JP2004081576A - リハビリテーション支援装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】訓練者9の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の下肢を装着する下肢装着部6又は7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備えた。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、運動機能や脳機能などに傷害を持つ患者を対象とし、リハビリテーションを行っている患者の状態を計測し、訓練内容を評価するリハビリテーション支援装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の肢体駆動装置の制御装置においては、人間の肢体位置を監視しながらそれを動かし、関節に無理な負荷をかけず、装置自体にも安全性を持たせながら治療を行うものがある(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−154900号公報
【0004】
以下、特開平9−154900号公報記載の肢体駆動装置の制御装置について図14を用いて簡単に説明する。
図14において、101は駆動装置のアーム、102は肢体、103はスプリント(手先位置)、104は力センサ、105はモータ、106は回転角検出部、107はアナログ/デジタル変換器、108は変位演算処理部、109は逆運動学計算部、110bは目標位置設定部、111は回転角変換回路、112はゲイン積分器、113はデジタル/アナログ変換器、114はサーボアンプ、115bは肢体位置算出部、116はインピーダンス変換部、117は関節負荷計測センサである。
以上の構成において、駆動装置のアーム101を用いて訓練パターンで肢体102を駆動し、力センサ104においてスプリント103にかかる負荷を計測し、図示しない負荷推定部において装置に取り付けられた肢体への負荷を常に監視し、インピーダンス変換部116において肢体への過負荷付近によりインピーダンス定数を変更し、訓練軌道に沿って動作する。
上記のような肢体駆動装置の制御装置において、肢体に装着した装置の動作によって肢体を動かす目的で、装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御し、肢体を訓練軌道に沿って動作させるようになっている。
また、装置に足関節駆動部を備え、肢体の足関節の訓練を行う足関節装置がある。例えば、酒井医療株式会社のアンクルストレッチャーがある。
ここで、第21回バイオメカニズム学術講演会予稿集(P415〜418,2000年11月23、24日)に基づいて、筋硬度計について説明する。筋硬度を計測し、客観的に評価する研究は多数ある。
これらは、被計測部に対する負荷方法により、動的荷重パターン、静的荷重パターンの2つに大別される。動的荷重パターンは、荷重を周期的に変化させるのが特徴であり、代表例として、筋に振動もしくは衝撃を与え、その周波数応答から硬さを評価する方法が挙げられる。
一方、静的荷重パターンに分類されるものとして、生体にステップ状の負荷をかけたときの応答を利用するもの、触診動作を模倣したものがあげられる。荷重が周期的でないのが特徴で、筋の力学的性質をモデル化することにより硬さを評価するものが多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の肢体駆動装置の制御装置においては、肢体に装着した装置の動作によって肢体を動かす目的で、装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御し、肢体を訓練軌道に沿って動作させることができるが、歩行周期の位相にあわせて股・膝・足関節駆動部を駆動し、訓練者の下肢の筋硬度を計測するとともに、前記筋硬度に応じて、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を変化させながら、歩行周期にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることができなかった。
また、従来の足関節装置においては、足関節の底屈・背屈訓練はできるが、歩行周期の位相にあわせて股・膝・足関節駆動部を駆動し、訓練者の下肢の筋硬度を計測するとともに、前記筋硬度に応じて、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を変化させながら、歩行周期にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることができなかった。
したがって、本発明の目的は、歩行周期にあわせて股・膝・足関節駆動部を駆動し、訓練者の下肢の筋硬度を計測するとともに、前記筋硬度に応じて、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を変化させながら、歩行周期にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させる筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置を提供することである。
また、訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)が急激に緊張した場合、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項1記載のリハビリテーション支援装置は、訓練者の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部を備えた下肢訓練装置において、訓練者の下肢を装着する下肢装着部に訓練者の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計と、下肢駆動部に訓練者の足関節を駆動する足関節駆動部と、コントローラ内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記コントローラ内に訓練者の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部とを備えたことを特徴とする。
また、請求項2記載の発明は、訓練者の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部を備えた下肢訓練装置において、訓練者の下肢を装着する下肢装着部に訓練者の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計と、下肢駆動部に訓練者の足関節を駆動する足関節駆動部と、コントローラ内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記コントローラ内に訓練者の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部とを備え、
前記訓練結果評価部が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、
Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、
SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、
それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラに動作指令を与えることを特徴とする。
さらに、請求項3記載の発明は、訓練者の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部を備えた下肢訓練装置において、訓練者の下肢を装着する下肢装着部に訓練者の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計と、下肢駆動部に訓練者の足関節を駆動する足関節駆動部と、コントローラ内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記コントローラ内に訓練者の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部とを備え、前記訓練結果評価部が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、
Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、
SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、
それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラに動作指令を与え、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることを特徴とする。
以上の請求項1〜3のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置によれば、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることが可能となるので、訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、股、膝もしくは足関節を屈曲させることができ、効果的なリハビリ訓練ができるようになる。
【0007】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、下肢の筋硬度を腓腹筋の筋硬度とし、足関節の最大背屈角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて足関節を背屈させることを特徴とする。
上記構成のリハビリテーション支援装置によれば、足関節の最大背屈角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて足関節を背屈させることで、訓練者の腓腹筋の筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、足関節を背屈させることができ、効果的なリハビリ訓練ができるようになる。
請求項5記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、下肢の筋硬度をハムストリングスの筋硬度とし、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLR(Straight leg raising)でストレッチ運動訓練を行わせることを特徴とする。
上記構成のリハビリテーション支援装置によれば、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLRでストレッチ運動訓練を行わせることで、訓練者のハムストリングスの筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、股関節の最大屈曲角度を変化させながらSLRでストレッチ運動訓練ができるようになる。
請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、前記訓練結果評価部が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の下肢の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、もしくはZ(>Y)回前の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の下肢の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、前記コントローラに動作指令を与え、前記下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにすることを特徴とする。
上記構成のリハビリテーション支援装置によれば、前記下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにすることで、訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)が急激に硬くなった場合、訓練者の下肢にかかる負荷を低減することができるようになる。
請求項7記載の発明は、請求項6記載のリハビリテーション支援装置において、下肢の筋硬度をハムストリングスの筋硬度とし、前記下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにすることを特徴とする。
上記構成のリハビリテーション支援装置によれば、前記下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにすることで、訓練者のハムストリングスの筋硬度(筋緊張の度合い)が急激に硬くなった場合、訓練者の下肢にかかる負荷を低減することができるようになる。
請求項8記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、前記足関節駆動部が、回転機構を備え、前記コントローラの動作指令を基に、訓練者の足関節を底屈、背屈させることを特徴とする。
上記構成のリハビリテーション支援装置によれば、前記足関節駆動部が、回転機構を備え、前記コントローラの動作指令を基に、訓練者の足関節を底屈、背屈させることで、歩行周期の位相にあわせて、足関節を底屈、背屈させることができ、効果的なリハビリ訓練ができるようになる。
【0008】
【発明の実施形態】
本発明の第1の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置について図1〜図4に基づいて説明する。
図1において、1は下肢訓練装置、2はコントローラ、3は訓練結果評価部、4は訓練データ記憶部、5は力センサ、6は大腿装着部、7は下腿装着部、8は訓練軌道(歩行パターン)、9は訓練者、10は下肢駆動部、11は操作パネル、12は筋硬度計、13は足関節駆動部である。
図2は、本発明の実施の形態の歩行パターンの実現と、健常者の歩行周期の踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、尖足離地、遊脚初期および遊脚後期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンを示す図である。
図3は健常者の歩行周期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンを示す図である。
図4は訓練者の履歴で、(a)は訓練者の股関節の最大屈曲角度の履歴、(b)は訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴である。
まず、図3の健常者の歩行周期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンについて説明する。
踵接地において、股関節は最大屈曲位となり以後伸展していき、膝関節はほぼ完全伸展し以後屈曲していき、足関節は背屈位から底屈していく。
足底接地において、股関節は伸展していき、膝関節は屈曲していき、足関節は底屈位(約10°)となる。
立脚中期において、股関節は伸展していき、膝関節は立脚期での最大屈曲位(約20°)となり、足関節は背屈していく。
踵離地において、股関節は最大伸展位(約10°)となり、膝関節は伸展から屈曲に変わっていき、足関節は最大背屈位(約10°)となり以後は底屈していく。
足尖離地において、股関節は屈曲に向かい、膝関節は屈曲に向かい、足関節は最大底屈位(約20°)となる。遊
脚初期において、股関節は加速しながら屈曲していき、膝関節は最大約60°まで屈曲していき、足関節は背屈していく。
遊脚後期において、股関節は減速しながら屈曲していき、膝関節は伸展していき、足関節は背屈位を保つ。
健常者の歩行時には、上記踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、足尖離地、遊脚初期および遊脚後期が繰り返される。
【0009】
図2は、訓練結果評価部がコントローラに動作指令を与え、コントローラが下肢駆動部、足関節駆動部を制御し歩行パターンを実現した図である。(a)は踵接地、(b)は足底接地、(c)は立脚中期、(d)は踵離地、(e)は足尖離地、(f)は遊脚初期、(g)は遊脚後期を実現した図である。
医師や理学療法士が、操作パネルを用いて、訓練内容(訓練モード、繰り返し回数、硬さ、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度、訓練軌道(歩行パターン))を入力し、訓練データ記憶部から訓練軌道(歩行パターン)のデータが呼び出される。
そして、コントローラが下肢駆動部、足関節駆動部を制御し、踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、足尖離地、遊脚初期および遊脚後期を1周期とする歩行パターンに沿って、他動運動訓練の動作を繰り返す。
また、力センサにより訓練者の発生する力を検出し、コントローラが下肢駆動部をメカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)制御して、訓練者に無理な負荷がかからないようにする。
歩行周期の踵接地の位相において、コントローラが、I/Oポートを介して筋硬度計の内部に備えられたアクチュエータを駆動することで、訓練者の下肢たとえばハムストリングスの筋硬度を計測し、訓練データ記憶部が訓練者のハムストリングスの筋硬度を記憶する。
訓練結果評価部が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相におけるハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、(Sp−SN)としきい値Sε1との大小関係を判断する。
訓練結果評価部は、X回前の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相におけるハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股関節の屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股関節の屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股関節の最大屈曲角度を維持し、コントローラに動作指令を与え、歩行周期の位相にあわせて下肢駆動部を駆動することで、股関節を屈曲させる。
【0010】
図4(a)に示す訓練者の股関節の最大屈曲角度の履歴、図4(b)に示す訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴について説明する。
1回目から(X+1)回目までの繰り返し訓練において、股関節の最大屈曲角度は、医師や理学療法士が設定した角度θとなっている。
1回目の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相における訓練者のハムストリングスの筋硬度SpがA、(X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNが(A−2Sε1)であり、Sp−SN>Sε1の場合に相当するため、(X+2)回目から(2X+1)回目までの繰り返し訓練においては、股関節の最大屈曲角度がα°拡大し、股関節の最大屈曲角度はθ+α°となっている。
(X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spが(A−2Sε1)、(2X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNが(A−2Sε1+1.5Sε2)であり、SN−Sp>Sε2の場合に相当するため、(2X+2)回目から(3X+1)回目までの繰り返し訓練においては、股関節の屈曲角度をβ°縮小し、股関節の最大屈曲角度はθ+α°−β°となっている。
(2X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spが(A−2Sε1+1.5Sε2)、(3X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の踵接地の位相における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNが(A−2Sε1+Sε2)であり、それ以外の場合に相当するため、(3X+2)回目から(4X+1)回目までの繰り返し訓練においては、X回前の繰り返し訓練における股関節の最大屈曲角度を維持し、股関節の最大屈曲角度はθ+α°−β°となっている。
【0011】
本発明の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置は、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の大腿を装着する大腿装着部6に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者9の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与え、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることである。
【0012】
本発明の実施の形態によれば、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の大腿を装着する大腿装着部6に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者9の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与え、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることで、訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、股、膝もしくは足関節を屈曲させることができ、効果的なリハビリ訓練ができる。
【0013】
本発明の第2の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置について図5および図6に基づいて説明する。
図5において、1は下肢訓練装置、2はコントローラ、3は訓練結果評価部、4は訓練データ記憶部、5は力センサ、6は大腿装着部、7は下腿装着部、8は訓練軌道(歩行パターン)、9は訓練者、10は下肢駆動部、11は操作パネル、12は筋硬度計、13は足関節駆動部である。
図5は、本発明の実施の形態の歩行パターンの実現と、健常者の歩行周期の踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、尖足離地、遊脚初期および遊脚後期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンを示す図である。
図6(a)は訓練者の足関節の最大背屈角度の履歴である。図6(b)は訓練者の腓腹筋の筋硬度の履歴である。
図3の健常者の歩行周期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンについて説明する。
踵接地において、股関節は最大屈曲位となり以後伸展していき、膝関節はほぼ完全伸展し以後屈曲していき、足関節は背屈位から底屈していく。
足底接地において、股関節は伸展していき、膝関節は屈曲していき、足関節は底屈位(約10°)となる。
立脚中期において、股関節は伸展していき、膝関節は立脚期での最大屈曲位(約20°)となり、足関節は背屈していく。
踵離地において、股関節は最大伸展位(約10°)となり、膝関節は伸展から屈曲に変わっていき、足関節は最大背屈位(約10°)となり以後は底屈していく。
足尖離地において、股関節は屈曲に向かい、膝関節は屈曲に向かい、足関節は最大底屈位(約20°)となる。
遊脚初期において、股関節は加速しながら屈曲していき、膝関節は最大約60°まで屈曲していき、足関節は背屈していく。
遊脚後期において、股関節は減速しながら屈曲していき、膝関節は伸展していき、足関節は背屈位を保つ。
健常者の歩行時には、上記踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、足尖離地、遊脚初期および遊脚後期が繰り返される。
【0014】
図2は、訓練結果評価部がコントローラに動作指令を与え、コントローラが下肢駆動部、足関節駆動部を制御し歩行パターンを実現した図である。(a)は踵接地、(b)は足底接地、(c)は立脚中期、(d)は踵離地、(e)は足尖離地、(f)は遊脚初期、(g)は遊脚後期を実現した図である。医師や理学療法士が、操作パネルを用いて、訓練内容(訓練モード、繰り返し回数、硬さ、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度、訓練軌道(歩行パターン))を入力し、訓練データ記憶部から訓練軌道(歩行パターン)のデータが呼び出される。
そして、コントローラが下肢駆動部、足関節駆動部を制御し、踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、足尖離地、遊脚初期および遊脚後期を1周期とする歩行パターンに沿って、他動運動訓練の動作を繰り返す。
また、力センサにより訓練者の発生する力を検出し、コントローラが下肢駆動部をメカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)制御して、訓練者に無理な負荷がかからないようにする。
歩行周期の足尖離地の位相において、コントローラが、I/Oポートを介して筋硬度計の内部に備えられたアクチュエータを駆動することで、訓練者の下肢たとえば腓腹筋の筋硬度を計測し、訓練データ記憶部が訓練者の腓腹筋の筋硬度を記憶する。訓練結果評価部が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、(Sp−SN)としきい値Sε1との大小関係を判断する。訓練結果評価部は、X回前の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、足関節の背屈角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε1の場合、足関節の背屈角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における足関節の最大背屈角度を維持し、コントローラに動作指令を与え、歩行周期の位相にあわせて足関節駆動部を駆動することで、足関節を背屈させる。
【0015】
図6(a)に示す訓練者の足関節の最大背屈角度の履歴、図6(b)に示す訓練者の腓腹筋の筋硬度の履歴について説明する。
1回目から(X+1)回目までの繰り返し訓練において、足関節の最大背屈角度は、医師や理学療法士が設定した角度θとなっている。1回目の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度SpがA、(X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNが(A−2Sε1)であり、Sp−SN>Sε1の場合に相当するため、(X+2)回目から(2X+1)回目までの繰り返し訓練においては、足関節の最大背屈角度がα°拡大し、足関節の最大背屈角度はθ+α°となっている。
(X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度Spが(A−2Sε1)、(2X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNが(A−2Sε1+1.5Sε2)であり、SN−Sp>Sε2の場合に相当するため、(2X+2)回目から(3X+1)回目までの繰り返し訓練においては、足関節の背屈角度をβ°縮小し、足関節の最大背屈角度はθ+α°−β°となっている。(2X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地の位相における訓練者の腓腹筋の筋硬度Spが(A−2Sε1+1.5Sε2)、(3X+1)回目の繰り返し訓練での歩行周期の足尖離地における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNが(A−2Sε1+Sε2)であり、それ以外の場合に相当するため、(3X+2)回目から(4X+1)回目までの繰り返し訓練においては、X回前の繰り返し訓練における足関節の最大背屈角度を維持し、足関節の最大背屈角度はθ+α°−β°となっている。
【0016】
本発明の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置は、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の下腿を装着する下腿装着部7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者9の腓腹筋の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者9の腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、足関節の最大背屈角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、足関節の最大背屈角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における足関節の最大背屈角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与え、足関節の最大背屈角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて足関節を背屈させることである。
【0017】
本発明の実施の形態によれば、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の下腿を装着する下腿装着部7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者9の腓腹筋の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者9の腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、足関節の最大背屈角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、足関節の最大背屈角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における足関節の最大背屈角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与え、足関節の最大背屈角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて足関節を背屈させることで、訓練者の腓腹筋の筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、足関節を背屈させることができ、効果的なリハビリ訓練ができる。
【0018】
本発明の第3の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置について図7および図8に基づいて説明する。
図7において、1は下肢訓練装置、2はコントローラ、3は訓練結果評価部、4は訓練データ記憶部、5は力センサ、6は大腿装着部、7は下腿装着部、9は訓練者、10は下肢駆動部、11は操作パネル、12は筋硬度計、14は訓練軌道(SLR)である。
図8(a)は訓練者の股関節の最大屈曲角度の履歴である。図8(b)は訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴である。
医師や理学療法士が、操作パネルを用いて、訓練内容(訓練モード、繰り返し回数、硬さ、股関節の最大屈曲角度、訓練軌道(SLR))を入力し、訓練データ記憶部から訓練軌道(SLR)のデータが呼び出される。
そして、コントローラが下肢駆動部をメカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)制御し、訓練軌道(SLR)に沿って動作させることで、訓練者は訓練軌道(SLR)に沿ってストレッチ運動訓練を繰り返し行うことができる。
股関節最大屈曲位において、コントローラが、I/Oポートを介して筋硬度計の内部に備えられたアクチュエータを駆動することで、訓練者のハムストリングスの筋硬度を計測し、訓練データ記憶部が訓練者のハムストリングスの筋硬度を記憶する。
訓練結果評価部が、X回前の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、(Sp−SN)としきい値Sε2との大小関係を判断する。
訓練結果評価部は、X回前の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股関節の最大屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股関節の最大屈曲角度を維持し、コントローラに動作指令を与え、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLRでストレッチ運動訓練を行わせる。
【0019】
図8(a)に示す訓練者の股関節の最大屈曲角度の履歴、図8(b)に示す訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴について説明する。
1回目から(X+1)回目までの繰り返し訓練において、股関節の最大屈曲角度は、医師や理学療法士が設定した角度θとなっている。1回目の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SpがC、(X+1)回目の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNが(C−2Sε2)であり、Sp−SN>Sε1の場合に相当するため、(X+2)回目から(2X+1)回目までの繰り返し訓練においては、股関節の最大屈曲角度がα°拡大し、股関節の最大屈曲角度はθ+α°となっている。
(2X+1)回目の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spが(C−2Sε1)、(2X+1)回目の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNが(C−2Sε1+1.5Sε2)であり、SN−Sp>Sε2の場合に相当するため、(2X+2)回目から(3X+1)回目までの繰り返し訓練においては、股関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、足関節の最大背屈角度はθとなっている。
(2X+2)回目の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Spが(C−2Sε1+1.5Sε2)、(3X+1)回目の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNが(C−2Sε1+Sε2)であり、それ以外の場合に相当するため、(3X+2)回目から(4X+1)回目までの繰り返し訓練においては、X回前の繰り返し訓練における股関節の最大屈曲角度を維持し、股関節の最大屈曲角度はθとなっている。
【0020】
本発明の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置は、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の大腿を装着する大腿装着部6に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者9のハムストリングスの筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者9のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股関節の最大屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与え、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLR(Straight leg raising)でストレッチ運動訓練を行わせることである。
【0021】
本発明の実施の形態によれば、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の大腿を装着する大腿装着部6に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者9のハムストリングスの筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での股関節最大屈曲位における訓練者9のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股関節の最大屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与え、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLR(Straight leg raising)でストレッチ運動訓練を行わせることで、訓練者のハムストリングスの筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、股関節の最大屈曲角度を変化させながらSLRでストレッチ運動訓練ができる。
【0022】
本発明の第4の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置について図9および図10に基づいて説明する。
図9において、1は下肢訓練装置、2はコントローラ、3は訓練結果評価部、4は訓練データ記憶部、5は力センサ、6は大腿装着部、7は下腿装着部、8は訓練軌道(歩行パターン)、9は訓練者、10は下肢駆動部、11は操作パネル、12は筋硬度計、13は足関節駆動部である。
図10(a)は訓練者の腓腹筋の筋硬度の履歴1である。図10(b)は訓練者の腓腹筋の筋硬度の履歴2である。
医師や理学療法士が、操作パネルを用いて、訓練内容(訓練モード、繰り返し回数、硬さ、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度、訓練軌道(歩行パターン))を入力し、訓練データ記憶部から訓練軌道(歩行パターン)のデータが呼び出される。
そして、コントローラが下肢駆動部をメカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)制御し、訓練軌道(歩行パターン)に沿って動作させることで、訓練者は訓練軌道(歩行パターン)に沿って訓練を繰り返し行うことができる。ある肢位において、コントローラが、I/Oポートを介して筋硬度計の内部に備えられたアクチュエータを駆動することで、訓練者の腓腹筋の筋硬度を計測し、訓練データ記憶部が訓練者の腓腹筋の筋硬度を記憶する。
訓練結果評価部が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、(SN−Sp1)としき値Sε3との大小関係を判断する。
訓練結果評価部は、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
図10(a)に示す訓練者の腓腹筋の筋硬度の履歴1について説明する。
(M−Y)回目の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度Sp1がD、M回目の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNが(D+2Sε3)であり、SN−Sp1>Sε3の場合に相当するため、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
また、訓練結果評価部は、Z(>Y)回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、(SN−Sp2)としきい値Sε4との大小関係を判断する。
訓練結果評価部は、Z回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
【0023】
図10(b)に示す訓練者の腓腹筋の筋硬度の履歴2について説明する。
(N−Z)回目の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度Sp2がE、N回目の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の腓腹筋の筋硬度SNが(E+2Sε4)であり、SN−Sp2>Sε4の場合に相当するため、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
本発明の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置は、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の下腿を装着する下腿装着部7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、訓練結果評価部3が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、もしくはZ(>Y)回前の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、前記コントローラ2に動作指令を与え、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることである。
【0024】
本発明の実施の形態によれば、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の下腿を装着する下腿装着部7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、訓練結果評価部3が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、もしくはZ(>Y)回前の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、前記コントローラ2に動作指令を与え、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることで、訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)が急激に硬くなった場合、訓練者の下肢にかかる負荷を低減することができる。
【0025】
本発明の第5の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置について図11および図12に基づいて説明する。
図11において、1は下肢訓練装置、2はコントローラ、3は訓練結果評価部、4は訓練データ記憶部、5は力センサ、6は大腿装着部、7は下腿装着部、9は訓練者、10は下肢駆動部、11は操作パネル、12は筋硬度計、14は訓練軌道(SLR)である。
図12は訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴を示す図で、(a)は筋硬度の履歴1、(b)は筋硬度の履歴2を示す図である。
医師や理学療法士が、操作パネルを用いて、訓練内容(訓練モード、繰り返し回数、硬さ、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度、訓練軌道(SLRなど))を入力し、訓練データ記憶部から訓練軌道(SLR)のデータが呼び出される。
そして、コントローラが下肢駆動部をメカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)制御し、訓練軌道(SLR)に沿って動作させることで、訓練者は訓練軌道(SLR)に沿ってストレッチ運動訓練を繰り返し行うことができる。ある肢位において、コントローラが、I/Oポートを介して筋硬度計の内部に備えられたアクチュエータを駆動することで、訓練者のハムストリングスの筋硬度を計測し、訓練データ記憶部が訓練者のハムストリングスの筋硬度を記憶する。
訓練結果評価部が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、(SN−Sp1)としき値Sε3との大小関係を判断する。
訓練結果評価部は、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
【0026】
図12(a)に示す訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴1について説明する。
(M−Y)回目の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Sp1がD、M回目の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNが(D+2Sε3)であり、SN−Sp1>Sε3の場合に相当するため、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
また、訓練結果評価部は、Z(>Y)回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、(SN−Sp2)としきい値Sε4との大小関係を判断する。
訓練結果評価部は、Z回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
【0027】
図12(b)に示す訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴2について説明する。
(N−Z)回目の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度Sp2がE、N回目の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者のハムストリングスの筋硬度SNが(E+2Sε4)であり、SN−Sp2>Sε4の場合に相当するため、コントローラを介して、メカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)の係数の剛性K1を0(K1=0)とすることで、下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにする。
本発明の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置は、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の大腿を装着する大腿装着部6に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、訓練結果評価部3が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、もしくはZ(>Y)回前の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、前記コントローラ2に動作指令を与え、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることである。
【0028】
本発明の実施の形態によれば、訓練者9の肢体に装着した装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の大腿を装着する大腿装着部6に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、訓練結果評価部3が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、もしくはZ(>Y)回前の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、前記コントローラ2に動作指令を与え、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることで、訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)が急激に硬くなった場合、訓練者の下肢にかかる負荷を低減することができる。
【0029】
本発明の第6の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置について図13に基づいて説明する。
図13(a)において、1は下肢訓練装置、2はコントローラ、3は訓練結果評価部、4は訓練データ記憶部、5は力センサ、6は大腿装着部、7は下腿装着部、8は訓練軌道(歩行パターン)、9は訓練者、10は下肢駆動部、11は操作パネル、12は筋硬度計、13は足関節駆動部、14は回転機構である。
図13(b)は足関節駆動部を示す図である。
図2および図3は、本発明の実施の形態の歩行パターンの実現と、健常者の歩行周期の踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、尖足離地、遊脚初期および遊脚後期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンを示す図である。
まず、図3の健常者の歩行周期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンについて説明する。
踵接地において、股関節は最大屈曲位となり以後伸展していき、膝関節はほぼ完全伸展し以後屈曲していき、足関節は背屈位から底屈していく。足底接地において、股関節は伸展していき、膝関節は屈曲していき、足関節は底屈位(約10°)となる。
立脚中期において、股関節は伸展していき、膝関節は立脚期での最大屈曲位(約20°)となり、足関節は背屈していく。
踵離地において、股関節は最大伸展位(約10°)となり、膝関節は伸展から屈曲に変わっていき、足関節は最大背屈位(約10°)となり以後は底屈していく。
足尖離地において、股関節は屈曲に向かい、膝関節は屈曲に向かい、足関節は最大底屈位(約20°)となる。
遊脚初期において、股関節は加速しながら屈曲していき、膝関節は最大約60°まで屈曲していき、足関節は背屈していく。遊脚後期において、股関節は減速しながら屈曲していき、膝関節は伸展していき、足関節は背屈位を保つ。
健常者の歩行時には、上記踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、足尖離地、遊脚初期および遊脚後期が繰り返される。
図2は、訓練結果評価部がコントローラに動作指令を与え、コントローラが下肢駆動部、足関節駆動部を制御し歩行パターンを実現した図である。(a)は踵接地、(b)は足底接地、(c)は立脚中期、(d)は踵離地、(e)は足尖離地、(f)は遊脚初期、(g)は遊脚後期を実現した図である。医師や理学療法士が、操作パネルを用いて、訓練内容(訓練モード、繰り返し回数、硬さ、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度、訓練軌道(歩行パターン))を入力し、訓練データ記憶部から訓練軌道(歩行パターン)のデータが呼び出される。
そして、コントローラが下肢駆動部を制御し、踵接地、足底接地、立脚中期、踵離地、足尖離地、遊脚初期および遊脚後期を1周期とする歩行パターンに沿って、股・膝関節の他動運動訓練の動作を繰り返す。
同時に、コントローラは、股・膝関節の他動運動訓練と同期して回転機構を回転させることで足関節駆動部を駆動し、訓練者の足関節を底屈、背屈させる。
また、力センサにより訓練者の発生する力を検出し、コントローラが下肢駆動部をメカニカルインピーダンス(M1:慣性、B1:粘性、K1:剛性)制御して、訓練者に無理な負荷がかからないようにする。
【0030】
本発明の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置は、前記足関節駆動部13が、回転機構を備え、前記コントローラ2の動作指令を基に、訓練者9の足関節を底屈、背屈させることである。
本発明の実施の形態によれば、前記足関節駆動部13が、回転機構を備え、前記コントローラ2の動作指令を基に、訓練者9の足関節を底屈、背屈させることで、歩行周期の位相にあわせて、足関節を底屈、背屈させることができ、効果的なリハビリ訓練ができる。
なお、足関節駆動部に回転機構を備える代わりにスライド機構を用いて、歩行周期の位相にあわせて足底に圧力を加えてもよく、ワイヤー機構を用いて、歩行周期にあわせて足先を引っ張ってもよい。
【0031】
【発明の効果】
以上のように、請求項1記載のリハビリテーション支援装置は、訓練者9の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた下肢訓練装置1において、訓練者9の下肢を装着する下肢装着部6又は7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備えたことを特徴とし、また、請求項2記載の発明は、訓練者9の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた請求項1記載の下肢訓練装置1において、訓練者9の下肢を装着する下肢装着部6又は7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者9の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与えることを特徴とし、さらに、請求項3記載の発明は、訓練者9の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者9の肢体を訓練軌道8に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサ5または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部10を備えた請求項2記載の下肢訓練装置1において、訓練者9の下肢を装着する下肢装着部6又は7に訓練者9の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計12と、下肢駆動部10に訓練者9の足関節を駆動する足関節駆動部13と、コントローラ2内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部4と、前記コントローラ2内に訓練者9の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部3とを備え、前記訓練結果評価部3が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者9の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラ2に動作指令を与え、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることを特徴とするので、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることが可能となり、したがって訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、股、膝もしくは足関節を屈曲させることができ、効果的なリハビリ訓練ができるようになる。
【0032】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、下肢の筋硬度を腓腹筋の筋硬度とし、足関節の最大背屈角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて足関節を背屈させることを特徴とするので、足関節の最大背屈角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて足関節を背屈させることで、訓練者の腓腹筋の筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、足関節を背屈させることができ、効果的なリハビリ訓練ができるようになる。
請求項5記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、下肢の筋硬度をハムストリングスの筋硬度とし、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLRでストレッチ運動訓練を行わせることを特徴とするので、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLRでストレッチ運動訓練を行わせることで、訓練者のハムストリングスの筋硬度(筋緊張の度合い)に応じて、股関節の最大屈曲角度を変化させながらSLRでストレッチ運動訓練ができるようになる。
【0033】
請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、前記訓練結果評価部3が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、もしくはZ(>Y)回前の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者9の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、前記コントローラ2に動作指令を与え、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることを特徴とするので、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることで、訓練者の下肢の筋硬度(筋緊張の度合い)が急激に硬くなった場合、訓練者の下肢にかかる負荷を低減することができるようになる。
請求項7記載の発明は、請求項6記載のリハビリテーション支援装置において、下肢の筋硬度をハムストリングスの筋硬度とし、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることを特徴とするので、前記下肢訓練装置1の全自由度方向の動作をフリーにすることで、訓練者のハムストリングスの筋硬度(筋緊張の度合い)が急激に硬くなった場合、訓練者の下肢にかかる負荷を低減することができるようになる。
請求項8記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置において、前記足関節駆動部13が、回転機構を備え、前記コントローラ2の動作指令を基に、訓練者9の足関節を底屈、背屈させることを特徴とするので、前記足関節駆動部13が、回転機構を備え、前記コントローラ2の動作指令を基に、訓練者9の足関節を底屈、背屈させることで、歩行周期の位相にあわせて、足関節を底屈、背屈させることができ、効果的なリハビリ訓練ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置のシステム構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の歩行パターンを示す図である。
【図3】健常者の歩行周期の股関節、膝関節および足関節の関節運動と歩行パターンを示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る訓練者の履歴を示す図で、(a)は訓練者の股関節の最大屈曲角度の履歴を示す図、(b)は訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置のシステム構成を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る訓練者の履歴を示す図で、(a)は訓練者の足関節の最大背屈角度の履歴を示す図、(b)は訓練者の腓腹筋の筋硬度の履歴を示す図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置のシステム構成を示す図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態に係る訓練者の履歴を示す図で、(a)は訓練者の股関節の最大屈曲角度の履歴を示す図、(b)は訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴を示す図である。
【図9】本発明の第4の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置のシステム構成を示す図である。
【図10】本発明の第4の実施の形態に係る訓練者の履歴を示す図で、(a)は腓腹筋の筋硬度の履歴1、(b)は筋硬度の履歴2を示す図である。
【図11】本発明の第5の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置のシステム構成を示す図である。
【図12】本発明の第5の実施の形態の訓練者のハムストリングスの筋硬度の履歴を示す図で、(a)は筋硬度の履歴1、(b)は筋硬度の履歴2を示す図である。
【図13】本発明の第6の実施の形態の筋硬度を指標とするリハビリテーション支援装置で、(a)はそのシステム構成図、(b)は足関節駆動部を示す図である。
【図14】従来の下肢駆動装置のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
1 下肢訓練装置
2 コントローラ
3 訓練結果評価部
4 訓練データ記憶部
5 力センサ
6 大腿装着部
7 下腿装着部
8 訓練軌道(歩行パターン)
9 訓練者
10 下肢駆動部
11 操作パネル
12 筋硬度計
13 足関節駆動部
14 回転機構
101 駆動装置のアーム
102 肢体
103 スプリント(手先位置)
104 力センサ
105 モータ
106 回転角検出部
107 アナログ/デジタル変換器
108 変位演算処理部
109 逆運動学計算部
110b 目標位置設定部
111 回転角変換回路
112 ゲイン積分器
113 デジタル/アナログ変換器
114 サーボアンプ
115b 肢体位置算出部
116 インピーダンス変換部
117 関節負荷計測センサ
Claims (8)
- 訓練者の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部を備えた下肢訓練装置において、
訓練者の下肢を装着する下肢装着部に訓練者の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計と、下肢駆動部に訓練者の足関節を駆動する足関節駆動部と、コントローラ内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記コントローラ内に訓練者の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部とを備えたことを特徴とするリハビリテーション支援装置。 - 訓練者の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部を備えた下肢訓練装置において、
訓練者の下肢を装着する下肢装着部に訓練者の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計と、下肢駆動部に訓練者の足関節を駆動する足関節駆動部と、コントローラ内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記コントローラ内に訓練者の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部とを備え、
前記訓練結果評価部が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、
Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、
SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、
それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラに動作指令を与えることを特徴とするリハビリテーション支援装置。 - 訓練者の肢体に装着した肢体装着装置の動作によって訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し訓練を行うため前記肢体装着装置に取り付けられた力センサまたは位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢駆動部を備えた下肢訓練装置において、
訓練者の下肢を装着する下肢装着部に訓練者の下肢の筋硬度を計測する筋硬度計と、下肢駆動部に訓練者の足関節を駆動する足関節駆動部と、コントローラ内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記コントローラ内に訓練者の下肢の筋硬度を計測し訓練軌道を生成する訓練結果評価部とを備え、
前記訓練結果評価部が、X回前の繰り返し訓練での歩行周期のある位相における訓練者の下肢の筋硬度Spと、現在の繰り返し訓練での歩行周期の前記ある位相における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、
Sp−SN>Sε1の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をα°拡大し、
SN−Sp>Sε2の場合、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度をβ°縮小し、
それ以外の場合、X回前の繰り返し訓練における股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度を維持し、前記コントローラに動作指令を与え、股、膝もしくは足関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて股、膝もしくは足関節を屈曲させることを特徴とするリハビリテーション支援装置。 - 下肢の筋硬度を腓腹筋の筋硬度とし、足関節の最大背屈角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、歩行周期の位相にあわせて足関節を背屈させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置。
- 下肢の筋硬度をハムストリングスの筋硬度とし、股関節の最大屈曲角度が健常者の平均値として設定した値と同等になるまで、SLR(Straight leg raising)でストレッチ運動訓練を行わせることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置。
- 前記訓練結果評価部が、Y回前の繰り返し訓練でのある肢位における訓練者の下肢の筋硬度Sp1と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp1>Sε3の場合、もしくはZ(>Y)回前の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の下肢の筋硬度Sp2と、現在の繰り返し訓練での前記ある肢位における訓練者の下肢の筋硬度SNとを比較して、SN−Sp2>Sε4の場合、前記コントローラに動作指令を与え、前記下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置。
- 下肢の筋硬度をハムストリングスの筋硬度とし、前記下肢訓練装置の全自由度方向の動作をフリーにすることを特徴とする請求項6記載のリハビリテーション支援装置。
- 前記足関節駆動部が、回転機構を備え、前記コントローラの動作指令を基に、訓練者の足関節を底屈、背屈させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載のリハビリテーション支援装置。
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