JPH04504668A - 背骨の運動成分をモニタする装置 - 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】 背骨の運動成分をモニタする装置 発明の背景 本発明は、患者の背中に取り付けて患者の運動中に背骨の運動成分をモニタする 背骨運動成分モニタ装置に関するものである。

人体の背骨の障害又は機能低下において、患者の背骨に取り付けて患者の姿勢を 表示する小さい測角器を使用するのか一般的である。このような測定は背骨の曲 げ又は湾曲を記録資料とするのに使用するが、診断に有用な運動又は速度成分又 は加速度成分を記録資料とすることはできない。

より高度な診断装置は、患者の運動中の７）骨の速度成分を測定することができ ることが知られている。このような速度測定装置は、患者が肉体的に装置に入る ことができるように設計されており、従ってこのような装置は極めて大きく、か つ高価である。更に、これら寸法から見て、これらの装置は大きな慣性モーメン トを有し、患者の運動パターンを覆い隠してしまう傾向かある。

従って、本発明の目的は、人体の背骨の運動成分をモニタして、背骨の肉体的障 害又は機能低下を診断するのに有用な構成簡単で安価な背骨運動成分モニタ装置 を得るにある。

更に、本発明の目的は、患者の背中に取り付け、「オン　ザジョブ」　（作業上 ）身に付け、作業者が行うに必要な運動成分を分析することができる背骨運動成 分モニタ装置を得るにある。

発明の開示 これらの目的及び利点を達成するため、本発明背骨運動成分モニタ装置は、複数 個の互いに長手方向に離して配列したほぼ平坦な素子と、互いに隣接する素子対 間に配置してこの分離を維持するとともに、長手方向に整列し、また中心°長手 方向軸線を形成するスペーサと、前記各素子に長手方向に貫通しかつ前記中心長 手方向軸線から離れ、また他の素子の対応の開口に長手方向に整列する複数個の 開口とを有する細長の外骨格と、患者の背中に前記外骨格を支持し、この外骨格 をほぼ背骨に沿って整列させるため、頂部プレートと、この頂部プレートを患者 の背中の上方に釈放自在に取り付けるストラップ手段と、底部プレートと、この 底部プレートを患者の背中の下方に釈放自在に取り付けるベルト手段と、及び前 記素子の整列開口の各々に長手方向に張り渡し、長さが弾性的に伸縮自在であり 、両端部をそれぞれ頂部プレート及び底部プレートに取り付け、患者の運動によ り生ずる外骨格の屈曲運動により長さか選択的に変化する伸縮自在手段とを有す る支持手段と、前記支持手段に取り付け、長さ変化により生ずる前記伸縮自在手 段の各々の長手方向移動を検出し、またこのような移動を表す出力信号を発生す る移動信号発生手段とを具えることを特徴とする。

好適な実施例においては、各素子に三角形形状に配列した３個の開口を設ける。

更に、各素子には中心軸線に整列する貫通孔を設け、各素子の中心孔にケーブル 手段を長手方向に挿通ずるケーブル手段の一方の端部は頂部プレートに固着し、 また他方の端部は底部プレートに回転自在に取り付ける。更に、回転信号発生手 段を底部プレートに取り付け、ケーブル手段の両方向の回転を検出し、対応の出 力信号を発生する。

本発明によれば、このようにして３平面上の運動、即ち、サージッタル（即ち前 後）または矢状平面、トラバース（即ちライスティング）または横方向平面及び ラテラル（側方）平面の運動を同時にモニタする。本発明によれば、このような 平面内でのモニタした運動特性としては、時間の関数としての背骨の角度位置、 時間の関数としての角速度及び時間の関数としての角加速度がある。

図面の簡単な説明 次に、図面につき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図は、患者の背中に取り付けた本発明装置の使用状態の斜視図、 第２図は、第１図の装置の実施例の一部の拡大部分斜視図、第３及び４図は、そ れぞれ第１図の装置の実施例の頂面図及び側面図、 第５．６及び７図は、それぞれ第３図の５−５線上、６−６線上及び７−７線上 の断面図、 第８図は、本発明の信号処理装置の好適な実施例の線図的ブロック図、 第９．１０及び１工図は、それぞれ時間の関数とした角度位置、角速度及び角加 速度の典型的な出力のダイヤグラムである。

好適例の詳細な説明 特に、図面につき詳細に説明すると、第１図には、患者の背中に取り付けた状態 を示す本発明を実施した装置ＩＯを示す。図示の実施例においては、装置は、背 骨、特に腰椎の運動をモニタするのに使用する。

装置１０は、複数個のほぼ平坦でＴ字状素子１４を有し、これら素子１４を長手 方向に互いに離して配列した外骨格１２を有する。

第６図に示すように、各素子Ｉ４は、水平底脚１５及び直立脚１６により構成す る。更に、各素子には、２個の脚の交点に中心孔１７を設け、この孔を長手方向 に貫通させる。この中心孔１７の両側において水平底脚の各端部に中心孔よりも 小さい第１及び第２の開口１８．１９を設け、中心孔１７並びに第１及び第２の 開口１８．１９がほぼ共通水平面上に位置するように配置する。第３開口２゜を 、直立脚１６の遊端に隣接して設け、第３開口２ｏか第１開口及び第２開口から 等距離の位置をとり、第１、第２及び第３の開口が三角形をなすよう配列する。

各素子１４は、横方向平面に平行に配列し、長手方向に沿って整列させる。素子 １４の中心孔１７は、長手方向に整列させ、中心長手方向軸線を形成するように する。同様に、各素子１４の第１、第２及び第３の開口も、他の素子の対応の開 口に長手方向に整列させる。

管状のスペーサ２２は、各隣接の素子１４の対間に配置し、分離状態を維持し、 スペーサ２２が長手方向に中心孔にまた従って中心軸線に整列するようにする。

スペーサ２２は素子には固定せず、以下に説明する構造により規定された位置で 支持され、素子１４かすへての軸線に関して相対運動できるようにする。

装置１０には、更に外骨格１２を患者の背中に支持し、この外骨格を第１図に明 示するように背骨に沿って整列させる支持手段を設ける。この支持手段は、上側 組立体２４及び下側組立体２６により構成する。特に、上側組立体２４には、支 持プレート２８を設け、この支持プレート２８を、８の字状で患者の肩の周りに ループを描（ハーネス２９に固着する。ハーネス２９は、例えばジョンソン　ア ンド　ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ＆　Ｊｏｈｎｓｏｎ）社によりｉｆされてい る「オーツブラスト（Ｏｒｔｈｏｐｌａｓｔ）Ｊ材料のような半剛性材料から形 成すると好適であり、前方部を開放し、「ベルクロ」タイプの相互連結手段（図 示せず）を有する適当なストラップにより前方部を閉鎖するようにする。この構 成により、外骨格１２を装着者の上体に安定して取り付けることかできる。

上側組立体２４は、更に支持プレート２８に摺動自在に連結した頂部プレート３ ０を有する。この点に関して頂部プレート３０は、Ｌ字状の形状であり、平坦な 下側セグメント３１と直立セグメント３２を有する。支持プレート２８は、互い に対向するサイド部材３３を有し、このサイド部材は互い対向する溝孔を形成し 、頂部プレートの下側セグメント３１は、第５図に示すように溝孔に嵌合し、頂 部プレートは支持プレートに対して長手方向に自由に摺動する。一対のばね３５ をサイド部材と頂部プレートの直立セグメント３２との間に張り渡し、頂部プレ ートを支持プレート及びストラップに対して上方に偏倚させるよう作用する。更 に、頂部プレー１への下側セグメント３１には直立脚３７を有するブラケット３ ６を取り付け、この直立脚３７には、以下にその目的を示す水平溝孔を設ける。

下側組立体２６には、底部プレート４０を設け、この底部プレートにベルト４１ を取り付け、このベルト４１により患者の下半身にベースプレートを釈放自在に 取り付けるようにする。図示の実施例では、ベルト４１は、やはり「オーツプラ ストＪ材料で構成した腰バンドにより構成し、また前部で分割し、「ベルクロ」 タイプの相互連結手段（図示せず）を設けることもてきる。更に、一対のストラ ップ４２を腰バンドに取り付け、患者の脚の間に張り渡す。

本発明装置１０は、更に、素子１４の３個の整列開口１８．１９．２０の各々に 長手方向に延在する伸縮自在手段４４を設け、各伸縮自在手段４４を弾性的に長 さが伸縮できるようにする。特に、各伸縮手段は、非伸縮性のソリッドワイヤ４ ５と、このワイヤの一方の端部に取り付けた伸縮自在のはね４６とにを有するも のとして構成する。各ワイヤ４５の反対側の端部は、頂部プレート３０の直立セ グメント３２に固着し、各ワイヤ４５をすべての素子に挿通し、底部プレート４ ０の下方部分に隣接する点まで延ばし、この地点ではね４６の一方の端部に連結 する。はね４６の反対側の端部にはねじ部材４７を連結し、このねじ部材４７は 底部プレート４０の直立フランジ４８に結合する。

ワイヤ手段の長さ変化によって生ずる各ワイヤ手段の長手方向の移動を検出する ため、またこのような運動を表す出力信号を発生するため、底部プレートに移動 信号発生手段を取り付ける。図示の実施例においては、この信号発生手段は、底 部プレートに取り付けた３個の電気的ポテンショメータ５０．５１．５２を有す る。各ポテンショメータは、プーリ５０ａ、５１ａ、５２ａをそれぞれ有し、関 連のワイヤ４５をプーリの周りに巻き付け、底部プレートに対するワイヤに長手 方向のいかなる移動も、関連のプーリ及びポテンショメータの回転を生ずるよう にする。

装置１０には、更に、セグメントの整列孔１７及び同軸状のスペーサ２２に長手 方向に延びるケーブル５４を有する。ピアノ線により構成するのが好適なケーブ ル５４の一方の端部は、第５図に明示するようなブラケット３６の溝孔に摺動自 在に収容したプレート５５に取り付け、ケーブルの端部と頂部プレートの直立セ グメント３２との間にはね５６を介挿する。プレート５５とブラケット３６との 間に生ずる摺動自在の相互連結は、ケーブル５４の上端でケーブルが回転方向の 向きが固定されていても、患者が前屈みになったときに生ずる背骨の延びを許容 する。ケーブル５４の反対側の端部は、コネクタ５８に固定し、このコネクタ５ ８を底部プレート４０に取り付けた第４ポテンシヨメータ６０の出力軸に固定す る。このようにして中心軸線の周りの外骨格のいがなるねじれ（ライスティング ）もポテンショメータ６ｏの回転を生ずる。当業者には明らかであろうか、図示 のポテンショメータの代案として他の移動センサを使用することもでき、例えば 、光学エンコーダを使用することができる。

第８図に線図的に示すように、本発明装置には、装置の底部プレー１−４０に取 り付けた多重送信回路６１及びテレメトリ回路６２を設ける。多重送信回路６１ は、パワーを４個のポテンショメータに供給し、次に各ポテンショメータからの 信号を混合する。

テレメｈり回路６２は、混合した信号をデータ取得コンピュータ６４に伝達し、 このコンピュータは、テレメトリ回路６２がら受けた信号を分離する。更に、デ ータ取得コンピュータ６４は、データを平滑化し、信号を較正により角度位置に 変換し、この結果のデータを記憶するようプログラムする。ソフトウェアは、３ 個の移動平面即ち去状方向、横方向及び側方方向に対してデータをソートする。

各平面における運動特性には、第９図に示すように、時間の関数を考慮して、骨 盤位置に対する背骨の角度位置がある。この情報を微分し、第１０図に示すよう に時間の関数としての背骨の角速度、並びに第１１図に示すように時間の関数と しての背骨の角加速度を決定する。

上述の信号処理装置の代案として、ポテンショメータを、第８図の点線６５で示 すように、直接コンピュータ６４に接続し、多重送信回路６１及びテレメトリ回 路６２をバイパスすることもできる。

較正テーブルを使用して本発明装置を較正する。特に、装置を較正テーブルに配 置し、装置を空間内での多数の異なる位置に移動する。これら位置に関連する４ 個のポテンショメータ電圧をコンピュータに記録し、これら電圧を使用して空間 における装置の位置を独特な方法で記述する。数学的回帰モデルを使用してポテ ンショメータ電圧と装置の空間における位置との間の最も適合する平面を見積も る。従って、装置を使用するとき、４個のポテンショメータからの電圧読み取り をモデルと比較し、空間における装置の正確な位置を決定する。この後、上述し たように、この情報を微分し、瞬間の角速度及び角加速度を決定する。

上述したところは、本発明の好適な実施例を説明したに過ぎず、請求の範囲にお いて種々の変更を加えることができること勿論である。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成３年１０月 １４日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．患者の運動中に背骨の運動成分をモニタするため、患者の背中に取り付ける 背骨運動成分モニタ装置において、複数個の互いに長手方向に離して配列したほ ぼ平坦な素子と、互いに隣接する素子対間に配置してこの分離を維持するととも に、長手方向に整列し、また中心長手方向軸線を形成するスペーサと、前記各素 子に長手方向に貫通しかつ前記中心長手方向軸線から離れ、また他の素子の対応 の開口に長手方向に整列する複数個の開口とを有する細長の外骨格と、患者の背 中に前記外骨格を支持し、この外骨格をほぼ背骨に沿って整列させるため、頂部 プレートと、この頂部プレートを患者の背中の上方に釈放自在に取り付けるスト ラップ手段と、底部プレートと、この底部プレートを患者の背中の下方に釈放自 在に取り付けるベルト手段と、及び前記素子の整列開口の各々に長手方向に張り 渡し、長さが弾性的に伸縮自在であり、両端部をそれぞれ頂部プレート及び底部 プレートに取り付け、患者の運動により生ずる外骨格の屈曲運動により長さが選 択的に変化する伸縮自在手段とを有する支持手段と、 前記支持手段に取り付け、長さ変化により生ずる前記伸縮自在手段の各々の長手 方向移動を検出し、またこのような移動を表す出力信号を発生する移動信号発生 手段とを具えたことを特徴とする背骨運動成分モニタ装置。
2. ２．前記開口として、前記中心軸線の両側方に位置する第１開口及び第２開口と 、前記中心軸線の上方に配置しまた第１及び第２の開口から等距離離れた第３開 口とを設け、各素子の第１、第２及び第３の開口を三角形形状に配列し、外骨格 のラテラル平面の屈曲が第１及び第２の開口に挿通した伸縮自在手段の一方又は 双方の長手方向の長さ変化を生じ、外骨格のサジッタル平面の屈曲にらり第３に 挿通した伸縮自在手段の長さ変化を生ずる構成とした請求の範囲第１項に記載の 背骨運動成分モニタ装置。
3. ３．前記各素子には、長手方向に貫通して前記中心軸線に整列する中心孔を設け 、前記スペーサを管状のものとしかつ前記中心軸線に同軸状にし、更に、前記中 心軸線に沿ってほぼ同軸状に配列し貫通前記素子の中心孔の各々に挿通し、一方 の端部を前記頂部プレート及び底部プレートのうちの一方に取り付け、他方の端 部を前記頂部プレート及び底部プレートのうちの他方に回転自在に取り付けたケ ーブル手段と、前記支持手段に取り付けて前記ケーブル手段の回転方向を検出し 、このような回転運動を表す出力信号を発生する回転信号発生手段とを設けた請 求の範囲第２項に記載の背骨運動成分モニタ装置。
4. ４．前記移動信号発生手段は、前記頂部プレート及び前記底部プレートのうちの 他方に取り付けたセンサを有するものとして構成し、センサは各伸縮自在手段に 各１個連結し、また前記回転信号発生手段は、前記他方のプレートに取り付けた 第４のセンサを有するものとして構成し、この第４センサを前記ケーブル手段に 作用的に連結した請求の範囲第３項に記載の背骨運動成分モニタ装置。
5. ５．前記支持手段に取り付け、また前記前記ポテンショメータに作用的に連結し て前記出力信号を遠隔操作により伝送するトランスミッタと、前記トランスミッ タから伝送された信号を受信してこの信号を目に見える形態に再生する中央コン ピュータとを具えた請求の範囲第４項に記載の背骨運動成分モニタ装置。
6. ６．前記伸縮自在手段の各々は、伸縮自在のワイヤ及びこのワイヤの一方の端部 に固着した伸縮自在のばねを有するものとして構成した請求の範囲第１項に記載 の背骨運動成分モニタ装置。
7. ７．前記支持手段は、前記ストラップ手段に固着した支持プレートと、前記頂部 プレートを前記支持プレートに摺動自在に取り付け、長手方向に制をされた相対 移動を可能にし、従って使用中に背骨の伸縮を許容する手段を有するものとして 構成した請求の範囲第１項に記載の背骨運動成分モニタ装置。
8. ８．患者の運動中に背骨の運動成分をモニタするため、患者の背中に取り付ける 背骨運動成分モニタ装置において、複数個の互いに長手方向に擁して配列したほ ぼ平坦な素子と、各素子に貫通し、他の素子の孔に整列して中心長手方向軸線を 形成する中心孔と、互いに隣接する素子対間に配置して素子間の分離を維持する とともに、長手方向に整列し、また中心長手方向軸線を形成する管状のスペーサ と、前記中心軸線の両側の側方で前記各素子に長手方向に貫通する第１開口及び 第２開口と、前記中心長手方向軸線から離れ、また前記第１及び第２の開口から 等距離離れた第３開口とを設け、前記各素子の第１、第２及び第３の開口を三角 形形状に配列し、他の素子の対応の開口が互いに長手方向に整列するようにした 細長の外骨格と、 患者の背中に前記外骨格を支持し、この外骨格をほぼ背骨に沿って整列させるた め、頂部プレートと、この頂部プレートを患者の背中の上方に釈放自在に取り付 けるストラップ手段と、底部プレートと、この底部プレートを患者の背中の下方 に釈放自在に取り付けるベルト手段と、前記中心軸線に沿ってほぼ同軸状に配列 し貫通前記素子の中心孔の各々に挿通し、一方の端部を前記頂部プレート及び底 部プレートのうちの一方に取り付け、他方の端部を前記頂部プレート及び底部プ レートのうちの他方に回転自在に取り付けたケーブル手段と、及び前記素子の前 記第１、第２及び第３の整列開口の端々に長手方向に張り渡し、長さが弾性的に 伸縮自在であり、両端部をそれぞれ頂部プレート及び底部プレートに取り付け、 患者の運動により生ずる外骨格の屈曲運動により長さが選択的に変化する伸縮自 在手段とを有する支持手段と、前記支持手段に取り付け、長さ変化により生ずる 前記伸縮自在手段の各々の長手方向移動を検出し、またこのような移動を表す出 力信号を発生する移動信号発生手段と前記支持手段に取り付けて前記ケーブル手 段の回転方向を検出し、このような回転運動を表す出力信号を発生する回転信号 発生手段と を具えたことを特徴とする背骨運動成分モニタ装置。
9. ９．前記素子の各々を、水平底部線及び直立脚を有するほぼＴ字状の形状とし、 前記中心孔を前記脚の交点に隣接させ、前記第１開口及び第２開口を前記水平底 部線の各端部にそれぞれ配置し、前記第３開口を前記直立脚の遊端に隣接させて 配置した請求の範囲第８項に記載の背骨運動成分モニタ装置。
10. １０．前記支持手段は、更に、前記ストラップ手段に固着した支持プレートと、 前記頂部プレートう前記支持プレートに摺動自在に取り付け、長手方向の制をさ れた相対移動を可能にする手段と、前記頂部プレートを前記底部プレートから離 れる方向に弾性的に押圧するばねバイアス手段とを有するものとして構成した請 求の範囲第８項に記載の背骨運動成分モニタ装置。
11. １１．前記一方の端部と前記頂部プレートとの間の制をされた相対移動を可能に するよう前記ケーブル手段の一方の端部を前記頂部プレートに取り付ける手段を 設けた請求の範囲第１０項に記載の背骨運動成分モニタ装置。