JP2016512349A - 標認点非対称性を評価するための電動骨格模型のマルチステーションシステム - Google Patents

Abstract

対になった骨が、独立した並列に位置づけられたプラットフォーム上に解剖学的に関連するように個々に固定され、電動模型内に、冠状面および矢状面内の骨標認点の相対位置を識別し比較する臨床医の能力を教示し評価する目的で構成される。一方のプラットフォームは、正確な標認点非対称性を生成するためにモータによって、プラットフォームを冠状面内で水平軸を中心として動かす動力を供給され得る。プラットフォームが上向きに摺動、または前方に回転すると、そのプラットフォームに取り付けられている骨上の標認点は、他の側と比較して上向きに動かされ得る。中央コンピュータは、双方向無線通信リンクを介していくつかの模型のモータに、所定量だけ動くように指示することができる。模型は、動きが完了するとコンピュータに通信し返すことができ、高レベルの精度で、意図される位置非対称性を得ることが保証されるか、または、ユーザに、動きが模型の限界を超えることが通知される。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年３月１５日に提出された米国仮特許出願第６１／７８８，１５２号の利益を主張する。

本開示は、臨床医が骨格の骨標認点の相対位置を評価する技能における能力を教示および判定するための模型（装置）および方法に関する。

筋骨格系の特性を評価するためのいくつかの触診診断および処置方法が開発されている。１つの方法は、基準面、主に冠状面および矢状面内の骨性突起の相対位置を評価する。この方法はたとえば、骨リウマチ性関節炎、脊髄および他の中枢神経系（ＣＮＳ）の障害、ＣＮＳ変性疾患、腰痛、骨盤痛、姿勢および歩行の異常、ならびに産婦人科疾患を含む、下半身および下肢の筋骨格障害を評価するときに使用することができる。文献には、この形態の検査が少なくとも一世紀にわたって使用されてきたことが示されているが、このタイプの検査の性能の精度を客観的に評価するためのシステムが考えられるようになったのは、最近のことにすぎない。

骨盤は、これらの試験が、たとえば、整骨師、カイロプラクタ、理学療法士を含む、いくつかの徒手医学分野の臨床医によって日常的に使用されている身体領域の一例である。一般的に評価される骨盤標認点は、腸骨稜、上前腸骨棘（ＡＳＩＳ）、上後腸骨棘（ＰＳＩＳ）、恥骨結節および坐骨結節である。

歩行および走行中の筋収縮が、骨盤骨、したがってそれらの関連する標認点の相対位置の変化を引き起こすことが証明されている。一世紀超にわたって、骨盤骨の相対位置が非対称になりすぎると、骨盤の関節（仙腸関節および恥骨結合）が可動性を失い、そのためそれらの上に筋肉が引き寄せられると、関節面の圧迫、運動特性の異常、および痛みが生じることが多いことが、事例報告によって示されている。徒手治療介入は、これらの標認点の非対称性を軽減し、骨盤骨の運動特性を改善するように設計されており、これは、機能の改善および痛みの低減／解決と事例によって関連付けられている。その結果として、標認点の位置非対称性を評価するこの徒手検査方法は、診断および施術結果の両方の機能を有する。

標認点非対称性検査の有効性を評価することは、標認点非対称性を客観的に測定するための方法がないために困難であった。たとえば、生きた人間における（ｉｎ ｖｉｖｏ）骨盤標認点の位置非対称性の直接の判定は、現時点では存在していない。それゆえ、人間の骨盤の模型を使用して骨盤骨のような、非対称性を呈する骨の相対位置を正確に制御することを可能にするシステムが依然として必要とされている。そのシステムは、非対称性を客観的かつ正確に評価し、骨盤の位置非対称性検査を実施する学生および施術者にフィードバックを提供することが可能であるべきである。

一態様において、本開示は、脊椎動物の対応する対向する骨の間の骨格標認点非対称性を評価するための電動模型を提供する。電動模型は、静止プラットフォームに固定されている骨格標認点を含む骨と、可動プラットフォームに結合されている対応する対向する（corresponding opposing bone）骨とを備え、可動プラットフォームは、静止プラットフォームに対して可動プラットフォームを直線的に駆動するように適合されている摺動モータに接続されている。コントローラは摺動モータと通信しており、骨と対応する骨との間の選択された非対称性を提供するためにユーザから非対称データを受信し、骨と関連付けられる標認点を分析するために、選択された非対称性を提供するように摺動モータを駆動するようにプログラムされている。骨と対応する骨との間の非対称性は、訓練を目的として評価することができる。

一実施形態において、骨および対応する骨は、それぞれ右寛骨および左寛骨を含み、電動模型は、第１の股関節および第２の股関節上の左および右ＡＳＩＳ、左および右腸骨稜、ならびに左および右恥骨結節のセットが冠状面内に整列する前骨ゼロを提供するように較正されている。これらの骨は、対応するプラットフォームに結合することができ、ここで、寛骨の後ろ側がプラットフォームに対向している。模型は、右および左腸骨稜、右および左上後腸骨棘および右および左坐骨結節が冠状面内に整列する後骨ゼロを規定するように較正することができる。

別の態様において、脊椎動物の対応する骨の骨格標認点非対称性を評価するための電動模型のシステムが開示される。システムは、複数の電動骨模型を含む。電動骨模型の各々は、静止プラットフォームを備える。可動プラットフォームが、静止プラットフォームに隣接して、ならびに、可動プラットフォームを静止プラットフォームに対して直線運動させ、可動プラットフォームを静止プラットフォームに対して回転させるための摺動モータおよび回転モータに可動に結合されている。右骨および左骨の一方が静止プラットフォームに結合され、右骨および左骨の他方が可動プラットフォームに結合される。モータ制御装置が、可動プラットフォームを選択位置まで駆動するために摺動モータおよび回転モータと通信しており、模型通信デバイスが、摺動モータおよび回転モータを駆動させるためのコマンドを受信するためにモータ制御装置と通信している。中央コンピュータは、可動プラットフォームをユーザ選択非対称性まで駆動するためのユーザからのコマンドを受信するためのユーザ入力デバイスと、ユーザからのコマンドを受信するためにユーザ入力デバイスと、および、摺動モータおよび回転モータを駆動するためのモータ制御装置へのコマンドを提供するために模型通信デバイスと通信している中央通信デバイスとを含む。可動プラットフォームが動かされると、右骨と左骨との間に、ユーザによって選択される非対称性が生成される。中央通信デバイスと対応する模型通信デバイスとの間の通信リンクは、無線通信リンクとすることができる。

別の態様において、右および左骨は、それぞれ、右および左寛骨を含むことができ、模型は、右および左腸骨稜、右および左上後腸骨棘ならびに右および左坐骨結節が摺動方向に整列する後骨ゼロを規定するように較正することができる。代替的に、左および右骨は、左および右寛骨を含むことができ、電動模型は、左および右寛骨上の左および右ＡＳＩＳ、左および右腸骨稜、ならびに左および右恥骨結節のセットの対応する標認点が摺動方向に整列する前骨ゼロを提供するように較正することができる。

また別の態様において、非対称性の評価を教示するのに使用するための、脊椎動物の骨格標認点非対称性を模倣するための方法が開示される。方法は、対応する右および左骨の一方を静止プラットフォームに取り付けるステップと、静止プラットフォームに対して摺動方向および回転方向の少なくとも一方に駆動されるように適合されている可動プラットフォームに、対応する右および左骨の他方を取り付けるステップと、可動プラットフォームを定位置に動かすステップであって、右および左骨に対応する標認点が摺動方向に整列される、動かすステップとを含む。その後、可動プラットフォームは、非対称性を規定する選択位置に駆動することができ、非対称性は、訓練を目的として医療施術者によって評価することができる。右および左骨は、対応する骨盤骨とすることができる。右および左骨盤骨の各々の前側は、対応する静止プラットフォームおよび可動プラットフォームの反対に取り付けることができ、摺動方向に整列される前骨ゼロは左および右ＡＳＩＳ、左および右腸骨稜、ならびに左および右恥骨結節のセットであるため、標認点を規定することができる。代替的に、対応する静止プラットフォームおよび可動プラットフォームに対向する右および左骨盤骨の各々の後ろ側、ならびに、後骨ゼロを規定するために摺動方向に整列される標認点は、右および左腸骨稜、右および左上後腸骨棘ならびに右および左坐骨結節とすることができる。

また別の態様において、脊椎動物の対応する骨の骨格標認点非対称性を評価するための電動模型を較正するための方法が開示される。電動模型は、対応するプラットフォームに取り付けられる右および左の対応する骨構造を備え、プラットフォームの少なくとも一方は、所定の座標を通じて他方のプラットフォームに対して直線的にまたは回転するように可動である。方法は、標認点を識別する少なくとも１つの骨性突起をマーキングするステップと、複数の所定の座標においてマーカの画像を取得するステップと、取得された画像の各々にあるマーカの位置を三次元空間において計算するステップとを含む。その後、可動プラットフォームの位置が、複数の所定の位置を通じて静止プラットフォームに対して調整される。計算は、マーカの重心と標認点の位置との間の差を計上するように調整することができ、システムは、非対称性をモデルにおいて一貫して再現することがきる。一実施形態において、マーカは、赤外線マーカとすることができ、画像は赤外線カメラを使用して取得することができる。

本発明のこれらのおよび他の態様が、以下の説明から明らかとなろう。その説明において、本明細書の一部を形成し、本発明の好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照する。そのような実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、それゆえ、本発明の範囲を解釈するためには特許請求の範囲および本明細書が参照される。

本発明の任意の組み合わせに従って構築されている電動骨盤模型システムのブロック図である。 後骨盤標認点を評価することができるように、骨盤骨の前側がプラットフォームに結合されている、電動骨盤模型の上面図である。 前骨盤標認点を評価することができるように、骨盤骨の後ろ側がプラットフォームに結合されている、代替の電動骨盤模型の斜視図である。 回転上部プレートの回転軸を示す、並進可能プレートが取り外されている図２および図３のプラットフォームの上面図である。 回転軸を中心とした動きを調整する終端接点スイッチを示す、並進可能プレートが取り外されている回転可能上部プレートの画像を示す図である。 静止基部プレートおよび回転軸アクチュエータの下側ヒンジへの中央機械ボックスのブレーシングを示す、静止基部プレートの底面図である。 模型の上を柔軟な材料で被覆されている模型を示す、電動模型の下側または「足」から模型の「頭」を見ている側面図である。 電動骨盤骨模型上の１つの標認点に対する試験手順を示す画像対を示す図である。 中央コンピュータによって制御される複数模型を有する、電動骨盤骨模型のマルチステーションシステムの斜視図である。 衛星模型と無線通信し、それらの動きを制御するために、中央コンピュータのディスプレイ上に与えられる画面の図である。 一方の股関節の他方に対する並進可能運動を示す図である。 一方の股関節の他方に対する並進可能運動を示す図である。 一方の股関節の他方に対する回転運動を示す図である。 一方の股関節の他方に対する回転可能運動を示す図である。 右および左肩甲骨を利用した模型示す、図１のブロック図の代替的な実施形態を示す図である。 右および左肩甲骨を利用した模型を示す、図１のブロック図の代替的な実施形態を示す図である。 下肢骨および足骨、ここでは特に脛骨、腓骨および足骨を利用した模型を示す、図１のブロック図の代替的な実施形態を示す図である。 下肢骨および足骨、ここでは特に脛骨、腓骨および足骨を利用した模型を示す、図１のブロック図の代替的な実施形態を示す図である。

ここで図面、より詳細には図１を参照すると、標認点非対称性を評価するための電動骨模型１０のブロック図が示されている。ここに示す場合、「対になった骨」、ここでは左寛骨１２および右寛骨１４の模型は、それぞれ静止プラットフォーム１６（左）および可動プラットフォーム１８（右）に結合されている。回転モータ２２および摺動モータ２４が、可動プラットフォーム１８（右）に結合されており、それらの骨の間の非対称性をシミュレートするために、プラットフォーム１８を左プラットフォーム１６に対して直線的におよび回転するように駆動するための、モータコントローラ２０からのコマンドを受信する。モータコントローラ２０に対するコマンドを遠隔コンピュータ２６から提供することができ、遠隔コンピュータは、たとえば、学生に、下記により完全に説明するような骨盤の非対称性の評価を教示するインストラクターによって制御することができる。

なお図１を参照して、遠隔コンピュータ２６は、プロセッサ３０および対応するメモリ（図示せず）と、ディスプレイ３４と、ユーザインターフェース３６とを含む市販のコンピューティングシステムとすることができ、ユーザインターフェースは、キーボード、ディスプレイ３４の一部として組み込まれているタッチスクリーン、マウス、または、ユーザからの情報を受信するための様々な他のタイプのデバイスとすることができる。遠隔コンピュータ２６は、コントローラ２０内の対応する通信デバイス４０に対する有線または無線通信リンクを提供することができる通信デバイス３８を通じてモータコントローラ２０と通信する。通信はモータコントローラ２０内の制御ボード４２に向けられ、制御ボードは、当該技術分野において既知であるように、回転モータ２２および摺動モータ２４に選択的に電力を与えるためにトランジスタまたは他のスイッチングデバイスを駆動するプロセッサを含むことができる。モータ２２および２４は、たとえば、ステッパモータとすることができるが、サーボモータまたは精密な運動が可能な他のタイプのモータとすることもできる。

ここで図２を参照すると、電動模型１０の一実施形態の上面図が示されている。ここで図示されている実施形態は後部模型であり、寛骨１２および１４の後ろ側が露出しており、それによって、学生または他の臨床医によって、左股関節１４と比較しての右股関節１２上の標認点の相対位置を判定するために、３つの標認点、すなわち、腸骨稜５０、ＰＳＩＳ５２および坐骨結節５４の相対位置を触診することができる。ここで図３も参照すると、代替の前部実施形態が示されている。ここで、寛骨１２および１４の後ろ側は、それぞれ前部が図示されている左プラットフォーム１６および右プラットフォーム１８に結合されている。この構成は、試験者が、骨盤の前側にある標認点、すなわち、腸骨稜５０、ＡＳＩＳ６２（図３）および恥骨結節６４を評価することを可能にする。

なお図２および図３を参照すると、静止左プラットフォーム１６は、ネジ、ボルトまたは他のデバイス５５のような締結具によって定位置に固定することができる。ここで特に図３を参照すると、可動右プラットフォーム１８は、基部プレート６１に回転可能に取り付けられている回転可能上部プレート６０に可動に固定されている上側プレート５８を備える。支持ブレース６３が、人間の標認点の既知の量の非対称性を超えるように選択される、ここでは、平坦な中立位置から両方の方向に３．５度の動きを可能にするように選択される、所定の高さで回転可能上部プレート６０を静止基部プレート６１に固定する。回転可能上部プレート６０は、本明細書において説明する回転軸受６６を通じて静止基部プレート６１に結合される。左プラットフォーム１６は好ましくは静止しているが、右プラットフォーム１８について説明するものと同様の構造（図示せず）を含むこともできる。

なお図２および図３を参照すると、摺動モータ２４が、上側プレート５８を固定右プラットフォーム１８に対してスライドする（摺動する）ことを可能にしながら、上側プレート５８を基部プレート６０に固定するためのネジ締結具５９を受け入れるために、スロット５７が上側プレート５８を通じて設けられている。モータコントローラ２０は制御ボックス６９内に設けることができ、制御ボックスは、プラットフォーム１６に隣接して取り付けることができ、右プラットフォーム１８の精密な運動を制御するために必要なモータを含むことができる。

いくつかの異なるタイプの構成要素および材料が使用され得るが、プラットフォーム１８の上側プレート５８は好ましくはアルミニウムから構築され、寛骨１４は、金属アンカーポスト、および、ネジまたはボルトのようなネジ締結具を使用してプレートに結合されている。静止基部プレート６１は、検査中に模型を不動のままにする、テーブル上の特製レール（１３２、図１１）内に受け入れられるようなサイズおよび寸法にされている固体可塑化材料片を含むことができる。回転可能上部プレート６０は、同様に、可塑化材料から構築することができる。２つのプレート６０および６１は、単一の材料片から２つの適切なサイズのパネルに切り出すことができる。プラットフォーム１６の構造（図示せず）は、プレート６０の寸法と同様または同一とすることができる。寛骨１２および１４は、プラスチック、ガラス繊維、もしくは他の材料、または実際の骨から作成することができる。

なお図３を参照すると、回転可能上部プレート６０および基部プレート６１は各々、支持ブレース６３を受け入れるようなサイズおよび寸法にされている陥凹部を備えることができる。ネジまたはボルトのようなネジ締結具６７を使用して、支持ブレース６３を基部プレート６１に結合することができる。回転軸受６６は、支持ブレース６３を回転可能上部プレート６０に結合し、下記に説明するように、軸受６６を中心とした回転を可能にする。

ここで図４を参照すると、並進可能上部プレートが取り外されている回転可能上部プレート６０の底面図が、プラットフォーム１６に結合されているものとして示されている。上述したように、回転軸受６６が回転可能上部プレート６０を支持ブレース６３（図３）に結合し、一方、第２の回転軸受６８が、回転上部プレート６０をプラットフォーム１６に結合する。剛性を改善し、精密な運動を可能にするために、回転軸受６６および６８は、焼結ブロンズスリーブ軸受内に延伸する精密研削シャフトピンと嵌合することができる。スリーブは、上部プレートの材料における剛性を保証するために上部プレート内に圧入することができる。５／１６インチのスリーブの外径が、その大きい直径に起因する力をより良好に分散させることによって、さらなる剛性を付加する。シャフトとスリーブとの間の隙間は約±０．００１インチであり、これによって、遊びが最小限に抑えられ、実質的には検出不可能になる。この遊びは、運動を劣化させないよう十分に小さい。外側軸受シャフトは、外側支持部材にボルト締めすることができる。この構成は、容易な組み立ておよび分解を可能にしながら、シャフトと支持部材との間の強固な結合を可能にする。軸受スリーブが上部プレート内に圧入され得、ネジシャフトが挿入され得る。スリーブとシャフトとの間の隙間は±０．００１インチであり、検出可能な遊びもなく動くようにぴったりと合うようにする。回転モータ２２は、２つの旋回点から構成される連結部を含むことができる。

なお図４を参照すると、摺動モータ２４は、図示されているように、送りネジ７２、および、回転可能上部プレート６０内に埋め込まれているかまたは圧延されている、対応するエンドタブ７４とすることができる直線作動機構７０に結合されている。終端接点スイッチ７１、７８が、並進可能上部プレート５８（図３）に固定されており、所定の対称（「ゼロ」）点から±１２ｍｍの運動を可能にするように設計されている。±１３ｍｍにおいて、送りネジ７２の端部にあるエンドタブ７４が終端接点スイッチ７１、７８に接することになり、これによって、コントローラ４２上のプロセッサ（図１）に信号が提供され、運動の終端が示される。運動終端信号は、運動の終端範囲を超えたことをユーザに通知するために、中央コンピュータ２６内の通信デバイス３８にメッセージを送信するように、コントローラ４２および通信デバイス４０をトリガする。終端接点スイッチ７１、７８の作動はさらに、モータコントローラ２０内のモータコントローラ４２（図１）によって、所定の対称（「ゼロ」）点への自動帰還手順のためのパラメータとして使用することができる。いくつかの可能な構成が存在するが、回転可能上部プレート６０の上面の陥凹部の深さは、送りネジ７２、エンドタブ７４ならびに終端接点スイッチ７１および７８を収容するように選択することができ、好ましくは、余分な材料を除去することに起因して上部プレート６０が脆弱になることを制限するように十分に浅い。終端スイッチ７１および７８は、軸の物理的限界に達する直前にモータを停止することができる。摺動モータ２４は、軸遊びをなくし、負荷のかかった作動時に回転電機子が拘束されることを防止するための推力軸受をも含むことができる。

回転上部プレート６０に対する静止基部プレート６１の幾何形状のために、送りネジ（図示せず）を用いて回転軸を駆動するステッパモータ２４のリニアアクチュエータ要素（図示せず）は、上部および下部接続において柔軟な連結部を用いて取り付けることができる。上部連結部は２つのボールジョイントから構成することができ、ボールジョイントは、上側軸受として機能し、送りネジ７２の左右にボールジョイントを位置づけることによって垂直プロファイルを最小限のままにするコンパクトな設計を可能にする。下部において、ヒンジジョイントが、リニアアクチュエータの角運動を可能にするがねじれは防止する下側軸受としての役割を果たす。両方の軸受は、リニアアクチュエータ７０、基部プレート６１および上部プレート６０の間の密接ではあるが柔軟な連結のために、検出可能な遊びのない精密デバイスである。

上側ジョイントは、回転可能上部プレート６０に堅固に取り付けられているアングル部材への簡便で堅固な取り付けを可能にするロッドエンドの形態のボールジョイントを含むことができる。精密研削ネジシャフトを使用して、クロスメンバの形態の垂直送りネジへの堅固な取り付けを容易にすることができる。精密研削ネジシャフトは、垂直送りネジを収容するために、中央部を穿孔することができる。ボールジョイントのボールをネジシャフトにボルト締めする同じネジを使用して、垂直送りネジをそれらの間に堅固に締め付けることができる。

下側軸受は、スリーブ軸受を用いて修正された従来のストラップヒンジを含むことができる。遊びを最小限に抑えて精密なジョイントをもたらすために、スリーブおよびシャフトの軸受を使用することができる。軸受は、２つのスリーブおよび１つの共通のシャフトから構成することができる。ストラップヒンジの半分の２つのループは、軸受スリーブの外径よりもわずかに小さい直径を有する。スリーブは、密接で堅固な取り付けのためにループ内に堅固に圧入される。ヒンジのもう半分のループは、ここでも密接で堅固な圧入をもたらすために、精密研削軸受シャフトの直径よりもわずかに小さい内径をもたらすようにクリンピングされる。このように修正されたヒンジは、検出可能な遊びのない精密連結部である。スリーブまたはシャフトはヒンジループ内に堅固に圧入されているため、それらのいかなる軸運動も可能ではない。

ここで図５を参照すると、接点スイッチ８０が基部プレート６１の上端に結合されており、対応する接点スイッチ（図示せず）が反対の端部に結合されている。これらの接点スイッチは、回転可能上部プレート６０がプラットフォーム中立位置から３．５度を上回って回転し、進行終端信号をコントローラ４２に提供すると、作動される。要約すると、直線運動および回転運動のための終端接点スイッチ７１、７８、および８０は、安全機構および帰還手順のための固定点としての役割を果たす。帰還手順が実施されると、コントローラ４２は、プラットフォーム１８の現在の位置を正確に評価して通信することができる。

再び図３および図４を参照すると、制御ボックス６９の内容は、ステッパモータとすることができるモータ２２および２４を含む。上述したように、モータ２２および２４は、遊びがゼロに近くなるよう精密に機械加工され得る送りネジ７２に接続されている。回転モータ２２および対応する送りネジは、上部および下部接続において柔軟な連結部を用いて取り付けられる。柔軟な連結部は、たとえば、上側軸受として機能するボールジョイントおよび下側軸受として機能するヒンジジョイントとすることができる。これらのモータ／送りネジ複合体は０．２５ｍｍまでと完璧に正確である。ステッパモータ２２および２４は、それらのサイズが小さいこと、電力消費が少ないこと、および、振動が小さいことに起因して選択されている。コントローラは、摺動モータ２２および回転モータ２４の各々を駆動するためのモータドライバと、ステッパモータドライバを制御するマイクロコントローラとを含むことができる。モータおよびデジタル回路への電力は、ＡＣアダプタ電源、たとえば、１２Ｖにおける２ＡのＤＣ電流によって提供することができる。制御ボックス６９のハウジング筐体は、遮蔽効果なしに無線波が自由に進行することを可能にするために非導電性材料（ＡＢＳプラスチック）から作製することができる。

ここで図６を参照すると、モータコントローラ２０、摺動モータ２４および回転モータ２２を含む制御ボックス６９が、基部プレート６１に結合されて示されている。基部プレート６１内の切り欠きが、ネジ、ボルトまたは他の結合デバイスのような機械的締結具を用いて基部プレート６１およびボックス６９に結合することができるブレーシング要素８２および８４を受け入れ、模型１０の底面の傾斜に影響を与えることなく、制御ボックス６９が静止基部プレート内にはめ込まれることを可能にする。ヒンジ８６がプラットフォーム１８をボックスに結合し、回転軸を作動させる回転モータ２４のための柔軟な支持を可能にするためにブレース８２と８４との間に位置づけられる。

ここで図７および図８を参照すると、軟組織および皮膚をシミュレートするために選択された発泡体パッドおよび生地９０またはその他の材料で電動骨盤骨模型１０の寛骨１２および１４を被覆することができる。模型１０は、模型がいかなる方向にもスライドしないようにするために、レール９４の間に模型を結合することによって、検査台９２上に固定することができる。レールは、学生が圧力をかけている間に横に動くことを防止するガイドを提供し、いかなるハードウェアも左側または右側を越えて延伸しない。模型１０は、レール９４の間で台の上に平坦に配置されるため、いかなるハードウェアも基部プレートの下部よりも下に延伸しない。

再び図１を参照し、またここで図９も参照すると、動作時、複数の電動模型１０が遠隔コンピュータ２６と通信する。遠隔コンピュータ２６内の通信デバイス３８とモータコントローラ２０内の通信デバイス４０との間の通信は好ましくは無線であり、少なくとも１００フィートの距離にわたる、中央コンピュータ２６と対応する電動模型１０内のモータコントローラ２０との間のテレメトリ通信を可能にする。各電動模型１０内の通信デバイス４０は、ネットワークエンドポイントとして構成することができる。代替的に、中央コンピュータ２６と模型１０との間の直接ケーブル接続のような有線通信が提供されてもよい。

遠隔コンピュータ２６は、通信デバイス３８および対応する通信デバイス４０を通じて電動模型１０の各々と通信する。一実施形態において、たとえば、遠隔コンピュータ２６は、国際ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に準拠する星形構成ネットワーク内のノードを含む。この構成において、通信デバイス３８は、各電動模型１０内の通信デバイス４０との双方向通信を確立することができるコーディネータラジオを含むことができる。通信は、コンピュータ２６上のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）を通じて提供することができる。電動骨盤骨模型１０の各々の通信デバイス４０は、「ルータ」ラジオを含むことができる。そのような各「ルータ」ラジオは、ネットワーク内のコンピュータ２６に接続されている「コーディネータ」ラジオと通信することができる。電動模型１０は一般的に、互いと直に通信しない。いくつかの異なる距離が可能であるが、一実施形態において、１００フィート屋内／都市距離、および、２００フィート屋外／中央コンピュータと任意の電動模型との間のＲＦ見通し線の最小値の無線通信の距離が、本用途に適切であることが分かっている。

再び図１を参照すると、コンピュータ２６のディスプレイ３４およびユーザインターフェース３６は、インストラクターのような操作者が、可動アルミニウムプレートおよび回転可能上部プレートの終端範囲パラメータを入力し、特定の標認点の所望の非対称設定を入力することを可能にする。遠隔コンピュータ２６は、運動が完了するか、または、指定の運動範囲を超えると、操作者に通知する。各電動模型１０に対して別個の基準セットを確立することができ、これらは、命令内の別個のタブにおいて提供することができる。

遠隔コンピュータ２６と電動模型１０との間に無線接続が確立されると、各模型１０に個々に命令を与えることができる。最初に、使用する前に、遠隔コンピュータは、冠状面内で電動骨盤骨模型１０の定位置または中立位置、および摺動範囲の終端限界を識別し、ログ記録する。定位置を較正するために、ユーザは、並進可能上部プレート５８に、終端接点スイッチの作動によって識別される負の摺動極限まで動くように指示する。この位置がファームウェアによってログ記録され、並進可能上部プレート５８が、正の摺動限界に向けて、およそ摺動限界の間の半分の、所定の距離にわたって戻される。この位置が摺動定位置として指定され、この摺動定位置に、すべての後続する摺動運動が基準をとられ、それによって、ファームウェアは、常に実際の摺動位置を推測することができる。このプロセスが、回転運動について繰り返される。プラットフォームモータが、終端接点スイッチの作動によって識別される負の極限位置まで回転可能上部プレートを回転させるよう命令される。この位置がファームウェアによってログ記録され、回転可能上部プレートは、正の回転限界に向けて、およそ回転限界の間の半分の、所定角度にわたって戻される。この位置が回転定位置として指定され、この回転定位置に、すべての後続する回転運動が基準をとられ、それによって、ファームウェアは、常に実際の回転位置を推測することができる。

電動模型１０の適切な比較および位置合わせのために各標認点について「骨ゼロ」がログ記録される。「骨ゼロ」は、特定の標認点についての非対称性がゼロ回転および摺動空間を有するプラットフォーム位置を規定する。骨ゼロの定義は、回転がゼロであるときに記録される摺動の測定値であり、摺動は、模型の直上から模型自体へと垂直に投影される頭上レーザビームによって判定されるものとして、標認点対が冠状面において正確に均等であるように、調整される。

前骨盤模型には、左および右ＡＳＩＳ、左および右腸骨稜、および左および右恥骨結節のセットのための骨ゼロがある。たとえば、摺動が３ｍｍに設定されるとき、ＡＳＩＳ標認点は冠状面内で対称であり、一方、恥骨結節は、−２ｍｍの摺動において対称であり得、腸骨稜は６ｍｍの摺動設定において対称であり得る。後骨盤模型について、骨ゼロは、腸骨稜、上後腸骨棘（ＰＳＩＳ）、および坐骨結節標認点について評価される。

「骨ゼロ」を確立するために、このとき、赤外線マーカが較正プロセスのために標認点の各々に配置される。遠隔コンピュータ２６が各模型１０のモータコントローラ２０に、冠状面に沿って、および、回転軸を中心としての両方でいくつかの所定の位置まで動くよう命令すると、赤外線カメラシステムが使用されて、三次元における各赤外線マーカの位置が識別される。画像が取得された後、三次元空間における赤外線マーカおよび対応する標認点の各々の位置が、軸に沿って所定の設定の各々において計算される。カメラシステムが赤外線マーカの重心（たとえば、骨ゼロ設定を位置特定するのに使用される骨上のマークから約３ｍｍ離れたものであり得る）を使用して３Ｄ標認点位置を測定するという事実に起因して、遠隔コントローラは、骨ゼロ対重心計算に基づいて標認点の実際の位置を調整する。

模型上のすべての関連するマーカについて骨ゼロが識別されると、プラットフォームは定位置（０）に戻され、可動プレートは、検査を目的とした較正および設定標準化プロセスを開始するために、冠状面において±１、２、および３ｍｍ摺動され、回転軸の両方向において±１、２、および３度回転される。摺動および回転設定の４０個の異なる組み合わせによる３回の異なる較正試行が、各標認点の非対称性の正確で再現可能な識別を保証するために実施され得る。±１、２、および３ｍｍは、冠状面に沿って等距離の位置に位置し得、＋は模型の解剖学的構造に関して頭方向における摺動運動を引き起こし、−は模型の解剖学的構造に関して足方向における摺動運動を引き起こす。同様に、回転調整が、０（定位置）および±１、２、および３度増分として指定される。ここで、増分は、回転軸を中心として定位置から運動の終端へと位置づけられ、正の回転調整の結果として標認点が正のｚ方向に変位することになり、負の回転調整の結果として標認点が負のｚ方向に変位することになる。この実施形態において、較正の各ラウンドは、以下の４０個の設定、すなわち、Ｓ０、Ｒ０；Ｓ０、Ｒ１；Ｓ０、Ｒ２；Ｓ０、Ｒ３；Ｓ０、Ｒ−１；Ｓ０、Ｒ−２；Ｓ０、Ｒ−３；Ｓ１、Ｒ０；Ｓ１、Ｒ１；Ｓ１、Ｒ２；Ｓ１、Ｒ３；Ｓ１、Ｒ−１；Ｓ１、Ｒ−２；Ｓ１、Ｒ−３；Ｓ２、Ｒ０；Ｓ２、Ｒ１；Ｓ２、Ｒ２；Ｓ２、Ｒ３；Ｓ２、Ｒ−１；Ｓ２、Ｒ−２；Ｓ２、Ｒ−３；Ｓ３、Ｒ０；Ｓ−１、Ｒ０；Ｓ−１、Ｒ１；Ｓ−１、Ｒ２；Ｓ−１、Ｒ３；Ｓ−１、Ｒ−１；Ｓ−１、Ｒ−２；Ｓ−１、Ｒ−３；Ｓ−２、Ｒ０；Ｓ−２、Ｒ１；Ｓ−２、Ｒ２；Ｓ−２、Ｒ３；Ｓ−２、Ｒ−１；Ｓ−２、Ｒ−２；Ｓ−２、Ｒ−３；およびＳ−３、Ｒ０から構成される。

較正プロセス中、各設定について３回の試行が実行される。遠隔コンピュータ２６は、赤外線位置捕捉カメラシステムからのデータを使用して、較正プロセス中に検査される全設定アレイにおいて左および右標認点間の実際の非対称性を判定することによって、骨ゼロ設定を計算する。具体的には、モデルがこれらの４０個の異なる設定を通じて動かされると、遠隔コンピュータ２６は、実際の標認点とマーカの重心との間の調整を使用して、これらの４０個の異なる設定における実際の非対称性を計算する。いくつかの赤外線位置補足カメラが利用可能であるが、本発明の一実施形態において、３Ｄカメラシステムは、ニューヨーク州ホーポージ所在のＶＩＣＯＮ社によって製造されているＴ１０シリーズカメラであった。

ここで図１０を参照すると、遠隔コンピュータ２６においてディスプレイ３４上に与えることができる例示的な表示画面１００が示されている。表示画面１００は、ユーザが、いくつかの電動模型１０の各々の制御にアクセスすることを可能にするタブ１０２を与える。ここで、タブ１０２は、１０個の別個の電動模型１０に対するアクセスを可能にするように示されているが、この数は変化してもよい。各模型１０について、ディスプレイは、ユーザが電動模型１０を「骨ゼロ」位置に対して位置づけるためのコマンドを入力するためのウィンドウ１０４と、電動模型１０を定位置に対して位置づけるためのウィンドウ１０６とを含むことができ、ユーザが、摺動または冠状面および回転の度数の両方について標認点非対称性設定を入力することを可能にする。位置づけが模型１０の限界を超える場合、ファームウェアがモータを直ちに停止し、警告フラグを挙げることになる。警告フラグはユーザに、限界を超えていること、指示された動きの一部しか完了することができなかったこと、および、現在の実際の位置がどこかをユーザに示すことができる。

ここで図１１〜図１４を参照して、動作時、摺動モータ２４が作動されると、可動プラットフォーム１８に結合されている寛骨１４が直線的に駆動され、結果として直線オフセット、それゆえ、寛骨１２と１４との間の摺動非対称性がもたらされる。可動プラットフォームの上側プレート５８を、回転可能上部プレート６０上で前後にスライドさせることによって、並進軸が作動される。任意の運動の後、新たな位置がコンピュータ２６に通信される。上側プレート５８のスライドは、ガイドのみによって直線運動に制限される。

同様に、回転モータ２４が回転されると、可動プラットフォーム１８および寛骨１４が静止プラットフォーム１６および寛骨１２の位置に対して回転され、結果として回転非対称性がもたらされる。プラットフォーム１８は好ましくは、冠状面における最大±１２ｍｍの非対称性まで０．０１ｍｍの増分、および、約０．０１度の精度で中立位置から少なくとも±３度の回転で正確に動かされ得る。プラットフォームが所定量動くと、関連する股関節標認点も動く。一実施形態において、赤外線カメラシステムによる並進運動の精度は、０．２５ｍｍよりも良好であることが示されており、反復する回転運動の精度は、０．１度未満であることが示されている。生成することができる動きの範囲は、人間の骨盤に見出される標認点の正常な位置非対称性および異常な位置非対称性の範囲を超え、人間の試験者が一般的に区別することが可能なレベルを超えた精度レベルで骨を位置づけることができる。その結果として、このシステムは、学生または臨床医がこの形態の検査を実施する精度を十分に評価することができる。

コンピュータ２６の操作者は、上述したように、学生の医療施術者に対する非対称性レベルを選択するインストラクターとすることができる。インストラクターは、非対称性を選択し、選択された非対称性をもたらすように電動模型１０を駆動する。学生は、非対称性に評価を与える様求められ、この評価を使用して、学生の技能を評価し、非対称性を適切に評価するよう学生を訓練することができる。

ここで図１５および図１６を参照すると、肩の標認点非対称性を評価するための電動骨格模型１０が示されている。ここで、左肩甲骨１２および右肩甲骨１４が、それぞれ静止プラットフォーム１６（左）および可動プラットフォーム１８（右）に結合されている。システムの残りの部分は図１を参照して上述したように構築され、同様の参照符号が同様の要素を説明するのに使用される。ここで、２つの標認点、すなわち、肩峰突起１２２および下角１２４を非対称性評価に使用することができる。骨ゼロを確立するためのプロセスは上述したものと同じステップに従い、ここで、肩峰突起１２２および下角１２４がマーキングされる。

ここで図１７および図１８を参照すると、下腿および足の標認点対称性を評価するための電動骨格模型が示されている。ここで、左下腿１２は、静止プラットフォーム１６に結合されている左脛骨１３４、腓骨１３６、および足１３８を含む。右下腿１４は、可動プラットフォーム１８に結合されている、対応する右脛骨、腓骨、および足を含む。ここでも、システムの残りの部分は図１を参照して上述したように構築され、同様の参照符号が同様の要素を説明するのに使用される。評価されるべき標認点は、内果１４０である。この実施形態において、プラットフォームの回転は必要ではない。それゆえ、骨ゼロを確立するためのプロセスは、上述したプロセスと比較すると限定されており、一般的に、回転軸を中心とした変化は一切なく、非対称性は、冠状面内のみで生成されている（摺動）ため、７つの設定が使用されることになる。

上述した方法および装置は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定しないこと、および、本発明の範囲内に入る様々な修正を、当業者によって行うことができることが理解されるべきである。たとえば、１つの静止プラットフォームおよび１つの可動プラットフォームを含む特定のプラットフォーム構成が説明されているが、右もしくは左のいずれのプラットフォームが可動であってもよく、または、両方のプラットフォームが直線運動もしくは回転運動するように、またはその両方を行うように可動であってもよい。加えて、模型に使用される骨は、実際の骨、または、プラスチック、石膏、もしくは他のタイプの材料から構築される骨であってもよい。特定の対になった骨のセットが図示および記載されているが、人間または骨格標認点を含む他の脊椎動物の身体からの対応する対になった骨が同様に取り付けられ、上述したように評価されてもよい。本発明の範囲を公衆に知らしめるために、添付の通りに特許請求を行う。

Claims (27)

1. 脊椎動物の対応する、対向する対になった骨の間の骨格標認点非対称性を評価するための電動模型であって、
   静止プラットフォームに結合されており骨格標認点を含む骨と、
   可動プラットフォームに結合されており対応する対向する骨と、
   コントローラと、を備え、
   前記可動プラットフォームは摺動モータおよび回転モータの少なくとも一方に動作可能に結合されており、前記摺動モータおよび回転モータの前記少なくとも一方は、前記静止プラットフォームに対して前記可動プラットフォームを駆動して、前記骨と前記対応する骨との間の非対称性を誘発するように適合され、
   前記コントローラは、前記モータと通信するよう構成され、前記骨と前記対応する骨との間の選択された非対称性を提供するためにユーザから非対称データを受信し、寛骨と関連付けられる標認点を分析するために、前記選択された非対称性を提供するように前記モータを駆動するようにプログラムされており、前記骨と前記対になった骨との間の前記非対称性は、評価可能である
   ことを特徴とする電動模型。
2. 前記コントローラは、遠隔コンピュータとさらに通信しており、前記遠隔コンピュータは、ユーザから非対称性データを受信するためのユーザインターフェースを備えることを特徴とする請求項１に記載の電動模型。
3. 前記第１のプラットフォームおよび前記第２のプラットフォームは、学生によってアクセスされるときに横の動きを防止するためにガイド内に受け入れられるようなサイズおよび寸法にされていることを特徴とする請求項１に記載の電動模型。
4. 前記骨の各々は、前記骨の前側が前記プラットフォームの反対を向いた状態で、対応する前記プラットフォームに結合されていることを特徴とする請求項１に記載の電動模型。
5. 前記骨および前記対応する骨は、それぞれ右寛骨および左寛骨を含み、前記電動模型は、前記対向する骨上の左および右ＡＳＩＳ、左および右腸骨稜、ならびに左および右恥骨結節のセットを冠状面内に整列させるように較正されていることを特徴とする請求項４に記載の電動模型。
6. 前記骨の各々は、前記寛骨の後ろ側が前記プラットフォームの反対を向いた状態で、対応する前記プラットフォームに結合されていることを特徴とする請求項１に記載の電動模型。
7. 前記骨および前記対応する骨は、それぞれ右寛骨および左寛骨を含み、前記電動模型は、前記対向する骨上の右および左腸骨稜、右および左上後腸骨棘、ならびに右および左坐骨結節を冠状面内に整列させるように較正されていることを特徴とする請求項６に記載の電動模型。
8. 前記遠隔コンピュータは、通信デバイスを備え、前記コントローラは、前記遠隔コンピュータと前記電動模型との間の無線通信のための、対応する通信デバイスを含むことを特徴とする請求項２に記載の電動模型。
9. 複数の追加の電動模型をさらに備え、前記遠隔コンピュータは前記電動模型および前記追加の電動模型の各々と通信しており、前記電動模型および前記追加の電動模型の各々の前記寛骨の非対称性を提供するために前記模型を調整するためのコマンドを与えるように適合されていることを特徴とする請求項２に記載の電動模型。
10. 軟組織および皮膚をシミュレートするように選択される材料をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電動模型。
11. 前記軟組織および皮膚をシミュレートするように選択される材料は、発泡体を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電動模型。
12. 前記骨および前記対応する骨は、それぞれ右肩甲骨および左肩甲骨を含み、ここで、後ろ側が前記プラットフォームの反対を向いて取り付けられており、
    前記電動模型は、左および右肩峰突起、ならびに左および右下角を冠状面内に整列させるように較正されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動模型。
13. 前記骨および前記対応する骨は、前記対応するプラットフォームに結合されている脛骨、腓骨および足骨を含み、ここで、前記脛骨、腓骨および足骨の後ろ側が前記プラットフォームの反対を向いており、前記模型は、右および左内果を冠状面内に整列させるように較正されていることを特徴とする請求項１に記載の電動模型。
14. 脊椎動物の対応する骨の骨格標認点非対称性を評価するための電動骨模型のシステムであって、
    複数の電動骨模型と、
    中央コンピュータと、を備え、
    前記複数の電動骨模型は、各々が、
    静止プラットフォームと、
    前記静止プラットフォームに隣接する可動プラットフォームであって、前記可動プラットフォームを前記静止プラットフォームに対して動かすための摺動モータおよび回転モータの少なくとも一方に結合されている、可動プラットフォームと、
    右骨および対になった対応する左骨であって、前記右ボーンおよび前記左ボーンの一方は前記静止プラットフォームに結合されており、前記右骨および左骨の他方は前記可動プラットフォームに結合されている、右骨および対になった対応する左骨と、
    前記可動プラットフォームを選択位置まで駆動するための、前記モータと通信しているモータ制御装置と、
    前記摺動モータおよび前記回転モータを駆動するためのコマンドを受信するために前記モータ制御装置と通信している模型通信デバイスと、
    を備え、
    前記中央コンピュータは、
    前記可動プラットフォームをユーザ選択非対称性まで駆動するためのユーザからのコマンドを受信するためのユーザ入力デバイスと、
    前記ユーザからのコマンドを受信するための前記ユーザ入力デバイスと、前記模型通信デバイスと、と通信する中央通信デバイスと、を備え、これにより前記摺動モータおよび前記回転モータを駆動するために前記モータ制御装置へコマンドを与えるよう構成され、
    前記可動プラットフォームが動かされると、前記右骨と前記左骨との間に、前記ユーザによって選択されるものとしての非対称性が生成される
    ことを特徴とするシステム。
15. 前記中央通信デバイスと対応する前記模型通信デバイスとの間の通信リンクは、無線通信リンクであることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
16. 前記無線通信リンクは国際ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に準拠することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 前記右骨および前記左骨の各々の前側は、それぞれの前記静止プラットフォームおよび前記可動プラットフォームに結合されていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
18. 前記右骨および前記左骨の各々の後ろ側は、それぞれの前記静止プラットフォームおよび前記可動プラットフォームに結合されていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
19. 前記ユーザインターフェースに結合されているディスプレイをさらに備え、
    前記ディスプレイによって、ユーザが、前記複数の電動模型の間で選択し、各々の非対称性を選択するためにアクセスすることが可能となる
    ことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
20. 前記右骨および前記左骨は、それぞれ右寛骨および左寛骨を含み、
    前記模型は、右および左腸骨稜、右および左上後腸骨棘、ならびに右および左坐骨結節を冠状面内に整列させるように較正されている
    ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
21. 前記左骨および前記右骨は、右寛骨および左寛骨を含み、
    前記電動模型は、前記対応する左寛骨および右寛骨の左および右ＡＳＩＳ、左および右腸骨稜、ならびに左および右恥骨結節のセットを冠状面内に整列させるように較正されている
    ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
22. 前記中央コンピュータは、前記ユーザ入力デバイスおよび前記中央通信デバイスと通信しているディスプレイをさらに備え、
    前記中央コンピュータは、前記電動模型を選択された非対称性へと駆動するためのインストラクターからのコマンドを受信するようにプログラムされており、学生の医療施術者が前記非対称性を評価することができる
    ことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
23. 非対称性の評価を教示するのに使用するための、脊椎動物の骨格標認点非対称性を模倣するための方法であって、
    骨格標認点を含む対応する右骨および左骨の一方を静止プラットフォームに取り付けるステップと、
    前記静止プラットフォームに対して摺動方向および回転方向の少なくとも一方に駆動されるように適合されている可動プラットフォームに、前記対応する右骨および左骨の他方を取り付けるステップと、
    可動プラットフォームを定位置に動かすステップと、
    前記可動プラットフォームを骨格非対称性を規定する選択位置に駆動するステップと、
    を含み、
    前記可動プラットフォームを定位置に動かすステップにおいて、前記右骨および左骨に対応する前記骨格標認点を前記摺動方向に整列させ、
    前記可動プラットフォームを選択位置に駆動するステップにおいて、前記非対称性は、訓練を目的として評価することができる
    ことを特徴とする方法。
24. 前記右骨および前記左骨は対応する骨盤骨であり、
    前記方法は、前記右および左骨盤骨の各々の前側を、対応する前記静止プラットフォームおよび前記可動プラットフォームの反対に取り付けるステップをさらに含み、
    前記摺動方向に整列される前骨ゼロを規定する前記標認点は、左および右ＡＳＩＳ、左および右腸骨稜、ならびに左および右恥骨結節のセットである
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記右骨および前記左骨は対応する骨盤骨であり、
    前記方法は、前記右および左骨盤骨の各々の後ろ側を、対応する前記静止プラットフォームおよび前記可動プラットフォームの反対に取り付けるステップをさらに含み、
    前記対応する骨の右および左腸骨稜、右および左上後腸骨棘、ならびに右および左坐骨結節が冠状面内に整列される
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
26. 前記骨および前記対応する骨は、それぞれ右肩甲骨および左肩甲骨を含み、
    前記方法は、前記右肩甲骨および前記左肩甲骨の各々の後ろ側を、前記プラットフォームの反対に向けて取り付けるステップをさらに含み、
    前記左および右肩峰突起、ならびに左および右下角を冠状面内に整列させるように前記プラットフォームを較正するステップをさらに含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
27. 前記骨および前記対応する骨は、脛骨、腓骨および足骨を含み、
    前記模型は、前記脛骨、腓骨および足骨の後ろ側を前記対応するプラットフォームの反対に向けて取り付けるステップをさらに含み、
    前記右および左内果を冠状面内に整列させるように前記骨および前記対応する骨を較正するステップをさらに含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。

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