(57)【要約】  本発明は、手先の器用さの重要な構成要素を定量化するための新しい方法に関する。本発明は、また、これらの構成要素がどのように影響を受けるかに基づき患者の障害のある上肢および/または手機能を診断するための方法も提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の手先の器用さを評価するための方法であって、次の3つの作業、
(i)指力追従、
(ii)1本指タッピング、および
(iii)多指タッピング
において前記被験者のパフォーマンスを評価するステップを含み、
前記指力追従は、
a)定義された力または「ターゲット力」を1本の指だけでピストンに加える指示を前記被験者に与えるステップと、
b)前記ピストンに加えられる前記力を測定するステップとを含み、
前記1本指タッピングは、
a)定義された速度で特定の指を使ってピストンをタップする指示を前記被験者に与えるステップと、
b)前記ピストンへの前記タップを検出するステップとを含み、
前記多指タッピングは、
a)1つまたは複数の指を使って同時に1つまたは複数のピストンをタップする指示を前記被験者に与えるステップと、
b)前記ピストンへの前記タップを検出するステップとを含む、方法。
【請求項２】
第4の作業または「順次指タッピング」における前記被験者のパフォーマンスを評価するステップをさらに含み、前記作業は
a)前記被験者に、定義されている系列で4本の指を使ってピストンをタップする指示を与えるステップと、
b)前記ピストンへの前記タップを検出するステップと、
c)前記タップの系列を指示の系列と比較するステップとを含む請求項1に記載の方法。
【請求項３】
指力追従作業は、前記被験者に、前記力を増加させ、および/または減少させ、および/または一定に維持することを指示するステップを含む請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
指力追従作業は、追従誤差を前記加えられた力と前記ターゲット力との間の二乗平均平方根誤差として計算するさらなるステップを含み、および/または
前記指力追従は、前記指示と前記ピストンへの前記力の印加との間の時間を測定するさらなるステップ、および/または力が前記ピストンに加えられる時間を測定するさらなるステップを含む請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
1本指タッピング作業は、タッピングの速度を測定するさらなるステップを含む請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
1本指タッピング作業のステップb)は、前記特定の指による同時タップの非存在の下でステップa)の特定の指以外の指によるタップまたは「望ましくないタップ」を検出するステップ、および/または前記特定の指によるタップと同時のステップa)の特定の指以外の指によるタップまたは「オーバーフロータップ」を検出するステップを含む請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記1本指タッピング作業は、望ましくないタップを計算し、および/またはオーバーフロータップを計算するさらなるステップを含む請求項6に記載の方法。
【請求項８】
多指タッピング作業のステップa)は、1本指または2本の指の組合せによるタッピングを含み、前記組合せは人差し指/中指、人差し指/薬指、人差し指/小指、中指/薬指、中指/小指、および薬指/小指からなるリストから選択される請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
多指タッピング作業は、ステップa)およびb)をn回繰り返すさらなるステップを含み、nは0と64の間の整数である請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記多指タッピング作業は、前記タップの系列を比較するさらなるステップを含み、前記比較は、正しいタップと正しくないタップとを計算するステップを含む請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記多指タッピング作業は、指示に応答する欠如タップ、および/または前記作業のものと異なる指を使った追加タップを計算するさらなるステップを含む請求項9または10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
順次指タッピングは、
c)ステップa)およびb)をn回繰り返すステップであって、nは0と15の間の整数である、ステップと、
d)タップの系列を指示の系列と比較するステップとをさらに含む請求項2から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
順次指タッピングは、
c)ステップa)およびb)をn回繰り返すステップであって、nは0と15の間の整数である、ステップと、
d)前記被験者に、系列の各タップの前に指示を与えられることなくステップa)の前記系列をタップすることを指令するステップと、
e)前記ピストンへのタップを検出するステップと、
f)タップの系列を指示の系列と比較するステップとをさらに含む請求項2から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
タップの系列を指示の系列と比較するステップは、正しい系列および正しくない系列、および任意選択で正しくない系列の部分の中の連続する正しいタップの数を計算するステップを含む請求項12または13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記作業の各々は、指力マニピュランダム(FFM)を使用することによって評価される請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
被験者の上肢および/または手の障害を診断するための方法であって、
a)請求項1から15のいずれか一項に記載の方法により前記被験者の手先の器用さを評価するステップと、
b)前記作業の各々に対する前記被験者のパフォーマンスを健常被験者のパフォーマンスと比較するステップと、
c)前記作業の少なくとも1つにおけるパフォーマンスが前記健常被験者のパフォーマンスよりも低い場合に上肢および/または手の障害を診断するステップとを含む、方法。
【請求項１７】
請求項1から15のいずれか一項に記載の方法の実装に特有な一連の命令を含む製品/コンピュータプログラム。
【請求項１８】
計算ユニットおよび入力インターフェースを含む処理システムであって、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法を実装するための手段を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
高度な手先の器用さ(high degree of manual dexterity)は、人間の上肢の中心的特徴である。手と指における感覚構成要素と運動構成要素(sensory and motor components)の豊富な相互作用は、タイミング、運動学、および力に関する指の独立した制御を可能にする。
【背景技術】
【０００２】
手先の器用さは、小さな物体を掴み、操作する際の微細な制御を可能にする。手先の器用さは、様々な種のうち人間において最もよく発達している[1]。この高度な手先の器用さは、手の形態(骨格、筋肉)および神経制御(皮質脊髄路)における特殊化(specialization)によって可能になる[2]。それとともに、これらの特殊化は、意図的な目標および対象指向の手先の制御(purposeful goal- and object-oriented manual control)を可能にする。しかしながら、器用さが動作に関してどのように定義され定量化されるべきかということに関するコンセンサスはない。歴史的に「器用さ指数」が(もっぱら系統発生学的考察[3]のために)作成されたが、行動学的な器用さは、単一の変数では定義できないことが明らかになっている。その結果、いくつかの研究で、運動制御に関する手先の器用さの重要構成要素、すなわち(i)各指[4]、精密グリップ[5]、パワーグリップ[6、7]、および把持持ち上げ作業[8]において力を制御する能力などの、力制御、(ii)指独立性、すなわち、互いに独立して指を移動する能力[9、10]の概要が述べられている。(iii)指運動を同期させる能力によって示される、タイミング局面[11]および(iv)運動系列パフォーマンス(motor sequence performance)、すなわち、時間系列における異なる指の活性化[12、13]。しかしながら、そのような構成要素の同時記述には、神経学的上肢障害を患っている患者が載っていない。
【０００３】
脳卒中は、成人の後天的な障害の第1の原因であり、脳卒中生存者の約50%は、慢性期に上肢および手の機能に障害を有しており[14、15]、これは、日常生活活動および自立に強い影響を及ぼす。上で概要を述べた器用さ構成要素のほとんどは、脳卒中患者において研究されており、(i)力制御に関して、脳卒中後の上肢脱力が一般的であり[14、16、17]、力制御における精度の低下も、報告されている(パワーグリップ[18]、精密グリップ[19]、把持持ち上げ作業:[20、21])。(ii)研究は、また、脳卒中の後の指運動の独立性の低下および運動オーバーフロー(motor overflow)の増大も示している[22、23]。(iii)タイミングも、脳卒中後に損なわれる:反復指運動は低速になり、規則性は低下する[24〜26]。(iv)順次的な指運動の遂行も脳卒中で障害を生じ得る[27]。したがって、手先の器用さは、力制御、指運動の独立性、タイミングもしくは指連続動作の低下によって損なわれ得る。
【０００４】
機能が損なわれた器用さ構成要素の証拠があるにも関わらず、手先の器用さの診断および治療に関する臨床診療は、本質的に、「機能的」尺度およびスケールに依存する。大部分適用されるが、これらのスケールのうちのいくつかは主観的であり、有効性および信頼性の点で疑わしいことを示しており[28、29]、いくつかは高い測定誤差を有する[30]。これは、運動障害の検出および評価を妨げ、自然発生的または治療特有の回復の評価に影響を及ぼす[31、32]。最も重大なのは、通常これらの方法は器用さ構成要素のうちの1つしか調査していない点である。したがって、これらの構成要素の各々が手に障害のある半身麻痺患者においてどの程度影響を受けるかについて依然として不明確である。
【０００５】
したがって、上肢および/または手の障害を検出するための信頼性が高く、感度が高い方法が依然として必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、手先の器用さの重要構成要素を定量化し、これらの構成要素が上肢および/または手の機能に障害のある患者においてどのような影響を受けるかを記述するための新しい方法を開発した。
【０００７】
本明細書では、「手先の器用さ」によって、正確で協調的な手および指の運動を実行する能力を指す。より具体的には、本明細書で使用されているような手先の器用さは、次の運動制御構成要素を含む。すなわち、(i)力制御、(ii)指独立性、(iii)タイミング局面、および(iv)運動系列パフォーマンスである。「力制御」によって、本明細書では、各指、精密グリップ、パワーグリップ、および把持持ち上げ作業における力を制御する能力を指す。本明細書で使用されているような「指独立性」という用語は、互いに独立して指を動かす能力を指す。本明細書で使用されているような「タイミング局面」という用語は、指運動を同期させる能力を指す。最後に、本明細書で使用されているような「運動系列パフォーマンス」は、時間系列における異なる指の活性化を指す。
【０００８】
第1の態様において、本発明は、被験者の手先の器用さを評価するための方法を提供し、前記方法は次の3つの作業における被験者のパフォーマンスを評価するステップを含む。
(i)指力追従(Finger Force-Tracking)、
(ii)1本指タッピング(Single finger tapping)、および
(iii)多指タッピング(Multi-finger tapping)。
【０００９】
好ましい一実施形態において、方法は、前の3つの作業に加えて、第4の作業、すなわち、順次指タッピング(Sequential finger tapping)における被験者のパフォーマンスを評価するステップを含む。
【００１０】
本発明の方法は、特に有利である。第1に、本発明の方法は、本発明の作業への応答とアクションリサーチアームテスト(ARAT)などの認められている臨床試験におけるスコアとの間の良好な相関が観察されているので、臨床的症状を表すことが強調されなければならない。
【００１１】
それに加えて、本発明の方法は、従来技術の方法よりも感度および識別精度の両方が高い。従来技術の方法では、手先の器用さの個別の構成要素しかテストしなかったが、本発明の方法は、4つのパラメータの組みの決定に依存し、手先の器用さの構成要素の各々を評価する。したがって、本発明の方法は、従来技術の方法よりも徹底した、完全な、被験者の手操作能力のイメージをもたらす。これは、患者の障害が異なるので特に有利である。実際、本発明の発明者らは、患者が手先の器用さの異なる構成要素にまたがって等しい影響を受けるわけではないことを示している。何人かの患者は、他の構成要素の減退を明確に示しながら、手先の器用さの構成要素のうちの1つまたは複数の欠如を見せることに失敗することがある。したがって、そのような患者は、従来技術の試験の一部では手の機能に障害があると認識されず、その結果、適切に治療されないことになる。その一方で、そのような患者は、本発明の方法では容易に識別され、したがって治療することができる、すなわち、リハビリテーションを受けることができる。
【００１２】
さらには、本発明の方法は、指の各々によって加えられる力を評価する。従来の方法は、上肢および/または手の機能に障害のある患者に、指の力がどのような影響を受けるかを評価することを求めることは決してなかった。比較すると、本発明の方法によって測定されるパラメータはすべて、力成分を有し、これは、指の力を加えること、または制御することの欠如に関連する欠陥が容易に検出され得ることを意味する。
【００１３】
本発明の発明者らは、3つの別個の作業(i〜iii)を、任意選択の第4の作業(iv)とともに作成して、手先の器用さの異なる構成要素を評価している。
(i)指力追従、
(ii)1本指タッピング、
(iii)多指タッピング、および
(iv)順次指タッピング。
【００１４】
指力追従作業は、指力制御の視覚運動作業からなる。被験者は定義されている力を指でピストンに印加するよう指示され、実際に加えられた力が記録される。指力追従作業は、
a)定義された力(ターゲット力)を1本の指だけでピストンに加える指示を被験者に与えるステップと、
b)ピストンに加えられる力を測定するステップとを含む。
【００１５】
指力追従で使用される指は、4本の指のうちの1本とすることができる。好ましくは、前記指は、人差し指または中指である。より好ましくは、前記指は、人差し指である。
【００１６】
この作業では、被験者は、指示に応えて加えられる力を変えることが期待される。発明者らは、上肢および/または手の機能に障害のある患者が、健常者と比較したときにこの試験において力制御の減少を見せることを示した。特に、前記患者は、健常者と比較して前記信号への応答で著しい影響を受ける。
【００１７】
好ましくは、ステップa)の指示は、視覚的手がかりである。前記視覚的手がかりは、ピストンに加えられた力を修正することを被験者に合図する任意の種類の視覚的刺激とすることができる。力の修正は、増加または減少であってよい。したがって、視覚的手がかりは、前記力が増加または減少しなければならないことを合図することができなければならない。好ましい一実施形態において、視覚的手がかりは、ピストンに加えられる力の連続的修正の合図であってよい。たとえば、前記力を増加させる合図の後に、前記力を一定に維持する合図または前記力を減少させる合図が続いてもよい。同様に、前記力を減少させる合図の後に、前記力を一定に維持する合図または前記力を増加させる合図が続いてもよい。また、前記力を一定に維持する合図の後に、前記力を増加させる合図または前記力を減少させる合図が続いてもよい。したがって、当業者であれば、合図の定義済みの系列を構成し、この系列全体を通してこれらの合図に応答して被験者によって実際に加えられる力を測定することが可能であることを容易に理解するであろう。力制御の不具合が異なる合図に応答して現れることが期待されるので、これらの系列において合図された修正の性質(増加した、減少した、または一定の力)の変化は、作業への応答の特異性を高める。実際、発明者らは、上肢および/または手の機能に障害のある患者が、「増加」期および「一定」期の両方において著しく影響を受けることを示した。同様に、この系列における測定の反復は、作業の特異性を大きく高める。
【００１８】
視覚的手がかりは、好ましくは、画面上に表示される合図である。たとえば、前記視覚的手がかりは、直線であり、前記直線は、力が一定でなければならないときに水平になり、力が増加しなければならないときに上向きになり、力が減少しなければならないときに下向きになる。より好ましくは、本発明の視覚的手がかりは、カーソルを含むものとしてよく、画面上のその位置は、被験者によって指でピストンに加えられた力によって制御される。この実施形態では、被験者は、直線で表される、ターゲット力に達するまで、指で力を加えることによってカーソルで直線を辿らなければならない。
【００１９】
この作業は、指で加えられる力を制御する被験者の能力を評価する。これに関して障害のある被験者は、ターゲット力と異なる力を印加することになる。これは、たとえば、前記ターゲット力よりも高いか、または低い場合がある。好ましくは、追従誤差は、実際の印加された力とターゲット力との間の二乗平均平方根誤差として計算され得る。好ましい一実施形態によれば、指力追従は、追従誤差を実際の印加された力とターゲット力との間の二乗平均平方根誤差として計算するさらなるステップを含む。印加される力の強度が測定され得るだけでなく、刺激に対する時間的応答、または前記応答の持続時間も測定され得る。好ましい一実施形態によれば、指力追従は、視覚的手がかりとピストンへの前記力の実際の印加との間の時間を測定するさらなるステップを含む。したがって、この実施形態は、印加される力が被験者が受けた指示の結果として変化するすべての状況を包含する。特に、この実施形態は、被験者が力を印加することを停止する、すなわち、0Nの力を印加するよう指示される状況を包含し、この状況では、合図から、力を解放して0Nの静止力に戻るまでの間に経過した時間が測定される。別の好ましい実施形態によれば、指力追従は、力が加えられる時間を測定するさらなるステップを含む。これらは両方とも、上肢および/または手の機能に障害のある患者において影響を受ける。さらなる好ましい実施形態によれば、指力追従は、視覚的手がかりとピストンへの前記力の実際の印加との間の時間を測定するさらなるステップと、力が加えられる時間を測定するさらなるステップとを含む。なおもさらなる好ましい実施形態において、指力追従は、印加された力を解放して0Nの静止力に戻すように被験者に指示するステップを含み、この実施形態によれば、解放持続時間は、その力をターゲット力の75%から25%の力まで下げるのに要する時間として計算される。
【００２０】
1本指タッピング作業は、1本の指による反復タッピングからなる。この作業は、被験者のタイミングの制御をテストすることを目指している。被験者は、定義された速度で特定の指を使ってピストンをタップすることを指示され、ピストンに対するタップが検出される。そこで、この作業は、
a)定義された速度で特定の指を使ってピストンをタップする指示を被験者に与えるステップと、
b)ピストンへのタップを検出するステップとを含む。
【００２１】
被験者がより低いまたはより高い速度でタップすることを指示されたときに何らかの障害がより明白になり得るので、タッピングの速度を変えることは有益であり得る。したがって、好ましい一実施形態では、作業は、ステップa)およびb)を異なる速度で繰り返すさらなるステップを含み得る。
【００２２】
本発明の方法における指は、手の4本の指(人差し指、中指、薬指、および小指)のうちのどれでもよい。他の障害を検出するために、またはより多くのデータを蓄積し、特異性と感度の両方を追加するために、ステップa)およびb)を別の指で繰り返すことは有利であり得る。この好ましい実施形態によれば、作業は、ステップa)およびb)を異なる指で繰り返すさらなるステップを含み得る。なおいっそう好ましくは、作業は、ステップa)およびb)を異なる速度でc)繰り返し、ステップa)からc)を異なる指でd)繰り返すさらなるステップを含み得る。
【００２３】
タップは、離散的事象であり、指によってピストンを1回押すことに対応する。この作業においてピストンへのタップを検出するステップは、被験者によってピストンに加えられる力を決定するステップを伴う。指とピストンとの間の誤った相互作用が意図的なタップとして記録されることを回避するために、ピストンに被験者によって、タップが記録される最小の力が加えられることは有利である。それに加えて、これは、指力制御をテストすることを可能にする。
【００２４】
各タップが検出されるので、タッピングの速度を測定することが可能である。好ましくは、タッピングの速度は、指示の速度と比較される。この作業では、前の作業と次の作業のように、各指示の後に被験者によるピストンのタップが続くことが期待される。したがって、指示の頻度は、タッピングの速度を決定する。言い替えれば、作業が成功裏に完了した場合、前の指示なしでタップがあってはならず、各指示の後にタップが続くべきである。この場合、タッピングの頻度は、指示の頻度に正確に一致しているべきである。これは、実際に、健常者によって作業が遂行されたときに、発明者らが観察したものである。その一方で、上肢および/または手の機能に障害のある患者は、課されたタッピング速度に追随する能力の低下を示す。好ましい一実施形態において、作業は、タッピングの速度を測定するさらなるステップを含む。さらなる好ましい一実施形態において、作業は、タッピングの速度を指示の速度と比較するさらなるステップを含む。
【００２５】
情報を与える他のパラメータも測定され得る。たとえば、前記指定された指による同時に生じるタップの非存在の下で指定された指以外の指によるタップ(望まれていないタップ)は、運動制御の欠如を示すが、前記指定された指によるタップと同時に生じる指定された指以外の指によるタップ(オーバーフロータップ)は、作業に関わっていない指への運動オーバーフローを示す。たとえば、脳卒中から回復している患者などの、上肢および/または手の機能に障害のある患者の望まれていない指タップおよびオーバーフロータップの両方。好ましい一実施形態において、ピストンへのタップを検出するステップは、前記特定の指による同時に生じるタップの非存在の下でステップa)の特定の指以外の指によるタップを検出するステップをさらに含む。別の好ましい一実施形態において、ピストンへのタップを検出するステップは、前記特定の指によるタップと同時に行われるステップa)の特定の指以外の指によるタップを検出するステップをさらに含む。さらに別の好ましい実施形態において、ピストンへのタップを検出するステップは、前記特定の指による同時に生じるタップの非存在の下でステップa)の特定の指以外の指によるタップを検出するステップをさらに含み、ピストンへのタップを検出するステップは、前記特定の指によるタップと同時に行われるステップa)の特定の指以外の指によるタップを検出するステップをさらに含む。
【００２６】
さらなる好ましい実施形態において、作業は、前記特定の指による同時に生じるタップの非存在の下でステップa)の特定の指以外の指による検出するタップを計算するさらなるステップを含む。別のさらなる好ましい実施形態において、作業は、前記特定の指によるタップと同時に行われるステップa)の特定の指以外の指によるタップを計算するさらなるステップを含む。なおも別のさらなる好ましい実施形態において、作業は、前記特定の指による同時に生じるタップの非存在の下でステップa)の特定の指以外の指によるタップを計算するさらなるステップと、前記特定の指によるタップと同時に行われるステップa)の特定の指以外の指によるタップを計算するステップとをさらに含む。
【００２７】
好ましくは、被験者が受け取る指示は、視覚的または聴覚的手がかりである。前記視覚的または聴覚的手がかりは、ピストンをタップすることを被験者に合図する任意の種類の視覚的または聴覚的刺激である。被験者に定義された速度で、ただし聴覚的または聴覚的な指示なしで、タッピングを繰り返させることは有利であり得る。好ましい一実施形態において、作業は、指示なしで被験者にステップa)を繰り返させるさらなるステップを含む。
【００２８】
多指タッピング作業は、指示に応答して異なる指構成により同時にタップするステップからなる。被験者は、1つまたは複数の特定の指を使って同時にピストンをタップすることを指示され、ピストンに対するタップが検出される。そこで、この作業は、
a)1つまたは複数の指を使って同時にピストンをタップする指示を被験者に与えるステップと、
b)ピストンへのタップを検出するステップとを含む。
【００２９】
好ましい一実施形態において、多指タッピング作業は、指示に応答して異なる指構成により同時にタップするステップからなり、1本の指は、図1に示されているように1つのピストンを個別にタップしている。被験者は、1つまたは複数の特定の指を使って同時に1つまたは複数のピストンをタップすることを指示され、ピストンに対するタップが検出される。そこで、この作業は、
a)1つまたは複数の指を使って同時に1つまたは複数のピストンをタップする指示を被験者に与えるステップと、
b)ピストンへのタップを検出するステップとを含む。
【００３０】
本発明の方法における指は、手の4本の指(人差し指、中指、薬指、および小指)のうちのどれでもよい。被験者は、1本の指から4本の指までの組合せでタップするように指示され得る。好ましくは、本発明の方法は、1本指、または2本の指の組合せ、すなわち、人差し指/中指、人差し指/薬指、人差し指/小指、中指/薬指、中指/小指、および薬指/小指のいずれかでタップするステップを伴う。より好ましくは、方法は、1本の指と2本の指のすべての組合せで繰り返される。
【００３１】
タップは、離散的事象であり、指によってピストンを1回押すことに対応する。この作業においてピストンへのタップを検出するステップは、被験者によってピストンに加えられる力を決定するステップを伴う。指とピストンとの間の誤った相互作用が意図的なタップとして記録されることを回避するために、ピストンに被験者によって、タップが記録される最小の力が加えられることは有利である。それに加えて、これは、指力制御をテストすることを可能にする。
【００３２】
一実施形態において、作業は、ステップa)およびb)をn回繰り返すさらなるステップを含み、nは0と64の間の整数である。そのような繰り返しは、タップの系列を指示の系列と比較することを可能にする。好ましくは、前記比較は、正しいタップと正しくないタップとを計算するステップを含む。なおいっそう好ましくは、前記比較は、正しいタップと正しくないタップ系列を計算するステップを含む。「正しいタップ系列」は、すべてのタップが正しい系列である。「正しくないタップ系列」は、少なくとも1つの正しくないタップを含む系列である。「正しい」タップは、指示されたとおりに指でなされるタップである。他のタップ、すなわち、必要なターゲットタップと異なるタップは、「正しくない」タップである。そのような誤りは、欠落タップ、すなわち、脱落(指示に応答するタップがない)として、または余分な指のタップ、すなわち、作業のものと異なる指による追加タップとしてさらに分類され得る。脱落および余分な指のタップが計算される。これらのパラメータは、健常者よりも、上肢および/または手の機能に障害のある患者において著しく大きい。好ましい一実施形態において、作業は、指示に応答する欠如タップ、および/または作業のものと異なる指による追加タップを検出するさらなるステップを含む。さらなる好ましい実施形態において、作業は、指示に応答する欠如タップ、および/または作業のものと異なる指による追加タップを計算するさらなるステップを含む。
【００３３】
順次指タッピング作業は、4本の指を伴う多タップ指系列である。この作業では、被験者は、定義されている系列で4本の指を使ってピストンをタップすることを指示される。タップが検出され、タップの系列は指示の系列と比較される。ここで、被験者は、4本の指を使ってピストンをタップする指示の定義された系列を与えられ、前記系列の各指示の後に、ピストン上のタップが続くことが期待される。タップは、離散的事象であり、指によってピストンを1回押すことに対応する。この作業においてピストンへのタップを検出するステップは、被験者によってピストンに加えられる力を決定するステップを伴う。指とピストンとの間の誤った相互作用が意図的なタップとして記録されることを回避するために、ピストンに被験者によって、タップが記録される最小の力が加えられることは有利である。それに加えて、これは、指力制御をテストすることを可能にする。
【００３４】
この作業では、2つの次の作業のように、各指示の後に被験者によるピストンのタップが続くことが期待される。言い替えれば、作業が成功裏に完了した場合、前の指示なしでタップがあってはならず、各指示の後にタップが続くべきである。好ましくは、被験者が受け取る指示は、視覚的手がかりである。前記視覚的手がかりは、対応するピストンをタップすることを被験者に合図する任意の種類の視覚的刺激である。したがって、指示が系列で与えられるので、前記視覚的手がかりは、事前定義済み順序に従って、系列で出現する。作業が成功裏に完了した場合、指示の各々の後に、正しいピストンのタップが続くべきであり、タッピングの系列は、指示の系列と同一であるべきである。実際、これは、健常者が遂行する仕方である。しかしながら、発明者らは、上肢および/または手の機能に障害のある患者が、この作業を実施する能力において影響を受けることを観察している。
【００３５】
好ましくは、系列に従ってタップする指示を被験者に与えるステップおよび前記タップを検出するステップは、繰り返される。運動学習能力は損なわれていないが、患者が脳卒中から回復するのが遅いことが以前に示されている。このステップの繰り返しは、そのような遅くなった運動学習能力を検出することを可能にする。この実施形態によれば、順次指タッピング作業は、
a)被験者に、定義されている系列で4本の指を使ってピストンをタップすることを指示するステップと、
b)ピストンへのタップを検出するステップと、
c)ステップa)およびb)をn回繰り返すステップであって、nは0と15の間の整数である、ステップと、
d)タップの系列を指示の系列と比較するステップとを含む。
【００３６】
好ましい一実施形態において、順次指タッピング作業は、指示なしでステップa)の系列を繰り返し、タップを検出するさらなるステップを含む。この特定の実施形態は、前の学習期において学習された系列を思い出す能力をテストすることを目指す。この追加ステップを実行するために、被験者は、前記系列の各タップの前に指示を与えられることなくステップa)のタッピング系列を繰り返すことを指令される。
【００３７】
この実施形態によれば、順次指タッピング作業は、
a)被験者に、定義されている系列で4本の指を使ってピストンをタップする指示を与えるステップと、
b)ピストンへのタップを検出するステップと、
c)ステップa)およびb)をn回繰り返すステップであって、nは0と15の間の整数である、ステップと、
d)被験者に、指示なしでステップa)の系列をタップすることを指令するステップと、
e)ピストンへのタップを検出するステップと、
f)タップの系列を指示の系列と比較するステップとを含む。
【００３８】
特定の実施形態によれば、順次指タッピング作業は、
a)被験者に、定義されている系列で4本の指を使ってピストンをタップする指示を与えるステップと、
b)ピストンへのタップを検出するステップと、
c)ステップa)およびb)をn回繰り返すステップであって、nは0と15の間の整数である、ステップと、
d)被験者に、前記系列の各タップの前に指示を与えられることなくステップa)の前記系列をタップすることを指令するステップと、
e)ピストンへのタップを検出するステップと、
f)タップの系列を指示の系列と比較するステップとを含む。
【００３９】
好ましくは、系列を比較するステップは、正しいタップと正しくないタップ系列とを計算するステップを含む。「正しいタップ系列」は、すべてのタップが正しい系列である。「正しくないタップ系列」は、少なくとも1つの正しくないタップを含む系列である。「正しい」タップは、指示されたとおりに指でなされるタップである。他のタップ、すなわち、別の指でなされるタップ、余分なタップ(前置きの指示なしのタップ)、または欠如タップは、「正しくない」タップである。たとえば、被験者が、中指を使ってタップすることを指示されたのに、人差し指を使ってタップした場合、これは正しくないタップとして記録される。同様に、被験者が中指を使ってタップし、次いで余分な、要求されていないタップを加えたときに、第2のタップは正しくないタップである。また、被験者が、中指を使って2回タップすることを指示されたのに、1回しかタップしない場合、欠如タップは、正しくないタップである。より好ましくは、正しくない系列の部分の中の連続的な正しいタップの数が計算される。
【００４０】
したがって、本発明の方法は、上で説明されている4つの作業のうちの少なくとも3つにおける被験者のパフォーマンスを評価するステップを含む。好ましくは、前記作業は、力追従、1本指タッピング、および多指タッピングである。より好ましくは、4つの作業すべてが、本発明の方法において評価される。
【００４１】
これは、上記の作業を実施するのに適しているデバイスを使って実践され得る。
【００４２】
好ましくは、本発明の方法は、いくつかの重要な器用さ構成要素を定量的に評価するために発明者らによって設計されたデバイス(指力マニピュランダム、FFM)により実践された。FFMは、欧州特許第EP 2 659 835 B1号において説明されており、市販されている(Sensix、フランス)。これは、力トルクセンサおよび変位センサの両方である。FFMは、アイソメトリック方式と非アイソメトリック方式の両方における測定のために、使いやすさ、高い適応性をもたらすためのデバイスを実現する。これは、次から次と行われるか、または全体として行われる指運動の力変位研究を可能にする。この診断ツールは、指先の力および屈曲の正確な診断を行うリアルタイムのバイオフィードバックを一体化する。
【００４３】
FFMは、収容構造体内に挿入された一組のピストンを組み込んだ、指の独立性を定量化するためのデバイスであり、情報項目を情報記録デバイスに伝送する力センサと接触させるリターンシステムに対する移動を条件として、親指を使用することを除き、手の指で前記ピストンを押すことを可能にする。FFMは、使用者である患者によって取り扱われ、手のひらに保持されるように設計されている。デバイスは、サブアセンブリのための受入構造体を備え、各サブアセンブリは、垂直に位置決めされ、ピストンが通過できるように内部に中空がある固定位置のスリーブを備える。前記ピストンは、スリーブ内で自由にスライドするように取り付けられる。ピストンは、中空であり、ネジを受け入れるように雌ネジを付けられている。このネジは、リターンおよび圧縮システムに対して、下に位置決めされているセンサ構成要素に関してピストンを調整することを可能にする。
【００４４】
FFMは、運動のレベル(運動学)と印加される力のレベル(動力学)の両方で指の独立性を測定し、定量化するための簡素化されたデバイスである。これを被験者が使用することは、前記被験者が片側不全麻痺を患っている場合でも容易である。実際、発明者らは、脳卒中患者がFFMを使用し、FFMによる本発明の方法の作業のほとんどを実行することができることを観察した。
【００４５】
実際、発明者らは、FFMが被験者の手先の器用さの重要な制御変数の抽出および定量化を可能にすることを示している。FFMは、指の独立性を測定することを可能にし、それは操作者または使用者によって容易に管理可能であり、使用者の手のひらに保持され、指によって操作され得る。FFMは、また、限定はしないが、隣接する指の不随意収縮を引き起こす指独立の収縮に関する、異なる作業における力の分析も可能にする。欧州特許第2 659 835号において説明されているように、FFMは、アイソメトリック測定および非アイソメトリック測定の両方を可能にし、これは被験者の指のなおいっそう完全な独立した尺度をもたらす。FFMは、したがって、本発明の方法の4つの作業すべてにおける患者のパフォーマンスを容易に、正確に測定することを可能にする。
【００４６】
日常的な臨床診療では、上肢の障害、すなわち、手、手首、肘、および肩の怪我は、よくみかけるものである。上肢疾患は、炎症性疾患、圧縮性神経障害、および非特異性不快感の3つの一般的なカテゴリに分類される。炎症性疾患(たとえば、上顆炎、腱滑膜炎、腱炎、および関節炎)を除き、現在、上肢の障害に対する確固とした診断基準はない。本発明は、そのような診断を確立する一手段を提供する。
【００４７】
したがって、別の態様では、本発明は、被験者の上肢および/または手の障害を診断する方法に関係する。本発明の方法によれば、作業の各々における被験者のパフォーマンスは、基準パフォーマンスと比較される。好ましくは、前記基準パフォーマンスは、健常者のパフォーマンスである。
【００４８】
上で説明されているように、発明者らは、個別の器用さプロファイルにバラツキがあることを見いだした。手の機能に障害があると臨床的に識別されている何人かの患者は、健常者と同様に作業のいくつかをこなすことができるが、他の作業ではパフォーマンスが損なわれていることを示し得る。したがって、被験者は、前記被験者のパフォーマンスがテストされる作業の各々およびすべてにおいて、すなわち、少なくとも3つ、好ましくは4つの作業において、少なくとも基準健常者のパフォーマンスに等しい場合にのみ健全であると診断される。前記被験者が、基準パフォーマンスよりも低い作業のうちの少なくとも1つにおけるパフォーマンスを示す場合、前記被験者は、上肢および/または手の障害を患っていると診断される。
【００４９】
本明細書で使用されているような「被験者」は、人間を指す。前記被験者は、別の状態の影響を受けることがあり、前記他の状態は上肢および/または手の機能に影響を及ぼすことについて知られている。そのような状態は脳卒中および脳性麻痺を含むが、それらが片側不全麻痺の主要原因であるからである。しかしながら、前記状態は、また、パーキンソン病、アルツハイマー病、脊髄小脳失調、ハンチントン病、運動ニューロン疾患、脊髄性筋萎縮症、筋萎縮性側索硬化症、および同様のものなどの、統合失調症または神経変性病を含む、多発性硬化症、脳腫瘍、および神経系または脳の他の疾病も含む。上肢および/手の機能の障害は、また、外科手術、特に、手の外科手術の結果生じ得る。他の状態も結果として生じ得る。
【００５０】
なおも別の態様では、本発明は、被験者の上肢および/または手の障害を治療する方法を提供する。前記方法は、上で説明されている方法により上肢および/または手の障害を診断する第1のステップと、前記被験者が上肢および/または手の機能に障害があると診断されている場合にリハビリテーションを行う第2のステップを含む。
【００５１】
なおも別の態様では、本発明は、治療を必要とする被験者の上肢および/または手の障害の治療の有効性を評価する方法を提供する。本発明のこの態様によれば、上肢および/または手の障害の治療が行われている被験者は、上で説明されている方法による上肢および/または手機能における障害についてテストされている。そのような障害が検出されない場合、治療は有効であるとみなされる。障害が検出された場合、その治療に有効性がないとみなされる。好ましくは、前記治療は、リハビリテーションである。
【００５２】
なおも別の態様では、本発明は、治療を必要とする被験者の上肢および/または手の障害の治療を適合させるための方法を提供する。本発明のこの態様によれば、被験者の上肢および/または手の障害の治療の有効性は、上で説明されている方法によって最初に評価される。治療が有効であるとみなされた場合、上で説明されているように、上肢および/または手の障害がないことが検出され、このことは、治療が目標に到達したことを意味する。したがって、この場合には、前記治療は減らされるか、または停止されるものとしてよく、その一方で、治療が有効でないとみなされた場合、すなわち、障害が検出された場合、前記治療は継続されるか、または増やされるものとしてよい。
【００５３】
本発明は、本発明の方法の実装に特徴的な一組の命令を含む製品/コンピュータプログラムにも関係する。
【００５４】
本発明は、計算ユニットと入力インターフェースとを備える処理システムにも関係し、前記システムは本明細書で開示されているような手先の器用さを評価するための方法を実装するための手段を備えることを特徴とする。
【００５５】
図9を参照すると、本発明の特定の一実施形態によるデバイス(1)は、コンピュータ命令に従いデータを処理することができる計算ユニット(10)を備える。1つのそのような計算ユニットは、選択的に、現況技術において知られている種類のものであってよいマイクロプロセッサ(110)を備える。計算ユニット(10)は、また、この方法の実装に特徴的な一組の命令を含むコンピュータプログラムを受信することができ、データを記憶することができる記憶装置ユニット(100)も有する。
【００５６】
デバイス(1)は、被験者、すなわち、デバイス(1)の操作者(O)が処理されるべきデータを入力することを可能にする計算ユニット(10)に接続されている入力インターフェース(12)を備える。1つのそのような入力インターフェース(12)は、ポインティングデバイス要素に任意選択で関連付けられているキーボード要素などの計算ユニット(10)を宛先とするそのようなデータの入力を可能にする要素を備える。好ましくは、入力インターフェース(12)は、FFMデバイスを備え、FFMデバイスは、計算ユニット(10)に接続され、したがって、操作者(O)のパフォーマンスを直接入力させ、処理させることができる。
【００５７】
選択的には、計算ユニットは、一方で使用者が入力されたデータの完全性を検証することを可能にし、他方で計算ユニット(10)が操作者(O)と対話的にやり取りできることを可能にする画面などの出力インターフェース(14)をさらに備える。特に、出力インターフェース(14)は、計算ユニット(10)が使用者に対して、指示、特に視覚的手がかりを表示することを可能にする。
【００５８】
デバイス(1)は、本発明の方法の実装を可能にする現況技術において知られているコンピュータ、スマートフォン、または他のシステムなどの単一のシステム内に組み込むことができる。操作者(O)は、いかなるスキルレベルにあってもよく、したがって、医師免状を持っている場合も持っていない場合もある。
【００５９】
特に、本発明の特定の実施形態により、操作者(O)によって入力されたデータがネットワーク(たとえば、インターネット)を介して選択的に安全な方式で本発明の方法を実装することができる、したがってサーバによって受信されたデータを処理することができる計算ユニットを備えるリモートサーバに送信されることが企図される。任意選択で、前記処理の後に、サーバは、同じネットワークまたは別のネットワークを介して分析結果を使用者に返す。任意選択で、サーバは、データおよび/または分析結果を記録手段に記録する。明らかに、提供者および被提供者の生理学的/臨床的特性の匿名性を保証する手段が企図され得る。
【００６０】
したがって、1つのそのようなデバイス(1)は、本発明の方法の実装を可能にする、すなわち、
-画面などの出力インターフェース(14)上に視覚的手がかりを表示するステップ、
-入力インターフェース(12)を使用して続く作業における操作者のパフォーマンスを計算ユニット(10)に入力するステップ(ステップ22)であって、前記特徴は
○指力追従、
○1本指タッピング、
○多指タッピング、および
○任意選択で順次指タッピングを含む、ステップ、
-各作業について計算ユニット(10)によるデータ処理を介して被験者のパフォーマンスを健常者のパフォーマンスと比較するステップ(ステップ23)、および
-手先の器用さを決定するために前記比較を分析するステップ(ステップ24)の実装を可能にする。
【００６１】
したがって、本発明の方法は、診療所または病院の職員だけでなく、臨床的な研究に携わるすべての人々(製薬産業、科学者、医者など)によっても実装することができる。
【００６２】
上で説明されている例は、決して、本発明の真の範囲を制限する働きをせず、むしろ、例示することを目的として提示されていることは理解される。本明細書で引用されているすべての刊行物および特許出願は、各個別の刊行物または特許出願が参照により組み込まれることを特におよび個別に示されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】指力マニピュランダム(FFM)の図である。人差し指、中指、薬指、および小指は各々バネ仕掛けのピストンに力を印加する。連続的力追従および指タッピングの2種類の作業が実現される。各指によって印加される力は、CEDインターフェース(図示せず)を介して記録され、リアルタイムの視覚的フィードバックおよびパフォーマンス分析のために使用される。
【図２】4つのFFM作業の図である。A-D):左パネル:FFMによるセットアップおよび視覚運動フィードバックをもたらす画面。右パネル:指力トレースの例示的な記録。人差し指:赤色、中指:青色、薬指:緑色、小指:青緑色。各指に対するターゲットは、同じ色の直線として示されている(A、B、Dにおける台形)。左列:対照被験者。右列:脳卒中患者。A)指力追従。画面:黄色の直線は、ターゲット力を表し、カーソル(ここではランプ(ramp)に近い)は人差し指によって加えられる瞬発力を表す。被験者は、縦カーソル位置をターゲット力と一致させなければならない。右パネル:5つのその後の試行の追従する例。注:患者の追従力トレースはより不規則であり、試行と試行との間のベースラインに戻らず、小指(青緑色)は望ましくない力を印加する(運動オーバーフロー)。B)順次指タッピング:画面:4つの赤色縦バーの高さは、各指によって加えられる力を表す。各指のフィードバックの隣りにターゲットバー(白色)、ここでは、人差し指に対してのみ見える。引き続いて出現するターゲットバーは、5タップ指系列を示す(たとえば、指先3-2-4-5-3)。右パネル:対照被験者に対する正しいタッピング系列、患者における間違った系列。C)1本指タッピング:画面:薬指は、タッピング指として示されている(白色バー)。視覚的フィードバックは、タッピング指に対してのみ与えられた(赤色バー)。右:(15s)タッピング手がかりあり、および(20s)手がかりなしの、人差し指1Hz条件。指タップ回数が少ないこと、ベースラインへのリターンが不完全であること、および他の指の望ましくない移動があることは、患者において顕著である。D)多指タッピング:画面:2本指ターゲットタップ(人差し指および薬指、白色バー)ならびに対応する2本指使用者タップ(赤色バー)。右:各々異なる指の組合せ(薬指-小指、小指、中指-薬指、人差し指)を有する4つのその後の試行。患者は、明らかに、より多くの困難を抱えている。
【図３】指力追従の図である。対照被験者(正方形)と脳卒中患者(円)との間のグループ比較。A)組み合わされたランプおよび保持期に対する人差し指追従(±95%の信頼区間)に対する平均RMSE。B)人差し指による1Nおよび2Nにおける試行に対する平均解放持続時間。C)試行と試行との間の平均ベースライン力。アスタリスクは、(ここおよび次の図において)、2つのグループの間の著しい差異を示しており、* p<0.05および** p<0.01である。
【図４】順次指タッピングの図である。対照被験者(正方形)と脳卒中患者(円)との間のグループ比較。A)順次指タッピング作業のすべての試行(学習および想起、系列A、B、およびC)にわたる平均成功率。成功率が1であれば完全パフォーマンスを示す。B)各系列(A、B、およびC)に対する学習期の第1の半分(「1」)および第2の半分(「2」)に対する正しいタップの平均数(max=5)。注:患者および対照は、系列Aの最初の半分で類似の回数の正しいタップを有し、対照はその後そのパフォーマンスを著しく高めた(+++)。対照では、系列Aにおける学習は、その後の系列BおよびCにおける初期パフォーマンスを改善し、これらは患者と比較した系列BおよびC(B: P=0.04、C: P=0.03)の最初の半分で著しく多くの正しいタップを有していた。グループ間およびグループ内の著しい差異が示されている。
【図５】1本指タッピングの図である。対照被験者(正方形)と脳卒中患者(円)との間のグループ比較。A)1Hz、2Hz、および3Hzにおけるテストされたすべての指先にわたる平均タッピング率。B)各条件における望ましくない余分な指タップの平均回数。C)すべての条件にまたがる望ましくないオーバーフロータップの平均回数。
【図６】多指タッピングの図である。対照被験者(正方形)と脳卒中患者(円)との間のグループ比較。A)1本指および2本指タップにおける各指に対する平均成功率。B)活性化する指(指1本または2本)の各組合せに対する平均成功率。
【図７】個別の器用さプロファイルの図である。A-B)力追従、C-D)1本指タッピング、E-F)多指タッピング。A)人差し指の指力追従:各脳卒中患者(P01-P10)に対する平均誤差スコア。「正常性閾値」(対照平均+2SD)は、水平線(およびその対応する値)によって示される。個別のスコア>閾値は、病的であると考えられた。B)人差し指の指力追従:平均解放持続時間。C)1本指タッピング率:各患者について1から勾配1〜3Hz値を引いた値。D)1本指タッピング:1Hz条件におけるオーバーフロータップの回数。E)多指タッピング:すべての試行にまたがる脱落率。F)多指タッピング:1本指組合せ試行に対する望ましくない余分な指タップ(UEFT)の回数。患者P01は、この作業を実施しなかった。
【図８】臨床的スコアとの相関の図である。A-B)FFM 1本指タッピング(N=10):A)1〜3Hz勾配とARATスコアとの間の相関。B)1〜3Hz勾配とモバーグピックアップスコアとの間の相関。C-D)FFM多指タッピング(N=9)。C)成功率とARATスコアとの間の相関。D)成功率とモバーグピックアップスコアとの間の相関。
【図９】本発明の特定の実施形態による処理システムの概略図である。
【図１０】本発明の特定の実施形態による方法を表す機能グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
実施例
方法
被験者:
10人の成人脳卒中患者が、パリのSainte-Anne Hospitalのリハビリテーションクリニックで募集された。すべての患者は、単一の虚血性脳卒中または出血性脳卒中を患っており、研究への参加時点において脳卒中後少なくとも2週間経過していた。含まれる患者は、上肢および手に影響を及ぼす様々な程度の片麻痺を有していた。除外基準は、視覚障害または重度の無視症状などの、実験の理解を妨げる、影響のある肢の重大な感覚障害、他の神経学的状態、および他の認知障害を含んでいた。年齢で比較できる、10人の健常対照被験者も募集された。表1は、人口学的および臨床的詳細の一覧である。研究の手順はヘルシンキ宣言に準拠し、被験者は説明を十分理解した上で同意した。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
脳卒中患者毎に、年齢、性別、病変部位、片麻痺側、病因(脳卒中の種類: H=出血性、l=虚血性)、病変発生から経過した時間(日数)、合計ARAT(アクションリサーチアームテスト)スコア、片麻痺および影響を受けない手におけるMVC握力(kg)、麻痺していない手と比較した片麻痺の手における% MVC、両手に対するモバーグピックアップテストのパフォーマンス(秒)、固有受容感覚の%、および両手に対する触覚(セメスワインスタインモノフィラメントテスト)が示される。下の2行:脳卒中患者および対照被験者における平均および標準偏差。
【００６７】
臨床的尺度:
片麻痺の手における掴む、握る、つまむ、および粗大運動に対する臨床テストである、アームリサーチアクションテスト(ARAT)は、手の機能の大域的尺度として使用された[33、34]。モバーグピックアップテストは、各手における手先握り機能の臨床的評価として使用された。12個の対象物すべてを箱に入れるのに要する時間が記録された。要した時間は、握り機能の精度を反映する(この年齢層では>18秒は病的であると考えられる)[35]。3つのキャリバー(2g、0.4g、および0.07g)によるセメスワインスタインモノフィラメントテストは、各手における指先の触覚感度を測定するために使用された[36]。各手における最大握力(Kg)は、ジャマー型油圧握力計(http://www.kinetec-byvivadia.com)により記録された。固有受容感覚は、目をつぶったまま片手の受動的指変位を検出してマッチングを行う被験者の能力を評価することによってテストされ、無傷である、障害がある、または欠落していると評価された。ARATを除く、すべての尺度は対照被験者においても取得された。
【００６８】
指力マニピュランダム(FFM)
われわれは、Sensix (www.sensix.fr)とともに、指力マニピュランダム(FFM)を開発し、それにより脳卒中(および他の)患者における手先の器用さの重要な構成要素を定量化した。FFMは、人差し指、中指、薬指、および小指の先の下に位置決めされた4つのピストンを装備し、各々個別のひずみゲージ力センサに結合される(図1)。力を増すとともに、ピストンは、10mmの範囲にわたってバネ荷重に抗して移動する。この動的(非静的)範囲の終わりには、1Nで達する。1Nを超える場合には力は、アイソメトリックな制御を受ける。したがって、各センサは、各指から独立して加えられるピストン軸に沿った力を測定する。センサの精度は、0〜9Nの範囲で、<0.01Nである。各指の力データは、Spike 2v6(Cambridge Electronic Design、www.ced.co.uk)ソフトウェアを実行するコンピュータに接続されたCED1401(10kHzのサンプリングレート/指先により)にサンプリングされた。特注で作成されたCEDスクリプトは、指先力およびターゲット指示またはターゲット力のリアルタイムの視覚的表示を行った。
【００６９】
FFM作業:
4つの別個の作業(i-iv)が、手先の器用さの異なる構成要素を定量化するために作成された。すべての作業において、被験者は、最初に指をピストン上に置く必要があり、作業全体を通して指をピストン上に置いた状態を維持するよう指示された。すべての被験者は、テーブルで支えられる前腕とともにFFMを使用することができた。快適な位置を確保するために、被験者によっては作業実施中にシリコーン製手首支持体を使用した。
【００７０】
(i)指力追従作業は、指先力制御の視覚運動作業である。指でピストンに加える力を変化させることによって、被験者は、コンピュータ画面上のカーソルを制御した(図2A)。被験者は、カーソルでターゲット力にできる限り離れずついて行くように指示された。ターゲット力(直線)は、画面上を右から左へ通り、連続する試行を提示した。各試行は、ランプ期(1.5秒の期間にわたる力の直線的増加)、保持期(4秒間の安定した力)、および解放期(静止力レベルに瞬時に戻る、0N)、それに続く静止期(2秒)から成り立っていた。試行は、24回繰り返され、6試行の4つのブロックに分散され、2つのブロックは1Nのターゲット力を有し、残り2つのブロックは2Nのターゲット力を有していた。この研究において、患者は、片麻痺の手の人差し指および中指で別々に指力追従作業を実行し、対照は、その右手の人差し指および中指で作業を実行した。作業持続時間は、3分20秒/指先であった。
【００７１】
(ii)順次指タッピング作業は、4本の指先を伴う5タップ指系列である。視覚的表示は、4列(4本の指先を表す)からなり、その高さは加える指力の関数(フィードバック)としてリアルタイムで変化した。それに加えて、各フィードバック列に隣接するターゲット列(手がかり)は、押されるべきピストンを示した(図2B)。被験者は、ターゲットが出現したら直ちに示されているピストンを押すように指示された。各系列は、視覚的手がかりで10回繰り返され(学習期)、次いで、メモリから、すなわち、手がかりなしで、可能な限り速く、5回繰り返された(想起期)。力フィードバックは常に存在していた。このプロトコルでは、被験者は、3つの以前に知られていない運動系列を実行し、これらは最初に学習し、次いで、系列(A) 2-5-3-4-2 (2=人差し指、5=小指)を、次いで系列(B) 4-3-5-2-4を、そして最後に、系列(C) 3-2-4-5-3を繰り返した。5タップの単一の系列(試行)は5秒間存続し、すべての15試行に対する持続時間は2分20秒であった。(iii)1本指タッピング作業は、聴覚的および同時視覚的手がかりあり、またはなしで1本の指による反復タッピングから成り立っていた。視覚的表示は、作業(ii)の表示と類似していた。3つのタッピング速度、1、2、および3Hzがテストされた([9]に類似している)。手がかり付きタッピング期間(15タップ)の後に、被験者は、手がかりなしで、ただし同じ速度で、類似の期間の間にタッピングを続ける必要があった。被験者は、人差し指を使って1Hで開始し、その後、中指(図2C)、薬指、および小指と続けた。このプロトコルは、2Hzで、次いで、3Hzで繰り返された。この作業の合計持続時間は4分であった。
【００７２】
(iv)多指タッピング作業は、視覚的指示に応答して異なる指構成により同時にタップするステップから成り立っていた。視覚的表示は、作業(ii)および(iii)の表示と類似していた。被験者は、視覚的手がかりに続いて11の異なる指タップ構成を再現するように指示された(図2D)。11の異なる構成は、4回の1本指タップ(人差し指、中指、薬指、または小指の別々のタップ)、6回の2本指構成(人差し指-中指、人差し指-薬指、人差し指-小指、中指-薬指、中指-小指、または薬指-小指の同時タップ)、および1回の4本指タップから成り立っていた。すべての構成は2回実行され、その結果、合計で32(4×8)回の1本指タップ、30(6×5)回の2本指タップ、および2回の4本指タップとなった。パフォーマンス尺度は、1本指および2本指構成について計算された。4本指タップは分析されなかった。構成の順序は、1本指タップと2本指タップの間の等しい回数の遷移により疑似ランダム化された。64回の試行がなされる作業全体は、4分40秒続いた。
【００７３】
データ分析:
作業パフォーマンスは、Matlab (v7.5、The MathWorks, Inc.、米国マサチューセッツ州ナティック所在)を使用して分析された。4つの力信号は、最初に、分析のため100Hzにダウンサンプリングされた。
【００７４】
指力追従:すべてのパフォーマンス尺度は、試行毎に計算された(N=24)。追従誤差は、実際の印加された力とターゲット力との間の二乗平均平方根誤差(RMSE)として計算された。誤差は、ランプ期および保持期の間に別々に抽出された。ターゲットランプに応答する力開始時刻および保持期の終わりの解放開始時刻は、dF/dtの閾値交差として計算された。解放持続時間は、その力をターゲット力の75%から25%の力まで下げるのに要する時間として計算された。力の変動係数(CV)(すなわち、SD/平均)は、ランプおよび保持期について別々に計算された。保持の間の平均力は、保持期の最初と最後の500msを除く3秒にわたる平均力として計算された。平均ベースライン力は、ランプ期開始の前の1500msから500msの各試行の間の静止期における平均力として計算された。
【００７５】
3つのタッピング作業について、指タップは、類似の仕方で識別された。力トレースから始めて、各タップは閾値(>0.5N)に従って離散的事象として識別され、それにより、ターゲットおよび印加された力のピーク(タップとして保持される)の識別を可能にした。次いで、各タップの時間配置および振幅が記録された。次の作業特有のパフォーマンス変数が取得された。
【００７６】
順次指タッピング作業では、われわれは、試行毎に、すなわち、各5タップターゲット系列について、使用者タップ回数を計算した。その後、使用者タップをターゲット系列と比較することによって、各試行に正または不正のラベルを付けた。正しくない系列の場合、欠損した、または追加の望ましくないタップの数、さらには系列の部分内の連続する正しいタップの数も記録された。さらに、パフォーマンスは、各指について正しい試行の回数と誤りタップの回数とを計算することによって、試行にまたがって計算された。これらの尺度は、それぞれ、学習期および想起期について取得された。
【００７７】
1本指タッピング作業では、各条件(指および1、2、または3Hz)においてリード指(lead-finger)(ターゲット指)および非リード指が識別された。リード指については、タップの回数、タップ振幅、および連続するタップの間の間隔が、各条件について計算された。望ましくないタップは、非リード指において識別され、オーバーフロータップ(リード指タップと同時に非リード指タップ)として、または望ましくない指タップ(リード指タップの非存在の下での非リード指タップ)としてラベル付けされた。手がかりのターゲット頻度にタッピング速度を合わせる能力を推定するために、われわれは、人差し指における1Hz、2Hz、および3Hzにわたるタッピング速度の勾配を計算した。勾配=1は正しいタッピング速度を示し、勾配<1はそれより遅い実行であることを示す。
【００７８】
多指タッピング作業では、各タップは、表示される指構成に応答して、正しい、または正しくないとして、すなわち、必要なターゲットタップと同一であるか、または異なるとして識別された。各指での誤りは、欠落タップ(脱落、脱落率)として、または望ましくない余分な指タップ(1つまたは複数)として分類された(キーボード入力で報告される誤り[37])。試行にまたがって、誤りの回数は、ターゲット(1または2本)指構成の関数として評価された。
【００７９】
最後に、器用さ構成要素の個別のプロファイルを取得するために、われわれは、4つの作業のうちの3つにおいて各患者のパフォーマンスをプロットし、それを対照グループにおいて観察されたパフォーマンス範囲と比較した。これは、グループ間で異なることが判明した6つのパフォーマンス尺度について行われた(すなわち、判別変数と考えられる)。所与の尺度における対照グループの平均+2SDを超える値は、病的と考えられた。
【００８０】
統計的分析:
記述統計学は、平均±SDとして示される。スチューデントt-検定は、単一レベル変数におけるグループ差異を検定するために使用された。上で説明されている4つの作業にから取得された尺度の差異は、反復尺度ANOVAを使用して検定された。(i)力追従:1つのグループ間因子GROUP(患者、対照)および3つの被験者内レベル、FINGER(人差し指、中指)、FORCE(1N、2N)、PHASE(ランプ、保持)を含むANOVAで研究した場合の独立変数(誤差、タイミング、など)、(ii)順次指タッピング:1つのグループ間因子GROUP(患者、対照)および3つの被験者内レベル、SEQUENCE(系列A、B、C)、PHASE(学習および想起期)、TRIALSを含むANOVAで研究した場合の独立変数(成功率、正しいタップの数)、(iii)1本指タッピング:1つのグループ間因子GROUP(患者、対照)および3つの被験者内レベル、FREQUENCY(1、2、3Hz)、FINGER(人差し指、中指、薬指、小指)、およびPHASE(聴覚的手がかりあり、聴覚的手がかりなし)を含むANOVAで研究した場合の独立変数(タップ頻度、オーバーフロータップの数、など)、(iv)多指タッピング:1つのグループ間因子GROUP(患者、対照)および1つの被験者内レベル、TRIALSを含むANOVAで研究した場合の独立変数(成功率、望ましくない指タップの数、など)。事後検定は、フィッシャーLSD検定を使用して実行された。パフォーマンス尺度と臨床スコアとの間の相関を調べるために、スピアマンの順位相関が使用された。ジャマーおよびモバーグピックアップスコアは、相関検定に対する非片麻痺手スコアの%として提示された。異なるパフォーマンス尺度の間の関係の検定のためにピアソン相関が使用された。有意性水準は、p<0.05に設定された。
【００８１】
結果
手および指の機能の臨床的評価
脳卒中患者では、麻痺した手の最大パワーグリップ力は、対照(P<0.01)における35kgと比較して平均19kgまで著しく低下した。ARATによれば、患者はいずれも、重い障害(スコア5<)を有しておらず、5人の患者は、手の機能が中程度の障害を受けており(51<スコア<57)、別の5人は、最大57点を得点した[38]。しかしながら、これらの後者の患者のうちの3人は、最大握力を低下させており、4人全員が影響のある手でのピックアップテストにおいてより遅かった(表1)。指の感覚閾値も、脳卒中患者(P<0.05)では著しく低下したが、患者3のみは、固有受容感覚を損なっていた(表1)。
【００８２】
作業実行可能性
10人の患者はすべて、力追従作業および1本指タッピング作業を達成することができ、9人の患者は、多指タッピング作業を完遂した。しかしながら、10人の患者のうちの4人のみが順次タッピング作業を達成した。実行可能性に影響を及ぼす主要な問題は、4本の指すべてをピストン上に置いた状態を維持することと、順次タッピング作業が速すぎることである(表2)。
【００８３】
【表２】
2018519133.tif 000003
【００８４】
各患者について示されるのは、人間工学的実行可能性および作業実行可能性に関する定性的観察である。
【００８５】
力追従
患者および対照は、1N条件(対照:0.98N±0.2、患者:1.1 N±0.2、P=0.24)および2N条件(対照:1.9N±0.4、患者:2.0N±0.2、P=0.36)の下で保持期に同じ大きさの力を印加した。この作業は、力制御の精度における劇的な差を明らかにした。すなわち、脳卒中患者は、対照(0.13N±0.06)と比較して追従誤差が大きい(0.31N±0.1)ことを示した。この差異は、著しく高く(GROUP効果:F=21.18、P<0.001、図3A)、ランプおよび保持期に、両方の力レベルで明白であった(P<0.05)。パフォーマンスは、人差し指または中指を使用したときに等しく損なわれた。さらに、保持期(図3B)の終わりに力を解放するのに要した時間は、対照(123ms±84)と比較して脳卒中患者(702ms±557)において著しく長かった(約7倍以上長い)(GROUP効果:F=5.03、P=0.014)。患者は、また、ベースラインにおいて(すなわち、試行と試行との間で、図2A参照)、リード指により力を印加しない(弛緩する)困難さも示した。平均ベースライン力(図3C)は、対照(0.07N±0.09、GROUP効果:F=4.10、P=0.028)と比較して患者(0.28N±0.21)では著しく異なり、約3倍以上高かった。
【００８６】
いくつかの尺度は、グループ間の著しい差異を明らかにせず、これは、力開始のタイミング(ランプの前)および解放開始(保持期の終わり)に対する場合であった。また、追従力のCVは、2つのグループにおいて類似していた。
【００８７】
順次指タッピング
順次指タッピング作業は、比較的困難であるとわかった。対照被験者は、2つの条件(学習および想起期)のすべての試行ならびに3つの異なる系列(A、B、C)にわたって測定された、0.66±0.2の総平均成功率を達成した。この作業を達成した4人の患者は、0.23±0.28の著しく低い成功率に達した(図4A、GROUP効果:F=8.21、P=0.017)。両方のグループが、系列Aの最初の半分において類似のパフォーマンスを示した(図4B)。学習期(すなわち、手がかり付き条件)において、対照は、系列Aに対する学習期の第1の半分と第2の半分との間で2.7(/5)の平均数の正しいタップから4.2(/5)まで通ることによってそのパフォーマンスを改善した(P<0.001、図4B)。対照は、その後の系列BおよびCに対する明白な学習なしで維持されたパフォーマンスを示した。患者において、学習期の第1の半分と第2の半分との間のパフォーマンスの著しい改善は、最後の系列(系列C)でのみ見られた、すなわち、これらは2.5(/5)の正しいタップから3.4(/5)まで通った(P=0.02、図4B)。患者において、第1の2つの系列AおよびBでは改善は明白でなかった。系列Cにおける第1の半分と第2の半分との間でのみ著しい改善があった。各系列の第2の半分(図4B)でも、想起期でもグループの差異は見られなかった。
【００８８】
1本指タッピング
われわれは、平均1本指タッピング速度を測定し、手がかりあり条件および手がかりなし条件で累算した(図5A)。対照は、それぞれ1、2、および3Hzの条件について、平均速度1.06Hz±0.06、1.98Hz±0.13、および3.17Hz±0.47で、課されたタッピング速度に追随することができた。タッピング速度は、患者では、対照と比較して3Hz条件で2.31Hz±0.69と低いタッピング速度となり、損なわれていた(GROUP*FREQUENCY効果:F=9.30、P<0.001、3Hzでの事後GROUP効果:P<0.001、ただし、1または2Hzでない)。したがって、患者は、対照(1.06±0.22、T=-4.12、P<0.001)と比較してタッピング速度は0.5±0.37で下がっていた(1Hz〜3Hz)。手がかりあり条件と手がかりなし条件との間のタッピング速度の差異はなかった。タッピングの規則性においてグループ間の差異は見られず、平均タップ間隔に対する有意な差異はなかった。
【００８９】
望ましくない指タップは、1本指タッピングにおいて希に生じた、すなわち、リード指タップの非存在の下で非リード指のタップが生じた。条件(頻度/指:35タップ)に従って、これは、対照では平均0.8回(0.8タップ/35)で行われたが、患者では著しく頻繁に行われた(1.4タップ/35)(図5B、GROUP効果:F=6.60、P=0.021)。
【００９０】
患者において、1本指タッピング作業は、また、作業に関わらない指(すなわち、リード指タップと同時に生じる非リード指タップ)への実質的な望ましくない運動オーバーフローを発生した。患者は、対照よりも著しく多いオーバーフロータップを示した(図5C、GROUP効果:F=12.16、P=0.003)。1Hzで、患者は、対照における単一のオーバーフロータップと比較して条件毎に平均して10回の余分なオーバーフロータップを行った(頻度/指:合計35回の必要なタップに対して)。両方のグループにおいて、人差し指または小指がリード指として働いたときに最も頻度が少なかった。
【００９１】
多指タッピング作業
最初にわれわれは、1本指および2本指組合せにわたって総平均成功率を計算した。平均成功率が0.3である患者は、0.9の平均成功率の対照被験者と比較してあまり正確でなかった(図6A、GROUP効果:P<0.001)。このグループ差異は、1本指組合せと2本指組合せの両方に存在した(P<0.05)。
【００９２】
1本指タップでは、FINGER×GROUP相互作用が見つかった(図6B、FINGER×GROUP効果:F=5.90、P=0.002)。事後検定は、患者の薬指における成功率が著しく低いことを示していた(対照に対する0.9と比較して患者に対しては成功率が0.1に近い、P<0.05)。失敗した1本または2本指試行の各々について、われわれは、2種類の誤差を計算した。総平均脱落率は、対照の0.01±0.01と比較して患者では0.2±0.17と著しく高かった(T=3.31、P=0.01)。試行および指に関して総和した望ましくない余分な指のタップは、対照(7.9±6.9、T=5.52、P=0.0003)と比べて患者では(54±24.1)とより頻繁であった。
【００９３】
指にまたがる望ましくない余分な指タップの分布は、1本指組合せおよび2本指組合せの両方について表3に示されている。表中の各行は、望ましくない余分な指タップの発生を指組合せの関数として示している。すべてのターゲット組合せについて、患者では対照被験者に比べて他の指において発生する誤差が大きかった。成功が最も少ない1本指組合せ(薬指ターゲットタップ)では、患者は、誤って、試行の60%超で中指も活性化させたが、これは、対照の10パーセント未満における場合であった(表3)。人差し指および小指も、条件ではミスをしたが、中指ほど頻繁ではなかった(約35%以内)。指にまたがるこの同じ誤差パターンは(すなわち、中指誤差>人差し指または小指誤差)も、対照被験者に存在していたが、減衰した形態であった。より一般的には、望ましくない余分な指タップのパターンは、「近傍」傾きを形成し、それにより、ターゲット(リード)指先から解剖学的に遠い指先は、ターゲット指先により近い(またはそのすぐ近くの)ものよりも少ない誤りタップを引き起こした。これは、また、「2-3」および「4-5」の2本指組合せについて有効であった。非隣接指先(「2-4」、「2-5」、「3-5」)の2本指組合せタップは、距離傾きの非存在の下で、平衡誤差分布を示した。類似しているが、減衰している「横切る」指誤差パターンも、対照被験者について観察された。
【００９４】
【表３】
2018519133.tif 000004
【００９５】
各行は、多指タッピングにおける誤りタップの発生を示す。患者(左)に対する関連条件および対照被験者(右)におけるターゲットタップの各指に対する誤り発生が%で与えられる(平均±SD)。例:人差し指(ターゲット指先2)のすべての1本指ターゲットタップの10%以内において、患者はまた小指(指先5)で誤ってタップした。第1の4行はすべての1本指ターゲットタップ条件を記述し、次の6行はすべての2本指ターゲットタップ組合せを記述する。「Xs」は、ターゲット指の一致および正しいタップ指を示す。カラースケールは、誤り水準を示し、白色=誤りなし(0%)、赤色>60%誤りである。
【００９６】
個別の器用さプロファイル:
いくつかの器用さ構成要素において有意なグループ差異が見つかったが、すべての尺度がすべての患者において病的ではなかった(平均+2SD閾値よりも高い)。たとえば、患者(10人のうちの)6人のみが病的追従誤差を示した(図7A)。さらに、患者3人のみ(P03、P05、P06)が6つすべての尺度で病的スコアを示した。1つの変数における病的スコアの存在は、他の尺度における病的スコアの存在と必ずしも一致しなかった。一方の病的スコアの非存在が他のすべてのスコアにおける非存在を示すこともなかった。最も一般的なプロファイル(患者4人)は、5つの影響のある器用さ構成要素、すなわち、解放持続時間、追従誤差、オーバーフロータップの数、脱落率、および望ましくない余分な指タップの組合せであった。これら5つの構成要素は、対照閾値と比較して増えた。
【００９７】
臨床的尺度との関係および相関
患者の個別の器用さプロファイル(上で説明されているような)は、臨床スコアと完全には首尾一貫していなかった。最大ARATスコア(P01、P02、P04、P08、P10)を有する、したがって正常な握力および粗大運動手機能を有すると考えられる、5人の患者のうち、全員が6つの尺度のうちの少なくとも1つにおいて影響を受けた。4つの異なるプロファイルが観察された。すなわち、P04は、6つのすべてのFFM尺度において病的スコアを有していた。P10は、3つの尺度、すなわち、多指タッピング作業における2つと1本指タッピング作業における1つ(多数のオーバーフロータップ)の病的スコアを有していた。P02およびP08は、多指タッピング作業の2つのスコアに対して病的スコアを有していたが、他の作業ではそうでなかった。最後に、P01は、力追従作業のみの2つの尺度において病的パフォーマンスを有していた。
【００９８】
われわれは、FFM作業における取得されたパフォーマンス尺度とARATまたはモバーグピックアップ検定スコアとの間の相関について検定した。1本指タッピング1〜3Hz勾配は、ARATスコア(図8A、R=0.88、P<0.001)と、および%ピックアップスコア(図8B、R=0.77、P=0.004)と相関しているように見えた。1本指タッピング作業における勾配が高ければ高いほど、そのARATまたはピックアップスコアはよいスコアであった。多指タッピング成功率も、ARATスコア(図8C、R=0.73、P=0.03)と、および%ピックアップ(図8D、R=0.77、P=0.02)と相関しているように見えた。ここでもまた、ARATまたは%ピックアップスコアが高ければ高いほど、患者に、多指タッピング作業における高い成功率が見られた。指力追従作業については、われわれは、パフォーマンス変数と臨床的尺度との間の相関を見つけなかった。われわれは、器用さプロファイルの記述に使用される6つの尺度の間の相互関係も検定し、われわれは、15の比較結果の間に4つの有意な相関を見つけた(表4)。最も強い相関は、1〜3Hz勾配と望ましくない余分な指タップとの間の相関であった(1F)(R2=0.55)。
【００９９】
【表４】
2018519133.tif 000005
【０１００】
合計誤差:指力追従誤差、RD:解放持続時間、OF 1Hz:1Hz条件におけるオーバーフロータップの回数、UEFT 1F:1本指条件における望ましくない指タップの回数。灰色陰影部分の相関:p<0.05で有意。
【０１０１】
論考
われわれは、臨床状況で手先の器用さを定量化するための新規性のあるデバイスを開発した。われわれは、このデバイス(「FFM」)が、健常者および脳卒中患者の手先の器用さの重要な制御変数の抽出および定量化を可能にすることを実証した。この研究でテストされた患者は、FFMを使用することができ、新しい方法の適切な実行可能性を示唆する作業の大半を実行した。パフォーマンスは、4つすべての視覚運動作業において損なわれた、すなわち、患者は、正確な力制御の低下、指タッピング速度の低下、指選択および順次指タッピングの誤差の増加を示した。われわれは、また、患者が手先の器用さの異なる構成要素にわたって等しく影響を受けるわけではないことを見いだしたが、これは個別の器用さプロファイルの存在を示唆している。次にこれらの研究結果を以下で説明する。
【０１０２】
実行可能性
健常者は、これらの作業を実行することに問題がなかったが、われわれの穏やかな程度から中程度の影響を受けた片麻痺患者は、4つの視覚運動作業のうち3つを完遂できた。しかしながら、患者は、おそらく作業速度が不適切な(速すぎる)せいであろうが、順次指タッピング作業において困難に遭遇した。人間工学に関して、患者は、時々、自分の指をピストン上に置いた状態を維持する際に問題に遭遇し、大部分は小指の場合であった。これにより、一部の患者は、指をピストン上で置き直すために、画面ではなく、自分の指を見ることになった。この問題は、一部は、セメスワインスタイン検定によって示される、触覚感度の低下によるものである可能性がある。FFMは、すべての患者における少なくとも1つの器用さ構成要素のパフォーマンス低下の識別を可能にした(図7)。最大ARATスコア(N=5)を有する患者および通常のモバーグピックアップ時間(<18s、N=2)を有する患者であっても、FFMは、Langら、2006と一貫している手先の器用さ構成要素の欠損を明らかにした。予備的ではあるが、小さいサンプルサイズを与えた場合に、これは、FFMが脳卒中後の患者の器用さに対して重要な根幹にある障害を検出するうえで他の臨床的尺度よりも敏感であり得ることを示唆している。
【０１０３】
作業遂行:健常者と片麻痺患者との間のグループ差異
力の明示的な制御を必要とする、追従作業について、われわれは、パワーグリップ力の制御に関する前の報告書と一致する、患者における指追従誤差の増加および解放持続時間の延長を見いだした[18、40]。患者は、前に報告されたようなより高い力変動性(力のCV)を示さなかった[40]。しかしながら、これは、脳卒中患者が対照と似た絶対力でパワーグリップ力追従を実行したときにCVの増加を示さなかったという研究結果と呼応している[12]。
【０１０４】
順次指先選択の運動学習を必要とする、順次指タッピング作業は、大半の患者には難しすぎた。しかしながら、4人の患者は、この作業を完了させることができたが、そのパフォーマンスは、対照と比べて弱いことがわかった。対照は第1の系列(系列A)において成功率を改善したが、患者は系列Cにおいて後で改善した(図4B)。これは、脳卒中後に損なわれていないが、運動学習能力が遅くなっていることを示す研究と一致している[27、41]。
【０１０５】
タイミングの明示的な制御を必要とする、1本指タッピング作業は、1Hzおよび2Hzのターゲット頻度については患者において良好な時間的一致があるが、対照と比較して3Hz条件についてはタッピング速度が低下していることを明らかにした。他の研究も、脳卒中患者における最大指タッピング速度の低下(および規則性の減少)を示している[24、26]。しかしながら、われわれは、患者に低下したタッピングの規則性を見いださなかった、すなわち、これは、病変位置特定における差異による、たとえば、われわれのサンプルにおける小脳病変の非存在による可能性もある。
【０１０６】
オンライン指先選択を必要とする、多指タッピングでは、患者は、1本指または2本指ターゲットタップにおいてあまり正確でなくなった(脱落および望ましくない余分な指タップをさらに多くした)。対照被験者における望ましくない余分な指タップの観察された「近傍」傾きは、指運動[42]および指力[43]の知られている独立度と一致している。誤差パターンがそれでも距離傾きに追随している間に、患者の望ましくない余分な指タップが多いことは、前の報告と一致する、脳卒中後の指独立性の低下を反映する[10、22、44]。純粋に運動学的な尺度に基づくこれらの前の観察結果を補うものとして、われわれは、ここで、段階的指独立性および脳卒中におけるその障害も、運動力学的および運動学的制約条件を組み合わせた作業において出現することを示す。
【０１０７】
それとともに、これらの研究結果は、FFMが単一の1時間セッションで同一の装置で器用さの異なる重要なパラメータの定量化を可能にすることを示す。穏やかな程度から中程度の片麻痺のある脳卒中患者におけるこれらの重要なパラメータの観察された障害は、他の研究で以前に報告されたものと部分的に一致しており、これはこれらの尺度の関連性を確認するものである。したがって、FFMは、以前のデバイスまたは臨床的スコアに比べて、手先の器用さのより完全な、より感度の高い評価を行うことを可能にする。
【０１０８】
臨床的相関
われわれの尺度のいくつかは、臨床スケールとの相関を示した。しかしながら、これは、グループサイズに制限があるため注意して取られるべきである。それにもかかわらず、これらの相関は、ARATが天井効果を示したとしても1本指タッピング速度さらには多指タッピングにおける成功率がARATに従って手の機能と相関していたことを示唆する。これらの同じ2つの器用さ構成要素は、また、モバーグピックアップスコアと相関していた。これは、共通の根幹の制御パラメータ、特にタイミング(実行速度)および指先選択(指独立性指数と臨床的スコアとの間の相関を見つけなかったRaghavnaらに反して[22])を指し示している可能性もある。したがって、FFMは、最大サムインデックスタッピング速度[24]または最大力比[17]などの、臨床的スケールと相関するいくつかの尺度をもたらす[17]。しかしながら、これは、より大きいサンプルサイズで、さらに多くの多種多様な臨床的スコアにより確認される必要がある。FFMは、手先の器用さ構成要素のより詳細な記述をもたらすが、これらの構成要素が互いに独立しているかどうかおよびこれらが手の機能における分散を説明することにどのように寄与するかはさらなる研究を要する。
【０１０９】
個別の器用さプロファイル
FFMは、いくつかの異なる重要な制御パラメータの評価を可能にするので、これは、また、損なわれた器用さの個別のプロファイルを取得する潜在的可能性をもたらす。第1に、これらの器用さプロファイルは、脳卒中後の個別の臨床的障害のより正確な記述を反映し得る患者グループ内で異なっていた。第2に、これらのプロファイルは、器用さの様々な態様が所与の個人において損なわれ得ることを開示した。明らかに、所与の患者において、いくつかの重要なパラメータは損なわれたが、他のパラメータはそうでなかった。たとえば、患者09にとって、力を解放すること、タップの際に他の指の連動を回避すること(オーバーフローおよび誤り)が困難であったが、対照と比較して力追従およびタイミングの精度は類似していることを示した。したがって、この患者にとって、他の指における運動を停止し抑制することが困難であり、これらの構成要素のターゲットを定めた学習から恩恵を受ける可能性がある。
【０１１０】
個別のプロファイル(図7の)は、脱落率およびタッピング速度を加速する能力が他の尺度にリンクしているように見えても尺度のいくつかは互いに独立していることを示唆する(表4)。しかしながら、これは、より大きいサンプルにおけるさらなる統計的精緻化を必要とする。障害のプロファイリングは、器用さの最も重大な影響のある構成要素の抽出を可能にし、リハビリテーションプロトコルの個別の最適化を可能にすべきである[45]。
【０１１１】
指運動の独立性、および器用さ
われわれの見解では、指運動の独立性は、器用さの1つの機能的態様を表すが、それだけで、手の機能のすべての態様を包含するわけではない。4つの異なるFFM尺度、すなわち、(i)1本指タッピングおよび多指タッピングにおける望ましくないタップの数、(ii)成功率、(iii)脱落率、ならびに(iv)望ましくない余分な指運動の分布は、指独立性の程度の特徴付けを行うことを可能にする。これらの4つの尺度は、われわれの脳卒中患者において損なわれ、指個性化の程度の低下を反映した。
【０１１２】
しかしながら、1本指タッピングは、多指タッピングよりも複雑度が低い、すなわち、後者は、瞬間的なエフェクタ選択(instantaneous effector selection)の様々なパターンを必要とする。実際、多指タッピングにおける望ましくない余分な指運動の回数は、最も影響を受ける尺度であった。エフェクタ選択におけるこの欠点は、非選択励起および/または不十分な抑制によるものである可能性がある[9]。
【０１１３】
Raghavanら[22]は、静止指数(stationarity index)(別の指を動かすように指示されたときに指をどれだけよく動かないようにしていられるかの尺度)から個性化指数(指示された指先が、独立して、すなわち、他の指を同時に動かすことなく、どれだけよく動けるかの尺度)を区別した。われわれの多指タッピング作業は、2つの対応する尺度をもたらす、すなわち、成功率は個性化指数を表し、その一方で、望ましくない余分な指タップの数は静止指数に対応する。これら2つの指数は、互いと逆相関していた(人差し指:R=-0.91、中指:R=-0.81、薬指:R=-0.78、小指:R=-0.69、すべてP<0.001)。これは、被験者が指示された指を独立して移動することに困難を覚えるほど、他の指を動かすように指示されたときに、この同じ指を動かないようにすることにますます困難を覚えることを示している。個性化指数と静止指数との間のそのような相関は、Raghavanらによって見つけられなかった[22]。指の選択性と抑制との間の関係に関するわれわれの研究結果は、一般的レベルの持続性抑制(望ましくない運動を防止する)は、運動を開始したときに低減されるという考え方に合っている[46]。
【０１１４】
さらに、望ましくない余分な指タップ(1本指および2本指タップ)の分布が、脳卒中後に独立した指運動がどのように影響を受けるかに関する2つの追加の洞察をもたらす(表3)。第1に、薬指は最も独立性の低い指であり、これは前の研究からの結果を複製したものである[9、22]。第2に、脳卒中患者は、対照被験者と類似の「近傍」傾きを有し、これは、脳卒中病変がこの傾きに影響を及ぼさず、指特有の欠点(この脳卒中グループの)を誘発しないことを示唆している。
【０１１５】
指運動の独立性は、典型的には臨床的指数である。片麻痺患者における指運動の独立性に関する前の研究[22、44]は、すべて運動学的尺度に基づいており、臨床的手機能スケールとの相関が小さいか、またはないことがわかっている。それにもかかわらず、指個性化のわれわれの尺度は、ARATおよびモバーグスコアと相関している。この差異は、すべてのわれわれの尺度が運動力学的(力)構成要素を有していたという事実に関係するものとしてよい。したがって、指個性化は、把持機能に関わるように思われ、有益に、他の機能スケールを補完する可能性があり、その特有の学習は、従来のリハビリテーションに比べて効率的な回復をもたらし得る[45]。
【０１１６】
制限
われわれの研究の主要な制限は、グループサイズである、すなわち、いくつかの研究結果(たとえば、FFM尺度と臨床スコアとの間の相関)は、より広い範囲の病変サイズおよび位置特定、さらにはより代表的な範囲の障害を表すより大きいサンプルにより確認される必要がある。それにもかかわらず、この制限されたサンプルであっても、明快なグループ差異を示し、個別に多様な器用さプロファイルをもたらした。FFMの2つの方法論的制限は、本発明の研究において識別された、すなわち、順次タッピング作業は難しすぎ、何人かの患者では、自分の指をFFMピストン上に置いた状態を維持することに問題があり、これはいくつかのパフォーマンス尺度に影響を及ぼしているものとしてよい。これらの問題は、系列作業を簡素化し、FFMデバイスの再設計を行うことによって対処される。
【０１１７】
結論
われわれは、臨床現場で手先の器用さの重要な構成要素を定量化するための新規性のあるデバイス、FFMを開発した。4つの視覚運動作業と一緒に、デバイスを使用することは、片麻痺脳卒中患者のグループにおいて実行可能であった。グループレベルでは、患者は、健常対照被験者と比較して4つのすべての視覚運動作業において著しく損なわれていた。患者は、正確な指力制御の低下、指タッピング速度の低下、指選択および順次指タッピングの誤差の増加を示した。さらに、これら4つの作業は、器用さの脳卒中後の障害の個別のプロファイリングを可能にした。このことは、この新しいデバイスが、以前のデバイスまたは臨床的スコアに比べて、手先の器用さのより完全な、より感度の高い評価を行うことを示唆する。
【０１１８】
参考文献
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【符号の説明】
【０１１９】
O  操作者
1  デバイス
10  計算ユニット
12  入力インターフェース
14  出力インターフェース
100  記憶装置ユニット
110  マイクロプロセッサ
1401  CED
【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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【国際調査報告】
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