腰椎可動性測定用把持具
【課題】運動抑制を伴う場合であっても定量的に腰椎の可動性を測定することができる腰椎可動性測定用把持具を提供する。
【解決手段】腰椎可動性測定用把持具12は、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と椎間の変位を測定する測定装置に用いられ、前記椎間を構成する椎骨の棘突起を係脱可能に把持するクランプ13を設けた把持具本体16を備え、前記把持具本体16は、前記棘突起を把持した前記クランプ13を固定する固定部材17を有する。前記把持具本体16の一端にピボット軸16aを設けた。前記把持具本体16は前記クランプ13を開閉するアーム13aを備え、前記アーム13aは前記固定部材17に係止可能に構成した。
【解決手段】腰椎可動性測定用把持具12は、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と椎間の変位を測定する測定装置に用いられ、前記椎間を構成する椎骨の棘突起を係脱可能に把持するクランプ13を設けた把持具本体16を備え、前記把持具本体16は、前記棘突起を把持した前記クランプ13を固定する固定部材17を有する。前記把持具本体16の一端にピボット軸16aを設けた。前記把持具本体16は前記クランプ13を開閉するアーム13aを備え、前記アーム13aは前記固定部材17に係止可能に構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰椎不安定症の評価において必要なデータを採取する腰椎可動性測定に使用する腰椎可動性測定用把持具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
腰痛の主な原因の一つである腰椎不安定症では、誘因として考えられる椎間退行性変化の過程を（１）一過性の機能不全期、（２）不安定期、（３）安定期の３つのフェイズに分類する考え方が提唱されている。このうち臨床的に最も問題となるのは不安定期であるが、その定義を厳密に示した報告は見当たらず、また、共通の見解も得られていない。現在、最も一般的な腰椎不安定症の評価方法として、術前に最大屈曲位、最大伸展位で単純Ｘ線腰椎側面画像（機能写像）を撮影し、椎間運動の異常を判断する方法が採用されている。このようなＸ線を用いた撮影装置として、第一および第二直角軸に沿って患者に対してパレットを動かすための軌道と、第一端と第二端を有し、カラーを貫いて摺動し、患者のまわりの多数の角度のうちの一つに第一端と第二端を回転させるようなＣ型アームを摺動自在に保持するためのパレットに取付けられたカラーと、中心のまわりに対向して第一端と第二端にそれぞれ取付けられ、多数の角度の点で、その間のビーム軸に沿ってエネルギ減衰測定値を供給する検出器と放射線源と、記憶されたプログラムに従って、Ｃ型アーム、放射線源および検出器を制御し、（ａ）多数の角度の点でＣ型アームを回転し、（ｂ）多数の角度の点で減衰測定値を記憶し、（ｃ）記憶された減衰測定値を断層撮影画像へと再構成するためのコンピュータとからなることを特徴とする断層撮影装置が開示されている（例えば特許文献１）。この特許文献１によれば、Ｃ型アームの回転自由度を増すことによって、完全投影データがなくても断層撮影に必要な完全投影像を得ることができるという優れた効果を有する。
【特許文献１】特開２０００−２７３９３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した特許文献１においても、術前評価では不安定症が認められない患者であっても実際には、徒手的に椎間を動かすことによって明らかな不安定性を認める症例も存在すること等から、上記断層撮影装置による撮影画像に基づく評価方法は必ずしも十分とはいえないという懸念があった。また、疼痛を伴う患者では、運動抑制を伴うことから所定の姿勢で撮影することが困難な場合もある。
【０００４】
そこで本発明は上記した問題点に鑑み、運動抑制を伴う場合であっても定量的に腰椎の可動性を測定することができる腰椎可動性測定用把持具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１記載の腰椎可動性測定用把持具は、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と前記椎間の変位を測定する測定装置に用いられ、前記椎間を構成する椎骨の棘突起を係脱可能に把持するクランプを設けた把持具本体を備え、前記把持具本体は、前記棘突起を把持した前記クランプを固定する固定部材を有するものである。
【０００６】
また、請求項２記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記把持具本体が回動自在に支持されたものである。
【０００７】
また、請求項３記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記把持具本体に前記クランプを開閉するアームを備え、前記アームは前記固定部材に係止可能に構成したものである。
【０００８】
また、請求項４記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記クランプの内側に係止突起を設けたものである。
【０００９】
また、請求項５記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記把持具本体に、前記クランプを一対備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、棘突起を把持した状態でクランプを固定するので、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合でも、椎間を確実に把持することができ、運動抑制を伴う場合であっても定量的に腰椎の可動性を測定することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、把持具本体が回動自在に支持されるので、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合に生じるゆがみを抑制して、より正確な測定をすることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、アームによってクランプを閉じる動作によりクランプを固定することができるので、容易に椎間を把持する操作を行なうことができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、クランプで把持したとき係止突起が棘突起に食込むので、確実に把持することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、一対のクランプで棘突起を把持するので、より確実に把持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１６】
（１）腰椎可動性測定システムの全体構成
図１に示す腰椎可動性測定システム１は、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展させ、その荷重と、荷重を加えたときの変位とを測定する測定装置８と、前記測定装置８を制御すると共に、前記椎間２に負荷された荷重と前記測定装置８で測定した変位とを、荷重データ、変位データとして記憶する制御手段であるパーソナルコンピュータ９とから構成されており、パーソナルコンピュータ９によって荷重データ及び変位データを基に各種処理を実行し、これにより腰椎可動性測定に有用な情報を医師に対し提供する。
【００１７】
測定装置８は、腰椎可動性測定の術中に露出させた患者の腰椎に取付け得るように構成されている。この測定装置は、椎間２を構成する椎骨３，３の棘突起４をそれぞれ把持する把持器５と、前記把持器５を駆動して前記椎間２に荷重を負荷する駆動部であるアクチュエータ６と、前記荷重と前記椎骨３間の変位とを測定する測定部７とからなる。パーソナルコンピュータ９は、アクチュエータ６を制御して椎間２を直接、屈曲・伸展させる。これにより、測定装置８は、荷重と変位とを逐次取得し、アンプ10により増幅しデジタル信号に変換して荷重データ、変位データを生成し、パーソナルコンピュータ９に送出する。
【００１８】
そして、パーソナルコンピュータ９は、これら荷重データ、変位データとして記憶し、同時に荷重データ、変位データに対し所定の演算処理を実行することにより荷重−変位曲線を作成して、リアルタイムでオペレータ（例えば腰椎可動性測定手術を行う医師や助手）に提示する。
【００１９】
さらに、パーソナルコンピュータ９は、荷重データ、変位データに対し所定の演算処理を実行して各基準値を算出し、患者の腰椎の状態を定量的に把握し得るようにオペレータに提示する。
【００２０】
一方、測定装置８では、把持器５が椎間２を確実に把持すると共に、パーソナルコンピュータ９によってアクチュエータ６が制御されることにより、再現性が高く、しかも安定した測定をすることができるようになされている。
【００２１】
（２）測定装置の構成
次に測定装置８の構成について説明する。測定装置８は、腰椎可動性測定の手術中に露出させた患者の腰椎に取り付け得る大きさ及び重さからなる。
【００２２】
測定装置８は、把持器５とアクチュエータ６とが略一直線状に連接されてなり、アクチュエータ６から把持器５に加えられる荷重、及び前記荷重によって生じる変位を測定し得るように測定部７が設けられている。
【００２３】
把持器５は、椎間板11を隔てて隣合う椎骨３，３の棘突起４，４をそれぞれ独立して把持し、椎間２を屈曲・伸展運動させたときに、椎骨３間の変位について再現性の高い測定をし得るように構成されている。この把持器５は、一対の腰椎可動性測定用把持具（以下、把持具という）12と、前記把持具12を支持する把持器本体18とからなる。
【００２４】
把持具12は、図２に示すように椎骨３の棘突起４を損傷せずに、かつ、確実に把持し得るようになされている。この把持具12は、図２に示すように椎骨３の棘突起４を損傷せずに、かつ、確実に把持し、椎間２に屈曲、伸展運動を与え得るようになされている。この把持具12は、前記椎間２を構成する椎骨３の棘突起４を係脱可能に把持するクランプ13を設けた把持具本体16を備え、前記把持具本体16は、前記棘突起４を把持した前記クランプ13を固定する固定部材17を有する。
【００２５】
把持具本体16は、鉛直方向に延びる縦杆で構成され、一端にクランプ13が一対設けられており、他端には、把持器本体18に軸支されるピボット軸16aが形成されている。
【００２６】
クランプ13は、可動片14と固定片15とが合わさって棘突起４を把持し得るように構成されている。可動片14は、固定片15に対向して設けられ、外側に膨出した半円部14aと、鉛直下方に延びて棘突起４と当接する当接面14bとを有する。さらに可動片14は、把持具本体16に支軸部Ｓで軸支され先端がリング状に形成されたアーム13aと一体的に構成されている。一方、固定片15は把持具本体16の一端に形成されており、外側に膨出した半円部15aと、鉛直下方に延びて棘突起４と当接する当接面15bとを有する。
【００２７】
そして、可動片14及び固定片15の当接面14b,15bには、係止突起である凸部13bが設けられている。凸部13bは、椎骨３の棘突起４に食込む先鋭の小さな突起で構成され、複数設けられている。また、把持具12の他端へ延びるアーム13aを回動することにより可動片14が回動し、クランプ13を開閉し得るように構成されている。固定部材17は、把持具本体16に支持され、アーム13aが係止するフック17aが設けられている。
【００２８】
このように構成された把持具12は、椎間２を構成する椎骨３をそれぞれ支持するように一対設けられ、一方は、固定把持具12aを構成し、他方は可動把持具12bを構成している。
【００２９】
把持器本体18は、椎間２に荷重を加えたときにゆがみを生じさせないで把持具12を支持し得るようになされている。この把持器本体18は、図３に示すように、長尺状の枠体で構成され、前記把持器５を支持するピボットボス19を備える。ピボットボス19は、鉛直方向に開口したリング状をなしており、把持器本体18に固定されている固定ピボットボス19aと、把持器本体18の長手方向に移動可能に支持されている可動ピボットボス19bとからなる。把持器本体18の一端には前記固定ピボットボス19aが設けられ、他端には、前記可動ピボットボス19bが形成されると共に、アクチュエータ６に連結されている。前記固定ピボットボス19aは、把持器本体18に突設されたステイ20に固定され、固定把持具12aのピボット軸16aが挿通されている。また、前記可動ピボットボス19bには、可動把持具12bのピボット軸16aが挿通され、アクチュエータ６に直結されている。これにより、把持具12はピボットボス19を介して把持器本体18の長手方向に対し固定されると共に、鉛直方向に延びる軸を中心として回動可能に支持されるので、椎間２を屈曲・伸展させたときに生じるゆがみを防いで、椎骨３間の変位について再現性の高い測定を行うことができる。また、ピボットボス19は、鉛直方向に開口したリング状をなしており、椎間の屈曲・伸展運動に沿ってピボット軸16aが鉛直方向へ移動可能であるので、把持器本体に生じるゆがみを防いで、より再現性の高い測定を行うことができる。
【００３０】
アクチュエータ６は、把持具12を介して椎間２に屈曲・伸展運動をさせるため、把持具12を把持器本体18の長手方向に直線運動させ得るように構成されている。このアクチュエータ６は、図示しない電磁石と、該電磁石によって発生する磁力により出没するプランジャ21とにより構成される。このアクチュエータ６はパーソナルコンピュータ９に接続されており、その伸縮動作は、パーソナルコンピュータ９によって制御される。前記プランジャ21は後述するロードセルを経て前記可動ピボットボス19bに直結されている。これにより可動ピボットボス19bは、把持器本体18の長手方向へ移動可能となる。このようにアクチュエータ６を構成したことにより、測定装置８を小型化することができ、設置スペースに制約されず、より容易に腰椎可動性の測定をすることができる。
【００３１】
測定部７は、荷重を測定する前記ロードセル22と、変位を測定するレーザ変位計23とからなる。ロードセル22は、プランジャ21と可動ピボットボス19bとの間に設けられ、プランジャ21が出没することにより可動ピボットボス19bを介して可動把持具12bに加わる荷重を、測定する。すなわち、ロードセル22には荷重に対応した歪が生じ、歪の大きさに対応して図示しない歪ゲージの抵抗が変化して対応した荷重信号が出力される。
【００３２】
レーザ変位計23は、把持器本体18に固設されており、前記可動ピボットボス19bに一体的に設けられた反射板24に対向する位置に照射部23aが設けられている。レーザ変位計23の具体的構成について本明細書では詳述しないが、例えば、対象物にレーザ光を照射し、反射板24に焦点が合うように焦点位置を制御することで、その制御量に基づいて対象物の表面位置までの距離（変位）を測定するレーザーフォーカス方式のものが採用される。
【００３３】
このようにレーザ変位計23を用いたことにより、測定部７を小型化することができると共に、椎間２の変位を容易に測定することができる。また、レーザ変位計23を用いることにより、一層精度よく測定することができる。
【００３４】
前記ロードセル22及びレーザ変位計23から出力されるアナログ信号としての荷重信号、変位信号は、共にアンプ10によって増幅され、図示しないＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換された後、荷重データ、変位データとしてパーソナルコンピュータ９へ逐次送出される。
【００３５】
（３）パーソナルコンピュータ９の構成
次にパーソナルコンピュータ９の構成について図４を参照して説明する。このパーソナルコンピュータ９は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びハードディスクドライブなどからなるマイクロコンピュータ構成の制御部29を有し、この制御部29にバス30を介して、アクチュエータ制御インターフェース31、測定データ取得インターフェース32、データベース生成部33、評価部34、曲線生成部35、複数種類の操作キーを備えるキーボードやマウス等なからなる操作部36、液晶ディスプレイ等の表示部37、記憶手段としての荷重−変位データ記憶装置38及び評価指標を記憶する評価指標記憶装置39が接続されている。
【００３６】
この場合、ハードディスクドライブには、基本プログラムの他に、アクチュエータ制御プログラム、荷重−変位データベース生成プログラム、荷重−変位曲線生成プログラム、評価プログラム等が格納されており、制御部29は、ハードディスクドライブに格納された各種プログラムを適宜読み出し、これをＲＡＭに展開してパーソナルコンピュータ９の各種回路部を制御して各種処理を実行する。
【００３７】
制御部29は、例えば、アクチュエータ制御プログラムに従って、アクチュエータ制御インターフェース31を介してアクチュエータ６を駆動し、一定速度で椎間２を屈曲・伸展させる。
【００３８】
そして制御部29は、測定データ取得インターフェース32を介して、把持器５に加えた荷重と、その荷重により把持器５が椎間２を屈曲・伸展させたときの椎骨３間の変位を、それぞれ荷重データ、変位データとして取得する。
【００３９】
制御部29は、荷重−変位データベース生成プログラムに従って、屈曲時、伸展時のそれぞれについて、荷重データ、変位データから実際の荷重、変位を算出すると共に、荷重と変位とを関連付けた荷重−変位データベースを生成し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶する。同時に、制御部29は、荷重−変位曲線生成プログラムを実行し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶された荷重−変位データベースを読み出して、図５に示すような荷重−変位曲線を作成し、リアルタイムで表示部37に表示する。尚、図示しないが、記憶手段には荷重、変位の演算に必要なデータ、例えば荷重データと荷重との関係、変位データと変位との関係を示す関係式又はマップが記憶されている。
【００４０】
また、制御部29は、オペレータにより操作部36を介して入力される操作命令に基づいて評価プログラムを実行し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶された所定の荷重−変位データベースを読み出して、所定の計算式により基準値を算出すると共に、表示部37に表示する。また、制御部29は、評価指標記憶装置39に記憶された評価指標を読み出して、計算式により算出した基準値と比較し、その結果を評価結果として前記基準値と共に表示部37に表示する。
【００４１】
ここで、基準値とは、図５に示す剛性値（図中ａ／ｂ）、ニュートラルゾーン（図中ｃ）、残留荷重（図中ｄ）である。剛性値は、負荷が大きい時の関節の安定性を向上し、中立位から最大屈曲位までの線形部の傾きにより求める。ニュートラルゾーンは、ほとんど抵抗を生じることなく移動可能な椎間２運動の範囲と定義され、関節のぐらつきの度合いを示し、荷重が１（Ｎ）減少する間に変化する変位の最大値から求める。また、荷重−変位曲線はヒステリシスループ状となるが、荷重の向きが反転したときの安定性を示す残留荷重は、便宜上、変位０（中立位）における２点での荷重差とした。
【００４２】
（４）動作及び効果
次に上記構成の動作及び効果について説明する。
【００４３】
（４−１）測定
以上の構成において、腰椎可動性を測定する医師は、患者の後方から部分的に切開し、露出させた椎間２に把持器５を取付ける。
【００４４】
ここで把持器５は、把持器５の長手方向が脊椎の頭尾方向に平行となるように配置し、椎間板11を挟んで隣合う椎骨３の一方に固定把持具12aを取付け、椎骨３の他方に可動把持具12bを取付ける。把持具12は、アーム13aを引いてクランプ13を開き、椎間２を構成する椎骨３の棘突起４をクランプ13で挟み、アーム13aを戻し、フック17bにアーム13aを係止してクランプ13を固定することによって棘突起４を把持する。このとき、クランプ13には先鋭の凸部13bが設けられていることにより、凸部13bが棘突起４に食込み、確実に椎骨３を把持することができる。また、アーム13aをフック17bに係止することによってクランプ13を固定するので、より確実に椎間２を把持することができる。さらに、クランプ13を閉じる動作により、アーム13aをフック17bに係止させることができるので、棘突起４を把持する動作を容易に行なえる。
【００４５】
そして、医師はパーソナルコンピュータ９の操作部36を介してアクチュエータ６を駆動して、椎間２を屈曲・伸展させる。このときの、屈曲・伸展運動は、中立位を中心として、例えば、±１．５（ｍｍ）程度、椎間２を屈曲・伸展させることにより行われる。このように、アクチュエータ６をパーソナルコンピュータ９によって制御することにより、予め定めた速度を保ちながら、椎間２を屈曲・伸展させることができるので、安定した測定をすることができる。また、把持具12はピボットボス19に軸支されているので、鉛直方向に延びる軸を中心に回動自在に支持されるので、椎間２を屈曲・伸展させたときに把持具12と把持器本体18の連結部分でゆがみが生じるのを防いで、椎骨３間の変位について再現性の高い測定を行うことができる。
【００４６】
ロードセル22は、屈曲・伸展に伴って図示しない歪ゲージに生じる歪に応じた荷重信号をアンプ10に送出する。アンプ10では、ロードセル22から送出された荷重信号を増幅すると共にデジタル信号に変換して荷重データを生成する。
【００４７】
一方、レーザ変位計23は、変位に対応した変位信号をアンプ10に送出する。アンプ10ではレーザ変位計23から送出された変位信号を増幅すると共にデジタル信号に変換して変位データを生成する。このようにしてロードセル22及びレーザ変位計23によって得られた荷重データ、変位データは、パーソナルコンピュータ９に順次送出される。
【００４８】
パーソナルコンピュータ９では、屈曲時、伸展時のそれぞれについて、荷重と変位とを関連付けた荷重−変位データベースを生成し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶すると同時に、荷重−変位データベースに対し、所定の演算処理を実行することにより荷重−変位曲線を生成してこれを表示部37にリアルタイムで表示する。これにより腰椎可動性測定中の医師は、取得データを容易に視認することができる。
【００４９】
以上の構成によれば、直接、椎間２を屈曲・伸展させることによって得られた荷重データ、変位データから定量的に腰椎の可動性を測定することができる。
【００５０】
また、椎間２は、屈曲・伸展させるのみであるので、過大な負荷をかける必要がなく、しかも、棘突起４にわずかな圧痕を残すだけで済むため、患者に負担をかけずに測定することができる。
【００５１】
また、アクチュエータ６をパーソナルコンピュータ９で制御することとしたので、一定速度で椎間２を屈曲・伸展させることができ、安定した測定をすることができる。
【００５２】
また、荷重をロードセル22で、変位をレーザ変位計23で測定し、測定したデータをパーソナルコンピュータ９に記憶することとしたので、リアルタイムで荷重−変位曲線を生成することができる。これにより、測定しながらデータの確認をすることができるので、腰椎可動性測定の手術を確実に行なうことができる。
【００５３】
また、把持具12は、アーム13aでクランプ13を開閉自在としたことにより、容易に棘突起４を把持すると共に、取り外すことができ、腰椎可動性測定の手術を簡便化することができる。さらに、クランプ13には、小さな凸部13bを設けたことにより確実に棘突起４を把持することができると共に、侵襲性を低くすることができる。
【００５４】
（４−２）評価
次に、腰椎可動性の評価手法について説明する。まず、パーソナルコンピュータ９では、オペレータが操作部36を介して所定の操作命令を与えると、これに応じて測定を開始し、把持器５が椎間２を屈曲・伸展する回数をカウントする。
【００５５】
そして、パーソナルコンピュータ９は、カウント数が所定回数（例えば３回）に達したら、荷重−変位データ記憶装置38に記憶された所定（本実施例では３回目）の荷重−変位データベースを読み出し、所定の演算処理を実行することにより基準値を算出してこれを表示部37に表示する。これにより腰椎可動性測定中の医師は、視覚を介して定量的に腰椎の不安定性を容易に確認することができる。
【００５６】
また、パーソナルコンピュータ９では、荷重−変位データベースにより算出した上記基準値を、評価指標記憶装置39から読み出した評価指標と比較し、その結果を評価結果として表示部37に表示する。これにより腰椎可動性測定中の医師は、測定したデータに基づいて算出した基準値を評価指標と比較して、患者の腰椎の状態を的確に評価することができる。
【００５７】
以上の構成によれば、椎間２の屈曲・伸展運動が所定回数に達したときの荷重−変位データベースから基準値を算出することとしたことにより、椎間２の屈曲・伸展運動が安定したときを評価対象とするので、再現性の高い評価を行なうことができる。
【００５８】
以上のように本実施形態では、把持具12は、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と椎間２の変位を測定する測定装置８に用いられ、前記椎間２を構成する椎骨３の棘突起４を係脱可能に把持するクランプ13を設けた把持具本体16を備え、前記把持具本体16は、前記棘突起４を把持した前記クランプ13を固定する固定部材17を有するから、棘突起４を把持した状態でクランプ13を固定するので、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合でも、椎間２を確実に把持することができ、運動抑制を伴う場合であっても定量的に腰椎の可動性を測定することができる。
【００５９】
また、前記把持具本体16は回動自在に支持されるから、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合に生じるゆがみを抑制して、より正確な測定をすることができる。
【００６０】
また、前記把持具本体16は前記クランプ13を開閉するアーム13aを備え、前記アーム13aは前記固定部材17に係止可能に構成したから、アーム13aによってクランプ13を閉じる動作によりクランプ13を固定することができるので、容易に椎間２を把持する操作を行なうことができる。
【００６１】
また、前記クランプ13の内側に凸部13bを設けたから、クランプ13で把持したとき凸部13bが棘突起４に食込むので、確実に把持することができる。
【００６２】
また、前記把持具本体16は、前記クランプ13を一対備えたから、一対のクランプ13で棘突起４を把持するので、より確実に把持することができる。
【００６３】
（５）実施例
図６に基づいて本発明の実施例１について説明する。図６は測定により得たヒト腰椎の代表的な３つのケースにおける荷重−変位曲線であり、３往復の屈曲・伸展運動を与え、運動が安定した３往復目を記録したグラフである。グラフ右側が伸展位、左側が屈曲位で、伸展時の荷重の向きを正とした。荷重−変位曲線は、屈曲・伸展の往路と復路で異なる経路をとるヒステリシスループ状となる。
【００６４】
因みに、Ｘ線写真、ＭＲＩ画像から椎間２運動の異常、椎間２変性の程度を評価すると、ケース１ではＰｏｓｔｅｒｉｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎは０となってほとんど動きが見られない椎間２であることが分かった。また、ＭＲＩグレードは５と椎間板11変性が深刻な状態にあった。このことから、Ｋｉｒｋａｌｄｙ−Ｗｉｌｌｉｓらの提唱した椎間２の変性過程を適用した限りでは、ケース１は安定期であると評価できる。また、ケース２ではＰｏｓｔｅｒｉｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎに異常が見られ、ＭＲＩグレードは３と中程度の変性であった。このことより、ケース２は不安定期に分類できる。さらに、ケース３では、Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎは正常でＭＲＩグレードは１であった。すなわち、椎間板11には変性が見られず、正常と評価できる。
【００６５】
この荷重−変位曲線から算出した基準値を図７に示す。負荷が大きい時の関節の安定性を示す剛性値は、ケース１の場合に最も大きく、安定である。他方、ケース２，ケース３の場合には大きな差は見られなかった。また、関節のぐらつきの度合いを示すニュートラルゾーンは、ケース２の場合には若干大きく、ぐらつきが大きいといえる。荷重の向きが反転したときの安定性を示す残留荷重は、ケース１の場合に最も大きく、それ以外では小さな値であった。このことよりケース１では剛性と残留荷重値が大きく、比較的安定した状態にあるといえる。このことは、ケース１の変性が安定期にあるとする画像所見と一致した。また、ケース２では、ニュートラルゾーンが比較的大きく、椎間２のがたつきも大きいことから不安定期にあるとした画像所見と一致した。以上より、測定装置８により測定した荷重、変位データによって得られた荷重−変位曲線から剛性値、ニュートラルゾーン、残留荷重を求めることで、変性過程を分類することができる。
【００６６】
次に本発明の腰椎可動性測定システム１の安定性、再現性を確認した実施例２について説明する。ここで、以下の説明における吸収エネルギとは、図５におけるヒステリシスループの内側の面積をいうものとする。また、変動係数とは、標準偏差を平均で除した値で与えられる。本実施例においては、ブタ２頭より摘出した機能的脊柱単位（以下、ＦＳＵという）を用い、内訳は、第１腰椎−第２腰椎（Ｌ１−Ｌ２）と、第３腰椎−第４腰椎（Ｌ３−Ｌ４）がそれぞれ２椎間２、第５腰椎−第６腰椎（Ｌ５−Ｌ６）が１椎間２である。
【００６７】
まず、腰椎可動性測定システム１の安定性を示すものとして、中立位より６往復、連続的に屈曲・伸展運動を与えて、得られた１往復目から６往復目の荷重−変位曲線６本より各基準値を算出した。この算出した各基準値の変動係数を往復回数ごとに表した結果を図８に示す。各パラメータ共に、１往復目では高い変動係数を示すが、２往復目で急激に減少し、変動係数は低い値を示し、安定した。
【００６８】
以上より、椎間２の屈曲・伸展運動は２往復目以降で安定するので、２往復目以降に測定した荷重、変位に基づいて荷重−変位曲線を生成して腰椎可動性の評価を行うことによって、より安定性の高い評価を行なうことができる。
【００６９】
また、腰椎可動性測定システム１の再現性を示すものとして、６往復の屈曲・伸展運動を与えて椎間２可動性測定を行い、３分間のインターバルをおく実験を６セット行った。得られた荷重−変位曲線より各セットの基準値を算出し、その変動係数を示したのが図９である。各ＦＳＵ共に、剛性値では６％以下、ニュートラルゾーンでは７％以下と非常に低い変動係数を示し、各セットにおける測定値のばらつきが小さいことを示している。一方、吸収エネルギでは、他の基準値の変動係数よりやや大きく、１０％前後の値もあった。ただし、変動係数は、標準偏差を平均値で除した値であるため、平均値が小さい場合には変動係数が大きい値を示す傾向がある。本実施例の吸収エネルギでは、平均値が０．１％以下と非常に小さな値であったため、変動係数が大きくなったものと考えられる。また、この程度の変動係数は臨床の観点からも十分低い値といえ、十分な再現性を有するものであることが分かった。
【００７０】
以上より、本発明に係る腰椎可動性測定システム１は、コンピュータ制御によって測定装置８を制御することによって、一定速度で椎間２に屈曲・伸展運動を与えることができ、安定した、かつ、再現性の高い測定を行うことができる。
【００７１】
また、把持具12がピボットボス19に挿通されて軸支されていることにより、屈曲・伸展運動に伴うゆがみが生じないので、より再現性の高い測定、評価を行なうことができる。
【００７２】
本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施例ではアクチュエータ６は電磁石によって生じる磁力によりプランジャ21を出没させる例を示したが、本発明はこれに限らず、油圧、空気圧によってプランジャ21を出没させることにより屈曲・伸展運動を与えることとしてもよい。また、駆動部は、モータの回転運動をプランジャ21の直線運動に変換するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】腰椎可動性測定システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】把持具の構成を示す斜視図であり、（ａ）クランプを閉じた状態、（ｂ）クランプを開いた状態、を示す図である。
【図３】把持器本体の平面図である。
【図４】パーソナルコンピュータの回路構成を示すブロック図である。
【図５】腰椎可動性測定システムにより生成した荷重−変位曲線である。
【図６】実施例１におけるヒト腰椎の代表的な荷重−変位曲線である。
【図７】図６における荷重−変位曲線から求めた基準値である。
【図８】安定性評価結果を示す図である。
【図９】再現性評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
２ 椎間
３ 椎骨
４ 棘突起
５ 把持器
８ 測定装置
12 把持具
13 クランプ
13a アーム
13b 凸部（係止突起）
16 把持具本体
16a ピボット軸
17 固定部材
18 把持器本体
19 ピボットボス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰椎不安定症の評価において必要なデータを採取する腰椎可動性測定に使用する腰椎可動性測定用把持具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
腰痛の主な原因の一つである腰椎不安定症では、誘因として考えられる椎間退行性変化の過程を（１）一過性の機能不全期、（２）不安定期、（３）安定期の３つのフェイズに分類する考え方が提唱されている。このうち臨床的に最も問題となるのは不安定期であるが、その定義を厳密に示した報告は見当たらず、また、共通の見解も得られていない。現在、最も一般的な腰椎不安定症の評価方法として、術前に最大屈曲位、最大伸展位で単純Ｘ線腰椎側面画像（機能写像）を撮影し、椎間運動の異常を判断する方法が採用されている。このようなＸ線を用いた撮影装置として、第一および第二直角軸に沿って患者に対してパレットを動かすための軌道と、第一端と第二端を有し、カラーを貫いて摺動し、患者のまわりの多数の角度のうちの一つに第一端と第二端を回転させるようなＣ型アームを摺動自在に保持するためのパレットに取付けられたカラーと、中心のまわりに対向して第一端と第二端にそれぞれ取付けられ、多数の角度の点で、その間のビーム軸に沿ってエネルギ減衰測定値を供給する検出器と放射線源と、記憶されたプログラムに従って、Ｃ型アーム、放射線源および検出器を制御し、（ａ）多数の角度の点でＣ型アームを回転し、（ｂ）多数の角度の点で減衰測定値を記憶し、（ｃ）記憶された減衰測定値を断層撮影画像へと再構成するためのコンピュータとからなることを特徴とする断層撮影装置が開示されている（例えば特許文献１）。この特許文献１によれば、Ｃ型アームの回転自由度を増すことによって、完全投影データがなくても断層撮影に必要な完全投影像を得ることができるという優れた効果を有する。
【特許文献１】特開２０００−２７３９３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した特許文献１においても、術前評価では不安定症が認められない患者であっても実際には、徒手的に椎間を動かすことによって明らかな不安定性を認める症例も存在すること等から、上記断層撮影装置による撮影画像に基づく評価方法は必ずしも十分とはいえないという懸念があった。また、疼痛を伴う患者では、運動抑制を伴うことから所定の姿勢で撮影することが困難な場合もある。
【０００４】
そこで本発明は上記した問題点に鑑み、運動抑制を伴う場合であっても定量的に腰椎の可動性を測定することができる腰椎可動性測定用把持具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１記載の腰椎可動性測定用把持具は、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と前記椎間の変位を測定する測定装置に用いられ、前記椎間を構成する椎骨の棘突起を係脱可能に把持するクランプを設けた把持具本体を備え、前記把持具本体は、前記棘突起を把持した前記クランプを固定する固定部材を有するものである。
【０００６】
また、請求項２記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記把持具本体が回動自在に支持されたものである。
【０００７】
また、請求項３記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記把持具本体に前記クランプを開閉するアームを備え、前記アームは前記固定部材に係止可能に構成したものである。
【０００８】
また、請求項４記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記クランプの内側に係止突起を設けたものである。
【０００９】
また、請求項５記載の腰椎可動性測定用把持具は、前記把持具本体に、前記クランプを一対備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、棘突起を把持した状態でクランプを固定するので、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合でも、椎間を確実に把持することができ、運動抑制を伴う場合であっても定量的に腰椎の可動性を測定することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、把持具本体が回動自在に支持されるので、椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合に生じるゆがみを抑制して、より正確な測定をすることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、アームによってクランプを閉じる動作によりクランプを固定することができるので、容易に椎間を把持する操作を行なうことができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、クランプで把持したとき係止突起が棘突起に食込むので、確実に把持することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の腰椎可動性測定用把持具によれば、一対のクランプで棘突起を把持するので、より確実に把持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１６】
（１）腰椎可動性測定システムの全体構成
図１に示す腰椎可動性測定システム１は、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展させ、その荷重と、荷重を加えたときの変位とを測定する測定装置８と、前記測定装置８を制御すると共に、前記椎間２に負荷された荷重と前記測定装置８で測定した変位とを、荷重データ、変位データとして記憶する制御手段であるパーソナルコンピュータ９とから構成されており、パーソナルコンピュータ９によって荷重データ及び変位データを基に各種処理を実行し、これにより腰椎可動性測定に有用な情報を医師に対し提供する。
【００１７】
測定装置８は、腰椎可動性測定の術中に露出させた患者の腰椎に取付け得るように構成されている。この測定装置は、椎間２を構成する椎骨３，３の棘突起４をそれぞれ把持する把持器５と、前記把持器５を駆動して前記椎間２に荷重を負荷する駆動部であるアクチュエータ６と、前記荷重と前記椎骨３間の変位とを測定する測定部７とからなる。パーソナルコンピュータ９は、アクチュエータ６を制御して椎間２を直接、屈曲・伸展させる。これにより、測定装置８は、荷重と変位とを逐次取得し、アンプ10により増幅しデジタル信号に変換して荷重データ、変位データを生成し、パーソナルコンピュータ９に送出する。
【００１８】
そして、パーソナルコンピュータ９は、これら荷重データ、変位データとして記憶し、同時に荷重データ、変位データに対し所定の演算処理を実行することにより荷重−変位曲線を作成して、リアルタイムでオペレータ（例えば腰椎可動性測定手術を行う医師や助手）に提示する。
【００１９】
さらに、パーソナルコンピュータ９は、荷重データ、変位データに対し所定の演算処理を実行して各基準値を算出し、患者の腰椎の状態を定量的に把握し得るようにオペレータに提示する。
【００２０】
一方、測定装置８では、把持器５が椎間２を確実に把持すると共に、パーソナルコンピュータ９によってアクチュエータ６が制御されることにより、再現性が高く、しかも安定した測定をすることができるようになされている。
【００２１】
（２）測定装置の構成
次に測定装置８の構成について説明する。測定装置８は、腰椎可動性測定の手術中に露出させた患者の腰椎に取り付け得る大きさ及び重さからなる。
【００２２】
測定装置８は、把持器５とアクチュエータ６とが略一直線状に連接されてなり、アクチュエータ６から把持器５に加えられる荷重、及び前記荷重によって生じる変位を測定し得るように測定部７が設けられている。
【００２３】
把持器５は、椎間板11を隔てて隣合う椎骨３，３の棘突起４，４をそれぞれ独立して把持し、椎間２を屈曲・伸展運動させたときに、椎骨３間の変位について再現性の高い測定をし得るように構成されている。この把持器５は、一対の腰椎可動性測定用把持具（以下、把持具という）12と、前記把持具12を支持する把持器本体18とからなる。
【００２４】
把持具12は、図２に示すように椎骨３の棘突起４を損傷せずに、かつ、確実に把持し得るようになされている。この把持具12は、図２に示すように椎骨３の棘突起４を損傷せずに、かつ、確実に把持し、椎間２に屈曲、伸展運動を与え得るようになされている。この把持具12は、前記椎間２を構成する椎骨３の棘突起４を係脱可能に把持するクランプ13を設けた把持具本体16を備え、前記把持具本体16は、前記棘突起４を把持した前記クランプ13を固定する固定部材17を有する。
【００２５】
把持具本体16は、鉛直方向に延びる縦杆で構成され、一端にクランプ13が一対設けられており、他端には、把持器本体18に軸支されるピボット軸16aが形成されている。
【００２６】
クランプ13は、可動片14と固定片15とが合わさって棘突起４を把持し得るように構成されている。可動片14は、固定片15に対向して設けられ、外側に膨出した半円部14aと、鉛直下方に延びて棘突起４と当接する当接面14bとを有する。さらに可動片14は、把持具本体16に支軸部Ｓで軸支され先端がリング状に形成されたアーム13aと一体的に構成されている。一方、固定片15は把持具本体16の一端に形成されており、外側に膨出した半円部15aと、鉛直下方に延びて棘突起４と当接する当接面15bとを有する。
【００２７】
そして、可動片14及び固定片15の当接面14b,15bには、係止突起である凸部13bが設けられている。凸部13bは、椎骨３の棘突起４に食込む先鋭の小さな突起で構成され、複数設けられている。また、把持具12の他端へ延びるアーム13aを回動することにより可動片14が回動し、クランプ13を開閉し得るように構成されている。固定部材17は、把持具本体16に支持され、アーム13aが係止するフック17aが設けられている。
【００２８】
このように構成された把持具12は、椎間２を構成する椎骨３をそれぞれ支持するように一対設けられ、一方は、固定把持具12aを構成し、他方は可動把持具12bを構成している。
【００２９】
把持器本体18は、椎間２に荷重を加えたときにゆがみを生じさせないで把持具12を支持し得るようになされている。この把持器本体18は、図３に示すように、長尺状の枠体で構成され、前記把持器５を支持するピボットボス19を備える。ピボットボス19は、鉛直方向に開口したリング状をなしており、把持器本体18に固定されている固定ピボットボス19aと、把持器本体18の長手方向に移動可能に支持されている可動ピボットボス19bとからなる。把持器本体18の一端には前記固定ピボットボス19aが設けられ、他端には、前記可動ピボットボス19bが形成されると共に、アクチュエータ６に連結されている。前記固定ピボットボス19aは、把持器本体18に突設されたステイ20に固定され、固定把持具12aのピボット軸16aが挿通されている。また、前記可動ピボットボス19bには、可動把持具12bのピボット軸16aが挿通され、アクチュエータ６に直結されている。これにより、把持具12はピボットボス19を介して把持器本体18の長手方向に対し固定されると共に、鉛直方向に延びる軸を中心として回動可能に支持されるので、椎間２を屈曲・伸展させたときに生じるゆがみを防いで、椎骨３間の変位について再現性の高い測定を行うことができる。また、ピボットボス19は、鉛直方向に開口したリング状をなしており、椎間の屈曲・伸展運動に沿ってピボット軸16aが鉛直方向へ移動可能であるので、把持器本体に生じるゆがみを防いで、より再現性の高い測定を行うことができる。
【００３０】
アクチュエータ６は、把持具12を介して椎間２に屈曲・伸展運動をさせるため、把持具12を把持器本体18の長手方向に直線運動させ得るように構成されている。このアクチュエータ６は、図示しない電磁石と、該電磁石によって発生する磁力により出没するプランジャ21とにより構成される。このアクチュエータ６はパーソナルコンピュータ９に接続されており、その伸縮動作は、パーソナルコンピュータ９によって制御される。前記プランジャ21は後述するロードセルを経て前記可動ピボットボス19bに直結されている。これにより可動ピボットボス19bは、把持器本体18の長手方向へ移動可能となる。このようにアクチュエータ６を構成したことにより、測定装置８を小型化することができ、設置スペースに制約されず、より容易に腰椎可動性の測定をすることができる。
【００３１】
測定部７は、荷重を測定する前記ロードセル22と、変位を測定するレーザ変位計23とからなる。ロードセル22は、プランジャ21と可動ピボットボス19bとの間に設けられ、プランジャ21が出没することにより可動ピボットボス19bを介して可動把持具12bに加わる荷重を、測定する。すなわち、ロードセル22には荷重に対応した歪が生じ、歪の大きさに対応して図示しない歪ゲージの抵抗が変化して対応した荷重信号が出力される。
【００３２】
レーザ変位計23は、把持器本体18に固設されており、前記可動ピボットボス19bに一体的に設けられた反射板24に対向する位置に照射部23aが設けられている。レーザ変位計23の具体的構成について本明細書では詳述しないが、例えば、対象物にレーザ光を照射し、反射板24に焦点が合うように焦点位置を制御することで、その制御量に基づいて対象物の表面位置までの距離（変位）を測定するレーザーフォーカス方式のものが採用される。
【００３３】
このようにレーザ変位計23を用いたことにより、測定部７を小型化することができると共に、椎間２の変位を容易に測定することができる。また、レーザ変位計23を用いることにより、一層精度よく測定することができる。
【００３４】
前記ロードセル22及びレーザ変位計23から出力されるアナログ信号としての荷重信号、変位信号は、共にアンプ10によって増幅され、図示しないＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換された後、荷重データ、変位データとしてパーソナルコンピュータ９へ逐次送出される。
【００３５】
（３）パーソナルコンピュータ９の構成
次にパーソナルコンピュータ９の構成について図４を参照して説明する。このパーソナルコンピュータ９は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びハードディスクドライブなどからなるマイクロコンピュータ構成の制御部29を有し、この制御部29にバス30を介して、アクチュエータ制御インターフェース31、測定データ取得インターフェース32、データベース生成部33、評価部34、曲線生成部35、複数種類の操作キーを備えるキーボードやマウス等なからなる操作部36、液晶ディスプレイ等の表示部37、記憶手段としての荷重−変位データ記憶装置38及び評価指標を記憶する評価指標記憶装置39が接続されている。
【００３６】
この場合、ハードディスクドライブには、基本プログラムの他に、アクチュエータ制御プログラム、荷重−変位データベース生成プログラム、荷重−変位曲線生成プログラム、評価プログラム等が格納されており、制御部29は、ハードディスクドライブに格納された各種プログラムを適宜読み出し、これをＲＡＭに展開してパーソナルコンピュータ９の各種回路部を制御して各種処理を実行する。
【００３７】
制御部29は、例えば、アクチュエータ制御プログラムに従って、アクチュエータ制御インターフェース31を介してアクチュエータ６を駆動し、一定速度で椎間２を屈曲・伸展させる。
【００３８】
そして制御部29は、測定データ取得インターフェース32を介して、把持器５に加えた荷重と、その荷重により把持器５が椎間２を屈曲・伸展させたときの椎骨３間の変位を、それぞれ荷重データ、変位データとして取得する。
【００３９】
制御部29は、荷重−変位データベース生成プログラムに従って、屈曲時、伸展時のそれぞれについて、荷重データ、変位データから実際の荷重、変位を算出すると共に、荷重と変位とを関連付けた荷重−変位データベースを生成し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶する。同時に、制御部29は、荷重−変位曲線生成プログラムを実行し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶された荷重−変位データベースを読み出して、図５に示すような荷重−変位曲線を作成し、リアルタイムで表示部37に表示する。尚、図示しないが、記憶手段には荷重、変位の演算に必要なデータ、例えば荷重データと荷重との関係、変位データと変位との関係を示す関係式又はマップが記憶されている。
【００４０】
また、制御部29は、オペレータにより操作部36を介して入力される操作命令に基づいて評価プログラムを実行し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶された所定の荷重−変位データベースを読み出して、所定の計算式により基準値を算出すると共に、表示部37に表示する。また、制御部29は、評価指標記憶装置39に記憶された評価指標を読み出して、計算式により算出した基準値と比較し、その結果を評価結果として前記基準値と共に表示部37に表示する。
【００４１】
ここで、基準値とは、図５に示す剛性値（図中ａ／ｂ）、ニュートラルゾーン（図中ｃ）、残留荷重（図中ｄ）である。剛性値は、負荷が大きい時の関節の安定性を向上し、中立位から最大屈曲位までの線形部の傾きにより求める。ニュートラルゾーンは、ほとんど抵抗を生じることなく移動可能な椎間２運動の範囲と定義され、関節のぐらつきの度合いを示し、荷重が１（Ｎ）減少する間に変化する変位の最大値から求める。また、荷重−変位曲線はヒステリシスループ状となるが、荷重の向きが反転したときの安定性を示す残留荷重は、便宜上、変位０（中立位）における２点での荷重差とした。
【００４２】
（４）動作及び効果
次に上記構成の動作及び効果について説明する。
【００４３】
（４−１）測定
以上の構成において、腰椎可動性を測定する医師は、患者の後方から部分的に切開し、露出させた椎間２に把持器５を取付ける。
【００４４】
ここで把持器５は、把持器５の長手方向が脊椎の頭尾方向に平行となるように配置し、椎間板11を挟んで隣合う椎骨３の一方に固定把持具12aを取付け、椎骨３の他方に可動把持具12bを取付ける。把持具12は、アーム13aを引いてクランプ13を開き、椎間２を構成する椎骨３の棘突起４をクランプ13で挟み、アーム13aを戻し、フック17bにアーム13aを係止してクランプ13を固定することによって棘突起４を把持する。このとき、クランプ13には先鋭の凸部13bが設けられていることにより、凸部13bが棘突起４に食込み、確実に椎骨３を把持することができる。また、アーム13aをフック17bに係止することによってクランプ13を固定するので、より確実に椎間２を把持することができる。さらに、クランプ13を閉じる動作により、アーム13aをフック17bに係止させることができるので、棘突起４を把持する動作を容易に行なえる。
【００４５】
そして、医師はパーソナルコンピュータ９の操作部36を介してアクチュエータ６を駆動して、椎間２を屈曲・伸展させる。このときの、屈曲・伸展運動は、中立位を中心として、例えば、±１．５（ｍｍ）程度、椎間２を屈曲・伸展させることにより行われる。このように、アクチュエータ６をパーソナルコンピュータ９によって制御することにより、予め定めた速度を保ちながら、椎間２を屈曲・伸展させることができるので、安定した測定をすることができる。また、把持具12はピボットボス19に軸支されているので、鉛直方向に延びる軸を中心に回動自在に支持されるので、椎間２を屈曲・伸展させたときに把持具12と把持器本体18の連結部分でゆがみが生じるのを防いで、椎骨３間の変位について再現性の高い測定を行うことができる。
【００４６】
ロードセル22は、屈曲・伸展に伴って図示しない歪ゲージに生じる歪に応じた荷重信号をアンプ10に送出する。アンプ10では、ロードセル22から送出された荷重信号を増幅すると共にデジタル信号に変換して荷重データを生成する。
【００４７】
一方、レーザ変位計23は、変位に対応した変位信号をアンプ10に送出する。アンプ10ではレーザ変位計23から送出された変位信号を増幅すると共にデジタル信号に変換して変位データを生成する。このようにしてロードセル22及びレーザ変位計23によって得られた荷重データ、変位データは、パーソナルコンピュータ９に順次送出される。
【００４８】
パーソナルコンピュータ９では、屈曲時、伸展時のそれぞれについて、荷重と変位とを関連付けた荷重−変位データベースを生成し、荷重−変位データ記憶装置38に記憶すると同時に、荷重−変位データベースに対し、所定の演算処理を実行することにより荷重−変位曲線を生成してこれを表示部37にリアルタイムで表示する。これにより腰椎可動性測定中の医師は、取得データを容易に視認することができる。
【００４９】
以上の構成によれば、直接、椎間２を屈曲・伸展させることによって得られた荷重データ、変位データから定量的に腰椎の可動性を測定することができる。
【００５０】
また、椎間２は、屈曲・伸展させるのみであるので、過大な負荷をかける必要がなく、しかも、棘突起４にわずかな圧痕を残すだけで済むため、患者に負担をかけずに測定することができる。
【００５１】
また、アクチュエータ６をパーソナルコンピュータ９で制御することとしたので、一定速度で椎間２を屈曲・伸展させることができ、安定した測定をすることができる。
【００５２】
また、荷重をロードセル22で、変位をレーザ変位計23で測定し、測定したデータをパーソナルコンピュータ９に記憶することとしたので、リアルタイムで荷重−変位曲線を生成することができる。これにより、測定しながらデータの確認をすることができるので、腰椎可動性測定の手術を確実に行なうことができる。
【００５３】
また、把持具12は、アーム13aでクランプ13を開閉自在としたことにより、容易に棘突起４を把持すると共に、取り外すことができ、腰椎可動性測定の手術を簡便化することができる。さらに、クランプ13には、小さな凸部13bを設けたことにより確実に棘突起４を把持することができると共に、侵襲性を低くすることができる。
【００５４】
（４−２）評価
次に、腰椎可動性の評価手法について説明する。まず、パーソナルコンピュータ９では、オペレータが操作部36を介して所定の操作命令を与えると、これに応じて測定を開始し、把持器５が椎間２を屈曲・伸展する回数をカウントする。
【００５５】
そして、パーソナルコンピュータ９は、カウント数が所定回数（例えば３回）に達したら、荷重−変位データ記憶装置38に記憶された所定（本実施例では３回目）の荷重−変位データベースを読み出し、所定の演算処理を実行することにより基準値を算出してこれを表示部37に表示する。これにより腰椎可動性測定中の医師は、視覚を介して定量的に腰椎の不安定性を容易に確認することができる。
【００５６】
また、パーソナルコンピュータ９では、荷重−変位データベースにより算出した上記基準値を、評価指標記憶装置39から読み出した評価指標と比較し、その結果を評価結果として表示部37に表示する。これにより腰椎可動性測定中の医師は、測定したデータに基づいて算出した基準値を評価指標と比較して、患者の腰椎の状態を的確に評価することができる。
【００５７】
以上の構成によれば、椎間２の屈曲・伸展運動が所定回数に達したときの荷重−変位データベースから基準値を算出することとしたことにより、椎間２の屈曲・伸展運動が安定したときを評価対象とするので、再現性の高い評価を行なうことができる。
【００５８】
以上のように本実施形態では、把持具12は、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と椎間２の変位を測定する測定装置８に用いられ、前記椎間２を構成する椎骨３の棘突起４を係脱可能に把持するクランプ13を設けた把持具本体16を備え、前記把持具本体16は、前記棘突起４を把持した前記クランプ13を固定する固定部材17を有するから、棘突起４を把持した状態でクランプ13を固定するので、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合でも、椎間２を確実に把持することができ、運動抑制を伴う場合であっても定量的に腰椎の可動性を測定することができる。
【００５９】
また、前記把持具本体16は回動自在に支持されるから、椎間２に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせた場合に生じるゆがみを抑制して、より正確な測定をすることができる。
【００６０】
また、前記把持具本体16は前記クランプ13を開閉するアーム13aを備え、前記アーム13aは前記固定部材17に係止可能に構成したから、アーム13aによってクランプ13を閉じる動作によりクランプ13を固定することができるので、容易に椎間２を把持する操作を行なうことができる。
【００６１】
また、前記クランプ13の内側に凸部13bを設けたから、クランプ13で把持したとき凸部13bが棘突起４に食込むので、確実に把持することができる。
【００６２】
また、前記把持具本体16は、前記クランプ13を一対備えたから、一対のクランプ13で棘突起４を把持するので、より確実に把持することができる。
【００６３】
（５）実施例
図６に基づいて本発明の実施例１について説明する。図６は測定により得たヒト腰椎の代表的な３つのケースにおける荷重−変位曲線であり、３往復の屈曲・伸展運動を与え、運動が安定した３往復目を記録したグラフである。グラフ右側が伸展位、左側が屈曲位で、伸展時の荷重の向きを正とした。荷重−変位曲線は、屈曲・伸展の往路と復路で異なる経路をとるヒステリシスループ状となる。
【００６４】
因みに、Ｘ線写真、ＭＲＩ画像から椎間２運動の異常、椎間２変性の程度を評価すると、ケース１ではＰｏｓｔｅｒｉｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎは０となってほとんど動きが見られない椎間２であることが分かった。また、ＭＲＩグレードは５と椎間板11変性が深刻な状態にあった。このことから、Ｋｉｒｋａｌｄｙ−Ｗｉｌｌｉｓらの提唱した椎間２の変性過程を適用した限りでは、ケース１は安定期であると評価できる。また、ケース２ではＰｏｓｔｅｒｉｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎに異常が見られ、ＭＲＩグレードは３と中程度の変性であった。このことより、ケース２は不安定期に分類できる。さらに、ケース３では、Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎは正常でＭＲＩグレードは１であった。すなわち、椎間板11には変性が見られず、正常と評価できる。
【００６５】
この荷重−変位曲線から算出した基準値を図７に示す。負荷が大きい時の関節の安定性を示す剛性値は、ケース１の場合に最も大きく、安定である。他方、ケース２，ケース３の場合には大きな差は見られなかった。また、関節のぐらつきの度合いを示すニュートラルゾーンは、ケース２の場合には若干大きく、ぐらつきが大きいといえる。荷重の向きが反転したときの安定性を示す残留荷重は、ケース１の場合に最も大きく、それ以外では小さな値であった。このことよりケース１では剛性と残留荷重値が大きく、比較的安定した状態にあるといえる。このことは、ケース１の変性が安定期にあるとする画像所見と一致した。また、ケース２では、ニュートラルゾーンが比較的大きく、椎間２のがたつきも大きいことから不安定期にあるとした画像所見と一致した。以上より、測定装置８により測定した荷重、変位データによって得られた荷重−変位曲線から剛性値、ニュートラルゾーン、残留荷重を求めることで、変性過程を分類することができる。
【００６６】
次に本発明の腰椎可動性測定システム１の安定性、再現性を確認した実施例２について説明する。ここで、以下の説明における吸収エネルギとは、図５におけるヒステリシスループの内側の面積をいうものとする。また、変動係数とは、標準偏差を平均で除した値で与えられる。本実施例においては、ブタ２頭より摘出した機能的脊柱単位（以下、ＦＳＵという）を用い、内訳は、第１腰椎−第２腰椎（Ｌ１−Ｌ２）と、第３腰椎−第４腰椎（Ｌ３−Ｌ４）がそれぞれ２椎間２、第５腰椎−第６腰椎（Ｌ５−Ｌ６）が１椎間２である。
【００６７】
まず、腰椎可動性測定システム１の安定性を示すものとして、中立位より６往復、連続的に屈曲・伸展運動を与えて、得られた１往復目から６往復目の荷重−変位曲線６本より各基準値を算出した。この算出した各基準値の変動係数を往復回数ごとに表した結果を図８に示す。各パラメータ共に、１往復目では高い変動係数を示すが、２往復目で急激に減少し、変動係数は低い値を示し、安定した。
【００６８】
以上より、椎間２の屈曲・伸展運動は２往復目以降で安定するので、２往復目以降に測定した荷重、変位に基づいて荷重−変位曲線を生成して腰椎可動性の評価を行うことによって、より安定性の高い評価を行なうことができる。
【００６９】
また、腰椎可動性測定システム１の再現性を示すものとして、６往復の屈曲・伸展運動を与えて椎間２可動性測定を行い、３分間のインターバルをおく実験を６セット行った。得られた荷重−変位曲線より各セットの基準値を算出し、その変動係数を示したのが図９である。各ＦＳＵ共に、剛性値では６％以下、ニュートラルゾーンでは７％以下と非常に低い変動係数を示し、各セットにおける測定値のばらつきが小さいことを示している。一方、吸収エネルギでは、他の基準値の変動係数よりやや大きく、１０％前後の値もあった。ただし、変動係数は、標準偏差を平均値で除した値であるため、平均値が小さい場合には変動係数が大きい値を示す傾向がある。本実施例の吸収エネルギでは、平均値が０．１％以下と非常に小さな値であったため、変動係数が大きくなったものと考えられる。また、この程度の変動係数は臨床の観点からも十分低い値といえ、十分な再現性を有するものであることが分かった。
【００７０】
以上より、本発明に係る腰椎可動性測定システム１は、コンピュータ制御によって測定装置８を制御することによって、一定速度で椎間２に屈曲・伸展運動を与えることができ、安定した、かつ、再現性の高い測定を行うことができる。
【００７１】
また、把持具12がピボットボス19に挿通されて軸支されていることにより、屈曲・伸展運動に伴うゆがみが生じないので、より再現性の高い測定、評価を行なうことができる。
【００７２】
本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施例ではアクチュエータ６は電磁石によって生じる磁力によりプランジャ21を出没させる例を示したが、本発明はこれに限らず、油圧、空気圧によってプランジャ21を出没させることにより屈曲・伸展運動を与えることとしてもよい。また、駆動部は、モータの回転運動をプランジャ21の直線運動に変換するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】腰椎可動性測定システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】把持具の構成を示す斜視図であり、（ａ）クランプを閉じた状態、（ｂ）クランプを開いた状態、を示す図である。
【図３】把持器本体の平面図である。
【図４】パーソナルコンピュータの回路構成を示すブロック図である。
【図５】腰椎可動性測定システムにより生成した荷重−変位曲線である。
【図６】実施例１におけるヒト腰椎の代表的な荷重−変位曲線である。
【図７】図６における荷重−変位曲線から求めた基準値である。
【図８】安定性評価結果を示す図である。
【図９】再現性評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
２ 椎間
３ 椎骨
４ 棘突起
５ 把持器
８ 測定装置
12 把持具
13 クランプ
13a アーム
13b 凸部（係止突起）
16 把持具本体
16a ピボット軸
17 固定部材
18 把持器本体
19 ピボットボス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と前記椎間の変位を測定する測定装置に用いられ、前記椎間を構成する椎骨の棘突起を係脱可能に把持するクランプを設けた把持具本体を備え、前記把持具本体は、前記棘突起を把持した前記クランプを固定する固定部材を有することを特徴とする腰椎可動性測定用把持具。
【請求項２】
前記把持具本体は回動自在に支持されることを特徴とする請求項１記載の腰椎可動性測定用把持具。
【請求項３】
前記把持具本体は前記クランプを開閉するアームを備え、前記アームは前記固定部材に係止可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の腰椎可動性測定用把持具。
【請求項４】
前記クランプの内側に係止突起を設けたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の腰椎可動性測定用把持具。
【請求項５】
前記把持具本体は、前記クランプを一対備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の腰椎可動性測定用把持具。
【請求項１】
椎間に荷重を加えて屈曲、伸展運動をさせ、前記荷重と前記椎間の変位を測定する測定装置に用いられ、前記椎間を構成する椎骨の棘突起を係脱可能に把持するクランプを設けた把持具本体を備え、前記把持具本体は、前記棘突起を把持した前記クランプを固定する固定部材を有することを特徴とする腰椎可動性測定用把持具。
【請求項２】
前記把持具本体は回動自在に支持されることを特徴とする請求項１記載の腰椎可動性測定用把持具。
【請求項３】
前記把持具本体は前記クランプを開閉するアームを備え、前記アームは前記固定部材に係止可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の腰椎可動性測定用把持具。
【請求項４】
前記クランプの内側に係止突起を設けたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の腰椎可動性測定用把持具。
【請求項５】
前記把持具本体は、前記クランプを一対備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の腰椎可動性測定用把持具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１６７３１１（Ｐ２００７−１６７３１１Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６８４４９（Ｐ２００５−３６８４４９）
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【出願人】（５０５４７０８３４）
【出願人】（０００１９３６１２）瑞穂医科工業株式会社 (53)
【出願人】（５０５４７２０５６）源川医科器械株式会社 (6)
【出願人】（５９３２１３９０６）森鐵工株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【出願人】（５０５４７０８３４）
【出願人】（０００１９３６１２）瑞穂医科工業株式会社 (53)
【出願人】（５０５４７２０５６）源川医科器械株式会社 (6)
【出願人】（５９３２１３９０６）森鐵工株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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