CN101636142B - 康复训练辅助装置 - Google Patents

Abstract

一种康复训练辅助装置(1)，具有：第一支架(11)，其沿着从生体的可动部中的作为检测对象的关节延伸的第一骨骼安装；第二支架(12)，其沿着从关节向与第一骨骼不同的方向延伸的第二骨骼安装；角度传感器(131)，其用于检测第一支架和第二支架之间的转动角度位置；屈曲侧生体信号传感器(14)，其用于检测屈肌的生体信号；伸展侧生体信号传感器(15)，其用于检测伸肌的生体信号；校正单元(31)，其用于分别设定屈曲侧补正值和伸展侧补正值；存储部(34)，其用于存储不同个体的生体信号的个别补正值、屈曲侧补正值以及伸展侧补正值。

Description

康复训练辅助装置

技术领域

本发明涉及一种康复训练辅助装置，其用于检测具有运动功能障碍的生体(即：“生物体”)在进行各种动作时该生体表面所产生的生体信号，对用来使生体运动功能恢复的康复训练进行辅助。

背景技术

在医疗机关和疗养所等地，一般来说，对具有运动功能障碍的生体(即：“被试验者”，以下简称“被验者”)的可动部(主要是手、腕、肩、腰、膝、踝等运动部)进行基于运动疗法的、以恢复运动功能为目的的康复训练。在实施这种医疗康复训练时，为了恢复由受伤或疾病等直接或间接原因而导致运动功能下降的可动部的运动功能，一般进行向该部位周围的肌肉增加负荷或者增加外力以使关节屈曲和伸展等训练。另外，增加负荷或外力的方法也有多种多样，例如，有使用锤子或橡皮带的简单方法，还有使用专用负荷装置或器具等其他方法。但是，不管使用哪种方法，康复训练都要在医生或理疗师(physical therapist)的指导下进行。

作为实施这种基于运动疗法的康复训练的装置，专利文献1中揭示了一种运动疗法装置。在该装置中，具有从基部延伸的臂部以及设置在该臂部前端的把持部，其目的在于，使接受康复训练的被验者能够根据自身关节或肌力的恢复状况，进行一些除了外力强制运动以外的运动，例如，等长运动、等张运动、等速运动等被试验者主动使肢体活动的自主性运动或者抵抗性运动等。

上述运动疗法装置的臂部是具有多个驱动轴的多轴的链接(link)，其可在可动范围内将把持部移动至任意位置，并同时改变把持部的姿势。臂部沿预先设定的架装起动轨道运动。把持部被安装至作为康复训练对象的被试验者的肢体。每个驱动轴上都具有角度传感器或速度传感器。

另外，专利文献1中还记载了，为了测量作为康复训练对象的被试验者的肢体主动产生的负荷，获取肢体主要肌肉的肌电信息、装置的臂部位置以及姿势信息、安装在驱动轴上的扭矩传感器的检测值等，并将它们作为载荷信息。

上述载荷信息被用于实施主动助力运动。在主动助力运动中，如果被试者按照自己的意思活动肢体，则运动疗法装置根据此时所得到的载荷信息通过装置的臂部动作来进行辅助，据此，使比被验者施加的力所能产生的动作还要大的动作作用至被试验者的肢体。

另外，作为一种用于定量地分析通过康复训练而使被验者恢复的恢复程度的装置，专利文献2中揭示了一种便携式肌电图·体动测量器。在这个装置中，具有生体电位传感器和体动传感器，用于检测作为生体信号的生体电位信号。在专利文献2中，使用加速度传感器作为体动传感器。这些传感器被安装在被验者四肢的右侧和左侧，一侧是检测部位，另一侧是正常部位，检测部位和正常部位互相对称。

便携式肌电图·体动测量器将由各传感器测量到的信号从无线传送单元传送至设置在别处的个人计算机。安装了传感器的被验者的运动状态的测量数据转换为数值数据被显示在显示器上。在专利文献2中，医生或理疗师通过观察这些数据，就可以定量地判定对被验者所进行的康复训练是否有效。

专利文献3中揭示了一种电动辅助装置，其安装在被验者的膝关节，用来辅助被验者上楼梯的动作。在这个电动辅助装置中，具有驱动部、角度传感器、压力传感器、用于检测作为生体信号的肌电位的肌电传感器。角度传感器用于检测膝关节的角度；肌电传感器用于检测肌肉的紧张程度；压力传感器用于检测施加在支撑腿上的体重等载荷。在这个电动辅助装置中，根据这些传感器的检测结果来判定被验者的动作是否为上楼梯的动作，同时，将这些传感器的信号作为起动信号，使驱动部进行工作。

专利文献1：(日本)特开平10-258100号公报

专利文献2：(日本)特开2005-278706号公报

专利文献3：(日本)特开平7-163607号公报

发明内容

本发明想要解决的课题如下：

在医疗康复训练中，例如，为了使与正常时相比肌力变低或可动范围变窄的部位恢复原样，可以进行伸展运动以使肌肉延伸或进行重复运动以使肌肉强化等训练，目前为止，这些方法都已经充分地发挥了的它们的作用。

但是，当发生脑或脊椎障碍而引起的知觉丧失、麻痹等运动功能障碍时，在恢复前不仅需要极大的时间和毅力，而且能否恢复也是未知数。所以，就有很多这样的情况，即：完全放弃恢复、或者、进行训练以使身体的其他部分代替进行目前为止的动作。

在上述情况下，从运动功能障碍产生时开始，经过的时间越长，不仅肌力或可动范围会变得越来越小，而且被验者也越来越容易忘记正常时的动作和感觉。特别是平时随便做的动作，因为都是无意识地使肌肉进行活动，所以不知道该怎么做才能使身体作出那些动作。

另外，康复训练的运动计划对接受该康复训练的被验者来说是否适当，也是通过医生或理疗师等指导者与被验者之间反复地进行沟通以仔细斟酌每次的内容来确定的。因此，运动计划不仅随对象部位的障碍程度及其恢复程度的不同而不同，而且还随各被验者的个体差异的不同而不同。

此时，康复训练的指导者可能要向被验者的腕部和腿部直接施加负荷，以观察被验者的反应并询问被验者的感觉。但是，因为平时都是无意识地使肌肉进行活动，另外，在感觉方法上也存在着个体的差异，所以，被验者很难定量地说出自己的感觉。因此，如果指导者和被验者之间的交流不充分，指导者就不能对康复训练提供适当的指导，相反，还有可能妨碍被验者的恢复。

因此，本发明的课题在于，提供一种康复训练辅助装置，其可使作为检测对象的关节周围的物理量与其随意肌的生体信号之间具有相关性，并可定量地对它们进行输出。

用于解决上述课题的技术手段如下：

本发明的康复训练辅助装置具有第一支架、第二支架、角度传感器、屈曲侧生体信号传感器、伸展侧生体信号传感器、校正单元、以及、存储部。第一支架沿着从生体可动部中的作为检测对象的关节延伸的第一骨骼安装。第二支架沿着从关节向与第一骨骼不同方向延伸的第二骨骼安装。角度传感器的转动中心设置在与关节的转动轴相同的轴上，用于检测第一支架和第二支架之间的转动角度位置。屈曲侧生体信号传感器与体表面接触，该体表面与使第一骨骼和第二骨骼以关节为中心进行屈曲的屈肌(或称“屈曲肌”)相对应，用于检测屈肌的生体信号。伸展侧生体信号传感器与体表面接触，该体表面与使第一骨骼和第二骨骼以关节为中心进行伸展的伸肌(或称“伸展肌”)相对应，用于检测伸肌的生体信号。校正单元分别设定用于校正屈曲侧生体信号传感器的输出值的屈曲侧补正值、以及、用于校正伸展侧生体信号传感器的输出值的伸展侧补正值。存储部用于存储不同个体的生体信号的个别补正值、屈曲侧补正值以及伸展侧补正值。

在上述情况下，屈曲侧生体信号传感器测量屈曲侧神经传递信号和屈曲侧肌电位信号中的至少一个信号，并将其作为生体信号，其中，屈曲侧神经传递信号是由大脑输出的用于使屈肌收缩的、在与屈肌相对应的体表面所流动的信号，屈曲侧肌电位信号是屈肌收缩时发生的信号。伸展侧生体信号传感器测量伸展侧神经传递信号和伸展侧肌电位信号中的至少一个信号，并将其作为生体信号，其中，伸展侧神经传递信号是由大脑输出的用于使伸肌收缩的、在与伸肌相对应的体表面所流动的信号，伸展侧肌电位信号是伸肌收缩时发生的信号。

另外，其他方式的康复训练辅助装置还具有指导单元，用于对视觉、听觉以及触觉中的至少一个进行报知。该指导单元根据屈肌输出信号、伸肌输出信号以及角度传感器的转动角度位置进行输出，其中，屈肌输出信号是根据屈曲侧补正值对屈曲侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号，伸肌输出信号是根据伸展侧补正值对伸展侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号。

校正单元根据角度传感器检测出的角度变化量、第一支架相对于第二支架转动至该角度变化量的期间内所测量的时间、以及、转动至所述角度变化量时基于屈曲侧生体信号传感器和伸展侧生体信号传感器的输出值所求得的冲量，设定屈曲侧补正值和伸展侧补正值。

另外，其他方式的康复训练辅助装置还具有驱动单元、转矩传感器以及控制部。驱动单元设置在与角度传感器的转动中心相同的轴上，用于使第一支架相对于第二支架进行转动。转矩传感器设置在与角度传感器的转动中心相同的轴上，用于检测使第一支架相对于第二支架进行转动的转矩。控制部用于根据由屈曲侧生体信号传感器、伸展侧生体信号传感器、角度传感器、转矩传感器所得到的信息、以及、由校正单元所得到的各补正值使驱动单元工作。这里，需要说明的是，对于屈曲侧生体信号传感器和伸展侧生体信号传感器来说，“信息”是指检测出的生体信号；对于角度传感器和转矩传感器来说，“信息”是指包含检测出的信号或根据该信号所得到的数值。

设定屈曲侧补正值和伸展侧补正值时，控制部通过驱动单元向静止状态的关节施加预先设定的转矩。然后，校正单元根据在屈肌和伸肌为抵抗转矩以维持关节的姿势而分别作用时的屈曲侧生体信号传感器、伸展侧生体信号传感器以及转矩传感器的输出值，设定屈曲侧补正值和伸展侧补正值。

另外，上述康复训练辅助装置还具有补正单元，用于将屈肌输出信号和伸肌输出信号输出至控制部，其中，屈肌输出信号是根据屈曲侧补正值对屈曲侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号，伸肌输出信号是根据伸展侧补正值对伸展侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号。然后，控制部根据屈肌输出信号和伸肌输出信号、以及、角度传感器的转动角度位置，使驱动单元进行工作。

或者，其他方式的康复训练辅助装置还具有固定用具、第一形变测量器以及第二形变测量器。固定用具可将第一支架和第二支架固定成任意角度。第一形变测量器安装在第一支架上，用于对施加在该第一支架上的弯曲应力进行测量。第二形变测量器安装在第二支架上，用于对施加在该第二支架上的弯曲应力进行测量。

在上述康复训练辅助装置中，校正单元根据屈肌和伸肌为了使被固定用具固定成任意角度的第一支架和第二支架转动而分别作用时的屈曲侧生体信号传感器、伸展侧生体信号传感器、第一形变测量器以及第二形变测量器所得到的信息，设定屈曲侧补正值和伸展侧补正值。

指导单元的一个例子是至少具有用于显示屈肌输出信号、伸肌输出信号以及转动角度位置的显示单元。或者，指导单元的另一个例子是对视觉和触觉进行报知的模拟单元。该模拟单元具有第一模拟支架、第二模拟支架、模拟体角度传感器、模拟体驱动单元、模拟体控制部。第一模拟支架和第二模拟支架相对于第一支架和第二支架分别独立地设置，端部由连接部进行可转动的连接。模拟体角度传感器嵌入连接部，用于检测第一模拟支架和第二模拟支架之间的转动角度位置。模拟体驱动单元设置在与模拟体角度传感器的转动中心相同的轴上，用于使第一模拟支架相对于第二模拟支架进行转动。模拟体控制部将屈肌输出信号、伸肌输出信号、转动角度位置变换成模拟体驱动单元的输出信号，使第一模拟支架和第二模拟支架转动。这里，需要说明的是，屈肌输出信号是根据屈曲侧补正值对屈曲侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号。伸肌输出信号是根据伸展侧补正值对伸展侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号。转动角度位置是角度传感器所检测出的值。

另外，上述康复训练辅助装置还具有驱动单元、转矩传感器、第一形变测量器以及第二形变测量器。驱动单元设置在与角度传感器的转动中心相同的轴上，用于使第一支架相对于第二支架进行转动。转矩传感器设置在与角度传感器的转动中心相同的轴上，用于检测使第一支架相对于第二支架进行转动的转矩。第一形变测量器安装在第一支架上，用于测量施加在该第一支架上的弯曲应力。第二形变测量器安装在第二支架上，用于测量施加在该第二支架上的弯曲应力。控制部根据屈肌输出信号、伸肌输出信号、角度传感器的转动角度位置、转矩传感器的测量值、第一形变测量器和第二形变测量器的测量值，使驱动单元进行工作。此时，屈肌输出信号是根据屈曲侧补正值对屈曲侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号。伸肌输出信号是根据伸展侧补正值对伸展侧生体信号传感器的输出值进行了补正的信号。

另外，在上述康复训练辅助装置中，控制部根据模拟体角度传感器的转动角度位置使驱动单元工作，模拟体控制部根据屈肌输出信号、伸肌输出信号、角度传感器的转动角度位置、转矩传感器的测量值、第一形变测量器的测量值、第二形变测量器的测量值，使模拟体驱动单元工作。

本发明的效果如下：

本发明的康复训练辅助装置可以同时检测从作为检测对象的关节延伸的第一骨骼和第二骨骼的相对转动位置、以及、使该关节弯曲的屈肌和使该关节伸展的伸肌的各自的生体信号，并作为绝对量。因此，可以在用于使该关节活动的肌肉的生体信号和该关节的动作之间建立相关性。

另外，本发明的康复训练辅助装置不仅可以同时检测出关节的动作和该关节周围的拮抗肌即屈肌和伸肌的生体信号，而且还具有校正单元和存储部。因此，根据本发明，即使作为生体的被验者每次带上康复训练辅助装置时都产生生体信号的检测误差，也可以容易地设定相对于转动角度位置的屈曲侧生体信号的屈曲侧补正值以及伸展侧生体信号的伸展侧补正值，同时，还可以定量地输出作为检测对象的关节的动作及其随意肌的各生体信号。

附图概述

图1是用于表示使用本发明第一实施方式的康复训练辅助装置的状况的立体图。

图2是图1所示康复训练辅助装置的系统框图。

图3是图1所示康复训练辅助装置的生体检测装置的立体图。

图4是从图3所示生体检测装置的反对侧观察时的立体图。

图5是图2所示康复训练辅助装置的初期设定操作的流程图。

图6是用于表示使用图3所示生体检测装置测量动态生体信号的状态的侧面图。

图7是用于表示使用图3所示生体检测装置测量静态生体信号的状态的侧面图。

图8是使用图2所示康复训练辅助装置对相对于生体信号的肌力的输出进行调整的流程图。

图9是使用图2所示康复训练辅助装置对相对于肌力的生体信号的相关关系进行测量的流程图。

图10是使用了图2所示模拟单元的康复训练的流程图。

图11是用于表示应用于本发明第二实施方式的康复训练辅助装置中的股关节用生体测量装置的立体图。

图12是从图11所示生体测量装置的反对侧观察时的立体图。

图13是用于表示使用图11所示生体测量装置测量动态生体信号的状态的侧面图。

图14是用于表示应用于本发明第三实施方式的康复训练辅助装置中的肘关节用生体测量装置的立体图。

图15是从图14所示生体测量装置的反对侧观察时的立体图。

图16是用于表示应用于本发明第四实施方式的康复训练辅助装置中的手关节用生体测量装置的立体图。

符号说明：

1：康复训练辅助装置；10、10A-10B：生体测量装置；11、311、411、511：第一支架；12、312、412、512：第二支架；14：屈曲侧生体信号传感器；15：伸展侧生体信号传感器；16：固定用具；20：模拟单元(指导单元)；21：第一模拟支架；22：第二模拟支架；23：连接部；31；校正单元；32：控制单元；33：模拟体控制部；34：存储部；35：补正单元；40：显示装置(指导单元)；115：第一形变测量器；125：第二形变测量器；131：角度传感器；132：驱动单元；133：扭矩传感器；231：模拟体角度传感器；232：模拟体驱动单元；233：模拟体转矩传感器；α：(关节的)转动轴；A1：膝关节(关节)；A2：股关节(关节)；A3：肘关节(关节)；A4：手关节(关节)；B1：大腿部；B2：小腿部；B3：上臂部；B4：前臂部；B5：掌；P：被验者(生体)。

具体实施方式

参照图1至图10，对本发明第一实施方式的康复训练辅助装置1进行说明。康复训练辅助装置1是对人体的可动部即关节的动作和功能进行定量测量的装置。具体而言，在疾病或受伤等导致运动功能发生了障碍的时候，通过使用康复训练辅助装置1，可以进行使关节的动作和功能恢复的康复训练，另外，在康复训练的过程中，还可以对关节及其随意肌的功能进行定量测量。

在本实施方式中，以使用康复训练装置1对作为生体的被验者P的膝关节A 1实施康复训练时的情形为例进行说明。图1所示的康复训练辅助装置1具有生体测量装置10、模拟单元20、控制装置30、显示装置(显示单元)40。如图2至图4所示，生体测量装置10具有第一支架11、第二支架12、关节单元13、屈曲侧生体信号传感器14、伸展侧生体信号传感器15。

如图3和图4所示，第一支架11沿着从作为测量对象的膝关节A1延伸的、作为第一骨骼的大腿骨而被安装在大腿部B1上。在第一支架11上，靠近膝关节A1的基部111附近以及远离膝关节A1的前端部112安装了固定带113、114。固定带113、114由伸缩性较小的柔软的材料制成，并具有维可牢(velcro)113a、114a，这样，就可以根据被验者P的大腿部B1的粗细来进行调整。在第一支架11的基部111安装了第一形变测量器115，用于在使膝部屈曲或伸展时测量作用于第一支架11上的应力。

第二支架12在大腿骨(第一骨骼)的相反方向沿着从膝关节A1延伸的、作为第二骨骼的胫骨而被安装在小腿部B2上。在第二支架12上，靠近膝关节A1的基部111附近以及远离膝关节A1的前端部122安装了固定带123、124。固定带123、124与第一支架11的固定带113、114同样地由伸缩性较小的柔软的材料制成，并具有维可牢(velcro)123a、124a，这样，就可以根据被验者P的小腿部B 2的粗细来进行调整。第二支架12的基部121安装了第二形变测量器125，用于在使膝部屈曲或伸展时测量作用于第二支架12上的应力。第一形变测量器115和第二形变测量器125的信号线115a、125a沿第一支架11配置。

如图3所示，关节单元13可转动地连接在第一支架11和第一支架12之间。关节单元13的转动中心130配置在与膝关节A1的转动轴α相同的轴上。如图2所示，关节单元13内设置了角度传感器131、驱动单元132以及转矩传感器133。角度传感器131用于检测第一支架11和第二支架12之间的相对转动角度位置和转动量θ。作为角度传感器131，例如可以使用旋转编码器、可变电阻器、可变电容器等。

驱动单元132具有用于产生转动驱动力的电动机132b、用于对电动机132b输出的转动进行减速的变速机132c。通过传递电动机的驱动力使第一支架11或第二支架12转动，这样，就可以在使膝关节A1伸展和屈曲的方向上，使第一支架11和第二支架12的相对角度发生变化。电动机132b不仅可以使其停止在任意的转动角度，而且还可以使其转动方向反转，并且，还具有可以根据电动机132的输出调整转动速度的功能，例如可以使用伺服电动机。转矩传感器133用于根据电动机132b的输出测量作用至关节单元13的转动中心130的转矩。如图4所示，角度传感器131的信号线131a、驱动单元132的动力缆线132a、转矩传感器133的信号线133a沿第一支架11的长度方向的侧面配置。

如图3和图4所示，屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15安装在第一支架11的基部111附近的固定带113的内侧，其信号线14a、15a沿第一支架11配置。屈曲侧生体信号传感器14与使大腿骨和胫骨以膝关节A1为中心进行屈曲时起主要作用的屈肌即半膜样肌、半腱样肌、大腿二头肌中的至少一个所对应的体表面接触，用于测量作为生体信号的屈曲侧神经传递信号和屈曲侧肌电位信号。伸展侧生体信号传感器15与使大腿骨和胫骨以膝关节A1为中心进行伸展时的伸展肌即大腿四头肌所对应的体表面接触，用于测量作为生体信号的伸展侧神经传递信号和伸展侧肌电位信号。

屈曲侧神经传递信号是由使膝关节A1屈曲时大脑发出的微弱的电信号所构成的信号。屈曲侧肌电位信号是由作为屈肌来作用的半膜样肌、半腱样肌、大腿二头肌等活动时输出的生体电位信号所构成的生体信号。伸展侧神经传递信号是由使膝关节A1伸展时大脑发出的微弱的电信号所构成的信号。伸展侧肌电位信号是由作为伸肌来作用的大腿四头肌活动时输出的生体电位信号所构成的生体信号。

屈曲侧肌电位信号和伸展侧肌电位信号的大小与肌肉活动的强度相关。另外，屈曲侧神经传递信号和伸展侧神经传递信号的大小与屈曲侧肌电位信号和伸展侧肌电位信号的大小相关。屈曲侧神经传递信号和伸展侧神经传递信号在屈曲侧肌电位信号和伸展侧肌电位信号之前被检测。

换言之，屈曲侧神经传递信号和屈曲侧肌电位信号、以及、伸展侧神经传递信号和伸展侧肌电位信号分别被一连串地输出，并分别被屈曲侧生体信号传感器14以及伸展侧生体信号传感器15所检测。所以，在以下的叙述中，将屈曲侧神经传递信号和屈曲侧肌电位信号统称为“屈曲侧生体信号”，将伸展侧神经传递信号和伸展侧肌电位信号统称为“伸展侧生体信号”。

如图1所示，模拟单元20是对视觉和触觉进行报知的指导单元的一个例子。该模拟单元20具有如图1和图2所示的与第一支架11和第二支架12分别独立设置的第一模拟支架21和第二模拟支架22、以及、将第一模拟支架21和第二模拟支架22互相可转动地连接在一起的连接部23。连接部23内设有模拟体角度传感器231、模拟体驱动单元232以及模拟体转矩传感器233。模拟体角度传感器231用于检测第一模拟支架21和第二模拟支架22之间的相对转动角度位置及其转动量Φ。作为模拟体角度传感器231，例如可使用旋转编码器、可变电阻器、可变电容器等。

与上述驱动单元132相同，模拟体驱动单元232内设置电动机232b和变速机232c，通过将驱动单元132的输出轴设置在与模拟体角度传感器231的转动中心相同的轴上，使第二模拟支架22相对于第一模拟支架21进行转动。与驱动单元132的电动机相同，电动机232b也可以使其停止在任意的转动角度。另外，作为不仅可以使其在伸展和屈曲的任意一个方向上进行转动，而且还可以根据转动速度使其自由地进行变化的电动机，例如，可以使用伺服电动机。

另外，模拟单元20的第一模拟支架21和第二模拟支架22分别具有形变测量器215、225。所以，模拟单元20通过连接部23的模拟体转矩传感器233、以及、第一模拟支架21和第二模拟支架22的形变测量器215、225可以测量作用在模拟单元20上的载荷。

控制装置30由计算机组成，如图2所示，具有校正单元31、控制部32、模拟体控制部33、存储部34以及补正单元35。另外，控制装置30内预先设定了各种控制程序，用于执行如后所述的图5、图8、图9、图10所示的控制处理。

校正单元31根据控制部32的指示分别读取同时检测到的屈曲侧生体信号传感器14、伸展侧生体信号传感器15、角度传感器131、转矩传感器133、第一形变测量器115、第二形变测量器125的测量值。校正单元31按每个被验者P以及每个对象关节分别设定用于校正基准电位的个别补正值、用于校正屈曲侧生体信号传感器14的输出值的屈曲侧补正值、用于校正伸展侧生体信号传感器15的输出值的伸展侧补正值。通过该校正单元31进行的对个别补正值、屈曲侧补正值、伸展侧补正值的设定是基于控制单元的所谓的校准处理。

控制部32是CPU(central processing unit)，根据屈曲侧生体信号传感器14、伸展侧生体信号传感器15、角度传感器131、转矩传感器133以及模拟体角度传感器231所得到的信息、以及、从校正单元35所得到的屈曲侧补正值和伸展侧补正值，来控制驱动单元132的电动机132b。从生体检测装置10的传感器中的屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15输出的信号(信息)被输入至校正单元31和补正单元35。本实施方式中的其他的传感器即屈曲侧生体信号传感器14、伸展侧生体信号传感器15、第一形变测量器115、第二形变测量器125、角度传感器131、转矩传感器133所输出的信号被输入至校正单元31，同时，也被输入至控制部32而作为物理量信息。

这里，如果传感器是屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15，则该传感器所得到的信息是由检测出的生体电位信号构成的生体信号；如果传感器是角度传感器和模拟体角度传感器231，则该传感器所得到的信息是表示转动角度位置的检测信号或据其所得到的数值数据；如果传感器是转矩传感器，则该传感器所得到的信息是表示作用在驱动单元132上的转矩或据其所得到的数值数据。

另外，控制部32将屈肌输出信号中包含的屈曲侧生体信号的屈曲侧神经传递信号成分、以及、伸肌输出信号中包含的伸展侧生体信号的伸展侧神经传递信号成分作为使驱动单元132的电动机132b工作的起动信号。所以，具有驱动单元132的生体检测装置10基本上不会让带上该装置的被验者P感到动作的迟延。

模拟体控制部33根据屈肌输出信号、伸肌输出信号、角度传感器131的转动角度位置以及模拟体角度传感器231的转动角度位置，控制模拟体驱动单元232以使第一模拟支架21和第二模拟支架22转动。另外，与控制部32相同，模拟体控制部33将屈肌输出信号中包含的屈曲侧生体信号的屈曲侧神经传达信号成分、以及、伸肌输出信号中包含的伸展侧生体信号的伸展侧神经传递信号成分用作使模拟体驱动单元232的电动机232b工作的起动信号。

存储部34是内置于控制装置30内的存储器，用于按不同的被测者P存储不同的生体信号的个别补正值、由校正单元31所设定的屈曲侧补正值和伸展侧补正值。补正单元35根据屈曲侧补正值补正屈曲侧生体信号传感器14的输出，根据伸展侧补正值补正伸展侧生体信号传感器15的输出。然后，将基于屈曲侧补正值所补正的屈肌输出信号、基于伸展侧补正值所补正的伸肌输出信号、以及、转动角度位置分别输出至控制部32和模拟体控制部33。

显示装置40是对视觉进行报知的指导单元的一个例子，是经由控制部32将检测到的各生体信号等检测数据的数值、图形显示在画面41上的监视器。作为在画面41上显示的数据，例如有屈曲侧生体信号传感器14以及伸展侧生体信号传感器15的输出值、角度传感器131的转动角度位置、转矩传感器133的检测值、第一形变测量器115和第二形变测量器125的检测应力值、校正单元31设定的屈曲侧补正值和伸展侧补正值、各检测对象部位的不同的个别补正值等。另外，作为画面41的显示方法，可以通过设定虚拟空间来显示相当于模拟单元20的图形。

如上所构成的康复训练辅助装置1被设定为按照图5至图10所示的步骤和方法应用于康复训练。首先，按照图5所示的控制处理，按每个被验者P和作为检测对象的每个关节进行不同的个别补正值的初期设定。这里，如图3和图4所示，以将生体检测装置10安装至被验者P的右腿为例进行说明。

首先，将生体检测装置10安装至被验者P的右腿(膝关节A)，之后，通过接通电源开关的操作起动生体检测装置10。此时的生体检测装置10的安装作业为，将屈曲侧生体信号传感器14贴付在容易检测屈曲肌即半膜样肌、半腱样肌、大腿二头肌中的生体信号的体表面，将伸展侧生体信号传感器15贴付在容易检测伸展肌即大腿四头肌的生体信号的体表面。之后，将生体信号检测装置10配置为使关节单元13的转动中心130位于与被验者P的膝关节A1的转动轴α相同的轴上，并由固定带113、114、123、124固定在被验者P的右腿上。通过将安装在第一支架11上的固定带113、114卷附在被验者P的右腿上，屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15被分别按压在被验者P的屈肌和伸肌上。

在图5中，控制装置30检查生体检测装置10的电源是否被接通(步骤S1)。在步骤S1中，如果生体检测装置10的电源被接通，则进入步骤S2。

其次，在被验者P坐在椅子上并且既不向屈肌施加力量也不向伸肌施加力量的脱力的状态下，由屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15分别检测基准电位(生体信号)，并将检测到的屈曲侧和伸展侧的基准电位存储至存储部34(步骤S2)。接下来，在脱力的状态下，通过医师或理疗师等康复训练的指导者T的帮助，使被验者P的膝关节A1被动地活动。由关节单元13的角度传感器131检测该膝关节A1的可动范围(步骤S3)。根据角度传感器131所检测到的屈曲侧和伸展侧的转动角度位置来测量可动范围，并将其存储至存储部34(步骤S4)。

可动范围是不受肌力作用的、可由膝关节的柔软性而转动的范围，与由肌力的能动作用所能产生的动作范围不同。测量可动范围的目的为，避免肌腱、肌肉在之后实施的康复训练中产生疼痛。

在检测上述膝关节A1的可动范围时，如图6所示，根据被验者P自己的意思进行抬起小腿部B2的伸展动作。在肌力衰竭、肌肉萎缩导致可动范围变小、或者、运动功能障碍导致几乎不能活动的情况下，可在可动范围内测量肌力。

接下来，根据被验者P自己的意思，由于伸肌稍微产生作用，膝关节A1也会进行伸展，所以，使膝关节A1活动的同时，由角度传感器131检测膝关节A1的转动角度(步骤S5)。接下来，在步骤S5a中，如果角度传感器131所检测的转动角度大于等于零，则进入步骤S6，测量转动角度变化量以及由屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15所检测出的生体信号(电位信号)。

接下来，被验者P根据自己的意思进行膝关节A1的屈曲运动。例如，如果被验者P在坐着的姿势下难以使膝关节A1产生屈曲，则也可以做出趴在床上使小腿部B2立起的动作、或者、在直立的状态下抬起小腿部B2的动作。然后，与伸展动作时同样地，在膝关节A1的可动范围内输出肌力，由角度传感器131测量此时的转动角度位置的变化量(步骤S7)。由该角度传感器131所测量的转动角度被存储至存储部34(步骤S8)。

在随后的步骤S8a中，如果由角度传感器131所测量的转动角度大于等于零，则进入步骤S9，测量由屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15所检测的生体信号(电位信号)，并将基于屈曲动作而得到的转动角度位置、以及、伸肌和屈肌的生体信号存储至存储器34。

校正单元31使各生体信号的测量值和对该值进行测量时的转动角度位置相关连(步骤S10)。另外，将各测量值输出至显示装置40，并在画面41上将其显示为数值、图表等(步骤S11)。这样，指导者T通过确认显示装置40的画面41上所显示的测量值，就可以立刻确认屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15是否被分别贴付在与屈肌和伸肌相对应的部位，另外，还可以立刻确认在该贴付位置处是否检测出了作为生体信号的足够的数值。

此时，通过再加上作用于小腿部B 2的重力影响的补正值、以及、第二支架12的重量影响的补正值，就可以导出更准确的相关关系。建立上述关连的结果为，由校正单元31确定了转动角度位置、屈曲侧生体信号以及伸展侧生体信号的相关关系。然后，根据角度传感器131检测出的转动角度变化量、第一支架11和第二支架12转动至所述转动角度变化量为止的测量时间、以及、转动至所述转动角度变化量的过程中屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15所测量的电位变化的冲量，设定屈曲侧动作补正值和伸展侧动作补正值(步骤S12)。接下来，将在步骤S12中设定的屈曲侧动作补正值和伸展侧动作补正值存储至存储部34(步骤S13)。屈曲侧动作补正值是屈曲侧补正值的一部分，伸展侧动作补正值是伸展侧补正值的一部分。至此，初期设定处理结束。

上述初期设定处理结束后，测量被验者P的伸展侧和屈曲侧的肌力与此时的生体信号之间的关系，对出现最大肌力时的生体信号进行输出调整处理、以及、对发挥相当于分段施加的载荷的肌力的生体信号进行测量。这里，需要说明的是，上述初期设定处理和输出调整处理在每次将生体测量装置10安装至被验者P时都被实行。

如图7所示，在第一支架11和第二支架12的相对角度被固定在关节可动范围的中间附近的角度的状态下，输出调整处理按图8所示的流程图来进行。膝关节A1在图7中基本上弯曲成直角，因为即使在肌肉萎缩导致可动范围较小或可发挥肌力的范围被限制时，也可以通过上述初期设定来知晓与转动角度位置的关系，因此也可以进行图7所示姿势以外的输出调整处理。

如图8所示，控制装置30检查与康复训练辅助装置连接的生体检测装置10的驱动单元132是否可以驱动(步骤S12)。在该步骤S12中，如果驱动单元21可以驱动，则通过驱动单元132的电动机32b所赋予的驱动力，使第一支架11和第二支架12的相对角度固定不变(步骤S22)。

另外，在步骤S21中，如果驱动单元不驱动，则需要安装另外准备的固定用具16，并在显示装置40上进行固定关节单元13以使第一支架11和第二支架12的相对角度固定不变的显示(步骤S23)。

这里，需要说明的是，由固定用具固定第一支架11和第二支架12时，需要事先对可使关节以关节单元13为中心进行屈曲和伸展的负荷与第一形变测量器115和第二形变测量器125的输出值的关系进行校正。

在显示装置40上对被验者P显示使被验者P在该状态下沿伸展方向施加最大肌力的指示(步骤S24)。此时，由屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15测量生体信号，同时，分别测量作为关节周围物理量的转矩、转动角度位置、作用于第一支架11和第二支架12的应力(步骤S25)。转矩由安装在驱动单元132的转动轴上的转矩传感器133测量。转动角度位置由角度传感器131测量。作用于第一支架11上的应力由第一形变测量器115测量，作用于第二支架12上的应力由第二形变测量器125测量。

然后，在同样的状态下，在显示装置40上对被验者P显示使被验者P沿屈曲方向施加最大肌力的指示(步骤S26)。此时，也由屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15测量各生体信号，同时，分别测量作为关节周围物理量的转矩、转动角度位置、作用于第一支架11和第二支架12的应力(步骤S27)。根据伸展动作和屈曲动作测量的转矩和应力被变换至作为测量对象的膝关节A1所发挥的肌力的数据。

这里，需要说明的是，如果驱动单元不驱动，则第一支架11和第二支架12由固定用具16固定为一体。所以，如果事先将第一支架11和第二支架12固定，并事先测量外力与第一形变测量器115和第二形变测量器125的应力值之间的关系，则通过测量第一形变测量器115和第二形变测量器125的应力，就可以求出想要进行伸展或屈曲的力的大小。

由校正单元31将如上所测得的生体信号和关节周围的物理量以及将根据该物理量所求得的肌力的测量数据与该物理量建立关连(步骤S28)。另外，生体信号、物理量以及肌力的数据被分别存储至存储部34，同时，经由控制部32被输出至显示装置40，并在显示装置40的画面41上通过数据和图表来显示(步骤S29)。通过将生体信号、关节周围的物理量以及肌力由数值、图表定量地进行可视化，就可以容易地知晓被验者P的意思和实际作用的肌力之间的关系。这样，指导者T就可以详细地把握被验者P的对象部位的状态。因此，被验者P和指导者T之间的沟通就被加深了。

在上述步骤S28中，补正单元31分别设定使屈曲侧生体信号和屈曲侧肌力建立关连的屈曲侧输出补正值、以及、使伸展侧生体信号和伸展侧肌力建立关连的伸展侧输出补正值。设定的各补正值被存储至存储部34。另外，屈曲侧输出补正值是屈曲侧补正值的一部分，与屈曲侧动作补正值一起被使用。伸展侧输出补正值是伸展侧补正值的一部分，与伸展侧动作补正值一起被使用。

另外，在步骤S30中，通过作为对视觉和触觉进行报知的指导单元的模拟单元20的模拟体控制部33，将屈曲侧生体信号传感器14的输出值中含有的屈曲侧补正值的屈曲肌输出信号、伸展侧生体信号传感器15的输出值中含有的伸展侧补正值的伸展侧输出信号、角度传感器131的转动角度位置变换成模拟体驱动单元232的输出信号。

模拟单元20的动作被设定为，与被验者P在可动范围内使测量对象的膝关节A1所进行的活动同步，并且，与其转动量φ和转动速度保持一致。在此状态下，被验者P的实际的膝关节A1的屈曲动作和伸展动作可由模拟单元20来再现(步骤S31)。这样，被验者P的肌力可使模拟单元20产生实际的动作，通过这样的方式，就可以容易地感觉到使作为对象的关节的活动的随意肌的生体信号和与之相伴的动作之间的关系，还可以容易地确认被验者P和指导者T之间的康复训练的实施计划和内容、以及、被验者P的康复程度等。

相对于被验者P靠自身的肌力可以进行活动的动作范围而言，如果膝关节A1的可动范围还有富余，则可以根据生体信号的误差，在不超过膝关节A1的可动范围的程度内，增加伸展侧扩张补正值和屈曲侧扩张补正值，对模拟单元20的转动量φ进行扩张。此时的伸展侧扩张补正值和屈曲侧扩张补正值被保存至存储部34(步骤S32)。

被验者P的生体信号和动作之间的相关关系通过模拟单元20被确认后，将伸肌输出信号和屈肌输出信号变换为驱动单元132的输出信号(步骤S23)。此时，也可以包含上述屈曲侧扩张补正值和伸展侧扩张补正值。最后，解除驱动单元132的固定状态，并解除关节单元13的固定(步骤S34)。另外，如果是由固定用具16固定的，则用手取下该固定用具16。

接下来，控制装置30按图9所示的流程图进行相对于各载荷的各肌力的测量，所述各载荷是以作为测量对象的关节为中心的伸展方向和屈曲方向的多个阶段的载荷。控制装置30检查生体测量装置10的电源开关是否被接通(步骤S41)。在步骤S41中，如果生体测量装置10的电源开关被连通，则进入步骤S42。作为施加载荷的单元，最好具有驱动单元132，但是，也可以通过重锤或弹簧来进行加载。另外，如果是刚刚进行了初期设定和输出调整，也可以直接来进行该测量。

从存储部34读出相对于被验者P的生体信号的补正值(步骤S42)。接下来，根据从存储部34读出的屈曲侧动作补正值和屈曲侧输出补正值对屈曲方向的载荷进行设定(步骤S43)。之后，通过对驱动单元132的电动机132b进行驱动，向膝关节A1施加载荷(步骤S44)。

接下来，在显示装置40上对被验者P显示使被验者P相对于驱动单元132所施加的载荷进行用力使膝关节A1保持不动的指示(步骤S45)。读取此时的伸展侧生体信号和屈曲侧生体信号、以及、作为物理量的由转矩传感器133检测出的转矩、由角度传感器131检测出的转动角度位置、第一形变测量器115和第二形变测量器125所生成的应力的各数据，并将它们分别存储至存储部34(步骤S46)。

之后，施加基于屈曲侧输出补正值的多个阶段的载荷，检查是否取得了必要的数据(步骤S47)。如果没有完全取得必要的数据，则载荷有可能太弱，所以，进入步骤S47a，改变载荷的设定以使由驱动单元132施加的载荷逐渐增大，再次进行步骤S43-S47的处理。另外，在上述步骤S47中，如果取得了屈曲侧的所有必要的数据，则由校正单元31对屈曲侧的肌力和生体信号之间的关系的屈曲侧肌力补正值进行设定(步骤S48)。

在步骤S48中对上述屈曲侧肌力补正值进行设定之后，接下来，根据伸展侧动作补正值和伸展侧输出补正值对伸展方向的载荷进行设定(步骤S49)。然后，通过对驱动单元132的电动机132b进行驱动，向膝关节A1施加载荷(步骤S50)。在显示装置40上对被验者P显示使被验者P相对于被施加的这些载荷进行用力使膝关节A1保持不动的指示(步骤S51)。读取此时的伸展侧生体信号和屈曲侧生体信号、以及、作为物理量的由转矩传感器133检测出的转矩、由角度传感器131检测出的转动角度位置、第一形变测量器115和第二形变测量器125所生成的应力的各数据，并将各测量数据存储至存储部34(步骤S52)。

接下来，施加基于上述伸展侧输出补正值的多个阶段的载荷，检查是否取得了必要的数据(步骤S53)。如果不能取得所有必要的数据，则载荷可能太弱，所以，进入步骤S53a，改变载荷的设定以使由驱动单元132所施加的载荷逐渐增大，再次进行步骤S49-S53的处理。另外，在上述步骤S53中，如果取得了伸展侧的所有必要的数据，则由校正单元31对伸展侧的肌力和生体信号之间的关系的伸展侧肌力补正值进行设定(步骤S54)。

分别设定的屈曲侧肌力补正值和伸展侧肌力补正值被存储至存储部34(步骤S55)。另外，制作所施加的屈曲侧的多个阶段的载荷和伸展侧的多个阶段的载荷、以及、所测量的屈曲侧生体信号和伸展侧生体信号的数值、图表，并将其显示在显示装置40上(步骤S56)。根据这些测量所设定的屈曲侧肌力补正值是屈曲侧补正值的一部分，伸展侧肌力补正值是伸展侧补正值的一部分。

如上所述，所述康复训练辅助装置1通过将生体测量装置10安装至作为康复训练对象的关节(例如膝关节A1)处，并通过简单的动作就可以测量生体信号和肌力之间的相关关系、以及、与基于伸展或屈曲动作的转动角度位置之间的相关关系。另外，康复训练辅助装置1还可以通过使作为被验者P的康复训练对象的关节的可动范围、随意肌的肌力等物理量和生体信号建立相关性来进行测量，并且，对它们进行定量输出。所以，通过具有作为指导单元的、对视觉进行报知的显示装置40或对视觉和触觉进行报知的模拟单元20，可以将到目前为止难以进行定量评价的被验者P的肌力或感觉正确地传达给对康复训练进行指导的医师或理疗师等指导者T。

下面通过参照图10所示的流程图对使用了模拟单元20的康复训练进行说明。首先，控制装置30检查生体测量装置10的电源开关是否接通(步骤S61)。在步骤S61中，如果生体测量装置10的电源开关接通，则进入步骤S61。

因为屈曲侧输出补正值和伸展侧输出补正值是通过前述的输出调整处理来设定的，所以，可以通过与以前的测量数据进行比较和补正来对被验者P的肌力测量进行近似的补正。在进行初期设定处理和输出调整处理过程中，从存储部34读出作为前次的补正值的基准生体信号、屈曲侧补正值、伸展侧补正值、屈曲侧扩张补正值、伸展侧扩张补正值，进行比较和再设定(步骤S62)。另外，通过使用预先保存在存储部34内的各补正值来操作模拟单元，即使仅进行动作的确认，也可以开始康复训练。

如图1和图2所示，在模拟单元20中，连接部23上具有角度传感器231和模拟体转矩传感器233，第一模拟支架21和第二模拟支架22上分别具有形变测量器215、225。由它们所检测出的转矩和应力被反馈至控制部30和模拟体控制部33，并被反应在生体测量装置10的驱动单元132和模拟单元20的模拟体驱动单元232的动作上。

使模拟单元20与安装在被验者P身上的生体测量装置10连接时，对将模拟单元20作为主体还是将生体测量装置10作为主体进行选择和指示(步骤S63)。在步骤S63中，如果选择了将生体测量装置10作为主体，则进入步骤S64，在显示装置40上对被验者P显示使被验者P向膝关节A1的屈肌和伸肌施加力量以使膝关节A1进行活动的指示。

接下来，进行由生体测量装置10上设置的转矩传感器133所检测出的转矩、由角度传感器131所检测出的转动角度位置、由第一形变测量器115和第二形变测量器125所生成的应力的各数据的读取、屈曲侧和伸展侧的生体信号的测量以及物理量的测量，并将各测量数据存储至存储部34(步骤S65)。

根据由补正单元35从存储部34所读取的补正值和步骤S65所测量的各测量数据的数值，向控制部32和模拟体控制部33输出伸肌输出信号和屈肌输出信号(步骤S66)。

根据控制部32所输出的驱动信号对驱动单元132的电动机132b进行驱动，通过模拟体控制部33控制模拟体驱动单元332的电动机232b，使驱动单元132和模拟体驱动单元232连动(步骤S67)。

另外，在上述步骤S63中，如果选择将模拟单元20作为主体，则在显示装置40对被验者P显示让医师或理疗师等康复训练指导者T向模拟单元20增加伸展和屈曲的载荷的指示(步骤S68)。

读取由模拟体角度传感器231所检测出的转动角度位置、由连接部23上设置的模拟体转矩传感器233所检测出的转矩、第一模拟支架21和第二模拟支架22上设置的形变测量器215、225的应力值，对模拟单元20的物理量进行测量(步骤S69)。

接下来，将步骤S69所测量的转矩和应力值作为外力，将转动角度量作为移动量，并将它们分别输出至控制部32(步骤70)。之后，控制装置30根据屈肌输出信号、伸肌输出信号以及加上了从模拟单元20所传递的外力的结果，向生体测量装置10的驱动单元132输出驱动信号，驱动电动机132b，使生体测量装置10与模拟单元20连动(步骤S71)。

这样，通过使生体测量装置10与模拟单元20连动，被验者P可以感觉到膝关节A1好像被指导者T增加了用于屈曲或伸展的载荷。另外，通过触摸与被验者P使膝关节A1进行活动的动作连动的模拟单元20，指导者T也可以感觉到被验者P正在增加的载荷。换言之，该康复训练辅助装置1是生体测量装置10与模拟单元20连动的系统构成，形成了所谓的双伺服系统(bilateral servo system)。

在下一个步骤S72中，如果没有进行结束操作，则返回上述步骤S63，重复进行步骤S63-S71的处理。另外，在步骤S72中，如果进行了结束操作，则解除生体测量装置10与模拟单元20之间的连接(步骤S73)。

康复训练辅助装置1因为使生体信号、肌力和关节的转动角度具有相关关系，并定量地进行输出，所以可以构成上述双伺服系统。双伺服系统是传达位置和载荷这两者的信息的系统，该系统通过连接的双方共享双方的位置、角度信息以及载荷信息，不仅可以从一侧来操作另一侧的装置，而且还可以感受到来自另一侧的载荷。如果不产生由双向通信而导致的时间差，则也可以将生体测量装置10和模拟单元20分离设置。因此，该康复训练辅助装置1还可以利用英特网(internet)等网络，使生体测量装置10和模拟单元20连接，通过模拟单元20来确认远程被验者P的训练状况。

使用康复训练辅助装置1，还可以进行如下操作。例如，如果腿的肌力下降，则首先通过安装了驱动单元132的生体测量装置10来求得被验者P的腿的肌力和生体信号之间的相关关系，然后，将使驱动单元132的电动机的输出进行增幅的辅助值分别加至屈肌输出信号和伸肌输出信号，对被验者P的腿的肌力进行补充。这样，因为被验者P的不充分的肌力被驱动单元132的驱动力所补充，所以，可以在没有他人帮助下步行。随着被验者P的肌力的恢复，通过制订使上述辅助值逐渐减小的控制计划，被验者P就可以一边正常生活，一边进行康复训练。

另外，如果因骨折等用石膏固定而导致被验者P的肌力下降和关节的可动范围变窄，则可通过使用装备了驱动单元132的生体测量装置10，增加上述辅助值并同时增加用于设定生体测量装置10的转动量θ的屈曲侧扩张补正值和伸展侧扩张补正值，使关节的可动范围稍微超过目前的可动范围。这样，被验者P就可以按照自己的意思根据实际情况增大关节的可动范围。

另外，在该康复训练辅助装置1中，也可以通过由驱动单元132向生体测量装置10施加用于消除屈肌输出信号和伸肌输出信号的载荷来代替向生体测量装置10增加上述辅助值。这样，就可以积极地对被验者P的下降了的肌力进行强化。

如上所述，通过使作为测量对象的关节周围的物理量和该关节的随意肌的生体信号之间具有相关关系，康复训练辅助装置1就可以将生体信号和肌力作为定量值进行输出。所以，通过利用这些值由显示装置40或模拟单元20这样的指导单元对视觉、感觉或听觉进行报知，就可以容易地实现被验者P和指导者T之间的沟通，还可以容易地传达目前为止难以传达的肌肉、关节的感觉。另外，如果不能用语言对被验者P的感觉进行合适地表达，或者，如果具有运动功能障碍的同时还具有语言障碍，则指导者T可以通过使模拟单元20与生体测量装置10连接，正确地知晓被验者P的检查对象部位的状态。

上述康复训练辅助装置1被安装在作为康复训练对象的被验者P的关节处，用于读取该关节的随意肌的生体信号。然后，根据关节周围的物理量和生体信号之间的相关关系，通过嵌入至生体测量装置10内的驱动单元132来进行辅助动作。所以，即使对于那些由颈椎或脊柱的损伤等导致的从脑开始的神经传递系统的障碍而引发的运动功能障碍，被验者P为了想让作为康复训练对象的关节进行活动，也可以将身体其他部位出现的神经传递信号作为随意肌的起动信号，使该随意肌活性化。

下面，将上述康复训练辅助装置1应用至膝关节A1以外的关节的情形作为第2-4实施方式来进行说明。各实施方式的康复训练辅助装置1具有与图2所示的系统框图相同的构成。所以，与第1实施方式中详述的各构成具有相同功能的构成被标注了相同的符号，这里省略对其进行说明。另外，因为控制装置30和模拟单元20与第1实施方式相同，所以，有关控制装置30和模拟单元20的说明和附图可参考第1实施方式的相应部分。

参照图11至图13，对应用于本发明第2实施方式的康复训练辅助装置1的生体测量装置10A进行说明。该生体测量装置10A是以股关节A2的伸展动作和屈曲动作为对象做成的。所以，不允许进行有关外旋、内旋、外转、内转的测量。如图11和图12所示，生体测量装置10A具有第一支架11、第二支架12、关节单元313、屈曲侧生体信号传感器14以及伸展侧生体信号传感器15。

第一支架311的下端311a与关节单元313的固定侧连接，上端311b向从股关节A2开始延伸的骨盆(第一骨骼)的肠骨棱延伸，并向后方绕入。安装在远离股关节A2侧的第一支架311的上端311b处的固定带314被卷绕在被验者P的腰部。为了不使卷绕在腰部的固定带314向上滑，也可以在两腿之间设置一辅助固定带。另外，第二支架312沿大腿骨(第二骨骼)配置，上端321与固定带323和关节单元313的转动侧相连，下端322与固定带324相连。这里，需要说明的是，固定带314、323、324与上述第1实施方式中的固定带114、123、124具有相同的构成。

如图11和图12所示，连接第一支架311和第二支架312的关节单元313被配置在与股关节A2的伸展和屈曲动作的转动轴α相同的轴上。关节单元313与第1实施方式中的关节单元13相同，内部也设置了角度传感器131、驱动单元132以及转矩传感器133。

如图12所示，屈曲侧生体信号传感器14被贴付在与股关节A2进行屈曲动作时主要作为随意肌来动作的肠腰肌、大腿肌膜张肌等相对应的体表面。如图11所示，伸展侧生体信号传感器15被贴付在与股关节A2进行伸展动作时主要作为随意肌来动作的大殿肌相对应的体表面。贴付屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15的部位的表皮在动作时都进行较大的伸缩，所以，留有余地地设置了信号线14a、15a。

上述生体测量装置10A也可以象图1所示的安装在被验者P身上的生体测量装置10那样，与膝关节A1的生体测量装置10和沿大腿部B1配置的支架一起做成。此时，因为每个被验者P的大腿骨长度都不相同，所以，当然也具有长度调整单元。

测量股关节A2周围的物理量和作为随意肌的肠腰肌、大腿肌膜张肌、大殿肌等的生体信号时，如图13所示，进行在直立姿势下抬起和落下大腿部B1的动作。如果难以直立，则也可以采用如图1、图6以及图7的坐姿、或者、在横躺在床上的状态下来进行。但是，因为采用的姿势不同，施加在下肢上的重力条件也不同，所以，需要对此进行考虑。在这种情况下，可以按各种姿势将物理量和生体信号之间的相关关系存储在存储部34内。

参照图14和图15，对应用于本发明第3实施方式的康复训练辅助装置1的生体测量装置10B进行说明。该生体测量装置10B是以肘关节A3的伸展动作和屈曲动作为对象做成的，如图14和图15所示，具有第一支架14、第二支架15、关节单元413、屈曲侧生体信号传感器14、伸展侧生体信号传感器15。

第一支架411沿上臂骨(第一骨骼)配置，由设置在距离肘关节A 3近侧和远侧两个部位的固定带413、414固定在上臂部B3。第二支架412沿尺骨或桡骨(第二骨骼)配置，由设置在距离肘关节A3近侧和远侧两个部位的固定带423、424固定在前臂部B4。

另外，连接生体测量装置10B的第一支架411和第二支架412的关节单元413也与第1实施方式中的生体测量装置10的关节单元相同，内部设有角度传感器131、驱动单元132以及转矩传感器133。关节单元413的转动中心130被配置在与肘关节A3的伸展和屈曲动作的转动轴α相同的轴上。换言之，该生体测量装置10B不对应肘关节A3的内转和外转动作。

如图14所示，屈曲侧生体信号传感器14被贴付在与肘关节A3进行屈曲动作时作为随意肌而起主要作用的上臂二头肌和上臂肌相对应的体表面。如图15所示，伸展侧生体信号传感器15被贴付在与肘关节A3进行伸展动作时作为随意肌而起主要作用的上臂三头肌相对应的体表面。在图14和图15中，屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15被贴付在远离固定带413、414的位置。因为这些屈曲侧生体信号传感器14和伸展侧生体信号传感器15只要被贴付在最容易测量生体信号的位置即可，所以，也可以配置在靠近肘关节A3侧的固定带413的内周面上。

使用上述生体测量装置10B对肘关节A3周围的物理量和作为随意肌的上臂二头肌、上臂肌、上臂三头肌的生体信号进行测量时，如图14和图15所示，在立起上肢的姿势下使肘屈曲和伸展。如果难以立起上肢，则也可以在横躺在床上的状态下进行相同的动作。此时，因为施加在前臂部B4上的重力的条件不同，所以，与第2实施方式相同，可以事先按各种姿势将肘关节A3周围的物理量和生体信号的相关关系存储至存储部34。

参考图16对应用于本发明第4实施方式的康复训练辅助装置1的生体测量装置10C进行说明。该生体测量装置10C是以手关节A4的屈曲(前屈)和伸展(背屈)动作为对象做成的。生体测量装置10C具有第一支架511、第二支架512、关节单元513、屈曲侧生体信号传感器14以及伸展侧生体信号传感器15。

如图16所示，第一支架511沿尺骨(第一骨骼)配置，并由安装在靠近手关节A4侧和靠近肘关节A3侧的两个部位上的固定带513、514固定至前臂部B4。第二支架512沿掌骨(第二骨骼)配置在尺骨侧，并由固定带524固定至手掌B5，其中，固定带524被安装在远离手关节A 4侧的第一支架512上，并被卷绕在第2至第5掌骨的掌骨头侧。

如图16所示，关节单元513被配置在与假定从桡骨侧至尺骨侧去掉手关节A4的转动轴α相同的轴上。与其他实施方式相同，关节单元513内设置了角度传感器131、驱动传感器132以及转矩传感器133。驱动单元132因为使电动机132b沿第一支架511配置，所以外观不同，但是，除此之外，在功能方面与其他实施方式完全相同。

屈曲侧生体信号传感器14被贴付在手关节A4进行屈曲动作时起主要作用的浅指屈肌、深指屈肌、尺侧手根屈肌、拇指屈肌、桡侧手根屈肌等所通过的体表面。伸展侧生体信号传感器15被贴付在手关节A4进行伸展动作时起主要作用的手指伸肌、长桡侧手根伸肌、短桡侧手根伸肌等所通过的体表面。

另外，通过观察图16所示的结构可知，上述生体测量装置10C还可以测量手关节A4的桡侧偏位和尺侧偏位的物理量和生体信号。测量桡侧偏位和尺侧偏位的物理量和生体信号时，安装生体测量装置10C，以使关节单元513配置在手背侧。关节单元513的转动中心530配置在与假定沿从手掌侧向贯穿手背侧的方向穿过头状骨的位置的手关节的轴β相同的轴上。

测量生体信号时的前臂部B4的姿势可为任何方向。但是，在康复训练过程中，为了与前次的测量结果进行比较，需要采用相同的姿势，或者，按每个姿势事先取得手关节周围的物理量和生体信号之间的相关关系。

如上所述，具有沿作为生体可动部的关节和从该关节延伸的骨骼而安装的支架的生体测量装置10并不局限于第1至第4实施方式的部位，也可以针对其他关节来制作。例如，也可以应用于踝、肩、手指。应用于手指时，需要将驱动单元小型化，可以使用液压驱动器、超音波电动机、组合了导线和电磁线圈的活塞式驱动器等。

在第1实施方式中，例示了作为指导单元的显示装置40和模拟单元20。指导单元只要能够对由生体测量装置10测量到的关节的物理量和随意肌的生体信号进行定量地输出即可，因此，也可以通过声音的高低或大小对听觉进行报知。

另外，在各实施方式中，例示了对作为对象的关节进行测量的生体测量装置10、10A-10C。但是，如图1所示，本发明的生体测量装置也可以是同时对股关节A2和膝关节A1进行测量的生体测量装置10，或者，也可以是将上述生体测量装置10、10A-10C进行适当组合的生体测量装置。再有，本发明的生体测量装置还可以是不针对单腿而针对双腿同时进行测量的生体测量装置10，或者，也可以是可以对上肢和下肢同时进行测量的生体测量装置10。

在上述每个实施方式中，第一支架11、311、411、511和第二支架12、312、412、512都是沿被测者P的身体侧面配置。关节单元13的转动中心130则可以配置在与作为测量对象的关节的转动轴α相同的轴上。这里，需要说明的是，第一支架11和第二支架12还可以从关节单元13开始绕向身体的前面或后面并沿第一骨骼和第二骨骼来配置。

屈曲侧补正值和伸展侧补正值是用于确定向屈肌和伸肌加力时的生体信号和此时所发挥的肌力之间的相关关系的系数，所以，不一定局限于一定的数值，还可以为多项式。

本国际申请主张2007年3月22日申请的日本国专利申请2007-075632号以及2008年3月6日申请的日本国专利申请2008-56674号的优先权，并引用了2007年3月22日申请的日本国专利申请2007-075632号以及2008年3月6日申请的日本国专利申请2008-56674号的全部内用。

工业实用性

如上所述，本发明的康复训练辅助装置不仅可以应用于作为生体的人体的关节，而且还可以应用于作为生体的、具有内部骨骼的动物的关节。

Claims (13)

1.一种康复训练辅助装置，其特征在于，具有：

第一支架，其沿着从生物体的可动部中的作为检测对象的关节延伸的第一骨骼安装；

第二支架，其沿着从所述关节向与所述第一骨骼不同的方向延伸的第二骨骼安装；

角度传感器，其转动中心设置在与所述关节的转动轴相同的轴上，所述角度传感器用于检测所述第一支架和所述第二支架之间的转动角度位置；

屈曲侧生物体信号传感器，其与体表面接触，该体表面与使所述第一骨骼和所述第二骨骼以所述关节为中心进行屈曲的屈肌相对应，所述屈曲侧生物体信号传感器用于检测所述屈肌的生物体信号；

伸展侧生物体信号传感器，其与体表面接触，该体表面与使所述第一骨骼和所述第二骨骼以所述关节为中心进行伸展的伸肌相对应，所述伸展侧生物体信号传感器用于检测所述伸肌的生物体信号；

校正单元，其用于分别设定用来校正所述屈曲侧生物体信号传感器的输出值的屈曲侧补正值、以及、用来校正所述伸展侧生物体信号传感器的输出值的伸展侧补正值；

存储部，其用于存储不同个体的生物体信号的个别补正值、所述屈曲侧补正值以及所述伸展侧补正值。

2.根据权利要求1所述的康复训练辅助装置，其特征在于，

所述屈曲侧生物体信号传感器检测屈曲侧神经传递信号和屈曲侧肌电位信号中的至少一个信号，并将检测到的所述信号作为所述屈肌的生物体信号，其中，所述屈曲侧神经传递信号是为了使所述屈肌收缩而由大脑输出的与所述屈肌相对应的信号，所述屈曲侧肌电位信号是所述屈肌收缩时发生的信号；

所述伸展侧生物体信号传感器检测伸展侧神经传递信号和伸展侧肌电位信号中的至少一个信号，并将检测到的所述信号作为所述伸肌的生物体信号，其中，所述伸展侧神经传递信号是为了使所述伸肌收缩而由大脑输出的与所述伸肌相对应的信号，所述伸展侧肌电位信号是所述伸肌收缩时发生的信号。

3.根据权利要求1所述的康复训练辅助装置，其特征在于，具有：

指导单元，其用于对视觉、听觉以及触觉中的至少一个进行报知，

所述指导单元根据屈肌输出信号、伸肌输出信号以及所述角度传感器的转动角度位置进行输出，其中，所述屈肌输出信号是根据所述屈曲侧补正值对所述屈曲侧生物体信号传感器的输出值进行了补正的信号，所述伸肌输出信号是根据所述伸展侧补正值对所述伸展侧生物体信号传感器的输出值进行了补正的信号。

4.根据权利要求1所述的康复训练辅助装置，其特征在于，

所述校正单元根据所述角度传感器检测出的角度变化量、所述第一支架相对于所述第二支架转动至所述角度变化量的期间内所检测出的时间、以及、转动至所述角度变化量时基于所述屈曲侧生物体信号传感器和所述伸展侧生物体信号传感器的输出值所求得的冲量来设定所述屈曲侧补正值和所述伸展侧补正值。

5.根据权利要求1所述的康复训练辅助装置，其特征在于，还具有：

驱动单元，其设置为与所述角度传感器的转动中心同轴，并用于使所述第一支架相对于所述第二支架进行转动；

转矩传感器，其设置为与所述角度传感器的转动中心同轴，并用于检测使所述第一支架相对于所述第二支架进行转动的转矩；

控制部，其用于根据由所述屈曲侧生物体信号传感器、所述伸展侧生物体信号传感器、所述角度传感器以及所述转矩传感器所得到的信息、以及、由所述校正单元所得到的各补正值，使所述驱动单元工作。

6.根据权利要求5所述的康复训练辅助装置，其特征在于，

所述控制部通过所述驱动单元向静止状态的所述关节施加预先设定的转矩；

在所述屈肌和所述伸肌为了维持所述关节的姿势而分别起作用以对抗所述转矩时，所述校正单元根据所述屈曲侧生物体信号传感器、所述伸展侧生物体信号传感器以及所述转矩传感器的输出值，设定所述屈曲侧补正值和所述伸展侧补正值。

7.根据权利要求5所述的康复训练辅助装置，其特征在于，具有：

补正单元，其用于将屈肌输出信号和伸肌输出信号输出至所述控制部，其中，所述屈肌输出信号是根据所述屈曲侧补正值对所述屈曲侧生物体信号传感器的输出值进行了补正的信号，所述伸肌输出信号是根据所述伸展侧补正值对所述伸展侧生物体信号传感器的输出值进行了补正的信号，

其中，

所述控制部根据所述屈肌输出信号、所述伸肌输出信号以及所述角度传感器的转动角度位置使所述驱动单元进行工作。

8.根据权利要求1所述的康复训练辅助装置，其特征在于，还具有：

固定用具，其用于将所述第一支架相对于所述第二支架固定成任意角度；

第一形变测量器，其安装在所述第一支架上，用于对施加在所述第一支架上的弯曲应力进行测量；

第二形变测量器，其安装在所述第二支架上，用于对施加在所述第二支架上的弯曲应力进行测量。

9.根据权利要求8所述的康复训练辅助装置，其特征在于，

在所述屈肌和所述伸肌为了使由所述固定用具固定成任意角度的所述第一支架和所述第二支架转动而分别作用时，所述校正单元根据所述屈曲侧生物体信号传感器、所述伸展侧生物体信号传感器、所述第一形变测量器以及所述第二形变测量器所得到的信息，设定所述屈曲侧补正值和所述伸展侧补正值。

10.根据权利要求3所述的康复训练辅助装置，其特征在于，

所述指导单元具有显示单元，该显示单元至少显示所述屈肌输出信号、所述伸肌输出信号以及所述转动角度位置。

11.根据权利要求3所述的康复训练辅助装置，其特征在于，

所述指导单元是对视觉和触觉进行报知的模拟单元，其具有：

第一模拟支架和第二模拟支架，其相对于所述第一支架和所述第二支架独立设置，并且，其端部由连接部可转动地连接；

模拟体角度传感器，其嵌入至所述连接部，用于检测所述第一模拟支架和所述第二模拟支架之间的转动角度位置；

模拟体驱动单元，其设置为与所述模拟体角度传感器的转动中心同轴，并用于使所述第二模拟支架相对于所述第一模拟支架进行转动；

模拟体控制部，其用于通过将屈肌输出信号、伸肌输出信号以及所述角度传感器的转动角度位置变换为所述模拟体驱动单元的输出信号，使所述第一模拟支架和所述第二模拟支架转动，其中，所述屈肌输出信号是根据所述屈曲侧补正值对所述屈曲侧生物体信号传感器的输出值进行了补正的信号，所述伸肌输出信号是根据所述伸展侧补正值对所述伸展侧生物体信号传感器的输出值进行了补正的信号。

12.根据权利要求11所述的康复训练辅助装置，其特征在于，具有：

驱动单元，其设置为与所述角度传感器的转动中心同轴，并用于使所述第一支架相对于所述第二支架进行转动；

转矩传感器，其设置为与所述角度传感器的转动中心同轴，并用于检测使所述第一支架相对于所述第二支架进行转动的转矩；

第一形变测量器，其安装在所述第一支架上，用于检测施加在所述第一支架上的弯曲应力；

第二形变测量器，其安装在所述第二支架上，用于检测施加在所述第二支架上的弯曲应力；

控制部，其用于根据所述屈肌输出信号、所述伸肌输出信号、所述角度传感器的转动角度位置、所述转矩传感器的检测值、以及、所述第一形变测量器和所述第二形变测量器的检测值，使所述驱动单元进行工作。

13.根据权利要求12所述的康复训练辅助装置，其特征在于，

所述控制部根据所述模拟体角度传感器的转动角度位置使所述驱动单元进行工作，

所述模拟体控制部根据所述屈肌输出信号、所述伸肌输出信号、所述角度传感器的转动角度位置、所述转矩传感器的检测值、所述第一形变测量器的检测值、以及、所述第二形变测量器的检测值，使所述模拟体驱动单元进行工作。

Images