JP2001299842A - 脚の長さや歩幅に基づく使用者独自の歩行サイクルに適合し得るよう歩行練習装置の周回ベルトの速度調節を行う患者リハビリテーション補助器具 - Google Patents

脚の長さや歩幅に基づく使用者独自の歩行サイクルに適合し得るよう歩行練習装置の周回ベルトの速度調節を行う患者リハビリテーション補助器具

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全に制御されており患者にとって快適な速
度で運転される歩行練習装置を提供すること。 【解決手段】 歩行リハビリテーション補助器具１０で
あって、速度をもって駆動される周回ベルトと；使用者
用入力デバイスと；歩行リズムや脚の長さといったよう
な入力情報に基づく適切な歩行サイクルに適合させるよ
う周回ベルトの速度をセットすることができる制御パネ
ル１２（コントローラ）と；を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脚の長さや歩幅に
基づく使用者独自の歩行サイクルに応じた速度に周回ベ
ルトの速度をセットすることができるような歩行練習装
置の形態とされたリハビリテーション補助器具に関する
ものである。この歩行練習装置は、脚の長さや歩幅の関
数として表現される使用者独自の歩行サイクルに適合し
得るように歩様特性や歩行周波数や歩幅を改良すること
によって、脳血栓患者や脊髄障害患者や頭部障害患者や
肢切断患者や整形外科的患者や神経系障害患者や前庭障
害患者といった患者のリハビリテーションを補助する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許明細書第５，６２３，９４４号
は、“METHOD FOR CHARACTERIZINGGAIT（歩様特性の決
定方法）”と題するものであって、１９９７年４月２９
日付けで Nashner氏に対して付与された特許である。こ
の特許文献においては、歩様分類が記載されており、ま
た、歩行練習装置を使用した特性決定が記載されてい
る。従来技術の方向性を説明するあたってこれらの記載
が適切であるので、これらの記載をここに再現する。
【０００３】［歩様の分類］ヒトの歩様の各段階につい
ては、多くの先人が記述を行っている。いくつかを例示
すれば、Inman 氏他による“Human Walking （ヒトの歩
行）”Williams andWilkins, Baltimore(1981)や、Wint
er, D.A. 氏による“Biomechanical MotorPatterns in
Normal Walking（通常歩行における生体力学的駆動パタ
ーン）”Journal of Motor Behavior 15: 302-330 (198
3)や、Winestein 氏他による“Quantitative Dynamics
of Disordered Human Locomotion: a PreliminaryInves
tigation （調子の乱れたヒトの運動の定量的動特性：
初期的調査）”Journal of Motor Behavior 21: 373-39
1 (1989)、がある。ヒトの歩様は、歩行および走行とい
う一般的分類に分類することができる。歩行時には、少
なくとも一方の足が、支持面に対して常に着地してお
り、両方の足が支持面に対して着地しているような時間
間隔を、ゼロよりも大きな時間間隔として測定すること
ができる。走行時には、両方の足が支持面に対して着地
していないような時間間隔を、ゼロよりも大きな時間間
隔として測定することができ、両方の足が支持面に対し
て着地しているような時間間隔が、存在しない。
【０００４】歩行は、４つの段階に区分することができ
る。４つの段階とは、左脚を前方側として両脚が着地し
ている段階、左脚だけが着地している段階、右脚を前方
側として両脚が着地している段階、右脚だけが着地して
いる段階、である。これら４段階どうしの間における移
行は、『かかと着地』事象および『つま先離れ』事象と
通称されるような事象によって区分される。足の第１接
触ポイントは、『かかと着地』と称される。その理由
は、正常な成人においては、通常は、足のかかと（靴を
履いている場合には、靴底の最後尾部分）が、支持面に
対して接触する第１ポイントであるからである。しかし
ながら、かかと着地は、支持面に対して最初に着地する
足の他の部分によって得ることができる。走行時には、
正常な成人であれば、母指球（靴を履いている場合に
は、靴底の前方部分）から着地する場合がある。整形外
科的障害や神経筋障害を有した人であれば、支持面に対
して常に足の他の部分から着地することとなる、あるい
は、靴を履いている場合には、靴底周縁部に沿った部分
であってかかと以外の部分から着地することとなる。同
様に、正常成人の場合には、つま先離れ事象時に、母指
球およびつま先が、支持面に対しての最終接触ポイント
となるけれども、患者の場合には、最終接触ポイント
は、他の部分となることがある。よって、実際の接触ポ
イントにかかわらず、かかと着地という用語およびつま
先離れという用語は、足のうちの、支持面に対して最初
に接触する部分および支持面に対して最後まで接触する
部分のそれぞれを指すものとする。
【０００５】［歩行練習装置を使用した歩様の特性決
定］限られた空間内でおいて所定範囲の歩行速度や走行
速度で運動することを可能とする歩行練習装置は、従来
技術において既に開示されている（Travel氏他による
“A Speed-Related Kinematic Analysis of Overground
and TreadmillWalking”(1983)や、Winter 氏他（編
集）による Biomechanics XI, HumanKinetics Publishe
rs, Champaign, pp. 423-426 や、Nelson氏他による“B
iomechanics of Overground Versus Treadmill Runnin
g”Medicine andScience in Sports 4: 233-240 (1972)
や、Charteris氏他による“The processof Habitation
to Treadmill Walking: a Kinetic Analysis”Perceptu
al andMotor Skills 47: 659-666(1978)）。歩行練習装
置は、周回ベルトの速度および傾斜を個別的に制御する
ことにより、歩様の困難性に正確にセットすることがで
きる。歩様速度と周回ベルトの移動速度とを一致させる
ことにより、被験者は、周回ベルトの直下の支持面に対
して一定の位置に維持される。いくつかの従来技術にお
ける研究においては、機械的に連結された力変換機構を
備えた単一の受力プレートが周回ベルトの直下に直接的
に取り付けられている歩行練習装置が開示されている。
Kram氏他は、彼らの文献である“A Treadmill-Mounted
ForcePlatform（受力プラットホームが設けられた歩行
練習装置）”Journal of TheAmerican Physiological S
ociety, 1989, pages 1692-1698 において、単一の受力
プレートを備えた歩行練習装置を開示している。この文
献の内容は、参考のためここに組み込まれる。単一の受
力プレートは、歩行時に周回ベルト上において２本の足
の複合作用によってもたらされる力の連続的な測定を可
能とした。
【０００６】時に、固定された力検出面に対して移動し
ている支持面に対して足が接触しているときに、足の特
定の解剖学的特性点がなす座標に関しての、力の中心の
位置を決定することが要望されることがある。これは、
例えば、歩行練習装置の周回移動ベルトが力検出面を覆
っていて、足が周回ベルトに接触している場合に発生す
る。足の特定の解剖学的特性点がなす座標に対しての力
の中心位置を決定するために、２つの座標変換が実行さ
れる。第１に、力の中心位置が、歩行練習装置の周回移
動ベルトがなす座標に対して決定される。第２に、歩行
練習装置の周回移動ベルトの位置が、足の特定の解剖学
的特性点がなす座標に対して決定される。これら座標変
換のうちの第１のものを行うには、連続ベース上におけ
る固定された力検出面の位置に対しての、歩行練習装置
の周回ベルト位置に関する情報が必要とされる。上記座
標変換のうちの第２のものを行うには、歩行練習装置の
周回ベルトに対しての、足の特定の解剖学的特性点の位
置に関する情報が必要とされる。足の位置および足の解
剖学的特性点の位置が、各かかと着地事象が起こってか
らその後のつま先離れが起こるまでの間については、歩
行練習装置の周回ベルトに対して変化することがないか
ら、足の特定の解剖学的特性点の位置は、各歩行ステッ
プに関してかかと着地後にだけ決定するだけで良い。
【０００７】固定された力検出面の位置に対しての、連
続ベース上における歩行練習装置の周回ベルトの位置を
決定するための１つの方法は、従来技術において開示さ
れているいくつかの複雑な市販の歩行練習装置の中か
ら、連続ベース上における歩行練習装置の周回移動ベル
トの前後方向速度を測定できかつ連続ベース上における
ベルトの前後方向速度の調節手段を備えた歩行練習装置
を選択して使用することである。自動速度制御システム
とベルト速度測定システムとを備えた市販の歩行練習装
置の１つの例は、カリフォルニア州 Tustin 所在の Uni
sen 社によって製造された Star Trac 2000 である。こ
のような歩行練習装置が使用されたときには、直下に位
置した受力プレートに対しての歩行練習装置の周回ベル
トの連続的な位置を決定するために必要な情報は、連続
ベース上におけるベルト速度信号を数学的に積分するこ
とによって、得られる。
【０００８】従来技術において開示された方法の中に
は、かかと着地時における、足の特定の解剖学的特性点
に対しての、歩行練習装置の周回移動ベルトの位置を決
定するために使用できるものが存在する。１つの方法
は、いくつかの市販の光学的移動体解析システムの中の
１つをを使用することである。移動時におけるヒトの体
のいくつかの識別点の動きを追跡するという応用を意図
している市販の移動体解析システムの２つの例は、カリ
フォルニア州 Santa Rosa 所在の MotionAnalysis社に
よって製造された ExpertVision システムと、英国 Oxf
ordshire 所在のOxford Medilog Systems 社によって製
造された Vicon システムと、がある。この方法によれ
ば、１つまたは複数のマーカーが、足の解剖学的特性点
の上に配置される。１つまたは複数の付加的なマーカー
が、歩行練習装置の周回ベルト上の所定位置に配置され
る。解剖学的特性点上におけるまた歩行練習装置の周回
ベルト上における光学的マーカーの数および配置は、シ
ステム製造メーカーによって特定されたような測定にお
ける精度を決定する。その場合、かかと着地時に、歩行
練習装置の周回ベルト上における１つまたは複数のマー
カーの位置が、システム製造メーカーによって特定され
た方法に従って配置された解剖学的特性点上の１つまた
は複数のマーカーの位置に対して、決定される。
【０００９】米国特許明細書第５，６２３，９４４号に
は、ステップサイクルのすべての段階において歩行練習
装置の周回ベルト支持面に対して各足によってもたらさ
れる力に関連した量を個別的に決定するためのデバイス
および方法が開示されており、また、歩様パターンの変
更のための訓練用に、歩行練習装置の周回ベルト上の固
定ポイントに対してあるいは足の特定の解剖学的特性点
に対して各足によってもたらされる力の中心位置に関連
した量を決定するための手段が開示されている。対象者
の歩様を特徴づけるための方法および装置においては、
複数の変換器が直下に取り付けられている可動支持面を
有した歩行練習装置を使用する。対象者は、可動面上に
おける移動を行う。コンピュータは、各変換器から一連
の信号を受け取り、かかと着地事象およびつま先離れ事
象の発生を認識する。コンピュータは、歩いたりまたは
走ったりするときの、対象者の活動度を認識する。コン
ピュータは、２つの足に関してゼロよりも大きな力を測
定する互いに非接触の２群の変換器を認識し、歩行また
は走行の各段階において各足によってもたらされる力に
関連する量を計算する。
【００１０】しかしながら、本発明者らは、歩行訓練時
に以下のようないくつかのことを観測した。
【００１１】健康全体の最も明確なインジケータの１つ
は、歩行速度である。歩様に問題点を有した人は、非対
称な歩幅または短い歩幅を有している。歩様に問題点を
有した人は、典型的には、脳血栓患者や脊髄障害患者や
頭部障害患者や肢切断患者や整形外科的患者や神経系障
害患者や前庭障害患者である。このような患者は、正常
な歩行パターンを達成するように努力する。しかしなが
ら、バランスや筋肉協調や移動強度や移動範囲や心臓血
管の能力や持久力に改良を必要とする。
【００１２】患者が歩行速度を増大させるためには、２
つの方法がある。１つは、歩幅を増大させることであ
り、他は、ステップ周波数を増大させることである。歩
幅にかかわらず、人は、１秒あたりに約２ステップとい
うリズムが、歩行において最も快適である。理想的な歩
幅は、患者の脚の長さを測定することによって、決定す
ることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】患者が、広い歩幅のす
り足で歩くことがある。このような患者は、このような
歩様パターンが弱さのせいではなく、自信のなさからく
るものであって失敗を恐れることの結果であると解する
ことができる。したがって、安全に制御された環境であ
ってそのような患者が自信を取り戻すことを補助するよ
うな環境を提供することが必要である。
【００１４】従来の歩行練習装置は、一定の速度にセッ
トしなければならない。使用速度における使用者のリズ
ムを決定するための手段がない。実際、快適な歩行速度
は、歩幅によって変わることとなる。集団歩行のために
は、患者は、少なくとも０．６ｍ／秒で歩かなければな
らない。この値は、機能的独立性のためのガイドライン
である。そのような患者が集団歩行者となり得るよう、
患者の歩幅やリズムや歩行速度や歩行パターンを評価し
てその後定量化された文書をもたらすような装置が、要
望されている。
【００１５】歩行のリハビリテーションが必要な患者を
担当している治療者は、時間的な改良度を評価するため
に、そのような患者の重要な歩様パラメータを文書で示
す必要がある。明瞭で簡潔な定量化された文書は、患者
やヘルスケア提供者や第３者支払人に対して、治療の効
果を強く提示する。さらに、治療者と患者との双方に関
し、双方にとって安全であるような環境内でリハビリテ
ーションプロセスを開始する必要がある。
【００１６】装置を使用する患者に対して適切な歩幅お
よび適切な歩行サイクルを喚起することによって上記の
すべての要望を満たすような装置および技術を提供する
ことが望ましい。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明のある１つの見地
は、脚の長さや歩幅に基づく使用者独自の歩行サイクル
に対して周回ベルト速度を適合させるとともに使用者の
歩幅やリズムや歩行速度や歩行パターンに関しての良化
経過を提供するような歩行練習装置である。使用者独自
の歩行サイクルに従って決められた理想的足跡パターン
と、歩行練習装置上への実際のかかと着地事象に対応し
た着地位置と、がディスプレイスクリーン上にスクロー
ル表示される。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明のより良好な理解のため
に、以下の説明や添付図面を参照することができる。た
だし、本発明の範囲は、請求範囲によって規定される。
【００１９】図１は、本発明の一実施形態に従って、脚
の長さに基づく歩行サイクルに対して周回ベルト速度が
適合可能とされているような歩行練習装置を示す斜視図
である。図２は、本発明の他の実施形態に従って、部分
荷重支持治療のための非検量システムと共に使用される
図１の歩行練習装置を示す斜視図である。図３は、歩幅
を概略的に示す図である。図４は、本発明の実施形態が
最初に起動されたときに現れるスクリーンディスプレイ
を示す図である。図５は、メインメニューを表示してい
るスクリーンディスプレイを示す図である。図６は、歩
行トレーニングの設定項目を表示しているスクリーンデ
ィスプレイを示す図である。図７は、歩行トレーニング
の結果と制御項目とを表示しているスクリーンディスプ
レイを示す図である。図８は、ポーズ画面を表示してい
るスクリーンディスプレイを示す図である。図９は、ト
レーニングデータを表示しているスクリーンディスプレ
イを示す図である。図１０は、主要歩行パラメータにつ
いての標準データを表示しているスクリーンディスプレ
イを示す図である。図１１は、順次的に繰り返される１
セットをなす４つのスクリーンディスプレイを示す図で
ある。図１２は、トレーニングのグラフ表示を表示して
いるスクリーンディスプレイを示す図である。図１３
は、歩行練習装置のベッドを概略的に示す図である。図
１４は、歩行練習装置の支持バーおよびベースプレート
を概略的に示す図である。図１５は、歩行練習装置の支
持バーおよびベースプレートを概略的に示す側面図であ
る。図１６は、歩行練習装置の歪みゲージからの出力を
電気的に増幅するための回路を概略的に示す図である。
図１７は、歩行練習装置のための校正調整回路を概略的
に示す図である。
【００２０】図面を参照すると、図１は、歩行練習装置
１０を示している。歩行練習装置１０は、制御パネル１
２と、スクリーンディスプレイ１４と、プリンタ１６
と、を具備している。図２は、図１のものと同じ歩行練
習装置を示している。ただしこの場合には、部分荷重支
持治療のための非検量システム１８も示されている。双
方の実施形態は、ニューヨーク州 Shirley所在の Biode
x Medical 社により、BIODEX GAIT TRAINER TREADMILL
および BIODEX UNWEIGHING SYSTEM として市販されてい
る。
【００２１】歩行練習装置１０は、器具を有した歩行面
２０を特徴としている。歩行時の実際の着地位置２２
（図３）が、スクリーンディスプレイ１４上に表示され
る。歩幅とは、連続した着地位置どうしの間の距離であ
る。制御パネル１２により、患者の歩行サイクルに適合
させるように周回ベルト速度を制御することができる。
【００２２】器具付き歩行面２０における左足の着地ま
たは右足の着地を検出することにより、本発明において
は、歩幅（速度を知ることによって求められる）および
リズムを決定することができる。この情報を使用するこ
とにより、快適なリズムを作り出すために、歩行練習装
置の速度を、この情報に応じて自動的に制御することが
できるすなわち自動的に変更することができる。理想的
な歩幅は、歩行練習装置のディスプレイに歩幅の測定結
果を入力することにより、正確に予設定することができ
る。所望の歩行サイクル（リズム）は、制御パネルに歩
幅の測定結果を入力することにより、予設定される。
【００２３】さらに、トレーニングの維持を補助するた
めの音および画像によるフィードバックを、オンとした
りあるいはオフとしたりすることができる。補正的な動
作のための、また、良好な傾向を補助するための、視覚
的なプロンプト表示（あるいは、点滅表示）を、表示す
ることができる。直地目標は、正確な方向サイクルシー
ケンスのために、肢長さに対して標準化され、理想的な
足跡として表示されて、スクリーンディスプレイ１４内
でスクロール表示される。成果を追跡するためにまた文
書作成のために、終了時には、プリンタ１６を起動する
ことにより、トレーニング概要のレポートをプリントす
ることができる。このレポートを例示するならば、次の
ようなものとなる。
【００２４】 ［BIODEX GAIT TRAINING によるトレーニングの概要］ 名前：＿＿ 日付：＿＿ 身長：＿＿ 年令：４０ 体重：＿＿ 性別：男性 実際 標準範囲 トレーニングの合計時間 ２：００分 合計距離 １３２ｍ 平均心拍数／ＳｐＯ2 ９５回／分 ９７ＳｐＯ2 平均歩行速度 １．１０ｍ／ｓ 平均歩行サイクル ０．８２サイクル／ｓ 右 左 脚長さの入力値 ０．８４０ｍ ０．８４０ｍ 平均歩幅 ０．６５ｍ ０．７０ｍ 変動率 ２５％ ２９％ 右／左の時間分布 ５２％ ４８％ 歩行インデックス ９６ 目標値＝１００ ※歩行インデックスとは、左右の足の時間分布の比率および平均歩行サイクルに 基づいた、１００に対しての複合スコアである。 コメント欄：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
【００２５】本発明においては、患者の歩行速度の改良
を補助するために、また、歩行周波数や歩幅を増大させ
るように患者の歩行特性の改良を補助するために、さら
に、患者が移動能力および独立性を最適レベルとするこ
とを補助するために、バイオフィードバックが設けられ
ている。バイオフィードバックは、患者の脚の長さに対
して対称かつ正常なものとし得るように患者の歩幅の変
更を補助する。患者や治療者や第３者支払人等を補助す
るために、定量化測定のための集中的レポートシステム
が設けられている。
【００２６】従来の歩行練習装置とは異なり、本発明に
おいては、周回ベルト速度を、機能的歩行パラメータに
対して、特に、歩幅および脚の長さに基づく患者自身の
歩行サイクルに対して、一致させる。患者自身の歩行サ
イクルおよび理想的歩幅に対して周回ベルト速度を適合
させることにより、本発明においては、適切な歩幅を有
した正常な歩様パターンを喚起するための十分な神経系
応答をトリガーする。繰り返すことによって、対称的な
態様で患者が周波数と歩幅との双方を増大させることを
補助することにより、患者は、無意識に、歩行シーケン
スを再学習する。
【００２７】本発明においては、患者の歩幅やリズムや
歩行速度や歩様パターンが評価される。これにより、定
量化に関する文書がもたらされる。このような文書は、
歩行のための基準として有効である。集団歩行者となる
ためには、患者は、少なくとも０．６ｍ／秒で歩かなけ
ればならない。
【００２８】患者が神経損傷患者であってもまたは整形
外科的患者であっても、本発明においては、それぞれの
患者にとって適切な歩幅を喚起させる。本発明は、脳血
栓患者や脊髄障害患者や頭部障害患者や肢切断患者や整
形外科的患者や神経系障害患者や前庭障害患者といった
患者に関しての正常な歩幅のリハビリテーションにとっ
て有効である。本発明は、そのような患者が、バランス
や筋肉協調や移動強度や移動範囲や正常な歩行パターン
や心臓血管の能力の増大や持久力の増大を改良すること
を、補助する。本発明は、また、患者と治療者との双方
にとって安全な環境を作り出すとともに、重要な歩行パ
ラメータに関する文書を作成する。
【００２９】本発明による歩行練習装置は、好ましく
は、４Ｑパルス変調制御を行う１４９１ワット（２馬
力）のモータを使用する。これにより、０．１６ｋｍ／
ｈ（０．１ｍｐｈ）という増分でもって、０〜１２．９
ｋｍ／ｈ（０〜８ｍｐｈ）という範囲の前方速度が得ら
れ、０〜４．８ｋｍ／ｈ（０〜３ｍｐｈ）という範囲の
逆方向速度が得られる。歩行面デッキは、好ましくは、
高密度複合ファイバによって含浸されて構成されてい
る。０．１６ｋｍ／ｈ（０．１ｍｐｈ）という増分でも
って常に０ｋｍ／ｈから開始することにより、周回ベル
トを跨いで立つ必要はない。好ましくは、歩行練習装置
は、Biodex Medical System における型番RTM500として
市販されている。
【００３０】本発明の制御方式は、メニュー駆動方式で
あって、専用のキーパッドボタンを使用した『次スクリ
ーン／前スクリーン』タイプのフローを使用している。
好ましくは、NEC 社による V25プロセッサが、Yamaha社
による V6366C ＬＣＤドライバと共に使用される。入力
手段としては、キー入力、歩行Ｌ／Ｒ表示器、心拍数／
酸素モニタからの入力、および、歩行練習装置のコント
ローラ基板から報告される基本速度、がある。他の専用
キーとしては、『開始』、『終了』、および、『エンタ
ー』がある。４個のソフトキーは、選択／パラメータ変
更を可能とする。
【００３１】使用時には、本発明は、歩行練習装置の起
動時にスクリーン上に現れる開始オプションを選択する
ことにより、アクセス可能である（図４）。第１画面
（図４）上において開始を選択すると、メインメニュー
画面（図５）が呼び出される（図５）。歩行トレーニン
グというオプション（選択肢）は、歩行トレーニングオ
プションが画面上で強調される（図５）まで適切な選択
矢印キーを押すことにより、メニュー駆動制御（図５）
の中から選択される。歩行トレーニングオプションを選
択した状態で、NEXT SCREEN TO CONTINUE （次画面へ）
を押すことにより、ディスプレイは、図６に示す歩行ト
レーニングの条件設定画面へと切り替わる。
【００３２】理想的な歩幅は、患者の脚の長さを測定し
脚の長さに関する情報を歩行練習装置のディスプレイス
クリーン内へと入力することにより、決定される。その
後、歩行練習装置が開始し、速度は、適切なリズムが作
り出されるようにして、自動的に制御される。ディスプ
レイは、スクリーンまたは他の手段をスクロールする
『足跡』として適切な歩幅を表示することができる。患
者は、（スクリーン上に表示されている）自身の着地
を、スクリーン上でスクロール表示されている理想的足
跡に適合させることによって、適切な歩幅となるように
努力する。歩行練習装置の速度は、歩幅や脚の長さに応
じた理想的な速度および理想的なリズムに患者がついて
いけなくなったときには、快適なリズムを維持するよう
に、小さめのリズムに調節することができる。
【００３３】右脚および左脚の脚の長さを入力に際して
は、測定結果が、例えばｃｍという単位で、入力され
る。脚の長さに対しての歩幅の比率は、０．６９〜０．
８６である。正常な歩幅は、右足のかかとのラインおよ
び左足のかかとのラインとして、結果画面（図７）に示
される。右足のかかとの中心から左足のかかとの中心ま
での診断測定は、最も信頼性のあるタイプの測定である
けれども、そのような測定は実施が困難であり、そのた
め、連続した２つのかかと着地どうしの間にわたっての
周回ベルトの移動距離が、歩幅として扱われる。
【００３４】視覚的なフィードバックのために、目標と
なる歩幅変動の許容値を、セットすることができ、聴覚
的なフィードバックのために、メトロノームリズム発生
器間隔のための音量制御を、セットすることができる。
これらは、駆動することもオフとすることもできる。患
者は、バイオフィードバックに依存することができる。
そのため、バイオフィードバックの間欠的オン／オフサ
イクル時間を調節することにより、バイオフィードバッ
クのオンオフを間欠的に行うことができる。
【００３５】歩行トレーニング結果は、スクリーン上に
おいて可視化することができる（図７）。画面右側の４
個のソフトキーは、パラメータを選択して変更するため
に使用される。４つのソフトキーは、特に、上向き矢印
のキーと、下向き矢印のキーと、＋符号のキーと、−符
号のキーと、される。１つの歩幅全体を表示すべきであ
る。目標からの実際の着地のズレ（変動）を観測して、
変動率を計算するべきである。本発明においては、実際
の着地が３ｃｍ以内という所定許容範囲を超えたもので
ある場合には調整を行うために、あるいは、患者の実際
の着地が所定範囲内であって目標内のものである場合に
は賞賛するために、患者にアドバイスを与えるための視
覚的プロンプトメッセージを与えることができる（図
８）。
【００３６】例えば、左足が所定範囲だけ目標値を外れ
ている場合には、右足を早く出すことをアドバイスする
ようなメッセージが、表示されるべきである。また、右
足が目標値を外れている場合には、左足を早く出すこと
をアドバイスするようなメッセージが、表示されるべき
である。賞賛のメッセージは、単純に「GOOD JOB !（良
くできました！）」とすることができる（図８）。
【００３７】スクリーンディスプレイにおいては、他の
結果を示すことができる（図９）。限定するものではな
いが、このような結果は、合計トレーニング時間、合計
距離、および、平均速度がある。他の結果は、図９に表
示されている。プリントされる結果は、以下のような表
（＿＿部分は、結果に基づいてプリントされる）のプリ
ント時に表示される。
【００３８】 ［トレーニングデータ画面：テスト後の概要（プリント可能）］ トレーニングの合計時間 ＿＿分 合計距離 ＿＿ｍ 平均ＳｐＯ2 ＿＿％ＳｐＯ2 平均心拍数 ＿＿回／分 平均歩行サイクル ＿＿秒 右 左 脚長さの入力値 ＿＿ｃｍ ＿＿ｃｍ 正常歩幅 ＿＿ｃｍ ＿＿ｃｍ 変動率 ＿＿ ＿＿ 右／左の時間分布 ＿＿％ ＿＿％ 歩行インデックス ＿＿ 目標値＝１００ 「開始」を押すと、プリント開始 「次画面」を押すと、メインメニューに戻る。
【００３９】［定義］トレーニングの合計時間とは、ト
レーニングを継続した合計時間のことである。合計距離
とは、ｍという単位で表したときの合計距離のことであ
る。平均心拍数とは、トレーニング時間にわたっての心
拍数の平均値のことである。この項目は、場合によって
設けられる。平均ＳｐＯ2 とは、血流中の溶解酸素のレ
ベルを表す量である。平均歩行サイクルとは、一方の足
のかかと着地から、他の足のかかと着地を経て、さらに
最初の足のかかと着地までの、単位を秒としたときの平
均時間のことである（２歩に要する時間が、歩行サイク
ルに等しい）。右足および左足の長さの入力値は、第３
画面からのものである。右足および左足の平均歩幅は、
実際の患者の着地から測定されたものである。右足およ
び左足の正常歩幅は、参照表から得られるものである。
右／左の時間分布とは、右足に要した合計時間と左足に
要した時間との比率である。歩行インデックスとは、正
常な目標値と比較して表した単一の数字として定義され
る。１００を目標としたときに、１００をベースとしな
ければならない。歩行インデックスは、以下の特性を有
しているべきである。すなわち、右／左の時間分布に関
しては、理想的な比が１：１。右／左の変動率に関して
は、理想的な比が１：１。歩行サイクルに関しては、理
想的な目標は、１秒あたりに１サイクル。
【００４０】図１０は、主要歩行パラメータについての
標準データを示すスクリーンディスプレイを表してい
る。このようなスクリーンディスプレイは、男性に対し
てあるいは女性に対してあるいは子供に対して、利用可
能である。
【００４１】図１１は、一連のサイクルをなす４つのス
クリーンディスプレイを示している。矩形の囲み内に示
された数字１〜４は、移動している足の目標位置または
実際位置を示している。１番下の列は、次なる目標物を
示しており、先の第２列の実際位置に対して配置されて
いる。上の列の目標物は、画面から削除される。データ
は、結果特性を測定するための適切な計算に使用するた
めに、上述のようにして保持される。図１２は、トレー
ニングを図的に表したレポートを示すスクリーンディス
プレイであって、右足の平均歩行と左足の平均歩行と平
均歩幅とを図的に示している。
【００４２】以下の表は、歩幅や歩様の関数としての周
回ベルト速度の例を示している。
【表１】
【００４３】歩行トレーニング練習装置のベッドは、左
足および右足がベルト面に接触したタイミング（時点、
時刻）を決定できるように構成されている。周回ベルト
の速度と、足が離れる時刻どうしの間の時間と、着地位
置と、を知ることにより、歩幅が決定される。
【００４４】歩行練習装置のベッド１（図１３）は、複
合材料基板から形成することができる。このベッド１上
を周回ベルトがスライドする。ベッド１は、周回ベルト
と使用者とを支持する。使用者の体重は、ベッド１へと
伝達され、さらに、ベッド１から支持フレームへと伝達
され、最終的には床へと伝達される。ベッド１は、４個
のクロスブレース２に対してボルト止めされている。ク
ロスブレース２は、両サイドにおいて、支持チューブ３
に対して連結されている。このようにして、クロスブレ
ース２と支持チューブ３とは、完全にベッド１を支持し
ている。
【００４５】前後のクロスブレース２２が、４個のバー
５に対して取り付けられている。各バー５には、歪みゲ
ージ４が取り付けられている。各バー５は、ベースプレ
ート９に対して取り付けられている（図１４）。この場
合、バー５が、ベッド１にかかる全負荷と、ベッド上に
印加されるすべての力と、を支持する。バー５は、スペ
ーサ１５の分だけ、ベースプレート９からわずかに離間
して保持されている（図１５）。これにより、バー５
は、各バー５が支持している相対荷重を歪みゲージ４に
よって測定し得るよう、わずかに撓むだけの間隙を有し
ている。
【００４６】使用者の足によって印加される力の絶対値
を解析して表示することがない点に注意されたい。力の
測定は、定性的なものであって、定量的なものではな
い。歪みゲージ４は、足が離れるタイミングおよび位置
を決定するためだけに使用される。これらは、リズムと
歩幅とを決定するための情報に過ぎない。これらパラメ
ータを使用することによって、歩行練習装置の速度が制
御される。
【００４７】患者が歩くときには、右足は、左足が着地
する場所よりも右側よりの場所において、ベッド１に対
して着地する。このことは、患者が走らない限り、正し
いことである。というのは、患者が走ってしまうと、着
地どうしが一直線上に並んでしまったりあるいは逆側に
交差してしまうことさえあるからである。４個の歪みゲ
ージ４からの信号は、標準的な電子ハードウェアを使用
して個別的に測定され、その後、個別のデジタル信号へ
と変換されて、マイクロプロセッサへと供給される。右
側のゲージに由来する信号がソフトウェアアルゴリズム
を使用して加算され、また、左側のゲージに由来する信
号がソフトウェアアルゴリズムを使用して加算される。
患者の体重が左足上に乗っている場合には、ベッドの左
側に、力が印加される。左側のバー５の方が、より多く
の負荷を負担する。なぜなら、左足が左端寄りに着地す
るからである。よって、右側のバー５によって支持され
る力の合計は、低下する。左側の歪みゲージに由来する
信号の合計は、左足が着地している時には、上昇する。
右足が着地しているときには、右側の歪みゲージに由来
する信号の合計が上昇する。患者がベッド上を前方側に
歩いているとき、後方側に歩いているとき、また、ベッ
ドの左端を歩いても、ベッドの右端を歩いても、この原
理が当てはまることは、理解されるであろう。両足が交
差しない限り、システムは正常に動作する。
【００４８】しかしながら、実際の歩幅を決定するため
には、さらなる情報が必要とされる。歪みゲージからの
デジタル信号が個別的に保持されていることにより、他
の情報を調べることができる。標準的な力の等式を使用
することにより、ベッドに対して力が印加されている場
所（足の位置）の前後方向相対位置を、決定することが
できる。真の足の位置は、一方の足だけがベッドに対し
て着地している時にしか決定できないことに注意しなけ
ればならない。歩行時には、前方側の足のかかと着地
は、後方側の足がベッドに対して未だ接触したままであ
る時に起こる。上記のシステムであると、かかと着地が
起こったタイミングを決定できるものの、かかと着地が
起こった場所については、即座には決定できない。後方
の足がベッドを離れた後に（力の決定が、最前方位置を
示したとき）、前方の足が着地した正確な前後方向位置
が決定される。上記のようにかかと着地のタイミングが
既知となりまた周回ベルトの正確な速度が既知であるこ
とにより、かかと着地が起こった時点での足の正確な位
置が決定される。この時点では、かかと着地のタイミン
グが、位置と同様に、既知である。次なるかかと着地の
タイミングが決定され、同様にして、次なるかかと着地
の位置が決定される。先にかかと着地を起こした足のタ
イミングおよび位置が既知とされ、次なるかかと着地が
起こった時点でのその足の位置は、その足がベルトに着
地してからの時間と周回ベルトの正確な速度とを知るこ
とによって、決定される。新たなかかと着地と、このか
かと着地が起こった時点での先の足の位置と、の間の距
離が、歩幅である。
【００４９】図１６は、歩行練習装置の歪みゲージから
の出力を電気的に増幅するための回路を示す図である。
歩行練習装置の前方、中間前側、中間後側、後方の各位
置に対応して、４つの回路が使用されている。
【００５０】図１７は、歩行練習装置のための歪みゲー
ジのゼロ点調整用回路を概略的に示す図である。歩行練
習装置の前方、中間前側、中間後側、後方の各位置に対
応して、４つの回路を使用することができる。製造上の
都合や他の都合によっては、処理方式や数が相違するよ
うな他の回路構成を使用することもできる。
【００５１】上記の説明および添付図面は、本発明のい
くつかの好ましい実施形態を示しているけれども、本発
明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更や
修正を加え得ることは、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に従って、脚の長さに基
づく歩行サイクルに対して周回ベルト速度が適合可能と
されているような歩行練習装置を示す斜視図である。
【図２】 本発明の他の実施形態に従って、部分荷重支
持治療のための非検量システムと共に使用される図１の
歩行練習装置を示す斜視図である。
【図３】 歩幅を概略的に示す図である。
【図４】 本発明の実施形態が最初に起動されたときに
現れるスクリーンディスプレイを示す図である。
【図５】 メインメニューを表示しているスクリーンデ
ィスプレイを示す図である。
【図６】 歩行トレーニングの設定項目を表示している
スクリーンディスプレイを示す図である。
【図７】 歩行トレーニングの結果と制御項目とを表示
しているスクリーンディスプレイを示す図である。
【図８】 ポーズ画面を表示しているスクリーンディス
プレイを示す図である。
【図９】 トレーニングデータを表示しているスクリー
ンディスプレイを示す図である。
【図１０】 主要歩行パラメータについての標準データ
を表示しているスクリーンディスプレイを示す図であ
る。
【図１１】 順次的に繰り返される１セットをなす４つ
のスクリーンディスプレイを示す図である。
【図１２】 トレーニングのグラフ表示を表示している
スクリーンディスプレイを示す図である。
【図１３】 歩行練習装置のベッドを概略的に示す図で
ある。
【図１４】 歩行練習装置の支持バーおよびベースプレ
ートを概略的に示す図である。
【図１５】 歩行練習装置の支持バーおよびベースプレ
ートを概略的に示す側面図である。
【図１６】 歩行練習装置の歪みゲージからの出力を電
気的に増幅するための回路を概略的に示す図である。
【図１７】 歩行練習装置のための校正調整回路を概略
的に示す図である。
【符号の説明】
１ ベッド ４ 歪みゲージ（センサ） １０ 歩行練習装置（リハビリテーション補助器具） １２ 制御パネル（コントローラ） １４ スクリーンディスプレイ １６ プリンタ ２０ 歩行面 ２２ 着地位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード・ビーハン アメリカ合衆国・11715・ニューヨーク・ ブルー・ポイント・グレイズ・ロード・11 (72)発明者 ジョゼフ・チレーネ アメリカ合衆国・11784・ニューヨーク・ キングス・パーク・ダービー・プレイス・ 24

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 歩行リハビリテーション補助器具であっ
    て、 速度をもって駆動される周回ベルトと；使用者用入力デ
    バイスと；該使用者用入力デバイスに対しての歩行リズ
    ムや脚の長さといったような情報の入力に応じて、これ
    ら情報に基づく適切な歩行サイクルに適合させるよう前
    記周回ベルトの前記速度をセットすることができるコン
    トローラと；を具備することを特徴とする歩行リハビリ
    テーション補助器具。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の補助器具において、 前記コントローラが、プロセッサとセンサとを備え、 前記センサは、歩行パラメータに関連するデータを検出
    し得るように構成されて配置され、 前記プロセッサは、前記センサによる検出データに応じ
    て、歩幅やリズムや歩行速度や歩行パターンに関するデ
    ータの変遷経過をもたらし得るものとされていることを
    特徴とする歩行リハビリテーション補助器具。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の補助器具において、 さらに、前記プロセッサに接続されていて、前記使用者
    用入力デバイスから生成された適切な信号を受けた時に
    は前記変遷経過をプリントするプリンタを具備している
    ことを特徴とする歩行リハビリテーション補助器具。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の補助器具において、 前記使用者用入力デバイスは、情報を表示するための、
    メニュー駆動方式とされたスクリーンディスプレイを備
    えていることを特徴とする歩行リハビリテーション補助
    器具。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の補助器具において、 さらに、プロセッサを具備し、 メニュー駆動方式とされた前記スクリーンディスプレイ
    は、前記プロセッサからの信号を受けることによって、
    適切な歩行サイクルにおける理想的な足跡をスクロール
    表示することを特徴とする歩行リハビリテーション補助
    器具。
  6. 【請求項６】 請求項４記載の補助器具において、 さらに、プロセッサを具備し、 メニュー駆動方式とされた前記スクリーンディスプレイ
    は、前記プロセッサによって決定された、歩行パラメー
    タの変遷経過に関する結果を表示することを特徴とする
    歩行リハビリテーション補助器具。
  7. 【請求項７】 請求項４記載の補助器具において、 メニュー駆動方式とされた前記スクリーンディスプレイ
    は、右脚と左脚との双方に関しての脚の長さの入力値
    と、右脚と左脚との双方に関しての正常な歩幅と、右脚
    と左脚との双方に関しての変動率と、右脚と左脚との時
    間分布比率と、を表示することを特徴とする歩行リハビ
    リテーション補助器具。
  8. 【請求項８】 請求項４記載の補助器具において、 さらに、プロセッサを具備し、 メニュー駆動方式とされた前記スクリーンディスプレイ
    は、前記プロセッサによって決定された、歩行パラメー
    タに関するデータの変遷経過に基づく歩行インデックス
    値を表示することを特徴とする歩行リハビリテーション
    補助器具。
  9. 【請求項９】 請求項５記載の補助器具において、 さらに、プロセッサを具備し、 メニュー駆動方式とされた前記スクリーンディスプレイ
    は、適切な歩行サイクルに従った足跡を示す各表示を順
    次的にかつ繰返し的に表示することを特徴とする歩行リ
    ハビリテーション補助器具。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の補助器具において、 さらに、前記周回ベルト上における実際の足の着地に対
    応した足跡と、適切な歩行サイクルに従ってスクロール
    表示される理想的な足跡と、の双方を表示するディスプ
    レイを具備していることを特徴とする歩行リハビリテー
    ション補助器具。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の補助器具において、 さらに、プロセッサを具備し、 メニュー駆動方式とされたディスプレイが、前記プロセ
    ッサからの信号を受けることによって、歩行特性の改良
    を補助するような視覚的プロンプト表示をもたらし、 前記プロセッサは、メニュー駆動方式とされた前記ディ
    スプレイに対してフィードバック信号を送出し、これに
    より、歩行パラメータに関するデータを検出し得るよう
    構成されて配置されたセンサに応じて、視覚的プロンプ
    ト表示を引き起こすことを特徴とする歩行リハビリテー
    ション補助器具。
  12. 【請求項１２】 請求項１０記載の補助器具において、 さらに、前記プロセッサに接続されていて、実際の足の
    着地と理想的な足跡とに対応した歩行パラメータの概要
    をプリントするプリンタを具備していることを特徴とす
    る歩行リハビリテーション補助器具。
  13. 【請求項１３】 請求項２記載の補助器具において、 前記コントローラが、プロセッサとセンサとを備え、 前記センサは、前記補助器具上への右足の着地と左足の
    着地とに関するデータを個別的に検出し得るように構成
    されて配置され、 前記プロセッサは、前記センサによる検出データに応じ
    て、前記着地による衝撃力に関するデータの変遷経過を
    もたらし得るものとされていることを特徴とする歩行リ
    ハビリテーション補助器具。
  14. 【請求項１４】 歩行リハビリテーションを補助するた
    めの方法であって、 脚の長さの測定値とリズムとの一方に基づいて適切な歩
    行サイクルに適合する速度に、周回ベルト速度をセット
    し；周回ベルト速度の前記セット値に到達するまで、前
    記周回ベルトの速度を増加させ、 前記適切な歩行サイクルに従った足跡を、ディスプレイ
    内においてスクロール表示する；ことを特徴とする方
    法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の方法において、 前記周回ベルトの駆動時に、歩行パラメータを観測し
    て、歩幅やリズムや歩行速度や歩行パターンに関する歩
    行パラメータの変遷経過を把握することを特徴とする方
    法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５記載の方法において、 前記歩行パラメータの前記変遷経過をプリントすること
    を特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１４記載の方法において、 ディスプレイスクリーン上に、前記周回ベルト上におけ
    る実際の足の着地に対応した足跡と、前記適切な歩行サ
    イクルに従った前記足跡の前記スクロール表示と、表示
    することを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１４記載の方法において、 さらに、脚の長さを測定し、 脚の長さの測定値を、使用者用入力デバイスに入力し、 入力値に基づいて、周回ベルト速度をセットすることを
    特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１４記載の方法において、 補助器具上への右足着地の衝撃力と左足着地の衝撃力と
    を測定し、 付加的には、これら２つの力の差を測定することを特徴
    とする方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載の方法において、 さらに、前記衝撃力、あるいは、前記衝撃力どうしの間
    の差、を評価することを特徴とする方法。
  21. 【請求項２１】 歩行リハビリテーション補助器具であ
    って、 ベルト速度をもって動作する歩行練習装置と；使用者用
    入力デバイスと；ディスプレイスクリーンと；歩行パラ
    メータを検出するために前記歩行練習装置内に配置され
    たセンサと；前記センサによる検出結果を受けて、前記
    ディスプレイスクリーン上に、前記センサによる歩行パ
    ラメータの検出結果に対応した足跡を表示させるプロセ
    ッサと；を具備してなり、 前記プロセッサは、前記使用者用入力デバイスへの入力
    情報に対応して、前記歩行練習装置の前記ベルト速度を
    変更することを特徴とする歩行リハビリテーション補助
    器具。
  22. 【請求項２２】 請求項２１記載の補助器具において、 前記プロセッサは、前記使用者用入力デバイスへの入力
    情報に対応して、前記ディスプレイスクリーン上におけ
    る前記足跡のパターンをスクロール表示させることを特
    徴とする歩行リハビリテーション補助器具。
  23. 【請求項２３】 請求項２２記載の補助器具において、 さらに、前記入力情報が、脚の長さとリズムとのいずれ
    かであることを特徴とする歩行リハビリテーション補助
    器具。
  24. 【請求項２４】 歩行リハビリテーションを補助するた
    めの方法であって、 使用者用入力デバイスを使用して、脚の長さの測定値と
    リズムとの一方に関する情報を入力し；該情報に基づい
    て適切な歩行サイクルを決定し；該適切な歩行サイクル
    に適合した速度でもって、歩行練習装置の周回ベルトを
    駆動し；前記歩行練習装置の前記周回ベルト上への足の
    着地を検出し；ディスプレイスクリーン上に、前記適切
    な歩行サイクルに従った足跡を表示する；ことを特徴と
    する方法。
  25. 【請求項２５】 請求項２４記載の方法において、 前記ディスプレイ上に、適切な歩行サイクルに従った理
    想的足跡をスクロール表示し；前記ディスプレイ上にス
    クロール表示されている前記理想的足跡に対して、検出
    された着地位置の表示を合わせるように、歩幅を変更す
    ることを特徴とする方法。
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