JP3190404B2 - 脊柱動作分析装置 - Google Patents

脊柱動作分析装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に脊柱動作の分析
に関し、特に、頸部の脊柱及び／又は腰部脊柱の全ての
回転を同時に監視可能で且つ比較的完全な脊柱動作の生
体力学的評価を行うことができる脊柱動作分析装置に関
する。
【０００２】
【従来技術】及び
【発明が解決しようとする課題】脊柱動作の分析は、複
合及び単純な脊柱の疾患の診察及び治療に貴重な情報を
提供することができる。これは又、傷害の治癒過程で被
検者の経過を決定したり或いは物理療法で被検者の状態
を決定する等の他の臨床処置にも有用である。扱いが困
難なものではあるが、脊柱動作は、脊柱の傷害を被った
或いは被ったと主張する事故者又は他の人々の真の状態
の把握に、極めて意味のある指標を提供するものであ
る。脊柱動作の分析は、ゴルフクラブ、テニスラケッ
ト、或いは野球のバットのスイング、或いは投球等のス
ポーツ技術の向上にも役立つ。
【０００３】脊柱動作の分析に用いられてきた従来技術
の一つは、目視である。しかしながら、この技術は人間
の目及び他の視覚的技術の限界の故に比較的価値が限定
されてしまう。又、ある種の動作即ち、脊柱の生物力学
的動作を評価する上で静的測定より重要である動作の速
度、円滑さ、及び対称性を正確に測定することができな
い。
【０００４】従来技術の別の例では、光検出器を利用し
て、脊柱に沿って被検者に取り付けた目標から反射する
光を監視し、生じた電気信号を処理して脊柱動作の図形
分析を行っている。本発明の目的は、一般に、脊柱動作
を監視するための新規且つ改良された装置を提供するこ
とである。
【０００５】本発明の他の目的は、上述した特徴を有
し、脊柱の動作を分析する際に従来技術が有する限界及
び欠点を克服し得る脊柱動作の分析装置を提供すること
である。本発明の他の目的は、上述した特徴を有し、頸
部の脊柱及び／又は腰部の脊柱の全ての回転を同時に監
視し、脊柱動作の比較的完全な生体力学的評価を付与す
ることができる脊柱動作分析装置を提供することであ
る。
【０００６】本発明の他の目的は、上述した特徴を有
し、ゴルフクラブ、テニスラケット、或いは野球のバッ
トのスイング、或いは投球等のスポーツ技術の向上に有
益な脊柱動作分析装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】これらの及びその他の目
的は、本発明に従って、動作を監視する脊柱部分の上下
で被験者に取り付けられる自動調心測定リンク装置を利
用することにより達成される。肩甲骨の下の仙骨付近の
所定位置と頭部にリンク装置の端部を取り付けるために
マウントを設け腰部動作又は頸部動作の監視を行う。こ
のリンク装置は、リンク装置を取り付ける点の間で脊柱
の動作に従って互いに対して移動する複数のアームを有
する。リンク装置のアームに取り付けられた変換器は、
脊柱動作の映像、プリント及び／又は聴覚表示を行うよ
うに処理される電気信号を発する。特にゴルフスイング
分析装置等のスポーツテストに適用した一実施例では、
地面等の絶対又は固定基準に対して測定を行うようにし
たジャイロスコープ等の変換器を備えている。
【０００８】
【実施例】脊柱動作分析器は、被検者の動作を監視しよ
うとする脊柱部分の上下に取り付けられる測定リンク装
置１６を有する。図示したように、リンク装置は、後に
詳述する基部リンク即ち下部取り付けブロック１７と上
部リンク即ち上部取り付けブロック１８とを備え、マウ
ントに固定される。マウントを介して、リンク装置は被
検者の身体に取り付けられ腰部及び頸部の測定を行う。
短いアーム１９は、垂直方向に延びる軸線２１を中心と
して回動可能に、上部取り付けブロック１８に接続され
ている。第一の一対のアーム２２、２３は、下部取り付
けブロック１７及びアーム１９にそれぞれ回動可能に接
続され、被検者の矢状面に平行な水平方向に延びる軸線
２４、２６を中心に回転する。第二の一対のアーム２
７、２８は互いに且つ第一の一対のアーム２２、２３と
回動可能に接続され、それぞれ矢状面に垂直な水平方向
に延びる軸線３１、２９、３２を中心に回転する。
【０００９】変換器をリンク装置のアーム間の接続部に
設け、アームの位置及び脊柱のリンク装置を取り付けた
部分の位置に対応する電気信号を付与している。上部取
り付けブロック１８とアーム１９との連結部に位置する
変換器３４は、垂直方向に延びる軸線２１を中心とした
回転を監視し、脊柱の軸方向の回転に対応する信号を付
与する。下部取り付けブロック１７とアーム２２との間
の連結部及びアーム１９とアーム２３との連結部にそれ
ぞれ位置する変換器３５、３６は、それぞれ水平方向に
延びる軸線２４、２６を中心とした回転を監視し、脊柱
の横方向の屈曲に対応する信号を付与する。アーム２２
と２７、アーム２７と２８、アーム２８と２３の各連結
部に位置する変換器３７、３８、３９は、それぞれ水平
方向に延びる軸線２９、３１、３２を中心とした回転を
監視し、脊柱の延伸及び屈曲に対応する信号を付与す
る。
【００１０】図示実施例において、変換器３４乃至３９
は、接続されたアームの相対位置に対応する電気抵抗を
付与する回転ポテンショメータである。本実施例におい
て、各アーム間の機械的接続はポテンショメータを介し
て行われ、各ポテンショメータの本体部は一方のアーム
に固定され、その軸部は他方のアームに固定されてい
る。しかしながら、必要に応じて、別の種類の変換器及
びアーム間接続部を適宜採用してもよい。
【００１１】基準電圧がポテンショメータに印加される
と、各ポテンショメータは、ポテンショメータが取り付
けられたリンク装置のアームの相対位置に対応する出力
電圧の形で電気信号を付与する。これらの電圧を監視し
て脊柱の位置及び動作を決定し、電圧の変化を監視する
ことにより脊柱の動作の速度を決定する。ポテンショメ
ータへの電気的接続は、リンク装置の各アーム間を通る
導線（図示せず）を介して行われ、下部取り付けブロッ
ク１７と信号処理装置（図示せず）との間には接続ケー
ブル４１を設けている。
【００１２】リンク装置１６は、三次元空間における６
段階の動作の自由度を監視するための６バーリンク装置
と呼ばれることがあるリンク装置の一形態である。この
特定のリンク装置は、６個のピボット継ぎ手を備えた一
定の長さのアームを有している。ピボット継ぎ手には、
３種の回転動作と３種の並進動作を監視するための回転
変換器を設けている。必要に応じて、別種の測定リンク
装置、例えば、１個以上のアーム間の並進接合部とそれ
に対応するより少ない数の回転接合部とを有する６バー
リンク装置を用いることができる。
【００１３】図１及び図２の実施例において、被検者に
取り付けて腰脊の移動を測定できるように、リンク装置
を骨盤マウント４３と胸部マウント４４に接続した状態
が示されている。マウント４３は、パッド付きの取り付
けプレート４７を固定した革帯又はベルト４６を備えて
いる。取り付け柱４８はプレート４７上に軸回転可能に
取り付けられ、水平方向に延びる軸線４９を中心として
垂直位置にくるように調整を行い、クランプ５１で取り
付け柱４８をその位置に係止している。ベルト４６で被
検者の臀部を取り囲み、取り付け柱４８を仙骨上で中心
決めする。取り付け柱４８を下部取り付けブロック１７
の内腔に挿通し、ブロック１７を柱４８の所定の位置で
止めねじ５２により固定する。
【００１４】マウント４４は、パッド付きの取り付けプ
レート５６を固定した胸革帯又はベルト５４を有する。
一対の肩革帯５７、５８は取り付けプレートに接続さ
れ、被検者の肩部を亘って延び、被検者の正面で胸部革
帯に接続される。垂直方向に延びる取り付け柱５９はプ
レート５６に固定されている。胸部革帯は肩甲骨の真下
で被検者の胴部を取り巻き、取り付け柱５９は脊柱に対
して中心決めされている。この柱の下方端部は、上部取
り付けブロック１８のボア内に嵌合し、止めねじ６１に
よりブロックを柱の固定位置で固定する。
【００１５】図３において、脊柱の頸部動作を監視する
ためにリンク装置は胸部マウント４４及び頭部マウント
６３に接続されている。この実施例において、胸部マウ
ントは、リンク装置の下端部がこのマウントに取り付け
られている点を除いて、腰部脊柱測定のためにリンク装
置の上部端部を保持するマウントと同一である。下部取
り付けブロック１７は柱５９の上端部に取り付けられて
おり、止めねじ５２は柱の一定の位置にブロックを固定
している。
【００１６】マウント６３は、耳の上方の頭部を取り囲
むバンド６６とバンドの両側の間の頭部の頂部に亘って
延びる革帯６７とを備えたヘッドギア６４を有する。下
方に延びる取り付け柱６８は頭部バンドの後部に固定さ
れ、脊柱の上部と垂直方向に整列して位置している。こ
の柱は上部取り付けブロック１８の内腔に嵌合し、ブロ
ックを柱の所定の位置に止めねじ６１で固定している。
【００１７】分析器の操作と使用法を、図４乃至図１１
の作動図を参照して説明する。腰部脊柱の測定のため
に、骨盤マウント４３を被検者に取り付けてベルトで臀
部を巻装し、取り付け柱４８を仙骨に対して中心決めす
る。柱が垂直位置にくるように調節し、クランプ５１を
締め付ける。胸部マウント４４を被検者に取り付け、胸
部革帯を被検者の肩甲骨直下の胴部に巻装する。肩部革
帯５７、５８を肩部に装着し、胸部の正面で胸部革帯に
取り付ける。取り付け柱５９を脊柱に対して中心決めす
る。取り付けブロック１７、１８をその後、柱４８、５
９上に配設し、止めねじ５２、６１を締めつけてリンク
装置の端部を適正位置に固定する。
【００１８】こうしてリンク装置を被検者の背部の下端
部に取り付けると共に信号処理装置に接続すると、変換
器３４は腰部脊柱の軸方向の回転に対応する信号を付与
し、変換器３５、３６は腰部脊柱の横方向の屈曲に対応
する信号を付与し、変換器３７乃至３９は腰部脊柱の延
伸及び屈曲に対応する信号を発する。そうした動作の例
を図４乃至図７に示すが、図４では右側の軸方向回転
を、図５では左側の横方向回転を、図６では延伸を、図
７では屈曲を示す。変換器により生成された信号は処理
されて、その範囲及び腰部の動作速度に関する情報を付
与する。
【００１９】頸部の脊柱の測定に対しては、腰部の測定
の時のように胸部マウント４４を被検者に取り付けると
共にヘッドギア６４を頭部に取り付け、バンド６６を耳
の上方で頭部に巻装する。革帯６７を頭部の頂部に亘っ
て延ばし、取り付け柱６８を脊柱の上端部と整列させ
る。その後取り付けブロック１７、１８を柱５９、６８
上に配設して止めねじ５２、６１を締めつけ、リンク装
置の端部を適正位置に固定する。上述したように、下部
取り付けブロック１７を胸部取り付け柱５９の上端部に
取り付けて頸部の測定を行う一方、上部ブロック１８を
この柱の下端部に取り付けて腰部の測定を行う。
【００２０】リンク装置を被検者の背部の上端部に取り
付けると共に信号処理装置に接続すると、変換器３４は
頸部脊柱の軸方向の回転に対応する信号を発し、変換器
３５、３６は頸部脊柱の横方向屈曲に対応する信号を付
与し、変換器３７乃至３９は頸部脊柱の延伸及び屈曲に
対応する信号を付与する。そうした動作の例を図８乃至
図１１に示し、図８では右側の軸方向の回転を、図９で
は左側の横方向屈曲を、図１０では延伸を、図１１では
屈曲を示す。腰部測定の場合のように、変換器により生
成された信号は処理されて範囲及び頸部動作に関する情
報を付与する。
【００２１】腰部及び頸部の同時測定が必要な場合に
は、一対の同様のリンク装置を使用して、一方のリンク
装置を骨盤マウントと胸部マウントとの間に取り付け、
他方のリンク装置を胸部マウントとヘッドギアとの間に
取り付ける。図１２に示したように、変換器からの信号
を、コンピュータ７２に接続されたアナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器７１に伝送する。コンピュータは任意
のタイプでよく、現在のところ好ましい一実施例におい
ては、互換式ＩＢＭとして一般に知られるマイクロコン
ピュータを使用している。本実施例においては、Ａ／Ｖ
変換器は、コンピュータの拡張スロットの一つに設置さ
れるボード又はカード上に取り付けられる。キーボード
７４、ビデオモニタ７６及びプリンタ７７は従来の方法
でコンピュータに接続される。
【００２２】基準電圧はリンク装置の変換器を構成する
ポテンショメータのそれぞれに印加され、各ポテンショ
メータは接続されたリンク装置の２つのアームの相対的
な角位置に対応するアナログ電圧を生成する。これらの
電圧は、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。リ
ンク装置を製造するとき、ポテンショメータに基準電圧
を印加してポテンショメータの角位置及びそれに対応す
るデジタル信号の間の関係を記録することによりポテン
ショメータを校正する。現在好ましい一実施例において
は、Ａ／Ｄ変換器は３６０度のポテンショメータの動作
に対して４０９６増分の範囲を有する。これは各回転度
に対して略１２Ａ／Ｄの増分を与えることになる。
【００２３】データは、ポテンショメータを校正する基
準電圧及びリンク装置を使用するシステムの基準電圧に
おける差に起因するエラーを除去するために正規化され
る。かくして現在好ましい一実施例において、校正係数
は、ＡＤ読み取り値に対するポテンショメータの位置の
比に、校正システムの基準電圧をかけることにより得ら
れる。即ち、 ＣＦ＝（ＰＯＴ÷ＡＤＩ）×ＶCAL ここでＣＦは校正係数、ＰＯＴは、度で表したポテンシ
ョメータの位置、ＡＤＩはＡ／Ｄ変換器の増分の読み取
り値、ＶCAL は校正システムの基準電圧である。校正係
数又は乗数はまた、リンク装置の動作中に異なるポテン
ショメータが回転する相対方向に対応する符号情報を含
む。これにより、異なるポテンショメータにより測定さ
れる角度が単純な加算により結合され、被検者の動作を
決定できる。軸方向の回転を監視するポテンショメータ
３４の乗数は負の符号を付される。横方向の屈曲を監視
する２つのポテンショメータに対しては、ポテンショメ
ータ３５の乗数は負の符号を有し、ポテンショメータ３
６の乗数は正の符号を有する。前方と後方の屈曲を監視
する３つのポテンショメータに対しては、ポテンショメ
ータ３７の乗数は負の符号を有し、ポテンショメータ３
８、３９の乗数は正の符号を有する。校正係数即ち乗数
は、測定を行うコンピュータ内に読み込み可能なデータ
ファイル内に格納される。
【００２４】測定を行うとき、各ポテンショメータに対
するＡ／Ｄ変換器の読み取り値に、そのポテンショメー
タの校正係数を掛け、リンク装置を用いたコンピュータ
の基準電圧で割る。これによりポテンショメータの位置
に対応する正規化データを与える。従って、 ＡＮＧＬＥ＝（ＣＦ÷ＶREF ）×ＤＡＴＡ ここで、ＡＮＧＬＥは度で表したポテンショメータの位
置、ＣＦは校正係数即ち乗数、ＤＡＴＡは測定を行う時
のＡ／Ｄ変換器の読み取り値、及びＶREF は測定を行う
コンピュータの基準電圧である。
【００２５】正規化データは被検者の動作の図形及び／
又は数値表現を付与するように処理され、図面表現の例
を図１３乃至図１６に示す。これらの特定の例は、図８
乃至図１１に示したようにリンク装置を背部の上部に取
り付けた被検者の頸部動作の実際のデータを示してい
る。図１３のグラフにおいて、軸方向の回転を時間の関
数として示す。このグラフは実際は２つの曲線を有す
る。その一つ（曲線７８）は前方−後方の頸部の屈曲に
係る軸方向の回転を示し、他方は（曲線７９）は頸部の
横方向の屈曲に係る軸方向の回転を示す。軸方向の回転
は縦軸に沿って１０度の増分でプロットされ、右側の回
転は正の方向で示され、左側の回転は負の方向で示され
ている。時間は、横軸に沿って３秒の増分でプロットさ
れている。曲線７８に対するデータ点は正方形で示さ
れ、曲線７９に対するデータ点はｘ印で示されている。
横方向に屈曲したとき被検者は顕著な右側及び左側の軸
方向回転を呈したが、曲線７８が示すように、前後の屈
曲時には殆ど軸方向の回転を示さなかった。
【００２６】図１４のグラフでは、曲線８１は時間の関
数としての前方−後方屈曲を示し、曲線８２は前方−後
方屈曲に係る横方向の屈曲を示す。屈曲及び横方向の屈
曲は、縦軸に沿って２０度の増分でプロットされ、前方
屈曲及び右側の横方向屈曲は正の符号で示し、後方屈曲
及び左側の横方向の屈曲は負の方向で示す。時間は横軸
に沿って３秒の増分でプロットされている。曲線８２の
負のピークは、この特定の例において、前方の屈曲から
直立の位置の方へ被検者が戻る時、左側に向けて若干の
横方向の屈曲もあったことを示している。しかしなが
ら、延伸の間は、顕著な横方向の屈曲は見られなかっ
た。
【００２７】図１５において、曲線８３は時間の関数と
しての横方向の屈曲を示し、曲線８４は横方向の屈曲に
係る前方−後方の屈曲を示す。横方向の屈曲は、縦軸に
沿って１５度の増分でプロットされており、右側の横方
向の屈曲及び前方への屈曲は正の方向で示し、左側の横
方向の屈曲及び後方への屈曲は負の方向で示す。時間は
横軸に沿って３秒の増分でプロットされている。この例
において、曲線は被検者が側方に傾いても殆ど前方及び
後方への屈曲は生じないことを示している。
【００２８】図１６のグラフは、前方−後方の屈曲、横
方向の屈曲、及び軸方向の回転を組み合わせたものを示
し、前方−後方の屈曲は縦軸に沿ってプロットされ、横
方向の屈曲は横軸に沿ってプロットされ、軸方向の回転
は前方−後方の屈曲及び横軸の屈曲のプロットにおける
データ点を表すｘ印の回転位置により指示されている。
この特定の例において、被検者は前後に及び横向きに傾
いた。屈曲及び延伸の間は横方向の屈曲又は軸方向の回
転は比較的少なかったが、特に横方向の左側の極値付近
では、横方向の屈曲に係る軸方向の回転及び延伸が若干
見られた。
【００２９】図１３乃至図１６に示した型の図形表現
は、モニタ７６上で表示されプリンタ７７によりプリン
トされる。現在好ましい一実施例において、４つのグラ
フの全てを、モニタスクリーンの別個の窓内に同時に表
示することができる。或いは、４つのグラフ全部を単一
の窓内に拡大して個々に表示することもできる。変換器
からのデータを処理して図形表現を生成する態様を、図
１７のフローチャートに示す。リンク装置を被検者に取
り付け被検者が直立姿勢で休んでいるとき、ポテンショ
メータは各ポテンショメータに対するＡ／Ｄ変換器から
のデータを読み出すことにより走査され、各ポテンショ
メータに対するゼロ基準値ＺＥＲＯＳ（ｉ）を設定す
る。これらの値はコンピュータのメモリに格納される。
システムの基準電圧はＶREF は、その高電圧からコンピ
ュータの接地電圧を減じることによりチェックされる。
この値も格納される。
【００３０】被検者が動くと、Ａ／Ｄ変換器の出力は反
復的に走査されて、ポテンショメータを読み出して測定
のデータを回収する。各ポテンショメータに対するデー
タＤＥＴＡ（ｉ）をゼロ基準値に従って調整して、それ
をポテンショメータに対する校正係数により基準化し更
に以下の関係式に従ってシステムの基準電圧で割ってＡ
／Ｄ増分を度数に変換する。
【００３１】ＡＮＧＬＥ（ｉ） ＝ ｛ＣＦ（ｉ）÷Ｖ
REF ｝×〔ＤＡＴＡ（ｉ）−ＺＥＲＯＳ（ｉ）〕 ここで、ＡＮＧＬＥ（ｉ）は度で表したポテンショメー
タの角位置、ＣＦ（ｉ）はポテンショメータの校正係
数、ＤＡＴＡ（ｉ）はポテンショメータの読み取りデー
タ、ＺＥＲＯ（ｉ）はポテンショメータのゼロ基準値、
ＶREF はコンピュータの基準電圧である。
【００３２】軸方向の回転、横方向の屈曲、前方−後方
の屈曲は、６つのポテンショメータの角度を以下のよう
に加えることにより計算される。 ＲＩＧＨＴ ＲＯＴＡＴＡＩＯＮ ＝ ＡＮＧＬＥ（３４） ＲＩＧＨＴ ＳＩＤＥ ＢＥＮＤＩＮＧ ＝ ＡＮＧＬＥ（３５）＋ ＡＮＧＬＥ（３６） ＦＷＤ ＡＰ ＢＥＮＤＩＮＧ ＝ ＡＮＧＬＥ（３７）＋ ＡＮＧＬＥ（３８）＋ＡＮＧＬＥ（３９） ここで、ＲＩＧＨＴ ＲＯＴＡＴＩＯＮは軸方向の回転
であり、右側への回転を正とする。ＲＩＧＨＴ ＳＩＤ
Ｅ ＢＥＮＤＩＮＧは横方向の屈曲であり、右側への屈
曲を正と見做す。ＦＷＤ ＡＰ ＢＥＮＤＩＮＧは前方
−後方への屈曲であり、前方への屈曲を正とする。
【００３３】スクリーン表示は従来の方法で行われ、所
望のパラメータを横軸及び縦軸に沿って表示する。図１
３乃至図１５に図示した型の表示の場合には、時間を横
軸に沿って表示し、時間基準をコンピュータ内のシステ
ム時計から導出し、画素当たり秒単位で目盛り付けされ
る。他のパラメータは角であり、画素当たり度の単位で
目盛り付けされている。
【００３４】上述した例において、回転のみに基づいて
被検者の動作を決定するようにデータを処理することに
留意されたい。しかしながら、変換器間のアームの長さ
は既知なので、データを必要に応じて脊柱の並進移動及
び位置を決定するように処理することもできる。図１８
及び図１９に示した実施例は、スポーツ動作の分析に本
発明を用いた場合であり、特にゴルフスイングの分析器
として使用されている。この実施例は、他の実施例と同
様であり、更に地面に対するゴルファの身体の動作に関
する情報を付与する手段を有している。
【００３５】図示実施例においては、地面に対する動作
に関する情報は、腰ベルト４６に固定された取り付けプ
レート４７に取り付けたジャイロスコープ８６により付
与される。現在好ましい一実施例において、この変換器
はゴルファの臀部の角速度と共に変化する電圧を付与す
るレートジャイロスコープである。この電圧は積分器８
７に印加され、そこで積分されて臀部の位置に対応する
信号を付与する。この信号はＡ／Ｄ変換器に付与され、
他の変換器の信号と共に増分デジタル信号に変換され
る。
【００３６】ジャイロスコープにより生成された信号が
他の変換器により生成された信号と異なる点は、その基
準値がゴルファがクラブをスイングするときでも変化し
ない絶対基準であるということである。これにより、ゴ
ルフスイングテスタの場合、変換器が所望のボール軌道
面内の水平線である目標線８８に対する動作を測定でき
るようにしている。他の変換器及び変換器を用いたリン
ク装置は全て相対移動又は相対位置を測定し、リンク装
置はそれが取り付けられる２つのマウント間の動作を測
定する。
【００３７】必要に応じて、他の型の変換器をジャイロ
スコープの代わりに用いて、ゴルフスイング分析器の絶
対基準を付与してもよい。そうした変換器の一例は、二
重積分を要してゴルファの臀部の位置に対応する信号を
付与する加速度計である。そうした変換器の他の例は、
適当なリンク装置により地面に接続されたポテンショメ
ータである。
【００３８】リンク装置内のポテンショメータの一部又
は全部を、絶対基準を有するジャイロスコープ又は他の
変換器と交換することも可能である。この場合、リンク
装置のアームの一部又は全部を除去することができる。
図１８及び１９の実施例において、ゴルファがバックス
イングを開始する時期及びクラブがボールを捉える時期
を決定する手段を設けてもよい。この手段は一般に矩形
の組み立て式のフレーム上に取り付けられた一対の光検
出器９１、９２と、光検出器の反対側のフレーム上に取
り付けられて光検出器内の光源からの光をセンサに反射
させるための鏡９３、９４とを有する。このフレームは
地面に設置され、ボールは光検出器９１と鏡９３との間
で光線を遮断し、ゴルファがボールをアドレスするとき
クラブのヘッドは光検出器９２と鏡９４との間で光線を
遮断する。ゴルファがバックスイングを開始すると、ク
ラブのヘッドは光検出器９２と鏡９４との間の通路から
外側に移動してそのセンサが信号を付与する。クラブが
ボールを打撃しボールが光検出器９１と鏡９３との間の
通路から外に移動すると、センサはボールに対するクラ
ブの衝撃を指示する信号を発する。
【００３９】図２０のフローチャートは、ゴルフスイン
グ分析器内でデータを処理する方法を示す。この実施例
において、ゼロ読み取りは、ゴルファがボールをアドレ
スして臀部が目標線に平行となり、バックスイングを開
始しようとするとき設定される。コンピュータの基準電
圧はチェックされて格納され、バックスイングが始まる
と、光検出器９２からの信号で指示されたようにデータ
回収が始まる。この処理を通じて、Ａ／Ｄ変換器の出力
は反復して走査され、ジャイロスコープ及び他の変換器
の出力を読み出す。ジャイロスコープ用のデータＤＡＴ
Ａ（８６）は、ポテンショメータからのデータと同様に
以下の関係式に従って調節される。
【００４０】ＡＮＧＬＥ（８６）＝｛ＣＦ（８６）÷Ｖ
REF ｝×〔ＤＡＴＡ（８６）−ＺＥＲＯＳ（８６）〕 ここで、ＡＮＧＬＥ（８６）は目標線に対するゴルファ
の臀部の角位置を度で表したもの、ＣＦ（８６）はポテ
ンショメータの校正係数と同様に得られたジャイロスコ
ープ用の校正係数である。ＤＡＴＡ（８６）はジャイロ
スコープから読み出したデータであり、ＺＥＲＯ（８
６）はジャイロスコープのゼロ基準値、ＶRE F はコンピ
ュータの基準電圧である。
【００４１】臀部の回転、肩部の回転、横方向の屈曲、
及び前方−後方の屈曲は、ジャイロスコープの角度及び
６個のポテンショメータにより以下のように決定され
る。 ＲＩＧＨＴ ＨＩＰ ＲＯＴＡＴＩＯＮ ＝ ＡＮＧＬＥ（８６） ＲＩＧＨＴ ＳＨＯＵＬＤＥＲ ＲＯＴＡＩＯＮ ＝ ＡＮＧＬＥ （８６） ＋ ＡＮＧＬＥ （３４） ＲＩＧＨＴ ＳＩＤＥ ＢＥＮＤＩＮＧ ＝ ＡＮＧＬＥ （３５） ＋ ＡＮＧＬＥ （３６） ＦＷＤ ＡＰ ＢＥＮＤＩＮＧ ＝ ＡＮＧＬＥ （３７） ＋ ＡＮＧＬＥ （３８） ＋ ＡＮＧＬＥ （３９） ここで、ＲＩＧＨＴ ＨＩＰ ＲＯＴＡＩＯＮは、目標
線に対する臀部の回転であり、右側への回転を正とす
る。ＲＩＧＨＴ ＳＨＯＵＬＤＥＲ ＲＯＴＡＴＩＯＮ
は、目標線に対する肩部の回転であり、右側への回転を
正とする。ＲＩＧＨＴ ＳＩＤＥ ＢＥＮＤＩＮＧは横
方向の屈曲であり、右側への屈曲を正とする。ＦＷＤ
ＡＰ ＢＥＮＤＩＮＧは前方−後方の屈曲であり、前方
への屈曲を正とする。臀部に対する肩部の回転は、ＡＮ
ＧＬＥ（３４）により与えられる。
【００４２】ゴルフスイング分析器によりモニタスクリ
ーン上に表示される図形の例を図２１に示す。この特定
の例においては、一回だけのスイングに対するデータが
表示されており、必要に応じて所望の回数のスイングに
対するデータを違った色で表示することもできる。図２
１に示した表示装置は、肩部の回転を時間の関数として
表示する第一の窓９６と、臀部の回転を時間の関数とし
て表示する第二の窓９７とを有する。ここで破線９８は
インパクトが起こった時間を示す。第三の窓９９は、ス
イングの間の目標線に対する臀部及び肩部の位置を示
す。ここで、線１０１は臀部の位置を、線１０２は肩部
の位置を、線１０３は目標線を表す。第四の窓１０６
は、スイングのトップ及びボールとのインパクトにおけ
る肩部及び臀部の位置を数値で示し、臀部及び肩部がオ
ープンであるかクローズドであるかを表示している。第
五の窓１０７は、バックスイング時間、ダウンスイング
時間、及びスイングの開始とボールとのインパクトとの
間の時間を表示する。
【００４３】窓９９において、臀部及び肩部の位置はス
イングの間の異なる点で連続的に表示されて臀部及び肩
部の動作の動画を与えている。幾つかの異なる点におけ
る臀部及び肩部の例を図２２乃至図２４に示す。図２１
はバックスイングのある点を、図２２はバックスイング
のトップを、図２３はボールとのインパクトの点を、図
２４はフォロースルーにおけるある点を示す。必要に応
じて、動画表示はスイングの任意の点で、例えば、スイ
ングのトップで或いはボールとのインパクトで停止する
ことができる。これにより、これらの点におけるスイン
グの詳細な分析が可能となる。
【００４４】図２１乃至２４の例に表示されたデータ
は、図１９に示したようにゴルファの背中の下端部に取
り付けられたリンク装置により得られた。必要に応じ
て、第二のリンク装置を背中の上端部に取り付け、脊柱
全体に対して測定を行うことができる。本発明は多数の
重要な特徴と利点を有する。変換器からの信号は脊柱の
位置を表示する一方、信号の変化は脊柱の動作を表示
し、更に、変化を監視することにより、脊柱動作の範囲
に関する情報に加えて動作の円滑さに関する重要な情報
を得ることができる。全ての脊柱を同時に監視すること
により、脊柱動作の完全な生体力学的評価が得られ、異
なったテストからのデータを比較分析に用いることがで
きる。本システムは高感度と高精度を有し、動作の個別
のパターン即ち異なった被検者の「特性」を識別するこ
とができる。絶対基準を呈する変換器を備えることによ
り、システムはゴルフスイングの分析、及び他のスポー
ツテストにも有効に利用することができる。
【００４５】上述したことから、新規且つ改良した脊柱
動作分析装置及び方法が提供されたことは明らかであ
る。現在のところ好ましい実施例の幾つかを詳細に説明
してきたが、当業者には明らかなように、前記特許請求
の範囲で限定した本発明の範囲から逸脱することなく一
定の変更及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って腰部脊柱の動作を監視するため
のマウントを備えた測定リンク装置の一実施例の平面
図。
【図２】図１の実施例の側面図。
【図３】頸部脊柱の動作を監視するためのマウントを備
えた図１のリンク装置の平面図。
【図４】腰部脊柱の異なった動作を監視するための本発
明の使用を示す作動図。
【図５】腰部脊柱の異なった動作を監視するための本発
明の使用を示す作動図。
【図６】腰部脊柱の異なった動作を監視するための本発
明の使用を示す作動図。
【図７】腰部脊柱の異なった動作を監視するための本発
明の使用を示す作動図。
【図８】頸部脊柱の異なった動作を監視するための本発
明の使用を示す作動図。
【図９】頸部脊柱の異なった動作を監視するための本発
明の使用を示す作動図。
【図１０】頸部脊柱の異なった動作を監視するための本
発明の使用を示す作動図。
【図１１】頸部脊柱の異なった動作を監視するための本
発明の使用を示す作動図。
【図１２】本発明に従った脊柱動作を分析するための図
１のリンク装置を採用したシステムの一実施例のブロッ
ク図。
【図１３】図１２のシステムにおいて脊柱動作を表示し
た図形表示の例を示した図。
【図１４】図１２のシステムにおいて脊柱動作を表示し
た図形表示の例を示した図。
【図１５】図１２のシステムにおいて脊柱動作を表示し
た図形表示の例を示した図。
【図１６】図１２のシステムにおいて脊柱動作を表示し
た図形表示の例を示した図。
【図１７】本発明に従ってデータを処理し脊柱の動作を
決定するための方法の一実施例を示すフローチャート。
【図１８】特にゴルフスイングの分析に適した他の実施
例の図１の部分と同様の部分平面図。
【図１９】ゴルファのスイングを分析するための図１８
の実施例の使用を示す斜視図。
【図２０】図１８の実施例におけるデータの処理を示す
フローチャート。
【図２１】図１８の実施例により形成されたビデオ表示
スクリーンの例を示した図。
【図２２】図１８の実施例により形成されたビデオ表示
スクリーンの例を示した図。
【図２３】図１８の実施例により形成されたビデオ表示
スクリーンの例を示した図。
【図２４】図１８の実施例により形成されたビデオ表示
スクリーンの例を示した図。
【符号の説明】 １６……測定リンク装置 １７、１８……取り付けブロック １９、２２、２３、２７、２８……アーム ３４、３５、３６、３７、３８、３９……変換器（ポテ
ンショメータ） ４３、４４、６３……マウント ４６……ベルト ４７……取り付けプレート ４８、５９……取り付け柱 ５１……クランプ ５７、５８、６７……革帯 ６４……ヘッドギア ６６……バンド ７２……コンピュータ ７４……キーボード ７６……ビデオモニタ
フロントページの続き (72)発明者 スティーヴ アール ランブ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94566 プレザントン コルテ デル ヴィスタ 6724 (72)発明者 ラリー ダブリュー ラモーロー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94549 ラファイエット ロス パロス ドライヴ 702 (56)参考文献 特開 昭51−93576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−143201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−41803（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/107 - 5/11

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被験者の脊柱動作を分析する装置におい
    て、 脊柱に沿って離隔して被験者に固定される第一及び第二
    のマウントと、 前記マウントの間で接続されて脊柱の動作に従って互い
    に対して動作を行う複数のアームを有するリンク装置
    と、 前記リンク装置のアームに連結されて脊柱の動作に対応
    する電気信号を付与する変換器手段と、 を備えたことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記リンク装置が、 前記第一のマウントに接続される基部リンクと、 前記第二のマウントに接続される第二のリンクと、 前記第二のリンクに軸回転可能に接続されて垂直方向の
    軸線を中心に回転動作を行う第一のアームと、 前記基部リンク及び前記第一のアームに軸回転可能に接
    続されて被験者の矢状面に平行な水平方向に延びる軸線
    を中心に回転動作を行う第一の一対のアームと、 互いに及び前記第一の一対のアームに対して軸回転可能
    に接続されて矢状面に垂直な水平方向に延びる軸線を中
    心に回転動作を行う第二の一対のアームと、 を備えたことを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の装置において、 前記変換器手段が、 前記リンク装置のリンクとアーム間の接合部に位置して
    リンク及びアームの相対位置に対応する電気抵抗を有す
    る複数のポテンショメータより成ることを特徴とする装
    置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、 前記第一のマウントを、仙骨の付近の所定の位置で被験
    者に取り付け、 前記第二のマウントを、肩甲骨の下の所定の位置で被験
    者に取り付けたことを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の装置において、 前記第一のマウントが、被験者の臀部を巻装するベルト
    を有し、 前記第二のマウントが、被験者の胴部を巻装するベルト
    と、ベルトの前部及び後部の間で被験者の肩部上に延び
    る一対の肩部革帯を有することを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の装置において、 前記第一のマウントを、肩甲骨の下の所定の位置で被験
    者に取り付け、 前記第二のマウントを、脊柱と整列した所定の位置で被
    験者の頭部に取り付けたことを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の装置において、 前記第一のマウントが、被験者の胴部を巻装するベルト
    と、そのベルトの前部及び後部の間で被験者の肩部上に
    延びる肩部革帯とを有し、 前記第二のマウントが、頭部を巻装するバンドを有しヘ
    ッドギアと、前記バンドの両側の間で頭部の頂部に亘っ
    て延びる革帯とを有することを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の装置において、 更に、 表示装置と、 電気信号に応答して表示装置上に脊柱の動作の視覚表示
    を呈する手段とを備えたことを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の装置において、 前記視覚表示を呈する手段が、脊柱の軸方向の回転、横
    方向の屈曲、及び前後の屈曲の図形表示を行う手段を有
    することを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の装置において、 前記リンク装置及び前記変換器手段が、 第一のマウントに接続された基部リンクと、 第二のマウントに接続された第二のリンクと、 第二のリンクに軸回転可能に接続されて垂直方向に延び
    る軸線を中心に回転動作を行う第一のアームと、 前記第一のアームに連結されて第一のアームの回転動作
    に対応する軸方向の回転信号を付与する変換器と、 前記基部リンク及び第一のアームに軸回転可能に接続さ
    れて、被験者の矢状面に平行な水平方向に延びる軸線を
    中心に回転動作を行う第一の一対のアームと、 前記第一の一対のアームに接続され前記第一の一対のア
    ームの回転動作に対応する横方向の屈曲信号を付与する
    変換器と、 互いに及び前記第一の一対のアームに軸回転可能に接続
    されて、矢状面に垂直に水平方向に延びる軸線を中心と
    した回転動作を行う第二の一対のアームと、 前記第二の一対のアームに連結されて、前記第二の一対
    のアームの回転動作に対応する前後の屈曲信号を付与す
    る変換器と、 を備えたことを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の装置において、 前記軸方向の回転信号、横方向の屈曲信号、及び前後の
    屈曲信号に応答して、被験者の軸方向の回転、横方向の
    屈曲及び前後の屈曲の視覚表示を行う手段を備えたこと
    を特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の装置において、 前記視覚表示を行う手段が、 ビデオ表示スクリーンと、 軸方向の回転、横方向の屈曲、及び前後の屈曲をスクリ
    ーン上に図形表示する手段と、 を備えたことを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 被験者の脊柱の動作を分析するシステ
    ムにおいて、 被験者の脊柱動作に従って互いに対して可動な複数のア
    ームを有するリンク装置と、 前記リンク装置のアームの一つに接続された入力軸を有
    し、軸の位置に従って変化する電気抵抗を有する少なく
    とも一つのポテンショメータと、 前記ポテンショメータに電気的に接続され、ポテンショ
    メータの軸の位置に対応するデジタル信号を付与するア
    ナログ／デジタル変換器と、 前記ポテンショメータに校正電圧が印加されるときアナ
    ログ／デジタル変換器により生成されるデータに対応す
    る校正係数を格納する手段と、 前記ポテンショメータに基準電圧を印加して被験者の脊
    柱の動作に対応するアナログ／デジタル変換器からのデ
    ータを生成する手段と、 前記校正係数を脊柱の動作データに結合して、校正電圧
    と基準電圧との差に実質的に独立である脊柱動作信号を
    付与する手段と、 を備えたことを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の装置において、 前記校正係数が関係式 ＣＦ＝（ＰＯＴ÷ＡＤＩ）×ＶCAL に従って与えられ、 ここで、ＣＦは校正係数、ＰＯＴはポテンショメータの
    軸の角位置、ＶCAL は基準電圧、及びＡＤＩは校正電圧
    を印加したときのアナログ／デジタル変換器により生成
    されたデータであり、 校正係数は、関係式 ＡＮＧＬＥ＝（ＣＦ÷ＶREF ）×ＤＡＴＡ に従って脊柱動作データと結合され、 ここでＡＮＧＬＥは出力信号、ＣＦは校正係数、ＤＡＴ
    Ａはアナログ／デジタル変換器からの脊柱動作データ、
    ＶREF は基準電圧である、 ことを特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】 スポーツ動作分析装置において、 地面に対する人の身体の第一の部分の回転動作に対応す
    る電気信号を付与する第一の変換器と、 前記身体の第一の部分と身体の第二の部分との間で接続
    される複数のアームを有するリンク装置と、 前記リンク装置のアームに連結されて、前記身体の第一
    の部分に対する第二の部分の動作に対応する電気信号を
    付与する変換器と、 表示装置と、 前記電気信号に応答して、人体の第一及び第二の部分の
    動作の視覚表示を表示装置上に行う手段と、 を備えたことを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のスポーツ動作分析
    装置において、 前記人がゴルフクラブをスイングするゴルファであり、 前記第一の変換器をゴルファの臀部に取り付けて、地面
    に対するゴルファの臀部の回転動作に対応する電気信号
    を付与し、 リンク装置をゴルファの臀部と肩部との間に装着し、 前記変換器手段がゴルファの脊柱動作に対応する電気信
    号を付与し、 前記電気信号に応答する手段がゴルファの臀部、肩部及
    び脊柱に関する情報を提供することを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１５又は１６記載のスポーツ動
    作分析装置において、 前記第一の変換器がジャイロスコープであることを特徴
    とする装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１５又は１６記載のスポーツ動
    作分析装置において、 前記リンク装置を身体の臀部と肩部との間で装着し、 前記視覚表示を付与する手段が、身体の臀部及び肩部の
    回転の図形表示を行う手段を有することを特徴とする装
    置。
  19. 【請求項１９】 請求項１５又は１６記載の装置におい
    て、 前記視覚表示を付与する手段が、更に、身体の横方向の
    屈曲及び前後の屈曲の図形表示を付与する手段を有する
    ことを特徴とする装置。
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