(57)【要約】【課題】荷重の方向を自由に設定できる技術を提供する。【解決手段】荷重装置の荷重が、荷重入力部１１０の第１可動部材１１１に加えられる。荷重入力部１１０は、荷重装置の円弧状の作動方向に沿った荷重をケーブル１２０の直線状の作動方向に沿った荷重に変換する。ケーブル１２０は、荷重入力部１１０から荷重出力部１３０まで伸長され、荷重入力部１１０によって変換された荷重を伸長方向に沿って荷重出力部１３０まで伝動する。荷重出力部１３０は、ケーブル１２０の捻れを緩めつつ、ケーブル１２０から伝動された荷重を加圧プレート１３１から骨などの硬組織に加える。荷重入力部１１０は、測定台などに固定されて利用される。ケーブル１２０によって許容される範囲内で、荷重出力部１３０の位置や方向を自由に設定することができる。これにより、骨などの硬組織に加える荷重の方向を自由に設定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重装置から荷重が入力される荷重入力部と、
前記荷重入力部に接続されて荷重を伝動するケーブル部と、
前記ケーブル部に接続されて荷重を出力する荷重出力部と、
を有し、
前記荷重入力部は、前記荷重装置の作動方向に沿った荷重を前記ケーブル部の作動方向に沿った荷重に変換し、
前記ケーブル部は、前記荷重入力部から前記荷重出力部まで伸長され、前記荷重入力部によって変換された荷重を伸長方向に沿って前記荷重出力部まで伝動し、
前記荷重出力部は、前記ケーブル部の捻れを緩めつつ前記ケーブル部から伝動された荷重を硬組織に加える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重伝動装置において、
前記荷重入力部は、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿って動く第１可動部材と、前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿って動く第２可動部材と、第１可動部材と第２可動部材とを連結する連結部材と、を備える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷重伝動装置において、
前記連結部材と前記第１可動部材とが屈曲可能に接続され、前記連結部材と前記第２可動部材とが屈曲可能に接続され、
前記第１可動部材の動きが前記連結部材を介して前記第２可動部材に伝えられることにより、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿った荷重が前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿った荷重に変換される、
ことを特徴とする荷重伝動装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の荷重伝動装置において、
前記ケーブル部は、前記荷重入力部の第２可動部材に取り付けられて第２可動部材と連動するインナーケーブルと、インナーケーブルを覆うアウターケーブルと、を備える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷重伝動装置において、
前記荷重出力部は、前記ケーブル部のインナーケーブルが取り付けられてインナーケーブルと連動する加圧部材と、前記ケーブル部のアウターケーブルが取り付けられて加圧部材を覆うケースと、を備える、
ことを特徴とする荷重伝動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の荷重伝動装置において、
前記インナーケーブルが前記加圧部材に対してインナーケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、前記アウターケーブルが前記ケースに対してアウターケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、
前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの各々の回転により前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの捻れが取り除かれつつ、前記加圧部材を介して硬組織に荷重が加えられる、
ことを特徴とする荷重伝動装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の荷重伝動装置と、
前記荷重伝動装置に荷重を入力する荷重装置と、
を有する荷重システムであって、
前記荷重装置は、
支持部材と、
支持部材によって支えられた軸を支点としてシーソー運動する揺動アームと、
揺動アームに取り付けられて前記シーソー運動に伴って発生する荷重を前記荷重装置に入力する加圧機構と、
を備える、
ことを特徴とする荷重システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨などの硬組織に荷重を加える荷重伝動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨粗鬆症などの骨代謝疾患の診断や易骨折性の判定、また、骨折治療後の骨癒合を定量的に診断するために、骨強度などの力学的特性の簡便かつ定量的な測定が望まれている。
【０００３】
骨形成や骨癒合の評価はＸ線写真に大きく依存しているが、Ｘ線写真では骨強度を定量的に診断することは困難である。骨強度の従来の測定法として測定対象のサンプル骨の強度試験が知られているものの、サンプル骨の摘出手術が必要であり侵襲的である。また、骨量や骨密度の測定法として、汎用Ｘ線ＣＴの利用、ＤＸＡ（二重エネルギー吸収測定法）装置などが実用化に至っている。しかし、これらはあくまで骨量を測定する手段であって、骨強度を評価することはできない。また、Ｘ線を照射する点では非侵襲的であるとは言えない。
【０００４】
このほかの骨強度を定量評価する試みとしては、創外固定器に歪みゲージを装着してその固定器の歪みを計測する歪みゲージ法、骨に外部から振動を加え固有振動数を評価する振動波法、降伏応力を生じた骨から発生する音波を検出するアコースティックエミッション法などが既存の方法として挙げられる。しかし、これらの方法は適応できる治療法に制限があること、骨に侵襲を加える必要があること、さらに評価精度などの点において問題が残されている。
【０００５】
こうした背景において、本願の発明者らは、骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価する超音波診断装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５２０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された超音波診断装置は、骨に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した複数のエコー信号を取得して各エコー信号ごとに骨表面に対応する表面ポイントを特定し、複数のエコー信号から得られる複数の表面ポイントに基づいて骨の力学的特性を反映した特性情報を生成するものである。そして、骨に対して外的作用を及ぼした場合における骨の力学的特性が評価される。これにより、エコー信号に基づく骨表面の表面ポイントデータから、生体内の骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価することができるという画期的な技術である。
【０００８】
本願の発明者らは、上記特許文献１に記載された画期的な技術をさらに改良し、骨などの硬組織の力学的特性をさらに高い精度で評価する手法について研究を重ねてきた。特に硬組織に対して荷重を加えるための技術について改良を重ねてきた。
【０００９】
本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、荷重の方向を自由に設定できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重伝動装置は、荷重装置から荷重が入力される荷重入力部と、前記荷重入力部に接続されて荷重を伝動するケーブル部と、前記ケーブル部に接続されて荷重を出力する荷重出力部と、を有し、前記荷重入力部は、前記荷重装置の作動方向に沿った荷重を前記ケーブル部の作動方向に沿った荷重に変換し、前記ケーブル部は、前記荷重入力部から前記荷重出力部まで伸長され、前記荷重入力部によって変換された荷重を伸長方向に沿って前記荷重出力部まで伝動し、前記荷重出力部は、前記ケーブル部の捻れを緩めつつ前記ケーブル部から伝動された荷重を硬組織に加える、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい態様において、前記荷重入力部は、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿って動く第１可動部材と、前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿って動く第２可動部材と、第１可動部材と第２可動部材とを連結する連結部材と、を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい態様において、前記連結部材と前記第１可動部材とが屈曲可能に接続され、前記連結部材と前記第２可動部材とが屈曲可能に接続され、前記第１可動部材の動きが前記連結部材を介して前記第２可動部材に伝えられることにより、前記荷重装置の円弧状の作動方向に沿った荷重が前記ケーブル部の直線状の作動方向に沿った荷重に変換される、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい態様において、前記ケーブル部は、前記荷重入力部の第２可動部材に取り付けられて第２可動部材と連動するインナーケーブルと、インナーケーブルを覆うアウターケーブルと、を備える、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい態様において、前記荷重出力部は、前記ケーブル部のインナーケーブルが取り付けられてインナーケーブルと連動する加圧部材と、前記ケーブル部のアウターケーブルが取り付けられて加圧部材を覆うケースと、を備える、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい態様において、前記インナーケーブルが前記加圧部材に対してインナーケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、前記アウターケーブルが前記ケースに対してアウターケーブルの軸を中心として回転可能に取り付けられ、前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの各々の回転により前記インナーケーブルと前記アウターケーブルの捻れが取り除かれつつ、前記加圧部材を介して硬組織に荷重が加えられる、ことを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である荷重システムは、前記荷重伝動装置と、荷重伝動装置に荷重を入力する荷重装置と、を有する荷重システムであって、前記荷重装置は、支持部材と、支持部材によって支えられた軸を支点としてシーソー運動する揺動アームと、揺動アームに取り付けられて前記シーソー運動に伴って発生する荷重を前記荷重装置に入力する加圧機構と、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、骨などの硬組織に対して荷重を加える場合に、荷重の方向を自由に設定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１９】
図１には、本発明に係る荷重伝動装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す斜視図である。図１の荷重伝動装置１００は、荷重入力部１１０とケーブル１２０と荷重出力部１３０を備えている。
【００２０】
荷重入力部１１０は、図示しない荷重装置から荷重を受ける。荷重装置の荷重は、第１可動部材１１１に加えられる。そして、荷重入力部１１０は、荷重装置の作動方向に沿った荷重をケーブル１２０の作動方向に沿った荷重に変換する。
【００２１】
ケーブル１２０は、荷重入力部１１０から荷重出力部１３０まで伸長され、荷重入力部１１０によって変換された荷重を伸長方向に沿って荷重出力部１３０まで伝動する。
【００２２】
荷重出力部１３０は、ケーブル１２０の捻れを緩めつつ、ケーブル１２０から伝動された荷重を加圧プレート１３１から骨などの硬組織に加える。
【００２３】
図示しない荷重装置と荷重入力部１１０は、例えばテーブルや測定台などに固定されて利用される。荷重出力部１３０は、ケーブル１２０を介して荷重入力部１１０に接続されているため、ケーブル１２０によって許容される範囲内で、荷重出力部１３０の位置や方向を自由に設定することができる。つまり、図１の荷重伝動装置１００により、骨などの硬組織に加える荷重の方向を自由に設定することができる。
【００２４】
図２は、荷重入力部１１０の構造を説明するための図である。図２（Ｉ）は、荷重入力部１１０の側面図であり、図２（ＩＩ）は、図２（Ｉ）の切断線ＡＡにおける荷重入力部１１０の断面図である。
【００２５】
荷重入力部１１０は、図示しない荷重装置の作動方向に沿って動く第１可動部材１１１と、ケーブル１２０の作動方向に沿って動く第２可動部材１１２と、第１可動部材１１１と第２可動部材１１２とを連結する連結部材１１３を備えている。第２可動部材１１２は、荷重入力部１１０のケース１１４内に挿入されており、第２可動部材１１２には、ケーブル１２０のインナーケーブル１２１が固定的に接続されている。インナーケーブル１２１は、アウターケーブル１２２により覆われている。
【００２６】
第１可動部材１１１と連結部材１１３は、軸Ｐ１において接続されており、軸Ｐ１を屈曲点として屈曲可能となっている。同様に、第２可動部材１１２と連結部材１１３は、軸Ｐ２において接続されており、軸Ｐ２を屈曲点として屈曲可能となっている。
【００２７】
図示しない荷重装置と荷重入力部１１０は、例えばテーブルや測定台などに固定されており、荷重装置の加圧機構が第１可動部材１１１に固定的に接続される。荷重装置の加圧機構は、例えば円弧に沿って図２の上下方向に作動する。これにより、第１可動部材１１１も円弧に沿って上下方向に作動する。
【００２８】
第２可動部材１１２は、ケース１１４内において、直線に沿って図２の上下方向に移動可能となっている。そのため、第１可動部材１１１の円弧に沿った動きが連結部材１１３を介して第２可動部材１１２に伝えられることにより、第２可動部材１１２が直線状に動かされる。そして、第２可動部材１１２の直線状の動きに追従して、インナーケーブル１２１も直線に沿って図２の上下方向に移動する。
【００２９】
このように、荷重入力部１１０により、荷重装置の円弧状の作動方向に沿った荷重がケーブル１２０の直線状の作動方向に沿った荷重に変換される。なお、ケーブル１２０は、図２の下端からさらに伸長されており、ケーブル１２０の伸長方向に沿ってインナーケーブル１２１がスライドされ、ケーブル１２０の伸長方向に沿って荷重が伝動する。インナーケーブル１２１は、可能な限り伸縮しないことが望ましい。
【００３０】
図３は、荷重出力部１３０の構造を説明するための図であり、図３には、荷重出力部１３０の内部構造が図示されている。荷重出力部１３０には、荷重入力部１１０（図２）から伸長されたケーブル１２０が接続される。
【００３１】
荷重出力部１３０は、ケース１３５内に、ベアリングケース１３４と、ベアリングケース１３４に対して固定的に設けられた加圧棒１３３と、加圧棒１３３の先端に設けられたロードセル１３２と加圧プレート１３１を備えている。
【００３２】
ケーブル１２０のインナーケーブル１２１は、その先端１２１´においてベアリングケース１３４に接続される。そして、荷重入力部１１０（図２）によりインナーケーブル１２１が動かされると、インナーケーブル１２１の動きに応じてベアリングケース１３４が図の上下方向に動かされる。さらに、ベアリングケース１３４に固定的に設けられた加圧棒１３３とロードセル１３２と加圧プレート１３１も上下方向に動かされる。これにより、加圧プレート１３１から、図示しない骨などの硬組織に対して荷重が加えられる。ロードセル１３２によって、加圧プレート１３１から硬組織に加えられる荷重の大きさが計測される。
【００３３】
なお、ケース１３５には、その先端部分に窓Ｗが設けられており、窓Ｗからロードセル１３２や加圧プレート１３１の位置を視覚的に確認することができる。視覚的な確認が不要であれば、窓Ｗを省略してもよい。
【００３４】
ベアリングケース１３４内には、ベアリングが設けられている。インナーケーブル１２１の先端１２１´は、ベアリングを介して、ベアリングケース１３４に接続される。つまり、インナーケーブル１２１がベアリングケース１３４に対して、インナーケーブル１２１の軸を中心として回転可能に取り付けられている。そして、インナーケーブル１２１がベアリングケース１３４に対して回転することにより、インナーケーブル１２１の捻れが取り除かれる。なお、インナーケーブル１２１は、アウターケーブル１２２に対しても回転可能となっている。
【００３５】
ケース１３５の上端にもベアリングが設けられており、アウターケーブル１２２の先端１２２´は、ベアリングを介して、ケース１３５に接続される。つまり、アウターケーブル１２２がケース１３５に対して、アウターケーブル１２２の軸を中心として回転可能に取り付けられている。そして、アウターケーブル１２２がケース１３５に対して回転することにより、アウターケーブル１２２の捻れが取り除かれる。なお、アウターケーブル１２２は、インナーケーブル１２１に対しても回転可能となっている。
【００３６】
このように、荷重出力部１３０は、ケーブル１２０の捻れを緩めつつケーブル１２０から伝動された荷重を硬組織に加えることができる。なお、骨などに荷重を加える際には、加圧プレート１３１を測定する部位に設置し、ケース１３５の端面Ｓと加圧プレート１３１の端面がほぼ同一平面となるように、ケース１３５を荷重方向（図３の上下方向）に移動させる。その状態でケース１３５の位置が固定されて荷重が加えられる。
【００３７】
次に、図１から図３を利用して説明した荷重伝動装置１００と組み合わせて荷重システムを構成するのに好適な荷重装置について説明する。
【００３８】
図４は、図１の荷重伝動装置１００との組み合わせに好適な荷重装置１０を説明するための図である。図４の荷重装置１０は、支柱２０と、支柱２０によって支えられた揺動軸３２を支点としてシーソー運動する揺動アーム３０を備えている。
【００３９】
支柱２０は、内柱部２２と外筒部２４と揺動ベース２６によって構成されている。内柱部２２の底面側にはマグネットが設けられており、例えば金属性のプレートを備えた土台上に、支柱２０を起立させた状態で荷重装置１０を固定することができる。外筒部２４は内柱部２２に対して長手方向に沿って移動することができ、これにより、揺動軸３２を支持する揺動ベース２６の高さが調整され、加圧機構５２による加圧位置が調整される。外筒部２４の移動、つまり高さの調整は、例えばユーザが手動で行ってもよいし支柱２０の内部にポンプ機構などを設けてそのポンプ機構によって行ってもよい。
【００４０】
揺動アーム３０の一方端側には、回転アーム４０と加圧機構５２が設けられている。回転アーム４０の一方端は揺動アーム３０に対して回転可能に取り付けられており、回転アーム４０の他方端には荷重用重り８０が載せられている。この回転アーム４０が回転することにより、加圧機構５２に与えられる荷重用重り８０による力の大きさが調整される。
【００４１】
揺動アーム３０の他方端側には、調整用重り９０を支持する支持軸６０が設けられている。この調整用重り９０によって、揺動アーム３０の一方側と他方側の重量バランスが調整される。
【００４２】
加圧機構５２の先端５０は、図１の荷重伝動装置１００の第１可動部材１１１に固定的に接続される。そして、揺動軸３２を中心とする揺動アーム３０のシーソー運動に応じて、加圧機構５２の先端５０が円弧に沿って上下方向に作動し、それに伴い、図１の荷重伝動装置１００の第１可動部材１１１も円弧に沿って上下方向に作動する。こうして、図４の荷重装置１０から図１の荷重伝動装置１００に荷重が与えられる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態やその効果は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る荷重伝動装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】荷重入力部の構造を説明するための図である。
【図３】荷重出力部の構造を説明するための図である。
【図４】荷重伝動装置との組み合わせに好適な荷重装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  荷重装置、１００  荷重伝動装置、１１０  荷重入力部、１２０  ケーブル、１３０  荷重出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009297372.tif 000006