(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪みゲージを備えたフレキシブルな板状部材を有し、該板状部材の両端に生体に装着可能な装着部を有する生体用変位センサにおいて、前記板状部材に歪みゲージを挟んだ前後両方に設けられた易変形部を備え、
前記易変形部は、蛇腹状に構成、又は、前記板状部材の他の部分よりも幅狭に構成、又は、前記板状部材の他の部分よりも肉薄に構成されたことを特徴とする生体用変位センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の生体用変位センサにおいて、前記装着部は、前記板状部材の厚み方向とは少なくとも直交する面に沿って回動自在に構成されたことを特徴とする生体用変位センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の生体用変位センサにおいて、前記板状部材が合成樹脂であることを特徴とする生体用変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体用変位センサに関し、特に、関節部のまげ角度をリアルタイムに測定する生体用変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体の四肢の関節部のまげ角度を測定するための装置としては、実開平５−７６４０３公報に開示された技術等によるゴニオメータが使用されており、これを関節部に取り付けて、四肢のまげ角度を測定することにより、リハビリテーション中の患者の回復度合の診断などに用いられている。
【０００３】
近年、リハビリテーションやスポーツ等に関する研究で関節部等の動きをリアルタイムに測定したり、手術を行っている医療従事者の手首の動きをリアルタイムに測定するなどして、コンピュータによるバーチャルリアリティーを用いた表示を行うことが実現できるようになってきている。このためには、関節部等のまげ角度をリアルタイムに測定する装置が必要である。
【０００４】
しかし、関節部等を常に動かしながらリアルタイムにまげ角度測定しなけらばならないような用途には、上記のゴニオメータでは、関節部を充分に動かすことができず、また、速い動きに対しリアルタイムに追従できないものである。
【０００５】
このため、上述の用途に適したまげ角度測定装置として、生体用変位センサを用いることが考えられる。この生体用変位センサとは、歪みゲージを板状部材に取り付け、この板状部材の両端を関節部に装着することにより、関節部の運動が自由に出来る状態でもまげ角度を測定するようにした装置である。
【０００６】
従来の生体用変位センサの全体斜視図を図７に示す。図に示すように、従来の生体用変位センサ２０は、板状部材２１が大きく湾曲した湾曲部２２を有し、この湾曲部２２内の曲線部分に、電気的に接続した出力リード線２４ａ、２４ｂが取り付けられた歪みゲージ２３を具備した構造となっている。
【０００７】
この構造は、単なる平板の板状部材に歪みゲージを取り付けると、小さなまげ角度でも歪みが大きくなりすぎ、歪みゲージの出力電圧値が飽和してしまう問題や、歪みゲージ自体を破損するなどの問題を避けるため、このように大きな湾曲部を設けているものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の生体用変位センサは、板状部材が大きく湾曲した構造となっているため、生体の関節部等に取り付けた際に、この湾曲部が突出しまい、関節部等を動かす際の障害となり、動作に制限が生じてしまう。例えば、手術を行っている医療従事者の手首に装着した場合、自由な作業ができないなどの問題点が生じる。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点や事情に鑑みてなされたものであって、関節部等の運動が自由に出来る状態でもまげ角度を測定でき、関節部等を動かす際の障害が生じずに、広い範囲のまげ角度を測定できる生体用変位センサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の生体用変位センサは、歪みゲージを備えたフレキシブルな板状部材を有し、該板状部材の両端に生体に装着可能な装着部を有する生体用変位センサにおいて、前記板状部材に歪みゲージを挟んだ前後両方に設けられた易変形部を備え、前記易変形部は、蛇腹状に構成、又は、前記板状部材の他の部分よりも幅狭に構成、又は、前記板状部材の他の部分よりも肉薄に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を易変形部がある程度吸収することにより、まげ角度の測定範囲を広くすることができる。
また、前記易変形部が、歪みゲージを挟んだ前後両方に設けられたことによって、片側のみに設けられた場合よりも、より大きい変位を易変形部が吸収できることにより、より広い範囲のまげ角度を測定できる。
また、前記易変形部が、蛇腹状に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を蛇腹がある程度吸収し、さらに、蛇腹状にして板状部材を折り畳んだ構造であるため、板状部材の実効長を長くできるため、より広い範囲のまげ角度を測定できる。
また、前記易変形部が、前記板状部材の他の部分よりも幅狭に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を幅狭に構成された部分がある程度吸収することにより、まげ角度の測定範囲を広くすることができる。
また、前記易変形部が、前記板状部材の他の部分よりも肉薄に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を肉薄に構成された部分がある程度吸収することにより、まげ角度の測定範囲を広くすることができる。
【００１５】
請求項２記載の生体用変位センサは、前記装着部は、前記板状部材の厚み方向とは少なくとも直交する面に沿って回動自在に構成されたことによって、測定個所の自由な運動を妨げずに、測定方向である板状部材の厚み方向以外のまげ動作による影響を少なく抑えることができる。
【００１６】
請求項３記載の生体用変位センサは、前記板状部材が合成樹脂であることによって、まげやすい材質であり、また、加工が容易であり、前記易変形部の形成が容易である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る生体用変位センサの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る生体用変位センサの第１の実施の形態を示す全体斜視図である。
図１に示すように、本実施の形態の生体用変位センサ１０は、中央部に歪みゲージ１３を備えたフレキシブルな板状部材１１からなり、この板状部材１１の両端に生体に装着可能な装着部１７を有した構造であり、歪みゲージ１３と、装着部１７との間の板状部材１１が、易変形部１２を有している。
【００１８】
この易変形部１２は、図１に示すように、蛇腹状に形成されることにより、変形しやすい構造となっている。これにより、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を易変形部がある程度吸収することにより、まげ角度の測定範囲を広くすることができるものである。
また、生体の関節部分等では取り付け可能な長さが制限されてしまうが、この制限以上の長さを、このように板状部材１１を蛇腹で折り畳むことにより、実現できるものである。
【００１９】
この易変形部１２は、図１においては、歪みゲージ１３と、両側の装着部１７との間のそれぞれに設けられているが、片側のみに設けても良い。
【００２０】
この板状部材１１はプラスティックなどの材質で形成することができるが、例えば、ポリカーボネート、アクリル等の合成樹脂等を使用することが好ましい。
【００２１】
歪みゲージ１３は、長手方向に対する上下のまげ角度を検出することができるものであり、板状部材１１が長手方向に伸縮した場合に歪みが生じ、歪みゲージ１３内に設けられた抵抗ブリッジ回路パターンの抵抗値が変化するものである。
【００２２】
歪みゲージ１３の抵抗ブリッジ回路パターンの出力端子には、半田等を用いて電気的に接続した出力リード線１４ａ、１４ｂが取り付けられている。そして、この２本の出力リード線１４ａ、１４ｂを電源装置、電圧増幅器、電圧計等の電気測定に必要な装置（図示せず）を接続して、両出力リード線間の電圧変化を測定することにより、生体に取り付けた部分（関節など）のまげ角度が検出できるものである。
【００２３】
装着部１７は、板状部材１１の厚み方向とは少なくとも直交する面に沿って回動自在に構成されている。例えば、図５の装着部の断面図に示すように、板状部材１１に接着剤等により取り付けられたセンサ側嵌合部材１５と、生体側嵌合部材１６とが、円柱形の嵌合部１５ａを生体側嵌合部材１６に押し込むことにより、嵌合する構造となっており、図の水平方向に自由に回動することができるようになっている。また、この嵌合部１５ａは、回動自在であれば、球形などの他の形状でも良い。
【００２４】
装着部１７の生体への固定方法は、生体に直接粘着ゲル等を用いて接着する方法、衣服等に対して縫いつける方法、ゴム手袋に接着剤を塗布して接着する方法等を用いることができる。
【００２５】
本実施の形態の生体用変位センサ１０を実際に手首に装着した状態の外観図を、図２に示す。
図２に示すように、生体用変位センサの一方の装着部を手の甲に、他方の装着部を手首の部分に、粘着ゲル等を用いて接着して固定する。
【００２６】
この生体用変位センサ１０の装着位置は、手首を上下に傾けた角度を測定する位置であり、図の矢印に示すように、装着部が水平方向に自由に回動するため、手首を左右に振ったまげ角度の変位は検出しないものである。もし、手首を左右に振ったまげ角度を測定したい場合は、手首側面に、生体用変位センサ１０を装着する（図示せず）ことにより、左右に振ったまげ角度のみを検出できる。
【００２７】
次に、本実施の形態の生体用変位センサと、（一切折り曲げていない）平板状の板状部材に歪みゲージを取り付けたものとの比較を、上述の図２のように手首に装着した場合において、手首のまげ角度と、出力電圧の変化との対応を示したグラフを図６に示す。
【００２８】
図６において、グラフの横軸は、手首のまげ角度であり、縦軸は外部の測定装置で測定された電圧変化値（Ｖ）である。この電圧変化値（Ｖ）は、増幅度５０００倍、ブリッジ電圧１Ｖで測定した。
【００２９】
このグラフで明らかなように、平らなプラスティック板を板状部材とした同じ長さの生体用変位センサは、まげ角度が３０度以下で出力電圧が飽和し、測定不能となった。
これに対して、本実施の形態の生体用変位センサは、まげ角度が１００度まで測定可能であった。これは、板状部材を蛇腹で折り畳むことにより、実効的な板状部材の長さを長くできたことのよるものである。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係る生体用変位センサの第２の実施の形態を示す要部の斜視図である。
図３に示すように、本実施の形態は、板状部材１１の他の部分よりも幅狭に構成された易変形部１２を有していることを特徴としている。他の構成部分に関しては、第１の実施の形態と同様に構成されているものである。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明に係る生体用変位センサの第３の実施の形態を示す要部の断面図である。
図４に示すように、本実施の形態は、板状部材１１の他の部分よりも肉薄に構成された易変形部１２を有していることを特徴としている。他の構成部分に関しては、第１の実施の形態と同様に構成されているものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明に係る請求項１の生体用変位センサによれば、歪みゲージを備えたフレキシブルな板状部材を有し、該板状部材の両端に生体に装着可能な装着部を有する生体用変位センサにおいて、前記板状部材に歪みゲージを挟んだ前後両方に設けられた易変形部を備え、前記易変形部は、蛇腹状に構成、又は、前記板状部材の他の部分よりも幅狭に構成、又は、前記板状部材の他の部分よりも肉薄に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を易変形部がある程度吸収することにより、まげ角度の測定範囲を広くすることができるので、関節部等の運動が自由に出来る状態でもまげ角度を測定でき、関節部等を動かす際の障害が生じずに、広い範囲のまげ角度を測定できる生体用変位センサを提供することができるものである。
また、前記易変形部が、歪みゲージを挟んだ前後両方に設けられたことによって、片側のみに設けられた場合よりも、より大きい変位を易変形部が吸収できることにより、より広い範囲のまげ角度を測定できる。
また、前記易変形部が、蛇腹状に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を蛇腹がある程度吸収し、さらに、蛇腹状にして板状部材を折り畳んだ構造であるため、板状部材の実効長を長くできるため、より広い範囲のまげ角度を測定できる。
また、前記易変形部が、前記板状部材の他の部分よりも幅狭に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を幅狭に構成された部分がある程度吸収することにより、まげ角度の測定範囲を広くすることができる。
また、前記易変形部が、前記板状部材の他の部分よりも肉薄に構成されたことによって、装着した生体の曲げによる板状部材の変位を肉薄に構成された部分がある程度吸収することにより、まげ角度の測定範囲を広くすることができる。
【００３７】
請求項２記載の生体用変位センサによれば、前記装着部は、前記板状部材の厚み方向とは少なくとも直交する面に沿って回動自在に構成されたことによって、測定個所の自由な運動を妨げずに、測定方向である板状部材の厚み方向以外のまげ動作による影響（ノイズ）を少なく抑えることができる。また、この構成により、装着部を生体に直接粘着ゲル等を用いて接着する方法、衣服等に対して装着部を縫いつける方法、ゴム手袋に接着剤を塗布して装着部を接着する方法等に対応することができる。
【００３８】
請求項３記載の生体用変位センサは、前記板状部材が合成樹脂であることによって、まげやすい材質であるので、生体の自由な運動を妨げることがないものである。
また、加工が容易であり、前記易変形部の形成が容易である。さらに、安価に製造することができる。
【００３９】
以上、本発明の生体用変位センサは、リハビリテーションやスポーツ等に関する研究で関節部等の動きをリアルタイムに測定したり、手術を行っている医療従事者の手首の動きをリアルタイムに測定するなど、コンピュータによるバーチャルリアリティーを用いた表示を行う際のまげ角度の測定に適した生体用変位センサを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る生体用変位センサの第１の実施の形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１の生体用変位センサを実際に手首に装着した状態を説明する外観図である。
【図３】本発明に係る生体用変位センサの第２の実施の形態を示す要部斜視図である。
【図４】本発明に係る生体用変位センサの第３の実施の形態を示す要部断面図である。
【図５】本発明に係る生体用変位センサの装着部の断面図である。
【図６】図２の状態において測定した、手首の角度と、出力電圧の変化との対応を示すグラフである。
【図７】従来の生体用変位センサの全体斜視図である。
【符号の説明】
１１    板状部材
１２    易変形部
１３    歪みゲージ
１４ａ、１４ｂ  出力リード線
１５ａ  嵌合部
１５    センサ側嵌合部材
１６    生体側嵌合部材
１７    装着部
２０    生体用変位センサ
２１    板状部材
２２    湾曲部
２３    歪みゲージ
２４ａ、２４ｂ  出力リード線
【図１】
0003896533.tif 000002
【図２】
0003896533.tif 000003
【図３】
0003896533.tif 000004
【図４】
0003896533.tif 000005
【図５】
0003896533.tif 000006
【図６】
0003896533.tif 000007
【図７】
0003896533.tif 000008