JP2000279464A - 肢体機能回復訓練支援システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 患者が視覚を通じて訓練状態を立体的に認識
して、やる気を持って積極的に訓練に取り組むことが可
能となる肢体機能回復訓練支援システムを提供すること
である。 【解決手段】 上肢機能回復支援装置１０は、基台部２
０にコンピュータ１８を備え垂直部２４に立体表示装置
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Ｍ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１８にて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３０に支持された上肢の動作軌道をセンサ装置６
６で検出し、この動作軌道と目標軌道を立体表示装置２
２にて表示して、患者Ｍが訓練状態を立体的に視覚認識
する。

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
援システムに関し、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システムに関す
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、理学療養士や看
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】このような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楽しく機能回復
訓練運動を行うことができる肢体機能回復訓練支援シス
テムを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の肢体機能回復訓
練支援システムは、訓練を必要とする患者の肢体を支持
する肢体支持手段と、肢体の訓練を行なうための目標軌
道を設定するコンピュータと、目標軌道を立体的に表示
する立体表示手段と、肢体の動作を検出する検出手段
と、その検出手段にて検出された検出信号を処理する信
号処理手段とを備え、信号処理手段からの出力信号に基
づきコンピュータにて肢体の動作軌道を算出し、その動
作軌道を目標軌道と併せて立体表示手段に表示して患者
に訓練状況を視覚認識させるものである。これにより、
目標軌道と動作軌道とを含む訓練状況が立体的に患者に
視覚認識される。

【０００８】また、肢体支持手段を目標軌道にそって移
動させる駆動手段を備えている。これにより、患者の肢
体が目標軌道にそうように導かれる。

【０００９】また、コンピュータが、目標軌道及び動作
軌道を互いに異なる色で立体表示手段に表示させるもの
である。これにより、目標軌道と動作軌道とが色分けさ
れて患者に視覚認識される。

【００１０】例えば、コンピュータが、複数の患者の軌
道データを蓄積した蓄積手段を備え、色帯が軌道データ
の偏差分布に基づいて算出されるものである。これによ
り、軌道のずれやすい部分の色帯の幅を広く、軌道のず
れにくい部分の色帯の幅を狭くするなどして、ずれやす
い部分とずれにくい部分とが患者に認識される。

【００１１】また、コンピュータが、動作軌道の目標軌
道に対する差分を算出し、その算出結果に応じて立体表
示装置に表示させる動作軌道の色または濃淡を変化させ
るものである。これにより、動作軌道と目標軌道との離
れ具合が動作軌道の色または濃淡により示されて患者に
視覚認識される。

【００１２】また、コンピュータが、動作軌道と目標軌
道との間の領域を複数の色帯で色分けして立体表示装置
に表示させるものである。これにより、この色帯の色を
指標に患者が動作軌道を視覚認識して、軌道修正が行わ
れる。

【００１３】また、コンピュータが、動作軌道を目標軌
道に近づけるために必要な力の方向を示す矢印を立体表
示装置に表示させるものである。これにより、この矢印
を指標に動作軌道の修正が患者にて行なわれる。

【００１４】また、立体表示装置に表示された目標軌道
及び動作軌道の視点を切り替える視点切替手段を備えて
いる。これにより、複数の視点から角度を変えて目標軌
道及び動作軌道が患者にて視覚認識される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の肢体機能回復訓練支援シ
ステムの一実施の形態につき、図面にそって以下に説明
する。尚、以下の説明では、特に上肢の機能訓練を対象
とする肢体機能回復訓練支援システムについて説明す
る。

【００１６】本実施の形態において、図１は本実施の形
態における肢体機能回復訓練システムの概略構成を表す
構成図、図２は図１の肢体機能回復訓練システムの回路
構成を表すブロック図、図３は図１の肢体機能回復訓練
システムにおける表示部に表示される映像の一例を説明
する説明図である。

【００１７】本実施の形態における上肢機能回復訓練支
援システム１０は、図１に示すように、キー入力装置１
２、後述の記憶装置１４および中央演算処理装置（以
下、ＣＰＵと称する）１６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より立設され立体表
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２
６とを備える装置本体２８とこの支持部２６に吊下げら
れて回転を含む３次元方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に移動可能な
上肢吊下支持装置３０とにより構成される。

【００１８】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。

【００１９】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と５８を駆動すると前後方向に移動し、直線
駆動装置５６と５８を駆動すると左右方向に移動し、さ
らに直線駆動装置５８を駆動すると吊下リンク機構４０
が回転して上下方向に移動する。

【００２０】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。

【００２１】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、ばね・ダンパ機構および後述の変位（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５４〜５
８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、ピニオンおよび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。

【００２２】ばね・ダンパ機構は上肢に対する過負荷を
防止するもので、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。

【００２３】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。

【００２４】さらに、変位（位置）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５
４〜５８および各回転駆動装置６０〜６４の動作を検出
するもので、その出力に基づいて訓練の際患者Ｍの肢体
が実際に移動した動作軌跡がコンピュータ１８にて算出
される。

【００２５】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。

【００２６】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Ｍ
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Ｍ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。

【００２７】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。

【００２８】図２において、まず、メモリ１４に蓄積さ
れている年齢階層別・性別の人体計測データから患者Ｍ
の年齢層及び性別に応じた標準的動作モデル（軌道）に
関するデータが抽出され、このデータとキー入力装置１
２から入力される患者固有の年齢、性別及び体格差情報
としての前腕長、上肢長など計測が容易な形態データに
基づき補正された患者固有の目標軌道がＣＰＵ１６にて
生成され、メモリ１４に格納される。

【００２９】つぎに、装置本体２８の前に設けた椅子に
訓練を行う患者Ｍ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に格納さ
れている目標軌道に基づいてＣＰＵ１６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
に近付くように移動させる。

【００３０】しかしながら、患者Ｍ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軌道とな
る。

【００３１】この動作軌道は、所定時間毎に検出される
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の出力に基づいてコンピュ
ータ１８にて算出される。すなわち、センサ装置６６の
出力を増幅器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してコンピュータ１８に入力す
る。コンピュータ１８は、ＣＰＵ１６にてこのデジタル
信号に基づいて動作軌跡を演算する。

【００３２】ＣＰＵ１６では、更に、図３に示すような
画像を立体表示装置２２に表示するための演算が行なわ
れる。

【００３３】すなわち、ＣＰＵ１６では、所定時間毎の
位置センサの出力に基づいて各時刻の空間位置が演算さ
れるとともに、それら各空間位置が連結されて動作軌跡
が演算された後、その動作軌跡が予め設定した視点に基
づいて立体画像に変換される。そして、ＣＰＵ１６で
は、目標軌跡と動作軌跡との差分が演算された後、その
演算結果に応じて図３中破線で示す動作軌跡１０２の表
示色または濃淡が設定される。なお、この動作軌跡１０
２の表示色は、図３中実線で示す目標軌跡１０１とは異
なる色に設定され、両軌跡が区別できるようになってい
る。

【００３４】また、ＣＰＵ１６では、目標軌跡１０１と
動作軌跡１０２とで挟まれる平面１０３が演算される。
そして、その平面１０３は、目標軌跡１０１に沿った複
数の色帯１０３ａ〜１０３ｃに分割され、立体表示装置
２２に表示される。各色帯は、メモリ１４に格納された
多数の標準動作モデル（軌道）に関するデータから、そ
の偏差の分布に応じて幅が算出される。

【００３５】さらに、ＣＰＵ１６では、訓練中、動作軌
道１０２が目標軌道１０１から外れると、その外れた位
置から目標軌道１０１に戻るための方向が演算され、そ
の方向に向けた矢印１０４が立体表示装置２２に表示さ
れる。

【００３６】このように、移動軌跡１０２を目標軌跡１
０１と併せて立体表示装置２２に表示しているため、患
者Ｍは視覚により自分自身の訓練状態を容易に認識する
ことが可能となる。また、移動軌跡１０２と目標軌跡１
０１との間の平面を複数の色帯１０３ａ〜１０３ｃにて
色分けして立体表示装置２２に表示しているため、その
色帯１０３ａ〜１０３ｃが動作軌跡を目標軌跡に近づけ
るための指標となり、動作軌道の修正を容易に行なうこ
とが可能となる。更に、目標軌道１０１から外れた位置
から目標軌道１０１上に戻るためめに必要な力の方向を
矢印１０４にて立体表示装置２２に表示しているため、
軌道の修正方向を容易に認識することが可能となる。

【００３７】それゆえ患者Ｍは、この立体表示装置２２
に表示された各情報に基づいて、自らの訓練情報を確認
しながら訓練を行なうことができ、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。

【００３８】なお、本実施の形態における立体表示装置
２２としては、パララックスバリアを用いて右眼用と左
眼用の画像を分離して立体表示するパララックスバリア
方式や、偏光眼鏡を用いて右眼用と左眼用の画像に視差
を設けて立体表示する偏光眼鏡方式など既知の手法を用
いればよい。

【００３９】また、本実施の形態においては、各直線駆
動装置５４〜５８および各回転駆動装置６０〜６４を目
標軌道１０１に沿って移動させることにより訓練を行な
ったが、所定の負荷のもとに、患者Ｍが立体表示装置２
２に表示された目標軌跡１０１を見ながら自らの力で肢
体を動かして訓練を行なうようにしてもよい。

【００４０】また、本実施の形態においては、目標軌道
と動作軌道の２つの軌道を立体表示装置２２に表示した
が、更に、前回の訓練時における動作軌道など動作軌道
の履歴を表示してもよい。この場合、患者Ｍは、訓練の
経過や回復の経過を動作軌道の履歴を通じて認識するこ
とができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、移動軌跡を目標軌跡と
併せて立体表示装置に表示しているため、患者は視覚に
より自分自身の訓練状態を容易に認識することができ、
やる気を持って機能回復訓練に取り組むことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一形態における肢体機能回復訓練シ
ステムの概略構成を表す構成図である。

【図２】 図１の肢体機能回復訓練システムの回路構成
を表すブロック図である。

【図３】 図１の肢体機能回復訓練システムにおける表
示部に表示される映像の一例を説明する説明図である。

【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 …立体表示装置 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 (8)

【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
   肢体支持手段と、前記肢体の訓練を行なうための目標軌
   道を設定するコンピュータと、前記目標軌道を立体的に
   表示する立体表示手段と、前記肢体の動作を検出する検
   出手段と、該検出手段にて検出された検出信号を処理す
   る信号処理手段とを備え、 前記信号処理手段からの出力信号に基づき前記コンピュ
   ータにて前記肢体の動作軌道を算出し、該動作軌道を前
   記目標軌道と併せて前記立体表示手段に表示して前記患
   者に訓練状況を視覚認識させることを特徴とする肢体機
   能回復訓練支援システム。
2. 【請求項２】 前記肢体支持手段を前記目標軌道にそっ
   て移動させる駆動手段を備えている請求項１記載の肢体
   機能回復訓練支援システム。
3. 【請求項３】 前記コンピュータが、前記目標軌道及び
   前記動作軌道を互いに異なる色で前記立体表示手段に表
   示させる請求項１または２記載の肢体機能回復訓練支援
   システム。
4. 【請求項４】 前記コンピュータが、前記動作軌道の前
   記目標軌道に対する差分を算出し、該算出結果に応じて
   前記立体表示装置に表示させる動作軌道の色または濃淡
   を変化させる請求項３記載の肢体機能回復訓練支援シス
   テム。
5. 【請求項５】 前記コンピュータが、前記動作軌道と前
   記目標軌道との間の領域を複数の色帯で色分けして前記
   立体表示装置に表示させる請求項３または４記載の肢体
   機能回復訓練支援システム。
6. 【請求項６】 前記コンピュータが、複数の患者の軌道
   データを蓄積した蓄積手段を備え、前記色帯が前記軌道
   データの偏差分布に基づいて算出される請求項５記載の
   訓練支援システム。
7. 【請求項７】 前記コンピュータが、前記動作軌道を前
   記目標軌道に近づけるために必要な力の方向を示す矢印
   を前記立体表示装置に表示させる請求項３ないし６のい
   ずれかに記載の肢体機能回復訓練支援システム。
8. 【請求項８】 前記立体表示装置に表示された前記目標
   軌道及び前記動作軌道の視点を切り替える視点切替手段
   を備えている請求項１ないし７のいずれかに記載の肢体
   機能回復訓練支援システム。