JP2006204730A - 歩行訓練支援装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 歩行訓練者11の両足12、13の履物42、43にそれぞれ配置された複数の感圧センサ16〜39と、対となる履物42、43にそれぞれ設けられた第1、第2のセンサ部48、49、及び歩行訓練者11とは距離を隔てて配置され第1、第2のセンサ部48、49と有線又は無線で信号連結される1又は複数の第3のセンサ部46を有し、対となる履物42、43の位置を三次元で検知する位置センサ45と、有線又は無線で連結された感圧センサ16〜39及び位置センサ45のデータから少なくとも各履物42、43の現在位置及び各履物42、43の着地状況を算出する演算部を有する制御手段59と、制御手段59の出力を入力して、対となる履物42、43の足跡及びその現在位置を表示する表示手段66とを備える。
【選択図】 図1
Description
例えば、理学療法士等がリハビリや歩行訓練の指導を行う場合には、個人の経験によって判断されるので、客観的なデータがなく、それぞれの判断が異なることがあり、また、口頭での指導であるので、片麻痺の患者が理解し難かった。特許文献1の発明では、圧力センサ部が床に設置されるので、設置場所以外では測定できなかった。特許文献2の発明では、音のみによる指示であるので、足の状態が把握し難かった。
前記対となる履物にそれぞれ設けられた第1、第2のセンサ部、及び前記歩行訓練者とは距離を隔てて配置され前記第1、第2のセンサ部と有線又は無線で信号連結される1又は複数の第3のセンサ部を有し、前記対となる履物の位置を三次元で検知する位置センサと、
有線又は無線で連結された前記感圧センサ及び前記位置センサのデータから少なくとも前記各履物の現在位置及び前記各履物の着地状況を算出する演算部を有する制御手段と、
前記制御手段の出力を入力して、前記対となる履物の足跡及びその現在位置を表示する表示手段とを備える。
前記対となる履物に第1、第2のセンサ部がそれぞれ有線又は無線で信号連結されて設けられ前記対となる履物の位置を三次元で相対的に検知する位置センサと、
有線又は無線で連結された前記感圧センサ及び前記位置センサのデータから少なくとも前記各履物の現在位置及び前記各履物の着地状況を算出する演算部を有する制御手段と、
前記制御手段の出力を入力して、前記対となる履物の足跡及びその現在位置を表示する表示手段とを備える。
光学式の位置センサは、例えば、発光マーカ、反射マーカ、及びパターンマーカ等のマーカからなる第1及び第2のセンサ部と、第1及び第2のセンサ部を撮影する複数のカメラ(例えば、CCDカメラ、高速度カメラ、ハンディータイプカメラ、デジタルVTR、又はデジタルビデオカメラ等)を備えた第3のセンサ部とを有し、撮影された第1及び第2のセンサ部の映像をコンピュータに入力して、対となる履物の位置を検知(モーションキャプチャーシステム)することができる。ここで、光学式の位置センサとしては、例えば、株式会社応用計測研究所製の三次元位置座標計側システムであるPC−MAG(商品名)が使用できる。
光学式の位置センサは、例えば、発光マーカ、反射マーカ、及びパターンマーカ等のマーカと、マーカを撮影する複数のカメラとを備える第1及び第2のセンサ部を有したものが使用できる。この光学式の位置センサでは、例えば、感圧センサの作動によって接地(着地)している一方の履物を特定し、一方の履物のカメラで他方の履物のマーカを撮影し、一方の履物を原点として他方の位置を算出することができる。
第3の発明に係る歩行訓練支援装置において、ヘッドマウント型のディスプレイは、例えば、単眼式でその様子を見ることができるシースルー機能を備えた株式会社島津製作所製のデータグラス2(商品名)が使用できる。
第4の発明に係る歩行訓練支援装置において、ディスプレイは、例えば、平らな台に車輪が取付けられている台車に設置される。台車が自走式の場合には、車輪に駆動装置が設けられ、歩行訓練者との距離を所定範囲内に保つために歩行訓練者との距離を測定する超音波センサ等の距離センサが設けられている。また、台車に把手を設け、把手を引いて台車を移動することもできる。更に、台車には、ディスプレイを昇降可能に配置する昇降装置を取付けてもよい。
第5の発明に係る歩行訓練支援装置において、履物の高さは、高さに対応して、例えば、接地面から0cmを白色とし、5cm以上を赤色として、その間を徐々に色が変わるようにグラデーション(濃淡)で示してもよい。また、接地面からの高さを数mm〜数cm、例えば、1cm毎の範囲で区切って、接地面から白色、赤色、マゼンタ、青色、シアン、緑色、及び黄色等と異なる色で示してもよい。
第6の発明に係る歩行訓練支援装置において、足の接地目標位置は、予め測定された歩行訓練者の歩幅を歩幅設定値として制御手段に保存しておき、そのデータを基に制御手段で算出することができる。また、歩行している歩行訓練者の歩幅のデータを制御手段で逐次処理して、歩幅設定値の補正を行いながら接地目標位置を演算してもよい。
第8の発明に係る歩行訓練支援装置において、色分け表示は、色の濃淡(グラデーション)、又は、色の組み合わせ等で表示することができる。
第9の発明に係る歩行訓練支援装置において、音声発生手段の音発生源としては、スピーカ、イヤホン、及びヘッドホン等がある。また、各足への負荷状態を表す音声のデータは、予め制御手段に保存されている。音声のデータは、音声ファイル、又は、発声時に音声合成されるテキストファイルが使用できる。
第10の発明に係る歩行訓練支援装置において、音像とは、三次元立体音響技術の1つであり、歩行訓練者の周囲に配置された複数のスピーカ、及び歩行訓練者の両耳に配置されるヘッドホン等の音発生源から発生される音の音圧や遅延時間等を調整し、音が空間内を移動しているように歩行訓練者に感じさせるものである。音像発生手段によって、歩行訓練者の身体を動かすべき方向から音を発生させ、歩行訓練者の身体をその方向に移動させることができる。
第11の発明に係る歩行訓練支援装置において、触覚表示手段では、歩行訓練者の身体を動かすべき方向に振動刺激、接触刺激、及び温度刺激等を与え、歩行訓練者の身体をその方向に移動させる。
請求項4記載の歩行訓練支援装置においては、表示手段は、パネル形のディスプレイであって、歩行訓練者との距離を実質的に一定に保って移動可能な台車に搭載されているので、歩行範囲中の歩行範囲が限定されない。
請求項5記載の歩行訓練支援装置においては、制御手段は、歩行訓練者の履物の接地面からの高さを算出し、表示手段に履物の高さに対して色を変えて表示可能であるので、歩行訓練者が足をどのくらい上げたかを把握し易い。
請求項7記載の歩行訓練支援装置においては、制御手段は、感圧センサ及び位置センサより算出される歩行訓練者の身体重心位置の軌跡に基づいて、歩行訓練者の転倒防止範囲を演算し、表示手段に表示可能であるので、歩行訓練者が安心して歩行できると共に、歩行訓練者の転倒による怪我等の危険を防止できる。
請求項8記載の歩行訓練支援装置においては、制御手段は、感圧センサのデータに基づいて、履物の負荷状態又は圧力分布を演算し、表示手段に3段階以上に色分けして表示可能であるので、視覚的に解り易い。
請求項10記載の歩行訓練支援装置においては、制御手段によって得られた履物の接地目標位置を音像で知らせる音像発生手段を備えるので、視覚と共に音像による確認ができ、各履物の接地目標位置が把握し易い。
請求項11記載の歩行訓練支援装置においては、制御手段によって得られた履物の接地目標位置を触覚で知らせる触覚表示手段を備えるので、視覚と共に触覚による確認ができ、各履物の接地目標位置が把握し易い。
ここで、図1は本発明の第1の実施の形態に係る歩行訓練支援装置の説明図、図2は同歩行訓練支援装置の感圧センサ及び位置センサが取付けられた履物の説明図、図3は同歩行訓練支援装置の感圧センサの配置図、図4は同歩行訓練支援装置のブロック図、図5〜図11はそれぞれ同歩行訓練支援装置の表示手段の歩行時の表示画面の説明図、図12は本発明の第2の実施の形態に係る歩行訓練支援装置の説明図、図13は同歩行訓練支援装置のブロック図、図14は本発明の第3の実施の形態に係る歩行訓練支援装置の説明図、図15は同歩行訓練支援装置のブロック図、図16(A)は本発明の第4の実施の形態に係る歩行訓練支援装置の説明図、(B)は同歩行訓練支援装置の触覚表示手段の配置図、図17は同歩行訓練支援装置のブロック図である。
歩行訓練支援装置10は、歩行訓練者11の左右の足12、13の足底14、15にかかる圧力をそれぞれ測定するための複数、例えば、12個の左足用の感圧センサ16〜27及び12個の右足用の感圧センサ28〜39が所定位置(座標(xn ,yn )、n=1〜24、図3参照)にそれぞれ配置された中敷き40、41を備えた左右の履物の一例である靴42、43を有している。
位置センサ45は、歩行訓練者11と所定の距離を隔てて配置され磁界を発生する磁界発生部である第3のセンサ部46と、第3のセンサ部46の磁界の発生を制御するシステムコントロールユニット(以下、コントロールユニットともいう)47と、左右の靴42、43にそれぞれ取付けられ、第3のセンサ部46で発生した磁界内に配置されて電流が誘起されて第3のセンサ部46からの距離及び角度が計測可能な磁界計測部である第1、第2のセンサ部48、49とを有している。
コントロールユニット47は、第1〜第3の磁界発生用コイルに流す電流の強さ及び時間(周波数)等を制御して、第3のセンサ部46で発生する磁界強さ及び時間(周波数)等を制御している。
また、歩行訓練支援装置10は、制御手段の一例であるノート型のコンピュータ59を有している。図4に示すように、コンピュータ59は、インターフェイス60を有し、ケーブル57及びインターフェイス60を介して、コントロールユニット47と接続されると共に、ケーブル58及びインターフェイス60を介して、A/D変換器54と接続されている。
更に、コンピュータ59の液晶画面66が歩行訓練者11の実質的に目の高さに配置されるように、コンピュータ59は歩行訓練者11の歩行方向前方に設けられた高さ調節可能なテーブル69に載置されている。
プログラム70は、予め歩行訓練前に入力された、例えば、歩行訓練者11の氏名、性別、年齢、麻痺している足が左足又は右足か、障害度が高いか低いか、体重、及び歩幅に合わせて予め決められた歩幅設定値等の個人データを、例えば、ハードディスク62に保存する個人データ処理機能を有している。
まず、図1及び図2に示すように、歩行訓練者11は、所定位置に感圧センサ16〜39が取付けられた中敷き40、41が挿入され、位置センサ45の第1及び第2のセンサ部48、49が取付けられた左右の靴42、43をそれぞれ左足12、右足13に装着する。コンピュータ59のプログラム70を起動し、氏名、性別、年齢、麻痺している足が左足又は右足か、障害度が高いか低いか、体重、及び歩行訓練者11の歩幅に合わせて決められた歩幅設定値等の個人データを入力して、歩行訓練者11の歩行訓練を開始する。
歩行訓練支援装置90は、表示手段が、パネル形のディスプレイ91であって、歩行訓練者11との距離を実質的に一定に保って移動可能な台車92に搭載されている点、及び靴42、43の三次元位置測定に超音波を使用している点で歩行訓練支援装置10と異なっている。以下、歩行訓練支援装置90について詳しく説明する。
まず、図12に示すように、歩行訓練者11は、所定位置に感圧センサ16〜39が取付けられた中敷き40、41が挿入され、更に、位置センサ93の第1及び第2のセンサ部94、95が取付けられた左右の靴42、43をそれぞれ左足12、右足13に装着し、台車92の後方、すなわち、ディスプレイ91の正面に立つ。
歩行訓練者11が装着する左右の靴42、43は、両足12、13の足底14、15にかかる圧力をそれぞれ測定する12個の左足用の感圧センサ16〜27及び12個の右足用の感圧センサ28〜39が所定位置(座標(xn ,yn )、n=1〜24、図3参照)にそれぞれ配置された中敷き40、41を備えている。
まず、図14に示すように、歩行訓練者11は、所定位置に感圧センサ16〜39が取付けられた中敷き40、41が挿入され、更に、位置センサ123の第1及び第2のセンサ部121、122が取付けられた左右の靴42、43をそれぞれ左足12、右足13に装着し、顔にディスプレイ124及びヘッドホン135を装着する。
歩行訓練支援装置150は、音声発生手段の代わりに、靴42、43の接地目標位置を触覚で知らせる触覚表示手段151を備えている点で、歩行訓練支援装置120と異なっている。以下、歩行訓練支援装置150について詳しく説明する。
まず、図16に示すように、歩行訓練者11は、所定位置に感圧センサ16〜39が取付けられた中敷き40、41が挿入され、更に、位置センサ123の第1及び第2のセンサ部121、122が取付けられた左右の靴42、43をそれぞれ左足12、右足13に装着し、顔にディスプレイ124を、背中にコンピュータ160とA/D変換器54を、腰にバイブレータ152〜159を装着する。
プログラム163は、歩行訓練者11の身体を動かすべき方向のバイブレータ152〜159に振動を与え、この振動刺激によって、靴42、43の接地目標位置を知らせることができる。
例えば、前記実施の形態の歩行訓練支援装置において、それぞれの機器を有線接続により信号接続したが、無線による信号連結としてもよい。
Claims (11)
- 歩行訓練者の両足の履物にそれぞれ配置された複数の感圧センサと、
前記対となる履物にそれぞれ設けられた第1、第2のセンサ部、及び前記歩行訓練者とは距離を隔てて配置され前記第1、第2のセンサ部と有線又は無線で信号連結される1又は複数の第3のセンサ部を有し、前記対となる履物の位置を三次元で検知する位置センサと、
有線又は無線で連結された前記感圧センサ及び前記位置センサのデータから少なくとも前記各履物の現在位置及び前記各履物の着地状況を算出する演算部を有する制御手段と、
前記制御手段の出力を入力して、前記対となる履物の足跡及びその現在位置を表示する表示手段とを備えることを特徴とする歩行訓練支援装置。 - 歩行訓練者の両足の履物にそれぞれ配置された複数の感圧センサと、
前記対となる履物に第1、第2のセンサ部がそれぞれ有線又は無線で信号連結されて設けられ前記対となる履物の位置を三次元で相対的に検知する位置センサと、
有線又は無線で連結された前記感圧センサ及び前記位置センサのデータから少なくとも前記各履物の現在位置及び前記各履物の着地状況を算出する演算部を有する制御手段と、
前記制御手段の出力を入力して、前記対となる履物の足跡及びその現在位置を表示する表示手段とを備えることを特徴とする歩行訓練支援装置。 - 請求項1及び2のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記表示手段は、ヘッドマウント型のディスプレイであることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記表示手段は、パネル形のディスプレイであって、前記歩行訓練者との距離を実質的に一定に保って移動可能な台車に搭載されていることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記制御手段は、前記歩行訓練者の前記履物の接地面からの高さを算出し、前記表示手段に該履物の高さに対して色を変えて表示可能であることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記制御手段は、予め設定された前記歩行訓練者の歩幅に合わせて決められた歩幅設定値に基づいて、前記履物の接地目標位置を演算し、前記表示手段に表示可能であることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項6記載の歩行訓練支援装置において、前記制御手段は、前記感圧センサ及び前記位置センサより算出される前記歩行訓練者の身体重心位置の軌跡に基づいて、該歩行訓練者の転倒防止範囲を演算し、前記表示手段に表示可能であることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記制御手段は、前記感圧センサのデータに基づいて、前記履物の負荷状態又は圧力分布を演算し、前記表示手段に3段階以上に色分けして表示可能であることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記制御手段によって得られた前記履物への負荷状態を音声で知らせる音声発生手段を備えることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記制御手段によって得られた前記履物の接地目標位置を音像で知らせる音像発生手段を備えることを特徴とする歩行訓練支援装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の歩行訓練支援装置において、前記制御手段によって得られた前記履物の接地目標位置を触覚で知らせる触覚表示手段を備えることを特徴とする歩行訓練支援装置。
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