JP2018122110A - 患者に施される身体のリハビリテーションを増強するための非侵襲性動作追跡システム - Google Patents

Abstract

【課題】動作追跡装置と、ディスプレイと、動作追跡装置及びディスプレイに接続されたコンピューティングプラットフォームとを介して、患者に施される理学療法を増強するための非侵襲性動作追跡システムと、装置と、方法とを提供する。
【解決手段】コンピューティングプラットフォームは、患者ａに対するメニュー駆動型インターフェースと、患者に対する命令と、命令に応じた患者の動作又は行動の決定と、患者に対する命令と患者の動作又は行動の決定との比較とを提供し、フィードバックディスプレイｇを患者に提供するのに役立つ。他では、システムと、装置と、方法は、ソーシャルネットワーキングリンクを更に含む。更に別では、生の遠隔治療リンクを備えて、オプションで、警報又はアラーム状態の検出に基づいてトリガする。更に別では、リハビリツールを利用する構成とする。
【選択図】図２

Description

優先権の主張
これは、２０１２年６月１５日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ａｐｐａｒａｔｕｓ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｏ Ａｕｇｍｅｎｔ Ｐａｔｉｅｎｔ Ａｄｍｉｎｉｓｔｅｒｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ（患者に施される身体のリハビリテーションを増強するための非侵襲性動作追跡システムと、装置と、方法）」という名称を有する、米国特許出願第１３／５２４，７０８号(Ｒｅｆ． ９２１，３５５−０３３)の国際出願であり、この出願は、２０１１年８月８日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｏ Ａｕｇｍｅｎｔ Ｐａｔｉｅｎｔ Ａｄｍｉｎｉｓｔｅｒｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ（患者に施される身体のリハビリテーションを増強するための非侵襲性動作追跡システムと、装置と、方法）」という名称を有する、米国仮出願第６１，５２１，２４３号(Ｒｅｆ． ９２１，３５５−０２６)に対して優先権を主張し、米国仮出願第６１，５２１，２４３号の恩恵に権利を主張しており、その全ては、ここに完全に説明されているかのように、参照によってここに組み込まれている。

発明の分野
哺乳動物の行動（action）と位置とをモニタ（monitor）するための、システムと、装置と、方法とを提供する。特に、これらは、身体のリハビリテーションを増強する目的で、人間の位置と動作（motion）との非侵襲性追跡を提供する。

多くの急性及び慢性の病気の状態は、例えば一次筋骨格疾病（primary musculoskeletal disorder）である直接的なやり方で、或いは、筋骨格の外傷（injury）、不調（deconditioning）、又は障害（disability）のような間接的なやり方で、筋骨格系（musculoskeletal system）に著しい影響を及ぼす。診断の観点から、医学的評価の重要な構成要素は、筋骨格の働き（performance）についての焦点を合わせた評価を含み得る。これらは、神経疾病（neurologic disorder）と、骨及び関節の病気と、外傷／傷害（trauma）とを含むが、これらに制限されない。治療の観点から、特定の治療グレードの筋骨格の操作は、筋骨格と、神経と、心血管と、肺と、の病気の状態に対する処置の重要な構成要素である。これらの操作は、通常は、「リハビリテーション（rehabilitation）」治療、略してリハビリ（rehab）という用語のカテゴリの下で分類され、これらはここでは交換可能なように使用されており、理学療法士（physical therapist）と、作業療法士（occupational therapist）と、言語聴覚士（speech pathologist）と、これらに制限されない者によって使用される技術を使って、身体的な不調を抑制し、筋骨格の強度と、動作範囲と、調和（coordination）／バランスと、を高め／維持し、鎮痛を促すことによって、医療及び外科治療の全体的な効果を改善することができる。例えば、リハビリから恩恵を得る患者は、変形性関節症（osteoarthritis）と、リウマチ様関節炎（rheumatoid arthritis）と、脳卒中（stroke）による障害とのような一次筋骨格の問題を有する者、筋骨格の手術を受けた患者、並びに、心筋梗塞（myocardial infarction）及び慢性閉塞性肺疾患（chronic obstructive pulmonary disease）のような、肺疾患（pulmonary disease）と、心血管疾患（cardiovascular disease）と、肥満（obesity）とを有する患者、を含む。

リハビリ治療は、医療専門家によって患者に指示され、理学療法士と、作業療法士と、介護（care）を遂行する医師（physician）とを含む様々なヘルスヘア専門家に従う。しかしながら、リハビリの遂行及び実施の現在のモデルに対して重要な課題がある。それらの中で、第１に、従来のリハビリは、短期及び長期の両方の(維持)使用に対して、費用がひどく高いものであり得る。第２に、ロジスティックの難しさ（logistic difficulty）が、現在の外来患者のリハビリ臨床ネットワークに患者が加わるのを妨げ得る。第３に、リハビリ運動（exercise）は、正しく理解して実行するのが困難であり得る。

特定の筋骨格運動の形態における確立されたプロトコルは、現在、様々な外来患者及び入院患者の両方の設定で、患者に施されている。一般に、これらは、典型的に３乃至４週間の、指定されたセッションの期間中に、典型的に３０−６０分継続するセッションで、トレーニングを受けた医療専門家(理学療法士、作業療法士、リューマチ専門医、内科医、整形外科医)を介して最初に施される。リハビリ治療の経過の全体にわたる断続的なポイントにおいて、通院又は関連するリハビリ専門家による往診によって、客観的及び主観的な両方の基準（measure）が取得及びチェックされる。

監督されている（supervised）、外来患者のリハビリセンタの外では、患者は、一般に、一連の印刷された運動を表示した受動的な教本のハンドアウト（passive instructional paper handout）を使用して、適切なリハビリ演習（maneuver）を自宅で行なうように勧められる。更に、患者は、インターネットでリハビリ提供者からダウンロードされる、及び／又はディジタルメディアを通じて配信される、リハビリ演習のアニメーション及び／又はビデオから成る、ディジタルのリハビリコンテンツにアクセスしてもよい。

更に、ゲーミングプラットフォームに特有の娯楽プログラムに患者が参加することを可能にすることによって、監督されているリハビリ設定において、マイクロソフト（Microsoft）からのキネクト（Kinect）システムのような、市販の加速度計を使用できる又は増強した動作追跡ゲーミングシステムの形態の、他の動作追跡プラットフォームが使用されている。

更に別の他の視覚ベースの活動認識及びモニタリングシステムが、指導付き仮想リハビリテーション（guided virtual rehabilitation）のために提案された。例えば、参照によってここに取り込まれている、ダルイッシュ（Darish）、他の、米国特許出願公開第２０１１／００５４８７０号を参照されたい。システムは、指導される動きについての命令を提供し、対象者（subject）の動きを取り込み、アバタにおける動きを追跡し、生体力学的な量（biomechanical quantities）を計算し、フィードバックを患者に提供することから成る、シーケンスに従う。

これらの提案された解決策にも関わらず、多くの重大な問題が残っている。リハビリ運動を実行できないことは、かなりの数の患者にとって重大な問題である。最適なリハビリテーションへの参加及び成果を満たさない結果になる問題点の中で、第１に、リハビリテーションは、時間の経過に伴って、煩わしくなり、取り組まなくなり、治療への執着を減退させ得る。第２に、リハビリは、法外な費用がかかり得る。人件費と、施設費と、設備費が、危急の問題と長期の維持治療との両方に対する、外来患者のリハビリサービスの利用を制限している。第３に、リハビリは、時間がかかり得る。実際の運動に費やされる時間に加えて、施設への移動とリハビリの予約とにおいて喪失される時間がある。その結果、これらの喪失は、生産性における対応する喪失になる。第４に、運動の複雑さの課題がある。リハビリ運動は、動きの複雑なシーケンスから構成され得る。これらは、二次元の印刷されたハンドアウト及びテキストの記述を通じて提示された場合に、適切に解釈するのが難しく、従って、不適切な治療及び怪我のリスクを増すことがある。第５に、適切な実行と有益なフィードバックの提供とについての問題点がある。リハビリ運動が、トレーニングを受けた臨床医によって監督されていなければ、患者は、特定の演習を実行する一方で、適切に早くフィードバックを受けない。従って、患者は、リハビリ運動に対する不適切な技術を取り入れることで、運動の治療上の恩恵を減少させ、怪我のリスクを高める可能性があり得る。第６に、リハビリに対する執着に関する問題がある。外来患者のリハビリレジメン（regimen）を指示された患者は、整合性のない順守パターン（compliance pattern）を示し得る。これは、上述の要素に対して二次的である（secondary）かもしれないが、感じられた退屈さと取り組み不足とに対しても二次的であるかもしれず、リハビリ運動のレジメンに対する低下した執着をもたらし得る。第７に、リハビリの経過を追跡することは困難であり得る。リハビリの効果の事実上の評価は、主観的な患者のフィードバックと客観的な測定値との両方を組み合わせである。特に、自宅でのリハビリ設定における、リハビリ運動中の患者の動作についてのルーチンの詳しい測定値の不足は、一連のリハビリにおける患者の経過を追跡することを困難にする。その結果、これは、指示されたリハビリレジメンの効果を査定（assess）することを困難にする。

本発明のシステムと、装置と、方法は、従前のシステムの欠点のうちの幾つか又は全てを改善することを目的としている。

システムと、装置と、方法は、新しい自動の動作追跡プラットフォームを組み合わせている。新しい自動の動作追跡プラットフォームは、指導付きの医療診断と治療演習とを可能にする目的で、カメラと他のセンサとのような様々なビデオキャプチャシステムを使用し、臨床ツール及び患者の動きを識別及び追跡し、オプションで、音声認識と、顔検出と、顔の特徴追跡（facial feature tracking）とを可能にする。システムは、医療グレードの治療のリハビリテーション演習を受け取って記憶することができる。医療グレードの治療のリハビリテーション演習を更新し、次に、コンピュータと標準のモニタとを使用して、患者に表示することができる。標準のモニタは、テレビジョン又はコンピュータのモニタであるが、これらに制限されない。取り込まれるソフトウェアプラットフォームは、リハビリテーションを含む、特別に設計された医療用アプリケーションにアクセスすることを可能にしている。その結果、リハビリテーション用アプリケーションは、カスタマイズされたリハビリテーション運動のルーチンを患者が設計及びレビューすることを可能にし、更に、確立されたリハビリテーションプロトコルと整合した特定の動きをするように患者を指導することができる。カメラアレイとマイクロホンアレイとのような、動作追跡又はビデオキャプチャシステムから成るセンサの組からのリアルタイムのデータ入力を使って、患者の動作と、スピーチと、他の患者の特性とを精密に追跡し、これらをプログラムによって使用し、関連するフィードバックと命令とを提供する予め定められた動作経路と比較し、且つ長期的に、実行分析を提供することができる。

オプションで、特別に設計された医療グレードのリハビリテーションツールは、光学的にコード化された抵抗バンド（optically coded resistance band）と手用のウェートとを含むが、これらに制限されず、ビデオ追跡システムのようなシステムによって自動的に認識され、次に、運動のセット（exercise set）を増強するために、基礎をなすソフトウェアアルゴリズムによって分析される。患者の動作と執着とについての特定の測定値を収集及び追跡し、実行についての個別化されたデータベースを作成することができる。センサプラットフォームを使用し、患者と提供者との両方を接続する遠隔医療機能をアクティブにすることによって、更なるフィードバックと命令とを取得することができる。システムは、効果と、効率と、楽しみの値（entertainment value）とを測るために、リアルタイムの実行及び執着のデータと、傾向とを編集し、患者、医療提供者、ヘルスケア情報交換部、又はサードパーティ、を含む関連する当事者に、適宜にエクスポートすることができる。オプションで、ゲームをする心理（gaming psychology）とソーシャルネットワーキングツールとを使用して、執着における改善を可能にする。

従って、動作追跡装置と、ディスプレイと、動作追跡装置及びディスプレイに接続されたコンピューティングプラットフォームとを介して、患者に施される理学療法を増強するための非侵襲性動作追跡システムと、装置と、方法とを提供する。コンピューティングプラットフォームは、患者に対するメニュー駆動型インターフェース（menu driven interface）と、患者に対する命令と、命令に応じた患者の動作又は活動の決定と、患者に対する命令と患者の動作又は活動の決定との比較とを提供し、フィードバックディスプレイを患者に提供するのに役立つ。ある特定の実施形態では、システムと、装置と、方法は、ソーシャルネットワーキングリンクを更に含む。更に別の実施形態では、生の遠隔医療リンクを備えて、オプションで、警報（alert）又はアラーム(alarm)の状態の検出に基づいてトリガする。更に別の実施形態では、リハビリツールを利用する。

従って、システムは、リハビリの実行追跡を提供する。順守と、強度（strength）と、動作範囲と、主観的な患者のフィードバックと、についてのデータを記録し、医療専門家に送り、執着のログを取り（log）、治療の恩恵を判定し、実行の傾向を取り、治療計画を立てることができる。

システムは、経済性を促進する。システムは、従来の解決策と比較して、直接費及び間接費と、ヘルスケア費との両方を減少させる。一定の直接的な提供者の手引き（guidance）を有していない自動システムの使用と、改善される可能性のあるリハビリへの取り組み及び執着と、外来患者のリハビリセンタの利用減少に対する可能性は、リハビリサービスに対する直接費の減少に結び付き得る。同様に、このリハビリシステムにとって改善される執着及び成果にとって二次的な、改善される労働の生産性（work productivity）と、処方薬の使用における可能性のある減少と、医療用画像の利用減少と、外来患者及び入院患者への提供者のサービスは、間接費の節約に役立つ。

システムは、特定のリハビリ運動のセットを用いて、患者に対する視覚的な手引きとリアルタイムのフィードバックとを提供する。画面上の患者を表現するもの、即ちアバタを使用して、リハビリ運動に対する段階的な命令を提供することに加えて、システムは、出力ディスプレイに示されているリハビリ運動と整合する意図された動作と、患者の動作とを、リアルタイムで比較することができる。複雑なリハビリのシーケンスを、理解し易く扱い易いアバタで指導される命令に細分することができる。システムは、この比較を使用し、適切な動きについて患者に指示するように設計されたオーディオ及び／又はビジュアルのフィードバックを生成する。この程度の医療、治療グレードのフィードバックは、現在、他の動作追跡のプラットフォームにおいて欠けている。

システムは、利便性を提供する。自動の、指導付きリハビリシステムは、自宅、又はクリニック以外の他の環境において、患者がリハビリ運動を適切に行なうことを可能にする。これは、リハビリクリニックを利用する費用と、リハビリセンタに行くのに必要な時間とを減少させる。更に、使用されるモニタ出力のタイプに応じたポータブル型要素において、基礎をなすリハビリソフトウェアプログラムにアクセスでき、従って、リハビリ運動に取り組む理想的な場所と時間とを選ぶ際に、患者にフレキシビリティを与える。

システムは、最小のハードウェアを必要とする。市販のゲーミングプラットフォームによって使用される他の動作追跡技術と異なり、リハビリに対する動作追跡のこの実施は、更なるハードウェアデバイス、例えば、加速度計、ハンドヘルドコントローラ、又は患者に付けられる任意の装置を必要としないが、オプションで使用してもよい。

システムは、臨床環境におけるフレキシビリティを提供する。フォームファクタと使い易さとの特性は、ユーザの居住地に加えて、幅広い種類の臨床環境において、システムを使用するのに役立つ。これらは、入院患者の病院の設定と、外来患者のリハビリクリニックと、高度看護施設（skilled nursing facility）と、一般的な外来患者用医療クリニックとを含むが、これらに制限されない。

システムは、トレーニングのカスタマイゼーションを提供する。特定のリハビリ運動のセットと、リハビリアプリケーションのルックアンドフィール（look and feel）とに加えて、自分の体の動きを使用するモーションキャプチャのためのシステムをトレーニングすることによって、運動演習を、それら自身を使用することによりカスタマイズすることができる。システムの動作追跡アルゴリズムは、レビュー及びベンチマーキングと、その後のリハビリトレーニングのセッションを含む様々な機能のために、患者の動きを取り込んで蓄積することができる。従って、ユーザ及び／又は患者が、リハビリ運動に対する自身の制御の役割をすることができる。

システムは、拡張性を提供する。オプションで、患者がリハビリのルーチンに取り組んでいる間に更なる生理学的データを取り込むために、ソフトウェアプラットフォームは更なるセンサを取り込むことができる。例示的なデバイスは、心拍数モニタと、代謝モニタリングデバイスと、筋電図デバイスとを含むが、これらに制限されない。例示的なワイヤレスパッチベースセンサ（wireless patch based sensor）は、米国出願のシリアル番号第１３／０９４，６７８号の「Ｐａｔｃｈ Ｂａｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ（パッチベース超音波センサ）」において見出される。米国出願のシリアル番号第１３／０９４，６７８号は、ここに完全に説明されているかのように、参照によって全体的に取り込まれている。

システムは、リハビリテーション医学の分野における改善を提供する。現在、リハビリテーション医学は、最良の患者の成果を提供する特定のリハビリ技術とレジメンとについての強力な証拠に基づく理解を欠いている。このリハビリのアプリケーションは、執着と、精密な動作追跡による体の動きと、リハビリ技術及び患者の利用の他の特性と、についての量を計る（quantify）ことを介して、リハビリレジメンをテストし妥当性を確認するための適切な科学的な証拠を集めることによって、重要な値を提供することができる。従って、リハビリソフトウェアアプリケーションは、研究者がリハビリ医学についての調査を行なうための調査プラットフォームを提供することができる。

患者毎に難易度を最適化することに基づいて運動のセットを動的に更新するために、以前のリハビリレジメン中における実行と患者の病歴とから収集された長期的な患者の実行情報に基づいて、リハビリレジメンを自動的に適応させる。

システムは、リハビリツールの追跡を動作追跡システムに統合する。通常、リハビリ運動は、更なる治療ツール、又は「リハビリツール」、例えばウェート（weight）及びバンド、を使用する。このシステムは、特別にコード化された臨床リハビリツールをオプションで使用する。特別にコード化された臨床リハビリツールを患者が使っているときに、臨床ソフトウェアアルゴリズムによって、そのツールを認識することができる。この認識を使用し、適切なリハビリツールの使用と、それらを必要とする運動における、その後の実行とを追跡することができる。リハビリツールの構造における特有の特徴により、リハビリによる自動認識は、ウェート又は抵抗のような特定の特徴を追跡でき、患者によってこれらの特徴を手入力することを回避できる。コード化は、光学的なコード化であってもよく、例えば、ＲＦＩＤ、又はブルートゥース（登録商標）のような他の通信システム、を使用するワイヤレス通信を介して通信された情報を含み得る。最適なリハビリテーションを達成するために、ツールのウェート又は抵抗が変更される場合のように、リハビリツールは、システムによってオプションで制御され得る。システムは、ワイヤード通信を介して、又はブルートゥース（登録商標）のようなワイヤレス通信を介して、ツールと通信してもよい。

患者の取り組み、実行、及び又は病気の状態に応じて、運動のセットを変更及び／又は更新することができる。システムによって提供される運動のセットは、他の動作トレーシングプラットフォーム（motion tracing platform）によって使用される市販グレードのゲームソフトウェアと対照的に、臨床設定において妥当性を確認された医療、治療グレードの演習である。

システムは、フォームファクタ及び接続を通じて他のシステム及び装置との容易なインターフェースを提供する。様々なタイプのモニタ及びプロジェクタへの標準化された出力に対するオプションは、様々な環境における使用にフレキシビリティを与える。更に、小さなハードウェアのフォームファクタは、可搬性と利便性とを与える。更に、インターネット接続は、リハビリ患者とリハビリの臨床専門家との間における遠隔医療相談の潜在的な統合を可能にする。

システムは、提供者の指図に従う、及び／又は提供者から独立している。このリハビリシステムは、提供者の指図に従う、即ち、臨床医と他の提供者とによって指示及び／又は推奨されることもあり、適切であると考えられた場合は、患者によって独立して開始されることもある。

この方法を実行するシステム及び装置の概略的なブロック図である。 治療動作追跡システム構成の斜視図である。 臨床アプリケーションスタジオの例示的な画像表示である。 リハビリ運動の選択についての例示的な画像表示である。 リハビリの実行のレビュー及びメトリクスのスクリーンの例示的な画像表示である。 アバタの手引きを有するリハビリインターフェースを有するディスプレイの斜視図である。

図１は、システムの重要なコンポーネントの概略的なブロック図を提供している。図２は、治療動作追跡システムの斜視図である。

動作追跡リハビリシステムは、幾つかの重要なコンポーネントから構成されている。システムは、動作追跡システムを含んでいる。動作追跡システムのコンポーネントは、動作追跡のハードウェア、動作追跡のソフトウェアと、カメラシステムと、マイクロホンアレイと、更なるセンサとを含み得る。当業者に知られているシステムは、マイクロソフトからのキネクトシステム、プライムセンス（PrimeSense）プラットフォーム、又は、動作追跡ソフトウェアと接続された１つ以上のカメラのから成るシステム、を含む。動作追跡装置は、深度センサを有していてもよく、又は有していなくてもよい。深度センサは、その視界内の三次元空間中の個別のオブジェクトと環境とを画像化及び査定することができる構造光（structured light）とカメラアレイとから成ることが好ましい。その視界内のオブジェクトに、深度とサイズとを割り当てることができる。既存のアルゴリズムに基づく自動識別を可能にするために、深度とサイズとをソフトウェアアルゴリズムへ転送することができる。深度センサは、深度を測定することに加えて、ビデオカメラとマイクロホンアレイとを更に備えて、ビデオの録画と音声／サウンドの認識とを可能にしている。感知される患者のリハビリ特性は、費やされた時間と、反復と、位置と、速度と、動作範囲と、主観的なフィードバックと、ツールの追跡とを含み得るが、これらに制限されない。

中央のコンピューティングプラットフォームが提供される。中央のコンピューティングプラットフォームは、臨床ソフトウェアプラットフォームとハードウェアコンポーネントとのホストとして働く。ハードウェアコンポーネントは、インターネット接続と、深度センサ及び外部ディスプレイへの接続とを可能にする。中央のコンピューティングプラットフォームは、更なるアドオンハードウェアコンポーネントをサポートすることもできる。更なるセンサ又は診断ツールのような、更なるアドオンハードウェアコンポーネントを使用し、リハビリ体験を増強できるかもしれない。中央のコンピューティングプラットフォームのコンポーネントは、治療アプリケーションサーバと、治療アプリケーションスタジオ（therapy application studio）と、治療アプリケーションスタジオと、健康記録とを含み得る。ここに記載されている様々なコンポーネントの位置及び相互接続は、ここに記載されている方法の機能を達成する目標に合わせて、当業者に知られている任意の形式又はやり方で構成され得る。

外部ディスプレイは、ユーザ／患者とインターフェースする。コンピュータのモニタ、テレビジョン、又はプロジェクタの形態の標準のディスプレイを使用して、臨床ソフトウェアプラットフォーム及び深度センサからの出力を見ることができる。オプションで、三次元(３Ｄ)画像を示すディスプレイを利用して、例えばアバタの、より現実的な外観を提供してもよい。

臨床ソフトウェアプラットフォームは、中央のコンピューティングプラットフォームに存在し、患者の介護を目的とする１組の医療及び治療グレードの臨床アプリケーションへのアクセスを提供するソフトウェアのホストとして働く。患者は、深度センサを使って追跡できる動作の身振り及び／又は音声ナビゲーションを使用して、メニューシステムと対話（interact）する。オプションのインターフェースは、リハビリアプリケーションメニュー及びナビゲーションペインと、提供者のログイン及びインターフェースと、患者のログイン及びインターフェースとを含むが、これらに制限されない。患者は、個人向けメニューを提示される。個人向けメニューにおいて、患者は、関連する病歴とアプリケーションの記憶装置（application store）とにアクセスすることができる。アプリケーションの記憶装置において、患者は、指示された臨床ソフトウェアをダウンロードし更新することができる。リハビリ知識データベースは、リハビリ決定サポートモジュールと対話する。様々なリハビリ運動は、アバタ及びモーションキャプチャシステムを介して、ユーザとインターフェースで連結する。ソフトウェアプラットフォームは、インターネット接続を介して、集中型の臨床ソフトウェアアプリケーションサーバへの接続を維持する。更に、これは、医療提供者と、患者の仲間（patient peer）との間における遠隔医療診断及びメッセージ送信を可能にするのに必要なソフトウェアコンポーネントのホストとして働く。

特に図２を参照すると、患者（ａ）がシステムを使用していることが示されている。アバタ（ｂ）のようなディジタル表現が患者（ａ）に提供されることが好ましい。アバタは、患者のリアルタイムの静的及び動的な表現を表す。患者の様々な特定の体及び又は他の特徴を使用し、患者の位置と動作とを追跡する。患者の何等かの動作は、アバタの対応する動作によって、スクリーン上で表現される。特定の患者の動作の量を１組のベクトルで示すことができる。１組のベクトルをレビューのためにエクスポートし、プログラムの他の部分によって使用することができる。動作追跡システムは、患者が、自分の動作をスクリーンにおいてリアルタイムで観察することを可能にする。動作追跡装置（ｃ）は、深度センサと、カメラアレイのような他のデバイスとを含み得る。これは、位置と動きとを含む、患者に関する視覚的な特性を、患者が集めることを目的としている。これは、集めた情報を中央のコンピューティングプラットフォームに提供する。中央のコンピューティングプラットフォーム（ｄ）を表現した可能性のある１つが描かれているが、当業者に知られている任意の形式が用いられ得る。集中型のコンピューティングプラットフォームは、異なるインターフェースと、形状と、サイズとを備えた幅広い種類のハードウェアのフォームファクタとして示され得る。この描写では、ハードウェアプラットフォームは、モニタに非常に接近して配置されているが、他の繰り返されるもの（iteration）は、物理的な場所におけるフレキシビリティを許し得る。このコンピューティングプラットフォームは、全ての接続とコンピューティングハードウェアとを含み、動作追跡の他のコンポーネントと臨床アプリケーションの実行を可能にする。様々なリハビリ臨床ツール(ｅとｆ)をリハビリシステムに取り込むことができる。このケースでは色によって、特別にコード化されたリハビリ臨床ツールであって、患者によって使用されるリハビリ臨床ツールが、動作追跡カメラのプラットフォームとリハビリアプリケーションとによって認識され、三次元空間におけるツールの位置に対応するように、アバタの隣に配置される。リハビリ治療を充実させるために、ツールのタイプと動作との両方をプラットフォームによって追跡することができる。全ての関連するツールデータ、例えば、タイプと、動作の精度と、執着とを、リハビリアプリケーションのリハビリの実行の追跡機能に取り込むことができる。ＬＣＤテレビジョン又はコンピュータのモニタのようなディスプレイユニット(ｇ)を使用し、リハビリアプリケーションから情報を出力することができる。オプションで、三次元（３Ｄ）ディスプレイを利用してもよい。

図３は、臨床アプリケーションスタジオの例示的な画像ディスプレイである。ユーザのスクリーンは、全体的な治療アプリケーションスタジオを示している。全体的な治療アプリケーションスタジオにおいて、ユーザは、様々な動作追跡が可能なアプリケーションにアクセスし、これを使用することができる。様々なユーザアプリケーション（ｂ）が表示されるか、或いは、ユーザによって取得された治療又は診断アプリケーションの検索可能なリストが付加的に提供され得る。アプリケーションブラウザ（ｃ）は、アプリケーションスタジオサーバから入手可能な、利用可能な診断又は治療アプリケーションの検索可能なリストを提供する。健康及びソーシャルネットワーキングコンポーネント(ｄ)が提供され得る。臨床提供者とソーシャルネットワーキングサービスとの両方への、メッセージ送信と遠隔医療リンク(ｅ)は、遠隔医療相談とサポートとを提供する。オプションで、スケジュールシステム(ｅ)は、近日の治療又は遠隔医療セッションのスケジューリング又は追跡を提供する。

図４は、リハビリ運動の選択についての例示的な画像表示である。リハビリアプリケーションは、リハビリ運動を通じて患者を指導するのに必要な全てのコンポーネントから成る。具体的には、最初のソフトウェアプラットフォームのメニューシステムからリハビリアプリケーションをアクティブにした患者は、ダッシュボードスクリーンを提示される。ダッシュボードスクリーンは、患者が、インターネットを介して中央サーバに接続し、リハビリ運動のセットをダウンロードし、ダウンロードされたリハビリ運動のセットを見て、アクティブにする特定のリハビリ運動を選択し、以前のリハビリ運動と実行とをレビューし、それらの運動と実行の記録を、ヘルスケア提供者のような他の人にエクスポートすることを可能にする。アプリケーションは、治療の運動ルーチンを作成するのに役立つ。プレビューウィンドウ(ａ)は、臨床医又は患者によって選択されたシーケンスにおける運動ルーチンのビデオアニメーションをユーザがプレビューすることを可能にする。このコンポーネントは、推奨される運動と、現在の難易度と、格付け（rating）とを更に表示することができる。シーケンス表現(ｃ)は、ルーチンを生成する個々の運動から成るシーケンスを示している。これは、ユーザが、利用可能なリストからの運動のシーケンスをカスタマイズし、適宜に順序付けることを可能にする。運動ブラウザ(ｄ)は、ユーザにとって利用可能な治療の運動を列挙するために提供され得る。個々の運動を選択することによって、更なる情報を取得することができる。

運動のセットを選択すると、患者は、スクリーン上のアバタと、特定の運動を表現したものとを提示され得る。患者は、ビュー（view）を変え、特定の運動に関連するオプション、例えば、難易度と、動作範囲の限度と、反復とを変えることができる。患者は、スクリーン上のアバタによって、リハビリ運動をどのように行なうかについての命令を見ることができる。従って、患者は、自分の体の動きと、スクリーン上のアバタの動きとを一致させることによって、リハビリ運動のルーチンを開始することができる。これらの２つの動きパターンがスクリーン上で調和しない場合は、患者の動きを修正し、適切な運動技術を維持するために、オーディオ及びビジュアルのフィードバックを患者に与える。患者は、運動ルーチンをいつでも中断及び再開することができる。更に、患者は、完全に、運動のルーチンをカスタマイズするか、又は臨床提供者によって指示された標準の運動のセットに戻ることができる。

更に、臨床提供者の監督を受けている外来患者理学療法センタのようなトレーニング環境において、スクリーン上の予めプログラムされた運動ルーチンを、取り込まれて動作追跡された患者の記録されたルーチンに変えることができる。この機能は、ハイレベルの個別化及び介護の継続性を可能にする。

スクリーン上のアバタ自体を、人間の体を単純に表現したものから、その患者又は他の人間に細部にわたって似た形態に変えることができ、これはカスタマイゼーションと患者の関与とを更に可能にする。同様に、スクリーン上のアバタのシミュレートされた環境を、ユーザが好みに従って変えることができる。

リハビリアプリケーションにおける遠隔医療リンクは、遠隔医療リンクの形態において臨床医を関与させて、患者のヘルスケア提供者が、執着と実行との記録を観察するだけでなく、患者が実行する運動をリアルタイムで観察し、技術と運動の効果とを査定することを可能にする。オプションで、システムは、ユーザのバイタルサイン及び／又は生命活動をモニタし、警報又はアラームの状態を自動的に検出してもよい。遠隔医療リンクをアクティブにし、医療専門家とユーザとを接続し、警報又はアラームの状態を解消するための修正措置をとるようしてもよい。

図５は、リハビリの実行のレビュー及びメトリクスのスクリーンの例示的な画像表示であり、追跡及び報告の特徴を含み得る。患者がリハビリ運動に取り組んでいる間に、患者の動きに関する特定の変数が精密に測定される。これらは、提示された動きに患者が一致する精度と、体の動きの速度と、三次元空間における位置と、関節の角度と、動作範囲と、回旋（rotation）と、完了した反復回数と、患者の動き追跡におけるシステムの精度レベルと、各運動中に費やされる時間とを含むが、これらに制限されない。これらのメトリクスの全てについてログを取る。これらを使用して、患者の実行の客観的な測定値を取得することができる。その結果として、患者の実行の客観的な測定値は、患者と臨床提供者とによって適宜に閲覧できる。患者及び／又は臨床提供者は、治療の指導を助けるために、患者の実行のメトリクスにアクセスすることができる。更に、ハードコピーと、健康情報の交換と、オンラインのリハビリ又はソーシャルネットワークとを作成するために、これらのメトリクスをエクスポートすることができる。実行報告を増強するために、患者と、患者の介護提供者（care giver）は、マイクロホンアレイ又は接続されたキーボードによって取り込まれた、記録されたオーディオ情報又はテキスト情報を提供し、医療提供者によるレビュー又は将来の個人的なレビューのために、背景の注釈（contextual annotation）を提供することができる。

図５は、リハビリ治療の実行をレビューするための例示的なスクリーンを示している。ユーザを表しているピクチャとテキスト（ｂ）は、病気の状態と他の人口学的情報とに関する詳細な情報をオプションで含む。過去と、現在と、将来とのリハビリセッションから成る時系列（ｃ）を提供してもよい。各セッションは、選択されると、示されているように更なる詳細を提供する。ユーザの選択可能なリハビリのメトリクスを表現したもの(ｄ)は、テーブルとグラフとの両方の形態で表示される。実行データは、複数のフォーマットで報告され得る。臨床医の遠隔医療リンクにより、ユーザはメッセージを送り、患者のヘルスケア提供者と共にオーディオ／ビジュアル遠隔会議（teleconference）に加わる。患者のヘルスケア提供者は、整形外科医と、看護師と、臨床看護師（nurse practitioner）、と、理学療法士と、初期治療の医師とを含み得る。

図６は、アバタの手本を備えたリハビリアプリケーションのユーザインターフェースを示している。背景情報（ｂ）は、患者識別情報と、リハビリ運動のセットと、オプションと、遠隔医療の機能と、精度と、リアルタイムのリハビリの実行のデータを含み得るが、これらに制限されない。これをモニタ上に表示し、ユーザによるアクセスを可能にする。三次元空間において、アバタ（ｃ）、又は患者／ユーザを表現するものを提供することが好ましい。動作追跡アルゴリズムによって割り当てられた特定の追跡点を使用して、アバタの動きを患者の動きに対応させる。肢（limb）の動き(ｄ)の場合に、アバタは、ユーザの腕のシルエットを使用し、弧を描くようにそれを動かして、腕をどのように動かすかをユーザを指示することができる。ユーザは、アバタの肢の動きと一致させるように指示される。対応するユーザの動きは、アバタの動きを表現したものの上に重ねられ得る。アバタと一致するユーザの動きの精度と、ユーザの肢の速度及び位置とを取得することができる。リアルタイムのフィードバック(ｅ)をユーザに表示してもよい。アバタによって表示された所定のリハビリプロトコルから導き出される「理想的な」動作と比較されるユーザの動作に基づいて、適切なリハビリ運動の技術を確かなものにするように、動的なリアルタイムの命令をプラットフォームによってユーザに送出してもよい。

更なるセンサをシステムに統合してもよい。医療、治療グレードの運動の精度を増強し、患者の生理機能に更なる洞察を加えるために、ハードウェアプラットフォーム及びリハビリアプリケーションの実行追跡及びロギング特徴に、外部センサを統合することができる。例示的なデバイスは、臨床運動中における肢の回旋を査定する動作追跡マーカと、更なる加速度計を含む。運動が行なわれている間、リハビリアプリケーションを使用して、これらのデバイスを追加及び較正することができ、更なるセンサから結果として得られたデータを、スクリーン上で実行報告に含めることができる。

ダンベルと、抵抗バンドと、バランスボード（balance board）とのような、臨床リハビリ運動ツールは、動作追跡マーカを提供する又は後付けする（retrofit）ことができる。このようなマーカは、ハイコントラスト色彩設計又はバーコードを含み得るが、これらに制限されない。患者がリハビリ運動を行なっているときに、これらのツールを、それらの特性（抵抗レベル、ウェート）に関して識別し、続いて、追跡することができる。リハビリツールの使用の性質も、システムの実行追跡に取り込まれる。作業療法の目的で、パーキンソン病又は発作（stroke）のような、神経血管（neurovascular）又は神経筋（neuromuscular）の疾患を有する患者をトレーニングするために使用される、食器と、衛生的な台所用品（hygiene utensil）と、家具とのような、日常生活のアイテムを含むように、リハビリツールを拡張してもよい。

中央のリハビリソフトウェアサーバから、インターネット接続又はポータブルフラッシュメモリドライブを介して、リハビリアプリケーションに、様々な運動のセット及びルーチンをダウンロードすることができる。患者は、これらの更なる運動に関する情報にアクセスすることができる。これらの更なる運動に関する情報は、それらの使い易さと、仲間の格付け（peer rating）と、彼らがそのセットを過去に使用したことがあるかどうかと、についての簡単な記述を含む。

リハビリ決定サポートが提供される。リハビリアプリケーションは、アルゴリズム、又はリハビリ決定サポートを使用し、患者の実行に基づいて、運動ルーチンの難易度を上げる又は下げる必要があるかどうかを決定することができ、リハビリの目標を達成するために、代わりの運動のセットを推奨することができる。

リアルタイムのリハビリソーシャルネットワーキングがオプションで提供される。インターネット接続とリハビリサーバアプリケーションとを使用して、共用設定のリハビリ運動において加わる又は実行結果を比較するために、リハビリソフトウェアは、患者の選択された又は自動選択された仲間のグループとインターフェースで連結することができる。

医療診断がシステムを介して行なわれ得る。治療用の運動のセットを供給できることに加えて、病状の動き（pathologic motion）及び又は病気の他の身体的徴候を提示することによって、内科的疾患の診断にも、ソフトウェアプラットフォームを使用することができる。ソフトウェアに組み込まれている診断モード機能をアクティブにすることによって、患者は、特定の病状を動作又はビデオキャプチャシステム、例えば追跡カメラに示すことができる。ヘルスケア提供者に対してその後の診断を可能にする臨床決定サポートアルゴリズムによって、病状の動きのパターンを記録し分析することができる。

中央のリハビリサーバは、治療情報のクラウドベースのリポジトリの役割をし得る。これは、臨床医への接続及びアクセスと、中央のコンピューティングプラットフォームへのダウンロードに利用可能な治療アプリケーションのような臨床内容と、患者のアカウント管理ツールと、を含み得る。

更なる臨床アプリケーションを含んでもよい。リハビリ臨床アプリケーションは、集中型の治療アプリケーションサーバからダウンロード又はインストールされる、多くの医療、治療グレードのアプリケーションのうちの１つであり得る。更なるアプリケーションは、ユーザの近くのリハビリ資源を見付けるのを助けるためのツールと、脳血管性偶発症状（cerebrovascular accident）のような他の病気の状態の診断及び取扱いを助けるツールと、スピーチトレーニングを含む日常生活の活動及び作業療法のための治療及びトレーニングと、フィットネスアプリケーションと、運動障害及び睡眠障害のための深度センサ及び動作追跡を使用するプログラムと、を含み得る。

参照によって取り込むために、各個々の刊行物又は特許出願が具体的に個々に示されているかのように、本明細書において引用されている全ての刊行物と特許は、参照によってここ取り込まれる。本発明は、明瞭にするために及び理解し易くするために、例証及び例示によって若干詳しく記載されているが、本発明の教示を考慮して、請求項の意図又は範囲から逸脱することなく、ある特定の変更及び修正を行ってもよいことが、当業者に容易に分かるであろう。

参照によって取り込むために、各個々の刊行物又は特許出願が具体的に個々に示されているかのように、本明細書において引用されている全ての刊行物と特許は、参照によってここ取り込まれる。本発明は、明瞭にするために及び理解し易くするために、例証及び例示によって若干詳しく記載されているが、本発明の教示を考慮して、請求項の意図又は範囲から逸脱することなく、ある特定の変更及び修正を行ってもよいことが、当業者に容易に分かるであろう。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システムであって、
患者の動作をモニタし、前記患者の動作を示す出力を生成する、動作追跡装置と、
ディスプレイと、
コンピューティングプラットフォームを形成する、プロセッサ及び関連するメモリであって、前記動作追跡装置から受信した入力を利用し、
（ａ）前記ディスプレイのためのメニュー駆動型インターフェースと、
（ｂ）前記ディスプレイにおいて前記患者に表示する命令と、
（ｃ）前記患者の動作又は行動の決定と、
（ｄ）前記患者に対する前記命令と、前記患者の動作又は行動と、の比較と、
（ｅ）フィードバック表示と、
を提供する、プロセッサ及び関連するメモリと、
を具備する、患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［２］ 前記動作追跡装置は、深度を感知することを含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［３］ 前記システムは、マイクロホンを含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［４］ 前記システムは、顔の特徴検出を含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［５］ 前記顔の特徴検出は、顔の追跡を含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［６］ 光学的にコード化されるデバイスを更に含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［７］ 前記光学的にコード化されるデバイスは、抵抗バンドである、［７］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［８］ 前記光学的にコード化されるデバイスは、ウェートである、［７］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［９］ 遠隔医療機能を更に含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１０］ 前記遠隔医療機能は、治療計画を設定するための入力を含む、［９］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１１］ 前記遠隔医療機能は、治療計画のレビューを可能にする、［９］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１２］ 前記遠隔医療機能は、治療計画に対する調節を可能にする、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１３］ 実行データが通信される、［９］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１４］ 執着データが通信される、［９］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１５］ 同期通信システムを更に含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１６］ 前記同期通信システムは、テレビ会議システムである、［１５］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１７］ 医療提供者と通信するための送信ユニットを更に含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１８］ ヘルスヘア情報交換部と通信するための送信ユニットを更に含む、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［１９］ テレマティックス機能は、警報状態によってトリガされる、［９］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［２０］ テレマティックス機能は、アラーム状態によってトリガされる、［９］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［２１］ 複数のゲーミング画像が表示される、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
［２２］ ソーシャルネットワークへのリンクを備える、［１］の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。

Claims (22)

1. 患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システムであって、
   患者の動作をモニタし、前記患者の動作を示す出力を生成する、動作追跡装置と、
   ディスプレイと、
   コンピューティングプラットフォームを形成する、プロセッサ及び関連するメモリであって、前記動作追跡装置から受信した入力を利用し、
   （ａ）前記ディスプレイのためのメニュー駆動型インターフェースと、
   （ｂ）前記ディスプレイにおいて前記患者に表示する命令と、
   （ｃ）前記患者の動作又は行動の決定と、
   （ｄ）前記患者に対する前記命令と、前記患者の動作又は行動と、の比較と、
   （ｅ）フィードバック表示と、
   を提供する、プロセッサ及び関連するメモリと、
   を具備する、患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
2. 前記動作追跡装置は、深度を感知することを含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
3. 前記システムは、マイクロホンを含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
4. 前記システムは、顔の特徴検出を含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
5. 前記顔の特徴検出は、顔の追跡を含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
6. 光学的にコード化されるデバイスを更に含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
7. 前記光学的にコード化されるデバイスは、抵抗バンドである、請求項７の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
8. 前記光学的にコード化されるデバイスは、ウェートである、請求項７の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
9. 遠隔医療機能を更に含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
10. 前記遠隔医療機能は、治療計画を設定するための入力を含む、請求項９の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
11. 前記遠隔医療機能は、治療計画のレビューを可能にする、請求項９の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
12. 前記遠隔医療機能は、治療計画に対する調節を可能にする、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
13. 実行データが通信される、請求項９の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
14. 執着データが通信される、請求項９の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
15. 同期通信システムを更に含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
16. 前記同期通信システムは、テレビ会議システムである、請求項１５の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
17. 医療提供者と通信するための送信ユニットを更に含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
18. ヘルスヘア情報交換部と通信するための送信ユニットを更に含む、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
19. テレマティックス機能は、警報状態によってトリガされる、請求項９の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
20. テレマティックス機能は、アラーム状態によってトリガされる、請求項９の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
21. 複数のゲーミング画像が表示される、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。
22. ソーシャルネットワークへのリンクを備える、請求項１の患者に施される理学療法を増強するための患者の非侵襲性動作追跡システム。

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