JP2017503628A - 体の特徴を測定するためのシステム、装置、および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光学マッピングを使用して体の特徴の三次元マッピングを生成するためのシステムであって、捕捉シート上の少なくとも１つの登録マークの所定の軸に沿った移動を測定することと、少なくとも１つの登録マークの移動のこの測定値を使用して体の特徴の指標を提供するための手段とを含む。本発明はまた、体の特徴を測定するための装置、および体の特徴を測定する方法も提供する。

Description

本発明は、体の特徴を測定するためのシステムおよび方法に関する。本発明のシステムおよび方法は、特に、但しそれだけではないが、個々の人体の特徴によるマットレス選択に関連する。

マットレスを購入または選択する際、ユーザの個々の体の特徴に適合するマットレスを選択することに関してユーザを案内する情報は、現在のところほとんど存在していない。マットレスは、基本的品質から高品質の汎用範囲として提供されており、ユーザの個々の体格は考慮に入れられておらず、マットレスの特徴をユーザの身体的特徴に合致させる試みもない。これは、たとえば、その選択プロセスが、靴を選択する際、足の長さ、幅、およびアーチ高さを含むユーザの身体的特徴を考慮に入れることを伴い、靴は、関連するパラメータによって分類される靴の選択プロセスとは全く対照的である。

最近の研究（Ｂａｉｎ，１９９７年、Ｐｈｄ Ｔｈｅｓｉｓ、サリー大学）は、ユーザの体格と最適なマットレス特徴の間には特定の関係が存在することを示している。たとえば、（背中の痛みを防止するために望ましいと通常認識される）側臥位にあるときに脊椎の整合を維持するために、マットレスの最適な硬さは、大転子および腸骨などの骨ばっている隆起の矢状面（ｓａｇｇｉｔａｌ ｐｌａｎｅ）からの幅、およびユーザの体質量分布に応じて決まる。マットレスは、正しい量の抵抗をもたらしてこれらの骨ばっている隆起がマットレス内へと正しい距離だけ変位して真っすぐな脊椎を保つことを可能にする必要がある。必要とされる抵抗の量は、言及したユーザのパラメータに応じて決まる。

通常、あおむけになったとき、腰部の湾曲、胸部の湾曲、および頸部の湾曲を含む脊椎の自然な曲率が快適になるように維持されるべきであることが認識される。ここでも、これらの湾曲を維持するためのマットレスの最適な快適性は、個人ユーザの形状に応じて決まることが示されている。たとえば、よりきつい（より小さい半径の）腰部の湾曲を有するユーザは、マットレスの隣接する領域間により大きい降伏差を有するマットレスを必要とし得る。これは、マットレスの硬さだけではなく、支持体の空間分解能（たとえば１平方メータあたりのばね、または発泡体プロファイル密度）および詰め物の上部層の引張特性にも影響を与える。全体的に軟質であるが、ばねの非常に荒い分布または剛性のハンモック様カバーを有するマットレスは、しっかりと強調された腰部の湾曲を収容することはできない。

本発明は、マットレス選択を支援する目的で、個人ユーザの突出部パラメータを測定し分析するための、設定または操作に正確性をほとんど必要としない安価なシステムおよび装置に関する。

これまで、マットレスの選択についての情報を与えるために使用され得る、個人ユーザに関連する情報を提供することを試みて、いくつかの措置がとられてきた。

１つの例は、圧力マッピングである。この方法では、圧力センサの二次元配列からなる圧力マッピングデバイスが使用されて、マットレス上に横たわっているときのユーザの皮膚上の圧力分布の二次元マップを表示する。通常、マットレス内の特定のパラメータが、圧力分布を最適化するために変更され得る。この方法は、いくつかの問題を有する。１つの問題は、良好な姿勢を維持することに関連して、何が、良好なまたは良好でない圧力分布を構成するかがよく知られていないことである。圧力マップの現在の理解および解釈は、主に、病院患者における圧迫潰瘍の問題に焦点があてられており、そのため、皮膚灌流圧の低下を招き得る高圧領域を位置付けることにより関心を向けている。ピーク圧力値を最小限に抑えるように膨張圧力を調整するための方法は、皮膚健康を維持する上で効果的になり得るが、良好な寝様を維持するにはほとんど価値がない。

さらに、圧力マッピング技術は高価であり、その経費は、数多くの小売店ではひどく高くなり得る。有効な結果を得るような方法で圧力マッピングシステムを維持し、較正し、作動させるには、多くの専門家の科学的専門知識もまた、必要とされる。このレベルの専門知識は、小売店の状況では非常に手に入れにくいものである。

最近になって（Ｂａｉｎ、Ｈｕｂｂａｒｄ、Ｗｏｏｌｆｓｏｎ）、体の基本的な簡略化された形状を捕捉するためのシステムが、開発された。この形状は、次いで、体形状をマットレスの選好に関連付ける履歴データと共に使用され得る。このシステムは、特許文献１において公開されている。

米国特許出願公開第２０１１／０００９７７６号明細書

しかし、このシステムもまた、特定の限定事項を呈していた。体の三次元形状が捕捉されなかった。体のタイプについての情報は、正面図および側面図の二次元シルエットからのみ推測され、したがって、一部の大まかな仮定に頼り、体タイプを大まかに分類することしかできなかった。

さらに、立っている位置での体形状の捕捉は、横たわっている間の体形状を表わすものではないと一部の当業者によって考えられてきたが、横たわっている間に捕捉された形状が、体姿勢がすでに歪められた状態の非理想的な状態を表わすこともまた広く認識されていた。

本明細書を通じて「人」および「体の特徴」に言及することは、ヒトまたは動物およびヒトまたは動物の体それぞれを意味すると解釈されうるものであることを理解されたい。したがって、本発明は、ヒトおよび動物両方の寝具類に適用する。

本発明は、光学マッピングを使用して体の特徴の三次元マッピングを生成するためのシステムであって、体上の少なくとも１つの点の所定の軸に沿った移動を測定するための手段と、少なくとも１つの点の移動のこの測定値を使用して体の特徴の指標を提供するための手段とを備える、システムを提供する。

好ましくは、システムは、可撓性表面を有する装置であって、体が可撓性表面上に置かれたときに可撓性表面の移動の程度を捕捉するように構成される、装置を備える。

理想的には、システムは、可撓性表面を有する装置であって、前記体が前記可撓性表面上に置かれたときに可撓性表面の移動の程度を測定するように構成される、装置と、重力によって及ぼされる圧力より小さい、体に及ぼされる有効圧力を提供するための手段とを備える。

システムは、好ましくは、支持手段と、可撓性表面とを備え、可撓性表面および支持手段は、互いに共働して、可撓性表面上または可撓性表面に接して置かれた体との間の接触面をモデル化することを可能にする。

支持手段は、任意選択により、支持フレーム、ばねなどの支持付勢手段、またはプラットフォーム、好ましくは剛性プラットフォームを備えることができる。

システムは、マットレスの選択のための推奨を提供するために、三次元形状および／または圧力分布情報を、これらのパラメータをマットレスの選好に関連付ける既存のデータと組み合わせるための手段を備えることができる。

別の態様では、本発明は、関連する体の特徴を、特にマットレス選択のために測定するための装置であって、体と支持表面の間の接触面をモデル化する、好ましくは、体と支持表面の間の低減された圧力によってモデル化することを可能にするように構成された捕捉シートを備える、装置を提供する。装置は、マットレスの選択のための推奨を提供するために、三次元形状および／または圧力分布情報を、これらのパラメータをマットレス選好に関連付ける既存データと組み合わせるための手段を備えることができる。

有利には、この実施形態では、接触面は、傾斜したプラットフォーム上で横になっている間、対象の形状を測定することによって特徴付けられる。

好適には、接触面は、対象と接触面の間の接触面圧力分布を測定することによって特徴付けられ、好ましくは、接触面圧力分布を測定することは、シート材料で対象の形状上を覆うことによって達成され、この材料の形状は、次いで、記録される。

好ましくは、材料の形状の記録は、シート材料上にマークされたまたは投影された登録点を斜め方向に撮影することによって実施される。

代替的には、材料の形状の記録は、シート上にマークされたまたは投影された登録点を立体的に撮影することによって実施される。

好ましくは、登録点は、１つの角度から投影され、別の角度から撮影されて、三次元の位置情報を生成する。

最も好ましくは、シート上の登録点は、プラットフォーム平面に対してほぼ垂直に移動し、１つのカメラのみを使用しての三次元形状の近似を可能にする。

さらに別の態様では、本発明はまた、光学マッピングを使用して体の特徴の三次元マッピングを生成する方法も提供する。したがって、本発明は、マットレス選択のための推奨を提供するために、三次元形状および／または圧力分布情報を、これらのパラメータをマットレス選好に関連付ける既存のデータと組み合わせるステップを含む方法を提供する。

圧入硬度、詳細な形状に適合させる能力、および偏向への粘性回復の速度を含むマットレスの機械的特性を決定するための技術が存在する。これまでの研究では、さまざまに異なる体タイプを有する人は、それぞれの関連する異なる特性を有するマットレス上で最適に支持されることを実証している。たとえば、鋭敏な骨突起部を有する非常に軽い体重の人は、非常に軟質の表面を必要とし、それにより、体の形状は、わずかな力で収容され、したがって圧力を大きな領域にわたって分散させる。しかし、大きく重い体重の人は、そのようなマットレス内を下まで沈み、下方の硬い表面上に載る。別の例として、ゆっくり動く粘性タイプの発泡体を含むマットレス上の体重が重い人は、横たわる何分かにわたって形成された「くぼみ」内から抜けだせなくなる傾向があり、それにより、その後の向き変えまたは位置変えが難しくなる。体重が軽く、より機敏な人はこれらの問題を経験せず、粘性発泡体の改良された適合特性から恩恵を得る。肩幅、腰幅、リンゴまたは桃タイプの肥満、腰部、胸部、および頸部領域内の自然な脊椎湾曲などのさらなる身体的特性すべては、好ましいマットレスタイプに影響を与え、これは、個人の消費者の好みによって経験的に検証され、個人の消費者の形状に関連付けられている。

本発明のシステム、装置、および方法は、横になった位置の直接的捕捉の目的で水平の剛性プラットフォームに連結された捕捉シートを用いても、または立っている位置の直接的捕捉のために縦方向の剛性プラットフォームからであっても、または「低減された有効重力」の横向きになった位置の角度を変更するためにそれらの間のすべての点からであっても、本明細書において説明する実施形態のいずれにおいても働く。

代替的実施形態では、本発明のシステム、装置、および方法の機能の縮小されたバージョンが提供され、このバージョンは、浮遊布の代わりに圧力マッピング配列を使用する。圧力マッピングは、センサマップの形態または別の形で表面上、表面内、もしくは表面の下方に分散されたセンサまたはトランスデューサのシステムを使用して体と支持表面の間の接触面圧力測定値を測定することを伴う。それ自体、この機能の縮小された実施形態は、捕捉シート、カメラ、および３Ｄ画像データを提供する能力を含まないが、体が全重力で支持表面に接触したときに引き起こされる体形状のゆがみが取り除かれるので、強化された、または「より正確な」圧力マッピングデータを提供することになる。

この代替的実施形態では、システムは、体の輪郭または脊椎の湾曲についての３Ｄ情報を与えない。しかし、これは、圧力マッピング配列の上方に薄く標準化されたセル状発泡体マットレスが嵌合され得るベース上に圧力分布のマップを提供する。そのため、本発明のこの代替策の、機能の縮小された圧力マッピング実施形態は、剛性プラットフォーム１に連結された捕捉シート３（すなわち、可撓性の捕捉シートおよび支持手段を備えた「浮遊布」実施形態）を使用する本発明のシステム、装置、および方法の第１の実施形態で可能な姿勢情報をすべて与えるわけではないが、この低機能性の、圧力マッピング実施形態は、マットレス推奨のための有効基盤を提供することができる情報の収集を可能にする。

さらに別の代替的実施形態は、異なる視点からの生物測定データを捕捉するために支持手段／３Ｄ画像化方法を備えた圧力マッピングおよび捕捉シートの両方によって可能にされるシステムおよび装置を備える。

別の代替的実施形態では、システムは、可撓性シート／捕捉シートとベースプラットフォームの間の空気チャンバの膨張特性を調整するための手段を備えることができ、それによって捕捉シートとベースプラットフォームの間の空気チャンバの膨張特性は、姿勢に対する効果をリアルタイムで調べながら、たとえば、膨張圧力を調整することによって調整され得る。たとえば、腰部、胸部、および頸部の湾曲の三次元描写は、支持体の膨張圧力（そして硬さ）が調整される間、連続的に監視され得る。これは、個人に合わせたマットレスの理想の硬さ特性の処方を可能にする。これは、システムを水平に、または適切な補正率で傾斜させて実施され得る。

本発明のシステム、装置、および方法のさらなる特徴は、付属の特許請求の範囲に記載される。

本発明は、次に、本発明のシステムおよび装置の１つの実施形態を例としてのみ示した添付の図を参照して説明される。
この実施形態では水平面に対して角度を付けて上方向に延びる装置の支持プラットフォームにもたれかかった人の輪郭を示す、装置の１つの実施形態の斜視図である。 （ａ）はプラットフォーム上の布が、人の輪郭に押し付けられる前の、人がプラットフォームにもたれかかった状態の図１に示す装置の側面図、（ｂ）は図２（ａ）に示す装置の後面図である。 （ａ）はプラットフォーム上の布が、人の輪郭に押し付けられた後の、人がプラットフォームにもたれかかった状態の図１に示す装置の側面図、（ｂ）は図３（ａ）に示す装置の後面図である。 プラットフォームの上部に広げられた可撓性の捕捉シートの縁を閉じ込めるフレーム周囲部を備える剛性ベース／プラットフォームを示す、上方から見た本発明の装置を通る断面図である。 点線は、体Ｂをあてる前のシートの変形されていないトポロジを示し、この場合、体Ｂは、単一の楕円ボールによって表わされてシートに押し込められており、点線Ｌ１は、体Ｂをあてる前の可撓性シートの位置を示し、線Ｌ２は、体Ｂをあてた後の可撓性シートの位置を示し、点線Ｂ１は、捕捉シートと接触する前の体の位置を示し、点線Ｂ２は、捕捉シートと接触した後の体Ｂの位置を示す、縦方向の配向で示す捕捉シートの側面図である。 図５に示す組立体内のカメラからの視野を示す図である。 これは、ｄによる登録マークの縦方向移動としてカメラに明らかになる、ｚ軸内の登録マークの変位を示す図である。 距離ｄの移動は、図８のカメラ視野に示される、図７に示す組立体内のカメラからの視野を示す図である。 剛性のプラットフォームベース上に横たわる体の概略図である。 このとき、体は、水平から角度Ｂで傾斜された剛性ボード上で支持されている、図に示すのと同じ概略的な体の図である。

最初に図１を参照すると、本発明の装置の１つの実施形態が、参照番号１００によって全体的に示される。装置１００は、捕捉シート３と、この実施形態では、たとえば強化ガラスの透明プラットフォーム１を備える捕捉シート支持手段とを備える。この実施形態では、プラットフォーム１は、縦方向平面から角度を付けて傾斜されたベース２によって支持される。この角度は、人がプラットフォームに対して傾斜するように選択される。したがって、縦方向平面に対するプラットフォームの角度は、たとえば、１５度になり得るが、より小さくまたはより大きくして同様の効果を与えることもできる。しかし、水平から縦方向までのプラットフォームの傾斜のあらゆる角度およびその間のすべての点が、本発明のシステム、装置、および方法が効果的に働くことを可能にすることを理解されたい。透明プラットフォーム１の底縁には、プラットフォームに対して直角であるベース２が設けられる。

したがって、顧客がベース上に立ち、透明プラットフォーム１に接して後ろにもたれかかったとき、顧客の脚は自然な位置になり、体Ｂと捕捉シート３の間に及ぼされる力は、プラットフォーム１と水平平面の間の角度のコサインにより、顧客が水平のプラットフォーム上に横たわった場合に及ぼされる力に比べて大きく低減される。

ガラスの上側表面上は、可撓性布３の形態になり得る捕捉シート３で覆われる。捕捉シート３は、覆うことができる、たとえばストレッチライクラ（stretch Lycra）布である布から選択される。捕捉シート３は、透明プラットフォーム１に面する布３の側に、印刷されたパターン（たとえば、水平線３０のパターン）の形態である登録マークでマークされる。捕捉シート３は、（この特定の実施形態に示す）水平線３０のパターン、格子、または他の規則的なパターンなどの印刷されたパターン３０を有する。代替的には、格子または水平線または他のパターンまたはランドマークは、レーザ、プロジェクタ、または他の手段を使用して捕捉シート３の後部上に投影され得る。

捕捉シート３の他方の側（すなわちシステムおよび方法が使用されているときに体Ｂが接触する捕捉シート３の側）は、コーティングまたは他の処理剤で処理されて清潔性および耐久性を促進することができる。

捕捉シート３が形成される材料は、その特性が、これを「浮遊布」として機能させることを可能にするように選択される。この用語は、あたかも体Ｂが浮遊しているかのように、すなわち圧力分布の点から理想的な状態で支持されているかのように、捕捉シートが体Ｂの形状を描くことができることを意味する。

捕捉シートの好ましい特性は、これが、体の形状に合わせてうまく覆い、軽量であり、それによって、アーチファクトを引き起こさずに容易に吹き動かされることである。アーチファクトは、捕捉シート３の重量から引き起こされて捕捉シート３を垂れさせ、または捕捉シート３に体を覆わせるに必要とされる過剰な空気圧力または空気流から引き起こされて軟質の体組織の変形を引き起こし得る。

理想的には、捕捉シート３は、好ましくは全方向に伸長することができる材料から形成されるが、これは必須ではない。好ましくは、捕捉シート３は、比較的薄い伸長可能な布から形成される。さらに好ましくは、捕捉シートは、コーティングを有し、コーティングは、これが、コーティングを有さない材料から製造された可撓性シートより空気の透過性が小さくなることを可能にし、それによって捕捉シート３が体Ｂ上に／体Ｂに対して確実に吹き動かされるプロセスを容易にすると共に、適切な登録マーク（水平線パターン３０など）を捕捉シート３の後部に印刷することをより容易にする。

捕捉シート３は、クランプなどの固定手段によってガラス上に保持され得る。固定手段は、捕捉シート３の縁を透明プラットフォーム１にクランプするように機能するフレーム周囲部１１の形態になり得る。代替的には、固定手段は、捕捉シート３を透明プラットフォーム１に固定するための任意の他の適切な固定手段を備えることができる。

捕捉シート３を、人の体などの体Ｂに押し付けるための手段が提供され、たとえば、販促用膨張物、城形のトランポリン、またはキャンプ用マットレスに使用されるタイプのブロワなどの高流ブロワ（図示せず）が使用されて、布を吹き動かしてこれを人の背中に押し付け、人の全長に沿って延ばし、それによって測定される対象をこれに覆わせる。

空気圧力センサ（図示せず）もまた、空気圧力を測定するために含められ得る。

プラットフォームの少なくとも１つの後部コーナに配置されるのは、少なくとも１つのカメラ４であり、このカメラは、捕捉シート３の背部上に印刷された登録マークを捕捉するように構成され、より具体的には、少なくとも１つのカメラ４は、体Ｂが捕捉シート３と接触することによって引き起こされる登録マークのパターン内のゆがみを捕捉するように構成される。

最初に、図２ｂに示すように、捕捉シート３の乱れていないパターンは裸眼で見ることができ、これは、カメラ４によって検出される。

ブロワが起動され、シートと剛性プラットフォームの間の空間内に空気を供給するように作動し、布の背部が加圧され、これが、プラットフォーム１にもたれかかる人の背中に押し付けられたとき、図３に従い、捕捉シート３は、人の身体的要求事項に合致させるように特別に製造されるカスタムメイドのマットレスを購入することを望む顧客である人などの体Ｂの背中に沿って覆う。

捕捉シート３が体Ｂを覆うとき、登録マークパターン３０内の摂動が、体形状を三次元（３Ｄ）で画定する。これらの摂動は、２つのカメラを用いて立体的に視覚化され、またはより簡単には、元の平面からの格子上の参照点の移動を見る単一のカメラによって、簡単なピタゴラス三角法を用いて、各々の点が元の位置からほぼ直角に移動したと仮定することで、正確性をほとんど失わずにより簡単に推測され得る。これは、カメラ４によって記録され、画像処理アルゴリズムによって定量化されて、体、特に体Ｂの後部の三次元形状に対する近似をもたらす。

１０年にわたる研究により（Ｂａｉｎら、この特許明細書の最後の参照文献セクションに含まれた参照文献）、体形態とマットレス特徴の間の知られている関係が確立された。

本発明の装置およびシステムによって提供される、「低重力」、すなわち１０〜１５度の傾けられた位置で体形態を測定することは、実際の横になった位置の捕捉を可能にするが、このとき脊椎湾曲および軟質組織トポロジは、全重力下で経験されるはずの圧力によって歪められていない。本発明の装置、システム、および方法は、この実際の横になった位置を「低重力」で捕捉し、これは、さらに、最適な横になった形状が、体が水平位置に横たわっているときの個人の体の特有の要求事項に合わせて製造されるマットレスによって可能な限り保たれることを可能にする。

次に添付図の図４を参照すると、本発明の装置およびシステムの組立体が、さらに説明される。ベース（本明細書では「ベースプラットフォーム」または「プラットフォーム」と交換可能に称される）として機能する剛性プラットフォーム１は、フレーム周囲部１１を備え、このフレーム周囲部１１は、捕捉シート３をプラットフォーム１に連結するクランプとして機能し、剛性のベースプラットフォーム１の上部に位置するシート３の縁を閉じ込める。

図４に示す空気入口管１４が設けられたプラットフォーム１内のバルクヘッドポート１２は、空気をポート１２から吹き出すことによって体Ｂの周りを捕捉シートで覆い、それによって可撓性の薄い捕捉シート３を体Ｂに向かってかつその周りに押し付けるために、捕捉シート３と剛性ベースプラットフォーム１の間に空気がどのように送られ得るかの１つの例である。適切なポンプまたはブロワ（図示せず）は、１つの実施形態では装置およびシステムから遠くにあることを含めて、任意の場所に位置することができ、ブロワからの空気は、直接的にまたはチュービング１４を介してバルクヘッドポート１２に送られ得る。

シートは、弾性材料から形成されて覆うことを促進することができ、シートは、ポリウレタンなどのシーリング材料でコーティングされて膨張を促進することができる。このコーティングは必須ではなく、その理由は、シートを膨張させるためのブロワが、十分な能力を有して空気供給をシートと剛性ベースプラットフォームの間の空間内に提供し、それによってシートからのいかなる漏出または浸透に打ち勝つ限り、空気漏出は問題ではないためである。

膨張されたシートにあてられ、シートの変形を引き起こしている人体を通る断面が、図４に示される。このようにして、シートの形状は、人体の三次元形態をとる。

人体は、膨張の前にシート上に同じようにうまくあてられ、この場合、体の形状は、シートの膨張を妨げるが、それにも関わらず、同じ最終形状がシート上に達成され、シートは、ここでも、人体の形状をとる。膨張圧力は、図５および６にはこれが示されているが、人体をベースプラットフォームから持ち上げるほど大きくなる必要はない。
３Ｄ形状を捕捉するための光学的方法の説明
次に特に図５および６を参照すると、図５は、側部から見た、縦方向配向における捕捉シート３を示す。図６は、体Ｂ、この場合ボールが、捕捉シート３に接触させられたときに捕捉される、カメラ４からの視野を示す。ボールは、これが捕捉シート３との接触点においてのみ占有する体の第１の位置（Ｂ１）から移動する。点線（Ｌ１）は、捕捉シート３の最初の場所、すなわち、体（ボール）Ｂをあてる前の捕捉シート３の変形されていないトポロジを示す。この場合、動物（ヒトまたは動物）の体、または、無生物体）でもよい体が、単一の楕円ボールによって、シート内に押し込まれるように表される。線Ｌ２は、体（ボール）がこれにあてられた後の捕捉シート３の最終場所を示し、体の対応する位置は、位置Ｂ２のボールによって表されている。

最初の登録マーク、この場合登録点Ｐは、シート上にマークされ、この例では、登録マークは、シート上の単一点において十字で示される。ボールをあてる前、シートの表面上のこの点は、位置Ｐ１（「前の登録点」）にある。ボールＢをあてた後、登録点Ｐは位置Ｐ２（「後の登録点」）に移動する。

カメラは、シートの載置平面に対して垂直であるｚ軸として称されるものである点Ｐの動作の方向からずらして配置される。この実施形態では、図５に示すように、カメラは、ｚ軸の下方にずらして、床レベルに、上方向を見るように配置される。

図６は、カメラからの視野を示す。最初、カメラは、位置Ｐ１にある登録点を見る。点の３Ｄ位置が、ｘ軸がこの視野における点Ｐの知られている水平位置を表し、ｙ値がこの視野における点Ｐの知られている縦方向位置を表す、デカルトフォーム（ｘ、ｙ、ｚ）で表されるものとして考えて、ｚは、３番目の次元、ｚ軸における点Ｐの偏向を表わすものとする。点Ｐが、主にｚ方向に、かつｘ方向またはｙ方向には非常に少ない移動で移動することが、正確性の妥当な限界内で想定され得る。

ボールが捕捉シートにあてられるとき、捕捉シートは、線Ｌ２によって示す新しい形状をとり、登録点は点Ｐ２に移動する。これは、図６のカメラによって、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの登録点の上方向の移動として観察される。

図７を参照すると、ｚ軸における登録マークの変位が、ｚとして示される。これは、カメラには、距離ｄ分の登録マークの縦方向移動として明らかになる。距離ｄのこの移動は、カメラ視野に示され、これは、図８に見られる。

点Ｐの位置およびカメラの知られている配向を知ることにより、カメラの入射角度（ａ）が、知られる。簡単な三角法が、次のフォームのｄに基づくｚの算出を可能にする。
Ｚ＝ｄ／ｓｉｎ（ａ）
この手段により、このとき、点Ｐに関するデカルト座標のｚ値が知られ、それと共にｘおよびｙはすでに知られている。

したがって、知られている位置内に複数の認識可能な登録点を有することにより、偏向されたシートの表面の三次元マップを作り出すことが可能である。こうして、シートが体の形状を覆ったとき、体形状は、三次元で復元され得る。

シート上の登録点は、知られているジオメトリ、たとえば格子のようなマークの配列の形態をとることができる。

点ごとに、知られているｙ値（シート上の縦方向位置）が知られ、適切な視野角度ａをカメラ視野に合わせて算出することを可能にし、こうして適切な１／ｓｉｎ（ａ）スケーリング係数でｚを導出する。

１つの実施形態では、捕捉シートは、水平線３０でマークされ得る。本方法のこの実施形態では、水平線の両端が偏向されないままで、フレームによって捕らえられると仮定され得る。したがって、線上の任意の点のｄ値は、両端部間の直線からのその逸脱によって決定され得る。

代替的には、別の実施形態では、縦方向線または格子パターンが、登録マークとして使用され得る。

代替的には、格子または線をシート上に直接的にマーキングする代わりに、これらは、レーザ、スライドプロジェクタまたは他の手段によって投影され得る。プロジェクタの位置が知られているという条件で、簡単な三角法が、ここでも、表面上の任意の点においてデカルト座標のｚ値を生成する。

参照点を自動的に特定し、その位置を算出するための数多くのソフトウェア技術が存在する。通常、これらは、ストライプ、正方形、または他の適切なジオメトリの縁における輝度の移行を認識する形態をとる。

効果的な重力低減の説明
図９は、頭部Ｈ、胴部Ｔ、および脚部Ｌを有する名目上の体形態を含み、水平の剛性ベースプラットフォーム１上に横たわって表されている体Ｂの概略図を示す。図９では、この図は、可撓性関節によって連結された、頭部、胴部、および足部のセクションとして簡略化されている。各々の体セグメントは、重力によるそのそれぞれの体重を有し、これは、次の体セグメント体重：足の体重Ｗｌ、胴部の体重Ｗｔ、および頭部の体重Ｗｈによって図９に表される。

水平のプラットフォーム１上では、静的平衡は、異なる体部分に関連する反力が、等しく、そのそれぞれの体重に対向することを決定付ける。したがって、それぞれの体セグメントの体重を支持するための反力は、脚部の反応Ｒｌ＝Ｗｌ；胴部の反応Ｒｔ＝Ｗｔ、および頭部の反応Ｒｈ＝Ｗｈである。接触面の圧力マップは、体重を各々の体セグメントに関連するこれらの比率で明らかにする。

図１０は、現在水平から角度Ｂで傾斜された剛性プラットフォーム１上に支持されている、図９に示す同じ概略的な体を示す。

各々の体セグメント、すなわち頭部、胴部、および脚部は、重力により、依然として同じ体重、それぞれＷｌ、Ｗｔ、およびＷｈを有する。しかし、この実施形態では、ボードと体の間に摩擦無しの接触が仮定される場合、ボードからの反応は、ボードに対して垂直にのみ起こる。したがって、各々の体セグメントごとに、体重は、ボードに対して垂直な垂直成分Ｗ（Ｐ）およびボードに対して接線方向の接線方向成分Ｗ（Ｔ）からなると考えることができる。剛性プラットフォームによってもたらされた反力は、垂直成分に対処し、一方で接線方向成分は、ボードの下側端部にある踏み板によってすべてもたらされる。

たとえば、胴部セクションを考えると、体重Ｗｔは、ボードに対して垂直および接線方向それぞれの成分Ｗｔ（Ｐ）およびＷｔ（Ｔ）の合計である。

したがって、胴部とボードの間の接触面における力センサが、Ｗｔ（Ｐ）と等しいものとしてＲｔを記録し、一方でＷｔ（Ｔ）は、踏み板に伝えられる。Ｒｔの新しい値は、Ｗｌ×ｃｏｓ（Ｂ）として算出することができ、ここでＢは、水平からのボードの傾斜である。

重要なことに、すべての体部分は、同じ角度で傾斜された同じ剛性プラットフォーム上にあるため、これらすべては、係数ｃｏｓ（Ｂ）の乗算からなる垂直反力において同じ低減を経験する。したがって、反力が低減されるが、これらは、依然として、元の水平ボード上と同じ割合にある。

事実上、「低減された有効重力」状態下の圧力分布が、本発明のシステム、装置、および方法を使用して観察され、測定され得る。

したがって、角度Ｂを知ることにより、傾斜された剛性プラットフォーム上の力または圧力の分布を測定し、その後、これが水平表面上にあるときの体上の圧力分布を算出することが可能である。

捕捉シート３が傾斜された剛性プラットフォーム１に接しているこの実施形態は、以下の理由により有利である。
１．平坦なボード上に横たわるよう人に求めることは一部の状況（たとえば店）においては、不便または不快になり得る。平坦なボードは、床空間の多くを占有し、顧客はこれを行うのに気が進まないこともある。傾斜したプラットフォームは、床空間をあまり使用せず、同じ情報を提供することができる。
２．全重力状態で平坦に横たわることで、骨格姿勢をゆがませ、軟質組織も変形させる。顧客からの情報（形状、または圧力分布）をこのように導出することは、理想的とは言えない状況下で情報を記録することである。傾斜された平面は、妥協を可能にし、それによって実際の横になった位置がとられるが、全重力のゆがみ効果は受けない。

本発明の光学捕捉システム、装置、および方法は、横になった位置の直接的捕捉の目的で水平の剛性プラットフォームに連結された捕捉シートを用いても、または立っている位置の直接的捕捉のために縦方向の剛性プラットフォームからであっても、または「低減された有効重力」の横向きになった位置の角度を変更するためにそれらの間のすべての点からであっても、本明細書において説明する実施形態のいずれにおいても働く。

代替的実施形態では、本発明のシステム、装置、および方法の機能の縮小されたバージョンが、提供され、このバージョンは、浮遊布の代わりに圧力マッピング配列を使用する。圧力マッピングは、センサマップの形態または別の形で表面上、表面内、または表面の下方に分散されたセンサまたはトランスデューサのシステムを使用して体と支持表面の間の接触面圧力測定値を測定することを伴う。典型的な圧力マッピングシステムは、Ｘｓｅｎｓｏｒ（商標）またはＴｅｋｓｃａｎ（商標）である。それ自体、この機能の縮小された実施形態は、浮遊布、カメラ、および３Ｄ画像データを提供する能力を含まないが、強化された、または「より正確な」圧力マッピングデータを提供することになり、その理由は、体が全重力で支持表面に接触面したときに引き起こされる体形状のゆがみが、取り除かれるためである。

この代替的な実施形態におけるこのシステムは、体の輪郭または脊椎の湾曲についての３Ｄ情報を与えない。しかし、これは、圧力マッピング配列の上方に薄く標準化されたセル発泡体マットレスが嵌合され得るベース上に圧力分布のマップを提供する。研究により、２つの重要な点が実証された：
１）マットレスの上部の圧力マッピングとは同一でない、薄いマットレス下の圧力マッピングが、直接的に関連付けられる。顧客とマットレスの間の接触面圧力分布パターンは、マットレスとベースの間の圧力パターンから直接的かつ正確に推測され得る。有利には、圧力マッピング配列は、剛性のベース上に平坦に保たれて、測定値がアーチファクトの影響を受けにくくし、より再現可能であり、より正確であるようにすると共に、圧力センサを保存する。
２）１０度または１５度の傾斜方法を用いる「有効低重力」において測定された圧力分布パターンは、プロプライエトリスケーリング（proprietory scaling）および解釈的アルゴリズムのみを必要として、全重力において測定された圧力分布パターンに直接的に対応する。

そのため、本発明のこの代替的な機能の縮小された圧力マッピング実施形態は、剛性プラットフォーム１に連結された捕捉シート３（すなわち、「浮遊布」手法）を使用する本発明のシステム、装置、および方法の第１の実施形態で可能な姿勢情報をすべて与えるわけではないが、本発明の低機能性の、圧力マッピング実施形態は、マットレス推奨のための有効な基盤を提供することができる情報の収集を可能にする。

さらに別の代替的実施形態は、システムおよび装置が、異なる視点からの生物測定データを捕捉するために圧力マッピングおよび浮遊布／３Ｄ画像化方法の両方によって可能にされるものである。

代替的な実施形態では、システムは、可撓性シート／捕捉シートとベースプラットフォームの間の空気チャンバの膨張特性を調整するための手段を備えることができ、それによって捕捉シートとベースプラットフォームの間の空気チャンバの膨張特性は、姿勢に対する効果をリアルタイムで調べながら、たとえば、膨張圧力を調整することによって調整され得る。たとえば、腰部、胸部、および頸部の湾曲の三次元描写は、支持体の膨張圧力（そして硬さ）が調整される間、連続的に監視され得る。これは、個人に合わせたマットレスの理想の硬さ特性の処方を可能にする。これは、システムを水平に、または適切な補正率で傾斜させて実施され得る。

本発明のシステム、装置、および方法の追加の用途／使用
最適なマットレス選択のために体を分類するために体の形状を捕捉するこの方法を使用すると同時に、本発明のシステム、装置、および方法は、他の用途に使用されてよいことが理解されよう。

たとえば、本発明のシステム、装置、および方法によって捕捉された体形状情報は、衣料品店において使用されて、衣料の最も適切なサイズおよび適合性を提案することができる。別の例として、データは、仕事場、台所またはワークステーションを個人に合わせてカスタマイズするときに人間工学的な目的で使用され得る。電子的に入手可能であるシステムから生成されるデータは、衣類または家具をオンラインで注文するときの「体サイン」として使用されてよい。

医療の用途は、手足の三次元ボリュームを監視することによって、浮腫などの状態の進行を追跡することを含むことができる。代替的には、復元または美容手術（乳房縮小）に関連する三次元の「前後」のショット向けにもなり得る。

スポーツの用途は、ジムにおけるシステムの使用を含むことができ、そのため、ユーザは、体格変更における自身の進行を監視することができる。

別の実施形態では、システムの簡略化されたバージョンは、建物に使用される幅木、張り出し、および他の物のプロファイルを測定して、たとえば、復元、同一化、または合致において支援することができる。明確には、この用途では、この明細書における「体」の参照は、無生物の物体を指すものとして解釈されるものである。

当然ながら、本発明は、本明細書において説明する詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義されることが理解されよう。
参照文献：
Ｂａｉｎ Ｄ、「Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｉｒ ｍａｔｔｒｅｓｓｅｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ ｓｅｑｕｅｌａｅ」、Ｂｒ Ｊ Ｎｕｒｓ、２０１１年１１月１０〜２３日；２０（２０）：Ｓ２９−３４
Ｂａｉｎ Ｄ、 Ｆｅｒｇｕｓｏｎ−Ｐｅｌｌ Ｍ， ＭｃＬｅｏｄ Ａ、「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｔｒｅｓｓｅｓ ｕｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍａｐｐｉｎｇ」Ｊ Ｗｏｕｎｄ Ｃａｒｅ、２００３年６月、１２（６）：２３１ −５
Ｂａｉｎ Ｄ， Ｓｃａｌｅｓ ＪＴ、Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ ＧＰ、「Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐａｔｉｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍｓ （ＰＳＳ） ｕｓｉｎｇ ａ ｐｈａｎｔｏｍ」、予備報告書、Ｍｅｄ Ｅｎｇ Ｐｈｙｓ、１９９９年６月、２１ （５）：２９３−３０１
Ｂａｉｎ Ｄ、「Ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｐａｔｉｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍｓ： ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｉｎｄｅｎｔｏｒ ｇｅｏｍｅｔｒｙ」、Ｊ Ｔｉｓｓｕｅ Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ、１９９８年１月、８（１ ）：１５−７
Ｊａｃｏｂｓｏｎ ＢＨ１、Ｇｅｍｍｅｌｌ ＨＡ、Ｈａｙｅｓ ＢＭ、Ａｌｔｅｎａ ＴＳ．「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ａ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｂｅｄｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｌｅｅｐ， ｌｏｗ ｂａｃｋ ｐａｉｎ、 ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｐａｉｎ，ａｎｄ ｓｐｉｎｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ」、Ｊ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｏｌ Ｔｈｅｒ、２００２年２月、２５（２）：８８−９２

Claims (33)

1. 光学マッピングを使用して体の特徴の三次元マッピングを生成するためシステムであって、前記体上の少なくとも１つの点の所定の軸に沿った移動を測定するための手段と、前記少なくとも１つの点の前記移動のこの測定値を使用して前記体の前記特徴の指標を提供するための手段とを備えることを特徴とするシステム。
2. 可撓性表面を有する装置であって、体が前記可撓性表面上に置かれたときに前記可撓性表面の移動の程度を捕捉するように構成される、装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 可撓性表面を有する装置であって、前記体が前記可撓性表面上に置かれたときに前記可撓性表面の移動の程度を測定するように構成される、装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 可撓性表面を有する装置であって、前記体が前記可撓性表面上に置かれたときに前記可撓性表面の移動の程度を測定するように構成される、装置と、重力によって及ぼされる圧力より小さい、前記体に及ぼされる有効圧力を提供するための手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記装置は、支持手段と、可撓性表面とを備え、前記可撓性表面および前記支持手段は、互いに共働して、前記可撓性表面上または前記可撓性表面に接して置かれた体との間の接触面をモデル化することを可能にし、任意選択により、前記支持手段は、支持フレーム、またはプラットフォーム、好ましくは剛性プラットフォームを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記接触面は、前記体と前記可撓性表面の間の接触面圧力分布を測定することによって特徴付けられることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記接触面は、前記可撓性表面上で横になっている間、前記体の形状を測定することによって特徴付けられることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記可撓性表面および前記プラットフォームは、これらが共働して、前記可撓性表面上に置かれた体との間の接触面をモデル化することを可能にする構成で互いに連結されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記可撓性表面は、前記体が捕捉シートと接触しない第１の位置（Ｐ１）と、前記体が捕捉シートに接触し、捕捉シートに対する前記体の作用が捕捉シート上の少なくとも１つの登録マークを所定の軸に沿って距離を進行させる第２の位置（Ｐ２）との間で移動可能である捕捉シートと、前記所定の軸に沿って前記距離を測定するための手段とを備えることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記装置は、前記体の少なくとも一部分の形状上を覆うように構成された可撓性材料のシートを備えることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記捕捉シート上に設けられた少なくとも１つの登録マークを斜め方向に撮影することによって前記距離を測定するための手段を備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
12. これは、前記捕捉シート上に設けられた前記少なくとも１つの登録点を立体的に撮影することによって実施されることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つの登録マークは、第１の角度から投影され、第２の角度から撮影されて三次元の位置情報を提供することを特徴とする請求項１１または１２に記載のシステム。
14. 複数の登録マークが、前記可撓性シート上に設けられ、体が前記可撓性シートを変形させたときの前記複数の登録マークの移動の程度は、少なくとも１つのカメラを使用しての前記体の三次元形状の近似を可能にすることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
15. 前記可撓性シートと前記プラットフォームの間に画定されたチャンバを備え、前記チャンバは膨張可能であることを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記体に対する効果をリアルタイムで調べながら、たとえば、前記膨張の圧力を調整することによって前記可撓性シートと前記プラットフォームの間の前記空気チャンバの膨張特性を調整するための手段を備える、前記可撓性シートと前記ベースプラットフォームの間の前記空気チャンバの膨張特性を調整するための手段を備えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 複数の登録点が、前記可撓性シート上に設けられることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のシステム。
18. 前記可撓性シートは、所定のパターンでマークされ、前記複数の登録点は、たとえば、次のグループ、すなわち水平線、格子パターン、縦方向線の１または複数から選択される、知られているジオメトリのマークの配列の形態をとることができることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 前記複数の登録点は、レーザ、スライドプロジェクタ、または前記可撓性シート上に登録点パターンを設けるのに効果的な他の投影手段を用いて前記点を投影することによって前記可撓性シート上に設けられることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 前記プラットフォームは、縦方向平面に対して角度を付けて傾斜されることを特徴とする請求項２乃至１９のいずれか一項に記載のシステム。
21. 特にマットレス選択のために体の特徴を測定するための装置であって、体と捕捉シートの間の接触面をモデル化することを可能にするように構成された捕捉シートを備えることを特徴とする装置。
22. 前記装置は、体と捕捉シートの間の前記接触面を、前記体と捕捉シートの間の低減された圧力を用いてモデル化することを可能にするように構成された捕捉シートを備えることを特徴とする請求項２１に記載の体の特徴を測定するための装置。
23. 前記装置は、前記捕捉シートを支持手段に固定するための手段を備えることを特徴とする請求項２１または２２に記載の体の特徴を測定するための装置。
24. 前記支持手段は、支持フレーム、またはプラットフォーム、好ましくは剛性プラットフォームを備えることを特徴とする請求項２１または２２に記載の体の特徴を測定するための装置。
25. 前記捕捉シートには、前記捕捉シートの一方側に少なくとも１つの登録マークが設けられることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか一項に記載の体の特徴を測定するための装置。
26. 前記捕捉シートには、複数の登録マークを含むパターンと、体が前記捕捉シートと接触したときに結果として生じる前記パターンの変形を検出するための手段とが設けられることを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか一項に記載の体の特徴を測定するための装置。
27. 体が前記捕捉シートと接触したときに結果として生じる前記パターンの変形を検出するための手段は、前記パターン内の変化を検出するように構成されたカメラを備えることを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか一項に記載の体の特徴を測定するための装置。
28. 体を分類するために前記体の形状を捕捉するための方法であって、
    （ａ）体の特徴の三次元マッピングを生成するステップと、
    （ｂ）前記体上の少なくとも１つの点の所定の軸に沿った移動を測定するステップ、および前記少なくとも１つの点の移動の前記測定による測定値を使用して前記体の特徴の指標を提供する手段と、
    （ｃ）マットレス選択のための推奨を提供するために、前記三次元形状および／またはステップｂ）から得られた圧力分布情報を、これらのパラメータをマットレス選好に関連付ける既存のデータと組み合わせるステップと
    を含むことを特徴とする体を分類するために前記体の形状を捕捉するための方法。
29. 前記体を載置し得る可撓性の捕捉シートを提供するステップと、
    前記可撓性の捕捉シートと共働するための支持手段を提供するステップと、
    第１の位置（Ｐ１）において少なくとも１つの登録マークを見るように構成されたカメラを提供するステップと、
    体をあてて前記可撓性の捕捉シート上に載置させるステップであって、それによって前記可撓性シートに新しい形状をとらせ、前記登録マークを位置Ｐ２まで移動させる、ステップと、
    前記第１の位置（Ｐ１）から第２の位置（Ｐ２）までの移動を記録するステップと、
    前記第１の位置から前記第２の位置までの移動を、距離ｄ分の軸ｚに沿った移動として登録するステップと、
    点Ｐに対するデカルト座標のｚ値を算出するステップと、
    知られている位置にある複数の登録マーク（Ｐ）に対して前記各ステップを実施し、それによって、偏向された前記シートの表面の三次元マップを作り出すステップであって、前記捕捉シートが体の形状を覆ったとき、前記体の形状は、三次元で復元され得る、ステップと
    を含むことを特徴とする請求項２８に記載の体の形状を捕捉する方法。
30. ある人にとって最も適切なタイプのマットレスを査定し、決定するために使用されることを特徴とする請求項２８または２９に記載の方法。
31. マットレス選定ための推奨を提供するために、前記方法の各ステップによって提供された前記三次元形状および／または圧力分布情報を、これらのパラメータをマットレス選好に関連付ける既存データと組み合わせる更なるステップを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
32. 以下の用途の任意の１または複数、すなわち手足の三次元ボリュームを監視することによって浮腫などの状態の進行の追跡を含む医療用途に使用されることを特徴とする請求項２８乃至３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 衣料店で使用されて衣料の最も適切なサイズおよび適合性を提案する、または個人の作業場、台所、またはワークステーションを個人に合わせてカスタマイズする際に人間工学的目的に使用される、または衣料または家具をオンラインで注文する際の「体サイン」を生成するために使用されることを特徴とする請求項２８乃至３２のいずれか一項に記載の方法。

Images