JP2017519557A - リハビリテーションシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経に苦しむ患者２４に関するリハビリテーションシステム１０に関する。上記システム１０は、上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を制御することに関連付けられる患者の脳活動を測定する脳活動センサ１４と、上記損傷を受けた筋肉の筋肉活動及び／又は上記損傷を受けた神経の神経活動を測定する筋肉センサ１８と、上記患者２４の影響を受けた体部分の表現３４を表示するディスプレイ２２と、上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される上記影響を受けた体部分の意図された運動を決定し、上記意図された運動の表現３６を表示するよう上記ディスプレイ２２を制御する制御ユニット２０とを有し、上記制御ユニット２０が、上記脳活動センサ１４により測定される上記患者の脳活動に基づき、並びに上記筋肉センサ１８により測定される上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経の上記筋肉及び／又は神経活動に基づき、上記意図された運動を決定するよう構成される。

Description

本発明は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経に苦しむ患者に対するリハビリテーションシステムに関する。本発明は特に、健康な脳活動を持つが妨げられた筋肉活動を持つ患者に対処するリハビリテーションシステムに関する。この場合、システムは斯かる患者がかれらの障害性の肢の運動を行うのを助ける。更に、本発明は、患者のリハビリテーションに関する対応する方法に関する。

外傷、ヘルニア、ベッドで長年に横になること又は単に高齢が原因による一時的な麻痺に苦しむ患者に対して共通の一般的な特徴は、斯かる患者が辺縁運動に関して必要な好ましい神経活動を持つことができるにもかかわらず、かれらの筋肉及び／又は神経が損傷を受けているという事実である。

損傷を受けた筋肉及び／又は神経に関するリハビリテーションは現在、主にリハビリテーションセンターにおいて行われ、そこでは、患者が物理療法専門医、リハビリ看護士、作業療法士及び理学療法士のケア下にあり、筋肉及び／又は神経において損傷を受けた要素を回復することを目的として特定の物理療法プログラムを経験する。理学療法士は、ホット及び／又はコールドパックだけでなく、熱を生成するため高周波を使用する超音波システムを使用する。

筋肉神経再生に関連付けられる経費は、巨大でありえる。例えば、Foundation for Spinal Cord Injury Prevention and Cureにより報告される統計によれば、対麻痺に関する生涯医療経費は、１００万ドルである。四肢麻痺に関する生涯医療経費は、１５０万から３００万ドルまで変動する。統計は、失われた賃金又は他の財政的損失を含まない（http://www.georgiaaccidentlaws.com/georgiaautoaccidentparalysislaws.html）。従って、家庭での使用に関して有効的でコストを抑えるリハビリテーションシステムが望ましい。

ＵＳ２０１１／０２１３２６６Ａ１号は、感覚の運動障害の影響からの患者の回復を容易にする閉ループの神経活動トリガーされたリハビリテーションデバイス及び方法を開示する。このデバイスは、神経信号を検出するため、患者の脳に隣接して位置決め可能なセンサシステムを含む。機能的な刺激要素は、例えば筋肉又は神経といった少なくとも１つの体部分に動作可能に接続可能である。機能的な刺激要素は、検出される神経信号に基づき、少なくとも１つの体部分を刺激する。感覚刺激モジュールは、患者に感覚フィードバックを提供するため、患者に動作可能に接続される。

斯かる閉ループシステムが患者に対する有利な回復効果を示したが、患者の回復はまだ非常にゆっくりまだ進行し、多くの後退があり、非常に小さいステップの前進は、不可能でないとしても、特に始めたばかりの患者により認識されるのが困難である。治療の利益を認識することができないことは一般に、プログラム又はデバイスに対する患者の失意、信用及び順守の喪失をもたらし、これにより、リハビリテーション過程が妨げられる。多くの患者は、非常に速い回復を予想する。斯かる速い回復が患者により認められない場合、かれらはデバイスの機能に不信感を抱く。既知のデバイスはしばしば、回復過程に関するフィードバックを患者に与えることに欠き、及び障害の残る肢の運動を患者が実行することをサポートすることに欠く。従って、斯かるデバイスに対するユーザ―順守は、大部分のケースにおいてかなり低い。

こうして、まだ改善の余地が残されている。

ＵＳ２００６／０１９５０４２Ａ１号は、患者の多細胞信号を処理し、１つ又は複数のデバイスを制御する生物学的インタフェースシステムに関するシステム及び方法を開示する。このシステムは、多細胞信号を検出するセンサと、多細胞信号に基づき、制御信号を生成する処理ユニットとを含む。このシステムは更に、１つ又は複数のシステム構成パラメータの値をセット又は修正するために用いられる自動化された構成ルーチンを含む。

ＵＳ５，６９２，５１７Ａ号は、脳波記録及び筋電図記録電位の組み合わせに基づき、ユーザがデバイスを制御することを支援する方法及び装置を開示する。

本発明の目的は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経に苦しむ患者に対するリハビリテーションシステムを提供することである。この場合、このシステムは、上述した課題を実質的に軽減するか又は解決する。特に、本発明の目的は、家庭での使用に適用でき、この種の既知のデバイスと比較してユーザ―順守を改良するリハビリテーションシステムを提供することである。更なる目的は、対応するリハビリテーション方法を提供することである。

本発明の第１の側面によれば、損傷を受けた筋肉及び／又は神経に苦しむ患者に関するリハビリテーションシステムが提示され、上記システムは、
上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を制御することに関連付けられる患者の脳活動を測定する脳活動センサと、
上記損傷を受けた筋肉の筋肉活動及び／又は上記損傷を受けた神経の神経活動を測定する筋肉センサと、
上記患者の影響を受けた体部分の表現を表示するディスプレイと、
上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される上記影響を受けた体部分の意図された運動を決定し、上記意図された運動の表現を表示するよう上記ディスプレイを制御する制御ユニットとを有し、上記制御ユニットが、上記脳活動センサにより測定される上記患者の脳活動に基づき、並びに上記筋肉センサにより測定される上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経の上記筋肉及び／又は神経活動に基づき、上記意図された運動を決定するよう構成される。

本発明の第２の側面によれば、損傷を受けた筋肉及び／又は神経に苦しむ患者のリハビリテーションに関する方法が提供される。上記方法は、
上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を制御することに関連付けられる患者の脳活動を測定するステップと、
上記損傷を受けた筋肉の筋肉活動及び／又は上記損傷を受けた神経の神経活動を測定するステップと、
上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される影響を受けた体部分の意図された運動を決定するステップであって、上記意図された運動が、上記患者の脳活動に基づき、並びに上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経の上記筋肉及び／又は神経活動に基づき決定される、ステップと、
上記影響を受けた体部分の上記意図された運動を上記患者に表示するステップとを有する。

本発明の好ましい実施形態は、従属項において規定される。請求項に記載の方法が、請求項に記載のシステム及び従属項に記載されるシステムと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。

本発明の着想は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される影響を受けた体部分を用いた患者が意図する運動に関する視覚的なフィードバックを患者に提供することにより、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を回復することにおいて患者を支援することである。この視覚的なフィードバックは、患者が自分の体に関する理解を深め、影響を受けた体部分を移動する方法に関する理解を深めるのを助ける。更に、意図された運動を視覚化することにより、患者は、早期の段階において、治療のポジティブな効果を認識することが容易にされる。こうして、患者は、障害性の肢が実際に動くことが可能になる前に、神経経路の回復における経過を視覚化することができる。これにより、自分の治療プログラムを厳守するよう動機づけされ続け、リハビリテーション成功のチャンスが強化される。視覚的なフィードバックは、影響を受けた体部分の意図された運動の表現を例えば画像シーケンスにおいて表示するディスプレイを介して提供される。

提示されたシステムの中心の特徴の１つは、影響を受けた体部分の意図された運動が、脳における神経活動の分析により決定されるだけでなく、損傷を受けた筋肉の筋肉活動及び／又は損傷を受けた神経の神経活動にも基づかれる点にある。このシステムは、脳活動センサを用いて、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を制御することに関連付けられる患者の脳活動を測定しつつ、並行して筋肉センサを用いて、損傷を受けた筋肉の筋肉活動及び／又は損傷を受けた神経の神経活動を測定する。脳活動センサの信号及び筋肉センサの信号は、患者が、影響を受けた体部分をどのように動かすことを意図しているか、言い換えるとどの方向にどの程度動かすことを意図しているかを決定するために用いられる。

上述のアプローチ（神経及び筋肉の活動に関する両方の信号を用いる）は、複数の利点を提供する。患者の脳は健常かもしれないが、それは最適な態様において機能することができない場合がある。脳データ及び筋肉データに基づき影響を受けた体部分の意図された運動を算出／推定することは、意図された運動のより正確な決定をもたらし、及び従ってディスプレイにおいてより現実的な視覚化をもたらすことができる。他方で、ディスプレイ上における意図された運動のより現実的な視覚化は、患者に対するフィードバックを改善する。その結果、損傷を受けた筋肉及び／又は神経の回復が、このシステムで改良されることができる。ディスプレイ上における視覚的なフィードバックは、患者の脳が、所与の視覚的な刺激を、脳の神経命令及び損傷を受けた筋肉の筋肉応答に関連付けることをサポートする。

脳は連続的に、関連付けを探し、脳活動及び筋肉活動の間の相関を見つけようとする。既知のステートメントは、「同時発火、同時配線」（firing together is wiring together）である。これは、環境からの刺激がニューロンの２つのグループにおける神経活動を呼び起こすことを脳が検出する場合、ニューロンの２つのグループが接続されることを意味する。従って、ディスプレイにおける意図された運動の視覚化は、脳における相関を強化することができて、リハビリテーション成功を改善するのを明らかに助けることができる。

脳活動に加えて筋肉の活動を測定することは、損傷を受けた筋肉及び／又は神経の回復経過が時間にわたり追跡されることができるという利点を更に提供する。その結果、患者は、提示されたシステムを用いて回復経過に関するフィードバックを受信することができる。これは特に、リハビリテーション療法の早期の段階において有用である。患者はこうして、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を含む障害性の肢が実際に動くことが可能になる前であっても、治療の経過を認識することができる。こうして、患者は治療プログラムを順守する動機付けを持ち続けることができる。その結果、リハビリテーション成功のチャンスが改良される。

影響を受けた体部分の意図された運動の決定は、筋肉センサ及び脳活動センサの信号が一緒に加算される算出／推定に基づかれることができる。この算出は、筋肉センサの信号及び脳活動センサの信号の加重平均を含むこともできる。筋肉センサが信号を供給しない、又は少なくとも脳活動センサより少ない信号を供給することが、特に回復処理の始めには予想されるので、筋肉センサは、損傷を受けた筋肉の近傍において構成される筋肉の筋肉活動を測定するよう構成されることもできる。これは、特に回復処理の始めにおいて、影響を受けた体部分の意図された運動の決定を改善することを可能にする。損傷を受けた筋肉及び／又は神経が治療の間、ステップ毎に回復する場合、筋肉センサはより正確な信号を供給する。その結果、影響を受けた体部分の意図された運動の決定の精度が、進行中の治療の間でさえ増加されることができる。

上記制御ユニットが好ましくは、上記患者の上記影響を受けた体部分の表現を上記ディスプレイにおいてリアルタイムに動かすことにより、上記意図された運動の表現を表示するよう上記ディスプレイを制御するよう構成される。これは、意図された運動がディスプレイにおける矢印又は他のグラフィックシンボルを用いて視覚化されるだけでなく、影響を受けた体部分の表現をディスプレイにおいて現実的な態様において、例えば小さいビデオシーケンスにおいて動かすことにより視覚化されることを意味する。この文脈における用語「リアルタイム」は、この視覚化が、脳活動及び筋肉活動の測定に対して並行して提供されることを意味する。これは、患者にとって現実効果を増加させ、患者の脳が上述した態様で関連付けを見つけることを助ける。

ディスプレイにおける表現は、影響を受けた体部分だけでなく、患者の全身を含むこともできる。以下に更に説明されるように、制御ユニットは、患者を反映するアバターを表示するようディスプレイを制御することができる。このアバターは、患者が意図する影響を受けた体部分の運動をいわゆるバーチャルに示す。アバターは言い換えると、「運動教育者」として機能する。

ディスプレイ上に示されるアバターの運動は、患者の体部分の「現実の」運動と必ずしも等しいわけではない点に注意することは、重要である。上記体部分における筋肉及び／又は神経が障害性で／損傷を受けている限り、体部分の「現実の」運動は、ディスプレイに示される意図された運動より強くない。これが、患者の意図された運動を決定するのに、脳活動及び筋肉の活動が両方とも分析されなければならない理由である。

ある実施形態によれば、このシステムは、ヘッドギアを更に有し、上記脳活動センサが、上記ヘッドギアに構成されるか又は埋め込まれる。こうして、脳活動センサは、携帯型のウェアラブル要素として実現されることができる。これは、患者をできるだけ少なく妨害する非侵襲性のデバイスを生じさせる。

ヘッドギアは好ましくは、患者の頭部に着用されるよう構成されるベルト、ストラップ、バンド、ギア又はハーネスの１つを有する。例えば、ヘッドギアは、患者の頭部に着用されることができる伸縮可能なストラップとして実現されることができる。

脳活動センサは、患者の頭皮に沿った電気的活動を記録する少なくとも１つの脳波計（ＥＥＧ）電極を有する。実際には、脳活動センサは、患者の頭皮の異なる位置に置かれる複数のＥＥＧ電極を有する。これは、この技術分野において多くの他の用途から知られる。これらのＥＥＧ電極は、脳のニューロンにおけるイオン電流から生じる電圧変動を測定する。患者の脳活動の上述の監視は、ＥＥＧ信号のスペクトル成分、即ちＥＥＧ電極により提供される信号において観察される神経振動のタイプを分析することにより、既知の態様において実行される。

筋肉センサは好ましくは、少なくとも１つの筋電計（ＥＭＧ）電極を有する。このＥＭＧセンサは好ましくは、患者の肢に着用されるよう構成される体取付け要素に構成されるか又はこれに埋められる。例えば、体取付け要素は、患者の足又は腕に着用されることができる伸縮可能なストラップとして実現されることができる。

更なる実施形態によれば、このシステムは、音生成ユニットを更に有し、上記制御ユニットが、上記意図された運動を示す音を生成するよう上記音生成ユニットを制御するよう構成される。

この場合、患者は、ディスプレイを介して視覚的なフィードバックだけでなく、音生成ユニットを介して音声フィードバックも受信する。音生成ユニットは例えば、意図された運動を示す音を生成するラウドスピーカを含むことができる。用語「意図された運動」はここでも、脳活動センサにより測定される患者の脳活動に基づき、並びに筋肉センサにより測定される損傷を受けた筋肉及び／又は神経の筋肉及び／又は神経活動に基づき、制御ユニットを用いて決定される影響を受けた体部分の運動を指す。例えば、制御ユニットは、音を生成するよう音生成ユニットを制御することができる。この場合、タイプ及び／又は音レベルは、影響を受けた体部分の決定された運動のタイプ及び／又は強度に適合される。音は好ましくは、ディスプレイにおける視覚的なシミュレーションと並行して、並びに脳命令及び患者の筋肉の応答と並行して提供される。患者の斯かるマルチセンサのシミュレーションは、損傷を受けた筋肉及び／又は神経の回復処理を更に一層改善する。

マルチセンサの刺激効果を更に増加させるため、このシステムは、触知的刺激を用いて、上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激する触知的刺激ユニットを更に有することができる。

ある実施形態によれば、上記触知的刺激ユニットが、（ｉ）振動を用いて上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激する振動要素、並びに（ｉｉ）熱及び／又は冷たさを用いて、上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激する熱要素の少なくとも１つを有することができる。刺激ユニットは、筋肉センサが埋められることができる上述の取付け要素に構成されることができるか又はこれに埋められることができる。

追加的な触知的刺激ユニットは好ましくは、制御ユニットにより制御される。触知的刺激は、（ディスプレイにおける意図された運動の視覚化とは別の時間瞬間において、即ち上記視覚化の前か後において）別々に提供されることができるか、又は、それは、ディスプレイにおける意図された運動の視覚化と並行して提供されることができる。第１の場合、このシステムは、２つのモード、刺激モード及び肢エクササイズモードの間で切り替え可能でもよい。刺激モードにおいて、損傷を受けた筋肉及び／又は神経は、刺激ユニットを用いて刺激される。肢エクササイズモードにおいて、患者は、決定された意図された運動が視覚化されるディスプレイを用いて、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を上述した態様において訓練することができる。第２の場合、触知的刺激がディスプレイにおける視覚化と並行して提供されるとき、制御ユニットは、触知的刺激ユニットを制御し、脳活動センサにより測定される患者の脳活動に基づき、及び／又は筋肉センサにより測定される損傷を受けた筋肉の筋肉活動に基づき、触知的刺激を適合するよう構成されることができる。

更なる実施形態によれば、このシステムは、上記脳活動センサ及び／又は上記筋肉センサの複数の測定結果を格納するデータベースと、上記患者の回復経過を決定するため、上記複数の測定結果を互いに比較する評価ユニットとを更に有することができる。

これは、治療の間、時間の異なる瞬間で、患者の脳活動及び／又は患者の筋肉活動を測定することを可能にする。その結果、システム（評価ユニット）は、肢の筋肉応答における回復経過に関する統計を算出することができる。評価ユニットは例えば、時間ｔ１の１つの瞬間で測定される脳活動及び筋肉の活動の信号の差を時間ｔ２（ｔ１＋Δｔ）の第２の瞬間で測定される脳活動及び筋肉の活動の信号の差と比較するよう構成されることができる。

この実施形態において、上記制御ユニットが更に、上記患者の回復経過を示す視覚的なインジケーターを表示するよう上記ディスプレイを制御することができる。こうして、患者は、回復経過に関する視覚的なフィードバックをディスプレイ上で受信することができる。これは、特に患者が自身で何らかの経過を認識することのない治療の初期において、患者を動機づけするのを助けることができる。一方、この経過は、脳活動センサ及び筋肉センサによりすでに測定可能である。ユーザ―順守はこうして更に改良されることができる。なぜなら、患者は、ポジティブフィードバックを受信して、治療の効果を少なくとも視覚的に認めることができるからである。

更なる実施形態において、リハビリテーションシステムは、評価ユニットにより決定される回復経過に基づき、視覚的な報酬を表示する、及び／又は、音声報酬を生成するよう音生成ユニットを制御する報酬ユニットを更に有することができる。こうして、患者は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を訓練し続けるよう動機づけするディスプレイに表示されるグラフィックシンボルを用いて、及び／又は音生成ユニットにより生成される奨励コメント、音楽又は音を用いて、ポジティブフィードバックを得ることができる。

更なる実施形態によれば、このシステムは、上記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激するよう提案された刺激を決定する治療ユニットを更に有し、上記提案された刺激が、上記データベースに格納された上記脳活動センサ及び／又は上記筋肉センサの上記複数の測定結果に基づかれる。治療ユニットは、ディスプレイを制御し、患者に対して提案された刺激を（グラフィカルに又はテキスト形式でのいずれかで）説明する視覚的なインジケーターを表示するよう構成されることができる。これは、今後の数日、数週間、又は数ヶ月においてどの肢が所与の優先度で運動されるべきかに関する提案を含むことができる。こうして、治療は、患者の個人的な必要性に適合されることができる。

治療ユニットは、脳活動センサ及び／又は筋肉センサの複数の測定結果に基づき、触知的刺激ユニットを制御するため、触知的刺激ユニットに接続されることもできる。言い換えると、治療ユニットは、触知的刺激を用いて損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激する刺激ユニットを制御するよう構成されることができる。この場合、触知的刺激は、データベースに格納された脳活動センサ及び／又は筋肉センサの複数の測定結果に基づかれる。こうして、治療は、患者の必要性に自動的に適合される。

更なる実施形態によれば、リハビリテーションシステムは、上記脳活動センサ及び／又は上記筋肉センサの複数の測定結果を格納するデータベースと、上記複数の測定結果と少なくとも１つの他の患者の対応する参照測定結果とを比較する評価ユニットとを更に有することができる。

データベースは例えば、インターネットを介してリハビリテーションシステムによりアクセス可能なリモートに構成されたデータベースを含むことができる。他のユーザが、同じ又は類似するタイプのリハビリテーションシステムを使用する場合、患者の治療経過は、他の患者と比較されることができる。この場合、評価ユニットは、ディスプレイを制御し、患者の測定結果と他の患者の測定結果との比較を示す視覚的なインジケーターを表示するよう構成されることができる。こうして、患者は、同じ又は類似する疾患を持つ他の患者と比較して自身がどのように実行しているかに関するフィードバックを受信することができる。例えば、患者と他の患者との間の統計比較が、ディスプレイに表示されることができる。

更なる実施形態において、上記制御ユニットが、アバターを表示するよう、上記ディスプレイを制御し、上記アバターは、上記影響を受けた体部分の上記表現を含む。斯かるアバターは、影響を受けた体部分の視覚的な表現の運動のビデオシーケンスを単にディスプレイに示すことより、患者にとって現実的であるように見える。

改良において、リハビリテーションシステムは、上記患者の生体構造情報を受信する入力インタフェースを更に有し、上記制御ユニットが、上記患者の上記生体構造情報に基づき、上記アバターを適合するよう、上記ディスプレイを制御する。

この場合、視覚化されたアバターは、いわゆる「現実の」患者の外観を反映させ、患者の影響を受けた体部分の意図された運動を現実的な態様で示す。アバターは例えば、ディスプレイ上でリアルサイズにおいて視覚化されることができる。上述の入力インタフェースは、患者の写真又は自分の顔を入力し、並びに患者の身長、体重及び／又は他の生体構造特徴を入力することを可能にする。その結果、制御ユニットが、患者の外観に最も似ているアバターを生成することができる。

本発明によるリハビリテーションシステムの第１の実施形態の概略的な表示を示す図である。 第１の実施形態によるリハビリテーションシステムの筋肉センサを含む体取付け要素の概略的な表示を示す図である。 本発明によるリハビリテーションシステムの第２の実施形態の概略的な表示を示す図である。 第２の実施形態によるリハビリテーションシステムの筋肉センサを含む体取付け要素の概略的な表示を示す図である。 本発明による患者のリハビリテーションに関する方法を説明する概略的なダイアグラムを示す図である。

本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

図１Ａは、本発明によるリハビリテーションシステムの第１の実施形態を示す。リハビリテーションシステムは、その全体が参照符号１０で表される。

リハビリテーションシステム１０は、脳活動センサ１４を含むヘッドギア１２と、筋肉センサ１８を含む体取付け要素１６と、制御ユニット２０と、ディスプレイ２２とを有する。筋肉センサ１８を含む例示的な体取付け要素１６の拡大概略図が、図１Ｂに示される。

ヘッドギア１２は、患者２４の頭部／頭皮に着用されるよう構成される。ヘッドギア１２は好ましくは、脳活動センサがこの上に配置される、又は、脳活動センサ１４が埋め込まれる、ストラップ、バンド又はキャップとして実現される。脳活動センサは好ましくは、患者２４の脳活動を測定するよう構成される複数の脳波計（ＥＥＧ）電極を有する。斯かるＥＥＧ電極は、従来技術においてよく知られており、従って以下に詳述されることはない。

体取付け要素１６は、患者２４の四肢の１つ、即ち患者２４の腕又は足に着用されることができるウェアラブル要素として実現される。好ましい実施形態によれば、体取付け要素は好ましくは、弾性体でできているベルト、ストラップ、バンド、ギア又はハーネスの１つを有する。その結果、体取付け要素１６は、患者２４の腕だけでなく足にもフィットする。ここで、患者２４は、そのサイズを手動で適合させる必要はない。筋肉センサ１８は好ましくは、体取付け要素１６に配置されるか又は埋められる複数の筋電計（ＥＭＧ）電極２６を有する。これらのＥＭＧ電極２６は、患者２４の損傷を受けた筋肉及び／又は神経の筋肉及び／又は神経活動を測定するよう構成される。

制御ユニット２０は、本発明の原理に基づきディスプレイ２２を制御するソフトウェアを実行するプロセッサ、マイクロプロセッサ又はコンピュータとして実現されることができる。これは、以下更に詳細が説明される。

ディスプレイ２２は、例えば陰極線管を持つモニタ、液晶モニタ、プラズマモニタ又は他のタイプの任意のモニタといったスクリーンを有することができる。代替的に、ディスプレイ２２は、壁又はスクリーン上へ画像を投影するプロジェクタ又はビーマーを有することができる。

制御ユニット２０は、脳活動センサ１４、筋肉センサ１８及びディスプレイ２２に接続される。制御ユニット２０及び脳活動センサ１４の間の接続２８、制御ユニット２０及び筋肉センサ１８の間の接続３０並びに制御ユニット２０及びディスプレイ２２の間の接続３２は、有線又は無線（例えば、ブルートゥース（登録商標）、赤外線、ＷＬＡＮ又はニアフィールド通信技術を用いて）のいずれかとすることができる。図１Ａにおいて、制御ユニット２０は、ヘッドギア１２、体取付け要素１６及びディスプレイ２２から離れて構成される別々のユニットとして示されるが、制御ユニット２０の一部又は制御ユニット２０全体が、ヘッドギア１２、体取付け要素１６又はディスプレイ２２に一体化される、又はこの上に構成されることもできる。

提示されたシステム１０は、辺縁運動に関して必要な一般に健常な神経活動を持つが、損傷を受けた筋肉及び／又は筋肉神経を持つ患者２４に対処する。システム１０は、斯かる患者２２が辺縁運動に関して必要な筋緊張及び／又は筋肉神経を復活させるのを助ける。システムは特に、斯かる患者２４が損傷を受けた筋肉及び／又は筋肉神経が構成されるそれらの四肢を動かすのを助ける。

患者２４は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を含む肢をどのように動かすべきかを患者に示す視覚的なフィードバックをディスプレイ２２上で受信する。制御ユニット２０は、脳活動センサ１４及び筋肉センサ１８から測定信号を受信する。これらの信号から、制御ユニット２０は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される体部分の意図された運動を決定する。

言い換えると、制御ユニット２０は、患者の脳活動並びに損傷を受けた筋肉及び／又は神経の筋肉及び／又は神経活動に基づき、影響を受けた体部分の意図された運動を決定するよう構成される。用語「意図された運動」は、これらの信号の両方に基づき推定／算出される影響を受けた体部分の運動を表す。

システム１０の中心の特徴は、ディスプレイ２２におけるこの意図された運動の視覚化である。ディスプレイ２２はこれに加えて、患者２４の影響を受けた体部分の表現３４を表示する。好ましい実施形態において、ディスプレイ２２は、患者２４の生体構造外観を反映させるアバターを表示するよう構成される。しかしながら、場合によっては、それは、患者２４の影響を受けた体部分のグラフィカル表現だけをディスプレイ２２上に表示することでも十分かもしれない。

制御ユニット２０は更に、患者２４の影響を受けた体部分の表現３４をディスプレイ２２上でリアルタイムに動かすことにより、意図された運動のグラフィカル表現３６を表示するようディスプレイ２２を制御する。脳活動センサ１４及び筋肉センサ１８の信号に基づき算出される意図された運動は例えば、小さいビデオシーケンスを用いてユーザに対して視覚化されることができる。上記ビデオシーケンスは、影響を受けた肢の算出された運動（図１Ａに示される例において右脚の運動）をディスプレイ２２上に示すことができる。制御ユニット２０はこうして、運動処理に含まれる進行中の神経活動から決定される意図された肢運動を実行するよう視覚化されたアバター３４を制御する。

ここでも、意図された運動が、上記意図された運動に関連付けられる運動皮質における神経活動及び筋肉センサ１８を用いて測定される筋肉活動から決定される点に留意されたい。これらの信号の両方を用いることは、意図された運動のより正確な決定を可能にする。筋肉センサ１８の信号をこの決定に含めることは更に、損傷を受けた筋肉及び／又は神経の回復処理を時間にわたり追跡することを可能にする。脳活動センサ１４のＥＥＧ電極は、脳から肢への命令の一部として開始される患者の神経活動を送信するが、筋肉センサ１８のＥＭＧ電極組２６は、肢の筋肉における応答のレベルを送信する。

ディスプレイ２２における意図された運動のグラフィック視覚化は、影響を受けた肢をどのように動かすべきかを患者２４に教えるだけではなく、影響を受けた体部分に関する神経及び筋肉活動に関する視覚的なフィードバックを患者に与えることもできる。制御ユニット２０は好ましくは、脳活動センサ１４及び筋肉センサ１８の信号を加算することにより意図された運動を決定するよう構成される。この決定は、これらの信号の両方の加重平均を含むこともできる。回復過程の始めでは、筋肉センサ１８は、軽微な信号部分だけを加算するだろう。なぜなら、ＥＭＧ電極２６を介して検出される肢の筋肉の応答のレベルは、この段階では通常かなり低いからである（まだ筋肉が損なわれているため）。しかしながら、治療の間、ＥＭＧ電極２６により検出される応答のレベルは段々増加することが予想される。その結果、筋肉センサ１８の信号は、意図された運動の決定に対して時間にわたり増加的に貢献する。運動決定の精度を増加させるため、筋肉センサ１８は、損傷を受けていない隣接筋肉の筋肉活動も測定するよう構成されることができる。制御ユニット２０はこうして、始まりにおいて、意図された運動を決定するのに、脳活動センサ１４の信号に加えて隣接筋肉の信号を使用することもできる。これは、ディスプレイ２２に並行して表示される。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明によるシステム１０の第２の実施形態を示す。同じ又は類似する要素は、前述と同一参照番号により表される。これらのすでに提示された要素は、再び説明されない。

第１の実施形態によるシステム１０の要素に加えて、第２の実施形態によるシステム１０は、音生成ユニット３８、入力インタフェース４０及びデータベース４２を更に有する。音生成ユニット３８、入力インタフェース４０及びデータベース４２は、制御ユニット２０に接続される。これらの要素３８、４０、４２及び制御ユニット２０の間の接続４４、４６、４８は再度、有線接続又は無線接続として実現されることができる。

音生成ユニット３８は例えば、ラウドスピーカ又は音を生成する他の任意のタイプのデバイスを有することができる。入力インタフェース４０は、キーボード、マウス、ＵＳＢインタフェース又はユーザが制御ユニット２０に対してデータを入力する又は転送することを可能にする他の任意のタイプのデータインタフェースを有することができる。入力インタフェース４０は、制御ユニット２０の設定を適合するために用いられることもできる。データベース４２は、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はインターネットといった任意のタイプのデータネットワークにより制御ユニット２０によりアクセス可能な例えばハードドライブといった任意のタイプのストレージ手段を含むことができる。データベース４２は、制御ユニット２０を含むコンピュータの部分とすることもできる。

図２Ａも示される第２の実施形態による制御ユニット２０は更に、評価ユニット５０、報酬ユニット５２及び治療ユニット５４といった複数のサブユニットを有することができる。これらのユニット５０、５２、５４の全ては、制御ユニット２０の部分でもよい。しかしながら、評価ユニット５０、報酬ユニット５２及び治療ユニット５４は代替的に、別々の実体として実現されることもできる。実際には、これらのユニット５０、５２、５４は好ましくは、制御ユニット２０の一体化された部分として実現され、ソフトウェア及び／又はハードウェアベースで実現される。

音生成ユニット３８の追加は、ディスプレイ２２における視覚的な刺激（意図された運動の表現３６）と一致して音を生成することを可能にする。制御ユニット２０は、意図された運動を示す音を生成するよう音生成ユニット３８を制御することができる。この音のタイプ及び／又は音量は、決定された意図された運動のタイプ及び／又は強度に適合されることができる。音生成ユニット１８により生成される音は、脳活動センサ１４及び筋肉センサ１６の信号にも基づかれる。こうして患者２４のセンサの刺激は、１つの追加的な刺激（音声刺激）へと拡大される。

入力インタフェース４０は例えば、患者２４の画像、患者２４の身長、患者２４の体重及び／又は患者２４の体格のインジケーション（スリムな／中間の／重い）を入力するために用いられることができる。アバターのグラフィカル表現３４は、入力インタフェース４０を介して受信される患者２４の生体構造情報に基づかれることができる。これは、患者にとってさらに現実的な感覚を提供する。なぜなら、アバターはこの場合、できるだけ現実的なグラフィック形において患者２４を反映するからである。

データベース４２は、脳活動センサ１４及び／又は筋肉センサ１８の測定結果を格納するのに使用されることができる。これらの測定結果を格納することは、患者２４の回復処理を時間にわたり評価することを可能にする。評価ユニット５０は、患者２４の回復経過を決定するため、時間にわたり集められる測定結果を互いに比較するよう構成される。評価ユニット５０は例えば、治療の後の段階でのＥＭＧ電極２６により測定される応答のレベルを治療の始めにＥＭＧ電極により測定される応答のレベルと比較することにより、肢の筋肉における回復処理に関する統計を算出することができる。この統計は、患者２４が治療の利点を認識するのを助けることができる。ディスプレイ２２は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経の活動レベルを時間にわたる傾向と共に示すダッシュボードを表示することができる。評価ユニット５０は、時間にわたる脳活動信号及び筋肉信号の差を比較し、時間にわたるこの差の傾向を含む統計を生成するよう構成されることもできる。上記差が時間にわたり減少する場合、これは治療のポジティブな効果のインジケーターとすることができる。

報酬ユニット５２は、評価ユニット５０により評価される回復経過を示す視覚的なインジケーターを表示するようディスプレイ２２を制御することができる。これは、治療を前進させるよう患者２４を動機づけるのを助けることができる。評価ユニット５０が、患者２４のポジティブな回復経過を決定する場合、報酬ユニット５２は、患者２４を動機づけするグラフィックアイテムを表示することができる。報酬ユニット５２は、回復経過に関するフィードバックを患者２４に与える対応する音を生成するよう音生成ユニット３８を制御することもできる。音生成ユニット３８は例えば、音声感覚の報酬を用いて、成功を賛美する奨励コメントを出力することができる。

データベース４２は、他の患者に属する上述したタイプの脳活動センサ及び／又は筋肉センサの複数の参照測定結果を格納するために用いられることもできる。これは、患者２４の測定結果を他の患者の参照測定結果と比較するのを助けることができる。評価ユニット５０はこれに加えて、患者２４の測定結果を他の患者の対応する参照測定結果と比較し、上記比較を示す視覚的なインジケーターを表示するようディスプレイ２２を制御することができる。この視覚的なインジケーターは、テーブル又はダッシュボードを含む統計比較を有することができる。

図２Ａに示されるように、制御ユニット２０は、第２の実施形態によれば、治療ユニット５４を有することもできる。この治療ユニット５４は、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激するため提案された刺激を決定するよう構成されることができる。この場合、上記提案されたシミュレーションは、脳活動センサ１４及び／又は筋肉センサ１８の複数の測定結果に基づかれる。治療ユニット５４は、患者２４の最も影響を受けた体部分をどのように訓練するかの示唆を出力するようディスプレイ２２及び／又は音生成ユニット３８を制御することができる。

図２Ｂに示されるように、体取付け要素１６は、第２の実施形態によれば、筋肉センサ１８のＥＭＧ電極２６だけでなく、複数の振動要素５６及び複数の熱要素５８を含む触知的刺激ユニット６０も有する。振動要素５６は、振動を用いて、患者２４の損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激することができる。熱要素５８は、熱及び／又は冷たさを用いて、患者２４の損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激することができる。これらの振動要素５６及び熱要素５８は、制御ユニット２０を用いて制御されることができる。第１の変形例によれば、システム１０は、２つの異なるモードの間で切り替え可能でもよい。それは、損傷を受けた筋肉又は神経が振動要素５６及び／又は熱要素５８を用いて刺激されるシミュレーションモードと、前述されたようにディスプレイにおいて意図された運動が患者２４に示される肢エクササイズモードとである。第２の変形例によれば、振動要素５６及び／又は熱要素５８は、治療ユニット５４を用いて制御されることができる。言い換えると、振動要素５６及び／又は熱要素５８はこの場合、脳活動センサ１４及び／又は筋肉センサ１８の測定結果に基づき自動的に制御される。その結果、閉ループシステムが実現される。

図３は、本発明による方法を概略的な態様で要約する。第１のステップ１０１において、損傷を受けた筋肉及び／又は神経を制御することに関連付けられる患者の脳活動が、脳活動センサ１４を用いて測定される。第２のステップ１０２において、損傷を受けた筋肉及び／又は神経の筋肉及び／又は神経活動が、筋肉センサ１６を用いて測定される。第３のステップ１０３において、損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される影響を受けた体部分の意図された運動が、決定される。意図された運動は、患者の脳活動に基づき、並びに損傷を受けた筋肉及び／又は神経の筋肉及び／又は神経活動に基づき、決定される。第４の及び最後のステップ１０４において、影響を受けた体部分の意図された運動が、ディスプレイ２２において患者に示される。

図１及び図２を参照して前述の追加的及び代替的な実施形態が、提示された方法において同様に含まれることができる点に留意されたい。

図３は、単純さの理由から逐次的な形において、提示された方法を示す点に留意されたい。しかしながら、ステップ１０１〜１０４は、実際には並行して実施される。

最後に、図１に示される第１の実施形態を参照して説明されなかったシステム１０の第２の実施形態の要素は、必ずしも一緒に提供される必要があるわけではない点に留意されたい。例えば、音生成ユニット３８、入力インタフェース４０及びデータベース４２は、独立した部分である。システム１０は従って、これらの要素の１つだけを有することもできる。体取付け要素１６は同様に、振動要素５６及び熱要素５８の１つだけを有することができる。

本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。

請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。

請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 損傷を受けた筋肉及び／又は神経に苦しむ患者に関するリハビリテーションシステムであって、
   前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を制御することに関連付けられる患者の脳活動を測定する脳活動センサと、
   前記損傷を受けた筋肉の筋肉活動及び／又は前記損傷を受けた神経の神経活動を測定する筋肉センサと、
   前記患者の影響を受けた体部分の表現を表示するディスプレイと、
   前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される前記影響を受けた体部分の意図された運動を決定し、前記意図された運動の表現を表示するよう前記ディスプレイを制御する制御ユニットとを有し、
   前記制御ユニットが、前記脳活動センサにより測定される前記患者の脳活動に基づき、並びに前記筋肉センサにより測定される前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経の前記筋肉及び／又は神経活動に基づき、前記意図された運動を決定するよう構成される、リハビリテーションシステム。
2. 前記制御ユニットが、前記患者の前記影響を受けた体部分の表現を前記ディスプレイにおいてリアルタイムに動かすことにより、前記意図された運動の表現を表示するよう前記ディスプレイを制御する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
3. 前記脳活動センサが、少なくとも１つの脳波計電極を有する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
4. ヘッドギアを更に有し、前記脳活動センサが、前記ヘッドギアに構成されるか又は埋め込まれる、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
5. 前記筋肉センサが、少なくとも１つの筋電計電極を有する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
6. 音生成ユニットを更に有し、前記制御ユニットが、前記意図された運動を示す音を生成するよう前記音生成ユニットを制御する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
7. 触知的刺激を用いて、前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激する触知的刺激ユニットを更に有する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
8. 前記触知的刺激ユニットが、（ｉ）振動を用いて前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激する振動要素、並びに（ｉｉ）熱及び／又は冷たさを用いて、前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激する熱要素の少なくとも１つを有する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
9. 前記脳活動センサ及び／又は前記筋肉センサの複数の測定結果を格納するデータベースと、
   前記患者の回復経過を決定するため、前記複数の測定結果を互いに比較する評価ユニットとを更に有する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
10. 前記制御ユニットが、前記患者の回復経過を示す視覚的なインジケーターを表示するよう前記ディスプレイを制御する、請求項９に記載のリハビリテーションシステム。
11. 前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を刺激するよう提案された刺激を決定する治療ユニットを更に有し、前記提案された刺激が、前記脳活動センサ及び／又は前記筋肉センサの前記複数の測定結果に基づかれる、請求項９に記載のリハビリテーションシステム。
12. 前記脳活動センサ及び／又は前記筋肉センサの複数の測定結果を格納するデータベースと、
    前記複数の測定結果と少なくとも１つの他の患者の対応する参照測定結果とを比較する評価ユニットとを更に有する、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
13. 前記制御ユニットが、アバターを表示するよう前記ディスプレイを制御し、前記アバターは、前記影響を受けた体部分の表現を含む、請求項１に記載のリハビリテーションシステム。
14. 前記患者の生体構造情報を受信する入力インタフェースを更に有し、前記制御ユニットが、前記患者の生体構造情報に基づき、前記アバターを適合させるよう前記ディスプレイを制御する、請求項１３に記載のリハビリテーションシステム。
15. 損傷を受けた筋肉及び／又は神経に苦しむ患者のリハビリテーションに関する方法において、
    前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経を制御することに関連付けられる患者の脳活動を測定するステップと、
    前記損傷を受けた筋肉の筋肉活動及び／又は前記損傷を受けた神経の神経活動を測定するステップと、
    前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経が構成される影響を受けた体部分の意図された運動を決定するステップであって、前記意図された運動が、前記患者の脳活動に基づき、並びに前記損傷を受けた筋肉及び／又は神経の筋肉及び／又は神経活動に基づき決定される、ステップと、
    前記影響を受けた体部分の前記意図された運動を前記患者に表示するステップとを有する、方法。

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