JP6385194B2 - 筋トーヌス計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、筋トーヌス特性を計測し客観的に評価することを可能にする筋トーヌス計測装置に関する。

筋トーヌスが亢進した状態において発現する痙縮は、脳血管障害、頭部外傷、無酸素脳症、脊髄損傷、多発性硬化症など、様々な病態が原因となって発症する運動障害の一つである。痙縮の特徴的な現象として、関節を他動的に屈曲又は伸展させたとき、動作の初期又は終期において抵抗が認められ、それ以外では抵抗が低下又は消失する現象（一般に「ジャックナイフ現象」と呼ばれる）がある。現在、臨床において広く用いられる痙縮の評価指標としてＭＡＳ（Modified Ashworth Scale）が知られている。しかしながら、この評価法は、医師が感じる抵抗（抵抗感）に基づくため、基準が半定量的であり、客観性が乏しい。

特許文献１，２には、被験者の関節を他動的に屈曲伸展運動させたときの関節のバネ係数を求める筋トーヌス計測装置が記載されている。バネ係数は、パーキンソン病患者に見られる筋強剛の評価指標であるＵＰＤＲＳ(Unified Parkinson Disease Rating Scale)と相関を有する。このため、当該装置は、パーキンソン病患者に見られる筋強剛の有無やその重症度を客観的に評価するのに有用である。

国際公開第２００９／１５４１１７号パンフレット 国際公開第２０１１／１４５４６５号パンフレット

上述した特許文献１，２の装置は、筋強剛の客観的評価には有用であるものの、痙縮の客観的評価には適さない。痙縮を客観的に定量評価することができる装置が望まれる。

本発明は、痙縮の有無を客観的に評価することを可能にする筋トーヌス計測装置を提供することを目的とする。

本発明の筋トーヌス計測装置は、被験者の関節を他動的に最大屈曲位と最大伸展位との間で屈曲伸展運動させたときの前記関節の関節トルク及び前記関節の関節角度を検出する検出部と、前記検出部からの信号を演算処理する演算部とを備える。関節角度を横軸とし、関節トルクを縦軸とした座標系において、前記最大屈曲位と前記最大伸展位との間での前記関節角度に対する前記関節トルクの変化を示した角度−トルク特性グラフが、前記角度−トルク特性グラフの両端を結ぶ直線より大きな関節トルクを有する関節角度の範囲を過大関節トルク域としたとき、前記演算部は、前記過大関節トルク域での前記角度−トルク特性グラフと前記直線とで囲まれた領域の面積、及び、前記過大関節トルク域での前記角度−トルク特性グラフと前記直線との最大距離のうちの少なくとも一方を、動的屈曲相及び動的伸展相のうちの少なくとも一方について算出する。

本発明の筋トーヌス計測装置は、過大関節トルク域での角度−トルク特性グラフと直線とで囲まれた領域の面積、及び、過大関節トルク域での角度−トルク特性グラフと直線との最大距離のうちの少なくとも一方を提供する。この面積及び最大距離は、いずれも、医師が患者の関節を屈曲伸展運動させたときに感じる抵抗感と相関する。従って、本発明の筋トーヌス計測装置を用いることにより、痙縮の有無を客観的に評価することができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる筋トーヌス計測装置の概略構成を示した図である。 図２は、健常者（ＭＡＳが０）の肘関節の動的伸展相での関節角度に対する関節トルクの変化の一例を示した図である。 図３は、痙縮を有する患者（ＭＡＳが２）の肘関節の動的伸展相での関節角度に対する関節トルクの変化の一例を示した図である。 図４は、脳卒中患者の健側（麻痺がない側）の肘関節の動的伸展相での関節角度に対する関節トルクの変化の一例を示した図である。

上記の本発明の筋トーヌス計測装置において、前記演算部は、前記面積及び前記最大距離のうちの少なくとも一方を、動的屈曲相及び動的伸展相の両方について算出することが好ましい。かかる好ましい構成によれば、痙縮の有無をより正確に評価することができる。

前記座標系において、前記角度−トルク特性グラフの両端のうち小さな関節角度を有する端の関節角度を最小関節角度、大きな関節角度を有する端の関節角度を最大関節角度とし、前記最小関節角度と前記最大関節角度との差を屈伸可能範囲とし、前記最小関節角度より前記屈伸可能範囲の１０％だけ大きな関節角度を第１関節角度とし、前記最大関節角度より前記屈伸可能範囲の１０％だけ小さな関節角度を第２関節角度としたとき、前記演算部は、前記第１関節角度を有する前記直線上の第１地点と前記角度−トルク特性グラフとの第１距離、及び、前記第２関節角度を有する前記直線上の第２地点と前記角度−トルク特性グラフとの第２距離を、動的屈曲相及び動的伸展相のうちの少なくとも一方について算出することが好ましい。かかる好ましい構成によれば、診察上は痙縮なし（ＭＡＳが０）と判定される例がわずかな痙縮を有するか否かを客観的に評価することができる。

上記において、前記演算部は、前記第１距離及び前記第２距離を、動的屈曲相及び動的伸展相の両方について算出することが好ましい。かかる好ましい構成によれば、診察上は痙縮なし（ＭＡＳが０）と判定される例がわずかな痙縮を有するか否かをより正確に評価することができる。

前記演算部は、前記関節角度に対する前記関節トルクの変化を三次関数で近似して前記角度−トルク特性グラフを求めてもよい。かかる好ましい構成は、ノイズの影響が排除されることによる評価精度の向上、及び、演算部の演算処理を行う際の負担の軽減に有利である。

本発明の筋トーヌス計測装置を用いて痙縮の評価を行うことができる。本発明の痙縮の評価方法は、
関節トルク及び関節角度を検出する検出部を被験者の関節に装着する工程（１）と、
被験者の関節を、他動的に屈曲伸展させる工程（２）と、
前記検出部から得た関節トルク及び関節角度から、関節角度を横軸とし、関節トルクを縦軸とした座標系に、関節角度に対する関節トルクの変化を示した角度−トルク特性グラフを得る工程（３）と、
前記座標系において、前記角度−トルク特性グラフの両端を結ぶ直線より大きな関節トルクを有する関節角度の範囲を過大関節トルク域としたとき、前記過大関節トルク域での前記角度−トルク特性グラフと前記直線とで囲まれた領域の面積、及び、前記過大関節トルク域での前記角度−トルク特性グラフと前記直線との最大距離のうちの少なくとも一方を、動的屈曲相及び動的伸展相のうちの少なくとも一方について算出する工程（４）と
を備える。

上記の評価方法は、更に、前記面積及び前記最大距離の少なくとも一方を用いて、痙縮の有無を評価する工程（５）を備えていてもよい。

上記の工程（５）は、前記面積及び前記最大距離の少なくとも一方を所定の基準値と比較することで行うことができる。

上記の評価方法において、前記工程（３）が、前記関節角度に対する前記関節トルクの変化を三次関数で近似して前記角度−トルク特性グラフを得る工程を有していてもよい。

以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態を構成する部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の部材を備え得る。また、以下の各図では、実際の部材の寸法および各部材の寸法比率等は忠実に表されていない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる筋トーヌス計測装置の概略構成を示した図である。この装置は、被験者１の肘関節を他動的に屈曲伸展運動させたときの当該肘関節の関節トルク及び関節角度を検出し、痙縮の有無を評価するために用いられる。

筋トーヌス計測装置は、被験者１の肘関節を他動的に屈曲伸展運動させたときの肘関節の関節トルク及び肘関節の関節角度を検出する検出部１０と、検出部１０からの出力信号を演算処理する演算部５０とを備える。図１に示すように、検出部１０を、被験者１の手関節部にこれを挟むように装着し、験者２が検出部１０を介して被験者１の肘関節を屈曲伸展させる。

検出部１０は、略コ字状又は略Ｕ字状を有するベース１１を備える。

ベース１１の互いに対向する一対の挟持板１２ａ，１２ｂには、一対の力覚センサ２０ａ，２０ｂが互いに対向して固定されている。一対の力覚センサ２０ａ，２０ｂが対向する方向をＺ軸とすると、力覚センサ２０ａ，２０ｂは、少なくともＺ軸方向の力（圧縮力）を検出する。力覚センサ２０ａ，２０ｂとしては、力覚センサ２０ａ，２０ｂに加えられる圧縮力を検出することができれば、その構造に制限はなく、例えば従来より公知の汎用の力覚センサを用いることができる。力覚センサ２０ａ，２０ｂは、Ｚ軸方向の力のみを検出する１軸力覚センサであってもよく、Ｚ軸を含む互いに直交する３軸方向の力を検出する３軸力覚センサであってもよい。Ｚ軸方向の力に加えて、Ｚ軸方向と直交する直交２軸方向の力を検出することで、験者２が被験者１に対して加える力の方向を修正したり、検出したＺ軸方向の力のデータを補正したりすることができる。肘関節の屈曲伸展運動を行う際に力覚センサ２０ａ，２０ｂが被験者１の皮膚に直接接触することによる痛みを緩和するために、力覚センサ２０ａ，２０ｂの互いに対向する面（被験者１の手関節部に当接する面）に柔軟なパッドを貼付しても良い。

ベース１１の一対の挟持板１２ａ，１２ｂを繋ぐ架橋板１３には、ジャイロセンサ３０が固定されている。ジャイロセンサ３０は、被験者１の肘関節の屈曲伸展運動にともない変化するジャイロセンサ３０を含む検出部１０の姿勢の変化を検出する。なお、ジャイロセンサ３０の固定位置は、架橋板１３に限定されず、ベース１１の任意の位置であってもよい。

被験者１への装着性を向上させるため、被験者１の関節の太さに応じて一対の挟持板１２ａ，１２ｂ間の距離を変更することを可能にする調整機構（図示せず）が、ベース１１に設けられていてもよい。このような調整機構は、制限はなく、例えば挟持板１２ａ及び／又は挟持板１２ｂを架橋板１３に対してＺ軸方向に移動可能にするスライド機構や、挟持板１２ａ及び／又は挟持板１２ｂを架橋板１３に対して任意の角度で傾斜させることを可能にする蝶番機構などを適宜採用しうる。あるいは、ベース１１が上記の調整機構を備えておらず、実質的に変形させることができない剛体であってもよい。

被験者１の肘関節を屈曲伸展運動させる際、検出部１０は肘関節を中心とする円弧に沿って移動する。肘関節の屈曲伸展運動の間、この円弧の接線方向に対して常にＺ軸が平行になるように、検出部１０の姿勢が維持される。力覚センサ２０ａ，２０ｂは、験者２が被験者１の肘関節を屈曲伸展運動させる際に、験者２が被験者１に対して加えるＺ軸方向の力に応じた電圧を出力する。力覚センサ２０ａ，２０ｂから出力された電圧は、必要に応じて力覚センサ用アンプ２１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換ボード５１を介して演算部５０に入力される。ジャイロセンサ３０から出力された、その姿勢の変化に応じた電圧は、Ａ／Ｄ変換ボード５１を介して演算部５０に入力される。

演算部５０は、力覚センサ２０ａ，２０ｂを介して検出されたＺ軸方向の力と、別途測定された被験者１の肘関節と検出部１０の装着位置との距離（即ち、屈曲伸展運動の際に検出部１０が移動する円弧の半径）とから、関節トルクを算出する。関節トルクの算出に際しては、重力による補正を行うことが好ましい。また、演算部５０は、ジャイロセンサ３０を介して検出された検出部１０の姿勢の変化（角速度）を積分することで、関節角度を算出する。更に、演算部５０は、これら関節トルク及び関節角度の経時的変化から所定の演算処理（詳細は後述する）を行う。

演算部５０としては、例えば汎用されているパーソナルコンピュータを用いることができる。関節トルク及び関節角度の経時的変化に関するデータやこれらを演算処理して得たデータ等は、必要に応じて記憶装置に蓄積してもよい。記憶装置は、演算部５０に内蔵されていてもよく、演算部５０外に設けられていてもよい。

演算部５０には出力装置５２が接続されていてもよい。出力装置５２としては、例えば各種ディスプレイやプリンタを用いることができる。出力装置５２には、演算部５０が演算した結果が表示される。

図１に示すように、検出部１０を被験者１の手関節部に装着した状態で、験者２が検出部１０を介して被験者１の肘関節を屈曲伸展させる。被験者１の肘関節に対して、（１）最大伸展位静止、（２）動的屈曲、（３）最大屈曲位静止、（４）動的伸展、の４つの相を繰り返しながら、関節トルク及び関節角度を測定する。動的屈曲相及び動的伸展相での肘関節の関節角度の変化率（角速度）は略一定とする。屈曲伸展の角度範囲は、被験者１に応じて変更しうる。

図２は、健常者（ＭＡＳが０）の肘関節の動的伸展相での関節角度に対する関節トルクの変化の一例を示した図である。図２において、横軸は関節角度（ラジアン）、縦軸は関節トルク（Ｎ・ｍ）である。横軸の関節角度は、関節を伸展させた状態に対する屈曲角度で表している。従って、図２の左側が伸展側、右側が屈曲側を示す。

実線７０は、関節角度に対する関節トルクの変化の実測データを示す。実線の左端は最大伸展位（肘関節が最も伸びた状態）７０ｅを示し、実線の右端は最大屈曲位（肘関節が最も屈曲した状態）７０ｆを示す。矢印は、時間の変化を示す。従って、実線７０は、最大屈曲位７０ｆから最大伸展位７０ｅに向かって肘関節を略一定速度で伸展させる動的伸展相での、関節角度に対する関節トルクの変化を示す。

破線７１は、実線７０を三次関数で近似した三次関数近似グラフである。

一点鎖線７２は、実線７０の両端（即ち、最大伸展位７０ｅ及び最大屈曲位７０ｆ）を結ぶ直線である。

本発明では、図２のように、関節角度を横軸とし、関節トルクを縦軸とした座標系において、関節角度に対する関節トルクの変化を示したグラフ（実線７０及び破線７１）を「角度−トルク特性グラフ」という。以下の説明において、２つの角度−トルク特性グラフ７０，７１を区別するために、実測データを示した角度−トルク特性グラフ（実線７０）を「実測グラフ」といい、三次関数で近似した角度−トルク特性グラフ（破線７１）を「三次関数近似グラフ」という。

図２に示されているように、健常者では、一般に、グラフ７０，７１は、直線７２よりも下側に位置し、巨視的には下側に凸の曲線形状を有する（但し、上側に凸の曲線形状を部分的に含んでいる場合もある）。

図３は、痙縮を有する患者（ＭＡＳが２）の肘関節の動的伸展相での関節角度に対する関節トルクの変化の一例を、図２と同様に示した図である。この患者は、明らかな筋緊張亢進を全可動域で感じるために、痙縮あり（ＭＡＳが２）と判断されている。

実線８０は、関節角度に対する関節トルクの変化の実測データを示した実測グラフである。破線８１は、実線８０を三次関数で近似した三次関数近似グラフである。一点鎖線８２は、実線８０の両端（即ち、最大伸展位８０ｅ及び最大屈曲位８０ｆ）を結ぶ直線である。矢印は、時間の変化を示す。

図３に示されているように、痙縮を有する患者では、一般に、グラフ８０，８１のうちの一部は、直線８２よりも上側に位置し、残りの部分は直線８２よりも下側に位置する。巨視的に見ると、グラフ８０，８１のうち直線８２よりも上側に位置する部分は、上側に凸の曲線形状を有し、グラフ８０，８１のうち直線８２よりも下側に位置する部分は、下側に凸の曲線形状を有する。

上述したように、動的伸展相での関節角度の変化率（角速度）は略一定である。従って、図２及び図３の横軸の「関節角度」を「時間」に読み替えることができる。この場合、角度−トルク特性グラフと横軸とで囲まれる領域の面積は、肘関節を伸展させるための「力積」に相当する。この力積が、験者２が被験者１の肘関節を伸展させるときに感じる「抵抗感」である。図２と図３とを比較すれば容易に理解できるように、図３の角度−トルク特性グラフ８０，８１の巨視的な形状は、痙縮の特徴的な現象である「ジャックナイフ現象」として験者２が感じる抵抗感と非常によく整合する。

本発明者らは、図２（痙縮なし）と図３（痙縮あり）とで角度−トルク特性グラフの形状が上記のように異なることに着目した。特に、本発明者らは、図３では、角度−トルク特性グラフ８０の一部が、その両端を結ぶ直線８２より上側に突出している点に着目した。そして、この突出の程度を定量的に示す指標を用いることで、痙縮の有無を客観的に識別することができることを見出して、本発明を完成させた。

本発明では、図３のように、関節角度を横軸とし、関節トルクを縦軸とした座標系において、角度−トルク特性グラフ８０が、当該グラフ８０の両端を結ぶ直線８２より大きな関節トルクを有する関節角度の範囲８３を「過大関節トルク域」と呼ぶ。図２のように、角度−トルク特性グラフ７０が、当該グラフ７０の両端を結ぶ直線７２より上側に実質的に突出しない場合には、「過大関節トルク域」は定義されない。

本発明では、角度−トルク特性グラフ８０が直線８２より上側へ突出する程度を示す指標として、（１）過大関節トルク域８３での角度−トルク特性グラフ８０と直線８２とで囲まれた領域の面積Ａ、及び、（２）過大関節トルク域８３での角度−トルク特性グラフ８０と直線８２との最大距離Ｄ、の２つを用いる。グラフ８０と直線８２との距離は、直線８２に対して直交する方向に沿って定義される。

面積Ａは、直線８２に対してグラフ８０が上側に向かって大きく突出すればするほど、また、過大関節トルク域８３が大きくなればなるほど、大きくなる。面積Ａは、過大関節トルク域８３でグラフ８０と横軸とが囲む領域の面積（即ち、力積）と相関するから、験者２が被験者１の肘関節を屈曲又は伸展する際に感じる抵抗感を定量的に表す指標として用いることができる。

また、最大距離Ｄは、直線８２に対してグラフ８０が上側に向かって大きく突出すればするほど大きくなる。最大距離Ｄも、過大関節トルク域８３でグラフ８０と横軸とが囲む領域の面積（即ち、力積）と相関するから、験者２が被験者１の肘関節を屈曲又は伸展する際に感じる抵抗感を定量的に表す指標として用いることができる。

面積Ａ及び最大距離Ｄを、それぞれの基準値（閾値）と比較することにより、痙縮の有無を客観的に評価することが可能である。

面積Ａ及び最大距離Ｄの算出は、演算部５０が行う。更に、演算部５０は、算出した面積Ａ及び最大距離Ｄを、それぞれの基準値と比較してもよい。面積Ａ及び最大距離Ｄは、出力装置５２に表示することができる。また、基準値と比較して得られた痙縮の有無の客観的評価結果を出力装置５２に併せて表示することができる。

面積Ａ及び最大距離Ｄは、いずれも痙縮の有無を客観的に評価するのに有効である。従って、演算部５０は、これらのいずれか一方のみを算出すれば足りる。但し、演算部５０は、これらの両方を算出してもよい。これにより、痙縮の有無の評価精度が向上する。

図２及び図３の角度−トルク特性を示した実測グラフ７０，８０から理解できるように、関節角度に対する関節トルクの変化の実測データは、高周波の振動成分（ノイズ）を含んでいる。従って、面積Ａ及び最大距離Ｄを算出するための角度−トルク特性グラフとして、実測データに基づく実測グラフ７０，８０に代えて、これを三次関数で近似した三次関数近似グラフ７１，８１を用いてもよい。これは、ノイズの影響が排除されることによる評価精度の向上、及び、面積Ａ及び最大距離Ｄを算出する際の演算部５０の負担の軽減に有利である。

図４は、脳卒中患者の健側（麻痺がない側）で診察上は痙縮を認めない肘関節の動的伸展相での関節角度に対する関節トルクの変化の一例を、図２と同様に示した図である。実線９０は、関節角度に対する関節トルクの変化の実測データを示した実測グラフである。破線９１は、実線９０を三次関数で近似した三次関数近似グラフである。一点鎖線９２は、実線９０の両端（即ち、最大伸展位９０ｅ及び最大屈曲位９０ｆ）を結ぶ直線である。矢印は、時間の変化を示す。

図４を図２と比較すると明らかなように、グラフ９０は、巨視的に見ると、最大屈曲位９０ｆから最大伸展位９０ｅへ肘関節を伸展させる過程の初期に下側に凸の曲線形状を有し、その後の終期に上側に凸の曲線形状を有している。グラフ９０が有するこの巨視的な形状は、図３に示したグラフ８０のそれと近似している。但し、図４のグラフ９０には、直線９２より上側に突出している部分をほとんど認めることができない。従って、図４では、過大関節トルク域（図３の過大関節トルク域８３を参照）は実質的に認められない。

医師がこのような患者を診察すると明らか痙縮は認めないため、ＭＡＳが０と判断する。しかしながら、脳卒中で運動麻痺が出現する場合、大脳皮質運動野から下行する神経は大半が反対側に交差するが、約１０％程度は同側に下行することが知られている。したがって脳卒中患者の健側であっても同側の大脳皮質病変によって何らかの筋トーヌス異常が出現している可能性がある。本発明の好ましい実施形態では、図２と図４とを客観的に識別することができる指標を提供する。以下にこれを説明する。

図４に示すように、角度−トルク特性グラフ９０の両端のうち小さな関節角度を有する端（最大伸展位９０ｅ）の関節角度を最小関節角度θmin、大きな関節角度を有する端（最大屈曲位９０ｆ）の関節角度を最大関節角度θmaxとする。最小関節角度θminと最大関節角度θmaxとの差を屈伸可能範囲θefとする（θef＝θmax−θmin）。最小関節角度θminより屈伸可能範囲θefの１０％だけ大きな関節角度を第１関節角度θ１とする（θ１＝θmin＋θef＊０．１）。最大関節角度θmaxより屈伸可能範囲θefの１０％だけ小さな関節角度を第２関節角度θ２とする（θ２＝θmax−θef＊０．１）。第１関節角度θ１を有する直線９２上の点を第１地点Ｐ１、第２関節角度θ２を有する直線９２上の点を第２地点Ｐ２とする。第１地点Ｐ１とグラフ９０との距離を第１距離Ｄ１、第２地点Ｐ２とグラフ９０との距離を第２距離Ｄ２とする。距離Ｄ１，Ｄ２は、直線９２に対して直交する方向に沿って定義される。距離Ｄ１，Ｄ２の符号（正負）は、地点Ｐ１，Ｐ２に対してグラフ９０が上側に位置する場合は「正」、下側に位置する場合は「負」とする。従って、図４のグラフ９０のように第２距離Ｄ２が直線９２に対して下側で定義される場合には、第２距離Ｄ２は負の値をとる。

好ましい実施形態では、上記のように定義される距離Ｄ１，Ｄ２を、図２と図４とを客観的に識別するための指標として用いる。例えば、第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２を基準値（閾値）と比較することができる。ここで、基準値は、負のある値を設定しうる。適切な基準値を設定することにより、図２に示した角度−トルク特性グラフ７０に対して上位と同様に定義される第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２は、いずれも当該基準値より小さいと判定される。一方、図４に示した角度−トルク特性グラフ９０に対して定義される第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２については、第１距離Ｄ１は当該基準値より大きく、且つ、第２距離Ｄ２は当該基準値より小さいと判定される。

このように、２つの角度−トルク特性グラフ７０，９０のそれぞれの第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２を基準値と比較することにより、角度−トルク特性グラフ７０，９０の曲線形状の違いを識別することができる。第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２のうちの一方が基準値より大きく、他方が基準値より小さい場合、痙縮あり（ＭＡＳが１）に近い状態であると判断できる。

距離Ｄ１，Ｄ２の算出は、演算部５０が行う。更に、演算部５０は、算出した距離Ｄ１，Ｄ２を、予め設定した基準値と比較してもよい。距離Ｄ１，Ｄ２は、出力装置５２に表示することができる。また、距離Ｄ１，Ｄ２を基準値と比較して得られた結果を出力装置５２に併せて表示することができる。

距離Ｄ１，Ｄ２を算出するための角度−トルク特性グラフとして、実測データに基づく実測グラフ９０に代えて、これを三次関数で近似した三次関数近似グラフ９１を用いてもよい。これは、ノイズの影響が排除されることによる評価精度の向上、及び、距離Ｄ１，Ｄ２を算出する際の演算部５０の負担の軽減に有利である。

更に、実測グラフ９０を三次関数で近似した三次関数近似グラフ９１が、最大伸展位９０ｅと最大屈曲位９０ｆとの間に変曲点を有することは、図４と図２とを客観的に識別する指標となり得る。三次関数近似グラフの変曲点の位置の算出は演算部５０が行う。

上記のように、診察上は痙縮なし（ＭＡＳが０）と判定された例の中に、図２のような健常者のケースと、図４のように筋トーヌスにごくわずかな痙縮があるケースとが含まれる。筋トーヌス計測装置が提供する距離Ｄ１，Ｄ２を評価指標として用いることにより、医師の診察では感知できない筋トーヌスの異常を評価することが可能になる。これは疾患の予後や、治療・リハビリの効果を客観的に判断するのに有用である。

以上のように、本発明の筋トーヌス計測装置は、関節トルクと関節角度とを測定して得た角度−トルク特性グラフを解析して、関節を他動的に屈曲又は伸展させる際の抵抗感の変化を数値化する。これは、痙縮なし（ＭＡＳが０）か痙縮あり（ＭＡＳが１以上）かの判断を客観的に行うための指標となり得る。しかも、関節トルク及び関節角度の測定は、医師が従来から痙縮の有無を判断するために行っていた診察手技において行うことが可能である。従って、本発明により、臨床試験の効率化・低コスト化を実現できる。角度−トルク特性グラフを出力装置５２に表示することにより、痙縮の程度を可視化することができる。これは、例えば医師が患者に対して治療やリハビリの効果を説明するのに大いに役立つ。関節を他動的に屈曲伸展させる動作は医師でなくても容易に行うことができるので、例えば患者の自宅で家族が本発明の筋トーヌス計測装置を用いて患者の痙縮の程度の変化を日常的に測定することも可能である。

本発明は、上記の実施形態及び下記の実施例に限定されず、種々の変更が可能である。

上記の実施形態では動的伸展相での角度−トルク特性グラフを用いたが、動的屈曲相での角度−トルク特性グラフを用いることもできる。痙縮の特徴的現象であるジャックナイフ現象は、動的伸展相及び動的屈曲相のうちの一方のみで認められる場合もあれば、両方で認められる場合もある。従って、上述した、痙縮を客観的に評価するための指標（面積Ａ、最大距離Ｄ、距離Ｄ１，Ｄ２）は、動的伸展相及び動的屈曲相のうちの少なくとも一方について算出される必要がある。これらの両方について算出されることは、痙縮をより正確に評価する観点から好ましい。

ジャックナイフ現象における抵抗感の変化は、角度−トルク特性グラフが、上側に凸の曲線形状（凸部）と上側に凹の曲線形状（凹部）とを有することにより発生する。上記の実施形態に示した角度−トルク特性グラフは、凸部を最大伸展位側に、凹部を最大屈曲位側に有していたが、現実には角度−トルク特性グラフが凸部を最大屈曲位側に、凹部を最大伸展位側に有することもある。この場合にも、上記と同様にして痙縮を客観的に評価するための指標を求めることができる。従って、本発明は、角度−トルク特性グラフにおける凸部と凹部の位置に関わらず、痙縮を客観的に評価することができる。

図２〜図４では肘関節を伸展させた状態に対する屈曲角度を横軸とする座標系に角度−トルク特性グラフを作成したが、上腕と前腕とがなす角度を横軸とする座標系に角度−トルク特性グラフを作成することもでき、この場合であっても上記の実施形態と同様にして面積Ａ、最大距離Ｄ、距離Ｄ１，Ｄ２を算出して、痙縮の有無やその程度の客観的評価に用いることができる。

力覚センサ２０ａ，２０ｂやジャイロセンサ３０が搭載されるベースの形状は、上記の実施形態のように略コ字状又は略Ｕ字状である必要はなく、例えば、全体形状が円形、楕円形、又は四角形を含む各種多角形などであって、中央が貫通した環状体であっても良い。更には、被験者への装着性を向上させるなどの目的で、ベースが可動部を有していたり、ベースの一部又は全体が可撓性を有していたりしていても良い。

一対の力覚センサ２０ａ，２０ｂに代えて、験者２が被験者１の肘関節を屈曲伸展運動させる際に加える押し引き力を検出する１つの力覚センサを用いてもよい。

また、被験者の関節を搭載するためのステージを設け、このステージと検出部１０との距離を自動的に計測する距離センサをさらに設けても良い。これにより、関節トルクを算出する際に必要な検出部１０の回転半径を簡単に測定することができる。

上記の実施形態では、関節角度を測定するためのジャイロセンサ３０を力覚センサ２０ａ，２０ｂとともにベース１１に搭載した。これにより、装置全体を小型化することができ、また、検出部１０を被験者に装着するだけで関節トルクと関節角度とを同時に測定することができる。但し、本発明では、関節角度の測定方法はこれに限定されず、公知の角度変化測定方法を利用することができる。例えば力覚センサ２０ａ，２０ｂを含む検出部１０とは別に、角度測定を行うセンサ（例えば、ポテンショメータ、ロータリエンコーダ）を治具を介して被験者の関節近傍に装着しても良い。屈曲伸展運動を撮影し、画像認識を介して関節角度を測定してもよい。

測定したデータを用いて所定の演算を行う演算部と、演算結果を表示する表示装置とを小型化して検出部１０に搭載しても良い。

演算部５０が各種ネットワーク（例えばインターネット）を介して別の演算処理装置（サーバー）に接続されていてもよい。この場合、上記の実施形態で説明した演算部が行う演算処理の一部又は全部をクラウド上の演算処理装置に行わせることができる。また、検出部１０が測定した各種データをクラウド上の演算処理装置に蓄積することができる。あるいは、演算部５０をクラウド上に配置し、検出部１０と演算部５０とを各種ネットワーク（例えばインターネット）を介して接続してもよい。このように演算部の一部又は全部をクラウド上に配置することにより、検出部、ネットワークとの接続機能、及び表示部を備えた、携帯性に優れた筋トーヌス計測装置端末を実現することができる。

本発明の計測装置を、肘関節以外の関節（例えば、手首、膝関節）に適用することはもちろん可能である。適用する関節に応じて、検出部１０の形状を適宜変更することができる。この場合、角度−トルク特性グラフから得られた上記の各種指標を評価するための基準値（閾値）は、関節に応じて適宜設定される。

本発明の筋トーヌス計測装置を、特許文献１又は特許文献２の筋トーヌス計測装置に一体化させることができる。

被験者の肘関節の痙縮の程度を、熟練した医師が表１に示すＭＡＳに基づき評価した。被験者の肘関節の痙縮はＭＡＳで０〜３のいずれかであった。

次いで、図１に示した筋トーヌス計測装置を用いて、当該肘関節の関節角度及び関節トルクを測定した。

被験者は安静座位でリラックスしてもらい、験者２が一方の手で被験者１の肘関節部を支え、他方の手で検出部１０を介して被験者１の手関節部を持って他動的に被験者１の肘関節の屈曲伸展運動を行った。計測は最大伸展位から開始し、最大伸展位で３秒以上静止、１秒かけて屈曲、最大屈曲位で３秒以上静止、１秒かけて伸展、最大伸展位で３秒以上静止、…という屈曲伸展運動を約６０秒間繰り返した。１試行あたり５回の屈曲伸展運動が含まれる。

動的屈曲相及び動的伸展相のそれぞれについて、計測した関節角度及び関節トルクの実測データを用いて、関節角度を横軸とし、関節トルクを縦軸とした座標系に、関節角度に対する関節トルクの変化を示した角度−トルク特性グラフ（実測グラフ）を作成した。関節トルクについては、重力によるトルクの補正を行った。更に、当該座標系に、この角度−トルク特性グラフを三次関数で近似した三次関数近似グラフを作成した。三次関数近似グラフが、当該三次関数近似グラフの両端を結ぶ直線より大きな関節トルクを有する部分（過大関節トルク域）を有するか否かを判定した。過大関節トルク域８３を有する場合（図３参照）には、過大関節トルク域８３での三次関数近似グラフ８１と前記直線８２とで囲まれた領域の面積Ａ、及び、過大関節トルク域８３での三次関数近似グラフ８１と前記直線８２との最大距離Ｄを算出した。面積Ａ及び最大距離Ｄは、前記座標系において、横軸の関節角度の１ラジアンを「１」、縦軸の関節トルクの１Ｎ・ｍを「１」として算出した。

４９例の肘関節について、医師による痙縮の評価と、筋トーヌス計測装置による面積Ａ及び最大距離Ｄの算出を行った。動的屈曲相及び動的伸展相の全てにおいて面積Ａが０．３以下である場合（過大関節トルク域を有しない場合を含む）を「陰性」、それ以外を「陽性」と判断した。また、動的屈曲相及び動的伸展相の全てにおいて最大距離Ｄが０．２以下である場合（過大関節トルク域を有しない場合を含む）を「陰性」、それ以外を「陽性」と判断した。

医師による痙縮の有無の評価結果と、面積Ａを用いた評価結果を表２に示す。

医師による痙縮の有無の評価結果と、最大距離Ｄを用いた評価結果を表３に示す。

表２，３より、面積Ａ及び最大距離Ｄは、痙縮の有無を客観的に判断するための精度よい指標となり得ることが確認された。

本発明の筋トーヌス計測装置を用いることにより、痙縮の有無を客観的に容易に判断することができる。従って、本発明は、例えば、痙縮の有無の判定や、投薬やリハビリによる効果の判定などに広範囲に利用することができる。

１ 被験者
１０ 検出部
５０ 演算部
７０，８０，９０ 角度−トルク特性グラフ（実測グラフ）
７１，８１，９１ 角度−トルク特性グラフ（三次関数近似グラフ）
７２，８２，９２ 直線
８３ 過大関節トルク域
Ａ 面積
Ｄ 最大距離
θｅ 最大伸展位角度
θｆ 最大屈曲位角度
θｅｆ 屈伸可能範囲
θ１ 第１関節角度
θ２ 第２関節角度
Ｄ１ 第１距離
Ｄ２ 第２距離

Claims (5)

1. 被験者の関節を他動的に最大屈曲位と最大伸展位との間で屈曲伸展運動させたときの前記関節の関節トルク及び前記関節の関節角度を検出する検出部と、前記検出部からの信号を演算処理する演算部とを備える筋トーヌス計測装置であって、
   関節角度を横軸とし、関節トルクを縦軸とした座標系において、前記最大屈曲位と前記最大伸展位との間での前記関節角度に対する前記関節トルクの変化を示した角度−トルク特性グラフが、前記角度−トルク特性グラフの両端を結ぶ直線より大きな関節トルクを有する関節角度の範囲を過大関節トルク域としたとき、
   前記演算部は、前記過大関節トルク域での前記角度−トルク特性グラフと前記直線とで囲まれた領域の面積、及び、前記過大関節トルク域での前記角度−トルク特性グラフと前記直線との最大距離のうちの少なくとも一方を、動的屈曲相及び動的伸展相のうちの少なくとも一方について算出することを特徴とする筋トーヌス計測装置。
2. 前記演算部は、前記面積及び前記最大距離のうちの少なくとも一方を、動的屈曲相及び動的伸展相の両方について算出する請求項１に記載の筋トーヌス計測装置。
3. 前記座標系において、前記角度−トルク特性グラフの両端のうち小さな関節角度を有する端の関節角度を最小関節角度、大きな関節角度を有する端の関節角度を最大関節角度とし、前記最小関節角度と前記最大関節角度との差を屈伸可能範囲とし、前記最小関節角度より前記屈伸可能範囲の１０％だけ大きな関節角度を第１関節角度とし、前記最大関節角度より前記屈伸可能範囲の１０％だけ小さな関節角度を第２関節角度としたとき、
   前記演算部は、前記第１関節角度を有する前記直線上の第１地点と前記角度−トルク特性グラフとの第１距離、及び、前記第２関節角度を有する前記直線上の第２地点と前記角度−トルク特性グラフとの第２距離を、動的屈曲相及び動的伸展相のうちの少なくとも一方について算出する請求項１又は２に記載の筋トーヌス計測装置。
4. 前記演算部は、前記第１距離及び前記第２距離を、動的屈曲相及び動的伸展相の両方について算出する請求項３に記載の筋トーヌス計測装置。
5. 前記演算部は、前記関節角度に対する前記関節トルクの変化を三次関数で近似して前記角度−トルク特性グラフを求める請求項１〜４のいずれかに記載の筋トーヌス計測装置。

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