JP2009297372A - Load transmission apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、骨などの硬組織に荷重を加える荷重伝動装置に関する。 The present invention relates to a load transmission device that applies a load to hard tissue such as bone.
骨粗鬆症などの骨代謝疾患の診断や易骨折性の判定、また、骨折治療後の骨癒合を定量的に診断するために、骨強度などの力学的特性の簡便かつ定量的な測定が望まれている。 In order to diagnose bone metabolic diseases such as osteoporosis, determination of easy fracture, and quantitative diagnosis of bone healing after fracture treatment, simple and quantitative measurement of mechanical properties such as bone strength is desired. Yes.
骨形成や骨癒合の評価はX線写真に大きく依存しているが、X線写真では骨強度を定量的に診断することは困難である。骨強度の従来の測定法として測定対象のサンプル骨の強度試験が知られているものの、サンプル骨の摘出手術が必要であり侵襲的である。また、骨量や骨密度の測定法として、汎用X線CTの利用、DXA(二重エネルギー吸収測定法)装置などが実用化に至っている。しかし、これらはあくまで骨量を測定する手段であって、骨強度を評価することはできない。また、X線を照射する点では非侵襲的であるとは言えない。 Evaluation of bone formation and bone union greatly depends on X-ray photographs, but it is difficult to quantitatively diagnose bone strength with X-ray photographs. Although a strength test of a sample bone to be measured is known as a conventional method for measuring bone strength, a sample bone removal operation is required and is invasive. Further, as a method for measuring bone mass and bone density, use of general-purpose X-ray CT, a DXA (dual energy absorption measurement method) apparatus, and the like have been put into practical use. However, these are merely means for measuring bone mass, and bone strength cannot be evaluated. Moreover, it cannot be said that it is noninvasive in the point which irradiates an X-ray.
このほかの骨強度を定量評価する試みとしては、創外固定器に歪みゲージを装着してその固定器の歪みを計測する歪みゲージ法、骨に外部から振動を加え固有振動数を評価する振動波法、降伏応力を生じた骨から発生する音波を検出するアコースティックエミッション法などが既存の方法として挙げられる。しかし、これらの方法は適応できる治療法に制限があること、骨に侵襲を加える必要があること、さらに評価精度などの点において問題が残されている。 Other attempts to quantitatively evaluate bone strength include a strain gauge method in which a strain gauge is attached to an external fixator and the strain of the fixator is measured, and vibration that evaluates the natural frequency by applying external vibration to the bone. Examples of the existing method include a wave method and an acoustic emission method for detecting a sound wave generated from a bone having yield stress. However, these methods still have problems in terms of the limitation of applicable treatment methods, the need to invade bones, and evaluation accuracy.
こうした背景において、本願の発明者らは、骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価する超音波診断装置を提案している(特許文献1参照)。 Against this background, the inventors of the present application have proposed an ultrasonic diagnostic apparatus that non-invasively and quantitatively evaluates the mechanical characteristics of bone (see Patent Document 1).
特許文献1に記載された超音波診断装置は、骨に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した複数のエコー信号を取得して各エコー信号ごとに骨表面に対応する表面ポイントを特定し、複数のエコー信号から得られる複数の表面ポイントに基づいて骨の力学的特性を反映した特性情報を生成するものである。そして、骨に対して外的作用を及ぼした場合における骨の力学的特性が評価される。これにより、エコー信号に基づく骨表面の表面ポイントデータから、生体内の骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価することができるという画期的な技術である。 The ultrasonic diagnostic apparatus described in Patent Document 1 forms a plurality of ultrasound beams on a bone, acquires a plurality of echo signals corresponding to each ultrasound beam, and corresponds to the bone surface for each echo signal. A surface point to be identified is specified, and characteristic information reflecting the mechanical characteristics of the bone is generated based on a plurality of surface points obtained from a plurality of echo signals. Then, the mechanical characteristics of the bone when an external action is exerted on the bone are evaluated. This is an epoch-making technique that allows non-invasive and quantitative evaluation of bone mechanical properties in vivo from surface point data on the bone surface based on echo signals.
本願の発明者らは、上記特許文献1に記載された画期的な技術をさらに改良し、骨などの硬組織の力学的特性をさらに高い精度で評価する手法について研究を重ねてきた。特に硬組織に対して荷重を加えるための技術について改良を重ねてきた。 The inventors of the present application have further studied the technique for further improving the epoch-making technique described in Patent Document 1 and evaluating the mechanical characteristics of hard tissues such as bones with higher accuracy. In particular, the technology for applying a load to hard tissue has been improved.
本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、荷重の方向を自由に設定できる技術を提供することにある。 The present invention has been made in such a background, and an object thereof is to provide a technique capable of freely setting the direction of the load.
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重伝動装置は、荷重装置から荷重が入力される荷重入力部と、前記荷重入力部に接続されて荷重を伝動するケーブル部と、前記ケーブル部に接続されて荷重を出力する荷重出力部と、を有し、前記荷重入力部は、前記荷重装置の作動方向に沿った荷重を前記ケーブル部の作動方向に沿った荷重に変換し、前記ケーブル部は、前記荷重入力部から前記荷重出力部まで伸長され、前記荷重入力部によって変換された荷重を伸長方向に沿って前記荷重出力部まで伝動し、前記荷重出力部は、前記ケーブル部の捻れを緩めつつ前記ケーブル部から伝動された荷重を硬組織に加える、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a load transmission device according to a preferred aspect of the present invention includes a load input portion to which a load is input from the load device, a cable portion that is connected to the load input portion and transmits the load, A load output unit that is connected to the cable unit and outputs a load, and the load input unit converts a load along an operation direction of the load device into a load along an operation direction of the cable unit. The cable portion is extended from the load input portion to the load output portion, and transmits the load converted by the load input portion to the load output portion along the extension direction. The load output portion is connected to the cable output portion. A load transmitted from the cable part is applied to the hard tissue while loosening the twist of the part.
望ましい態様において、前記荷重入力部は、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿って動く第1可動部材と、前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿って動く第2可動部材と、第1可動部材と第2可動部材とを連結する連結部材と、を備える、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the load input unit includes a first movable member that moves along an arcuate operation direction of the load device, a second movable member that moves along a linear operation direction of the cable unit, and a first And a connecting member that connects the movable member and the second movable member.
望ましい態様において、前記連結部材と前記第1可動部材とが屈曲可能に接続され、前記連結部材と前記第2可動部材とが屈曲可能に接続され、前記第1可動部材の動きが前記連結部材を介して前記第2可動部材に伝えられることにより、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿った荷重が前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿った荷重に変換される、ことを特徴とする。 In a desirable aspect, the connecting member and the first movable member are bendably connected, the connecting member and the second movable member are bendably connected, and the movement of the first movable member causes the connecting member to move. The load along the arcuate operation direction of the load device is converted into the load along the linear operation direction of the cable portion by being transmitted to the second movable member through the cable. .
望ましい態様において、前記ケーブル部は、前記荷重入力部の第2可動部材に取り付けられて第2可動部材と連動するインナーケーブルと、インナーケーブルを覆うアウターケーブルと、を備える、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the cable portion includes an inner cable attached to the second movable member of the load input portion and interlocking with the second movable member, and an outer cable covering the inner cable.
望ましい態様において、前記荷重出力部は、前記ケーブル部のインナーケーブルが取り付けられてインナーケーブルと連動する加圧部材と、前記ケーブル部のアウターケーブルが取り付けられて加圧部材を覆うケースと、を備える、ことを特徴とする。 In a preferred aspect, the load output unit includes a pressure member that is attached to the inner cable of the cable portion and interlocks with the inner cable, and a case that is attached to the outer cable of the cable portion and covers the pressure member. It is characterized by that.
望ましい態様において、前記インナーケーブルが前記加圧部材に対してインナーケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、前記アウターケーブルが前記ケースに対してアウターケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの各々の回転により前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの捻れが取り除かれつつ、前記加圧部材を介して硬組織に荷重が加えられる、ことを特徴とする。 In a desirable mode, the inner cable is attached to the pressure member so as to be rotatable about the axis of the inner cable, and the outer cable is attached to the case so as to be rotatable about the axis of the outer cable, A load is applied to the hard tissue through the pressure member while twisting of the inner cable and the outer cable is removed by rotation of each of the inner cable and the outer cable.
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重システムは、前記荷重伝動装置と、荷重伝動装置に荷重を入力する荷重装置と、を有する荷重システムであって、前記荷重装置は、支持部材と、支持部材によって支えられた軸を支点としてシーソー運動する揺動アームと、揺動アームに取り付けられて前記シーソー運動に伴って発生する荷重を前記荷重装置に入力する加圧機構と、を備える、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a load system according to a preferred aspect of the present invention is a load system including the load transmission device and a load device for inputting a load to the load transmission device, wherein the load The apparatus includes a support member, a swing arm that performs a seesaw motion with an axis supported by the support member as a fulcrum, and a pressure that is attached to the swing arm and that is generated by the seesaw motion and is input to the load device. And a mechanism.
本発明により、骨などの硬組織に対して荷重を加える場合に、荷重の方向を自由に設定することが可能になる。 According to the present invention, when a load is applied to a hard tissue such as bone, the direction of the load can be freely set.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
図1には、本発明に係る荷重伝動装置の好適な実施形態が示されており、図1はその全体構成を示す斜視図である。図1の荷重伝動装置100は、荷重入力部110とケーブル120と荷重出力部130を備えている。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a load transmission device according to the present invention, and FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration thereof. 1 includes a
荷重入力部110は、図示しない荷重装置から荷重を受ける。荷重装置の荷重は、第1可動部材111に加えられる。そして、荷重入力部110は、荷重装置の作動方向に沿った荷重をケーブル120の作動方向に沿った荷重に変換する。
The
ケーブル120は、荷重入力部110から荷重出力部130まで伸長され、荷重入力部110によって変換された荷重を伸長方向に沿って荷重出力部130まで伝動する。
The
荷重出力部130は、ケーブル120の捻れを緩めつつ、ケーブル120から伝動された荷重を加圧プレート131から骨などの硬組織に加える。
The
図示しない荷重装置と荷重入力部110は、例えばテーブルや測定台などに固定されて利用される。荷重出力部130は、ケーブル120を介して荷重入力部110に接続されているため、ケーブル120によって許容される範囲内で、荷重出力部130の位置や方向を自由に設定することができる。つまり、図1の荷重伝動装置100により、骨などの硬組織に加える荷重の方向を自由に設定することができる。
A load device (not shown) and the
図2は、荷重入力部110の構造を説明するための図である。図2(I)は、荷重入力部110の側面図であり、図2(II)は、図2(I)の切断線AAにおける荷重入力部110の断面図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of the
荷重入力部110は、図示しない荷重装置の作動方向に沿って動く第1可動部材111と、ケーブル120の作動方向に沿って動く第2可動部材112と、第1可動部材111と第2可動部材112とを連結する連結部材113を備えている。第2可動部材112は、荷重入力部110のケース114内に挿入されており、第2可動部材112には、ケーブル120のインナーケーブル121が固定的に接続されている。インナーケーブル121は、アウターケーブル122により覆われている。
The
第1可動部材111と連結部材113は、軸P1において接続されており、軸P1を屈曲点として屈曲可能となっている。同様に、第2可動部材112と連結部材113は、軸P2において接続されており、軸P2を屈曲点として屈曲可能となっている。
The first
図示しない荷重装置と荷重入力部110は、例えばテーブルや測定台などに固定されており、荷重装置の加圧機構が第1可動部材111に固定的に接続される。荷重装置の加圧機構は、例えば円弧に沿って図2の上下方向に作動する。これにより、第1可動部材111も円弧に沿って上下方向に作動する。
A load device (not shown) and the
第2可動部材112は、ケース114内において、直線に沿って図2の上下方向に移動可能となっている。そのため、第1可動部材111の円弧に沿った動きが連結部材113を介して第2可動部材112に伝えられることにより、第2可動部材112が直線状に動かされる。そして、第2可動部材112の直線状の動きに追従して、インナーケーブル121も直線に沿って図2の上下方向に移動する。
The second
このように、荷重入力部110により、荷重装置の円弧状の作動方向に沿った荷重がケーブル120の直線状の作動方向に沿った荷重に変換される。なお、ケーブル120は、図2の下端からさらに伸長されており、ケーブル120の伸長方向に沿ってインナーケーブル121がスライドされ、ケーブル120の伸長方向に沿って荷重が伝動する。インナーケーブル121は、可能な限り伸縮しないことが望ましい。
In this way, the
図3は、荷重出力部130の構造を説明するための図であり、図3には、荷重出力部130の内部構造が図示されている。荷重出力部130には、荷重入力部110(図2)から伸長されたケーブル120が接続される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of the
荷重出力部130は、ケース135内に、ベアリングケース134と、ベアリングケース134に対して固定的に設けられた加圧棒133と、加圧棒133の先端に設けられたロードセル132と加圧プレート131を備えている。
The
ケーブル120のインナーケーブル121は、その先端121´においてベアリングケース134に接続される。そして、荷重入力部110(図2)によりインナーケーブル121が動かされると、インナーケーブル121の動きに応じてベアリングケース134が図の上下方向に動かされる。さらに、ベアリングケース134に固定的に設けられた加圧棒133とロードセル132と加圧プレート131も上下方向に動かされる。これにより、加圧プレート131から、図示しない骨などの硬組織に対して荷重が加えられる。ロードセル132によって、加圧プレート131から硬組織に加えられる荷重の大きさが計測される。
The
なお、ケース135には、その先端部分に窓Wが設けられており、窓Wからロードセル132や加圧プレート131の位置を視覚的に確認することができる。視覚的な確認が不要であれば、窓Wを省略してもよい。
The
ベアリングケース134内には、ベアリングが設けられている。インナーケーブル121の先端121´は、ベアリングを介して、ベアリングケース134に接続される。つまり、インナーケーブル121がベアリングケース134に対して、インナーケーブル121の軸を中心として回転可能に取り付けられている。そして、インナーケーブル121がベアリングケース134に対して回転することにより、インナーケーブル121の捻れが取り除かれる。なお、インナーケーブル121は、アウターケーブル122に対しても回転可能となっている。
A bearing is provided in the
ケース135の上端にもベアリングが設けられており、アウターケーブル122の先端122´は、ベアリングを介して、ケース135に接続される。つまり、アウターケーブル122がケース135に対して、アウターケーブル122の軸を中心として回転可能に取り付けられている。そして、アウターケーブル122がケース135に対して回転することにより、アウターケーブル122の捻れが取り除かれる。なお、アウターケーブル122は、インナーケーブル121に対しても回転可能となっている。
A bearing is also provided at the upper end of the
このように、荷重出力部130は、ケーブル120の捻れを緩めつつケーブル120から伝動された荷重を硬組織に加えることができる。なお、骨などに荷重を加える際には、加圧プレート131を測定する部位に設置し、ケース135の端面Sと加圧プレート131の端面がほぼ同一平面となるように、ケース135を荷重方向(図3の上下方向)に移動させる。その状態でケース135の位置が固定されて荷重が加えられる。
As described above, the
次に、図1から図3を利用して説明した荷重伝動装置100と組み合わせて荷重システムを構成するのに好適な荷重装置について説明する。 Next, a load device suitable for configuring a load system in combination with the load transmission device 100 described with reference to FIGS. 1 to 3 will be described.
図4は、図1の荷重伝動装置100との組み合わせに好適な荷重装置10を説明するための図である。図4の荷重装置10は、支柱20と、支柱20によって支えられた揺動軸32を支点としてシーソー運動する揺動アーム30を備えている。
FIG. 4 is a view for explaining a load device 10 suitable for combination with the load transmission device 100 of FIG. 1. 4 includes a
支柱20は、内柱部22と外筒部24と揺動ベース26によって構成されている。内柱部22の底面側にはマグネットが設けられており、例えば金属性のプレートを備えた土台上に、支柱20を起立させた状態で荷重装置10を固定することができる。外筒部24は内柱部22に対して長手方向に沿って移動することができ、これにより、揺動軸32を支持する揺動ベース26の高さが調整され、加圧機構52による加圧位置が調整される。外筒部24の移動、つまり高さの調整は、例えばユーザが手動で行ってもよいし支柱20の内部にポンプ機構などを設けてそのポンプ機構によって行ってもよい。
The
揺動アーム30の一方端側には、回転アーム40と加圧機構52が設けられている。回転アーム40の一方端は揺動アーム30に対して回転可能に取り付けられており、回転アーム40の他方端には荷重用重り80が載せられている。この回転アーム40が回転することにより、加圧機構52に与えられる荷重用重り80による力の大きさが調整される。
A
揺動アーム30の他方端側には、調整用重り90を支持する支持軸60が設けられている。この調整用重り90によって、揺動アーム30の一方側と他方側の重量バランスが調整される。
A
加圧機構52の先端50は、図1の荷重伝動装置100の第1可動部材111に固定的に接続される。そして、揺動軸32を中心とする揺動アーム30のシーソー運動に応じて、加圧機構52の先端50が円弧に沿って上下方向に作動し、それに伴い、図1の荷重伝動装置100の第1可動部材111も円弧に沿って上下方向に作動する。こうして、図4の荷重装置10から図1の荷重伝動装置100に荷重が与えられる。
The
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態やその効果は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above and its effect are only a mere illustration in all points, and do not limit the scope of the present invention. The present invention includes various modifications without departing from the essence thereof.
10 荷重装置、100 荷重伝動装置、110 荷重入力部、120 ケーブル、130 荷重出力部。 10 load device, 100 load transmission device, 110 load input unit, 120 cable, 130 load output unit.
Claims (7)
前記荷重入力部に接続されて荷重を伝動するケーブル部と、
前記ケーブル部に接続されて荷重を出力する荷重出力部と、
を有し、
前記荷重入力部は、前記荷重装置の作動方向に沿った荷重を前記ケーブル部の作動方向に沿った荷重に変換し、
前記ケーブル部は、前記荷重入力部から前記荷重出力部まで伸長され、前記荷重入力部によって変換された荷重を伸長方向に沿って前記荷重出力部まで伝動し、
前記荷重出力部は、前記ケーブル部の捻れを緩めつつ前記ケーブル部から伝動された荷重を硬組織に加える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。 A load input unit to which a load is input from a load device;
A cable part connected to the load input part for transmitting a load;
A load output unit connected to the cable unit and outputting a load;
Have
The load input unit converts a load along the operating direction of the load device into a load along the operating direction of the cable unit,
The cable part is extended from the load input part to the load output part, and transmits the load converted by the load input part to the load output part along the extension direction,
The load output part applies a load transmitted from the cable part to the hard tissue while loosening the twist of the cable part,
A load transmission device characterized by that.
前記荷重入力部は、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿って動く第1可動部材と、前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿って動く第2可動部材と、第1可動部材と第2可動部材とを連結する連結部材と、を備える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。 The load transmission device according to claim 1,
The load input unit includes a first movable member that moves along an arcuate operation direction of the load device, a second movable member that moves along a linear operation direction of the cable unit, a first movable member, A connecting member that connects the two movable members;
A load transmission device characterized by that.
前記連結部材と前記第1可動部材とが屈曲可能に接続され、前記連結部材と前記第2可動部材とが屈曲可能に接続され、
前記第1可動部材の動きが前記連結部材を介して前記第2可動部材に伝えられることにより、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿った荷重が前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿った荷重に変換される、
ことを特徴とする荷重伝動装置。 The load transmission device according to claim 2,
The connecting member and the first movable member are connected to be bendable, and the connecting member and the second movable member are connected to bendable,
When the movement of the first movable member is transmitted to the second movable member via the connecting member, the load along the arcuate operation direction of the load device is along the linear operation direction of the cable portion. Converted into
A load transmission device characterized by that.
前記ケーブル部は、前記荷重入力部の第2可動部材に取り付けられて第2可動部材と連動するインナーケーブルと、インナーケーブルを覆うアウターケーブルと、を備える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。 In the load transmission device according to claim 2 or 3,
The cable portion includes an inner cable that is attached to the second movable member of the load input portion and interlocks with the second movable member, and an outer cable that covers the inner cable.
A load transmission device characterized by that.
前記荷重出力部は、前記ケーブル部のインナーケーブルが取り付けられてインナーケーブルと連動する加圧部材と、前記ケーブル部のアウターケーブルが取り付けられて加圧部材を覆うケースと、を備える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。 The load transmission device according to claim 4,
The load output portion includes a pressure member attached to the inner cable of the cable portion and interlocked with the inner cable, and a case to which the outer cable of the cable portion is attached and covers the pressure member.
A load transmission device characterized by that.
前記インナーケーブルが前記加圧部材に対してインナーケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、前記アウターケーブルが前記ケースに対してアウターケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、
前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの各々の回転により前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの捻れが取り除かれつつ、前記加圧部材を介して硬組織に荷重が加えられる、
ことを特徴とする荷重伝動装置。 In the load transmission device according to claim 5,
The inner cable is attached to the pressure member so as to be rotatable around the axis of the inner cable, and the outer cable is attached to the case so as to be rotatable around the axis of the outer cable,
While the twist of the inner cable and the outer cable is removed by the rotation of each of the inner cable and the outer cable, a load is applied to the hard tissue through the pressure member.
A load transmission device characterized by that.
前記荷重伝動装置に荷重を入力する荷重装置と、
を有する荷重システムであって、
前記荷重装置は、
支持部材と、
支持部材によって支えられた軸を支点としてシーソー運動する揺動アームと、
揺動アームに取り付けられて前記シーソー運動に伴って発生する荷重を前記荷重装置に入力する加圧機構と、
を備える、
ことを特徴とする荷重システム。 The load transmission device according to any one of claims 1 to 6,
A load device for inputting a load to the load transmission device;
A load system comprising:
The load device is
A support member;
A swing arm that performs seesaw motion with an axis supported by the support member as a fulcrum;
A pressurizing mechanism that is attached to a swing arm and inputs a load generated by the seesaw motion to the load device;
Comprising
A load system characterized by that.
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