計測自動制御学会東北支部４０周年記念学術講演会
2004 年１２月２２日、２３日

講演番号：A13

日本大学工学部

尿失禁診断装置の開発に関する基礎的研究
尾股定夫、村山嘉延（日本大学）、山口 脩、芳村 康邦（福島県医大）、
Chris.E.Constantinou（スタンフォード大学医学部）

Development of new instrument for the clinical evaluation of pelvic floor biomechanics
S.Omata, Y.Murayama(Nihon University), O.Yamaguti, Y.Yoshimura(Fukushima
Medical School), Chris.E.Constantinou( Stanford University)
Abstract－We developed a novel and directionally sensitive multiple biosensor probe designed tolocalize the weakness of the pelvic floor muscle. The sensor probe is intended for clinicalapplications to evaluate the biomechanical properties of the perivaginal smooth and skeletalmuscles. In addition system proposed here is designed to evaluate the dynamic distribution of pelvic
floor forces during voluntary contraction.

Keywords : incontinence, stress-strain curves, contact pressure, FET sensor, displacement sensor
１．まえがき 1)や痴呆などによる原因で起こる症状である。

一般に、正常な排尿機能は無意識な状態で尿を膀

尿失禁には、以上のような症状があるが、現在の胱組織内に蓄積させて、膀胱内のセンサが尿レベル女性にとって最も重要な障害は、腹圧性尿失禁がを感知して意識的に尿を排出できるシステムとして大きな問題として、しかも極めて深刻な疾患とし構築されている。従って、尿失禁とは、これらの機て認識されるようになった。特に、高齢化社会へ能が十分に機能しない状態で、時には自分の意思との移行と共に、このような疾患は女性にとってもは無関係に尿が漏れてしまう疾患で、社会的に、し重大な関心事として注目されるようになり、しかかも衛生的に支障をきたした症状として定義されても適切な診断や治療法によって改善できることいる。

が知られるようになった。

このような尿失禁に関しては、大別して（１）腹圧

一方、このように尿失禁には様々な症状があるが、性尿失禁、（２）切迫性尿失禁、（３）溢流性尿失禁、診断と検査を的確に行うことが重要となる。現在、（４）機能性尿失禁などに分類されている。

主として行われている尿失禁の診断法には、その腹圧性尿失禁は、くしゃみや生理的な反射による症状や病状に沿って血液や最近の有無を調べる

急激な動作や階段の上り下りなどの動作により、排尿検査や超音波画像診断、尿流量測定、膀胱内腹部に圧力がかかったときに生じる疾患である。

圧測定、尿道内圧測定、リークポイント・プレッ

特に、このような腹圧性尿失禁に対して女性の約シャー測定、尿道括約筋・筋電図測定、プレッシ４０％以上の人が悩まされている。また切迫性尿ャーフロースタディーなどによって行われてい失禁は、脳や脊椎などの神経障害から膀胱機能がるが、必ずしも満足すべき診断法が確立されていダメージを受け、年齢や男女に関係なく生じる疾ない。特に、腹圧性尿失禁の治療には、骨盤底筋患である。溢流性疾患は前立腺肥大症や前立腺がの外科的治療や骨盤底筋を十分鍛える為の電気ん、尿道狭窄などだ、主として男性に多い疾患と的な刺激法、また身近な体操などによって手軽にして特徴がある。一方機能性尿失禁は、排尿機能できる治療法もあるが、定量的な診断法が確立さが正常にもかかわらず、身体機能の運動障害低下れていないので、治療法も十分満足できるレベル129にまで達していない。

Fig.3 は試作開発した尿失禁診断装置で、体腔内現在、女性の尿失禁を定量的に診断する手法とし組織部位での計測も十分可能である。拡張時の最て、女性の膣内に応力―歪検査装置を挿入して診大直径は約６０ｍｍまで可能で、最小収縮時には断する基礎的な研究もなされているが、未だ実用２３ｍｍまで小さくすることが可能である。に耐えうるレベルにまで達していない。そこで、本研究では、新しい原理を適用して女性の尿失禁を定量的に診断する新しい検査装置の開発を試みている。
２．体腔内用尿失禁診断装置の試作
女性の膣内で尿道括約筋を定量的に計測するにはセンサおよび検査用プローブを小型化することが極めて重要となる。しかも、括約筋の圧縮過Fig.1 Two type sensor probe of measurements

程や弛緩する過程を応力―歪特性として計測す
るには膣内周囲組織全体の動的特性が重要となるので、ンシング法も複雑なシステムとなり易い.
現在、括約筋の動作を筋電図から計測する手法も臨床現場で使用されているが、骨盤底筋の各部の特性を独立に測定することは困難である.
Fig.1 は現在、本研究室で試作・開発を行っているシステムのセンサ部の概略図を示す。図のようなカンチレバーを利用して、接触部に圧力センサを固定して応力-歪を測定するシステムおよびバルーンを利用して計測するセンサプローブを(a)Sensor probe and its driving lever試作開発している。
本報告ではカンチレバー型の計測システムの概略について、臨床現場への応用を検討している。
Fig.2(a)(b)はセンサプローブの動作機構と計測システム及びセンサ素子の構造を示す。図のように
このセンサプローブは４チャンネルで、先端部に固定された歪ゲージ型の圧力センサは、体腔内組織部位での接触圧を計測する。また、体腔内組織の応力歪を計測する場合には、図のようにカンチレバーを拡張・収縮して計測するが、このときの変位量はホール素子を利用して各部の拡張の大(b) probe sensor orientation shown expandedきさを求めている。

for measurement and retracted for insertion.
Fig.2 (a),(b) Sensor probe and its driving

このときの各部のセンサ素子およびカンチレsystem.

バーの駆動はそれぞれが独立した形で構成されているので、体腔内組織の各部の収縮・拡張の運動特性を計測できる。

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Fig.3 Picture of sensor probe and measuringsystem for the clinical evaluation of pelvic floor
biomechanics.
(b) Channel 2
Fig.4 は各チャンネルの圧力センサ及びカンチレバーの変位によるホール素子での計測特性を示す。各々の特性は図に示されるように若干異なるが、接触圧およびカンチレバーの駆動特性が容易に計測できる。接触圧をセンシングする歪ゲージ型のセンサ素子はほぼ荷重に比例し、カンチレバーも駆動特性もほぼ同じような傾向を示している。
ただし、各部の圧力センサおよびカンチレバーの特性は、最大各拡張時をゼロとして収縮するための接触荷重及び収縮過程の特性を示している。
(ｃ) Channel 3(a) Channel 1(ｄ) Channel 4
Fig.4 Comparative displacement and pressure
Calibration curves.

131３．測定果および考察
Fig.5 は患者の骨盤底筋の動きを測定した結果である。図(a)は各チャンネルの接触圧荷重の特性で、図(b)は圧縮変位特性を示す。
チャンネル１，３は左右の骨盤底筋の動作を示し、チャンネル２と４は体の前後における動きを示している。チャンネル２と４は体腔内部（膣）が常に圧縮された状態にあるので、図のように差中レートしたような特性を示している。チャンネル
１と３は、体腔内部に若干のスペースがあるので(a) compressive pressure

左右の動きの状態を比較的明確に計測されていることを示している。
測定結果の中で、比較的緩やかな変化を示す特性
は、骨盤底筋をゆっくりと収縮させたときの変化を示したものである。また、くしゃみをした場合には、筋肉が急激に収縮するので図のように急峻な特性を示している。
しかしながら、常に体腔内部組織が圧縮された状態ではあまり正確に計測されていない。
Fig.6 はチャンネル１と３の接触荷重および変位の計測結果を同時に示したものである。図に示さ(b) Compressive displacement

れるように、左右の特性がほぼ同じような状態でFig.5 Typical multi-channel recording showing

計測されていることが認められる。

force and displacement of on patient during

以上のようなことから、体腔内部（膣）での骨contraction, slow event, and coughing fast

盤底筋を定量的に計測できる可能性が認められevents.

た。今後、再現性や簡便性などを考慮しながら改善を進め、尿失禁の定量的な診断法として臨床現場での使用に耐え得る新しい装置の実現を目指す。
４．文献(1) Contantinou
RyhammerCE,
A,JC ”Determining

Hvistendahl

Nagel

LL,

G,

Djurhunsthe displacement of thepelvic floor and pelvic organs during

Fig.6 Compressive pressure and displacement

voluntarycontraction

usingyounger

andwomen”,

olderInternational 90: 408-414,2002.

for channel 1 and channel 3.

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MRIinBJU