JPH07507224A - 生体内の骨成長を刺激するための非侵襲方法及び手段 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 生体内の骨成長を刺激するための非侵襲方法及び手段発明の背景 本発明は、骨組織内に機械的な歪を誘起する方法及び手段に関し、特に、骨組織 に機械的な負荷を与えることにより、骨減少を防ぎ、骨組織の成長、内方成長、 治癒を促進するための非侵襲方法及び手段に関する。

先行技術の説明 骨組織成長の維持や促進のためのさまざまな方法が、数多くの刊行物や特許に開 示されている。例えば、Ｒｙａｂｙ他による米国特許第４１０５０１７号、第４ ２６６５３２号、第４２６６５３３号、第４３１５５０３号には、骨折の治療や 修復のために、骨組織内に電圧や電流信号を誘導する手段および方法が記載され ている。Ｋｒａｕｓ他による米国特許第３８９０９５３号には、磁場を印加する ことにより骨折の治癒を刺激することが開示されており、その効果は、機械的応 力を導入することであると説明されている。

Ｌｕ１ｚ　Ｄｕａｒｔｅに付与された米国特許第４５３０３６０号には、超音波 を加えることにより骨折を治療する方法が開示されている。また、機械的応力を 与えられた骨の圧電反応について、１９６２年９月２８日発行のサイエンス・マ ガジン第１３７号１０６３〜１０６４頁の「機械的応力に対する応答としての骨 による電位の発生」という論文に開示されている。

従来の、機械的負荷を与えることによる骨組織成長促進および骨維持方法の多く は、大きな歪（例えば、１５００マイクロストレインより大きい）を誘発するに 十分な、比較的低い周波数すなわち低い反復率（例えば、５Ｈｚ未満）の、比較 的大きな負荷を加えるものが一般的な傾向であった。このような負荷を加えるこ とは、必要でないばかりか、骨の維持や健康に有害となるおそれがある。

骨質量の維持は、一般に、骨が受けるピーク歪によって調節されると考えられて いる。したがって、無機質化のために処方される方法には、活発な運動や、例え ばヒールドロップのような衝撃的負荷を！ｊえることさえも含まれている。高齢 名にとっては、これらの治療法を持続することは困難であり、危険でさえある。

高負荷活動は、運動によって防止できると考えられている骨折を引き起こすこと もある。

発明の［目的および概要 本発明の目的は、機械的な負荷をりえる処置により、骨減少を予防し、骨組織の 成長、内）ｊ成長、治癒を促進するための装置および方法を提供することである 。

本発明の別の目的は、機械均質６１を与える技術により、生理学的に比較的高い 周波数における低レベルの歪を骨組織内に導くようにした、骨組織の成長および 維持のための装置および方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、比較的低レベルかつ高反復率すなわち高周波数にお いて、骨組織に機械均質（＝：ｉを与えることを利用した、骨質量を維持し、骨 折を治療するための装置および方法を提供することである。

本発明の他の目的は、骨組織に機械的な負荷を与えることにより、骨質量を維持 し、骨折の治癒を早め、骨の成長と内方成長を促進するための装置および方法を 提１ｔすることである。

本発明の特別の目的は、人間の臀部およびを椎の骨構造に対して上記の目的を達 成するのに特に適した装置を提供することである。

本発明によれば、骨減少を予防し、骨組織の成長、内方成長、治癒を促進するた めの手段は、骨組織に対し、生理学的に基づいた比較的高周波数かつ比較的低レ ベルの機械的負荷を与える装置からなる。骨ａ織に加えられる機械的負荷の周波 数は、約１０〜約５０Ｈｚの範囲にあることが好ましく、機械的負荷のピーク・ トウ・ピークレベルは、約５０〜約５００マイクロストレイン程度の歪を誘起す るのに十分な値であることが好ましい。前述した周波数範囲において誘起される このレベルの歪において機械的負荷を骨組織に与えることにより、骨喪失を防ぎ 、新しい骨の彰成を助長することができる。経皮的負荷として骨に与えられるこ のような歪は、介在する１つ以上の骨連結部すなわち関節を経由した骨伝達によ り、骨折部位や、骨の欠損部位にエネルギーを集中させる。示された周波数範囲 では、マイクロストレインの範囲は、２ｍｍより小さいピーク・トウ・ピーク垂 直変位をもって達成することができる。

骨減少、すなわち、骨質量の喪失は、寝たきり状態、ギブスによる固定、関節１ １１建、あるいは高齢など、筋肉１３動の減少によるところが大きい。骨に対す る筋肉活動の効果を模倣することが可能であれば、このような骨喪失は防止可能 であり、逆転させることさえも可能である。本発明者らは、収縮中の個々の筋肉 細胞の運動から発生する比較的高周波数の振動を分離し、特徴づけた。これは、 すぐドにある骨に、機械的で、周波数特′Ｊ（的な、低レベルの振動を発生させ る。生体内での研究により、本発明名らは、この生理学に基づいた周波数範囲内 で、骨に誘起される非常に低レベルの土が、骨喪失を防止できるとともに、新た な骨の形成の促進さえも可能であることを発見した。

本発明によれば、付減少を防ぎ、骨組織の成長、内方成長、治癒を促進する方法 であって、骨に機械均質Ｒを与えることにより、比較的低レベルの、生理学に基 づいた、比較的高周波数の歪を、骨組織内に誘起する過程を有する方法を実施す るための装置が得られる。歩行やジョギングなどによる従来の機械的負拘法によ り骨に誘起される基本および一次高調波振動数は、１〜１０Ｈｚの範囲にある。

しかしながら、本発明者らは、たとえば筋肉振動により発生するこのような負荷 の、約１０〜約１００Ｈｚの「超生理学的」周波数範囲の高周波数成分は、極め て低い強度で印加された場合にも、骨組織に有益な効果をもたらすことを発見し た。

したがって、骨に与えられる機械的歪の周波数範囲は、約１０〜約１００Ｈｚの 間が好ましく、約１０〜約５０Ｈｚがより好ましい。骨組織内に誘起される歪の 大きさすなわちピーク・トウ・ピークレベルは、上記の周波数範囲において、約 １０〜約１０００マイクロストレインが好ましく、約５０〜約５００マイクロス トレインがより好ましい。機械的歪の最適周波数は、約２５Ｈｚ〜約３５Ｈｚで あり、骨組織内に誘起される負荷の最適ピーク・トウ・ピークレベルは、最適周 波数範囲において、約１００マイクロストレインである。

上述の周波数範囲は、従来の骨治療処置に比べてかなり高いが、歪の大きさは非 常に小さい。例えば、歩行やランニングを含む運動プログラムは、約１もしくは ２Ｈｚの周波数すなわち反復率において機械的賀Ｇｆを印加することを含んでい る。この周波数すなわち１０〜５０Ｈｚの好ましい帯域内の周波数の高レベルの 高調波において、非常に小さなエネルギーが骨組織に伝達され、骨組織細胞活動 を刺激する。その結果、このような運動プログラムは、長期間にわたって続ける 必要がある。その上、骨組織治療処置に用いられる活発な運動や衝撃的な負荷は 、特に高齢石には、持続することが困難であり、危険でさえある。高負荷活動は 、運動によって防ぐことができると考えられている骨折を引き起こすおそれがあ る。

−Ｊハかなり高い周波数においてより小さい機械的歪を印加する本発明の方法は 、骨組織の骨折やｆＭ　Ｗｒの可能性をおさえ、さらに、このような機械的負荷 を与える必要のある期間を短縮する。１０に約５〜約６０分間、約１０〜約５０ Ｈｚの周波数で、約５０〜約５００マイクロストレインを生じさせるに十分な負 荷レベルの機械的歪を受けさせることにより、骨組織内に適切なエネルギーが誘 起されて骨組織細胞活動を刺激すると考えられる。

本発明者らは、不使用性ｆ１減少をもつさまざまな動物について生体内実験を行 なった。この実験では、ＩＨｚの周波数で５００マイクロストレインのピーク・ トウ・ピーク歪を引き起こすに十分な負荷が対照グループに与えられ、１５Ｈｚ の周波数で５００マイクロストレインの歪に対応する負荷を別のグループの動物 に対して誘起した。対照グループは、１０〜１５パーセントの骨喪失を示し、こ れは、不使用により通常予想される１０パーセントの骨質量の減少に相当する。

一方、１５Ｈｚの周波数で５００マイクロストレインを受けた動物は、平均２０ パーセントの骨質量の増加を示した。すなわち、３０％の恩恵があったことにな る。同様にａ効な例が、多孔性インブラント内への骨質の内方成長の促進と骨折 治癒の助長について得られる。

後述する実施例において、本発明は、を椎が直立した状態で患者の身体を支える に十分な実質的に剛性のプレートを用いている。これはプレート上に患者を立た せることによって、あるいは、プレート上に患者を座らせることによって、達成 される。床や椅子やベンチシートのような比較的剛性の支持面を基準として、身 体負荷のかかったプレートの単独の支持部として、剛性柔軟手段［ｓｔｌｌｎｙ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ　ｍｅａｎｓ］が設けられ、比較的剛性の支持面に対する基 準反応を用いてプレートを土ドに駆動するための１つ以上の動的圧力変換器がプ レートの下側に設けられている。柔軟手段のばね定数は、プレートの質量とプレ ートに支えられている身体の質量の総質量について、上記総質量と上記柔軟手段 が１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの範囲の自然共振周波数を示すように定められる。

発明の詳細な説明 以上、本発明の好ましい実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、人体の直立ｍｍをのせた状態の、床上に搭載した実施例を示す、やや 斜視的な簡略図である。

第２図は、椅子に搭載し、人体を着座させる構成の、別の実施例の斜視図である 。

第３図は、略円筒形状の、別の実施例を示す斜視図である。

第４図は、第３図の実施例の簡略縦断面図である。

第４Ａ図は、別の実施例を示す、第４図と同様な図である。

第５図は、さらに別の実施例を示す、第４図と同様な図である。

第６図は、ここでの好ましい実施例を示すための簡略縦断面図である。

第７図は、第１図〜第６図の実施例を動作させるための回路構成を示す概略電気 回路図である。

第８図は、第１の変形を示す第７図と同様の図である。

第９図は、第３の変形を示す第７図と同様の図である。

図面、特に第１図を２照すると、本発明の床置ユニット１０は、上下に間隔をお いた比較的剛性のプレート】１および１２を備え、これらは、ばね鋼製の、逆方 向に反ったシート１３および１４としての剛性柔軟構造により離間されている。

図示の略長か形の形状について、シート１３および１４の反り領域はユニット１ ０の前部から後部まで延在している。そしてこの関係は、ユニット１０の左右方 向全幅にわたって成り立っていることが理解されよう。シート１３および１４の 逆向きの反りによってそれらが上下に離間し、１つ以上の垂直リニアアクチュエ ータあるいはトランスデユーサ１５および１５−の上下の端面を、シート１３お よび１４の反り領域の中央垂直対称面に沿って、搭載することが可能となる。こ のようなアクチュエータあるいはトランスデユーサは、もし０．０５＋旧１１程 度の敬小支ＩＵかｒ・明されるの°〔あれば、圧７１’ｌけのらのを用いてもよ いが、より大きな変位のｌ’ｌＪ能性があるより一般的なケースについては、電 磁アクチュエータが現在のところ好ましい。

このようｔ１電磁アクチュエータは、さまざまム製逍元から商業的に入手できる 。

カリフォルニア州すンマルコスのＢＥＩ　Ｍｏｔｉｏｎ　５ｙｓＬｅ＋ｎｓ　Ｃ 。

Ｉｌｌ　ｐ　ａ　ｎ　ｙのキムコ・マグネティックス部門の、円筒状運動コ・「 ル高ｌｊ：能リニアアクチュエータは、とくに、高エネルギー永久磁石を用いて いる点で、本発明の目的に適しＣいる。この永久磁石は、σ（′ＪＡｒ：Ｌ運動 コイルｌＸｊ造ととしに、ヒステリシスなしで、１０〜５０１１　ｚの範囲のコ ・ｆル励磁と、２ｍｍ以下の範囲の短ストローク動作のための、直線的な力を発 生ずる。図１に示すように、各アクチュエータ＋５（１５−）の下部ずなわら磁 心部をシート（１３，１４Ｊのうちの下方のものに１５級し、各アクチュエータ の１１（質ｉ：Ｌ運動運動ホイル部方のシート〕３のド側に搭載することが好ま しい。

図１の説明を完全にすると、コーナー脚部１６は、プレート１２に対して安定し た床面Ｊ、；準を提１」（シ、プレート１２とシート１４の外縁部の間の比較的 軟質のエラストマー製コーナースペーサ１７は（プレート１１とシート１３の外 縁部の間のスペーサ１８し同様に）、プレート１１の弾性的な前後安定性を提ｆ ｊ（する。

このような安定性は、プレート１１の上面にある、正しい足の配置を示す足型マ ーク１５）により補助されている。また、エラストマー製スペーサ】７および１ ８は、ン−Ｉ・］３および１４の剛性柔軟性に関して、非常に柔軟なため、使用 者の体重に連係した、ユニット１０の振動作用に対するスペーサ１７および１８ の影響は角（視できる。

本発明の目的および骨回復特性を実現するためには、使用者の身体が重要な物理 的構成要素であることが理解されるべきである。

１１’７の重力場（１ｇ）では、１１Ｚ肢骨吃および体軸前出の体重支ｔ″ｊ骨 は、約１０００マ・ｆクロストレインの静的な歪を通常経験している、すなわち 、受けている。

したがって、身１．ｌ−の加進度の人り的な動的撹乱は、これらの体工支ｔｊｊ 骨が受ける歪し・＼ルに、対応する動的変動をもたらすことになる。歪変動の１ Ｊ１）Ｍは、重力加速度に１する、与えられた加速度の比率に比例する。このよ うな人為的な加速度は、身体を動的に移動させることにより与えることが可能で ある。例えば、５０Ｈｚにおける０、０１ｍｍの正弦ピーク・トウ・ピーク変位 は、体ｍ支持骨内の、約１００マイクロストレインの平均誘導歪に対応する、０ ．１ｇの最高身体加速度を生しさせる。

図１において、患者は、好ましい周波数範囲内の上下振動という指定された治療 の間、体重を支え動的な機械的負荷を可能とするための直接リンクとして（連結 部すなわち関節などを介して）の、足、脚部、臀部、を椎の体重支持骨の整列に よって、直立しなければならない。この目的のため、シート１３および１４の剛 性柔軟性が、使用者の身体質量（上部プレート１１の質量もあわせて）に関して 、１０〜５０Ｈｚの範囲の自然共振周波数が、剛性柔軟性およびばね上質量の因 子を特徴づけるように、選択される。使用者がプレート１１の足型１９に載ると 、シート１３および１４の反り部の初期圧縮偏倚が発生する。しカル、自然共振 関係の存在は、自然共振の周波数Ｆにおいて、所望の共振振幅を得るために、ト ランスデユーサ１５および１５′が必要とする駆動エネルギーは比較的小さいこ とを意味する。すなわち、トランスデユーサ１５および１５′からの結合出力と して、この比較的低レベルの人力エネルギーが必要とされる自然共振周波数Ｆは 、下記の関係にしたがっている。

Ｆ−コ） ここで、ｋは、シート１３および１４のばね定数である。Ｍは質量であり、実質 的には使用者の体重であるが、重力定数ｇにより除算されている。特に、共振に おいては、この低レベルの人力エネルギーは、体重に起因する重力より非常に小 さい。例えば、１つよりむしろ２つの（あるいはそれ以上の）トランスデユーサ を振動を刺激するために用いる上述した構造の変形については、それは、運動コ イルあるいは複数のコイルへの電源供給の結合レベルである。

第１図〜第６図の実施例のすべてに適用できる第７図の回路構成の説明に先立ち 、その他の種々の構成例についで説明する。

第２図において、身体支持用の上部プレート３１と、反りのある剛性柔軟シート ３２および３３を介した柔軟な懸架状態は、図１と実質的に同様である。重要な 相違は、第２図においては、下方の柔軟シート３３が、椅子やスツールの座席に 相当する、床面基準用の脚部３５を有する台３４に直接搭載されていることであ る。比較的柔軟なコーナースペーサ３６および３６″は、第１図のスペーサ１７ および１８に対応し、上部プレート３１の向きを安定させるものである。図示の 上部プレートは、使用者の臀部が正確に中心に適合するように輪郭が彫られた上 面を付している。離間した垂直軸列３７および３７′は、剛性柔軟シート３２お よび３３の反り部の間の振動を刺激するために用いられる２つの圧力ドランスデ ューサ３８および３８′のそれぞれの中心軸を示している。第２図のユニットの 動作に含まれる要素は、第１図と実質的に同様である。ただし、第２図のユニッ トに座ったときに使用者が足を床面にのせることによって彼の体重を軽減させた ならば、座位身体１ｉｍ（第２図）が、第１図における使用者の直立質量より軽 量であることを考慮しなければならない。しかし、を椎の骨減少を軽減あるいは 逆転させるという見地からは、第２図の座位構成は、第１図の直立構成と同等に 効果的であるとともに、より快適であると考えられる。

第３図および第４図は、本発明の円筒形状の実施例を示し、ここでは、剛体の円 １１シ上部プレート４０は、スプリング４１として図示された手段により剛性柔 軟性をもって支Ｐｉされている。このスプリングは、プレート４０の下に、複数 個が円周方向に分散配置され、床との接触用の脚部４３を有する剛体の下部プレ ート４２に対して反発する。中央圧力ドランスデューサ４４は、下部プレート４ ２に固定された基部と、上部プレートの下側に係合した運動コイル部とを有して いる。

上部プレート４０上の足型マークすなわちエレメント４５は、使用者に正しい直 立位置を知らせる。エレメント４５には、図７を用いて説明するように、トラン スデユーサ４４の運動コイルへの励起電圧供給の開始および終了のための電気ス イッチ作用をもたせてもよい。外側シェル４６は、上記構成要素のユニットとし ての取扱いを維持する目的で、上記の柔軟懸架構造を覆い、上部プレート４０の 下部フランジと十分型なり合う内部リップを備えている。

第４Ａ図の（に成においては、上部プレート部材４７の剛性柔軟懸架構造は、周 辺に配置した上部および下部スプリングの対による。これは、張力予荷重のもと てそれぞれフレームすなわち）１ウジング構造４０に連結された剛性柔軟フィル スブリング４８および４８゛である。このハウジング構造は、スプリング４８と の連結のための上部フランジ構造ををしている。トランスデユーサ−または駆動 器４４′は第４図において４４で説明したものと同様である。

第５図の構造においては、外観は、第３図に示されているものと概ね同様である 。しかし、剛体の円形上部プレート５０の剛性柔軟懸架には、半径方向外側に向 かう起伏部５１（円周方向に連続的に設けられている）を用いており、この起伏 部は、剛体の下部基底プレート５３の側壁５２の上端に搭載するがよくわからな い］周辺フランジ部まで延在している。ここでも、中央に配置された１つの圧力 ドランスデューサー５４が、所望範囲の周波数における自然共振のための重要な 決定要因として身体質量を含んだ、を効に同調された動作のための刺激用垂直方 向変位を与える役割を果たしている。

第６図は、基本的に剛体の下部プレート７１から間隔をおいた、基本的に剛体の 上部プレート７０を備えた好ましい実施例の概略図である。ここで、下部プレー ト７１は、側壁７２を含む直立フレームすなわちハウジング構造の一部であり、 内側に曲げられたリムフランジ７３が壁７２により支えられ、上部プレート７０ の周辺部と重ね合わせられている。周辺の正なり領域には、上部プレート７０に 支えられた位置決めビン７４が下方に突出し、フランジ７３に形成された穴部７ ５内の遊嵌位置に案内される。この遊嵌位置組立構造を保持するためのスナ・ノ ブリングが図示されている。第３図乃至第５図に示す円形形状の場合には、この ようなのビン・アンド・ホール位置決め結合は３つで十分である。しかし、好ま しい実施例においては、プレート７０および７１は略正方形であり、ビン７４と 穴部７５は４つのコーナーにある。上部プレート７０の剛性柔軟支持は、イリノ イ州ホホイーリングのＳｍａｌｌｅｙ　５ｔｅｅｌ　Ｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ より商業的に入手可能である、リング状の波形スプリングにより得られる。ここ で、周辺部に間隔をおいて配置した１２個のＳｍａｌｌｅｙ製リング状スプすン グユニットｒｓＰ　ＩＲＡＷＡＶＥＪ　（Ｓｍａ　ｌ　ｌ　ａｙ辻部品番号Ｃ１ ７５−Ｈｌ）が、１００〜２００ポンドの範囲の慰者体重の幅に対して十分であ る。すなわち、この種の個々のＳｍａｌｌｅｙ製スプリング７６が、４つのコー ナービン７４により配置され、さらに２つのこれらのスプリングが、フランジ７ ３とプレート７０の間の周辺部なり部の介在している範囲にわたって、リムフラ ンジ７３とプレート７０の間に保持されている。中央に配置された１つの電磁駆 動器は、他の実施例について上述したとおりの性質をもつものであるが、下部プ レート７１に取り付けられた運動コイル機構７７と、上部プレート７０の下側に 取り付けられた外側ハウジング機構７８とを備えている。動作は、他の実施例に ついて説明したものと同様であり、柔軟支持と１２個のスプリングユニット７６ の作用を利用している。

上述したように、第７図の駆動および制御回路は、ここに説明する実施例のいず れにも適用できる。すなわち、図示の回路は、圧力発生器１５の運動コイルに交 流電流を供給し、Ｍであられされる身体質量を重力的に負荷したときに下部プレ ート１２に対して上部プレート１１の自然上下振動を駆動するための信号発生器 手段６０を備えている。ここで、プレート１１の支持体（たとえば第１図の１′ Ｂおよび１４）の剛性柔軟性は、１０〜５０Ｈｚの範囲の垂直共振の自然周波数 を示すように、Ｍの値の範囲に対して選択された。身体質ｍＭを加えることによ り、スイッチ手段６１を介して、計時手段６２の設定により選択された治療時間 、たとえば１０分間の３１時が開始される。治療時間が３１　ａＦＩされている あいだ、信号発生器６０を統括する０Ｎ１０ＦＦスイツチ６３は、（ａ）身体質 ｍＭをプレート１１から取り除くか、（ｂ）スイッチ６３の手動操作要素６４を ｒＯＦＦＪ状態に作動させないかぎりは、発生器６０の「ＯＮ」状態に接続され ている。

異なる使用者は異なる質量を有し、これにより、所望の動作範囲（たとえば１０ 〜５０Ｈｚ）における異なる自然共振周波数がそれぞれ決定される（プレート１ １の懸架の与えられた柔軟性において）という事実の認識において、第７図の回 路は、使用者各人が、自身に固有の自然共振周波数を見いだすための手段を含ん でいる。

すなわち、上部プレートに支持された運動表示センサ６８（変位、速度、または 加速度の）が、少なくとも監視目的で、これらの運動量の少なくとも１つの現在 値を表示する信号を発生するために用いられる。これにより、６７において、振 幅か、現定された監視レベルに：Ｊ！Ｊ１１ｊｉされる。一般に、ピーク・トウ ・ピーク動的加速度は、０．５ｇを越えないレベルに保たれるべきであること、 ５０〜５００マイクロストレインの許容範囲は０．０５〜０．３ｇのピーク・ト ウ・ピーク動的加速度ｍ（０，０１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲のピーク拳トウ・ピ ーク変位に対応する）に対応することが認められる。そして、０．２ｇ未満のピ ーク・トウ・ピーク動的加速度ｔｉｒＬ（０，５ｍｍ未満のピーク・トウ・ピー ク変位値に対応する）に対応する、２００マイクロストレイン未満のより限定さ れた範囲を達成することが好ましい。さらに、ピーク・トウ・ピーク変位は、０ ．　０８ｍｍ−０゜５ｍｍの範囲にあることが好ましく、これは、ピーク・トウ ・ピークで約１００〜２００マイクロストレインという比較的低レベルの身体内 骨組織歪の発生に対応している。さらに、０．０５ｍｍ未満のピーク・Ｉ・つ・ ピーク変位をもって歪を誘起することがより好ましい。

あるいは、視野内にうまくおさまるようにした電流計６５を観察することにより 、発生器６０からトランスデユーサ１５の運動コイルへの出力信号の周波数を変 化させるための周波数制御手段６６を可変調整しながら、使用者は、自身の柔軟 支持された自然共振周波数を示す電流偏差を見出だすことができる。特に、６５ における電流は、自然共振周波数を達成すると、降ドすることが認められる。

使用者体重１００〜２００ボンドの範囲のように、使用者体重の範囲が２：１で ある場合、制御゛ト段６６がこのような範囲において発生Ｗ６０に対して動作す るためには、自然共振の周波数の対応する範囲はＪフ　１、すなわち、１．４； １である。しかし、上述した１０〜５０Ｈｚの範囲は、１．４：１を十分越えて おり、したがって、たとえば２５〜３５Ｈｚの範囲、さらには１５Ｈｚ〜３０Ｈ ２の、より狭い範囲の周波数の利用が好ましいと言える。そして、さらに限定さ れた範囲が最適であることがよく確認されたとき、十分な設備をもつ専門家は、 異なる剛性係数をもつ、選択的に交換可能な、一連の剛性柔軟懸架具１３および １４を必要とする。これにより、個々の使用者体重を、より狭い帯域の自然共振 周波数によりうまく適合させることができる。言い換えれば、専門家が選択的に 交換可能な剛性柔軟懸架具を備え、さらに限定された２９〜３１Ｈｚの周波数範 囲が最適であることが見出だされたならば、体重に関係なく、すべての個人が、 本発明の最適状態の使用により達成可能な骨形成上の恩恵を受けられない理由は ない。

本発明の装置および方法は、従来の機械的負荷による骨治療処置に特有な欠点を 克服するものである。これは、患者、特に高齢者にとって、危険が少なく、より 簡単に適用できる。低レベルの機械的歪は、患者および治療される骨組織に対す る損傷の可能性を抑え、より高い周波数範囲の負荷はこのような機械的負荷にさ らすことが必要とされる期間を短縮する。最後に、骨および結合組織は、上記の 周波数範囲内で誘起された歪に対して鋭敏に反応することが明らがである。

重要なこととして、本発明の使用においての特色として、最も弱い骨構造の領域 は、最大誘起歪、ひいては、そのような使用にともなう有益な治療効果を受けや すい領域であることが指摘される。

本発明は、對減少を防ぐだけでなく、骨折部を「活力化」することにより、すな わち、従来の骨治療法のように骨を固定的に保つのではなく、骨の微小な屈曲を 生しるエネルギーを骨折部に与えることにより、骨折の治療にも適用できる。

本発明は、骨形成の促進にも適用でき、これにより、補填用インブラントや貴移 植片内への骨の成長が促進される。

使用者によっては、個々人にとっての最適治療のために装置を独自に設定するた めの上述の方法にしたがうことができない（もしくはできないと考えている）。

このような場合には、異なる個人体重について適正な自然共振を利用すべく装置 全体を自動設定するための自動化技術を利用することができる。本発明を応用し たさまざまな形態のいくつかの実施例について、原理の概略説明につづき、第８ 図および第９図を２照して説明する。

本装置の意図するところは、我々の米国特許第５１０３８０６号および第５１９ １８８０号に開示された方法の応用を可能とすることである。この目的のため、 １Ｏ−５０Ｈｚ、好ましくｌ！１５〜３０Ｈｚの周波数範囲内で、５０〜５ｏｏ マイ知ストレイン（すなわち、１０−６ストレインの５０〜５００倍）程度の機 械的歪を、体肢骨格および／または体軸骨格に誘起するための装置を説明してき た。

我々は、治療を受ける患者の骨に歪み計を配置することなく、このような治療処 置を実現できることを証明した。これは、我々が、平均して、普通の健康な成人 にχ１して、１ｇの加速度（ＩＩ！ｌ！球のｍ力場）がｆ１組織内に１０００マ イクロストレインの歪を誘起することを証明できたからである。したがって、本 発明の意図は、装置が、１５〜３０Ｈｚの範囲内の０．０５〜０．５ｇの制御さ れた加速度を発生し、これにより、骨内に５０〜５００マイクロストレインを発 生させることである。

治療装置として、考慮すべき最も重要な因子は、加速度。負荷の正確な制御であ る。しかし、商業的な見地からは、本方法を最低限のコストで実現できることが 好都合である。これは、このような加速度を達成するのに必要とされる力を発生 されるために必要な、できるかぎり小さい電磁アクチュエータを用いることによ り最も良く実現できる。これは、アクチュエータが、装置の最も高価な構成要素 であるからである。もちろん、蓄力供給技術を用いないことによる他の利点もあ る。これには、このような非直線的な装置は、正確に制御することが難しく、騒 音が発生し、非効率性が装置の過熱を導くという事実が含まれている。

エネルギー出力、ひいては、必要なアクチュエータの大きさを最小限におさえる ために、我々は、ばね−質量システムのｆｆｉ要な構成要素としてｔ者の質量を 導入した共振装置を開発した。適正に機能させるためには、装置および／または 患者は２つの課題を達成しなければならない。

（１）発生器の駆動周波数は、装置−患者システムの基本共振周波数に同調させ ねばならない。各患者の質量は異なっているため、システムのばね定数が変化し ないものと仮定して、システムの共振周波数は各を者により微妙に異なる。すな わち、共振周波数は、患者の質量の平方根にともなって変化し、１００ボンドの 人と３００ポンドの人では共振周波数の相違は約１．７３になる。この相違のた め、システムをシステム共振に同調させないならば、小さなアクチュエータでは 、所望の加速度を達成するのに必要な変位を加えることができなくなる。したが って同調プロセスは重要である。

（２）駆動信号の振幅を、患者の適正な加速度と、それに対応して、骨格内の適 正な歪を確保するように調整しなければならない。骨格内に誘起される適切な歪 レベルは、治療される状態に依存し、５０〜５００マイクロストレインの間、す なわち、０．０５〜０．５ｇの最高加速度であることが予想される。この装置が 用いられ、異なる指導処置を必要とする、少なくとも４つの別個の臨床状況をあ げる。

（ａ）骨質量の維持／骨多孔症の防ＩＬ・・・０．０５〜０．２ｇの最高加速度 を必要とする。

（ｂ）セメント無使用インブラント内への骨の内方成長の促進・・・０．０５〜 ０゜３ｇの最高加速度を必要とする。

＜ｃ＞骨１］ユ成の促進／骨多孔症の逆転・・・０．０５〜０．０４ｇの最高加 速度を必要する。

（ｄ）骨折部ゆの加速・・・０．０５〜０．５ｇの最高加速度を必要とする。

ｉＩＥ　６ｆｔよ誘起歪レベル／加速度は、医師により決定され、患者の骨の状 態、患者の年齢、患者が受けている薬剤治療、患者が治療を受ける期間に依存す る。とにかく、いったん医師が決定を下したら、装置が処方されたとおりの治療 を行なうことが肝要である。過小負荷では効果はなく、過大負荷は有害である。

装置かこれら２つのｆｆｉ要な課題を達成するにはいくっがの方法がある。しか しＩよから、商業的に入手可能な、もしくは、我々の知る限りにおいて特許され た装置にはこれを達成できるものはないようである。我々は、上述の仕様に合致 した、第６図の基本装置の４つの変形を考案した。

（＾）規定された患者質量に対する共振周波数範囲において、医師により処方さ れたものに一致する振幅で動作するように、患者へ引渡す前に、調節される基本 ユニット。しかしながら、この基本装置でさえ、装置の通常の摩耗や破壊、もし くは、電源線電圧の変化などを補償するために、加速度計からのフィードバック （たとえば６８における出力）を利用したなんらがの自動利得制御（ＡＧＣ）を 必要とする。さもなければ、処方されたとおりの治療を患者が受けることを保証 することはできない。

（Ｂ）共振状聾、ひいては、適切な負荷振幅の手動調節を可能にするための信号 を患者に与えるために、加速度計および駆動電流（電流計）の両方がらのフィー ドバックを利用した、よりフレキシブルな装置。このような装置は、体重減少中 の患者や、ギブスをっけたりはずしたりして装置を使用する患者などに必要とさ れよう。これらのフィードバック信号は、光線列、デジタル読出し、アナログメ −タ、可聴音などの形をとることができる。患者は、アナログあるいはデジタル 人力により直接的に周波数および振幅を：Ａ節できる。本装置をうまく実現させ るためには、ＡＧＣがやはり必要である。

＜Ｃ＞患者がフィードバックを監視しそれに応じて周波数および振幅を調節する 必要を省くための、上記（Ｂ）の装置の改良。すなわち、患者が装置上に直立あ るいは前座して電源を入れると、装置自身が共振状態を「捕え」、ついで処方さ れる振幅を「捕える」ことを可能とする電気回路またはソフトウェアが開発でき た。

（Ｄ）さらなる装置の改良は、特許に、該当する治療法を符号化したソフトウェ ア・キーすなわちカードを与えることにより、装置を「スマート」にするもので ある。この場合、負荷印加要領は極めて精密となり、治療過程において、負荷の 振幅を口々灸更することが可能となる。たとえば、骨折を治癒するための治療に おいて、負荷は比較的高レベル（０，３〜０．５ｇ）で開始され、骨折部成骨の 組織やインブラントがカルシウム沈若を開始すると、低レベル（すなわち０．０ ５〜０．１ｇの維持レベル）に減少する。具体的には、このような減少の時間枠 は約５０口である。内方成長については、「維ｔ、＋７信号」への減少には９０ 口を要する。骨多孔症の逆転については、減少は２年間に伸びる。このような減 少は、スマートカードに組み込むことができ、その勾配を医師により調整するこ とができる。

本装置は、この符号化された手順を「読み取り」、適切に負荷を調節することが できなければならない。このような装置は、患者が何らかの設定を行なう必要を 完全に取り除き、各人の「処方」すなわち治療処置が異なっていたとしても、多 数の使用者が１つの家庭内で同一の装置を利用することが可能となる。

第８図の回路は、Ａ項で述べた「基本ユニット」の構成要素を示している。いく つかの構成要素は第７図と同様であり、したがって同一の参照番号を付しである 。追加の特徴は、制御手段８０てあり、これは、図中の説明のとおり、治療時間 の処方値と、プレート１１と患者の組合わせ質量の自然共振周波数に装置を設定 するための手段を組み込んで示されている。医師は、自身の所有する、より限定 の少ない、診療所の装置を通じて、このような患者の自然共振周波数を確認済み であり、この値を、患者が自身の家庭で使用する装置（第８図）に設定する。

周波数のプリセットのほかに、第８図の装置は、医師が、患者による個々の使用 時の治療時間などのその他の処方データや、６８に示す動的信号から、振幅制御 手段６７への、フィードバック制御信号における自動利得制御を介して維持すべ き出力信号の動的値を入力するための手段を含んでいる。各家庭での治療のため に、患者がしなければならないすべてのことは、プレート１１（または３１）に 直立あるいは着座して体重作動式スイッチ６１を閉じ、手動でオン。オフスイッ チ６３を操作できるように準備することである。

上述したＢ項のよりフレキンプルな装置は、第７図により十分に説明できる。

患者は、６６における調節により周波数を変更しながら電流計６５における急降 下を観察することにより、彼自身の自然共振周波数を確認することができる。振 幅のＡＧＣ制御は、第８図において８０で説明されるとおりであるが、制御手段 ８０のプリセットまたはプリセット可能な特徴は、患者が彼の医師の指示に進ん で従うかぎりは必要ないものである。便宜上、Ｂ項の装置は、制御手段８０に、 運動値、すなわち６８における信号出力の値の瞬間的な大きさの適切な表示とと もに、電流計６５の表示を組み込みことにより実現できる。自然共振特性に手段 ６６を設定したのち、６７において、彼のために処方された運動値に手動で調節 を行なう。その後、上述したＡＧＣ制御により、彼の医師の指示による治療効果 が保証される。

第９図の回路は、上記０項で概説した「改良」の構成要素を示し、すでに説明し た構成要素に対しては参照番号を繰り返し用いている。第９図の装置は、プログ ラム可能な制御手段９０に、対象となる周波数範囲の走査のための、自動走査制 御手段６６°の特徴を基本的に組み込み、電流計６５−（ｒ電流応答手段」とし て図示されている）は、制御手段９０への線９１の出力信号を生じる。これによ り、プレート１１（あるいは３１）に患者の身体質量を加えた自然共振の周波数 を示す、電流信号急降下が識別される。また、制御手段９０のソフトウェアは、 この急降下周波数の識別をなすにおいて、手段６６−から制御手段９０への線９ ２における周波数応答信号に応答する。これにより、自然共振のこのようにして １別された周波数の設定および保ｒｆが可能となる。

第９図において、プリセットは第８図で説明したとおりである。ただし、特定の 患者に対するＴ想自然共振周波数の医０１ｉによる予７１１１に基づき、もし第 ９図が、この患者に対して予ＪＦ＋される自然共振周波数の限界内の、周波数走 査のより狭い上限および下限を与える。このように、第９図の装置は、６１にお いて体重により、６３において手動開始により駆動されると、与えられた治療時 間や処置が進行するという点で、完全に自動である。

第９図の装置は、医師が、彼の患乙に限定的な治療を受けさせることができると ともに、医師が、患者が家に持ち帰り自宅治療のために単純なオンオフ制御を行 なう、第８図のより簡単な機械にプリセットされる基本データを確認できるとい う点て、医師のための診療所用の機械を示したものとして理解できる。

また、第９図の装置は、本発明の使用における患者の治療法が、診療所において 医師により符号化された処方にしたがうようにしたオプションの特徴を示すもの として理解される。これは、たとえば、制御手段９０の一部を形成するカード装 填ガイド９４に、符号化された「スマート」カード９３を挿入することによりな される。すなわち、もし患者が個人的な処方の「スマート」カード９３を持って 医師診療所から帰り、第９図の装置が患者の家にあるならば、単に体重をプレー ト１１　（あるいは３１）に乗せ、患者の第９図の装置のカード装填ガイド９４ に彼の処方の「スマート」カードを挿入することにより、処方された治療が、患 者の自然共振に灼して迅速かつ自動的に設定される。その後医師を訪問すること により、来た＋１，１の処方に変更があれば、この変更は、以前の処方カードの 代わりに５．１に対して発行される新たな「スマート」カード９３に収録される 。

第９図は、さらに、制御手段９０に対するプリセット値に対する直接接続９６と 、制御手段自体に対する直接接続９６を有する、適当なデジタル表示（あるいは 記録）装置９５と連携して、特定の患者のための該当するデジタルデータを９８ におけるデジタル記憶部内に人力できることを示すものとして理解される。この ようなデータは、図中の説明により、患者の訪問時にプリセットされる処方デー タと、励起周波数の観察値とプレート１１（あるいは３１）の運動値を反映する データとを含むものとして、具体的に示されている。記憶手段９８は、このよう に、患者とその経過についてのデータファイルを蓄積するための、および、デー タバンクとして、治療を受けている複数の患者についての対応するデータを照合 するための手段を表している。

さらに、第９図の装置は、医師のための装置を示すものとして理解される。すな わち、来院した患者に対する使用により基本データを確認し、その患者に対する 処方に独臼のプリセット値をこのようにして設定またはその他の方法で決定した あとで、処方カードはブランク（処方データについて）であるかもしれないが、 ガイド９４に挿入し下方向矢印９９により示される限界まで押し下げると、その 限界で止まったカードは自動的にカード上に符号化動作を開始し、これにより、 患者は、彼のために作成されたばかりの「スマート」カード上に、新たに確認さ れた処方ｆ、順を得る。

ＦＩＧ、８ 平成６年１１月２９１１

Claims (46)

【特許請求の範囲】
1. １．ある質量をもつ生体内において骨成長を刺激するための装置において、上記 装置は、 実質的に剛体のプレートであって、上記プレートが水平で脊椎が直立したときに 上記生体を支持するに十分な面積をもつプレートと、上記プレートに結合された 剛性柔軟手段を含む上記プレートを支持するための手段と、 上記プレートの下側に結合され、上記比較的剛性の支持面に対する基準反応を用 いて上記プレートを上下方向に駆動するように配置された動的圧力変換器手段と を有し、 上記柔軟手段のばね定数は、上記プレートの質量とプレートに支持された身体質 量の合計について、上記合計質量と上記柔軟手段が１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの自然共 振周波数を示すようなばね定数であり、上記共振周波数において、かつ、２．０ ｍｍ以内のピーク・トゥ・ピーク変位の範囲において、上記生体の支侍された重 力質量よりも実質的に小さい力をもって、上記変換器手段を駆動する手段を備え たことを特徴とする装置。
2. ２．上記剛性柔軟手段は上記プレートに対して周辺部で結合されていることを特 徴とする請求の範囲第１項の装置。
3. ３．上記剛性柔軟手段は上記プレートの下側に結合されていることを特徴とする 請求の範囲第１項の装置。
4. ４．ある質量をもつ生体内において骨成長を刺激するための装置において、上記 装置は、 脊椎が直立したときに上記生体を支持するに十分な面積をもつ、実質的に剛体の ２枚のプレートと、 上記プレート間に設けられ、水平方向に配置されて下部プレートに対して上部プ レートの重力負荷が加わったときに上記プレートを上下方向に柔軟に連結させる ための剛性柔軟手段と、 上記プレート間に介在し、上記下部プレートに関して上記上部プレートを上下方 向に駆動するように配置された動的圧力変換器手段と、柔軟性をもって連結され ている上記プレートの相対的変位に対して自由度をもって、上記プレートと上記 柔軟手段と上記変換器手段の組立関係を保つ手段とを備え、 上記プレートのうちの下側のプレートが、床面やベンチシートなどの水平支持面 上に設置されたときに、上記プレートの上側のプレートが上向きになって、脊椎 を直立させた生体を支持するように位置決めされ、上記柔軟手段のばね定数は、 上記上部プレートの質量とプレートに支持された身体質量の合計について、上記 合計質量と上記柔軟手段が１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの自然共振周波数を示すようなば ね定数であり、上記共振周波数において、かつ、２．０ｍｍ以内のピーク・トゥ ・ピーク変位の範囲において、上記生体の支持された重力質量よりも実質的に小 さい力をもって、上記変換器手段を駆動する手段を備えたことを特徴とする装置 。
5. ５．ある質量をもつ生体内において骨成長を刺激するための装置において、上記 装置は、 実質的に剛体のプレートであって、上記プレートが水平で有椎が直立したときに 上記生体を支持するに十分な面積をもつプレートと、比較的剛性の水平支持面上 に上記プレートを支持するための、上記プレートの下側に設けた剛性柔軟手段と 、 上記プレートの下側に搭載され、上記比較的剛性の支持面に対する基準反応を用 いて上記プレートを上下方向に駆動するように配置された動的圧力変換器手段と を有し、 上記柔軟手段のばね定数は、上記プレートの質量とプレートに支持された身体質 量の合計について、上記合計質量と上記柔軟手段が１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの自然共 振周波数を示すようなばね定数であり、上記共振周波数において、かつ、２．０ ｍｍ以内のピーク・トゥ・ピーク変位の範囲において、上記生体の支持された重 力質量よりも実質的に小さい力をもって、上記変換器手段を駆動する手段を備え たことを特徴とする装置。
6. ６．上記剛性柔軟手段は上記プレートを支持する単独の手段であることを特徴と する請求の範囲第２項の装置。
7. ７．上記比較的剛性の水平支持面は床面であることを特徴とする請求の範囲第２ 項の装置。
8. ８．上記比較的剛性の支持面は、ベンチシートの表面であることを特徴とする請 求の範囲第２項の装置。
9. ９．ある質量をもつ生体内において骨成長を刺激するための装置において、上記 装置は、 脊惟が直立したときに上記生体を支持するに十分な面積をもつ、実質的に剛体の 上部プレートと、 上記上部プレート上の周辺リムを含み、上記上部プレートが上記リムの内側に露 出して上記生体を支持するように構成された剛性フレーム構造の一部を形成する 剛性下部プレートと、 張力予荷重をかけた上下スプリングの対を周辺に配置してなる剛性柔軟手段であ って、上記上部スプリングは上記上部プレートと上記リムに連結され、上記下部 スプリングは上記上部プレートと上記下部プレートに連結され、これにより上記 上部プレートは、張力予荷重をかけた上記スプリングにより上記フレーム構造に 対して懸架されるように構成された剛性柔軟手段と、上記プレート間に介在し、 上記下部プレートに関して上記上部プレートを上下方向に駆動するように配置さ れた動的圧力変換器手段とを有し、上記柔軟手段のばね定数は、上記上部プレー トの質量とプレートに支持された身体質量の合評質量について、上記合計質量と 上記柔軟手段が１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの自然共振周波数を示すようなばね定数であ り、上記共振周波数において、かつ、２．０ｍｍ以内のピーク・トゥ・ピーク変 位の範囲において、上記生体の支持された重力質量よりも実質的に小さい力をも って、上記変換器手段を駆動する手段を備えたことを特徴とする装置。
10. １０．上記下部プレートは、剛性の床に対する不撓性重力着座基準として用いら れることを特徴とする請求の範囲第４項の装置。
11. １１．上記下部プレートは、椅子フレームに対する不撓性重力着座基準として用 いられることを特徴とする請求の範囲第４項の装置。
12. １２．上記剛性柔軟手段は、上記プレートに連結された上端と、剛性の床に対す る重力着座基準として用いられる下端とを有することを特徴とする請求の範囲第 ５項の装置。
13. １３．上記剛性柔軟手段は、上記プレートに連結された上端と、椅子フレームの 床に対する不撓性重力着座基準として用いられる下端とを有することを特徴とす る請求の範囲第５項の装置。
14. １４．上記剛性柔軟手段は、上記上部プレートの、一体的に形成された周辺構成 要素であることを特徴とする請求の範囲第４項の装置。
15. １５．上記剛性柔軟手段は、上記下部プレートと周辺で接触し、上部プレートを 支持する単独の手段を提供する、上記上部プレートの周辺リムであることを特徴 とする請求の範囲第１４項の装置。
16. １６．上記剛性柔軟手段は、上記プレートの、一体的に形成された周辺構成要素 であり、上記周辺構成要素の周辺はプレートを支持する単独の手段であることを 特徴とする請求の範囲第５項の装置。
17. １７．上記共振周波数は２５Ｈｚ〜３５Ｈｚの範囲にあることを特徴とする請求 の範囲第４項あるいは第５項の装置。
18. １８．上記ピーク・トゥ・ピーク変位は０．０１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲にあり 、ピーク・トゥ・ピークで約５０〜約５００マイクロストレインの比較的低レベ ルにおける上記生体内の骨組織歪の発生に対応することを特徴とする請求の範囲 第４項あるいは第５項の装置。
19. １９．上記ピーク・トゥ・ピーク変位は０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にあり 、ピーク・トゥ・ピークで約１００〜約２００マイクロストレインの比較的低レ ベルにおける上記生体内の骨組織歪の発生に対応することを特徴とする請求の範 囲第４項あるいは第５項の装置。
20. ２０．上記ピーク・トゥ・ピーク変位は少なくとも実質的に０．０５ｍｍ以下で あることを特徴とする請求の範囲第４項あるいは第５項の装置。
21. ２１．上記変換器手段を駆動する上記手段は、駆動周波数を上記範囲内の共振周 波数に調節する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第４項あるいは第５項の 装置。
22. ２２．上記変換器手段は電磁リニアアクチュエータであることを特徴とする請求 の範囲第４項あるいは第５項の装置。
23. ２３．上記変換器手段は圧電アクチュエータであることを特徴とする請求の範囲 第４項あるいは第５項の装置。
24. ２４．上記剛性柔軟手段のばね定数をｋとし、上記剛性柔軟手段により支持され た質量（上記生体の質量を含む）をＭとすると、上記変換器手段を駆動する上記 手段は、商ｋ／Ｍの平方根に実質的に等しい単一の周波数に駆動周波数を自動的 に調節する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第４項あるいは第５項の装置 。
25. ２５．上記変換器手段を駆動する上記手段は、上記装置に対して生体重量を加え たときに上記剛性柔軟手段の圧縮変位に応答するスイッチ手段により活性化され ることを特徴とする請求の範囲第４項あるいは第５項の装置。
26. ２６．上記変換器手段を駆動する上記手段は、上記装置に対して生体重量を加え たときに上記剛性柔軟手段の圧縮変位に応答するスイッチ手段により活性化され 、身体負荷を受けた変換器作動の所定期間の時間切れの時点で上記変換器手段の 駆動を解除する期間計時手段が上記変換器駆動手段に連結されていることを特徴 とする請求の範囲第４項あるいは第５項の装置。
27. ２７．上記変換器手段を駆動する手段は、交流電流信号発生器であり、自然共振 周波数の上記範囲内で出力周波数を選択的に変化させる手段と、自然共振におい てかつ周波数変化の過程において上記上部プレートの瞬間的運動値を監視する手 段とを備え、加えられた各個人の身体質量に対して自然共振を生じるようにした ことを特徴とする請求の範囲第４項あるいは第５項の装置。
28. ２８．上記変換器手段を駆動する手段は、交流電流信号発生器であり、上記変換 器手段の出力電流の大きさを選択的に変化させる手段と、上記上部プレートに支 持され自然共振において上記上部プレートの瞬間的運動値を反映する量を監視す る手段とを備え、上記変換器手段に与えられた電流の大きさを、予め定められた 監視限界にまたはその範囲内で選択的に調節することを可能としたことを特徴と する請求の範囲第４項あるいは第５項の装置。
29. ２９．上記変換器手段を駆動する手段は、交流電流信号発生器であり、上記変換 器手段の出力電流の大きさを選択的に変化させる手段と、上記上部プレートに支 持され自然共振において上記上部プレートの最大動的加速度の瞬間的値を監視し て、出力電流を、０．３ｇの最大監視動的加速度値に対応する上限に制御するす るようにした加速度計手段とを備えたことを特徴とする請求の範囲第４項あるい は第５項の装置。
30. ３０．上記変換器手段を駆動する手段は、交流電流信号発生器であり、上記変換 器手段の出力電流の大きさを選択的に変化させる手段と、上記上部プレートに支 持され上記自然共振において上記上部プレートのピーク・トゥ・ピーク変位の瞬 間的値を監視して、出力電流を、２．０ｍｍの最大監視ピーク・トゥ・ピーク変 位に対応する上限に制御するようにした変位応答監視手段とを備えたことを特徴 とする請求の範囲第４項あるいは第５項の装置。
31. ３１．ある質量をもつ脊椎動物生体内において骨成長を刺激するための装置にお いて、上記装置は、 実質的に剛体のプレートであって、上記プレートが水平で脊権が直立したときに 上記生体を支持するに十分な面積をもつプレートと、上記プレートに結合された 剛性柔軟手段を含む上記プレートを支持するための下段と、 上記プレートの下側に結合され、上記比較的剛性の支持面に対する基準反応を用 いて上記プレートを上下方向に駆動するように配置された動的圧力変換器手段と を有し、 上記柔軟手段は、上記プレートの質量とプレートに支持された身体質量の合計に ついて、上記合計質量と上記柔軟手段が１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの自然共振周波数 を示すようなばね定数を有し、 上記共振周波数において、かつ、上限約２．０ｍｍのピーク・トゥ・ピーク変位 の範囲において、上記生体の支持された重力質量よりも実質的に小さい力をもっ て、上記変換器手段を駆動するように接続された可変周波数信号発生手段と、上 記自然共振周波数の予め確認された値に、上記発生器の周波数出力を設定するた めのプリセット可能な手段と、 上記プレートに支持され、上記ピーク・トゥ・ピーク変位の上限の範囲内で上記 プレートの瞬間的運動を反映する電気信号出力を提供する運動表示センサと、上 記電気信号出力に応答し上記信号発生器手段に対して振幅制御接続を有するフィ ードバック制御手段とを備えたことを特徴とする装置。
32. ３２．上記振幅制御接続に連結されたプリセット可能な手段は、上記発生器に対 する励起の振幅を選択的に制限するように動作して、プレート運動を上記ピーク ・トゥ・ピーク変位の上限よりも少ない予め定められた値に選択的に制限するこ とを特徴とする請求の範囲第３１項の装置。
33. ３３．ある質量をもつ脊椎動物生体内において骨成長を刺激するための装置にお いて、上記装置は、 夫質的に剛性のプレートであって、上記プレートが水平で脊椎が直立したときに 上記生体を支持するに十分な面積をもつプレートと、上記プレートに結合された 剛性柔軟手段を含む上記プレートを支持するための手段と、 上記プレートの下側に結合され、上記比較的剛性の支持面に対する基準反応を用 いて上記プレートを上下方向に駆動するように配置された動的圧力変換器手段と を有し、 上記柔軟手段は、上記プレートの質量とプレートに支持された身体質量の合計に ついて、上記合計質量と上記柔軟手段が１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの自然共振周波数 を示すようなばね定数を有し、 ・上記共振周波数において、かつ、上限約２．０ｍｍのピーク・トゥ・ピーク変 位の範囲において、上記生体の支持された重力質量よりも実質的に小さい力をも って、上記変換器手段を駆動するための可変周波数信号発生手段と、上記自然共 振周波数を確認する自動手段を有し、この自動手段は、上記周波数範囲において 上記信号発生器の周波数出力を変化させる走査手段と、周波数変化の過程におい て上記変換器手段に対して上記発生器手段により与えられる瞬間電流に応答し、 瞬間電流が上記周波数範囲内での最小値にある周波数を特定するための手段とを 有することを特徴とする装置。
34. ３４．上記自動手段は、上記信号発生器手段の周波数をこのようにして特定され た周波数に設定する手段と、上記プレートに支持され上記プレートの瞬間的運動 を反映する電気信号出力を提供する運動支持センサと、上記信号発生器手段のた めの、かつ、上記電気信号出力に応答して瞬間的プレート運動をピーク・トゥピ ーク変位の上限より小さい予め定められたレベルに調節するための振幅制御手段 とを備えたことを特徴とする請求の範囲第３３項の装置。
35. ３５．上記予め定められたレベルの振幅制御は、治療の過程において予め定めら れた最小維持レベルに減少する可変レベルであることを特徴とする請求の範囲第 ３４項の装置。
36. ３６．ある質量をもつ脊椎動物生体内において骨成長を刺激するための装置にお いて、上記装置は、 実質的に剛体のプレートであって、上記プレートが水平で脊椎が直立したときに 上記生体を支持するに十分な面積をもつプレートと、上記プレートに結合された 剛性柔軟手段を含む上記プレートを支持するための手段と、 上記プレートの下側に結合され、比較的剛性の支持面に対する基準反応を用いて 上記プレートを上下方向に駆動するように配置された動的圧力変換器手段とを有 し、 上記柔軟手段は、上記プレートの質量とプレートに支持された身体質量の合計に ついて、上記合評質量と上記柔軟手段が１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲の自然共振 周波数を示すようなばね定数を有し、上記共振周波数において、かつ、上限約２ ．０ｍｍのピーク・トゥ・ピーク変位の範囲において、上記生体の支持された重 力質量よりも実質的に小さい力をもって、上記変換器手段を駆動するための可変 周波数信号発生手段と、上記信号発生器手段のための制御手段とを備え、上記制 御手段は、（ａ）上記周波数範囲内で、上記発生器手段の信号出力の周波数を変 化させる手段と、 （ｂ）上記信号出力の瞬間的電流値に応答し、これにより、変化する周波数を、 瞬間電流値が最小になる値に調節する手段と、（ｃ）上記信号出力の瞬間的振幅 を調節するための振幅制御手段と、（ｄ）上記プレートに支持され、上記瞬間的 運動を示す電気信号を発生する運動表示センサを含み、上記センサは上記振幅制 御手段に接続され、定められた治療の過程においてセンサ出力の予め定められた 値を維持するようにしたフィードバック制御手段とを含むことを特徴とする装置 。
37. ３７．上記制御手段は、治療時間をプリセットするための手段を備え、プログラ ム可能であることを特徴とする請求の範囲第３６項の装置。
38. ３８．上記制御手段は、上記センサの予め定められた出力レベルをプリセットす るための手段を備え、プログラム可能であることを特徴とする請求の範囲第３６ 項の装置。
39. ３９．上記制御手段は、信号発生器出力周波数を、上記装置を使用する患者に対 する適正な共振周波数であることが予め定められた固定値にプリセットするため の手段を備え、プログラム可能であることを特徴とする請求の範囲第３６項の装 置。
40. ４０．上記制御手段は、上記変換器に対する最小電流を求めて周波数走査を行な い、上記最小電流が発生することが見出だされた周波数を特定し、つぎに特定さ れた周波数を信号発生器出力の固定周波数として上記変換器に設定するようにプ ログラムされたマイクロプロセッサを含むことを特徴とする請求の範囲第３６項 の装置。
41. ４１．上記マイクロプロセッサのプログラミングは、上記周波数走査の限界を、 上記固定周波数の予め設定された値に比較的近接するとともに両側に間隔をおい た値にプリセットするための手段を含み、上記予め設定された値は、同一の患者 に対して上記装置を以前に使用したことから得られることを特徴とする請求の範 囲第４０項の装置。
42. ４２．上記マイクロプロセッサのプログラミングは、特定の患者の要件に固有の 処方符号化部材の機械読出しに従うことを特徴とする請求の範囲第４０項の装置 。
43. ４３．上記マイクロプロセッサは、上記センサに対する継続的に応答するために 、かつ、センサ出力を実質的に予め定められた治療レベルに保つような信号発生 器用力の振幅制御を維持するための自得利得制御を提供するために接続されてい ることを特徴とする請求の範囲第４０項の装置。
44. ４４．上記制御手段は、プリセットデータおよび計測された運動出力データを表 示または記録する手段を含み、上記マイクロプロセッサのプログラミングは、上 記データの、表示または記録部への自動人力のための手段を含むことを特徴とす る請求の範囲第４０項の装置。
45. ４５．上記制御手段はデジタル記憶手段に連結され、上記マイクロプロセッサは 、プリセットデータおよび計測された運動出力データの、デジタル記憶部への自 動人力のための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第４０項の装置。
46. ４６．上記自然共振周波数は、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの範囲にあることを特徴とす る請求の範囲第３３項の装置。