JP2000271180A - 肢体機能回復訓練支援装置 - Google Patents

肢体機能回復訓練支援装置

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JP2000271180A
JP2000271180A JP11080763A JP8076399A JP2000271180A JP 2000271180 A JP2000271180 A JP 2000271180A JP 11080763 A JP11080763 A JP 11080763A JP 8076399 A JP8076399 A JP 8076399A JP 2000271180 A JP2000271180 A JP 2000271180A
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JP
Japan
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training
upper limb
patient
function recovery
limb
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JP11080763A
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Atsushi Ogawa
淳 小川
Hiroshi Takao
宏 鷹尾
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 上肢機能回復支援装置10は、基台部20に
コンピュータ18を備え垂直部24に画像表示装置22
を有し更に支持部26に吊下リンク機構40を介して支
持されかつ患者の肘部46と手首部48に装着されるベ
ルト状の装具50、52を有する上肢吊下支持装置30
を設けた装置本体28と、この上肢吊下支持装置30を
コンピュータに入力設定された目標軌道に基づいて駆動
する駆動装置54〜64とを備え、上肢吊下支持装置3
0に支持された上肢の動作軌道をセンサ装置66で検出
してこの動作軌道と目標軌道との差分をコンピュータ1
8で演算処理し、その結果を画像表示装置22にフィー
ドバックして視覚により患者が訓練状態を認識する。 【効果】 この発明によれば、患者は、視覚を通じて訓
練状態を認識することができ、やる気を持って積極的に
訓練に取り組むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、肢体機能回復訓練支
援装置に関し、例えば疾病や外傷の後遺症により上肢運
動機能に障害を持つ人を対象として、その機能回復の訓
練支援を行う肢体機能回復訓練支援装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、交通事故による脊椎損傷、脳梗塞
や脳卒中などによる脳障害、あるいはその他の原因で上
肢、すなわち腕部の生体機能低下により機能回復訓練を
必要とする身体機能障害者に対しては、理学療法士や看
護婦などの手助けのもとに段階的な機能回復訓練が一般
的に実施されている。
【0003】この機能回復訓練装置としては、動作補助
を行う動力を用いない簡単な吊下支持装置から、機械的
に駆動されるマニュピレータを用いた訓練装置等が存在
する。
【0004】更に、高度な肢体機能回復訓練装置として
は、例えば特開平10−258100号公報[A61H
1/02]に開示されているように、筋電位などの関
連情報をフィードバックすることにより、効果的な機能
回復訓練が可能となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機能回
復訓練(リハビリテーション)は、患者にとっては肉体
的苦痛と精神的苦痛を伴うものであり、また訓練内容も
比較的単調な動作の繰り返しであるため、患者が惰性に
陥ったり、やる気を喪失するケースが多いという問題が
ある。
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、構
成が簡単で患者が訓練継続意識を持って機能回復訓練を
行うことができる肢体機能回復訓練支援装置を提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、訓練を必要
とする患者の肢体を支持する支持手段、この肢体の訓練
目標を設定する目標設定手段、この訓練目標に基づき支
持手段を駆動する駆動手段、支持手段に支持された肢体
の訓練状態を検出するセンサ手段、このセンサ手段によ
り検出された訓練状態と訓練目標との差分を演算する演
算処理手段、および演算処理手段による演算結果を患者
の視聴覚にフィードバックするフィードバック手段を備
える、肢体機能回復訓練支援装置である。
【0008】
【作用】訓練目標に対して患者の訓練状態をセンサ手段
により検出し、例えば目標軌道に対する実際の動作軌道
の誤差、目標動作速度、目標回数あるいは目標時間に対
する訓練の進捗度合いを患者の視聴覚にフィードバック
して機能回復訓練を支援する。
【0009】
【発明の効果】この発明によれば、患者が必要に応じて
自分自身の訓練状態を、視聴覚を通じて認識できるの
で、やる気を持って機能回復訓練を実行できる。また、
過度の訓練運動による肢体、例えば上肢の故障などを未
然に防止できる。
【0010】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【0011】
【実施例】図1において、この発明の一実施例である上
肢機能回復訓練支援装置10は、キー入力装置12、後
述の記憶装置14および中央演算処理装置(CPU)1
6を含むコンピュータ18を配置する基台部20、この
基台部20より立設され画像表示装置22を有する垂直
部24およびこの垂直部24の上端部より基台部20の
上方に水平に張り出す支持部26とを備える装置本体2
8とこの支持部26に吊下げられて3次元方向(X、
Y、Z)に移動可能で、異なる軸について回転可能な上
肢吊下支持装置30とにより構成される。
【0012】上肢吊下支持装置30は支持部26を形成
する矩形状の支持フレーム部材32とこのフレーム部材
32に十字状(クロス状)に架設された2本のガイド部
材34、36の交叉部38に吊下リンク機構40を介し
て支持されている。この吊下リンク機構40は吊下リン
ク42とこの吊下リンク42に連結される上肢支持リン
ク44とで構成され、更に上肢支持リンク44には患者
Mの肘部46と手首部48に装着するベルト状の装具5
0および52を夫々取り付けている。
【0013】また、各ガイド部材34および36とその
交叉部38には上肢吊下支持装置30を水平方向および
垂直方向、すなわち、3次元方向に移動させるために可
逆回転モータを含む直線駆動装置54、56および58
を設けている。そして、上肢吊下支持装置30は直線駆
動装置54を駆動すると前後方向に移動し、直線駆動装
置56を駆動すると左右方向に移動し、さらに直線駆動
装置58を駆動すると上下方向に移動する。
【0014】一方、吊下リンク機構40の吊下リンク4
2、上肢支持リンク44および手首部48を支持するベ
ルト状の装具52にはこれらに回転運動を付与するモー
タを含む回転駆動装置60,62および64を備えてい
る。すなわち、回転駆動装置60が回動すると吊下リン
ク42が回転して上肢全体を左右方向に回動させ、また
回転駆動装置62が上肢支持リンク44を回動すると肘
部46が回動され、さらに回転駆動装置64が装具52
を回動すると手首部48が回動される。
【0015】なお、直線駆動装置54〜58および各回
転駆動装置60〜64はモータ以外にいずれも図示され
ない減速機および後述の変位(位置)センサおよび力セ
ンサ等のセンサ装置66などを含み、これらはいずれも
装置本体28に設けたコンピュータ18により制御され
る。また各直線駆動装置54〜58および各回転駆動装
置60〜64の駆動力は図示されないラック、ピニオン
またはボールねじなどを含む機構を介して上肢吊下支持
装置30に伝達される。
【0016】コンピュータ18によってインピーダンス
制御を行った場合、インピーダンス制御によるばね・ダ
ンパ成分は上肢に対する過負荷を防止することができ、
患者Mの症状に応じてばね・ダンパ成分の大きさを調節
することによって上肢の動作軌道からのずれの許容量を
変更することができる。また、力センサは上肢に設定し
た目標軌道の限界値以上の負荷がかかった場合、訓練を
中止して上肢の拘束を解き安全性を確保する。
【0017】さらに、訓練の際に上肢の目標軌道に対す
る動作軌道の状態を定量的に扱うことができるから、医
師や理学療養士に患者の機能回復状態の判断材料を提供
し、患者の訓練に対する意欲を促進する。
【0018】また、変位センサは特定の上肢動作に沿っ
た目標軌道を動く場合の各直線駆動装置および各回転駆
動装置の動作を把握することにより、上肢機能回復訓練
支援装置10に動作の再現性を持たせるものである。
【0019】装置本体28は、上述のように各直線駆動
装置および各回転駆動装置を制御するコンピュータ1
8、目標軌道などを記録する記憶装置14、電源などを
含み、コンピュータ18に対する動作指令はキー入力装
置12により行われると共に、用途に応じて患者自身の
操作、音声あるいは筋電による指令も可能である。さら
には、患者、医師および理学療法士は入力された訓練内
容、訓練の様子、その結果および目標に対する比較など
を画像表示装置22で確認することができる。
【0020】従って、上肢吊下支持装置30は直線駆動
と回転駆動の組み合わせによる動作制御により、患者は
図示されない椅子に腰を掛けた状態で上肢の機能回復訓
練を行うことができる。もちろん、訓練軌道のみなら
ず、訓練時間あるいは訓練回数の設定および変更並びに
電子音などにより訓練時間あるいは訓練回数の進捗度
(終了を含む)を患者に報知することができる。また、
この装置は下肢の機能回復訓練支援装置としても利用す
ることができる。
【0021】次に図2に示す機能ブロック図に基づき動
作の概要を説明する。
【0022】まず、患者が訓練を開始する前にコンピュ
ータ18を操作してキー入力装置12より記憶装置14
に訓練目標である目標軌道を入力設定する。つぎに、装
置本体28の前に設けた椅子に訓練を行う患者が座り、
機能回復訓練を必要とする上肢を上肢吊下支持装置30
の装具50および52で保持して訓練を開始する。すな
わち、記憶装置14に入力設定されている目標軌道に基
づいて中央演算処理装置(CPU)16より動作信号が
出力される。この信号はI/Oインタフェース68を介
して各駆動装置54〜58および60〜64に出力さ
れ、この出力信号に基づき各駆動装置54〜64が駆動
して上肢吊下支持装置30に支持された上肢を目標軌道
に沿って移動させる。この際、患者の意思によらず目標
軌道に沿うように上肢を動作させる他動運動による訓練
と、患者の意思によって目標軌道に沿うように上肢を動
作させる自動運動による訓練とがある。自動運動による
訓練の際は、目標軌道の接線方向に抗力が働かないよう
にセンサ装置66により力を検出し、各駆動装置54〜
64を駆動する。
【0023】しかしながら、患者の上肢は機能低下を来
しているために必ずしも目標軌道の通りには移動せず、
実際の動作軌道は目標軌道から少し「ずれ」たものとな
る。この「ずれ」を各駆動装置54〜64に設けられた
変位センサおよび力センサを含むセンサ装置66により
検出し、この検出信号を増幅器70で増幅し、さらにA
/D変換器72によりデジタル信号に変換する。このデ
ジタル信号に基づきコンピュータ18の中央演算処理装
置16で目標軌道との差分を比較演算する。そしてこの
差分に基づく駆動修正信号を中央演算処理装置16から
I/Oインタフェース68を介して各駆動装置54〜6
4に出力され、各駆動装置は上肢吊下支持装置30を目
標軌道に沿うように動作軌道を修正する。この軌道の修
正は、例えばインピーダンス制御などを用いて行うこと
ができる。
【0024】また、中央演算処理装置16から画像表示
装置22に目標軌道および実際の動作軌道が表示される
と共に、その後の差分に基づく修正軌道もフィードバッ
クされて順次表示されるので、患者は視覚により自分自
身の訓練状態を即座に認識できる。また、目標からの
「ずれ」を訓練中、あるいは訓練後に定量的に認識する
ことができるため、患者は退屈することなく強い訓練継
続意識を持って楽しくリハビリテーションを行うことが
できる。
【0025】なお、訓練目標としては、上述のような目
標軌道以外に目標動作速度、訓練回数や訓練時間も同時
にコンピュータに設定することができ、また画像表示装
置22以外にLEDを用いた発光表示装置や音声出力装
置により訓練目標に対する差分状態を患者に直感的に伝
達することができる。
【0026】さらに、図3に示すフローチャートに基づ
き訓練支援の動作概要を説明する。
【0027】まず、コンピュータ18に電源を入れてス
タートする。そして、ステップS1はセンサ装置66に
より上肢吊下支持装置30の動作情報を検出する。つぎ
に、ステップS3ではステップS1で検出された動作情
報に基づいてコンピュータ18で訓練患者の動作軌道へ
変換する。さらに、ステップS5ではコンピュータ18
の記憶装置14に記録されている目標軌道(標準軌道)
とステップS3で変換された動作軌道との差分を中央演
算処理装置16により算出する。
【0028】ステップS7では算出された差分結果に基
づき中央演算処理装置16で訓練患者の動作軌道補正を
演算し、その補正指令に基づいてステップS9では駆動
装置(アクチュエータ)制御が行われる。そして、ステ
ップS11においては、アクチュエータ制御に基づき上
肢吊下支持装置30の動作調整が行われる。以後この一
連の動作が繰り返し実行される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す上肢機能回復訓練支
援装置の図解図である。
【図2】この実施例による上肢機能回復訓練支援装置の
概略動作を説明する機能ブロック図である。
【図3】この発明による上肢機能回復訓練支援装置の動
作概要を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 …上肢機能回復訓練支援装置 12 …キー入力装置 14 …記憶装置 16 …中央演算処理装置(CPU) 18 …コンピュータ 22 …画像表示装置 28 …装置本体 30 …上肢吊下支持装置 54〜58 …直線駆動装置 60〜64 …回転駆動装置 66 …センサ装置(変位センサおよび力センサを含
む) 68 …I/Oインタフェース(入出力インタフェー
ス) 70 …増幅器 72 …A/D変換器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】訓練を必要とする患者の肢体を支持する支
    持手段、 前記肢体の訓練目標を設定する目標設定手段前記訓練目
    標に基づき前記支持手段を駆動する駆動手段、 前記肢体の訓練状態を検出するセンサ手段、 前記訓練状態と前記訓練目標との差分を演算する演算処
    理手段、および前記演算処理手段による演算結果を前記
    患者の視聴覚にフィードバックするフィードバック手段
    を備える、肢体機能回復訓練支援装置。
  2. 【請求項2】前記支持手段は上肢支持装置を含む、請求
    項1記載の肢体機能回復訓練支援装置。
  3. 【請求項3】前記訓練目標は訓練軌道、目標動作速度、
    訓練時間および訓練回数の少なくとも1つを含む、請求
    項1または2記載の肢体機能回復訓練支援装置。
  4. 【請求項4】前記フィードバック手段は画像表示装置、
    発光表示装置および音声出力装置の少なくとも1つを含
    む、請求項1ないし3のいずれかに記載の肢体機能回復
    訓練支援装置。
  5. 【請求項5】前記演算結果に基づき駆動修正信号を前記
    駆動手段に伝達する、請求項1ないし4のいずれかに記
    載の肢体機能回復訓練支援装置。
JP11080763A 1999-03-25 1999-03-25 肢体機能回復訓練支援装置 Withdrawn JP2000271180A (ja)

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