JP2016506769A - 対象の可動域を評価するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、対象の可動域を評価するシステム及び方法を提供する。本発明の一態様は、対象の可動域を評価するシステムを提案し、前記システムは、前記対象の身体部分の少なくとも２つの関節にそれぞれ取り付けられるマーカと、前記身体部分が前記少なくとも２つのマーカを取り付けられた状態で、前記対象がエクササイズを行っている場合に前記マーカの画像を取得する画像取得装置と、前記画像取得装置と通信する評価装置とを有し、前記評価装置は、前記対象により行われる前記エクササイズが前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかを決定する決定ユニットと、前記エクササイズが有効である場合に前記有効なエクササイズに関する前記画像によって前記対象の前記身体部分の可動域に関するパラメータを計算する計算ユニットとを含む。したがって、臨床医の作業負荷は、可動域を評価するプロセス中に大幅に返照されることができ、可動域の評価の精度も、同様に改善されることができる。

Description

本発明は、運動評価の分野に関し、特に、対象の可動域（Range of Motion）を評価するシステム及び方法に関する。

片側麻痺（片麻痺）は、脳卒中の最も一般的な症状の１つである。脳卒中後の患者は、リハビリテーションエクササイズにより四肢の機能的使用を回復しうる。臨床的スケール評価は、脳卒中後の患者に対する適切なリハビリテーションエクササイズ計画を決定するために脳卒中後の患者の健康状態に関する情報を得るように行われてもよい。

可動域は、臨床的スケール評価の最も重要なものである。これは、どれだけの移動が脳卒中後の患者の身体部分に存在するかの記述であり、移動の他の全範囲の開始位置から終了位置までの度数を測定することにより評価されてもよい。可動域を測定する可能な方法は、ゴニオメータを用いるものである。したがって、臨床医は、可動域を評価するプロセス中は非常に忙しく、患者の姿勢を言葉で修正し続ける必要があり、同時に、どのように評価を行うかを患者に案内し、患者が目標に到達することができない場合に患者を停止させ、角度を測定するのにゴニオメータを使用し続ける必要がある。

本発明の目的は、対象の可動域を評価する改善されたシステム及び方法を提供することである。

本発明の一態様によると、これは、対象の可動域を評価するシステムを提供し、前記システムは、
前記対象の身体部分の少なくとも２つの関節にそれぞれ取り付けられるように構成されるマーカと、
前記少なくとも２つのマーカが前記身体部分に取り付けられた状態で、前記対象がエクササイズを行っている場合に、前記マーカの画像を取得する画像取得装置と、
前記画像取得装置と通信するように構成される評価装置であって、前記評価装置が、前記対象により行われた前記エクササイズが前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかを決定するように構成される決定ユニット、及び前記エクササイズが有効である場合に、前記有効なエクササイズに関する前記画像によって前記対象の前記身体部分の可動域に関するパラメータを計算するように構成される計算ユニットを含む、評価装置と、
を有する。

上記のシステムは、対象の可動域を自動的に評価することができるので、臨床医の作業負荷は、可動域を評価するプロセス中に大幅に減少されることができる。更に、可動域に対する前記エクササイズの有効性が、このプロセス中に決定されるので、可動域の評価の精度も、同様に改善されることができる。

本発明の一実施例によると、対象の可動域を評価する前記システムは、信号を受信するユーザインタフェースを更に有し、前記信号によって前記評価装置は、前記エクササイズが有効であるかどうかを決定する。

本発明の他の実施例によると、前記計算ユニットは、前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記マーカの座標及び／又は前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標によって前記パラメータを計算するように構成される。

本発明の他の実施例によると、前記決定ユニットは、
前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標に基づいて前記関節の１つの標準的な移動トラックをセットする第１のサブユニットと、
前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記関節の１つに取り付けられた前記マーカの座標と、前記標準的な移動トラックにおける対応する座標との間の距離オフセットによって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定する第２のサブユニットと、
を有する。

本発明の他の実施例によると、前記決定ユニットは、前記身体部分が最大移動位置の状態を保っている時間によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するサブユニットを有する。

本発明の他の実施例によると、前記決定ユニットは、前記エクササイズを行う速度によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するサブユニットを有する。

本発明の他の態様によると、これは、対象の可動域を評価する方法を提供し、マーカが、前記対象の身体部分の少なくとも２つの関節にそれぞれ取り付けられ、前記方法が、
ａ）前記身体部分が前記少なくとも２つのマーカを取り付けられた状態で、前記対象がエクササイズを行っている場合に画像取得装置により前記マーカの画像を取得するステップと、
ｂ）前記対象により行われた前記エクササイズが前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかを決定するステップと、
ｃ）前記エクササイズが有効である場合に前記有効なエクササイズに関する前記画像によって前記対象の前記身体部分の可動域に関するパラメータを計算するステップと、
を有する。

本発明の他の目的及び利点は、添付の図面と組み合わせてなされた記載を参照してより明らかになり、容易に理解されるだろう。

本発明は、実施例と組み合わせて、図面を参照して、より詳細に以下に記載及び説明されるだろう。

本発明の一実施例による対象の可動域を評価するシステムの概略図である。 肩外転エクササイズに対する最大移動角度の計算を示すグラフである。 肩屈曲エクササイズに対する最大移動角度の計算を示すグラフである。 肩内旋エクササイズに対する最大移動角度の計算を示すグラフである。 肩外旋エクササイズに対する最大移動角度の計算を示すグラフである。 肘屈曲エクササイズに対する最大移動角度の計算を示すグラフである。 本発明の一実施例による対象の可動域を評価する方法のフローチャートである。

図面における同じ参照符号は、同様の又は対応するフィーチャ及び／又は機能を示す。

本発明の実施例は、図面を参照して、より詳細に、以下に記載される。

図１は、本発明の一実施例による対象の可動域を評価するシステムの概略図であり、図示された実施例において、前記システムは、前記対象の肩、肘及び手首にそれぞれ取り付けられた３つのマーカ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと、前記対象の前に配置された画像取得装置１２０とを含む。他の実施例において、前記システムは、前記対象の身体部分のそれぞれの関節に取り付けられた２、４、又はそれ以上のマーカを含んでもよい。画像取得装置１２０は、前記マーカが前記身体部分に取り付けられた状態で、前記対象がエクササイズを行っている場合に前記マーカの画像を取得するためのものである。

更に、前記システムは、画像取得装置１２０と通信するように構成される評価装置（図示されない）をも含む。前記評価装置は、前記対象により行われた前記エクササイズが、前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかを決定するように構成される決定ユニットと、前記エクササイズが有効である場合に、前記有効なエクササイズに関する前記画像によって前記対象の前記身体部分の可動域に関するパラメータを計算するように構成される計算ユニットとを含む。例えば、前記計算ユニットは、前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記マーカの座標及び／又は前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標によってこれらのパラメータを計算するように構成されてもよい。

１つの例示的な例において、前記対象により行われた前記エクササイズは、下で表１にリストされるように肩外転エクササイズ、肩屈曲エクササイズ、肩内旋／外旋エクササイズ、及び肘屈曲エクササイズを含んでもよい。したがって、可動域に関する前記パラメータの計算は、これらのエクササイズに対する最大移動角度の計算であってもよい。

図２ａ−２ｅは、肩外転エクササイズ、肩屈曲エクササイズ、肩内旋／外旋エクササイズ、及び肘屈曲エクササイズに対する最大移動角度の計算を示すグラフである。図２ａ−２ｅにおいて、ｘ軸は、前記対象の導体の横軸に平行な方向を示し、ｙ軸は、前記対象の導体の長手軸に平行な方向を示し、ｚ軸は、前記対象の導体が配置される面に垂直な方向を示す。

図２ａに示されるように、肩外転エクササイズに対する最大移動角度Ａ_saは、腕が最大移動位置にある場合に得られるｘ軸及びｙ軸上のマーカ１１０ａ、１１０ｃの座標Ｒ１、Ｒ３によって直接的に計算されうる。より具体的には、肩外転エクササイズに対する最大移動角度Ａ_saは、
Ａ_sa＝arccot((ｙ３−ｙ１)／(ｘ３−ｘ１))
により決定される。

他方で、画像取得装置１２０により取得される前記画像は、二次元画像であるので、ｚ軸上のマーカ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの座標は、決定されることができない。したがって、肩屈曲エクササイズに対する最大移動角度Ａ_sfは、図２ｂに示されるように、腕が最大移動位置にある場合に得られるｙ軸上のマーカ１１０ａ、１１０ｃの座標ｙ１、ｙ３及び腕の長さＬ₁によって計算されうる。更に、腕の長さＬ₁は、腕が最初の位置にある場合に得られるｘ軸及びｙ軸上のマーカ１１０ａ、１１０ｃの座標によって計算されうる。したがって、肩屈曲エクササイズに対する最大移動角度Ａ_sfは、
Ａ_sf＝arccot((ｙ３−ｙ１)／(√((ｘ３_i−ｘ１_i)²＋(ｙ３_i−ｙ１_i)²))
により決定される。

ここでｘ１_i及びｘ３_iは、腕が最初の位置にある場合に得られるｘ軸上のマーカ１１０ａ、１１０ｃの座標であり、ｙ１_i及びｙ３_iは、腕が最初の位置にある場合に得られるｙ軸上のマーカ１１０ａ、１１０ｃの座標である。

同様に、肩内旋に対する最大移動角度Ａ_sir、肩外旋エクササイズに対する最大移動角度Ａ_ser、及び肘屈曲エクササイズに対する最大移動角度Ａ_efは、腕が最大移動位置にある場合に得られるｘ軸及びｙ軸上のマーカ１１０ｂ、１１０ｃの座標Ｒ２、Ｒ３及び前腕の長さＬ₂によって計算されうる。より具体的には、これらのエクササイズに対する最大移動角度は、
Ａ_sir＝arcsin((ｘ３−ｘ２)／(√((ｘ３_i−ｘ２_i)²＋(ｙ３_i−ｙ２_i)²))
Ａ_ser＝arcsin((ｘ２−ｘ３)／(√((ｘ３_i−ｘ２_i)²＋(ｙ３_i−ｙ２_i)²))
Ａ_ef＝arccos((ｙ３−ｙ２)／(√((ｘ３_i−ｘ２_i)²＋(ｙ３_i−ｙ２_i)²))
により決定される。

ここで、ｘ２_i及びｙ２_iは、腕が最初の位置にある場合に得られるｘ軸及びｙ軸上のマーカ１１０ｂの座標である。

本発明の一実施例によると、前記決定ユニットは、第１のサブユニット及び第２のサブユニットを用いて前記対象により行われた前記エクササイズが前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかを決定しうる。特に、前記第１のサブユニットは、前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標に基づいて前記関節の１つの標準的な移動トラックをセットするのに使用され、前記第２のサブユニットは、前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記関節の１つに取り付けられた前記マーカの座標と前記標準的な移動トラックにおける対応する座標との間の距離オフセットによって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するのに使用される。例えば、前記肩外転エクササイズに対して、前記第１のサブユニットは、腕が最初の位置にある場合に得られるマーカ１１０ａ、１１０ｃの座標に基づいて手首の標準的な移動トラック（すなわち、半円弧）をセットすることができ、前記第２のサブユニットは、腕が最大移動位置にある場合に得られるマーカ１１０ｃの座標と前記標準的な移動トラックにおける対応する座標との間の前記距離オフセットが閾値Ｔ１（例えば８ｃｍ）より小さい場合に、このエクササイズが有効であると決定し、腕が最初の位置にある場合に得られるマーカ１１０ｃの座標に対する前記対応する座標の高さは、腕が最初の位置にある場合に得られるマーカ１１０ｃの座標に対する、腕が最大移動位置にある場合に得られるマーカ１１０ｃの座標の高さに等しい。

本発明の他の実施例によると、前記決定ユニットは、前記身体部分が最大移動位置にある状態を保っている時間によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するサブユニットを含んでもよい。例えば、前記肩外転エクササイズに対して、このサブユニットは、腕が最大移動位置にある状態を保っている時間が閾値Ｔ２（例えば３ｓ）を超過する場合に前記肩外転エクササイズが有効であると決定してもよい。

加えて、本発明の他の実施例において、前記決定ユニットは、前記エクササイズを行う速度によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するサブユニットを含んでもよい。例えば、前記肩外転エクササイズに対して、このサブユニットは、腕が最大移動位置にある瞬間に手首の速度が閾値Ｔ３（例えば、３２ｃｍ／ｓ）より小さい場合に前記肩外転エクササイズが有効であると決定してもよい。代わりに、このサブユニットは、前記対象がこのエクササイズを行う間は常に手首の速度が閾値Ｔ３より小さい場合に前記肩外転エクササイズが有効であると決定してもよい。

本発明によると、前記対象の可動域を評価する前記システムは、信号を受信するユーザインタフェースを含んでもよく、前記信号によって、前記評価装置は、前記エクササイズが有効であるかどうかを決定する。例えば、ユーザは、前記対象がエクササイズを行う間、前記対象の姿勢が異常ではないことを見つける場合、前記ユーザは、リモートコントローラ上の「セット」ボタンをクリックすることができる。この場合、前記ユーザインタフェースは、前記リモートコントローラから発せられた信号を受信し、前記評価装置は、前記受信された信号によって前記対象により行われた前記エクササイズが有効であると決定することができる。

図３は、本発明の一実施例による対象の可動域を評価する方法３０のフローチャートである。

図３からわかるように、マーカの画像は、ステップ３１０において前記対象が身体部分でエクササイズを行っている場合に画像取得装置１２０により取得される。前記マーカは、前記対象の前記身体部分の少なくとも２つの関節にそれぞれ取り付けられる。

次に、ステップ３２０において、前記対象により行われた前記エクササイズが前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかが決定される。最後に、前記対象の前記身体部分の可動域に関するパラメータが、ステップ３３０において前記エクササイズが有効である場合に前記有効なエクササイズに関する画像によって計算される。

本発明の一実施例によると、ステップ３２０における可動域に対する前記エクササイズの有効性の決定は、以下のように実行されてもよい。特に、前記関節の１つの標準的な移動トラックは、前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標に基づいてセットされる。更に、前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記関節の１つに取り付けられた前記マーカの座標と前記標準的な移動トラックにおける対応する座標との間の距離オフセットによって前記エクササイズが有効であるかどうかが決定される。

本発明の他の実施例によると、ステップ３２０における可動域に対する前記エクササイズの有効性の決定は、前記身体が最大移動位置にある状態を保っている時間によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定することにより、又は前記エクササイズを行う速度によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定することにより実行されうる。

更に、一実施例において、ステップ３２０は、前記エクササイズが有効であるかどうかを示す信号をユーザインタフェースから受信するステップを有してもよい。他の実施例において、ステップ３３０は、前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記マーカの座標及び／又は前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標によって前記対象の前記身体部分の可動域に関する前記パラメータを計算するステップを有してもよい。

上述の実施例が、本発明を限定するのではなく説明し、当業者が、添付の請求項の範囲から逸脱することなしに代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧間の参照符号は、請求項を限定するように解釈されるべきではない。単語「有する」は、請求項又は説明にリストされない要素又はステップの存在を除外しない。要素の先行する単語「ある」は、複数のこのような要素の存在を除外しない。第１の及び第２の等の単語の使用は、順序を示さない。これらの単語は、名称として解釈されるべきである。

Claims (12)

1. 対象の可動域を評価するシステムにおいて、
   前記対象の身体部分の少なくとも２つの関節にそれぞれ取り付けられるマーカと、
   前記少なくとも２つのマーカが前記身体部分に取り付けられた状態で、前記対象がエクササイズを行っている場合に、前記マーカの画像を取得する画像取得装置と、
   前記画像取得装置と通信する評価装置であって、前記評価装置は、前記対象により行われた前記エクササイズが前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかを決定する決定ユニット、及び前記エクササイズが有効である場合に前記有効なエクササイズに関する前記画像によって前記対象の前記身体部分の可動域に関するパラメータを計算する計算ユニットを含む、評価装置と、
   を有するシステム。
2. 前記システムが、信号を受信するユーザインタフェースを有し、前記信号によって、前記評価装置は、前記エクササイズが有効であるかどうかを決定する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記計算ユニットは、前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記マーカの座標及び／又は前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標によって前記パラメータを計算する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記決定ユニットは、
   前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標に基づいて前記関節の１つの標準的な移動トラックをセットする第１のサブユニットと、
   前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記関節の１つの取り付けられた前記マーカの座標と前記標準的な移動トラックにおける対応する座標との間の距離オフセットによって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定する第２のサブユニットと、
   を有する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記決定ユニットは、前記身体部分が最大移動位置にある状態を保っている時間によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するサブユニットを有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記決定ユニットは、前記エクササイズを行う速度によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するサブユニットを有する、請求項１に記載のシステム。
7. 対象の可動域を評価する方法において、マーカが、前記対象の身体部分の少なくとも２つの関節にそれぞれ取り付けられ、前記方法は、
   ａ）前記身体部分が前記少なくとも２つのマーカを取り付けられた状態で、前記対象がエクササイズを行っている場合に、画像取得装置により前記マーカの画像を取得するステップと、
   ｂ）前記対象により行われた前記エクササイズが前記対象の前記身体部分の可動域の評価に対して有効であるかどうかを決定するステップと、
   ｃ）前記エクササイズが有効である場合に前記有効なエクササイズに関する前記画像によって前記対象の前記身体部分の可動域に関するパラメータを計算するステップと、
   を有する、方法。
8. 前記決定するステップは、前記エクササイズが有効であるかどうかを示す信号をユーザインタフェースから受信するステップを有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記計算するステップは、前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記マーカの座標及び／又は前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標によって前記パラメータを計算するステップを有する、請求項７に記載の方法。
10. 前記決定するステップは、
    前記身体部分が最初の位置にある場合に得られる前記マーカの座標に基づいて前記関節の１つの標準的な移動トラックをセットするステップと、
    前記身体部分が最大移動位置にある場合に得られる前記関節の１つに取り付けられた前記マーカの座標と前記標準的な移動トラックにおける対応する座標との間の距離オフセットによって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するステップと、
    を有する、請求項７に記載の方法。
11. 前記決定するステップは、前記身体部分が最大移動位置にある状態を保っている時間によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するステップを有する、請求項７に記載の方法。
12. 前記決定するステップは、前記エクササイズを行う速度によって前記エクササイズが有効であるかどうかを決定するステップを有する、請求項７に記載の方法。

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