JP2003079683A - Kinesitherapy apparatus - Google Patents

Kinesitherapy apparatus

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JP2003079683A
JP2003079683A JP2001277461A JP2001277461A JP2003079683A JP 2003079683 A JP2003079683 A JP 2003079683A JP 2001277461 A JP2001277461 A JP 2001277461A JP 2001277461 A JP2001277461 A JP 2001277461A JP 2003079683 A JP2003079683 A JP 2003079683A
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JP
Japan
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motion
trajectory
foot
exercise
target
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JP2001277461A
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Japanese (ja)
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Shozo Tsujio
昇三 辻尾
Kazumi Kawahira
和美 川平
Masaki Ono
正貴 小野
Hisashi Yo
永 余
Ryota Hayashi
良太 林
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Individual
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and system for performing kinesitherapy for the purpose of restoring, keeping and strengthening kinetic function by automatic motion constituting a bio-feedback loop by the stimulation of visual sensation. SOLUTION: The kinesitherapy apparatus is constituted so as to perform automatic motion applying properly changing load resistance to the upper limbs or lower limbs of a patient in order to restore the lowering of kinetic function due to the paralysis of the upper and lower limbs caused by a cerebrovascular disease, to allow a patient himself to perform frequent repetitive motion due to the paralyzed limbs, to enable kinesitherapy for accelerating the reconstitution of the centrostaltic function or the function of a transfer route because the paralysis is restored by treating the disorder of the centrostaltic function or the functional disorder of the transmission route brought about by the cerebovascular disease in some form, to accelerate the functional restoration due to the development of the plasticity of a brain and to constitute the bio-feedback loop by the stimulation of visual sensation. Further, operation data in kinesitherapy are stored to quantitatively evaluate the restoration of kinetic function.

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り運動機能の回
復、維持および強化を目的とする運動療法を実施するた
めの装置および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 apparatus and system for performing exercise therapy for the purpose of recovering, maintaining and strengthening motor function by automatic exercise 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
した装置には以下のようなものがある。 1) 特開2000−279462(P2000−27
9462A)、特開2000−279464(P200
0−279464A)、特開2000−288046
(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) 運動療法装置TEM(特開平10−25810
0)は、脳卒中患者の歩行機能回復を目指した下肢運動
療法訓練を実施するためのリハビリテーション機器で、
下肢についての他動運動や、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できる。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are the following devices for the purpose of being used for exercise therapy. 1) JP-A-2000-279462 (P2000-27)
9462A), JP 2000-279464 (P200).
0-279464A), JP-A-2000-288046.
(P2000-288046A), a device for assisting upper limb movement or rehabilitating upper limbs by so-called passive movement is developed, in which the upper limbs are grasped by a suspension type device to guide upper limb movements. 2) Exercise therapy device TEM (JP-A-10-25810)
0) is a rehabilitation device for performing lower extremity exercise training aimed at recovery of gait function in stroke patients.
It is possible to automatically control various passive exercises for the lower limbs, isometric exercises, isotonic exercises, and constant velocity exercises performed by a physical therapist or the like as assistance exercises.

【0003】3) リハビリテーションの現場で使われ
ている上肢運動療法装置のサンディングは、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である。
特開平7−308352では、移動子を移動させるのに
必要な荷重を常に一定の値に保持できる装置を開発して
いる。 4) 座位式訓練機(PW−3、日立製作所製)とし
て、高齢者の寝たきり防止を目指して2ベルト式歩行訓
練機が製品化されている。これは車椅子に座ったままで
下肢の簡単な往復運動ができる。 5) 筋力測定や運動姿勢調節機能を備えたエルゴメー
タ(ストレングス・エルゴシステム、三菱電機エンジニ
アリング社製)が開発されている。 6) 関節運動機器としては自動運動や筋力増強の目的
に用いられるCybexや、他動運動や拘縮予防を目的
とするCPM(Continuous Passive
Motion)がある。 7) 麻痺した下肢のリハビリテーション装置として、
特開平11−70148があるが、下肢の麻痺による拘
縮障害を緩和するための装置である。 8) また、下肢関節運動装置として、特開平6−22
5912があるが、下肢を水平ないし挙上位に保ちなが
ら、膝や患部に無理な力を掛けずにセットや屈伸運動を
行うための装置である。 9) 歩行訓練機として、インピーダンス制御を用いて
トレッドミルを改良した歩行訓練機(PW−10、日立
製作所製)が開発されている。
3) In the sanding of the upper limb motion therapy device used in the field of rehabilitation, a slippery mover or a mover with appropriate frictional resistance is attached to the hand to move it on the flat plate member by automatic movement, It recovers upper limb motor function and expands the upper limb joint range of motion.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-308352 has developed a device that can always maintain a constant load required to move a moving element. 4) As a sitting training machine (PW-3, manufactured by Hitachi, Ltd.), a 2-belt walking training machine has been commercialized with the aim of preventing the bedridden of the elderly. This allows simple reciprocating movements of the lower limbs while sitting in a wheelchair. 5) An ergometer (strength ergo system, manufactured by Mitsubishi Electric Engineering Co., Ltd.) having muscle strength measurement and exercise posture adjustment functions has been developed. 6) As a joint exercise device, Cybex used for the purpose of automatic exercise and muscle strengthening, and CPM (Continuous Passive) for the purpose of passive movement and prevention of contracture
Motion). 7) As a rehabilitation device for paralyzed lower limbs,
Although there is Japanese Patent Laid-Open No. 11-70148, it is a device for alleviating contracture disorder due to paralysis of the lower limbs. 8) Further, as a lower limb joint exercise device, Japanese Patent Laid-Open No. 6-22
There is a device 5912, which is a device for performing setting and bending and stretching exercises while keeping the lower limb horizontal or elevated and without applying excessive force to the knees or the affected area. 9) As a walking training machine, a walking training machine (PW-10, manufactured by Hitachi, Ltd.) in which a treadmill is improved by using impedance control has been developed.

【0004】10) 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)の先駆け的な研究
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、足部を水平面内で他動運動によらずに、自動運動に
より抵抗なく動かすものである。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。患者はディスプレーに呈示され
た足部指標と足部目標軌道を比較し、その視覚刺激のも
とに運動訓練行う。
10) 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 function recovery Development of a training support system and its application to facilitative exercise therapy "March 2000 There is a pioneering study by the research principal, Heiwami Kawa (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, the foot is fixed to the movable footrest, and the foot is automatically exercised in the horizontal plane without any passive movement. It moves without resistance. 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 presented on the display with the foot target trajectory, and exercise training is performed under the visual stimulus.

【0005】以上に述べた従来技術では、1)の装置の
場合、上肢の運動療法を他動運動や運動補助によって行
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。また、2)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。し
たがって、この装置で他動運動や運動補助によって下肢
の運動療法を行うことが可能であるが、バイオフィード
バックを活用した自動運動による運動療法を行える構成
になっていない。
In the prior art described above, in the case of the device of 1), it is possible to perform exercise therapy for the upper limbs by passive exercise or exercise assistance, but the configuration is such that exercise therapy utilizing biofeedback can be performed. Not not. Also, in the case of the device of 2), emphasis is placed on the realization of various exercises such as passive exercises, isometric exercises, isotonic exercises, and constant velocity exercises performed by a physical therapist or the like as assistance exercises for the lower limbs. There is. Therefore, although it is possible to perform exercise therapy for the lower limbs by passive exercise or exercise assistance with this device, it is not configured to perform exercise therapy by automatic exercise utilizing biofeedback.

【0006】また、3)のサンディングでは上肢運動機
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。これ
に対して、特開平7−308352では、移動子を移動
させるのに必要な荷重を常に一定の値に保持して運動療
法を行えるが、荷重が一定であるためにその効果は限ら
れる。また、運動療法の効果をこの装置で評価できるよ
うな構成になっていない。4)では、車椅子に座ったま
まで下肢の簡単な往復運動ができるが、訓練効果の評価
もできず、被訓練者の運動機能維持以上の効果はない。
また、5)の装置は、半臥位から臥位まで被訓練者の状
態にあわせて種々の運動姿勢のもとに下肢の筋力訓練お
よび筋力測定が行えるが、本発明装置が目指すバイオフ
ィードバックループを構成した自動運動による運動療法
を実施するための装置ではない。6)であげたCybe
xやCPMは、関節運動における筋力増強や拘縮予防な
どの目的に広く用いられているが、それら以外の運動療
法に用いることは困難である。また、7)と8)で述べ
た装置は、2)の運動療法装置TEMより機能が簡単で
あるため、TEM以上の訓練効果は望めない。9)で述
べた歩行訓練機は、すでに歩行可能な被訓練者に適用す
る装置である。
[0006] In the sanding of 3), the recovery of the motor function is performed for the patient whose recovery of the motor function of the upper limbs is considerably advanced.
Although the exercise is performed automatically by strengthening the exercise muscles and expanding the range of motion of the joint, the exercise itself is left to the patient, and the effect as exercise therapy is not great. On the other hand, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-308352, the load required to move the mover can always be kept at a constant value for exercise therapy, but the effect is limited because the load is constant. Moreover, the effect of exercise therapy cannot be evaluated by this device. In 4), a person can easily reciprocate the lower limbs while sitting in a wheelchair, but the training effect cannot be evaluated, and there is no effect more than maintaining the motor function of the trainee.
In addition, the device of 5) can perform muscle strength training and muscle strength measurement of the lower limbs under various exercise postures according to the state of the trainee from the semi-recumbent position to the recumbent position. It is not a device for carrying out the exercise therapy by the automatic exercise configured as described above. Cybe mentioned in 6)
Although x and CPM are widely used for the purpose of strengthening muscle strength and preventing contracture in joint exercise, it is difficult to use them for exercise therapy other than them. Moreover, since the devices described in 7) and 8) have a simpler function than the exercise therapy device TEM in 2), the training effect beyond TEM cannot be expected. The walking training machine described in 9) is a device applied to a trainee who can walk.

【0007】最後の10)の装置は、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下
肢運動コントロール機能の回復についての初期の可能性
を確認するための実験装置である。この装置により、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
動運動により、下肢運動コントロール機能が限られた範
囲において回復することが示された。この装置の可動部
は、負荷抵抗を変える機構を備えていないため、適用範
囲が限られたものであった。
The last device 10) is an experimental device for confirming the initial possibility of recovery of the lower limb movement control function by automatic movement which constitutes a biofeedback loop by visual stimulation. With this device, it was shown that the lower limb movement control function was restored in a limited range by the automatic movement which constituted the biofeedback loop by visual stimulation. The movable portion of this device does not include a mechanism for changing the load resistance, and thus has a limited application range.

【0008】[0008]

【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いう考えが主
流であった。片麻痺上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を明らかにし、麻痺上下肢におい
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確信した。この運動機能回復促
進の実現のためには効果的な訓練運動の工夫と、この訓
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運動療法装置を提供することを意図
した。
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. The idea that they are being used was the mainstream. With regard to the functional recovery of the hemiplegic upper and lower limbs, there were almost all reports that there was no difference in recovery depending on the content of exercise therapy. The present inventor recently revealed the possibility of exercise therapy that promotes the expression of plasticity in the brain, and is convinced that further improvement in the quality and quantity of training in the paralyzed upper and lower limbs can promote further recovery of motor function. did. In order to realize the promotion of recovery of motor function, it is necessary to devise an effective training exercise and further increase the number of repetitions of this 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 intended to provide an exercise therapy device that enables effective exercise therapy in order to solve such problems in the field of rehabilitation.

【0009】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、それの促進を可能に
する負荷抵抗を伴う自動運動によるバイオフィードバッ
クループが組み込まれた運動療法装置を提供することで
ある。本運動療法装置では、自動運動における適切な負
荷抵抗により筋収縮や関節運動に伴う中枢神経系への固
有知覚の入力を増やすことから、運動制御に関連した領
域の活動を一層高めるための非常に効果的な運動療法が
可能である。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上下肢動作デー
タの記憶と解析の手段を提供する。
The object of the present invention is to restore the motor function due to central movement disorder by the reconfiguration and reprogramming of the neural circuit in the central nervous system. An object of the present invention is to provide an exercise therapy apparatus having a feedback loop incorporated therein. In this exercise therapy device, proper load resistance in automatic exercise increases the input of proprioceptive perception to the central nervous system associated with muscle contraction and joint movement, so it is extremely useful for further enhancing activity in areas related to motor control. Effective exercise therapy is possible. In addition, it provides a means for storing and analyzing upper and lower limb movement data, which can provide information for quantitatively grasping the process of recovery of motor function of a patient and its evaluation.

【0010】[0010]

【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
よって生じた上下肢の麻痺による運動機能低下を回復す
るために、患者の上肢もしくは下肢に適切な負荷抵抗を
設定しおよび/または可変しながら加えて自動運動を行
うこと、麻痺肢による頻回な反復運動を患者自身で行う
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からそれを促進する運動療法
を可能にすること、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、ならびに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、訓練療法における動作データを記憶し保存し、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 sets an appropriate load resistance to the upper limbs or lower limbs of a patient and / or adds an automatic exercise while changing the appropriate load resistance in order to recover the functional deterioration due to paralysis of the upper and lower limbs caused by cerebrovascular disorder. What to do, to perform frequent repetitive movements by the paralyzed limb by the patient himself, and the functional disorder of the motor center and transmission path caused by cerebrovascular disorder is reconstructed in some way and the paralysis is recovered Therefore, it is possible to realize the exercise therapy that promotes it, promote the functional recovery by such plastic expression of the brain, and configure a biofeedback loop by visual stimulation. It is also to memorize and save motion data in training therapy and to quantitatively evaluate recovery of motor function.

【0011】本発明の上下肢の運動療法装置を構成する
に当たってのキーポイントは、1)上下肢に適切な負荷
抵抗が加わる自動運動の実現、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
タの記憶と解析である。
The key points in constructing the exercise therapy apparatus for the upper and lower limbs of the present invention are: 1) realization of automatic exercise in which appropriate load resistance is applied to the upper and lower limbs, 2) construction of a biofeedback loop and its active utilization, And 3) storage and analysis of motion data.

【0012】前記キーポイント1)に関しては、患者が
運動すべき手部もしくは足部の軌道を任意に傾いた平面
内に設定し、上下肢の3次元自動運動を実現する。ま
た、上肢もしくは下肢の発揮力の情報および/または手
部もしくは足部の位置および移動速度の情報をそれぞれ
用いて、自動運動に対して適切な負荷抵抗を設定しおよ
び/または可変して加えられるようにする。本運動療法
装置による上肢もしくは下肢への適切な負荷抵抗によっ
て期待される療法効果の例として以下の4点をあげてお
く。 A) 運動時の軽い抵抗は筋収縮や関節の運動に伴う中
枢神経系への固有知覚入力を増やす働きがある。そのた
め、小脳を含む運動制御に関した領域の活動を高め、運
動学習を容易にする。軽い負荷が運動時に起こる痙性や
運動失調、あるいは付随運動による意図しない麻痺肢の
ぶれを減少する効果があるので、意図した運動の実現を
繰り返し訓練すると、麻痺肢の習得したい運動パターン
の習得を促進できる。 B) 麻痺肢に軽い抵抗が加わることで随意的な伸筋痙
性の抑制が可能になる。また、一般的に麻痺した収縮の
弱い筋は軽い抵抗が加わることで筋収縮の持続が容易に
なる。 C) 自動運動における負荷抵抗を運動方向ごとに適応
的に変化させることができるため、運動失調に対する新
たな運動療法ができる。 D) 自動運動でありながら負荷抵抗を掛けることがで
きるので、筋力回復、維持および増強に対して優れた効
果がある。
With regard to the key point 1), the trajectory of the hand or foot to be exercised by the patient is set within an arbitrarily inclined plane to realize three-dimensional automatic movement of the upper and lower limbs. Also, by using information on the exertion force of the upper or lower limbs and / or information on the position and movement speed of the hand or foot, respectively, an appropriate load resistance is set and / or variably added to the automatic exercise. To do so. The following four points are given as examples of the therapeutic effect expected by appropriate load resistance to the upper or lower limbs by this exercise therapy device. A) Light resistance during exercise has the function of increasing proprioceptive input to the central nervous system associated with muscle contraction and joint movement. Therefore, the activity of the area related to motor control including the cerebellum is enhanced, and motor learning is facilitated. Since a light load has the effect of reducing spasticity and ataxia that occur during exercise, or unintentional paralysis limb blurring due to accompanying movements, repeated training to achieve the intended movement facilitates acquisition of the movement pattern that the paralysis limb wants to learn. it can. B) Addition of light resistance to the paralyzed limb enables voluntary suppression of extensor spasticity. Further, in general, a paralyzed muscle having a weak contraction is easy to sustain the muscle contraction by adding a light resistance. C) Since the load resistance in automatic exercise can be adaptively changed for each exercise direction, new exercise therapy for ataxia can be performed. D) Since load resistance can be applied even though it is an automatic exercise, it has an excellent effect on muscle strength recovery, maintenance, and strengthening.

【0013】前記キーポイント2)のバイオフィードバ
ックループの構成に関しては、患者が運動すべき目標運
動軌道をディスプレーに呈示し、患者が運動した手部も
しくは足部の位置を位置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。図1には患者が
自動運動において上肢もしくは下肢で発揮すべき力に対
して負荷抵抗目標値を視覚的に与え、上肢または下肢発
揮力をそれに沿わせるように自動運動を行う視覚フィー
ドバックループも記述してある。この力覚に関する視覚
刺激バイオフィードバックループは、生体本来の固有知
覚情報による生体内部のフィードバックループを意識さ
せ、運動前野、小脳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効果がある。また、上肢もしくは
下肢に対する負荷抵抗の掛け方は、生体本来の固有知覚
情報である力覚に直接的に働きかけるものとして、運動
療法において大変重要である。熟練した医師や理学療法
士の適応的な運動療法はまさにこの点で優れており、本
運動療法装置はそのような機能を実現する。
Regarding the configuration of the biofeedback loop of the key point 2), the target motion trajectory to be exercised by the patient is presented on the display, and the position of the hand or foot on which the patient has exercised is used as the position index on the same display. By presenting them, 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. Fig. 1 also describes a visual feedback loop in which the patient visually gives a target load resistance value to the force to be exerted on the upper limbs or lower limbs in the automatic movement, and performs the automatic movement so that the upper limb or lower limb exertion force follows the force. I am doing it. The visual stimulus biofeedback loop relating to this force sense has an effect of making the feedback loop inside the living body conscious of the intrinsic perceptual information of the living body, and promoting reprogramming of the brain in the premotor cortex, the cerebellum, and the like. In addition, how to apply load resistance to the upper or lower limbs is very important in exercise therapy because it acts directly on the force sense that is the intrinsic perceptual information of the living body. Adaptive exercise therapy by skilled doctors and physiotherapists excels in this respect, and this exercise therapy device realizes such a function.

【0014】また、前記キーポイント3)の動作データ
の記憶と解析に関しては、コンピュータを使って、患者
が運動した手部もしくは足部の位置および発揮力の計
測、この動作データの記憶、および記憶された動作デー
タの解析が可能な構成とし、種々の評価値を算出する。
これらの評価値は、運動療法の効果を定量的に評価する
点で大変重要であるとともに、新しい運動療法の発展に
もつながる。
Regarding the storage and analysis of the operation data of the key point 3), the position and exertion force of the hand or foot of the patient who exercised is measured by using a computer, and the operation data is stored and stored. Various evaluation values are calculated with a configuration in which the analyzed operation data can be analyzed.
These evaluation values are very important in quantitatively evaluating the effect of exercise therapy, and also lead to the development of new exercise therapy.

【0015】運動療法装置は、自動運動を主体とする、
上肢もしくは下肢の運動機能の回復、維持および強化を
目的とする装置である。運動療法システムは、運動療法
装置を含めた計測、記憶、演算および解析をするシステ
ムのことである。標準運動軌道は、被訓練者が運動すべ
き手部もしくは足部の位置データである標準軌道と標準
移動速度の時系列データとを含む。目標運動軌道は、標
準運動軌道を被訓練者固有の目標とする運動軌道に変換
したものである。目標動作軌道は、目標運動軌道と、上
肢あるいは下肢の負荷抵抗の目標値とを含む。負荷抵抗
の目標値は、医師または理学療法士が患者の状態を判断
して、設定および/または可変して加える値である。動
作指標は、被訓練者が運動した手部もしくは足部の位置
を提示する位置指標と上肢もしくは下肢の発揮力を提示
する力指標とを含む。
The exercise therapy apparatus is mainly based on automatic exercise,
It is a device intended to restore, maintain, and strengthen the motor function of the upper or lower limbs. The exercise therapy system is a system that includes measurement, storage, calculation and analysis including an exercise therapy device. The standard motion trajectory includes a standard trajectory that is position data of the hand or foot that the trainee should exercise and time-series data of standard moving speed. The target motion trajectory is obtained by converting the standard motion trajectory into a motion trajectory which is a target peculiar to the trainee. The target motion trajectory includes a target motion trajectory and a target value of load resistance of the upper limb or the lower limb. The target value of the load resistance is a value that the doctor or physical therapist determines based on the condition of the patient, and sets and / or changes the value. The motion index includes a position index that presents the position of the hand or foot that the trainee exercised and a force index that presents the exertion power of the upper limb or the lower limb.

【0016】動作計測手段は、動作の要素を計測する手
段で、例えば、手部もしくは足部の前記平面内の位置、
上肢もしくは下肢の負荷抵抗に対する発揮力などを計測
するものである。可動域計測手段は、被訓練者の手部も
しくは足部の可能な運動範囲を計測する手段で、可動域
特性値の算出までも含む。負荷抵抗手段は、被訓練者の
上肢もしくは下肢の運動に負荷抵抗を与えるものであ
り、被訓練者の自動運動に対して負荷抵抗を発生し、こ
の負荷抵抗はその目標値を動作計測手段による位置と発
揮力の計測値を用いて設定しおよびまたは可変にするも
のである。
The motion measuring means is a means for measuring an element of motion, for example, the position of the hand or foot in the plane,
It measures the exertion of load resistance of the upper or lower limbs. The range-of-movement measuring means is a means for measuring a possible range of motion of the hand or foot of the trainee, and includes calculation of range-of-movement characteristic values. The load resistance means applies load resistance to the exercise of the trainee's upper limbs or lower limbs, generates load resistance to the trainee's automatic exercise, and this load resistance measures its target value by the motion measuring means. It is set and / or variable by using the measured values of position and exertion force.

【0017】標準軌道は、あらかじめ、上肢または下肢
の運動の基本パターンを解析し、抽出して決めた軌道パ
ターンごとに作られている。例えば、縦一字、右斜一
字、左斜一字、縦8字、右斜8字、左斜8字およびS字
/一字組合せのパターンなどがあげられる。運動周期
は、手部もしくは足部が軌道上を一周する時間である。
軌道誤差は、位置指標と目標軌道との距離である。指標
誤差は、位置指標と目標指標との距離である。
The standard trajectory is created for each trajectory pattern determined by analyzing and extracting a basic pattern of upper limb or lower limb movement in advance. For example, there are one vertical character, one right oblique character, one left oblique character, eight vertical characters, eight right oblique characters, eight left oblique characters, and an S-character / one character combination pattern. The movement cycle is the time for the hand or foot to go around the orbit.
The trajectory error is the distance between the position index and the target trajectory. The index error is the distance between the position index and the target index.

【0018】動作データ記憶手段は、動作計測手段によ
り計測された動作データを記憶するものである。動作解
析手段は、動作データを解析するものであり、つぎのよ
うな要素が挙げられる。手部もしくは足部が運動した軌
道長さ、その運動周期、軌道誤差、軌道誤差の時間積
分、軌道誤差の面積、指標誤差、指標誤差の時間積分、
手部もしくは足部の迷い回数、軌道誤差のスペクトル密
度、上肢または下肢の発揮力、発揮力の最大値、発揮力
の最小値、発揮力の平均値、発揮力の仕事量および発揮
力の時間積分などである。
The motion data storage means stores motion data measured by the motion measuring means. The motion analysis means analyzes motion data, and includes the following elements. Trajectory length of hand or foot movement, its motion cycle, trajectory error, time integration of trajectory error, area of trajectory error, index error, time integration of index error,
Number of hesitations of hands or feet, spectral density of orbital error, ability of upper or lower limbs, maximum value of exertion, minimum value of exertion, average value of exertion, workload of exertion and time of exertion Such as integration.

【0019】本発明の上肢もしくは下肢の運動療法装置
は、運動機能の回復、維持および強化を目的とする運動
療法を実施するための装置であって、被訓練者の上肢も
しくは下肢の運動に負荷抵抗を与える負荷抵抗手段と、
被訓練者の上肢の手部もしくは下肢の足部を支持してこ
の運動を平面内に実現する運動面設定手段と、手部もし
くは足部の前記平面内の位置、および上肢もしくは下肢
の前記負荷抵抗に対する発揮力を計測する動作計測手段
と、被訓練者が運動した手部もしくは足部の位置を位置
指標として呈示したり、上肢もしくは下肢の発揮力を力
指標として呈示したりする動作指標呈示手段と、被訓練
者が運動すべき手部もしくは足部の被訓練者固有の目標
運動軌道を呈示したり、上肢あるいは下肢の負荷抵抗の
目標値を呈示したりする目標動作軌道呈示手段とを有す
る。
The upper limb or lower limb exercise therapy device of the present invention is a device for performing exercise therapy for the purpose of recovering, maintaining and strengthening a motor function, and is applied to the exercise of the upper limb or lower limb of a trainee. Load resistance means for providing resistance,
A movement plane setting means for supporting the hand part or the leg part of the upper limb of the trainee to realize this movement in a plane, the position of the hand part or the leg part in the plane, and the load of the upper limb or the lower limb. Motion measurement means to measure exertion force against resistance, and action indicator presentation that presents position of hand or foot exercised by trainee as position index, or exertion force of upper limb or lower limb as force index Means and a target motion trajectory presenting means for presenting a trainee-specific target motion trajectory of the hand or foot to be trained by the trainee, or presenting a target value of load resistance of the upper or lower limbs. Have.

【0020】本発明の上肢もしくは下肢の運動療法装置
における前記負荷抵抗手段が、被訓練者の自動運動に対
して負荷抵抗を発生し、この負荷抵抗はその目標値を前
記動作計測手段による位置および/または発揮力の計測
値を用いて設定しおよび/または可変にすることができ
るものであってよい。本発明の上肢もしくは下肢の運動
療法装置の前記運動面設定手段が、手部もしくは足部の
関節自由度を拘束せず被訓練者の手部もしくは足部を支
持部に保持し、傾いた平面内で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上肢もしくは下肢の運動を実現する
ものであってよい。本発明の上肢もしくは下肢の運動療
法装置における前記目標動作軌道呈示手段と動作指標呈
示手段により、目標動作軌道と動作指標を同一のディス
プレーに呈示し、視覚刺激を利用したバイオフィードバ
ックループを構成するものであってよい。
The load resistance means in the upper limb or lower limb exercise therapy apparatus of the present invention generates a load resistance with respect to the automatic exercise of the trainee. It may be capable of being set and / or variable by using a measured value of exertion force. The exercise plane setting means of the exercise therapy apparatus for the upper or lower limbs of the present invention holds the hand or foot of the trainee on the support without restraining the degree of freedom of joint of the hand or foot, and an inclined plane. The motion of the upper limb or the lower limb of the trainee may be realized by a linear motion mechanism for performing movement in the orthogonal coordinate direction and a link mechanism for performing movement in the polar coordinate direction. The target motion trajectory and the motion index are presented on the same display by the target motion trajectory presenting means and the motion index presenting means in the upper limb or lower limb exercise therapy apparatus to form a biofeedback loop utilizing visual stimulation. May be

【0021】本発明の上肢もしくは下肢の運動療法シス
テムは、被訓練者の手部もしくは足部を支持してこの運
動を平面内に実現する運動療法システムであって、前記
負荷抵抗手段と、前記動作計測手段と、被訓練者が運動
すべき手部もしくは足部の位置データである標準軌道と
その標準移動速度の時系列データとからなる標準運動軌
道を記憶した標準運動軌道記憶手段と、被訓練者の手部
もしくは足部の可能な運動範囲を測定し、可動域特性値
を算出する可動域計測手段と、前記可動域特性値に基づ
き前記標準運動軌道を変換して被訓練者固有の目標運動
軌道を生成する目標運動軌道生成手段と、前記目標動作
軌道呈示手段と、前記動作指標呈示手段と、前記動作計
測手段により計測された動作データを記憶する動作デー
タ記憶手段と、この記憶された動作データを解析する動
作解析手段とを有するものである。
An upper limb or lower limb kinematic therapy system of the present invention is a kinetic therapy system that supports a hand or foot of a trainee and realizes this exercise in a plane, the load resistance means, and A motion measuring means, a standard motion trajectory storing means that stores a standard motion trajectory that is position data of the hand or foot to be exercised by the trainee and time-series data of the standard moving speed, and A range of motion measuring means for measuring the possible range of motion of the hand or foot of the trainee and calculating a range of motion characteristic value, and the standard motion trajectory based on the range of motion characteristic value to convert the standard motion trajectory to a trainee-specific Target motion trajectory generation means for generating a target motion trajectory, the target motion trajectory presentation means, the motion index presentation means, and motion data storage means for storing motion data measured by the motion measurement means, The stored operating data are those having a motion analysis means for analyzing.

【0022】本発明の上肢もしくは下肢の運動療法シス
テムの前記可動域計測手段が、被訓練者の手部もしくは
足部が前記運動面設定手段から定まる平面内に支持され
た状態で、被訓練者の上肢もしくは下肢を前方に伸展し
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、前記手部もしくは足部の可動域特性値を算出す
るものであってよい。本発明の上肢もしくは下肢の運動
療法システムにおける前記標準運動軌道の標準軌道が、
縦一字、右斜一字、左斜一字、縦8字、右斜8字、左斜
8字、およびS字/一字組合せのパターンを有するもの
であってよい。
The range of motion measuring means of the upper limb or lower limb exercise therapy system of the present invention is such that the trainee's hand or foot is supported in a plane defined by the motion plane setting means. The position of the point where the upper limb or the lower limb is extended forward, the point where horizontal abduction is performed, and the point where the upper limb is bent toward the body are measured, and the range of motion characteristic value of the hand or foot may be calculated. The standard trajectory of the standard motion trajectory in the exercise therapy system of the upper or lower limbs of the present invention,
It may have one vertical character, one right oblique character, one left oblique character, eight vertical characters, eight right oblique characters, eight left oblique characters, and an S-character / one character combination pattern.

【0023】本発明の上肢もしくは下肢の運動療法シス
テムにおける前記標準運動軌道が手部もしくは足部が軌
道上を一周する運動周期と前記可動域特性値とをパラメ
ータとして含むものであってよい。本発明の上肢もしく
は下肢の運動療法システムの前記目標動作軌道呈示手段
が、目標運動軌道を手部もしくは足部の位置を示す目標
軌道とこの軌道上を目標移動速度で動く目標指標とによ
って呈示することができるものであってよい。本発明の
上肢もしくは下肢の運動療法システムにおける前記動作
指標呈示手段が、手部もしくは足部の位置およびその移
動速度を、同一呈示、線対称呈示および点対称呈示する
機能を有するものであってよい。
In the exercise therapy system for upper limbs or lower limbs of the present invention, the standard motion trajectory may include, as parameters, a motion cycle in which the hand or foot goes around the trajectory and the movable range characteristic value. The target motion trajectory presenting means of the upper limb or lower limb exercise therapy system presents a target motion trajectory with a target trajectory indicating the position of the hand or foot and a target index moving on this trajectory at a target moving speed. It may be something that can. The motion index presenting means in the exercise therapy system for upper limbs or lower limbs of the present invention may have a function of presenting the position of the hand or foot and the moving speed thereof in the same presentation, line-symmetrical presentation and point-symmetrical presentation. .

【0024】本発明の上肢もしくは下肢の運動療法シス
テムにおける前記動作解析手段が、手部もしくは足部が
運動した軌道長さ、その運動周期、位置指標と目標軌道
との距離である軌道誤差、軌道誤差の時間積分、軌道誤
差の面積、位置指標と目標指標との距離である指標誤
差、指標誤差の時間積分、手部もしくは足部の迷い回
数、軌道誤差のスペクトル密度、上肢もしくは下肢の発
揮力、発揮力の最大値、発揮力の最小値、発揮力の平均
値、発揮力の仕事量、および発揮力の時間積分を算出す
るものであってよい。
The motion analysis means in the upper limb or lower limb movement therapy system of the present invention uses the trajectory length of the hand or foot movement, its movement cycle, orbit error which is the distance between the position index and the target trajectory, orbit. Time integration of error, area of orbital error, index error which is the distance between position index and target index, time integration of index error, number of hesitation of hand or foot, spectral density of orbital error, exertion of upper or lower limbs The maximum value of exerted power, the minimum value of exerted force, the average value of exerted force, the work amount of exerted force, and the time integral of exerted force may be calculated.

【0025】[0025]

【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。本発明は上肢あるいは下肢の運動
療法装置に関するものであるが、構成は同じであるので
下肢運動療法装置について説明する。図2は本発明の下
肢運動療法装置のシステム構成の例を示す図である。下
肢運動療法システムは、被訓練者が訓練運動や検査運動
を行う装置本体、負荷抵抗部、計測部、計測データなど
を演算処理するコンピュータ、および被訓練者に対する
視覚刺激に用いられるディスプレーなどからなる。治療
訓練を受ける被訓練者は長座位で装置の椅子に座り、図
2に示すように下肢の足部101を支持部211に保持
される。この支持部は自動運動を実現するために任意に
傾けられる軌道面設定平板201内を負荷抵抗を伴って
移動でき、その平面内位置は位置計測部309と311
で計測されて、位置情報409と411として出力され
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention relates to an upper limb or lower limb exercise therapy device, but since the configuration is the same, a lower limb exercise therapy device will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of the system configuration of the lower limb exercise therapy device of the present invention. The lower extremity exercise therapy system consists of a device body for trainees to perform training exercises and inspection exercises, a load resistance part, a measuring part, a computer for processing the measurement data, and a display used for visual stimulation to the trainees. . The trainee undergoing therapeutic training sits on a chair of the apparatus in a long sitting position, and the foot portion 101 of the lower limb is held by the support portion 211 as shown in FIG. This support part can move with load resistance in the track plane setting flat plate 201 that is arbitrarily tilted to realize automatic movement, and its in-plane position is the position measuring parts 309 and 311.
And is output as position information 409 and 411.

【0026】また、下肢の自動運動に伴う負荷抵抗が支
持部の移動に対して発生するので、この支持部には下肢
の発揮力を計測するための力計測部305と307が設
置されていて、力情報405と407が出力される。装
置の負荷抵抗は負荷抵抗部301と303によって与え
られ、その負荷抵抗値はコンピュータ501の演算処理
部503からの負荷抵抗目標指令401と403によっ
てそれぞれ可変である。
Further, since a load resistance due to the automatic movement of the lower limb is generated with respect to the movement of the supporting portion, force measuring portions 305 and 307 for measuring the exerted force of the lower limb are installed in this supporting portion. , Force information 405 and 407 are output. The load resistance of the device is given by the load resistance units 301 and 303, and the load resistance value is variable by the load resistance target commands 401 and 403 from the arithmetic processing unit 503 of the computer 501, respectively.

【0027】本発明の上肢運動療法装置およびそのシス
テムは、図2中において、下肢または足部のところを上
肢または手部となる他は同様である。また、上記のブレ
ーキ方式の他、負荷抵抗を測定しながら制御する方式を
用いても良い。
The upper limb exercise therapy apparatus and system thereof according to the present invention are the same as in FIG. 2 except that the lower limbs or the foot portions are the upper limbs or the hand portions. In addition to the above braking method, a method of controlling while measuring the load resistance may be used.

【0028】装置本体の機構の例を図3により、詳しく
述べる。足部の支持部の構造を同図(b)に示す。足部
は把持板213に把持され、外枠215と共に回転でき
るようになっている。これらの回転軸は踝で直交するよ
うに配置されているので、足部の関節は自由に動くこと
ができる。上肢の手部に関しては、その関節が足部関節
と構造が異なるが、原理は同じである。支持部の基部上
板217と基部下板219は図3(a)のx、y方向に
相対的に自由に動くことができ、その間に力を測るため
のロードセル241と243が設置してある。これらの
ロードセルとロードセル用アンプ245、247とで、
図2に示した力計測部305と307が構成されてい
る。
An example of the mechanism of the apparatus body will be described in detail with reference to FIG. The structure of the foot support portion is shown in FIG. The foot is gripped by the grip plate 213 and can rotate together with the outer frame 215. Since these axes of rotation are arranged so that they are orthogonal to the ankle, the joints of the foot can move freely. Regarding the upper limb, the joint has a different structure from the ankle joint, but the principle is the same. The base upper plate 217 and the base lower plate 219 of the supporting portion can move relatively freely in the x and y directions of FIG. 3A, and load cells 241 and 243 for measuring the force are installed between them. . With these load cells and load cell amplifiers 245 and 247,
The force measuring units 305 and 307 shown in FIG. 2 are configured.

【0029】足部の支持部211は図3(a)の直動ガ
イド221と223によって小さな摩擦抵抗でx、y方
向に移動することができる。足部の支持部に負荷抵抗を
加えるために、足部の支持部の直線的な移動をベルトと
プーリからなる動力伝導部225と227によって回転
運動に変え、最小値から最大値まで無段階に抵抗トルク
値を変えられるブレーキが設置されている。ブレーキの
ブレーキ力、この場合のブレーキトルクは、コンピュー
タ501の演算処理部503からの負荷抵抗目標指令4
01と403により、ブレーキ用サーボアンプ235と
237を介してブレーキ231、233を制御して、可
変とした。図2の負荷抵抗部301と303はこれらの
ブレーキおよびサーボアンプから構成されている。
The support portion 211 of the foot portion can be moved in the x and y directions with a small frictional resistance by the linear guides 221 and 223 of FIG. 3 (a). In order to apply load resistance to the foot support, linear movement of the foot support is converted into rotational movement by the power transmission parts 225 and 227 consisting of belts and pulleys, and continuously changes from the minimum value to the maximum value. A brake that can change the resistance torque value is installed. The braking force of the brake, in this case the braking torque, is the load resistance target command 4 from the arithmetic processing unit 503 of the computer 501.
01 and 403 control the brakes 231 and 233 via the brake servo amplifiers 235 and 237 to make them variable. The load resistance units 301 and 303 in FIG. 2 are composed of these brakes and servo amplifiers.

【0030】足部の支持部の位置は前記のベルトとプー
リからなる動力伝導部の回転運動を、ロータリエンコー
ダ251、253とその出力をコンピュータに設置した
カウンターボードに入力して測定した。これらが、図2
に示した位置計測部309、311および位置情報40
9、411である。
The position of the support portion of the foot portion was measured by inputting the rotary motion of the power transmission portion composed of the belt and the pulley described above by inputting the rotary encoders 251 and 253 and the output thereof to a counter board installed in a computer. These are
Position measuring units 309 and 311 and position information 40 shown in FIG.
9, 411.

【0031】足部の位置情報409と411はコンピュ
ータ501の演算処理部503に取り込まれ、処理され
て、位置指標621としてディスプレー601に●印で
呈示される。また、被訓練者の足部の力情報405と4
07もコンピュータ501の演算処理部503に取り込
まれ、処理されて、力指標611として●印でディスプ
レー601に呈示される。
The foot position information 409 and 411 is fetched by the arithmetic processing unit 503 of the computer 501, processed, and presented as a position index 621 on the display 601 by a ● mark. Also, the trainee's foot force information 405 and 4
07 is also taken into the arithmetic processing unit 503 of the computer 501, processed, and presented as a force index 611 on the display 601 with a ● mark.

【0032】また、被訓練者が下肢運動を行う目標運動
軌道は、標準運動軌道記憶部521のデータと可動域計
測部511で計測された被訓練者の可動域特性値とを使
って、被訓練者固有の目標運動軌道として目標運動軌道
生成部513で生成される。生成された目標運動軌道
は、演算処理部503で処理されて、目標軌道623と
目標指標625としてディスプレー601に呈示され
る。一方、ディスプレーには負荷抵抗の目標値613が
呈示され、同時に力情報405と407が力指標611
として呈示される。被訓練者は、ディスプレーに呈示さ
れた足部の位置指標621と、目標軌道623または目
標指標625、ならびに負荷抵抗の目標値613と力指
標611とを視覚刺激情報451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。被訓練者の足部
の動作データは動作データ記憶部523に記憶され、こ
れを使って運動機能評価のための解析が動作解析部51
5で行われる。
The target motion trajectory for the trainee to perform the lower limb motion is calculated by using the data of the standard motion trajectory storage unit 521 and the range of motion characteristic value of the trainee measured by the range of motion measuring unit 511. It is generated by the target motion trajectory generation unit 513 as a target motion trajectory unique to the trainee. The generated target motion trajectory is processed by the arithmetic processing unit 503 and presented on the display 601 as a target trajectory 623 and a target index 625. On the other hand, the target value 613 of the load resistance is presented on the display, and at the same time, the force information 405 and 407 show the force index 611.
Is presented as. The trainee recognizes and determines the foot position index 621 presented on the display, the target trajectory 623 or the target index 625, and the load resistance target value 613 and the force index 611 as visual stimulation information 451. Perform the given task. The motion data of the foot of the trainee is stored in the motion data storage unit 523, and the motion analysis unit 51 analyzes the motion data using the data.
Done in 5.

【0033】本発明の新規性は自動運動に適切な負荷抵
抗を与えて、運動療法効果を格段に向上させることであ
る。本実施例では、コンピュータ制御可能なブレーキを
採用して、これを実現した。その構成を図4(a)に示
す。足部の位置と下肢発揮力をコンピュータで演算処理
して、ブレーキに対する負荷目標指令を出力し、ブレー
キ装置のブレーキ力を制御する。また、このブレーキ装
置への負荷入力に対するブレーキ力および変位出力の特
性は図4(b)に示すようなものである。
The novelty of the present invention is to provide appropriate load resistance to automatic exercise and to significantly improve the effect of exercise therapy. In this embodiment, this is realized by using a computer controllable brake. The structure is shown in FIG. The position of the foot and the force exerted by the lower limbs are processed by a computer, a load target command for the brake is output, and the braking force of the braking device is controlled. Further, the characteristics of the braking force and the displacement output with respect to the load input to this braking device are as shown in FIG. 4 (b).

【0034】本発明の特徴は次のものが挙げられる。 1)上下肢には、ある閾値以上の負荷抵抗を発生しな
い。 2)負荷抵抗は上下肢の自動運動によって発生し、被訓
練者がコントロールする。 3)他動的に上下肢に力が働かないので安全である。 特徴1)は負荷抵抗の閾値を、手部もしくは足部の位置
および/または発揮力をフィードバックして制御できる
ので、広範囲な運動療法を実施でき、また新たな運動療
法や運動機能検査ができる。また、特徴2)は訓練者の
中枢神経系への固有知覚入力を増やす働きがあるため、
脳の運動制御に関した領域の活動を高め、運動学習に極
めて大きな効果がある。特徴3)の安全性は運動療法装
置として必須の条件である。
The features of the present invention are as follows. 1) Upper and lower limbs do not generate load resistance above a certain threshold. 2) Load resistance is generated by automatic movement of the upper and lower limbs and is controlled by the trainee. 3) It is safe because it does not exert passive force on the upper and lower limbs. In the feature 1), since the threshold value of load resistance can be controlled by feeding back the position and / or exertion force of the hand or foot, a wide range of exercise therapy can be performed, and a new exercise therapy or exercise function test can be performed. In addition, feature 2) has the function of increasing the proprioceptive input to the trainee's central nervous system,
It enhances the activity of the area related to brain motor control, and is extremely effective in motor learning. The safety of feature 3) is an essential condition for an exercise therapy device.

【0035】本運動療法装置における負荷抵抗の与え方
は極めて重要である。負荷抵抗の大きさは運動療法の目
的、すなわち運動機能の回復、維持または強化によって
適切に与えなければならない。運動機能の維持と強化に
関しては、訓練運動の肢位における等尺性運動での被訓
練者の最大筋力を基に、負荷抵抗は、絶対値でその力の
1〜80%、好ましくは5〜50%であり、訓練の目的
または状況に併せて、通常の運動トレーニングと同様に
決めればよい。
How to provide load resistance in this exercise therapy apparatus is extremely important. The magnitude of load resistance must be given appropriately according to the purpose of exercise therapy, that is, recovery, maintenance or enhancement of motor function. Regarding the maintenance and strengthening of the motor function, the load resistance is 1 to 80%, preferably 5 to 5 in absolute value, based on the maximum muscle force of the trainee in the isometric exercise in the limb position of the training exercise. It is 50%, and it may be determined in the same manner as in ordinary exercise training according to the purpose or situation of training.

【0036】たとえば、脳卒中などの中枢性運動障害に
おける運動機能の回復には、下肢伸展屈曲方向では最大
3kgfから最小1kgfの範囲、内転外転方向では最
大2kgfから最小0.5kgfの範囲が目安である。
上肢の場合は、下肢の場合の2〜60%の範囲が目安で
ある。
For example, for recovery of motor function in central movement disorders such as stroke, a range of 3 kgf to 1 kgf at the maximum in the extension and flexion direction of the lower limbs and a maximum range of 2 kgf to 0.5 kgf in the abduction and abduction direction at the maximum are recommended. Is.
In the case of the upper limb, the range of 2 to 60% of the lower limb is a standard.

【0037】筋力強化を主眼におく場合は、被訓練者の
疲労その他の状況を勘案しながら、上限を最大筋力と
し、運動機能の維持と強化に関して述べた範囲以上の負
荷をかけることも差し支えない。
When focusing on strengthening the muscle strength, the upper limit may be set to the maximum muscle strength in consideration of fatigue and other conditions of the trainee, and a load exceeding the range described for maintaining and strengthening the motor function may be applied. .

【0038】可動域測定手段を下肢について説明する。
上肢については足部を手部に置き換えれば本発明はその
まま成立する。下肢の可動域測定は、被訓練者が訓練を
受ける姿勢で足部101を装置の支持部211で保持さ
れた状態で、図5(a)に示すように下肢を前方に伸展
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409と411に基づき、図5
(b)に示す手順で足部の可動域特性値の算出を行う。
The range of motion measuring means will be described for the lower limbs.
As for the upper limbs, the present invention can be realized as it is by replacing the feet with the hands. The measurement of the range of motion of the lower limbs is performed by the trainee in a posture in which the foot 101 is held by the support portion 211 of the apparatus in a posture to receive the training, and the lower limb is extended forward as shown in FIG. Based on the position information 409 and 411 of the three points of the point P2 which is horizontally abducted and the point P3 which is bent to the body side, FIG.
The range of motion characteristic value of the foot is calculated by the procedure shown in (b).

【0039】標準運動軌道は標準運動軌道記憶部521
に記憶されている。このうち、標準軌道は、図6に示す
ような縦一字(T1)、右斜一字(T2)、左斜一字
(T3)、右斜8字(T4)、縦8字(T5)、左斜8
字(T6)、およびS字/一字組合せ(T7)のパター
ンを有する。ただし、これらは右下肢用で、左下肢用も
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、
標準移動速度時系列データとして運動周期に関して正規
化されて、標準運動軌道記憶部521に記憶されてい
る。
The standard motion trajectory is the standard motion trajectory storage unit 521.
Remembered in. Among them, the standard trajectory is vertical 1 letter (T1), right diagonal 1 letter (T2), left diagonal 1 letter (T3), right diagonal 8 letter (T4), vertical 8 letter (T5) as shown in FIG. , Left slant 8
It has a pattern of a letter (T6), and an S-shape / one-character combination (T7). However, these are for the right lower limb and the left lower limb are also prepared separately, and are all stored in a normalized form. The target index that moves at a specific speed for each standard trajectory is
The standard movement speed time-series data is normalized with respect to the movement cycle and stored in the standard movement trajectory storage unit 521.

【0040】図7に示すように、可動域計測部511に
より計測された被訓練者固有の可動域特性値、標準運動
軌道記憶部521に保存された標準軌道と目標指標の標
準移動速度の時系列データ、および訓練で足部が軌道を
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移動速度の時系列データとを目標運
動軌道生成部513で生成する。生成した被訓練者固有
の目標運動軌道は、演算処理部503を通して、ディス
プレー601に呈示される。
As shown in FIG. 7, when the trainee's own range of motion characteristic value measured by the range of motion measuring unit 511, the standard trajectory stored in the standard motion trajectory storage unit 521, and the standard moving speed of the target index, The target motion trajectory generation unit 513 generates a target trajectory unique to the trainee and time-series data of the target moving speed of the target index, using the sequence data and the target motion cycle in which the foot goes around the trajectory during training. The generated target motion trajectory unique to the trainee is presented on the display 601 through the arithmetic processing unit 503.

【0041】動作指標呈示手段は、足部の位置およびそ
の移動速度を、同一呈示、線対称呈示および点対称呈示
の機能を有する。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8の(a)と(b)にそれぞれ示
す。図8の点Aは装置上の足部の位置、点Bはディスプ
レーに呈示された足部の位置指標の位置である。
The motion index presenting means has the function of presenting the position of the foot and its moving speed in the same presentation, line symmetry presentation and point symmetry presentation. Examples of the line symmetry presentation and the point symmetry presentation regarding the vertical eight-character target trajectory are shown in FIGS. 8A and 8B, respectively. Point A in FIG. 8 is the position of the foot on the device, and point B is the position of the position index of the foot presented on the display.

【0042】目標軌道長さ(L0)、運動で実現した軌
道長さ(L1)、その運動周期(T)、軌道長さ比(L
1/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、上肢もしくは
下肢の発揮力、発揮力の最大値、発揮力の最小値、発揮
力の平均値、発揮力の仕事量、および発揮力の時間積分
の評価値を計算し、運動訓練の効果の評価支援に供す
る。
Target trajectory length (L0), trajectory length realized by motion (L1), its motion cycle (T), trajectory length ratio (L
1 / L0), orbit velocity (L1 / T), time integration of orbit error, time integration of index error, area of orbit error, orbit error time integration motion period ratio (time integration of orbit error / T), index error time Integral motion cycle ratio (time integration of index error / T), orbital error area Orbital length ratio (area of orbital error / L0), number of hesitations, and spectral density of orbital error, power of upper or lower limbs, power of exertion The maximum value, the minimum value of exertion power, the average value of exertion power, the work amount of exertion power, and the evaluation value of the time integral of exertion power are calculated, and the results are used to support the evaluation of the effect of exercise training.

【0043】なお、上で述べた軌道誤差は位置指標と目
標軌道との距離であり、指標誤差は位置指標と目標指標
との距離である。迷い回数は位置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。軌道
誤差の時間積分は、軌道誤差を運動の一周期にわたって
積分したものである。軌道誤差の面積は、運動軌道と目
標軌道とによって囲まれた図形の面積である。軌道誤差
時間積分運動周期比は、軌道誤差の運動周期に対する平
均値である。軌道誤差面積軌道長さ比は、軌道誤差面積
を目標軌道の長さで割った平均値である。指標誤差の時
間積分は、指標誤差を運動の一周期にわたって積分した
ものである。指標誤差時間積分運動周期比は、指標誤差
を運動周期で割った平均値である。軌道誤差のスペクト
ル密度を計算することによって、軌道誤差に含まれる周
期的な運動成分を調べることができる。
The trajectory error described above is the distance between the position index and the target trajectory, and the index error is the distance between the position index and the target index. The number of hesitations is the number of times the movement direction of the position index continues to move in a direction that clearly does not return to the trajectory. Orbital error time integration is the orbital error integrated over a period of motion. The area of the trajectory error is the area of the figure surrounded by the motion trajectory and the target trajectory. The orbit error time integral motion period ratio is an average value of the orbit error with respect to the motion period. The orbit error area orbit length ratio is the average value of the orbit error area divided by the length of the target orbit. The index error time integration is the index error integrated over one cycle of the motion. The index error time integration motion cycle ratio is an average value obtained by dividing the index error by the motion cycle. By calculating the spectral density of the orbital error, the periodic motion component contained in the orbital error can be investigated.

【0044】[0044]

【実施例】本発明の上肢運動療法装置および下肢運動療
法装置を、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。臨床応用
を行った上下肢運動療法についての実施例を示す。訓練
および検査として軌道追従課題と指標追従課題を実施し
た。軌道追従課題は、目標軌道に沿って手部もしくは足
部の位置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。指標追従課題は、手
部もしくは足部の位置指標を目標指標に重ねて、目標軌
道に沿って動かすことである。目標指標の運動周期は1
2秒である。運動パターンとしては、縦8字軌道と斜8
字軌道を採用した。負荷抵抗の基本的な効果を示すため
に、屈伸方向および内外転方向にそれぞれ一定負荷を選
択して与えた。
[Examples] The upper limb exercise therapy device and the lower limb exercise therapy device of the present invention were installed in the Kirishima Rehabilitation Center, Kagoshima University Hospital and clinically applied. An example of upper and lower extremity exercise therapy which has been clinically applied will be shown. A trajectory following task and an index following task were implemented as training and inspection. The trajectory tracking task is to move the position index of the hand or foot along the target trajectory, and the patient is required to move “smoothly, quickly and accurately”. The index tracking task is to move the position index of the hand or foot over the target index and move it along the target trajectory. The movement cycle of the target index is 1
2 seconds. As for the movement pattern, there are 8 vertical orbits and 8 diagonals.
The character orbit is adopted. In order to show the basic effect of load resistance, a constant load was selected and applied in the bending and stretching directions and in the abduction and rotation directions.

【0045】[実施例1] 片麻痺下肢に伸筋痙性のある
例 片麻痺下肢の伸筋痙性がある例では、麻痺下肢に軽い抵
抗が加わることで随意的な伸筋痙性の抑制が可能になっ
た。また、一般的に麻痺のある収縮の弱い筋は軽い抵抗
が加わることで筋収縮の持続が容易になった。例えば患
者F氏(年齢:42歳、診断名:脳出血、麻痺側:右)
の斜8字運動パターンの軌道追従課題検査における運動
軌道を図9に示した。この図の(a)は訓練前無負荷の
場合、(b)は訓練前で負荷が屈伸方向1.5kgf、
内外転方向1.0kgfの場合、(c)は訓練後で負荷
は(b)と同じ条件である。訓練は同じ課題を負荷が屈
伸方向1.5kgf、内外転方向1.0kgfで繰返し
50回行った。
[Example 1] Example of hemiplegic lower extremity extensor spasticity In a case of hemiplegic lower extremity extensor spasticity, voluntary suppression of extensor spasticity is possible by adding light resistance to the paralyzed lower leg. became. In general, muscles that are paralyzed and weak in contraction are easily sustained by the addition of light resistance. For example, patient F (age: 42 years old, diagnosis: cerebral hemorrhage, paralyzed side: right)
FIG. 9 shows the motion trajectories in the orbit-following task inspection of the oblique 8-shaped motion pattern. In this figure, (a) shows a case of no load before training, (b) shows a case before training with a load of 1.5 kgf in the bending and stretching direction,
When the direction of inward / outward rotation is 1.0 kgf, the load in (c) is the same as that in (b) after training. In the training, the same task was repeated 50 times with a load of 1.5 kgf in the bending and stretching directions and 1.0 kgf of the inner and outer rotation directions.

【0046】訓練前無負荷時の運動軌道図(a)を見る
と、下肢の伸展および外転方向の運動において、痙性の
ため運動のコントロールが巧くできていないことが分か
る。訓練前の負荷時の運動軌道図(b)は無負荷時の運
動軌道図(a)と比較して余り差は認められなかった。
これに対して、訓練後の負荷時の検査における運動軌道
図(c)では全体の軌道が滑らかになり、特に下肢の伸
展時に随意的な伸筋痙性の抑制が可能になるとともに、
外転方向への運動も拡大していること分かる。
From the motion trajectory diagram (a) before unloading before exercise, it can be seen that in the extension and abduction direction of the lower limbs, the control of the exercise is not well done due to spasticity. No significant difference was observed in the motion trajectory map under load before training (b) compared with the motion trajectory map under no load (a).
On the other hand, in the motion trajectory diagram (c) in the load inspection after the training, the entire trajectory becomes smooth, and it becomes possible to suppress voluntary extensor spasticity especially when the lower limb is extended,
It can be seen that the movement in the abduction direction is also expanding.

【0047】なお、評価値の一つである軌道誤差面積に
ついては、本図の(a)で56.6cm*cm、(b)
で54.5cm*cmであるのに対して、(c)では3
5.8cm*cmと大きく減少した。軌道誤差面積から
も、本運動療法装置の負荷抵抗機能が伸筋痙性の抑制と
随意性の改善に効果のあることが判明した。以上より、
このような症例に対して、本運動療法装置による負荷訓
練が極めて有効であることが判明した。また、負荷を変
えて検査を行うことによって痙性や随意性の判定を、例
えば軌道誤差面積を評価値としてとることによって定量
的に評価できる点は、本運動療法装置の大きな特徴の一
つである。
The orbital error area, which is one of the evaluation values, is 56.6 cm * cm in (a) and (b) in FIG.
Is 54.5 cm * cm, while in (c) it is 3
It was greatly reduced to 5.8 cm * cm. From the trajectory error area, it was found that the load resistance function of this exercise therapy device was effective in suppressing extensor spasticity and improving voluntary activity. From the above,
It has been found that the load training using the present exercise therapy device is extremely effective for such cases. In addition, one of the great features of this exercise therapy device is that the determination of spasticity and voluntaryness by changing the load can be quantitatively evaluated, for example, by taking the trajectory error area as an evaluation value. .

【0048】[実施例2] 脳血栓患者の上肢運動機能回
復検査 脳卒中患者の上肢片麻痺の運動機能回復検査の例を示し
た。例えば患者S氏(年齢;54歳、診断名:脳血栓、
麻痺側:右)の斜8字指標追従課題検査における運動軌
道を図10に示した。検査は負荷抵抗を屈伸方向、内外
転方向ともに0.3kgfの条件で施行した。この図の
(a)は訓練前の運動軌道、(b)は2ヶ月経過後の運
動軌道である。訓練は縦8字目標軌道と斜8字目標軌道
について軌道追従課題を通常1日50回、多いときには
100回行った。
Example 2 Upper Limb Motor Function Recovery Test for Cerebral Thrombosis An example of a motor function recovery test for upper limb hemiplegia of stroke patients was shown. For example, patient S (age; 54 years old, diagnosis: cerebral thrombosis,
FIG. 10 shows the movement trajectories in the oblique 8-figure index following task test (paralysis side: right). The inspection was carried out under the condition that the load resistance was 0.3 kgf both in the bending and stretching directions and in the inward and outward rotation directions. In this figure, (a) is a motion trajectory before training, and (b) is a motion trajectory after two months have passed. In the training, the orbit-following task was usually performed 50 times a day, and 100 times when there were many, for the vertical 8-character target trajectory and the oblique 8-character target trajectory.

【0049】運動軌道図(a)を見ると、この患者の場
合、運動療法の開始時には目標指標に手部指標を重ねて
上肢運動を行うことがほとんどできない状態であったこ
とが分かる。これに対して、訓練開始後2ヶ月経過した
時点では麻痺回復が著しく、図(b)に示した運動軌道
は大変な滑らかで、かつ手部は目標指標を正確に追従し
た。この結果は、頻回な訓練運動の繰り返しによって、
良好に運動機能が回復することを示している。また、こ
の訓練運動は医師や理学療法士の介助なしに患者自身が
行ったものである点も、本運動療法装置の長所である。
このように訓練効果を患者にも定量的に示すことができ
る点も本装置の極めて効果のある特徴の一つである。
From the motion trajectory diagram (a), it can be seen that, in the case of this patient, at the start of the exercise therapy, it was almost impossible to perform arm movements by superimposing the hand index on the target index. On the other hand, when two months passed after the start of the training, the recovery of paralysis was remarkable, the movement trajectory shown in Fig. (B) was extremely smooth, and the hand part accurately followed the target index. This result is due to the repetition of frequent training exercises,
It shows that the motor function is restored well. In addition, this exercise exercise is performed by the patient himself without the assistance of a doctor or a physical therapist, which is an advantage of the exercise therapy device.
Thus, the fact that the training effect can be quantitatively shown to the patient is also one of the extremely effective features of this device.

【0050】[実施例3]斜8字指標追従課題検査に慣れ
た患者S氏(年齢;54歳、診断名:脳血栓、麻痺側:
右)に対して、S字/一字組合せパターンによる軌道追
従課題検査を行った。訓練開始後3ヶ月経過した時点で
同様な著しい効果を得た。
[Example 3] Patient S who is accustomed to the test for following the oblique 8-letter index following task (age: 54 years old, diagnosis: cerebral thrombosis, paralyzed side:
On the right), the trajectory following task inspection by the S-shaped / single-character combination pattern was performed. The same remarkable effect was obtained when 3 months passed after the start of training.

【0051】[実施例4] 不随意運動や視覚運動失調の
ある例 視覚運動失調とは、物は見えていて認識しているのに、
その物の位置情報と手足を伸ばすという運動コントロー
ルに使う回路とが離断しているため、その位置に手足を
伸ばそうとしても、手足の位置がずれてしまう症状であ
る。麻痺に加えて、不随意運動や視覚運動失調のある例
では、軽い負荷が重錘と同じ効果を持ち、運動時に起こ
る意図しない麻痺肢のぶれが減少し、意図した通りの運
動が可能になる。
Example 4 Example of Involuntary Movement or Visual Ataxia Visual ataxia means that an object is visible and is recognized,
This is a symptom that the position of the limb shifts even if an attempt is made to extend the limb to that position because the positional information of the object is disconnected from the circuit used for motion control of stretching the limb. In addition to paralysis, in some cases of involuntary movements or visual ataxia, a light load has the same effect as a weight, reducing unintentional paralyzed limb movements during exercise and allowing intended movements .

【0052】例えば患者A氏(年齢:76歳、診断名:
脳血栓、視覚運動失調、麻痺側:左)の縦8字運動パタ
ーンの軌道追従課題検査における運動軌道を図11に示
す。この図の(a)は訓練前無負荷の場合、(b)は訓
練前の屈伸方向2.0kgf、内外転方向無負荷の負荷
抵抗を付けた場合、(c)は屈伸方向1.5kgf、内
外転方向1.0kgfの負荷抵抗で50回の訓練を実施
した後、同じ負荷条件で検査を行った場合である。訓練
前無負荷時の運動軌道図(a)を見ると、視覚失調によ
る運動の特徴が顕著に現れており、患者は足部を目標軌
道に沿わせようと運動コントロールしているにも関わら
ず、足部の位置がずれてしまっている。この検査に引き
続き、屈伸方向2.0kgf、内外転方向無負荷の負荷
抵抗を付けた検査を続いて行ったときの運動軌道図が、
図(b)である。図(b)の運動軌道は、図(a)の運
動軌道と比較して、運動時に起こる意図しない麻痺肢の
ぶれが負荷抵抗の影響で若干減少していることが認めら
れるが、顕著な効果はほとんどない。
For example, patient A (age: 76 years old, diagnosis:
FIG. 11 shows the movement trajectory in the trajectory following task test of the vertical eight-character movement pattern of cerebral thrombosis, visual ataxia, paralyzed side: left). In this figure, (a) shows a case of no load before training, (b) shows a direction of 2.0 kgf before and after training, a case of no load resistance in the inner and outer rotation directions, (c) shows a direction of 1.5 kgf, This is a case where after conducting training 50 times with a load resistance of 1.0 kgf in the inward / outward rotation direction, an inspection was performed under the same load conditions. Looking at the motion trajectory diagram (a) before the exercise without load, the characteristics of the motion due to visual ataxia are conspicuous, and the patient controls the motion of the foot so that the foot follows the target trajectory. , The feet are out of position. Following this inspection, a motion trajectory diagram when conducting an inspection with a load resistance of 2.0 kgf in the bending and stretching direction and no load in the inner and outer rotation directions,
It is a figure (b). Compared with the motion trajectory of Fig. (A), the motion trajectory of Fig. (B) shows that the unintentional paralyzed limb movement that occurs during exercise is slightly reduced due to the effect of load resistance, but a remarkable effect. Almost never.

【0053】これに対して、翌日、屈伸方向1.5kg
f、内外転方向1.0kgfの負荷抵抗で50回の訓練
を実施した後、同じ負荷条件で検査を行った。この検査
の運動軌道図(c)を見ると、明らかに図(a)および
(b)と比較して、運動時に起こる意図しない麻痺肢の
ぶれが減少し、意図した通りの運動が実現している。訓
練量を増やせば更に良くなることは確実で、下肢に対し
て適切な負荷抵抗を与えることができる本運動療法装置
は、不随意運動や視覚運動失調のある症例に関して、効
果的な運動療法を実施できることが判明した。従来この
ような症状に関しては重錘などで一定負荷を掛けた運動
療法が一般的に実施されているが、本装置では自動運動
における負荷抵抗を運動方向ごとに適応的に変化させる
ことができるため、新たな運動療法として著しい効果が
認められた。
On the other hand, the next day, the bending direction was 1.5 kg.
f, after carrying out 50 times of training with a load resistance of 1.0 kgf in the inner / outer rotation direction, an inspection was conducted under the same load conditions. Looking at the motion trajectory diagram (c) of this examination, it is clear that the unintentional movement of the paralyzed limb that occurs during exercise is reduced and that the intended motion is realized, as compared to the diagrams (a) and (b). There is. It is certain that it will be better with increasing training amount, and this exercise therapy device that can give proper load resistance to the lower limbs provides effective exercise therapy for cases with involuntary movement or visual ataxia. It turned out to be possible. Conventionally, for such a symptom, exercise therapy in which a constant load is applied with a weight or the like is generally carried out, but this device can adaptively change the load resistance in automatic exercise for each exercise direction. , A remarkable effect was recognized as a new exercise therapy.

【0054】[実施例5] 小脳失調のある例 運動時の軽い抵抗は筋収縮や関節の運動に伴う中枢神経
系への固有知覚入力を増やす働きがある。そのため、小
脳を含む運動制御に関した領域の活動を高め、運動学習
を容易にする。このような状態で、バイオフィードバッ
クを行い、意図した運動の実現を繰り返し訓練すると、
麻痺肢の習得したい運動パターンの習得を促進できる。
[Example 5] Example of cerebellar ataxia Light resistance during exercise has a function of increasing proprioceptive input to the central nervous system associated with muscle contraction and joint movement. Therefore, the activity of the area related to motor control including the cerebellum is enhanced, and motor learning is facilitated. In such a state, if biofeedback is performed and training to realize the intended exercise is repeatedly performed,
It is possible to promote the acquisition of the movement pattern that the paralyzed limb wants to acquire.

【0055】例えば患者N氏(年齢:60歳、診断名:
外傷性脳損傷、小脳失調、麻痺側:右)の斜8字軌道追
従課題検査における運動軌道を図12に示す。この図の
(a)は訓練前無負荷の場合、(b)は訓練前で負荷が
屈伸方向1.5kgf、内外転方向1.0kgfの場
合、(c)は訓練後で負荷は(b)と同じ条件である。
訓練は同じ課題を負荷が屈伸方向1.5kgf、内外転
方向1.0kgfで繰返し50回を2回、合計100回
行った。
For example, patient N (age: 60 years old, diagnosis:
FIG. 12 shows the trajectories of traumatic brain injury, cerebellar ataxia, paralyzed side: right) in the oblique 8-figure trajectory following task test. In this figure, (a) shows no load before the training, (b) shows the load before the training is 1.5 kgf in the bending / extension direction and 1.0 kgf in the inner / outer direction, and (c) shows the load after the training (b). Under the same conditions as.
In the training, the same task was repeated 50 times with a load of 1.5 kgf in the flexion / extension direction and 1.0 kgf in the inner / outer rotation direction, two times for a total of 100 times.

【0056】訓練前無負荷時の運動軌道図(a)を見る
と、小脳失調における運動の特徴である周期の小さな運
動が軌道全体に発生していることが分かる。訓練前の負
荷時の運動軌道図(b)は無負荷時の運動軌道図(a)
と比較して、小脳失調における運動の特徴である周期の
小さな運動の発生がむしろ増大している。これに対し
て、図(c)は屈伸方向1.5kgf、内外転方向1.
0kgfで繰返し100回行った訓練後に、同条件で行
った検査結果の運動軌道図であるが、本図によれば小脳
失調における運動の特徴である周期の小さな運動の発現
が顕著に抑制され、麻痺肢の習得したい運動パターンが
良好に実現されていることが分かる。この結果は、小脳
失調における運動療法として麻痺肢に適切な負荷抵抗を
加えることが有効であり、本運動療法装置はそれを実施
する療法装置として優れていることが判明した。また、
訓練効果が定量的に判定できる点も本装置の極めて重要
な特徴の一つである。
It can be seen from the motion orbit diagram (a) when no load is applied before training, that a motion with a small cycle, which is a feature of motion in cerebellar ataxia, occurs in the entire orbit. The motion trajectory diagram under load before training (b) is the motion trajectory diagram under no load (a)
In comparison, the occurrence of small-cycle movements, which is characteristic of movements in cerebellar ataxia, is rather increased. On the other hand, in FIG. 6C, the bending / extending direction is 1.5 kgf and the inner / outer rotation direction is 1.
It is a motion trajectory diagram of the test result performed under the same condition after the training repeated 100 times at 0 kgf. According to this figure, the expression of a small cycle motion, which is a feature of the motion in cerebellar ataxia, is significantly suppressed, It can be seen that the desired movement pattern of the paralyzed limb has been successfully realized. As a result, it was found that it is effective to add appropriate load resistance to the paralyzed limb as exercise therapy for cerebellar ataxia, and this exercise therapy device is excellent as a therapy device for carrying out it. Also,
The fact that the training effect can be quantitatively judged is also one of the extremely important features of this device.

【0057】なお、本装置は自動運動のもとで負荷抵抗
が掛けられているので、あわせて筋力の維持や増強の効
果も認められた。このような効果も含めた訓練および検
査を定量的に行えることが特徴である。
In addition, since the present device is subjected to load resistance under automatic exercise, the effect of maintaining and enhancing muscle strength was also confirmed. The feature is that training and inspection including such effects can be performed quantitatively.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明による上肢も
しくは下肢運動療法システムは、中枢性麻痺の回復促進
に不可欠な自動運動における負荷抵抗を適切に負荷しな
がら目標の運動を実現し、それを反復するという訓練を
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。運動時の
軽い抵抗は筋収縮や関節の運動に伴う中枢神経系への固
有知覚入力を増やす働きがある。そのため、小脳を含む
運動制御に関した領域の活動を高め、運動学習を容易に
する。軽い負荷が運動時に起こる痙性や運動失調、ある
いは付随運動による意図しない麻痺肢のぶれを減少する
効果があるので、意図した運動の実現を繰り返し訓練す
ると、麻痺肢の習得したい運動パターンの習得を促進で
きる。
Industrial Applicability As described above, the upper limb or lower limb exercise therapy system according to the present invention realizes a target exercise while appropriately applying load resistance in automatic exercise which is essential for promoting recovery of central palsy. It was revealed that the exercise therapy system has advantages such as the ability to automate the training of repetition, the ability to present the training effect to the patient and the utilization of the biofeedback effect, and the quantitative understanding of the training process. Light resistance during exercise has the function of increasing proprioceptive input to the central nervous system associated with muscle contraction and joint movement. Therefore, the activity of the area related to motor control including the cerebellum is enhanced, and motor learning is facilitated. Since a light load has the effect of reducing spasticity and ataxia that occur during exercise, or unintentional paralysis limb blurring due to accompanying movements, repeated training to achieve the intended movement facilitates acquisition of the movement pattern that the paralysis limb wants to learn. it can.

【0059】麻痺肢に軽い抵抗が加わることで随意的な
伸筋痙性の抑制が可能になる。また、一般的に麻痺した
収縮の弱い筋は軽い抵抗が加わることで筋収縮の持続が
容易になる。自動運動における負荷抵抗を運動方向ごと
に適応的に変化させることができるため、運動失調に対
する新たな運動療法ができる。自動運動でありながら負
荷抵抗を掛けることができるので、筋力回復、維持およ
び増強に対して優れた効果がある。また、医師や理学療
法士のように自動運動における抵抗を適切に負荷しなが
ら目標の運動を実現できることから、これまで定量的に
評価できなかった機能評価を実施する検査手段を提供す
ることができた。
By adding light resistance to the paralyzed limb, voluntary suppression of extensor spasticity becomes possible. Further, in general, a paralyzed muscle having a weak contraction is easy to sustain the muscle contraction by adding a light resistance. Since the load resistance in automatic exercise can be adaptively changed for each exercise direction, new exercise therapy for ataxia can be performed. Since load resistance can be applied even though it is automatic exercise, it has an excellent effect on muscle strength recovery, maintenance, and strengthening. In addition, since it is possible to achieve the target exercise while appropriately applying resistance in automatic exercise like doctors and physiotherapists, it is possible to provide an inspection method for performing functional evaluation that could not be quantitatively evaluated until now. It was

【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】本発明の下肢運動療法装置のシステム構成の例
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a system configuration of a lower limb exercise therapy device of the present invention.

【図3】本発明の下肢運動療法装置の機構の例を示す図
である。
FIG. 3 is a view showing an example of the mechanism of the lower limb exercise therapy device of the present invention.

【図4】コンピュータ制御ブレーキ部の構成(a)とブ
レーキの特性(b)を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration (a) of a computer-controlled brake unit and a brake characteristic (b).

【図5】可動域の計測法(a)と可動域特性値の計算の
流れ(b)を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a method of measuring a range of motion (a) and a flow of calculation of a range of motion characteristic value (b).

【図6】標準運動軌道記憶部に記憶されている標準軌道
のパターンを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing patterns of standard trajectories stored in a standard motion trajectory storage unit.

【図7】患者固有の目標運動軌道を生成する流れを示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a flow of generating a desired motion trajectory unique to a patient.

【図8】例として縦8字目標軌道に関して、装置上の手
部もしくは足部の位置と移動速度方向(A点)に対する
ディスプレーに呈示された位置指標の位置と移動速度方
向(B点)を線対称呈示(a)と点対称呈示(b)につ
いて示した図である。
FIG. 8 shows, as an example, the position of the position index and the moving speed direction (point B) presented on the display with respect to the position of the hand or foot on the device and the moving speed direction (point A) with respect to the vertical 8-character target trajectory. It is a figure shown about a line symmetry presentation (a) and a point symmetry presentation (b).

【図9】患者F氏の斜8字軌道追従課題検査の運動軌道
を示す図である。(a)は訓練前、無負荷の場合、
(b)は訓練前、屈伸方向負荷1.5kgf、内外転方
向負荷1.0kgfの場合、(c)は訓練後、屈伸方向
負荷1.5kgf、内外転方向1.0kgfの場合の図
である。右下に目標軌道の寸法を示す。
FIG. 9 is a diagram showing a motion trajectory of an oblique 8-figure trajectory following task test for patient F. (A) is before training, with no load,
(B) is a diagram before and after training, in the case where the bending / extending direction load is 1.5 kgf and the inner / outer direction load is 1.0 kgf, and (c) is a diagram after the training, where the bending / extending direction load is 1.5 kgf and the inner / outer direction direction is 1.0 kgf. . The dimensions of the target trajectory are shown in the lower right.

【図10】患者S氏の斜8字指標追従課題検査の運動軌
道を示す図である。(a)は訓練前、屈伸方向負荷およ
び内外転方向負荷0.3kgfの場合、(b)は訓練
後、同条件負荷の場合の図である。下段に目標軌道の寸
法を示す。
FIG. 10 is a diagram showing a movement trajectory of an oblique 8-character index following task test of patient S. (A) is a figure before a training, when a bending / expanding direction load and an inner / outer direction load are 0.3 kgf, (b) is a figure after a training, and the same condition load. The dimensions of the target trajectory are shown in the lower row.

【図11】患者A氏の縦8字軌道追従課題検査の運動軌
道を示す図である。(a)は訓練前、無負荷の場合、
(b)は訓練前、屈伸方向負荷2.0kgf、内外転方
向無負荷の場合、(c)は訓練後、屈伸方向負荷1.5
kgf、内外転方向負荷1.0kgfの場合の図であ
る。右下に目標軌道の寸法を示す。
FIG. 11 is a diagram showing a motion trajectory of a vertical eight-character trajectory following task test of patient A. (A) is before training, with no load,
In the case of (b) before the exercise, the load in the bending / expanding direction is 2.0 kgf, and the load in the abduction / extension direction is not applied.
It is a figure in the case of kgf and load 1.0kgf in inner-outer rotation direction. The dimensions of the target trajectory are shown in the lower right.

【図12】患者N氏の斜8字軌道追従課題検査の運動軌
道を示す図である。(a)は訓練前、無負荷の場合、
(b)は訓練前、屈伸方向負荷1.5kgf、内外転方
向負荷1.0kgfの場合、(c)は訓練後、屈伸方向
負荷1.5kgf、内外転方向負荷1.0kgfの場合
の図である。右下に目標軌道の寸法を示す。
FIG. 12 is a diagram showing a motion trajectory of an oblique 8-figure trajectory following task test for patient N. (A) is before training, with no load,
(B) is a diagram before and after the training, when the bending and stretching direction load is 1.5 kgf and the inner and outer rotation direction load is 1.0 kgf, and (c) is after the training, when the bending and stretching direction load is 1.5 kgf and the inner and outer rotation direction load is 1.0 kgf. is there. The dimensions of the target trajectory are shown in the lower right.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 下肢の足部 201 運動面設定平板 211 足部の支持部 213 足部把持版 215 外枠 217 支持部の基部上板 219 支持部の基部下板 221、223 直動ガイド 225、227 ベルトとプーリからなる動力伝導部 231、233 ブレーキ 235、237 ブレーキ用サーボアンプ 241、243 ロードセル 245、247 ロードセル用アンプ 251、253 ロータリエンコーダ 301、303 負荷抵抗部 305、307 力計測部 309、311 位置計測部 401、403 負荷抵抗目標指令 405、407 力情報 409、411 位置情報 451 視覚刺激情報 501 コンピュータ 503 演算処理部 511 可動域計測部 513 目標運動軌道生成部 515 動作解析部 521 標準運動軌道記憶部 523 動作データ記憶部 601 ディスプレー 611 ディスプレーに呈示された力指標 613 ディスプレーに呈示された負荷抵抗の目標値 621 ディスプレーに呈示された位置指標 623 ディスプレーに呈示された目標軌道 625 ディスプレーに呈示された目標指標 101 Lower limb foot 201 Motion plane setting plate 211 Foot support 213 foot grip plate 215 outer frame 217 Support upper part base plate 219 Lower base plate of support 221, 223 Linear motion guide 225, 227 Power transmission part consisting of belt and pulley 231 and 233 brakes 235, 237 Brake servo amplifier 241,243 load cell 245, 247 Load cell amplifier 251, 253 rotary encoder 301, 303 Load resistance part 305, 307 Force measurement unit 309, 311 Position measurement unit 401, 403 Load resistance target command 405 and 407 force information 409,411 Position information 451 Visual stimulation information 501 computer 503 Arithmetic processing unit 511 Range of motion measurement unit 513 Target motion trajectory generation unit 515 Motion analysis unit 521 Standard motion trajectory storage unit 523 Operation data storage unit 601 display 611 Force index presented on the display Target value of load resistance presented on the 613 display Position indicator presented on the 621 display Target trajectory presented on the 623 display Target index presented on the 625 display

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 正貴 鹿児島県鹿児島郡吉田町牟礼岡二丁目19− 2 (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 林 良太 鹿児島県鹿児島市宇宿一丁目51−14−205 Fターム(参考) 4C038 VA04 VA20 VB12 VB14 VC20   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masataka Ono             2-19, Mureoka, Yoshida-cho, Kagoshima-gun, Kagoshima             Two (72) Inventor Yuei             2-2-502 Motomachi, Higashi-gun, Kagoshima City, Kagoshima Prefecture (72) Inventor Ryota Hayashi             Kagoshima Prefecture Kagoshima City Ujuku 1-chome 51-14-205 F-term (reference) 4C038 VA04 VA20 VB12 VB14 VC20

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上肢もしくは下肢の運動機能の回復、維
持および強化を目的とする運動療法を実施するための装
置であって、被訓練者の上肢もしくは下肢の運動に負荷
抵抗を与える負荷抵抗手段と、被訓練者の上肢の手部も
しくは下肢の足部を支持してこの運動を平面内に実現す
る運動面設定手段と、手部もしくは足部の前記平面内の
位置、ならびに上肢もしくは下肢の前記負荷抵抗および
それに対する発揮力を計測する動作計測手段と、被訓練
者が運動した手部もしくは足部の位置を位置指標として
呈示したり、上肢もしくは下肢の発揮力を力指標として
呈示したりする動作指標呈示手段と、被訓練者が運動す
べき手部もしくは足部の被訓練者固有の目標運動軌道を
呈示したり、上肢あるいは下肢の負荷抵抗の目標値を呈
示したりする目標動作軌道呈示手段とを有する運動療法
装置。
1. A device for performing exercise therapy for the purpose of recovering, maintaining and strengthening the motor function of an upper limb or a lower limb, which is a load resistance means for giving a load resistance to the exercise of the upper limb or the lower limb of a trainee. And a movement plane setting means for supporting the hand of the trainee's upper limb or foot of the lower limb to realize this movement in a plane, the position of the hand or foot in the plane, and the upper limb or lower limb. Motion measuring means for measuring the load resistance and exerted force against it, and presenting the position of the hand or foot exercised by the trainee as a position index, or presenting the exerted force of the upper limb or lower limb as a force index And a target motion for presenting a target motion trajectory peculiar to the trainee on the hand or foot to be exercised, or presenting a target value of load resistance of the upper or lower limbs. An exercise therapy device having a work trajectory display means.
【請求項2】 前記負荷抵抗手段が、被訓練者の自動運
動に対して負荷抵抗を発生し、この負荷抵抗はその目標
値を前記動作計測手段による位置および/または発揮力
の計測値を用いて、設定しおよび/または可変にするこ
とができる請求項1に記載の運動療法装置。
2. The load resistance means generates a load resistance with respect to an automatic exercise of a trainee, and a target value of this load resistance is obtained by using a measured value of a position and / or exerted force by the motion measuring means. 2. The exercise therapy device according to claim 1, which can be set and / or made variable.
【請求項3】 前記運動面設定手段が、手部もしくは足
部の関節自由度を拘束せず被訓練者の手部もしくは足部
を支持部に保持し、傾いた平面内で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上肢もしくは下肢の運動を実現
する請求項1または請求項2に記載の運動療法装置。
3. The exercise plane setting means holds the hand or foot of the trainee on a support without restraining the degree of freedom of joint of the hand or foot, and moves in the orthogonal coordinate direction in an inclined plane. The exercise therapy device according to claim 1 or 2, wherein movement of the upper limbs or lower limbs of the trainee is realized by a linear motion mechanism that performs a movement and a link mechanism that performs a movement in a polar coordinate direction.
【請求項4】 前記目標動作軌道呈示手段と動作指標呈
示手段により、目標動作軌道と動作指標を同一のディス
プレーに呈示し、視覚刺激を利用したバイオフィードバ
ックループを構成する請求項1から請求項3に記載した
いずれかの運動療法装置。
4. The biofeedback loop utilizing visual stimuli, wherein the target motion trajectory presenting means and the motion index presenting means present the target motion trajectory and the motion index on the same display, thereby forming a biofeedback loop utilizing visual stimulation. The exercise therapy device according to any one of 1.
【請求項5】 被訓練者の手部もしくは足部を支持して
この運動を平面内に実現する運動療法システムであっ
て、前記負荷抵抗手段と、前記動作計測手段と、被訓練
者が運動すべき手部もしくは足部の位置データである標
準軌道とその標準移動速度の時系列データとからなる標
準運動軌道を記憶した標準運動軌道記憶手段と、被訓練
者の手部もしくは足部の可能な運動範囲を測定し、可動
域特性値を算出する可動域計測手段と、前記可動域特性
値に基づき前記標準運動軌道を変換して被訓練者固有の
目標運動軌道を生成する目標運動軌道生成手段と、前記
目標動作軌道呈示手段と、前記動作指標呈示手段と、前
記動作計測手段により計測された動作データを記憶する
動作データ記憶手段と、この記憶された動作データを解
析する動作解析手段とを有する運動療法システム。
5. An exercise therapy system for supporting a hand or foot of a trainee to realize this exercise in a plane, wherein the load resistance means, the motion measuring means, and the trainee exercise. Standard movement trajectory storage means that stores a standard movement trajectory consisting of the position data of the hand or foot to be moved and time-series data of the standard movement speed, and the hand or foot of the trainee Range of motion measuring means for measuring a range of motion and calculating a range of motion characteristic value, and generation of a target range of motion of the trainee by converting the standard motion path based on the range of motion characteristic value Means, the desired motion trajectory presentation means, the motion index presentation means, a motion data storage means for storing the motion data measured by the motion measuring means, and a motion analysis means for analyzing the stored motion data. Exercise therapy system having.
【請求項6】 前記可動域計測手段が、被訓練者の手部
もしくは足部が前記運動面設定手段から定まる平面内に
支持された状態で、被訓練者の上肢もしくは下肢を前方
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、前記手部もしくは足部の可動域特性値
を算出する請求項5に記載の運動療法システム。
6. The upper limit or lower limb of the trainee is extended forward with the range of motion measuring means supported in a plane defined by the exercise surface setting means with the hand or foot of the trainee. The exercise therapy system according to claim 5, wherein positions of points, horizontal abduction points, and body-bent points are measured to calculate a range of motion characteristic value of the hand or foot.
【請求項7】 前記標準運動軌道の標準軌道が、縦一
字、右斜一字、左斜一字、縦8字、右斜8字、左斜8
字、およびS字/一字組合せのパターンを有する請求項
5または請求項6に記載の運動療法システム。
7. The standard trajectory of the standard motion trajectory is one vertical line, one right diagonal line, one left diagonal line, eight vertical lines, eight right diagonal lines, and eight left diagonal lines.
The exercise therapy system according to claim 5 or 6, which has a character pattern and an S-character / one-character combination pattern.
【請求項8】 前記標準運動軌道が、手部もしくは足部
が軌道上を一周する運動周期と前記可動域特性値とをパ
ラメータとして含む請求項5から請求項7に記載したい
ずれかの運動療法システム。
8. The exercise therapy according to any one of claims 5 to 7, wherein the standard motion trajectory includes, as parameters, a motion cycle in which a hand or a foot goes around the trajectory and the movable range characteristic value. system.
【請求項9】 前記目標動作軌道呈示手段が、目標運動
軌道を手部もしくは足部の位置を示す目標軌道とこの軌
道上を目標移動速度で動く目標指標とによって呈示する
ことができる請求項5から請求項8に記載したいずれか
の運動療法システム。
9. The target motion trajectory presenting means can present a target motion trajectory by a target trajectory indicating a position of a hand or a foot and a target index moving on the trajectory at a target moving speed. 9. The exercise therapy system according to any one of claims 8 to 9.
【請求項10】 前記動作指標呈示手段が、手部もしく
は足部の位置およびその移動速度を、同一呈示、線対称
呈示および点対称呈示する機能を有する請求項5から請
求項9に記載したいずれかの運動療法システム。
10. The operation index presenting means has a function of presenting the position of the hand or foot and the moving speed thereof in the same presentation, line symmetry presentation and point symmetry presentation. Exercise therapy system.
【請求項11】 前記動作解析手段が、手部もしくは足
部が運動した軌道長さ、その運動周期、位置指標と目標
軌道との距離である軌道誤差、軌道誤差の時間積分、軌
道誤差の面積、位置指標と目標指標との距離である指標
誤差、指標誤差の時間積分、手部もしくは足部の迷い回
数、軌道誤差のスペクトル密度、上肢もしくは下肢の発
揮力、発揮力の最大値、発揮力の最小値、発揮力の平均
値、発揮力の仕事量、および発揮力の時間積分を算出す
る請求項5から請求項10に記載したいずれかの運動療
法システム。
11. The motion analysis means uses the orbital length of movement of the hand or foot, its movement cycle, orbital error which is the distance between the position index and the target orbit, time integration of the orbital error, and area of the orbital error. , Index error which is the distance between position index and target index, time integration of index error, number of hesitation of hand or foot, spectral density of orbital error, upper limb or lower limb exertion power, maximum exertion power, exertion power The exercise therapy system according to any one of claims 5 to 10, wherein the minimum value, the average value of the exertion power, the work amount of the exertion power, and the time integral of the exertion power are calculated.
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