JP2016535648A - ユーザーの運動を監視するための器具及び方法 - Google Patents

Abstract

ユーザーの運動を監視する器具２を開示している。該器具は、フレーム４と、フレーム４によって支持された動作検知ユニット１０及びユーザー入力ユニット１２と、フレーム４をユーザーの一身体部分にしっかり固定するように構成されたハーネス６を含む。ユーザー入力ユニット１２は連続入力デバイス７２を含む。また、ユーザーに対してしっかりと固定された監視器具２を介してユーザーの運動を監視する方法が開示されている。該方法は、監視器具２でユーザーの動作を検知するステップと、監視器具２を介して、運動中にユーザー入力を受信するステップとを含む。ユーザー入力は、監視器具上の連続入力デバイス７２を介して受信される。【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザーの運動を監視するための器具及び方法に関する。このような監視は、疾病、傷害又は医療的処置の後のリハビリという状況において行なわれる場合がある。

傷害に苦しむ患者又は医療的処置又は外科手術からの回復期にある患者は、典型的に、一定の回復及びリハビリ期間を経験する。人工関節置換術は、後続して一定のリハビリ期間が必要である医療的処置の１つの例である。初期の入院患者評価及びリハビリ処置の後、患者には典型的に、自宅でリハビリプロセスを継続するための一連の実施例が処方される。病院内環境で提供される綿密な医学的管理から離れて、多くの患者は、このような運動プログラムの遂行に苦戦し、全くとまでは言わないまでも運動を正しく行なうことができない。管理する医療従事者、典型的には理学療法士は、運動プログラムを監視しそれを患者の進捗に合わせて調整するため、運動がいかに実施されたかに関する情報については患者に頼っている。患者が提供する情報は、場合によっては、不完全又は不精確であり、管理する医療従事者の職務を複雑にする可能性がある。脳卒中又は他の疾病又は医療的処置の後のリハビリの間にも類似の問題に遭遇する可能性がある。

個人的監視デバイスは、フィットネス業界において周知であり、一定の活動の実施中又はその後の関連情報の捕捉を可能にしている。捕捉される情報は、例えば心拍数及び呼吸モニターの場合のようにユーザーの身体的状態に関するものであるかもしれないし、あるいは、万歩計などの動作追跡装置の場合のように、実施される活動に関係するかもしれない。検知及び通信技術における進捗は、この市場の著しい拡大と、ユーザーが連続して装用するように設計された新世代の高性能活動追跡装置の開発を結果としてもたらした。活動追跡装置は、ユーザーの動きを追跡し、有線又は無線リンク上でユーザーのコンピュータ、スマートフォン又は他のデバイスに接続して、捕捉情報を表示する。このようなデバイスは、主にアクティブな成人集団をターゲットにしており、ユーザーに自らの体の健康及び活動レベルの見識を提供し、活動レベルの上昇を達成する上での動機付け手段として作用する。

フィットネス市場のために開発された活動追跡装置は、概して、リハビリ患者に有用であると考えられるさらに標的を絞った監視には不適切である。活動追跡装置は、全体的活動レベルの見識を提供するものの、典型的に、医療従事者が特定の運動プログラムの遂行を監視するために必要とする詳細な情報を提供することはできない。さらに、それらを適正に作動させるためには、互換性ある計算用デバイスを所有していることと共に、一定レベルの器用さとコンピュータリテラシーが必要となる。人工関節置換術、脳卒中疾患及びリハビリ期間が求められる類似の事象は、概して、一般的成人集団に比べてコンピュータリテラシー及びスマートフォン又はノート型パソコン所有レベルが著しく低い、より高齢の集団において発生する。

本発明によると、ユーザーの運動を監視する器具において、フレームと、フレームによって支持された動作検知ユニット及びユーザー入力ユニットと、フレームをユーザーの一身体部分にしっかり固定するように構成されたハーネスと、を含む器具が提供されている。ユーザー入力ユニットは連続入力デバイスを含んでいる。

一部の例において、連続入力デバイスは回転デバイスを含んでいてよく、例えば回転デバイスは回転つまみ及び協働する回転変位測定素子を含んでいてよい。

一部の例において、回転変位測定素子は、電位差計又はロータリーエンコーダのうちの１つを含んでいてよく、例えば光学式インクリメンタルロータリーエンコーダを含んでいてよい。

一部の例において、動作検知ユニットは加速度計又はジャイロスコープのうちの少なくとも１つを含んでいてよい。一部の例において、動作検知ユニットは加速度計とジャイロスコープの両方を含んでいてよい。例えば、動作検知ユニットは３軸加速度計及び２軸ジャイロスコープを含んでいてよい。

一部の例において、ユーザー入力ユニットはさらに、別個の入力デバイスを含んでいてよい。別個の入力デバイスは、例えば押しボタンを含んでいてよい。

一部の例において、器具は、フレームにより支持されるフィードバックユニットをさらに含んでいてよい。さらなる例において、フィードバックユニットは、複数の光源を含んでいてよい。光源は、例えば、バンク又はアレイの形に配置されてよいＬＥＤを含んでいてよい。ＬＥＤは、一部の例において、２色ＬＥＤを含んでいてよい。

一部の例において、フィードバックユニットは入力ユニット由来の入力を表現するように構成されていてよい。

一部の例において、器具は、メモリ及び処理ユニットをさらに含んでいてよく、メモリ及び処理ユニットも同様にフレームによって支持されていてよい。

一部の例において、処理ユニットは、動作検知ユニット由来のデータを受信し、メモリ内に記憶された動作パターンに対応する運動の遂行を識別するように構成されていてよい。

一部の例において、処理ユニットはさらに、遂行済みの運動の記録をメモリ内に記憶するように構成されていてよい。

一部の例において、フィードバックユニットはさらに、処理ユニットからのフィードバックを表示するように構成されていてよい。

本発明の別の態様によると、ユーザーに対してしっかりと固定された監視器具を介してユーザーの運動を監視する方法において、監視器具でユーザーの動作を検知するステップと、監視器具を介して、運動中にユーザー入力を受信するステップと、を含む方法であって、ユーザー入力が監視器具上の連続入力デバイスを介して受信される方法が提供されている。

一部の例において、ユーザー入力は、１つの運動の遂行中にユーザーが体験する痛みのレベルに対応していてよい。

一部の例において、方法は、受信したユーザー入力を監視器具上に記憶するステップをさらに含んでいてよい。

一部の例において、方法は、監視器具内に記憶された運動に対応する検知された動作パターンを監視器具の内部で識別するステップをさらに含んでいてよい。

一部の例において、方法は、記憶された運動に対応する動作パターンの遂行を識別した時点で監視器具を介してユーザーに対してフィードバックを提供するステップをさらに含んでいてよい。

一部の例において、方法は、ユーザーが遂行済み運動の記録を監視器具上に記憶するステップをさらに含んでいてよい。

一部の例において、方法は、遂行済み運動の記憶された記録内で、受信したユーザーフィードバックとユーザーフィードバックの受信時に遂行中である運動とを関連づけるステップをさらに含んでいてよい。

一部の例において、方法は、検知した動作パターンと識別された運動の記憶された動作パターンとを比較するステップ及びユーザーの運動遂行精度を監視器具内に記憶するステップをさらに含んでいてよい。

一部の例において、方法は、監視器具上にユーザー用の運動プログラムを記憶するステップと、ユーザーが遂行したプログラムの割合を示すフィードバックを、監視器具を介してユーザーに提供するステップとをさらに含んでいてよい。

一部の例において、方法は、記憶されたプログラムをユーザーが遂行し終っていない場合に、監視器具を介してユーザーにそれをリマインドするステップをさらに含んでいてよい。

本発明をより良く理解するために、かつ本発明をいかに実施し得るかをより良く示す目的で、例として、以下の図面を参照する。

ユーザーの運動を監視するための器具の斜視図である。 図１の器具の別の実施例の展開斜視図である。 図１の器具の回路基板の斜視図である。 図１の器具の部分断面図である。 図１の器具の構成要素間の接続を示す分解組立図である。 図１の器具のフレームの斜視図である。 回転つまみの部分断面図である。 図１の器具の部品の作動を表現する例示である。 図１の器具についてのプロセスフローの一例を例示するチャートである。 図１の器具についてのプロセスフローの一例を例示するチャートである。 図１の器具についての点灯パターンを表わすグラフである。 図１の器具についての点灯パターンを表わすグラフである。 図１の器具についての点灯パターンを表わすグラフである。 図１の器具についての点灯パターンを表わすグラフである。 図１の器具についての点灯パターンを表わすグラフである。 図１の器具についての点灯パターンを表わすグラフである。

最初に図１及び２を参照すると、ユーザーの運動を監視するための器具２は、フレーム４を含み、このフレームの上に追加の器具構成要素が組付けられる。ストラップ８の形をしたハーネス６は、ユーザーの一身体部分、例えばユーザーの四肢に対してフレーム４をしっかり固定するように構成されている。フレーム４の上には、動作検知ユニット１０、ユーザー入力ユニット１２及びフィードバックユニット１４が組付けられている。同様にフレーム４上には、処理ユニット１６とメモリ１８が組付けられている。

同様に図３〜６を参照すると、フレーム４は、ベース部分２０の中央領域から突出する円筒形支持体２２を伴う弓形ベース部分２０を含む。円筒形支持体は、実質的に中空であり、支持用リブ２４が円筒形支持体２２のベースを横断して延在して、通気孔２６を画定している。一連のフィン２８が、円筒形支持体２２の内部円周から半径方向内向きに延在する。フィン２８は、内側円周の周りで実質的に均等に離隔されており、内側円周を、以下でさらに詳細に説明する通り個別のＬＥＤを収容するのに各々が好適である２０個の実質的に等しい開放セグメント１１６に分割している。円筒形支持体２２全体にわたって水密性円形軸受３０が収容されて、フレーム４のベース部分２０上に載り、円筒形支持体２２の外側円周から突出するスナップフィットコネクタ３２によって所定の場所に保持されている。軸受３０は、以下でさらに詳述する通り、ユーザー入力ユニット１２の一要素の回転運動を支持する。フレーム４のベース部分２０の相対する端部は、ストラップ８の相対する端部を収容するのに好適であるフレームの幅を横断して延在する長手方向開口部３４を含む。使用中、ストラップ８の相対する端部３６は、図１に示されている通り以下でさらに詳細に説明されるように、折返しの前に開口部３４を通過し、ストラップの本体にしっかりと固定される。Ｖｅｌｃｒｏ（登録商標）又は他の着脱が容易な締結具を応用して、フレーム４内の開口部３４を通過した後にストラップ８の端部３６をストラップ８の本体にしっかりと取付けることができるようになっていてよい。

円筒形支持体２２とは反対側のフレーム４の側（図中で見た下側）では、回路基板３８及びバッテリ４０がフレーム４にしっかりと固定されている。回路基板３８は、その下にバッテリ４０が収容されている状態で、支持用リブ２４の直下に収容される。バッテリ４０は２つのバッテリユニットを含み、各バッテリユニットはフレーム内に画定されたハウジング４２内に収容され、スナップ連結４４を介して所定の位置に保持される。追加の支持用フィン４６が、開口部３４を画定する相対する端部とバッテリハウジング４２の間の領域において、フレームに対し剛性を付与する。

特に図３を参照すると、回路基板３８は、ハードウェア及び／又はソフトウェアの組合せの形で実施できる一連の機能ユニットを含む。例示された実施例において、機能ユニットの多くは、以下で説明する通り、特定用途向け集積回路として実施される。回路基板上に組付けられた第１の機能ユニットには、動作検知ユニット１０が含まれている。例示された実施例において、動作検知ユニットは、器具２の線形及び回転加速度を検知するように構成された３軸加速度計と２軸ジャイロスコープを含む。加速度計及びジャイロスコープは、回路基板３８上に組付けられており、回路基板３８はフレーム４上に組付けられ、こうして、ひとたび器具２がユーザーの身体部分に取付けられた時点で、加速度計とジャイロスコープの軸はユーザーの身体の主軸と整列するようになっている。動作検知ユニット１０は、ユニット１０内部に含まれた検知素子の出力を処理ユニット１６に送るように構成されている。以下でさらに詳述されるように、測定検知ユニット１０のために、好適なサンプリングレート、時間的間隔及び測定分解能を選択することができる。

回路基板２８上に組付けられた他の機能ユニットは、処理ユニット１６とメモリ１８を含む。処理ユニット１６はマイクロプロセッサを含み、図９−１及び図９−２を参照して以下で概略的に説明する手順にしたがって、器具の作動を管理するように構成されている。メモリ１８は書換え可能なフラッシュメモリを含み、記憶すべきデータの量及び別の場所にダウンロードするまでデータを保持すべき時間に応じてサイズ決定されてよい。回路基板３８はさらに、ミニＵＳＢポート４８をサポートし、メモリ１８上へのデータのダウンロード及びアップロードのためにコンピュータに対しＵＳＢケーブルを介して接続できるようにしている。フレーム４０中の開口部５０が、ミニＵＳＢポート４８へのアクセスを可能にする。

フレーム４、軸受３０、回路基板３８及びバッテリ４０は、上部ハウジングユニット５４、下部ハウジングユニット５６そして図２の例では側方支持体ユニット５８を含むハウジング５２によって実質的に包み込まれている。上部ハウジングユニット５４は、円形開口部６０を含み、フレーム４の円筒形支持体２２全体にわたり収容されて、支持体２２が開口部４４を通って突出することができるようにしている。上部ハウジングユニット６４は、開口部６０から離れるように延在して、フレーム４と係合する。上部ハウジングユニット３６内の側方開口部６２がフレーム４上の開口部５０と整列して、ミニＵＳＢポート４８へのアクセスを可能にする。図２に示された実施例では、上部ハウジングユニット５４は、側方支持体ユニット５８を介して、フレーム４の相対する端部と係合する。他の実施例（図１及び６に示されているもの）では、上部ハウジングユニット５４は、フレーム４の相対する端部と実質的に直接係合し、側方支持体ユニットは存在しない。下部ハウジングユニット５６は、４０を、フレーム４の下方側に接して係合させる。下部ハウジングユニット５６は同様に、器具２の下部表面も提供し、こうして、ユーザー身体部分と係合するための平滑な表面を提供する。フレーム４と取付けられた構成要素とハウジングユニット５４、５６との間に嵌合するように整形された高密度発泡体構成要素６４を通して、ハウジングユニットに対し追加の剛性を付与することができる。ハウジングユニット５４、５６とフレーム４との間の連結は、図６に見られる。上部及び下部ハウジングユニットは、器具２の側面に沿って、接合箇所６６において直接連結されている。この連結は、例えば、超音波溶接によるものであってよい。上部及び下部ハウジングユニット５４、５６は、接合箇所６８においてフレームに連結されている。上部ハウジングユニット５４とフレーム４はさらに、軸受３０の領域内で接合箇所７０において連結されている。

ユーザー入力ユニット１２は、軸受３０により支持された状態で上部ハウジングユニット５４の開口部６０内に組付けられる。ユーザー入力ユニット１２は、連続入力デバイス７２と別個の入力デバイス７４とを含む。連続入力デバイスは、線形又は回転デバイスを含んでいてよく、変位可能素子と変位測定素子とを含んでいてよい。変位測定素子は例えば、電位差計又はエンコーダであってよい。

例示された実施例において、連続入力デバイス７２は、回転つまみ７６の形をした変位可能素子と光学式インクリメンタルロータリーエンコーダ７８の形をした変位測定素子とを含む回転デバイスである。特に図４、７及び８を参照すると、回転つまみ７６は、上部環状面８４によって接合されている内側及び外側スカート８０、８２を有する環状構成要素を含む。フレーム４の円筒形支持体２２は、内側及び外側スカート８０、８２の間に収容される。外側スカート８２の内側表面は、摺動する形で軸受３０上に収容されている環状肩部８６を含む。円筒形支持体２２の外側円周方向表面上に形成されたフィードバックリブ８８は、回転つまみ７６の回転に対する穏やかな抵抗を提供し、こうしてつまみ７６の回転中に触覚フィードバックを提供しかつ偶発的回転を防止するように作用する。つまみ７６の内側スカート８０は、内向きに延在する環状棚９０を含む。スロット付きスカート９２が、棚９０の内側縁部から軸方向下向きに延在する。スロット付きスカート９２は、このスカートの（図中に見られる通りの）下方縁部から棚９０に向かって延在する一連の均等に離隔した開口部又はスロット９４を含む。

インクリメンタルロータリーエンコーダ７８は、赤外線（ＩＲ）ＬＥＤと２重ＩＲセンサー９８とを含む。軸受３０上の所定の場所に回転つまみ７６が収容されている状態で、ＩＲＬＥＤ９６及びセンサー９８は、スロット付きスカート９２の相対する側に組付けられ、ＩＲＬＥＤ９６は、フレーム４内の孔１１８を通って突出する。ＩＲＬＥＤ９６により発出される放射線は、スカート９２内のスロット９４を介してセンサー９８で受光される。回転つまみ７６を回転させるにつれて、センサーが受光したＩＲ放射の中断によって、１つのパルスが生成され、これが処理ユニット１６に搬送されて、回転の量及び方向の決定を可能にする。ＩＲＬＥＤ９６及びセンサー９８によって形成されるエンコーダはインクリメンタル型であることの結果として、最大又は最小位置を全く有さず回転つまみ７６の角度変位の量及び方向を登録するだけの入力デバイスがもたされる。

ユーザー入力ユニット１２の別個の入力デバイス７４は、環状回転つまみ７６の中央開口部内に収容された押しボタン１００を含む。押しボタンは、平面ディスク１０２とディスク１０２の下部面の中心点から延在するステム１０４とを含む。ステム１０４は、フレーム４の支持体リブ２４から延在するリブ１０６と係合する。ステム１０４とリブ１０６は、スナップフィット連結１０８を形成し、これが回転つまみ７６の中央開口部内に押しボタン１００を維持する。リブ１０６は、回路基板３８上に組付けられたレセプタ１１０の直上にステム１０４を収容する。押しボタン１００を押すと、ステムは強制的にレセプタ１１０と接触させられ、処理ユニット１６に信号を送り、したがって別個の入力事象を登録する。ひとたび押しボタン１００から圧力が除去されると、押しボタンは、回転つまみ７６の環状棚９０上に位置し押しボタン１００のディスク１０２の下部面と係合する圧縮可能なＯリング１１２によって、その当初の位置まで押し戻される。ステム１０４及びＯリング１１２は、押しボタン１００が、回転つまみ７６との関係においてわずかに窪んだ位置にくるようにサイズ決定される。押しボタン１００のディスク１０２の上部面が、ブランディング材料又は他のプリント又は彫刻された材料１１４を受入れるのに好適であるかもしれない。

１つの実施例（図示せず）においては、フレーム４が画定する基準平面との関係においてユーザー入力ユニット１２が角度付けされるような形でフレーム４及び上部ハウジングユニット５４を整形してよい。器具２が患者の四肢の所定の場所にある状態で、ユーザー入力ユニット１２を角度付けすることで、ユーザー入力ユニットはユーザーの頭に向かって方向づけされ、器具２は、特に患者の脚上に組付けられている場合、所定の位置にある時により便利にインタラクトすることができるようになる。

器具２のフィードバックユニット１４は、光源バンクを含む。例示された実施例において、光源は、回転つまみ７６の上部環状面８４の直下で円形アレイ内に組付けられたＬＥＤを含む。この上部環状面は半透明であり、そのためユーザーはＬＥＤにより発出された光を回転つまみ７６の環状面を通して見ることができる。半透明性は、材料の選択を通してか、又は材料の厚みを適切に選定することによってか、あるいは材料選択と厚みの組合せによって達成可能である。各ＬＥＤは、半径方向に延在するフィン２８及び円筒形支持体２２の内側円周により画定される開放セグメント１１６内に収容される。フィン２８は、回転つまみ７６を通して知覚されるＬＥＤの点灯部域を制限し、こうして各々個別のＬＥＤの点灯効果をユーザーが明確に区別できることを保証するのに役立つ。

例示された実施例において、ＬＥＤの円形アレイは、連続する２色（緑色／青色）ＬＥＤバンクを含む。フィードバックユニット１４は同様に、ミニＵＳＢポート用の開口部６２のいずれかの側の位置１１８において器具２の一側面上に組付けられた２つの単色（赤色）ＬＥＤをも含んでいる。ＬＥＤのための他の配置及びカラー選択肢も同様に企図されてよい。ＬＥＤの作動は、処理ユニット１６によって制御される。単色（赤色）ＬＥＤは、器具２の状態に関するユーザーフィードバックを提供するために利用されてよい。例えば、赤いＬＥＤのうちの第１のものがバッテリ状態を示し、一方第２の赤色ＬＥＤはメモリ状態を表わすかもしれない。２色ＬＥＤバンクは、ユーザー入力ユニット１２を介して受信した入力を表現するためと同時に処理ユニットにより処理された情報をフィードバックするためにも使用可能である。別の実施例（図示せず）において、フィードバックユニットはさらに、ブザーなどの可聴式及び／又は振動式のフィードバック素子を含んでいてよい。フィードバックユニット１４の厳密な作動について、器具２の作動を参考にして以下で論述する。

上述の器具構成要素の一部に好適な材料としては、押しボタン１００及び回転つまみ７５用としてはポリアミド（ＰＡ）、ハウジング５２用には熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）そしてフレーム４用にはポリオキシメチレン（ＰＯＭ）が含まれる。

使用中、器具２は、さらにノート型パソコン又はスマートフォンなどの計算デバイスと協働する必要なくユーザーのインタラクションを可能にするスタンドアローン監視デバイスとして機能する。ユーザーは、入力ユニット１２を使用しフィードバックユニット１４を介して器具２とインタラクトしてよい。典型的なユーザーシナリオにしたがった器具の機能について以下で説明し、その後この機能性を支援する処理について詳述する。

器具２は、１つのシナリオ例において、理学療法士などの医療従事者と協働してリハビリ患者により使用されてよい。理学療法士は最初に、患者の評価を行ない、患者が自宅で実施すべき１つの運動療法単位を考案する。これらの運動は、患者が行なうべき一連の動き、例えば人工股関節置換手術から回復中の患者については脚を前方、後方そして側方に持ち上げる動きを含む。各運動は、運動の正しい実施中に脚が体験すべき直線加速度及び角加速度によって定義されてよい。患者に処方される各運動に対応する直線及び角加速度の平均及び標準偏差値は、器具２のメモリ内に記録されてよい。これは、単一の運動に対応する動作パターンが、器具２のメモリ１８上にいかにデジタル表現され得るかの一例である。他の例を企図することもできる。患者に処方されたプログラム内の各運動は、患者が毎日行なうべき運動の反復回数と共にその代表的動作パターンとしてメモリ内に記憶されてよい。評価を行う理学療法士の直接的管理から離れて自宅で運動プログラムを実施することを目的として、患者を自宅に帰す前に、処方された運動の正しい実施ならびに器具２の作動について患者に説明してよい。

患者は、自宅で運動を行なう準備ができた時点で、最初にストラップ８を用いて適切な四肢に器具を取付ける。ストラップ８は、患者の四肢の周囲に通され、ストラップ８の２つの端部３６はそのそれぞれの開口部３４の中を通過し、折り返されてストラップ８の環部分に対し締結する。Ｖｅｌｃｒｏ（登録商標）又は類似の締結機構を使用して、異なる四肢円周に対応するように長尺の調整を可能にすることができる。このようなシステムは、単一のアクションでストラップの取付け及び調整の両方を組合せるという利点を提供する。下肢のリハビリを必要とする患者の場合、器具２は、患者の器官の著しい柔軟性又は巧みさを必要とすることなく、患者が着座位置にある状態で下肢に器具を取付けることができるという追加の利点を提供する。

器具２がひとたび四肢に快適に取付けられた時点で、患者は、その割当てられたプログラムの最初の運動を開始する。患者が、器具２の取付けられた四肢を動かすにつれて動作検知ユニット１０の加速度計及びジャイロスコープは、四肢の動作を検知し、処理ユニット１６は、平均及び標準偏差を計算し、その後、メモリ１８内に記憶された動作パターンと検知された動作パターンを比較する。運動の認識を容易にするため、加速度計及びジャイロスコープ用に好適なサンプリングレート、時間的間隔及び測定分解能を選択してよい。パターン認識を補助するために、ｋ近傍法を使用してもよい。処理ユニット１６が、検知した動作パターンを患者のプログラムのうちの指定された運動に対応する記憶された動作パターンに類似するものとして認識した場合、処理ユニット１６は、フィードバックＬＥＤのアレイを割当てられた色（例えば緑色）で発光させることになる。一部の実施例において、発光のタイミングは、１つの運動の動作と整合させられてよい。例えば、運動が側方の脚の持上げを含む場合、フィードバックＬＥＤは、脚が持ち上げられるにつれて漸進的に発光し、脚が下降するにつれて消光してよい。このようにして、患者の動作が記憶された動作パターンに充分近いために運動が認識されたのであるから、患者は自らが運動をおおよそ正しく行なっているということを再確認する。いずれの時点であれ、この運動認識フィードバックが停止した場合、これは、動作パターンがもはや記憶されたパターンと一致しないことを表わしており、患者は、自らがなおも運動を適正に行なっているかをチェックするようにリマインドされる。器具２がさらにブザーなどの可聴フィードバックデバイスを含む場合には、代替的な又は付加的な運動認識フィードバックを提供して（例えば後肢を持ち上げている間など）器具内の運動の結果が患者の視覚外にあるか又は患者にとって見づらい場合でさえ患者がこのフィードバックを受け取れるように保証するために、このデバイスを使用してよい。１つの運動の反復が遂行される度毎に、それはタイムスタンプ及び運動の実施精度、すなわち検知された動作パターンがどの程度まで記憶された動作パターンと整合していたかという事実と共に、メモリ１８内に記憶される。運動認識を可能にするパターン類似性の閾値レベルは、運動の認識に先立って運動を実施する上での精度をより高く又はより低く求めるように調整されてよい。

一部の実施形態において、処理ユニット１６は、運動認識フィードバックを提供するＬＥＤの数に、それまで遂行した割り振られた運動プログラムの割合を表現させることができる。例えば、プログラムが合計２０回の反復、つまり２つの異なる運動の各々の１０回の反復で構成されており、ＬＥＤバンクが１０個の２色フィードバックＬＥＤを含む場合、処理ユニット１６は、１つの単一ＬＥＤを発光させて、最初の２回の反復についての運動認識フィードバックを提供する。３回目及び４回目の反復については、最初に発光するＬＥＤと隣接するＬＥＤの両方を、運動の遂行と同期して発光させることができる。ＬＥＤは、反復が遂行されるにつれて漸進的に点灯して、その日一日を通じて割当てられた運動プログラムをどの程度まで自らが進捗したかをひと目で患者に示すことができる。この進捗フィードバックは同様に、押しボタン１００を押すことにより活動休憩中に患者によって要求される場合もある。運動が行なわれていない時に押しボタン１００が押し下げられた場合、これは、進捗フィードバック要求と解釈され得、処理ユニット１６は、適切な数のＬＥＤにその割当てられた色（例えば緑色）を発光させて、その日の処方された運動のうちの遂行されたものの割合を示すことができる。

いずれかの運動の遂行中、患者は、入力ユニット１２を介して器具２に対してフィードバックを提供してよい。このことは、ユーザーが運動の遂行中に体験する痛み又は不快感のレベルを示すことができるようにする上で極めて有利である。特定の運動中に体験する痛み又は不快感は、リハビリの進捗に関する貴重な見識を、管理する理学療法士に対して提供することができる。患者が運動の遂行中にこのフィードバックを提供できるようにすることで、器具は、管理する理学療法士がさらなる治療の基準とすることのできる関連情報の収集及び記憶に貢献する。

患者は、１つの運動の遂行中又はその直後に回転つまみ７６を回すことにより、痛み又は不快感のレベルを入力することができる。ロータリーエンコーダ７８が回転つまみ７６の回転を登録した時点で、エンコーダ７８によって生成されたパルスは処理ユニット１６に伝送され、この処理ユニットが、検出された回転量に応じて２色ＬＥＤをその第２の色（例えば青色）で点灯させる。回転つまみ７６の回転数が多くなればなるほど、点灯されるＬＥＤの数は多くなり、痛みの度合が大きいことを表わす。ＬＥＤは、回転つまみが回される方向に応じて、時計回り方向か反時計回り方向のいずれかに漸進的に点灯され、こうして左右両方の利き手の患者を許容する。適切な数のＬＥＤを点灯させる第１の方向での初期回転の後、回転つまみ７６が万一初期の回転とは反対方向に回転し戻された場合、点灯されたＬＥＤは、漸進的に消灯される。こうして患者は、回転量を調整して、ゼロという最小痛みレベル（回転つまみ５４の回転無し、ひいては点灯するＬＥＤ無し）から最大痛みレベル（全ＬＥＤが点灯）まで自らが感じている不快感レベルを精確に示すことができる。点灯したＬＥＤの割合が自らの不快感を精確に反映していることに患者がひとたび満足した時点で、患者は押しボタン１００を押して痛み入力を登録し、その時点で痛みレベルはタイムスタンプと共にメモリ１８内にセーブされ、痛み入力が提供された時点で行なわれている運動に痛み入力を整合させることが可能となる。患者からの痛みフィードバックを登録するために押しボタン１００を押すステップは、つまみの偶発的な回転を痛みフィードバックと間違えないことを保証し、患者に対し、メモリ１８内にセーブされる前に自らの体験を正確に反映するべく痛みレベルを調整できる時間を与える。

患者は、ひとたび運動を終えた時点で、次の運動セッションまで器具２を取り外してよい。一部の実施例において、器具２は、いかなる動作も検知されない場合でもＬＥＤの発光を定期的にオンオフさせて、現行日についての運動プログラムがまだ行なわれていないことを患者に思い出させるためリマインダ機能を内蔵していてよい。リマインド中に押しボタン１００が押された場合、リマインダは「スヌーズ」又はキャンセルされ得る。いかなる時点でも患者がバッテリフィードバックＬＥＤの赤色発光に気付いた場合、患者は、例えば好適なＵＳＢケーブル及び充電器を介して器具２を充電することを認識している。患者がメモリＬＥＤの赤色発光に気付いた場合、これは、理学療法士との次の予約時点で、患者データをコンピュータ又は他のデバイスにダウンロードし、メモリから消去して追加の容量を解放しなければならないということを示唆している。データダウンロード中、コンピュータ又は他のデバイスの電源を用いて、バッテリをさらに充電してよい。理学療法士が器具のメモリからデータをダウンロードする必要性を考慮するように、メモリが実際に使い果たされるずっと前にメモリＬＥＤが低メモリ状態表示を開始することが企図される。

患者の理学療法士との次の予約日までの間に、理学療法士はメモリに記憶されたデータをコンピュータにダウンロードし、理学療法士と患者の両方が記録されたデータを検討して患者の進捗の評価を行なうことができるようにしてよい。例えばグラフ形態で、理学療法士及びユーザーに対して器具上に記録されたデータを表現するために、好適なコンピュータプラットフォームが開発されるかもしれない。器具２が収集したデータのおかげで理学療法士が得ることのできる見識の例としては、以下のものがある。
− 処方された運動プログラムがどの程度まで遂行されたか。
− 処方された運動がいかなる精度で遂行されたか。
− 存在する場合、特に不快感をひき起こした運動はどれか。

これらの見識は、処方されたプログラムの有効性を決定し、必要となる可能性のある追加の説明又は実証ならびに患者の進捗に対応するための将来のプログラム修正を識別する上で、理学療法士を補助するかもしれない。体験した痛み又は不快感に関する患者から受取った入力は、問題ある動き及び困難な部域の識別を可能にし、こうして患者の将来のリハビリプログラムの正確な目標設定及び推移を可能にする。

上述の器具の機能性は、処理ユニット１６により管理される器具２の構成要素間の適切な相互作用により達成される。処理ユニット１６のためのプロセスフローの一例が、図９−１及び図９−２に示され、以下でさらに詳細に論述する。

プロセスフロー２００は、ステップ２０２で始まり、回転つまみ７６が回されたか、押しボタン１００が押されたか及び／又は動きが検知されたかに応じて、３つの主要な互いに連結した流れをたどる。プロセスフロー中の各分岐点で、プロセスは開始ステップ１０２に戻る。ステップ２０４において、処理ユニット１６は、回転つまみ７６が回転させられたか否かを決定する。回転つまみ７６が回転させられなかった場合、プロセスフローは中断する。回転つまみ７６が回転させられた場合（ステップ２０４における「はい」）、ロータリーエンコーダ値はステップ２０６で更新され、更新されたエンコーダ値は次にフィードバックＬＥＤ数にマッピングされ、ステップ２０８で、適切な数のフィードバックＬＥＤを適切な色（例えば青色）で点灯させることができるようにする。このようにして、回転つまみ７６からの連続的入力は、別個のフィードバック素子（点灯したＬＥＤ）に翻訳され、ユーザーに対し、自ら提供した入力の読み易い表現を与える。各々の新しいＬＥＤを点灯させるのに必要な回転つまみの回転量は、最大限に容易な使用を促すように選択されてよい。例えば、回転つまみ７６の一回の全回転は、全てのフィードバックＬＥＤの点灯、すなわち最高痛みレベルに等しいかもしれない。ＬＥＤ１０個のバンクの場合、これは、点灯したＬＥＤ１個あたり３６度の回転に等しく、回転つまみを正確に操作するためにユーザーに求められるモーター制御と、ユーザーが最小痛み入力から最大痛み入力までナビゲートする速度との間の平衡を表わす。

ＬＥＤは、最初のＬＥＤから順次、登録された回転量を表現するために適切な数のＬＥＤが点灯するまで点灯される。次に、処理ユニット１６は、ステップ２１０でタイマーを開始させ、ステップ２１２においてタイマーの終了についてチェックする。タイマーがまだ閾値に達していない場合（ステップ２１２における「はい」）には、処理ユニット１６は、ステップ２１４で押しボタン１００の押し下げの登録についてチェックする。押しボタン１００を押す動作が全く登録されない間、処理ユニット１６はひき続きタイマーの終了についてチェックする（ステップ２１４における「いいえ」とステップ２１２における「はい」）。押しボタン１００が押される前にタイマーが終了した場合（ステップ２１２における「いいえ」）には、フィードバックＬＥＤがステップ２１６において消灯し、プロセスフローは中断する。押しボタン１００がタイマーの終了前に押された場合（ステップ２１４における「はい」）には、ユーザー入力は、ステップ２１８において点灯したＬＥＤの数をプリントし、ユーザー入力を登録するために押しボタン１００が押された時刻のタイムスタンプと共にステップ２２０においてこのデータをメモリ１８に書込むことにより登録される。ステップ２１８における点灯したＬＥＤの数のプリントの後、ＬＥＤは、最後のＬＥＤ（最初に点灯させるべきもの）が同様にステップ２２４で消灯される前にステップ２２２で例えば３秒間という時間中点滅するまで、順次消灯される。患者入力の登録を遂行した時点で、次に、プロセスフローは中断して開始点に戻る。

開始ステップ２０２から、ステップ２２６において、処理ユニット１６は、押しボタン１００が押されたか否かを決定する。押しボタン１００が押されていない場合（ステップ２２６で「いいえ」）、プロセスフローは中断する。押しボタン１００が押された場合、処理ユニット１６は、その日についての遂行済みの運動反復記録をチェックし、これをメモリ内の記憶済み患者プログラムと比較し、ステップ２２８において、フィードバックＬＥＤ数に対し遂行済みのプログラムの割合をマッピングする。次に処理ユニットはステップ２３０で、マッピングされたフィードバックＬＥＤを順次点灯させ、例えば３秒の一定時間の間、点灯すべき最後のＬＥＤを点滅させて、ユーザーに対し、その日について遂行された運動反復の割合を示す。一定時間が終了した後、全てのＬＥＤはステップ２３２で消灯し、プロセスフローは中断して開始点に戻る。

開始点２０２から、ステップ２３４において、動作検知ユニット１０の加速度計及びジャイロスコープは器具２の動作を検知する。処理ユニット１６は次に、ステップ２３６〜２４４において運動の認識を行なう。ステップ２３６において、検知されたデータは、加速度計及びジャイロスコープのために選択されたサンプルサイズに適切なアレイに書込まれる。ステップ２３８において、各軸についての平均及び標準偏差が計算され、これらは次にステップ２４０においてメモリ１８内の記録済み運動の動作パターンに比較される。比較は、記録された運動の各々の動作パターンについての平均及び標準偏差値から検知されたデータの平均及び標準偏差を減算することによって行なわれる。各々の運動比較は、結果値を生成し、これらの値のうちの最小のものがステップ２４２で選択される。減算計算によって、最小の結果値は、記憶された運動のうちの検知された動作パターンに最も類似しているものを表わす。ステップ２４４では、この最小値が、運動の認識を表わす閾値と比較される。値が閾値以上である場合（ステップ２４４における「いいえ」）には、検知された運動パターンは、記憶された運動の１つとして認識されるのに充分な程度に、記憶された運動パターンのいずれにも類似していない。次に、プロセスフローは中断し、ステップ２０２で開始点に戻る。最小値が閾値より小さい場合（ステップ２４４における「はい」）には、検知された運動は、最小比較値に対応する記憶された運動として認識されたものである。この運動の運動数はステップ２４６でプリントされ、フィードバックＬＥＤは、ステップ２４８において一時的に適切な色（例えば緑色）で点灯される。このとき、認識された運動についての計数器は、プロセスフローが中断し開始点に戻る前にステップ２５０において１だけ増加される。ステップ２５０で更新される運動計数器は、その日の遂行済み運動の合計数をまとめこれを記憶された患者プログラムと比較するために、ステップ２２８において使用される。

図９−１及び図９−２のフローチャートは、進捗フィードバックが各運動反復後に与えられる一例を示している。認識された運動が単一の反復について遂行され、運動計数器がステップ２５０において１だけ増加された後、処理ユニットはステップ２２８、２３０及び２３２まで進み、そこで、記憶されたプログラムを通した日々の進捗が計算され、適切な割合のフィードバックＬＥＤの点灯を通してユーザーに対し表現される。他の実施例（例示せず）では、適切な数のＬＥＤの点灯によって、進捗フィードバック及び運動認識を組合わせて、運動認識フィードバックステップ２４８中に進捗フィードバックを提供してよい。代替的には、２つのフィードバック素子は完全に別のものであり、全てのＬＥＤが運動の認識のために発光し、押しボタン１００を押すことによる要求に応えてのみ進捗フィードバックが提供されてよい。

図９−１及び図９−２中に例示されているプロセスフローに対する追加の変形形態も企図可能である。例えば、ステップ２１４においてボタンの押下げをチェックしている間に、処理ユニットは、初期方向又は逆方向のいずれかでの回転つまみ７６のさらなる回転についてもチェックしてよい。このような回転は、それが検出された場合、点灯したＬＥＤの数に反映され、ステップ２１０のタイマーを再始動させる可能性がある。さらに、万一ステップ２１０のタイマーが押しボタン１００を押す前に終了した場合、終了時に点灯したＬＥＤの数は、一時メモリ内に記憶されてよい。さらなる回転が検知された時点で直ちに、最後に記憶されたＬＥＤ構成が検索され、こうして同じ数のＬＥＤが直ちに点灯してユーザーをその最後の入力状況に戻すようになっていてよい。押しボタン１００を押すことによってひとたび入力が登録されると、一時メモリをクリアしてよい。このようにして、万一ユーザーが、押しボタン１００を押す前に例示された痛みレベルが代表的なものであるかを決定するのに閾値遅延よりも長くかかった場合、つまみ７６の追加の回転動作を行なうだけで直ちに再開することができる。

図９−１及び図９−２のプロセスフロー内には、リマインダ機能も組込まれていてよい。例えば、一日の特定の時刻において、フィードバックＬＥＤは、その日の間にいかなる運動も器具２によりまだ検知されていなかった場合に発光するようにプログラミングされてよい。リマンインダの表示中、押しボタン１００を押すことで、リマインダを「スヌーズ」又はキャンセルする効果が得られるかもしれない。

考慮されてよいプロセスフロー及び機能性に対する別の変形形態には、押しボタン１００の内部にさらなるＬＥＤを追加することが含まれる。一実施例によると、この押しボタンＬＥＤは、つまみ７６の回転が登録されると直ちに発光されて、押しボタン１００を押して痛み入力情報を登録するようにユーザーにプロンプトし得る。

図９−１及び図９−２中に示されたプロセスフローの３つの主要な流れ（回転つまみ７６の後続する回転、押しボタン１００の押下、又は動作検知）は、実質的に並行して実行されるものとして示されている。万一、同時に発生する多数のアクションが、点灯させるべきＬＥＤの数などに関して矛盾する命令をひき起こす場合、流れ間の潜在的な矛盾に対処するために１つの序列が課せられる場合がある。一実施例において、序列は、例えば進捗フィードバックを提供するためといった他の何らかの理由のためのＬＥＤの点灯に比べて、回転つまみ７６の回転を反映するためのＬＥＤ点灯に対して、つねに優先性が付与されるような形で、最大の重要性をユーザー入力に与えることができる。ＬＥＤ点灯についての代替的優先性を、特定の使用事例について企図してもよい。

図１０ａ〜１０ｆは、フィードバックユニット１４を形成するＬＥＤのアレイのフィードバック状態を例示している。例示された配置において、アレイは、１０個の２色（緑色／青色）フィードバックＬＥＤと、１つの赤色バッテリＬＥＤと１つの赤色メモリＬＥＤとを含む。２色ＬＥＤは、進捗フィードバック及び運動認識については緑色で点灯され、痛み入力を表現するためには青色で点灯される。アレイは、表現を容易にする目的で、単一の線形アレイとして例示されている。しかしながら、図１〜７の実施例においては、ＬＥＤ１がＬＥＤ１０に隣接する状態で、２色ＬＥＤが円形アレイの形で配置され、赤色のバッテリ及びメモリＬＥＤが器具２の一側面上に組付けられていることがわかる。図１０ａ〜１０ｆの各々は、異なるフィードバック状況について、さまざまなＬＥＤの点灯を時間との関係において示す。

図１０ａは、回転つまみ７６を回すことなく押しボタン１００を押すことによってプロンプトされる進捗フィードバックを表現している。例示された事例では、割当てられた運動プログラムのうちの遂行済みのものの割合は、緑色点灯している１０個のＬＥＤのうちの６個にマッピングする。ＬＥＤ１が最初に点灯し、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が続き、最後にＬＥＤ７が点滅して、ユーザーが運動の６０％を遂行済みで現在プログラムの７０％に向けて作業していることを伝達するまで継続する。

図１０ｂは、バッテリ及びメモリフィードバックを例示する。メモリＬＥＤは、赤一色を発光し、利用可能なメモリ空間が低い値に近づいており記憶されたデータを次の機会にクリアしなければならないことを示す。利用可能なメモリが臨界レベルに達した場合、メモリＬＥＤが赤色に点滅する。バッテリＬＥＤは赤色に点滅し、バッテリの充電レベルが低く充電する必要があることを表わす。全発光するバッテリＬＥＤは、バッテリが低レベル状態に近づきつつあることを示し、一方点滅するＬＥＤはバッテリが低レベルに達し、充電しなければならないことを表わす。

図１０ｃはユーザーからの痛み入力を示す。ユーザーは、１０個のＬＥＤのうちの５個が点灯している（青色）状態に対応する量だけ、回転つまみ７６を回した。ユーザーは次に、押しボタン１００を押して、痛み入力を登録し、この時点でＬＥＤは最後に点灯したＬＥＤ（ＬＥＤ５）のみが残るまで、ＬＥＤ１から出発して、連続して消灯する。この最後のＬＥＤは、点滅し始めて、同じく消灯する前の痛み入力の登録の成功を表わす。

図１０ｄは、運動の認識を例示する。記憶された運動の遂行を認識した時点で、プロセッサは２色ＬＥＤ全てを同時に（緑色）点滅させ、現行の運動が認識されたことを表わす。以上で論述した通り、図１０ａ（進捗フィードバック）及び１０ｄ（運動認識）のフィードバック状況は、記憶された運動の遂行を認識した時点で、遂行した割当てプログラムの割合に対応する数のＬＥＤのみを点滅させることによって組合せられてよい。こうして、図１０ａと１０ｄの実施例においては、最初の６個のＬＥＤが、運動の認識時点で点滅すると考えられる。割当てられたプログラムの７０％の遂行を表わすのに充分な追加の運動反復をひとたび遂行した時点で、１０個のＬＥＤのうちの７個が点滅して運動認識を伝達し、それ以降も同様である。

図１０ｅは、いかなる動きも起こっていない間全ての２色ＬＥＤが交互に青色及び緑色に点滅して、ユーザーに自らの運動を実施することを思い出させるリマインダ機能を例示している。

図１０ｆは、その間にデータを器具２にアップロードしかつそれからダウンロードする、コンピュータとの同期化を例示している。この時間中、２色ＬＥＤは、各々個別に順次点灯してよい。

器具２はこうして、ユーザーがフィードバックを受信するためと同時に入力を提供するためにもインタラクトし得る内蔵型監視ユニットを表わす。連続入力デバイスは、あらゆる年令及び能力のユーザーにとって容易にマスターできる方法でのユーザーの痛みに関する比較的詳細な情報の捕捉を可能にする。別個の及び連続するユーザー入力デバイスの組合せは、ユーザーと理学療法士などの医療従事者の両方にとって有用な情報の捕捉及び表示をさらに容易にする。

Claims (24)

1. ユーザーの運動を監視する器具において、
   フレームと、
   フレームによって支持された動作検知ユニット及びユーザー入力ユニットと、
   フレームをユーザーの一身体部分にしっかり固定するように構成されたハーネスとを含み、ユーザー入力ユニットが連続入力デバイスを含んでいる器具。
2. 連続入力デバイスが回転デバイスを含む、器具。
3. 回転デバイスが回転つまみ及び協働する回転変位測定素子を含む、請求項２に記載の器具。
4. 動作検知ユニットが、加速度計及びジャイロスコープの少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の器具。
5. ユーザー入力ユニットがさらに、別個の入力デバイスを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の器具。
6. 別個の入力デバイスが押しボタンを含む、請求項５に記載の器具。
7. フレームにより支持されるフィードバックユニットをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の器具。
8. フィードバックユニットが、複数の光源を含む、請求項７に記載の器具。
9. フィードバックユニットが入力ユニット由来の入力を表現するように構成されている、請求項７又は８に記載の器具。
10. メモリ及び処理ユニットをさらに含み、メモリ及び処理ユニットも同様にフレームによって支持されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の器具。
11. 処理ユニットが、動作検知ユニット由来のデータを受信し、メモリ内に記憶された動作パターンによって表現された運動の遂行を識別するように構成されている、請求項１０に記載の器具。
12. 処理ユニットがさらに、遂行済み運動の記録をメモリ内に記憶するように構成されている、請求項１に記載の器具。
13. フィードバックユニットがさらに、処理ユニットからのフィードバックを表示するように構成されている、請求項７に従属する場合の、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の器具。
14. ユーザーに対してしっかりと固定された監視器具を介してユーザーの運動を監視する方法において、
    監視器具でユーザーの動作を検知するステップと、
    監視器具を介して、運動中にユーザー入力を受信するステップと、
    を含む方法であって、ユーザー入力が監視器具上の連続入力デバイスを介して受信される、方法。
15. ユーザー入力が、１つの運動の遂行中にユーザーが体験する痛みのレベルに対応している、請求項４に記載の方法。
16. 受信したユーザー入力を監視器具上に記憶するステップをさらに含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 監視器具内に記憶された運動に対応する検知された動作パターンを監視器具の内部で識別するステップをさらに含む、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 記憶された運動に対応する動作パターンの遂行を識別した時点で監視器具を介してユーザーに対してフィードバックを提供するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. ユーザーが遂行済み運動の記録を監視器具上に記憶するステップをさらに含む、請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 遂行済み運動の記憶された記録内で、受信したユーザーフィードバックとユーザーフィードバックの受信時に遂行中である運動とを関連づけるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 検知した動作パターンと識別された運動の記憶された動作パターンとを比較するステップ及びユーザーの運動遂行精度を監視器具内に記憶するステップをさらに含む、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 監視器具上にユーザー用の運動プログラムを記憶するステップと、ユーザーが遂行したプログラムの割合を示すフィードバックを、監視器具を介してユーザーに提供するステップとをさらに含む、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 記憶されたプログラムをユーザーが遂行し終っていない場合に、監視器具を介してユーザーにそれをリマインドするステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 実質的に、添付図面を参照して本明細書に記載され、添付図面に示されている通りの器具及び方法。

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