JP2018513707A - 手持ち式器具を通じたヒトの振戦の測定および収集 - Google Patents

Abstract

ヒトの振戦データを測定および収集するための技法は、手持ち式器具を用いて作業を実行する間にユーザによって操作される手持ち式器具の運動を測定することを含む。運動は、手持ち式器具のハンドル内に配置される慣性測定ユニット（「IMU」）を用いて測定される。運動の運動データは、手持ち式器具のメモリユニット内に記憶される運動ログに記録される。運動データは、ユーザが手持ち式器具を用いて作業を実行する間に生じた振戦の深刻度を判断するための情報を含む。運動ログは、解析のために遠隔サーバに通信される。【選択図】図１Ｂ

Description

[0001] 本開示は、概略、不随意筋運動に関し、限定ではないが特に、不随意筋運動の測定および追跡に関する。

[0002] 運動障害は、多くの場合、パーキンソン病（「PD」）および本態性振戦（「ET」）等の慢性神経変性疾患によって生じる。これらの症状の双方が、現時点において治療不能であり、不随意筋運動またはヒトの振戦、すなわち、人体の制御不可能な律動的振動運動を引き起こす。多くの場合、ヒトの振戦は、生活の質の重大な劣化を引き起こし、飲食および筆記等の日々の活動／作業を妨げるほど十分深刻となり得る。

[0003] 運動障害を有する患者は、通常、ＥＴのためのＦａｈｎ−Ｔｏｌｏｓａ−Ｍａｒｉｎ振戦評定尺度またはＰＤのための統一パーキンソン病（URDRS）評定尺度等の尺度を用いて医院において診断される。これらの尺度の双方が、訓練を受けた神経科医による仕上げを必要とし、多くの場合、医師の診察室において短い期間にわたって行われる主観的評価に依拠する。自宅における症候の深刻度は、通常、患者の自己報告から評価され、これも非常に主観的であり、誤りが起きやすい。これにより、これらの疾病のための長期の治療または介入を展開し評価する際に大きな困難が生じる。

[0004] 本発明の非限定的かつ非包括的な実施形態が以下の図面を参照して説明される。ここで、同様の参照符号は、別段の指示がない限り、様々な図面を通じて同様の部品を指す。図面は必ずしも縮尺どおりでなく、説明される原理を示す際に強調がなされる。

[0005]本開示の一実施形態に係る、不随意筋運動を測定および追跡する手持ち式器具の断面図である。 [0006]本開示の一実施形態に係る、不随意筋運動を測定および追跡する手持ち式器具の斜視図である。 [0007]本開示の一実施形態に係る、振戦追跡モジュールを示す機能ブロック図である。 [0008]本開示の一実施形態に係る、手持ち式器具を用いて不随意筋運動を測定、追跡および解析するためのプロセスを示すフローチャートである。 [0009]本開示の一実施形態に係る、手持ち式器具の例示的な剛体仮説を示す。 [0010]本開示の一実施形態に係る、不随意筋運動を補償する手持ち式器具の運動生成機構の斜視図である。

[0011] 手持ち式器具を用いて通常の活動を行っている間のユーザの不随意筋運動を測定、追跡および解析するための装置、システムおよびプロセスの実施形態が本明細書において説明される。以下の説明において、実施形態の完全な理解をもたらすために、多数の特定の詳細が示される。一方、当業者であれば、本明細書に記載される技法を、特定の詳細のうちの１つ以上がない状態で、または他の方法、コンポーネント、材料等を伴って実施することができること認識するであろう。他の例では、既知の特徴、材料または動作は、ある特定の態様を曖昧にするのを回避するために、詳細に示されることも説明されることもない。

[0012] 本明細書全体を通じて、「１つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載された特定の構成、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。したがって、本明細書全体を通じて様々な場所における「１つの実施形態では」または「一実施形態では」というフレーズの出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の特徴、構造または特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切な方式で組み合わせることができる。

[0013] 図１Ａおよび図１Ｂは、本開示の一実施形態による、不随意筋運動を測定および追跡する手持ち式器具１００を示す。図１Ａは、手持ち式器具１００の断面図であり、図１Ｂは、手持ち式器具１００の斜視図である。手持ち式器具１００は、不随意筋運動（振戦）を検出および補償することも可能であるが、様々な実施形態は、振戦の測定、追跡および／または診断を実施するために振戦補償のための機構および関連付けられたセンサを含む必要がないことが理解されるべきである。ただし、手持ち式器具１００の示される実施形態には双方の特徴が組み込まれている。したがって、手持ち式器具１００の示される実施形態は、ユーザ振戦を測定および追跡するためのサブシステム（例えば、振戦追跡モジュール）と、これらの同じ振戦を検出および補償するためのサブシステムとを備える。これらのサブシステムは、別個のコンポーネントを含むか、または電力システム、メモリ、コントローラ等のいくつかのコンポーネントを共有することができ、更には１つ以上のセンサを共有することができる。いくつかの実施形態では、振戦を検出および補償するためのサブシステムの１つ以上のコンポーネントを省くことができる。

[0014] 手持ち式器具１００は、手持ち式器具１００を保持するためのハンドルとして機能するハウジング１０２を含む。手持ち式器具１００は、ハウジング１０２に結合された取付アーム１０６も含む。取付アーム１０６は、ユーザ補助デバイス１１０（例えば、示される実施形態では、スプーン）をハウジング１０２から離れた端部に受容するように構成される。手持ち式器具１００は、振戦を測定および追跡するための振戦追跡モジュール（「TTM」）１０１を更に含む。ＴＴＭ１０１の１つ以上のコンポーネントが、ユーザが保持するハンドルの振戦を測定および追跡するために、ハウジング１０２に強固に取り付けられる。図１Ａおよび図１Ｂは、ハウジング１０２内の単一のブロックとしてＴＴＭ１０１を示しているが、他の実施形態では、ＴＴＭ１０１は、多岐にわたる異なるフォームファクタを想定することができ、ハウジング１０２全体にわたって更に拡散させることができる、いくつかの機能アイテムを含む。

[0015] 手持ち式器具１００の示される実施形態は、ユーザ補助デバイス１１０の振戦を検出および補償するためのサブシステム１０４を更に含む。示される実施形態では、サブシステム１０４は、取付アーム１０６およびユーザ補助デバイス１１０の絶対的な運動を測定するように取付アーム１０６に沿って配置された少なくとも１つの慣性センサ１０８を含む。サブシステム１０４は、ポータブル電源１１２、運動生成機構１１４、コントローラ１１６、制御システム１１８、およびハウジング１０２に対する取付アーム１０６の相対的な運動を測定するための少なくとも１つの分散運動センサ１２０を更に備える。上述したように、ＴＴＭ１０１は、サブシステム１０４のコンポーネントのうちの１つ以上（例えば、電源１１２、コントローラ１１６等）を共有することができる。また、他の実施形態では、振戦運動を補償するためのサブシステム１０４のコンポーネントのうちの１つ以上（例えば、慣性センサ１０８、運動生成機構１１４等）を省くが、依然として、本明細書に開示される振戦測定および追跡機能を実施することができる。

[0016] １つの実施形態では、取付アーム１０６は、特定のタイプのユーザ補助デバイス１１０（示されるスプーン）と一体化される。他の実施形態では、取付アーム１０６は、限定ではないが、摩擦、スナップ、または他の形態のロック機構を含む多岐にわたる方法で、多岐にわたる異なるユーザ補助デバイス１１０を受けることができる。ポータブル電源１１２は、限定ではないが、再充電可能バッテリ、ソーラーパネル等を含む多岐にわたるオプションを利用することができる。

[0017] 少なくとも１つの慣性センサ１０８および少なくとも１つの分散運動センサ１２０は、不随意筋運動を検出し、ユーザがユーザ補助デバイス１１０の運動に悪影響を与えるときに生成されるこれらの不随意筋運動に関連する信号を測定する。これらのセンサは、ハウジング１０２に対する安定化された出力の運動も検出する。制御システム１１８は、運動生成機構１１４に対する信号に応答してコントローラ１１６を通じて電圧コマンドを送信し、ユーザの振戦または不随意筋運動を相殺する。この相殺により、ユーザ補助デバイス１１０の位置が維持および安定化され、ハウジング１０２に対し中心に保たれる。

[0018] 当業者であれば、本開示によるシステムおよび方法が、コントローラ１１６、少なくとも１つの慣性センサ１０８、少なくとも１つの分散運動センサ１２０、および制御システム１１８の様々な実施態様を利用することができ、これが本開示の趣旨および範囲内にあることを容易に認識する。１つの実施形態において、コントローラ１１６は、プログラマブルマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、特定用途向け集積回路（「ASIC」）またはその他等のセンサ入力から電気応答を作成することが可能な電気システムを含む。１つの実施形態では、コントローラ１１６は、その全体的な低コスト、低電力消費、および多くの用途において利用可能である能力に起因して、Ａｔｍｅｌによって製造される８ビットＡＴＭＥＧＡ８Ａプログラマブルマイクロコントローラを含む。

[0019] １つの実施形態では、少なくとも１つの慣性センサ１０８は、限定ではないが、加速度計、ジャイロスコープ、または２つの組み合わせを含むセンサである。１つの実施形態では、少なくとも１つの分散運動センサ１２０は、限定ではないが、ホール効果磁気センサを含む非接触位置センサである。１つの実施形態では、制御システム１１８は閉ループ制御システムである。

[0020] 閉ループ制御システムは、手持ち式器具１００に沿った様々な点において運動および加速を検知し、ユーザの不随意筋運動の正味の影響を適宜相殺し、これによりユーザ補助デバイス１１０の位置を安定化するように運動生成機構１１４を動かす制御アルゴリズムに詳細情報を供給する。

[0021] 当業者であれば、本明細書に記載の装置、システムまたは方法を、多岐にわたる用途に利用することができることを容易に認識するであろう。例えば、様々な異なるユーザ補助デバイス１１０は、製造器具、手術器具、キッチン用品（例えば、フォーク、ナイフ、スプーン）、スポーツ器具、ガーデニング工具、身だしなみ用品（例えば、櫛、爪切り、ピンセット、メイクアップアプリケータ等）または歯科衛生器具（例えば、歯ブラシ、フロス用器具等）を含むことができる。このため、手持ち式器具１００は、神経系運動障害を患う多数の個人の生活の質の改善のみでなく、限定ではないが製造、手術および公衆安全用途を含む、生理学的振戦が問題となる多岐にわたる用途における支援にも有用とすることができる。

[0022] １つの実施形態では、手持ち式器具１００は、少なくとも１つの慣性センサ１０８を用いて中立位置（例えば、θ＝０またはその他を選択することができる）を中心にユーザ補助デバイス１１０を安定化することができる。これを達成するために、ユーザ補助デバイス１１０の位置は、角度θに沿って検知される。この位置検知のために、少なくとも１つの慣性センサ１０８が取付アーム１０６に沿って配置され、これを用いて、低いノイズ、および用途に十分な感度を与えながら、ユーザ補助デバイス１１０の絶対運動を測定する。取付アーム１０６に沿った少なくとも１つの慣性センサ１０８の直接センサ配置は、極度にロバストであり、使用に依拠して異なり得る逆運動学／動力学に依拠しないので、固有の利点を手持ち式器具１００に与える。このため、上述したように、ユーザ補助デバイス１１０の長さおよび重みを事前に決定および事前にプログラムする必要なく、ユーザ補助デバイス１１０をコントローラ１１６内に実装するために多岐にわたる物体を用いることができる。

[0023] 示される実施形態では、少なくとも１つの分散運動センサ１２０が、手持ち式器具１００の基部に位置するハウジング１０２内に位置する。少なくとも１つの分散運動センサ１２０は、ハウジング１０２に対する取付アーム１０６の相対運動を測定する。ここで、ユーザ補助デバイス１１０は、ハウジング１０２に対し中心位置に保持される。１つの実施形態において、少なくとも１つの分散運動センサ１２０は、制御システム１１８のための角フィードバックを提供し、作動角に応じて変化する磁場に依拠する少なくとも１つの非接触ホール効果位置センサである。

[0024] 少なくとも１つの分散運動センサ１２０内に位置する戦略的に配置された集積回路（IC）によって、変化する磁場が検出され、このセンサのアナログ出力は、コントローラ１１６によって読み出され、多数のサイクルに耐えることが可能な完全に非接触の角検出を提供する。少なくとも１つの分散運動センサ１２０は、その非接触検知方法を用いて、経時的に摩耗する電位差計等の従来の直接接触検知方法よりも改善した信頼性を提供する。

[0025] １つの実施形態では、手持ち式器具１００は、コアレスマイクロモータと、運動生成機構１１４を実施するための結合機構を用いてコアレスマイクロモータに結合された小型歯車減速系との組み合わせを用いる。わずか６．５グラム（g）の総重量を有する低コストの小型歯車減速系の使用を通じて、０〜５ヘルツ（Hz）の必要な振戦周波数において、これらのコアレスマイクロモータにより、最大で１０ニュートン（N）の大きな力も生成することができる。更に、この技術から引き出される電力は低く、０．５ワット（W）と推定される。

[0026] 図２は、本開示の実施形態による、ＴＴＭ２００を示す機能ブロック図である。ＴＴＭ２００は、図１Ａおよび図１Ｂに示すＴＴＭ１０１の１つの可能な実施態様である。ＴＴＭ２００の示される実施形態は、慣性測定ユニット（「IMU」）２０５、コントローラ２１０、メモリユニット２１５、および通信インターフェース２２０を含む。

[0027] ＩＭＵ２０５は、ハンドルの振戦運動、ひいてはユーザの手の振戦運動を直接測定するためにハウジング１０２と強固に接触して配置される。ＴＴＭ２００は、ユーザが、食事または身だしなみ（例えばメイクアップを施す）等の日々の作業を行っている間のヒトの振戦の測定を容易にする。これは、患者が安定して保持しようとしている手の振戦を単に測定する従来の院内評価を上回る重要な差異である。患者が日々の作業を行っている間の振戦の測定および追跡は、ヒトの振戦によって最も悪影響を受ける現実世界のシナリオ下の状態を測定する。したがって、ＴＴＭ２００を、患者によって日常的に用いられる日々のアイテムまたは器具内に埋め込み、それらの状態を正確に測定および追跡することができる。これにより評価の改善をもたらすことができる。

[0028] 手持ち式器具１００は、日常的な作業中にヒトの振戦を測定および追跡することができるのみでなく、好都合には、ある期間にわたってこれを行い、統計的解析のためにより信頼性のあるデータセットを得ることができる。更に、手持ち式器具１００は、ユーザが医師の診療所における正式な評価よりも、リラックスして、ストレスがより少ない状態にある自宅で用いることができる。自宅環境内のデータ収集は、院内で得ることができるよりも大きなデータセットと共に、患者の症候の評価のためのより信頼性のあるデータを提供することができる。患者の振戦の改善された評価および診断は、ヒトの振戦を引き起こす様々な病気および症状の改善した治療および介入を容易にする。

[0029] ＩＭＵ２０５は、手持ち式器具１００のハンドルの運動を測定する多岐にわたるデバイスを用いて実施することができる。例えば、ＩＭＵ２０５は、線形加速を測定する１つ以上の加速度計を含むことができる。１つの実施形態では、ＩＭＵ２０５は、３つの直交次元（例えば、x次元、y次元およびz次元）におけるハンドルの並進加速を測定することが可能な加速度計を備える。１つの実施形態では、ＩＭＵ２０５は、手持ち式器具１００のハンドルの回転運動（例えば、軸を中心とした角速度）を測定するジャイロスコープを含む。様々な実施形態では、ジャイロスコープは、約１つ、２つまたは３つの直交回転軸を中心とした回転運動を測定することを可能とすることができる。１つの実施形態では、ＩＭＵ２０５は、磁場（例えば、地球の磁場または他の外側から加えられる磁場）に対するハンドルの動きを測定する磁力計を含む。様々な実施形態において、ＩＭＵ２０５は、上記に列挙された運動測定デバイスのうちのいくつかまたは全ての様々な組み合わせを含むことができる。更に、これらの動きセンサは、ハウジング１０２に強固に取り付けられた共通の基板上に共に配置することもできるし、またはハウジング１０２全体にわたって配置することもできる。

[0030] コントローラ２１０は、IＭＵ２０５およびメモリユニット２１５に通信可能に結合され、ＩＭＵ２０５から運動データ出力を読み出し、運動データをメモリユニット２１５に記憶する。運動データは、ある期間にわたって収集される。例えば、運動データは、ユーザが一日、一週間、または他の期間の経過にわたって個々の作業を実行する間に収集することができる。メモリユニット２１５に記憶される収集された運動データは、運動ログ２２５を形成する。１つの実施形態では、運動ログ２２５は、ＩＭＵ２０５からの運動データ出力に基づいて、運動ログ２２５を用いてこれらの運動を再生するために、ユーザの運動に関する十分な情報（線形加速、回転速度、これらの加速／速度の持続時間、磁場に対する向き等）を含むことができる。１つの実施形態では、運動ログ２２５は、運動データが収集されたときの日付／時間スタンプも記録することができ、更には、運動データが収集されたときにハンドヘルド１００に取り付けられたユーザ補助デバイス１１０のタイプを示す識別子を含むことができる。タイプ識別子は、運動データが収集されたときにユーザによって実行されている活動（例えば、フォーク、ナイフまたはスプーン等で食事している）のインジケーションを提供する。この活動情報および時間／日付スタンプは、患者の振戦が特定の活動または時間帯に相関するか否かを判断するために患者の運動ログ２２５を評価するときに、医師にとって有用であり得る。更に他の実施形態では、運動ログ２２５は、日付／時間の関数として電池電圧も記録することができ、これをシステム性能および電池使用の解析に用いることができる。電池電圧の追跡は、ユーザ補助デバイス１１０を安定化するために運動生成機構１１４によってなされる労力の量に対する一種の代わりとなる。したがって、電池消費は振戦の増大と共に上昇するので、電池電圧または電池消費の追跡はユーザの振戦の度合いに相関する。

[0031] コントローラ２１０は、論理命令を実行することが可能なプログラマブルマイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣまたは他のデバイスにより実施することができる。論理命令自体は、ハードウェアロジック、ソフトウェアロジック（例えば、メモリユニット２１５内または他の場所に記憶される）または双方の組み合わせとすることができる。メモリユニット２１５は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）を用いて実施することができる。

[0032] 通信インターフェース２２０は、運動ログ２２５をメモリユニット２１５から出力するために、ネットワーク２３５（例えば、インターネット）を介して遠隔サーバ２３０に通信可能に結合される。１つの実施形態では、通信インターフェース２２０は、無線通信インターフェース（例えば、Bluetooth、WiFi）等である。例えば、通信インターフェース２２０は、インストールされた振戦追跡アプリケーションを介して運動ログ２２５をサーバ２３０に送達するユーザの携帯電話への無線リンクを確立することができる。アプリケーションは、ユーザがプライバシ設定を制御し、手持ち式器具１００の使用に関するコメントを追加し、運動ログ２２５の自動周期報告をセットアップし、運動ログ２２５のワンタイム報告を開始することを、他のユーザ機能と共に可能にすることができる。更に別の実施形態では、通信インターフェース２２０は、有線通信ポート（例えば、USBポート）とすることができる。例えば、ユーザが手持ち式器具１００を充電ドックに接続して電源１１２を充電するとき、通信インターフェース２２０は、遠隔サーバ２３０との通信セッションを確立して、この遠隔サーバ２３０への運動ログ２２５の送達を行うこともできる。

[0033] 図３は、本開示の一実施形態による、手持ち式器具１００を用いて不随意筋運動（振戦）を測定、追跡および解析するプロセス３００を示すフローチャートである。プロセス３００におけるプロセスブロックのうちのいくつかまたは全てが現れる順番は、限定であるとみなされるべきでない。むしろ、本開示の利益を有する当業者は、プロセスブロックのうちのいくつかを、示されていない多岐にわたる順序で、または更には並列に実行することができることを理解するであろう。

[0034] プロセスブロック３０５において、患者（ユーザ）は、手持ち式器具１００を用いて、食事または身だしなみを含む日常的な日々の活動等の作業または活動を行う。当然ながら、手持ち式器具１００は、上記のように、他の非日常的な活動のために用いることもできる。この活動を行う間、ＴＴＭ１０１は、患者が手持ち式器具１００を操作するときに患者の運動を測定する（プロセスブロック３１０）。ＴＴＭ１０１は、手持ち式器具１００のハンドルの振戦を含む運動を直接測定する。いくつかの実施形態では、手持ち式器具１００は、患者のヒトの振戦の衝撃を低減するために、ユーザ補助デバイス１１０の同時の能動的安定化を実行することもできる。他の実施形態では、手持ち式器具１００は、能動的安定化を含まないか、または能動的安定化機能を無効にする。

[0035] 患者が手持ち式器具１００を操作している間、ＩＭＵ２０５は、振戦を能動的に測定し、ユーザの振戦を含むユーザの運動を示す運動データを出力する。１つの実施形態では、ＩＭＵ２０５のセンサは、毎秒５０回のレートでサンプリングされる。当然ながら、他のサンプリングレートが実施されてもよい。プロセスブロック３１５において、運動データは運動ログ２２５としてメモリユニット２１５に記憶される。１つの実施形態では、メモリユニット２１５内の運動ログ２２５の生成は、コントローラ２１０によって編成される。上述したように、運動ログ２２５は、時間／日付スタンプ、取付アーム１０６に取り付けられたユーザ補助デバイス１１０のタイプ、またはその他等の追加の情報で埋めることができる。ユーザ補助デバイス１１０のタイプは、携帯電話アプリケーションまたはその他を用いたユーザ入力によってユーザ補助デバイス１１０内にまたはユーザ補助デバイス１１０上に配置された電子可読識別子（例えば、RFIDタグ、電子可読シリアル番号等）の組み込みによって収集することができる。１つの実施形態において、運動ログ２２５は、慣性センサ１０８および分散運動センサ１２０からの運動生成機構１１４および／またはセンサデータによって与えられる補正量を示すデータにより更に埋められる。この追加データは、ユーザが所与の作業を実行する間にどのくらい多くの安定化を手持ち式器具１００が付与したかに関する情報を含み、ユーザの振戦を解析するための有用な情報を提供することができる。

[0036] プロセスブロック３２０において、ＴＴＭ１０１は、運動ログ２２５を、通信インターフェース２２０およびネットワーク２３５を介して遠隔サーバ２３０に報告する。運動ログ２２５の報告は、周期的、ユーザ始動、メモリユニット２１５が閾値容量に到達するときに始動、手持ち式器具１００が充電されるときに始動、またはその他とすることができる。１つの実施形態では、コントローラ２１０は、外部ユーザアプリケーションと協力して運動ログ２２５を通信インターフェース２２０の外へ送信することを容易にする。

[0037] プロセスブロック３２５において、遠隔サーバ２３０は、運動ログ２２５を解析して、ユーザが作業の実行中に手持ち式器具１００を操作する間に記録された振戦運動を含むユーザ運動を再生する。遠隔サーバ２３０への運動ログ２２５の送信は、在宅データ収集ならびに患者の状態の外部解析および評価を可能にする。

[0038] 運動ログ２２５内の運動データの解析は、ユーザの運動を推定する多岐にわたる異なるアルゴリズムを用いて実行することができる。例えば、ＩＭＵ２０５が３軸加速度計および３軸ジャイロスコープを含む場合、以下の解析は、遠隔サーバ２３０によって実行することができる１つの例示的な解析である。

[0039] 加速度計およびジャイロスコープはユーザの手の位置を直接検知しないため、運動の方程式を用いて、ユーザの手の振戦の振幅および周波数を推定する。以下の式は、傾きによって生じる求心加速度および重力アーチファクトに起因する加速度計信号において生じる誤差を説明する。これらの誤差が除去されると、加速度データは、高速フーリエ変換（「FFT」）を用いて時間領域から周波数領域に変換される。結果として得られるスペクトルのピークを抽出することによって、主要な振戦周波数および手の加速度の振幅の推定値を計算することができる。物体を振動させるための運動の式を用いて、次に、手の位置の振幅を計算することができる。

[0040] １つの実施形態において、並進方向および回転方向の双方の運動を受ける剛体として手持ち式器具１００をモデル化することによって開始することができる。図４は、手持ち式器具１００の例示的な剛体仮説を示す。点Ａは、ＩＭＵ２０５が位置決めされる場所であり（角速度および加速度を検知する）、点Ｂは、運動が推定されている場所（例えば、スプーンの先端）である。点Ｂにおける加速は、以下の式を用いてＡにおける加速に関係付けることができる。

[0041] 誤差をもたらす項は、求心加速度のための項（式１）、および傾斜に起因してシフトした重力ベクトルに起因した項（式１および式２）を含む。後者の誤差源は、デバイスのピッチおよびロールの推定値（θ_ｙおよびθ_ｘとして定義される）に依拠する。

[0042] 点Ｂの運動は、以下の解（三角関数の恒等式を用いる）を有する（ヒトの振戦に起因する）単一周波数正弦曲線として推定することができる。

同じことは、角回転についても書くことができる。

指数形式を用い、時間導関数をとることによって（式４について）以下が得られる。

および

ここで、

は正弦曲線の振幅であり、ωは角周波数である。

[0043] ２つの関係は、式４、式６および式７を調査することによって得ることができる。第１に、単一の正弦曲線の場合、角速度は、正弦周波数によってスケーリングされ、９０度位相をずらしてシフトされた変位信号に比例する。第２の関係は、加速が、周波数の二乗によってスケーリングされた変位信号の負値であるというものである。

[0044] ユーザの運動の一次推定は、１）手持ち式器具１００が剛体である、２）振戦が本質的に正弦曲線であるという仮定から行うことができる。第１の仮定から、強固に接続されたスプーンの先端の運動は、以下の関係から計算することができる。
Ｂ_ｉ＝Ａ_ｉ＋Ｌｓｉｎθ_ｊ （式８）
ｉは、関心対象の軸（x,y,z）であり、ｊは運動を誘導する直交回転軸である。式１、式２および式３を用いて、Ａの運動を推定する（誤差を引き起こす項を補正する）ことができる。Ａおよびθの振幅は、加速度計およびジャイロスコープ信号のＦＦＴをとり、ピークを見つけ、次に式６および式７の関係を用いてＢの大きさを計算することによって推定することができる。

[0045] 加速度計およびジャイロスコープの信号を用いる（慣性座標系に対する）手持ち式器具１００の方向付けを行うことができる。ピッチおよびロール推定を達成する１つの方法は、加速度計センサのローパスフィルタと、ジャイロスコープセンサの積分との組み合わせを通じて重力ベクトルを推定することである。デバイスのピッチおよびロールを計算するために回転行列を用いて以下の式を推定する。
ピッチの場合、

ロールの場合、

ベクトルｇは、入力としてジャイロスコープおよび加速度計の双方の信号を用いて相補フィルタを通じて計算される（カルマンフィルタも用いることができる）。ピッチおよびロール角を推定する代替的な方法は、第３のセンサ入力として磁力計を用いることである。上記の解析は、運動ログ２２５を解析して手持ち式器具１００の運動を再生する１つの例にすぎないことが理解されるべきである。他の技法も実施することができる。

[0046] 図３に示されるプロセス３００に戻ると、遠隔サーバ２３０は、プロセスブロック３３０において、再生された手の運動から振戦スコアを抽出する。例えば、振戦スコアは、上記の解析によって決まるユーザの振戦の周波数および振幅に基づくことができる。プロセスブロック３３５において、振戦スコアは、Ｆａｈｎ−Ｔｏｌｏｓａ−Ｍａｒｉｎ振戦評定尺度または統一パーキンソン病（URDRS）評定尺度等の既知の臨床尺度に相関付けられる。

[0047] 最終的に、患者の振戦スコアを含む患者の結果の報告が、患者を治療する医師に通信される。１つの実施形態では、この報告は、インターネットを介して電子的にセキュアな方式で医師に通信される。

[0048] 図５は、本開示の一実施形態による、不随意筋運動を補償する手持ち式器具の運動生成機構５００の斜視図である。運動生成機構５００は、図１Ａおよび図１Ｂに示す運動生成機構１１４の１つの可能な実施態様である。

[0049] 運動生成機構５００は、第１のコアレスマイクロモータ５０２に結合された第１の小型歯車減速系と、第２のコアレスマイクロモータ５０４に結合された第２の小型歯車減速系とを備える。少なくとも１つの慣性センサ５０８は、取付アーム５０６に沿って配置される。取付アーム５０６は、この取付アーム５０６にユーザ補助デバイス５１０を受容するように構成される。

[0050] 第１のコアレスマイクロモータは、水平（x）方向において回転運動を生成することが可能である。この回転運動は、水平軸受によってサポートされる固い接続を通じて第２のコアレスマイクロモータに与えられる。第２のコアレスマイクロモータは、垂直（y）方向の運動を生成することが可能である。第２のコアレスマイクロモータからのこの運動は、垂直軸受によってサポートされる。

[0051] 結合機構を用いて、２つの別個のコアレスマイクロモータ／小型歯車減速系５０２および５０４の水平運動および垂直運動を組み合わせる。この組み合わせの結果として、ユーザ補助デバイス５１０（示される実施形態では、スプーン）の二方向円形運動が生じる。当業者であれば、本開示によるシステムおよび方法が、限定ではないが、滑り軸受機構、ジンバル構造、またはベローズ構造を含む多岐にわたる結合機構を利用することができること、およびそれが本開示の趣旨および範囲内にあることを容易に認識する。

[0052] 運動生成機構５００において、２つの別個のコアレスマイクロモータ／小型歯車減速系５０２および５０４から２自由度が生成される。第１のコアレスマイクロモータの出力または第２のコアレスマイクロモータの出力に運動を追加することによって、更なる自由度（例えば、z方向における第３の自由度）を運動生成機構５００に追加することができる。

[0053] 上記で説明したプロセスは、コンピュータソフトウェアおよびハードウェアの観点で説明される。説明される技法は、マシンによって実行されたとき、説明された動作をマシンに実行させる、有形または非一時的マシン（例えば、コンピュータ）可読ストレージ媒体内で具現化されるマシン実行可能命令を構成することができる。更に、プロセスは、特定用途向け集積回路（「ASIC」）またはその他等のハードウェア内で具現化することができる。

[0054] 有形マシン可読ストレージ媒体は、マシン（例えば、コンピュータ、ネットワークデバイス、携帯情報端末、製造器具、１つ以上のプロセッサの組を有する任意のデバイス等）によってアクセス可能な非一時的形態で情報を提供する（すなわち、記憶する）任意の機構を含む。例えば、マシン可読ストレージ媒体は、記録可能／記録不可能媒体（例えば、リードオンリーメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、磁気ディスクストレージ媒体、光ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイス等）を含む。

[0055] 本発明の示される実施形態の上記の説明は、要約書に記載されるものを含めて、包括的であることも、本発明を開示される厳密な形態に限定することも意図されない。本明細書において説明の目的で本発明の特定の実施形態および例が記載されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲内で様々な変更が可能である。

[0056] これらの変更は、上記の詳細な説明を鑑みて、本発明に対し行うことができる。以下の特許請求の範囲において用いられる語は、本発明を、明細書に開示される特定の実施形態に限定するように解釈されるべきでない。むしろ、本発明の範囲は、特許請求の範囲の理解の確立された主義に従って解釈される以下の特許請求の範囲によって完全に決定される。

Claims (27)

1. 手持ち式器具であって、
   ハンドルと、
   前記ハンドルから延びる取付アームと、
   前記取付アームの遠位端に取り付けられたユーザ補助デバイスと、
   前記ハンドルの運動を測定し、前記ハンドルの前記運動を示す運動データを生成するように前記ハンドルに強固に取り付けられた慣性測定ユニット（「IMU」）と、
   前記手持ち式器具から前記運動データを出力する通信インターフェースとを備える、手持ち式器具。
2. 前記ＩＭＵは、前記ハンドルの並進加速を測定する加速度計を備える、請求項１に記載の手持ち式器具。
3. 前記ＩＭＵは、前記ハンドルの回転運動を測定するジャイロスコープを更に備える、請求項２に記載の手持ち式器具。
4. 前記ＩＭＵは、磁場に対する前記ハンドルの運動を測定する磁力計を更に備える、請求項２に記載の手持ち式器具。
5. 前記ＩＭＵに結合され、前記ＩＭＵから前記運動データを読み出すコントローラと、
   前記コントローラに結合されたメモリユニットと、
   前記コントローラによって実行可能なロジックとを更に備え、
   前記ロジックは、前記コントローラによって実行されたとき、前記手持ち式器具に、ユーザが前記手持ち式器具を保持している間に生成される前記運動データに基づいて前記メモリユニット内に運動ログを生成することを含む動作を行わせる、請求項１に記載の手持ち式器具。
6. 前記ロジックは、前記コントローラによって実行されたとき、前記手持ち式器具に更なる動作を実行させる更なるロジックを含み、
   前記更なる動作は、
   前記ユーザが前記手持ち式器具を保持し、１つ以上の活動を実行している間に生成される前記運動データに基づいて前記メモリユニット内に複数の運動ログを生成することを含む、請求項５に記載の手持ち式器具。
7. 前記ユーザ補助デバイスはキッチン用品を含み、前記１つ以上の活動は食事を含む、請求項６に記載の手持ち式器具。
8. 前記ロジックは、前記コントローラによって実行されたとき、前記手持ち式器具に更なる動作を実行させる更なるロジックを含み、
   前記更なる動作は、
   前記運動データを記録するときに前記ユーザによって実行される前記１つ以上の活動のインジケーションとして、前記運動ログを用いて前記取付アーム上に搭載された前記ユーザ補助デバイスのタイプを記録することを含む、請求項６に記載の手持ち式器具。
9. 前記通信インターフェースは無線インターフェースを含み、前記ロジックは、前記コントローラによって実行されたとき、前記手持ち式器具に更なる動作を実行させる更なるロジックを含み、
   前記更なる動作は、
   前記通信インターフェースを用いて遠隔サーバに前記運動ログを無線通信することを含む、請求項５に記載の手持ち式器具。
10. 前記ハンドル内に配置される運動生成機構と、
    前記取付アーム上に配置され、前記取付アームの振戦運動を検出する第１の運動センサと、
    前記ハンドル内に配置され、前記ハンドルに対する前記取付アームの相対運動を検出する第２の運動センサとを更に備え、
    前記取付アームは、前記振戦運動を安定化させるために前記第１の運動センサおよび前記第２の運動センサからのフィードバックを用いて前記運動生成機構の影響下で前記ハンドルに対し動く、請求項５に記載の手持ち式器具。
11. 前記ロジックは、前記コントローラによって実行されたとき、前記手持ち式器具に更なる動作を実行させる更なるロジックを含み、
    前記更なる動作は、
    前記振戦運動を安定化させながら、前記取付アーム上の前記運動生成機構によって与えられる補正量を示す前記運動ログ内に追加データを記録することを含む、請求項１０に記載の手持ち式器具。
12. 前記ユーザ補助デバイスは、製造器具、手術器具、キッチン用品、スポーツ器具、ガーデニング工具、身だしなみ用品及び歯科衛生器具のうちのいずれかを含む、請求項１に記載の手持ち式器具。
13. 手持ち式器具によって実行される方法であって、
    前記手持ち式器具を用いて作業を実行する間にユーザによって操作される手持ち式器具の運動を測定することであって、前記運動は、前記手持ち式器具のハンドル内に配置される慣性測定ユニット（「IMU」）を用いて測定されることと、
    前記手持ち式器具に搭載されて配置されたメモリユニット内に記憶された運動ログに前記運動の運動データを記録することであって、前記運動データは、前記ユーザが前記手持ち式器具を用いて前記作業を実行する間に生じた振戦の深刻度を判断するための情報を含む、記録することと、
    前記運動ログを解析のために遠隔サーバに通信することと、
    を含む、方法。
14. 前記ＩＭＵは、前記手持ち式器具の並進運動および回転運動の双方を測定するセンサを備える、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ＩＭＵは、前記手持ち式器具の前記ハンドルに強固に据えつけられた加速度計、ジャイロスコープ及び磁力計のうちの１つ以上を備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記手持ち式器具はキッチン用品を含み、前記作業は前記キッチン用品を用いた食事を含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記手持ち式器具は、異なるユーザ補助デバイスを前記取付アームの遠位端に取り外し可能に取り付けるための取付アームを備え、
    前記方法は、
    前記作業を行っている間に、前記取付アームの前記遠位端に結合された前記ユーザ補助デバイスのタイプを前記運動ログと共に記録することと、
    前記ユーザ補助デバイスの前記タイプを前記運動ログと共に前記遠隔サーバに通信することとを更に含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記ユーザ補助デバイスの前記タイプは、フォーク、ナイフまたはスプーンのうちの少なくとも１つのインジケーションを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記運動ログを解析のために前記遠隔サーバに通信することは、
    携帯電話への無線リンクを確立することと、
    前記無線リンクを介して前記携帯電話から受信したユーザコマンドに応答して、前記無線リンクを通じて前記サーバに前記運動ログをアップロードすることとを含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記運動ログを解析のために前記遠隔サーバに通信することは、
    前記手持ち式器具が、前記手持ち式器具の内部バッテリを充電する充電ドックに結合されると、前記運動ログを前記遠隔サーバに通信することを含む、請求項１３に記載の方法。
21. 前記手持ち式器具は、前記ユーザが前記ハンドルを保持している間の振戦運動を安定化する運動生成機構を含む、請求項１３に記載の方法。
22. 前記振戦運動を安定化している間に前記運動生成機構によって与えられる補正量を示すデータを前記運動ログに記録することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
23. ネットワークを通じて手持ち式器具から、前記手持ち式器具を用いて作業を行っている間に患者によって操作される手持ち式器具の運動を示す運動データを含む運動ログを受信することと、
    前記運動ログ内の前記運動データを解析することと、
    前記運動データに基づいて、前記ユーザが前記手持ち式器具を用いて前記作業を行う間に発生した振戦の深刻度を判断することと、
    を含む、方法。
24. 前記ネットワークを介して、前記患者を治療する医師に前記振戦の前記深刻度のインジケーションを通信することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記解析することは、前記運動データを、ヒトの振戦を段階評価するための臨床尺度に相関付けることを含み、前記インジケーションは前記臨床尺度におけるスコアを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記運動ログ内の前記運動データは、自宅の前記手持ち式器具を用いて前記患者によって生成される、請求項２３に記載の方法。
27. 前記手持ち式器具はキッチン用品を含み、前記作業は食事を含む、請求項２３に記載の方法。