JPS632012Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は生体骨の骨折疾患を測定する新規な装
置に関する。

従来、骨折の判断はＸ線写真像による場合が殆
んどで、骨折と判断された場合、骨折患部をギブ
ス、副木等で固定して自然治瘉を待つのが一般で
あり、治瘉状態の判断には、○イ患者の年令、時間
経過の度合、○ロ術者が患部を動かした場合の動揺
程度、患者の痛みの程度、消失具合、○ハＸ線写真
像等によりなされてきたが、○イは個人差が大き
く、○ロは主観的、感覚的であり過ぎ、○ハは骨折時
には明瞭に判断出来るものの治瘉が進むとＸ線の
特性上、軟骨組織と硬骨組織との写真区別が困難
で、明確に判別し難い問題を夫々備えている。

このような事情から骨折の疾患状態の測定はこ
れ迄むづかしく診断が遅れたり誤まる率が高く適
切な処置が十分に採れなかつたのである。骨折が
顎骨に生じた場合、その治瘉過程で所謂“骨ヤ
セ”を起して顔面の歪みと云う深刻な２次症例を
誘発することもあり、また治瘉が順調であつても
治瘉完了時期の判別が困難なため、固定期間が必
要以上に長びきそのためその后の機能回復訓練
（リハビリテーシヨン）の適切な時期を失効して
不要に長い訓練期間を余儀なくされる……等骨折
疾患の測定を科学的に適性に判断する装置の出現
が鶴首されていたのである。そして近年、１個の
加振器と１個のピツクアツプを骨折部位を境とし
て、皮膚面へ各々配し、単一周波数で連続加振、
周波数をスウイーブして加振あるいはインパルス
加振を行なつて、その時のピツクアツプに表われ
る信号により、骨折部位の状況を診断する装置は
実公昭49−5435及び5436で知られているが、診断
の位置精度を高めるためには加振器とピツクアツ
プの位置を骨折部位へできる限り接近させる必要
があり、一方骨折部位は傷害を受けている個所で
あり、その様な近傍で強い加振、特に連続加振や
スウイープ加振した時の痛みは連続的で非常に激
しく、インパルス加振の場合は痛みは一瞬と言え
ど骨折部位近傍で強い衝撃を加えられた時の痛み
は計り知れない程であり、実用的な診断装置とし
ては、とても十分とは言えない物であつた。

本考案は上述に鑑みなされたものであり、その
概略的解決手段は骨折部位を含む生体骨に対して
インパルス加振を行なつて、加振によつて得られ
た骨振動を骨に固定したピツクアツプによつて受
信し、得られた振動波形に応じた電気信号をデー
タとしてメモリーに貯え、このデータをもとに
種々の表示を実施して疾患を測定するものであ
る。上記に於てピツクアツプは最低一組のものを
用い両者は骨折部位を挾んで骨表面に直接もしく
は間接に固定され一方インパルス加振は同じく骨
表面に直接もしくは間接的に固定されたインパル
ス加振器によつてなされ、このインパルス加振器
より与えられた骨振動を上記一組のピツクアツプ
で捨い上げて、骨折部位を含まない位置並びに骨
折部位を経た位置に於ける振動波の性状から骨折
の疾患推移を測定しよとするものである。これを
少し詳しく述べると本考案の原理は次の如くであ
る。骨折の直後は骨折部位は凝固した血液及び疎
性の繊維組織等の連続した非常に軟らかい結合に
置き換えられ序々に石灰化して最終的には固い骨
結合した治瘉状態となるのが一般的治瘉経過であ
るが、力学的にみた場合、骨折を含む骨とは固い
弾性体である２本の棒の間に骨折部位と云う流動
体もしくは粘弾性体の組織を挟んだモデルを想定
すればよく、骨折治瘉状態の程度は上記流動体も
しくは粘弾性体の（物理的）特性で表現されるこ
とが知られており、本考案ではこの点に着目し
て、骨折部位を挟んで前後の骨の機械的音響的振
動を検知メデイアとして採り上げて骨折疾患の度
合を測定しようとするものである。そして、上記
表示としては２つのピツクアツプによつてキヤツ
チした振動波形として表示することを基本としな
がらもこの他２つのピツクアツプによる測定点に
おける周波数伝播特性を求めてCRT表示するか、
両測定点間の振動の伝播速度をCRT表示するか
或いは患者の健常部位（骨折個所と対称位置にあ
る健常な骨部位）の振動と比較表示するか……の
いづれか或いはその併用がなされるものである。

以下に本考案を望ましい実施例を採つて詳細に
説明するに、第１図は本考案装置を用いて下顎骨
折の測定を行なう例を示す模式説明図、第２図は
本考案装置における振動ピツクアツプの部分縦断
分解図、第３図は同インパルス加振器の同様図、
第４図イは振動ピツクアツプと骨との固定関係を
示す要部縦断面図、第４図ロは別の実施例におけ
るイ同様図、第５図は本考案装置のブロツクダイ
アグラム、第６図イ，ロ，ハ，ニは本考案の診断
表示の態様を示す正面図を夫々示している。

図より本考案装置は、中空筒状のケース１２内
に永久磁石１３が固定され、この磁石１３と同心
状に円筒体振動子１４が連結されると共に磁性コ
ア１５及び駆動コイル１６が振動子１４に至近し
て設けられ更に復元用の板スプリング１７，１８
が振動子１４に付設されて、骨折部位６を含む生
体骨Ｂの表面より機械的なインパルス振動を屈曲
波として加振せしめるインパルス加振器１と、上
部にボルト部２２を備えた基台２３のボルト部２
２に電極２６を挟んだ圧電素子２４，２５と質量
体２７を軸装し、これらがナツト２８によつて同
軸的に緊密に圧締保持されると共にケース２９内
に収納され、これによつて骨振動を上記人体骨Ｂ
より受信する２個以上の振動ピツクアツプ２，３
と、ピツクアツプ２，３でキヤツチした振動波形
を電気信号として記憶するメモリ−手段４と、更
にピツクアツプ２，３でキヤツチした振動波形を
電圧波形としてCRT表示する表示手段５と、よ
り成るものであり、更に詳しくは、第１図，第５
図のように、インパルス加振器１はインパルス加
振源５０２及びインパルス加振用増幅器１１と接
続されてインパルス加振系を構成し、一組の振
動ピツクアツプ２，３は一組の電荷増幅器２１，
３１と接続されて骨振動ピツクアツプ系PUを構
成し、更に第５図のように表示手段５、表示選択
釦群６……RAM，ROM，CPU及びCRT等の電
子回路が分析表示系Ａを構成している。インパル
ス加振器１は第３図のように、有底中空筒状のケ
ース１２内に永久磁石１３が固定され、この磁石
１３と同心状に円筒体振動子１４が連結されると
共に磁性コア１５及び駆動コイル１６が上記振動
子１４に至近して設けられ更に復元用の板スプリ
ング１７，１８が振動子１４に関係して付設され
ている。この構成によりコイル１６に電流を流す
と、音響用スピーカと同様な原理で、電流の大き
さ、向きに従つて振動子１４が往復直線運動をな
す。この振動子１４の振動を生体骨Ｂに直接固定
するため該振動子１４の下端には針部材１９を着
装するがそのために振動子１４の下端及び針部材
１９の上端には永久磁石１４０，１９０が設けら
れ両者の磁力結合によつて着装及び脱離がなされ
る。一例としてインパルス加振力は下顎骨の場
合、ピーク加振力で0.1〜1Nの間が望ましい。

一方、振動ピツクアツプ２，３（２についての
み説明す）は第２図に示すように、アルミニウム
系軽合金材乃至ステンレス材よりなり、上部にボ
ルト部２２を備えた基台２３が設けられこのボル
ト部２２にPZTやチタン酸バリウムよりなる環
状の圧電素子２４，２５が両者間に電極２６を挟
んで軸装されこの素子２４の上に真鍮材よりなる
加速度→力への変換部材である質量体２７が軸装
されこれらがナツト２８によつて同軸的に緊密に
圧締保持され、基台２３は上記素子２４，２５、
電極２６及びナツト２８と共に外来ノズル防止の
ために基台２３と同様材で得たケース２９内に収
納される。この基台２３を生体骨Ｂに直接固定す
るために前記と同様基台２３の下端には針部材２
０（一例として直径1.5〜２mmの針部材）を着装
するが両者間には永久磁石２３０・２００が設け
られこれらの磁力結合で着装と脱離が自在とされ
る。上記に於て圧電素子２４・２５は望ましい例
に於て分極方向が厚み方向で、ナツト２８による
圧締時に電極２６に同相で正の出力を発生するよ
うな対向関係に配置されている。質量体２７はピ
ツクアツプ周波数を高域（20KHz程度）まで測定
する場合は軽くし、必要最小限の帯域（5KHz迄）
を確保して感度を主体とする時は重い方が良好で
10g前後で本考案の使途には十分満足出来る。な
お第２，第３図中符号１０１，２０１，３０１は
リード線を示す。またピツクアツプ３はピツクア
ツプ２と全く同一のものであるため図示を省略
し、第２図に対応符号のみを付す。前記したよう
にインパルス加振器１及び振動ピツクアツプ２，
３を生体骨Ｂに直接固定する直接骨伝導モードに
於ては針部材１９，２０，３０を着装して、第４
図イの要領で皮膚Ｓ上に植立するが、非観血的診
断を望む場合には、針部材１９，２０，３０を用
いず振動子１４、基台２３，３３を皮膚Ｓ上に直
接押しつけて固定する皮膚伝導モードを採用する
ことも出来る。この時皮膚Ｓは軟組織であり大き
な粘弾性を持つており、それらのパラメータが非
線形性を示すことが知られているが、本考案装置
の場合、皮膚Ｓ面に200g／cm²〜300g／cm²の圧力
もしくはそれ以上の圧力を加えて測定した場合、
皮膚Ｓの粘弾性バラメータは一定値を示し、測定
値の再現性は良好となることが実証された。イン
パルス加振器１及び振動ピツクアツプ２，３の使
用要領は前記の直接骨振動モード及び皮膚伝導モ
ードいづれの場合に於ても、第４図の如くピツク
アツプ２，３は骨折個所ｂを挟んで左右に定まつ
た距離d₂に、具体的には顎骨折の場合は直接骨振
動モードの場合は２mm〜数mm、皮膚伝導モードで
は数cmに離すのが望ましく、一方のピツクアツプ
２，３の近傍でそのピツクアツプ２，３より遠ざ
かる位置d₁に加振器１を配置する。加振器１から
ピツクアツプ２，３に伝播される振動は骨の長さ
方向（軸）に対して直交方向の振動で、力学的に
は屈曲波（横波）として与えられるものであるた
め、加振器１及びピツクアツプ２，３は皮膚Ｓに
対して法線方向に固定されるものである。上記に
よりインパルス加振系と骨振動ピツクアツプ系
PUの詳細は理解され得よう。

次に本装置の中枢となる分析表示系Ａについて
述ると、この系Ａは表示部４と電子回路５……及
び表示選択釦群６……とより略構成されており、
この表示部４はCRT表示、オシログラフ表示そ
の他プリンタ（不図示）による表示を含み、表示
選択釦群６……は後記のような種々の表示を電子
回路を駆動して選択表示するための釦である。電
子回路のブロツクダイアグラムを第５図に示す。
図のように、クロツク発振回路５０１よりのクロ
ツクパルスをインパルス加振源（変換部）５０２
に於て分周及び変換してインパルス信号を形成
し、この信号を第１図のインパルス加振用増幅器
１１により増幅して第１図の加振器１を駆動させ
て生体骨Ｂへインパルス加振を行なう。これによ
つて得られた骨振動をピツクアツプ２，３によつ
て受取つた后その骨振動の速度に比例した電気量
（電荷）は第１図の電荷増幅器２１，３１（第５
図５０３，５０４対応）により電圧に変換されて
更に増幅器５０５，５０６により適当レベル迄増
幅されてＡ／Ｄ変換器５０７，５１３により定ま
つたクロツク周波数でデイジタル信号に変換され
PIO（Parallel Ｉ／Ｏ Circuit）５０８を経由し
てRAM1メモリ５０９に記憶される。ROMメモ
リ５１０には予めFFTプログラム（後記）が記
憶されている。RAM １メモリ５０９の他に
RAM ２メモリ５１１が併設されており、表示
選択釦群６……は本体１０の表面に設けられ、う
ち１個を選択自在に押し得るようになつている。
なお、第５図中CTC（Counter Timer Circuit）
５１２はタイムカウントやＡ／Ｄ変換のタイミン
グシグナルを発生するカウンタータイマ回路あ
る。

測定に際しての表示選択とその内容は次の如く
である。

（） FFTボタンを押した場合は、RAM1メ
モリ５０９のデータをROMメモリ５１０に記
憶されたFFTプログラムに従つてFFT（高速フ
ーリエ変換）して夫々の周波数スペクトルを
CPUにより演算し、加振器１に近いピツクア
ツプ２で得た周波数スペクトルを分母とし、加
振器１に遠いピツクアツプ３で得たものを分子
として得た商、即ち、骨折部位ｂによる伝播特
性をCPUにより演算して結果をRAM2メモリ
５１１へ記憶した後、SIO（Serial Ｉ／Ｏ
Circuit）５１２を経由して映像信号変換及び
キヤラクタジエネレータ回路５１３へ導いて
CRT表示装置５１５に第６図イの映像、即ち、
人体の下顎骨折診断用では横軸周波数で２〜
2.5KHzとし、縦軸は通常デシベル目盛（振幅
比の対数に比例した値）として表示する。その
一例として下顎骨折で皮膚伝導モードの場合骨
折直後では伝播特性の高域の変曲点（カツトオ
フポイント）が500〜700Hzに表われたが、４〜
６週間経過して骨折部位ｂが完全治瘉后では、
1500〜1800Hzに変曲点が移動した。

（） WAVE釦を押した場合は、RAM1メモ
リ５０９の振動に比例した電圧を第６図ロの如
く表示する。即ち、横軸を時間、縦軸を振幅
（電圧）として表わす。この場合表示開始点
（トリガー点）は第５図のインパルス駆動源５
０２によるインパルス電圧発生時を基準として
表示するのが望ましく、時間軸は直接骨伝導モ
ードの場合、フルスケール400〜500μs、皮膚伝
導モードの際はフルスケール数msとするのが
良く、２つのピツクアツプ２，３の振動に比例
した入力電圧波形のうち、一方をドツト（点）
で表示すると２つの波形の対比が明瞭に出来
る。

（） RESULT釦を押した際は、第６図ハに
示す如く３つの計算値、つまり、前述の
WAVE釦によつて得られた波形における波形
の振幅比（AB／AA）、傾斜比（SB／SA）及
び波形の立上り時間差ｔをRAM1メモリ５０
９のデータよりCPUにより演算すると共に振
動ピツクアツプ２，３間の距離（第４図のd₂）
をｔで割つた商をVELと夫々なし、これらを
第６図ハのように表示する。臨床実験によると
これらの値は骨折治瘉経過に比例し順次増大
し、完全治瘉時に一定値を示す特長がある。一
例として、直接骨折伝導モードではd₂が約５cm
の場合、骨折後１週間目でAB／AA≒0.2、
SB／SA≒0.25、VEL＝d₂／ｔ≒1900m／ｓで
あるのに完全治瘉状態に至つた６週間後では
AB／AA≒0.4、SB／SA≒0.55、VEL＝d₂／
ｔ≒2300m／ｓの値を示した。

（） RESULT REF釦がSTORE1，２釦と
共に押されると、第６図ニのように前回の
RESULT（POST）と今回のRESULT（NEW）
とが夫々対比的に同時表示される。同様に
FFT REF 釦がSTORE1，２釦と共に押され
ると、前回の振幅伝播特性と今回のそれとが、
第１図の実線及び破線波形の如くにあらわれ
る。この場合、破線の方が治瘉が進んだもので
ある。

なお、第６図中CH１，２はピツクアツプ
２，３の夫々の差込みプラグ、IMPULSEは加
振器１の差込プラグ、POWERは電源釦を示し
ている。

以上の説明から本考案装置の使用要領が理解さ
れたと思うが、下顎骨折を例にとつて要約して再
記すると、下顎骨折を起した患者が口腔外科に来
院した午后、術者は骨折個所、その程度の判断の
ために触診及びＸ線撮影を実施し、上下の歯牙歯
列間をワイヤー、シーネ等を用いて下顎と頭頂部
間を骨折部位とが動揺しないように固定し、その
后本考案装置により骨折個所を含む下顎骨にイン
パルスを加振してインパルス振動の伝播特性，伝
播波形を表示測定し、又必要に応じて患者の骨折
のない健常対称部位を比較用として測定してお
き、夫々のデータをSTORE１，２釦を押して
RAM1メモリに記憶しておく。日時の経過と共
に骨折部位は自然治瘉してゆくが、定期診断とし
て本装置を用いて前記の伝播特性、波形等を測定
して、骨折直後や健常対称部位の伝播特性、波形
等と比較して、変曲点が高域に移行しているか、
振幅比、傾斜比、速度が増大しているか否か或は
健常部位に比して変曲点が低い方へ離れている
か、振幅比、傾斜比、速度が小さいか否かを観測
することにより骨折治瘉状態、程度を測定するこ
とが出来るのである。治瘉が完了した場合は、伝
播特性の変曲点の高域移動はもはやみられず、同
様に振幅比、傾斜比、速度の夫々の値は飽和し
て、健常対称部位における伝播特性、伝播波形の
カーヴ及び値と同程度にとゞまり、これを治瘉完
了の判断の基準とするのである。

叙述は下顎骨を例にとつて説明したが、本考案
は下顎骨以外の人体骨の骨折の疾患の推移を測定
にも広く適用出来るのは勿論である。

このように本考案装置は、骨折個所を含む人体
骨を力学的モデルとして捉え、骨に加えたインパ
ルス振動が屈曲波として伝播し、骨折部位を経た
ものが、どのような電圧波形を示すか伝播特性は
どうか等の観測によつて骨折治瘉状況、程度を定
量的に診断し得るため、(a)骨折治瘉の順調、不調
が即座に判ること、(b)広範囲に亘る骨折疾患測定
に適用出来、特に顎骨折の補綴のため腸骨を移植
した場合、移植骨との結合程度の診断にも適用さ
れるのみならず、骨折以外の骨異常部位、例えば
骨肉腫等の骨腫瘍やリユーマチ等による骨変形の
判断にも応用出来る、(c)Ｘ線撮影では多重像によ
る陰影で骨折か否かを明瞭に進断出来ない場合の
骨折部位の診断にも供せられる、(d)皮膚伝導モー
ドでは非観血的な穏健な判断が可能であり、直接
骨伝導モードではクラツク、ヒビ等の小さな骨
折、不完全骨折部位、骨異常部位でも精密な診断
が出来、(e)機械的なインパルス加振のため生体に
は為害性がない……等本考案によれば、従来の問
題点を一掃し得る優れた効果が得られるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置を用いて下顎骨折の治瘉診
断を行なう例を示す模式説明図、第２図は本考案
装置における振動ピツクアツプの部分縦断分解
図、第３図は同インパルス加振器の同様図、第４
図イは振動ピツクアツプと骨との固定関係を示す
要部縦断面図、第４図ロは別の実施例におけるイ
同様図、第５図は本考案装置のプロツクダイアグ
ラム、第６図イ，ロ，ハ，ニは本考案の測定表示
の態様を示す正面図を夫々示している。 符号の説明、１……インパルス加振器、２，３
……振動ピツクアツプ、４……メモリー手段、５
……表示手段、６……表示選択釦群、１９，２
０，３０……針部材、Ｂ……生体骨、ｂ……骨折
部位、d₂……距離、Ｓ……皮膚。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 中空筒状のケース１２内に永久磁石１３が固
   定され、この磁石１３と同心状に円筒体振動子
   １４が連結されると共に磁性コア１５及び駆動
   コイル１６が振動子１４に至近して設けられ、
   更に復元用の板スプリング１７，１８が振動子
   １４に付設されて、骨折部位６を含む生体骨Ｂ
   の表面より機械的なインパルス振動を屈曲波と
   して加振せしめるインパルス加振器１と、上部
   にボルト部２２を備えた基台２３のボルト部２
   ２に電極２６を挟んだ圧電素子２４，２５と質
   量体２７を軸装し、これらがナツト２８によつ
   て同軸的に緊密に圧締保持されると共にケース
   ２９内に収納され、これによつて骨振動を上記
   人体骨Ｂより受信する２個以上の振動ピツクア
   ツプ２，３と、ピツクアツプ２，３でキヤツチ
   した振動波形を電気信号として記憶するメモリ
   ー手段４と、更にピツクアツプ２，３でキヤツ
   チした振動波形を、電圧波形としてCRT表示
   する表示手段５と、より成る骨折測定装置。 ２ インパルス加振器１及び振動ピツクアツプ
   ２，３が針部材１９，２０，３０を介して直接
   生体骨Ｂに夫々接触固定されるようなされた実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の装置。 ３ インパルス加振器１及び振動ピツクアツプ
   ２，３が骨上の皮膚Ｓ上に夫々押し当てられて
   固定されるようなされた実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の装置。 ４ 表示手段５を選択する表示選択釦群６……が
   更に含まれている実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の装置。