JP3984361B2 - 人体関節のひねり角度測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の関節の曲げ、及びひねり角度を的確に測定・評価することによって、労働安全、作業快適性に寄与することができる人体関節のひねり角度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
労働衛生分野では、業務中、重量物のハンドリング等で無理な、きつい姿勢をとると、身体（人体）の各部の関節を極度に曲げたり、ひねることになり、結果として腱鞘炎、腰痛等の健康障害を発生させると言われている。
【０００３】
身体（人体）の各部においては、動作頻度、負担荷重、曲げ角度にもよるが、曲げのみよりひねりを伴う方が、障害の発生の確率が高いと言われている。よって、関節の曲げ、及びひねりを的確に測定・評価することは、労働安全、作業快適性の面から重要である。しかし、ひねりの程度と健康障害等の関係は詳しく把握されていないのが現状である。本発明の装置は、上記のことを適切に把握するためのものである。
【０００４】
人体の関節の曲げ動作については、従来、回転角度センサ、ストレインゲージ等を使用したセンサにより簡易に動作及び角度を測定する装置が実用化されている。しかし、ひねり動作については、ストレインゲージを使用した装置のみであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ストレインゲージを使用した装置においては、
▲１▼．耐久性が劣る。
▲２▼．装置が高価である。
▲３▼．複雑な電子回路を必要とする。
▲４▼．脊椎のような大きな骨格や多くの骨格が協調して行うひねり動作の測定は不可能である。
といった各種の問題点があり、あまり普及、使用されていなかった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するために、比較的簡単に、かつ小型軽量に構成され、耐久性があり、安価に提供でき、脊椎のような大きな関節のひねり動作の測定も可能な，人体関節のひねり角度測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。
【０００８】
Ａ．人体の関節を挟んで一方の骨格を含む体表面の外周に第１の固定手段を設け、上記関節を挟んだ他方の骨格を含む体表面の外周にも第２の固定手段を設け、上記第１の固定手段に回転角度センサを回転軸が上記骨格の長軸方向に沿うように取付けると共に、該回転角度センサの上記回転軸から上記骨格の長軸方向に沿って延びるセンサ作動体を上記第２の固定手段に取付け、上記回転角度センサにより測定される上記第１の固定手段と上記第２の固定手段との間の接線方向の相対的な回転角度に基づいて、回転中心となる上記骨格のひねり角度及びその時間的変化を測定するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
Ｂ．上記センサ作動体の中間にコイルバネを介装したことを特徴としている。
【００１０】
Ｃ．上記センサ作動体をフレキシブルシャフトとして、上記回転角度センサに表示器、記録装置を接続したことを特徴としている。
【００１１】
【作用】
本発明による人体関節のひねり角度測定装置においては、以下のような作用が行われる。
【００１２】
( １ ) 請求項１記載の発明に係る人体関節のひねり角度測定装置によれば、人体の関節を挟んで一方の骨格を含む体表面の外周に第１の固定手段を設け、上記関節を挟んだ他方の骨格を含む体表面の外周にも第２の固定手段を設け、上記第１の固定手段に回転角度センサを回転軸が上記骨格の長軸方向に沿うように取付けると共に、該回転角度センサの上記回転軸から上記骨格の長軸方向に沿って延びるセンサ作動体を上記第２の固定手段に取付けている。これにより、関節の屈曲、伸展、外転、内転、描円の各運動の影響を受けることなく、上記回転角度センサにより上記第１の固定手段と上記第２の固定手段との間の接線方向の相対的な回転角度が測定でき、この相対的な回転角度に基づいて、回転中心となる上記骨格のひねり角度及びその時間的変化を正確に、簡単、かつ迅速に測定することができる。
【００１３】
( ２ ) 請求項２記載の発明に係る人体関節のひねり角度測定装置によれば、上記センサ作動体の中間にコイルバネを介装したことで、関節を曲げたときでも、センサ作動体がコイルバネにより余裕をもたせているので、引っかかったり、動作が著しく制限されることがない。なお、この場合、コイルバネが伸縮しても、回軸回りの変形は微少な範囲内にある。
【００１４】
( ３ ) 請求項３記載の発明に係る人体関節のひねり角度測定装置によれば、上記センサ作動体をフレキシブルシャフトとして、上記回転角度センサに表示器、記録装置を接続することで、耐久性があり、計測データを直ちに確認し、記録することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付の図面を参照して具体的に説明する。
図１は、身体全体の各関節の曲げ、ひねり動作の模式図であり、矢印点線は伸展、屈曲運動を示し、矢印実線は外転、内転（ひねり）運動を示している。図２は、ひねり動作測定原理の模式図であり、図１の矢印実線で示す外転、内転（ひねり）運動について、▲１▼：体幹が直立状態でのひねり、又はそれ以外の関節のひねりの場合、▲２▼：体幹を曲げたままひねった場合の自由端側、固定端側、自由端上面の様子を示し、αはひねり角度、○は角度センサ及びフレキシブルシャフトの固定位置である。
【００１６】
測定原理は、ひねり動作を行った場合、回転中心の回転角度と外周上のある点の接線方向の変化した角度は、身体の断面形状が変化しない限り同一である。よって、体表面上の２点間の接線方向の相対的な角度を測定すれば、回転中心となる関節のひねり角度が把握できることになる。このとき、２点間に曲げ動作等が含まれていても、フレキシブルシャフトが軸方向のみに変形して干渉されることがなく、ひねり角度のみを測定することが可能となる。そして、関節の屈曲、伸展、外転、内転、描円の各運動の影響を受けることなく、骨格の長軸方向の軸を回転軸とした軸回りの回転角度（ひねり角度）を測定可能にする。
【００１７】
図３に、本発明による人体関節のひねり角度測定装置の実施例を示す。この装置は、図２に示す測定原理に基き、図１に示す人体の関節を挟んで一方の骨格を含む体表面の外周に固定ジグ（バンド、両面テープ、粘着テープ、クリップなど）：第１の固定手段１を設け、関節を挟んだ他方の骨格を含む体表面の外周にも固定ジグ（バンド、両面テープ、粘着テープ、クリップなど）：第２の固定手段２を設け、第１の固定手段１に回転角度センサ３を取付けると共に、該センサ３から延びるセンサ作動体であるフレキシブルシャフト４を第２の固定手段２に取付けて、このフレキシブルシャフト４を骨格の長軸方向の回転軸として軸回りの複数の骨格間の相対的な回転角度を計測し、骨格のひねり角度α及びその時間的変化を測定するようにしている。回転角度センサ３には表示器、又は記録装置５が接続されている。
【００１８】
本発明による測定装置の他の実施例を図４に示す。この実施例のものは、図３の実施例におけるフレキシブルシャフト４の中間に位置して、コイルバネ６を介装しているほかは、図３の実施例のものと同様のものである。この実施例のものにおいては、関節を曲げたときに、フレキシブルシャフト４の長さに余裕がないと引っかかったり、動作が著しく制限されるので、コイルバネ６により余裕をもたせたものである。なお、この場合、コイルバネ６が伸縮しても、回軸回りの変形は微少な範囲内にある。
【００１９】
本発明による人体関節のひねり角度測定装置は、例えば図５乃至図９に示すようにして身体に取付けられて測定が行われる。図５は測定装置を肘関節に装着したもので、第１の固定ジグ（バンド）１を上腕に固定し、第２の固定ジグ（バンド）２を前腕に固定して、前腕のひねり角度を測定する。図６は測定装置を体幹に装着したもので、第１の固定ジグ（バンド）１を腰部に固定し、第２の固定ジグ（バンド）２を胸部に固定して、胸部のひねり角度を測定する。図７は第１の固定ジグ（バンド）１の側面に下方に向けセンサ３を取付けた状態の測定装置を体幹〜下肢に装着したもので、第１の固定ジグ（バンド）１を胸部に固定し、第２の固定ジグ（バンド）２を下肢に固定して、下肢のひねり角度を測定する。
【００２０】
図８は第１の固定ジグ（バンド）１の側面にセンサ３が取付け不可能な場合の測定装置を体幹に装着しもので、第１の固定ジグ（バンド）１をクロスして胸部から肩部にかけて固定し、その交点にセンサ３を取付け、第２の固定ジグ（バンド）２を腰部に固定して、腰部のひねり角度を測定する。図９は測定装置を肘〜肩関節２個以上の関節へ装着したもので、第１の固定ジグ（バンド）１を上腕付け根の肩側部分に固定し、上腕の下部に第２の固定ジグ（バンド）２ａを、手首部に第２の固定ジグ（バンド）２ｂをそれぞれ固定して、前腕及び上腕のひねり角度を測定する。
【００２１】
次に、上記人体関節のひねり角度測定装置により、身体のひねり動作の測定の可能性、取扱い性の確認試験を行った試験方法及び試験結果について説明する。
【００２２】
［試験方法］
１）ビデオ式動作解析システムとの照合
まず、被験者（男２名、女１名）に椅座位（体幹直立）、立位前屈（体幹傾斜９０度）の状態で、３０、４０周期／分の速度で上体のひねり動作をさせ、Ｌ４腰椎位置（ズボンのベルトの高さ程度）と、Ｔｈ６胸椎位置（肩甲骨中庸高さ程度）の相対的なひねり角度をひねりセンサ３とビデオ式動作解析システム（電気計測販売株式会社製、Quick-MAG SYSTEM 1）で測定し、比較した。
【００２３】
２）屈曲動作との干渉の有無
椅座位（体幹直立）状態で、▲１▼体幹の前屈・起立動作のみ、▲２▼前屈・起立動作にひねり動作を加えた場合のＬ４腰椎とＴｈ６胸椎の相対的なひねり角度をひねりセンサ３で測定し、屈伸動作の影響を調査した。
【００２４】
［試験結果］
１）ビデオ式動作解析システムとの照合
測定結果の一部を図１０に示す。この図により、両方式による測定値はほぼ一致していることが明かである。
２）屈曲動作との干渉の有無
測定結果の一部を図１１に示す。この図から、屈伸動作は測定値にほとんど影響がないことが明かである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の人体関節のひねり角度測定装置によれば、以下の効果を奏することができる。
【００２６】
( １ ) 請求項１に記載の発明に係る人体関節のひねり角度測定装置によれば、人体の関節を挟んで一方の骨格を含む体表面の外周に第１の固定手段を設け、上記関節を挟んだ他方の骨格を含む体表面の外周にも第２の固定手段を設け、上記第１の固定手段に回転角度センサを回転軸が上記骨格の長軸方向に沿うように取付けると共に、該回転角度センサの上記回転軸から上記骨格の長軸方向に沿って延びるセンサ作動体を上記第２の固定手段に取付け、上記回転角度センサにより測定される上記第１の固定手段と上記第２の固定手段との間の接線方向の相対的な回転角度に基づいて、回転中心となる上記骨格のひねり角度及びその時間的変化を測定するようにしたので、関節の屈曲、伸展、外転、内転、描円の各運動の影響を受けることなく、骨格の長軸方向の軸を回転軸とした軸回りの複数の骨格間の相対的な回転角度を正確に、簡単、かつ迅速・容易に計測することができ、骨格のひねり角度及びその時間的変化を把握して、労働安全、作業快適性に寄与することができる。
【００２７】
( ２ ) 請求項２記載の発明に係る人体関節のひねり角度測定装置によれば、上記センサ作動体の中間にコイルバネを介装しているので、関節を曲げたときでも、センサ作動体がコイルバネにより余裕があり、引っかかったり、動作が著しく制限されることがない。なお、この場合、コイルバネが伸縮しても、回軸回りの変形は微少な範囲内にある。
【００２８】
( ３ ) 請求項３記載の発明に係る人体関節のひねり角度測定装置によれば、上記センサ作動体をフレキシブルシャフトとして、上記回転角度センサに表示器、記録装置を接続したので、装置そのものに耐久性があり、計測データを直ちに確認し、記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】身体全体の各関節の曲げ、ひねり動作の模式図である。
【図２】ひねり動作測定原理の模式図である。
【図３】本発明による人体関節のひねり角度測定装置の概要図である。
【図４】同測定装置の他の実施例の概要図である。
【図５】測定装置の肘関節への装着例である。
【図６】測定装置の体幹への装着例である。
【図７】側面にセンサを取付けた状態の測定装置を体幹〜下肢に装着した例である。
【図８】側面にセンサが取付け不可能な場合の測定装置を体幹に装着した例である。
【図９】測定装置の肘〜肩関節２個以上の関節への装着例である。
【図１０】座位、ひねり４０周期／分を示すグラフである。
【図１１】座位状態での測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 固定ジグ（バンド）：第１の固定手段
２，２ａ，２ｂ 固定ジグ（バンド）：第２の固定手段
３ 回転角度センサ
４ フレキシブルシャフト
５ 表示器、記録装置
６ コイルバネ
α ひねり角度
○ ひねり角度センサ及びフレキシブルシャフトの固定位置

Claims (3)

1. 人体の関節を挟んで一方の骨格を含む体表面の外周に第１の固定手段を設け、
   上記関節を挟んだ他方の骨格を含む体表面の外周にも第２の固定手段を設け、
   上記第１の固定手段に回転角度センサを回転軸が上記骨格の長軸方向に沿うように取付けると共に、
   該回転角度センサの上記回転軸から上記骨格の長軸方向に沿って延びるセンサ作動体を上記第２の固定手段に取付け、
   上記回転角度センサにより測定される上記第１の固定手段と上記第２の固定手段との間の接線方向の相対的な回転角度に基づいて、回転中心となる上記骨格のひねり角度及びその時間的変化を測定するようにした
   ことを特徴とする人体関節のひねり角度測定装置。
2. 上記センサ作動体の中間にコイルバネを介装したことを特徴とする請求項１記載の人体関節のひねり角度測定装置。
3. 上記センサ作動体をフレキシブルシャフトとして、上記回転角度センサに表示器、記録装置を接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の人体関節のひねり角度測定装置。

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