JPH0337047A - 頭部動揺計 - 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〕 本発明は人間の平衡状態を測定する頭部動揺計に関する
。

〔従来の技術〕

従来、医学、心理学等の分野において、人間の平衡状態
を計測することが行われている。従来は、重心測定装置
によって、人間の重心の移動を連続的に計測して、人間
の平衡状態を計測するようにしていた。即ち、この重心
測定装置は、計測台に多数の圧力センサをマトリックス
状に配して構成し、その測定台上に人間が直立したとき
の、その体重に基づいて、その両足から各圧力センサが
受ける圧力検出出力を演算処理して、人間の重心の移動
を連続的に測定するようにしたものである。

そして、かかる演算処理の結果に基づいて、モニタ受像
機のＣＲＴの管面上に、人間の両足の裏の映像と、計、
側台上における人間の重心の投影点の移動を映出するよ
うにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、かかる重心測定装置による人間の平衡状態の
計測は、平衡状態の大まかな変化は測定できても、平衡
状態の細かな変化を測定することは困難であった。

かかる点に鑑み、本発明は人間の平衡状態を、高精度に
測定することのできる計測装置を提案しようとするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による頭部動揺計は、被検者の頭部Ｍの所定部位
に取り付けられて使用され、複数の方向に超音波を放射
する送波器（１）　（（４ｘ）、’（４ｙ）　）と、こ
の送波器（１）　（（４ｘ）、　（４ｙ）　）から放射
された各方向の超音波を受波すべく、固定部に取り付け
られた複数の受波器（５Ｘ）、　（５ｙ）　　と、複数
の受波器（５ｘ）〈５ｙ〉からの各受渡信号の共通基準
時点における各基準受波信号に対する位相差を、各別に
検出する複数の位相検出回路（ＬＯＸ）、　（１０ｙ）
　　とを有し、複数の位相検出回路（ＩＯＸ）、　（１
０ｙ）　からの位相検出出力によって、被検者の頭部動
揺状態を測定するようにしたものである。

〔作用〕

上述せる本発明によれば、被検者の頭ｉｆｆ１Ｍの所定
部位に取り付けた複数の方向に超音波を放射する送波器
（４Ｘ）、　（４ｙ）　　から複数の方向に放射された
超音波を、固定部に取り付けられた複数の受波器（５Ｘ
）、　（５ｙ）　で受波し、複数の受波器（５Ｘ）、　
（５ｙ）　　からの各受波信号の共通基準時点における
、各基準受波信号に対する位相差を、複数の位相検出回
路（ＩＯＸ）、　（１０ｙ）　　によって各別に検出し
、これによって、被検者の頭部動揺状態を測定するよう
にしたものである。

Ｃ実施例〕 以下に、第１図を参照して、本発明の一実施例を説明し
よう。Ｍは被検者たる人間の頭部を示し、これは頭部を
上から見たものである。（１）は超音波送波器で、これ
は夫々単一指向性を有する一対の超音波送波器（５Ｘ）
、　（５ｙ）　　から構成され、この送波器（１）　（
（５Ｘ）、　（５ｙ）　）を頭部Ｍの例えば額の中心に
−取り付ける。そして、この額の中心を含む水平面内の
固定直交座標系を空間に設定し、送波器（５Ｘ）。

（５ｙ〉の指向方向が例えば夫々＋Ｘ軸（右耳の方向）
＋ｙ軸方向く鼻の方向）と一致するように、これら送波
器（５ｘ）、　（５ｙ）　　を配する。尚、送波器＜５
ｘ）。

（５ｙ）の取り付は位置は直交座標系の略原点と成るが
、必ずしもこれに限られるものではない。

そして、この直交座標系の＋Ｘ軸上及び＋ｙ輪軸上、夫
々原点から任意の距離の固定位置に、夫々Ｘ軸受波器（
５×）及びＹ軸受波器（５ｙ）を配して、上述の送波器
（４Ｘ）、　（４ｙ）　　から夫々送波される超音波を
受波させるようにする。

（２）はクロック発生回路で、これは第２図に示すよう
に、例えば１２．３ＭＨｚの発振周波数を有する水晶発
振器（２ａ〉より発生するクロック信号φ０（第４図Ａ
参照）を分周器（２ｂ〉で１／１６に分周して、周波数
が８００ｋＨｚで、０°の位相を有するクロック信号φ
ｌ（第４図Ｂ参照）を得ると共に、分周器（２Ｃ）で１
７１６に分周して、同様に周波数が８００ｋＨｚで、ク
ロック信号φ１　より９０°位相の進んだクロック信号
φ２（第４図Ｃ＃照）を得る。そして更に、クロック信
号φ１を分周器（２ｄ）で１７２０に分周して、４Ｑｋ
Ｈｚのクロック信号Ｆ（第４図Ｄ＠照）を得る。そして
、このクロック信号Ｆを第１図の超音波振動子ドライバ
ー（３）を通じて超音波送波器（４Ｋ）、　（４ｙ）　
　に供給する。尚、クロック信号φ０．φ１．φ２は後
述するＸ位相検出回路（ＩＯＸ）　　及びＹ位相検出回
路（１０ｙ）　　に夫々供給される。

Ｘ及びＹ軸受波器（５Ｘ）、　（５ｙ）　　からの受波
信号（正弦波信号）は、夫々入力増幅器（６Ｋ）、　（
６ｙ）　　を通じて、パルス化回路（７ｘ）、　（７ｙ
）　　に供給されてパルス信号に威されると共に、低人
力レベル検出回路（８）に供給される。

そして、パルス化回路（７Ｘ）、　（７ｙ）　からの受
波パルス信号Ｐｘ、Ｐｙ　は夫々Ｘ及びＹ位相検出回路
（１０ｘ）、　（１０ｙ）　　に供給される。

Ｘ位相検出回路（ＩＯＸ）　　及びＹ位相検出回路（１
０ｙ）は夫々第３図に示す様な１、位相を高精度に検出
することのできる回路で構成されている。尚、重複説明
を避けるため、Ｙ位相検出回路（１０ｙ）　　について
の図示及び説明は省略する。

Ｘ位相検出回路（ＩＯＸ）　　は、頭部の左右の動揺量
を検出する〔Ｙ位相検出回路（１０ｙ）　　は頭部の前
後の動揺量を検出する〕。以下、第３図に従って、Ｘ方
向検出回路（ＩＯＸ）　　を説明する。

（１０ａ）　　は単安定マルチバイブレークで、パルス
化回路（７ｘ）から供給される受波パルス信号Ｐに（第
４図Ｍ参照）をトリガーとして、クロック発生回路（２
）から供給されるクロック信号φ０を８個計数して、ク
ロック信号φ０の８周期分のパルス幅を有するワンショ
ットパルスＰｓ（第４図Ｃ参照）を発生させる。尚、受
波パルス信号ＰＸ　は、受波信号（第４図Ｅ及び第５図
Ｃ参照）のゼロクロス点に同期して発生する様になされ
ている。

（１０ｂ）及び（１０ｃ）　　は夫々ＡＮＤ回路で、第
６図に示すように、ＡＮＤ回路（１０ｂ）　　ではクロ
ック信号φ１とワンショットパルスＰｓが乗算され、更
にこの乗算結果とクロック信号φ０とが乗算されてクロ
ック信号φＬ’（第４図Ｍ参照）が発生するように戊さ
れ、ＡＮＤ回路（ＩＯＣ）　　ではクロック信号φ２と
ワンショットパルスＰｓが乗算され、更にこの乗算結果
とクロック信号φＯとが乗算されて、クロック信号φ２
′（第４図Ｍ参照）が発生するように威されている。そ
して、第５図Ａに示すように、Ｘ軸受波器（５ｘ〉に対
する送波器（４ｘ）の位置がある位置Ｒのときの受渡信
号の波形が、第５図Ｃの実線Ｓｏ　と戊るものとする。

そして、第５図Ａに示すように送波器（４ｘ）が受波器
（５×）に近づく　（第１図において被検者の頭部が右
に動く）と、第５図Ｃの破線ＳＩ　で示すように受渡信
号Ｓ。に対し、左方向に移動し、遠ざかる（第１図にお
いて被検者の頭部が左に動く）と、第５図Ｃに破線Ｓ２
で示すように受渡信号Ｓ０　に対し、右方向に移動する
。そして、受渡パルス信号Ｐ×はこの受渡信号のゼロク
ロスｂ位置で発生する正パルスである。そしてワンショ
ットパルス＝Ｐｓは、受波パルス信号の立ち下がりに同
期して発生する正パルスである。従って、カウンタ（１
０ｄ）及び（１０ｅ）　　に夫々供給されるクロック信
号φ１′及びφ２′の数は、受波器（５×）に対し、送
波器（４ｘ）が遠ざかる場合は、第７図Ａ−Ｄに示す如
く変化する（距離が短くなった場合については図示を省
略する）。そして、Ａ　Ｎ　Ｄ回路（１０ｂ）、　（１
０ｃ）　　からのクロック信号φ１′及びφ２′は夫々
カウンタ（１０ｄ）及び（１０ｅ）　　のクロック信号
入力端子ＣＫに夫々供給される。そして、カウンタ（１
０ｄ）及び（１０ｅ）　　はリセット端子Ｒに供給され
る受波パルス信号Ｐｘが′Ｈ１に成ると夫々リセットさ
れ、その後クロγり信号φ１′及びφ２′を夫々計数す
ると共に、計数値（第４図Ｊ及びに参照）を比較器（１
０ｈ）、　（１０ｉ）　及び比較器（１０ｊ）、　（１
０ｋ）　　の入力端子Ａに夫々供給する。

比較器（１０ｈ）、　（１０ｊ）　　は、計数値が、入
力端子Ｂに夫々供給されるスイッチ（１０ｇ）　　によ
って設定された基準値“２″より大きいか否かを比較し
、この比較結果を“Ａ＞Ｂ″端子り夫々出力〔第４図り
参照、但し、比較器（１０ｊ）　　については図示せず
ユし、比較器（１０ｉ）、　（１０ｋ）　　は計数値が
、入力端子Ｂに夫々供給されるスイッチ（１０ｆ＞　　
によって設定された基準値“４″より小さいか否かを比
較し、この比較結果を“Ａ＜Ｂ”端子より夫々出力（い
ずれも図示せず）する。そして、比較器（ＩＯｈ）　及
びＨＯｊ）　　の“Ａ＞Ｂ”端子から夫々出力された比
較結果は、フリップフロップ回路（１０ｐ）、　（１０
ｑ）　　の入力端子りに夫々供給されると共に、ＡＮＤ
回路（ＩＯＡ’）、　（１０ｎ）を介して比較器（１０
ｉ）及び（１０ｋ）　　の“Ａ＜Ｂ”の端子から夫々出
力された比較結果と夫々乗算される。即ち、ＡＮＤ回路
（１０ｎ）、　（Ｉｏｎ）から“Ｈ”レベルの信号が出
力されない場合は、カウンタ（１０ｄ）、　（１０ｅ）
　　の計数値が“３′”（＝４＞Ａ〉２）の場合である
。そして、これら乗算結果がＡＮＤ回路（１０ｍ）、　
（１０ｏ）　を介して、受波パルス信号ＰＸ　と夫々乗
算され、フリップフロップ回路（１０ｐ）、　（１０ｑ
）　　のクロック入力端子ＣＫに夫々供給され、上述し
た如く、カウンタ（１０ｄ）、　（１０ｅ）　　の計数
値が“３”の場合を除いて、その各出力端子Ｑから方向
信号ｐ＋（第４図Ｍ参照）及び速度信号Ｐ２（第４図で
は図示を省略するも、“Ｌ”レベルとなる〉が夫々出力
される。尚、カウンタ（１０ｄ）。

（１０ｅ）　のカウント値が“３”の場合には、方向信
号Ｐｌ　及び速度信号Ｐ２　は出力されない。即ち、ヒ
ステリシスの幅を設けることにより、ノイズ等に対して
は、これが不感域を与え、検出動作を安定化している。

従って、第７図Ａにおいては、クロック信号φｌ′を計
数する事によって、カウンタ（１０ｄ）の計数値は“６
”と成り、クロック信号φ２′を計数する事によって、
カウンタ（１０ｅ）　　の計数値は“２″と戊り、この
場合の出力端子０ｕｔｌに発生する方向信号Ｐｌは“Ｈ
”レベルと戊り、出力端子ｏｕｔ２に発生する速度信号
Ｐ２　は“Ｌ”レベルと戊る。尚、第７図Ｂ、　　Ｃの
場合もカウンタ（１０ｄ）、　（１０ｅ）　　の計数値
は第７図Ａの場合とは異なるが、やはり方向信号Ｐｌ　
は“Ｈ”レベルと戊り、速度信号Ｐ２　は“Ｌ”レベル
と成る。そして、第６図に示されているワンショットパ
ルスＰｓが更に右にずれて〔更に、送波器（４ｘ）と受
波器（５×）との距離が離れ〕第７図りの様に戊った場
合、クロック信号φ１′を計数する事によって、カウン
タ（１０ｄ）　　の計数値は“７”と戊り、クロック信
号φ２′を計数する事によって、カウンタ（１０ｅ）　
の計数値は“５″と戊り、この場合の出力端子０ｕｔｌ
に発生する方向信号ＰＬ　　は“Ｈ”レベルと戒り、出
力端子０ｕｔ２に発生する方向信号Ｐｌは“Ｈ”レベル
と成る。

そして、超音波送波器（４ｘ）とＸ軸受波器（５ｘ）と
の距離が徐々に短くなると、第６図に示す様に、ワンシ
ョットパルスＰｓが徐々に左にずれ、クロック信号φｌ
′の数が減り、その計数値が“２”より小さく戒ると、
出力端子０ｕｔｌに発生する方向信号Ｐｌ　は“Ｌ”レ
ベルと成る。従って、被検者の頭部Ｍが動揺し、超音波
送波器（４ｘ）、　（４ｙ）　　と受波器（５ｘ）、　
（５ｙ）　　の距離が基準位置における距離より長く或
った場合は、位相検出回路（ＩＯＸ）、　（１０ｙ）か
ら“Ｈ″レベル方向信号Ｐｌ　が、第１図の移動量カウ
ンタ（ｌｌｘ）、　（ｌｌｙ）　　に夫々供給され、そ
の距離が短く或った場合は、位相検出回路（ＩＯＸ）。

（１０ｙ）　から“Ｌ″レベル方向信号Ｐｌ　が、第１
図の移動量カウンタ（ＩＩＸ）、　（ｌｌｙ）　　に夫
々供給される。

そして、移動量カウンタ（Ｉｌｘ）、　（ｌｌｙ）　　
はカウンタリセットスイッチ（１３）を開底する事によ
ってリセットされた後、位相検出回路（１０ｘ）、　（
１０ｙ）　　から供給される方向信号Ｐｌ　が“Ｈ”レ
ベルの時はカウントアツプモードと成り、位相検出回路
（ＩＯＸ）。

（１０ｙ）から供給される速度信号Ｐ２を夫々アップカ
ウントし、位相検出回路（ｆｏｘ）、　（１０ｙ）　　
から供給される方向信号Ｐｌが“Ｌ”レベルの時はカウ
ントダウンモードと戒り、位相検出回路（ＩＯＸ）、　
（１０ｙ）から供給される速度信号Ｐ２を夫々ダウンカ
ウントする。

第１図において、低入力レベル検出回路（８）は、送波
器（４に）、　（４ｙ）　　の位置が、直交座標系の原
点から大幅にずれたり、或はその各超音波送波方向が夫
々Ｘ軸及びｙ軸に対する大幅な角度ずれが生じた場合に
は、Ｘ入力増幅器（６ｘ）及びＹ入力増幅器（６ｙ）か
ら夫々供給される受渡信号の振幅が所定レベル以下と或
ったことを検出して、後述する移動量カウンタ（ＩＩＸ
）及びＹ移動量カウンタ（ｆｌｙ）　　にカウント禁止
信号ＮＧを夫々供給すると共に、受信不能表示器（例え
ばＬＥＤ）（９）に表示信号を供給する。

又、Ｘ及びＹ移動量カウンタ（ｌｌｘ）、　（ｌｌｙ）
　　の計数出力は、Ｄ／Ａコンバータ（１２ｘ）、　（
１２ｙ）　　へ夫々供給され、出力端子ｏｕｔ　ｘ及び
ｏｕｔ　ｙから夫々アナログ信号に変換された動揺量出
力が得られる。

尚、クロック信号Ｆの周波数は４ＱｋＨｚであるから、
従って、送波器（４ｘ）、　（４ｙ）　　から送波され
る超音波の波長は、略９ｍｍと戊る。そして、このクロ
ック信号Ｆの２０倍の周波数を有する８ＱＱｋ）ｌｚの
クロγり信号φ１．φ２の半分の波長毎に位相の変化を
検出するので、移動量カウンタ（ｌｌｘ）、　（ｌｌｙ
）　　のｌカウントが０．２２５ｍｍに対応する様に威
されている。従って、被検者の頭部Ｍの動揺量を０．２
２５ｍｍの分解能をもって測定できる。そして、この移
り量カウンタ（ｌｌｘ）、　（Ｉｌｙ）　　のビット数
を変える事により、最大測定範囲を可変する事が出来る
。

さて、上述した頭部動揺装置を使用して、被検者の頭部
Ｍの動揺を計測するには、先ず、超音波振動子ドライバ
ー（３）がクロック信号Ｆ　（４０ｋＨｚ）をクロック
信号発生回路（２）から供給されると共にこれを増幅し
、この増幅したクロック信号Ｆを被検者の頭部Ｍに固定
されている超音波送波器（４Ｘ）。

（４ｙ〉に供給して励振し、これら送波器（４Ｘ）、　
（Ｕ）から送波される超音波を、夫々固定部に取り付け
られた受波器（５ｘ）、　（５ｙ）　　に向かって放射
する。そして、任意時点でカウンターリセットスイッチ
（１３〉を開底する事によって、移動量カウンタ（ｌｌ
ｘ）（ｌｌｙ）　　のカウント値を初期化、即ち、ゼロ
にする。

この時の送波器（４Ｘ）、　（４ｙ）　　の位置を基準
位置とする。そして、固定部に取り付けられた受波器（
６Ｋ）。

（６ｙ）が夫々超音波を受波し、この受波された超音波
は受渡信号として、入力増幅器（６ｘ）、　（６ｙ）　
を介してパルス化回路（７ｘ）、　（７ｙ）　　及び低
入力レベル検出回路（８）に夫々供給される。そして、
低入力レベル検出回路（８）は基準値に達しない振幅の
受波信号を排除すべく、移動量カウンタ（ＩＩＸ）、　
（ｌｌｙ）　　にカウント禁止信号を供給すると共に、
受信不能信号を受信不能表示器（９）に供給して受信不
能状態を表示させる。

パルス化回路（７Ｘ）、　（７ｙ）を介して夫々パルス
化された受波パルス信号Ｐｘ、Ｐｙ　は、位相検出回路
（ＩＯＸ）、　（１０ｙ）　　に夫々供給される。

そして、位相検出回路（１０ｘ）、　（１０ｙ）　　は
、受渡パルス（ｉ号Ｐｘ、Ｐｙ　に同期してワンショッ
トパルスＰｓを夫々発生すると共にクロック発生回路（
２）から供給されるクロック−０，φｌ、φ２と乗算及
び計数処理する事によって、移動方向と速度を夫々検出
し、方向信号Ｐｌ　及び速度信号Ｒ２として、移動量カ
ウンタ（ＩＩＸ）、　（ｌｌｙ）　　に′夫々供給する
。そして、この移動量カウンタ（ＩＩＸ）、　（ｆｌｙ
）　　のデジタル計数信号は、Ｄ／Ａコンバータ（１２
Ｘ）　、　（１２ｙ　）に供給されて夫々アナログ信号
に変換される。

又、Ｄ／Ａコンバータ（１２Ｘ）、　（１２ｙ）　　か
ら夫々出力されるアナログ計数信号を例えばプロッタに
供給する事により、動揺量を描出させる事ができ、又、
移動量カウンタ（ｌｌｘ）、　（ｌｌｙ）　　のディジ
タル計数信号を、Ｄ／Ａコンバータ（１２Ｘ）、　（１
２ｙ）　　を通さずに、Ｒ５−２３２Ｃインターフエー
ス等を介してコンピュータ等に伝送して被検者の診断処
理を行う事もできる。

尚、第１図においては、頭部動揺量を二次元的に設定し
た場合であるが、第８図に示す如く第１図の実１ｆＩ１
例において、ｘ、ｙ直交座標系に対しＺ軸を追加してｘ
、ｙ及び２の３軸直交座標系を設け、Ｚ軸方向に指向方
向を有する超音波送波器（４ｚ〉を追加すると共に、ｚ
軸の延長線上の固定部にＺ軸受波器（５ｚ〉を追加する
事により、三次元の測定をする事も可能である。

又、被検者は立っていてもいすに座っていても良い。

又、超音波送波器及びその受波器は夫々４個以上設けて
も良い。

〔発明の効果〕

上述せる本発明によれば、被検者の動揺状態を測定する
際、被検者の頭部Ｍに、複数の方向に超音波を放射する
送波器を取り付け、この送波器から複数方向に放射され
た超音波を受波すべく、固定部に取り付けられた複数の
受波器を配し、複数の受波器からの各受波信号の共通基
準時点における、各基準受波信号に対する位相差を、複
数の位相検出回路によって各別に検出する事によって、
被検者の頭部動揺状態を高精度に測定することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック線図、第２図
はそのクロック発生回路を示すブロック線図、第３図は
その位置検出回路を示すブロック線図、第４図、第６図
及び第７図は夫々その実施例の説明に供するタイミング
チャート、第５図はその実施例の動作説明に供する線図
、第８図は本発明の他の実施例の一部を示す線図である
。 （１）は超音波送波器、（２）はクロック発生回路、（
３）は超音波振動子ドライバー、（４ｘ）、　（４ｙ）
、　（４ｚ）は超音波送波器、（５ｘ〉はＸ軸受波器、
（５ｙ）はＹ軸受波器、（５ｚ）はＺ軸受波器、（６ｘ
）はＸ人力増幅器、（６ｙ）はＹ入力増幅器、（７ｘ）
、　（’ｙｙ＞　　はパルス化回路、（８）は低入力レ
ベル検出回路、（９）は受信不能表示器、（１０ｘ）　
はＸ位相検出回路、（１０ｙ）　　はＹ位相検出回路、
（ｌｌｘ）　　はＸ移動量力・ウンタ、（ｌｌｙ）　　
ｌｔＹ移動量カウンタ、（１２Ｋ）、　（１２ｙ）　　
はＤ／Ａコンバータ、（１３）はカウンタリセットスイ
ッチ、（２ａ）は水晶発振器、（２ｂ〉及び（２ｃ）は
１７１６分周器、（２ｄ）は１／２０分周器、（１０ａ
）　　は単安定マルチバイブレーク、（１０ｂ）。 （ＩＯＣ）、　（ＩＨ）、　（ｌｏｍ）、　（Ｉｏｎ＞
及び（ｌｏｏ）　　はＡＮＤ回路、（１０ｄ）及び（１
０ｅ）　　はカウンタ、（１０ｆ）及び（１０ｇ）はス
イッチ、（１０ｈ）、　（１０ｉ）、　（１０Ｊ）及び
（１０ｋ）は比較器、（１０ｐ）及び（１０ｑ）　　は
フリップフロップ回路である。 代 理 人 松 隈 秀 盛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検者の頭部の所定部位に取り付けられて使用され、複
   数の方向に超音波を放射する送波器と、該送波器から放
   射された各方向の超音波を受波すべく、固定部に取り付
   けられた複数の受波器と、該複数の受波器からの各受波
   信号の共通基準時点における各基準受波信号に対する位
   相差を、各別に検出する複数の位相検出回路とを有し、
   該複数の位相検出回路からの位相検出出力によって、上
   記被検者の頭部動揺状態を測定するようにしたことを特
   徴とする頭部動揺計。