JPS6155378B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生体へ圧力伝達媒体を介して振動を
加え、圧力伝達媒体の変位量及び印加圧力を基に
生体の軟らかさもしくは硬さを測定する生体組織
の硬度測定装置に関するものである。

この種の装置は医師の触診に代つて生体の硬度
を定量化することを可能にするが、産科、管腔臓
器の測定については内部に圧力伝達媒体を挿入す
る必要がある。このため、細いガイドワイヤの先
端に取付けられた棒の先にゴム膜を取付け、この
棒に空気振動を加えるようにしたのが周知である
が、棒の支持及びその包囲構造が複雑になり、ま
た、棒の重量に対応して振動周波数を低くせねば
ならないために、測定する周波数領域に生体微動
の雑音が入り易く、測定精度が低下し、広い帯域
にわたる周波数特性も得られないために生体の共
振特性を求める上でも不都合であつた。

よつて、本発明は簡単な構造で種々の形状の広
い生体範囲にわたつて振動付加を可能にし、かつ
広い周波数範囲の測定を可能にする冒頭に述べた
種の生体組織の硬度測定装置を提供することを目
的にする。

次に本発明を図示の実施例を基に説明する。

先ず、本発明の実施例による硬度測定装置は、
生体へ振動付加を行い、かつその応答信号を検出
するプローブと、検出信号の処理及びプローブの
駆動を行う回路装置と、測定値の表示或は記録を
行う出力装置とから構成されている。

第１図は、このうちのプローブを示すもので、
同図において１は、非磁性材例えばジユラルミン
板により製作された円錘台状の駆動体３へ振動付
加を行う例えば可動コイル形の振動付加器であ
る。その容器２の上方には非磁性材のリング５が
取付けられ、この上方に同様に非磁性材の別のリ
ング６が嵌合している。このリング６の内壁に沿
つて形成された円形空隙８に水密性のダイヤフラ
ム９が弾性体を介して挿入され、両リング５，６
間の空隙１０には例えばストレインゲージを利用
したダイヤフラム９の変位量を検出する変位量セ
ンサ１１が水密状態で挿入されている。そしてこ
の変位量センサ１１のはり１１′は、ダイヤフラ
ム９と共に先端が平坦なねじ１３により駆動体３
に固定されている。さらに、リング６には、コツ
ク１５により脱気水を供給される溝１６及び圧力
センサ１７の装着される空隙１８が外壁から内壁
へ連通されている。リング６の上面には、さらに
透明な材料例えばアクリルのリング２０が、貼着
或は上方からのビスにより取付けられている。こ
のリング２０には、その内壁に上方から途中まで
弾性体２１を備えることにより例えばステンレス
製で下方の開放したパイプ２２が着脱可能に嵌入
され、またリング２０の内径は下端ではリング６
の内径と一致している。パイプ２２の外径は例え
ば10mm程度であり、リング２０からの突出部分の
高さは例えば200mmである。パイプ２２の上方で
は、その切欠き部分にＯリング２３及びワツシヤ
２４が装着され、ワツシヤ２４の上に水密性の弾
性膜例えばポリウレタン膜２５が載置された状態
で、キヤツプ２６がねじ込まれている。そして最
終的なこれらの装着状態では、パイプ２２の内側
先端で弾性膜２５をキヤツプ２６の上端よりも上
方へ押圧している。

第２図は本発明の回路装置及び出力装置を示す
もので、先ず周波数可変の正弦波の発振器３１と
その発振信号の電力増幅器３２とが振動付加器１
の駆動回路を構成している。また、変位量センサ
１１の検出信号を増幅する増幅器４１と、振動的
な変位量信号のみを選択するハイパスフイルタ４
２と、通過してきた振動成分を直流信号に変換す
る整流器４３と、直流増幅器４４と、圧力センサ
１７に所属する対応の増幅器４５と、ハイパスフ
イルタ４６と、整流器４７と、直流増幅器４８
と、直流増幅器４４の出力信号を直流増幅器４８
の出力信号で割算するアナログ割算回路４９と、
割算動作の際に生じる雑音を除去してコンプライ
アンス信号を出力するローパスフイルタ５０と、
増幅器４５の出力信号中から直流成分のみを通過
させて静圧信号を出力するローパスフイルタ５１
とで両センサ１１，１７の信号処理回路を構成し
ている。６０はこの信号処理回路で発生された静
圧及びコンプライアンス信号を表示、メータ指示
或は記録する出力装置、例えばペンレコーダであ
る。

測定に際しては、コツク１５を開いて脱気水２
８を溝１６を通してリング６の内側の円筒状空隙
及びパイプ２２内へ新たに充填するか、透明なリ
ング２０を通して脱気水２８の発泡等をチエツク
して必要に応じてパイプ２２をはずしてパイプ２
２及びリング６，２０の洗浄を行い脱気水２８の
交換を行う。このような状態での駆動体３から生
体に至るまでの測定に関連する振動系についての
コンプライアンス等価回路は、第３図に示すよう
に振動圧力に直列に加わる駆動体３、ねじ１３等
の剛性振動部分のコンプライアンスＣ１と、生体
組織のコンプライアンスＣ４と、これに直列に加
わる弾性膜２５のコンプライアンスＣ３と、これ
らＣ３，Ｃ４に並列に加わる主にパイプ２２の側
方への逃げのコンプライアンスＣ２とから成る生
体のコンプライアンスＣ４に対して無視できない
直並列回路になる。したがつて、予め先ず弾性膜
２５を剛体面に接触させてＣ４＝０の状態にして
Ａ―A′点間の振動圧及び振動量を基にＣ２の値
を求め、次に弾性膜２５をフリー即ちＣ４＝∞の
状態でＣ２及びＣ３の合成値を求めてＣ３の値も
決定しておく。そして弾性膜２５を生体組織に当
ててＣ２〜Ｃ４の合成値を求めて既知のＣ２及び
Ｃ３の値を基にＣ４を算出する。

具体的には、先ず発振器３１の周波数を設定
し、その増幅信号で振動付加器１を駆動すること
により、駆動体３がダイヤフラム９及びねじ１３
の先端面を振動させて脱気水を設定周波数で振動
させる。したがつて、圧力センサ１７及び変位量
センサ１１は、弾性膜２５の測定さるべき被接触
物への押圧力に対応した静圧及び静圧変位量と共
に被接触物に加わる振動圧力及びそのコンプライ
アンスに関連する振動変位量をそれぞれ検出す
る。先ず、検出された変位量信号は増幅器４１で
増幅された後、ハイパスフイルタ４２においてコ
ンプライアンスの測定に必要な振動成分のみを通
過させ、整流器４３で直流信号に変換された後、
さらに直流増幅器４４で増幅されてアナログ割算
回路４９へ被除算信号として供給される。一方、
検出された圧力信号はハイパスフイルタ４６で振
動成分のみを選択して増幅及び直流変換されてア
ナログ割算回路４９へ除数信号として供給され、
したがつてアナログ割算回路４９では逐次自動的
に被接触物に関連した合成コンプライアンスの演
算が行われ、ローパスフイルタ５０からコンプラ
イアンス信号が出力される。また、増幅器４５か
ら出力される圧力信号のうち直流成分をローパス
フイルタ５１が選択することにより、静圧信号が
出力される。コンプライアンス信号及び静圧信号
は出力装置６０に供給され、それぞれの振幅から
各測定条件に対するダイヤフラム９より先方の合
成コンプライアンスが測定され、同時にその測定
時の脱気水の静圧も分る。このようにして所要の
周波数帯域及び静圧範囲にわたり、予めＣ２及び
Ｃ３を測定してそれぞれの値を求めておく。

生体組織のコンプライアンスの測定時には、同
様にして出力装置６０において静圧を監視するこ
とにより弾性膜２５の押圧力を調整しつつＣ２〜
Ｃ４の合成値を所定の周波数或は周波数帯域にわ
たり測定し、既知のＣ２及びＣ３の値を基にＣ４
を算出する。

第４図は以上説明した硬度測定装置の効果を確
認するために、生体の軟組織に力学的挙動の類似
したRTシリコンゴムの添加材の量を加えて硬度
を変化させつつ、そのステイフネス（コンプライ
アンスの逆数）を測定したもので、硬度に対応し
てスチフネスの測定値が精度良く変化している。
第５図は硬度の異るシリコンゴムについての共振
特性を測定したもので、硬度自体だけでなく硬度
に対応してシフトとした共振点も測定されてい
る。第６図は脛骨上における健康な女性２人（実
線）及び浮腫の女性患者２人（点線）に対するス
テイフネスの周波数特性の測定データであり、浮
腫を生体組織の硬度及び共振周波数から検出でき
ることが確認された。

尚、パイプ２２に充填する液体としては、粘性
係数、入手の容易性、生体への無害、化学的に不
活性等の観点で水、特に弾性を伴わない脱気水が
好ましいが、生体の粘性係数よりも小さな粘性係
数の他の液体を使用することも可能である。ちな
みに、水の粘性係数は生体のすべり粘性係数に対
して10^-4程度のオーダと考えられるが、10^-2程度
のオーダの液体でも高精度に測定可能である。回
路装置としては、割算回路４９の両入力信号を入
れ替えてステイフネス信号を出力させることもで
き、また両増幅器４４，４８の出力信号を直接出
力装置に加えて割算を別途に行わせることもでき
る。

さらに、Ｃ２及びＣ３が設定されると、自動的
にＣ４を算出する演算回路を設け、出力装置とし
てその値を数値的に記録するデイジタルプリンタ
を用いることも考えられる。パイプの形状につい
ては測定個所に応じて細管でなく他の形状にする
ことも考えられる。

以上、本発明により生体への振動伝達媒体とし
て液体を用いることにより簡単な構造で種々の生
体部位へ圧力付加が可能となり、また広い周波数
範囲の硬度測定が可能になるために臨床応用上も
極めて有意義である。特に、媒体パイプを細管状
に形成することもできるので産科分野での子宮頚
管の硬度測定等への応用も可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に硬度測定装置のプローブ部分
の断面図、第２図はその回路装置及び出力装置部
分の回路構成を示すブロツク図、第３図はプロー
ブの振動付加器から被接触物に至るコンプライア
ンスの等価回路並びに第４図〜第６図は本発明の
効果を確認するための測定データを示す。 １…振動付加器、３…駆動体、５，６，２０…
リング、９…ダイヤフラム、１１…変位量セン
サ、１７…圧力センサ、２２…パイプ、２５…弾
性膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先端に弾性膜を備え、かつ生体の粘性係数よ
   り小さな粘性係数の液体を充填されたパイプと、
   このパイプの後方から前記液体へダイヤフラムを
   介して振動を加える振動付加器と、前記液体の変
   位量を検出する変位量センサと、前記液体の圧力
   を検出する圧力センサとを有することを特徴とす
   る生体組織の硬度測定装置。 ２ 液体が水であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の生体組織の硬度測定装置。