JP4260011B2 - ヒトの手指巧緻性と物体操作能力を評価する装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒトの手指の巧緻性を評価する装置に関するものである。特に神経系ないしは筋骨格系疾患のある患者において、その手指巧緻性を評価する目的で使用することができる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで医療関係者や、手指巧緻性を評価するための複雑な技術に関心を持つ人々のために、多くの種類の装置や方法が工夫されてきた。米国の特許5, 174, 154号はつまみ力（ピンチ力）を等尺性に測定する装置を公表したものであるが、この装置はお互いに向い合っている二つの面に加えられた力を計ることができる。二つの面の間には、非圧縮性、非流動体の物質が詰まっていて、二つの指でそれぞれの面をつまんだときに、加えられた力に応じて物質の圧力が上昇する。トランスデューサーがその物質の圧力に反応し、それに応じた信号を出力する。この装置は左右いずれの手についてもつまみ力（ピンチ力）を計るのに用いることができ、また親指と他のどの指との間でつかむのにも都合よくできている。
【０００３】
米国の特許4,674,330号は、ヒトの握力及び二つの指の間のつまみ力（ピンチ力）を測定することができる装置を公表したものである。この装置には2つの平行な面を持つハンドルがついていて、それらが第三の部分に対して直角に固定されている。これらのハンドルは、この第三の部分と堅く固定されているため、ハンドルのどこに力を加えても、その力を二対のストレインゲージによって測定することができるようになっている。このハンドルの両端は平らな面となっているので、ピンチ力を計るのにも用いることができる。米国の特許4,878,384号は、指がボタンを押す力を測定し、最大の筋力を表示することができもので、ヒトの知覚を評価測定する装置である。米国の特許5,449,002号は、外傷後の回復期にある、あるいは日常の身体運動、例えば、手でものを掴む動きなどに障害を有する患者において、患者が加えた機械的な圧力を記録できる装置を公表したものである。この装置はいわゆるバイオフィードバック法を用いて、患者が身体動作を再学習したり、機能障害の原因となる合併症を予防するのに役立つ。
【０００４】
ドイツの特許DE4,209,193号はいわゆるエルゴグラフ装置を公表したものであるが、これは患者の握力を計測するとともに、脳障害の結果としてあらわれた患者の性格変化を評価するのに役立つ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒトの手指巧緻性を評価することにより、人間の神経系あるいは筋骨格系に関して有用な情報が得られる。神経疾患の患者においては、このような情報は正確な診断、治療を行い、リハビリテーションを最適化するのに必須である。
【０００６】
神経系ないしは筋骨格系疾患に基づく障害は片側に起こることが大部分なので、そのような障害を有する患者では反対側の手は全く正常に動くことが多い。神経系ないしは筋骨格系の障害の範囲を正確に評価するためには、正常に動く側の手の機能について基準値となるデータを測定した上で、障害側のデータと比較することが重要である。
【０００７】
しかし上述した特許文献に開示された装置や方法は、すべて片手の測定用に作られたものであり、それも被験者が加えた一方向の力だけ計ることのできる方法である。しかし、手指の巧緻な動きや物体を操作するためには、3次元の手の動きが必要で、両手を同時に使うことも多い。あらゆる手指の巧緻性を測る装置は、このことを考慮にいれなくてはならないと思われる。
【０００８】
精神的あるいは肉体的な障害の結果として生じた神経系ないしは筋骨格系疾患の機能障害の程度を評価するためには、手指の巧緻性を評価するための、より進んだ装置や方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は片手ずつで持つ２つの部分で構成され、さらにこの２つの部分がつなぎ伝達手段でつながっていて、そのつなぎ伝達手段を通じて片方の手が加えた力がもう一方の手に伝達されるようになっている装置、さらにそれぞれの手が加えた様々な方向の力（全方向性の力）を同時に測定記録できるような装置を考案したものである。被験者が装置に加えたトルクも測定できるようになっている。
【００１０】
この発明の使用法の一つとしては、一人の被験者がつなぎ伝達手段を二つの手の間に持つことになる。この場合、装置は右手と左手の能力を同時に計測することができる。従って障害が片側にあれば、対側の（非障害側）の手のデータをそのまま基準値として使用できるわけである。
【００１１】
もう一つの使用法の一つとしては、二人の別の人が、それぞれ片手ずつでつなぎ伝達手段を持つことになる。この場合、検者が片側を持ち、別の人（被験者）がもう片側を持つので、検者の手も被験者の手のデータも独立に評価することができるというメリットがある。
【００１２】
本発明を用いてヒトの手指巧緻性を評価することにより、人間の神経系あるいは筋骨格に関しての情報が得られる。この情報を有効に用いれば、患者の術前、術後あるいはその後も継続して運動機能の障害を評価することができ、リハビリテーションなど訓練のプロトコルも常に最適なものに調整することができる。さらに、このような情報は患者の診断の正確性を高め、その予後を向上させるということに至るまで、様々な目的で必要とされる。また、保険会社にとっても患者の回復に関して正確な評価を下すことは、不正な保険請求を防ぐ上でも非常に重要な意味を持っている。
【００１３】
つなぎ伝達手段は携帯ユニットになっていることが望ましい。そのようにすれば、重力と被験者が携帯ユニットに加える力以外の変動因子の影響を考慮しなくてもよいことになる。
【００１４】
さらに、この装置は受信した力のデータを記録し解析することのできる計測と記録の手段（計測記録手段）、及びそれと通信ができるようになっている制御ユニットを持っていることが望ましい。この装置の機能性は、制御ユニットと計測記録機器がオンラインで通信できるようになっていればさらに増すと考えられる。
【００１５】
制御ユニットは計測記録機器と無線で通信ができることが望ましい。そうすればシリコンチップを用いたデジタルの無線通信技術を利用することが可能である。
【００１６】
または、制御ユニットと計測記録機器が電気ケーブルにより物理的につながっている形態のものも考えられる。
【００１７】
制御ユニットと計測記録機器は物理的に一つのユニットとして統合されているのが理想的である。
【００１８】
制御ユニットはコンピューター、スピーカー、及びディスプレイスクリーンといった様々な周辺機器を備えていることが理想的である。
【００１９】
コンピューターは、カスタマイズされた制御プログラムを搭載していることが望ましい。
【００２０】
制御プログラムは、この装置のオンライン機能にとって欠くことができない。
理想的には、携帯ユニットは、一対のハンドルを含み、ハンドルは、結合部のいずれの端部にも装着可能であり、そして結合部は、上記ハンドルの間で力を伝達する。
一実施の形態では、ハンドルは、結合部に固定されている。
【００２１】
他の形としては、ハンドルが結合部の長軸の回りに回転するようになっている形のものも考えられる。
【００２２】
各ハンドルには、各被験者が指でつかむことのできる把持面が一対ずつあることが望ましい。この装置及びそれに用いた解析の第一の目的は、様々な把持や荷重の条件下で安定して物体をつかむために、また正確に物体の操作をするために、ハンドルの向かい合っている面に指先が対称な力を加えることができるかという観点から、被験者の指の機能を効率よく定量的に測定解析することである。このようにして、神経系ないし筋骨格系の疾患の結果どのように手指のコントロールが障害されるかを明らかにすることができる。
【００２３】
ハンドルを結合部に装着したときに、把持面が結合部の長軸と同軸の半円柱状の隆起をなしていることが望ましい。このようにすれば、最も安定した把持をするために把持面のどの部分をつかむのがよいか、被験者が判断する能力を評価する手順を単純化することができる。なぜならこのような把持面を用いる場合は、把持したポイントの長軸方向の位置のみを考慮すればよいからである。健常人はハンドルをつかむ際に、相対する手指が加える力が非対称的になることを避ける。なぜなら力が非対称的になると、ハンドル内に不必要な内力が形成され、より強い力で把持しなければならないことになり、不経済なつかみ方になってしまうからである。
【００２４】
把持面の間の距離は１０から４０ｍｍの間であることが望ましい。この範囲であれば子供から大人まで、様々な大きさの手を持つ被験者が広くこの装置を使うことができるからである。この装置の応用の一つとしては、個体発生の見地から運動感覚機能がどのように発達するかを時間的経過を追って調べることが考えられる。今日、運動感覚機能の障害を有する子供を見つけ出すために臨床にルーチンで使用されている方法は、大変初歩的なものであり、定量的評価にもたえない。
【００２５】
装置のハンドルは、各把持面で被験者が加えた様々な方向の力を測定するトランスデューサーを備えていることが望ましい。それぞれの手が携帯ユニットの長軸に直角な方向に加えた把持力、把持面と平行な向きに加えた荷重力、すなわち携帯ユニットの長軸に平行な向きでの引張力（引っ張る力）/圧縮力（押す力）、及びこの長軸のまわりに加えたねじりモーメント（トルク）をこのトランスデューサーが計測する。各手指が把持面に平行な向きに加えた力を、把持力の圧力の中心点のまわりのトルクとともに計測する。把持面に平行な荷重力の合計は、以上の計測値をもとに計算することができる。
【００２６】
トランスデューサーが、相対する把持面に加えられた把持力が非対称的であるために生じた内力、及び把持力の圧力の中心点の位置を計測することができることが理想的である。
【００２７】
好ましい実施の形態では、ハンドルは、結合部の端部に装着可能である。このようにすることにより、装置全体が複雑になりすぎなくて済むし、デザイン・製作しなければならない部品の数も減る。
【００２８】
ハンドルは様々な形状のものを交換することができることが望ましい。
【００２９】
相対する把持面が平行、先細り、曲線になっている形状のハンドルが利用できることが望ましい。様々な形状の把持面を有する物体を安定して把持するためには、把持面に直角にかかる把持力と、平行にかかる荷重力の間のバランスを適宜変化させなければならない。
【００３０】
従って、表面の形状に関する感覚情報をこの力のバランスを調整するのに用いるわけである。安定した把持をするためには、間違って手を滑らしてしまわないために十分な力を加えなければいけない一方で、装置をこわしたり、手を傷めたり、必要以上に筋肉が疲れないようにするため、過剰な力を加えることは避けなければならない。
【００３１】
先細りの形状のハンドルを用いることにより、ハンドルに各種のバリエーションを加えることができる。把持面が結合部から周辺部にむかってそれぞれが段々先細りになっていくような形状のハンドルを用いた場合、健常人ならこのようなハンドルに引っ張る方向の力を加えるときには、平行な把持面をもったハンドルをもつときに比べて、より大きな力を加えると考えられる。逆に把持面が周辺部から結合部に向かって先細りになっているような形状のハンドルの場合には、押す方向の力を加えるときに、より大きな力を加えなければならない。
【００３２】
ハンドルの形状は、機械的、電気的、あるいは他の手動以外の方法で調整することができることが望ましい。
【００３３】
被験者とハンドルの間にシールド（遮蔽物）があるようなものも考えられる。シールドを置くことによって、被験者が把持力、荷重力のバランスを調整する際に、視覚を助けに使ってしまうのを妨げることができる。とりわけ、これはさまざまな把持面の形状を有したハンドルを使ってテストをするときに関係があることである。把持力、荷重力のバランスを調整するのに重要な役割を果たしている手指の感覚機能を調べるときには、このような補正が行なわれないようにするため視覚的な手がかりを排除することが必要である。
【００３４】
結合部は二つの部分からなり、その間に二つの部分をつなぐ連結部がさらに備えられていることが望ましい。
【００３５】
結合部の二つの部分は、被験者が長軸方向に加えた引張力/圧縮力に応じて短縮したり、伸張したりするようにつながっていることが望ましい。そして被験者がカップリングを圧縮ないしは伸展する方向に加えた力に抵抗する方向に、ある一定の決められた付勢力が加えられるようにすることもできることが望ましい。
【００３６】
好ましい実施の形態では、カップリングは、コンピューターと通信でき、そしてカップリングによって施された付勢力は、コンピューターからの信号に反応して一時的に取り除かれ、またその後で再開される。この際、結合部の左右部分の連結が一時的に解除され、その後で再び連結がなされることになる。連結が再開される際に、手にかかる荷重にリバウンドが起こる。この一時的な荷重の変化は、健常人では手の感覚器からの入力情報の変化を通じて自動的な把持力の増加を引き起こす。このテストから得られる結果から、神経系ないし筋骨格系について有用な情報が得られる。
テスト期間中、信号が任意（ランダム）の時間に信号を発生させることが好ましい。これにより、被験者かたの純粋な反応を得る傾向が増し、そして従って、テストの精度を高めることができる。
【００３７】
他の方法としては、テストが始まってから一定の時間が経過してから、または被験者が結合部分にある一定の力を加えたのに反応して、あるいは被験者が結合部の二つの部分に力を加えた結果それらの部分が動いた距離に応じて、コンピューターが上記のような信号を発生するようにすることもできる。
【００３８】
また、コンピューターがテストを受けている被験者に何らかの情報を与えるための信号を発生するようにすることもできる。
【００３９】
このような情報には、テストを受ける被験者へのデモンストレーションや指示も含まれていることが望ましい。
【００４０】
この信号は音、視覚、あるいは触覚のいずれでも出せることが理想的である。そのようにすれば、視覚、聴覚障害者でも用意にテストを受けることができる。
【００４１】
この信号には被験者が加えなければならない様々な力の目標値に関する情報も含まれていることが望ましい。あとでデータの評価をする際の基準にもなるし、検者が被験者が目標とする数値を設定することも可能になる。
【００４２】
この信号がディスプレイに表示されるような形も考えられる。このような表示によって、被験者が課題を行うにあたって、効率よく、双方向性にコンピューターから、指示を受けることが可能になる。
【００４３】
スクリーンが、被験者の前に配置された独立したユニットになっている形のものも考えられる。
【００４４】
ディスプレイは、二つのハンドルの間に位置する結合部に存在することが望ましい。そうすれば、被験者がもっぱら携帯ユニットに注意を集中するようにすることができる。
【００４５】
信号がスピーカーを通じて音として出力される形も考えられる。これにより視覚障害者でも装置を操作する可能になる。
【００４６】
コンピューターが、トランスデューサーから計測した力の入力を受信し保存することができることが望ましい。
【００４７】
コンピューターが検者によって入力された力の目標値と、実際に入力された力とを比較する機能を有していることが理想的である。
【００４８】
コンピューターが、テストの各セッションが問題なく終了したことを知らせる信号を発生できるようになっていることが望ましい。現時点で入力された信号と基準となる値と比較した上で、この入力信号がさらに解析を行うに適した許容範囲内にあるときにのみ、コンピューターは信号を出力するようにする。このようにすることで、テストがうまくいかなかったために解析に使用できないデータを記録してしまうようなケースを排除し、時間的経済的な節約につながると思われる。
【００４９】
とくに望ましい形は、コンピューターがその時点でトランスデューサーが測定した把持面に平行な力に関する入力情報を含んだ信号の瞬間値を、音、視覚、あるいは触覚を用いて被験者に提示し、進行状況を被験者に知らせることができるようになっているものである。
【００５０】
発明のさらにもう一つの特徴として、ディスプレイが図形や文字を使って、被験者に何をしたらよいか、テスト前にデモンストレーションできるようになっているものが考えられる。
【００５１】
以下に、この発明について添付した図を用いて、装置の概要とテストの手順について説明する。発明の趣旨に従って、ヒトにおいて手指の巧緻性を評価する方法について、装置の一つの形について例をあげながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
図１に手指の巧緻性と物体の操作能力を評価する装置を示す。この装置を以下に１という番号をつけて呼ぶことにする。この装置は携帯ユニット２と制御ユニット３からなる。制御ユニット３は携帯ユニット２と電気ケーブル４によってつながっている。携帯ユニット２は一対のハンドル５と結合部６よりなる。ユニット２の左側にあるハンドル５は平行な把持面７を有し、携帯ユニット２の右側にあるハンドル５は先細りとなっている把持面８を有している。トランスデューサーが把持面７、８に取り付けられており、それに加えてハンドル５と結合部６に、あるいはその周囲にも取り付けられている。直線および曲線は取り付けられたトランスデューサーによって計測される力およびトルクの例を示している。制御ユニット３はモニター１０とスピーカー（この図には示されていない）よりなっている。
【００５３】
図２は、携帯ユニット２に取り付けられたハンドル５を示している。ハンドル５の把持面１２は、縦方向に長く伸びた半円柱形の隆起部１１をなしている。隆起部１１は結合部６の長軸と同軸になっており、上述の結合部６に装着されている。被験者の手１５は、ハンドル５を把持面１２を親指１３と人差し指１４でつかむことになる。 把持面１２の間の距離は通常１０から４０ｍｍである。
【００５４】
図３には一対のハンドル３２、結合部３３、及びディスプレイスクリーン３４を有する携帯ユニットを示す。ハンドル３２は平行な把持面３５を有し、ディスプレイスクリーン３４が携帯ユニット３１の結合部３３に取り付けられている。
【００５５】
図４は、一対のハンドル４２と結合部４３を有する携帯ユニット４１を示している。結合部４３は４４と４５という二つの部分からなり、これら４４と４５の間にカップリング４６がある。二つの部分４４と４５は携帯ユニット４１を結合部４３の長軸に沿って伸ばしたり、圧縮したりできるように連結されている。カップリング４６は携帯ユニット４１を伸展ないし圧縮する力に抵抗する向きに付勢力が加わるように作られており、またその付勢力を一時的に解除したり、その後に再開したりできるようになっている。
【００５６】
図５にはハンドル５２、結合部５３、ディスプレイスクリーン５４を有するまた別の形の携帯ユニット５１を示す。この例では、シールド５５が携帯ユニット５１とディスプレイスクリーン５４の間に取り付けられているため、被験者はハンドル５２と携帯ユニット５１の形を見ることができない。
【００５７】
図６から９には、以下に６１という番号で呼ぶ携帯ユニットを示す。ユニット６１は結合部６２と、さまざまな形状を有するハンドルからなる。図６には、左右両方のハンドルが平行な把持面６４を有する携帯ユニット６１を示す。図７には、左のハンドルが水平面に対して３０度で傾いている先細りの把持面７４を有し、右のハンドルが平行な把持面７５を有する携帯ユニット６１を示す。図８には逆に右のハンドルが水平面に対して３０度で傾いている先細りの把持面８４を有し、左のハンドルが平行な把持面８５を有している携帯ユニット６１を示す。図９には左右両方のハンドルが水平面に対して３０度で傾いている先細りの把持面９４を有する携帯ユニット６１を示す。
【００５８】
図１０にはx軸に装置を引っ張る力、y軸に装置を把持する力をプロットしたグラフの一例を示す。 線１０１は平行な把持面を有するハンドルについてのプロットを示し、線１０２は先細りの把持面を有するハンドルについてのプロットである。最後に、制御プログラムを搭載したコンピューター９によってディスプレイ１１１に出力された視覚提示の一例を示す。携帯ユニット１１３を手にもっているデジタルの人形図１１２は、被験者にすべきことをデモンストレーションする。 視覚提示内のスケール１１４は垂直線１１５で目盛りがつけられており、力を表示する。スケール１１４のうち０の力のマーカー１１６と目標とする力のマーカー１１７が明るくハイライトされて、被験者に指示を与える。点１１８は現時点での力の値を示す。最大の牽引力１１９はスケールの右端の位置に表示される。
【００５９】
実際に用いるときには、検者または被験者がコンピューター９のキーボード上の任意のキーを押すとテストが始まる。コンピューター９につながっているスピーカーから音を使って一連の指示が言葉でなされるので、視覚障害者の被験者にも役に立つ。視覚提示によるデモンストレーションがなされる場合には、被験者が具体的に何をしたらいいかを指示するために、コンピューターのディスプレイ３４，３５，１１１に“引っ張れ”、あるいは“押せ“などの文字による指示が表示され、それに応じて人形図１１２がデジタルの携帯ユニット１１３を引っ張ったり押したりする。同じディスプレイ３４，３５，１１１上に、人形図１１２がユニット１１３を引っ張ったり押したりした効果を表示するために、その時点での力を示すマーカー１１８が、０の力を示すマーカー１１６と目標とする力を示すマーカーの間１１７との間で動く。
【００６０】
デモンストレーションの内容を了解したら、被験者はコンピューター９のキーボードの任意のキーを押して実際のテストに進む。被験者は把持面７，８，１２，３５，６４，７４，７５，８４，８５及び９４を指の間につかんで携帯ユニット２，３１，４１，５１，６１を手に持つ。さらにいくつかの指示がディスプレイ３４，３５，１１１に表示される、あるいはコンピューター９につながっているスピーカーからの言葉でなされるので、この指示に従う。ディスプレイにはスケール１１４が提示され、人形図１１２が携帯ユニット２，３１，４１，５１，６１を引っ張ったり押したりした結果として、その時点の力を示すマーカー１１８が０の力を示すマーカー１１６と目標とする力を示すマーカーの間１１７の間で動く。ディスプレイには、被験者にある一定時間目標とする力を維持するように指示する表示がなされることもある。いったん目標とする力が達成されたら、コンピューター９はトランスデューサー（この図には示していない）から受信したデータの質をモニターし、基準となるデータと比較する。コンピューター９はデータが許容範囲であれば、ディスプレイ３４，３５，１１１に信号を出力し、被験者に加えた力を緩めるように指示する。あるいは、これらの指示はスピーカーを通してなされることもある。被験者はテスト終了まで音あるいは視覚による指示に従う。被験者が把持力-荷重力のバランスを調整するのに視覚の助けを借りないようにするため、一部のテストにおいては、携帯ユニット２，３１，４１，５１，６１と被験者の間にシールド５５を設けることもある。
【００６１】
被験者は携帯ユニット２，３１，４１，５１，６１を両手で持ち、決められた標準の方法で操作する。 テストのプロトコル及びデータの解析を自動化することによって、ユニット２，３１，４１，５１，６１のトランスデューサーから得られた力及びトルクのデータをもとに、被験者の手の状態を効率よく評価することができる。
【００６２】
以下に、テストプロトコールとデータ解析の例について詳細に説明する。
１．被験者はramp-and-hold型の力を装置に加え、ターゲットとなる力に達するまで装置１を引っ張ったり、押したりする操作に慣れる。実際前に、ディスプレイ３４，５４，１１１上のアイコンの人形図１１２を用いて、被験者に課題のデモンストレーションがなされる。被験者はデモで指示されたとおりに課題を行なう。
【００６３】
２．被験者は決められたプロトコルに従って、強さだけが異なるramp-and-hold型の力で3回引っ張った後に（例えば、１，４，２，８ニュートン（N）の力で）、今度は一定の力で押すことを繰り返す（例えば、４，４，４ニュートン（N）の力で）。データの質はオンラインでチェックされるが、その間被験者は押す、あるいは引っ張る力を一定の許容範囲内で2秒以上維持しなければならない。以上のテストを、図に示したような様々な形状を持ったハンドルで行なう。課題が問題なく終了したら、ディスプレイ上のターゲットのマーカー１１８が消える。あるいは、課題が問題なく終了したことを知らせる音が出る。
【００６４】
解析：制御プログラムを搭載したコンピューター９は被験者がターゲットとする力を2秒間維持する間に、測定した変数を自動的に読み込み保存する。各手指での（そして各個人の指のレベルでの）把持力と荷重力の間の協調関係が自動的に解析される。被験者が、荷重力の変化に応じて把持力を変化させ、また把持面7， 8，12， 35，64， 74，75，84， 85，94の変化に応じて、把持力と荷重力のバランスを調整する能力を評価する。
【００６５】
３．被験者が様々な周波数のサインカーブ状で変化する力で装置を引っ張る。力の強さは、ディスプレイ３４，５４，１１１に表示される（例えば、４Nの力で、許容範囲は±２０％）。ペースはメトロノームの音により指示される。調べる周波数の範囲は0.5 3 Hzである。ここでも、データの質はオンラインでチェックされる。次の周波数に行く前に、振幅と周波数が許容範囲内にあるデータが一定のサイクル数だけ収集される（このテストでは、すべてのハンドルの把持面７，１２，３５，６４，７５，８５は平行である）。
【００６６】
解析：把持力と荷重力の位相の差を解析する。正常ではこれらの力の間に位相の差はない、即ち把持力がわかれば、（把持安定させるため）どの程度の荷重力を加えたらよいかを十分正確に予想することができる。把持力の調節の強さは、周波数の関数として評価する。すなわち正常では周波数が上がれば上がるほど、調節の強さは減少していくが、このような減少は周波数が1.5 - 2 Hzのところから始まる。
【００６７】
４．被験者はさまざまな周波数 (0.5 - 1.5 Hz) で、一定の力の引張/圧縮力の振幅で、引っ張ったり押したりする運動を行う（この場合、すべてのハンドルについて把持面７，１２，３５，６４，７５，８５は平行なものを使う）。この課題では、面に平行な向きの荷重力の絶対値は、負荷された力の周波数の二倍の周波数で増加したり、減少したりする。健常者はこの“周波数の倍化”に対応するため、荷重力の変化の一サイクルあたり二回把持力のサイクルを作る。その場合、把持力は実際の荷重力と一致するが、 把持力のサイクルは負荷した力のサイクルと一致しない。
【００６８】
解析：把持力の相、及び把持力の絶対値及び調節の深さを解析する（上記参照）。被験者が、自分で作り出した指先の把持力の結果、どのような把持力の方向を一般化する能力があるかを評価する。
【００６９】
５．被験者は力いっぱい両手で装置を引っ張る。通常は右手の方が左より力が強いが、正常人では両手で動作を行う場合、決して左手が携帯ユニット２，３１，４１，５１，６１からスリップしてしまうことはない。これは、筋骨格系に関する情報が脳のニューラルネットワークに運動制御の制約として組み入れられているからである。二つの手がいれることのできる力がどの程度非対称であるかを評価するため、最大の把持力を片手ずつ評価する。
【００７０】
６．最後に、テストプロトコル２（上記参照）で述べたように、予想できないタイミングで一時的な負荷を２,３回かけることにより、 二つの手がそれに反応して反射的に把持力を増加させる能力を評価することができる。通常、両手が健常であれば、負荷をかけると、両手に大体同じ潜時と振幅で自動的な把持力の増加を引き起こすことができる。
【００７１】
テストの結果は次のような情報を与えてくれる。
【００７２】
指の感覚障害は、次のような現象に反映される。
【００７３】
１．把持面（grip surface，図の 7，8，12，35，64，73，73，85，94）の形状に応じて把持力（grip force）と荷重力(load force)のバランスを調整する能力の低下ないし消失。
【００７４】
２．片方の手の感覚障害がある場合、対側（健側）の手が障害側の手が行う把持力、荷重力のバランスの調整にも影響を与えること。同様に両手の協調運動の際に、健側の手が障害側の手の制約を反映した仕方で動くこと。
【００７５】
３．向かい合っている把持面（7，8，12，35，64，74，75，84，85及び94）に加えられた把持力が非対称であるために、障害側の手が携帯ユニット（２，３１，４１，５１，あるいは６１）に加える内力が増加すること。この場合、把持は不必要ないし不経済な強さになる。
【００７６】
把持力の予測的なコントロールの障害は、次のような現象に反映される。
【００７７】
１．把持力と荷重力の変化の位相が時間的にずれていること。これはサインカーブ状に変化する力を負荷するテストにおいて顕著である。
【００７８】
２．正常の状態に比べて負荷された力の変化に伴う把持力の調節力が低下している。
【００７９】
把持力の反射的なコントロールの障害は、次のような現象に反映される。
【００８０】
次のようなことが一つでもあれば、把持力の反射的なコントロールが障害されていると考えてよい。（１）一過性に負荷が加わってもそれに対する反応が全くない場合、（２）反応性の把持力の増加は起きるが、その潜時が延長している場合、（３）正常より反応性の把持力の増加量が少ない場合。
【００８１】
片側の障害の場合には、両方の手でこのような反射的コントロールに左右差があることが重要である。
【００８２】
脳内での固有知覚情報が障害されている所見：
障害側の手の固有知覚情報が障害されている場合には、両手で課題を行った際に、障害側の手の運動の制約に応じて、反対側の健常な手が障害側の手をうまくコントロールできない。ここで述べたプロトコルを用いて評価する場合は、障害側の手の能力に合わせて、健常側の手が携帯ユニットを引っ張る力を制限することができないという現象としてあらわれる。このことが最も顕著になるのは、携帯ユニット２，３１，４１，５１，６１を両手で最大の力で引っ張るテストを行ったときである。固有知覚情報が正常であれば、携帯ユニット２，３１，４１，５１，６１を障害側の手が滑らせてしまうことはないが、固有知覚情報の障害があれば障害側の手が滑ってしまう。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】装置を上からみた図
【図２】装置のハンドルの一例を示す図
【図３】ディスプレイが備えつけられたハンドルを上からみた図
【図４】連結部のある携帯ユニットを示した図
【図５】シールドを有する携帯ユニットを示した図
【図６】一対のハンドルをもった携帯ユニットを上から見た図
【図７】別のハンドルの組み合わせを有する携帯ユニットを上から見た図
【図８】さらに別のハンドルの組み合わせを有する携帯ユニットを上から見た図
【図９】さらに別のハンドルの組み合わせを有する携帯ユニットを上から見た図
【図１０】平行な把持面と先細りの把持面を有するハンドルを使ってテストを行った際に得られた結果を示すグラフの例
【図１１】ディスプレイへの視覚提示の一例を示した図
【符号の説明】
【００８４】
１ 手指の巧緻性と物体の操作能力を評価する装置
２ 携帯ユニット
３ 制御ユニット
４ 電気ケーブル
５ ハンドル
６ 結合部
７ 把持面
８ 把持面
９ コンピューター
１０ モニター
１１ 半円柱状の隆起部
１２ 把持面
１３ 親指
１４ 人差し指
１５ 被験者の手
１６ 示指
３１ 携帯ユニット
３２ ハンドル
３３ 結合部
３４ ディスプレイ
３５ 平行な把持面
４１ 携帯ユニット
４２ ハンドル
４３ 結合部
４４ 結合部の構成部分１
４５ 結合部の構成部分２
４６ 連結部
５１ 携帯ユニット
５２ ハンドル
５３ 結合部
５４ ディスプレイ
５５ シールド
６１ 携帯ユニット
６２ 結合部
６４ 平行な把持面
７４ 先細りの把持面
７５ 平行な把持面
８４ 先細りの把持面
８５ 平行な把持面
９４ 先細りの把持面
１０１ 平行な把持面を有するハンドルについてのプロット
１０２ 先細りの把持面を有するハンドルについてのプロット
１１１ ディスプレイ
１１２ 人形図
１１３ 携帯ユニット
１１４ スケール
１１５ 垂直線
１１６ ０の力のマーカー
１１７ 目標とする力のマーカー
１１８ 現時点での力の値を示す点
１１９ 最大の牽引力を示すマーカー

Claims (38)

1. ヒトの手指の巧緻性や、ヒトの手による物体の操作能力を評価するための装置（１）であって、
   二つの手をつなぎ、各々の手が他方の手に力を伝えることができるつなぎ伝達手段と、
   各手によって加えられた全方向性の力を測定し、及び記録するための測定記録手段と、
   を有することを特徴とする装置（１）。
2. 一人のヒトが、前記つなぎ伝達手段を二つの手で持つことができる構成を有することを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
3. 二人の別のヒトが片手ずつで、前記つなぎ伝達手段を持つことができる構成を有することを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
4. 前記つなぎ伝達手段が携帯ユニットを形成していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の装置（１）。
5. 更に、前記測定と前記記録のための手段によって受信された力のデータを記録し、及び解析するために、前記測定及び前記記録のための手段と通信することができる制御ユニット（３）を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の装置（１）。
6. 制御ユニット（３）がコンピューター（９）及びスピーカーやディスプレイスクリーン（１０）等の周辺機器から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置（１）。
7. コンピューター（９）が制御プログラムによってカスタマイズされていることを特徴とする請求項６に記載の装置（１）。
8. 携帯ユニット（２，３１，４１，５１，６１）が結合部（６）の両端に装着できる一対のハンドル（５）を含み、そしてその使用において、結合部（６）が、一対のハンドル（５）の間に力を伝達することを特徴とする請求項４〜７の何れか１項に記載の装置（１）。
9. ハンドル（５）が、結合部（６）に固定されていることを特徴とする請求項８に記載の装置（１）。
10. ハンドル（５）が、結合部（６）の長軸を中心に回転可能であることを特徴とする請求項８に記載の装置（１）。
11. 被験者が携帯ユニット（２，３１，４１，６１）の各ハンドル（５）に加えたトルクを測定可能とするために、ハンドル（５）と結合部（６）の間にトランスデューサーが組み込まれていることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１項に記載の装置（１）。
12. 各ハンドル（５）に被験者が任意の指でつかむための把持面（７，８，１２，３５，６４，７４，７５，８４，８５，９４）が設けられていることを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載の装置（１）。
13. 把持面（７，８，１２，３５，６４，７４，７５，８４，８５，９４）が、縦方向に長い半円柱状の隆起（１１）によって構成され、隆起（１１）は、ハンドル（５）を結合部（６）に装着した状態で、結合部（６）の長軸と同軸であることを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の装置（１）。
14. 把持面（７，８，１２，３５，６４，７４，７５，８４，８５，９４）同志の距離が１０から４０ｍｍであることを特徴とする請求項１２及び１３の何れかに記載の装置（１）。
15. ハンドル（５）にトランスデューサーが設けられ、これにより被験者によって、各把持面（７，８，１２，３５，６４，７４，７５，８４，８５，９４）に与えられた全方向性の力が測定可能な構成を有することを特徴とする請求項８〜１４の何れか１項に記載の装置（１）。
16. トランスデューサーが、把持面（７，８，１２，３５，６４，７４，７５，８４，８５，９４）に位置して向かい合う指の力が非対称的に加えられるために生じる内力を測定可能であることを特徴とする請求項１１に記載の装置（１）。
17. ハンドル（５）が結合部（６）のいずれの端部にも装着可能であることを特徴とする請求項８〜１６の何れか１項に記載の装置（１）。
18. ハンドル（５）が他の形状を有するハンドルと交換可能であることを特徴とする請求項８〜１７の何れか１項に記載の装置（１）。
19. ハンドル（５）の二つの把持面が平行、先細り、あるいは曲線の形状を有することを特徴とする請求項８〜１８の何れか１項に記載の装置（１）。
20. ハンドル（５）の形状が機械的、電気的、あるいは他の手動以外の方法によって調整可能であることを特徴とする請求項８〜１９の何れか１項に記載の装置（１）。
21. 被験者とハンドル（５）との間にシールド（５５）が取り付けられていることを特徴とする請求項８〜２０の何れか１項に記載の装置（１）。
22. 結合部（６）が二つの構成要素（４４，４５）を有し、二つの構成要素（４４，４５）の間にカップリング（４６）が存在することを特徴とする請求項８〜２１の何れか１項に記載の装置（１）。
23. 被験者が押す力及び引っ張る力に応じて、二つの構成要素（４４，４５）が、その長軸に沿って短縮及び伸展できるように連結され、そしてカップリング（４６）が、二つの構成要素（４４，４５）の圧縮及び伸展力に抵抗する向きに、予め決められた付勢力を施すことを特徴とする請求項２２に記載の装置（１）。
24. カップリング（４６）がコンピューター（９）と通信しており、及びカップリング（４６）によって施される付勢力が、コンピューターからの信号に応じて、一時的に取り除かれ、及びその後に再度施すことができることを特徴とする請求項２２又は２３の何れかに記載の装置（１）。
25. コンピューター（９）がテスト中の任意の時間において信号を発生可能であることを特徴とする請求項２４の何れかに記載の装置（１）。
26. テストを開始してから予め決められた時間の経過後に、被験者がカップリング（４６）に加えた力に応じて、又は被験者が加えた力により二つの構成要素（４４，４５）が動いた距離に応じて、コンピューター（９）が信号を発生することを特徴とする請求項２４又は２５の何れかに記載の装置（１）。
27. コンピューター（９）が、テストを受ける被験者に情報を提供する信号を発生可能であることを特徴とする請求項６〜２６の何れか１項に記載の装置（１）。
28. 前記情報が、テストを受ける被験者のためのデモンストレーション及び指示を含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置（１）。
29. 前記信号が、可聴式、可視式、又は触知式の信号を有することを特徴とする請求項２７又は２８の何れかに記載の装置（１）。
30. 前記信号が、被験者が目標とする力に関する情報を含んでいることを特徴とする請求項２７〜２９の何れか１項に記載の装置（１）。
31. 前記信号が、ディスプレイスクリーン上に視覚的に出力されることを特徴とする請求項２７〜３０の何れか１項に記載の装置（１）。
32. 前記信号が可聴式信号として、スピーカーを通じて音として出力されることを特徴とする請求項２７〜３０の何れか１項に記載の装置（１）。
33. ディスプレイ（３４，５４，１１１）が、被験者の前に配置される、独立したユニットであることを特徴とする請求項３１に記載の装置（１）。
34. スクリーンが二つのハンドル（５）の間の結合部（６）に装着されていることを特徴とする請求項３１に記載の装置（１）。
35. コンピューター（９）が、トランスデューサーによって測定された力に関するデータを受信し保存可能であることを特徴とする請求項６〜３４の何れか１項に記載の装置（１）。
36. コンピューター（９）が、受信した前記力のデータと、実験者により入力された基準値とを比較するための手段を含むことを特徴とする請求項６〜３５の何れか１項に記載の装置（１）。
37. コンピューター（９）が、現在のテストが問題なく完了したことを知らせる信号を発信可能であることを特徴とする請求項６〜３６の何れか１項に記載の装置（１）。
38. 前記視覚的なディスプレイが、被験者に、被験者に求める事項を示す、図表又は文字を使用したテスト前のデモンストレーションを実施可能であることを特徴とする請求項３１〜３７の何れか１項に記載の装置（１）。

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