JP4457217B2 - 骨検査システム - Google Patents

Description

本発明は、下腿を対象とする骨検査システムに関し、特に、超音波を用いて骨を検査する場合における検査部位の位置決め技術に関する。

骨に荷重を加えたときの微小変位に基づき骨の性状を評価するシステムが提案されている。下記特許文献１には、生体における下腿の頸骨を測定対象とするシステムが開示されている。頸骨に対して、体外から皮膚を介して荷重を加え、この荷重による頸骨の変形を超音波を用いて測定し、得られた変形に基づいて、頸骨の弾性、粘弾性、塑性等の物理的指標が測定される。これらの物理的指標は、頸骨の性状、健全性、癒合度等を表すものと理解される。

特開２００７−３０１２８４号公報

測定対象が骨であるため、その変位は微小なものである。このため、測定対象部位を適正な姿勢で位置決めする必要がある。また、被検者への負担を低減するために、前記の位置決めを簡易に行えることが望まれている。

本発明は、測定対象部位、特に下腿の位置決めを容易に行えるようにすることを目的とする。

本発明に係る骨検査システムは、被検者の下腿を支持する下腿支持装置と、支持された下腿の骨に荷重を加える荷重機構と、前記下腿の骨に対して超音波を送受し、受信した超音波信号に基づき測定を行う超音波ユニットと、を有し、前記荷重による骨の変形を超音波ユニットで測定する。前記下腿支持装置は、主ベースと、主ベースに対して回動可能に支持される回動ベースと、共通の回動ベースに設置され、下腿の近位側と遠位側とを個々に支持する近位支持部および遠位支持部と、を有し、回動ベースの回動の軸線は、下腿の近位側に対応する位置にあり、回動によって遠位側が上下する。

共通の回動ベースに近位支持部と遠位支持部を配置することで、この回動ベースの回動によって下腿の位置決めをすることができる。回動の軸線は、下腿の近位側に対応する位置にあり、回動によって遠位側が上下するようにされている。下腿の姿勢は、その長手方向について、荷重の掛かる方向に対して直交するように位置決めされる。典型的には、荷重方向を鉛直とし、下腿は水平に位置決めされる。近位支持部と遠位支持部を独立して調整する場合、下腿の一方を位置を調整すると、これに起因して他方の位置も変化することがあり、調整を困難にしている。本発明は、回動ベースの回動により下腿の長手方向の姿勢を調整することで、調整要素を一つとし、調整を容易にしている。また、回動の軸線は、下腿の近位端側に対応する位置にある。これは、下腿の近位側、つまり膝には、上腿、さらには胴体が連なっているため、近位側を動かすことが、遠位側を動かすのに比べて容易ではないためである。

回動ベースと近位支持部と遠位支持部を含む下腿支持セットを２セット設け、左右の下腿を同時に支持できるようにすることも可能である。両下肢について連続して検査を行うことができ、検査が効率化される。また、実際の検査対象は一方の下肢であっても、比較対象として他方の下肢を測定する場合もあり、この場合についても２セットを設けることは好適である。

前記の荷重機構は、旋回可能に支柱に支持されるようにできる。支柱は、２セットの下腿支持セットの間に設けられる。荷重機構を旋回させることにより、荷重を加える対象を左右いずれかにすることができる。旋回動作により、左から右へ、または右から左への荷重を加える対象を容易に切り換えることができる。

前記の支柱には、超音波ユニットの、超音波を送受する超音波プローブが支持されるようにできる。超音波プローブも荷重機構と共に旋回可能に支持することで、荷重機構および超音波プローブの対象の左右切換えを容易にできる。

前記の荷重機構は、揺動するレバーと、このレバーに沿って往復直線運動する重りとを有し、重りの往復直線運動により周期的に変化する荷重を加えるものとすることができる。

本発明によれば、下腿を、容易かつ適正に位置決めできる。または、被検者の負担を低減できる。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の骨検査システム１０の概略構成を示す図である。被検者Ｐは、椅子１２に座り、その下腿Ｌが下腿支持装置１４に載せられている。被検者の下腿Ｌに対向して、荷重機構１６が配置されており、更に荷重機構による下腿Ｌに対する荷重点の両脇には、超音波診断装置１８の超音波プローブ２０が配置されている。下腿支持装置１４は、床上に設置される主ベース２２と、主ベース２２に対して回動可能に支持される回動ベース２４を含む。回動ベース２４は、下腿Ｌとほぼ平行に延びる細長い板形状を有し、その上面には、下腿を近位側の所定の位置で支持する近位支持ブロック２６と、遠位側の所定の位置で支持する遠位支持ブロック２８とが設置されている。これらの支持ブロック２６，２８は、回動ベース２４上の任意の位置に設置可能で、被検者Ｐの個体差に適応することができる。回動ベース２４の回動軸線は、被検者Ｐにとって左右に延びる方向であり、下腿の近位側に位置する。主ベース２２の、回動ベース２４の遠位端付近に対応する位置には、上下機構３０が設けられ、これにより回動ベースの遠位端を上下させて、回動ベース２４が回動する。回動ベース２４の回動によって、下腿Ｌの足首側つまり遠位側が、膝側つまり近位側に対して上下に移動する。

下腿Ｌが近位側と遠位側で支持されその中央付近に荷重が加えられることにより、下腿に曲げ荷重が作用する。骨検査システム１０においては、この下腿に作用する曲げ荷重による骨、例えば頸骨の撓みを計測する。頸骨を測定対象とする場合に、下腿を支持する位置としては、近位側においては腓骨頭、遠位側においては頸骨外顆または内顆が好ましい。これらの部位は、骨の位置が、薄い皮膚を介して、外界から視覚的に、または触覚的に容易に特定可能であり、測定の基準とするのに好ましい。また、荷重点は、頸骨の正面側の内側、いわゆる向こう脛の内側の骨表面が平面となっている位置が好ましい。頸骨のこの部分は、皮膚の直下にあり、また軸方向に延びる平面となっている。この平面がほぼ水平となるように位置あわせされることが好ましい。荷重点に荷重を加え、このときの変位を超音波診断装置１８を用いて測定することで対象である骨の弾性等の物理的指標を取得できる。

以下において、前後左右上下は、被検者Ｐが図１に示す姿勢をとったときを基に説明する。すなわち、被検者Ｐにとっての左右を左右方向、鉛直方向を上下方向、これらの左右、上下方向に直交し、被検者Ｐの下肢がほぼ延びている方向を前後方向として説明する。

図２および図３は、下腿支持装置１４を示す斜視図である。図３は、図２の反対側から見た状態を示す図であり、また支持された状態の下肢も一点鎖線で示されている。主ベース２２は、４脚で支持された略長方形の天板３２を有し、天板３２の短手方向中央には、長手方向に延びる天板スリット３４が形成されている。天板スリット３４の両側には、これに平行に回動ベース２４が位置している。回動ベース２４は、載置された下腿の近位側において、支持軸３６に回動可能に支持されている。また、回動ベース２４上には、近位支持ブロック２６および遠位支持ブロック２８が配置されている。天板３２の下側には、回動ベース２４の遠位端を上下する上下機構３０が、左右２個の回動ベース２４にそれぞれ対応して設けられている。したがって、左右の回動ベース２４は、別個に調整が可能となっている。

天板スリット３４を貫通して支柱３８が立設されている。支柱３８を支持する装置は、天板３２の下に配置されており、図２，３においては表れていない。この装置については、後で説明する。支柱３８の頂部には、荷重機構１６および超音波プローブ２０を保持するプローブ保持アーム４０が設けられている。図示するように、本実施形態の下腿支持装置１４においては、２個の超音波プローブ２０は、それぞれ１本のプローブ保持アームにより支持されており、独立してその位置が調整可能となっている。荷重機構１６は、揺動レバー４２と、この揺動レバー４２上をこれに沿って移動する重り４４を含む。揺動レバー４２の先端部には、下腿に当接して荷重を付与する押圧子１２６（図１２，１３参照）が設けられ、重り４４の移動によって、所定の荷重が付与される。また、この揺動レバー４２は、左右調整ガイド４６上に搭載されており、このガイドに沿って移動することにより、荷重点の、被検者にとっての左右方向の位置が調整される。荷重機構１６については、後に詳述する。

支柱３８の上部は、支柱の軸回りに回動可能となっており、この回動によって、荷重機構１６およびプローブ保持アーム４０等の支柱上部に搭載された構成要素は旋回する。この旋回によって、測定対象を右下腿から左下腿へ、またその逆に簡易に変更することができる。支柱３８は、天板３２の下側にて、昇降可能に、また天板スリット３４に沿う方向に移動可能に支持されている。支柱３８を支持する構成については、後に詳述する。

図４−７は、回動ベース２４、近位および遠位支持ブロック２６，２８を含む下腿支持セットの構成を示す図である。図４は斜視図、図５は側面図、図６は図５に示すＡ−Ａ線断面図、図７は正面図である。主ベースの天板３２上にベアリングホルダ４８が固定され、これに支持軸３６が支持されている。また、回動ベース２４にもベアリングホルダ５０が備えられ、これにより支持軸３６上に回動可能に回動ベース２４が支持される。近位支持ブロック２６は、マグネットベース５２と受け部５４を含む。マグネットベース５２により、板形状の回動ベース２４上の任意の位置に近位支持ブロック２６を位置決めできる。なお、マグネットベース５２が吸着できるように、回動ベース２４は強磁性材料製、典型的には鋼製である。また、全体を鋼にて形成する必要はなく、マグネットベース５２が置かれる上面のみに鋼板を貼ってもよい。受け部５４の主材は、十分な剛性を有する材料、例えばアルミニウム等の軽量な金属または硬質の樹脂で形成されるが、その表面には、当たりを和らげるために、シリコンゴム等の柔軟なパッドを貼るようにしてよい。受け部５４は、円弧状に湾曲した板形状であり、この円弧の中心を見込む角度は約９０°、曲率半径は９０ｍｍである。前述のように、近位支持ブロック２６は、下腿の近位側の腓骨頭を支持し、また頸骨内側側面の平面部分を水平に位置させるため、上記の中心を見込む角度が定められている。

遠位支持ブロック２８も近位支持ブロック２６とほぼ同様の構成を有する。すなわち、マグネットベース５６上に、湾曲した板状の受け部５８を有している。マグネットベース５６によって回動ベース２４上の任意の位置に固定できることも同様である。近位側の受け部５４に対して、受け部５８は、円弧であることは共通であるが、円弧の半径は６０ｍｍと若干小さい。これは、ヒトの下腿の近位端、遠位端の太さが違うことに起因している。また、受け部は、正面から見て、下腿の外側にあたる方が長く延びている。具体的には、内側の部分は、中心を見込む角度が４０°、外側の部分が６０°となっている。これは、頸骨遠位端の外顆が受け部５８に当たるようにするためである。図７から分かるように、遠位端の受け部５８が近位端の受け部５４よりやや高い位置（この実施形態では３０ｍｍ）に設けられている。これも、下腿の遠位端がより細いことに起因している。

図８は、回動ベース２４の遠位端を上下して、これを支持軸３６回りに回動させる上下機構３０を示す図である。図８は、図２で見えている側の裏側から見た状態を示す断面図である。上下機構ケース６０には２本のガイドロッド６２が上下方向に延びて、互いに平行に配置されている。ガイドロッド６２には、リニアブッシュ６４が案内され、２個のリニアブッシュ６４が共通のロッドホルダ６６に結合している。ロッドホルダ６６は、上部に突き出して、回動ベース２４の下面に当接する突き上げロッド６８を保持している。ガイドロッド６２に平行に、送りねじ軸７０が配置され、これに噛み合う送りねじナット７２がロッドホルダ６６に固定されている。送りねじ軸７０には、ウォームホイール７４が一体に設けられ、ウォームホイール７４は、ハンドル７６に結合されたウォーム７８と噛み合っている。ハンドル７６を回すと、ウォーム７８、ウォームホイール７４を介して送りねじ軸７０が回転される。これにより、ロッドホルダ６６およびこれと一体となった突き上げロッド６８が上下する。

図９−１１は、支柱３８およびこれを支持し、移動、昇降させる機構を示す図である。図９は天板３２の上方から見た斜視図、図１０は天板の下側から見た斜視図、図１１は支柱の支持構造を示す断面図である。

図１０に示すように、天板３２の裏面には、天板スリット３４の両側に、またスリット３４に平行にリニアガイドレール８０が設けられている。このリニアガイドレール８０には、これに沿って移動するスライドブロック８２が係合している。図示するレールの断面およびブロックの溝の断面形状は、簡略のために方形に描かれているが、実際には、アリ継ぎ状の断面形状になっており、レールに直交する方向に落ちて外れることはない。スライドブロック８２につり下げられるようにして、天板３２の下に支柱支持機構８４が配置されている。支柱支持機構８４は、リニアガイドレール８０に沿ってスライドし、これによって支柱３８が天板スリット３４に沿ってスライドする。

支柱支持機構８４は、リニアガイドレール８０に沿って移動する移動ベース８６と、移動ベースに対し、更に昇降する昇降ベース８８を含む。移動ベース８６には、鉛直方向に延びるリニアガイドレール９０が設けられ、これに係合するスライドブロック９２が昇降ベース８８に固定されている。これらのリニアガイドレール９０およびスライドブロック９２も断面がアリ継ぎ形状をしており、ブロックの、レールに沿う方向の移動は許容されるが、直交する方向には外れない。また、昇降ベース８８には、定荷重ばね９４の張力が作用し、昇降ベース８８の自重、支柱３８および支柱頂部に装着されている荷重機構等の重量の少なくとも一部を相殺している。昇降ベース８８には、クロスローラベアリング９８およびこれを保持するクロスローラベアリングホルダ１００が備えられる。クロスローラベアリング９８のアウタレース１０２は昇降ベース８８に固定され、インナレース１０４に支柱３８が固定される。これにより、支柱３８は、昇降ベース８８に対して、その軸回りに回動可能となる。

移動ベース８６の下端付近には送りねじナット１０６が固定された送りねじブラケット１０８が備えられている。送りねじナット１０６には、送りねじ軸１１０がねじ結合し、送りねじ軸１１０は、上方に向けて延び、クロスローラベアリング９８および支柱３８内を貫通し、支柱３８の上部に達している。支柱３８の上部には、調整ディスク１１２が配置されており（図９参照）、これに送りねじ軸１１０の上端が固定されている。調整ディスク１１２は、支柱の頂部箱１１４の４辺に設けられたスリットより一部が露出している。この露出している部分に指を当てて調整ディスク１１２を回すと、送りねじ軸１１０も一体となって回転する。送りねじ軸１１０は、送りねじナット１０６とねじ結合しており、送りねじ軸１１０を回転させることにより、ねじ軸１１０自体が昇降する。このねじ軸１１０の昇降とともに、支柱３８および昇降ベース８８が昇降する。

図１２−１４は、荷重機構１６の構造を示す図である。図１２は斜視図、図１３は長手方向の断面図、図１４は図１３に示すＢ−Ｂ線による断面図である。支柱３８の頂部に左右調整ガイド４６が固定されている。左右調整ガイド４６には左右方向に延びる２本のリニアガイドレール１１６が互いに対向して設けられている。さらに、これらのリニアガイドレール１１６には、それぞれスライドブロック１１８が係合されている。スライドブロック１１８は、揺動軸１２０を支持する揺動軸ホルダ１２２に固定されている。これにより、揺動軸ホルダ１２２は、揺動軸１２０と共にリニアガイドレール１１６に沿って左右方向にスライドする。また、スライドを止めるために、揺動軸ホルダ１２２には固定ねじ１２４が設けられている。このねじ１２４を回して、左右調整ガイド４６にそのねじを当接させることにより、揺動軸ホルダ１２２が固定され、左右方向の位置が決定される。また、左右調整ガイド４６には、プローブ保持アーム４０を把持するアーム把持部１２５が２個設けられている。

揺動軸１２０には揺動レバー４２が回動可能に支持されており、揺動レバー４２は揺動軸ホルダ１２２のスライドと共に左右方向に移動する。揺動レバー４２の先端下方には、押圧子１２６が備えられ、これが被検者の頸骨に皮膚を介して当接する部分となる。押圧子１２６には、ロードセル１２８が含まれ、このロードセルにより頸骨に加わる荷重が測定される。揺動軸ホルダ１２２の左右位置を調整することで、押圧子１２６が下腿の所定位置に当たるようにされる。

重り４４は、揺動レバー４２に設けられたリニアガイドレール１３０上をスライドする。また、揺動レバー４２内には、その長手方向に延びる送りねじ軸１３２が配置されている。この送りねじ軸１３２にねじ結合する送りねじナット１３４が重り４４に対して固定されている。また、送りネジ軸１３２には、駆動モータ１３６が結合されており、駆動モータ１３６が送りねじ軸１３２を駆動し、これにより重り４４がスライドする。この重り４４のスライドにより、重りの発生する揺動軸１２０回りのモーメントが変化し、押圧子１２６に掛かる荷重が変化する。荷重を周期的に変化させ、これに応じた頸骨の変形を測定することで、骨の物理的特性の評価を行う。

次に、検査の流れについて説明する。被検者Ｐを椅子１２に座らせ、一方、または両方を下腿を回動ベース２４上の近位および遠位支持ブロック２６，２８上に載せる。足（足首より遠位側の部分）をやや外側に開くように回動させ、腓骨頭、頸骨の遠位端外顆の部分がそれぞれ支持ブロック２６，２８に当たるようにする。次に、上下機構３０を操作して、具体的にはハンドル７６を回して、回動ベース２４の遠位端を上下させる。回動ベース２４の回動の軸線は、下腿の近位側付近にあり、下腿を支持している部分はほぼ移動しない。足の回動と、上下機構３０による回動ベース２４の回動により、頸骨内側の平面部分が水平となるように調整を行う。

次に、支柱３８の前後方向（下腿の延びる方向）の位置の調整を行い、頸骨の軸方向の所定位置に荷重が加えられるように、位置決めを行う。これは、支柱３８または支柱上の荷重機構等を持って押して移動させて行う。さらに、高さ調整、左右方向調整を行う。高さ調整は、調整ディスク１１２を回転させて行い、揺動レバー４２が水平となるように調整する。左右方向調整は、左右調整ガイド４６に対して揺動軸ホルダ１２２を移動させて行う。これにより、押圧子１２６が頸骨上に当接するよう調節される。

押圧子１２６の位置の、頸骨の延びる方向の両側それぞれに、超音波プローブ２０を当てる。駆動モータ１３６を駆動し、重り４４を揺動レバー４２の軸方向に沿って往復運動させ、周期的に変化する荷重を加える。この荷重に対する頸骨の変位を超音波診断装置１８により測定する。

もう一方の下腿の測定を行う場合は、支柱３８を回転させて、荷重機構１６等を旋回させる。支柱３８の回転は、クロスローラベアリング９８により達せられる。左右の下腿を測定するのは、両方が骨折するなどして、それぞれ検査する必要がある場合はもちろん、健常な一方を基準として、もう一方の検査対象とする骨の評価をする場合があるためである。このような場合にも、本実施形態によれば、簡易に、また速やかに対応することができる。

骨検査システムの概略構成図である。 本実施形態の下肢支持装置１４を示す斜視図である。 下肢支持装置１４を示す斜視図である。 下腿支持セットを示す斜視図である。 下腿支持セットの側面図である。 図５に示すＡ−Ａ線断面図である。 下肢支持セットの正面図である。 上下機構３０を示す図である。 支柱およびその支持構造を示す概略斜視図である。 支柱およびその支持構造を示す概略斜視図である。 支柱の支持構造の概略断面図である。 荷重機構１６を示す斜視図である。 荷重機構１６の断面図である。 荷重機構１６の図１３に示すＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１０ 骨検査システム、１４ 下腿支持装置、１６荷重機構、１８ 超音波診断装置、２０ 超音波プローブ、２２ 主ベース、２４ 回動ベース、２６ 近位支持ブロック、２８ 遠位支持ブロック、３０上下機構、３６ 支持軸、３８ 支柱、４２ 揺動レバー、４４ 重り、４６ 左右調整ガイド、５２，５６ マグネットベース、８４ 支柱支持機構、１１２ 調整ディスク、１２６ 押圧子。

Claims (2)

1. 被検者の下腿を支持する下腿支持装置と、
   支持された下腿の骨に荷重を加える荷重機構と、
   前記下腿の骨に対して超音波を送受し、受信した超音波信号に基づき測定を行う超音波ユニットと、
   を有し、前記荷重による骨の変形を超音波ユニットで測定する骨検査システムであって、
   前記下腿支持装置は、
   主ベースと、
   主ベースに対して回動可能に支持される回動ベースと、
   共通の回動ベースに設置され、下腿の近位側と遠位側とを個々に支持する近位支持部および遠位支持部と、
   を有し、
   回動ベースの回動の軸線は、下腿の近位側に対応する位置にあり、回動によって遠位側が上下し、
   被検者の左右の下腿に対応して、回動ベースと近位支持部と遠位支持部を含む下腿支持セットを二つ有し、
   さらに、前記二つの下腿支持セットの間に設けられ、前記荷重機構を旋回可能に支持する支柱を有し、この旋回によって前記荷重機構を被検者の左右の下腿に選択的に対向させることができ、
   前記荷重機構は、揺動するレバーと、このレバーに沿って往復運動する重りとを有し、前記重りの往復運動により周期的に変化する荷重を加える、
   骨検査システム。
2. 請求項１に記載の骨検査システムであって、前記超音波ユニットは、下腿の骨に対して超音波を送受する超音波プローブを有し、超音波プローブは前記支柱に支持され、前記旋回によって前記超音波プローブを被検者の左右の下腿に選択的に対向させることができる、骨検査システム。

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