JPH0255047A - 脂肪厚み測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

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

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

なお、９は測定タイミング発生回路を示し、該測定タイ
ミング発生回路で発生された測定タイミング信号が前記
した駆動パルス発生回路５と、測定有効タイミング時間
発生回路１０とに与えられ、該測定有効タイミング時間
発生回路１０の出力がデジタル計数ｎ７に与えられる。

デジタル計数器７は、この測定有効タイミング時間信号
に基づき、比較器６から与えられる２（ｊＩ化された出
力信号を計数する。

（発明が解決しようとする技術的課題〕超音波振動子を
用いたセンサ１により脂肪層と筋肉層との間の境界で反
射された反射波を検出するに当たっては、使用する超音
波振動子の共振周波数によって測定可能な脂肪厚みの範
囲が制限されるという問題があった。

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

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

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

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

〔技術的課題を解決するための手段〕

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

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

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

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

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

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

〔作用〕

第１図の概略ブロック図を参照して、本発明の詳細な説
明する。

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

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

他方、選択手段１３からの選択指令信号は、残響カント
タイミング発生回路１６にも与えられる。

残響カットタイミング発生回路１６では、各センサｌｌ
ａまたはｌｌｂにおける残響時間の長さに応じた残響カ
ットタイミング信号が発生され、これが残響カット回路
１７に与えられる。残響カット回路１７は、残響カット
タイミング信号と比較器１５から与えられるセンサ出力
信号とを演算し、残響時間の影響を排除した出力信号を
与える。

本発明では、共振周波数の異なる超音波振動子を用いて
構成された第１゜第２のセンサｆｌａ１１ｂが、選択手
段及びセンサ切換回路により電気的に切換え使用される
。また、各センサ１ｌａ１１ｂに用いられた超音波振動
子の残響時間の長さに応じた残響カットタイミング信号
が残響カントタイミング発生回路で発生され、残響カッ
ト手段にてセンサ出力信号から残響時間中の成分が除か
れる。よって、第１または第２のセンサを用いて、広い
範囲の厚みの脂肪層を正確に測定することが可能とされ
ている。

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

第３図を参照して、生体の体表面２に当接される、共振
周波数の異なる第１．第２のセンサ１ｌａ１１ｂが備え
られている。第１のセンサｌｌａと、第２のセンサ１２
ｂとは、図示のように物理的に一体化されて一つのプロ
ーブを構成していてもよく、あるいは別体のものであっ
てもよい。

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

第１．第２のセンサｌｌａ、ｌｌｂは、センサ切換回路
１２に電気的に接続されている。センサ切換回路１２に
は、選択手段１３が接続されている。

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

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

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

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

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

波形整形回路２１の出力側は、比較器工５の一方入力端
に接続されている。比較器１５の他方入力端には予め設
定した基準電圧が与えられる。比較器１５は、波形整形
回路２１から与えられる波形成形されたセンサ出力信号
と基準電圧とを比較することにより、２値化されたセン
サ出力信号を出力する。

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

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

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

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

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

まず、測定タイミング発生回路１８において、第４図（
Ｃ）で示すように、１０ｍ秒程度の時間間隔の測定タイ
ミング信号が発生される。この測定タイミング信号が出
力されているとき、駆動パルス発生回路１４により、（
ｄ）で示す駆動パルス信号が発生される。この駆動パル
ス信号が、増幅器１４ａで増幅され、センサ切換回路１
２に与えられる。

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

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

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

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

他方、残響カットタイミング発生器１６では、測定タイ
ミング信号に応じて、第４図に（ｈａ）で示す残響カッ
トタイミング信号が発生される。

第４図の（ｈａ）で示す残響カットタイミング信号波形
から明らかなように、この残響カットタイミング信号は
、第１のセンサｌｌａの残響時間、すなわち数μ秒程度
の時間間隔をおいてハイレベルとなるようにされている
。

残響カットタイミング信号と比較器１５の出力信号とは
アンドゲート２２で演算され、アンドゲ−ト２２により
、残響カットタイミング信号が「ハイ」のときにのみセ
ンサ出力信号が出力される。すなわち、アンドゲート２
２により、比較器１５の出力信号のうち第１のセンサＩ
ｌａにおける超音波振動子の残響時間内の信号成分が除
去される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、共振周波数の異なる第
１．第２のセンサが、選択手段及びセンサ切換回路によ
り切換えて駆動される。よって、煩雑なセンサ交換作業
や接続作業を実施例しなくとも、非常に薄い脂肪層から
厚い脂肪層まで、その脂肪層の厚みを簡単に測定するこ
とができる。

しかも、残響カットタイミング発生手段により、各セン
サの超音波振動子の残響時間に応じた残響カット・タイ
ミング信号が発生され、残響カット手段によりセンサ出
力信号から残響時間に応じた信号成分が除去されるので
、各センサの超音波振動子の残響によるエラーの発生も
確実に防止される。

よって、広範囲な厚みの脂肪層を正確に検出することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための概略ブロック図
、第２図は従来の脂肪厚みの測定そうちの概略ブロック
図、第３図は本発明の一実施例の概略ブロック図、第４
図は第３図の実施例における各回路部分における信号の
値のチャートを示す図、第５図は生体内に超音波が反射
される過程を説明するための断面図である。 図において、ｌｌａは第１のセンサ、ｌｌｂは第２のセ
ンサ、１２はセンサ切換回路、１３は選択回路、１４は
駆動パルス発生回路、１５は比較器、１６は残響カット
タイミング発生器、１７は残響カット器を示す。 第１図 第ヰ図 （拳セ予） 第す図 第５図 ｂ 手 続 補 正 書（方 式） ６、補正の対象 水 図面の第４図 昭和６３年１２月５日 ７、補正の内容

Claims (1)

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