JP4754366B2 - Ultrasonic diagnostic system and load device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic system and a load device used for diagnosis of hard tissue such as bone.
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。 In order to diagnose bone metabolic diseases such as osteoporosis, determination of easy fracture, and quantitative diagnosis of bone healing after fracture treatment, simple and quantitative measurement of mechanical properties such as bone strength is desired. Yes.
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。 Evaluation of bone formation and bone union greatly depends on X-ray photographs, but it is difficult to quantitatively diagnose bone strength with X-ray photographs. Although a strength test of a sample bone to be measured is known as a conventional method for measuring bone strength, a sample bone removal operation is required and is invasive. Further, as a method for measuring bone mass and bone density, use of general-purpose X-ray CT, a DXA (dual energy absorption measurement method) apparatus, and the like have been put into practical use. However, these are merely means for measuring bone mass, and bone strength cannot be evaluated. Moreover, it cannot be said that it is noninvasive in the point which irradiates an X-ray.
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。 Other attempts to quantitatively evaluate bone strength include a strain gauge method in which a strain gauge is attached to an external fixator and the strain of the fixator is measured, and vibration that evaluates the natural frequency by applying external vibration to the bone. Examples of the existing method include a wave method and an acoustic emission method for detecting a sound wave generated from a bone having yield stress. However, these methods still have problems in terms of the limitation of applicable treatment methods, the need to invade bones, and evaluation accuracy.
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)。 Against this background, the inventors of the present application have proposed an ultrasonic diagnostic apparatus that non-invasively and quantitatively evaluates the mechanical characteristics of bone (see Patent Document 1).
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。 The ultrasonic diagnostic apparatus described in Patent Document 1 forms a plurality of ultrasound beams on a bone, acquires a plurality of echo signals corresponding to each ultrasound beam, and corresponds to the bone surface for each echo signal. A surface point to be identified is specified, and characteristic information reflecting the mechanical characteristics of the bone is generated based on a plurality of surface points obtained from a plurality of echo signals. Then, the mechanical characteristics of the bone when an external action is exerted on the bone are evaluated. This is an epoch-making technique that allows non-invasive and quantitative evaluation of bone mechanical properties in vivo from surface point data on the bone surface based on echo signals.
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。 The inventors of the present application have further studied the technique for further improving the epoch-making technique described in Patent Document 1 and evaluating the mechanical characteristics of hard tissues such as bones with higher accuracy. In particular, the technology for applying a load to hard tissue has been improved.
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。 The present invention has been made in such a background, and an object thereof is to provide a technique for accurately applying a predetermined load to hard tissue.
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。 In order to achieve the above object, a load device according to a preferred aspect of the present invention is a load device that applies a load to a hard tissue, and includes a side surface that extends in the direction of the rotation axis and surrounds the rotation axis. A rotating member having a shape in which the distance from the side surface is changed along the rotation axis direction, and a shape in which the distance between the rotating shaft and the side surface is changed in the rotation direction; A rod-shaped member that makes an end contact, and by moving a contact point between the side surface of the rotating member and one end of the rod-shaped member, the rod-shaped member is displaced along the extension direction thereof, and is moved from the other end. A load is applied to the hard tissue.
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。 In the above aspect, for example, the rotating member is moved with respect to the rod-shaped member to move the contact point between the side surface of the rotating member and one end of the rod-shaped member. A load can be applied to the hard tissue, for example, by the rotating member pushing the rod-shaped member along the extending direction thereof. Therefore, in the said aspect, the load corresponding to the shape of the side surface of a rotation member and the motion state of a rotation member can be applied, and it becomes easy to apply a predetermined load correctly with respect to a hard tissue.
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。 In a preferred aspect, the load device includes a slide unit that slides the rotating member along a rotation axis direction thereof, and the sliding member is slid by the sliding unit to perform a predetermined amount of displacement for a predetermined time. Only the rod-shaped member is displaced along its extending direction. In a preferred aspect, the load device includes a rotating unit that rotates the rotating member about a rotation axis thereof, and the rotating member rotates the rotating member by the rotating unit, so that the amount of displacement varies periodically. The rod-shaped member is displaced along its extending direction.
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。 In order to achieve the above object, a load device according to a preferred embodiment of the present invention is a load device that displaces a rod-like compressor along its extension direction and applies a load to a hard tissue by the compressor. , An eccentric conical cam for displacing the compressor, a compressor whose one end is in contact with a side surface of the eccentric conical cam, a slide mechanism for sliding the eccentric conical cam along its rotational axis direction, and an eccentric conical cam for its rotational shaft A rotation mechanism that rotates about the center of the eccentric cone cam, and the contact point between the side surface of the eccentric cone cam and one end of the compressor is moved by at least one of the sliding movement and the rotation movement of the eccentric cone cam. The compressor is displaced along its extending direction, and a load is applied to the hard tissue from the other end.
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。 In order to achieve the above object, an ultrasonic diagnostic system according to a preferred aspect of the present invention is an ultrasonic diagnostic system including the load device and the ultrasonic diagnostic apparatus according to the aspect, and the ultrasonic diagnostic apparatus. Is configured to form a plurality of ultrasonic beams on the bone to which a load is applied by the load device, specify a bone surface point for each ultrasonic beam, and to obtain a plurality of surface points obtained from the plurality of ultrasonic beams. On the basis of this, it is characterized in that a change in the shape of the bone accompanying a load is measured.
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。 In a preferred aspect, the ultrasonic diagnostic system applies a load to the bone by displacing the compressor for a predetermined time by a predetermined amount of displacement by sliding the eccentric conical cam of the load device. The accompanying change in bone shape is measured by the ultrasonic diagnostic apparatus. Thereby, the elasticity of a bone can be evaluated from the relationship between the amount of load applied to the bone and the amount of bone shape change.
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。 In a preferred aspect, the ultrasonic diagnostic system applies a load to the bone by displacing the compressor by a displacement amount that periodically changes by rotating the eccentric cone cam of the load device, and the load is applied. The shape change of the bone accompanying the measurement is measured by the ultrasonic diagnostic apparatus. Thereby, the viscoelasticity of the bone can be evaluated from the followability of the shape change of the bone with respect to the load applied to the bone.
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。 The present invention makes it possible to accurately apply a predetermined load to hard tissue such as bone. For example, a predetermined amount of load can be applied to the hard tissue, or a load that changes periodically can be applied.
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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a load device according to the present invention, and FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration thereof. The load device 10 according to the present embodiment is a device that applies a load to a hard tissue such as bone by displacing the rod-
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。
The
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。
The slide plate 20 is attached to the apparatus main body 26 via a roller, and is slid by rotating the plate slide screw 18 which is a feed screw. The plate slide screw 18 is rotated by a motor or an operator's hand. The slide plate 20 is provided with a slide
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。 Further, the eccentric conical cam 14 is rotated around the rotation axis by the cam rotation mechanism 16 on the slide plate 20. The cam rotation mechanism 16 is rotated by a motor or an operator's hand.
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。
The eccentric conical cam 14 has a shape in which the distance between the rotating shaft and the side surface is gradually changed along the rotating shaft direction. Therefore, by sliding the eccentric conical cam 14 in the direction of the rotation axis, the position of the side surface in contact with one end of the
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。
The eccentric conical cam 14 has a shape in which the distance between the rotation shaft and the side surface is changed along the rotation direction. Therefore, by rotating the eccentric conical cam 14 around the rotation axis, the position of the side surface in contact with one end of the
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。
As described above, the load device 10 of the present embodiment sets the contact point between the side surface of the eccentric cone cam 14 and one end of the
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。
The load device 10 is provided with a compressor up-and-
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。
FIG. 2 is a view for explaining the compressor
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。
Inside the holder 34, the holder 34 and the adjustment cylinder 30 (
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。
The holder 34 is fixed by a holding
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。
For this reason, when the
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。
Incidentally, in FIG. 2, a safety mechanism is provided at the contact portion between the
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。
A load cell 36 for measuring the load amount is attached to the tip of the
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。 Next, how to apply a load by the load device of the present embodiment will be described.
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。 FIG. 3 is a view for explaining how to apply a load by the sliding motion of the eccentric cone cam. FIG. 3 shows a load device (reference numeral 10 in FIG. 1) and a load target. In addition, in FIG. 3, the apparatus main body (code | symbol 26 of FIG. 1) of a load apparatus is abbreviate | omitting illustration.
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。
When applying a load by a sliding motion, first, the eccentric conical cam 14 is rotated and fixed at the position of the maximum radius. That is, the rotation of the eccentric cone cam 14 is fixed in a state where the position where the distance (radius) between the cam rotation shaft and the side surface is maximum is directed to the
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。
After the eccentric cone cam 14 is fixed at the position of the maximum radius, the position of the
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。
After fixing the position of the
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。
Then, after applying a load to the load object for a predetermined time with a stroke of (r 2 −r 1 ), the slide plate moving handle 62 is operated to slide the slide plate 20 to the right, and the eccentric cone cam 14 and the compressor the
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。 FIG. 4 is a diagram for explaining the displacement of the compressor due to the sliding motion of the eccentric cone cam. FIG. 4 shows a graph in which the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is the displacement of the compressor, and the compression when the eccentric cone cam is slid at the position of radius r 1 and the position of radius r 2 is shown. The displacement of the child is shown.
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。 In other words, moving the slide plate until it reaches the position of the radius r 2 from the state in which the compression element is in contact at the position of radius r 1 of the eccentric conical cams, only the slide plate a predetermined time at the position of radius r 2 is fixed Then, the displacement of the compressor when the slide plate is moved until the contact point between the eccentric cone cam and the compressor returns to the position of the radius r 1 is shown.
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。 As shown in FIG. 4, the sliding movement of the eccentric cone cam makes it possible to apply a load by accurately displacing the compressor by a predetermined displacement amount for a predetermined time.
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。 FIG. 5 is a diagram for explaining how to apply a load due to the rotational motion of the eccentric cone cam. FIG. 5 shows the load device and the load object as in FIG.
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。
When applying a load by rotational movement, first, the eccentric conical cam 14 is rotated and fixed at the position of the minimum radius. That is, the rotation of the eccentric cone cam 14 is fixed in a state where the position where the distance (radius) between the cam rotation shaft and the side surface is the minimum is directed toward the
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。
After the eccentric cone cam 14 is fixed at the position of the minimum radius, the position of the
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。
After the position of the
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。 FIG. 6 is a diagram for explaining the displacement of the compressor due to the rotational movement of the eccentric cone cam. FIG. 6 shows a graph in which the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is the displacement of the compressor, and the compression when the eccentric cone cam is rotationally moved at the position of the minimum radius r 0 and the maximum radius r 1 is shown. The displacement of the child is shown.
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。 That is, the eccentric cone cam 14 is rotated from the state in which the compressor is in contact at the position of the minimum radius r 0 of the eccentric cone cam until the position of the maximum radius r 1 is reached, and further from the position of the maximum radius r 1 to the minimum. rotating the eccentric conical cam 14 until it reaches the position of the radius r 0. The displacement of the compressor when this is repeated three times is shown.
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。 By the rotational movement of the eccentric cone cam, as shown in FIG. 6, it is possible to apply a load by accurately displacing the compressor with a periodically changing displacement amount.
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。 FIG. 7 is a diagram for explaining the ultrasonic diagnostic system according to the present invention. FIG. 7 shows a system for measuring the shape change of the bone 82 to which a load is applied by the load device 10 by the ultrasonic diagnostic device 70. It is shown.
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。
The load device 10 is the load device 10 shown in FIG. 1, and the rod-
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。
The ultrasonic diagnostic apparatus 70 forms a plurality of ultrasonic beams with respect to the bone 82 to which a load is applied by the load device 10 and specifies a surface point of the bone 82 for each ultrasonic beam. In FIG. 7, each of the two
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。
The ultrasonic diagnostic apparatus 70 of this embodiment is an apparatus described in Patent Document 1, for example. That is, the
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。
As described in detail with reference to FIGS. 3 and 4, the load device 10 of the present embodiment displaces the
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。 If the target bone is a healthy bone, the load on the bone 82 can be sufficiently evaluated at about 25 Newtons. For example, a 25 Newton load is applied for about 5 seconds. That is, in FIG. 4, the fixed period of the slide plate is 5 seconds. If the load is about 25 Newtons on healthy bone, there is usually almost no invasive problem. Needless to say, if the target bone is an abnormal bone such as a fracture, measures such as reducing the load should be taken in consideration of invasiveness.
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。
Further, as described in detail with reference to FIGS. 5 and 6, the load device 10 of this embodiment displaces the
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。
In the ultrasonic diagnostic system shown in FIG. 7, a predetermined load can be accurately applied to the bone 82 while the load device 10 has a relatively simple structure. Therefore, by combining with the ultrasonic diagnostic apparatus 70, it becomes possible to accurately measure the mechanical characteristics of the bone 82 such as elasticity and viscoelasticity. Incidentally, when the displacement of the surface of the bone 82 is measured by the ultrasonic diagnostic apparatus 70, the displacement can be measured on the order of micrometers by using an echo tracking process. Therefore, the load device 10 displaces the
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。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above is only a mere illustration in all the points, and does not limit the scope of the present invention.
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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Load apparatus, 12 Compressor, 14 Eccentric cone cam, 16 Cam rotation mechanism, 20 Slide plate, 70 Ultrasound diagnostic apparatus, 82 bones.
Claims (11)
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。 A load device for applying a load to a hard tissue,
It has a side surface that extends in the direction of the rotation axis and surrounds the rotation axis, has a shape in which the distance between the rotation axis and the side surface is changed along the rotation axis direction, and the distance between the rotation axis and the side surface extends along the rotation direction. A rotating member having a changed shape,
A rod-shaped member whose one end is in contact with the side surface of the rotating member;
Have
By moving the contact point between the side surface of the rotating member and one end of the rod-shaped member, the rod-shaped member is displaced along its extending direction and a load is applied to the hard tissue from the other end.
A load device characterized by that.
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。 The load device according to claim 1,
Slide means for sliding the rotating member along the direction of the rotation axis;
By sliding the rotating member by the sliding means, the rod-shaped member is displaced along its extending direction by a predetermined displacement amount for a predetermined time.
A load device characterized by that.
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。 The load device according to claim 2,
Rotating means for rotating the rotating member around its rotation axis,
By rotating the rotating member by the rotating means, the rod-shaped member is displaced along its extending direction by a periodically changing amount of displacement.
A load device characterized by that.
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。 A load device that displaces a rod-shaped compressor along its extension direction and applies a load to the hard tissue by the compressor,
An eccentric cone cam for displacing the compressor;
A compressor having one end in contact with the side surface of the eccentric cone cam;
A slide mechanism for sliding the eccentric conical cam along the direction of the rotation axis;
A rotation mechanism for rotating the eccentric cone cam around its rotation axis;
Have
By moving the contact point between the side surface of the eccentric cone cam and one end of the compressor by at least one of the sliding movement and the rotational movement of the eccentric cone cam, the compressor is displaced along its extension direction. Applying a load to the hard tissue from the other end,
A load device characterized by that.
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。 The load device according to claim 4,
A load cell for measuring the amount of load applied to the hard tissue is provided at the other end of the compressor;
A load device characterized by that.
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。 The load device according to claim 4,
A compressor up-and-down mechanism that sets the initial position of the compressor by moving the setting position of the compressor along the extension direction;
A load device characterized by that.
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。 The load device according to claim 4,
Having a safety mechanism for releasing the load by the compressor when a load of a predetermined amount or more is applied;
This prevents overloading,
A load device characterized by that.
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。 The load device according to claim 4,
A cam position detection sensor for detecting a position where the distance between the rotation shaft and the side surface of the eccentric cone cam is maximum and a position where the distance between the rotation shaft and the side surface of the eccentric cone cam is minimum;
A cam position display unit for displaying a result of position detection in a display mode corresponding to each of the detected maximum position and minimum position;
Having
A load device characterized by that.
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。 An ultrasonic diagnostic system comprising the load device according to claim 4 and an ultrasonic diagnostic device,
The ultrasonic diagnostic apparatus forms a plurality of ultrasonic beams on a bone to which a load is applied by the load device, specifies a bone surface point for each ultrasonic beam, and is obtained from the plurality of ultrasonic beams Based on multiple surface points, measure bone shape change as load is applied,
An ultrasonic diagnostic system characterized by that.
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。 The ultrasonic diagnostic system according to claim 9,
By sliding the eccentric cone cam of the load device, the compressor is displaced by a predetermined amount of displacement for a predetermined time and a load is applied to the bone, and the shape change of the bone accompanying the load is applied to the ultrasonic wave Measured by a diagnostic device, whereby the elasticity of the bone is evaluated from the relationship between the amount of load applied to the bone and the amount of bone shape change.
An ultrasonic diagnostic system characterized by that.
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。 The ultrasonic diagnostic system according to claim 10.
Rotating the eccentric conical cam of the load device displaces the compressor with a periodically changing amount of displacement to apply a load to the bone, and the ultrasonic diagnosis for a change in the shape of the bone accompanying the load being applied Measured by the device, whereby the viscoelasticity of the bone is evaluated from the followability of the bone shape change with respect to the load applied to the bone.
An ultrasonic diagnostic system characterized by that.
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