JP2004081676A - バイオフィードバック装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えることができるバイオフィードバック装置を提供する。
【解決手段】予め設定した軌道に沿って患者の肢体を駆動する駆動手段２と、記肢体の患部の状態を前記患者または理学療法士に提示する提示手段７とを有するバイオフィードバック装置において、肢体の関節角度を計測する関節角度計測手段４と、患者の筋電図を計測する筋電計測手段５と、治療的電気刺激を与える電気刺激手段６と、患者の訓練内容を判断する判断手段８とを備え、筋電図に基づいて筋活動があるときに治療的電気刺激を与えることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】予め設定した軌道に沿って患者の肢体を駆動する駆動手段２と、記肢体の患部の状態を前記患者または理学療法士に提示する提示手段７とを有するバイオフィードバック装置において、肢体の関節角度を計測する関節角度計測手段４と、患者の筋電図を計測する筋電計測手段５と、治療的電気刺激を与える電気刺激手段６と、患者の訓練内容を判断する判断手段８とを備え、筋電図に基づいて筋活動があるときに治療的電気刺激を与えることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、全身機能低下を矯正し筋・骨格系統の機能を改善し健康状態を維持・改善する目的で、運動療法を実施できる装置、あるいは、整形外科における関節軟組織修復と関節可動域維持・拡大を目的で、予め設定された軌道に沿って肢体を駆動する装置であり、特に治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練においては、患部に電気刺激を与えるとともに、生体情報を生理学的に取り出し、工学的な方法つまり視覚、聴覚提示等により、本人に知覚させ、それにより身体の局部的反応を制御させるために、第１の実施例として、次のような治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練であった。その中でＣｏｚｅａｎ ＣＤ， Ｐｅａｓｅ ＷＳ， Ｈｕｂｂｅｌ ＳＬ：Ｂｉｏｆｅｅｄｂａｃｋ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｒｏｋｅ ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ． Ａｒｃｈ Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ Ｒｅｈａｂｉｌ ６９：４０１−４０５，１９８８．という文献では、電気刺激を用いたバイオフィードバック歩行訓練が記載されている。以下、簡単に図面を用いて説明する。図７において、１０１は訓練を行う被験者、１０２は被験者へ電気刺激を与える第１の電気刺激装置、１０３は被験者へ電気刺激を与える第２の電気刺激装置、１０４は被験者の筋電図を計測する第１の筋電計測手段、１０５は被験者の筋電図を計測する第２の筋電計測手段、１０６は被験者へ視覚提示を行う提示手段である。以上の構成において、第１の電気刺激装置において前脛骨筋を電気刺激し、第２の電気刺激装置において腓腹筋を電気刺激し、第１の筋電計測手段で前脛骨筋の筋電図を計測し、第２の筋電計測手段で腓腹筋の筋電図を計測し、提示手段により筋電図を被験者に提示する。
【０００３】
上記のような電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練において、患者の歩行の位相にあわせて歩行時の遊脚期に前脛骨筋を、立脚期に腓腹筋を電気刺激し足関節を底背屈させ、前脛骨筋の促通と腓腹筋の抑制のため筋電図バイオフィードバックを行うことで、歩行速度および歩行バランスが改善できるようになっている。
【０００４】
また、従来のバイオフィードバック訓練においては、生体情報を生理学的に取り出し、工学的な方法つまり視覚、聴覚提示等により、本人に知覚させ、それにより身体の局部的反応を制御させるために、第２の実施例として、次のようなバイオフィードバック訓練であった。その中で特開平９−２７６３４８公報では、歩行周期の音符化方法並びにこの方法を応用した歩行動作の訓練装置及び分析が記載されている。以下、簡単に図面を用いて説明する。図８、図９において、２０１は立脚期間検出手段、２０１’は接地検出手段、２０２は歩行周期計測手段、２０３は音符データ作成手段、２０４は記録手段、２０５は歩行動作解析手段、２０６はリズム音再生手段、２０７は歩行リズム解析手段、２０８は正常歩行リズム作成手段、２０９は中途目標歩行リズム作成手段、２１０はフットセンサ、２２０はリズム音再生手段、２２１はビデオカメラ、２２２はビデオデッキ、２２３は電卓、２２４はリズム音作成器、２３０は送信機、２３１は受信機である。以上の構成において、立脚期間検出手段、接地検出手段、及び歩行周期計測手段により被験者の歩行動作を検出し、歩行リズム検出手段で歩行リズムを解析し、リズム音再生手段で音符を発生する。
【０００５】
上記のような歩行周期の音符化並びにこの方法を応用した歩行動作の訓練装置及び分析において、いずれかの片脚が床面に設置して体重を支える期間である立脚期間、反対脚が離床している期間である遊脚期間、前記立脚期間に含まれる両脚が同時に床面に接地している期間である二重支持期間によって主たる１歩行周期を、この１歩行周期における脚の接地時点を音符の起点とし、脚が床に接地している立脚期間、又は反対脚が接地するまでの所要時間を音符の長さとして表現し、各歩において前記各期間を時系列的に連続させて成り立つ歩行動作を音符の繰り返しとその変化により表現し、被験者の歩行速度を改善できるようになっている。また、歩行周期に対応させて作成した音符をリズム音に変換して、１歩行周期を音の長さとして表現し、リズム音の持つ継起的な音の時間的変化によって歩行動作を表現し、被験者の歩行速度を改善することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の従来例の電気刺激を用いたバイオフィードバック歩行訓練においては、患者の自発的意思を考慮しておらず、歩行の位相にあわせて遊脚期に前脛骨筋を、立脚期に腓腹筋を電気刺激し足関節を底背屈させるため、電気刺激を止めると患者の自発的意志による筋力で足関節を底背屈できなかった。
また、上記第２の従来例のバイオフィードバック訓練においては、歩行訓練中に歩行周期に対応させて作成した音符の繰り返し又はリズム音をならし患者へ提示しているため、患者が音符の繰り返し又はリズム音に合わせて自発的に足関節を底背屈できない場合、患部を回復させることができなかった。
したがって、この発明の目的は、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えることができる治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のバイオフィードバック装置は、予め設定した軌道に沿って患者の肢体を駆動する駆動手段（２）と、前記肢体の患部の状態を前記患者または理学療法士に提示する提示手段（７）とを有するバイオフィードバック装置において、前記患者の肢体の関節角度を計測する関節角度計測手段（４）と、前記患者の筋電図を計測する筋電計測手段（５）と、前記患者の患部に治療的電気刺激を与える電気刺激手段（６）と、前記患者の訓練内容を判断する判断手段（８）とを備え、前記筋電図に基づいて筋活動があるときに前記治療的電気刺激を与えることを特徴とするものである。
請求項１記載のバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えることができる。
【０００８】
請求項２記載のバイオフィードバック装置は、前記患者の足関節に装着する足関節装着部（３）を有し、前記筋電計測手段は、前記患者の前脛骨筋（１２）の筋電図を計測し、前記電気刺激手段は、前記患者の腓骨神経（１４）に治療的電気刺激を与え、前記提示手段は、前記関節角度計測手段（４）で計測された足関節の背屈角度を提示することを特徴とするものである。
請求項２記載のバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の筋活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えることができる。
【０００９】
請求項３記載のバイオフィードバック装置は、前記駆動手段（２）は、前記患者の大腿部を駆動する大腿駆動部（２Ａ）と、前記患者の下腿部を駆動する下腿駆動部（２Ｂ）とを備えることを特徴とするものである。
請求項３記載のバイオフィードバック装置によれば、患者の大腿、下腿をそれぞれ大腿駆動部、下腿駆動部に装着し、肢体の訓練をすることができる。
【００１０】
請求項４記載のバイオフィードバック装置は、前記提示手段（７）は、前記患者または前記理学療法士に対して、視覚に提示する視覚提示手段（７Ａ）と、音声で提示する聴覚提示手段（７Ｂ）とを備えることを特徴とするものである。
請求項４記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行う場合、足関節の底背屈角度を患者もしくは理学療法士へレベルメータを用いた視覚提示と、および「足先を引き寄せてください」などの音声を用いた聴覚提示とをすることができる。
【００１１】
請求項５記載のバイオフィードバック装置は、前記判断手段（８）は、目標とする足関節背屈角度を求め、前記視覚提示手段（７Ａ）は、前記足関節背屈角度を視覚提示することを特徴とするものである。
請求項５記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行う場合、足関節の底背屈角度を患者もしくは理学療法士へレベルメータを用いて提示することができる。
【００１２】
請求項６記載のバイオフィードバック装置は、前記判断手段（８）は、目標とする足関節背屈角度を求め、前記聴覚提示手段（７Ｂ）は、前記足関節背屈角度を聴覚提示することを特徴とするものである。
請求項６記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行い背屈できない場合、患者へ音声により「足先を引き寄せてください」などのアドバイスをすることができる。
【００１３】
請求項７記載のバイオフィードバック装置は、前記視覚提示手段（７Ａ）は、訓練中の背屈の位相における前脛骨筋（１２）の活動状態を提示することを特徴とするものである。
請求項７記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行う場合、前脛骨筋の筋電図を患者もしくは理学療法士へレベルメータを用いて提示することができる。
【００１４】
請求項８記載のバイオフィードバック装置によれば、前記聴覚提示手段（７Ｂ）は、訓練中の背屈の位相における前脛骨筋（１２）の活動状態を提示することを特徴とするものである。
請求項８記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行い前脛骨筋の筋活動がない場合、患者へ音声により「足先を引き寄せてください」などのアドバイスをすることができる。
【００１５】
請求項９記載のバイオフィードバック装置によれば、前記筋電計測手段５は、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、または脊柱起立筋のいずれか１つ以上を選択的に計測し、訓練中の底背屈の各位相におけるそれぞれの筋の活動状態を前記提示手段に提示することを特徴とするものである。
請求項９記載のバイオフィードバック装置によれば、自動介助運動中の底背屈の各位相における患者の前脛骨筋１２以外に、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋のいずれかを選択的に計測し、訓練中の底背屈の各位相におけるそれぞれの筋の活動状態を、レベルメータを用いた視覚提示、もしくは「ふくらはぎに力を入れてください」などの音声を用いた聴覚提示をすることができ、患者もしくは理学療法士が実時間で麻痺筋の活動状態を把握できる。
【００１６】
請求項１０のバイオフィードバック方法は、訓練する患者に訓練の情報を提示するバイオフィードバック方法において、足関節の背屈角度を計測する第１のステップと、前脛骨筋の筋電図を計測する第２のステップと、足関節背屈角度、及び前脛骨筋の筋活動の両方またはいずれか一つを視覚、または聴覚に提示する第３のステップと、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度とを比較する第４のステップと、前脛骨筋の筋活動があるか否かを判断する第５のステップと、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、前脛骨筋に筋活動がある場合、腓骨神経に電気刺激を与える第６のステップとからなり、前記第１から第６のステップを繰り返すことを特徴とするものである。
請求項１０記載のバイオフィードバック方法によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の筋活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の請求項１の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図１、図２および図３に基づいて説明する。すなわち、図１に示す駆動手段２に下肢を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、判断手段８の指令に基づきＩＯポートを介して電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７により患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により駆動手段２の制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。
【００１８】
この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
【００１９】
また、図３に示す視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士が実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。なお、電気刺激手段の代わりに振動手段により麻痺筋の神経に刺激を与えてもよい。
【００２０】
この発明の請求項２の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４に基づいて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により各関節角度を計測し、筋電計測手段５により前脛骨筋１２、腓腹筋１３の筋電図を計測し、電気刺激手段６により腓骨神経１４に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａ、聴覚提示手段７Ｂにより患者１０もしくは理学療法士へ提示し、８は判断手段、９は制御手段、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００２１】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分に駆動部を設け、足関節角度が０°となる位置を原点とし、ロボット工学におけるメカニカルインピーダンス制御に基づき動作させる。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
また、図３に示す視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００２２】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００２３】
この発明の請求項３の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４に基づいて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７により患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００２４】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
また、図３に示す視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００２５】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、患者の大腿、下腿をそれぞれ大腿駆動部、下腿駆動部に装着し、肢体の訓練をすることができる。
【００２６】
この発明の請求項４の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａと聴覚提示手段７Ｂとにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を高く設定する。
【００２７】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、図３に示す視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００２８】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示による「足先をあげてください」などの音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００２９】
この発明の請求項５の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３０】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
また、図３に示す視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００３１】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００３２】
この発明の請求項６の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の聴覚提示手段７Ｂにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、図２に示す自動介助運動の場合、予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３３】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令に基づきＩＯポートを介して振動手段より腓骨神経に刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声提示を用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００３４】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示による「足先をあげてください」などの音声提示を用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００３５】
この発明の請求項７の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３６】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、判断手段の指令を基にＩＯポートを介して振動手段より腓骨神経に刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、図３に示す視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示する。
【００３７】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００３８】
この発明の請求項８の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の聴覚提示手段７Ｂにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３９】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、聴覚提示手段により「足先をあげてください」などの音声を用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示する。
【００４０】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示手段により「足先をあげてください」などの音声を用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００４１】
この発明の請求項９の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により前脛骨筋以外に、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかを計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａと聴覚提示手段７Ｂとにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００４２】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の底背屈の各位相における前脛骨筋以外の、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかの活動状態を提示する。
【００４３】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の底背屈の各位相における前脛骨筋以外の、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかの活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士が実時間でそれらの筋の活動状態を把握でき、効率的な訓練を行うことができる。
【００４４】
この発明の請求項１０の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック方法について、図５および図６に基づいて説明する。すなわち、図５、図６はそれぞれ足関節背屈角度バイオフィードバックの処理を示すフロー図、前脛骨筋の筋電図バイオフィードバックの処理を示すフロー図である。全体の処理を以下に示す。
▲１▼足関節の背屈角度を足関節角度検出手段により計測する。
▲２▼前脛骨筋の筋電図を筋電計測手段により計測する。
▲３▼足関節背屈角度と前脛骨筋の筋活動を選択的に、あるいは同時に提示手段により 視覚、聴覚提示する。
▲４▼判断手段が患者の足関節背屈角度と目標背屈角度とを比較する。
▲５▼判断手段が前脛骨筋の筋活動があるか否か判断する。
▲６▼患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、前脛骨筋に筋活動がある場合、 判断手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺 激を与える。
▲７▼▲１▼から▲６▼の繰り返し
【００４５】
この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック方法は、患者が足関節の背屈訓練を行っている場合、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、かつ前脛骨筋に筋活動があるとき、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺激を与えるものである。同時に、患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声提示とにより提示するものである。
【００４６】
この実施の形態によれば、患者が足関節の背屈訓練を行っている場合、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、かつ前脛骨筋に筋活動があるとき、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺激を与えることで、患者の自発的意志で足関節を底背屈させる効率的な訓練をすることができる。同時に、患者もしくは理学療法士が前脛骨筋の筋活動状態を実時間で把握できる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士が実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項２記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項３記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、患者の大腿、下腿をそれぞれ大腿駆動部、下腿駆動部に装着し、肢体の訓練をすることができる。
請求項４記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示による音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項５記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示による音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項６記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示による音声提示を用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項７記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項８記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示手段により音声を用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項９記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による音声とを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の底背屈の各位相における前脛骨筋以外の、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかの活動状態を提示することで、患者または理学療法士が実時間でそれらの筋の活動状態を把握でき、効率的な訓練を行うことができる。
請求項１０記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック方法によれば、患者が足関節の背屈訓練を行っている場合、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、かつ前脛骨筋に筋活動があるとき、判断手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺激を与えることで、患者の自発的意志で足関節を底背屈させる効率的な訓練をすることができる。同時に、患者もしくは理学療法士が前脛骨筋の筋活動状態を実時間で把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例の予め設定された軌道を説明する図である。
【図３】本発明の実施例の提示手段として視覚提示装置を用いた例を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明における実施例である足関節背屈角度バイオフィードバックの処理を示すフロー図である。
【図６】本発明における実施例である腓腹筋の筋電図バイオフィードバックの処理を示すフロー図である。
【図７】従来の第１の実施例である治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練を示す図である。
【図８】従来の第２の実施例であるバイオフィードバック訓練の歩行動作の概略を示す説明図である。
【図９】従来の第２の実施例であるバイオフィードバック訓練の構成を示す図である。
【符号の説明】
１肢体駆動装置
２駆動手段
２Ａ 大腿駆動部
２Ｂ 下腿駆動部
３足関節装着部
４関節角度計測手段
５筋電計測手段
６電気刺激手段
７提示手段
７Ａ 視覚提示手段
７Ｂ 聴覚提示手段
８判断手段
９制御手段
１０患者
１１力覚センサ
１２前脛骨筋
１３腓腹筋
１４腓骨神経
１５予め設定された訓練軌道
１６視覚提示手段
１７レベルメータ
【発明の属する技術分野】
この発明は、全身機能低下を矯正し筋・骨格系統の機能を改善し健康状態を維持・改善する目的で、運動療法を実施できる装置、あるいは、整形外科における関節軟組織修復と関節可動域維持・拡大を目的で、予め設定された軌道に沿って肢体を駆動する装置であり、特に治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練においては、患部に電気刺激を与えるとともに、生体情報を生理学的に取り出し、工学的な方法つまり視覚、聴覚提示等により、本人に知覚させ、それにより身体の局部的反応を制御させるために、第１の実施例として、次のような治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練であった。その中でＣｏｚｅａｎ ＣＤ， Ｐｅａｓｅ ＷＳ， Ｈｕｂｂｅｌ ＳＬ：Ｂｉｏｆｅｅｄｂａｃｋ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｒｏｋｅ ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ． Ａｒｃｈ Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ Ｒｅｈａｂｉｌ ６９：４０１−４０５，１９８８．という文献では、電気刺激を用いたバイオフィードバック歩行訓練が記載されている。以下、簡単に図面を用いて説明する。図７において、１０１は訓練を行う被験者、１０２は被験者へ電気刺激を与える第１の電気刺激装置、１０３は被験者へ電気刺激を与える第２の電気刺激装置、１０４は被験者の筋電図を計測する第１の筋電計測手段、１０５は被験者の筋電図を計測する第２の筋電計測手段、１０６は被験者へ視覚提示を行う提示手段である。以上の構成において、第１の電気刺激装置において前脛骨筋を電気刺激し、第２の電気刺激装置において腓腹筋を電気刺激し、第１の筋電計測手段で前脛骨筋の筋電図を計測し、第２の筋電計測手段で腓腹筋の筋電図を計測し、提示手段により筋電図を被験者に提示する。
【０００３】
上記のような電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練において、患者の歩行の位相にあわせて歩行時の遊脚期に前脛骨筋を、立脚期に腓腹筋を電気刺激し足関節を底背屈させ、前脛骨筋の促通と腓腹筋の抑制のため筋電図バイオフィードバックを行うことで、歩行速度および歩行バランスが改善できるようになっている。
【０００４】
また、従来のバイオフィードバック訓練においては、生体情報を生理学的に取り出し、工学的な方法つまり視覚、聴覚提示等により、本人に知覚させ、それにより身体の局部的反応を制御させるために、第２の実施例として、次のようなバイオフィードバック訓練であった。その中で特開平９−２７６３４８公報では、歩行周期の音符化方法並びにこの方法を応用した歩行動作の訓練装置及び分析が記載されている。以下、簡単に図面を用いて説明する。図８、図９において、２０１は立脚期間検出手段、２０１’は接地検出手段、２０２は歩行周期計測手段、２０３は音符データ作成手段、２０４は記録手段、２０５は歩行動作解析手段、２０６はリズム音再生手段、２０７は歩行リズム解析手段、２０８は正常歩行リズム作成手段、２０９は中途目標歩行リズム作成手段、２１０はフットセンサ、２２０はリズム音再生手段、２２１はビデオカメラ、２２２はビデオデッキ、２２３は電卓、２２４はリズム音作成器、２３０は送信機、２３１は受信機である。以上の構成において、立脚期間検出手段、接地検出手段、及び歩行周期計測手段により被験者の歩行動作を検出し、歩行リズム検出手段で歩行リズムを解析し、リズム音再生手段で音符を発生する。
【０００５】
上記のような歩行周期の音符化並びにこの方法を応用した歩行動作の訓練装置及び分析において、いずれかの片脚が床面に設置して体重を支える期間である立脚期間、反対脚が離床している期間である遊脚期間、前記立脚期間に含まれる両脚が同時に床面に接地している期間である二重支持期間によって主たる１歩行周期を、この１歩行周期における脚の接地時点を音符の起点とし、脚が床に接地している立脚期間、又は反対脚が接地するまでの所要時間を音符の長さとして表現し、各歩において前記各期間を時系列的に連続させて成り立つ歩行動作を音符の繰り返しとその変化により表現し、被験者の歩行速度を改善できるようになっている。また、歩行周期に対応させて作成した音符をリズム音に変換して、１歩行周期を音の長さとして表現し、リズム音の持つ継起的な音の時間的変化によって歩行動作を表現し、被験者の歩行速度を改善することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の従来例の電気刺激を用いたバイオフィードバック歩行訓練においては、患者の自発的意思を考慮しておらず、歩行の位相にあわせて遊脚期に前脛骨筋を、立脚期に腓腹筋を電気刺激し足関節を底背屈させるため、電気刺激を止めると患者の自発的意志による筋力で足関節を底背屈できなかった。
また、上記第２の従来例のバイオフィードバック訓練においては、歩行訓練中に歩行周期に対応させて作成した音符の繰り返し又はリズム音をならし患者へ提示しているため、患者が音符の繰り返し又はリズム音に合わせて自発的に足関節を底背屈できない場合、患部を回復させることができなかった。
したがって、この発明の目的は、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えることができる治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のバイオフィードバック装置は、予め設定した軌道に沿って患者の肢体を駆動する駆動手段（２）と、前記肢体の患部の状態を前記患者または理学療法士に提示する提示手段（７）とを有するバイオフィードバック装置において、前記患者の肢体の関節角度を計測する関節角度計測手段（４）と、前記患者の筋電図を計測する筋電計測手段（５）と、前記患者の患部に治療的電気刺激を与える電気刺激手段（６）と、前記患者の訓練内容を判断する判断手段（８）とを備え、前記筋電図に基づいて筋活動があるときに前記治療的電気刺激を与えることを特徴とするものである。
請求項１記載のバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えることができる。
【０００８】
請求項２記載のバイオフィードバック装置は、前記患者の足関節に装着する足関節装着部（３）を有し、前記筋電計測手段は、前記患者の前脛骨筋（１２）の筋電図を計測し、前記電気刺激手段は、前記患者の腓骨神経（１４）に治療的電気刺激を与え、前記提示手段は、前記関節角度計測手段（４）で計測された足関節の背屈角度を提示することを特徴とするものである。
請求項２記載のバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の筋活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えることができる。
【０００９】
請求項３記載のバイオフィードバック装置は、前記駆動手段（２）は、前記患者の大腿部を駆動する大腿駆動部（２Ａ）と、前記患者の下腿部を駆動する下腿駆動部（２Ｂ）とを備えることを特徴とするものである。
請求項３記載のバイオフィードバック装置によれば、患者の大腿、下腿をそれぞれ大腿駆動部、下腿駆動部に装着し、肢体の訓練をすることができる。
【００１０】
請求項４記載のバイオフィードバック装置は、前記提示手段（７）は、前記患者または前記理学療法士に対して、視覚に提示する視覚提示手段（７Ａ）と、音声で提示する聴覚提示手段（７Ｂ）とを備えることを特徴とするものである。
請求項４記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行う場合、足関節の底背屈角度を患者もしくは理学療法士へレベルメータを用いた視覚提示と、および「足先を引き寄せてください」などの音声を用いた聴覚提示とをすることができる。
【００１１】
請求項５記載のバイオフィードバック装置は、前記判断手段（８）は、目標とする足関節背屈角度を求め、前記視覚提示手段（７Ａ）は、前記足関節背屈角度を視覚提示することを特徴とするものである。
請求項５記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行う場合、足関節の底背屈角度を患者もしくは理学療法士へレベルメータを用いて提示することができる。
【００１２】
請求項６記載のバイオフィードバック装置は、前記判断手段（８）は、目標とする足関節背屈角度を求め、前記聴覚提示手段（７Ｂ）は、前記足関節背屈角度を聴覚提示することを特徴とするものである。
請求項６記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行い背屈できない場合、患者へ音声により「足先を引き寄せてください」などのアドバイスをすることができる。
【００１３】
請求項７記載のバイオフィードバック装置は、前記視覚提示手段（７Ａ）は、訓練中の背屈の位相における前脛骨筋（１２）の活動状態を提示することを特徴とするものである。
請求項７記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行う場合、前脛骨筋の筋電図を患者もしくは理学療法士へレベルメータを用いて提示することができる。
【００１４】
請求項８記載のバイオフィードバック装置によれば、前記聴覚提示手段（７Ｂ）は、訓練中の背屈の位相における前脛骨筋（１２）の活動状態を提示することを特徴とするものである。
請求項８記載のバイオフィードバック装置によれば、患者が足関節底背屈訓練を行い前脛骨筋の筋活動がない場合、患者へ音声により「足先を引き寄せてください」などのアドバイスをすることができる。
【００１５】
請求項９記載のバイオフィードバック装置によれば、前記筋電計測手段５は、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、または脊柱起立筋のいずれか１つ以上を選択的に計測し、訓練中の底背屈の各位相におけるそれぞれの筋の活動状態を前記提示手段に提示することを特徴とするものである。
請求項９記載のバイオフィードバック装置によれば、自動介助運動中の底背屈の各位相における患者の前脛骨筋１２以外に、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋のいずれかを選択的に計測し、訓練中の底背屈の各位相におけるそれぞれの筋の活動状態を、レベルメータを用いた視覚提示、もしくは「ふくらはぎに力を入れてください」などの音声を用いた聴覚提示をすることができ、患者もしくは理学療法士が実時間で麻痺筋の活動状態を把握できる。
【００１６】
請求項１０のバイオフィードバック方法は、訓練する患者に訓練の情報を提示するバイオフィードバック方法において、足関節の背屈角度を計測する第１のステップと、前脛骨筋の筋電図を計測する第２のステップと、足関節背屈角度、及び前脛骨筋の筋活動の両方またはいずれか一つを視覚、または聴覚に提示する第３のステップと、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度とを比較する第４のステップと、前脛骨筋の筋活動があるか否かを判断する第５のステップと、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、前脛骨筋に筋活動がある場合、腓骨神経に電気刺激を与える第６のステップとからなり、前記第１から第６のステップを繰り返すことを特徴とするものである。
請求項１０記載のバイオフィードバック方法によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の筋活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の請求項１の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図１、図２および図３に基づいて説明する。すなわち、図１に示す駆動手段２に下肢を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、判断手段８の指令に基づきＩＯポートを介して電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７により患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により駆動手段２の制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。
【００１８】
この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
【００１９】
また、図３に示す視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士が実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。なお、電気刺激手段の代わりに振動手段により麻痺筋の神経に刺激を与えてもよい。
【００２０】
この発明の請求項２の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４に基づいて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により各関節角度を計測し、筋電計測手段５により前脛骨筋１２、腓腹筋１３の筋電図を計測し、電気刺激手段６により腓骨神経１４に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａ、聴覚提示手段７Ｂにより患者１０もしくは理学療法士へ提示し、８は判断手段、９は制御手段、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００２１】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分に駆動部を設け、足関節角度が０°となる位置を原点とし、ロボット工学におけるメカニカルインピーダンス制御に基づき動作させる。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
また、図３に示す視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００２２】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００２３】
この発明の請求項３の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４に基づいて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７により患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００２４】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
また、図３に示す視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００２５】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、患者の大腿、下腿をそれぞれ大腿駆動部、下腿駆動部に装着し、肢体の訓練をすることができる。
【００２６】
この発明の請求項４の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａと聴覚提示手段７Ｂとにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を高く設定する。
【００２７】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、図３に示す視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００２８】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示による「足先をあげてください」などの音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００２９】
この発明の請求項５の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３０】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。
また、図３に示す視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００３１】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００３２】
この発明の請求項６の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の聴覚提示手段７Ｂにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、図２に示す自動介助運動の場合、予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３３】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令に基づきＩＯポートを介して振動手段より腓骨神経に刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声提示を用いて患者もしくは理学療法士へ足関節背屈角度を提示する。
【００３４】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示による「足先をあげてください」などの音声提示を用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００３５】
この発明の請求項７の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２、図３および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３６】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、判断手段の指令を基にＩＯポートを介して振動手段より腓骨神経に刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、図３に示す視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示する。
【００３７】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００３８】
この発明の請求項８の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により各部の筋電図を計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の聴覚提示手段７Ｂにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００３９】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、聴覚提示手段により「足先をあげてください」などの音声を用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示する。
【００４０】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示手段により「足先をあげてください」などの音声を用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
【００４１】
この発明の請求項９の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置について図２および図４を用いて説明する。すなわち、図４に示す駆動手段２の大腿駆動部２Ａに大腿を装着し、駆動手段２の下腿駆動部２Ｂに下腿を装着し、また、足関節装着部３に足関節を装着し、関節角度計測手段４により関節角度の計測を行い、筋電計測手段５により前脛骨筋以外に、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかを計測し、電気刺激手段６により患部に電気刺激を与え、提示手段７の視覚提示手段７Ａと聴覚提示手段７Ｂとにより患者もしくは理学療法士へ提示し、判断手段８により患者の訓練内容を評価し、制御手段９により大腿駆動部２Ａ、下腿駆動部２Ｂの制御を行い、力覚センサ１１により患者の発生する力を計測し、予め設定された訓練軌道１５を肢体駆動装置１により訓練を行う。この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置は、自動介助運動の場合、図２に示す予め設定した軌道に対する接線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ１：慣性、Ｂ１：粘性、Ｋ１：剛性）を低く設定し、前記予め設定した軌道に対する法線方向成分のメカニカルインピーダンス（Ｍ２：慣性、Ｂ２：粘性、Ｋ２：剛性）を高く設定する。
【００４２】
したがって、判断手段と制御手段は、患者の下肢の予め設定した方向以外の運動を抑制しつつ、患者の下肢の動きに追従して運動を進める。前記自動介助運動と同時に、足関節背屈訓練を行わせるため、足関節装着部の足関節部分をフリージョイントにしておく。患者の自発的意思による足関節背屈訓練を実施するため、判断手段と制御手段は、前記自動介助運動中の歩行における遊脚初期の位相で、患者が足関節を背屈していない場合、下肢が上がらず訓練を先に進めないようする。足関節の背屈ができない患者の場合、筋電計測手段で計測した前脛骨筋の活動があるときのみ、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段より腓骨神経に電気刺激を与え、足関節の背屈をさせ訓練を先に進めることである。また、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の底背屈の各位相における前脛骨筋以外の、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかの活動状態を提示する。
【００４３】
この実施の形態によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の底背屈の各位相における前脛骨筋以外の、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかの活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士が実時間でそれらの筋の活動状態を把握でき、効率的な訓練を行うことができる。
【００４４】
この発明の請求項１０の実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック方法について、図５および図６に基づいて説明する。すなわち、図５、図６はそれぞれ足関節背屈角度バイオフィードバックの処理を示すフロー図、前脛骨筋の筋電図バイオフィードバックの処理を示すフロー図である。全体の処理を以下に示す。
▲１▼足関節の背屈角度を足関節角度検出手段により計測する。
▲２▼前脛骨筋の筋電図を筋電計測手段により計測する。
▲３▼足関節背屈角度と前脛骨筋の筋活動を選択的に、あるいは同時に提示手段により 視覚、聴覚提示する。
▲４▼判断手段が患者の足関節背屈角度と目標背屈角度とを比較する。
▲５▼判断手段が前脛骨筋の筋活動があるか否か判断する。
▲６▼患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、前脛骨筋に筋活動がある場合、 判断手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺 激を与える。
▲７▼▲１▼から▲６▼の繰り返し
【００４５】
この実施の形態の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック方法は、患者が足関節の背屈訓練を行っている場合、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、かつ前脛骨筋に筋活動があるとき、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺激を与えるものである。同時に、患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による「足先をあげてください」などの音声提示とにより提示するものである。
【００４６】
この実施の形態によれば、患者が足関節の背屈訓練を行っている場合、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、かつ前脛骨筋に筋活動があるとき、制御手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺激を与えることで、患者の自発的意志で足関節を底背屈させる効率的な訓練をすることができる。同時に、患者もしくは理学療法士が前脛骨筋の筋活動状態を実時間で把握できる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士が実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項２記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で足関節を底背屈させ、目標足関節背屈角度まで背屈できない場合、前脛骨筋の活動があるときのみ腓骨神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項３記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によりレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、患者の大腿、下腿をそれぞれ大腿駆動部、下腿駆動部に装着し、肢体の訓練をすることができる。
請求項４記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示による音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項５記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に電気刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示による音声提示とを用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項６記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示による音声提示を用いて患者もしくは理学療法士へ足関節の背屈角度を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で足関節の背屈角度を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項７記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項８記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、聴覚提示手段により音声を用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の背屈の位相における前脛骨筋の活動状態を提示することで、患者もしくは理学療法士は実時間で前脛骨筋の筋活動状態を把握でき、効果的な訓練を行うことができる。
請求項９記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック装置によれば、患者の自発的意思による筋力で肢体の関節を屈曲伸展させ、目標関節角度まで屈曲できない場合、患部の筋活動があるときのみ麻痺筋の神経に刺激を与えるとともに、視覚提示手段によるレベルメータと、聴覚提示手段による音声とを用いて患者もしくは理学療法士へ訓練中の底背屈の各位相における前脛骨筋以外の、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、脊柱起立筋の筋電図のいずれかの活動状態を提示することで、患者または理学療法士が実時間でそれらの筋の活動状態を把握でき、効率的な訓練を行うことができる。
請求項１０記載の治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック方法によれば、患者が足関節の背屈訓練を行っている場合、患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、かつ前脛骨筋に筋活動があるとき、判断手段の指令を基にＩＯポートを介して電気刺激手段により腓骨神経に電気刺激を与えることで、患者の自発的意志で足関節を底背屈させる効率的な訓練をすることができる。同時に、患者もしくは理学療法士が前脛骨筋の筋活動状態を実時間で把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例の予め設定された軌道を説明する図である。
【図３】本発明の実施例の提示手段として視覚提示装置を用いた例を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明における実施例である足関節背屈角度バイオフィードバックの処理を示すフロー図である。
【図６】本発明における実施例である腓腹筋の筋電図バイオフィードバックの処理を示すフロー図である。
【図７】従来の第１の実施例である治療的電気刺激を用いたバイオフィードバック訓練を示す図である。
【図８】従来の第２の実施例であるバイオフィードバック訓練の歩行動作の概略を示す説明図である。
【図９】従来の第２の実施例であるバイオフィードバック訓練の構成を示す図である。
【符号の説明】
１肢体駆動装置
２駆動手段
２Ａ 大腿駆動部
２Ｂ 下腿駆動部
３足関節装着部
４関節角度計測手段
５筋電計測手段
６電気刺激手段
７提示手段
７Ａ 視覚提示手段
７Ｂ 聴覚提示手段
８判断手段
９制御手段
１０患者
１１力覚センサ
１２前脛骨筋
１３腓腹筋
１４腓骨神経
１５予め設定された訓練軌道
１６視覚提示手段
１７レベルメータ
Claims (10)
- 予め設定した軌道に沿って患者の肢体を駆動する駆動手段（２）と、前記肢体の患部の状態を前記患者または理学療法士に提示する提示手段（７）とを有するバイオフィードバック装置において、
前記患者の肢体の関節角度を計測する関節角度計測手段（４）と、
前記患者の筋電図を計測する筋電計測手段（５）と、
前記患者の患部に治療的電気刺激を与える電気刺激手段（６）と、
前記患者の訓練内容を判断する判断手段（８）とを備え、
前記筋電図に基づいて筋活動があるときに前記治療的電気刺激を与えることを特徴とするバイオフィードバック装置。 - 前記患者の足関節に装着する足関節装着部（３）を有し、
前記筋電計測手段は、前記患者の前脛骨筋（１２）の筋電図を計測し、
前記電気刺激手段は、前記患者の腓骨神経（１４）に治療的電気刺激を与え、前記提示手段は、前記関節角度計測手段（４）で計測された足関節の背屈角度を提示することを特徴とする請求項１記載のバイオフィードバック装置。 - 前記駆動手段（２）は、前記患者の大腿部を駆動する大腿駆動部（２Ａ）と、前記患者の下腿部を駆動する下腿駆動部（２Ｂ）とを備えることを特徴とする請求項１乃至２記載のバイオフィードバック装置。
- 前記提示手段（７）は、前記患者または前記理学療法士に対して、視覚に提示する視覚提示手段（７Ａ）と、
音声で提示する聴覚提示手段（７Ｂ）とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のバイオフィードバック装置。 - 前記判断手段（８）は、目標とする足関節背屈角度を求め、
前記視覚提示手段（７Ａ）は、前記足関節背屈角度を視覚提示することを特徴とする請求項４記載のバイオフィードバック装置。 - 前記判断手段（８）は、目標とする足関節背屈角度を求め、
前記聴覚提示手段（７Ｂ）は、前記足関節背屈角度を聴覚提示することを特徴とする請求項４乃至５記載のバイオフィードバック装置。 - 前記視覚提示手段（７Ａ）は、訓練中の背屈の位相における前脛骨筋（１２）の活動状態を提示することを特徴とする請求項４乃至６記載のバイオフィードバック装置。
- 前記聴覚提示手段（７Ｂ）は、訓練中の背屈の位相における前脛骨筋（１２）の活動状態を提示することを特徴とする請求項４乃至７記載のバイオフィードバック装置。
- 前記筋電計測手段（５）は、腓腹筋、大腿四頭筋、ハムストリングス、外転筋、内転筋、大殿筋、または脊柱起立筋のいずれか１つ以上を選択的に計測し、
訓練中の底背屈の各位相におけるそれぞれの筋の活動状態を前記提示手段（７）に提示することを特徴とする請求項１乃至８記載のバイオフィードバック装置。 - 訓練する患者に訓練の情報を提示するバイオフィードバック方法において、
足関節の背屈角度を計測する第１のステップと、
前脛骨筋の筋電図を計測する第２のステップと、
足関節背屈角度、及び前脛骨筋の筋活動の両方またはいずれか一つを視覚、または聴覚に提示する第３のステップと、
患者の足関節背屈角度と目標背屈角度とを比較する第４のステップと、
前脛骨筋の筋活動があるか否かを判断する第５のステップと、
患者の足関節背屈角度と目標背屈角度が異なり、前脛骨筋に筋活動がある場合、腓骨神経に電気刺激を与える第６のステップとからなり、
前記第１から第６のステップを繰り返すことを特徴とするバイオフィードバック方法。
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