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柔軟な光ファイバーを関節内に挿入可能な関節内軟骨評価プローブ及び関節内軟骨評価装置 実績あり

国内特許コード P160013073
整理番号 H17-094
掲載日 2016年6月29日
出願番号 特願2005-218832
公開番号 特開2007-029520
登録番号 特許第4691657号
出願日 平成17年7月28日(2005.7.28)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
登録日 平成23年3月4日(2011.3.4)
発明者
  • 森 浩二
  • 安田 利貴
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 柔軟な光ファイバーを関節内に挿入可能な関節内軟骨評価プローブ及び関節内軟骨評価装置 実績あり
発明の概要 【課題】 本発明は、超音波による評価法で問題となる不感帯の存在によるプローブ小型化の限界と角度依存性、そして光プリズム法で問題となった極表層部のみでの評価による測定精度の限界を克服することを目的としている。さらに関節腔内で小さい体積でありながら、挿入時の挿入抵抗に負けない硬構造な関節内軟骨評価プローブを提供する。
【解決手段】 少なくとも1本の送光伝送部材及び少なくとも1本の受光伝送部材を有する関節軟骨に接触させる入射光穴、検出光穴を具備した接触部と、把持部と、前記把持部先端から延び前記送光伝送部材及び受光伝送部材を案内する案内部材と、前記接触部と前記案内部材を接続する可撓性部材と、前記接触部及び前記可撓性部材を覆い、前記接触部を覆う位置と露出させる位置との間を前記案内部材に沿って摺動可能な挿入シースとからなる関節内軟骨評価プローブを構成した。

【選択図】 図6
従来技術、競合技術の概要


現在、関節軟骨の診断には、
(1)X線やMRIより得られた画像から関節裂隙などを診る形態学的診断
(2)医師が関節鏡を用いて関節軟骨の形態(色・表面状態など)を直接診る肉眼的診断
(3)関節鏡視下で医師が関節軟骨にプローブを押し当て、その押し込み深さから関節軟骨の軟化具合(剛性)を検査するプロービングという定性的な評価・診断
が主に行われている。



そして、従来、関節内で、関節軟骨を評価するプローブについては超音波を用いる方法が、特許文献1、特許文献2に開示されている。これは関節内に超音波送受信機を挿入する方法である。超音波を関節軟骨に垂直に照射し、関節軟骨表面から得られる反射エコーをウェーブレット解析して、関節軟骨の定量評価を行うものである。この方法には2つの問題点がある。一つは大きさの問題である。超音波は超音波探触子とよばれる素子を振動させて発生させる。そして受信は、超音波を受信したその素子が振動し、その振動を電気信号に変えることによって行われる。つまり超音波探触子は自身で振動して超音波を発生させて、その反射エコーによって自分が振動することによって受信する。そのために受信時に自身の振動も受信している。これによって図2に示すように反射エコーは主に関節軟骨40および軟骨下骨41から得られるが、不感帯と呼ばれる領域が存在し、超音波探触子と関節軟骨40表面の間に一定の間隔を設ける必要がある。即ち、超音波探触子の近傍約1.0mm程度の領域は測定不能である。



また特許文献1による測定法は非常に角度依存性が強いという問題がある。超音波が垂直に照射されている状態からの角度のずれと反射エコーの強さとの関係を図4に示す。超音波を測定対象物の関節軟骨40表面に対して垂直に照射すると、最も強い反射エコーが帰ってくる性質があり、超音波が垂直に照射されている状態からの角度がずれると反射エコーの強さが次第に減少する。このため、図3に示すように、超音波探触子31から関節軟骨40表面に超音波を照射する際に、最も強く帰ってくる角度を探索し、測定部位に対して超音波が垂直に照射できる角度を決定する必要があり、1度程度の超音波照射角度のずれで測定が不能となり、臨床での使いにくさと共に、高度の熟練技術を必要とする。
そのために特許文献2に関節腔内で超音波の照射角度を変更できる関節内軟骨評価プローブが提案された。



しかしながら、そのような角度調節機構を設けたために小型化に限界が生じており、適応可能な関節は、人体で最大の関節といわれる膝関節に事実上限定されている。



さらに特許文献1、特許文献2による関節軟骨評価法は、関節軟骨表面からの反射エコーを利用しているために、情報を取得できる領域は超音波の1波長分である約0.1mmの領域の情報を取得しているに過ぎない。



特許文献1、特許文献2による関節軟骨評価法の角度依存性の強さを解決するために、特許文献3で、光とプリズムを利用した関節軟骨評価法が発明された。この方法は先端部分にプリズムを備えており、そのプリズムを関節軟骨に接触させる。そのプリズムに光を導入してやり、プリズム-関節軟骨表面での光の反射を利用して、反射光を得る。この反射光をスペクトル解析することにより関節軟骨の内部成分を調べ、関節軟骨の評価を行うものである。この方法は関節軟骨にプリズムを接触させれば測定できるために、特許文献1、特許文献2で問題となった測定時の角度依存性の問題は克服した。



即ち、図5に示すように、プリズム32を関節軟骨40に押し当てて、そこに光ファイバー20によって光をプリズム32に導入する。プリズム32-関節軟骨40の表面での反射光を光ファイバー20で関節外に導出してやり、その光をスペクトル解析する。プリズム32-関節軟骨40の表面で光が反射する際に、関節軟骨40の性状によって吸収される光のスペクトルが変わるために、その吸収される波長を調べる。しかしながらこの方法では、プリズム32からわずかにもれ出る光(近接場光33)が関節軟骨40に吸収されて上述のスペクトルの変化が起こる。近接場光33が関節軟骨40にもれ出る深さは数10nm程度である。これは超音波による評価法が、表面から1波長分(約0.1mm)の情報を反映していることに比べると非常に小さい領域のみで評価していることになる。したがってこの方法では関節軟骨40のごく表層部分の性状しか測定できず、測定信頼性が低いという欠点があった。さらに関節軟骨の厚さを計測できないという問題がある。



またプリズム32部分に、別のたんぱく質などが付着すると、その成分によっても光の吸収が変化し、得られるスペクトルが変わり、測定結果が変わってしまう可能性がある。関節腔内への挿入時に皮膚を通過させるが、皮下にある脂肪などの成分が付着するおそれがあり、挿入時の関節内関節評価プローブの取り扱いに注意が必要である。
【特許文献1】
特開2002-345821号公報
【特許文献2】
特願2004-167410号公報
【特許文献3】
特願2004-301066号公報

産業上の利用分野


本発明は、関節軟骨に含まれるコラーゲン線維、プロテオグリカンを測定するための関節内軟骨評価プローブ及び該関節内光プローブを使用した関節内軟骨評価装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも1本の送光伝送部材及び少なくとも1本の受光伝送部材を有する関節軟骨に接触させる入射光穴、検出光穴を具備した接触部と、把持部と、前記把持部先端から延び前記送光伝送部材及び受光伝送部材を案内する案内部材と、前記接触部と前記案内部材を接続する可撓性部材と、前記接触部及び前記可撓性部材を覆い、前記接触部を覆う位置と露出させる位置との間を前記案内部材に沿って摺動可能な挿入シースとから構成されることを特徴とする関節内軟骨評価プローブ。

【請求項2】
前記可撓性部材を前記送光伝送部材及び受光伝送部材に沿って設けたことを特徴とする請求項1に記載の関節内軟骨評価プローブ。

【請求項3】
前記可撓性部材がバネ部材であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の関節内軟骨評価プローブ。

【請求項4】
前記可撓性部材が弾性チューブであり、その内部に前記送光伝送部材及び受光伝送部材を配したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の関節内軟骨評価プローブ。

【請求項5】
前記接触部、前記送光伝送部材及び受光伝送部材を含む先端部領域が湾曲可能であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の関節内軟骨評価プローブ。

【請求項6】
少なくとも前記接触部、前記挿入シース及び該挿入シースに覆われた部位の前記送光伝送部材及び受光伝送部材、前記可撓性部材を一体的に取り替え可能に構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の関節内軟骨評価プローブ。

【請求項7】
参照光用の送光伝送部材及び受光伝送部材を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の関節内軟骨評価プローブ。

【請求項8】
前記送光伝送部材及び受光伝送部材が光ファイバーであることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の関節内軟骨評価プローブ。

【請求項9】
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の関節内軟骨評価プローブ、光源、受光部、演算部、表示部から構成されることを特徴とする関節内軟骨評価装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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