JP4495692B2

JP4495692B2 - 生体固定装置

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Publication number: JP4495692B2
Application number: JP2006137691A
Authority: JP
Inventors: 利樹大塚
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: JP2007307041A

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（体肢）を位置決め固定する装置に関する。

超音波を利用して、骨の強度や弾性及び粘弾性等の力学的特性について測定あるいは診断を行うことが研究されている。この研究は、体外から骨に対して押圧力を加えた時に生じる骨の微小な変位量を超音波によって定量的に測定するものである。骨の変位量に基づいて骨の強度及び弾性、粘弾性、塑性等を測定するためには、対象となる骨を正しく位置決めすることが重要になる。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、例えば、未公開の特願２００４−３６２４５５号に示されている。診断や治療等のために生体の体肢を固定するための装置については、例えば、未公開の特願２００５−３７９９７８号、特願２００５−３７９９７９号、特願２００５−３７９９８０号に示されている。

ちなみに、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関し、骨に対する外力の付与を人為的に行う場合に、精度測定上、問題が生じやすい。つまり、体内の骨は筋組織や皮膚に覆われているので、骨を精度よく位置決めすること自体が困難であった。そのため、位置決めの再現性も低い精度でしか行えないので、ある検査対象の骨について数日から数ヶ月にわたって継続的に骨の強度及び弾性、粘弾性、塑性等骨の診断を行おうする場合には、位置決め手法を確立することなしには、測定の再現性を確保することが難しいという問題があった。

本発明の目的は、生体、特に体肢の位置決めを行う場合に、位置決めの精度がよく、かつ再現性があり、生体形状の多様な個体差に広く対応できる適応性を備えた生体固定装置を提供することにある。

本発明は、体表から特定可能な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保持する近位保持機構と、前記生体の遠位部を保持する遠位保持機構と、を有し、前記近位保持機構は、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体表を介して載置する近位当接部と、前記近位部を全体的に支持する近位支持部と、を含み、前記遠位保持機構は、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体表を介して載置する遠位当接部と、前記遠位部を全体的に支持する遠位支持部と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、生体は、近位保持機構と遠位保持機構との双方の機構の組み合わせによって精度よく保持される。例えば近位保持機構は、近位当接部と近位支持部を有しているので、近位当接部によって近位の特徴骨部分を位置決めの基準とした正確な位置決めを行いつつ、近位支持部によって近位部の体肢の自重を支持することができる。位置決め基準のための近位当接部と、体肢の支持のための近位支持部との機能を有することにより、被検者の姿勢の維持の負担を軽減することができるようになる。遠位保持機構においても、遠位当接部と遠位支持部とを備えており、近位保持機構と同様に、遠位当接部によって遠位の特徴骨部分を位置決めの基準とした正確な位置決めを行いつつ、遠位支持部によって遠位部の体肢の自重を支持させることができる。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いい、体幹に近い部位を近位という。固定の対象となる生体は望ましくは足や腕などの体肢である。特徴骨部分は、望ましくは突起または隆起している骨の局所部位である。例えば、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。その場合に、特徴骨部分の皮膚層は薄い方が望ましい。

望ましくは、前記近位保持機構及び前記遠位保持機構が設置されるベース部材と、前記近位保持機構と前記遠位保持機構との少なくとも一方と、前記ベース部材との相対的な位置を調整する位置調整機構と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、近位保持機構と遠位保持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、例えば、ベース部材を基準とした１つの座標系を定義することができる。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。

望ましくは、前記近位当接部は、前記近位部に存在する特定の近位特徴骨部分と皮膚層を介して接する近位基準面を含み、前記近位基準面は、前記近位支持部との相対的な水平位置を調整する水平位置調整機構を有することを特徴とする。

上記構成によれば、近位部において、位置決めの基準としての近位基準面と、近位部の自重を支える支持台とを有し、近位基準面の位置を水平方向において調整することが可能となる。生体の近位部が、近位支持台によって位置決めされた場合においても、近位支持台の設置場所に制約されることなく、近位基準面を独立して水平移動させることができる。よって、生体の近位の位置決めのために最もふさわしく、あるいは骨に押圧する荷重を的確に支持することが可能であり、あるいは皮膚を押圧される生体の負担の少ない部位に対して、近位基準面を接することができる。

望ましくは、前記遠位当接部は、前記遠位部に存在する特定の遠位特徴骨部分と皮膚層を介して接する遠位基準面を含み、前記遠位基準面は、前記遠位支持部との相対的な水平位置を調整する水平位置調整機構を有することを特徴とする。

上記構成によれば、例えば遠位部においても近位部と同様に、生体の遠位の位置決めのために最もふさわしく、あるいは骨に押圧する荷重を的確に支持することが可能であり、あるいは皮膚を押圧される生体の負担の少ない部位に対して、遠位基準面を接することができる。

望ましくは、前記近位基準面および前記遠位基準面の各々の高さを調整する機構を含むことを特徴とする。上記構成によれば、水平位置調整機構と併せて、近位基準面あるいは遠位基準面の高さを最適化することができる。検査対象の骨を水平に調整するためにも高さ調整機構を使用できる。

望ましくは、前記遠位支持部は、前記生体の踵を載せる踵載せ台を備えることを特徴とする。検査の対象骨が膝下部位である場合には、人体の中でも強固な踵を位置決めに利用することが望ましい。

望ましくは、前記踵載せ台は、前記生体の踵を載せた状態で回転することにより、前記生体の足をその伸張方向を回転軸として回転させることを特徴とする。

望ましくは、前記踵載せ台によって前記生体の足を回転させることにより、生体内の脛骨の平坦面の方向を調整することを特徴とする。

望ましくは、前記近位当接部は、前記近位特徴骨部分である腓骨頭を支持し、前記遠位当接部は、前記遠位特徴骨部分である外果を支持することを特徴とする。足、特に膝下から足首の下腿の固定にあたっては、腓骨の近位に位置する特徴骨部分としての腓骨頭、あるいは腓骨の遠位に位置する特徴骨部分としての外果、のいずれかを位置決め基準として用いるのが望ましい。あるいは、脛骨の遠位に位置する特徴骨部分としての内果を用いることも可能である。

このように、本発明の生体固定装置によれば、生体の位置決めを行う場合に、位置決めの精度がよく、かつ再現性があり、生体形状の多様な個体差に広く対応できる適応性を備えることができる。

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は、本実施形態に係る生体固定装置１００を用いて、被検者の左足を検査している状態を模式的に示した全体図である。図１には、被検者１０、チェアベッド１２、生体固定装置１００などが示されている。まず、被検者１０とチェアベッド１２との関係から記す。

被検者１０は骨診断のためにチェアベッド１２の上で仰向けに横たえられている。チェアベッド１２はベッド部と台座部とから成っている。ベッド部は、ヘッドレスト１６、背もたれ１４等から構成されている。台座部は、キャスタ１８と図示されていない四輪キャスタロック機構とチェアベッド高さ調整機構１７等から構成されている。

ここで、骨診断を行う場合のチェアベッド１２の使用手順の例を記す。まず、背もたれ１４を立てた状態で、チェアベット１２の上に被検者１０に座ってもらう。被検者を診断する検査者がチェアベッド１２を生体固定装置１００に近づけた後に、検査者は、四輪キャスタロック機構を操作し、床面の適当な位置で全数のキャスタ１８をロックさせる。被検者１０が検査対象の足を生体固定装置１００の上に仮置きした後、検査者は図示されていない油圧機構を用いて、背もたれ１４が少し傾斜するように角度調整し、被検者１０にとって楽な傾斜角を設定する。なお、被検者の足を仮置きする動作を検査者が全面的に支援することは勿論可能である。更に検査者はチェアベッド高さ調整機構１７を用いて、被検者１０と生体固定装置１００の高さを調整する。このような手順によって、被検者１０の左足１０Ａは生体固定装置１００の上に仮置きされる。

次に生体固定装置１００についての説明を記す。生体固定装置１００は、金属柱材を組み合わせて堅牢に作られた装置台２４の上に固定されている。装置台２４の下部には、四隅にレベルアジャスタ２６が備えられており、生体固定装置１００を水平に設置するために用いられる。装置台２４の上面には、生体固定装置１００と仮置き台２８が置かれている。仮置き台２８は、例えば発砲部材で作られた直方体形状の軽量な部品であり、被検者１０の便宜のために検査対象でない足の置き台として付加的に使用される。図１では、検査対象でない右足１０Ｂが置かれている。

図１には、被検者の左足１０Ａが、生体固定装置１００に固定されている状態が示されている。左膝１０Ｃは、近位保持部３０で固定されており、左足首１０Ｄは遠位保持部４０で固定されている。より詳細には、左膝１０Ｃは近位支持台３４の上に置かれて、その膝の上はベルト３２に巻かれて固定されている。左足首１０Ｄは踵載せ台４４の上に置かれて、足首の上にもベルトが巻かれている。左膝１０Ｃの近くには腓骨頭当接台３６が配置され、左足首１０Ｄの近くには外果当接台８２が配置されているが、これらの部品の説明は図４を用いて後述する。被検者の左足１０Ａの脛の部分には、骨診断のための骨検査用加圧装置２００がベース４２の上に固定して搭載されている。骨検査用加圧装置２００は、検査対象の骨を押圧するための装置であり、図１には、被検者の左足の脛の内側部分１０Ｅが、骨検査用加圧装置２００の加圧機構によって押圧されようとしている様子が示してある。

図２は、本実施形態にかかる生体固定装置の好適な実施形態を示す斜視図である。装置台２４の上に生体固定装置１００が備えられている。生体固定装置１００の構成機構として、近位保持部３０と遠位保持部４０が示されている。図２には、図１に示されている骨検査用加圧装置２００は示されていない。奥側にはチェアベッド１２が配置されているが、背もたれが起こされてリクライニングチェアの形態を成している。

図３は、本発明の実施形態にかかる生体固定装置１００の全体を示す斜視図である。Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系が基準座標系として定義されている。生体固定装置１００は、機能的に大別すると、ベース４２、近位保持部３０、遠位保持部４０に分けられる。以下、列挙した順番に沿って説明する。

ベース４２は、装置全体を支える平たい台座として底面部に配置されている。ベース４２は、剛性を確保するための金属フレームを内蔵し、樹脂製の外装で被われている。ベース４２には、ベース上に搭載される構成部品の全重量と生体の重量とが加わり、図示されていない別体の骨検査用加圧装置２００も搭載されるので、十分な剛性が確保されている。骨検査用加圧装置２００は、近位保持部３０と遠位保持部４０の間に置かれるため、ベース４２の上面のほぼ中央部には、別体の骨検査用加圧装置２００を搭載するために、鉄製の基板３３が敷いてある。骨検査用加圧装置２００の底面部には平面マグネットベースを有しているので、基板３３は、骨検査用加圧装置２００を吸着させて固定するのに使用される。

近位保持部３０は、近位支持ベース４３、近位支持台３４、近位用パッド３８、ベルト３２、そして、近位用パッド３８の裏側に置かれているため図示されていない腓骨頭当接台（図１参照）等で構成されている。腓骨頭当接台は、鉄製の基板３５の上に配置されている。近位支持ベース４３は、ベース４２の上に搭載される。位置調整機構として機能する近位支持ベース４３は、Ｘ軸方向への移動を可能にするスライド調整機構を介して、ベース４２と結合されている。よって、近位支持ベース４３はＸ軸方向に移動可能であり、また図示されていない近位用Ｘ軸ロックレバーを用いて位置を固定することもできる。骨診断は、通常、位置調整をロックした状態で行われる。近位支持ベース４３の上には、近位支持台３４が固着されている。近位支持台３４は、全体として凹型の形状の部品であり、その中央の窪んだ部分は内面が円筒面状に形成されている。その円筒面に窪んだ部分には、近位用パッド３８が嵌め込まれている。全体として凹型を成す近位支持台３４の凹型の両肩の部分には、ベルト３２が取り付けられている。近位保持部３０は、足の膝部分を保持するための機構であり、近位用パット３８には、膝の裏側または太ももの裏側が押し当てられる。近位用パッド３８は低反発ウレタン材で形成されている。あるいは、ウレタン以外の衝撃吸収材あるいはスポンジのような発泡性樹脂を用いてもよい。体肢は、近位用パッド３８によって、全体的に柔らかく支持される。なお、ベルトには面ファスナーを用いてもよい。

腓骨頭当接台３６（図１参照）は、円筒形状の部品であり、近位支持ベース４３の上面に配置されている。腓骨頭当接台３６の説明は、図４を用いて後述する。

遠位保持部４０は、遠位支持ベース４８、遠位支持台４５、踵載せ台４４、ベルト５６、そして外果当接台８２等で構成されている。外果当接台８２は、鉄製の基板３７の上に配置されている。遠位支持ベース４８は、ベース４２の上に搭載される。更に、遠位支持ベース４８の上には、遠位支持台４５が搭載される。遠位支持ベース４８は、Ｙ軸方向への移動を可能にするスライド調整機構を介して、ベース４２と結合されている。また、遠位支持台４５は、Ｘ軸方向への移動を可能にする位置調整機構を介して、遠位支持ベース４８と結合されている。よって、遠位支持台４５は、ベース４２に対してＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。特に、Ｙ軸方向の位置調整機構は、膝下の足の長さが被検者によって異なることに対応して、遠位保持台４５の位置を調整する際に有効に機能する。

遠位支持台４５の上には、踵載せ台４４が結合されている。更に、踵載せ台４４は、Ｚ軸方向への移動を可能にする位置調整機構を介して、遠位支持台４５と結合されている。よって、踵載せ台４４は、ベース４２に対して、Ｚ軸方向に移動できる。なお、各々の位置調整機構には、図示されていないＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向への各々の遠位用のロックレバーが設けられており、各方向への位置調整をロックした状態で骨診断が行われる。

踵載せ台４４には、足の踵を取り囲む形状の樹脂製部品が用いられており、ベルト５６を足首に巻いて足首を固定する。踵載せ台４４は、足の裏が当てられる面が、Ｚ軸の鉛直方向からおよそ３０度傾斜するように傾けて設けられている。つま先が体幹から遠ざかるように足首を傾ける姿勢が、足を無理なく保持するために適しており被検者にとって楽な姿勢であることが多いためである。なお、足の裏と踵載せ台４４との間にスペーサ部品を挿入して、被検者に応じて足首の傾く角度を調整してもよい。頸骨の伸張方向に仮想的な骨軸を定義した場合、その骨軸周りにおいて自在に踵載せ台４４が回転するように回転機構が設けられている。近位支持ベース脛骨の内側面（むこう脛の内側の位置し、皮膚層の直下に位置するほぼ平らな骨面）を垂直に押圧するためには、脛骨全体をおよそ４５度傾けられるのが好ましい。踵載せ台の回転機構は、検査する足を一方の足から他方の足に切替えて検査をする場合にも有効に作用する。つま先の開く方向は、右足と左足とでは当然に異なるので、真っ直ぐな姿勢で寝ている被検者の目から、自らの足先を見る方向を想定したときに、踵載せ台４４の回転範囲は、左足を載せる場合は、骨軸に対して左回りに少なくとも４５度程度、右足を載せる場合には、骨軸に対して右回りに少なくとも４５度程度の回転可動範囲を有している。なお、踵載せ台の回転機構にも回転ロック用のレバーが設けられており、通常は回転をロックした状態で骨診断が行われる。

図４は、腓骨頭当接台３６を示す斜視図である。腓骨頭当接台３６は、円筒形状の部品であり、近位支持ベース４３上の鉄製の基板３５の上に置かれる（図３参照）。底面部にはマグネット台座７０を有しており、レバー７２を操作することで磁力を入切できる。ローレット加工が施された円筒部７８は内面に雌ネジ部が形成されており、その雌ネジ部は、雄ネジ部７４と螺合されている。

円筒部７８を回転させることによって、円筒部７８の上端面である基準面７６の高さが調整される。皮膚を介して特徴骨部分が突き当てられる基準面７６の高さは、雄ネジ部７４と雌ネジ部とを螺合させた高さ調整機構によって上下に調整される。高さ調整機構を用いることにより、腓骨頭を支持する高さを調整することができる。足の自重を支え易くするために、基準面７６は上方を向いていることが好ましい。基準面７６は平面とは限らず、ザグリあるいは窪みがあってもよい。あるいは、基準面７６は、データ測定の精度と再現性に影響が生じない範囲において柔らかいゴム等で覆われていてもよい。本実施形態においては、外果当接台８２（図３参照）は、腓骨頭当接台３６（図４参照）と同一の構造を有する。但し、外果当接台８２の方だけ円筒形状の直径や高さを適宜変更してもよいし、基準面の形状を材質を変更してもよい。

骨に対して三点曲げ荷重を行おうとする場合には、骨の両端部にはそれぞれに位置決めの基準となる面が必要となる。骨の両端部を支える２つの基準面が存在し、その基準面が不動という条件のもとにおいて、骨を中央付近を押圧することにより、骨のたわみ量を測定することができるからである。本実施形態においては、三点曲げ荷重に不可欠な基準面が、腓骨頭当接台３６と外果当接台８２の２つの基準面によって形成されている。腓骨頭当接台３６の上の基準面には腓骨の特徴骨部分である腓骨頭が皮膚層を介して当接される。外果当接台８２の上の基準面には、腓骨の特徴骨部分である外果が皮膚層を介して当接される。２つの基準面は、それぞれ独立に高さ調整が可能であるので、検査対象の骨を水平になるように調整できる。２つの基準面によって水平に位置決めがなされた骨は骨検査用加圧装置２００などを用いることによって、その骨の中央付近にある脛骨の内側面を押圧される。

図５は、他の実施形態にかかる生体固定装置１５０を示す。生体固定装置１５０の構成部品について、前述した生体固定装置１００と機能的に同一の部品には同じ符号を付してその説明を省略する。生体固定装置１５０の特徴の１つとして、ベース４２のほぼ中央部に骨検査用加圧装置を固定するための台座６０を備えている点があげられる。この台座６０は、ベース４２とは別体に構成されており、取り外すことができる。台座６０は、図示されているようにアーチ型（門型）の形状であるので、ベース４２の上に台座６０を置いた場合に、位置決めされた足を取り囲むように空間ができる。そのために、台座６０は、位置決めした足に干渉することなくベース４２の上に置くことができる。

また、腓骨頭当接台３６と外果当接台８２は、いずれも水平な鉄製の基板の上に配置されている。磁力による着脱で、ベース４２、あるいは遠位支持台４５の上で水平方向への位置調整ができる。図５には、腓骨頭当接台３６と外果当接台８２がＸ軸方向あるいはＹ軸方向にそれぞれ独立に水平移動可能であることが示してある。

以上説明したように、本実施形態によれば、被検者が姿勢を維持するという負担を少なくして、再現性のよい位置決めが可能となる。足を置くという容易な行為により、被検者は違和感を感じることなく位置決め固定を行える。

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。本発明に係る生体固定装置を設置した状態を示す斜視図である。本発明の実施形態にかかる生体固定装置の全体外観を示す斜視図である。腓骨頭当接台の斜視図である。本発明の他の実施形態にかかる生体固定装置の全体外観を示す斜視図である。

符号の説明

３０近位保持部、３２ベルト、３３基板、３５基板、３６腓骨頭当接台、３７基板、３８近位用パッド、４０遠位保持部、４２ベース、４３近位支持ベース、４４踵載せ台、４５遠位支持台、４８遠位支持ベース、５６ベルト、８２外果当接台、１００生体固定装置。

Claims

生体中の骨における体表から特定可能な近位特徴骨部分及び遠位特徴骨部分の間の押圧点を押圧して骨を診断する場合に用いられ、近位特徴骨部分及び遠位特徴骨部分を位置決め基準としつつ、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保持する近位保持機構と、
前記生体の遠位部を保持する遠位保持機構と、
を有し、
前記近位保持機構は、
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接する近位基準面を有し、前記近位特徴骨部分を体表を介して載置する近位当接部と、
前記近位特徴骨部分が前記近位基準面に載置された状態において前記近位部を全体的に支持する近位支持部と、
を含み、
前記遠位保持機構は、
前記遠位部に存在する特定の遠位特徴骨部分に対して皮膚層を介して接する遠位基準面を有し、前記遠位特徴骨部分を体表を介して載置する遠位当接部と、
前記遠位特徴骨部分が前記遠位基準面に載置された状態において前記遠位部を全体的に支持する遠位支持部と、
を含み、
更に、位置決め基準かつ生体固定用載置面としての前記近位基準面及び前記遠位基準面の各々の高さを調整する高さ調整機構が設けられた、ことを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の生体固定装置において、
前記近位保持機構及び前記遠位保持機構が設置されるベース部材と、
前記近位保持機構と前記遠位保持機構との少なくとも一方と、前記ベース部材との相対的な位置を調整する位置調整機構と、
を有することを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の生体固定装置において、
前記近位基準面及び前記遠位基準面は上方を向いた面である、ことを特徴とする生体固定装置。
請求項３記載の生体固定装置において、
前記高さ調整機構は骨を水平にするための機構である、ことを特徴とする生体固定装置。
請求項４記載の生体固定装置において、
前記水平にされた骨に対して垂直に押圧力が与えられる、ことを特徴とする生体固定装置。
請求項１記載の生体固定装置において、
前記遠位支持部は、前記生体の踵を載せる踵載せ台を備えることを特徴とする生体固定装置。
請求項６記載の生体固定装置において、
前記踵載せ台は、前記生体の踵を載せた状態で回転することにより、前記生体の足をその伸張方向を回転軸として回転させることを特徴とする生体固定装置。
請求項７記載の生体固定装置において、
前記踵載せ台によって前記生体の足を回転させることにより、生体内の脛骨の平坦面の方向を調整することを特徴とする生体固定装置。
請求項８記載の生体固定装置において、
前記近位当接部は、前記近位特徴骨部分である腓骨頭を支持し、
前記遠位当接部は、前記遠位特徴骨部分である外果を支持することを特徴とする生体固定装置。