JP3660521B2 - 医療実習装置及び医療用実習評価方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象とする人（例えば、実習者）と他人（例えば、患者）・補助者・取り扱い器具・装置等との間に、この対象とする人にとって最も適当な位置的・作用的・空間的関係及びインターフェイスを決定するためのデータを収集・記録・評価する医療実習装置及び医療用実習評価方法に関する。この医療実習装置及び医療用実習システムは、特に、病院、医院、医療処置の仕様・機械及び器具の操作情報・処置技術・人の体を用いた技術の習得及びこれに関連した学習のための研修センタの設計に有効なものである。
【０００２】
また、本発明に係る医療実習装置及び医療用実習評価方法は、固有感覚に基づく演繹、測定した数値、座標に基づくイメージから得られたデータが、医療用の手技、技術、器具、およびこの器具の設定状態を決定する重要な要素であるという考えに立脚している。測定された数値と座標に基づくイメージは、医療提供者の医療行為、及び医療提供者の医療行為開始段階およびその終了後の三次元感覚について指標となる。そして、固有感覚に基づくフィードバックから演繹的に導かれた感覚（多くの場合は、マスクで目を隠して得られる感覚。）は、人間の機能を直接的に伝達するものとして、ヒューマンインターフェイスと技術的機能とを効果的に結び付けるものである。
【０００３】
【発明の背景】
本発明の発明者であるダレル・レイモンド・ビーチは、従来より、医療技術の習得システムＳＡＴＶを提唱している。ＳＡＴＶは、Ｓｋｉｌｌ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ＆ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎの略で、スキルの習得、臨床前実習から患者に対する実際の治療へのスキルの移行度を検証するためのシステムである。
【０００４】
このシステムは、医療提供者または受診者として、「自分が望む条件」と「私たち人間が共通に望む条件」である「固有感覚」に基づく演繹から、人間を主体とした条件を習得することを基本としている。
【０００５】
ＳＡＴＶシステムについて簡単に説明すると、このシステムは以下の７つの段階からなる。
【０００６】
ＳＡＴＶ 第０段階（１）体の条件と行為、（２）人間のための空間とインターフェイス、（３）環境、（４）テクノロジーに関して、医療提供者及び受信者として、「自分が望む条件」と「私たちが望む条件」、すなわち「ゼロ条件」（固有感覚）を求める。この固有感覚の知覚段階は、水平バランス感覚、および最小の筋力によって人間の各部が最も安定している状態を実習者に知覚させるものである。
【０００７】
ＳＡＴＶ 第１段階−位置、接触、視覚シュミレーション体の条件、位置、および視覚を含む最適な処置（治療）状態を、健康的な背筋の状態、体の緊張が最小限の状態、患者からの影響が最小限の状態で、診断，修復、補綴、歯内治療、歯周病、口腔外科、歯科矯正のあらゆる歯科治療について得る。
【０００８】
ＳＡＴＶ 第２段階−基本的な指のコントロールと正確さ直接観察または反射観察の基本をもとに、基本的な指のコントロールと視覚コントロールを安定した体の状態で得る。第０及び第１の段階で得られた記憶を訓練により強化する。
【０００９】
ＳＡＴＶ 第３段階−スキルの移行（シュミレーション）
第０、第１、および第２段階で習得したスキルを、訓練を通じて、あらゆる歯科治療に移行する。例えば、水平に詰めた上部第３臼歯を除去する外科的手技をシミュレートし、最適な体の状態と位置を習得する。
【００１０】
ＳＡＴＶ 第４段階−患者、医師、補助者の役割（シュミレーション）
役割シミュレーション訓練を通じて、固有感覚に基づき演繹された医療条件が検証される。個人間の技術もまた固有感覚に基づき演繹された医療条件から得られる。
【００１１】
ＳＡＴＶ 第５段階−患者処置（医療）
患者を処置した結果が口腔内カメラで写真化され、ローカル・エリア・ネットワークのディスプレイに表示される。画像は、自分自身で、次に他人により評価される。
【００１２】
ＳＡＴＶ 第６段階−患者とのコミュニケーション（医療）
情報収集を含む患者とのコミュニケーションがＣＣＤカメラの画像および記録された音声を通じて評価される。
【００１３】
このＳＡＴＶシステムは、以下の利点を有する。
（ａ）正確な治療のために必要な最適な指のコントロールが得られかつ維持される。
（ｂ）受信者から受ける治療の撹乱を最小化できる。
（ｃ）治療提供者は、物理的な筋肉の緊張を最小に保った状態で、健康な背筋を維持できる。
（ｄ）一貫した正確性を維持できると共に、不要な動作を無くして、処置時間を最小化できる。
（ｅ）ハンドピース類に触れる機会が少なくなるので、感染症を防止できる。
【００１４】
このように、ＳＡＴＶシステムの第２段階は、医療提供者に一貫した正確性を提供し、処置時間を最小化し、ＳＡＴＶの第０段階および第１段階で得られたハンドピース類・治療提供者の姿勢や位置の記憶を強化するものである。そのために、歯科の分野でＳＡＴＶシステムの第２段階に使用されていた従来の装置は、予備実習用臨床模型を有するテーブルを備えており、この模型に対して歯科実習者が歯科治療実習を行うようにしていた。
【００１５】
一般的に、その模型は、頭部、顔部、咬合器、頬粘膜（シリコンゴム）、頬、および唇マスク、および歯列モデルを供えている。また、歯科実習者の体の一部およびこの実習者が目的の実習中に使用するハンドピース類の一部の動きを記録するために、ＣＣＤカメラが模型上に設けてある。ＣＣＤカメラで記録された画像は画像装置に伝送され、そのモニタースクリーンに表示される。モニタースクリーンには透明シートが着脱自在に被せてあり、補助者が実習者とハンドピース類の両方の動きを透明シート上で追跡できるようにしてある。したがって、実際の動きを追跡した透明シート上の跡を見ることで、実習者は後に自分自身のスキルを評価できる。
【００１６】
ところで、スキル評価において、従来より、熟練した歯科医師ほど、治療中のハンドピースと体の動きが小さい、すなわち無駄な動きがないことが知られている。言い換えると、上記実習装置においてスキルを評価する際の重要な要素の一つは、透明シート上に描かれた移動軌跡の大きさである。しかし、この装置では、透明シート上で体と器具の動きを正確に追跡するには経験が必要である。また、体と器具の複数の個所を同時に透明シート上で追跡することはできない。さらに、スキルの向上を定量的に評価することができなかった。
【００１７】
【発明の概要】
本発明は、医療実習中に医療実習者およびこの実習者の取り扱う器具の動きを正確に追跡できるＳＡＴＶ用の装置およびシステムを提供することを目的とする。本発明はまた、補助者を必要とすることなく、医療実習者およびこの実習者の取り扱う器具の動きを自動的に追跡できる装置とシステムを提供することを目的とする。本発明はさらに、医療実習者が簡単かつ定量的に自己のスキルを評価できる装置とシステムを提供することを目的とする。
【００１８】
この目的を達成するために、本発明の医療実習装置は（ａ） 実習者が実習を行うための人体模型と、（ｂ） 実習者が上記人体模型を用いて実習している際に、実習者または実習者が取り扱う器具の少なくとも何れかの特定のポイントの画像を撮影して対応する画像信号を作成する撮像手段と、（ｃ） 上記撮像手段で作成された画像信号を処理し、上記特定のポイントを二次元座標系に示すためのデータを作成する画像処理手段と、（ｄ） 上記座標データを用いて上記特定のポイントの移動軌跡と上記特定のポイントの移動軌跡に重ねられるフレームを表示するディスプレイと、（ｅ）上記特定のポイントの移動軌跡が上記フレームに対応する領域内にあるか否かに基づいて実習を評価する評価手段を有する。
【００１９】
本発明に係る医療実習装置の他の形態は、上記人体模型に向かって光を照射する照明手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る医療実習装置の他の形態は、（ａ） 実習者が実習を行うための人体模型と、（ｂ） 上記人体模型に向かって光を照射する照明手段と、（ｃ） 光を反射する反射部材からなり、実習者または実習者が取り扱う器具の少なくとも何れかの特定のポイントを、上記反射部材からの反射により表示する位置表示手段と、（ｄ） 実習者が上記人体模型を用いて実習している際に、上記位置表示手段により表示される上記特定のポイントの画像を撮影して対応する画像信号を作成する撮像手段と、（ｅ） 上記撮像手段で作成された画像信号を処理し、上記位置表示手段により表示される上記特定のポイントの移動軌跡を二次元座標系に示すためのデータを作成する画像処理手段と、（ｆ） 上記画像処理手段で作成されたデータを用いて上記特定のポイントの移動軌跡と上記特定のポイント の移動軌跡に重ねられるフレームを表示するディスプレイと、（ｅ）上記特定のポイントの移動軌跡が上記フレームに対応する領域内にあるか否かに基づいて実習を評価する評価手段を有する。以上の実施形態の医療実習装置では、上記フレームが、上記ディスプレイ上で移動可能に表示される。
【００２１】
本発明に係る医療実習装置の他の形態は、上記撮像手段がビデオカメラであり、上記画像処理手段が上記画像信号を処理して上記位置表示手段の位置に対応した二値データを作成し、この二値データを用いて上記特定のポイントの移動軌跡を二次元座標系に示すためのデータを作成するビデオプロセッサであることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る医療実習装置の他の形態は、基台と、少なくとも頭部を含む人体模型が設置され、上記基台に対して昇降する昇降部とを備え、上記昇降部に、上記照明手段と、上記撮像手段と、実習者が取り扱う上記器具を保持する保持手段とを設け、上記昇降部の昇降にしたがって、上記人体模型の頭部と、上記照明手段と、上記撮像手段と、上記保持手段が昇降することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る医療実習装置の他の形態は、上記昇降部に設けた上記人体模型の頭部の口腔を通る鉛直垂下線を中心から外側に伸びかつ上記鉛直垂下線を中心として回転するアームと、上記アームに対し、昇降自在にかつ上記鉛直垂下線に向かって前後に移動自在に設けられた、実習者が着座する実習者用椅子とを有し、上記基台と実習者用椅子との間には、実習者が支障無く足を移動できる空間が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る医療実習装置の他の形態は、上記昇降部の昇降と上記実習者が取り扱う器具の駆動を制御するフートコントローラと、水平軸を中心として回転可能に設けられ、上記人体模型の頭部を支持するヘッドレストと、上記昇降部の昇降量、水平面に沿った上記実習者用椅子の回転角・移動量・昇降量、鉛直面に沿った上記ヘッドレストの回転角をそれぞれ表示する表示手段又は記憶する記憶手段とを備える。
【００２５】
本発明に係る医療実習装置の他の形態は、上記照明手段が、上記人体模型の頭部の上方に配置され、上記鉛直垂下線に対して上記人体模型の体軸足側に傾斜した第１の方向と上記人体模型の体軸頭頂側に傾斜した第２の方向から、上記人体模型の口腔に向かって光を照射する２つの光源を有し、上記撮像手段が、上記２つの光源の間で上記人体模型に向けて設けられていることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る医療用実習評価方法は、（ａ） 実習者が実習を行うための人体模型を用意し、（ｂ） 実習者が上記人体模型を用いて実習している際に、撮影手段により、実習者および実習者が取り扱う器具の特定のポイントの画像を撮影して対応する画像信号を作成し、（ｃ） 画像処理手段により、上記画像信号を処理して上記特定のポイントの移動軌跡を二次元座標系に示すためのデータを作成し、（ｄ） ディスプレイにより、上記データを用いて上記特定のポイントの移動軌跡と上記特定のポイントの移動軌跡に重ねられるフレームを表示し、（ｅ）上記ディスプレイ上で上記フレームを上記特定のポイントの移動軌跡に重ね、上記特定のポイントの移動軌跡が上記フレームに対応する領域内にあるか否かに基づいて実施を評価する。
【００２７】
本発明に係る医療用実習評価方法の他の形態は、上記ディスプレイに表示されるフレームのデータを第１の記録手段に格納し、上記ディスプレイ上で上記フレームを移動して上記特定のポイントの移動軌跡に重ね、上記特定のポイントの移動を記録した時間に対する、上記特定のポイントが上記フレームに対応する領域内にあった時間の比率を演算手段により演算し、上記ディスプレイに上記比率を表示することを特徴とする。
【００２８】
本発明に係る医療用実習評価方法の他の形態は、上記ディスプレイ上で上記フレームを移動して上記特定のポイントの移動軌跡に重ね、上記特定のポイントの移動を記録した時間に対する、上記特定のポイントが上記フレームに対応する領域内にあった時間の比率を演算手段により演算し、上記ディスプレイに上記比率を表示することを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る医療用実習評価方法の他の形態は、複数の実習の上記比率をそれぞれ第２の記憶手段に記憶し、上記第２の記憶手段に記憶された上記複数の比率を上記ディスプレイに表示することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、各図面において共通する符号は同一の部材、部分を示す。図１は、歯科治療実習装置１の全体を示す。この実習装置１は、実習者（例えば、歯学部の学生、歯科治療実務者）２が目的の歯科実習を行うために必要な装置を備えている。具体的に、実習装置１は実習用診療台３を備えている。この実習用診療台３は、建物の床４に固定された基台５と、基台５に支持された昇降部６と、昇降部６の上部に固定された背板７を有する。昇降部６は、図示しない駆動装置（例えば、空気式または液体式のシリンダ）により、基台５に対して昇降できるようにしてある。
【００３１】
実習装置１は、基台５に対する昇降部６の昇降量を実習者２が目視できる構成を備えている。この構成は機械的、機械電気的なものの何れであってもよい。例えば、本実施形態の診療台３では、筒状の昇降部６を用い、これが基台５の上部にテレスコープ式に外装されている。また、基台５の側面には、図示する状態で実習を行う実習者２が目視できる領域に、昇降量表示手段として目盛８が設けてある。したがって、実習者２は、この目盛８を見ることで、基台５に対する昇降部６の昇降量を目視確認できる。
【００３２】
昇降部６の昇降量を電気的に検出し、後述するディスプレイに表示することもできる。この場合、例えば、基台５と昇降部６のいずれか一方にラック、他方に該ラックと噛み合うピニオンを設けるとともに、このピニオンの回転量を電気的に検出する検出器（例えば、エンコーダ）を設け、この検出器で検出したピニオンの回転量（すなわち、昇降量）をディスプレイに表示することが考えられる。その他、昇降用シリンダのピストンの変位量を検出し、その検出結果から昇降量を求めて表示してもよい。なお、検出した昇降量は、後述する記録手段（例えば、ＲＡＭ）に記憶しておくこともできる。
【００３３】
昇降部６の昇降量は、診療台３の側部で床４に配置されているフートコントローラ９で制御される。このフートコントローラ９は種々のスイッチを備えており、その中の一つが昇降部６の昇降を制御するスイッチで、図１に示す状態で実習を行う実習者２がつま先でこのスイッチを操作することにより、昇降部６は上昇または下降する。
【００３４】
背板７の一端側（実習者２側）は、昇降部６から実習者２に向けて所定の長さ伸長されており、これにより伸長部１０の下方に自由空間１１が形成されている。そのため、図示する着座状態で実習する実習者２は、自由に足を動かし、またフートコントローラ９を自由に操作できる。
【００３５】
図２と図３に示すように、人体模型１２は人体の上半身に似せたもので、胴体部１３と、頭部１４と、これらを連結する頸部１５からなる。頸部１５は、胴体部１３から頭部１４に向かって伸びる第１の連結アーム１６と、反対に頭部１４から胴体部１３に向かって伸びる第２の連結アーム１７と、これら第１と第２の連結アーム１６、１７を回転自在に連結する軸部１８とを有する。本実施形態では、軸部１８は、人体模型の体軸と直交しかつ水平方向に伸びるピンを有し、この水平なピンを中心として、頭部１４が胴体部１３に対して前後方向に（すなわち、体軸を含む円直面に沿って）回転できるようにしてある。
【００３６】
なお、実際の歯科治療では、頭部を横方向に向けることが必要な場合がある。このような場合を想定すると、体軸を中心として頭部１４を胴体部１３に対して回転できるように、軸部１８をユニバーサルジョイントとしてもよい。この場合、軸部１８には目盛を設け、胴体部１３に対する頭部１４の回転角（すなわち、体軸を中心とする回転角度）を測定できるようにしてもよい。この測定は適当な検出器を設けて電気的に検出してもよく、この場合、検出された結果をディスプレイに表示したり、記憶部に記憶することもできる。
【００３７】
頭部１４を支持するために、背板７の実習者２側にヘッドレスト２０が設けてある。ヘッドレスト２０は、頭部１４が前後方向に回転できるように、人体模型１２の下方に設けた連結機構２１を介して背板７に連結されている。連結機構２１は、軸部１８を通る鉛直面上でこの軸部１８を中心とする所定半径の円に沿って伸びる２つの部材（ガイドシャフト２２とガイドロッド２３）を備えている。ガイドシャフト２２は筒状部材からなり、その一端が背板７に固定されている。他方、ガイドロッド２３はその一端がヘッドレスト２０に固定され、他端がガイドシャフト２２の他端に装入されている。また、ガイドシャフト２２に対してガイドロッド２３を手動で固定するために、例えば、ガイドシャフト２２にはその周壁を貫通するねじ孔が形成され、このねじ孔に摘み付きのねじ２４をねじ込み、このねじの先端をガイドロッド２３に押し当てるようにしてある。
【００３８】
ヘッドレスト２０の高さ及び軸部１８を中心とするヘッドレスト２０の角度（位置）を表示するために、図２に示すように、ガイドロッド２３の外周面には実習者２が目視できる位置に目盛２５を設けてもよい。これに代えて、ガイドロッド２３の移動量を機械的、電気的、音響的に検出する検出器を設け、その検出結果をディスプレイに表示し、記憶部に記憶することもできる。また、ヘッドレスト２０の動きをモータ、シリンダなどの駆動手段で制御するものでは、これらモータの回転量、シリンダのピストン移動量からヘッドレスト２０の角度を求めることもできる。
【００３９】
図１に戻り、背板７の側部には、実習者２が実習の際に取り扱う種々のハンドピース２６を保持する又は載せるためのハンドピース収容部２７または保持テーブルが設けてある。ハンドピース２６には種々のものが用意されており、圧縮空気を駆動力として動作する機械的なハンドピースは図示しない圧力空気供給源（図示せず）に接続され、実習者２がフートコントローラ９をつま先で操作することにより、駆動制御可能としてある。
【００４０】
実習者２が実習の際に座る椅子３０は、図４から図６に示すように、床４に固定された基板３１を備えており、この基板３１に支柱３２が連結されている。支柱３２は、その下部垂直部３３において、その中心軸が、人体模型頭部１４のほぼ口部を通る鉛直垂下線Ａｖに一致させてあり、この鉛直垂下線Ａｖを中心として回転できるようにしてある。支柱３２の回転角、すなわち椅子３０の方向を表示するために、図４に詳細に示すように、支柱３２の下端部と基板３１にはそれぞれ目盛３４が記されており、これにより椅子３０の方向を目視確認できる。椅子３０の方向を自動的に検出するために、基板３１、支柱３２にその回転角検出装置を設け、この検出装置で検出した支柱回転角をディスプレイに表示し、また記憶部に記憶しておくようにしてもよい。
【００４１】
支柱３２はまた、下部垂直部３３の上端から略水平方向に伸びる水平部３５と、下部垂直部３３の反対側にあって水平部３５の端部から垂直方向に伸びる上部垂直部３６を一体的に備えている。上部垂直部３６にはテレスコープ式に筒状昇降筒３７が外装され、この昇降筒３７の上に着座部３８が取り付けて付けてある。昇降筒３７の昇降は、椅子３０の適当な個所、本実施形態では上部垂直部３６に設けた操作レバー３９を操作することにより行うことができる。また、昇降筒３７に対して着座部３８が水平部３５と平行な方向（前後方向）に移動できるように、昇降筒３７の上端部には矩形板４０（図４にのみ示す）がその対向する一対の縁部を前後方向（水平部３５と平行な方向）に向けて固定され、また着座部３８の下面には上記一対の縁部をガイドするブラケット４１が設けてある。
【００４２】
着座部３８の高さを表示するために、上部垂直部３６に目盛４２が記されている。同様に、着座部３８の前後方向の位置を表示するために、矩形板４０とブラケット４１には目盛４３が設けてある。着座部３８の高さと前後位置を自動的に検出し、これをディスプレイに表示し、また記憶部に記憶することもできる。そのような自動検出する装置としては、上述した昇降部６の昇降量を検出する装置が利用できる。
【００４３】
着座部３８は、実習者２の臀部を支える略矩形の着座板４５と、この着座板４５の前部と側部から斜め上方に向かって外側に伸びた傾斜部４６と、着座板４５の後部から立ち上がった背板部４７とを有する。そのため、椅子３０に着座した実習者２は、前方、後方、側方への動きが規制され、椅子３０に対して正確に位置決めされる。なお、着座板４５の形状は矩形に限るものでなく、その上に実習者２が座った状態でこの実習者２の動きを規制できる形状であればいかなるものであってもよい。
【００４４】
再び図１に戻り、実習者２が模型実習している状態を観察記録するために撮影・照明装置５０が設けてある。この撮影・照明装置５０は支柱５１を備えている。この支柱５１は、垂直部分５２と、この垂直部分５２の上端から略水平方向に伸びる水平部分５３とからなる。垂直部分５２は、下端部を昇降部６または背板７の一側部（例えば左側）に固定される。水平部分５３は、その先端が実習者２の他側部（例えば、右側）に位置するように、鉛直垂下線Ａｖとほぼ交差する方向に向けられる。支柱５１の水平部分５３には、２つの照明装置５４、５５が設けてある。これら照明装置５４、５５は、鉛直垂下線Ａｖを挟み、一方が人体模型１２の体軸足側に、他方が体軸頭頂側に配置され、それらの光軸５６、５７が人体模型頭部１４の口部に向けて斜めに伸びている。例えば、体軸足側にある照明装置５４の光軸５６と鉛直垂下線Ａｖとのなす角度は約３０度、体軸頭頂側にある照明装置５の光軸５７と鉛直垂下線Ａｖとのなす角度は約２０度とするのが好ましい。
【００４５】
支柱５１はまた、照明装置５４、５５の間に撮像装置（カメラ）、例えば赤外線ＣＣＤカメラ５８を支持している。カメラ５８は、人体模型頭部１４に焦点が合わせてある。なお、実習者２がフートコントローラ９を操作して昇降部６を上下すると、撮影・照明装置５０、人体模型１２、ハンドピース収容部２７が同時に昇降する。したがって、実習者２が自分にあった高さに人体模型１２の高さを調整しても、カメラ５８の焦点がずれることはないし、カメラ５８と人体模型１２との距離も変化することがない。
【００４６】
以上のように構成された実習装置１を用いて実習者２が歯科実習を行う場合、実習内容に応じた人体模型１２を用意する。人体模型１２の胴体部１３が予め背板７上に載せてある場合、実習内容に応じた頭部１４を用意し、これを予め用意された胴体部１３に連結すればよい。また、実習内容に応じた歯列模型だけを、予め用意された頭部１４に装着するようにしてもよい。
【００４７】
実習者２は、椅子３０に座り、人体模型１２に対して最もリラックスした状態でアクセスできる位置に自分自身および人体模型１２を移動する。具体的に、椅子３０の方向、高さ、鉛直垂下線からの距離（人体模型からの距離）を調整する。また、フートコントローラ９を操作して、人体模型１２の高さを調整する。さらに、人体模型連結機構２１のねじ２４を操作し、頭部１４の高さ（傾き）を調整する。必要で又可能であれば、頭部１４を体軸に対して頭部１４を回転する。なお、ヘッドレスト２０の高さをフートコントローラ９で自動調整できるようにしたものでは、このフートコントローラ９を操作してヘッドレスト２０が高さ調整される。この調整時、従来の技術の欄で説明したように、ＳＡＴＶの第０段階で得られた固有感覚のデータをもとに、人体模型１２、椅子３０の位置（高さ等）を設定するのが好ましい。
【００４８】
このようにして決定された人体模型１２（背板７）の高さ、頭部１４の傾き、椅子３０の高さ・方向・距離は、実習者または補助者が対応する値を示す目盛から読み取り、記録する。なお、上述のように、それらの値を自動的に検出するようにした実習装置では、それぞれの検出装置から信号が出力され、その信号値から上述の値がそれぞれ演算され、表示され、記憶される。
【００４９】
実習者２が同一実習内容を複数回行う場合、前回の実習時に設定した条件（高さ等）と同一の条件に設定することもできる。必要であれば又意図的に、前回と異なる条件に設定することもできる。
【００５０】
上述した高さ等の調整前に又は調整後に、実習者は照明装置５４、５５を点灯する。また、実習内容に応じたハンドピース２６を選択する。選択したハンドピース２６、またこのハンドピース２６を扱う手の観察ポイントには、図７に示すように、パッチすなわちマーカ５９を貼り付ける。なお、マーカ５９を貼り付ける場所はこれに限るものでなく、実習内容等に応じて適宜決定できる。
【００５１】
以上の準備が完了すると、実習者２は実習を開始する。実習開始と同時に、実習者自身または補助者がカメラ５８のスイッチを入れ、実習内容を撮影する。このとき撮影された画像は、以下で説明するようにデータ処理系（図８参照）で処理され、マーカ５９の動きがディスプレイに表示される。
【００５２】
図８は、データ処理系６０のブロック図である。このブロック図に示すように、データ処理系６０は、演算処理部（マイクロコンピュータ）６１を有する。演算処理部６１には、種々の入力部６２が接続されている。これら種々の入力部の中には、キーボード、マウス、音声入力装置の他に、この制御系に通信ケーブル等の伝送系を介して接続された他のコンピュータも含まれる。これらキーボード等から入力されるデータには、例えば、実習者の個人情報（氏名、固有感覚など）、実習日時、実習内容、実習条件（固有感覚データ、椅子の高さ等）が含まれる。なお、上述のように、診療台３の高さ、椅子３０の高さ・方向・前後方向位置、人体模型頭部１４の傾きなどが対応する検出装置で自動検出される場合、この検出装置で検出した値を直接入力部６２に入力するようにしてもよい。
【００５３】
カメラ５８は、ビデオキャプチャーボード（ＶＣＢ）６３を介して演算処理部６１に接続されている。ＶＣＢ６３は、カメラ５８の出力をデジタル画像データに変換する。また、ＶＣＢ６３は、デジタル画像データを二値画像データ（マーカ５９の画像データと、マーカ以外の画像データ）に変換する。また、マーカ５９の画像データを、Ｘ座標データとＹ座標データ（必要に応じて、これらＸ座標データとＹ座標データを単に「Ｘ−Ｙ座標データ」という。）に変換する。
【００５４】
マーカ５９の画像データとそれ以外の画像データから区別する方法は種々考えられる。例えば、マーカ５９として赤外線反射シートを用いると共に、カメラ５８に赤外線カメラを用い、赤外線反射シートから反射された光を赤外線カメラで選択的に捕らえることで、マーカ５９の画像をそれ以外の画像から容易に分離できる。また、図７に示すように、複数のマーカ５９を同時に使用する場合、それぞれ異なる性質を有するマーカ、例えば、異なる波長を反射させる材料、又は異なる色を有するマーカを使用すると共に、ＶＣＢ６３内の分別回路に複数の閾値を設定し、デジタル画像データをそれぞれのマーカ５９に対応して三値化、四値化することも可能である。このようにして作成されたマーカごとのＸ−Ｙ座標データは演算処理部６１に送出され、ＲＡＭ６５に格納される。さらに、マーカ５９としては、赤外線反射シートに限るものでなく、それ自身で発光する電球、発光素子などであってもよい。
【００５５】
ＲＯＭ６４は、後述する実習の成果を自動的に評価するためのプログラム（評価プログラム）、この評価プログラムを実行する際に必要なデータを格納する。このデータには、後に詳細に説明するフレームデータが含まれる。
【００５６】
ＲＡＭ６５は、ＶＣＢ６３で作成された座標データ、評価プログラムで評価された結果（評価データ）、入力部６２（キーボード等）から入力された実験条件等の条件データ等、ＶＣＢ６３から出力されたＸ−Ｙ座標データを格納する。
【００５７】
演算回路６６は、後述するようにして、ＲＡＭ６５に格納されている座標データと、ＲＯＭ６４に格納されているフレームデータとを用い、ＲＯＭ６４に格納されている評価プログラムに従って、実習の成果を点数評価する。
【００５８】
グラフィック化回路６７は、ＲＡＭ６５に格納されている座標データをもとに、ディスプレイ６８に映し出すマーカ５９の動画データを作成する。また、グラフィック化回路６７は、フレームデータをもとに、動画データと共にディスプレイに映し出されるフレーム画像データを作成する。
【００５９】
出力部６９は、プリンタ等の印字装置である。また、出力部６９には、通信ケーブルを介して接続された他のコンピュータ等も含まれる。
【００６０】
以上の構成を供えたデータ処理系６０の動作について、図９から図１１を参照して説明する。補助者または実習者が入力部６２のキーボード等を操作して入力された情報（実習条件、実習内容等）は、ＲＡＭ６５に格納される。過去に実習装置を使用して実習したことがある場合，その実習結果もＲＡＭ６５に格納されている。次に、上述のようにして実習が開示され、その実習状況がカメラ５８で撮影される。カメラ５８は、撮影した画像に対応する信号をＶＣＢ６３に出力する。ＶＣＢ６３は、カメラ５８の出力信号をデジタル化する。次に、ＶＣＢ６３は、デジタル化された画像データを、マーカ５９のデジタル画像データとそれ以外の画像データに、二値化する。複数のマーカ５９を使用する場合、各マーカ５９のデジタル画像データとそれ以外の画像データに三値化またはそれ以上に分解する。続いて、ＶＣＢ６３は、各マーカ５９に対応したＸ−Ｙ座標データを作成する。作成されたＸ−Ｙ座標データはＲＡＭ６５に格納され、必要に応じて呼び出すことができる。
【００６１】
実習終了後、キーボード等の入力部６２から実習の評価が要求されると、演算処理部６１はＲＡＭ６５からＸ−Ｙ座標データを呼び出し、グラフィック化回路６７に送る。グラフィック化回路６７は、Ｘ−Ｙ座標データをもとにマーカ５９の動画データを作成し、これに対応した軌跡７１、７２をディスプレイ６８に表示する（図１０参照）。次に、演算処理部６０は、ＲＯＭ６４に格納されているフレームデータを呼び出し、これをグラフィック化回路６７に送る。グラフィック化回路６７は、Ｘ−Ｙ座標データの場合と同様に、フレームデータに対応した画像データを作成し、図１０に示すように、ディスプレイ６８にスコアフレーム７３、７４（本実施例では二重の円）を表示する。
【００６２】
スコアフレーム７３、７４は、マウス、キーボードを用いて、上下左右に移動することができる。したがって、マウス等を用いてスコアフレーム７３、７４を移動し、その中に含まれる軌跡画像が最大になるようにする。必要ならばスコアフレーム７３、７４を拡大・縮小してもよい。このようにしてスコアフレーム７３、７４の位置を決定すると、キーボード、マウス等の入力部６２で評価計算の開始を指示する。
【００６３】
演算回路６６は、軌跡の描かれた全体時間と、スコアフレーム７３、７４の円に対応する領域にマーカ５９が含まれていた時間（または、この円に対応する領域の外側にマーカ５９が位置していた時間）との時間比率（百分率）を求める。この比率、すなわち点数は、実習内容、実習条件（診察台の高さ、椅子の高さ・位置等を含む）等を含めて、プリンタなどの出力部６９により紙に印字されて出力される。また、この点数等は、ディスプレイ６８上に表示するのが好ましい。
【００６４】
なお、上記説明では、スコアフレーム７３、７４の位置を決定してから評価計算を開始したが、スコアフレームがディスプレイ上に表示された時点から評価計算を開始してもよい。このようにすれば、スコアフレームを移動しながら、最も高い点数が得られるスコアフレームの位置を決定でき、評価の信頼性が向上する。
【００６５】
また、上述のように、マーカ５９を複数箇所に貼り付けた場合、それぞれのマーカ５９に対応した軌跡を異なる色、線種、又は太さで表示するのが好ましい。特に、複数のマーカ５９が近接している場合、それらが交錯していずれの線がいずれの軌跡を表わしているのか判別できなくなる恐れがある場合、これら複数の軌跡を色で区別をつけるのが好ましい。
【００６６】
さらに、図１０に示すように、一つのスコアフレームは、大小２つの同心円７５ａと７６ａ、７５ｂと７６ｂで構成するのが好ましい。この場合、小さな円７５ａ（７５ｂ）の内側の領域を高スキル領域ＡＲａ１（ＡＲｂ１）、内側の小さな円７５ａ（７５ｂ）と外側の大きな円７６ａ、（７６ｂ）の間に挟まれた領域を中スキル領域ＡＲａ２（ＡＲｂ２）、さらに大きな円７６ａ（７６ｂ）の外側を低スキル領域ＡＲａ３（ＡＲｂ３）として区別し、それぞれの領域に含まれる時間比率を求めるようにしてもよい。この場合、評価の信頼性が更に向上する。また、これらの時間比率を用いることで、図１１に示す表の右欄に示すように技術の習熟度を容易にランク付け（例えば、Ａ，Ｂ，Ｃ）できる。
【００６７】
さらにまた、同一の実習を複数回行った場合、図１１に示すように、それぞれの実習の点数を実習日時等と共に一括して表示できるようにするのが好ましい。このようにすれば、習熟度の時間的変化を容易に把握できる。
【００６８】
また、スコアフレーム７３、７４の大きさは、一定である必要はなく、実習内容に応じて変えてもよいし、スコアフレームは円に限るものでなく、実習の内容に応じて、例えば楕円、矩形としてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、ＶＣＢ６３で、カメラ５８の出力信号からマーカ５９のＸ−Ｙ座標データまで作成したが、本発明はこれに限るものでない。例えば、ＶＣＢに代えて、図１２に示すように、ビデオプロセッサ（ＶＰ）８０を使用してもよい。この場合、ＶＰ８０は、カメラ５８からの信号をデジタル信号に変換した後、このデジタル信号をマーカの画像データとその他の画像データに分別（値化）する。また、ＶＰ８０は、マーカの画像データから、その動画（軌跡）を作成するためのＸ−Ｙ座標データを作成する。
【００７０】
デジタル信号の値化、Ｘ−Ｙ座標テーブルの作成は、必ずしもＶＰ８０又はＶＣＢ６３で作成する必要はない。例えば、図１２に示すように、データ処理系６０にデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）８１を設け、ＶＰ８０又はＶＣＢ６３から出力されたデジタル信号を用いて、ＤＳＰ８１で値化データ、Ｘ−Ｙ座標データを作成することもできる。また、この処理は、演算処理部６１で行うこともできる。但し、この場合、処理速度が、ＤＳＰ８１等の外部演算装置で処理する場合に比べて遅いという欠点がある。
【００７１】
以上の説明では、カメラ５８で撮影された画像の特定のポイント（マーカ）の動きをディスプレイ６８に表示するものとしたが、モーションキャプチャー法を利用し、例えば、ゴルフクラブのスィング動作を分解して一つの画面上に連続的に表示するように、画像中の特定の領域（例えば、ハンドピース、実習者の手）の動きを同一画面上で表示することも可能である。この場合、カメラ５８としては一般のビデオカメラを用い、撮影画像を１フレームずつ取り込み、この取り込んだ画像をフレームごとにデジタル化して特定の領域の画像を解析し、表示する。
【００７２】
具体的には、図１３に示すように、ＶＣＢ６３等において、特定の領域の特定の時点（例えば、実習開示時点）の画像を記憶する。次に、この記憶した画像において、画素ごとに隣接する画素との差分をとり、その差分値の大きいところを特定の領域（関心領域）の画像のエッジとして認識し、認識したエッジをデータ化（エッジ化）する。続いて、このエッジ化されたデータを利用し、所定時間後に読み取った画像における関心領域の移動を検出し、移動後の座標を演算し記憶する。この座標演算は実習の終了時点まで行われ、実習終了が指定されることにより終了する。そして、以上のようにして取得された関心領域のエッジ化されたデータから、特定のポイントを指定し、この指定された特定のポイントの移動座標を演算して求め、これにより特定のポイントの移動軌跡を得る。
【００７３】
以上、本発明を歯科実習装置に適用した形態を説明したが、本発明はこれに限るものでなく、外科、内科等の医療の実習装置にも適用可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上、請求項１に係る本発明の医療実習装置によれば、医療実習者およびこの実習者が取り扱う器具の動きを正確に追跡できる。また、補助者を必要とすることなく、医療実習者、この医療実習者の取り扱う器具の動きを自動的に追跡できる。
【００７５】
請求項２に係る本発明の医療実習装置によれば、照明手段により、医療実習中に医療実習者及びこの実習者の取り扱う器具の動きをより鮮明に撮影できる。また、口腔内部の視認性を良くすることができ、実際の診療において無影灯を使用する環境に近づくことができる。
【００７６】
請求項３に係る本発明の医療実習装置によれば、反射部材に反射される光を検出することで、より鮮明に医療実習者及びこの実習者の取り扱う器具の動きを撮影でき、軌跡のより正確な追跡が可能になる。
【００７７】
請求項５に係る本発明の医療実習装置によれば、広く用いられているビデオカメラを使用し、座標の計算に適切な二値化処理により座標演算の速度を上げることができ、メモリが節約できる。
【００７８】
請求項６に係る本発明の医療実習装置によれば、昇降部と共に、模型の頭部、照明手段、撮像手段、保持手段が一体的に昇降することにより、昇降部の昇降を行っても、他の部分の位置調整が不要となる。
【００７９】
請求項７に係る本発明の医療実習装置によれば、基台と実習者用椅子との間に、実習者が支障なく足を動かせる空間を形成したことにより、実習者が実際の実習をするに際して、支障なく足を移動でき、フートコントローラの操作の妨げにもならない。
【００８０】
請求項８に係る本発明の医療実習装置によれば、昇降部の昇降量、水平面に沿った上記実習者用椅子の回転角・移動量・昇降量、鉛直面に沿った上記ヘッドレストの回転角をそれぞれ表示する表示手段又は記憶する記憶手段を備えたことにより、同じ実習者が時を隔てて次の実習をする際に、容易に前回の条件を再現できる。また、実習時の条件を記録することで、どの条件がより良好な成果をもたらすか比較検討できる。
【００８１】
請求項９に係る本発明の医療装置によれば、照明手段が、人体模型の頭部の上方に配置され、鉛直垂下線に対して人体模型の体軸足側に傾斜した第１の方向と人体模型の体軸頭頂側に傾斜した第２の方向から、人体模型の口腔に向かって光を照射する２つの光源を有し、撮像手段が２つの光源の間で人体模型に向けて設けられているので、実習者の口腔内の視認性が良くなると共に、実習者実習者の取り扱う器具の動きを最も良好に把握できる角度から撮像手段により撮影できる。
【００８２】
請求項１０に係る本発明の医療用実習評価システムによれば、医療実習者およびこの実習者が取り扱う器具の動きを正確に追跡できる。また、補助者を必要とすることなく、医療実習者、この医療実習者の取り扱う器具の動きを自動的に追跡できる。さらに、医療実習者が簡単かつ定量的に自己の熟練度を評価できる。
【００８３】
請求項１１に係る本発明の医療用実習評価システムによれば、医療実習中に医療実習者及びこの実習者の取り扱う機器の動きをフレームを基準として視覚的に確認し、客観的データにより熟練度を評価できる。
【００８４】
請求項１２に係る本発明の医療用実習評価システムによれば、医療実習者及びこの実習者の取り扱う機器の動きを段階的に評価することができる。
【００８５】
請求項１３に係る本発明の医療用実習評価システムによれば、ディスプレイに表示された評価結果を通じて、実習者が自己の熟練度を視覚的に確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る医療実習装置の全体を示す斜視図。
【図２】 人体模型、ヘッドレスト、及びヘッドレストの連結機構の側面図。
【図３】 人体模型、ヘッドレスト、及びヘッドレストの連結機構の側面図で、図２に示す人体模型の頭部を回転させた状態を示す。
【図４】 医療実習装置に用いる椅子の斜視図。
【図５】 図４に示す椅子の側面図で、着座部の前後方向の動きを示す。
【図６】 図４に示す椅子の側面図で、着座部の上下方向の動きを示す。
【図７】 ハンドピースを保持した実習者の手、およびハンドピースと実習者の手に貼り付けたマーカを示す斜視図。
【図８】 本発明に係る医療実習装置に付設されたデータ処理系のブロック図。
【図９】 データ処理系の制御内容を示すフローチャート。
【図１０】 ディスプレイに表示されたマーカの軌跡及びこれを評価するスコアフレームを示す図。
【図１１】 マーカの軌跡等と一緒にディスプレイに表示される評価結果を示す表。
【図１２】 データ処理系の他の形態を示すブロック図。
【図１３】データ処理系の他の制御内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１．実習装置、２．実習者、３．実習用診療台、５．基台、６．昇降部、８．目盛、９．フートコントローラ、１１．自由空間、１２．人体模型、２０．ヘッドレスト、２６．ハンドピース、２７．ハンドピース収容部、３０．椅子、５０．撮影・照明装置、５４，５５．照明装置、５８．カメラ、５９．マーカ、６０．データ処理系、６１．演算処理部、６２．入力部、６３．ビデオキャプチャーボード（ＶＣＢ）、６４．ＲＯＭ、６５．ＲＡＭ、６７．グラフィック化回路、６８．ディスプレイ、７１、７２．軌跡、７３、７４．スコアフレーム、８０．ビデオプロセッサ（ＶＰ）、８１．デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）。

Claims (13)

1. （ａ） 実習者が実習を行うための人体模型と、（ｂ） 実習者が上記人体模型を用いて実習している際に、実習者または実習者が取り扱う器具の少なくとも何れかの特定のポイントの画像を撮影して対応する画像信号を作成する撮像手段と、（ｃ） 上記撮像手段で作成された画像信号を処理し、上記特定のポイントを二次元座標系に示すためのデータを作成する画像処理手段と、（ｄ） 上記座標データを用いて上記特定のポイントの移動軌跡と上記特定のポイントの移動軌跡に重ねられるフレームを表示するディスプレイと、（ｅ）上記特定のポイントの移動軌跡が上記フレームに対応する領域内にあるか否かに基づいて実習を評価する評価手段を備えたことを特徴とする医療実習装置。
2. 上記人体模型に向かって光を照射する照明手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の医療実習装置。
3. （ａ） 実習者が実習を行うための人体模型と、（ｂ） 上記人体模型に向かって光を照射する照明手段と、（ｃ） 光を反射する反射部材からなり、実習者または実習者が取り扱う器具の少なくとも何れかの特定のポイントを、上記反射部材からの反射により表示する位置表示手段と、（ｄ） 実習者が上記人体模型を用いて実習している際に、上記位置表示手段により表示される上記特定のポイントの画像を撮影して対応する画像信号を作成する撮像手段と、（ｅ） 上記撮像手段で作成された画像信号を処理し、上記位置表示手段により表示される上記特定のポイントの移動軌跡を二次元座標系に示すためのデータを作成する画像処理手段と、（ｆ） 上記画像処理手段で作成されたデータを用いて上記特定のポイントの移動軌跡と上記特定のポイントの移動軌跡に重ねられるフレームを表示するディスプレイと、（ｅ）上記特定のポイントの移動軌跡が上記フレームに対応する領域内にあるか否かに基づいて実習を評価する評価手段を備えたことを特徴とする医療実習装置。
4. 上記フレームは、上記ディスプレイ上で移動可能に表示されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の医療実習装置。
5. 上記撮像手段がビデオカメラであり、上記画像処理手段が上記画像信号を処理して上記位置表示手段の位置に対応した二値データを作成し、この二値データを用いて上記特定のポイントの移動軌跡を二次元座標系に示すためのデータを作成するビデオプロセッサであることを特徴とする請求項３又は４に記載の医療実習装置。
6. 基台と、少なくとも頭部を含む人体模型が設置され、上記基台に対して昇降する昇降部とを備え、上記昇降部に、上記照明手段と、上記撮像手段と、実習者が取り扱う上記器具を保持する保持手段とを設け、上記昇降部の昇降にしたがって、上記人体模型の頭部と、上記照明手段と、上記撮像手段と、上記保持手段が昇降することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の医療実習装置。
7. 上記昇降部に設けた上記人体模型の頭部の口腔を通る鉛直垂下線を中心から外側に伸びかつ上記鉛直垂下線を中心として回転するアームと、上記アームに対し、昇降自在にかつ上記鉛直垂下線に向かって前後に移動自在に設けられた、実習者が着座する実習者用椅子とを有し、上記基台と実習者用椅子との間には、実習者が支障無く足を移動できる空間が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の医療実習装置。
8. 上記昇降部の昇降と上記実習者が取り扱う器具の駆動を制御するフートコントローラと、水平軸を中心として回転可能に設けられ、上記人体模型の頭部を支持するヘッドレストと、上記昇降部の昇降量、水平面に沿った上記実習者用椅子の回転角・移動量・昇降量、鉛直面に沿った上記ヘッドレストの回転角をそれぞれ表示する表示手段又は記憶する記憶手段とを備えた請求項７に記載の医療実習装置。
9. 上記照明手段が、上記人体模型の頭部の上方に配置され、上記鉛直垂下線に対して上記人体模型の体軸足側に傾斜した第１の方向と上記人体模型の体軸頭頂側に傾斜した第２の方向から、上記人体模型の口腔に向かって光を照射する２つの光源を有し、上記撮像手段が、上記２つの光源の間で上記人体模型に向けて設けられていることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の医療実習装置。
10. （ａ） 実習者が実習を行うための人体模型を用意し、（ｂ） 実習者が上記人体模型を用いて実習している際に、撮影手段により、実習者および実習者が取り扱う器具の特定のポイントの画像を撮影して対応する画像信号を作成し、（ｃ） 画像処理手段により、上記画像信号を処理して上記特定のポイントの移動軌跡を二次元座標系に示すためのデータを作成し、（ｄ） ディスプレイにより、上記データを用いて上記特定のポイントの移動軌跡と上記特定のポイントの移動軌跡に重ねられるフレームを表示し、（ｅ）上記ディスプレイ上で上記フレームを上記特定のポイントの移動軌跡に重ね、上記特定のポイントの移動軌跡が上記フレームに対応する領域内にあるか否かに基づいて実施を評価する医療用実習評価方法。
11. 上記ディスプレイ上で上記フレームを移動して上記特定のポイントの移動軌跡に重ね、上記特定のポイントの移動を記録した時間に対する、上記特定のポイントが上記フレームに対応する領域内にあった時間の比率を演算手段により演算し、上記ディスプレイに上記比率を表示することを特徴とする請求項１０に記載の医療用実習評価方法。
12. 上記ディスプレイに表示されるフレームが、上記特定のポイントの移動軌跡を段階的に評価するために、フレームの中央を相似中心とする複数のフレームからなり、上記特定のポイントの移動を記録した時間に対する、上記特定のポイントの移動軌跡が、上記複数のフレームで囲まれたそれぞれの領域内にあった時間のそれぞれの比率を演算手段により演算し、上記複数の比率を上記ディスプレイに表示することを特徴とする請求項１１に記載の医療用実習評価方法。
13. 複数の実習の上記比率をそれぞれ第２の記憶手段に記憶し、上記第２の記憶手段に記憶された上記複数の比率を上記ディスプレイに表示することを特徴とする請求項１２に記載の医療用実習評価方法。

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