JP2690064B2 - 生体用骨弾性検査装置 - Google Patents
生体用骨弾性検査装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 骨の状態を骨に衝撃を与えたときの振動の特性から定
量化し，評価できるようにした生体用骨弾性検査装置に
関し，インパルスハンマーを用いて骨の一端にインパル
ス衝撃を与え，骨の他端に伝搬した振動を骨振動検出器
により検出して，骨の状態を定量的に評価できるように
するものであるが，特に骨振動検出器に一定の予荷重を
加えて骨と骨振動検出器との間の皮下軟部組織の振動を
抑え，骨の曲げ振動のみを非侵襲的に検出できるように
した。
量化し，評価できるようにした生体用骨弾性検査装置に
関し，インパルスハンマーを用いて骨の一端にインパル
ス衝撃を与え，骨の他端に伝搬した振動を骨振動検出器
により検出して，骨の状態を定量的に評価できるように
するものであるが，特に骨振動検出器に一定の予荷重を
加えて骨と骨振動検出器との間の皮下軟部組織の振動を
抑え，骨の曲げ振動のみを非侵襲的に検出できるように
した。
本発明は，骨の状態を骨に衝撃を与えたときの振動の
特性から定量化し，評価できるようにした生体用骨弾性
検査装置に関する。
特性から定量化し，評価できるようにした生体用骨弾性
検査装置に関する。
四肢長管骨の骨折は交通災害，労働災害ならびにスポ
ーシ外傷などによって頻繁に生ずる疾患である。一方で
人工の高齢化社会を迎えて骨多孔症患者が増加してお
り，栄養のアンバランスや運動量の減少による若年者の
骨の発育障害も報告されている。これらは軽微な外力に
よって容易に骨折を起こしてくる。医療側においては骨
折によって生じる患者のimpairmentおよびdisabilityを
できるだけ効率的に機能回復させ，さらにはこれによっ
て生じる患者の社会的活動の制限を最小限にすることが
ますます要求される現状にある。また，骨折の予防的観
点から骨組織の質的変化を簡便に知り得る検査方法の開
発が望まれている。
ーシ外傷などによって頻繁に生ずる疾患である。一方で
人工の高齢化社会を迎えて骨多孔症患者が増加してお
り，栄養のアンバランスや運動量の減少による若年者の
骨の発育障害も報告されている。これらは軽微な外力に
よって容易に骨折を起こしてくる。医療側においては骨
折によって生じる患者のimpairmentおよびdisabilityを
できるだけ効率的に機能回復させ，さらにはこれによっ
て生じる患者の社会的活動の制限を最小限にすることが
ますます要求される現状にある。また，骨折の予防的観
点から骨組織の質的変化を簡便に知り得る検査方法の開
発が望まれている。
四肢長管骨の骨折の治療においては，確実に骨接合の
得られる適切な治療法が選択され，早期の機能回復が得
られるような後療法が実施されなければならない。この
ためには骨の癒合程度を定量化し，その癒合度に対応す
る後療法が過不足なく処方されることが理想である。こ
とに治療後早期の骨癒合の定量的評価が可能になれば偽
関節（いつまでも骨性癒合が起こらず，骨折部の修復機
転が鎮静化し，両骨片は厚い結合織で隔離され，骨折端
の髄腔は瘢痕組織または硬化した骨組織で閉鎖され，あ
るいは両骨折端が全く離れて先端が萎縮する状態），遷
延治癒（骨折の癒合に要する普通の日数が経過しても骨
化機転が量的に少なく，かつ緩慢に進行する状態）ある
いは変形治癒などの骨折の合併症の発生を未然に防ぐ上
で極めて有効な手段となる。
得られる適切な治療法が選択され，早期の機能回復が得
られるような後療法が実施されなければならない。この
ためには骨の癒合程度を定量化し，その癒合度に対応す
る後療法が過不足なく処方されることが理想である。こ
とに治療後早期の骨癒合の定量的評価が可能になれば偽
関節（いつまでも骨性癒合が起こらず，骨折部の修復機
転が鎮静化し，両骨片は厚い結合織で隔離され，骨折端
の髄腔は瘢痕組織または硬化した骨組織で閉鎖され，あ
るいは両骨折端が全く離れて先端が萎縮する状態），遷
延治癒（骨折の癒合に要する普通の日数が経過しても骨
化機転が量的に少なく，かつ緩慢に進行する状態）ある
いは変形治癒などの骨折の合併症の発生を未然に防ぐ上
で極めて有効な手段となる。
骨折の癒合機序は経時的に，血腫が両骨片間に満たさ
れる炎症期（inflammatory phase），血腫内に肉芽組織
が形成（結合組織性仮骨形成）される修復期（reparati
ve phase），および肉芽組織に骨塩が沈着し仮骨が形成
されこれが成熟した皮質骨や海綿骨に変化する改構期
（remodeling phase）の３期に分けられる。レントゲン
検査では炎症期や修復期ではその修復過程を画像として
捉えることが不可能で，骨折後約３〜４週経過した改構
期に至ってはじめて仮骨形成像として抽出される。仮骨
形成は骨癒合にとって不可欠であるが，仮骨形成の量や
形態は骨折部位，骨の損傷状態でさまざまであり，量骨
片間を架橋する仮骨形成（bridging callus）がレント
ゲン像として認められる。早くて５週以後になってはじ
めて骨癒合の進行が得られると臨床的に判断している。
しかし，この時期での骨癒合の予後判定は，前述した偽
関節や遷延治癒への進行がすでに起きてしまっている時
期であり，もっと早期の予後判定法が開発される必要が
ある。しかも，レントゲン像からは骨癒合の量的，もし
くは機能的な評価は不可能であり，レントゲン像から臨
床医は過去の経験に基づいた機能的診断を下さざるを得
ない現状にある。これはともすれば，誤った早期荷重に
よる再骨折や逆に長すぎる外固定期間もしくは免荷期間
による弊害を患者に負わせることになる。従って，もっ
と早期の修復期に骨癒合の機能的および治癒時期の予後
判定が可能になることは，臨床的に大きな意義が有ると
言える。
れる炎症期（inflammatory phase），血腫内に肉芽組織
が形成（結合組織性仮骨形成）される修復期（reparati
ve phase），および肉芽組織に骨塩が沈着し仮骨が形成
されこれが成熟した皮質骨や海綿骨に変化する改構期
（remodeling phase）の３期に分けられる。レントゲン
検査では炎症期や修復期ではその修復過程を画像として
捉えることが不可能で，骨折後約３〜４週経過した改構
期に至ってはじめて仮骨形成像として抽出される。仮骨
形成は骨癒合にとって不可欠であるが，仮骨形成の量や
形態は骨折部位，骨の損傷状態でさまざまであり，量骨
片間を架橋する仮骨形成（bridging callus）がレント
ゲン像として認められる。早くて５週以後になってはじ
めて骨癒合の進行が得られると臨床的に判断している。
しかし，この時期での骨癒合の予後判定は，前述した偽
関節や遷延治癒への進行がすでに起きてしまっている時
期であり，もっと早期の予後判定法が開発される必要が
ある。しかも，レントゲン像からは骨癒合の量的，もし
くは機能的な評価は不可能であり，レントゲン像から臨
床医は過去の経験に基づいた機能的診断を下さざるを得
ない現状にある。これはともすれば，誤った早期荷重に
よる再骨折や逆に長すぎる外固定期間もしくは免荷期間
による弊害を患者に負わせることになる。従って，もっ
と早期の修復期に骨癒合の機能的および治癒時期の予後
判定が可能になることは，臨床的に大きな意義が有ると
言える。
従来，生体の骨の損傷状態や骨粗鬆症などの変化につ
いては，レントゲン写真が唯一の診断手段であった。
いては，レントゲン写真が唯一の診断手段であった。
レントゲン写真による診断は，損傷の形態を把握する
には適しているが損傷の程度あるいは治癒経過の定量的
な診断には適していない。しかし他に良い診断方法がな
いため，レントゲン写真から医師の経験と勘に頼った診
断をせざるをえない状況となっている。
には適しているが損傷の程度あるいは治癒経過の定量的
な診断には適していない。しかし他に良い診断方法がな
いため，レントゲン写真から医師の経験と勘に頼った診
断をせざるをえない状況となっている。
骨折した骨の治癒経過は，適切な初期治療に依存する
ことが多い。ギブスによる保存的治療あるいはプレート
固定，エンダーピン固定あるいは創外固定等の観血的治
療によって初期治療が行われているが，これらの処置が
適正でその後順調な治癒経過をたどっているかどうかの
判断は，レントゲン写真によって行われた場合，例えば
大人の脛骨骨折では初期治療後少なくとも４週間以上経
過してからでないと骨癒合の予後診断が出来ない状況に
ある。
ことが多い。ギブスによる保存的治療あるいはプレート
固定，エンダーピン固定あるいは創外固定等の観血的治
療によって初期治療が行われているが，これらの処置が
適正でその後順調な治癒経過をたどっているかどうかの
判断は，レントゲン写真によって行われた場合，例えば
大人の脛骨骨折では初期治療後少なくとも４週間以上経
過してからでないと骨癒合の予後診断が出来ない状況に
ある。
そのため初期治療が不適切と判ったとしても再処置の
対応が遅れ，適切な初期処置が行われていれば２か月程
度で完治する骨折が半年から１年以上も完治までかかる
という遷延治癒もしくは偽関節が起こる。また，骨折の
回復経過において荷重をかけることにより骨の接合が促
進すると言われているが，その荷重をかける時期の診断
はレントゲン写真だけからでは難しい。さらに回復が進
んだ段階で，ギブスや固定装具の取り外す時期あるいは
完治の判断等においても，レントゲン写真のみからでは
難しい点がある。その為，医師は安全を見込んでこれら
の時期を必要以上に遷延させる傾向がある。このこと
は，治癒後のリハビリテーションの期間を長くしてしま
うことになる。
対応が遅れ，適切な初期処置が行われていれば２か月程
度で完治する骨折が半年から１年以上も完治までかかる
という遷延治癒もしくは偽関節が起こる。また，骨折の
回復経過において荷重をかけることにより骨の接合が促
進すると言われているが，その荷重をかける時期の診断
はレントゲン写真だけからでは難しい。さらに回復が進
んだ段階で，ギブスや固定装具の取り外す時期あるいは
完治の判断等においても，レントゲン写真のみからでは
難しい点がある。その為，医師は安全を見込んでこれら
の時期を必要以上に遷延させる傾向がある。このこと
は，治癒後のリハビリテーションの期間を長くしてしま
うことになる。
そこで，骨折の度合い，更に初期治療後の回復経過を
定量的に判断できる診断装置が開発されれば，上記に述
べた初期治療の適正と回復経過の判断，外固定除去の時
期，許容される荷重の大きさと荷重を掛ける時期および
完治の判断が的確になされることとなり，骨損傷の治療
を大いにサポートすることとなり，このような装置の開
発が以前から望まれていた。
定量的に判断できる診断装置が開発されれば，上記に述
べた初期治療の適正と回復経過の判断，外固定除去の時
期，許容される荷重の大きさと荷重を掛ける時期および
完治の判断が的確になされることとなり，骨損傷の治療
を大いにサポートすることとなり，このような装置の開
発が以前から望まれていた。
従来，工学の分野では建造物，機械装置および材料等
の損傷を調べるのに用いられてきた音響診断法を骨の診
断に応用しようとする研究がなされてきた。その一つの
方法は，超音波伝導を利用した骨の診断方法である。し
かし，この方法では，骨折部位からの信号と骨を取り巻
く筋肉等の軟部組織からの信号との区別が難しく，生体
の骨の状態を定量的に評価することはできないとの報告
がなされている。
の損傷を調べるのに用いられてきた音響診断法を骨の診
断に応用しようとする研究がなされてきた。その一つの
方法は，超音波伝導を利用した骨の診断方法である。し
かし，この方法では，骨折部位からの信号と骨を取り巻
く筋肉等の軟部組織からの信号との区別が難しく，生体
の骨の状態を定量的に評価することはできないとの報告
がなされている。
もう一つの方法として，骨の曲げ振動からの定量的な
評価方法の研究がなされてきた。この方法は，外部から
の骨の長軸方向に直角の強制振動あるいはインパルス衝
撃を与え，骨の曲げ振動の固有振動数の変化から骨の状
況，特に骨折した骨の回復過程を定量的に評価すること
を狙ったものである。
評価方法の研究がなされてきた。この方法は，外部から
の骨の長軸方向に直角の強制振動あるいはインパルス衝
撃を与え，骨の曲げ振動の固有振動数の変化から骨の状
況，特に骨折した骨の回復過程を定量的に評価すること
を狙ったものである。
この方法については，乾燥脛骨や湿潤脛骨等を用いた
基礎実験が行われ有効であることが明らかにされてき
た。また，臨床的に強制制動装置および振動センサーを
針に取り付けて骨に直接刺して行った実験例もある。
基礎実験が行われ有効であることが明らかにされてき
た。また，臨床的に強制制動装置および振動センサーを
針に取り付けて骨に直接刺して行った実験例もある。
しかし現在までのところ，この診断方法は，いくつか
の欠点があるため，臨床的には実用化されていない。そ
の大きな問題点として，皮下軟部組織に取り囲まれた生
体内の骨のそのものの振動を検出することが難しいこと
があげられる。また，この点を解決しようとすると，骨
に針で直接センサー等を取り付けるという侵襲的な方法
を取らざるをえなくなる。これらの点がネックとなって
いると言える。
の欠点があるため，臨床的には実用化されていない。そ
の大きな問題点として，皮下軟部組織に取り囲まれた生
体内の骨のそのものの振動を検出することが難しいこと
があげられる。また，この点を解決しようとすると，骨
に針で直接センサー等を取り付けるという侵襲的な方法
を取らざるをえなくなる。これらの点がネックとなって
いると言える。
従来の振動を用いて骨折を定量的に診断する方法は侵
襲的なものであり，苦痛を与えずに手軽に診断を行うこ
とができなかった。
襲的なものであり，苦痛を与えずに手軽に診断を行うこ
とができなかった。
本発明は，臨床の場で骨折や骨粗鬆症などの診断に随
時非侵襲的に手軽に利用することができ，特に骨折の治
癒過程を迅速に定量的に評価できる生体用骨弾性検査装
置を提供することを目的としている。
時非侵襲的に手軽に利用することができ，特に骨折の治
癒過程を迅速に定量的に評価できる生体用骨弾性検査装
置を提供することを目的としている。
本発明は，インパルス衝撃を骨に加えることによって
測定される時間応答波形を解析し，骨組織の質的変化を
定量化するものである。
測定される時間応答波形を解析し，骨組織の質的変化を
定量化するものである。
さらに具体的には，本発明の生体用骨弾性検査装置
は，インパルスハンマーを用いて骨の一端にインパルス
衝撃を与え，骨の他端に伝搬した振動を骨振動検出器に
より検出して，たとえば骨折等の損傷を受けた骨の治癒
状態を定量的に診断できるようにするものであるが，特
に骨振動検出器に一定の予荷重を加えて骨と骨振動検出
器との間の皮下軟部組織の振動を抑え，骨の曲げ振動の
みを非侵襲的に検出できるようにして，課題の解決を図
っている。
は，インパルスハンマーを用いて骨の一端にインパルス
衝撃を与え，骨の他端に伝搬した振動を骨振動検出器に
より検出して，たとえば骨折等の損傷を受けた骨の治癒
状態を定量的に診断できるようにするものであるが，特
に骨振動検出器に一定の予荷重を加えて骨と骨振動検出
器との間の皮下軟部組織の振動を抑え，骨の曲げ振動の
みを非侵襲的に検出できるようにして，課題の解決を図
っている。
第１図は本発明の原理構成図である。
図において， １は，生体である。
1aは，診断対象の骨である。
1bは，皮下軟部組織である。
２は，骨1aにインパルス衝撃を与えるために用いられ
るインパルスハンマーである。
るインパルスハンマーである。
３は，骨1aに与えるインパルス衝撃の波形を検出する
ための加速度センサーである。
ための加速度センサーである。
４は，骨1aに与えられたインパルス衝撃を骨の他の部
位で検出するための骨振動検出器である。
位で検出するための骨振動検出器である。
５は，骨振動検出器４を生体１に押しつける荷重の大
きさを検出する圧力センサーである。
きさを検出する圧力センサーである。
６は，骨1aの曲げ振動を検出する加速度センサーであ
る。
る。
７は，生体用骨弾性検査装置本体である。
８は，圧力センサー５から出力される圧力検出信号に
基づいて検出圧力のレベルを表示する圧力表示装置であ
る。
基づいて検出圧力のレベルを表示する圧力表示装置であ
る。
９は，振動解析処理装置である。
10は，インパルスハンマー２内の加速度センサー３か
ら出力される加速度検出信号に基づいて，骨1aに印加し
たインパルス衝撃の時間応答波形を作成するとともに，
高速フーリエ変換によりパワースペクトルを求める入力
振動波形解析部である。
ら出力される加速度検出信号に基づいて，骨1aに印加し
たインパルス衝撃の時間応答波形を作成するとともに，
高速フーリエ変換によりパワースペクトルを求める入力
振動波形解析部である。
11は，骨振動検出器４内の加速度センサー６から出力
される加速度検出信号に基づいて，骨1aの曲げ振動の時
間応答波形を作成するとともに，高速フーリエ変換によ
りパワースペクトルを求める出力振動波形解析部であ
る。
される加速度検出信号に基づいて，骨1aの曲げ振動の時
間応答波形を作成するとともに，高速フーリエ変換によ
りパワースペクトルを求める出力振動波形解析部であ
る。
12は，求められた印加インパルス衝撃の振動と検出曲
げ振動の２つのパワースペクトルから骨1aの周波数応答
関数（伝達関数）を求める周波数応答関数演算部であ
る。
げ振動の２つのパワースペクトルから骨1aの周波数応答
関数（伝達関数）を求める周波数応答関数演算部であ
る。
13は，周波数応答関数から骨1aの固有振動数を抽出す
る固有振動数抽出部である。
る固有振動数抽出部である。
14は，各解析結果のデータを記憶するデータ記憶装置
である。
である。
第１図において，インパルスハンマー２を用いて生体
１の外部から骨1aの一端に衝撃を加え，インパルス的な
振動を発生させると，骨1aの他端は曲げ振動の腹となる
ので，そこに骨振動検出器４を取りつける。
１の外部から骨1aの一端に衝撃を加え，インパルス的な
振動を発生させると，骨1aの他端は曲げ振動の腹となる
ので，そこに骨振動検出器４を取りつける。
骨振動検出器４には，予め例えば1kgf程度の加重をか
けておくことにより皮下軟部組織1bの寄生振動を抑制
し，骨1aの曲げ振動のみを良好に検出できる。
けておくことにより皮下軟部組織1bの寄生振動を抑制
し，骨1aの曲げ振動のみを良好に検出できる。
骨振動検出器４にかける加重の大きさは，圧力表示装
置８を用いて任意の値に設定できる。
置８を用いて任意の値に設定できる。
骨1aの一端に印加されたインパルス衝撃により生じる
振動は，骨1aが完全に折れている場合には他端まで伝わ
らず，骨折部位の接合が始まると骨全体の曲げ振動が起
こり，接合面が強化されるに従い固有振動数は次第に高
い振動数にシフトしていく。そこで骨の硬さを表わすヤ
ング率の値から治癒率を求め，ヤング率は固有振動数の
２乗に比例することから，健常な骨の固有振動数との比
の２乗をとることにより骨折部位の回復状況を定量的に
評価することができる。
振動は，骨1aが完全に折れている場合には他端まで伝わ
らず，骨折部位の接合が始まると骨全体の曲げ振動が起
こり，接合面が強化されるに従い固有振動数は次第に高
い振動数にシフトしていく。そこで骨の硬さを表わすヤ
ング率の値から治癒率を求め，ヤング率は固有振動数の
２乗に比例することから，健常な骨の固有振動数との比
の２乗をとることにより骨折部位の回復状況を定量的に
評価することができる。
以上の原理に従って，本発明の生体用骨弾性検査装置
は，（１）骨の損傷の定量的な評価，（２）骨折した骨
の回復状況の定量的な評価，（３）骨折治癒完治の判定
等を行うことができる。
は，（１）骨の損傷の定量的な評価，（２）骨折した骨
の回復状況の定量的な評価，（３）骨折治癒完治の判定
等を行うことができる。
以下に本発明の詳細を実施例にしたがって説明する。
第２図は本発明の１実施例による生体用骨弾性検査装
置の構成図である。図において,1aは診断対象の骨（こ
こでは脛骨を示す）,2はインパルスハンマー,3は加速度
センサー,4は骨振動検出器,5は圧力センサー,6は加速度
センサー,7は生体用骨弾性検査装置本体,8は圧力表示装
置,20は加速度センサー３および６の出力信号を増幅す
る高入力インピーダンスの電荷増幅器,21はアナログ信
号をデジタル信号に変換するADコンバータ,22は振動解
析処理を行うCPU,23は高速フーリエ変換その他の処理の
ためのプログラムおよび制御データなどが格納されてい
る読み出し専用メモリROM,24は処理中のデータなどが格
納される読み書き可能メモリRAM,25はキー操作部,26は
表示装置,27はプリンタ装置,28はフロッピィディスク装
置である。
置の構成図である。図において,1aは診断対象の骨（こ
こでは脛骨を示す）,2はインパルスハンマー,3は加速度
センサー,4は骨振動検出器,5は圧力センサー,6は加速度
センサー,7は生体用骨弾性検査装置本体,8は圧力表示装
置,20は加速度センサー３および６の出力信号を増幅す
る高入力インピーダンスの電荷増幅器,21はアナログ信
号をデジタル信号に変換するADコンバータ,22は振動解
析処理を行うCPU,23は高速フーリエ変換その他の処理の
ためのプログラムおよび制御データなどが格納されてい
る読み出し専用メモリROM,24は処理中のデータなどが格
納される読み書き可能メモリRAM,25はキー操作部,26は
表示装置,27はプリンタ装置,28はフロッピィディスク装
置である。
次に本実施例装置の動作について説明する。
骨1aの内果をインパルスハンマー２により叩いて衝撃
を与えると，両端がフリーの梁と同様な曲げ振動が起こ
る。この振動を骨1aの他端内果に一定の力で押し付けら
れた骨振動検出器４により検出する。このとき骨振動検
出器４を押し付ける力は,1kgf以上とし，圧力センサー
５と圧力表示装置８によりチェックされる。
を与えると，両端がフリーの梁と同様な曲げ振動が起こ
る。この振動を骨1aの他端内果に一定の力で押し付けら
れた骨振動検出器４により検出する。このとき骨振動検
出器４を押し付ける力は,1kgf以上とし，圧力センサー
５と圧力表示装置８によりチェックされる。
インパルス衝撃波形とそれに基づいて生じた曲げ振動
の波形とは，それぞれインパルスハンマー２と骨振動検
出器４の中の加速度センサー３および６によって検出さ
れ，電荷増幅器20で増幅され，さらにADコンバータ21に
よりデジタル信号に変換されてCPU22に入力される。
の波形とは，それぞれインパルスハンマー２と骨振動検
出器４の中の加速度センサー３および６によって検出さ
れ，電荷増幅器20で増幅され，さらにADコンバータ21に
よりデジタル信号に変換されてCPU22に入力される。
CPU22は，順次入力されるデジタル信号をRAM24に記憶
し，インパルスおよび曲げ振動の時間応答波形データを
作成する。
し，インパルスおよび曲げ振動の時間応答波形データを
作成する。
次にCPU22は,ROM23に格納されている高速フーリエ変
換プログラムその他の解析処理用ソフトを用いて,RAM24
にあるインパルスおよび曲げ振動の２つの時間応答波形
の解析処理を行いそれぞれのパワースペクトルを求め，
さらに求めた２つのパワースペクトルから周波数応答関
数を演算する。これらの解析処理結果は，フロッピィデ
ィスク装置28に保存されるとともに，表示装置26に表示
させ，あるいはプリンタ装置27から印刷出力させること
ができる。
換プログラムその他の解析処理用ソフトを用いて,RAM24
にあるインパルスおよび曲げ振動の２つの時間応答波形
の解析処理を行いそれぞれのパワースペクトルを求め，
さらに求めた２つのパワースペクトルから周波数応答関
数を演算する。これらの解析処理結果は，フロッピィデ
ィスク装置28に保存されるとともに，表示装置26に表示
させ，あるいはプリンタ装置27から印刷出力させること
ができる。
表示装置26では，インパルスおよび曲げ振動の時間応
答波形と，パワースペクトルおよび周波数応答関数の２
つの画面のうちいずれか一方を選択して観察することが
できる。
答波形と，パワースペクトルおよび周波数応答関数の２
つの画面のうちいずれか一方を選択して観察することが
できる。
実際の診断においては，インパルス衝撃を与えてから
解析結果が表示されるまでにかかる時間は１秒程度なの
で，ほぼリアルタイムでの評価が可能となる。診断で最
も利用する画面情報は，インパルス衝撃の時間応答波形
と周波数応答関数の２画面である。前者により，インパ
ルス衝撃が適切に行われたかを判断し，後者から曲げ振
動の固有振動数を求める。このようにして骨折した骨の
固有振動数の経時変化を求め，さらに健常側の固有振動
数も参考にして治癒経過の定量的な評価を行う。
解析結果が表示されるまでにかかる時間は１秒程度なの
で，ほぼリアルタイムでの評価が可能となる。診断で最
も利用する画面情報は，インパルス衝撃の時間応答波形
と周波数応答関数の２画面である。前者により，インパ
ルス衝撃が適切に行われたかを判断し，後者から曲げ振
動の固有振動数を求める。このようにして骨折した骨の
固有振動数の経時変化を求め，さらに健常側の固有振動
数も参考にして治癒経過の定量的な評価を行う。
次に本診断装置を用いて検査を実施した臨床例から具
体的な評価方法について説明を行う。第３図（ａ），
（ｂ）に右脛骨を骨折した患者の治癒途中の周波数応答
関数を健常な左脛骨のデータと比較して示す。ピークを
与えている振動数がそれぞれの固有振動数となる。両者
のデータを比較すると骨折した脛骨の振動数は312.5Hz,
健常側の振動数は387.5Hzとなり，回復の程度は固有振
動数の比の２乗より求められるので，この場合約47％回
復していることとなる。
体的な評価方法について説明を行う。第３図（ａ），
（ｂ）に右脛骨を骨折した患者の治癒途中の周波数応答
関数を健常な左脛骨のデータと比較して示す。ピークを
与えている振動数がそれぞれの固有振動数となる。両者
のデータを比較すると骨折した脛骨の振動数は312.5Hz,
健常側の振動数は387.5Hzとなり，回復の程度は固有振
動数の比の２乗より求められるので，この場合約47％回
復していることとなる。
第４図に前述の患者の骨折した側の脛骨の固有振動数
の経時変化を示す。この患者は23歳の男性で，他の病院
で外科的手術により骨折部位をプレート固定した。しか
し術後の回復が思わしくなく５か月後に本大学病院に移
ってきた。その折，本装置で検査を行った結果，全く振
動波形を検出することができず，骨はまだ完全に折れた
状態であった。その後15か月間（術後20か月）に渡り検
査を実施した。術後５か月以降は順調な回復をみせ,13
か月以降は健常側の固有振動数を上回った値で一定とな
り,19か月後にプレートの除去手術を実施し,20か月後に
完治と判定した。
の経時変化を示す。この患者は23歳の男性で，他の病院
で外科的手術により骨折部位をプレート固定した。しか
し術後の回復が思わしくなく５か月後に本大学病院に移
ってきた。その折，本装置で検査を行った結果，全く振
動波形を検出することができず，骨はまだ完全に折れた
状態であった。その後15か月間（術後20か月）に渡り検
査を実施した。術後５か月以降は順調な回復をみせ,13
か月以降は健常側の固有振動数を上回った値で一定とな
り,19か月後にプレートの除去手術を実施し,20か月後に
完治と判定した。
第５図に，もう一つの臨床例として，右脛骨の骨折に
対して外科的手術により創外固定器による処置を施した
患者（20歳，男性）の固有振動数の経時変化を示す。術
後１か月半で133Hzの振動が得られ,5か月後には325Hz
（80％回復）に達したので固定器を除去，その後，少し
の増加が見られた後，一定の値に達したので,9か月後に
完治と判定した。
対して外科的手術により創外固定器による処置を施した
患者（20歳，男性）の固有振動数の経時変化を示す。術
後１か月半で133Hzの振動が得られ,5か月後には325Hz
（80％回復）に達したので固定器を除去，その後，少し
の増加が見られた後，一定の値に達したので,9か月後に
完治と判定した。
以上述べたように，本発明は，骨振動検出器に一定の
予荷重を加えて骨と骨振動検出器との間の皮下軟組織の
振動を抑え，骨の曲げ振動のみを非侵襲的に検出するこ
とを可能にするものであり，骨折等の損傷を受けた骨の
回復過程を患者に苦痛を与えず非侵襲的な方法により定
量的な検査をリアルタイムで行うことができる。更に，
レントゲンと異なり，全く患者に無害な診断方法でもあ
るので検査回数に制限がなく，緻密な診断が可能とな
る。この診断方法により従来レントゲン写真からの判定
が困難であった初期回復過程の定量的な評価が可能とな
り，初期治療の「適正さ」の判断が早期に行うことがで
きる。更に骨折部位に荷重をかける時期及びその荷重
量，外固定装具を除去する時期及び完治等の判定にとっ
て有益なデータを取得することができる。また経時変化
のデータからそれまでの回復状況が明らかになるだけで
なく，回復予測も可能となる。
予荷重を加えて骨と骨振動検出器との間の皮下軟組織の
振動を抑え，骨の曲げ振動のみを非侵襲的に検出するこ
とを可能にするものであり，骨折等の損傷を受けた骨の
回復過程を患者に苦痛を与えず非侵襲的な方法により定
量的な検査をリアルタイムで行うことができる。更に，
レントゲンと異なり，全く患者に無害な診断方法でもあ
るので検査回数に制限がなく，緻密な診断が可能とな
る。この診断方法により従来レントゲン写真からの判定
が困難であった初期回復過程の定量的な評価が可能とな
り，初期治療の「適正さ」の判断が早期に行うことがで
きる。更に骨折部位に荷重をかける時期及びその荷重
量，外固定装具を除去する時期及び完治等の判定にとっ
て有益なデータを取得することができる。また経時変化
のデータからそれまでの回復状況が明らかになるだけで
なく，回復予測も可能となる。
更に本装置による定量的な診断は，治療期間の短縮と
リハビリテーションへの迅速な移行が可能となり，患者
の早期社会復帰が可能となると予測される。
リハビリテーションへの迅速な移行が可能となり，患者
の早期社会復帰が可能となると予測される。
第１図は本発明の原理構成図，第２図は本発明の実施例
装置の構成図，第３図は周波数応答関数の実際例の説明
図，第４図および第５図はそれぞれ骨折治癒にともなう
固有振動数の経時変化例の説明図である。 第１図中 1:生体 1a:骨 1b:皮下軟部組織 2:インパルスハンマー 3,6:加速度センサー 4:骨振動検出器 5:圧力センサー 7:生体用骨弾性検査装置本体 8:圧力表示装置 9:振動解析処理装置 10:入力振動波形解析部 11:出力振動波形解析部 12:周波数応答関数演算部 13:固有振動数抽出部 14:データ記憶装置
装置の構成図，第３図は周波数応答関数の実際例の説明
図，第４図および第５図はそれぞれ骨折治癒にともなう
固有振動数の経時変化例の説明図である。 第１図中 1:生体 1a:骨 1b:皮下軟部組織 2:インパルスハンマー 3,6:加速度センサー 4:骨振動検出器 5:圧力センサー 7:生体用骨弾性検査装置本体 8:圧力表示装置 9:振動解析処理装置 10:入力振動波形解析部 11:出力振動波形解析部 12:周波数応答関数演算部 13:固有振動数抽出部 14:データ記憶装置
Claims (1)
- 【請求項１】加速度センサーを内蔵した骨インパルス衝
撃印加用のインパルスハンマーと， 圧力センサー及び加速度センサーを内蔵した骨振動検出
器と， 骨振動検出器により骨の曲げ振動のみを非侵襲的に検出
できるようにするため，骨振動検出器内の圧力センサー
から出力される圧力検出信号に基づいて骨振動検出器に
加わる所定の予荷重の圧力のレベルをチェック可能に表
示する圧力表示手段と， 圧力表示手段により表示された骨振動検出器に加わる所
定の予荷重の圧力のレベルにおいて，インパルスハンマ
ー内の加速度センサーから出力される加速度検出信号を
解析してインパルスハンマーにより骨に印加されたイン
パルス衝撃の時間応答波形及びパワースペクトルを作成
する手段と， 骨振動検出器内の加速度センサーから出力される加速度
検出信号を解析して，検出した骨の曲げ振動の時間応答
波形及びパワースペクトルを作成する手段と， 骨に印加されたインパルス衝撃のパワースペクトル及び
骨から検出された骨の曲げ振動のパワースペクトルか
ら，骨の周波数応答関数を作成する手段と， 上記各作成されたデータを記憶する手段と， インパルス衝撃の時間応答波形及び骨の曲げ振動の時間
応答波形の画面と，インパルス衝撃及び骨の曲げ振動の
各パワースペクトルと骨の周波数応答関数の画面とを択
一的にかつリアルタイムで表示するデータ表示手段と， 記憶されたデータを出力する手段と， をそれぞれ備えていることを特徴とする生体用骨弾性検
査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2336390A JP2690064B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 生体用骨弾性検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2336390A JP2690064B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 生体用骨弾性検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04204249A JPH04204249A (ja) | 1992-07-24 |
| JP2690064B2 true JP2690064B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=18298642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2336390A Expired - Fee Related JP2690064B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 生体用骨弾性検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2690064B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005308486A (ja) * | 2004-04-20 | 2005-11-04 | Sekisui Chem Co Ltd | 振動センサー及び検査装置並びに埋設管の検査方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4359626B2 (ja) | 2007-03-29 | 2009-11-04 | アロカ株式会社 | 荷重装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS537075Y2 (ja) * | 1972-04-17 | 1978-02-22 | ||
| DE2741338A1 (de) * | 1977-09-14 | 1979-03-22 | Industrie Automation Gmbh & Co | Einrichtung zur bestimmung der mechanischen eigenfrequenz von blutgefaessen, sehnen, knochen oder aehnlichen organen in einem koerper |
| JPH02246923A (ja) * | 1988-12-21 | 1990-10-02 | Alexander D Rosenstein | 股間接移植診断法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2336390A patent/JP2690064B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005308486A (ja) * | 2004-04-20 | 2005-11-04 | Sekisui Chem Co Ltd | 振動センサー及び検査装置並びに埋設管の検査方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04204249A (ja) | 1992-07-24 |
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