(57)【要約】【課題】種々の幻肢痛や患者の状態に合わせた治療を支援可能であり、副作用等の弊害が少ない治療を支援可能な疼痛治療支援装置等を提供すること。【解決手段】仮想空間において、患者に所定の作業を実行させることで、当該患者の現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する疼痛を軽減させる疼痛治療支援装置である。本装置では、位置センサによって患者の姿勢等を検出し、これに基づいて所定作業を実行する当該患者の動きに対応する幻視画像を、仮想空間において提示する。患者は、幻視画像を高い臨場感で視覚的に認識する一方で、視覚と触覚等とのギャップを学習する。これにより、患者の脳が「幻肢は存在しない」と結論付けることを誘導させることができる。【選択図】      図３
2004298430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に所定の作業を実行させることで、当該患者の現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する疼痛を軽減させる疼痛治療支援装置であって、
前記所定の作業を所定の進度で仮想的に実行するための仮想空間を生成する仮想空間生成手段と、
前記患者の現存する四肢の位置及び姿勢を検出する位置検出手段と、
検出された前記現存する四肢の位置及び姿勢に基づいて実空間と前記仮想空間とを対応させ、前記仮想空間内における前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部の位置及び姿勢を計算する計算手段と、
前記計算された姿勢に基づいて、前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する幻肢画像を生成する幻肢画像生成手段と、
前記計算された位置に基づいて、前記仮想空間内に前記幻肢画像を動画的に表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする疼痛治療支援装置。
【請求項２】
前記計算手段は、検出された前記現存する四肢の位置及び姿勢に基づいて、逆機構学的に前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部の位置及び姿勢を計算することを特徴とする請求項１記載の疼痛治療支援装置。
【請求項３】
前記所定の作業を選択するための選択手段とさらに具備し、
前記仮想空間生成手段は、選択された作業に対応する仮想空間を生成し、
前記幻肢画像生成手段は、前記選択された所定の作業に適合した形態にて前記幻肢画像を生成すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の疼痛治療支援装置。
【請求項４】
前記幻肢画像生成手段は、前記患者の衣類又は皮膚の色の少なくとも一方に合わせて前記幻肢画像を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の疼痛治療支援装置。
【請求項５】
前記患者の現存する四肢に対して、前記仮想空間の変化に対応した触感又は作用を提供するフィードバック手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の疼痛治療支援装置。
【請求項６】
前記仮想空間生成手段は、予め設定されたプログラムに基づく自動的指示、マニュアル操作による指示、又は音声入力による指示の少なくとも一つに基づいて、前記所定の進度を制御することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の疼痛治療支援装置。
【請求項７】
前記仮想空間の変化に対応して音声を出力する音声出力手段、又は前記仮想空間の変化に対応して芳香を出力する芳香出力手段の少なくとも一方をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の疼痛治療支援装置。
【請求項８】
前記患者の生理状態をモニタリングし、当該患者に関する生理情報を出力するモニタリング手段をさらに具備し、
前記仮想空間生成手段は、前記生理状態に基づいて、前記所定の進度を制御すること、
を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の疼痛治療支援装置。
【請求項９】
患者に所定の作業を実行させることで、当該患者の現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する疼痛を軽減させるために、前記所定の作業を仮想的に実行するための仮想空間に前記欠損した四肢の少なくとも一部に対応する幻肢画像を動画的に表示する方法であって、
前記仮想空間を生成し、
前記患者の現存する四肢の位置及び姿勢を検出し、
検出された前記現存する四肢の位置及び姿勢に基づいて、実空間と前記仮想空間とを対応させ、
前記仮想空間内における前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部の位置及び姿勢を計算し、
前記計算された姿勢に基づいて、前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する幻肢画像を生成し、
前記計算された位置に基づいて、前記仮想空間内に前記幻肢画像を動画的に表示すること、
を具備することを特徴とする仮想空間に幻肢画像を動画的に表示する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、疼痛、特に幻肢痛を軽減させるペインクリニックを支援するための疼痛治療支援装置、及び仮想空間に幻肢画像を動画的に表示する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不慮の事故や手術等で、四肢の一部を失った人の中には幻肢痛と呼ばれる難治性の痛みを訴える人が多い。ここで、幻肢とは、失った四肢の一部が現実に存在するかのように見える又は感じられるまぼろしを意味する。従来、こうした幻肢痛に対しても、鎮痛剤を用いた薬物治療や神経腫の切除等の外科的治療が試みられてきた。しかし、これら多くの鎮痛剤は副作用が伴うものや、習慣性があるものも多い。一方、外科的な治療も一時的には効果があるものの、患者にとっては負担が大きく、かつ、再発してしまう場合も多い。結局、幻肢痛のような原因不明の痛みや痙攣については、薬物の使用を最小限に押さえ、外科的な治療も行わずに済む疼痛治療が理想的であると言える。
【０００３】
近年、感覚の機序にかかわる研究から、幻肢痛のうちの何割かは、患者に欠損四肢あるいは麻痺部位のあるべき動きや姿勢を視覚的にフィードバックすることにより抑制できることがわかってきた。例えば、欠損四肢と対になる現存四肢を鏡に写し、幻肢自体のイメージを払拭させる新しい治療法が試みられ、効果をあげている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、この治療法は、手軽に実現できるメリットがある一方、例えば、両手や両足を同時に失った人に対しては、有効ではない。また、患者毎の状態に合わせた治療プログラムを組むのが難しいという問題がある。さらに、視覚以外の感覚、例えば、触覚その他の多感覚を統合的に制御して提示するといった拡張性に乏しく、治療成績を高めるのに限界がある場合がある。
【０００５】
一方、薬物を用いる方法や外科的な治療は、対処的な療法にしかない。また、副作用が大きかったり、さらなる外科的な処置が必要になる等、患者に苦痛を強いる場合がある。
【０００６】
【非特許文献１】
（Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ，Ｖ．Ｓ．  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｔｏｕｃｈｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｐｈａｎｔｏｍ  Ｌｉｍｂ．”  Ｎａｔｕｒｅ，  ３７７：４８９−４９０）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、種々の幻肢痛や患者の状態に合わせた治療を支援可能であり、副作用等の弊害が少ない治療を支援可能な疼痛治療支援装置、及び仮想空間に幻肢画像を動画的に表示する方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【０００９】
本発明の第１の視点は、患者に所定の作業を実行させることで、当該患者の現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する疼痛を軽減させる疼痛治療支援装置であって、前記所定の作業を所定の進度で仮想的に実行するための仮想空間を生成する仮想空間生成手段と、前記患者の現存する四肢の位置及び姿勢を検出する位置検出手段と、検出された前記現存する四肢の位置及び姿勢に基づいて実空間と前記仮想空間とを対応させ、前記仮想空間内における前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部の位置及び姿勢を計算する計算手段と、前記計算された姿勢に基づいて、前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する幻肢画像を生成する幻肢画像生成手段と、前記計算された位置に基づいて、前記仮想空間内に前記幻肢画像を動画的に表示する表示手段と、を具備することを特徴とする疼痛治療支援装置である。
【００１０】
本発明の第２の視点は、患者に所定の作業を実行させることで、当該患者の現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する疼痛を軽減させるために、前記所定の作業を仮想的に実行するための仮想空間に前記欠損した四肢の少なくとも一部に対応する幻肢画像を動画的に表示する方法であって、前記仮想空間を生成し、前記患者の現存する四肢の位置及び姿勢を検出し、検出された前記現存する四肢の位置及び姿勢に基づいて、実空間と前記仮想空間とを対応させ、前記仮想空間内における前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部の位置及び姿勢を計算し、前記計算された姿勢に基づいて、前記現存する又は欠損した四肢の少なくとも一部に関する幻肢画像を生成し、前記計算された位置に基づいて、前記仮想空間内に前記幻肢画像を動画的に表示することを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
このような構成によれば、種々の幻肢痛や患者の状態に合わせた治療を支援可能であり、副作用等の弊害が少ない治療を支援可能な疼痛治療支援装置、及び仮想空間に幻肢画像を動画的に表示する方法を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１３】
まず、このシステムを用いた疼痛軽減治療の前提となる知見について説明する。四肢など体の様々な部位の感覚は、それぞれ、大脳皮質の固有の領域にマッピングされている（文献「Ｗ．  Ｐｅｎｆｉｅｌｄ，  ｅｔ．  ａｌ．，  “Ｔｈｅ  Ｃｅｒｅｂｒａｌ  Ｃｏｒｔｅｘ  ｏｆ  Ｍａｎ：  Ａ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，”  ＭａｃＭｉｌｌａｎ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  （１９５０）」参照）。ところが、事故や手術で急に四肢が切断されると、この欠損四肢に対応する脳内の感覚領域が異なる部分に再配置され、かつ、そこが他の刺激、例えば、顔の動きや顔への接触等により活性化される。この感覚領域の活性化は、欠損四肢の感覚として認識されることがある。これが幻肢である。この幻肢の痛みである幻肢痛も、幻肢と同様に欠損四肢の痛覚の脳内領域の再配置により生ずると考えられている。
【００１４】
幻肢体験は視覚イメージの影響を強く受ける。文献（ラマチャンドラン、ブレイクスリー著「脳の中の幽霊」（角川書店））によれば、患者の幻肢イメージに対応する仮想四肢を視覚的に提示して、幻肢が「見える」のに、運動の感覚や触感がフィードバックされないという状態を作り出せば、幻肢を消去できるという。その理由は、図１に示すように、この視覚刺激と体性感覚刺激の矛盾を解消するために、脳は「幻肢は存在しない」という結論を出さざるを得なくなるからである。この理論によれば、幻肢感覚を消去できれば幻肢痛も消すことができることになる。実際の治療現場においても、図２に示すように、現存四肢の鏡像を欠損四肢の本来あるべき位置に重ね合わせるという単純な方法で治療効果があがっている。
【００１５】
この様な視覚刺激と体性感覚刺激の矛盾に基づく治療法を行う場合、仮想的に提示した四肢を自分の四肢と感じさせる臨場感が重要であると考えられる。例えば、幻肢に対応する仮想四肢を提示することに加え、この仮想四肢が仮想現実世界中でリーズナブルな動きをする環境（例えば、何らかの作業）が提示できれば、より効果的であると思われる。何故なら、作業が設定されることで、四肢の動作に関する脳内の対応領域も活性化されるからである。鏡では、現存四肢と幻肢が鏡像対称な動きをする単純でかつ恣意的な作業しか提示できないが、仮想四肢をコンピュータによって生成できれば、より自然でかつ多様な作業設定が可能となる。
【００１６】
本実施形態は、以上述べた考察に端を発するものであり、幻肢に対応する仮想四肢を、仮想空間における画像として高い臨場感で提供する疼痛治療支援装置に関するものである。以下、本発明の実施形態に係る疼痛治療支援装置の構成について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図３は、本実施形態に係る疼痛治療支援装置１の外観を示した図である。同図に示すように、本疼痛治療支援装置１は、磁気センサ１１、磁気発生源１３、演算装置１５、制御装置１６、画像生成部１７、一時記憶部１８、記憶装置１９、ディスプレイ２０、入力部２１を具備している。なお、図３においては、ディスプレイ２０以外の構成要素は、装置本体１０内に設けられた例を示してある。
【００１８】
磁気センサ１１は、装置使用者（すなわち、被治療者）の現存四肢の一部その他の身体部位に取り付けられ、当該四肢の一部又は身体全体の位置、姿勢を磁気的手段によって取得する。この磁気センサ１１は、磁場発生源１３との相対位置を演算装置１５にて求めるシステムであり、例えば、Ｐｏｌｈｅｍｕｓ社のＦａｓｔｒａｋ等を採用することができる。
【００１９】
なお、本疼痛治療支援装置１は、事故等で失った四肢の一部を自然な形態にて視覚的に再現するものであるから、図３に示すように、磁気センサ１１は、少なくとも失った四肢の一部に対応する端部に設けられていることが好ましい。また、本実施形態では磁気的手段によるセンサを使用するが、被治療者の姿勢を検出できるものであれば、どのような検出手段であってもよい。例えば、モーションキャプチャシステムのように各関節に再帰性反射材（マーカ）を貼りつけ、これを複数の光源とカメラで撮影して位置を求めるシステム（例えば、Ｖｉｃｏｍ社のｖｉｃｏｍ８ｉ等）、超音波の発信機と受信機の組み合わせで位置を求めるシステム（例えば、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ社の３Ｄマウス）等を用いてもよい。
【００２０】
磁気発生源１３は、被治療者の現存四肢の一部、及びその他の身体部位に取り付けられた磁気センサ１１が検出するための磁場を発生する。
【００２１】
演算装置１５は、磁気センサ１１と磁場発生源１３との相対的な位置関係に基づいて、被治療者の現存四肢の一部又は身体全体の位置、姿勢を推定する。また、演算装置１５は、推定された現存四肢の一部又は身体全体の位置、姿勢に基づいて、例えば逆機構学的に、後述する仮想空間における被治療者が失った四肢の一部の位置及び姿勢（すなわち、幻肢の位置姿勢）を演算する。
【００２２】
制御装置１６は、各構成要素の動作を制御し、本疼痛治療支援装置１の動作を統括的に制御する。
【００２３】
画像生成部１７は、治療を受ける患者が所定の作業を実行するための仮想空間を提供するための画像（仮想空間画像）を生成する。この仮想空間画像は、アニメーションや撮影された実画像による二次元又は三次元画像であり、高い臨場感を演出するために動画的に表示されることが好ましい。また、画像生成部１７は、演算装置１５によって求められた幻肢の姿勢及び位置に基づいて、幻肢を表す画像（幻視画像）を生成する。この幻視画像は、ディスプレイ２０に所定の形態によって表示される。なお、これら仮想空間画像や幻肢画像の生成は、リアルタイムで実行される。
【００２４】
すなわち、仮想空間内の幻視画像は、演算装置１５によって逆機構学的に求められた姿勢及び位置に基づいて、画像生成部１７によって生成され、ディスプレイ２０にリアルタイムで表示される。従って、幻視画像は、患者の現存四肢の動きに応じて姿勢及び位置を変えながら仮想空間内を動くことになる。
【００２５】
一時記憶部１８は、記憶装置１９から読み出された治療プログラムを一時記憶する。本治療プログラムは、制御装置１６の制御のもと当該一時記憶装置１８上で展開され、これに基づいて疼痛を軽減させるための各種処理が実行される。
【００２６】
記憶装置１９は、疼痛治療に関わるデータ、例えば治療モード毎の各種課題作業を実現するためのプログラム、各課題作業で用いる仮想物体の属性情報、仮想空間において提供される効果音、仮想物体を把持する場合に選択される種々の把持モードに関する情報を記憶している。
【００２７】
ここで、治療モードとは、欠損した部位に応じた治療を選択するためのモードである。また、課題作業とは、疼痛軽減治療をするために、仮想空間において幻肢を動かすための作業である。例えば、医師の音声指示に従って、患者が幻肢を動かす、ＣＧ表示されたボールを幻肢で受け取る、幻肢と現存四肢で仮想物体を掴んで動かす、幻肢と現存四肢間でキャッチボールをする等がある。
【００２８】
ディスプレイ２０は、上述した仮想空間画像と幻肢画像とを合成して表示する。被治療患者からすれば、自身の動きに対応してディスプレイ２０上の仮想空間画像と幻肢画像とが変化するので、仮想空間と実空間とが融合した融合空間を高い臨場感にて体感することができる。
【００２９】
入力部２１は、操作者からの各種指示・命令・情報を装置本体１０にとりこむためのマウスやトラックボール、モード切替スイッチ、キーボード等である。
【００３０】
なお、図３においては、ディスプレイ２０によって仮想空間画像と幻視画像を提供するシステムを示しているが、例えば次に述べるような他の表示系を使用したシステムを採用することもできる。
【００３１】
（ビデオシースルーディスプレイシステム）
図４は、ビデオシースルーディスプレイシステムの一例を示した図である。これは、現実世界の物体や患者の現存四肢をビデオカメラやレンジファインダ等によって捕らえ、これを計算機によって作られた欠損四肢のＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）モデルと同じ座標空間中で表現することによって融合するものである。このシステムは、図４に示すように、例えば手の形と位置とを取得するカメラ４００と、ＣＲＴまたは液晶モニタ等の電子ディスプレイ４０１と、鏡４０２と、位置センサ４０３とを用いて構成することができる。
【００３２】
幻肢として提示される欠損四肢（図４では、右腕）の位置は、位置センサ４０３によって検出される肩の位置によって、逆機構学的に求められる。幻肢として提示する映像は、立体像であっても、通常の２次元画像でもよい。なお、鏡像が空間的に正しい位置に見えるように、電子ディスプレイ４０１、鏡４０２は、患者の体に合わせて上下に移動するのが望ましい。また、スポットライト等によって手の部分を視覚的に目立たせる構成であってもよい。
【００３３】
（光学シースルーディスプレイシステム）
図５は、光学シースルーディスプレイシステムの一例を示した図である。これは、鏡の代わりにハーフミラーを用いて、現実世界と仮想世界とを光学的に融合するものである。すなわち、電子ディスプレイ５０１と、ハーフミラー５０２を用い、現実世界の物体や患者の現存四肢はハーフミラーを透過させ、ＣＧモデルはハーフミラー上での反射像として提示することで、両者を融合する。この方式では、ハーフミラーを透過してあらゆるものが見えてしまうので、装置全体を暗い環境に置き、指向性のある光源５０３を選択的に見せたいものだけ明るくすることで、より効果を高められる（例えば、文献「Ｋ．Ｋａｍｅｙａｍａ，  “Ｔａｎｇｉｂｌｅ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ，”  ＳＩＧＧＲＡＰＨ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ａｂｓｔｒａｃｔ  （１９９９）」参照）。なお、このシステムを使用する場合も、提示する映像は立体像でも通常の２次元イメージでもよい。
【００３４】
（フレネルレンズを使用したディスプレイシステム）
図６は、フレネルレンズを使用したディスプレイシステムの一例を示した図である。これは、像の位置を変化させる光学系を用いて、現実世界と仮想世界を光学的に融合するものである。すなわち、凹面鏡またはフレネルレンズ等の光学素子６０２を用いて、電子ディスプレイ６０１が再生する幻肢をテーブル６０３に関して対象の位置に映し出す。幻肢として提示する像としては、２次元イメージであってもよいが、立体像の方がより効果がある。このシステムにおいては、光学素子６０２を大きくすることで、より広視野な仮想空間を実現することができる。
【００３５】
（影絵を利用したディスプレイシステム）
図７は、影絵を利用したディスプレイシステムの一例を示した図である。このシステムは、プロジェクタのような電子ディスプレイ７０１と透過型スクリーンのような光学素子７０２によって構成される。患者は、肩の高さに合うようにその高さが調整された光学素子７０２の下に、現存する腕等を入れる。光学素子７０２上には、幻肢はＣＧの影絵として、患者の現存する腕等の実世界の物体は、プロジェクタ光を遮る影として写し出される。
【００３６】
以上述べた代表的な例の他、例えば患者により近い位置に立体像を提示するために超多眼ディスプレイを用いる方法、図８に示す湾曲スクリーン３０４に立体像を提示する方法もある。
【００３７】
また、より小型・軽量化するには、ディスプレイをウェアラブルなものとするのが好ましい。図９（ａ）は、ハーフミラー、レンズ等の光学素子４０、モニタ９１、頭部位置計測装置９２を有し、実世界に仮想世界を重畳させて提示可能なヘッドマウンティドディスプレイ（以下、ＨＭＤと称す）を示している。図９（ｂ）は、小型の電子ディスプレイ９０、モニタ９１、頭部位置計測装置９２、ビデオカメラ９３を有し、実世界を取り込んで仮想世界中に提示可能なＨＭＤを示している。特に、後者のシステムにおける表示に関しては、文献「谷口、“リアルタイムで仮想と現実を融合する”、Ｈ１３電気学会電子・情報・システム部門大会論文集、（２００１）」に詳しい。
【００３８】
（装置の動作例）
次に、上記のように構成した疼痛治療支援装置１の疼痛軽減治療における動作を、図１０乃至図１４を参照しながら説明する。以下では簡単のため、仮想空間において右腕を幻肢画像として提示する場合を例にして説明する。なお、当然ながら、左腕や両腕、右足、左足、または両足を幻肢として提供する場合でも、同様の手法にて実現することができる。
【００３９】
図１０は、疼痛軽減治療において実行される各処理の流れを示したフローチャートである。
【００４０】
同図において、まず医師は、疼痛治療支援装置１の入力部２１を介して、治療対象である患者に適した治療モードを選択し、所望の課題作業を設定する（ステップＳ１）。制御装置１６は、選択された治療モードの課題作業を実現するプログラムを記憶装置から読み出し、メモリ上に展開させる。ステップＳ１においては、飛んでくるボールを幻肢としての右腕によりキャッチする課題作業が選択されたものとする。
【００４１】
なお、課題作業は、入力部２１からの医師等の入力指示に従って進行するが、音声指示に従って進行する構成であってもよい。図１１は、図５に示した光学シースルーディスプレイシステムに音声認識装置３１を設けた例を示している。また、図１２は、図３に示した疼痛治療支援装置１において、音声認識装置３１を設けた例を示している。各図に示すシステムでは、課題作業は医師等の音声指示に従って進行され、患者は、医師等の音声指示に従って課題作業（コンピュータグラフィックス（ＣＧ）表示されたボールを幻肢で受け取る）を行うことになる。
【００４２】
次に、当該疼痛軽減治療において、視覚的に提供される幻肢の形状を決定する（ステップＳ２）。一般に、患者は幻肢イメージをかなり明確に持っている。従ってこの幻肢の形状決定においては、現実感を高める上で、予め患者の幻肢イメージをヒヤリングしてその形状を決定する、或いは現存する左腕を計測しその鏡像を幻肢とすることが好ましい。
【００４３】
次に、患者の動作に対応させて、作業状況に応じた幻肢の姿勢（ｐｏｓｔｕｒｅ）を求め、表示する（ステップＳ３乃至Ｓ８）。人の動きに対応して動作するコンピュータアニメーション等は、これまでにも様々なものが開発されている。ここではその一例として文献（Ｙ．Ｋｏｇａ  ｅｔ．  ａｌ．，  “Ｐｌａｎｎｉｎｇ  Ｍｏｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｎｔｉｏｎｓ”，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＩＧＧＲＡＰＨ’９４  （１９９４））に基づく方法を採用する。この方法は、手を使った作業における幻肢のアニメーション等作成に適しており、以下に示す各ステップの具体的内容は、本装置１における当該手法のアルゴリズムに対応している。
【００４４】
まず、患者身体の位置・姿勢を計測して（ステップＳ３）、これに基づき仮想把持対象２７の位置・姿勢を計算する（ステップＳ４）。具体的には、次の様な処理を行う。
【００４５】
最初に、患者Ｐの位置と姿勢、例えば、現存する左腕の先端または／および左肩と右肩を磁気センサ１１によって求める。次に、例えばキャッチボールの場合なら、磁気センサ１１からの情報によって得られる患者Ｐの位置及び姿勢と、幻肢としての右手から投げられたボールの軌道とから、演算により把持対象２７の各時刻における位置を求める。また、幻肢としての右手で物体を保持する場合は、磁気センサ１１からの情報によって得られる患者Ｐの位置及び姿勢に基づいて、演算により把持対象２７の各時刻における位置を求める。
【００４６】
次に、把持対象２７の形状から幻肢の把持モードを決定する（ステップＳ５）。この把持モードの決定には、例えば文献「Ｃ．Ｃ．Ｎｏｒｋｉｎ  ｅｔ．  ａｌ．，  “Ｊｏｉｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ＆  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：  Ａ  Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ”，  Ｆ．Ａ．Ｄａｖｉｓ  Ｃｏ．，  Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ  （１９８３）」にある方法を採用することができる。この方法では、図１３に示すように、円柱やボール、角錐、角柱等の基本形状に対する把持の仕方が予め分類（対応付け）されており、把持対象２７を決定することで、幻肢の手首の姿勢が自動的に決定される。
【００４７】
次に、把持対象２７と患者との位置関係及び把持モードに基づき、逆機構学的に幻肢の位置・姿勢を決定し、把持対象２７に沿うように指の関節角を決定する（ステップＳ６）。幻肢の位置・姿勢は、例えば文献「Ｊ．Ｆ．  Ｓｏｅｃｈｔｉｎｇ，  ｅｔ．  ａｌ．，  “Ａｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ  ｗｒｉｓｔ  ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ａｎ  ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｐｌａｎｅ  ｉｎ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｐａｃｅ，”  Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．１９，  Ｎｏ．４  （１９８６）」、又は文献「Ｊ．Ｆ．  Ｓｏｅｃｈｔｉｎｇ，  “Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  ａｒｍ  ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｐａｃｅ，”  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ，  ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｓ．Ａ．  Ｗａｌｌａｃｅ，  Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，  Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，  （１９８９）」等に記載の手法を採用することができる。
【００４８】
図１４は、逆機構学的に幻肢の位置・姿勢を決定する手法の概念を説明するための図である。同図に示すように、患者に設けられたセンサ１１からの患者の姿勢に関する情報（図１４中のχ、ψ）と、把持対象２７（又は手首）の位置（ｘ、ｙ、ｚ）とによって、逆機構学的に腕、手首の形（図１４中のθ、β、η、α）を決めることができ、また、把持対象２７の形状と把持モードとから、指の形状を決定することができる。
【００４９】
次に、把持対象２７および幻肢をＣＧ等の手法によって、実写的に又はアニメーションとして描画する（ステップＳ７）。この描画は、所定の手法にてリアルタイムにて実行される。描画された把持対象２７および幻肢は、仮想空間において所定の位置に、所定の姿勢にて表示される。
【００５０】
次に、作業を中止するか否かを判別し、終了しない場合には、ステップＳ３乃至Ｓ７までの処理を繰り返す。一方、終了指示があった場合には、本疼痛軽減治療を終了する（ステップＳ８）。
【００５１】
ところで、最終的に疼痛治療の目的に合った幻肢アニメーション等を提示するには、実世界とのシームレスな融合が必要である。そのため、幻肢アニメーション等の描画は、患者Ｐの視点位置からのものとしなければならない。患者の視点位置を精密に求め、より臨場感の高い幻肢画像を提供するためには、患者の視線をトラッキングする装置をさらに具備する構成であることが好ましい。
【００５２】
なお、図１、及び図３乃至図８に示した様な固定式のディスプレイによるシステムの場合には、視点位置が大きく動くことはなく、患者毎の固定位置として取り扱うことができる。そのため、提供される幻肢アニメーション等は、患者毎に位置調整しておけば問題無い。
【００５３】
また、図９に示したウェアラブルなタイプのディスプレイを有するシステムの場合には、患者の頭部（目）と操作対象の位置関係が変動する可能性が高い。このため、この様なシステムを使用する場合には、例えば文献（Ｒ．Ａｚｕｍａ，  “Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｆ  Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ，”  Ｐｒｅｓｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．６，  Ｎｏ．４，  （１９９７））に紹介されている方法で、実世界と仮想世界の融合を図ることが好ましい。
【００５４】
また、ディスプレイ２０に表示される幻肢は、患者の着衣および皮膚色に合わせた色合いによってよりリアルに描画されるのが望ましい。これは、既述の通り、仮想四肢のリアリティが高ければ高いほど治療成績が上がると考えられるからである。基本的には、片腕、片足の欠損の場合はもう一方の腕、足のイメージを取得し、これを欠損した腕や足のテクスチャとして幻肢画像を生成する手法等を採用することができる。
【００５５】
以上、幻肢としての右腕で仮想的な把持対象２７を把持等する作業を例に、本疼痛治療支援装置１の動作を説明した。しかし、これに限定されず、その他の作業につても同様な構成にて治療のための幻肢を提供することができる。例えば、仮想的な対象を把持するものでなく、医師の指示によってただ単に幻肢を動かすだけの場合には、まず手先の軌道を決定し、その後、逆機構学的に腕の姿勢を決定すれば良い。
【００５６】
以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。
【００５７】
本疼痛治療支援装置は、位置センサによって患者の姿勢等を検出し、これに基づいて当該患者の動きに対応する幻視画像を、仮想空間において提示する。従って、患者は、幻視画像を高い臨場感で視覚的に認識することができる。これにより、患者の脳に視覚と触覚等とのギャップを学習させることができ、当該脳が「幻肢は存在しない」と結論付けることを誘導することができる。その結果、当該患者の疼痛を低減させることができる。
【００５８】
本装置によって提供される治療法は、特に次の点にて、大きな実益がある。第１に、欠損四肢に合わせた治療モードを選択可能であり、また、患者の能力に合わせた課題作業が選択可能である。従って、種々の幻肢痛や患者の状態に合わせた治療を提供することができる。第２に、外科的手術や薬物を必要としないため、副作用等の弊害が少ない治療を提供することができる。
【００５９】
本疼痛治療支援装置は、位置センサによって患者の姿勢等を検出し、これに基づいて逆機構学的に幻肢の姿勢・位置を演算する。従って、現実の空間（実空間）における患者の動きと仮想空間における幻肢画像の動きとを自然に連動させることができる。また、この幻肢画像は、患者の衣類、皮膚等の色に合わせて表示することも可能である。これらの構成により、幻肢画像を高い臨場感で提供することができる。
【００６０】
本疼痛治療支援装置は、欠損部位に関する治療に適した治療モードを複数の治療モードの中から選択することができ、また、各治療モードにおいて、キャッチボールや物体の把持等所望の課題作業を選択することができる。また、各課題作業においては、当該作業の実行に適した形態にて幻肢が提供される。従って、種々の幻肢痛や患者の状態に合わせた自由度の高い治療を、高い臨場感にて提供することができる。
【００６１】
本疼痛治療支援装置は、入力部からの指示入力又は音声指示等によって、課題作業の進行を制御することができる。従って、医師等の操作者は、本装置を簡便に操作することができ、また、種々の幻肢痛や患者の状態に合わせて作業を進行させることができる。
【００６２】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００６３】
（第１の実施例）
第１の実施例は、患者の生理状態をモニタリングする生体モニタをさらに具備するものである。この生体モニタからの出力に基づいて患者の生理状態を把握し、その内容に応じて課題作業の内容・進度は制御される。例えば、仮想空間におけるキャッチボールを課題作業とする場合、患者が緊張状態にあると判断されると、ボールの速度は緩くなるように制御される。
【００６４】
この様な構成によれば、医師等の操作者は、客観的なデータに基づいて患者の整理状態を把握することができ、種々の幻肢痛や患者の状態に合わせて作業を進行させることができる。また、当該生体モニタにより生理状態をモニタリングすることで、治療の効果についての定量的評価を実行することができる。
【００６５】
（第２の変形例）
第２の変形例は、視覚以外の他の感覚を利用するものである。前述の文献（ラマチャンドラン、ブレイクスリー著「脳の中の幽霊」（角川書店））によれば、部分的にでも視覚と体性感覚が融合した刺激が与えられれば、より現実感を高めることができる。
【００６６】
図１５は、本変形例に係る装置の構成を示した図である。同図に示すように、本変形例に係る装置は、この視覚と融合する体性感覚を提供するために、幻肢の動きに基づく仮想的な力を把持対象から伝える触覚提示装置３８をさらに具備している。この触覚提示装置３８は、例えば、選択した課題作業が仮想キャッチボールである場合、幻肢が投げた仮想ボールが現存する手に当たるタイミングでなんらかの力をフィードバックする様に、演算装置１５によって制御される。
【００６７】
この様な構成により、さらに現実感を高めることができ、高い治療効果を期待することができる。
【００６８】
（第３の変形例）
疼痛は心理的な原因によって起こることも多々あり得る。この様な場合、音楽や香り等によって心理的なリラックスを促しながら、本治療を実行すると効果的である。
【００６９】
図１６は、本変形例に係る装置の構成を示した図である。同図に示すように、本変形例に係る装置は、音声生成装置及び芳香発生装置３８の少なくとも一方と、例えば患者の生理状態をモニタリングする生体モニタ３９とを具備する構成となっている。音声生成装置又は芳香発生装置の出力は、生体モニタ３９からの出力に基づいて、演算装置１５によって制御される。また、
この様な構成により、心理的な原因によって発生する疼痛についても、有効な治療を行うことができ、また、患者は音楽や香りによって心理的に十分リラックスした状態にて治療を受けることができる。
【００７０】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変形例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば以下に示す（１）、（２）のように、その要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【００７１】
（１）上記実施形態においては、幻肢痛としての疼痛を対象とした治療を例に説明した。しかし、これに限定する趣旨ではなく、同様の構成による治療は、例えば原因不明の麻痺や痙攣にも有効であると考えられる。
【００７２】
（２）上記実施形態においては、例えば病院や自宅等に設置される据え置き型の装置について説明した。これに対し、装置のコンパクト化を図ることにより、携帯型の装置とする構成であってもよい。この場合、モニタには、ヘッドマウントディスプレイを用いることで、よりコンパクトな装置を実現することができる。
【００７３】
また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００７４】
【発明の効果】
以上本発明によれば、種々の幻肢痛や患者の状態に合わせた治療を支援可能であり、副作用等の弊害が少ない治療を支援可能な疼痛治療支援装置、及び仮想空間に幻肢画像を動画的に表示する方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態に係る疼痛治療支援装置が実行する疼痛治療の原理を説明するための図である。
【図２】図２は、従来の疼痛治療の一例を説明するための図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る疼痛治療支援装置１の外観を示した図である。
【図４】図４は、ビデオシースルーディスプレイシステムの一例を示した図である。
【図５】図５は、光学シースルーディスプレイシステムの一例を示した図である。
【図６】図６は、フレネルレンズを使用したディスプレイシステムの一例を示した図である。
【図７】図７は、影絵を利用したディスプレイシステムの一例を示した図である。
【図８】図８は、湾曲スクリーンを使用したディスプレイシステムの一例を示した図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実世界に仮想世界を重畳させて提示可能なＨＭＤ、実世界を取り込んで仮想世界中に提示可能なＨＭＤの一例を示した図である。
【図１０】図１０は、疼痛軽減治療において実行される各処理の流れを示したフローチャートである。
【図１１】図１１は、光学シースルーディスプレイシステムに音声認識装置を設けた例を示している。
【図１２】図１２は、疼痛治療支援装置において、音声認識装置を設けた例を示している。
【図１３】図１３は、把持対象の形状に応じた把持モードの例を示した図である。
【図１４】図１４は、逆機構学的に幻肢の位置・姿勢を決定する手法の概念を説明するための図である。
【図１５】図１５は、第２の変形例に係る装置の構成を示した図である。
【図１６】図１６は、第３の変形例に係る装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１…疼痛治療支援装置、１１…磁気センサ、１３…磁気発生源、１５…演算装置、１６…制御装置、１７…画像生成部、１８…一時記憶部、１９…記憶装置、２０…ディスプレイ、２１…入力部、２７…把持対象、２８…ボール、４０…光学素子、９１…モニタ、９２…頭部位置計測装置、９０…電子ディスプレイ、９１…モニタ、９２…頭部位置計測装置、９３…ビデオカメラ、３０４…湾曲スクリーン、４００…カメラ、４０１…電子ディスプレイ、４０２…鏡、４０３…位置センサ、５０１…電子ディスプレイ、５０２…ハーフミラー、５０３…光源、６０１…電子ディスプレイ、６０２…光学素子、６０３…テーブル、７０１…電子ディスプレイ、７０２…光学素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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