JP2016049427A - Upper/lower extremity rehabilitation training device for motion function recovery - Google Patents

Upper/lower extremity rehabilitation training device for motion function recovery Download PDF

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博一 古荘
Hirokazu Furusho
博一 古荘
純次 古荘
Junji Furusho
純次 古荘
昭栄 大沼
Shoei Onuma
昭栄 大沼
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Nihon Rehabili Device Gijutsu Kenkyusho kk
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for realizing a function at a low cost with compactness and high picture quality, the function including a rehabilitation training screen displaying a superimposed upper extremity of a patient himself/herself for enabling correction or feed back of a motion when a cooperation motion being a pathologic motion in apoplexy occurs, in order to solve a problem that an image of the upper extremity of the patient himself/herself is not displayed and only a position of a grip part is displayed on the rehabilitation training screen in many upper rehabilitation support systems using a vertical display.SOLUTION: As shown in Fig. 8, rehabilitation training is performed on a rehabilitation training table 23 including a surface in a chromakey background color or background pattern. An image is captured by an overhead image camera. The image obtained using a chromakey technique and image synthetic technique is displayed on a vertical display arranged in front of a patient. The patient performs rehabilitation training while observing the image and operating a grip part of a force sense presentation system.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、リハビリテーションや運動機能回復訓練など医療、福祉分野において使用される高い訓練効果を有する上肢・下肢リハビリ訓練装置に関する。  The present invention relates to an upper limb / lower limb rehabilitation training apparatus having a high training effect used in medical and welfare fields such as rehabilitation and motor function recovery training.

我が国の脳卒中の患者総計は国内約140万人と推定され、高齢化および救命率の向上に伴い更なる増加が懸念される。脳卒中等の患者の多くは4肢に運動機能に障害を有する。リハビリテーションを続ければ症状が改善する患者も、現状の医療・福祉のリハ環境下では必ずしも治療を十分に受けることができず、日常生活活動(ADL)の自立に至らないことが問題になっている。  The total number of stroke patients in Japan is estimated to be about 1.4 million in Japan, and there is concern over further increases as the population ages and the survival rate improves. Many patients such as stroke have impaired motor function in their four limbs. Patients whose symptoms improve if they continue rehabilitation are not always able to receive sufficient treatment under the current medical and welfare rehabilitation environment, and daily life activities (ADL) are not becoming independent. .

脳の可塑性発現は、その体部位の使用頻度に依存するという多くの報告があり,麻痺の回復には麻痺した上肢・下肢の自発的な運動量を増やすことが必要である.しかし,現状ではセラピストの人手不足等のため,上肢・下肢機能訓練を長時間行うことできない.そこで,訓練後に自主訓練プログラムを実施することもあるが、訓練内容が限られたものとなっている。一方,バーチャルリアリティ技術を応用した上肢・下肢リハビリテーション支援システムは,ゲーム性が高く,様々なプログラム設定が可能であり,手軽に長時間の訓練が可能である(特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4)。  There are many reports that the plasticity of the brain depends on the frequency of use of the body part. To recover from paralysis, it is necessary to increase the spontaneous momentum of the paralyzed upper and lower limbs. However, due to the shortage of therapists, the upper and lower limb function training cannot be performed for a long time. Therefore, a self-training program may be implemented after training, but the training content is limited. On the other hand, the upper limb / lower limb rehabilitation support system using virtual reality technology has high game characteristics, allows various program settings, and allows easy long-time training (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent) Document 3 and Patent document 4).

近年、慢性期の患者に対しても、脳の可塑性を前提とした積極的な治療的介入が行われている。例えば、繰り返しのリーチング運動(到達運動)等で、運動の再学習が得られることが脳卒中片麻痺患者に対する臨床評価で示されている。しかし、医療保険等の制度上の問題もあり、現状の医療機関でのリハビリでは、量的(訓練時間・入院期間・訓練期間)に十分とはいえない。これらの問題点に対して、訓練効果の患者への定量的表示や、ゲーム的要素等も取り入れ、モチベーションの維持をさせながら繰り返し長時間訓練が可能な装置の開発が望まれている。  In recent years, aggressive therapeutic intervention based on the premise of brain plasticity has also been performed for patients in the chronic stage. For example, clinical evaluation for stroke hemiplegic patients shows that re-learning of movement can be obtained by repeated reaching movement (reaching movement) or the like. However, there are problems with medical insurance and other systems, and rehabilitation at current medical institutions is not sufficient in terms of quantity (training time, hospitalization period, training period). In order to solve these problems, it is desired to develop a device capable of repeatedly training for a long time while maintaining motivation by incorporating quantitative display of training effects to patients, game elements, and the like.

日本人の6人に1人がなると言われる脳卒中は、今後高齢化が進むにつれて、ますます大きな社会問題になる。脳卒中はかつて死亡原因の1位であったが、各種治療技術の発達により、現在第4位の死亡原因になっている。その結果、脳卒中の後遺症を残す患者が増え続けている。その多くは、運動機能に障害があり、一般的に身体の片側に運動麻痺を生じる片麻痺となる。脳卒中のリハビリテーションに関する考え方が、世界的に次のように変わりつつある。コンピュータ・システムを導入した各種のリハビリ装置が、リハビリテーションにおいて効果的であることが明らかになってきており、娯楽的なゲームや相互作用機器がパフォーマンスの改善を導く。入院患者の1日のうち、訓練や学習に使用されるのはごくわずかに過ぎず、ロボティクス・メカトロニクス技術を用いて訓練を半自動化する事で、手軽に長時間訓練を行うことができる。また、訓練者の能力に応じて、難しい課題へと段階的に移行させていく必要があり、包括的かつ情報技術を導入したリハビリ訓練支援システムが必要である。  Stroke, which is said to be one in six Japanese, will become an increasingly serious social problem as the population ages. Stroke was once the leading cause of death, but is now the fourth leading cause of death due to the development of various treatment techniques. As a result, an increasing number of patients have sequelae of stroke. Many of them are impaired in motor function and generally become hemiplegic, which causes motor paralysis on one side of the body. The concept of stroke rehabilitation is changing globally as follows. Various rehabilitation devices incorporating computer systems have been found to be effective in rehabilitation, with recreational games and interactive equipment leading to improved performance. Only a small amount of inpatients are used for training and learning in one day, and semi-automated training using robotics and mechatronics technology enables easy long-term training. In addition, it is necessary to shift to difficult tasks step by step according to the ability of the trainer, and a comprehensive rehabilitation training support system that incorporates information technology is required.

脳卒中後、初期の段階におけるリハビリテーションプログラムでは、下肢の随意的な筋収縮力や下肢筋群のコントロールが不十分であることが多い。このような患者に対しては特定の筋群の活動を高めることを目的とした運動、あるいは部分的な練習、すなわち、歩行運動を構成する動作の練習に時間をかけることが必要である。このように、患者の回復に応じて、座位、立位でのバランス練習および動作練習、さらには歩行練習へと展開していけるようなリハビリ訓練支援システムが求められている。  In the rehabilitation program at an early stage after the stroke, voluntary muscle contraction force of the lower limbs and control of the lower limb muscle groups are often insufficient. For such patients, it is necessary to spend time for exercise aimed at enhancing the activity of a specific muscle group, or for partial exercise, that is, exercise for constituting a walking exercise. Thus, there is a need for a rehabilitation training support system that can be developed into sitting, standing, standing and balance exercises, and walking exercises as the patient recovers.

ロボット技術を用いて最初に上肢リハビリ訓練装置として実用化したのは、米国MITの上肢リハ装置(特許文献1)である。この装置は、脳卒中による上肢片麻痺患者の運動機能回復を主目的とするものであり、患者はロボットアーム先端の把持部を握り、患者の正面に垂直に置かれたディスプレイ画面の指示に従って自らの意思で上肢を繰り返し動かす内に、脳の可塑性により運動が再学習されると言う、ニューロリハビリテーションの考えに基づく装置である。しかし、アームの動きはダイレクトドライブモータで駆動されているため、モータの制御ソフト、訓練ソフト等にバグ、あるいはセンサー、制御装置等に故障があると、モータが暴走し、重大な事故を起こす恐れがある。暴走による事故を防止するため、装置には種々の安全対策が取られ、また信頼性の高い高価な部品が使われており、非常に高価な装置となっている。さらに、制御ソフトや訓練ソフトのバグを防ぐため、ソフトが固定化され、新規ソフトの開発が難しいという問題点もある。  The US MIT upper limb rehabilitation device (Patent Document 1) was first put to practical use as an upper limb rehabilitation training device using robot technology. The main purpose of this device is to recover the motor function of patients with hemiplegia of the upper limb due to stroke, and the patient grasps the grip at the tip of the robot arm and follows his / her instructions on the display screen placed vertically in front of the patient. This device is based on the idea of neurorehabilitation, in which movement is re-learned by the plasticity of the brain while the upper limb is repeatedly moved with will. However, since the arm movement is driven by a direct drive motor, if there is a bug in the motor control software, training software, etc., or if there is a failure in the sensor, control device, etc., the motor may run away and cause a serious accident. There is. In order to prevent accidents due to runaway, various safety measures are taken for the apparatus, and highly reliable and expensive parts are used, resulting in an extremely expensive apparatus. Furthermore, in order to prevent bugs in control software and training software, there is a problem that software is fixed and development of new software is difficult.

サーボモータなどアクティブなアクチュエータを力発生部に用いた力覚提示システムが、多数開発されている。例えば、FCSコントロールシステムズ社製のハプティックマスター(HapticMaster)(非特許文献1)は、基本3軸に3台のサーボモータを用いており,回転関節および直動関節を用いた3次元の力覚提示システムである。力覚提示システムは、上肢リハビリ支援システムとしても用いることができ,ハプティックマスターを用いた上肢リハビリ支援システムに関する研究が多く行われている。  A number of force sense presentation systems using an active actuator such as a servo motor as a force generation unit have been developed. For example, a haptic master manufactured by FCS Control Systems (Non-Patent Document 1) uses three servo motors for three basic axes, and provides a three-dimensional force sense using a rotary joint and a linear joint. System. The haptic presentation system can also be used as an upper limb rehabilitation support system, and many studies have been conducted on the upper limb rehabilitation support system using a haptic master.

この他、商用および研究用を含め、モータ、油空圧等のアクチュエータを用いたリハビリ支援システムは数多く研究開発されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3、非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4、非特許文献5、非特許文献6、非特許文献40、非特許文献41)。非特許文献6のシステムは、上肢リハビリ支援システムのみならず、下肢のリハビリ支援にも適用可能である。  In addition, many rehabilitation support systems using actuators such as motors and hydraulic / pneumatic pressure have been researched and developed, including commercial and research (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 2, (Patent Literature 3, Non-Patent Literature 4, Non-Patent Literature 5, Non-Patent Literature 6, Non-Patent Literature 40, Non-Patent Literature 41). The system of Non-Patent Document 6 can be applied not only to the upper limb rehabilitation support system but also to the lower limb rehabilitation support.

力覚提示システムの力発生部にモータ等のアクチュエータを用いた場合、故障や暴走など不慮の事故により操作する人間に危険が及ぶ可能性がある。また、電気的、あるいはソフトウェア的に対策を施すことで安全性を高めることは可能であるが、装置やシステムが高価となる上、完全に危険性を排除することは難しい。そこで,アクチュエータレベルで安全性が確保できる機能性流体アクチュエータが開発されている(非特許文献7)。機能性流体アクチュエータは、機能性流体クラッチとその駆動部からなる。機能性流体アクチュエータを用いた上肢リハビリ支援システムEMULが,5ヵ年NEDOプロジェクト(1999年度〜2003年度)で研究開発され、臨床評価が行われている(非特許文献8、非特許文献9、非特許文献10、非特許文献11、非特許文献12、非特許文献30のpp.117)。  When an actuator such as a motor is used for the force generation part of the force sense presentation system, there is a possibility that it may be dangerous for a person who operates due to an unexpected accident such as failure or runaway. Although it is possible to enhance safety by taking measures in terms of electrical or software, the apparatus and system become expensive and it is difficult to completely eliminate the danger. Therefore, functional fluid actuators that can ensure safety at the actuator level have been developed (Non-patent Document 7). The functional fluid actuator includes a functional fluid clutch and its drive unit. The limb rehabilitation support system EMUL using a functional fluid actuator has been researched and developed in the 5-year NEDO project (1999-2003) and is being clinically evaluated (Non-patent Document 8, Non-patent Document 9, Non-patent) Pp. 117 of Literature 10, Non-Patent Literature 11, Non-Patent Literature 12, and Non-Patent Literature 30).

上記の機能性流体としては、電場でそのレオロジー特性が制御できるER流体(非特許文献7、非特許文献13)や、磁場でそのレオロジー特性が制御できるMR流体(非特許文献13)、ナノ粒子MR流体(特許文献5、非特許文献14)などが使われる。ER流体は,絶縁性オイルに誘電微粒子を分散させたコロイド溶液で,これに電界を印加すると微粒子が鎖状構造を形成し,見かけの粘弾性が変化する機能性流体である。  Examples of the functional fluid include an ER fluid whose non-patent document 13 and 13 can control its rheological characteristics with an electric field, an MR fluid whose non-patent document 13 can control its rheological characteristics with a magnetic field, and nanoparticles. MR fluid (Patent Document 5, Non-Patent Document 14) and the like are used. The ER fluid is a colloidal solution in which dielectric fine particles are dispersed in insulating oil, and when an electric field is applied thereto, the fine particles form a chain structure, and the apparent viscoelasticity changes.

このようなアクチュエータを用いた力覚提示システムと比べて、ブレーキ等のパッシブ型力発生部を用いた力覚提示システム(特許文献6)は、操作者の加えた力に対する抗力のみを提示するため、誤って装置が操作者に危害を加えることはない。  Compared with the force sense presentation system using such an actuator, the force sense presentation system using a passive force generation unit such as a brake (Patent Document 6) presents only a resistance against the force applied by the operator. Inadvertently, the device will not harm the operator.

このような、パッシブ型力発生部を用いた力覚提示については、斉藤らのパウダークラッチを用いた力覚提示システム(非特許文献15)の研究がある。このシステムは、1台のパウダークラッチを用いて1次元の力覚を提示している。また、古荘らは粒子系ER流体ブレーキを2台用いた2次元のパッシブ型力覚提示システムPLEMO−P−Prototype(非特許文献16)を研究開発した。  Regarding such a force sense presentation using a passive force generation unit, there is a research on a force sense presentation system (Non-patent Document 15) using a powder clutch of Saito et al. This system uses a single powder clutch to present a one-dimensional force sense. Furuso et al. Also researched and developed a two-dimensional passive force presentation system PLEMO-P-Prototype (Non-Patent Document 16) using two particle-based ER fluid brakes.

本発明で使用できるパッシブ型力発生部としては、機能性流体を用いた機構がある。図1は,ER流体、MR流体またはナノ粒子MR流体など,外的な場(電場,磁場)によってレオロジー特性の変化する機能性流体を用いたパッシブ型力発生部の断面図の例を示している。図1(a)には円筒タイプ,図1(b)には円盤タイプを示す.機能性流体ブレーキ本体1と機能性流体ブレーキ出力円筒部2または機能性流体ブレーキ出力円盤部3の間隙に機能性流体4が充填される.機能性流体4に印加する外的な場(磁場あるいは電場)を変化させることで,機能性流体ブレーキ出力円筒部2または機能性流体ブレーキ出力円盤部3に取り付けられた出力接続部5にブレーキトルクが発生する.機能性流体ブレーキ出力円筒部2または機能性流体ブレーキ出力円盤部3は,多重円筒,または多重円盤とすることで,発生力を増大させることができる。  As a passive force generator that can be used in the present invention, there is a mechanism using a functional fluid. FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of a passive force generation unit using a functional fluid whose rheological characteristics are changed by an external field (electric field, magnetic field) such as ER fluid, MR fluid, or nanoparticle MR fluid. Yes. Fig. 1 (a) shows a cylindrical type and Fig. 1 (b) shows a disk type. The functional fluid 4 is filled in the gap between the functional fluid brake main body 1 and the functional fluid brake output cylindrical portion 2 or the functional fluid brake output disc portion 3. By changing the external field (magnetic field or electric field) applied to the functional fluid 4, the brake torque is applied to the output connecting portion 5 attached to the functional fluid brake output cylindrical portion 2 or the functional fluid brake output disc portion 3. Occurs. The functional fluid brake output cylindrical part 2 or the functional fluid brake output disk part 3 is a multiple cylinder or a multiple disk, so that the generated force can be increased.

ER流体をゲル構造化することで全く新しい機能を有する機能性エラストマ「ERゲル」を開発されている。その機能とは,電界を印加すると表面の粘着性が変化する「電気粘着効果」である(非特許文献17)。ERゲルもパッシブ型力発生部に使用することができる。  A functional elastomer “ER gel” having a completely new function has been developed by forming an ER fluid into a gel structure. The function is an “electric adhesive effect” in which the adhesiveness of the surface changes when an electric field is applied (Non-patent Document 17). ER gel can also be used for the passive force generator.

本発明で使用できるパッシブ型力発生部としては、図2に示すパウダーブレーキやパウダークラッチもある。図2(a)にパウダーブレーキの基本構造を示す。図中の符号6は磁性体からなるパウダーを示し、符号7は、磁場を発生するためのコイルを示す。符号8はパウダーブレーキの回転軸を示す。符号9はパウダーブレーキのハウジングを示す。コイル7に電流を流すことによって回転軸8とハウジング9の間にブレーキトルクが発生する。また、図2(b)にパウダークラッチの基本構造を示す。符号10はパウダークラッチの1つの回転軸を示し、符号11はパウダーブクラッチのもう1つの回転軸を示す。コイル7に電流を流すことによって回転軸10と回転軸11の間でトルクが伝達される。これらは、本発明で使用できるパッシブ型力発生部として使用できる。  Examples of the passive force generator that can be used in the present invention include a powder brake and a powder clutch shown in FIG. FIG. 2 (a) shows the basic structure of the powder brake. Reference numeral 6 in the figure indicates a powder made of a magnetic material, and reference numeral 7 indicates a coil for generating a magnetic field. Reference numeral 8 denotes a rotating shaft of the powder brake. Reference numeral 9 denotes a powder brake housing. Brake torque is generated between the rotating shaft 8 and the housing 9 by passing a current through the coil 7. FIG. 2B shows the basic structure of the powder clutch. Reference numeral 10 denotes one rotating shaft of the powder clutch, and reference numeral 11 denotes another rotating shaft of the powder clutch. Torque is transmitted between the rotary shaft 10 and the rotary shaft 11 by passing a current through the coil 7. These can be used as a passive force generator that can be used in the present invention.

次に、パッシブ型力発生部を用いた力覚提示システムの構造に関する研究開発に関してまとめる。  Next, I will summarize the research and development related to the structure of the haptic presentation system using the passive force generator.

パッシブ型力発生部の発生できる力には制限があるため、ある自由度の力覚を実現するために必要最小限の数の力発生部しか用いていない場合、提示できる触覚、力感覚に制限が生じることがある。これに対し、ある自由度の力覚を提示するために最小限必要の数よりも多い冗長な数のパッシブ型力発生部を用いることで、最小限必要な数しか用いていない場合には提示できない精密な触覚、力感覚を提示することができる(特許文献7など)。  Since the force that can be generated by a passive force generator is limited, if only the minimum number of force generators necessary to realize a force sense of a certain degree of freedom is used, the tactile and force sensations that can be presented are limited. May occur. On the other hand, by using a redundant number of passive force generators that are more redundant than the minimum necessary to present a force sense of a certain degree of freedom, it is presented when the minimum necessary number is used. It is possible to present precise tactile sensations and force sensations that cannot be performed (Patent Document 7, etc.).

このような冗長個数のパッシブ型力発生部を用いた触力覚提示システムとして、冗長個数の電磁ブレーキを用いたDavisおよびBookらのPTERがある(非特許文献18)。また、ER流体ブレーキ(クラッチを含む)、MR流体ブレーキ(クラッチを含む)を冗長個数用いた力覚提示システムが提案されている(特許文献7)  As a tactile sensation presentation system using such a redundant number of passive force generation units, there are Davis and Book et al. PTER using a redundant number of electromagnetic brakes (Non-patent Document 18). In addition, a force sense presentation system using a redundant number of ER fluid brakes (including a clutch) and MR fluid brakes (including a clutch) has been proposed (Patent Document 7).

力覚提示システムは、実世界において体験する力感覚の頻度の高いものに対して、優れた力覚提示性能を持つことが要求される.最も基本的なものとして、運動方向の逆方向の力覚を提示する場合がある。例えば、粘性場における運動を実現する際には、常に把持部の運動方向の逆方向の力覚を提示する必要がある。この問題は、上記で述べたように、冗長個数のブレーキを導入することによって解決可能である。  The haptic presentation system is required to have excellent haptic presentation performance for the frequency of sensations experienced in the real world. The most basic thing is to present a force sense in the direction opposite to the direction of motion. For example, when realizing a motion in a viscous field, it is necessary to always present a force sense opposite to the direction of motion of the gripping portion. This problem can be solved by introducing a redundant number of brakes as described above.

また、力覚提示システムに、冗長個数のブレーキを導入することなくこの問題を解決する方法が提案されている(非特許文献19)。  Also, a method for solving this problem without introducing redundant brakes in the force sense presentation system has been proposed (Non-Patent Document 19).

次に、リハビリ訓練テーブル、準3次元リハビリ支援システム、垂直ディスプレイ、および水平ディスプレイについて説明する。  Next, a rehabilitation training table, a quasi-three-dimensional rehabilitation support system, a vertical display, and a horizontal display will be described.

ディスプレイを見ながらリハビリを行う上肢、下肢リハビリ支援システムの多くにおいては、リハビリ訓練テーブルにほぼ垂直なディスプレイに、リハビリ訓練画面が表示される。図3に、上肢のリハビリ訓練の場合を示す。図3(a)は、上肢リハビリ支援システムを上から見た図である。リハビリ訓練テーブル12上に正面に垂直に置かれた垂直ディスレイ13を見ながら、力覚提示用アーム14の先端に取り付けられた把持部15を操作しながら行っているリハビリ訓練の様子を示している。図3(b)は、垂直ディスプレイに表示された訓練画面の例である。画面下部の中央から目標点▲1▼〜▲5▼に向けて順番にリーチング訓練を行う。リハビリ訓練テーブル上の把持部の位置を表示する丸印16が、目標点に到達するとことが訓練の目的である。  In many of the upper and lower limb rehabilitation support systems that perform rehabilitation while looking at the display, the rehabilitation training screen is displayed on a display that is substantially perpendicular to the rehabilitation training table. FIG. 3 shows a case of upper limb rehabilitation training. FIG. 3A is a top view of the upper limb rehabilitation support system. The state of the rehabilitation training performed while operating the grip 15 attached to the tip of the force sense arm 14 while looking at the vertical display 13 placed vertically on the front on the rehabilitation training table 12 is shown. . FIG. 3B is an example of a training screen displayed on the vertical display. Reaching training is performed in order from the center at the bottom of the screen toward target points (1) to (5). The purpose of the training is that the circle 16 indicating the position of the gripping part on the rehabilitation training table reaches the target point.

図4に、下肢のリハビリ訓練の場合を示す。図4は、下肢リハビリ支援システムを上から見た図である。正面に垂直に置かれた垂直ディスプレイ13を見ながら、力覚提示用アームの先端に取り付けられたスリッパ状の装着部17を操作し、水平なリハビリ訓練テーブル12の上でリハビリ訓練を行っているリハビリ訓練の様子を示している。リハビリ訓練テーブルにほぼ垂直に配置された垂直ディスプレイに表示された訓練画面を見ながらリハビリ訓練を行う。図中の符号18は、力覚提示機構を内蔵する箱を示す。      FIG. 4 shows the case of rehabilitation training for the lower limbs. FIG. 4 is a top view of the lower limb rehabilitation support system. While looking at the vertical display 13 placed vertically in front, the slipper-like mounting portion 17 attached to the tip of the force sense presentation arm is operated to perform rehabilitation training on the horizontal rehabilitation training table 12. This shows the state of rehabilitation training. Rehabilitation training is performed while watching the training screen displayed on the vertical display that is arranged almost vertically on the rehabilitation training table. Reference numeral 18 in the figure indicates a box containing a force sense presentation mechanism.

例えば、MIT−Manus(特許文献1)、キネステージ(非特許文献6)などにおいては、水平に置かれたリハビリ訓練テーブル上をリハビリ訓練アームの把持部を握り(あるいはマジックテープ等で手を把持部に固定し)、リハビリ訓練テーブルにほぼ垂直なリハビリ訓練画面を見ながら、把持部を操作し、上肢のリハビリ訓練を行う。また、キネステージ(非特許文献6)においては、リハビリ訓練テーブルを床面に置き、力覚提示用の先端に取り付けられたスリッパ状の装着具を履き、下肢のリハビリ訓練を行うこともできる。  For example, in MIT-Manus (Patent Document 1), Kinestage (Non-Patent Document 6), etc., the gripping part of the rehabilitation training arm is gripped on the rehabilitation training table placed horizontally (or the hand is gripped with Velcro etc.) While holding the rehabilitation training screen almost perpendicular to the rehabilitation training table, operate the gripping part and perform rehabilitation training of the upper limbs. In the kine stage (Non-Patent Document 6), a rehabilitation training table can be placed on the floor, and a slipper-like wearing device attached to the tip for force sense presentation can be worn to perform rehabilitation training of the lower limbs.

PLEMO−P3(非特許文献20、非特許文献21)においては、リハビリテーブルの角度は上向きにも下向きにも可変であり、訓練メニューに応じてある傾斜角度に固定して上肢のリハビリを行うことができる。これにより、リハビリテーブルの角度を上向きにして、高い位置の物を取る動作や、リハビリテーブルの角度を下向きにして、低い位置の物を取る動作(食事動作など)の動作の訓練などを行うことができる。そこで、日常生活動作(ADL)の向上につながる。このようなリハビリ訓練テーブルが傾斜可能なリハビリ支援システムを、準3次元リハビリ支援システムと呼んでいる(非特許文献11、非特許文献20、非特許文献21)。  In PLEMO-P3 (Non-Patent Document 20 and Non-Patent Document 21), the angle of the rehabilitation table is variable both upward and downward, and the upper limb is rehabilitated with a fixed inclination angle according to the training menu. Can do. As a result, training of the operation of taking an object at a high position with the angle of the rehabilitation table upward, or the operation of taking an object at a low position (e.g. a meal operation) with the angle of the rehabilitation table downward. Can do. Therefore, it leads to improvement of daily living behavior (ADL). Such a rehabilitation support system that can tilt the rehabilitation training table is called a quasi-three-dimensional rehabilitation support system (Non-Patent Document 11, Non-Patent Document 20, Non-Patent Document 21).

準3次元上肢・下肢リハビリ支援システムの概念図を図5に示す。図5(a)は、準3次元上肢リハビリ支援システムの概念図である。力覚提示機構と垂直ディスプレイ13が取り付けられたリハビリ訓練テーブル12が、リハビリ訓練テーブル角度調整回転軸19の回りで回転可能となっている。訓練内容に応じてリハビリ訓練テーブルの角度は調整される。    A conceptual diagram of the quasi-three-dimensional upper limb / lower limb rehabilitation support system is shown in FIG. FIG. 5A is a conceptual diagram of a quasi-three-dimensional upper limb rehabilitation support system. The rehabilitation training table 12 to which the force sense presentation mechanism and the vertical display 13 are attached is rotatable around the rehabilitation training table angle adjustment rotating shaft 19. The angle of the rehabilitation training table is adjusted according to the training content.

図5(b)は、準3次元下肢リハビリ支援システムの立位における訓練の概念図である。リハビリ訓練テーブル12は、リハビリ訓練テーブル角度調整回転軸19の回りで回転可能となっている。リハビリ訓練画テーブルを傾斜させることができるため、斜面における下肢の訓練になる。立位訓練における姿勢保持のためアームレスト20が取り付けられており、患者は垂直ディスプレイ13を見ながらリハビリ訓練を行う。    FIG. 5B is a conceptual diagram of training in the standing position of the quasi-three-dimensional lower limb rehabilitation support system. The rehabilitation training table 12 is rotatable around the rehabilitation training table angle adjusting rotary shaft 19. Since the rehabilitation training drawing table can be tilted, it becomes the training of the lower limbs on the slope. An armrest 20 is attached to hold the posture in the standing posture training, and the patient performs rehabilitation training while looking at the vertical display 13.

PLEMO−P3において、ディスプレイは、リハビリ訓練テーブルにほぼ垂直に取り付けられており、その角度は調節可能となっている。このようなディスプレイも垂直ディスプレイと呼ぶことにする。また、リハビリ訓練テーブルに組み込まれたディスプレイを水平ディスプレイと呼ぶことにする。  In PLEMO-P3, the display is mounted almost vertically on the rehabilitation training table, and its angle is adjustable. Such a display is also called a vertical display. A display incorporated in the rehabilitation training table is called a horizontal display.

力覚の提示にブレーキを用いた準3次元上肢リハビリ支援システムPLEMO−P3について、簡単に紹介する。  The quasi-three-dimensional upper limb rehabilitation support system PLEMO-P3 that uses a brake to present haptics is briefly introduced.

PLEMO−P3(非特許文献20、非特許文献21、非特許文献40、非特許文献41)のリハビリ訓練画面には、図6に示すような各種のリハビリ訓練ソフトの画面が表示される。図6の(a)図は、PLEMO−P3の基本リハビリ訓練ソフトを示す。図6(a)の左図は、リーチング(非特許文献22、非特許文献39)訓練ソフトの画面を示す。リーチング訓練は、手前から前方に向かって腕を伸ばす訓練であり、脳卒中のリハビリ訓練における基本的な訓練である。図中に示す1から13までの番号付された丸い目標に向かって、手前前方から番号の順にリーチ(到達)動作を行う。リハビリ画面には、リハビリ訓練テーブル上の把持部15の位置が、手先位置として表示されている。リハビリ訓練テーブル上の把持部15を動かす時、この手先位置のマークも画面上を移動する。  On the rehabilitation training screen of PLEMO-P3 (Non-Patent Document 20, Non-Patent Document 21, Non-Patent Document 40, Non-Patent Document 41), various rehabilitation training software screens as shown in FIG. 6 are displayed. FIG. 6A shows the basic rehabilitation training software of PLEMO-P3. The left figure of Fig.6 (a) shows the screen of the leaching (nonpatent literature 22, nonpatent literature 39) training software. The reaching training is a training for extending an arm from the front to the front, and is a basic training in a rehabilitation training for stroke. Reach (reaching) is performed in the order of numbers from the front side toward the round targets numbered 1 to 13 shown in the figure. On the rehabilitation screen, the position of the grip 15 on the rehabilitation training table is displayed as the hand position. When the grip 15 on the rehabilitation training table is moved, the hand position mark also moves on the screen.

図6(a)の中央の図は、軌道追跡訓練の画面表示を示す。把持部を動かして、円軌道上を移動するターゲットを追跡する。図6(a)の右図は、バーチャルサンディングを示す。図中の球体が把持部の位置を示している。サンディングとは、傾斜したテーブル上で錘を上下に移動させる訓練であり(非特許文献34)、図中の直方体は、サンディングの錘を示す。把持部15には、ブレーキを用いた力覚の提示が行われており、この訓練は力の調節の訓練となっている。  The middle diagram in FIG. 6A shows a screen display of the trajectory tracking training. The target moving on the circular orbit is tracked by moving the grip. The right figure of Fig.6 (a) shows virtual sanding. The sphere in the figure indicates the position of the grip portion. Sanding is training to move a weight up and down on an inclined table (Non-Patent Document 34), and a rectangular parallelepiped in the figure indicates a weight of sanding. The grip 15 is presented with a force sense using a brake, and this exercise is a force adjustment exercise.

図6(b)は、リンゴ摘みを模擬したリハビリ訓練ソフトであり、取ってきたリンゴを手前の長方形のテーブルに載せていく。手前の長方形のテーブルに載せられたリンゴが増えると、患者は達成感を感じ、リハビリを継続する動機付けになる。  FIG. 6B is rehabilitation training software simulating apple picking, and the picked apples are placed on a rectangular table in the foreground. As more apples are placed on the rectangular table in the foreground, patients feel a sense of accomplishment and motivate them to continue rehabilitation.

図6(c)は、雪だるまを作ることを模擬したリハビリ訓練ソフトである。雪の球を転がしていくと雪の球は大きくなっていき、雪だるまが作れる大きさとなる。このリハビリソフトでも患者は達成感を感じることができる。  FIG. 6C shows rehabilitation training software that simulates making a snowman. As the snow ball rolls, the snow ball grows and becomes large enough to make a snowman. With this rehabilitation software, the patient can feel a sense of accomplishment.

PLEMO−P3を用いて複数の脳卒中患者による臨床評価を行われ、そのリハビリにおける有効性、及び運動能力の評価機としての有効性が確認されている(非特許文献20、非特許文献21、非特許文献41)。  PLEMO-P3 is used for clinical evaluation by a plurality of stroke patients, and its effectiveness in rehabilitation and as an evaluation machine for motor ability have been confirmed (Non-patent document 20, Non-patent document 21, Non-patent document Patent Document 41).

ヒトが、視覚により情報を得ながら、目標の位置に手先を伸ばす動作(リーチング動作)を行う場合を考える。視覚の座標で表された目標へ到達するには、脳の中で視覚座標から運動座標に変換し、腕の運動を制御する必要がある(非特許文献23)。脳卒中ではこれらを妨げる身体図式障害や視空間性障害が出現することがある。  Let us consider a case where a human performs an operation (reaching operation) of reaching a target position while obtaining information visually. In order to reach the target represented by the visual coordinates, it is necessary to convert the visual coordinates to the movement coordinates in the brain and control the movement of the arm (Non-Patent Document 23). In stroke, physical schema disorders and visuospatial disorders may appear.

従来のディスプレイを用いた上肢リハビリ支援システムでは、図3、図4に示すように、把持部の運動面であるリハビリ訓練テーブル12の面に対して垂直のディスプレイ13が用いられており、レベルの高い身体認識および空間認識が必要な活動となる。すなわち、身体図式障害や視空間性障害が出現した患者にとっては、訓練テーブルの面に対して垂直のディスプレイを用いたシステムによるリハビリ訓練は難易度の高いものとなる。  In the upper limb rehabilitation support system using a conventional display, as shown in FIGS. 3 and 4, a display 13 perpendicular to the surface of the rehabilitation training table 12 which is the movement surface of the gripping part is used. Activities that require high body and spatial awareness. That is, rehabilitation training by a system using a display perpendicular to the surface of the training table is highly difficult for a patient who has developed a body graphic disorder or visuospatial disorder.

身体図式障害や視空間性障害が出現した患者に対してリハビリ訓練画面を表示するために、水平ディスプレイ、垂直ディスプレイの2つのディスプレイを使用する上肢・下肢リハビリ支援システムの研究開発が行われている(特許文献4、非特許文献24、非特許文献25)。  Research and development of an upper limb / lower limb rehabilitation support system that uses two displays, a horizontal display and a vertical display, to display a rehabilitation training screen for patients with body diagrammatic disorders or visuospatial disorders (Patent Document 4, Non-Patent Document 24, Non-Patent Document 25).

図7に、水平ディスプレイ、垂直ディスプレイの2つのディスプレイを使用する上肢リハビリ支援システムおよび下肢リハビリ支援システムの概念図を示す。図7(a)は、上肢リハビリ支援システムの場合であり、図7(b)は、下肢リハビリ支援システムの場合である。符号21は、リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイを示す。垂直ディスプレイ13には、各種の情報や遠景を表示することなどが提案されている(特許文献4)。  FIG. 7 shows a conceptual diagram of an upper limb rehabilitation support system and a lower limb rehabilitation support system that use two displays, a horizontal display and a vertical display. FIG. 7A shows the case of the upper limb rehabilitation support system, and FIG. 7B shows the case of the lower limb rehabilitation support system. Reference numeral 21 denotes a horizontal display incorporated in the rehabilitation training table. It has been proposed to display various information and distant views on the vertical display 13 (Patent Document 4).

図3は、リーチング訓練を上肢リハビリ支援システムの垂直ディスプレイを見ながら行った場合であり、図7(a)は、同じリーチング訓練を水平ディスプレイを見ながら行った場合である。これらの図の比較からわかるように、水平ディスプレイを用いた訓練では、視覚的な認識と実際の運動が一致するという利点のため、身体図式障害や視空間性障害が出現した患者の訓練にも適用しやすくなる。  FIG. 3 shows a case where the leaching training is performed while looking at the vertical display of the upper limb rehabilitation support system, and FIG. 7A is a case where the same leaching training is performed while looking at the horizontal display. As can be seen from the comparison of these figures, training using a horizontal display also has the advantage of matching visual perception with actual movement. Easy to apply.

特許文献4の「水平・垂直ディスプレイを用いた上肢・下肢リハビリ訓練装置」では、「身体図式障害や視空間性障害が出現した患者にとっては、訓練テーブルの面に対して垂直のディスプレイを用いたシステムによるリハビリ訓練は難易度の高いものとなる。」というのが、発明が解決しようとする課題であった。また、特許文献4の発明の効果としては、次の3点であった。  According to Patent Literature 4, “Upper limb / lower limb rehabilitation training apparatus using horizontal / vertical display”, “For patients with physical figure disorders or visuospatial disorders, a display perpendicular to the surface of the training table was used. The rehabilitation training by the system is a difficult task, "was the problem to be solved by the invention. The effects of the invention of Patent Document 4 were the following three points.

リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平のディスプレイでは,視覚的な認識と実際の運動が一致するため。訓練遂行に求められる身体認識や空間認識レベルは低くなる。  The horizontal display built into the rehabilitation training table matches the visual perception with the actual movement. The level of body recognition and spatial recognition required for training is low.

上肢のリハシステムにおける水平ディスプレイ(リハビリ訓練テーブルに埋め込まれたディスプレイ)では、患者の上肢が視野に入り運動の視覚フィードバックも得られるため、高い訓練効果が期待できる。  In the horizontal display (display embedded in the rehabilitation training table) in the upper limb rehabilitation system, a high training effect can be expected because the patient's upper limb enters the field of view and provides visual feedback of movement.

また、下肢のリハシステムにおける水平ディスプレイ(リハビリ訓練テーブルに埋め込まれたディスプレイ)では、患者の下肢が視野に入り運動の視覚フィードバックも得られるため、高い訓練効果が期待できる。  In addition, in the horizontal display (display embedded in the rehabilitation training table) in the rehabilitation system for the lower limbs, since the patient's lower limbs enter the visual field and the visual feedback of the movement is obtained, a high training effect can be expected.

次に、脳卒中のリハビリテーションの考え方、およびリハビリにおける視覚情報のフィードバックについて簡単にまとめる。  Next, we briefly summarize the concept of stroke rehabilitation and feedback of visual information during rehabilitation.

宮井は、非特許文献26のpp.69に、次のように述べている。リハビリテーションで重要なことは、簡単な運動の反復では機能は改善せず、脳も変わらないということです。事実、Nude博士のリスザルの実験(非特許文献27)でも、エサを取るのが難しい小さなエサ入れの代わりに、大きなエサ入れから簡単にエサを取ることを何度繰り返しても、一次運動野の運動神経細胞の分布は変化しないことが分かっています。いまできることより少しだけ難しいことにチャレンジすることが大切で、それができればさらに少し難しいことを訓練することが、機能改善につながると、脳卒中の患者さんに対するリハビリテーションの研究でも指摘されつつあります。この指摘からわかるように、患者の状態を見ながら少しずつリハビリの課題を難しくすることが重要であり、コンピュータを導入したリハビリ支援装置においては、これは容易に実現可能である。  Miyai is described in Non-Patent Document 26, pp. 69 states as follows. What is important in rehabilitation is that repeated simple movements do not improve function and the brain does not change. In fact, in Dr. Nude's squirrel monkey experiment (Non-patent Document 27), instead of feeding small foods that are difficult to feed, it ’s easy It has been found that the distribution of motor neurons does not change. Research on rehabilitation for patients with stroke is being pointed out that it is important to challenge things that are a little more difficult than what is possible now, and that if it can be done, it will lead to functional improvements. As can be seen from this indication, it is important to make the problem of rehabilitation little by little while looking at the patient's condition, and this can be easily realized in a rehabilitation support apparatus incorporating a computer.

長谷は、神経疾患(脳卒中など)による運動障害を治療するための学習が通常の運動スキルの学習と異なる点は、障害されていない神経制御回路を促通して、通常とは異なる運動制御の方法を学習させることにあるとしている(非特許文献28のpp.2)。すなわち、スポーツにおけるトレーニングの方法は、神経疾患(脳卒中など)による運動障害のリハビリテーションにおいても有効となる。  Hase said that learning to treat movement disorders due to neurological disorders (such as stroke) differs from learning normal motor skills. (Pp. 2 of Non-Patent Document 28). In other words, sports training methods are also effective in rehabilitation of movement disorders due to neurological diseases (such as stroke).

ある課題をマスターするために後天的に習得される運動スキルは、運動指令に基づいた筋活動−出力−運動(軌跡)によって構成され、その運動スキルが様々な環境下で駆使された結果を、我々はパフォーマンスとして見ることができる。フィードバックとは、運動スキルを習得するために必要な感覚情報そのものであり、学習者がパフォーマンスを構築する上での拠り所である(非特許文献28のpp.35−36)。  The motor skill acquired in order to master a certain task is composed of muscle activity-output-movement (trajectory) based on the motor command, and the result of using the motor skill under various environments, We can see as a performance. Feedback is sensory information itself necessary for acquiring athletic skills, and is a base for the learner to build performance (pp. 35-36 of Non-Patent Document 28).

フィードバックは、課題実行時の運動スキルに関する情報が、学習者自身の視覚や深部感覚などを通じて入力される内在的フィードバックと、課題におけるパフォーマンスやその結果から教示される外在的フィードバックの2つに分類される。内在的フィードックとは、学習者が実施した運動そのものから学習者自身の得る感覚情報である。学習者は、視覚や固有感覚を介した内在的フィードバックを潜在的あるいは顕在的に処理して、次に行うパフォーマンスに応用するという手続きを踏みながら、運動スキルを構築する(非特許文献28のpp.36)。  Feedback is classified into two types: intrinsic feedback in which information about motor skills during task execution is input through the learner's own vision and deep senses, and external feedback taught from the performance and results of the task. Is done. Intrinsic feedback is the sensory information that the learner obtains from the exercise performed by the learner. The learner constructs motor skills while following the procedure of implicitly or explicitly processing the intrinsic feedback via visual or proper sensation and applying it to the next performance (Non-patent Document 28, pp) .36).

Carrらは、非特許文献22の第1章「適応性のあるシステム:可塑性と回復」(pp.2−15)において、高度で反復的なトレーニングが運動機能の回復に良い影響を与えること、および患者の自発的な関与が重要であることのエビデンスが集積されてきている、としている。  Carr et al., In Chapter 1 of Non-Patent Document 22, “Adaptive System: Plasticity and Recovery” (pp. 2-15), that advanced and repetitive training has a positive effect on recovery of motor function, And evidence that the patient's voluntary involvement is important.

さらに、演示の項(非特許文献22のpp.47)において、ビデオによる、もしくはコーチが行う動作によるモデリングは、学習者が動作の理解、心的イメージあるいは概念的表象や動作のテンプレートを発達させることを援助する、としている。演示は、動作の手本を示すセラピストによって、またはパフォーマンスのビデオによって与えられる。  In addition, in the presentation section (pp. 47 of Non-Patent Document 22), modeling by video or coaching action allows the learner to develop an understanding of the action, mental image or conceptual representation or action template. To help. The presentation is given by a therapist demonstrating movement or by a performance video.

フィジカルプラクティスと組み合わせたメンタルプラクティスは、何十年にもわたり、アスリートの運動技能学習を促進するために、効果的に用いられてきた。Carrらは、非特許文献22のメンタルプラクティスの項(pp.53−54)において、「最近のレビューでは、神経損傷患者の運動パフォーマンスにメンタルプラクティスが効果的であることが明らかにされた。」としている。  Mental practice combined with physical practice has been used effectively for decades to promote athletes' motor skills learning. Carr et al., In the Mental Practice section of Non-Patent Document 22 (pp. 53-54), “Recent reviews have revealed that mental practice is effective in motor performance in patients with nerve injury.” It is said.

また、Carrらは、非特許文献22のコンピュータによる補助、バーチャルリアリティ、ロボットおよび電子機器的トレーニングの項(pp.55−59)において、次のように述べている。現在開発・研究されている新しい機器は、患者が活動をより多く反復でき、自立して練習できるようにすることにより、身体的・認知的活動に費やす時間を増大させる。機器は、フィードバック(非特許文献28のpp.35)を与え、身体的参加を引き出し、プラクティスの強度を増大し、動機付けを高めることができる。  Carr et al. Described the following in the section of computer assistance, virtual reality, robot and electronic training in Non-Patent Document 22 (pp. 55-59). New equipment currently being developed and researched increases the time spent on physical and cognitive activities by allowing patients to repeat activities more and practice independently. The device can provide feedback (pp. 35 of Non-Patent Document 28), elicit physical participation, increase the intensity of practice, and increase motivation.

また、Pomeroyらの近年のレビューでは、他者のパフォーマンスを模倣しようと意図しながら観察することは、運動実行系(麻痺筋を含む)の活動を引き起こし、脳卒中後の機能的活動を改善する可能性があるとしている(非特許文献29)。  Also, in recent reviews by Pomeroy et al., Observing with the intention of imitating the performance of others can cause activity of the motor execution system (including paralyzed muscles) and improve functional activity after stroke (Non-patent Document 29).

実際に運動を行わなくても、ある一連の動作をイメージすることで、その動作を上達する方法は、イメージトレーニングとして一般に知られている。20世紀初頭からスポーツ科学の分野で初めて取り入れられ、学術的にはmental practice(あるいはmental rehearsal)として、その効果が科学的データをもとに研究されてきた。特に、最近の神経機能画像検査法や磁気刺激法の進歩により、運動をイメージする際の脳内の活動について詳細なメカニズムが明らかになってきており、健常者例、疾患例ともに多くの研究が報告されるようになった(非特許文献30のpp.66−71)。運動イメージと視覚イメージの違いは、運動イメージは自分の身体が動いているところを想像することで、視覚イメージは、動いているのを外から見ているような感じで視覚的にイメージすることであり、運動イメージは「内的イメージ」、視覚イメージは「外的イメージ」として説明される。  A method for improving a motion by imaging a series of motions without actually exercising is generally known as image training. It was first introduced in the field of sports science from the beginning of the 20th century, and its effect has been studied on the basis of scientific data as an academic practice (or mental rehearsal). In particular, recent advances in neurological imaging and magnetic stimulation have revealed a detailed mechanism of brain activity when imagining exercise, and many studies have been conducted on healthy subjects and diseases. (Pp. 66-71 of Non-Patent Document 30). The difference between a motion image and a visual image is that the motion image is to imagine that your body is moving, and the visual image is to visually image the movement as if you were looking from the outside. The motion image is described as “internal image”, and the visual image is described as “external image”.

mental practiceによる、技術向上の効果の根拠に関する研究がおこなわれている。(例えば、非特許文献31)また、その要約が、非特許文献30のpp.66−67示されている。  Research on the basis of the effect of technological improvement by mental practices is being conducted. (For example, Non-Patent Document 31) The summary is described in pp. 66-67.

運動心理学の分野では、運動のイメージのみでなく、視覚イメージの利用や心理学的なアプローチも重要視されている。例えば、目的のある運動を観察することにより技術が上達することから、視覚と運動の関係の報告(非特許文献32)や、リラクセーションや意欲の向上、あるいは集中力を高める目的で、心拍数や呼吸数、脳波をモニターで利用することも試みられている。さらに、そのモニターのデータを訓練者に視覚や聴覚を通して訓練効果上げる、バイオフィードバック訓練も試みられている。(非特許文献30のpp.67など)  In the field of exercise psychology, not only the image of exercise, but also the use of visual images and psychological approaches are regarded as important. For example, since the technology improves by observing a purposeful movement, it is necessary to report the relationship between vision and movement (Non-patent Document 32), to improve relaxation and motivation, or to increase concentration, Attempts have also been made to use the respiratory rate and brain waves on a monitor. Furthermore, biofeedback training is also being attempted to improve the training effect of the monitor data through visual and auditory senses. (Non-Patent Document 30, pp. 67, etc.)

リハビリテーション医師、理学療法士、作業療法士などから高い評価を受けている脳卒中を主な対象とするリハビリテーション手法「川平法」(非特許文献33、非特許文献30のpp.58−61)がある。川平法では、脳の可塑性を引き出すために麻痺肢において実現したい動きを多数繰り返すことを重要視している。脳の可塑性を引き出すためには、多くの繰り返しが必要になるので、リハビリ訓練の一部に、ロボティクス・メカトロニクス技術のようなコンピュータを導入したリハビリ支援装置の導入が望まれる。  There is a rehabilitation technique “Kawahira method” (pp. 58-61 of Non-Patent Document 33, Non-Patent Document 30) mainly for strokes that are highly evaluated by rehabilitation doctors, physical therapists, occupational therapists, etc. . In Kawahira's method, it is important to repeat many movements to be realized in the paralyzed limbs in order to extract the plasticity of the brain. In order to bring out the plasticity of the brain, many repetitions are required. Therefore, it is desired to introduce a rehabilitation support apparatus in which a computer such as robotics and mechatronics technology is introduced as part of the rehabilitation training.

川平は、非特許文献33の図I−1の視覚情報処理と随意運動のなかで、次のように述べている。運動前野の運動プログラムを記憶している神経細胞の中には、そのプログラムと関連した視覚刺激だけで興奮する細胞があり、視覚運動ニューロンと呼ばれている。ハサミを操作する手指の動きの運動プログラムを持つ細胞の中には、他人がハサミを操作するのを見ただけで興奮を始めるものもあり、ミラーニューロンと呼ばれる。このような視覚運動ニューロンの存在によって、我々は何も考えなくとも対象にあった運動を起こすことができる。  Kawahira has stated as follows in the visual information processing and voluntary movement of FIG. Among the neurons that memorize the motor program of the premotor cortex, there are cells that are excited only by visual stimuli associated with the program, and are called visual motor neurons. Some cells with a finger movement motor program that manipulates scissors begin to excite just by seeing others manipulate the scissors, and are called mirror neurons. The existence of such visual motor neurons allows us to cause movements that are suitable for the subject without thinking.

Hogan,et al.:Interactive Robotic Therapist、米国特許第5,466,213号請求書(MIT−MANUS)Hogan, et al. : Interactive Robotic Therapist, US Pat. No. 5,466,213 (MIT-MANUS) リハビリテーション装置及びリハビリテーション方法、(特願2009−027772)特開2009−131647(モトリカ社ReoGo)Rehabilitation device and rehabilitation method, (Japanese Patent Application No. 2009-027772) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-131647 (Motrica ReoGo) 荒巻:上肢リハビリテーション支援装置、特許公開2010−201111Aramaki: Upper limb rehabilitation support device, Patent Publication 2010-201111 古荘、大沼:水平・垂直ディスプレイを用いた上肢・下肢リハビリ訓練装置、特願2011−290682Furuso, Onuma: Upper and lower limb rehabilitation training device using horizontal and vertical displays, Japanese Patent Application No. 2011-290682 野間、阿部、内藤、菊池、古荘:磁気粘性流体及び磁気粘性流体の製造方法、特許番号4675398Noma, Abe, Naito, Kikuchi, Furuso: Magnetorheological fluid and method for producing magnetorheological fluid, Patent No. 4675398 古荘、他:仮想現実感装置 特許番号3585498Furuso, et al .: Virtual reality device Patent No. 3585498 古荘、他:パッシブ型力覚提示装置、特許番号3819636Furuso, et al .: Passive force sense presentation device, Patent No. 3819636

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MIT−Manus(特許文献1)、キネステージ(非特許文献13)、PLEMO−P3(非特許文献11、非特許文献12)などの多くの垂直ディスプレイを用いた上肢・下肢リハビリ支援システムにおいて、患者自身の上肢(あるいは下肢)の画像は表示されず、リハビリ訓練画面には、把持部(下肢の場合はスリッパ状の装着部)の位置のみが表示されるという問題点がある。例えば、図3(b)では、リハビリ訓練画面には、リーチング訓練の画像とリハビリ訓練テーブル上の把持部の位置を表示する丸印16のみが表示されている。  In an limb / lower limb rehabilitation support system using many vertical displays such as MIT-Manus (patent document 1), kine stage (non-patent document 13), PLEMO-P3 (non-patent document 11, non-patent document 12) There is a problem in that an image of the own upper limb (or lower limb) is not displayed, and only the position of the grasping portion (a slipper-like wearing portion in the case of the lower limb) is displayed on the rehabilitation training screen. For example, in FIG.3 (b), only the round mark 16 which displays the image of a leaching training and the position of the holding part on a rehabilitation training table is displayed on the rehabilitation training screen.

一方、図7のリハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ21においては、患者自身の上肢(あるいは下肢)がリハビリ訓練画面と同一の視界に入るため、把持部(下肢の場合はスリッパ状の装着部)の位置のみが表示されるという問題は解決される。しかし、この方法を採用した場合、リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイによるコスト上昇、安全性などの問題がある。さらに、リハビリ訓練画面の画質の問題や、把持部15(下肢の場合はスリッパ状の装着部17)、力覚提示のためのアーム機構および上肢(あるいは下肢)が、リハビリ訓練画面への視界をさえぎるという問題もある。また、歩行のリハビリでは、水平ディスプレイを見ながら、下を向いてリハビリ訓練をすることは望ましくないという問題も発生する。  On the other hand, in the horizontal display 21 incorporated in the rehabilitation training table of FIG. 7, the patient's own upper limb (or lower limb) enters the same field of view as the rehabilitation training screen. The problem that only the position of) is displayed is solved. However, when this method is adopted, there are problems such as cost increase and safety due to the horizontal display incorporated in the rehabilitation training table. Furthermore, the image quality problem of the rehabilitation training screen, the gripping part 15 (slipper-like wearing part 17 in the case of the lower limbs), the arm mechanism for haptic presentation and the upper limbs (or the lower limbs) give visibility to the rehabilitation training screen. There is also the problem of blocking. Further, in walking rehabilitation, there is a problem that it is not desirable to perform rehabilitation training while looking down at the horizontal display.

患者自身の上肢(あるいは下肢)がリハビリ訓練画面に重ねて表示されることによる利点は、以下の3点である。これらの利点を得るため、リハビリ訓練画面に重ねて、患者自身の上肢(あるいは下肢)を、低コスト、コンパクト、かつ安全に、重ねて表示することが、発明が解決しようとする課題である。  Advantages obtained by displaying the patient's own upper limb (or lower limb) superimposed on the rehabilitation training screen are the following three points. In order to obtain these advantages, it is a problem to be solved by the present invention to display a patient's own upper limb (or lower limb) superimposed on a rehabilitation training screen in a low-cost, compact and safe manner.

第1の利点は、リハビリ訓練画面に重ねて患者自身の上肢(あるいは下肢)が表示されると,脳卒中における病的な運動である共同運動(非特許文献34のpp.16、非特許文献26のpp.43)が発生した際に、垂直ディスプレイに表示された自身の上肢(あるいは下肢)の運動から共同運動の発生を知ることができる点にある。この情報を用いて患者は運動を修正することが可能となる。脳卒中における病的な運動である共同運動を各関節の分離独立へと導くことが、脳卒中のリハビリにおける中心課題の一つである。(例えば非特許文献34)  The first advantage is that when the patient's own upper limb (or lower limb) is displayed on the rehabilitation training screen, joint exercise (pp. 16 of Non-Patent Document 34, Non-Patent Document 26) is a pathological exercise in stroke. Pp. 43), the generation of the joint movement can be known from the movement of its own upper limb (or lower limb) displayed on the vertical display. Using this information, the patient can correct the movement. One of the central tasks in rehabilitation of stroke is to lead joint movement, which is a pathological movement in stroke, to separation and independence of each joint. (For example, Non-Patent Document 34)

第2の利点は、リハビリ訓練画面とともに、患者自身の上肢(あるいは下肢)が表示されると、患者の上肢(あるいは下肢)が視野に入り、運動の視覚フィードバック効果も得られるため、高い訓練効果が期待できる点である。すなわち、患者自身の上肢(あるいは下肢)が表示されると,自身の身体認知機能等(非特許文献35)が生かされ、従来のリハビリ支援システムを上回るリハビリ効果が期待できる。  The second advantage is that when the patient's own upper limb (or lower limb) is displayed together with the rehabilitation training screen, the patient's upper limb (or lower limb) enters the field of view, and a visual feedback effect of exercise is also obtained. Can be expected. That is, when the patient's own upper limb (or lower limb) is displayed, the body's own cognitive function or the like (Non-patent Document 35) is utilized, and a rehabilitation effect that exceeds the conventional rehabilitation support system can be expected.

第3の利点は、次の方法によりリハビリ訓練を行うことにより得られる。最初に、リハビリ訓練画面に重ねて正しい運動パターンの変化を表示し、患者はその表示を観察し、記憶する。次に、本発明の装置を用いてリハビリ訓練を行い、自身の運動パターンと正しい運動パターンを比較し、自らの運動パターンを補正することにより、リハビリ訓練効果を得ることができる。正しい運動パターンの表示法としては、コンピュータグラフィクスの技術により得た画像を表示する方法や、患者自身の運動を撮影した画像を正しい運動パターンに修正して得る方法などがある。  The third advantage is obtained by performing rehabilitation training by the following method. First, the correct movement pattern change is displayed over the rehabilitation training screen, and the patient observes and stores the display. Next, by performing rehabilitation training using the apparatus of the present invention, comparing the own exercise pattern with the correct exercise pattern, and correcting the own exercise pattern, the rehabilitation training effect can be obtained. As a method of displaying a correct exercise pattern, there are a method of displaying an image obtained by a computer graphics technique, a method of obtaining an image obtained by photographing a patient's own exercise by correcting it into a correct exercise pattern, and the like.

図8のように俯瞰映像用カメラ22で、患者の上肢(あるいは下肢)、表面がクロマキーの背景色あるいは背景模様となっているリハビリ訓練テーブル23、力覚提示用アーム14などを含む映像を撮る。次に、クロマキーの技術(非特許文献36)および画像合成技術を適用した画像を垂直ディスプレイ13に表示する。患者は、垂直ディスプレイ13の画像を見ながら、把持部15(下肢の場合は、力覚提示用アームの先端に取り付けられたスリッパ状の装着部)を操作しリハビリ訓練を行う。リハビリ訓練テーブルの表面(クロマキーの背景)は、クロマキーの技術が適用できるように、緑色、あるいは青色とする。抽出対象に背景と同一色が含まれている場合には、2色からなる市松模様の背景とする方法(非特許文献37)、ストライプ状の背景とする方法(非特許文献38)などを採用する。図8(a)は上肢の場合のシステムであり、図8(b)は下肢の場合のシステムである。  As shown in FIG. 8, an image including the patient's upper limb (or lower limb), the rehabilitation training table 23 whose surface is a chroma key background color or background pattern, the force sense presentation arm 14, etc. is taken with the overhead view camera 22. . Next, an image to which the chroma key technique (Non-patent Document 36) and the image composition technique are applied is displayed on the vertical display 13. While viewing the image on the vertical display 13, the patient performs rehabilitation training by operating the grip portion 15 (in the case of the lower limbs, a slipper-like mounting portion attached to the tip of the force sense presentation arm). The surface of the rehabilitation training table (chroma key background) is green or blue so that the chroma key technique can be applied. When the same color as the background is included in the extraction target, a method of using a checkered pattern background consisting of two colors (Non-Patent Document 37), a method of using a striped background (Non-Patent Document 38), etc. are adopted. To do. FIG. 8A shows the system for the upper limbs, and FIG. 8B shows the system for the lower limbs.

次に、上肢の場合について、本発明における、クロマキーおよび画像合成技術を用いて、垂直ディスプレイ13に表示するリハビリ訓練画面を得る方法を、図9を例として用いながら示す。下肢の場合についても同様の方法を用いる。  Next, a method for obtaining a rehabilitation training screen to be displayed on the vertical display 13 using the chroma key and the image composition technique in the present invention will be described with reference to FIG. 9 as an example. The same method is used for the lower limbs.

図9の(a)図に、緑色、あるいは青色の背景色を採用した場合の俯瞰映像用カメラで撮った映像を示す。緑色、あるいは青色の単色の背景色を採用した場合なので、2色からなる市松模様の背景とする方法、ストライプ状の背景とする方法などと異なり、リハビリ訓練テーブル上には、何も描かれておらず、把持部の映像24、前腕の映像25、力覚提示用アームの映像26のみが撮られている。    FIG. 9A shows an image taken by the overhead view camera when a green or blue background color is adopted. Since a single background color of green or blue is adopted, there is nothing drawn on the rehabilitation training table, unlike the two-color checkered background method and the striped background method. Only the image 24 of the gripping part, the image 25 of the forearm, and the image 26 of the force sense presentation arm are taken.

図9の(b)図は、上肢とリハビリ訓練用アームを抽出対象とした場合である。抽出対象である患者の上肢とリハビリ訓練用アームがリハビリ訓練画面と合成され、垂直ディスプレイ上に表示されている。患者はこの画面を見ながらリハビリ訓練を行う。リハビリ訓練としては、リーチング(あるいはリーチ動作)(非特許文献22のpp.142、非特許文献20、非特許文献21)訓練の場合を例として示す。手前の点▲S▼から出発して▲1▼から▲5▼の目標点に向け次々とリーチング訓練を行う。図中の点線は、出発点▲S▼から目標点▲3▼にむかう目標の軌道である。軌道からのずれや到達時間などが、評価となる。患者の上肢が同時に表示されており、患者は自身の上肢を見ながら、脳卒中における病的な運動である共同運動(非特許文献34のpp.16)の発生などを知り、各種フィードバックを行うことにより、訓練効果を高めることができる。  FIG. 9B shows the case where the upper limbs and the rehabilitation training arm are extracted. The upper limb of the patient to be extracted and the arm for rehabilitation training are combined with the rehabilitation training screen and displayed on the vertical display. The patient performs rehabilitation training while watching this screen. As the rehabilitation training, a case of reaching (or reach operation) (pp. 142 of non-patent document 22, non-patent document 20, non-patent document 21) is shown as an example. Starting from the previous point (S), reaching training is performed one after another toward the target points (1) to (5). The dotted line in the figure is the target trajectory from the starting point (S) to the target point (3). The deviation from the orbit and the arrival time are evaluated. The patient's upper limb is displayed at the same time, and the patient knows the occurrence of joint movement (pp. 16 of Non-Patent Document 34), which is a pathological movement in stroke, while performing his / her feedback while watching his / her upper limb. Thus, the training effect can be enhanced.

図9の(c)図は、上肢を抽出対象とした場合である。抽出対象である上肢とリハビリ訓練画面が合成され、垂直ディスプレイ上に表示されている。患者はこの画面を見ながらリハビリ訓練を行う。リハビリ訓練としては、リーチング訓練の場合を例として示す。手前の点▲S▼から出発して▲1▼から▲5▼の目標点に向け次々とリーチング訓練を行う。図中の点線は、出発点▲S▼から目標点▲3▼にむかう目標の軌道である。軌道からのずれや到達時間などが、評価となる。患者の上肢が同時に表示されており、患者は自身の上肢を見ながら、共同運動の発生などを知り、各種フィードバックを行うことにより、訓練効果を高めることができる。  FIG. 9C shows a case where the upper limb is an extraction target. The upper limb to be extracted and the rehabilitation training screen are synthesized and displayed on the vertical display. The patient performs rehabilitation training while watching this screen. As the rehabilitation training, a case of reaching training is shown as an example. Starting from the previous point (S), reaching training is performed one after another toward the target points (1) to (5). The dotted line in the figure is the target trajectory from the starting point (S) to the target point (3). The deviation from the orbit and the arrival time are evaluated. The upper limbs of the patient are displayed at the same time, and the patient can increase the training effect by knowing the occurrence of joint movement while viewing his / her upper limbs and performing various feedbacks.

図9(c)におけるリーチング訓練を例として、リハビリ訓練画面、上肢、および把持部などを垂直ディスプレイ13に示す3つの方法を、次に示す。  Taking the reaching training in FIG. 9C as an example, three methods for showing the rehabilitation training screen, the upper limbs, the gripping portion, and the like on the vertical display 13 will be described below.

図10に、第一の方法を示す。第一の方法では、リハビリ訓練画面を画像表示における下の層とし、上の層に上肢および把持部などを表示する。即ち、図10(a)に示すリーチング訓練画面のスタートでは、出発点▲S▼の上に把持部の映像24と前腕の映像25が表現されており、出発点▲S▼は隠されている。次に、図10(b)に示すリーチング訓練の途中では、出発点▲S▼と目標点▲3▼をつなぐ目標軌道の点線が、把持部の映像24と前腕の映像25の下になっており、隠されている。この表現は、リハビリ訓練テーブル上における上肢および把持部を表す自然な方法であるが、上肢、把持部などに、目標軌道や目標点が隠されることがあるため、目標軌道に沿って正確に運動しているか否かなどが、患者にわかりにくいという欠点がある。  FIG. 10 shows the first method. In the first method, the rehabilitation training screen is the lower layer in the image display, and the upper limbs, the gripping portion, and the like are displayed on the upper layer. That is, at the start of the reaching training screen shown in FIG. 10 (a), the image 24 of the gripping part and the image 25 of the forearm are represented on the starting point ▲ S, and the starting point ▲ S ▼ is hidden. . Next, during the reaching training shown in FIG. 10 (b), the dotted line of the target trajectory connecting the starting point (S) and the target point (3) is below the image 24 of the gripping part and the image 25 of the forearm. It is hidden. This expression is a natural way to represent the upper limb and gripping part on the rehabilitation training table, but the target trajectory and target point may be hidden in the upper limb, gripping part, etc., so it moves accurately along the target trajectory. There is a drawback that it is difficult for patients to understand whether or not they are doing.

第二の方法は、図10に示す第一の方法とほぼ同じであるが、把持部(あるいは、把持部および手部)などの画像を半透明にする方法である。その結果、目標軌道、目標点などが、把持部(あるいは、把持部および手部)などに完全に隠されることはなくなる。そこで、目標軌道に沿って正確に運動しているか否かなどが、患者にわかる。そこで、リハビリ訓練の難易度を細かく設定できるリハビリ訓練ソフトことが開発可能になる。そのため、患者の状態を見ながら少しずつリハビリの課題を難しくすることが重要であるという、宮井(非特許文献26)、Nude(非特許文献27)らの主張にも対応することができる。    The second method is substantially the same as the first method shown in FIG. 10, but is a method of making the image of the gripping part (or the gripping part and the hand part) translucent. As a result, the target trajectory, the target point, and the like are not completely hidden by the gripping part (or the gripping part and the hand part). Therefore, the patient can know whether or not he / she is accurately moving along the target trajectory. Therefore, it becomes possible to develop rehabilitation training software capable of finely setting the difficulty level of rehabilitation training. Therefore, it is possible to respond to the claims of Miyai (Non-Patent Document 26), Nude (Non-Patent Document 27) and the like that it is important to make it difficult to rehabilitate the patient little by little while watching the patient's condition.

図11に、第三の方法を示す。回復度の高い患者を対象とする際や、運動能力を高い精度で評価したい場合などには、図11の表現方法を採用する。図11に示す方法では、リハビリ訓練画面の基本的な画像、文字などは一番下の層に表示される。そこで、それより上の層の画像により、リハビリ訓練画面の基本的な画像、文字などは隠される。図11の(a)図および(b)図の左下の「リーチング訓練」(符号29で示す)は、リハビリ訓練画面の基本的な画像、文字などに当たり、一番下の層に表示されている。把持部の画像24および前腕の画像25は、その上の中間層に表示される。リハビリ訓練画面の出発点27、目標軌跡、目標点などは、さらにその上の中間層に表示される。把持部の中心を示す印28は、一番上の層に表示され、隠されることが無いようにしている。すなわち、4つの層に分けて表示される。  FIG. 11 shows a third method. The expression method shown in FIG. 11 is employed when targeting a patient with a high degree of recovery or when evaluating exercise ability with high accuracy. In the method shown in FIG. 11, basic images, characters, etc. on the rehabilitation training screen are displayed on the bottom layer. Therefore, the basic image, characters, etc. of the rehabilitation training screen are hidden by the upper layer image. “Leaching training” (indicated by reference numeral 29) in the lower left of FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b) is a basic image, character, etc. on the rehabilitation training screen and is displayed in the bottom layer. . The grip portion image 24 and the forearm image 25 are displayed on the intermediate layer thereon. The starting point 27, the target trajectory, the target point, etc. on the rehabilitation training screen are further displayed on the intermediate layer above. A mark 28 indicating the center of the gripping part is displayed on the uppermost layer so as not to be hidden. That is, the display is divided into four layers.

図11(a)に示すリーチング訓練画面のスタートでは、出発点▲S▼27の下に把持部の画像24および前腕の画像25が表示されているため、把持部の画像24および前腕の画像25の一部が、出発点▲S▼27の下に、隠されている。ただし、把持部の中心を示す印28は、一番上の層に表示されるため、常に表示されている。図11(b)に示すリーチング訓練画面の途中においても、把持部の中心を示す印28は常に示されており、目標軌道からのずれが、患者や訓練者に正確にわかる。また、目標点▲3▼に正確に到達したか否かも、患者や訓練者にわかる。そこで、リハビリ訓練の難易度を細かく設定できるリハビリ訓練ソフトことが開発可能になる。そのため、患者の状態を見ながら少しずつリハビリの課題を難しくすることが重要であるという、宮井(非特許文献26)、Nude(非特許文献27)らの主張にも対応することができる。  At the start of the reaching training screen shown in FIG. 11A, the grip portion image 24 and the forearm image 25 are displayed under the starting point ▲ S ▼ 27. Is hidden under the starting point ▲ S ▼ 27. However, since the mark 28 indicating the center of the gripping portion is displayed on the uppermost layer, it is always displayed. Even in the middle of the reaching training screen shown in FIG. 11B, the mark 28 indicating the center of the gripping portion is always shown, and the deviation from the target trajectory can be accurately recognized by the patient and the trainee. In addition, the patient and the trainee can also know whether or not the target point (3) has been reached accurately. Therefore, it becomes possible to develop rehabilitation training software capable of finely setting the difficulty level of rehabilitation training. Therefore, it is possible to respond to the claims of Miyai (Non-Patent Document 26), Nude (Non-Patent Document 27) and the like that it is important to make it difficult to rehabilitate the patient little by little while watching the patient's condition.

リハビリ訓練画面と患者の上肢(あるいは下肢)を同一画面に表示するための、本発明とは異なる方法を、図12に示す。本発明の方法である図8の方法と図12の方法との装置上の違いは、本発明の図8の方法では、リハビリ訓練テーブルに、表面がクロマキーの背景色あるいは背景模様となっているリハビリ訓練テーブル23を使っているのに対て、図12の方法では、水平ディスプレイが組み込まれたリハビリ訓練テーブルを用いているところにある。  FIG. 12 shows a method different from the present invention for displaying the rehabilitation training screen and the upper limb (or lower limb) of the patient on the same screen. The difference between the method of FIG. 8 which is the method of the present invention and the method of FIG. 12 is that the surface of the rehabilitation training table has a chroma key background color or background pattern in the method of FIG. In contrast to using the rehabilitation training table 23, the method shown in FIG. 12 uses a rehabilitation training table in which a horizontal display is incorporated.

図12の方法では、俯瞰映像用カメラで、患者の上肢(あるいは下肢)、リハビリ訓練用アーム、およびリハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ21を含む映像を、俯瞰映像用カメラ22で撮り、次に、このようにして撮られた画像を垂直ディスプレイに表示する。しかし、この方法では、リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ21のコスト、大きさ、安全性の点で以下のような問題がある。さらに、垂直ディスプレイに映される画像の質などの面でも以下のような問題がある。  In the method of FIG. 12, an image including a horizontal display 21 incorporated in the patient's upper limb (or lower limb), a rehabilitation training arm, and a rehabilitation training table is taken with the overhead view camera 22 with the overhead view camera. In addition, the image thus taken is displayed on a vertical display. However, this method has the following problems in terms of cost, size, and safety of the horizontal display 21 incorporated in the rehabilitation training table. Furthermore, there are the following problems in terms of the quality of the image displayed on the vertical display.

第1の問題点は、リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ21においては、液晶ディスプレイなどのディスプレイ、およびディスプレイを保護する強化ガラスなどが必要となり、コストの上昇を招くことである。また、そのサイズや重さも大きくなり、コンパクト化が困難となる。  The first problem is that in the horizontal display 21 incorporated in the rehabilitation training table, a display such as a liquid crystal display and a tempered glass for protecting the display are required, resulting in an increase in cost. In addition, the size and weight increase, making it difficult to make the system compact.

第2の問題点は、リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ21を保護する強化ガラス等が割れた際に、ガラス等の破片によってケガをする危険性があることである。特に下肢のリハビリでは、強化ガラス等が割れた際に、落下の危険性がある。  A second problem is that when tempered glass or the like that protects the horizontal display 21 incorporated in the rehabilitation training table is broken, there is a risk of injury due to broken pieces of glass or the like. Particularly in the rehabilitation of the lower limbs, there is a risk of dropping when the tempered glass is broken.

第3の問題点は、リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ21を、俯瞰映像用カメラで撮影し、次に垂直ディスプレイに表示する際の、リハビリ訓練画面の画質の低下の問題である。この画質の低下の原因としては、リハビリ訓練画面が表示できるリハビリ訓練テーブルに用いるディスプレイの画素数、俯瞰映像用カメラの画素数によるものがある。また、リハビリ訓練画面が表示できるリハビリ訓練テーブルの表面における、照明の写り込みなどもある。また、俯瞰映像用カメラのレンズの歪みや分解能に起因するものなどもある。  The third problem is a problem of deterioration in the image quality of the rehabilitation training screen when the horizontal display 21 incorporated in the rehabilitation training table is photographed with the overhead view video camera and then displayed on the vertical display. The cause of the deterioration in image quality is due to the number of pixels of the display used in the rehabilitation training table capable of displaying the rehabilitation training screen and the number of pixels of the overhead view video camera. In addition, there is a lighting reflection on the surface of the rehabilitation training table on which the rehabilitation training screen can be displayed. In addition, there are those caused by distortion and resolution of the lens of the overhead view camera.

第4の問題点は、リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ21上を動く把持部15(下肢の場合は、力覚提示用アームの先端に取り付けられたスリッパ状の装着部17)や上肢(あるいは下肢)が、目標とする軌跡や目標点を隠してしまう点にある。このために、正確に軌道を追跡しているか否かや、正確に目標点に到達した否かが患者に分からないという問題が発生る。  The fourth problem is that the grip 15 (moving part 17 attached to the tip of the force sense arm in the case of the lower limb) or the upper limb (in the case of the lower limb) moves on the horizontal display 21 incorporated in the rehabilitation training table. Alternatively, the lower limbs are in a point of hiding the target locus or target point. For this reason, there arises a problem that the patient does not know whether or not the trajectory is accurately tracked and whether or not the target point has been accurately reached.

以上のような、図12に示すような装置における問題が発生することなく、患者の上肢(あるいは下肢)の映像を含んだリハビリ訓練画面のきれいな画像表示が、低コスト、高安全、コンパクトに得られることが、本発明の効果である。患者は自身の上肢(あるいは下肢)を見ながら、共同運動の発生などを知り、各種フィードバックを行うことにより、訓練効果を高めることができる。  A clean image display of a rehabilitation training screen including an image of a patient's upper limb (or lower limb) can be obtained at low cost, high safety, and compact without causing the above problems in the apparatus shown in FIG. This is the effect of the present invention. The patient can enhance the training effect by watching the upper limbs (or lower limbs) of the patient, knowing the occurrence of joint movement, and performing various feedbacks.

さらに、本発明の装置を下肢のリハビリに用いた場合の効果としては、次のようなものもある。リハビリ訓練テーブルはその表面にクロマキー技術に必要な塗装等を施した板状のものでよい。そこで、下肢リハビリ支援システムにおいては、歩行面であるリハビリ訓練面が低くなり、安全性が高くなり、コストも低下する。  Furthermore, as an effect when the apparatus of the present invention is used for rehabilitation of the lower limbs, there are the following. The rehabilitation training table may be a plate having a surface coated with a paint necessary for chroma key technology. Therefore, in the lower limb rehabilitation support system, the rehabilitation training surface that is a walking surface is lowered, safety is increased, and cost is also reduced.

上肢のリハビリに対する第一の実施形態としては、図8(a)に示す実施形態がある。垂直ディスプレイに対する画像の表示方法としては、「課題を解決するための手段」に記載の第一の方法、第二の方法、第三の方法などを用いる。垂直ディスプレイに対する画像の表示方法は、以下の実施形態のすべてにも共通である。  As a first embodiment for rehabilitation of the upper limb, there is an embodiment shown in FIG. As a method for displaying an image on the vertical display, the first method, the second method, the third method and the like described in “Means for Solving the Problems” are used. The method of displaying an image on a vertical display is common to all of the following embodiments.

図13(a)に示す上肢リハビリ支援システムとしての一つの実施形態がある。傾斜可能なリハビリ訓練テーブル上に俯瞰映像用カメラが取り付けられている。リハビリ訓練テーブルを傾けることができるため、高いものを取ったり、食事等のため低い位置のものを取ったりの訓練も可能である。そこで、ADL(日常生活動作)の向上にも寄与する。    There is one embodiment as an upper limb rehabilitation support system shown in FIG. An overhead video camera is mounted on a tiltable rehabilitation training table. Since the rehabilitation training table can be tilted, it is possible to train to take a high one or take a low one for a meal or the like. Therefore, it contributes to the improvement of ADL (daily life operation).

図8の(a)、(b)に示す上肢および下肢リハビリ支援システムにおいて、把持部(下肢の場合は、足部への取り付け具)に力覚を提示しない形態もある。把持部に力覚を提示しないでも、例えば、図6(a)の左図に示す、リーチング訓練や、図6(a)の中央の図に示すターゲットを追跡するリハビリ訓練などは、脳卒中患者を対象とするリハビリ訓練において、効果をあげている。把持部に力覚を提示しない装置においては、大幅にコストが低減し、装置の強度を下げることができ、大きさも小さくなる。  In the upper limb and lower limb rehabilitation support system shown in FIGS. 8A and 8B, there is a form in which a force sense is not presented to the grasping part (in the case of the lower limb, an attachment to the foot). Even if force sense is not presented to the gripping part, for example, reaching training shown in the left diagram of FIG. 6A or rehabilitation training for tracking the target shown in the center diagram of FIG. Effective in the targeted rehabilitation training. In an apparatus that does not present a force sense to the grip portion, the cost is greatly reduced, the intensity of the apparatus can be lowered, and the size is also reduced.

力覚を提示しない形態では、力覚提示用アームは必ずしも必要ではなく、上肢では専用のパドル状のものを把持する、下肢では専用の靴などを履いて、リハビリ訓練テーブル上でリハビリを行う形態などもある。  In the form that does not present the force sense, the force sense presenting arm is not necessarily required, and the upper limb holds a dedicated paddle, the lower limb wears dedicated shoes, etc., and rehabilitation is performed on the rehabilitation training table. There are also.

上記の実施形態として、上肢リハビリ支援に対する一つの実施形態を図13(b)に示す。パドル状の把持部(リハビリ訓練テーブル上を滑りながら動く)31を把持し、垂直ディスプレイ13に表示される画面を見ながら、リハビリ訓練を行う。  FIG. 13B shows one embodiment for the upper limb rehabilitation support as the above embodiment. The paddle-shaped gripping part (moving while sliding on the rehabilitation training table) 31 is gripped, and rehabilitation training is performed while viewing the screen displayed on the vertical display 13.

脳卒中後の初期の段階におけるリハビリのプログラムでは、下肢の随意的な筋収縮力や下肢筋群のコントロールが不十分であることが多い。このような患者に対しては特定の筋群の活動を高めることを目的とした運動、あるいは部分的な練習、すなわち、歩行運動を構成する動作の練習に時間をかけることが必要である。このように、患者の回復に応じて、座位、立位でのバランス練習および動作練習、さらには歩行練習へと展開していけるようなリハビリ訓練支援システムが求められている。この目的を達成するための下肢のリハビリに対する4つの実施例を、図14に示す。  In rehabilitation programs in the early stages after a stroke, voluntary muscle contraction and lower limb muscle group control are often insufficient. For such patients, it is necessary to spend time for exercise aimed at enhancing the activity of a specific muscle group, or for partial exercise, that is, exercise for constituting a walking exercise. Thus, there is a need for a rehabilitation training support system that can be developed into sitting, standing, standing and balance exercises, and walking exercises as the patient recovers. Four examples for lower limb rehabilitation to achieve this goal are shown in FIG.

図14(a)は、座位の訓練における実施例である。訓練者は、座位の訓練のための椅子40に座ってリハビリ訓練を行う。表面がクロマキーの背景色あるいは背景模様となっているリハビリ訓練テーブル23の上で足部を動かし、垂直ディスプレイ13の画像を見ながら、リハビリ訓練を行う。上方に配置された俯瞰映像用カメラ22は、点線で示されている。  FIG. 14 (a) is an example in the sitting position training. The trainer performs rehabilitation training while sitting on the chair 40 for training in the sitting position. The foot is moved on the rehabilitation training table 23 whose surface is a chroma key background color or background pattern, and rehabilitation training is performed while viewing the image on the vertical display 13. The overhead video camera 22 disposed above is indicated by a dotted line.

図14(b)、(c)は、立位における実施例を示す。図14(c)では、リハビリ訓練テーブルの角度が可変であり、坂道等に対するリハビリ訓練も可能である。  14B and 14C show an embodiment in the standing position. In FIG.14 (c), the angle of a rehabilitation training table is variable, and rehabilitation training with respect to a slope etc. is also possible.

図14(d)は、支持なしの歩行訓練における実施例を示す。体重の免荷用あるいは安全確保用のハーネス32をつけてリハビリ訓練を行っている。装置の上部には、ハーネスを吊下げているワイヤーの制御装置33が取り付けられている。  FIG. 14 (d) shows an example of walking training without support. Rehabilitation training is performed with a harness 32 for weight relief or ensuring safety. On the upper part of the device, a wire control device 33 for suspending the harness is attached.

図15は、トレッドミル34上での歩行訓練における実施例を示す。トレッドミルのベルトは、表面がクロマキー技術の背景となるように、緑、青、あるいは特定の模様となっている。俯瞰映像用カメラが撮る範囲を符号36で示す。図15(b)は、垂直ディスプレイ13の表示画面を示している。符号37は、俯瞰映像用カメラで撮られた訓練者の映像を示している。また、左足足部の着地目標位置38、および左足足部の目標軌道39が、画像合成技術によって表示されている。訓練者は、この目標位置38に向かって、目標軌道39に沿いながら、左足を前方に振り出す。  FIG. 15 shows an embodiment in walking training on the treadmill 34. The treadmill belt is green, blue or a specific pattern so that the surface is the background of chroma key technology. A range taken by the overhead view video camera is indicated by reference numeral 36. FIG. 15B shows a display screen of the vertical display 13. The code | symbol 37 has shown the image | video of the trainee image | photographed with the camera for bird's-eye view images. Further, the landing target position 38 of the left foot and foot and the target trajectory 39 of the left foot and foot are displayed by the image composition technique. The trainee swings the left foot forward toward the target position 38 along the target trajectory 39.

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の様態を採用することが可能である。    The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modes can be adopted within the scope of the present invention.

機能性流体ブレーキの概念図(ハウジング部を回転可能とすると機能性流体クラッチとなる)Conceptual diagram of functional fluid brake (If the housing is rotatable, it becomes a functional fluid clutch) パウダーブレーキおよびパウダークラッチPowder brake and powder clutch 垂直ディスプレイを用いた上肢リハビリ支援システムUpper limb rehabilitation support system using vertical display 垂直ディスプレイを用いた下肢リハビリ支援システムLower limb rehabilitation support system using vertical display 垂直ディスプレイを用いた準3次元上肢リハビリ支援システムおよび準3次元下肢リハビリ支援システムQuasi-three-dimensional upper limb rehabilitation support system and quasi-three-dimensional lower limb rehabilitation support system using vertical display 準3次元上肢リハビリ支援システムPLEMO−P3のリハビリ訓練ソフトの例Example of rehabilitation training software for quasi-three-dimensional upper limb rehabilitation support system PLEMO-P3 水平・垂直ディスプレイを用いた上肢および下肢リハビリ支援システム(水平ディスプレイは、リハビリ訓練テーブルに組み込まれている。)Upper and lower limb rehabilitation support system using horizontal and vertical displays (horizontal display is built into the rehabilitation training table) リハビリ訓練テーブルの表面がクロマキーの背景となっており、俯瞰映像用カメラで撮影した画像を画像処理し、垂直ディスプレイに表示するリハビリ支援システムA rehabilitation support system in which the surface of the rehabilitation training table is the background of chroma key, and the images taken by the overhead view camera are processed and displayed on a vertical display. 俯瞰映像用カメラで撮影した画像、およびクロマキー技術を用いて垂直ディスプレイに表示される画像の例Examples of images taken with an overhead video camera and images displayed on a vertical display using chroma key technology 俯瞰映像用カメラおよびクロマキー技術を用いて垂直ディスプレイに表示される画像の例(図10の説明の第一の方法による場合)Example of an image displayed on a vertical display using an overhead video camera and chroma key technology (in the case of the first method in the description of FIG. 10) 俯瞰映像用カメラおよびクロマキー技術を用いて垂直ディスプレイに表示される画像の例(図11の説明の第三の方法による場合)Example of an image displayed on a vertical display using an overhead video camera and chroma key technology (in the case of the third method in the explanation of FIG. 11) 水平ディスプレイと俯瞰映像カメラを用いた上肢・下肢リハビリ支援システム(本発明の図8のシステムとの対比のため用いる。)Upper limb / lower limb rehabilitation support system using a horizontal display and an overhead video camera (used for comparison with the system of FIG. 8 of the present invention). 上肢のリハビリに対して、発明を実施するための2つの形態例Two forms for carrying out the invention for rehabilitation of the upper limb 下肢のリハビリに対して、発明を実施するための4つの形態例Four examples for implementing the invention for rehabilitation of the lower limbs トレッドミル上の歩行のリハビリに対して、発明を実施するための形態例Example for carrying out the invention for rehabilitation of walking on a treadmill

1 機能性流体ブレーキ本体
2 機能性流体ブレーキ出力円筒部
3 機能性流体ブレーキ出力円盤部
4 機能性流体
5 出力接続部
6 磁性体からなるパウダー
7 磁場を発生するためのコイル
8 パウダーブレーキの回転軸
9 パウダーブレーキのハウジング
10 パウダークラッチの一つの回転軸
11 パウダークラッチのもう一つの回転軸
12 リハビリ訓練テーブル
13 垂直ディスプレイ
14 力覚提示用アームリンク
15 把持部
16 リハビリ訓練テーブル上の把持部の位置を表示する丸印
17 力覚提示用アームの先端に取り付けられたスリッパ状の装着部
18 力覚提示機構を内蔵する箱
19 リハビリ訓練テーブル角度調整回転軸
20 立位訓練における姿勢保持のためアームレスト
21 リハビリ訓練テーブルに組み込まれた水平ディスプレイ
22 俯瞰映像用カメラ
23 表面がクロマキーの背景色あるいは背景模様となっているリハビリ訓練テーブル
24 把持部の映像
25 前腕の映像
26 力覚提示用アームの映像
27 出発点
28 把持部の中心を示す印
29 リハビリ訓練画面の基本的な画像、文字などの一番下の層に表示されている一つの例
30 訓練者
31 パドル状の把持部(リハビリ訓練テーブル上を滑りながら動く)
32 体重の免荷用あるいは安全確保用のハーネス
33 ハーネスを吊下げているワイヤーの制御装置
34 トレッドミル
35 トレッドミルのベルト(表面がクロマキー技術の背景となるように、緑、青、あるいは特定の模様となっている。)
36 俯瞰映像用カメラが撮る範囲
37 俯瞰映像用カメラで撮られた訓練者の映像
38 垂直ディスプレイに表示される画面における左足足部の着地目標点(画像合成技術で作られる。)
39 垂直ディスプレイに表示される画面における左足足部の目標軌道(画像合成技術で作られる。)
40 座位の訓練のための椅子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Functional fluid brake main body 2 Functional fluid brake output cylindrical part 3 Functional fluid brake output disk part 4 Functional fluid 5 Output connection part 6 Powder made of magnetic substance 7 Coil for generating a magnetic field 8 Rotating shaft of powder brake 9 Powder brake housing 10 One rotary shaft of the powder clutch 11 Another rotary shaft of the powder clutch 12 Rehabilitation training table 13 Vertical display 14 Arm link 15 for force sense presentation Gripping part 16 Position of the gripping part on the rehabilitation training table A circle 17 to be displayed A slipper-like mounting portion 18 attached to the tip of the haptic presentation arm 18 A box incorporating a haptic presentation mechanism 19 Rehabilitation training table angle adjustment rotary shaft 20 Armrest 21 Rehabilitation for posture maintenance in standing training Horizontal display built into the training table 22 Overhead Video Camera 23 Rehabilitation Training Table 24 with Chroma Key Background Color or Background Pattern 24 Gripping Image 25 Forearm Image 26 Force Display Arm Image 27 Starting Point 28 Mark indicating the center of the grasping unit 29 Basic example of rehabilitation training screen, one example displayed on the bottom layer of characters, etc. 30 Trainer 31 Paddle-shaped gripping part (moves while sliding on the rehabilitation training table)
32 Weight-bearing or safety harness 33 Control device for the wire that suspends the harness 34 Treadmill 35 Treadmill belt (green, blue, or specific surface so that the surface is the background of chroma key technology) It is a pattern.)
36 Range Taken by the Overhead Video Camera 37 Trainee Video 38 Taken by the Overhead Video Camera Landing target point of the left foot on the screen displayed on the vertical display (created by image synthesis technology)
39 Target trajectory of the left foot and feet on the screen displayed on the vertical display (created by image composition technology)
40 Chairs for sitting training

Claims (15)

リハビリ訓練テーブルの表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、上肢などを含んでリハビリ訓練テーブルを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術を用いて、上肢を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら上肢により把持部15(あるいは31)を動かし、リハビリを行うことを特徴とする上肢リハビリ訓練システム。  The surface of the rehabilitation training table is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern, and the rehabilitation training table including the upper limbs is photographed from above with a camera for a bird's-eye view image. Then, a rehabilitation training screen including the upper limb is synthesized, the image is displayed on a substantially vertical display (vertical display) in front of the trainee, and the grip portion 15 (or 31) is moved by the upper limb while looking at this display, and rehabilitation is performed. An upper limb rehabilitation training system characterized by リハビリ訓練テーブルの表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、上肢などを含んでリハビリ訓練テーブルを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術および画像合成技術を用いて、上肢を含むリハビリ訓練画面を合成する際に、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡する把持部の位置などが正確に分かるように、それらの一部を半透明として、上肢を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら上肢により把持部15(あるいは31)を動かし、リハビリを行うことを特徴とする上肢リハビリ訓練システム。  The surface of the rehabilitation training table is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern, and the rehabilitation training table including the upper limbs is photographed from above with a camera for overhead view video. When synthesizing a rehabilitation training screen that includes upper limbs using synthesis technology, some of them are made translucent so that the target point, target trajectory, and position of the gripping part that tracks it can be accurately identified, The rehabilitation training screen including the upper limb is synthesized, and the image is displayed on a substantially vertical display (vertical display) in front of the trainee, and the grip portion 15 (or 31) is moved by the upper limb while looking at this display to perform rehabilitation. An upper limb rehabilitation training system characterized by that. リハビリ訓練テーブルの表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、上肢などを含んでリハビリ訓練テーブルを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術および画像合成技術を用いて、上肢を含むリハビリ訓練画面を合成する際に、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡する把持部中心の位置などが正確に分かるように、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡する把持部中心などを合成後の画像において上の層とすることにより、他の画像に隠されることが無いようにしながら、上肢を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら上肢により把持部15(あるいは31)を動かし、リハビリを行うことを特徴とする上肢リハビリ訓練システム。  The surface of the rehabilitation training table is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern, and the rehabilitation training table including the upper limbs is photographed from above with a camera for overhead view video. When synthesizing a rehabilitation training screen that includes the upper limb using synthesis technology, the target point, target trajectory, and the target point, target trajectory, and The rehabilitation training screen including the upper limbs is synthesized, and the image of the trainee is composed of the upper part of the synthesized image so that the center of the gripping part for tracking the upper part of the image is not hidden by other images. The image is displayed on a substantially vertical display (vertical display) on the front, and the grip 15 (or 31) is moved by the upper limb while looking at this display. , Upper limb rehabilitation training system and carrying out rehabilitation. リハビリ訓練テーブルの表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、下肢などを含んでリハビリ訓練テーブルを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術を用いて、下肢を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら下肢によりスリッパ状の装着部17を動かし、リハビリを行うことを特徴とする下肢リハビリ訓練システム。    The surface of the rehabilitation training table is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern, and the rehabilitation training table including the lower limbs is photographed from above with a camera for a bird's eye view. The rehabilitation training screen including the lower limbs is synthesized, the image is displayed on a substantially vertical display (vertical display) in front of the trainee, and the slipper-shaped wearing part 17 is moved by the lower limbs while looking at this display to perform the rehabilitation. Lower limb rehabilitation training system characterized by performing. リハビリ訓練テーブルの表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、下肢などを含んでリハビリ訓練テーブルを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術および画像合成技術を用いて、下肢を含むリハビリ訓練画面を合成する際に、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡するスリッパ状の装着部の位置などが正確に分かるように、それらの一部を半透明として、下肢を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら下肢によりスリッパ状の装着部17を動かし、リハビリを行うことを特徴とする下肢リハビリ訓練システム。  The surface of the rehabilitation training table is a chroma key background color (green, blue, etc.) or background pattern, and the rehabilitation training table including the lower limbs is photographed from above with a camera for a bird's eye view. When synthesizing a rehabilitation training screen that includes the lower limbs using synthesis technology, a part of them is divided so that the target point, target trajectory, and the position of the slipper-like wearing part that tracks it can be accurately identified. The rehabilitation training screen including the lower limbs is synthesized as transparent, and the image is displayed on a substantially vertical display (vertical display) in front of the trainee, and the slipper-like mounting portion 17 is moved by the lower limbs while viewing this display, and rehabilitation is performed. Lower extremity rehabilitation training system characterized by リハビリ訓練テーブルの表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、下肢などを含んでリハビリ訓練テーブルを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術および画像合成技術を用いて、下肢を含むリハビリ訓練画面を合成する際に、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡するスリッパ状の装着部中心などの位置などが正確に分かるように、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡するスリッパ状の装着部中心などを、合成後の画像において上の層とすることにより、他の画像に隠されることが無いようにしながら、下肢を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら、下肢によりスリッパ状の装着部などを動かし、リハビリを行うことを特徴とする下肢リハビリ訓練システム。  The surface of the rehabilitation training table is a chroma key background color (green, blue, etc.) or background pattern, and the rehabilitation training table including the lower limbs is photographed from above with a camera for a bird's eye view. When synthesizing a rehabilitation training screen that includes the lower limbs using synthesis technology, the target point, target trajectory, and the position of the slipper-shaped wearing part center that tracks it are accurately identified. The rehabilitation training screen including the lower limbs is synthesized while the locus and the center of the slipper-like mounting part that tracks it are made the upper layer in the synthesized image so that they are not hidden by other images. The image is displayed on a nearly vertical display (vertical display) in front of the trainee, and while watching this display, Leg rehabilitation training system characterized by moving the like ripper shaped mounting portion, performs rehabilitation. トレッドミルのベルト35の表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、訓練者などを含んで、トレッドミルのベルトを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術を用いて、訓練者を含むリハビリ訓練画面を合成し(例えば、図15の(b)図)、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら下肢によりスリッパ状の装着部17を動かし、トレッドミル上でリハビリを行うことを特徴とする下肢リハビリ訓練システム。  The surface of the treadmill belt 35 is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern. The treadmill belt is photographed from above by a bird's-eye video camera, including trainees. Using the chroma key technology, a rehabilitation training screen including the trainer is synthesized (for example, FIG. 15B), and the image is displayed on a substantially vertical display (vertical display) in front of the trainer. A lower limb rehabilitation training system characterized by moving a slipper-shaped mounting portion 17 with a lower limb while looking at a display and performing rehabilitation on a treadmill. トレッドミルのベルト35の表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、訓練者などを含んで、トレッドミルのベルトを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術および画像合成技術を用いて、患者・訓練者などを含むリハビリ訓練画面を合成する際に、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡する足部の位置などが正確に分かるように、それらの一部を半透明として、訓練者を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら下肢によりスリッパ状の装着部17を動かし、トレッドミル上でリハビリを行うことを特徴とする下肢リハビリ訓練システム。  The surface of the treadmill belt 35 is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern. The treadmill belt is photographed from above by a bird's-eye video camera, including trainees. When synthesizing rehabilitation training screens including patients and trainers using chroma key technology and image synthesis technology, the target point, target trajectory, and the position of the foot to track it can be accurately identified. Some of them are translucent, and the rehabilitation training screen including the trainee is synthesized, and the image is displayed on the almost vertical display (vertical display) in front of the trainee. A lower limb rehabilitation training system characterized by moving the mounting portion 17 and performing rehabilitation on a treadmill. トレッドミルのベルト35の表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、患者・訓練者などを含んで、トレッドミルのベルトを上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術および画像合成技術を用いて、訓練者などを含むリハビリ訓練画面を合成する際に、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡するスリッパ状の装着部中心などの位置などが正確に分かるように、目標点、目標軌跡、およびそれを追跡するスリッパ状の装着部中心などを、合成後の画像において上の層とすることにより、他の画像に隠されることが無いようにしながら、訓練者を含むリハビリ訓練画面を合成し、その画像を訓練者の正面のほぼ垂直なディスプレイ(垂直ディスプレイ)に表示し、このディスプレイを見ながら、下肢によりスリッパ状の装着部などを動かし、リハビリを行うことを特徴とする歩行リハビリ訓練システム。  The surface of the belt 35 of the treadmill is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern. The treadmill belt is photographed from above by a bird's-eye video camera, including patients and trainees. When synthesizing a rehabilitation training screen that includes trainers, etc., using the chroma key technology and image synthesis technology, the target point, target trajectory, and the position of the slipper-like mounting part center that tracks it are accurate. As you can see, the target point, the target locus, and the center of the slipper-like mounting part that tracks the target point are made upper layers in the combined image so that they are not hidden by other images. , Synthesize a rehabilitation training screen including the trainee, and display the image on the almost vertical display (vertical display) in front of the trainer. While watching, walking rehabilitation training system, characterized in that move and slippers shaped mounting portion by the lower limbs, carry out the rehabilitation. リハビリ訓練テーブルの表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、患者・訓練者などを含んで、リハビリ訓練テーブルの上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術、および画像合成技術用いて得られた、患者・訓練者の上肢の画像を含んだリハビリ訓練画面を垂直ディスプレイに表示し、このディスプレイを見ながら上肢を動かし、リハビリを行うことを特徴とする上肢リハビリ訓練システム。  The surface of the rehabilitation training table is a chroma key background color (green, blue, etc.) or background pattern, including patients and trainees, etc., taken from above the rehabilitation training table with a camera for overhead view video, from the image, The rehabilitation training screen including the image of the patient / trainer's upper limb obtained using the chroma key technology and the image composition technology is displayed on the vertical display, and the upper limb is moved while looking at this display to perform rehabilitation. Upper limb rehabilitation training system. リハビリ訓練テーブルやトレッドミルのベルト35の表面をクロマキーの背景色(緑色、青色など)か、あるいは背景模様とし、患者・訓練者などを含んで、リハビリ訓練テーブルやトレッドミルの上方から俯瞰映像用カメラにより撮影し、その画像より、クロマキー技術、および画像合成技術用いて得られた、患者・訓練者の下肢の画像を含んだリハビリ訓練画面を垂直ディスプレイに表示し、このディスプレイを見ながら下肢を動かし、リハビリを行うことを特徴とする下肢リハビリ訓練システム。  The surface of the belt 35 of the rehabilitation training table or the treadmill is a chroma key background color (green, blue, etc.) or a background pattern. The rehabilitation training screen including the images of the lower limbs of the patient / trainer obtained from the image by using the chroma key technology and the image synthesis technology is displayed on the vertical display. Lower limb rehabilitation training system characterized by moving and performing rehabilitation. 力感覚の制御にパウダーブレーキ、パウダークラッチ、ER流体ブレーキ、MR流体ブレーキ、ナノ粒子MR流体ブレーキ、ERゲルブレーキ等を用いた各請求項1,請求項2,請求項3,請求項4,請求項5,請求項6、請求項7,請求項8,請求項9、請求項10、請求項11のリハビリ訓練システム。  Claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 4 using powder brake, powder clutch, ER fluid brake, MR fluid brake, nano particle MR fluid brake, ER gel brake, etc. for controlling force sense Claim 5, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 10, Claim 11, Rehabilitation training system. 力感覚の制御にモータ、パルスモーター等のアクチュエータを用いた各請求項1,請求項2,請求項3,請求項4,請求項5,請求項6、請求項7,請求項8,請求項9、請求項10、請求項11のリハビリ訓練システム。  Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 8, Claim 8, wherein actuators such as motors and pulse motors are used to control force sense. 9. The rehabilitation training system according to claim 10, 10 and 11. 力感覚の制御に機能性流体クラッチ(あるいはパウダークラッチ)とその駆動部からなる機能性粒子アクチュエータを用いた各請求項1,請求項2,請求項3,請求項4,請求項5,請求項6、請求項7,請求項8,請求項9、請求項10、請求項11のリハビリ訓練システム。  Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5 and Claim 5, wherein a functional fluid actuator comprising a functional fluid clutch (or powder clutch) and its drive unit is used for controlling the force sense. 6. The rehabilitation training system according to claim 7, claim 8, claim 9, claim 10 and claim 11. 把持部(下肢の場合はスリッパ状のもの)に力感覚の提示を行わない各請求項1,請求項2,請求項3,請求項4,請求項5,請求項6、請求項7,請求項8,請求項9、請求項10、請求項11のリハビリ訓練システム。  Claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, claim 7, claim 7, wherein no force sensation is presented to the gripping part (in the case of a leg, a slipper-like one) The rehabilitation training system according to claim 8, claim 9, claim 10, and claim 11.
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