平成 30 年度研究助成報告書

超音波剪断波エラストグラフィを用いた肩関節後方関節包の受動的な弾性特性評価

1

対象と方法
本 研 究 は 2 つ の 実 験 か ら 構 成 さ れ た。 実 験 1 で はSWE 法により計測した肩関節後方関節包の剪断弾性率と受動張力との関係を検証した。実験 2 では，種々のス

飯田尚哉（PT，PhD）1）2），谷口圭吾（PT，PhD）3），
3）

2）

渡邉耕太（MD，PhD） ，宮本浩樹（PT，MS） ，2）

3）

トレッチング肢位における後方関節包の剪断弾性率を比較した。なお，本研究は本学倫理委員会の承認（承認番谷口達也（PT） ，片寄正樹（PT，PhD）

号：29-2-30）を得たうえで実施した。

1）

札幌医科大学附属病院リハビリテーション部

損傷や変形のない未固定凍結人体標本とした。実験 1 で

2）

札幌医科大学大学院保健医療学研究科は 10 体 10 肩（87.0 ± 7.4 歳），実験 2 では 9 体 9 肩（86.63）± 7.7 歳）を用いた。

キーワード：投球障害肩，ストレッチング，未固定凍結

る上腕骨頭−後方関節包−関節窩標本を作成した。次対象は肩甲上腕関節およびその周囲筋・腱・関節包に

札幌医科大学保健医療学部理学療法学第二講座

実験 1 では，まず後方関節包中部および下部におけ人体標本に，標本をオーダーメイドの力学試験機（株式会社ウチダシステムズ，日本）に固定した。この試験機は 2 つはじめにのクランプと，滑車，紐で構成されている。それぞれの肩関節後方関節包のタイトネスはオーバーヘッドアス
リートの利き腕側肩関節に特徴的な所見である

1）2）

クランプで上腕骨頭と関節窩を固定した。関節窩を固定。後するクランプには紐が取り付けられ，滑車を介し，紐の方関節包のタイトネスは，投球動作中に上腕骨頭の異常端にペットボトル容器を吊るした。ペットボトル容器

偏位を導き，様々な肩関節疾患を引き起こすと考えられに水を足すことで，関節包への受動張力の負荷を調整ている3）4）。理学療法士は，軟組織のタイトネスに対すした。受動張力の負荷は 25 g ずつ最大 400 g までとし7）。各受動負荷につき SWE 装置（AixPlorer Ver. 6，る治療・予防を目的に，ストレッチングを実施することたが多い。これまで後方関節包に対する効果的なストレッSuperSonic Imagine 社，フランス）で剪断弾性率を 3

チング肢位について，屍体関節包の歪みを計測する手法

回計測した。計測 3 回分の平均値を統計解析に使用した。

5）6）。しかしながら，これらの屍

統計解析として，10 個の標本それぞれで，受動張力を体研究では，歪みゲージを取り付けるために筋や皮膚と目的変数，剪断弾性率を説明変数とした直線回帰分析をいった関節包以外の軟組織がすべて切除されており，ス実施した。有意水準は 5% とした。

により検討されてきたトレッチングに及ぼす関節包以外の軟組織の影響が不明

実験 2 では，まず肩関節標本を作成するために，上肢であった。さらに，歪みゲージは組織の伸長といった機を肩甲胸郭関節，肘関節で離断した。その後，皮膚を含械特性変化を計測しているに過ぎず，組織にどの程度のむ肩関節後方の軟組織をすべて残存させたまま，前鋸張力が加わっているかを直接的に示す力学ストレスの評筋，僧帽筋，広背筋，菱形筋，肩甲挙筋を切除し，棘上価という点で不十分であったと考える。

筋を剖出した。さらに，上腕骨骨幹部が露出するよう，組織への受動張力を非侵襲的に定量評価する方法のひ上腕二頭筋，上腕筋，上腕三頭筋の一部を切除した。上

とつに，超音波剪断波エラストグラフィ（Shear Wave

記の手順で作成した肩関節標本をジグに固定した。標本Elastograpy；以下，SWE）法がある。本イメージング技術は，組織への剪断波の伝播速度を捉えることで，硬の固定後，3 つの運動面（前額面，矢状面，肩甲骨面）と肩甲上腕関節挙上角度（‒30°，0°，30°，60°）を組さの物理量である剪断弾性率を定量化・可視化する手法

み合わせた 9 つのストレッチング肢位における，後方である。近年，本手法を用いて筋弾性を筋伸長時に記録

関節包中部および下部の剪断弾性率を SWE 装置で計測した結果，弾性率と受動張力の間に強い関連があることした。弾性計測は各ストレッチング肢位につき 3 回実7）8）。これらの研究結果を根拠に，SWE施した。なお，関節角度は電磁気式 3 次元位置計測装法により筋の受動張力を非侵襲的に推定評価できるこ置（3Space Tracker System，Polhemus 社，アメリカ）とが認められつつあり，ストレッチング肢位の検証にで規定し，ストレッチングの強度は内旋も水平内転もが報告された

SWE が用いられはじめている

9）10）。しかしながら，関4 Nm に統一した5）。計測 3 回分の平均値を統計解析に節包においては，SWE 法での弾性計測による力学スト使用した。統計解析として，ストレッチング肢位を要因レス評価の妥当性は明らかにされていない。とした反復測定一元配置分散分析を実施した。有意水準

そこで本研究では，組織の性状特性が生体とほぼ同等は 5% とした。

な未固定凍結人体標本を対象とし，SWE 法による後方関節包の受動張力評価の妥当性を検証すること，種々のス結果

トレッチング肢位において後方関節包に受動張力が強く実験 1 においては，20 標本すべてにおいて回帰式は加わるストレッチング肢位を解明することを目的とした。

有意で，受動張力と剪断弾性率の間には正の相関関係を2

平成 30 年度研究助成報告書

図 1 各ストレッチング肢位における後方関節包中部（a）および下部（b）の剪断弾性率
後方関節包中部（a）においては，肩甲骨面挙上 30°位での内旋および挙上 60°位での水平内転が安静肢位より有意に剪断弾性率が高かった．後方関節包下部（b）においては，屈曲 30°位での内旋が安静肢位より有意に剪断弾性率が高かった．

認めた。後方関節包の中部 10 標本の回帰式の決定係数張力を強く反映する指標を用いた。組織の歪みと張力と2いう異なる物理量を評価していることも，研究間で結果2の違いが生じた一因である可能性がある。

R は 0.882 ± 0.075 であった。下部 10 標本の回帰式のR は 0.901 ± 0.050 であった。
実験 2 においては，後方関節包中部では，肩甲骨面挙上 30°位での内旋（86.1 ± 43.0 kPa）および挙上 60°

結論位での水平内転（93.2 ± 39.3 kPa）が安静肢位（33.1 ±SWE 法により関節包の受動張力を高い精度で推定評21.9 kPa）より有意に剪断弾性率が高かった（図 1(a)）
。

価可能であることが示された。また，後方関節包に受動また，後方関節包下部においては，屈曲 30°位での内旋張力が強く加わるストレッチング肢位は，後方関節包（117.1 ± 51.9 kPa が 安 静 肢 位（46.1 ± 41.6 kPa） よ り

中部においては肩甲骨面挙上 30°位での内旋および挙上有意に剪断弾性率が高かった（図 1(b)）。

60°位での水平内転，下部においては屈曲 30°位での内旋であった。

考察
これまで，受動張力と剪断弾性率との関連は，筋組織を対象に検証されており，SWE 法は筋組織の受動張力を高い精度で間接的に計測可能であることが示されている

7）8）。関節包を対象にした本研究では，剪断弾性率は受動張力を十分に説明可能な変数であることが示され，この知見は渉猟する限り本研究がはじめての報告である。本研究結果は，関節包における SWE 法を用いた受動張力の推定評価の妥当性を示すものである。
後方関節包が伸長するストレッチング肢位は，これまで歪みゲージで関節包の歪みを計測する手法で検証されてきた

5）6）。この手法を用いた先行研究と本研究結果では，有効なストレッチング肢位が一致しなかった。この要因として，本研究では先行研究と異なり，筋や皮膚をすべて残存させた状態で弾性計測を実施したことが挙げられる。また，先行研究では歪みという機械的特性を評価しているのに対し，本研究では剪断弾性率という受動文

献1）Takenaga T, Sugimoto K, et al.: Posterior shoulder
capsules are thicker and stiﬀer in the throwing shoulders
of healthy college baseball players: A quantitative
assessment using shear-wave ultrasound elastography.
Am J Sports Med. 2015; 43: 2935‒2942.
2）Thomas SJ, Swanik CB, et al.: Humeral retroversion
and its association with posterior capsule thickness incollegiate baseball players. J Shoulder Elbow Surg. 2012;
21: 910‒916.
3）Gates JJ, Gupta A, et al.: The effect of glenohumeralinternal rotation deficit due to posterior capsularcontracture on passive glenohumeral joint motion. Am JSports Med. 2012; 40: 2794‒2800.
4）Mihata T, Gates J, et al.: Effect of posterior shoulder
tightness on internal impingement in a cadaveric modelof throwing. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2015;
23: 548‒554.
5）Borstad JD, Dashottar A: Quantifying strain on posterior
shoulder tissues during 5 simulated clinical tests: a平成 30 年度研究助成報告書

cadaver study. J Orthop Sports Phys Ther. 2011; 41:90‒99.
6）Izumi T, Aoki M, et al.: Stretching positions for theposterior capsule of the glenohumeral joint: strain
measurement using cadaver specimens. Am J Sports
Med. 2008; 36: 2014‒2022.
7）Koo TK, Guo JY, et al.: Relationship between shear elastic
modulus and passive muscle force: an ex-vivo study. JBiomech. 2013; 46: 2053‒2059.
8）Maisetti O, Hug F, et al.: Characterization of passive
elastic properties of the human medial gastrocnemius
muscle belly using supersonic shear imaging. J Biomech.
2012; 45: 978‒984.
9）Umegaki H, Ikezoe T, et al.: The effect of hip rotationon shear elastic modulus of the medial and lateral
hamstrings during stretching. Man Ther. 2015; 20: 134‒
137.
10）Umehara J, Nakamura M, et al.: Shoulder horizontal
abduction stretching effectively increases shear elastic
modulus of pectoralis minor muscle. J Shoulder Elbow
Surg. 2017; 26: 1159‒1165.

発表実績
学会発表
1）飯田尚哉，谷口圭吾，渡邉耕太，宮本浩樹，谷口達也，藤宮峯子，山下敏彦，片寄正樹：肩関節後方関節包のタイトネスに対する有効なストレッチング肢位の検討─未固定標

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本と剪断波エラストグラフィを用いた研究─．第 136 回北海道整形災害外科学会，2019 年 1 月 26 〜 27 日2）Iida N, Taniguchi K, Watanabe K, Miyamoto H, TaniguchiT, Fujimiya M, Katayose M: The Validity of Evaluating
Passive Force in Posteroinferior Shoulder Capsules Using
Ultrasound Shear Wave Elastography ‒A Cadaveric Study‒.
Orthopaedic Research Society 2019 Annual Meeting, 2019年2月2〜5日
3）飯田尚哉：肩関節後方関節包の受動的なスティフネスの定量評価．第 1 回運動器理学療法超音波フォーラム，2019年 3 月 10 日
4）飯田尚哉，谷口圭吾，渡邉耕太，宮本浩樹，谷口達也，十文字駿起，藤宮峯子，寺本篤史，山下敏彦，片寄正樹：剪
断波エラストグラフィを用いた肩関節後方軟組織のタイトネスに対する有効なストレッチング肢位の検討．第 92 回
日本整形外科学会学術総会，2019 年 5 月 9 〜 12 日
5）Iida N, Taniguchi K, Watanabe K, Miyamoto H, TaniguchiT, Fujimiya M, Katayose M: Effective Stretching
Position for the Tightness of Posterior Shoulder Capsule
Determined by Shear Wave Elastography, AmericanCollege of Sports Medicine 66th Annual Meeting, 2019 年
5 月 28 日〜 6 月 1 日
原著論文1）飯田尚哉，谷口圭吾，渡邉耕太，宮本浩樹，谷口達也，藤宮峯子，片寄正樹：肩関節後下方関節包の組織弾性と受動張力の関係─未固定凍結人体標本を用いた検討─．日本基礎理学療法学雑誌，2018; 21: 88‒94.