JPH04500325A - 特に脊柱側湾症に用いる自動式のオペラント自己トレーニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 特旦Ｉ」■１九症ぶｌ□ ｍのオペランド　トレーニン　− を匪匹背景 １　二且四丘！ 本発明は、オペランド自己トレーニング用の自動装置を用いたバイオフィードバ ック・トレーニング技術、とりわけを柱側湾症（背骨の異常湾曲障害）の患者に 装着する医療用器具に係る。

２、可１技末ム説朋 本発明は、広義には、オペランド自己コントロール法として知られている心理療 法の分野の技術に係る。

この治療分野の参考資料として、１９８７年３月発行の雑誌二　店の　、第２巻 、２４１頁から２４７頁に記載されたとエール氏とレグリス氏による「患者の自 発的な応答を自動診断処理して矯正を行なう技術」がある。この記事は、鳩に標 的を突かせ、鳩が標的を突くたびに鳩に餌を与えてその行動に報いる鳩のトレー ニング法について説明している。本発明の方法は、鳩に標的を突かせる先の方法 に似て操作する者にやり甲斐を感じさせる（向上心を促す）方法であり、「オペ ランド自発的行動」による「矯正治療」と称されている。

治療対象者は、向上心を鼓舞されて絶えず見返りを得ようと努めるようになる。

先のビニール氏とレグリス氏の記事によれば、標的の大きさは徐々に小さくされ 、鳩はその標的を見つけるための努力をするようになる。こうした鳩の動作は、 マイクロコンピュータに接続された２台のテレビカメラを用いて記録されている 。この記事の結論は、「訓練中に行なわれる習慣的な学習効果は主に質的な要素 が大きく、意図的に簡単に行なわれるものではない、１．」ということである。

改良されたマイクロコンピュータ制御の自動式オペランド自己矯正法およびこれ に用いる装置は、他の様々な分野にも応用できるものと思われる。例えば、骨格 ／筋肉を強化する人間の身体のリハビリトレーニングの分野では、患者の歩行訓 練を行ない足取りを矯正するのに利用することもできる。また、手術に伴って自 発呼吸でなく機械呼吸の施されていた患者が術後に行なう、患者自身の自発的呼 吸のトレーニング用にも使用することができる。あるいは、血圧や心筋の律動運 動のように内臓器官の機能を改善する生体フィードバックのトレーニング機器と しても利用できる。医療分野以外にも、スポーツの運動能力の向上を図ったり、 「細かい動き」の作業、すなわちキーボード入力操作の練習のような手作業に伴 うオペランド応答トレーニングにも活用することができる。

実施例では、特発性疾患のを柱側湾症の治療例に基づいて本発明を説明している 。このを柱側湾症は、背骨が横向きに湾曲変形する病気である。特発性疾患のを 柱側湾症は、調査によると成人の２乃至４％の人が患っており、その中でも女性 が８０％を占めている。この疾患者の少なくとも６％の人は体幹が既に変形して おり、成長に伴って病状がさらに悪化している。こうした疾患に対しては、患者 の身体にミルウオーキ一式プレース等の整形用プレースを装着して矯正を行なう のが通常の治療法である。プレースは患者の胸から首にかけて装着されている。

プレースは１日当たり２３時間は装着しておく必要があり、装着日数も１週間当 たり７日間にも及び、これを２年から４年もの間続けなければならない。若い女 性はそうしたプレースの装着を嫌い、人によっては装着を拒否したり装着を怠る 人もいる。身体へのプレースの装着はこのように患者に忍耐を強要する欠点があ った。

さらに、プレースの装着によって体幹動作が制限されるため１体幹筋力が弱まっ たり筋肉の萎縮を起こすこともある。プレースから常に圧力が加わり、これが原 因となってプレースの接触している胸郭または軟組織に変形を生じることがある 。

ニール・ミラー氏とバリー・ドーキン氏に付与され、ロックフェラー大学に譲渡 された米国特許第４，０５５．１６８号、および１９８５年４月発行のｌ巳且学 り立ヱ主二宇会葛、第８２巻、２４９３頁から２４９７頁に記載されたドーキン 氏、ミラー氏その他の者による「特発性を柱側湾症の治療のための行動方式」の 記事を引用することができる。これら引用技術は、特発性を柱側湾症の治療用の 姿勢トレーニング装置を明らかにしている。引用例の装置では、一方のケーブル （胴体の吊り紐）を患者の胸部の廻りに巻きつけて呼吸状態をモニターし、他方 のケーブルは恥骨から頭頂にかけ胴体の縦軸線に沿って巻き付けられている。こ れらケーブルの端部はスライド板に連結されていたり、また回転式電位差計に接 続されている。

姿勢トレーニング装置は、この装置を装着して臨床試験に参加した患者のグルー プの方がプレースを装着した患者のグループに比べて相対的に良い結果を得てい るが、この種のトレーニング装置は未だ商業規模で生産されていない。

本　日の目　および。

本発明の目的は、治療対象物の応答動作を自動的に入手し、治療の状態を自動的 且つ適切にコントロールすることのできる、バイオフィードバック・オペランド ・トレーニングに使用することのできる方法と装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、バイオフィードバックを、強化因子のフィードバック密度 のコントロールを行なうプログラムにより調節し、強化因子が陰性であれば、バ イオフィードバックにより強化因子を治療対象の上限値と下限値の許容範囲内に 収まるよう調節することのできる方法と装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、可変基準値に応じてフィードバックをコントロール し、基準値の調節量が患者からの応答をトラッキングする一方、このトラッキン グ密度を選択できるようにすることにある。

本発明の別の目的は、特発性を柱側湾症の治療用姿勢トレーニング装置の実施例 において、患者が自由に動（ことができ　ブ１ノースがきつすぎたり窮膠な感じ を磨者に与えることがなく、悪い姿勢の警告信号が患者にとって素直に受け入れ られ、しかも一連の陽性強化因子を的確にプログラムすることが可能であり、ま た許容姿勢の基準値の一連の変化をプログラムしておいて矯正されたかまたは矯 正が不十分である場合に陰性強化因子を告知し、患者が徐々に姿勢を矯正してい けるようにすることにある。

本発明の特徴は、患者に装着する装置を用いてバイオフィードバック・オペラン ド・トレーニングすることのできる方法と装置を提供することにある。本発明の 方法は、時間間隔をおいて、変動し且つ患者が努力してコントロールできる胴体 機能の変数Ｒを測定する段階を備えている。例えば、時間間隔は１秒間のサンプ リング時間である。測定値はディジタルデータに変換され、このディジタルデー タは装置内部のマイクロコンピュータに送られる。マイクロコンピュータは、胴 体機能についての可変基準値Ｃを自動的に計算する。

マイクロコンピュータは、胴体機能Ｒが可変基準値Ｃに一致しない場合、患者に フィードバックされる刺激の大きさをコントロールする。Ｃが上限と下限の範囲 内にあって、ＲがＣを越える場合には基準値Ｃを高い値に、またＲがＣより小さ い場合には基準値Ｃを低い値に自動的に調節するようにしである。変数Ｒは、計 算でめた２つの可変胴体機能の複合要素、すなわち、呼吸動作のような自然な胴 体機能、および無意識にコントロールできる胴体機能と意識的にコントロールで きる胴体機能の複合要素である。

本発明の他の特徴は、特発性を柱側湾症の患者の治療に用いる携帯装置を提供で きることにある。この装置は患者に装着され、バイオフィードバック理論を用い て患者の姿勢を直すことができる。装置は、患者の胸部の廻りに取り外し可能に 巻き付けて呼吸状態（ＲＥＳ）を測定する一方のケーブルと、患者の胴体に縦に 巻き付けられ背骨の長さを測定する他方のケーブルとを備えている。装置はケー ブルに連結された２つの変換器手段を備え、ケーブルの伸び縮みを検知しこの変 化をディジタル電気信号に変換することができる。変換器にはディジタルコンピ ュータが接続されている。ディジタルコンピュータは、ディジタルプログラムメ モリーと補助ディジタルメモリーを備えている。装置はマイクロコンピュータに より制御される音声発生器等のフィードバック刺激手段を備え、患者に刺激を与 えてトレーニングに励むよう促すことができる。マイクロコンピュータは、サン プリング時期に実際の背骨有効長さＲを計算するコンピュータ手段を備えている 。ここで、Ｒ＝Ｔ−に−ＲＥＳの関係式が成り立つ。Ｔは姿勢を正した時点での 背骨の本来の長さであり、ＫはＴとＲＥＳの結合係数である。前記マイクロコン ピュータは、Ｒ＜Ｃの時にだけ刺激を加える刺激手段のコントロール用手段を備 えている。ここで、Ｃは可変基準値である。またマイクロコンピュータは、Ｒと Ｃの関係に基づいて自動的にＣを調節する調節手段をも備えている。

光団辺要力 本発明によれば、マイクロコンピュータ制御装置が生体機能の変化に自動的に応 答することで、バイオフィードバック・オペランド・コントロール理論を用いて 適切なトレーニングの行なえる方法および装置が得られる。

この装置は、患者の反応を管理する自動トレーニング器具または自動指導器具で ある。ある実施例では、特発性を柱側湾症の治療に用いる患者に装着する姿勢ト レーニング用装置として利用される。装置はバッテリーで作動され、また２本の ケーブルを備えている。一方のケーブルは患者の胸部の廻りに巻き付けて呼吸状 態をモニターし、他方のケーブルは胴体に縦に巻き付けられ背骨の長さをモニタ ーするのに用いられる。それぞれのケーブルは端部が装置に固定され、引っ張る ことのできるケーブル端部はばね負荷式の長さ変換器に接続されている。変換器 としては、回転運動してディジタル信号コンバータとしての働きをするシャフト インコーダが好ましい。

装置は、縦方向の胴体ケーブルでモニターを行ないながら胸部のケーブルでもモ ニターし、呼吸状態を考慮に入れて思考の姿勢を判断している。患者の姿勢が悪 ければ警告を発し、姿勢を正す前の患者の状態を定量化することができる。姿勢 を正さなければ警告信号が発せられろ４この警告信号とし、て　愚者の聴覚に訴 えろ不快な音声が好ましい。

本発明によれば、装置は悪い姿勢の始まりの時期と警告信号の開始時期の間、規 則的に患者の様子を認識するようにプログラムされている。この認識期間は、強 化因子タイマーに蓄積されている患者の良好な姿勢に関する「信頼度」の程度（ 基準内時間）に応じて変えられる。

装置は、強化因子タイマーに記録された患者の「信頼度」に保証のない場合を除 き、悪い姿勢が始まってもすぐに警告信号を発することはない。そうした警告の ための（時間フレームに基づいた）即答信号は、患者にストレスが加わり且つ刺 激的であることによる。よい姿勢をとれば、装置は速やかなフィードバック、す なわち１秒以内の連携時間フレームの下でフィードバックを行なうようにプログ ラムされており、よい姿勢をとっていれば警告信号（陰性強化因子）は速やかに 停止する。装置は、患者が姿勢を崩している間の時間と警告が発せられている間 の時間を自動的にモニターし、これらをメモリーに記憶している。警告時間が長 すぎる場合、例えば１時間の内の１０％の時間帯を越える（６分間を越える）よ うな場合、悪い姿勢の基準値は下限まで減少する（低い基準値Ｌｃ）。これとは 逆に、患者がある時間の間、例えば１時間にわたってよい姿勢でいれば、姿勢基 準値は上限まで増加する（高い基準値Ｕｃ）。高い基準値（ＵＣ）と低い基準値 （ＬＣ）は一定ではなく、ある範明内で変化する。この範囲は、患者の病状に応 １′、て　例えば日々自動的に変えられている。陰性強化因子である音声のトー ンレベルは変化し、患者が姿勢を崩したままの状態で警告に従わなければそのト ーンレベルは上昇する。しかしながら患者がよい姿勢を取り続けるならば「信頼 度」は高まり、すなわちよい姿勢を取り続けた時間の蓄積が行なわれ、患者はた まには前かがみの姿勢、すなわち、あまりよくない姿勢ではあるがこうした姿勢 を取ることも許される。装置は定期的に変動する目標値なるものを準備している 。この目標値は患者の状態に速やかに応答する。具体的に説明すると、患者があ る期間（一時期）、例えば１時間にわたって疲れた状態にある間、基準値は低く 設定されることになる。

区１例囚車グ韮朋 本発明の他の目的および特徴について、添付図面を参照しながら以下の詳細な説 明により明らかにする。

第１図は、本発明の実施例の装置の平面図である。

第２図は、第１図の装置を装着した患者の正面図である。

第３図は、第１図に示した本発明の装置の実施例のブロックにして、一部を斜視 図で示している。

第４図は、第３図の回路の回路図である。

第５図は、ｋ（結合係数）の増減を行なうソフトウェア・ルーチン・ブロック図 である。

、第６図は、Ｃ（基準値）と音声処理の計算を行なうソフトウェア・ルーチン・ ブロック図である。

第７図は、Ｃ（基準値）の増減を行なうソフトウェア・ルーチン・ブロック図で ある。

第８図は、時間を横軸に取って任意の縮尺単位でプロットしたチャート図である 。

第９図は、（装置を使用した場合の）コンプライアンスのソフトウェア・ルーチ ン・ブロック図である。

第１０図は、（動作とコンプライアンス時間を記憶する）記憶保存のためのソフ トウェア・ルーチン・ブロック図である。

λ虱ｑ毘坦皇脛朋 装置の説明 第１図から第３図に示すように、姿勢トレーニング装置１の機械的な構造は、一 方の端部がケース１に連結された２本のケーブル１ｏ、１１を備えている点で米 国特許第４．１５５，１６８号のものに類似している。ケーブル１０は胸部と呼 吸モニターの廻りに取り付けられ、またケーブル１１は、第２図に示すように背 骨の長さを測定するために胴体に縦向きに巻き付けである。

ケーブル１０．１１の各々は、連結したり取り外すことができるように中間部に バックル（図示せず）を備えている。

呼吸測定に伴う胸囲の測定を行なう胸部ケーブル１０は、端部がシャフトインコ ーダ２１に連結されたばね負荷式のボビン２０に巻き付けられている。胴体の長 さを測定する胴体ケーブルも、同じようにシャフトインコーダ２４に連結された ばね負荷式のボビン２２に巻き付けられている。インコーダ２１．２４には回転 シャフトインコーダを使用することが好ましい。こうした回転シャフトインコー ダの（相対回転位置とは異なる）絶対回転位置は、ディスク表面の伝導区域と非 伝導区域を読み取るブラシを用いたグレ一式コードにより変換される。

あるいは、長さをデジタルデータに変換する他の形式の変換器を使用することも できる。シャフトインコーダ２１．２４から出力されるデジタルグレーコード電 気信号は、マイクロコンピュータ２５により通常の二進法に変換される。マイク ロコンピュータには、内部ＦＲＯＭプログラム（プログラム可能な固定記憶装置 ）３２を備えた大容量ソリッドステート集積回路を内蔵するＮＥＣ７５００を使 用することが好ましい。装置１の各電気スイッチ、制御器および出力信号は、内 部マイクロコンピュータ２５に電気的に接続されている。

マイクロコンピュータ２５には、シャフトインコーダ２１．２４、異常認識ボタ ン２６および適正スイッチ２７を経て信号が入力される。

マイクロコンピュータ２５から、聴力式フィードバツり回路２８とインターフェ ースコネクタ２９に信号が出力される。フィードバック回路２８は圧電式音声発 生器とスピーカからなり、また前記インターフェースコネクタ２つにより、例え ばＩＢＭ−ＡＴ等のパーソナルコンビ７、−）？（ｐ（）の本ストコソビ７−々 からデータを入力したり出力することができる。低出力センサー３０はバッテリ ー電源３１の電圧低下を検知する。

異常認識ボタン２６は、ユーザーにより操作することのできる装置ボタンである 。このボタン２６を押せば警告音が止まる。ある期間内、例えば−週間の間に何 回ボタンが押されたかはＲＡＭメモリーによって記憶される。異常認識ボタン２ ６を押せば、マイクロコンピュータ２５はある程度時間を遅らせて警告音を停止 する。この遅延時間は１秒から５秒の範囲が好ましい。こうした遅延時間を設け る理由は、ボタンの操作と警告音の停止までの余裕時間内にユーザー自身に自分 の姿勢を正すように仕向け、異常認識ボタンを押さないで警告音を止められるよ うにしておくことにある。

警告音は、背骨の長さが以下に説明するように基準値に収まればマイクロコンピ ュータにより速やかに止まる。例えば、患者が自分の姿勢を正せば、７告音は２ ００ミリ秒の時間内で、あるいは１秒以内の短時間の内に鳴りやむ。

オペランド自発的応答方法 オペランド自発的応答方法につき、を柱側湾症治療装置との関連の下で詳細に説 明する。この原理は他の応答方法にも応用でき、また２つ以上のインコーダを同 じように組み合わせて操作できることは勿論である。

装置は、インコーダの測定した２つのパラメータのサンプルを入手する。これら パラメータは、ｒＲＥ３１　呼吸と背骨の長さから測定した［ＴＪ″Ｃある。こ れらサンプルは、装置を患者に装着した状態で毎秒当たり少なくとも１回採取す るのが好ましい。

装置により計算される基本方程式は次の通りである。

方程式Ｉ　Ｒ＝Ｔ−Ｋ　−ＲＥＳ この方程式において、ｒＲＪは「計算でめた背骨の長さ」、すなわち呼吸および その他の要素を考慮してその都度測定してめた背骨の長さを表わしている。「Ｔ 」は、補正前の胴体の長さである。ｒＲＥｓＪは患者の呼吸時における胸囲、す なわち患者が呼吸する度に生じる胸部の膨張量を表わしている。ｒＫＪはＴとＲ ＥＳに関係した結合係数であり、以下に説明するように自動的に調節されるノイ ズの割合を表わしている。

Ｋの調節量は、ＴとＲＥ　Ｓ　７５５０から１００の任意スケールの範囲にあれ ば、中間レベルまで、例えば０．５５から０．６５の範囲の値まで減少させるこ とができる。

−例として、背骨の長さに及ぼす呼吸によるノイズの影響を差し引かなければ、 ＲＥＳは（吸気、すなわち吸込み時の）３０の値から（呼気、すなわち吐出し時 の）２０の値まで変化し、これに伴ってＴ（結果的にＲ）は実際の背骨の長さが ５０にも関わらず６８か６６２の範囲で変化する。しかしＫを０．６に設定すれ ば、Ｔの計算値は吸気および呼気に際しても５０（真値）のままである。

マイクロコンピュータは、第５図のソフトウェア・ルーチンに示すように、Ｋの 値を調節するようにプログラムされている。調節量「マイナーエポック」は、プ ログラムにより例えば１０分にセットされている。プロセッサ（マイクロコンピ ュータおよびその入力部）はＲを測定し、Ｒの値をメモリーに記憶する。最高値 （Ｒ大）と最低値（Ｒ小）はメモリーに保存されている。例えば各時間毎の一連 のマイナーエポックを記憶した後、以下の方程式２と３により調節値が計算され る。

合計値は連続するマイナーエポックを通じてのものである。

方程式３　ＳＤ＞１．０であればＫを増やすＳｏ　＜　１　、０であればＫを減 少させる増加量または減少量は予め決められており、約０．０１が好ましい。Ｋ の限界値は０．５から０．８５の範囲に設定されている。

前述したＫの調整値の取扱いについては第５図が明らかにしている。

マイクロコンピュータは、各サンプル毎にＲ（有効長さ）を計算する。サンプル の保存時間は、例えば１秒間である。第６図に示すように、Ｒを計算してトーン 、すなわち装置１のスピーカーから発せられる音声信号のコントロールが行なわ れる。各サンプル毎にＲはｒＣＪに比較される。このＣは許容姿勢を表わす計算 数値である。すなわち、Ｃの値は姿勢のずれを特定する尺度である。Ｃは一定で なく、以下に説明するようにしてマイクロコンピュータにより自動的に調節され る。サンプリングしてＲがＣよりも小さければ、すなわち姿勢がＣの許容限界値 未満であれば、変形姿勢タイマー４０は作動される。ＲがＣよりも大きければ、 すなわち姿勢がサンプリングの期間中に許容範囲内にあれば、適格姿勢タイマー ４１が作動される。警告音が発せられていても、許容姿勢（Ｒ＞Ｃ）であれば音 声は停止する。音声が止まった状態で、しかも許容姿勢（Ｒ＞Ｃ）であれば時間 がカウントされ強化因子タイマー４２に蓄積される。このタイマーのプリセット 最大値は、例えば２０秒にセットされている。様々なタイマー（カウンター）４ ０．４１およびその他のタイマー（カウンター）４５．４６が、マイクロコンピ ュータのプログラムカウント機能をつかさどっている。

他方、Ｒ＜Ｃであり、しかも強化因子タイマー４２に蓄積された強化因子が０時 間であれば警告音が発せられる。すなわち、トーン制御フリップフロップ回路が 起動する。この回路は同時に警告音発生タイマー４４の増分を行なう。その際、 内部ループ５０．２００Ｍ５が（第６図の点線で示すように）作動される。Ｒは 内部ループ５０により再度計算される。Ｒ＞Ｃであれば（許容姿勢）、警告音は 停止する。姿勢が悪いまま放置されれば（、Ｒ＜　（”、　＞　ループはプログ ラムを再開するまでに５回（１秒）にわたり繰り返される。

通常、望ましい治療効果を得るにはどのようにすればよいかについて患者に簡単 な説明がなされる。血圧が高いかまたは低いかについての情報も患者に伝えられ る。

本発明の重要な要素は、許容姿勢の基準値であるＣを自動調節することにある。

Ｃの実際のコントロールおよびその管理は、反応矯正法にとって重要な意味を持 っている。従来のバイオフィードバック装置に見られるようにＣを静的扱えば、 最も効率のよい反応矯正効果は得られない。プログラム式のマイクロコンピュー タは変動する目標値を提供している。すなわちＣは常に変化している。許容姿勢 をなし且つ警告音を発しないようにするための条件は自動的に変化している（調 節されている）。

第７図に示すように、患者が好ましい姿勢を保ち続けたり、好ましい姿勢を保つ のに失敗する状況に応じてＣは変化する。ＲはＣよりも小さくなることがある。

すなわち、（サンプリング期間中、例えば１秒間にわたり測定した姿勢Ｒが可変 基準値Ｃよりも悪い場合）Ｒ＜Ｃとなることがある。Ｒ＜Ｃの時間およびＲ＞Ｃ の時間はカウンター４５．４６に記録される。（Ｃより小さいかまたはＣを上回 る時の）何れの時間も予め決められたタイムリミツトを越えていれば、Ｃは調節 される。カウンター４５．４６　（４７，４８）のタイムリミツトのセット時間 は、どの程度Ｃが変化するか、すなわちＣの漸進的変化を評定して決められる。

好ましいリミットカウンター４５．４６のタイムリミツトは、１０〜３０分の範 囲、好ましくは２０分にセットされている。

カウンター４５．４６のタイムリミツトに達した場合、Ｃは所定量の数値「デル タ」に変化する。例えば、Ｃが０〜１００のスケールにあれば、デルタは１〜５ の範囲、好ましくは１にセットされる。しかしながら。

予め決められた上限Ｃｕ（Ｃの上限）または下限ＣＬ（Ｃの下限）に達すれば、 Ｃは変化しない。例えば、姿勢が１０分間にわたり良好であればリミット４７を 超え、ＣはＣＩＪ　（上限）に等しくなるように１単位にわたり増加調節（増分 ）される。その逆に、リミット４８に達すれば、ＣはＣＬ　（下限）に等しくな るまで、以下に説明するように減じられる。Ｃを調節した後、リミットカウンタ ー４５．４６は元のリミット、すなわち２０分にリセットされる。

許容姿勢を保っている間、所定の調節量デルタは、例えば１単位で十分である。

一定のデルタを用いてのＣの調節により、Ｃは一定した高い評定が加えられる。

例えば、Ｃが７０でスタートすれば、患者は許容姿勢（Ｒ＞Ｃ）の２０のコンシ ステント時間を与えられ、Ｃは９０に調節される。Ｃの増分調節は上限（Ｃ，Ｊ 　）まで、例えば９０まで続けられる。

しかしながら、減少調節時には一定の調節量では不十分な場合がある。一定の減 分量の扱いによると悪い姿勢を誘発することがある。したがって、下限（ＣＵ） に達するまでは、Ｃは以下の方程式により減少調節（減分）される。

方程式４　Ｃ−Ｒ＞デルタであれば、 デルタにより減分 方程式５　Ｃ−Ｒ＜デルタであれば、 ＣをＣ＝　Ｒ＋　ｅ　（ｐｓｉｌｏｎ）として計算方程式４のように、Ｃが７０ からスタートしＲの測定値が６５であり、しかもデルタが１であれば、Ｃ−Ｒ（ ５）＞デルタ（１）が成立し、Ｃの減分調節量は１であり、Ｃは６４となる。方 程式５のように、Ｃが７０からスタートしＲの測定値が６９であれば、Ｃ−Ｒ（ １）＝デルタ（１）が成立し、減分はデルタでな（ｅ　（ｐｓｉｌｏｎ）となる 。この値は一定してるがデルタよりは小さく、例えば１／２である。Ｃは６９． ５に調節され、また悪い姿勢を続けてもこれが強化因子と認められなければＲは Ｃ以下に保たれ、引き続き警告が行なわれる。基準調節減分値ＣがＲよりも小さ くなったり、Ｒに等しくなることはない。従って、Ｃの調節が悪い姿勢に関わる 強化因子として機能することはない。

第８図において、１秒間の時間ｔにわたるサンプリングにより測定してめたＲの 曲線は、非直線的に漸増している。Ｃ（基準値）は、Ｃ，Ｊ（上限）とＣＬ　（ 下限）の間で１単位づつ漸増している。ポジション６０の位置で、ＲはＣ以下と なり（ハツチングで示す）、結果的にＣは減分されている。

第９図は、コンプライアンスを測定するのに適したソフトウェア・ルーチンを示 している。姿勢トレーニング装置に適用する場合、コンプライアンスは患者の姿 勢に関係な（患者が装置を装着している延べ時間であり、またノンコンプライア ンスは患者が装置を装着していない時間数である。はぼ常時、例えば眠っている 間も含めて患者が装置を装着し、ノンコンプライアンス延べ時間が１週間当たり ２０時間を超える場合には、この患者は装置の装着に伴う指示に従っていないこ とになる。こうした場合には胸部の廻りに取り付けた装置のケーブルを調べ、正 常な呼吸（呼吸動作ＲＥＳ）時にこのケーブルが動いていないかどうかを調べる 必要がある。前回の呼吸ＲＥ　Ｓ　、、、と今回の呼吸ＲＥ　Ｓ　、、、の時期 に、胸部のケーブルの運動の測定時間間隔が１分以上であればケーブルの長さに 変化が起きていないことになり、装置が適切に装着されていないことが明らかで ある。

第９図に示すように、連続呼吸値の差は増分カウンターが記録する。これがリミ ットを超えればカウンターはリセットされ、ノンコンプライアンス・カウンター のカウントが開始される。この状態は、装置が適切に装着されていないことを教 えている。また、バッテリーの電力を節約するために、実際の装置は一部が「不 作動の状態」にされ、第９図にしめずソフトツウエア・ルーチンの働きにより、 毎秒当たり１回の割合で入力データのサンプリングを行なう通常の作動状態（装 置全体が起動状態にある）とは異なり、１分間に１回だけの繰り返しサンプリン グデータ入力が行なわれる。装置は、予めセットされた時間を経過した後、例え ば１分を経過した後に自動的に「作動状態」となり、時間を管理しながら、規ｊ ｌｌ的なデータサンプリング密度での測定動作を開始することができる。測定を 開始した後に装置が装着されていないことを示す状況が認められた場合には、装 置の一部は再び「不作動の状態」にされる。このように装置の一部を繰り返して 不作動状態にすることで、バッテリーの電力を節約することができる。

第１０図は記録保存用のソフトウェア・ルーチンを示している。装置のカウンタ ーは患者の行動レベルおよびコンプライアンス時間を蓄積している。患者の行動 は日々の測定から得られるＣ８値を用いて測定される。こうして得た患者の行動 記録は信頼性があり、これを有効に活用することができる。患者のコンプライア ンス時間、すなわち装置を装着している時間はノンコンプライアンス・カウンタ ーを用いて測定されている。患者の行動測定（Ｃｕ）とコンプライアンス時間は 連日にわたり測定し、これを蓄積しておくことが好ましい。装置は、最新の１６ 日間にわたるデータを蓄積しておくことのできる１６個のカウンターを使用して いる。これらカウンターは円形バッファーを構成し、また第１０図に示すような 「円形待ち行列」の形態で管理される。これらカウンターは　１６日間を経過す るまで：こ　装置内蔵のイ゛ツタ−フェース２９を通じてアクセスしデータをホ ストコンピュータに送信、すなわち情報転送する必要がある。

さらに、年間を通じて情報蓄積の行なえるカウンターを使用することも可能であ る。こうしたカウンターを用いれば、患者がコンプライアンス状態にある時期に 常時愚者の行動を記録することができる。

浄書（内容に変更なし） Ｆｌに、３ 胴体の長さ　胸囲 ＦＩ６．　５ ＦＩＧｊ、θ −ｔ　−１秒 ＦＩ６．　６ 開始 ＦＩ６．　７ ＦＩ６．　９ 手続補正書（劣入） ＰＣＴ／ＵＳ　９０１０２７９０ ２、発明の名称 特にを柱側湾症に用いる自動式のオペランド自己トレーニング装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ブ　ロックフェラー　ユニパーシティ氏　名　（５９３０）弁理士　三　 宅　正　夫（他１名）５、補正命令の日付　斗へ゛３斗９弓２２　′ｃ３６、補 正により増加する請求項の数　Ｏ国際調査報告

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. １．患者に装着する装置を用いたバイオフィードバック・オペラントにより生体 機能のトレーニングを行なう方法にして、 （ａ）時間間隔をおいて、変動し且つ患者が努力してコントロールできる胴体機 能の変数Ｒを測定する段階と、 （ｂ）測定値をディジタルデータに変換し、このディジタルデータを装置内部の マイクロコンピュータに送る段階と、 （ｃ）マイクロコンピュータを用いて、胴体機能についての一連の可変基準値Ｃ を自動的に計算する段階と、（ｄ）胴体機能Ｒが可変基準値Ｃに一致しない場合 、マイクロコンピュータを用い患者にフィードバックされる刺激を制御する段階 と、 （ｅ）Ｃが上限と下限の範囲内にあって、ＲがＣを越える場合には基準値Ｃを高 い値に、またＲがＣより小さい場合には基準値Ｃを低い値に自動的且つ周期的に 調節する段階とを有している方法。
2. ２．請求項１に記載された方法において、変数Ｒは、計算で求めた２つの可変胴 体機能の複合要素、すなわち無意識にコントロールできる胴体機能と意識的にコ ントロールできる胴体機能の複合要素である方法。
3. ３．請求項１に記載された方法において、Ｒ＞Ｃの基準内時間を陽性強化因子と してカウントし、これを記憶する段階と、基準内時間からＲ＜Ｃの基準外時間を 減じる段階と、基準外時間が基準内時間を越える場合にだけ刺激を加える段階と を有している方法。
4. ４．請求項１に記載された方法において、基準値Ｃに見合う患者の病歴に応じて 、Ｃの上限値と下限値を自動的に且つ周期的に調節する段階を有している方法。
5. ５．請求項１に記載された方法において、Ｃの調節は反応に関係なく行なわれ、 強化因子として働くことのない方法。
6. ６．請求項２に記載された方法において、無意識の機能が呼吸作用であり、意識 的な機能が姿勢に関係している方法。
7. ７．請求項１に記載された方法において、基準値Ｃを自動的に所定量デルタより 大きく調節する段階と、基準値Ｃを自動的にデルタより小さい量に調節する段階 とを有している方法。
8. ８．請求項１に記載された方法において、サンプリングの時間間隔が約１秒であ る方法。
9. ９．請求項７に記載された方法において、時間間隔が２秒よりも短く、またデル タが０〜１００単位スケールで２単位よりも小さく、基準値が胴体機能の変数Ｒ に近似してトラッキングを行なう方法。
10. １０．患者に装着して、バイオフィードバック・オペラントにより生体機能のト レーニングを行なう装置にして、 （ａ）時間間隔をおいて、患者が努力してコントロールできる第１の胴体機能の 変数Ｓを測定する手段、および時間間隔をおいて、第２の胴体機能の変数Ｔを測 定する手段と、 （ｂ）前記測定値をディジタルデータに変換するための変換手段と、 （ｃ）数値が前記第２の胴体機能により汚染されてしまっている第１の胴体機能 の有効値Ｒを計算するためのもので、ＳとＴの間の結合関数である調節値Ｋを含 めての計算を行なうコンピュータ計算手段と、（ｄ）時間間隔をおいて有効値Ｒ の可変基準値Ｃを自動的に計算する、変換手段に接続されたマイクロコンピュー タ手段と、 （ｅ）有効値Ｒが可変基準値Ｃに一致しない場合、患者に刺激を与えるマイクロ コンピュータ制御手段／フィードバック刺激手段と、 （ｆ）Ｃが上限と下限の範囲内にあって、ＲがＣを越える場合には基準値Ｃを自 動的に高い値に調節し、またＲがＣよりも小さい場合には基準値Ｃを自動的に低 い値に調節する調節手段とを有する装置。
11. １１．請求項１０に記載された装置において、前記マイクロコンピュータ手段が 、制御／フィードバック刺激手段と調節手段からの情報を保存するプログラム可 能な固定記憶器を内蔵している装置。
12. １２．請求項１０に記載された装置において、Ｋは変えることができ、装置は、 さらに、Ｋを調節するＫ調節手段を備えている装置。
13. １３．請求項１０に記載された装置において、さらに、基準内時間を蓄積し、基 準外時間を用いて減分を行なう強化因子カウンター手段を備え、また前記刺激手 段は、強化因子カウンター手段の基準内時間の蓄積が不十分な場合に限り作動す るようにした装置。
14. １４．請求項１０に記載された装置において、さらに、基準内Ｃの時間と基準外 Ｃの時間をそれぞれ測定する第１と第２の測定手段を備えている装置。
15. １５．請求項１４に記載された装置において、さらに、基準値Ｃを所定量のデル タにわたり自動的に増加調節し、また基準値Ｃをデルタよりも小さい数量にわた り自動的に減少調節する手段を備えている装置。
16. １６．請求項１５に記載された装置において、基準値から外れる胴体機能の始ま りから少なくとも１分間にわたり、前記減少調節手段の作動を遅延させる調節遅 延手段を備えている装置。
17. １７．患者に装着され、バイオフィードバック理論を用いて患者の姿勢を矯正す る、特発性脊柱側湾症の愚者の治療用携帯装置にして、当該装置は、（ａ）患者 の胸部の廻りに移動可能に配置され、呼吸（ＲＥＳ）を測定する第１のケーブル と、（ｂ）患者の胴体の廻りに縦向きに取り付けられ、胴体廻りの寸法増加を測 定する第２のケーブルと、（ｃ）前記第１および第２のケーブルに各々が連結さ れていて、個々のケーブルの長さの伸縮を検知し、この長さの変化をディジタル 電気信号に変換する第１および第２の変換器手段と、 （ｄ）前記変換器に接続されていて、プログラムされたディジタルメモリーと補 助のディジタルメモリーを備えているディジタルマイクロコンピュータと、（ｅ ）マイクロコンピュータにより制御され、患者に強化因子の刺激を加えるフィー ドバック刺激手段と、（ｆ）Ｔが元の背骨の長さを表わすものとし、ＫがＴとＲ ＥＳの結合係数であるとして、Ｒ＝Ｔ−Ｋ・ＲＥＳで表わせるサンプリング期間 中に実際の有効背骨長さＲを計算する計算手段と、 （ｇ）Ｃが可変基準値である場合、Ｒ＜Ｃの時にだけ刺激を加えるように、前記 刺激手段を制御する制御手段と、 （ｈ）先に求めたＲとＣの関係に基づき自動的にＣを調節する調節手段とを有し ている装置。
18. １８．請求項１７に記載された装置において、前記変換器手段は回転／ディジタ ルコンバータである装置。
19. １９．請求項１７に記載された装置において、前記マイクロコンピュータは、計 算手段と調節手段からの情報を保管しておくプログラム可能な内蔵固定記憶器を 備えている装置。
20. ２０．請求項１７に記載された装置において、前記刺激手段は、前記警告音発生 器に接続された音声発生器とオーディオスピーカーを備えている装置。
21. ２１．請求項２０に記載された装置において、前記音声発生器は複数の音声を発 生する装置。
22. ２２．請求項１９に記載された装置において、Ｋは変えることができ、装置は、 さらに、Ｋを調節するＫ調節手段を備えている装置。
23. ２３．請求項１７に記載された装置において、前記サンプリングは毎分当たり１ ０〜２００回の範囲で行なわれる装置。
24. ２４．請求項１７に記載された装置において、さらに、基準内姿勢時間を蓄積し 、基準外姿勢時間を用いて減分を行なう強化因子カウンター手段を備え、また前 記刺激手段は、強化因子カウンター手段の基準内姿勢時間の蓄積が不十分な場合 に限り作動するようにした装置。
25. ２５．請求項１７に記載された装置において、さらに、Ｃの上限と下限とセット する帯域セット手段を備えている装置。
26. ２６．請求項１７に記載された装置において、さらに、装置が測定用に装着され ているかどうか、またある時間内に呼吸が複数回行なわれているかどうかを判断 する、前記第１の変換器手段に接続されたコンプライアンス手段を備えている装 置。
27. ２７．請求項１７に記載された装置において、さらに、前記第１および第２の変 換器手段からのデータをサンプリングする多重送信手段と、この多重送信手段を 制御する電力節約手段とを備え、コンプライアンス手段が装置が不装着であると 判断した場合に、多重送信手段のデータのサンプリングが少ない割合で行なわれ るようにした装置。
28. ２８．請求項２６に記載された装置において、さらに、前記コンプライアンス手 段に接続されていて、装置が装着されている時期を表わすデータを蓄積するカウ ンター手段を備えている装置。
29. ２９．請求項２８に記載された装置において、さらに、最大の日数にわたり患者 の生活活動を表わすデータを蓄積する第２のカウンター手段を備えている装置。