JP6709617B2 - 運動機能測定用センサ及び運動機能測定システム - Google Patents

Description

本発明は、被験者の指の運動機能を測定するための運動機能測定用センサとそれを用いた運動機能測定システムに関する。

パーキンソン病や脳梗塞などの病気の患者は、運動機能障害を発現させることがある。したがって、当該患者の運動機能をなるべく正確に把握することが必要である。

これに関し特許文献１には、被験者（当該患者など）の手の親指と人差し指にそれぞれ運動機能測定用センサを取り付け、被験者にそれらの指の開閉運動（タッピング動作）を行わせる方式が提案されている。この方式では、一方のセンサに交流電流を流すことで磁場を発生させ、他方のセンサに発生する誘導電流の大きさから指の開閉運動の速度、加速度などを解析することで、被験者の運動機能を測定するものである。

また特許文献２には、運動機能測定用センサを被験者の指に取り付ける際の装着感を考慮し、磁場発生および磁場検知を行うコイル基板の全体を樹脂で覆うとともに、被験者の指に樹脂バンドにより取り付ける構造が提案されている。

特開２００８−２４６１２６号公報 特開２０１１−１９３９０５号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示されたセンサの取り付け構造では、センサを被験者の指に取り付ける際の装着や脱着の作業性についてまだ改善すべき点が挙げられる。特許文献１では、センサを粘着シートを介して被験者の指の爪側に取り付けているが、指のタッピング動作時、センサが粘着シートから剥がれる恐れがある。逆に粘着の強度を上げると剥がし難くなる。

また特許文献２では、センサを樹脂バンドで被験者の指の周りに取り付けているが、各々バンドの取り付け操作が必要であり、被験者自身で取り付けることは困難である。また、樹脂バンド方式でのタッピング動作では指の腹側に位置する樹脂バンド同士が接触して、測定信号にバンドの接触による不要なノイズを含む場合がある。なぜなら、被験者の運動機能を正確に解析するためには、露出した指が直接接触することによる信号波形を取得するのが望ましいが、指の腹を樹脂バンドで覆う方式ではこれが困難になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、センサの指への取り付け、取り外しが容易であり、かつ、タッピング動作で被験者の指が直接接触可能な運動機能測定用センサを提供することである。

本発明は、被験者の指の運動機能を測定する運動機能測定用センサであって、被験者の第１の指に装着して通電により磁場を発生させるコイル部を有する第１のセンサと、被験者の第２の指に装着して第１のセンサが発生する磁場を検知し、その検知した磁場の強度に応じた大きさの電流を発生させるコイル部を有する第２のセンサと、を備え、第１のセンサと第２のセンサは、それぞれ、第１の指と第２の指に装着するための指サックを有する。指サックは、第１のセンサと第２のセンサのコイル部を含むセンサ本体を収納するセンサ収納部と、第１の指と第２の指の関節付近位置を周回して指に装着する指装着部とを有し、センサ収納部と指装着部は一体に成形されていることを特徴とする。

本発明によれば、センサの指への取り付け、取り外しが容易であり、かつ、タッピング動作で被験者の指が直接接触可能となり、運動機能の正確な解析が可能となる。

本実施例における運動機能測定システムを示す全体構成図である。 センサとケーブルの接続を示す図である。 センサの外観を示す斜視図である。 センサ本体の構造を示す図である。 指サックの構造を示す図である。 センサを指に取り付けた状態を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。運動機能測定システムでは、具体的には、被験者に対して、できるだけ早く手の親指と人差し指を開閉させる指タッピング動作を行うように指示し、このときの指の運動をセンサで検知し、被験者の運動機能を測定するものである。

図１は、本実施例における運動機能測定システムを示す全体構成図である。運動機能測定システムは、運動機能測定用センサ１ａ（磁場検知用）、１ｂ（磁場発生用）、運動機能測定装置２、および解析装置３を備えて構成される。以下、「運動機能測定用センサ」は単に「センサ」と呼ぶ。また、センサ１ａ（磁場検知用）とセンサ１ｂ（磁場発生用）は１つの運動機能測定用センサをなし、それらの機能を特に区別しないときは「センサ１」と称する。

センサ１ａ、１ｂは、被験者の手の２本の指（例えば、親指と人差し指）それぞれに装着される。センサ１ａは磁場検知用、センサ１ｂは磁場発生用であり、センサ１ａには両者間の距離に応じた検出信号が発生する。センサ１の構造については後述する。センサ１は信号伝送用のケーブル４と接続され、ケーブル４はコネクタ５により運動機能測定装置２に接続されている。

運動機能測定装置２は、交流電流発生部２１、電流検出部２２、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部２３を備え、それらは具体的には各種電子回路などによって実現される。交流電流発生部２１は、所定周期の交流電流を発生する。電流検出部２２は、ケーブル４およびコネクタ５を介してセンサ１ａからの電流を検出する。Ａ／Ｄ変換部２３は、電流検出部２２で検出した電流の値をデジタル信号に変換し、解析装置３に出力する。なお、運動機能測定装置２には、上記構成のほかに、アンプ回路、位相調整回路、ＬＰＦ（Low-Pass Filter）回路などを必要に応じて適宜設けるものとする。

解析装置３はコンピュータ装置であり、Ａ／Ｄ変換部２３から送られたデジタル信号をもとに、被験者の運動機能を解析する。

ここで、センサ１、運動機能測定装置２、解析装置３の動作の概要について説明する。なお、被験者はセンサ１ａ、１ｂを二指に装着し、指タッピング動作を行っているものとする。

まず、運動機能測定装置２の交流電流発生部２１は、特定の周波数（例えば、２０ｋＨｚ等）を持つ交流電流を発生させる。その交流電流は、コネクタ５、ケーブル４を介してセンサ１ｂに供給される。

交流電流の供給を受けたセンサ１ｂは磁場（磁界）Ｈを発生させ、その磁場は絶えず変化する。その磁場の変化による電磁誘導によって、センサ１ａには誘導電流が発生する。なお、その誘導電流の大きさは、センサ１ａ、１ｂ間の距離に依存し、距離が小さいほど誘導電流の値は大きくなる。

電流検出部２２は、センサ１ａにて発生した誘導電流を、ケーブル４およびコネクタ５を介して検出し、その情報をＡ／Ｄ変換部２３に渡す。Ａ／Ｄ変換部２３は、電流検出部２２から受け取った情報（誘導電流のアナログ信号）の波形データを、所定のサンプリング周波数でデジタル信号の波形データに変換し、その変換したデジタル信号を解析装置３に送信する。

解析装置３は、Ａ／Ｄ変換部２３から受信したデジタル信号に基づいて、被験者の運動機能についての解析を行う。具体的には、指の開閉運動の速度と加速度を定量化し、単位時間当たりのタッピング回数を求める。そして、これらの解析結果を用いて被験者の運動機能を総合的に評価する。

図２は、センサ１とケーブル４の接続を示す図である。２個のセンサ１（１ａ，１ｂ）は、信号伝送用のケーブル４に接続され、ケーブル４の端部には運動機能測定装置２に接続するコネクタ５が取り付けられている。通常は、センサ１からコネクタ５までを一体として扱われる。

図３は、センサ１の外観を示す斜視図であり、指の関節側から見た図である。本実施例のセンサ１は、センサ本体１０を指サック１００で保持し、指サック１００を被験者の指に装着する方式とした。センサ本体１０は磁場検知または磁場発生の機能を有する部分であり、詳細は後述する。

指サック１００は、センサ本体１０を収納するセンサ収納部１１０と、センサ１を被験者の指に装着する指装着部１２０とが一体で構成されている。指サック１００は、シリコーンゴム等の柔軟性を有する材料からなり、センサ収納部１１０と指装着部１２０とが一体で成形加工されたものである。センサ収納部１１０に収納したセンサ本体１０は、センサ本体１０に設けたピン１４により指サック１００の所定の位置に位置決め固定される。指装着部１２０は、指関節付近部が指挿入のために開口し指周回部１２１を有している。

図４は、センサ本体１０の構造を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ方向側面図である。（ａ）に示すように、センサ本体１０は、コイル基板１１（破線で示す）上にコイル部１２を形成し、コイル部１２の端部はケーブル４に接続される。これらは樹脂１３で覆われた構造となっており、樹脂１３の上面側には位置決め用のピン１４を形成している。このようにコイル基板１１とコイル部１２を樹脂１３で覆うことにより、コイル基板１１等の腐食や損傷を防止するとともに、センサ本体１０の強度を高めることができる。

コイル基板１１には、例えばガラスエポキシ基板を用いて、この上にコイル部１２として、磁場発生または磁場検知用に複数層のコイルを積層している。ピン１４は樹脂１３の一部からなり、薄型円板状の土台に球形の突起が設けられた形状としている。ピン１４は、センサ本体１０を指サック１００のセンサ収納部１１０に対して位置決め固定するためのものである。

図５は、指サック１００の構造を示す図で、（ａ）は背面斜視図、（ｂ）は前面斜視図、（ｃ）は背面図、（ｄ）はＢ−Ｂ断面図である。ここではセンサ本体１０を挿入する前の指サック１００の状態を示し、背面とは指に装着したときの指関節付近部を、前面とは指に装着したときの指先側を意味する。

（ａ）（ｃ）のように、指サック１００はセンサ収納部１１０と指装着部１２０が一体で構成されている。センサ収納部１１０においては、センサ本体１０を背面側から挿入して収納する収納室１１１を有し、またセンサ収納部１１０の上面には、センサ本体１０を挿入するときにセンサ本体１０に設けたピン１４を通過させるスリット１１２と、ピン１４の位置決め固定を行うピン受穴１１３を形成している。本実施例では、センサ収納部１１０と指装着部１２０が一体で成形されているので、取り扱いが容易で、かつ耐久性に優れたものとなる。

指装着部１２０においては、被験者の指を挿入して指に装着する部分であるリング状の指周回部１２１を有し、この指周回部１２１は背面側（挿入側）の端部のみに形成したことに特徴がある。具体的には、指周回部１２１は指の腹側の第１関節付近に合わせるのが好ましい。そして、指装着部１２０の内周面には指の長手方向に延びる隆起したリブ１２２を複数個所（本例では３か所）に形成したことに特徴がある。

被験者の指のサイズ（外径）は個人差があるので、指周回部１２１のサイズ（内径）は複数通り（例えばＬ，Ｍ，Ｓサイズ）のものを用意する。しかし、被験者の指サイズが指周回部１２１のサイズと多少異なっていても、指装着部１２０には伸縮可能な材料を用いているので大きさの違いを吸収することができる。また、指装着部１２０の内周面にリブ１２２を形成したことで、指周回部１２１が被験者の指に安定に固定され、タッピング動作中にセンサ１が指の周りに回転したり指の長手方向にずれることを防止する効果がある。

（ｂ）は前面の形状を示すが、指装着部１２０の前面には指先に接触するストッパ１２３を設け、またその中央部には爪通し穴１２４を形成している。ストッパ１２３を設けることで、センサ１（指サック１００）を取り付けるときの指の長手方向の位置決めを容易に行うことができる。ストッパ１２３は指先の形状に近い曲面状とし、また爪通し穴１２４を有することで、センサ１を指に装着したときに、被験者は快適なフィット感を得ることができ、爪や皮膚が傷つくことを防止できる。

（ｄ）は指サックのＢ−Ｂ位置断面図であり、これを指６０（破線で示す）に装着した状態を示す。指装着部１２０は指６０の腹側を全面覆うのではなく、指の第１関節６０ｄ近傍に指周回部１２１を位置させることで、指サック１００を安定に指に固定することができる。また、指の腹６０ｃに対向する部分を切欠いた形状１２５としているので、指の腹６０ｃの部分は露出しており、タッピング動作時には２本の指の腹と腹とを直接接触させることができる。指先６０ａはストッパ１２３と接触して指先方向の位置が規制され、指の爪６０ｂは爪通し穴１２４を設けているので、装着時に爪が邪魔になることはない。また、指サック１００には伸縮可能な材料を用いているので、指サック１００を引っ張ることで指に負担をかけることなく容易に取り外すことができる。

図６は、センサを指に取り付けた状態を示す図で、（ａ）は人差し指６１に装着した場合、（ｂ）は人差し指６１と親指６２に装着した場合である。被験者はセンサ１（１ａ、１ｂ）の指装着部１２０を少し引っ張った状態で検査する手６の指６１、６２に被せることで、センサ１を容易に取り付けることができる。その際、センサ１のセンサ本体１０は指の爪側に位置するように取り付けることで、指６１、６２の腹は指装着部１２０から露出した状態となる。

（ｂ）のように、センサ１ａとセンサ１ｂとをそれぞれ人差し指６１と親指６２に装着し、被験者は指のタッピング動作（矢印方向の開閉運動）を行う。その際、人差し指６１の腹６１ｃと親指６２の腹６２ｃは指サックから露出した状態なので、直接接触することができる。よって、指装着部１２０同士が衝突することによる不要なノイズが測定信号に混入することがない。その結果、本実施例のセンサおよびそれを用いた測定システムによれば、被験者の運動機能を正確に解析することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲で実施することができる。例えば、センサ１を取り付ける指は、親指と人差し指に限定されることなく、中指等の他の指であってもよい。

また、指サック１００の材料はシリコーンに限定されず、伸縮性、軟度、強度、耐久性、耐水性、生体安全性、温度特性（温度が多少変化しても伸縮性等があまり変わらないことなど）などの点でほぼ同等以上のものであれば、他の材料であってもよい。その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１：運動機能測定用センサ（センサ）、
１ａ：センサ（磁場検知用）、
１ｂ：センサ（磁場発生用）、
２：運動機能測定装置、
３：解析装置、
４：ケーブル、
５：コネクタ、
６：被験者の手、
１０：センサ本体、
１１：コイル基板、
１２：コイル部、
１３：樹脂、
１４：ピン、
２１：交流電流発生部、
２２：電流検出部、
２３：Ａ／Ｄ変換部、
６０，６１，６２：被験者の指、
６０ａ：指先、
６０ｂ：指の爪、
６０ｃ，６１ｃ，６２ｃ：指の腹、
１００：指サック、
１１０：センサ収納部、
１１１：収納室、
１１２：スリット、
１１３：ピン受穴、
１２０：指装着部、
１２１：指周回部、
１２２：リブ、
１２３：ストッパ、
１２４：爪通し穴、
１２５：切欠き。

Claims (5)

1. 被験者の指のタッピング運動機能を測定する運動機能測定用センサであって、
   前記被験者の第１の指に装着して通電により磁場を発生させるコイル部を有する第１のセンサ体と、
   前記被験者の第２の指に装着して前記第１のセンサ体が発生する磁場を検知し、その検知した磁場の強度に応じた大きさの電流を発生させるコイル部を有する第２のセンサ体と、を備え、
   前記第１のセンサ体と前記第２のセンサ体は、それぞれ、前記第１の指と前記第２の指の指先から第１関節付近にかけて装着するための指サックを有し、
   前記指サックは、前記第１のセンサ体と前記第２のセンサ体の前記コイル部を含むセンサ本体を収納するセンサ収納部と、前記第１の指と前記第２の指に装着する指装着部とが一体に成形され、
   前記指装着部は、前記第１の指と前記第２の指の第１関節付近を周回する指周回部と、前記第１の指と前記第２の指の最先端部に接触するストッパ部と、タッピング運動時に前記第１の指の腹と前記第２の指の腹とを直接接触させるよう前記指周回部から前記ストッパ部の間に設けた切り欠き部を有することを特徴とする運動機能測定用センサ。
2. 請求項１に記載の運動機能測定用センサであって、
   前記指サックの前記指装着部の内周面には、指の長手方向に延びる隆起したリブを複数個所に形成したことを特徴とする運動機能測定用センサ。
3. 請求項１に記載の運動機能測定用センサであって、
   前記指サックの前記指装着部の指先側には、前記ストッパ部とともに、該ストッパ部には指の爪を通す爪通し穴を設けたことを特徴とする運動機能測定用センサ。
4. 請求項１に記載の運動機能測定用センサであって、
   前記第１のセンサ体と前記第２のセンサ体の前記センサ本体には、前記センサ本体の収納時の位置決めを行うためのピンを有し、
   前記指サックの前記センサ収納部には、前記センサ本体を挿入するときに前記ピンを通過させるスリットと、前記ピンの位置決め固定を行うピン受穴を形成したことを特徴とする運動機能測定用センサ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の運動機能測定用センサを用いる運動機能測定システムであって、
   前記運動機能測定用センサとケーブルにて接続された運動機能測定装置を備え、
   前記運動機能測定装置は、
   前記第１のセンサ体に供給する交流電流を発生させる交流電流発生部と、
   前記第２のセンサ体が発生した電流を検出する電流検出部と、
   を有することを特徴とする運動機能測定システム。

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