JPWO2019088054A1 - Measuring device, measuring method, and measuring program - Google Patents
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- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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Abstract
本発明の一側面に係る測定装置は、圧子に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織に当該圧子を押し込んだ際に、当該圧子に作用する反力を力センサにより測定することで得られる反力データを取得するデータ取得部と、取得した反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した反力データに対して、複数の直線をフィッティングするデータ処理部と、フィッティングにより得られた複数の直線それぞれの傾きを生体軟組織の各層の硬さの指標として取得する硬さ特定部と、を備える。The measuring device according to one aspect of the present invention, by displacing the indenter, when the indenter is pushed into a biological soft tissue having a plurality of layers, it is obtained by measuring the reaction force acting on the indenter with a force sensor. Data acquisition unit that acquires reaction force data, a data processing unit that converts the reaction force value of the acquired reaction force data into a logarithmic scale, and fits multiple straight lines to the converted reaction force data, and fitting A hardness specifying unit that acquires the inclination of each of the plurality of straight lines obtained as described above as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue.
Description
本発明は、生体軟組織における各層の硬さの指標を測定するための測定装置、測定方法、及び測定プログラムに関する。 The present invention relates to a measuring device, a measuring method, and a measuring program for measuring an index of hardness of each layer in a biological soft tissue.
軟組織により構成される生体材料の硬さに関する情報（レオロジー特性）は、医療、福祉、食品などの様々な分野で非常に重要なものである。従来、非破壊的に軟組織の硬さを測定する手法として、表層から力を加えて、その反力から軟組織の硬さを特定する方法が知られている。 Information (rheological properties) on the hardness of biomaterials composed of soft tissues is very important in various fields such as medical treatment, welfare, and food. Conventionally, as a method of nondestructively measuring the hardness of soft tissue, a method of applying a force from the surface layer and specifying the hardness of the soft tissue from the reaction force is known.
例えば、特許文献１では、異なる複数のパターンで生体軟組織を押し込み、その押込力の大きさと生体軟組織の変形量とに基づいて、当該生体軟組織のレオロジー特性を特定する方法が提案されている。当該方法によれば、生体軟組織のレオロジー特性を的確に測定することができる。 For example, Patent Document 1 proposes a method in which a living body soft tissue is pressed in a plurality of different patterns and the rheological characteristics of the living body soft tissue are specified based on the size of the pressing force and the deformation amount of the living body soft tissue. According to this method, the rheological properties of biological soft tissue can be accurately measured.
しかしながら、上記従来の方法では、生体軟組織が複数の層（例えば、脂肪層、筋肉層等）を有することが考慮されておらず、生体軟組織の硬さをひとまとまりで測定していた。そのため、従来の方法では、生体軟組織が有する複数の層それぞれの硬さを特定することは困難であった。 However, in the above-mentioned conventional method, it is not considered that the biological soft tissue has a plurality of layers (eg, fat layer, muscle layer, etc.), and the hardness of the biological soft tissue is collectively measured. Therefore, it is difficult for the conventional method to specify the hardness of each of the plurality of layers of the soft tissue.
本発明は、一側面では、このような点を考慮してなされたものであり、その目的は、生体軟組織が有する複数の層それぞれの硬さの指標を測定可能な技術を提供することである。 The present invention, in one aspect, has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a technique capable of measuring an index of hardness of each of a plurality of layers of a biological soft tissue. ..
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configurations in order to solve the problems described above.
すなわち、本発明の一側面に係る測定装置は、圧子に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織に当該圧子を押し込んだ際に、当該圧子に作用する反力を力センサにより測定することで得られる、当該圧子の変位と当該圧子に作用した反力との関係を示す反力データを取得するデータ取得部と、取得した前記反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した前記反力データに対して、複数の直線をフィッティングするデータ処理部と、前記フィッティングにより得られた前記複数の直線それぞれの傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得する硬さ特定部と、を備える。 That is, the measuring device according to one aspect of the present invention, by displacing the indenter, when the indenter is pushed into the biological soft tissue having a plurality of layers, to measure the reaction force acting on the indenter by the force sensor. Obtained in, the data acquisition unit for acquiring the reaction force data indicating the relationship between the displacement of the indenter and the reaction force acting on the indenter, and converting the value of the reaction force of the acquired reaction force data into a logarithmic scale, For the converted reaction force data, a data processing unit that fits a plurality of straight lines, and a hardness of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue. And a specifying unit.
本件発明者は、後述するとおり、圧子の変位が所定の境界値を超えると、反力の対数スケールの値と変位との関係を示す片対数グラフにおいて、生体軟組織の層の数だけ直線が得られ、各層の硬さの指標（具体的には、非線形弾性率Ｇn）は各直線の傾きとなって表れることを見出した。そこで、当該構成に係る測定装置は、複数の層を有する生体軟組織に圧子を押し込んだ際に、当該圧子に作用する反力を力センサにより測定することで得られる反力データを用いて、当該生体軟組織の各層の硬さを解析する。The present inventor, as will be described later, when the displacement of the indenter exceeds a predetermined boundary value, in a semi-logarithmic graph showing the relationship between the value of the logarithmic scale of the reaction force and the displacement, a straight line corresponding to the number of layers of the soft tissue is obtained. It was found that the index of hardness of each layer (specifically, the nonlinear elastic modulus G n ) appears as the slope of each straight line. Therefore, the measuring device according to the configuration, when the indenter is pushed into the biological soft tissue having a plurality of layers, using the reaction force data obtained by measuring the reaction force acting on the indenter by the force sensor, The hardness of each layer of biological soft tissue is analyzed.
具体的には、当該構成に係る測定装置は、取得した反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した反力データに対して、複数の直線をフィッティングする。そして、当該構成に係る測定装置は、フィッティングにより得られた複数の直線それぞれの傾きを生体軟組織の各層の硬さの指標として取得する。これにより、当該構成によれば、生体軟組織が有する複数の層それぞれの硬さの指標を測定することができる。 Specifically, the measuring device according to the configuration converts the reaction force value of the acquired reaction force data into a logarithmic scale, and fits a plurality of straight lines to the converted reaction force data. Then, the measuring device according to the configuration acquires the inclinations of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue. Thereby, according to the said structure, the hardness index of each of several layers which a biological soft tissue has can be measured.
なお、生体軟組織は、例えば、筋、臓器等を対象とし、生体軟組織の各層は、例えば、脂肪層、表層筋、深層筋等である。圧子は、生体軟組織に押し込み可能な部材であれば、特に限定されなくてもよい。力センサは、圧子に作用する反力を測定可能に構成されていれば特に限定されなくてもよい。当該力センサには、例えば、公知の圧力センサ等が用いられてよい。反力は、圧子の押込み力に対して生体軟組織から圧子に作用する力である。フィッティングには、最小二乗法、線形回帰等の公知の方法が用いられてよい。 The biological soft tissue is, for example, a muscle, an organ, or the like, and each layer of the biological soft tissue is, for example, a fat layer, a superficial muscle, or a deep muscle. The indenter is not particularly limited as long as it is a member that can be pushed into the soft tissue of the living body. The force sensor is not particularly limited as long as it can measure the reaction force acting on the indenter. A known pressure sensor or the like may be used as the force sensor, for example. The reaction force is a force acting on the indenter from the soft tissue of the living body with respect to the pushing force of the indenter. A known method such as a least square method or linear regression may be used for the fitting.
また、上記一側面に係る測定装置において、前記データ処理部は、前記生体軟組織の有する層の数の入力を受け付けてもよく、変換した前記反力データに対して、入力された数の直線をフィッティングしてもよい。当該構成によれば、層の数が予め既知である生体軟組織について、各層の硬さの指標を的確に測定することができる。 In the measuring device according to the one aspect, the data processing unit may accept an input of the number of layers that the biological soft tissue has, and for the converted reaction force data, a straight line of the input number is obtained. You may fit. According to this configuration, the index of the hardness of each layer can be accurately measured for the biological soft tissue in which the number of layers is known in advance.
また、上記一側面に係る測定装置において、前記データ処理部は、前記直線の数を所定の範囲内で変更しながら、変換した前記反力データに対してフィッティングを行ってもよく、前記硬さ特定部は、前記フィッティングにおいて最も適合した数の前記各直線の傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得してもよい。当該構成によれば、層の数が不明な場合に、生体軟組織を構成する層の数を特定しつつ、各層の硬さの指標を測定することができる。 In the measuring device according to the one aspect, the data processing unit may perform fitting on the converted reaction force data while changing the number of the straight lines within a predetermined range. The specifying unit may acquire the slope of each of the straight lines, which is the most suitable number in the fitting, as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue. According to this configuration, when the number of layers is unknown, it is possible to measure the index of hardness of each layer while specifying the number of layers forming the soft tissue of the living body.
また、上記一側面に係る測定装置において、前記硬さ特定部は、取得した前記各層の硬さを、所与の生体軟組織における各層の種類と硬さとの関係を集積した軟組織データベースに照合することで、前記生体軟組織の各層の構成を特定してもよい。当該構成によれば、所与の生体軟組織における各層の種類と硬さとの関係を集積した軟組織データベースを用いて、測定対象の生体軟組織の各層の構成を特定することができる。 Further, in the measuring device according to the one aspect, the hardness identifying unit, the hardness of the obtained each layer, collate with a soft tissue database that accumulates the relationship between the type and hardness of each layer in a given biological soft tissue. Then, the configuration of each layer of the biological soft tissue may be specified. According to this configuration, the configuration of each layer of the biological soft tissue to be measured can be specified by using the soft tissue database in which the relationship between the type and hardness of each layer in a given biological soft tissue is accumulated.
また、上記一側面に係る測定装置において、前記圧子は、一定の速度で押し込まれてよい。当該構成によれば、各層の硬さの指標を解析するのに適した反力データを得ることができる。そのため、生体軟組織が有する複数の層それぞれの硬さの指標を精度よく測定することができる。 Further, in the measuring device according to the one aspect, the indenter may be pushed in at a constant speed. According to this configuration, it is possible to obtain reaction force data suitable for analyzing the index of hardness of each layer. Therefore, the index of hardness of each of the plurality of layers of the soft tissue of the living body can be accurately measured.
なお、上記各形態に係る測定装置の別の形態として、以上の各構成を実現する情報処理方法であってもよいし、プログラムであってもよいし、このようなプログラムを記録したコンピュータその他装置、機械等が読み取り可能な記憶媒体であってもよい。ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的、又は、化学的作用によって蓄積する媒体である。 As another mode of the measuring apparatus according to each of the above modes, an information processing method that realizes each of the above configurations may be a program, or a computer or other apparatus that records such a program. The storage medium may be a machine-readable storage medium. Here, a computer-readable recording medium is a medium that stores information such as programs by electrical, magnetic, optical, mechanical, or chemical action.
例えば、本発明の一側面に係る測定方法は、コンピュータが、圧子に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織に当該圧子を押し込んだ際に、当該圧子に作用する反力を力センサにより測定することで得られる、当該圧子の変位と当該圧子に作用した反力との関係を示す反力データを取得するステップと、取得した前記反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した前記反力データに対して、複数の直線をフィッティングするステップと、前記フィッティングにより得られた前記複数の直線それぞれの傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得するステップと、を実行する情報処理方法である。 For example, the measuring method according to one aspect of the present invention, the computer, by applying a displacement to the indenter, when the indenter is pushed into the biological soft tissue having a plurality of layers, by the force sensor, the reaction force acting on the indenter. Obtaining by measuring, the step of acquiring reaction force data indicating the relationship between the displacement of the indenter and the reaction force acting on the indenter, and converting the value of the reaction force of the acquired reaction force data into a logarithmic scale. , For the converted reaction force data, a step of fitting a plurality of straight lines, a step of acquiring the slope of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue, Is an information processing method for executing.
また、例えば、本発明の一側面に係る測定プログラムは、コンピュータに、圧子に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織に当該圧子を押し込んだ際に、当該圧子に作用する反力を力センサにより測定することで得られる、当該圧子の変位と当該圧子に作用した反力との関係を示す反力データを取得するステップと、取得した前記反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した前記反力データに対して、複数の直線をフィッティングするステップと、前記フィッティングにより得られた前記複数の直線それぞれの傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得するステップと、を実行させるためのプログラムである。 Further, for example, the measurement program according to one aspect of the present invention, the displacement of the indenter to the computer, when the indenter is pushed into the biological soft tissue having a plurality of layers, force the reaction force acting on the indenter. Obtaining by measuring with a sensor, a step of acquiring reaction force data indicating the relationship between the displacement of the indenter and the reaction force acting on the indenter, and the value of the reaction force of the acquired reaction force data on a logarithmic scale. Converting, for the converted reaction force data, a step of fitting a plurality of straight lines, and a step of obtaining the slope of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue And is a program for executing.
本発明によれば、生体軟組織が有する複数の層それぞれの硬さの指標を測定可能な技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of measuring an index of hardness of each of a plurality of layers of a soft tissue of a living body.
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、本実施形態において登場するデータを自然言語により説明しているが、より具体的には、コンピュータが認識可能な疑似言語、コマンド、パラメタ、マシン語等で指定される。 Hereinafter, an embodiment according to one aspect of the present invention (hereinafter, also referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to the drawings. However, the present embodiment described below is merely an example of the present invention in all respects. It goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. That is, in implementing the present invention, a specific configuration according to the embodiment may be appropriately adopted. It should be noted that although the data that appears in this embodiment is described in natural language, more specifically, it is specified by a pseudo language that can be recognized by a computer, a command, a parameter, a machine language, or the like.
§１ 適用例
まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る測定装置１の適用場面を模式的に例示する。§1 Application Example First, an example of a situation in which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 schematically illustrates an application scene of the measuring apparatus 1 according to the present embodiment.
本実施形態では、押圧装置２を用いて、生体軟組織３に力を加える。具体的には、本実施形態に係る押圧装置２は、生体軟組織３に押し当てられる圧子２１、圧子２１を駆動するアクチュエータ２２、及び圧子２１に作用する反力を測定する力センサ２３を備える。これにより、押圧装置２は、アクチュエータ２２により圧子２１に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織３に当該圧子２１を押し込んだ際に、当該圧子２１に作用する反力を力センサ２３により測定することで、圧子２１の変位と当該圧子２１に作用した反力との関係を示す反力データ１２２を取得する。測定装置１は、この反力データ１２２を利用して、生体軟組織３の各層の硬さを解析する。なお、反力は、圧子２１の押込み力に対して生体軟組織３から圧子２１に作用する力である。 In the present embodiment, the pressing device 2 is used to apply a force to the biological soft tissue 3. Specifically, the pressing device 2 according to the present embodiment includes an indenter 21 that is pressed against the soft tissue 3 of the living body, an actuator 22 that drives the indenter 21, and a force sensor 23 that measures a reaction force that acts on the indenter 21. Thereby, the pressing device 2 applies a displacement to the indenter 21 by the actuator 22, and when the indenter 21 is pushed into the biological soft tissue 3 having a plurality of layers, the force sensor 23 detects the reaction force acting on the indenter 21. By measuring, the reaction force data 122 showing the relationship between the displacement of the indenter 21 and the reaction force acting on the indenter 21 is acquired. The measuring apparatus 1 uses the reaction force data 122 to analyze the hardness of each layer of the biological soft tissue 3. The reaction force is the force that acts on the indenter 21 from the living body soft tissue 3 with respect to the pushing force of the indenter 21.
ここで、生体軟組織に関して、以下の数１〜数３の関係式が成立することが知られている。 Here, it is known that the following relational expressions 1 to 3 are established with respect to the soft tissue of the living body.
つまり、圧子２１の変位ｘcが境界値ｘn未満である場合には、測定により得られる反力データ１２２において、圧子２１の変位ｘcと反力ｆcとの関係は直線で表現される（線形領域）。一方、圧子２１の変位ｘcが境界値ｘnを超えると、圧子２１の変位ｘcに対して反力ｆcは指数関数的に増加する（非線形領域）。ただし、数３の関係式に示されるとおり、反力ｆcを対数スケールに変換すると、対数スケールの反力ｆcと変位ｘcと関係は直線で表現される。That is, when the displacement x c of the indenter 21 is less than the boundary value x n , in the reaction force data 122 obtained by the measurement, the relationship between the displacement x c of the indenter 21 and the reaction force f c is represented by a straight line. (Linear region). On the other hand, when the displacement x c of the indenter 21 exceeds the boundary value x n , the reaction force f c exponentially increases with respect to the displacement x c of the indenter 21 (nonlinear region). However, as shown in number 3 relationship, converting the reaction force f c in a logarithmic scale, the relationship between reaction force f c of logarithmic scale and the displacement x c is represented by a straight line.
そこで、複数の層を有する生体軟組織３において、反力データ１２２に上記の関係がどのように表れるかを調べるために、市販のパーソナルコンピュータを利用して、上記押圧装置２と同様の構成を有する押圧装置を設定し、次の数値実験（シミュレーション）を行った。すなわち、１つの層（筋）を有する参考例に係る生体軟組織と、２つの層（筋と脂肪）を有する実施例に係る生体軟組織とを用意し、各生体軟組織について以下の数値実験（シミュレーション）条件で反力データを取得した。なお、実施例に係る生体軟組織の２つの層は、表層側に配置される皮下脂肪層（脂肪層）、及び当該皮下脂肪層よりも押し込み方向奥側に配置される筋肉層（筋層）とした。 Therefore, in a living body soft tissue 3 having a plurality of layers, in order to investigate how the above-mentioned relationship appears in the reaction force data 122, a commercially available personal computer is used to have the same configuration as that of the pressing device 2. The following numerical experiment (simulation) was performed with the pressing device set. That is, a biological soft tissue according to a reference example having one layer (muscle) and a biological soft tissue according to an example having two layers (muscle and fat) are prepared, and the following numerical experiment (simulation) is performed on each biological soft tissue. The reaction force data was acquired under the conditions. The two layers of the soft tissue according to the embodiment include a subcutaneous fat layer (fat layer) arranged on the surface side and a muscle layer (muscle layer) arranged on the inner side in the pushing direction than the subcutaneous fat layer. did.
＜シミュレーション条件＞
・参考例：筋層（弾性率：約0.15[N/mm], 非線形弾性率：約0.2 [1/mm]）を有する生体軟組織に対して押し込みを行ったケース
・実施例：脂肪層（弾性率：約0.15[N/mm],非線形弾性率：約0.15[1/mm]）及び筋肉層（弾性率：約0.15[N/mm],非線形弾性率：約0.2[1/mm]）を有する生体軟組織に対して押し込みを行ったケース<Simulation conditions>
-Reference example: A case where a soft tissue having a muscular layer (elastic modulus: about 0.15 [N/mm], nonlinear elastic modulus: about 0.2 [1/mm]) was pressed-Example: Fat layer (elasticity Modulus: about 0.15 [N/mm], nonlinear elastic modulus: about 0.15 [1/mm]) and muscle layer (elastic modulus: about 0.15 [N/mm], nonlinear elastic modulus: about 0.2 [1/mm]) Case of pushing in soft tissue
図２Ａは、参考例に係る生体軟組織に圧子を押し込むことで得られた反力データのシミュレーション結果を示す。図２Ｂは、図２Ａに示す反力データにおける反力の値を対数スケールに変換した片対数グラフを示す。図３Ａは、実施例に係る生体軟組織に圧子を押し込むことで得られた反力データのシミュレーション結果を示す。図３Ｂは、図３Ａに示す反力データにおける反力の値を対数スケールに変換した片対数グラフを示す。 FIG. 2A shows a simulation result of reaction force data obtained by pushing an indenter into a soft tissue of a living body according to a reference example. FIG. 2B shows a semi-logarithmic graph in which the value of the reaction force in the reaction force data shown in FIG. 2A is converted into a logarithmic scale. FIG. 3A shows a simulation result of reaction force data obtained by pushing an indenter into a soft tissue of a living body according to an example. FIG. 3B shows a semi-logarithmic graph in which the value of the reaction force in the reaction force data shown in FIG. 3A is converted into a logarithmic scale.
図２Ａに示されるとおり、１つの層を有する参考例では、上記線形領域と非線形領域との境界を示す境界値ｘnが５（ｍｍ）あたりに現れた。これに応じて、図２Ｂに示されるとおり、反力の値を対数スケールに変換した片対数グラフでは、境界値ｘnを超える範囲において、反力の値と変位との関係は１つの直線で表されることが分かった。当該直線の傾きは、参考例に係る生体軟組織の筋層の非線形弾性率脂肪層に比例していることが確認されている。As shown in FIG. 2A, in the reference example having one layer, the boundary value x n indicating the boundary between the linear region and the nonlinear region appeared around 5 (mm). Accordingly, as shown in FIG. 2B, in the semi-logarithmic graph in which the value of the reaction force is converted into the logarithmic scale, the relationship between the value of the reaction force and the displacement is one straight line in the range exceeding the boundary value x n. It turned out to be represented. It has been confirmed that the slope of the straight line is proportional to the non-linear elastic modulus fat layer of the muscle layer of the soft tissue of the living body according to the reference example.
一方、図３Ａに示されるとおり、２つの層を有する参考例では、上記線形領域と非線形領域との境界を示す境界値ｘnが５（ｍｍ）あたりに現れた。これに応じて、図３Ｂに示されるとおり、反力の値を対数スケールに変換した片対数グラフでは、境界値ｘnを超える範囲において、反力の値と変位との関係は２つの直線（図３Ｂの２つの点線）で表されることが分かった。各直線の傾きの比は、筋層及び脂肪層それぞれの非線形弾性率の比と一致していた。On the other hand, as shown in FIG. 3A, in the reference example having two layers, the boundary value x n indicating the boundary between the linear region and the nonlinear region appeared around 5 (mm). Accordingly, as shown in FIG. 3B, in the semi-logarithmic graph in which the value of the reaction force is converted into the logarithmic scale, the relationship between the value of the reaction force and the displacement is two straight lines (in the range exceeding the boundary value x n ). It was found to be represented by the two dotted lines in FIG. 3B). The ratio of the slopes of the straight lines was in agreement with the ratio of the nonlinear elastic moduli of the muscle layer and the fat layer, respectively.
以上により、圧子の変位が境界値ｘnを超えると、反力の対数スケールの値と変位との関係を示す片対数グラフにおいて、生体軟組織の層の数だけ直線が得られ、各層の硬さの指標（具体的には、非線形弾性率Ｇn）は各直線の傾きとなって表れることが分かった。As described above, when the displacement of the indenter exceeds the boundary value x n , a straight line corresponding to the number of layers of the biological soft tissue is obtained in the semi-logarithmic graph showing the relationship between the value on the logarithmic scale of the reaction force and the displacement, and the hardness of each layer. It was found that the index (specifically, the non-linear elastic modulus G n ) appears as the slope of each straight line.
なお、境界値ｘnは、非線形弾性率Ｇnの逆数（１／Ｇn）よりも小さいことから、図３Ｂに示されるとおり、境界値ｘnに近い直線ほど、傾きが大きく、より硬い層の指標を表わすことが分かった。すなわち、片対数グラフに表れる各直線は、表層側から順に硬さの指標を表すのではなく、より硬い層の指標から順に表すことが分かった。Since the boundary value x n is smaller than the reciprocal (1/G n ) of the nonlinear elastic modulus G n , as shown in FIG. 3B, the straight line closer to the boundary value x n has a larger slope and a harder layer. It was found to represent the index of. That is, it was found that each straight line appearing in the semi-logarithmic graph does not represent the hardness index in order from the surface layer side, but from the index of the harder layer in order.
そこで、本実施形態に係る測定装置１は、押圧装置２から反力データ１２２を取得し、取得した反力データ１２２の反力の値を対数スケールに変換する。次に、本実施形態に係る測定装置１は、反力の値を対数スケールに変換した反力データ１２２に対して、複数の直線をフィッティングする。 Therefore, the measuring device 1 according to the present embodiment acquires the reaction force data 122 from the pressing device 2, and converts the value of the reaction force of the acquired reaction force data 122 into a logarithmic scale. Next, the measuring apparatus 1 according to this embodiment fits a plurality of straight lines to the reaction force data 122 obtained by converting the value of the reaction force into a logarithmic scale.
そして、本実施形態に係る測定装置１は、当該フィッティングにより得られた複数の直線それぞれの傾きを、生体軟組織３の各層の硬さの指標（具体的には、非線形弾性率Ｇn）として取得する。これによって、本実施形態によれば、生体軟組織３が有する複数の層それぞれの硬さの指標を測定することばできる。Then, the measuring apparatus 1 according to the present embodiment acquires the inclination of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index (specifically, the nonlinear elastic modulus G n ) of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3. To do. As a result, according to the present embodiment, it is possible to measure the hardness index of each of the plurality of layers of the biological soft tissue 3.
なお、生体軟組織３は、例えば、臓器、筋等を対象とし、生体軟組織３の各層は、例えば、（皮下）脂肪層、表層筋層、深層筋層等であってよい。図１では、生体軟組織３の一例として、骨３３の上に、筋肉層３２及び皮下脂肪層３１の２つの層が順に積層した生体軟組織が例示されている。ただし、生体軟組織３の層の数は、２つの限られる訳ではなく、３つ以上であってもよい。 The biological soft tissue 3 may be, for example, an organ, a muscle, or the like, and each layer of the biological soft tissue 3 may be, for example, a (subcutaneous) fat layer, a superficial muscle layer, a deep muscle layer, or the like. In FIG. 1, as an example of the biological soft tissue 3, a biological soft tissue in which two layers of a muscle layer 32 and a subcutaneous fat layer 31 are sequentially laminated on a bone 33 is illustrated. However, the number of layers of the soft tissue 3 is not limited to two and may be three or more.
§２ 構成例
［ハードウェア構成］
＜押圧装置＞
次に、押圧装置２のハードウェア構成の一例について説明する。上記のとおり、押圧装置２は、生体軟組織３に押し当てられる圧子２１、圧子２１を駆動するアクチュエータ２２、及び圧子２１に作用する反力を測定する力センサ２３を備える。§2 Configuration example [Hardware configuration]
<Pressing device>
Next, an example of the hardware configuration of the pressing device 2 will be described. As described above, the pressing device 2 includes the indenter 21 that is pressed against the biological soft tissue 3, the actuator 22 that drives the indenter 21, and the force sensor 23 that measures the reaction force acting on the indenter 21.
圧子２１は、生体軟組織に押し込み可能な部材であれば、特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。当該圧子２１には、例えば、直径１０ｍｍ程度の円筒が用いられる。また、アクチュエータ２２は、圧子２１を駆動可能であれば特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。当該アクチュエータ２２には、市販のアクチュエータが用いられてもよい。更に、力センサ２３は、圧子２１に作用する反力を測定可能に構成されていれば特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。当該力センサ２３には、市販の圧力センサ等が用いられてもよい。 The indenter 21 is not particularly limited as long as it is a member that can be pushed into the soft tissue of the living body, and may be appropriately selected according to the embodiment. As the indenter 21, for example, a cylinder having a diameter of about 10 mm is used. Further, the actuator 22 is not particularly limited as long as it can drive the indenter 21, and may be appropriately selected according to the embodiment. A commercially available actuator may be used as the actuator 22. Furthermore, the force sensor 23 is not particularly limited as long as it is configured to be able to measure the reaction force acting on the indenter 21, and may be appropriately selected according to the embodiment. A commercially available pressure sensor or the like may be used as the force sensor 23.
なお、押圧装置２の具体的なハードウェア構成に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が可能である。例えば、圧子２１を所望の生体軟組織に押し当てる際に把持するためのハンドルが押圧装置２に設けられてもよい。また、押圧装置２は、圧子２１の変位と反力との関係を特定可能であれば、アクチュエータ２２以外の駆動手段を採用してもよい。 Regarding the specific hardware configuration of the pressing device 2, it is possible to appropriately omit, replace, and add components according to the embodiment. For example, the pressing device 2 may be provided with a handle for gripping when the indenter 21 is pressed against a desired biological soft tissue. Further, the pressing device 2 may employ a driving means other than the actuator 22 as long as the relationship between the displacement of the indenter 21 and the reaction force can be specified.
＜測定装置＞
次に、図４を用いて、測定装置１のハードウェア構成の一例を説明する。図４は、本実施形態に係る測定装置１のハードウェア構成の一例を模式的に例示する。図４に示されるとおり、本実施形態に係る測定装置１は、制御部１１、記憶部１２、外部インタフェース１３、入力装置１４、出力装置１５、及びドライブ１６が電気的に接続されたコンピュータである。なお、図４では、外部インタフェースは、「外部Ｉ／Ｆ」と記載されている。<Measuring device>
Next, an example of the hardware configuration of the measuring device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 schematically illustrates an example of the hardware configuration of the measuring apparatus 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 4, the measuring device 1 according to the present embodiment is a computer to which a control unit 11, a storage unit 12, an external interface 13, an input device 14, an output device 15, and a drive 16 are electrically connected. .. In FIG. 4, the external interface is described as “external I/F”.
制御部１１は、ハードウェアプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、プログラム及びデータに基づいて各種情報処理を実行するように構成される。記憶部１２は、「メモリ」の一例であり、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の記憶装置で構成される。本実施形態では、記憶部１２には、測定プログラム１２１、軟組織データベース１２３等が記憶される。 The control unit 11 includes a CPU (Central Processing Unit) that is a hardware processor, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like, and is configured to execute various information processing based on programs and data. It The storage unit 12 is an example of a “memory”, and is configured by a storage device such as a hard disk drive or a solid state drive. In the present embodiment, the storage unit 12 stores a measurement program 121, a soft tissue database 123, and the like.
測定プログラム１２１は、後述する生体軟組織３の各層の硬さの指標を解析するための情報処理（図７）を測定装置１に実行させる命令を含むプログラムである。軟組織データベース１２３は、所与の生体軟組織における各層の種類と硬さとの関係を集積したものである。詳細は後述する。 The measurement program 121 is a program including an instruction for causing the measurement device 1 to execute information processing (FIG. 7) for analyzing the index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3 described later. The soft tissue database 123 is a collection of the relationship between the type and hardness of each layer in a given biological soft tissue. Details will be described later.
外部インタフェース１３は、アクチュエータ２２、力センサ２３等の外部装置と接続するために利用される。外部インタフェース１３の種類は、接続する外部装置に応じて適宜選択されてよい。入力装置１４は、例えば、ボタン、マウス、キーボード等であり、入力を行うために利用される。出力装置１５は、例えば、ディスプレイ等であり、情報を表示するために利用される。 The external interface 13 is used to connect to external devices such as the actuator 22 and the force sensor 23. The type of the external interface 13 may be appropriately selected according to the external device to be connected. The input device 14 is, for example, a button, a mouse, a keyboard, or the like, and is used for inputting. The output device 15 is, for example, a display, and is used to display information.
ドライブ１６は、例えば、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ等であり、記憶媒体９に記憶されたプログラムを読み込むためのドライブ装置である。ドライブ１６の種類は、記憶媒体９の種類に応じて適宜選択されてよい。上記測定プログラム１２１及び軟組織データベース１２３の少なくとも一方は、この記憶媒体９に記憶されていてもよい。 The drive 16 is, for example, a CD drive, a DVD drive, or the like, and is a drive device for reading a program stored in the storage medium 9. The type of the drive 16 may be appropriately selected according to the type of the storage medium 9. At least one of the measurement program 121 and the soft tissue database 123 may be stored in the storage medium 9.
記憶媒体９は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。測定装置１は、この記憶媒体９から、上記測定プログラム１２１及び軟組織データベース１２３の少なくとも一方を取得してもよい。 The storage medium 9 accumulates information such as programs recorded by a computer, other device, machine, etc. by electrical, magnetic, optical, mechanical or chemical action so that the information such as recorded programs can be read. It is a medium to do. The measurement device 1 may acquire at least one of the measurement program 121 and the soft tissue database 123 from the storage medium 9.
ここで、図４では、記憶媒体９の一例として、ＣＤ、ＤＶＤ等のディスク型の記憶媒体を例示している。しかしながら、記憶媒体９の種類は、ディスク型に限定される訳ではなく、ディスク型以外であってもよい。ディスク型以外の記憶媒体として、例えば、フラッシュメモリ等の半導体メモリを挙げることができる。 Here, in FIG. 4, a disk type storage medium such as a CD or a DVD is illustrated as an example of the storage medium 9. However, the type of the storage medium 9 is not limited to the disc type, and may be other than the disc type. As the storage medium other than the disk type, for example, a semiconductor memory such as a flash memory can be cited.
なお、測定装置１の具体的なハードウェア構成に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が可能である。例えば、制御部１１は、複数のプロセッサを含んでもよい。ハードウェアプロセッサは、マイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等で構成されてよい。また、測定装置１は、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他、パーソナルコンピュータ等の汎用の情報処理装置であってもよい。更に、測定装置１は、複数台の情報処理装置により構成されてもよい。 Regarding the specific hardware configuration of the measuring apparatus 1, it is possible to appropriately omit, replace, and add the constituent elements depending on the embodiment. For example, the control unit 11 may include a plurality of processors. The hardware processor may be configured by a microprocessor, FPGA (field-programmable gate array), or the like. Further, the measuring device 1 may be a general-purpose information processing device such as a personal computer in addition to the information processing device designed for the provided service. Furthermore, the measuring device 1 may be composed of a plurality of information processing devices.
［ソフトウェア構成］
次に、図５を用いて、測定装置１のソフトウェア構成の一例について説明する。図５は、本実施形態に係る測定装置１のソフトウェア構成の一例を模式的に例示する。[Software configuration]
Next, an example of the software configuration of the measuring device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 schematically illustrates an example of the software configuration of the measuring apparatus 1 according to this embodiment.
本実施形態では、測定装置１の制御部１１は、記憶部１２に記憶された測定プログラム１２１をＲＡＭに展開する。そして、制御部１１は、ＲＡＭに展開された測定プログラム１２１をＣＰＵにより解釈し、各構成要素を制御しながら、当該解釈に基づいた情報処理を実行する。これにより、図５に示されるとおり、本実施形態に係る測定装置１は、ソフトウェアモジュールとして、データ取得部１１１、データ処理部１１２、及び硬さ特定部１１３を備えるコンピュータとして構成される。 In the present embodiment, the control unit 11 of the measuring device 1 loads the measurement program 121 stored in the storage unit 12 into the RAM. Then, the control unit 11 causes the CPU to interpret the measurement program 121 expanded in the RAM, and while controlling each component, executes information processing based on the interpretation. Thereby, as shown in FIG. 5, the measuring apparatus 1 according to the present embodiment is configured as a computer including a data acquisition unit 111, a data processing unit 112, and a hardness specifying unit 113 as a software module.
データ取得部１１１は、圧子２１に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織３に当該圧子２１を押し込んだ際に、当該圧子２１に作用する反力を力センサ２３により測定することで得られる、当該圧子２１の変位と当該圧子２１に作用した反力との関係を示す反力データ１２２を取得する。データ処理部１１２は、取得した反力データ１２２の反力の値を対数スケールに変換し、変換した反力データ１２２に対して、複数の直線をフィッティングする。そして、硬さ特定部１１３は、当該フィッティングにより得られた複数の直線それぞれの傾きを生体軟組織３の各層の硬さの指標として取得する。 The data acquisition unit 111 obtains by measuring the reaction force acting on the indenter 21 with the force sensor 23 when the indenter 21 is displaced and the indenter 21 is pushed into the soft tissue 3 having a plurality of layers. The reaction force data 122 indicating the relationship between the displacement of the indenter 21 and the reaction force acting on the indenter 21 is acquired. The data processing unit 112 converts the value of the reaction force of the acquired reaction force data 122 into a logarithmic scale, and fits a plurality of straight lines to the converted reaction force data 122. Then, the hardness specifying unit 113 acquires the inclination of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3.
また、本実施形態では、上記のとおり、表層側から順にではなく、より硬い層から順に各層の硬さの指標が特定される。そこで、本実施形態に係る測定装置１は、軟組織データベース１２３を用いて、測定対象の生体軟組織３の各層の構成を特定する。具体的には、本実施形態に係る硬さ特定部１１３は、取得した各層の硬さを軟組織データベース１２３に照合することで、生体軟組織３の各層の構成を特定する。 Further, in the present embodiment, as described above, the index of hardness of each layer is specified in order from the harder layer, not from the surface layer side. Therefore, the measuring apparatus 1 according to the present embodiment uses the soft tissue database 123 to identify the configuration of each layer of the biological soft tissue 3 to be measured. Specifically, the hardness identifying unit 113 according to the present embodiment identifies the configuration of each layer of the biological soft tissue 3 by collating the acquired hardness of each layer with the soft tissue database 123.
なお、本実施形態では、これらのソフトウェアモジュールがいずれも汎用のＣＰＵによって実現される例を説明している。しかしながら、これらのソフトウェアモジュールの一部又は全部が、１又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。また、測定装置１の機能構成に関して、実施形態に応じて、適宜、機能の省略、置換、及び追加が行われてもよい。各ソフトウェアモジュールに関しては後述する動作例で詳細に説明する。 It should be noted that the present embodiment describes an example in which all of these software modules are realized by a general-purpose CPU. However, some or all of these software modules may be implemented by one or more dedicated processors. Further, regarding the functional configuration of the measuring apparatus 1, depending on the embodiment, omission, replacement, and addition of functions may be appropriately performed. Each software module will be described in detail in an operation example described later.
（軟組織データベース）
次に、図６を用いて、生体軟組織３の構成の特定に利用する軟組織データベース１２３の構成の一例を説明する。図６に示されるとおり、本実施形態に係る軟組織データベース１２３は、テーブル形式のデータで表現され、軟組織名、各層の種類、各層の硬さ等を保持するためのフィールドを含んでいる。(Soft tissue database)
Next, an example of the configuration of the soft tissue database 123 used to identify the configuration of the biological soft tissue 3 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the soft tissue database 123 according to the present embodiment is represented by tabular data and includes fields for holding the soft tissue name, the type of each layer, the hardness of each layer, and the like.
軟組織名のフィールドには、生体軟組織を特定するための情報（例えば、名称）が格納される。各層の種類及び硬さのフィールドには、各層の種類を特定するための情報（例えば、名称）及び硬さの指標を示す情報が格納される。各層の種類及び各層の硬さのフィールドの数は、対象の生体軟組織の層の数に応じて適宜変更されてよい。１つのレコード（行データ）が、１種類の生体軟組織の構成を示す。 The soft tissue name field stores information (for example, a name) for identifying a biological soft tissue. In the field of type and hardness of each layer, information (for example, name) for identifying the type of each layer and information indicating an index of hardness are stored. The type of each layer and the number of hardness fields of each layer may be appropriately changed according to the number of layers of the target biological soft tissue. One record (row data) shows the structure of one type of biological soft tissue.
なお、軟組織データベース１２３の構成は、所与の生体軟組織における各層の種類と硬さとの関係を集積可能であれば、図６に示される例に限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。また、軟組織データベース１２３のデータ形式は、図６に示されるようなテーブル形式に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。また、図６の各レコードに格納された値は、本実施形態を説明するために便宜上記載したものであり、このような例に限定される訳ではない。各レコードに格納される値は、実施の形態に応じて適宜していされてよい。 Note that the configuration of the soft tissue database 123 is not limited to the example shown in FIG. 6 as long as the relationship between the type and hardness of each layer in a given biological soft tissue can be integrated, and it is not limited to the example shown in FIG. It may be appropriately determined. Moreover, the data format of the soft tissue database 123 is not limited to the table format as shown in FIG. 6, and may be appropriately determined according to the embodiment. Further, the values stored in each record of FIG. 6 are described for convenience of explaining the present embodiment, and are not limited to such an example. The value stored in each record may be appropriately set according to the embodiment.
§３ 動作例
次に、図７を用いて、測定装置１の動作例を説明する。図７は、測定装置１の処理手順の一例を示す。以下で説明する処理手順は、本発明の「測定方法」に相当する。ただし、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてもよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。§3 Operational Example Next, an operational example of the measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 shows an example of the processing procedure of the measuring apparatus 1. The processing procedure described below corresponds to the “measurement method” of the present invention. However, the processing procedure described below is merely an example, and each processing may be changed as much as possible. Further, in the processing procedure described below, steps can be omitted, replaced, and added as appropriate according to the embodiment.
（準備）
まず、事前準備として、測定対象の生体軟組織３上に圧子２１が当接するように、押圧装置２を適宜配置する。そして、測定装置１を操作して、以下の一連の処理の実行を開始する。(Preparation)
First, as a preliminary preparation, the pressing device 2 is appropriately arranged so that the indenter 21 is brought into contact with the biological soft tissue 3 to be measured. Then, the measuring device 1 is operated to start execution of the following series of processes.
（ステップＳ１０１）
ステップＳ１０１では、制御部１１は、外部インタフェース１３を介してアクチュエータ２２にアクセスして、アクチュエータ２２の動作を制御する。具体的には、制御部１１は、圧子２１に変位を加えて、生体軟組織３に圧子２１を押し込むように、アクチュエータ２２の動作を制御する。(Step S101)
In step S101, the control unit 11 accesses the actuator 22 via the external interface 13 and controls the operation of the actuator 22. Specifically, the control unit 11 controls the operation of the actuator 22 so that the indenter 21 is displaced and the indenter 21 is pushed into the soft tissue 3 of the living body.
アクチュエータ２２による圧子２１の駆動方法は、圧子２１の変位と圧子２１に作用する反力との関係を示す反力データ１２２を取得可能なように適宜設定されてよい。例えば、制御部１１は、圧子２１に強制変位を加えるように、アクチュエータ２２の動作を制御してもよい。これに応じて、生体軟組織３に圧子２１が押し込まれた際に、力センサ２３は、圧子２１に作用する反力を測定する。 The method of driving the indenter 21 by the actuator 22 may be appropriately set so that the reaction force data 122 indicating the relationship between the displacement of the indenter 21 and the reaction force acting on the indenter 21 can be acquired. For example, the control unit 11 may control the operation of the actuator 22 so as to apply a forced displacement to the indenter 21. In response to this, when the indenter 21 is pushed into the biological soft tissue 3, the force sensor 23 measures the reaction force acting on the indenter 21.
（ステップＳ１０２）
次のステップＳ１０２では、制御部１１は、データ取得部１１１として動作し、圧子２１に変位を加えて、生体軟組織３に当該圧子２１を押し込んだ際に、当該圧子２１に作用する反力を力センサ２３により測定することで得られる、当該圧子２１の変位と当該圧子２１に作用した反力との関係を示す反力データ１２２を取得する。(Step S102)
In the next step S102, the control unit 11 operates as the data acquisition unit 111, applies a displacement to the indenter 21, and when the indenter 21 is pushed into the biological soft tissue 3, applies a reaction force to the indenter 21. The reaction force data 122 indicating the relationship between the displacement of the indenter 21 and the reaction force acting on the indenter 21, which is obtained by measuring with the sensor 23, is acquired.
本変形例では、制御部１１は、外部インタフェース１３を介して力センサ２３にアクセスして、当該力センサ２３の測定結果、すなわち、圧子２１に作用した反力の値を取得する。また、制御部１１は、アクチュエータ２２の駆動量に基づいて、圧子２１の変位の値を取得する。そして、制御部１１は、取得した反力の値と変位の値とをプロットすることで、圧子２１の変位と当該圧子２１に作用した反力との関係を示す反力データ１２２を取得する。 In this modification, the control unit 11 accesses the force sensor 23 via the external interface 13 and acquires the measurement result of the force sensor 23, that is, the value of the reaction force acting on the indenter 21. Further, the control unit 11 acquires the displacement value of the indenter 21 based on the drive amount of the actuator 22. Then, the control unit 11 acquires the reaction force data 122 indicating the relationship between the displacement of the indenter 21 and the reaction force acting on the indenter 21 by plotting the acquired reaction force value and displacement value.
なお、上記ステップＳ１０１では、制御部１１は、圧子２１が一定の速度で押し込まれるように、アクチュエータ２２の動作を制御するのが好ましい。これにより、本ステップＳ１０２では、圧子２１に作用する反力の値を一定の変位間隔で取得することができるため、変位と反力との関係を適切に示す反力データ１２２を得ることができる。 In step S101, the control unit 11 preferably controls the operation of the actuator 22 so that the indenter 21 is pushed in at a constant speed. As a result, in this step S102, the values of the reaction force acting on the indenter 21 can be acquired at constant displacement intervals, so that the reaction force data 122 that appropriately indicates the relationship between the displacement and the reaction force can be obtained. ..
（ステップＳ１０３）
次のステップＳ１０３では、制御部１１は、データ処理部１１２として動作し、生体軟組織３の有する層の数の入力を受け付ける。ユーザは、入力装置１４を操作して、測定対象の生体軟組織３の有する層の数を入力する。これにより、制御部１１は、生体軟組織３の有する層の数を取得する。(Step S103)
In the next step S103, the control unit 11 operates as the data processing unit 112 and receives the input of the number of layers of the biological soft tissue 3. The user operates the input device 14 to input the number of layers of the biological soft tissue 3 to be measured. As a result, the control unit 11 acquires the number of layers included in the biological soft tissue 3.
なお、例えば、生体軟組織３の有する層の数が不明であるケース等では、当該ステップＳ１０３は、省略されてもよい。また、本ステップＳ１０３の実行タイミングは、後述するステップＳ１０５の前であれば、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。 Note that, for example, in a case where the number of layers of the soft tissue 3 is unknown, the step S103 may be omitted. Further, the execution timing of this step S103 is not limited to such an example as long as it is before step S105 described later, and may be appropriately determined according to the embodiment.
（ステップＳ１０４及びＳ１０５）
次のステップＳ１０４では、制御部１１は、取得した反力データ１２２の反力の値を対数スケールに変換する。これにより、上記図３Ｂに例示されるような片対数グラフをプロット可能なデータを得ることができる。(Steps S104 and S105)
In the next step S104, the control unit 11 converts the value of the reaction force of the acquired reaction force data 122 into a logarithmic scale. This makes it possible to obtain data capable of plotting a semilogarithmic graph as illustrated in FIG. 3B.
そして、ステップＳ１０５では、制御部１１は、反力の値を対数スケールに変換した反力データ１２２に対して、ステップＳ１０３で入力された数の直線をフィッティングする。具体的には、制御部１１は、変換後の反力データ１２２の境界値ｘnを超える範囲に対して直線のフィッティングを行う。Then, in step S105, the control unit 11 fits the number of straight lines input in step S103 to the reaction force data 122 obtained by converting the value of the reaction force into a logarithmic scale. Specifically, the control unit 11 performs straight line fitting on a range that exceeds the boundary value x n of the converted reaction force data 122.
なお、フィッティングの手法は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、フィッティングには、最小二乗法、線形回帰等の公知の方法が用いられてよい。また、制御部１１は、反力データ１２２において線形領域と非線形領域との境界を検出することで境界値ｘnを特定可能である。The fitting method may be appropriately selected according to the embodiment. For example, a known method such as a least square method or linear regression may be used for the fitting. Further, the control unit 11 can specify the boundary value x n by detecting the boundary between the linear region and the nonlinear region in the reaction force data 122.
（ステップＳ１０６）
次のステップＳ１０６では、制御部１１は、硬さ特定部１１３として動作し、ステップＳ１０５のフィッティングにより得られた各直線の傾きを生体軟組織３の各層の硬さの指標（非線形弾性率Ｇn）として取得する。(Step S106)
In the next step S106, the control unit 11 operates as the hardness identifying unit 113, and uses the slope of each straight line obtained by the fitting in step S105 as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3 (nonlinear elastic modulus G n ). To get as.
なお、上記のとおり、上記ステップＳ１０１で、圧子２１が一定に速度で押し込まれるように、アクチュエータ２２の動作を制御することで、変位と反力との関係を適切に示す反力データ１２２を得ることができる。この反力データ１２２によれば、上記ステップＳ１０４〜Ｓ１０６までの処理を的確に行うことができ、これによって、生体軟組織３が有する各層の硬さの指標を精度よく特定することができる。 As described above, in step S101, the reaction force data 122 that appropriately indicates the relationship between the displacement and the reaction force is obtained by controlling the operation of the actuator 22 so that the indenter 21 is pressed at a constant speed. be able to. According to this reaction force data 122, the processes of steps S104 to S106 described above can be performed accurately, and thus the index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3 can be accurately specified.
（ステップＳ１０７）
次のステップＳ１０７では、制御部１１は、硬さ特定部１１３として動作し、ステップＳ１０６により取得した各層の硬さの指標を、所与の生体軟組織における各層の種類と硬さとの関係を集積した軟組織データベース１２３に照合する。そして、制御部１１は、ステップＳ１０６により取得した各層の硬さの指標に最も適合するレコードを特定し、特定したレコードにより示される情報（軟組織名、各層の種類等）に基づいて、測定対象の生体軟組織３の各層の構成を特定する。制御部１１は、ステップＳ１０６及びＳ１０７により特定した各層の硬さの指標、及び各層の構成を出力装置１５等に出力してもよい。これにより、制御部１１は、本動作例に係る処理を終了する。(Step S107)
In the next step S107, the control unit 11 operates as the hardness specifying unit 113, and integrates the hardness index of each layer acquired in step S106 with the relationship between the type and hardness of each layer in a given biological soft tissue. Collate with the soft tissue database 123. Then, the control unit 11 identifies the record that most matches the hardness index of each layer acquired in step S106, and based on the information (soft tissue name, type of each layer, etc.) indicated by the identified record, The configuration of each layer of the biological soft tissue 3 is specified. The control unit 11 may output the hardness index of each layer specified in steps S106 and S107 and the configuration of each layer to the output device 15 or the like. As a result, the control unit 11 ends the process according to this operation example.
［作用・効果］
以上のとおり、本実施形態では、圧子２１に作用した反力と圧子２１の変位との関係を示す片対数グラフにおいて、生体軟組織３の各層の硬さの指標が各直線の傾きとなって表れることを利用して、当該生体軟組織３の各層の硬さの指標を特定する。具体的には、ステップＳ１０２により、圧子２１に作用した反力と圧子２１の変位との関係を示す反力データ１２２を取得する。次に、ステップＳ１０４により、取得した反力データ１２２の反力の値を対数スケールに変換する。続いて、ステップＳ１０５により、反力の値を対数スケールに変換した反力データ１２２に対して、複数の直線をフィッティングする。そして、ステップＳ１０６により、フィッティングにより得られた各直線の傾きを生体軟組織３の各層の硬さの指標として取得する。これにより、本実施形態によれば、生体軟組織３が有する複数の層それぞれの硬さの指標を測定することができる。[Action/effect]
As described above, in the present embodiment, in the semi-logarithmic graph showing the relationship between the reaction force acting on the indenter 21 and the displacement of the indenter 21, the index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3 appears as the slope of each straight line. By utilizing this, the index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3 is specified. Specifically, in step S102, the reaction force data 122 indicating the relationship between the reaction force acting on the indenter 21 and the displacement of the indenter 21 is acquired. Next, in step S104, the value of the reaction force of the acquired reaction force data 122 is converted into a logarithmic scale. Subsequently, in step S105, a plurality of straight lines are fitted to the reaction force data 122 obtained by converting the value of the reaction force into a logarithmic scale. Then, in step S106, the inclination of each straight line obtained by the fitting is acquired as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3. Thereby, according to the present embodiment, it is possible to measure the hardness index of each of the plurality of layers included in the biological soft tissue 3.
また、本実施形態では、上記ステップＳ１０３により、生体軟組織３の層の数の入力を受け付けることで、測定対象の生体軟組織３の層の数を限定することができる。これにより、層の数が予め既知である生体軟組織３について、各層の硬さの指標を的確に測定することができる。 Further, in the present embodiment, the number of layers of the biological soft tissue 3 to be measured can be limited by receiving the input of the number of layers of the biological soft tissue 3 in step S103. Thereby, the index of the hardness of each layer can be accurately measured for the biological soft tissue 3 in which the number of layers is known in advance.
また、上記ステップＳ１０６では、各層の硬さの指標は、表層側から順にではなく、硬い層から順に表れ得る。これに対して、本実施形態では、上記ステップＳ１０７において、所与の生体軟組織における各層の種類と硬さとの関係を集積した軟組織データベース１２３を利用することで、測定対象の生体軟組織３の各層の構成を特定することができる。 Further, in the above step S106, the indices of the hardness of each layer may appear in order from the hard layer, not in order from the surface layer side. On the other hand, in the present embodiment, in step S107, by using the soft tissue database 123 that accumulates the relationship between the type and hardness of each layer in a given biological soft tissue, each layer of the biological soft tissue 3 to be measured is used. The configuration can be specified.
§４ 変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。§4 Modifications The embodiments of the present invention have been described above in detail, but the above description is merely an example of the present invention in all respects. It goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the following changes are possible. In addition, below, the same code|symbol is used about the same component as the said embodiment, and the same point as the said embodiment was abbreviate|omitted suitably. The following modifications can be combined as appropriate.
＜４．１＞
上記実施形態では、測定装置１は、ステップＳ１０３により、生体軟組織３の層の数の入力を受け付けている。しかしながら、生体軟組織３の層の数が不明である場合には、当該ステップＳ１０３の処理は省略されてよい。<4.1>
In the above-described embodiment, the measuring apparatus 1 receives the input of the number of layers of the biological soft tissue 3 in step S103. However, if the number of layers of the biological soft tissue 3 is unknown, the process of step S103 may be omitted.
この場合、制御部１１は、上記ステップＳ１０５において、データ処理部１１２として動作し、直線の数を所定の範囲内で変更しながら、反力の値を対数スケールに変換した反力データ１２２に対してフィッティングを行う。所定の範囲は、例えば、２〜５等のように設定されてよい。 In this case, in step S105, the control unit 11 operates as the data processing unit 112, and changes the value of the reaction force into the logarithmic scale with respect to the reaction force data 122 while changing the number of straight lines within a predetermined range. Fitting. The predetermined range may be set as 2 to 5, for example.
そして、制御部１１は、上記ステップＳ１０６において、硬さ特定部１１３として動作し、ステップＳ１０５のフィッティングにおいて最も適合した数の各直線の傾きを生体軟組織３の各層の硬さの指標として取得してもよい。フィッティングの適合度は、公知の方法により算出されてよい。例えば、フィッティングの手法として最小二乗法を用いる場合、フィッティングの適合度は決定係数により表すことができる。これにより、生体軟組織３の層の数が不明であっても、当該生体軟組織３を構成する層の数を特定しつつ、各層の硬さの指標を測定することができる。 Then, in step S106, the control unit 11 operates as the hardness identifying unit 113, and obtains the slope of each straight line of the most suitable number in the fitting in step S105 as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue 3. Good. The fitness of fitting may be calculated by a known method. For example, when the least squares method is used as the fitting method, the fitting degree of fitting can be represented by a coefficient of determination. Thereby, even if the number of layers of the biological soft tissue 3 is unknown, the hardness index of each layer can be measured while specifying the number of layers constituting the biological soft tissue 3.
なお、ステップＳ１０５のフィッティングにおいて最も適合した直線の数は、生体軟組織３の層の数と一致しない可能性がある。そこで、制御部１１は、隣接する２つの直線の傾きの差が閾値以上であるか否かによって、隣接する２つの直線の傾きが異なる層の硬さを示しているのか、同じ層の硬さを示しているのかを判定してもよい。 It should be noted that the number of straight lines most fitted in the fitting in step S105 may not match the number of layers of the biological soft tissue 3. Therefore, the control unit 11 indicates the hardness of a layer in which the slopes of two adjacent straight lines are different depending on whether the difference between the slopes of two adjacent straight lines is greater than or equal to a threshold value, or the hardness of the same layer. May be determined.
例えば、ステップＳ１０５において、３つの直線のフィッティングが最も適合した場合、制御部１１は、１つ目の直線の傾きと２つ目の直線の傾きとの差が閾値以上であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、１つ目の直線の傾きと２つ目の直線の傾きとの差が閾値以上であるとき、１つ目の直線の傾きと２つ目の直線の傾きとは異なる層の硬さの指標を示していると認定してもよい。一方、制御部１１は、１つ目の直線の傾きと２つ目の直線の傾きとの差が閾値未満であるとき、１つ目の直線の傾きと２つ目の直線の傾きとは同じ層の硬さの指標を示していると認定してもよい。２つ目の直線と３つ目の直線との組についても同様である。 For example, when the fitting of the three straight lines is most suitable in step S105, the control unit 11 determines whether the difference between the slope of the first straight line and the slope of the second straight line is equal to or greater than a threshold value. To do. Then, when the difference between the slope of the first straight line and the slope of the second straight line is equal to or more than the threshold value, the control unit 11 differs from the slope of the first straight line and the slope of the second straight line. It may be recognized that it is indicative of the hardness of the layer. On the other hand, when the difference between the slope of the first straight line and the slope of the second straight line is less than the threshold, the control unit 11 determines that the slope of the first straight line and the slope of the second straight line are the same. It may be recognized that it is indicative of the hardness of the layer. The same applies to the set of the second straight line and the third straight line.
＜４．２＞
また、上記実施形態では、ステップＳ１０７において、軟組織データベース１２３を利用して、生体軟組織３の各層の構成を特定している。しかしながら、本ステップＳ１０７は省略されてもよく、測定装置１は、軟組織データベース１２３を保持していなくてもよい。この場合、測定装置１は、ステップＳ１０６で特定した各層の硬さの指標を出力装置１５にそのまま出力してもよい。また、測定装置１は、ステップＳ１０６で特定した各層の硬さの指標に所定の変換処理を適用した後に得られた値を出力装置１５に出力してもよい。<4.2>
Moreover, in the said embodiment, the structure of each layer of the biological soft tissue 3 is specified using the soft tissue database 123 in step S107. However, this step S107 may be omitted, and the measurement apparatus 1 may not hold the soft tissue database 123. In this case, the measuring device 1 may output the hardness index of each layer specified in step S106 to the output device 15 as it is. Further, the measuring device 1 may output the value obtained after applying the predetermined conversion process to the hardness index of each layer specified in step S106, to the output device 15.
＜４．３＞
また、上記実施形態では、ステップＳ１０１において、測定装置１が、押圧装置２（アクチュエータ２２）の動作を制御している。しかしながら、押圧装置２は、測定装置１以外の情報処理装置により制御されてもよく、この場合、本ステップＳ１０１は、省略されてよい。<4.3>
In the above embodiment, the measuring device 1 controls the operation of the pressing device 2 (actuator 22) in step S101. However, the pressing device 2 may be controlled by an information processing device other than the measuring device 1, and in this case, this step S101 may be omitted.
＜４．４＞
また、上記実施形態では、測定装置１は、ステップＳ１０２により、圧子２１に作用した反力と圧子２１の変位とをプロットすることで、反力データ１２２を生成している。しかしながら、当該反力データ１２２の生成は、測定装置１以外のその他の装置（例えば、押圧装置２自身）により行われてもよい。この場合、測定装置１は、上記ステップＳ１０２により、当該その他の装置にアクセスすることで、生成された反力データ１２２を取得してもよい。<4.4>
Moreover, in the said embodiment, the measuring apparatus 1 produces|generates the reaction force data 122 by plotting the reaction force which acted on the indenter 21 and the displacement of the indenter 21 by step S102. However, the reaction force data 122 may be generated by a device other than the measuring device 1 (for example, the pressing device 2 itself). In this case, the measuring device 1 may acquire the generated reaction force data 122 by accessing the other device in step S102.
１…測定装置、
１１…制御部、１２…記憶部、１３…外部インタフェース、
１４…入力装置、１５…出力装置、１６…ドライブ、
１１１…データ取得部、１１２…データ処理部、１１３…硬さ特定部、
１２１…測定プログラム、１２２…反力データ、
１２３…軟組織データベース、
２…押圧装置、
２１…圧子、２２…アクチュエータ、２３…力センサ、
３…生体軟組織、
３１…皮下脂肪層、３２…筋肉層、３３…骨、
９…記憶媒体1... Measuring device,
11... Control unit, 12... Storage unit, 13... External interface,
14... Input device, 15... Output device, 16... Drive,
111... Data acquisition unit, 112... Data processing unit, 113... Hardness specifying unit,
121...Measurement program, 122...Reaction force data,
123... soft tissue database,
2... Pressing device,
21... indenter, 22... actuator, 23... force sensor,
3... Living soft tissue,
31... Subcutaneous fat layer, 32... Muscle layer, 33... Bone,
9... Storage medium
Claims (7)
取得した前記反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した前記反力データに対して、複数の直線をフィッティングするデータ処理部と、
前記フィッティングにより得られた前記複数の直線それぞれの傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得する硬さ特定部と、
を備える、
測定装置。When displacement is applied to the indenter and the indenter is pushed into the soft tissue having a plurality of layers, the reaction force acting on the indenter is obtained by measuring with a force sensor, and the displacement of the indenter and the indenter are acted on. A data acquisition unit that acquires reaction force data indicating the relationship with the reaction force,
Converting the value of the reaction force of the acquired reaction force data to a logarithmic scale, the converted reaction force data, a data processing unit that fits a plurality of straight lines,
A hardness specifying unit that acquires the inclination of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue,
With
measuring device.
前記生体軟組織の有する層の数の入力を受け付け、
変換した前記反力データに対して、入力された数の直線をフィッティングする、
請求項１に記載の測定装置。The data processing unit is
Accepting the number of layers of the soft tissue,
To the converted reaction force data, fit a straight line of the input number,
The measuring device according to claim 1.
前記硬さ特定部は、前記フィッティングにおいて最も適合した数の前記各直線の傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得する、
請求項１に記載の測定装置。The data processing unit performs fitting on the converted reaction force data while changing the number of the straight lines within a predetermined range,
The hardness specifying unit acquires the most suitable number of slopes of the respective straight lines in the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue,
The measuring device according to claim 1.
請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置。The hardness identifying unit identifies the structure of each layer of the biological soft tissue by collating the obtained hardness of each layer with a soft tissue database that accumulates the relationship between the type and hardness of each layer in a given biological soft tissue. To do
The measuring device according to any one of claims 1 to 3.
請求項１から４のいずれか１項に記載の測定装置。The indenter is pushed in at a constant speed,
The measuring device according to any one of claims 1 to 4.
圧子に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織に当該圧子を押し込んだ際に、当該圧子に作用する反力を力センサにより測定することで得られる、当該圧子の変位と当該圧子に作用した反力との関係を示す反力データを取得するステップと、
取得した前記反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した前記反力データに対して、複数の直線をフィッティングするステップと、
前記フィッティングにより得られた前記複数の直線それぞれの傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得するステップと、
を実行する、
測定方法。Computer
A displacement is applied to the indenter, and when the indenter is pushed into a biological soft tissue having multiple layers, the reaction force acting on the indenter is obtained by measuring with a force sensor, and the displacement of the indenter and the indenter are acted on. The step of acquiring reaction force data showing the relationship with the reaction force,
Converting the value of the reaction force of the acquired reaction force data into a logarithmic scale, for the converted reaction force data, fitting a plurality of straight lines;
Obtaining the slope of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue,
Run the
Measuring method.
圧子に変位を加えて、複数の層を有する生体軟組織に当該圧子を押し込んだ際に、当該圧子に作用する反力を力センサにより測定することで得られる、当該圧子の変位と当該圧子に作用した反力との関係を示す反力データを取得するステップと、
取得した前記反力データの反力の値を対数スケールに変換し、変換した前記反力データに対して、複数の直線をフィッティングするステップと、
前記フィッティングにより得られた前記複数の直線それぞれの傾きを前記生体軟組織の各層の硬さの指標として取得するステップと、
を実行させるための、
測定プログラム。On the computer,
A displacement is applied to the indenter, and when the indenter is pushed into a biological soft tissue having multiple layers, the reaction force acting on the indenter is obtained by measuring with a force sensor, and the displacement of the indenter and the indenter are acted on. The step of acquiring reaction force data showing the relationship with the reaction force,
Converting the value of the reaction force of the acquired reaction force data into a logarithmic scale, for the converted reaction force data, fitting a plurality of straight lines;
Obtaining the slope of each of the plurality of straight lines obtained by the fitting as an index of the hardness of each layer of the biological soft tissue,
To execute
Measurement program.
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