JP2009240775A - 歩行障害者に足移動の目標指標を表示する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行障害を有する人が歩行を再学習するための歩行訓練装置（１）を提供すること。
【解決手段】歩行訓練装置（１）は、可動歩行面（３）と、歩行面上を歩行する人（４）によって行われる移動に対応し連続する足の位置の目標指標を表示する表示装置（７、８、９）とを備える。本発明によれば、目標指標は、人物の方向に移動する歩行面の高さ及び長手方向に位置する目標面（１０）上に配置された多数の連続パターン（１５、１６）の形態を有し、目標指標は、０．５ｍと１０ｍとの間、好ましくは０．５ｍと５ｍとの間、より好ましくは０．７ｍと２．５ｍとの間の距離から、目標面（１０）から歩行面（３）の方向に、そして歩行面（３）の上を人物（４）の足元まで視覚的に移動する。パターン（１５、１６）の移動速度は実質的に歩行面（３）の移動速度に等しい。
【選択図】図１

Description

歩行に際して正常な運足を行う能力を失う結果になる歩行障害が人に起きるには様々な原因がある。それらの人々は、正常に歩行する能力を訓練によって再学習する必要がある。本発明は、歩行障害を有する人を訓練する歩行装置に関し、前記歩行装置は、可動歩行面と、歩行面上を歩く人によって行われる動き（movement）と対応する、連続的な足位置の目標指標を表示する表示ユニットとを備える。本発明はさらに、トレッドミル上を歩行する歩行障害を有する人の足の移動位置に対して一連の連続した目標指標を提供する方法に関する。

歩行障害の考えられる原因は、脳血管発作（ＣＶＡ）又は脳卒中であり得る。脳の一部の損傷及び脳の一部の機能の消失が、ＣＶＡ後に生じる。これが、人の規則的且つ対称的に歩行する能力を失わせる結果になる。知覚触覚的自己受容覚（proprioscepsis）（筋肉、関節、及び靭帯からの情報のフィードバック）と平衡状態の情報との組合せを用いることにより、脳の別の部分が、訓練によって脳の損傷部分の機能を引き受けることができることが知られている。ＣＶＡ後に歩行を再学習する必要のある患者は、観察、分析、及び試行錯誤によって歩行を学習する必要がある。従って、学習にあたり、正しいインパルスを発生するよう脳を再訓練し、規則的に歩行できるようになるように大量の直接的な知覚入力を、安全な環境下で可及的速やかに提供することが望ましい。

歩行障害を有する人をトレッドミル上で訓練する歩行訓練装置は、欧州特許第１１４５６８２号明細書により公知である。望ましい歩行リズム及び歩幅を達成するために、運足指標が、動いているトレッドミル上に乗っている人物に対して、その人物に向って配置されたモニタに表示される。歩幅は、連続する２つの運足指標間の経過時間により決定される。力センサを使用して運足の瞬間を決定することにより、歩幅及び運足の頻度を計測することができ、帯（belt）の速度を運足に合わせることができる。帯の速度を患者の運足周期及び患者の理想的で望ましい歩幅に合わせることによって、神経系インパルスが患者内に生成され、対応する正しい歩幅を有する正常な運足パターンが実現される。それによって、患者は、繰り返すことによって無意識に対称的に歩行することを再学習することができる。周知の装置は、実環境が、表示ユニットに部分的にしかもたらされないという欠点を有する。これは、例えば、通常の歩行では重要な情報を提供する頭の動き及び眼の端からの観察情報が（訓練プロセスに）影響を及ぼさないことを意味する。さらに、周知の装置は、帯の速度を制御するために所定の理想的歩幅に基づいており、そのため、歩行訓練が、障害を有する人のあらゆる時点での実際の歩行能力を適切に反映していない結果になり得る。

パーキンソン病に罹患している患者を訓練する別の訓練装置が、特開２００３−１６４５４４号公報により公知である。かかる装置は、ディスプレイが搭載された歩行器と、歩行面上に多数の光素子（light element）とを備え、それにより、患者の足の前方に目標表示として線状の光を投射することができる。患者は歩行中、腕で歩行器持つことによって自分自身を支えているので、歩行パターンが変化し、それ故、自然な歩行は限られた程度にしか再現されない。その上、歩行器を押すことによって、学習プロセスに一貫性がなくなる。更に、患者の前に配置されたスクリーンによって、患者の歩行中の視界が限定されるので、必要な運動自由度を患者に与えるために相対的に大きなスペースが必要になり、又、療法士が患者を観察し難くなる。

欧州特許第１１４５６８２号明細書 特開２００３−１６４５４４号公報

本発明の目的は、実際の歩行状況が可能な限り正確にシミュレートされている、歩行障害を有する人の足の動きの目標表示を提供する装置及び方法を提供することである。又、本発明の目的は、歩行中の人の頭の動き及び眼の動きが学習プロセスに寄与する装置及び方法を提供することである。さらに別の目的は、歩行障害を有する人が、迅速、安全、且つ快適に歩行パターンを学習することができる装置及び方法を提供することである。

これを達成するために、本発明による装置は、目標指標が、訓練者の方向に移動する歩行面の高さ及びその長手方向に位置する目標面（１０）上に複数の連続パターン（１５、１６）の形態を有し、その目標指標が、０．５ｍ〜１０ｍ、好ましくは０．５ｍ〜５ｍ、更により好ましくは０．７ｍ〜２．５ｍの距離から、目標面（１０）から歩行面（３）に向かって、そして歩行面（３）上を訓練者（４）の足元まで視覚的に移動し、パターン（１５、１６）の移動速度が実質的に歩行面（３）の移動速度に等しいことを特徴とする。

歩行面上を歩く訓練者は、自分に向かってくる移動するパターン、好ましくは縞模様の照射線を比較的遠距離に見ることによって、前記パターン上又はパターンの間に、自分の足を置く位置を予め知ることができる。目標面及び歩行面を介して帯の速度で歩行する訓練者に向かって移動する線のパターンは、自然な効果を発揮するのに使用することができ、そして又、頭の動きや、自然的、空間的な観察によって得られる感覚入力（sensory input）からの情報を訓練者に処理させることができる。このようにして、規則的な歩行パターンを極めて迅速に再学習することが可能であることが期待される。トレッドミル上に立っている訓練者は空間的環境内を移動することはないので、本発明による装置での歩行訓練は比較的小さな表面上で実施することができ、従って、療法士が間近に観察することができるようになる。

本発明による装置の歩行面は、能動的又は受動的に駆動されるトレッドミルであり得る。このトレッドミルを比較的長く構成することにより、訓練者の前方に伸長するトレッドミル部分によって歩行面を形成することができる。他方、目標面は静止していてもよく、トレッドミルの長手方向に伸長する水平な板を備えていてもよい。目標面上を移動する帯を、目標面の上方又は下方から目標面上に投射手段によって投射してもよい。目標面にＬＥＤなどのアクティブな光素子を備えてもよく、又はレーザ光線によって目標面上にパターンを投射してもよい。

訓練者に見える投射されている帯の数は、訓練者前方に伸長する投射面の長さ、帯の速度、及び運足頻度に依存する。帯の幅（Ｗ）は、線の幅から、足の大きさと合う面積まで、療法士の療法上の目的に応じて調節可能である。

一実施形態では、帯の数は、１〜２０、好ましくは３〜１５になり、帯の幅は、移動する方向に、１０〜５０ｃｍ、好ましくは１〜４０ｃｍである。

歩行障害を有する訓練者が、近付く光の帯によって行うべき運足を予め知ることができるので、明確な学習効果が達成され得る。更に、歩幅の偏差が生じたときに訓練者が簡単に帯を外すことがないように、帯の幅は比較的広いことが好ましい。

好ましい実施形態では、歩行面は、歩行面上の訓練者が歩くことによって掛かる１回ごとの力を計測するセンサを装備している。

センサからの信号は制御ユニットに伝達され、次いで、その制御ユニットは歩行面上を歩いている訓練者の重心位置を計算し、それによって、重心位置を、歩行する訓練者に表示するために表示ユニットに伝達する。

歩行面上への投射手段、又はモニタ上への表示のいずれかにより重心位置を表示することによって、療法士が介入し、光帯の相対距離を調節して、歩行パターンの非対称性をなくすことができる。更に、訓練者が後に遅れた場合には、帯に対する圧力中心を測定して検知することができ、帯の速度を減速することができる。

本発明による、トレッドミル上の訓練者に目標指標を提供する方法は、
センサ手段によって前記トレッドミル上の訓練者の足の位置を計測するステップと、
トレッドミルの速度を決定するステップと、
センサの信号を制御ユニットに伝達し、運足頻度又は歩幅を決定するステップと、
訓練者の方向に移動する歩行面の高さ及びその長手方向に位置する目標面上に複数の連続する帯を表示するステップであって、その帯が、０．５ｍ〜１０ｍ、好ましくは０．５ｍ〜５ｍ、より好ましくは０．７ｍ〜２．５ｍの距離から、目標面から歩行面に向かって、そして歩行面上を訓練者の方向に視覚的に移動し、帯の速度が実質的にトレッドミルの速度と一致するステップと
を含む。

制御ユニットが、センサの信号及び帯の速度を処理することによって、帯のパターンが訓練者の自然な歩幅に調節した後、療法士が介入して線の個々の間隔を調節することができる。これは、対称性を増加（アップ）若しくは対象性を減少（ダウン）するよう矢印キーを操作することにより、若しくは、「ドラグバー」を使用することによってディスプレイ上の２本のバーが歩幅の非対称性の程度を段階的に示すことにより、又は、例えばＮ個の歩幅において対称性を１５％から５％まで調節するアルゴリズムによって、簡単に行うことができる。

非対称性を歩幅及び運足時間に関して数字表示については、訓練者が歩行している間の重心の輪郭を表示して対称性を決定することが好ましい。添付図面の詳細な説明で示されるように、この輪郭は蝶の形状を有し、それにより、療法士が運足パラメータを迅速且つ直感的に調節できるようになる。

次いで、本発明による装置及び方法が、添付図面を参照してより詳細に説明される。

本発明による歩行訓練装置の概略図である。 図１による装置の上面図である。 重心の蝶形状輪郭を示す図である。 運足の非対称性を補正するための典型的な帯のパターンを示す図である。 制御装ユニットによる帯のパターンの概略図である。

図１は、歩行障害を有する訓練者が対称的に歩行することを再学習するための訓練装置１を示す。訓練装置１は、モータ６によって駆動されるトレッドミル２を備える。トレッドミル２は、その上を訓練者４が歩く歩行面３を有する。複数のセンサ５が、歩行面３の下に配置され、それらセンサは制御ユニット７に接続されている。高さ及び外見上は歩行面と境目無く連結された目標面１０が、トレッドミル２の長手方向に配置されている。複数のプロジェクタ８、９が、目標面１０の上方に取り付けられ、それらのプロジェクタは、連続する帯のパターンを、それらの帯がトレッドミルの帯速度Ｖｌに等しい速度Ｖｂで訓練者４の方向に移動するように、目標面１０上及び歩行面３上に投射する。

別の実施形態では、目標面１０が、トレッドミル２が延長して形成され、この場合、トレッドミル２は、訓練者の前に比較的長い距離で伸長する。

プロジェクタ８、９は、光帯の幅Ｗ、目標面１０及び歩行面３上の速度Ｖｂ、並びに光帯間の個々の間隔を制御することができる制御ユニット７に接続されている。更に、モータ６が、トレッドミルの速度Ｖｌを決定し調節する制御ユニット７に接続されている。制御ユニット７は、出力部を介してモニタ１２に接続され、訓練者４の歩幅及び運足頻度などの歩行パターンパラメータと、センサ５によって生成される信号に基づいて計算される訓練者の重心位置Ｃｇとを表示する。療法士は、キーボード１３を用いてトレッドミル２の速度を調節し、それに応じて、光帯のパターン（Ｖ速度、間隔、及び幅）を調節することができる。

プロジェクタ１４は、制御ユニット７によって計算されたトレッドミル２上の訓練者４の重心位置Ｃｇを投射するのに使用することができる。プロジェクタ８、９及び１４を一体のプロジェクタユニットとして使用することも又可能である。

図２は、歩行面３及び目標面１０の上面図を示す。例えば、光帯１５、１６は、２０ｃｍの幅Ｗ及び５０ｃｍの横方向寸法Ｄを有する。個々の間隔Δ_ｌ、Δ_ｒは、非対称でなければ、例えば７０ｃｍであり、訓練者４の方向の速度Ｖｂは、例えば１．５ｍ／ｓである。目標面１０の長さＬ１、及び歩行面３の、訓練者の前に延在し光帯１５、１６がその上に投射される部分の長さＬ２は、例えば３ｍである。光帯１５、１６の数は、例えば４帯である。

訓練者４の歩行パターンの対称性は、療法士が２つの光帯間の個々の間隔Δ_ｌ、Δ_ｒを調節することによって操作することができる。例えば、訓練者４が、ＣＶＡを患った後、非対称的な歩行を示す場合、光帯の間隔Δ_ｌ、Δ_ｒを変化させることによって、より対称的な歩行パターンを習熟するようにその人を訓練することができる。これを達成するために、療法士は、キーボード（又は、ライトペン若しくは音声駆動指令機構などの他の入力装置）を介して光帯の個々の間隔Δ_ｌ、Δ_ｒを調節する。

図３は、歩行面３上の訓練者４の重心Ｃｇの軌跡の、モニタ１２上の画像を示す。左足で立っているフェーズ中、その足がトレッドミル上に置かれている間は、右足がトレッドミルに着地（Ａ）するまでＣｇは経路Ｂ−Ａに沿って後方へ移動する。両足がトレッドミル上に置かれているこの所謂「２重支持フェーズ」中は、Ｃｇが点Ａから点Ｅの方向に移動し、点Ｅに達すると、左足が地面を離れる。それに続く右足で立っているフェーズの間は、Ｃｇは、左足が再びトレッドミル上に置かれる（点Ｄ）まで経路Ｅ−Ｄに沿って右足と共に後方に移動する。２重支持フェーズ（経路Ｄ−Ｂ）の間は、Ｃｇが前方左位置へ移動して、そこで右足がトレッドミルから持ち上げられる（点Ｂ）。このように、重心の軌跡は蝶の形状の図形を形成し、その図形の対称性は、訓練者４によって行われた運足の対称性の直接的な目視尺度になる。モニタ１２上に表示されるこの蝶図形は、療法士が、対称的なパターンを得るために、迅速且つ効果的に光帯の間隔Δｌ、Δｒを調節するのに使用することができる。

図４は、非対称歩行パターン（Δ_ｌ＝６０ｃｍ、Δ_ｒ＝４０ｃｍ）を有する訓練者に対する左側（Ｌ）の光帯及び右側（Ｒ）の光帯の典型的なパターンを示す。

図５は、制御装置７での光帯のパターンの決定方法の概略図を示す。

ステップ２０では、例えば、療法士がキーボード１３を用いることによって、トレッドミル２の帯の速度を調節する。引き続き、ステップ２１で、センサ５を介して足位置を計測し、ステップ２２で、運足頻度及び歩幅Δｌ、Δｒを求める。

左側歩幅及び右側歩幅、並びに運足度数に基づいて、ステップ２３で、光帯を目標面１０及び歩行面３上に投射し、その場合、帯の速度Ｖｂはトレッドミルの速度Ｖｌに対応し、間隔Δｌ、Δｒは右運足及び左運足の歩幅に対応する。療法士の介入（ステップ２４）後、例えば、人物の対称性又は運足度数の改変を達成することができるように、相対的間隔Δ_ｌ、Δ_ｒが直ちに調節される（ステップ２６）。

Claims (10)

1. 可動歩行面（３）と、前記歩行面上を歩行する訓練者（４）の前記歩行面（３）上の足の動きに対応する連続する目標指標を表示する表示ユニット（７、８、９）とを備える歩行訓練装置（１）であって、前記目標指標が、前記訓練者の方向に移動する前記歩行面と同じ高さ及びその長手方向に位置する目標面（１０）上に配置される複数の連続パターン（１５、１６）の形態を有し、前記目標指標が、０．５ｍ〜１０ｍ、好ましくは０．５ｍ〜５ｍ、更により好ましくは０．７ｍ〜２．５ｍの距離から、前記目標面（１０）から前記歩行面（３）に向かって、さらに前記歩行面（３）上を前記訓練者（４）の足元まで視覚的に移動し、前記パターン（１５、１６）の移動速度が前記歩行面（３）の移動速度と実質的に等しいことを特徴とする、歩行訓練装置（１）。
2. パターンが多数の帯（１５、１６）を有し、前記帯の数が、１〜２０、好ましくは３〜１５であり、前記帯が、移動方向に１〜５０ｃｍ、好ましくは１〜４０ｃｍの幅Ｗを有する、請求項１に記載の歩行訓練装置（１）。
3. 目標面（１０）が、０．５ｍ〜１０ｍ、好ましくは０．７ｍ〜５ｍの長さ（Ｌ１）を有し、前記目標面が静止している、請求項１又は２に記載の歩行装置（１）。
4. 歩行面（３）が、前記歩行面上の重心の経路及び足の位置を決定するセンサ（５）を備え、前記センサ（５）が、トレッドミル上を歩行する訓練者（４）の重心位置を計算する制御装置（７）に伝達する信号を生成し、前記重心位置が、表示ユニット（１２、１４）に伝達され、歩行する前記訓練者に表示される、請求項１〜３に記載の歩行訓練装置（１）。
5. 重心が、プロジェクタ（８、９、１４）によって歩行面上に投射される、請求項４に記載の歩行訓練装置（１）。
6. センサ（５）からの信号が、経路（１６、１７）の移動速度及び／又は個々の間隔を制御するために制御ユニット（７）に伝達される、請求項３又は４に記載の歩行訓練装置（１）。
7. トレッドミル上を歩行する訓練者に目標指標を表示する方法であって、
   センサ手段によって前記トレッドミル上の訓練者の足の位置を計測するステップと、
   前記トレッドミルの速度を決定するステップと、
   前記センサの信号を制御装置に伝達し、運足頻度又は歩幅を決定するステップと、
   前記訓練者の方向に移動する前記歩行面と同じ高さ及びその長手方向に位置する目標面上に複数の連続する帯を表示するステップであって、前記帯が、０．５ｍ〜１０ｍ、好ましくは０．５ｍ〜５ｍ、より好ましくは０．７ｍ〜２．５ｍの距離から、前記目標面から前記歩行面の方向に、そして前記歩行面上を前記訓練者の方向に視覚的に移動し、前記帯の速度が前記トレッドミルの速度に実質的に対応するステップと
   を含む方法。
8. 連続する帯の間隔が、計測された運足頻度及び／又は歩幅に基づいて調節される、請求項７に記載の方法。
9. 歩行する訓練者のセンサ信号に基づく重心位置が、蝶形状表示の形態で表示ユニット上に表示される、請求項８に記載の方法。
10. ２つの帯の中間位置が、歩行する訓練者の足の下に来るように、前記帯の表示を設定する、請求項７、８、又は９に記載の方法。

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