四肢の機能的使用をモニタリングする方法およびシステム
本発明は、運動機能障害を持つ患者、特に半側麻痺患者のためのリハビリテーションの領域に関する。本発明を用いれば、長期的な、たとえば一昼夜の、患者活動モニタリングが家庭環境において確立できる。本発明の中核的な発想は、患者の動きの周期性に依存して該動きの同期性を判別することによって、肢の機能的使用を評価することである。この手法を用いれば、患者の日常の生活活動に基づいて、四肢使用の信頼できる評価ができる。本発明を用いれば、リハビリテーションの進行がモニタリングでき、リハビリテーション過程の状態について治療担当者および患者に情報を提供できる。本発明はさらに、治療担当者および患者に、四肢使用の欠如を気づかせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四肢の機能的使用をモニタリングする方法およびシステムに関する。さらに、本発明はコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半側麻痺（片麻痺）は、神経障害、たとえば卒中の最も一般的な症状の一つである。リハビリテーションは肢（limb）の機能的使用（functional use）、すなわち日常生活の活動における使用を回復することに向けられねばならない。障害のある肢を使うことが、リハビリテーションの成功を達成する最良の手法である。しかしながら、多くの患者は障害のある肢を使わないことを好む。
【０００３】
運動機能障害のある人が、障害のある身体部分をあまり使わず、他の身体部分を過剰使用する傾向があることはよく知られている。たとえば、歩くときに通例、疾患のある脚より健康な脚に負荷がかけられる。このアンバランスは、ある程度は障害のある人が障害を補償するのを助ける。長い目で見れば、これは、過剰使用により、健康な肢の傷害や、障害のある肢または身体部分の衰弱につながることがありうる。
【０００４】
通例、リハビリテーション運動は、なおざりにされる肢を強化し、個々の患者によって実行されるべき最も自然な動きパターンを確立するためになされる。ある程度まで、鏡やビデオテープ録画を使う患者はこれらの運動を自宅で続けることができる。そのようなシステムにはいくつかの欠点がある：動きのモニタリング時間がリハビリテーション運動が実行される時間に限定され、四肢の日常の使用がモニタリングされない。患者の動きが解析されるのは、患者が人為的な治療上の動きを実行するときのみである。これらの動きの進行は、日常生活での機能的な動きに対応しないことが知られている。治療担当者／患者の関係は施設（リハビリテーション・センター、クリニック）の訪問を必要とする。患者が自分の姿勢や非対称な動きを観察する場合、ある種の欠陥を過剰に見ることがありうる。ゆっくり発達する欠陥は、それが典型的な機能だと見なされるので、（専門家によっても患者によっても）気づかれない。参照用の履歴データが利用可能でないときに身体機能の徐々の変化を判断することは、人間には難しい。
【０００５】
動きパターンの非対称性に取り組む技術的解決策は、たいていビデオ・モニタリングに基づいている。これはモニタリングを専用の場所および特殊なタスクの実行に制約する。もう一つの方法は、重量負荷の対称性を感知する底をもつ靴を使うことである。しかしながら、この方法は、脚の不足使用／過剰使用を評価することに制約され、たとえば歩くときの動きパターンを解析するために使うことはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
患者の肢の正しい機能的使用の簡単なモニタリングを許容する技術を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、四肢の機能的使用をモニタリングする方法であって：
・モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットを使って、動きデータの恒常的（permanent）かつ監督されない（unsupervised）測定を実行し、
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性（cyclicity）Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性（synchronicity）Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知する、
ステップを有する方法によって達成される。
【０００８】
本発明の目的はまた、四肢の機能的使用をモニタリングするシステムであって、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行され、動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行するよう適応された測定ユニットと、データ・ユニットとを有しており、前記データ・ユニットは：
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知する、
よう適応されたシステムによっても達成される。
【０００９】
すべてのシステム手段は、本発明に基づく方法を実行するよう適応されている。すべての装置およびユニット、たとえば前記測定ユニットおよび前記データ・ユニットは、データ取得、データ処理およびシステム制御のための手順が本発明の方法に基づいて実行されるよう構築され、プログラムされる。
【００１０】
本発明の目的はまた、コンピュータにおいて実行されるべきコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータにおいて実行されるときに、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットによって実行される恒常的かつ監督されない測定の際に得られた動きデータを使って四肢の機能的使用をモニタリングするよう適応されており：
・前記動きデータを解析するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知するためのコンピュータ命令とを有する、
コンピュータ・プログラムによっても達成される。
【００１１】
このように、本発明に基づいて必要な技術的効果は、本発明に基づくコンピュータ・プログラムの命令に基づいて実現されることができる。そのようなコンピュータ・プログラムはCD-ROMのような担体上に記憶されることができ、あるいはインターネットまたはその他のコンピュータ・ネットワークを通じて利用可能であることもできる。実行に先立ち、コンピュータ・プログラムは、該コンピュータ・プログラムをたとえばCD-ROMプレーヤーによって担体から、あるいはインターネットから読み、コンピュータのメモリに記憶することによってコンピュータにロードされる。コンピュータはなかでも中央プロセッサ・ユニット（CPU）、バス・システム、メモリ手段、たとえばRAMまたはROMなど、記憶手段、たとえばフロッピー（登録商標）・ディスクまたはハードディスク・ユニットなどおよび入出力ユニットを含む。あるいはまた、本発明の方法はハードウェアで、たとえば一つまたは複数の集積回路を使って実装されることもできる。
【００１２】
本発明は、運動機能障害を持つ患者、特に半側麻痺患者のためのリハビリテーションの領域に関する。本発明を用いれば、長期的な、たとえば一昼夜の、患者活動モニタリングが家庭環境において確立できる。本発明の中核的な発想は、動きの周期性に依存して患者の動きの同期性を判別することによって、肢の機能的使用を評価することである。この手法を用いれば、患者の日常の生活活動に基づいて、四肢使用の信頼できる評価ができる。本発明を用いれば、リハビリテーションの進行がモニタリングでき、リハビリテーション過程の状態について治療担当者および患者に情報を提供できる。本発明はさらに、治療担当者および患者に、四肢使用の欠如を気づかせることができる。患者（または治療担当者）にリアルタイムで、すなわちある種の動きが実行されている際に、フィードバックを与えることも可能である。
【００１３】
本発明のこれらの側面およびその他の側面は、従属請求項において定義される以下の実施形態に基づいてさらに精巧なものにされる。
【００１４】
評価が患部の肢の全体的な動きの量に基づいている従来技術とは対照的に、本発明は、動き情報を評価する改良された方法を提供する。本発明のある好ましい実施形態によれば、動きデータを解析する前記ステップは、患者の動きの分類を含む。そのような分類は、動きパターン、特にたとえば歩く、走るといった種々の型の周期的な動きの判別を含む。周期的な動きは常に機能的（functional）であると想定されてもよい。周期的な動きの評価に制約することによって、以前の既知の評価技法に比べ、評価結果は、リハビリテーションの進行を評価するためにより価値あるものとなる。
【００１５】
好ましくは、そのような動き分類に依存して周期性閾値C0が設定される。換言すれば、たとえば歩くまたは走るといった四肢の動きの種類に依存して閾値が選ばれるのである。よって、異なる四肢の動きに異なる仕方で対処することができる。これは、洗練された差別化および評価プロセスを可能にする。
【００１６】
本発明のある好ましい実施形態では、動きの同期性Sは、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0を超える場合にのみ決定される。換言すれば、動きの同期性は、患者の動きが周期的である場合にのみ決定される。この場合にのみ対称的な動きが期待される。データ・フィルタリングのこの手法は、モニタリング方法およびモニタリング・システムの両方に関して、モニタリングの単純化に、よってモニタリング・コストの著しい削減につながる。さらに、肢の動きの対称性は、ある種の周期的な動きに関してのみ評価されるので、非機能的な動きによって評価がゆがめられることがない。
【００１７】
動きの同期性を定量化するために、好ましくは、同期性閾値S0が動きの分類に依存して設定され、それにより異なる動きには異なる同期性の値が成り立つことが考慮に入れられる。本発明のあるさらなる実施形態では、同期性閾値S0は――少なくともある特定のモニタリング時間以降は――先行するおよび／または現在の同期性の値Sに依存して動的に適応される。こうして、個別的な患者の治療進行を考慮に入れることができる。
【００１８】
本発明のもう一つの好ましい実施形態では、動きの同期性Sが同期性閾値S0と比較され、患者は、動きの同期性の値Sが同期性閾値S0を下回る場合にのみ通知される。動きの同期性の値Sが同期性閾値S0より上に留まれば、通知の必要はない。というのも、目標となる同期性、すなわち必要とされるリハビリテーション過程に従った肢の動きに到達しているからである。
【００１９】
本発明のもう一つの好ましい実施形態では、通知の種類が判別された同期性Sに依存するバイオフィードバック手法が実装される。たとえば、オーディオおよび／またはビデオ信号発信または対応する肢の機械的／電気的刺激を使うことができる。さらに、フィードバックは、患者の動きの判別された種類も同時に考慮に入れつつ、判別された同期性Sに依存して差別化されるという意味で、フィードバックは定量化される。そのようなフィードバックは、本モニタリング方法の患者によるよりよい受容につながる。
【００２０】
本発明のさらにもう一つの実施形態では、通知時間は患者の実際の動きに依存する。換言すれば、患者はある種の動きの進行または退行については通知されない。たとえば、患者が実際に走るのをやめて今はお茶を飲んでいるとき、走っているときの左腕の活動状態については通知されない。しかしながら、患者が再び走り始めるとすぐ、しかるべく通知される。
【００２１】
本発明のある好ましい実施形態では、測定ユニットは、「動的な」動きデータを得るためにいくつかの慣性センサーを有する。これは、身体位置のような「静的な」データが使われる従来技術の技法とは対照的である。種々の型の慣性センサーが使用できるが、加速度計、ジャイロスコープおよび磁気計デバイスの使用が好ましい。患者の動きパターンの対称性をモニタリングするために、これらのセンサー・デバイスは好ましくは患者によって、患部の肢およびその対応物に、たとえば左腕（患部）および右腕（健常）に、装着される。
【００２２】
本発明は特に、患者の四肢の周期的な動きの非対称性をモニタリングするシステム及び方法であって、四肢および体幹に取り付けられた加速度計の使用と、対称性について動きを解析することに関する。解析を実行するのは、アルゴリズムを実行して、肢の動きの統合的な対称性（integral symmetry of limb movement）を、あるいは対称性に関する動きパターンのリアルタイムの特徴付けを評価するデータ処理装置である。システムは、四肢を対称的に使うことに成功しているか失敗しているかについて患者に知らせるためのフィードバック設備を有する。さらに、理学療法士が患者の服従と療法の成功をコントロールするフィードバック設備を有していてもよい。本発明を用いれば、患者が身につけるシステムを用いた長期的な、監督されない動きモニタリングを確立することが可能であり、それは患者の肢の正しい機能的使用の簡単な監視を許容する。
【００２３】
本発明のこれらの側面およびその他の側面は、以下の実施形態および付属の図面を参照して、例として、以下に詳細に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に基づくモニタリング・システムが図１および図２に示されている。本システムは、測定ユニット２およびデータ・ユニット３を有する。少なくとも一つの電源、たとえばバッテリー４がシステム１の一部である。
【００２５】
測定ユニット２は、患者５の動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行するよう適応されている。測定ユニット２は、患者５の動きを測定するためのいくつかの測定センサーを有する。測定センサーとしては、加速度計６の形の二つ以上の慣性センサーが使われる。本発明の目的のために、二つの加速度計６、６′が少なくとも患部の肢７と対応する健常な肢８に位置される。加速度計６、６′は、サンプリング・レート204.8MHzで10-3G程度の分解能で±2Gの測定範囲内の信号を提供するよう適応されている。ただし、他の型の動きセンサーを用いてもよい。加速度計６、６′は二つの等しい身体部分（たとえば、腕、手、脚、腰）上の対称的な位置で身につけられる。患者５の体のz軸に沿った中立的な位置で、第三の加速度計９が基準のはたらきをするために身につけられる。好ましくは、追加的な第三の加速度計９は、患者５の胴体に取り付けられる。
【００２６】
加速度計６、６′、９は好ましくは、腕または脚のまわりにブレスレットとして身につけられ、あるいは患者の下着に統合されるなどする。しかしながら、加速度計はパッチまたはインプラントとして身につけられることもできる。センサー・データが測定される頻度は、固定であってもよいし、あるいは動きに適合されてもよい。たとえば、速く歩いていると、遅い動きの間より高いサンプリング・レートが必要となることがある。
【００２７】
さらに、測定ユニット２は、データ・ユニット３に測定データを送信するためのデータ通信設備１１を有する。各加速度計６、６′、９は、その動きプロファイルを送信するよう適応される。動きプロファイルは、x、y、z方向のセンサー加速データおよび好ましくはタイム・スタンプからなる。
【００２８】
データ・ユニット３は、測定ユニット２からデータを受信するよう適応され、好ましくはさらにさらなる外部装置にデータを送るよう適応されたデータ通信設備１２を有する。換言すれば、データ・ユニット３は前記の三つまたはそれ以上の加速度計６、６′、９から測定データを収集するよう適応される。データは、センサーからデータ・ユニット３に連続的に流れ込む。データがデータ・ユニット３に送信されるのは、ケーブル１３によるか、あるいは無線通信回線を使うことによる。データ・ユニット３は、オフライン処理のために前記データを記憶するか、すぐ前記データを解析するかする。これについてはのちにより詳細に述べる。データ記憶のために、データ・ユニット３は統合された記憶装置１４を有する。代替的に、データは測定ユニット２および／またはデータ・ユニット３から中央記憶ユニット１５に送信されてもよい。中央記憶ユニット１５は好ましくは患者５によって携行されることができる。データが中央記憶ユニット１５に送信されるのは、無線通信回線１６を使うことによる。中央記憶ユニット１５は専用装置であることができるが、しかるべく構成された携帯電話または別の機器であることもできる。
【００２９】
データ・ユニット３はさらに、処理手段１７を有する。処理手段１７は、受信された動きデータを処理し、計算にかけるとともに、結果を決定および評価し、内部または外部の通知手段を制御するあらゆるタスクを実行するよう適応される。これらはのちにより詳細に述べる。処理手段１７としては、好ましくはマイクロプロセッサが使われる。データ・ユニット３はさらに、処理手段１７によって実行されるよう適応され、該ソフトウェアが処理ユニットで実行されるときに本発明の方法のステップを実行するようさらに適応されたコンピュータ・プログラム１８を有する。処理手段１７が有しうる機能モジュールまたはユニットは、ハードウェア、ソフトウェアまたは両者の組み合わせの形で実装される。
【００３０】
好ましくは、完全なモニタリング・システム１、特に測定ユニット２の全部の部分はモニタリングされる患者５によって携行される。データ・ユニット３は、加速度計６、６′、９のうちの一つと組み合わされてもよいし、あるいは測定デバイス２と組み合わされてもよい。あるいはまた、測定ユニット２とデータ・ユニット３は別々に位置される。たとえば、測定ユニット２は患者５によって身につけられ、データ・ユニット３は別個に携行されるか、患者５の近くに位置され、たとえば、携帯電話またはポケット・コンピュータまたはその他のハンドヘルド装置において実装される。
【００３１】
すべてのシステム手段は、本発明に基づく方法を実行するよう適応される。すべてのデバイスおよびユニット、特に測定ユニット２およびデータ・ユニット３は、データ取得、データ処理およびシステム制御のための手順が本発明の方法に従って実行されるよう構築され、プログラムされる。
【００３２】
本発明に基づく方法について図３を参照して述べる。第一のステップ１００では、患者５の動きの動きデータD1、D2が測定ユニット２の加速度計６、６′、９によって取得される。データ・ユニット３はその動きデータを受信し、収集されたデータは第二のステップ１０１において、周期的な動き（たとえば歩行）と非周期的な動き（たとえば食事）とを区別するためにデータ・ユニット３によって解析される。換言すれば、患者５の動きは、周期的および非周期的な活動に基づいてデータ・ユニット３によって分類される。分類は、標準的な動き、特にたとえば歩く、走るなどの種々の型の周期的な動きの際に生起する典型的な動きパターンの判別を含む。「周期的（cyclic）」の用語は、歩く、階段を上る、走るといった、定期的に繰り返される動きパターンを示す活動について使われる。動き分類についてのさらなる情報は：A. Schnitzer, O. Such, G. Schmitz, "Ein tragbares System F¨ur die Bewegungsanalyse zur Unterst¨utzung des kardiologischen Dauermonitoring", Proceedings DGBMT 2005: Biomedizinische Technik, Band 49, Erg¨anzungsband 2, p.252, ISSN0939-4990で与えられている。この文献はここに参照によって組み込まれる。分類結果に依存して、周期性閾値C0がデータ・ユニット３によって設定される。さらに、患者５が、ユーザー・インターフェース１９によって、たとえば療法運動の一部として、どの型の動きを自分が現在実行しているかを述べてもよい。もし該当するなら、カップを持ち上げるまたはドアを開けるといった非周期的な活動が、H Junker, "Human Activity Recognition and Gesture Spotting with Body-Worn Sensors", Hartung-Gorre 2005, p. 37-72に記載されるような分類アルゴリズムを使って、データ・ユニット３によって認識されることができる。この文献はここに参照によって組み込まれる。
【００３３】
分類手順は、図４および図５に描かれるような測定データを使う。図４は、歩いているときの患者５の手首のまわりの二つの加速度計６、６′の生の加速度計読み出しを示している。一つのチャネルからの読み出しが示されている。図の上の部分では、右腕の動き２１が、図の下の部分では左腕の動き２２が示されている。動きの周期性および対称性の両方に留意されたい。図５は、紅茶を飲んでいるときの患者５の手首のまわりの二つの加速度計６、６′の生の加速度計読み出しを示している。はっきり見て取れるように、患者５は右腕を動かすが、左腕は止まっている。この場合、周期性も対称性も観察できない。
【００３４】
こうした測定データが、周期的な動きの型（歩く、走るなどといった）を検出するために、データ・ユニット３によって使用される。この目的のため、測定データは二次元加速度計ヒストグラムと比較される。ここで、垂直‐水平の加速の変化が時間の経過とともにプロットされている。換言すれば、センサー測定値間の差が、理想的な動きからの逸脱、たとえば基準パターンとして使われる加速度計ヒストグラムからの逸脱を決定するために使われる。加速度計ヒストグラムは、既知のヒストグラムである、すなわち多数の類似の患者動きを使ってあらかじめ生成され、データ・ユニット３に記憶されているか、あるいは自己生成される、すなわちデータ・ユニット３によって今の患者および／または他の患者の以前の測定データを使って生成されるかのいずれかである。
【００３５】
そのような加速度計ヒストグラム２３の一例が図６および図７に示されている。これらは二つの動き（この場合、ゆっくり階段を上ることと早く階段を上ること）の分類を示す。エントリーの明るさが、x方向およびy方向の個別的な加速についての加速の変化の大きさを表す。これらの加速度計ヒストグラムから、患者の動きの型がデータ・ユニット３によって決定される。
【００３６】
同時に、データ・ユニット３は動きの周期性Cを定量化する（ステップ１０２）。これは、データ・ユニット３が動きの周期性Cを表す数値的な値を計算することを意味する。
【００３７】
次のステップ１０３では、データ・ユニットは、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0を超えるかどうかを検証する。実装されるアルゴリズムに依存して、本発明の別の実施形態では、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0に等しいことが十分であることもありうる。周期性閾値C0を超えている場合、すなわち、患者の肢の動き周期的な動きがある場合、データ・ユニット３は、次のステップ１０４で動きの同時性Sを決定する。
【００３８】
周期性閾値C0を超えていない場合、周期的な動きが得られないので、データ・ユニット３は動きの同時性Sを決定しない。
【００３９】
データ・ユニット３が動きの同時性Sを決定する場合、同時性閾値S0がデータ・ユニット３によって設定される。同時性閾値S0は、ステップ１０１の動き分類に依存してデータ・ユニット３によって設定される。たとえば、動き分類によって患者５がある種の動きを実行していることが明らかになる場合、同時性閾値S0は、探索表〔ルックアップ・テーブル〕において定義される、この特定の動きを指す（そして任意的にこの特定の患者５を指す）レベルに設定されることになる。換言すれば、同時性閾値S0についての決定をするときに、分類が考慮に入れられるのである。同じことは、周期性閾値C0についても当てはまる。それも動きの型に依存する。
【００４０】
本発明のあるさらなる実施形態では、同期性閾値S0は――少なくとも特定のモニタリング時間以降は――データ・ユニット３によって、以前のおよび／または現在の同期性値Sに依存して動的に適応される。こうして、個別的な患者５の治療進行を考慮に入れることができる。
【００４１】
同期性閾値S0が決定されたのち、それはデータ・ユニット３によって測定された実際の同期性の値Sと比較され、所望される同期性に達しているか否かが評価される（ステップ１０５）。
【００４２】
歩くまたは走るといった周期的活動については、患者５の腕が自由に、対称的な振幅をもって振れることが期待される。これは、たとえば鞄を運ぶまたは階段の手すりをつかむときには当てはまらないことがありうる。そこで、これらの型の動きは、非周期的な動きとして分類されて、評価はされない。
【００４３】
所望される同期性に達している場合、その後のステップ１０６で、データ・ユニット３は動きの同期性の値Sを記憶する。代替的には、患者５の実際の動きが期待を満たさない場合、データ・ユニット３は、データ・ユニット３のデータ記憶装置１４に同期性の値Sを記憶し、ステップ１０７で、わかったことについて患者５に通知する。つまり、データ・ユニット３は患者５に、前記時間以降に患者が動きを実行する対称性の度合いについてのフィードバックを与える。こうして、結果を患者５にすぐフィードバックできる。しかしながら、結果は、たとえばデータ記憶装置１４に、あるいは外部の中央記憶装置１５に記憶され、治療担当者によってオフラインで解析されることもできる。
【００４４】
通知は、オーディオおよび／またはビデオの信号発信または対応する肢の機械的／電気的な刺激によって実行されることになる。通知手段２５、特にオーディオおよびビデオ信号発信手段は、好ましくは、患者５が身につける、あるいは患者５が携行するデータ・ユニット３に含まれる。そのような信号発信手段はたとえば、スピーカー、数字、点滅ランプ、たとえばLED灯、カラー・インジケータなどを含みうる。
【００４５】
本発明を用いて、最初の単純な型のフィードバックが患者５に与えられることができる：単一の肢の全体的な活動が評価される（たとえば24時間にわたる積分）ことができ、たとえば「今日は左側の使用がかなり低いです。ご注意ください」とか「今日は左側の使用が昨日よりかなり多いです。この調子で進むようにしてください」といった形で、患者５へのフィードバックが与えられることができる。これは、かなり安定したレベルのパフォーマンスを有していて、軌道に維持してやればいいだけの患者５にとって好適なアプローチである。
【００４６】
しかしながら、動き分類解析は四肢全部について実行されるので、より精巧なフィードバックを与えることもできる：周期的な型の動きについて、対称性解析が実行され、患者５へのフィードバックは、たとえば、「歩く動きを支持するためにもっと積極的に左腕を使うようにしてください」など、個別的になることができる。換言すれば、四肢の非対称的な使用が認識される場合、モニタリング・システム１は患者５にしかるべく思い出させるのである。
【００４７】
カップを取り上げたりドアを開けたりといった非周期的な活動については、動きが対称的であると期待することはできない。したがって、そのデータは異なる仕方で扱われなければならない。好ましくは、データ・ユニット３は、患者５が、ドアを開けるなどの活動のために丈夫な側のみを使うことによって、一方の側の弱さを補償するかどうかを評価するよう適応される。そのようなパターンが認識される場合、データ・ユニット３は患者５に、通知手段２５によって思い出させる。
【００４８】
通知の時間は、実際の患者の動きに依存する。換言すれば、患者５は、ある種の動きの進行または退行については通知されない。たとえば、患者が実際に走るのをやめて今はお茶を飲んでいるとき、走っているときの左腕の活動状態については通知されない。しかしながら、患者５が再び走り始めるとすぐ、しかるべく通知される。
【００４９】
データ・ユニット３によって実行されるデータ解析は、個別的な患者５について所望される療法アプローチに依存して、種々のレベルであることができる。データの評価はたとえば、履歴データ（傾向、改善）との比較で、あるいは治療担当者によって定義されているまたは以前のもしくは現在の測定データおよび／または評価結果に依存してデータ・ユニット３によって動的に設定される閾値レベルとの比較で、なされることができる。
【００５０】
データは、通常の仕方でなされる並行する療法の結果を評価するために使われることもできる。特に、本発明は、両側トレーニング（bilateral training）および抑制療法（constraint-induced therapy）といった特定の型の理学療法をサポートするために使うこともできる。これは、治療担当者の仕事の結果および品質について、治療担当者にフィードバックを与えることができる。
【００５１】
本発明はまた、特に長期の周期的な動きのあるスポーツ（すなわち、ランニングおよび水泳）において、トレーニングを支援し、最適化するために使うこともできる。ここでは、非対称性の解析は、動きパターンを最適化するのを助けることができる（これは現在はルームランナー上で、およびビデオ解析を用いてなされている）。トレーニングの際の非対称性の発達は、傷害（たとえば過剰使用／疲労に起因する）の早期の指標ともなりうる。
【００５２】
適用経路（application paths）のいくつかは、データのオフライン解析（たとえばパソコンまたはノートブックでの）を必要とし、理学療法士による専門的な支援に関わることになり、よってそれぞれのインフラストラクチャーを必要とすることになる。この場合、データ・ユニットの機能は外部のオフライン解析ユニット２６によって実装される。
【００５３】
本発明が上記の例示的な実施形態の詳細に限定されるものではないこと、本発明がその精神または本質的な属性から外れることなく他の個別的な形態で具現されてもよいことは当業者には明らかであろう。したがって、本稿の実施形態はあらゆる観点において、制限的ではなく例示的であると考えられるべきであり、本発明の範囲は以上の記述ではなく付属の請求項によって示される。請求項の意味および等価の範囲内にはいるあらゆる変更は、本発明に含まれることが意図されている。さらに、「有する」の語が他の要素やステップを排除するものではないこと、「ある」の語が複数を排除しないこと、コンピュータ・システムまたはその他のユニットといった単一の要素が請求項に記載されているいくつかの手段の機能を果たしてもよいことも明らかであろう。請求項に参照符号があったとしても、当該請求項を限定するものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に基づくシステムを身につけているユーザーを示す概略図である。
【図２】本発明に基づくシステム構成要素を示す概略図である。
【図３】本発明に基づく方法の簡略化されたフローチャートである。
【図４】患者がお茶を飲んでいるときのセンサー読み出しを示す図である。
【図５】患者が歩いているときのセンサー読み出しを示す図である。
【図６】第一の加速度計ヒストグラムを示す図である。
【図７】第二の加速度計ヒストグラムを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ モニタリング・システム
２ 測定ユニット
３ データ・ユニット
４ バッテリー
５ 患者
６ 加速度計
７ 患部の肢
８ 健常な肢
９ 加速度計
１０ （欠番）
１１ データ通信設備
１２ データ通信設備
１３ データ・ケーブル
１４ データ記憶装置
１５ 外部の中央記憶装置
１６ 無線通信回線
１７ 処理手段
１８ コンピュータ・プログラム
１９ ユーザー・インターフェース
２０ （欠番）
２１ 右腕の動き
２２ 左腕の動き
２３ 加速度計ヒストグラム
２４ 加速度計ヒストグラム
２５ 通知手段
２６ 外部の解析ユニット
１００〜１０６ 方法のステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四肢の機能的使用をモニタリングする方法およびシステムに関する。さらに、本発明はコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半側麻痺（片麻痺）は、神経障害、たとえば卒中の最も一般的な症状の一つである。リハビリテーションは肢（limb）の機能的使用（functional use）、すなわち日常生活の活動における使用を回復することに向けられねばならない。障害のある肢を使うことが、リハビリテーションの成功を達成する最良の手法である。しかしながら、多くの患者は障害のある肢を使わないことを好む。
【０００３】
運動機能障害のある人が、障害のある身体部分をあまり使わず、他の身体部分を過剰使用する傾向があることはよく知られている。たとえば、歩くときに通例、疾患のある脚より健康な脚に負荷がかけられる。このアンバランスは、ある程度は障害のある人が障害を補償するのを助ける。長い目で見れば、これは、過剰使用により、健康な肢の傷害や、障害のある肢または身体部分の衰弱につながることがありうる。
【０００４】
通例、リハビリテーション運動は、なおざりにされる肢を強化し、個々の患者によって実行されるべき最も自然な動きパターンを確立するためになされる。ある程度まで、鏡やビデオテープ録画を使う患者はこれらの運動を自宅で続けることができる。そのようなシステムにはいくつかの欠点がある：動きのモニタリング時間がリハビリテーション運動が実行される時間に限定され、四肢の日常の使用がモニタリングされない。患者の動きが解析されるのは、患者が人為的な治療上の動きを実行するときのみである。これらの動きの進行は、日常生活での機能的な動きに対応しないことが知られている。治療担当者／患者の関係は施設（リハビリテーション・センター、クリニック）の訪問を必要とする。患者が自分の姿勢や非対称な動きを観察する場合、ある種の欠陥を過剰に見ることがありうる。ゆっくり発達する欠陥は、それが典型的な機能だと見なされるので、（専門家によっても患者によっても）気づかれない。参照用の履歴データが利用可能でないときに身体機能の徐々の変化を判断することは、人間には難しい。
【０００５】
動きパターンの非対称性に取り組む技術的解決策は、たいていビデオ・モニタリングに基づいている。これはモニタリングを専用の場所および特殊なタスクの実行に制約する。もう一つの方法は、重量負荷の対称性を感知する底をもつ靴を使うことである。しかしながら、この方法は、脚の不足使用／過剰使用を評価することに制約され、たとえば歩くときの動きパターンを解析するために使うことはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
患者の肢の正しい機能的使用の簡単なモニタリングを許容する技術を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、四肢の機能的使用をモニタリングする方法であって：
・モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットを使って、動きデータの恒常的（permanent）かつ監督されない（unsupervised）測定を実行し、
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性（cyclicity）Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性（synchronicity）Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知する、
ステップを有する方法によって達成される。
【０００８】
本発明の目的はまた、四肢の機能的使用をモニタリングするシステムであって、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行され、動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行するよう適応された測定ユニットと、データ・ユニットとを有しており、前記データ・ユニットは：
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知する、
よう適応されたシステムによっても達成される。
【０００９】
すべてのシステム手段は、本発明に基づく方法を実行するよう適応されている。すべての装置およびユニット、たとえば前記測定ユニットおよび前記データ・ユニットは、データ取得、データ処理およびシステム制御のための手順が本発明の方法に基づいて実行されるよう構築され、プログラムされる。
【００１０】
本発明の目的はまた、コンピュータにおいて実行されるべきコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータにおいて実行されるときに、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットによって実行される恒常的かつ監督されない測定の際に得られた動きデータを使って四肢の機能的使用をモニタリングするよう適応されており：
・前記動きデータを解析するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知するためのコンピュータ命令とを有する、
コンピュータ・プログラムによっても達成される。
【００１１】
このように、本発明に基づいて必要な技術的効果は、本発明に基づくコンピュータ・プログラムの命令に基づいて実現されることができる。そのようなコンピュータ・プログラムはCD-ROMのような担体上に記憶されることができ、あるいはインターネットまたはその他のコンピュータ・ネットワークを通じて利用可能であることもできる。実行に先立ち、コンピュータ・プログラムは、該コンピュータ・プログラムをたとえばCD-ROMプレーヤーによって担体から、あるいはインターネットから読み、コンピュータのメモリに記憶することによってコンピュータにロードされる。コンピュータはなかでも中央プロセッサ・ユニット（CPU）、バス・システム、メモリ手段、たとえばRAMまたはROMなど、記憶手段、たとえばフロッピー（登録商標）・ディスクまたはハードディスク・ユニットなどおよび入出力ユニットを含む。あるいはまた、本発明の方法はハードウェアで、たとえば一つまたは複数の集積回路を使って実装されることもできる。
【００１２】
本発明は、運動機能障害を持つ患者、特に半側麻痺患者のためのリハビリテーションの領域に関する。本発明を用いれば、長期的な、たとえば一昼夜の、患者活動モニタリングが家庭環境において確立できる。本発明の中核的な発想は、動きの周期性に依存して患者の動きの同期性を判別することによって、肢の機能的使用を評価することである。この手法を用いれば、患者の日常の生活活動に基づいて、四肢使用の信頼できる評価ができる。本発明を用いれば、リハビリテーションの進行がモニタリングでき、リハビリテーション過程の状態について治療担当者および患者に情報を提供できる。本発明はさらに、治療担当者および患者に、四肢使用の欠如を気づかせることができる。患者（または治療担当者）にリアルタイムで、すなわちある種の動きが実行されている際に、フィードバックを与えることも可能である。
【００１３】
本発明のこれらの側面およびその他の側面は、従属請求項において定義される以下の実施形態に基づいてさらに精巧なものにされる。
【００１４】
評価が患部の肢の全体的な動きの量に基づいている従来技術とは対照的に、本発明は、動き情報を評価する改良された方法を提供する。本発明のある好ましい実施形態によれば、動きデータを解析する前記ステップは、患者の動きの分類を含む。そのような分類は、動きパターン、特にたとえば歩く、走るといった種々の型の周期的な動きの判別を含む。周期的な動きは常に機能的（functional）であると想定されてもよい。周期的な動きの評価に制約することによって、以前の既知の評価技法に比べ、評価結果は、リハビリテーションの進行を評価するためにより価値あるものとなる。
【００１５】
好ましくは、そのような動き分類に依存して周期性閾値C0が設定される。換言すれば、たとえば歩くまたは走るといった四肢の動きの種類に依存して閾値が選ばれるのである。よって、異なる四肢の動きに異なる仕方で対処することができる。これは、洗練された差別化および評価プロセスを可能にする。
【００１６】
本発明のある好ましい実施形態では、動きの同期性Sは、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0を超える場合にのみ決定される。換言すれば、動きの同期性は、患者の動きが周期的である場合にのみ決定される。この場合にのみ対称的な動きが期待される。データ・フィルタリングのこの手法は、モニタリング方法およびモニタリング・システムの両方に関して、モニタリングの単純化に、よってモニタリング・コストの著しい削減につながる。さらに、肢の動きの対称性は、ある種の周期的な動きに関してのみ評価されるので、非機能的な動きによって評価がゆがめられることがない。
【００１７】
動きの同期性を定量化するために、好ましくは、同期性閾値S0が動きの分類に依存して設定され、それにより異なる動きには異なる同期性の値が成り立つことが考慮に入れられる。本発明のあるさらなる実施形態では、同期性閾値S0は――少なくともある特定のモニタリング時間以降は――先行するおよび／または現在の同期性の値Sに依存して動的に適応される。こうして、個別的な患者の治療進行を考慮に入れることができる。
【００１８】
本発明のもう一つの好ましい実施形態では、動きの同期性Sが同期性閾値S0と比較され、患者は、動きの同期性の値Sが同期性閾値S0を下回る場合にのみ通知される。動きの同期性の値Sが同期性閾値S0より上に留まれば、通知の必要はない。というのも、目標となる同期性、すなわち必要とされるリハビリテーション過程に従った肢の動きに到達しているからである。
【００１９】
本発明のもう一つの好ましい実施形態では、通知の種類が判別された同期性Sに依存するバイオフィードバック手法が実装される。たとえば、オーディオおよび／またはビデオ信号発信または対応する肢の機械的／電気的刺激を使うことができる。さらに、フィードバックは、患者の動きの判別された種類も同時に考慮に入れつつ、判別された同期性Sに依存して差別化されるという意味で、フィードバックは定量化される。そのようなフィードバックは、本モニタリング方法の患者によるよりよい受容につながる。
【００２０】
本発明のさらにもう一つの実施形態では、通知時間は患者の実際の動きに依存する。換言すれば、患者はある種の動きの進行または退行については通知されない。たとえば、患者が実際に走るのをやめて今はお茶を飲んでいるとき、走っているときの左腕の活動状態については通知されない。しかしながら、患者が再び走り始めるとすぐ、しかるべく通知される。
【００２１】
本発明のある好ましい実施形態では、測定ユニットは、「動的な」動きデータを得るためにいくつかの慣性センサーを有する。これは、身体位置のような「静的な」データが使われる従来技術の技法とは対照的である。種々の型の慣性センサーが使用できるが、加速度計、ジャイロスコープおよび磁気計デバイスの使用が好ましい。患者の動きパターンの対称性をモニタリングするために、これらのセンサー・デバイスは好ましくは患者によって、患部の肢およびその対応物に、たとえば左腕（患部）および右腕（健常）に、装着される。
【００２２】
本発明は特に、患者の四肢の周期的な動きの非対称性をモニタリングするシステム及び方法であって、四肢および体幹に取り付けられた加速度計の使用と、対称性について動きを解析することに関する。解析を実行するのは、アルゴリズムを実行して、肢の動きの統合的な対称性（integral symmetry of limb movement）を、あるいは対称性に関する動きパターンのリアルタイムの特徴付けを評価するデータ処理装置である。システムは、四肢を対称的に使うことに成功しているか失敗しているかについて患者に知らせるためのフィードバック設備を有する。さらに、理学療法士が患者の服従と療法の成功をコントロールするフィードバック設備を有していてもよい。本発明を用いれば、患者が身につけるシステムを用いた長期的な、監督されない動きモニタリングを確立することが可能であり、それは患者の肢の正しい機能的使用の簡単な監視を許容する。
【００２３】
本発明のこれらの側面およびその他の側面は、以下の実施形態および付属の図面を参照して、例として、以下に詳細に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に基づくモニタリング・システムが図１および図２に示されている。本システムは、測定ユニット２およびデータ・ユニット３を有する。少なくとも一つの電源、たとえばバッテリー４がシステム１の一部である。
【００２５】
測定ユニット２は、患者５の動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行するよう適応されている。測定ユニット２は、患者５の動きを測定するためのいくつかの測定センサーを有する。測定センサーとしては、加速度計６の形の二つ以上の慣性センサーが使われる。本発明の目的のために、二つの加速度計６、６′が少なくとも患部の肢７と対応する健常な肢８に位置される。加速度計６、６′は、サンプリング・レート204.8MHzで10-3G程度の分解能で±2Gの測定範囲内の信号を提供するよう適応されている。ただし、他の型の動きセンサーを用いてもよい。加速度計６、６′は二つの等しい身体部分（たとえば、腕、手、脚、腰）上の対称的な位置で身につけられる。患者５の体のz軸に沿った中立的な位置で、第三の加速度計９が基準のはたらきをするために身につけられる。好ましくは、追加的な第三の加速度計９は、患者５の胴体に取り付けられる。
【００２６】
加速度計６、６′、９は好ましくは、腕または脚のまわりにブレスレットとして身につけられ、あるいは患者の下着に統合されるなどする。しかしながら、加速度計はパッチまたはインプラントとして身につけられることもできる。センサー・データが測定される頻度は、固定であってもよいし、あるいは動きに適合されてもよい。たとえば、速く歩いていると、遅い動きの間より高いサンプリング・レートが必要となることがある。
【００２７】
さらに、測定ユニット２は、データ・ユニット３に測定データを送信するためのデータ通信設備１１を有する。各加速度計６、６′、９は、その動きプロファイルを送信するよう適応される。動きプロファイルは、x、y、z方向のセンサー加速データおよび好ましくはタイム・スタンプからなる。
【００２８】
データ・ユニット３は、測定ユニット２からデータを受信するよう適応され、好ましくはさらにさらなる外部装置にデータを送るよう適応されたデータ通信設備１２を有する。換言すれば、データ・ユニット３は前記の三つまたはそれ以上の加速度計６、６′、９から測定データを収集するよう適応される。データは、センサーからデータ・ユニット３に連続的に流れ込む。データがデータ・ユニット３に送信されるのは、ケーブル１３によるか、あるいは無線通信回線を使うことによる。データ・ユニット３は、オフライン処理のために前記データを記憶するか、すぐ前記データを解析するかする。これについてはのちにより詳細に述べる。データ記憶のために、データ・ユニット３は統合された記憶装置１４を有する。代替的に、データは測定ユニット２および／またはデータ・ユニット３から中央記憶ユニット１５に送信されてもよい。中央記憶ユニット１５は好ましくは患者５によって携行されることができる。データが中央記憶ユニット１５に送信されるのは、無線通信回線１６を使うことによる。中央記憶ユニット１５は専用装置であることができるが、しかるべく構成された携帯電話または別の機器であることもできる。
【００２９】
データ・ユニット３はさらに、処理手段１７を有する。処理手段１７は、受信された動きデータを処理し、計算にかけるとともに、結果を決定および評価し、内部または外部の通知手段を制御するあらゆるタスクを実行するよう適応される。これらはのちにより詳細に述べる。処理手段１７としては、好ましくはマイクロプロセッサが使われる。データ・ユニット３はさらに、処理手段１７によって実行されるよう適応され、該ソフトウェアが処理ユニットで実行されるときに本発明の方法のステップを実行するようさらに適応されたコンピュータ・プログラム１８を有する。処理手段１７が有しうる機能モジュールまたはユニットは、ハードウェア、ソフトウェアまたは両者の組み合わせの形で実装される。
【００３０】
好ましくは、完全なモニタリング・システム１、特に測定ユニット２の全部の部分はモニタリングされる患者５によって携行される。データ・ユニット３は、加速度計６、６′、９のうちの一つと組み合わされてもよいし、あるいは測定デバイス２と組み合わされてもよい。あるいはまた、測定ユニット２とデータ・ユニット３は別々に位置される。たとえば、測定ユニット２は患者５によって身につけられ、データ・ユニット３は別個に携行されるか、患者５の近くに位置され、たとえば、携帯電話またはポケット・コンピュータまたはその他のハンドヘルド装置において実装される。
【００３１】
すべてのシステム手段は、本発明に基づく方法を実行するよう適応される。すべてのデバイスおよびユニット、特に測定ユニット２およびデータ・ユニット３は、データ取得、データ処理およびシステム制御のための手順が本発明の方法に従って実行されるよう構築され、プログラムされる。
【００３２】
本発明に基づく方法について図３を参照して述べる。第一のステップ１００では、患者５の動きの動きデータD1、D2が測定ユニット２の加速度計６、６′、９によって取得される。データ・ユニット３はその動きデータを受信し、収集されたデータは第二のステップ１０１において、周期的な動き（たとえば歩行）と非周期的な動き（たとえば食事）とを区別するためにデータ・ユニット３によって解析される。換言すれば、患者５の動きは、周期的および非周期的な活動に基づいてデータ・ユニット３によって分類される。分類は、標準的な動き、特にたとえば歩く、走るなどの種々の型の周期的な動きの際に生起する典型的な動きパターンの判別を含む。「周期的（cyclic）」の用語は、歩く、階段を上る、走るといった、定期的に繰り返される動きパターンを示す活動について使われる。動き分類についてのさらなる情報は：A. Schnitzer, O. Such, G. Schmitz, "Ein tragbares System F¨ur die Bewegungsanalyse zur Unterst¨utzung des kardiologischen Dauermonitoring", Proceedings DGBMT 2005: Biomedizinische Technik, Band 49, Erg¨anzungsband 2, p.252, ISSN0939-4990で与えられている。この文献はここに参照によって組み込まれる。分類結果に依存して、周期性閾値C0がデータ・ユニット３によって設定される。さらに、患者５が、ユーザー・インターフェース１９によって、たとえば療法運動の一部として、どの型の動きを自分が現在実行しているかを述べてもよい。もし該当するなら、カップを持ち上げるまたはドアを開けるといった非周期的な活動が、H Junker, "Human Activity Recognition and Gesture Spotting with Body-Worn Sensors", Hartung-Gorre 2005, p. 37-72に記載されるような分類アルゴリズムを使って、データ・ユニット３によって認識されることができる。この文献はここに参照によって組み込まれる。
【００３３】
分類手順は、図４および図５に描かれるような測定データを使う。図４は、歩いているときの患者５の手首のまわりの二つの加速度計６、６′の生の加速度計読み出しを示している。一つのチャネルからの読み出しが示されている。図の上の部分では、右腕の動き２１が、図の下の部分では左腕の動き２２が示されている。動きの周期性および対称性の両方に留意されたい。図５は、紅茶を飲んでいるときの患者５の手首のまわりの二つの加速度計６、６′の生の加速度計読み出しを示している。はっきり見て取れるように、患者５は右腕を動かすが、左腕は止まっている。この場合、周期性も対称性も観察できない。
【００３４】
こうした測定データが、周期的な動きの型（歩く、走るなどといった）を検出するために、データ・ユニット３によって使用される。この目的のため、測定データは二次元加速度計ヒストグラムと比較される。ここで、垂直‐水平の加速の変化が時間の経過とともにプロットされている。換言すれば、センサー測定値間の差が、理想的な動きからの逸脱、たとえば基準パターンとして使われる加速度計ヒストグラムからの逸脱を決定するために使われる。加速度計ヒストグラムは、既知のヒストグラムである、すなわち多数の類似の患者動きを使ってあらかじめ生成され、データ・ユニット３に記憶されているか、あるいは自己生成される、すなわちデータ・ユニット３によって今の患者および／または他の患者の以前の測定データを使って生成されるかのいずれかである。
【００３５】
そのような加速度計ヒストグラム２３の一例が図６および図７に示されている。これらは二つの動き（この場合、ゆっくり階段を上ることと早く階段を上ること）の分類を示す。エントリーの明るさが、x方向およびy方向の個別的な加速についての加速の変化の大きさを表す。これらの加速度計ヒストグラムから、患者の動きの型がデータ・ユニット３によって決定される。
【００３６】
同時に、データ・ユニット３は動きの周期性Cを定量化する（ステップ１０２）。これは、データ・ユニット３が動きの周期性Cを表す数値的な値を計算することを意味する。
【００３７】
次のステップ１０３では、データ・ユニットは、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0を超えるかどうかを検証する。実装されるアルゴリズムに依存して、本発明の別の実施形態では、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0に等しいことが十分であることもありうる。周期性閾値C0を超えている場合、すなわち、患者の肢の動き周期的な動きがある場合、データ・ユニット３は、次のステップ１０４で動きの同時性Sを決定する。
【００３８】
周期性閾値C0を超えていない場合、周期的な動きが得られないので、データ・ユニット３は動きの同時性Sを決定しない。
【００３９】
データ・ユニット３が動きの同時性Sを決定する場合、同時性閾値S0がデータ・ユニット３によって設定される。同時性閾値S0は、ステップ１０１の動き分類に依存してデータ・ユニット３によって設定される。たとえば、動き分類によって患者５がある種の動きを実行していることが明らかになる場合、同時性閾値S0は、探索表〔ルックアップ・テーブル〕において定義される、この特定の動きを指す（そして任意的にこの特定の患者５を指す）レベルに設定されることになる。換言すれば、同時性閾値S0についての決定をするときに、分類が考慮に入れられるのである。同じことは、周期性閾値C0についても当てはまる。それも動きの型に依存する。
【００４０】
本発明のあるさらなる実施形態では、同期性閾値S0は――少なくとも特定のモニタリング時間以降は――データ・ユニット３によって、以前のおよび／または現在の同期性値Sに依存して動的に適応される。こうして、個別的な患者５の治療進行を考慮に入れることができる。
【００４１】
同期性閾値S0が決定されたのち、それはデータ・ユニット３によって測定された実際の同期性の値Sと比較され、所望される同期性に達しているか否かが評価される（ステップ１０５）。
【００４２】
歩くまたは走るといった周期的活動については、患者５の腕が自由に、対称的な振幅をもって振れることが期待される。これは、たとえば鞄を運ぶまたは階段の手すりをつかむときには当てはまらないことがありうる。そこで、これらの型の動きは、非周期的な動きとして分類されて、評価はされない。
【００４３】
所望される同期性に達している場合、その後のステップ１０６で、データ・ユニット３は動きの同期性の値Sを記憶する。代替的には、患者５の実際の動きが期待を満たさない場合、データ・ユニット３は、データ・ユニット３のデータ記憶装置１４に同期性の値Sを記憶し、ステップ１０７で、わかったことについて患者５に通知する。つまり、データ・ユニット３は患者５に、前記時間以降に患者が動きを実行する対称性の度合いについてのフィードバックを与える。こうして、結果を患者５にすぐフィードバックできる。しかしながら、結果は、たとえばデータ記憶装置１４に、あるいは外部の中央記憶装置１５に記憶され、治療担当者によってオフラインで解析されることもできる。
【００４４】
通知は、オーディオおよび／またはビデオの信号発信または対応する肢の機械的／電気的な刺激によって実行されることになる。通知手段２５、特にオーディオおよびビデオ信号発信手段は、好ましくは、患者５が身につける、あるいは患者５が携行するデータ・ユニット３に含まれる。そのような信号発信手段はたとえば、スピーカー、数字、点滅ランプ、たとえばLED灯、カラー・インジケータなどを含みうる。
【００４５】
本発明を用いて、最初の単純な型のフィードバックが患者５に与えられることができる：単一の肢の全体的な活動が評価される（たとえば24時間にわたる積分）ことができ、たとえば「今日は左側の使用がかなり低いです。ご注意ください」とか「今日は左側の使用が昨日よりかなり多いです。この調子で進むようにしてください」といった形で、患者５へのフィードバックが与えられることができる。これは、かなり安定したレベルのパフォーマンスを有していて、軌道に維持してやればいいだけの患者５にとって好適なアプローチである。
【００４６】
しかしながら、動き分類解析は四肢全部について実行されるので、より精巧なフィードバックを与えることもできる：周期的な型の動きについて、対称性解析が実行され、患者５へのフィードバックは、たとえば、「歩く動きを支持するためにもっと積極的に左腕を使うようにしてください」など、個別的になることができる。換言すれば、四肢の非対称的な使用が認識される場合、モニタリング・システム１は患者５にしかるべく思い出させるのである。
【００４７】
カップを取り上げたりドアを開けたりといった非周期的な活動については、動きが対称的であると期待することはできない。したがって、そのデータは異なる仕方で扱われなければならない。好ましくは、データ・ユニット３は、患者５が、ドアを開けるなどの活動のために丈夫な側のみを使うことによって、一方の側の弱さを補償するかどうかを評価するよう適応される。そのようなパターンが認識される場合、データ・ユニット３は患者５に、通知手段２５によって思い出させる。
【００４８】
通知の時間は、実際の患者の動きに依存する。換言すれば、患者５は、ある種の動きの進行または退行については通知されない。たとえば、患者が実際に走るのをやめて今はお茶を飲んでいるとき、走っているときの左腕の活動状態については通知されない。しかしながら、患者５が再び走り始めるとすぐ、しかるべく通知される。
【００４９】
データ・ユニット３によって実行されるデータ解析は、個別的な患者５について所望される療法アプローチに依存して、種々のレベルであることができる。データの評価はたとえば、履歴データ（傾向、改善）との比較で、あるいは治療担当者によって定義されているまたは以前のもしくは現在の測定データおよび／または評価結果に依存してデータ・ユニット３によって動的に設定される閾値レベルとの比較で、なされることができる。
【００５０】
データは、通常の仕方でなされる並行する療法の結果を評価するために使われることもできる。特に、本発明は、両側トレーニング（bilateral training）および抑制療法（constraint-induced therapy）といった特定の型の理学療法をサポートするために使うこともできる。これは、治療担当者の仕事の結果および品質について、治療担当者にフィードバックを与えることができる。
【００５１】
本発明はまた、特に長期の周期的な動きのあるスポーツ（すなわち、ランニングおよび水泳）において、トレーニングを支援し、最適化するために使うこともできる。ここでは、非対称性の解析は、動きパターンを最適化するのを助けることができる（これは現在はルームランナー上で、およびビデオ解析を用いてなされている）。トレーニングの際の非対称性の発達は、傷害（たとえば過剰使用／疲労に起因する）の早期の指標ともなりうる。
【００５２】
適用経路（application paths）のいくつかは、データのオフライン解析（たとえばパソコンまたはノートブックでの）を必要とし、理学療法士による専門的な支援に関わることになり、よってそれぞれのインフラストラクチャーを必要とすることになる。この場合、データ・ユニットの機能は外部のオフライン解析ユニット２６によって実装される。
【００５３】
本発明が上記の例示的な実施形態の詳細に限定されるものではないこと、本発明がその精神または本質的な属性から外れることなく他の個別的な形態で具現されてもよいことは当業者には明らかであろう。したがって、本稿の実施形態はあらゆる観点において、制限的ではなく例示的であると考えられるべきであり、本発明の範囲は以上の記述ではなく付属の請求項によって示される。請求項の意味および等価の範囲内にはいるあらゆる変更は、本発明に含まれることが意図されている。さらに、「有する」の語が他の要素やステップを排除するものではないこと、「ある」の語が複数を排除しないこと、コンピュータ・システムまたはその他のユニットといった単一の要素が請求項に記載されているいくつかの手段の機能を果たしてもよいことも明らかであろう。請求項に参照符号があったとしても、当該請求項を限定するものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に基づくシステムを身につけているユーザーを示す概略図である。
【図２】本発明に基づくシステム構成要素を示す概略図である。
【図３】本発明に基づく方法の簡略化されたフローチャートである。
【図４】患者がお茶を飲んでいるときのセンサー読み出しを示す図である。
【図５】患者が歩いているときのセンサー読み出しを示す図である。
【図６】第一の加速度計ヒストグラムを示す図である。
【図７】第二の加速度計ヒストグラムを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ モニタリング・システム
２ 測定ユニット
３ データ・ユニット
４ バッテリー
５ 患者
６ 加速度計
７ 患部の肢
８ 健常な肢
９ 加速度計
１０ （欠番）
１１ データ通信設備
１２ データ通信設備
１３ データ・ケーブル
１４ データ記憶装置
１５ 外部の中央記憶装置
１６ 無線通信回線
１７ 処理手段
１８ コンピュータ・プログラム
１９ ユーザー・インターフェース
２０ （欠番）
２１ 右腕の動き
２２ 左腕の動き
２３ 加速度計ヒストグラム
２４ 加速度計ヒストグラム
２５ 通知手段
２６ 外部の解析ユニット
１００〜１０６ 方法のステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
肢の機能的使用をモニタリングする方法であって：
・モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットを使って、動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行し、
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知する、
ステップを有する方法。
【請求項２】
動きデータを解析する前記ステップが患者の動きを分類することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記の動きの分類に依存して周期性閾値C0が設定される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
動きの同期性Sが、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0を超える場合にのみ決定される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記の動きの分類に依存して同期性閾値S0が設定される、請求項２記載の方法。
【請求項６】
同期性閾値S0が先行するおよび／または現在の同期性の値Sに依存して動的に適応される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
動きの同期性Sが同期性閾値S0と比較され、動きの同期性の値Sが同期性閾値S0を下回る場合に患者が通知される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
通知の種類が判別された同期性の値Sに依存する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
通知時間が実際の患者の動きに依存する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
肢の機能的使用をモニタリングするシステムであって、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行され、動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行するよう適応された測定ユニットと、データ・ユニットとを有しており、前記データ・ユニットは：
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／または前記判別の結果について前記患者に通知する、
よう適応されている、システム。
【請求項１１】
前記測定ユニットがいくつかの慣性センサー、好ましくは加速度計および／または磁気計を含む、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
コンピュータにおいて実行されるときに、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットによって実行される恒常的かつ監督されない測定の際に得られた動きデータを使って四肢の機能的使用をモニタリングするコンピュータ・プログラムであって：
・前記動きデータを解析するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知するためのコンピュータ命令とを有する、
コンピュータ・プログラム。
【請求項１】
肢の機能的使用をモニタリングする方法であって：
・モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットを使って、動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行し、
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知する、
ステップを有する方法。
【請求項２】
動きデータを解析する前記ステップが患者の動きを分類することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記の動きの分類に依存して周期性閾値C0が設定される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
動きの同期性Sが、動きの周期性の値Cが周期性閾値C0を超える場合にのみ決定される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記の動きの分類に依存して同期性閾値S0が設定される、請求項２記載の方法。
【請求項６】
同期性閾値S0が先行するおよび／または現在の同期性の値Sに依存して動的に適応される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
動きの同期性Sが同期性閾値S0と比較され、動きの同期性の値Sが同期性閾値S0を下回る場合に患者が通知される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
通知の種類が判別された同期性の値Sに依存する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
通知時間が実際の患者の動きに依存する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
肢の機能的使用をモニタリングするシステムであって、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行され、動きデータの恒常的かつ監督されない測定を実行するよう適応された測定ユニットと、データ・ユニットとを有しており、前記データ・ユニットは：
・前記動きデータを解析し、
・前記動きの周期性Cを判別し、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別し、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／または前記判別の結果について前記患者に通知する、
よう適応されている、システム。
【請求項１１】
前記測定ユニットがいくつかの慣性センサー、好ましくは加速度計および／または磁気計を含む、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
コンピュータにおいて実行されるときに、モニタリングされる患者によって少なくとも一部が携行される測定ユニットによって実行される恒常的かつ監督されない測定の際に得られた動きデータを使って四肢の機能的使用をモニタリングするコンピュータ・プログラムであって：
・前記動きデータを解析するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの周期性Cに依存して前記動きの同期性Sを判別するためのコンピュータ命令と、
・前記動きの同期性の値Sを保存し、および／またはわかったことについて前記患者に通知するためのコンピュータ命令とを有する、
コンピュータ・プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００９−５３８６３６（Ｐ２００９−５３８６３６Ａ）
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５７８８４（Ｐ２００８−５５７８８４）
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５０７７５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１０２１３４
【国際公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５０７７５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１０２１３４
【国際公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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