JP2019534765A - 関節特性を定量化するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

ある肢の動きを測定および定量化するためのシステム、装置、方法、およびソフトウェアが開示される。電磁場発生器は電磁場を生成し、電磁場の内側およびある肢上の異なる位置に位置することができる複数の電磁センサーは、位置および配向データを生成し、電磁場の内側で配置可能な電磁スタイラスは、起動時に位置および配向データを生成し、複数の電磁センサーおよびスタイラスに連結されたプロセッサは、センサーおよびスタイラスによって生成されるデータを受信し、肢の角運動および関節に連結された付属肢の並進運動を計算し、また、プロセッサに連結されたディスプレイは、計算された角運動および並進運動の少なくとも一つを表示する。【選択図】図３

Description

本開示は、整形外科用測定装置および方法に関し、より詳細には、臨床的膝運動などの肢の運動を測定および定量化するための装置および方法に関する。

本発明は、様々な臨床的膝運動を含む、肢の運動を測定、記録、処理および定量化するための装置、システム、方法、およびソフトウェアを対象とする。

様々な臨床的膝運動を含む肢の運動の測定、記録、処理および定量化のための装置、システム、方法、およびソフトウェアは、こうした試験を実施する人から独立している。以下に詳述される装置、システム、方法、およびソフトウェアは、試験の結果を記録および保存し、試験の結果を他の患者もしくは同じ患者の他の肢の試験の結果と比較し、ならびに／または試験の結果を異なる日付から得られる試験結果と比較する。

例示的な実施形態によれば、本発明は、関節の特性を定量化するシステムに関し、電磁場を生成するように構成された電磁場発生器と、電磁場の内側で配置可能な複数の電磁センサーであって、各センサーはある肢の上の異なる位置で配置可能であり、各センサーは位置および配向データを生成するように構成される、電磁センサーと、電磁場の内側で配置可能な電磁スタイラスであって、起動時に位置および配向データを生成するように構成される、電磁スタイラスと、複数の電磁センサーおよびスタイラスに連結され、複数のセンサーおよびスタイラスによって生成されるデータを受信するように構成されたプロセッサであって、当該肢の角運動および関節に結合された付属肢の並進運動の少なくとも一つを計算するようにさらに構成され、当該肢が付属肢および関節を含む、プロセッサと、プロセッサに連結され、計算された角運動および並進運動のうちの少なくとも一つを表示するように構成される、ディスプレイと、を備える。

別の例示的な実施形態では、システムは、複数のセンサーによって生成されるデータに基づいて当該肢の動きを表示するようにさらに構成される。追加的かつ例示的な実施形態では、複数のセンサーは、ラックマン、ダイヤル、内反／外反、およびピボットシフト試験のうち少なくとも一つが当該肢で実施される間に、当該肢の動きを測定するように構成される。追加的かつ例示的な実施形態では、プロセッサは、当該肢で実施される試験ごとに計算された角運動および並進運動のうち少なくとも一つを保存するように構成されたメモリをさらに含む。

さらに別の例示的な実施形態では、複数のセンサーのうちの少なくとも一つは、ピン、ねじおよび固定具のうちの少なくとも一つで、肢の骨に取り外し可能に取り付け可能である。別の例示的な実施形態では、複数のセンサーのうちの少なくとも一つは、ストラップ、テープおよび接着剤のうちの少なくとも一つで、肢に取り外し可能に取り付け可能である。

任意選択で、システムは、左肢および右肢のうち少なくとも一つの計算された角運動および並進運動を表示するように構成される。任意選択で、システムは、左肢および右肢の計算された角運動および並進運動を同時に表示するように構成される。関節は膝関節を含んでもよく、付属肢は大腿骨および脛骨を含んでもよい。測定された並進運動は、前後の並進運動であってもよい。

別の例示的な実施形態では、システムは、時間に対する表示された並進運動のピークに関連する第一の垂直線と、時間に対して並進運動の最低に関連する第二の垂直線とをさらに表示するように構成され、また並進運動は肢で実施されたピボットシフト試験中に計算される。任意選択で、プロセッサは、第一と第二の垂直線の間のピボットシフト減少をさらに計算するように構成される。任意選択で、プロセッサは、ピボットシフト試験が肢で実施される間に表示される並進運動の二つのピーク間の距離（ＰＳｒ）をさらに計算するように構成される。任意選択で、プロセッサは、距離（ＰＳｒ）をサンプリング周波数で割った速度（ＰＳｖ）と、計算された速度の差をサンプリング周波数で割った加速度（ＰＳａ）の少なくとも一つをさらに計算するように構成される。システムは、速度（ＰＳｖ）対時間および加速（ＰＳａ）対時間のうちの少なくとも一つをさらに表示するように構成されてもよい。プロセッサは、ピボットシフト試験が実行される肢当たり計算された速度および加速度情報を保存するように構成されたメモリをさらに備えてもよい。

本発明は、追加的かつ例示的な実施形態によると、関節の特性を定量化する方法に関し、一つの肢の周りの電磁場を生成することと、当該肢の異なる位置に複数の電磁センサーを配置することと、電磁スタイラスを使用して肢の複数の目印の初期位置を測定することと、複数の電磁センサーの動きを測定することと、肢の複数の目印の初期位置および複数の電磁センサーの測定された動きを使用して、肢の角運動および関節に結合された付属肢の並進運動のうちの少なくとも一つを計算することであって、肢が付属肢および関節を含む、計算することと、計算された角運動および並進運動の少なくとも一つを表示することと、を含む。

任意選択で、方法は、肢の複数の目印の初期位置および複数の電磁センサーの測定された動きを使用して肢の位置を決定することと、決定された位置に基づいて肢の画像を表示することと、をさらに含む。任意選択で、方法は、センサーの測定された動きに基づいて肢の動きを表示することをさらに含む。

追加的かつ例示的な実施形態では、運動を測定するステップは、ラックマン、ダイヤル、内反／外反、およびピボットシフト試験のうち少なくとも一つが肢で実施される間に、肢の動きを測定することを含む。任意選択で、方法は、試験中に肢の測定された動きを記録することと、肢当たりの角運動および並進運動情報を保存することをさらに含む。任意選択で、左肢および右肢の保存された角運動および並進運動情報が同一の画面上に表示される。

追加的かつ例示的な実施形態では、方法はさらに、時間対表示された並進運動のピークに関連する第一の垂直線と、時間対表示された並進運動の最低に関連する第二の垂直線を表示することをさらに含み、ピボットシフト試験が肢で実行される間に並進運動が計算される。任意選択で、方法はさらに、二つの垂直線間のピボットシフト減少を計算することを含む。任意選択で、方法はさらに、ピボットシフト試験が肢で実施される間に表示される並進運動の二つのピーク間の距離（ＰＳｒ）を計算することを含む。任意選択で、方法は、距離（ＰＳｒ）をサンプリング周波数で割った速度（ＰＳｖ）と、計算された速度の差をサンプリング周波数で割った加速度（ＰＳａ）の少なくとも一つを計算することをさらに含む。任意選択で、方法はさらに、速度（ＰＳｖ）対時間と加速度（ＰＳａ）対時間の少なくとも一つを表示することを含む。任意選択で、方法は、ピボットシフト試験が実施される肢当たり速度（ＰＳｖ）および加速度（ＰＳａ）情報の少なくとも一つを保存することをさらに含む。

追加的かつ例示的な実施形態では、方法は、スタイラスを使用して肢の複数の目印を入力するようにユーザーを促すことと、肢の複数の目印の位置および配向データを受信することと、をさらに含む。任意選択で、ユーザーが複数の目印を入力することを促すステップは、より大きな転子、内側上顆、外側上顆、膝関節線と内側側副靭帯の交点、腓骨頭、内果および外果のうち少なくとも一つの位置情報を、ユーザーが入力するようにグラフィカルに促すことをさらに含む。

本発明の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の請求項および添付図面に関してよりよく理解されるであろう。

図１は、実施形態による肢の動きを測定および定量化するためのシステムを示す。

図２は、図１のシステムの一部分の拡大図を示す。

図３は、図１のシステムで使用するためのある肢に取り付けられたセンサーを示す。

図４は、例示的な実施形態による、肢の動きを測定し、動きを定量化するためのプロセスのフローチャートである。

図５は、例示的な実施形態による、肢の動きを測定し定量化するシステムの開始ページを示す表示画面を示す。

図６は、例示的な実施形態による、動きが測定され、定量化される脚を選択するようにユーザーを案内する表示画面を示す。

図７〜図９は、例示的な実施形態による、ユーザーが脚の一部を目印にするよう案内するための表示画面を示す。 同上。 同上。

図１０は、例示的な実施形態による、ある肢の動きを測定するために使用されるスタイラスおよびセンサーの信号強度を示す表示画面を示す。

図１１は、例示的な実施形態による、動きが測定され、定量化される脚に対して行われる試験の種類を示す表示画面を示す。

図１２〜図１４は、例示的な実施形態による、ある肢およびその動きを示す表示画面を示す。 同上。 同上。

図１５および図１６は、例示的な実施形態による、測定および定量化されたある肢の動きを記録および再生することを示す表示画面を示す。 同上。

図１７は、例示的な実施形態による、測定および定量化されたある肢の動きに基づいて、時間に対してプロットされた屈曲度および並進運動を示す表示画面を示す。

図１８は、例示的な実施形態による、表示されるある肢の加速度、並進運動、速度、屈曲度、内旋／外旋、および内反／外反情報のうちの少なくとも一つをユーザーが選択できる表示画面を示す。

図１９および２０は、例示的な実施形態に従って、保存された情報が他の肢の運動情報と比較する手段として表示されるように、保存された肢の運動情報をユーザーが選択できる表示画面を示す。 同上。

本開示の実施形態による例示的なシステム１００を、図１〜３に示す。システム１００は、プロセッサ１０２およびディスプレイ１０４を備える。プロセッサ１０２は、メモリシステムに動作可能に連結されたマイクロプロセッサを有する。メモリシステムは、一つまたは複数のメモリデバイス（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ディスクまたは他のストレージフォーマット）を含んでもよい。メモリシステムは、プロセッサによって実行されたソフトウェアを保存して、図４に示すプロセス２００を実行する。ディスプレイ１０４はプロセッサ１０２に取り付けられ、図５〜２０に関してさらに考察される。

システム１００では、プロセッサ１０２は、図３に示すように、二つの電磁センサー、大腿骨センサー１０６および脛骨センサー１０８と連通する。センサー１０６、１０８は、患者の皮膚の周りにストラップを介して取り付けられる。別の方法として、センサー１０６、１０８はテープまたは接着剤を使用して取り付けられる。別の方法として、センサー１０６、１０８は、骨に挿入されたピンを介して取り付けることができる。別の方法として、センサー１０６、１０８は、ねじまたは固定具を使用して骨に取り付けることができる。

センサー１０６、１０８は、患者のある肢に取り付けられた時、当該肢の動きを測定する。例えば、図３に示したように、センサー１０６、１０８は、患者の脚に取り付けられ得る。センサー１０６、１０８は、測定された動きに基づいてデータを生成し、生成されたデータをプロセッサ１０２に転送する。一実施形態によれば、プロセッサ１０２は、メモリに保存されたソフトウェアを利用して、センサー１０６、１０８から受信したデータに基づいて、脚の角運動（屈曲度など）および大腿部に対する脛骨の並進運動を計算するために、プロセッサによって実行される。プロセッサ１０２は、以下に説明するように、ディスプレイ１０４への時間に対して屈曲度および並進運動を出力し得る。

電磁場発生器（ＥＭＦＧ）１１０は、電磁場を発生させる。ＥＭＦＧ１１０によって発生した電磁場に応答して、センサー１０６、１０８は、それらの位置および配向を、プロセッサ１０２へのＥＭＦＧ１１０に関連して通信できる。電磁センサーを使用してある肢の動きを測定する場合、ＥＭＦＧ１１０は、システム１００のグローバル座標系として作用し得る。システムは、バーモント州コルチェスターのＰｏｌｈｅｍｕｓからのものなど、既知の電磁場発生器およびセンサーを利用し得る。

図１および図２は、システム１００の前面図および背面図を示す。例示的実施形態によると、ＥＭＦＧ１１０はブーム１１２に取り付けられる。

プロセッサ１０２を囲むエンクロージャ１１４は、スタイラス１１８のためのスタイラスハウジング１１６を有し得る。センサー１０６、１０８と同様に、スタイラス１１８は、ＥＭＦＧ１１０に関連してプロセッサ１０２に対してその位置および配向を伝達できる。システムは、バーモント州コルチェスターのＰｏｌｈｅｍｕｓからのスタイラス１１８を利用してもよい。

システム１００のユーザーは、スタイラス１１８を使用してある肢の一部を目印にしてもよい。プロセッサ１０２は、目印を使用して、脚の屈曲度および大腿部に対する脛骨の並進運動など、ある肢の動きの情報を計算し得る。目印および表示プロセスは、以下により詳細に記載される。

図１および図２に示すように、エンクロージャ１１４はまた、センサー１０６、１０８と、またスタイラス１１８とインターフェースするためのコネクタ１２０を含んでもよい。コネクタ１２０を通して、プロセッサ１０２は、センサー１０６、１０８と、またスタイラス１１８と通信し得る。当技術分野で知られている様々な種類の有線または無線通信方法は、プロセッサ１０２と、センサー１０６、１０８および／またはスタイラス１１８との間の通信のために実施され得る。

ブーム１１２はまた、センサー１０６、１０８が取り付けられている患者の適切な付近内にＥＭＦＧ１１０を配置することを可能にする。実施形態によると、ディスプレイ１０４は、ユーザー入力をプロセッサ１０２に通信するために使用され得るタッチパネルである。プロセッサ１０２はシステムソフトウェアで装填され、ユーザーはタッチパネルを介してソフトウェアとインターフェースすることができる。ソフトウェアはまた、ユーザーに関連情報を提供する。プロセッサ１０２ソフトウェアは、プロセッサ１０２のプロセッサ上で実行されて、関連情報、例えば、屈曲度および並進運動を計算することができる。ディスプレイ１０４は、プロセッサ１０２のプロセッサによって計算された情報を表示し得る。追加の実施形態では、プロセッサ１０２は、プロセッサを有する統合されたタッチパネルであってもよい。

エンクロージャ１１４は棚１２２に取り付けられる。エンクロージャ１１４は、周辺部品をプロセッサ１０２に取り付けるための周辺ポートを有する。エンクロージャ１１４は、流体からプロセッサ１０２を保護する。プロセッサ１０２は、１１０／２４０Ｖを受け入れる電源１２６に接続される。

図１のキャスターブーム１２８は、システムの安定性を高め、取り付けキャスター１３０の位置を提供する。

図４は、例示的な実施形態により、システム１００を使用してある肢の動きを測定し、測定された動きを定量化するためのプロセス２００を示すフローチャートである。第一に、患者の右または左脚のいずれかが、ステップ２０２で測定用に選択される。第二に、患者の選択された脚は望ましい試験位置に配置され、センサー１０６、１０８はステップ２０４で選択された脚に取り付けられる。

次に、ステップ２０６では、ユーザーが肢の目印に登録される。ユーザーは、下記に説明したようにスタイラス１１８を使用して肢を目印にしてもよい。ステップ２０８で、ユーザーは選択された脚上で実施される試験を選択する。以下に説明するように、ディスプレイ１０４は、ユーザーが肢で実行することを予定している試験を（一連の試験から）選択するようユーザーに促す。例えば、ユーザーは、ディスプレイ１０４上に表示される一連の試験の中でピボットシフト試験を選択してもよい。

試験を選択した後、ユーザーは試験を実行し、ステップ２１０でリアルタイムでディスプレイ１０４上に表示されている間に脚の動きを記録する。プロセッサ１０２はまた、脚の角運動および大腿骨に対する脛骨の並進運動を計算して、ステップ２１２でディスプレイ１０４を表示するためのユーザーに対する予備的な結果を表示し得る。

ユーザーは、ステップ２１４でディスプレイ１０４上に表示される異なる種類の情報も選択してもよい。例えば、ピボットシフト試験が脚上で実施される時、ＰＣ６のプロセッサは、以下に説明するような予備的な結果に基づいて脚の動きの速度および加速度を計算することができる。ユーザーは、速度および加速度が時間に対してプロットされ、次いで計算された速度および時間に対してプロットされる加速度がステップ２１６でディスプレイ１０４上に表示されることを選択し得る。

試験が脚上で実施された後、ユーザーはステップ２１８で患者の他の脚の試験を実施し得る。他の脚の試験により、他の脚の動きおよび関連する予備的な結果をディスプレイ１０４に表示することになる。第一の脚および第二の脚の試験結果の比較は、ステップ２２０でディスプレイ１０４上に表示され得る。

上述のように、プロセス２００は限定されないことが理解されるべきである。プロセス２００または記載されたステップの間いつでも、追加的なステップを実施することができ、または記載されたステップを変更しても、もしくは実行しなくてもよく、または上述の配列でステップを実施しなくてもよい。

図５は、例示的な実施形態による、肢の動きを測定し定量化するシステムの開始ページを示す表示画面を示す。プロセッサにロードされたソフトウェアを実行すると、開始ページスクリーン３００がディスプレイ１０４上に表示される。ソフトウェアは、Ｇｏｏｇｌｅ Ｃｈｒｏｍｅなどのウェブブラウザを介してソフトウェアに対応するアプリケーションを開始することによって実行されてもよい。

開始ページスクリーン３００は、ソフトウェアナビゲーションボックス３０２を示す。ナビゲーションボックス３０２を使用し、ソフトウェアをナビゲートし、ユーザーがオンになっている画面に依存する変化するオプションを提供する。図５に示すように、開始画面上のナビゲーションボックス３０２は、ユーザーが既存の結果３０６の「新規試験を開始する」３０４または「確認する／比較する」を選択することを促し得る。

図６は、例示的な実施形態による、動きが測定され、定量化される脚を選択するようにユーザーを案内する表示画面を示す。脚選択スクリーン３０８は、試験される脚を選択するようにユーザーに促す脚ボタン３１０をユーザーに提示する。

図７、８、および９は、例示的な実施形態による、ユーザーが脚の部品を目印に案内する表示画面を示す。試験を実施するために脚を選択すると、ＰＣ６のディスプレイに図７の接続スクリーン３１２が表示される。接続スクリーン３１２は、ソフトウェアが電磁電子回路に接続されていることを示す。接続エラーがある場合、接続スクリーン３１２はユーザーに通知する。

電磁電子回路と正常に接続すると、ディスプレイ１０４は、図８に示すように目印設定スクリーン３１４を表示する。目印設定スクリーン３１４は、信号強度３１６、脚描写３１８、目印インジケータ３２０、および目印リスト３２２を表示する。脚描写３１８は、どの脚が選択されたかに応じて脚の全体的な図を提供する。目印インジケータ３２０は、必要な現在の目印の物理的位置の表示を提供する。目印は、スタイラス１１８上のボタンを押すか、フットスイッチ（図示せず）を押すことによって選択される。一実施形態では、フットスイッチは、スタイラス上のボタンをエミュレートして、フットスイッチが押された時点でのスタイラスの位置および配向をプロセッサ１０２に送信する。目印リスト３２２は、特定する必要のある目印のさらなる表示を提供する。

一実施形態では、一つのセンサー１０６は、膝関節線の近位においておよそ１０ｃｍの患者の大腿部上に位置付けられ、別のセンサー１０８は、膝関節線の遠位においておよそ７ｃｍの脛骨に位置する。目印を入力して、プロセッサ１０２上のソフトウェアを実行して、センサー１０６、１０８の初期位置および配向を参照して肢情報を計算し、センサーの位置および配向への変更を可能にする。センサー１０６、１０８を肢にしっかりと固定し、初期目印位置を確立することによって、システムが実際に膝関節線上にセンサーが位置付けられていない膝関節線に関連する計算を可能にする。

実施形態において、七つの異なる目印、三つの大腿骨および四つの脛骨がシステムに入力される。別の実施形態では、少なくとも一つの追加的なセンサーが使用され、少なくとも一つ少ない目印の入力が必要である。別の実施形態では、入力された目印の数は、実行される試験に依存する。一実施形態では、目印は、より大きな転子、内側上顆、外側上顆、膝関節線と内側側副靭帯の交点、腓骨頭、内果および外果から選択される。

図９に示した目印のリスト３２２は、選択中の第三の目印を示す。一実施形態では、識別された目印はその横にチェックされて示されているが、現在の目印は右シェブロンで示され、今後の目印は影付きである。誤りがある場合、ユーザーは望ましい目印を軽く叩き、上述のようにスタイラスを持つ目印を表示することによって、特定の目印を再度示してもよい。

図１０は、例示的な実施形態による、肢の動きを測定するために使用されるスタイラス１１８の信号強度およびセンサー１０６、１０８を示す信号強度表示スクリーン３２４を示す。ユーザーが目印設定スクリーン３１４の信号強度インジケータ３１６を押すと、追跡ステータススクリーン３２４がディスプレイ１０４上に表示される。信号強度表示スクリーン３２４は、各電磁周辺の信号強度を表示する。

図１１は、例示的な実施形態により、動きが測定され、定量化される脚に行われる試験の種類を示す試験選択スクリーン３２６を示す。最後の目印が正常に登録された後、図１１に示すように、ユーザーは試験選択スクリーン３２６に進み得る。例示的な実施形態によると、試験選択スクリーン３２６は、六つの異なる試験オプションを提供する。ピボットシフト、ラックマン、引き出し、内反／外反、ＲＯＭおよびダイヤル。

図１２、１３、および１４は、例示的な実施形態による、ある肢およびその動きを示す表示画面を示す。試験が選択された後、図１２の表現スクリーン３２８がディスプレイ１０４上に表示される。表現スクリーン３２８は、患者の脚およびリアルタイムパラメータ３３２の３Ｄ描写３３０を提供する。３Ｄ描写３３０に含まれるのは、大腿骨３３４、脛骨３３６、および目印位置３３８である。リアルタイムパラメータ３３２は、選択された試験に依存する。

ユーザーが上向きシェブロン３４０を押すと、試験パラメータ３３２が拡張し、図１４に示したように追加的な試験パラメータ３４２を表示する。ユーザーは、タッチスクリーンディスプレイ１０４上に示される３Ｄ描写３３０を横切って指をドラッグすることにより３Ｄ描写３３０を移動することができる。３Ｄ描写３３０が再配向されると、図１３に示すように、再配向された描写３４４になり、再整列ボタン３４６が表示される。再整列ボタン３４６が押されると、プロセッサ１０２は、図１２に示すように、再配向された描写３４４を元の３Ｄ描写３３０に戻す。

図１５および１６は、例示的な実施形態に従って測定および定量化されたある肢の動きを記録および再生することを示す表示画面を示す。測定の記録は、タッチスクリーンディスプレイ１０２またはマウス（図示せず）を使用して開始記録ボタンを選択すること等によって、図１４のナビゲーションボックス３４８を使用することによって開始できる。さらに、測定の記録は、フットスイッチ、またはスタイラス１１８上のボタンを使用して開始され得る。記録インジケータ３５０は、図１５に示すように、システムが測定値を記録する間に表示される。記録を開始するために使用する方法のいずれかによって記録を停止することができる。ユーザーはここで、別の試験を選択して実行し、試験を再生し、結果をグラフィカルに確認し、結果を以前収集したデータと比較するか、またはデータを書き出してもよい。

ナビゲーションボックス３５４内で再生３５２が選択されると、アプリケーションは図１６に示したように再生モードに入る。再生モードでは、ユーザーは実行された操作を確認できる。スイーパー３５６を水平にドラッグして、異なる時点に再生を移動することができる。チャプターマーク３５８は、記録セッション／次の記録セッションの開始の終了を示す。チャプターマークの数３５８は、試験セッション中に行われた個別記録の数によって異なる。

図１７は、例示的な実施形態による、測定および定量化されたある肢の動きに基づいて、時間に対してプロットされた屈曲度および並進運動を示す表示画面を示す。ナビゲーションボックス３５４内のグラフ３６０が選択されると、グラフィングスクリーン３６２がディスプレイ１０４上に表示され、試験結果がグラフィカル表示される。グラフィングスクリーン３６２は、ユーザーの所望のパラメータを時間に対してプロットする二つのグラフ３６４、３６６を示す。

図１８は、例示的な実施形態による、表示されるある肢の加速度、並進運動、速度、屈曲度、内旋／外旋、および内反／外反情報のうちの少なくとも一つをユーザーが選択できる表示画面を示す。図１７のグラフのどちらかでｙ軸ラベル３６８を選択すると、図１８に示すパラメータボックス３７０を表示することによって、ユーザーがその特定のグラフのｙ軸値を変更できるようにする。

ユーザーが、図１７に示すように、グラフィングスクリーン３６２のグラフ３６４、３６６内の任意の場所で選択すると、バー３７２がグラフ上に表示される。複数のバーがグラフ内に配置される時、選択スクエア３７４はバー３７２の各セットの間に配置される。ユーザーが特定の選択スクエア３７４を選択すると、選択された選択スクエアに隣接する領域が影付き包含領域３７６となる。包含領域３７６内のピークトラフ値が記録され、結果領域３７８に示される。バー３７２は、所望のバー３７２を選択してからドラッグすることによって再配置されてもよい。特定のバー３７２は、それを二重選択することによって取り除くことができる。

本発明の別の実施形態によると、屈曲度は、並進運動と同じグラフ上にプロットされてもよい。これにより、ユーザーは屈曲度と共に並進運動を見直すことができる。

ピボットシフト試験が脚で実施される時、並進運動、すなわち、前後の並進運動（Ａ／Ｐ移動）がｍｍで測定され得る。並進運動におけるピークおよび低下は、バー３７２によって識別され得る。例えば、第一のバー３７２は、Ａ／Ｐ移動のピークと重複するように引き出されてもよく、第二のバーは、図１７に示すように、Ａ／Ｐ移動の最低と重なるように引き出されてもよい。プロセッサ１０２のプロセッサは、バー間のピボットシフト減少の値を計算できる。例えば、包含領域３７６に対応するピボットシフト減少を計算し得る。

プロセッサ１０２のプロセッサは、以下の式に従って、Ａ／Ｐ移動の二点間の距離を計算することもできる。
ＰＳｒ＝｜ΔＰ｜、ここで、ΔＰは、ポイント１からポイント２までＡ／Ｐ移動で変化する。

次に速度（ＰＳｖ）は、以下の式に従ってＰＳｒをサンプリング周波数で割ることによって計算できる。
ＰＳｖ＝｜Ｐ１−Ｐ２｜／Ｈｚ

加速度（ＰＳａ）は、以下の式に従って、計算された速度の差をサンプリング周波数で割ることによって計算することもできる。ＰＳａは、ディスプレイ１０４上に予備的に示される情報の一種であってもよい。
ＰＳａ＝｜ＰＳｖ１−ＰＳｖ２｜／Ｈｚ

次に、これらの計算から提供された情報を使用して、以下に示すデータ表を入力することができる。表は、任意の数のサンプル値を受け入れることができる。

表が入力されると、後で使用するために情報を保存することができる。例えば、ユーザーは、比較のために患者の他の脚から類似のデータを収集し得る。次に、二つの脚からのデータを比較できる。

図１９および２０は、例示的な実施形態に従って、保存された情報が他の肢の運動情報と比較する手段として表示されるように、保存された肢の運動情報をユーザーが選択できる表示画面を示す。

ユーザーが、図５の開始ページスクリーン３００上のモード３０６の確認する／比較する、を選択すると、図１９に示すように、ファイル選択スクリーン３８０がディスプレイ１０４上に表示される。ユーザーは、確認または比較するためにそれぞれ一つまたは二つの別個のファイルを選択するオプションを有する。ファイルセレクタボタン３８２を選択すると、ユーザーのエクスプローラウィンドウが表示され、関心対象のファイルを選択する。特定のファイル内で実行される利用可能な試験は、試験表３８４に示される。選択スクエア３８６では、ユーザーが図２０に示す比較スクリーン３８８内に含まれる試験を決定することができる。試験の他に編集ボタン３９０を選択することで、ユーザーは、図１７のグラフィングスクリーン３６２に報告された包含領域３７６を修正することができる。

図２０の比較スクリーン３８８は、二つのファイルから一致試験を並べて、視覚的参照のために異なる色で整合させる。例示的な図２０に示す比較情報は、Ａ／Ｐ移動に基づいているが、本発明の別の実施形態によれば、二つの異なる脚の速度および加速度情報も比較され得る。選択されたファイルは、その日付、データ取り込み時間、および脚側３９２によって画面の上部に表示される。

本発明の実施形態は、実際の関節線で測定することなく、関節線に関連する測定および診断を可能にするため有利である。本発明の実施形態は、損傷した関節に対する煩雑な測定装置の使用を回避し、敏感なまたは損傷した領域周辺のセンサーの可変配置を可能にする。さらに、本発明の実施形態は、肢機能に関する詳細なデータを捕捉、表示、および保存することができ、また異なる肢間の比較を可能にする。

本発明はその特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの他の変形および修正および他の用途は、当業者にとって明らかとなろう。例えば、システム１００およびプロセス２００は、肩または足首などの他の関節に適用されて、回転および引き出し弛緩を決定し得る。

Claims (30)

1. 関節特性を定量化するためのシステムであって、
   電磁場を生成するように構成された電磁場発生器と、
   前記電磁場の内側で配置可能な複数の電磁センサーであって、各センサーはある肢上の異なる位置で配置可能であり、各センサーは位置および配向データを生成するように構成される、複数の電磁センサーと、
   前記電磁場の内側で配置可能な電磁スタイラスであって、前記スタイラスが起動時に位置および配向データを生成するように構成される、電磁スタイラスと、
   前記複数の電磁センサーおよび前記スタイラスに連結され、前記複数のセンサーおよび前記スタイラスによって生成される前記データを受信するように構成されたプロセッサであって、前記プロセッサが前記肢の角運動および関節に結合された付属肢の並進運動の少なくとも一つを計算するようにさらに構成され、前記肢が前記付属肢および前記関節を含む、プロセッサと、
   前記プロセッサに結合され、前記計算された角運動および並進運動の少なくとも一つを表示するように構成される、ディスプレイと、を備える、システム。
2. 前記システムが、前記複数のセンサーによって生成された前記データに基づいて前記肢の動きをさらに表示するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数のセンサーが、ラックマン、ダイヤル、内反／外反、およびピボットシフト試験のうち少なくとも一つが前記肢で実施される間、前記肢の動きを測定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記プロセッサが、前記肢で実施される試験ごとに計算された角運動および並進運動の少なくとも一つを保存するように構成されたメモリをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記複数のセンサーの少なくとも一つが、ストラップ、テープおよび接着剤のうちの少なくとも一つで前記肢に取り外し可能に取り付け可能である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記複数のセンサーの少なくとも一つが、ピン、ねじおよび固定具のうちの少なくとも一つで、前記肢の骨に取り外し可能に取り付け可能である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記システムが、左肢および右肢のうちの少なくとも一つの計算された角運動および並進運動を表示するように構成される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記システムが、前記計算された角運動ならびに左肢および右肢の並進運動を同時に表示するように構成される、請求項１に記載のシステム。
9. 前記関節が膝関節を含み、前記付属肢が大腿骨および脛骨を含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記並進運動は前後の並進運動である、請求項９に記載のシステム。
11. 前記システムが、時間対前記表示された並進運動のピークに関連する第一の垂直線と、時間対前記表示された並進運動の最低に関連する第二の垂直線とをさらに表示するように構成され、前記並進運動が、前記肢で実行されるピボットシフト試験中に計算される、請求項９に記載のシステム。
12. 前記プロセッサが、前記第一および第二の垂直線の間のピボットシフト減少をさらに計算するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記プロセッサが、ピボットシフト試験が前記肢で実施される間に表示される前記並進運動の二つのピーク間の距離（ＰＳｒ）をさらに計算するように構成される、請求項９に記載のシステム。
14. 前記プロセッサが、前記距離（ＰＳｒ）をサンプリング周波数で割った速度（ＰＳｖ）と、前記計算された速度の差を前記サンプリング周波数で割った加速度（ＰＳａ）の、少なくとも一つをさらに計算するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記システムが、時間対前記速度（ＰＳｖ）および時間対加速度（ＰＳａ）のうちの少なくとも一つをさらに表示するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記プロセッサが、前記ピボットシフト試験が実施される肢当たりの前記計算された速度および加速度情報を保存するように構成されたメモリをさらに備える、請求項１４に記載のシステム。
17. 関節特性を定量化する方法であって、
    ある肢の周りの電磁場を生成することと、
    複数の電磁センサーを前記肢の上の異なる位置に配置することと、
    電磁スタイラスを使用して前記肢の複数の目印の初期位置を測定することと、
    前記複数の電磁センサーの動きを測定することと、
    前記肢の複数の目印の初期位置および前記複数の電磁センサーの測定された並進運動を使用して、前記肢の角運動および関節に結合された付属肢の移動の少なくとも一つを計算することであって、前記肢が前記付属肢および前記関節を含む、計算することと、
    前記計算された角運動および並進運動のうち少なくとも一つを表示することと、を含む、方法。
18. 前記方法が、前記肢の前記複数の目印の前記初期位置と前記複数の電磁センサーの測定された動きを使用して、前記肢の位置を決定することと、前記決定された位置に基づいて前記肢の画像を表示することと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記センサーの前記測定された動きに基づいて前記肢の動きを表示することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 動きを測定する前記ステップが、ラックマン、ダイヤル、内反／外反、およびピボットシフト試験のうち少なくとも一つが前記肢で実施される間、前記肢の動きを測定することを含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記試験中に前記肢の前記測定された動きを記録することと、肢当たりの前記角運動および並進運動情報を保存することとをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 同一の画面上に前記記録された角運動および左肢および右肢の並進運動情報を同時に表示することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 時間対前記表示された並進運動のピークに関連する第一の垂直線と、時間対前記表示された並進運動の最低に関連する第二の垂直線とを表示することをさらに含み、前記並進運動が、ピボットシフト試験が前記肢で実施される間に計算される、請求項２２に記載の方法。
24. 前記二つの垂直線の間のピボットシフト減少を計算することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
25. ピボットシフト試験が前記肢で実施される間に表示される前記並進運動の二つのピーク間の距離（ＰＳｒ）を計算することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記距離（ＰＳｒ）をサンプリング周波数で割った速度（ＰＳｖ）と、前記計算された速度の差を前記サンプリング周波数で割った加速度（ＰＳａ）の少なくとも一つを計算することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
27. 時間対速度（ＰＳｖ）と、時間対加速度（ＰＳａ）との少なくとも一つを表示することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記ピボットシフト試験が実施される肢当たりの速度（ＰＳｖ）および加速（ＰＳａ）情報の少なくとも一つを保存することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記スタイラスを使用して前記肢の複数の目印を入力するようにユーザーを促すことと、前記肢の前記複数の目印の位置および配向データを受信することと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
30. 前記ユーザーが複数の目印を入力するよう促す前記ステップが、より大きな転子、内側上顆、外側上顆、膝関節線と内側側副靭帯の交点、腓骨頭、内果および外果のうちの少なくとも一つの位置情報を前記ユーザーが入力するようにグラフィカルに促すことをさらに含む、請求項２９に記載の方法。

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