JP4477576B2

JP4477576B2 - 生体固定装置

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Publication number: JP4477576B2
Application number: JP2005379980A
Authority: JP
Inventors: 浩之鈴木
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007175419A

Description

本発明は生体固定装置に関し、特に、上肢、下肢などの生体組織を位置決め固定する装置に関する。

生体の計測や手術においては、対象となる部位を位置決め固定する必要がある。超音波診断装置を用いて、生体内の骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に測定する際には、測定対象骨を位置決め固定することが望ましい場合がある。特に、三点曲げ荷重下において骨の性状や骨折部位における癒合度を超音波診断する場合には、対象骨を含む対象組織を正しく位置決めし、また、対象組織を確実に固定する必要がある。手術その他の場合においても、対象組織の的確な位置決め固定が要請される。三点曲げ荷重下において骨の性状や骨折部位における癒合度を超音波診断する手法は、本出願人が先に出願した未公開の特願２００４−３６２４５５号にも示されている。以下の特許文献１，２には超音波を用いて骨の癒合診断を行う方法が記載されている。

特開２００４−２９８２０５号公報特開２００５−１５２０７９号公報

生体組織の位置決め固定に際し、対象組織の特定部位を無造作に挟持すると、骨の周囲に存在する皮膚、筋肉などの軟組織の弾性あるいは柔軟性の影響により、対象組織を確実に固定できない。また、そのような大雑把な手法では、そもそも対象組織を正確に位置決めすることが難しい。一方、対象組織の全体を包み込む部材を利用して対象組織を強固に固定することも考えられるが、その場合には当該部材が手術や計測の障害となる。

特に、対象骨に荷重を加えた場合における微小変位を超音波を用いて計測する場合には、対象組織の動き、特に対象骨の動き、を確実に抑えておく必要がある。また、骨癒合診断において、定期的に対象骨の癒合度を計測する場合、計測の再現性の観点から、複数回の計測にわたって対象骨を同じ位置及び同じ姿勢で保持することが求められる。つまり、固定の再現性が求められる。このような問題は骨の超音波計測以外の他の計測あるいは他の分野においても同様に指摘することができる。なお、従来において、対象骨それ自体を座標基準としつつ生体組織を位置決め固定する装置は実現されていない。

本発明の目的は、生体の位置決め固定を的確に行える生体固定装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、生体それ自体の固有形態を利用して生体を確実かつ精度良く位置決め固定できる生体固定装置を提供することにある。

本発明は、体外から特定可能な複数の特徴骨部分を基準としつつ、生体を固定する生体固定装置であって、前記生体の近位部を固定する近位固定機構と、前記生体の遠位部を固定する遠位固定機構を有し、前記近位固定機構は、前記近位部に存在する少なくとも１つの近位特徴骨部分を基準として前記近位部の位置決めを行い、前期遠位固定機構は、前記遠位部に存在する少なくとも１つの遠位特徴骨部分を基準として前記遠位部の位置決めを行うことを特徴とする。

上記構成によれば、生体の体幹に近い近位身体部分（近位部）が、近位固定機構により保持され、生体の肢体の末端に近い遠位身体部分（遠位部）が、遠位固定機構により保持される。この場合、近位部及び遠位部のそれぞれの特徴骨部分を位置決めの基準にして生体の位置や姿勢を決定することができる。ここで、近位と遠位の用語は、体幹から見た遠近関係を示しており、指先やつま先に近い部位を遠位と言い、体幹に近い部位を近位と言う。固定の対象となる生体は望ましくは足や腕などである。上記構成は、望ましくは、生体の測定、診断、治療、手術などを行う際に、肢体の位置決め固定を行う必要がある場合に用いられる。また、生体は人間であるのが望ましいが、動物であってもよい。

特徴骨部分は、望ましくは、突出または隆起している骨の局所部位である。すなわち、生体に存在する骨面の形状を皮膚の上から触ってあるいは観察して認識可能な、突出または隆起している骨の部分であるのが望ましい。位置決めのために用いる特徴骨部分としては、少なくとも、近位部で１ヵ所、遠位部で１ヵ所の合計２ヵ所が用いられるが、強固な固定あるいは高精度の位置決めを要する場合には、３ヵ所以上の特徴骨部分を対象とするのが望ましい。座標系を定義する上では、３点を基準にするのが望ましい。

望ましくは、前記生体固定装置は、前記近位固定機構及び前記遠位固定機構が設置されるベース部材を含み、前記固定ベース部材上において前記近位固定機構及び前記遠位固定機構の相対的な位置関係が調整される。この構成においては、近位固定機構と遠位固定機構の間の相対的な位置関係がベース部材を介して規定されるので、共通の座標基盤を用いて近位部及び遠位部の設置を行え、結果として、生体の位置決めに当たって１つの基準座標系を定義することも可能である。この構成によると、先に近位固定機構をベース部材に固定した上で遠位固定機構の位置を調整するようにしてもよいし、あるいは逆に、先に遠位固定機構をベース部材に固定した上で近位固定機構の位置を調整するようにしてもよい。なお、生体を水平に横たえた姿勢で保持するようにしてもよいし、生体を起立した状態で保持してもよい。つまり、生体を固定する際には、生体に疲労の負担を伴わせない安楽な姿勢となるように、生体固定装置の配置や姿勢を選択することが望まれる。

望ましくは、前記生体固定装置は、前記ベース部材上において前記近位固定機構による保持位置を調整する近位調整手段と、前記ベース部材上において前記遠位固定機構による保持位置を調整する遠位調整手段と、を含む。この構成によれば、近位部、遠位部についてのサイズ、形態及びそれらの位置関係が様々であっても、近位固定機構あるいは遠位固定機構の保持を適正化できる。

望ましくは、前記近位固定機構は、前記近位部に存在する特定の近位特徴骨部分に対して皮膚層を介して当接される第１近位当接部と、前記第１近位当接部と共に前記近位部を挟んで保持する第２近位当接部と、を含む。この構成においては、位置決め対象である近位部が、第１近位当接部と第２近位当接部とで挟んで保持され、その運動が制限される。特に、第１近位当接部を近位特徴骨部分に皮膚層を介して当接して、当該部位を確実に保持できる。また、その反対側の部位を第２近位当接部で確実に保持できる。その結果、位置ずれの発生を効果的に防止又は軽減できる。

望ましくは、前記近位固定機構は、前記第１近位当接部は小面積をもった第１当接面を有し、前記第２近位当接部は大面積をもった第２当接面を有する。この構成においては、第１当接面が小面積であるので、位置決めの基準となる特徴骨部分を目標にして第１当接面を正確に位置決めしながら当接させることができる。さらに、第２当接面は第１当接面に比べて大面積であるので、対外から認識可能な特徴骨部分がない部位、つまり広く膨らんだ比較的柔らかい生体部位についても、しっかりと包み込んで固定することができる。好ましくは、第２当接面を成す部品の材料は、第１当接面を成す部品の材料よりも柔らかい。第２当接面の形状は、生体に密着できるように、あらかじめ湾曲した面形状として形成しておくのが望ましい。

望ましくは、前記近位固定機構は、前記第１当接面に対して前記第２当接面を相対的に進退させる近位側進退機構が設けられる。この構成においては、第１当接面と第２当接面の両者の間隔を調整して、近位部がそれらの当接面の間に保持される。

望ましくは、前記遠位固定機構は、前記遠位部に存在する特定の第１遠位特徴骨部分に対して皮膚層を介して当接される第１遠位当接部と、前記遠位部に存在する特定の第２遠位特徴骨部分に対して皮膚層を介して当接される第２遠位当接部と、を含む。この構成においては、位置決め対象である遠位部を、第１遠位当接部と第２遠位当接部によって挟んで保持するので、遠位部の運動を制限できる。これにより、近位部の保持と相俟って遠位部が確実に保持されるので、対象となる生体組織全体を適正に位置決めできる。

望ましくは、前記遠位固定機構は、前記第１遠位当接部に対して前記第２遠位当接部を相対的に進退させる遠位側進退機構を含む。この構成においては、第１遠位当接部と第２遠位当接部の間隔を狭めて遠位部が保持される。

望ましくは、前記遠位固定機構は、前記近位固定機構及び前記遠位固定機構が設置されるベース部材を有し、前記遠位固定機構は、前記第１遠位当接部、前記第２遠位当接部及び前記遠位側進退機構からなる遠位固定ユニットを搭載する可動台座を有し、前記可動台座が前記ベース部材上に位置調整可能に設置される。この構成においては、ベース部材上に可動台座が設置され、可動台座に搭載された遠位固定ユニットによって遠位部が保持される。可動台座を移動させれば遠位固定ユニットの全体を容易に移動させることができるので、近位部に対する遠位固定ユニットの位置決め調整が容易となる。

ベース部材上で可動台座の位置を調整する方法としては、ボルトで固定する単純な方法、モータ駆動のＸＹ自動ステージを用いる方法、など様々な方法をあげることができる。その場合に、調整完了後の位置決めの座標を数値で把握できるようにしてもよい。設置位置の座標を数値で客観的に把握することによって、固定の確認や再現性を良好にできる。簡易な位置決め手段で強固な固定を行うためには、例えば、磁力で吸着できるような機能をもったマグネット部品を用いることが好ましい。

望ましくは、前記遠位固定機構は、前記第１遠位当接部、前記第２遠位当接部及び前記遠位側進退機構からなる遠位固定ユニットを傾斜させる傾斜機構と、前記遠位固定ユニットを水平回転させる水平回転機構と、を有する。この構成においては、遠位固定ユニットを傾斜させる傾斜機構と、遠位固定ユニットを水平回転させる水平回転機構とを併せて用いることによって、遠位部の位置や姿勢に応じて、遠位固定ユニットを用いて２つの遠位特徴骨部分を容易に挟持することが可能である。望ましくは、第１遠位特徴骨部分と第２遠位特徴骨部分の保持に当たって、第１遠位特徴骨部分の保持位置が傾斜運動及び水平回転運動の原点とされる。つまり、第１遠位特徴骨部分の保持位置を中心点として考えると、第２遠位特徴骨部分の位置は、当該中心点から離れた１点として位置しているので、中心点からの距離、水平回転角及び仰角によって、その点の極座標位置を容易に決定することができる。このように、第２遠位当接部を、第２の遠位特徴骨部分に位置決めするための角度調整機能に関しては、水平角と傾斜角の２種類の角度調整機能が備わっていることが望ましい。

望ましくは、前記複数の特徴骨部分は、薄い皮膚層を介して体外から膨らみをもって特定可能な部位である。これに関し、位置決めの基準として用いる特徴骨部分を覆う皮膚層は薄いものであるのが望ましい。皮膚が薄ければ骨面の形状を認識するのが容易になり、位置決めの基準として用いる上でも、生体を強固に保持する上でも好ましい。

望ましくは、前記複数の特徴骨部分は、下肢における腓骨頭、外果及び内果の内の少なくとも１つを含む。膝下の下肢の固定に当たっては、腓骨頭、外果、内果の３つを位置決め基準として用いるのが特に望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、生体の位置決め固定を的確に行える。あるいは、本発明によれば、生体それ自体の固有形態を利用して生体を確実かつ精度良く位置決め固定できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る生体固定装置の好適な実施形態が斜視図として示されている。本実施形態に係る生体固定装置は、生体の下腿部を固定する装置であり、例えば、骨折後における骨の癒合状態を超音波診断する際に、下腿部を精度良く位置決めし、また強固に固定するために用いられる。もちろん、本発明に係る生体固定装置は計測以外の用途に用いることができる。

図１において、生体固定装置は、近位固定機構（近位固定装置）１００と遠位固定機構（遠位固定装置）１０２とを有する。近位固定機構１００は、近位部１０ａを位置決め固定する腓骨頭固定部２０及び近位内側固定部２８を有する。遠位固定機構１０２は、遠位部１０ｂを位置決め固定する可動機構２６を有する。図１においては、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系が定義されている。また、後述する図７においては、遠位固定機構の動きを説明するために、回転角θの中心軸と、傾斜角φの中心軸が定義されている。本実施形態の生体固定装置は、上記のように、人体の下肢を固定する装置であって、特に下肢に存在している複数の特徴骨部分を位置決め基準としつつ、生体の固定を行うものである。以下においては、機構の詳細説明に先立って、本実施形態において位置決め基準として用いる複数の特徴骨部分について説明する。

図２には、人体の右下腿部に含まれる脛骨８０及び腓骨８２が示されている。腓骨８２の上端部には、膨らみをもって外側に突出した腓骨頭８４が存在する。また、腓骨８２の下端部には上記腓骨頭８４と同様に外側に突出した外果８６が存在する。また、脛骨８０の下端部には内果８８が存在し、それも外側に突出した局所部位である。注目すべきことは、腓骨頭８４、外果８６及び内果８８がいずれも薄い皮膚層を介して体外から視覚的にあるいは接触して容易に特定可能な局所部位であるということである。そのような局所部位を位置決め基準とすれば、生体の位置決めを客観的に且つ正確に行うことができ、特に固定の再現性を極めて良好にできる。それらの部位の上に存在する皮膚層は体格にあまり影響されずに一般に薄い。皮膚層が薄ければ、その弾力性や柔軟性をあまり受けずに、各部位を確実に押さえつけることが可能である。なお、上記以外の特徴骨部分を位置決め基準とすることも勿論可能である。その場合においては、位置の特定を正確に行えること及び確実に保持できることを考慮して、基準となる生体部位を適宜選定するのが望ましい。

図１に戻って、生体１０は、具体的には人体の右足であり、その右足はほぼ水平状態で位置決め固定される。上記の近位固定機構１００及び遠位固定機構１０２の他に、必要に応じて、生体１０を柔らかく支持する弾性部材（例えばウレタン部材）を設けるようにしてもよい。但し、そのような部材は、三点曲げ条件、超音波の計測などに影響を与えないように設置する必要がある。図３にも同一の構成が示されているが、図３においては機構明示のために生体が図示省略されている。

図３を参照しつつ、図１に基づいて構成を説明すると、ベースとしての水平板１２には、垂直板１４が配置されている。詳しくは、垂直板１４は、三角支持板１６によって水平板１２上に起立状態で固定されている。水平板１２の上には別の基板１８が重合固定されている。本実施形態においては、遠位固定機構１０２が有する可動機構２６に公知のマグネット部品が内蔵されている。マグネット部品は、それが発揮する磁力作用をオンオフ切換可能なものである。可動機構２６は、その作用を利用して基板１８に着脱自在に固定設置される。このため、基板１８として鉄系統の材料で構成された金属板が用いられている。水平板１２や垂直板１４は軽量化のためにアルミ材料その他の部材で構成される。垂直板１４には、Ｙ方向に一定間隔を隔てて２つの長穴２２，２３が形成されている（図３参照）。各長穴２２，２３は図示のように垂直方向つまりＺ方向に伸長した貫通孔である。図１に示すように、近位部（図示の例では膝蓋骨近傍）１０ａを保持するのに用いる腓骨頭固定部２０が、いずれかの長穴２２に選択的に取り付けられる。図示の例では、Ｙ方向奥側の長穴２２に適切な高さで腓骨頭固定部２０が取り付けられている。２つの長穴２２，２３を設けたのは、左右の下肢に選択的に対応するためである。各長穴２２，２３を垂直方向に伸長させたのは腓骨頭固定部２０の高さの調整を可能とするためである。腓骨頭固定部２０の高さ調整のために、他の上下機構を採用するようにしてもよい。なお、水平板１２の両隅には一対の取手１２ａ，１２ｂが設けられている。

腓骨頭固定部２０は、身体に接触する位置決めパッド５６を有する。その高さが腓骨頭の高さに合わせられつつ、適切な高さで位置決めパッド５６が固定され、その後に、位置決めパッド５６がその前進運動により薄い皮膚層を介して腓骨頭に押し当てられる。腓骨頭の位置を規定することにより、近位部１０ａの空間的な位置がほぼ決まることになる。逆に言えば、近位部１０ａに対して腓骨頭固定部２０の位置が決まることになる。一方、生体を挟んで腓骨頭固定部２０とは反対側に近位内側固定部２８が設けられている。近位内側固定部２８は肥大した内側パッド３２を有しており、その内側パッド３２が膝の内側面を広い面積をもって保持するように当てられる。このように腓骨頭の反対側で近位部１０ａが確実に保持されるように、内側パッド３２の位置が調整される。具体的には、近位内側固定部２８は、水平板１２にネジまたはボルトで固定されている。また内側パッド３２の高さは、近位内側固定部２８の台座をなすイケール４０に設けられた長穴への設置高さの調整によって行える。内側パッド３２はイケール４０に対して進退可能に設けられている。図３に示されるように、水平板１２には２カ所のイケール設置部３０ａ，３０ｂが形成されており、それらに対して近位内側固定部２８を選択的に設置することにより、左右の足に対応できる。

遠位固定機構１０２を構成する可動機構２６は、後に図７等を用いて詳述するように、遠位部１０ｂに存在する外果に薄い皮膚層を介して当接される外果パッドと、遠位部１０ｂに存在する内果に対して薄い皮膚層を介して当接される内果パッドと、を有する。可動機構２６には、上記のように磁気吸着作用をオンオフ切換可能なマグネット部品が内蔵されている。それが可動機構２６の台座を構成している。可動機構２６を下肢の踝付近に設置し、その位置決めを行う場合、本実施形態では外果が主たる基準として用いられ、その位置決めが行われる。具体的には、まずマグネット部品の機能の動作をオフ（解除状態）にして、基板１８の上で可動機構２６を平行移動させて、外果パッドの水平位置を外果の水平位置に合わせるようにする。その状態で、マグネット部品をオン動作させて、それを基板１８上に吸着固定させる。このように、マグネット部品のオンオフ動作によって、基板１８上で遠位固定部２６を任意の位置に固定設置することが可能であるため、被測定対象者の個々の脚の長さの違いなど、つまり個体差に起因した遠位部位置のばらつきに柔軟に対応できる。

後に詳述するが、可動機構２６の固定の後、それが有する上下部を調整することによって、外果パッドを外果に位置決めする。つまり、皮膚層を介して外果が外果パッドに当たるようにする。次に内果パッドが内果に対して位置決めされるが、その場合には、後述する傾斜機構及び水平回転機構によって外果パッド（正確には外果パッド上に設定される座標原点）を基準として、内果パッドの傾斜角度及び水平回転角度を自在に調整可能である。更に、外果パッドに対して内果パッドは進退自在に構成されており、内果パッドを前進させて、外果パッドと内果パッドとで生体をしっかりと挟持することができる。

図４は、近位部を固定するための腓骨頭固定部２０の分解斜視図である。腓骨頭固定部２０においては、腓骨頭に皮膚層を介して当接される位置決めパッド５６が、固定金具５４に取り付けられている。ネジシャフト５０の一方端と一体化されるノブ４８を回すことにより、ネジシャフト５０の他方端にあるネジ部が固定金具５４と係合し、その結果、固定金具５４と固定金具５２の間隔を調整することができる。これにより、垂直板１４の上の長穴２２が、固定金具５４と固定金具５２で両側から挟み込まれ、腓骨頭固定部２０が垂直板１４（図１）に取り付けられる。腓骨頭固定部２０の設置高さは、長穴を通過するネジシャフト５０の高さを変えることによって自在に調整できる。なお、固定金具５４には、長穴の短軸の長さに合わせて面取り加工が施されている。

位置決めパッド５６は近位内側固定部が有する内側パッドよりも硬質の部材で構成され、その当接面５７は内側パッドの面積よりも小さい。これにより、位置決めパッド５６を正確に腓骨頭に当接させることができる。当接面５７の中央部５７Ａには、その中心を腓骨頭の膨らみの頂点に容易に合わせられるように開口部あるいは窪みが形成されている。後述する外果パッド及び内果パッドについても同様の窪み構造を採用するのが望ましい。

図５には、近位内側固定部２８の拡大図が示されている。また図６には、近位内側固定部２８の分解斜視図が示されている。それらの図において、近位部における、腓骨頭とは反対側の体表面に接触する内側パッド３２は、移動板３４に取り付けられ、さらに移動板３４にはボールベアリング３６が取り付けられている。水平板１２に固定される台座としてのイケール４０には、高さ調整を行えるように長穴４０Ａが設けてあり、その長穴４０Ａは、固定金具３８と固定金具４２によって両側から挟持される。固定金具３８の貫通穴にはネジが切られており、ネジシャフト４４の一方端部と一体化されたレバー４６を回転させることによって、ネジシャフト４４の他方端部に設けられた内側パッド３２が進退運動する。内側パッド３２は、上記の腓骨頭用の位置決めパッドよりも大きな当接面を有しており、また位置決めパッドよりも柔らかい部材で構成されている。内側パッド３２の内側当接面３１は、生体形状に合わせて円弧状のあるいは湾曲した形態を有する。

以上のように、生体の近位部は、近位固定機構としての腓骨頭固定部及び近位内側固定部によって確実に位置決め固定される。この場合、腓骨頭が位置決め基準として用いられているため、超音波検査時においては常に同じ位置に位置決めパッドを当てることができ、その位置決めパッドと反対側の内側パッドとによって、近位部を確実に保持し、またその保持状態を維持できる。すなわち、位置決めの再現性及び持続性を向上できる。また、腓骨頭の上に存在する皮膚層は通常体格差によらずに薄いため、つまり皮膚層の弾性や柔軟性による影響を軽減、排除して、腓骨頭を的確に当接、保持できるという利点がある。

図７は、遠位固定機構の実体をなす可動機構２６の斜視図である。また図８は、可動機構２６の分解斜視図である。両図において、可動機構２６は、下から順に、マグネット部品としてのマグネットベース５８、平板状の底板５９、θ回転ステージ部６０、上下部６２、保持ユニットとしての内外果保持部７６、が積み上げられて構成されている。最下段のマグネットベース５８は、底板５９の下に設置された台座として機能し、それによって当該可動機構２６を図１に示した基板上の任意の位置に設置固定することが可能である。底板５９の上面に設置されたθ回転ステージ部６０は、それ自身が回転運動することにより、その上に設置された上下部６２等のユニットを回転させるものである。それらのユニットはＺ軸に平行なある直線を中心にして回転する。ちなみに、その回転軸は外果パッドを基準に設定される原点を通過している。θ回転ステージ部６０の機能については後述する。θ方向の回転角度はロック機構によってロック可能である。

上下部６２により内外果保持部７６のＺ方向の高さを調整することが可能である。内外果保持部７６は、図７に示されるように外果パッド６６及び内果パッド６８を搭載している。上下部６２による高さ調整により、外果パッド６６を遠位部に存在する外果の位置に合わせることが可能である。つまり、可動機構２６の水平位置調整、内外果保持部の高さ調整、その他の調整によって、外果パッド６６を、遠位部における主たる位置決め基準としての外果に位置決めして当接させることが可能である。

以上のように、外果についての位置決めが完了した後、内果についての位置決めを行う。具体的には、θ回転ステージ部６０を動作させて、内外果保持部７６を回転させ、その向きを所望の方向に変化させる。その回転軸は外果パッド６６の表面中央（厳密には、外果パッド６６の若干の変形を考慮して、その表面からやや外果パッド６６内に入った位置）を通過しているため、内外果保持部７６を回転させても、外果パッド６６の当接状態は維持される。内外果保持部７６は、傾斜機構７７及び進退機構７９を搭載している。傾斜機構７７は、外果パッド６６及び内果パッド６８と、それらを備えた進退機構と、からなるユニットを傾斜運動させるものである。つまり、その傾斜の回転軸は上記の原点を通過する水平軸である。これにより、ユニットが傾斜運動をしても、外果パッド６６の当接状態を維持することができる。進退機構７９は、外果パッド６６に対して内果パッド６８を進退運動させる機構である。その場合においても、外果パッド６６を固定した状態で内果パッド６８を運動させることができるので、外果パッド６６の当接状態を維持できる。このように、外果を主たる位置決め基準として、そこに外果パッドを当接して位置決めした上で、外果パッド６６の当接状態を維持しつつ、内果パッド６８の水平回転角度、傾斜角度、進退位置を調整して、内果パッド６８を内果に対して当接させることが可能である。なお、図２に示したように外果８６と内果８８を直線で結んでみると、その直線は外果と内果の空間的な位置の違いから傾いている。外果と内果を結んだ直線上に、内果パッドの中心点を移動させるためには、内果パッド６８自体を水平回転、傾斜回転させる必要があるが、本実施形態によれば上記の各構成によってそれが容易である。

図９には内外果保持部７６の分解斜視図が示されている。図示されるように、内果パッド６８はバイス部材７０の上端部に設けられており、その下端部は進退機構７９に連結固定されている。進退機構７９には円弧状の形態をもった回転リング７２が取り付けられている。上下するフレームとしての台座８１には、円弧状の溝８３が形成されており、その溝８３には回転リング７２から伸びるピンがスライド運動可能に挿入されている。ピンに係合したネジ７４を締め付けることにより、進退機構７９の傾斜角度をロックすることが可能である。

図１０には遠位固定機構としての可動機構２６によって生体の遠位部が位置決め固定された状態が示されている。踝部位がその両側から２つのパッドによって挟持され、これによって踝部位の動きが規制されている。この場合、外果及び内果を位置決め基準としているので、固定の再現性を良好にでき、しかもそれらの部位における皮膚層は薄いために遠位部を確実に挟持できるという利点がある。特に、外果と内果の内で一方を主たる位置決め基準として、それについての位置決めが完了した後に他方の位置決めを円滑に行えるようにしたので、位置決め時の作業性がよい。

本実施形態においては、図１に示したように、Ｘ方向において、近位固定機構１００と遠位固定機構１０２とをそのまま入れ替えることができるので、両足に対応できる。三点曲げ荷重をかけた状態で超音波によって骨の微小変位を計測するような場合には、本装置に、プローブ保持機構、加圧機構、その他を更に設けてもよい。上記構成例では、各可動部分の調整は人為的に行われていたが、その内の一部又は全部を自動的に行うようにしてもよい。その場合においては、安全性の観点から、必要に応じて、リミットスイッチなどのセンサを設けるのが望ましい。

次に、図１１を用いて本実施形態に係る生体固定装置の動作を説明する。Ｓ１０１では、右足あるいは左足の下腿を生体固定装置に挿入する。Ｓ１０２では、腓骨の近位部にある腓骨頭を、近位固定機構の腓骨頭固定部に接触させる。Ｓ１０３では、近位内側固定部のネジシャフトの高さを、腓骨頭固定部の高さにあわせて調整し、また近位内側固定部のイケールを水平板に位置決めする。更に、レバーを回転させて内側パッドが膝の内側に軽く触れる状態にし、近位部をその両側から仮固定する。Ｓ１０４では、遠位固定部（可動機構）を平行移動させてＸ方向、Ｙ方向の位置合わせを行った後、上下部で、外果パッドの高さを調整することにより、外果が外果パッドの中心位置に整合するようにＺ方向の位置合わせを行う。Ｓ１０５では、θ回転ステージ部と、φ回転リング（つまり傾斜機構）の回転位置を調整し、内果が内果パッドの中心位置に対面するように位置合わせを行う。Ｓ１０６では、内果パッドが内果を押圧するようにバイス部材７０を動作させて、遠位固定部を固定する。Ｓ１０７では、近位内側固定部のレバーを回転させて、内側パッドが膝の内側を押圧するように調整して、近位部の本固定を行う。

上記実施形態においては診断対象となる生体が足であったが、もちろん足以外の手あるいは他の部位に対して上記同様の測定方法を適用することができる。他の部位に適用する場合には、対象となる部位に応じて測定機構の構造を適宜変更させるのが望ましい。例えば、体外から特定可能な特徴骨部分の膨らみの形状に合わせて、位置決め用の固定パッドに窪みを設けることで、当接時の押圧力を分散させて、被測定対象者の不快感を低減させることも考えられる。また、前腕部の橈骨または尺骨についても適用が可能である。またスペーサ部材などの部材を交換することによって様々な部位に対して共通の固定機構を利用することも可能である。

本発明に係る生体固定装置の好適な実施形態を示す斜視図である。人体の右下腿部の脛骨と腓骨の外形を示す図である。本発明に係る生体固定装置の好適な実施形態を示す斜視図である。腓骨頭固定部の分解斜視図である。近位内側固定部の斜視図である。近位内側固定部の分解斜視図である。遠位固定機構の斜視図である。遠位固定機構の上下のユニット構成を示す分解斜視図である。遠位固定機構の内外果固定機構の構造を示す斜視図である。遠位固定機構の好適な実施形態を示す斜視図である。本実施形態に係る生体固定装置の使用手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０生体、１２水平板、２０腓骨頭固定部、２６可動機構、２８近位内側固定部、１００近位固定機構、１０２遠位固定機構。

Claims

下肢中の骨に対して荷重を与えてその骨を超音波診断するために、体外から特定可能な複数の特徴骨部分を基準としつつ、下肢としての生体を固定する生体固定装置であって、
前記生体の近位部を固定する機構であって、前記近位部に存在する少なくとも１つの近位特徴骨部分を基準として前記近位部の位置決めを行う近位固定機構と、
前記生体の遠位部を固定する機構であって、前記遠位部に存在する少なくとも１つの遠位特徴骨部分を基準として前記遠位部の位置決めを行う遠位固定機構と、
を含み、
前記近位部に存在する少なくとも１つの近位特徴骨部分は前記下肢における腓骨頭であり、
前記近位固定機構は、前記近位部に存在する特定の近位特徴骨部分に対して皮膚層を介して当接される第１近位当接部と、前記第１近位当接部と共に前記近位部を挟んで保持する第２近位当接部と、を含み、
前記第１近位当接部は小面積をもった第１当接面を有し、
前記第２近位当接部は前記第１当接面よりも大きな面である大面積をもった第２当接面を有する、
ことを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の装置において、
前記近位固定機構及び前記遠位固定機構が設置されるベース部材を含み、
前記ベース部材上において前記近位固定機構及び前記遠位固定機構の相対的な位置関係が調整される、
ことを特徴とする生体固定装置。
請求項２記載の装置において、
前記ベース部材上において前記近位固定機構による保持位置を調整する近位調整手段と、
前記ベース部材上において前記遠位固定機構による保持位置を調整する遠位調整手段と、
を含むことを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の装置において、
前記第１当接面は、前記腓骨頭の頂点に合わせられる開口部又は窪みを有する位置決めパッドを有する、ことを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の装置において、
前記第２当接面は、生体形状に合わせて湾曲した形態を有する、ことを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の装置において、
前記第１当接面に対して前記第２当接面を相対的に進退させる近位側進退機構が設けられたことを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の装置において、
前記遠位固定機構は、
前記遠位部に存在する特定の第１遠位特徴骨部分に対して皮膚層を介して当接される第１遠位当接部と、
前記遠位部に存在する特定の第２遠位特徴骨部分に対して皮膚層を介して当接される第２遠位当接部と、
を含むことを特徴とする生体固定装置。
請求項７記載の装置において、
前記遠位固定機構は、前記第１遠位当接部に対して前記第２遠位当接部を相対的に進退させる遠位側進退機構を含むことを特徴とする生体固定装置。
請求項８記載の装置において、
前記近位固定機構及び前記遠位固定機構が設置されるベース部材を有し、
前記遠位固定機構は、前記第１遠位当接部、前記第２遠位当接部及び前記遠位側進退機構からなる遠位固定ユニットを搭載する可動台座を有し、
前記可動台座が前記ベース部材上に位置調整可能に設置される、
ことを特徴とする生体固定装置。
請求項８記載の装置において、
前記遠位固定機構は、
前記第１遠位当接部、前記第２遠位当接部及び前記遠位側進退機構からなる遠位固定ユニットを傾斜させる傾斜機構と、
前記遠位固定ユニットを水平回転させる水平回転機構と、
を有することを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の装置において、
前記遠位部に存在する少なくとも１つの遠位特徴骨部分は前記下肢における内果又は外果である、ことを特徴とする生体固定装置。