CN109793644B - 步态评估装置、步态训练系统和步态评估方法 - Google Patents

步态评估装置、步态训练系统和步态评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了步态评估装置、步态训练系统和步态评估方法。一种评估患有腿部麻痹的麻痹患者的训练步态的步态评估装置包括：获取单元，其被配置成获取麻痹身体部分的根据步态运动的多个运动量；以及评估单元，其被配置成在获取单元获取的运动量中的至少一个运动量满足预先设置的多个异常步态标准中的任一个的情况下，评估步态运动是异常步态。异常步态标准包括：至少两个或更多个第一标准，该至少两个或更多个第一标准是与麻痹身体部分的不同部位的运动量有关的标准；或者至少两个或更多个第二标准，该至少两个或更多个第二标准是与麻痹身体部分的同一部位在不同方向上的运动量有关的标准。

Description

步态评估装置、步态训练系统和步态评估方法
技术领域
本发明涉及步态评估装置、步态训练系统和步态评估方法。
背景技术
为了避免由于自身或第三方而跌倒或碰撞，已知一种将用于检测运动状态的铰接结构附接至目标人以检测跌倒开始的技术(例如，参见日本未审查专利申请公布第2010-022439号(JP 2010-022439 A))。
发明内容
在作为康复而患有腿部麻痹的患者进行步态训练的情况下，在步态训练装置在患者的步态运动开始时预测跌倒并且执行避免操作的情况下将不训练患者。例如，在使麻痹患者在麻痹患者未完全跌倒的范围内以步态运动中的自由度将步态继续多个周期的同时进行步态训练的情况下，与在预测跌倒的情况下不同，确定异常步态非常困难。例如，麻痹患者的步态根据疾病而变化。此外，即使在步态中涉及的部位的运动量与健康人的运动量相似的情况下，通常也将麻痹患者的步态评估为作为整体观察到的异常步态。
本发明提供用于准确地评估患有腿部麻痹的麻痹患者在步态训练中的异常步态的步态评估装置、步态训练系统和步态评估方法。
本发明的第一方面涉及一种步态评估装置。步态评估装置评估患有腿部麻痹的麻痹患者的训练步态。步态评估装置包括获取单元和评估单元。获取单元被配置成获取包括受影响腿部的麻痹身体部分的根据步态运动的多个运动量，其中该受影响腿部是患有麻痹的腿部。评估单元被配置成在获取单元所获取的运动量中的至少一个运动量满足预先设置的多个异常步态标准中的任一个的情况下，评估步态运动是异常步态。异常步态标准包括：至少两个或更多个第一标准，该至少两个或更多个第一标准是与麻痹身体部分的不同部位的运动量有关的标准；或者至少两个或更多个第二标准，该至少两个或更多个第二标准是与麻痹身体部分的同一部位在不同方向上的运动量有关的标准。根据本发明的第一方面，针对上述的多种不同类型的异常步态标准确定运动量，并且在运动量满足异常步态标准中的任一个的情况下将步态运动评估为异常步态。因此，针对在以在步态运动中的自由度将步态继续多个周期的同时进行步态训练的麻痹患者的各种步态，可以正确地评估任何异常步态。
在根据本发明的第一方面的步态评估装置中，麻痹患者可以是患有单腿麻痹的偏瘫患者。评估单元可以针对受影响腿部的每一步或者包括受影响腿部的一步和未患有麻痹的健康腿部的一步的一个周期中的至少一个来评估异常步态。根据本发明的第一方面，可以通过在上述周期中执行评估来更加实时地向患者或辅助者通知该状况。此外，可以根据需要连续地改变步态训练装置中的辅助操作的控制等。
在根据本发明的第一方面的步态评估装置中，可以从与躯干的运动量有关的标准、与膝关节的运动量有关的标准以及与从脚踝开始的脚部的运动量有关的标准中选择第一标准。根据本发明的第一方面，可以通过执行如上所述的选择来执行更适当的步态评估。
在根据本发明的第一方面的步态评估装置中，第二标准可以包括与躯干在步态方向上的运动量有关的标准和与躯干在垂直于步态方向的正交方向上的运动量有关的标准。根据本发明的第一方面，可以通过以上所述的组合来执行更适当的步态评估。
在根据本发明的第一方面的步态评估装置中，异常步态标准可以被设置为在受影响腿部的摆动阶段和站立阶段中不同的标准。根据本发明的第一方面，可以通过执行如上所述的设置来更准确地执行步态评估。
本发明的第二方面涉及一种包括以上所述的步态评估装置以及步态辅助设备的步态训练系统。步态辅助设备附接至受影响腿部。步态辅助设备具有被配置成获取根据步态运动的运动量的多个传感器。根据本发明的第二方面，由于附接至受影响腿部的步态辅助设备包括被配置成获取运动量的传感器，因此可以更直接地获取根据步态运动的运动量。
根据本发明的第二方面的步态训练系统还可以包括踏板和防跌倒设备。踏板用作麻痹患者在其上行走的步态表面。防跌倒设备被配置成防止麻痹患者在踏板上跌倒。评估单元可以针对麻痹患者在踏板上连续行走的测试评估异常步态。根据本发明的第二方面，可以通过采用以上所述的配置来针对连续步态训练适当地执行步态评估。
根据本发明的第二方面的步态训练系统还可以包括呈现单元，该呈现单元被配置成呈现与评估单元的评估有关的信息。根据本发明的第二方面，由于患者可以确认呈现单元对信息的呈现，所以患者还可以在一系列训练的过程期间尝试改变他或她的步态。
在根据本发明的第二方面的步态训练系统中，即使在每个运动量均满足异常步态标准中的任一个的情况下，呈现单元也可以执行单一异常呈现。根据本发明的第二方面，在训练期间，可以通过执行更简单的呈现来防止患者感到混乱。
本发明的第三方面涉及一种用于评估患有腿部麻痹的麻痹患者的训练步态的步态评估方法。步态评估方法包括：获取包括受影响腿部的麻痹身体部分的根据步态运动的多个运动量，该受影响腿部是患有麻痹的腿部；以及在所获取的运动量中的至少一个运动量满足预先设置的多个异常步态标准中的任一个的情况下，评估步态运动是异常步态。异常步态标准包括：至少两个或更多个第一标准，该至少两个或更多个第一标准是与麻痹身体部分的不同部位的运动量有关的标准；或者至少两个或更多个第二标准，该至少两个或更多个第二标准是与麻痹身体部分的同一部位在不同方向上的运动量有关的标准。根据本发明的第三方面，针对以上所述的多种不同类型的异常步态标准确定运动量，并且在运动量满足异常步态标准中的任一个的情况下将步态运动评估为异常步态。因此，针对麻痹患者的各种步态，可以正确地评估任何异常步态。
根据本发明的各方面，可以提供一种用于准确地评估患有腿部麻痹的麻痹患者在步态训练中的异常步态的步态评估装置等。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记代表相同的元件，并且在附图中：
图1是根据本实施方式的步态训练装置的示意性透视图；
图2是步态辅助设备的示意性透视图；
图3是示出步态训练装置的系统配置的图；
图4是示出第一异常步态标准的图；
图5是示出第二异常步态标准的图；
图6是示出第三异常步态标准的图；
图7是示出第四异常步态标准的图；
图8是示出第五异常步态标准的图；
图9是示出第六异常步态标准的图；
图10是示出第七异常步态标准的图；
图11是示出步态训练装置的处理操作的流程图；
图12是示出确定结果的显示示例，以及
图13是根据变型示例的步态训练装置的示意性透视图。
具体实施方式
在下文中，将通过本发明的实施方式描述本发明。
图1是根据本实施方式的步态训练装置100的示意性透视图。步态训练装置100是用于作为患有单腿麻痹的偏瘫患者的训练者900的步态训练的装置。步态训练装置100主要包括附接至构成整个框架的框架130的控制面板133、训练者900在其上行走的踏板131以及附接至作为在训练者900的麻痹侧的腿部的受影响腿部的步态辅助设备120。
框架130竖立在安装在地板表面上的踏板131上。踏板131用电机(未示出)旋转环形带132。踏板131是提示训练者900行走的装置。要进行步态训练的训练者900站在带132上，并且根据带132的移动尝试步态运动。
框架130支承其中容置有用于控制电机或传感器的整体控制器210的控制面板133、用于向训练者900呈现训练进度等的训练监视器138(例如，液晶面板)等。框架130支承在训练者900的头部的上部的前方附近的前侧拉伸单元135、在训练者900的头部的上部附近的线束拉伸单元112以及在训练者900的头部的上部的后方附近的后侧拉伸单元137。框架130包括用于训练者900抓握的扶手130a。
摄像装置140用作用于观察训练者900的整个身体的成像单元。摄像装置140被安装在训练监视器138附近以面向训练者900。摄像装置140包括一组镜头和具有用于对训练者900的整个身体进行成像的视角的成像元件。成像元件例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且将形成在成像表面上的光学图像转换成图像信号。
前侧线134的第一端连接至前侧拉伸单元135的缠绕机构，并且前侧线134的第二端连接至步态辅助设备120。前侧拉伸单元135的缠绕机构通过接通和关断电机(未示出)来根据受影响腿部的移动缠绕或展开前侧线134。后侧线136的第一端连接至后侧拉伸单元137的缠绕机构，并且后侧线136的第二端连接至步态辅助设备120。后侧拉伸单元137的缠绕机构通过接通和关断电机(未示出)来根据受影响腿部的移动缠绕或展开后侧线136。通过以上所述的前侧拉伸单元135和后侧拉伸单元137的协同操作，步态辅助设备120的负荷被抵消，使得负荷没有变成受影响腿部的负担，此外，根据设置的程度来辅助受影响腿部的摆动运动。
例如，作为训练辅助者的操作者为患有严重麻痹的训练者900设置高辅助级别。在设置了高辅助级别的情况下，前侧拉伸单元135根据受影响腿部的摆动定时来以相对大的力卷绕前侧线134。随着训练进行并且不需要任何辅助，操作者将辅助级别设置为最小。在将辅助级别设置为最小的情况下，前侧拉伸单元135根据受影响腿部的摆动定时、以抵消步态辅助设备120的自身重量的力卷绕前侧线134。
步态训练装置100包括作为安全装置的防跌倒线束装置，该防跌倒线束装置具有作为主要部件的支具(brace)110、线束线111和线束拉伸单元112。支具110是缠绕在训练者900的腹部周围的带，并且例如通过钩和环紧固件固定至腰部。支具110包括用于连接作为悬挂物的线束线111的第一端的连接钩110a。训练者900将支具110附接至其，以使得连接钩110a位于背部。
线束线111的第一端连接至支具110的连接钩110a，并且线束线111的第二端连接至线束拉伸单元112的缠绕机构。线束拉伸单元112的缠绕机构通过接通和关断电机(未示出)来缠绕或展开线束线111。通过以上所述的配置，在训练者900即将跌倒的情况下，防跌倒线束装置通过根据检测训练者900的移动的整体控制器210的指令卷绕线束线111、并且用支具110支撑训练者900的上部身体来防止训练者900跌倒。
支具110包括用于检测训练者900的姿势的姿势传感器217。姿势传感器217例如是陀螺仪传感器与加速度传感器的组合，并且输出支具110附接至其的腹部相对于重力方向的倾斜角度。
管理监视器139附接至框架130，并且是主要地用于监视和操作者的操作的显示输入装置。管理监视器139例如是液晶面板，并且触摸面板被设置在液晶面板的表面上。管理监视器139呈现与训练设置、训练时的各种参数值、训练结果等有关的各种菜单项。
步态辅助设备120附接至训练者900的受影响腿部，并且通过减轻受影响腿部的膝关节的伸展和弯曲的负荷来辅助训练者900的步态。图2是步态辅助设备120的示意性透视图。步态辅助设备120主要包括控制器121、用于支承受影响腿部的各个部位的多个框架、以及用于检测被施加到脚底的负荷的负荷传感器222。
控制器121包括用于控制步态辅助设备120的辅助控制器220，并且包括用于生成用于辅助膝关节的伸展和弯曲移动的驱动力的电机(未示出)。用于支承受影响腿部的各个部位的框架包括大腿(upper leg)框架122、可旋转地连接至上腿框架122的小腿(lowerleg)框架123、可旋转地连接至小腿框架123的脚部框架124、用于连接前侧线134的前侧连接框架127和用于连接后侧线136的后侧连接框架128。
大腿框架122和小腿框架123围绕图中所示的铰链轴Ha相对地旋转。控制器121的电机根据辅助控制器220的指令旋转以辅助大腿框架122和小腿框架123围绕铰链轴Ha相对地打开或关闭。容置在控制器121中的角度传感器223例如是旋转编码器，并且检测由大腿框架122和小腿框架123围绕铰链轴Ha形成的角度。小腿框架123和脚部框架124围绕图中所示的铰链轴Hb相对地旋转。相对旋转的角度范围由调整机构126预先调整。
前侧连接框架127被设置成在大腿的前侧的左右方向上延伸并且在两端处连接至大腿框架122。在前侧连接框架127中，用于连接前侧线134的连接钩127a被设置在左右方向上的中央附近。后侧连接框架128被设置成在小腿的后侧的左右方向上延伸，并且在两端处连接至上下延伸的小腿框架123。在后侧连接框架128中，用于连接后侧线136的连接钩128a被设置在左右方向上的中央附近。
大腿框架122包括大腿带129。大腿带129是整体地被设置在大腿框架中的带，并且缠绕在受影响腿部的大腿周围以将大腿框架122固定到大腿。大腿的固定防止了整个步态辅助设备120相对于训练者900的腿部移位。
负荷传感器222是嵌入脚部框架124中的负荷传感器。负荷传感器222检测施加到训练者900的脚底的垂直负荷的大小和分布。负荷传感器222例如是电极以矩阵布置的电阻变化检测型负荷检测片。
将描述步态训练装置100的系统配置。图3是步态训练装置100的系统配置图。整体控制器210例如是微处理器单元(MPU)，并且通过执行从系统存储器读取的控制程序来控制整个装置。踏板驱动单元211包括用于使带132旋转的电机和电机驱动电路。整体控制器210通过向踏板驱动单元211发送驱动信号来控制带132的旋转。例如，根据由操作者设置的步态速度来调整带132的旋转速度。
操作接收器212接收来自训练者900或操作者的输入操作，并且将操作信号发送到整体控制器210。训练者900或操作者通过操作全部构成操作接收器212的、设置在装置中的操作按钮、叠加在管理监视器139上的触摸面板、附接的远程控制器等来给出接通或关断电源或开始训练的指令、或者输入与设置有关的数值或选择菜单项。
显示控制器213从整体控制器210接收显示信号，生成显示画面，并且将显示画面显示在训练监视器138或管理监视器139上。根据显示信号，显示控制器213生成示出训练进度的画面或由摄像装置140捕获的实时视频。
拉伸驱动单元(tensiondrivingunit)214包括构成前侧拉伸单元135的用于拉伸前侧线134的电机和电机驱动电路、以及构成后侧拉伸单元137的用于拉伸后侧线136的电机和电机驱动电路。整体控制器210通过向拉伸驱动单元214发送驱动信号来控制前侧线134的缠绕和后侧线136的缠绕。在不限于缠绕操作的情况下，整体控制器210通过控制电机的驱动转矩来控制每条线的拉伸力。例如，整体控制器210通过基于负荷传感器222的检测结果识别受影响腿部从站立状态切换到摆动状态的定时并且与该定时同步地增大或减小每条线的拉伸力来辅助受影响腿部的摆动运动。
线束驱动单元215包括构成线束拉伸单元112的用于拉伸线束线111的电机和电机驱动电路。整体控制器210通过向线束驱动单元215发送驱动信号来控制线束线111的缠绕和线束线111的拉伸力。例如，在预测到训练者900跌倒的情况下，整体控制器210将线束线111卷绕一定量以防止训练者900跌倒。
根据来自整体控制器210的指令，图像处理器216对从摄像装置140接收到的图像信号执行图像处理以生成图像数据。根据来自整体控制器210的指令，图像处理器216可以对从摄像装置140接收到的图像信号执行图像处理并且执行特定图像分析。例如，图像处理器216通过图像分析来检测与踏板131接触的受影响腿部的脚部的位置(站立位置)。具体地，例如通过提取脚部框架124的远端附近的图像区域并且分析在与远端交叠的带132上绘制的标识标记来计算站立位置。
姿势传感器217检测训练者900的腹部相对于重力方向的上述倾斜角度，并且将检测信号发送到辅助控制器220。整体控制器210通过使用来自姿势传感器217的检测信号来计算训练者900的姿势，具体地，计算躯干的倾斜角度。整体控制器210和姿势传感器217可以有线地线连接或者可以通过短距离无线通信来连接。
整体控制器210还用作执行各种控制或与控制有关的计算的功能执行单元。步态评估单元210a使用获取的各种传感器信息来评估训练者900的步态运动是否是异常步态。训练确定单元210b基于步态评估单元210a评估的异常步态的累积次数来确定一系列步态训练的训练结果。稍后将描述具体处理。
如上所述，步态辅助设备120附接至训练者900的受影响腿部，并且步态训练装置100包括连接至整体控制器210的通信连接IF 219，以便向步态辅助设备120发送指令或接收传感器信息。通过有线或无线连接而连接至通信连接IF 219的通信连接IF 229被设置在步态辅助设备120中。通信连接IF 229连接至步态辅助设备120的辅助控制器220。通信连接IF219、229是符合例如无线局域网(LAN)的通信标准的通信接口。
辅助控制器220例如是MPU，并且通过执行从整体控制器210给出的控制程序来控制步态辅助设备120。通过通信连接IF 219、229向整体控制器210发送步态辅助设备120的状态。响应于来自整体控制器210的指令，启动或停止步态辅助设备120。
关节驱动单元221包括控制器121的电机和电机驱动电路。辅助控制器220向关节驱动单元221发送驱动信号以辅助大腿框架122和小腿框架123围绕铰链轴Ha相对地打开或关闭。通过以上所述的操作，辅助膝盖的伸展操作和弯曲操作，或者防止膝盖弯折。
负荷传感器222检测施加到训练者900的脚底的垂直负荷的上述大小和分布，并且将检测信号发送到辅助控制器220。辅助控制器220接收并且分析检测信号，以确定摆动状态或站立状态、执行切换评估等。
角度传感器223检测由大腿框架122和小腿框架123围绕铰链轴Ha形成的上述角度，并且将检测信号发送到辅助控制器220。辅助控制器220接收检测信号，并且计算膝关节的张开角度。
患有腿部麻痹的患者的步态根据疾病的部位或程度而变化。因此，难以用一个标准评估被确定为具有较高跌倒可能性的异常步态。关注于腿部的部位的运动，甚至在作为整体观察步态的情况下被评估为异常步态的步态可能与正常步态的运动几乎相同。因此，正常步态评估装置在某些情况下将异常步态评估为正常步态。
在本发明的实施方式中，以偏瘫患者观察到的异常步态中存在至少七种分类模式。在针对每个模式而设置异常步态标准的情况下，可以看出，在训练者900的步态满足任何异常步态标准的情况下可以将训练者900的步态运动评估为异常步态。在根据本实施方式的步态训练装置100中，步态评估单元210a通过将每个麻痹身体部分的运动量与每个异常步态标准进行比较来评估训练者900的步态运动是否是异常步态。在下文中，将描述每个异常步态标准和异常步态评估方法。
图4是示出第一异常步态标准的图。图4是在从相对于步态方向的侧面观察作为受影响腿部侧的下部身体的麻痹身体部分的情况下的示意图，并且从顶部起示出了躯干TL、髋关节HJ、大腿部HL、膝关节NJ、小腿CL、脚关节FJ、脚部FL。在本实施方式中，“腿”和“腿部”用作表示整个下部而不是髋关节HJ的术语，并且“脚”和“脚部”用作表示从脚踝至脚趾的部分的术语。
为了确定训练者900的步态是否满足第一异常步态标准，在受影响腿部已完成摆动阶段并且着地的情况下，整体控制器210检测沿着步态方向从髋关节HJ至脚关节FJ的距离X1作为根据步态运动的第一运动量。在健康腿部的正常步态中，在摆动阶段之后的着地点应当位于髋关节HJ在步态方向上的前方。在受影响腿部的步态中，受影响腿部不能充分地移动到前方，因为受影响腿部无法充分摆动。为此，着地点可以略微地在髋关节HJ前方，或者可以在髋关节HJ后方。
“小于参考距离Xc1”被设置为第一异常步态标准。在步态运动中检测到的距离X1小于参考距离Xc1的情况下，确定为异常步态。整体控制器210获取来自负荷传感器222的检测信号和来自摄像装置140的图像数据，并且使用所获取的信息来检测在摆动阶段结束时的距离X1。例如，在设置Xc1＝20cm(距髋关节HJ向前20cm)的情况下，步态评估单元210a在所检测到的距离X1为10cm或－5cm的情况下将训练者900的步态运动评估为异常步态。可以根据训练者900的体格、康复进展的程度等来改变参考距离Xc1。
图5是示出第二异常步态标准的图。图5是在从相对于步态方向的侧面观察作为受影响腿部侧的下部身体的麻痹身体部分的情况下的示意图，并且以与图4相同的方式示出了每个身体部分。
为了确定训练者900的步态是否满足第二异常步态标准，整体控制器210将受影响腿部在摆动阶段中的脚底负荷X2检测为根据步态运动的第二运动量。在健康腿部的正常步态中，脚底在摆动阶段不接触地面。在受影响腿部的步态中，没有足够的力量抬起整条腿。为此，可能发生所谓的拖曳步态，例如在脚底与地面接触的情况下向前推动腿部。
“大于参考负荷Xc2”被设置为第二异常步态标准。在步态运动中检测到的负荷X2大于参考负荷Xc2的情况下，确定为异常步态。整体控制器210获取来自负荷传感器222的检测信号和来自摄像装置140的图像数据，并且使用所获取的信息来检测摆动阶段中的负荷X2。通常，设置Xc2＝0。在摆动阶段中，在甚至检测到来自脚底的轻微负荷的情况下，步态评估单元210a将训练者900的步态运动评估为异常步态。步态评估单元210a可以根据康复进展的程度等来允许一定的地面接触。例如，可以设置Xc2＝10N。步态评估单元210a可以使用摆动阶段中的累积负荷作为参考值。
图6是示出第三异常步态标准的图。图6是在从相对于步态方向的侧面观察作为受影响腿部侧的下部身体的麻痹身体部分的情况下的示意图，并且以与图4中的方式相同的方式示出了每个身体部分。
为了确定训练者900的步态是否满足第三异常步态标准，整体控制器210将膝关节NJ在受影响腿部站立期间的弯曲角度X3检测为根据步态运动的第三运动量。在健康腿部的正常步态中，在站立期间膝关节NJ不会弯曲太多。在受影响腿部的步态中，膝关节NJ可能在站立期间大幅弯曲，因为膝关节NJ支撑上部身体的力量不足。在某些情况下，发生所谓的膝盖弯折。
“小于参考角度Xc3”被设置为第三异常步态标准。在步态运动中检测到的弯曲角度X3小于参考角度Xc3的情况下，确定为异常步态。整体控制器210获取来自角度传感器223的检测信号和来自摄像装置140的图像数据，并且使用所获取的信息来检测站立期间的弯曲角度X3。例如，在设置Xc3＝165°的情况下，步态评估单元210a在所检测到的弯曲角度X3是140°的情况下将训练者900的步态运动评估为异常步态。在站立期间连续检测到的弯曲角度X3至少一次小于参考角度Xc3的情况下，步态评估单元210a将训练者900的步态运动评估为异常步态。可以根据训练者900的年龄、康复进展的程度等来改变参考角度Xc3。
图7是示出第四异常步态标准的图。图7是在从相对于步态方向的侧面观察作为受影响腿部侧的下部身体的麻痹身体部分的情况下的示意图，并且以与图4中的方式相同的方式示出了每个身体部分。
为了确定训练者900的步态是否满足第四异常步态标准，整体控制器210将在受影响腿部从站立阶段切换到摆动阶段的摆动时间、沿着步态方向从髋关节HJ至脚关节FJ的距离X4检测为根据步态运动的第四运动量。在健康人的步态中，摆动时的脚关节FJ在一定程度上位于髋关节HJ后方。在麻痹患者的步态中，由于不能自由地执行上部身体的重量转移，因此可能在脚关节FJ与髋关节HJ充分分离之前开始摆动。
“等于或大于参考距离Xc4”被设置为第四异常步态标准。在步态运动中检测到的距离X4小于参考距离Xc4的情况下，确定为异常步态。整体控制器210获取来自负荷传感器222的检测信号和来自摄像装置140的图像数据，并且使用所获取的信息来检测在受影响腿部从站立阶段切换到摆动阶段的摆动时间的距离X4。例如，在设置Xc4＝-20cm(距髋关节HJ向后20cm)的情况下，步态评估单元210a在所检测到的距离X4是-10cm(距髋关节HJ向后10cm)或5cm(距髋关节HJ向前5cm)的情况下将训练者900的步态运动评估为异常步态。可以根据训练者900的体格、康复进展的程度等来改变参考距离Xc4。
图8是示出第五异常步态标准的图。图8是在从相对于步态方向的侧面观察作为受影响腿部侧的下部身体的麻痹身体部分的情况下的示意图，并且以与图4中的方式相同的方式示出了每个身体部分。
为了确定训练者900的步态是否满足第五异常步态标准，整体控制器210将在受影响腿部站立期间躯干TL在向前方向上的倾斜角度X5检测为根据步态运动的第五运动量。在健康人的正常步态中，在站立期间的躯干TL相对于穿过髋关节HJ的垂直线略微向前倾斜。在麻痹患者的步态中，为了试图保护下部身体，躯干TL可以相对于穿过髋关节HJ的垂直线大大地向前倾斜。
“等于或大于参考角度Xc5”被设置为第五异常步态标准。在步态运动中检测到的在向前方向上的倾斜角度X5等于或大于参考角度Xc5的情况下，确定为异常步态。整体控制器210获取来自姿势传感器217的检测信号和来自摄像装置140的图像数据，并且使用所获取的信息来检测在站立期间的倾斜角度X5。例如，在设置Xc5＝10°的情况下，步态评估单元210a在所检测的倾斜角度X5是30°的情况下将训练者900的步态运动评估为异常步态。在站立期间连续检测到的倾斜角度X5至少一次等于或大于参考角度Xc5的情况下，步态评估单元210a将训练者900的步态运动评估为异常步态。可以根据训练者900的年龄、康复进展的程度等来改变参考角度Xc5。
图9是示出第六异常步态标准的图。图9是在从在步态方向上的正面观察作为受影响腿部侧的下部身体的麻痹身体部分的情况下的示意图，并且以与图4中的方式相同的方式示出了每个身体部分。
为了确定训练者900的步态是否满足第六异常步态标准，整体控制器210将在受影响腿部站立期间躯干TL朝向受影响腿部侧的倾斜角度X6检测为根据步态运动的第六运动量。在健康人的正常步态中，在站立期间的躯干TL相对于穿过髋关节HJ的垂直线很少在左右方向上摇摆。在麻痹患者的步态中，由于担心向受影响腿部侧施加重量等，躯干TL可能相对于穿过髋关节HJ的垂直线朝向受影响腿部侧向前大幅倾斜。
“等于或大于参考角度Xc6”被设置为第六异常步态标准。在步态运动中检测到的朝向受影响腿部侧的倾斜角度X6等于或大于参考角度Xc6的情况下，确定为异常步态。整体控制器210获取来自姿势传感器217的检测信号和来自摄像装置140的图像数据，并且使用所获取的信息来检测在站立期间的倾斜角度X6。例如，在设置Xc6＝10°的情况下，步态评估单元210a在所检测到的倾斜角度X6是20°的情况下将训练者900的步态运动评估为异常步态。在站立期间连续检测到的倾斜角度X6至少一次等于或大于参考角度Xc6的情况下，步态评估单元210a将训练者900的步态运动评估为异常步态。可以根据训练者900的年龄、康复进展的程度等来改变参考角度Xc6。
图10是示出第七异常步态标准的图。图10是在从相对于步态方向的侧面观察作为受影响腿部侧的下部身体的麻痹身体部分的情况下的示意图，并且以与图4中的方式相同的方式示出了每个身体部分。
为了确定训练者900的步态是否满足第七异常步态标准，整体控制器210将在受影响腿部摆动期间躯干TL在向前方向上的倾斜角度X7检测为根据步态运动的第七运动量。在健康人的正常步态中，在摆动期间的躯干TL相对于穿过髋关节HJ的垂直线以某种程度向前倾斜。在麻痹患者的步态中，由于不能自由地执行上部身体的重量转移并且因此上部身体向后弯曲，因此躯干TL可以相对于穿过髋关节HJ的垂直线向后倾斜。
“小于参考角度Xc7”被设置为第七异常步态标准。在步态运动中检测到的在向前方向上的倾斜角度X7小于参考角度Xc7的情况下，确定为异常步态。整体控制器210获取来自姿势传感器217的检测信号和来自摄像装置140的图像数据，并且使用所获取的信息来检测在摆动期间的倾斜角度X7。例如，在设置Xc7＝－5°(＝向后5°)的情况下，步态评估单元210a在所检测到的倾斜角度X7是－20°的情况下将训练者900的步态运动评估为异常步态。在摆动期间连续检测到的倾斜角度X7至少一次小于参考角度Xc7的情况下，步态评估单元210a将训练者900的步态运动评估为异常步态。可以根据训练者900的年龄、康复进展的程度等来改变参考角度Xc7。
尽管如上所述已经描述了七个异常步态标准，但是可以添加其他异常步态标准。在限定异常步态标准中，需要限定多个异常步态标准而不是一个异常步态标准。在该情况下，可以包括与麻痹身体部分的不同部位的运动量有关的至少两个或更多个异常步态标准，或者可以包括与麻痹身体部分的同一部位在不同方向上的运动量有关的至少两个或更多个异常步态标准。
可以从与躯干的运动量有关的标准、与膝关节的运动量有关的标准以及与从踝关节开始的脚部的运动量有关的标准中选择与不同部位的运动量有关的两个或更多个标准。在以上所述的实施方式中，与躯干的运动量有关的标准是第五、第六和第七标准，与膝关节的运动量有关的标准是第三标准，以及与脚部的运动量有关的标准是第一、第二和第四标准。在如上所述选择感兴趣的运动量的情况下，通过试验已经变得明显的是，在实际步态应当被评估为异常步态的情况下，实际步态在许多情况下根据一个运动量不被评估为异常步态而根据另一运动量被评估为异常步态。
与麻痹身体部分的同一部位在不同方向上的运动量有关的两个或更多个标准可以包括与躯干在步态方向上的运动量有关的标准以及与躯干在垂直于步态方向的正交方向上的运动量有关的标准。在以上所述的实施方式中，第五标准和第七标准中的任何一个与第六标准之间的关系对应于此。此外，在如上所述那样组合关注的运动量的情况下，通过试验已经变得明显的是，在实际步态应当被评估为异常步态的情况下，实际步态在许多情况下根据一个运动量不被评估为异常步态而根据另一运动量被评估为异常步态。
可以看出，可以将异常步态标准设置为在受影响腿部的摆动阶段和站立阶段中不同的标准。第一标准和第四标准是同一部位在相同方向上的标准。然而，第一标准和第四标准分别关注于从摆动阶段切换到站立阶段的时间点和从站立阶段切换到摆动阶段的时间点。类似地，第五标准和第七标准是同一部位在相同方向上的标准。然而，第五标准和第七标准分别关注于站立阶段和摆动阶段。在可以区分观察时间点的情况下，甚至可以将同一部位在相同方向上的运动量评估为步态运动的不同特征量。
将描述步态训练装置100的处理操作。图11是示出步态训练装置的处理操作的流程图。该流程开始于在训练者900或操作者选择训练菜单的情况下激活一系列训练计划的时间点。
在步骤S101中，整体控制器210重置步态周期计数器n。整体控制器210驱动踏板驱动单元211以开始旋转带132，并且根据设置的调整值驱动拉伸驱动单元214和关节驱动单元221以辅助训练者900的步态。在训练者900开始步态运动的情况下，在步骤S102中获取根据步态运动的每个运动量。具体地，图像处理器216分析从摄像装置140获取的图像信号，或者获取来自姿势传感器217、负荷传感器222和角度传感器223的检测信号并将其转换成运动量。
在步骤S103中，整体控制器210确定一个步态周期是否已结束。可以针对受影响腿部的每一步来执行对异常步态的评估。然而，在本实施方式中，在受影响腿部的一步和在受影响腿部的一步之后的健康腿部的一步的一个周期中执行评估。因此，在整体控制器210确定一个步态周期已结束的情况下，整体控制器210进行至步骤S104以执行评估。在整体控制器210确定一个步态周期尚未结束的情况下，整体控制器210返回至步骤S102以继续获取每个运动量。
在步骤S104中，整体控制器210的步态评估单元210a评估异常步态。具体地，步态评估单元210a对步态运动中各个部位在每个方向上和每个时段内的运动量进行总计以确认总计量是否满足每个异常步态标准。在将训练者900的步态运动评估为异常步态的情况下，步态评估单元210a将训练者900的步态运动确定为失败步态。在步骤S105中，步态评估单元210a确定总计量是否满足以上所述的异常步态标准之一。在步态评估单元210a确定总计量满足以上所述的异常步态标准之一的情况下，步态评估单元210a进行至步骤S106以将“0”代入第n步的评估变量En中。整体控制器210通过显示控制器213在训练监视器138和管理监视器139上显示一步是失败步态的事实。在步态评估单元210a在步骤S105中确定总计量不满足以上所述的异常步态标准中的任一个的情况下，步态评估单元210a进行至步骤S108以将“1”代入第n步的评估变量En中。整体控制器210通过显示控制器213在训练监视器138和管理监视器139上显示一步是成功步态的事实。
在训练期间实时显示失败步态的情况下，期望执行简单且单一的显示而不指示训练者900的步态运动满足哪个异常步态标准，但是本发明不具体限于此。在通过简单且单一的显示将训练者900的步态运动呈现为失败步态的情况下，训练者900可以在步态训练期间不感到混乱的情况下识别训练者900他或她自己的最低限度状况。用于呈现训练者900的步态运动是否是失败步态的装置不限于管理监视器139，并且可以使用蜂鸣声、闪烁光等。同样在该情况下，尽管没有具体限制，但是期望以简单和单一的方式向训练者900展示声音或光。用于呈现如上所述的训练者900的步态运动是失败步态的事实的管理监视器139、用于生成声音或光的装置等用作用于呈现与步态评估单元210a的评估有关的信息的呈现单元。
在结束步骤S107中的失败显示或步骤S109中的成功显示之后，整体控制器210进行至步骤S110以将步态周期计数器n递增。在步骤S111中，整体控制器210确定步态周期计数器n是否已达到在一系列步态训练计划中安排的步态周期数n0。在整体控制器210确定步态周期计数器n尚未达到步态周期数n0的情况下，整体控制器210返回至步骤S102以继续步态训练控制。在整体控制器210确定步态周期计数器n已达到步态周期数n0的情况下，整体控制器210进行至步骤S112。
在步骤S112中，整体控制器210的训练确定单元210b对在连续执行的一系列步态训练测试中的评估结果进行总计，并且执行用于指示步态训练测试的成功程度的确定。具体地，训练确定单元210b通过计算失败步态数与受影响腿部的步态总数的比率或者通过评估线束驱动单元215已被操作的跌倒避免操作的次数来推导训练确定。在训练确定单元210b在步骤S113中通过显示控制器213在训练监视器138和管理监视器139上显示确定结果之后，整体控制器210结束这一系列处理。
图12是示出管理监视器139上的确定结果的显示示例。步态速度、摆动辅助和膝部伸展辅助是根据训练菜单的难度级别而被设置为级别的参数。步态速度与踏板131的带132旋转的速度成比例。在训练的初始阶段中，将步态速度设置成低。摆动辅助与辅助力成比例以通过缠绕和展开前侧线134和后侧线136来辅助受影响腿部的摆动。在训练的最后阶段中，以足以抵消步态辅助设备120的重量的驱动力拉伸前侧线134和后侧线136。膝部伸展辅助与关节驱动单元的驱动转矩成比例。在受影响腿部中很可能发生膝盖弯折的情况下，稳定地执行辅助。
每个步态评估指示每个步态周期的评估结果，例如，O表示成功并且X表示失败。在图12所示的显示示例中，可以看出，在一次训练中的七步的步态周期中，第二步是失败并且整体上的失败率是14％。例如，训练确定单元210b执行的训练确定被显示为“A”确定。
由于根据本实施方式的步态训练装置100包括作为防止在踏板131上跌倒的防跌倒装置的线束线111等，所以即使在训练者900即将失去他或她的姿势的情况下训练者900也可以继续步态训练。因此，可以全面地确定作为正常步态运动所需的连续步态的正常程度。
具体地，在患有腿部麻痹的患者进行步态训练来作为康复训练的情况下，以几乎不能实现步态的难度级别、即训练者在一定程度上失去他或她的姿势的难度级别进行步态训练增加了训练效果(所谓的运动学习效果)。在现有技术中，由于治疗师确认患者的训练状况并且调整下一回的难度级别的设置，所以患者的恢复效果取决于治疗师的经验和直觉。由于根据本实施方式的步态训练装置100可以执行客观的训练确定，甚至具有很少经验的治疗师也可以容易地确定下一回训练的难度级别。因此，可以预期将改善患者的训练效果。
将描述步态训练装置100的变型示例。图13是根据变型示例的步态训练装置100’的示意性透视图。步态训练装置100’与以上所述的步态训练装置100的不同之处在于，未设置踏板131，并且训练者900实际上在由框架130围绕的空间中移动。在图13中，步态训练装置100共有的元件由相同的附图标记表示，并且将省略对其的描述。
步态训练装置100’包括用于引导线束拉伸单元112、前侧拉伸单元135和后侧拉伸单元137的导轨150。线束拉伸单元112、前侧拉伸单元135和后侧拉伸单元137通过电机(未示出)沿着导轨移动。整体控制器210确定训练者900的步态位置，并且根据确定的步态位置来将线束拉伸单元112、前侧拉伸单元135和后侧拉伸单元137布置在最佳位置。在如上所述那样配置的步态训练装置100’中，由于训练者900实际上相对于地板表面移动，因此可以更多地获得康复训练的成就感。
在以上所述的实施方式中，在训练者900下次进行训练的情况下，步态训练装置100、100’可以根据先前的训练确定来设置诸如摆动辅助级别的参数。由于步态训练装置如上所述那样自动地调整训练强度，因此减轻了操作者的负担。步态训练装置100和100’可以根据在训练期间的每一步的评估来动态地调整步态速度等。例如，在指示异常步态的评估持续的情况下，可以减小步态速度。通过以上所述的动态控制，可以确保训练者900的安全性，并且可以根据他或她的能力来调整难度级别。
在以上所述的实施方式中，已描述了训练者900是患有单腿麻痹的偏瘫患者的示例。然而，步态训练装置100、100’也可以应用于患有双腿麻痹的患者。在该情况下，通过将步态辅助设备120附接至两条腿来进行训练。在该情况下，可以针对受影响腿部中的每一个来执行异常步态的评估。可以通过对每条受影响腿部独立地执行异常步态的评估来单独地确定每条受影响腿部的恢复程度。
以上所述的实施方式仅仅是用于实现本发明的示例。因此，本发明不限于此，并且可以在权利要求书中描述的本发明的范围内适当地改变和执行。

Claims (7)

1.一种评估患有腿部麻痹的麻痹患者的训练步态的步态评估装置，所述步态评估装置的特征在于，包括：
获取单元，其被配置成获取包括受影响腿部的麻痹身体部分的根据步态运动的多个运动量，所述受影响腿部是患有麻痹的腿部；以及
评估单元，其被配置成在所述获取单元所获取的所述运动量中的至少一个运动量满足预先设置的多个异常步态标准中的对应异常步态标准的情况下，评估所述步态运动是异常步态，
其中，所述异常步态标准包括：至少两个或更多个第一标准，所述至少两个或更多个第一标准是与所述麻痹身体部分的不同部位的运动量有关的标准，并且是从与躯干(TL)的运动量有关的标准、与膝关节(NJ)的运动量有关的标准以及与从脚踝开始的脚部的运动量有关的标准中选择的；或者至少两个或更多个第二标准，所述至少两个或更多个第二标准是与所述麻痹身体部分的同一部位在不同方向上的运动量有关的标准，并且包括与躯干(TL)在步态方向上的运动量有关的标准以及与所述躯干(TL)在垂直于所述步态方向的正交方向上的运动量有关的标准，并且
其中，所述异常步态标准被设置为在所述受影响腿部的摆动阶段和站立阶段中不同的标准。
2.根据权利要求1所述的步态评估装置，其特征在于：
所述麻痹患者是患有单腿麻痹的偏瘫患者；以及
所述评估单元针对所述受影响腿部的每一步或者包括所述受影响腿部的一步和未患有麻痹的健康腿部的一步的一个周期中的至少一个来评估所述异常步态。
3.一种步态训练系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1至2中任一项所述的步态评估装置；以及
步态辅助设备，其附接至所述受影响腿部，
其中，所述步态辅助设备具有被配置成获取根据所述步态运动的所述运动量的多个传感器。
4.根据权利要求3所述的步态训练系统，其特征在于，还包括：
踏板，其用作所述麻痹患者在其上行走的步态表面；以及
防跌倒设备，其被配置成防止所述麻痹患者在所述踏板上跌倒，
其中，所述评估单元针对所述麻痹患者在所述踏板上连续行走的测试评估所述异常步态。
5.根据权利要求3或4所述的步态训练系统，其特征在于，还包括呈现单元，所述呈现单元被配置成呈现与所述评估单元的评估有关的信息。
6.根据权利要求5所述的步态训练系统，其特征在于，即使在所述运动量中的每一个运动量均满足所述异常步态标准中的任一个的情况下，所述呈现单元也执行单一异常呈现。
7.一种用于评估患有腿部麻痹的麻痹患者的训练步态的步态评估方法，所述步态评估方法的特征在于，包括：
获取包括受影响腿部的麻痹身体部分的根据步态运动的多个运动量，所述受影响腿部是患有麻痹的腿部；以及
在所述运动量中的至少一个运动量满足预先设置的多个异常步态标准中的对应异常步态标准的情况下，评估所述步态运动是异常步态，
其中，所述异常步态标准包括：至少两个或更多个第一标准，所述至少两个或更多个第一标准是与所述麻痹身体部分的不同部位的运动量有关的标准，并且是从与躯干(TL)的运动量有关的标准、与膝关节(NJ)的运动量有关的标准以及与从脚踝开始的脚部的运动量有关的标准中选择的；或者至少两个或更多个第二标准，所述至少两个或更多个第二标准是与所述麻痹身体部分的同一部位在不同方向上的运动量有关的标准，并且包括与躯干在步态方向上的运动量有关的标准和与所述躯干在垂直于所述步态方向的正交方向上的运动量有关的标准，并且
其中，所述异常步态标准被设置为在所述受影响腿部的摆动阶段和站立阶段中不同的标准。
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