JP2005529684A - 麻痺/非麻痺神経筋骨格系の治療的運動システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人間の神経筋骨格系の運動療法に関する新奇かつ斬新なパラダイムであって、筋麻痺、もしくは神経筋調節機能が弱ったか、もしくは変化した筋肉に苦しむ患者を対象とするか、または関節を包囲する筋肉、もしくは外科的治療、不動化、外傷、骨折、または靭帯弛緩により衰弱した関節を再訓練するためのパラダイムである。筋肉を自発的に賦活することができる患者の場合、本発明は、プログラム可能な抵抗に対抗して運動し、ある特定の1つの関節または複数の関節における神経筋調節を改めて学習するか、または平衡問題の点で恐れずに運動する(高齢者)ことを支援する方法を可能にする。前十字靭帯損傷/再構築後のリハビリテーション、または平衡問題を抱える高齢者の能動的運動は、本発明の1つの用途である。別法によると、患者が完全に麻痺している場合、外部の賦活システム(電気的刺激)は、筋肉の賦活源として機能する。
本発明のもう1つの例示的な実施態様は、前十字靭帯損傷/外科手術後の患者のリハビリテーションのための治療用途にある。整形外科的または神経的外傷による関節の不安定性の点で、リハビリテーションの目標は、大腿四頭筋および大腿二頭筋の両方が膝(共力器官)と交差して一緒に収縮するように、神経筋調節を指導することである。本発明は、プログラム可能な抵抗を関節運動範囲全体に加えて、関節の神経筋調節を改善することを可能にすることにより、神経筋調節の発達を促進する。この用途では、システムは、オペレータの姿勢を支持するための受動的抵抗要素を必要とせず、電気的刺激システムも必要としない。オペレータは、一方または両方の膝の脚筋を能動的に収縮させて、部分的に曲がった状態から直立姿勢に移動する。機械的抵抗装置は、プログラム可能なソフトウェアの制御により、各々の動作時に無抵抗(比較的手ごたえがない)から高度に不規則な抵抗(最も手ごたえがある)までの範囲の種々の抵抗を導入する。オペレータは、コンピュータスクリーン上の視覚的表示装置により与えられる予め決められた速度および距離で移動するように試みる。処方された位置をたどるオペレータの能力は、実際の位置センサの応答と、コンピュータのモニタ上に表示された予め決められた位置の変位とを比較することにより決定される。スコアは、オペレータが、段階的な抵抗課題を行なう時に、膝をどの程度満足に調節できたかを表す。本発明は、オペレータが、機能上単一の四肢または二重の四肢を部分的に曲げる時に、複数の筋群を運動させることを可能にし、さらに、ソフトウェアの制御により、高度に予測不能な抵抗下でこうして制御された動作を行なう時に、オペレータの能力を測定することを可能にする。
本発明の実施態様を以下に詳細に説明する。開示する実施態様は、具体的に示すことのみを意図しており、当業者には、これらの実施態様の多くの変更および変形が明白であろう。図面に関して、同じ参照符号は、図面全体で継続して同じ部品を指示する。本明細書の説明およびそれに続く請求の範囲全体で使用する場合、単数形の不定冠詞(「a」、「an」)および定冠詞(「the」)は、文脈上明らかに別様に指示されない限り、複数形も含む。さらに、「内」(in)の意味は、本明細書の説明およびそれに続く請求の範囲全体で使用する場合、文脈上明らかに別様に指示されない限り、「内」(in)および「上」(on)を含む。
Claims (23)
- 目標麻痺筋骨格複合群の運動用の治療システムであって、
剛性フレーム構造と、
前記剛性フレーム構造上に位置する刺激装置であって、システムオペレータにおける機能的起立を誘導するために段階的な電気的刺激を目標麻痺筋骨格複合群に与え、かつシステム内にいる前記システムオペレータの起立角度に対応するデータを蓄積する能力を有する刺激装置と、
前記剛性フレーム構造に取り付けられる受動的拘束装置であって、前記剛性フレーム構造内にいるオペレータを拘束するために使用され、かつ電気的に誘発される機能的な起立が機能しない場合に、オペレータを支持する受動的拘束装置と、
前記刺激装置と通信する力付与装置であって、システムオペレータの目標麻痺筋骨格複合群に抵抗力を与える力付与装置と、
前記刺激装置および力付与装置から収集した様々なフィードバックデータを記憶することが可能なデータ記憶システムと、
前記刺激装置、前記力付与装置、およびデータ記憶システムと、少なくとも1つの通信チャネルを介して通信するプロセッサであって、前記プロセッサが1個または複数の処理要素を備え、該処理要素が、
a)オペレータの位置/角度データをセンサから受信する、
b)抵抗力フィードバックデータを力センサ装置から受信する、および
c)賦活コマンドを前記刺激装置に送信する、
ようにプログラムまたは構成されたプロセッサ、
とを備えるシステム。 - 前記プロセッサが追加のステップ、
d)コンピュータの制御下で、機械的抵抗装置を介して抵抗運動を制御するステップと、
e)膝カップラを通じて運動伝達装置をインターフェースするステップと、
f)位置/角度、力、速度、加速度、完了した筋肉動作、骨格負荷、時刻、日付および起立持続時間を携帯式で記録するステップ、
とを実行する、請求項1に記載のシステム。 - 麻痺筋骨格複合群の最適な刺激が、与えられる電気的刺激の周波数、強度および負荷サイクルを変更するシステムにより行なわれる、請求項1に記載のシステム。
- 前記フィードバックデータが、前記機械的抵抗装置の力、速度および加速度を表現するデータを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記力付与装置が、前記システムオペレータの目標麻痺筋骨格複合群に対して固定抵抗力を与える、請求項1に記載のシステム。
- 前記機械的抵抗システムが、システムオペレータの目標麻痺筋骨格複合群に対して可変抵抗力を与える、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムが、オペレータが能動的に起立することを可能にし、その際、オペレータは、前記機械的抵抗装置により提供されて、力センサにより感知される可変抵抗に対抗して支持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記剛性フレーム構造および受動的拘束装置が起立用車椅子装置を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記起立用車椅子装置が、力、椅子の角度、筋肉の動作、およびシステムオペレータが起立していた時刻の持続時間を監視する機能を有する、請求項8に記載のシステム。
- 前記起立用車椅子装置が、監視データをプロセッサに送信し、該データを使用して、システムオペレータの四肢を通して加わるシステムオペレータの体重の割合を決定する、請求項8に記載のシステム。
- システムオペレータの四肢を通して加わるオペレータの体重に関して決定された割合を使用して、骨量の減少を防止するために、システムオペレータの四肢に加えるべき抵抗負荷の適切な用量を決定する、請求項8に記載のシステム。
- 目標麻痺筋骨格複合群の運動用のシステムを使用するための方法であって、
電気的に賦活された筋肉群が機能しないか、または電気的刺激システムが、電気的に刺激される筋肉群の電気的刺激を維持することができない場合に、システムオペレータの受動的起立の支持を提供するステップと、
麻痺した人の筋肉群に対する電気的刺激賦活を変調して、機能的起立を誘発し、最適な下肢負荷を誘発するステップと、
システムから蓄積された力、速度および加速度フィードバックデータを使用して、最適な筋肉刺激電気的賦活方法を決定するステップと、
システムから蓄積された位置/角度、力、速度および加速度フィードバックデータを記憶するステップ、
とを含む方法。 - コンピュータ可読記憶環境であって、システムプロセッサによる実行後、システムプロセスに、請求項11に記載の方法に従ってシステム内の対話型プロファイルを管理および実行させるインストラクションを記憶する1つまたは複数の記憶装置または媒体を含む環境。
- 麻痺筋骨格群の運動のためのシステムであって、
目標筋骨格複合を目標とすることを可能にするように、運動する対象を必要または要望に応じて支持、配置および保護する手段と、
電気的筋肉刺激を生成して目標筋肉組織に付与し、予め決められた運動モードおよび治療目標に適する段階的な筋肉収縮を生成するための手段と、
筋肉の動作に抵抗するために制御された機械的抵抗を付与し、その結果、目標筋骨格複合の動作を制御する手段と、
運動療法の目標を生成するために望ましい方法で、目標筋骨格複合体の動作を制御するための刺激および抵抗装置の両方の一体的制御を生成する手段と、
システムフィードバックデータを監視および記憶し、その後、該データを逆にクライアントに送信して、最適な刺激が生じるようにする手段と、
システムフィードバックデータを監視および記憶し、その後、該データを逆にクライアントに送信して、最適な日常的骨格負荷が生じるようにする手段とを含む方法。 - 目標麻痺筋骨格複合群の運動のための治療システムであって、
起立用車椅子装置であって、起立用車椅子のオペレータを受動的に拘束、配置および支持するために使用される起立用車椅子装置と、
刺激装置であって、該刺激装置が段階的な電気的刺激刺激を目標麻痺筋骨格複合群に提供し、車椅子のオペレータに能動的な起立を誘発する刺激装置と、
骨格系に加わる軸方向および接線方向負荷を記録および分析する力感知装置と、
傾斜センサが起立用車椅子装置内にいるシステムオペレータの起立角度を決定するように、起立用車椅子装置と接触して配置される、角度または位置センサと、
起立用車椅子装置から収集された様々なフィードバックデータを記憶することが可能なデータ記憶システムと、
起立用車椅子およびデータ記憶システムと通信するプロセッサであって、該プロセッサが1つまたは複数の処理要素を備え、該処理要素が、
a)オペレータの位置データを傾斜センサから受信する、
b)力フィードバックデータを力センサから受信する、および
c)賦活コマンドを前記刺激装置に送信する、
ようにプログラムまたは構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと通信するディスプレイ装置であって、起立用車椅子のオペレータの四肢に加わる負荷の量に関するデータを起立用車椅子のオペレータに対して表示するディスプレイ装置とを備えるシステム。 - 麻痺筋骨格複合群の最適な刺激が、加わる電気的刺激の周波数、強度および負荷サイクルを変更するシステムにより行なわれる、請求項15に記載のシステム。
- 角度または位置tセンサがIC加速度計、電位差計、またはその他の角度感知装置を備える、請求項15に記載のシステム。
- 角度または位置および力のデータが定期的にサンプリングされ、データ記憶システム内に記憶される、請求項15に記載のシステム。
- 前記プロセッサが位置または角度および力のデータを使用して、システムオペレータの脚骨格に対する剪断および圧縮負荷を決定し、該データをオペレータコンソールに送信してオペレータに表示する、請求項15に記載のシステム。
- システムオペレータの四肢を通して加わるオペレータの体重に関して決定された割合を使用して、骨量の減少を防止するために、システムオペレータの四肢に加えるべき抵抗負荷の適切な用量を決定する、請求項15に記載のシステム。
- 筋力−時間曲線の積分を使用して、運動セッション後に、筋肉動作完了情報をシステムオペレータに提供する、請求項15に記載のシステム。
- 刺激装置が電池電源により電力を供給される、請求項15に記載のシステム。
- 麻痺していない筋骨格複合群の運動用のシステムであって、
目標筋骨格複合を目標とすることを可能にするように、必要または要望に応じて、運動する対象を支持、配置および保護する手段と、
1つまたは複数の筋肉の動作に抵抗するために制御された機械的抵抗を付与し、その結果、目標筋骨格複合体を調節する手段と、
運動療法の目標を生成するために望ましい方法で、目標筋骨格複合体の機械的抵抗装置に対する1つまたは複数の関節を調節するために、筋肉の自発的賦活の両方の一体的調節を指導する手段と、
システムフィードバックデータを監視、表示および記憶し、その後、該データを逆にクライアントに送信して、段階的な運動動作の成績と、処方された運動動作とを比較することが可能な手段と、
データ記憶システムと通信するプロセッサであって、該プロセッサが1つまたは複数の処理要素を備え、該処理要素が、
a)オペレータの位置/角度データを位置センサから受信する、
b)力フィードバックデータを力感知装置から受信する、および
c)処方された動作パターンを送信し、機械的抵抗装置に対するコマンドを調節し、その結果、オペレータは、予測不能な摂動に対して関節を調節することを学習しなければならなくする、
ようにプログラムまたは構成されるプロセッサ、
とを備えるシステム。
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