JP2011509710A - インテリジェントな矯正用中敷 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、足の圧力をマッピングする一体型の矯正用中敷を提供することを目的とする。
【解決手段】
インテリジェントな矯正用中敷は、靴表面に係合し、各人の足に合った矯正用表面を定めるような下位部を含むように構成する。下位部は、下位部と実質的に同一の外延を有するカバーが中間力感知マトリクスの上に重なるようにする。下位部、カバー、および力感知マトリクスは、取り外し可能な一体型の中底として形成する。処理装置は、起点感知マトリクスからの信号を受信し、足によってかけられる圧力の場所および大きさに対応する出力信号を発生するようにし、これらの信号は、遠隔の場所に送信可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して矯正用中敷に関し、より詳細には、各人の足の圧力マップを力学的に生成する中敷に関する。

何年にも渡って、運動行為および各人のエクササイズに必要なものが注目されてきた。運動選手は、決まった動作を変化させることで派生する影響を理解する必要がある。例えば、サイクリストにとっては、自転車をこぐリズム、強さおよび／または力、ならびに移動距離を示しているサイクリストの足底における圧力についての情報は重要である。走者にとっては、費やされる強さ／力の自覚、バランスおよび配置、走ることで反復的に圧迫されることに起因する中敷の摩耗、リズム、ならびに移動距離は、重要なパラメータである。ゴルファーは、スイング中にバランスを保っていることを知ることを希望する。

エクササイズをする人には、自らの努力の成果に関し、即時、手応えや蓄積された評価を希望する人もいる。そのような人は、特に、移動距離、費やされたエネルギー、体重減少、およびその他の事項についての情報を手に入れたいと思うことがある。

糖尿病またはその他の退化性の神経疾患を患い、危機的状況にある人は、「ホットスポット」という連続的な圧力についての情報を利用して、褥瘡または床擦れの危険を低減することができる。その他、平衡障害を患う人も又、自らの動作を助けるため、バランス情報を使用することができる。

さらに別の応用例としては、同じ組合せの動作情報（力、バランス、リズム等）が、物理的な動きを仮想的な動きに変換することのできる娯楽装置、例えばビデオゲーム機で、仮想的なアバターを制御することができる。

足によりもたらされる圧力を測定するため、多くの提案がなされてきた。そのうちの幾つかの提案は、以下の特許に含まれる。
米国特許第５，０３３，２９１号（１９９１） Ｐｏｄｏｌｌｏｆら
米国特許第５，４４９，００２号（１９９５） Ｇｏｌｄｍａｎ
米国特許第５，６７８，４４８号（１９９７） Ｆｕｌｌｅｎら
米国特許第５，８７５，５７１号（１９９９） Ｈｕａｎｇ
米国特許第６，５０５，５２２号（２００３） Ｗｉｌｓｓｅｎｓ
米国特許第６，８０７，８６９号（２００４） Ｆａｒｒｉｎｇｄｏｎら
米国特許第７，１９１，６４４号（２００７） Ｈａｓｅｌｈｕｒｓｔら

Ｐｏｄｏｌｌｏｆらの特許は、感圧式抵抗センサによって足の圧力分布を測定するための可撓性触覚センサを開示している。

Ｇｏｌｄｍａｎ特許は、靴と一体型で、弾性ポリウレタン誘電体を含む容量型バイオフィードバックセンサを開示している。バイオフィードバックを行うために、このセンサは患者の靴、ブーツ、足首の支持具、クラッチハンドル、車椅子等の内側に設置することができる。

Ｆｕｌｌｅｎらの特許は、足にもたらされる力を連続して測定するためのシステムを開示している。このシステムは、各人の靴の内部で、足と靴の中底との間に、力センサアレイを位置決めさせた内蔵式システムである。このシステムは硬質の基板を開示しているが、この基板は、構造が各人の足に適合するように、複数部分が除去できるようになっている。

Ｈｕａｎｇ特許では、中敷パッドが、流体バッグおよび流体圧力モニタの形態である歩数カウント装置を有する。

Ｗｉｌｓｓｅｎｓ特許は、３次元の物体により発生する圧力分布を測定し、もたらされた合力を得るための装置および方法を開示している。

Ｆａｒｒｉｎｇｄｏｎらの特許では、足と靴底領域の底部との間に、靴拠点の力センサを介挿している。このセンサは、抵抗センサであり、絶縁材料の弾性の圧縮性エラストマー中間層からなる中間層を有し、この中間層は埋込み式の導電性金属フィラメントを含む。

Ｈａｓｅｌｈｕｒｓｔらの特許は、歩行が困難な被検者の治療法を支援するのに使用される、中敷圧力センサおよび個人用信号表示器を開示している。靴の内部には取り外し可能な中敷が設置され、この中敷が肢の接地に応じて感知し、測定値が受信機に送信され分析される。

以上の特許は、足の底部における圧力または力を感知するために使用される多数の試みを代表するものである。しかしながら、それらは通常、矯正装置なしで圧力測定するために、別の構成要素を必要とする。センサを含む本体は、その他の機能を有さない。また、この先行技術では、幾つかのセンサが靴に組み込まれているため、靴を代えて用いることができない。

必要とされるのは、足の圧力を力学的にマッピングし、これらのマップを処理して受信機およびその他の分析装置へ無線送信するのに適したインテリジェントな矯正用中敷である。

米国特許第５，０３３，２９１号公報 米国特許第５，４４９，００２号公報 米国特許第５，６７８，４４８号公報 米国特許第５，８７５，５７１号公報 米国特許第６，５０５，５２２号公報 米国特許第６，８０７，８６９号公報 米国特許第７，１９１，６４４号公報

従って、本発明の目的は、足の圧力をマッピングする一体型の矯正用中敷を提供することである。

本発明の別の目的は、足の圧力をマッピングし、使用のための最終形態に圧力マップ加工がなされた矯正用中敷を提供することである。

本発明の一態様によれば、インテリジェントな矯正用中敷は、靴表面に係合し、各人の足に合った矯正用表面を定めるような下位部を含む。下位部は、下位部と実質的に同一の外延を有するカバーが中間力感知マトリクスの上に重なる。下位部、カバー、および力感知マトリクスは、取り外し可能な一体型の中底として形成される。処理装置は、起点感知マトリクスからの信号を受信し、足によってかけられる圧力の場所および大きさに対応する出力信号を発生する。これらの信号は、遠隔の場所に送信可能である。

本発明によれば、フットベッドの需要者が、フットベッド構成部品を用いて、容易にフットベッドを組み立てることができる。

添付の請求項は、本発明の主題について、明確に表すものである。以下の詳細な説明および添付の図面から、本発明の様々な目的、利点、および新規の特徴がより完全に明らかとなる。図面では、同じ参照符号は同じ部品を示している。

図１は、本発明により構成される矯正具の下面斜視分解図である。 図２は、下位部、カバー、および中間力感知マトリクスを示す、図１の矯正具の上面斜視分解図である。 図３は、本発明を包含するシステムの略図である。 図４は、特定個人の足で発生した圧力マップのイメージである。 図５は、他の個人の足で発生した圧力マップのイメージである。 図６は、さらに他の個人の足で発生した圧力マップのイメージである。

米国特許第７，３９２，５５９号公報は、本発明の範囲外である矯正用挿入物の構成が記載されている。図１および図２は、本発明に基づき構成された、底層にヒールポスト安定器１１と、ミッドフッド安定器１２とを備えたインテリジェントな矯正用中敷１０を示している。矯正具１３は、米国特許第７，３９２，５５９号公報に基づいて構成されており、安定器１１および１２の上に重なっている。中敷１０は、中足支持体１４および足先ポスト１５も含んでいる。そして、矯正用中敷１０全体の上に、上部カバー１６が重なる。既知のように、矯正用挿入物自体は多少の厚さを有し、機械加工を行うことができる。

図１および図２は、一体型のセンサパッド１７を備えた矯正用中敷１０を示している。このセンサパッドは、圧力の大きさおよび位置についての情報を提供して３次元圧力マップを生成する容量型の力感知マトリクスである。図１および図２のセンサパッド１７は、中敷１０と一体化するために、好ましくは、一連に並んだ容量センサが埋込まれた可撓性の触覚センサを形成する。また、他に幾つかの実施形態がある。そのうちの幾つかにおいては、独立型の第１および第２薄層が、通常は互いに直交する導体トレースを含み、誘電材料の両側に配される。この薄層は、ポリウレタン上、またはエチレン酢酸ビニール（ＥＶＡ）材料上、あるいは、ポリウレタン基板、ＥＶＡ基板、またはトリフルオロプロポルカーボネート（ＦＰＣＢ）基板に成型されたシリコーン上に、導電性インクトレースを含むことができる。

その他の形態として、力およびバランスをモニターするために、中敷の内部に意図的に別々のセンサ要素を配置して使用するものがある。薄い圧縮性誘電材料、例えばＥＶＡ、シリコーン、またはポリウレタンの層に、導電性布、メッシュもしくは塗装表面の第１層を挿入することや、または塗布することができる。誘電材料の両側にある第２層は、圧力または力を測定する電極を備えた回路を含んでいる。電極の第２層は、銅が絶えずエッチングされる、銅で被覆したＫａｐｔｏｎ等の可撓性の回路材料を用いるか、またはＭｙｌａｒフィルム上で導電性インク印刷方法を用いて、構成することができる。

ＥＶＡのように中敷に使用されるものと同一の材料を用いる１つの利点として、例えばセンサ自体の基準値を、ある時間および使用にわたるＥＶＡ圧縮永久ひずみのような、発泡材料として中敷が摩耗することの優れた指標とすることができる。圧縮することにより、電極間での変形量が増幅するため、材料に隙間を与える目的で、センサを誘電体層内で幾何学的な構造またはパターンにして設計することが必要になることがある。

測定された各人の解剖学的構造に基づき、中敷の構成要素が選択されるモジュール式の中敷設計では、モジュール式構成要素の内部にセンサ要素を設置することができる。センサ要素をプロセッサ２１に電気的に接続するには、スナップボタンまたは導電性のテープを用いて行うことができる。

センサアレイを使用すると、ある範囲の空間分解能をもつセンサパッドの構成が可能になる。２００あるいはそれ以上のセンサまでは可能であるが、センサパッド１７に埋込んだ３〜２０のセンサの分解能で十分である。

導体２０によりセンサパッド１７内の感知マトリクスがプロセッサ２１と接続し、センサ出力が監視され、これらのセンサ出力が、時刻印付データパケットに変換され、力学的圧力マップはこれらのデータパケットに基づいている。本発明によれば、プロセッサ２１は矯正具１３内に埋込むことができる。また、導体２０は、プロセッサ２１を、開口部の外側などの各人の靴に、或いは足首の周りのような、各人の体の部分に取り付けることも可能である。

本発明の好適な形態や図３に示すように、センサパッド１７およびプロセッサ２１を備えた中敷１０は、送信機２２およびアンテナ２３と共にシステム３０に含めることができ、このシステムはデータを無線送信し、このデータが受信機３５およびアンテナ３６を有する遠隔の受信機システム３４にて受信される。プロセッサ３７は、受信信号に応答してディスプレイ３８用に出力を産生する。このシステム３０は、各人がエクササイズ中であっても遠隔の場所でデータを力学的に蓄積できるという利点を有する。別法としては、プロセッサが十分な記憶容量を有し、後にオンデマンド式でダウンロードするためのデータを蓄積することができる。

バッテリ、または動作によって誘発される発電機のいずれかでも、プロセッサ２１および送信機２２に電力を提供する。例えば、電力供給は、プロセッサ２１と一体型の振動磁石発電機を含むことができる。

図３に示すシステムの構造は、システムの構成や、送信される情報の判定において適応性に優れる。例えば、送信機２２にブルートゥースの性能があれば、最新の携帯電話により、図３の遠隔の受信機システム３４を構成することができる。遠隔の受信システムは、電子メールを送信することも、あるいは、聴覚および／または触覚合図を提供できる可能性がある。

様々なメッセージを送信することも可能である。簡素化されたテキストメッセージまたは電子メールでも、日付、活動レベル、および体重動向を含むことが可能である。より専門的なメッセージまたは電子メールならば、前の日の出来事と比較した活動レベル、および過去数日または数週間にわたる体重動向の数量化を含むこともできる。

様々な聴覚または触覚合図が、用途に応じてリアルタイムのフィードバックを利用者に提供することもできる。ゴルファーは、自分のバランスが極端に前方であることを示すようなフィードバックを利用できる。糖尿病患者へのフィードバックとしては、片方の足の踵に、過度に長い時間や、あまりに大きな圧力が掛かっていることを示すことができる。平衡障害のある人は、一続きの階段を降りる際に、片方の足が固定して接触したことの表示から恩恵を受けることができる。

一般に、人は常に靴を履き、この期間中に活動の大部分を行うこと、且つ、インテリジェントな中敷が様々な靴内に設置できることから、この中敷の連続した使用は、先行技術に記載されるような、胸部トラップを備えたパルスモニタ、または靴特有の監視機器のような他の活動監視機器よりも使用においてはるかに容易である。

遠隔のホストコンピュータに実行データを無線送信するインテリジェントな中敷は、ビデオゲームコンソール、モバイルゲーム機器、または携帯電話器等の娯楽装置用の制御器として使用することもできる。例えば、既に列挙した、力のリズムまたはバランスを含む情報と同一のものを、使用者の動きをアバターの仮想的な動きに変換するのに使用することができる。

図１および２に示された中敷き１０のような、図３に示すようなシステムにおいて使用するインテリジェントな中敷は、例えば図４〜図６におけるイメージを生成することができる。これらのイメージは、動的活動中に撮影された画面コピーであり、センサが足の圧力の大きさおよび場所を識別していることは明白である。

したがって、このシステムは、携帯電話を含む様々な機器とのコミュニケーションを行うためや、電子メールメッセージを作成するために、無線ネットワークに勝る送信用フォーマットへとこれらの圧力マップを処理するように適合させている。

本発明は、特定の実施形態に関して開示している。開示された装置に対しては、本発明から逸脱することなく多くの変更が可能であることが明らかとなろう。例えば、中敷に一体化されているセンサパッド１７を、変更の一例とすることができる。このようなセンサに関する既知の問題が許容できるならば、容量センサではないセンサ、例えば抵抗センサを中敷に代用することもできる。従って、本発明の真の精神および範囲内となる全てのこのような多様化および変更を網羅することが、添付の請求項が意図するものである。

１０・・中敷き，１１・・ヒールポスト安定器，１２・・ミッドフッド安定器，１３・・矯正具，１４・・中足支持体，１５・・足先ポスト，１６・・上部カバー，１７・・センサパッド，２０・・導体，２１・・プロセッサ，２２・・送信機，２３・・アンテナ，３０・・システム，３４・・受信機システム，３５・・受信機，３６・・アンテナ，３７・・プロセッサ，３８・・ディスプレイ。

Claims (21)

1. 各人の靴に挿入し、各人の足が中敷にかける圧力を表す出力信号を送信するための中敷きであって、前記中敷が、
   Ａ）一体型の構造であり、
   ｉ）靴表面に係合し、各人用に矯正具を規定するための下位部、および
   ｉｉ）前記下位部と各人の足との中間に位置するように前記下位部に取り付けられ、該中敷における圧力の大きさおよび位置についての情報を含む一連の信号を発生させるセンサパッド手段
   を含む構造と、
   Ｂ）前記センサパッド手段からの信号に応答して、対応する出力信号を発生させるプロセッサと、
   Ｃ）前記プロセッサに取り付けられ、出力信号を遠隔地に送信するための手段と、
   から成るインテリジェントな矯正用中敷。
2. 請求項１に記載の矯正用中敷であって、前記センサパッド手段が、中敷に作用する力の３次元圧力マップを生成する容量型の力感知マトリクスから成るインテリジェントな矯正用中敷。
3. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、前記容量型の力感知マトリクスが、圧縮性の誘電材料を含むインテリジェントな矯正用中敷。
4. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、前記センサパッド手段が、可撓性の触覚センサとして形成されるインテリジェントな矯正用中敷。
5. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、前記センサパッド手段が、埋込み式の容量型圧力センサアレイから成るインテリジェントな矯正用中敷。
6. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、センサパッド手段が、埋込み式で分離している、複数の容量型圧力センサから成るインテリジェントな矯正用中敷。
7. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、前記力感知マトリクスが、２００以下の圧力感知場所から成るインテリジェントな矯正用中敷。
8. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、前記力感知マトリクスが、３から２０の圧力感知場所から成るインテリジェントな矯正用中敷。
9. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、前記プロセッサが、センサパッド手段からの信号を、時刻印付データパケットに変換するインテリジェントな矯正用中敷。
10. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、前記プロセッサが、前記一体型の構造として埋込まれているインテリジェントな矯正用中敷。
11. 請求項１０に記載の矯正用中敷であって、前記送信手段が、前記一体型の構造として埋込まれているインテリジェントな矯正用中敷。
12. 請求項２に記載の矯正用中敷であって、さらに前記下位部および前記センサパッド手段の上に重なる一体型のカバーを含むインテリジェントな矯正用中敷。
13. 足における圧力についての時間依存な情報を提供するための中敷きであって、該中敷が、
    Ａ）一体型の中敷構造であって、
    ｉ）靴表面に係合し、各人用に矯正具を規定するための下位部、
    ｉｉ）下位部と実質同一の広がりを有するカバー、及び
    ｉｉｉ）前記下位部と前記カバーとの中間にあり、該下位部およびカバーと一体型であり、該中敷における圧力の大きさおよび位置についての情報を含む一連の信号を発生させるセンサパッド手段
    を含む中敷構造と、
    Ｂ）前記センサパッド手段からの信号に応答して、対応する出力信号を発生させるプロセッサと、
    Ｃ）前記プロセッサに取付けられた、無線出力信号を送信するための手段と、
    Ｄ）無線出力信号を受信してその結果を表示するための、遠隔地にある受信手段と、
    から成るインテリジェントな矯正用中敷。
14. 請求項１３に記載の矯正用中敷であって、
    前記受信手段が、
    ｉ）アンテナと、
    ｉｉ）無線出力信号用の受信機と、
    ｉｉｉ）ディスプレイと、
    ｉｖ）受信機からの受信された無線出力信号を、矯正用中敷にかけられる圧力の表示に変換するためのプロセッサと、
    から成るインテリジェントな矯正用中敷。
15. 請求項１４に記載の矯正用中敷であって、前記センサパッド手段が、中敷に作用する力の３次元圧力マップを生成する容量型の力感知マトリクスから成るインテリジェントな矯正用中敷。
16. 請求項１４に記載の矯正用中敷であって、前記容量型の力感知マトリクスが、圧縮性の誘電材料を含むインテリジェントな矯正用中敷。
17. 請求項１４に記載の矯正用中敷であって、前記センサパッド手段が、可撓性の触覚センサとして形成されるインテリジェントな矯正用中敷。
18. 請求項１４に記載の矯正用中敷であって、前記センサパッド手段が、埋込み式の容量型圧力センサアレイから成るインテリジェントな矯正用中敷。
19. 請求項１４に記載の矯正用中敷であって、前記センサパッド手段が、埋込み式で分離した容量型圧力センサから成るインテリジェントな矯正用中敷。
20. 請求項１４に記載の矯正用中敷であって、前記プロセッサが、センサパッド手段からの信号を、時刻印付データパケットに変換するインテリジェントな矯正用中敷。
21. 各人の靴に挿入して、各人の足により中敷にかけられる圧力を表す出力信号を送信するための中敷組立体であって、前記中敷組立体が、一体型の構造として、矯正具と、前記矯正具と各人の足との中間にあり、該中敷組立体における圧力の大きさおよび位置についての情報を発生させるためのセンサパッドと、情報に応答して対応する出力信号を発生させ、遠隔地に送信するプロセッサとを含む、インテリジェントな矯正用中敷組立体。

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