(57)【要約】  被検体の骨、たとえば、骨折リスクを査定するための方法および器具であって、検査プローブが被検体の皮膚を通って挿入され、そのため、検査プローブは被検体の骨に接触し、検査プローブによる顕微鏡的骨折に対する検査された骨の抵抗が決定される。顕微鏡的骨折リスクは、検査プローブによって生じた顕微鏡的骨折に対する骨の抵抗を測定することによって、査定される。顕微鏡的骨折は、非常に小さいため、無視できる健康リスクを課す。また、この器具は、他の材料を特徴づける場合に、特に特徴づけられる材料を得るために層に侵入する必要がある場合に、有用でありうる。
2008539884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨を査定するための方法であって、
検査プローブが前記被検体の骨に接触するために、前記検査プローブを骨膜および／または軟組織を通して被検体の骨に挿入するステップと、
前記検査プローブとの前記接触を通して前記骨の材料特性を評価するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
被検体の骨折リスクを査定するための請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記材料特性は、
（ａ）前記骨の機械的特性、
（ｂ）前記検査プローブによる顕微鏡的骨折に対する骨の抵抗、
（ｃ）前記骨内のインデンテーション深さ対必要な力の曲線、
（ｄ）固定された力での前記骨のインデンテーション、
（ｅ）固定された衝撃エネルギでの前記骨のインデンテーション、
（ｆ）前記骨の硬さ、
（ｇ）前記骨の弾性率、
（ｈ）疲労骨折に対する前記骨の抵抗、
（ｉ）前記骨内へのねじの侵入に対する抵抗、
（ｊ）前記骨上の回転摩擦、
（ｋ）前記インデンテーション深さ対衝撃後の時間の曲線、
（ｌ）前記力対設定された距離への衝撃後の時間の曲線、
（ｍ）前記インデンテーション深さ対反復衝撃の時間の曲線、
（ｎ）前記力対反復衝撃の時間の曲線、または、
（ｏ）一連の前記測定またはその組み合わせに対する前記骨の応答、
の１つまたはそれ以上である請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記検査プローブは、前記被検体の皮膚を通して挿入される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記検査プローブを挿入するステップは、前記検査プローブが同一場所で前記骨内に複数回挿入される循環ステップの一部である請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記検査プローブを顕微鏡的距離だけ前記骨内に挿入し、前記骨に１つまたはそれ以上の顕微鏡的骨折を形成するステップを備える請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記骨の材料特性を評価するための手段は、
（ａ）前記検査プローブの侵入端を前記骨内に挿入する程度、
（ｂ）前記検査プローブの侵入に対する前記骨の抵抗、または、
（ｃ）前記骨に侵入した後に前記検査プローブを除去することに対する前記骨の抵抗、
の１つまたはそれ以上を決定する請求項２記載の方法。
【請求項８】
骨膜および／または軟組織を通して参照プローブを挿入し、前記参照プローブが前記骨に深く侵入することなく前記骨に接触し、前記検査プローブの先端の挿入の程度を決定するための参照として機能するようにするステップをさらに含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記参照プローブは、前記検査プローブが中に配置されるシースの形態であり、前記検査プローブ先端に近い前記参照プローブの端は、前記参照として機能する請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記検査プローブは、ロッドとして形成され、その先端は、前記参照プローブの前記端を越えて最大所定距離を延出するように配置される請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記検査プローブおよび参照プローブは、各々が、非対称にテーパされ、それによって、前記検査プローブ先端と前記参照プローブ先端との間の側方向のずれを最小限にする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記検査プローブが前記骨から引かれるときに前記検査プローブの後方運動は抵抗され、抵抗する力の程度は、骨折または他の骨材料特性に対する前記骨の抵抗の尺度として決定される請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記検査プローブおよび参照プローブは、前記被検体の前記骨の骨膜および上にある皮膚に侵入するほど十分に鋭い請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記検査プローブは、工具鋼から形成される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記骨の材料特性は、
第１の大きさの第１の力を前記検査プローブに加えて、前記参照プローブに対する前記検査プローブの開始位置を決定することと、
第２の大きさの第２の力を前記検査プローブに加えることと、
前記参照プローブに対する前記検査プローブの位置の変化を測定することと、
前記第２の力を前記第１の大きさへ減少することと、
前記参照プローブに対する前記検査プローブの位置の前記変化を記録することと、
によって評価される請求項８記載の方法。
【請求項１６】
（ａ）所定の距離だけ、または、前記骨内の距離の関数にとして、前記検査プローブを挿入するのに必要な力、および／または、
（ｂ）所定の力の下で、または、力の関数として、前記検査プローブが前記骨内に挿入する距離、
を決定することによって、力対距離パラメータを決定する請求項６記載の方法。
【請求項１７】
前記骨折リスクは、前記力対距離パラメータに相関する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記力は、前記検査プローブが接続されるロードセルを使用して決定される請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記距離は、前記検査プローブが接続されるコアを有する直線可変差動トランスデューサーロードセルを使用して決定される請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記力は、装着ピンに電磁的に接続されたソレノイドによって生成され、前記装着ピンの端に前記検査プローブが接続される請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記ソレノイドの作用は、ばね対抗される請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
前記距離は、光学センサまたはキャパシタンスセンサを使用して決定される請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
前記検査プローブは、弱い骨に侵入するときに変形に抵抗するほど十分に頑丈であるが、健康な骨によっては変形される請求項１記載の方法。
【請求項２４】
変形の程度が決定され、高い変形は骨折抵抗性がある骨を示し、低い変形は骨折のリスクがある骨を示す請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記検査プローブは、所定の距離を超えて前記骨内に侵入するのを防止する停止表面を含み、前記変形の定量化を容易にする請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
前記検査プローブは、単回使用の、交換式検査プローブである請求項１記載の方法。
【請求項２７】
前記検査プローブおよび参照プローブは、単回使用の、交換式プローブである請求項８記載の方法。
【請求項２８】
骨を査定するための診断器具であって、
被検体の骨に接触するために、骨膜および／または軟組織を通って被検体の骨に挿入されるように構造された検査プローブと、
前記検査プローブとの接触を通して前記骨の材料特性を評価するための手段と、
を備える診断器具。
【請求項２９】
被検体の骨折リスクを査定するための請求項２８記載の診断器具。
【請求項３０】
前記材料特性は、
（ａ）前記骨の機械的特性、
（ｂ）前記検査プローブによる顕微鏡的骨折に対する骨の抵抗、
（ｃ）前記骨内のインデンテーション深さ対必要な力の曲線、
（ｄ）固定された力での前記骨のインデンテーション、
（ｅ）固定された衝撃エネルギでの前記骨のインデンテーション、
（ｆ）前記骨の硬さ、
（ｇ）前記骨の弾性率、
（ｈ）疲労骨折に対する前記骨の抵抗、
（ｉ）前記骨内へのねじの侵入に対する抵抗、
（ｊ）前記骨上の回転摩擦、
（ｋ）前記インデンテーション深さ対衝撃後の時間の曲線、
（ｌ）前記力対設定された距離への衝撃後の時間の曲線、
（ｍ）前記インデンテーション深さ対反復衝撃の時間の曲線、
（ｎ）前記力対反復衝撃の時間の曲線、または、
（ｏ）一連の前記測定またはその組み合わせに対する前記骨の応答、
の１つまたはそれ以上である請求項２８記載の診断器具。
【請求項３１】
前記検査プローブは、被検体の皮膚を通して挿入されるように構造されている請求項２８記載の診断器具。
【請求項３２】
前記検査プローブは、顕微鏡的距離だけ前記骨内に挿入され、前記骨に１つまたはそれ以上の顕微鏡的骨折を形成するように構造されている請求項２８記載の診断器具。
【請求項３３】
前記骨の材料特性を評価するための前記手段は、
（ａ）前記検査プローブの侵入端を前記骨内に挿入する程度、
（ｂ）前記検査プローブの侵入に対する前記骨の抵抗、または、
（ｃ）前記骨に侵入した後に前記検査プローブを除去するのに対する前記骨の抵抗、
の１つまたはそれ以上を決定する請求項３２記載の診断器具。
【請求項３４】
骨膜および／または軟組織を通って挿入するように構成された参照プローブであって、前記参照プローブが前記骨に深く侵入することなく前記骨に接触し、前記検査プローブの先端の挿入の程度を決定するための参照として機能する参照プローブを含む請求項３３記載の診断器具。
【請求項３５】
前記参照プローブは、前記検査プローブが中に配置されるシースの形態であり、前記検査プローブ先端に近い前記参照プローブの端は、前記参照として機能する請求項３４記載の診断器具。
【請求項３６】
前記検査プローブは、ロッドとして形成され、その先端は前記参照プローブの前記端を越えて最大所定距離を延出するように配置される請求項３５記載の診断器具。
【請求項３７】
前記検査プローブおよび参照プローブは、各々が、非対称にテーパされ、前記検査プローブ先端と前記参照プローブ先端との間の側方向のずれを最小限にする請求項３５記載の診断器具。
【請求項３８】
前記検査プローブが前記骨から引かれるときに前記検査プローブの後方運動に抵抗するための手段を含み、抵抗する力の程度は、骨折または他の骨材料特性に対する前記骨の抵抗の尺度として決定される請求項３４記載の診断器具。
【請求項３９】
前記検査プローブおよび参照プローブは、前記被検体の前記骨の骨膜および上にある皮膚に侵入するほど十分に鋭い請求項３４記載の診断器具。
【請求項４０】
前記検査プローブは、工具鋼から形成される請求項３９記載の診断器具。
【請求項４１】
第１の大きさの固定された力を前記検査プローブに加えて、前記参照プローブに対する前記検査プローブの開始位置を決定するための手段と、
第２の大きさの固定された力を前記検査プローブに加えるための手段と、
前記参照プローブに対する前記検査プローブの位置の変化を測定するための手段と、
前記固定された力を前記第１の大きさへ減少するための手段と、
前記参照プローブに対する前記検査プローブの位置の前記変化を記録するための手段と、
をさらに備え、
前記骨の前記材料特性の評価を可能にする請求項３４記載の診断器具。
【請求項４２】
（ａ）所定の距離だけ、または、前記骨内の距離の関数として、前記検査プローブを挿入するのに必要な力、および／または、
（ｂ）所定の力の下で、または、力の関数として、前記検査プローブが前記骨内に挿入する距離、
を決定することによって、前記挿入された検査プローブ用の力対距離パラメータを決定するための手段をさらに備える請求項３４記載の診断器具。
【請求項４３】
前記検査プローブを前記所定の距離だけ挿入するのに必要な力を決定するために、前記検査プローブに接続されたロードセルを含む請求項４２記載の診断器具。
【請求項４４】
前記検査プローブを前記所定の力の下で前記骨内に挿入する距離を決定するために、前記検査プローブに接続されたコアを有する直線可変インダクタンストランスデューサーを含む請求項４２記載の診断器具。
【請求項４５】
ソレノイドおよび装着ピンを含み、前記ソレノイドは前記装着ピンに電磁的に接続され、前記検査プローブは、前記検査プローブを前記所定の距離だけ前記骨内に挿入するのに必要な力を生成するために、前記装着ピンの端に接続される請求項４２記載の診断器具。
【請求項４６】
前記ソレノイドの作用に対抗するように配置された少なくとも１つのばねを含む請求項４５記載の診断器具。
【請求項４７】
前記検査プローブが骨内に挿入する距離を測定するために、光学センサまたはキャパシタンスセンサを含む請求項４２記載の診断器具。
【請求項４８】
上部端および下部端を有するハウジングと、前記ハウジングの前記下部端に装着可能な前記検査プローブおよび参照プローブ用のガイドと、を含み、下部端の前記ガイドおよび前記参照プローブは、互いに着脱自在に接続するように形成され、前記参照プローブおよびガイドは、前記検査プローブが通って延出する整列された通路を備えて形成される請求項３４記載の診断器具。
【請求項４９】
前記参照プローブは、前記ガイドに着脱自在に装着される請求項４８記載の診断器具。
【請求項５０】
前記ガイドは、その下部端から延出する外側にねじ山を切ったネックを備えて形成され、前記参照プローブは、ガイドの前記ネックへねじ込み装着するために、その通路のまわりの内側にねじ山を切った開口を備えて形成される請求項４９記載の診断器具。
【請求項５１】
前記検査プローブは、単回使用の、交換式検査プローブである請求項２８記載の診断器具。
【請求項５２】
前記検査プローブおよび参照プローブは、単回使用の、交換式プローブである請求項３４記載の診断器具。
【請求項５３】
骨を査定するための診断器具であって、
上部端および下部端を有するハウジングと、
骨内に挿入するように構造された検査プローブと、
前記骨に深く侵入することなく前記骨に接触するように構造された参照プローブであって、前記検査プローブの先端の挿入の程度を決定するために参照として機能する参照プローブと、
前記ハウジングの前記下部端に装着可能な前記検査プローブおよび参照プローブ用のガイドであって、下部端の前記ガイドおよび前記参照プローブは、互いに着脱自在に接続するように形成され、前記参照プローブおよびガイドは、前記検査プローブが通って延出する整列された通路を備えて形成されるガイドと、
ソレノイドおよび装着ピンであって、前記ソレノイドは前記装着ピンに電磁的に接続され、前記検査プローブは、前記検査プローブを前記所定の距離だけ前記骨内に挿入するのに必要な力を生成するために、前記装着ピンの端に接続されるソレノイドおよび装着ピンと、
前記検査プローブおよび／または光ファイバプローブに接続されたコアを有する直線可変インダクタンストランスデューサーであって、前記ソレノイドによって生成された力の下で前記検査プローブが前記骨内に挿入する距離を決定する直線可変インダクタンストランスデューサーと、
前記検査プローブを前記所定の距離だけ挿入するのに必要な力を決定するために、前記検査プローブに接続されたロードセルと、
を備える診断器具。
【請求項５４】
前記検査プローブは、弱い骨に侵入するときに変形に抵抗するほど十分に頑丈であるが、健康な骨によって変形される請求項２８記載の診断器具。
【請求項５５】
前記検査プローブの先端は、ダイアモンド、炭化ケイ素または硬化鋼から形成される請求項５４記載の診断器具。
【請求項５６】
前記検査プローブは、所定の距離を越えて前記骨内に侵入するのを防止する停止表面を含み、前記変形の定量化を容易にする請求項５４記載の診断器具。
【請求項５７】
骨を査定するための診断器具用の検査プローブおよび参照プローブの組み合わせであって、前記参照プローブは、前記検査プローブが通って延出する通路を形成する組み合わせ。
【請求項５８】
被検体の骨折リスクを査定するための請求項５７記載の組み合わせ。
【請求項５９】
前記参照プローブは、前記診断器具に装着するための手段を備えて形成される請求項５７記載の組み合わせ。
【請求項６０】
前記診断器具に装着するための前記手段は、その通路のまわりの前記参照プローブの一方の端にねじ山を切った開口を備える請求項５９記載の組み合わせ。
【請求項６１】
前記診断器具に上部端で調整可能に装着可能であるように形成された前記検査プローブおよび参照プローブ用のガイドを含み、下部端の前記ガイドおよび前記参照プローブは、互いに着脱自在に接続するように形成され、前記参照プローブおよびガイドは、前記検査プローブが通って延出する整列された通路を備えて形成される請求項５７記載の組み合わせ。
【請求項６２】
前記参照プローブは、前記ガイドに着脱自在に装着される請求項６１記載の診断器具。
【請求項６３】
前記ガイドは、その下部端から延出する外側にねじ山を切ったネックを備えて形成され、前記参照プローブは、ガイドの前記ネックへねじ込み装着するために、その通路のまわりの内側にねじ山を切った開口を備えて形成される請求項６２記載の組み合わせ。
【請求項６４】
前記ガイドは、その下部端から延出するルアテーパ状ネックを備えて形成され、前記参照プローブは、ガイドの前記ネックに可逆的に装着するために、その通路のまわりにルアテーパ状開口を備えて形成される請求項６２記載の組み合わせ。
【請求項６５】
前記検査プローブおよび参照プローブは、殺菌可能である請求項５７記載の組み合わせ。
【請求項６６】
前記検査プローブおよび参照プローブは、使い捨てである請求項５７記載の組み合わせ。
【請求項６７】
材料の１つまたはそれ以上の特性を決定するための検査器具であって、
前記材料内に挿入するように構造された検査プローブと、
前記材料に深く侵入することなく層に侵入し前記材料に接触するように構造された参照プローブであって、前記検査プローブの先端が前記材料内に挿入する程度を決定するための参照として機能する参照プローブと、
前記検査プローブを前記材料内に挿入するための手段と、
前記検査プローブが材料内に挿入する距離を決定するための手段および／または前記検査プローブを所定の距離だけ挿入するのに必要な力を決定するための手段と、
を備える検査器具。
【請求項６８】
材料の１つまたはそれ以上の特性を決定するための検査器具用の検査プローブおよび参照プローブの組み合わせであって、前記参照プローブは、前記検査プローブが通って延出する通路を備えて形成され、層に侵入し前記材料に接触するように設計される組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒトおよび動物の骨の強さを評価するための新規方法および器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願へのクロスリファレンス  本出願は、２００５年５月５日に出願された米国予備特許出願第６０／６７８，８３０号の利益を請求し、この出願は、参照してここに組み込まれる。
【０００３】
骨の材料特性の近年の測定は、加齢とともにこれらの特性の実質的な悪化があることを例証している。たとえば、ナラー、クルジック、キニーおよびリッチー（Nalla, Kruzic, Kinney, & Ritchie）は、骨に亀裂を開始するのに必要な応力、開始強靱性は、診断された骨の疾病がないときでさえ、ヒトの骨では、４０歳から１００歳で６０年間にわたって４０％減少していることを示している。さらにより劇的に、亀裂生長強靱性は、同一年齢範囲にわたって効果的に排除される（非特許文献１）。この近年の調査は拡大し、加齢とともに別の材料特性、骨折強靱性が有意に悪化することを示した以前の調査を支持する（非特許文献２〜非特許文献１１）。これらの測定は、加齢または疾病のため骨の材料特性を悪化することが、骨ミネラル濃度の減少およびマイクロアーキテクチャの悪化というよく知られた要因に加えて、骨折リスクに役割を演じることがあると示唆している。
【０００４】
骨折リスクは、今は、二重エネルギＸ線吸収測定法、定量的超音波法等を含む様々な技術を通して骨ミネラル濃度（ＢＭＤ）を測定することによって、共通して査定される。これらの技術はすべて、いずれの長さスケールでも骨折を誘発せずに骨の特性を測定する。これらは一般に、骨折抵抗の不完全な尺度であると思われている。これは、特に、若い健常な人々、たとえば、陸軍新兵には真実であり、そのような人では、骨折リスクのこれらの従来の尺度は、基本訓練中に骨折リスクを査定するには不十分であることがわかった（非特許文献１２）。さらに、これらの測定は、価値はあるが、高齢の患者、または、変形性関節症、骨粗鬆症または他の骨疾患のある患者における骨折リスクを完全には特徴づけないことが知られている。
【０００５】
骨粗鬆症は、世界保健機関（ＷＨＯ）によると、主要な公衆衛生懸念である（非特許文献１３）。世界中で５０００万人の女性が疾病にかかっており、骨粗鬆症および骨減少症（低骨量）は加齢に関連することが多いが、両方の疾病は、人生のすべての段階の人々に影響を与え、労働力人口に多大な衝撃を与える。骨粗鬆症の経済的負担は、２０５０年までに、１３１５億ドルに達すると予想される（非特許文献１４）。米国の健康管理コストは、現在、骨粗鬆症関連治療で年間１５０億ドルを超えている（非特許文献１５）。
【０００６】
骨減少症および骨粗鬆症は、無症候性であることが多く、診断は、骨折が発生するまで、または、低骨ミネラル濃度（ＢＭＤ）が決定されるまで、確実にされないことが多い。骨粗鬆症のもっとも有意な合併症は骨折であり、非常に低い規模の外傷によって誘発されることが多い（非特許文献１６）。大多数にとって、骨折は、生活の質とともに動きやすさの欠如、および、死亡のリスクの増加を意味することがある。多くの介入が、この人口における骨折のリスクを減少することを示している。しかし、骨折リスクのカテゴリーに入る患者の数が圧倒的に多いもかかわらず、評価のための設備は不十分であり、最高リスクと評価された者のみが適切に検査され治療される。リスクのある者の大多数は、経費検討のため、評価されていない（非特許文献１７）。
【０００７】
初期には、大半の患者は、低骨ミネラル濃度のリスクのある人々を識別するように努める評価器具を受ける。ＯＳＴ（骨粗鬆症自己査定ツール（Osteoporosis Self Assessment Tool））、ＳＣＯＲＥ（簡略計算骨粗鬆症リスク推定（Simple Calculated Osteoporosis Risk Estimation））、ＳＯＦＳＵＲＦ（骨粗鬆症骨折の研究（Study of Osteoporotic Fractures））およびＯＳＩＲＩＳ（骨粗鬆症リスク指標（Osteoporosis Index of Risk））が、これらの代表であり、医師によって頻繁に使用され、もっともＢＭＤ測定の必要があるケースを決定し、一方、同時に、患者がリスク因子に気がつくことを改良する。検査は、体重、年齢、および、追加数因子に基づいている。これらの検査は、感度が高い（９０％まで）が、各個人に特定の正確さには多くの限界がある（非特許文献１８）。
【０００８】
過剰な診断器具が、現在、患者の骨折リスクを査定するのに使用されており、骨ミネラル濃度の減少およびマイクロアーキテクチャの悪化に焦点を当てている。二重エネルギＸ線吸収測定法（ＤＥＸＡ）を使用して、臨床でこれらの因子を測定する。骨ミネラル濃度は、現在、骨折リスクのもっとも広く受け入れられたインジケータのままであり、また、骨粗鬆症の真の診断のためにも使用される。ＤＥＸＡは、最適な器具としてもっとも一般に受け入れられており、リスクを評価する主要決定因として使用されているが、多数の欠点および限界が観察されている。器具の間の矛盾が、患者の診断および治療に深刻な影響を与えることもある（非特許文献１９）。さらに、通常のＢＭＤの患者は、骨折を経験することがあるが、低ＢＭＤの患者は低リスクであることがある（非特許文献１８）。基準は、世界保健機関の推奨に基づいており、Ｔ−Ｓｃｏｒｅは、査定部位に依存して、矛盾を呈する。提案は、腰のＤＥＸＡ評価を推奨したが、閉経前１０年および閉経直後では、腰よりも脊椎でより大きな骨量減少のより高い発生が報告された（非特許文献２０）。ＢＭＤを評価するために使用された改良された機能が推奨され、骨が発達する明確な周期性：青年期、成人安定期および加齢に伴う減少を包含する（非特許文献２１）。ＢＭＤ結果は、高骨折リスクの小児を適切に診断することができないことが多い。
【０００９】
定量的超音波法（ＱＵＳ）は、ＢＭＤの診断ツールとしての有用性を決定するために研究された。この機器は、ＤＥＸＡよりも安価であり、放射線がない。骨粗鬆症および超音波法研究は、５５歳から７９歳の間の女性を募集した。ＤＥＸＡとＱＵＳとの間の比較が行われた。結果は、低外傷骨折が将来発生する予測において、良好な相関を示した（非特許文献２２）。この器具は、健康な小児および閉経後の女性には有用でありうるが、踵骨領域の正反対の変化のせいである結果における高率の正確さエラーおよび大きな矛盾のため、有用性が疑問視される（非特許文献２３）。別の研究では、骨粗鬆症の患者は、対照群よりも低いＱＵＳを有したが、値の大きな重なり合いがあった（非特許文献２４）。踵骨超音波法は、骨減少症の小児および骨折しやすい小児を査定する方法を提供することもある。Ｋ．Ｔ．フィールディングの調査は、ＺスコアにＤＥＸＡで達成したものに類似した結果を示しているが、穏やかな相関があるだけである（非特許文献２５）。
【００１０】
末梢定量的コンピュータ断層撮影法（ｐＱＣＴ）もまた、骨折リスクを規定するための有用なツールを見出すことを期待して、研究されているが、ＤＥＸＡほど感度が良くないことがわかり、骨折のある人を区別するには不良な査定ツールと決定された（非特許文献２６）。別の研究では、ｐＱＣＴは、骨カルシウム濃度を計算するには信頼の置けるツールであると思われる（非特許文献２７）。
【００１１】
形態計測Ｘ線吸収測定法の開発は、椎体の変形を決定するために研究された。分析における高い変動性は、オペレータ間査定で決定され、分析の正確さは、椎体形状の複雑さに対して下降した（非特許文献２８）。
【００１２】
前腕遠位骨折患者の管理に日常的に使用されるＸ線ラジオグラメトリは、ＢＭＤを決定する手段として検査され、さらなる照射を必要としないＤＥＸＡの代替とした場合に有用であるとわかった（非特許文献２９）が、代替診断用にはＤＥＸＡの代替とみなされていない。
【００１３】
カルシウム含有量およびＢＭＤを定量化するｐＯＣＴおよびＤＥＸＡを除いて、これらの器具の各々は、骨ミネラル濃度のみを定量化するよう努める。これは、骨の強さの指標は価値のあるツールではあるが、骨折抵抗を決定するのに同様に重要であるような骨の他の多くの態様を見過ごす。骨のサイズ、形状およびアーキテクチャとともに組織の質は、すべて、強さおよび脆弱性の因子に影響を与える（非特許文献３０、非特許文献３１）。
【００１４】
血液検査は、骨の強さに影響を与える他の条件を評価するために、時折、処方されている。これらは、アルカリホスファターゼおよび甲状腺刺激ホルモンからビタミンＤおよびカルシウムレベルまでの広い範囲の活性をカバーする。これらの検査の多くは、診断に、および、治療プロトコルを決定するのに、有利でありうる（非特許文献３２）。
【００１５】
近年、骨、象牙質および軟骨を含む生体物質の機械的特性の研究におけるインデンテーション(indentation)技術の価値は、理解されている（非特許文献５、非特許文献１６、非特許文献３３〜非特許文献４２）。固有の強靱性が、亀裂および骨折に対する鉱化した組織の抵抗を特徴づける。インデンテーションプロトコルが、生体材料の強靱性および硬さの両方を定量化する手段を提供する（非特許文献１）。歯の象牙質−エナメル質境界の試験は、亀裂の広がりおよび骨折の機構を理解するためのインデンテーションプロトコルの価値をさらに確認する。ビッカースインデンテーション器具を使用して、インベニらは、亀裂がどのように広がるか、および、亀裂を捕らえるバリアがどこに表れるかを特徴づけることができた。エナメル質、象牙質および２つの間のインタフェースの強靱性および硬さの因子が、定量化された（非特許文献４３）。しかし、ビッカースインデンテーション検査は、生きている患者には困難であり、それは、高解像度で、インデンテーションおよびインデンテーションの隅から広がる亀裂を画像形成する必要があるからである。
【００１６】
手術条件下で使用するために設計されるインデンテーション器具もまた現在、存在する。そのような器具の１つは、関節鏡手術制御を通して軟骨の剛性を測定するように設計されている（非特許文献４４、非特許文献４５）。関節軟骨の生体力学的特性の変化は、組織の変性の早期指標である。関節軟骨の圧縮剛性の減少は、第１に、プロテオグリカン含有量の減少に関係し、早期検出は、変性の過程へ導く状態を捕らえるための治療の可能性を提供する（非特許文献４４）。類似して設計された器具は、ウマ種の中手骨近傍に存在する軟骨の構造的特性を測定するために使用され、結果は、組織のグリコサミノグリカンのレベルに正相関した（非特許文献４６）。関節軟骨インデンターは、目にはまだ見えない悪化の早期機械的徴候として軟骨軟化を検出するために近年使用されている（非特許文献４７）。
【００１７】
別の器具、オステオペネトロメーターは、外科手術中に骨梁（trabecular bone）を生体検査するために設計された。この器具は、人工膝関節全置換術後にインプラントが緩む問題を減少することに関する情報を得るために、骨梁の機械的特性を特徴づけるように開発された（非特許文献４８）。オステオペネトロメーターは、手術中に移植部位で直径でミリメートルの幅および８ミリメートルの長さ侵入を必要とした。目的は、骨梁内部で多くの小柱を平均化するために十分に大きな侵入を有することであった。
【００１８】
下記刊行物は参照してここに組み込まれる。
【非特許文献１】ナラー、Ｒ．Ｋ（Nalla, R.K.）、クルジック、Ｊ．Ｊ．（Kruzic, J.J.）、キニー、Ｊ．Ｈ．（Kinney, J.H.）およびリッチー、Ｒ．Ｏ．（Ritchie, R.O.）著、「ヒト皮質骨の強靱性における加齢の影響：Ｒ曲線による評価（Effect of aging on the toughness of human cortical bone: evaluation by R-curves）」、ボーン３５（Bone 35）、１２４０−１２４６、（２００４）
【非特許文献２】ボンフィールド、Ｗ．（Bonfield, W.）、ベヒリ、Ｊ．Ｃ．（Behiri, J. C.）およびチャララミデ、Ｃ．（Charalamides, C.）著、「バイオメカニクスにおける皮質骨の骨折強靱性の配向および加齢に伴う依存：電流インターディシプリナリーリサーチ（Orientation and age-related dependence of the fracture toughness of cortical bone, in Biomechanics: Current lnterdisiplinary Research）」、（編集ペレン、Ｓ．Ｍ．（Perren, S.M.）およびシュナイダー、Ｅ．（Schneider, E.））、（マルチナムナイホーフパブリッシャーズ（Martinum Nijhoff Publishers）、ドルドレヒト（Dordrecht）、（１９８５）
【非特許文献３】ワン、Ｘ．Ｄ．（Wang, X.D.）、マシラマニ、Ｎ．Ｓ．（Masilamani, N. S.）、マブリー、Ｊ．Ｄ．（Mabrey, J. D.）、オールダー、Ｍ．Ｅ．（Alder, M. E.）およびアグラオル、Ｃ．Ｍ．（Agrawal, C.M.）著、「骨の骨折強靱性の変化は、そのミネラル濃度、気孔率および引張り特性に反映されないこともある（Changes in the fracture toughness of bone may not be reflected in its mineral density, porosity, and tensile properties）」、ボーン２３（Bone 23）、６７−７２、（１９９８）
【非特許文献４】カリー、Ｊ．Ｄ．（Currey, J. D.）、ブリア、Ｋ．（Brear, K.）およびジオポス、Ｐ．（Zioupos, P.）著、「ヒト大腿骨の強靱性の低下におけるミネラル含有量の変化および加齢の影響（The effects of ageing and changes in mineral content in degrading the toughness of human femora）」、ジャーナルオブバイオメカニクス（Journal of Biomechanics 30）、１００１−１００１、（１９９７）
【非特許文献５】ロー、Ｊ．Ｙ．（Rho, J.Y.）、クーン−スピアリング、Ｌ．（Kuhn-Spearing, L.）およびジオポス、Ｐ．（Zioupos, P.）著、「骨の機械的特性および階層構造（Mechanical properties and the hierarchical structure of bone）」、メディカルエンジニアリング＆フィジクス２０（Medical Engineering & Physics 20）、９２−１０２、（１９９８）
【非特許文献６】ジオポス、Ｐ．（Zioupos, P.）、カリー、Ｊ．Ｄ．（Currey, J. D.）およびヘイマー、ＡＪ．（Hamer, A.J.）著、「高齢のヒトの皮質骨の低下する機械的特性におけるコラーゲンの役割（The role of collagen in the declining mechanical properties of aging human cortical bone）」、ジャーナルオブバイオメディカルマテリアルズリサーチ４５（Journal of Biomedical Materials Research 45）１０８−１１６、（１９９９）
【非特許文献７】ブラウン、Ｃ．Ｕ．（Brown, C.U.）、イェニ、Ｙ．Ｎ．（Yeni, Y.N.）およびノーマン、Ｔ．Ｌ．（Norman, T.L.）著、「骨折強靱性は骨の場所に依存する−大腿頸部、大腿骨幹および脛骨幹の研究（Fracture toughness is dependent on bone location - A study of the femoral neck, femoral shaft, and the tibial shaft）」、ジャーナルオブバイオメディカルマテリアルズリサーチ４９（Journal of Biomedical Materials Research 49）、３８０−３８９、（２０００）
【非特許文献８】フェルプス、Ｊ．Ｂ．（Phelps, J. B.）、ハバード、Ｇ．Ｂ．（Hubbard, G.B.）、ワン、Ｘ．（Wang, X.）およびアグラオル、Ｃ．Ｍ．（Agrawal, C.M.）著、「微細構造均一性および骨の骨折強靱性（Microstructural heterogeneity and the fracture toughness of bone）」、ジャーナルオブバイオメディカルマテリアルズリサーチ５１（Journal of Biomedical Materials Research 51）、７３５−７４１、（２０００）
【非特許文献９】ワン、Ｘ．（Wang, X.）、シェン、Ｘ．（Shen, X.）、リー、Ｘ．（Li, X.）およびアグラオル、Ｃ．Ｍ．（Agrawal, C.M.）著、「骨のコラーゲンネットワークおよび強靱性の加齢に伴う変化（Age-related changes in the collagen network and toughness of bone）」、ボーン３１（Bone 31）、１−７、（２００２）
【非特許文献１０】ワン、Ｘ．（Wang, X.）、リー、Ｘ．（Li, X.）、ヘン、Ｘ．（hen, X.）およびアグラオル、Ｃ．Ｍ．（Agrawal, C.M.）著、「ヒト皮質骨における非石灰化コラーゲンの加齢に伴う変化（Age-related changes of noncalcified collagen in human cortical bone）」、アンビオメッドエング３１（Ann Biomed Eng 31）、１３６５−１３７１、（２００３）
【非特許文献１１】イェニ、Ｙ．Ｎ．（Yeni, Y.N.）およびノーマン、Ｔ．Ｌ．（Norman, T.L）著、「ヒト大腿頸部の骨折強靱性：微細構造、組成および年齢の影響（Fracture toughness of human femoral neck: Effect of microstructure, composition and age）」、ボーン２７（Bone 27）、３２７−３２７、（２０００）
【非特許文献１２】「物理的に活動的な女性軍人におけるストレス骨折を減少する（Reducing Stress Fracture in Physically Active Military Women）」、（編集：女性軍人の身体組成、栄養および健康に関する小委員会（Subcommittee on Body Composition, Nutrition, and Health of Military Women））、アカデミックプレス（Academic Press）、ワシントン、１９９８
【非特許文献１３】ヴェーレン、Ｌ．Ｅ．（Wehren, L. E.）およびシリス、Ｅ．Ｓ．（Siris, E. S.）著、「骨ミネラル濃度を超えて：既存の臨床リスク査定器具は、骨粗鬆症のリスクが増加する女性を識別することができるか？（Beyond bone mineral density: can existing clinical risk assessment instruments identify women at increased risk of osteoporosis?）」、ジャーナルオブインターナルメディシン２５６（Journal of Internal Medicine 256）、３７５−３８０、（２００４）
【非特許文献１４】世界保健機関（World Health Organization）、職場における骨粗鬆症の共同センター（Collaborating Center Osteoporosis in the Workplace）、ジャン・イヴ・レギンスター（Jean Yves Reginster）、２００５年３月http://www.osteofound.org/publications/workplace report.html
【非特許文献１５】アイリンジャー、Ｒ．Ｌ．（Ailinger, R. L.）、レイサス、Ｈ．（Lasus, H.）およびブラウン、Ｍ．Ａ．（Braun, M. A.）著、「骨粗鬆症クイズに関する事実の改訂（Revision of the facts on osteoporosis quiz）」、ナーシングリサーチ５２（Nursing Research 52）、１９８−２０１、（２００３）
【非特許文献１６】アマン、Ｐ．（Ammann, P.）およびリッゾーリ、Ｒ．（Rizzoli, R.）著、「骨の強さおよびその決定因子（Bone strength and its determinants）」、オステオポロシスインターナショナル１４（Osteoporosis International 14）、Ｓ１３−Ｓ１８（２００３）
【非特許文献１７】ブザイン、Ｍ．Ｌ．（Bouxsein, M. L.）、パレルモ、Ｌ．（Palermo, L.）、イェング、Ｃ．（Yeung, C.）およびブラック、Ｄ．Ｍ．（Black, D. M.）著、「デジタルＸ線ラジオグラメトリは高齢女性の腰、手首および脊椎の骨折のリスクを予測する：骨粗鬆症骨折の研究からの予想分析（Digital X-ray radiogrammetry predicts hip, wrist and vertebral fracture risk in elderly women: A prospective analysis from the study of osteoporotic fractures）」、オステオポロシスインターナショナル１３（Osteoporosis International 13）、３５８−３６５、（２００２）
【非特許文献１８】オードラン、Ｍ．（Audran, M.）著、「骨粗鬆症リスク因子識別の利益、限界および衝撃（Benefits, limitations, and impact of osteoporosis risk factor identification）、ジョイントボーンスパイン７１（Joint Bone Spine 71）、３６１−３６２、（２００４）
【非特許文献１９】フォーミカ、Ｃ．Ａ．（Formica, C. A.）著、「ＢＭＤ測定の標準化（Standardization of BMD measurements）」、 オステオポロシスインターナショナル８（Osteoporosis International 8）、１−３、（１９９８）
【非特許文献２０】オグラダイ、Ｄ．（O"Gradaigh, D.）、デビラム、Ｉ．（Debiram, I.）、ラブ、Ｓ．（Love, S.）、リチャーズ、Ｈ．Ｋ．（Richards, H. K.）およびコンプトン、Ｊ．Ｅ．（Compston, J. E.）著、「脊椎および大腿骨近位の密度測定を使用する骨粗鬆症の診断における不一致の予想研究（A prospective study of discordance in diagnosis of osteoporosis using spine and proximal femur bone densitometry）」、オステオポロシスインターナショナル１４（Osteoporosis International 14）、１３−１８（２００３）
【非特許文献２１】マルキン、Ｉ．（Malkin, I.）、カラシク、Ｄ．（Karasik, D.）、リブシッツ、Ｇ．（Livshits, G.）およびコビリアンスキー、Ｅ．（Kobyliansky, E.）著、「断面データを使用する加齢に伴う骨損失のモデルリング（Modelling of age-related bone loss using cross-sectional data）」、アナルズオブヒューマンバイオロジー２９（Annals of Human Biology 29）、２５６−２７０、 （２００２）
【非特許文献２２】グルアー、Ｃ．（Glueer, C）、Ｒ．イーステル（R. Eastell）、Ｄ．Ｍ．ライド（D.M. Reid）、Ｃ．ロー（C. Roux）Ｄ．フェルゼンバーグ（D. felsenberg）、Ｒ．バークマン（R. Barkmann）著、「高齢女性における臨床骨折を予測するための定量的超音波法および二重エネルギＸ線吸収測定法の比較（Comparison of Quantitative Ultrasound and Dual Energy X-Ray Absorptiometry for the Prediction of Clinical Fractures in Older Women）」、第３０回石灰化組織に関するＯＰＵＳ研究ヨーロッパシンポジウム−アブストラクト（The OPUS Study 30th European Symposium on calcified Tissues - Abstracts）、（２００３）
【非特許文献２３】ヴァンデンバーグ、Ｊ．Ｐ．Ｗ．外（van den Bergh, J. P. W. et al.）共著、「健常な小児および成人における踵骨超音波画像形成での骨格変化の測定：当該領域のサイズおよび場所の影響（Measuring skeletal changes with calcaneal ultrasound imaging in healthy children and adults: The influence of size and location of the region of interest）」、オステオポロシスインターナショナル１２（Osteoporosis International 12）９７０−９７９、（２００１）
【非特許文献２４】ファルガロン、Ｇ．外（Falgarone, G. et al.）共著、「画像形成装置または非画像形成装置を使用する定量的超音波法での骨粗鬆症患者の区別（Discrimination of osteoporotic patients with quantitative ultrasound using imaging or non-imaging device）」、ジョイントボーンスパイン７１（Joint Bone Spine 71）、４１９−４２３、（２００４）
【非特許文献２５】フィールディング、Ｋ．Ｔ．（Fielding, K. T.）、ニックス、Ｄ．Ａ．（Nix, D. A.）およびバクラック、Ｌ．Ｋ．（Bachrach, L. K.）著、「骨粗鬆症のリスクがある小児における踵骨超音波法および二重Ｘ線吸収測定法の比較（Comparison of calcaneus ultrasound and dual X-ray absorptiometry in children at risk of osteopenia）」、ジャーナルオブクリニカルデンシトメトリー６（Journal of Clinical Densitometry 6）、７−１５（２００３）
【非特許文献２６】フォーミカ、Ｃ．Ａ．（Formica, C. A.）、ニーヴス、Ｊ．Ｗ．（Nieves, J. W.）、コスマン、Ｆ．（Cosman, F.）、ギャレット、Ｐ．（Garrett, P.）およびリンジー、Ｒ．（Lindsay, R.）著、「二重Ｘ線吸収測定法および末梢定量的コンピュータ断層撮影法を使用する骨ミネラル測定の比較査定（Comparative assessment of bone mineral measurements using dual x-ray absorptiometry and peripheral quantitative computed tomography）」、オステオポロシスインターナショナル８（Osteoporosis International 8）、４６０−４６７、（１９９８）
【非特許文献２７】シュナイダー、Ｓ．外（Schneider, S. et al.）共著、「若犬および成犬の大腿骨における二重エネルギＸ線吸収測定法、末梢定量的コンピュータ断層撮影法および化学物理分析の使用によって得られた骨ミネラル測定の比較査定（Comparative assessment of bone mineral measurements obtained by use of dual-energy x-ray absorptiometry, peripheral quantitative computed tomography, and chemical-physical analyses in femurs of juvenile and adult dogs）」、アメリカンジャーナルオブヴェテリナリーリサーチ６５（American Journal of Veterinary Research 65）、８９１−９００、 （２００４）
【非特許文献２８】スティール、Ｓ．Ａ．（Steel, S. A.）、ソープ、Ｊ．Ａ．（Thorpe, J. A.）、ウォーカー、Ｒ．（Walker, R.）、ホーエイ、Ｓ．（Howey, S.）およびラントン、Ｃ．Ｍ．（Langton, C. M.）著、「形態計測Ｘ線吸収測定法用のファントムの展開および評価（Development and evaluation of a phantom for morphometric X-ray absorptiometry）」、オステオポロシスインターナショナル９（Osteoporosis International 9）、３８−４４、（１９９９)
【非特許文献２９】リード、Ｍ．Ｒ．（Reed, M. R.）、マリー、Ｊ．Ｒ．Ｄ．（Murray, J. R. D.）、アブディー、Ｓ．Ｅ．（Abdy, S. E.）、フランシス、Ｒ．Ｍ．（Francis, R. M.）およびマッカスキー、Ａ．Ｗ．（McCaskie, A. W.）著、「前腕遠位骨折後に骨折クリニックに通う患者におけるデジタルＸ線ラジオグラメトリおよび末梢二重エネルギＸ線吸収測定法の使用（The use of digital X-ray radiogrammetry and peripheral dual energy X-ray absorptiometry in patients attending fracture clinic after distal forearm fracture）」、ボーン３４（Bone 34）、７１６−７１９、（２００４）
【非特許文献３０】マーカス、Ｒ．（Marcus, R.）、骨粗鬆症（Osteoporosis）、（編集ロバート・マーカス、Ｄ．Ｆ．（Robert Marcus, D. F.）、ジェニファー・ケルジー（Jennifer Kelsey））、（アカデミックプレス（Academic Press）、ロンドン、１９９６）
【非特許文献３１】ターナー、Ｃ．Ｈ．（Turner, C. H.）著、「骨のバイオメカニクス：骨格の脆弱化および骨質の決定因子（Biomechanics of bone: Determinants of skeletal fragility and bone quality）」、オステオポロシスインターナショナル１３（Osteoporosis International 13）９７−１０４、（２００２）
【非特許文献３２】ザジョンホプキンスホワイトペーパーズ（The John Hopkins White Papers）、ジョンホプキンスメディカルインスティテューション（John Hopkins Medical Institution）、バルティモア（Baltimore）、メリーランド州、４４−６０、（２００４）
【非特許文献３３】ロー、Ｊ．Ｙ．（Rho, J.Y.）、ツイ、Ｔ．Ｙ．（Tsui, T. Y.）およびパール、Ｇ．Ｍ．（Pharr, G. M.）著、「ナノインデンテーションによって測定されたヒト皮質骨および梁層板骨の弾性特性（Elastic properties of human cortical and trabecular lamellar bone measured by nanoindentation）」、バイオマテリアルズ１８（Biomaterials 18）、１３２５−１３３０、（１９９７）
【非特許文献３４】リーフ、Ｍ．（Rief, M.）、ゴーテル、Ｍ．（Gautel, M.）、オースターハルト、Ｆ．（Oesterhelt, F.）、フェルナンデス、Ｊ．Ｍ．（Fernandez, J. M.）およびゴーブ、Ｈ．Ｅ．（Gaub, H. E.）著、「ＡＦＭによる個別チチン免疫グロブリンドメインの可逆アンフォールディング（Reversible unfolding of individual titin immunoglobulin domains by AFM）」、サイエンス２７６（Science 276）１１０９−１１１２、（１９９７）
【非特許文献３５】ホフラー、Ｃ．Ｅ．（Hoffler, C.E.）、ムーア、Ｋ．Ｅ．（Moore, K.E.）、コズロフ、Ｋ．（Kozloff, K.）、ジセット、Ｐ．Ｋ．（Zysset, P.K.）およびゴールドスタイン、Ｓ．Ａ．（Goldstein, S.A.）著、「年齢、性別および骨層板弾性率（Age, gender, and bone lamellae elastic moduli）」、ジャーナルオブオーソピーディックリサーチ１８（Journal of Orthopaedic Research 18）、４３２−４３７、（２０００）
【非特許文献３６】ヘングスバーガー、Ｓ．（Hengsberger, S.）、クリク、Ａ．（Kulik, A.）およびジセット、Ｐ．（Zysset, P.）著、「ナノインデンテーションは、乾燥した状態下および生理的状態下の個別のヒト骨層板の弾性特性を区別する（Nanoindentation discriminates the elastic properties of individual human bone lamellae under dry and physiological conditions）」、ボーン３０（Bone 30）、１７８−１８４、（２００２）
【非特許文献３７】ヘングスバーガー、Ｓ．（Hengsberger, S.）、クリク、Ａ．（Kulik, A.）およびジセット、Ｐ．（Zysset, P.）著、「骨構造ユニットの弾性特性を調査するために組み合わされた原子間力顕微鏡法およびナノインデンテーション技術（A combined atomic force microscopy and nanoindentation technique to investigate the elastic properties of bone structural units）」、ユルセルマテ１（Eur Cell Mater 1）、１２−７、（２００１）
【非特許文献３８】コーツ、Ａ．Ｍ．（Coats, A.M.）、ジオポス、Ｐ．（Zioupos, P.）およびアスプデン、Ｒ．Ｍ．（Aspden, R.M.）著、「マイクロインデンテーション検査および電子プローブ微量分析による骨粗鬆症または変形性関節症の患者からの軟骨下骨の材料特性（Material properties of subchondral bone from patients with osteoporosis or osteoarthritis by microindentation testing and electron probe microanalysis）」、カルシファイドイッシューインターナショナル７３（Calcified Tissue International 73）、６６−７１、（２００３）
【非特許文献３９】ホー、Ｓ．Ｐ．（Ho, S.P.）、バローチ、Ｍ．（Balooch, M.）、ゴーディス、Ｈ．Ｅ．（Goodis, H.E.）、マーシャル、Ｇ．Ｗ．（Marshall, G.W.）およびマーシャル、Ｓ．Ｊ．（Marshall, S.J.）著、「セメント質象牙質境界の超微細構造およびナノメカニカル特性（Ultrastructure and nanomechanical properties of cementum dentin junction）」、ジャーナルオブバイオメディカルマテリアルズリサーチ、パートＡ、６８Ａ（Journal of Biomedical Materials Research Part A 68A）、３４３−３５１、（２００４）
【非特許文献４０】シルヴァ、Ｍ．Ｊ．（Silva, M.J.）、ブロッド、Ｍ．Ｄ．（Brodt, M. D.）、ファン、Ｚ．Ｆ．（Fan, Z.F.）およびロー、Ｊ．Ｙ．（Rho, J.Y.）著、「老化促進マウスＳＡＭＰ６からの骨における材料特性のナノインデンテーションおよび全骨曲げ推定（Nanoindentation and whole-bone bending estimates of material properties in bones from the senescence accelerated mouse SAMP6）」、ジャーナルオブバイオメカニクス３７（Journal of Biomechanics 37）１６３９−１６４６、（２００４）
【非特許文献４１】バローチ、Ｍ．（Balooch, M. et al.）著、「原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）系インデンテーションで水中で測定された脱塩されたヒト象牙質の粘弾性特性（Viscoelastic properties of demineralized human dentin measured in water with atomic force microscope (AFM)-based indentation）」、ジャーナルオブバイオメディカルマテリアルズリサーチ４０（Journal of Biomedical Materials Research 40）、５３９−５４４、（１９９８）
【非特許文献４２】シュトルツ、Ｍ．ら（Stolz, M. et al.）著、「インデンテーション型原子間力顕微鏡法による組織構成の２つの異なるレベルで決定されたブタ関節軟骨の動弾性係数（Dynamic elastic modulus of porcine articular cartilage determined at two different levels of tissue organization by indentation-type atomic force microscopy）」、バイオフィジカルジャーナル８６（Biophysical Journal 86）、３２６９−３２８３、（２００４）
【非特許文献４３】インベニ、Ｖ．（Imbeni, V.）、クルジック、Ｊ．Ｊ．（Kruzic, J.J.）、マーシャル、Ｇ．Ｗ．（Marshall, G.W.）、マーシャル、Ｓ．Ｊ．（Marshall, S.J.）およびリッチー、Ｒ．Ｏ．（Ritchie, R.O.）著、「ヒトの歯の象牙質エナメル質境界および骨折（The dentin-enamel junction and the fracture of human teeth）」、ネイチャーマテリアルズ４（Nature Materials 4）、２２９−２３２、（２００５）
【非特許文献４４】リイラ、Ｔ．（Lyyra, T.）、ジュルヴェリン、Ｊ．（Jurvelin, J.）、ピトカネン、Ｐ．（Pitkanen, P.）、ヴァータイネン、Ｕ．（Vaatainen, U.）およびキヴィランタ、Ｉ．（Kiviranta, I.）著、「関節鏡制御下で軟骨の剛性を測定するためのインデンテーション器具（Indentation Instrument for the Measurement of Cartilage Stiffness under Arthroscopic Control）」、メディカルエンジニアリング＆フィジクス１７（Medical Engineering & Physics 17）、３９５−３９９、（１９９５）
【非特許文献４５】トイラス、Ｊ．ら（Toyras, J. et al.）著、「関節鏡インデンテーション器具および組織厚さの超音波測定を使用する関節軟骨のヤング率の推定（Estimation of the Young"s modulus of articular cartilage using an arthroscopic indentation instrument and ultrasonic measurement of tissue thickness）」、ジャーナルオブバイオメカニクス３４（Journal of Biomechanics 34）、２５１−２５６、（２００１）
【非特許文献４６】ブラマ、Ｐ．Ａ．Ｊ．（Brama, P.A.J.）、バーネヴェルト、Ａ．（Barneveld, A.）、カーセンバーグ、Ｄ．（Karssenberg, D.）、ヴァンカンペン、Ｇ．Ｐ．Ｊ．（Van Kampen, G.P.J.）およびヴァンヴィーレン、Ｐ．Ｒ．（Van Weeren, P.R.）著、「ウマの関節軟骨の構造特性を測定するためのインデンターシステムの適用。器具の適切性および生化学データとの相関（The application of an indenter system to measure structural properties of articular cartilage in the horse. Suitability of the instrument and correlation with biochemical data）」、ジャーナルオブヴェテリナリーメディシンシリーズエーフィジオロジーパソロジークリニカルメディシン４８（Journal of Veterinary Medicine Series a-Physiology Pathology Clinical Medicine 48）、２１３−２２１、（２００１）
【非特許文献４７】ヴァサラ、Ａ．Ｉ．（Vasara, A.I.）、ジュルヴェリン、Ｊ．Ｓ．（Jurvelin, J. S.）、ピーターソン、Ｌ．（Peterson, L.）およびキヴィランタ、Ｉ．（Kiviranta, I.）著、「前十字靱帯不完全膝の関節鏡軟骨インデンテーションおよび軟骨損傷（Arthroscopic cartilage indentation and cartilage lesions of anterior cruciate ligament-deficient knees）」、アメリカンジャーナルオブスポーツメディシン３３（American Journal of Sports Medicine 33）、４０８−４１４、（２００５）
【非特許文献４８】フヴィド、Ｉ．（Hvid, I.）著、「オステオペネトロメーターを使用する骨の侵入検査（Penetration Testing of Bone Using the Osteopenetrometer）」、（チャプター）骨の機械的検査および骨インプラントインタフェース（Mechanical Testing of Bone and the Bone-Implant Interface）、２４１−２４６、（ＣＲＣプレス（CRC Press）、ボーカラトーン（Boca Raton）、（２０００）
【非特許文献４９】ファントナー、Ｇ．Ｅ．外（Fantner, G. E. et al.）共著、「骨梁の顕微鏡的骨折ふるまいにおける有機基質の悪化の影響（Influence of the degradation of the organic matrix on the microscopic fracture behavior of trabecular bone）」、ボーン３５（Bone 35）、１０１３−１０２２、（２００４）
【非特許文献５０】ナラー、Ｒ．Ｋ（Nalla, R.K.）著、「ヒト皮質骨の強靱性における関する加齢の影響（EFFECT OF AGING ON THE TOUGHNESS OF HUMAN CORTICAL BONE）」、オルソピーディックリサーチソサイアティプロシーディングス（Orthopedic Research Society Proceedings）、（２００５）
【非特許文献５１】カリー、Ｊ．Ｄ．（Currey, J. D.）、ブリア、Ｋ．（Brear, K.）およびジオポス、Ｐ．（Zioupos, P.）著、「ヒト大腿骨の強靱性の低下におけるミネラル含有量の変化および加齢の影響（The effects of aging and changes in mineral content in degrading the toughness of human femora）」、ジャーナルオブバイオメカニクス２９（Journal of Biomechanics 29）、２５７−２６０、（１９９６）
【非特許文献５２】ヴァシス、Ｄ．（Vashishth, D.）、キム、Ｄ．（Kim, D.）およびロー、Ｊ．（Rho, J.）著、「ヒト皮質骨の曲げ疲労に関する引っ張りおよび圧縮損傷の影響（The influence of tensile and compressive damage on bending fatigue of human cortical bone）」、第２回ジョイントＥＭＢＳ−ＢＭＥＳ会議２００２、第２４回医学生物工学学会の国際年次会議（in Second Joint EMBS-BMES Conference 2002 24th Annual International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society）、アニュアルフォールミーティングオブザバイオメディカルエンジニアリングソサイアティ第１巻（Annual Fall Meeting of the Biomedical Engineering Society Vol. 1）、４１７−４１８、（ＩＥＥＥ、ヒューストン、テキサス州、２００２（IEEE, Houston, TX, 2002））
【非特許文献５３】テイラー、Ｄ．（Taylor, D.）およびリー、Ｔ．Ｃ．（Lee, T.C.）著、「微小損傷および機械的ふるまい：緻密骨の故障を予測し作り直す（Microdamage and mechanical behaviour: predicting failure and remodelling in compact bone）」、ジャーナルオブアナトミー２０３（Journal of Anatomy 203）、２０３−２１１、（２００３）
【非特許文献５４】ジオポス、Ｐ．（Zioupos, P.）著、「高齢のヒト皮質骨における生体力学的特性に対する生体内疲労微小損傷の蓄積およびその関係（Accumulation of in-vivo fatigue microdamage and its relation to biomechanical properties in ageing human cortical bone）」、ジャーナルオブマイクロスコピー−オックスフォード２０１（Journal of Microscopy-Oxford 201）、２７０−２７８、（２００１）
【非特許文献５５】シャフラー、Ｍ．Ｂ．（Schaffler, M. B.）、チョイ、Ｋ．（Choi, K.）およびミルグロム、Ｃ．（Milgrom, C.）著、「ヒト皮質骨における加齢および基質微小損傷蓄積（Aging and matrix microdamage accumulation in human compact bone）」、ボーン１７（Bone 17）、５２１−５２５、（１９９５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
技術および診断器具類において、各々のこのような発展は、骨の脆弱性および骨粗鬆症の正確な診断に向けての重要且つ貴重なデータを生成するが、それらは各々、熟練した技術者を必要とする。増加する高齢人口を査定するための利用可能な機器の限界および診断が利用可能であるときに受ける高い費用のため、これらのツールは、骨折のリスクが高い多くの患者に利用されていない。知っている限りでは、骨膜の除去を含む骨の外科的露出なしで、生きている被検体において、骨折リスクに関する骨の材料特性を臨床的に測定することができる器具は存在しない。臨床環境内で骨折リスクを査定するための安価な診断ツールの必要性は明らかであると思われる。多くの研究者は、依然として、ＢＭＤを評価するための標準を設定しようと努力しているが、多くは、その限界を認識しており、この限界は、たとえば、ピーク骨量に未だ達していない人に対する適用の不確かさ、および、解剖学的部位、骨形状および民族的背景に基づいた結果に対する調整の必要性である。多数の「リスクがある」患者が、骨折する前に、予防的な治療を受けることができるために、微小亀裂誘発による骨折リスクの指標を直接決定することができる低コストで低労働力要件の診断器具の強い必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、検査プローブとの接触を通して骨の材料特性を評価することによって、前述の不利点を克服する。特定の実施形態において、それによって、骨折に対する骨の実際の抵抗を測定することができる。新規器具が設けられ、これは、皮膚または他の軟組織および骨膜を通って骨まで挿入された検査プローブによって生じた顕微鏡的骨折(microscopic fracture)に対して骨がどのように抵抗するかを測定することによって、マクロ的骨折リスクを査定する。顕微鏡的骨折は、非常に小さいため、無視できる健康リスクを課す。損傷された骨の容量は、現在の実施形態では、０．０１立方ミリメートルかそれ以下でありうる。これらの顕微鏡的骨折に対する骨の抵抗は、マクロ的な骨折に対する骨の抵抗の良好な指標である。したがって、骨折リスクは、骨に顕微鏡的骨折を形成することによって査定される。そのような器具の利点は、非常に迅速で安価な検査で、いずれの既存の器具類では手に入らない骨折リスクに関する情報を与えることである。この新しい診断情報は、単独で使用することができるか、または、従来の診断法、たとえば、骨ミネラル濃度等からの結果を補うことができる。
【００２１】
概念的には、本発明は、被検体の骨折リスクを査定する方法および器具を提供し、検査プローブを被検体の骨膜および／または軟組織を通して挿入し、そのため、検査プローブは被検体の骨に接触することと、検査プローブによって顕微鏡的骨折に対する検査された骨の抵抗を決定することと、を備える。被検体は、臨床環境で生きているヒトまたは動物でありえ、検査プローブは、実験の性質に依存して、上にある皮膚を通って挿入されるか、または、直接、骨膜が露出される手術中に骨膜を通って挿入されるか、または、皮膚および骨膜の両方を通ってかまたは軟組織または骨膜のみを通って死体骨内に挿入される。同様に、骨の内側表面が外科的に露出された場合には、器具は、骨内膜に侵入することができる。器具はまた、外科的に露出されている骨表面を直接測定することもできる。また、器具は、被検体から切り取られた骨片が依然として骨膜または骨内膜で覆われているかいなかに関係なく、その骨片を直接測定することもできる。検査プローブは、顕微鏡的距離だけ、骨内に挿入され、骨に１つまたはそれ以上の顕微鏡的骨折を形成する。骨折リスクは、侵入の程度を決定することによって査定することができるか、または、検査プローブの侵入に対する骨の抵抗を決定することによって査定することができる。
【００２２】
好適な実施形態において、方法は、同様に、参照プローブを挿入して、参照プローブが骨に深く侵入することなく被検体の骨に接触し、検査プローブの先端を挿入する程度を決定するための参照として機能するようにすることを含む。検査プローブはロッドとして形成されることができ、参照プローブは、検査プローブが中に配置されるシース(sheath)の形態であることができ、検査プローブ先端に近いシースの端は、参照として機能する。検査プローブおよび参照プローブは、非対称に鋭くすることができ、検査プローブの先端と参照プローブの先端との間の側方向のずれを最小限にする。
【００２３】
他の実施形態において、検査プローブは、骨に侵入するときに変形に抵抗するほど十分に頑丈であるが、さらに他の実施形態では、検査プローブは、弱い骨に侵入するときに変形に抵抗するが、健康な骨によって変形される。高い変形は骨折抵抗性がある骨を示し、低い変形は骨折のリスクがある骨を示す。検査プローブは、停止表面を含むことができ、所定の距離を越えて骨内に侵入するのを防止し、変形の定量化を容易にする。
【００２４】
検査プローブは、単回使用検査プローブであってもよく、患者によってまたは医者によって、使用後に処分することができ、参照プローブも同様である。検査プローブは殺菌することができ、参照プローブも同様である。製造業者は、無菌パッケージ内に殺菌した参照プローブを備えた殺菌した検査プローブから構成される単回使用組み合わせを供給することができる。
【００２５】
さらに他の実施形態において、検査プローブが骨から引かれるときに検査プローブの後方運動は抵抗され、抵抗する力の程度は、骨折に対する骨の抵抗の尺度として決定され、代替として、またはこれに加えて、骨折リスクは、検査プローブを骨内に挿入するのに必要な力を決定することによって査定され、力対距離パラメータを生成することができ、骨折リスクと相関する。
【００２６】
特定の実施形態において、被検体の骨折リスクを査定するための診断器具が提供され、被検体の骨に接触するために、軟組織または他の上にある皮膚を通しても通さなくても、骨膜を通って被検体の骨に挿入されるように構造された検査プローブを支持するハウジングと、検査プローブとの接触を通して骨の材料特性を評価するための手段と、を備える。診断器具によって評価される材料特性は、下記の１つまたはそれ以上である。
【００２７】
（ａ）骨の機械的特性、
（ｂ）検査プローブによる顕微鏡的骨折に対する骨の抵抗、
（ｃ）骨内のインデンテーション深さ対必要な力の曲線、
（ｄ）固定された力での骨のインデンテーション、
（ｅ）固定された衝撃エネルギでの骨のインデンテーション、
（ｆ）骨の硬さ、
（ｇ）骨の弾性率、
（ｈ）疲労骨折に対する骨の抵抗、
（ｉ）骨内へのねじの侵入に対する抵抗、
（ｊ）骨上の回転摩擦、
（ｋ）インデンテーション深さ対衝撃後の時間の曲線、
（ｌ）力対設定された距離への衝撃後の時間の曲線、
（ｍ）インデンテーション深さ対反復衝撃の時間の曲線、
（ｎ）力対反復衝撃の時間の曲線、または、
（ｏ）一連の上記測定またはその組み合わせに対する骨の応答。
【００２８】
検査プローブは、顕微鏡的距離だけ骨内に挿入され、骨に１つまたはそれ以上の顕微鏡的骨折を形成し、下記の１つまたはそれ以上を決定するのを可能にする。
【００２９】
（ａ）検査プローブの侵入端を骨内に挿入する程度、
（ｂ）検査プローブの侵入に対する骨の抵抗、または、
（ｃ）骨に侵入した後に検査プローブを除去するのに対する骨の抵抗。
【００３０】
診断器具は、骨膜、およびいずれの上にある皮膚または他の軟組織を通って挿入するように構造された参照プローブを含むことができ、参照プローブが骨に深く侵入することなく骨に接触し、検査プローブの先端の挿入の程度を決定するための参照として機能するようにする。参照プローブは、検査プローブが中に配置されるシースの形態であることができ、検査プローブ先端に近い参照プローブの端は、参照として機能する。検査プローブはロッドとして形成されることができ、その先端は、参照プローブの端を越えて最大所定距離を延出するように配置される。工具鋼またはステンレス鋼から形成されることができる検査プローブ（検査プローブの先端は、検査プローブのシャフトと同一の材料から形成されることができ、または、別の材料、たとえば、ダイアモンド、炭化ケイ素または硬化鋼等から形成されることができる）、および、皮下注射針から形成されることができる参照プローブは、各々が、非対称にテーパされる。それによって、検査プローブ先端と参照プローブ先端との間の側方向のずれを最小限にし、骨の骨膜およびいずれの上にある皮膚または他の軟組織に侵入するほど十分に鋭い。
【００３１】
診断器具は、第１の大きさの固定された力を検査プローブに加え、参照プローブに対する検査プローブの開始位置を決定することができる。診断機具は、第２の大きさの固定された力を検査プローブに加え、参照プローブに対する検査プローブの位置の変化を測定し、固定された力を第１の大きさへ減少し、参照プローブに対する検査プローブの位置の変化を記録することができる。診断器具は、検査プローブを所定の距離だけ骨内に挿入するのに必要な力を決定することによって、且つ／または、所定の力の下で検査プローブが骨内に挿入する距離を決定することによって、力対距離パラメータをさらに決定することができる。
【００３２】
たとえば、診断器具は、検査プローブを上記所定の距離だけ挿入するのに必要な力を決定するために検査プローブに接続されたロードセルを含むことができる。検査プローブを所定の距離だけ骨内に挿入するのに必要な力を生成するために、ソレノイドを装着ピンに電磁的に接続することができ、検査プローブは、力を生成するために、装着ピンの端に接続される。ソレノイドの作用に対抗するために、１つまたはそれ以上のばねを配置することができる。
【００３３】
診断器具は、検査プローブが所定の力の下で骨内に挿入する距離を決定するために検査プローブに接続されたコアを有する直線可変インダクタンストランスデューサー（linear variable inductance transducer）を含むことができる。他の距離センサを使用することもできる。現在の実施形態では、距離センサが、下記を有することが望ましい。１）およそ１ミクロンまでの感度、２）約１ｍｍまでの範囲、３）数ミリ秒かまたはそれより速いことが好ましい応答時間。これらの特徴を備えた距離センサは、光学距離センサおよびキャパシタンスセンサを含む。
【００３４】
検査プローブを挿入するために、回転カムおよびフォロアピンを含むことができ、カムはフォロアピン上に作用する表面を有し、フォロアピンの一方の端はカム表面に摺動接触し、フォロアピンの他方の端は検査プローブに接続されている。回転モータで検査プローブを挿入する他の機構は、モータ駆動された、ボールねじまたはアクメねじ(Acme screw)を含み、モータの回転運動を直線運動に転換する。アクメねじは、電源オフ状態で荷重を保持することができ、力緩和(force relaxation)対固定深さへのインデンテーション後の時間を測定するのを可能にするという利点を有する。モータ方向を逆にせずに繰り返し循環するために、回転から直線運動への機構、たとえば、ピストン機構を使用することができる。他の直線運動ジェネレータも使用されてもよい。現在の直線運動形状用に、直線運動ジェネレータは、１ｍｍまでの運動の範囲で１０ニュートンまでの力を供給しなければならない。より鋭いかまたはより小さな直径の検査プローブは、より少ない力で使用可能である。降伏前（pre-yield）機械パラメータたとえば弾性率等の測定は、より少ない力で使用することができ、ミリニュートンの範囲まで下がれる。しかし、非常に少ない力およびインデンテーション深さへ行くことの不利点は、より少量の骨の特性が探索されることである。今までのところの我々の検査は、少なくとも数骨単位を平均するために十分な容量を有することが望ましいことを示しており、これは、０．２ｍｍの典型的な直径を有し、測定されたデータのばらつきを減少する。
【００３５】
検査プローブおよび参照プローブ用のガイドをハウジングの下部端に装着することができ、ガイドおよび参照プローブは、検査プローブが通って延出する整列された通路で互いに着脱自在に接続するように形成される。参照プローブ自体は、ガイドに着脱自在に装着されることができる。たとえば、ガイドは、その下部端から延出する外側にねじ山を切ったネックを備えて形成されることができ、参照プローブは、ガイドのネックへねじ込み装着するために、通路のまわりに内側にねじ山を切った開口を備えて形成されることができる。特定の実施形態において、検査プローブは、単回使用の、交換式プローブである。別の特定の実施形態において、検査プローブおよび参照プローブは、両方とも、単回使用の、交換式プローブである。
【００３６】
検査プローブおよび参照プローブの組み合わせは、プローブガイドと同様に、使い捨てで交換式の、任意に殺菌した、部品として設けることができる。
【００３７】
本発明の診断器具は、以前の器具とは別個のものである。これは、骨表面を外科的に露出する必要なく使用されるように設計されている。小直径のプローブアセンブリが、骨膜およびいずれの上にある皮膚または他の軟組織を通って、骨まで挿入される。骨表面を露出するかまたは視覚化する必要がない。これは、ライス大学（Rice University）でリーブシュナー（Liebschner）が開発したオステオソニック（OsteoSonic）（商標）とも別個のものであり、それは、音波を使用して、いずれの種類のプローブで皮膚に侵入せずに骨の構造的一体性を測定する。本発明の診断器具は、骨の小さな探索された容量に実際に降伏を形成することによって、弾性率等の降伏前パラメータだけではなく、強靱性等の降伏後パラメータも探索するように設計されている。
【００３８】
本発明の診断器具はまた、緩徐に変化する力または静止力に加えて振動力で操作することもできる。これは、たとえば、ソレノイド、拡声器に使用されるもの等の永久磁場の可動コイル、または他の装置を供給することによって、達成することができる。そこで、この他の装置は、緩徐に変化する電流または静電流が加算された振動電によって電流を機械力へ転換するための装置である。結果として得られた振動力は、ロードセル等の力センサから読み取ることができる。振動距離は、ＬＶＤＴ等の距離センサから読み取ることができる。より高い周波数応答用に、より速い距離センサ、たとえば、ＭＴＩ−２０００フォトニックセンサ（MTI - 2000 Fotonic sensor）のような光学センサ等を使用することができる。センサの光ファイバプローブは、器具の本体に取り付けることができ、検査プローブに接続されるタブへの距離を読み取ることができる。周波数に応じて且つ緩徐に変化する力または静止力に応じて振動距離の振幅または位相を探索して、診断の区別を増加することができる。
【００３９】
力を供給するためのばねシステムが加えられたソレノイドで、電流の関数として力に非線形性および履歴現象があり、これは、力は、電流の関数であるだけではなく、ソレノイドのコアの位置の関数でもあるからである。非線形性および履歴現象は、ソレノイドの電流からの力がばね力より大きくなった直後に、力を突然増大させる（１ミリ秒の上昇時間）。この力の突然の増大は、骨に衝撃を形成する。あるいは、拡声器に使用されるもの等の永久磁場で、検査プローブに取り付けられた可動コイルで衝撃を形成することができる。この衝撃対時間の結果として検査プローブが動く骨内への距離のプロットは、診断に用いられる。たとえば、電流が、１Ｈｚの周波数で且つ１Ｈｚ周波数で衝撃を形成するのに十分な振幅においての電流の三角波が加えられる静電流から構成される場合には、距離対衝撃直後の時間プロットのスロープは、いくつかの検査において焼いた骨を焼かない骨から区別している。距離対衝撃後数十ミリ秒の時間プロットのスロープは、焼かない骨では有意に少なく、５倍を超えた。これは、焼かない骨は、これらの検査では、焼いた骨よりも、プローブが良好に反復挿入するのを妨げたことを示している。このタイプの測定では、典型的なＬＶＤＴよりも速い時間解像度を備えた距離センサを使用する必要がある。したがって、我々の検査では、光学センサ、ＭＴＩ−２０００フォトニックセンサを使用した。必要な、１）感度、およそ１ミクロンまで、２）範囲、約１ｍｍまで、３）応答時間、好ましくは数ミリ秒かまたはそれより速い、を供えたいずれの他の速い距離センサを使用することができる。そのようなセンサの他の例は、光学レバーセンサおよびキャパシタンスセンサを含む。
【００４０】
最後に、本明細書で述べている器具を使用して骨以外の材料を特徴づけることができることに注意されたい。これを使用して、他の組織たとえば軟骨および皮膚等を特徴づけることができる。これを使用して、金属たとえばアルミニウム合金および銅合金等、プラスチックたとえばポリメチルメタルクリレート等、および、テフロン（登録商標）、木材およびセラミック等の材料特性を測定することができる。これを手持ち式器具として使用して検査ラボ外部で材料特性を測定することができるという利点を有する。たとえば、これを使用して、疲労をチェックするために飛行機の翼の、または、脆化をチェックするためにパイプラインの溶接の、材料特性を測定することができる。検査プローブと参照プローブとのこの狭い組み合わせが、デュロメータ等の他の検査器具ではアクセスできない表面で測定することを可能にする。さらに、鋭くした検査プローブおよび参照プローブで、柔軟なコーティングたとえば錆または汚れまたはポリマーコーティングまたは腐食層または海洋生物蓄積に侵入することができ、下にある材料の特性を測定する。これは、地下に埋められたパイプを検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
下記は、まず、好適な実施形態を説明し、次に多数の代替の実施形態を説明するが、すべてが、本発明の基礎となる原則を使用している。
【００４２】
本発明の基本的な特徴は、骨膜を通して且つ上にある皮膚または他の軟組織を通して挿入され、骨表面に接触する検査プローブである。図１Ａ〜Ｃを参照すると、本発明の診断器具の設計概念は、検査プローブ１００および参照プローブ１０２から構成されるプローブアセンブリが、生きているヒト、動物または死体の骨の骨膜および上にある皮膚または他の軟組織を通して挿入され、骨の表面に載るようにする。検査プローブ１００および参照プローブ１０２の例示的なアセンブリの３ステージが、図１Ａ〜Ｃに示されている。検査プローブは、骨内に挿入され、材料特性を測定する。鋭くした検査プローブで（たとえば、１１度の半角に対して鋭くした）、降伏後特性を測定し、力対距離曲線の不可逆変化を検出することが可能である。力対距離曲線は、１）最大挿入距離、２）最大到達力、および、３）挿入の複数サイクル後のこれらの値の変化、等のパラメータを与えるように処理することができる。
【００４３】
検査プローブおよび参照プローブは、図１Ａ〜Ｃに示されているように、任意に非対称に鋭くすることができ、検査プローブ１００の先端と参照プローブ１０２の先端との間の側方向のずれを最小限にする。これは、プローブアセンブリの軸に対して完全に垂直ではない骨表面から生じる力対距離曲線のゼロオフセットを最小限にする。代替的に、距離のゼロオフセットが重要ではないときに、たとえば、固定した最大距離ではなく固定した最大力の下での循環のときに、または、固定した閾値力で距離を検知し、次いで、固定した閾値力に対応する距離を越えた一定の距離へ挿入するときに、対称的に鋭くしたプローブを日常的に使用することができる。その場合、検査プローブ１００は工具鋼のロッドから形成することができ、これは、５度から９０度の円錐を先端に備えた直径０．５ｍｍである。これは、参照プローブ１０２として作用する特別に鋭くした端を備えた＃２１シリンジ(syringe)内部に滑り込む。
【００４４】
例示的なアセンブリは、検査プローブ１００として鋭くした高スピード工具鋼と、参照プローブ１０２として鋭くした皮下注射針２２ゲージと、から構成される。図１ａは、検査プローブ挿入直前の骨の表面におけるプローブアセンブリを示す。参照プローブ１０２の先端は、これの先端を検査プローブ１００の先端近くにするように、研がれていることに注意されたい。
【００４５】
検査プローブ１００が骨内に挿入される距離は、骨の表面における参照プローブ１０２の位置に対して測定される。検査プローブ１００を挿入し引き抜く力もまた、測定される。検査プローブが、骨内に十分深くに、典型的に数ミクロンを超えて、循環される場合には、降伏後損傷があり、これは、次のサイクルで試料採取することができ、これは、図１ｃには、検査プローブが引き抜かれた後に骨に残っている穴１０４として示されている。
【００４６】
図２は、現在の好適な実施形態の汎用の診断器具を示す。検査プローブ２００は、シャフト２０６を通して任意のトルクおよび角変位センサ２０８に、次いで、任意のトルクジェネレータ２１０に、次いで、任意の直線変位センサ２１２に、次いで、任意の力センサ２１４に、最後に、任意の力ジェネレータ２１６に接続される。任意の参照プローブ２０２が、センサおよびジェネレータを保持するハウジング２１８に接続される。ハウジング２１８は、サポートによって検査下の試料に支持され、位置決めされることができる。これは、測定または作動の可能性を使い果たさない。たとえば、任意の直線変位ジェネレータ、たとえば、図３に示され図６のデータを収集するのに使用されるようなものを含むことも可能である。別の例として、検査プローブ２００を固定された距離へ挿入するために、固定ストップが加えられたソレノイドを使用することができる。力対挿入後の時間は、挿入後に骨がどのように緩んだかに関する情報を有する。この場合、ソレノイドは力を生成するが、力が検査プローブ２００を固定された距離へ挿入するのに必要なよりも大きい場合に限り、次いで、これは、変位ジェネレータとして作用し、固定された変位を生成する。この機能性は、図３にも存在する。このようにして、力ジェネレータと距離ジェネレータとの間の分離は、常にはっきりしているとは限らない。他の追加は、シャフト２０６のまわりに曲がることができるプローブを加熱するヒータを含むことができる。
【００４７】
図３は、図２に示された汎用の診断器具の拡大例を示す。図２に述べられた構成要素に加えて、任意の変位ジェネレータ３２０は、モータ３２２と、回転水平カム３２４と、２つのばね３２８でカム３２４に接触して保持されたフォロアピン３２６と、から構成される。モータは、ねじ３４４で側方向に平行移動することができ、ねじ３４６で係止され、動きの範囲を調整する。モータ３２２の軸がフォロアピン３２６の軸に近づけば近づくほど、動きの範囲は小さくなる。他の実施形態は、ばねを使用せずに構造することができる。たとえば、ボールねじまたはアクメねじを使用して、モータの回転運動を直線運動に転換することができる。アクメねじは、電源オフ状態で荷重を保持することができ、力緩和対固定された深さへのインデンテーション後の時間を測定するのを可能にするという利点を有する。モータの方向を逆にせずに繰り返し循環するために、回転運動から直線運動への機構、たとえば、ピストン機構を使用することができる。任意の力センサ３３０として作用するロードセル、フテクモデルＬＳＢ２００（Futek model LSB200）で力を検知することができ、任意の距離センサ３３２として作用する直線可変インダクタンストランスフォーマー（linear variable inductance transformer）（ＬＶＤＴ）、マクロセンサモデルＣＤ３７５（Macro Sensors model CD 375）で距離を検知することができる。診断器具はまた、２つのばね３２８と組み合わせたソレノイド３３４によって生成された力で、検査プローブ３００を骨内に且つ骨外へ循環する任意の力ジェネレータも有する。この組み合わせは、ソレノイド３３４からの力が２つのばね３２８からの力の力を超えるときに、挿入用に正の力を提供し、ソレノイドからの力が２つのばねから力より小さいときに、負の力を提供して、検査プローブを骨から引く。ねじである２つの調整可能ストップ３４８は、ソレノイドが検査プローブを骨内に極端に挿入するのを防止する。力に対する骨の応答を研究することが望ましい場合には、これらのねじ３４８は、安全装置としてのみ作用し、これらは、実際に探索される範囲をはるかに超えたときのみ検査プローブ３００を停止するように調整される。あるいは、１）これらのねじは、固定インデンテーション深さを提供するように調整することができ、２）ソレノイドへの電流は、ストップ３４８が、検査されているすべての試料用のインデンテーションを停止するまでずっと検査プローブ３００を挿入するのに十分であるように調整することができる。次いで、同一のインデンテーションに対するすべての試料の応答をモニタすることができる。特定の実施形態において、力ドライブかまたは距離ドライブかのいずれかを評価することができ、器具は、ちょうど１つの作動システムで作動している。モータ３２２と、回転水平カム３２４と、２つのばね３２８でカム３２４に接触して保持されたフォロアピン３２６と、から構成される任意の変位ジェネレータ３２０はまた、別の目的も果たすことができる。これを使用して、ソレノイド３３４等の力ジェネレータ２１６でのその後の測定のために、参照プローブ３０２に対する検査プローブ３００の開始位置を調整することができる。この調整は、モータ３２２がステッピングモータであれ��、より正確に行うことができ、これは、カム３２４を正確な位置へ回転することを容易にし、それが、フォロアピン３２６および接続された検査プローブ３００を、参照プローブ３０２に対する所望の位置へ正確に動かす。あるいは、電磁作動システムにのみを有する診断器具において、参照プローブ３０２に対する検査プローブ３００の位置の調整は、フォロアピン３２６を押すねじまたはマイクロメータで行うことができる。このねじまたはマイクロメータは、モータ３２２が装着されていたところに装着することができる。これは、モータ３２２およびカム３２４に取って代わる。
【００４８】
力センサ３３０は、いずれの適切な市販の力センサであってもよく、たとえば、頂部端でフォロアピン３２６に接続され底部端でコネクタ３３５に接続されたｓビームロードセルであり、これは、今度は、検査プローブ３００に接続される。ＬＶＤＴ３３２は、その頂部端でフォロアピン３２６の底部端に接続される。ＬＶＤＴ３３２の底部端は、接続ピン３３６によって検査プローブに接続される。
【００４９】
図３Ａ〜Ｃの実施形態では、鋭くした検査プローブ３００を骨から引く力が１ニュートンを超え、検査プローブ３００をコレット３３８で接続ピン３３６にクランプすることができる。検査プローブ３００は、次いで、ガイド３４０を通って進み、これは、器具の本体内にねじ込まれ且つ外されることができ、参照プローブ３０２に対する検査プローブ３００の突出を調整する。参照プローブ３０２は、ガイド３４０の端に機械加工された噛み合いネック３４２に装着する。
【００５０】
図３に示された診断器具は、２つの異なる測定モードで使用することができ、（１）制御された力か、または、（２）制御された距離か、である。第１において、検査プローブは、設定された力に到達するまで骨内に挿入され、測定されたパラメータは、結果として得られた挿入距離である。第２のモードにおいて、挿入力は、検査プローブが設定された距離を挿入するまで、増加される。これらの２つのモードに対応して、診断器具は、２つの異なる作動システムで、検査プローブを骨内に且つ骨から循環することができる。ソレノイドに基づいた１つのシステムは、固定された力へ循環するのにもっとも便利である。このために、電流が、０〜２Ａ電圧制御された電流源によってソレノイドへ供給される。固定された力への操作のために、電流源は、固定された最大へ増加する電流を供給する。モータおよびカムに基づいた他のシステムは、固定された距離へ循環するのにもっとも便利である。下記の例に示されるように、図４および５は、ソレノイドシステムの使用を例証する。図６は、モータおよびカムシステムの使用を例証する。
【００５１】
図３に示された診断器具を、緩徐に変化する力または静止力に加えて振動力で、操作することも可能である。これは、たとえば、緩徐に変化する電流または静止電流が加えられた振動電流をソレノイド３３４に供給することによって、達成することができる。結果として生じた振動力は、力センサ３３０たとえばロードセル３３０等から読み取ることができる。振動距離は、距離センサ３３２たとえばＬＶＤＴから読み取ることができる。より高い周波数応答では、より早い距離センサ、たとえば、ＭＴＩ−２０００フォトニックセンサ（MTI - 2000 Fotonic sensor）のような光学センサ等を使用することができる。センサ３５０の光ファイバプローブを器具の本体に取り付けることができ、検査プローブ３００に接続されているタブ３５２への距離を読み出すことができる。周波数に応じて且つ緩徐に変化する力または静止力に応じて振動距離の振幅または位相が探索され、診断の区別を増加する。
【００５２】
図１３の実施形態のような力を供給するためにばね１３５２が加えられたソレノイド１３５１のシステムで、力が、電流だけではなくソレノイドのコアの位置の関数でもあるため、電流に応じて力に非線形性および履歴現象がある。非線形性および履歴現象は、ソレノイドの電流からの力がばね力よりも大きくなった直後に、力の突然の増加を生じる（上昇時間は、１ミリ秒）。力のこの突然の増加は、骨に衝撃を生じる。この衝撃対時間の結果としてプローブが動く骨内の距離のプロットは、診断に用いられる。たとえば、電流が、１Ｈｚの周波数で且つ１Ｈｚの周波数で衝撃を生じるのに十分な振幅においてのの電流の三角波が加えられた静電流から構成される場合には、衝撃直後の距離対時間プロットのスロープは、焼いた骨と焼かない骨とを容易に識別することができる。衝撃後数十ミリ秒における距離対時間プロットのスロープは、焼かない骨では有意に少なく、５倍以上である。これは、焼かない骨が、焼いた骨よりも、プローブを良好に繰り返し挿入することを妨げる。このタイプの測定のために、典型的なＬＶＤＴよりも速い時間分解能を備えた距離センサを使用することが必要である。したがって、我々の検査には、光学センサ、ＭＴＩ−２０００フォトニックセンサを使用した。必要な１）感度、およそ１ミクロンまで、２）範囲、約１ｍｍまで、３）応答時間、好ましくは数ミリ秒またはより速い、を備えた他のいずれの高速距離センサを使用することができる。そのようなセンサの例は、光学レバーセンサおよびキャパシタンスセンサを含む。
【００５３】
実施例１
図４Ａ〜Ｅは、本発明の診断器具が、焼いたウシの骨と、焼かない、対照のウシの骨とを区別することができるのを示す。焼くことがその骨折抵抗を低下する容易なやり方であるため、焼いた骨対焼かない骨のこのモデルシステムは、非常に有用である。骨折特性の差は、２．５時間の間、摂氏２５０度で焼いた骨では劇的になる（非特許文献４、非特許文献４９）。骨は、実験室ジャッキで簡単なばねスケール(scale)の上に載っているガラスボウル(glass bawl)の小さな機械製作工の万力(vice)に保持される。実験室ジャッキを使用して、骨が診断器具のプローブアセンブリに接触するまで、スケール(scale)、ボウル、万力および骨を上げる。加えられた先行載荷力で参照プローブが骨に接触するが、これは、所望の力がスケールで読み取られるまで実験室ジャッキを上げ続けることによって、設定することができる。この加えられた力は、検査サイクル中に使用することができる最大力を設定する。加えられた力が上回れている場合には、参照プローブは、骨を外す。
【００５４】
焼かない、対照の骨は、検査プローブの侵入に良好に抵抗する。検査プローブが固定された力で侵入する距離は、より小さい。焼かない、対照の骨はまた、循環をより良好に、すなわち、固定された力への反復荷重を、乗り切る。各サイクルから生じる最大侵入は、焼かない、対照の骨の限界に到達し、一方、焼いた骨では、最大侵入は増加し続ける。各サイクルの最大力は、特に焼いた骨では、わずかに増加することに注意されたい。これは、電流を固定された最大へちょうど循環するオープンループ電子機器を使用しているからである。しかし、ソレノイドからの力は、電流だけではなく、ソレノイドコイルの強磁性コアの位置にも依存している。侵入の距離が増加するにつれて、コアの位置は、同一電流にわずかに多い力を与える位置へ変化する。電流を制御する閉鎖ループシステムにおける測定された力のフィードバックは、力を安定させることができる。
【００５５】
実施例２
図５ＡおよびＢは、診断器具が、先の調査（非特許文献１、非特許文献４、非特許文献５０、非特許文献５１）に基づいて、一方は若く１９歳であり、他方は年配で５９歳であるため、異なる骨折特性を有すると予想することができる２人の個別のヒトの骨材料特性の間を区別することができることを例証する。若い方の個人の骨は、プローブを引っ込める際に増加した回復を示し、同一の深さへ繰り返して侵入するには多くの力を必要とする。さらに、各サイクルから生じる最大侵入距離は、若い個人からの骨がより大きい固定された力（７対５．５ニュートン）へ循環されるのにもかかわらず、若い個人では骨の限界に到達し、一方、年配の個人からの骨では、最大侵入距離は増加し続ける。これは、年配の個人からの骨が、損傷の蓄積にあまり抵抗することができないことを示唆する。微小クラックの形態の損傷の蓄積は、増加する骨折リスクに関連づけられている（非特許文献５２〜非特許文献５５）。しかし、試料が少数であるため、若い個人対年配の個人から骨の骨材料特性の間の有意な差を例証したとは、統計的に結論づけることはできない。
【００５６】
実施例３
図６Ａ〜Ｄは、図４および５の実験に使用されたソレノイドではなく、モータおよびカムを伴う代替の作動システムを備えた診断器具を例証する。この場合、侵入の距離はモータで制御され、力はロードセルで測定される。検査プローブを固定された距離へ挿入するのに必要な力は、骨が損傷されるにつれて減少する。焼かないウシの骨では、図６Ａ〜Ｄはまた、診断器具が、軟組織に、骨表面を覆う丈夫な骨膜にでさえ、侵入することができることを例証し、依然として骨を測定する。図６Ｂの曲線は、骨膜を含む軟組織で覆われた焼かない骨で測定されており、図４の焼かないウシの骨に非常に類似しており、それでは骨膜を含むすべての軟組織は、骨表面から除去されている。
【００５７】
代替の実施形態
代替の実施形態の１つの類において、侵入している骨によって変形されないほど十分に頑丈である鋭くした検査プローブで小さなインデンテーションが骨内に作られる。このタイプの検査プローブの例は、ダイアモンド、炭化ケイ素または硬化ステンレス鋼の先端を備えた検査プローブを含む。この鋭くした検査プローブの侵入に対する骨の抵抗、および／または、鋭くした検査プローブが除去されるときのその応答、すなわち、抵抗は、マイクロスケールで骨の骨折リスクのインジケータであり、これは、今度は、マクロスケールで骨の骨折リスクに関係する。
【００５８】
本発明の異なる実施形態では、異なるパラメータが測定される。たとえば、完全に機器化されたバージョンでは、既存のマクロ機械的検査、ナノインデンテーション、マイクロインデンテーションまたはＡＦＭインデンテーション機器で取られたものに比較可能な力対距離曲線が、骨に接触する皮膚を通して挿入される鋭くした検査プローブで、測定される。そのようなバージョンでは、既存のマクロ機械的検査、ナノインデンテーション、マイクロインデンテーションまたはＡＦＭインデンテーション機器で検査する材料用に確立されたよく確立したプロトコルおよび基準を使用して、硬度および弾性率を評価することができる。この目的のための検査プローブ先端は、図９に示されている。いくつかの実施形態において、鋭くした検査プローブ上のシースは、骨表面に接触し、参照位置を規定するように作用する。鋭くした検査プローブの骨内への侵入は、次いで、シースに対して測定される。力対侵入距離の測定から、従来の材料のインデンテーション検査に関して、パラメータを抽出することができる。特に、この方法を使用して、繰り返されるインデントに対する骨の回復特性を測定することができる。これは、骨の疲労抵抗に関する情報を供給し、現在、他の装置によって測定されない態様である。本発明の価値のある特徴は、最小の衝撃且つ無視できる健康リスクで生きている患者に行うことができることである。痛みを感じる患者には、検査する部位に、局部麻酔を注射することができる。
【００５９】
本発明の他の実施形態において、使い捨て単回使用検査プローブは、良好対不良インジケータを含むことができ、自分の骨折リスクを査定するために医院外で個人によって使用可能である。たとえば、本発明の特定の実施形態において、検査プローブ先端は、骨表面で停止するシースを超えて固定された距離を延出する。ばねまたはエラストマーがシース内に戻る検査プローブシャフトの動きに抵抗し、インジケータがシース内に戻る検査プローブシャフトの動きを測定する。シースが、骨表面に接触するまで押されるため、検査プローブ先端が骨に入らなければならないか、または、検査プローブシャフトがシース内に押し戻されなければならない。検査プローブシャフトがシース内に押し戻される量は、侵入および骨折に対する骨の抵抗の尺度である。より骨折に抵抗する骨は、検査プローブ先端の骨内への侵入ではなく、検査プローブシャフトがシース内に戻るより多くの動きによって示される。
【００６０】
器具の別の実施形態は、検査プローブ先端に特別な材料を使用し、これは、弱い骨にインデントするほど十分に硬いが健康な骨にはインデントしない。たとえば、制御された孔を備えたセラミックスまたは金属合金またはポリマーを使用することができる。そのような検査プローブが、制御された力へ、たとえば１０〜１０００ミリニュートン内で、挿入される場合には、次いで、引き抜かれた後に、特別な材料の変形を定量化することができる。高変形は、骨折抵抗性の骨を示し、低変形は、骨折のリスクがある骨を示す。
【００６１】
あるいは、検査プローブは、ストップまで挿入することができ、たとえば、先端の後ろの固定された距離で検査プローブ上の広いショルダであり、特別な材料の変形は定量化される。
【００６２】
図７を参照すると、検査プローブ７００が示され、これは、参照プローブ７０２内部を通り、装着ピン７０４に取り付けられ、これは、整列プレート７０５を通って進み、ホルダ７０７に装着された磁石７０６に接着し、これは、診断機器に接続されたシャフト７０８内にねじ込まれる（図８および２）。参照プローブ７０２は、参照プローブホルダ７１０に装着され、たとえば、皮下注射針に使用されるルアーロック(Luer lock)である。参照プローブホルダ７１０は、診断器具に装着された噛み合いレセプタクル７１２に係止される。
【００６３】
検査プローブ７００とその装着ピン７０４と参照プローブ７０２と参照プローブホルダ７１０とから構成されるプローブアセンブリ７１４は、使い捨てであり、殺菌可能である。プローブアセンブリ７１４は、診断器具に素早く装着され且つこれから取り外すことができる。装着中に、装着ピンは、参照プローブホルダ７１０が噛み合いレセプタクル７１２に装着されているときに、磁石７０６に接触して嵌り込む。保持ストップ７１８と組み合わされた任意の検査プローブストップ７１６が、参照プローブホルダを取り外すときに、装着ピン７０４を磁石７０６から引くことによって、取り外しを簡単にすることができる。次いで、プローブアセンブリ７１４全体がすぐに外れ、参照プローブ７０２および参照プローブホルダ７１０を除去してから別個に検査プローブ７００およびその装着ピン７０４を除去する必要性を排除する。この図において、この特定の例の明瞭さのために、プローブアセンブリのサブ構成要素は、個別の数字で識別されている。より一般的には、「検査プローブと参照プローブとの組み合わせ」というフレーズを使用して、診断器具に装着する準備をした完全プローブアセンブリを参照する。検査プローブと参照プローブとのこの組み合わせは、単回使用用に殺菌され使い捨てで供給されることができる。
【００６４】
図８は、好適な実施形態の診断器具を示す。検査プローブ８００は、装着ピン８０４と整列プレート８０５と磁石８０６とホルダ８０７とを経由して、距離センサ８１３のシャフト８０８に接続されている。この実施形態において、距離センサは、０〜１２５ｍｍの範囲で０．００１ｍｍへ読み出される市販の電子デジタルインジケータを備える。検査プローブの位置は、参照プローブ８０２に対して測定され、これは、構成要素８０３および８０９を経由して、距離センサ８１３に接続されている。
【００６５】
力または衝撃は、センサの上へ突出するシャフト８０８によって距離センサ８１３を通って伝達される。現在の好適な実施形態において、シャフト８０８の頂部にねじ込まれる衝撃プレート８１４は、重力および／または任意のばね８１６力のため加速する塊８１５によって衝撃を与えられる。衝撃は、頂部キャップ８１９を通って走る割送りピン８１８で塊８１５に接続される割送りシャフト８１７によって再現可能にされる。この頂部キャップは衝撃装置８２０の本体にねじ込まれ、これは、今度は、距離センサ８１３にねじ込まれる。割送りシャフト８１７は、リニアベアリング８２１によって中心に保たれる。
【００６６】
図８の診断器具は、図２に示されたより一般的な診断器具の特定の例である。図８の診断器具では、任意のトルクおよび角変位センサ２０８および任意のトルクジェネレータ２１０が省略される。任意の直線変位センサ２１２は、デジタルダイヤルゲージ８１３である。任意の力センサ２１４は省略される。任意の力ジェネレータ２１６は、部品８１４〜８２０のアセンブリである。
【００６７】
図９を参照すると、図７ではそれぞれ検査プローブ７００および参照プローブ７０２として、図２ではそれぞれ２００および２０２として、且つ、図１ではそれぞれ１００および１０２として、先に示された検査プローブ９００および参照プローブ９０２が、様々な形状を有することができ、様々な材料から作ることができる。図９は、各々の異なる可能性を示す。検査プローブ９００ａは、骨の骨折抵抗を検査するために設計されており、その端に円錐を有する。好適な実施形態において、θ＝９０であり、検査プローブは工具鋼である。検査プローブ９００ｄ／ｃは、インデンターがいくつかのロックウェル硬度およびブリネル硬度の検査に使用された後に、パターン化され、鋼シャンク９００ｃに結合されたタングステンカーバイド９００ｂの半球を有する。検査プローブ９００ｄ／ｅは、ヌープ硬度検査に使用されるダイアモンドインデンターでパターン化される。これは、タングステンカーバイドシャンク９００ｅに装着された１３０度および約１７０度の頂点角度を備えたピラミッド形状のダイアモンド９００ｄを有する。検査プローブ９００ｆ／ｇは、セラミックスシャフト９００ｇに装着された、金属およびセラミックのビッカーズ硬度検査で使用されるような、１３６度の角度で頂点で、対向する側部が合致する方形系のピラミッドの形状のダイアモンド９００ｆを有する。検査プローブ９００ｈは、骨の表面の摩擦を測定するために回転することができるチューブである。検査プローブ９００ｉは、摩擦、φ＝０、を測定するために、または、従来の粘度測定のようにφ＝０またはφ＞０で、骨表面に近い組織の粘度を測定するために、回転することができるディスクである。検査プローブ９００ｊは、これを参照プローブ９０２ａ内部から骨内にねじ込むのに必要なトルクを測定することによって、骨を検査することができるねじである。
【００６８】
参照プローブ９０２ａは、骨の表面に載る前に、皮膚および軟組織に侵入するように設計されている。参照プローブ９０２ｂおよび９０２ｃは、任意の外側シリンジ（図１１）とともに使用するように設計され、そのため、組織侵入のために鋭い必要はない。参照プローブ９０２ｄ／ｅは、骨表面上の丈夫な軟組織を含む軟組織に侵入するように設計されており、軟組織に侵入することができるソフトアルミニウム合金またはプラスチック等の材料から作られる鋭くした端９０２ｄを備えるが、骨に当たるときには平らになり、より剛性の材料、たとえば、ステンレス鋼９０２ｅ等のチューブに装着される。検査プローブ９００および参照プローブ９０２の他の対が可能であり、たとえば、参照プローブ９０２ｅ／ｄを備えた検査プローブ９００ｂである。
【００６９】
図１０に示されるように、参照プローブは、円筒形対称チューブである必要はない。参照プローブは、軟組織が検査プローブと参照プローブとの間から流れ出るのを可能にするためにスリット１００２ｆを備えたチューブであってもよい。これは、端１００２ｇで終端するロッド１００２ｈであってもよい。これはまた、図１に示されるような任意の再度研がれた先端を備えた皮下注射針であってもよい。
【００７０】
図１１に示されるように、任意の外側シリンジ１１２２は、軟組織を通って無傷のままであるが外側シリンジ１１２２が骨に当たるときには壊れるように設計されるワックスまたはソフトプラスチック等の接着剤１１２３で参照プローブ１１０２に可逆的に(reversibly)係止することができ、このようにして、検査プローブ１１００および参照プローブ１１０２が骨に接触するのを可能にする。あるいは、外側シリンジ１１２２は、挿入中に着脱自在ピン１１２４によって参照プローブ１１０２に取り付けることができる。着脱自在ピン１１２４を除去した後に、参照プローブ１１０２および検査プローブ１１００は、検査すべき骨に接触するように摺動することができる。外側シリンジ１１２２は、任意に、骨が検査される前に、軟組織から摺動し戻ることができる。
【００７１】
図１２Ａ〜１２Ｄは、診断器具用の様々なサポートを示す。図１２Ａでは、皮膚１２２６に載っているガイド１２２５を通って、診断器具が摺動する。検査プローブ１２０１および参照プローブ１２０２は、皮膚１２２６および軟組織１２２７に骨１２２８まで侵入する。ガイド１２２５は、皮膚および下にある骨に対して検査プローブをほぼ垂直に保つ。
【００７２】
図１２Ｂでは、診断器具は手持ち式である。割送りピン１２１８は、親指リング１２２９で引かれ、検査中に衝撃を開始する。検査されている骨１２３１は、容器１２３４に含まれた流体１２３３下で万力１２３２に保持されている。診断器具はまた、ガイド１２２５が使用されないときに、身体の領域における骨を検査するために使用される手持ち式であってもよい。
【００７３】
図１２Ｃでは、診断器具は、ロッド１２３６を経由して、サポートプレート１２３７に取り付けられるクランプ１２３５に保持されており、それは、９０度回転して示されており、実験室ジャッキ１２３８に載り、これは上昇または下降することができ、「Ｖ」ブロックサポート１２４１に載置されるアーム１２４０内部で骨１２３９等の異なる高さの試料を調整する。サポートプレート１２３７は、実験室ジャッキ１２３８の頂部を自由に動き、検査プローブの側方向位置を調整する。ロッド１２３６上のバブルレベル１２４２は、実験室ジャッキ１２３８の調整をガイドし、検査プローブ１２００を垂直に保つ。
【００７４】
図１２Ｄでは、診断器具は、ｘ、ｙ、ｚ力センサ１２４２を通してｘ、ｙ、ｚトランスレータ１２４３に取り付けられる。トランスレータ１２４３は、検査プローブの側方向位置決めを検査されるすぐ上へ制御し、次いで、制御されたスピードで検査プローブを下降する。ｘ、ｙ、ｚ力センサ１２４２を使用して、検査プローブの挿入中に垂直ｚ力をモニタし、所与の設定された力に到達したときに、ｘ、ｙ、ｚトランスレータ１２４３によって検査プローブの下降を停止することができる。さらに、ｘ、ｙ、ｚ力センサ１２４２をフィードバックシステムに使用して、検査プローブの挿入中にｘ、ｙ、ｚトランスレータ１２４３のｘ軸およびｙ軸で診断器具を位置決めすることによって、設定された許容値より下に側方向ｘおよびｙ力を保つことができる。
【００７５】
図１３Ａ〜Ｄは、図２の力ジェネレータ２１６の様々な実施形態を示す。図１３Ａは、任意のバネ８１６または割送りピン８１８がない図８に示された力ジェネレータの概略バージョンである。操作において、おもり１３１５は、目盛をつけられたシャフト１３１７によって上げられ、そのため、正確な量を上げることができる。これは、落下し、重力の下で加速し、シャフト１３０８上の衝撃プレート１３１４に当たる。
【００７６】
図１３Ｂでは、磁石コア１３５０が、コイル１３５１によって下に引かれ、力をシャフト１３０８へ加える。コア１３５０の底部とシャフト１３０８の頂部との間に任意のギャップ１３５２がある。衝撃では、ギャップ１３５２は、非ゼロであり、シャフト１３０８に衝撃を与える前にコア１３５０が加速するのを可能にする。より緩徐に増加する安定した力では、ギャップ１３５２は、開始からゼロである。コイル１３５１を通る電流が、力を決定する。ばね１３５３は、コア１３５０の開始位置を制御し、衝撃後にこれを開始位置へ戻すか、または、コイル１３５１を通って電流を進ませることによって、より緩徐に変化する力が加えられる。この力ジェネレータは、疲労骨折に対する骨の抵抗を測定するのに特によく適しているが、それは、電子パルスジェネレータまたは他の反復波形ジェネレータを使用し、一連の衝撃または力サイクルを加え、衝撃または力サイクルの数に応じてインデンテーション深さを測定することが容易であるからである。
【００７７】
このタイプの力ジェネレータを使用して、第１の大きさの固定された力を検査プローブに加え、参照プローブに対する検査プローブの開始位置を決定し、任意に、衝撃を検査プローブに加え、第２の大きさの固定された力を検査プローブに加え、参照プローブに対する検査プローブの位置の変化を測定し、固定された力を第１の大きさへ減少し、参照プローブに対する検査プローブの位置の変化を記録する。この場合、第１の大きさの力は、使用された距離センサ８１３（図８）、グリズリーデジタルインジケータ（Grizzly Digital Indicator）内部に含まれるばねによって加えられ、シャフト８０７を囲繞する任意の外部ばね（図示せず）によって、且つ、ホルダ８０７とシャフト８０８との間のワッシャー（図示せず）上にあるプッシュによって、補足される。０．１〜０．８ｌｂの範囲の第１の大きさの力を使用した。０．４２〜１．２５ａｍｐの電流をコイル１３５１へ加えることによって、１〜３ｌｂの範囲の第２の大きさの力を使用した。衝撃を供給するためにおよそ１／４インチのギャップ１３５２を使用した。
【００７８】
この場合、典型的な手順は下記のようになる。
【００７９】
（１）器具の全重量、およそ４ｌｂが硬い表面に載るのを可能にすることによって器具ゼロにし、そのため、検査プローブ８００の先端が参照プローブ８０２の端と同一平面に押され、次いで、距離センサ８１３をゼロにする。
【００８０】
（２）検査プローブ８００および参照プローブ８０２を、軟組織を通って骨まで挿入し、検査プローブ８００は参照プローブ８０２を越えておよそ０．０２インチ延出し、ばねによって保持される。骨が接触されるときには、ゼロの容認可能なマージン内の距離センサ８１３の測定値によって示されるように、検査プローブ８００端が参照プローブ８０２の端と同一平面になるまで、器具の全重量、およそ４ｌｂが骨表面に載るのを可能にすることによって、検査プローブ８００は参照プローブ８０２内に強制的に戻される（一般に、１０ミクロン未満の容認可能なマージンを使用することができる）。このとき、検査プローブは、第１の大きさの力を骨に加えている。０．８ｌｂを使用した。
【００８１】
（３）パワーサプライおよびフットスイッチを使用することによってコイル１３５１に電流を印加し、１．２５ａｍｐの電流を使用した。距離センサの測定値は、依然としてコイル１３５１へ流れる電流で記録される。
【００８２】
（４）フットスイッチを解除することによってコイルへの電流を停止し、第２の測定値を取る。第１の測定値は、検査プローブによる侵入への抵抗の尺度である。１００ミクロンが典型的であり、より小さい値はより強い骨を示す。第１の測定値と第２の測定値との間の差は、骨の弾性回復の尺度である。１５ミクロンが典型的であり、より大きな値はより強い骨を示す。
【００８３】
図１３Ｃでは、多層圧電アクチュエータ１３５４、たとえば、トーキンモデルＡＥ１０１０Ｄ４４Ｈ４０が、力を生成する。これは、プッシュプル構成で示されている。シャフト１３０８に押すために、中心の２つが拡張し、外側の４つが収縮する。頂部で、カップリングプレート１３５５によって結合され、これはエポキシでグルー接着することができる。このようにして、１６０μｍまでの変位で２，０００Ｎ上までの力を生成することができる。これは、図７に示されたプローブアセンブリでの骨インデンテーション実験には十分である。
【００８４】
図１３Ｄでは、モータ１３５６たとえばデジタルステッピングモータが、回転するねじ１３５７でねじこみナット１３５８を導き出す。このねじは、任意にボールねじまたはアクメねじであってもよい。アクメねじは、電源オフ状態で荷重を保持することができ、力緩和対固定深さへのインデンテーション後の時間を測定するのを可能にする。これは、回転しないように抑制されているねじ１３５９を圧縮する。ねじ１３５９は、シャフト１３０８の頂部で力をプレート１３６０へ力を加える。
【００８５】
本発明の代替の実施形態は、図１４に示されている。装置１４１０のフレームは、ベルクロ（Velcro）ストラップ１４０９を使用して硬い発泡クッション１４０８に患者の肢を動かないようにするために、サポートスタンド１４０７に接続される。
【００８６】
スライドレール１４１２がフレームに取り付けられる。摺動フランジ１４１４が診断器具を保持し、これは、この図１４では、シャフト１４１６を経由して検査プローブ万力１４０６で力および張力計１４０３に接続された検査プローブ１４００から構成されている。図２、３および８に示されるような診断器具の他の例が、代替的に摺動フランジ１４１４に装着されることができる。摺動フランジ１４１４および診断器具のこのアセンブリは、１）固定された高さから落下し固定された衝撃を送出することができるか、または、２）緩徐に下降し、摺動フランジおよび診断器具のアセンブリの重量にほぼ等しい力を加えることができるか、のいずれかである。
【００８７】
摺動フランジ１４１４および診断器具のアセンブリが落下し固定された衝撃を送出する場合には、力および張力計１４０３が、インデンテーションに与えられた力を記録し、検査プローブ１４００を骨から自由にするのに必要な張力を測定することができる。
【００８８】
摺動フランジ１４１４および診断器具のアセンブリが緩徐に下降し、摺動フランジおよび診断器具のアセンブリの重量にほぼ等しい力を加える場合には、診断器具は、図２、３および８を参照して上記に検討されたように操作することができる。
【００８９】
落下または緩徐に下降のいずれの場合でも、診断器具は、ｙトランスレータ１４０４、ｘトランスレータ１４０５を経由して摺動フランジに取り付けることができ、これらを使用して診断器具を側方向に動かし、ベルクロストラップ１４０９を使用して硬い発泡クッション１４０８に保持された患者の肢上に正確に位置決めすることができる。
【００９０】
図１５は、スライドレール１５１０および相互接続フランジ１５１２の上面図を示す。
【００９１】
図１６を参照すると、検査プローブ万力１６１６が、図１４に示されたような力および張力系に直接接着し、締めつけカラーを有し、使い捨て検査プローブ１６００を保持するジョーを締めつける。
【００９２】
図１７は、いくつかの診断器具（図２）を操作するのに必要な電子機器を示す。任意のトルクおよび角変位センサ２０８、任意の直線変位センサ２１２および任意の力センサ２１４からの信号を読み取るために、且つ、任意のトルクジェネレータ２１０および任意の力ジェネレータ２１６、さらに、任意のｘ、ｙ、ｚ力センサ１７４２および任意のｘ、ｙ、ｚトランスレータ１７４３を駆動するために信号を供給するために、測定および制御電子機器１７１０が必要である。ラボビュー（Labview）等のプログラムまたはカスタムソフトウェアを使用して複雑なおよび／または自動の検査シーケンスを実施するために、任意のコンピュータ１７１１が必要である。
【００９３】
たとえば、自動検査シーケンスは、下記のステップを含むことができる。
【００９４】
ｘ、ｙ、ｚトランスレータ１７４３をコンピュータ１７１１制御下で使用して、検査プローブ２００を試料１７３９、１７４０より上に位置決めする。
【００９５】
次いで、測定および制御電子機器１７１０によって測定されるように、ｘ、ｙ、ｚ力センサ１７４２の増加したｚ力によって検知されるように、参照プローブ２０２が組織を骨１７３９まで侵入するまで、診断器具が下降する。
【００９６】
ｚ力の予め設定された値に到達したときに、コンピュータ１７１１はｘ、ｙ、ｚトランスレータ１７４３を停止する。
【００９７】
次いで、コンピュータ１７１１は、測定および制御電子機器１７１０を経由して信号を送り、力ジェネレータ２１６で特定の力シーケンスを生成する。
【００９８】
参照プローブ２０２に対する検査プローブ２００の結果として得られる変位は、直線変位センサ２１２によって検知され、測定および制御電子機器１７１０によって測定され、コンピュータ１７１１によって記録される。
【００９９】
コンピュータ１７１１は、次いで、測定および制御電子機器１７１０を通してｘ、ｙ、ｚトランスレータへ信号を送り、試料から検査プローブ２００を上げる。
【０１００】
最終的な例として、整形修復に使用されるようなねじを受け入れ保持することに関連する骨の機械的特性を測定するための診断器具では、検査プローブ２００は、図９の９００ｊ等のねじ形状を有する。参照プローブは、省略される。トルクセンサ２０８たとえばナショナルインスツルメンツＲＴＳシリーズ（National Instruments RTS series）またはＳ．ヒメルシュタインＭＣＲＴシリーズ（S. Himmelstein MCRT series）等を、トルクジェネレータ２１０たとえばモータ等と一緒に使用する。変位センサ２１２は、直線可変差動トランスデューサー（linear variable differential transducer）（ＬＶＤＴ）たとえばＰ３アメリカモデルＥＤＣＬ（P3 America model EDCL）、または、直線運動ポテンショメータたとえばＰ３アメリカモデルＭＭ１０（P3 America model MM10）である。力センサ２１４は、ロードセルたとえばナショナルインスツルメンツＳＬＢシリーズ（National Instruments SLB series）またはセントランＺＡシリーズ（Sentran ZA series）である。力ジェネレータ２１６は、図１３Ｄに示されるように、ばね−ねじ配列を駆動するデジタルステッピングモータである。診断器具全体は、図１７に示されるように、支持される。検査プローブ９００ｊが骨内にねじ込むのに必要なトルクは、ねじが骨内にねじ込むときに力ジェネレータ２１６によって供給される固定された力用に、トルクおよび角変位センサ２０８によって測定される。ねじが骨内にねじ込まれた後に、ねじを引き出す力は、任意に、力センサ２１６によって測定される。この同一の診断器具を検査プローブ２００および任意の参照プローブ２０２とともに使用して、骨の表面において形状９００ｉ、９００ｂ、９００ｈまたは他の形状を備えた検査プローブ２００の回転摩擦を測定することができる。骨粗鬆症の骨は、表面に脂肪が蓄積するため、摩擦を減少することを観察した。したがって、この回転摩擦は、いくつかのタイプの骨粗鬆症では診断に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１Ａ】本発明の実施形態の３ステージに使用されるような検査プローブおよび参照プローブのアセンブリの図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態の３ステージに使用されるような検査プローブおよび参照プローブのアセンブリの図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態の３ステージに使用されるような検査プローブおよび参照プローブのアセンブリの図である。
【図２】本発明の好適な実施形態の汎用診断器具の概略図である。
【図３Ａ】図２の汎用診断器具の特定の実施形態の正面図である。
【図３Ｂ】図２の汎用診断器具の特定の実施形態の側面図である。
【図３Ｃ】図２の汎用診断器具の特定の実施形態の背面図である。
【図４Ａ】図３の診断器具を使用する、焼かないウシの骨の試料で得られた力対距離の曲線である。
【図４Ｂ】図３の診断器具を使用する、焼いたウシの骨の試料で得られた力対距離の曲線である。
【図４Ｃ】図３の診断器具を使用する、焼かないウシの骨の試料における距離対時間の曲線である。
【図４Ｄ】図３の診断器具を使用する、焼いたウシの骨の試料における距離対時間の曲線である。
【図４Ｅ】図３の診断器具を使用する、焼かないウシの骨および焼いたウシの骨の試料における距離対サイクルの数の曲線である。
【図５Ａ】図３の診断器具を使用する、１９歳のヒトの骨の試料で得られた力対距離の曲線である。
【図５Ｂ】図３の診断器具を使用する、５９歳のヒトの骨の試料で得られた力対距離の曲線である。
【図６Ａ】図３の診断器具を使用する、焼いたウシの骨の試料で得られた複数力対距離の曲線である。
【図６Ｂ】図３の診断器具を使用する、軟組織を通る焼かないウシの骨の試料で得られた複数力対距離の曲線である。
【図６Ｃ】図３の診断器具を使用する、それぞれ、焼いたウシの骨および軟組織を通る焼かないウシの骨の試料で得られた力対固定距離に対するサイクルの数の曲線である。
【図６Ｄ】図３の診断器具を使用する、それぞれ、焼いたウシの骨および軟組織を通る焼かないウシの骨の試料で得られた力対固定距離に対するサイクルの数の曲線である。
【図７】別の実施形態による本発明の検査プローブおよび参照プローブの組み合わせの断面図である。
【図８】図２の実施形態に使用された診断器具の断面図である。
【図９Ａ】本発明に使用することができる様々な検査プローブの侵入端の図である。
【図９Ｂ】本発明に使用することができる様々な検査プローブの侵入端の図である。
【図９Ｃ】本発明に使用することができる様々な検査プローブの侵入端の図である。
【図９Ｄ】本発明に使用することができる様々な検査プローブの侵入端の図である。
【図９Ｅ】本発明に使用することができる様々な検査プローブの侵入端の図である。
【図９Ｆ】本発明に使用することができる様々な検査プローブの侵入端の図である。
【図９Ｇ】本発明に使用することができる様々な検査プローブの侵入端の図である。
【図１０Ａ】本発明に使用することができる他の検査プローブの侵入端の図である。
【図１０Ｂ】本発明に使用することができる他の検査プローブの侵入端の図である。
【図１１】本発明に使用することができるさらに別の検査プローブの侵入端の図である。
【図１２Ａ】本発明に使用することができる診断器具の実施形態の様々なサポートの図である。
【図１２Ｂ】本発明に使用することができる診断器具の実施形態の様々なサポートの図である。
【図１２Ｃ】本発明に使用することができる診断器具の実施形態の様々なサポートの図である。
【図１２Ｄ】本発明に使用することができる診断器具の実施形態の様々なサポートの図である。
【図１３Ａ】本発明の診断器具に使用することができる力ジェネレータの実施形態の図である。
【図１３Ｂ】本発明の診断器具に使用することができる力ジェネレータの実施形態の図である。
【図１３Ｃ】本発明の診断器具に使用することができる力ジェネレータの実施形態の図である。
【図１３Ｄ】本発明の診断器具に使用することができる力ジェネレータの実施形態の図である。
【図１４】本発明の別の実施形態の図である。
【図１５】図１４の実施形態に使用されるスライドレールおよび相互接続フランジの上面図である。
【図１６】図１４の実施形態に使用される検査プローブ万力の平面図である。
【図１７】図２のいくつかの診断器具の操作のために使用される電子機器の図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０Ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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