JP6073374B2 - 細長開窓をもつ装具 - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１２年１０月３１日に出願された、名称を「ビキニ型装具(Bikini Brace)」とする米国仮特許出願第６１/７２０８７８号、２０１２年１０月３１日に出願された、名称を「スパイラル型装具(Spiral Brace)」とする米国仮特許出願第６１/７２０８６１号及び、２０１２年２月７日に出願された、名称を「骨折用装具(Fracture Brace)」とする米国仮特許出願第６１/５９６０３７号、並びに、２０１２年８月２０日に出願された、名称を「可調節装具(Adjustable Brace)」とする、国際特許出願第ＰＣＴ/ＵＳ２０１２/０５１６１２号への優先権を主張する。国際特許出願第ＰＣＴ/ＵＳ２０１２/０５１６１２号並びに米国仮特許出願第６１/７２０８７８号、第６１/７２０８６１号及び第６１/５９６０３７号の各明細書の内容は本明細書に参照として含められる。

本発明は装具に関し、特に細長開窓をもつ装具に関する。

装具にともなう問題は、装具が、患者の体に確実に固定するために複雑になり得ること、着け心地が良くないこと及び見栄えが悪いことである。多くの装具は、負傷した腕／脚を囲んで配される厚いパッド及び、装具の動きを防止する、腕／脚を固定するパッドを囲む剛構造を有する。これらの問題のため、多くの患者は医師により患者に適合された装具の着用を避けがちである。

患者の体に容易に配置され、着け心地が良く、既存の装具よりも見栄えが良い、改善され、簡素化された、装具が必要とされている。

本発明は、負傷した腕／脚を囲んで腕／脚の動きを妨げるかまたは抑えるための、開窓構造を有する装具に向けられる。装具は装具の長さに沿って延びることができる細長開窓を有する。細長開窓は相互に実質的に平行であり、隣り合う開窓は同じく装具の長さに沿って延びる梁によって隔てることができる。隣り合う梁は、梁よりも実質的に短くすることができ、梁に対して実質的に垂直であり得る、桁によって相互に結合させることができる。したがって、それぞれの開窓は２本の梁で定められる側辺及び２本の桁で定められる端辺を有することができる。隣り合う開窓は、開窓の端辺及び桁が隣の開窓の中央部近くに結合できるように、装具の長さに沿ってずらすことができる。隣り合う梁を端辺及びそれぞれの梁の中央部において桁と接続させることによって、装具は選択的にフレキシブルになり得る。一実施形態において、装具は弾性的になることができ、径方向に広がることができる。しかし、装具は長さ方向で強くなることもでき、軸方向の圧縮及び長さに対して垂直な軸の周りの曲げに抗することもできる。開窓により、梁と桁で覆われた腕／脚の部分を巡る空気の循環も可能になる。

装具は装具内の径方向力に応答して撓むことができる。さらに詳しくは、本発明の装具は径方向に弾性的であり、腕／脚の腫脹または腕／脚からの突出を受け入れるように変形することができる。この径方向弾性は、患者の腕／脚の断面が時間の経過とともに変化する場合に特に有用になり得る。例えば、従来の高剛性装具またはケースでは、負傷して腫れた腕／脚に内部断面を適切に適合させることができる。しかし、腕／脚が治癒し、萎縮するにつれて、腕／脚の断面は小さくなるであろう。装具は完全に高剛性構造体であるから、腕／脚と装具の間に大きな隙間が生じることができ、腕／脚が治癒するにつれて装具は腕／脚を適切に支持する能力を失い、弱化状態になるであろう。装具は最終的に交換が必要になるであろう。

対照的に、本発明の装具は径方向に広がることができ、負傷した腕／脚の拡大領域を覆って適合するように弾性的に伸びることができる。腕／脚が治癒し、どのような腫脹または炎症も小さくなるにつれて、装具の断面は腕／脚の表面とともに縮小することができる。したがって、装具は腕／脚に密に適合して、患者の腕／脚に適切な支持を与え続けることができる。このフレキシビリティは、患者の腕／脚の大きさ及び断面が変化したときでも本発明の装具を代える必要がないから、有益になり得る。

一実施形態において、装具内に腕／足を容易に入れることができるように装具を開くことを可能にする合わせ目が、装具の長さに沿って延びることができる。開窓により、装具を容易に開くことができるように装具を径方向曲げに対して可撓性にすることが可能になり得る。この径方向曲げ運動には、桁と開窓の端辺の間の、細長部分に沿う梁の捻転を含めることができる。装具が腕／脚に適切に配置されると、合わせ目に沿って装具を閉じることができ、合わせ目の縁を確実に閉じ合わせて装具を腕／脚の周りに確実に固定するために１つ以上の締結具を用いることができる。他の実施形態において、装具はシームレスとすることができ、ユーザは、装具が患者の体に適切に配置されるまで、装具をスリーブのように腕／脚にかぶせて滑らせることができる。装具が腕／脚を覆って引っ張られるにつれて装具の断面は拡張及び収縮することができる。

装具は腕／脚の軸捻りまたは軸回転を可能にするが、腕／脚の曲げ運動は妨げることができる。例えば、装具が腕用装具であれば、装具は、ドアノブを回すような動きのための手の軸回転のような、前腕に対する装具の中心軸周りの回転を可能にすることができる。しかし、装具は、手の掌屈曲運動のような、手首の曲げを妨げることもできる。

装具の着け心地を良くする様々な特徴がある。装具は薄いから、衣服の下に容易に着けることができる。装具は軽量であり、腕／脚からの汗が装具に閉じ込められるのではなく蒸発できるように腕／脚を外気にさらすことを可能にするための開窓も設けられる。装具は約０.０５インチ（１.２７ｍｍ）と約０.５０インチ（１２.７ｍｍ）の間の厚さを有することができ、約０.２ポンド（９０.７ｇ）から３ポンド（１.３６ｋｇ）の間の重量になり得る。

一実施形態において、装具は腕用装具として用いることができる。装具は腕の前腕部の周囲に適合する近位部及び腕の手部の周囲に適合する装具本体の遠位部を有することができる。装具の遠位部は、手の動きを妨げるかまたは抑えるように、手掌及び手背に適合する。装具は径方向に弾性的であるから、装具の内面は、装具を腕に適切に合わせておくことができる、非常に密な適合を与えることができる。手掌の表面は通常は凹面であるから、手掌遠位部における装具本体の内面は手掌の凹面に対応する凸面を有する。

装具は手に特定のタイプの支持を与えるように構成することもできる。例えば、一実施形態において、装具の遠端は、手の指の動きが抑えられ得るが完全に妨げられはされ得ないように、手の指節骨の近位分節にかからなくすることもできる。一実施形態において、装具の遠位腕支持部は手の母指球部にかからず、手の親指の自由な動きを可能にする。手の負傷のタイプを知ることにより、腕に最善のリハビリテーションまたは治療を与えることができる、動きを妨げるかまたは抑えるに適切な装具設計を選ぶことができる。装具は、快適性を向上させ、必要な手の動きをできる限り可能にするための、手の他の動きを可能にするように設計することもできる。

装具が、手根管傷害を防止するため、手首の動きを妨げるために用いられる場合、装具は手首の動きを妨げるであろう構造部材を腕の周囲に有することができる。例えば、装具は、手掌表面に隣接する遠位腕支持体、装具の長さに沿って延びる複数本の細長梁を有する中間区画及び前腕の一部を完全にまたは部分的に囲む近位腕支持体を有することができる。患者が手首の周りで下向きに掌を動かそうとすれば、下向きの力は中間区画及び近位区画によって抑制されるであろう。装具は若干の動きを可能にし得るが、装具は、正中神経傷害または手根管症候群のような傷害を防止するため、手首の動きに抗するように機能する。

一実施形態において、本発明の装具は、医師のオフィス、病院または医療用品店の在庫品とすることができる、汎用装具とすることができる。本発明の装具は、最善の適合を与える最適な装具を患者の解剖学的構造及び負傷に基づいて選ぶことができるように、様々な寸法及び設計で入手することができる。一実施形態において、負傷した腕／脚の１つ以上の部分を測定することができ、患者に最善の適合を与える装具を選ぶことができる、例えば、一実施形態において、装具は腕用装具とすることができる。装具の最もクリティカルな部分は手への適合であり得る。したがって、四指関節、親指関節、橈骨茎状突起及び尺骨茎状突起のような、患者の手のいくつかの解剖学的特徴を測定することができ、これらの測定値に基づいて、患者に対して最善の装具寸法を選ぶことができる。

別の実施形態において、本発明の装具は特定の患者の腕／脚及び負傷に合わせて設計される特注製品とすることができる。特注装具を設計するため、初めに、複数枚の写真によって負傷した腕／脚のデジタル表現を得ることができる。患者の腕／脚に１枚以上の色つきステッカーを貼ることができ、可視光またはＩＲ光の複数のマークまたは点を患者の腕／脚に投射することができる。光源が腕／脚上に光点パターンを投射することができる。腕／脚を複数台の赤外線（ＩＲ）カメラ及び／または可視光カメラの間の位置決めスタンド上におくことができる。医師は、患者の皮膚に適するコントラストを与えるペン、ステッカーまたは他のいずれかの適するマーカーで腕／脚の負傷領域にマークを付けることができる。マークの内のいくつかは位置検出のために用いることができる。マークは、骨折のような患者が負傷している領域または腫れている領域を示すこともできる。他のマークは装具の所望の端または合わせ目を示すことができる。これらのマークはデジタル写真画像で取り込むことができ、マークの場所は可調節装具を設計するために用いることができる。写真から、写真測量法、画像相関法、デプスマッピングまたはその他のいずれか適するＩＲ光写真及び／または可視光写真利用表面トポグラフィ検出方法により、腕／脚の三次元デジタル表現を生成することができる。腕／脚の表面トポグラフィの三次元表現から、患者の腕／脚の三次元デジタル表現に対応する内面を有する装具を設計することができる。

一実施形態において、装具は患者の腕／脚の表面に一致し、圧縮性パッドを全く用いずに患者が着用することができる。装具は硬質プラスチック材で作製することができ、内面は５００Ｒａマイクロインチ（１２.７Ｒａμｍ）より細かい表面仕上げを有することができる。パッドを用いずに患者が着用することができる装具またはギプスは、単純化された装具の設計及び構築、軽量化、あまり目立たない、より優れた換気、水を吸収しない、清掃がより容易、等を含むいくつかの利点を有する。

図１は細長開窓が開けられている装具の一実施形態の図を示す。 図２は細長開窓が開けられている装具の一実施形態の図を示す。 図３は細長開窓が開けられている装具の一実施形態の図を示す。 図４は装具の一実施形態の断面図を示す。 図５は装具の一実施形態の断面図を示す。 図６は装具の一実施形態の断面図を示す。 図７は装具の一実施形態の断面図を示す。 図８は装具の一実施形態の一部の拡大詳細図を示す。 図９は装具の一実施形態の一部の拡大詳細図を示す。 図１０は装具の一実施形態の一部の拡大詳細図を示す。 図１１は装具の一実施形態の一部の拡大詳細図を示す。 図１２は患者の腕に着けられた装具の一実施形態を示す。 図１３は患者の腕に着けられた装具の一実施形態を示す。 図１４は締結具を有する装具の一実施形態の側面図を示す。 図１５は締結具の一実施形態を示す。 図１６は締結具の一実施形態を示す。 図１７は締結具の一実施形態を示す。 図１８は締結具の一実施形態を示す。 図１９は締結具の一実施形態を示す。 図２０は締結具の一実施形態を示す。 図２１は締結具の一実施形態を示す。 図２２は締結具の一実施形態を示す。 図２３は締結具の一実施形態を示す。 図２４は締結具の一実施形態を示す。 図２５は締結具の一実施形態を示す。 図２６は締結具の一実施形態を示す。 図２７は締結具の一実施形態を示す。 図２８は締結具の一実施形態を示す。 図２９は締結具を有する装具の一実施形態の側面図を示す。 図３０は様々な締結具実施形態の１つの詳細図を示す。 図３１は様々な締結具実施形態の１つの詳細図を示す。 図３２は様々な締結具実施形態の１つの詳細図を示す。 図３３は様々な締結具実施形態の１つの詳細図を示す。 図３４は様々な締結具実施形態の１つの詳細図を示す。 図３５は装具の一実施形態の遠端を示す。 図３６は装具の一実施形態の近端を示す。 図３７は、腕に着けられた、親指支持体を有する装具の図を示す。 図３８は、腕に着けられた、四指支持体及び親指支持体を有する装具の図を示す。 図３９は手掌の図を示す。 図４０は手背の図を示す。 図４１は患者の表面を検出するためのＩＲ光及び可視光写真システムを示す。 図４２は患者の表面を検出するためのＩＲ光及び可視光写真システムを示す。 図４３は患者の表面を検出するためのＩＲ光及び可視光写真システムを示す。 図４４は患者の表面を検出するためのＩＲ光及び可視光写真システムを示す。 図４５は写真検出システムによる検出のためにマークが付けられた患者を示す。 図４６は装具を作製するためのフローチャートを示す。 図４７は三次元プリンタによる作製の前の仮想ボックス内の装具設計データの一実施形態を示す。

本発明は、装具の長さに沿って実質的に平行に延びる、複数本の細長梁を有する装具に向けられる。装具の梁は、同じく装具の長さに沿って実質的に平行に延びる、複数の開窓によって隔てることができる。隣り合う梁は、梁に対して垂直な桁によって結合される。開窓のそれぞれは開窓の側辺を定める２本の隣り合う梁及び開窓の端辺を定める２本の桁で囲むことができる。この構造形態は、装具が、腕／脚の支持を与え、曲げを妨げることを可能にするが、フレキシブルでもあり、また腕／脚とも密な適合を与えるための径方向拡張も可能にする。

図１は、装具１００の一実施形態の、手背側上面図を示し、図２は手掌側底面図を示し、図３は尺骨側側面図を示す。図示される実施形態において、装具１００は、患者の腕の少なくとも一部を囲み、親指穴１０４を有することができる、腕用装具１００とすることができる。装具は、手部１４２，手首部１４４及び前腕部１４６を有することができる。装具は、それぞれの寸法がある寸法範囲内の腕／脚を有する患者に適合する、多くの様々な寸法で入手できる汎用設計とすることができる。装具１００は特定のタイプの腕の動きに抗するように設計することができる。例えば、図示される装具１００は、患者が物を握る、キーボードを叩く及びドアを開けるためにドアノブを回すことができるように、四指及び親指の動きを、また手の軸回転も、可能にすることができる。しかし、装具１００は腕に手首を曲げさせないでおくこともできる。これは、手根管症候群のような傷害の防止に役立ち得る。本例において、装具１００は、患者の手首をあらかじめ定められた固定位置に保持することで患者の手の動きを妨げるために用いることができる。手掌の表面は通常凹面であるから、手部１４２の下側区画における装具１００の内表面は、掌の凹面に対応する、凸面１２２を有することができる。

装具１００は装具１００の長さに沿って伸びる複数本の梁１０３を有することができる。複数の細長開窓１０７も装具の長さに沿って延びる。２本の隣り合う梁１０３で開窓１０７の側辺を定めることができ、２本の桁１０５で開窓１０７の端辺を定めることができる。桁１０５は、全ての桁１０５が１つ以上の開窓１０７によって隔てられるように、千鳥格子態様で配置することができる。一実施形態において、それぞれの桁１０７は梁１０３の一方の側縁に結合させることができ、その梁１０３の他方の側縁は開窓１０７の中間区画に隣接することができる。したがって、桁１０５はそれぞれ、少なくとも１つの開窓１０７によって相互に隔てられる。

図３を参照すれば、装具１００の尺骨側側面図が示される。本実施形態において、装具１００の尺骨側側面の長さに沿って合わせ目１１１が延びることができる。合わせ目１１１により、腕／脚を装具１００に入れることができるように装具１００を開くことが可能になる。

図４〜６を参照すれば、装具１００の一実施形態の近位側端面図が示される。図４を参照すれば、腕／脚１０９を装具に挿入するに十分な空間があるように装具１００を開くため、合わせ目１１１を物理的に分離させることができる。図１及び２に示される親指穴１０４を通して患者の親指を入れることができ、腕の残り部分を装具１００に入れてしまえば、合わせ目１１１を閉じることができる。

図５を参照すれば、腕／脚１０９を装具１００に入れてしまえば、合わせ目１１１にかけて装具１００の対向する側縁を結合させるために締結具９００を用いることができる。装具１００の内表面は腕／脚１０９の外表面に合うことができる。腕／脚１０９に腫れた領域１１０があれば、腫れた領域１１０に被さる装具１００の領域は腫れた領域１１０の形状に適応するように径方向に拡張することができる。図６を参照すれば、腕／脚１０９が治癒し、炎症が弱まるにつれて、腫れた領域１１０はもはや存在しなくなり、装具１００は腕／脚の外表面の寸法変化に合わせて収縮することができる。多くの状況において、腕／脚１０９は、静かにしておかれ、動かされることはないから、萎縮し得る。装具１００は、温度の変化、萎縮、腫れ、水分補給またはその他のいずれかの理由により断面が拡張及び収縮する間、患者の腕／脚の外表面に弾性的に適応し続けることができる。図７を参照すれば、萎縮は腕／脚に寸法の縮小及び形状の変化を生じさせることができ、装具１００は収縮して腕／脚１０９の形状の変化に合わせることができる。

図８〜１１を参照すれば、装具１００の一部が示され、梁１０３，桁１０５及び開窓１０７のさらに詳細な図を示す。図８は、通常の収縮状態にある装具１００の一部の、上面図を示し、図９は断面図を示す。梁１０３は直線状であり、開窓も真直形状にある。装具１００のこの部分は幅Ｗ１及び長さＬ１を有することができる。図１０は拡張状態にある装具１００の同じ部分の上面図を示し、図１１は拡張状態にある装具１００の同じ部分の断面を示す。上述したように、梁１０３の幅１２１及び装具１００の厚さ１２２は実質的に同じままであり得る。しかし、開窓１０７は幅１２３が広げられて細長い菱形になる。梁１０３及び開窓１０７の長さは実質的に同じままであって、Ｌ１≒Ｌ２であり得るが、拡張状態にある装具１００の同じ部分の幅Ｗ２は大きくなり、Ｗ２＞Ｗ１である。梁１０３，桁１０５及び開窓１０７の寸法はある寸法範囲にわたって変わることができ、可能な寸法の例が下の表１に指定される。寸法は全てインチ単位である（括弧内にＳＩ単位換算値を示す）。

装具１００のこの実施形態において、図８及び１０に示される梁１０３は長方形の断面を有する。梁１０３及び桁１０５の露出される角は、装具１００の内表面及び／または外表面上のいかなる鋭端も除去するため、丸められているかまたは面取りされた面１２４を有することができる。丸めまたは面取りは約０.０１〜０.２インチ（２５４μｍ〜５.０８ｍｍ）の範囲とすることができる。他の実施形態において、梁１０３及び桁１０５は、円形、長円形、正方形、三角形、等のような、他のいずれかのタイプの断面形状を有することができる。

図１２は、患者の腕１０９に着けられている装具１００の一実施形態の、上面図を示し、図１３は側面図を示す。親指穴１０４を通して親指が入れられ、装具１００の遠端を通って四指が延び、装具１００の近端を通って前腕が延びる。図１３を参照すれば、患者の腕１０９に着けられた装具１００は装具１００にかけられる曲げ力に抗することができる。本例において、患者は手首周りで下向きに手を回そうとすることができる。装具１００は、手部１４２の下側、手首部１４４の上側及び前腕部１４６の下側において、下向き回転力に抗することでこの運動に対抗することができる。図示される力が装具１００にかけられると、装具１００の上部の梁は伸長状態になり、装具１００の下部の梁１０３は圧縮状態になり得る。装具１００は手首のいかなる曲げ運動における腕１０９のいずれの動きにも同様に抗するであろう。さらに詳しくは、手掌１３５は遠位領域１１３の下側区画１１７に押し当たり、中間区画１１５を押し下げて手首１３３に当てるであろう。この力は、近位領域１１１が前腕部１３１の下側表面に迫るように、装具１００を回転させもするであろう。

装具１００の剛性は可能な腕／脚の曲げ量を決定するであろう。装具１００が高い軸剛性を有していれば、腕１０９は手首周りで曲がらないであろう。しかし、装具１００が弾性材料でつくられていれば、腕１０９のいくらかの曲げが可能であり得る。用いられている材料の機械的特性及び装具の設計諸元を知ることにより、設計で装具１００に曲げ特性をつくり込むことができる。したがって、軸剛性が患者の必要に基づく特定の範囲内にあるように装具１００を作製することができる。例えば、成人用につくられた装具は、所要の腕／脚の動きに対する抗力及び／または支持を与えるため、小児用につくられた装具より硬くする必要があるであろう。図示される曲げ力は装具１００の上側の梁１０３を伸長状態にし、下側の梁１０３を圧縮状態にすることができる。梁１０３の曲げ特性は装具１００の曲げ剛性を制御することができる。

図１４は装具１００の合わせ目１１１にかけて延びる複数の締結具９９０を有する装具１００の一実施形態を示し、図１５〜２８は装具の対向する側縁を確実に結合させるために用いることができる締結具９９０の実施形態を示す。図１５及び１６を参照すれば、合わせ目１１１の対向する側縁を結合するために用いることができる可調節締結具９９０の上面図及び底面図が示される。本例において、合わせ目１１１は直線であるとして示される。他の実施形態において、異なる数の締結具を用いることができ、異なる位置に配することができ、合わせ目１１１は湾曲することができる。

図１７及び１８を参照すれば、一実施形態において、可調節締結具９９０は、締結具９９０の第２の区画９９２から伸びる複数のタブ９９３，９９４，及び締結具９９０の第１の区画に形成された溝９９５，９９６を有することができる。タブ９９３及び９９４の一実施形態の詳細がそれぞれ図１７及び１８に示される。図１７はタブ９９３の側断面図を示す。タブ９９３の前端にはテーパが付けられ、底面は装具の内表面または外表面になることができる。図１８は、テーパが付けられた前端及び可調節締結具９９０を留め合わせるラッチ９９８を有する、タブ９９４の断面図を示す。タブ９９４の上面は装具１００の内表面または外表面になることができる。

図１９を参照すれば、タブ９９３及び９９４の前面図が示される。タブ９９８は溝９９６にかけて形成された１つまたは複数のリセス９８０に嵌合する係止突起とすることができる。図２０及び２１を参照すれば、溝９９５及び９９６の詳細がそれぞれ示される。図２０は溝９９５の側断面図を示す。第１の区画９９１の溝９９５は合わせ目１１１から内側に延びる第１の区画９９１の下側表面に形成された凹面を有する。図２１は一実施形態の溝９９６の断面図を示す。溝９９６は、締結具９９０の一区画の上側表面に形成され、合わせ目１１１から内側に延びる。溝９９６は溝９９６にかけて延びる複数のリセスを有し、溝９９６は装具１００の一区画の上側表面と下側表面の間を貫通するスルーホール区画９９９に連結され得る。図２２は溝９９５，９９６の前面図である。

図２３〜２８を参照すれば、締結具９９０の第１の区画と第２の区画を連結するために溝９９５，９９６に差し込まれていくタブ９９４，９９５の側断面図が示される。図２３は溝９９５に入りかけているタブ９９３を示す。図２４はある程度溝９９５内にあるタブ９９３を示し、図２５は溝９９５に完全に差し込まれたタブ９９３を示す。タブ９９３の底面は締結具９９０の第１の区画の底面と共面のままでいることができる。完全に差し込まれると、締結具９９０の第１の区画は合わせ目１１１に沿って締結具９９０の第２の区画に結合される。図２６は溝９９６に入りかけているタブ９９４を示す。図２７は、ある程度溝９９６内にあって上方に反らされている、タブ９９４を示す。図２８は、溝９９６に完全に差し込まれ、突起９９８がリセス９８０の１つの内にあってタブを所定の位置に係止めしている、タブ９９４を示す。本実施形態において、締結具の第１の区画及び第２の区画はタブ９９４を反らせて突起９９８をリセス９８０から外すだけで離すことができる。図２３〜２８に示されるコネクタは、装具１００のいずれの湾曲面とも合い、合わせ目１１１にかけて剛連結を与えることができる、一体湾曲設計とすることができる。

図２９は、装具１００の合わせ目１１１にかけて延びる、別の連結機構９９０を有する装具１００の側面図を示す。他の実施形態において、異なる数の締結具９００を用いることができ、異なる位置に配置することができ、合わせ目１１１は湾曲することができる。一実施形態において、装具１００の一体部分として結合部材４７１をつくることができる。例えば、装具１００が３Ｄプリント装置を用いて作製される場合、連結機構９００は、装具１００に取り付けられるが、同時に形成される装具１００の一体部分とすることはできない、独立コンポーネントを有することができる。

図３０及び３１は連結機構９００の一実施形態の一部の側断面図を示す。結合部材４７１は、フレア式チップ４５８を有し、装具のスルーホール４６０を通して配される、１つ以上の締結ピン４５６を有する独立構造体とすることができる。ピン４５６の直径はスルーホール４６０の直径より小さくすることができるが、チップ４５８の外径はスルーホール４６０の直径より大きくすることができる。フレア式チップ４５８をスルーホール４６０に押し込むことにより、結合部材４７１は装具に確実に保持される。装具１００は、チップ４５８が装具１００の内面より上方にあるように、リセス部４６２を有することができる。この設計により、必要であれば、可調節部材の交換も可能になる。例えば、患者へのよりよい適合を与えるために、結合部材４７１を割ることができ、あるいは異なる長さの可調節部材を用いることができる。一実施形態において、様々な長さの可調節部材を在庫しておき、装具１００の作成後に装具１００に取り付けることができる。

前腕を囲んで装具１００を確実に固定するため、図３０に示されるように、結合部材４７１の端部にあるフック４１９を手作業で対応する穴４１５に重ねて配することができる。フック４１９は次いで穴４１５内に入れられる。結合部材４１９にかかる張力がフック４１９を穴４１５内の対応する傾斜面４２１に嵌合させて、結合部材４７１を穴４１５に保持するであろう。患者は、結合部材４７１の橋を穴４１５から引き出して可調節部材４５７を外すことで、フック４１９を穴４１５から解放することもできる。図３２を参照すれば、結合部材４７１の穴を通して延びる２本のピン４５６を有する、結合部材４７１の別の実施形態が示される。

図３３及び３４は、装具１００を閉じるための、合わせ目１１１にかけて延びる連結機構９００の端部の別の実施形態のさらに詳細な図を示す。図３３は、連結機構９００の、上面図を示し、図３４は側断面図を示す。本実施形態において、連結機構９００は、一端にクリップ機構４８８を有し、反対側の端にフック４１９を有する、結合機構４７０を備えることができる。クリップ機構４８８はテーパ付端４７４を有する２本の細長い先枝４７２及びクリップ保持区画４７６を有することができる。先枝４７２の末端は結合部材４７０に結合させることができ、いくらかの弾性的反りを可能にするために可撓性とすることができる。クリップ機構４８８はテーパ付端部４７４に隣接する開空間４７８も有することができる。クリップ機構４８８は、先端にフレア式チップ４５８を有し、中央フランジ４８６を有する、ピン４８２の周りにクランプさせることができる。ピン４８２はフレア式チップ４５８の外径より小さい内径を有する装具１００の穴に差し込むことができ、フレア式チップ４５８の下部はリセス部４６２に延び込むことができる。フランジ４８６は装具１００の外表面に載り、ピン４８２の上部を装具１００から延び出させておくことができる。ピン４８２の上部は開空間４８７内に配することができ、クリップ機構４８８は。ピン４８２の上部が先枝４７２のクリップ保持区画４７６内に配置されるまで、先枝４７２が広がってフレア式チップ４５８の上側を滑るように、ピン４８２の間悪を移動させることができる。先枝４７２のクリップ保持区画４７６はピン４８２の所定の位置にクリップ機構４８８を保持するであろう。

図３５は遠位手区画４４２における装具１００の前面図を示し、図３６は近端４４６における装具の端面図を示す。装具１００は腕に対応する内表面を有し、中心軸１２１を定める。装具１００は中心軸１２１の周りの手の回転を可能にすることができる。遠端の上側区画１１９及び下側区画１１７は手の周りに密に適合するから遠位区画４４２は手の上で動かないでいることができるが、中間領域及び近端４４６は、中心軸１２１の周りで手首が回されると、患者の前腕の周りで回転することができる。

図３７を参照すれば、親指の動きを抑制する装具２００の一実施形態の手背側上面図が示される。本実施形態において、装具２００は親指部分に延び上がる親指区画１３１を有する。親指は親指区画１３１で囲まれるから、装具２００は手に対する親指の動きを抑制する。本実施形態において、遠位区画１１５は母指球線も覆って親指の動きをさらに抑制することができる。装具２００を腕１０９上に配するため、最初に、親指穴１３５を通して親指を入れて、手を遠位領域１４２内に入れることができる。次いで手首区画１４４及び近位区画１４６を腕１０９の周りに配置し、次いで締結具を合わせ目１１１にかけて結合させて装具２００を腕１０９に確実に留め付けることができる。合わせ目は装具の尺骨側に示されるが、他の実施形態において、合わせ目１１１は装具１００のいずれか他の領域に沿うことができる。

図３８を参照すれば、手及び親指下部の動きを妨げ、四指の動きを抑制する、装具３００の一実施形態が示される。本実施形態において、遠位部１４２は四指の下部の周りに伸びることができ、装具３００は別個の親指区画１３１及び親指穴１３５も有することができる。遠位部１４２は四指の近位指節骨分節２２１を覆うことができ、手の指節関節を覆って延びることができる。母指球線も遠位部１４２で覆われ得る。したがって、手の動きは装具３００により、説明した他の装具１００及び２００よりも、さらに抑制され得る。装具３００を腕上に配するため、初めに、親指穴１３５を通して親指を入れて、手を遠位部１４２に入れ、次いで中間区画１４４及び近位区画１４６を腕１０９の周りに配することができる。次いで締結具を合わせ目１１１にかけて結合させて装具３００の尺骨側で装具３００を確実に留め付けることができる。他の実施形態において、合わせ目１１１は装具３００のいずれか他の側に配することができる。他の実施形態において、装具は他のいずれか他の腕／脚の動きを可能にするかまたは妨げるように設計することができる。

図３９及び４０を参照すれば、手及び滴定の解剖学的構造が示される。図３９は手１３５の掌側を示し、図４０は手１３５の背側を示す。解剖学的構造には、四指の近位指節骨分節２２１，掌側の指の屈曲線２３１，遠位手掌線２２３，近位手掌線２２５，母指球線２２７及び手首皮線２２９がある。四指は手１３５の掌側に向けて曲がるから、これらの皮線は手１３５の掌側にしか見られないであろう。手１３５は解剖学的ポイントも有することができ、そのようなポイントはそのようなポイントに対する測定の確度を向上させることができるステッカーまたは他のいずれかのタイプのマーカーでマークを付けることができる。そのようなマークが付けられる解剖学的ポイントには、指関節２２４，親指関節２２６，橈骨茎状突起２２８及び尺骨茎状突起２３０がある。指関節及び茎状突起のポイントは手のいずれの側でもマークを付けることができる。一実施形態において、指関節及び茎状突起のポイントは手の一方の側でマークを付けることができ、システムはこれらのポイント及び解剖学的特徴に対するポイントを手の反対側におけるこれらのポイント及び解剖学的特徴に対するポイントを識別することができる。例えば、指関節及び茎状突起のポイントが手背側の表面上で識別されれば、システムはこの情報を処理して、手１３５の裏の掌側の表面上の指関節及び茎状突起のポイントの場所も識別することができる。システムは、システムが手の掌側のマークに基づいて手の背側のマークが付けられたポイントを識別する、逆の態様で機能することもできる。一実施形態において、システムは装具の一部または全体を設計するために場所情報を用いることができる。システムは、装具設計者からの追加入力を用いて、または完全に自動的に、装具を設計することができる。

設計プロセス中に手のこれらの目に見える解剖学的特徴を識別及び参照することにより、特定のタイプの動きを妨げるために手の特定の領域を覆うように、あるいは手または腕の特定の関節または部分の動きを可能にするために手のある領域を避けるように、スパイラル型装具を設計することができる。一実施形態において、体のデジタル表現を作成するために用いられる写真プロセスはこれらの特徴を識別することができ、設計コンピュータに接続されたディスプレイ上にこれらの特徴のグラフィック識別情報を提供することができる。次いで、手の特定の領域の動きを抑制するかまたは受け入れるように装具を設計することができる。一実施形態において、解剖学的特徴の測定は多くの様々な人々について行うことができ、装具１００の寸法形状はこれらの測定値の平均に基づくことができる。可能な限り多くの腕／脚の寸法及び形状に対して適切な適合を与えるように、様々な寸法の装具１００を作製することができる。腕／脚が在庫装具の１つと適切に適合しなければ、腕／脚の測定に基づいて特注装具１００を作製することができる。

平均的なまたは普通の患者の体に密に対応する平滑な内表面を有するように在庫の既製品について装具を設計することができ、あるいは特定の患者について誂えた内表面を有するように装具を設計することができる。ギプスまたは装具は、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）コンピュータプログラムを用いる工業デザイナーが設計することができる。ある患者に対する機械的データを、患者の体または腕／脚の可視光写真または赤外（ＩＲ）光写真から得ることができる。写真からこの体のトポグラフィを決定することができ、次いで、トポグラフィデータはデジタル化されて、ギプスまたは装具を設計するために参照されるＣＡＤプログラムに入力される。適するＣＡＤプログラムの例は、Parametric Technology CorporationによるＰｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒである。他のＣＡＤプログラムには、Dassault Systems S.A.の子会社のSolidWorks CorporationによるＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓがある。簡単のため、本発明の特注装具、ギプスまたは用具は脚用装具として説明されるが、腕用または背用の装具またはその他いずれかの装具、ギプスまたは用具を形成するために同じプロセスを用いることができる。装具は、体または腕／脚の負傷部を囲んで支持するように設計された、硬く強固な構造体とすることができる。

一実施形態において、本出願に開示される装具は単一体構造として設計される。手及び前腕用の装具が示されるが、他の実施形態において、本発明の装具は、肘、足、足首、膝、背、首、肩及び体の他の部分を含む、患者のその他いずれかの体部用に設計され、用いられることもできる。例えば、ＣＡＤシステムを用いて脚用装具を患者のためにつくることができる。脚用装具は、大腿、膝、下腿及び足用の装具を含み、患者の脚の機械的諸元及び表面輪郭に一致する内表面を有する。患者の脚に一致する内表面を正確に形成するため、患者の脚の表面輪郭が測定される。脚の外表面の測定値はいくつかの異なる方法で得ることができる。好ましい実施形態において、患者の脚またはその他いずれかの体部の外表面を定める３次元座標のセットとすることができる外表面測定値を得るため、写真測量法、デプスマッピング法または画像相関法あるいは他のタイプの写真表面検出法が用いられる。

写真測量法は、その最も広い意味において、物体の平面２次元画像を元の実３次元物体表面に変換することで写真プロセスを逆転する。３次元物体を再構成するためには２枚以上の異なる写真が必要になり得る。完璧な写真測量プロセスにおいては、２枚の写真が３次元物体を完全に再構成するに十分な情報を提供するであろう。残念なことに、写真プロセス及び測定プロセスは一般に完璧ではなく、したがって２枚の写真に基づく３次元物体の再構成も欠陥を有するであろう。写真測量物体測定プロセスは、より多くの写真を撮り、確度を向上させるために余分の情報を用いることで、改善することができる。写真測量プロセスは、複数枚の写真から得られる測定値から、物体の表面を表す３次元座標のセットをつくりだすであろう。

写真測量法は三角測量の原理を用い、全３（ＸＹＺ）次元におけるある点の場所を計算するために空間内で交差する線が用いられる。一実施形態において、脚または体部の写真を同時に撮るために複数台のカメラが用いられる。他の実施形態において、カメラから既知の距離にある光源からの光が患者上に投射され、患者の写真が撮られる。光点のそれぞれを三角測量することで、カメラからそれぞれの光点までの距離を決定することができる。一組の点を三角測量するため、そのセットの全ての写真について、カメラ位置及び「方位」とも呼ばれる照準角も知られなければならない。それぞれのカメラについてカメラ位置及び照準角の計算値を決定するため、後方交会法と呼ばれるプロセスが用いられる。カメラはそれぞれの誤差を定め、除去することができるように、較正もされるべきである。

三角測量は点の３次元測定値を生成するために用いられる原理である。収斂線を空間内で機械的に交差させることにより、点の精確な位置を決定することができる。写真測量法は複数の点を同時に測定することができ、同時に三角測量される点の数については事実上無制限である。少なくとも２つ以上の場所から写真を撮り、それぞれの写真において同じ標的を測定することにより、それぞれのカメラ位置から標的までの「視線」が引き出される。カメラ位置及び照準方向は知られているから、それぞれの照準点のＸＹＺ座標を生成するために、その線を機械的に交差させることができる。ＩＲ光点または可視光点が患者上に投射される場合、光源とカメラの間の距離及びそれぞれの点の検出された角度に基づいてそれぞれの点の場所を決定するためにも三角測量を用いることができる。

後方交会法は、カメラ位置及び、カメラの方位としても知られる、照準方向に基づいて、写真から物体の座標を決定するために用いられる手法である。一般に、画像内にＸＹＺ座標で見られ、知られる全ての点がこの方位を決定するために用いられる。それぞれの写真内に１２以上の十分に分散した点があれば、後方交会法を正確に実施することができる。物体上の点のＸＹＺ座標が知られれば、カメラの方位を計算することができる。後方交会法にはカメラの位置及び照準方向のいずれも必要であることを認識することが重要である。カメラは同じ場所に配置され得るが、照準はいかなる方向にも定められ得るであろうから、カメラの位置を知るだけでは不十分である。したがって、３つの座標で定められるカメラの位置及び３つの角座標で定められるカメラの照準方向が知られなければならない。したがって、標的点のＸ，Ｙ及びＺ座標を定めるためには３つの値が必要であるが、写真上の点を定めるには、位置に対するＸＹＺ座標及び照準方向に対するＸＹＺ角の、６つの値が必要になり得る。

写真が撮られる表面は、正確な表面測定のため、それぞれの写真上に表れる最小限の数の十分に分散した参照点も有するべきである。参照点は物体上に配される、写真上に明瞭に示されるであろう可視コントラストを与える可視マークとすることができる。それぞれの写真上に少なくとも１２の十分に分散した参照点及び物体の表面全体に対して少なくとも２０の点があるべきである。参照点は物体上に、また写真全体にわたって、均等に分布させるべきである。参照点の数を多くするほど、物体の表面を一層正確に測定することができる。

一実施形態において、そばかす、ほくろ、毛穴及びその他の特徴を含む、患者の自然特徴を参照点として用いることができる。あるいは、写真測定のための参照点を提供するため、ＩＲ光または可視光を患者上に投射することができる。インクマーカーで患者の皮膚にマークを付けることも可能であり、一実施形態において、弾性綿チューブ、メリヤス地、レオタード、ボディスーツのような、形態適合材料で患者または患者の腕／脚を覆うことができる。多くのサイズで汎用装具が設計される場合、このプロセスを多くの人々について繰り返すことができる。

一実施形態において、全ての測定点の最終ＸＹＺ座標を生成するため、コンピュータプログラムが写真測定値を処理する。これを行うため、プログラムは標的点を三角測量し、写真を後方交会法にかける。プログラムはカメラを較正することもできる。三次元測定値の一般的な確度は理想的な条件の下では非常に高くなり得る。例えば、測定値は５０〜１００μｍ（０.００２〜０.００４インチ）まで正確になり得る。しかし、写真測定の確度は、確度がいくつかの相互に関係する因子に依存するから、かなり変わり得る。重要な確度因子には、カメラの解像度及び品質、測定されている物体の寸法、撮られた写真の枚数及び写真の物体及び相互に対する幾何学的レイアウトがある。

写真測量測定値は無次元であり得る。写真測量測定値を定量化するためには、少なくとも１つの既知の距離が必要である。既知の距離は、物体上にマークされた距離、カメラ間の既知の距離または光源とカメラの間の既知の距離とすることができる。例えば、いくつかの標的点について実座標が知られていれば、これらの点の間の距離を決定することができ、測定値を定量化するためにこれらの点を用いることができる。別の可能性は、標的がその上にある治具を用い、物体とともに治具を測定することである。治具上の標的間の距離は既知であるから、物体上の参照点間の他の測定値を定量化するためにこれを用いることができる。そのような治具は一般にスケールバーと呼ばれる。患者のトポグラフィ諸元も、２つのカメラ間の距離及びカメラと患者上の点を結ぶ線の確度を知ることによって測定することができる。この情報から、カメラと患者上の点の間の距離を三角測量法によって決定することができる。同様に、患者のトポグラフィ諸元は、光ビーム源とカメラの間の距離、光源からの光ビームの角度及びカメラによって検出された光点の角度を知ることによっても決定することができる。この情報から、カメラと患者上の光点の間の距離を三角測量法によって決定することができる。光は赤外光とすることができ、カメラは赤外線写真を撮る赤外線カメラとすることができる。

一実施形態において、本発明の方法は負傷した腕／脚のためのギプスまたは装具を作製するために用いられる。負傷した腕／脚の一連の写真が撮られる。骨が折れていれば、写真を撮る前に骨折を整復するべきである。次いで、負傷した腕／脚の表面座標を得るため、上述した写真測量処理法が用いられる。腕／脚上の共通表面点を定めるため、参照点を腕／脚上に配することができる。参照点は単にいずれかの対比色点、パターン、形状、物体、シンボルまたは容易に見ることができるその他の光学標識とすることができる。参照点は、ペンで体に付けられる、黒色インクまたは色インクのマークとすることができる。他の実施形態において、参照点は、可視光、赤外光のような光、点または格子、ステッカーまたは物体あるいはその他のいずれかの可視参照点とすることができる。例えば、対比色を有する円形の粘着ステッカーを患者に付けて写真を撮ることができる。ステッカーは、患者の腕／脚及び／または体のデジタル表現を生成するために用いることができる、正確な参照点を提供することができる。好ましい実施形態において、参照点は、装具がそのために較正される腕／脚のまたは体部の全体の周りに均等に分散して配置される。

図４１を参照すれば、一実施形態において、信号プロセッサに接続された、カラー画像カメラ５５１１，赤外（ＩＲ）カメラ５５３及び赤外（ＩＲ）光源５５５を備える光学装置５５０を用いて、患者の三次元表面データを得ることができる。ＩＲ光源５５５，ＩＲカメラ５５３及びカラー画像カメラ５５１は全て、カラーカメラ５５１とＩＲカメラ５５３が実質的に同じ視野を有し、ＩＲ光源５５５がこの同じ視野内に光を投射するように、光学装置５５０の一方の側面に取り付けることができる。ＩＲ光源５５５，ＩＲカメラ５５３及びカラー画像カメラ５５１は光学装置５５０上に相互に固定された既知の距離をおいて取り付けることができる。カラー画像カメラ５５１は、カメラ５５１の視野内の患者の腕／脚５６０または体部についてのカラー情報を提供することができる。ＩＲカメラ５５３及びＩＲ光源５５５は、ＩＲカメラ５５３の視野内にある、ＩＲ光源５５５にさらされた患者の腕／脚５６０のそれぞれの領域についての距離情報を提供することができる。赤外光源５５５は赤外レーザダイオード及び拡散板を有することができる。レーザダイオードは赤外光ビームを、患者の腕／脚５６０上に疑似ランダムスペックル光パターンまたは立体照明光パターンを投射させる、拡散板に向けることができる。拡散板は、特定の周期構造を有するコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）とすることができる、回折格子とすることができる。ＩＲカメラセンサはＩＲレーザ波長を中心波長とするバンドパスフィルタを備えるＣＭＯＳ検出器とすることができる。一実施形態において、カラー画像カメラ５５１も患者の腕／脚５６０上に投射されるＩＲ光を検出することができる。

図４２を参照すれば、光学装置５５０は、カメラ５３３が赤外光源５５５とは異なる角度で患者の腕／脚を見ること及び赤外光源５５５とＩＲカメラ５５３の間の距離が定められていることから、赤外線カメラ５３３と患者上のＩＲ光の間の距離を検出することができる。立体照明光距離センシングの原理は、患者の腕／脚上の光点のそれぞれに対するＩＲ光源５５５とＩＲセンサ５５３の間の特定の角度が与えられると、物体とＩＲ光源５５５またはＩＲカメラ５５３またはカラーカメラ５５１の間の距離が三角測量法によって決定され得ることである。ＩＲカメラ５５３及びカラーカメラ５５１によって検出される患者の腕／脚上の光点の角度は光学装置５５０からの患者の距離に応じて変化するであろう。一実施形態において、光学装置５５０から様々な距離における平面上のそれぞれの光点の角度を決定するため、較正プロセスを用いることができる。それぞれのＩＲ光点について角度及び対応する距離を知ることによって、光学装置からの光点の距離を決定することができる。物体に対するこれ等の距離計算は三次元マッピングとしても知られる。それぞれの光点に対する距離値は、患者画像のそれぞれのピクセルについての色及び距離の情報を決定して格納することができるように、可視カラー画像データと整合させることもできる。

固定された位置にある患者を１枚の写真で取り込むことができるから、ＩＲ光源５５５が患者上にＩＲ光を投射することができ、ＩＲカメラ５５３が１枚の患者５６０の写真を撮ることができる。同時にカラーカメラ５５１も患者の腕／脚５６０の１枚の写真を撮ることができる。他の実施形態において、異なる位置にある患者の腕／脚５６０の複数枚のＩＲ写真画像またはカラー写真画像を撮ることができ、対応する画像シフトはカメラからの距離に直接に関係付けられる。連続する写真画像のそれぞれは、患者の動きを検出することができ、三次元マッピングにおける変化を記録することができるように、次のフレーム計算のための規準写真としてはたらく。

論じたように、ＩＲカメラは患者の腕／脚上に投射された光パターンを検出することができ、三角測量法により、ＩＲカメラ及びカラーカメラと患者上の光パターンのそれぞれの点の間の距離を決定することができる。しかし、これらの点についての距離情報では、ＩＲカメラ５５３またはカラーカメラ５５１によって検出された患者の腕／脚または患者の腕／脚の一部の三次元表面の決定しかできない。図４３を参照すれば、患者の腕／脚の周囲の三次元表面を決定するため、患者の周りに複数台の光学装置５５０を配することができ、これらのカメラのそれぞれからの三次元表面情報を組み合わせて患者の腕／脚の周を囲む三次元表面を決定することができる。一実施形態において、それぞれのＩＲ光源５５５がＩＲ光を同時に放射することができ、全てのＩＲカメラ５５３及びカラーカメラ５５１が写真を同時に撮ることができる。他の実施形態において、ＩＲ光源５５５は同じ光学装置５５０に属していないＩＲカメラと干渉することができる。光学装置５００は、ＩＲ光源５５５の全てからのＩＲ光を同時に防ぐのではなく、患者の脚／腕５６０をＩＲ光で順次に照射して写真を撮るように構成することができる。第１の光学装置５５０がＩＲ光を放射して患者の脚／腕のＩＲ写真及びカラー写真を撮るであろう。第１の光学装置５５０は次いで患者の脚／腕５６０上へのＩＲ光投射を停止することができ、次いで第２の光学装置５５０がＩＲ光を放射して患者の脚／腕５６０のＩＲ写真及びカラー写真をことができる。第２の光学装置５５０は次いで患者の脚／腕５６０上へのＩＲ光投射を停止することができる。残りの光学装置５５０について、上述のプロセスを順次に反復することができる。

ＩＲ写真を撮った後、光学装置５５０からの患者の脚／腕５６０の異なる側面の表面データを異なる様々な仕方で組み合わせることができる。例えば、複数台のＩＲカメラ５５３は、患者の脚／腕５６０の完全であるかまたは一部の周の三次元表現を決定するために写真測量プロセスを用いて組み合わせることができる、写真に撮られた患者の脚／腕５６０についての距離情報を生成することができる。光学装置５５０からの表面データは、少なくとも２台の隣り合う光学装置５５０によって取り込まれた患者の腕／脚５６０の同じ表面領域のいくらかを含むであろう。三次元形状データは同じであるから、装置はこれらの一致する表面形状を識別して、患者の腕／脚５６０の写真に撮られた部分についての連続表面データを得るために表面データを組み合わせることができる。一実施形態において、光学装置５００は、ＩＲカメラ５５３が平面態様で径方向に位置合わせされ、患者の脚／腕５６０の断面内の中心点５５９に向けられるように、患者５６０を囲んで位置合わせすることができる。光学装置５５０はそれぞれが患者の腕／脚５６０の一部についての表面データを生成することができる。ＩＲ写真は共通平面上で撮られるから、中心点５５９からの表面データの距離を決定することによって異なる光学装置５５０方の表面データを結合させることができる。一実施形態において、患者の腕／脚５６０をおかずに物理的中心マーカー５５９の第１のセットの較正用ＩＲ写真及び／またはカラー写真を光学装置５５０で撮ることができる。次いで、患者５６０のＩＲ写真及び／またはカラー写真を撮ることができる。この情報から、患者５６０の表面データに対する中心点５５９の位置を決定することができる。共通中心点５５９に対する表面データの距離及びアライメントを知ることによって、異なる光学装置５５０からの表面データを組み合わせることができる。一実施形態において光学装置５５０は患者の腕／脚５６の両側に相互に対向して配置することができる。４台の光学装置５５０が示されるが、他の実施形態においては、２台以上の光学装置５５０を用いて患者の腕／脚５６０についての表面データを得ることができる。患者の腕／脚５６０についてある程度は重なり合う表面データを得るためには３台の光学装置５５０が必要になり得る。

図４４を参照すれば、他の実施形態において、患者の腕／脚５６０上の位置合わせマーク５５７を用いることで光学装置５５０からの表面データを組み合わせることができる。患者の腕／脚５６０を材料で覆うことができ、可視光またはＩＲ光のマーク５５７を、２台以上の光学装置５５０の視野内にある場所で患者の腕／脚５６０上に投射することができる。カラーカメラ５５１は可視光マーク及びＩＲ光マークのいずれも検出することができ、ＩＲカメラ５５３はＩＲ光マークだけを検出することができる。光学装置は、ＩＲ光マーク５５７は形状をより大きくすることができ、あるいは異なる形状を有することができるから、ＩＲ光マークからのＩＲ光を弁別することが可能になり得る。隣り合う光学装置５５０からの表面データは、写真測量法または両光学装置５５０で写真が撮られたマーク５５７の位置を一致させる画像補正プロセスを用いることで組み合わせることができる。

参照点に加えて、装具の端、モジュール型装具の合わせ目またはその他の特徴を定めるため、患者にマークを付けることもできる。図４５を参照すれば、装具の端またはその他の重要な特徴の場所を定めるため、医師は患者の腕１０３にペン１０５またはステッカーでマークを付けることができる。端または合わせ目のマークは患者の腕１０３の表面に沿って延びる１本以上の連続インク線１０７とすることができる。他の実施形態において、端または合わせ目は、装具の端を定め、装具設計中に連結される、一連のインクマークによって定めることができる。装具部品について端を形成するため、別のインク線１０９を患者上にマークすることもできる。他の実施形態において、注目する領域または装具設定領域を患者上に示すため、インクではなくステッカーのような他のマーカーを患者上に配することができる。

例えば、患者は、縫合糸で閉じられ、硬い装具に触れるべきではない、手術による傷を負った領域を有し得る。装具に開口を与えることにより、患者の縫合部が装具構造に押し付けられることはないであろう。図４５において、医師は、装具がこの領域を囲んで設計され得るように、患者の体のこの領域を囲む円を引くか、またはこの領域の上にステッカーを廃している。医師は患者の腕１０３上にメモを書き付けることもできる。例えば、医師は傷の場所を示す情報を、また骨、関節、腱及び靱帯の場所を示す情報も、書き付けることができる。これらの解剖学的場所は装具の設計において重要であり、したがって、患者の腕１０３上にマークが付けられる。写真測量法は写真を用いるから、デジタル画像はステッカー、インク線及びその他のインクマークの全てを記録するであろう。

適切な寸法であることに加えて、装具は所要の用途に十分に強固でもなければならない。足首用装具または歩行用装具はユーザの体重及び走っているかまたは跳んでいる間の衝撃を支持することが必要であり得るし、腕用装具は通常の使用でかかる力に耐えることができなければならない。一実施形態において、装具の強度は装具の寸法形状及び装具の作製に用いられる材料によって決定される。適する材料には、高強度ポリアミドのような高強度プラスチック、金属、合金及び、エポキシ結合材内の炭素繊維のような、複合材がある。

図４６を参照すれば、装具を作成するためのプロセス工程のフローチャートが示される。上で論じたように、写真に撮ることができるステッカーまたはインクのようないずれかのタイプのマーカーを用いて、患者の腕／脚にマークを付けることができる（工程６６１）。マークは、表面の場所、傷の場所、装具の端、モジュール型装具の合わせ目、装具部品の合わせ目、敏感な領域、縫合の場所及びその他の体の特徴を示すことができる。ドット、線、格子または他のいずれかの複数の光点のようなパターンをなすＩＲ光または可視光で患者の腕／脚を照射することができる（工程６６３）。上述したように、ＩＲ光カメラ及び／または可視光カメラで腕／脚の写真を撮ることができる（工程６６５）。写真データから、患者の腕／脚についての表面データを得ることができる（工程６６７）。他の実施形態において、腕／脚はＩＲ光及び／または可視光のパターンで照射されず、表面データは患者の皮膚の自然マークによって得ることができる。

装具の内表面を設計するために表面データを用いることができる（工程６６９）。腕／脚の表面データ及び腕／脚の傷に関する別の情報を用いて、腕／脚の特定のタイプの動きを妨げ、腕／脚の特定の領域との接触を避けるように装具を設計することができる（工程６７１）。装具設計は、別のマーク及びマウント機構を含めるように修正することもできる（工程６７３）装具設計に付加されるマークには、情報、装飾デザイン、傷の場所、等がある。装具に付加されるマウントにはデバイスマウント及び情報マウントを含めることができる。腕／脚の寸法が変化するが傷はそのままであれば、必要な支持及び動きの抑制を与えるために新しい装具を作製することが必要になり得る（工程６７５）。上述したプロセスは患者の腕／脚の新しい写真に基づいて新しい装具を作製するために反復することができる。

可調節カップリングが組み込まれている装具または用具が設計された後、装具設計データは装具を構築する三次元作製装置に送られる。一実施形態において、三次元作製装置は、高速試作機、高速製作機、積層造形機、３Ｄプリンタ、レーザ焼結機及び電子ビーム溶融（ＥＢＭ）機、溶解材料堆積（ＦＤＭ）機、ＣＮＣ、等である。作製装置は、先に形成された平面断面層上に構造体の平面断面層を形成することによって、プラスチック、金属または異種材料の混合物とすることができる１つまたは複数の三次元部品構造体を作製する。この積層作製プロセスは、構造体が完全に作製されるまで、構造体の一端から反対側の端まで続けられる。

上述した用具を効率的に作製するためには、可能な限り多くのコンポーネント部品を同時に作製することが望ましいであろう。多くの作製装置が、あらかじめ定められた時間内に、特定の体積内に適合する部品を作成することができる。例えば、装具は患者の胴回りに適合し、中央に大きな空間を有することができる。そのような装具を作製することはできるが、１つの用具しか作製できないであろう。効率を向上させるため、後に結合させるか融着させることができる、複数の部品として装具を設計することができる。大きな開空間領域をもつ１つの装具を作製するのではなく、単一体装具と同じ特定の体積を占める２つ以上の装具のためのコンポーネントを同時に作製するために、上述した作製方法を用いることができる。三次元作製装置を用いる作製の費用は、原材料の費用よりもむしろコンポーネントのプリントに必要な時間長に比例し得る。プリント時間は可能な限り多くのコンポーネント断面をプリント領域に入れることで最小限に抑えることができる。背用または腕／脚用の装具が通常は大きな開放中心空間を有していれば、プリント費用効率は劣ることになり得る。しかし、装具がモジュール型設計であれば、より効率的な態様でモジュール区画部品を作製することができる。例えば、第１の区画部品の凸面を別の区画部品の凹面に隣接させて、複数のモジュール区画部品を同時に作製することができる。材料付加型装置による作製に効率的な製造態様でコンポーネントをレイアウトすることで、作製費用をかなり低減することができる。次いで、装具を形成するため、コンポーネントを組み立てて結合または融着することができる。一実施形態において、装具の内表面は、内表面が極めて平滑であるように、高分解能で作製することができる。

三次元プリンタを用いて装具が作製される場合、装具は複数の平行平面材料層を堆積することによって形成され、それぞれの層は隣接層に融着される。装具の形成に用いられるそれぞれの材料層はあらかじめ定められた一様な厚さを有することができる。装具作製効率を最適化するためには、装具の作製に用いられる平行平板層の枚数を最小限に抑えることが望ましいであろう。これにより、装具を作製するために形成される層の枚数が最小限に抑えられ、作成効率が最適化される。一実施形態において、装具設計情報は直角の角をもつ仮想ボックス内に入れることができる。装具を作製するために形成される平行平板層は、ボックスの厚さとすることができる装具の最短寸法に対して垂直とすることができる。

例えば、図４７を参照すれば、直角の角及び平面の側面を有する仮想ボックス４８０内の装具１００が示される。装具１００は、前腕から手まで延び、長さ軸を定める、細長構造体とすることができる。ボックス４８０の長さＸは装具１００の最長寸法とすることができ、ボックス４８０の厚さＺは装具１００の最短寸法とすることができる。一実施形態において、装具１００を形成するために融着される平行平板層は長さ軸Ｘに平行とすることができる。一実施形態において、装具１００を形成するために融着される平行平板層は、装具の最小全体寸法とすることができる、厚さ軸Ｚに対して実質的に垂直である。別の実施形態において、装具１００を形成するために融着される平行平板層は、幅軸Ｙに実質的に平行である。他の実施形態において、同じ仮想ボックス４８０内に複数の装具１００を作製することができる。同じ仮想ボックス４８０内または同様の大きさにつくられた仮想ボックス内のより大きな体積を利用することにより、作製のための時間は仮想ボックス４８０の体積に正比例し得るから、装具１００をより効率的に作製することができる。

装具が形成された後、平滑性を高めるために追加の処理を内表面に施すことができる。内表面は、バレル磨きするか、ペーパー仕上げするか、または研磨することができ、あるいは装具に平滑な内表面を形成するために他のプロセスを用いることができる。これらのプロセスは手作業でまたは機械によって実施することができる。他の実施形態において、平滑な内表面を形成するため、装具殻の内表面にフィラー材を被着させることができる。例えば、内表面は塗装することができ、塗料は粗い表面を埋め、乾燥すると平滑表面になることができる。あるいは、装具材料をリフローさせて平滑な内表面を形成するために加熱することができる。

写真プロセスはレーザ走査のような他の表面走査技術に優る多くの利点を有する。特徴の場所を患者から装具または用具に転置するためのプロセスは、医師が患者に直接にまたは形態適合外被上に場所マークを付けることができるから、簡易化される。したがって、特徴の場所は最終製品上により一層正確に配されることになるであろう。デジタルカメラ、コンピュータ及び電子メモリは安価であるから、装置費用も低減される。写真装置は可搬でもあり、よって、患者の居場所に容易に運搬することができる。デジタルデータは次いで同業組合におかれている作成装置に電子的に送ることができる。あるいは、用具のデジタルデータはディスク上に記録して、作製装置に送ることができる。

図示される装具は、全ての不要な構造コンポーネントを最小限に抑えながら、患者に必要な支持及び保護を提供する。このミニマルデザインは患者の解剖学的構造に整合し、一層快適な適合を提供する。これらの装具は従来の装具より軽量でもあり、より優れた換気を提供する。手用及び前腕用の装具は示されるが、他の実施形態において、本発明の装具は、肘、脚、脚、足首、膝、背、首、肩及びその他の体部を含む、患者の体の他の部分に対して用いることもできる。

本開示は、様々な実施形態において、実質的に本明細書に示され、説明されるような、コンポーネント、方法、プロセス、システム及び／または装置を、これらの様々な実施形態、サブ組合せ及びサブセットを含めて、含む。当業者であれば、本開示を理解した後は、本開示をどのように作製及び使用するかを理解するであろう。本開示は、様々な実施形態において、本明細書に示されておらず、及び／または説明されていない項目は含まれないか、あるいは様々な実施形態において、例えば、性能向上、実施の容易さ及び／または費用低減の達成のために、以前の装置またはプロセスに用いられていることがあり得るような項目は含まれていない、装置及びプロセスの提供を含む。むしろ、添付される特許請求の範囲が表すように、本発明の態様はいずれかの１つの先に開示された実施形態の一部の特徴にある。

１００ 装具
１０３ 梁
１０４ 親指穴
１０５ 桁
１０７ 開窓
１０９ 腕／脚
１１１ 合わせ目
１４２ 手部
１４４ 手首部
１４６ 前腕部
９００ 締結具

Claims (14)

1. 患者の腕／脚を支持するための装具において、
   軸、近端及び遠端を定める細長形状を有する装具体であって、前記患者の前記腕／脚に合致する内表面、及び外表面を有する装具体、
   及び
   前記装具体に形成された細長開窓であって、該細長開窓のそれぞれは幅よりも長い長さを有し、該細長開窓の長さは前記装具体の軸に実質的に揃えられ、前記開窓は相互に実質的に平行である、細長開窓、
   を有し、
   前記細長開窓が複数の列に配置され、各列中の前記細長開窓が、隣接する列中の前記細長開窓に関してずらされており、前記列中の前記細長開窓の端部における短い桁が、隣接する列中の前記細長開窓の中央部に交差する、
   ことを特徴とする装具。
2. 前記内表面から前記外表面まで、及び前記装具体の側縁に沿って前記装具体の前記近端から先記遠端まで、延びる第１の縁端、及び
   前記第１の縁端に隣接し、前記内表面から前記外表面まで、及び前記装具体の側縁に沿って前記装具体の前記近端から先記遠端まで、延びる第２の縁端、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装具。
3. 着脱可能な態様で前記第１の縁端を前記第２の縁端に隣接して保持するカップリングをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の装具。
4. 前記腕／脚が前腕であり、前記第１の縁端及び前記第２の縁端の少なくとも一部が前記前腕の尺骨縁に隣接することを特徴とする請求項２に記載の装具。
5. 前記装具の周を巡って着脱可能な態様で結合されるラップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装具。
6. 前記細長開窓の前記長さが１インチ（２５.４ｍｍ）より長く、前記細長開窓の幅が０.２５インチ（６.３５ｍｍ）より狭いことを特徴とする請求項１に記載の装具。
7. 前記装具体の厚さが０.０５インチ（１.２７ｍｍ）より厚く、０.５０インチ（１２.７ｍｍ）より薄いことを特徴とする請求項１に記載の装具。
8. 前記細長開窓のそれぞれが前記長さに沿って実質的に一様な幅を有することを特徴とする請求項１に記載の装具。
9. 前記細長開窓がそれぞれ近端及び遠端を有し、前記細長開窓が、前記装具体の前記軸に沿って、第２の前記細長開窓の前記遠端に前記軸方向で隣接する第１の前記細長開窓の前記遠端及び第３の前記細長開窓の前記遠端に前記軸方向で隣接する前記第２の前記細長開窓の前記遠端に揃えられることを特徴とする請求項１に記載の装具。
10. 前記第３の前記細長開窓の前記遠端が第４の前記細長開窓の前記遠端に前記軸方向で隣接することを特徴とする請求項９に記載の装具。
11. 前記細長開窓がそれぞれ近端、遠端及び前記近端と前記遠端の間の中間区画を有し、前記細長開窓が、前記装具体の前記軸を周方向に巡る態様で、第２の前記細長開窓の前記中間区画に前記周方向で隣接する第１の前記細長開窓の前記遠端及び第３の前記細長開窓の前記中間区画に前記周方向で隣接する前記第２の前記細長開窓の前記遠端に揃えられることを特徴とする請求項１に記載の装具。
12. 前記第３の前記細長開窓の前記遠端が第４の前記細長開窓の前記中間区画に前記周方向で隣接することを特徴とする請求項１１に記載の装具。
13. 前記装具が前記腕／脚の軸曲げを妨げるように前記腕／脚を囲んで配されることを特徴とする請求項１に記載の装具。
14. 前記装具が前記腕／脚を囲んで配され、前記装具が前記腕／脚の径方向拡張を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の装具。

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