(57)【要約】脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための装置を開示する。装置は、慣性系に対する体の位置を測定し、位置を示す第１のデータを提供するための手段であって、加速計などの少なくとも１つの慣性センサを含む、手段（１０、１１）を含む。装置は、筋肉活動を測定し、前記筋肉活動を示す第２のデータを提供するための手段（１２、１５〜１９）を含む。装置はまた、データを格納するための手段と、データを処理して体に対する負担および／または負荷の程度を提供するための手段とを含む。負担および／または負荷は典型的には哺乳動物の背部に加わる。脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための方法も開示する。
2008500072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための装置であって、
慣性系に対する前記体の位置を測定し、前記位置を示す第１のデータを提供するための手段であって、少なくとも１つの慣性センサを含む手段と、
筋肉活動を測定し、前記筋肉活動を示す第２のデータを提供するための手段と、
少なくとも一時的に前記データを格納するための手段と、
前記データを処理して前記体に対する負担および／または負荷の程度を提供するための手段とを備えた装置。
【請求項２】
前記負担および／または負荷は前記哺乳動物の背部に加わる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各慣性センサは加速度計を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記加速度計は３つの直交軸に沿って加速度を測定するよう構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記データは、側方屈曲平面における変位を導出するために使用される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記データは、延伸屈曲平面における変位を導出するために使用される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記データは、前記体の回転を導出するために使用される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記筋肉活動を測定するための手段は、ＥＭＧを測定するための電極を含む、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記電極は、前記哺乳動物の背部に適用される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記哺乳動物の皮膚の伸張を測定するための手段を含む先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記皮膚の伸張を測定するための手段は、延伸された場合にインピーダンスが変化するらせんコイルを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各測定手段は、アナログデータをデジタル領域に変換するための少なくとも１つのＡ−Ｄコンバータを含む、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記Ａ−Ｄ変換は、前記データの格納の前に行われる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記処理手段は、損傷の危険を評価するアルゴリズムを含む、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記アルゴリズムは、前記哺乳動物に関連するプロファイルデータを含む１つ以上の危険成分に基づいて前記危険を評価するよう構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロファイルデータは、個人データおよび家族歴を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための方法であって、
慣性系に対する前記体の位置を測定し、前記位置を示す第１のデータを提供するステップであって、前記測定は少なくとも１つの慣性センサによって行われるステップと、
筋肉活動を測定し、前記筋肉活動を示す第２のデータを提供するステップと、
少なくとも一時的に前記データを格納するステップと、
前記データを処理して前記体に対する負担および／または負荷の程度を提供するステップとを含む方法。
【請求項１８】
前記負担および／または負荷は前記哺乳動物の背部に加わる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
各慣性センサは加速度計を含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記加速度計は３つの直交軸に沿って加速度を測定するよう構成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記データは、側方屈曲平面における変位を導出するために使用される、請求項１７から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記データは、延伸屈曲平面における変位を導出するために使用される、請求項１７から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記データは、前記体の回転を導出するために使用される、請求項１７から２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記筋肉活動を測定するステップは、ＥＭＧを測定することを含む、請求項１７から２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記ＥＭＧは、前記哺乳動物の背部において測定される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記哺乳動物の皮膚の伸張を測定するステップを含む請求項１７から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記皮膚の伸張は、延伸された場合にインピーダンスが変化するらせんコイルを介して測定される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
各測定ステップは、アナログデータをデジタル領域に変換するステップを含む、請求項１７から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記データをデジタル領域に変換するステップは、前記データの格納の前に行われる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記処理ステップは、損傷の危険を評価するアルゴリズムを介して行われる、請求項１７から２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記アルゴリズムは、前記哺乳動物に関連するプロファイルデータを含む１つ以上の危険成分に基づいて前記危険を評価するよう構成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記プロファイルデータは、個人データおよび家族歴を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
実質的に添付の図面を参照して本明細書中において説明されるような脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための装置。
【請求項３４】
実質的に添付の図面を参照して本明細書中において説明されるような脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脊椎哺乳動物の体に加わる負担（ｓｔｒａｉｎ）および／または負荷（ｌｏａｄ）を監視するための装置および方法に関する。本発明は、腰椎を含む哺乳動物の背部に加わる負担および／または負荷を監視することに特に適し、本明細書中ではこれを例として説明する。しかし、本発明は本明細書のそのような用途に限定されないことが理解される。哺乳動物の体に関連して本明細書において使用される用語の「負担および／または負荷」は、哺乳動物の体に作用する運動、筋力、および負荷（重力負荷など）の意味を含む。
【背景技術】
【０００２】
背部損傷を防止することは作業場の安全に関する大きな課題である。米国労働統計局によると、毎年百万人以上の労働者が背部を怪我している。背部損傷の件数は作業場での損傷または病気の５分の１に達する。さらに、補償金請求件数の４分の１が背部損傷にかかわるものであり、産業界では従業員の背骨の痛みや患いに何十億ドルものコストがかかっている。
【０００３】
補償が適用される作業場での損傷の原因として記載されているのは、手動の取り扱い作業（例えば、資材の持ち上げ、配置、運搬、保持、および下げ降ろしなど）である。統計によると、損傷の５分の４は下背部に起きており、その損傷の４分の３は従業員が持ち上げる際に起きていることが示されている。下背部損傷の防止および／または処置における１つの困難は、経時的に下背部に生じる運動およびストレス、また、それ故の損傷の危険がある作業または活動を行う際の下背部の使用にともなう危険を客観的に測定する設備がないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、背部損傷を回避するか、またはその頻度を極めて最小限にするための機構を提供し、および／または腰椎にかかる運動、関連する筋肉活動、および負荷を監視することによって現在有する損傷のリハビリを支援することができる。
【０００５】
背部損傷を防止することはその損傷を修復するよりもはるかに好ましいので、本発明は、個人が作業または活動を行っているあいだその個人の背部にかかる負荷を監視し、その負荷が損傷の危険を有するかどうかを評価することができる。監視を実時間で行い、個人が負荷を低減し得るような方法で実行中の作業または活動を修正し得るように個人に有用なフィードバックを与えることができる。これにより、負荷が低減し、その結果損傷が発生する危険が低減し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１局面によると、脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための装置が提供される。前記装置は、慣性系に対する前記体の位置を測定し、前記位置を示す第１のデータを提供するための手段であって、少なくとも１つの慣性センサを含む手段と、筋肉活動を測定し、前記筋肉活動を示す第２のデータを提供するための手段と、少なくとも一時的に前記データを格納するための手段と、前記データを処理して前記体に対する負担および／または負荷の程度を提供するための手段とを備える。
【０００７】
本発明のさらなる局面によると、脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための方法が提供される。前記方法は、慣性系に対する前記体の位置を測定し、前記位置を示す第１のデータを提供するステップであって、前記測定ステップは少なくとも１つの慣性センサによって行われるステップと、筋肉活動を測定し、前記筋肉活動を示す第２のデータを提供するステップと、少なくとも一時的に前記データを格納するステップと、前記データを処理して前記体に対する負担および／または負荷の程度を提供するステップとを含む。
【０００８】
本明細書および本請求の範囲にわたり、慣性系は、ニュートンの運動法則を適用する基準系（ｆｒａｍｅ  ｏｆ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）をさす。物体に力がかからないとき、その物体は慣性で動く。そのような物体とともに動く基準系が慣性系である。慣性センサは、系の加速に関するかまたは速度に変化を与える力などの慣性力に応答するセンサをさす。
【０００９】
上記位置を測定する手段は、変位を測定するための少なくとも１つのトランスデューサを含んでもよい。好ましくは、各トランスデューサは加速度計を含む。各加速度計は、１つ、２つまたは３つの直交軸に沿って同時に加速度を測定する手段を含んでもよい。変位データは、当該分野において周知なように、積分処理によって各加速度計によって導出してもよい。あるいはまたはさらに、重力によって定義される方向などの基準に対する角変位または位置を提供するように１つ以上の加速度計からデータを導出してもよい。
【００１０】
各加速度計は、ＰＣＢ基板上のマイクロチップ内に搭載される小さな質量の加速度における変化を検出してもよい。ＰＣＢ基板および加速度計がある位置から別の位置に移動する場合、上記質量は、移動開始時には加速および移動終了時には減速を受ける。加速度計は、上記質量の移動を最も未処理な形態のデータを表す電圧信号（通常、単位はｍＶ）に変換してもよい。スパンおよびオフセット調節によって、較正定数を使用し電圧信号をＧ力値に変換してもよい。第１の較正定数（ｐ）は、「乗数」または「ゲイン」定数として知られ、連立方程式によって導出されてもよい（信号値はＧ力値と等しくする）。第２の較正定数（ｏ）は、オフセット定数として知られる。一旦計算されると、較正定数（ｐ）および（ｏ）は、ソフトウェアにプログラムされてもよいし、そのプログラミングが永続的に固定されてもよい。各チャネルに対して２つの較正定数があり、センサごとに３つのチャネルがあってもよい。
【００１１】
加速度計の角変位は、未処理信号値にゲイン定数（ｐ）を乗算し、オフセット定数（ｏ）を加算することによって計算してもよい。得られた値は、１軸に作用するＧ力を表してもよい。３次元において得られたＧ力に対して、３軸の三角法を使用してもよい。ここで、ｘは水平軸、ｙは垂直軸、ｚは「ページを突き抜ける」軸である。３Ｄピタゴラスおよび逆タンジェント式を使用して、２つの角度を導出して加速度計に対する位置を与えてもよい。単独の１つの加速度計が移動の１方向を与えるだけでもよいが、２つの加速度計がある場合、その２つの加速度計の角度差は、一方の加速度計の他方の加速度計に対する位置の変化（単位：度）を表してもよい。これにより装置は腰椎の角度位置を、任意の時点において３つの次元軸内で、計算することができる。
【００１２】
以下の式を使用して加速度計からの角度変化を導出してもよい。
【００１３】
【数１】
2008500072.tif 000003
ここで、
ｅ＝１ｇに対するミリボルト
ｆ＝−１ｇに対するミリボルト
ｐ＝ゲイン（乗数）
ｏ＝オフセット
ｐおよびｏについて解くと、
【００１４】
【数２】
2008500072.tif 000004
（なお、ｐおよびｏに対する値は各軸に対して計算すべきである）。
【００１５】
【数３】
2008500072.tif 000005
上記３つの等式は、３軸に対する、ミリボルトをｇに変換するスパンおよびオフセット調節を示す。
【００１６】
得られたベクトルに対する大きさおよび傾き（前方向／横）は、以下のように計算してもよい。
【００１７】
大きさ：
【数４】
2008500072.tif 000006
前方向の傾き：
【数５】
2008500072.tif 000007
横の傾き：
【数６】
2008500072.tif 000008
【００１８】
上記位置を測定するための手段は、側方（左右）屈曲平面における変位を測定してもよい。上記位置を測定するための手段は、また延伸（前後）屈曲平面における変位を測定してもよい。上記位置を測定するための手段は、回転を測定するための手段を含んでもよい。回転の程度は、１つ以上の加速度計、筋肉活動および／または１つ以上のジャイロスコープから導出してもよい。
【００１９】
上記筋肉活動を測定するための手段は、表面筋電計測法（ＥＭＧ）を測定して筋肉内の電気的活動を決定するための手段を含んでもよい。ＥＭＧの程度は、筋肉活動および／または筋肉の力に関係づけられてもよい。上記筋肉活動を測定するための手段を使用して筋肉疲労を計算してもよい。上記装置は、疲労レベルを計算するための筋肉疲労アルゴリズムを含んでもよい。
【００２０】
上記筋肉活動を測定するための手段は、腰背部における筋肉、腰椎にかかる負荷に関係する腹部領域または他の筋肉の活動を測定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、筋肉の活動は、さらに対象者の二頭筋において測定してもよい。上肢における反重力筋肉（二頭筋など）における活動の測定は、特に完全に曲げた位置から持ち上げ動作を行う際に、背部筋肉から筋肉活動の曖昧な読取を解決する補助となり得る。脊柱起立筋／多裂筋および上腕二頭筋の活動は、ＥＭＧの記録を介して測定してもよい。
【００２１】
本発明の装置は、皮膚伸張を測定するための手段を含んでもよい。この皮膚伸張を測定するための手段は、らせんコイルを含んでもよい。コイルが伸びる場合、そのインピーダンスは信頼性よくかつ反復可能に変化し得る。インピーダンス変化は、任意の適切な方法および任意の適切な手段（ブリッジ回路の手段など）を用いて測定してもよい。
【００２２】
上記格納手段は、各測定手段からデータを受け取ってもよい。各測定手段は、アナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）コンバータを含んでもよい。あるいは、上記測定手段または上記測定手段の少なくともいくつかは、アナログデータを出力してもよい。上記データ格納手段は、１つ以上のＡ−Ｄコンバータを含み、データを格納する前にアナログデータをデジタル領域に変換してもよい。上記装置は、データを処理するためのデジタルプロセッサを含んでもよい。プロセッサは、データを実時間で処理し、監視対象の個人にバイオフィードバックを提供してもよい。デジタルプロセッサは、背部損傷の危険を評価するためのアルゴリズムを含んでもよい。アルゴリズムは、危険評価原理に基づいて計算を行ってもよい。危険評価は、各測定手段によって提供される個々のデータに関連づけられた危険成分の評価を含んでもよい。危険成分は、監視対象の個人に関連づけられたプロファイルデータを含んでもよい。プロファイルデータは、背部の負担および／または損傷の危険に関係し得る個人データおよび家族歴を含んでもよい。このような累積的な評価を使用して種々の手段によるバイオフィードバックを提供してもよいし、起こりつつある危険の警告および／または現在有する損傷のリハビリのための再教育システムとして使用してもよい。危険成分は、危険評価原理にしたがって組み合わせ、背部負担および／または損傷の危険の累積的評価を提供してもよい。危険成分は、線形または非線形に組み合わせてもよい（例えば、危険の総合評価に対する各成分の寄与を反映する危険成分に対して重み付けしてもよい）。上記データ格納手段は、後処理および／または通知のためにデータをデジタル形式で格納してもよい。上記データ格納手段は、カード、スティックなどのデジタルデータを格納するための記憶手段を含んでもよい。記憶手段は、ＰＣなどの遠隔処理デバイスにデータをダウンロードすることを容易にするように着脱可能であってもよい。
【００２３】
本発明のシステムは、ユーザインターフェース手段を含んでもよい。ユーザインターフェース手段は、ディスプレイ画面および１つ以上のコントロール（ボタンなど）を含み、ユーザが上記データ格納手段とやり取りできるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここで、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、１対のトランスデューサパッド１０、１１およびＥＭＧ電極アセンブリ１２を示す。パッド１０、１１およびＥＭＧアセンブリは、データロガー（図示せず）にケーブル１３、１４における着脱可能なプラグを介して接続される。トランスデューサパッドは、図２Ａおよび２Ｂを参照して説明するように、監視対象の個人の背部に配置される。
【００２６】
トランスデューサパッド１０、１１は、接着テープなどの任意の適切な方法によって皮膚に装着される。各トランスデューサパッド１０、１１は、１つ以上の加速度計を内蔵する。好ましくは、腰椎の向きの角度変化を４つの加速度計を使用して測定する。その４つのうちの２つは上腰椎に配置され、残りの２つは下腰椎に配置される。
【００２７】
各トランスデューサパッドにおいて１つの加速度計を使用する場合、その加速度計はその中心が脊椎上にくるように装着する。各トランスデューサパッド１０、１１は、幅が少なくとも１０ｃｍであり、ジャイロスコープを含んで回転データを提供してもよい。
【００２８】
ＥＭＧ電極アセンブリ１２は、複数のＥＭＧ電極１５〜１９を含む。電極１６、１７は、個人の背部の左側上で筋肉活動を測定するように構成され、電極１８、１９は、個人の背部の右側上で筋肉活動を測定するように構成される。電極１５は、ＥＭＧ電極１６〜１８に関連する各回路に対する基準電極である。
【００２９】
図２Ａに示すように、監視装置を使用するには、信頼できる読取を確実にするために下背部上の目印の位置を特定する必要がある。目印の位置は、以下の手順を使用して特定してもよい。
１．  対象者に、楽にしながら直立するように指示する。
２．  対象者の髪が留められずに腰領域にかかっている場合は、髪留めを使用してその領域から余分な髪を除けてもよい。
３．  アルコールワイプを使用してその領域の皮膚を十分にきれいにしてもよい（皮膚上の油をすべて除くため）。
４．  ＰＳＩＳ（上後腸骨棘）の位置を左右の側で特定し、それぞれオリーブ大の印をつける。
５．  各ＰＳＩＳ「オリーブ」の中央を通るように小さな水平線を描く。
６．  ２つの水平印をつなげるように水平な線（線「Ａ」）を脊椎を横切るように伸ばす。
７．  対象者が開始位置にいることを確認した後、線「Ａ」から上に１５０ｍｍの距離を測定テープを用いて測定する。測定テープは、皮膚輪郭に沿ってゆっくりと対象者の皮膚に押し付け、小さな水平線（線「Ｂ」）で印す。
８．  ２つのあまり目立たない線「Ｃ」および「Ｄ」を印す。線「Ｄ」は線「Ａ」から下へ１０ｍｍのところに印し、線「Ｃ」は線「Ｂ」から上へ１０ｍｍのところに印す。
９．  対象者に、脚を肩幅に広げて立つように指示し、線「Ａ」および線「Ｂ」の間の距離を確認する。
１０．  対象者に、膝を伸ばしたままマーカーに対して前屈するよう指示する。
１１．  対象者に、開始位置に戻るよう指示する。
１２．  接着シートを以下のように配置する。
（ａ）接着シートを剥離紙からはがして用意する。
（ｂ）対象者に、マーカーに対して前屈するよう指示する。患者がこの位置にある場合に、接着シートをその上縁が線「Ａ」に合うように配置する（図２Ａを参照）。対象者に、開始位置に戻るよう指示する。
（ｃ）対象者が直立してから、第２の接着シートを用意し、その下縁が線「Ｂ」に合うように配置する。
【００３０】
本発明の装置は、読取誤差を最小限にするために監視対象の個人の背部に正確に固定される。図２Ｂに示すように、注意しながらトランスデューサパッドおよびＥＭＧ電極アセンブリを固定する。好ましくは、以下の注意にしたがって固定する。
１．  注意しながら加速度計を互いに対して回転しないようにする。加速度計の間のコイルがねじれると、読取が不安定になることがある。
２．  加速度計２は、脊椎の中心上に軽く配置する。その下縁を線「Ｂ」に合わせる。正しい位置にとどまるようなちょうど十分な強さで押す。
３．  加速度計１は、脊椎の中心上に軽く配置する。その上縁を線「Ａ」に合わせる。正しい位置にとどまるのにちょうど十分な強さで押す。
４．  対象者に、マーカーに対して前屈し、その状態を維持するよう指示する。患者がこの位置にある間に、両方の加速度計の設置を確認してもよい。良ければ、各加速度計基板をきつく押下してしっかりと接着させる。対象者に、開始位置に戻るように指示する。
５．  対象者に、ゆっくりとマーカーに対して前屈し、そして開始位置に戻るように指示する。これが行われている間に、加速度計パッドの設置および接着を確認する。
【００３１】
図３Ａに示す図は、加速度計３０、低域通過（平均化）フィルタ３１、およびアナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）コンバータ３２を含む。好ましくは、加速度計３０は、３Ｄまたは３軸加速度計（Ｋｉｏｎｉｘ  ＫＸＭ５２など）を含む。あるいは、加速度計３０は、１対の２Ｄ加速度計（機種ＡＤＸＬＺ１０Ｅなど）を備えてもよい。各トランスデューサパッド１０、１１は、加速度計３０などの加速度計を含んでもよい。各加速度計３０は、そのそれぞれの軸に加わる加速度に比例する出力を与える。重力は真下方向に９．８ｍ／ｓ2の定加速度を与えるので、安定した基準点を使用して傾きを決定できる。最小限の３軸を使用して、加速方向を指し示す３次元ベクトルを生成してもよい。２つの加速度計（各トランスデューサパッドに１つ）を使用することによって、加速度計間の角度を適切なソフトウェアを使用して計算してもよい。
【００３２】
低域通過フィルタ３１は、エリアシング誤差を起こし得る急激な変化を除去することによって加速度計信号に対する平均化関数を与える。Ａ−Ｄコンバータ３２は、デジタルプロセッサを介した処理に適した加速度計信号のデジタル表現を与える。
【００３３】
図３Ｂに示す図は、ジャイロスコープ３３、低域通過（平均化）フィルタ３４、およびＡ−Ｄコンバータ３２を含む。好ましくは、ジャイロスコープ３３は、機種ＡＤＸＲＳ３００を含む。
【００３４】
図４に示すＥＭＧ図は、入力増幅器４０、フィルタ４１、精密整流器４２、低域通過（平均化）フィル４３、およびＡ−Ｄコンバータ４４を含む。増幅器４０は、ＥＭＧ電極１５〜１９からの信号を受信するための複数の入力を含む。増幅器４０は、電極１５〜１９から生成される極めて小さい信号を増幅するための高感度入力を含む。低域通過フィルタ４３は、周波数スペクトルの不要な部分を除去する。フィルタ４１は、帯域通過フィルタを含んでもよい。Ａ−Ｄコンバータ４４は、デジタルプロセッサを介する処理に適したＥＭＧ信号のデジタル表現を与える。
【００３５】
図５に示す屈曲部図は、発振器５０、抵抗器５１、増幅器５２、精密整流器５３、低域通過（平均化）フィルタ５４、およびＡ−Ｄコンバータ５５を含む。発振器５０は、ワイヤからなるらせんコイルなどの屈曲センサ５６のためのＡＣ励起電圧を与える。ワイヤコイルはインダクタを形成する。コイル長などの多くの変数がインダクタンスの値に影響を与える。コイルを伸ばしたり縮めたりすることによって、インダクタンスを変化させる。コイルのインピーダンスは、以下の式にしたがってインダクタンスに比例する。
【００３６】
【数７】
2008500072.tif 000009
ここで、ＸL＝インピーダンス、ｆ＝発振器周波数、およびＬ＝コイルインダクタンスである。
【００３７】
発振器５０は、振幅および周波数が安定である必要がある。抵抗器５１は、屈曲センサ５６とともに分圧器を形成するように配置される。抵抗器５１の値は定数であるので、増幅器５２への入力電圧は、屈曲センサ５６のインピーダンスを変化させることによって完全に制御される。低域通過フィルタ５４は、平均化フィルタであり、屈曲センサ５６のインピーダンスにおける急激な変化を取り除くために使用する。Ａ−Ｄコンバータ５５は、デジタルプロセッサを介する処理に適した屈曲インピーダンス信号のデジタル表現を与える。
【００３８】
図６ａから６ｄに示す図は、加速度計パッケージ３０Ａを含む。加速度計パッケージ３０Ａは、機種ＫＸＭ５２-Ｌ２０またはそれに相当するものでもよい。加速度計３０Ａの各チャネル（ｘ、ｙ、ｚ軸）の出力は、それぞれ低域通過フィルタ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに接続される。各フィルタ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの出力は、Ａ−Ｄコンバータ３２Ａのそれぞれの入力に接続される。Ａ−Ｄコンバータ３２Ａは、機種ＤＳ２４５０Ｓでもよい。図はまた、角速度センサ（機種ＡＤＸＲＳ３００など）を含むジャイロスコープ回路３３Ａを含む。ジャイロスコープ回路３３Ａは、体の位置の変化を計算するための向き基準データを与える。ジャイロスコープ回路３３Ａの出力は、低域通過フィルタ３４Ａを介してＡ−Ｄコンバータ３２Ａの入力に接続される。Ａ−Ｄコンバータ３２Ａの出力は、デジタル形式であり、マイクロプロセッサなどのデジタル処理回路（図示せず）に接続される。このデジタル出力はＰＣを介して適切なインターフェースに接続される。
【００３９】
図７ａから７ｄに示すＥＭＧ回路は、入力増幅器４０Ａおよび４０Ｂを含む。各入力増幅器４０Ａ、４０Ｂは、それぞれＥＭＧ電極アセンブリ１２に関連する電極対１５−１６および１５−１７からの入力を受信する。入力増幅器４０Ａの出力は、低域通過および高域通過フィルタ４３Ａ、４１Ａを通り整流器および積分器４２Ａに入力される。整流器および積分器４２Ａの出力は、Ａ−Ｄコンバータ４４の入力に印加される。入力増幅器４０Ｂの出力は、同様の低域通過および高域通過フィルタならびに整流器および積分器を通り、Ａ−Ｄコンバータ４４Ａのそれぞれ入力に印加される。Ａ−Ｄコンバータ４４Ａの出力は、デジタル形式であり、上記のようにデジタル処理回路に接続される。図７ａ〜７ｄに示したものと同様の第２のＥＭＧ回路を使用して、ＥＭＧ電極アセンブリ１２に関連する電極対１５−１８および１５−１９とデジタル処理回路とのインターフェースをとる。
【００４０】
図８ａから８ｄに示す屈曲回路は、結晶制御発振器５０Ａを含む。発振器５０Ａの出力は、屈曲チャネル８１、８２、８３のそれぞれの入力（Ｉｎ１〜Ｉｎ３）に印加される。屈曲チャネル８１は、抵抗器Ｒ６、Ｒ４９を備える抵抗分圧器を含む。分圧器の１つの腕は、屈曲コイルにチャネル接続される（図示せず）。分圧器の出力は、増幅器５２Ａに接続される。増幅器５２Ａの出力は、整流器回路５３Ａを介して低域通過フィルタ５４Ａに接続される。フィルタ５４Ａの出力は、Ａ−Ｄコンバータ５５Ａの１つの入力に接続される。屈曲チャネル８２、８３は、屈曲チャネル８１と同様に構成されるので、詳細な説明は省略する。屈曲チャネル８２、８３の出力は、Ａ−Ｄコンバータ５５Ａのそれぞれの入力に接続される。Ａ−Ｄコンバータ５５Ａの出力は、上記のようにデジタル形式であり、デジタル処理回路に接続される。
【００４１】
加速度計、ＥＭＧおよび屈曲回路からのデジタルデータは、適切にプログラムされたマイクロプロセッサなどのデジタル処理エンジンを介してデジタル領域において処理される。マイクロプロセッサは、データロガーとともに含まれてもよいし、またはデータロガーから遠隔な位置にあってもよい。データは、監視対象の個人に対して実時間フィードバックを与えるように実時間で処理してもよい。フィードバックは、所定の時間フレーム中に収集されたデータに基づく背部負担および／または損傷の危険の程度または評価を含んでもよい。あるいは、データをオフラインで処理して、先の時間フレーム中にログ記録された活動（背部負担および／または損傷の危険に対する１日の活動）の評価を与えてもよい。
【００４２】
デジタル処理エンジンは、背部負担および／または損傷の危険を評価するための適切なソフトウェアを用いてプログラムされてもよい。そのソフトウェアは、加速度計、ＥＭＧ、屈曲および他の回路によって与えられるデータに関連する危険成分を適宜決定してもよい。危険成分を危険評価原理にしたがって組み合わせて背部負担および／または損傷の危険の累積的程度を与えてもよい。危険成分を特定のアルゴリズムを組み合わせて、個人が監視デバイスを着用している全時間に対して単位時間ごと（１秒ごと）に累積される危険スコアを与えてもよい。累積した（総計の）スコアは、着用者の個別のあらかじめ設定した閾値と照合してもよい。総計の（累積した）スコアが個別の危険閾値に達した場合に、バイオフィードバック（振動、視覚および／または聴覚フィードバック）を作動させてもよい。１種より多くのバイオフィードバックがあってもよい。例えば、フィードバックは、１時間ごとの総計スコアおよびスライドする５分ウインドウなどのより短いフレームにわたり計算したさらなる総計スコアに基づいてもよい。異なる種類は、損傷の危険が種々の寄与イベントから起こり得るということに関係する。種々の寄与イベントには、比較的強い活動の短いバーストに関連するイベント、および１時間以上などの期間にわたり累積した場合に著しい危険を与えるより長い期間のあまり強くない活動に関連するイベントが含まれる。
【００４３】
図９から１７に、加速度計、ＥＭＧ、および屈曲回路からのデータを処理するためのソフトウェアの例を示すフローチャートを示す。このソフトウェアは、背部負担および／または損傷の危険を示す累積的スコアを計算するよう構成してもよい。
【００４４】
図９において、
ｔ＝データサンプルが関係する期間
Ｓ＝サンプルレート
ＣＵＭ１ｔ＝第１の累積的フィードバックウインドウの期間（単位：秒）
ＣＵＭ１＃＝第１の累積的フィードバックウインドウにおけるデータサンプル数（例えば、５分のウインドウ、２０Ｈｚのサンプルレート）
ＣＵＭ１＃＝６，０００
ＣＵＭ１ｓ＝期間ＣＵＭ１ｔ中のデータスコアの結果
ＣＵＭ１ｔｈ＝期間ＣＵＭ１ｔ中の閾値スコア
ＣＵＭ２ｔ＝第２の累積的フィードバックウインドウの期間（単位：秒）
ＣＵＭ２＃＝第１の累積的フィードバックウインドウにおけるデータサンプル数（例えば、６０分のウインドウ、２０Ｈｚのサンプルレート）
ＣＵＭ２＃＝７２，０００
ＣＵＭ２ｓ＝期間ＣＵＭ２ｔ中のデータスコアの結果
ＣＵＭ２ｔｈ＝期間ＣＵＭ２ｔ中の閾値スコア
【００４５】
図１０において、
ＡＣＣＭＩＮ＝加速度計の出力に対して使用可能な最小値
ＯＲＩＵ＝体が直立している度数範囲
ＯＲＩＬＦ＝体がうつ伏せになっている度数範囲
ＯＲＩＬＢ＝体があお向けになっている度数範囲
ＯＲＩＵＤ＝体が逆さになっている度数範囲
【００４６】
図１１において、
ＰＯＳLF＝Ａ°
ＭＡＸ−Ｉｆ
ここで、
ＰＯＳＬＦ＝側方屈曲平面における位置
Ａ°＝側方屈曲平面における下背部の相対角度
ＭＡＸ−Ｉｆ＝側方屈曲平面における現在までの移動の最大範囲
ＡＣＣＭＩＮ＝加速度計の出力に対して使用可能な最小値
【００４７】
図１２において、
ＰＯＳLF＝Ｂ°
ＭＡＸ−ｆ
ここで、
ＰＯＳF＝屈曲／延伸平面における位置
Ｂ°＝屈曲／延伸平面における下背部の相対角度
ＭＡＸ−ｆ＝屈曲／延伸平面における現在までの移動の最大範囲
ＡＣＣMIN＝加速度計の出力に対して使用可能な最小値
【００４８】
図１３において、
ＰＯＳROT＝屈曲／延伸平面における位置
Ｃ°＝屈曲／延伸平面における下背部の相対角度
ＭＡＸ-ROT＝屈曲／延伸平面における現在までの移動の最大範囲
ＡＣＣMIN＝加速度計の出力に対して使用可能な最小値
【００４９】
図１４において、
ＥＭＧJ＝ＥＭＧに対する自己較正個人最大読取
ＥＭＧk＝未処理ＥＭＧ信号の平方自乗平均値
ＥＭＧL＝ＥＭＧ正規化値。ＥＭＧJのパーセンテージ
ＥＭＧFAT＝ＥＭＧ疲労スコア
ＥＭＧFATt＝疲労解析に対して使用される期間
ＥＭＧM＝ＥＭＧ疲労レベル−低グレード
ＥＭＧN＝ＥＭＧ疲労レベル−高グレード
ＥＭＧRES＝ＥＭＧ疲労解析の結果
ＥＭＧSC＝ＥＭＧスコア
なお、この図は、測定中の各筋肉グループに対して繰り返される。
【００５０】
図１５において、
ＡＣＣMIN＝加速度計の出力に対して使用可能な最小値
ＶＩＢLFT＝時間ｔにおける側方屈曲平面に対する振動レベル
ＶＩＢFt＝時間ｔにおける屈曲／延伸平面に対する振動レベル
ＶＩＢUDt＝時間ｔにおける垂直平面に対する振動レベル
ＶＩＢSC＝振動解析の最終結果
ＶＩＢt＝振動解析に対して使用した期間
【００５１】
図１６において、
ＰＯＳLF＝時間ｔにおける側方屈曲平面における位置
ＰＯＳF＝時間ｔにおける屈曲／延伸平面における位置
ＰＯＳROT＝時間ｔにおける回転平面における位置
ＰＯＳROT＝時間ｔにおける回転平面における位置
ＳＰＥLF＝側方屈曲平面における速さ
ＳＰＥF＝屈曲／延伸平面における速さ
ＳＰＥROT＝回転平面における速さ
ＡＣＣLF＝側方屈曲平面における加速度
ＡＣＣF＝屈曲／延伸平面における加速度
ＡＣＣROT＝回転平面における加速度
【００５２】
図１７において、
ｔ＝データサンプルが関係する期間
Ｓ＝サンプルレート
ＣＵＭ１ｔ＝第１の累積的フィードバックウインドウの期間（単位：秒）
ＣＵＭ１＃＝第１の累積的フィードバックウインドウにおけるデータサンプル数（例えば、５分のウインドウ、２０Ｈｚのサンプルレート）
ＣＵＭ１＃＝６，０００
ＣＵＭ１ｓ＝期間ＣＵＭ１ｔ中のデータスコアの結果
ＣＵＭ１ｔｈ＝期間ＣＵＭ１ｔ中の閾値スコア
ＣＵＭ２ｔ＝第２の累積的フィードバックウインドウの期間（単位：秒）
ＣＵＭ２＃＝第１の累積的フィードバックウインドウにおけるデータサンプル数（例えば、６０分のウインドウ、２０Ｈｚのサンプルレート）
ＣＵＭ２＃＝７２，０００
ＣＵＭ２ｓ＝期間ＣＵＭ２ｔ中のデータスコアの結果
ＣＵＭ２ｔｈ＝期間ＣＵＭ２ｔ中の閾値スコア
ＰＲＯ＝プロファイルデータ結果
残りは先行する図面に関して定義したとおりである。
【００５３】
上記ソフトウェアは、図６から８に示す加速度計、ＥＭＧ、および屈曲回路から受信される未処理データを処理する。ソフトウェアはまたジャイロスコープ回路からのデータおよび監視対象の個人に関連するプロファイルデータを処理する。プロファイルデータは、個人の癖に合わせるべきパラメータおよび危険閾値、および背部負担および／または損傷の危険に関する事実（年齢、性別、体重、身長、家族歴、健康レベル、職業など）の計算を可能にし得る。プロファイルデータは、質問表などによって得てもよい。この目的のためのサンプル質問表を図１８に示す。
【００５４】
最後に、本発明の意図および範囲から逸脱せずに、上記の構成要素の構成および配置に対して種々の変形、変更、および／または付加を導入し得ることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の装置に関連づけられたトランスデューサパッドおよびＥＭＧ電極アセンブリ
【図２Ａ】個人の背部に対してトランスデューサを配置するプロトコルを示す図
【図２Ｂ】同プロトコルを示す図
【図３Ａ】加速度計トランスデューサに関連づけられたブロック図
【図３Ｂ】ジャイロスコープトランスデューサに関連づけられたブロック図
【図４】ＥＭＧトランスデューサに関連づけられたブロック図
【図５】屈曲トランスデューサに関連づけられたブロック図
【図６Ａ】加速度計およびジャイロスコープトランスデューサに関連づけられた回路図
【図６Ｂ】同回路図
【図６Ｃ】同回路図
【図６Ｄ】同回路図
【図７Ａ】ＥＭＧトランスデューサに関連づけられた回路図
【図７Ｂ】同回路図
【図７Ｃ】同回路図
【図７Ｄ】同回路図
【図８Ａ】屈曲トランスデューサに関連づけられた回路図
【図８Ｂ】同回路図
【図８Ｃ】同回路図
【図８Ｄ】同回路図
【図９】本発明の装置に関連づけられた処理ソフトウェアのフロー図
【図９Ｂ】同フロー図
【図９Ｃ】同フロー図
【図１０Ａ】体の向きを計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１０Ｂ】同フロー図
【図１１Ａ】側方屈曲平面における下背部の位置を計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１１Ｂ】同フロー図
【図１２Ａ】延伸屈曲平面における下背部の位置を計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１２Ｂ】同フロー図
【図１３Ａ】下背部の回転を計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１３Ｂ】同フロー図
【図１４Ａ】ＥＭＧレベルおよび筋肉疲労を計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１４Ｂ】同フロー図
【図１５Ａ】ばらつきを計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１５Ｂ】同フロー図
【図１６】速度および加速度を計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１７Ａ】背部損傷の累積危険を計算するためのソフトウェアのフロー図
【図１７Ｂ】同フロー図
【図１８Ａ】監視対象の個人についてのプロファイルデータを決定するためのサンプル質問表
【図１８Ｂ】同サンプル質問表
【図１８Ｃ】同サンプル質問表
【図１】
2008500072.tif 000010
【図２Ａ】
2008500072.tif 000011
【図２Ｂ】
2008500072.tif 000012
【図３Ａ】
2008500072.tif 000013
【図３Ｂ】
2008500072.tif 000014
【図４】
2008500072.tif 000015
【図５】
2008500072.tif 000016
【図６Ａ】
2008500072.tif 000017
【図６Ｂ】
2008500072.tif 000018
【図６Ｃ】
2008500072.tif 000019
【図６Ｄ】
2008500072.tif 000020
【図７Ａ】
2008500072.tif 000021
【図７Ｂ】
2008500072.tif 000022
【図７Ｃ】
2008500072.tif 000023
【図７Ｄ】
2008500072.tif 000024
【図８Ａ】
2008500072.tif 000025
【図８Ｂ】
2008500072.tif 000026
【図８Ｃ】
2008500072.tif 000027
【図８Ｄ】
2008500072.tif 000028
【図９】
2008500072.tif 000029
【図９Ｂ】
2008500072.tif 000030
【図９Ｃ】
2008500072.tif 000031
【図１０Ａ】
2008500072.tif 000032
【図１０Ｂ】
2008500072.tif 000033
【図１１Ａ】
2008500072.tif 000034
【図１１Ｂ】
2008500072.tif 000035
【図１２Ａ】
2008500072.tif 000036
【図１２Ｂ】
2008500072.tif 000037
【図１３Ａ】
2008500072.tif 000038
【図１３Ｂ】
2008500072.tif 000039
【図１４Ａ】
2008500072.tif 000040
【図１４Ｂ】
2008500072.tif 000041
【図１５Ａ】
2008500072.tif 000042
【図１５Ｂ】
2008500072.tif 000043
【図１６】
2008500072.tif 000044
【図１７Ａ】
2008500072.tif 000045
【図１７Ｂ】
2008500072.tif 000046
【図１８Ａ】
2008500072.tif 000047
【図１８Ｂ】
2008500072.tif 000048
【図１８Ｃ】
2008500072.tif 000049
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月17日(2007.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための装置であって、
慣性系に対する前記体の位置を測定し、前記位置を示す第１のデータを提供するための手段であって、少なくとも１つの慣性センサを含む手段と、
少なくとも一時的に前記データを格納するための手段と、
前記データを処理して前記体に対する負担および／または負荷の程度を提供するための手段とを備えた装置。
【請求項２】
筋肉活動を測定し、前記筋肉活動を示す第２のデータを提供するための手段を備えた請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記負担および／または負荷は前記哺乳動物の背部に加わる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
各前記慣性センサは加速度計を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記加速度計は３つの直交軸に沿って加速度を測定するよう構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記データは、側方屈曲平面における変位を導出するために使用される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記データは、延伸屈曲平面における変位を導出するために使用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記データは、前記体の回転を導出するために使用される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記筋肉活動を測定するための手段は、ＥＭＧを測定するための電極を含む、請求項２〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記電極は、前記哺乳動物の背部に適用される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記哺乳動物の皮膚の伸張を測定するための手段を含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記皮膚の伸張を測定するための手段は、延伸された場合にインピーダンスが変化するらせんコイルを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
各測定手段は、アナログデータをデジタル領域に変換するための少なくとも１つのＡ−Ｄコンバータを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記Ａ−Ｄ変換は、前記データの格納の前に行われる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記処理手段は、損傷の危険を評価するアルゴリズムを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記アルゴリズムは、前記哺乳動物に関連するプロファイルデータを含む１つ以上の危険成分に基づいて前記危険を評価するよう構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロファイルデータは、個人データおよび家族歴を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
脊椎哺乳動物の体に加わる負担および／または負荷を監視するための方法であって、
慣性系に対する前記体の位置を測定し、前記位置を示す第１のデータを提供するステップであって、前記測定は少なくとも１つの慣性センサによって行われるステップと、
少なくとも一時的に前記データを格納するステップと、
前記データを処理して前記体に対する負担および／または負荷の程度を提供するステップとを含む方法。
【請求項１９】
筋肉活動を測定し、前記筋肉活動を示す第２のデータを提供するステップを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記負担および／または負荷は前記哺乳動物の背部に加わる、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
各慣性センサは加速度計を含む、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記加速度計は３つの直交軸に沿って加速度を測定するよう構成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記データは、側方屈曲平面における変位を導出するために使用される、請求項１８〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記データは、延伸屈曲平面における変位を導出するために使用される、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記データは、前記体の回転を導出するために使用される、請求項１８〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記筋肉活動を測定するステップは、ＥＭＧを測定することを含む、請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＥＭＧは、前記哺乳動物の背部において測定される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記哺乳動物の皮膚の伸張を測定するステップを含む請求項１８〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記皮膚の伸張は、延伸された場合にインピーダンスが変化するらせんコイルを介して測定される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
各測定ステップは、アナログデータをデジタル領域に変換するステップを含む、請求項１８〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記データをデジタル領域に変換するステップは、前記データの格納の前に行われる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記処理ステップは、損傷の危険を評価するアルゴリズムを介して行われる、請求項１８〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記アルゴリズムは、前記哺乳動物に関連するプロファイルデータを含む１つ以上の危険成分に基づいて前記危険を評価するよう構成される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記プロファイルデータは、個人データおよび家族歴を含む、請求項３３に記載の方法。
【国際調査報告】
2008500072.tif 000050
2008500072.tif 000051