JP2021045450A - 動作補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者自らまたは機器による指示に応じて能動的に肢体を動かし麻痺部位の回復を早める機能回復訓練が可能になるとともに、回復度合いが定量的に測定できる動作補助装置を提供する。【解決手段】動作補助装置１００は、左右どちらか一方が麻痺状態の片麻痺患者である使用者９９の肢体に装着する。使用者の健常側肢体に動作検出側装着部５０を装着し、他方の麻痺側に被動作側装着部を装着する。使用者が健常側肢体を動かすことにより動作検出側装着部のセンサ５５がその動作を検出し、これをもとに麻痺側肢体に装着された被動作側装着部６０を動作させ、使用者が健常側肢体を動かした動きを鏡像コピーした動きで麻痺側肢体を動作させる。使用者がみずからの意思でみずからの肢体を動かし、同様の動きを麻痺側に動作させることでミラーセラピー効果を促すとともに機能回復度合いを定量的に測定記録する装置。【選択図】図1

Description

本発明は、肢体に対する機能回復用動作補助、測定装置に関する。

脳疾患の後遺症などにように肢体に麻痺状態が残る使用者に装着され、使用者の動作を補助する動作補助装置が知られている。動作補助装置は、例えば、使用者が機能回復訓練を行う場合に、その動作を理想的な軌跡の動作となるよう使用者の肢体の動作を補助する。つまり、動作補助装置は、使用者が動作すべき軌跡をあらかじめ設定された軌跡、またはあらかじめ設定されたアルゴリズムにより適宜生成された軌跡に沿って強制的に動かすことで使用者の動作機能の回復を期待する。このような動作補助装置の一例として、特許文献１には、使用者の下肢に装着し歩行動作を補助する歩行補助装置が開示されている。

特許第４９９７６１４号公報

一般的に、動作補助装置が動作させようとする軌跡はあらかじめ設定されているか、あらかじめ設定されたアルゴリズムにて生成されるかによる補助を行うため、その補助自体はあらかじめ設定された範囲の中での補助に限定される。

また、動作そのものも例えば歩行動作補助装置の場合、その歩容に沿った軌跡となり、各々の関節は歩容のための動作に限定されるもので、各関節が独立して任意の動きを行えるものではないため、回復する機能も歩行に限定される動作となる。

回復度合いの測定、評価についても、歩行のための軌跡に沿った特定機能の評価は可能になるが、汎用的な機能の回復度合いについては測定、評価できない。

本発明は、使用者自身が直感的な操作により自らの各々の関節そのものの動作を補助することで、基本的な機能の回復が可能となり、さらにその回復過程も逐次計測が可能であるため、回復度合いに応じた効果的な補助が可能になる動作補助装置を提供する。

運動療法を用いるリハビリテーション用装置であって、使用者の肢体の関節に回動可能または屈曲可能に接続された２つの部材の一方は体幹側、他方は肢体先端側に前記関節をまたぐ形で装着される装着部に、前記回動または屈曲可能な２つの部材を介してこの関節を回動させるように動かすことが可能な伸縮式または回転式アクチュエータを備えた被動作側装着部と、
前記被動作側装着部と左右対称位置にある肢体にある関節に、回動可能または屈曲可能に接続された２つの部材を前記同様関節をまたぐ形で装着し、この、前記被動作側と左右対称位置の関節の角速度、可動範囲などの動きや角度とその持続時間等の状態を検出できるようセンサ部を有する動作検出側装着部と、
前記動作検出側装着部のセンサ部より得られた角速度などのデータをもとに前記被動作側装着部のアクチュエータにより被動作側関節を回動動作させる制御部からなり、
前記動作検出側装着部の動きを前記被動作側装着部に鏡像反転した動きとして複製し動作させることを特徴とする。

本発明の動作補助装置において前記動作検出側装着部にはセンサだけでなく、左右対称となる前記被動作側装着部と同様構成のアクチュエータが備えられており、前記被動作側装着部にもアクチュエータだけでなく、左右対称となる前記動作検出側装着部と同様構成のセンサが備えられることにより、左右対称構造が望ましい。

本発明の動作補助装置は使用者の左右どちらかの肢体の複数の関節にそれぞれ装着される前記動作検出側装着部において、それぞれの関節に動きや状態を検出できるセンサがそれぞれ配置され、
これと同様に肢体の前記動作検出側装着部と左右対称になるように複数の関節にそれぞれ装着される被動作側装着部において、それぞれの関節を個別に回動動作可能なアクチュエータがそれぞれ配置され、
前記動作検出側装着部の動きにおいて、同時に複数の関節を前記被動作側装着部に左右対称に鏡像反転した動きとして複製するように動作させてもよい。

本発明の動作補助装置は前記動作検出側装着部の動きをもとに前記被動作側装着部にて鏡像反転した動きとして動作させる際、同じタイミングにて動作させるのではなく、遅延動作させてもよい。

本発明の動作補助装置は使用者の関節の動きや状態を検出できるセンサ部とこの関節を動かすことが可能なアクチュエータをそれぞれ備えた動作検出側装着部と、前記動作検出側装着部と左右対称位置にある関節に装着され、前記動作検出側装着部と同様に関節の動きや状態を検出できるセンサ部とこの関節を動かすことが可能なアクチュエータをそれぞれ備えた被動作側装着部と前記第一及び被動作側装着部を動作させる制御部からなることを特徴とする。

本発明の動作補助装置はあらかじめ入力したプログラムまたはあらかじめ入力したアルゴリズムにより生成される動作シーケンスにて前記被動作側装着部を動作させてもよい。

本発明の動作補助装置は前記センサからの値をもとにあらかじめ入力したプログラムまたはあらかじめ入力したアルゴリズムにより動作の強さや速度、範囲を適宜変更可能な制御部を有してもよい。

本発明の動作補助装置は使用者の関節を動かす際に当該関節筋肉に対し振動または電気刺激を与えることが可能なバイブレータまたは電気刺激装置を有してもよい。

本発明の動作補助装置は前記センサからの値を装置外部に出力可能な入出力機能、または記憶装置を有してもよい。

本発明の動作補助装置は前記センサ及び前記アクチュエータが前記動作検出側装着部及び被動作側装着部に直接設置されておらず、ワイヤなどの伝達手段を用いて、例えば本体連結部内など装着部より離れた個所に設置されていてもよい。

本発明の使用方法の一つとして、例えば左右どちらか一方の半身麻痺の使用者が下肢において使用する例を示す。

使用者が左右どちらか一方の半身麻痺状態であれば、左右の下肢をそれぞれ装置の左右に独立的に装着する。例えば左右どちらかの健常側の下肢を動かした際、装置はその動きを関節ごとにセンサで読み取る。この動きを読み取ったデータをもとに装置のもう一方の麻痺側に対して全く同じ動きを再生する。このことにより本発明装置は使用者の麻痺側の下肢を動かす補助を行う。

このように使用者本人が能動的に自らの肢体を動かすことに伴い麻痺側の肢体が健常側と同様の動きで動かされることにより脳にそのフィードバックが戻り脳内の神経回路を再構成する助けとなる。

本発明によれば例えば左右どちらか一方が麻痺している使用者に対して、能動的な機能回復訓練の機会を提供でき、その際の動作の速度、強さ、タイミングなどを適宜設定でき、さらに機能の回復度合いを自動で数値的に記録でき、また単一動作のみならず各関節各々の機能回復訓練が可能となる動作補助装置を提供できる。したがって、ニューロリハビリテーションにおけるミラーセラピー効果を利用した効率の良い機能回復訓練とその効果をデータとして客観的に活用する手段を提供する。

本発明の動作補助装置を使用者が装着した装着外観図である。 本発明の動作補助装置の上面図及び正面図である。 本発明の動作補助装置による動作補助の説明図である。 本発明の動作補助装置による動作補助の説明図である。 本発明の動作補助装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の動作補助装置の動作シーケンス図である。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については任意の構成要素として説明される。

なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

以下、実施の形態に係る動作補助装置について説明する。図１は、本発明の動作補助装置１００を使用者９９が装着した装着外観図である。

図１に示されるように、実施の形態に係る動作補助装置１００は、左右対称に構成されたとなった動作検出側装着部５０及び被動作側装着部６０と、これら装着部を連結固定する本体部１０とを備える。

動作検出側装着部５０及び被動作側装着部６０は、左右一対として使用者９９に装着され、使用者９９の動きに合わせて動作を補助する装置である。左右一対のうちの片方の動作検出側装着部５０は、使用者９９の肢体に追従して動くよう使用者９９の肢体に装着する装着部と、前期装着部の動きを検出するセンサ５５からなる。他方、被動作側装着部６０には使用者９９の肢体に装着しアクチュエータ６５からの動力を肢体に伝達する装着部からなる。さらにこれら左右の動作検出側装着部５０、被動作側装着部６０を本体部１０にて連結するとともに固定することで、使用者が装着部に力を伝えやすいようにしている。また同時にこの本体部１０はアクチュエータ６５からの動力も伝達しやすいようにしている。さらに本体部１０内部にはセンサ部からのデータをもとにアクチュエータ６５へ動作を指示する制御部２０も備える。

本発明の装置の動作状態を図３にて説明する。使用者９９が左右どちらか一方の半身麻痺状態である場合、例えば左脚９６が麻痺側であれば、左脚９６を被動作側装着部６０に装着し、もう一方の健常側の右脚９５に動作検出側装着部５０を装着する。この際、例えば動作検出側装着部５０は右脚９５の膝関節の体幹側すなわち太腿部に体幹側動作検出側装着部５１を装着し、先端側動作検出側装着部５２を膝関節の近傍であり体幹側と反対側の肢体先端側、すなわち脛部に装着する。さらに被動作側装着部６０は同様に、かつ動作検出側装着部を装着した関節と左右対称部位の関節、すなわち左脚９６の膝関節において、それぞれ体幹側被動作側装着部６１を左脚９６の太腿部に装着し，先端側被動作側装着部６２を左脚９６の脛部に装着する。

このように関節をまたぐ形で装着されたことにより動作検出側装着部５０に備え付けられたセンサは健常側の右脚９５の膝関節の回動の動きを検出できる。例えば図３に示すよう右脚９５の膝を曲げる回動動作を行った際、この動きにより回動した膝関節の角速度、回動した可動範囲などがデータ化され制御部２０に送られる。

制御部２０は麻痺側の左脚９６に装着された被動作側装着部６０に備え付けられたアクチュエータ６５を動作させるよう指示を出す。この指示は図４のように麻痺側の左脚９６の膝関節を回動させるようアクチュエータを動作させる。アクチュエータについては前記関節を回動させるよう取り付けられていれば、図３に示すような電動式の回転式モータと歯車式減速機の組み合わせであっても、空圧や液圧による伸縮式シリンダでもよい。この時麻痺側の左脚９６の膝関節における動作は、使用者９９が健常側の右脚９５で行った動作と左右反転した状態の同じ動作とすることが良い。

この際の同じ動作とは、健常側の右脚９５の膝関節を回動した際の角速度、角度範囲と同じ角速度、角度範囲で麻痺側の左脚９６の膝関節を回動させる動作が良い。この左右対称の動作は使用者９９が健常側の右脚９５にて能動的に行う動作をきっかけとし、麻痺側の左脚９６が動作補助装置１００により鏡像のように動かされる。これによりニューロリハビリテーションにおけるミラーセラピーの効果ももたらす。

またこの動作を繰り返し行うことで促通反復療法としての効果も期待できる。従来促通反復療法は専門の医療従事者が強化したい神経路に繰り返し興奮を伝えることにより実現する治療法であるが、本発明の動作補助装置１００を使用することで使用者９９がみずから強化したい神経路に繰り返し興奮を伝えることが可能となる。

また、前記動作検出側装着部５０に備え付けられるセンサ５５は前記被動作側装着部６０にも左右対称に備え付けられていても良い。同様被動作側装着部６０に備え付けられているアクチュエータ６５も動作検出側装着部５０に左右対称に備え付けられていても良い。このような左右対称構成とすることで１台の動作補助装置１００にて右半身麻痺の患者であっても左半身麻痺の使用者であっても同様に使用することが容易となる。これにより装置の汎用性を高めることができる。

更に動作検出側装着部５０および被動作側装着部６０は前述のように単独の関節の動作を補助するよう構成することもできるが、使用者９９の肢体の例えば下肢であれば大腿部関節と膝関節の複数の関節の動きを同時に検出し、左右対称側の肢体の大腿部関節、膝関節に同時に鏡像反映するよう構成することも有効である。この場合それぞれの関節に個々にセンサ５５、５６を備え付けることにより各々の関節の動きを個別に検出することができる。そしてこの個別のセンサ５５、５６からのデータをもとに制御部２０は鏡像対象となる各々の関節のアクチュエータ６５、６６を個別に動作させることにより、健常側の動きをそのまま鏡像として反転コピーした動きで麻痺側に動作させることができる。この複数の関節を同時に運動することにより複雑な動きによる訓練とその刺激を発生させることができる。

これらの動作におけるタイミングは、健常側センサ５５が動作を検出すると直ちに麻痺側アクチュエータ６５を動作させることができる。また、ある時間遅延させ動作させても良い。さらにアクチュエータ６５の出力を動作の付勢側だけでなく反対方向に制御することで動作補助だけでなく動作の負荷とすることが出来、機能回復効果だけでなく筋力訓練に活用しても良い。この機能は廃用予防に効果的である。

図示はしていないが、前記動作検出側装着部５０と前期被動作側装着部６０は動作補助装置１００の連結部１０にて一体となす構成だけでなく、どちらか一方の装着部、あるいは両方の装着部を本体１０から切り離して使用することも可能である。使用者９９が座位あるいは伏位など本発明の動作補助装置１００の使用が困難な環境に置かれる場合も想定できる。その際は装着部のみ本体連結部１０から取り外すことにより単独使用することもできる。

前述のように装着部を本体１０連結部より取り外し使用する際、必ずしも左右動作検出側装着部５０および被動作側装着部６０は使用者９９の両肢に装着する必要はない。例えば医療従事者が一方を装着し、もう片方を使用者が装着することにより、より効率的な使用方法を教示できる。

また医療従事者が装着し動作させた動きを本体１０に備わる制御部２０に内蔵されるメモリに格納し、この動作を使用者９９の肢体に対して自動的に動作させても良い。その際前述のように医療従事者がみずから装着して動作させるだけでなく、別途入力手段を用いてプログラムしても良い。この場合の入力手段は外部コンピュータやタブレット端末、スマートフォンなどを用いても良い。

これら一連の動作は健常側の動作速度や、あらかじめ決められた速度に依存するだけでなく、動作検出側装着部５０、被動作側装着部６０に備え付けられたセンサ５５、５６からの入力により使用者９９の状態などに合わせ適宜変更されても良い。すなわち麻痺側の肢体の状況に適切に合わせた動作補助を行うことが可能となる。

また、動作中に動作検出側装着部５０及び被動作側装着部６０にて装着されている部位の筋肉に対しバイブレータなどにより振動を与えても良い。特に麻痺側筋肉に振動を与えることにより筋肉の痙縮(硬直)がほぐされる効果を期待できる。これと同様に電気刺激装置にて刺激を与えても良い。

これらの一連の動作、センサ５５，５６の値を含めた各種データを制御部２０内部のメモリに蓄積しても良い。また、同データを通信回線などを使用し外部に送信し、外部サーバ等にデータを蓄積し活用することも有効である。また、外部では大型コンピュータを活用し過去や他データと照らし合わせた結果をもとに新たな設定を計算し、再び通信手段等を用いて本発明の動作支援装置１００を制御しても良い。

センサ５５、５６及びアクチュエータ６５、６６が動作検出側装着部５０及び被動作側装着部６０に直接設置されておらず、ワイヤなどの伝達手段を用いて、例えば本体１０の連結部などの動作検出側装着部５０、被動作側装着部６０より離れた個所に設置されていてもよい。このような構成とすることにより動作検出側装着部５０及び被動作側装着部６０を軽量に構成することが可能となる。

図示にて説明した例は下肢における装着と施療例であるが、これと同様に上肢においても本発明の方式にて適用が可能である。また左右対称の部位であれば肩関節等の体幹部位にも適用可能である。

本発明によれば、直感的な機能回復訓練が可能になるとともに、機能の回復度合いが定量的に測定できる動作補助装置を提供する。

１０ 本体部
２０ 制御部
５０ 動作検出側装着部
５１ 体幹側動作検出側装着部
５２ 先端側動作検出側装着部
５５ センサ
５６ センサ
６０ 被動作側装着部
６１ 体幹側被動作側装着部
６２ 先端側被動作側装着部
６５ アクチュエータ
６６ アクチュエータ
９５ 右脚
９６ 左脚
９９ 使用者
１００ 動作補助装置

Claims (10)

1. 運動療法を用いるリハビリテーション用装置であって、使用者の肢体の関節に回動可能または屈曲可能に接続された２つの部材の一方は体幹側、他方は肢体先端側に前記関節をまたぐ形で装着される装着部に、前記回動または屈曲可能な２つの部材を介してこの関節を回動させるように動かすことが可能な伸縮式または回転式アクチュエータを備えた被動作側装着部と、
   前記被動作側装着部と左右対称位置にある肢体にある関節に、回動可能または屈曲可能に接続された２つの部材を前記同様関節をまたぐ形で装着し、この、前記被動作側と左右対称位置の関節の角速度、可動範囲などの動きや角度とその持続時間等の状態を検出できるようセンサ部を有する動作検出側装着部と、
   前記動作検出側装着部のセンサ部より得られた角速度などのデータをもとに前記被動作側装着部のアクチュエータにより被動作側関節を回動動作させる制御部からなり、
   前記動作検出側装着部の動きを前記被動作側装着部に鏡像反転した動きとして複製し動作させることを特徴とする
   動作補助装置。
2. 前記動作検出側装着部にはセンサだけでなく、左右対称となる前記被動作側装着部と同様構成のアクチュエータが備えられており、前記被動作側装着部にもアクチュエータだけでなく、左右対称となる前記動作検出側装着部と同様構成のセンサが備えられることにより、左右対称構造であることを特徴とする
   請求項１に記載の動作補助装置。
3. 使用者の左右どちらかの肢体の複数の関節にそれぞれ装着される前記動作検出側装着部において、それぞれの関節に動きや状態を検出できるセンサがそれぞれ配置され、
   これと同様に肢体の前記動作検出側装着部と左右対称になるように複数の関節にそれぞれ装着される被動作側装着部において、それぞれの関節を個別に回動動作可能なアクチュエータがそれぞれ配置され、
   前記動作検出側装着部の動きにおいて、同時に複数の関節を前記被動作側装着部に左右対称に鏡像反転した動きとして複製することを特徴とする
   請求項１または２に記載の動作補助装置。
4. 前記動作検出側装着部の動きをもとに前記被動作側装着部にて鏡像反転した動きとして動作させる際、同じタイミングにて動作させるのではなく、遅延動作させることを特徴とする
   請求項１から３のいずれかに記載の動作補助装置
5. 使用者の関節の動きや状態を検出できるセンサ部とこの関節を動かすことが可能なアクチュエータをそれぞれ備えた動作検出側装着部と、
   前記動作検出側装着部と左右対称位置にある関節に装着され、前記動作検出側装着部と同様に関節の動きや状態を検出できるセンサ部とこの関節を動かすことが可能なアクチュエータをそれぞれ備えた被動作側装着部と
   前記第一及び被動作側装着部を動作させる制御部からなる
   動作補助装置。
6. あらかじめ入力したプログラムまたはあらかじめ入力したアルゴリズムにより生成される動作シーケンスにて前記第一及び被動作側装着部を動作させる
   請求項５に記載の動作補助装置。
7. 前記センサからの値をもとにあらかじめ入力したプログラムまたはあらかじめ入力したアルゴリズムにより動作の強さや速度、範囲を適宜変更可能な制御部を有する
   請求項１から５のいずれかに記載の動作補助装置。
8. 装着者の関節を動かす際に当該関節筋肉に対し振動または電気刺激を与えることが可能なバイブレータまたは電気刺激装置を有する
   請求項１から７のいずれかに記載の動作補助装置。
9. 前記センサからの値を装置外部に出力可能な出力機能、外部からの入力や外部からの制御が可能な入力装置または記憶装置を有する
   請求項１から８のいずれかに記載の動作補助装置。
10. 前記センサ及び前記アクチュエータが前記動作検出側装着部及び被動作側装着部に直接設置されておらず、ワイヤなどの伝達手段を用いて装着部より離れた個所に設置されている
    請求項１から９のいずれかに記載の動作補助装置

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