JP2006502767A

JP2006502767A - 歯のクリックによって生じる振動を使って装置又はプロセスを制御するための方法及び装置

Info

Publication number: JP2006502767A
Application number: JP2004543869A
Authority: JP
Inventors: アーサープロチャツカ
Original assignee: リハブトロニクスインコーポレーテッド
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2006-01-26
Also published as: AU2008255143A8; EP1555968A1; CA2502369A1; CA2502369C; AU2008255143A1; AU2003278018B2; EP1555968B1; WO2004034937A1; AU2008264192B2; AU2003278018A1; AU2008264192A1; WO2004034937B1; US20040130455A1; US6961623B2

Abstract

装置又はプロセスを制御するのに使用する方法及び装置。方法の第１のステップは、機械的振動を検出するために適合された検出器を人の頭部に取り付けることを含む。第２のステップは、上の歯と下顎歯で生じる（sudden）接触によって起きる機械的振動を検出することを含む。第３のステップは、装置又はプロセスの操作を制御する信号を出すのに機械的振動を使用することを含む。

Description

本発明は、装置またはプロセスの制御に使用する方法および装置に関する特に、身体障害者に必要なものに関する。

身体障害者が使用するための、装置又はプロセスを制御するために開発された多数の代替技術がある。これらの技術は身体障害者だけに使用される必要はないが、身体障害者の特定の物理的制約を考慮に入れて開発されている。米国特許第５，２３３，６６２号（Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ１９９３年）及び第５，５２３，７４５号（Ｆｏｒｔｕｎｅほか１９９６年）は、舌で操作する器具を記述している。米国特許第４，８６５，６１０号（Ｍｕｌｌｅｒ１９８９年）は、吸い込み又は吐き出しによってそこに信号を入力するマウスピースを記述している。米国特許第５，８１２，９７８号（Ｎｏｌａｎ１９９８年）は音声制御装置の使用を記述している。

麻痺した筋肉の機能電気的刺激（ＦＥＳ）を制御するのに、スイッチ又はセンサーからの信号を使用することが知られている。埋込み型ＦＥＳ刺激器を通して関節伸展を制御する肩位置センサーの使用が記述されている（Ｖｏｄｏｖｎｉｋ，Ｌ（１９７１年）「機能電気的刺激及び筋電性制御を使用した矯正システムの開発」、進捗状況報告、リュブリャナ大学、米国保健教育福祉省社会及びリハビリテーション局（ＳｏｃｉａｌａｎｄＲｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅ）向けに作成、契約番号ＳＲＳ−ＹＵＧＯ２３−６８）。脚筋のＦＥＳを制御する、靴に配設された接触スイッチの使用が記述されている（ＬｉｂｅｒｓｏｎＷ．Ｔ．，ＨｏｌｍｑｕｅｓｔＨ．Ｊ．，ＳｃｏｔｔＤ，ＤｏｗＭ．（１９６１年）機能電気療法：片麻痺歩行の患者のスウィングの位相に同期させた腓骨神経の刺激。ＡｒｃｈｉｖｅｓｏｆＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄＭｅｄｉｃａｌＲｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ４２：１０１−１０５）。肩センサーは、手の開放及びピンチグリップ（ｐｉｎｃｈ−ｇｒｉｐ）の制御にも使用されている（Ｐｅｃｋｈａｍ．Ｐ．Ｋ，Ｍａｒｓｏｌａｉｓ，Ｅ．Ｂ．及びＭｏｒｔｉｍｅｒ，Ｊ．Ｔ．（１９８０年）Ｊ．ＨａｎｄＳｕｒｇｅｒｙ，５，４６２−４６９；Ｐｅｔｒｏｖｓｋｙ，Ｊ．Ｓ．（１９８５年）ＨａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ、欧州特許第１４５５０４−Ａ号、カナダ特許第１２６３４４６−Ａ号、米国特許第４，５５８，７０４号；Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｐ．Ｈ．及びＫｅｉｔｈ，Ｍ．Ｗ．（１９９２年）「神経プロテーゼ：疾病又は身体障害後の運動機能の代替」における「上肢機能回復のための運動プロテーゼ」ｅｄｓ．：Ｓｔｅｉｎ，Ｒ．Ｂ．，Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｐ．Ｈ．及びＰｏｐｏｖｉｃ，Ｄ．Ｂ．ニューヨーク：オックスフォード大学出版局。脚筋のＦＥＳの制御に手首位置センサーが使用された（Ｐｒｏｃｈａｚｋａ，Ａ．及びＷｉｌｅｓ，Ｃ．Ｍ．（１９８３年）「男性における麻痺性脚筋の電気的刺激が、手首から作られるフィードバック制御された動きを可能にする」Ｊ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．３４３，２０Ｐ）。ＦＥＳ−誘起ピンチグリップを引き起こすのに時計バンドに取り付けたスイッチが使用された（Ｈａｎｄａ，Ｙ．，Ｉｔｃｈｉｅ，Ｍ．，Ｈａｎｄａ，Ｔ．，Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ＫＳａｉｔｏ，Ｃ．，Ｋａｍｅｙａｍａ，Ｊ．及びＨｏｓｈｉｍｉｙａ，Ｎ．（１９８９年）「麻痺上肢における多関節システムのＦＥＳ−制御」。ＯｓａｋａＩｎｔ．ＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＦＮＳ．ｐｐ．９１−９５．）。ＦＥＳ−誘起ピンチグリップを刺激するのに手首位置センサーが使用される、多コンポーネント装置も記述されている（Ｃｒａｇｏ，Ｐ．Ｅ．，Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｐ．Ｈ．，Ｍａｎｓｏｕｒ，Ｊ．Ｍ．，Ｌａｎ，Ｎ．，Ｋｉｌｇｏｒｅ，Ｋ．及びＣｈｉｚｅｃｋ，Ｈ．Ｊ．（１９９１年）ａ，ｂ，ｃ）「把握反射の回復のための機能的神経筋の刺激」ＮＩＨ契約ＮＯＩ−ＮＳ−９−２３５６７次、８次及び９次進捗状況報告、１９９１年６月、９月及び１２月；Ｃｒａｇｏ，Ｐ．Ｅ．，Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｐ．Ｈ．Ｍａｎｓｏｕｒ，Ｊ．Ｍ．，Ｌａｎ，Ｎ．，Ｋｉｌｇｏｒｅ，Ｋ．及びＣｈｉｚｅｃｋ，Ｈ．Ｊ．（１９９２年）。「把握反射の回復のための機能的神経筋の刺激」。ＮＩＨ契約番号ＮＯＩ−ＮＳ−９−２３５６。１０次、１１次及び１２次進捗状況報告、１９９２年３月、６月、９月；Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｐ．Ｈ．及びＫｅｉｔｈ，Ｍ．Ｗ．（１９９２年）神経プロテーゼ：疾病又は身体障害後の運動機能の代替における「上肢機能回復のための運動プロテーゼ」ｅｄｓ．：Ｓｔｅｉｎ，Ｒ．Ｂ．，Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｐ．Ｈ．及びＰｏｐｏｖｉｃ，Ｄ．Ｂ．ニューヨーク：オックスフォード大学出版局）。ＦＥＳ付きの衣服が記述されている（Ｐｒｏｃｈａｚｋａ，Ａ．，Ｗｉｅｌｅｒ，Ｍ．，Ｋｅｎｔｗｅｌｌ，Ｚ．及びＧａｕｔｈｉｅｒＭ．Ｊ．（１９９６年）米国特許第５，５６２，７０７号、ここでは、ＦＥＳは、電場又は磁場における変化、又は隣接する肢節から伝送される音又は光の強度の変化、又は衣服の下にある皮膚の伸びの変化を監視することによって、手のような隣接する肢節の相対動きを変換する近接検出器からの信号によって制御される。

本発明は、主として身体障害者のニーズを取り入れるとの観点から開発された装置又はプロセスを制御するための、代案の方法及び装置である。

本発明の１つの態様によれば、装置又はプロセスを制御するのに使用する方法が提供される。第１のステップは、検出器を人の頭部に取り付けることを含む。第２のステップは、上の歯と下顎歯で生じる（sudden）接触によって起きる機械的振動を検出することを含む。第３のステップは、装置又はプロセスの操作を制御する信号を出すのに機械的振動を使用することを含む。

本発明の別の態様によれば、装置又はプロセスの制御に使用するための装置が提供され、これには上の歯と下顎歯の突然の接触によって生じる機械的振動を検出するように適合させた検出器が含まれる。その検出器を人の頭部に固定するための手段が提供される。データを検出器から装置又はプロセスを制御する制御装置に送信する手段が提供される。制御装置は検出器に物理的に接続するか又は検出器から離してもよい。

上記の方法及び装置を使用すると、上の歯と下顎歯間で生じる衝撃が制御の方法として使用される。本発明の基本的な機能を理解すれば、本発明の意図する機能を向上させ又は保証するために追加することの可能な種々の機能がある。

信号が誤って発せられることがないように、会話中及び又は摂食中に生じることのある偶然の歯当たりを選別して除く電子フィルター及び／又は論理回路を、検出器に取り付けてもよい。

制御装置と通信するために、接触回数に対応した信号が有線送信器又は無線送信器のいずれかによって制御装置に送信されるようにしてもよい。

検出器で使用するセンサーは、多くの形態をとることが可能である。（振動）加速度計（accelerometer）又はマイクロホンの使用によって有益な結果が取得されている。

検出器は人の頭部で様々な場所に取り付けることができる。検出器を耳の後部の骨乳様突起にかぶさって位置させることによって有益な結果が得られている。検出器が側頭下顎（顎）関節上にある場合にも、有益な結果が得られている。
別の実施態様では、検出器及び送信器を、皮膚下に埋め込んだ小型のカプセルに包まれた装置の形式とすることが可能である。

検出器と人の頭部間で良好な接触を行ない得る種々の手段がある。これは、粘着性の面を有する検出器を皮膚に取り付けることによって又は検出器を皮膚にテープ止めすることによって、又は前記検出器の上に伸縮性のあるヘッドバンドを着用することによって、又はイヤホーンで使用される形式の弾力のあるヘッドピースを前記検出器の上に着用することによって又は前記検出器を耳後部の皮膚に押し付ける、弾力のあるアームを備えた眼鏡を着用することによって達成することができる。

検出器と制御装置の無線通信を行なうのに使用できる技術は、例えば音響技術又は電磁技術など多数ある。データも、ケーブルによって装置から制御装置へ簡単に転送可能である。伝送システムの検出器のコンポーネントも、例えばトランスポンダのような受動装置とすることができる。

装置とみなし得る種々の用途がある。検出器を着用している人の体の一部を動かすために、制御装置を使用することができる。制御装置は、筋肉を刺激すること、神経を刺激すること、能動的装具を制御すること又は補助具を制御することによって、このような動きを引き起こすことができる。制御される装置又はプロセスは、人に取り付けておく必要はない。装置又はプロセスは、検出器を着用している人から物理的に離すことが可能である。検出器は、送信器及び受信器を有する制御装置と共に使用して、情報又は制御信号をほかの人又は例えばコンピュータのような電子システムに伝達することができる。複数の装置のいずれか１つが、検出された振動の時間的なパターン又は強度によって始動することが可能である。

図１及至７を参照しながら、装置又はプロセスを制御する好適な方法及び関連した装置について説明する。

構造及び部品の関係：

図１において、装置１０は、接着剤、接着テープ又はほかの適切な手段によって人の頭部２２に固定された検出器２０を含む。検出器２０の好適な位置決めは、人の耳３０後部の骨乳様突起２８にかぶさって又は人の側頭下顎（顎）関節３２を覆うものであることに留意されたい。検出器２０は、上の歯２４と下顎歯２６の突然の接触で起きる頭部２２における機械的振動を検出するように適合させてある。図２において、検出器２０には、例えば（振動）加速度計又は高感度のマイクロホンのような、振動センサー５２が設けられている。歯のクリック音で生じる振動に対する検出器の選択性を最大にするのに、３−軸加速度計を使用することが好ましい。好適な実施態様においては、検出器２０には、例えば電池又は電子回路のような、伝送された電力を電磁的に受電しかつ蓄えることが可能な電源５０が設けられている。しかし、例えば受動的トランスポンダのような受動装置も使用できることは理解できるであろう。検出器２０の好適な変形は、振動に応答して振動センサー５２によって生じた電圧の変動を増幅する電子増幅器５４も組み込んでいる。好適には、検出器には、歯の接触に無関係な振動に対応した信号を選択的に減衰させるフィルター５５も設けられている。図１、図２及び図３において、電源６０付の電子制御装置４０も含まれており、該装置は、例えば図１における筋肉刺激カフス３６、（限定されないが）図２における７０、７２及び７４で例示されるそのほかの装置及び操作、及び例えば図３における光源８０、コンピュータ８２、ラジオ８４、テレビジョン８６、ドアオープナー８８、自動車９０のような１つ又はそれ以上の被制御装置に命令を送信することによって、増幅されかつフィルターを通した振動センサーの信号のある状態に応答する。制御装置４０は、図１及び２の例に示すように、検出器２０から物理的に離してよい。この場合、検出器２０は、例えばワイヤ又は光ファイバケーブルのような物理的なリンクを経由して調節器４０に接続することができる。あるいは、検出器２０は、制御装置４０の一部である受信器６２に電磁的通信方法又は音響的通信方法によって、振動に関連した信号３４を送信する送信器５６を装備することができる。受信信号は信号増幅器６４及びフィルター６５によって増幅される。信号は、図１及び図２に示し更に図３に詳しく示した複数の装置７０、７２、７４を制御するために、論理回路６６及び出力信号発生器６８で更に処理してもよい。図１に示したものは、筋肉刺激に関連した応用である。人は、カフス内にある電極３８に接続された組み込みの制御回路４０の付いたカフス３６を着用する。図２に示すように、制御回路４０は、無線受信器６２、信号増幅器及びフィルター６４及び６６を含む。制御回路４０は、信号の歯のクリック音に関連した成分の選択された認識度を最大化し、かつそれに応じて命令信号を取り出すために、論理回路６６を含むこともできる。命令信号は信号発生器６８によって一連の電流パルスに変換され、電極３８を通して筋肉へ伝送されて、親指４２及び指（複数）４４を動かす前腕の筋肉を活性化する。制御できる装置の多様性が更に図３に示されており、例えば光源８０、コンピュータ８２、ラジオ８４、テレビジョンセット８６、電気機械的に作動するドア８８及び自動車９０を含む。

センサーと使用者の頭部の間で安定した接触を維持し、歯の接触によって生じた振動のセンサーへの良好な伝送を確実にするための手段が提供されている。このような手段は、図４、５及び６に例示されている。図４は、例えばイヤホンにおいて使用されるようなバネ付きヘッドピース１００を示す。図５は、伸縮性のあるヘッドバンド１１０示す。図６は、弾力性のあるアームを有する眼鏡１２０に取り付けられた検出器２０を示す。図４、５及び６は、固定のための３つの手段の例であるが、固定はこれらの手段に限定されないことを理解されたい。

操作：

使用者は、図１の好適な実施態様において、検出器２０及び、制御装置４０と電極３８を含むカフス３６からなる装置を着用する。手動スイッチにより又は装置に組み込まれた接点の何れかにより、電源をオンにすると、次いで使用者は彼の又は彼女の上の歯２４及び下顎歯２６をカチカチさせて刺激器４０を制御する。検出器２０及び制御装置４０は、歯と歯の鋭敏な接触によって生じた振動に反応する。装置間又は操作間で選択するのに、信号の大きさ及び／又は時間的な特徴を使用することが可能である。図１の好適な実施態様では、連続的な歯のクリックは、手の親指４２及び指（複数）４４を二者択一的に開閉させるために筋肉を刺激する電極３８のトリガーとして用いられる。

変形形態：

図３に示すように、制御される装置はコンピュータ８２又はその他の複数の被制御装置８０、８４、８６、８８、９０とすることができる。複数の装置間又は操作間で選択するための符号化のそのほかの例として、ダブルクリック、多重クリック、クリック間の変動時間間隔及び様々な振幅のクリックがある。検出器２０は、符号化された情報を使用者からほかの人又は（複数の）人に送信する通信装置を作動させるのに使用することができる。すなわち遠隔通信である。更に別の実施態様においては、検出器２０及び送信器５６は、図７における頭骨又は側頭下顎関節付近の皮膚下１３０に埋め込まれた小型のカプセルに包まれた装置の形である。

警告：

上の歯と下顎歯間の頻繁で鋭敏な衝撃は、最終的に歯科疾患を生じることがある。使用者は、装置による信頼性のある検出に適合する最小振幅の歯のクリックを発生することを学習する必要がある。

本発明のこれらの及びほかの特徴は、添付図面を参照した以下の説明によって明白になるであろう。図面は説明のためにのみ使用され、本発明の範囲を如何なる形においても特定の実施態様又は示された実施態様に限定するものではない。
本発明の教示に従って組立てられた装置を着用した人の立面図であり、装置は使用者の前腕上のカフスに組み込まれた電子刺激器を作動させるのに使用される。使用者の頭部の側面に取り付けられた検出器は、振動センサー及び電子増幅器を備えている。加えて、検出器には無線送信器を備えることができ、その送信器はたとえば電池のようなそれ自身の携帯式の電源を持ってもよいし、又は遠隔の受信装置から電源を受電するトランスポンダのような形式であってもよい。カフスには、電流を使用者の身体に導く電極が設けられており、この目的は筋肉を刺激して動きを生じることである。カフスに取り付けられた電子装置は検出器から信号を受信し、検出器に包含されている情報を使用して、電極から送達される一連の刺激パルスの開始を引き起こす。装置の１つの実施態様の構成要素を示す概略図である。上部の枠は、使用者の頭部に取り付けられた検出器及び関連の回路を示す。真ん中の枠は制御装置の無線受信部を示し、ここには、増幅器及び所望の歯接触信号とは無関係な、検出器の応答の成分（例えば、使用者の会話によって生じた振動）を減衰させるフィルターも内蔵されている。下部の枠は、例えば図１における筋肉刺激器のような、被制御装置を示す。本発明の教示に従って組立てられた装置を着用した人を示す立面図で、装置は複数の装置を制御するのに使用される。本発明の変形を着用した人を示す立面図で、ここでは検出器が例えばイヤホーンで使用される弾力性のあるバンドで、頭部の側面に押し付けられている。本発明の変形を着用した人を示す立面図で、ここでは検出器が伸縮性のヘッドバンドで頭部の側面に押し付けられている。本発明の変形を着用した人を示す立面図で、ここでは検出器が眼鏡のサイドアームの１つで頭部の側面に押し付けられている。本発明の変形を着用した人を示す立面図で、ここでは検出器及び送信器が皮膚下に埋め込まれたカプセルに包まれた形をとっている。

Claims

装置又はプロセスを制御するのに使用する方法であって、機械的振動を検出するように適合させた検出器（２０）を人の頭部（２２）に取り付けるステップと、
上歯（２４）及び下顎歯（２６）で生じた接触によって起きる機械的振動を検出するステップと、装置又はプロセス（３６、８０、８２、８４、８６、８８、９０）の操作を制御する信号を出すのに機械的振動を使用するステップとを有することを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器は、装置又はプロセス（３６、８０、８２、８４、８６、８８、９０）を制御する制御装置（４０）と通信することを特徴とする方法。
請求項２による方法において、検出器は、該検出器（２０）から制御装置（４０）における受信器（６２）にデータを送信する送信器（５６）を含むことを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）は、加速度計又はマイクロホンの１つであることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）は、人の耳（３０）の後部の骨乳様突起（２８）にかぶさって位置していることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）は、人の側頭下顎（顎）関節（３２）を覆っていることを特徴とする方法。
請求項２による方法において、制御装置（４０）は、検出器（２０）を着用している人の身体部分（４２／４４）に動きを生じさせることを特徴とする方法。
請求項７による方法において、制御装置（４０）は、筋肉（３８）を刺激すること、神経（３８）を刺激すること、能動的な装具を制御するか又は補助具を制御することの１つを行うことによって身体部分（４２／４４）に動きを生じさせることを特徴とする方法。
請求項３による方法において、検出器（２０）は、音響手段又は電磁手段の１つによって通信することを特徴とする方法。
請求項２による方法において、装置又はプロセス（８０、８２、８４、８６、８８、９０）に対する制御装置（４０）は、検出器（２０）を着用した人から物理的に離されていることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、複数の装置（８０、８２、８４、８６、８８、９０）のいずれか１つが、検出された振動の時間的なパターン又は強度によって始動されることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、制御される装置は、電子装置（８２、８４、８６）であることを特徴とする方法。
請求項１２による方法において、装置は、コンピュータ（８２）であることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）と頭部（２２）間の良好な接触は、伸縮性のヘッドバンド（１１０）により検出器を固定することによって達成されることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）と該頭部（２２）間の良好な接触は、イヤホンで使用される形式の弾力性のあるヘッドピース（１００）によって達成されることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）と該頭部（２２）間の良好な接触は、弾力性のあるアームの付いた眼鏡（１２０）によって達成されることを特徴とする方法。
請求項３による方法において、検出器（２０）は、人の皮膚下（１３０）に埋め込まれたことを特徴とする方法。
請求項１による方法であって、装置は、人の手（４２／４４）の筋肉を刺激する組み込みの電極を（３８）を備えたカフス（３６）であり、このカフス（３６）は電極（３８）を経由して上記筋肉に伝達されるパルスを発生する制御装置（４０）を有することを特徴とする方法。
請求項２による方法において、制御装置（４０）は、電源（６０）、受信器（６２）、増幅器（６４）及び出力信号発生器（６８）を含むことを特徴とする方法。
請求項１９による方法において、制御装置（４０）は、フィルター（６５）及び論理回路（６６）を有することを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）は、電源（５０）、振動センサー（５２）、増幅器（５４）及び無線送信器（５６）を含むことを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）は、受動的トランスポンダであることを特徴とする方法。
請求項１による方法において、検出器（２０）は、接着剤又は接着テープの１つによって人の頭部（２２）に固定されることを特徴とする方法。
上歯（２４）及び下顎歯（２６）で生じた接触によって起きる人の頭部（２２）における機械的振動を検出し、請求項１の教示に従い装置又はプロセスを制御するのにその機械的振動を使用するように適合させた装置。