JP2005501643A - 握力計および関連する測定方法 - Google Patents

Abstract

手の水準に加わる力Ｆを測定する握力計１および関連する方法であり、前記握力計は、固定フレーム２と、使用者が握りやすい１対のレバー３、４と、少なくとも１本の可動レバーと、既知の抵抗力パラメータを有し、可動レバーの変位を対照するために、そのレバーに連結された対照要素と、可動レバーの変位θを計測するために、そのレバーに関連する変位計測手段１０とを備える。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、手の水準に加わる力を測定する握力計および関連する測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者に知られているように、運動学とは、解剖学、生理学、および力学の概念を組み合わせて、特に、ヒトおよび動物の動作の根本にある筋収縮の仕組みに関して前記動作を研究する学問分野である。
【０００３】
運動学の特定の分野は手の研究である。この特定の分野では、診断目的にしばしば用いられる臨床試験の１つの種類は、手および／または個々の指の筋収縮力を測定するものであり、詳細には、１つまたは複数の標本筋肉における、随意選択的に様々な種類の刺激またはストレスに応答する、筋収縮力の水準および可能な変動値を検出するものである。
【０００４】
患者の最終的な機能問題を浮き彫りにする際に、この種の試験は極めて重要であるにもかかわらず、今日まで、このような試験を実施するのに適切な技術的手段を使用することができない。
【０００５】
実際に、前記試験はほとんどの場合、保健従事者によって、特に、医師または理学療法士である操作者によって手動で実施されているが、それには細心の注意力、技能、および感受性が必要である。しかし、このような３つの能力が備わっていても、試験結果がどうしても操作者の主観的な感覚に左右されがちであり、したがって、そのような試験結果は、異なる操作者はおろか同じ操作者によってもしばしば反復不可能である。しかも、このように実施された試験は、むしろ有用な診断上の指標をもたらす可能性のある力の微小な変化に対してほとんど感受性を欠く。
【０００６】
以上を考慮すると、この種の試験は、科学および学問の世界では受け入れられない。
【０００７】
さらに、人体が加え得る力の測定方法は知られており、それは綱と滑車式の変位システムに連結された既知の実体量の重りを使用し、前記重りを綱に付けた握りを使って患者が持ち上げるものである。これに代わる他の方法は、患者の動作が引き起こす半剛性の梃子の屈曲を計測することによって筋力を測るものである。
【０００８】
しかし、これらの後者の方法で用いられる技術的手段は、およそのかつ低精度の力の計測値をもたらすに過ぎず、しかもかなり使い勝手が悪いものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の根本にある技術的な課題は、筋力計および関連する筋肉の仕事を測定する方法を提供し、知られた技術を参照して上に述べた欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１に記載の、手の水準に加わる力を測定する握力計によって解決される。
【００１１】
本発明の構想によれば、本発明はさらに、請求項１８に記載の、手の水準に加わる力を計測する方法に関する。
【００１２】
本発明はいくつかの関連する利点を提供する。主要な利点は、本発明が、反復可能で、簡単な、かつ信頼性のある方式で、手の水準に加わる力を適切に測定する、かなりの程度の感受性を有する器具を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の利点、特徴、およびその使用方式は、非限定的な実施例として示されている、本発明の実施例に関する以下の詳細な説明から明らかになる。添付の図面の参照符号を参照する。
【実施例】
【００１４】
最初に図１を参照すると、手の水準に加わる力を測定する握力計を全体として１で示す。以下の説明から明らかになるように、握力計１は、手全体および手の個々の指が加える力を測定するのに適切である。
【００１５】
この握力計１は、実質的に直方体形の外箱２の形態にある固定フレームを備える。
【００１６】
ここで図２も参照すると、第１および第２レバー３および４が、それぞれにフレーム２に連結されている。詳細には、第１レバー３が、従来の固定手段によってフレーム２に固定されている。第２レバー４は、固定されずにフレーム２に対して、したがって、第１レバー３に対して可動式であり、レバー４自体に固定された軸５によって回転自在にフレームに連結されている。
【００１７】
レバー３および４は、これらのレバー自体の端部がフレーム２に前記のようにそれぞれ連結されている。さらに、これらのレバーは、それらの長さの大部分がフレームの細長い形状の正面細穴６からフレーム２の外側に突出する。
【００１８】
それぞれのレバー３、４は、前記突出部分に握りの輪郭、詳細には、３つのベイ７が付けてあり、それぞれが１本の指を適切に受け入れる。
【００１９】
常に図２を参照すると、可動レバー４は、フレーム２の内部に位置するその中間部分が、このレバー４の動きに対して所定の抵抗力で適切に対抗するための対照要素８にさらに連結されている。詳細には、本実施例では、この対照要素は、既知の剛性を有する螺旋延長部からなる。このばねは、その端部に、可動レバー４とフレーム２にそれぞれ適切に連結する留め部分を有する。詳細には、ばね８とフレーム２をこのフレームの内部レッジ９で連結する。
【００２０】
静止状態、すなわち、可動レバー４に力が印加されていない状態では、ばね８は、張力が存在しない状態にあり、このばねは、前者を固定レバー３から角度的に離間した位置を保持する。
【００２１】
握力計１は、フレーム２に固定された角度ポテンシオメータ１０を備え、前記軸５はその一部である。ポテンシオメータ１０は、使用者がばね８の弾性戻り力に対抗して力を加えた後で、可動レバー４の角変位を計測するのに適切である。
【００２２】
ポテンシオメータ１０は知られた市販の種類であり、よってその詳しい説明を割愛する。
【００２３】
具体的には、握力計１を実施するのに適切な市販のポテンシオメータの１つの種類は、「ＭＥＧＧＩＴＴ ＣＬＩＴＥＣ」ポテンシオメータであり、次の仕様、すなわち、抵抗器要素：ＣＥＲＭＥＴ；電力定格：７０°で２Ｗ；最大動作電圧：３１５Ｗ；抵抗許容差：＋／−１０％；抵抗温度係数：＋／−１５０ｐｐｍ／℃；最終抵抗：最大３Ｗ；回転定格：電気式で２１０°、機械式で２７０°；回転持続動作：２５．０００；動作温度範囲：−５５℃から＋１２５℃まで；本体寸法：直径２１ｍｍ、長さ１２．７ｍｍ；軸（金属）：直径６．３５ｍｍ、長さ２５ｍｍ；取付ブッシュ（金属）：直径９．３５ｍｍ、長さ１０ｍｍである。
【００２４】
本発明の実施例では、図３に示すように、本発明の握力計はまた、ハードウェアとソフトウェアの計測値処理手段、詳細には、従来型のデータ受信／送信回線によってポテンシオメータに接続されたパーソナル・コンピュータ・プロセッサ１１を備える。詳細には、このプロセッサ１１は、螺旋ばね８の剛性値とポテンシオメータ１０によって供給される変位計測値に従って、使用者が加えた力ばかりでなく、他の導関数量、例えば、前記力が行った仕事を計算するのに適切である。
【００２５】
前記データから、弾性戻り力８に対抗して使用者が加えた力の計算は、レバーに印加された起動力、この場合は使用者が加えた力、に関する既知の公式を採用し、抵抗力、この場合はばね８の弾性戻り力と、関連するレバー・アームを知り、かつレバー４の支点が、軸５の軸線に対応する、レバーの一端に位置することを考慮して、単に三角関数のアルゴリズムを用いるだけで実施可能であることが理解される。
【００２６】
詳細には、図４を参照すると、可動レバー４にばね８を留める箇所とピン５の中心の間に介在する（設定）距離をＬによって表し、かつ使用者がレバーに対して加えた作用力によって引き起こされ、ポテンシオメータ１０によって計測されたレバー４自体の角変位をθによって表すと、ばね８の対応する伸びＡは、角θに対する円弧に近似し得る。すなわち、次式を得る。
Ａ≒Ｌθ
【００２７】
別法として、伸びＡは、常に角θに対する弦に近似し得る。すなわち、次式を得る。
Ａ≒２Ｌｓｉｎ（θ／２）
【００２８】
このような両方の近似式は、実施するべき測定の種類の関係では、また関与する小さい角変位を考慮すれば、完全に許容可能である。さらには、関与する変位のこのような小さい実体量によって、常に、剪断応力によるばね８の横断方向の変形は無視可能である。
【００２９】
伸びＡを計算するとき、処理手段１１は、次式の既知の関係式に従ってばね８の戻り力Ｆを計算する。
Ｆ＝ｋＡ
上式で、ｋは、ばね８の（既知の）剛性を表す。
【００３０】
次いで、レバー４の支点から握りの箇所までの距離、すなわち、実施する試験の種類によって変化する距離も同様に考慮して、使用者が加えた実際の力を推定することができる。明らかであるが、握りの種類は同じであり、抵抗力Ｆも、使用者が実際に加えた起動力の推定値と見なすことができる。
【００３１】
さらに、臨床的には、ある仕事量またはエネルギーの次元を有するが、次に力として表されかつ（ｋｇ_ｆｍ）の単位で測定され、例えば、力Ｆに関して、次式のように計算できる実体量Ｆ’をしばしば用いる。
Ｆ’＝ＦＡ
【００３２】
したがって、この実体量も手段１１によって計算可能である。
【００３３】
さらには、処理手段１１は、常に従来型のデータ送信回線によって、本実施例では結果を図式的に表示するのに適切な表示画面である、計測結果の表示手段１２に接続されている。
【００３４】
これまで説明した処理および表示手段は、当業者にはよく知られ、ヒトの動作分析のための生体力学的な研究室での計測を実施するために広範に使用されており、よってその詳細な説明は割愛する。特に、これらの手段は、知られた種類のハードウェアおよびソフトウェア・ツールで実行可能な、計測値の非常に多様な処理および表示を行う付加機能を提供する。
【００３５】
さらには、前者のハードウェアは、例えば、操作者が、実施した試験の種類に関するデータを入力できるようにするために、また随意選択的に、その結果を格納可能にするために、キーボードを備えるユーザー・インターフェイスを有するのが典型である。
【００３６】
握力計１はさらに、ポテンシオメータ１０と処理手段１１の間に介在する知られた種類のアナログ／デジタル変換器ばかりでなく、従来型の電源手段１３、例えば、ポテンシオメータ１０およびプロセッサ１１に接続可能な、随意選択的には知られた種類の変圧器に関連する、蓄電池も備える。このような処理手段は、電子的な較正工程も実施可能にする。
【００３７】
当然であるが、本発明の握力計は、その常備施設の電源から電力を直接受け取ることもできる。
【００３８】
図１に示してあるように、握力計１は、ＯＮ／ＯＦＦ切換押しボタン１４、プロセッサ１１に接続するための接続端子１５、および蓄電池１３に接続するための端子１６をフレーム２の側壁にさらに備える。これらの要素およびその関連構成要素も従来型であるので、それらの詳細な説明は割愛する。
【００３９】
以後、本発明の握力計の操作を明らかにする。特に、手の水準における筋収縮力を計測する運動学的な試験を実施するために、操作者は、握力計を予め配置して、使用者に計測に関係する左または右手の指で握力計１の２つのレバー３および４を握らせる。例えば、試験の１つの種類では、親指と人差し指の屈筋に関連する力を測定する。したがって、この試験では、これら２本の指のそれぞれ１本をレバー３または４のベイ７にそれぞれにあてがう。
【００４０】
次いで、使用者は２つのレバーに対して力を加え、ばね８の戻り力に対抗して動作し、ばねの長手方向の変形、したがって可動レバー４の角変位を計測する。このような変位をポテンシオメータ１０によって検知かつ計測し、このポテンシオメータが関連データを処理ユニット１１まで送信し、このユニットでは、加えられた力の値を上に例示したように計算する。
【００４１】
次いで、これらによって計測された数量および計算された数量は、図式または数字で、随意選択的には時間グラフとして、表示画面１２上に表示される。
【００４２】
本発明の握力計は、使用者が加える力に関連する様々な実体量を測定する付属機能に関して極めて融通性があることが理解される。特に、上述の力および仕事などの量の推定以外にも、上に説明した量のような「外部から」実施された力の計測から、既知の経験関係式によって「内部の」筋収縮力を推定できることは当業者なら理解しよう。
【００４３】
さらには、本発明の握力計は、正確かつ極めて高精度の計測を可能にする。特に、上述の構成要素では、約２００ｇ_ｆｍの分解能で、約２ｋｇ_ｆｍの最小値と約１４ｋｇ_ｆｍの最大値を有する実体量Ｆ’が計測可能である。
【００４４】
本発明の握力計は、寸法が小さく、かつ使用者および操作者にとって極めて使いやすいことがさらに分かる。
【００４５】
レバーの握りの特有な３つのベイ構造によって、様々な握り方が可能になり、極めて多様な試験を実施できることも分かる。
【００４６】
本発明は、これまでに説明した実施例とは別法のいくつかの実施例にも適切であり、そのいくつかを、これまで検討した第１実施例と区別する独自の態様を参照して以下に簡単に説明する。
【００４７】
まず第１に、本発明の握力計は、上に説明した角度ポテンシオメータとは別の変位計測手段を有することができよう。当然であるが、これらの手段の種類は、同じく本発明の可動レバーの可動性に依拠するものである。後者の変位計測手段は、例えば、上に説明した実施例の回転自由度に対して別法として、またはそれに関連して、並進自由度を有することができよう。
【００４８】
しかも、この変位計測手段は、可動レバーではなく、弾性要素に直接連結可能である。
【００４９】
さらには、握力計、および特にその処理手段は、対向検知式の力の計測が可能なように予め設定可能である。例えば、上に説明した実施例に関して、弾性要素の伸びと圧縮の両方の変形が求められよう。
【００５０】
上に説明した弾性要素はさらに、その静止状態にもなり得るが、予め張力を印加した状態、すなわち、事前負荷状態であり得る。しかも、別の実施例は、握力計の計測範囲を広げるために、複数の弾性要素を直列または並列に配置する。
【００５１】
さらには、この握力計は、上に説明した弾性要素とは異なる対照要素、例えば、油圧要素などを備えることができる。したがって、後者は弾性要素自体の剛性とは異なる既知の抵抗力パラメータを有することになろう。
【００５２】
さらには、握力計のレバーは、特定の試験の必要性を適切に満たすように、上に説明したものとは異なる握りを有することができよう。特に、運動学でより頻繁に採用される試験を最適に実施できるように、可動レバーが、人差し指を特に受け入れるようになされたベイと、随意選択的に中指を受け入れるのに適した別のベイを有し、かつ固定レバーを特に親指を受け入れるように造形することができる。
【００５３】
別の簡素化された実施例によれば、本発明の握力計が、上に開示した第１実施例に関連して導入したレバーを収容するフレーム中に直接組み込まれた計測処理手段を備えることができる。この場合では、前記手段が、アナログ／デジタル変換器（これもフレーム内部に直接収容されている）を介在させることによって変位計測手段に接続されたマイクロ・プロセッサからなり得る。しかも、この実施例では、計測結果を表示する手段が、表示画面ではなく、到達した力の水準を操作者に知らせるのに適したより簡素なデジタル表示器からなり得る。前記デジタル表示器は、フレームに固定されるか、またはその付近に位置することができる。さらに、この場合では、握力計が電子的な較正が可能であるばかりでなく、適切な押しボタンの操作によってリセットも可能である。
【００５４】
後者の実施例では、本発明の握力計は極めて持ち運びが容易であり、それによって「現場での」力の計測が容易に実行可能になり、すなわち、診療所内で実施する必要がない。
【００５５】
さらには、本発明の握力計は、選択手段、例えば、レバーを収容するフレームまたは外箱上に直接位置する１つまたは複数の押しボタンを有し、計測作業の開始および／または実施するべき計測の種類の選択が適切にできる。
【００５６】
さらには、握力計のレバーを両方とも可動式にすることもできる。
【００５７】
別の実施例によれば、対照要素が、選択的に可変の抵抗力、特に調整可能な抵抗力を有し、それによって様々な力の範囲の計測、すなわち、より広い範囲の運動に関して実施することができる。このような可動レバーの動作に対抗する抵抗力の調整は、例えば、対照要素に、例えば上で導入した螺旋ばねに、事前負荷水準を適切に変更するためのアクチュエータを関連させて実現可能である。次に、同じ使用者が、適切な選択手段、例えば、それぞれが各抵抗力水準に対応する１組の押しボタンを操作することによって、知られた方式および手段を使用してこのアクチュエータを制御することができる。螺旋ばねの場合では、このアクチュエータが、電磁モータおよび関連する送信手段からなり得る。さらには、事前設定の抵抗力水準を適切な表示器上に表示することもできる。
【００５８】
今では、本発明が、手の水準に加わる力を測定する測定方法を提供することも明らかであり、その工程は、
本発明の握力計に関してこれまでに説明した１対のレバーを使用者に片手で握らせる工程と、
前記対照要素の抵抗動作に対抗して使用者に力を加えさせる工程と、
使用者が可動レバーに与えた変位を計測する工程と、
既に説明した方式に従って、加えられた力を計算する工程と、を含む。
【００５９】
以上に本発明をその特定の実施例に関連して説明した。本発明の核心に迫る他の実施例も存在可能であり、すべてが添付の特許請求の範囲の保護範囲内に入ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による握力計の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の握力計を示す部分断面斜視図である。
【図３】図１の握力計を示すブロック線図である。
【図４】動作時の図１の握力計を示す部分断面斜視図である。

Claims (23)

1. 固定フレーム（２）と、
   少なくとも一方（４）が前記フレームに対して可動式である、使用者が握りやすい１対のレバー（３、４）と、
   既知の抵抗力パラメータ（ｋ）を有し、前記少なくとも一方の可動レバーの変位を対照するために、それに連結された対照要素（８）と、
   使用者の動作の後で、前記少なくとも一方のレバーの変位（θ）を計測するために、それに関連させた変位計測手段（１０）と、を備える手の水準に加わる力（Ｆ）を測定する握力計（１）。
2. 前記１対の少なくとも一方のレバー（３、４）が解剖学的構造の握り（７）を有する、請求項１に記載の握力計（１）。
3. 前記解剖学的構造の握りが、指を受け入れるのに適した３つのベイ（７）を備える、請求項２に記載の握力計（１）。
4. 前記１対の第１レバー（４）が、特に人差し指を受け入れるように造形されたベイ（７）を有し、かつ前記１対の他方のレバー（３）が、特に親指を受け入れるように造形されたベイ（７）を有する、請求項２または３に記載の握力計（１）。
5. 前記第１レバー（４）が前記フレーム（２）に対して可動式であり、前記第２レバー（３）が前記フレームによって固定されている、前記請求項に記載の握力計（１）。
6. 前記第１レバー（４）が、特に中指を受け入れるように造形されたベイ（７）をさらに有する、請求項４または５に記載の握力計（１）。
7. 前記対照要素が既知の剛性を有する弾性要素（８）を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の握力計（１）。
8. 前記弾性要素が螺旋延長ばね（８）を備える、前記請求項に記載の握力計（１）。
9. 前記対照要素（８）が調整可能な抵抗力を有する、前記請求項のいずれか一項に記載の握力計（１）。
10. 請求項７または８に従属するとき、前記対照要素（８）の事前負荷水準を適切に変更するアクチュエータを備える、前記請求項に記載の握力計（１）。
11. 前記対照要素（８）の抵抗力水準を選択するために、使用者によって動作可能な選択手段を備える、請求項９または１０に記載の握力計（１）。
12. 前記対照要素（８）の抵抗力水準を適切に示す表示手段を備える、請求項９から１１までのいずれか一項に記載の握力計（１）。
13. 前記少なくとも一方の可動レバー（４）が前記フレーム（２）に回転自在に連結されている、前記請求項のいずれか一項に記載の握力計（１）。
14. 前記変位計測手段が、前記可動レバー（４）と前記フレーム（２）の間の前記回転自在の連結部に位置する角度ポテンシオメータ（１０）を備える、前記請求項に記載の握力計（１）。
15. 実施した計測を処理する手段（１１）を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の握力計（１）。
16. 実施した計測の前記処理手段（１１）が、仕事の物理的次元を有する実体量（Ｆ’）を適切に出力する、前記請求項に記載の握力計（１）。
17. 実施した計測を図式的に表示する手段（１２）を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の握力計（１）。
18. フレーム（２）上に位置し、使用者に少なくとも一方（４）が可動式である１対のレバー（３、４）を片手で握らせる工程と、
    前記少なくとも一方の可動式レバーに連結され、かつ既知の抵抗力パラメータ（ｋ）を有する対照要素（８）の抵抗作用に対抗して、使用者に力を加えさせる工程と、
    前記少なくとも一方の可動レバーに対して使用者によって与えられた変位（θ）を計測する工程と、
    前記計測された変位と前記対照要素の前記抵抗力パラメータに従って、加えられた力（Ｆ）を計算する工程と、を含む手の水準に加わる力を計測する方法。
19. 使用者に１対のレバー（３、４）を握らせる前記工程では、使用者の手の親指と中指がそれぞれに、前記１対のそれぞれのレバーを握り、それによってこのような指の屈筋の力を測定することが可能になる、請求項１８に記載の方法。
20. 使用者に１対のレバー（３、４）を握らせる前記工程では、親指が前記固定レバー（３）を握り、人差し指と中指が前記可動レバー（４）を握る、請求項１８に記載の方法。
21. 前記抵抗作用が弾性戻り力である、請求項１８から２０までのいずれか一項に記載の方法。
22. 前記少なくとも一方の可動レバー（４）に対して使用者によって与えられた変位を計測する前記工程では、前記レバーの角変位（θ）を計測する、請求項１８から２１までのいずれか一項に記載の方法。
23. 計測するべき力（Ｆ）を加えるとき、使用者によって行われた仕事量（Ｆ’）を計算する工程をさらに含む、請求項１８から２２までのいずれか一項に記載の方法。