JP2009542397A - 健康管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの体又は四肢の動きを検出する体又は四肢動き検出手段と、体又は四肢動き検出手段により実行される測定の結果が所定値からずれているか否かを分析する動き分析手段と、ユーザの体又は四肢の動きを記録し、一時的に記憶する記録手段と、を有する健康管理システムであって、体又は四肢動き検出手段により実行される測定の結果が所定の閾値を上回る場合、記録手段により記録される動きは、所定の閾値を上回るユーザの体又は四肢の動きについての要約情報を与えるように、記録手段から記憶手段に転送される、ユーザの体又は四肢の動きを分析する方法及び健康管理システム。

Description

本発明は、卒中等の神経運動性（ｎｅｕｒｏｍｏｔｏｒ）障害の治療のためのリハビリテーション及び／又は物理的治療のためのシステム及び方法に関する。

卒中の後、患者はしばしば、動きの連係における障害に苦しむ。それらの障害については殆ど理解されていないがしばしば、脳損傷の後の機能回復に対して最も活力をそぐものとなっている。それらの連係の不足は、異常な筋肉の相互作用の状態で表現され、機能障害のある限定的且つ典型的な動きをもたらす。そのような筋肉の連係の制約の結果として、例えば、肩の外転部と腕の肘の屈曲との間の異常な連結がもたらされ、そのことは、彼／彼女が重力に対して障害のある腕を上げようとするとき、その卒中の生存者の到達する空間をかなり狭くする。それらの異常な連係を緩和する現在の神経治療方法は、機能回復を限定されたものにしている。足においては、その異常な連係の発現は、腰／膝の伸長と腰の内転との組み合わせをもたらす。この結果、立っているときに障害のある足において腰の外転筋を動かす能力が低下することになる。

それらの障害に対して有効であるように用いられる２つのリハビリテーションストラテジは、動きの範囲及び等速運動である。それらのストラテジは、従来、患者と療法士との間の手技療法診察時間において実行されている。動きの範囲と呼ばれるリハビリテーションストラテジにおいては、患者の運動は、連係の欠如のために伸長が可能でないところまでのユーザの弱い腕を動かすことである(最大伸長に達することはないため)。この時点で、療法士は引き継ぎ、最大伸長に達する点まで、患者の動きを継続させる。

等速運動と呼ばれる第２のリハビリテーションストラテジにおいては、患者は、力の作用下で特定の動きを実行する。その患者の動きは、好適な速度のみを有することが可能にされる。患者がより高速にしようとする場合、対抗力がその患者を低速化させる。

従来の療法が病院又はリハビリテーションセンターで行われるとき、患者は、通常、１日に１回又は２回の割合で、３０分間の診察時間、診察される。この療法は、外来患者の診察においては、１週間に１回又は２回の割合にされる。

今日の研究により、患者における連係を改善する運動性エクササイズ（ｍｏｔｏｒ ｅｘｅｒｃｉｓｉｎｇ）が、テレ−リハビリテーション解決方法の一部として実行されることが可能である。有効なシステムは、ビデオ会議方法を用い、患者は、その患者に都合のよい時間にカメラの前で運動する。そのようなシステムについては、例えば、米国特許出願公開第２００２／０１４６６７２Ａ１号明細書において開示されている。このシステムは、仮想画像とインタラクトすることによりユーザが運動している間に、ユーザの手の数字の位置を感知する装置を有する。第２の装置は、仮想画像とインタラクトすることによりユーザが運動している間に、ユーザに対してフィードバックし、手の数字の位置を測定する。仮想画像は、より激しい又はより容易な運動を与えるように、ユーザの能力について決定された目標に基づいて、更新される。従って、どんなにユーザの動きが制限されようと、ユーザの能力が所定のパラメータ範囲内に入っている場合には、そのユーザは、その運動の試しに合格し、難しいレベルに次第に進むことが可能である。

ユーザの能力についてのデータは、療法士により保存され、検索される。従って、リハビリテーションシステムは、リハビリテーションの場所と、データ保存の場所と、それらの場所の間のインターネット接続を介するデータアクセスの場所とを有する。そのデータアクセスの場所は、運動をレビューしてフィードバックを与える医師又は物理療法士に対して記録されたビデオを送信することにより、患者の手のグラフィック画像を用いてリアルタイムに患者が行う運動を医師／療法士がモニタするようにするソフトウェアを有する。複数の受動装置及び能動装置、例えば、テレ−リハビリテーション解決方法の一部として家庭でユーザが運動することを可能にするＴｈｅｒａｂａｎｄ又はＲｅｃｋ ＭｏｔｏＭｅｄを有する。しかしながら、遠隔の場所から療法士によりどのようにその運動がレビューされるかは、尚も問題である。完全な運動のビデオ記録及びバックオフィスにいる療法士による後の時間におけるそのビデオ記録のレビューは、標準的なビデオ会議システムの構成要素のみを必要とするために、最も容易な解決方法の１つである。

そのような方法に伴う課題は、療法士が尚も、全長に亘ってそのビデオをレビューする必要があることである。従って、患者と療法士との費用比率は１：１であり、そのレビューは、時間的にのみデカップルされ、尚もかなりの時間を要するものである。レコーダの“早送り”モードでの運動のレビューが、現在における、患者のスタジアム又は進度を分析するように、レビュー処理の加速を可能にする唯一の解決方法である。

米国特許出願公開第２００２／０１４６６７２Ａ１号明細書

本発明の目的は、従って、患者又はユーザの運動の問題及び／又は回復の進度の高速化解析を可能にするシステム及び方法を提供することである。

この目的は、本発明の請求項１乃至６に記載されたシステム及び方法により達成される。

本発明に従った健康管理システムは、ユーザの体又は四肢の動きを検出する体又は四肢動き検出手段と、体又は四肢動き検出手段により実行される測定の結果が所定値からずれているか否かを分析する動き分析手段と、ユーザの体又は四肢の動きを記録し、一時的に記憶する記録手段と、を有する。ユーザの体又は四肢の動きについての要約情報を提供するように、記録手段により記録される動きのデータは、前記体動き検出手段により実行される測定の結果が所定の閾値を上回る場合に、記録手段から記憶手段に転送される。例えば、患者の動き易さを示す動きのような、写真写りのよい動き又は何れの他の対象の動きを含むシーケンスのデータのみを表示することにより、前記運動性疾病の制限条件又は改善を療法士が分析する必要がある時間が最短化される。

従って、１：１の患者対療法士の比率は、時間的にデカップルされるばかりでなく、治療によりどのように進むかの分析及び決定に関連するシーケンスに集中することができる。

換言すれば、提供しているシステムは、実行している運動及び患者の整合性の品質についての註釈付きの記録された運動シーケンス測度を提供する。そのようなデータは、例えば、所定の運動を通して主要な体の部位（例えば、腕、手、顔、足）を追跡することにより生成される。テンプレートにおいて記憶され、データベースから検索される基準動きに対してそれらの体の部位の追跡を比較することにより、そのシステムは、その運動がどのようにうまく行われているか、どのような種類の疾病をユーザが有するか、及びそのユーザはその時点でどのリハビリテーションのスタジアムにいるかについての記述を作成する。代替として、動きの範囲、測度又は反射運動（ｊｅｒｋ）等の値が、測定された動きから計算され、データベースから検索された基準値に対して比較されることが可能である。

本発明に従った測定手段は、マーカーを有するカメラベースのコンピュータビジョン手段、コンピューがビジョンを用いるマーカーなしの動き追跡手段、慣性センサ、センサ衣類及び／又は何れかの他の動き又は位置センサであることが可能である。一実施形態においては、体又は四肢動き測定手段は、少なくとも１つのコンピュータビジョン手段、少なくとも１つの可視的マーカー及び／又は少なくとも１つの慣性センサである。それらのマーカー又は慣性センサは、空間の位置の相対的変化についての情報を生成するように、ユーザの体又はそれぞれの四肢において位置付けられ、運動しているユーザの動きを基準テンプレートと比較するように用いられることが可能である。ずれの計算は、品質、整合性又は同期生のような基準に基づいて、個別の運動テンプレートと、体又は四肢動き測定手段により測定された動きを比較することにより、実行されることが可能である。

ある閾値を上回る動きは、ユーザの運動性問題を示すことが可能である、若しくはユーザの運動性問題又は回復の進度の改善を示すことが可能であり、そのことは、将来のリハビリテーションの過程において更なるステップを評価するためにかなり重要である。

従って、一般に、完全な運動診察時間及び特定の運動に関する情報が、要約情報を提供するように、療法士に対して作成され、提供されることが可能である。療法士は、品質レベルが所定の閾値より大きいシーケンスに即座にアクセスすることが可能である。

運動において関心のあるシーケンスは、全ビデオシーケンスを表示し、特定の閾値を設定し、註釈付けされた品質データがその閾値を上回るシーケンスを選択してマーキングすることにより、マーキングされることが可能である。動きの情報を示し、ユーザの全発病動向及びその履歴を表示するように、要約データを療法士に転送する前に、マーキングされたシーケンスのデータに先行する及び／又は後続するシーケンスのデータを追加する（例えば、９乃至１０秒毎に）ことも可能である。全部の記録された運動シーケンス及び／又は特定の運動について品質測度に関する統計を与えることがまた、可能である。

本発明の一実施形態においては、システムは、註釈付け及び分析プロセスを容易化するように、運動を開始する及び終了するように、視覚的に又は聴覚的にユーザを更に指導することが可能である。

ユーザの動きの追跡を支援し、その動きの記録についてのエラー率を最小化するように、ユーザの体又はそれぞれの四肢において位置付けられるＩＲマーカー又は慣性センサ等の追加手段が、本発明に従った健康管理システムにおいて備えられることが可能である。それらのセンサは、動き処理に関する更なる情報を与え、データベースに記憶されている基準テンプレートとユーザの運動を比較するように用いられることが可能である。当業者は、ユーザの動きについての必要な情報を得るように、マーカーのない追跡もまた、可能であることを理解することができるであろう。

インターネットによりデータ送信を行うことが可能である遠隔の場所か又はユーザと同じ場所のどちらかにいる療法士に、ビデオ及び品質註釈が一緒に送信される。療法士は、品質測度が所定の閾値を上回るシーケンスに即座にアクセスすることが可能である。特定の場合として、その閾値が最小値に設定されることにより、ユーザ又は患者が動くシーケンスの部分全てに療法士はアクセスすることができる。本発明に従ったユーザの健康のスタジアムに関する要約情報を提供する方法は、次のステップを有することが可能である。
− 例えば、少なくとも１つの可視的マーカーにより及び／又は少なくとも１つの慣性センサにより支援されるコンピュータビジョンにより、ユーザの運動性エクササイズを記録するステップ。
− データベースに記憶されている動きパラメータに関する個別の運動テンプレート又は基準値を検索するステップ。
− 可視的マーカー及び／又は慣性センサを有するコンピュータビジョンにより若しくはマーカーのない追跡により、患者の動きを認識して、解析するステップ。
− 実行される動きと基準動きとの間のずれについての情報を与えるずれ測度を計算するステップ。
− この情報でビデオシーケンスを註釈付けするステップ。
− 閾値を設定して、註釈付けされた品質データがその閾値を上回るクリップを選択することにより、ビデオシーケンスを検索するステップ。
− 全部の記録された運動シーケンス及び／又は特定の運動についての品質測度に関する統計を与えるステップ。
− 何れかの有効なデータ転送手段を用いることにより、遠隔の場所から、品質又は整合性等の基準に基づいて、運動クリップを順序付けるステップ。

本発明の更なる詳細、特性、特徴及び有利点について、特許請求の範囲、図、実施例、それぞれの図及び実施例についての以下の詳細説明において与えられ、本発明に従った健康管理装置の複数の好適な実施形態及び実施例が例示として示されている。

記録された運動の従来の手動レビューを示す図である。 本発明に従ったシステムの構成要素の模式図である。 本発明の方法を示すフローチャートである。 追加マーカー又は慣性センサのサンプルとしての配置を示す図である。 送信データをレビューする及び解析する療法士の見込まれるデスクトップを示す図である。

図１は、記録された運動の従来のマニュアルレビューであって、療法士は、単に短いシーケンスが解析について関連しているが完全なビデオをレビューする必要があり、そのレビューはかなりの時間を要する、従来のマニュアルレビューについて示している。

本発明に従った健康管理システムについては図２に示され、本発明に従った方法の実施形態を示すフローチャートは図３に示されている。この実施形態に従った健康管理システムは、ユーザの運動を記録するカメラシステムと、ユーザが運動を開始する及び終了するように指導するインタラクションシステムと、を有する。ビデオデータは、後の処理段階に、運動の開始及び終了を判定するように、イベントによりマーキングされることが可能である。ビデオデータは、要求された運動の識別子により更にマーキングされることが可能である。

ユーザの動きの記録を容易化するように及び記録のエラー率を最小化するように、評価処理は、オリジナルのビデオシーケンスにおいて識別されることが可能であり、例えば、図４に模式的に示されているユーザの体又は四肢において位置付けられるセンサを有する付加動き追跡システムを用いることにより支援される。それらのマーカーは、対応するＩＲカメラの使用を必要とする有色マーカー又はＩＲマーカーであることが可能である。ＩＲビデオシーケンスは後に、例えば、タイムスタンプによりオリジナルのビデオシーケンスと適合される必要がある。

慣性センサ（例えば、磁力計、ジャイロ又は加速度計）が用いられる場合、ユーザの四肢の空間における位置の相対的変化についての情報が生成される。このデータはまた、例えば、タイムスタンプにより、オリジナルのビデオシーケンスに対してマッピングされる必要がある。

ビデオシーケンスを使用する必要は全くない。代替として、例えば、慣性センサを用いて又はマーカーなしで測定されるユーザの体又は四肢の空間における位置は、アバターをアニメ化するように用いられることが可能であり、そのアバターの動きは、後に、療法士によりレビューされることができる。

後に、センサデータが、特定の時間のＩＲマーカー又は有色マーカーの位置をそれぞれのビデオフレームと関連付けることか又は、慣性センサからの情報をそれぞれのビデオフレームと関連付けることにより、運動の品質を判定するように作成される。

どの運動テンプレート又は動きテンプレートがデータベースから検索される必要があるかを判定するために、２つの可能性がある。インタラクションシステムが、特定の運動をするようにユーザに視覚的に又は聴覚的に指導する場合、この情報は、データベースから対応する運動テンプレート又は動きテンプレートを検索するように、同時に用いられる。そのような情報が記憶されていない場合、及び運動が病的であるとみなされない場合、ビデオシーケンスは、それをデータベースにおける関連運動テンプレートと比較することにより認識されることが可能である。

後に、センサデータ及びビデオデータが、運動品質を判定するように用いられる。従って、ビデオフレームと関連付けられるセンサデータが、それぞれのフレームにおいて患者の姿勢及び動きを判定するように用いられる（動きパターンを見分ける適切なストラテジについては、例えば、Ｊｕｎｋｅｒ等により開示されている）。このために、運動の異なる段階が正確にいつ行われるかが決定される。整合性が、ユーザのインタフェースの指導スクリーンに対するユーザの顔の位置をモニタすることにより決定されることが可能であり、又はユーザは、発話をモニタされることが可能である。ユーザがスクリーンに集中している場合には、高い整合性が得られ、ユーザがキョロキョロ見回している又は発話している場合には、低い整合性が得られる。運動の早い終了もまた、モニタされることが可能である。

ユーザが運動している、ビデオ素材におけるユーザの部分が見つけられる場合、品質測度が計算される。その品質測度は、ユーザの領域における動きから、データベースからダウンロードされるテンプレートまでの距離をマーキングする。

距離は、例えば、文献ＡＦＵ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ３１ｓｔ ＶＬＤＢ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００５， Ｔｒｏｎｄｈｅｉｍ ２００５に開示されているダイナミックタイムワーピング（ｄｙｎａｍｉｃ ｔｉｍｅ ｗａｒｐｉｎｇ）を用いて計算され、この文献の援用により、本明細書の説明の一部を代替する。代替として、運動品質が、反射運動（ｊｅｒｋ）又は走行速度等の動きパラメータの目標値と、ユーザの動き又は患者の動きの値との比較から得られる。そのデータを評価し、註釈を付けた後、オリジナルのビデオシーケンスに運動品質が付けられる。

最後に、註釈付けされたビデオが、バックエンドに転送され、データベースにおいて記憶される。ビデオシーケンスは、図４に示すブラウザにおいてレビューされる。ビデオシーケンスは、閾値を設定し、註釈付けされた品質データが所定の閾値を上回るクリップを選択してマーキングすることにより、レビューされる。ブラウズしている間に、システムは、次の項目を表示することが可能である。
１．一般の品質及び整合性に関する統計。
２．運動群、例えば、足の運動又は手の運動及びそれぞれの整合性に関する統計。

更に、種々の基準に従ってクリップをソートする機能が備えられることが可能である。基準は、例えば、最も悪い運動が最初に、最初の非整合の運動、最初の又は最も悪い運動を最初に、等であることが可能である。ビデオシーケンスは最後に、閾値パラメータを設定することにより、ブラウズ及びレビューされることが可能である。閾値を上回るクリップが表示される。閾値を変える又は調節することにより、要約データを変える又は調節することが可能である（例えば、閾値の調節の機能を備えたプログラムの可能なデスクトップの概略が示されている図５を参照されたい）。

Claims (10)

1. ユーザの体又は四肢の動きを検出する体又は四肢動き検出手段；
   前記体又は四肢動き検出手段により実行される測定の結果が所定値からずれているか否かを分析する動き分析手段；及び
   前記ユーザの体又は四肢の前記動きを記録し、一時的に記憶する記録手段；
   を有する健康管理システムであって：
   前記体又は四肢動き検出手段により実行される測定の結果が所定の閾値を上回る場合、前記記録手段により記録されている前記動きは、前記所定の閾値を上回る前記ユーザの体又は四肢の動きについての要約情報を与えるように、前記記録手段から記憶手段に転送される；
   健康管理システム。
2. 請求項１に記載の健康管理システムであって：
   前記体又は四肢動き検出手段は、マーカーを有する少なくとも１つのカメラベースのコンピュータビジョン手段、若しくは、コンピュータビジョン及び／又は少なくとも１つの慣性センサ、少なくとも１つのセンサ衣類及び／又は他の動き又は位置センサを用いるマーカーのない動き追跡手段である；
   健康管理システム。
3. 請求項１又は２に記載の健康管理システムであって：
   前記ずれの計算は、品質及び／又は整合性及び／又は同期生等の基準に基づいて、前記体又は四肢動き検出手段により測定された前記運動と個別の運動テンプレートとの間の比較により実行される；
   健康管理システム。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の健康管理システムであって：
   前記所定の閾値を上回る前記動きはユーザの運動性問題を示す；
   健康管理システム。
5. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の健康管理システムであって：
   前記所定の閾値を上回る前記動きはユーザの運動性問題の改善を示す；
   健康管理システム。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の健康管理システムであって：
   前記所定の閾値は、前記ユーザの動きの前記分析を改善するように、療法士により調整されることが可能である；
   健康管理システム。
7. 特に卒中又は他の神経疾患の後のユーザの体又は四肢の動きを分析する方法であって：
   前記ユーザが所定の運動性エクササイズを行っているときに、前記ユーザの体又は四肢の動きを記録するステップ；
   前記動きを個別の運動テンプレートと比較するステップ；
   分析手段を用いることにより、前記ユーザの動きを認識して分析するステップ；
   前記ユーザの動きが所定の閾値を上回る量だけ前記運動テンプレートからずれるシーケンスをマーキングするステップ；及び
   前記ユーザの体又は四肢の動きについての要約情報を与えるように、先記シーケンスを記憶手段に転送するステップ；
   を有する方法であり、
   前記転送されたシーケンスは、前記ユーザの状態及び／又は前記ユーザの回復の進度を評価するように、療法士により検索されることが可能である；
   方法。
8. 特に卒中又は他の神経疾患の後のユーザの体又は四肢の動きを分析する方法であって：
   前記ユーザが所定の運動性エクササイズを行っているときに、前記ユーザの体又は四肢の動きを記録するステップ；
   前記動きを個別の運動テンプレートと比較するステップ；
   分析手段を用いることにより、前記ユーザの動きを認識して分析するステップ；
   前記ユーザの動きが所定の閾値を上回る量だけ前記運動テンプレートからずれるシーケンスをマーキングするステップ；及び
   前記ユーザの完全な動きシーケンスを記憶手段に転送するステップであって、各々の動きシーケンスは、前記運動テンプレートにより規定されている目的値からの測定のずれを註釈付けされる、ステップ；及び
   前記ずれの測度の所定の閾値を上回る前記動きシーケンスの療法士により検索されるステップ；
   を有する方法。
9. 請求項７又は８に記載のユーザの体又は四肢の動きを分析する方法であって、前記療法士は、データ送信がインターネットにおいて行われる遠隔の場所にいる、方法。
10. 請求項７乃至９の何れか一項に記載のユーザの体又は四肢の動きを分析する方法であって、マーキングされたシーケンスに先行する及び／又は後続するシーケンスのデータが、前記動きの生成を示すように、前記療法士に要約を転送する及び送信する前に、付加される、方法。

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