理学療法学 第 19巻 第2号 122
〜
127頁 〔1992年）報 告
生
体軟部組織
の
硬
さ
測
定
器
の
試作
＊木 山 喬 博
1）岩 月 宏 泰
’）伊 藤 麻 子
2）太
田
敏 幸
2）金
井 章
3） 要旨 荷重変換器， 変位変 換器とカメ ラ用部品を用い て， 三次元方向の角度設定が出来る ように組 合せ た生 体硬度測定器を試作し た。 上皿天枠を 用いて この測定器の 荷重特性を求め，
スポン ジ材料，
人の前腕部 と前 脛 骨筋部の 硬度測 定を行い，
実用の有無を検討し た。t
皿天怦の分銅で 100g 間隔で求め た荷重量 と荷重変 換器出力の相関 係数r はe．
9998
と高く，
変動 係 数は200g
以上で はO．
002〜0．
Ol4
と実 用範囲と考え ら れ る。5，
10，15，20
mm の 押し込み量で の スポ ンジ の硬 度を 日時を変えて3
度にわ たっ て測 定し た が，
2
度 目と3
度 目の 10mm に のみ有意差 （p＜0．
05
）が有っ た。 前 腕部 非 固 定で 日時を変え た場合は有意差が見ら れ，
ド肢の内外旋を軽 く予 防し た場 合の前脛 骨 筋 部で は差が無かっ た。 触 診で左右 差を感じ たボー
リング ゲー
ム実 施 翌凵 の前 腕 部の測 定 値 に差 （p＜0．
01
）が有っ た。
キー
ワー
ド：軟部 組織硬 度計， 荷重変換 器， 変 位変換器1 ．
は じめに 人 間の眼，
耳，
手は生 体の視診，
聴 診，
触診時に最も 活 躍する感 覚 器 官であり，
理学療法士にとっ て，
手や指 は特に重 要な器 官であ る。 安静時や筋の短縮，
拘縮や筋 の収 縮 程 度に よ る生体組 織の硬さを触診で感じ取る こと が 出来 る。 理 学 療 法で は，
生 体 組 織の硬さや 筋 肉の収 縮 程度な どを評 価 する上で，
手 指の感 覚が重 要な 意味を 持っ て い る。 しかし，
触 診で得 られる情 報は不確 定 要 素 である測 定 者の経 験，
主 観，
感 情な どに左 右さ れ，
評 価 の精 度に大 き く影 響 する。一
方，
生 体 組 織の硬さ を定 量 的に測 定 する場 合，
生 体 軟 部 組 織 は柔 らか く，
変 形 し易＊
ANew Compliance Meter of the Soft Tissue1）名 古 屋 大 学 医 療 技 術 短 期 大 学 部
Takahiro Kiyama
，
RPT，
Hiroyasu Iwatsuki，
RPT ：Dept
．
of Physical Therapy，
Nagoya University Collegeof Medical Technology
2〕
津島中 央 病 院
Asako Itoh
，
RPT，
TQshiyuki Ohta，
RPT ：Tsushim ξL−
Chyuo Hospital 呂）蒲 郡 市 民 病 院
Akira Kanai
，
RPT ：Gamagohri City Hospital（受 付凵 1990年11月13日／受 理日 199正年7月16E ） く
，
部 位 差や個 体 差が大きい ために計 測は容 易で ない。 筋 肉の経 皮 的 硬 度 測 定に関 する報 告に は機 械 的 振 動や超 音 波 振 動 を 与え て共 振 周 波 数の違いや減 衰の仕方など か ら組 織 硬 度を評 価1−
5） す る方 法と組 織の歪 量と反 力の大き さか ら評 価6｝T） する方 法 が主である。 触 診による臨 床 的評 価は後 者に属 す る。
つ ま り，
生 体 軟 部 組 織 （以 ドST） の硬さを触 診で評 価 する時，
指 先 を まず皮膚に触れ，
次 に指先を押し込ん だ り， 握る勁作な どで対象部位を変形 さ せて，
その反 力 （以下R と略す）を検者が感 じ取っ て判 断して いる。 臨床で，
関節の可動制 限や痛みの症 状 と軟 部組織の 硬 さとが対 応して いる症 例 も少な くない。
これらの症 状に 対して，
運 動 療 法や物理療 法を施 行 するこ とも多い。
こ のよ う な治 療 刺 激に対して，
紲 織 硬 度は どの程 度 変 化 す るのか，
組 織 硬 度の変 化と症 状の変 化と関 係があるのか ない のかなどにつ いて定 量 的に検 索 する機 器の必 要 性 を 感じ，
これ らを 追 求 する目 的で組 織 硬 度の測 定 器の試 作 に取 り組ん だ。 生 体 組 織に加えた力と変 形を市 販の 荷 重 変 換 器と変 位 変 換 器で定量的に測 定出来る よ うに組 合せ，
その精度と生体 軟部組織の硬さ測定器の試 作
123
再 現 性 を 検 討し，
実 用の可能 性が得ら れ たの で報 告する。2 ．
方 法と対 象 ［測定機器 ］ 図正に示 すように，
圧 着 子 （D
を 測 定 部 （2） に押し込んで生じ る歪量は， デ ジ タル表示 可 能な直 読型 の リニ アゲー
ジ（3）（尾崎製作所，
PDN−
25） と変 位 変 換 器〔4） （共 和 電業，DT − 50
A
）で押し込み量 を，2kg
用 の荷重 変 換 器（5＞ （（1）の 直上に挟み 込 んで あ る） （H
本 電 気 三 栄，
9EO1−L− 41 − 2K
），
直流増幅器（6｝（日本電 気三栄 6M−
82） とデ ジ タルマ ル チ メー
ター
（了）（SOAR
社， 3430
） とで反 力R
を，
同 時 測定 出来るように組み 立て たQ これ らを，
カ メ ラ用の三 脚 紛 と長 さ可 変の スー
パー
アー
ム（9）と微動装置マ クロ ス ラ イダー
（日本ベ ル ボン精工製）に取 り付け， 三次元での圧着子 押し付 け 角 度 調 節を可 能と し た。R
を測る 圧着 子 （直径8mm
： 0．
503 cm2 ） の検 出 端を測 定 面に直角に あてる た め，
直 径4cm
の透 明プ ラス チ ッ ク板と内 径8．
5 mm の円 筒を 組合せ た接 触ア タッ チを着 脱 可 能と し た。
装置の検 討段 階で は直 流増幅 器の 出力 信 号は記 録 器 （Hl （日本 光 電 RTA−
1300）で描 出し た。
［測 定方法ユ 軟 部組織ST
は一
般に，
弾 性 変 形と粘 性 流 動が重な っ て現れ る粘弾 性を示し， 応 力と歪との関係 は非 線 形と な り，
ク リー
プ現象も現 れる。 実 際に圧 着 予 図 1 1：圧 着 子，
2：測定対象 3 ：直読型 リニ ヤゲー
ジ 4 ：変 位 変 換 器 5：荷重変 換 器 6：直 流 増 幅 器 組 織 硬 度 測 定 器の性 能 検 査 慨 略 「ヌ1
7： デ ジタル マ ル チ メー
ター
8： カ メ ラ用二二脚 9： スー
パー
アー
ム 10：マ ク ロス ラ イダー
ll；記 録 器 を組織に押 し込 む と図2の ようにク リー
プ現 象 が 見 られ る た め，R
の測定値は デジ タル マルチ メー
ター
で保持さ れ る ピー
ク値を採 用し た。 測 定 前の操作 と して，
圧 着子 先 端を出 来る だけ 蔭 角に当て る た め， 接 触ア タッ チ を圧 着 子に装 着 して測 定 対 象 物 表 面に当て，
その角 度を維 持 す るた めに カメ ラ用 部 品の各 固 定ネ ジ を締め る。 角 度 固 定 が 終 了 した ら接 触ア タッ チ を 除 去 し，
マ ク ロ ス ラ イ ダー
の調 節ネ ジで測 定 対 象 物 表 面に軽 く接 触さ せ る。
こ の位 置が測定の開始点 と なる ように荷 重 変 換 器 と変 位 変 換器の増幅器 及 び リ＝ ヤ ゲー
ジの リセ ッ ト ボタンに より ゼ ロ 点調節を行う 。 こ こ ま での操作が完了してか らリニ ヤゲー
ジ の表示を み な がら手動調節ネジ で圧着子を組 織 に 5 mrn 間 隔で押し込み，
R の ピー
ク値を測 定値と し て採 用 した。 出 来 るだ け室 温 を一
定に保 持 して全て の測 定を行うべ く努 力した が，
測 定 時の壷 温は 23℃〜
25℃ の範囲であっ た。 匚装置の特 性］−
i
：皿天秤 計りを 用い （図 3 ）， IOO 9 間隔で2kg
まで各々5
回 ずつ 測 定 （測 定の 直前にO
点 を補TF
） し，
分銅の重量 と荷重変 換器の出力電圧の一
次 回 帰直線を R 測定の た めの荷重変 換器の特 性 曲線と し た。 生 体 測 定 前に は，500g
の分 銅で キャ リ ブレー
シ ョ ン （図 4） を 行 うが，
角 度に よ る影 響を確 認 するた め，
垂 直 と垂 直に対 して 5度，
および10度 傾 け，
各々10圓 測定して検 討し た。 ［ス ポンジ での 測定（図5
）］ ス ポ ンジ寸法は，
横 16，
縦15，
厚さ3．
7
cm 。 測定 部 位に ×印を付けて， 1
度 （初日），
2度 （2 日目），
3度 （4H 目），
計 3目 で3度，
5，
10，
15，
20mln の歪で のR
を前 述し た測 定 方 法に従っ て測定した。 ［人 体 測 定 （予 備 実 験 ）］ 測 定 部 位 を 決め，
透 明の薄い ポ リエチレ ン シー
トで覆い，
内果，
外 果など特徴的 な部 位に位置 決め の印をつ け て （図 6），
既述の 測定 法に 従っ て，5
，10，
15mm の歪 量で の R を1
度にっ き5 − 6
回 測 定 （時間 は 20秒 程 度／ 回） し た。1
名は左前腕を非固定で，
テー
ブル上に置き，
手関 節 伸 筋 群の最 大 筋 腹 部に ×EIJをっ け，
初 日（A｝， 7
口 目（B），
9日目（c｝，
9 口目の 1時 間 後 （D）の 4度，
各々 6回 ずっ測 定 し た。 他の 1名はベ ッ ドh
に背 臥 位と し，
足 関 節 部の両 側 に砂 嚢を置い て下 肢の内 外 旋を防止 して，
左前 脛 骨 筋の 筋 腹を各々 6回 ずつ 2度 測 定 した。2
度 目の測 定は，
1 度H
の測 定 後ベ ッ ドか ら離れてか ら1
時 閥 後に再 度 測 定 を行っ
た。124 理学 療 法 学 第
19
巻 第2
号劃踏一
淵 鞳幽
一…
1「
豐二
’
：t＝
：
nyH
’
「
響
＝幽
R一
冖
ヤ＼ D
冖
一
1V一
『
．
一
一一
．
『一
一
一
……
］
5mm一＿．
20s− ＿
一≒
一 一 一
一
｝
≠
…
…
窪
妻
冒
、
−P
｝r
−＝
−
一匚
＝
＝
スポン ジ硬 度 前 腕 硬 度 図 2 押 し込 み 深 さD
（mn1 ）と反 力R （V） 図3
上 阻天 秤計で測定器の特 性 を求め る 前日にボー
リン グゲー
ム を して右 前 腕 部に軽い筋 肉 痛と張っ た感 じを訴え た被 検 者の左 右 前 腕 前 面 部 を測定 し た。
，
の予 備 実 験で，
固 定の有 無 も硬さ測定に影 響 さ れる結 果であっ た ため，
図 7の よ うな 簡 易 固 定 台 を 使 用 した。
図4 500g の分 銅で キ ャ リ ブレー
シ ョ ンを と る 図5 ス 恭ンジの硬 度 測 定生体軟 部 組 織の硬さ測定器の試作 125 表 1 ス ポ ンジ の歪 量と荷 重 変 換 器の出 力電 圧 電 圧 （V ） 歪（ ）
1
度目2
度目3
度目50
厂
DO112
0．
330
：ヒ0．
01
0．
319
：ヒ0、
D3
0．
312
：ヒ0、
02
1、
067士O．
09 1．
070：ヒ0．
08
1．115
：tO、
06 2．
288：ヒO．
04 2．
279士0，
〔｝7 2．
271：ヒ0，
ユ0 3．
735：ヒ0，
133．697
：ヒ0．
10 3．
785±0．
ユ2 図6
前脛骨 筋 部の硬 度 測 定 図 7 簡 易 固 定 台を使 用して の測定3 ．
結 果 〔］｝ 装 置の特 性 ： 竃 圧をv
（ボル ト），
荷 重 をF （グラム ）と して図 3 の 方 法で得ら れ た硬 度 測 定 器の特 性は，一
次 回 帰 式 V＝0．
0031F．
・
0，
0098
と なり，
相 関係 数は0，
9998で あっ た。 崗 押し当て角 度の 影 響 ：角 度に よ る測定値の 違いを見る ため
，
500g の分銅を 乗せ て 検 出 棒を傾け た時の 角 度 別の電 圧は，
O
度で 1．
495 ± 0．
048V，
5 度で M62 ± 0．
029V，
1G度で 1．
450 ±O．
048
V
と なり，
0
度 と10
度では有意 差 （p＜O．
05
）が あっ た。
5 度と 0度との 差は 重 量に換 算する と 約 14 グラム に相 当 し，
10度 と0
度と の 差 は約18
グ ラ ム に相当 する違い であっ た。
（3｝ 荷重 変 換 器の経 時 的 変 化 ：30
秒 後でO．
Ol2
V （7g に梢 当），
1分 後で 0．
024 V （14g に相 当 ） で あっ た。 準備が完 了 してか ら測 定が完 了するまで に要 する｛1寺間は約 20秒 以 内で30
秒 を越 える こと は無かっ た。
（4） スポン ジ での結果 ：スポン ジの盃 量に対す る 反力R の結 果を表 圭 に示し た
。
歪 量が 5，
15
，20mrn
で は，
測 定 日に よ る差 は無 かっ たが，
le mm の 場合に は，
2度 目と3 度 円との 間 に のみ 危 険 率 5％ で差が有っ た
。
（5） 人体での測 定 ： ：前 腕の場 合は，
危険率 5％ で，
5mm で はA
（0．
257±0．
D2）とD（O，
226±0．
01），
C （O 、
263
±0．
02
）と D とに， 10mm
で は A（O．
S5e±0．
02） とB
（0．
707±0．
09
），A
とC
（0．
791
±O．
05
），
A とD （O．
751
±O．
05
）間に有 意差 が あ り
，
冉 現 性に問題が あっ た。15mm
の場 合は，
全て に有意 差は無かっ た。
前脛骨筋の場合は，
危険率 1％で 1度 目と2度目で差は無かっ
た。ボ
ーO
ングゲー
ム実 施 翌日に触診で前腕前 面 部に左 右 差が感じ ら れ た例の押し付け深さ別の測 定 結 果は，
右 5nlrrlは O．
082 ± O．
03 V，
左 5mm はO
．
〔｝47±O．
Ol V ， 右 10nlm lまO．
495 ± 0．
03
V
， 左10rrl111
｝まO．
426±0．
03
V ，
で 5rnm と10 mm は共に 左右差 （p＜ O．
05） が あ り，
右 151nm は 】．
563土 O．
08
V ，
！己isnlrllは 1．
170±O．
03V ，
右 20 mm は 4．
094 ±O．
Ol
V ，
左 20 mm は2．
908
±0．
08V ，
で 正5mm と20 mm におい て も左右 差 （p〈 0，
01） が 認 め ら れた。
4 ．
考 察理 学 療 法の評 価は触診に頼る こ と が多い
。
生体 系へ の 荷 重ま たは変 位入 力に対 する応 答か ら生 体系の 共振周 波126
理学 療法学 第19
巻第2
号 数 位 桐 差，
機 械イ ン ピー
ダン スな どの巨 視 的な動 特 性 評価 指 数 も紹 介 されてい るが，
生 体 組 織の触 診は組織の 静 力 学 的 特 性 を 唯一
の情 報 源に して いる と考え ら れて い る4） 。 こ の 静力学的特 性を比較的安価で操作 簡便な組織 硬度測定 器を作成し， その特 性を検 討し た。 比較 的均質であると考え られ るス ポン ジの測定では測 定H
が異なっ て も再 現 性 は 高 く，
バ ラ ツキも少な かっ た。一
方，
生 体の場 合は測 定日 が異なると再 現 性が悪 くな る もの の，
2度 目の測 定 が 1時 間 以 内で測 定 部 位の マー
キ ン グが残っ て いれば，
再 現 ？t
；，
は概ね保た れて いた。 生体 の測 定 部 位 を 固 定 した場 合は非 固 定の場 合よ りもバ ラ ッ キ は少な かっ た。 ま た，
測定部 位の曲率半径が小さい部 位は 大 きい 部 位の測定値よ りバ ラ ツキ が 大 き かっ た 。 触 診で左右 前 腕部の硬度差 が感 じ ら れ た ボー
リン グ ゲー
ム実 施 例の ように明らかに本 器に よ る測 定 値に有 意 差が見 られ，
その差が数 値で示さ れ ることには一
定の意 義がある。 これ らの こ と か ら，
理 学療 法での治療 ・訓 練時間が 1 時間未満の場 合が多いた め， 治療。
訓練の短期 的効果の 有無の判 定に は利 用で き る可 能 性が得ら れ た。 長 期 的 効 果 判 定の場合に は，
測 定 部 位の位 置 決めの再 現 性が得ら れ，
変 化 量が 10％ （変 動 係 数は3〜
8％ 程 度のた め） 以上であれ ば一
．
卜分 可 能であ ろ う。
5 ．
ま と め 力と電 圧の 相関 係 数r はO．
9998
と非 常に高く，
ま た変 動 係数
は100g
以 外で はO、
003
か ら0．
014
と大 きく なく，
装 置と して は実 用 性に耐える範 囲と思わ れ た。 ま た，
当て る角 度の影 響は，
5度の違いは計 算 上O．
4
％ で，
実 測では約 2．
2％ 程 度であり実 用の可 能 性はあろ う。
ス ポ ン ジ での測 定の再現性は歪10mm
以外で は高 い ことが確 認され，
実用が期待さ れ た。 前腕部の硬さ測定で は，
再現性の低い ものが あっ
た。 その 理由として は，
前腕 部には筋 肉が多く存 在する こと，
測定 部位の 曲率半 径が小さい こと，
前 腕 を 固 定 しなかっ たこと が考え られるe 前 脛 骨 筋の場 合は，
2度の測 定間に差は無 く，
再現 性が保たれて い た。 測定部 位の曲率半径が大きく，
筋も 平に近いこ とや砂 嚢 とはいえ，
固定し たこと な ど が，
前 腕の場 合よ り再現性が よい理由であ ろう。 触診で硬さに左右差を感じ た例の左右 差が数 値で確 認出来た。 本 稿の要 旨は第 25回日本理学 療 法 士学会で発表した。 文 献 1）鈴村 宣夫，
池谷 和 夫 ：生 体 表 面 か らみ た機 械 インピー
ダン ス につ いて．
人間工学，
了：117−
123，
1951．
2）中山 淑：生体 物 性一
機 械 的 性 質，
医 用tt
子 と生 体 工 学，
14 ：58−
63，
1976．
3）加藤 正 道，
村 上 新 治・
他 1随 意 収 縮 時にお けるヒト前脛 骨 筋の硬さの変 化にっ い て．
医用電子と 生体工学，
工7：258 263，
1979．
4） 立石哲也，
白崎芳 夫：生体組 織の電 気・
力 学 特 性に関 する 研究．
機械 技 術 研 究 所 報 告，
130：149−
153，
1984，
5）尾 股定夫：軟 組織の コ ンプライア ン ス特 性 測 定 用 圧 電 型ト ラ ン ス デュー
サ の 試 作．
医 用 電 子と生 体工学，
24：330−
B34，
1986．
6） 高 木 洋，
笠 原 哲。
他 ：肩 凝 りと筋 肉の弾 性 率．
医 用 電 子と生体”
匚学，
22：46−
52，
1984．
7）Fischer AA ：Tissue compliance meter for objective
，
quantitative docurnentation o 『 soft tissue consist 巳ncy
and pathology
．
Arch Phys Med Rehabil，
68 ：122−
125，
.thtssk-ssMwadime"tatife23diMfE
127
<Abstract>
A New
Compliance
Meter of theSoft
TissueTakahiro
KIYAMA,
RPT,
Hiroyasu
IWATSUKI,
RPTDqpariment
of
Rhysical
7VieTaPy,
fVagoya
Uhiversity
Coltage
of
MOdical
T2chnotoglr
Asako ITOH, RPT, Toshiyuki OHTA, RPTTsushima-Chyuo Nbspital
Akira
KANAI, RPT Gamag'ohri Cit)pHbspitalThe object of thisstudy isto
determine
the accuracy of our new compliance meter systemof the soft tissues.
This
meter was cornposed of a strain gauge, alinear
gauge and acontrolla-ble adaptor of three
dimension.
The
voltage of the strain gauge was measured atbalanced
with leOg intervalsfrom 100g to2,OOOg and then calculated thecorrelation between the volt-age and theweight.
And
theeffects oninclining
thepel!otte atfive
and tendegrees
from
ver-ticalline was examined. The cornbliance of thesponge
block,
forearm
and anterior part of thelower legwas measured respectively
by
thismeter.The
compliance wasindicated
by
the volt-age of thegauge when the pellottewas pressed downby
5, 10,15,20mm depth on themateri-als.
The results were as follows:
(1)
The regression lineof the correlation between the weight and the voltage of the strain gauge wasV<v>=O.O031F(g)-O.O098,
and itscoeMcient wasO.9998.
(2)
The forceat fivedegrees inclinationwas not significantly differentfrom theforceat zerodegree,
but
atten
degrees
itwas significantiydifferent.
(3)
The values o[ the compliance of the forearm were variableby
different
days
andtimes.
