JP5339260B2

JP5339260B2 - 筋トーヌス計測装置

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Publication number: JP5339260B2
Application number: JP2012515819A
Authority: JP
Inventors: 三郎佐古田; 俊光濱崎; 卓行遠藤
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: EP2572639A1; EP2572639B1; US20130053731A1; WO2011145465A1; JPWO2011145465A1; EP2572639A4; US8968219B2

Description

本発明は、パーキンソン病や脳卒中患者の筋トーヌス特性を計測し客観的に評価するための筋トーヌス計測装置に関する。

伸張反射の亢進状態をきたす痙縮や筋強剛などの筋トーヌス異常は錐体路や錐体外路障害により生じ、中枢性障害の程度を評価する尺度として非常に有用な診察所見である。ところが、熟練した医師でなければその程度を正確に評価することは困難である。現在、臨床現場で良く用いられている評価指標としては、痙縮についてはModified Ashworth Scale、筋強剛についてはＵＰＤＲＳ(Unified Parkinson Disease Rating Scale)が知られているが、いずれも基準が半定量的であり、評価者間差異や評価者内差異が生じることがある。そのため、これらの定量的な計測機器の開発が望まれている。

特許文献１には、被験者の肘関節を他動的に屈曲伸展運動させて、関節角度と関節トルクとの関係から肘関節のばね係数を求め、同時に、上腕二頭筋及び上腕三頭筋の表面筋電位を測定する筋トーヌス計測装置が記載されている。特許文献１には、肘関節のばね係数や表面筋電位から抽出される特徴量はパーキンソン病患者の筋強剛の重症度識別に有用であり、上腕二頭筋の表面筋電位から抽出される特徴量は健常者とパーキンソン病患者との識別に有用であると記載されている。

国際公開第２００９／１５４１１７号パンフレット

上述した特許文献１に記載の筋トーヌス計測システムでは、肘関節のばね係数を測定すれば、パーキンソン病患者の筋強剛の重症度を識別することはできるが、健常者とパーキンソン病患者とを識別することはできない。健常者とパーキンソン病患者とを識別するためには、別途、表面筋電位を測定する必要がある。

本発明は、表面筋電位を測定することなく健常者とパーキンソン病患者とを識別することができる、簡単な構成の筋トーヌス計測装置を提供することを目的とする。

本発明の筋トーヌス計測装置は、被験者の関節を他動的に屈曲伸展運動させるための関節トルク及び前記関節の関節角度を検出する検出部と、前記検出部からの出力信号を演算処理する演算部とを備える。前記演算部は、伸展相及び屈曲相のうちの少なくとも一方における前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって近位側部分及び遠位側部分を含む２以上の部分に分割し、前記遠位側部分及び前記近位側部分のうちの少なくとも一方での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節のばね係数を求める。

本発明の筋トーヌス計測装置によれば、表面筋電位を測定することなく、健常者とパーキンソン病患者とを識別するための客観的な指標を、従来から医師が診察で行っていた診察手技に近い方法で、低コストで提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる筋トーヌス計測装置の概略構成を示した図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる筋トーヌス計測装置におけるデータの解析手法を示した図である。図３は、実施例１において測定した健常者の関節角度及び関節トルクの代表的な生波形図である。図４は、図３に示した生波形図から得られた、動的屈曲相及び動的伸展相における関節角度−トルク変化曲線である。図５Ａは、実施例２で得られた、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと屈曲相全範囲ばね係数との関係を示した図である。図５Ｂは、実施例２で得られた、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと屈曲相近位ばね係数との関係を示した図である。図５Ｃは、実施例２で得られた、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと屈曲相遠位ばね係数との関係を示した図である。図６Ａは、実施例２で得られた、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと伸展相全範囲ばね係数との関係を示した図である。図６Ｂは、実施例２で得られた、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと伸展相近位ばね係数との関係を示した図である。図６Ｃは、実施例２で得られた、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと伸展相遠位ばね係数との関係を示した図である。図７は、実施例２で得られた伸展相遠位ばね係数を、健常者とパーキンソン病患者とに分類して示した箱ひげ図である。

上記の本発明の筋トーヌス計測装置において、前記演算部は、前記伸展相における前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって近位側部分及び遠位側部分を含む２以上の部分に分割し、前記遠位側部分での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節の伸展相遠位ばね係数を求めることが好ましい。これにより、伸展相遠位ばね係数のみを用いて健常者とパーキンソン病患者とを識別することができるので、演算処理をより簡素化することができる。

上記において、前記演算部は、更に、前記近位側部分での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節の伸展相近位ばね係数を求めても良い。

あるいは、前記演算部は、前記伸展相及び前記屈曲相のそれぞれにおける前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって近位側部分及び遠位側部分を含む２以上の部分に分割し、前記伸展相の前記近位側部分及び前記遠位側部分での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節の伸展相近位ばね係数及び伸展相遠位ばね係数と、前記屈曲相の前記近位側部分及び前記遠位側部分での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節の屈曲相近位ばね係数及び屈曲相遠位ばね係数と、前記伸展相における前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記遠位側部分及び前記近位側部分を含む範囲での前記関節の伸展相全範囲ばね係数と、前記屈曲相における前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記遠位側部分及び前記近位側部分を含む範囲での前記関節の屈曲相全範囲ばね係数とを求めてもよい。このように、伸展相の近位、遠位、及び全範囲のばね係数と、屈曲相の近位、遠位、及び全範囲のばね係数とを用いても、健常者とパーキンソン病患者とを識別することができる。

前記近位側部分と前記遠位側部分との間の関節角度が５９度以上６３度以下の範囲内にあることが好ましい。

前記演算部は、前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって前記近位側部分と前記遠位側部分とに二分することが好ましい。関節トルクと関節角度との関係を関節角度によって二分するという簡単な手法で、健常者とパーキンソン病患者とを識別することができる。この場合、前記近位側部分と前記遠位側部分とに二分する関節角度は、５９度以上６３度以下の範囲内にあることが好ましく、６０度であることがより好ましい。

前記演算部は、屈曲相における前記関節トルクと伸展相における前記関節トルクとの差（バイアス差）を複数の関節角度について算出し、それらを合計することによって得られるバイアス差の和を更に求めてもよい。これにより、パーキンソン病患者の筋強剛の重症度（ＵＰＤＲＳ１〜４）の識別が更に可能になる。

前記関節が肘関節であることが好ましい。これにより、健常者とパーキンソン病患者との識別を、従来から医師が診察で行っていた診察手技に近い方法で客観的に行うことができる。

以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

患者の肘関節の屈曲伸展運動を通じて筋トーヌス特性を計測する、本発明の一実施形態にかかる筋トーヌス計測装置の概略構成を図１に示す。

この筋トーヌス計測装置は、被験者１の肘関節を他動的に屈曲伸展運動させるための関節トルク及び肘関節の関節角度を検出する検出部１０と、検出部１０からの出力信号を演算処理する演算部５０とを備える。図１に示すように、検出部１０を、被験者１の手関節部を挟むように装着し、験者２が検出部１０を介して被験者１の肘関節を屈曲伸展させる。

検出部１０は、略コ字状又は略Ｕ字状を有し且つ実質的に剛体とみなすことができるベース１１を含む。

ベース１１の互いに対向する一対の挟持板１２ａ，１２ｂには、一対の力覚センサ２０ａ，２０ｂが互いに対向して固定されている。力覚センサ２０ａ，２０ｂとしては、力覚センサ２０ａ，２０ｂに加えられる圧縮力を検出することができれば、その構造に制限はなく、例えば従来より公知の汎用の力覚センサを用いることができる。一対の力覚センサ２０ａ，２０ｂが対向する方向をＺ軸とすると、力覚センサ２０ａ，２０ｂは、少なくともＺ軸方向の力を検出する。力覚センサ２０ａ，２０ｂとして、例えばＺ軸を含む３軸方向の力を検出する汎用の３軸小型力覚センサを用いることができる。Ｚ軸方向の力に加えて、Ｚ軸方向と直交する直交２軸方向の力を検出することで、験者２が被験者１に対して加える力の方向を修正したり、検出したＺ軸方向の力のデータを補正したりすることができる。肘関節の屈曲伸展運動を行う際に力覚センサ２０ａ，２０ｂが被験者１の皮膚に直接接触することによる痛みを緩和するために、力覚センサ２０ａ，２０ｂの互いに対向する面（被験者１の手関節部に当接する面）に柔軟なパッドを貼付しても良い。

ベース１１の一対の挟持板１２ａ，１２ｂを繋ぐ架橋板１３には、ジャイロセンサ３０が固定されている。ジャイロセンサ３０は、被験者１の肘関節の屈曲伸展運動にともない変化するジャイロセンサ３０を含む検出部１０の姿勢の変化を検出する。

被験者１の肘関節を屈曲伸展運動させる際、検出部１０は肘関節を中心とする円弧に沿って移動する。肘関節の屈曲伸展運動の間、この円弧の接線方向に対して常にＺ軸が平行になるように、検出部１０の姿勢が維持される。力覚センサ２０ａ，２０ｂは、験者２が被験者１の肘関節を屈曲伸展運動させる際に、験者２が被験者１に対して加えるＺ軸方向の力に応じた電圧を出力する。力覚センサ２０ａ，２０ｂから出力された電圧は、必要に応じて力覚センサ用アンプ２１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換ボード５１を介して演算部５０に入力される。ジャイロセンサ３０から出力された、その姿勢の変化に応じた電圧は、Ａ／Ｄ変換ボード５１を介して演算部５０に入力される。

演算部５０としては、例えば汎用されているパーソナルコンピュータを用いることができる。演算部５０には出力装置５２が接続されていてもよい。出力装置５２としては、例えば各種ディスプレイやプリンタを用いることができる。

図２は、本実施形態にかかる筋トーヌス計測装置において演算部５０が行うデータの解析手法を示した図である。

被験者１の肘関節に対して、（１）最大伸展位静止、（２）動的屈曲、（３）最大屈曲位静止、（４）動的伸展の４つの相を繰り返しながら、関節トルク及び関節角度を測定する。

関節トルクは、力覚センサ２０ａ，２０ｂを介して検出されたＺ軸方向の力と、別途測定された被験者１の肘関節と検出部１０の装着位置との距離（即ち、屈曲伸展運動の際に検出部１０が移動する円弧の半径）とから算出される。関節角度は、ジャイロセンサ３０を介して検出された検出部１０の姿勢の変化（角速度）を積分することで算出される。

上記の４つの相を繰り返したときの関節トルク及び関節角度の経時的変化（生波形）から、特に動的伸展相における関節トルクと関節角度との関係の経時的変化（波形）を抽出する。更に、動的伸展相における関節トルクと関節角度との関係を、関節角度によって近位側（屈曲側）と遠位側（伸展側）とに二分し、遠位側の動的伸展相における関節トルクと関節角度との関係から肘関節のばね係数（伸展相遠位ばね係数）を算出する。ばね係数は、関節トルクと関節角度との関係を示すグラフ（波形）の回帰直線の傾きから求めることができる。

演算部５０で得られた上記の伸展相遠位ばね係数に関するデータは演算部５０内に蓄積されても良い。また、演算部５０は、蓄積されたデータを例えば統計的手法により解析してもよい。関節角度及び関節トルクの経時的変化を示す生波形図や、伸展相遠位ばね係数の算出結果、測定した伸展相遠位ばね係数と蓄積されたデータとの比較結果、ＵＰＤＲＳの評価結果などは、験者の要求に応じて出力装置５２に出力される。

上述した特許文献１に記載の筋トーヌス計測装置では、関節角度が１０度〜１１０度の範囲内での動的伸展相及び動的屈曲相における関節トルクと関節角度との関係から、動的伸展相全範囲ばね係数及び動的屈曲相全範囲ばね係数を算出していた。即ち、上記の関節角度範囲内での動的伸展相及び動的屈曲相におけるばね係数はそれぞれ１つであるという考えに基づいていた。このばね係数は、パーキンソン病の臨床的評価スケールであるＵＰＤＲＳ筋強剛スコアとよい相関を示すものの、健常者（ＵＰＤＲＳ０）と軽微な筋強剛（ＵＰＤＲＳ１）のパーキンソン病患者との区別はできなかった。

これに対して、本発明者らは、動的伸展相及び動的屈曲相における関節トルクと関節角度との関係の経時的変化を詳細に検討した結果、特に健常者においては、動的伸展相及び動的屈曲相のばね係数は１つではなく、関節角度が６０度付近を境として、これより近位側と遠位側とで異なるばね係数を示すことを発見した。そして、動的伸展相及び動的屈曲相のそれぞれでの近位側及び遠位側のばね係数とＵＰＤＲＳ筋強剛スコアとの関係を検討した結果、動的伸展相における遠位側のばね係数（伸展相遠位ばね係数）を用いると、健常者とパーキンソン病患者との識別を行うことができることを見出し、本発明を完成した。関節運動の特性を関節角度によって近位側と遠位側とに二分して解析するという手法は、これまでに例がない。

また、本発明者らは、動的伸展相における近位側、遠位側、及び全範囲のばね係数と、動的屈曲相の近位側、遠位側、及び全範囲のばね係数との合計６つのばね係数を用いても、健常者とパーキンソン病患者との識別を行うことができることを見出した。ここで、「全範囲」とは、近位側及び遠位側に二分する前の動的伸展相及び動的屈曲相の関節角度範囲を意味する。

本発明によれば、健常者とパーキンソン病患者とを識別するために、特許文献１においては必須であった表面筋電位の測定が不要となる。本発明で求める伸展相遠位ばね係数（または上記の６のばね係数）と、特許文献１に記載された動的伸展相及び動的屈曲相におけるばね係数（即ち、伸展相全範囲ばね係数及び屈曲相全範囲ばね係数）及びバイアス差のうちの少なくとも１つを用いれば、ＵＰＤＲＳが０から４までの全スコアの客観的評価を、表面筋電位計を用いない図１に示した簡単な構成の装置で提供することができる。

近位側と遠位側とに二分する関節角度は、特に制限はないが、５９度以上６３度以下の範囲内にあることが好ましく、更に６０度であることが好ましい。これにより、健常者とパーキンソン病患者とのより正確な識別が可能になる。

本発明は、上記の実施形態及び下記の実施例に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、力覚センサ２０ａ，２０ｂやジャイロセンサ３０が搭載されるベースの形状は、上記の実施形態のように略コ字状又は略Ｕ字状である必要はなく、例えば、全体形状が円形、楕円形、又は四角形を含む各種多角形などであって、中央が貫通した環状体であっても良い。更には、被験者への装着性を向上させるなどの目的で、ベースが可動部を有していたり、ベースの一部又は全体が可撓性を有していたりしていても良い。

一対の力覚センサ２０ａ，２０ｂに代えて、験者２が被験者１の肘関節を屈曲伸展運動させる際に加える押し引き力を検出する１つの力覚センサを用いてもよい。

また、被験者の関節を搭載するためのステージを設け、このステージと検出部１０との距離を自動的に計測する距離センサをさらに設けても良い。これにより、関節トルクを算出する際に必要な検出部１０の回転半径を簡単に測定することができる。

上記の実施形態では、関節角度を測定するためのジャイロセンサ３０を力覚センサ２０ａ，２０ｂとともにベース１１に搭載した。これにより、装置全体を小型化することができ、また、検出部１０を被験者に装着するだけで関節トルクと関節角度とを同時に測定することができる。但し、本発明では、関節角度の測定方法はこれに限定されず、公知の角度変化測定方法を利用することができる。例えば力覚センサ２０ａ，２０ｂを含む検出部１０とは別に、角度測定を行うセンサ（例えば、ポテンショメータ、ロータリエンコーダ）を治具を介して被験者の関節近傍に装着しても良い。

測定したデータを用いて所定の演算を行う演算部と、演算結果を表示する表示装置とを小型化して検出部１０に搭載しても良い。

本発明の計測装置を、肘関節以外の関節（例えば、手首、膝関節）に適用することはもちろん可能である。適用する関節に応じて、検出部１０の形状を適宜変更することができる。

本発明の装置を用いて、伸展相遠位ばね係数に加えて、動的伸展相における近位側のばね係数（伸展相近位ばね係数）を更に求めてもよい。例えば、伸展相遠位ばね係数と伸展相近位ばね係数とを比較すれば、伸展相のばね係数が、遠位側と近位側とで異なる２つのばね係数で構成されているか、両者に差がなく１つのばね係数で構成されているかを評価することができる。これを、伸展相遠位ばね係数を用いて健常者とパーキンソン病患者とを客観的に識別する際の補助的データとして利用することができる可能性がある。

更に、本発明の装置を用いて、特許文献１に記載された動的屈曲相全範囲ばね係数、動的伸展相全範囲ばね係数、バイアス差の和などの特徴量を算出してもよい。これにより、パーキンソン病患者の筋強剛の重症度を客観的に識別することができる。

ここで、「バイアス差の和」は、以下のようにして求められる。関節を屈曲伸展運動させて得た関節角度−トルク変化曲線（例えば、後述する図４を参照）において、ある一つの関節角度について、動的屈曲相の全施行のトルクの平均値（動的屈曲相のバイアス）と、動的伸展相の全施行のトルクの平均値（動的伸展相のバイアス）との差を求め、これを「バイアス差」とする。複数の関節角度についてバイアス差をそれぞれ計算し、それらを合計することで「バイアス差の和」が得られる。バイアス差を求める複数の関節角度は、遠位側角度（例えば３０°）と、近位側角度（例えば９０°）と、遠位側及び近位側の間の角度（例えば６０°）とを含むことが好ましい。

また、特許文献１に記載されたように、動的屈曲相及び／又は動的伸展相における関節トルクを時間微分したトルク微分値を算出してもよい。このトルク微分値は、伸展相遠位ばね係数（または上記の６のばね係数）を用いて健常者とパーキンソン病患者とを客観的に識別する際の補助的データとして利用することができる。また、パーキンソン病患者の振戦の有無を客観的に識別することができる。

上記の説明では、動的伸展相及び動的屈曲相の関節トルクと関節角度との関係を関節角度によって近位側部分と遠位側部分との２つの部分に分割したが、本発明はこれに限定されず、近位側部分と遠位側部分とを含む３つ以上の部分に分割してもよい。例えば、近位側部分の関節角度範囲と遠位側部分の関節角度範囲とが連続しておらず、両関節角度範囲が離間していてもよい。

上記の説明では、伸展相遠位ばね係数を用いて健常者とパーキンソン病患者とを識別する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。即ち、屈曲伸展運動させる関節によっては、屈曲相近位ばね係数、屈曲相遠位ばね係数、伸展相近位ばね係数、伸展相遠位ばね係数のうちのいずれか１つを用いて健常者とパーキンソン病患者とを識別することができる可能性がある。

後述する実施例１，２では、関節を屈曲伸展運動させたときの関節トルクと関節角度との生波形図から関節角度が１０〜１１０度の部分を抽出して屈曲相及び伸展相としたが、屈曲相及び伸展相の関節角度範囲は１０〜１１０度に限定されない。屈曲相及び伸展相の関節角度範囲の下限値及び上限値は、上記より大きくても小さくてもよい。当該関節角度範囲は、被験者や屈曲伸展運動させる関節に応じて適宜変更してもよい。更に、遠位側部分及び近位側部分の各角度範囲も適宜変更することができる。

＜目的＞
上述したように、健常者においては、他動的な動的伸展相及び動的屈曲相の各ばね係数は近位側と遠位側とで異なる値をとる。そこで、健常者の動的伸展相及び動的屈曲相においてばね係数を近位側と遠位側とに二分するための最適な関節角度を求めた。

＜計測＞
健常者２０名（男性１５名、女性５名、年齢５５〜８５歳）の両肘関節について、図１に示した筋トーヌス計測装置を用いて関節角度及び関節トルクを計測した。

被験者は安静座位でリラックスしてもらい、験者が一方の手で被験者の肘関節部を支え、他方の手で検出部１０を介して被験者の手関節部を持って他動的に被験者の肘関節の屈曲伸展運動を行った。計測は最大伸展位置から開始し、３秒以上静止したのち、２秒かけて屈曲、最大屈曲位置で３秒以上静止、２秒かけて伸展、最大伸展位置で３秒以上静止…、という屈曲伸展運動を６０秒間繰り返した。１試行あたり４−５回の屈曲伸展運動が含まれる。この計測を一人の被験者に対して左右の上肢についてそれぞれ１回ないし２回施行することで、全被験者で５２０回（屈曲２６０回、伸展２６０回）分のデータを得た。

関節角度及び関節トルクの代表的な計測結果の生波形図を図３に示す。

＜解析＞
上記の計測で得た５２０回分のデータ（生波形図）のそれぞれについて、以下の解析を行った。

最初に、上記計測で得た図３の生波形図から、関節角度が１０〜１１０度の部分を抽出して図４に示すような屈曲相及び伸展相における関節角度−トルク変化曲線を求めた。

屈曲相及び伸展相のそれぞれについて、関節角度−トルク変化曲線を二分するのに最適な角度（分割角度）を求め、それより近位側及び遠位側の関節角度―トルク変化曲線に対する回帰直線をそれぞれ求めた。この計算は、尤度を最大とする方法を用いた。

尤度比検定のｐ値がｐ＜０．０５のときに、関節角度が１０〜１１０度の範囲内の関節角度−トルク変化曲線を、１つの回帰直線で近似するよりも、２つの回帰直線で近似する方が好ましいと判定し、「有意例」とした。

そして「有意例」の分割角度について、９５％信頼区間を求めた。

＜結果＞
結果を表１にまとめて示す。

表１に示すように、健常者の５２０回分のデータの全てにおいて、屈曲相及び伸展相のいずれにおいても関節角度−トルク変化曲線を２つの回帰直線で近似する方が好ましいという結果が得られた。その際の分割角度は、屈曲相では５８．１度、伸展相では６１．１度であった。分割角度の９５％信頼区間は、屈曲相及び伸展相のいずれもが６０度を含んでいた。従って、屈曲相及び伸展相とも分割角度を６０度にすることに問題はない。

＜目的＞
動的伸展相及び動的屈曲相の関節角度−トルク変化曲線を実施例１で求めた分割角度６０度で二分して得られる近位側及び遠位側のばね係数が、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアとどの程度相関するかを調べた。

＜計測＞
厚生省特定疾患神経変性疾患調査研究斑パーキンソン病診断基準（１９９５年）によりパーキンソン病と診断された患者２４名（男性１７名、女性７名、年齢４７〜８５歳）と前述の実施例１を行った健常者２０名（男性１５名、女性５名、年齢５５〜８５歳）に対して図１に示した筋トーヌス計測装置を用いて関節角度及び関節トルクを計測した。

計測に先立って、健常者については神経診察を行い、パーキンソン病患者についてはＵＰＤＲＳ（Unified Parkinson Disease Rating Scale）PartIIIの評価を行い、筋強剛について０〜４の５段階でスコアをつけた（表２参照）。

健常者及びパーキンソン病患者の左右の上肢について、実施例１と同じ方法により関節角度及び関節トルクを計測した。同時に、被験者の上腕二頭筋及び上腕三頭筋の位置に表面電極を貼付して表面筋電位を測定した。健常者４０データ、パーキンソン病患者４８データのうち、臨床的に筋強剛を認めた健常者のデータを除外し、また、表面筋電図の目視により明らかな随意運動が入ったと考えられたデータを除外することにより、最終的に健常者について３１データ、パーキンソン病患者について４３データ、合計７４データを得た。

＜解析＞
上記の７４データのそれぞれについて、以下の解析を行った。

最初に、関節角度及び関節トルクの生波形図から、関節角度が１０〜１１０度の部分を抽出して屈曲相及び伸展相における関節角度−トルク変化曲線を求めた。

そして、屈曲相の関節角度−トルク変化曲線の回帰直線の傾きから「屈曲相全範囲ばね係数」を求めた。同様に、伸展相の関節角度−トルク変化曲線の回帰直線の傾きから「伸展相全範囲ばね係数」を求めた。

次いで、屈曲相の関節角度−トルク変化曲線を関節角度６０度で二分し、１０度〜６０度の部分についての回帰直線の傾きから「屈曲相遠位ばね係数」を求め、６０度〜１１０度の部分についての回帰直線の傾きから「屈曲相近位ばね係数」を求めた。同様に、伸展相の関節角度−トルク変化曲線を関節角度６０度で二分し、１０度〜６０度の部分についての回帰直線の傾きから「伸展相遠位ばね係数」を求め、６０度〜１１０度の部分についての回帰直線の傾きから「伸展相近位ばね係数」を求めた。

そして、屈曲相及び伸展相のそれぞれについての上記の３種類のばね係数とＵＰＤＲＳ筋強剛スコアとの相関を求めた。

最後に、健常者（ＵＰＤＲＳ０）と軽微な筋強剛（ＵＰＤＲＳ１）との２群間での検定を行った。

＜結果＞
ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと、屈曲相における全範囲、近位、遠位の各ばね係数との関係を図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示す。各図中の「ｒ」は、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアとの相関係数を意味する。ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアに対しては、全範囲ばね係数と遠位ばね係数とが同程度で良い相関を示した。また、いずれにおいてもＵＰＤＲＳ０とＵＰＤＲＳ１とで有意差は認められなかった。

ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアと、伸展相における全範囲、近位、遠位の各ばね係数との関係を図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す。各図中の「ｒ」は、ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアとの相関係数を意味する。ＵＰＤＲＳ筋強剛スコアに対しては、遠位ばね係数が最も良い相関を示した。しかも、遠位ばね係数は、ＵＰＤＲＳ０とＵＰＤＲＳ１とに有意差を認めた（ｐ＝０．００１８）。

図７は、伸展相遠位ばね係数を、健常者とパーキンソン病患者（ＰＤ患者）とに分類して示した箱ひげ図である。伸展相遠位ばね係数のカットオフ値を０．５０とすると、感度９１％、特異度６５％であり、伸展相遠位ばね係数が、健常者とパーキンソン病患者とを識別するのに有用であると考えられた。

上述した屈曲相全範囲ばね係数、屈曲相遠位ばね係数、屈曲相近位ばね係数、伸展相全範囲ばね係数、伸展相遠位ばね係数、伸展相近位ばね係数の６つのばね係数と年齢・性別・左右などの要素を考慮したロジスティック判別を行ったところ、健常者とパーキンソン病患者の判別において感度９０．９％、特異度８１．３％、正判別率８５．２％という結果が得られた。すなわち、屈曲相の全範囲、近位、遠位のばね係数及び伸展相の全範囲、近位、遠位のばね係数のすべてを用いることで、有用なスクリーニング検査が可能になることが示唆された。

以上に説明した実施形態及び実施例は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、その発明の精神と請求の範囲に記載する範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈すべきである。

本発明の利用分野は特に制限はないが、例えばパーキンソン病の重症度判定や、抗パーキンソン病薬投与前後の治療効果判定などに広範囲に利用することができる。

１０検出部
１１ベース
１２ａ，１２ｂ挟持板
１３架橋板
２０ａ，２０ｂ力覚センサ
２１力覚センサ用アンプ
３０ジャイロセンサ
５０演算部
５１Ａ／Ｄ変換ボード
５２出力装置

Claims

被験者の関節を他動的に屈曲伸展運動させるための関節トルク及び前記関節の関節角度を検出する検出部と、前記検出部からの出力信号を演算処理する演算部とを備え、
前記演算部は、伸展相及び屈曲相のうちの少なくとも一方における前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって近位側部分及び遠位側部分を含む２以上の部分に分割し、前記遠位側部分及び前記近位側部分のうちの少なくとも一方での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節のばね係数を求めることを特徴とする筋トーヌス計測装置。
前記演算部は、前記伸展相における前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって近位側部分及び遠位側部分を含む２以上の部分に分割し、前記遠位側部分での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節の伸展相遠位ばね係数を求める請求項１に記載の筋トーヌス計測装置。
前記演算部は、前記伸展相及び前記屈曲相のそれぞれにおける前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって近位側部分及び遠位側部分を含む２以上の部分に分割し、
前記伸展相の前記近位側部分及び前記遠位側部分での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節の伸展相近位ばね係数及び伸展相遠位ばね係数と、
前記屈曲相の前記近位側部分及び前記遠位側部分での前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記関節の屈曲相近位ばね係数及び屈曲相遠位ばね係数と、
前記伸展相における前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記遠位側部分及び前記近位側部分を含む範囲での前記関節の伸展相全範囲ばね係数と、
前記屈曲相における前記関節トルクと前記関節角度との関係から前記遠位側部分及び前記近位側部分を含む範囲での前記関節の屈曲相全範囲ばね係数とを求める請求項１に記載の筋トーヌス計測装置。
前記近位側部分と前記遠位側部分との間の関節角度が５９度以上６３度以下の範囲内にある請求項１〜３のいずれかに記載の筋トーヌス計測装置。
前記演算部は、前記関節トルクと前記関節角度との関係を関節角度によって前記近位側部分と前記遠位側部分とに二分する請求項１〜４のいずれかに記載の筋トーヌス計測装置。
前記演算部は、屈曲相における前記関節トルクと伸展相における前記関節トルクとの差を複数の関節角度について算出し、それらを合計することによって得られるバイアス差の和を更に求める請求項１〜５のいずれかに記載の筋トーヌス計測装置。
前記関節が肘関節である請求項１〜６のいずれかに記載の筋トーヌス計測装置。