JPS61501823A - 関節異常の音響検出及び分析のための装置 - Google Patents
関節異常の音響検出及び分析のための装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
の3 び のための壮
衾里坐!量
本発明は関節異常の非侵入性分析のための装置に関する。
さらに詳細には、本発明は、関節音波測定法(Arthrophono−met
ry)と呼ばれる新規な信号処理手順を利用する関節異常を検出し且つ分析する
改良された非侵入性方法に関する0本発明は、いくつかの異なる基礎病状のいず
れかに起因する罹患数の多い異常の一種である側頭下顎骨関節(TMJ)異常の
検出及び識別診断に特に通している。
以下の本発明の説明及びそれに関連する背景は主として側頭下顎骨(TMJ)及
び関連する関節の異常に関するものであるが、本発明は全身のどのような種類の
関節異常の診断にも同等に適用可能であることを初めに理解しておかなければな
らない。
TMJと関連する苦痛及び機能障害は人口の20%〜50%を悩ませていると推
定される。多(の患者は機能障害をもつと思われるが、その一部に器質性関節異
常が存在することは確実である。真の関節病理と他の状態とを識別することは、
関連する臨床的徴候及び症候が比較的特定性を示さないために残念ながら困難又
は不可能である。さらに、数を増しつつある様々に異なる種類の関節異常を識別
するために、簡単で主観的且つ明瞭な診断方法がより大きな重要性をもって必要
になってきた。筋腹痛機能障害(MPD)、関節半月脱臼(内陣)、リウマチ性
及び変性関節炎、亜脱臼及び慢性脱臼、骨折、腫瘍並びに関節癒着などの状態は
全て明確に異なる要素として識別されるが、その診断は臨床上の印象及び複雑な
レントゲン撮影方法に依存するのが普通である。TMJ疾患をMPDと認識する
傾向が一般に見られるが、これは不適切な診断技術と、客観的基準に基づいて特
定の疾患要素を識別するのが不可能であることによって生じたちあと思われる。
特定の関節異常に対する有効な外科治療及び非外科的治療の幅も広がっているの
で、診断精度をさらに高めることが要求直接臨床検査を除き、最も普通のTMJ
診断方法の大半はレントゲン撮影に依存している。歴史的に見れば、TMJ変化
のレントゲン写真という証拠は器質性関節疾患と機能異常とを識別するための折
り紙つき手段を考えられてきた。TMJのレントゲン撮影による評価は一般に標
準のレントゲン撮影、関節造影撮影、断層撮影及び関節断層撮影に限定される。
標準レントゲン撮影及び断層撮影は骨構造の著しい異常の評価には有用であるが
、軟組織部分の生存能力及び機能の評価に際しての価値はほとんどない、TMJ
機能障害をもつ患者の86%〜95%について断層撮影写真が全く正常であるこ
とは意外ではない、印象に基づく証拠はTMJ機能障害における軟組織異常の重
要性を立証したので、標準レントゲン撮影及び断層撮影の重大な限界が明白とな
った。骨構造の正常状態を評価する場合であっても、標準方法の価値は制限され
、相当量の放射線被曝を必要とすることが示されている。
TMJの軟組織機能を客観的に検査するための改良された、しかし十分とはいえ
ない手順は簡単な関節造影撮影法に見られた。関節造影撮影と断層撮影を組合わ
せること(すなわち関節断層撮影)により、さらに良いデータが得られる。この
方法は前方関節半月脱臼及び亜脱臼、関節半月穿孔、変性変化及び癒着を明瞭に
識別することはできるが、得られる関節断層撮影写真の解釈に相当の専門技術を
必要とする。このようなフィルムをあいまいさなく解釈するのは困難であるため
、関節断層撮影のルーチンテクニックとしての価値も制限される。
関節断層撮影がい(つかのTMJ異常について先例のないほど確実な診断を可能
にしたことは否定できないが、この方法は適度な侵入性をもつと考えられなけれ
ばならない。断層撮影法(透視制御の下に実施されることが多い)であるので、
患者は高レベルの放射線を必然的に受けることになる。価値ある診断情報を得る
ためには、患者をアレルギーを発生させる可能性のあるヨードを含有する造影剤
にさらさなければならなず、また、患者はかなりの苦痛に耐えなければならない
、しかし、関節断層撮影法に本来見られるこのような欠点は、既存の方法により
得られるのと同じ又はそれを上回る情報を提供すべき非侵入性で、放射線を使用
しない定量的方法が発揮しうる価値の大きさを強調している。
最後に、TMJのコンピュータトモグラフィ (CT)は従来の断層撮影法及び
関節断層撮影法に代わるものといわれてきた。CTは硬組織及び軟組織の双方の
検査の感度と信頼性を向上させると共に、その他のレントゲン撮影方法に比べて
患者の被曝線量及び苦痛を少なくする。しかしながら、TMJのCTスキャンは
病院でなければ実施できない手順であり、高価な装置と施設、特殊な訓練を受け
た医師及び適度な放射線量を必要とする。
上述の問題を克服する適切な定量的非侵入性TMJ診断手順の構想は2つの関連
する前提条件を考慮して練るのが良い:(1)異常のある関節は正常な関節より
太き(且つ計器により容易に検出することができる摩擦損失を示す、及び;(2
)異なる病状は音響的に識別し且つ定量分析することができる異なる種類の摩擦
損失を示す。
医学診断技術においてい(つかの非侵入性音響評価方法は良く知られている6例
えば、Brackinの米国特許第3.181,528号には音響診断装置を利
用して関節異常を分析する方法及び装置が記載されている。音(振幅)と信号時
間との関係のグラフ記録はこの手順から取出され、関節異常を検出するために分
析される。
Medical & Biological Engineering & C
omputing誌の記事rA Non1nvasive Electroac
ounstical Evaluation Techniqueof Car
tilage Damage in Pathological Knee J
oints Jでは、著者はBrackin特許に類似する方法について説明し
、膝関節異常は独特な音響信号の発生及び対応する統計的パターンを測定し、記
録することにより診断される。 Brackinの場合のように、この方法は音
と時間の関係を測定することによりグラフの形で結果を得る。前述の関節ノイズ
検出システムと同様の別の診断装置はロシア特許第304939号に記載されて
いる。
上述の方法及び装置の全ては臨床的に見て定量分析の程度及び診断精度の点で残
念ながら不十分である。従って、これらの先行技術の方法は、主に特定の異常の
診断のための定性的方法であるにすぎないという理由により制限された範囲での
み許容される。
従って、関節異常、特にTMJ異常の正確な定量的検出及び識別診断のための非
侵入性音響診断手段を提供することは有利であると考えられる。
1里立監!
先行技術の上述の問題及びその他の問題は本発明の関節異常の非侵入分析のため
の装置により克服又は緩和される。本発明によれば、発明者は、関節誘導音パタ
ーンを時間的及び空間的関節位置と図形で関連づけることにより、それぞれの症
例について関節異常の特定的且フ正確な診断が得られることを思いがけなく発見
した。音パターンと位置とのこのチルテール(tell−tale)関係は、こ
れまで、音と時間の関係の記録に基づく分析のみが実施される先行技術によって
は教示されなかった。実際、Brackin特許の教示は表現の上でこの種の分
析とはかけ離れている(第4欄、第63〜74行参照)。
このように、本発明の音響信号処理診断装置は、たとえば側頭下顎骨(TMJ)
関節の異常を含む関節異常の検出及び識別診断のための新規な非侵入性手順を提
供する。発明者は本発明を関節音波測定法と名付けた。
持表昭61−5018歪3(邑)
本発明の一例として、TMJ関節の分析においては、この装置は音響特性により
表示される関節運動の摩擦損失を測定する。側頭下顎骨関節の様々な疾患は異な
る物理的状Li(及び結果的に異なる摩擦損失)により特性づけられるので、関
連する関節音はカテゴリーの上で特定の疾患状態に独自に対応する。関節摩擦の
音響表示は顎運動の時間的特性と空間的特性の双方と関連づけてマフピングされ
、音響信号処理によりさらに特性づけられる。方法は側頭下顎骨関節の領域に振
動変換器を配置し且つ下中央切歯に位置センサを配置して、骨誘導関節音及び顎
運動をそれぞれ記録することを含む、センサは、関節から放射される音響波形と
、空間的な関節位置の双方に対応する電圧を発生する。それらの電圧はコンピュ
ータ表示端末装置に同時にグラフの形で表示される。音響マーカと関節の病理と
の関係は従来の診断方法との比較及び触診外科により予備検査で確認されている
。
前述のように、側頭下顎骨関節異常の診断に現在使用されている既存の方法は侵
入性で苦痛を伴ない、アレルギー性のヨードを含有する造影剤にさらすことを必
要とし、また、相当なレベルと放射線の被曝を受けなければならない。現在の方
法は全て病院を基礎とし、人員を集中的に使用し、高価である。さらに、Bra
ckin特許に記載されるような従来の非侵入性音響技術は特定性をもつ定量的
識別診断を得るには効果が低い。従って、本発明の数多くの特徴及び利点の中に
は、関節音波測定法が非侵入性で、アレルギーを生じず、放射線を使用せず、苦
痛を伴なわず、費用も安く、永久的記録を提供し且つ診断と治療効果の評価の双
方を実施できることが含まれる。
本発明の上述の利点及びその他の利点は以下の詳細な説明及び図面から当業者に
は明白であり、了解されるであろう。
皿皿曳呈l星脱皿
次に図面に関して説明する0図面中、同様の要素はいくつかの図において同じ図
中符号により示される:第1図は、本発明に従って取出された正常な関節に関す
る音響波形及び関節位置のグラフ表示、
第2図は、本発明に従って取出された関節半月脱臼を伴なう関節に関する音響波
形及び関節位置のグラフ表示、第3図は、本発明に従って取出された両側に変性
TMJ疾患を有する関節に関する音響波形及び関節位置のグラフ表示、D)を有
する関節に関する音響波形及び関節位置のグラフ表示、及び
第5図は、本発明の手順に従って使用される装置の略図である。
好ましい 施 の量日
前述のように、本発明の装置は2つの関連する前提条件:(1)異常のある関節
は正常な関節より大きく且つ計器により容易に検出することができる摩擦損失を
示すこと、及び;(2)異なる病状は音響的に識別し且つ定量分析することがで
きる異なる種類の摩擦損失を示すことに基づいている。たとえば、側頭下顎骨(
TMJ)の内陣が顎の開放時の円板の変位及び閉鎖時の復帰により特徴づけられ
るならば、変位と復帰の実際の時点で検出可能なりリック(click)が現わ
れるはずである。同様に、変性関節疾患が円板穿孔及び関節表面のざらつきによ
り特徴づけられるならば、検出可能な摩擦損失はより長く持続する非周期性ノイ
ズとして現われるはずである。
様々に異なる関節及び関節異常に関する多数の分類及び副骨類から成るグラフパ
ターンという正確且つ広範囲のデータベースが作成されるのが好ましいと考えら
れる。そのようなデータベースと共に医師は診断装置(後述する)を使用し、特
定のグラフパターンをデータベースの中の標準化パターンと比較して、評価する
ことができる。従って、本発明は関節異常の検出及び識別診断のための非侵入性
音響技術を提供することにある。
以下に記載する例1〜4及び対応する第1図〜第4図はTMJの3つの異なる状
態に関して本発明から取出されるグラフパターンを示している。
例1〜4は通常のTMJ (例1)と、内陣(例2)と、変性関節炎(例3)と
、真性筋腹痛症候群(例4)とを含む3つの状態を有するTMJ関節に関するも
のである。例についての検査は下記の方法論を含む臨床条件の下で実施された。
「異常なし」の母集団はTMJ異常の病歴を以前にもたないか又は現在、TMJ
異常の兆候を示していな20名の歯学部在学生から構成された。臨床母集団は内
陣(片側又は両側)と診断された6名の患者と、変性関節炎をもつ6名の患者と
から構成された。診断は関節断層撮影による証拠か、外科的観察かのいずれか又
はその双方に基づ(ものであった。顎変位ば下顎運動撮影装置(Myotron
ics Re5earch)を使用して垂直佳方向及び前後方向の双方で追跡さ
れた。この装置は、下顎中央切歯に歯科用接着剤により取付けられる小型磁石の
位置を検出する6個のセンサのアレイから構成される。音響記録は頬骨弓にコン
タクトマイクロホン(ヘッドバンド内に取付けられる)を直接配置することによ
り得られた。顎変位信号と音響信号の2つは計測用テープレコーダの別個のトラ
ックに、変位信号はFMモードで、また音響信号は直接モードで同時に記録させ
た。変位追跡の読取り内容と関節伝搬音響信号の読取り内容とのハードコピーを
時間整合状態で得るために、テープレコーダの出力は光学オシログラフ(Hon
eywellVisicoder)に入力させた。
炭−土
第1図には、異常のない関節の通常の読取り内容が示される。上方のトレース1
0は全開閉運動中の顎の垂直方向変位を示す。下方のトレース12はコンタクト
マイクロホンチャンネルの増幅出力を示す。縦線は100!1s13c間隔で引
かれたタイミング指示線である。この場合、顎の開きはサイクルの約三分の二を
通してゆっくりと且つ連続しており、その後の顎の閉じはより急速である。運動
の閉鎖段階の終了時に歯が接いて音響トラックがほぼ無音であることは特に重要
である。
例2
この例においては外科的手順により患者はTMJに内陣を有することが指摘され
た。その外科的検査に先立って、本発明による関節音波測定が実施された。顎の
簡単な開閉運動について得られた通常の読取り内容が第2図に示される。この場
合も、上方のトレース16は垂直方向の顎変位を示し、下方のトレース18はコ
ンタクトマイクロホンの出力を示す。
コンタクトマイクロホンのトラックが顎運動サイクルの開放部分と閉鎖部分の双
方に現われる2つの別個の短時間遷移20 、22を示すことに注意すべきであ
る。開放時クリック20コンプレックスは約75s+sec持続し、2つの別個
の成分を含むように見える。クリックの開始は顎開放の開始のわずかに後である
ように見え、その運動の開始の約100m5ec後である。
閉鎖時クリック22コンプレックスは持続時間がわずかに短く (約50m5e
c) 、閉鎖段階の後半であるように見えるが、その終了は歯が接触するより約
100m5ec前である;これは開放時クリックとの相互逆関係を示唆している
。また、各クリックコンプレックスは2つの別個の成分から構成され、実際には
二重クリックのように見えることにも注意すべきである。
個々のスパイクはそれぞれ異なる生理学的事象を表わし、第1のものは、おそら
く、関節半月隆起に沿った通過を反映し、第2のものは曾果におけるはね返り又
は反発を反映すると推測される。
クリック−逆クリックの一時パターンは、TMJの内陣と診断されたその他の患
者にも典型的なものである。また、他の内陣患者の少なくとも3名において、時
間的及び空間的位置の定量指示がはるかに少ないクリックの存在を従来の聴診器
手段の使用では検出することができなかった点にも注目すべきである。これは、
おそらく、変換器の低感度と、聴診器の管のフィルタ特性とに起因するのであろ
う。
五−主
第3図は、両側に変性TMJ関節炎をもっと外科的に診断された患者に関する図
形読取り内容を示す。外科に先立つ本発明による関節音波測定は、関節伝搬音の
音響パターンが先の患者の音響パターン(第2図)とは全く異なることを示す。
パターン23ではクリック−逆クリックが現われるのではなく、この患者は、2
6で示される顎運動の開放部分のほぼ全てに伴なう長時間の摩擦損失24を示す
。ノイズの開始は開放段階に入ってから約125m5ecで起こり、最大開放に
相当する時点まで約600m5ecにわたり持続する。ノイズは、その後、運動
の閉鎖段階では現われない。長時間ノイズのこのパターンはこの診断群のその他
の患者の全てに代表的なものである。
五−玉
真性筋膜病症候群(MPD)をもっと診断された患者に関する図形読取り内容は
第4図に示される。29における急激な遷移を含む2本のトレース25(位置)
及び27(音)は第1図に示される異常のない関節と同じであるように見える。
MPDの問題はTMJの外側に原因をもつ疾患によるものであり冨従って、関節
自体は本質的には正常であるので、これは臨床診断を矛盾しない。
要するに、本発明は、現在、医学技術により許容されているような形で側頭下顎
骨関節の疾患を識別診断することができる。本発明は正常な関節と、関節半月脱
臼を伴なう関節と、変性関節炎を伴なう関節とを、関節前を摩擦音として使用し
てこれらの疾患のそれぞれの独自の機械的条件を定量分析することにより識別す
ることができる。
前述のように、生物学的構造から発生する音を診断の口約に使用するのは新しい
ことではない。しかしながら、関節前と関節位置との関係を定量分析する図形パ
ターンがこれまでに明瞭な診断手順の1つとして利用されたことはなかった。
たとえば、Brackin特許に記載される関節前のタイミング限定及び特性表
示のための既存の方法及び装置は厳密にいえば定性的で主観的である。本発明の
関節音波測定分析は関節伝搬音の正確なタイミングを提供し、それらの音を開/
閉サイクルと直接関連づける。さらに、本発明による装置及び方法は、従来の聴
診器又はその他の装置の使用により得られた感度をはるかに上回る関節ノイズ検
出感度を有する。
次に、第5図に関して説明する。第5図には、本発明の方法に従って使用される
代表的な装置の略図が示されている。
前述のように、顎誘導音はマイクロホン又は振動変換器28により検出され、そ
の後、電圧信号は増幅器3oを介して増幅され、フィルタ32を介して帯域(1
00hz〜5 khz)フィルタ処理され、次にX−Yブロック又はオシロスコ
ープ34の一方の軸に第1図から第4図に示されるように記録される。
X、Y及び/又はZ平面における関節の位置は時間的及び空間的に加速度計36
により測定される。加速度計から取出された電圧信号は次に増幅器38を介して
積分器40及び42へ送られる。電子装置のスイッチ44はX、Y又はZ信号の
1つ又は2つ以上を選択する。最後に、スイッチ44からの信号はX−Yブロツ
ク又はオシロスコープ34の第2の軸に記録され、これにより、関節誘導音パタ
ーンと、時間的及び空間的な関節位置との正確な定量的関連づけが行なわれる。
加速度計36の代わりに速度変換器又は位置変換器(電子装置の適切な変更を伴
なう)を使用できることを了解すべきである。また、加速度計を切替えるのでは
なく、移動することもできるであろう。最後に、第4図に示されるシステム全体
をアナログ/デジタル能力及びデジタル/アナログ能力を有するシングルチップ
マイクロプロセッサによって実現することも可能であろう。
予備研究によれば、本発明は精度と費用の両面から見て様々な種類のTMJ異常
を診断するための潜在的に意義ある方法であると考えられる。現在、TMJ異常
の診断に使用されている既存の方法は侵入性で痛みを伴なうと共に、アレルギー
をイ起じやすいヨード含有造影剤や、相当の強さの放射線にさらすことを要求し
ている。現在の方法は全て病院を基礎とし、集中して人員を使うために費用がか
かる。本発明の明白な利点は侵入生ではなく、アレルギーを起こさず、レントゲ
ン撮影が不要であり、痛みはなく、費用が安く、永久的記録が得られ、診断と治
療効果の評価の双方が可能ことである。
コストを有効に利用しうるということは特に重要である。
TMJ病理学の診断のために筒車な音響基準が開発されたのに伴なって、データ
収集及び分析用機器も相応して簡略化されると期待される。必要な計器類の価格
は個々の開業医が負担できる程度を予想され;システムを外来患者診療室用構成
に適合させるのは容易であると考えられる。患者を病院施設に任せる必要はなく
、また病院の技術スタッフ又は専門スタッフの手を貸りる必要もないので、コス
トを最小限に抑えられる。本発明に従って得られるデータの基本的解釈は簡単明
瞭であり、初級治療臨床医の能力でも十分であると思われる。
これらの利点は現在の関節断層撮影によってはいずれも得られないものである。
本発明の装置は痛みを伴なわず、非侵入性であり、安全で、コストの面でも適度
であるので、選別方法として重大な可能性を秘めている。明白な疾患にかかる手
前の前病理学的TMJ状態について多数の患者を選別する客観的な手段は現在、
存在しない。先に述べた理由により、この目的のためにレントゲン撮影を大規模
に適用するのは不適切であろう、従って、正常と異常との境にある関節機能と、
関節疾患の徴候の最終的な発生とを関連づける証拠はこれまで得られなかった。
本発明においては最小限の時間と技術で十分であるので、大量の母集団の選別に
適する方法である。このような選別検査から得られる所見は将来を予測するもの
として知らされるわけではないが、本当の関節疾患の前にわずかな音響異常が現
れるという可能性を考えるのは妥当なことであり、本発明について無疾候性関節
の予測又は予後の価値を示唆する。
この選別機能は、特定の歯科病理の結果として関節の問題が発生した患者のTM
Jを検査するのに有用であろう。たとえば、総義歯の患者における垂直方向寸法
の増減の長時間効果は不明である。TMJの関節音波測定は、何十年間にもわた
って起こる変化を客観的にグラフ表示し、歯科治療に対して副次的に発生する関
節機能の基本的変化を明らかにすることができるであろう。
継続的な関節音波測定は様々な治療の効果を評価するには重要な方法であるとい
えよう。関節半月脱臼の外科的矯正が適切か否かをこの方法で評価することがで
きるであろう。副木治療及びその他の治療の効果も同様にして判定できるであろ
う。少なくとも、治療のレントゲン検査の回数を減らすような方法でなければな
らない。
本発明によるTMJの関節音波測定分析の利点は、それが真にいくつかのレント
ゲン場影方法(及び付随する危険)に取って代わりうるちのであるた・めばかり
でなく、関節機能の音響表示を分析するという独自の観点によって正常な関節の
機能に関する基本記述情報を現実に提供することができるために認められると考
えられる。
本発明に関する開示の大半はTMJ診断に関連していたが、本発明をいかなる関
節及び関節異常の分析にも同等に適用しうろことを了解し且つ再度強調しておか
なければならない。
好ましい実施例を図示し且つ説明したが、本発明の趣旨から逸脱せずに様々な変
更及び置換えを行なっても差しつかえない。従って、本発明は実例として説明さ
れたのであり、限定のためではないことを了承すべきである。
Claims (11)
- 1.関節誘導音パターンを検出する手段と;検出された関節誘導音パターンに関 して関節位置を時間的及び空間的に検出する手段と 関節誘導音パターンと関節異常が診断される時間的及び空間的関節位置とを関連 づける手段と;を含む関節異常を診断する装置。
- 2.前記検出された関節誘導音パターンを増幅する手段を含む請求の範囲第1項 記載の診断装置。
- 3.増幅された前記検出関節誘導音パターンをフィルタ処理する手段を含む請求 の範囲第2項記載の診断装置。
- 4.検出された前記時間的及び空間的関節位置を増幅する手段を含む請求の範囲 第1項記載の診断装置。
- 5.増幅された前記検出関節位置を積分する手段を含む請求の範囲第4項記載の 診断装置。
- 6.時間的及び空間的関節位置をX、Y又はZ平面において検出する手段を含む 請求の範囲第1項記載の診断装置。
- 7.時間的及び空間的関節位置の検出中にX、Y又はZ平面間を切替える手段を 含む請求の範囲第6項記載の診断装置。
- 8.前記関連づけ手段が図形的関連づけ手段から構成される請求の範囲第1項記 載の診断装置。
- 9.前記図形的関連づけ手段がコンピュータを含む請求の範囲第2項記載の診断 装置。
- 10.前記関節誘導音パターンの持続時間を測定する手段を含む請求の範囲第1 項記載の診断装置。
- 11.前記検出が側頭下顎骨関節の検出である請求の範囲第1項記載の診断装置 。
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- 1985-04-01 WO PCT/US1985/000482 patent/WO1985004564A1/en not_active Application Discontinuation
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