JP2005503229A - ヒトの手指巧緻性と物体操作能力を評価する装置 - Google Patents

ヒトの手指巧緻性と物体操作能力を評価する装置 Download PDF

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Abstract

【課題】神経系ないしは筋骨格系疾患のある患者において、これまで定量的評価の難しかったヒトの手指の巧緻性を計測し、さらに両手の協調運動についても評価を行うことにより、患者の診断、治療、リハビリテーションの最適化、回復の見込み等について有用な情報を提供できる装置を製作する。
【解決手段】本発明は一つの連結部を通じて各種の形状の二つのハンドルがつながっている装置で、被験者に両端のハンドルを手指で持たせる。ハンドル及び連結部にはトランスデューサーが備え付けられていて、持ち手で被験者が加えた力及びトルクの多方向の成分を計測できる。さらに装置はコンピューターと通信できるようになっていて、被験者が行うべき課題を指示するとともに記録したデータを解析し、被験者の手指の巧緻性を定量的に評価することができる。
【選択図】図1

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒトの手指の巧緻性を評価する装置及びその使用方法に関するものである。特に神経系ないしは筋骨格系疾患のある患者において、その手指巧緻性を評価する目的で使用することができる。
【背景技術】
【0002】
これまで医療関係者や、手指巧緻性を評価するための複雑な技術に関心を持つ人々のために、多くの種類の装置や方法が工夫されてきた。米国の特許5, 174, 154号はつまみ力(ピンチ力)を等尺性に測定する装置を公表したものであるが、この装置はお互いに向い合っている二つの面に加えられた力を計ることができる。二つの面の間には、非圧縮性、非流動体の物質が詰まっていて、二つの指でそれぞれの面をつまんだときに、加えられた力に応じて物質の圧力が上昇する。トランスデューサーがその物質の圧力に反応し、それに応じた信号を出力する。この装置は左右いずれの手についてもつまみ力(ピンチ力)を計るのに用いることができ、また親指と他のどの指との間でつかむのにも都合よくできている。
【0003】
米国の特許4,674,330号は、ヒトの握力及び二つの指の間のつまみ力(ピンチ力)を測定することができる装置を公表したものである。この装置には2つの平行な面を持つハンドルがついていて、それらが第三の部分に対して直角に固定されている。これらのハンドルは、この第三の部分と堅く固定されているため、ハンドルのどこに力を加えても、その力を二対のストレインゲージによって測定することができるようになっている。このハンドルの両端は平らな面となっているので、ピンチ力を計るのにも用いることができる。米国の特許4,878,384号は、指がボタンを押す力を測定し、最大の筋力を表示することができもので、ヒトの知覚を評価測定する装置である。米国の特許5,449,002号は、外傷後の回復期にある、あるいは日常の身体運動、例えば、手でものを掴む動きなどに障害を有する患者において、患者が加えた機械的な圧力を記録できる装置を公表したものである。この装置はいわゆるバイオフィードバック法を用いて、患者が身体動作を再学習したり、機能障害の原因となる合併症を予防するのに役立つ。
【0004】
ドイツの特許DE4,209,193号はいわゆるエルゴグラフ装置を公表したものであるが、これは患者の握力を計測するとともに、脳障害の結果としてあらわれた患者の性格変化を評価するのに役立つ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ヒトの手指巧緻性を評価することにより、人間の神経系あるいは筋骨格系に関して有用な情報が得られる。神経疾患の患者においては、このような情報は正確な診断、治療を行い、リハビリテーションを最適化するのに必須である。
【0006】
神経系ないしは筋骨格系疾患に基づく障害は片側に起こることが大部分なので、そのような障害を有する患者では反対側の手は全く正常に動くことが多い。神経系ないしは筋骨格系の障害の範囲を正確に評価するためには、正常に動く側の手の機能について基準値となるデータを測定した上で、障害側のデータと比較することが重要である。
【0007】
しかし既知の装置や方法は、すべて片手の測定用に作られたものであり、それも被験者が加えた一方向の力だけ計ることのできる方法である。しかし、手指の巧緻な動きや物体を操作するためには、3次元の手の動きが必要で、両手を同時に使うことも多い。あらゆる手指の巧緻性を測る装置は、このことを考慮にいれなくてはならないと思われる。
【0008】
精神的あるいは肉体的な障害の結果として生じた神経系ないしは筋骨格系疾患の機能障害の程度を評価するためには、手指の巧緻性を評価するための、より進んだ装置や方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するため、本発明は片手ずつで持つ2つの部分で構成され、さらにこの2つの部分が結合部でつながっていて、その結合部を通じて片方の手が加えた力がもう一方の手に伝達されるようになっている装置、さらにそれぞれの手が加えた様々な方向の力を同時に測定記録できるような装置を考案したものである。被験者が装置に加えたトルクも測定できるようになっている。
【0010】
この発明の使用法の一つとしては、一人の被験者が結合部を二つの手の間に持つことになる。この場合、装置は右手と左手の能力を同時に計測することができる。従って障害が片側にあれば、対側の(非障害側)の手のデータをそのまま基準値として使用できるわけである。
【0011】
もう一つの使用法の一つとしては、二人の別の人が、それぞれ片手ずつで結合部を持つことになる。この場合、検者が片側を持ち、別の人(被験者)がもう片側を持つので、検者の手も被験者の手のデータも独立に評価することができるというメリットがある。
【0012】
本発明を用いてヒトの手指巧緻性を評価することにより、人間の神経系あるいは筋骨格に関しての情報が得られる。この情報を有効に用いれば、患者の術前、術後あるいはその後も継続して運動機能の障害を評価することができ、リハビリテーションなど訓練のプロトコルも常に最適なものに調整することができる。さらに、このような情報は患者の診断の正確性を高め、その予後を向上させるということに至るまで、様々な目的で必要とされる。また、保険会社にとっても患者の回復に関して正確な評価を下すことは、不正な保険請求を防ぐ上でも非常に重要な意味を持っている。
【0013】
結合部は手で携帯ユニットになっていることが望ましい。そのようにすれば、重力と被験者が携帯ユニットに加える力以外の変動因子の影響を考慮しなくてもよいことになる。
【0014】
さらに、この装置は受信した力のデータを記録し解析することのできる計測記録機器、及びそれと通信ができるようになっている制御ユニットを持っていることが望ましい。この装置の機能性は、制御ユニットと計測記録機器がオンラインで通信できるようになっていればさらに増すと考えられる。
【0015】
制御ユニットは計測記録機器と無線で通信ができることが望ましい。そうすればシリコンチップを用いたデジタルの無線通信技術を利用することが可能である。
【0016】
または、制御ユニットと計測記録機器が電気ケーブルにより物理的につながっている形態のものも考えられる。
【0017】
制御ユニットと計測記録機器は物理的に一つのユニットとして統合されているのが理想的である。
【0018】
制御ユニットはコンピューター、スピーカー、及びディスプレイといった様々な周辺機器を備えていることが理想的である。
【0019】
コンピューターは、カスタマイズされた制御プログラムを搭載していることが望ましい。
【0020】
制御プログラムは、この装置のオンライン機能にとって欠くことができない。
【0021】
他の形としては、ハンドルが結合部の長軸の回りに回転するようになっている形のものも考えられる。
【0022】
各ハンドルには、各被験者が指でつかむことのできる把持面が一対ずつあることが望ましい。この装置及びそれに用いた解析の第一の目的は、様々な把持や荷重の条件下で安定して物体をつかむために、また正確に物体の操作をするために、ハンドルの向かい合っている面に指先が対称な力を加えることができるかという観点から、被験者の指の機能を効率よく定量的に測定解析することである。このようにして、神経系ないし筋骨格系の疾患の結果どのように手指のコントロールが障害されるかを明らかにすることができる。
【0023】
ハンドルを結合部に装着したときに、把持面が結合部の長軸と同軸の半円柱状の隆起をなしていることが望ましい。このようにすれば、最も安定した把持をするために把持面のどの部分をつかむのがよいか、被験者が判断する能力を評価する手順を単純化することができる。なぜならこのような把持面を用いる場合は、把持したポイントの長軸方向の位置のみを考慮すればよいからである。健常人はハンドルをつかむ際に、相対する手指が加える力が非対称的になることを避ける。なぜなら力が非対称的になると、ハンドル内に不必要な内力が形成され、より強い力で把持しなければならないことになり、不経済なつかみ方になってしまうからである。
【0024】
把持面の間の距離は10から40mmの間であることが望ましい。この範囲であれば子供から大人まで、様々な大きさの手を持つ被験者が広くこの装置を使うことができるからである。この装置の応用の一つとしては、個体発生の見地から運動感覚機能がどのように発達するかを時間的経過を追って調べることが考えられる。今日、運動感覚機能の障害を有する子供を見つけ出すために臨床にルーチンで使用されている方法は、大変初歩的なものであり、定量的評価にもたえない。
【0025】
装置のハンドルは、各把持面で被験者が加えた様々な方向の力を測定するトランスデューサーを備えていることが望ましい。それぞれの手が携帯ユニットの長軸に直角な方向に加えた把持力、把持面と平行な向きに加えた荷重力、すなわち携帯ユニットの長軸に平行な向きでの引張力(引っ張る力)/圧縮力(押す力)、及びこの長軸のまわりに加えたねじりモーメント(トルク)をこのトランスデューサーが計測する。各手指が把持面に平行な向きに加えた力を、把持力の圧力の中心点のまわりのトルクとともに計測する。把持面に平行な荷重力の合計は、以上の計測値をもとに計算することができる。
【0026】
トランスデューサーが、相対する把持面に加えられた把持力が非対称的であるために生じた内力、及び把持力の圧力の中心点の位置を計測することができることが理想的である。
【0027】
結合部の端に装着したときにハンドルが回転できるようになっていることが望ましい。このようにすることにより、装置全体が複雑になりすぎなくて済むし、デザイン・製作しなければならない部品の数も減る。
【0028】
ハンドルは様々な形状のものを交換することができることが望ましい。
【0029】
相対する把持面が平行、先細り、曲線になっている形状のハンドルが利用できることが望ましい。様々な形状の把持面を有する物体を安定して把持するためには、把持面に直角にかかる把持力と、平行にかかる荷重力の間のバランスを適宜変化させなければならない。
【0030】
従って、表面の形状に関する感覚情報をこの力のバランスを調整するのに用いるわけである。安定した把持をするためには、間違って手を滑らしてしまわないために十分な力を加えなければいけない一方で、装置をこわしたり、手を傷めたり、必要以上に筋肉が疲れないようにするため、過剰な力を加えることは避けなければならない。
【0031】
先細りの形状のハンドルを用いることにより、ハンドルに各種のバリエーションを加えることができる。把持面が結合部から周辺部にむかってそれぞれが段々先細りになっていくような形状のハンドルを用いた場合、健常人ならこのようなハンドルに引っ張る方向の力を加えるときには、平行な把持面をもったハンドルをもつときに比べて、より大きな力を加えると考えられる。逆に把持面が周辺部から結合部に向かって先細りになっているような形状のハンドルの場合には、押す方向の力を加えるときに、より大きな力を加えなければならない。
【0032】
ハンドルの形状は、機械的、電気的、あるいは他の手動以外の方法で調整することができることが望ましい。
【0033】
被験者とハンドルの間にシールド(遮蔽物)があるようなものも考えられる。シールドを置くことによって、被験者が把持力、荷重力のバランスを調整する際に、視覚を助けに使ってしまうのを妨げることができる。とりわけ、これはさまざまな把持面の形状を有したハンドルを使ってテストをするときに関係があることである。把持力、荷重力のバランスを調整するのに重要な役割を果たしている手指の感覚機能を調べるときには、このような補正が行なわれないようにするため視覚的な手がかりを排除することが必要である。
【0034】
結合部は二つの部分からなり、その間に二つの部分をつなぐ連結部がさらに備えられていることが望ましい。
【0035】
結合部の二つの部分は、被験者が長軸方向に加えた引張力/圧縮力に応じて短縮したり、伸張したりするようにつながっていることが望ましい。そして被験者が結合部を圧縮ないしは伸展する方向に加えた力に抵抗する方向に、ある一定の決められた付勢力が加えられるようにすることもできることが望ましい。
【0036】
上でのべた結合部の連結部分はコンピューターと通信でき、結合部にかかる付勢力がコンピューターからの信号に反応して一時的に取り除かれ、またその後で再開されるようにすることができることが望ましい。この際、結合部の左右部分の連結が一時的に解除され、その後で再び連結がなされることになる。連結が再開される際に、手にかかる荷重にリバウンドが起こる。この一時的な荷重の変化は、健常人では手の感覚器からの入力情報の変化を通じて自動的な把持力の増加を引き起こす。このテストから得られる結果から、神経系ないし筋骨格系について有用な情報が得られる。
【0037】
他の方法としては、テストが始まってから一定の時間が経過してから、または被験者が結合部分にある一定の力を加えたのに反応して、あるいは被験者が結合部の二つの部分に力を加えた結果それらの部分が動いた距離に応じて、コンピューターが上記のような信号を発生するようにすることもできる。
【0038】
また、コンピューターがテストを受けている被験者に何らかの情報を与えるための信号を発生するようにすることもできる。
【0039】
このような情報には、テストを受ける被験者へのデモンストレーションや指示も含まれていることが望ましい。
【0040】
この信号は音、視覚、あるいは触覚のいずれでも出せることが理想的である。そのようにすれば、視覚、聴覚障害者でも用意にテストを受けることができる。
【0041】
この信号には被験者が加えなければならない様々な力の目標値に関する情報も含まれていることが望ましい。あとでデータの評価をする際の基準にもなるし、検者が被験者が目標とする数値を設定することも可能になる。
【0042】
この信号がディスプレイに表示されるような形も考えられる。このような表示によって、被験者が課題を行うにあたって、効率よく、双方向性にコンピューターから、指示を受けることが可能になる。
【0043】
ディスプレイが、被験者の前に配置された独立したユニットになっている形のものも考えられる。
【0044】
ディスプレイは、二つのハンドルの間に位置する結合部に存在することが望ましい。そうすれば、被験者がもっぱら携帯ユニットに注意を集中するようにすることができる。
【0045】
信号がスピーカーを通じて音として出力される形も考えられる。これにより視覚障害者でも装置を操作する可能になる。
【0046】
コンピューターが、トランスデューサーから計測した力の入力を受信し保存することができることが望ましい。
【0047】
コンピューターが検者によって入力された力の目標値と、実際に入力された力とを比較する機能を有していることが理想的である。
【0048】
コンピューターが、テストの各セッションが問題なく終了したことを知らせる信号を発生できるようになっていることが望ましい。現時点で入力された信号と基準となる値と比較した上で、この入力信号がさらに解析を行うに適した許容範囲内にあるときにのみ、コンピューターは信号を出力するようにする。このようにすることで、テストがうまくいかなかったために解析に使用できないデータを記録してしまうようなケースを排除し、時間的経済的な節約につながると思われる。
【0049】
とくに望ましい形は、コンピューターがその時点でトランスデューサーが測定した把持面に平行な力に関する入力情報を含んだ信号の瞬間値を、音、視覚、あるいは触覚を用いて被験者に提示し、進行状況を被験者に知らせることができるようになっているものである。
【0050】
発明のさらにもう一つの特徴として、ディスプレイが図形や文字を使って、被験者に何をしたらよいか、テスト前にデモンストレーションできるようになっているものが考えられる。
【0051】
以下に、この発明について添付した図を用いて、装置の概要とテストの手順について説明する。発明の趣旨に従って、ヒトにおいて手指の巧緻性を評価する方法について、装置の一つの形について例をあげながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0052】
図1に手指の巧緻性と物体の操作能力を評価する装置を示す。この装置を以下に1という番号をつけて呼ぶことにする。この装置は携帯ユニット2と制御ユニット3からなる。制御ユニット3は携帯ユニット2と電気ケーブル4によってつながっている。携帯ユニット2は一対のハンドル5と結合部6よりなる。ユニット2の左側にあるハンドル5は平行な把持面7を有し、携帯ユニット2の右側にあるハンドル5は先細りとなっている把持面8を有している。トランスデューサーが把持面7、8に取り付けられており、それに加えてハンドル5と結合部6に、あるいはその周囲にも取り付けられている。直線および曲線は取り付けられたトランスデューサーによって計測される力およびトルクの例を示している。制御ユニット3はモニター10とスピーカー(この図には示されていない)よりなっている。
【0053】
図2は、携帯ユニット2に取り付けられたハンドル5を示している。ハンドル5の把持面12は、縦方向に長く伸びた半円柱形の隆起部11をなしている。隆起部11は結合部6の長軸と同軸になっており、上述の結合部6に装着されている。被験者の手15は、ハンドル5を把持面12を親指13と人差し指14でつかむことになる。 把持面12の間の距離は通常10から40mmである。
【0054】
図3には一対のハンドル32、結合部33、及びディスプレイ34を有する携帯ユニットを示す。ハンドル32は平行な把持面35を有し、ディスプレイのスクリーンが携帯ユニット31の結合部33に取り付けられている。
【0055】
図4は、一対のハンドル42と結合部43を有する携帯ユニット41を示している。結合部43は44と45という二つの部分からなり、これら44と45の間に連結部46がある。二つの部分44と45は携帯ユニット41を結合部43の長軸に沿って伸ばしたり、圧縮したりできるように連結されている。連結部46は携帯ユニット41を伸展ないし圧縮する力に抵抗する向きに付勢力が加わるように作られており、またその付勢力を一時的に解除したり、その後に再開したりできるようになっている。
【0056】
図5にはハンドル52、結合部53、ディスプレイ54を有するまた別の形の携帯ユニット51を示す。この例では、シールド55が携帯ユニット51とディスプレイ51の間に取り付けられているため、被験者はハンドル52と携帯ユニット51の形を見ることができない。
【0057】
図6から9には、以下に61という番号で呼ぶ携帯ユニットを示す。ユニット61は結合部62と、さまざまな形状を有するハンドルからなる。図6には、左右両方のハンドルが平行な把持面64を有する携帯ユニット61を示す。図7には、左のハンドルが水平面に対して30度で傾いている先細りの把持面74を有し、右のハンドルが平行な把持面75を有する携帯ユニット61を示す。図8には逆に右のハンドルが水平面に対して30度で傾いている先細りの把持面84を有し、左のハンドルが平行な把持面85を有している携帯ユニット61を示す。図9には左右両方のハンドルが水平面に対して30度で傾いている先細りの把持面94を有する携帯ユニット61を示す。
【0058】
図10にはx軸に装置を引っ張る力、y軸に装置を把持する力をプロットしたグラフの一例を示す。 線101は平行な把持面を有するハンドルについてのプロットを示し、線102は先細りの把持面を有するハンドルについてのプロットである。最後に、制御プログラムを搭載したコンピューター9によってディスプレイ111に出力された視覚提示の一例を示す。携帯ユニット113を手にもっているデジタルの人形図112は、被験者にすべきことをデモンストレーションする。 視覚提示内のスケール114は垂直線115で目盛りがつけられており、力を表示する。スケール114のうち0の力のマーカー116と目標とする力のマーカー117が明るくハイライトされて、被験者に指示を与える。点118は現時点での力の値を示す。最大の牽引力119はスケールの右端の位置に表示される。
【0059】
実際に用いるときには、検者または被験者がコンピューター9のキーボード上の任意のキーを押すとテストが始まる。コンピューター9につながっているスピーカーから音を使って一連の指示が言葉でなされるので、視覚障害者の被験者にも役に立つ。視覚提示によるデモンストレーションがなされる場合には、被験者が具体的に何をしたらいいかを指示するために、コンピューターのディスプレイ34,35,111に“引っ張れ”、あるいは“押せ“などの文字による指示が表示され、それに応じて人形図112がデジタルの携帯ユニット113を引っ張ったり押したりする。同じディスプレイ34,35,111上に、人形図112がユニット113を引っ張ったり押したりした効果を表示するために、その時点での力を示すマーカー118が、0の力を示すマーカー116と目標とする力を示すマーカーの間117との間で動く。
【0060】
デモンストレーションの内容を了解したら、被験者はコンピューター9のキーボードの任意のキーを押して実際のテストに進む。被験者は把持面7,8,12,35,64,74,75,84,85及び94を指の間につかんで携帯ユニット2,31,41,51,61を手に持つ。さらにいくつかの指示がディスプレイ34,35,111に表示される、あるいはコンピューター9につながっているスピーカーからの言葉でなされるので、この指示に従う。ディスプレイにはスケール114が提示され、人形図112が携帯ユニット2,31,41,51,61を引っ張ったり押したりした結果として、その時点の力を示すマーカー118が0の力を示すマーカー116と目標とする力を示すマーカーの間117の間で動く。ディスプレイには、被験者にある一定時間目標とする力を維持するように指示する表示がなされることもある。いったん目標とする力が達成されたら、コンピューター9はトランスデューサー(この図には示していない)から受信したデータの質をモニターし、基準となるデータと比較する。コンピューター9はデータが許容範囲であれば、ディスプレイ34,35,111に信号を出力し、被験者に加えた力を緩めるように指示する。あるいは、これらの指示はスピーカーを通してなされることもある。被験者はテスト終了まで音あるいは視覚による指示に従う。被験者が把持力-荷重力のバランスを調整するのに視覚の助けを借りないようにするため、一部のテストにおいては、携帯ユニット2,31,41,51,61と被験者の間にシールド55を設けることもある。
【0061】
被験者は携帯ユニット2,31,41,51,61を両手で持ち、決められた標準の方法で操作する。 テストのプロトコル及びデータの解析を自動化することによって、ユニット2,31,41,51,61のトランスデューサーから得られた力及びトルクのデータをもとに、被験者の手の状態を効率よく評価することができる。
【0062】
1.被験者はramp-and-hold型の力を装置に加え、ターゲットとなる力に達するまで装置1を引っ張ったり、押したりする操作に慣れる。実際前に、ディスプレイ34,54,111上のアイコンの人形図112を用いて、被験者に課題のデモンストレーションがなされる。被験者はデモで指示されたとおりに課題を行なう。
【0063】
2.被験者は決められたプロトコルに従って、強さだけが異なるramp-and-hold型の力で3回引っ張った後に(例えば、1,4,2,8ニュートン(N)の力で)、今度は一定の力で押すことを繰り返す(例えば、4,4,4ニュートン(N)の力で)。データの質はオンラインでチェックされるが、その間被験者は押す、あるいは引っ張る力を一定の許容範囲内で2秒以上維持しなければならない。以上のテストを、図に示したような様々な形状を持ったハンドルで行なう。課題が問題なく終了したら、ディスプレイ上のターゲットのマーカー118が消える。あるいは、課題が問題なく終了したことを知らせる音が出る。
【0064】
解析:制御プログラムを搭載したコンピューター9は被験者がターゲットとする力を2秒間維持する間に、測定した変数を自動的に読み込み保存する。各手指での(そして各個人の指のレベルでの)把持力と荷重力の間の協調関係が自動的に解析される。被験者が、荷重力の変化に応じて把持力を変化させ、また把持面7, 8,12, 35,64, 74,75,84, 85,94の変化に応じて、把持力と荷重力のバランスを調整する能力を評価する。
【0065】
3.被験者が様々な周波数のサインカーブ状で変化する力で装置を引っ張る。力の強さは、ディスプレイ34,54,111に表示される(例えば、4Nの力で、許容範囲は±20%)。ペースはメトロノームの音により指示される。調べる周波数の範囲は0.5 3 Hzである。ここでも、データの質はオンラインでチェックされる。次の周波数に行く前に、振幅と周波数が許容範囲内にあるデータが一定のサイクル数だけ収集される(このテストでは、すべてのハンドルの把持面7,12,35,64,75,85は平行である)。
【0066】
解析:把持力と荷重力の位相の差を解析する。正常ではこれらの力の間に位相の差はない、即ち把持力がわかれば、(把持安定させるため)どの程度の荷重力を加えたらよいかを十分正確に予想することができる。把持力の調節の強さは、周波数の関数として評価する。すなわち正常では周波数が上がれば上がるほど、調節の強さは減少していくが、このような減少は周波数が1.5 - 2 Hzのところから始まる。
【0067】
4.被験者はさまざまな周波数 (0.5 - 1.5 Hz) で、一定の力の引張/圧縮力の振幅で、引っ張ったり押したりする運動を行う(この場合、すべてのハンドルについて把持面7,12,35,64,75,85は平行なものを使う)。この課題では、面に平行な向きの荷重力の絶対値は、負荷された力の周波数の二倍の周波数で増加したり、減少したりする。健常者はこの“周波数の倍化”に対応するため、荷重力の変化の一サイクルあたり二回把持力のサイクルを作る。その場合、把持力は実際の荷重力と一致するが、 把持力のサイクルは負荷した力のサイクルと一致しない。
【0068】
解析:把持力の相、及び把持力の絶対値及び調節の深さを解析する(上記参照)。被験者が、自分で作り出した指先の把持力の結果、どのような把持力の方向を一般化する能力があるかを評価する。
【0069】
5.被験者は力いっぱい両手で装置を引っ張る。通常は右手の方が左より力が強いが、正常人では両手で動作を行う場合、決して左手が携帯ユニット2,31,41,51,61からスリップしてしまうことはない。これは、筋骨格系に関する情報が脳のニューラルネットワークに運動制御の制約として組み入れられているからである。二つの手がいれることのできる力がどの程度非対称であるかを評価するため、最大の把持力を片手ずつ評価する。
【0070】
6.最後に、テストプロトコル2(上記参照)で述べたように、予想できないタイミングで一時的な負荷を2,3回かけることにより、 二つの手がそれに反応して反射的に把持力を増加させる能力を評価することができる。通常、両手が健常であれば、負荷をかけると、両手に大体同じ潜時と振幅で自動的な把持力の増加を引き起こすことができる。
【0071】
テストの結果は次のような情報を与えてくれる。
【0072】
指の感覚障害は、次のような現象に反映される。
【0073】
1.把持面(grip surface,図の 7,8,12,35,64,73,73,85,94)の形状に応じて把持力(grip force)と荷重力(load force)のバランスを調整する能力の低下ないし消失。
【0074】
2.片方の手の感覚障害がある場合、対側(健側)の手が障害側の手が行う把持力、荷重力のバランスの調整にも影響を与えること。同様に両手の協調運動の際に、健側の手が障害側の手の制約を反映した仕方で動くこと。
【0075】
3.向かい合っている把持面(7,8,12,35,64,74,75,84,85及び94)に加えられた把持力が非対称であるために、障害側の手が携帯ユニット(2,31,41,51,あるいは61)に加える内力が増加すること。この場合、把持は不必要ないし不経済な強さになる。
【0076】
把持力の予測的なコントロールの障害は、次のような現象に反映される。
【0077】
1.把持力と荷重力の変化の位相が時間的にずれていること。これはサインカーブ状に変化する力を負荷するテストにおいて顕著である。
【0078】
2.正常の状態に比べて負荷された力の変化に伴う把持力の調節力が低下している。
【0079】
把持力の反射的なコントロールの障害は、次のような現象に反映される。
【0080】
次のようなことが一つでもあれば、把持力の反射的なコントロールが障害されていると考えてよい。(1)一過性に負荷が加わってもそれに対する反応が全くない場合、(2)反応性の把持力の増加は起きるが、その潜時が延長している場合、(3)正常より反応性の把持力の増加量が少ない場合。
【0081】
片側の障害の場合には、両方の手でこのような反射的コントロールに左右差があることが重要である。
【0082】
脳内での固有知覚情報が障害されている所見:
障害側の手の固有知覚情報が障害されている場合には、両手で課題を行った際に、障害側の手の運動の制約に応じて、反対側の健常な手が障害側の手をうまくコントロールできない。ここで述べたプロトコルを用いて評価する場合は、障害側の手の能力に合わせて、健常側の手が携帯ユニットを引っ張る力を制限することができないという現象としてあらわれる。このことが最も顕著になるのは、携帯ユニット2,31,41,51,61を両手で最大の力で引っ張るテストを行ったときである。固有知覚情報が正常であれば、携帯ユニット2,31,41,51,61を障害側の手が滑らせてしまうことはないが、固有知覚情報の障害があれば障害側の手が滑ってしまう。
【図面の簡単な説明】
【0083】
【図1】装置を上からみた図
【図2】装置のハンドルの一例を示す図
【図3】ディスプレイが備えつけられたハンドルを上からみた図
【図4】連結部のある携帯ユニットを示した図
【図5】シールドを有する携帯ユニットを示した図
【図6】一対のハンドルをもった携帯ユニットを上から見た図
【図7】別のハンドルの組み合わせを有する携帯ユニットを上から見た図
【図8】さらに別のハンドルの組み合わせを有する携帯ユニットを上から見た図
【図9】さらに別のハンドルの組み合わせを有する携帯ユニットを上から見た図
【図10】平行な把持面と先細りの把持面を有するハンドルを使ってテストを行った際に得られた結果を示すグラフの例
【図11】ディスプレイへの視覚提示の一例を示した図
【符号の説明】
【0084】
1 手指の巧緻性と物体の操作能力を評価する装置
2 携帯ユニット
3 制御ユニット
4 電気ケーブル
5 ハンドル
6 結合部
7 把持面
8 把持面
9 コンピューター
10 モニター
11 半円柱状の隆起部
12 把持面
13 親指
14 人差し指
15 被験者の手
16 示指
31 携帯ユニット
32 ハンドル
33 結合部
34 ディスプレイ
35 平行な把持面
41 携帯ユニット
42 ハンドル
43 結合部
44 結合部の構成部分1
45 結合部の構成部分2
46 連結部
51 携帯ユニット
52 ハンドル
53 結合部
54 ディスプレイ
55 シールド
61 携帯ユニット
62 結合部
64 平行な把持面
74 先細りの把持面
75 平行な把持面
84 先細りの把持面
85 平行な把持面
94 先細りの把持面
101 平行な把持面を有するハンドルについてのプロット
102 先細りの把持面を有するハンドルについてのプロット
111 ディスプレイ
112 人形図
113 携帯ユニット
114 スケール
115 垂直線
116 0の力のマーカー
117 目標とする力のマーカー
118 現時点での力の値を示す点
119 最大の牽引力を示すマーカー

Claims (38)

  1. ヒトにおいて手指の巧緻性や物体の操作能力を評価することのできる装置(1)は、二つの手を連動させることができるようになっているもので、各々の手が結合部を通じてお互いに力を伝えあうことができるようになっている。
  2. 第1項に請求されている装置(1)であって、被験者は二つの手でこの結合部を持つことができるようになっている。
  3. 第1項に請求されている装置(1)であって、二人の別のヒトが片手ずつで、この結合部を持つことができるようになっているもの。
  4. 第1項に請求されている装置(1)であって、この結合部が携帯ユニットを形成しているもの。
  5. 前項までに請求されている装置(1)であって、装置(1)が計測及び記録用の機器と通信することができる制御ユニットを含んでいて、それらの機器により受信されたデータの保存や力の解析ができるようになっているもの。
  6. 第5項に請求されている装置(1)であって、制御ユニットがコンピューター(9)及びスピーカーやディスプレイなどの周辺機器からなっているもの。
  7. 第6項に請求されている装置(1)であって、コンピューター(9)がカスタマイズされた制御プログラムを搭載しているもの。
  8. 第4項から第7項までに請求されている装置(1)であって、携帯ユニット(2,31,41,51,61)が結合部の両端に装着できる一対のハンドル(5)を含んでいて、使用中に加えられた力が結合部を通じて当該ハンドル(5)間に伝達されるようになっているもの。
  9. 第8項に請求されている装置(1)であって、ハンドル(5)が結合部に装着されているもの。
  10. 第8項に請求されている装置(1)であって、ハンドル(5)が結合部の長軸を中心に回転できるようになっているもの。
  11. 第8項から10項に請求されている装置(1)であって、ハンドル(5)と結合部(6)の間にトランスデューサーが組み込まれており、被験者が携帯ユニット(2,31,41,61)の各ハンドル(5)に加えたトルクを測定できるようになっているもの。
  12. 第8項から11項に請求されている装置(1)であって、各ハンドル(5)に被験者が任意の指でしっかりつかむための持ち手になる把持面(7,8,12,35,64,74,75,84,85,94)がついているもの。
  13. 第8項から12項に請求されている装置(1)であって、持ち手になる把持面(7,8,12,35,64,74,75,84,85,94)が結合部(6)の長軸と同軸の、縦方向に長い半円柱状の隆起(11)となっているもの。
  14. 第12項から13項に請求されている装置(1)であって、把持面(7,8,12,35,64,74,75,84,85,94)同志の距離が10から40mmであるもの。
  15. 第8項から14項に請求されている装置(1)であって、装置(1)のハンドル(5)にトランスデューサーが装着されていて、各把持面で被験者が加える様々な方向への力を測定できるようになっているもの。
  16. 第11項に請求されている装置(1)であって、向かい合う把持面に指の力が非対称に加えられたために生じた内力を、トランスデューサーが測定できるようになっているもの。
  17. 第8項から16項に請求されている装置(1)であって、ハンドル(5)が結合部(6)のいずれの端にも装着できるようになっているもの。
  18. 第8項から17項に請求されている装置(1)であって、ハンドル(5)が他の形状を有するハンドルと交換できるもの。
  19. 第8項から18項に請求されている装置(1)であって、ハンドル(5)が二つの把持面が平行、先細り、あるいは曲線の形状を有するもの。
  20. 第8項から19項に請求されている装置(1)であって、ハンドル(5)の形状が機械的、電気的、あるいは他の手動以外の方法によって調整できるもの。
  21. 第8項から20項に請求されている装置(1)であって、被験者とハンドル(5)の間にシールドがとりつけられているもの。
  22. 第1項及び第8から21項に請求されている装置(1)であって、結合部(6)が二つの構成要素(44,45)からなり、その間に連結部(46)が存在するもの。
  23. 第22項に請求されている装置(1)で、被験者が押す力及び引っ張る力に応じて、2つの構成部分が結合部を通じて短縮及び伸展できるように連結されているもので、この連結部に加えられた圧縮、伸展力に抵抗する向きに、予め決められた付勢力が加えられるもの。
  24. 第22、23項に請求されている装置(1)であって、連結部(46)がコンピューター(9)と通信しており、コンピューターからの信号に応じて、連結部において加えられる付勢力を一時的に取り除いたり、その後に再開したりすることができるもの。
  25. 第24項に請求されている装置(1)であって、コンピューター(9)がテスト中の任意の時間において信号を発生できるもの。
  26. 第24,25項に請求されている装置(1)であって、テストを開始してから予め決められた時間の後に、または被験者が連結部に加えた力に反応して、あるいは被験者が加えた力により各構成部分が動いた距離に反応して信号を発生するもの。
  27. 第6から26項に請求されている装置(1)であって、コンピューター(9)がテストを受ける被験者の情報を含んだ信号を発生できるもの。
  28. 第27項に請求されている装置(1)であって、テストを受ける被験者に検査のデモンストレーション及び指示を与えることのできるもの。
  29. 第27、28項に請求されている装置(1)であって、信号を聴覚、視覚、あるいは触覚により出力することができるもの。
  30. 第27から29項に請求されている装置(1)であって、信号が被験者が目標とする力に関する情報を含んでいるもの。
  31. 第27から30項に請求されている装置(1)であって、信号がディスプレイに視覚的な出力として呈示されるもの。
  32. 第27から30項に請求されている装置(1)であって、信号がスピーカーを通じて音として呈示されるもの。
  33. 第31項に請求されている装置(1)であって、ディスプレイ(34,54,111)が独立したユニットとして被験者の前に存在するもの。
  34. 第31項に請求されている装置(1)であって、ディスプレイが二つのハンドルの間の結合部に装着されているもの。
  35. 第6から34項に請求されている装置(1)であって、コンピューター(9)がトランスデューサーによって測定された力に関する入力データを受信し保存できるようになっているもの。
  36. 第6から35項に請求されている装置(1)であって、コンピューター(9)が受信した力のデータを、実験者により入力された基準の値と比較することができるもの。
  37. 第6から36項に請求されている装置(1)であって、現在のテストが問題なく完了したということを知らせる信号を、コンピューター(9)が出すことができるもの。
  38. 第31から37項に請求されている装置(1)であって、視覚用のディスプレイが備えられており、被験者にこれからテスト中にどのような課題を行わなければならないかを図表や文字を使ってテスト前にデモンストレーションできるようになっているもの。
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