(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂肪成分が混在する生体軟組織を所定の力で押し込み、その際の押込力の大きさと押し込まれた前記生体軟組織の部位の変形量とを測定する押圧変形測定装置と、当該押圧変形測定装置での測定結果に基づき、前記脂肪成分の量に対応する組織内脂肪量を求める組織内脂肪測定装置と備え、
前記押圧変形測定装置は、前記押込力が正弦波状に周期的に経時変化するように、前記生体軟組織を複数の周波数パターンで押し込む押込手段と、前記押込力に対応して正弦波として表れる前記変形量の時系列データを前記周波数パターン毎に取得するデータ取得手段とを備え、
前記組織内脂肪測定装置では、前記周波数パターン毎の前記変形量の時系列データによる周波数応答に基づいて、前記組織内脂肪量を求めることを特徴とする組織内脂肪検出システム。
【請求項２】
前記組織内脂肪測定装置は、前記押込力の振幅に対する前記変形量の振幅の割合を表すゲインを求めるゲイン算出手段と、相互に同一となる前記押込力と前記変形量の周波数に対する前記ゲインの関係式を求める周波数応答導出手段と、当該周波数応答導出手段で求めた関係式に基づき、前記組織内脂肪量を求める組織内脂肪算出手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の組織内脂肪検出システム。
【請求項３】
前記周波数応答導出手段では、前記関係式から、前記周波数の変化に対する前記ゲインの変化割合を表す粘弾性比率が特定され、
前記組織内脂肪算出手段では、前記粘弾性比率と、前記押込力に対する変形量の位相の時間遅れとにより、予め記憶された数式により前記組織内脂肪量が求められることを特徴とする請求項２記載の組織内脂肪検出システム。
【請求項４】
複数の周波数パターン毎に正弦波状に周期的に経時変化する押込力で、脂肪成分が混在する生体軟組織を押し込んだときに、前記各周波数パターンで得られる正弦波状の前記生体軟組織の変形量の時系列データに基づき、前記脂肪成分の量に対応する組織内脂肪量を求める組織内脂肪測定装置において、
前記押込力の振幅に対する前記変形量の振幅の割合を表すゲインを求めるゲイン算出手段と、相互に同一となる前記押込力と前記変形量の周波数に対する前記ゲインの関係式を求める周波数応答導出手段と、当該周波数応答導出手段で求めた関係式に基づき、前記組織内脂肪量を求める組織内脂肪算出手段とを備えたことを特徴とする組織内脂肪測定装置。
【請求項５】
複数の周波数パターン毎に正弦波状に周期的に経時変化する押込力で、脂肪成分が混在する生体軟組織を押し込んだときに、前記各周波数パターンで得られる正弦波状の前記生体軟組織の変形量の時系列データに基づき、前記脂肪成分の量に対応する組織肉内脂肪量を求める組織内脂肪測定装置を機能させるコンピュータのプログラムにおいて、
前記押込力の振幅に対する前記変形量の振幅の割合を表すゲインを求めるゲイン算出手段と、相互に同一となる前記押込力と前記変形量の周波数に対する前記ゲインの関係式を求める周波数応答導出手段と、当該周波数応答導出手段で求めた関係式に基づき、前記組織内脂肪量を求める組織内脂肪算出手段として、前記コンピュータを機能させることを特徴とする組織内脂肪測定装置のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組織内脂肪検出システム、組織内脂肪測定装置、及びプログラムに係り、更に詳しくは、繊維組織に内在する脂肪組織の空間的な構造配置を推察するために有用となる組織内脂肪検出システム、組織内脂肪測定装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
軟組織で構成される生体材料について、硬さ（柔らかさ）に関する情報であるレオロジー特性を把握することは、医療、福祉、食品等の様々な分野で非常に重要となる。ところが、このような生体軟組織は、複雑なレオロジー特性を有することが知られており、ある一定の力で押圧したときの反力の大きさと、そのときの変形量のデータのみでは、正確なレオロジー特性を表す物性値を同定することができず、レオロジー特性を正確かつ定量的に表現するのは困難である。すなわち、生体軟組織は、時間の経過に伴って粘弾性が変化する特性があり、一定の力で押圧しても経時的に変形量が変化する。また、生体軟組織は、その押込力や押込量がある大きさを越えると硬さが変化する特性がある。従って、生体軟組織において、例えば、単一の押し込み状態で単一の変形量を計測し、単一のヤング率等を求めただけでは、レオロジー特性を表す物性値として不十分である。
【０００３】
ところで、近時、健康管理やスポーツ科学における１つの指標として、繊維組織と脂肪組織が混在する非均質組織である筋肉内に存在する筋肉内脂肪の空間的な構造が注目されつつあり、当該筋肉内脂肪を定量的に把握可能な手法や装置に対するニーズがある。
【０００４】
特許文献１には、Ｘ線ＣＴ装置で得られた筋肉組織の断層画像に基づいて、筋肉内脂肪量の指標となる値を求めるＸ線ＣＴシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８１３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１のＸ線ＣＴシステムにあっては、Ｘ線ＣＴ装置を用いることから、装置の大型化を招来するばかりか、筋肉に内在する微視的な脂肪片までも断層画像に出現させるためには、高い分解能が必要となり、被検者に高線量のＸ線を照射しなければならないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明者らは、鋭意、実験研究を行った結果、以下の事象を見出した。すなわち、繊維組織に脂肪組織が混在する筋肉組織等の非均質組織において、非均質組織を押圧する押圧力を正弦波状に周期的に経時変化させたときに、ある押圧力や周波数の所定範囲では、当該非均質組織の変形状態が押圧力とほぼ同一の周波数で、正弦波状に周期的に経時変化する。また、前記押圧力を前述のように所定範囲で経時変化させたときには、非均質組織の変形状態が前記押圧力に対して時間遅れを生じ、この時間遅れは、非均質組織内の脂肪成分の量が同一であれば、周波数を変えても同一になるとともに、当該脂肪成分の量に応じて規則的に変化する。
【０００８】
本発明は、このような発明者らの知見に基づいて案出されたものであり、その目的は、Ｘ線ＣＴ装置等の画像診断装置での筋肉組織等の断層画像の取得を不要にし、コンパクトな装置構成で組織内脂肪を定量的に把握することができる組織内脂肪検出システム、組織内脂肪測定装置、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、主として、脂肪成分が混在する生体軟組織を所定の力で押し込み、その際の押込力の大きさと押し込まれた前記生体軟組織の部位の変形量とを測定する押圧変形測定装置と、当該押圧変形測定装置での測定結果に基づき、前記脂肪成分の量に対応する組織内脂肪量を求める組織内脂肪測定装置と備え、前記押圧変形測定装置は、前記押込力が正弦波状に周期的に経時変化するように、前記生体軟組織を複数の周波数パターンで押し込む押込手段と、前記押込力に対応して正弦波として表れる前記変形量の時系列データを前記周波数パターン毎に取得するデータ取得手段とを備え、前記組織内脂肪測定装置では、前記周波数パターン毎の前記変形量の時系列データによる周波数応答に基づいて、前記組織内脂肪量を求める、という構成を採っている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繊維組織と脂肪組織が混在する非均質組織において、周期的に経時変化する押圧力を対象の生体軟組織に付加し、そのときの生体軟組織の経時的な変形量を測定することで、生体軟組織に含まれる脂肪の量に応じて定まる特徴量（物性値）を検出することができ、当該特徴量により、非均質組織に存在する脂肪の空間的な構造の定量的な把握が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る組織内脂肪検出システムの概略構成図。
【図２】ゲイン及び位相の時間遅れにおける周波数応答の一例を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１には、本実施形態に係る組織内脂肪検出システムの概略構成図が示されている。この組織内脂肪検出システム１０では、繊維組織と脂肪組織が存在する非均質な生体軟組織の脂肪成分の量に対応する組織内脂肪量を検出可能となっている。本実施形態では、当該組織内脂肪量として、筋肉内部に混在する脂肪の量に対応する物性値である筋肉内脂肪量を検出することとして、以下に説明する。ここで、検出された筋肉内脂肪量は、筋肉と脂肪の空間的な構造を表すパラメータとして、例えば、筋肉内部の脂肪成分の空間的な構造の把握による健康管理やスポーツ科学によるアスリートの能力評価用のデータや、食肉の赤身に微視的に含まれる脂肪分の量に基づく食肉の旨みに関する評価用のデータを求める際に利用可能となる。
【００１４】
この組織内脂肪検出システム１０は、筋肉内脂肪量の検出対象となる筋肉部位を含む生体軟組織の検出対象部位Ｓを所定の力で押し込み、その際の押込力の大きさと押し込まれた検出対象部位Ｓの変形量とを測定する押圧変形測定装置１２と、押圧変形測定装置１２の測定結果に基づき、筋肉内脂肪量を求める組織内脂肪測定装置１３と、組織内脂肪測定装置１３で求められた筋肉内脂肪量や当該筋肉内脂肪量に基づく情報等を提示する情報提示装置１４とを備えている。
【００１５】
前記押圧変形測定装置１２は、検出対象部位Ｓを所定の力で押し込み可能に設けられた押込手段１６と、検出対象部位Ｓへの押込力の時系列データとともに、検出対象部位Ｓの変形量の時系列データを取得するデータ取得手段１７とを備えている。
【００１６】
前記押込手段１６は、検出対象部位Ｓに接触した状態で押し込まれる圧子１９と、検出対象部位Ｓに対して圧子１９を離間接近させるための動力となるモータ等で構成されたアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０の駆動を制御する駆動制御部２１と、検出対象部位Ｓからの反力の検出に基づいて、圧子１６による検出対象部位Ｓへの押込力を一定時間毎に測定する力センサ２２とにより構成されている。
【００１７】
前記駆動制御部２１では、圧子１９の動作による検出対象部位Ｓへの押込力が予め設定された振幅と周波数で周期的に経時変化するように、力センサ２２の測定結果をフィードバックしながらアクチュエータ２０の駆動が制御される。具体的に、駆動制御部２１では、時間に対する押込力の関係が、予めユーザにより設定された振幅及び周波数を有する正弦波状で周期的に変化するように、アクチュエータ２０の駆動が制御される。前記筋肉内脂肪量を求める以降の処理では、少なくとも２パターンとなる複数の周波数パターンで圧子１９を動作させ、当該周波数パターン毎にデータ取得手段１７で取得された検出対象部位Ｓの変形量の時系列データが用いられる。
【００１８】
前記データ取得手段１７では、検出対象部位Ｓへの押込力の時系列データとともに、圧子１９の移動量に対応するアクチュエータ２０の駆動量を図示省略したセンサを用いて所定時間毎に検出することにより、圧子１９によって押圧された検出対象部位Ｓの変形量（変位量）が所定時間毎に求められ、当該変形量の時系列データが得られる。すなわち、ここでは、前記押込力の時系列データとして、時間ｔと押込力ｆの関係式である入力正弦波（ｆ＝ｆ０ｓｉｎ（ωｔ））が特定されるとともに、前記変形量の時系列データとして、時間ｔと変形量ｘの関係式である出力正弦波（ｘ＝ｘ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ））が求められる。これら各式において、ωは、周波数であり、ｆ０は、押込力の振幅であり、ｘ０は、変形量の振幅であり、φは、入力正弦波に対する出力正弦波の位相の時間遅れを表す。なお、本発明者らの実験研究によれば、押込力の振幅ｆ０と変形量の振幅ｘ０が小さい所定領域内では、上記各式で表されるように、押込力を正弦波状に経時変化させたときに、変形量も、同一の周波数ωの正弦波状で経時変化する性質を見出しており、本発明では、この性質を利用できる前記所定領域内でのデータを用いて、後述するように、筋肉内脂肪量を求めるようになっている。従って、このような性質の出力正弦波が得られるように予め振幅ｆ０及び周波数ωが調整された上で、検出対象部位Ｓに押圧力が付加される。
【００１９】
前記組織内脂肪測定装置１３は、ＣＰＵ等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成され、当該コンピュータを以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。
【００２０】
この組織内脂肪測定装置１３は、押込力の振幅ｆ０に対する変形量の振幅ｘ０の割合を表すゲインＡを求めるゲイン算出手段２４と、ゲインＡと周波数ωの関係式を求める周波数応答導出手段２５と、周波数応答導出手段２５で求めた関係式に基づいて、筋肉内脂肪量を求める組織内脂肪算出手段２６とを備えている。
【００２１】
前記ゲイン算出手段２４では、複数の周波数パターンで圧子１９を動作させたときに、それぞれの周波数バターンについて、そのときの出力正弦波での変形量の振幅ｘ０を、そのときの入力正弦波での押込力の振幅ｆ０で除算することで、周波数ω毎にゲインＡ（Ａ＝ｘ０／ｆ０）がそれぞれ求められる。
【００２２】
前記周波数応答導出手段２５では、次のようにして、ゲインＡと周波数ωの関係式が求められる。すなわち、本発明者らの研究結果によれば、押込力の振幅ｆ０と変形量の振幅ｘ０が小さい前述の所定領域内では、周波数ωとゲインＡの関係を両対数グラフ化したときに、図２中下側の線分のように、ほぼ線形の関係が成り立つことから、各周波数ωとそのときのゲインＡとから、次の式（１）が導き出される。
【数１】
0006675569.tif 000002
上式（１）において、ｒは、周波数ωの変化に対するゲインＡの変化割合である傾きを表し、この傾きは、本発明者らの研究結果によれば、生体軟組織の弾性要素と粘性要素の比率を数値化した指標値である粘弾性比率ｒに対応し、０から１までの値を採る。ここで、粘弾性比率ｒが、０の場合に完全弾性体となる一方、１の場合に完全粘性体（流動体）となる。なお、式（１）の切片を表すＧは、本発明者らの研究結果によれば、生体軟組織の硬さに対応する指標値となる。
【００２３】
前記組織内脂肪算出手段２６では、上式（１）で特定された粘弾性比率ｒと、前述した位相の時間遅れφとから、本発明者らの研究により導出された次式（２）に基づいて、筋肉内脂肪量Ｒが求められる。
【数２】
0006675569.tif 000003
なお、本発明者らの研究結果によれば、繊維組織に脂肪組織が混在する非均質組織を対象とした場合、前述した通り、変位量に係る出力正弦波は、押込力に係る入力正弦波に対して、周波数が同一となり、脂肪組織の状態（量）に対応して位相のみがずれる結果になり、しかも、図２中上側の線分のように、周波数ωを変化させても、位相の時間遅れφがほぼ一定となることが分かっているため、周波数ωに依らない上式（２）により、筋肉内脂肪量Ｒを求めることが可能となる。なお、上式（２）によれば、脂肪組織が無い単一材料の繊維組織（肝臓等）の場合は、筋肉内脂肪量Ｒがゼロであり、粘弾性比率ｒのみによって位相の時間遅れφが決まることになる。換言すれば、筋肉内脂肪量Ｒの変化によって、位相の時間遅れφが変化することになる。
【００２４】
前記情報提示装置１４では、例えば、組織内脂肪測定装置１３で求めた粘弾性比率ｒ、組織の硬さを表す指標値Ｇ、筋肉内脂肪量Ｒをそのまま数値として、或いは、グラフ等の図表化した画像として、図示しないモニタを通じてユーザに直接提示する構成を挙げることができる。
【００２５】
なお、当該情報提示装置１４としては、特に限定されるものではなく、当該情報を画像で表示可能な各種の表示装置、前記情報を音声や刺激等で提示可能なスピーカーや刺激提示装置等、種々の装置を採用することができる。
【００２６】
次に、前記組織内脂肪検出システム１０において、筋肉内脂肪量Ｒを求める操作手順及び処理手順を説明する。
【００２７】
先ず、筋肉内脂肪量Ｒを測定したい検出対象部位Ｓに圧子１９を少し押し込んだ状態でセットし、ユーザが指定したある周波数や最大押込力（振幅ｆ０）により、当該初期セット位置に対して周期的に外力を加えたり緩めたりする。つまり、押込力の経時変化の状態が、初期セット位置に対し、検出対象部位Ｓを押込む方向と離れる方向に周期的に正弦波状に変化するように圧子１９が動作する。そして、データ取得手段１７では、圧子１９によって押圧された検出対象部位Ｓの変形量が所定時間毎に測定され、変形量の時系列データが取得される。このとき、当該変形量の時系列データが、押込力とほぼ同一の周波数の正弦波状となっている場合には、以降の処理が継続して行われ、そうでない場合は、押込力に関する他の周波数と振幅をユーザが再度設定し、検出対象部位Ｓの変形量が正弦波状となる時系列データが得られるまで行う。このように正弦波状の変形量の時系列データが得られる状態で、押込力の周波数を変化させ、各周波数それぞれについて、変形量の時系列データが取得される。
【００２８】
次に、前述したように、ゲイン算出手段２４において、複数回行った周波数パターン毎に、それぞれ得られた変形量の時系列データからゲインＡが周波数毎に求められた後、周波数応答導出手段２５において、ゲインＡと周波数ωの関係式が求められ、粘弾性比率ｒが特定される。最後に、組織内脂肪算出手段２６において、粘弾性比率ｒと、押込力の時系列データである入力正弦波に対する変形量の時系列データである出力正弦波の位相の時間遅れφとから、筋肉内脂肪量Ｒが求められる。
【００２９】
以上のように求めた筋肉内脂肪量Ｒは、繊維組織と脂肪組織が存在する非均質な生体軟組織において、脂肪組織が繊維組織に入り込んでいる量を表し、脂肪量の空間的な構造を定量的に表すパラメータとして活用できる。
【００３０】
なお、前記押圧変形測定装置１２としては、前述の構造に限定されるものではなく、前述と同様の作用を奏する限りにおいて、種々の構造のセンサや計測機器の代替適用、若しくは併用が可能である。
【００３１】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  組織内脂肪検出システム
１２  押圧変形測定装置
１３  組織内脂肪測定装置
１６  押込手段
１７  データ取得手段
２４  ゲイン算出手段
２５  周波数応答導出手段
２６  組織内脂肪算出手段
【図１】
0006675569.tif 000004
【図２】
0006675569.tif 000005