JP6546733B2 - 健康モニタシステム - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの手の指の動きによりユーザの健康状態をモニタする健康モニタシステムに関する。

人の手指は、脊髄から分かれた神経に支配された各種の筋肉の収縮によって動く。脊髄圧迫や脊髄から分かれた神経の圧迫により、頚椎症性脊髄症、神経根症および末梢神経障害性の手の麻痺が発生する。頚椎症性脊髄症の症状として、手のしびれや巧緻運動障害が発現する。頚椎症では、脊髄症または神経根症が発生するが、脊髄症の主な症状として、手指の巧緻運動障害があげられる。神経根症の症状では、手のしびれや疼痛と脱力があげられる。頚椎症性脊髄症の診断の一例として、手の開閉を行う１０秒間に何回できるかをテストする１０秒テストなどの指運動の評価が重要な診断および重症度判定の根拠になっている。

また、親指と人差し指をタップする指タップ運動の評価により、医師はパーキンソン病の診断を行える。このように、指の動きをモニタすることにより、患者の疾患の症状の診断を行うことができる。さらに、脳、脊髄などの中枢神経系および末梢神経系の障害に対するリハビリテーションでは、手指を動かすことにより、患者の運動機能を回復させる。指の動きの評価により、リハビリテーションの進捗状況を判断することができる。

例えば、特許文献１には、指の曲げ伸ばしなどの指の動きのタイミングを定量的に評価することにより、頚椎症性脊髄症患者の運動機能を検査できることが記載されている。特許文献２には、加速度センサで検出した指の動きに基づいて、パーキンソン病などの運動障害を伴う疾患における症状を定量的に評価することが記載されている。特許文献３には、両手の指タップ運動による測定データに基づいて、ユーザの運動機能が正常かどうか判断することが記載されている。特許文献４には、手指の筋力を測定して、手のリハビリテーションにおける指の運動協調性を評価ことが記載されている。

特開２００７−５４５９７号公報 特開２００５−１５２０５３号公報 特開２００７−３０１００３号公報 特開２０１４−８３２４号公報

各文献に記載されているように、指の動きに基づいて頚椎症性脊髄症などの疾患を発症しているかどうかを判定することができる。しかし、疾患の原因部位を特定することはできない。

また、通常、リハビリテーション時の指の動きのモニタは病院などの特定の場所で行われる。しかし、患者がリハビリテーションを自宅で行っているとき、指の動きを測定しても、病院などでは指の動きをモニタできず、リハビリテーションの進捗状況を判定することができない。指の動きの測定自体はどこでも可能であるにもかかわらず、患者は病院などの特定の場所に行かなければならない。

そこで、本発明は、手指の動きに基づいて障害のある中枢神経系あるいは末梢神経系を判定することができ、さらにいつでもどこでも手指の動きをモニタ可能な健康モニタシステムの提供を目的とする。

本発明の健康モニタシステムは、ユーザの手指の動きを検出して、測定データを送信する動作検出装置と、動作検出装置から測定データを受け取って蓄積していき、測定データに基づいて手指の動きを解析してユーザの健康状態をモニタする管理装置とを備えたものである。動作検出装置は、各疾患に特異的な手指の動きを検出し、管理装置は、検出された手指の複数の動きから中枢神経系あるいは末梢神経系の障害に関する判定を行う。すなわち、管理装置は、脊椎変性疾患による骨棘、椎間板ヘルニア、脊椎靭帯骨化症などによる圧迫性や外傷による脊髄障害の診断および重症度判定、脊髄変性疾患、脳血管障害、その他の中枢神経系、末梢神経系の疾患による手の障害の診断および重症度判定を行う。

中枢神経あるいは末梢神経によって動きを支配される指は異なる。そのため、動作検出装置によってユーザのそれぞれの手指の動きを検出することにより、障害が中枢神経系か末梢神経か、さらに末梢神経系であれば、正中神経、尺骨神経、橈骨神経のいずれの神経かを見分けることができる。そして、測定データが動作検出装置から管理装置に送信されることにより、ユーザが離れた場所にいても、診断や動静をモニタすることができる。

管理装置は、蓄積された測定データに基づいて手指の動きの経時的な変化を解析して、ユーザのリハビリテーションの進捗状況を判定する。ユーザの手指の動きが検出されると、その測定データが管理装置に送信され、蓄積されていく。したがって、手指の動きが徐々に変化しているのがわかり、リハビリテーションの結果をモニタすることができ、手指の動きが回復していることを確認できる。

管理装置は、ユーザが物体を握ったときの測定データと握られた物体の物理的特性とに基づいて握力を検出する。握力は筋力との相関関係が高いので、握力を測定することにより、筋力を知ることができる。ユーザの筋力の状況に基づいて、健康状態やリハビリテーションの進捗状況を確認できる。しかも、動作検出装置があれば、握力計といった専用の測定器がなくても、いつでもどこでも握力を測定することが可能となる。

動作検出装置は、指が動いたときの指の加速度を検出する加速度センサと、指が物体に触れたときの圧力を検出する触圧センサとを有する。これらのセンサにより、手指の動きを高精度に検出することができる。

本発明によると、いつでもどこでもユーザの手指の動きを検出して、その測定データを収集でき、中枢神経系および末梢神経系の障害の診断をできるとともに、リハビリテーションが行われているときには、継続して手指の動きをモニタすることができ、手指の運動機能の回復状況をいつでもどこでも確認できる。

本発明の健康モニタシステムの概略全体構成を示す図 動作検出センサの正面図 指に装着した動作検出センサを示す図 手の末梢神経の支配領域を示す図

本発明の実施形態における健康モニタシステムを図１に示す。健康モニタシステムは、患者などのユーザの手指の動きを検出して、測定データを送信する動作検出装置１と、動作検出装置１から測定データを受け取って蓄積していき、測定データに基づいて手指の動きを解析してユーザの健康状態をモニタする管理装置２とから構成される。

動作検出装置１は、複数の動作検出センサ３と、動作検出センサ３に接続され、管理装置２と通信を行う通信装置４とを備えている。図２、３に示すように、動作検出センサ３は、指の爪側を覆うベース部５と、指の左右両側に当接する一対のアーム部６と、指が動いたときの指の加速度を検出する加速度センサ７と、指が物体に触れたときの圧力を検出する触圧センサ８とを有する。左右のアーム部６はベース部５に接合され、ベース部５に対してアーム部６は弾性変形可能とされる。３軸加速度センサ７は、ベース部５の上面に搭載され、歪ゲージからなる触圧センサ８は、アーム部６に接着される。加速度センサ７は、被覆部材９によって被覆される。なお、この動作検出センサ３は、特開２０１３−３７８２号公報に記載されたセンサであって、商品名「ＨａｐＬｏｇ（ハプログ）」（登録商標）である。

動作検出センサ３がユーザの指に装着されたとき、指の腹は覆われない。指が動いて、指の腹が物体に触れたとき、指は左右方向に広がるように変形する。このとき、加速度センサ７は、指の動作方向と動作速度といった指の運動量を計測する。触圧センサ８は、指の変形を検出する。指の接触力と指の変形量とには相関関係があり、指の変形量に基づいて指が物体に触れたときの力の大きさを計測することができる。

複数の動作検出センサ３は、腕に装着可能なコネクションボックス１０に接続される。コネクションボックス１０は、アンプ１１、処理装置１２、通信装置４を内蔵している。アンプ１１は、各センサ３のアナログ出力信号を増幅する。マイコンからなる処理装置１１は、増幅されたアナログ出力信号をデジタル信号に変換して、送信用の測定データを生成する。

コネクションボックス１０が管理装置２に有線で接続されているとき、通信装置４は、管理装置２と直接通信を行い、各センサ３の測定データを送信する。また、通信装置４は、無線通信機能を有しており、無線ＬＡＮ、携帯無線通信、ＺｉｇＢｅｅ（商標登録）などの近距離無線通信などの通信方式による無線通信に対応可能である。管理装置２が移動検出装置から離れた場所にあるとき、通信装置４は、無線通信により管理装置２と直接あるいはネットワークを通じて通信を行い、各センサ３の測定データを送信する。なお、コネクションボックス１０はメモリを内蔵していてもよい。各センサ３の測定データがメモリに保存され、通信装置４は、管理装置２との通信時にメモリから読み出した測定データを送信する。

なお、通信装置４はコネクションボックス１０に一体的に設けられているが、通信装置４を独立して設けてもよい。通信装置４は、例えばパソコン、スマートフォン、タブレット端末といったデータ通信可能な通信端末とされる。通信装置４とコネクションボックス１０とはＵＳＢケーブルなどにより接続される。コネクションボックス１０の処理装置１２は、測定データを通信装置４に出力し、通信装置４が測定データを管理装置２に送信する。

管理装置２は、制御部２０、記憶部２１、通信部２２を有するサーバとされ、病院などの医師が居る施設に設置される。なお、管理装置２は、動作検出装置１の近くの場所に限らず、動作検出装置１から離れた遠隔地にあってもよい。通信部２２は、動作検出装置１に応じた通信方式で動作検出装置１との通信を行う。記憶部２１は、ＨＤＤ，ＳＳＤなどの記憶媒体とされ、受け取った測定データを保存し、ユーザ毎に測定データを蓄積していく。制御部２０は、測定データに基づいて手指の動きを解析してユーザの健康状態をモニタする。

ここで、手指の動きは、脳、脊髄の中枢神経系および脊髄から分岐した末梢神経系によって支配されている。末梢神経のうち、正中神経は、前腕の真ん中を通り、手根管の中を通って親指側に走っている。図４に示すように、正中神経は、親指から薬指の中指側までの手のひら側を支配領域Ａとしている。正中神経は、前腕を内側にひねる動き、手首や手指の屈曲運動などを司っている。

尺骨神経は、上腕の内側から肘の内側を通って、小指側まで走っている。図４に示すように、尺骨神経は、小指と薬指の小指側を支配領域Ｂとしている。尺骨神経は、指を開いたり閉じたりする動きを司っている。

橈骨神経は、上腕の外側から肘の外側を走っている。図４に示すように、橈骨神経は、手の甲の親指、人差し指部分を支配領域Ｃとしている。橈骨神経は、手の背屈を司っている。

手指の動きは、末梢神経系では、正中神経、尺骨神経および橈骨神経によって支配される。これらの末梢神経に障害が生じると、しびれ、筋力低下といったように手指の動きに異常を来す。そこで、動作検出装置１は、正中神経支配領域Ａでの指の動き、尺骨神経支配領域Ｂでの指の動きおよび橈骨神経支配領域Ｃでの指の動きを検出する。管理装置２は、動作検出装置から受け取った測定データに基づいて各指の動きをモニタして、その動きから末梢神経系の障害に関する判定を行う。

三つの末梢神経系の指の動きを検出するために、動作検出センサ３は、少なくとも３本の指に装着される。すなわち、親指（母指）、小指、人差し指（示指）あるいは中指に装着される。親指と示指または中指の動きの検出は正中神経の障害の判定に利用される。小指の動きの検出は尺骨神経の障害の判定に利用される。母指と示指の動きの検出は橈骨神経の障害の判定に利用される。

モニタの対象のユーザは、脳、脊髄等の中枢神経系、例えば頸椎症性脊髄症などや末梢神経系障害の診断を受ける人、中枢神経系や末梢神経系の障害や上肢の骨折などに対するリハビリテーション中の人である。さらに健常者であってもよい。このようなユーザが病院などの特定の場所だけでなく、特定の場所から離れた自宅などの場所で動作検出センサ３を装着して手指の運動を行うと、測定データが管理装置２に送信される。これにより、管理装置２はモニタするユーザの測定データをいつでもどこでも収集できる。

例えば診断を受けたいユーザは、好きな時に両手の複数の指に動作検出センサ３をそれぞれ装着して、手や指を動かしたり、物体を握ったりする。指が曲げ伸ばしされたときや指が他の指などの物体に触れたとき、加速度センサ７は、指が動いたときの加速度や指の動く方向を検出する。触圧センサ８は、指が物体に触れたときの変形量を検出する。動作検出装置１は、各センサ３の出力信号を処理して、測定データを生成する。測定データには、モニタされるユーザを特定するためのユーザ情報が付加される。ユーザ情報には、名前、年齢、既往症、健康状態などの情報が含まれる。ここで、指の変形量と接触力との関係には個人差があるので、予めキャリブレーションが行われる。キャリブレーションによって補正値が作成され、測定データが補正される。動作検出装置１は、補正された測定データを出力する。

動作検出装置１が測定データを管理装置２に送信すると、管理装置２は測定データを受け取る。制御部２０は、記憶部２１に測定データを保存する。そして、制御部２０は、測定データを定量的に解析して、各指の移動量および移動方向、各指の押す力、指同士の対向性などの定量データを作成する。制御部２０は、定量データに基づいて、手指の開閉回数、指のタッピング運動の回数、各指の動き易さや動き方などを評価して、指の動きに異常があるかを判断する。

異常の有無を判断するとき、予め評価レベルが設定され、制御部２０は、測定データから得られた定量データを評価レベルと比較して、定量データのレベルを評価する。そして、評価レベルに基づいて異常の有無を判断し、異常があるときはその異常の程度を判断する。

制御部２０は、手指の動きに異常があるとき、その手指の動きの状況から障害のある中枢神経系あるいは末梢神経系を判定する。すなわち、１０秒間における手を握ったり開いたりする回数（１０秒間テスト）、その間の手指の動きの状態が、正常の場合のごとく円滑でなく、特異的な場合、頚部脊髄症（頚椎症性他の変性疾患、後縦靭帯骨化症、椎間板ヘルニアなどによる圧迫性障害や外傷などに起因する）とみなされ、その重症度も判定される。全指による特異的な運動障害パターンが判定できれば、その他の中枢神経系（脳、脊髄）疾患の診断にもつながる。末梢神経系では、母指、示指の麻痺、屈運動障害が検出されれば、正中神経障害（手根管症候群）、環指、小指の伸展、内転障害が検出されれば、尺骨神経障害（肘部管症候群）、手指のＭＰ関節伸展障害が検出されれば、撓骨神経障害などが疑われる。診断精度はデータの集積により向上が見込まれる。麻痺指が診断されれば、経時的に麻痺の回復状況やリハビリの進捗状況の判定も可能になる。

医師は、管理装置２による判定結果を参考にして、中枢神経系および末梢神経系の障害に関する最終的な診断を行う。制御部２０は、この診断結果を測定データに関連付けて記憶部２１に保存する。ここで、測定データはユーザ毎に蓄積されていく。そして、多くのユーザの測定データに基づいて、評価レベルが修正される。したがって、測定データが増えていくことにより、評価レベルを適正に設定することができ、障害に関する判定の精度が上がる。

また、ユーザの手の指の動きを常時検出することにより、ユーザの動静をモニタすることができる。そして、ユーザ毎に測定データが蓄積されるので、ユーザが病院などの施設に来なくても、ユーザの健康状態をモニタすることができ、健康状態に応じて適切なアドバイスを行える。

ここで、動作検出センサ３を装着したユーザが物体を握ったとき、指の接触力が測定される。この接触力に基づいて握力を測定することができる。接触力は、ユーザが握る物体の硬さ、大きさ、材質などの物理的特性に影響を受ける。ユーザが同じ力で物体を握っても、物体が硬いとき、指の変形は大きくなり、物体が柔らかいとき、指の変形は小さくなる。物体が大きいとき、指の変形は小さくなり、物体が小さいとき、指の変形は大きくなる。

そこで、予めユーザが握ると想定される測定物に対して、握力に応じた接触力を測定して、物理的特性の異なる測定物毎に接触力と握力との対応表を登録したデータベースを作成しておく。管理装置２は、このデータベースを管理する。測定物としては、ユーザの身近にある物体を利用することができ、例えばプラスチック製容器、金属製容器、ボール、人体などがあげられる。このような測定物を使用することにより、いつでもどこでも握力を測定することが可能となる。

ユーザは、握った測定物の物理的特性を示す識別情報を通信装置４に入力すると、通信装置４は、測定データとともに識別情報を管理装置２に送信する。管理装置２は、ユーザが握った測定物を識別する。あるいは、管理装置２が測定物を指定して、ユーザは指定された測定物を握るようにしてもよい。この場合、管理装置２は、予め測定物を識別している。

管理装置２は、測定データを受け取ると、データベースを参照して、識別した測定物と測定された接触力とからユーザの握力を特定する。管理装置２は、ユーザの握力を認識して、ユーザの健康状態を判定する。測定された握力に基づいて、筋力が衰えているなどの判定を行える。また、測定された握力から実年齢に対するユーザの筋力を評価でき、ユーザに適したトレーニング方法をアドバイスすることができる。

ユーザが測定物を握ったとき、測定物の物理的特性によっては、指の変形が大きくなり、触圧センサ８の測定レンジを越えてしまう場合がある。この場合、握力を精度よく測定することができない。測定物の物理的特性に応じて触圧センサ８の測定レンジが異なるので、複数の測定物を使用して、ユーザの握力を測定する。これにより、ある測定物を握ったとき、触圧センサ８の出力が最大になっても、他の測定物を握ることにより、測定レンジ内の出力が得られ、握力を測定できる。したがって、触圧センサ８の測定レンジを広げることになり、握力の測定の精度アップを図れる。

中枢神経系および末梢神経系の障害や骨折などにより手指の運動機能が損なわれたとき、リハビリテーションを行うことにより運動機能の回復が図られる。リハビリテーション時の指の動きを経時的に検出することにより、ユーザの運動機能の回復状態をモニタできる。

リハビリテーションを行うユーザが例えば自宅で動作検出センサ３を装着して、手指の運動を行ったとき、上記と同様に測定データが管理装置２に送信される。測定データはユーザ毎に蓄積されていく。そこで、管理装置２は、蓄積された測定データに基づいて指の動きの経時的な変化を解析して、ユーザのリハビリテーションの進捗状況を判定する。

例えば、手の開閉回数が日時毎に蓄積され、日数の経過に伴う開閉回数の変化がわかる。管理装置２の制御部２０は、日数の経過に対する開閉回数の増減に基づいて、リハビリテーションの進捗状況を判定する。日ごとに開閉回数が増えていると、リハビリテーションが適切に行われ、神経障害が順調に回復していると判定できる。

また、ユーザの握力も日々測定できるので、握力の変化をモニタすることにより、リハビリテーションの進捗状況を判定できる。握力が増していくと、筋力が順調に回復していると判定できる。

このように、動作検出装置１がユーザの身近な場所にあれば、いつでもどこでもユーザの指の動きをモニタすることができ、ユーザから離れた場所でユーザの健康状態を見守ることができる。そして、管理装置２は多くの測定データを自動的に収集することができるので、すぐに適切な判定を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。動作検出センサ３に無線通信機能を付加してもよく、動作検出装置１をコンパクトにすることができる。ユーザは動作検出センサ３を常時装着することが可能となる。これにより、指の動作が常時モニタされる。そこで、指の特定の動きをユーザによる所定の操作として登録する。所定の操作は、例えばテレビなどの電化製品の電源オンなどとされる。管理装置２は、指の特定の動きを認識したとき、予め登録された操作を実行する。これにより、動作検出センサ３をリモコンのように活用することが可能となる。

１ 動作検出装置
２ 管理装置
３ 動作検出センサ
４ 通信装置
７ 加速度センサ
８ 触圧センサ
１０ コネクションボックス
Ａ 正中神経支配領域
Ｂ 尺骨神経支配領域
Ｃ 橈骨神経支配領域

Claims (12)

1. ユーザの手指の動きを検出して、測定データを送信する動作検出装置と、
   前記動作検出装置から測定データを受け取って蓄積していき、前記測定データに基づいて手指の動きを解析してユーザの健康状態をモニタする管理装置とを備え、
   前記動作検出装置は、
   正中神経の支配領域での手指の動き、尺骨神経の支配領域での手指の動きおよび橈骨神経の支配領域での手指の動きを検出可能に構成され、
   前記管理装置は、
   前記動作検出装置が検出した前記正中神経の支配領域での手指の動きから正中神経の障害を判定する機能と、
   前記動作検出装置が検出した前記尺骨神経の支配領域での手指の動きから尺骨神経の障害を判定する機能と、
   前記動作検出装置が検出した前記橈骨神経の支配領域での手指の動きから橈骨神経の障害を判定する機能と、
   前記正中神経の支配領域、前記尺骨神経の支配領域および前記橈骨神経の支配領域における手指の動きから中枢神経系の障害を判定する機能とを備え、
   中枢神経系、正中神経、尺骨神経または橈骨神経の障害に関する判定として、脊椎変性疾患による骨棘、椎間板ヘルニア、脊椎靭帯骨化症などによる圧迫性や外傷による脊髄障害の診断および重症度判定、ならびに脊髄変性疾患、脳血管障害、その他の中枢神経系の疾患、または正中神経、尺骨神経もしくは橈骨神経の疾患による手の障害の診断および重症度判定を行う、ことを特徴とする健康モニタシステム。
2. ユーザの手指の動きとして、母指、小指、示指および中指のうち少なくとも３本の指の動きを検出し、測定データを送信する動作検出装置と、
   前記動作検出装置から測定データを受け取って蓄積していき、前記測定データに基づいて手指の動きを解析してユーザの健康状態をモニタする管理装置とを備え、
   前記管理装置は、
   正中神経の支配領域である前記母指と前記示指または前記中指の動きから正中神経の障害を判定する機能と、
   尺骨神経の支配領域である前記小指の動きから尺骨神経の障害を判定する機能と、
   橈骨神経の支配領域である前記母指と前記示指の動きから橈骨神経の障害を判定する機能と、
   前記正中神経の支配領域、前記尺骨神経の支配領域および前記橈骨神経の支配領域における手指の動きから中枢神経系の障害を判定する機能とを備え、
   中枢神経系、正中神経、尺骨神経または橈骨神経の障害に関する判定として、脊椎変性疾患による骨棘、椎間板ヘルニア、脊椎靭帯骨化症などによる圧迫性や外傷による脊髄障害の診断および重症度判定、ならびに脊髄変性疾患、脳血管障害、その他の中枢神経系の疾患、または正中神経、尺骨神経もしくは橈骨神経の疾患による手の障害の診断および重症度判定を行う、ことを特徴とする健康モニタシステム。
3. 前記管理装置は、蓄積された測定データに基づいて手指の動きの経時的な変化を解析して、ユーザのリハビリテーションの進捗状況を判定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の健康モニタシステム。
4. 前記管理装置は、ユーザが物体を握ったときの測定データと握られた物体の物理的特性とに基づいて握力を検出する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の健康モニタシステム。
5. 前記動作検出装置は、指が動いたときの指の加速度を検出する加速度センサと、指が物体に触れたときの圧力を検出する触圧センサとを有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の健康モニタシステム。
6. 前記触圧センサは、指が変形する動作における指の変形量を検出する、ことを特徴とする請求項５に記載の健康モニタシステム。
7. 前記加速度センサは、物体を握る動作、指の曲げ伸ばし動作または指が物体に触れる動作における加速度、もしくは指の動く方向を検出する、ことを特徴とする請求項５または６に記載の健康モニタシステム。
8. 前記正中神経、前記尺骨神経または前記橈骨神経の疾患は、正中神経障害、尺骨神経障害または橈骨神経障害のいずれかである、請求項１〜７のいずれかに記載の健康モニタシステム。
9. 前記正中神経障害は、手根管症候群である、請求項８に記載の健康モニタシステム。
10. 前記尺骨神経障害は、肘部管症候群である、請求項８に記載の健康モニタシステム。
11. 前記動作検出装置が検出した指の動きが特定の動きであると認識した場合、予め登録された操作を実行する機能をさらに有する、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の健康モニタシステム。
12. 前記予め登録された操作として、電化製品の電源のオン操作を実行可能に構成された、ことを特徴とする請求項１１に記載の健康モニタシステム。

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