(57)【要約】本明細書には、脊椎運動検知装置が開示されている。脊椎運動検知装置は、センサセグメントのストリングを含み、ストリングの各センサセグメントは、患者の脊椎に隣接して取り付けられるように構成されている。各センサセグメントは、各センサセグメントの向きを検知するための少なくとも１つのセンサを含む。【選択図】図１
2020515325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサセグメントのストリングを含む脊椎運動検知装置であって、
前記ストリングの各センサセグメントが患者の脊椎に隣接して取り付けられるように構成されており、かつ、
各センサセグメントは、前記各センサセグメントの向きを検知するための少なくとも１つのセンサを含む、脊椎運動検知装置。
【請求項２】
前記ストリングは、（ｉ）前記ストリングの他のセグメントと通信するためのストリングインタフェースと、（ｉｉ）コントローラと通信するためのコントローラインタフェースとを含むマスターセグメントを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ストリングインタフェースは、物理ネットワーク接続を介して通信するためのローカルネットワークインタフェースを含み、また前記コントローラインタフェースは、無線ネットワーク接続を介して通信するための無線インタフェースを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記マスターセグメントは、前記ストリングの各セグメントの少なくとも１つのセンサに電力を供給するための電源を備える、請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記ストリングは、前記ストリングの各セグメントの少なくとも１つのセンサに電力を供給するための電源を含むマスターセグメントを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
各センサセグメントは、前記マスターセグメントと通信するように構成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記マスターセグメントは、脊椎の一部の向きを決定するために、前記セグメントから取得したセンサ信号を前記コントローラに送信するように構成されている、請求項２または請求項２に従属する任意の請求項に記載の装置。
【請求項８】
前記ストリングのうちの少なくとも１つのセグメントは、脊椎の一部の向きを決定するために、前記ストリングからコントローラにセンサ信号を送信するように構成されている、請求項１、請求項５、または、請求項５に従属する場合の請求項６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ストリングの各センサセグメントは、脊椎の一部の向きを決定するために、前記各セグメントからのセンサ信号を前記コントローラに送信するように構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ストリングの各セグメントは、前記ストリングのうちの少なくとも１つの他のセグメントと通信するように構成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
各セグメントは、脊椎の一部の向きを決定するために、対応するセグメントの向きを画定するセンサ信号を提供するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記セグメントのストリングは、前記セグメント間に最小限の分離を提供するように構成された各機械的結合を介して結合されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記機械的結合は、ニュートラル位置にて前記セグメントを分離し、かつ前記ニュートラル位置から前記最小限の分離まで圧縮可能であるように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記機械的結合は、前記ニュートラル位置を超えて前記セグメントの分離を増加させるように伸長可能に構成されている、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ニュートラル位置は、患者の脊椎の椎骨間の間隔に対応している、請求項１３または１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
各セグメント間の機械的結合が同じヤング率を有する、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記セグメント間の機械的結合は、非磁性のおよび／または電気絶縁性のばねを含む、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記機械的結合は、各セグメントが前記ストリングの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って別のセグメントに平行になるよう付勢されるように配置されている、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記機械的結合は、別のセグメントに対する一セグメントの、第１の位置および第２の位置を中心とした回転運動を可能にするように構成されており、前記第１の位置および前記第２の位置は、前記ストリングの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って互いにオフセットされている、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記機械的結合は、第１の位置および第２の位置を中心に一セグメントが別のセグメントに対して枢動可能であるように構成されており、前記第１の位置および前記第２の位置が、前記ストリングの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って互いにオフセットされている、請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記セグメントのストリングは、前記各センサセグメントを前記マスターセグメントに接続する、少なくとも１つの物理リンクを含む前記セグメント間の電気的結合を介して結合されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記セグメント間の電気的結合は、アース、正の電源電圧、負の電源電圧、およびシリアルバスのうちの少なくとも３つを含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
各セグメントは、前記各セグメントの向きを検知するための少なくとも２つのセンサを備えており、前記少なくとも２つのセンサが磁力計、加速度計、およびジャイロスコープのうちの少なくとも２つを含む、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
各セグメントは、磁力計、加速度計、およびジャイロスコープを含む各セグメントの向きを検知するための少なくとも３つのセンサを含む、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
各セグメントは、各セグメントの向きおよび位置のうちの少なくとも一方を示す３次元情報を含むセンサ信号を生成するように構成されている、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
各セグメントは、対応するセンサに対して密閉されたエンクロージャを提供するように構成されている、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
複数のセンサモジュールを備える脊椎運動検知システムであって、
各センサモジュールが先行する請求項のいずれか一項に記載の脊椎運動検知装置を備えており、かつ、
各モジュールは、脊椎の対応するそれぞれの部分の向きを決定するためのセンサ信号をコントローラに送信するように構成されている、脊椎運動検知システム。
【請求項２８】
各モジュールは、人体の脊椎の各部分にフィットするように適合されている、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
各モジュールからのセンサ信号を受信するように構成されたコントローラを更に備え、前記センサ信号は、各モジュールからのセグメントの向きおよび位置のうちの少なくとも一方を示す３次元情報を含み、かつ、前記コントローラは、受信した前記センサ信号に基づいて、各モジュールに対応する脊椎の一部の向きを決定するように構成されている、請求項２７または２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記コントローラは、各モジュールに対する脊椎の一部の向きを表示するために、前記信号を画像空間にマッピングするように構成されている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記コントローラは、前記信号を２次元座標空間に変換するように構成されており、前記座標空間における第１の次元は脊椎の第１の向きの角度を表し、また、前記座標空間における第２の次元は脊椎の第２の向きの角度を表す、請求項２９または３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記コントローラは、前記信号を３次元座標空間に変換するように構成されており、前記座標空間における第１の次元は脊椎の第１の向きの角度を表し、前記座標空間における第２の次元は脊椎の第２の向きの角度を表し、かつ前記座標空間における第３の次元は脊椎の第３の向きの角度を表す、請求項２９または３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記コントローラは、患者に取り付けられたセンサセグメント間の脊椎の一部の向きを補間するように構成されている、請求項２７〜３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
身体の動きを追跡するために身体にセンサのストリングを固定する方法であって、前記センサのストリングは、機械的に直列に連結された複数のセグメントを含み、それぞれが各セグメントの向きを検知するための少なくとも１つのセンサを含んでおり、
前記センサのストリングの第１のセグメントを身体の第１の位置に取り付けるステップと、
前記センサのストリングの第２のセグメントを身体の第２の位置に取り付けるステップと、
前記セグメントのストリングのうちの少なくとも１つの中間セグメントを身体の第３の位置に取り付けるステップと、
を含み、前記ストリングの中間セグメントは、前記ストリングの第１のセンサと第２のセンサとの間にある、方法。
【請求項３５】
身体の動きを追跡するために身体にセンサのストリングを固定する方法であって、前記センサのストリングは、機械的に直列に連結された複数のセグメントを含み、それぞれが各センサセグメントの向きを検知するための少なくとも１つのセンサを含んでおり、
前記ストリングを身体の第１の位置に取り付けるステップと、
前記ストリングを前記第１の位置から吊り下げるステップと、
前記ストリングを身体の第２の位置に取り付けるステップと、
を含む、方法。
【請求項３６】
前記ストリングの各セグメントは、同じヤング率を有する機械的結合を介して隣接するセグメントに機械的に結合されている、請求項３４または３５に記載の方法。
【請求項３７】
人体または動物の体の解剖学的構造の一部の向きを決定するのに使用するための対象物の向きを決定する方法であって、
セグメントの第１のセンサおよび第２センサのそれぞれから、前記センサセグメントの向きを示す情報を含むセンサ信号である、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号を取得するステップと、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサのそれぞれから受信した前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号のそれぞれに重み付けを適用するステップと、
重み付けされた前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号から、前記センサセグメントの向きを決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項３８】
前記第１のセンサ信号は、固定位置に対する前記センサセグメントの絶対的な向きを画定する情報を含むセンサ信号を含み、また、前記第２のセンサ信号は、時間に対する前記センサセグメントの向きにおける変化を画定する情報を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
時間間隔にわたって前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号を取得するステップと、
前記時間間隔の関数として重み付けを調整するステップと、
受信した前記センサ信号に前記調整された重み付けを適用するステップと、
前記重み付けされたセンサ信号に基づいて、時間間隔にわたる前記センサセグメントの位置および／または向きにおける変化を決定するステップと、
を更に含む、請求項３７または３８に記載の方法。
【請求項４０】
第１の時間間隔に対して第１の重み付けが適用され、第２の時間間隔に対して第２の重み付けが適用される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の時間間隔に対しては、前記第１のセンサからの第１のセンサ信号が向きの決定において支配的であり、また、前記第２の時間間隔に対しては、前記第２のセンサからの第２のセンサ信号が向きの決定において支配的であるように重み付けを選択する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記センサセグメントは第３のセンサを備えており、前記方法は、更に、前記センサセグメントの第３のセンサから第３のセンサ信号を取得するステップと、前記第３のセンサ信号に重み付けを適用するステップと、重み付けされた前記第１のセンサ信号、前記第２のセンサ信号および前記第３のセンサ信号から前記センサセグメントの向きを決定するステップとを含む、請求項３７〜４１に記載の方法。
【請求項４３】
人体または動物の体の解剖学的構造の一部の向きを決定するのに使用するための対象物の向きを決定する方法であって、
センサセグメントの第１のセンサおよび第２のセンサのそれぞれから、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号を取得するステップであって、前記第１のセンサ信号は固定位置に対する前記センサの絶対的な向きを定義する情報を含み、また、前記第２のセンサ信号は時間に対する前記センサの向きにおける変化を定義する情報を含む、ステップと、
前記第１のセンサ信号に基づいて、前記センサセグメントの最初の向きを決定するステップと、
前記第２のセンサ信号に基づいて、決定された最初の向きに対する前記センサセグメントの向きにおける変化を決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項４４】
前記決定された最初の向きに対する前記センサセグメントの向きにおける変化を決定するステップは、前記決定された最初の向きに対する前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との組み合わせに基づいて、前記センサセグメントの向きにおける変化を決定するステップを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
磁力計、加速度計、およびコントローラを含むセンサ装置であって、
前記コントローラは、主に前記磁力計に基づいて静止時の前記センサ装置の向きを決定し、また、主に前記加速度計に基づいて移動時の前記センサの向きを決定するように構成されている、センサ装置。
【請求項４６】
前記センサ装置は、ジャイロスコープを更に備え、前記コントローラは、主に前記加速度計および前記ジャイロスコープに基づいて、移動時の前記センサの向きを決定するように構成されている、請求項４５に記載のセンサ装置。
【請求項４７】
前記コントローラは、前記磁力計および前記加速度計からセンサ信号を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記磁力計から受信した前記センサ信号を優先する重み付けを前記センサ信号に適用することによって、主に前記磁力計に基づいて、静止時の前記センサ装置の向きを決定するように構成されており、かつ、
前記コントローラは、重み付けされた前記センサ信号から、前記センサ装置の向きを決定するように構成されている、請求項４５または４６に記載のセンサ装置。
【請求項４８】
磁力計、ジャイロスコープおよびコントローラを含むセンサ装置であって、
前記コントローラは、主に前記磁力計に基づいて静止時の前記センサ装置の向きを決定し、また、主に前記ジャイロスコープに基づいて移動時の前記センサの向きを決定するように構成されている、センサ装置。
【請求項４９】
前記センサ装置は加速度計を更に備え、前記コントローラは、主に前記加速度計および前記ジャイロスコープに基づいて、移動時の前記センサの向きを決定するように構成されている、請求項４８に記載のセンサ装置。
【請求項５０】
前記コントローラは、前記磁力計および前記ジャイロスコープからセンサ信号を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記磁力計から受信した前記センサ信号を優先する重み付けを前記センサ信号に適用することによって、主に前記磁力計に基づいて静止時の前記センサ装置の向きを決定するように構成されており、かつ、
前記コントローラは、重み付けされた前記センサ信号から、前記センサ装置の向きを決定するように構成されている、請求項４８または４９に記載のセンサ装置。
【請求項５１】
前記センサ装置が運動後に静止状態に戻ることに応答して、前記コントローラは、主に前記磁力計に基づいて、前記センサ装置の向きを決定するように構成されている、請求項４５〜５０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項５２】
前記コントローラは、前記センサ装置の移動速度が低下するにつれて、ますます前記磁力計に基づいて前記センサ装置の向きを決定するように構成されている、請求項４５〜５１のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項５３】
前記コントローラは、前記センサ装置の移動速度が増加するにつれて、ますます前記加速度計に基づいて前記センサ装置の向きを決定するように構成されている、請求項４５に記載のセンサ装置。
【請求項５４】
前記コントローラは、前記センサ装置の移動速度が増加するにつれて、ますます前記ジャイロスコープに基づいて前記センサ装置の向きを決定するように構成されている、請求項４８に記載のセンサ装置。
【請求項５５】
請求項１〜３３のいずれか一項に記載の脊椎運動検知装置の特徴を更に備える、請求項４５〜５４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項５６】
プロセッサに請求項３４〜４４のいずれか一項に記載の方法を実行させるように構成されたコンピュータ用プログラムを含む、コンピュータ読み取り可能な非一時的記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、運動を検知するための装置および方法に関しており、例えば脊椎の運動を検知するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脊椎等の解剖学的構造の一部の可動域を理解することは、トレーニング中の、また怪我から回復中のスポーツマンだけでなく、高齢者や、手術から回復中の人（馬や犬等の動物を含む）にとっても非常に役立ち得る。通常、低コストで利用可能な可動域の測定は全て主観的であり、繰り返すまたは検証するのが困難である。しかしながら、獣医、整形外科医、スポーツ科学者、理学療法士、介護施設、および一般開業医（ＧＰ）は全て、何らかの客観的な測定から多くの利益を得るだろう。保険会社や他の専門組織も、何らかの治療または手術の有効性を証明するために物理的データが必要とされる「証拠に基づいた結果（Evidence Based Outcome）」を探している。
【０００３】
現在当技術分野で使用されている方法は非常に基本的であり、多くの場合は単に目視によるものである。これにより、現在利用可能なデータは非常に粗雑で精度が低く、かつ保存および呼び出しが困難である。理学療法をカバーする健康保険の使用の増加およびスポーツによる傷害数の増加に伴い、特に証拠に基づいた結果を必要とする、患者の状態を評価するより良い方法を見つける必要があることは明白である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様は独立請求項に記載されており、任意の特徴は従属請求項に記載されている。本発明の態様は互いに関連して提供されてもよく、また一態様の特徴を他の態様に適用してもよい。
【０００５】
次に、本開示の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例示として説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】例示的な脊椎検知装置の概略図である。
【図２Ａ】例示的な脊椎検知装置を形成する２つの例示的なストリングのセグメントの断面図である。
【図２Ｂ】図１の脊椎検知装置等の脊椎検知装置を形成するセグメントのストリングと共に使用するための例示的なセグメントの斜視図である。
【図３】図２の２つの例示的なセグメント間の機械的結合の屈曲（ロール）を示す図である。
【図４】脊椎検知装置と共に使用するためのセグメントのストリングの屈曲（ロール）を示す図である。
【図５】脊椎検知装置と共に使用するためのセグメントのストリングの別の例示的な図である。
【図６ａ】図５のセグメントのストリングの機械的結合のねじれ（ヨー）を示す図である。
【図６ｂ】図５のセグメントのストリングの機械的結合の屈曲（ピッチ）を示す図である。
【図７】複数のセグメントのストリングを含む例示的な脊椎検知装置を示す図である。
【図８】身体の運動を追跡するためにセンサのストリングを身体に固定する方法を示すフローチャートである。
【図９】身体の運動を追跡するためにセンサのストリングを身体に固定する方法を示すフローチャートである。
【図１０】人体または動物の体の解剖学的構造の一部の向きを判定する際に使用するための対象物の向きを判定する方法を示すフローチャートである。
【図１１】人体または動物の体の解剖学的構造の一部の向きを判定する際に使用するための対象物の向きを判定する方法を示すフローチャートである。
【図１２】別の例示的な脊椎検知装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施形態は、センサセグメントのストリングを含む脊椎検知装置に関する。ストリングの各センサセグメントは、患者の脊椎に隣接して取り付けられるように構成されており、各センサセグメントは、各センサセグメントの向きを検知するための少なくとも１つのセンサを備えている。このようにして、患者の脊椎の可動度を客観的に評価し、可動性が制限されている任意の領域（例えば、脊椎の融合されたディスクによる）を正確に判断することができる。
【０００８】
例示的な脊椎検知装置が図１に示されている。図１は、センサセグメント１０のストリング１００を示す。図１に示される例示的なストリング１００は、マスターセグメント２０および３つのセンサセグメント１０を含むが、任意の数量のセグメント１０、２０を使用することができ、例えば２５０個ものセグメント１０、２０を使用することもできる。各セグメント１０、２０は、以下でより詳細に議論される様々な構成要素のためのエンクロージャを提供し、いくつかの例では、エンクロージャは異なる患者に対して衛生的に再利用することができるように密閉され、かつ洗浄することも可能である。
【０００９】
各センサセグメント１０は、各セグメント１０、２０の向きを検知するための磁力計１２、加速度計１４、およびジャイロスコープ１６を含む３つのセンサを含む。各マスターセグメント２０は、磁力計１２、加速度計１４、およびジャイロスコープ１６を含む各セグメント２０の向きを検知するための３つのセンサも含む。マスターセグメント２０はセンサ１２、１４、および１６を含む故、センサセグメント１０と見なすこともできる。しかしながら、他の例では、各セグメント１０、２０は、例えば、磁力計１２および加速度計１４、または磁力計１２およびジャイロスコープ１６等の２つのセンサのみの少数のセンサを含んでもよい。
【００１０】
セグメント１０、２０のストリング１００は、それぞれの機械的結合５０を介して直列に結合されている。図１に示す例では、セグメント１０、２０間の機械的結合５０は、非磁性の、電気絶縁性の、弾性変形可能なばねを含んでおり、図１に示す例では、機械的結合はプラスチックばねであり、これについては図２〜図６ｂに関してより詳細に説明する。非磁性の電気絶縁性結合５０を設けることは、センサ１２、１４、１６と干渉しないために有利となり得る。特に、プラスチックばねは磁力計と干渉しない。
【００１１】
セグメント１０、２０のストリング１００も、セグメント１０、２０間の電気的結合５５を介して結合されている。電気的結合は、各センサセグメント１０をマスターセグメント２０に直列に連結する少なくとも１つの物理リンクを含む。しかしながら、他の例では、電気的結合５５は直列である必要はなく、例えば（図１２に示すように）並列に配置されてもよいことを理解されたい。図１に示す例では、電気的結合５５は直径１００μｍ未満の細い信号線であるが、他の例では、電気的結合５５は可撓性のテープあるいはストリップ、または例えば他の寸法のワイヤから形成されてもよいことが理解されよう。図１に示される例では、電気的結合５５が機械的結合５０の内部を通過することで、機械的結合５０は電気的結合５５を保護または遮蔽するように作用し得る。
【００１２】
マスターセグメント２０は、ストリング１００のセンサ１２、１４、１６に電力を供給するためのマスター電源１８を含む。各センサセグメント１０は、マスターセグメント２０のマスター電源１８に電気的に結合された任意の補助電源２２も含む。マスターセグメント２０は、コントローラ１５０と無線で通信するためのアンテナ３６に結合されたストリングインタフェース３２およびコントローラインタフェース３４も備える。マスターセグメント２０のストリングインタフェース３２およびコントローラインタフェース３４は、マスター電源１８に、並びに、マスターセグメント２０の第１のセンサ１２、第２のセンサ１４および第３のセンサ１６に結合されている。各センサセグメント１０は、隣接するセグメント１０、２０のストリングインタフェース２４、３２に結合されたストリングインタフェース２４も備えている。各センサセグメント１０のストリングインタフェース２４は、第１のセンサ１２、第２のセンサ１４、および第３のセンサ１６と、その対応するセグメント１０の任意の補助電源２２とに結合されている。マスターセグメント２０のストリングインタフェース３２は、ストリング１００の隣接するセンサセグメント１０のローカル通信インタフェース２４に結合されている。
【００１３】
図１に示される例では、マスターセグメント２０のストリングインタフェース３２は、ストリング１００の他のセグメント１０と通信するように構成されている。コントローラインタフェース３４は、無線ネットワーク接続を介して通信するための無線インタフェースを含み、コントローラ１５０と無線で通信するように構成されている。各セグメント１０、２０のストリングインタフェース２４、３２は、物理ネットワーク接続を介して隣接するセンサセグメント１０およびマスターセグメント２０と通信するためのローカルネットワークインタフェースを含む。各センサセグメント１０は、ストリングインタフェース２４、３２を介してマスターセグメント２０と通信するように構成されている。
【００１４】
インタフェース２４、３２、３４のいずれかを介した通信は、（以下でより詳細に説明されるように、一意の識別子等の他の情報と共に）センサ信号を表す情報を含むデータの送信を含むことができ、一方向または双方向であり得る。例えば、マスターセグメント２０は、コントローラ１５０と双方向に通信し、コントローラ１５０から戻ってくる信号（受信確認等）を受信することができる一方、各センサセグメント１０からの通信は一方向であり得る。
【００１５】
各セグメント１０、２０は、各セグメント１０、２０の向きおよび位置のうちの少なくとも一方を示す３次元情報を含むセンサ信号を生成するように構成される。各セグメント１０、２０は、脊椎の一部の向きを判定するために対応するセグメント１０、２０の向きを画定するセンサ信号を提供するように構成されている。マスターセグメント２０は、脊椎の一部の向きを判定するために、コントローラインタフェース３４を介してストリング１００の各セグメント１０、２０からコントローラ１５０にこれらのセンサ信号を送信するように構成されている。
【００１６】
セグメント１０、２０間の機械的結合５０は、ニュートラル位置にてセグメント１０、２０を分離するように構成され、セグメント１０、２０間に最小限の分離を提供するように構成されている。機械的結合５０は、ニュートラル位置から最小限の分離まで弾性的に圧縮可能に構成されている。機械的結合５０はまた、ニュートラル位置を超えてセグメント１０、２０の分離を増加させるために、ニュートラル位置を超えて弾性的に伸長可能であるように構成されている。図示の例では、ニュートラル位置は、患者の脊椎の椎骨間の間隔に対応している。例えば、ニュートラル位置は、一般集団の平均の椎骨間の平均間隔に対応させてもよい。他の例では、ニュートラル位置は、特定の患者のために選択された椎骨間の間隔に対応させてもよい。いくつかの例では、ストリング１００は、頸部、胸部、または腰部領域等の脊椎の選択された領域の運動を測定するように構成することができ、ニュートラル位置は、その対応する領域の椎骨間の平均間隔に対応させてもよい。
【００１７】
機械的結合５０は、各セグメント１０、２０が、ストリングの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って別のセグメント１０、２０に平行になるよう付勢されるように配置される。例えば、ストリング１００が患者の脊椎に隣接して取り付けられている場合、ストリング１００の長手方向軸線は、脊椎の長手方向軸線に対応し得る。このバイアスは、臨床医が患者の脊椎に隣接するセグメント１０、２０を正しい向きに、正確かつ繰り返し可能に取り付けるのに役立ち得る。電気的結合５５および機械的結合５０は、脊椎の運動に応じてストリング１００を湾曲かつ屈曲可能とするように構成されている。例えば、電気的結合５５および機械的結合５０は、第１の位置および第２の位置を中心に、一セグメント１０、２０の別のセグメント１０、２０に対する回転運動を可能にするように構成されており、第１の位置および第２の位置は、ストリングの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って互いにオフセットされている。
【００１８】
使用時には、ストリング１００は、患者の脊椎に隣接するように患者に取り付けられる（以下により詳細に説明する）。装置が較正され実行されると（この較正についても、以下により詳細に説明する）、患者は、例えば、つま先に触れようと試みることによって（ピッチ）、または左右にひねる／傾けることによって（ヨー／ロール）脊椎を運動させる。患者が移動すると、各セグメント１０、２０のセンサ１２、１４、１６は、各ストリングインタフェース２４を介してマスターセグメント２０のストリングインタフェース３２にセンサ信号を送信する。マスターセグメント２０は、自身のセンサ１２、１４、１６からセンサ信号も取得する。
【００１９】
センサ信号は、ストリング１００の各セグメント１０、２０の向きおよび位置のうちの少なくとも一方を示す絶対的な３次元情報を含む。センサ信号は、センサ信号がどのセグメント１０、２０（およびいくつかの例ではストリング１００）から発信されたかを識別する一意の識別子も含む。例えば、各セグメント１０、２０からのセンサ信号は、センサ信号がどのセグメントおよびストリングから発信されたかを識別する一意のＭＡＣアドレスを含む。
【００２０】
マスターセグメント２０は、これらのセンサ信号を、コントローラインタフェース３４を介してコントローラ１５０に無線で（例えば、ブルートゥース（登録商標）接続を介して）送信する。コントローラ１５０は、これらの受信したセンサ信号を処理して、ストリング１００に対応する脊椎の一部の向きを決定する。例えば、コントローラ１５０は、四元数を使用して他のセグメント１０、２０に対する各セグメント１０、２０の相対的な向きを決定する。これにより、Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ、およびＱｗにおける何らかの差異を示す運動を判定し、変化を測定することができるように、各セグメント１０、２０の相対位置を空間内に画定する。Ｑｗは、セグメント１０、２０が移動する３次元方向を画定し（ボールの中心にセグメント１０、２０を有するボールの表面上のドットを想像されたい。Ｑｗは、表面上のどのドットが、セグメント１０、２０が移動している運動のベクトルであるかを画定する）他のパラメータはその軸線方向への回転における変化を画定する。磁力計１２は、最初のねじれの程度（隣接するセグメント１０、２０間のｙ軸における変位）を決定するように操作可能である。次に、コントローラ１５０は、信号を３次元座標空間に変換することができ、座標空間における第１の次元は脊椎の第１の向きの角度（例えばピッチ）を表し、座標空間における第２の次元は脊椎の第２の向きの角度（例えば、ヨー）を表し、座標空間における第３の次元は脊椎の第３の向きの角度（例えば、ロール）を表すことで、脊椎の向きを、ユーザインタフェースを介して臨床医／患者に表示することができる。
【００２１】
コントローラ１５０は、センサ信号を各センサセグメント１０、２０にマッピングする一意の識別子を受信する故に、コントローラ１５０は、各センサ信号がストリング１００に沿ったどこから（および、任意に、どのストリング１００から）発信されたかを認識している。これは、コントローラ１５０によりどのセグメント１０、２０からのセンサ信号が不足しているかを特定することができる故に、また、場合によっては、そのセグメント１０、２０から不足しているセンサ信号のデータを補間するように操作可能である故に、不良センサ１２、１４、１６または不良セグメント１０、２０の場合に特に有用である。
【００２２】
センサ信号に加えて、いくつかの例では、各セグメント１０、２０は、心拍信号および／または深部体温測定値および／または他の身体パラメータをコントローラ１５０および／またはストリング１００の他のセグメント１０、２０に送信するように構成されている。セグメント１０、２０は、対応するセグメント１０、２０が有効的に動作している場合に心拍信号を送信するように構成されていることで、コントローラ１５０および／または他のセグメント１０、２０が、ストリング１００のセグメント１０、２０のうちの全てが正確に機能しているか否かを認識することができる。付加的または代替的に、心拍信号は、セグメント１０、２０のそれぞれの動作状態、例えば、センサ１２、１４、１６または補助電源２２のそれぞれの動作状態に関する情報を含むことができる。
【００２３】
いくつかの例では、ストリングの各セグメント１０、２０は、そのストリング１００のうちの少なくとも１つの他のセグメント１０、２０と通信するように構成されている。例えば、各センサセグメント１０は、マスターセグメント２０との通信に加えて、（例えば、センサ信号および／または心拍信号を送信することにより）互いに通信するように構成されてもよい。
【００２４】
いくつかの例では、ストリング１００のうちの少なくとも１つのセンサセグメント１０は、脊椎の一部の向きを決定するために、ストリング１００からコントローラ１５０にセンサ信号を送信するように構成されている。例えば、いくつかの例では、各セグメント１０、２０は、コントローラインタフェース３４のみを含み、ストリングインタフェース３２、２４を含まなくてもよい。そのような例では、各セグメント１０、２０は、例えば、ブルートゥース（登録商標）接続等の無線接続によって、その各セグメント１０、２０からのセンサ信号をコントローラ１５０に直接的に送信するように配置されてもよい。
【００２５】
図１に示す例では、各センサセグメント１０の補助電源２２は、電気的結合５５を介してマスターセグメント２０のマスター電源１８から電力を受信するように構成されている。マスター電源１８は、各補助電源２２を細流充電するように構成されている。このように、装置を使用する際には、センサ１２、１４、１６はそれぞれの電源から給電される（従って、各センサセグメント１０のセンサ１２、１４、１６はそれぞれの補助電源２２によって給電される）が、装置が使用中でない場合には、補助電源２２がマスター電源１８によって再充電される。
【００２６】
もちろん、いくつかの例では、マスター電源１８が存在しない場合もあり、各セグメント１０、２０は、他の電源とは独立して動作する独自の、独立したそれぞれの電源を有している。他の例では、補助電源２２は存在しなくてもよく、各セグメント１０、２０は、マスターセグメント２０内の単一のマスター電源１８によって給電される。
【００２７】
いくつかの例では、マスター電源１８および／または補助電源２２等の電源は、誘導充電によって充電可能に構成されてもよく、例えば、各セグメント１０、２０は、各電源の誘導充電を可能にするように構成された誘導コイルを備えてもよい。
【００２８】
図示されている例では、電源１８、２２は、（ｍＡｈに関して）マスター電源１８が補助電源２２よりも高い電力容量を有する、Ｎｉ-ＭＨまたはリチウムイオン電池等の充電式電池であるが、補助電源２２等の一部の電源は、電力を容量的に貯蔵することができ、例えば、補助電源２２をコンデンサとすることができることが理解されよう。
【００２９】
セグメント１０、２０およびセグメント間の機械的結合５０の例は、図２Ａ〜図６ｂにより詳細に示されている。
【００３０】
図２Ａおよび図２Ｂに示す例示的なセグメントはセンサセグメント１０であるが、同等に、図２Ａおよび図２Ｂに示されるこれらのセグメントのうちの１つがマスターセグメント２０であってもよいことが理解されよう。図２〜図６に示される例示的な各セグメント１０の本体はほぼ楕円形であり、図２Ａ、図２Ｂおよび図３に示される例では、カバープレートを取り外してその中空内部を露出することにより開口されている（例示的なカバープレート２７０については図４参照）。セグメント１０は、中央保管領域２３０の両側に２つの側部領域２１０、２２０を含む。図示の例では、中央保管領域２３０は少なくとも３ｍｍ×３ｍｍ（幅および深さ）であり、センサ１２、１４、１６を収容するように配置されている。各セグメント１０は幅５０ｍｍ、かつ深さ１１ｍｍである。２つの側部領域２１０、２２０はそれぞれ、各電池を受け入れるように配置され、図示の例では、各側部領域２１０、２２０はそれぞれ５０ｍＡｈの電池を収容している。
【００３１】
３つの領域は全て、上に取り付けられたセンサ１２、１４、１６、ストリングインタフェース２４および補助電源２２を含むプリント基板（ＰＣＢ）を支持するために、セグメント１０の内周の周りに延在するシェルフ２４０を含む。ＰＣＢは、構成要素がセグメント１０に固定的に取付けられるようにシェルフ２４０に接着することができる。各セグメント１０の中心は、セグメント１０本体の対向する面上に２つの対向するばね受け部２５０を備えており、それぞれが機械的結合５０の一部を受け入れるように適合されている。各ばね受け部２５０に隣接して、電気的結合５５を受け入れるための開口部２６０があり（電気的結合５５は図２〜図６には示されていない）、いくつかの例では、開口部２６０は、セグメント１０が密閉されたエンクロージャを提供するように、電気的結合５５と密閉的に係合するように配置される。電気的結合５５は、一セグメント１０、２０のＰＣＢを、隣接するセグメント１０、２０のＰＣＢと直列または並列に結合する。電気的結合５５は、それぞれ直径が１００μｍの４本の信号線を、即ち、アース線、正の電源電圧線、負の電源電圧線、およびシリアルバス線を含むことができる。
【００３２】
各セグメント１０、２０は、使用時には、患者の脊椎の椎骨を横断して（図２および図３に示されるように、ストリングの長手方向軸線Ｓに対して）水平に横たわるように構成されている。各セグメント１０、２０は、中央保管領域２３０の各側および各側部領域２１０、２２０に隣接する接着パッドを含んでもよく、接着パッドは、患者の脊椎の椎骨のいずれかの側に配置され、身体に取り付けられるように構成されている。付加的または代替的に、セグメント１０、２０は、医療用テープを使用して患者に取り付けられてもよい。接着パッドの深さが５ｍｍである場合、これにより、セグメント１０、２０の中央にブリッジが生成され、これが５ｍｍの高さにて突出しているあらゆる椎骨を取り除くのに役立ち得る。
【００３３】
図２および図３に示す例では、機械的結合５０は、セグメント間に少なくとも５ｍｍの分離を提供するＳ字形状のプラスチックばねの形態である（他の例では、機械的結合５０は、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも４ｍｍの分離を提供するように構成されてもよい）。Ｓ字形状ばねは、対応するセグメント１０、２０のばね受け部２５０に挿入するために、その両端にフック５２を備える。フック５２は、各セグメント１０、２０のばね受け部２５０に取り外し可能に固定することができ、ストリング１００のセグメント１０、２０は、所望に応じて交換および／または置換することができる。
【００３４】
機械的結合５０は、図２に示すように、各セグメント１０、２０が、ストリングＳの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って別のセグメント１０、２０に平行になるよう付勢されるように、弾性的に変形可能に配置される。機械的結合５０は、脊椎の運動と共にストリング１００が湾曲および屈曲可能であるように構成されている。図３により詳細に示すように、機械的結合５０は、一セグメント１０が第１の位置Ｘおよび第２の位置Ｙを中心に別のセグメント１０に対して旋回することができるように構成されており、第１の位置Ｘおよび第２の位置Ｙは、ストリングＳの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って互いにオフセットされている。図３に示す例は、ストリングＳの長手方向軸線に対して横方向の軸線に沿って第２の位置Ｙを中心に旋回する一セグメント１０を示す。セグメント１０、２０の互いに対するそのような旋回により、セグメント１０、２０のストリング１００が、患者の脊椎の運動に応じて湾曲および屈曲することを可能にする。
【００３５】
各セグメント１０、２０間の機械的結合５０は、同程度の弾性、例えば同じヤング率を有し得る。例えば、各機械的結合５０は同じばね定数を有していてもよい（しかしながら、機械的結合５０は必ずしもばねである必要はなく、代替的にある程度の弾性を有する任意の材料であってもよいことが理解されよう）。例えば、各機械的結合５０を構成する材料は、同じ体積弾性率および同じ剛性率を有し得る。同じヤング率を有するセグメント１００のストリングの各セグメント１０、２０間に機械的結合５０を設けることにより、ストリング１００の第１のセグメントおよび最後のセグメント１０、２０が、例えば患者の脊椎に隣接する点に固定され、かつ脊椎が湾曲する場合、各セグメント１０、２０間の機械的結合５０は同程度まで湾曲する。これは、ストリング１００のセグメント１０、２０が、第１のセグメントおよび最後のセグメント１０、２０間に等間隔に離間されることを意味する。図８を参照してより詳細に説明するように、この方法によりセグメント１０、２０を等間隔に離間させることにより、各セグメント１０、２０間の距離または分離が等しくなる故に、患者の脊椎の運動の測定を改善することができる。これは、セグメント１０、２０が患者の脊椎に沿って等間隔に離間されており、それによって脊椎の運動の測定の再現性および精度が向上することを意味するからである。
【００３６】
図２〜図４に示す例では、機械的結合５０はＳ字形状ばねを含むが、他の例では、機械的結合５０は代替形状のばねを含んでもよく、またはばねを全く含まなくてもよい。例えば、ばねはＸ字形状または楕円形状であってもよい。いくつかの例では、機械的結合５０は、マガジンスプリングを備えてもよい。図５、図６ａおよび図６ｂに示すばね５０はＺ字形状であるが、他の点では、それらが、図６ａおよび図６ｂに示すように、ストリング１００が脊椎の運動に応じて湾曲および屈曲可能であるように構成されている故、図２〜図４に関して上述したＳ字形状ばねと同様である。
【００３７】
機械的結合５０は、少なくとも０．９ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、少なくとも２．１ｍｍ、少なくとも３．０ｍｍのセグメント１０、２０間の間隔を提供するように構成され得る。機械的結合５０の断面を増加させると、その剛性およびねじれに対する抵抗が増加する。機械的結合５０の例示的な断面は、１ｍｍ×３ｍｍである。
【００３８】
セグメント１０、２０、またはその任意の構成要素（ばね５０等）は、サブトラクティブ法またはアディティブ法によって製造されてもよい。例えば、図２〜図６に示されるセグメント１０、２０は、ＰＬＡ熱可塑性材料を使用した３Ｄ印刷を使用して製造されている。この方法によりセグメント１０、２０および／またはばね５０を製造することにより、脊椎運動検知装置を患者の脊椎に合わせてカスタマイズし、その特定の患者の椎骨間の間隔により厳密に従うことができる。
【００３９】
セグメント１０、２０、またはその任意の構成要素は、シート状要素を基板に接着する等、事前に製造された構成要素を一緒に組み立てることによって製造することもできる。これは、事前に形成された材料のトラックを敷設するか、またはより大きなシートを敷設してからエッチングすることにより実行することができる。このシート状要素は、基板上の層として成長または堆積され得る。シート状要素が堆積されると、トラックを運搬する領域でのみ堆積が生じるようにマスクを使用することができ、および／またはより広い領域にわたって実行してから選択的にエッチングすることができる。
【００４０】
他の製造方法も使用され得る。例えば、セグメント１０、２０および／またはばね５０は、「３Ｄ印刷」により製造され得る。ここでは、セグメント１０、２０および／またはばね５０の３次元モデルが、機械可読形式で、セグメント１０、２０、および／またはばね５０の製造に適した「３Ｄプリンタ」に供給される。これは、押出堆積、電子ビーム自由形状製造（Electron Beam Freeform Fabrication）（ＥＢＦ）、粒状材料結合（granular materials binding）、ラミネーション、光重合、光造形法、またはそれらの組み合わせ等の付加的手段によってもよい。機械可読モデルは、通常、対象物の表面を定義するデカルト座標系の形態で、印刷される対象物の空間マップを含む。この空間マップは、多くのファイル規約のいずれかで提供されるコンピュータファイルを含んでもよい。ファイル規約の一例として、ＳＴＬ（ＳＴｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ファイルが挙げられるが、これは、ＡＳＣＩＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｏｄｅ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ）またはバイナリの形態であってもよく、定義された法線および頂点を有する三角形の表面によって領域を特定する。代替的なファイル形式としてＡＭＦ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｆｉｌｅ）が挙げられるが、これは、各表面および湾曲した三角形の表面の材料およびテクスチャを特定する機能を提供する。次いで、セグメント１０、２０および／またはばね５０のマッピングを、使用される印刷方法に従って３Ｄプリンタによって実行される命令に変換することができる。これは、モデルをスライスに分割する（例えば、各スライスがｘ−ｙ平面に対応し、連続する層がｚ次元を構築する）ステップと、各スライスを一連の命令にエンコードするステップとを含み得る。３Ｄプリンタに送信される命令は、数値制御（ＮＣ）またはコンピュータＮＣ（ＣＮＣ）命令を含むことができ、Ｇコード（ＲＳ−２７４とも呼ばれる）の形態であることが好ましく、これは３Ｄプリンタが作動すべき方法に関する一連の命令を含む。使用される３Ｄプリンタの種類に応じて命令は異なるが、移動するプリントヘッドの例では、この命令には、プリントヘッドの移動方法、材料を堆積するタイミング／場所、堆積すべき材料の種類、および堆積される材料の流量が含まれる。
【００４１】
図２〜図６ｂに示される例では、各セグメント１０、２０はサイズおよび寸法が同一であるが、他の例では、および図７に示すように、セグメント１０、２０はそれぞれ特定の患者の人体計測データに適合するように選択することができる。
【００４２】
いくつかの例では、特定の患者の脊椎のサイズ（例えば背の高さ）に基づいて、臨床医がセグメント１０、２０（およびセグメント１０、２０の総数）を選択することができるように、様々なサイズ範囲のセグメント１０、２０を（例えばキットの形態で）提供することができる。いくつかの例では、例えば、機械的結合５０が患者の脊椎の椎骨間の間隔に適合するように、特定の患者の脊椎のサイズに基づいて機械的結合５０を調整することもできる。
【００４３】
複数のセンサモジュール７１０、７２０、７３０を含む脊椎運動検知キット７００の例が図７に示されている。各センサモジュール７１０、７２０、７３０はそれぞれ、上述したように脊椎運動検知装置１００を含むことができる。例えば、各センサモジュール７１０、７２０、７３０はそれぞれ、セグメント１０、２０の各ストリング１００を含む。
【００４４】
各モジュール７１０、７２０、７３０はそれぞれ、脊椎の対応するそれぞれの部分の向きを決定するために、センサ信号をコントローラ１５０に送信するように構成されている。各モジュール７１０、７２０、７３０は、人体の脊椎のそれぞれの部分にフィットするように適合されている。例えば、図７に見られるように、下部モジュール７１０は脊椎の腰部にフィットするように適合され、中間モジュール７２０は脊椎の胸部にフィットするように適合され、上部モジュール７３０は脊椎の頸部にフィットするように適合されている。
【００４５】
図７に示される例では、各モジュール７１０、７２０、７３０のセグメント１０、２０は、各モジュール７１０、７２０、７３０に対して同じサイズであり、腰部領域の各セグメント１０、２０は同じサイズであり、胸部領域の各セグメント１０、２０は同じサイズであり、頸部領域の各セグメント１０、２０は同じサイズである。各モジュール７１０、７２０、７３０のセグメント１０、２０は、互いに異なるサイズであるため、頸部モジュール７３０のセグメント１０、２０は、胸部モジュール７２０のセグメント１０、２０よりも小さく、胸部モジュール７２０のセグメント１０、２０は、腰部モジュール７１０のセグメント１０、２０よりも小さい。しかしながら、他の例では、例えば、胸部モジュールのセグメント１０、２０が、頸部領域に向けて脊椎を上る距離が増加するにつれてより小さくなるように、モジュール７１０、７２０、７３０のセグメント１０、２０のサイズは、それらがマッピングされるように構成された対応する椎骨のサイズの多様性に一致するように可変であることを理解されよう。
【００４６】
同様に、各モジュール７１０、７２０、７３０のセグメント１０、２０間の機械的結合５０は、各モジュール７１０、７２０、７３０に対しては同じであるが、モジュール７１０、７２０、７３０の間で異なっていてもよく、その結果、機械的結合５０は、胸部モジュール７２０よりも頸部モジュール７３０のセグメント１０、２０間でより小さくなり、また、機械的結合５０は、腰部モジュールのセグメント１０、２０間よりも胸部モジュール７２０のセグメント１０、２０間でより小さくなる。
【００４７】
腰部モジュール７１０は７個のセグメント１０、２０を備え、胸部モジュール７２０は１４個のセグメント１０、２０を備え、頸部モジュール７３０は６個のセグメント１０、２０を備える。図７に示す例では、各モジュールは、例えば、機械的結合５０により隣接するモジュールに結合されて、脊椎の長さを延在する装置を形成するが、他の例では、各モジュールは別のモジュールから分離していてもよい（かつ、任意に、別のモジュールとは独立して動作し得る）ことを理解されたい。また、各モジュール７１０、７２０、７３０はそれぞれ、マスターセグメント２０を有するものとして図７に示されているが、いくつかの例では、モジュールが一緒に結合されている場合、モジュール７１０、７２０、７３０の全てに対して１つのみのマスターセグメント２０が存在してもよい。他の例では、モジュール７１０、７２０、７３０当たりのセグメント１０、２０の数が異なり得ることも理解されよう。
【００４８】
図７に示す例示的なキット７００は、例えばタブレットまたはラップトップコンピュータ等のコントローラ１５０を含む。コントローラ１５０は、各モジュール７１０、７２０、７３０から（例えば、各モジュール７１０、７２０、７３０のマスターセグメント２０から）センサ信号を受信するように構成されている。センサ信号は、各モジュール７１０、７２０、７３０の各セグメント１０、２０の向きおよび位置のうち少なくとも一方を示す絶対的な３次元情報を含む。センサ信号は、センサ信号がどのセグメント１０、２０およびモジュール７１０、７２０、７３０から発信されたかを識別する一意の識別子も含む。例えば、各セグメント１０、２０からのセンサ信号は、センサ信号がどのセグメント１０、２０およびモジュール７１０、７２０、７３０から発信されたかを識別する一意のＭＡＣアドレスを含む。コントローラ１５０は、受信されたセンサ信号に基づいて、各モジュールに対応する脊椎の一部の向きを決定するように構成されている。
【００４９】
図１〜図６ｂに関連して上記で説明した装置と同様に、図７に示される例における各モジュール７１０、７２０、７３０のマスターセグメント２０は、これらのセンサ信号をコントローラ１５０にコントローラインタフェース３４を介して無線で（例えばブルートゥース（登録商標）接続を介して、例えばブルートゥース（登録商標）メッシュを介して）送信する。コントローラ１５０は、これらの受信したセンサ信号を処理して、モジュール７１０、７２０、７３０に対応する脊椎の一部の向きを決定する。例えば、コントローラ１５０は、四元数を使用して、他のセグメント１０、２０に対する各セグメント１０、２０の相対的な向き、および／または他のモジュール７１０、７２０、７３０に対する各モジュール７１０、７２０、７３０の相対的な向きを決定する。次に、コントローラ１５０は、信号を３次元座標空間に変換することができ、ここで、座標空間における第１の次元は脊椎の第１の向きの角度（例えばピッチ）を表し、座標空間における第２の次元は脊椎の第２の向きの角度（例えばヨー）を表し、座標空間における第３の次元は脊椎の第３の向きの角度（例えば、ロール）を表すことで、脊椎の向きをコントローラ１５０のユーザインタフェースを介して臨床医／患者に表示することができる。
【００５０】
いくつかの例では、各モジュール７１０、７２０、７３０は、全ての椎骨に対応するセグメント１０、２０を有していなくてもよい。例えば、いくつかの例では、モジュール７１０、７２０、７３０は１つおきの椎骨に対してセグメントを有することができる。そのような例では、コントローラ１５０は、受信したセンサ信号に基づいて、セグメント１０、２０間の中間椎骨の向きを補間するように構成され得る。例えば、臨床医またはユーザは、コントローラ１５０が脊椎のどこにセグメント１０、２０が位置付けられているかを認識するように、ユーザの脊椎にセグメント１０、２０を配置するようにコントローラ１５０をプログラムすることができる。
【００５１】
いくつかの例では、セグメント１０、２０は解剖学的構造の別の部分に配置されてもよい。例えば、セグメント１０、２０は、患者の頭部、肩部、または腰部に取り付けることができる。解剖学的構造の別の部分へのセグメント１０、２０のそのような配置は、例えば、臨床医が腰部または肩部に対する脊椎の運動範囲を決定することができるように、脊椎上のセグメント１０、２０に対する基準枠を提供し得る。いくつかの例では、頸椎は例えば胸椎と比較して比較的小さく、かつ比較的高い可動域を有するため、頸部モジュール７３０は、セグメント１０、２０を全ての頸椎に取り付けることは実用的ではない故に、脊椎の頸部領域に取り付けるための単一のセグメント１０、２０と、頭部に取り付けるための単一のセグメント１０、２０とを備えてもよい。
【００５２】
いくつかの例では、キット７００は、臨床医が患者に最も適切なモジュールを選択することができるように、異なるサイズのモジュール７１０、７２０、７３０のセレクションを含む。例えば、キット７００は、２つの頸部モジュール７３０、４つの胸部モジュール７２０および２つの腰部モジュール７１０を含むことができる。キット７００は、各モジュール７１０、７２０、７３０を使用することができる適切な範囲を示すチャートも含むことで、臨床医は、例えば患者の身長に基づいて、どのモジュールを選択すべきかを認識することができる。キット７００は、ユーザまたは臨床医が容易に携帯することができるように、箱またはケースの形態で提供されてもよい。
【００５３】
図４を参照して上述したように、いくつかの例では、各セグメント１０、２０間の機械的結合５０は同じヤング率を有し得る。セグメント１０、２０間に同じヤング率の機械的結合５０を提供することにより、センサのストリングをより簡単かつより正確に患者の脊椎に取り付けることができる。これにより、測定の再現性を向上させることができる。
【００５４】
例えば、機械的に直列に連結された複数のセンサセグメントを備え、身体の動きを追跡するために、それぞれが各センサセグメントの向きを検知するための少なくとも１つのセンサを備えるセンサのストリングを固定する方法を図８に示す。この方法は、セグメント１０、２０のストリング１００の第１のセンサセグメント１０、２０（例えば、頂部セグメント１０、２０）を身体の第１の位置に取り付けるステップ８０１を含むことができる。第１のセンサセグメント１０、２０が身体の第１の位置に取り付けられると、センサのストリングの第２のセグメント１０、２０（例えば底部セグメント１０、２０）が身体の第２の位置に取り付けられる８０３。例えば、第２のセグメント１０、２０は、セグメント１０、２０間の機械的結合５０を伸長するように僅かに引っ張られてもよい。各セグメント１０、２０間の機械的結合５０は、同じヤング率を有し得る故、各セグメント間の機械的結合５０は同程度まで伸長し、それによってストリング１００のセグメント１０、２０が均等に分離される。第１のセグメントおよび第２のセグメント１０、２０が取り付けられると（例えば、ストリング１００の頂部セグメントおよび底部セグメント１０、２０）、セグメント１０、２０のストリング１００の少なくとも１つの中間セグメント１０、２０を身体の第３の位置に取り付けることができる８０５。ここで、ストリング１００の中間セグメント１０、２０は、ストリング１００の第１のセグメントおよび第２セグメント１０、２０の間にある。このようにストリングのセグメント１０、２０を取り付けることにより、ストリングに沿ったセグメント１０、２０間の分離は均一になり、ストリング１００からの測定の精度および再現性が向上し得る。
【００５５】
機械的に直列に連結された複数のセグメント１０、２０を備え、身体の動きを追跡するために、それぞれが各セグメント１０、２０の向きを検知するための少なくとも１つのセンサを備えるセンサのストリング１００を固定する別の例示的な方法を図９に示す。この方法は、セグメント１０、２０のストリング１００を身体の第１の位置に取り付けるステップ９０１を含むことができる。ストリング１００が身体の第１の位置に取り付けられると、セグメント１０、２０のストリング１００は、例えば、ストリング１００のセグメント１０、２０間の機械的結合５０が僅かに伸長するように、第１のセグメント１０、２０からの機械的結合５０を介して吊り下げられる９０３。各セグメント１０、２０間の機械的結合５０は、同じヤング率を有することで、各セグメント間の機械的結合５０が同程度まで伸長することにより、ストリング１００のセグメント１０、２０を均等に分離させることができる。次いで、本方法は、ストリング１００を身体上の第２の位置に取り付けるステップ９０５を含むことができる。
【００５６】
例えば、この方法は、セグメント１０、２０のストリング１００の第１のセグメント１０、２０を身体の第１の位置に取り付けるステップ９０１を含むことができる。第１のセグメント１０、２０が身体の第１の位置に取り付けられると、例えば、ストリング１００のセグメント１０、２０間の機械的結合５０が僅かに伸長するように、セグメント１０、２０のストリング１００は、第１のセグメント１０、２０からの機械的結合５０を介して吊り下げ可能となる９０３。次に、この方法は、機械的結合５０を介して吊り下げられているストリング１００の別のセグメント１０、２０を身体の第２の位置に取り付けるステップ９０５を含むことができる。
【００５７】
ストリング１００またはキット７００を使用して脊椎の運動を判断する前に、ストリング１００またはキット７００は最初に較正する必要がある場合がある。較正は、図１および図７に関連して上述したコントローラ１５０等のコントローラ１５０によって実行され得る。較正は、絶対的な方向情報を提供する第１のセンサを使用して、ストリング１００のセグメント１０、２０の向きを基準点として最初に決定するステップを含むことができる。第１のセンサを使用して最初の基準が取得されると、基準点に対するセグメント１０、２０の相対的運動が第２のセンサまたは第１のセンサと第２のセンサ（またはより多くのセンサ）との組み合わせを使用して決定されて、セグメント１０、２０の向きにおける変化を決定する。例えば、第１のセンサは磁力計を備えてもよく、第２のセンサは加速度計および／またはジャイロスコープを備えてもよい。このようにセンサ信号の組み合わせを使用することにより、脊椎の運動をより正確に判断することができる。
【００５８】
図１０は、人体または動物の体の解剖学的構造の一部の向きを決定する際に使用するための、対象物の向きを決定する方法を示している。この方法は、図１および図７に関連して上述したコントローラ１５０等のコントローラ１５０によって実行され得る。図１０に示す方法は、セグメント（図１〜図７に関連して上述したセグメント１０、２０等）の第１のセンサおよび第２のセンサのそれぞれから第１のセンサ信号および第２のセンサ信号を取得するステップ１００１を含む。ここで、センサ信号は、セグメント１０、２０の向きを示す情報を含む。第１のセンサ信号および第２のセンサ信号が取得されると、第１のセンサおよび第２のセンサのそれぞれから受信した第１のセンサ信号および第２のセンサ信号のそれぞれに重み付けが適用され１００３、セグメント１０、２０の向きが、重み付けされた第１のセンサ信号および第２のセンサ信号から決定される１００５。
【００５９】
第１のセンサ信号は、固定位置、例えば磁極に対するセグメント１０、２０の絶対的な向きを定義する情報を含むセンサ信号を含むことができる。例えば、第１のセンサは磁力計を備えてもよい。第２のセンサ信号は、時間に対するセンサセグメントの向きにおける変化を定義する情報を含む。例えば、第２のセンサは、加速度計またはジャイロスコープを備えてもよい。
【００６０】
この方法は、時間間隔にわたって第１のセンサ信号および第２のセンサ信号を取得し、時間間隔の関数として重み付けを調整し、調整された重み付けを受信したセンサ信号に適用し、かつ、重み付けされたセンサ信号に基づいて、時間間隔にわたってセグメント１０、２０の位置および／または向きにおける変化を決定するステップを更に含み得る。第１の時間間隔に対して第１の重み付けを適用し、第２の時間間隔に対して第２の重み付けを適用することができる。例えば、第１の時間間隔に対しては、第１のセンサからの第１のセンサ信号が向きの決定に支配的となるように、使用時の最初の数秒間は第１のセンサ信号が優先され、その後は、第２の時間間隔に対しては、第２のセンサからの第２のセンサ信号がセグメント１０、２０の向きの決定に支配的となるように、第２のセンサ信号が優先される。
【００６１】
他の例では、相対的な運動の関数として重み付けを調整することができる。例えば、センサセグメント１０、２０が（例えば、センサ１２、１４、１６のうちの少なくとも１つによって）比較的静止していると判断された場合、第１のセンサ信号が優先されるが、運動が検出されると第２のセンサ信号が優先される場合がある。
【００６２】
図１〜図７に関連して上述したように、セグメント１０、２０は、第３のセンサを備えてもよい。そのような例では、本方法は、更に、センサセグメントの第３のセンサから第３のセンサ信号を取得し、第３のセンサ信号に重み付けを適用し、かつ、重み付けされた第１のセンサ信号、第２のセンサ信号および第３のセンサ信号からセンサセグメントの向きを決定するステップを含むことができる。
【００６３】
人体または動物の体の解剖学的構造の一部の向きを決定する際に使用するための、対象物の向きを決定する例示的な方法を図１１に示す。図１１に示す方法は、セグメント１０、２０の第１のセンサおよび第２のセンサのそれぞれから第１のセンサ信号および第２のセンサ信号を取得するステップ１１０１を含む。ここで、第１のセンサ信号は、固定位置に対するセンサの絶対的な向きを定義する情報を含み、第２のセンサ信号は、時間に対するセンサの向きのおける変化を定義する情報を含む。第１のセンサ信号および第２のセンサ信号が取得されると、第１のセンサ信号に基づいてセグメント１０、２０の最初の向きが決定され１１０３、第２のセンサ信号に基づいて、決定された最初の向きに対するセグメント１０、２０の向きにおける変化が決定される１１０５。
【００６４】
図１０を参照して上述したように、決定された最初の向きに対するセグメント１０、２０の向きにおける変化を決定するステップは、決定された最初の向きに対する第１のセンサ信号および第２のセンサ信号の組み合わせに基づいて、セグメント１０、２０の向きにおける変化を決定するステップを含み得る。
【００６５】
図１〜図７に関連して上述した脊椎運動検知装置は、上述したように対象物の向きを決定する方法を実行するように構成され得る。例えば、図１〜図７のいずれかの脊椎運動検知装置は、センサとしての加速度計および磁力計と、主に磁力計に基づいて静止時のセンサ装置の向きを決定し、また、主に加速度計に基づいて運動時のセンサの向きを決定するように構成されたコントローラ（上記のコントローラ１５０等）とを含み得る。付加的または代替的に、脊椎運動検知装置は、センサとしての磁力計およびジャイロスコープと、主に磁力計に基づいて静止時のセンサ装置の向きを決定し、また、主にジャイロスコープに基づいて運動時のセンサの向きを決定するように構成されたコントローラとを備えてもよい。
【００６６】
本明細書には、磁力計、加速度計、およびコントローラ（上述したコントローラ１５０等）を含むセンサ装置も開示されている。コントローラは、主に磁力計に基づいて静止時のセンサ装置の向きを決定し、また、主に加速度計に基づいて運動時のセンサの向きを決定するように構成されている。センサ装置は、更にジャイロスコープを備えてもよく、また、コントローラは、主に加速度計およびジャイロスコープに基づいて、運動時のセンサの向きを決定するように構成されている。
【００６７】
いくつかの例では、コントローラは磁力計および加速度計からセンサ信号を受信するように構成され、磁力計から受信したセンサ信号を優先する重み付けをセンサ信号に適用することによって、主に磁力計に基づいて静止時のセンサ装置の向きを決定するように構成されている。次いで、コントローラは、重み付けされたセンサ信号から、センサ装置の向きを決定するように構成されている。
【００６８】
本明細書には、磁力計、ジャイロスコープ、およびコントローラ（上述のコントローラ１５０等）を含むセンサ装置も開示されている。コントローラは、主に磁力計に基づいて静止時のセンサ装置の向きを決定し、また、主にジャイロスコープに基づいて移動時のセンサの向きを決定するように構成されている。センサ装置は更に加速度計を備えていてもよく、また、コントローラは、主に加速度計およびジャイロスコープに基づいて移動時のセンサの向きを決定するように構成されている。
【００６９】
いくつかの例では、コントローラは磁力計およびジャイロスコープからセンサ信号を受信するように構成されており、また、磁力計から受信されるセンサ信号を優先する重み付けをセンサ信号に適用することによって、主に磁力計に基づいて静止時のセンサ装置の向きを決定するように構成されている。次いで、コントローラは、重み付けされたセンサ信号から、センサ装置の向きを決定するように構成されている。
【００７０】
いくつかの例では、センサ装置が移動後に静止状態に戻ることに応答して、コントローラは、主に磁力計に基づいてセンサ装置の向きを決定するように構成されている。
【００７１】
いくつかの例では、コントローラは、センサ装置の移動速度が低下するにつれて、ますます磁力計に基づいてセンサ装置の向きを決定するように構成されている。
【００７２】
いくつかの例では、コントローラは、センサ装置の移動速度が増加するにつれて、ますます加速度計に基づいてセンサ装置の向きを決定するように構成されている。付加的または代替的に、コントローラは、センサ装置の移動速度が増加するにつれて、ますますジャイロスコープに基づいてセンサ装置の向きを決定するように構成されている。
【００７３】
図１２は、別の例示的な脊椎検知装置を示している。図１２に示す装置は、多くの点で図１の脊椎検知装置に類似している（同じまたは類似の参照番号は、同じまたは類似の機能を備えた特徴を示す）が、セグメント１０、２０間の機械的結合５０および電気的結合５５のそれぞれの代わりに、ストリング１００は、セグメント１０、２０間に結合カップリング１２００を備える。結合カップリング１２００は、図１〜図６ｂに関して上述した機械的結合５０と同様に、弾性変形可能であってもよく、また、ストリング１０の各中間セグメント１０の外側の周囲を延在してもよい。各セグメント１０、２０の間において、結合カップリング１２００は、ストリング１００のセグメント１０、２０間のカップリング１２００の屈曲、湾曲および伸長を可能にするように、多数の折り畳みまたは屈曲を有するように構成することができる。
【００７４】
結合カップリング１２００は、各セグメント１０、２０のセンサ１２、１４、１６に電源を提供することに加えて、結合カップリング１２００を介してセンサ信号等の電子信号を通過させるように構成されてもよい。例えば、結合カップリング１２００は、一方のカップリングがストリングの片側にあり、他方のカップリングがストリングの他方の側にある２つのカップリングを含むことができ、２つのカップリングは、セグメントが並列に結合される正の電源および負の電源をそれぞれ提供する。センサ信号は、電力線通信（ＰＬＣ）等の既知の方法を介して、そのようなカップリング１２００を介して送信されてもよい。従って、各セグメント１０、２０のストリングインタフェース２４、３２は、結合カップリング１２００を介してセンサ信号を送信するように構成されたＤＣ／ＡＣフィルタを備えてもよい。
【００７５】
上記の実施形態は、例示的な例として理解されるべきである。更なる実施形態が想定される。任意の一実施形態に関して説明された任意の特徴は、単独で、または説明された他の特徴と組み合わせて使用することができること、また、任意の他の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わせて、または任意の他の実施形態の任意の組み合わせにて使用することができることを理解されよう。更に、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、上に記載されていない同等物および修正物を使用することも可能である。
【００７６】
装置の他の変形および修正は、本開示の文脈において当業者には明白であろう。上記の例は脊椎の運動の測定に関して説明されているが、解剖学的構造の他の部分または他の対象物（建物、スポーツ用品、車両等）にさえも同等に適用可能であることが理解されよう。
【図１】
2020515325.tif 000003
【図２Ａ】
2020515325.tif 000004
【図２Ｂ】
2020515325.tif 000005
【図３】
2020515325.tif 000006
【図４】
2020515325.tif 000007
【図５】
2020515325.tif 000008
【図６ａ】
2020515325.tif 000009
【図６ｂ】
2020515325.tif 000010
【図７】
2020515325.tif 000011
【図８】
2020515325.tif 000012
【図９】
2020515325.tif 000013
【図１０】
2020515325.tif 000014
【図１１】
2020515325.tif 000015
【図１２】
2020515325.tif 000016
【国際調査報告】
2020515325.tif 000017
2020515325.tif 000018
2020515325.tif 000019