JP6719743B2

JP6719743B2 - Ultrasonic fracture treatment device

Info

Publication number: JP6719743B2
Application number: JP2016040347A
Authority: JP
Inventors: 真美松川; 功眞野; 真司高柳; 沙弥果松川; 末利　良一; 良一末利; 竜雄新井; 弥喜屋武
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd; Doshisha Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd; Doshisha Co Ltd
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: JP2017153739A

Description

この発明は、超音波を用いて骨折治療を行う超音波骨折治療装置および超音波骨折治療方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic fracture treatment device and an ultrasonic fracture treatment method for performing fracture treatment using ultrasonic waves.

電気または磁気等の刺激は、骨細胞の増殖に影響を及ぼすことが知られている（例えば非特許文献１を参照）。そこで、近年、超音波を用いた骨折治療が注目されている。例えば、特許文献１には、骨折治療の状況を観察するために、超音波を骨折部位に照射させる装置が記載されている。また、特許文献２には、超音波ビームの指向性を制御することにより、骨折部位に超音波を照射させる装置が記載されている。 It is known that stimulation such as electric or magnetic influences proliferation of bone cells (for example, see Non-Patent Document 1). Therefore, in recent years, attention has been paid to fracture treatment using ultrasonic waves. For example, Patent Document 1 describes a device that irradiates a fracture site with ultrasonic waves in order to observe the condition of fracture treatment. In addition, Patent Document 2 describes a device that irradiates ultrasonic waves to a fracture site by controlling the directivity of an ultrasonic beam.

深田栄一，「骨の電気力学的刺激の研究回顧と展望」，日本生体電気・物理刺激研究会誌２４，pp.1-10，２０１０Fukada Eiichi, "Research and Prospects of Bone Electrodynamic Stimulation", Journal of Bioelectric and Physical Stimulation Research Society of Japan 24, pp.1-10, 2010 特許公開公報第２７９６１７９号公報Patent Publication No. 2796179 特許公開公報第４５６７６４９号公報Patent Publication No. 4567649

しかし、従来の手法および各特許文献に記載の装置では、超音波を骨折部位に照射しているのみである。したがって、より効果的な超音波の照射態様の確立が課題となる。 However, in the conventional method and the devices described in each patent document, ultrasonic waves are only applied to the fracture site. Therefore, the establishment of a more effective ultrasonic wave irradiation mode becomes an issue.

そこで、本発明は、骨折治療に効果的な超音波の照射態様を実現する超音波骨折治療装置および超音波骨折治療方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic fracture treatment device and an ultrasonic fracture treatment method that realize an ultrasonic wave irradiation mode effective for fracture treatment.

本発明の超音波骨折治療装置は、骨折部位を含む皮質骨に向けて超音波を照射するプローブと、前記超音波により発生する誘発電位の方向依存性を有する皮質骨において当該誘発電位の最小値より大きな誘発電位を生じさせる方向から前記骨折部位に対して前記超音波を照射させる、前記プローブの超音波照射方向の設定を行う照射方向設定部と、を備えたことを特徴とする。 The ultrasonic fracture treatment device of the present invention is a probe that irradiates an ultrasonic wave toward a cortical bone including a fracture site, and the minimum value of the evoked potential in the cortical bone that has the direction dependence of the evoked potential generated by the ultrasonic wave. An irradiation direction setting unit configured to set the ultrasonic wave irradiation direction of the probe, in which the ultrasonic wave is irradiated to the fractured part from a direction in which a larger evoked potential is generated.

例えば、皮質骨の断面において、皮質骨の中心（長軸）から外部に向かう方向（長軸に直交する方向）を径方向（Ｒａｄｉａｌ）、皮質骨の長軸の方向を長軸方向（Ａｘｉａｌ）、長軸方向を中心軸とする皮質骨の円周に沿う方向を円周方向（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）とした場合、皮質骨は超音波により発生する誘発電位の方向依存性を有するため、図３に示すように、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内で、ＡｘｉａｌおよびＴａｎｇｅｎｔｉａｌ以外の方向（すなわち、当該誘発電位の最小値より大きな誘発電位を生じさせる方向）から超音波を伝搬させると、誘発電位が大きくなることがわかる。また、図５に示すように、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内においても、ＡｘｉａｌおよびＲａｄｉａｌ以外の方向（すなわち、当該誘発電位の最小値より大きな誘発電位を生じさせる方向）から超音波を伝搬させると、誘発電位が大きくなることがわかる。 For example, in the cross section of cortical bone, the direction from the center (long axis) of the cortical bone to the outside (the direction orthogonal to the long axis) is the radial direction (Radial), and the direction of the long axis of the cortical bone is the long axis direction (Axial). When the direction along the circumference of the cortical bone with the long axis direction as the central axis is taken as the circumferential direction (Tangential), the cortical bone has the direction dependence of the evoked potential generated by ultrasonic waves, and therefore it is shown in FIG. Thus, it is found that when the ultrasonic wave is propagated in a direction other than Axial and Tangential (that is, in a direction in which an evoked potential larger than the minimum value of the evoked potential is generated) in the axial-tangential plane, the evoked potential increases. .. Further, as shown in FIG. 5, even in the Axial-Radial plane, when ultrasonic waves are propagated from a direction other than Axial and Radial (that is, a direction in which an evoked potential larger than the minimum value of the evoked potential is generated), evoked It can be seen that the potential increases.

したがって、本発明の超音波骨折治療装置は、骨折治療に対してより効果的な超音波の照射態様を実現することができる。 Therefore, the ultrasonic fracture treatment device of the present invention can realize a more effective ultrasonic irradiation mode for fracture treatment.

この発明によれば、骨折治療に対してより効果的な超音波の照射態様を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a more effective ultrasonic wave irradiation mode for bone fracture treatment.

図１は、超音波骨折治療装置の主要構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of the ultrasonic fracture treatment device. 図２（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）であり、図２（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図２（Ｃ）は、正面図である。FIG. 2A is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation, FIG. 2B is a side view partially transparent view, and FIG. 2C is a front view. Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、各方向から超音波を照射した場合の誘発電位の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude|size of the evoked potential at the time of irradiating an ultrasonic wave from each direction in an Axial-Tangential plane. 図４（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）であり、図４（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図４（Ｃ）は、正面図である。FIG. 4A is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation, FIG. 4B is a side view partially transparent view, and FIG. 4C is a front view. 図５（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）を示す図であり、図５（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図５（Ｃ）は、正面図である。5A is a diagram showing a perspective view (partially transparent view) during irradiation, FIG. 5B is a side view partially transparent view, and FIG. 5C is a front view. is there. Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、各方向から超音波を照射した場合の誘発電位の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude|size of the evoked potential at the time of irradiating an ultrasonic wave from each direction in an Axial-Radial plane. 図７（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）を示す図であり、図７（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図７（Ｃ）は、正面図である。7A is a diagram showing a perspective view (partially transparent view) during irradiation, FIG. 7B is a side view partially transparent view, and FIG. 7C is a front view. is there. 図８（Ａ）は、側面図一部透過図であり、図８（Ｂ）は、上面図である。FIG. 8A is a partially transparent view of the side view, and FIG. 8B is a top view. 複数の超音波素子を備えたプローブを用いる場合の、照射時の斜視図（一部透過図）である。FIG. 6 is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation when a probe including a plurality of ultrasonic elements is used. 図１０（Ａ）は、アレイ素子を備えた超音波骨折治療装置の主要構成を示すブロック図であり、図１０（Ｂ）は、照射時の斜視図（一部透過図）を示す図である。FIG. 10(A) is a block diagram showing the main configuration of an ultrasonic fracture treatment device equipped with an array element, and FIG. 10(B) is a perspective view (partially transparent view) during irradiation. ..

図１は、超音波骨折治療装置の主要構成を示すブロック図である。図２（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）であり、図２（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図２（Ｃ）は、正面図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of the ultrasonic fracture treatment device. FIG. 2A is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation, FIG. 2B is a side view partially transparent view, and FIG. 2C is a front view.

本実施形態では、皮質骨７１の長軸方向（四肢から足先に向かう方向）をＡｘｉａｌ、当該長さ方向に直交する平面において、皮質骨７１の中心軸（長軸）から外部に向かう径方向（長軸に直交する方向）を径方向（Ｒａｄｉａｌ）、長軸方向を中心軸とする皮質骨７１の円周に沿う方向（皮質骨７１表面の円周方向）を円周方向（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）と称する。 In the present embodiment, the long axis direction (the direction from the extremities to the toes) of the cortical bone 71 is Axial, and in the plane orthogonal to the length direction, the radial direction from the central axis (long axis) of the cortical bone 71 to the outside. The (direction orthogonal to the long axis) is the radial direction (Radial), and the direction along the circumference of the cortical bone 71 whose center axis is the long axis direction (the circumferential direction of the surface of the cortical bone 71) is the circumferential direction (Tangential). To call.

超音波骨折治療装置１は、プローブ２、照射器具２１、送受信部３、制御部４、操作部５、および表示器６を備えている。 The ultrasonic fracture treatment device 1 includes a probe 2, an irradiation instrument 21, a transmission/reception unit 3, a control unit 4, an operation unit 5, and a display unit 6.

操作部５は、マウスまたはキーボード等からなり、ユーザからの操作を受け付ける。操作部５は、例えば送信設定に関する操作または照射開始（治療開始）の操作を受け付ける。制御部４は、操作部５で受け付けた送信設定に関する操作に応じて、送信周波数、パルス幅、または入力電圧等の設定を行う。制御部４は、設定した内容を送受信部３に入力する。送受信部３は、入力された設定条件で超音波信号を発生する。送受信部３は、発生した超音波信号をプローブ２に出力し、プローブ２から超音波を送信させる。また、送受信部３は、プローブ２で受信したエコー信号をデジタル信号に変換し、制御部４へ出力する。 The operation unit 5 includes a mouse, a keyboard, or the like, and receives an operation from a user. The operation unit 5 receives, for example, an operation related to transmission settings or an operation for starting irradiation (starting treatment). The control unit 4 sets the transmission frequency, the pulse width, the input voltage, or the like according to the operation related to the transmission setting received by the operation unit 5. The control unit 4 inputs the set contents to the transmission/reception unit 3. The transmitter/receiver 3 generates an ultrasonic signal under the input setting conditions. The transmitting/receiving unit 3 outputs the generated ultrasonic signal to the probe 2 and causes the probe 2 to transmit the ultrasonic wave. The transmitter/receiver 3 also converts the echo signal received by the probe 2 into a digital signal and outputs the digital signal to the controller 4.

プローブ２は、照射器具２１に固定される。照射器具２１は、照射方向設定部の一例であり、図２（Ａ）に示すように、プローブ２を利用者の四肢等に所定角度で当接させるための器具である。照射方向設定部は、超音波により発生する誘発電位の方向依存性を有する皮質骨において当該誘発電位の最小値より大きな誘発電位を生じさせる方向から骨折部位に対して超音波を照射させる、プローブ２の超音波照射方向の設定を行うものであり、詳細は後述する。 The probe 2 is fixed to the irradiation device 21. The irradiation device 21 is an example of an irradiation direction setting unit, and is a device for bringing the probe 2 into contact with the user's limbs or the like at a predetermined angle, as shown in FIG. The irradiation direction setting unit irradiates the fracture site with ultrasonic waves in a direction that causes an evoked potential larger than the minimum value of the evoked potential in the cortical bone having the direction dependence of the evoked potential generated by the ultrasonic waves. The ultrasonic wave irradiation direction is set, which will be described in detail later.

照射器具２１は、円柱形状であり、底面が四肢の側面に沿う形状となっている。ただし、照射器具２１の形状は、どの様なものであってもよい。 The irradiation device 21 has a cylindrical shape, and the bottom surface has a shape along the side surfaces of the extremities. However, the irradiation instrument 21 may have any shape.

図２（Ｂ）に示すように、照射器具２１の底面を四肢の側面に当接させると、超音波は、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、Ｒａｄｉａｌに対して入射角θ１で皮質骨７１の表面に照射される。また、図２（Ｃ）に示すように、照射器具２１の底面を四肢の側面に当接させると、超音波は、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、Ａｘｉａｌに対して所定角φ１で皮質骨７１の表面を伝搬し、皮質骨７１の骨折部位７０に到達する。 As shown in FIG. 2B, when the bottom surface of the irradiation instrument 21 is brought into contact with the side surfaces of the extremities, ultrasonic waves are incident on the surface of the cortical bone 71 at an incident angle θ1 with respect to Radial in the axial-radial plane. It is irradiated. Further, as shown in FIG. 2C, when the bottom surface of the irradiation instrument 21 is brought into contact with the side surfaces of the extremities, the ultrasonic waves of the cortical bone 71 at a predetermined angle φ1 with respect to Axial within the axial-tangential plane. It propagates on the surface and reaches the fracture site 70 of the cortical bone 71.

ここで、入射角θ１は、軟部組織から皮質骨７１に対する臨界角に対応している。一例として、軟部組織中の音速を１５００ｍ／ｓとし、皮質骨中の音速を４０００ｍ／ｓとすると、臨界角は、約２２°となる。なお、実際には、臨界角は、軟部組織中の音速と皮質骨中の音速とにより決定され、１つの角度値に限らず、所定角度範囲にある。したがって、照射器具２１は、該照射器具２１の底面を四肢の側面に当接させると、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、超音波をＲａｄｉａｌに対して約２２°で皮質骨７１の表面に照射させる。このようにして皮質骨７１に照射された超音波は、皮質骨７１の表面に沿って伝搬し、皮質骨７１の骨折部位７０に到達する。ただし、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、超音波がＡｘｉａｌに対して臨界角で皮質骨７１の表面に照射されることは必須ではない。 Here, the incident angle θ1 corresponds to the critical angle from the soft tissue to the cortical bone 71. As an example, when the speed of sound in soft tissue is 1500 m/s and the speed of sound in cortical bone is 4000 m/s, the critical angle is about 22°. In practice, the critical angle is determined by the speed of sound in soft tissue and the speed of sound in cortical bone, and is not limited to one angle value, but is within a predetermined angle range. Therefore, when the bottom surface of the irradiation device 21 is brought into contact with the side surfaces of the extremities, the irradiation device 21 irradiates ultrasonic waves to the surface of the cortical bone 71 at about 22° with respect to Radial within the axial-radial plane. The ultrasonic waves applied to the cortical bone 71 in this way propagate along the surface of the cortical bone 71 and reach the fracture site 70 of the cortical bone 71. However, in the axial-tangential plane, it is not essential that the ultrasonic wave is applied to the surface of the cortical bone 71 at a critical angle with respect to the axial.

したがって、図２（Ｃ）に示すように、超音波は、骨折部位７０に対して、皮質骨７１の表面に沿ったＡｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、Ａｘｉａｌに対して所定角φ１で皮質骨７１の表面を伝搬し、皮質骨７１の骨折部位７０に対して到達する。 Therefore, as shown in FIG. 2(C), the ultrasonic waves of the cortical bone 71 at a predetermined angle φ1 with respect to the axial in the axial-tangential plane along the surface of the cortical bone 71 with respect to the fracture site 70. It propagates on the surface and reaches the fracture site 70 of the cortical bone 71.

図３は、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、各方向から正圧の超音波を照射した場合の誘発電位の大きさを示す図である。図中の黒丸は正電位を表し、白丸は負電位を表す。図３に示すグラフにおいては、Ａｘｉａｌと一致する方向が０°であり、Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌと一致する方向が２７０°である。また、図３に示すグラフの中心位置は、電位が０であり、外周ほど電位が高くなっている。 FIG. 3 is a diagram showing the magnitude of an evoked potential when positive pressure ultrasonic waves are applied from each direction in the axial-tangential plane. Black circles in the figure represent positive potentials, and white circles represent negative potentials. In the graph shown in FIG. 3, the direction that coincides with Axial is 0°, and the direction that coincides with Tangental is 270°. Further, at the center position of the graph shown in FIG. 3, the potential is 0, and the potential is higher toward the outer periphery.

図３に示すように、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、ＡｘｉａｌおよびＴａｎｇｅｎｔｉａｌの交点に向けて、ＡｘｉａｌまたはＴａｎｇｅｎｔｉａｌに対して４５°（４５°、１３５°、２２５°および３１５°）の方向から超音波を伝搬させると、誘発電位が最も大きくなる（最大値となる）。また、ＡｘｉａｌまたはＴａｎｇｅｎｔｉａｌと一致する方向から超音波を伝搬させると、誘発電位が最も小さくなる（最小値となる）。 As shown in FIG. 3, in the Axial-Tangential plane, ultrasonic waves are transmitted from the direction of 45° (45°, 135°, 225° and 315°) with respect to Axial or Tangential toward the intersection of Axial and Tangential. When propagated, the evoked potential becomes the largest (maximum value). Further, when ultrasonic waves are propagated from a direction that coincides with Axial or Tangential, the evoked potential becomes the smallest (becomes the minimum value).

したがって、照射器具２１は、該照射器具２１の底面を四肢の側面に当接させると、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、超音波がＡｘｉａｌおよびＴａｎｇｅｎｔｉａｌと一致する方向以外の方向（すなわち、皮質骨７１の誘発電位の最小値より大きな誘発電位を生じさせる方向）から超音波が伝搬される（換言すれば、骨折部位７０の周囲の皮質骨７１内を伝搬して骨折部位７０に対して照射される）ように設定されている。また、照射器具２１は、該照射器具２１の底面を四肢の側面に当接させると、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、超音波がＡｘｉａｌまたはＴａｎｇｅｎｔｉａｌに対して４５°±３０°の範囲（図３のハッチング部分を参照）内の方向で伝搬されるように設定されていることが好ましい。さらに、超音波は、ＡｘｉａｌまたはＴａｎｇｅｎｔｉａｌに対して４５°の方向で伝搬されることが最も好ましい。 Therefore, when the irradiation instrument 21 abuts the bottom surface of the irradiation instrument 21 on the side surface of the extremity, in the axial-tangential plane, a direction other than the direction in which the ultrasonic waves match the axial and tangential (that is, the cortical bone 71 Ultrasonic waves are propagated from a direction in which an evoked potential larger than the minimum value of the evoked potential is generated (in other words, propagated in the cortical bone 71 around the fractured site 70 and irradiated to the fractured site 70). Is set. In addition, the irradiation instrument 21, when the bottom surface of the irradiation instrument 21 is brought into contact with the side surface of the extremity, in the Axial-Tangential plane, the ultrasonic wave is in the range of 45°±30° with respect to Axial or Tangential (see FIG. 3). It is preferable to set so as to propagate in the direction within the hatched portion). Further, it is most preferred that the ultrasonic waves be propagated in a direction of 45° with respect to the axial or tangential.

図４（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）であり、図４（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図４（Ｃ）は、正面図である。 FIG. 4A is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation, FIG. 4B is a side view partially transparent view, and FIG. 4C is a front view.

図２においては、超音波骨折治療装置１（照射器具２１）は、皮質骨７１の径方向に直交する当該皮質骨の長軸方向および円周方向以外の方向から、骨折部位７０の周囲の皮質骨７１に超音波を照射させて当該周囲の皮質骨内を伝搬させて間接的に超音波を骨折部位に対して照射させる設定を行っていたが、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、直接的に超音波を骨折部位７０に対して照射させる設定を行ってもよい。この場合も上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。 In FIG. 2, the ultrasonic fracture treatment device 1 (irradiation instrument 21) has a cortex around the fracture site 70 from directions other than the long axis direction and the circumferential direction of the cortical bone 71 which are orthogonal to the radial direction of the cortical bone 71. The bone 71 was set to irradiate ultrasonic waves to propagate through the cortical bone around the bone 71 and indirectly irradiate ultrasonic waves to the fractured site, but it is shown in FIGS. 4(A) to 4(C). As described above, the setting may be made to directly irradiate the bone fracture site 70 with ultrasonic waves. It goes without saying that the same effect as described above can be obtained in this case as well.

以上のように、超音波骨折治療装置は、骨折治療に対してより効果的な超音波の照射態様を実現することができる。ただし、治療を行う者が手動でプローブ２を保持して、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、超音波がＡｘｉａｌおよびＴａｎｇｅｎｔｉａｌと一致する方向以外から超音波を伝搬させるようにしてもよい。 As described above, the ultrasonic fracture treatment device can realize a more effective ultrasonic irradiation mode for fracture treatment. However, a person who performs the treatment may manually hold the probe 2 so that the ultrasonic wave propagates from a direction other than the direction in which the ultrasonic wave coincides with the axial and tangential in the axial-tangential plane.

また、図２（Ａ）〜（Ｃ）、図４（Ａ）〜（Ｃ）および図３においては、皮質骨７１の径方向（Ｒａｄｉａｌ）に直交する当該皮質骨７１の長軸方向（Ａｘｉａｌ）および円周方向（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）以外の方向から、超音波を骨折部位７０に対して照射させる例について示したが、後述するように、皮質骨７１の円周方向（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）に直交する当該皮質骨の長軸方向（Ａｘｉａｌ）および径方向（Ｒａｄｉａｌ）以外の方向から超音波を骨折部位７０に対して照射させる態様であってもよい。 In addition, in FIGS. 2A to 2C, 4A to 4C, and 3, the long axis direction (Axial) of the cortical bone 71 orthogonal to the radial direction (Radial) of the cortical bone 71. Also, an example in which ultrasonic waves are applied to the fracture site 70 from directions other than the circumferential direction (Tangential) has been described, but as will be described later, the cortical bone 71 orthogonal to the circumferential direction (Tangential). The bone fracture site 70 may be irradiated with ultrasonic waves from directions other than the long axis direction (Axial) and the radial direction (Radial).

図５（Ａ）は、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、ＡｘｉａｌおよびＲａｄｉａｌ以外の方向から超音波を骨折部位７０に対して照射させる場合の、照射時の斜視図（一部透過図）であり、図５（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図５（Ｃ）は、正面図である。 FIG. 5A is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation when ultrasonic waves are applied to the fracture site 70 from directions other than Axial and Radial in the Axial-Radial plane. 5(B) is a partially transparent view of a side view, and FIG. 5(C) is a front view.

図５（Ｂ）に示すように、照射器具２１Ａの底面を四肢の側面に当接させると、超音波は、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、Ｒａｄｉａｌに対して入射角θ２で皮質骨７１の表面に照射される。また、図５（Ｃ）に示すように、照射器具２１Ａの底面を四肢の側面に当接させると、超音波は、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、Ａｘｉａｌに沿って皮質骨７１内を伝搬する。 As shown in FIG. 5(B), when the bottom surface of the irradiation instrument 21A is brought into contact with the side surfaces of the extremities, ultrasonic waves are incident on the surface of the cortical bone 71 at an incident angle θ2 with respect to Radial in the axial-radial plane. It is irradiated. Further, as shown in FIG. 5C, when the bottom surface of the irradiation instrument 21A is brought into contact with the side surfaces of the extremities, ultrasonic waves propagate in the cortical bone 71 along the axial line in the axial-tangential plane.

ここで、入射角θ２は、軟部組織から皮質骨７１に対する臨界角よりも小さい角度に設定されている。一例として、軟部組織中の音速を１５００ｍ／ｓとし、皮質骨中の音速を４０００ｍ／ｓとしたときに、入射角θ２は、１５°に設定されている。 Here, the incident angle θ2 is set to an angle smaller than the critical angle from the soft tissue to the cortical bone 71. As an example, when the sound velocity in the soft tissue is 1500 m/s and the sound velocity in the cortical bone is 4000 m/s, the incident angle θ2 is set to 15°.

したがって、照射器具２１Ａは、該照射器具２１Ａの底面を四肢の側面に当接させると、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、超音波をＲａｄｉａｌに対して１５°で皮質骨７１の表面に照射させる。このようにして皮質骨７１に照射された超音波は、皮質骨内に進み、海綿骨または骨髄との界面で反射し、皮質骨７１内を反射しながらＡｘｉａｌ方向に伝搬し、骨折部位７０に対して照射される。 Therefore, when the bottom surface of the irradiation device 21A is brought into contact with the side surfaces of the extremities, the irradiation device 21A irradiates ultrasonic waves to the surface of the cortical bone 71 at 15° with respect to the radial within the axial-radial plane. In this way, the ultrasonic waves applied to the cortical bone 71 travel into the cortical bone, are reflected at the interface with the cancellous bone or bone marrow, propagate in the axial direction while being reflected in the cortical bone 71, and reach the fracture site 70. It is irradiated against.

したがって、図５（Ｃ）に示すように、超音波は、骨折部位７０に対して、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、Ｒａｄｉａｌに対して所定角φ２で伝搬し、骨折部位７０に対して照射される。 Therefore, as shown in FIG. 5C, the ultrasonic wave propagates to the fracture site 70 at a predetermined angle φ2 with respect to the radial within the axial-radial plane and is applied to the fracture site 70. ..

図６は、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、各方向から正圧の超音波を伝搬させた場合の誘発電位の大きさを示す図である。図中の黒丸は正電位を表し、白丸は負電位を表す。図３に示すグラフにおいては、Ａｘｉａｌと一致する方向が０°であり、Ｒａｄｉａｌと一致する方向が９０°である。また、図５に示すグラフの中心位置は、電位が０であり、外周ほど電位が高くなっている。 FIG. 6 is a diagram showing the magnitude of an evoked potential when a positive pressure ultrasonic wave is propagated from each direction in the Axial-Radial plane. Black circles in the figure represent positive potentials, and white circles represent negative potentials. In the graph shown in FIG. 3, the direction that coincides with Axial is 0°, and the direction that coincides with Radial is 90°. Further, at the center position of the graph shown in FIG. 5, the potential is 0, and the potential becomes higher toward the outer periphery.

図６に示すように、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内においても、ＡｘｉａｌおよびＲａｄｉａｌの交点に向けて、ＡｘｉａｌまたはＲａｄｉａｌに対して４５°（４５°、１３５°、２２５°および３１５°）の方向から超音波を伝搬させると、誘発電位が最も大きくなる（最大値となる）。また、ＡｘｉａｌまたはＲａｄｉａｌと一致する方向から超音波を伝搬させると、誘発電位が最も小さくなる（最小値となる）。 As shown in FIG. 6, even in the Axial-Radial plane, ultrasonic waves were applied from the direction of 45° (45°, 135°, 225°, and 315°) with respect to Axial or Radial toward the intersection of Axial and Radial. Is propagated, the evoked potential becomes maximum (maximum value). Further, when ultrasonic waves are propagated from the direction that coincides with Axial or Radial, the evoked potential becomes the smallest (it becomes the minimum value).

したがって、照射器具２１Ａは、該照射器具２１Ａの底面を四肢の側面に当接させると、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、超音波がＡｘｉａｌおよびＲａｄｉａｌと一致する方向以外の方向（すなわち、皮質骨７１の誘発電位の最小値より大きな誘発電位を生じさせる方向）から超音波が伝搬されるように設定されている。また、照射器具２１Ａは、該照射器具２１Ａの底面を四肢の側面に当接させると、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、超音波がＡｘｉａｌまたはＲａｄｉａｌに対して４５°±３０°の範囲内の方向（図６のハッチング部分を参照）で伝搬されるように設定されていることが好ましい。さらに、超音波は、ＡｘｉａｌまたはＲａｄｉａｌに対して４５°の方向で伝搬されることが最も好ましい。 Therefore, when the irradiation device 21A abuts the bottom surface of the irradiation device 21A against the side surface of the extremity, in the Axial-Radial plane, a direction other than the direction in which the ultrasonic waves match the axial and radial directions (that is, the cortical bone 71 The ultrasonic waves are set to propagate from a direction in which an evoked potential larger than the minimum evoked potential is generated). When the bottom surface of the irradiation device 21A is brought into contact with the side surfaces of the extremities, the irradiation device 21A causes ultrasonic waves to fall within a range of 45°±30° with respect to Axial or Radial in the axial-radial plane ( It is preferably set so as to be propagated by (see the hatched portion in FIG. 6). Further, it is most preferable that the ultrasonic waves are propagated in a direction of 45° with respect to the axial or radial.

図７（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）であり、図７（Ｂ）は、側面図一部透過図であり、図４（Ｃ）は、正面図である。 FIG. 7(A) is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation, FIG. 7(B) is a side view partially transparent view, and FIG. 4(C) is a front view.

図７においては、超音波骨折治療装置１（照射器具２１）は、皮質骨７１の円周方向に直交する当該皮質骨７１の長軸方向および径方向以外の方向から、骨折部位７０の周囲の皮質骨７１内で超音波を照射させて当該周囲の皮質骨７１内を伝搬させて間接的に超音波を骨折部位７０に対して照射させる設定を行っていたが、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、直接的に超音波を骨折部位７０に対して照射させる設定を行ってもよい。この場合も上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。 In FIG. 7, the ultrasonic fracture treatment device 1 (irradiation instrument 21) is arranged around the fracture site 70 from a direction other than the long axis direction and the radial direction of the cortical bone 71 orthogonal to the circumferential direction of the cortical bone 71. Although ultrasonic waves are radiated in the cortical bone 71 and propagated through the cortical bone 71 around the cortical bone 71, the ultrasonic waves are indirectly radiated to the fracture site 70, but FIGS. As shown in C), the bone fracture site 70 may be directly irradiated with ultrasonic waves. It goes without saying that the same effect as described above can be obtained in this case as well.

次に、図８（Ａ）は、応用例に係る照射器具２１Ｂの側面図一部透過図であり、図８（Ｂ）は、上面図である。照射器具２１Ｂは、位置確認部２０１をさらに備えている点で、図２（Ａ）〜（Ｃ）の照射器具２１と異なる。その他の構成は、図２（Ａ）〜（Ｃ）の照射器具２１と同様である。 Next, FIG. 8(A) is a side view partially transparent view of the irradiation instrument 21B according to the application example, and FIG. 8(B) is a top view. The irradiation device 21B is different from the irradiation device 21 of FIGS. 2A to 2C in that it further includes a position confirmation unit 201. Other configurations are the same as those of the irradiation device 21 of FIGS. 2(A) to 2(C).

位置確認部２０１は、照射器具２１Ｂの底面側の側面から延びる平板状の部材からなる。位置確認部２０１の上面には、所定形状（この例ではＸ形状）の孔部２１５が複数設けられている。治療を行う者は、利用者の骨折部位に所定形状（この例ではＸ形状）の目印を付け、照射器具２１Ｂを利用者の四肢等に当接させる。治療を行う者は、これら孔部２１５から目印を覗くことが出来る位置に照射器具２１Ｂを移動させる。 The position confirmation unit 201 is formed of a flat plate-shaped member extending from the side surface of the irradiation instrument 21B on the bottom surface side. A plurality of holes 215 having a predetermined shape (X shape in this example) are provided on the upper surface of the position confirmation unit 201. The person who performs the treatment marks the fractured part of the user with a predetermined shape (X shape in this example), and brings the irradiation instrument 21B into contact with the user's limbs or the like. The person who performs the treatment moves the irradiation device 21B to a position where the mark can be seen through the holes 215.

軟部組織の厚みは、人により異なるため、照射器具２１Ｂを当接させる位置は、人によって異なる。しかし、位置確認部２０１には、孔部２１５が複数設けられている。各孔部２１５は、軟部組織の厚み（例えば３ｍｍ用、５ｍｍ用、７ｍｍ用等）に対応している。治療を行う者は、軟部組織の厚みに応じていずれかの孔部２１５に目印を合わせることで、超音波が骨折部位に対して適切に照射されるように、照射器具２１Ｂの位置を合わせることができる。 Since the thickness of the soft tissue varies from person to person, the position at which the irradiation tool 21B abuts varies from person to person. However, the position confirmation unit 201 is provided with a plurality of holes 215. Each hole 215 corresponds to the thickness of the soft tissue (for example, 3 mm, 5 mm, 7 mm, etc.). The person performing the treatment adjusts the position of the irradiation instrument 21B so that the ultrasonic wave is appropriately irradiated to the fractured part by aligning a mark with any of the holes 215 according to the thickness of the soft tissue. You can

また、図８（Ｃ）は、応用例に係る照射器具２１Ｃの側面図一部透過図であり、図８（Ｄ）は、上面図である。照射器具２１Ｃは、位置確認部２０１をさらに備えている点で、図５（Ａ）〜（Ｃ）の照射器具２１Ａと異なる。その他の構成は、図５（Ａ）〜（Ｃ）の照射器具２１Ａと同様である。この場合も、超音波が骨折部位に対して適切に照射されるように、照射器具２１Ｃの位置を合わせることができる。 In addition, FIG. 8C is a side view partially transparent view of the irradiation instrument 21C according to the application example, and FIG. 8D is a top view. The irradiation device 21C is different from the irradiation device 21A in FIGS. 5A to 5C in that the irradiation device 21C further includes a position confirmation unit 201. Other configurations are the same as those of the irradiation device 21A in FIGS. 5(A) to 5(C). Also in this case, the position of the irradiation instrument 21C can be adjusted so that the ultrasonic wave is appropriately irradiated to the fractured part.

次に、図９は、複数の超音波素子を備えたプローブ２Ａを用いる場合の、照射時の斜視図（一部透過図）である。プローブ２Ａは、複数の超音波素子を備える点でプローブ２と異なり、その他の構成はプローブ２と同様である。この場合、皮質骨７１中を伝搬する超音波が多重反射し、骨折部位７０に伝搬される。したがって、より効果的に骨折治療を行うことができる。 Next, FIG. 9 is a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation when the probe 2A including a plurality of ultrasonic elements is used. The probe 2A is different from the probe 2 in that it includes a plurality of ultrasonic elements, and the other configurations are similar to those of the probe 2. In this case, the ultrasonic waves propagating in the cortical bone 71 are multiply reflected and propagate to the fracture site 70. Therefore, fracture treatment can be performed more effectively.

次に、図１０（Ａ）は、アレイ素子を備えた超音波骨折治療装置１Ａの主要構成を示すブロック図であり、図１０（Ａ）は、照射時の斜視図（一部透過図）を示す図である。超音波骨折治療装置１Ａは、超音波骨折治療装置１のプローブ２に代えて、プローブ２Ｂを備えている。プローブ２Ｂは、複数の超音波素子（この例では８個の超音波素子２１−１、超音波素子２１−２、・・・超音波素子２１−８）からなるアレイ素子を備えている。その他の構成は超音波骨折治療装置１と同様である。 Next, FIG. 10(A) is a block diagram showing a main configuration of an ultrasonic fracture treatment device 1A including an array element, and FIG. 10(A) shows a perspective view (partially transparent view) at the time of irradiation. FIG. The ultrasonic fracture treatment device 1A includes a probe 2B instead of the probe 2 of the ultrasonic fracture treatment device 1. The probe 2B includes an array element including a plurality of ultrasonic elements (in this example, eight ultrasonic elements 21-1, ultrasonic elements 21-2,..., Ultrasonic elements 21-8). Other configurations are similar to those of the ultrasonic fracture treatment device 1.

超音波骨折治療装置１Ａの制御部４は、各超音波素子における超音波の出力タイミングを調整する。これにより、制御部４は、プローブ２Ｂから出力される超音波の指向性を制御する。 The control unit 4 of the ultrasonic fracture treatment device 1A adjusts the output timing of ultrasonic waves in each ultrasonic element. As a result, the control unit 4 controls the directivity of the ultrasonic waves output from the probe 2B.

この場合、制御部４により制御された複数の超音波素子により、照射方向設定部が実現される。すなわち、図１０（Ｂ）に示すように、プローブ２Ｂから出力される超音波は、所定の方向に指向性が制御されるため、図５（Ａ）または図９等に示した例と同様に、骨折部位７０に対して、Ａｘｉａｌ−Ｒａｄｉａｌ面内において、所定角（例えば４５°）で伝搬される。また、図２（Ａ）等に示した例のように、骨折部位７０に対して、Ａｘｉａｌ−Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ面内において、所定角（例えば４５°）で伝搬される態様とすることも可能である。 In this case, the irradiation direction setting unit is realized by the plurality of ultrasonic elements controlled by the control unit 4. That is, as shown in FIG. 10(B), the directivity of the ultrasonic wave output from the probe 2B is controlled in a predetermined direction, and therefore, as in the example shown in FIG. 5(A), FIG. 9 or the like. , Propagates at a predetermined angle (for example, 45°) in the axial-radial plane with respect to the fracture site 70. Further, as in the example shown in FIG. 2A and the like, it is possible to adopt a mode in which the bone is propagated at a predetermined angle (for example, 45°) in the axial-tangential plane with respect to the fracture site 70.

さらに、制御部４は、複数の超音波素子が配置された面に対する皮質骨７１の表面の傾斜角を推定し、超音波の指向性を制御するようにしてもよい。制御部４は、各超音波素子から超音波を出力したタイミングと、エコー信号を受信したタイミングとの時間差から、各超音波素子と皮質骨７１との距離を測定することができる。これにより、制御部４は、複数の超音波素子が配置された面に対する皮質骨７１の表面の傾斜角を推定する。制御部４は、推定した皮質骨７１の表面に対して、所定角で超音波が照射されるように、各超音波素子の出力タイミングを調整する。 Furthermore, the control unit 4 may estimate the inclination angle of the surface of the cortical bone 71 with respect to the surface on which the plurality of ultrasonic elements are arranged, and control the directivity of the ultrasonic waves. The control unit 4 can measure the distance between each ultrasonic element and the cortical bone 71 from the time difference between the timing when the ultrasonic wave is output from each ultrasonic element and the timing when the echo signal is received. Thereby, the control unit 4 estimates the inclination angle of the surface of the cortical bone 71 with respect to the surface on which the plurality of ultrasonic elements are arranged. The control unit 4 adjusts the output timing of each ultrasonic element so that the estimated surface of the cortical bone 71 is irradiated with ultrasonic waves at a predetermined angle.

１，１Ａ…超音波骨折治療装置
２，２Ａ，２Ｂ…プローブ
３…送受信部
４…制御部
５…操作部
６…表示器
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…照射器具
７０…骨折部位
７１…皮質骨
２０１…位置確認部
２１−１，２１−２，２１−８…超音波素子
２１５…孔部 1, 1A... Ultrasonic fracture treatment device 2, 2A, 2B... Probe 3... Transmitting/receiving section 4... Control section 5... Operation section 6... Indicators 21, 21A, 21B, 21C... Irradiation instrument 70... Fracture site 71... Cortical bone 201... Position confirmation part 21-1, 21-2, 21-8... Ultrasonic element 215... Hole part

Claims

骨折部位を含む皮質骨に向けて超音波を照射するプローブと、
前記超音波により発生する誘発電位の方向依存性を有する皮質骨において、前記皮質骨の径方向に直交する前記皮質骨の長軸方向または円周方向に対して４５°±３０°の角度の範囲内にある方向から、前記超音波を前記骨折部位に対して照射させる、前記プローブの超音波照射方向の設定を行う照射方向設定部と、
を備えたことを特徴とする超音波骨折治療装置。 A probe that irradiates ultrasonic waves toward cortical bone including a fracture site,
In the cortical bone having the direction dependence of the evoked potential generated by the ultrasonic waves, a range of an angle of 45°±30° with respect to the long axis direction or the circumferential direction of the cortical bone orthogonal to the radial direction of the cortical bone. From a direction inside, irradiate the ultrasonic waves to the fracture site, an irradiation direction setting unit that sets the ultrasonic irradiation direction of the probe,
An ultrasonic fracture treatment device comprising:

請求項１に記載の超音波骨折治療装置であって、
前記照射方向設定部は、直接的に前記超音波を前記骨折部位に対して照射させ、または、前記骨折部位の周囲の皮質骨に前記超音波を照射させて当該周囲の皮質骨内を伝搬させて間接的に前記超音波を前記骨折部位に対して照射させることを特徴とする超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to claim 1, wherein
The irradiation direction setting unit, directly to to irradiate the ultrasonic wave relative to the fracture site, or propagated in the cortical bone of the surrounding by irradiating the ultrasonic waves to the cortical bone around the fracture site An ultrasonic fracture treatment device characterized in that the ultrasonic wave is indirectly applied to the fracture site.

請求項２に記載の超音波骨折治療装置において、
前記照射方向設定部は、
前記間接的に前記超音波を前記骨折部位に照射させる場合に、前記プローブを前記皮質骨の周囲の軟部組織の表面に位置させ、かつ前記軟部組織から前記皮質骨の表面に至る超音波の入射角を臨界角に設定する超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to claim 2,
The irradiation direction setting unit,
When irradiating the fracture site with the ultrasonic wave indirectly, the probe is located on the surface of the soft tissue around the cortical bone, and the ultrasonic wave is incident from the soft tissue to the surface of the cortical bone. An ultrasonic fracture treatment device that sets the angle to a critical angle.

請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超音波骨折治療装置において、
前記照射方向設定部は、
前記長軸方向または前記円周方向に対して４５°の角度の方向から、前記超音波を前記骨折部位に対して照射させる超音波骨折治療装置。 In ultrasound fracture treatment device according to any one of claims 1 to 3,
The irradiation direction setting unit,
An ultrasonic fracture treatment device for irradiating the fracture site with the ultrasonic waves from a direction at an angle of 45° with respect to the long axis direction or the circumferential direction.

骨折部位を含む皮質骨に向けて超音波を照射するプローブと、 A probe that irradiates ultrasonic waves toward cortical bone including a fracture site,
前記超音波により発生する誘発電位の方向依存性を有する皮質骨において、前記皮質骨の円周方向に直交する前記皮質骨の長軸方向または径方向に対して４５°±３０°の角度の範囲内にある方向から、前記超音波を前記骨折部位に対して照射させる、前記プローブの超音波照射方向の設定を行う照射方向設定部と、 In the cortical bone having the direction dependence of the evoked potential generated by the ultrasonic waves, a range of an angle of 45°±30° with respect to the long axis direction or the radial direction of the cortical bone orthogonal to the circumferential direction of the cortical bone. From a direction inside, irradiate the ultrasonic waves to the fracture site, an irradiation direction setting unit that sets the ultrasonic irradiation direction of the probe,
を備えたことを特徴とする超音波骨折治療装置。 An ultrasonic fracture treatment device comprising:

請求項５に記載の超音波骨折治療装置であって、
前記照射方向設定部は、直接的に前記超音波を前記骨折部位に対して照射させ、または、前記骨折部位の周囲の皮質骨に前記超音波を照射させて当該周囲の皮質骨内を伝搬させて間接的に前記超音波を前記骨折部位に対して照射させる
ことを特徴とする超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to claim 5 ,
The irradiation direction setting unit, directly to to irradiate the ultrasonic wave relative to the fracture site, or propagated in the cortical bone of the surrounding by irradiating the ultrasonic waves to the cortical bone around the fracture site The ultrasonic fracture treatment device characterized by indirectly irradiating the ultrasonic wave to the fracture site.

請求項６に記載の超音波骨折治療装置において、
前記照射方向設定部は、
前記間接的に前記超音波を前記骨折部位に照射させる場合に、前記プローブを前記皮質骨の周囲の軟部組織の表面に位置させ、かつ前記軟部組織から前記皮質骨の表面に至る超音波の入射角を臨界角よりも低い角度に設定する超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to claim 6,
The irradiation direction setting unit,
When irradiating the fracture site with the ultrasonic wave indirectly, the probe is located on the surface of the soft tissue around the cortical bone, and the ultrasonic wave is incident from the soft tissue to the surface of the cortical bone. An ultrasonic fracture treatment device that sets the angle to a lower angle than the critical angle.

請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の超音波骨折治療装置において、
前記照射方向設定部は、前記長軸方向または前記径方向に対して４５°の角度の方向から、前記超音波を前記骨折部位に対して照射させる超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to any one of claims 5 to 7 ,
The irradiation direction setting unit is an ultrasonic fracture treatment device for applying the ultrasonic waves to the fracture site from a direction of an angle of 45° with respect to the long axis direction or the radial direction.

請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の超音波骨折治療装置において、
前記皮質骨の周囲の軟部組織の表面において前記骨折部位の位置に対応した箇所に、前記プローブを配置させる位置確認部を備えた超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to any one of claims 1 to 8 ,
An ultrasonic fracture treatment device comprising a position confirmation unit for arranging the probe at a position corresponding to the position of the fracture site on the surface of the soft tissue around the cortical bone.

請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の超音波骨折治療装置において、
前記プローブは、複数の超音波素子を備え、
前記照射方向設定部は、前記各超音波素子の超音波の出力タイミングを制御することにより、前記骨折部位に対して前記超音波を照射させる超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to any one of claims 1 to 9 ,
The probe includes a plurality of ultrasonic elements,
The ultrasonic fracture treatment device in which the irradiation direction setting unit controls the output timing of ultrasonic waves from the ultrasonic elements to irradiate the ultrasonic waves to the fracture site.

請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の超音波骨折治療装置において、
前記照射方向設定部は、前記プローブの超音波照射面に対する前記皮質骨の表面の傾斜角を推定し、前記プローブによる超音波照射方向を設定する超音波骨折治療装置。 The ultrasonic fracture treatment device according to any one of claims 1 to 10 ,
The irradiation direction setting unit estimates the inclination angle of the surface of the cortical bone with respect to the ultrasonic irradiation surface of the probe, and sets the ultrasonic irradiation direction by the probe.