JP2010075571A - 体部位自動判別システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高性能のセンサを用いることなく、体外側から簡単に見つけ出すことができない組織や器官等の位置を自動的に特定すること。
【解決手段】 顔面Ｆの硬さを検出するロボット１１と、使用者Ｈが知覚可能となる信号を当該使用者Ｈに呈示する信号呈示装置１２と、ロボット１１によって検出された顔面Ｆの硬さに基づいて咬筋の存在範囲を特定する特定装置１４とを備えて体部位自動判別システム１０が構成されている。ロボット１１では、顔面Ｆの頬領域Ａに設定された測定点Ｐについて、使用者Ｈが頬領域Ａに力を入れた場合とそうでない場合との顔面Ｆの硬さを検出する。特定装置１４では、ロボット１１での検出に基づき、頬領域Ａに力を入れた場合とそうでない場合との顔面Ｆの硬さ若しくは位置の変化量から、頬領域Ａの咬筋領域Ｍの位置を特定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は体部位自動判別システムに係り、更に詳しくは、マッサージ等の施術部位や病状の判別等を特定する目的の触診を自動的に行うことのできる体部位自動判別システムに関する。

開口時に痛み等を伴う顎関節症の原因の一つとして、顔面の表皮（皮膚）内方に存在する咀嚼筋の機能低下があるが、この場合には、当該咀嚼筋のマッサージを行うことにより、症状の改善若しくは緩和がなされる。ここで、咀嚼筋と呼ばれる筋組織は、耳下に存在する咬筋や、側頭部に存在する側頭筋等から構成される。従って、医師等の施術者が咀嚼筋のマッサージを行う際には、施術者の手指による患者への触診により、咬筋や側頭筋の位置や大きさを確認することが必要になる。このような顔面マッサージは、顔面内の全領域に患者自身の手指が届くことから、患者自らにより行うことも可能である。しかしながら、顔面の内部構造は複雑で個人差が大きく、しかも、咬筋や側頭筋等の咀嚼筋は、薄くて小さく、医師等の専門家でないと体外側から見つけ出すことが困難であるため、患者自らが咀嚼筋のマッサージを正確に行うことは難しい。

ところで、特許文献１には、筋肉や骨等、硬さの異なる体表部分を検出し、当該硬さに応じてマッサージの動作速度を変化させるマッサージ機が開示されている。このマッサージ機は、マッサージの対象となる背中部分のうち骨部分とそうでない部分を自動的に判別する機能を備えている。この判別機能は、マッサージ動作の前に、感圧センサを備えた施療子を背中に沿って１往復させ、感圧センサで検出された圧力検出信号の波形により、施療子の接触する各部位について、骨等の硬い部分か筋肉等の柔らかい部分かを判別するようになっている。
特開２００１−２６９３８０号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている判別機能は、背骨や肩甲骨等とその周囲の筋肉部分との判別等、誰でも手指で簡単に判別できる部位の自動判別を可能にしていおり、従来、専門家の手指でしか判別できなかった組織や器官等、体外側から簡単に見つけ出せない組織や器官の判別を前記判別機能で行おうとしても、正確な判別結果が得られないという問題がある。例えば、顔面内の筋組織や器官は、顔面から突出しておらず、また、全て頭蓋骨の表面に存在するため、特許文献１の判別機構では、仮に、施療子を顔面に接触させたときに、顔面のほぼ全領域で頭蓋骨からの反力が感圧センサの検出値を支配してしまい、全て骨等の硬い部分として認識されてしまう。換言すれば、咀嚼筋等の筋組織や耳下腺等の器官の存否に基づく感圧センサの検出値の差は、高性能の感圧センサを用いない限り、測定誤差程度の差に過ぎなくなってしまい、顔面内の各組織や器官を正確に判別するのが困難となる。

本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、高性能のセンサを用いることなく、体外側から簡単に見つけ出すことができない組織や器官を自動的に判別することができる体部位自動判別システムを提供することにある。

（１）前記目的を達成するため、本発明は、使用者の体表下の所望部位を判別する体部位自動判別システムにおいて、
前記体表の対象範囲内に設定された測定点について、前記使用者が前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との前記体表の硬さ若しくは位置を検出するセンシング装置と、当該センシング装置での検出に基づき、前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との前記体表の硬さ若しくは位置の変化量から、前記対象範囲内の所望部位の位置若しくは状態を特定する特定装置とを備える、という構成を採っている。

（２）また、前記使用者が知覚可能な信号を当該使用者に呈示する信号呈示装置を更に備え、この信号呈示装置は、前記使用者が前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との切り換えのタイミングで前記信号を前記使用者に呈示する、という構成を採ることが好ましい。

（３）更に、前記センシング装置は、前記体表に接触する接触子と、当該接触子を移動させる移動手段と、当該移動手段の動作を制御する制御手段と、前記接触子の接触による前記体表からの反力を測定可能なセンサとを備え、
前記制御手段は、前記接触子を所定の押圧力で前記測定点に一定時間接触させるように前記移動手段の動作を制御し、
前記特定装置は、前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との前記反力の変化量に基づき、前記測定点下での前記所望部位の存否を判定する、という構成を採用することができる。

（４）また、前記測定点は、前記対象範囲内に複数設定され、
前記特定装置では、前記各測定点の前記変化量の最大値を抽出した後で、当該最大値から０までの範囲を複数の数値範囲に区分し、前記各測定点の前記変化量がどの数値範囲に属するかによって、各測定点下での前記所望部位の存否を判定する、という構成を採るとよい。

（５）ここで、前記特定装置は、各測定点下での前記所望部位の存否から当該所望部位の存在範囲を特定する、という構成を採ることもできる。

本発明によれば、体外側から簡単に見つけ出すことができない組織、器官、腫瘍等の所望部位を判別する際に、使用者が対象範囲を動作させた場合とそうでない場合とで、体表の硬さ若しくは位置がセンシング装置で検出され、これら各場合間での前記硬さ若しくは位置の変化量が考慮されるため、対象範囲の動作による所望部位の移動という新たな観点を利用して、所望部位の位置、存在範囲或いは状態を特定することができる。つまり、体表が静止している状態では、高性能のセンサを用いなければ判別が困難であった各種の組織、器官、腫瘍等の部位のうち、使用者が対象領域を動作させることによって状態変化に差が生じるものについての自動判別化が可能になる。

特に、前記（２）のように構成することで、センシング装置による検出に際し、対象範囲を動作させる場合とそうでない場合との切り換えタイミングをセンシング装置に連動して使用者に呈示することができ、体表の硬さ若しくは位置の変化量を正確に検出することが可能になる。

また、前記（４）の構成によれば、判別対象の使用者から得られた変化量の最大値を基準として、各測定点下での所望部位の存否が判定されるため、予め設定された一定の閾値で各測定点での変化量を判定する場合と異なり、前記変化量に個人差があっても、対象となる所望部位の位置判定をより正確に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る体部位自動判別システムの概略構成図が示されている。この図において、体部位自動判別システム１０は、使用者Ｈの体表の一部である顔面Ｆの下に存在する咬筋（所望部位）の存在範囲を顔面Ｆ上で判別するシステムである。この体部位自動判別システム１０は、顔面Ｆの硬さを検出するセンシング装置として機能するロボット１１と、使用者Ｈが知覚可能となる信号を当該使用者Ｈに呈示する信号呈示装置１２と、ロボット１１によって検出された顔面Ｆの硬さに基づいて咬筋の存在範囲を特定する特定装置１４とを備えて構成されている。

前記ロボット１１は、使用者Ｈの顔面Ｆに接触する接触子１６と、接触子１６を移動させる移動手段１７と、当該移動手段１７の動作を制御する制御手段としての制御装置１８と、接触子１６の近傍に設けられ、当該接触子１６の顔面Ｆへの押圧に対する反力を測定可能なセンサ２０とを備えている。

前記移動手段１７は、接触子１６を先端側で保持しながら所定空間内を移動可能なアーム２２と、このアーム２２を動作させるモータからなる駆動装置２３とにより構成されている。

前記アーム２２は、駆動装置２３の駆動によって６自由度の動作が可能となる構造体であり、所定位置を基準点（原点）とした座標系（以下、「ロボット座標系」と称する。）に基づき、接触子１６を任意の位置姿勢に移動可能にする公知の機構が採用されている。当該機構については、本発明の本質ではないため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、アーム２２としては、後述する動作が可能な構造であれば何でも良い。

前記制御装置１８は、顔面Ｆの対象範囲となる頬領域Ａ（図２参照）内に複数設定された測定点Ｐそれぞれに対し、接触子１６が所定の押圧力で一定時間接触するように駆動装置２３を制御し、アーム２２を動作させるようになっている。ここでの頬領域Ａは、図２に示されるように、耳孔を基準点（原点）Ｂとした顔面Ｆ上の座標系（同図中Ｘ−Ｚ座標系、以下、「顔面座標系」と称する）で予め指定された一定範囲となっている。また、測定点Ｐは、頬領域Ａを構成する座標範囲内に複数設定されており、隣り合う測定点Ｐに接触子１６が同時に接触しないように、接触子１６の先端幅よりも広いピッチに設定されている。ここで、各測定点Ｐの顔面座標系における座標は、制御装置１８に予め記憶されている。なお、測定点Ｐの数は、判定する所望部位（組織、器官、腫瘍等）の大きさや形状等に応じて存否を判別できる程度に設定され、少なくとも一つ以上あれば良い。

前記センサ２０は、接触子１６が顔面Ｆに押し込む方向（図２中Ｙ軸方向）における接触子１６への反力を測定可能なものであれば何でも良く、本実施形態では、直交３軸の並進方向及び当該各軸回りの回転方向である６軸方向の反力を測定可能な６軸力センサが採用されている。このセンサ２０は、各測定点Ｐそれぞれにおいて、次のように反力の測定が行われるようになっている。すなわち、各測定点Ｐに接触子１６が接触して一旦停止した状態で、使用者Ｈが頬領域Ａに力を入れることにより、当該力を入れる前の第１の反力と力を入れた後の第２の反力とがセンサ２０で測定される。

前記信号呈示装置１２は、図示しないスピーカから出力される音声、発光体による発光、及び／又は、モニター上に表示される文字情報等、使用者Ｈが知覚可能な信号を発生させることができる限りにおいて、種々の装置を採用することができる。この信号呈示装置１２は、各測定点Ｐそれぞれについて、接触子１６が接触して一旦停止した状態で、前記第１の反力を取得すると、前記信号を発生させるようになっており、この信号を使用者Ｈが知覚することで、当該使用者Ｈは、第２の反力の測定のために頬領域Ａに力を入れるタイミングを把握することができる。

前記特定装置１４は、プロセッサ、メモリ、ハードディスク等からなるコンピュータにより構成されており、当該コンピュータを以下の各手段として機能させるプログラムがインストールされている。この特定装置１４は、センサ２０により各測定点Ｐそれぞれで測定された前記第１及び第２の反力の値、その他情報が記憶される記憶手段２５と、第１及び第２の反力の差となる変化量を求め、当該変化量に基づいて各測定点Ｐそれぞれについて当該測定点Ｐ下の咬筋の存否を判定し、頬領域Ａ内での咬筋の存在範囲（咬筋領域Ｍ）を特定する判定手段２６とを備えている。

前記判定手段２６では、次の処理が行われる。先ず、各測定点Ｐにおける第１及び第２の反力の差となる変化量をそれぞれ求め、これら変化量の最大値を抽出し、当該最大値から０までの範囲を複数の数値範囲に区分する。その後で、各測定点Ｐの変化量がどの数値範囲に属するかをそれぞれ決定し、記憶手段２５に記憶された閾値以上の数値範囲内に変化量が属する測定点Ｐはその下に咬筋が存在すると判定し、そうでない測定点Ｐはその下に咬筋が存在しないと判定する。そして、咬筋が存在すると判定された各測定点Ｐを含み、咬筋が存在しないと判定された各測定点Ｐを含まない最小の領域を最小二乗法による楕円近似によって形成し、当該領域を咬筋領域Ｍとして決定する。このように決定された咬筋領域Ｍは、その領域を構成する座標情報が記憶手段２５に記憶される。この座標情報は、例えば、咬筋の自動マッサージ機能を有するロボットやマッサージ機器が行うマッサージ軌跡を決定する際に用いられる。また、咬筋領域Ｍを構成する座標情報を使用者Ｈに呈示することで、咬筋が下方に存在する顔面Ｆの位置を使用者Ｈ自身により把握することができる。

次に、前記体部位自動判別システム１０による咬筋領域Ｍの特定手順について図３のフローチャートを用いながら説明する。

先ず、使用者Ｈ又は当該システムの操作者等により、手動でアーム２２を動作させ、顔面座標系の基準点となる使用者Ｈの耳孔の位置に接触子１６の先端を当ててアーム２２を一旦停止させる。ここで、制御装置１８では、ロボット座標系におけるこのときの接触子１６の座標を顔面座標系の基準点Ｂに対応させる初期化が行われる（ステップＳ１０１）。なお、ここでの初期化作業は、例えば、使用者Ｈが、発光素子を有する耳栓を耳孔に装着し、接触子１６を複数地点で静止させ、それぞれの位置で、前記発光素子によるロボット１０の受光量から接触子１６と耳孔との距離を求めることで行っても良い。

前記初期化後に、使用者Ｈ等により図示しないスイッチ投入等を行うと、制御装置１８により、予め記憶された各測定点Ｐの位置に接触子１６の先端が順に接触するようにアーム２２の動作が制御される。そして、接触子１６が接触している測定点Ｐを当該接触子１６で押圧し、このときの接触子１６への反力がセンサ２０によって測定される。具体的には、アーム２２の動作により、先ず、予め設定された最初の目標である最初の測定点Ｐの上方に接触子１６が移動し（ステップＳ１０２）、そこから、当該接触子１６が、顔面Ｆに向かって前記Ｙ軸方向に降下して最初の測定点Ｐを押圧する（ステップＳ１０３）。このとき、センサ２０によって第１の反力が測定され（ステップＳ１０４）、当該反力の大きさが所定値（例えば、５Ｎ）以上か否かが制御装置１８で判定され（ステップＳ１０５）、当該所定値未満であれば、接触子１６による押圧動作を継続する一方、前記所定値以上であれば、接触子１６による押圧動作を停止し、接触子１６が一旦停止する（ステップＳ１０６）。このように、最初の測定点Ｐで接触子１６が押圧したまま停止すると、このときにセンサ２０で測定された第１の反力が特定装置１４の記憶手段２５に記憶される（ステップＳ１０７）。そして、当該記憶手段２５に第１の反力が記憶されると、特定装置１４からの指令によって信号呈示装置１２が作動し、使用者Ｈに音声信号等が呈示される（ステップＳ１０８）。当該信号が呈示されてから一定時間、使用者Ｈに頬領域Ａに力を入れてもらい、このときの第２の反力がセンサ２０で測定されて記憶手段２５に記憶される（ステップＳ１０９）。当該記憶が終了すると、制御装置１８によるアーム２２の制御により、予め設定された順番で次の目標となる測定点Ｐの上方に接触子１６が移動し、前述と同様の手順により、第１及び第２の反力が、各測定点Ｐに対応して記憶手段２５に記憶される。

そして、最後の測定点Ｐで第１及び第２の反力が測定及び記憶されたと記憶手段２５で判断されると（ステップＳ１１０）、特定装置１４の判定手段２６により、測定点Ｐ毎に、所望部位すなわち咬筋が存在する部位か否かが判定される（ステップＳ１１１）。ここでは、先ず、第１及び第２の反力の差である反力の変化量が、各測定点Ｐそれぞれについて求められる。そして、各変化量の最大値が抽出され、当該最大値の大きさを０からｎ等分（ｎは予め記憶された整数）した範囲に区分され、当該区分された変化量の範囲を小さい順に下から、区分１〜区分ｎとする。そして、残りの測定点Ｐにおける変化量が、区分１〜区分ｎのどこに属するか分類される。そして、予め設定、記憶された区分の閾値を境界として、各測定点Ｐにつき、咬筋の位置判定がなされる。例えば、閾値を上から２区分とすると、区分ｎ及び区分ｎ−１に変化量が属する測定点Ｐは、その表皮下に咬筋が存在すると判定され、そうでない残りの測定点Ｐは、その表皮下に咬筋が存在しないと判定される。そして、咬筋が存在すると判定された測定点Ｐのみが含まれる領域が咬筋の存在する咬筋領域Ｍとして特定される（ステップＳ１１２）。

従って、このような実施形態によれば、外から見つけにくい咬筋の存在範囲を自動で特定できるという効果を得る。

なお、前記実施形態では、判定手段２６で、各測定点Ｐの中で最大の変化量から０までの範囲を複数の数値範囲に区分した後で、各測定点Ｐの変化量がどの数値範囲に属するかをそれぞれ分類しているが、当該分類を行わずに、各測定点Ｐの変化量それぞれについて、予め記憶された変化量の閾値以上か否かによって、咬筋の存否を判定することも可能である。但し、前記実施形態の態様によれば、各使用者Ｈで一旦測定された反力の変化量の最大値を基準にして、咬筋の存否を判定することから、各使用者Ｈで前記変化量に個人差があっても、より正確に咬筋の存在範囲を特定することができる。

また、前記センシング装置としては、顔面の反力を測定可能にする前述のロボット１１に限らず、当該反力が測定できる限り、種々の装置を採用することができる。また、センシング装置として、顔面の膨らみ方向（前記Ｙ軸方向）の位置を検出可能な構造の装置を採用することもできる。例えば、各測定点Ｐにレーザ光を照射し、当該照射光の受光量から測定点Ｐの膨らみ方向の位置を測定可能な装置構成のものを採用し、特定装置１４で咬筋の存在を特定することも可能である。この場合は、信号呈示装置１２からの信号によって使用者Ｈが頬領域Ａに力を入れる前後それぞれの時点で、顔面の膨らみ方向の位置がセンシング装置で測定され、当該位置の差となる頬領域Ａの膨らみ量を前記変化量として、特定装置１４により、前述と同様に測定点Ｐ毎に咬筋の存否が判定され、咬筋領域Ｍが特定されることになる。

更に、本発明は、前述した咬筋の範囲を特定するシステムに限らず、その他の顔部若しくは胴部又は脚部等の体部位における体表下の位置や状態を自動判別するシステムとして適用可能である。例えば、使用者Ｈが力を入れることで変位する筋組織、器官、腫瘍等の部位の存否や大きさを体表上で特定するシステムとして本発明を適用することができる。

また、前記特定装置１４に自動触診機能を付加させることもできる。例えば、対象範囲内で位置が特定された筋肉について、前記硬さや位置に基づき筋肉の硬直度合いや左右の筋肉の偏り等の筋肉機能診断を行える診断手段を特定装置１４に更に設けてもよい。ここで、当該診断手段では、筋肉の他に骨格の状態についての推定も可能である。例えば、本システム１０を顎関節症の診断用として適用する場合、信号呈示装置１２から呈示される信号に同期して、使用者Ｈ（患者）に開閉口動作を繰り返してもらい、前記診断手段により、その際の顎関節（所望部位）の位置の変化を求め、当該変化に基づき所定の閾値を使って関節の癒着状況を自動的に診断することも可能である。

更に、前述とは逆に、使用者Ｈが対象範囲を動作させた状態で体表の硬さや位置を先ず測定し、信号呈示装置１２による信号の呈示後に、使用者Ｈが対象範囲を動作させない状態で体表の硬さや位置を測定するようにしても良い。

更に、信号呈示装置１２を設けずに、使用者Ｈが対象範囲を動作させる場合とそうでない場合との間に、使用者Ｈ等がスイッチ操作等によりセンシング装置に信号を送ることで、第１及び第２の反力等の２種類の検出値を区別できるようにしても良い。

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

本実施形態に係る体部位自動判別システムの概略構成図。 測定点を説明するための使用者の頭部の概略側面図。 接触子の動作から咬筋の特定までのシステム上での手順を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１０ 体部位自動判別システム
１１ ロボット（センシング装置）
１２ 信号呈示装置
１４ 特定装置
１６ 接触子
１７ 移動手段
１８ 制御装置（制御手段）
２０ センサ
Ａ 頬領域（対象範囲）
Ｆ 顔面（体表）
Ｈ 使用者
Ｍ 咬筋領域（存在範囲）
Ｐ 測定点

Claims (5)

1. 使用者の体表下の所望部位を判別する体部位自動判別システムにおいて、
   前記体表の対象範囲内に設定された測定点について、前記使用者が前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との前記体表の硬さ若しくは位置を検出するセンシング装置と、当該センシング装置での検出に基づき、前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との前記体表の硬さ若しくは位置の変化量から、前記対象範囲内の所望部位の位置若しくは状態を特定する特定装置とを備えたことを特徴とする体部位自動判別システム。
2. 前記使用者が知覚可能な信号を当該使用者に呈示する信号呈示装置を更に備え、この信号呈示装置は、前記使用者が前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との切り換えのタイミングで前記信号を前記使用者に呈示することを特徴とする請求項１記載の体部位自動判別システム。
3. 前記センシング装置は、前記体表に接触する接触子と、当該接触子を移動させる移動手段と、当該移動手段の動作を制御する制御手段と、前記接触子の接触による前記体表からの反力を測定可能なセンサとを備え、
   前記制御手段は、前記接触子を所定の押圧力で前記測定点に一定時間接触させるように前記移動手段の動作を制御し、
   前記特定装置は、前記対象範囲を動作させた場合とそうでない場合との前記反力の変化量に基づき、前記測定点下での前記所望部位の存否を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の体部位自動判別システム。
4. 前記測定点は、前記対象範囲内に複数設定され、
   前記特定装置では、前記各測定点の前記変化量の最大値を抽出した後で、当該最大値から０までの範囲を複数の数値範囲に区分し、前記各測定点の前記変化量がどの数値範囲に属するかによって、各測定点下での前記所望部位の存否を判定することを特徴とする請求項１、２又は３記載の体部位自動判別システム。
5. 前記特定装置は、各測定点下での前記所望部位の存否から当該所望部位の存在範囲を特定することを特徴とする請求項４記載の体部位自動判別システム。

Images