JP2006505350A - 損傷組織、骨折、骨減少症、または骨粗鬆症の治療のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

損傷組織、骨折、骨減少症状、または骨粗鬆症を治療するためのシステムおよび方法。本発明の様々な実施形態に係るシステムおよび方法は、損傷組織、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、または他の身体の組織の状態を治療するための振動プラットフォームを含む。振動プラットフォームは、身体を支持する。振動プラットフォームは、上板、下板、下板から支持された駆動レバー、駆動レバーに当接する制動部材、および上板に当接する分配レバーアームを含む。駆動レバーは、所定の第１周波数で作動する。次に、制動部材は、所定の第２周波数の振動力を生成しながら駆動レバーの作動を制動する。振動力の一部は、制動部材から分配レバーアームに伝達する。その後、振動力の一部は、分配レバーアームからプラットフォームに伝達して、プラットフォーム上の身体が、損傷組織、骨折、骨減少症状、骨粗鬆症、または他の組織状態の治療に効果的な周波数の振動を受ける。

Description

発明の詳細な説明

発明の背景
発明の分野
本発明は、概して、組織の成長を促して回復させる分野に関し、より具体的には、損傷組織、骨折、骨減少症、または骨粗鬆症の治療のための装置および方法に関する。

関連技術の説明
結合組織、靱帯、骨などの人体組織はすべて、損傷すると回復に時間がかかる。人体組織の中でも、骨折などの回復には、相対的により長い期間が必要である。通常、骨折骨は接合されなければならず、その骨は、その後、ギブス、副木、または同種の器具で固定されてよい。この種の治療は、自然に治癒過程を開始させることができる。しかしながら、人体の骨折を回復させる過程は、数週間かかるものであり、骨折位置、患者の年齢、患者の全体的な健康状態、および患者によるその他の要因によって異なる可能性がある。骨折位置によっては、骨折部位、または患者自身をも固定して、骨折の完治を促す必要があり得る。患者および／または骨折部位の固定は、患者の実行可能な身体活動数を減少させるので、他の健康状態を害する結果になる可能性がある。

骨量を失う骨減少症は、筋活動の減少から生じ得るので、骨折、安静、骨折の固定、関節の再構成、関節炎などの結果として現れる可能性がある。しかしながら、その骨の上で筋肉を使用する作用が再生されることによって、この影響が生じるのは遅く、止まることもあり、また逆に良くなることさえある。これには、通常、骨に機械的圧力をかける作用を利用し、またはこの作用を活性化させることなどが必要である。

骨折治療においても、また、補装具面に骨が成長するように促進し、安定化させて固定しようとする場合、「人工」の股関節、膝関節、脊椎盤などとして一般に知られている医療補装具を好適に装着するときにも、骨の成長を促進することが重要である。

骨量の損失を減少させるために様々な技術が多く開発されている。たとえば、電圧または電流信号を利用して骨折を治療することが提案されている（たとえば米国特許第４,１０５,０１７号、第４,２６６,５３２号、第４,２６６,５３３号、第４,３１５,５０３号明細書）。また、磁場を利用して骨折の回復を促すことも提案されている（たとえば米国特許第３,８９０,９５３号明細書）。超音波を利用して組織の成長を促進することも開示されている（たとえば米国特許第４,５３０,３６０号明細書）。

骨に機械的負荷を与え、または作成して成長を促進する多数の技術案は、低周波で高レベルの負荷を骨に使用するが、これは不必要であり、場合によっては骨の保全に有害であることが判ってきた。たとえば、衝撃荷重を所望の高いピーク値に到達させることがよく提案されるが、そのような高い衝撃荷重によって骨折し、骨折の治療目的を無にする可能性がある。

従来技術では、骨に低レベルで高周波の圧力をかけることができることが知られており、これによって骨の成長が好都合に促進されることも知られている。この種の圧力を達成した技術が、米国特許第５,１０３,８０６号、第５,１９１,８８０号、第５,２７３,０２８号、第５,３７６,０６５号明細書、第５,９９７,４９０号明細書、および第６,２３４,９７５号明細書などに開示されており、これらの全内容は、それぞれ参照として本明細書に組込まれる。この技術において、患者は、鉛直振動するように作動可能なプラットフォームによって支持される。その結果、プラットフォームの振動は患者の体重によって加速しながら、圧力レベルを、骨量の減少を防ぎ、または減少させるとともに新たな骨の形成を高めるのに充分な周波帯域にする。プラットフォーム振動のピーク間の垂直変位は、わずか２ｍｍ程度でよい。

しかしながら、これらのシステムおよび関連方法は、プラットフォームを支持する複数のばねの配列によく左右されるので、プラットフォーム上での患者の正確な位置付けが重要になる。また、適切に位置付けられた患者が自然に立っていても、プラットフォームのある部分に他よりも力がかかるので、患者が本当に垂直な運動をすることは困難となるか、または不可能となる。

そこで、この技術において、損傷組織、骨組織、または他の組織状態の回復および／または成長を促進して、骨減少症または骨粗鬆症、または他の組織状態を減少させ、または防止するのに充分な低変位で高周波の機械的負荷を骨組織に与えながら、相対的にプラットフォーム上の患者の位置に反応しない、非常に安定した振動プラットフォーム装置の技術の必要性が残る。

さらに、損傷組織、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、または他の組織状態を治療するための装置および方法の必要性が残る。

発明の要約
ここに記載する本発明は、上述の必要性を満たす。より具体的には、本発明の様々な実施形態に係る装置および方法は、損傷組織、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、または他の組織状態を治療するためのものである。さらに、本発明の様々な実施形態に係る装置および方法は、骨組織、または他の組織状態の回復および／または成長を促進して、骨減少症または骨粗鬆症、または他の組織状態を減少させ、または防止するのに充分な低変位で高周波の機械的負荷を骨、筋肉、組織などに与えながら、プラットフォーム上の患者の位置に相対的に反応しない、非常に安定した振動プラットフォーム装置であってもよい。なお、本発明に係るプラットフォームは、「振動プラットフォーム」または「機械的圧力プラットフォーム」とも呼ばれる。

本発明の様々な実施形態に係る装置および発明の一局面として、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、または他の組織状態を治療するためのプラットフォームに重点を置いている。このプラットフォームは、身体を支持する。プラットフォームは、上板、下板、下板から支持された駆動レバー、駆動レバーに当接するばね、および上板に当接する分配レバーアームを含む。駆動レバーは、所定の第１周波数で作動する。次に、制動部材は、駆動レバー上で所定の第２周波数の振動力を生成する。振動力の一部は、分配レバーアームに伝達する。その後、分配レバーアームからの振動力の一部は、プラットフォームに伝達して、プラットフォーム上の身体が振動を受ける。

質量を有する身体の組織を治療する具体的な方法として、身体をプラットフォームで支持する。この方法では、第１周波数でフラットフォームを作動させてから、プラットフォームを振動させて、身体の質量の共振周波数と関連した第２周波数の振動力を生成する。最後に、プラットフォーム上の身体の質量に振動力を分配する。

身体の組織を治療するための他の具体的な方法として、質量を有する身体をプラットフォーム上で支持する。このプラットフォームは、上板、下板、下板に支持された駆動レバー、駆動レバーに当接する制動部材、および上板に当接する分配レバーを含む。この方法においても、所定の第１周波数で駆動レバーを作動させる。制動部材を振動させて所定の第２周波数の振動力を生成し、振動力の一部を制動部材から分配レバーアームに伝達する。そして、プラットフォーム上の身体の質量が振動を受けるように、振動力の一部を分配レバーアームからプラットフォームに分配する。

本発明は、身体の組織を治療する装置であって、装置は、
身体を支持するように構成されるプラットフォームであって、
上板、および
下板、
を備えるプラットフォームと、
下板から支持された駆動レバーと、
上板および下板に対して所定の第１周波数で駆動レバーを作動させるように構成されたアクチュエータと、
所定の第２周波数の振動力を生成するように構成された制動部材と、
ばねからの振動力を受けて、振動力の一部を上板に伝達するように構成された分配レバーアームとを含む。

本発明の様々な実施形態に係る多様な装置および方法の目的、特徴および利点として、
１．損傷組織、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、他の身体の組織の状態を治療する能力を提供すること、
２．身体の組織を治療する能力によって、骨減少症または骨粗鬆症を減少させ、または防止すること、
３．損傷組織、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、または他の身体の組織の状態を、組織または骨の回復、成長および／または再生を促進するために効果的な周波数で治療する能力を提供すること、および
４．損傷組織、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、または他の身体の組織の状態の治療に適合した装置を提供することが含まれる。

本発明に係る装置および方法の様々な局面および実施形態の目的、特徴、および利点は、本明細書の他の部分から明白である。

特定の実施形態の詳細な説明
本発明の様々な実施形態に係る装置および方法は、組織の損傷、骨折、骨減少症、骨粗鬆症、または他の組織状態を治療するためのものである。さらに、本発明の様々な実施形態に係る装置および方法は、組織の損傷、骨組織、および他の組織状態の回復および／または成長を促進して、骨減少症または骨粗鬆症、または他の組織状態を減少させ、または防止するのに充分な低変位で高周波の機械的負荷を骨組織に与えながら、プラットフォーム上の患者の位置に相対的に反応しない、非常に安定した振動プラットフォーム装置を備える。

図１〜３は、本発明の様々な実施形態に係る振動プラットフォームを図示する。図１は、筺体１０２内に収納されるプラットフォーム１００の平面図を示す。このプラットフォーム１００は、振動プラットフォームまたは機械的圧力プラットフォームとも呼ばれる。筺体１０２は、上板１０４（図２および３で最もよく見える）、下板１０６、および側壁１０８を含む。なお、上板１０４は、一般的に長方形または正方形であるが、そうでなくとも、上板１０４の上部に直立した、またはプラットフォーム１００に対する位置に身体を支持するために、幾何学的に構成されてもよい。また、上部に直立した、またはプラットフォームに対する位置に身体を支持するために、その他の構成または構造を使用してもよい。図１は上板１０４を通して見たプラットフォーム１００を示しているので、内部機構の図示が可能になっている。振動アクチュエータ１１０は、振動装置載置板１１２によって下板１０６に載置され、１以上のコネクタ１１６によって駆動レバー１１４に接続されている。

振動アクチュエータ１１０によって、駆動レバー１１４は、駆動レバー載置台１２０上の駆動レバー回転軸１１８の周りを一定距離回転する。振動アクチュエータ１１０は、所定の第１周波数で駆動レバーを作動させる。駆動レバー回転軸１１８の周囲における駆動レバー１１４の動作は、図２および３で最もよく見えるばね１２２などの制動部材によって制動される。制動部材またはばね１２２は、所定の第２周波数の振動力を生成する。ばね１２２の一端は、載置台１２６によって支持されたばね載置柱１２４に接続され、ばね１２２の他端は、分配レバー支持プラットフォーム１２８に接続される。分配レバー支持プラットフォーム１２８は、接続板１３０によって駆動レバー１１４に接続される。分配レバー支持プラットフォーム１２８は、第１分配レバー回転軸１３４の周りを回転する第１分配レバー１３２を支持する。この第１分配レバー回転軸１３４は、下板１０６から延びる支持材１３８のノッチ１３６の端部で支えられる第１分配レバー１３２の表面によって形成されてもよい。第２分配レバー１４０は、連結材１４２によって第１分配レバー１３２に接続される。この連結材１４２は、簡単に相互係合する溝であってもよい。第２分配レバー１３２は、回転軸１４４の周りを上述の第１分配レバー１３２の場合と同様に回転する。

上板１０４は、複数の当接点１４６によって支持される。この当接点１４６は、上板１０４の裏側に調節可能に固定されてもよく、第１分配レバー１３２、第２分配レバー１４０、またはこれらの組合わせの上面に当接する。

作動中、患者（図示せず）は、第１分配レバー１３２と第２分配レバー１４０との組合わせによって交互に支持される上板１０４上に座るか、または立つ。装置の作動時、振動アクチュエータ１１０は上下に相互動作して、所定の第１周波数で駆動レバー１１４をその回転軸１１８の周りで振動させる。駆動レバー１１４と分配レバー支持プラットフォーム１２８とが強固に接続しているので、この振動は、ばね１２２によって生成または発揮される力で制動される。このばね１２２は、所定の第２周波数で所望に駆動されることが可能であり、複数の実施形態においては、その共振周波数および／または共振周波数の高調波または副高調波で駆動され得る。振動変位は、分配レバー支持プラットフォーム１２８から第１分配レバー１３２に伝達されることによって、第２分配レバー１４０に伝達される。第１分配レバー１３２および／または第２分配レバー１４０のうち１以上が、振動によって伝えられた動作を、当接点１４６によって自由に動く上板１０４に分配する。そして、この振動変位は、上板１０４によって支持された患者に伝えられる。これによって、プラットフォーム１００によって支持された患者の骨構造などの患者の組織に高周波で低変位の機械的負荷を伝える。

この特定の実施形態において、振動アクチュエータ１１０は、振動を発生させるように構成された圧電トランスデューサまたは電磁トランスデューサであってもよい。他の従来型トランスデューサもこの発明に適切に使用可能である。たとえば、約０．００２インチ（０．０５ｍｍ）以下の小さい変位範囲が予期される場合、圧電トランスデューサ、カム付きモータ、または油圧式に駆動されるシリンダが使用可能である。もう１つの方法として、大きな変位範囲が予期される場合、電磁トランスデューサが使用可能である。コイルが動く高性能な円筒型の線形アクチュエータなどの適切な電磁トランスデューサは、BEI
Motion Systems Company, Kimchee Magnetic Division of San Marcos, Californiaから入手可能である。このような電磁トランスデューサは、１０〜１００Ｈｚの範囲におけるコイル励磁状態および０．８インチ（２ｍｍ）以下の低い範囲におけるショートストローク作用に対して、ヒステリシスのない直線の力を送る。

さらに、ばね１２２は、規定周波数または共振周波数で共振するように構成される従来型のばねであってもよい。このばねの共振周波数は、方程式：共振周波数（Ｈｚ）＝ [ばね定（ｋ）／質量（ｌｂｓ）]^１／２から決定可能である。たとえば、振動プラットフォームが人間の治療のために設計されている場合、ばね１２２は約３０〜３６Ｈｚの周波数で共振するような大きさであってもよい。振動プラットフォームが動物の治療のために設計されている場合、ばね１２２は１２０Ｈｚまでの周波数で共振するような大きさであってもよい。約３０〜３６Ｈｚで振動するように構成される振動プラットフォームは、ここに示す実施形態において、約９ポンド（ｌｂｓ）／インチのばね定数（ｋ）を有する圧縮ばねを利用する。振動プラットフォームの他の構成において、同様の範囲の振動および周波数は、１以上のばねによって、または振動力を所望の範囲または周波数に生成し、そうでない場合は所望の範囲または周波数まで制動させるように設計された他の機器または機構によって、発生させられてもよい。

図２は、図１の線１−１についての側断面図であって、振動アクチュエータ１１０の駆動レバー１１４に対する接続の詳細を示すために一部を切り欠いて示す。駆動レバー１１４は、コネクタ１１６を受ける長穴１４８（図１および３にも図示）を含む。長穴１４８によって、駆動レバー１１４の長さ部分に沿って振動アクチュエータ１１０を選択的に位置付けることが可能になる。コネクタ１１６を手動で調節して、振動アクチュエータを駆動レバー１１４に対して位置付けて、その後、長穴１４８の長さに沿って振動アクチュエータ１１０の所望の位置が選択されれば、コネクタ１１６を再度調節することが可能である。振動アクチュエータ１１０の位置を調節することによって、駆動レバー１１４の鉛直運動または変位の調節が可能である。たとえば、振動アクチュエータ１１０が駆動レバー回転軸１１８側に位置付けられた場合、ばね１２２に近い他端における駆動レバー１１４の鉛直運動または変位は、振動アクチュエータ１１０がばね側に位置付けられるときよりも相対的に大きい。逆に、振動アクチュエータ１１０がばね１２２側に位置付けられたときは、ばね１２２に近い他端における駆動レバー１１４の上下運動または変位は、振動アクチュエータ１１０が駆動レバー回転軸１１８側に位置付けられるときよりも相対的に小さい。

図３は、図１の振動プラットフォーム１００の分解斜視図であって、プラットフォーム１００の内部機構を示すため一部を切り欠いて示す。他の実施形態と同様にこの実施形態においても、本発明は筺体１０２内に収納される。筺体１０２は、ここに記載した目的に対して充分強い材質であれば、たとえば上板上の患者の体重に耐え得る材質であれば、どのような材質から形成されていてもよい。たとえば、適応する材質として、鋼、アルミニウム、鉄などの金属、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリオレフィンなどのプラスチック、またはこれらの物質のうち、いずれかの合成物または化合物が可能である。

プラットフォーム１００の上板１０４を通して機械加工される一連の穴１５０もこの実施形態に示される。この穴１５０は、第１分配レバー１３２および第２分配レバー１４０のそれぞれに平行に配列される。これらの穴１５０（図１にも図示）は、当接点１４６を異なる点で接続または付着させることによって、これらの当接点が分配レバー１３２、１４０に当接する点を変化させる。このように、上板１０４を駆動して振動させるときに使用されるレバーアーム量および機械的利点が変化する。

図４〜１０は、本発明の様々な実施形態に係る他の振動プラットフォームを図示する。図４は、筐体４０２内に収納されたプラットフォーム４００の平面図を示す。このプラットフォーム４００は、「振動プラットフォーム」または「機械的圧力プラットフォーム」とも呼ばれる。筐体４０２は、上板４０４（図５〜９で最もよく見える）、下板４０６、および側壁４０８を含む。なお、上板４０４は、一般的に長方形または正方形であるが、そうでなくとも、上板４０４の上部に直立した、またはプラットフォームに対する位置に身体を支持するために、幾何学的に構成されてもよい。また、上部に直立した、またはプラットフォームに対する位置に身体を支持するために、その他の構成または構造を使用してもよい。図４は上板４０４を通して見たプラットフォーム４００を示しているので、内部機構の図示が可能になっている。振動アクチュエータ４１０は、下板４０６に載置される。振動アクチュエータ４１０は、固定コイル４１２および電機子４１４から成る電磁式アクチュエータである。振動アクチュエータ４１０は、固定コイル４１２が励起されると、電機子４１４が固定コイル４１２に対して作動できるように構成される。電機子４１４が１以上のコネクタ４１８によって駆動レバー４１６に接続されている間、固定コイル４１２は下板４０６に載置される。

振動アクチュエータ４１０によって、駆動レバー４１６は、駆動レバー載置台４２２上の駆動レバー回転軸４２０の周りを一定距離回転する。振動アクチュエータは、所定の第１周波数で駆動レバー４１６を作動させる。駆動レバー載置台は下板４０６に載置される。駆動レバー回転軸４２０の周囲における駆動レバー４１６の動作は、図５〜８で最もよく見えるばね４２４などの制動部材によって制動される。制動部材またはばね４２４は、その共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波などの所定の第２周波数の振動力を生成する。ばね４２４は、ばね載置台４２８などの制動部材載置台から上板４０４に延びるばね載置柱４２６などの制動部材載置柱の周囲に取付けられる。ばね載置柱４２６は下板４０６に載置される。

駆動レバー４１６の一端近くの穴４３０によって、ばね載置柱４２６はばね載置台４２８から駆動レバー４１６を貫いて上方に上板４０４の底面まで延びることが可能となる。ばね４２４の一端は、ばね載置台４２８に接続されて、ばね４２４の他端は、駆動レバー４１６の底面で、かつ駆動レバー４１６を貫く穴４３０の周囲に載置されたレバー支持面４３２に接続される。レバー支持面４３０は、穴４３０内に適合したねじ込みコネクタ４３４によって駆動レバー４１６に接続される。このように、ばね４２４は、駆動レバー４１６の底面からばね載置台４２８まで延びる。

交差棒４３６は、コネクタ４３８を伴って、駆動レバー４１６の底面に載置され、駆動レバー４１６の長さ対してほぼ垂直に延びる。交差棒４３６の各端において、各側面分配レバー４４０の一端にコネクタ４４２を伴って、側面分配レバー４４０は交差棒４３６に載置される。そして、各側面分配レバー４４０は、交差棒４３６の長さからほぼ垂直に、かつプラットフォーム４００の各側壁４０８にほぼ平行に延びる。各側面分配レバー４４０は、側面分配レバー４４０の他端近くに位置する側面分配レバー回転軸４４４の周りを回転する。側面分配レバー回転軸４４４に隣接し、かつ側面分配レバーアーム４４０からほぼ垂直に延びるリフトピン４４６は、上板４０４から延びる支持材４５０のノッチ４４８の端部に支持される。

上板４０４は、支持材４５０においてリフトピン４４６の上面とノッチ４４８の一部とが支持当接することによって成る複数の当接点４５２によって支持される。

プリント回路基板（ＰＣＢ）４５４は、コネクタ４５６によって下板４０６に載置される。ＰＣＢ４５４は、制御回路を備え、振動アクチュエータ４１０を操作するための関連する実行可能な指令または指示を出す。

上板４０４のアクセスパネル４５８は、プラットフォーム４００の内部機構に対するメンテナンスアクセスを提供する。

作動中、患者（図示せず）は、リフトピン４４６によって交互に支持される上板４０４上に座るか、または立つ。装置の作動時、振動アクチュエータ４１０は上下に相互動作して、所定の第１周波数で駆動レバー４１６をその回転軸４２０の周りで振動させる。駆動レバー４１６と分配レバー載置台４２２とが強固に接続しているので、この振動は、ばね４２４によって発揮される力で制動される。このばね４２４は、所定の第２周波数で所望に駆動されることが可能であり、複数の実施形態においては、その共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波で駆動され得る。制動された振動変位は、駆動レバー４１６から交差棒４３６に伝達されることによって、側面分配レバーアーム４４０に伝達される。１以上の側面分配レバーアーム４４０は、振動によって伝えられた動作を、リフトピン４４６および当接点４５２によって自由に動く上板４０４に分配する。そして、この振動変位は、上板４０４によって支持された患者に伝えられる。これによって、プラットフォーム４００によって支持された患者の骨構造などの患者の組織に高周波で低変位の機械的負荷を伝える。

高周波で低変位の機械的負荷がプラットフォームによって支持された患者の骨構造に伝わることが望ましい。この負荷を達成するために、複数の実施例において、制動部材またはばね４２４から駆動レバー回転軸４２０までの水平中心線距離を約１２インチ（３０４．８ｍｍ）とし、振動アクチュエータ４１０から駆動レバー回転軸４２０までの水平中心線距離を約３インチ（７６．２ｍｍ）とする。制動部材またはばね４２４から駆動レバー回転軸４２０までの距離と、振動アクチュエータ４１０から駆動レバー回転軸４２０までの距離との割合は、約４対１であってよく、駆動比とも呼ばれる。さらに、この実施形態において、駆動レバー回転軸４２０に近い側面分配レバー回転軸４４４から制動部材またはばね４２４に近い側面分配レバー回転軸４４４までの水平中心線距離は、約１２インチ（３０４．８ｍｍ）であるはずであり、各側面分配レバー回転軸４４４から各リフトピンまでの水平中心線距離は、約３／４インチ（１９ｍｍ）であってよい。複数の実施形態では、駆動レバー回転軸４２０に近い側面分配レバー回転軸４４４からばね４２４に近い側面分配レバー回転軸４４４までの距離と、各側面分配レバー回転軸４４４から各リフトピンまでの距離の割合は、約１６対１であり、リフト比とも呼ばれる。図示して説明したこの構成において、振動プラットフォーム４００は、特定の駆動比およびリフト比を備える。駆動比およびリフト比の他の組合せを使用してもよく、本発明の様々な実施形態に応じて結果は変化する。

また、この特殊な実施形態において、振動アクチュエータ４１０は、振動を作動または発生させるように構成された電磁式アクチュエータであって、たとえばコイルと電機子またはソレノイドとの組合せである。他の従来型アクチュエータも本発明に適切に使用可能である。図示して説明したこの構成において、振動アクチュエータは約３０〜３６Ｈｚで作動するように構成されてもよい。

さらに、制動部材またはばね４２４は、規定周波数の範囲内で共振するように構成された従来型のコイルばねでもよい。たとえば、振動プラットフォームが人間の治療のために設計されている場合、制動部材またはばねは、約３０〜３６Ｈｚの周波数で共振するような大きさである。振動プラットフォームが脊椎動物の治療のために設計されている場合、制動部材またはばねは、約３０〜１２０Ｈｚの周波数範囲で共振するような大きさである。図示した構成において、制動部材またはばねは、約９ポンド（ｌｂｓ）／インチのばね定数を有する圧縮ばねである。振動プラットフォームの他の構成において、同様の範囲の振動および周波数は、１以上の制動部材またはばねによって、または振動力を所望の範囲または周波数に生成し、そうでない場合は所望の範囲または周波数まで制動させるように設計された他の機器または機構によって、発生させられてもよい。

図５〜７は、作動中の図４のプラットフォーム４００を図示する。図５は、図４の線Ａ−Ａについての側断面図であって、上位の振動プラットフォーム４００を示す。図６は、図４の線Ａ−Ａについての側断面図であって、中位の振動プラットフォーム４００を示す。図７は、図４の線Ａ−Ａについての側断面図であって、下位の振動プラットフォーム４００を示す。図５〜７では、上板４０４にかかる負荷（図示せず）に関して、作動中のプラットフォーム４００の内部構造を示す。これらの図は、上板４０４に様々な負荷がかかっている間の駆動レバー４１６、側面分配レバーアーム４４０、およびばね４２４の相対的位置を図示する。

図５〜７に示されるように、上板４０４に特定の負荷がかかる時、側面分配レバーア０ム４４０は、上板４０４上の各負荷に対応する。すべての場合に、負荷は上板４０４上で下方の力を生成し、その力は、支持材４５０から各リフトピン４４６に伝達し、さらに側面分配レバーアーム４４０、交差棒４３６、そして駆動レバー４１６およびばね４２４まで伝達する。たとえば、図５において、約５０ポンド（２２．５ｋｇ）の重さの負荷が上板４０４にかかるとき、駆動レバー回転軸４２０に最も近く、隣接する側面分配レバーアーム４４０は交差棒４３６側が上方に変位し、ばね４２４に最も近く、隣接する側面分配レバーアーム４４０は交差棒４３６側が下方に変位する。駆動レバー４１６は、相対的に延びた位置にあるばね４２４を伴って、駆動レバー回転軸４２０からほぼ上方に変位する。

図６において、約１４０ポンド（６３ｋｇ）の重さの負荷が上板４０４にかかるとき、駆動レバー回転軸４２０に最も近く、隣接する側面分配レバーアーム４４０は、ばね４２４に最も近く、隣接する正面分配レバーアーム４４０にほぼ平行な位置に変位する。駆動レバー４１６は、図５と比べて相対的に圧縮された位置にあるばね４２４を伴って、駆動レバー回転軸４２０からほぼ水平に変位する。

最後に、図７において、約３００ポンド（１３５ｋｇ）の相対的に大きい負荷が上板４０４にかかるとき、駆動レバー回転軸４２０に最も近く、隣接する側面分配レバーアーム４４０は、交差棒４３６側が下方に変位し、ばね４２４に最も近く、隣接する側面分配レバーアーム４４０は、交差棒４３６から上方に変位する。駆動レバー４１６は、図５および６と比べて相対的に圧縮された位置にあるばね４２４を伴って、駆動レバー回転軸４２０からほぼ下方に変位する。

図８は、図４の線Ｂ−Ｂについてのプラットフォーム４００の側断面図を示す。この図は、負荷がかからない位置にあるプラットフォーム４００を図示しており、負荷がかからない位置にある上板４０４、側面分配レバーアーム４４０および交差棒４３６の相対的位置を詳述する。

図９は、図４の線Ａ−Ａについてのプラットフォーム４００の側断面図を示す。この図は、負荷がかからない位置にあるプラットフォーム４００をさらに図示しており、負荷がかからない位置にある駆動レバー４１６、交差棒４３６、ばね４２４および振動アクチュエータ４１０の相対的位置を詳述する。

図１０は、図４のＣ−Ｃについてのプラットフォーム４００の後断面図であって、負荷がかからない位置にある振動プラットフォーム４００を示し、駆動レバー４１６、振動アクチュエータ４１０、交差棒４３６、側面分配レバーアーム４４０、および上板４０４の相対的位置を詳述する。

図１１は、本発明の様々な実施形態に係る他の振動プラットフォーム１１００を図示する。図１１では、振動プラットフォーム１１００の内部構造の断面図を示す。この実施形態は、上板１１０４、下板１１０６および側壁１１０８を含む筐体１１０２を伴って示される。なお、上板１１０４は、一般的に長方形または正方形であるが、そうでなくとも、上板１１０４の上部に直立した、またはプラットフォームに対する位置に身体を支持するために、幾何学的に構成されてもよい。また、上部に直立した、またはプラットフォームに対する位置に身体を支持するために、その他の構成または構造を使用してもよい。振動アクチュエータ１１１０は、振動装置載置板１１１２によって下板１１０６に載置され、１以上のコネクタ（図示せず）によって駆動レバー１１１４に接続される。

振動アクチュエータ１１００によって、駆動レバー１１１４は、駆動レバー載置台１１１８上の駆動レバー回転軸１１１６の周りを一定距離回転する。駆動レバー回転軸１１１６の周囲における駆動レバー１１１４の動作は、片持ちばね１１２０などの制動部材によって制動される。そして、片持ちばね１１２０は、その共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波などの所定の第２周波数の振動力を生成する。片持ちばねの一端は、ばね載置台１１２２に載置され、片持ちばね１１２０の他端は、駆動レバー１１１４またはばね当接点１１２４に当接する。ばね当接点１１２４は、駆動レバー１１１４の裏側に載置され、かつ片持ちばね１１２０に当接するように構成された延長片であってもよい。

１以上のリフトピン１１２６が駆動レバー１１１４の側面から延びる。リフトピン１１２６は、上板１１０４の裏側に載置された１以上の対応する支持材１１３０の各ノッチ１１２８と係合する。自由に動く上板１１０４は、リフトピン１１２６と支持材１１３０との間にある１以上の当接点１１３２によって支持される。

片持ちばね１１２０の共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波などの所定の第２周波数は、節点１１３４によって調節可能である。節点１１３４は、２つ一組のローラ１１３６、ローラ載置台１１３８、コネクタ１１４０、および外ノブ１１４２から成る。片持ちばね１１２０は、２つ一組のローラ１１３６の間に載置されるので、ローラ１１３６は片持ちばね１１２０の長さに沿って位置付けられることが可能である。２つ一組のローラ１１３６は、コネクタ１１４０を介して、ローラ載置台１１３８に載置される。ローラ載置台１１３８の位置は、片持ちばね１１２０の長さに平行な軌道１１４４に沿ってスライドする外ノブ１１４２によって、片持ちばね１１２０の長さに沿って調節可能である。

節点１１３４の位置は、手動または自動で調節可能であり、そうでない場合は、片持ちばね１１２０の長さに沿って予め設定可能である。節点１１３４が片持ちばね１１２０に沿って特定の位置に調節されると、節点１１２０は、定点または片持ちばね１１２０の支柱として作用するので、片持ちばね１１２０の共振長は特定量に設定可能である。なお、片持ちばね１１２０の共振長は、上板１１０４にかかる負荷の質量および駆動レバー１１１４と片持ちばね１１２０とを組合わせた質量に左右される。そして、駆動レバー１１１４またはばね当接点１１２４に当接する片持ちばね１１２０の端部は、振動アクチュエータ１１１０が作動した時に共振可能である。たとえば、上板１１０４上に一定の質量を伴って、節点１１３４が駆動レバー１１１４側、またはばね当接点１１２４側に位置付けられると、片持ちばね１１２０の共振長は相対的に小さくなる。もう１つの方法として、節点１１３４がばね載置台１１２２側に位置付けられると、片持ちばね１１２０の共振長は相対的に大きくなる。

図１２は、本発明の様々な実施形態に係る他の振動プラットフォーム１２００の側断面図であって、プラットフォームの内部機構を示す。この実施形態の図は、スライドするノブを伴う片持ちばねを備えた振動プラットフォーム１２００の内部機構の他の構成を詳述する。また、振動プラットフォームの開示した機能を発揮するために、その他の構成または構造を使用してもよい。

一般的に、筐体（図示せず）は内部機構を収納する。筐体は下板１２０２または基底を含む。身体または質量を支持する上板（図示せず）は、下板１２０２の反対に位置する。前記実施形態で開示したもののような振動アクチュエータ（図示せず）は、下板１２０２に載置され、かつ図１１に示すものと同様、駆動レバー１２０４に当接する。通常、駆動レバー１２０４は上板に隣接して位置付けられて、振動運動を駆動レバーから上板へ伝えてから、上板によって支持された、または上板と当接する身体に伝える。

節点載置台１２０６および関連するサーボ・ステッピング・モータ１２０８は、下板１２０２に載置される。節点載置台１２０６およびサーボ・ステッピング・モータ１２０８は、コネクタ１２１０を介して、互いに接続する。調節されると、節点載置台１２０６は、下板１２０２に機械加工された溝１２１２を介して、下板１２０２に対して移動できる。節点載置台１２０６は第１ローラ１２１４を含み、第１ローラ１２１４は節点載置台１２０６の上部に載置され、かつ節点載置台１２０６の上部から延びる。

片持ちばね１２１６などの制動部材は、固定台１２１８を伴って、下板１２０２に載置される。片持ちばね１２１６は、固定台１２１８から節点載置台１２０６近辺に向かって延びる。節点載置台１２０６に載置された第１ローラ１２１４は、延長した片持ちばね１２１６の下部に当接する。節点載置台１２０６を溝１２１２内で移動させると、片持ちばね１２１６に対して第１ローラ１２１４が移動する。図１１に示す構成と同様に、この型の構成を「スライドする節点」と呼ぶ。スライドする節点型の構成によって、節点載置台１２０６が片持ちばね１２１６などの制動部材に対する位置を変化させると、片持ちばね１２１６などの制動部材はその周波数応答を変化させる。

上述のように、駆動レバー１２０４は上板の下部に載置されるか、または当接する。ローラ台１２２０は、駆動レバー１２０４の下部から片持ちばね１２１６に向かって延びる。第２ローラ１２２２は、ローラ台１２２０に載置され、延長した片持ちばね１２１６の上部に当接する。

この構成において、振動アクチュエータ（図示せず）によって、駆動レバー１２０４は、所定の第１周波数で駆動レバー回転軸（図示せず）の周りを一定距離回転する。駆動レバー回転軸の周囲における駆動レバー１２０４の動作は、片持ちばね１２１６などの制動部材によって制動される。そして、片持ちばね１２１６は、その共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波などの所定の第２周波数の振動力を生成する。

片持ちばね１２１６の共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波などの所定の第２周波数は、節点載置台１２０６の位置を片持ちばねに対して変化させる、すなわち節点の構成をスライドさせると、調節できる。節点載置台１２０６の位置は、手動または自動で調節可能であり、そうでない場合は、制動した部材または片持ちばね１２１６の長さに沿って予め設定可能である。なお、片持ちばね１２１６などの制動した部材の共振長は、上板にかかる負荷の質量および駆動レバー１２０４と片持ちばね１２１６とを組合わせた質量に左右される。そして、駆動レバー１２０４またはばね当接点に当接する片持ちばね１２１６の端部は、振動アクチュエータが作動した時に共振可能である。

図１１および１２に示す振動プラットフォームの実施形態において、また本発明の様々な実施形態に係る他の構造において、プラットフォーム（「振動プラットフォーム」または「機械的圧力プラットフォーム」とも呼ばれる）は、様々な使用者がプラットフォームを選択的に調節して、各使用者で異なる体重を補償できるように構成可能である。たとえば、身体のリハビリテーションの環境では、体重の異なる患者または使用者が同じ振動プラットフォームを使用することが望まれる可能性がある。各患者または使用者は、上板にかかると予想される使用者の体重に合わせて、振動プラットフォームを設定できるので、使用者が上板上に座る、または立つと、振動プラットフォームは所望の共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波の振動力を使用者に与えることができる。使用者の体重に応じて、使用者が振動プラットフォームを選択的に調節できるように、振動プラットフォーム上には外ノブが備えられてもよい。

図１１および１２に示したような複数の実施形態において、外ノブはスライドする節点の位置を制御して、片持ちばねなどの制動された部材の共振長を効果的に変化させる。他の実施形態では、外ノブは、駆動レバーに対して振動アクチュエータの位置を制御する。この型の構成によれば、使用者が駆動レバーの「有効長さ」を調節し、必要に応じて駆動レバーの鉛直変位を増減させることができる。駆動レバーの「有効長さ」は、振動アクチュエータの中心線から、制動部材またはばねに最も近い駆動レバーの端部までの距離である。たとえば、使用者が駆動レバー回転軸側に振動アクチュエータを位置付けることによって、駆動レバーの「有効長さ」を伸ばすことが可能であり、この結果、駆動レバーの対応する鉛直変位を増加させることができる。逆に、使用者が制動部材またはばね側に振動アクチュエータを位置付けることによって、駆動レバーの「有効長さ」を縮めることが可能であり、この結果、駆動レバーの対応する鉛直変位を減少させることができる。

このように、使用者の体重に応じて、所定の位置に振動アクチュエータを位置付けることによって、または使用者の体重に応じてスライドする節点を位置付けることによって、振動プラットフォームは、体重が異なる様々な使用者に対して、組織または骨の成長を促す最適な範囲である特定の共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波の範囲内にある治療のための振動を提供することができる。

本発明の他の実施形態において、振動アクチュエータは１つの位置に構成されてもよい。たとえば、家庭環境では、ひとりの患者のみが振動プラットフォームを使用する可能性がある。振動プラットフォームの設定操作に必要な時間を短縮するために、振動アクチュエータは、特定の患者の体重に応じて予め設定された位置にあってもよい。その結果、患者は振動アクチュエータの位置を調節する必要なく、振動プラットフォームを使用できる。

最後に、上述の実施形態は、「自己調節」機能を備えるように適合されることも可能である。たとえば、使用者が自己調節機能を備えた振動プラットフォームの上に乗れば、まず使用者の質量が測定される。この使用者の質量に基づいて、振動プラットフォームは、自動的に振動プラットフォームの様々な部品を調節する。この結果、使用者が座る、または立つと、または、そうしない場合でも振動プラットフォームによって支持されると、所望の共振周波数、または共振周波数の高調波または副高調波の振動力を使用者に与えることができる。このように、振動プラットフォームは、使用者の質量に応じて振動プラットフォームを手動で調節する必要なく、本発明の様々な実施形態に係る治療を可能にする。この結果、振動プラットフォームを所望の治療周波数に調節し、または手動で調整するときの使用者エラーの可能性が減少する。

上述の説明は多くの特定を含むが、これらの特定は本発明の範囲についての限定と解されるべきではなく、開示した実施形態の単なる例示に過ぎない。当業者は、本明細書に添付する特許請求の範囲に定義するような本発明の範囲内で、可能な変形を他に多数想像するであろう。

本発明の様々な実施形態に係る振動プラットフォームを上板を通して見た平面図であって、プラットフォームの内部機構を示す。 図１の線１−１についての側断面図であって、振動アクチュエータの駆動レバーに対する接続の詳細を示すために一部を切り欠いて示す。 図１の振動プラットフォームの分解斜視図であって、プラットフォームの内部機構を示すため一部を切り欠いて示す。 本発明の様々な実施形態に係る他の振動プラットフォームを上板を通して見た平面図であって、プラットフォームの内部機構を示す。 図４の線Ａ−Ａについての側断面図であって、上位の振動プラットフォームを示す。 図４の線Ａ−Ａについての側断面図であって、中位の振動プラットフォームを示す。 図４の線Ａ−Ａについての側断面図であって、下位の振動プラットフォームを示す。 図４の線Ｂ−Ｂについての側断面図を示す。 図４の線Ａ−Ａについての側断面図を示す。 図４のＣ−Ｃについての後断面図であって、振動プラットフォームを示す。 本発明の様々な実施形態に係る他の振動プラットフォームの側断面図であって、プラットフォームの内部機構を示す。 本発明の様々な実施形態に係る他の振動プラットフォームの側断面図であって、プラットフォームの内部機構を示す。

Claims (27)

1. 身体の組織を治療するための装置であって、
   ａ．身体を支持するように構成されるプラットフォームであって、
   i．上板、および
   ii．下板、
   を備えるプラットフォームと、
   ｂ．下板から支持された駆動レバーと、
   ｃ．上板および下板に対して所定の第１周波数で駆動レバーを作動させるように構成されたアクチュエータと、
   ｄ．所定の第２周波数の振動力を生成するように構成された制動部材と、
   ｅ．ばねから振動力を受けて、振動力の一部を上板に伝達するように構成された分配レバーアームとを含むことを特徴とする装置。
2. アクチュエータは、
   ａ．下板に載置され、電気的に付勢されるように構成されたコイルと、
   ｂ．駆動レバーに載置され、電気的に付勢されたコイルによって作動するように構成された電機子とを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. アクチュエータは、下板と駆動レバーとの間に載置されたトランスデューサを含み、トランスデューサが駆動レバーを作動するように構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. ａ．下板に載置され、駆動レバーの一端を支持するように構成された駆動レバー載置台と、
   ｂ．駆動レバー回転軸とを、
   さらに含み、
   駆動レバーが駆動レバー載置台に対して軸の周りを回転するように構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. ａ．下板に載置された制動部材載置箱と、
   ｂ．制動ばね載置箱に載置され、同心円状にばねを受けるように構成された制動部材柱と、
   ｃ．駆動レバーの一端に載置された制動部材プラットフォームとをさらに含み、制動部材の一端が制動部材柱に載置され、制動部材の他端は制動部材プラットフォームに載置されて、駆動レバーが作動すると、制動部材は駆動レバーの作動を制動することを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 分配レバーアームは、
   ａ．上板に当接し、下板に載置され、制動ばねプラットフォームに延びる第１分配レバーアームを含み、第１分配レバーアームは、ばねから制動ばねプラットフォームに伝達した振動力の一部を受けることが可能であり、第１分配レバーアームが上板に実質的に支持当接して、振動力の一部が第１分配レバーアームから上板に伝達することを特徴とする請求項５記載の装置。
7. ａ．上板に当接し、下板に載置され、第１分配レバーアームの一部に延びる第２分配レバーアームをさらに含み、第２分配レバーアームは、第１分配レバーアームから伝達した振動力を受けることが可能であり、第２分配レバーアームは、第１分配レバーアームに支持当接して、振動力がさらに上板まで伝達することを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 振動力の一部を制動部材から上板に伝達するように構成された分配レバーアームは、
   ａ．上板に載置された支持材と、
   ｂ．駆動レバーに載置され、振動力の一部を分配レバーアームに伝達するように構成された交差棒とを、
   さらに含み、
   ｃ．分配レバーアームは交差棒から伝達した振動力の一部を受け、かつ分配レバーアームが振動力の一部を支持材に伝達することを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 分配レバーアームは側面分配レバーアームであることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. ａ．上板に載置された複数の支持材と、
    ｂ．交差棒から伝達した振動力の一部を受ける複数の対応する側面分配レバーアームとをさらに含み、各側面分配アームは振動力の一部を各支持材に伝達することを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 所定の第２周波数は、上板上で支持された人体に対して、３０〜３６Ｈｚであることを特徴とする請求項１記載の装置。
12. 所定の第２周波数は、上板上で支持された動物の身体に対して、３０〜１２０Ｈｚであることを特徴とする請求項１記載の装置。
13. 制動部材は、９ポンド／インチのばね定数を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
14. アクチュエータおよび制動部材は４対１の駆動比を有するようにさらに構成され、分配レバーアームは１６対１のリフト比を有するように構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
15. 質量を有する身体の組織を治療するための方法であって、
    ａ．プラットフォームで身体を支持し、
    ｂ．第１周波数でプラットフォームを作動させ、
    ｃ．プラットフォームを振動させて、身体の質量の共振周波数と関連した第２周波数の振動力を生成し、
    ｄ．プラットフォーム上の身体の質量に振動力を分配することを特徴とする方法。
16. 第２周波数は３０〜３６Ｈｚであり、身体は人体であることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 第２周波数は３０〜１２０Ｈｚであり、身体は生きた脊椎動物であることを特徴とする請求項１５記載の方法。
18. 身体の組織を治療するための方法であって、
    ａ．質量を有する身体をプラットフォーム上で支持し、プラットフォームは、
    i.上板、
    ii.下板、
    iii.下板によって支持された駆動レバー、
    iv.駆動レバーに当接する制動部材、および
    v.上板に当接する分配レバーアームを備え、
    ｂ．所定の第１周波数で駆動レバーを作動させ、
    ｃ．制動部材を振動させて所定の第２周波数の振動力を生成し、
    ｄ．振動力の一部を制動部材から分配レバーアームに伝達させ、
    ｅ．プラットフォーム上の身体の質量が振動を受けるように、振動力の一部を分配レバーアームからプラットフォームに分配することを特徴とする方法。
19. 所定の第１周波数で駆動レバーを作動することが、振動アクチュエータを作動させて、駆動レバーの鉛直変位を生じさせることを含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 振動アクチュエータは、電磁トランスデューサ、圧電トランスデューサ、または電磁コイルおよび電機子のうち、少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. 制動部材はコイルばねであることを特徴とする請求項１８記載の方法。
22. 制動部材は、少なくとも一端が下板に載置された片持ちばねであることを特徴とする請求項１８記載の方法。
23. 身体は人体であり、所定の第２周波数は３０〜３６Ｈｚであることを特徴とする請求項１８記載の方法。
24. 身体は生きた脊椎動物であり、所定の第２周波数は３０〜１２０Ｈｚであることを特徴とする請求項１８記載の方法。
25. ａ．駆動レバーを付勢して、身体の体重を補償することをさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
26. 駆動レバーを付勢して身体の体重を補償することが、
    ａ．相対的に重い体重が上板上にかかるとき、駆動レバーの有効長さを縮め、
    ｂ．相対的に軽い体重が上板上にかかるとき、駆動レバーの有効長さを伸ばすことを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
27. ａ．制動部材の共振長を付勢することをさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。

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