JP2003052769A - Arm ergotherapy system - Google Patents

Arm ergotherapy system

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JP2003052769A
JP2003052769A JP2001244344A JP2001244344A JP2003052769A JP 2003052769 A JP2003052769 A JP 2003052769A JP 2001244344 A JP2001244344 A JP 2001244344A JP 2001244344 A JP2001244344 A JP 2001244344A JP 2003052769 A JP2003052769 A JP 2003052769A
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Japan
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hand
motion
trajectory
upper limb
target
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Japanese (ja)
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Shozo Tsujio
昇三 辻尾
Nobuyuki Tanaka
信行 田中
Kazutomo Yunokuchi
万友 湯ノ口
Kazumi Kawahira
和美 川平
Atsuo Maruyama
敦夫 丸山
Yasuhiro Sueyoshi
靖宏 末吉
Hisashi Yo
永 余
Seiji Eto
誠二 衛藤
Takashi Yoshino
孝 吉野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an arm ergotherapy system based on automatic exercises constituting a bio-feedback loop by sight stimulation. SOLUTION: In order to recover lowering in a motor function caused by a paralysis by a brain blood vessel fault, the frequent repeated exercises of the paralyzed arms are performed by the automatic exercises of a patient, for the functional fault of a motor center or propagation path caused by the brain blood vessel fault, the paralysis is recovered by reconstituting that function, function recovery by such plastic appearance of the brain is supported and the bio-feedback loop is composed by the sight stimulation. Besides, kinetic data in the exercise therapy are saved for quantitatively emulating the motor function recovery.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】視覚刺激によるバイオフィー
ドバックループを構成した自動運動による上肢運動療法
システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an upper limb exercise therapy system by automatic movement that constitutes a biofeedback loop by visual stimulation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、運動療法に使われることを目的と
した装置に、以下のものがある。 1)例えば、リハビリテーションの現場で使われている
サンディングは、手に滑りやすい移動子あるいは適度な
摩擦抵抗のある移動子をはめ、平板部材上を自動運動に
より移動させて、上肢運動機能の回復や上肢関節可動域
の拡大を行うものがある。 2)また、特開2000−279462(P2000−
279462A)、特開2000−279464(P2
000−279464A)、特開2000−28804
6(P2000−288046A)では、上肢を吊り下
げ型の装置によって把持し上肢運動を誘導する、いわゆ
る他動運動により上肢運動補助や上肢リハビリテーショ
ンを行う装置が開発されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are the following devices for the purpose of being used for exercise therapy. 1) For example, the sanding used in the field of rehabilitation is fitted with a slippery mover or a mover with an appropriate frictional resistance and is moved on the flat plate member by automatic movement to recover the upper limb motor function or There is something that expands the range of motion of the upper limb joints. 2) In addition, JP-A-2000-279462 (P2000-
279462A), JP 2000-279464 (P2).
000-279464A), JP-A-2000-28804.
6 (P2000-288046A), a device for performing upper arm exercise assistance and upper limb rehabilitation by so-called passive movement is developed, in which the upper limbs are grasped by a suspension type device to guide upper limb movements.

【0003】3)また、脳卒中片麻痺下肢の機能回復訓
練装置として、平成10年度〜平成11年度科学研究費
補助金(基盤研究(C)(2))研究成果報告書「脳卒
中片麻痺下肢の機能回復訓練支援システムの開発及びそ
の促通的運動療法への応用」平成12年3月 研究代表
者 川平和美(鹿児島大学医学部助教授)の研究があ
る。これは患者を下肢機能回復訓練支援装置上に長座位
で座らせ、腰部を椅子に、足部を可動式足台に固定し、
足部を水平面内で自動運動により動かすものである。足
部の位置はコンピュータを介して患者の前に置かれたデ
ィスプレー上に足部指標として呈示される。患者は足部
指標とディスプレーに呈示された足部目標軌道とを比較
し、その視覚刺激のもとに運動訓練を行う。 4)また、特開平10−258100では、下肢につい
て、他動運動や、理学療法士などが介助運動として行う
等尺運動、等張運動、等速運動の各種の運動を自動制御
で行うことが可能な装置を開発している。
3) Also, as a function recovery training device for stroke hemiplegic lower limbs, scientific research fund subsidy (Fundamental Research (C) (2)) 1998-1999 research result report "Stroke Hemiplegic Lower Limb Development of functional recovery training support system and its application to facilitative exercise therapy "March 2000 There is a research by Kawami Hemi (Associate Professor, Faculty of Medicine, Kagoshima University). This allows the patient to sit on the lower limb function recovery training support device in a long sitting position, the waist is fixed to the chair, and the foot is fixed to the movable footrest.
The foot is automatically moved in a horizontal plane. The position of the foot is presented as a foot index via a computer on a display placed in front of the patient. The patient compares the foot index with the target foot trajectory presented on the display, and performs exercise training under the visual stimulus. 4) Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-258100, it is possible to automatically perform various passive exercises, isometric exercises, isotonic exercises, and constant-velocity exercises performed on a lower limb as assistance exercises by a physical therapist or the like. We are developing a possible device.

【0004】以上に述べた従来技術では、1)の装置の
場合、上肢運動機能の回復が相当進んだ患者に対して、
運動機能の回復、運動筋の強化および関節可動域の拡大
などを自動運動で行うものであるが、訓練運動それ自体
を患者に任せており、運動療法としての効果は大きいも
のではない。また、2)の装置の場合、他動運動や運動
補助によって上肢の運動療法を行うことが可能である
が、バイオフィードバックを活用した運動療法を行える
構成になっていない。3)の装置の場合、下肢を対象と
したもので、視覚刺激によるバイオフィードバックルー
プを構成した自動運動によって、下肢運動コントロール
機能の回復訓練を行うことができる。しかし、この装置
は比較的単純な動作でよい下肢用のもので、上肢のよう
に可動域が3次元的で大きくかつ運動が複雑である場合
には適用することができない。また、4)の装置の場合
下肢について、他動運動や、理学療法士などが介助運動
として行う等尺運動、等張運動および等速運動などの各
種の運動の実現に重点がおかれているのみである。
In the prior art described above, in the case of the device of 1), it is possible to improve the recovery of the upper limb motor function to a patient.
Although it is an automatic exercise that recovers the exercise function, strengthens the exercise muscle, and expands the range of motion of the joint, the exercise itself is left to the patient, and the effect as exercise therapy is not great. Further, in the case of the device of 2), it is possible to perform exercise therapy for the upper limbs by passive exercise or exercise assistance, but it is not configured to perform exercise therapy utilizing biofeedback. In the case of the device of 3), it is intended for the lower limbs, and the recovery exercise of the lower limb movement control function can be performed by the automatic movement that constitutes the biofeedback loop by visual stimulation. However, this device is for the lower limbs, which requires relatively simple movements, and cannot be applied when the range of motion is large in three dimensions and the movement is complicated like the upper limbs. Further, in the case of the device of 4), emphasis is placed on the realization of various exercises such as passive exercises, isometric exercises performed by a physiotherapist or the like as assisting exercises, isotonic exercises and constant velocity exercises for the lower limbs. Only.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これまでは脳血管障害
によって引き起こされた運動中枢や伝動路の機能障害は
脳の病巣の改善によるという考えが強く、脳の可塑性発
現による運動機能の回復は限られていると考えられてき
た。片麻痺側下肢の機能回復に関しても、運動療法の内
容によって回復に差は生じないという報告が殆どであっ
た。本発明者は、最近、脳の可塑性発現を促進する運動
療法の可能性が示され、麻痺上肢においても訓練の質と
量を更に充実させれば、一層の運動機能回復を促進でき
ることを推論した。この実現のために訓練運動の反復回
数を更に増やすことが必要である。医師や理学療法士に
よる徒手的訓練では、人的にも、時間的にも訓練運動の
反復回数を更に増やすことに限界がある。そこで、本発
明者は、リハビリテーションの現場におけるこのような
問題点を解決するために、効果的な運動療法を可能にす
る上肢運動療法システムを提供することにある。
Up to now, it is strongly believed that the functional disorder of the motor center and the transmission path caused by cerebrovascular disorder is due to the improvement of the lesion of the brain, and the recovery of the motor function due to the expression of plasticity of the brain is limited. It has been considered to have been. Regarding the functional recovery of the lower limbs on the hemiplegic side, it was reported that there was no difference in recovery depending on the content of exercise therapy. The present inventor has recently shown the possibility of exercise therapy that promotes expression of plasticity in the brain, and reasoned that further improvement in the quality and quantity of training in the paralyzed upper limbs can further promote recovery of motor function. . To achieve this, it is necessary to further increase the number of repetitions of the training exercise. Manual training by doctors and physiotherapists has a limit in further increasing the number of training exercises both physically and temporally. Therefore, the present inventor aims to provide an upper extremity exercise therapy system that enables effective exercise therapy in order to solve such problems in the field of rehabilitation.

【0006】本発明の目的は、中枢性運動障害による運
動機能の回復は、中枢神経系における神経回路の再構成
と再プログラミングによることから、それを促進する運
動療法を可能にするバイオフィードバックループが組み
込まれた自動運動による運動療法システムを提供するこ
とである。また、患者の運動機能回復過程の定量的把握
とその評価のための情報を提供できる手部動作データの
記憶と解析の手段を提供する。
An object of the present invention is that the recovery of motor function due to central movement disorder is due to the reconfiguration and reprogramming of neural circuits in the central nervous system, and therefore, a biofeedback loop that enables exercise therapy to promote it is provided. An object of the present invention is to provide an exercise therapy system with built-in automatic exercise. The present invention also provides a means for storing and analyzing hand motion data, which can provide information for quantitatively grasping a patient's motor function recovery process and its evaluation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するために鋭意検討した結果、次に述べる発明を
完成するに至った。すなわち、本発明は、脳血管障害に
よる麻痺による運動機能低下を回復するために、患者の
自動運動による麻痺肢の頻回な反復運動を行うこと、ま
た、脳血管障害によって引き起こされた運動中枢や伝動
路の機能障害は何らかの形でその機能が再構成されて麻
痺が回復すること、このような脳の可塑性発現による機
能回復を助長すること、視覚刺激によるバイオフィード
バックループを構成することを実現する。また、訓練療
法における運動データを保存し、運動機能回復の定量的
評価を行うことである。
The inventor of the present invention has made extensive studies in order to solve the above problems, and as a result, has completed the invention described below. That is, the present invention, in order to recover the motor functional decline due to paralysis due to cerebrovascular disorder, to perform frequent and repetitive movements of the paralyzed limb due to automatic movement of the patient, and also to the motor center caused by cerebrovascular disorder. The dysfunction of the transmission path realizes that the function is reconfigured in some way and the paralysis is recovered, the functional recovery by such plastic expression of the brain is promoted, and the biofeedback loop by visual stimulation is configured. . In addition, the exercise data in the training therapy should be saved to quantitatively evaluate the recovery of motor function.

【0008】本発明の上肢運動療法システムを構成する
に当たってのキーポイントは、1)上肢自動運動の実
現、2)バイオフィードバックループの構成とその積極
的活用、および3)動作データの記録と解析である。前
記1)に関しては患者が運動すべき手部の軌道を任意に
傾いた平面内に設定し、上肢の3次元自動運動を実現す
る。また、前記2)バイオフィードバックループの構成
に関しては、患者が運動すべき手部の目標動作軌道をデ
ィスプレーに呈示し、患者が運動した手部の位置を手部
指標として同一のディスプレーに呈示することによっ
て、それらを視覚刺激として患者に積極的に与え自動運
動を実現し、図1に示すようなバイオフィードバックル
ープを構成する。このことによって、運動前野、運動野
およびその他における脳の再プログラミング化を促進す
る。また、前記3)運動データの記録と解析に関して
は、コンピュータを使って患者が運動した手部の位置を
測定した動作データの記録と記録された手部動作データ
の解析が可能な構成とし、種々の評価値を算出する。
The key points in constructing the upper limb exercise therapy system of the present invention are 1) realization of automatic upper limb movement, 2) configuration of biofeedback loop and its active utilization, and 3) recording and analysis of motion data. is there. Regarding the above 1), the trajectory of the hand to be exercised by the patient is set within an arbitrarily inclined plane to realize the three-dimensional automatic movement of the upper limb. Regarding the 2) configuration of the biofeedback loop, the target motion trajectory of the hand to be exercised by the patient is presented on the display, and the position of the hand exercised by the patient is presented on the same display as the hand index. By these, they are actively given to the patient as visual stimuli to realize automatic movement, and a biofeedback loop as shown in FIG. 1 is configured. This promotes brain reprogramming in the premotor, motor and other areas. In addition, regarding 3) the recording and analysis of the movement data, it is possible to record the movement data obtained by measuring the position of the hand portion on which the patient has exercised using a computer and analyze the recorded movement data of the hand portion. The evaluation value of is calculated.

【0009】本発明の上肢運動療法システムは、被訓練
者の上肢の手部を把持して手部の軌道を平面内に実現
し、かつ手部のこの平面内の位置を計測する上肢運動療
法システムであって、被訓練者が運動すべき手部の位置
と速度からなる標準動作軌道データを記録した第1記憶
手段と、被訓練者の手部の可能な運動範囲を測定し、手
部可動域特性値を算出する手部可動域計測手段と、前記
手部可動域特性値に基づき前記標準動作軌道データを変
換して被訓練者固有の目標動作軌道を生成する目標動作
軌道生成手段と、前記目標動作軌道をディスプレーに呈
示する目標動作軌道呈示手段と、被訓練者の手部の位置
を手部指標として呈示する手部指標呈示手段と、被訓練
者が運動した手部動作データを記録する第2記憶手段
と、この記録された手部動作データを解析する運動解析
手段とを有する。
The upper limb exercise therapy system of the present invention is an upper limb exercise therapy for grasping the hand of the trainee's upper limb to realize the trajectory of the hand in a plane and measuring the position of the hand in the plane. In the system, first train means for recording standard motion trajectory data including the position and speed of the hand part to be exercised by the trainee, and the possible motion range of the hand part of the trainee are measured to obtain the hand part. A hand motion range measuring means for calculating a motion range characteristic value; and a target motion trajectory generation means for converting the standard motion trajectory data based on the hand motion range characteristic value to generate a target motion trajectory unique to the trainee. , Target movement trajectory presenting means for presenting the desired movement trajectory on the display, hand index presenting means for presenting the position of the hand of the trainee as a hand index, and hand motion data of the trainee A second storage means for recording and this recorded hand And a motion analysis means for analyzing the operational data.

【0010】本発明の上肢運動療法システムの前記手部
可動域計測手段が、被訓練者の手部が前記平面内に存在
する状態で、被訓練者の上肢を前方に伸展した点、水平
外転した点および体側に屈曲した点の位置を測定し、手
部可動域特性値を算出するものであってよい。本発明の
上肢運動療法システムにおける前記標準動作軌道データ
の標準軌道が、縦一字、右斜め一字、左斜め一字、縦8
字、右斜め8字、左斜め8字、およびS字/直線組合せ
のパターンを有するものであってよい。
In the upper limb movement therapy system of the present invention, the hand range of motion measuring means is a point where the upper limb of the trainee is extended forward in a state where the hand of the trainee lies in the plane. The hand point movable range characteristic value may be calculated by measuring the positions of the turned point and the point bent to the body side. The standard trajectory of the standard motion trajectory data in the upper limb exercise therapy system of the present invention is one vertical line, one right diagonal line, one left diagonal line, and eight vertical lines.
It may have a pattern of 8 characters, 8 diagonals to the right, 8 diagonals to the left, and an S-shaped / straight line combination.

【0011】本発明の上肢運動療法システムにおける前
記標準動作軌道データが、前記手部可動域特性値および
手部が軌道上を一周する運動周期をパラメータとして含
むものであってよい。本発明の上肢運動療法システムに
おける前記目標動作軌道呈示手段が、手部の位置を示す
目標軌道および目標速度で動く手部の位置を示す目標指
標を呈示するものであってよい。本発明の上肢運動療法
システムにおける前記手部指標呈示手段が、手部の位置
および動き方向に対して同一呈示、線対称呈示、および
点対称呈示の機能を有するものであってよい。本発明の
上肢運動療法システムにおける前記運動解析手段が、手
部が運動した軌道長さ、運動周期、手部指標と目標軌道
の距離である軌道誤差の時間積分、手部指標と目標指標
の距離である指標誤差の時間積分、軌道誤差の面積、手
部の迷い回数、および軌道誤差のスペクトル密度を計算
するものであってよい。
The standard motion trajectory data in the upper limb movement therapy system of the present invention may include, as parameters, the characteristic value of the range of motion of the hand and a motion cycle in which the hand moves around the orbit. The target motion trajectory presenting means in the upper limb exercise therapy system of the present invention may present a target trajectory indicating the position of the hand and a target index indicating the position of the hand moving at a target speed. The hand part index presenting means in the upper limb exercise therapy system of the present invention may have the functions of the same presentation, line symmetry presentation, and point symmetry presentation with respect to the position and movement direction of the hand part. The movement analysis means in the upper limb movement therapy system of the present invention is characterized in that the movement length of the hand portion, the movement cycle, the time integration of the orbital error which is the distance between the hand portion index and the target trajectory, the distance between the hand portion index and the target index. The time integration of the index error, the area of the trajectory error, the number of times the hand is lost, and the spectral density of the trajectory error may be calculated.

【0012】本発明の上肢運動療法装置は、被訓練者の
上肢の手部を把持して手部の軌道を平面内に実現する手
部軌道面設定手段、手部の前記平面内の位置を計測する
手部動作計測手段、前記手部指標呈示手段、前記第1記
憶手段、前記手部可動域計測手段、前記目標動作軌道生
成手段、前記目標動作軌道呈示手段、前記第2記憶手
段、および前記運動解析手段を有するものである。本発
明の上肢運動療法装置における前記手部軌道面設定手段
が、手部関節自由度を拘束せず被訓練者の手部を把持部
に固定し、平面内を直交座標方向の動きを実施する直動
機構や極座標方向の動きを実施するリンク機構により被
訓練者の手部運動を実現するものであってよい。
The upper limb exercise therapy apparatus of the present invention comprises a hand part trajectory plane setting means for grasping the hand part of the upper limb of the trainee and realizing the trajectory of the hand part within a plane, and the position of the hand part within the plane. Hand part movement measuring means for measuring, the hand part index presenting means, the first storage means, the hand part movable range measuring means, the target motion trajectory generating means, the target motion trajectory presenting means, the second storage means, and It has the motion analysis means. The hand part orbital plane setting means in the upper limb exercise therapy apparatus of the present invention fixes the hand part of the trainee to the gripping part without constraining the degree of freedom of the joint part of the hand, and executes the movement in the plane in the orthogonal coordinate direction. The trainee's hand movement may be realized by a linear motion mechanism or a link mechanism that performs movement in the polar coordinate direction.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図2は本発明の上肢運動療法シス
テムの全体構成を示す図である。治療訓練を行う被訓練
者の上肢の手部101は装置の把持部203によって把
持される。装置の把持部は自動運動を実現するために任
意に傾けられる軌道設定平板201内を抵抗なく移動で
き、その平面内位置は位置計測部205と207で計測
されて、位置情報305と307として出力される。被
訓練者の手部の位置情報305と307はコンピュータ
401の演算処理部403に取り込まれ、処理されて、
手部指標603としてディスプレー601に呈示され
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the upper limb exercise therapy system of the present invention. The hand portion 101 of the upper limb of the trainee who performs the therapeutic training is gripped by the grip portion 203 of the device. The gripping part of the device can move without resistance in the orbit setting plate 201 that is arbitrarily tilted to realize automatic movement, and the position within the plane is measured by the position measuring parts 205 and 207 and output as position information 305 and 307. To be done. The position information 305 and 307 of the hand of the trainee is fetched and processed by the arithmetic processing unit 403 of the computer 401,
The hand index 603 is presented on the display 601.

【0014】一方、被訓練者が上肢運動を行う目標動作
軌道は、標準動作軌道データ記憶部421のデータと手
部可動域計測部411で計測されたデータとを使って、
被訓練者固有の目標動作軌道として目標動作軌道生成部
413で生成される。生成された目標動作軌道情報は、
演算処理部403で処理されて、目標軌道605と目標
指標607としてディスプレー601に呈示される。被
訓練者は、ディスプレーに呈示された手部指標603
と、目標軌道605または目標指標607とを視覚情報
311として認識および判断を行って、与えられた課題
を遂行する。被訓練者の手部動作データは手部動作デー
タ記憶部423に記録され、これを使って運動機能評価
のための解析が運動解析部415で行われる。
On the other hand, the target motion trajectory for the trainee to perform an upper limb motion is based on the data of the standard motion trajectory data storage unit 421 and the data measured by the hand motion range measuring unit 411.
It is generated by the target motion trajectory generation unit 413 as a target motion trajectory unique to the trainee. The generated target motion trajectory information is
It is processed by the arithmetic processing unit 403 and presented on the display 601 as a target trajectory 605 and a target index 607. The trainee has a hand index 603 presented on the display.
And the target trajectory 605 or the target index 607 are recognized and judged as the visual information 311, and the given task is performed. The hand motion data of the trainee is recorded in the hand motion data storage unit 423, and the motion analysis unit 415 performs analysis for motor function evaluation using this.

【0015】手部可動域測定手段は、被訓練者が訓練を
受ける姿勢で手部101を装置の把持部203で把持し
た状態で、図3(a)に示すように上肢を前方に伸展し
た点P1、水平外転した点P2および体側に屈曲した点
P3の3点の位置情報305と307に基づき、図3
(b)に示す手順で手部可動域特性値の算出を行う。
The hand range of motion measuring means extends the upper limbs forward as shown in FIG. 3 (a) in a state where the trainee receives the training while holding the hand part 101 with the holding part 203 of the apparatus. Based on the position information 305 and 307 of the three points of the point P1, the horizontal abduction point P2, and the body-side bent point P3, FIG.
The hand part movable range characteristic value is calculated by the procedure shown in (b).

【0016】標準動作軌道データは標準動作軌道データ
記憶部421に記憶されている。このうち、標準軌道
は、図4に示すような縦一字(T1)、右斜め一字(T
2)、左斜め一字(T3)、右斜め8字(T4)、縦8
字(T5)、左斜め8字(T6)、およびS字/直線組
合せ(T7)のパターンを有する。ただし、これらは右
上肢用で、左上肢用も別に用意されており、すべて正規
化した形で記憶されている。各標準軌道に対して特定速
度で動く目標指標は、標準速度時系列として運動周期に
関して正規化され、標準動作データ記憶部421に記憶
されている。
The standard motion trajectory data is stored in the standard motion trajectory data storage unit 421. Of these, the standard trajectory is a vertical line (T1) and a diagonal right line (T) as shown in FIG.
2), one diagonal left (T3), eight diagonal right (T4), vertical 8
It has a pattern of a letter (T5), an oblique left eight letters (T6), and an S-letter / straight line combination (T7). However, these are for the upper right limb, and the one for the upper left limb is also prepared separately, and all are stored in a normalized form. The target index that moves at a specific speed with respect to each standard trajectory is normalized with respect to the motion cycle as a standard speed time series, and is stored in the standard motion data storage unit 421.

【0017】図5に示すように、手部可動域計測部41
1により計測された被訓練者固有の手部可動域特性値、
標準動作軌道データ記憶部421に保存された標準軌道
と目標指標の標準速度時系列、および訓練で手部が軌道
を一周する目標運動周期を用いて、被訓練者固有の目標
軌道と目標指標の目標速度時系列とを目標動作軌道生成
部413で生成する。生成した被訓練者固有の目標動作
軌道は、演算処理部403を通して、ディスプレー60
1に呈示される。
As shown in FIG. 5, the hand part movable range measuring part 41 is provided.
1. The trainee's peculiar hand movement range characteristic value measured by 1.
By using the standard trajectory and the standard velocity time series of the target index stored in the standard motion trajectory data storage unit 421, and the target motion cycle in which the hand makes a complete orbit in the training, the target trajectory unique to the trainee and the target index are calculated. The target velocity time series is generated by the target motion trajectory generation unit 413. The generated target motion trajectory unique to the trainee is displayed on the display 60 through the arithmetic processing unit 403.
Presented in 1.

【0018】手部指標呈示手段は手部の位置および動き
方向に対して、同一呈示、線対称呈示、および点対称呈
示の3機能を有する。縦8字目標軌道に関する線対称呈
示と点対称呈示の例を図6の(a)と(b)にそれぞれ
示す。図6の点Aは手の装置、点Bはディスプレーに呈
示された手部指標の位置である。
The hand index presenting means has the three functions of the same presentation, line symmetry presentation and point symmetry presentation with respect to the position and movement direction of the hand. Examples of the line symmetry presentation and the point symmetry presentation regarding the vertical eight-character target trajectory are shown in FIGS. 6A and 6B, respectively. Point A in FIG. 6 is the device of the hand, and point B is the position of the hand index presented on the display.

【0019】運動解析手段は、手部動作データ記憶部に
記録された手部動作データを使って、目標軌道長さ(L
0)、運動実現軌道長さ(L1)、運動周期(T)、軌
道長さ比(L1/L0)、軌道速度(L1/T)、 軌道
誤差の時間積分、指標誤差の時間積分、軌道誤差の面
積、軌道誤差時間積分運動周期比(軌道誤差の時間積分
/T)、指標誤差時間積分運動周期比(指標誤差の時間
積分/T)、軌道誤差面積軌道長さ比(軌道誤差の面積/
L0)、迷い回数、および軌道誤差のスペクトル密度の
評価値を計算し、上肢運動訓練の効果の評価支援に供す
る。なお、この軌道誤差は手部指標と目標軌道との距離
の絶対値のことであり、指標誤差は手部指標と目標指標
との距離の絶対値のことである。迷い回数は手部指標の
運動方向が明らかに軌道に戻らない方向に進み続けた回
数である。
The motion analysis means uses the hand motion data recorded in the hand motion data storage unit to calculate the target trajectory length (L
0), motion realization orbital length (L1), motion cycle (T), orbital length ratio (L1 / L0), orbital velocity (L1 / T), time integration of orbital error, time integration of index error, orbital error Area, trajectory error time integration motion period ratio (orbit error time integration
/ T), index error time integration movement period ratio (time integration of index error / T), orbit error area orbit length ratio (area of orbit error /
L0), the number of hesitations, and the evaluation values of the spectral density of the orbital error are calculated, and the results are used to assist in the evaluation of the effect of upper limb exercise training. The trajectory error is an absolute value of the distance between the hand index and the target trajectory, and the index error is an absolute value of the distance between the hand index and the target index. The number of times of hesitation is the number of times the movement direction of the hand index clearly continues to move in a direction that does not return to the trajectory.

【0020】[0020]

【実施例】発明した上肢運動療法システムを、鹿児島大
学医学部附属病院霧島リハビリテーションセンターに設
置して、臨床応用を行った。訓練課題として、2種類の
課題を設定した。すなわち、図4に示した7種類の運動
パターンの目標軌道に対する 1 軌道追従課題(TF課題) 2 指標追従課題(MF課題) である。軌道追従課題は、目標軌道に沿って手部指標を
動かすもので、患者は「滑らかに速く正確に」動かすこ
とを求められた。指標追従課題では、手部指標を目標指
標に重ねて目標軌道に沿って動かすことを求められた。
[Examples] The invented upper limb exercise therapy system was installed in the Kirishima Rehabilitation Center of Kagoshima University Hospital for clinical application. Two types of tasks were set as training tasks. That is, it is 1 trajectory following task (TF task) and 2 index following task (MF task) for the target trajectories of the seven types of motion patterns shown in FIG. The trajectory tracking task involves moving the hand index along the target trajectory, and the patient was required to move "smoothly, quickly and accurately." In the index tracking task, it was required to move the hand index over the target index and move it along the target trajectory.

【0021】検査課題としては、上記の指標追従課題の
他に、認知および判断プロセスまで含めた手部コントロ
ール能力を検査するために、以下の課題を用意した。す
なわち、 3 鏡像軌道追従課題(MedTF課題) である。手部の位置に対して、手部指標が線対称位置に
表示される。患者がこの課題を遂行するためには、視覚
情報を左右逆方向の上肢運動に変換する過程が必要で、
このような高度の情報処理能力を検査するためのもので
ある。
As the inspection task, in addition to the above-mentioned index following task, the following tasks were prepared in order to inspect the hand control ability including the cognitive and judgment processes. That is, the 3 mirror image trajectory tracking task (MedTF task). The hand index is displayed in a line symmetrical position with respect to the position of the hand. In order for the patient to perform this task, the process of converting visual information into left and right arm movements in the opposite direction is necessary.
It is for examining such a high level information processing capability.

【0022】[実施例1] 臨床試験の例について述べ
る。訓練は、縦8字運動パターンの軌道追従課題(TF
課題)を1日50〜100回、患者の状態を見ながらほ
ぼ毎日行うものである。訓練結果を評価するために、1
週間おきに同じ運動パターンの軌道追従課題と指標追従
課題(MF課題)で検査を行った。たとえば、患者M
(年齢:51歳、診断名:外傷性脳損傷、麻痺側:右)
のTF課題検査における運動軌道と軌道誤差を図7と図
8に、同じ患者のMF課題検査における運動軌道と指標
誤差を図9と図10に示す。図7と図9は訓練開始前の
検査データであり、図8と図10は訓練開始後2週間経
過した日の検査データである。図7と図8の運動軌道、
図9と図10の運動軌道をそれぞれ比較すると、2週間
の訓練によって、手部は以前より滑らかにかつ正確に目
標軌道に沿っていることが分かる。また、これらの図か
ら明らかなように、訓練によって軌道誤差、指標誤差に
ついても格段に改善している。なお、軌道誤差グラフお
よび指標誤差グラフの縦軸は誤差(cm)を示し、横軸
は運動周期を正規化した時間である。グラフ中の細線は
軌道誤差あるいは指標誤差の計測値をサイクル毎に重ね
合わせて表示したものである。また、3本の太い実線の
中段は平均値、その上下は標準偏差をとったものであ
る。以上より、この患者は、2週間の訓練の結果、麻痺
側上肢の細かな運動コントロールが可能になったことが
判明した。
Example 1 An example of a clinical test will be described. The training is a trajectory-following task (TF
The task) is performed 50 to 100 times a day almost every day while observing the patient's condition. 1 to evaluate the training results
The examination was performed every week on a trajectory following task and an index following task (MF task) having the same motion pattern. For example, patient M
(Age: 51 years old, diagnosis: traumatic brain injury, paralyzed side: right)
7 and 8 show the motion trajectories and trajectory errors in the TF task examination, and FIGS. 9 and 10 show the trajectory and index errors in the MF task examination of the same patient. 7 and 9 are inspection data before the start of training, and FIGS. 8 and 10 are inspection data on the day two weeks after the start of training. 7 and 8 motion trajectories,
Comparing the motion trajectories of FIG. 9 and FIG. 10, respectively, it can be seen that the hand portion follows the target trajectory more smoothly and accurately than before by the two weeks of training. Further, as is clear from these figures, the orbital error and the index error are remarkably improved by the training. In addition, the vertical axis of the trajectory error graph and the index error graph represents the error (cm), and the horizontal axis represents the time obtained by normalizing the motion cycle. The thin line in the graph shows the measured value of the orbital error or the index error superimposed on each cycle. Further, the middle part of the three thick solid lines is the average value, and the upper and lower parts thereof are the standard deviations. From the above, it was revealed that this patient was able to perform fine movement control of the upper limbs on the paralyzed side as a result of training for 2 weeks.

【0023】つぎに、鏡像縦8字軌道追従課題の例を示
す。健常者の縦8字TF課題および鏡像縦8字TF課題
の運動軌道をそれぞれ図11(a)、(b)に、脳卒中
患者の健側上肢による縦8字TF課題および鏡像縦8字
TF課題の運動軌道をそれぞれ図12(a)、(b)に
示す。鏡像縦8字TF課題は健常者でも難しい課題で、
図11でも、鏡像縦8字TF課題の運動軌道(b)は、
縦8字TF課題の運動軌道(a)に比べて軌道誤差はか
なり増加している。
Next, an example of a mirror image vertical eight-character track following task will be shown. The motion trajectories of the vertical 8-figure TF task and the mirror-image vertical 8-figure TF task of a healthy person are shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), respectively. 12 (a) and 12 (b) show the motion trajectories. The mirror image vertical 8 character TF task is a difficult task even for healthy people.
Also in FIG. 11, the motion trajectory (b) of the mirror image vertical 8-character TF task is
The orbital error is considerably increased compared to the motion orbit (a) of the vertical 8-character TF task.

【0024】一方、図12の被検者(年齢:59歳、診
断名:脳出血、麻痺側:左)の脳卒中患者健側上肢の縦
8字TF課題の運動軌道(a)は、図11の健常者の縦
8字TF課題の運動軌道(a)と比べて軌道誤差はそれ
ほど大きくなく、一見障害がないように見える。しか
し、図12の脳卒中患者の鏡像縦8字TF課題の運動軌
道(b)をみると、運動軌道は大変乱れ軌道誤差は極端
に大きくなっている。この結果は、脳卒中患者における
局所的脳損傷が、麻痺側上肢だけではなく、非麻痺側上
肢にも障害を与えることを示したもので大変興味深い。
On the other hand, the movement trajectory (a) of the vertical 8-character TF task of the upper limb of the healthy side of the stroke patient of the subject (age: 59 years old, diagnosis: cerebral hemorrhage, paralysis side: left) of FIG. 12 is shown in FIG. The trajectory error is not so large as compared with the motion trajectory (a) of the vertical 8-figure TF task of a healthy person, and it seems that there is no obstacle at first glance. However, looking at the motion trajectory (b) of the mirror image vertical 8-figure TF task of the stroke patient in FIG. 12, the motion trajectory is extremely disordered and the trajectory error is extremely large. This result is very interesting because it shows that local brain injury in stroke patients impairs not only the paralyzed upper limbs but also the non-paralyzed upper limbs.

【0025】[実施例2] 脳卒中患者の麻痺側上肢機
能障害の場合について述べる。脳卒中はその損傷部位に
応じて運動機能に様々な障害を生じることが知られてい
る。その運動障害は性質によって痙性、固縮、弛緩、失
調、振戦、失行と分けられる。臨床的にはこれらが複合
して見られることもある。評価法として痙性麻痺の回復
過程は、共同運動からの分離度、つまり、運動の多様性
をBrunnstrom Stageで5段階、片麻痺
機能検査で12段階に分けられ、筋力は徒手筋力テスト
で6段階に評価されている。しかし、これらは連続的な
定量的評価とはいえず、失行や失調、固縮、振戦などに
よる影響は、評価の対象としていない。また、簡易上肢
機能検査(STEF)は定量的評価法ではあるが、これ
は麻痺側上肢の肩から手指までの機能的能力面に対する
評価であり、上肢の随意運動そのものの評価ではない。
発明した上肢運動療法システムは運動障害の性質に関係
なく上肢の随意運動の巧緻性そのものを定量的に評価で
きる。
[Example 2] A case where the stroke patient has upper limb dysfunction on the paralyzed side will be described. Stroke is known to cause various impairments in motor function depending on the site of injury. The movement disorder is divided into spasticity, rigidity, relaxation, ataxia, tremor, and apraxia depending on the nature. These may be seen in combination clinically. As an evaluation method, the recovery process of spastic paralysis is divided into the degree of separation from joint exercise, that is, the variability of movement in 5 stages by the Brunnstrom Stage and 12 stages by the hemiplegic function test, and the muscle strength is divided into 6 stages by the manual muscle strength test. Has been evaluated. However, these cannot be said to be continuous quantitative evaluations, and the effects of misalignment, ataxia, rigidity, and tremor are not included in the evaluation. Although the simple upper limb function test (STEF) is a quantitative evaluation method, it is an evaluation of the functional ability of the upper limb on the paralyzed side from the shoulder to the fingers, not the voluntary movement of the upper limb itself.
The upper limb movement therapy system invented can quantitatively evaluate the skill of voluntary movement of the upper limbs regardless of the nature of the movement disorder.

【0026】そこで、ここでは脳卒中患者の片麻痺上肢
の運動機能、特に細かく肩と肘の屈伸を調整して目標の
軌道を追従する際の随意性についての定量的評価を目的
として、検討を加える。対象は、表1に示すごとく、脳
卒中患者10名(年齢:57.4 ± 11.9歳)とコ
ントロールの健常人7名(年齢:57.1 ± 7.5
歳)である。脳卒中患者は診断別には脳出血3名、脳梗
塞7名、麻痺側別では右5名、左5名、罹病期間は33
± 47週(7〜160週)である。上肢の片麻痺の程
度は軌道追従課題の遂行が可能な上肢グレード5以上
(グレード:8.2 ± 3.1)である。臨床的に神経
所見のない例で、検査の目的と内容を充分理解した上で
検査に同意した者を健常コントロールに用いた。 な
お、被検者は発明した上肢運動療法装置の前に座り、体
を動かして手部指標の動きを調整することがないよう
に、測定に用いる上肢側の肩から対側腰部にかけてベル
トで椅子に固定された。
Therefore, here, a study is added for the purpose of quantitatively evaluating the motor function of the hemiplegic upper limbs of stroke patients, particularly the voluntaryness in finely adjusting the flexion and extension of the shoulder and elbow to follow the target trajectory. . As shown in Table 1, the subjects were 10 stroke patients (age: 57.4 ± 11.9 years old) and 7 control healthy persons (age: 57.1 ± 7.5).
Years old). Stroke patients were diagnosed by cerebral hemorrhage (3), cerebral infarction (7), paralyzed side by right (5), left (5), disease duration was 33.
± 47 weeks (7 to 160 weeks). The degree of hemiplegia in the upper limbs is upper limb grade 5 or higher (grade: 8.2 ± 3.1) capable of performing a trajectory following task. In the case of clinically no neurological findings, a person who consented to the test after fully understanding the purpose and content of the test was used as a healthy control. It should be noted that the subject sits in front of the invented upper limb exercise therapy device and uses a belt from the upper limb shoulder to the contralateral waist to measure so that he or she does not move the body to adjust the movement of the hand index. Fixed to.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】検査課題には、斜8字TF課題と斜8字M
F課題の2種類を用いた。それぞれの課題の評価内容と
しては、斜8字TF課題では軌道誤差面積[cm*cm]
(手部可動域は50 [cm]に正規化している)を用い、
斜8字MF課題では軌道誤差時間積分 [cm*s]と指標
誤差時間積分 [cm*s] を用いた。それぞれの評価値
は1サイクル当たりの平均値である。
The inspection task includes a diagonal 8 character TF task and a diagonal 8 character M.
Two types of F task were used. The evaluation contents of each task are as follows: Orbit error area [cm * cm]
(The movable range of the hand is normalized to 50 [cm])
Orbit error time integration [cm * s] and index error time integration [cm * s] were used in the oblique 8-character MF task. Each evaluation value is an average value per one cycle.

【0029】a) 斜8字TF課題 体の中央から斜め外側前方に傾けた斜8字目標軌道を、
手部指標で正確になぞるもので、被検者は「目標の線の
上をできるだけ正確に、できるだけ早く」行うように指
示された。体の中央から斜め外側前方に向かう運動なら
びに外側前方から体の中央に向かう運動は脳卒中片麻痺
上肢の回復過程に見られる共同運動が残る例では難易度
の高い動作である。したがって、この斜8字課題の運動
パターンは片麻痺の回復過程の評価に適した運動パター
ンとしての意味と、この運動パターンを反復することに
よって共同運動の分離を進めて多様な運動を可能にす
る。つまり麻痺を回復させるための運動パターンとして
の意味をもつものである。
A) A diagonal 8-figure TF task A diagonal 8-figure target trajectory inclined obliquely outward and forward from the center
Exactly tracing with the hand index, the subject was instructed to do "on the target line as accurately as possible and as quickly as possible". The movement from the center of the body to the diagonally outer front and the movement from the outer front to the center of the body are highly difficult movements in the case where the joint movement that remains in the recovery process of stroke hemiplegic upper limbs remains. Therefore, the movement pattern of this oblique 8-figure task means a movement pattern suitable for the evaluation of hemiplegic recovery process, and by repeating this movement pattern, separation of joint movements is promoted to enable various movements. . In other words, it has a meaning as a movement pattern for recovering paralysis.

【0030】b) 斜8字MF課題 前述の斜8字軌道追従課題と同じ目標軌道を用いた課題
であるが、一周12秒で回る目標指標に手部指標を合わ
せる課題で、運動速度の調整をも求めて、被検者は「目
標指標に手部指標を常に重ねて置いて」と指示された。
運動方向とスピードの微調整が必要な課題である。な
お、運動速度が遅くて1サイクルに12秒以上かかる例
には、この課題の検査は行わなかった。脳卒中患者には
患側上肢、健常人には両上肢について検査を行った。麻
痺側上肢の麻痺の程度は片麻痺の共同運動からの分離度
を評価する片麻痺機能検査とボールから小さいピンや紙
片を手指で移動させる能力、言い換えると肩と肘や手指
の巧緻性までを評価する簡易上肢機能を用いた。
B) Slanted 8-figure MF task This is a task that uses the same target trajectory as the above-mentioned slanted 8-character trajectory tracking task, but is a task that matches the hand index with the target index that rotates in 12 seconds per cycle, and adjusts the movement speed. The subject was instructed to "put the hand index on the target index at all times" in order to obtain
This is a task that requires fine adjustment of the movement direction and speed. In addition, in the example in which the movement speed was slow and it took 12 seconds or more for one cycle, the inspection of this problem was not performed. The stroke patients were examined on the affected upper limbs, and the normal subjects were examined on both upper limbs. The degree of paralysis of the upper limb on the paralyzed side is evaluated by the hemiplegic function test, which evaluates the degree of separation of hemiplegia from joint movement, and the ability to move small pins or paper pieces from the ball with fingers, in other words, the skill of the shoulders, elbows and fingers The simple upper limb function to evaluate was used.

【0031】検査の結果は以下の通りである。 1) 脳卒中患者の麻痺側上肢の斜8字TF課題および
斜8字MF課題における軌道誤差および指標誤差 上肢機能の健常者と脳卒中患者の比較について、標記の
結果を表2に示す。斜8字TF課題における軌道誤差面
積は、脳卒中患者では25.6 ± 7.0 [cm*cm]
と健常者の2.42 ± 0.86 [cm*cm]に比べ有
意(p< 0.005)に大きい。指標誤差時間積分
も、脳卒中患者66.8 [cm*s]と健常者の40.4
[cm*s]に比べ有意ではない(p<0.07)が、大
きい傾向があった。
The results of the inspection are as follows. 1) Orbital error and index error in the oblique 8-figure TF task and the oblique 8-figure MF task of the upper extremity side of stroke patients Table 2 shows the results of the notation for the comparison between normal stroke patients and stroke patients. The orbital error area in the oblique 8-figure TF task is 25.6 ± 7.0 [cm * cm] for stroke patients.
And significantly (p <0.005) larger than 2.42 ± 0.86 [cm * cm] of healthy subjects. The index error time integration is also 60.4 [cm * s] for stroke patients and 40.4 for healthy subjects.
Although not significant (p <0.07) compared to [cm * s], it tended to be large.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】2)斜8字軌道追従課題の成績と片麻痺上
肢機能との関連 標記関連の結果について表3に示す。麻痺側上肢の斜8
字MF課題における軌道誤差面積と片麻痺のグレードと
の間に有意の相関(r= -0.371)は見られなかった
が、簡易上肢機能検査(STEF)との間には有意の負
の相関(r= -0.577、p<0.05)が見られ
た。つまり、肩から手指までの運動能力が高くなるほ
ど、斜8字MF課題でも目標軌道からのズレが少なくな
ることを示している。指標誤差時間積分とグレードやS
TEFとの間には相関は見られなかった。
2) Relationship between Grade 8 Oblique Tracking Task Performance and Hemiplegic Upper Limb Function Table 3 shows the results related to the notation. Oblique 8 of the paralyzed upper limb
No significant correlation (r = -0.371) was found between the trajectory error area and hemiplegic grade in the letter MF task, but there was a significant negative correlation with the simplified upper limb function test (STEF). A correlation (r = -0.577, p <0.05) was found. That is, it is shown that the higher the athletic ability from the shoulder to the finger, the smaller the deviation from the target trajectory even in the oblique 8-figure MF task. Index error time integration and grade or S
No correlation was found with TEF.

【0034】[0034]

【表3】 [Table 3]

【0035】以上の結果から次のような効果が認められ
た。脳卒中患者の麻痺側上肢で斜8字MF課題を行った
結果では、脳卒中患者はそれらの軌道誤差面積が健常者
のそれより有意に大きかった。しかし、今回の結果では
軌道誤差時間積分と麻痺のグレードとの間に有意な相関
を認めず、図13に示すように軌道誤差時間積分と簡易
上肢機能検査(STEF)との間に負の相関を認めた。
これは軌道誤差時間積分が単に麻痺の程度を表している
のではなく、総合的な随意性を評価していること、つま
り固縮や失行、失調などが評価の因子に加わっているこ
とを示唆している。STEFは上肢機能だけでなく手指
の機能も評価対象としており、発明した上肢運動療法装
置は上肢の肩と肘の機能のみを評価の対象としている
が、類似した結果が得られたことになる。一方、指標誤
差時間積分と片麻痺グレードや簡易上肢機能検査成績と
相関がなかった(図14参照)。これは指標追従の課題
は麻痺肢の早い運動が可能な随意性が高い限られた対象
で行っていることが一因と考えられる。
From the above results, the following effects were recognized. As a result of performing the oblique 8-figure MF task on the paralyzed upper limb of the stroke patient, the stroke patients had significantly larger orbital error areas than those of the healthy subjects. However, in this result, no significant correlation was found between the trajectory error time integral and the paralysis grade, and as shown in FIG. 13, the trajectory error time integral and the negative upper limb function test (STEF) were negatively correlated. Admitted.
This means that the trajectory error time integral does not simply represent the degree of paralysis, but that it evaluates overall voluntaryness, that is, rigidity, apraxia, ataxia, etc. are added to the evaluation factors. Suggests. The STEF not only evaluates the functions of the upper limbs but also the functions of the fingers, and the invented upper limb motion therapy apparatus targets only the functions of the shoulders and elbows of the upper limbs, but similar results are obtained. On the other hand, there was no correlation between the index error time integral and the hemiplegic grade or the results of the simple upper limb function test (see FIG. 14). This is considered to be partly because the task of index tracking is performed with a limited number of highly voluntary subjects capable of rapid movement of the paralyzed limb.

【0036】以上のように、脳卒中患者の麻痺側上肢で
巧緻なコントロールが必要な斜8字軌道追従課題を行う
ことによって、その随意性を定量的に評価することがで
きた。発明した運動療法装置による軌道追従課題は、体
外に投影された手部指標を目標の線に沿って動かすとい
う日頃行うことのない上肢での視覚情報を運動に変換す
る課題であることから、この装置を用いた運動コントロ
ール能力や運動学習能力の評価は、従来気付かれなかっ
た麻痺側上肢機能障害を明らかにする方法として有用性
が高く、今後の臨床応用が期待される。
As described above, it was possible to quantitatively evaluate voluntaryness by performing the oblique 8-figure trajectory following task that requires elaborate control in the paralyzed upper limb of a stroke patient. The trajectory following task by the invented motion therapy apparatus is a task of converting visual information in the upper limbs, which is not usually performed by moving a hand index projected outside the body along a target line, into a motion, The evaluation of motor control ability and motor learning ability using a device is highly useful as a method for clarifying previously unrecognized functional dysfunction on the paralyzed side, and is expected to be applied clinically in the future.

【0037】[実施例3] 脳卒中患者における麻痺側
上肢の軌道追従訓練の効果に関する事例を述べる。脳卒
中患者の麻痺側上肢の随意性を向上させるためには、ま
ず共同運動からの分離度を促す運動パターン訓練が用い
られるが、ある程度共同運動からの分離が達成された後
の更に高度な運動コントロールを獲得するために、麻痺
側上肢を目標軌道に従って繰り返し動かすことによって
麻痺を改善する試みを行った。対象はリハビリテーショ
ン目的で入院中の脳卒中患者8名(年齢:55.5±
11.8歳、片麻痺グレード:6〜12)である。被検
者は、訓練として斜8字TF課題において目標軌道を正
確になぞることを求められた。訓練は1日50〜100
試行、計500試行を1クールとして入院中繰り返し行
われた。軌道追従能力評価は1クールごとに行われた。
運動の正確さの指標として、1試行当たりの軌道誤差面
積 [cm*cm]を用いた。麻痺側上肢の軌道誤差面積
は、最初の1クールにおける500回の訓練の前後を比
較すると、25.2±7.9 [cm*cm]から16.2
±4.4 [cm*cm]と著しく減少した。麻痺側上肢の
軌道追従訓練によって麻痺側上肢の細かな運動コントロ
ールが次第に可能になっていた。慢性期患者の1人にお
いては自覚的にも、「布団をのけやすくなった」との感
想が聞かれた。
[Example 3] An example of the effect of the trajectory following training of the paralyzed upper limb in a stroke patient will be described. In order to improve the involuntaryness of the upper limbs on the paralyzed side in stroke patients, exercise pattern training that promotes the degree of separation from joint exercise is used first, but more advanced exercise control after separation from joint movement is achieved to some extent. In order to acquire, we tried to improve the paralysis by repeatedly moving the paralyzed upper limb according to the target trajectory. The subjects were eight stroke patients (age: 55.5 ±
11.8 years old, hemiplegic grade: 6-12). The subject was required to accurately trace the target trajectory in the oblique 8-figure TF task as training. Training is 50-100 a day
Trials, 500 trials in total, were repeated as one course during hospitalization. The orbit tracking ability evaluation was performed every 1 cool.
The orbital error area [cm * cm] per trial was used as an index of motion accuracy. The orbital error area of the upper limb on the paralyzed side is 25.2 ± 7.9 [cm * cm] to 16.2 when comparing before and after 500 trainings in the first course.
Remarkably decreased to ± 4.4 [cm * cm]. The trajectory tracking training of the paralyzed upper limbs gradually enabled fine movement control of the paralyzed upper limbs. One of the patients in the chronic phase was also aware of the impression that "it was easier to put on the futon".

【0038】脳卒中患者の麻痺側上肢は麻痺した手を小
さな板に固定して、テーブル上を上下・左右に滑らせる
サンディングという方法が作業療法として行われてい
る。しかし、これは大まかな随意性と筋力増強の目的に
しか使えない。本発明の片麻痺上肢訓練装置は、同様の
上肢の動きをしながらより細かな随意的コントロールを
求められる。麻痺側上肢による軌道追従訓練を行うに
は、肩関節の内外転と屈伸、肘関節の屈伸がある程度で
きることが必要なので、それが可能な例では目標の軌道
に沿って上肢を動かす随意的コントロールを繰り返すこ
とで肩関節と肘関節の随意性が向上することになる。
For the upper limbs on the paralyzed side of a stroke patient, a method called sanding in which the paralyzed hand is fixed to a small plate and the table is slid vertically and horizontally is used as an occupational therapy. However, this can only be used for general voluntary and strength building purposes. The hemiplegic upper limb training device of the present invention is required to perform finer voluntary control while performing the same movement of the upper limb. In order to perform trajectory tracking training with the paralyzed upper limb, it is necessary to be able to add / extend and flex the shoulder joint and bend / extend the elbow joint to a certain extent. By repeating it, the voluntary nature of the shoulder joint and the elbow joint is improved.

【0039】以上の結果によると、本発明の上肢運動療
法システムは、目標の運動を実現するという中枢性麻痺
の回復促進に不可欠な訓練を自動化できること、訓練効
果を軌道図として患者に示せること、および訓練プロセ
スを定量的に把握できることなど訓練機材として優れた
点を多くもっていることが明らかとなった。
According to the above results, the upper extremity exercise therapy system of the present invention can automate the training which is essential for promoting recovery of central palsy of achieving the target exercise, and can show the training effect to the patient as a trajectory map. Also, it became clear that it has many excellent points as training equipment, such as being able to quantitatively grasp the training process.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように本発明による上肢運
動療法システムは、中枢性麻痺の回復促進に不可欠な目
標の運動を実現するという訓練を自動化できること、訓
練効果を患者に呈示しバイオフィードバック効果を活用
できること、および訓練プロセスを定量的に把握できる
ことなど運動療法システムとして優れた点をもっている
ことが明らかになった。また、患者の運動機能回復過程
の定量的把握とその評価のための情報を提供できる手部
動作データの記憶と解析の手段を提供することができ
た。
Industrial Applicability As described above, the upper extremity exercise therapy system according to the present invention can automate the exercise of achieving the target exercise essential for the promotion of recovery of central palsy, present the exercise effect to the patient, and provide the biofeedback effect. It was revealed that the exercise therapy system has excellent points such as the ability to utilize the exercise and the quantitative grasp of the training process. In addition, it was possible to provide a means for storing and analyzing the hand movement data that can provide information for quantitatively grasping and evaluating the motor function recovery process of the patient.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】視覚刺激によるバイオフィードバックループの
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a biofeedback loop by visual stimulation.

【図2】本発明の上肢運動療法システムの例を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an upper limb exercise therapy system of the present invention.

【図3】手部可動域計測法と手部可動域特性値の計算の
流れを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a flow of a hand part movable range measuring method and calculation of a hand part movable range characteristic value.

【図4】標準動作軌道テータ記憶部に記憶されている標
準機道のパターンを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a standard flight route pattern stored in a standard operation trajectory data storage unit.

【図5】目標動作軌道を作成する流れを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a flow of creating a target motion trajectory.

【図6】例として縦8字目標軌道に関して、手部の位置
と動き方向(A点)に対する手部指標の位置と動き方向
(B点)を線対称呈示((a)図)と点対称呈示
((b)図)について示す図である。
FIG. 6 shows, as an example, the position and movement direction (point B) of the hand index with respect to the position and movement direction (point A) of the hand portion with respect to the vertical 8-character target trajectory and the point symmetry with the presentation (FIG. (A)). It is a figure shown about presentation ((b) figure).

【図7】患者Mの縦8字TF課題検査の運動軌道と軌道
誤差(訓練前)を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a motion trajectory and a trajectory error (before training) of a vertical 8-character TF task test of a patient M.

【図8】患者Mの縦8字TF課題検査の運動軌道と軌道
誤差(訓練2週間後)を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a motion trajectory and a trajectory error (two weeks after training) in a vertical 8-character TF task test of a patient M.

【図9】患者Mの縦8字MF課題検査の運動軌道と指標
誤差(訓練前)を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a motion trajectory and an index error (before training) in a vertical 8-character MF task test of a patient M.

【図10】患者Mの縦8字MF課題検査の運動軌道と指
標誤差(訓練2週間後)を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a motion trajectory and an index error (after two weeks of training) in the vertical 8-character MF task test of the patient M.

【図11】健常者の縦8字TF課題(a)と鏡像縦8字
TF課題(b)の運動軌道を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing motion trajectories of a normal 8-character vertical TF task (a) and a mirror image vertical 8-character TF task (b).

【図12】脳卒中患者健側上肢の縦8字TF課題(a)
と鏡像縦8字TF課題(b)の運動軌道を示す図であ
る。
[Fig. 12] Vertical 8-figure TF task (a) of the upper limb of the stroke patient
FIG. 8 is a diagram showing a motion trajectory of a mirror image vertical 8-character TF task (b).

【図13】軌道誤差時間積分と簡易上肢機能検査との相
関を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a correlation between a trajectory error time integration and a simple upper limb function test.

【図14】指標誤差時間積分と簡易上肢機能検査との相
関を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a correlation between an index error time integral and a simple upper limb function test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 上肢の手部 201 軌道設定平板 203 手部の把持部 205、207 位置計測部 305、307 位置情報 311 視覚刺激情報 401 コンピュータ 403 演算処理部 411 手部可動域計測部 413 目標動作軌道生成部 415 運動解析部 421 標準動作軌道データ記憶部 423 手部動作データ記憶部 601 ディスプレー 603 ディスプレーに呈示された手部指標 605 ディスプレーに呈示された目標軌道 607 ディスプレーに呈示された目標指標 101 Hand of upper limb 201 Orbit setting plate 203 Hand grip 205, 207 Position measuring unit 305, 307 Position information 311 Visual stimulation information 401 computer 403 arithmetic processing unit 411 Hand range of motion measurement section 413 Target motion trajectory generation unit 415 Motion Analysis Department 421 Standard motion trajectory data storage unit 423 Hand movement data storage 601 display 603 Hand index displayed on the display Target trajectory presented on the 605 display Target indicators presented on the 607 display

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川平 和美 鹿児島県姶良郡牧園町高千穂3917−598 (72)発明者 丸山 敦夫 鹿児島県鹿児島市田上台四丁目12−3 (72)発明者 末吉 靖宏 鹿児島県鹿児島市明和四丁目14−10−31 (72)発明者 余 永 鹿児島県鹿児島市東郡元町2−2−502 (72)発明者 衛藤 誠二 鹿児島県姶良郡牧園町高千穂3617−324 (72)発明者 吉野 孝 鹿児島県鹿児島市唐湊三丁目31−1−31   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kazumi Kawahira             3917-598 Takachiho, Makien Town, Aira District, Kagoshima Prefecture (72) Inventor Atsuo Maruyama             12-3 Tagamidai, Kagoshima City, Kagoshima Prefecture (72) Inventor Yasuhiro Sueyoshi             14-10-31, Meiwa 4-chome, Kagoshima City, Kagoshima Prefecture (72) Inventor Yuei             2-2-502 Motomachi, Higashi-gun, Kagoshima City, Kagoshima Prefecture (72) Inventor Seiji Eto             3617-324 Takachiho, Makien Town, Aira District, Kagoshima Prefecture (72) Inventor Takashi Yoshino             Kagoshima Prefecture Kagoshima City Karato Minato 3-chome 31-1-31

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被訓練者の上肢の手部を把持して手部の
軌道を平面内に実現し、かつ手部のこの平面内の位置を
計測する上肢運動療法システムであって、被訓練者が運
動すべき手部の位置と速度からなる標準動作軌道データ
を記録した第1記憶手段と、被訓練者の手部の可能な運
動範囲を測定し、手部可動域特性値を算出する手部可動
域計測手段と、前記手部可動域特性値に基づき前記標準
動作軌道データを変換して被訓練者固有の目標動作軌道
を生成する目標動作軌道生成手段と、前記目標動作軌道
をディスプレーに呈示する目標動作軌道呈示手段と、被
訓練者の手部の位置を手部指標として呈示する手部指標
呈示手段と、被訓練者が運動した手部動作データを記録
する第2記憶手段と、この記録された手部動作データを
解析する運動解析手段とを有する上肢運動療法システ
ム。
1. An upper limb exercise therapy system for grasping a hand of an upper limb of a trainee to realize a trajectory of the hand in a plane and measuring a position of the hand in the plane. First storage means for recording standard motion trajectory data consisting of the position and velocity of the hand to be exercised by the person, and the possible range of movement of the hand of the trainee is measured to calculate the hand movement range characteristic value. Hand motion range measuring means, target motion trajectory generating means for converting the standard motion trajectory data based on the hand motion range characteristic value to generate a target motion trajectory unique to the trainee, and displaying the target motion trajectory A target motion trajectory presenting means, a hand part index presenting means for presenting the position of the hand of the trainee as a hand part index, and a second storage means for recording hand part motion data of the trainee. , A motion analysis hand that analyzes this recorded hand movement data An upper extremity exercise therapy system having steps.
【請求項2】 前記手部可動域計測手段が、被訓練者の
手部が前記平面内に存在する状態で、被訓練者の上肢を
前方に伸展した点、水平外転した点および体側に屈曲し
た点の位置を測定し、手部可動域特性値を算出する請求
項1に記載の上肢運動療法システム。
2. The hand part range of motion measuring means, with the hand part of the trainee present in the plane, at the point where the upper limb of the trainee is extended forward, at the point of horizontal abduction and on the body side. The upper limb exercise therapy system according to claim 1, wherein the position of the bent point is measured to calculate the characteristic value of the range of motion of the hand.
【請求項3】 前記標準動作軌道データの標準軌道が、
縦一字、右斜め一字、左斜め一字、縦8字、右斜め8
字、左斜め8字、およびS字/直線組合せのパターンを
有する請求項1または請求項2に記載の上肢運動療法シ
ステム。
3. The standard trajectory of the standard motion trajectory data is:
Vertical 1 letter, diagonal right 1 letter, diagonal left 1 letter, vertical 8 letters, diagonal right 8
The upper extremity exercise therapy system according to claim 1 or 2, which has a pattern of a letter, a left diagonal eight, and an S / straight line combination.
【請求項4】 前記標準動作軌道データが、前記手部可
動域特性値および手部が軌道上を一周する運動周期をパ
ラメータとして含む請求項1から請求項3に記載したい
ずれかの上肢運動療法システム。
4. The upper limb motion therapy according to claim 1, wherein the standard motion trajectory data includes, as parameters, a characteristic value of the range of motion of the hand and a motion cycle in which the hand moves around the orbit. system.
【請求項5】 前記目標動作軌道呈示手段が、手部の位
置を示す目標軌道および目標速度で動く手部の位置を示
す目標指標を呈示する請求項1から請求項4に記載した
いずれかの上肢運動療法システム。
5. The target motion trajectory presenting means presents a target trajectory indicating the position of the hand portion and a target index indicating the position of the hand portion moving at a target velocity, according to any one of claims 1 to 4. Upper limb exercise therapy system.
【請求項6】 前記手部指標呈示手段が、手部の位置お
よび動き方向に対して同一呈示、線対称呈示、および点
対称呈示の機能を有する請求項1から請求項5に記載し
たいずれかの上肢運動療法システム。
6. The hand part index presenting means has the functions of the same presentation, line symmetry presentation, and point symmetry presentation with respect to the position and movement direction of the hand part. Upper limb exercise therapy system.
【請求項7】 前記運動解析手段が、手部が運動した軌
道長さ、運動周期、手部指標と目標軌道の距離である軌
道誤差の時間積分、手部指標と目標指標の距離である指
標誤差の時間積分、軌道誤差の面積、手部の迷い回数、
および軌道誤差のスペクトル密度を計算する請求項1か
ら請求項6に記載したいずれかの上肢運動療法システ
ム。
7. The motion analysis means includes the orbital length of the hand part, the motion cycle, the time integration of the orbital error which is the distance between the hand part index and the target track, and the index which is the distance between the hand part index and the target index. Time integration of error, area of trajectory error, number of lost hands,
7. The upper limb exercise therapy system according to claim 1, wherein the spectral density of the trajectory error is calculated.
【請求項8】 被訓練者の上肢の手部を把持して手部の
軌道を平面内に実現する手部軌道面設定手段、手部の前
記平面内の位置を計測する手部動作計測手段、前記手部
指標呈示手段、前記第1記憶手段、前記手部可動域計測
手段、前記目標動作軌道生成手段、前記目標動作軌道呈
示手段、前記第2記憶手段、および前記運動解析手段を
有する上肢運動療法装置。
8. A hand orbital plane setting means for gripping the hand of the trainee's upper limb to realize a trajectory of the hand within a plane, and a hand movement measuring means for measuring the position of the hand within the plane. An upper limb having the hand part index presenting means, the first storing means, the hand moving range measuring means, the desired motion trajectory generating means, the desired motion trajectory presenting means, the second storage means, and the motion analyzing means. Exercise therapy device.
【請求項9】 前記手部軌道面設定手段が、手部関節自
由度を拘束せず被訓練者の手部を把持部に固定し、平面
内を直交座標方向の動きを実施する直動機構や極座標方
向の動きを実施するリンク機構により被訓練者の手部運
動を実現する請求項8に記載の上肢運動療法装置。
9. A linear motion mechanism in which the hand portion raceway surface setting means fixes the hand portion of the trainee to the gripping portion without constraining the degree of freedom of the joint portion of the hand and carries out the movement in the orthogonal coordinate direction within the plane. 9. The upper limb exercise therapy device according to claim 8, wherein the trainee implements a hand movement by a link mechanism that performs a movement in a polar coordinate direction.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010508096A (en) * 2006-11-02 2010-03-18 クィーンズ ユニバーシティー アット キングストン Method and apparatus for assessing proprioceptive function
JP2010072221A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Image display apparatus for guiding limb response, image display method for guiding limb response, program and recording medium
KR101563298B1 (en) * 2014-07-23 2015-10-26 동서대학교산학협력단 Hand rehabilitation system based on hand motion recognition

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