(57)【要約】【課題】被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で生体内部の情報を計測する。【解決手段】加振器１は、可聴域の範囲から選択された単一の周波数の振動波を生体に与える。受振器２は、加振器１が生体に振動波を与える位置から所定距離離れた位置で、生体１０を伝わる振動波を受振する。探索部３Ａは、加振器１によって生体１０に与えられる振動波の周波数を変更しながら、加振器１により生体１０に与えられる振動波と受振器２で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような振動波の周波数を探索する。算出部３Ｂは、探索部３Ａで探索された周波数に基づいて、生体１０中における振動波の伝搬速度を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴域の範囲から選択された単一の周波数の振動波を生体に与える加振部と、
前記加振部が前記生体に前記振動波を与える位置から所定距離離れた位置で、前記生体を伝わる振動波を受振する受振部と、
前記加振部によって前記生体に与えられる振動波の周波数を変更しながら、前記加振部により前記生体に与えられる振動波と前記受振部で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような前記振動波の周波数を探索する探索部と、
前記探索部で探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を算出する算出部と、
を備える生体計測装置。
【請求項２】
球面のプローブを前記生体に所定の深さ押し込んだ状態で計測される応力を計測する応力計測部を備え、
前記算出部は、
前記応力計測部で計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
請求項１に記載の生体計測装置。
【請求項３】
前記算出部は、
算出した前記伝搬速度と、前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を算出する、
請求項２に記載の生体計測装置。
【請求項４】
前記算出部は、
算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び／又は脂肪組織の比率に関する情報を算出する、
請求項３に記載の生体計測装置。
【請求項５】
前記加振器は、
前記生体における異なる２つの加振点を前記各加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記受振器は、
前記２つの加振点の中央１点である受振点で受振する、
請求項１に記載の生体計測装置。
【請求項６】
コンピュータが、加振器によって生体に与えられる振動波の周波数を可聴域の範囲で変更しながら、前記加振器により前記生体に与えられる振動波と前記受振器で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような前記振動波の周波数を探索する探索ステップと、
コンピュータが、前記探索ステップで探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を前記生体の硬さに関する情報として算出する算出ステップと、
を含む生体計測方法。
【請求項７】
球面型のプローブを前記生体の組織を所定の深さまで押し込んだ時に得られる応力を計測する応力ひずみ計を用いて、当該応力を計測する計測ステップを含み、
前記算出ステップでは、
前記コンピュータが、
前記計測ステップで計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
請求項６に記載の生体計測方法。
【請求項８】
前記算出ステップでは、
コンピュータが、前記伝搬速度と前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
請求項７に記載の生体計測方法。
【請求項９】
前記算出ステップでは、
コンピュータは、算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び／又は脂肪組織の比率に関する情報を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
請求項８に記載の生体計測方法。
【請求項１０】
前記探索ステップでは、
前記加振器と前記受振器とを水平に配置して前記振動波の周波数を探索する、
請求項６から９のいずれか一項に記載の生体計測方法。
【請求項１１】
前記探索ステップでは、
乳房の上側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測し、
乳房の下側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測する、
請求項１０に記載の生体計測方法。
【請求項１２】
前記探索ステップでは、
前記生体における異なる複数の加振点を前記加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記複数の加振点の中央１点を受振点として前記受振器で受振する、
請求項６に記載の生体計測方法。
【請求項１３】
乳房を計測対象として、請求項６から１２のいずれか一項に記載の生体計測方法を行って、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を求め、その伝搬速度の変化に基づいて、乳がんを検出する、
検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体計測装置、生体計測方法及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体等の生体内部の情報を調べるには様々な方法があり、Ｘ線を用いたり、超音波を用いたり、生体組織の一部を取り出したりすることが行われている。例えば、超音波を用いて生体の硬さを計測する硬さ測定装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２８７２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生体内部の情報の計測は、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で行われるのが望ましい。また、例えば、超音波は、生体内を通りにくく、計測できる範囲に限界がある。
【０００５】
本発明は、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で生体内部の情報を計測することができる生体計測装置、生体計測方法及び検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る生体計測装置は、
可聴域の範囲から選択された単一の周波数の振動波を生体に与える加振部と、
前記加振部が前記生体に前記振動波を与える位置から所定距離離れた位置で、前記生体を伝わる振動波を受振する受振部と、
前記加振部によって前記生体に与えられる振動波の周波数を変更しながら、前記加振部により前記生体に与えられる振動波と前記受振部で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような前記振動波の周波数を探索する探索部と、
前記探索部で探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を算出する算出部と、
を備える。
【０００７】
この場合、球面のプローブを前記生体に所定の深さ押し込んだ状態で計測される応力を計測する応力計測部を備え、
前記算出部は、
前記応力計測部で計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
こととしてもよい。
【０００８】
前記算出部は、
算出した前記伝搬速度と、前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を算出する、
こととしてもよい。
【０００９】
前記算出部は、
算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び／又は脂肪組織の比率に関する情報を算出する、
こととしてもよい。
【００１０】
前記加振器は、
前記生体における異なる２つの加振点を前記各加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記受振器は、
前記２つの加振点の中央１点である受振点で受振する、
こととしてもよい。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る生体計測方法は、
コンピュータが、加振器によって生体に与えられる振動波の周波数を可聴域の範囲で変更しながら、前記加振器により前記生体に与えられる振動波と前記受振器で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような前記振動波の周波数を探索する探索ステップと、
コンピュータが、前記探索ステップで探索された周波数に基づいて、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を前記生体の硬さに関する情報として算出する算出ステップと、
を含む。
【００１２】
この場合、球面型のプローブを前記生体の組織を所定の深さまで押し込んだ時に得られる応力を計測する応力ひずみ計を用いて、当該応力を計測する計測ステップを含み、
前記算出ステップでは、
前記コンピュータが、
前記計測ステップで計測された応力に基づいて、前記生体のヤング率を算出する、
こととしてもよい。
【００１３】
前記算出ステップでは、
コンピュータが、前記伝搬速度と前記生体のヤング率とに基づいて、前記生体の密度を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
こととしてもよい。
【００１４】
前記算出ステップでは、
コンピュータは、算出した前記生体の密度に基づいて、前記生体における筋肉組織及び／又は脂肪組織の比率に関する情報を前記生体の硬さに関する情報として算出する、
こととしてもよい。
【００１５】
前記探索ステップでは、
前記加振器と前記受振器とを水平に配置して前記振動波の周波数を探索する、
こととしてもよい。
【００１６】
前記探索ステップでは、
乳房の上側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測し、
乳房の下側部分に前記加振器と前記受振器とを配置して前記探索ステップ及び前記算出ステップを行って、その部分における前記振動波の伝搬速度を計測する、
こととしてもよい。
【００１７】
前記探索ステップでは、
前記生体における異なる複数の加振点を前記加振器でそれぞれ同位相又は逆位相で加振し、
前記複数の加振点の中央１点を受振点として前記受振器で受振する、
こととしてもよい。
【００１８】
本発明の第３の観点に係る検出方法は、
乳房を計測対象として、本発明の第２の観点に係る生体計測方法を行って、前記生体中における前記振動波の伝搬速度を求め、その伝搬速度の変化に基づいて、乳がんを検出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、可聴域における単一の周波数の振動波を生体に与える加振部と生体を伝わる振動波を受振する受振部との距離を予め定められた距離とする。そして、生体に与えられる振動波の周波数を変更しながら、加振部により生体に与えられる振動波と受振部で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような振動波の周波数を探索する。このようにすれば、生体を伝わる振動波の周波数と波長との関係がわかるため、生体における振動波の伝搬速度を求めることができる。生体における振動波の伝搬速度は、生体の硬さに応じて変化するため、生体内部の情報を得るための基礎的な情報となる。このように、本発明によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で生体内部の情報を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る生体計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２（Ａ）は、加振器モニタ信号と受振信号とで、振動波の位相差が１８０度ずれる場合を示す図であり、図２（Ｂ）は、加振器モニタ信号と受振信号とで、振動波の位相差が５４０度ずれる場合を示す図である。
【図３】振動波の周波数と、加振器モニタ信号と受振信号の振動波の位相差との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る生体計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る生体計測装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る生体計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３に係る生体計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】乳房における加振器と受振器との配置パターンを示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、パターンＡの配置（加振器を上にした場合）における位相グラフの一例である。図９（Ｂ）は、パターンＡの配置（加振器を下にした場合）における位相グラフの一例である。
【図１０】図１０（Ａ）は、パターンＣの配置（加振器を上にした場合）における位相グラフの一例である。図１０（Ｂ）は、パターンＣの配置（加振器を下にした場合）における位相グラフの一例である。
【図１１】図１１（Ａ）は、パターンＢの配置における位相グラフの一例である。図１１（Ｂ）は、パターンＤの配置における位相グラフの一例である。
【図１２】図１２（Ａ）は、加振点から半波長分だけ離れた受振点での振動が測定される様子を示す模式図である。図１２（Ｂ）は、加振点から１波長分だけ離れた受振点での振動が測定される様子を示す模式図である。
【図１３】１点加振法を行う場合の本発明の実施の形態５に係る生体計測装置の構成を示す図である。
【図１４】２点同位相加振法及び２点逆位相加振法を行う場合の本発明の実施の形態５に係る生体計測装置の構成を示す図である。
【図１５】１点加振法の測定結果を示す位相グラフである。
【図１６】２点同位相加振法の測定結果を示す位相グラフである。
【図１７】２点逆位相加振法の測定結果を示す位相グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図において同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００２２】
実施の形態１．
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る生体計測装置１００は、加振器１と、受振器２と、コントローラ３と、を備える。生体計測装置１００は、生体１０の内部の情報を計測する。
【００２３】
加振器（スピーカ）１は、振動波（縦波）を生体１０に与える。加振器１によって与えられる振動波は、コントローラ３により可聴域の範囲から選択された単一の周波数の振動波である。可聴域の範囲としては、０Ｈｚより高く、かつ、２０，０００Ｈｚ以下の様々な範囲を設定することできるが、好ましくは、０Ｈｚより高く、かつ、１０００Ｈｚ以下である。加振器１は、コントローラ３から入力される加振信号に従って振動する。これにより、振動波（縦波）が生体１０内を伝わっていく。
【００２４】
加振器１には、加速度ピックアップ１Ａが取り付けられている。加速度ピックアップ１Ａは、加振器１から生体１０に与えられる振動波の波形を検出する。加速度ピックアップ１Ａは、検出した波形に対応する加振器モニタ信号をコントローラ３に出力する。
【００２５】
受振器２は、加振器１が生体１０と接触する位置から、予め定められた距離Ｌだけ離れた位置で生体１０と接触している。受振器２は、加振器１によって与えられ、生体１０を伝達される振動を受振する加速度ピックアップである。
【００２６】
受振器２で受振される生体１０を伝わる振動波の位相は、加振器１から生体１０に与えられる振動波の位相に対して遅れる。図２（Ａ）に示すように、加振器モニタ信号と受振信号とで、位相差が１８０度ずれる場合、加振器１と受振器２との距離Ｌは、生体１０を伝わる振動波の半波長（Ｌ＝λ／２）となる。また、図２（Ｂ）に示すように、加振器モニタ信号と受振信号とで、位相差が５４０度ずれる場合、加振器１と受振器２との間の距離は、生体１０を伝わる振動波の半波長（Ｌ＝３λ／２）となる。このように、加振器１と受振器２との間の距離Ｌと、加振器モニタ信号と受振信号との位相差を求めれば、生体１０を伝わる振動波の波長を求めることができる。
【００２７】
加振器１と受振器２との間の距離が同じであっても、加振器モニタ信号と受振信号との位相差は、振動波の周波数に応じて変化する。図３に示すように、振動波の周波数が上がっていくにつれ、受振信号は、加振器モニタ信号に対して遅れていく。周波数がｆ１、ｆ２、ｆ３になると、位相差は、１８０度のｍ（ｍは自然数）倍となる。
【００２８】
本実施の形態に係る生体計測装置１００は、加振器１と受振器２との距離Ｌと、生体１０を伝わる振動波の周波数と、加振器モニタ信号と受振信号との位相差とに基づいて、生体１０を伝わる振動波の伝搬速度Ｖを、生体内部の情報として計測する。例えば、加振器モニタ信号と受振信号との位相差が１８０度となる振動波の周波数ｆ１を求める。そして、そのときの振動波の波長λ＝２Ｌに基づいて、振動波の伝搬速度Ｖが求まる。
【００２９】
図１に戻り、コントローラ３は、加振器１と受振器２とを制御して、上記計測を行う。具体的には、コントローラ３は、加振器１に、選択した周波数の加振信号を出力するとともに、加速度ピックアップ１Ａから出力される加振器モニタ信号を入力し、受振器２から出力される受振信号を入力する。コントローラ３は、加振器１に出力する加振信号を調整しながら、加速度ピックアップ１Ａから出力される加振器モニタ信号と受振器２で受振される受振信号とに対して信号処理を行うことにより、生体１０内部の情報を計測する。
【００３０】
コントローラ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及び入出力装置を有するコンピュータである。コントローラ３は、記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、加振信号の調整と、加振器モニタ信号と受振信号とに対する信号処理を行う。
【００３１】
図１に示すように、コントローラ３は、加振信号の調整と、加振器モニタ信号と受振信号とに対する信号処理を行うプログラムを実行することにより実現される機能の構成として、探索部３Ａと、算出部３Ｂと、を備えている。
【００３２】
探索部３Ａは、加振器１に加振信号を出力する。この加振信号は単一の周波数を有する正弦波状の信号である。加振器１は、加振信号に従って振動し、加振信号の周波数に合致する振動波（縦波）を生体１０に伝達する。探索部３Ａは、可聴域の範囲で、加振信号の周波数を変更可能である。加振信号の周波数を変更することにより、加振器１によって生体１０に与えられる振動波の周波数を変更する。
【００３３】
探索部３Ａは、加振信号の周波数を変更しながら、加振器モニタ信号と受振信号を受信する。探索部３Ａは、加振器モニタ信号と受振信号との位相差を算出する。探索部３Ａは、算出した位相差が特定の位相差となるまで、加振信号の周波数を変更する。例えば、探索部３Ａは、加振器１によって生体１０に与えられる振動波の周波数を変更しながら、加振器１により生体１０に与えられる振動波と受振器２で受振される振動波との位相差が特定の位相差（−１８０度）となるような振動波の周波数ｆ１を探索する。
【００３４】
算出部３Ｂは、探索部３Ａで探索された周波数に基づいて、生体１０中における振動波の伝搬速度Ｖを算出する。
Ｖ＝ｆ１×２Ｌ…（１）
【００３５】
次に、生体計測装置１００の計測動作について説明する。
【００３６】
図４に示すように、加振器１と受振器２とのセッティングを行う（ステップＳ１）。具体的には、加振器１と受振器２を所定の間隔Ｌ開いた状態でサンプル（生体１０）に接触させる。
【００３７】
続いて、加振器１を振動波の周波数を０Ｈｚから１０００Ｈｚまでスイープさせる（ステップＳ２）。
【００３８】
続いて、探索部３Ａは、それぞれの周波数について加振器モニタ信号の位相と受振信号の位相とを検出し、両者の位相差を検出する（ステップＳ３）。
【００３９】
続いて、探索部３Ａは、位相差が−１８０度となる振動波の周波数ｆ１を決定する（ステップＳ４）。
【００４０】
続いて、算出部３Ｂは、上記式（１）を用いて、振動波の伝搬速度Ｖを算出する（ステップＳ５）。振動波の伝搬速度Ｖは、生体１０の硬さを示す情報となる。伝播速度Ｖが大きければ大きいほど、生体１０の計測部位は硬いということになる。
【００４１】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、可聴域における単一の周波数の振動波を生体１０に与える加振器１と生体１０を伝わる振動波を受振する受振器２との距離を予め定められた距離Ｌとする。そして、生体１０に与えられる振動波の周波数を変更しながら、加振器１により生体に与えられる振動波と受振器２で受振される振動波との位相差が特定の位相差となるような振動波の周波数を探索する。
【００４２】
このようにすれば、加振器１と受振器２との距離Ｌ、振動波の位相差１８０°及び周波数ｆ１の関係に基づいて、生体１０における振動波の伝搬速度Ｖを求めることができる。生体１０における振動波の伝搬速度Ｖは、生体１０の硬さに応じて変化する、生体１０の内部の情報を得るための基礎的な情報となる。このように、本実施の形態に係る生体計測装置１００によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で生体１０内部の情報を計測することができる。
【００４３】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、生体１０内部の情報の計測に、生体計測装置１００の他に、図５に示す応力ひずみ計１０１が用いられる。
【００４４】
図５に示すように、応力ひずみ計１０１は、棒状体２０と、応力計測部２１と、押し当て部２２と、を備える。棒状体２０は、応力計測部２１から外部に突き出しており、突き出した先端には、原点Ｏを中心とする半径Ｒの球の球面の一部が形成されている。応力計測部２１は、棒状体２０の先端に物を押し当てた場合の応力Ｆを計測する。押し当て部２２は、生体１０に棒状体２０の先端を押し当てた場合に、生体１０表面に押し当てられる。この押し当て部２２により、棒状体２０の先端が生体１０に入り込む深さはｈとなる。
【００４５】
応力ひずみ計１０１を、図５に示すように生体１０に押し付けた場合に求められる応力Ｆは、コントローラ３に送られる。
【００４６】
本実施の形態では、算出部３Ｂは、応力Ｆに基づいて、生体１０のヤング率を算出する。生体１０のヤング率Ｅは、次式を用いて求められる。
Ｅ＝（３／４）×（Ｆ／（Ｒ１／２×ｈ２／３）×（１−σ２）…（２）
ここで、σはポアソン比である。σは、計測対象の部位が筋肉組織である場合には、例えば０．４９０を使用することができ、部位が脂肪組織である場合には、例えば０．４９５を使用することができる。
【００４７】
なお、上記式（２）は、以下の公知の固体接触式に基づいて、被接触側の半径Ｒ’を無限大と置くことにより得られる式である。
ｈ＝Ｆ２／３［Ｄ２（１／Ｒ＋１／Ｒ’）］１／３  …（３）
ここで、Ｄ＝３／４（（１−σ）２／Ｅ＋（１−σ’）２／Ｅ’）である。σ’、Ｅ’は、棒状体２０のポアソン比及びヤング率である。
【００４８】
さらに、算出部３Ｂは、上記実施の形態１と同様に、算出した伝搬速度Ｖと、生体１０のヤング率Ｅとに基づいて、生体１０の密度ρを、次式を用いて算出する。
ρ＝（ａ２×Ｅ）／Ｖ２  …  （４）
上記式（４）のａは、生体１０の形状、振動波の振動数と測定場所によって決まる定数である。
【００４９】
図６に示すように、探索部３Ａ及び算出部３Ｂは、上記実施の形態１と同様に、ステップＳ１〜Ｓ５を行う。続いて、応力ひずみ計１０１を用いて、応力Ｆの計測を行う（ステップＳ６）。計測された応力Ｆは、算出部３Ｂに送られる。算出部３Ｂは、応力ひずみ計１０１で計測される生体１０の応力Ｆに基づいて、生体１０のヤング率Ｅを、上記式（２）を用いて算出する（ステップＳ７）。続いて、算出部３Ｂは、生体１０の密度ρを、上記式（４）を用いて算出する（ステップＳ８）。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で、生体１０の密度ρを求めることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、応力ひずみ計１０１で計測された生体１０の応力Ｆを自動的に算出部３Ｂに送り、算出部３Ｂが応力ひずみ計１０１から送られた応力Ｆを用いてヤング率Ｅを算出したが、本発明はこれには限られない。例えば、応力ひずみ計１０１で計測された応力Ｆを、計測者が、入出力装置を操作してコントローラ３に応力Ｆを入力し、算出部３Ｂが、入力された応力Ｆを用いてヤング率Ｅを算出するようにしてもよい。
【００５２】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、生体１０の脂肪組織の比率を測定する。
【００５３】
算出部３Ｂは、上記実施の形態２と同様に、算出した生体１０の密度ρに基づいて、生体１０における筋肉組織及び／又は脂肪組織の比率に関する情報を算出する。ここで、筋肉組織の比率をｘとし、脂肪組織の比率をｙとする。一般に、筋肉組織の密度は１．０６に近く、脂肪組織の密度は０．９０に近いので、生体の密度ρは、次式で表される。
ρ＝１．０６ｘ＋０．９０ｙ  …  （５）
ｘ＋ｙ＝１．０…（６）
上記式（５）、（６）より、脂肪組織の比率ｙは、次式のようになる。
ｙ＝（１．０６−ρ）／０．１６  …  （７）
【００５４】
図７に示すように、探索部３Ａ及び算出部３Ｂ等は、上記実施の形態２と同様に、ステップＳ１〜Ｓ８を実行する。ステップＳ８実行後、算出部３Ｂは、算出した密度ρに基づいて、式（６）を用いて脂肪組織の比率ｙを算出する（ステップＳ９）。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者の身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で、生体１０の脂肪組織の比率ｙを求めることができる。
【００５６】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態では、乳房の硬さを計測する。
【００５７】
本実施の形態では、図８に示すように、以下に示す幾つかの配置パターンで加振器１及び受振器２を配置してそれぞれ計測を行った。なお、加振器１と受振器２との間隔Ｌは５ｃｍとしている。
パターンＡ：乳房３０の左側で加振器１と受振器２とを鉛直方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は上下方向となる。
パターンＢ：乳房３０の上側で加振器１と受振器２とを水平方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は水平方向となる。
パターンＣ：乳房３０の右側で加振器１と受振器２とを鉛直方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は上下方向となる。
パターンＤ：乳房３０の下側で加振器１と受振器２とを水平方向に配置する配置パターンである。この場合、振動波の伝達方向は水平方向となる。
【００５８】
図９（Ａ）には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンＡで加振器１を上側とした場合の位相グラフが示されている。また、図９（Ｂ）には、パターンＡで加振器１を下側とした場合の位相グラフが示されている。図９（Ａ）と、図９（Ｂ）を比較するとわかるように、パターンＡでは、加振器１及び受振器２を上下反転しただけで、周波数ｆ１の値が大幅に異なるようになった。
【００５９】
図１０（Ａ）には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンＣでかつ加振器１を上側とした場合の位相グラフが示されている。また、図１０（Ｂ）には、パターンＣでかつ加振器１を下側とした場合の位相グラフが示されている。図１０（Ａ）と、図１０（Ｂ）を比較するとわかるように、パターンＣでは、加振器１及び受振器２を上下反転しただけで、周波数ｆ１の値が大幅に異なるようになった。
【００６０】
図１１（Ａ）には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンＢでの位相グラフが示されている。パターンＢでは、加振器１を左側にしても右側にしても周波数ｆ１の値に変化はなく、その値はほぼ同じで４４．４Ｈｚであった。このとき、伝播速度Ｖは以下のように算出される。
Ｖ＝０．０５×２×４４．４＝４．４ｍ／ｓ
【００６１】
図１１（Ｂ）には、被検者の姿勢を立居とした状態で、パターンＤでの位相グラフが示されている。パターンＤでは、加振器１を左側にしても右側にしても周波数ｆ１の値に変化はなく、その値はほぼ同じで３７２．８Ｈｚであった。このとき、伝搬速度Ｖは以下のように算出される。
Ｖ＝０．０５×２×３７２．８＝３７．２ｍ／ｓ
【００６２】
このように、本実施の形態では、加振器１と受振器２とを水平に配置した方が、精度良く計測を行うことができることが明らかとなった。
【００６３】
ところで、同じ被検者が寝た状態でパターンＢでの計測を行った場合には、周波数ｆ１は、７４．０Ｈｚとなり、振動波の伝播速度Ｖは７．４ｍ／ｓとなった。一方、被検者が寝た状態でパターンＤの計測を行った場合には、周波数ｆ１は、１３４．６Ｈｚとなり、伝搬速度Ｖは１３．５ｍ／ｓとなった。
【００６４】
以上の結果から同じ被検者で同じ箇所を計測しても、立った状態と寝た状態とで、それぞれ振動波の伝搬速度Ｖが異なることがわかる。具体的には、パターンＢの計測位置、すなわち乳房３０の上半分は、立った方が寝た姿勢よりも柔らかくなり、パターンＤの計測位置、すなわち乳房３０の下側では、寝た姿勢の方が、立った状態よりも柔らかくなった。被検者の姿勢に応じた乳房３０の各部位の硬さの変化等は、その乳房３０に装着される下着の形状などを決める際に有用な情報となる。例えば、立ったとき、座ったときの乳房３０の各部位の硬さを測定し、それぞれの姿勢に応じて、ほどよい締め付け力を有する下着をオーダーメイドでつくることも可能となる。
【００６５】
この他、本実施の形態に係る生体計測装置１００は、乳がんの検出にも適用することができる。乳がんの腫瘍は、正常な組織に比べ、１０倍以上硬いことが知られている。したがって、生体計測装置１００を用いて、乳房３０の同じ部位における振動波の伝搬速度Ｖの変化を観察する。例えば、その部位で、ある時点で、振動波の伝搬速度Ｖが速くなった場合には、その部位の細胞組織が硬くなったことを示しているので、乳がんの発生を疑うことができる。このような計測を行うことにより、マンモグラフィ検査等を行うことなく、乳がんを早期発見することも可能となる。
【００６６】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。ここでは、上記各実施の形態に係る生体計測装置１００を用いて非破壊で生体１０の硬さを測定する方法の原理について改めてまとめるとともに、加振器１及び受振器２を用いた振動の伝達方法のバリエーションについて説明する。本実施の形態に係る生体計測装置１００は、加振器１を２つ備える。なお、本実施の形態では、加振器１は、縦波だけでなく横波も生体１０に伝える。
【００６７】
一般に、波は媒質の硬いものでは速く伝播し、軟らかいものでは遅く伝播する性質がある。これは、波の伝播速度Ｖ［ｍ／ｓ］と、媒質の硬さ（ヤング率）Ｅ、密度ρの間で、以下の式（１）’のような関係があるからである。
Ｖ＝Ｃ×√（Ｅ／ρ）  …（１）’
ここで、係数Ｃは、縦波と横波の場合でポアソン比によってのみ表される式である。ポアソン比は、生体１０であれば０．３から０．５の間で一定の値をとるので、係数Ｃはほぼ定数になる。また、密度ρについても、生体１０であれば水の密度に近い定数をとる。このように係数Ｃと密度ρは定数であるので、式（１）’から、伝播速度Ｖを測定すれば、硬さＥを定量的に評価することができる。
【００６８】
振動の伝播速度Ｖを評価する方法には、振動の伝播の距離ｌと時間ｔを直接測定して評価する方法と、加振点と受振点の位相差θを用いて評価する方法の２つがある。伝播の距離ｌと時間ｔを直接測る方法では、加振点でパルス状の振動を一定の周期で与え、加振点から距離ｌの位置に置かれた受振点までパルス波が到達する時間ｔを測定する。しかし、この方法では、超音波などを用いたパルス波発生装置や、コンピュータによる振動制御部と受振部の製作費用が高額になる。
【００６９】
一方、位相差θを用いて評価する方法では、次の式（２）’を用いて伝播速度Ｖ［ｍ／ｓ］を求める。
Ｖ＝３６０×ｆ×ｌ／θ  …（２）’
ここで、ｆ［Ｈｚ］は振動数であり、ｌ［ｍ］は加振点と受振点の間の距離である。また、θ［°］は、加振器１の加振点での振動の位相から受振器２の受振点の振動の位相を引いた位相差である。ここで、例えば、加振点と受振点の位相差が１８０度である場合には、図１２（Ａ）に示すように加振点から半波長分だけ離れた受振点での振動が測定され、加振点と受振点の位相差が３６０度の場合には、図１２（Ｂ）に示すように、加振点から１波長分だけ離れた受振点での振動が測定される。
【００７０】
このように、加振点での振動と受振点で受振される振動との位相差θを用いる方法では、可聴域内（２０〜７０００Ｈｚ）の正弦波の機械振動を生体１０に与えるだけよいため、装置の構造を簡素にすることができるので、装置の故障を発生しにくくすることができるうえ、装置の製造費用を抑えることができる。また、加振器１の加振点から継続的に正弦波を与えるため、フーリエ変換（ＦＦＴ）を安定的に実行でき、位相差θの検出精度を向上することができる。そこで、本実施の形態に係る生体計測装置１００は、一定の振動数ｆと距離ｌの下で、位相差θを測定する。
【００７１】
受振感度の向上のため、本実施の形態に係る生体計測装置１００では、生体１０の特徴に応じて以下に示す３つの方法のいずれかを用いて、加受振間の振動の伝播速度を測定し硬さを評価する。なお、生体計測装置１００は、２台の加振器１を備えている。
【００７２】
（１）１点加振法
図１３に示すように、加振器１を１台用いて１点で加振し受振器２により１点で受振する方法である。この方法は、生体１０の硬さが位置によって変化する場合、すなわち硬さが不均一な場合に、測定箇所ごとの硬さを測定できる。
【００７３】
（２）２点同位相加振法
図１４に示すように、加振器１を２台用いて異なる２つの加振点を同位相で加振し、２つの加振器１の中央１点を受振点として受振器により受振する方法である。２つの加振点を同位相で加振すると、加振点で発生した横波は、波動の重ね合わせの原理により受振点での横波の振幅が大きくなり受振が容易になる。ただし、加振点で発生した縦波は受振点で相殺されるので、この方法で縦波を利用した伝播速度の測定には向かない。また、２つの加振点間の硬さが均一な場合では受振が容易であるが、不均一な場合には加振点から異なる伝播速度で受振点に振動波が到達するために、受振点での位相がそろわず伝播速度Ｖの測定精度が低下する。
【００７４】
（３）２点逆位相加振法
図１４に示すように、加振器１を２台用いて異なる２つの加振点を逆位相で加振し、２つの加振器１の中央１点を受振点として受振器により受振する受振する方法である。２つの加振点を逆位相で加振すると、加振点で発生した縦波は、受振点での縦波の振幅が大きくなり受振が容易になる。一方、加振点で発生した横波は受振点で相殺される。受振が容易な縦波を用いると、生体１０の内部で硬さの異なる組織が受振器の直下付近に局所的に存在する場合、振動の一部が硬さの異なる組織で反射し伝播速度Ｖが変化する。したがって、加振点及び受振点の位置を変えながら伝播速度Ｖの変化を見ることにより、硬さの異なる組織を見つけることができる。また、２つの加振点間の硬さが不均一な場合、（２）と同様の理由で伝播速度の測定精度が悪化する。
【００７５】
以上、（１）、（２）、（３）の方法についての特徴をまとめると、以下の表に示すようになる。このように、１点加振法、２点同位相加振法、２点逆位相加振法は、生体１０の状態に応じて使い分けるのが望ましい。生体１０の状態が不明な場合には、１点加振法、２点同位相加振法、２点逆位相加振法全てで測定を行うのが望ましい。
【表１】
2017047193.tif 000003
【００７６】
生体１０の組織に見立てた寒天の伝播速度Ｖを、上記の３つの方法を用いて振動の測定をした。寒天は、縦７ｃｍ、横１６ｃｍ、高さ４ｃｍの直方体として作成した。
【００７７】
なお、１点加振法では、加振点と受振点とを、直方体上面の中央から端にそれぞれ５ｃｍ離れた点に置いた。また、２点同位相加振法と２点逆位相加振法では、受振点を直方体上面の中央に置き、２つの加振点をそれぞれ中央から２．５ｃｍ離れた点に置いた。そして、１０００Ｈｚまでの振動を加振点で寒天に与えた。１点加振法、２点同位相加振法、２点逆位相加振法の３方法により、寒天に振動を与えて測定した結果を図１５、図１６、図１７に示す。
【００７８】
２点同位相・逆位相加振法のときの加振と受振の距離２．５ｃｍは、１点加振法の時の半分なので、式（２）より位相差も半分になることが予想される。実際、０［Ｈｚ］から１０００［Ｈｚ］までの間で測定された２点同位相・逆位相加振法の位相差（図１６と図１７参照）は、１点加振法の位相差（図１５参照）のほぼ半分になっていることがわかった。また、２点同位相加振法では横波を、２点逆位相加振法では縦波を受振点で測定する。両者とも加振と受振の距離が同じであれば、式（２）より位相差は同じであることが予想される。実際、測定された２点同位相加振法の位相差（図１６参照）は２点逆位相加振法の位相差（図１７参照）と同じであることがわかった。
【００７９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、被爆及び痛みを伴わず、被検者に身体にできるだけ負担をかけることなく、非侵襲かつ簡便な方法で、乳房３０の各部位の硬さを求めることができる。
【００８０】
なお、上記各実施の形態では、コンピュータが、位相差が１８０度になるような周波数を探索したが、本発明はこれには限られない。例えば、位相差が９０度、２７０度になるような周波数を探索するようにしてもよい。
【００８１】
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、生体内の情報を計測するのに適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  加振器、１Ａ  加速度ピックアップ、２  受振器、３  コントローラ、３Ａ  探索部、３Ｂ  算出部、１０  生体、２０  棒状体、２１  応力計測部、２２  押し当て部、３０  乳房、１００  生体計測装置、１０１  応力ひずみ計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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