative to the object to be measured 10 by a rotation mechanism 60b, and the detection unit 130B is rotatable relative to the object to be measured 10 by a rotation mechanism 60b. Since the configuration is the same as the modification example (7) of the first embodiment, overlapping explanation can be omitted.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 400 of this modification for the object to be measured 10 placed in the sonic medium 31 in the tank 30.
  • the measuring device 400 of this modification includes a rotation mechanism 60a and a rotation mechanism 60b. Therefore, the rotating mechanism 60a can rotate in any rotational direction indicated by “R 1 " in FIG. It can be rotated in any rotational direction indicated by “R 2 " in FIG. 22 around . Furthermore, the detection section 130A is fixedly arranged on the disc of the rotation mechanism 60a, and the detection part 130B is fixed and arranged on the disc of the rotation mechanism 60b.
  • the detections 130A and 130B can be rotated relative to the object to be measured 10 by the rotation mechanisms 60a and 60b.
  • two detection units 130A and 130B which are detection units that detect the electromagnetic field generated by the object to be measured 10 due to the irradiation of sound waves from the sound wave transmitting unit 120, are rotated by rotating mechanisms 60a and 60b.
  • Each of the detection units 130A and 130B is capable of detecting the electromagnetic field at at least two relatively different positions with respect to the object to be measured 10 (that is, at least four positions for all of the detection units 130A and 130B). becomes.
  • the relative positions of the two detection units 130A and 130B with respect to the object to be measured 10 are not particularly limited. Detection is performed from the detection unit 130A at the position shown in FIG. 22 below the tank 30 and/or from the detection unit 130B at the position shown in FIG. 22 at the side of the tank 30, for example, in the L direction shown in FIG. Even if the portion 130A and/or the detection portion 130B moves, at least some of the effects of this modification can be achieved.
  • the detection unit 130A detects an electromagnetic field in a direction substantially parallel to the polarization direction (white arrow in FIG. 22), and detects an electromagnetic field in a direction substantially perpendicular to the polarization direction. It becomes possible to evaluate the electromagnetic field from the object to be measured 10 using the detection unit 130B. This is a preferable aspect from the viewpoint of evaluating the anisotropy characteristics of the object to be measured 10 by detecting electromagnetic fields from a plurality of different directions or at a plurality of different positions. . Further, each of the two detection units 130A and 130B makes it possible to know both the position where the electromagnetic field signal is strongest and the position where the strength is weakest.
  • At least one of the rotating mechanism 60a and the rotating mechanism 60b corresponds to (1) and (2) described in the modified example (7) of the first embodiment.
  • the rotation mechanisms 60a and 60b move the two detection units 130A and 130B to two or more different positions relative to the object to be measured 10 (that is, all of the detection units 130A and 130B
  • this modification is not limited to the above-mentioned example.
  • the electromagnetic field may be detected by manually changing the detection position of the detection unit 130A. This is another mode that can be adopted to play the role of both the first detection section and the second detection section.
  • two detection units 130A, 130A are arranged on the rotation mechanism 60a, and two detection units 130B, 130B is arranged on the rotation mechanism 60b, which is another possible embodiment.
  • the detection unit 130A of this modification is also arranged at the position of the detection unit 130B of the modification (8) of the first embodiment.
  • another mode that can be adopted is to arrange another detection section 130B so as to match the position when the detection section 130B of this modification is rotated by 180 degrees by the rotation mechanism 60b. be.
  • one detecting section 130A is arranged only on the side of the tank 30, and the detecting section 130A moves along the outer circumference of the tank 30 with respect to the object to be measured 10 by a rotating mechanism (not shown).
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that the relative position can be changed by rotating the second embodiment, so a duplicate explanation can be omitted.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 500 of this modification for the object to be measured 10 placed in the sonic medium 31 in the tank 30.
  • the rotation mechanism allows the detection unit 130A to rotate in any rotational direction indicated by “R” in FIG. 22 along the outer periphery of the tank 30. .
  • the detection 130A can be rotated relative to the object to be measured 10 by the rotation mechanism.
  • one detection unit 130A which is a detection unit that detects an electromagnetic field generated by the target to be measured 10 due to the irradiation of sound waves from the sound wave transmitting unit 120, moves the target to be measured 10 by the rotation mechanism. It becomes possible to detect the electromagnetic field at at least two different positions relative to the electromagnetic field. Therefore, in this modification as well, similarly to modification (6) of the first embodiment, one detection section 130A is arranged at a position different from the first detection section in the detection section and the first detection section. It is worth noting that the second detection unit will play both roles. As a result, also in this modification, the characteristics regarding the anisotropy of the object to be measured 10 can be evaluated.
  • one detection unit 130A detects the electromagnetic field at two or more relatively different positions with respect to the object to be measured 10 by the rotation mechanism.
  • the electromagnetic field may be detected by manually changing the detection position of the detection unit 130A. This is another mode that can be adopted to play the roles of both the first detection section and the second detection section.
  • a capacitor 190a, a coil 190b, and a resistor 190c are used in one detection section 130A.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 100D of this modification for the object to be measured 10 placed in the sonic medium 31 in the tank 30.
  • a signal of the electromagnetic field is transmitted from two detection units 130A and 130B that detect the electromagnetic field generated by the object to be measured 10.
  • a capacitor 190a, a coil 190b, and a resistor 190c before reaching the differential amplifier 145, a resonant filter tuned to the frequency of the sound wave emitted by the sound wave transmitter 120 is formed, and the electromagnetic field (the electromagnetic field The noise contained in the signal can be reduced or removed.
  • the differential amplifier 145 outputs a difference signal of the electromagnetic field after the noise is processed by the capacitor 190a, the coil 190b, and the resistor 190c, thereby realizing further noise reduction or elimination of the electromagnetic field. Therefore, in this modification, the group consisting of the capacitor 190a, the coil 190b, and the resistor 190a and/or the differential amplifier 145 play the role of the noise processing section 151 in the measuring device 100 of the first embodiment. Note that the present invention is not limited to the two detection sections 130A and 130B shown in FIG. This is one aspect of
  • FIG. 25 is a diagram showing a configuration example of a measuring device 100E that is a further modification of this modification.
  • a resonant circuit 190d is configured to provide a differential signal from one detection section 130A.
  • a signal of the electromagnetic field is transmitted from two detection units 130A and 130B that detect the electromagnetic field generated by the object to be measured 10.
  • a resonant circuit 190d tuned to the frequency of the sound wave emitted by the sound wave transmitter 120 before reaching the differential amplifier 145, external noise outside the frequency band is reduced or removed, and the external noise detected within the resonant circuit is Since the signal is accumulated, the S/N ratio can be improved.
  • the differential amplifier 145 outputs a difference signal of the electromagnetic field after the noise is processed by the capacitor 190a, the coil 190b, and the resistor 190c, so that further noise reduction or elimination of the electromagnetic field can be achieved. Therefore, in this modification, the resonant circuit 190d and/or the differential amplifier 145 play the role of the noise processing section 151 in the measuring device 100 of the first embodiment.
  • the present invention is not limited to the two detection units 130A and 130B shown in FIG. 25(a) or 25(b), and for example, it is also possible to arrange the two detection units 130A and 130B below the tank 30 in the drawing. This is one aspect of
  • FIG. 26 shows that the polarization of the bovine femur is parallel to the ultrasonic irradiation direction using the measuring device 100C in the modification (6) of the first embodiment in which the distance r1 and the distance r2 are equal.
  • Graph (a) is the result of measurement with the device installed so that the polarization of the bovine femur is perpendicular to the direction of ultrasound irradiation.
  • the distance from the sound wave transmitter 120 to the object to be measured 10 is approximately 70 mm.
  • the frequency of the sound waves that the sound wave transmitter 120 transmits toward the object to be measured 10 is 3.5 MHz.
  • the distances from the object to be measured 10 to the two detection units 130A and 130B are both about 15 mm.
  • the direction of the sound waves emitted by the sound wave transmitter is approximately perpendicular to the polarization direction of the object to be measured 10.
  • the two detection units 130A and 130B make the distances from the object to be measured 10 equal (or approximately equal), and when detecting the electromagnetic field from the object to be measured 10, the two detection units 130A and 130B perform two detections on the object to be measured 10. Measurements of this modification were performed under conditions where the relative positions of portions 130A and 130B were not changed.
  • the first signal of the electromagnetic field detected by the detection unit 130A matches (or substantially matches) the second signal of the electromagnetic field detected by the detection unit 130B, and , the intensity of the first signal (V 1 in FIG. 26(a)) and the intensity of the second signal (V 2 in FIG. 26(a)) become equal (or substantially equal).
  • the strength of the electromagnetic field signal becomes approximately twice as large, and when the strength is subtracted, the strength of the electromagnetic field signal becomes almost zero.
  • the direction of the sound waves emitted by the sound wave transmitter is approximately perpendicular to the polarization direction of the object to be measured 10.
  • the relative position of the detecting section 130A with respect to the object to be measured 10 changes.
  • the phase of the first signal from the detection section 130A is inverted or 180 degrees different from the phase of the second signal from the detection section 130B.
  • the intensity of the first signal (V 1 in FIG. 26(a)) and the intensity of the second signal (V 2 in FIG. 26(a)) become equal (or substantially equal).
  • the strength of the electromagnetic field signal becomes almost zero, and when they are subtracted, the strength of the electromagnetic field signal becomes about twice as large.
  • the measurement method from the object to be measured 10 can be Since it is possible to increase the strength of the electromagnetic field signal, the electromagnetic field signal from the object to be measured 10 can be acquired with high accuracy.
  • FIG. 27 is a graph of measurement results using the measurement apparatus 100C of the modification (6) of the first embodiment when the object to be measured 10 is crystal. Note that in this modification, the distance from the sound wave transmitter 120 to the object to be measured 10 is approximately 70 mm. Furthermore, the frequency of the sound waves that the sound wave transmitter 120 transmits toward the object to be measured 10 is 3.5 MHz. Further, the distances from the object to be measured 10 to the two detection units 130A and 130B are both approximately 15 mm.
  • the two detection units 130A and 130B make the distances from the object to be measured 10 equal (or approximately equal), and when detecting the electromagnetic field from the object to be measured 10, the two detection units 130A and 130B perform two detections on the object to be measured 10. Measurements of this modification were performed under conditions where the relative positions of portions 130A and 130B were not changed.
  • the first signal of the electromagnetic field detected by the detection unit 130A matches (or substantially matches) the second signal of the electromagnetic field detected by the detection unit 130B, and the first signal The signal strength (V 1 in FIG. 27) and the second signal strength (V 2 in FIG. 27) become equal (or approximately equal). Then, when the strength of the first signal (V 1 in FIG. 27) and the strength of the second signal (V 2 in FIG. 27) are added, the strength of the electromagnetic field signal becomes approximately twice as large, and when the strength is subtracted, the strength of the electromagnetic field signal becomes approximately twice as large. The signal strength of the electromagnetic field will almost disappear.
  • the electromagnetic field signal from the object to be measured 10 can be acquired with high accuracy.
  • FIG. 28 is a graph of measurement results using the measurement apparatus 200 of the modification (7) of the first embodiment when the measurement target 10 is a gallium arsenide (GaAs) substrate.
  • the distance from the sound wave transmitter 120 to the object to be measured 10 is approximately 70 mm. Furthermore, the frequency of the sound waves that the sound wave transmitter 120 transmits toward the object to be measured 10 is 3.5 MHz. In addition, the distance from the object to be measured 10 to the detection unit 130A is approximately 15 mm.
  • the direction of the sound wave emitted by the sound wave transmitter 120 is approximately perpendicular to the polarization direction of the object to be measured 10.
  • the relative position of the detecting section 130A with respect to the object to be measured 10 changes.
  • the phase of the first signal is such that the detecting section 130A detects the electromagnetic field from the rotating mechanism 60a. Therefore, when the electromagnetic field from the object to be measured 10 is detected at a position rotated by 180 degrees from the certain position, the phase of the second signal is inverted or differs by 180 degrees.
  • the intensity of the first signal of the electromagnetic field detected by the detection unit 130A is different from the intensity of the second signal of the electromagnetic field detected by the detection unit 130B.
  • the position of the detection unit 130A before and after rotation is not completely perpendicular to the polarization direction of the object to be measured 10, and/or the received signal contains not only components perpendicular to the polarization direction. This is thought to be due to the fact that parallel components are also included.
  • the phases are inverted or 180 degrees different from each other, so the intensity of the electromagnetic field signal is equal to the intensity of the first signal. and the second signal.
  • the object to be measured 10 is a gallium arsenide (GaAs) substrate
  • GaAs gallium arsenide
  • FIG. 29 is a graph of measurement results using the measurement apparatus 100C of the modification (6) of the first embodiment when the measurement target 10 is a gallium arsenide (GaAs) substrate.
  • the distance from the sound wave transmitter 120 to the object to be measured 10 is approximately 70 mm. Furthermore, the frequency of the sound waves that the sound wave transmitter 120 transmits toward the object to be measured 10 is 3.5 MHz. In addition, the distances from the object to be measured 10 to the two detection units 130A and 130B are both about 15 mm. Note that FIG. 29(a) is a graph of an electromagnetic field detected by one detection unit 130A, and FIG. 29(b) is a graph of an electromagnetic field detected by another detection unit 130B.
  • the direction of the sound waves emitted by the sound wave transmitter is approximately parallel to the polarization direction of the object to be measured 10.
  • the two detection units 130A and 130B make the distances from the object to be measured 10 equal (or approximately equal), and when detecting the electromagnetic field from the object to be measured 10, the two detection units 130A and 130B perform two detections on the object to be measured 10. Measurements of this modification were performed under conditions where the relative positions of portions 130A and 130B were not changed.
  • the phase of the first signal from the detection section 130A is inverted or 180 degrees different from the phase of the second signal from the other detection section 130B. Then, the intensity of the first signal and the intensity of the second signal become equal (or substantially equal). Then, when the first signal and the second signal are added, the strength of the signal of the electromagnetic field becomes almost zero, and when the first signal and the second signal are subtracted, the strength of the signal of the electromagnetic field becomes approximately twice as large.
  • the object to be measured 10 is a gallium arsenide (GaAs) substrate
  • GaAs gallium arsenide
  • the two detection units 130A and 130B are configured in a housing unit 230 for the acoustic medium 31 (for example, a bottomless cylinder made of resin having a membrane 170 through which sound waves can pass, such as a silicone rubber membrane, as a lid or bottom).
  • a housing unit 230 for the acoustic medium 31 for example, a bottomless cylinder made of resin having a membrane 170 through which sound waves can pass, such as a silicone rubber membrane, as a lid or bottom.
  • the shape body 230a is integrated with the accommodating portion by being bonded, supported, or film-formed on the outer circumferential portion or outer circumferential surface of the shaped body 230a). Therefore, except for the above-mentioned contents, explanations that overlap with the first embodiment and each modification of the first embodiment may be omitted.
  • FIG. 30(a) is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 600 of this embodiment in which two detection units 130A and 130B and a housing unit 230 that accommodates the sonic medium 31 are integrated.
  • a typical example of the material of the two detection parts 130A and 130B is copper.
  • a typical example of the material of the bottomless cylindrical body 230a is acrylic resin.
  • FIG. 30(b) is an example of a photograph showing a state in which a human arm bone is being measured using the measuring device 600 of this embodiment.
  • the two detecting sections 130A and 130B are integrated with the sonic medium 31 and the housing section 230, so typically, the measuring device can be made smaller and the handling of the measuring device can be made easier. It is possible to improve the ease of measurement and to improve the stability or reliability of the measurement results by making it difficult for the positions of the detection units 130A and 130B to fluctuate.
  • FIG. 31 shows a graph (a) of the measurement results using the measuring device 600 of the second embodiment when the human finger bone is the measured object 10, and a graph (a) of the measurement result using the measuring device 600 of the human humerus It is a graph (b) of the measurement result using the measuring device 600 of 2nd Embodiment when it is.
  • the distance from the sound wave transmitter 120 to the object to be measured 10 is approximately 32 mm.
  • the frequency of the sound waves that the sound wave transmitter 120 transmits toward the object to be measured 10 is 3.5 MHz.
  • the distances from the object to be measured 10 to the two detection units 130A and 130B are both approximately 20 mm.
  • processors other than the CPU execute the measurement process and the noise reduction or removal process that the CPU loads and executes the software (program). It is.
  • processors include FPGA (Field-Programmable Gate Array), PLD (Programmable Logic Device) whose circuit configuration can be changed after manufacturing, and ASIC (Application Specific Integrated C).
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • PLD Programmable Logic Device
  • ASIC Application Specific Integrated C
  • a dedicated electrical circuit such as a processor having a specially designed circuit configuration.
  • programs for measurement processing and noise reduction or removal processing are stored (installed) in the ROM or storage in advance, but the present invention is not limited to this.
  • programs are recorded on non-transitory recording media such as CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory), and USB (Universal Serial Bus) memory.
  • CD-ROM Compact Disk Read Only Memory
  • DVD-ROM Digital Versatile Disk Read Only Memory
  • USB Universal Serial Bus

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Abstract

本発明の１つの測定装置１００は、被測定対象１０へ音波を発信する音波発信部１２０と、音波発信部１２０から該音波が照射されたことにより被測定対象１０が発生した、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を検出する検出部１３０Ａ，１３０Ｂと、検出部１３０Ａ，１３０Ｂによる該電磁場の検出結果に基づき、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する評価部１５２と、を備える。

Description

測定装置及び測定方法
　本発明は、測定装置及び測定方法に関する。
　物体の電気特性、磁気特性その他の特性を測定する場合、通常は、光又は電波の電磁場を用いるのがよい。しかし、光の透過が困難な人体、金属又はコンクリートブロックのような対象物には、光を用いた特性の測定は難しい。そこで、光の透過が困難な人体、金属又はコンクリートブロックのような対象物に対して内部透過性が高く、同一周波数の電磁場よりも波長が５桁ほど短いため、同一周波数の電波計測に比べて深さ方向及び対象物の面内方向の空間分解能が高いという音波の特徴を活かしながら、あらゆる対象物を被測定対象とし得る音響誘起電磁場による物体の特性測定装置及びその方法が開示されている。
　特許文献１には、被測定物体に超音波を照射し、被測定物体が発生した電磁場を測定し、電磁場の強度、位相及び周波数特性の何れか又はこれらの組み合わせから、被測定物体の電気特性、磁気特性又は電磁気・機械特性の何れかを測定する技術が開示されている。また、特許文献２には、振幅変調された音波が被測定対象に対して照射されることによって発生した電磁場を検出し、電磁場の強度、位相、及び周波数からなる群から選択される少なくとも１種の測定に基づいて、被測定対象の電気特性、磁気特性、電気機械特性、及び磁気機械特性からなる群から選択される少なくとも１種の特性を抽出する技術が開示されている。このように、超音波によって励起される電磁応答を計測する手法を音響誘起電磁法（Acoustically Stimulated Electro Magnetic（ＡＳＥＭ）法）と呼ぶ。
特許第４９１９９６７号公報 特許第５８９２６２３号公報
Ｅ．Ｂｅａｕｒｅｐａｉｒｅ　他５名，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，　Ｖｏｌ．８４，　Ｎｏ．１８，　ｐｐ．３４６５－３４６７，　３．　Ｍａｙ　２００４
　本発明は、音響誘起電磁法を用いて対称中心をもたない結晶又は繊維構造などの非等方的構造を有する組織の結晶性又は配向性を定量的又は定性的に評価し得る、測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
　本発明者は、ＡＳＥＭ法を用いて被測定物体が発生した電磁場を測定する際に、例えば、その被測定対象が対称中心をもたない結晶又は繊維構造などの非等方的構造を有する組織である場合に、照射する音波（例えば、超音波）によって被測定対象内に電気分極（又は、圧電分極）が誘起されることを見出した。そして、その分極の異方性が、被測定対象の異方性に大きく影響すること、及び被測定対象の結晶性又は配向性に大きく影響することを知得した本発明者は、確度高くその異方性に関する特性（例えば、分極の向き、分極の大きさ、分極の異方性の度合い、およびそれら分極の異方性から結晶方向、結晶性の度合い、繊維構造の場合、配向方向、配向性の度合い）を評価するべく、鋭意研究と分析を重ねた。
　その結果、該被測定対象の特性に応じて、該被測定対象からの電磁場の信号を検出する検出部の数、配置、及び／又は検出の方法等を工夫することにより、確度高くその異方性を評価し得ることを知得した。加えて、本発明者は、前述の工夫をする中で、該検出部が測定対象となる電磁場を検出する時点では不可避的に存在する雑音を、確度高く低減又は除去し得る測定装置及び測定方法をも創出した。本発明は上述の各知見に基づいて創出された。
　本発明の１つの測定装置は、被測定対象へ音波を発信する音波発信部と、該音波発信部から該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を検出する検出部と、該検出部による該電磁場の検出結果に基づき、前述の被測定対象の異方性に関する特性を評価する評価部と、を備える。
　この測定装置によれば、上述の音波が照射されたことによって発生した被測定対象からの電磁場を検出するときに、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を上述の検出部が検出できるため、従来と比較して確度高く該被測定対象の異方性に関する特性を評価することが可能となる。
　また、本発明のもう１つの測定装置は、被測定対象へ音波を発信する音波発信部と、該音波発信部から該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を検出する検出部と、該検出部による少なくとも２方向からの該電磁場の検出結果を演算して該電磁場の雑音を低減又は除去する雑音処理部と、を備える。
　この測定装置によれば、上述の音波が照射されたことによって発生した被測定対象からの電磁場を検出するときに、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を上述の検出部が検出できるため、従来と比較して確度高く該被測定対象の異方性に関する特性を評価することが可能となる。加えて、該電磁場の検出結果を演算する雑音処理部により、該電磁場の雑音を低減又は除去し得る。その結果、この測定装置によれば、雑音が少ない又は皆無の電磁場を評価することができるため、より確度高く、該被測定対象の異方性を評価することが可能となる
　また、本発明の１つの測定方法は、被測定対象へ音波を発信する発信工程と、該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を検出する検出工程と、該検出工程で検出した該電磁場の検出結果に基づき、前述の被測定対象の異方性に関する特性を評価する評価工程と、を含む。
　この測定方法によれば、上述の発信工程によって発生した被測定対象からの電磁場を検出する検出工程において、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を検出することができるため、上述の評価工程においては、従来と比較して確度高く該被測定対象の異方性に関する特性を評価することが可能となる。
　また、本発明のもう１つの測定方法は、被測定対象へ音波を発信する発信工程と、該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を少なくとも２方向から検出する検出工程と、該検出工程で検出した前述の少なくとも２方向からの該電磁場の検出結果の関係に基づき、前述の被測定対象のする評価工程と、を含む。
　この測定方法によれば、上述の発信工程によって発生した被測定対象からの電磁場を検出する検出工程において、少なくとも２方向から電磁場を検出することができるため、上述の評価工程においては、従来と比較して確度高く該被測定対象の異方性に関する特性を評価することが可能となる。
　また、本発明のもう１つの測定方法は、被測定対象へ音波を発信する発信工程と、該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を少なくとも２方向から検出する検出工程と、該検出工程で検出した前述の少なくとも２方向からの該電磁場の検出結果を演算して前述の電磁場の雑音を低減又は除去する雑音処理工程と、を含む。
　この測定方法によれば、上述の発信工程によって発生した被測定対象からの電磁場を検出する検出工程において、少なくとも２方向から電磁場を検出することができるため、上述の評価工程においては、従来と比較し確度高く該被測定対象の異方性に関する特性を評価することが可能となる。加えて、該電磁場の検出結果を演算する雑音処理工程により、該電磁場の雑音を低減又は除去し得る。その結果、この測定方法によれば、雑音が少ない又は皆無の電磁場を評価することができるため、より確度高く、該被測定対象の異方性を評価することが可能となる。
　上述の検出部の一例は、後述するように、上述の音波発信部より音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を検出する少なくとも１つの検出部を備える。
　また、上記測定装置又は測定方法の他の一例は、重複しない限り、該検出部による、又は該検出工程における少なくとも２方向からの該電磁場の検出結果を用いた演算により該電磁場に含まれる雑音を低減又は除去する雑音処理部、又は雑音処理工程をさらに備えてもよい。
　また、該検出部の一例は、該音波発信部より該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を検出する第１検出部と、該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を検出する、該第１検出部とは異なる位置に配置された第２検出部と、を備え、該雑音処理部は、該第１検出部による検出結果と、該第２検出部による検出結果とを用いた減算により該電磁場に含まれる雑音を低減又は除去してもよい。
　また、該雑音処理部の処理の一例は、次の（ｐ１）～（ｐ３）の順序のとおりである。
　（ｐ１）該第１検出部による検出結果（説明の便利上、「第１検出結果」と呼ぶ。）及び該第２検出部による検出結果（説明の便利上、「第２検出結果」と呼ぶ。）をフーリエ変換し、該第１検出部による第１検出結果のフーリエ変換後の波形を周波数成分毎に規格化した波形の値と、該第２検出部による第２検出結果のフーリエ変換後の波形を周波数成分毎に規格化した波形の値の複素共役をとった値とを乗じて係数を求める。
　（ｐ２）フーリエ変換後の該第１検出部による第１検出結果及び該第２検出部による第２検出結果から、該係数が特定の値以下の周波数成分を除去する。
　（ｐ３）（ｐ２）において除去した後のフーリエ変換後の該第１検出部による第１検出結果及び該第２検出部による第２検出結果に対して逆フーリエ変換を行い、逆フーリエ変換後の該第１検出部による第１検出結果と該第２検出部による第２検出結果との差分を取る。
　また、上述の検出部の役割を担う該第２検出部の一例は、該第１検出部の周囲を取り囲む形状を有してもよい。
　また、該音波発信部の一例は、該被測定対象の２次元面又は３次元体積に亘って該音波を走査し、該検出部による少なくとも２方向からの該電磁場の検出結果を画像化する画像処理部をさらに備えてもよい。
　また、該評価部の一例は、該検出部による２方向からの該電磁場の差分に基づき、該被測定対象の特定方向の結晶性を評価してもよい。
　また、該評価部の一例は、該検出部による２方向からの該電磁場の差分又は比の少なくともいずれかに基づき、該被測定対象の繊維構造の配向度合いを評価してもよい。
　また、本発明の別の観点によれば、被測定対象へ音波を発信する音波発信部と、該音波発信部から該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を検出する検出部と、該検出部による少なくとも２方向からの該電磁場の検出結果を演算して該電磁場の雑音を低減又は除去する雑音処理部と、を備える測定装置が提供される。
　また、該検出部の一例は、該音波発信部より該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を検出する第１検出部と、該音波が照射されたことにより該被測定対象が発生した電磁場を検出する、該第１検出部とは異なる位置に配置された第２検出部と、を備え、該雑音処理部は、該第１検出部による検出結果と、該第２検出部による検出結果とを用いた減算により該電磁場に含まれる雑音を低減又は除去してもよい。
　本発明によれば、音響誘起電磁法を用いて結晶又は繊維構造をもつ組織を評価する際に、外来ノイズを低減又は除去し、その組織の配向性を定性的及び／又は定量的に評価する、測定装置及び測定方法を提供することができる。
被測定対象の部分に音波を照射して誘起される電磁場の様子を示す図である。 第１の実施形態の測定装置の構成例を示す図である。 測定装置による測定処理の流れを示すフローチャートである。 被測定対象への超音波の照射によって被測定対象において誘起された電気分極を説明する図である。 第１の実施形態の測定装置を用いた被測定対象の測定方法を説明する図である。 繊維方向に垂直に超音波を照射して、第１の実施形態の検出部が検出した電磁場の強さを示すグラフである。 繊維方向に平行に超音波を照射して、第１の実施形態の検出部が検出した電磁場の強さを示すグラフである。 被測定対象の非侵襲評価を行う場合について説明する図である。 被測定対象の非侵襲評価を行う場合について説明する図である。 図８で示したＥｙ／Ｅｐ、及び図９で示したＥｘ／Ｅｐの計算方法を説明するための図である。 第１の実施形態の測定装置による雑音の低減又は除去処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態の測定装置による雑音の低減又は除去処理を説明する図である。 第１の実施形態の変形例（１）の検出部を示す図である。 第１の実施形態の変形例（１）の検出部の他の変形例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（２）の測定装置を示す図である。 第１の実施形態の変形例（３）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（４）の測定装置を示す図である。 第１の実施形態の変形例（５）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（６）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（７）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（８）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（９）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（１０）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（１１）の測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態の変形例（１１）の更なる変形例の測定装置の構成例を示す図である。 ウシの骨を被測定対象１０とした場合の、第１の実施形態の変形例（６）の測定装置を用いた測定結果のグラフ（ａ）及び（ｂ）である。 水晶を被測定対象とした場合の、第１の実施形態の変形例（６）の測定装置を用いた測定結果のグラフである。 ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象１０とした場合の、第１の実施形態の変形例（７）の測定装置を用いた測定結果のグラフである。 ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象とした場合の、第１の実施形態の変形例（６）の測定装置を用いた測定結果のグラフである。 （ａ）は、２つの検出部と音波媒体を収容する収容部とが一体化された第２の実施形態の測定装置の構成例を示す図である。（ｂ）は、第２の実施形態の測定装置を用いて、ヒトの腕の骨の測定を行っている様子を写した写真の一例である。 ヒトの指の骨を被測定対象とした場合の、第２の実施形態の測定装置を用いた測定結果のグラフ（ａ）及び、ヒトの上腕の骨を被測定対象とした場合の、第２の実施形態の測定装置を用いた測定結果のグラフ（ｂ）である。
　本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。
＜第１の実施形態＞
　以下の説明では、繊維構造をもつ組織として、骨、腱、靭帯等の生体線維組織の評価を行う場合について説明する。なお、生体における糸状の組織のことは「線維」と呼ばれることがあるが、以下の説明では「繊維」と表記することとする。
　結晶は、原子配列によりある種の対称性を有する。生体組織、高分子繊維材料のような組織では、原子スケールでの正確な周期性は担保されていないが、よりマクロなスケールにおいては、ある種の周期的構造を有していることがある。例えば、線維状高分子がある方向に揃って配列した束を作り、またその分子束が集まり、さらに大きな線維束を作るといった階層構造をもつことがある。本発明者は、被測定対象における原子配列又は繊維構造の対称性について鋭意研究を重ねた結果、音波照射により誘起される電気分極（又は、圧電分極）の大きさ及び向きは、結晶又は繊維構造の対称性に応じて決定付けられ得ることを知見した。そして本発明者は、以下で説明するように、音響誘起電磁法を用いて繊維構造をもつ組織を評価する際に、その組織の結晶性又は配向性を定量的に評価できる技術を発明するに至った。なお、電気分極の大きさが音圧に比例する場合は、圧電分極とみなしてよい。また、電気分極の大きさが音圧に比例する特性を圧電特性とみなしてよい。ただし、音波照射により誘起される電気分極の大きさ及び向きが、結晶又は線維構造の対称性に応じて決定付けられる場合、本実施形態は、電気分極の大きさが音圧に比例することに限定されない。
　一般に、繊維構造の組織は、その配向方向に対して引張強度が強い。従って、運動器官の骨、腱、靭帯等の繊維組織は、力学的負荷に耐えられるように適切な配向性を維持している。コラーゲン繊維組織に損傷が生じると、炎症性のサイトカインが放出され、炎症部位には組織を修復するために繊維芽細胞が集合し、損傷した組織を修復するためにコラーゲン繊維を産生する。新生されたコラーゲン繊維は、新生の当初は無秩序に配列するが、運動などの適切な力学的負荷を加えることにより、最終的には負荷に耐え得る最適な配列を有することで、損傷部位の修復は完了する。石灰化した骨についても、重力又は運動という力学的負荷により、骨強度が増すことが知られている。これらの現象は、運動器官は外部からの負荷に耐え得るために、常に適切なコラーゲン繊維構造を再構築していることを意味する。
　これまで繊維組織に関する診断の中心となっている技術は、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging、核磁気共鳴画像法）、ＣＴ（Computed Tomography、コンピュータ断層撮影）、エコー等である。ＭＲＩ、ＣＴ、エコー等では対象組織の形状、厚み、量を評価しているが、繊維構造の力学特性にとって根幹となる「繊維の配向性」に関わる質的な情報は取得できていない。骨粗鬆症の診断では、臨床現場だけでなく、実験動物を用いた基礎研究においても、Ｘ線ＣＴ又はＤＸＡ法（二重エネルギーＸ線吸収測定法）による骨密度評価が主流であり、骨の体積比にして半分を占めるコラーゲン繊維を非侵襲に評価する骨質診断技術はない。
　本発明者は、骨だけでなく、生体軟組織でも音波（例えば、超音波）により電気分極（又は、圧電分極）が誘起されることを見出した。さらに、その分極の異方性は、繊維の結晶性（配向性）で規定されることも判明した。このことは、分極の異方性から、その繊維組織の配向の向きや配向度合いを評価できることを意味する。ＡＳＥＭ法は、音波（例えば、超音波）を用いて体内の特定部位の分極を評価及び画像化可能であるため、非侵襲医療診断への展開も可能である。
　初めに、被測定対象の物体に音波が照射されると、音波が照射される部分に誘起される電磁場を説明する。なお、音波が照射される部分に誘起される電磁場の詳細については上記特許文献１に開示されている。
　図１は、被測定対象の部分に音波を照射して誘起される電磁場の様子を示す図である。図１において、音波集束ビーム１は、被測定対象の部分２に集束している様子を示しており、丸印で囲んだ＋及び－の記号は、それぞれ正の荷電粒子３及び負の荷電粒子４を示している。また、被測定対象の音波集束領域２では、正の荷電粒子３と負の荷電粒子４との濃度のバランスが崩れ、正の荷電粒子３が負の荷電粒子４よりも多い電荷分布状態を示している。加えて、矢印５は、音波集束ビーム１の音波振動方向を示しており、電場の向きに対応する。また、矢印６は、矢印５に垂直な面内で発生する磁場を示している。
　図１に示すように、音波集束ビーム１の照射によって、正の荷電粒子３及び負の荷電粒子４は、音波の振動方向（符号５で示した矢印の方向）に音波の振動数で振動する。そうすると、正の荷電粒子３及び負の荷電粒子４の振動は電荷が振動することになるので、振動方向５に垂直な面内で発生する磁場（符号６で示した矢印の方向）が誘起される。発生する電磁場は、互いに位相がπだけずれているので、それらの電磁場が互いに打ち消しあうために電磁場は誘起されない。しかしながら、被測定対象の音波集束領域２では、負の荷電粒子４よりも正の荷電粒子３が多い電荷分布状態であるので、互いに完全に打ち消し合うことができず、正味の電磁場（矢印６）が誘起されることになる。従って、音波によって誘起される電磁場を観測し、電磁場の強度変化が観測されれば、電荷分布に変化が生じたこと、即ち、正の荷電粒子３又は負の荷電粒子４の濃度に変化が生じたか、或いはその両方の濃度が変化したことがわかる。その結果、音波によって誘起される電磁場の測定から、被測定対象中の荷電粒子の特性値、この場合にはその濃度の変化を測定することができる。
　ところで、図１は、音波によって誘起される電磁場の測定から、荷電粒子の濃度変化を測定する例を示したが、測定できる荷電粒子の特性値の変化としては、濃度だけでなく、質量、サイズ、形状、荷電数、又は荷電粒子を取り囲む媒体との相互作用力の変化が可能である。例えば、被測定対象の状態に関する他の知識、又は、他の何らかの手段による知識から、濃度、質量、サイズ、形状、及び荷電数の変化が起こり得ない状態であれば、測定した電磁場の強度変化は、荷電粒子を取り囲む媒体との相互作用力の変化に結びつけることができる。従って、例えば、測定した電磁場の強度変化は、電子分極率又は陽イオン分極率の変化に結びつけることができる。
　本実施形態では、被測定対象の電気特性として、電場、誘電率、電場又は誘電率の空間勾配を測定することができる。また、本実施形態では、被測定対象の磁気特性として、電子スピン又は核スピンに起因した磁化を測定することもできる。具体的には、電気分極の場合と同様に、磁化が時間変化しても電磁場が発生する。Ｍａｘｗｅｌｌ方程式によると、放射電場は磁化の時間に対する２回微分に比例する（非特許文献１参照）。従って、電磁場の強度や位相から、磁化の大きさや方向を測定することが可能である。
　また、本実施形態では、被測定対象の磁気特性として、電子スピン又は核スピンに起因した音響磁気共鳴を測定することができる。具体的には、ある特定の共鳴周波数で、音波が効率よく吸収され、電子スピン又は核スピンの方向が変化することから、その周波数において電磁場の強度や位相が大きく変化することが期待される。情報としては、共鳴周波数を確定することができる。加えて、通常のＥＳＲ（電子スピン共鳴）やＮＭＲ（核磁気共鳴）と同様に、音波の周波数を走査すれば、スペクトルが得られ、電子スピンや核スピンの情報を取得できる。また、電子スピンや核スピンの緩和時間が測定できる。
　また、本実施形態では、被測定対象の電気機械特性又は磁気機械特性として、圧電特性又は磁歪特性を次のように測定することができる。反転対称性のないイオン結晶は原理的に歪によって、電気分極が生じる。従って、音波誘起電磁場といえる被測定対象の電磁場の強度から分極の大きさを得ることができる。音波を走査すれば、被測定対象の圧電特性を画像化することができる。さらに、音波伝播方向と、発生した電磁場の角度分布から、圧電テンソルを、被測定対象に電極を設けずに非接触で測定することができる。
　また、本実施形態では、被測定対象の電気機械特性又は磁気機械特性として、磁歪特性を次のように測定することができる。磁歪とは、結晶歪により電子軌道が変化し、軌道・スピン相互作用を通じて電子スピン磁化に変化が加わる現象をいう。他の態様として、磁区構造が外部歪によって変化し、その結果、巨視的な領域（音波ビームスポット程度）での有効磁化が変化することもある。また、結晶歪により、結晶場分裂に変化が生じ、これが電子状態を変化させ、電子スピン磁化の大きさを変化させることもある。これらの時間変化が電磁場を発生させると考えられる。従って、音波誘起電磁場の強度から磁化の大きさや軌道・スピン相互作用、結晶歪と電子軌道変化の敏感さ、結晶場分裂と歪の敏感さ、結晶場分裂と電子スピン状態の関係、又は磁区構造と歪の関係を決定することができる。音波伝播方向と放射強度からは、被測定対象に電極を設けずに、非接触で磁歪テンソルを測定することができる。磁歪特性の画像化も圧電特性と同様に可能である。
　本実施形態では、被測定対象に音波を照射し、この被測定対象が発生した電磁場を測定する。本実施形態では、所定の情報に基づいて生成された音波を被測定対象に照射し、被測定対象に対して照射されることによって発生した電磁場を検出する。そして、検出した電磁場の強度、位相、及び周波数からなる群から選択される少なくとも１種の測定に基づいて、被測定対象の電気特性、磁気特性、電気機械特性、及び磁気機械特性からなる群から選択される少なくとも１種の特性を抽出することができる。従って、被測定対象の電気特性としては、電場、誘電率、電場又は誘電率の空間勾配、被測定対象の有する荷電粒子における濃度、質量、寸法、形状、荷電数、荷電粒子を囲む媒体との相互作用からなる群から選択される少なくとも１種の特性値の変化を測定することができる。被測定対象の磁気特性としては、被測定対象の電子スピン又は核スピンに起因した磁化、被測定対象の電子スピン、又は核スピンに起因した音響磁気共鳴を測定することができる。被測定対象の電気機械特性、及び磁気機械特性としては、被測定対象の圧電特性又は磁歪特性を測定することができる。
　図２は、本実施形態の測定装置１００の構成例を示す図である。図２に示したように、本実施形態の測定装置１００は、波形発生器１１０と、音波発信部１２０と、検出部１３０Ａ，１３０Ｂと、増幅部・フィルタ部１４０と、信号処理部１５０と、を含んで構成される。図２に示した測定装置１００は、被測定対象１０の特性を測定する装置である。なお、本実施形態では、被測定対象１０として繊維構造を持つ組織を有する物体を用いている。また、図２においては、本願の他の図面と同様に、被測定対象１０を保持する公知の保持具又は保持機構は省略されている。また、代表的な検出部の例は、静電結合アンテナ、例えば金属板を用いる。なお、例えば、ループ型アンテナ、静電結合型アンテナ、アレイ型アンテナなどの各種アンテナ、電荷、電場、磁場を検出するセンサ及びアレイセンサ等が、アンテナ１３０Ａ，１３０Ｂとして使用されてもよい。また、本実施形態を含む各実施形態においては、発信された音波は、点線の矢印、又はドットが施された矢印によって図面中に表され、電気分極又は圧電分極を表す白抜きの矢印と区別される。加えて、必ずしも電気分極又は圧電分極を表す白抜きの矢印は各図面において描かれてない。
　波形発生器１１０は、音波発信部１２０から超音波に代表される音波（以下、「超音波」という。）を発生させるための所定の波形（例えば、パルス波形）を発生する。音波発信部１２０は、波形発生器１１０が発生した波形に基づいて、被測定対象１０に向けて超音波を発信する（発信工程の一例）。音波発信部１２０と被測定対象１０との間は、音波の発信に伴う残響ノイズと、該音波によって被測定対象が発生した電磁場とを時間的に分離するために、槽３０の中に音波媒体３１の一例としての水が存在する。上述の実施形態においては、音波媒体として水が採用されているが、本実施形態では、音波媒体は水に限定されない。例えば、水以外の液体（例えば、各種水溶液、アルコール、液状油）、空気を含む気体、樹脂、又は金属も、音速を調整するための音波媒体３１として採用され得る。また、本実施形態における音波の周波数の範囲は、例えば１０ｋＨｚ～１ＧＭＨｚの音波であり、代表的な周波数は、０．５ＭＨｚ～１０ＭＨｚである。
　検出部１３０Ａ，１３０Ｂは、本実施形態の検出部の一例である。１つの検出部（第１検出部）１３０Ａは、被測定対象１０が発生した（放射した）電磁場（第１電磁場の一例）を検出し、もう１つの検出部（第２検出部）１３０Ｂも１３０Ａと同様に、被測定対象１０が発生した（放射した）電磁場（第２電磁場の一例）を検出する。なお、本実施形態においては、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出する対象を「電磁場」と呼ぶ場合と、「電磁場の信号」と呼ぶ場合があるが、実質的には同じ内容であることを付言する。検出部１３０Ａ，１３０Ｂは、電磁場を検出できるものであればよい。また、例えば、音波発信部１２０と被測定対象１０との距離は７０ｍｍとし、被測定対象１０と検出部１３０Ａ，１３０Ｂとの距離は２０ｍｍとする。なお、被測定対象１０に比べて音波が照射される部分（音波照射部）が小さい場合、上記各距離は、音波発信部１２０又は検出部１３０Ａ，１３０Ｂと、被測定対象１０における音波照射部との距離とすることが望ましい。被測定対象１０に比べて音波照射部が小さい場合とは、例えば、音波発信部１２０からの音波を集束して被測定対象１０の一部に音波を照射し、音波照射部から発生する電磁場を検出する場合である。
　検出部１３０Ａ，１３０Ｂの配置パターンについては後に詳述するが、一例を挙げれば、音波発信部１２０からの音波の照射により被測定対象１０に誘起される電気分極の方向と、電気分極の中心と検出部１３０Ａの中心とを結ぶ方向とが９０度であり、電気分極の方向と、電気分極の中心と検出部１３０Ｂの中心とを結ぶ方向とのなす角が４５度であってもよい。また例えば、音波発信部１２０からの音波の照射により被測定対象１０に誘起される電気分極の方向と、電気分極の中心と検出部１３０Ａの中心とを結ぶ方向とが９０度であり、電気分極の方向と、電気分極の中心と検出部１３０Ｂの中心とを結ぶ方向とのなす角が５４．７度であってもよい。もちろん、検出部１３０Ａ，１３０Ｂの配置パターンは係る例に限定されるものではない。
　増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂは、それぞれ、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の増幅及びフィルタリングを行う。本実施形態では、増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂは、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場を所定量増幅させて、バンドパスフィルタに通すことで所定の周波数帯以外の帯域を低減又は除去する（雑音処理工程の一例）。所定の周波数帯は、例えば３．４ＭＨｚ～３．６ＭＨｚである。
　信号処理部１５０は、増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂを通過した電磁場に基づき、被測定対象１０の特性を抽出する。信号処理部１５０は、雑音処理部１５１と、評価部１５２と、画像処理部１５３と、を含む。
　雑音処理部１５１は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場を用いて、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去する。雑音処理部１５１による雑音の低減又は除去処理の詳細については後に詳述するが、例えば、雑音処理部１５１は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の減算を行うことにより、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音が相殺され、雑音が低減又は除去される。この雑音は、遠方から来る背景電場（外来ノイズ）に起因する。
　評価部１５２は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場を用いて、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する（評価工程の一例）。具体的には、評価部１５２は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場を用いて、被測定対象１０の特定方向の結晶性を評価する。例えば、評価部１５２は、被測定対象１０が繊維構造を持つ場合、被測定対象１０の繊維構造がどの方向にどの程度配向しているかを評価する。
　ところで、本実施形態においては、「異方性に関する特性」は、「分極の異方性に関する特性」及び「被測定対象の異方性に関する特性」の意味を含む。そして、前述の「分極の異方性に関する特性」は、「分極の向き」、「分極の大きさ」及び「分極の異方性の度合い」の意味を含む。一方、「被測定対象の異方性に関する特性」は、「結晶方向」及び「結晶性の度合い」の意味を含み、該被測定対象が繊維構造の場合は、「配向方向」及び「配向性の度合い」の意味を含む。なお、「分極の異方性に関する特性」を測定することにより、「被測定対象の異方性に関する特性」を知ることが可能となる。
　もし、被測定対象１０が結晶性又は配向性の低いランダムな構造を有する場合、音波発信部１２０によって超音波が照射される、被測定対象１０の各局所領域において誘起される電気分極は、必ずしも一定方向に揃わずランダムな向きに生じる。検出部１３０Ａ，１３０Ｂによる検出結果は、上記局所領域において誘起される電気分極の、音波照射領域内における総和である。音波照射領域内において被測定対象１０の結晶性又は配向性が低い場合、検出部１３０Ａ，１３０Ｂによる検出結果の違いは小さくなる。逆に、音波照射領域内において被測定対象１０の結晶性又は配向性が高い場合、検出部１３０Ａ，１３０Ｂによる検出結果の違いは大きくなる。従って、評価部１５２は、異なる位置に配置する検出部１３０Ａ，１３０Ｂのそれぞれの検出結果の関係に基づいて、被測定対象１０の音波照射領域内での異方性に関する特性が評価できる。
　具体的には、評価部１５２は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に対する演算により、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する。例えば、評価部１５２は、電磁場の強さに対応した信号電圧のパルス波形のｐｅａｋ－ｔｏ－ｐｅａｋ、絶対値、ある時間領域に対する包絡線の積分などにより、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する。被測定対象１０の異方性に関する特性の評価については後に詳述する。
　画像処理部１５３は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の検出結果を画像化する画像処理を行う。音波発信部１２０からの超音波で被測定対象１０の２次元面（平面又は深さ方向）、又は３次元体積に亘って走査し、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の検出結果を画像処理部１５３が画像化することで、測定装置１００は、被測定対象１０の異方性の空間分布を画像化することが可能となる。なお、音波発信部１２０による超音波の走査は、機械走査であってもよく、電子走査であってもよい。
　測定装置１００は、係る構成を有することで、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去することができる。測定装置１００は、係る構成を有することで、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場から被測定対象１０の異方性に関する特性を評価することができる。また測定装置１００は、係る構成を有することで、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の検出結果の画像化により、被測定対象１０の異方性の空間分布を画像化することができる。
　次に、測定装置１００の作用について説明する。
　図３は、測定装置１００による測定処理の流れを示すフローチャートである。測定装置１００による測定処理は、測定装置１００に接続されているコンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）がコンピュータプログラムを読み出して、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）に展開して実行し、測定装置１００の各部を制御することにより、測定処理が行なわれる。
　まず、測定装置１００は、ステップＳ１０１において、音波発信部１２０から被測定対象１０に向けて超音波を発信する。
　続いて、測定装置１００は、ステップＳ１０２において、音波発信部１２０からの超音波の照射により被測定対象１０が発生した電磁場を検出部１３０Ａ，１３０Ｂで検出する。
　続いて、測定装置１００は、ステップＳ１０３において、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に基づいて、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する。具体的には、測定装置１００は、電磁場の強さに対応した信号電圧のパルス波形のｐｅａｋ－ｔｏ－ｐｅａｋ、絶対値、ある時間領域に対する包絡線の積分などにより、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する。
　音波発信部１２０からの被測定対象１０への超音波の照射によって被測定対象１０において誘起された電気分極を検出部１３０Ａ，１３０Ｂにより検出する超音波振動子を走査することにより、被測定対象１０の二次元像および断層像を取得することが可能である。ここで重要なことは、検出部１３０Ａ，１３０Ｂの検出面に垂直方向に分極している場合に、検出信号が最大になる点である。また、検出部１３０Ａ，１３０Ｂの検出面に平行に分極している場合、検出信号は理想的にはゼロとなる。
　繊維組織の圧電性は、せん断応力によって生じる成分（圧電係数ｄ１４）と引張・圧縮応力によって生じる成分（圧電係数ｄ３１，ｄ３２，ｄ３３）が非ゼロであることがわかっている。なお、ｄ３１は１軸方向に圧縮・引張応力が印加した場合に３軸方向に分極する成分、ｄ３２は２軸方向に圧縮・引張応力が印加した場合に３軸方向に分極する成分、ｄ３３は３軸方向に圧縮・引張応力が印加した場合に３軸方向に分極する成分である。また、ｄ１４は、せん断応力が印加した場合に１軸（または２軸）に分極する成分である。また、繊維の配向方向を３軸としている。通常の超音波は縦波であるため、超音波により組織に誘起される分極はｄ３ｉ（ｉ＝１，２，３）成分の分極であることが想定される。この異方性を踏まえて、測定装置１００は、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する。
　図４は、被測定対象１０への超音波の照射によって被測定対象１０において誘起された電気分極を説明する図である。図４の（ａ）は、ｄ３３分極を説明しており、図４の（ｂ）は、ｄ１４分極を説明している。ＡＳＥＭ法では、超音波が与えられることにより、高周波（すなわち、超音波の周波数）で時間変動する応力Ｔｊ（ｔ）を印加し、その結果として誘起される、時間変動する電気分極Ｐｉ（ｔ）が検出される。なお、Ｔｊ（ｔ）とＰｉ（ｔ）との関係は、以下の式で表される。以下の式中、ｉは分極方向、ｊは応力印加方向である。
　Ｐｉ（ｔ）＝ｄｉｊＴｊ（ｔ）
　このように、分極は配向の向きに応じて現れる。測定装置１００は、複数の位置に設けられた検出部１３０Ａ，１３０Ｂで電磁場を検出し、その電磁場の強さを用いることで、被測定対象１０の特性を評価することができる。
　図５は、測定装置１００を用いた被測定対象１０の測定方法を説明する図である。図５の（ａ）は、繊維方向に垂直に超音波を照射することでｄ３１分極を発生させて、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する例である。図５の（ｂ）は、繊維方向に平行に超音波を照射することでｄ３３分極を発生させて、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する例である。なお、１つの検出部１３０Ａは、超音波の照射方向に平行な方向の分極を検出するための検出部であり、他の１つの検出部１３０Ｂは、超音波の照射方向に垂直な方向の分極を検出するための検出部である。
　測定装置１００を用いることで、被測定対象１０の非侵襲評価が可能となる。体外から超音波を入射し、体内の骨や腱などの繊維組織を評価する場合、検出部１３０Ａ，１３０Ｂを体外に設置する必要があるため、繊維の配向方向には検出部が設置できない場合がある。その場合、超音波入射方向と分極のなす角θの位置に検出部を設置することで、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する。図５の（ｃ）は、被測定対象１０の非侵襲評価を行う例である。被測定対象に音波を照射して、複数の方向で電磁場を検出することで、非侵襲で被測定対象の異方性に関する評価が可能となる。
　また、測定装置１００を用いることで、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去することが可能となる。図５の（ｄ）及び（ｅ）は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音の低減又は除去を行う例である。図５の（ｄ）で示したｒ１は、分極中心から検出部１３０Ａまでの距離、ｒ２は、分極中心から検出部１３０Ｂまでの距離である。図５の（ｄ）及び（ｅ）に示すように、ｒ１の距離とｒ２の距離とが等距離（図５（ｅ）の（ｅ－１））、略等距離（図５（ｄ）の（ｄ－２））、及び明らかに異なる距離（図５（ｄ）の（ｄ－１）及び図５（ｅ）の（ｅ－２））の群から選択されるいずれであっても、本実施形態の効果が奏され得る。また、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に対する演算処理、例えば検出部１３０Ａが検出した電磁場から検出部１３０Ｂが検出した電磁場を減算することにより、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去することができる。従って、ｒ１の距離とｒ２の距離とを等距離又は略等距離とすることは、位相の反転により、該雑音を確度高く低減又は除去することが可能となる観点から、好適な一態様といえる。
　まず、繊維方向に垂直に超音波を照射することでｄ３１分極を発生させて、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する例を説明する。
　図６は、繊維方向に垂直に超音波を照射して、図５（ａ）に相当する位置に配置された検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の強さを示すグラフである。
　図６の（ａ）は、超音波の照射方向に垂直な方向の分極を検出するための検出部１３０Ｂが検出した信号Ｖ⊥の一例であり、図６の（ｂ）は、超音波の照射方向に平行な方向の分極を検出するための検出部１３０Ａが検出した信号Ｖ∥の一例である。なお、それぞれのグラフの横軸は、超音波の照射開始からの経過時間（すなわち、音波発生時を時刻０とする）を示しており、縦軸は、被測定対象１０への該超音波の照射によって励起された電磁場の信号（すなわち、ＡＳＥＭ信号）の強度を電圧で表したものである。これらの縦軸と横軸の定義は他の同様の測定結果のグラフにも適用される。また、それぞれのグラフは、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場を３万回積算したものを示している。
　分極は配向の向きに生じるため（ｄ３１分極）、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを図５の（ａ）のように設置すると、超音波の照射方向に垂直な方向の分極を検出するための検出部１３０Ｂの検出信号（図６の（ａ））は、超音波の照射方向に平行な方向の分極を検出するための検出部１３０Ａの検出信号（図６の（ｂ））よりも大きいはずである。従って、測定装置１００は、これらの検出信号の差分や比、またはその組み合わせを評価することにより、その組織の配向度合いを定量的に示すことが可能である。また、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した信号の差分又は比の演算過程において、遠方から来る背景電場（外来ノイズ）に起因した信号は相殺される。従って、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを用いることによりＳ／Ｎ比（雑音（ｎｏｉｓｅ）に対する信号（ｓｉｇｎａｌ）の比）の改善に繋げることができる。なお、本実施形態においては、理想的な配向状態を「１」とし、完全にランダムな状態（無配向の状態）を「０（ゼロ）」として規格化したときの値又は、配向方向の平均値に対するバラつきの大きさ（標準偏差）を、「配向度合い」の指標とすることができる。
　次に、繊維方向に平行に超音波を照射することでｄ３３分極を発生させて、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価する例を説明する。
　図７は、繊維方向に平行に超音波を照射して、図５（ｂ）に相当する位置に配置された検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の強さを示すグラフである。図７の（ａ）は、超音波の照射方向に垂直な方向の分極を検出するための検出部１３０Ｂが検出した信号の一例であり、図７の（ｂ）は、超音波の照射方向に平行な方向の分極を検出するための検出部１３０Ａが検出した信号の一例である。それぞれのグラフの横軸は時間、縦軸は電圧で表した電磁場の強さである。なお、それぞれのグラフは、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場を３万回積算したものを示している。
　分極は配向の向きに生じるため（ｄ３３分極）、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを図５の（ｂ）のように設置すると、超音波の照射方向に垂直な方向の分極を検出するための検出部１３０Ｂの検出信号（図７の（ａ））は、超音波の照射方向に平行な方向の分極を検出するための検出部１３０Ａの検出信号（図７の（ｂ））よりも小さいはずである。従って、これらの検出信号の差分や比、またはその組み合わせを評価することにより、その組織の配向度合いを定量的に示すことが可能である。また、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した信号の差分又は比の演算過程において、遠方から来る背景電場（外来ノイズ）に起因した信号は相殺される。従って、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを用いることでＳ／Ｎ比の改善に繋げることができる。
　図８は、被測定対象１０の非侵襲評価を行う場合について説明する図である。図８の（ａ）は、非侵襲評価を行う場合の検出部１３０Ａ，１３０Ｂの配置位置を示し、図８の（ｂ）のグラフは、各検出部１３０Ｂの配置位置に応じた、検出部１３０Ｂが検出する電場の変化を示す。Ｅｐは、被測定対象１０が発生した電場の大きさを示し、Ｅｙは、検出部１３０Ｂが検出した電場のｙ軸方向の大きさを示す。θは、被測定対象１０の電気分極の方向と、電気分極の中心と検出部１３０Ｂの中心とを結ぶ方向とのなす角である。図８の（ｂ）に示したように、Ｅｙ／Ｅｐは、θが４５度のときに最大となる。従って、検出部１３０Ｂをθが４５度、あるいはその近傍の角度（例えば、４０度乃至５０度）の位置に設置することで、電場のｙ成分に基づいた被測定対象１０の異方性に関する評価が可能となる。
　図９は、被測定対象１０の非侵襲評価を行う場合について説明する図である。図９の（ａ）は、非侵襲評価を行う場合の検出部１３０Ａ，１３０Ｂの配置位置を示し、図９の（ｂ）のグラフは、検出部１３０Ｂの配置位置に応じた、検出部１３０Ｂが検出する電場の変化を示す。Ｅｐは、被測定対象１０が発生した電場の大きさを示し、Ｅｘは、検出部１３０Ｂが検出した電場のｘ軸方向の大きさを示す。θは、被測定対象１０の電気分極の方向と、電気分極の中心と検出部１３０Ｂの中心とを結ぶ方向とのなす角である。図９の（ｂ）に示したように、Ｅｘ／Ｅｐは、θが５４．７度のときにゼロとなる。従って、検出部１３０Ｂをθが５４．７度、あるいはその近傍の角度（例えば、４９度乃至６０度）の位置に設置することで、電場のｘ成分に基づいた被測定対象１０の異方性に関する評価が可能となる。
　なお、２つの検出部と分極中心との距離ｒは同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。距離ｒが異なっている場合は、距離に応じた補正を行うことで、被測定対象１０の評価が可能となる。また分極中心から２つの検出部までの距離が異なっている場合、遠い方の検出部の面積を大きくして、２つの検出部の信号レベルを合わせてもよい。距離に応じた補正は、例えば、片方の検出部の分極中心からの距離に合わせるような補正である。また、検出部１３０Ａ，１３０Ｂの面積及び形状は同じであることが望ましいが、異なっていても、面積又は形状に応じた補正を行うことで、被測定対象１０の評価が可能となる。面積又は形状に応じた補正は、例えば、片方の検出部の面積又は形状に合わせるような補正である。
　図１０は、図８で示したＥｙ／Ｅｐ、及び図９で示したＥｘ／Ｅｐの計算方法を説明するための図である。図１０の（ａ）には、ｘ軸方向に分極が現れており、分極中心から半径ｒの円上におけるＥｘ、Ｅｙが示されている。分極中心から半径ｒの円上における電磁場（代表的には、電場）の大きさＥ（ｒ）は以下の数式で表される。
　Ｅ（ｒ）のｘ軸成分の大きさをＥｘ（ｒ）、ｙ軸成分の大きさをＥｙ（ｒ）とすると、Ｅｘ（ｒ）、Ｅｙ（ｒ）はそれぞれ以下のように求まる。
　従って、Ｅｘ（ｒ）、Ｅｙ（ｒ）はＥ（ｒ）を用いて以下のように表される。
　以上の数式から、Ｅｘ／Ｅｐがゼロになるθ、及びＥｙ／Ｅｐが最大になるθが求まる。図１０の（ｂ）は、Ｅｘ（ｒ）を示すグラフであり、図１０の（ｃ）は、Ｅｙ（ｒ）を示すグラフであり、図１０の（ｂ）から、Ｅｘ／Ｅｐがゼロになるθは５４．７度、Ｅｙ／Ｅｐが最大になるθは４５度である。従って測定装置１００は、検出したい電磁場の成分に応じて、検出部の設置場所及び向きを、Ｅｘ（ｒ）、Ｅｙ（ｒ）に基づいて決定することで、Ｅｘ（ｒ）、Ｅｙ（ｒ）に基づいて決定しない場合と比較して、被測定対象１０を精度良く評価が可能となる。
　次に、被測定対象１０への超音波の照射により発生した電磁場の検出による雑音の低減又は除去方法を説明する。
　図１１は、測定装置１００による雑音の低減又は除去処理の流れを示すフローチャートである。測定装置１００による雑音の低減又は除去処理は、測定装置１００に接続されているコンピュータのＣＰＵがコンピュータプログラムを読み出して、ＲＡＭに展開して実行し、測定装置１００の各部を制御することにより、雑音の低減又は除去処理が行なわれる。
　まず、測定装置１００は、ステップＳ１１１において、音波発信部１２０から被測定対象１０に向けて超音波を発信する。
　続いて、測定装置１００は、ステップＳ１１２において、音波発信部１２０からの超音波の照射により被測定対象１０が発生した電磁場を検出部１３０Ａ，１３０Ｂで検出する。
　続いて、測定装置１００は、ステップＳ１１３において、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に対する演算により、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去する。
　図１２は、測定装置１００による雑音の低減又は除去処理を説明する図である。図１２の（ａ）は、検出部１３０Ａが検出した電磁場の一例を示すグラフ、図１２の（ｂ）は、検出部１３０Ｂが検出した電磁場の一例を示すグラフ、図１２の（ｃ）は、検出部１３０Ａが検出した電磁場から検出部１３０Ｂが検出した電磁場を減算したグラフである。それぞれのグラフの横軸は時間、縦軸は電圧で表した電磁場の強さである。ここで、音波が照射された面を被測定対象１０の「表面」、その裏側を「裏面」としている。
　図１２に示したように、検出部１３０Ａが検出した電磁場から検出部１３０Ｂが検出した電磁場を減算することで、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去できる。
　検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去する別の例を説明する。検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場には、ホワイトノイズ（内在ノイズ）、被測定対象１０が発生した電磁場に起因する信号及び外来ノイズが含まれる。これらの中で、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場において形状が一致しないのはホワイトノイズだけである。すなわち、ホワイトノイズだけ複素位相が一致しない。
　そこで雑音処理部１５１は、以下のようにして、まずホワイトノイズを低減又は除去し、続いて外来ノイズを低減又は除去することで、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去してもよい。
　雑音処理部１５１は、まず検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場をフーリエ変換する。検出部１３０Ａの電磁場のフーリエ変換後の信号をＺ１（ω）、検出部１３０Ｂの電磁場のフーリエ変換後の信号をＺ２（ω）とする。Ｚ１（ω）、Ｚ２（ω）は以下のように表される。ＺＲｅ１はＺ１（ω）の実部、ＺＩｍ１はＺ１（ω）の虚部、ＺＲｅ２はＺ２（ω）の実部、ＺＩｍ２はＺ２（ω）の虚部である。
　雑音処理部１５１は、変換した２つの波形Ｚ１（ω）、Ｚ２（ω）を、周波数成分毎に規格化して大きさを１にする。規格化された波形の値をそれぞれζ１、ζ２とする。ζ１、ζ２は、以下の数式のように表される。
　雑音処理部１５１は、続いて、ζ１と、ζ２の複素共役であるζ２ ＊との積を取り、係数を算出する。当該係数はζ１ζ２ ＊の実部であり、以下の数式のように表される。係数には、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の位相差の情報ｃｏｓφが含まれる。
　雑音処理部１５１は、続いて、上記係数が特定の値以下の周波数を、フーリエ変換後の信号からカットする。係数が特定の値以下の周波数をフーリエ変換後の信号からカットすることで、雑音処理部１５１は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれるホワイトノイズを低減又は除去することが出来る。
　雑音処理部１５１は、続いて、上記係数が特定の値以下の周波数をカットしたフーリエ変換後の信号を逆フーリエ変換して時間ドメインの信号に戻す。雑音処理部１５１は、続いて、逆フーリエ変換後の信号同士の差分を取る。逆フーリエ変換後の信号同士の差分を取ることで、雑音処理部１５１は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる外来ノイズを低減又は除去することができる。
　本実施形態に係る測定装置１００は、繊維構造をもつ組織の配向性を簡便な測定により評価することができる。本実施形態に係る測定装置１００は、超音波の照射により励起された電磁場の測定により被測定対象１０を評価するため、被測定対象１０の評価に際し、光学顕微観察のように特別な組織標本の作成は不要である。
　また、本実施形態に係る測定装置１００は、超音波照射面積において平均化した配向度合いを定量評価できる。本実施形態に係る測定装置１００は、０．１～１００ｍｍ程度の範囲を制御して、所望の粗視化した配向情報を評価できる。
　また、本実施形態に係る測定装置１００は、体内の組織等に対する非侵襲評価が可能である。本実施形態に係る測定装置１００は、被測定対象の非侵襲評価が可能であるため、骨、腱、靭帯等の損傷後のリハビリテーションにおける効果を経時的に評価していくことが可能である。
　また、本実施形態に係る測定装置１００は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＣＭＣ（セラミックス複合材料）、ＰＭＣ（高分子複合材料）などの基質に繊維を含む複合材料に対して非破壊検査が可能である。また、本実施形態に係る測定装置１００は、材料合成中や負荷の掛かった製品の使用時における、その場での観察評価も可能である。
　上記実施形態では、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを用いて被測定対象１０が発生した電磁場を検出することで、被測定対象１０の異方性に関する評価を行う例を示したが、本実施形態の該検出部の数はそのような例に限定されない。また測定装置１００は、被測定対象１０が発生した電磁場を、１つの検出部を異なる位置に動かして検出することにより、被測定対象１０の異方性に関する評価を行ってもよい。例えば、電磁場の検出場所が、図８又は図９で示したような関係となるように該検出部を移動させて電磁場を検出することで、測定装置１００は、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを用いる場合と同様に被測定対象１０の異方性に関する評価を行うことが出来る。なお、測定装置１００は、１つの検出部で電磁場を検出することで被測定対象１０の異方性に関する評価を行う場合、測定時間及び積算回数の条件を合わせておくことが望ましい。
　また検出部１３０Ａ，１３０Ｂの形状についても、上述した例に限定されるものではない。例えば、雑音の低減又は除去を目的とする場合、主検出部の周囲に副検出部を設け、主検出部及び副検出部が検出した電磁場から雑音を低減又は除去する演算を行ってもよい。
＜第１の実施形態の変形例（１）＞
　図１３は、本変形例の検出部１３０Ａ，１３０Ｂを示す図である。なお、図１３（ａ）は該検出部１３０Ａ，１３０Ｂの平面図であり、図１３（ｂ）は該検出部１３０Ａ，１３０Ｂの側面図である。また、図１３（ｃ）は該検出部１３０Ａ，１３０Ｂの斜視図である。なお、図１３においては、説明の名義上、紙面下方から上方に向かう分極の向きが示されている。
　図１３に示すように、主検出部である第１検出部１３０Ａの外側に第１検出部１３０Ａと接しないように、副検出部である第２検出部１３０Ｂが周状に連続して配置されることも採用し得る一態様である。
　図１３に示す変形例においては、例えば、図１３に示す第１検出部１３０Ａが検出する電磁場Ｖ１と、第２検出部１３０Ｂが検出する電磁場Ｖ２のいずれもが、測定対象となる電磁場のｚ成分を検出する。その後、電磁場Ｖ１と電磁場Ｖ２との差分を計測（演算）することにより、中心部分の第１検出部１３０Ａのｚ方向成分の分極を検出するとともに、電磁場のｚ成分の雑音を低減又は除去することができる。
　なお、図１３においては、平面視において円状及び中空円状の検出部１３０Ａ，１３０Ｂが採用された例について説明するが、検出部１３０Ａ，１３０Ｂの形状の例は、前述の例に限定されない。例えば、平面視において矩形状及び中空矩形状の検出部１３０Ａ，１３０Ｂを採用することも好適な一態様である。また、差分を取得することによって雑音を低減又は除去を図る観点から、上述の各変形例においては、第１検出部１３０Ａと第２検出部１３０Ｂとの面積が同じ又は略同じであることは、より好適な一態様である。但し、仮に第１検出部１３０Ａと第２検出部１３０Ｂとの面積が異なっていたとしても、補正のための計算によって該雑音を低減又は除去することは可能である。
　なお、図１３においては、第２検出部１３０Ｂが第１検出部１３０Ａの外側に周状に連続して配置されているが、この変形例は、図１３に示す例に限定されない。
　図１４は、図１３に示す検出部の更なる変形例の検出部１３０Ａ，１３０Ｂを示す図である。なお、図１４（ａ）は該検出部１３０Ａ，１３０Ｂの平面図であり、図１４（ｂ）１３０Ａ，１３０Ｂは該検出部の側面図である。なお、図１４においては、説明の名義上、電荷（プラスのマークとマイナスのマーク）が描かれており、負電荷から正電荷の向きで定義される分極の向きが示されている。
　例えば、図１４に示す構成のように、第１検出部１３０Ａが２つに分割され、さらに第２検出部１３０Ｂが第１検出部１３０Ａの外側に周状に不連続に配置された場合であっても、図１３に示す例の効果の少なくとも一部を奏し得る。
　図１４に示す変形例においては、例えば、図１４に示す２つの第１検出部１３０Ａ，１３０Ａが検出する電磁場Ｖ１とＶ１’との差分（すなわち、ΔＶ１）と、第２検出部１３０Ｂ，１３０Ｂが検出する電磁場Ｖ２とＶ２’ との差分（すなわち、ΔＶ２）のいずれもが、測定対象となる電磁場のｘ成分を検出する。このとき、電磁場のｙ成分とｚ成分の雑音が低減又は除去され得る。その後、ΔＶ１とΔＶ２との差分を計測（演算）することにより、第１検出部１３０Ａ，１３０Ａ近傍のｘ方向の分極を検出するとともに、電磁場のｘ成分の雑音を低減又は除去することができる。なお、図１４における第２検出部１３０Ｂ，１３０Ｂの電荷のマークが、第１検出部１３０Ａ，１３０Ａの電荷のマークよりも小さく描かれているのは、第２検出部１３０Ｂ，１３０Ｂの位置が、分極中心から距離が離れていることを示唆している。
　なお、図１４の変形例においても、図１３の変形例と同様に、平面視において円状及び中空円状の検出部１３０Ａ，１３０Ｂの形状に限定されない。例えば、平面視において矩形状及び中空矩形状の検出部１３０Ａ，１３０Ｂを採用することも好適な一態様である。また、差分を取得することによって雑音を低減又は除去を図る観点から、上述の各変形例においては、２つの第１検出部１３０Ａ，１３０Ａと２つの第２検出部１３０Ｂ，１３０Ｂとの面積が同じ又は略同じであることは、より好適な一態様である。但し、仮に２つの第１検出部１３０Ａ，１３０Ａと２つの第２検出部１３０Ｂ，１３０Ｂとの面積が異なっていたとしても、補正のための計算によって該雑音を低減又は除去することは可能である。
　加えて、図１３に示したような、第１検出部１３０Ａと第２検出部１３０Ｂとの組を、複数の場所に配置することによって、被測定対象１０が発生した電磁場をそれぞれの検出部１３０Ａ，１３０Ｂに検出させることも採用し得る他の一態様である。
　なお、上記の実施形態及び変形例では、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂがそれぞれ検出した電磁場に対する差分を取ることでノイズを低減又は除去していたが、測定装置１００の構成は図２に示したものに限定されないことは言うまでもない。
＜第１の実施形態の変形例（２）＞
　図１５は、測定装置１００の変形例を示す図である。図１５（ａ）に示した測定装置１００は、増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂを通過した電磁場の差分を取る差動増幅器１４５を備えている。差動増幅器１４５は、増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂを通過した電磁場の差分を回路的に取ることで、増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂを通過した信号に含まれる雑音を低減又は除去することができる。従って、本変形例においては、増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂ及び差動増幅器１４５が、第１の実施形態の測定装置１００における増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂ及び雑音処理部１５１の役割を担う。なお、図１５（ａ）に示した測定装置１００も、図２に示した測定装置１００と同様に、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場から被測定対象１０の異方性に関する特性を評価部１５２で評価することができる。また、該測定装置１００は、図２に示した測定装置１００と同様に、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の検出結果の画像化により、被測定対象１０の異方性の空間分布を画像処理部１５３で画像化することができる。
　図１５（ｂ）に、増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０ＢをＬＣ共振回路とアンプで構成した例を示す。なお、図１５において、配線抵抗は抵抗１９０ｃとして表されている。
　また、図１５（ｃ）、図１５（ｄ）及び図１５（ｅ）は、差動増幅器１４５と、本変形例の図１５（ｂ）に示す構成に代替し得る増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂとを具体的に構成した他の変形例である。以下に、それぞれの変形例について説明する。なお、図１５の各図面において、Ｑは電荷を表し、Ｂは磁束密度を表し、ｔは時間を表し、ｉは電流を表し、Ｖは電圧を表す。なお、信号電圧の取り出し方は限定されない。例えば、２つの検出部１３０Ａと１３０Ｂとの間に生じる電圧差を該信号電圧として取り出しても良く、２つの検出部１３０Ａと１３０Ｂとの間に流れる電流をアンプにより電圧変換し、該信号電圧として取り出しても良い。
　図１５（ｃ）に示す変形例においては、増幅部・フィルタ部は、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの出力が金属製の円板に接続されるとともに、差動増幅器１４５の入力も金属製の円板に接続されていることにより、この２枚の円板の間にＬＣ共振回路が配置される。該共振回路は、間接的に検出部１３０Ａ，１３０Ｂと結合するため検出部１３０Ａ，１３０Ｂと被測定対象１０との間で生じる静電結合が変化しても共振回路の共振特性の変化は起きにくい。また、広帯域のチューニングを実現することが可能となる。なお、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの出力を増幅するために更に増幅器を設けることも、採用し得る他の一態様である。
　図１５（ｄ）に示す変形例においては、増幅部・フィルタ部は、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂのうちの一方の検出部１３０Ａの出力を、コイル１９０ｂを介して差動増幅器に入力するようにしている。また、もう一方の検出部１３０Ｂの出力を、コンデンサー１９０ａを介して差動増幅器に入力するようにしている。本変形例の構成によれば、共振回路が低インピーダンスとなるため、不要な雑音の発生を抑制することができる。なお、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの出力を増幅するために更に増幅器を設けることも、採用し得る他の一態様である。
　図１５（ｅ）に示す変形例においては、増幅部・フィルタ部は、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂのうちの一方の検出部１３０Ａの出力を、コンデンサー１９０ａ及びコイル１９０ｂを介して差動増幅器に入力するようにしている。また、もう一方の検出部１３０Ｂの出力を、直接、差動増幅器に入力するようにしている。本変形例の構成においても、上述の図１５（ｄ）に示す変形例と同様に、共振回路が低インピーダンスとなるため、不要な雑音の発生を抑制することができる。なお、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの出力を増幅するために更に増幅器を設けることも、採用し得る他の一態様である。
＜第１の実施形態の変形例（３）＞
　本変形例においては、図１５に対して、差動増幅器１４５及び画像処理部１５３が除かれている点を除き、第１の実施形態、及び第１の実施形態の変形例（２）と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図１６は、槽３０内の音波媒体３１中に配置される被測定対象１０に対する本変形例の測定装置１００Ａの構成例を示す図である。
　本変形例においては、差動増幅器１４５が設けられていないが、評価部１５２が検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場を直接取得することにより、第１の実施形態の変形例（２）と同様に、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価することができる。すなわち、差動増幅器１４５及び増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂの代わりに、評価部１５２Ａ及び増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂが該電磁場の信号の差分処理及びフィルタ部の役割も担うことによって検出した電磁場の信号に含まれる雑音を低減又は除去することも可能である。また、被測定対象１０の異方性の空間分布を画像化するための画像処理部１５３であることが好ましいが、被測定対象１０の異方性に関する特性評価に際しては、必ずしも、画像処理部１５３を要しない。
＜第１の実施形態の変形例（４）＞
　図１７は、測定装置１００の変形例を示す図である。図１４に示した測定装置１００は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の差分を取る差動増幅器１４５及び差動増幅器１４５が出力した信号に対する増幅及びフィルタリングを行う増幅部・フィルタ部１４０を備えている。差動増幅器１４５は、検出部１３０Ａ，１３０Ｂを通過した電磁場の差分を回路的に取ることで、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を低減又は除去することができる。図１７に示した測定装置１００は、図２に示した測定装置１００と同様に、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場から被測定対象１０の異方性に関する特性を評価部１５２で評価することができる。また図１７に示した測定装置１００は、図２に示した測定装置１００と同様に、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場の検出結果の画像化により、被測定対象１０の異方性の空間分布を画像処理部１５３で画像化することができる。
＜第１の実施形態の変形例（５）＞
　図１８は、第１の実施形態の測定装置１００の他の変形例の測定装置１００Ｂの構成例を示す図である。
　本変形例においては、槽３０の一方の側方に１つの検出部（第１検出部）１３０Ａが配置されるとともに、槽３０の他方の側方に他の検出部（第２検出部）１３０Ｂが配置される点を除き、第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　本変形例においては、被測定対象１０における分極の方向に対する２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの配置に応じて、特に差分処理を行った後の電磁場の信号の強度が大きく変化し得ることについて、実際の測定結果を例示して詳述する。
　まず、図１８（ａ）に示す例においては、１つの検出部（第１検出部）１３０Ａは、被測定対象１０における紙面に対して平行な分極の方向（図１８（ａ）の白抜きの矢印）に対して垂直又は略垂直の位置に検出部を備える。その結果、第１検出部１３０Ａは、被測定対象１０からの電磁場の信号（Ｖ１）を検出する。また、図１８（ａ）に示す例においては、他の検出部（第２検出部）１３０Ｂも、第１検出部１３０Ａと同様に、被測定対象１０における紙面に対して平行な分極の方向に対して垂直又は略垂直の位置に検出部を備える。その結果、第２検出部１３０Ｂは、被測定対象１０からの電磁場の信号（Ｖ２）を検出する。
　図１８（ａ）に示す２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの配置によれば、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、該分極の方向に対して垂直又は略垂直の位置で被測定対象０からの電磁場の信号を検出する。ここで、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出する電磁場の信号は、強度がほぼ同じで、位相が反転、又は１８０度異なったものとなるため、それらの信号の差分によって得られる信号強度は約２倍になるとともに、同位相のノイズは低減される。その結果、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した該電磁場の信号強度の差分（Ｖ２－Ｖ１）を算出すると、図１８（ｃ）に示すような電磁場の信号強度が強い測定結果が得られる。
　一方、図１８（ｂ）に示す例においては、１つの検出部（第１検出部）１３０Ａとは、被測定対象１０における紙面に対して垂直な分極の方向（図１８（ｂ）の白抜きの矢印）に対して平行又は略平行の位置に検出部を備える。その結果、第１検出部１３０Ａは、被測定対象１０からの電磁場の信号（Ｖ１）を検出する。また、図１８（ａ）に示す例においては、他の検出部（第２検出部）１３０Ｂも、被測定対象１０における紙面に対して垂直な分極の方向に対して平行又は略平行の位置に検出部を備える。その結果、第２検出部１３０Ｂは、被測定対象１０からの電磁場の信号（Ｖ２）を検出する。
　図１８（ｂ）に示す２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの配置によれば、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、該分極の方向に対して平行又は略平行の位置で被測定対象０からの電磁場の信号を検出する。ここで、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出する電磁場の信号の強度及び位相が互いにほぼ同じなる。その結果、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した該電磁場の信号強度の差分（Ｖ２－Ｖ１）を算出すると、図１８（ｄ）に示すような電磁場の信号強度が弱い、又は殆ど観測されない測定結果が得られる。
　なお、大変興味深いことに、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの位置が、図１８（ａ）及び（ｂ）において実線で示されている位置のみならず、点線で示されたそれぞれの位置であっても、図１８（ｃ）及び（ｄ）において示される測定結果とほぼ同傾向の結果が得られることが明らかとなった。従って、例えば、図１８（ａ）における紙面の最も上側の位置（すなわち、槽３０内の音波媒体１（代表的には、水面）よりも高い位置）であっても本変形例の同様の結果が得られることは特筆に値する。というのも、ヒトの体内の骨などの繊維構造を測定するに際して、音波媒体３１から離れた、すなわちヒトの皮膚から離れた位置に２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが配置されたときでも該繊維組織からの電磁場を検出し得るため、ヒトの体内の該繊維構造などの診断の実現性を大いに高めることになるからである。
＜第１の実施形態の変形例（６）＞
　本変形例においては、槽３０の鉛直下方に、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが設けられる点を除き、第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図１９は、槽３０内の音波媒体３１中に配置される被測定対象１０に対する本変形例の測定装置１００Ｃの構成例を示す図である。なお、図１９は、特に音波発信部１２０、被測定対象１０、測定対象１０、及び２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの関係を説明する図面であるため、例えば、波形発生器１１０及び評価部１５２は、図１９に描かれていない。図２０乃至図２３も図１９と同様に、一部の構成が省略されて描かれている。
　図５（ｄ）又は図５（ｅ―１）においても説明したとおり、分極中心から各検出部１３０Ａ，１３０Ｂまでの距離であるｒ１とｒ２とが等しい（又は、略等しい）場合は、例えば検出部１３０Ａが検出した電磁場から検出部１３０Ｂが検出した電磁場を減算することにより、検出部１３０Ａ，１３０Ｂが検出した電磁場に含まれる雑音を比較的容易に低減又は除去することができる。なお、ｒ１とｒ２とが明らかに異なる場合であっても、演算によって該雑音を低減又は除去することができる。
＜第１の実施形態の変形例（７）＞
　本変形例においては、槽３０の鉛直下方に、１つの検出部１３０Ａが配置される点、及び検出部１３０Ａが回動機構６０ａによって被測定対象１０に対して相対的に回動可能である点を除き、第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図２０は、槽３０内の音波媒体３１中に配置される被測定対象１０に対する本変形例の測定装置２００の構成例を示す図である。
　本変形例の測定装置２００は、回動機構６０ａを備えている。回動機構６０ａは、図示しない公知の駆動機構によって図２０中の「Ｒ」で示されるいずれの回転方向にも回動することができる。また、本変形例においては、検出部１３０Ａは、回動機構６０ａの円板上に固定されて配置されている。
　その結果、上述のとおり、検出部１３０Ａが回動機構６０ａによって被測定対象１０に対して相対的に回動可能となる。
　本変形例においては、音波発信部１２０から音波が照射されたことにより被測定対象１０が発生した電磁場を検出する検出部としての１つの検出部１３０Ａが、回動機構６０ａにより、被測定対象１０に対して相対的に異なる少なくとも２つの位置において該電磁場を検出することが可能となる。従って、本変形例においては、１つの検出部１３０Ａが、検出部における第１検出部と、該第１検出部とは異なる位置に配置された第２検出部の両方の役割を担うことになることは特筆に値する。その結果、本変形例においても、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価することができる。
　また、本変形例においては、例えば、回動機構６０ａが回動するときに、被測定対象１０から検出部に役割を担う検出部１３０Ａまでの距離が実質的に等距離（すなわち、実質的にｒ１＝ｒ１’）となることは好適な一態様である。前述の回動機構６０ａを設けることにより、該電磁場の信号の強度が最も強い位置と、該強度が最も弱い位置の両方を知ることが可能となる。
　また、本変形例の測定装置２００は異なる位置で検出した電磁波の差分をとるため、図示しない次の（１）及び（２）の構成のうち少なくとも１つを備えることにより、該電磁場に含まれる雑音をより確度高く、且つ簡便に低減又は除去することができる。
　（１）回動機構６０ａを、時間的に一定の角速度、又は時間的に異なる角速度により自動的に回動可能に駆動させる駆動部
　（２）音波発信部１２０から照射された音波により被測定対象１０が発生した電磁場の信号の強度のうち、該強度の最も強い位置及び測定結果と、該強度が最も弱い位置及び測定結果との群から選択される少なくとも１つの位置及び測定結果を記録する記録部
　加えて、上述の電磁場の信号における強度の最も強い位置は、分極方向に沿った方向であるといえる。従って、例えば、分極方向（代表的には、繊維構造の配向の方向）が不明な被測定対象１０における該分極方向を知るための情報として、極めて有用である。従って、回動機構６０ａを備えることは、より簡便に、且つより確度高く被測定対象１０の分極方向を知ることができるため、好適な一態様である。
　また、該電磁場に含まれる雑音をより確度高く低減又は除去する観点から、次の（ｓ１）～（ｓ２）の工程を含む測定方法は、極めて好適な一態様である。
　（ｓ１）回動機構６０ａにより、又は回動機構６０ａによらず、上述の電磁場の信号における強度の最も強い位置の情報を取得する工程
　（ｓ２）その強度の最も強い位置又はその近傍の検出結果（測定結果）と、その位置から、被測定対象１０からの距離を実質的に変更することなく１８０度回転させたときの位置（すなわち、もう１つ該強度の最も強い位置）又はその近傍の検出結果（測定結果）とを取得する工程
　上述の（ｓ２）における２つの位置の検出結果（測定結果）を取得することによって、互いに位相が反対であって、且つ該強度が実質的に最も強い２つの信号を採用することとなるため、被測定対象１０における最も強度が強い、すなわちＳ／Ｎ比が実質的に最も大きい測定結果を得ることが可能となる。
　また、回動時に、被測定対象１０から検出部１３０Ａまでの距離が変動する（すなわち、ｒ１とｒ１’が異なる）ように回動機構６０ａが設けられた場合であっても、その距離を考慮した演算によって、該電磁場に含まれる雑音を低減又は除去することができる。
　さらに、上述の回動機構６０ａによって検出部１３０Ａを回動させることにより、例えば、音波発信部１２０から照射された音波により被測定対象１０が発生した電磁場の信号を検出部１３０Ａが連続的に検出することは、該信号の強度の時間変化を取得できる観点から好適な他の一態様である。検出部１３０Ａによる連続的な該信号の検出によって該信号の強度の時間変化を取得することは、例えば、測定結果の予想が立てられない被測定対象１０の測定、例えば、ヒトの骨、腱、靭帯等の生体線維組織に代表される繊維構造の診断に適用され得る。
　なお、本変形例においては、回動機構６０ａによって１つの検出部１３０Ａが、被測定対象１０に対して相対的に異なる２以上の位置において該電磁場を検出する例を説明したが、本変形例は、前述の例に限定されない。例えば、回動機構６０ａが設けられない場合であっても、手動によって検出部１３０Ａの検出位置を異ならせて該電磁場の検出を行うことも、１つの検出部１３０Ａが、検出部における上述の第１検出部と該第２検出部の両方の役割を担うための採用し得る他の一態様である。
＜第１の実施形態の変形例（８）＞
　本変形例においては、槽３０の鉛直下方に、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが配置される点、及び検出部１３０Ａ，１３０Ｂが回動機構６０ａによって被測定対象１０に対して相対的に回動可能である点を除き、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例（７）と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図２１は、槽３０内の音波媒体３１中に配置される被測定対象１０に対する本変形例の測定装置３００の構成例を示す図である。
　本変形例の測定装置３００は、第１の実施形態の変形例（７）と同様に、回動機構６０ａを備えている。従って、回動機構６０ａは、図２１中の「Ｒ」で示される回転方向に回動することができる。また、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂは、回動機構６０ａの円板上に固定されて配置されている。
　その結果、上述のとおり、該検出部１３０Ａ，１３０Ｂが回動機構６０ａによって被測定対象１０に対して相対的に回動可能となる。
　本変形例においては、音波発信部１２０から音波が照射されたことにより被測定対象１０が発生した電磁場を検出する検出部としての２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、回動機構６０ａにより、被測定対象１０に対して相対的に異なる少なくとも２つの位置において該電磁場を検出することが可能となる。
　本変形例において、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの被測定対象１０に対する相対的な位置は特に限定されない。また、被測定対象１０に対向する検出部の役割を担う２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの面積が同じ又は実質的に同じ（「略同じ」の意味を含む。）になるように設けられることも、好適な一態様である。
　なお、例えば、図２１に示すように、１つの検出部１３０Ａが回動機構６０ａによって１８０度回転したときの位置が他の検出部１３０Ｂの位置と一致するように、該他の検出部１３０Ｂが配置されるとともに、被測定対象１０からそれぞれ検出部１３０Ａ，１３０Ｂまでの距離（図２１におけるｒ１及びｒ２）が等しくなる又は略等しくなるように配置されることは、好適な一態様である。前述の配置を採用することにより、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが９０度回転すれば、被測定対象１０に対して、紙面横方向（図２１のＸ方向）の左右の位置及び紙面奥行方向（図２１のＹ方向）の前後の位置の、少なくとも４つの位置における該電磁場を検出することができるため、回転時間、すなわち該電磁場の測定時間の短縮に貢献し得る。加えて、回転時間の短縮に伴い、該電磁場の信号の強度が最も強い位置と、該強度が最も弱い位置の両方を早期に知ることが可能となる。また、異なる位置で受信した信号の差分をとれば、該電磁場に含まれる雑音をより短時間に低減又は除去することができる。
＜第１の実施形態の変形例（９）＞
　本変形例においては、槽３０の鉛直下方に１つの検出部１３０Ａが配置されるとともに、槽３０の側方に他の検出部１３０Ｂが配置される点、並びに該検出部１３０Ａが回動機構６０ａによって被測定対象１０に対して相対的に回動可能であるとともに該検出部１３０Ｂが回動機構６０ｂによって被測定対象１０に対して相対的に回動可能である点を除き、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例（７）と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図２２は、槽３０内の音波媒体３１中に配置される被測定対象１０に対する本変形例の測定装置４００の構成例を示す図である。
　本変形例の測定装置４００は、回動機構６０ａ及び回動機構６０ｂを備えている。従って、回動機構６０ａは、図２２中の「Ｒ１」で示されるいずれの回転方向にも回動することができ、回動機構６０ｂは、回動機構６０ａの回転軸とは直交する軸を中心に図２２中の「Ｒ２」で示されるいずれの回転方向にも回動することができる。また、該検出部１３０Ａは回動機構６０ａの円板上に固定されて配置され、該検出部１３０Ｂは回動機構６０ｂの円板上に固定されて配置されている。
　その結果、上述のとおり、該検出１３０Ａ，１３０Ｂは、回動機構６０ａ，６０ｂによって被測定対象１０に対して相対的に回動可能となる。
　本変形例においては、音波発信部１２０から音波が照射されたことにより被測定対象１０が発生した電磁場を検出する検出部としての２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、回動機構６０ａ，６０ｂにより、ぞれぞれの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが被測定対象１０に対して相対的に異なる少なくとも２つの位置（すなわち、検出部１３０Ａ，１３０Ｂ全てで少なくとも４つの位置）において該電磁場を検出することが可能となる。
　本変形例において、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの被測定対象１０に対する相対的な位置は特に限定されない。槽３０の下方の図２２に示す位置に検出部１３０Ａ及び／又は、槽３０の側方の図２２に示す位置に検出部１３０Ｂから、例えば、図２２に示すＬ方向（紙面上下方向）に検出部１３０Ａ及び／又は検出部１３０Ｂが移動したとしても、本変形例の効果の少なくとも一部の効果が奏され得る。
　なお、例えば、図２２に示すように、回動時に、被測定対象１０から検出部１３０Ａまでの距離を実質的に等距離（すなわち、実質的にｒ１＝ｒ１’）となるように回動機構６０ａを調整するとともに、被測定対象１０から検出部１３０Ｂまでの距離を実質的に等距離（すなわち、実質的にｒ３＝ｒ３’）となるように回動機構６０ｂを調整することは好適な一態様である。
　前述の調整を行うことにより、分極方向（図２２の白抜きの矢印）に対して略平行な方向の電磁場を検出する検出部１３０Ａと、分極方向に対して略垂直な方向の電磁場を検出する検出部１３０Ｂとによる被測定対象１０からの電磁場の評価が可能となる。これは、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を検出することによる被測定対象１０の異方性に関する特性を評価することを実現する観点から、好適な一態様である。また、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂのそれぞれにより、該電磁場の信号の強度が最も強い位置と、該強度が最も弱い位置の両方を知ることが可能となる。従って、一例として、本変形例の測定装置４００が、回動機構６０ａ及び回動機構６０ｂの少なくとも１つが、第１の実施形態の変形例（７）において説明した（１）及び（２）の構成のうち少なくとも１つを備えることにより、異なる位置で検出した信号の差分を取るため、該電磁場に含まれる雑音をより確度高く、且つ簡便に低減又は除去することができる。
　また、本変形例においては、回動機構６０ａ，６０ｂによって２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、被測定対象１０に対して相対的に異なるそれぞれ２以上の位置（すなわち、検出部１３０Ａ，１３０Ｂ全てで少なくとも４つの位置）において該電磁場を検出する例を説明したが、本変形例は、前述の例に限定されない。例えば、回動機構６０ａ，６０ｂが設けられない場合であっても、手動によって検出部１３０Ａの検出位置を異ならせて該電磁場の検出を行うことも、１つの検出部１３０Ａが、検出部における上述の第１検出部と該第２検出部の両方の役割を担うための採用し得る他の一態様である。
　また、本変形例の更なる変形例として、第１の実施形態の変形例（８）のように、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ａが回動機構６０ａ上に配置され、２つの検出部１３０Ｂ，１３０Ｂが回動機構６０ｂ上に配置されることも、採用し得る他の一態様である。加えて、回動機構６０ａ及び回動機構６０ｂが設けられていない測定装置において、本変形例の検出部１３０Ａを、第１の実施形態の変形例（８）の検出部１３０Ｂの位置にも配置するとともに、本変形例の検出部１３０Ｂを、回動機構６０ｂによって１８０度回転したときの位置と一致するように、もう一つの検出部１３０Ｂを配置することも、採用し得る他の一態様である。
＜第１の実施形態の変形例（１０）＞
　本変形例においては、槽３０の側方にのみ、１つの検出部１３０Ａが配置される点、並びに該検出部１３０Ａが図示しない回動機構によって被測定対象１０に対して槽３０の外周に沿って回動することにより相対的な位置を異ならせることが可能である点を除き、第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図２３は、槽３０内の音波媒体３１中に配置される被測定対象１０に対する本変形例の測定装置５００の構成例を示す図である。
　本変形例の測定装置５００においては、該回動機構により、検出部１３０Ａが、槽３０の外周に沿って図２２中の「Ｒ」で示されるいずれの回転方向にも回動することができる。
　その結果、該検出１３０Ａは、該回動機構によって被測定対象１０に対して相対的に回動可能となる。
　本変形例においては、音波発信部１２０から音波が照射されたことにより被測定対象１０が発生した電磁場を検出する検出部としての１つの検出部１３０Ａが、該回動機構により、被測定対象１０に対して相対的に異なる少なくとも２つの位置において該電磁場を検出することが可能となる。従って、本変形例においても、第１の実施形態の変形例（６）と同様に、１つの検出部１３０Ａが、検出部における第１検出部と、該第１検出部とは異なる位置に配置された第２検出部の両方の役割を担うことになることは特筆に値する。その結果、本変形例においても、被測定対象１０の異方性に関する特性を評価することができる
　なお、本変形例においては、該回動機構によって１つの検出部１３０Ａが、被測定対象１０に対して相対的に異なる２以上の位置において該電磁場を検出する例を説明したが、本変形例は、前述の例に限定されない。例えば、該回動機構が設けられない場合であっても、手動によって検出部１３０Ａの検出位置を異ならせて該電磁場の検出を行うことも、１つの検出部１３０Ａが、検出部における上述の第１検出部と該第２検出部の両方の役割を担うための採用し得る他の一態様である。
＜第１の実施形態の変形例（１１）＞
　本変形例においては、第１の実施形態の変形例（２）の測定装置１００における増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂの代わりに、コンデンサー１９０ａ、コイル１９０ｂ、及び抵抗１９０ｃが、１つの検出部１３０Ａから差動増幅器１４５までの配線と、他の検出部１３０Ｂから差動増幅器１４５までの配線に対して並列に接続されている点を除き、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例（２）と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図２４は、槽３０内の音波媒体３１中に配置される被測定対象１０に対する本変形例の測定装置１００Ｄの構成例を示す図である。
　図２４（ａ）又は図２４（ｂ）に示すように、本変形例の測定装置１００Ｄにおいては、被測定対象１０が発生した電磁場を検出する２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂから、該電磁場の信号が差動増幅器１４５に至るまでに、コンデンサー１９０ａ、コイル１９０ｂ、及び抵抗１９０ｃを設けることにより、音波発信部１２０が発信した音波の周波数にチューニングした共振フィルタを形成して、該電磁場（該電磁場の信号）に含まれる雑音を低減又は除去することができる。加えて、差動増幅器１４５は、コンデンサー１９０ａ、コイル１９０ｂ、及び抵抗１９０ｃによる該雑音の処理後の電磁場の差分信号を出力するため、該電磁場の更なる雑音の低減又は除去を実現し得る。従って、本変形例においては、コンデンサー１９０ａ、コイル１９０ｂ、及び抵抗１９０ａからなる群、及び／又は差動増幅器１４５が、第１の実施形態の測定装置１００における雑音処理部１５１の役割を担う。なお、図２４（ａ）又は図２４（ｂ）が示す２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂに限らず、例えば、槽３０の紙面下方に２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを配置することも採用し得る他の一態様である。
　次に、本変形例の更なる変形例の一つの測定装置１００Ｅについて説明する。
　図２５は、本変形例の更なる変形例の一つの測定装置１００Ｅの構成例を示す図である。
　図２５に示す変形例においては、第１の実施形態の変形例（２）の測定装置１００における増幅部・フィルタ部１４０Ａ、１４０Ｂの代わりに、共振回路１９０ｄが、１つの検出部１３０Ａから差動増幅器１４５までの配線と、他の検出部１３０Ｂから差動増幅器１４５までの配線に対して並列に接続されている点を除き、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例（２）と同様であるため、重複する説明は省略され得る。
　図２５（ａ）又は図２４（ｂ）に示すように、本変形例の測定装置１００Ｅにおいては、被測定対象１０が発生した電磁場を検出する２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂから、該電磁場の信号が差動増幅器１４５に至るまでに、音波発信部１２０が発信した音波の周波数にチューニングした共振回路１９０ｄを設けることにより、該周波数帯域以外の外来雑音を低減又は除去し、および共振回路内に検出信号が蓄積されるため、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。加えて、差動増幅器１４５は、コンデンサー１９０ａ、コイル１９０ｂ、及び抵抗１９０ｃによる該雑音の処理後の電磁場の差分信号を出力するので、該電磁場の更なる雑音の低減又は除去を実現し得る。従って、本変形例においては、共振回路１９０ｄ及び／又は差動増幅器１４５が、第１の実施形態の測定装置１００における雑音処理部１５１の役割を担う。なお、図２５（ａ）又は図２５（ｂ）が示す２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂに限らず、例えば、槽３０の紙面下方に２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂを配置することも採用し得る他の一態様である。
＜その他の第１の実施形態の変形例（１）＞
　本変形例においては、第１の実施形態の繊維組織の他の例として、骨（より具体的には、ウシの大腿骨）を被測定対象１０とした場合に、第１の実施形態の測定装置１００及び測定方法が適用された例について説明する。
　図２６は、第１の実施形態の変形例（６）の、ｒ１の距離とｒ２の距離とが等しい場合の測定装置１００Ｃを用い、ウシの大腿骨の分極が超音波の照射方向に平行になるように設置し測定した結果のグラフ（ａ）及び、ウシの大腿骨の分極が超音波の照射方向に垂直になるように設置し測定した結果のグラフ（ｂ）である。なお、本変形例においては、音波発信部１２０から被測定対象１０までの距離が、約７０ｍｍである。また、音波発信部１２０が被測定対象１０に向けて発信する音波の周波数が３．５ＭＨｚである。また、被測定対象１０から２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂまでの距離は、いずれも、約１５ｍｍである。
　本変形例の測定装置１００Ｃを用いた測定方法の一例においては、音波発信部が発信する該音波の向きが被測定対象１０の分極方向に対して略垂直である場合を想定する。この場合において、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、被測定対象１０からの距離を等しく（又は略等しく）し、且つ被測定対象１０からの電磁場を検出する際に被測定対象１０に対する２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの相対的位置を変化させない条件において本変形例の測定が行われた。
　その結果、図２６（ａ）に示すように、検出部１３０Ａが検出する該電磁場の第１信号は、検出部１３０Ｂが検出する該電磁場の第２信号と位相が一致（又は略一致）するとともに、第１信号（図２６（ａ）のＶ１）の強度と第２信号（図２６（ａ）のＶ２）の強度とが等しくなる（又は、略等しくなる）。そうすると、該第１信号と該第２信号とを加算すると該電磁場の信号の強度は約２倍に大きくなり、該強度を減算すると該電磁場の信号の強度はほぼ無くなることになる。
　一方、本変形例の測定装置２００を用いた測定方法の一例においては、音波発信部が発信する該音波の向きが被測定対象１０の分極方向に対して略垂直である場合を想定する。この場合において、１つの検出部１３０Ａが回動することにより、該検出部１３０Ａの被測定対象１０に対する相対的位置が変化する。
　その結果、図２６（ｂ）に示すように、検出部１３０Ａの第１信号の位相は、検出部１３０Ｂの第２信号の位相が反転、又は１８０度異なったものとなる。そして、第１信号（図２６（ａ）のＶ１）の強度と第２信号（図２６（ａ）のＶ２）の強度とは等しくなる（又は、略等しくなる）。そうすると、該第１信号と該第２信号とを加算すると該電磁場の信号の強度はほぼ無くなり、減算すると該電磁場の信号の強度は約２倍に大きくなる。
　上述のとおり、本変形例の測定方法の一例を採用することにより、骨（より具体的には、ウシの大腿骨）を被測定対象１０とした場合であっても、被測定対象１０からの電磁場の信号の強度を高めることが可能となるため、確度高く、被測定対象１０からの電磁場の信号を取得することができる。
＜その他の第１の実施形態の変形例（２）＞
　ところで、上述の各実施形態においては、音響誘起電磁法を用いて対称中心をもたない繊維構造について説明したが、該実施形態の適用例は、繊維構造に限定されない。例えば、音響誘起電磁法を用いて対称中心をもたない結晶（例えば、圧電分極が特定されている結晶）を被測定対象１０とすることも、採用し得る他の一態様である。
＜水晶を被測定対象１０とした場合の測定例＞
　図２７は、水晶を被測定対象１０とした場合の、第１の実施形態の変形例（６）の測定装置１００Ｃを用いた測定結果のグラフである。なお、本変形例においては、音波発信部１２０から被測定対象１０までの距離が、約７０ｍｍである。また、音波発信部１２０が被測定対象１０に向けて発信する音波の周波数が３．５ＭＨｚである。また、被測定対象１０から２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂまでの距離は、いずれも、約１５ｍｍである。
　本変形例の測定装置１００Ｃを用いた測定方法の一例においては、音波発信部が発信する該音波の向きが被測定対象１０の分極方向に対して平行である場合を想定する。この場合において、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、被測定対象１０からの距離を等しく（又は略等しく）し、且つ被測定対象１０からの電磁場を検出する際に被測定対象１０に対する２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの相対的位置を変化させない条件において本変形例の測定が行われた。
　その結果、図２７に示すように、検出部１３０Ａが検出する該電磁場の第１信号は、検出部１３０Ｂが検出する該電磁場の第２信号と位相が一致（又は略一致）するとともに、第１信号の強度（図２７のＶ１）と第２信号の強度（図２７のＶ２）とが等しくなる（又は、略等しくなる）。そうすると、第１信号の強度（図２７のＶ１）と第２信号の強度（図２７のＶ２）とを加算すると該電磁場の信号の強度は約２倍に大きくなり、該強度を減算すると該電磁場の信号の強度はほぼ無くなることになる。
　上述のとおり、本変形例の測定方法の一例を採用することにより、水晶を被測定対象１０とした場合であっても、被測定対象１０からの電磁場の信号の強度を高めることが可能となるため、確度高く、被測定対象１０からの電磁場の信号を取得することができる。
＜ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象１０とした場合の測定例（１）＞
　図２８は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象１０とした場合の、第１の実施形態の変形例（７）の測定装置２００を用いた測定結果のグラフである。
　本変形例においては、音波発信部１２０から被測定対象１０までの距離が、約７０ｍｍである。また、音波発信部１２０が被測定対象１０に向けて発信する音波の周波数が３．５ＭＨｚである。加えて、被測定対象１０から検出部１３０Ａまでの距離は、いずれも、約１５ｍｍである。
　本変形例の測定装置２００を用いた測定方法の一例においては、音波発信部１２０が発信する音波の向きが被測定対象１０の分極方向に対して略垂直である場合を想定する。この場合において、１つの検出部１３０Ａが回動することにより、該検出部１３０Ａの被測定対象１０に対する相対的位置が変化する。
　その結果、図２８に示すように、例えば、１つの検出部１３０Ａが、ある位置において被測定対象１０からの電磁場を検出したときの第１信号の位相は、該検出部１３０Ａが回動機構６０ａによってそのある位置から１８０度回転した位置において被測定対象１０からの電磁場を検出したときの第２信号の位相が反転、又は１８０度異なったものとなる。一方、該検出部１３０Ａによって検出された電磁場の第１信号の強度は、該検出部１３０Ｂによって検出された電磁場の第２信号の強度と異なっていることが分かる。これは、回転前後の検出部１３０Ａの位置が、被測定対象１０の分極方向に対して完全に垂直方向に位置していない、及び／又は受信信号の中に分極方向に垂直な成分のみならず平行な成分も含まれている、等の事情によるものと考えられる。
　第１信号の強度と第２信号の強度との差分を取ると、上述のとおり、互いに位相が反転、又は１８０度異なったものとなるため、該電磁場の信号の強度は、第１信号の強度及び第２信号のそれぞれの強度よりも大きくなる。
　上述のとおり、本変形例の測定方法の一例を採用することにより、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象１０とした場合であっても、被測定対象１０からの電磁場の信号の強度を高めることが可能となるため、確度高く、被測定対象１０からの電磁場の信号を取得することができる。
＜ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象１０とした場合の測定例（２）＞
　図２９は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象１０とした場合の、第１の実施形態の変形例（６）の測定装置１００Ｃを用いた測定結果のグラフである。
　本変形例においては、音波発信部１２０から被測定対象１０までの距離が、約７０ｍｍである。また、音波発信部１２０が被測定対象１０に向けて発信する音波の周波数が３．５ＭＨｚである。加えて、被測定対象１０から２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂまでの距離は、いずれも、約１５ｍｍである。なお、図２９（ａ）は、１つの検出部１３０Ａによって検出された電磁場のグラフであり、図２９（ｂ）は、他の検出部１３０Ｂによって検出された電磁場のグラフである。
　本変形例の測定装置１００Ｃを用いた測定方法の一例においては、音波発信部が発信する該音波の向きが被測定対象１０の分極方向に対して略平行である場合を想定する。この場合において、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが、被測定対象１０からの距離を等しく（又は略等しく）し、且つ被測定対象１０からの電磁場を検出する際に被測定対象１０に対する２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの相対的位置を変化させない条件において本変形例の測定が行われた。
　その結果、図２９に示すように、検出部１３０Ａの第１信号の位相は、他方の検出部１３０Ｂの第２信号の位相が反転、又は１８０度異なったものとなる。そして、第１信号の強度と第２信号の強度とは等しくなる（又は、略等しくなる）。そうすると、第１信号と第２信号を加算すると該電磁場の信号の強度はほぼ無くなり、減算すると該電磁場の信号の強度は約２倍に大きくなる。
　上述のとおり、本変形例の測定方法の一例を採用することにより、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板を被測定対象１０とした場合であっても、被測定対象１０からの電磁場の信号の強度を高めることが可能となるため、確度高く、被測定対象１０からの電磁場の信号を取得することができる。
＜第２の実施形態＞
　本実施形態においては、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが音波媒体３１の収容部２３０（例えば、シリコーンゴム膜のような音波が通過可能な膜１７０を蓋部又は底部として備える樹脂製の無底筒状体２３０ａ）の外周部又は外周面に接着、支持、又は成膜等されることにより、該収容部と一体化された例について説明する。従って、上述の内容を除き、第１の実施形態及び第１の実施形態の各変形例と重複する説明は省略され得る。
　図３０（ａ）は、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂと音波媒体３１を収容する収容部２３０とが一体化された本実施形態の測定装置６００の構成例を示す図である。なお、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂの材質の代表的な例は、銅である。また、無底筒状体２３０ａの材質の代表的な例は、アクリル樹脂である。
　図３０（ｂ）は、本実施形態の測定装置６００を用いて、ヒトの腕の骨の測定を行っている様子を写した写真の一例である。
　本実施形態の測定装置６００を採用することにより、２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂが音波媒体３１及び収容部２３０と一体化するため、代表的には、測定装置の小型化、測定装置の取り扱いの容易性の向上、及び該検出部１３０Ａ，１３０Ｂの位置が変動し難くなることによる測定結果の安定性又は信頼性の向上が図られる。
　図３１は、ヒトの指の骨を被測定対象１０とした場合の、第２の実施形態の測定装置６００を用いた測定結果のグラフ（ａ）及び、ヒトの上腕の骨を被測定対象１０とした場合の、第２の実施形態の測定装置６００を用いた測定結果のグラフ（ｂ）である。なお、本実施形態の測定例においては、音波発信部１２０から被測定対象１０までの距離が、約３２ｍｍである。また、音波発信部１２０が被測定対象１０に向けて発信する音波の周波数が３．５ＭＨｚである。また、被測定対象１０から２つの検出部１３０Ａ，１３０Ｂまでの距離は、いずれも、約２０ｍｍである。
　図３１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ヒトの皮膚（身体の表面）から骨の表面に至るまでの、図中の矢印で示された範囲の電磁場の信号強度と、骨が発生する電磁場の信号強度（Ｐ１及びＰ２）とが、測定装置６００を用いることによって簡便に且つ明確に峻別することができることを確認することができた。従って、ヒトの体内の骨における分極を測定することを実現できたことは、ヒトの骨の診断の実現性を大いに高めることになるといえる。
　＜その他の実施形態＞
また、上記の各実施形態においては、ＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した測定処理及び雑音の低減又は除去処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行することも採用し得る他の一態様である。前述のプロセッサの例は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等である。また、測定処理及び雑音の低減又は除去処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行すること、あるいは同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行することも採用し得る他の一態様である。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
　また、上記の各実施形態では、測定処理及び雑音の低減又は除去処理のプログラムがＲＯＭまたはストレージに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。例えば、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の非一時的（non-transitory）記録媒体に記録された形態で提供されることも採用し得る他の一態様である。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態が一例として採用され得る。
　以上述べたとおり、上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
　また、上記の各実施形態において記載された効果は、説明的又は例示的なものであり、上記の各実施形態において記載されたものに限定されない。つまり、本発明に係る技術は、上記の各実施形態において記載された効果とともに、又は上記の各実施形態において記載された効果に代えて、上記の各実施形態における記載から、本発明の技術分野における通常の知識を有する者には明らかな他の効果を奏し得る。
　１０　　　被測定対象
　３０　　　槽
　３１，３１ａ　　　音波媒体
　６０ａ，６０ｂ　　回転機構
　１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｄ’，１００Ｅ，１００Ｅ’，２００，３００，４００，５００，６００　　測定装置
　１１０　　波形発生器
　１２０　　音波発信部
　１３０Ａ，１３０Ｂ　　検出部
　１４０、１４０Ａ、１４０Ｂ　　増幅部・フィルタ部
　１４５　　差動増幅器
　１５０　　信号処理部
　１５１　　雑音処理部
　１５２　　評価部
　１５３　　画像処理部
　１７０　　膜
　１９０ａ　コンデンサー
　１９０ｂ　コイル
　１９０ｃ　抵抗
　１９０ｄ　共振回路
　２３０　　収容部
　２３０ａ　無底筒状体

 

Claims (12)

  1. 　被測定対象へ音波を発信する音波発信部と、
    　前記音波発信部から前記音波が照射されたことにより前記被測定対象が発生した、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を検出する検出部と、
    　前記検出部による前記電磁場の検出結果に基づき、前記被測定対象の異方性に関する特性を評価する評価部と、を備える、
    　測定装置。
  2. 　前記検出部による前記複数の方向からの、又は前記複数の位置における前記電磁場の検出結果を用いた演算により、前記電磁場に含まれる雑音を低減又は除去する雑音処理部をさらに備える、
    　請求項１に記載の測定装置。
  3. 　前記検出部は、第１電磁場を検出する第１検出部と、前記第１検出部とは異なる方向からの、又は異なる位置における第２電磁場を検出する第２検出部とを備え、
    　前記評価部は、前記第１検出部による第１検出結果及び前記第２検出部による第２検出結果に基づき、前記被測定対象の異方性に関する特性を評価する、
    　請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
  4. [規則91に基づく訂正 03.04.2023]
    　前記雑音処理部は、
    　　前記第１検出部による第１検出結果及び前記第２検出部による第２検出結果をフーリエ変換し、
    　　前記第１検出部による前記第１検出結果のフーリエ変換後の波形を周波数成分毎に規格化した波形の値と、前記第２検出部による前記第２検出結果のフーリエ変換後の波形を周波数成分毎に規格化した波形の値の複素共役をとった値とを乗じて係数を求め、
    　　フーリエ変換後の前記第１検出部による前記第１検出結果及び前記第２検出部による前記第２検出結果から、前記係数が特定の値以下の周波数成分を除去し、
    　　除去した後のフーリエ変換後の前記第１検出部による前記第１検出結果及び前記第２検出部による前記第２検出結果に対して逆フーリエ変換を行い、
    　　逆フーリエ変換後の前記第１検出部による前記第１検出結果と前記第２検出部による前記第２検出結果との差分を取る、
    　請求項３に記載の測定装置。
  5. [規則91に基づく訂正 03.04.2023]
    　前記第２検出部は、前記第１検出部の外側に前記第１検出部と接しないように周状に連続して又は不連続に配置された、
    　請求項３又は請求項４に記載の測定装置。
  6. 　前記音波発信部は、前記被測定対象の２次元面又は３次元体積に亘って前記音波を走査し、
    　前記検出部による前記複数の方向からの、又は前記複数の位置における前記電磁場の検出結果を画像化する画像処理部をさらに備える、
    　請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の測定装置。
  7. 　前記評価部は、前記検出部による前記複数の方向からの、又は前記複数の位置における、前記電磁場の差分又は加算、及び前記電磁場の比の群から選択される少なくとも１つに基づき、前記被測定対象の繊維構造の異方性を評価する、
    　請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の測定装置。
  8. 　前記検出部が、前記被測定対象に対して回動する回動機構を備える、
    　請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の測定装置。
  9. [規則91に基づく訂正 03.04.2023]
    　前記回動機構は、回動中の該被測定対象から前記検出部までの距離が実質的に等距離となるように設けられる、
    　請求項８に記載の測定装置。
  10. 　被測定対象へ音波を発信する発信工程と、
    　前記音波が照射されたことにより前記被測定対象が発生した、互いに異なる複数の方向からの、又は互いに異なる複数の位置における電磁場を検出する検出工程と、
    　前記検出工程で検出した前記電磁場の検出結果に基づき、前記被測定対象の異方性に関する特性を評価する評価工程と、を含む、
    　測定方法。
  11. [規則91に基づく訂正 03.04.2023]
    　前記検出工程で検出した前記検出結果を演算して前記電磁場の雑音を低減又は除去する雑音処理工程と、
    を含む、
    　請求項１０に記載の測定方法。
  12. 　音波が照射されたことにより前記被測定対象が発生した電磁場を少なくとも２つの位置で、又は少なくとも２つの方向から検出する検出工程と、
    　前記検出工程で検出した前記少なくとも２つの位置の、又は前記少なくとも２つの方向からの前記電磁場の検出結果の関係に基づき、前記被測定対象の異方性に関する特性を評価する評価工程と、
    を含む、
    　請求項１０又は請求項１１に記載の測定方法。

     
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