JP2009219843A - 光センサ式掌握運動測定ユニット又は光センサ式掌握運動測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 脳卒中片麻痺患者などのリハビリテーションにおいて、運動機能の回復程度を評価するためには自由な手の動きすなわち掌握の変位を定量的に測定することが必要である。しかし、これまで掌握の力すなわち握力を測定する装置の報告はあるが、掌握の変位を測定できる装置の報告はない。とくに最近注目されている機能的磁気共鳴検査法（ｆＭＲＩ）により運動機能評価では、簡便で正確に掌握の変位を測定できる装置が切望されている。
【解決手段】 本発明は、２個の棒状のグリップを弾性体で支持し、グリップの内側に対向させて取り付けた発光素子と受光素子の組み合わせからなる光センサで２個のグリップの間隔を測定できるようにしたものである。弾性体の弾力性は柔らかく、光センサは非接触であるため障害がある場合でも手の動きが制限されず、掌握の変位を定量的に測定し記録することができる。又、非磁性材料の使用によりｆＭＲＩでも使用が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子と受光素子を組み合わせた光センサにより掌握運動の変位を測定する装置に関する。

一般に、脳卒中による上肢片麻痺患者の症状の特徴としては手の運動機能の低下がみられる。この失われた手の機能を回復するべくリハビリテーションが実施されるが、上肢の麻痺による手の運動機能の回復の程度を評価する方法として握力の測定がある。

従来の握力を測定する方法としては、空気ドラムを押して空気圧を測定するもの（例えば特許文献１、非特許文献１参照）、バネで固定された可動レバーを握りしめるもの（例えば、特許文献２、特許文献３参照）などがある。又、直接圧力センサにより掌握の力を測定するもの（例えば非特許文献２）がある。

一方、片麻痺患者の回復の程度を評価するために握力ではなく手を自由な状態で握ったり開いたりする掌握の変位の測定が重要な場合がある。例えば、最近普及し始めた機能的磁気共鳴画像検査法（以下、ｆＭＲＩという）においては、手の掌握運動とｆＭＲＩ信号の関係から脳の障害部位の神経活動状況を画像で表示するが、医師等が患者の手の動きを目視で確認しながら検査を行っており、掌握の変位を客観的に測定できる装置はこれまでになく、このことがｆＭＲＩ検査のルーチン化を妨げている。又、ｆＭＲＩ検査に限らず、掌握の変位を定量的に測定できかつ記録することのできる装置が開発されれば、リハビリテーションにおける手の掌握機能の回復の程度を評価するためにも非常に有用である。

又、握る力とは別に手を随意的に動かすことができるかどうかを評価することを目的に、掌握の程度を目視により評価する方法がある（例えば非特許文献３参照）。
特開２００１−１７４１４号 特開平１０−５７３５７号 特表２００５−５０１６４３号 千田浩一ら，２００６，ＭＲＩ検査用運動負荷試験装置の試作，日本放射線技術学会東北部会雑誌，１５，８６−８７ Ｗａｒｄ ＮＳ．，ｅｔ ａｌ．，２００３，Ｎｅｕｒａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｆｔｅｒ ｓｔｒｏｋｅ：ａ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｆＭＲＩ ｓｔｕｄｙ，Ｂｒａｉｎ，１２６，２４７６−２４９６ Ｂｕｒｕｎｎｓｔｒｏｍ Ｓ．，１９６６，Ｍｏｔｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｉｎ ｈｅｍｉｐｌｅｇｉａ：ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｓｔａｇｅｓ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｔｈｅｒａｐｙ，４６（４），３５７−３７５

以上述べたように、手の握る力を測定するには握力計による測定が行われるが、片麻痺患者等に対して自由な状態での手の動き、すなわち掌握の変位を簡便にかつ定量的に記録測定する装置はこれまで開発されておらず、掌握の変位は医師等の目視による主観的な判断で行われてきた。このため、運動障害のリハビリテーションにおける掌握の回復状況の定量的評価、脳機能画像取得時の掌握の変位の状況の確認などができないという大きな問題があった。

本発明は、このような従来の問題点を解決しようとするもので、片麻痺患者等の掌握の変位を簡便にかつ定量的に測定できる掌握運動測定ユニット又は掌握運動測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の解決手段は、掌握運動測定ユニットを複数の棒状物体からなるグリップと、弾力性のある物体と、発光素子と受光素子の組み合わせからなる光センサと、発光素子と受光素子へ電源を供給する電源部と、受光素子で検出された信号を受信する受信回路とにより構成したことである。

第２の課題解決手段は、グリップと弾力性のある物体の構成要素を非磁性体としたことである。

第３の課題解決手段は、可撓性の部材により外部光を遮光する機能を有することにある。

第４の課題解決手段は、掌握運動測定装置を複数の棒状物体からなるグリップと、弾力性のある物体と、発光素子と受光素子の組み合わせからなる光センサと、発光素子と受光素子へ電源を供給する電源部と、受光素子で検出された信号を受信する受信回路と、受信信号を所望の信号に変換する受信信号処理装置と、所望の信号を視覚的に観察する出力装置により構成したことである。

第５の課題解決手段は、受信信号又は所望の信号を記録する機能を備えたことである。

第６の課題解決手段は、受信信号又は所望の信号の周波数分析機能を有することにある。

第７の課題解決手段は、受信信号を少なくとも掌握の変位、力、変位と力の積のいずれかに変換する機能を有することである。

発明の作用と効果

上記第１の課題解決手段の作用と効果は次の通りである。すなわち、弾性体により結合された変形しやすいグリップと光センサを使用したことにより、片麻痺患者などの弱い力でも握りやすく、小さな変位から大きな変位まで繰り返し安定に測定できることである。柔らかな弾性体と非接触の光センサにより、障害のある場合でも容易に掌握の変位を定量的に測定することができる。

第２の課題解決手段の作用と効果は、グリップと弾力性のある物体の構成要素を非磁性体としたことにより、ｆＭＲＩに使用し、手の運動状況の定量的な計測、記録を行うことができることである。

第３の課題解決手段の作用と効果は、可撓性の部材により外部光を遮光することにより、明るい部屋でも安定して測定できることである。

第４の課題解決手段の作用と効果は、第１の解決手段である掌握運動測定ユニットで得られた受信信号を受信信号処理装置により、所望の信号に変換し、出力装置により視覚的に観察できることである。

第５の課題解決手段の作用と効果は、受信信号又は所望の信号を記録することにより、掌握運動の定量的な情報を記録に残し回復の状態を把握できることである。

第６の課題解決手段の作用と効果は、受信信号又は所望の信号の周波数分析を行うことにより掌握の頻度分布を容易に出力できることである。

第７の課題解決手段の作用と効果は、手の掌握運動にかかわる変位、力、仕事のいずれもが出力できることである。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１は２個の棒状物体からなるグリップ１、２と、弾力性のある物体３、４と、発光素子５、受光素子６を組み合わせた光センサからなるグリップ部分を示す図である。図１ａは図１ｂを左から見た図、図１ｂはグリップ部分の側面図である。２つのグリップ１、２は例えば木製の丸い棒を半分にしたものであり、例えば厚さ５ｍｍのゴム３、４がグリップを結合している。弾力性のある物体３のグリップ２側に例えば発光ダイオードなどの発光素子５、グリップ１側にＣｄＳ光導電セルなどの受光素子６があり光センサを構成し、グリップを掌握することにより発光素子５と受光素子６との距離が変化し、距離の変化による光量の変化から掌握の変位を検出することができる。グリップ１、２は固定用ひも７、８で固定され、ひも７はグリップ１、２の動きの支点の役割を果たし、ひも８は２個のグリップ１、２の最大の開き角度を制限している。

グリップを握る前は弾力性のある物体３、４の弾性によりグリップ１、２は開いているが、グリップ１、２を握るとひも７を支点としてグリップ１、２の間隔が狭くなり、発光素子５と受光素子６の距離が短くなって受光素子６の出力信号が大きくなる。手を開くとグリップ１、２の間隔も開き受光素子６の出力が減少する。最大の開き間隔はひも８により制限される。握った場合の変形にねじれが生じるのを防止するために弾性体として２個の弾力性のある物体３、４を用いている。

受光素子６は外部光の影響を受けるので、グリップ全体を例えば図にはない黒いストッキング布などの柔らかい物体で覆うことにより外部光の影響を除き、明るい部屋での測定を可能にしてある。外部光の遮光のためにはグリップ全体を覆う必要はなく、発光素子５と受光素子６の光の通路の周囲を柔らかい遮光物質で覆ってもよい。

図２は本発明の光センサ式掌握運動測定装置全体を示すシステムの構成図である。点線で囲んだ光センサ式掌握運動測定ユニット９は、発光素子５と受光素子６と電源部１１と受信回路１２からなり、例えば発光素子５として発光ダイオードを、受光素子６としてＣｄＳ光導電セルを使用している。発光素子５と受光素子６への電力は、電源部１１からケーブル１０を経由して供給される。受光素子６で得られた信号はケーブル１０を経由し受信回路１２に送られ増幅、ＡＤ変換される。受信回路１２で変換された信号は、例えばパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）からなる受信信号処理装置１３で変位信号に変換され、出力装置１４に送られる。出力装置１４では掌握の変位を視覚的に観察できるようにディスプレイ上に出力することができ、データを記録することができる。又ＰＣで周波数分析することにより掌握の頻度分布を求め表示、記録することができる。

図３に掌握の変位と受光素子６の出力信号の関係を実測した例を示す。出力信号は距離の逆２乗に比例しその関係は曲線となる。実際には、変位と出力信号との関係式を求めておき、その関係式を用いて受信信号処理装置１３で変位信号に変換して出力装置１４に出力する。

図４に掌握の変位と力との関係を実測した例を示す。実際には、測定結果から掌握の変位と力との関係式を求めておき、その関係式を用いて受信信号処理回路１３で力に変換して出力装置１４に出力する。変位と力の積は仕事であり、受信信号処理回路１３で得られた掌握の変位と力との積を求め、出力装置１４に手がグリップ部になした仕事を出力することができる。

グリップ部分の主要構造は、ＭＲＩ装置で使用する場合を考慮して非磁性の材質で作成してある。

図５はグリップ部分の他の実施例の構成図である。図５ａは図５ｂを左から見た図、図５ｂはグリップ部分の側面図である。前述の図１の例ではグリップ１、２がひも７を支点としてその角度が変わるものであるが、図５の場合はグリップ１、２を平行に移動できるようにした構造となっている。平行に設置したグリップ１と２を例えばゴムなどの２つの弾力性のある物体２５、２６で結合し、その内側に発光素子５、受光素子６を対面するように例えば中心部分に設置する。グリップは固定用ひも２７、２８で最大間隔が制限される。２つの細い棒１５、１６は、交差して設置されその支点１７を中心に容易に動く仕組みになっている。グリップ１、２を握ると図５ｃのように細い棒の端は棒状物体内の溝１８を平滑に移動し、グリップ１、２が平行な状態で近づくように動く。このときの変位を発光素子５から受光素子６への光量の変化として検出することができる。

図６はグリップ部分の他の第２の実施例の構成図である。図６ａは図６ｂを左から見た図、図６ｂはグリップ部分の側面図である。グリップ１、２を２つのばね２１、２２によって支え弾力を与えて、グリップが平行に変位するようにする。２つのばね２１、２２の中を通る軸１９、２０はグリップ１、２に垂直でその一方はグリップ２に固定され、他方はグリップ１の孔２３、２４に差し込まれている。孔２３と２４と軸１９、２０との隙間はで来るだけ狭くかつ滑らかに接触するようにすることにより、グリップ１と２は平行に移動する。ＭＲＩ装置で使用する装置では、ばね２１、２２や、軸１９、２０には、非磁性のばねを使用する。グリップ１、２の内側にはそれぞれ発光素子５、受光素子６を対面するよう設置する。グリップ１、２を握ると、図６ｃに示すようにグリップ１、２は平行な状態で近づき、このときの変位を受光素子６に入射する光量の変化として検出する。

図７は図６の変形例であり、光センサ部分以外の構造は同じである。この例では、発光素子５と受光素子６をグリップ２に並列に取り付け、発光素子５及び受光素子６への図にはないケーブルをグリップ２の片方だけから引き出すことができるようにしたものである。並列に設置された発光素子５と受光素子６の反対側のグリップ１には鏡２９配置し、発光素子５からの光を反射させて受光素子６で光を検出することができる。

光センサ式掌握運動測定ユニットのグリップ部分の説明図 本発明の装置全体の構成を示す図 本発明の装置により得られた変位と出力電圧との実験データ 本発明の装置により得られた変位と力の関係を示す実験データ グリップを平行に設置した他の実施例の説明図 弾力性の物体にバネを用いた他の第２の実施例の説明図 図６の実施例の変形例

符号の説明

１、２ グリップ
３、４ 弾力性のある物体
５ 発光素子
６ 受光素子
７、８ 固定用ひも
９ 光センサ式掌握運動測定ユニット
１５、１６ 細い棒
１８ グリップに設けられた溝
１９、２０ 軸
２１、２２ ばね
２３、２４ 軸受け用の孔
２９ 鏡

Claims (7)

1. 複数の棒状物体からなるグリップと、弾力性のある物体と、発光素子と受光素子の組み合わせからなる光センサと、発光素子と受光素子へ電力を供給する電源部と、受光素子で検出された信号を受信する受信回路を具備した光センサ式掌握運動測定ユニット。
2. グリップと弾力性のある物体の構成要素が非磁性体であることを特徴とする請求項１記載の光センサ式掌握運動測定ユニット。
3. 可撓性の部材により外部光を遮光する機能を有することを特徴とする請求項１記載の光センサ式掌握運動測定ユニット。
4. 複数の棒状物体からなるグリップと、弾力性のある物体と、発光素子と受光素子の組み合わせからなる光センサと、発光素子と受光素子へ電力を供給する電源部と、受光素子で検出された信号を受信する受信回路と、受信信号を所望の信号に変換する受信信号処理装置と、所望の信号を視覚的に観察可能な出力装置を具備した光センサ式掌握運動測定装置。
5. 受信信号又は所望の信号を記録する機能を備えることを特徴とする請求項４記載の光センサ式掌握運動測定装置。
6. 受信信号又は所望の信号の周波数分析機能を有することを特徴とする請求項４記載の光センサ式掌握運動測定装置。
7. 所望の信号は少なくとも掌握の変位、力、変位と力の積のいずれかである請求項４記載の光センサ式掌握運動測定装置。

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