超音波診断システムおよび荷重装置
【課題】骨などの硬組織に対して所定の荷重を正確に加える。
【解決手段】偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って徐々に変化させた形状となっており、偏心円錐カム１４を回転軸方向にスライドさせることにより圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。また、偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状となっており、偏心円錐カム１４を回転軸を中心に回転させることにより圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。荷重装置１０は、偏心円錐カム１４のスライド運動と回転運動によって、偏心円錐カム１４の側面と圧縮子１２の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える。
【解決手段】偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って徐々に変化させた形状となっており、偏心円錐カム１４を回転軸方向にスライドさせることにより圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。また、偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状となっており、偏心円錐カム１４を回転軸を中心に回転させることにより圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。荷重装置１０は、偏心円錐カム１４のスライド運動と回転運動によって、偏心円錐カム１４の側面と圧縮子１２の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨などの硬組織の診断に利用される超音波診断システムおよび荷重装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨粗鬆症などの骨代謝疾患の診断や易骨折性の判定、また、骨折治療後の骨癒合を定量的に診断するために、骨強度などの力学的特性の簡便かつ定量的な測定が望まれている。
【０００３】
骨形成や骨癒合の評価はＸ線写真に大きく依存しているが、Ｘ線写真では骨強度を定量的に診断することは困難である。骨強度の従来の測定法として測定対象のサンプル骨の強度試験が知られているものの、サンプル骨の摘出手術が必要であり侵襲的である。また、骨量や骨密度の測定法として、汎用Ｘ線ＣＴの利用、ＤＸＡ（二重エネルギー吸収測定法）装置などが実用化に至っている。しかし、これらはあくまで骨量を測定する手段であって、骨強度を評価することはできない。また、Ｘ線を照射する点では非侵襲的であるとは言えない。
【０００４】
このほかの骨強度を定量評価する試みとしては、創外固定器に歪みゲージを装着してその固定器の歪みを計測する歪みゲージ法、骨に外部から振動を加え固有振動数を評価する振動波法、降伏応力を生じた骨から発生する音波を検出するアコースティックエミッション法などが既存の方法として挙げられる。しかし、これらの方法は適応できる治療法に制限があること、骨に侵襲を加える必要があること、さらに評価精度などの点において問題が残されている。
【０００５】
こうした背景において、本願の発明者らは、骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価する超音波診断装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５２０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された超音波診断装置は、骨に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した複数のエコー信号を取得して各エコー信号ごとに骨表面に対応する表面ポイントを特定し、複数のエコー信号から得られる複数の表面ポイントに基づいて骨の力学的特性を反映した特性情報を生成するものである。そして、骨に対して外的作用を及ぼした場合における骨の力学的特性が評価される。これにより、エコー信号に基づく骨表面の表面ポイントデータから、生体内の骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価することができるという画期的な技術である。
【０００８】
本願の発明者らは、上記特許文献１に記載された画期的な技術をさらに改良し、骨などの硬組織の力学的特性をさらに高い精度で評価する手法について研究を重ねてきた。特に硬組織に対して荷重を加えるための技術について改良を重ねてきた。
【０００９】
本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、硬組織に対して所定の荷重を正確に加える技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重装置は、硬組織に荷重を加える荷重装置であって、回転軸方向に伸長されて回転軸を取り囲む側面を備え、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って変化させた形状であり、且つ、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状である回転部材と、前記回転部材の側面に一方端を接触させる棒状部材と、を有し、前記回転部材の側面と前記棒状部材の一方端との接触点を移動させることにより、前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、ことを特徴とする。
【００１１】
上記態様では、例えば、棒状部材に対して回転部材を運動させて回転部材の側面と棒状部材の一方端との接触点を移動させる。そして、回転部材が棒状部材をその伸長方向に沿って押し込むことなどにより硬組織に荷重を加えることができる。そのため、上記態様では、回転部材の側面の形状や回転部材の運動状態に対応した荷重を加えることができ、硬組織に対して所定の荷重を正確に加えることが容易になる。
【００１２】
望ましい態様において、前記荷重装置は、前記回転部材をその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド手段を有し、前記スライド手段によって前記回転部材をスライド運動させることにより、所定の変位量で所定の時間だけ前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、ことを特徴とする。望ましい態様において、前記荷重装置は、前記回転部材をその回転軸を中心に回転させる回転手段を有し、前記回転手段によって前記回転部材を回転運動させることにより、周期的に変化する変位量で前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、ことを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重装置は、棒状の圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子によって硬組織に荷重を加える荷重装置であって、圧縮子を変位させる偏心円錐カムと、偏心円錐カムの側面に一方端を接触させる圧縮子と、偏心円錐カムをその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド機構と、偏心円錐カムをその回転軸を中心に回転させる回転機構と、を有し、偏心円錐カムのスライド運動と回転運動のうちの少なくとも一方の運動によって偏心円錐カムの側面と圧縮子の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、ことを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断システムは、前記態様の荷重装置と超音波診断装置とを備える超音波診断システムであって、前記超音波診断装置は、前記荷重装置によって荷重が加えられる骨に対して複数の超音波ビームを形成して各超音波ビームごとに骨の表面ポイントを特定し、複数の超音波ビームから得られる複数の表面ポイントに基づいて、荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を測定する、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい態様において、前記超音波診断システムは、前記荷重装置の偏心円錐カムをスライド運動させることにより所定の変位量で所定の時間だけ圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定する。これにより、骨に加えられる荷重量と骨の形状変化量との関係から骨の弾性を評価することができる。
【００１６】
望ましい態様において、前記超音波診断システムは、前記荷重装置の偏心円錐カムを回転運動させることにより周期的に変化する変位量で圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定する。これにより、骨に加えられる荷重に対する骨の形状変化の追従性から骨の粘弾性を評価することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、骨などの硬組織に対して所定の荷重を正確に加えることが可能になる。例えば、硬組織に対して所定量の荷重を加えることや周期的に変化する荷重を加えることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１には、本発明に係る荷重装置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斜視図である。本実施形態の荷重装置１０は、棒状の圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子１２によって骨などの硬組織に荷重を加える装置である。
【００２０】
圧縮子１２は、その伸長方向に沿って変位可能なように装置本体２６に取り付けられている。荷重装置１０は、圧縮子１２を変位させる偏心円錐カム１４を備えており、偏心円錐カム１４の側面に圧縮子１２の一方端が接触している。偏心円錐カム１４は、スライドプレート２０上に回転可能な状態で取り付けられている。
【００２１】
スライドプレート２０は、ローラを介して装置本体２６に取り付けられており、送りネジであるプレートスライドネジ１８が回転することによりスライドされる。プレートスライドネジ１８は、モータや操作者の手によって回転される。なお、スライドプレート２０には、スライド量を測るためのスライド量測定目盛２４が設けられており、操作者はこの目盛によってスライド量を知ることができる。このように、スライドプレート２０によって偏心円錐カム１４は、その回転軸方向に沿ってスライドされる。
【００２２】
さらに、偏心円錐カム１４は、スライドプレート２０上で、カム回転機構１６によってその回転軸を中心に回転される。カム回転機構１６は、モータや操作者の手によって回転される。
【００２３】
偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って徐々に変化させた形状となっている。そのため、偏心円錐カム１４を回転軸方向にスライドさせることにより、圧縮子１２の一方端と接触する側面の位置が徐々に変化して、圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。偏心円錐カム１４のスライド運動による荷重の加え方については、後に図３を利用して詳述する。
【００２４】
また、偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状となっている。そのため、偏心円錐カム１４を回転軸を中心に回転させることにより、圧縮子１２の一方端と接触する側面の位置が周期的に変化して、圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。偏心円錐カム１４の回転運動による荷重の加え方については、後に図５を利用して詳述する。
【００２５】
このように、本実施形態の荷重装置１０は、偏心円錐カム１４のスライド運動と回転運動のうちの少なくとも一方の運動によって、偏心円錐カム１４の側面と圧縮子１２の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える。
【００２６】
なお、荷重装置１０には、圧縮子１２の初期位置を設定するための圧縮子上下機構２２が設けられている。
【００２７】
図２は、圧縮子上下機構２２を説明するための図である。調整シリンダ３０は、円盤状のハンドル部３０ａと円筒状の胴体部３０ｂで構成されており、ハンドル部３０ａを円周に沿って回転させることにより、ハンドル部３０ａに連結されている胴体部３０ｂも回転する。調整シリンダ３０は、その胴体部３０ｂが円筒状のホルダ３４に挿入されている。
【００２８】
ホルダ３４の内部において、ホルダ３４と調整シリンダ３０（胴体部３０ｂ）は、互いに螺合されており、調整シリンダ３０を回転させることによりホルダ３４に対して調整シリンダ３０が上下にスライドする。そして、調整シリンダ３０内を貫通する圧縮子１２が調整シリンダ３０の動きに追従して上下にスライドする。こうして、調整シリンダ３０のハンドル部３０ａを回転させることにより、圧縮子１２が上下方向にスライドする。
【００２９】
ホルダ３４は保持機３２によって固定されている。ホルダ３４と保持機３２の接触部には、荷重の加え過ぎを防止するための安全機構が設けられている。つまり、保持機３２の内部には、ホルダ３４側へ突出するプランジャ４２が設けられており、プランジャ４２が、ホルダ３４の内部に設けられた受け穴４４に挿入されている。受け穴４４にはテーパ面が設けられている。そして、ホルダ３４が上下方向に所定量以上の力で動かされると、プランジャ４２が受け穴４４から外れて、保持機３２からホルダ３４が外れる。
【００３０】
このため、圧縮子１２を下向きに変位させて骨などの硬組織に荷重を加える際に、その荷重量が所定量以上になると、調整シリンダ３０を介してホルダ３４が所定量以上の力で上向きに動かされて保持機３２からホルダ３４が外れる。こうして、圧縮子１２による荷重が解除されて荷重の加え過ぎが防止される。
【００３１】
ちなみに、図２では、保持機３２とホルダ３４との接触部に安全機構を設けているが、例えば、圧縮子１２を二重の円筒構造として、それら二つの円筒の接触部において、一方の円筒にプランジャ４２を設け、他方の円筒に受け穴４４を設けるようにしてもよい。これにより、圧縮子１２に必要以上の反作用力が加えられた場合に、二つの円筒の接触部が外れて、荷重の加え過ぎが防止されるようにしてもよい。
【００３２】
圧縮子１２の先端には、荷重量を計測するためのロードセル３６が取り付けられている。ロードセル３６は、ロードセルホルダ３８内に設けられる。ロードセルホルダ３８は、ロードセル３６を内部に収めた状態で圧縮子１２の先端部を包み込んでいる。ロードセル３６はロードセルホルダ３８に固定されており、ロードセルホルダ３８と圧縮子１２は、上下方向に沿って互いにスライドする。そのため、圧縮子１２が下向きに変位してロードセルホルダ３８を介して骨などに荷重を加える場合、圧縮子１２とロードセルホルダ３８の間のロードセル３６にその荷重が伝えられ、その結果、ロードセル３６によって骨などに加えられる荷重量が計測される。
【００３３】
次に、本実施形態の荷重装置による荷重の加え方について説明する。
【００３４】
図３は、偏心円錐カムのスライド運動による荷重の加え方を説明するための図である。図３には、荷重装置（図１の符号１０）と荷重対象が示されている。なお、図３では、荷重装置の装置本体（図１の符号２６）を図示省略している。
【００３５】
スライド運動によって荷重を加える場合、まず、偏心円錐カム１４を回転させて最大半径の位置で固定する。つまり、カム回転軸と側面との距離（半径）が最大となる位置を圧縮子１２側に向けた状態で偏心円錐カム１４の回転を固定する。なお、偏心円錐カム１４には、カム位置検出穴５６が設けられており、カム位置検出センサ５２がカム位置検出穴５６を検出してカム位置確認ランプ５４を点灯させる。最大半径の位置において、カム位置検出穴５６は二つ設けられており、これら二つの穴に対応したカム位置確認ランプ５４が二つとも点灯することで、最大半径の位置を確認することができる。
【００３６】
偏心円錐カム１４を最大半径の位置で固定した後、圧縮子上下機構２２によって圧縮子１２の位置を調整する。これにより、圧縮子１２の一方端を偏心円錐カム１４の半径ｒ１の位置の側面に接触させた状態で圧縮子１２の他方端を荷重対象に接触させる。この際、予め荷重対象に荷重を加えることが必要であれば、ロードセル出力部６４に表示される荷重値を確認しながら、圧縮子上下機構２２を操作して圧縮子１２の位置を固定する。
【００３７】
圧縮子１２の位置を固定させた後、スライドプレート移動ハンドル６２を操作してスライドプレート２０を左方向にスライドさせる。これにより、スライドプレート２０上に取り付けられた偏心円錐カム１４が、最大半径の位置で回転固定された状態で、スライドプレート２０と共に左方向へスライドする。そして、偏心円錐カム１４の半径ｒ２の位置の側面が圧縮子１２の位置に到達するまで偏心円錐カム１４をスライドさせる。これにより、圧縮子１２が距離（ｒ２−ｒ１）だけ荷重対象に向かって変位し、（ｒ２−ｒ１）のストロークで荷重対象が加圧される。
【００３８】
そして、（ｒ２−ｒ１）のストロークで荷重対象に所定時間だけ荷重を加えた後、スライドプレート移動ハンドル６２を操作してスライドプレート２０を右方向にスライドさせ、偏心円錐カム１４と圧縮子１２の接触点を半径ｒ１の位置に戻す。
【００３９】
図４は、偏心円錐カムのスライド運動による圧縮子の変位を説明するための図である。図４には、横軸を時間軸として縦軸を圧縮子の変位としたグラフが示されており、偏心円錐カムを半径ｒ１の位置と半径ｒ２の位置でスライド運動させた場合の圧縮子の変位が示されている。
【００４０】
つまり、偏心円錐カムの半径ｒ１の位置で圧縮子が接触している状態から半径ｒ２の位置に到達するまでスライドプレートを移動させ、半径ｒ２の位置で所定時間だけスライドプレートを固定し、その後、偏心円錐カムと圧縮子との接触点が半径ｒ１の位置に戻るまでスライドプレートを移動させた場合の圧縮子の変位を示している。
【００４１】
偏心円錐カムのスライド運動によって、図４に示すように、所定の時間だけ所定の変位量で正確に圧縮子を変位させて荷重を加えることが可能になる。
【００４２】
図５は、偏心円錐カムの回転運動による荷重の加え方を説明するための図である。図５には、図３と同様に荷重装置と荷重対象が示されている。
【００４３】
回転運動によって荷重を加える場合、まず、偏心円錐カム１４を回転させて最小半径の位置で固定する。つまり、カム回転軸と側面との距離（半径）が最小となる位置を圧縮子１２側に向けた状態で偏心円錐カム１４の回転を固定する。なお、偏心円錐カム１４には、最小半径の位置において、カム位置検出穴５６が一つだけ設けられており、これがカム位置検出センサ５２によって検出され、カム位置確認ランプ５４が一つだけ点灯することで最小半径の位置を確認することができる。
【００４４】
偏心円錐カム１４を最小半径の位置で固定した後、圧縮子上下機構２２によって圧縮子１２の位置を調整する。これにより、圧縮子１２の一方端を偏心円錐カム１４の側面に接触させた状態で圧縮子１２の他方端を荷重対象に接触させる。この際、予め荷重対象に荷重を加えることが必要であれば、ロードセル出力部６４に表示される荷重値を確認しながら、圧縮子上下機構２２を操作して圧縮子１２の位置を固定する。
【００４５】
圧縮子１２の位置を固定させた後、カム回転機構（図１の符号１６）によって偏心円錐カム１４をその回転軸を中心にして回転させる。偏心円錐カム１４を回転させることにより、偏心円錐カム１４の側面と圧縮子１２との接点が最小半径ｒ０の位置と最大半径ｒ１の位置に周期的に移動する。これにより、圧縮子１２がストローク（ｒ１−ｒ０）の単振動で荷重対象に向かって変位する。つまり、ストローク（ｒ１−ｒ０）の単振動で荷重対象が加圧される。なお、単振動のストロークを変更したければ、スライドプレート２０をスライドさせて、最大半径の位置を変更すればよい。
【００４６】
図６は、偏心円錐カムの回転運動による圧縮子の変位を説明するための図である。図６には、横軸を時間軸として縦軸を圧縮子の変位としたグラフが示されており、偏心円錐カムを最小半径ｒ０、最大半径ｒ１の位置で回転運動させた場合の圧縮子の変位が示されている。
【００４７】
つまり、偏心円錐カムの最小半径ｒ０の位置で圧縮子が接触している状態から最大半径ｒ１の位置に到達するまで偏心円錐カム１４を回転させ、さらに、最大半径ｒ１の位置から最小半径ｒ０の位置に到達するまで偏心円錐カム１４を回転させる。これを３回繰り返した場合の圧縮子の変位を示している。
【００４８】
偏心円錐カムの回転運動によって、図６に示すように、周期的に変化する変位量で正確に圧縮子を変位させて荷重を加えることが可能になる。
【００４９】
図７は、本発明に係る超音波診断システムを説明するための図であり、図７には、荷重装置１０によって荷重が加えられる骨８２の形状変化を超音波診断装置７０によって測定するシステムが示されている。
【００５０】
荷重装置１０は、図１に示す荷重装置１０であり、棒状の圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子１２によって被検者８０の骨８２に荷重を加える。つまり、偏心円錐カム（図１の符号１４）のスライド運動と回転運動によって、圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて骨８２に荷重を加える。ちなみに、診断対象となる骨８２は、例えば、脛骨や腓骨などである。
【００５１】
超音波診断装置７０は、荷重装置１０によって荷重が加えられる骨８２に対して複数の超音波ビームを形成して各超音波ビームごとに骨８２の表面ポイントを特定する。図７では、二つのプローブ７２の各々が５本の超音波ビームを形成している。超音波診断装置７０は、複数の超音波ビームから得られる複数の表面ポイントに基づいて、荷重が加えられることに伴う骨８２の形状変化を測定する。
【００５２】
本実施形態の超音波診断装置７０は、例えば、特許文献１に記載の装置である。つまり、超音波探触子であるプローブ７２を被検者８０の体表に当接させ、プローブ７２によって被検者８０の体内の骨８２に向けて複数の超音波ビームを形成する。プローブ７２を介して取得されるエコー信号は、図示省略する超音波診断装置本体内において信号処理される。例えば、エコートラッキング処理によって各超音波ビームごとに骨８２の表面が検出されて、表面の変位から骨８２の形状変化、例えば特許文献１に詳述される骨表面の角度変化などが測定される。
【００５３】
図３，図４を利用して詳述したように、本実施形態の荷重装置１０は、偏心円錐カムをスライド運動させることにより所定の変位量で所定の時間だけ圧縮子１２を変位させて骨８２に荷重を加えることができる。本システムでは、その荷重が加えられることに伴う骨８２の形状変化を超音波診断装置７０によって測定する。これにより、骨８２に加えられる荷重量と骨８２の形状変化量との関係から骨８２の弾性を評価することができる。例えば、図４に示した圧縮子１２の変位によって、所定量の荷重を所定時間だけ骨８２に加えた際の骨８２の形状変化が測定される。
【００５４】
なお、骨８２に対する荷重は、対象骨が健常骨であれば、２５ニュートン程度で十分な評価が可能である。例えば、２５ニュートンの荷重を５秒程度加える。つまり、図４においてスライドプレートの固定期間を５秒とする。健常骨に対して２５ニュートン程度の荷重であれば、通常、侵襲性の問題は殆どない。対象骨が骨折などの異常骨であれば、侵襲性を考慮して荷重量を減らすなどの措置をとるべきことは言うまでもない。
【００５５】
また、図５，図６を利用して詳述したように、本実施形態の荷重装置１０は、偏心円錐カムを回転運動させることにより周期的に変化する変位量で圧縮子１２を変位させて骨８２に荷重を加えることができる。本システムでは、その荷重が加えられることに伴う骨８２の形状変化を超音波診断装置７０によって測定する。これにより、骨８２に加えられる周期的な荷重に対する骨８２の形状変化の追従性から、骨８２の粘弾性を評価することができる。例えば、図６に示した圧縮子１２の変位によって周期的に変化する荷重を骨８２に加えた際の骨８２の形状変化の追従性が測定される。
【００５６】
図７に示した超音波診断システムでは、荷重装置１０が比較的シンプルな構造でありながら、骨８２に対して所定の荷重を正確に加えることができる。そのため、超音波診断装置７０と組み合わせることによって、弾性や粘弾性などの骨８２の力学的特性を正確に測定することが可能になる。ちなみに、超音波診断装置７０によって骨８２の表面の変位を測定する場合、エコートラッキング処理を利用することにより、マイクロメートルのオーダーで変位を測定することができる。そのため、荷重装置１０は、マイクロメートルのオーダーで圧縮子１２を変位させる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る荷重装置の全体構成図である。
【図２】圧縮子上下機構を説明するための図である。
【図３】偏心円錐カムのスライド運動による荷重の加え方の説明図である。
【図４】スライド運動による圧縮子の変位を説明するための図である。
【図５】偏心円錐カムの回転運動による荷重の加え方の説明図である。
【図６】回転運動による圧縮子の変位を説明するための図である。
【図７】本発明に係る超音波診断システムを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 荷重装置、１２ 圧縮子、１４ 偏心円錐カム、１６ カム回転機構、２０ スライドプレート、７０ 超音波診断装置、８２ 骨。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨などの硬組織の診断に利用される超音波診断システムおよび荷重装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨粗鬆症などの骨代謝疾患の診断や易骨折性の判定、また、骨折治療後の骨癒合を定量的に診断するために、骨強度などの力学的特性の簡便かつ定量的な測定が望まれている。
【０００３】
骨形成や骨癒合の評価はＸ線写真に大きく依存しているが、Ｘ線写真では骨強度を定量的に診断することは困難である。骨強度の従来の測定法として測定対象のサンプル骨の強度試験が知られているものの、サンプル骨の摘出手術が必要であり侵襲的である。また、骨量や骨密度の測定法として、汎用Ｘ線ＣＴの利用、ＤＸＡ（二重エネルギー吸収測定法）装置などが実用化に至っている。しかし、これらはあくまで骨量を測定する手段であって、骨強度を評価することはできない。また、Ｘ線を照射する点では非侵襲的であるとは言えない。
【０００４】
このほかの骨強度を定量評価する試みとしては、創外固定器に歪みゲージを装着してその固定器の歪みを計測する歪みゲージ法、骨に外部から振動を加え固有振動数を評価する振動波法、降伏応力を生じた骨から発生する音波を検出するアコースティックエミッション法などが既存の方法として挙げられる。しかし、これらの方法は適応できる治療法に制限があること、骨に侵襲を加える必要があること、さらに評価精度などの点において問題が残されている。
【０００５】
こうした背景において、本願の発明者らは、骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価する超音波診断装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５２０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された超音波診断装置は、骨に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した複数のエコー信号を取得して各エコー信号ごとに骨表面に対応する表面ポイントを特定し、複数のエコー信号から得られる複数の表面ポイントに基づいて骨の力学的特性を反映した特性情報を生成するものである。そして、骨に対して外的作用を及ぼした場合における骨の力学的特性が評価される。これにより、エコー信号に基づく骨表面の表面ポイントデータから、生体内の骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価することができるという画期的な技術である。
【０００８】
本願の発明者らは、上記特許文献１に記載された画期的な技術をさらに改良し、骨などの硬組織の力学的特性をさらに高い精度で評価する手法について研究を重ねてきた。特に硬組織に対して荷重を加えるための技術について改良を重ねてきた。
【０００９】
本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、硬組織に対して所定の荷重を正確に加える技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重装置は、硬組織に荷重を加える荷重装置であって、回転軸方向に伸長されて回転軸を取り囲む側面を備え、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って変化させた形状であり、且つ、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状である回転部材と、前記回転部材の側面に一方端を接触させる棒状部材と、を有し、前記回転部材の側面と前記棒状部材の一方端との接触点を移動させることにより、前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、ことを特徴とする。
【００１１】
上記態様では、例えば、棒状部材に対して回転部材を運動させて回転部材の側面と棒状部材の一方端との接触点を移動させる。そして、回転部材が棒状部材をその伸長方向に沿って押し込むことなどにより硬組織に荷重を加えることができる。そのため、上記態様では、回転部材の側面の形状や回転部材の運動状態に対応した荷重を加えることができ、硬組織に対して所定の荷重を正確に加えることが容易になる。
【００１２】
望ましい態様において、前記荷重装置は、前記回転部材をその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド手段を有し、前記スライド手段によって前記回転部材をスライド運動させることにより、所定の変位量で所定の時間だけ前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、ことを特徴とする。望ましい態様において、前記荷重装置は、前記回転部材をその回転軸を中心に回転させる回転手段を有し、前記回転手段によって前記回転部材を回転運動させることにより、周期的に変化する変位量で前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、ことを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重装置は、棒状の圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子によって硬組織に荷重を加える荷重装置であって、圧縮子を変位させる偏心円錐カムと、偏心円錐カムの側面に一方端を接触させる圧縮子と、偏心円錐カムをその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド機構と、偏心円錐カムをその回転軸を中心に回転させる回転機構と、を有し、偏心円錐カムのスライド運動と回転運動のうちの少なくとも一方の運動によって偏心円錐カムの側面と圧縮子の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、ことを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断システムは、前記態様の荷重装置と超音波診断装置とを備える超音波診断システムであって、前記超音波診断装置は、前記荷重装置によって荷重が加えられる骨に対して複数の超音波ビームを形成して各超音波ビームごとに骨の表面ポイントを特定し、複数の超音波ビームから得られる複数の表面ポイントに基づいて、荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を測定する、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい態様において、前記超音波診断システムは、前記荷重装置の偏心円錐カムをスライド運動させることにより所定の変位量で所定の時間だけ圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定する。これにより、骨に加えられる荷重量と骨の形状変化量との関係から骨の弾性を評価することができる。
【００１６】
望ましい態様において、前記超音波診断システムは、前記荷重装置の偏心円錐カムを回転運動させることにより周期的に変化する変位量で圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定する。これにより、骨に加えられる荷重に対する骨の形状変化の追従性から骨の粘弾性を評価することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、骨などの硬組織に対して所定の荷重を正確に加えることが可能になる。例えば、硬組織に対して所定量の荷重を加えることや周期的に変化する荷重を加えることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１には、本発明に係る荷重装置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斜視図である。本実施形態の荷重装置１０は、棒状の圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子１２によって骨などの硬組織に荷重を加える装置である。
【００２０】
圧縮子１２は、その伸長方向に沿って変位可能なように装置本体２６に取り付けられている。荷重装置１０は、圧縮子１２を変位させる偏心円錐カム１４を備えており、偏心円錐カム１４の側面に圧縮子１２の一方端が接触している。偏心円錐カム１４は、スライドプレート２０上に回転可能な状態で取り付けられている。
【００２１】
スライドプレート２０は、ローラを介して装置本体２６に取り付けられており、送りネジであるプレートスライドネジ１８が回転することによりスライドされる。プレートスライドネジ１８は、モータや操作者の手によって回転される。なお、スライドプレート２０には、スライド量を測るためのスライド量測定目盛２４が設けられており、操作者はこの目盛によってスライド量を知ることができる。このように、スライドプレート２０によって偏心円錐カム１４は、その回転軸方向に沿ってスライドされる。
【００２２】
さらに、偏心円錐カム１４は、スライドプレート２０上で、カム回転機構１６によってその回転軸を中心に回転される。カム回転機構１６は、モータや操作者の手によって回転される。
【００２３】
偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って徐々に変化させた形状となっている。そのため、偏心円錐カム１４を回転軸方向にスライドさせることにより、圧縮子１２の一方端と接触する側面の位置が徐々に変化して、圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。偏心円錐カム１４のスライド運動による荷重の加え方については、後に図３を利用して詳述する。
【００２４】
また、偏心円錐カム１４は、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状となっている。そのため、偏心円錐カム１４を回転軸を中心に回転させることにより、圧縮子１２の一方端と接触する側面の位置が周期的に変化して、圧縮子１２が伸長方向に沿って変位する。偏心円錐カム１４の回転運動による荷重の加え方については、後に図５を利用して詳述する。
【００２５】
このように、本実施形態の荷重装置１０は、偏心円錐カム１４のスライド運動と回転運動のうちの少なくとも一方の運動によって、偏心円錐カム１４の側面と圧縮子１２の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える。
【００２６】
なお、荷重装置１０には、圧縮子１２の初期位置を設定するための圧縮子上下機構２２が設けられている。
【００２７】
図２は、圧縮子上下機構２２を説明するための図である。調整シリンダ３０は、円盤状のハンドル部３０ａと円筒状の胴体部３０ｂで構成されており、ハンドル部３０ａを円周に沿って回転させることにより、ハンドル部３０ａに連結されている胴体部３０ｂも回転する。調整シリンダ３０は、その胴体部３０ｂが円筒状のホルダ３４に挿入されている。
【００２８】
ホルダ３４の内部において、ホルダ３４と調整シリンダ３０（胴体部３０ｂ）は、互いに螺合されており、調整シリンダ３０を回転させることによりホルダ３４に対して調整シリンダ３０が上下にスライドする。そして、調整シリンダ３０内を貫通する圧縮子１２が調整シリンダ３０の動きに追従して上下にスライドする。こうして、調整シリンダ３０のハンドル部３０ａを回転させることにより、圧縮子１２が上下方向にスライドする。
【００２９】
ホルダ３４は保持機３２によって固定されている。ホルダ３４と保持機３２の接触部には、荷重の加え過ぎを防止するための安全機構が設けられている。つまり、保持機３２の内部には、ホルダ３４側へ突出するプランジャ４２が設けられており、プランジャ４２が、ホルダ３４の内部に設けられた受け穴４４に挿入されている。受け穴４４にはテーパ面が設けられている。そして、ホルダ３４が上下方向に所定量以上の力で動かされると、プランジャ４２が受け穴４４から外れて、保持機３２からホルダ３４が外れる。
【００３０】
このため、圧縮子１２を下向きに変位させて骨などの硬組織に荷重を加える際に、その荷重量が所定量以上になると、調整シリンダ３０を介してホルダ３４が所定量以上の力で上向きに動かされて保持機３２からホルダ３４が外れる。こうして、圧縮子１２による荷重が解除されて荷重の加え過ぎが防止される。
【００３１】
ちなみに、図２では、保持機３２とホルダ３４との接触部に安全機構を設けているが、例えば、圧縮子１２を二重の円筒構造として、それら二つの円筒の接触部において、一方の円筒にプランジャ４２を設け、他方の円筒に受け穴４４を設けるようにしてもよい。これにより、圧縮子１２に必要以上の反作用力が加えられた場合に、二つの円筒の接触部が外れて、荷重の加え過ぎが防止されるようにしてもよい。
【００３２】
圧縮子１２の先端には、荷重量を計測するためのロードセル３６が取り付けられている。ロードセル３６は、ロードセルホルダ３８内に設けられる。ロードセルホルダ３８は、ロードセル３６を内部に収めた状態で圧縮子１２の先端部を包み込んでいる。ロードセル３６はロードセルホルダ３８に固定されており、ロードセルホルダ３８と圧縮子１２は、上下方向に沿って互いにスライドする。そのため、圧縮子１２が下向きに変位してロードセルホルダ３８を介して骨などに荷重を加える場合、圧縮子１２とロードセルホルダ３８の間のロードセル３６にその荷重が伝えられ、その結果、ロードセル３６によって骨などに加えられる荷重量が計測される。
【００３３】
次に、本実施形態の荷重装置による荷重の加え方について説明する。
【００３４】
図３は、偏心円錐カムのスライド運動による荷重の加え方を説明するための図である。図３には、荷重装置（図１の符号１０）と荷重対象が示されている。なお、図３では、荷重装置の装置本体（図１の符号２６）を図示省略している。
【００３５】
スライド運動によって荷重を加える場合、まず、偏心円錐カム１４を回転させて最大半径の位置で固定する。つまり、カム回転軸と側面との距離（半径）が最大となる位置を圧縮子１２側に向けた状態で偏心円錐カム１４の回転を固定する。なお、偏心円錐カム１４には、カム位置検出穴５６が設けられており、カム位置検出センサ５２がカム位置検出穴５６を検出してカム位置確認ランプ５４を点灯させる。最大半径の位置において、カム位置検出穴５６は二つ設けられており、これら二つの穴に対応したカム位置確認ランプ５４が二つとも点灯することで、最大半径の位置を確認することができる。
【００３６】
偏心円錐カム１４を最大半径の位置で固定した後、圧縮子上下機構２２によって圧縮子１２の位置を調整する。これにより、圧縮子１２の一方端を偏心円錐カム１４の半径ｒ１の位置の側面に接触させた状態で圧縮子１２の他方端を荷重対象に接触させる。この際、予め荷重対象に荷重を加えることが必要であれば、ロードセル出力部６４に表示される荷重値を確認しながら、圧縮子上下機構２２を操作して圧縮子１２の位置を固定する。
【００３７】
圧縮子１２の位置を固定させた後、スライドプレート移動ハンドル６２を操作してスライドプレート２０を左方向にスライドさせる。これにより、スライドプレート２０上に取り付けられた偏心円錐カム１４が、最大半径の位置で回転固定された状態で、スライドプレート２０と共に左方向へスライドする。そして、偏心円錐カム１４の半径ｒ２の位置の側面が圧縮子１２の位置に到達するまで偏心円錐カム１４をスライドさせる。これにより、圧縮子１２が距離（ｒ２−ｒ１）だけ荷重対象に向かって変位し、（ｒ２−ｒ１）のストロークで荷重対象が加圧される。
【００３８】
そして、（ｒ２−ｒ１）のストロークで荷重対象に所定時間だけ荷重を加えた後、スライドプレート移動ハンドル６２を操作してスライドプレート２０を右方向にスライドさせ、偏心円錐カム１４と圧縮子１２の接触点を半径ｒ１の位置に戻す。
【００３９】
図４は、偏心円錐カムのスライド運動による圧縮子の変位を説明するための図である。図４には、横軸を時間軸として縦軸を圧縮子の変位としたグラフが示されており、偏心円錐カムを半径ｒ１の位置と半径ｒ２の位置でスライド運動させた場合の圧縮子の変位が示されている。
【００４０】
つまり、偏心円錐カムの半径ｒ１の位置で圧縮子が接触している状態から半径ｒ２の位置に到達するまでスライドプレートを移動させ、半径ｒ２の位置で所定時間だけスライドプレートを固定し、その後、偏心円錐カムと圧縮子との接触点が半径ｒ１の位置に戻るまでスライドプレートを移動させた場合の圧縮子の変位を示している。
【００４１】
偏心円錐カムのスライド運動によって、図４に示すように、所定の時間だけ所定の変位量で正確に圧縮子を変位させて荷重を加えることが可能になる。
【００４２】
図５は、偏心円錐カムの回転運動による荷重の加え方を説明するための図である。図５には、図３と同様に荷重装置と荷重対象が示されている。
【００４３】
回転運動によって荷重を加える場合、まず、偏心円錐カム１４を回転させて最小半径の位置で固定する。つまり、カム回転軸と側面との距離（半径）が最小となる位置を圧縮子１２側に向けた状態で偏心円錐カム１４の回転を固定する。なお、偏心円錐カム１４には、最小半径の位置において、カム位置検出穴５６が一つだけ設けられており、これがカム位置検出センサ５２によって検出され、カム位置確認ランプ５４が一つだけ点灯することで最小半径の位置を確認することができる。
【００４４】
偏心円錐カム１４を最小半径の位置で固定した後、圧縮子上下機構２２によって圧縮子１２の位置を調整する。これにより、圧縮子１２の一方端を偏心円錐カム１４の側面に接触させた状態で圧縮子１２の他方端を荷重対象に接触させる。この際、予め荷重対象に荷重を加えることが必要であれば、ロードセル出力部６４に表示される荷重値を確認しながら、圧縮子上下機構２２を操作して圧縮子１２の位置を固定する。
【００４５】
圧縮子１２の位置を固定させた後、カム回転機構（図１の符号１６）によって偏心円錐カム１４をその回転軸を中心にして回転させる。偏心円錐カム１４を回転させることにより、偏心円錐カム１４の側面と圧縮子１２との接点が最小半径ｒ０の位置と最大半径ｒ１の位置に周期的に移動する。これにより、圧縮子１２がストローク（ｒ１−ｒ０）の単振動で荷重対象に向かって変位する。つまり、ストローク（ｒ１−ｒ０）の単振動で荷重対象が加圧される。なお、単振動のストロークを変更したければ、スライドプレート２０をスライドさせて、最大半径の位置を変更すればよい。
【００４６】
図６は、偏心円錐カムの回転運動による圧縮子の変位を説明するための図である。図６には、横軸を時間軸として縦軸を圧縮子の変位としたグラフが示されており、偏心円錐カムを最小半径ｒ０、最大半径ｒ１の位置で回転運動させた場合の圧縮子の変位が示されている。
【００４７】
つまり、偏心円錐カムの最小半径ｒ０の位置で圧縮子が接触している状態から最大半径ｒ１の位置に到達するまで偏心円錐カム１４を回転させ、さらに、最大半径ｒ１の位置から最小半径ｒ０の位置に到達するまで偏心円錐カム１４を回転させる。これを３回繰り返した場合の圧縮子の変位を示している。
【００４８】
偏心円錐カムの回転運動によって、図６に示すように、周期的に変化する変位量で正確に圧縮子を変位させて荷重を加えることが可能になる。
【００４９】
図７は、本発明に係る超音波診断システムを説明するための図であり、図７には、荷重装置１０によって荷重が加えられる骨８２の形状変化を超音波診断装置７０によって測定するシステムが示されている。
【００５０】
荷重装置１０は、図１に示す荷重装置１０であり、棒状の圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子１２によって被検者８０の骨８２に荷重を加える。つまり、偏心円錐カム（図１の符号１４）のスライド運動と回転運動によって、圧縮子１２をその伸長方向に沿って変位させて骨８２に荷重を加える。ちなみに、診断対象となる骨８２は、例えば、脛骨や腓骨などである。
【００５１】
超音波診断装置７０は、荷重装置１０によって荷重が加えられる骨８２に対して複数の超音波ビームを形成して各超音波ビームごとに骨８２の表面ポイントを特定する。図７では、二つのプローブ７２の各々が５本の超音波ビームを形成している。超音波診断装置７０は、複数の超音波ビームから得られる複数の表面ポイントに基づいて、荷重が加えられることに伴う骨８２の形状変化を測定する。
【００５２】
本実施形態の超音波診断装置７０は、例えば、特許文献１に記載の装置である。つまり、超音波探触子であるプローブ７２を被検者８０の体表に当接させ、プローブ７２によって被検者８０の体内の骨８２に向けて複数の超音波ビームを形成する。プローブ７２を介して取得されるエコー信号は、図示省略する超音波診断装置本体内において信号処理される。例えば、エコートラッキング処理によって各超音波ビームごとに骨８２の表面が検出されて、表面の変位から骨８２の形状変化、例えば特許文献１に詳述される骨表面の角度変化などが測定される。
【００５３】
図３，図４を利用して詳述したように、本実施形態の荷重装置１０は、偏心円錐カムをスライド運動させることにより所定の変位量で所定の時間だけ圧縮子１２を変位させて骨８２に荷重を加えることができる。本システムでは、その荷重が加えられることに伴う骨８２の形状変化を超音波診断装置７０によって測定する。これにより、骨８２に加えられる荷重量と骨８２の形状変化量との関係から骨８２の弾性を評価することができる。例えば、図４に示した圧縮子１２の変位によって、所定量の荷重を所定時間だけ骨８２に加えた際の骨８２の形状変化が測定される。
【００５４】
なお、骨８２に対する荷重は、対象骨が健常骨であれば、２５ニュートン程度で十分な評価が可能である。例えば、２５ニュートンの荷重を５秒程度加える。つまり、図４においてスライドプレートの固定期間を５秒とする。健常骨に対して２５ニュートン程度の荷重であれば、通常、侵襲性の問題は殆どない。対象骨が骨折などの異常骨であれば、侵襲性を考慮して荷重量を減らすなどの措置をとるべきことは言うまでもない。
【００５５】
また、図５，図６を利用して詳述したように、本実施形態の荷重装置１０は、偏心円錐カムを回転運動させることにより周期的に変化する変位量で圧縮子１２を変位させて骨８２に荷重を加えることができる。本システムでは、その荷重が加えられることに伴う骨８２の形状変化を超音波診断装置７０によって測定する。これにより、骨８２に加えられる周期的な荷重に対する骨８２の形状変化の追従性から、骨８２の粘弾性を評価することができる。例えば、図６に示した圧縮子１２の変位によって周期的に変化する荷重を骨８２に加えた際の骨８２の形状変化の追従性が測定される。
【００５６】
図７に示した超音波診断システムでは、荷重装置１０が比較的シンプルな構造でありながら、骨８２に対して所定の荷重を正確に加えることができる。そのため、超音波診断装置７０と組み合わせることによって、弾性や粘弾性などの骨８２の力学的特性を正確に測定することが可能になる。ちなみに、超音波診断装置７０によって骨８２の表面の変位を測定する場合、エコートラッキング処理を利用することにより、マイクロメートルのオーダーで変位を測定することができる。そのため、荷重装置１０は、マイクロメートルのオーダーで圧縮子１２を変位させる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る荷重装置の全体構成図である。
【図２】圧縮子上下機構を説明するための図である。
【図３】偏心円錐カムのスライド運動による荷重の加え方の説明図である。
【図４】スライド運動による圧縮子の変位を説明するための図である。
【図５】偏心円錐カムの回転運動による荷重の加え方の説明図である。
【図６】回転運動による圧縮子の変位を説明するための図である。
【図７】本発明に係る超音波診断システムを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 荷重装置、１２ 圧縮子、１４ 偏心円錐カム、１６ カム回転機構、２０ スライドプレート、７０ 超音波診断装置、８２ 骨。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬組織に荷重を加える荷重装置であって、
回転軸方向に伸長されて回転軸を取り囲む側面を備え、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って変化させた形状であり、且つ、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状である回転部材と、
前記回転部材の側面に一方端を接触させる棒状部材と、
を有し、
前記回転部材の側面と前記棒状部材の一方端との接触点を移動させることにより、前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重装置において、
前記回転部材をその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド手段を有し、
前記スライド手段によって前記回転部材をスライド運動させることにより、所定の変位量で所定の時間だけ前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷重装置において、
前記回転部材をその回転軸を中心に回転させる回転手段を有し、
前記回転手段によって前記回転部材を回転運動させることにより、周期的に変化する変位量で前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項４】
棒状の圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子によって硬組織に荷重を加える荷重装置であって、
圧縮子を変位させる偏心円錐カムと、
偏心円錐カムの側面に一方端を接触させる圧縮子と、
偏心円錐カムをその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド機構と、
偏心円錐カムをその回転軸を中心に回転させる回転機構と、
を有し、
偏心円錐カムのスライド運動と回転運動のうちの少なくとも一方の運動によって偏心円錐カムの側面と圧縮子の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷重装置において、
硬組織に加えられる荷重量を計測するロードセルが前記圧縮子の他方端に設けられる、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項６】
請求項４に記載の荷重装置において、
前記圧縮子の設定位置を伸長方向に沿って移動させて圧縮子の初期位置を設定する圧縮子上下機構を有する、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項７】
請求項４に記載の荷重装置において、
所定量以上の荷重が加えられた際に前記圧縮子による荷重を解除する安全機構を有し、
これにより荷重の加え過ぎが防止される、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項８】
請求項４に記載の荷重装置において、
前記偏心円錐カムの回転軸と側面との距離が最大となる位置と前記偏心円錐カムの回転軸と側面との距離が最小となる位置とを検出するカム位置検出センサと、
検出された最大の位置と最小の位置の各々に対応した表示態様で位置検出の結果を表示するカム位置表示部と、
を有する、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項９】
請求項４に記載の荷重装置と超音波診断装置とを備える超音波診断システムであって、
前記超音波診断装置は、前記荷重装置によって荷重が加えられる骨に対して複数の超音波ビームを形成して各超音波ビームごとに骨の表面ポイントを特定し、複数の超音波ビームから得られる複数の表面ポイントに基づいて、荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を測定する、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波診断システムにおいて、
前記荷重装置の偏心円錐カムをスライド運動させることにより所定の変位量で所定の時間だけ圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定し、これにより、骨に加えられる荷重量と骨の形状変化量との関係から骨の弾性が評価される、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波診断システムにおいて、
前記荷重装置の偏心円錐カムを回転運動させることにより周期的に変化する変位量で圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定し、これにより、骨に加えられる荷重に対する骨の形状変化の追従性から骨の粘弾性が評価される、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項１】
硬組織に荷重を加える荷重装置であって、
回転軸方向に伸長されて回転軸を取り囲む側面を備え、回転軸と側面との距離を回転軸方向に沿って変化させた形状であり、且つ、回転軸と側面との距離を回転方向に沿って変化させた形状である回転部材と、
前記回転部材の側面に一方端を接触させる棒状部材と、
を有し、
前記回転部材の側面と前記棒状部材の一方端との接触点を移動させることにより、前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重装置において、
前記回転部材をその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド手段を有し、
前記スライド手段によって前記回転部材をスライド運動させることにより、所定の変位量で所定の時間だけ前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷重装置において、
前記回転部材をその回転軸を中心に回転させる回転手段を有し、
前記回転手段によって前記回転部材を回転運動させることにより、周期的に変化する変位量で前記棒状部材をその伸長方向に沿って変位させる、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項４】
棒状の圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて圧縮子によって硬組織に荷重を加える荷重装置であって、
圧縮子を変位させる偏心円錐カムと、
偏心円錐カムの側面に一方端を接触させる圧縮子と、
偏心円錐カムをその回転軸方向に沿ってスライドさせるスライド機構と、
偏心円錐カムをその回転軸を中心に回転させる回転機構と、
を有し、
偏心円錐カムのスライド運動と回転運動のうちの少なくとも一方の運動によって偏心円錐カムの側面と圧縮子の一方端との接触点を移動させることにより、圧縮子をその伸長方向に沿って変位させて他方端から硬組織に荷重を加える、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷重装置において、
硬組織に加えられる荷重量を計測するロードセルが前記圧縮子の他方端に設けられる、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項６】
請求項４に記載の荷重装置において、
前記圧縮子の設定位置を伸長方向に沿って移動させて圧縮子の初期位置を設定する圧縮子上下機構を有する、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項７】
請求項４に記載の荷重装置において、
所定量以上の荷重が加えられた際に前記圧縮子による荷重を解除する安全機構を有し、
これにより荷重の加え過ぎが防止される、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項８】
請求項４に記載の荷重装置において、
前記偏心円錐カムの回転軸と側面との距離が最大となる位置と前記偏心円錐カムの回転軸と側面との距離が最小となる位置とを検出するカム位置検出センサと、
検出された最大の位置と最小の位置の各々に対応した表示態様で位置検出の結果を表示するカム位置表示部と、
を有する、
ことを特徴とする荷重装置。
【請求項９】
請求項４に記載の荷重装置と超音波診断装置とを備える超音波診断システムであって、
前記超音波診断装置は、前記荷重装置によって荷重が加えられる骨に対して複数の超音波ビームを形成して各超音波ビームごとに骨の表面ポイントを特定し、複数の超音波ビームから得られる複数の表面ポイントに基づいて、荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を測定する、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波診断システムにおいて、
前記荷重装置の偏心円錐カムをスライド運動させることにより所定の変位量で所定の時間だけ圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定し、これにより、骨に加えられる荷重量と骨の形状変化量との関係から骨の弾性が評価される、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波診断システムにおいて、
前記荷重装置の偏心円錐カムを回転運動させることにより周期的に変化する変位量で圧縮子を変位させて骨に荷重を加え、その荷重が加えられることに伴う骨の形状変化を前記超音波診断装置によって測定し、これにより、骨に加えられる荷重に対する骨の形状変化の追従性から骨の粘弾性が評価される、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２０２７９９（Ｐ２００７−２０２７９９Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５３１２（Ｐ２００６−２５３１２）
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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