膝計測装置
【課題】膝の超音波診断を行う場合に、計測機構の位置決め精度を高めると共に、被検者の負担を軽減する。
【解決手段】膝計測システム１０は、膝計測装置１２と椅子１４とを有し、膝計測装置１２はアーム機構２０及び計測機構１８を有している。アーム機構２０は、計測機構１８を吊り下げ保持しており、その位置及び姿勢が確定した段階において、その状態を固定的に保持することが可能である。計測機構１８は膝に対して位置決められ、位置決め状態においては、計測機構１８に設けられたクランプ機構によって膝が押さえ込まれる。この状態でプローブが機械的に走査される。
【解決手段】膝計測システム１０は、膝計測装置１２と椅子１４とを有し、膝計測装置１２はアーム機構２０及び計測機構１８を有している。アーム機構２０は、計測機構１８を吊り下げ保持しており、その位置及び姿勢が確定した段階において、その状態を固定的に保持することが可能である。計測機構１８は膝に対して位置決められ、位置決め状態においては、計測機構１８に設けられたクランプ機構によって膝が押さえ込まれる。この状態でプローブが機械的に走査される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膝計測装置に関し、特に、膝の超音波診断において用いられる膝計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変形性膝関節症の患者が増加している。変形性膝関節症は、膝（膝関節）の内部に存在する軟骨に異常（磨耗、変形、欠損等）が認められるものである。その予防及び診断のために、簡便で非侵襲的に膝、特にその内部の軟骨を評価するための装置及び手法の実現が強く要請されている。
【０００３】
Ｘ線を用いた画像診断では、膝関節の内部に存在する軟骨を画像化することが困難である。一方、超音波を用いた画像診断では、軟骨を画像化できることが実証されている。そのような画像診断を行うシステムとして、特許文献１，２に開示された膝計測システムがあげられる。
【０００４】
特許文献１，２に開示されたシステムにおいては、屈曲した状態にある膝の表面に超音波プローブが当接され、その当接状態を維持しながら円弧状経路に沿って超音波プローブが機械的に走査される。これにより、軟骨を含む三次元計測空間が形成され、その空間から超音波ボリュームデータが取得されている。超音波ボリュームデータに基づいて、例えば、軟骨の三次元画像を形成することが可能である。
【０００５】
上記システムにおいて、膝を屈曲させた状態で超音波の送受波を行うのは、大腿骨の遠位端や頸骨の近位端に邪魔されずに、軟骨を観測するためである。また、そのような屈曲状態で観察を行えば、膝蓋骨の位置が水平方向にずれて、前方から軟骨を観測しやすくなるためである。軟骨は、大腿骨と頸骨との接合部分において、大腿骨側及び頸骨側の両方に存在している（特許文献１，２の図１を参照）。その内で、不具合が生じやすいのは大腿骨側の軟骨部分、特に、内足側の軟骨部分であることが知られている。
【０００６】
上記システムでは、大腿部から膝下にかけて取り付けられる装着ユニットが用いられている。具体的には、装着ユニットは、その下端を回転軸として、被検者の前方から被検者側に倒れ込み運動するものである。倒れ込み運動の結果、装着ユニットの荷重の一部が被検者の足に及ぶことになる。そのような状態で計測可能な状態が形成される。また、上記システムでは、膝の屈曲形状に沿って変形する平たく細長い音響整合媒体が利用されている。音響整合媒体は、ゴム袋とそれに充填された液体（例えば水）とで構成されている。音響整合媒体が膝の上面から前面までを覆った状態において、音響整合媒体の表面上に超音波プローブが当接され、その当接状態を維持したまま、超音波プローブの機械的走査が実行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３７８５５２号明細書
【特許文献２】特許第４３７４４７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
膝の計測を行う場合に、被検者の前方から計測ユニットを同人の膝の上に倒し込む方式を採用すると、被検者に生理的又は心理的な負担が生じてしまうおそれがある。被検者の不安を軽減するには足の前方をできるだけ開放しておいた方が望ましいとも言える。その一方、計測精度の確保あるいは計測エラーを防止するためには、計測ユニットを膝に対して的確に位置決め、しかもそれを確実に保持する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、被検者の負担を軽減でき、且つ、膝に対して計測ユニットを適切に位置決めることが可能な膝計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る膝計測装置は、屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって、前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、を含み、前記計測機構は、前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、を有し、前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成によれば、計測機構がアーム機構によって吊り下げられる。よって、膝あるいは膝下の直前に存在する物量を削減することが容易となる。これは被検者における心理的な安心感の増大に繋がるものである。もっとも、アーム機構としては多様な機構を採用可能であり、天井から吊り下げる機構、椅子の奥側から伸びるアームで吊り下げる機構、横方向からアームで支持する機構、等を採用可能である。アーム機構が有するアーム部材の形態あるいは構成について特に限定されるものではない。アーム機構は計測機構を空中で保持し得るものであるから、計測機構による被検体への荷重負荷は皆無でありあるいはかなり小さい。その面でも、被検者における物理的あるいは心理的な負担が軽減される。計測機構は左右方向から膝をクランプするクランプユニットを備える。クランプは左右方向の力をもって行われるのでクランプによって生体に荷重がかかってしまうことは基本的になく、それがあっても極めて小さなものとなる。このクランプにより、アーム機構による計測機構の位置決めと相俟って、計測機構を膝に対して適正に位置決めることが可能となる。その後、望ましくは、アーム機構が有する１又は複数の可動部分に対する固定作用（ロック作用）が発揮される。この膝計測装置は望ましくは医療上の装置であり、特に、膝関節の内部に存在する軟骨の三次元形状を計測あるいは画像化するものである。
【００１２】
望ましくは、前記クランプユニットは、前記膝の右側面に当接される第１当接面を有する第１接触部材と、前記膝の左側面に当接される第２当接面を有する第２接触部材と、を含む。望ましくは、前記クランプユニットは、前記膝の右側面に対して前記第１当接面を進退運動させる第１スライド手段と、前記膝の左側面に対して前記第２当接面を進退運動させる第２スライド手段と、を含む。生体との接触部分をディスポーザブルとしてもよい。各当接面を個別的に進退運動させることが可能ならば、計測ユニットに対して生体を的確に位置決めることが可能である。もっとも、一方側だけ進退運動可能に構成してもよい。スライド運動はマニュアルであるいは機械的動力により駆動される。これは他の可動部についても同様である。
【００１３】
望ましくは、前記計測機構は、更に、前記屈曲状態にある膝の前面の形状に沿って前記送受波ユニットを機械的に走査する機械走査ユニットを有し、前記機械走査ユニットは、超音波を送受波する超音波プローブとその送受波面に設けられた音響整合媒体とを着脱可能に保持する音響整合媒体ユニットと、前記音響整合媒体ユニットを搭載し、前記膝を左右方向に貫通する仮想的な水平軸の周りで回転運動する回転フレームと、を有する。プローブの機械走査により、三次元エコーデータ取込空間が形成される。屈曲状態で膝をその正面側から計測すれば、膝蓋骨が水平方向にずれるので、膝蓋骨にあまり邪魔されずに、軟骨の超音波診断を行える。同様に、大腿骨の遠位端、及び、腓骨や頸骨の近位端に邪魔されずに軟骨の超音波診断を行える。
【００１４】
望ましくは、前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームに対して前記ホルダの位置を調整するホルダ調整機構を有する。この構成によれば、クランプ状態を形成した上で、必要に応じて、プローブ位置の相対的な微調整を行える。
【００１５】
望ましくは、前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームを回転させる駆動力を発生する駆動源を有する。望ましくは、前記駆動源は、前記回転フレームに対して一方側への回転力が与えられた場合にその回転力を駆動力として蓄積し、且つ、前記駆動力の蓄積後に前記駆動力を開放して前記回転フレームに対して他方側への回転力を伝達するバネ部材を有する。この構成によれば、電気的な作用によって駆動力を発生させないので安全性を高められる。もちろん、安全性を確保した仕様の下で電気力を利用して駆動力を発生させるようにしてもよい。回転フレームの回転角度あるいはプローブの当接角度を検出するセンサを設けるのが望ましい。なお、電子走査を繰り返し行いながらプローブの機械走査を行うのが望ましい。その場合、一定の角度ピッチで電子走査トリガを発生させるようにしてもよい。
【００１６】
望ましくは、前記計測機構は更に前記アーム機構に連結されたメインフレームを有し、前記メインフレームは、前記膝の左右方向に伸長した中間部分と、前記中間部分の右端から下方へ伸長した右端部分と、前記中間部分の左端から下方へ伸長した左端部分と、を有し、前記右端部分における内面及び前記左端部分における内面に前記クランプユニットが設けられる。望ましくは、メインフレームはブリッジ状あるいはアーチ状の形態を有する。
【００１７】
望ましくは、前記アーム機構は、前記計測機構の垂直方向の位置を調整する第１の調整機構と、前記計測機構の水平方向の位置を調整する第２の調整機構と、前記計測機構について垂直軸周りの回転角度を調整する第３の調整機構と、を含む。膝の姿勢や位置に応じて計測機構を迅速に位置決めできるように、アーム機構を構成するのが望ましい。
【００１８】
本発明に係る膝計測システムは、被検者を載せる椅子と、前記椅子に座った被検者における屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、を有する膝計測装置と、を含み、前記椅子は、斜め上方を向いた脛当て面を有し前記屈曲状態にある足の脛に当接されて当該足の動きを規制する脛当てを有し、前記計測機構は、前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、を有し、前記脛当てによる前記足の動きの規制、前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とする。
【００１９】
望ましくは、前記脛当ては前記足の脛を受け入れる谷部を有する。望ましくは、前記椅子の下部の中央に設けられ、前方へ伸長した主軸と、前記主軸と交差する方向に伸長した軸であって、前記主軸周りで左右の倒れ込み運動が可能であり、かつ、前記脛当てを反転可能に搭載した副軸と、を有し、前記被検者の左足を計測する場合には前記副軸が左足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持し、前記被検者の右足を計測する場合には前記副軸が右足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持する。この構成によれば単体の脛当てを右足と左足とで兼用できる。膝をしっかりと折り曲げた状態においてそれが脛当てによって確実に保持されるようにするのが望ましい。そのような状態では簡単には膝が運動しなくなるから計測エラーの発生を軽減できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被検者の負担を軽減することが可能となる。また、膝に対して計測ユニットを適切に位置決めることが可能となる。よって、医療上の価値の高い膝計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る膝計測システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した膝計測装置の第１の斜視図である。
【図３】図１に示した膝計測装置の第２の斜視図である。
【図４】使用例を示す第１の斜視図である。
【図５】使用例を示す第２の斜視図である。
【図６】計測機構の構成を示す側面図である。
【図７】計測機構の第１の斜視図である。
【図８】計測機構の第２の斜視図である。
【図９】音響整合媒体ユニットの斜視図である。
【図１０】中空ケースにおける部分的な構成を示す分解斜視図である。
【図１１】プローブが取り付けられていない状態における音響整合媒体ユニットを示す部分断面図である。
【図１２】プローブが取り付けられた後の状態における音響整合媒体ユニットの部分断面図である。
【図１３】回転体の回転に伴う膨出部分の変形を説明するための図である。
【図１４】脛当てに関する機構を説明するための図である。
【図１５】他の実施形態に係るシステム構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１には、本発明に係る膝計測システムの好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す図である。この膝計測システムは医療の分野において用いられ、膝の内部に存在する軟骨を超音波診断するためのシステムである。
【００２４】
図１において、膝計測システム１０は、大別して、計測部としての膝計測装置１２と、椅子１４と、図示されていない超音波診断装置本体と、によって構成される。超音波診断装置本体は制御部及び信号処理部として機能するものであり、超音波診断装置本体において受信信号に基づいて超音波画像が形成される。本実施形態においては、特に膝に対して三次元計測が実行されており、これによって得られたボリュームデータに基づいて軟骨の三次元画像が形成されている。
【００２５】
膝計測装置１２は、被検者のいずれか一方の膝に対して位置決められる計測機構１８を有する。図１においては、椅子１４に座った被検者の内で特に一方の足１６が概念的に描かれている。足１６における膝部分に対して計測機構１８が位置決められる。膝計測装置１２は、更に、アーム機構２０及びベース２２を有している。ベース２２はフロア面上に設置されているものである。ベース２２には取っ手２４が設けられている。
【００２６】
アーム機構２０は、計測機構１８を支持あるいは保持する機構である。アーム機構２０によって計測機構１８の三次元位置及び姿勢を自在に調整することが可能である。アーム機構２０について以下に詳述する。昇降部２６は、ベース２２内に設けられたスライド機構によって図においてＸ方向にスライド可能に設けられている。昇降部２６は支柱３２を上下方向に位置決める機構であり、その際にはハンドル２８がユーザーにより操作される。レバー３０は、図示例では、昇降部２６におけるＸ方向のスライド位置をロックするためのものであり、レバー３０の操作と同時に昇降部２６による支柱３２の位置決めがロックされるようにしてもよい。支柱３２の上端部分には第１旋回機構３４が設けられ、それを介してアーム部材３６の一端部が連結されている。アーム部材３６は、水平方向に伸長した部材であり、その他端部には第２旋回機構３８が設けられている。レバー４０を操作することにより、第１旋回機構３４及び第２旋回機構３８の両者の動作をロックすることが可能である。２つの旋回機構３４，３８が設けられているので、ベース２２に対する計測機構１８の水平方向の位置を自在かつ容易に調整することが可能である。また昇降部２６によって計測機構１８の高さを自在に設定することが可能である。
【００２７】
図１には、アーム機構２０において１つの水平アーム部材３６が設けられていたが、複数の水平アーム部材を設けるようにしてもよく、また斜めに伸長したアーム部材等を用いることも可能である。
【００２８】
第２旋回機構３８は吊り下げ軸を回転自在に保持するものであり、その吊り下げ軸には計測機構１８が連結されている。アーム部材３６に対して計測機構１８の垂直軸回りにおける回転角度を自在に設定することが可能である。計測機構１８は計測ヘッドを構成し、計測機構１８によってプローブ１９が着脱可能に保持されている。プローブ１９は、本実施形態において電子走査方向に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を有している。そのようなアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームが電子走査方向に電子走査される。これによってビーム走査面が形成される。プローブ１９を電子走査方向と平行な回転軸回りにおいて円弧運動させることにより、複数の走査面が形成され、それらの集合体として三次元エコーデータ取込空間を構築することができる。本実施形態においては、プローブ１９の回転中心軸（水平軸）は膝の中央部を貫通する仮想である。ちなみに、図１において、Ｘ方向が第１水平方向であり、第２水平方向がＹ方向となる。そのＹ方向は計測機構１８が原点位置及び原形姿勢にある場合において電子走査方向であり、計測機構１８の左右方向として観念することもできる。Ｚ方向は垂直方向である。
【００２９】
椅子１４は被検体を座位の姿勢において載置するものであり、特に計測対象となる足を屈曲させた状態を保持することが可能な機能を備えている。図１においては、足１６が屈曲状態となっており、大腿部における中心軸と膝より下の部分における中心軸とがなす角度θは、例えば４５度であり、望ましくは２０度〜９０度の範囲内に設定される。足１６の屈曲角度を保持するため及び足１６が不用意に左右運動しないように脛当て５４が設けられている。座部４８は被検体における臀部を載置する部分であり、符号５０は背もたれを示している。座部４８及び背もたれ５０は昇降機構５２によって斜め方向に上下にスライド運動させることができ、かつ任意の位置に停止させることができる。昇降機構５２はベース４４から斜め上方に起立したフレーム４６に取り付けられている。ちなみに、右足及び左足の両足に対して同じ膝計測装置１２を利用して膝の超音波診断を実行することが可能である。
【００３０】
図１に示されるように、計測機構１８は、アーム機構２０の作用端部において吊り下げられつつ保持されている。これにより、足１６特に膝下の前方が開放されている。すなわち足１６の前方近傍に複雑な機構等が存在しておらず、足１６から少し離れた位置に昇降部等が存在している。したがって被検者における圧迫感を緩和することが可能である。また、計測機構１８の荷重はそのほとんどがアーム機構２０によって支えられており、このため、膝あるいは足に対して不必要な荷重が加わらないという利点が得られる。アーム機構２０は、計測機構１８を空中に位置決め可能であり、また位置決められた三次元位置及び姿勢を固定することが可能である。その状態においてプローブ１６の機械走査によりボリュームデータを取得することが可能である。
【００３１】
図２には、図１に示した膝計測装置１２の第１の斜視図が示されている。上述したように、膝計測装置１２は、空中において保持される計測機構１８と、それを吊り下げ支持するアーム機構２０とを有している。図３には、膝計測装置１２の第２の斜視図が示されている。図４及び図５には、参考図として足に対して計測機構１８を位置決めた状態が斜視図として示されている。
【００３２】
次に、図６乃至図８を用いて計測機構１８について詳述する。図６において、計測機構１８は、アーム部材３６の端部に設けられた第２旋回機構３８を介してアーム部材３６によって吊り下げ保持されている。具体的には、第２旋回機構３８は吊り下げ軸を回転自在に保持しており、その吊り下げ軸の下端部側に計測機構１８が連結されている。計測機構１８は、後に詳述するように、本体５８と回転体６０とを有している。回転体６０は、本体５８に対して相対的な回転運動を行うものである。図においてはそれが矢印として示されている。本体５８の上部には後に説明するベースフレームに取り付けられたスライド機構７０が設けられている。このスライド機構７０は計測機構１８を図６において左右方向すなわち計測機構１８における前後方向に微調整するための機構であり、その際においてはつまみ７０Ａが操作される。上述したアーム機構によって計測機構１８の三次元位置を設定可能であるが、特定方向に微調整が必要な場合には、このようなスライド機構が利用される。回転体６０は、符号５６で示される水平回転軸回りにおいて回転運動をする回転フレーム１００を有している。この回転フレーム１００には、後に説明するように音響整合媒体ユニット１０２が取り付けられる。より具体的には、回転フレーム１００と音響整合媒体ユニット１０２との間にスライド機構８０が設けられている。このスライド機構８０は、計測機構１８における左右方向すなわち電子走査方向に音響整合媒体ユニット１０２を相対的にスライド運動させるための機構であり、その際においはつまみ８０Ａが操作される。このスライド機構８０も微調整機構である。
【００３３】
ちなみに、後に説明するように、本実施形態においては、複数の走査面データを取得する際には、まず最初に回転体６０がもっとも下方に倒れ込んだ位置に設定され、そこから上方へ回転しながら起き上がる運動が実行される。その際において、所定の角度位置ごとに回転体６０が一時停止されており、各一時停止位置において１回の超音波ビームの電子スキャンが実施され、これによって走査面データ（フレームデータ）が取得される。例えば１回の回転体６０の起き上がり運動において１００枚程度の走査面データすなわちフレームデータが取得される。それらの集合体としてボリュームデータが構成されることになる。ちなみに、個々のフレームデータは電子走査方向に並ぶ複数のビームデータで構成され、各ビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。本実施形態においては以上のように回転体６０の回転運動により、メカニカルなコンケーブ走査が実現されている。上述した回転体６０の回転動作にあたっては、個々の可動機構が全てロックされ、後に説明するように膝が左右からクランプされ、このような状態設定により位置的誤差や対象物のブレが極めて少ないデータ取得が実現されている。
【００３４】
図７及び図８を用いて計測機構１８について更に詳述する。上記のように、計測機構１８は、本体５８と回転体６０とにより構成されるものである。本体５８は、ベースフレーム６２を有する。ベースフレーム６２は上部に設けられた水平プレート６４と、その右側に連結された垂直プレートとしての右プレート６６と、水平プレート６４の左側に連結された垂直プレートしての左プレート６８と、を有する。ベースフレーム６２は、このように膝の両側に跨がるようなブリッジ形状あるいはアーチ形状を有している。
【００３５】
水平プレート６４は２つのプレート６６，６８を連結する中間台として機能し、その水平プレート６４上には上述したスライド機構７０が搭載されている。水平プレート６４の中央に上述した吊り下げ軸が連結されている。その吊り下げ軸の中心線を延長した地点に計測機構１８の重心位置が設定されている。
【００３６】
左プレート６８の生体側すなわち内側面にはクランプ部材７８が設けられている。一方、右プレート６６における生体側面すなわち内側面にもクランプ部材が設けられている。但し、それは図７において表れていない。クランプ部材７８は生体に対して接離可能な運動を行う当接面７８Ａを有している。当接面７８Ａは硬質部材あるいは弾性体によって構成され、クランプ部材７８の内部に設けられたパンタグラフ機構によって進退運動を行う。同様に、右プレート６６上に設けられたクランプ部材も当接面を有しており、それも伸退運動を行うものである。
【００３７】
計測機構１８を計測対象となる膝にセッティングする場合には、膝がベースフレーム６２の間に差し込まれ、計測機構１８についての三次元位置及び姿勢が調整された上で、それらがロックされ、その上で当接面７８Ａを運動させることにより、具体的には前進させることにより、膝の左側及び右側の両側からその膝をクランプすることが可能である。つまり、そのクランプによって計測機構１８を適正に位置決めすることができ、換言すれば、計測機構１８と膝とを一体化して、膝の不必要な相対的動きを押さえ込むことが可能となる。２つの当接面の前後方向の位置は独立して定めることができ、軟骨における主たる関心部分に送受波領域の中心が位置するようにそれぞれの当接面の位置を定めればよい。但し、図６に示したように、回転体６０には左右方向へのスライド運動を行わせるスライド機構が設けられているため、２つの当接面の位置決めを行った上で、そのようなスライド機構を利用してプローブの位置つまり走査面を膝に対して事後的に調整することも可能である。
【００３８】
図７においては当接面７８Ａが平坦な面として描かれているが、それを球面あるいは他の形状をもった面として構成することも可能である。その面を構成する部材としてあまり柔らかい部材を採用しない方がよい。被検者に対して苦痛あるいは違和感を与えない限りにおいて、硬質な部材をもって当接面７８Ａを構成するのが望ましい。
【００３９】
左プレート６８には以下に説明する駆動機構７６が搭載されている。右プレート６６の外側には軸受け部７２が設けられている。その軸受け部７２は回転体６０の回転角度を検出するセンサであるエンコーダを有している。そのエンコーダの出力信号が超音波診断装置本体に送られ、送受信及びデータ処理において利用されている。
【００４０】
回転体６０は、上述したように回転フレーム１００を有し、その回転フレーム１００は音響整合媒体ユニット１０２を搭載している。音響整合媒体ユニット１０２はプローブを搭載している。別の見方をすれば、プローブに対して音響整合媒体ユニット１０２が取り付けられている。
【００４１】
図８には、計測機構１８を別の角度から見た拡大斜視図が示されている。図８においては、右プレートの内面上に設けられたクランプ部材８０が表れており、そのクランプ部材８０は当接面８４を有している。当接面８４Ａは膝に対して接離方向に運動可能なものであり、もう一方のクランプ部材との協働により、膝を左右から押さえ込む位置決め作用を発揮する。駆動機構７６は、左プレートの外側に取り付けられており、具体的には、駆動機構７６は、クラッチ８２、ハンドルとしての回転板８４、ラチェット機構８６、等を有している。駆動機構７６が有するケースの内部には、弾性力を蓄えるバネ部材、速度を調整するためのダンパ機構等が設けられている。
【００４２】
膝に対して計測機構の位置決め及び位置固定が完了し、膝のクランプも完了した場合、ユーザーによって、回転板８４が回転駆動される。すると、回転体を構成する上記の回転フレーム及び音響整合媒体ユニットが下側に倒れ込む回転運動を行う。所定の傾斜角度まで倒れ込んだ状態において、クラッチ８２を操作すると、具体的にはバネに蓄積された力を解放させる操作を行うと、ダンパ機構によって速度が調整されながら、回転体が起き上がり回転運動を開始する。その際において、ラチェット機構８６は所定の角度ピッチで間欠的に回転体の回転運動を一時停止させる。各一時停止位置において電子走査が１回実行される。角度ピッチは例えば０．８度であり、例えば６０〜１２０度の回転運動が行われると、数十枚から百数十枚のフレームデータ取り込まれることになる。もちろん、高速の電子走査を連続的に繰り返し実行しながら、間欠的な一時停止を行うことなく連続的に回転運動を行わせるようにしてもよい。上述したラチェット機構８６は、垂直方向に設けられたピンと、ピンの先端が嵌まり込む多数の切り欠きを有する回転プレートと、を備えている。その天板については図示されていない。クラッチ８２におけるノブを差し込む位置を選択することにより、回転角度範囲を自在にユーザーにより設定することが可能である。図８に示す構成例は一例であって、他の機構によって回転体の回転駆動を行わせるようにしてもよい。例えば電動モータ等を利用してもよい。ただし、本実施形態の構成によればバネの復帰作用を利用しているため安全性を高められるという利点が得られる。すなわち電気的なエラーあるいは暴走といった問題が生じない。
【００４３】
次に、図９〜図１３を用いて音響整合媒体ユニットについて詳述する。
【００４４】
図９において、音響整合媒体ユニット１０２は、上述した回転体の一部を構成するものである。音響整合媒体ユニット１０２は、中空ケース１０４、音響整合媒体１０６等を備えている。中空ケース１０４は、電子走査方向に伸長した円筒状の中空体であり、それは上ケース１１４と下ケース１１６とからなる。更にそれは側面板１１８，１２０を有している。上ケース１１４の中央部には上側開口１０８が形成されており、その上側開口１０８を介してプローブ１９におけるヘッドを中空ケース１０４の内部に差し込むことが可能である。プローブ１９は図示されていないホルダによって保持され、そのホルダが上述した回転フレームに対して連結される。また、そのホルダに対しては中空ケース１０４が連結される。プローブ１９は、電子リニアプローブであるが、他の方式のプローブを利用することも可能である。
【００４５】
音響整合媒体１０６は、具体的には、平坦な袋状のゴム袋と、その内部に充填された液体（例えば水）と、からなるものである。ゴム袋は原形状態において平べったいプレート状の形態を有し、その長手方向の長さは中空ケース１０４の軸方向の長さにほぼ等しい。もちろん、それよりも短く設定することが可能である。ゴム袋の短手方向の長さは適宜定めればよく、後に説明するように膨出部分１１２が十分に形成されるようにゴム袋の幅や厚みを設定するのが望ましい。また液体の充填量も同様の条件の下で設定するのが望ましい。
【００４６】
下ケース１１６には、上側開口１０８よりも大きなサイズをもった下側開口１１０が形成されている。ゴム袋内には多量の液体が充填されるので、これによって音響整合媒体１０６の一部分が下側開口１１０から下方に突出して膨出部分１１２を生じさせる。また、後に説明するように、中空ケース１０４の両端部内には一対のフック部材が設けられ、音響整合媒体１０６の両端部を上方につり上げながらそれらが引っ掛けられているので、そのような作用によって、それに加えて、プローブ１９が上方から差し込まれて音響整合媒体１０６の中間部分が下方に押し込まれるために、下方へ膨らみ出た膨出部分１１２が生じる。膨出部分１１２を中心としてゴム袋全体として張力が高められており、膨出部分１１２の弾力性は十分に高められている。つまり膨出部分１１２の形状保持性が高められている。同時に、プローブ１９における送受波面との密着性が高められている。
【００４７】
図１０には、下ケース１１６の分解斜視図が示されている。上述したように、下ケース１１６は比較的大きな下側開口１１０を有している。その両端部には部材１２２，１２４を介して側面板１１８，１２０が取り付けられる。注目すべきことは、中空ケースの内部に一対のフック部材１２６，１３０が設けられている点である。各フック部材１２６は、下ケース１１６の内底面上に固定的に配置されている。各フック部材１２６，１３０は、下端部分１２６Ａ，１３０Ａ、それに連なる起立部分１２６Ｂ，１３０Ｂ、及び、それに連なる上端分１２６Ｃ，１３０Ｃを有する。下端部分１２６Ａ，１３０Ａが上述した内底面上に固定されており、そこから起立した起立部分１２６Ｂ，１３０Ｂの端部が上端部分１２６Ｃ，１３０Ｃを構成している。それらは外側に突出した形態を有している。これによってゴム袋の端部を引っ掛けることが可能となっている。
【００４８】
図１１には、中空ケース１０４内に音響整合媒体１０６を装着した初期状態が示されている。音響整合媒体１０６の両端部は上述したフック部材によって中空ケース１０４の両端部内で引っ掛けられている。図１１においては、右端部が断面図として示されているので、右端部を代表してフック部材１２６の作用を説明する。音響整合媒体１０６の右端部１３４は、フック部材１２６を乗り越えて中空ケース１０４の右端部１３２内にまで伸びている。中空ケース１０４の中間部分と右端部１３２との間にフック部材１２６が設けられ、その上端部分の上面と上ケース１１４の内面との間の隙間は極めて小さく、事実上その隙間に右端部１３２が挟み込まれたような状態となる。フック部材１２６の上端部分は外側に突出しており、また音響整合媒体１０６の右端部１３４には若干の液体が収容されているため、その部分は肥大しており、そのようなことからあるいはフック部材１２６の形状により、媒体１０６における右端部１３４がフック部材１２６によって引っ掛け固定されることになる。中空ケース１０４における左端部においても同様の作用が発揮される。以上の状態においては、上側開口１０８を介して音響整合媒体１０６の上面部分が若干上方へ膨らみ出て、また、下側開口１１０を介して音響整合媒体１０６の下側部分が下方に比較的大きく膨らみ出て、その部分が膨出部分１１２を構成する。フック部材１２６により音響整合媒体の端部が上方に引き上げられつつ、その中間部分が下方へ押し込まれた状態となるので、音響整合媒体１８、特にゴム袋における張力が高められる。
【００４９】
ちなみに、上ケース１１４の上側開口１０８の周縁には複数のピン１３６が設けられている。それらのピンは以下に説明するホルダを位置決めするためのピンである。垂直に起立したピン１３６は、横ピン１４０を左右方向に運動させるための操作ピンであり、横ピン１４０がホルダの横穴に挿入されると、中空ケース１０４とホルダとが固定連結される。ただし、両者は互いに着脱可能である。
【００５０】
図１２には、プローブ１９が中空ケース１０４に対して取り付けられた状態が示されている。中空ケース１０４上にはホルダ１４２が連結されており、そのホルダ１４２は枠１４４と、その一方側開口を閉めるカバー１４６と、により構成されている。ホルダ１４２によってプローブ１９が確実に保持されている。ホルダ１４２の位置決めにあたっては上述した複数のピン１３６が機能しており、またホルダ１４２に形成された複数の横穴には複数の横ピン１４０が差し込まれている。
【００５１】
プローブ１９における下面すなわち送受波面１９Ａが音響整合媒体１０６における上面部分中央を上方から下方へ強く押し込んでおり、その結果、大きな膨出部分１１２が生じている。複数のフック部材によって音響整合媒体の両端部がクリップされた状態において上述のように音響整合媒体の中間部分が上方から下方へ押し込まれるならば、膨出部分１１２がより大きく膨らみ出て、同時にそれを包み込むゴム袋の張力が大きく高められる。その状態では、音響整合媒体１０６の上面と送受波面１９Ａとの密着度は十分に高められる。必要に応じて、両者間にゼリーのような音響整合材を設けるようにしてもよい。このような状態において、膝の超音波診断に際して、膝１５０の表面に膨出部分１１２が当接されるならば、膝１５０の表面形状に沿って膨出部分１１２が変形すると同時に、それ自体も横方向に膨らみ変形し（符号１１２Ａ参照）、また、中空ケース１０４の内部に部分的に音響整合媒体１０６が膨らみ出て（１３４Ａ参照）、ゴム袋の張力がより高められることになる。中空ケースの内部は有限であり、音響整合媒体１０６がはみ出る空間サイズは制限されているため、専ら膨出部分１１２に張力が集中することになる。その結果、プローブ１９がどのような姿勢にあっても、その送受波面１９Ａと膝の表面との間に確実に音響整合媒体を介在させることが可能となる。すなわち重力が働いていても、膨出部分１１２の形状保持作用が高められているので、超音波の伝搬経路上に液体を十分に満たすことが可能となる。
【００５２】
ちなみに、図１２において、音響整合媒体１０６の両端部を引っ掛ける高さは、プローブ１９における送受波面１９Ａの高さよりも上方に設定されている。送受波面１９Ａの高さは、側面方向から見た場合に、下側開口よりも下方に位置しており、すなわち下側開口のレベルよりも送受波面のレベルの方が低い。その結果、下側開口と生体との間の距離が小さくなった場合においても、下側開口の開口縁が生体に衝突したりあるいは中空ケース１０４の他の部分が生体に衝突したりすることを効果的に防止可能である。
【００５３】
図１３には側面図が示されている。ホルダ１４２は上方から見てコ字状の形態を有する枠１４４と、その一方面側を塞ぐカバー１４６と、により構成されている。符号１５２で示されるように、膝の表面上においてプローブ１９が回転運動を行うと、膨出部分１１２が当初の変形状態から更に変形することになるが（符号１１２Ｂ）、上述したように形状保持作用が十分に高められているため、生体と送受波面との間における超音波ビーム経路上に液体を十分に満たすことが可能となっている。
【００５４】
次に、図１４を用いて、脛当て５４に関する機構について説明する。脛当て５４は、図１４における座部４８の下方に設けられている。具体的には、傾斜状態で位置決められるプレートと、プレート１５４上に設けられ半円筒形状をもった２つのパッド１５８，１６０と、が設けられている。２つのパッド１５８，１６０の間に事実上の谷部が形成されている。谷部に脛が位置決められる。プレート１５４は回転軸１５６上に取り付けられており、その回転軸１５６は回転軸１６２に取り付けられている。回転軸１６２は、座部４８の下部中央に設けられ、奥側から前方方向に伸長している。回転軸１６２周りにおいて回転軸１５６が右側及び左側へ倒れ込み運動可能であり、図１４においては右側に倒れ込んだ状態が実線で描かれている。回転軸１５６を左側に倒し、更にプレート１６０を反転させると、符号５４Ａで示すように左足用の計測状態を構築することができる。すなわち脛当て５４は左右兼用である。プレート１５８の角度を調整できるように構成してもよい。軸１６０は座部４８に取り付けられており、座部４８の上下方向の運動に伴って軸１６０も上下運動している。図示された膝当て５４以外の構造をもったものを利用するようにしてもよい。
【００５５】
図１５には、他の実施形態に係る膝測定システムの構成例が示されている。このシステム１６４は、膝測定装置１６６と椅子１６８とからなり、膝測定装置１６６はアーム機構１７２と計測機構１７４とを有している。それらの構成は図１に示したものと同様である。アーム機構１７２は前後方向に大型化されたベース１７０に搭載されている。
【００５６】
一方、椅子１６８はベース１７６に搭載されており、ベース１７６とベース１７０は連結用の２つのスライド用ポール１７８によって相互に連結されている。このように、計測装置１６６と椅子１６８とを一体化するようにしてもよい。上記以外の構成例としては、計測機構１７４を天井から吊す態様が考えられる。あるいは、椅子１６８の後ろ側から上方空間を経由してアームによって計測機構１７４を保持する態様が考えられる。横方向から計測機構１７４を保持するようにしてもよい。いずれにしても、膝の前方空間をできる限り解放することにより、被検者における心理的な圧迫感を軽減することが可能である。また、計測機構１７４を吊り下げることにより、あるいはアーム機構によって支持することにより、被検者に対する荷重負担を大幅に軽減することが可能である。
【００５７】
上述した実施形態に示された音響整合媒体ユニットは膝の測定以外の部位の測定においても利用可能である。上述した実施形態においては機械的にプローブが走査されていたが、マニュアルでプローブを走査する場合においても上述したユニットを利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 膝計測システム、１２ 膝計測装置、１４ 椅子、１８ 計測機構、１９ プローブ、２０ アーム機構、１０２ 音響整合媒体ユニット、１０４ 中空ケース、１２６，１３０ フック部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は膝計測装置に関し、特に、膝の超音波診断において用いられる膝計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変形性膝関節症の患者が増加している。変形性膝関節症は、膝（膝関節）の内部に存在する軟骨に異常（磨耗、変形、欠損等）が認められるものである。その予防及び診断のために、簡便で非侵襲的に膝、特にその内部の軟骨を評価するための装置及び手法の実現が強く要請されている。
【０００３】
Ｘ線を用いた画像診断では、膝関節の内部に存在する軟骨を画像化することが困難である。一方、超音波を用いた画像診断では、軟骨を画像化できることが実証されている。そのような画像診断を行うシステムとして、特許文献１，２に開示された膝計測システムがあげられる。
【０００４】
特許文献１，２に開示されたシステムにおいては、屈曲した状態にある膝の表面に超音波プローブが当接され、その当接状態を維持しながら円弧状経路に沿って超音波プローブが機械的に走査される。これにより、軟骨を含む三次元計測空間が形成され、その空間から超音波ボリュームデータが取得されている。超音波ボリュームデータに基づいて、例えば、軟骨の三次元画像を形成することが可能である。
【０００５】
上記システムにおいて、膝を屈曲させた状態で超音波の送受波を行うのは、大腿骨の遠位端や頸骨の近位端に邪魔されずに、軟骨を観測するためである。また、そのような屈曲状態で観察を行えば、膝蓋骨の位置が水平方向にずれて、前方から軟骨を観測しやすくなるためである。軟骨は、大腿骨と頸骨との接合部分において、大腿骨側及び頸骨側の両方に存在している（特許文献１，２の図１を参照）。その内で、不具合が生じやすいのは大腿骨側の軟骨部分、特に、内足側の軟骨部分であることが知られている。
【０００６】
上記システムでは、大腿部から膝下にかけて取り付けられる装着ユニットが用いられている。具体的には、装着ユニットは、その下端を回転軸として、被検者の前方から被検者側に倒れ込み運動するものである。倒れ込み運動の結果、装着ユニットの荷重の一部が被検者の足に及ぶことになる。そのような状態で計測可能な状態が形成される。また、上記システムでは、膝の屈曲形状に沿って変形する平たく細長い音響整合媒体が利用されている。音響整合媒体は、ゴム袋とそれに充填された液体（例えば水）とで構成されている。音響整合媒体が膝の上面から前面までを覆った状態において、音響整合媒体の表面上に超音波プローブが当接され、その当接状態を維持したまま、超音波プローブの機械的走査が実行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３７８５５２号明細書
【特許文献２】特許第４３７４４７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
膝の計測を行う場合に、被検者の前方から計測ユニットを同人の膝の上に倒し込む方式を採用すると、被検者に生理的又は心理的な負担が生じてしまうおそれがある。被検者の不安を軽減するには足の前方をできるだけ開放しておいた方が望ましいとも言える。その一方、計測精度の確保あるいは計測エラーを防止するためには、計測ユニットを膝に対して的確に位置決め、しかもそれを確実に保持する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、被検者の負担を軽減でき、且つ、膝に対して計測ユニットを適切に位置決めることが可能な膝計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る膝計測装置は、屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって、前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、を含み、前記計測機構は、前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、を有し、前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成によれば、計測機構がアーム機構によって吊り下げられる。よって、膝あるいは膝下の直前に存在する物量を削減することが容易となる。これは被検者における心理的な安心感の増大に繋がるものである。もっとも、アーム機構としては多様な機構を採用可能であり、天井から吊り下げる機構、椅子の奥側から伸びるアームで吊り下げる機構、横方向からアームで支持する機構、等を採用可能である。アーム機構が有するアーム部材の形態あるいは構成について特に限定されるものではない。アーム機構は計測機構を空中で保持し得るものであるから、計測機構による被検体への荷重負荷は皆無でありあるいはかなり小さい。その面でも、被検者における物理的あるいは心理的な負担が軽減される。計測機構は左右方向から膝をクランプするクランプユニットを備える。クランプは左右方向の力をもって行われるのでクランプによって生体に荷重がかかってしまうことは基本的になく、それがあっても極めて小さなものとなる。このクランプにより、アーム機構による計測機構の位置決めと相俟って、計測機構を膝に対して適正に位置決めることが可能となる。その後、望ましくは、アーム機構が有する１又は複数の可動部分に対する固定作用（ロック作用）が発揮される。この膝計測装置は望ましくは医療上の装置であり、特に、膝関節の内部に存在する軟骨の三次元形状を計測あるいは画像化するものである。
【００１２】
望ましくは、前記クランプユニットは、前記膝の右側面に当接される第１当接面を有する第１接触部材と、前記膝の左側面に当接される第２当接面を有する第２接触部材と、を含む。望ましくは、前記クランプユニットは、前記膝の右側面に対して前記第１当接面を進退運動させる第１スライド手段と、前記膝の左側面に対して前記第２当接面を進退運動させる第２スライド手段と、を含む。生体との接触部分をディスポーザブルとしてもよい。各当接面を個別的に進退運動させることが可能ならば、計測ユニットに対して生体を的確に位置決めることが可能である。もっとも、一方側だけ進退運動可能に構成してもよい。スライド運動はマニュアルであるいは機械的動力により駆動される。これは他の可動部についても同様である。
【００１３】
望ましくは、前記計測機構は、更に、前記屈曲状態にある膝の前面の形状に沿って前記送受波ユニットを機械的に走査する機械走査ユニットを有し、前記機械走査ユニットは、超音波を送受波する超音波プローブとその送受波面に設けられた音響整合媒体とを着脱可能に保持する音響整合媒体ユニットと、前記音響整合媒体ユニットを搭載し、前記膝を左右方向に貫通する仮想的な水平軸の周りで回転運動する回転フレームと、を有する。プローブの機械走査により、三次元エコーデータ取込空間が形成される。屈曲状態で膝をその正面側から計測すれば、膝蓋骨が水平方向にずれるので、膝蓋骨にあまり邪魔されずに、軟骨の超音波診断を行える。同様に、大腿骨の遠位端、及び、腓骨や頸骨の近位端に邪魔されずに軟骨の超音波診断を行える。
【００１４】
望ましくは、前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームに対して前記ホルダの位置を調整するホルダ調整機構を有する。この構成によれば、クランプ状態を形成した上で、必要に応じて、プローブ位置の相対的な微調整を行える。
【００１５】
望ましくは、前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームを回転させる駆動力を発生する駆動源を有する。望ましくは、前記駆動源は、前記回転フレームに対して一方側への回転力が与えられた場合にその回転力を駆動力として蓄積し、且つ、前記駆動力の蓄積後に前記駆動力を開放して前記回転フレームに対して他方側への回転力を伝達するバネ部材を有する。この構成によれば、電気的な作用によって駆動力を発生させないので安全性を高められる。もちろん、安全性を確保した仕様の下で電気力を利用して駆動力を発生させるようにしてもよい。回転フレームの回転角度あるいはプローブの当接角度を検出するセンサを設けるのが望ましい。なお、電子走査を繰り返し行いながらプローブの機械走査を行うのが望ましい。その場合、一定の角度ピッチで電子走査トリガを発生させるようにしてもよい。
【００１６】
望ましくは、前記計測機構は更に前記アーム機構に連結されたメインフレームを有し、前記メインフレームは、前記膝の左右方向に伸長した中間部分と、前記中間部分の右端から下方へ伸長した右端部分と、前記中間部分の左端から下方へ伸長した左端部分と、を有し、前記右端部分における内面及び前記左端部分における内面に前記クランプユニットが設けられる。望ましくは、メインフレームはブリッジ状あるいはアーチ状の形態を有する。
【００１７】
望ましくは、前記アーム機構は、前記計測機構の垂直方向の位置を調整する第１の調整機構と、前記計測機構の水平方向の位置を調整する第２の調整機構と、前記計測機構について垂直軸周りの回転角度を調整する第３の調整機構と、を含む。膝の姿勢や位置に応じて計測機構を迅速に位置決めできるように、アーム機構を構成するのが望ましい。
【００１８】
本発明に係る膝計測システムは、被検者を載せる椅子と、前記椅子に座った被検者における屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、を有する膝計測装置と、を含み、前記椅子は、斜め上方を向いた脛当て面を有し前記屈曲状態にある足の脛に当接されて当該足の動きを規制する脛当てを有し、前記計測機構は、前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、を有し、前記脛当てによる前記足の動きの規制、前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とする。
【００１９】
望ましくは、前記脛当ては前記足の脛を受け入れる谷部を有する。望ましくは、前記椅子の下部の中央に設けられ、前方へ伸長した主軸と、前記主軸と交差する方向に伸長した軸であって、前記主軸周りで左右の倒れ込み運動が可能であり、かつ、前記脛当てを反転可能に搭載した副軸と、を有し、前記被検者の左足を計測する場合には前記副軸が左足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持し、前記被検者の右足を計測する場合には前記副軸が右足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持する。この構成によれば単体の脛当てを右足と左足とで兼用できる。膝をしっかりと折り曲げた状態においてそれが脛当てによって確実に保持されるようにするのが望ましい。そのような状態では簡単には膝が運動しなくなるから計測エラーの発生を軽減できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被検者の負担を軽減することが可能となる。また、膝に対して計測ユニットを適切に位置決めることが可能となる。よって、医療上の価値の高い膝計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る膝計測システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した膝計測装置の第１の斜視図である。
【図３】図１に示した膝計測装置の第２の斜視図である。
【図４】使用例を示す第１の斜視図である。
【図５】使用例を示す第２の斜視図である。
【図６】計測機構の構成を示す側面図である。
【図７】計測機構の第１の斜視図である。
【図８】計測機構の第２の斜視図である。
【図９】音響整合媒体ユニットの斜視図である。
【図１０】中空ケースにおける部分的な構成を示す分解斜視図である。
【図１１】プローブが取り付けられていない状態における音響整合媒体ユニットを示す部分断面図である。
【図１２】プローブが取り付けられた後の状態における音響整合媒体ユニットの部分断面図である。
【図１３】回転体の回転に伴う膨出部分の変形を説明するための図である。
【図１４】脛当てに関する機構を説明するための図である。
【図１５】他の実施形態に係るシステム構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１には、本発明に係る膝計測システムの好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す図である。この膝計測システムは医療の分野において用いられ、膝の内部に存在する軟骨を超音波診断するためのシステムである。
【００２４】
図１において、膝計測システム１０は、大別して、計測部としての膝計測装置１２と、椅子１４と、図示されていない超音波診断装置本体と、によって構成される。超音波診断装置本体は制御部及び信号処理部として機能するものであり、超音波診断装置本体において受信信号に基づいて超音波画像が形成される。本実施形態においては、特に膝に対して三次元計測が実行されており、これによって得られたボリュームデータに基づいて軟骨の三次元画像が形成されている。
【００２５】
膝計測装置１２は、被検者のいずれか一方の膝に対して位置決められる計測機構１８を有する。図１においては、椅子１４に座った被検者の内で特に一方の足１６が概念的に描かれている。足１６における膝部分に対して計測機構１８が位置決められる。膝計測装置１２は、更に、アーム機構２０及びベース２２を有している。ベース２２はフロア面上に設置されているものである。ベース２２には取っ手２４が設けられている。
【００２６】
アーム機構２０は、計測機構１８を支持あるいは保持する機構である。アーム機構２０によって計測機構１８の三次元位置及び姿勢を自在に調整することが可能である。アーム機構２０について以下に詳述する。昇降部２６は、ベース２２内に設けられたスライド機構によって図においてＸ方向にスライド可能に設けられている。昇降部２６は支柱３２を上下方向に位置決める機構であり、その際にはハンドル２８がユーザーにより操作される。レバー３０は、図示例では、昇降部２６におけるＸ方向のスライド位置をロックするためのものであり、レバー３０の操作と同時に昇降部２６による支柱３２の位置決めがロックされるようにしてもよい。支柱３２の上端部分には第１旋回機構３４が設けられ、それを介してアーム部材３６の一端部が連結されている。アーム部材３６は、水平方向に伸長した部材であり、その他端部には第２旋回機構３８が設けられている。レバー４０を操作することにより、第１旋回機構３４及び第２旋回機構３８の両者の動作をロックすることが可能である。２つの旋回機構３４，３８が設けられているので、ベース２２に対する計測機構１８の水平方向の位置を自在かつ容易に調整することが可能である。また昇降部２６によって計測機構１８の高さを自在に設定することが可能である。
【００２７】
図１には、アーム機構２０において１つの水平アーム部材３６が設けられていたが、複数の水平アーム部材を設けるようにしてもよく、また斜めに伸長したアーム部材等を用いることも可能である。
【００２８】
第２旋回機構３８は吊り下げ軸を回転自在に保持するものであり、その吊り下げ軸には計測機構１８が連結されている。アーム部材３６に対して計測機構１８の垂直軸回りにおける回転角度を自在に設定することが可能である。計測機構１８は計測ヘッドを構成し、計測機構１８によってプローブ１９が着脱可能に保持されている。プローブ１９は、本実施形態において電子走査方向に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を有している。そのようなアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームが電子走査方向に電子走査される。これによってビーム走査面が形成される。プローブ１９を電子走査方向と平行な回転軸回りにおいて円弧運動させることにより、複数の走査面が形成され、それらの集合体として三次元エコーデータ取込空間を構築することができる。本実施形態においては、プローブ１９の回転中心軸（水平軸）は膝の中央部を貫通する仮想である。ちなみに、図１において、Ｘ方向が第１水平方向であり、第２水平方向がＹ方向となる。そのＹ方向は計測機構１８が原点位置及び原形姿勢にある場合において電子走査方向であり、計測機構１８の左右方向として観念することもできる。Ｚ方向は垂直方向である。
【００２９】
椅子１４は被検体を座位の姿勢において載置するものであり、特に計測対象となる足を屈曲させた状態を保持することが可能な機能を備えている。図１においては、足１６が屈曲状態となっており、大腿部における中心軸と膝より下の部分における中心軸とがなす角度θは、例えば４５度であり、望ましくは２０度〜９０度の範囲内に設定される。足１６の屈曲角度を保持するため及び足１６が不用意に左右運動しないように脛当て５４が設けられている。座部４８は被検体における臀部を載置する部分であり、符号５０は背もたれを示している。座部４８及び背もたれ５０は昇降機構５２によって斜め方向に上下にスライド運動させることができ、かつ任意の位置に停止させることができる。昇降機構５２はベース４４から斜め上方に起立したフレーム４６に取り付けられている。ちなみに、右足及び左足の両足に対して同じ膝計測装置１２を利用して膝の超音波診断を実行することが可能である。
【００３０】
図１に示されるように、計測機構１８は、アーム機構２０の作用端部において吊り下げられつつ保持されている。これにより、足１６特に膝下の前方が開放されている。すなわち足１６の前方近傍に複雑な機構等が存在しておらず、足１６から少し離れた位置に昇降部等が存在している。したがって被検者における圧迫感を緩和することが可能である。また、計測機構１８の荷重はそのほとんどがアーム機構２０によって支えられており、このため、膝あるいは足に対して不必要な荷重が加わらないという利点が得られる。アーム機構２０は、計測機構１８を空中に位置決め可能であり、また位置決められた三次元位置及び姿勢を固定することが可能である。その状態においてプローブ１６の機械走査によりボリュームデータを取得することが可能である。
【００３１】
図２には、図１に示した膝計測装置１２の第１の斜視図が示されている。上述したように、膝計測装置１２は、空中において保持される計測機構１８と、それを吊り下げ支持するアーム機構２０とを有している。図３には、膝計測装置１２の第２の斜視図が示されている。図４及び図５には、参考図として足に対して計測機構１８を位置決めた状態が斜視図として示されている。
【００３２】
次に、図６乃至図８を用いて計測機構１８について詳述する。図６において、計測機構１８は、アーム部材３６の端部に設けられた第２旋回機構３８を介してアーム部材３６によって吊り下げ保持されている。具体的には、第２旋回機構３８は吊り下げ軸を回転自在に保持しており、その吊り下げ軸の下端部側に計測機構１８が連結されている。計測機構１８は、後に詳述するように、本体５８と回転体６０とを有している。回転体６０は、本体５８に対して相対的な回転運動を行うものである。図においてはそれが矢印として示されている。本体５８の上部には後に説明するベースフレームに取り付けられたスライド機構７０が設けられている。このスライド機構７０は計測機構１８を図６において左右方向すなわち計測機構１８における前後方向に微調整するための機構であり、その際においてはつまみ７０Ａが操作される。上述したアーム機構によって計測機構１８の三次元位置を設定可能であるが、特定方向に微調整が必要な場合には、このようなスライド機構が利用される。回転体６０は、符号５６で示される水平回転軸回りにおいて回転運動をする回転フレーム１００を有している。この回転フレーム１００には、後に説明するように音響整合媒体ユニット１０２が取り付けられる。より具体的には、回転フレーム１００と音響整合媒体ユニット１０２との間にスライド機構８０が設けられている。このスライド機構８０は、計測機構１８における左右方向すなわち電子走査方向に音響整合媒体ユニット１０２を相対的にスライド運動させるための機構であり、その際においはつまみ８０Ａが操作される。このスライド機構８０も微調整機構である。
【００３３】
ちなみに、後に説明するように、本実施形態においては、複数の走査面データを取得する際には、まず最初に回転体６０がもっとも下方に倒れ込んだ位置に設定され、そこから上方へ回転しながら起き上がる運動が実行される。その際において、所定の角度位置ごとに回転体６０が一時停止されており、各一時停止位置において１回の超音波ビームの電子スキャンが実施され、これによって走査面データ（フレームデータ）が取得される。例えば１回の回転体６０の起き上がり運動において１００枚程度の走査面データすなわちフレームデータが取得される。それらの集合体としてボリュームデータが構成されることになる。ちなみに、個々のフレームデータは電子走査方向に並ぶ複数のビームデータで構成され、各ビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。本実施形態においては以上のように回転体６０の回転運動により、メカニカルなコンケーブ走査が実現されている。上述した回転体６０の回転動作にあたっては、個々の可動機構が全てロックされ、後に説明するように膝が左右からクランプされ、このような状態設定により位置的誤差や対象物のブレが極めて少ないデータ取得が実現されている。
【００３４】
図７及び図８を用いて計測機構１８について更に詳述する。上記のように、計測機構１８は、本体５８と回転体６０とにより構成されるものである。本体５８は、ベースフレーム６２を有する。ベースフレーム６２は上部に設けられた水平プレート６４と、その右側に連結された垂直プレートとしての右プレート６６と、水平プレート６４の左側に連結された垂直プレートしての左プレート６８と、を有する。ベースフレーム６２は、このように膝の両側に跨がるようなブリッジ形状あるいはアーチ形状を有している。
【００３５】
水平プレート６４は２つのプレート６６，６８を連結する中間台として機能し、その水平プレート６４上には上述したスライド機構７０が搭載されている。水平プレート６４の中央に上述した吊り下げ軸が連結されている。その吊り下げ軸の中心線を延長した地点に計測機構１８の重心位置が設定されている。
【００３６】
左プレート６８の生体側すなわち内側面にはクランプ部材７８が設けられている。一方、右プレート６６における生体側面すなわち内側面にもクランプ部材が設けられている。但し、それは図７において表れていない。クランプ部材７８は生体に対して接離可能な運動を行う当接面７８Ａを有している。当接面７８Ａは硬質部材あるいは弾性体によって構成され、クランプ部材７８の内部に設けられたパンタグラフ機構によって進退運動を行う。同様に、右プレート６６上に設けられたクランプ部材も当接面を有しており、それも伸退運動を行うものである。
【００３７】
計測機構１８を計測対象となる膝にセッティングする場合には、膝がベースフレーム６２の間に差し込まれ、計測機構１８についての三次元位置及び姿勢が調整された上で、それらがロックされ、その上で当接面７８Ａを運動させることにより、具体的には前進させることにより、膝の左側及び右側の両側からその膝をクランプすることが可能である。つまり、そのクランプによって計測機構１８を適正に位置決めすることができ、換言すれば、計測機構１８と膝とを一体化して、膝の不必要な相対的動きを押さえ込むことが可能となる。２つの当接面の前後方向の位置は独立して定めることができ、軟骨における主たる関心部分に送受波領域の中心が位置するようにそれぞれの当接面の位置を定めればよい。但し、図６に示したように、回転体６０には左右方向へのスライド運動を行わせるスライド機構が設けられているため、２つの当接面の位置決めを行った上で、そのようなスライド機構を利用してプローブの位置つまり走査面を膝に対して事後的に調整することも可能である。
【００３８】
図７においては当接面７８Ａが平坦な面として描かれているが、それを球面あるいは他の形状をもった面として構成することも可能である。その面を構成する部材としてあまり柔らかい部材を採用しない方がよい。被検者に対して苦痛あるいは違和感を与えない限りにおいて、硬質な部材をもって当接面７８Ａを構成するのが望ましい。
【００３９】
左プレート６８には以下に説明する駆動機構７６が搭載されている。右プレート６６の外側には軸受け部７２が設けられている。その軸受け部７２は回転体６０の回転角度を検出するセンサであるエンコーダを有している。そのエンコーダの出力信号が超音波診断装置本体に送られ、送受信及びデータ処理において利用されている。
【００４０】
回転体６０は、上述したように回転フレーム１００を有し、その回転フレーム１００は音響整合媒体ユニット１０２を搭載している。音響整合媒体ユニット１０２はプローブを搭載している。別の見方をすれば、プローブに対して音響整合媒体ユニット１０２が取り付けられている。
【００４１】
図８には、計測機構１８を別の角度から見た拡大斜視図が示されている。図８においては、右プレートの内面上に設けられたクランプ部材８０が表れており、そのクランプ部材８０は当接面８４を有している。当接面８４Ａは膝に対して接離方向に運動可能なものであり、もう一方のクランプ部材との協働により、膝を左右から押さえ込む位置決め作用を発揮する。駆動機構７６は、左プレートの外側に取り付けられており、具体的には、駆動機構７６は、クラッチ８２、ハンドルとしての回転板８４、ラチェット機構８６、等を有している。駆動機構７６が有するケースの内部には、弾性力を蓄えるバネ部材、速度を調整するためのダンパ機構等が設けられている。
【００４２】
膝に対して計測機構の位置決め及び位置固定が完了し、膝のクランプも完了した場合、ユーザーによって、回転板８４が回転駆動される。すると、回転体を構成する上記の回転フレーム及び音響整合媒体ユニットが下側に倒れ込む回転運動を行う。所定の傾斜角度まで倒れ込んだ状態において、クラッチ８２を操作すると、具体的にはバネに蓄積された力を解放させる操作を行うと、ダンパ機構によって速度が調整されながら、回転体が起き上がり回転運動を開始する。その際において、ラチェット機構８６は所定の角度ピッチで間欠的に回転体の回転運動を一時停止させる。各一時停止位置において電子走査が１回実行される。角度ピッチは例えば０．８度であり、例えば６０〜１２０度の回転運動が行われると、数十枚から百数十枚のフレームデータ取り込まれることになる。もちろん、高速の電子走査を連続的に繰り返し実行しながら、間欠的な一時停止を行うことなく連続的に回転運動を行わせるようにしてもよい。上述したラチェット機構８６は、垂直方向に設けられたピンと、ピンの先端が嵌まり込む多数の切り欠きを有する回転プレートと、を備えている。その天板については図示されていない。クラッチ８２におけるノブを差し込む位置を選択することにより、回転角度範囲を自在にユーザーにより設定することが可能である。図８に示す構成例は一例であって、他の機構によって回転体の回転駆動を行わせるようにしてもよい。例えば電動モータ等を利用してもよい。ただし、本実施形態の構成によればバネの復帰作用を利用しているため安全性を高められるという利点が得られる。すなわち電気的なエラーあるいは暴走といった問題が生じない。
【００４３】
次に、図９〜図１３を用いて音響整合媒体ユニットについて詳述する。
【００４４】
図９において、音響整合媒体ユニット１０２は、上述した回転体の一部を構成するものである。音響整合媒体ユニット１０２は、中空ケース１０４、音響整合媒体１０６等を備えている。中空ケース１０４は、電子走査方向に伸長した円筒状の中空体であり、それは上ケース１１４と下ケース１１６とからなる。更にそれは側面板１１８，１２０を有している。上ケース１１４の中央部には上側開口１０８が形成されており、その上側開口１０８を介してプローブ１９におけるヘッドを中空ケース１０４の内部に差し込むことが可能である。プローブ１９は図示されていないホルダによって保持され、そのホルダが上述した回転フレームに対して連結される。また、そのホルダに対しては中空ケース１０４が連結される。プローブ１９は、電子リニアプローブであるが、他の方式のプローブを利用することも可能である。
【００４５】
音響整合媒体１０６は、具体的には、平坦な袋状のゴム袋と、その内部に充填された液体（例えば水）と、からなるものである。ゴム袋は原形状態において平べったいプレート状の形態を有し、その長手方向の長さは中空ケース１０４の軸方向の長さにほぼ等しい。もちろん、それよりも短く設定することが可能である。ゴム袋の短手方向の長さは適宜定めればよく、後に説明するように膨出部分１１２が十分に形成されるようにゴム袋の幅や厚みを設定するのが望ましい。また液体の充填量も同様の条件の下で設定するのが望ましい。
【００４６】
下ケース１１６には、上側開口１０８よりも大きなサイズをもった下側開口１１０が形成されている。ゴム袋内には多量の液体が充填されるので、これによって音響整合媒体１０６の一部分が下側開口１１０から下方に突出して膨出部分１１２を生じさせる。また、後に説明するように、中空ケース１０４の両端部内には一対のフック部材が設けられ、音響整合媒体１０６の両端部を上方につり上げながらそれらが引っ掛けられているので、そのような作用によって、それに加えて、プローブ１９が上方から差し込まれて音響整合媒体１０６の中間部分が下方に押し込まれるために、下方へ膨らみ出た膨出部分１１２が生じる。膨出部分１１２を中心としてゴム袋全体として張力が高められており、膨出部分１１２の弾力性は十分に高められている。つまり膨出部分１１２の形状保持性が高められている。同時に、プローブ１９における送受波面との密着性が高められている。
【００４７】
図１０には、下ケース１１６の分解斜視図が示されている。上述したように、下ケース１１６は比較的大きな下側開口１１０を有している。その両端部には部材１２２，１２４を介して側面板１１８，１２０が取り付けられる。注目すべきことは、中空ケースの内部に一対のフック部材１２６，１３０が設けられている点である。各フック部材１２６は、下ケース１１６の内底面上に固定的に配置されている。各フック部材１２６，１３０は、下端部分１２６Ａ，１３０Ａ、それに連なる起立部分１２６Ｂ，１３０Ｂ、及び、それに連なる上端分１２６Ｃ，１３０Ｃを有する。下端部分１２６Ａ，１３０Ａが上述した内底面上に固定されており、そこから起立した起立部分１２６Ｂ，１３０Ｂの端部が上端部分１２６Ｃ，１３０Ｃを構成している。それらは外側に突出した形態を有している。これによってゴム袋の端部を引っ掛けることが可能となっている。
【００４８】
図１１には、中空ケース１０４内に音響整合媒体１０６を装着した初期状態が示されている。音響整合媒体１０６の両端部は上述したフック部材によって中空ケース１０４の両端部内で引っ掛けられている。図１１においては、右端部が断面図として示されているので、右端部を代表してフック部材１２６の作用を説明する。音響整合媒体１０６の右端部１３４は、フック部材１２６を乗り越えて中空ケース１０４の右端部１３２内にまで伸びている。中空ケース１０４の中間部分と右端部１３２との間にフック部材１２６が設けられ、その上端部分の上面と上ケース１１４の内面との間の隙間は極めて小さく、事実上その隙間に右端部１３２が挟み込まれたような状態となる。フック部材１２６の上端部分は外側に突出しており、また音響整合媒体１０６の右端部１３４には若干の液体が収容されているため、その部分は肥大しており、そのようなことからあるいはフック部材１２６の形状により、媒体１０６における右端部１３４がフック部材１２６によって引っ掛け固定されることになる。中空ケース１０４における左端部においても同様の作用が発揮される。以上の状態においては、上側開口１０８を介して音響整合媒体１０６の上面部分が若干上方へ膨らみ出て、また、下側開口１１０を介して音響整合媒体１０６の下側部分が下方に比較的大きく膨らみ出て、その部分が膨出部分１１２を構成する。フック部材１２６により音響整合媒体の端部が上方に引き上げられつつ、その中間部分が下方へ押し込まれた状態となるので、音響整合媒体１８、特にゴム袋における張力が高められる。
【００４９】
ちなみに、上ケース１１４の上側開口１０８の周縁には複数のピン１３６が設けられている。それらのピンは以下に説明するホルダを位置決めするためのピンである。垂直に起立したピン１３６は、横ピン１４０を左右方向に運動させるための操作ピンであり、横ピン１４０がホルダの横穴に挿入されると、中空ケース１０４とホルダとが固定連結される。ただし、両者は互いに着脱可能である。
【００５０】
図１２には、プローブ１９が中空ケース１０４に対して取り付けられた状態が示されている。中空ケース１０４上にはホルダ１４２が連結されており、そのホルダ１４２は枠１４４と、その一方側開口を閉めるカバー１４６と、により構成されている。ホルダ１４２によってプローブ１９が確実に保持されている。ホルダ１４２の位置決めにあたっては上述した複数のピン１３６が機能しており、またホルダ１４２に形成された複数の横穴には複数の横ピン１４０が差し込まれている。
【００５１】
プローブ１９における下面すなわち送受波面１９Ａが音響整合媒体１０６における上面部分中央を上方から下方へ強く押し込んでおり、その結果、大きな膨出部分１１２が生じている。複数のフック部材によって音響整合媒体の両端部がクリップされた状態において上述のように音響整合媒体の中間部分が上方から下方へ押し込まれるならば、膨出部分１１２がより大きく膨らみ出て、同時にそれを包み込むゴム袋の張力が大きく高められる。その状態では、音響整合媒体１０６の上面と送受波面１９Ａとの密着度は十分に高められる。必要に応じて、両者間にゼリーのような音響整合材を設けるようにしてもよい。このような状態において、膝の超音波診断に際して、膝１５０の表面に膨出部分１１２が当接されるならば、膝１５０の表面形状に沿って膨出部分１１２が変形すると同時に、それ自体も横方向に膨らみ変形し（符号１１２Ａ参照）、また、中空ケース１０４の内部に部分的に音響整合媒体１０６が膨らみ出て（１３４Ａ参照）、ゴム袋の張力がより高められることになる。中空ケースの内部は有限であり、音響整合媒体１０６がはみ出る空間サイズは制限されているため、専ら膨出部分１１２に張力が集中することになる。その結果、プローブ１９がどのような姿勢にあっても、その送受波面１９Ａと膝の表面との間に確実に音響整合媒体を介在させることが可能となる。すなわち重力が働いていても、膨出部分１１２の形状保持作用が高められているので、超音波の伝搬経路上に液体を十分に満たすことが可能となる。
【００５２】
ちなみに、図１２において、音響整合媒体１０６の両端部を引っ掛ける高さは、プローブ１９における送受波面１９Ａの高さよりも上方に設定されている。送受波面１９Ａの高さは、側面方向から見た場合に、下側開口よりも下方に位置しており、すなわち下側開口のレベルよりも送受波面のレベルの方が低い。その結果、下側開口と生体との間の距離が小さくなった場合においても、下側開口の開口縁が生体に衝突したりあるいは中空ケース１０４の他の部分が生体に衝突したりすることを効果的に防止可能である。
【００５３】
図１３には側面図が示されている。ホルダ１４２は上方から見てコ字状の形態を有する枠１４４と、その一方面側を塞ぐカバー１４６と、により構成されている。符号１５２で示されるように、膝の表面上においてプローブ１９が回転運動を行うと、膨出部分１１２が当初の変形状態から更に変形することになるが（符号１１２Ｂ）、上述したように形状保持作用が十分に高められているため、生体と送受波面との間における超音波ビーム経路上に液体を十分に満たすことが可能となっている。
【００５４】
次に、図１４を用いて、脛当て５４に関する機構について説明する。脛当て５４は、図１４における座部４８の下方に設けられている。具体的には、傾斜状態で位置決められるプレートと、プレート１５４上に設けられ半円筒形状をもった２つのパッド１５８，１６０と、が設けられている。２つのパッド１５８，１６０の間に事実上の谷部が形成されている。谷部に脛が位置決められる。プレート１５４は回転軸１５６上に取り付けられており、その回転軸１５６は回転軸１６２に取り付けられている。回転軸１６２は、座部４８の下部中央に設けられ、奥側から前方方向に伸長している。回転軸１６２周りにおいて回転軸１５６が右側及び左側へ倒れ込み運動可能であり、図１４においては右側に倒れ込んだ状態が実線で描かれている。回転軸１５６を左側に倒し、更にプレート１６０を反転させると、符号５４Ａで示すように左足用の計測状態を構築することができる。すなわち脛当て５４は左右兼用である。プレート１５８の角度を調整できるように構成してもよい。軸１６０は座部４８に取り付けられており、座部４８の上下方向の運動に伴って軸１６０も上下運動している。図示された膝当て５４以外の構造をもったものを利用するようにしてもよい。
【００５５】
図１５には、他の実施形態に係る膝測定システムの構成例が示されている。このシステム１６４は、膝測定装置１６６と椅子１６８とからなり、膝測定装置１６６はアーム機構１７２と計測機構１７４とを有している。それらの構成は図１に示したものと同様である。アーム機構１７２は前後方向に大型化されたベース１７０に搭載されている。
【００５６】
一方、椅子１６８はベース１７６に搭載されており、ベース１７６とベース１７０は連結用の２つのスライド用ポール１７８によって相互に連結されている。このように、計測装置１６６と椅子１６８とを一体化するようにしてもよい。上記以外の構成例としては、計測機構１７４を天井から吊す態様が考えられる。あるいは、椅子１６８の後ろ側から上方空間を経由してアームによって計測機構１７４を保持する態様が考えられる。横方向から計測機構１７４を保持するようにしてもよい。いずれにしても、膝の前方空間をできる限り解放することにより、被検者における心理的な圧迫感を軽減することが可能である。また、計測機構１７４を吊り下げることにより、あるいはアーム機構によって支持することにより、被検者に対する荷重負担を大幅に軽減することが可能である。
【００５７】
上述した実施形態に示された音響整合媒体ユニットは膝の測定以外の部位の測定においても利用可能である。上述した実施形態においては機械的にプローブが走査されていたが、マニュアルでプローブを走査する場合においても上述したユニットを利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 膝計測システム、１２ 膝計測装置、１４ 椅子、１８ 計測機構、１９ プローブ、２０ アーム機構、１０２ 音響整合媒体ユニット、１０４ 中空ケース、１２６，１３０ フック部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、
前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって、前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、
を含み、
前記計測機構は、
前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、
前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、
を有し、
前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記クランプユニットは、
前記膝の右側面に当接される第１当接面を有する第１接触部材と、
前記膝の左側面に当接される第２当接面を有する第２接触部材と、
を含むことを特徴とする膝計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記クランプユニットは、
前記膝の右側面に対して前記第１当接面を進退運動させる第１スライド手段と、
前記膝の左側面に対して前記第２当接面を進退運動させる第２スライド手段と、
を含むことを特徴とする膝計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記計測機構は、更に、前記屈曲状態にある膝の前面の形状に沿って前記送受波ユニットを機械的に走査する機械走査ユニットを有し、
前記機械走査ユニットは、
超音波を送受波する超音波プローブとその送受波面に設けられた音響整合媒体とを着脱可能に保持する音響整合媒体ユニットと、
前記音響整合媒体ユニットを搭載し、前記膝を左右方向に貫通する仮想的な水平軸の周りで回転運動する回転フレームと、
を有することを特徴とする膝計測装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームに対して前記ホルダの位置を調整するホルダ調整機構を有する、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の装置において、
前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームを回転させる駆動力を発生する駆動源を有する、
ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記駆動源は、前記回転フレームに対して一方側への回転力が与えられた場合にその回転力を駆動力として蓄積し、且つ、前記駆動力の蓄積後に前記駆動力を開放して前記回転フレームに対して他方側への回転力を伝達するバネ部材を有する、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置において、
前記計測機構は更に前記アーム機構に連結されたメインフレームを有し、
前記メインフレームは、
前記膝の左右方向に伸長した中間部分と、
前記中間部分の右端から下方へ伸長した右端部分と、
前記中間部分の左端から下方へ伸長した左端部分と、
を有し、
前記右端部分における内面及び前記左端部分における内面に前記クランプユニットが設けられた、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置において、
前記アーム機構は、
前記計測機構の垂直方向の位置を調整する第１の調整機構と、
前記計測機構の水平方向の位置を調整する第２の調整機構と、
前記計測機構について垂直軸周りの回転角度を調整する第３の調整機構と、
を含むことを特徴とする膝計測装置。
【請求項１０】
被検者を載せる椅子と、
前記椅子に座った被検者における屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、を有する膝計測装置と、
を含み、
前記椅子は、斜め上方を向いた脛当て面を有し前記屈曲状態にある足の脛に当接されて当該足の動きを規制する脛当てを有し、
前記計測機構は、
前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、
前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、
を有し、
前記脛当てによる前記足の動きの規制、前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とする膝計測システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記脛当ては前記足の脛を受け入れる谷部を有する、ことを特徴とする膝計測システム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の装置において、
前記椅子の下部の中央に設けられ、前方へ伸長した主軸と、
前記主軸と交差する方向に伸長した軸であって、前記主軸周りで左右の倒れ込み運動が可能であり、かつ、前記脛当てを反転可能に搭載した副軸と、
を有し、
前記被検者の左足を計測する場合には前記副軸が左足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持し、前記被検者の右足を計測する場合には前記副軸が右足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持する、
ことを特徴とする膝計測システム。
【請求項１】
屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、
前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって、前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、
を含み、
前記計測機構は、
前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、
前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、
を有し、
前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記クランプユニットは、
前記膝の右側面に当接される第１当接面を有する第１接触部材と、
前記膝の左側面に当接される第２当接面を有する第２接触部材と、
を含むことを特徴とする膝計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記クランプユニットは、
前記膝の右側面に対して前記第１当接面を進退運動させる第１スライド手段と、
前記膝の左側面に対して前記第２当接面を進退運動させる第２スライド手段と、
を含むことを特徴とする膝計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記計測機構は、更に、前記屈曲状態にある膝の前面の形状に沿って前記送受波ユニットを機械的に走査する機械走査ユニットを有し、
前記機械走査ユニットは、
超音波を送受波する超音波プローブとその送受波面に設けられた音響整合媒体とを着脱可能に保持する音響整合媒体ユニットと、
前記音響整合媒体ユニットを搭載し、前記膝を左右方向に貫通する仮想的な水平軸の周りで回転運動する回転フレームと、
を有することを特徴とする膝計測装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームに対して前記ホルダの位置を調整するホルダ調整機構を有する、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の装置において、
前記機械走査ユニットは、更に、前記回転フレームを回転させる駆動力を発生する駆動源を有する、
ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記駆動源は、前記回転フレームに対して一方側への回転力が与えられた場合にその回転力を駆動力として蓄積し、且つ、前記駆動力の蓄積後に前記駆動力を開放して前記回転フレームに対して他方側への回転力を伝達するバネ部材を有する、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置において、
前記計測機構は更に前記アーム機構に連結されたメインフレームを有し、
前記メインフレームは、
前記膝の左右方向に伸長した中間部分と、
前記中間部分の右端から下方へ伸長した右端部分と、
前記中間部分の左端から下方へ伸長した左端部分と、
を有し、
前記右端部分における内面及び前記左端部分における内面に前記クランプユニットが設けられた、ことを特徴とする膝計測装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置において、
前記アーム機構は、
前記計測機構の垂直方向の位置を調整する第１の調整機構と、
前記計測機構の水平方向の位置を調整する第２の調整機構と、
前記計測機構について垂直軸周りの回転角度を調整する第３の調整機構と、
を含むことを特徴とする膝計測装置。
【請求項１０】
被検者を載せる椅子と、
前記椅子に座った被検者における屈曲状態にある膝を計測するための計測機構と、前記計測機構を吊り下げてそれを空中で保持する機構であって前記屈曲状態にある膝に対して前記計測機構が位置決められた後に前記計測機構の位置を固定可能なアーム機構と、を有する膝計測装置と、
を含み、
前記椅子は、斜め上方を向いた脛当て面を有し前記屈曲状態にある足の脛に当接されて当該足の動きを規制する脛当てを有し、
前記計測機構は、
前記屈曲状態にある膝の右側面及び左側面に接触することによってクランプ状態を生じさせるクランプユニットと、
前記クランプ状態にある膝の前面に当接されて超音波の送受波を行う送受波ユニットと、
を有し、
前記脛当てによる前記足の動きの規制、前記アーム機構による前記計測機構の位置決め及び前記クランプユニットによる前記膝のクランプによって前記送受波ユニットが前記膝に対して位置決められる、ことを特徴とする膝計測システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記脛当ては前記足の脛を受け入れる谷部を有する、ことを特徴とする膝計測システム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の装置において、
前記椅子の下部の中央に設けられ、前方へ伸長した主軸と、
前記主軸と交差する方向に伸長した軸であって、前記主軸周りで左右の倒れ込み運動が可能であり、かつ、前記脛当てを反転可能に搭載した副軸と、
を有し、
前記被検者の左足を計測する場合には前記副軸が左足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持し、前記被検者の右足を計測する場合には前記副軸が右足側に倒されて当該副軸が前記脛当てを斜め上向きの姿勢にして支持する、
ことを特徴とする膝計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−８５５６４（Ｐ２０１３−８５５６４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５７７６（Ｐ２０１１−２２５７７６）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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