WO2022059782A1 - 処理装置、プログラム、方法及び処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
本開示に係る処理システム1は、処理装置100及び検出装置200を含み、使用者に取り付けられた検出装置200によって検出された出力値を処理装置100において処理することで、使用者(ヒト)の膝の状態を推定又は推定を補助するために用いられる。特に、当該処理システム1は、使用者の膝又はその周囲に取り付けられ、使用者の運動時に検出装置200で検出された出力値を用いて、変形性膝関節症の程度や予後を推定又は推定を補助するために用いられる。したがって、以下においては、本開示に係る処理システム1を変形性膝関節症の程度や予後を推定又は推定を補助するために用いた場合について主に説明する。ただし、変形性膝関節症の程度や予後は状態の一例であって、検出装置の取り付け位置も一例であるにすぎない。
図2は、本開示の実施形態に係る処理システム1の概略図である。当該処理システム1は、使用者に取り付けられ使用者の運動時の出力値を検出する検出装置200と、当該検出装置200との間で通信可能に接続され検出された出力値を処理する処理装置100とを含む。そして、このような処理システム1は、無線通信のためのネットワークを介してサーバ装置300に接続される。サーバ装置300は、プロセッサ、メモリ、通信インターフェイス等を含み、処理装置100の処理に必要な指示命令、情報等を適宜送受信する。典型的には、処理装置100からの要求を受けて、サーバ装置300内に記憶された機関情報や補足情報などの関連情報を送信したり、これらの更新情報を受信することで随時更新して記憶する。なお、処理装置100及び検出装置200の詳細については後述する。
図7Aは、本開示の実施形態に係る処理装置100に記憶される加速度テーブルの例を示す図である。当該加速度テーブルは、使用者ごとに用意され、使用者を特定する使用者ID情報に対応付けてそれぞれ記憶される。図7Aには、その一例として、使用者ID情報が「U1」である使用者の加速度テーブルが記載されている。図7Aによると、加速度テーブルには、時間情報に対応づけて加速度情報が記憶される。「時間情報」は、検出装置200において各加速度が測定された時間を特定する情報である。当該情報は、検出装置200に含まれるタイマーを用いて具体的な日時の情報であってもよいし、測定開始からの経過時間などであってもよい。「加速度情報」は、対応する時間情報において検出された具体的な加速度の値を示す情報である。「時間情報」及び「加速度情報」はともに検出装置200においてそれぞれ検出されると、当該検出装置200から送信され、受信した処理装置100のメモリ112に記憶される。なお、図7Aにおいては、加速度情報として各時間情報に対応付けて水平方向の加速度が典型的には記憶される。しかし、これに限らず、水平方向の加速度に加えて、垂直方向の加速度も各時間情報に対応付けて記憶されてもよい。
[モード選択に係る処理]
図8は、本開示の実施形態に係る処理装置100において実行される処理フローを示す図である。具体的には、図8は、本開示の実施形態に係るプログラムが処理装置100において起動されたのちに、所定周期でプロセッサ111によって実行される処理フローを示す。
図9は、本開示の実施形態に係る処理装置100において実行される処理フローを示す図である。具体的には、図9は、図8において測定モードが選択され測定画面が表示されたのちに所定周期でプロセッサ111によって実行される処理フローを示す。なお、図9において特に図示はしていないが、図9に示す処理の前に、測定画面において測定者又は使用者によって使用者名情報や使用者ID情報などの入力又は選択がなされ、プロセッサ111は入力又は選択されたこれらの情報をメモリ112に記憶する。また、あらかじめ使用者の片方の脚の膝下部に、検出装置200が補助具400によって装着され、使用者による運動(例えば、歩行)開始の準備が全て整った状態となっている。また、図9以降の処理フローの説明においては、説明の便宜のため、いずれか片方の脚の膝にのみ検出装置200が装着された場合について説明する。
図10は、本開示の実施形態に係る処理装置100において実行される処理フローを示す図である。具体的には、図10は、図9において測定待機画面が表示されたのちに所定周期でプロセッサ111によって実行される処理フローを示す。
図11は、本開示の実施形態に係る処理装置100において実行される処理フローを示す図である。具体的には、図11は、図10のS315行われる推定処理の具体的な処理フローを示す。
図13は、本開示の実施形態に係る処理装置100において実行される処理フローを示す図である。具体的には図13は、図8のS113において測定モードではないと判断された場合、又は図10のS316において推定処理された各種情報がメモリ112に記憶された後に表示される結果画面の出力のためにプロセッサ111によって実行される処理フローを示す。
図14、図15及び図16は、本開示の実施形態に係る処理装置100に表示される画面の例を示す図である。具体的には、図14は、図13のS515において結果画面の出力がされた時に最初に表示される結果画面の例を示す図である。また、図15及び図16は、図14の結果画面において各情報の表示指示が受け付けられることによって遷移した結果画面の例を示す図である。
図11の推定処理においては、図7CのKAM変換テーブルを用いる場合について説明した。しかし、これに組み合わせるか変えて、学習済みのKAM値推定モデルを用いることも可能である。図17は、本開示の実施形態に係る学習済み推定モデルの生成に係る処理フローを示す図である。具体的には、図17は、図11のS416の変形性膝関節症の予後の推定のために用いられるKAM値を推定するための学習済み推定モデルを生成するための処理である。当該処理フローは、処理装置100のプロセッサ111によって実行されてもよいし、他の処理装置のプロセッサによって実行されてもよい。
上記の実施形態においては、検出装置200として加速度センサを用いて、運動時の加速度を検出する場合について説明した。しかし、加速度センサに代えて、又は加速度センサと組み合わせて、ジャイロセンサ、地磁気センサ、伸縮センサなど、使用者10の運動、特に膝の曲げ伸ばしなどの動きが検出可能なセンサであればいずれでも用いることが可能である。
図19は、実際に測定された立脚期初期の加速度ピーク幅とKAM値との相関関係を示す図である。具体的には、図19は、変形性膝関節症を有する22名を被検者として、両脚の膝下部に取り付けた検出装置200によって実際に測定された合計44個の出力値のうち、水平方向の加速度に基づいて算出された立脚期初期のピーク幅と、モーションキャプチャによって測定されたKAM値(KAMピーク値)との関係を示す図である。KAM値は、Qualisys社製のモーションキャプチャシステム「Oqus」(200フレーム/秒の8個のカメラを使用)とBertec社製の床反力計「AM6110」(2000Hz)を用いて、被検者の標準的な46個の骨性指標上に配置された反射マーカーの動きを検出することによって測定された。そして得られた反射マーカーの動きから、C-motion Company社製の「Visual 3D」を使用して膝の運動力学的挙動を算出することで、KAM値曲線を求め、KAMピーク値を算出した。他方、加速度は、ATR-Promotions社製の小型無線多機能センサ「TSND151」を被検者の両脚の膝下部に取り付け、歩行時の出力値(加速度)を得て、得られた出力値から立脚期を特定し、初期のピーク幅を算出した。それぞれ得られた値をもとにピアソン相関係数(p)を算出し、p<0.05の場合は両者間に相関ありと評価した。図19によると、当該測定においては、両数値間の相関係数p<0.001が示されており、KAM値と加速度のピーク幅との間に高い相関があることが確認された。つまり、検出装置200において立脚期初期の加速度のピーク幅を検出することによって、KAM値の推定が可能であることが確認された。
また、上記図17の例で用いた変形性膝関節症を有する22名を被検者として、両脚の膝下部に取り付けた検出装置200によって実際に測定された合計44個の出力値のうち、水平方向の加速度、垂直方向の加速度、奥行き方向の加速度、水平方向の軸に対する角速度、垂直方向の軸に対する角速度及び奥行き方向の軸に対する角速度の合計6軸の出力値を用いた場合について説明する。まず、22名の被験者の出力値のうち無作為に抽出した18名の出力値と、正解ラベルとして用意したKAM面積値又はKAMピーク値を用いて学習済み推定モデルの生成を行った。なお、正解ラベルのKAM面積値又はKAMピーク値は、同じ18名においてモーションキャプチャを使った上記同様の方法によりKAM値曲線を求め、当該曲線からそれぞれ算出した。次に、生成された推定モデルの検証のために、残り4名の出力値を生成された推定モデルに適用してKAM値の推定を行った。そして、推定モデルにより推定されたKAM値は、上記同様のモーションキャプチャを使った方法により求められたKAM値曲線から算出されたKAM面積値又はKAMピーク値と比較することで検証した。
新たに、変形性膝関節症を有する31名を被検者として、両脚の膝下部に取り付けた検出装置200によって実際に測定された合計61個の出力値のうち、水平方向の加速度、垂直方向の加速度、奥行き方向の加速度、水平方向の軸に対する角速度、垂直方向の軸に対する角速度及び奥行き方向の軸に対する角速度の合計6軸の出力値を用いた場合について説明する。まず、31名の被験者の出力値のうち無作為に抽出した25名の出力値(49個)と、正解ラベルとして用意したKAM面積値又はKAMピーク値を用いて学習済み推定モデルの生成を行った。なお、正解ラベルのKAM面積値又はKAMピーク値は、同じ25名(49個の出力値)においてモーションキャプチャを使った上記同様の方法によりKAM値曲線を求め、当該曲線からそれぞれ算出した。次に、生成された推定モデルの検証のために、残り6名の出力値(12個)を生成された推定モデルに適用してKAM値の推定を行った。そして、推定モデルにより推定されたKAM値は、上記同様のモーションキャプチャを使った方法により求められたKAM値曲線から算出されたKAM面積値又はKAMピーク値と比較することで検証した。
100 処理装置
200 検出装置
300 サーバ装置
400 補助具
Claims (43)
- ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、
所定の指示命令に加えて、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリと、
前記メモリに記憶された前記所定の指示命令を実行することによって、前記加速度に基づいて前記ヒトの運動時における膝関節の状態を推定するための処理をするように構成されたプロセッサと、
を含む処理装置。 - 前記膝関節の状態は前記脚の着地後の加速度に基づいて推定される、請求項1に記載の処理装置。
- 前記膝関節の状態は前記脚の着地後に検出される加速度のピーク値に基づいて推定される、請求項1又は2に記載の処理装置。
- 前記膝関節の状態は、前記脚の着地後に検出される加速度のピークの数に基づいて推定される、請求項1~3のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記膝関節の状態は、前記脚の着地後に検出される加速度のピーク値と、前記脚の着地後から前記ピーク値が検出されるまでの時間に基づいて推定される、請求項1~4のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記脚の着地後の加速度は、前記センサを用いて前記脚の垂直方向の運動を検出することにより特定される、請求項2~5のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記センサは、水平方向の加速度と垂直方向の加速度の両方を検出し、
前記脚の垂直方向の運動は、前記垂直方向の加速度に基づいて検出される、
請求項6に記載の処理装置。 - 前記センサは、水平方向の加速度と垂直方向の加速度の両方を検出し、
前記膝関節の状態は、前記水平方向の加速度に基づいて推定される、
請求項1~7のいずれか一項に記載の処理装置。 - 前記膝関節の状態の推定は、前記加速度とあらかじめ正解ラベルとして用意された膝関節の状態に関する情報とを用いて学習することによって得られた学習済み推定モデルによって行われる、請求項1に記載の処理装置。
- 前記膝関節の状態は、前記膝に関する症状又は疾患の予後の状態である、請求項1~9のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記プロセッサは、推定された前記予後の状態に応じて、前記予後の状態に関連する関連情報を出力するように構成された、
請求項10に記載の処理装置。 - 前記関連情報は所定のタイミングで更新される、請求項11に記載の処理装置。
- ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、
所定の指示命令に加えて、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリと、
前記メモリに記憶された前記所定の指示命令を実行することによって、前記センサから受信した前記加速度のうち前記脚の着地後の加速度を出力するための処理をするように構成されたプロセッサと、
を含む処理装置。 - 前記脚の着地後の加速度は、前記センサを用いて前記脚の垂直方向の運動を検出することにより特定される、請求項13に記載の処理装置。
- 前記センサは、水平方向の加速度と垂直方向の加速度の両方を検出し、
前記脚の垂直方向の運動は、前記垂直方向の加速度に基づいて検出される、
請求項14に記載の処理装置。 - 前記センサは、水平方向の加速度と垂直方向の加速度の両方を検出し、
前記水平方向の加速度は、前記膝の膝関節の状態の推定に利用される、
請求項13~15のいずれか一項に記載の処理装置。 - 脚の着地後の加速度とあらかじめ正解ラベルとして用意された膝の膝関節の状態に関する情報とを用いて学習することによって得られた学習済み推定モデルを生成し、
前記推定モデルを用いて、前記プロセッサから出力された前記加速度を用いて前記膝の膝関節の状態の推定が行われる、請求項13に記載の処理装置。 - 前記プロセッサは、前記脚の着地後の加速度に応じて、前記ヒトの膝に関連する関連情報を出力するように構成された、
請求項13~17のいずれか一項に記載の処理装置。 - 前記関連情報は所定のタイミングで更新される、請求項18に記載の処理装置。
- ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、
所定の指示命令に加えて、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリと、
前記メモリに記憶された前記所定の指示命令を実行することによって、前記センサから受信した前記加速度に基づいて変形性膝関節症の程度又は予後を推定するための処理をするように構成されたプロセッサと、
を含む処理装置。 - 前記変形性膝関節症の程度又は予後は、前記加速度に基づいて外部膝内反モーメントを予測することにより推定される、請求項20に記載の処理装置。
- 前記変形性膝関節症の程度又は予後は前記脚の着地後の加速度に基づいて推定される、請求項20又は21に記載の処理装置。
- 前記変形性膝関節症の程度又は予後は前記脚の着地後に検出される加速度のピーク値に基づいて推定される、請求項20~22のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記変形性膝関節症の程度又は予後は、前記脚の着地後に検出される加速度のピークの数に基づいて推定される、請求項20~23のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記変形性膝関節症の程度又は予後は、前記脚の着地後に検出される加速度のピーク値と、前記脚の着地後から前記ピーク値が検出されるまでの時間に基づいて推定される、請求項20~24のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記着地後の加速度は、前記センサを用いて前記脚の垂直方向の運動を検出することにより特定される、請求項20~25のいずれか一項に記載の処理装置。
- 前記センサは、水平方向の加速度と垂直方向の加速度の両方を検出し、
前記脚の垂直方向の運動は、前記垂直方向の加速度に基づいて検出される、
請求項26に記載の処理装置。 - 前記センサは、水平方向の加速度と垂直方向の加速度の両方を検出し、
前記変形性膝関節症の程度は、前記水平方向の加速度に基づいて推定される、
請求項20~27のいずれか一項に記載の処理装置。 - 前記変形性膝関節症の程度又は予後の推定は、前記加速度とあらかじめ正解ラベルとして用意された変形性膝関節症に関する情報とを用いて学習することによって得られた学習済み推定モデルによって行われる、請求項20又は21に記載の処理装置。
- 前記プロセッサは、前記変形性膝関節症の程度に応じて、前記変形性膝関節症の関連情報を出力するように構成された、
請求項20~29のいずれか一項に記載の処理装置。 - 前記関連情報は所定のタイミングで更新される、請求項30に記載の処理装置。
- ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、
所定の指示命令に加えて、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリと、
前記メモリに記憶された前記所定の指示命令を実行することによって、前記加速度に基づいて推定された前記ヒトの運動時における膝関節の状態を示す情報を出力するための処理をするように構成されたプロセッサと、
を含む処理装置。 - 前記膝関節の状態を示す情報は、変形性膝関節症の程度又は予後を示す情報である、請求項32に記載の処理装置。
- 前記膝関節の状態を示す情報は、前記膝関節の外部膝内反モーメントに基づく情報である、請求項32に記載の処理装置。
- ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータを、
前記加速度に基づいて前記ヒトの運動時における膝関節の状態を推定するための処理をするように構成されたプロセッサ、
として機能させるプログラム。 - ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータを、
前記センサから受信した前記加速度のうち前記脚の着地後の加速度を出力するための処理をするように構成されたプロセッサ、
として機能させるプログラム。 - ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータを、
前記センサから受信した前記加速度に基づいて変形性膝関節症の程度又は予後を推定するための処理をするように構成されたプロセッサ、
として機能させるプログラム。 - ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータを、
前記加速度に基づいて推定された前記ヒトの運動時における膝関節の状態を示す情報を出力するための処理をするように構成されたプロセッサ、
として機能させるプログラム。 - ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、所定の指示命令に加え、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータにおいて、プロセッサが前記所定の指示命令を実行することによりなされる方法であって、
前記加速度に基づいて前記ヒトの運動時における膝関節の状態を推定する段階を含む方法。 - ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、所定の指示命令に加え、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータにおいて、プロセッサが前記所定の指示命令を実行することによりなされる方法であって、
前記センサから受信した前記加速度のうち前記脚の着地後の加速度を出力する段階を含む方法。 - ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、所定の指示命令に加え、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータにおいて、プロセッサが前記所定の指示命令を実行することによりなされる方法であって、
前記センサから受信した前記加速度に基づいて変形性膝関節症の程度又は予後を推定する段階を含む方法。 - ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサから、有線又は無線で検出された加速度を受信するように構成された入出力インターフェイスと、所定の指示命令に加え、受信された前記加速度を記憶するように構成されたメモリとを含むコンピュータにおいて、プロセッサが前記所定の指示命令を実行することによりなされる方法であって、
前記加速度に基づいて推定された前記ヒトの運動時における膝関節の状態を示す情報を出力する段階を含む方法。 - 請求項1~34のいずれか一項に記載の処理装置と、
ヒトの脚の膝又はその周囲に取り付けられ、少なくとも前記ヒトの運動時の加速度を検出するためのセンサを含む検出装置と、
を含む処理システム。
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