(57)【要約】【課題】回転中心が露出してない１自由度または２自由度以上の生体関節の空間回転変位を、動作するすべての回転方向について測定するという目的を実現した。【解決手段】対象関節に対して、該関節の両側部位にそれぞれ該両側部位の骨格に対して相対的な位置を不変とする仮想線を設定する装具を装着し、装具間を接続する６自由度のリンク機構によって仮想線同士の空間変位を追従することで、該関節のすべての回転方向に対して回転変位量を同時に測定できる。【選択図】図１
2013220333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象とする関節の両側部位に装着する装具と、
該装具間を接続する６自由度のリンク機構と、
該リンク機構内各自由度の回転変位を測定する回転角度検出装置  を備え
上記各装具により測定対象関節の両側部位の骨格に対して空間的な位置関係が不変である仮想線をそれぞれ設定し、
上記６自由度のリンク機構が仮想線のお互いに相対的な変位を追従し、
上記回転角度検出装置で両仮想線の空間回転変位を測定する構成とした
ことを特徴とする、生体関節の回転変位測定装置。
【請求項２】
前記関節の両側部位にそれぞれ仮想線を設定する装具は、１対の鞍部とこれを接続するアーム部から構成され、対象関節両側部位の骨格に対して筋肉の動作の影響が無視できる箇所に鞍部を設置して、関節の動作に付随する筋や皮膚の影響を受けずに、骨格に対して相対的な位置を固定するために調整することができることを特徴とする、請求項１記載の生体関節の回転変位測定装置。
【請求項３】
前記アーム部は、対象関節両側部位の骨格に対して筋肉の動作の影響が無視できる箇所に自在に鞍部を設置できるように、アーム部長手方向の全長を調整する機構と、長手方向周長方向に回転を調整する機構と、鞍部を該位置に設置するための回転を調整する機構を有することを特徴とする、請求項１記載の生体関節の回転変位測定装置。
【請求項４】
前記鞍部は、対象関節両側部位の骨格に対して筋肉の動作の影響が無視できる箇所に、安定して設置できるように鞍部天面部を設置部位に密着できる形状とし、鞍部側面部を該鞍部天面部が転倒しないように支持する形状としたことを特徴とする、請求項１記載の生体関節の回転変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、生体関節の空間回転変位を、該関節の回転中心を特定することなく、
空間回転変位量を測定するための機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】関節の動作測定や可動域測定は、整形外科における診断、治療およびリハビリテーションにおいて重要である。多くの場合、該測定には、分度器と定規を組み合わせた様な一平面内角度を測定する簡便な器具を用いている。（非特許文献１）【０００３】整形外科的な診断や、リハビリテーション、スポーツのトレーニングでは、関節の回転変位を測定する際に、回転中心を目測で仮定して測定することが多いが、多くの場合、関節の回転中心を特定することができないので、正確に回転変位を測定することが難しい。【０００４】また、該器具と該方法では、股関節や肩関節など、２自由度以上の関節の動作を、２自由度同時に発生する空間回転変位として測定することはできない。【０００５】そして、ひじやひざ等の１自由度関節においても、実際には関節の面外動作が発生しているが、従来の関節可動域測定方法では、面外方向の回転変位を測定することはできない。加齢による関節変形症等では、本来動作しない方向への関節の回転動作を正確に測定することが、症状を正確に診断するうえで有用であるが、従来の関節可動域測定装置では、関節の本来動作しない方向への回転変位を測定することが出来ない。【０００６】日本整形外科学会では、関節可動域の制限因子を調べ、障害の程度を判定し、治療計画を樹立し、治療を進める上で、関節可動域の測定は必要とされている。
日本整形外科学会の表示法では解剖学的肢位を０°として、角度計を計測する軸心（関節の中心）に当て、固定バーを固定軸の骨軸、移動バーを移動軸の骨軸に合わせ、動かす前の角度を測定している（例えば非特許文献３）が、生体関節において回転中心軌を正確に特定することは極めて困難なので、正確な回転変位量を測定することはできない。【０００７】関節の空間回転変位を測定する方法の既知の手段として、６自由度のジョイントと回転角度センサーを組み合わせて、骨格模型に取り付けた人工関節の動作評価方法があるが、骨格に直接取り付ける方法であり、生体関節に対して適用できるものではない。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１６７３１８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】電子式関節可動域計測装置の要介護度評価への応用  新潟歯学会雑誌３６（２），１７−２４，２００６年１２月
【非特許文献２】障害年金の認定（関節の機能等）に関する専門家会合  （第１回）議事録厚生労働省２０１１年１２月１６日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】整形外科、スポーツ整形外科では、関節可動域の測定を施術方法の決定および効果の根拠としているが、定規様の器具を用いて２次元の回転を目視測定している。これにかかる問題として、
（ア）回転中心を正確に把握できないことによる幾何学的な誤差が発生する
（イ）目視による読み取り誤差が発生する
（ウ）空間回転が測定出来ない、言い換えると定規様測定器の一平面外方向の回転変位を      無視せざるをえない
がある。【００１１】関節の空間回転変位を測定する方法の既知の手段として、６自由度のジョイントと回転角度センサーを組み合わせて、骨格模型に取り付けた人工関節の動作評価方法があるが、骨格に直接取り付ける方法であり生体関節に対して適用できるものではない。（特許文献１）【００１２】本発明は、以上の課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】本発明は、
測定対象とする関節の両側部位に装着する装具（１）と、
該装具間を接続する６自由度のリンク機構（４）と、
該リンク機構内各自由度の回転変位を測定する回転角度検出装置（４ｃ）  を備え
上記各装具により測定対象関節の両側部位の骨格に対して空間的な位置関係が不変である仮想線をそれぞれ設定し、
上記６自由度のリンク機構が仮想線のお互いに相対的な変位を追従し、
上記回転角度検出装置で両仮想線の空間回転変位を測定する
構成としたことを特徴とする、生体関節の回転変位測定装置である。【００１４】生体関節とは、内骨格もしくは外骨格を有する生物の関節である。
仮想線とは、対象関節両側部位骨格の、該関節に対する空間的幾何学的な位置を代表させるために設定するものである。
空間的な回転変位測定とは、３次元空間において関節の回転変位を直交する３軸の各軸回りの回転に分解して測定することである。
該対象関節の回転動作に対して、対象関節両側の仮想線同士の相対的な空間位置関係を測定することで、該対象関節の回転中心を特定することなく、空間回転変位を代表させることが出来る。【００１５】本発明では、
対象関節の両側部位にそれぞれ装具を取り付けて、
該骨格と相対的な位置関係が不変である仮想線をそれぞれ設定し、
該仮想線同士の相対的な変位を６自由度のリンク機構で追従することで、
関節の回転変位を空間的に測定することが最も主要な特徴となる。【００１６】具体的には、
対象関節両側部位に、骨格に対して相対的な位置が不変である仮想線を設定するための装具を装着（図１）し、
関節両側の装具間を６自由度のリンク機構（４）で接続し、
各自由度の回転変位を測定することで、
仮想線同士の空間回転変位を測定して、
関節両側部位の骨格の相対的な回転変位量を決定する。【００１７】装具は、
装着した部位の骨格に対して相対的幾何学的な位置を不変とすべく、
骨格に対して筋肉の動作の影響が無視できる箇所に鞍部をおいて（図２（Ａ））、
関節が動作しているあいだ、骨格に対して相対的な位置の変化を無視できるように設置する。【００１８】鞍部は、
設置する部位に対して、骨格に対して安定設置できるような鞍部天面部（２ａ）とし、鞍部側面部（２ｂ）でこれを支持する。
測定対象とする関節の場所によって、上下肢用、体幹部用、手足用に、対象関節の両側部位に対して、鞍部天面部、鞍部側面部の形状と大きさの鞍部をそれぞれ準備する。【００１９】また、装具は、該適切な装着部に鞍部を設置するために、装具長手方向の全長調整（３ｃ）、および長手軸回りの回転調整（３ｄ）、鞍部の長手軸直角軸回りの回転調整（３ｅ）が可能である。【００２０】装具間を６自由度を有するリンク機構で連結し、仮想線どうしの空間変位を追従し、各自由度の回転変位量を合計することで、仮想線どうしの空間回転変位量を測定し、対象とする関節の空間変位量として決定できる。
【発明の効果】
【００２１】本発明を使用することで、
回転中心が外見的に特定しにくい生体関節に対して、
回転中心を特定することなく、
生体関節の空間的回転変位量を測定することが可能となる。【００２２】整形外科、スポーツ整形外科で、従来行っている定規様の器具を用いた２次元の回転を目視測定する方法では不可能であった、
（ア）回転中心を外見的に正確に把握することなく、幾何学的に正確な回転変位を測定する
（イ）目視による読み取り誤差を排除する
（ウ）空間回転変位、言い換えると定規用測定器面外方向の回転変位を測定する
ことが可能となる。【００２３】また、関節両側部位に装具により仮想線を設定することで、骨格に直接取り付ける方法に依らずに、生体関節に対して６自由度のリンク機構による空間回転変位測定方法を適用することが可能となる。【００２４】さらに、これまで不可能であった、肩関節や股関節のような２自由度以上の関節の回転変位の各自由度同時測定が可能になるので、痛みやけいれん等が発生した際の関節の動作状態を回転変位として正確に把握することや、リハビリテーションの進捗を関節の回転変位量として正確に数値化して把握することが可能になる。【００２５】また、膝関節や肘関節等の１自由度とされる関節の自由度外の方向への動きを測定できるので、関節変形症等による関節動作異常を関節の回転変位量として正確に評価することが可能となる。【００２６】加えて、スポーツトレーニングにおいて、フォームの指導を関節回転角度に基づいて客観的に正確に行うことが可能となる。
また、骨格を有する生物の研究や、ペットの治療においても、対象に適合した装具を用いることで、関節動作を正確に評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】生体関節の回転変位測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】生体関節の回転変位測定装置のうち人体に装具を装着する鞍部の図である。（Ａ）鞍部全体図、（Ｂ）装着断面図
【図３】生体関節の回転変位測定装置のうち関節両側部位に仮想線を固定する装具の全体図である。
【図４】生体関節の回転変位測定装置のうち関節両側の装具を接続するリンク機構の全体図である。
【図５】リンク機構のアーム部への取り付けを示した図である。
【図６】リンク機構内のジョイント部の図である。
【図７】図１の装具の装着方法を例示した図である（肘）
【図８】図１の装具の装着方法を例示した図である（膝）
【図９】図１の装具の装着方法を例示した図である（肩）
【図１０】図１の装具の装着方法を例示した図である（股関節）
【図１１】図１の装具の装着方法を例示した図である（腰）
【図１２】図１の装具の装着方法を例示した図である（首）
【図１３】図１の装具の装着方法を例示した図である（手首）
【図１４】図１の装具の装着方法を例示した図である（足首）
【発明を実施するための形態】
【００２８】以下、本発明を実施する形態について説明する。
【００２９】本発明は、
測定対象とする関節の両側部位に装着する装具（１）と、
該装具間を接続する６自由度のリンク機構（４）と、
該リンク機構内各自由度の回転変位を測定する回転角度検出装置（４ｃ）  を備え
上記各装具により測定対象関節の両側部位の骨格に対して空間的な位置関係が不変である仮想線をそれぞれ設定し、
上記６自由度のリンク機構が仮想線のお互いに相対的な変位を追従し、
上記回転角度検出装置で両仮想線の空間回転変位を測定する
構成としたことを特徴とする、生体関節の回転変位測定装置である。
【００３０】仮想線とは、対象関節両側部位骨格の関節に対する空間的幾何学的な位置を代表させるために設定するものである。
該関節の回転動作を測定する場合に、対象関節両側の１対の仮想線同士の相対的な空間位置関係を測定することで、該対象関節の空間回転変位を代表させることが出来る。
【００３１】該仮想線を設定する装具は、１対の鞍部と該鞍部を接続するアーム部により構成される。この装具を対象関節の両側部位にそれぞれ１つずつ設置する（図１）。
【００３２】両鞍部は、骨格に対して仮想線の位置を不変とするために、筋肉の動作に影響されにくい部分に設置する（図７〜１５）。
【００３３】該アーム部は、長手方向の全長を調整する機構（３ｃ）と、長手方向周長方向に回転を調整する機構（３ｄ）と、該鞍部を前項の位置に設置するための回転を調整する機構（３ｅ）を有する。
【００３４】該両装具間を接続する６自由度のリンク機構（４）は、直交する２自由度の継手（４ｂ）を３つそれぞれ、軸同士を平行に接続して構成する（図４）。
【００３５】該リンク機構の６自由度それぞれに、回転角度検出装置（４ｃ）を配置する。６自由度のリンク機構による空間回転変位測定方法は既知の方法と同様に行う。
【実施例】
【００３６】本発明を利用するときには、以下の手順にて使用する。【００３７】測定対象関節を跨ぐように、該関節両側部位にそれぞれ装具を装着する（図１）。【００３８】測定対象関節両側部位骨格に対して仮想線を固定して設定するために、該両側部位において、骨格までの距離が短い場所、すなわち皮下組織が比較的薄い場所を選んで装着鞍部を設置する（図２（Ｂ））。皮下組織が比較的薄い場所とは、筋が関節近傍で腱化する部分付近で、図７〜１４に示す通り、身体各部位毎に異なる。【００３９】関節の回転変位測定を行う際には、測定者が対象者の関節両側部位の片方を固定し、もう片方を動作させながら測定するので、本発明で測定する場合には、測定者が装着装具を手で保持しながら対象者の関節を動作させる、あるいは、ゴムバンド様の伸縮する帯で、鞍部が移動しないように固定する。回転変位検出装置は回転抵抗が十分に小さいので装具が脱落しない範囲で鞍部が保持できればよい。【００４０】肘関節の場合、図７に示すように、上腕は肘近辺および三角筋と上腕三頭筋・前鋸筋の間に、下腕は肘および撓骨の手首付近に、それぞれ鞍部を設置する。【００４１】膝関節の場合、図８に示すように、大腿部は体側側大たい骨上部と下部の大腿四頭筋端部、下腿部は脛骨上部と下部に、鞍部を設置する。【００４２】肩関節の場合、図９に示すように、肩甲骨側は内側端と外側端、上腕側は肘近辺および三角筋と上腕三頭筋・前鋸筋の間に鞍部を設置する。【００４３】股関節の場合、図１０に示すように、腰部側は腸骨外端の２点、大腿部は体側側大たい骨上部と下部の大腿四頭筋端部に、鞍部を設置する。【００４４】腰の動作の場合、図１１のように、腰部は腸骨背部の突起部２点、上体は肩甲骨左右にそれぞれ鞍部を設置する。【００４５】頚部動作の場合、図１２のように頭部は頭がい骨背部の２点、上体部は肩甲骨左右の２点に鞍部を設置する。【００４６】手首関節の場合、図１３に示すように、上腕は肘近辺および三角筋と上腕三頭筋・前鋸筋の閧に、手は手の甲側中指中手骨の上下に、それぞれ鞍部を設置する。【００４７】足首関節の場合、図１４に示すように、下腿部は脛骨上部と下部に、足部は踵骨に、それぞれ鞍部を設置する。【００４８】動作開始時の角度を初期値として、関節を動作した都度、６つの回転検出装置の出力結果から２軸方向の回転角度を計算する。【００４９】関節可動域測定法における正位置から関節が動作可能な状態までを測定すると関節可動域を空間変位量として測定することが出来る。【００５０】空間回転変位量は、装具取り付け方向に対して２軸に分解されて測定される。関節可動域測定を行う際には、対象関節の主動作面に対して座標系変換を行うことで、主動作面内と主動作面外の回転変位量を算出できる。
【符号の説明】
【００５１】１  装具
２  鞍部
２ａ  天面部
２ｂ  側面部
２ｃ  アーム受け部
３  アーム部
３ａ  アームシャフト
３ｂ  アーム継手
３ｃ  アーム長手方向全長調整機構
３ｄ  アーム長手方向軸回り回転調整機構
３ｅ  アーム受け部回転調整機構
４  リンク機構
４ａ  リンクアーム
４ｂ  リンクジョイント
４ｃ  回転変位検出装置
Ａ  対象関節両側部位  片側鞍部設置部断面
Ａ１  動作測定対象骨格
Ａ２  動作測定対象外骨格
Ａ３  皮下組織
Ｂ  鞍部設置目標位置
【図１】
2013220333.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013220333.tif 000005
【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】
2013220333.tif 000010
【図９】
2013220333.tif 000011
【図１０】
2013220333.tif 000012
【図１１】
2013220333.tif 000013
【図１２】
2013220333.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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