JP7336794B2 - 診断及び治療を行うための理学療法及びリハビリテーションロボットの人工知能ベースのアルゴリズム - Google Patents
診断及び治療を行うための理学療法及びリハビリテーションロボットの人工知能ベースのアルゴリズム Download PDFInfo
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Description
本発明は、診断及び治療の両方を行うための理学療法及びリハビリテーションロボットのために開発された人工知能ベースのアルゴリズムに関する。
ロボットリハビリテーションに使用されるシステムは、治療目的に実質的に使用される。院内で行われる、従来の診断方法において、患者の関節可動域をマイター(ゴニオメータ)により測定し、クランプ力をダイナモメータにより測定する。関節力及びトルクは、測定されない。診断段階において、医師が経験する困難の一つは、バイオメカニカルパラメータ(関節可動域及び関節力/トルク)が完全には測定されないことである。これは、治療プロセスを記録し、患者の進展を追跡する点で問題である。更に、患者は、医師が受け入れる患者の日数や人口密度が限られているため、後日、予約する。治療に時間と費用がかかること、治療センターへの患者のアクセスが困難であること、理学療法士が反復動作を含む運動において同じ条件を手動で適用することができないことなどが、他の問題点の中でも考えられる。
(発明の概要)
本発明においては、情報及びルールベースの方法で動作する人工知能に基づいたインテリジェント制御構造であって、統計的技法を使用し、四肢の力及び関節可動域の欠損の度合いを決定し、臨床における従来の診断方法の代替として運動方法及びパラメータを決定する、インテリジェント制御構造が開発された。関節可動域及び関節の力の値は、本構造によって完全且つ正確に測定される。運動及び力の値の範囲において欠損している患者は、固有値を有する健康な人間のデータベース、相関分析ユニット、回帰分析ユニット、及びバイオメカニカルパラメータ抽出ユニットによって決定される。運動の種類及び運動パラメータは、それらの欠損及び患者のバイオメカニカル測定結果を使用する独自に開発された治療運動データベースによって決定される。この決定された運動情報は、モバイルアプリケーションを介して専門家に送信される。従って、本システムが、全ての測定と決定のプロセスを実行する。
本発明の目的は、理学療法及びリハビリテーションにおいて診断を実行するための人工知能ベースのアルゴリズムであって、バイオメカニカルパラメータを使用して運動方法及びパラメータを決定し、統計的技法が使用される人工知能ベースのアルゴリズムを形成することである。
図1は、本発明に係るシステムのブロック図である。
1.ユーザ情報
2.ロボット
3.中央処理ユニット
4.健康な人間のデータベース
5.相関分析ユニット
6.回帰分析ユニット
7.バイオメカニカルパラメータ抽出ユニット
8.運動療法データベース
9.慣用コントローラ
10.モバイルアプリケーション
11.クラウドデータベース
本発明は、バイオメカニカルパラメータを測定することを可能にする、情報及びルールベースの方法で動作する人工知能ベースのシステムであって、統計的技術が理学療法及びリハビリテーションにおける診断を実行し、運動方法及びパラメータを決定するために使用され、中央処理ユニット(3)、ロボット(2)、ユーザユニット(1)、健康な人間のデータベース(4)、相関分析(5)、回帰分析(6)、バイオメカニカルパラメータ抽出ユニット(7)、運動療法データベース(8)、慣用コントローラ(9)、モバイルアプリケーション(10)、及びクラウドデータベース(11)ユニットを含む、人工知能ベースのシステムである。
本発明は、バイオメカニカル測定結果を用いて理学療法及びリハビリテーションロボットが診断及び治療を行うことを可能にする人工知能ベースのアルゴリズムであり、システムに含まれる他の周辺ユニットから、及びこのアルゴリズムによって制御されるロボット(2)から受信する情報を用いて関節可動域及び/又は強度/トルクの欠損を識別する管理ユニットである中央処理ユニット(3)を含む。
Claims (8)
- 患者のバイオメカニカル測定結果を使用して診断及び治療を行うための理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースのシステムであって、
中央処理ユニット(3)と、
ユーザユニット(1)と、
健康な人間のデータベース(4)と、
相関分析ユニット(5)と、
回帰分析ユニット(6)と、
バイオメカニカルパラメータ抽出ユニット(7)と、
運動療法データベース(8)とを含み、
前記中央処理ユニット(3)は、データ通信を実行し、システム内の前記ロボット(2)及び他の周辺ユニットから受信する情報を使用して関節の可動域及び/又は強度/トルクの欠損を決定する管理ユニットであり、
前記ユーザユニット(1)には、前記システムのユーザによって、前記患者のプロファイル情報及び/又は身体情報が入力され、
前記健康な人間のデータベース(4)には、前記システムにおいて前記診断のプロセスを実行するために、前記システムへのデータ入力がされた健康な人間のバイオメカニカルパラメータが含まれており、
前記相関分析ユニット(5)は、前記健康な人間のデータベース(4)内の従属変数に有効な独立変数を決定し、
前記回帰分析ユニット(6)は、前記相関分析ユニット(5)から受信される選択された独立変数と前記従属変数との間の数学的関係を形成する方程式の因子の因子行列を計算し、
前記バイオメカニカルパラメータ抽出ユニット(7)は、回帰分析ユニット(6)から受信した因子行列と、中央処理ユニット(3)から受信した患者プロファイル情報及び/又は身体情報とを使用することによって、必要なバイオメカニカルパラメータを決定し、
前記運動療法データベース(8)は、前記中央処理ユニット(3)によって特定された強度/トルク及びJRM欠損パーセンテージに従って運動の種類及びパラメータを割り出すことができるとともに、運動の種類と、当該運動を実行するためのシチュエイションに関する情報とを含む、
理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースのシステム。 - 運動療法データベース(8)を含み、
前記運動療法データベース(8)は、各セットに適用される関節可動域及び強度の値を含んでいる、
請求項1に記載の理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースのシステム。 - 慣用コントローラ(9)を含み、
前記慣用コントローラ(9)は、運動の種類及びパラメータに従って適切なコントローラを選択し、必要なトルクの値を計算し、それらをモータドライバに送信する、
請求項1に記載の理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースのシステム。 - インターネットを介してアクセス可能なクラウドデータベース(11)を含み、
前記クラウドデータベース(11)は、前記システムの各前記ユニットの全てのデータを含んでいる、
請求項1~3のいずれか1項に記載の理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースのシステム。 - 患者、専門家及びロボット間の前記通信を実行するためのモバイルアプリケーション(10)を含む、
請求項1~4のいずれか1項に記載の理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースのシステム。 - -前記システムのユーザによってユーザユニット(1)に入力される患者の情報と、中央処理ユニット(3)により操作されるロボット(2)によって実行される位置及び強度データに関するバイオメカニカル測定結果とを受信するステップ、
-健康な人間のデータベース(4)の従属変数を相関分析ユニット(5)に送信し、従属変数よりも有効である独立変数を、前記相関分析ユニット(5)で実行される相関分析によって決定し、決定した独立変数を回帰分析ユニット(6)に送信するステップ、
-前記選択された独立変数と従属変数との間の関係を構成する部分回帰因子の形を成した因子行列を計算するステップであって、前記回帰分析ユニット(6)によって前記因子行列をバイオメカニカルパラメータ抽出ユニット(7)に送信するステップ、
-前記中央処理ユニット(3)により受信された前記患者の情報と前記回帰分析ユニット(6)から受信された因子行列とを用いることで通常の状況下においてあるべき強度/トルク及びJRM欠損パーセンテージ、並びにバイオメカニカル測定結果を決定するステップであって、当該決定した内容を、前記バイオメカニカルパラメータ抽出ユニット(7)によって前記中央処理ユニット(3)に送信するステップ、
-前記バイオメカニカルパラメータ抽出ユニット(7)から受信された所要の生体測定パラメータの値から前記ロボット(2)によって測定される前記患者のバイオメカニカル測定値を抽出し、これにより、前記中央処理ユニット(3)によってバイオメカニカルパラメータの欠損パーセンテージを決定するステップ、
-前記中央処理ユニット(3)によって特定された前記強度及びJRM欠損パーセンテージ並びにバイオメカニカル測定結果を、運動療法データベース(8)に送信するステップ、
-欠損パーセンテージ及びバイオメカニカル測定値に基づいて、適用されるべき運動の種類を決定するとともに、前記運動療法データベース(8)内の患者の測定結果に基づいて、運動のパラメータを決定するステップ、
-前記中央処理ユニット(3)により、前記運動療法データベース(8)から実行されるべき前記運動の種類及びパラメータの情報を受信することによって、モバイルアプリケーション(10)を介してクラウドデータベースを超えて、前記運動の種類を患者情報とともに専門家に送信するステップ、
の上記した各ステップを含む、
請求項1~5のいずれか1項に記載のシステムによって実現されるのに適した理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースの方法。 - -前記専門家から受信された承認又は訂正された運動に関する情報を、前記中央処理ユニット(3)によって慣用コントローラ(9)に送信するステップ、
-前記承認又は前記訂正に従って前記慣用コントローラ(9)の適切な制御方法を選択し、モータトルク値を計算し、且つ当該モータトルク値をモータドライバに送信するステップ、
の上記した各ステップを含む、
請求項6に記載の理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースの方法。 - 前記慣用コントローラ(9)によって運動方法及びパラメータに従って運動制御サインを前記ロボット(2)に送信するステップ、
を含む、
請求項7に記載の理学療法及びリハビリテーションロボット(2)のための人工知能ベースの方法。
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