JP2021097987A - Support device for gait disorder and support method for gait disorder - Google Patents

Support device for gait disorder and support method for gait disorder Download PDF

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Abstract

To provide a support device for gait disorder and a support method for gait disorder capable of efficiently giving support for gait disorder of an object person.SOLUTION: A chest/waist part of an object person is bent sideways from right to left alternately by applying exciting force according to output torque of a drive part to a first belt through a link part while controlling the output torque of the drive part so as to swingably drive an output shaft of the drive part in a normal rotation direction and a reverse rotation direction alternately with a vertical direction with respect to a back face of the object person as a rotation center at a desired periodic timing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、歩行障害支援装置および歩行障害支援方法に関し、特にパーキンソニズムに伴う歩行障害を補助するための装着型動作アシスト装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a gait disturbance support device and a gait disturbance support method, and is particularly suitable for application to a wearable motion assist device for assisting a gait disturbance associated with perkinsonism.

パーキンソニズムは、神経変性疾患や脳血管障害によって神経系の協調的な調整機構が破綻することで生じる運動症状であり、動作緩慢、筋強剛、姿勢反射障害および振戦のうち2つ以上の兆候が認められる状態を指す。 Parkinsonism is a motor symptom caused by the disruption of the coordinated coordination of the nervous system due to neurodegenerative diseases and cerebrovascular accidents, and is two or more of bradykinesia, muscle rigidity, postural instability and tremor. Refers to a condition in which symptoms are observed.

パーキンソニズム患者は、症状の進行に伴い、立位や歩行に支障をきたし、その中でも代表的な歩行障害の一つである加速歩行は、徐々に前方に突進して容易に立ち止まることが困難となる症状を呈するため、QOL(Quality of Life)の低下を余儀なくされている。 Patients with Parkinsonism have difficulty in standing and walking as their symptoms progress, and among them, accelerated walking, which is one of the typical gait disorders, gradually rushes forward and it is difficult to stop easily. The QOL (Quality of Life) has been forced to decrease due to the symptom.

加速歩行をはじめとするパーキンソニズム患者の歩行障害には、様々な機能低下の関与が示唆されており、体幹が前屈する姿勢障害や、周期的な運動の継続が困難となるリズム形成障害、運動の振幅が減少する寡動、歩幅が徐々に小さくなる系列効果が影響していると考えられている。 It has been suggested that various functional declines are involved in gait disorders in Parkinsonism patients such as accelerated gait, such as postural disorders in which the trunk bends forward and rhythm formation disorders in which it is difficult to continue periodic exercise. It is thought that the bradykinesia, in which the amplitude of movement decreases, and the series effect, in which the stride gradually decreases, have an effect.

パーキンソニズムの歩行障害に対する介入方法として、従来から外的キューが広く用いられている。この外的キューは、視覚、聴覚、体性感覚への刺激によって歩幅の増加や歩調の維持を促進することで即時的な改善効果が得られる介入方法である。 External cues have traditionally been widely used as an intervention method for Parkinsonist gait disturbances. This external cue is an intervention method that provides an immediate improvement effect by promoting increase in stride length and maintenance of gait by stimulating visual, auditory, and somatosensory systems.

外的キューによる効果が得られる機序は、脳内のフィードバック機構の賦活化や障害されている部位を介さずに運動指令を生成して末梢神経系へ送る代償的な神経回路の活動によるものと考えられている。 The mechanism by which the external cue is effective is due to the activation of the feedback mechanism in the brain and the activity of compensatory neural circuits that generate motor commands and send them to the peripheral nervous system without going through the damaged part. It is believed that.

日常生活や理学療法では、外的キューとして、床面に貼られたテープに対するまたぎ動作の指示、リズミカルな声かけ、臀部へのタッピングなどが用いられているが、環境の整備や恒常的な人的介助が必要となるため、日常的に利用することは困難である。 In daily life and physiotherapy, as external cues, instructions for straddling movements on the tape attached to the floor, rhythmic voices, tapping on the buttocks, etc. are used, but the environment is maintained and people are constant. It is difficult to use it on a daily basis because it requires physical assistance.

この困難さを回避すべく、つま先のレーザ光源による床面への線の投影、イヤホンによるリズミカルな音の提示、小型シリンダによる手関節への振動提示といった外的キューを与える装着型のデバイスが従来から提案されている。 To avoid this difficulty, wearable devices that provide external cues such as the projection of lines on the floor by a laser light source on the toes, the presentation of rhythmic sound by earphones, and the presentation of vibrations to the wrist joint by a small cylinder have been conventionally used. Proposed by.

例えば、加速度センサおよび角速度センサを用いて、歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出し、当該半歩行周期をもとに求めた歩行周期変動率と左右バランス変動率に基づいて、歩行者に対して触覚刺激や聴覚刺激を与えて変動率を低減させるようにした歩行支援方法が提案されている(特許文献1参照)。 For example, using an acceleration sensor and an angular velocity sensor, a half-walking cycle representing the time from the landing of one foot of a pedestrian to the landing of the other foot was calculated, and the half-walking cycle was calculated based on the half-walking cycle. A walking support method has been proposed in which a pedestrian is given a tactile stimulus or an auditory stimulus based on the walking cycle fluctuation rate and the left-right balance fluctuation rate to reduce the fluctuation rate (see Patent Document 1).

特開2015−177925号公報JP 2015-177925 国際公開2018/066151号International Publication No. 2018/066151

ところが、外的キューを与える装着型デバイスは、歩行障害の原因である姿勢制御やリズム生成の機能低下を直接的に補助するのではなく、感覚機能を介して間接的に作用するため、効果の個人差が大きい。このため、理学療法では、患者の上腕から肩を下外側から把持し、身体を起こすように支えながらリズミカルに左右方向に揺り動かすことで左右への重心移動を安定して補償し、姿勢制御とリズム形成を直接的に支援する方法も推奨されている。 However, the wearable device that gives an external cue is effective because it acts indirectly through sensory functions, rather than directly assisting the deterioration of posture control and rhythm generation, which are the causes of gait disturbance. There are large individual differences. For this reason, in physiotherapy, the patient's upper arm and shoulder are grasped from the lower and outer sides, and the patient is rhythmically swayed in the left-right direction while supporting the body to rise, thereby stably compensating for the movement of the center of gravity to the left and right, and posture control and rhythm. Methods that directly support the formation are also recommended.

このように、第三者や外部環境によらず、パーキンソニズム患者の加速歩行を抑制するような動作支援を実現するためには、前屈姿勢の軽減と左右方向への周期的な支援力の伝達を実現する装着型のシステムが有効であると考えられる。 In this way, in order to realize motion support that suppresses accelerated walking of Parkinsonist patients regardless of the third party or the external environment, the forward bending posture is reduced and the periodic support force in the left-right direction is required. A wearable system that realizes transmission is considered to be effective.

因みに、パーキンソニズム患者に対する装着型支援システムの研究として、足関節の底屈・背屈によって歩き始めの重心移動を補助することですくみ足を支援する手法が開発されているが(特許文献2参照)、加速歩行の原因である機能低下を支援する手法ではない。 Incidentally, as a study of a wearable support system for Parkinsonism patients, a method of supporting the freezing foot by assisting the movement of the center of gravity at the beginning of walking by plantar flexion and dorsiflexion of the ankle joint has been developed (see Patent Document 2). ), It is not a method to support the functional deterioration that is the cause of accelerated walking.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、対象者の歩行障害を効率良く支援することが可能な歩行障害支援装置および歩行障害支援方法を提案するものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and proposes a gait disturbance support device and a gait disturbance support method capable of efficiently supporting a gait disturbance of a subject.

かかる課題を解決するため本発明においては、対象者の肩甲骨が内外転可能となるように当該対象者の胸部付近に装着された第1ベルトと、対象者の腰部に装着された第2ベルトと、第2ベルトにおける対象者の下背部中央に固定して取り付けられ、当該対象者の背面に対する垂直方向を回動中心とする出力軸を有し、当該出力軸を正転方向または逆転方向に回動駆動させる駆動部と、第1ベルトにおける対象者の上背部中央と駆動部の出力軸とを連結するリンク部と、駆動部の出力軸を所望の周期タイミングで正転方向と逆転方向と交互に揺動駆動させるように当該駆動部の出力トルクを制御する制御部とを備え、制御部は、駆動部の出力トルクに応じた加振力をリンク部を介して第1ベルトに付与することにより、対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させるようにした。 In order to solve such a problem, in the present invention, a first belt worn near the chest of the subject and a second belt worn on the waist of the subject so that the shoulder blades of the subject can be abducted and abducted. And, it is fixedly attached to the center of the lower back of the subject in the second belt, has an output shaft whose rotation center is in the direction perpendicular to the back surface of the subject, and has the output shaft in the forward rotation direction or the reverse rotation direction. The drive unit that is driven to rotate, the link unit that connects the center of the upper back of the subject in the first belt and the output shaft of the drive unit, and the output shaft of the drive unit are set in the forward rotation direction and the reverse rotation direction at a desired cycle timing. A control unit that controls the output torque of the drive unit so as to alternately swing drive is provided, and the control unit applies a vibrating force corresponding to the output torque of the drive unit to the first belt via the link unit. As a result, the subject's chest and waist were made to bend laterally alternately to the left and right.

この結果、歩行障害支援装置では、対象者の下背部中央に固定された駆動部からリンク部を介して第1ベルトに周期的な支援力を誘発させて、当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させることにより、対象者の体幹伸展とリズム形成とを補助しながら、パーキンソン病に特有の姿勢障害とリズム形成障害とを解消させることができる。 As a result, in the gait disturbance support device, a periodic support force is induced from the drive unit fixed to the center of the lower back of the subject to the first belt via the link portion, and the chest and waist of the subject are alternately left and right. By flexing laterally, it is possible to eliminate the posture disorder and rhythm formation disorder peculiar to Parkinson's disease while assisting the subject's trunk extension and rhythm formation.

また本発明においては、駆動部に固定して取り付けられ、第2ベルトに対して所定の高さ位置を保つように対象者の腰部の上方部位に装着された第3ベルトを備え、駆動部は、第2ベルトおよび第3ベルトによって対象者の下背部中央に固定されるようにした。 Further, in the present invention, the drive unit includes a third belt that is fixedly attached to the drive unit and attached to an upper portion of the waist portion of the subject so as to maintain a predetermined height position with respect to the second belt. , The second belt and the third belt were fixed to the center of the lower back of the subject.

このように歩行障害支援装置では、対象者の腰部を高さ方向に幅を持たせて第2ベルトおよび第3ベルトの2本で巻着するようにしたことにより、駆動部が出力トルク発生時に自ら回転することなく、対象者の下背部中央に固定された状態を維持することができる。 In this way, in the gait disturbance support device, the waist of the subject is widened in the height direction and wound around with two belts, the second belt and the third belt, so that the drive unit is wound when the output torque is generated. It can maintain a fixed state in the center of the lower back of the subject without rotating by itself.

さらに本発明においては、対象者の左右の足裏面に取り付けられ、当該各足裏面に加わる荷重を測定する足荷重測定部と、足荷重測定部により測定された荷重変化により、対象者の左右の足裏面の重心位置をそれぞれ検出する重心位置検出部とを備え、制御部は、重心位置検出部により検出された対象者の左右の足裏面の重心位置に加わる荷重の左右の切替えタイミングに基づいて、当該対象者の歩行周期の減少を低減させて歩行障害を抑制するように、駆動部をフィードバック制御するようにした。この結果、歩行障害支援装置では、パーキンソン病を患う対象者に対して歩行周期の変動が小さく維持されるように歩行障害を支援することができる。 Further, in the present invention, the foot load measuring unit is attached to the left and right foot surfaces of the subject and measures the load applied to each of the foot surfaces, and the load change measured by the foot load measuring unit causes the left and right sides of the subject to be measured. It is equipped with a center of gravity position detecting unit that detects the position of the center of gravity of the back surface of the foot, and the control unit is based on the left / right switching timing of the load applied to the positions of the center of gravity of the left and right foot surfaces of the subject detected by the center of gravity position detecting unit. , The drive unit is feedback-controlled so as to reduce the decrease in the walking cycle of the subject and suppress the walking obstacle. As a result, the gait disorder support device can support the gait disorder so that the fluctuation of the walking cycle is kept small for the subject suffering from Parkinson's disease.

さらに本発明においては、制御部は、対象者の平衡感覚に所定レベルの負荷が与えられる程度まで当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させるように、駆動部の出力トルクを制御するようにした。この結果、歩行障害支援装置では、対象者の大脳皮質における比較的介入が弱い領域である補足運動野の機能を活性化させて記憶依存性運動を改善することが可能となる。 Further, in the present invention, the control unit controls the output torque of the drive unit so as to alternately bend the chest and lumbar region of the subject to the extent that a predetermined level of load is applied to the sense of balance of the subject. I did. As a result, the gait disturbance support device can improve the memory-dependent movement by activating the function of the supplementary motor area, which is a region in the cerebral cortex of the subject where intervention is relatively weak.

さらに本発明においては、リンク部は、対象者の体幹の前屈角度が所定範囲内を維持するように、リンク長を設定しておくようにした。この結果、歩行障害支援装置では、対象者が装着する第1ベルトによる肩甲骨の内転と胸部−腰部間をつなぐリンク部による胸椎の伸展によって前屈姿勢を軽減させることができる。 Further, in the present invention, the link portion is set to have a link length so that the forward bending angle of the trunk of the subject is maintained within a predetermined range. As a result, in the gait disturbance support device, the forward bending posture can be reduced by the adduction of the scapula by the first belt worn by the subject and the extension of the thoracic spine by the link portion connecting the chest and the lumbar region.

さらに本発明においては、対象者の肩甲骨が内外転可能となるように当該対象者の胸部付近に装着された第1ベルトにおける対象者の上背部中央と、対象者の腰部に装着された第2ベルトにおける対象者の下背部中央に固定して取り付けられた駆動部の出力軸とをリンク部を介して連結しておき、駆動部の出力軸を所望の周期タイミングで対象者の背面に対する垂直方向を回動中心として正転方向と逆転方向と交互に揺動駆動させるように当該駆動部の出力トルクを制御する第1ステップと、駆動部の出力トルクに応じた加振力をリンク部を介して第1ベルトに付与することにより、対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させる第2ステップとを備えるようにした。 Further, in the present invention, the first belt worn near the chest of the subject so that the scapula of the subject can be abducted and abducted is attached to the center of the upper back of the subject and the waist of the subject. The output shaft of the drive unit fixedly attached to the center of the lower back of the subject in the two belts is connected via the link portion, and the output shaft of the drive unit is perpendicular to the back surface of the subject at a desired cycle timing. The first step of controlling the output torque of the drive unit so that the forward rotation direction and the reverse rotation direction are alternately oscillated with the direction as the center of rotation, and the exciting force according to the output torque of the drive unit are applied to the link unit. By applying it to the first belt via the intervention, the subject is provided with a second step of alternately bending the chest and lumbar region to the left and right.

この結果、歩行障害支援方法では、対象者の下背部中央に固定された駆動部からリンク部を介して第1ベルトに周期的な支援力を誘発させて、当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させることにより、対象者の体幹伸展とリズム形成とを補助しながら、パーキンソン病に特有の姿勢障害とリズム形成障害とを解消させることができる。 As a result, in the gait disturbance support method, a periodic support force is induced from the drive unit fixed to the center of the lower back of the subject to the first belt via the link portion, and the chest and waist of the subject are alternately left and right. By flexing laterally, it is possible to eliminate the posture disorder and rhythm formation disorder peculiar to Parkinson's disease while assisting the subject's trunk extension and rhythm formation.

以上のように本発明によれば、パーキンソン病に起因する対象者の歩行障害を効率良く支援することが可能な歩行障害支援装置および歩行障害支援方法を実現できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a gait disorder support device and a gait disorder support method capable of efficiently supporting a gait disorder of a subject caused by Parkinson's disease.

パーキンソニズムによる歩行障害と要因を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the gait disorder and a factor by Parkinsonism. 歩行障害の体系化を表す略線図である。It is a schematic diagram showing the systematization of gait disturbance. 本発明による簡易化した前額面のモデル座標系を表す略線図である。It is a schematic diagram which shows the model coordinate system of the frontal plane simplified by this invention. シミュレーションに用いられるパラメータを表す表である。It is a table showing the parameters used in the simulation. 前額面の重心位置における位相平面のシミュレーション結果を表すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the phase plane at the position of the center of gravity of the coronal plane. 本発明の実施形態に係る歩行障害支援装置の構成を示す外観図である。It is an external view which shows the structure of the gait disturbance support device which concerns on embodiment of this invention. 図6に示すパワーユニットの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the power unit shown in FIG. 歩行障害支援装置による支援力の伝達方法およびリンク長の説明に供する略線図である。It is a schematic diagram provided to explain the transmission method of the support force by the gait disturbance support device and the link length. 実験協力者である対象者の歩行障害に応じた評価項目を表す表である。It is a table showing the evaluation items according to the gait disorder of the subject who is a collaborator of the experiment. 3次元動作解析システムのマーカ取り付け位置を表す略線図である。It is a schematic diagram which shows the marker attachment position of the 3D motion analysis system. ふらつき歩行に対する即時的な使用効果の検証実験についての説明図である。It is explanatory drawing about the verification experiment of the immediate use effect on the staggering walking. ふらつき歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the verification experiment of the immediate use effect on the staggering walking. ふらつき歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on the staggering walking. ふらつき歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on the staggering walking. 小刻み歩行に対する即時的な使用効果の検証実験についての説明図である。It is explanatory drawing about the verification experiment of the immediate use effect on a small walk. 小刻み歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the verification experiment of the immediate use effect on a small walk. 小刻み歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on a small walk. 小刻み歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on a small walk. 加速歩行に対する即時的な使用効果の検証実験についての説明図である。It is explanatory drawing about the verification experiment of the immediate use effect on the accelerated walking. 加速歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the verification experiment of the immediate use effect on the accelerated walking. 加速歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on the accelerated walking. 歩行周期の一次回帰直線の傾き、体幹の最大前屈角度および歩行周期を表すグラフである。It is a graph which shows the inclination of the linear regression line of the walking cycle, the maximum forward bending angle of the trunk, and the walking cycle. 歩行障害支援装置を装着しない状態での試行(テスト1)の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the trial (test 1) without wearing the gait disorder support device. 歩行障害支援装置を装着した状態での試行(テスト2)の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the trial (test 2) with the gait disorder support device attached. 歩行障害支援装置の支援力と実験協力者の右足の床反力とを示すグラフである。It is a graph which shows the support force of the gait disorder support device and the floor reaction force of the right foot of the experiment collaborator. 加速歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on the accelerated walking. 加速歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on the accelerated walking. すくみ足に対する即時的な使用効果の検証実験についての説明図である。It is explanatory drawing about the verification experiment of the immediate use effect on a freezing foot. すくみ足に対する即時的な使用効果の検証実験の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the verification experiment of the immediate use effect on a freezing foot. すくみ足に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on the freezing foot. すくみ足に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the immediate use effect on the freezing foot. 各歩行障害と歩行障害支援装置の使用結果との関係性を表す略線図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between each gait disorder and the use result of the gait disorder support device. 即時的な歩行障害支援装置による使用効果の機序についての説明図である。It is explanatory drawing about the mechanism of the use effect by an immediate gait disorder support device. 即時的な歩行障害支援装置による使用効果の機序についての説明図である。It is explanatory drawing about the mechanism of the use effect by an immediate gait disorder support device. 即時的な歩行障害支援装置による使用効果の機序についての説明図である。It is explanatory drawing about the mechanism of the use effect by an immediate gait disorder support device. 小刻み歩行に対する継続的な使用効果の検証実験の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the verification experiment of the continuous use effect on a small walk. 小刻み歩行に対する継続的な使用効果の検証実験の結果を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the verification experiment of the continuous use effect on a small walk. 継続的な歩行障害支援装置による使用効果の機序についての説明図である。It is explanatory drawing about the mechanism of the use effect by a continuous gait disorder support device. 他の実施の形態によるパワーユニットおよび床反力ユニットの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the power unit and the floor reaction force unit by another embodiment.

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)パーキンソニズムによる歩行障害の体系化
パーキンソニズムの特徴として、脳内のドーパミンの枯渇による運動調整機能の低下と、進行に伴って立位や歩行が困難となる運動障害とがある。その病態には、筋強剛(関節における歯車様の抵抗)、振戦(6[Hz]前後の周期的な震え)、姿勢反射障害(反射的な筋収縮の欠乏)、無動(動作の緩慢または欠如)が挙げられる。
(1) Systematization of gait disturbance due to parkinsonism The characteristics of parkinsonism are a decrease in motor regulation function due to depletion of dopamine in the brain and a movement disorder that makes it difficult to stand or walk as it progresses. The pathological conditions include muscle rigidity (gear-like resistance in joints), tremor (periodic tremor around 6 [Hz]), postural instability (lack of reflexive muscle contraction), and akinesia (movement). Slow or lacking).

パーキンソニズムによって、「ふらつき歩行(身体のふらつき)」、「小刻み歩行(歩幅の減少)」、「加速歩行(前方への突進)」および「すくみ足(不随意的な停止)」のような様々な歩行障害が、原因疾患の種類や重症度に応じて発現する。 Depending on Parkinsonism, various things such as "staggering gait (body staggering)", "wiggle walking (decrease in stride length)", "accelerated gait (forward rush)" and "freezing foot (involuntary stop)" Gait disturbances occur depending on the type and severity of the causative disorder.

これらパーキンソニズムによる歩行障害について、図1に示すように、「ふらつき歩行」は、筋強剛による体幹の棒状化に起因する左右の重心移動の減少と、リズム形成障害である異常リズムの発現とに起因して発現する。また「小刻み歩行」は、左右の重心移動の減少と、異常リズムの発現と、寡動による歩幅減少である運動の大きさの減少とに起因して発現する。さらに「加速歩行」は、筋強剛による前屈姿勢に起因する重心の前方偏位と、上述した小刻み歩行と、系列効果による加速であるステップ速さの上昇とに起因して発現する。「すくみ足」は、重度な動作緩慢と、各歩行障害の発展とに起因して発現する。 Regarding these gait disorders due to Parkinsonism, as shown in FIG. 1, "staggered gait" is a decrease in the movement of the center of gravity on the left and right due to the rod-shaped trunk due to muscle rigidity, and the expression of abnormal rhythm, which is a rhythm formation disorder. It is expressed due to and. In addition, "small walking" is caused by a decrease in the movement of the center of gravity from side to side, an abnormal rhythm, and a decrease in the size of movement, which is a decrease in stride length due to bradykinesia. Further, "accelerated walking" is manifested by the forward deviation of the center of gravity due to the forward bending posture due to muscle rigidity, the above-mentioned wiggle walking, and the increase in step speed, which is acceleration due to the series effect. "Freezing feet" develop due to severe bradykinesia and the development of each gait disorder.

これらの歩行障害を体系化した相関関係を図2に示す。この相関関係図において、「静止立位」状態を基準として、重症度の低い順から「ふらつき歩行」、「小刻み歩行」、「加速歩行」および「すくみ足」を経て「転倒」に到る関係を示している。 The systematic correlation of these gait disorders is shown in FIG. In this correlation diagram, based on the "stationary standing" state, the relationship from the lowest severity to "falling" through "staggering walking", "small walking", "accelerated walking" and "freezing foot". Is shown.

「状態a」は重心移動能力の低下(下肢のジストニア、姿勢反射障害)、「状態b」は運動の周期性の低下(リズム形成障害)、「状態c」は運動の大きさの縮小(寡動、系列効果)、「状態d」は前屈姿勢(体幹のジストニア)とすると、上述した4種類の歩行障害について、これら状態aから状態dまでの組み合わせにより、種々の歩行障害に遷移する傾向を表している。 "State a" is a decrease in the ability to move the center of gravity (dystonia of the lower limbs, postural instability), "state b" is a decrease in the periodicity of movement (rhythm formation disorder), and "state c" is a decrease in the magnitude of movement (movement). , Series effect), assuming that the "state d" is a forward bending posture (dystonia of the trunk), the above-mentioned four types of gait disorders tend to transition to various gait disorders depending on the combination of these states a to d. Represents.

このようにパーキンソニズム患者は、姿勢と重心移動の機能低下によって、重症度の高低に応じた各種の歩行障害が誘発される。 Thus, in Parkinsonist patients, various gait disorders depending on the severity are induced by the functional deterioration of posture and center of gravity movement.

(2)本発明による加速歩行を抑制するための揺動支援の原理
パーキンソニズムに関連する代表的な歩行障害の一つである加速歩行は、対象者のステップ速度の上昇によって引き起こされる突進現象である。加速歩行に起因する転倒や不随意的に生じる症状はQOLへ大きな影響を与えている。
(2) Principle of rocking support for suppressing accelerated walking according to the present invention Accelerated walking, which is one of the typical gait disorders related to parkinsonism, is a rush phenomenon caused by an increase in the step speed of a subject. is there. Falling and involuntary symptoms caused by accelerated walking have a great influence on QOL.

本発明では、歩行障害支援装置のような装着型システムの物理的な介入によって、パーキンソニズム患者による歩行試験を実施して、加速歩行の要因である姿勢障害とリズム形成障害を補助することにより加速歩行を抑制する。 In the present invention, a gait test is performed by a Parkinsonism patient by physical intervention of a wearable system such as a gait disorder support device, and acceleration is performed by assisting posture disorder and rhythm formation disorder, which are factors of accelerated gait. Suppress walking.

加速歩行を抑制するための揺動支援を実現すべく、パーキンソニズム患者の生理的・機械的特性を考慮した簡易的なモデルを作成し、シミュレーションを通じて支援力を付与する方法を決定する。なお、装着型システムによる揺動支援は、静止立位時から開始し、揺動に合わせて対象者が歩き始めることで、歩行時のリズム形成と重心移動を支援するものとする。 In order to realize rocking support to suppress accelerated walking, we will create a simple model that considers the physiological and mechanical characteristics of Parkinsonist patients, and determine the method of imparting support through simulation. The swing support by the wearable system is started from a stationary standing position, and the subject starts walking in accordance with the swing to support the rhythm formation and the movement of the center of gravity during walking.

人間の静止立位時の姿勢制御は、中枢神経系での感覚情報の統合によって行われる能動的な感覚フィードバックと筋や関節組織等に起因する受動的な粘弾性との重畳で表現される。パーキンソン病患者の神経フィードバックがPD(比例・微分)制御器、人間の下腿の筋の特性がバネ・マス・ダンパの系とみなせることから、図1に示すような簡易化した前額面のモデルの座標系として表される。 Attitude control during a stationary standing position of a human being is expressed by superimposing active sensory feedback performed by integration of sensory information in the central nervous system and passive viscoelasticity caused by muscles, joint tissues, and the like. Since the neural feedback of Parkinson's disease patients can be regarded as a PD (proportional / differential) controller, and the characteristics of the human lower leg muscles can be regarded as a spring-mass-damper system, a simplified frontal plane model as shown in Fig. 1 is used. Represented as a coordinate system.

このモデル座標系において、Mを体重、xCOMを前額面の重心位置、Factiveを神経フィードバックの力、Fpassiveを筋からの受動的な力、Fvoluntaryを随意的に発揮する力とすると、パーキンソニズム患者が静止立位時に随意的に身体を揺動させる際の力のつりあいは、以下の式(1)〜(3)のように表される。

Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987
In this model coordinate system, body weight M, the center of gravity of the front face value x COM, power of neural feedback to F active, passive force of F passive from the muscle, when a force which optionally exhibits F voluntary, The balance of forces when a Parkinsonism patient voluntarily swings his / her body while standing still is expressed by the following equations (1) to (3).
Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987

パーキンソニズム患者はリズム形成障害によって自発的な揺動の生成・維持が困難であることから、本発明では、Fvoluntaryを0、D+cを粘性係数C、P+kを弾性係数Kとすることにより、パーキンソニズム患者の静止立位姿勢を次式(4)で表されるバネ・マス・ダンパの減衰振動系とみなす。

Figure 2021097987
Since it is difficult for Parkinsonism patients to generate and maintain spontaneous swing due to rhythm formation disorder, in the present invention, Perkinso is set to 0 for F voluntary, C for viscosity coefficient C, and P + k for elastic modulus K. The stationary standing posture of the Nism patient is regarded as the damped vibration system of the spring mass damper represented by the following equation (4).
Figure 2021097987

ここで、人体を一つの集中質量としてモデル化すると実測された振動特性を十分に表現できないこと、および理学療法では脇周辺を把持しながらリズミカルに側方の揺動の介助を行うことを考慮し、簡易モデルは体重を上半身と下半身の質量中心に分解し、胸部付近の上半身の重心に周期的な支援力が与えられることで振動が励起される系とする。 Here, considering that the measured vibration characteristics cannot be sufficiently expressed when the human body is modeled as one concentrated mass, and that physical therapy assists the lateral swing rhythmically while grasping the armpit circumference. In the simple model, the body weight is decomposed into the mass centers of the upper and lower body, and the vibration is excited by giving periodic support to the center of gravity of the upper body near the chest.

上半身の質量をm、下半身の質量をm、上半身の重心位置をx、下半身の重心位置をxとすると、xCOMは次式(5)のように表される。

Figure 2021097987
The upper body of mass m u, the lower body mass m l, upper body center of gravity position x u, the lower body of the position of the center of gravity and x l, x COM is expressed by the following equation (5).
Figure 2021097987

図3に示す簡易化した前額面のモデル座標系において、上半身の粘性係数をcおよび弾性係数をk、下半身の粘性係数をcおよび弾性係数をkとすると、運動方程式は次式(6)のように表される。

Figure 2021097987
In the model coordinate system of frontal that simplified 3, the viscosity coefficient of the upper body c u and an elastic coefficient k u, the lower body of the viscous coefficient the c l and the elastic coefficient k l, the equation of motion equation It is expressed as (6).
Figure 2021097987

この式(6)において、x、u、M、CおよびKは、それぞれ次式(7)〜(11)のように表される。

Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987
In this equation (6), x, u, M, C and K are expressed as the following equations (7) to (11), respectively.
Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987
Figure 2021097987

これにより入力uに対する出力xおよびxの伝達関数をそれぞれG(s)およびG(s)とすると、次式(12)および(13)のように表される。

Figure 2021097987
Figure 2021097987
As a result, if the transfer functions of the outputs x u and x l for the input u are Gu (s) and G l (s), respectively, they are expressed as the following equations (12) and (13).
Figure 2021097987
Figure 2021097987

それぞれの周波数伝達関数における入出力の振幅比の関係から次式(14)および(15)の等式が成り立つ。

Figure 2021097987
Figure 2021097987
The equations (14) and (15) below hold from the relationship between the input and output amplitude ratios of each frequency transfer function.
Figure 2021097987
Figure 2021097987

以上より、式(5)、式(14)および式(15)に基づいて、xCOMの振幅をwとすると、支援力Fは次式(16)のように表される。

Figure 2021097987
Thus, equation (5), based on the equation (14) and (15), when the amplitude of the x COM and w, support force F is expressed by the following equation (16).
Figure 2021097987

ここでパーキンソニズム患者は姿勢制御の機能が低下していることから、上半身と下半身の過渡状態を減衰振動と仮定する。また固有角振動数ωを対象者の歩行周期、加振力の角振動数ωをリズミカルな体性感覚刺激を行う外的キューの先行研究をもとに歩行周期の1.1倍とすると、減衰比γ、上半身および下半身の弾性係数と粘性係数は、次式(17)のように表される。

Figure 2021097987
Here, since the postural control function of Parkinsonist patients is impaired, the transient state of the upper and lower body is assumed to be damped vibration. In addition, assuming that the natural angular frequency ω 0 is the walking cycle of the subject and the angular frequency ω of the exciting force is 1.1 times the walking cycle based on the previous research of the external cue that performs rhythmic somatic sensory stimulation. , Attenuation ratio γ, elastic modulus and viscosity coefficient of upper body and lower body are expressed by the following equation (17).
Figure 2021097987

この系に対して図4のパラメータを用いて数値解析ソフトウェアMatlab(商標名)によるシミュレーションを行った。なお、Lは健常者の歩行時における重心の水平方向の移動量とし、mとmは体重に対する比率から算出した。前額面の重心位置xCOMの位相平面を図5に示す。xCOMの振幅は0.025[m]、定常振動時の周波数は支援力の0.94[Hz]に対し0.98[Hz]となり、目標値と同程度であることを確認した。 A simulation was performed on this system using the numerical analysis software MATLAB (trade name) using the parameters shown in FIG. In addition, L was the amount of movement of the center of gravity in the horizontal direction during walking of a healthy person, and mu and ml were calculated from the ratio to the body weight. The phase plane of the center of gravity position x COM of the frontal plane is shown in FIG. It was confirmed that the amplitude of x COM was 0.025 [m], and the frequency at the time of steady vibration was 0.98 [Hz] against 0.94 [Hz] of the supporting force, which was about the same as the target value.

以上のように、対象者の体重と歩行周期から算出した加振力を上半身の重心へ与えることにより、加速歩行を抑制するための揺動を支援することが可能であると考えられる。 As described above, it is considered possible to support swinging to suppress accelerated walking by applying the excitation force calculated from the weight of the subject and the walking cycle to the center of gravity of the upper body.

(3)本実施の形態による歩行障害支援装置の構成
図6において、本実施の形態による装着型の歩行障害支援装置10を示す。この歩行障害支援装置10では、対象者の肩甲骨が内外転可能となるように当該対象者の胸部付近に第1ベルト11が装着されるとともに、対象者の腰部に第2ベルト12が装着されている。
(3) Configuration of Gait Disorder Support Device According to the Present Embodiment In FIG. 6, a wearable gait disturbance support device 10 according to the present embodiment is shown. In the gait disturbance support device 10, the first belt 11 is attached near the chest of the subject so that the shoulder blades of the subject can be abducted and abducted, and the second belt 12 is attached to the waist of the subject. ing.

第2ベルト12における対象者の下背部中央には、パワーユニット20が固定して取り付けられている。このパワーユニット20は、図7に示すように、アクチュエータからなる駆動部21と、装置全体を制御するCPU(Central Processing Unit)からなる制御部22と、各種データが記憶されている記憶部23と、揺動支援のオンまたはオフを操作するための操作部24とを有する。 A power unit 20 is fixedly attached to the center of the lower back of the subject in the second belt 12. As shown in FIG. 7, the power unit 20 includes a drive unit 21 including an actuator, a control unit 22 including a CPU (Central Processing Unit) that controls the entire device, and a storage unit 23 that stores various data. It has an operation unit 24 for operating the swing support on or off.

駆動部21は、対象者の背面に対する垂直方向を回動中心とする出力軸21Aを有し、当該出力軸21Aを正転方向または逆転方向に回動駆動させるようになされている。また第1ベルト11における対象者の上背部中央とパワーユニット20内の駆動部21の出力軸21Aとは、炭素繊維強化樹脂からなるリンク部25により連結されている。 The drive unit 21 has an output shaft 21A whose rotation center is in the direction perpendicular to the back surface of the subject, and is adapted to rotate and drive the output shaft 21A in the forward rotation direction or the reverse rotation direction. Further, the center of the upper back of the subject in the first belt 11 and the output shaft 21A of the drive unit 21 in the power unit 20 are connected by a link portion 25 made of carbon fiber reinforced resin.

またパワーユニット20内の駆動部21には、第2ベルト12に対して所定の高さ位置を保つように対象者の腰部の上方部位に装着された第3ベルト30が固定して取り付けられている。駆動部21は、第2ベルト12および第3ベルト30によって対象者の下背部中央に固定されるようになされている。 Further, a third belt 30 attached to an upper portion of the waist of the subject is fixedly attached to the drive unit 21 in the power unit 20 so as to maintain a predetermined height position with respect to the second belt 12. .. The drive unit 21 is fixed to the center of the lower back of the subject by the second belt 12 and the third belt 30.

さらに制御部22は、パワーユニット20内の駆動部21の出力軸21Aを所望の周期タイミングで正転方向と逆転方向と交互に揺動駆動させるように当該駆動部21の出力トルクを制御する。この制御部22は、駆動部21の出力トルクに応じた加振力をリンク部25を介して第1ベルト11に付与することにより、対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させることができる。 Further, the control unit 22 controls the output torque of the drive unit 21 so as to swing the output shaft 21A of the drive unit 21 in the power unit 20 alternately in the forward rotation direction and the reverse rotation direction at a desired cycle timing. The control unit 22 applies a vibrating force corresponding to the output torque of the drive unit 21 to the first belt 11 via the link unit 25 to alternately bend the chest and waist of the subject to the left and right. it can.

なお、第1ベルト11におけるリンク部25との連結部位には、パワーユニット20に対して電力を供給するためのバッテリ26が着脱自在に固定保持し得るように搭載されている。 A battery 26 for supplying electric power to the power unit 20 is mounted on the connecting portion of the first belt 11 with the link portion 25 so as to be detachably fixed and held.

図8(A)に示すように、第1ベルト11における対象者の胸部の装着ずれがなく、鉛直方向に対するリンク部25の角度が十分小さいとき、当該リンク部25のリンク長をL、周期的な支援力の振幅をFとすると、対象者の腰部に配置したパワーユニット20内の駆動部21の出力トルクτは次式(18)のように表される。

Figure 2021097987
As shown in FIG. 8A, when there is no misalignment of the subject's chest on the first belt 11 and the angle of the link portion 25 with respect to the vertical direction is sufficiently small, the link length of the link portion 25 is set to L, periodically. Assuming that the amplitude of the support force is F, the output torque τ of the drive unit 21 in the power unit 20 arranged on the waist of the subject is expressed by the following equation (18).
Figure 2021097987

なお、駆動部21の出力トルクの立ち上がりは平滑化を行うようにして、支援開始直後の力によってバランスを崩すことを防ぐようになされている。 The rise of the output torque of the drive unit 21 is smoothed to prevent the balance from being lost due to the force immediately after the start of support.

この結果、歩行障害支援装置10では、対象者の下背部中央に固定された駆動部21からリンク部25を介して第1ベルト11に周期的な支援力を誘発させて、当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させることにより、対象者の体幹伸展とリズム形成とを補助しながら、パーキンソン病に特有の姿勢障害とリズム形成障害とを解消させることができる。 As a result, the gait disturbance support device 10 induces a periodic support force from the drive unit 21 fixed to the center of the lower back of the subject to the first belt 11 via the link portion 25 to induce the subject's chest. By alternately bending the lumbar region to the left and right, it is possible to eliminate the posture disorder and rhythm formation disorder peculiar to Parkinson's disease while assisting the subject's trunk extension and rhythm formation.

すなわち、対象者の胸部および腰部をそれぞれ第1ベルト11および第2ベルト12によって装着しておき、腰部に固定されたパワーユニット20内の駆動部21がリンク部25を介して胸部に支援力を伝達することにより、対象者の胸部付近に存在する上半身の重心に対して水平方向の力を作用させることができる。 That is, the chest and waist of the subject are attached by the first belt 11 and the second belt 12, respectively, and the drive unit 21 in the power unit 20 fixed to the waist transmits the support force to the chest via the link portion 25. By doing so, a horizontal force can be applied to the center of gravity of the upper body existing near the chest of the subject.

また歩行障害支援装置10では、対象者の腰部を高さ方向に幅を持たせて第2ベルト12および第3ベルト30の2本で巻着するようにしたことにより、駆動部21が出力トルク発生時に自ら回転することなく、対象者の下背部中央に固定された状態を維持することができる。 Further, in the gait disturbance support device 10, the waist portion of the subject is provided with a width in the height direction so that the second belt 12 and the third belt 30 are wound around the waist, whereby the drive unit 21 outputs torque. It is possible to maintain a fixed state in the center of the lower back of the subject without rotating by itself at the time of occurrence.

ちなみに、歩行障害支援装置10を適用する対象者は、身長、体重、胸囲、腰囲が5[%]tilt値から95[%]tilt値の範囲に当てはまる日本人とし、第1ベルト11および第2ベルト12の各ベルト長と第3ベルト30の高さ位置とを調整することにより、対象者の体格差に対応するとともに体幹の伸展を促進するようになされている。 By the way, the subjects to whom the gait disturbance support device 10 is applied are Japanese whose height, weight, chest circumference, and waist circumference fall within the range of 5 [%] tilt values to 95 [%] tilt values, and the first belt 11 and the first belt. By adjusting the length of each of the two belts 12 and the height position of the third belt 30, the body weight difference of the subject is adjusted and the extension of the trunk is promoted.

すなわち、図8(B)に示すように、リンク部25のリンク長Lは、座位肩甲骨下角高をA、座位腸骨稜高をBとするとき、その差分(A−B)として求められる。一般的な身体寸法データベースによると、座位肩甲骨下角高Aは2.5〜97.5[%]tilt値の範囲にあり、座位腸骨稜高Bも2.5〜97.5[%]tilt値の範囲にあるため、上述のような日本人の95[%]が装着可能となる外形寸法を設定することが可能となる。 That is, as shown in FIG. 8 (B), the link length L of the link portion 25 is obtained as the difference (AB) when the sitting scapula inferior angle height is A and the sitting iliac crest height is B. .. According to a general body size database, the sitting scapular inferior angle height A is in the range of 2.5 to 97.5 [%] tilt value, and the sitting iliac crest height B is also in the range of 2.5 to 97.5 [%] tilt value. It is possible to set the external dimensions that can be worn by 95 [%] of Japanese people as described above.

(4)歩行障害支援装置を用いた即時的な使用効果の検証実験
本検証実験ではパーキンソニズム患者に対して歩行障害支援装置10を適用し、4種類の歩行障害(ふらつき歩行、小刻み歩行、加速歩行およびすくみ足)の抑制に対する適用可能性を確認する。
(4) Verification experiment of immediate use effect using gait disorder support device In this verification experiment, the gait disorder support device 10 was applied to a Parkinsonism patient, and four types of gait disorders (staggering gait, wiggle walking, acceleration) were applied. Confirm the applicability to the suppression of gait and freezing legs).

なお、即時的な介入効果を検証する対象者の選定に際して、以下に示す5つの選択基準を全て満たすと同時に、4つの除外基準のいずれにも抵触しないことが条件となる。選択基準としては、第1に、医師によるパーキンソニズムの診断を得たこと、第2に、Yahr重症度分類がステージIV以下であること、第3に、自力歩行が可能ですくみ足を呈すること、第4に、身長が140〜180[cm]の範囲内であること、第5に、体重が40〜50[kg]の範囲内であること、である。また除外基準としては、第1に、高度な無動、固縮または失調があること、第2に、指示の理解、自己状態の表出が困難であること、第3に、下肢に重度の痙縮、変形または固縮があること、第4に、自力での起立や歩行が困難であること、である。 When selecting a subject to verify the immediate effect of intervention, it is a condition that all of the following five selection criteria are satisfied and at the same time, none of the four exclusion criteria is violated. The selection criteria are firstly that a doctor has diagnosed Parkinsonism, secondly that the Yahr severity classification is stage IV or lower, and thirdly that he / she is able to walk on his / her own and presents freezing legs. Fourth, the height is in the range of 140 to 180 [cm], and fifth, the weight is in the range of 40 to 50 [kg]. Exclusion criteria include, firstly, severe akinesia, rigidity or ataxia, secondly, difficulty in understanding instructions and expressing self-state, and thirdly, severe lower limbs. There is spasticity, deformity or rigidity, and fourthly, it is difficult to stand or walk on its own.

本検証実験では、歩行障害支援装置10を装着しない状態での試行(テスト1:Test1)と、歩行障害支援装置10を装着した状態での試行(テスト2:Test2)と、当該テスト2の介入後に歩行障害支援装置10を装着しない状態での試行(テスト3:Test3)とにおいて、対象者ごとに設定した所定環境下で各3回ずつ実施する。 In this verification experiment, a trial without the gait disturbance support device 10 (test 1: Test1), a trial with the gait disturbance support device 10 attached (test 2: Test2), and the intervention of the test 2 Later, in a trial (test 3: Test 3) in a state where the gait disturbance support device 10 is not attached, the test is carried out three times each under a predetermined environment set for each subject.

歩行障害支援装置10を装着した状態での試行(テスト2)の実施前は、理学療法士の協力のもと、当該歩行障害支援装置10の装着フィッティングと2試行の練習を通じて支援力の調整を行い、支援力の振幅を簡易シミュレーションから得られた値の30[%]に設定した。 Before conducting the trial (test 2) with the gait disturbance support device 10 attached, the support force should be adjusted through the fitting of the gait disturbance support device 10 and the practice of 2 trials with the cooperation of the physiotherapist. Then, the amplitude of the support force was set to 30 [%] of the value obtained from the simple simulation.

歩行障害支援装置10の装着は、対象者の腰部の第2ベルト12が上前腸骨棘上に、リンク部25の先端が第五胸椎上に位置するように、第2ベルト12の長さと位置を調整する。また介助者(アシスタント)がパワーユニット20に設けられた操作部24を用いて、対象者に対する揺動支援の開始と停止の操作を行う。 The gait disturbance support device 10 is attached with the length of the second belt 12 so that the second belt 12 on the lumbar region of the subject is located on the anterior superior iliac spine and the tip of the link portion 25 is located on the fifth thoracic vertebra. Adjust the position. Further, the caregiver (assistant) uses the operation unit 24 provided in the power unit 20 to start and stop the swing support for the target person.

各歩行障害における評価項目を図9に示す。ID:Aの「ふらつき歩行」は、足圧中心分布を主要評価項目とし、同期性を副次評価項目とする。ID:Bの「小刻み歩行」は、歩数を主要評価項目とし、同期性を副次評価項目とする。ID:Cの「加速歩行」は、歩行周期の変化を主要評価項目とし、同期性および姿勢を副次評価項目とする。ID:Dの「すくみ足」は、歩数を主要評価項目とし、同期性を副次評価項目とする。ここで、「同期性」とは、対象者の歩行周期とシステムの支援周期の同期性を表し、「姿勢」とは、体幹の前屈角度を表す。 The evaluation items for each gait disorder are shown in FIG. For "walking with wobbling" of ID: A, the central foot pressure distribution is the primary endpoint, and the synchronism is the secondary endpoint. For ID: B "walking in small steps", the number of steps is used as the primary evaluation item, and the synchronism is used as the secondary evaluation item. For "accelerated walking" with ID: C, changes in the walking cycle are the primary endpoints, and synchronism and posture are the secondary endpoints. For the "freezing foot" of ID: D, the number of steps is used as the primary evaluation item, and the synchronism is used as the secondary evaluation item. Here, "synchronization" represents the synchronization between the walking cycle of the subject and the support cycle of the system, and "posture" represents the forward bending angle of the trunk.

本実験では、対象者による「同期性」を歩行周期と床反力(GRF:Ground Reaction Force)によって評価するとともに、対象者による「姿勢」を体幹の最大前屈角度と足圧中心(COP:Center of Pressure)によって評価する。 In this experiment, the "synchronism" by the subject was evaluated by the walking cycle and the ground reaction force (GRF), and the "posture" by the subject was evaluated by the maximum forward bending angle of the trunk and the center of foot pressure (COP). : Center of Pressure).

具体的に、圧力分布計測システム「Pedar−X」(商品名)を用いて、対象者の歩行周期、左右の足圧中心(COP)および床反力(GRF)を計測する。また3次元動作解析システム「VICON MX」(商品名)を用いて、対象者の体幹の前屈角度を100[Hz]で計測する。 Specifically, the pressure distribution measurement system "Pedar-X" (trade name) is used to measure the walking cycle, left and right foot pressure centers (COP), and floor reaction force (GRF) of the subject. In addition, the forward bending angle of the trunk of the subject is measured at 100 [Hz] using the three-dimensional motion analysis system "VICON MX" (trade name).

対象者の身体表面に貼り付ける3次元動作解析システムの複数のマーカの取り付け位置を、図10に示す。3次元解析システムの各マーカは、対象者における左右の肩峰、大転子、腓骨頭、外果および第五中足骨頭の計10箇所に貼り付けられ、肩峰と大転子を結ぶ線がなす角を体幹の前屈角度として計測する。 FIG. 10 shows the attachment positions of a plurality of markers of the three-dimensional motion analysis system to be attached to the body surface of the subject. Each marker of the 3D analysis system is attached to the left and right acromion, greater trochanter, fibula head, lateral malleolus, and fifth metatarsal head in total, and is a line connecting the acromion and greater trochanter. The angle formed by the trunk is measured as the forward bending angle of the trunk.

(4−1)ふらつき歩行に対する検証実験
実験協力者である対象者は、ふらつき歩行を呈するパーキンソン病患者1名(68歳、女性、現病歴6年)であり、症状は右側優位である。図11(A)に示すように、実験協力者である対象者の身体的特徴として、体重は46[kg]、歩行周期は1.0[s]であり、ジストニアによる右足首の内反尖足を有している。また、歩行障害支援装置10による支援力を5.2[N]、支援周期を1.1[s]と設定する。
(4-1) Verification experiment for staggering gait The subject who cooperated in the experiment was one Parkinson's disease patient (68 years old, female, current medical history 6 years) who exhibited staggering gait, and the symptom was predominant on the right side. As shown in FIG. 11 (A), the physical characteristics of the subjects who collaborated with the experiment were a weight of 46 [kg], a walking cycle of 1.0 [s], and dystonia equinus of the right ankle. Have. In addition, the support force of the gait disturbance support device 10 is set to 5.2 [N], and the support cycle is set to 1.1 [s].

試験環境として、図11(B)に示すように、対象者が椅子に座った状態から起立して、3[m]の直線に沿って歩行しながら、続いて1[m]間隔で設置された3個のポールを交互にスラローム歩行して元に戻って再度椅子に着座するまでの動作を、上述したテスト1〜3について各3回実施する。 As a test environment, as shown in FIG. 11B, the subject stood up from a chair and walked along a straight line of 3 [m], and was subsequently installed at 1 [m] intervals. The operation of alternately slaloming the three poles, returning to the original position, and sitting on the chair again is performed three times for each of the above-mentioned tests 1 to 3.

その際、スラローム歩行時における対象者の右足の足圧中心分布を主要評価項目とし、対象者と歩行障害支援装置(システム)10との同期性を副次評価項目とする。図11(C)に、対象者の右足裏について、足圧中心の軌跡と前額面の最大移動量とを示す。 At that time, the distribution of the center of foot pressure of the subject's right foot during slalom walking is the primary endpoint, and the synchronization between the subject and the gait disturbance support device (system) 10 is the secondary endpoint. FIG. 11C shows the locus of the center of foot pressure and the maximum amount of movement of the frontal plane of the subject's right sole.

ふらつき歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の様子を図12(A)〜(C)に示す。対象者の重心の軌跡に対する足圧中心の軌跡との関係性を重視して、前額面での最大移動量を計測した結果を図13(A)に示す。 The state of the verification experiment of the immediate use effect on the staggering walking is shown in FIGS. 12 (A) to 12 (C). FIG. 13 (A) shows the results of measuring the maximum amount of movement at the frontal plane with an emphasis on the relationship between the locus of the center of gravity of the subject and the locus of the center of foot pressure.

足圧中心分布に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)と使用時(テスト2)との比較結果は、前額面での最大移動量が増加傾向にあることが確認された(図13(B))。また、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)と使用後(テスト3)との比較結果は、前額面での最大移動量が減少傾向にある、すなわち、効果維持の傾向なしであることが確認された(同図)。 Regarding the distribution of the center of foot pressure, the comparison result between the non-use (test 1) and the use (test 2) of the gait disturbance support device 10 confirmed that the maximum movement amount at the frontal plane tended to increase (test). FIG. 13 (B). In addition, the comparison result between the use of the gait disturbance support device 10 (test 2) and the use (test 3) shows that the maximum amount of movement at the frontal plane tends to decrease, that is, there is no tendency to maintain the effect. Was confirmed (figure).

このことから図14(A)に示すように、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)では、対象者の動歩行時は常に足裏に重心がなく、重心移動の安定性向上を図るべく、足圧中心の軌跡が外側に偏移する傾向があることがわかる。 From this, as shown in FIG. 14A, when the gait disturbance support device 10 is used (test 2), the subject always has no center of gravity on the sole of the foot during dynamic walking, and the stability of the movement of the center of gravity is improved. Therefore, it can be seen that the locus of the center of foot pressure tends to shift outward.

同期性に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)、使用時(テスト2)および使用後(テスト3)の比較結果は、全て一致(同期)していることが確認された(図14(B))。すなわち、対象者の歩行周期(1.11±0.08[s])と歩行障害支援装置10の支援周期(1.10[s])が同期する傾向が確認された。このことから、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)にふらつき歩行の軽減に対する効果が示唆されたことがわかる。 Regarding the synchronism, it was confirmed that the comparison results of the gait disturbance support device 10 when not in use (test 1), when in use (test 2), and after use (test 3) all match (synchronize) (test). FIG. 14 (B). That is, it was confirmed that the walking cycle (1.11 ± 0.08 [s]) of the subject and the support cycle (1.10 [s]) of the gait disturbance support device 10 tended to be synchronized. From this, it can be seen that the effect on the reduction of staggering walking when the gait disturbance support device 10 is used (test 2) is suggested.

(4−2)小刻み歩行に対する検証実験
実験協力者である対象者は、小刻み歩行を呈するパーキンソン病(進行性角上性麻痺)患者1名(65歳、男性、現病歴1年)であり、症状は右側優位である。図15(A)に示すように、実験協力者である対象者の身体的特徴として、体重は64[kg]、歩行周期は1.05[s]である。また、歩行障害支援装置10による支援力を8.5[N]、支援周期を1.2[s]と設定する。
(4-2) Verification experiment for wiggle walking The subjects who cooperated in the experiment were one patient with Parkinson's disease (progressive supranuclear palsy) who presented with wiggle walk (65 years old, male, current medical history 1 year). Symptoms are predominant on the right side. As shown in FIG. 15 (A), the physical characteristics of the subjects who are the collaborators of the experiment are a body weight of 64 [kg] and a walking cycle of 1.05 [s]. In addition, the support force of the gait disturbance support device 10 is set to 8.5 [N], and the support cycle is set to 1.2 [s].

試験環境として、図15(B)に示すように、対象者が椅子に座った状態から起立して、3[m]の直線に沿って歩行しながら旋回して元に戻って再度椅子に着座するまでの動作を、上述したテスト1〜3について各3回実施する。 As a test environment, as shown in FIG. 15 (B), the subject stands up from a chair, turns while walking along a straight line of 3 [m], returns to the original position, and sits on the chair again. The operation up to this is carried out three times for each of the above-mentioned tests 1 to 3.

その際、旋回時における対象者の歩数を主要評価項目とし、対象者と歩行障害支援装置(システム)10との同期性を副次評価項目とする。図15(C)に、対象者が旋回時に歩行する両足裏の軌跡を示す。 At that time, the number of steps of the subject at the time of turning is set as the primary evaluation item, and the synchronization between the subject and the gait disturbance support device (system) 10 is set as the secondary evaluation item. FIG. 15C shows the loci of the soles of both feet when the subject walks while turning.

小刻み歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の様子を図16(A)〜(C)に示す。旋回時の対象領域における対象者の歩数を計測した結果を図17(A)および(B)に示す。 Figures 16 (A) to 16 (C) show the state of the verification experiment of the immediate effect on walking in small steps. The results of measuring the number of steps of the target person in the target area during turning are shown in FIGS. 17A and 17B.

歩数に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)と使用時(テスト2)との比較結果は、減少傾向にあることが確認された。また、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)と使用後(テスト3)との比較結果は、当該減少した効果が維持される傾向にあることが確認された。 Regarding the number of steps, it was confirmed that the comparison results between the non-use (test 1) and the use (test 2) of the gait disturbance support device 10 tended to decrease. In addition, the comparison results between the use of the gait disturbance support device 10 (test 2) and the use (test 3) confirmed that the reduced effect tended to be maintained.

このことから図18(A)に示すように、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)では、対象者の歩数が減少(すなわち、歩幅が拡大)することがわかる。 From this, as shown in FIG. 18A, the number of steps of the subject decreases (that is, the stride length increases) when the gait disturbance support device 10 is used (test 2) and after use (test 3). Understand.

同期性に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)、使用時(テスト2)および使用後(テスト3)の比較結果は、全て一致(同期)していることが確認された(図18(B))。すなわち、対象者の歩行周期(1.19±0.09[s])と歩行障害支援装置10の支援周期(1.21[s])が同期する傾向が確認された。このことから、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)に小刻み歩行の軽減に対する効果が示唆されたことがわかる。 Regarding the synchronism, it was confirmed that the comparison results of the gait disturbance support device 10 when not in use (test 1), when in use (test 2), and after use (test 3) all match (synchronize) (test). FIG. 18 (B). That is, it was confirmed that the walking cycle (1.19 ± 0.09 [s]) of the subject and the support cycle (1.21 [s]) of the gait disturbance support device 10 tended to be synchronized. From this, it can be seen that the effect on the reduction of wiggle walking was suggested when the gait disturbance support device 10 was used (test 2) and after use (test 3).

(4−3)加速歩行に対する検証実験
実験協力者である対象者は、加速歩行を呈するパーキンソン病患者1名(64歳、男性、現病歴19年)であり、症状は右側優位である。図19(A)に示すように、実験協力者である対象者の身体的特徴として、体重は70[kg]、歩行周期は0.97[s]であり、強筋剛に起因する前屈姿勢を呈する。また、歩行障害支援装置10による支援力を10.1[N]、支援周期を1.21[s]と設定する。
(4-3) Verification experiment for accelerated walking The subject who cooperated in the experiment was one Parkinson's disease patient (64 years old, male, current medical history 19 years) who exhibited accelerated walking, and the symptom was predominant on the right side. As shown in FIG. 19 (A), the physical characteristics of the subjects who cooperated in the experiment were a weight of 70 [kg], a walking cycle of 0.97 [s], and a forward bending posture due to strong muscle stiffness. Present. In addition, the support force of the gait disturbance support device 10 is set to 10.1 [N], and the support cycle is set to 1.21 [s].

試験環境として、図19(B)に示すように、幅0.65[cm]、長さ10[m]の平行棒の周りをコの字型に歩行する動作を、上述したテスト1〜3について各3回実施する。この検証実験において、3回分の各試行では、著しくバランスを崩した場合を除き、可能な限り平行棒には掴まらないように、対象者に指示した。 As a test environment, as shown in FIG. 19 (B), the operation of walking in a U shape around parallel bars having a width of 0.65 [cm] and a length of 10 [m] was performed for each of the above-mentioned tests 1 to 3 by 3 each. Conduct twice. In this verification experiment, the subjects were instructed not to grab the parallel bars as much as possible in each of the three trials, except when the balance was significantly lost.

その際、直線(往復)歩行時における対象者の歩行周期の変化を主要評価項目とし、対象者と歩行障害支援装置(システム)10との同期性と対象者の姿勢とを副次評価項目とする。図19(C)に、対象者が往路、旋回、復路における歩数と歩行周期との関係性について示す。往路および復路における歩行周期の一次回帰直線も示す。 At that time, the change in the walking cycle of the subject during straight (reciprocating) walking is the primary evaluation item, and the synchronization between the subject and the gait disturbance support device (system) 10 and the posture of the subject are the secondary evaluation items. To do. FIG. 19C shows the relationship between the number of steps and the walking cycle of the subject on the outward trip, turning, and returning trip. The linear regression line of the walking cycle on the outward and inbound routes is also shown.

加速歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の様子を図20(A)〜(C)に示す。対象者の歩行周期の変化を往路、旋回、復路において計測した結果を図21(A)に示す。この歩行周期の変化は一時回帰直線の傾きとして表され、当該傾きが0値のとき一定の速度を示し、当該傾きが負の値のとき徐々に加速することを示す。 The state of the verification experiment of the immediate use effect on the accelerated walking is shown in FIGS. 20A to 20C. FIG. 21 (A) shows the results of measuring changes in the walking cycle of the subject on the outward route, turning, and returning route. This change in the walking cycle is expressed as the slope of the temporary regression line, and when the slope is 0 value, it shows a constant speed, and when the slope is negative value, it shows that it gradually accelerates.

歩行周期の変化に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)と使用時(テスト2)との比較結果は、減少傾向にあることが確認された(図21(B))。また、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)と使用後(テスト3)との比較結果は、当該減少した効果が維持されない傾向にあることが確認された(同図)。 Regarding the change in the walking cycle, it was confirmed that the comparison result between the non-use (test 1) and the use (test 2) of the gait disturbance support device 10 tends to decrease (FIG. 21 (B)). In addition, the comparison results between the use of the gait disturbance support device 10 (test 2) and the use (test 3) confirmed that the reduced effect tended not to be maintained (Fig. Fig.).

このことから図21(C)に示すように、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)では、歩行周期の減少が抑制(すなわち、突進が低減)されることがわかる。 From this, as shown in FIG. 21C, it can be seen that when the gait disturbance support device 10 is used (test 2), the decrease in the walking cycle is suppressed (that is, the rush is reduced).

上述した図20(A)〜(C)に示す加速歩行に対する即時的な使用効果の検証実験の結果を図22(A)〜(C)に示す。各試行における歩行周期の一次回帰直線の傾きは、図22(A)に示すように、平均−0.0063[s/step]から平均−0.00013[s/step]となり、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)は、本装置の未使用時(テスト1)の2.1[%]に減少した。このように歩行周期の一次回帰直線の傾きの減少は、歩行障害支援装置10によって歩行毎の歩行周期の減少が低減されたことを意味し、対象者の加速歩行を抑制することができることが確認された。 The results of the verification experiment of the immediate use effect on the accelerated walking shown in FIGS. 20 (A) to 20 (C) described above are shown in FIGS. 22 (A) to 22 (C). As shown in FIG. 22 (A), the slope of the linear regression line of the walking cycle in each trial changes from an average of -0.0063 [s / step] to an average of -0.00013 [s / step] when the gait disturbance support device 10 is used. (Test 2) decreased to 2.1 [%] when the device was not used (Test 1). It was confirmed that the decrease in the inclination of the linear regression line of the walking cycle means that the decrease in the walking cycle for each walk was reduced by the gait disturbance support device 10, and that the accelerated walking of the subject can be suppressed. Was done.

対象者の体幹の最大前屈角度は、図22(B)に示すように、歩行障害支援装置10によって13.0±3.9[deg]から5.9±0.32[deg]に減少した。この結果、歩行障害支援装置10を装着する対象者の胸部の第1ベルト11による肩甲骨の内転と胸部−腰部間のリンク部25による胸椎の伸展とによって、対象者の前屈姿勢が軽減されたと考えられる。 As shown in FIG. 22 (B), the maximum forward bending angle of the trunk of the subject was reduced from 13.0 ± 3.9 [deg] to 5.9 ± 0.32 [deg] by the gait disturbance support device 10. As a result, the forward bending posture of the subject is reduced by the adduction of the scapula by the first belt 11 of the chest of the subject wearing the gait disturbance support device 10 and the extension of the thoracic spine by the link portion 25 between the chest and the lumbar region. It is believed that it was done.

また、対象者の歩行周期は、図22(C)に示すように、歩行障害支援装置10によって1.06±0.13[s]から揺動支援の周期である1.21[s]と同程度の1.19±0.07[s]に増加し、歩行周期の標準偏差が減少した。 In addition, as shown in FIG. 22C, the walking cycle of the subject is 1.19 ± 0.07, which is about the same as the swing support cycle of 1.21 [s] from 1.06 ± 0.13 [s] by the gait disturbance support device 10. It increased to [s] and the standard deviation of the gait cycle decreased.

歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)の左遊脚期の様子、左右の足圧中心(COP)の分布、歩行毎の歩行周期の一例をそれぞれ図23(A)〜(C)に示す。また歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)の左遊脚期の様子、左右の足圧中心(COP)の分布、歩行毎の歩行周期の一例をそれぞれ図24(A)〜(C)に示す。 The state of the left swing phase when the gait disturbance support device 10 is not used (test 1), the distribution of the left and right foot pressure centers (COP), and an example of the walking cycle for each walk are shown in FIGS. 23 (A) to 23 (C), respectively. Shown in. In addition, FIGS. 24 (A) to 24 (C) show the state of the left swing phase when the gait disturbance support device 10 is used (test 2), the distribution of the left and right foot pressure centers (COP), and an example of the walking cycle for each walk. Shown in.

図23(A)および図24(A)に示す左遊脚期の様子の比較結果に基づいて、症状の優位側である右足が支持脚のときの体幹の伸展を確認した。また、図23(B)および図24(B)に示す旋回後の足圧中心(COP)の分布の比較結果に基づいて、右足の足圧中心において、矢状面におけるつま先側の分布の踵側への偏位、および前額面における分布のばらつきの減少が確認された。この結果、歩行障害支援装置10を装着した対象者の前屈姿勢の軽減によって支持脚期に重心位置が後方へ移動したと考えられる。 Based on the comparison results of the left swing phase shown in FIGS. 23 (A) and 24 (A), the extension of the trunk was confirmed when the right leg, which is the dominant side of the symptom, was the support leg. Further, based on the comparison result of the distribution of the foot pressure center (COP) after turning shown in FIGS. 23 (B) and 24 (B), the heel of the distribution on the toe side in the sagittal plane at the foot pressure center of the right foot. Lateral deviations and reduced distribution variability at the coronal plane were confirmed. As a result, it is considered that the position of the center of gravity moved backward during the support leg period due to the reduction of the forward bending posture of the subject wearing the gait disturbance support device 10.

さらに図23(C)および図24(C)の比較結果に基づいて、歩行障害支援装置10のみ未使用時(テスト1)では旋回前後に歩調が乱れることで歩行周期の変動が大きくなり、旋回後の直線で徐々に歩行周期が減少したものの、使用時(テスト2)では旋回後も歩行周期の変動が小さく、歩行周期が維持される傾向が確認された。 Further, based on the comparison results of FIGS. 23 (C) and 24 (C), when only the gait disturbance support device 10 is not used (test 1), the pace is disturbed before and after the turn, so that the fluctuation of the walking cycle becomes large and the walk turns. Although the walking cycle gradually decreased in the latter straight line, it was confirmed that the fluctuation of the walking cycle was small even after turning during use (test 2), and the walking cycle tended to be maintained.

歩行障害支援装置10による支援力と実験協力者である対象者の右足の床反力(GRF)を図25に示す。歩行障害支援装置10の揺動支援と対象者の歩行が同期し、旋回時において歩行障害支援装置10の支援周期と対象者の歩行周期に位相差が生じた際も、歩行周期が支援周期と同相に収束する振る舞いを確認することができた。 FIG. 25 shows the support force of the gait disturbance support device 10 and the floor reaction force (GRF) of the right foot of the subject who is the collaborator of the experiment. Even when the swing support of the gait disturbance support device 10 and the walking of the target person are synchronized and a phase difference occurs between the support cycle of the gait disturbance support device 10 and the walking cycle of the target person during turning, the walking cycle becomes the support cycle. We were able to confirm the behavior of converging to the same phase.

姿勢について、対象者の体幹の前屈角度(肩峰と大転子を結ぶ線がなす角)を計測した結果を図26(A)に示す。この前屈角度は、0値のとき体幹の伸展を示し、正の値のとき体幹の前屈を示す。 FIG. 26 (A) shows the results of measuring the forward bending angle of the subject's trunk (the angle formed by the line connecting the acromion and the greater trochanter) with respect to the posture. When the value of this forward bending angle is 0, it indicates the extension of the trunk, and when it is a positive value, it indicates the forward bending of the trunk.

姿勢に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)と使用時(テスト2)との比較結果は、減少傾向にあることが確認された(図26(B))。また、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)と使用後(テスト3)との比較結果は、当該減少した効果が維持されない傾向にあることが確認された(同図)。 Regarding the posture, it was confirmed that the comparison result between the non-use (test 1) and the use (test 2) of the gait disturbance support device 10 tends to decrease (FIG. 26 (B)). In addition, the comparison results between the use of the gait disturbance support device 10 (test 2) and the use (test 3) confirmed that the reduced effect tended not to be maintained (Fig. Fig.).

このことから図27(A)に示すように、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)では、対象者の前屈角度が減少することから、対象者の体幹伸展が促進(すなわち、重心の後方偏位)されることがわかる。 From this, as shown in FIG. 27 (A), when the gait disturbance support device 10 is used (test 2), the forward bending angle of the subject decreases, so that the subject's trunk extension is promoted (that is, that is). It can be seen that the center of gravity is displaced backward).

同期性に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)、使用時(テスト2)および使用後(テスト3)の比較結果は、全て一致(同期)していることが確認された(図27(B))。すなわち、対象者の歩行周期(往路:1.18±0.06[s]、復路:1.17±0.03[s])と歩行障害支援装置10の支援周期(1.21[s])が同期する傾向が確認された。このことから、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)に加速歩行の軽減に対する効果が示唆されたことがわかる。 Regarding the synchronism, it was confirmed that the comparison results of the gait disturbance support device 10 when not in use (test 1), when in use (test 2), and after use (test 3) all match (synchronize) (test). FIG. 27 (B). That is, it was confirmed that the walking cycle of the subject (outward route: 1.18 ± 0.06 [s], inbound route: 1.17 ± 0.03 [s]) and the support cycle of the gait disturbance support device 10 (1.21 [s]) tend to be synchronized. From this, it can be seen that the effect on the reduction of accelerated walking was suggested when the gait disturbance support device 10 was used (test 2) and after use (test 3).

(4−4)すくみ足に対する検証実験
実験協力者である対象者は、すくみ足を呈するパーキンソン病(進行性角上性麻痺)患者1名(80歳、男性、現病歴6年)であり、症状は左側優位である。図28(A)に示すように、実験協力者である対象者の身体的特徴として、体重は70[kg]、歩行周期は1.1[s]であり、多発性脳梗塞に起因する右半身の固縮を有する。また、歩行障害支援装置10による支援力を4.7[N]、支援周期を1.32[s]と設定する。
(4-4) Verification experiment for freezing legs The subject who cooperated in the experiment was one patient with Parkinson's disease (progressive supranuclear palsy) presenting freezing legs (80 years old, male, current medical history 6 years). Symptoms are predominant on the left side. As shown in FIG. 28 (A), the physical characteristics of the subjects who collaborated with the experiment were that the body weight was 70 [kg] and the walking cycle was 1.1 [s], and that the right half of the body was caused by multiple cerebral infarction. Has rigidity. In addition, the support force of the gait disturbance support device 10 is set to 4.7 [N], and the support cycle is set to 1.32 [s].

試験環境として、図28(B)に示すように、対象者が椅子に座った状態から起立して、3[m]の直線に沿って歩行しながら旋回して元に戻って再度椅子に着座するまでの動作を、上述したテスト1〜3について各3回実施する。 As a test environment, as shown in FIG. 28 (B), the subject stands up from a chair, turns while walking along a straight line of 3 [m], returns to the original position, and sits on the chair again. The operation up to this is carried out three times for each of the above-mentioned tests 1 to 3.

その際、旋回時における対象者の歩数を主要評価項目とし、対象者と歩行障害支援装置(システム)10との同期性を副次評価項目とする。図28(C)に、対象者が旋回時に歩行する両足裏の軌跡を示す。 At that time, the number of steps of the subject at the time of turning is set as the primary evaluation item, and the synchronization between the subject and the gait disturbance support device (system) 10 is set as the secondary evaluation item. FIG. 28C shows the loci of the soles of both feet when the subject walks while turning.

すくみ足に対する即時的な使用効果の検証実験の様子を図29(A)〜(C)に示す。旋回時の対象領域における対象者の歩数を計測した結果を図30(A)に示す。 The state of the verification experiment of the immediate use effect on the freezing foot is shown in FIGS. 29 (A) to 29 (C). FIG. 30A shows the result of measuring the number of steps of the target person in the target area during turning.

歩数に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)と使用時(テスト2)との比較結果は、増加傾向にあることが確認された(図30(B))。また、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)と使用後(テスト3)との比較結果は、当該使用後ですくみ足が発現することが確認された(同図)。 Regarding the number of steps, it was confirmed that the comparison result between the non-use (test 1) and the use (test 2) of the gait disturbance support device 10 tends to increase (FIG. 30 (B)). In addition, as a result of comparison between the use of the gait disturbance support device 10 (test 2) and the time after use (test 3), it was confirmed that freezing feet appeared after the use (the figure in the figure).

このことから図31(A)に示すように、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)では、使用前(テスト1)のような動歩行(常に足裏に重心がない)から準動歩行(一時足裏に重心がある)に変化していることがわかる。すなわち、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)では、重心移動の安定性が向上して、低速歩行に適切な歩容への変化(歩数の増大)が生じることがわかる。 From this, as shown in FIG. 31 (A), when the gait disturbance support device 10 is used (test 2) and after use (test 3), dynamic walking (always on the sole of the foot) as before (test 1) is performed. It can be seen that there is a change from (no center of gravity) to quasi-moving gait (temporarily having a center of gravity on the sole of the foot). That is, when the gait disturbance support device 10 is used (test 2) and after use (test 3), the stability of the movement of the center of gravity is improved, and a change to a gait suitable for low-speed walking (increase in the number of steps) occurs. You can see that.

同期性に関して、歩行障害支援装置10の未使用時(テスト1)、使用時(テスト2)および使用後(テスト3)の比較結果は、全て一致(同期)していることが確認された(図31(B))。すなわち、対象者の歩行周期(1.31±0.07[s])と歩行障害支援装置10の支援周期(1.32[s])が同期する傾向が確認された。このことから、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)にすくみ足の軽減に対する効果が示唆されたことがわかる。 Regarding the synchronism, it was confirmed that the comparison results of the gait disturbance support device 10 when not in use (test 1), when in use (test 2), and after use (test 3) all match (synchronize) (test). FIG. 31 (B). That is, it was confirmed that the walking cycle (1.31 ± 0.07 [s]) of the subject and the support cycle (1.32 [s]) of the gait disturbance support device 10 tended to be synchronized. From this, it can be seen that the effect on the reduction of freezing feet was suggested when the gait disturbance support device 10 was used (test 2) and after use (test 3).

(4−5)各歩行障害に対する歩行障害支援装置の使用効果との関係性
上述した各歩行障害をもつパーキンソニズム患者に対して歩行障害支援装置10を使用した結果、図32に示すように、右足首内反尖足をもつ対象者がふらつき歩行する場合、体幹前屈をもつ対象者が加速歩行する場合、左半身筋固縮をもつ対象者がすくみ足(重度な動作緩慢)をする場合には、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)において効果があることが実証された。また姿勢障害がない対象者が小刻み歩行する場合には、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)において効果があることが実証された。
(4-5) Relationship with Effect of Use of Gait Disorder Support Device for Each Gait Disorder As a result of using the gait disorder support device 10 for the above-mentioned perkinsonism patients with each gait disorder, as shown in FIG. 32, When a subject with a right ankle varus apex walks swaying, when a subject with a trunk anteflexion walks at an accelerated pace, a subject with a left-sided muscle atrophy makes a freezing leg (severe movement slowness). In some cases, it was demonstrated to be effective when using the gait disturbance support device 10 (test 2). In addition, it was demonstrated that when a subject without posture disorder walks in small steps, it is effective when the gait disorder support device 10 is used (test 2) and after use (test 3).

このことから、姿勢障害の方がリズム形成障害よりも重く患う場合には、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)のみ効果が現れる一方、リズム形成障害の方が姿勢障害よりも重く患う場合には、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)および使用後(テスト3)に効果が現れることが確認できる。 From this, when the posture disorder suffers more severely than the rhythm formation disorder, the effect appears only when the gait disorder support device 10 is used (test 2), while the rhythm formation disorder suffers more severely than the posture disorder. In this case, it can be confirmed that the effect appears when the gait disturbance support device 10 is used (test 2) and after the use (test 3).

即時的な歩行障害支援装置10による使用効果の機序について説明する。図33に示すような大脳小脳連関の運動学習モデルにおいて、身体運動は、感覚情報によるフィードバック制御と運動プログラムによるフィードフォワード制御との両作用によって生成されている。 The mechanism of the effect of using the immediate gait disturbance support device 10 will be described. In the motor learning model of the cerebral-cerebellar connection as shown in FIG. 33, the physical movement is generated by both the feedback control by the sensory information and the feedforward control by the movement program.

人体の中枢神経系において、対象者が歩行運動をしたいという計画運動軌道をもつと、脳からの動作指令がフィードバック制御器を介して末梢神経系における筋骨格系に届いて実際に歩行動作をさせる。その歩行動作時に末梢神経系における感覚系からの情報が中枢神経系のフィードバック制御器に戻り、脳で処理・統合されて誤差を補正してフィードバック制御する。 In the central nervous system of the human body, when the subject has a planned movement trajectory that he / she wants to perform a walking movement, a movement command from the brain reaches the musculoskeletal system in the peripheral nervous system via a feedback controller to actually perform a walking movement. .. Information from the sensory system in the peripheral nervous system returns to the feedback controller in the central nervous system during the walking motion, and is processed and integrated in the brain to correct the error and perform feedback control.

また速く正確な運動が要求される場合には、フィードバック遅延が生じて完全な誤差補正ができないため、歩行運動に必要な動作指令を脳内で予期的にシミュレーションしておき、フィードバック情報に依存せずに歩行動作を遂行するフィードフォワード制御が、中枢神経系のフィードフォワード制御器により実行される。 In addition, when fast and accurate exercise is required, feedback delay occurs and complete error correction cannot be performed. Therefore, the motion commands required for walking exercise are predicted to be simulated in the brain, and the feedback information is relied on. Feedback control that performs walking motion without walking is performed by a feedforward controller of the central nervous system.

そして中枢神経系において最適化器が、脳からの動作指令を筋骨格系に伝えて動作させながら、感覚系から戻るフィードバック情報との最適化を図るように調整する。 Then, in the central nervous system, the optimizer transmits the motion command from the brain to the musculoskeletal system to operate it, and adjusts to optimize with the feedback information returned from the sensory system.

ここで、歩行障害支援装置10の使用前(テスト1)では、パーキンソニズム患者である対象者が中枢神経系における最適化器が機能破綻して、歩行失調を起こしている。 Here, before the use of the gait disorder support device 10 (test 1), a subject who is a Parkinsonist patient has ataxia due to a malfunction of an optimizer in the central nervous system.

続いて、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)では、図34に示すように、対象者の末梢神経系における筋骨格系をバイパスするように側方揺動支援系を構築することによって、歩行動作における歩容改善を図ることができる。すなわち、側方揺動支援系は、歩行障害支援装置10を装着した対象者に対して体幹伸展とリズミカルな重心移動の補償を行うことにより、歩行障害の要因である機能低下を直接支援して、一時的に歩容を変化させて症状を軽減させることができる。 Subsequently, when the gait disturbance support device 10 is used (test 2), as shown in FIG. 34, a lateral swing support system is constructed so as to bypass the musculoskeletal system in the peripheral nervous system of the subject. , It is possible to improve the gait in walking motion. That is, the lateral swing support system directly supports the functional deterioration that is the cause of the gait disturbance by compensating the subject wearing the gait disturbance support device 10 for trunk extension and rhythmic movement of the center of gravity. Therefore, the gait can be changed temporarily to alleviate the symptoms.

さらに歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)では、図35に示すように、歩容改善によるフィードバック情報の信号が増幅されて感覚系を介してフィードバック制御器に戻ることから、感覚フィードバックの増加が起こる。すなわち、歩行障害の大きな要因がリズミカルな左右方向の重心移動の機能低下である場合は、フィードフォワード制御器による運動制御が活性化することによって効果の持続が期待される。 Further, when the gait disturbance support device 10 is used (test 2), as shown in FIG. 35, the signal of the feedback information due to the gait improvement is amplified and returns to the feedback controller via the sensory system. An increase occurs. That is, when the major cause of gait disturbance is a decrease in the function of rhythmic movement of the center of gravity in the left-right direction, it is expected that the effect will be sustained by activating the motor control by the feedforward controller.

(5)歩行障害支援装置を用いた継続的な使用効果(小刻み歩行)の検証実験
実験協力者である対象者は、小刻み歩行を呈するパーキンソン病(進行性角上性麻痺)患者1名(65歳、男性、現病歴1年)であり、症状は右側優位である。上述した即時的な使用効果の検証実験(図15A))と同様に、実験協力者である対象者の身体的特徴として、体重は64[kg]、歩行周期は1.05[s]である。また、歩行障害支援装置10による支援力を8.5[N]、支援周期を1.2[s]と設定する。
(5) Verification experiment of continuous use effect (small gait) using gait disorder support device The subject who is a collaborator of the experiment is one patient with Parkinson's disease (progressive supraclavicular palsy) who presents with small gait. Years old, male, current medical history 1 year), and symptoms are predominant on the right side. Similar to the above-mentioned immediate use effect verification experiment (Fig. 15A)), the physical characteristics of the subjects who are the collaborators of the experiment are a body weight of 64 [kg] and a walking cycle of 1.05 [s]. In addition, the support force of the gait disturbance support device 10 is set to 8.5 [N], and the support cycle is set to 1.2 [s].

試験環境として、対象者が椅子に座った状態から起立して、3[m]の直線に沿って歩行しながら旋回して元に戻って再度椅子に着座するまでの動作を、上述したテスト1〜3について各3回実施する(上述した図15(B))。その際、旋回時における対象者の歩数を主要評価項目とし、対象者と歩行障害支援装置(システム)10との同期性を副次評価項目とする。 As a test environment, the above-mentioned test 1 is a test environment in which the subject stands up from a chair, turns while walking along a straight line of 3 [m], returns to the original position, and sits on the chair again. Each of ~ 3 is carried out three times (FIG. 15 (B) described above). At that time, the number of steps of the subject at the time of turning is set as the primary evaluation item, and the synchronization between the subject and the gait disturbance support device (system) 10 is set as the secondary evaluation item.

これら即時的な使用効果の検証実験を所定期間を空けて3回実施する。第1回目の検証実験(デイ1:Day1)、その実験後から1ヶ月後に実施する第2回目の検証実験(デイ2:Day2)、その実験後から3ヶ月後に実施する第3回目の検証実験(デイ3:Day3)をそれぞれ実施した。第3回目の検証実験(デイ3)における小刻み歩行に対する即時的な使用効果の様子を図36(A)〜(C)に示す。 These immediate use effect verification experiments will be carried out three times with a predetermined period. The first verification experiment (Day 1: Day 1), the second verification experiment (Day 2: Day 2) conducted one month after the experiment, and the third verification experiment conducted three months after the experiment. (Day 3: Day 3) was carried out respectively. Figures 36 (A) to 36 (C) show the immediate effect of use on wiggle walking in the third verification experiment (Day 3).

第1回目から第3回目までの検証実験において、旋回時の対象領域における対象者の歩数を計測した結果を図37(A)および(B)に示す。歩数に関して、第1回目の検証実験(デイ1)により歩数が減少した状態が維持されて、そのまま第2回目の検証実験(デイ2)の直後も同様に歩数が減少したため、効果維持の傾向があることが確認された。 The results of measuring the number of steps of the target person in the target area during turning in the first to third verification experiments are shown in FIGS. 37 (A) and 37 (B). Regarding the number of steps, the state in which the number of steps decreased by the first verification experiment (Day 1) was maintained, and the number of steps decreased immediately after the second verification experiment (Day 2) as it was, so that the effect tends to be maintained. It was confirmed that there was.

第2回目の検証実験(デイ2)後から3ヶ月後の第3回目の検証実験(デイ3)までの間に小刻み歩行の症状が再度進行しつつあり、当該第3回目の検証実験(デイ3)によって効果の減少および維持がなされる傾向があることが確認された。 From the second verification experiment (Day 2) to the third verification experiment (Day 3) three months later, the symptoms of wiggle walking are progressing again, and the third verification experiment (Day 3) It was confirmed that 3) tends to reduce and maintain the effect.

このことから、歩行障害支援装置10を継続的に使用することによって、対象者が患う小刻み歩行が軽減される効果が持続することがわかる。さらに継続的な使用の可能性として、図37(C)に示すように、現在のパーキンソニズム症状(病歴)が長引くに際して、適宜使用(介入)することによって、重症化を抑制して症状を低減させたまま維持できる可能性があることが示唆された。 From this, it can be seen that by continuously using the gait disturbance support device 10, the effect of reducing the wiggle walking suffered by the subject is sustained. As a possibility of continuous use, as shown in FIG. 37 (C), when the current Parkinsonism symptom (medical history) is prolonged, appropriate use (intervention) is performed to suppress the aggravation and reduce the symptom. It was suggested that it may be possible to maintain the condition.

継続的な歩行障害支援装置10による使用効果の機序について説明する。まず、上述した図35に示す大脳小脳連関の運動学習モデルにおいて、歩行障害支援装置10の使用時(テスト2)では、歩容改善によるフィードバック情報の信号が増幅されて感覚系を介してフィードバック制御器に戻り、感覚フィードバックの増加が起こる。すなわち、歩行障害の大きな要因がリズミカルな左右方向の重心移動の機能低下である場合は、フィードフォワード制御器による運動制御が活性化する。 The mechanism of the effect of use by the continuous gait disturbance support device 10 will be described. First, in the motor learning model of the cerebral-cerebellar connection shown in FIG. 35 described above, when the gait disturbance support device 10 is used (test 2), the feedback information signal due to gait improvement is amplified and feedback control is performed via the sensory system. Returning to the vessel, an increase in sensory feedback occurs. That is, when the major factor of the gait disorder is the functional deterioration of the rhythmic movement of the center of gravity in the left-right direction, the motion control by the feedforward controller is activated.

継続的に歩行障害支援装置10を複数回使用すると、図38に示すように、時間経過による動作指令の信号がフィードバック制御器を介して減衰する。すなわち、歩行障害支援装置10の継続的な使用によって、歩行中の周期的な左右方向(側方方向)の重心移動を司るフィードフォワード制御器が、小刻み歩行が徐々に減少して歩容改善したことに伴い、一時的に活性化したと考えられる。 When the gait disturbance support device 10 is continuously used a plurality of times, as shown in FIG. 38, the signal of the operation command due to the passage of time is attenuated via the feedback controller. That is, with the continuous use of the gait disturbance support device 10, the feedforward controller that controls the periodic movement of the center of gravity in the left-right direction (lateral direction) during walking has improved the gait by gradually reducing the wiggle walking. As a result, it is considered that it was temporarily activated.

(6)本実施の形態の歩行障害支援装置による効果
以上のように、対象者が歩行障害支援装置10を装着した場合には、パーキンソン病に起因する歩行障害を抑制することができることを確認した。実際に全ての試行において、実験協力者である対象者が歩行を完遂したことを確認し、実験中および実験終了後に実験協力者へ身体の痛みがないことを確認した。さらに対象者からは歩行障害支援装置10による揺動支援を実感でき、当該歩行障害支援装置10を装着しているときは歩行がし易かったとの感想が得られた。
(6) Effect of the gait disturbance support device of the present embodiment As described above, it was confirmed that when the subject wears the gait disturbance support device 10, the gait disturbance caused by Parkinson's disease can be suppressed. .. In fact, in all the trials, it was confirmed that the subject who was the collaborator of the experiment completed walking, and it was confirmed that there was no physical pain to the collaborator during and after the experiment. Furthermore, the subject was able to feel the swing support by the gait disturbance support device 10, and obtained the impression that it was easy to walk when the gait disturbance support device 10 was worn.

したがって、歩行障害支援装置10の装着により対象者の前屈姿勢、および前屈姿勢に起因する重心位置の前方への偏位を軽減することができることを確認した。歩行障害支援装置10を即時的に使用する場合のみならず、姿勢障害を伴わない対象者においても継続的に使用する場合にも歩行障害を抑制する効果を得ることができる。 Therefore, it was confirmed that the attachment of the gait disturbance support device 10 can reduce the forward bending posture of the subject and the forward deviation of the center of gravity position due to the forward bending posture. The effect of suppressing gait disturbance can be obtained not only when the gait disturbance support device 10 is used immediately but also when it is continuously used by a subject who does not have a posture disorder.

また、従来からパーキンソン病患者をはじめとする脳神経系の機能不全者にリズム音を提示して歩行リズムを引き込み、人間とデバイスの歩行リズムを相互適応させることで歩行を支援する手法が報告されている。このことから、揺動支援によって歩行障害支援装置10と対象者との間に強制引き込み現象が励起されたと考えられる。 In addition, a method has been reported in the past to support walking by presenting rhythm sounds to patients with Parkinson's disease and other dysfunctional persons of the cranial nerve system to draw in walking rhythms and to mutually adapt the walking rhythms of humans and devices. There is. From this, it is considered that the forcible pull-in phenomenon was excited between the gait disturbance support device 10 and the subject by the swing support.

したがって、歩行障害支援装置10による側方揺動の補助により、歩行周期を維持するためのリズム形成を支援することが可能であることを確認した。 Therefore, it was confirmed that it is possible to support the formation of a rhythm for maintaining the walking cycle by assisting the lateral swing by the gait disturbance support device 10.

上述のような検証実験の結果によれば、本発明による歩行障害支援装置10によってパーキンソニズム患者の姿勢障害とリズム形成障害を補償することにより、歩行周期の減少を低減し、歩行障害の発現を抑制することが可能であることを確認した。 According to the results of the above-mentioned verification experiment, the gait disturbance support device 10 according to the present invention compensates for the posture disorder and the rhythm formation disorder of the Parkinsonism patient, thereby reducing the decrease in the walking cycle and causing the occurrence of the gait disorder. It was confirmed that it was possible to suppress it.

この歩行障害支援装置10による揺動支援手法は、歩行障害の原因である姿勢とリズム形成の機能低下を力学的かつ直接的に作用して補償するため、感覚機能に間接的に作用することで介助する従来手法と比較して信頼性が高い歩行障害支援手法である。 The swing support method by the gait disturbance support device 10 acts indirectly on the sensory function in order to compensate for the functional deterioration of posture and rhythm formation, which is the cause of the gait disturbance, by acting directly and mechanically. This is a gait disorder support method that is more reliable than the conventional method of assistance.

また、歩行障害支援装置10の使用時は、対象者への側方揺動が補助されているにも関わらず、症状の優位側である右足の前額面において足圧中心(COP)分布が中央に密集したことから、歩行障害支援装置10の介入によって症状の優位性が支持脚の際の歩行の安定性が向上したことがわかる。 In addition, when the gait disturbance support device 10 is used, the center of foot pressure (COP) distribution is centered on the front face value of the right foot, which is the dominant side of the symptom, even though the lateral swing to the subject is assisted. It can be seen that the intervention of the gait disturbance support device 10 improved the predominance of the symptom and the stability of gait at the support leg.

本実施の形態による歩行障害支援装置10によれば、対象者の歩行障害が即時的に抑制されるだけでなく、現在一般的に行われている薬物療法での服用薬の量を減らすことが可能となる。パーキンソン病は内科的治療や外科的治療とリハビリテーションの併用による症状の更なる改善が示唆されており、抗パーキンソン病薬を適切に減量することが不随意的に手足が動くジスキネジアといって運動合併症に対して重要であることから、歩行障害支援装置がパーキンソニズム患者に残存している自立歩行機能の支援に寄与することが期待される。 According to the gait disorder support device 10 according to the present embodiment, not only the gait disorder of the subject is immediately suppressed, but also the amount of the medicine to be taken in the currently commonly used drug therapy can be reduced. It will be possible. It has been suggested that the symptoms of Parkinson's disease can be further improved by the combined use of medical treatment or surgical treatment and rehabilitation. Since it is important for the disease, it is expected that the gait disorder support device will contribute to the support of the involuntary walking function remaining in Parkinson's patients.

(7)他の実施の形態
なお上述のように本実施の形態においては、歩行障害支援装置10として、対象者の下背部中央に固定された駆動部21からリンク部25を介して第1ベルト11に周期的な支援力を誘発させて、当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させる構成のものを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、対象者の体幹伸展とリズム形成とを補助しながら、パーキンソン病に特有の姿勢障害とリズム形成障害とを解消させることができれば、その他種々の構成のものを適用するようにしてもよい。
(7) Other Embodiments As described above, in the present embodiment as described above, as the gait disturbance support device 10, the first belt is used as the gait disturbance support device 10 from the drive unit 21 fixed to the center of the lower back of the subject via the link unit 25. A case has been described in which a configuration is applied in which the chest and lumbar region of the subject is alternately bent sideways by inducing a periodic support force to 11, but the present invention is not limited to this, and the subject's body is not limited to this. If it is possible to eliminate the posture disorder and the rhythm formation disorder peculiar to Parkinson's disease while assisting the trunk extension and the rhythm formation, various other configurations may be applied.

また本実施の形態においては、制御部22は、対象者の歩行周期の減少を低減させて歩行障害を抑制するように駆動部21を制御する際、介助者による操作部24による操作に応じて、記憶部23に記憶されている所望の周期タイミングを表すデータに基づいて対象者への揺動支援を実行するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、対象者の身体状態に基づいて支援力の振幅や周期を自律的に調整するフィードバック制御を実行するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, when the control unit 22 controls the drive unit 21 so as to reduce the decrease in the walking cycle of the target person and suppress the gait disturbance, the control unit 22 responds to the operation by the operation unit 24 by the caregiver. The case where the swing support to the subject is executed based on the data representing the desired cycle timing stored in the storage unit 23 has been described, but the present invention is not limited to this, and the body of the subject is not limited to this. Feedback control that autonomously adjusts the amplitude and period of the support force based on the state may be executed.

すなわち、図7との対応部分に同一符号を付した図39に示すように、対象者が装着する一対の靴(図示せず)にそれぞれ床反力ユニット40を搭載しておき、パワーユニット50に対してBluetooth(登録商標)やRF-IDなどの近距離無線通信方式によってワイヤレス通信可能に接続されている。 That is, as shown in FIG. 39 in which the corresponding portions corresponding to those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, the floor reaction force unit 40 is mounted on each pair of shoes (not shown) worn by the subject, and the power unit 50 is equipped with the floor reaction force unit 40. On the other hand, it is connected to enable wireless communication by short-range wireless communication methods such as Bluetooth (registered trademark) and RF-ID.

一対の床反力ユニット40において、それぞれ床反力センサ41は、対象者の左右の足裏にかかる荷重に対する反力を検出する。床反力センサ41は、例えば、印加された荷重に応じた電圧を出力する圧電素子、または荷重に応じて静電容量が変化するセンサなどからなり、体重移動に伴う荷重変化、および対象者の脚と地面との接地の有無をそれぞれ検出することができる。 In each of the pair of floor reaction force units 40, the floor reaction force sensors 41 detect the reaction force against the load applied to the left and right soles of the subject. The floor reaction force sensor 41 is composed of, for example, a piezoelectric element that outputs a voltage corresponding to an applied load, a sensor whose capacitance changes according to a load, or the like, and changes in load due to weight transfer and the subject. It is possible to detect the presence or absence of contact between the leg and the ground.

床反力ユニット40は、靴構造以外に、床反力センサ41とMCU(Micro Control Unit)からなる床反力制御部42と無線通信部43とを有する。靴底に装着された床反力センサ41の出力を変換器44を介して電圧変換した後、LPF(Low Pass Filter)45を介して高域周波数帯を遮断してから床反力制御部42に入力される。 In addition to the shoe structure, the floor reaction force unit 40 includes a floor reaction force sensor 41, a floor reaction force control unit 42 including an MCU (Micro Control Unit), and a wireless communication unit 43. After the output of the floor reaction force sensor 41 mounted on the sole is voltage-converted via the converter 44, the high frequency band is cut off via the LPF (Low Pass Filter) 45, and then the floor reaction force control unit 42 Is entered in.

この床反力制御部42は、床反力センサ41の検知結果に基づいて、対象者の体重移動に伴う荷重変化や接地の有無を求めるとともに、左右の足裏にかかる荷重バランスに応じた重心位置を求め、これを床反力データとして無線通信部43を介して送信する。 Based on the detection result of the floor reaction force sensor 41, the floor reaction force control unit 42 obtains the load change due to the weight shift of the subject and the presence or absence of ground contact, and the center of gravity according to the load balance applied to the left and right soles. The position is obtained, and this is transmitted as floor reaction force data via the wireless communication unit 43.

このように一対の床反力ユニット40では、対象者の左右の足のどちら側に重心が偏っているかを、各床反力センサ41で計測されるデータに基づいて、推定することができる。なお、床反力ユニット40は、靴から構成されるようにしたが、対象者の靴内に着脱自在に装填可能なインソールとして構成するようにしてもよい。 In this way, in the pair of floor reaction force units 40, it is possible to estimate which side of the subject's left or right foot the center of gravity is biased based on the data measured by each floor reaction force sensor 41. Although the floor reaction force unit 40 is composed of shoes, it may be configured as an insole that can be detachably loaded into the shoes of the subject.

パワーユニット50では、無線通信部51を介して床反力ユニット40の無線通信部43から送信された床反力データを受信した後、制御部22に入力される。制御部22は、床反力制御部42により検出された対象者の左右の足裏面の重心位置に加わる荷重の左右の切替えタイミングに基づいて、当該対象者の歩行周期の減少を低減させて加速歩行を抑制するように、駆動部21をフィードバック制御する。 The power unit 50 receives the floor reaction force data transmitted from the wireless communication unit 43 of the floor reaction force unit 40 via the wireless communication unit 51, and then inputs the data to the control unit 22. The control unit 22 reduces the decrease in the walking cycle of the target person and accelerates based on the left / right switching timing of the load applied to the positions of the center of gravity of the left and right foot surfaces of the target person detected by the floor reaction force control unit 42. The drive unit 21 is feedback-controlled so as to suppress walking.

この結果、歩行障害支援装置10では、パーキンソン病を患う対象者に対して歩行周期の変動が小さく維持されるように歩行障害を支援することができる。特にパーキンソニズムの症状は、患者毎に進行の度合いや身体的特徴が異なることに加え、患者自身の日内変動も大きいため、対象者の身体状態に基づき支援力の振幅や周期を自律的に調整するフィードバック制御は非常に有効である。 As a result, the gait disorder support device 10 can support the gait disorder so that the fluctuation of the walking cycle is kept small for the subject suffering from Parkinson's disease. In particular, the symptoms of parkinsonism differ in the degree of progression and physical characteristics of each patient, and the diurnal variation of the patient itself is large, so the amplitude and cycle of support force are autonomously adjusted based on the physical condition of the subject. Feedback control is very effective.

さらに本実施の形態においては、上述した図38に示すように、対象者が継続的に歩行障害支援装置10を複数回使用した結果、歩容改善に伴うフィードフォワード制御器の活性化によるフィードバック制御器からの時間経過による動作指令信号が減衰する場合について述べたが、本発明はさらに歩行障害支援装置10の継続的使用に基づく大脳皮質運動野への介入による機能改善効果を実現することも可能である。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 38 described above, as a result of the subject continuously using the gait disturbance support device 10 a plurality of times, feedback control by activation of the feedforward controller accompanying gait improvement is performed. Although the case where the motion command signal is attenuated due to the passage of time from the vessel has been described, the present invention can further realize the function improvement effect by intervention in the cerebral cortex motor area based on the continuous use of the gait disturbance support device 10. Is.

すなわち、対象者がパーキンソン病を代表する大脳基底核患者の場合、記憶依存性運動への選択的障害がみられる傾向がある。この記憶依存性運動(内的誘導性運動)とは、複数の運動目標に対してどのような順番で到達するかを自分自身であらかじめ決めたり、その順番を記憶してから実行する場合をいう。大脳皮質内側面の補足運動野は、大脳基底核と密接な機能連絡を解剖学的に有していることから、記憶依存性運動のときに活動する。 That is, if the subject is a patient with basal ganglia, which is representative of Parkinson's disease, there is a tendency for selective impairment of memory-dependent movement to be observed. This memory-dependent exercise (internally inducible exercise) refers to a case in which the order of reaching a plurality of exercise goals is decided in advance by oneself, or the order is memorized and then executed. .. The supplementary motor area on the medial aspect of the cerebral cortex is active during memory-dependent exercise because it has anatomical close functional communication with the basal ganglia.

対象者は、歩行障害支援装置10を装着した状態で、制御部22により胸腰部を左右交互に側屈動作させられ、前庭器官のうち回転感を生じさせる三半規管が刺激される程度に平衡感覚に所定レベルの負荷が与えられると、対象者が全身を使って歩行バランスを維持しようと努める。平衡感覚は、前庭器官の刺激により生ずる感覚であり、前庭器官からの情報が前庭神経核に入り、視床を介して大脳皮質に至り、そこで情報処理を受けて生じるものである。 With the gait disturbance support device 10 attached, the subject is allowed to flex the chest and lumbar region alternately left and right by the control unit 22, and the semicircular canals that cause a feeling of rotation in the vestibular organs are stimulated to a sense of balance. Given a given level of load, the subject attempts to maintain gait balance using the entire body. The sense of balance is a sensation generated by stimulation of the vestibular organ, and information from the vestibular organ enters the vestibular nuclei, reaches the cerebral cortex via the thalamus, and is generated by receiving information processing there.

これにより、対象者の大脳小脳連関の運動学習モデルにおいて、体幹・姿勢制御系の筋群内の感覚器官からの感覚情報と当該装置による刺激で生ずる平衡感覚情報とが合わさり強化され、大脳皮質内側面の補足運動野にフィードバックされて、当該補足運動野の機能を活性化させることが可能となる。 As a result, in the motor learning model of the subject's cerebellar-cerebellar connection, the sensory information from the sensory organs in the muscle group of the trunk / posture control system and the equilibrium sensory information generated by the stimulation by the device are combined and strengthened, and the cerebral cortex is strengthened. It is possible to activate the function of the supplementary motor area by feeding back to the supplementary motor area on the inner surface.

このように歩行障害支援装置10では、制御部22が対象者の平衡感覚に所定レベルの負荷が与えられる程度まで当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させるように、駆動部21の出力トルクを制御することにより、大脳皮質における比較的介入が弱い領域である補足運動野の機能を活性化させて記憶依存性運動を改善することができる。 In this way, in the gait disturbance support device 10, the drive unit 21 causes the control unit 22 to alternately bend the chest and waist of the subject to the extent that a predetermined level of load is applied to the subject's sense of balance. By controlling the output torque, it is possible to activate the function of the supplementary motor area, which is a region in the cerebral cortex where intervention is relatively weak, and improve memory-dependent movement.

10…歩行障害支援装置、11…第1ベルト、12…第2ベルト、20、50…パワーユニット、21…駆動部、21A…出力軸、22…制御部、23…記憶部、24…操作部、25…リンク部、26…バッテリ、30…第3ベルト、40…床反力ユニット、41…床反力センサ、42…床反力制御部、43、51…無線通信部、44…変換器、45…LPF。 10 ... Gait disturbance support device, 11 ... 1st belt, 12 ... 2nd belt, 20, 50 ... Power unit, 21 ... Drive unit, 21A ... Output shaft, 22 ... Control unit, 23 ... Storage unit, 24 ... Operation unit, 25 ... Link unit, 26 ... Battery, 30 ... Third belt, 40 ... Floor reaction force unit, 41 ... Floor reaction force sensor, 42 ... Floor reaction force control unit, 43, 51 ... Wireless communication unit, 44 ... Converter, 45 ... LPF.

Claims (8)

対象者の肩甲骨が内外転可能となるように当該対象者の胸部付近に装着された第1ベルトと、
前記対象者の腰部に装着された第2ベルトと、
前記第2ベルトにおける前記対象者の下背部中央に固定して取り付けられ、当該対象者の背面に対する垂直方向を回動中心とする出力軸を有し、当該出力軸を正転方向または逆転方向に回動駆動させる駆動部と、
前記第1ベルトにおける前記対象者の上背部中央と前記駆動部の前記出力軸とを連結するリンク部と、
前記駆動部の前記出力軸を所望の周期タイミングで正転方向と逆転方向と交互に揺動駆動させるように当該駆動部の出力トルクを制御する制御部と
を備え、前記制御部は、前記駆動部の出力トルクに応じた加振力を前記リンク部を介して前記第1ベルトに付与することにより、前記対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させる
ことを特徴とする歩行障害支援装置。
The first belt worn near the subject's chest so that the subject's scapula can be abducted and abducted,
The second belt attached to the subject's waist and
It is fixedly attached to the center of the lower back of the subject in the second belt, has an output shaft whose rotation center is in the direction perpendicular to the back surface of the subject, and has the output shaft in the forward rotation direction or the reverse rotation direction. A drive unit that rotates and drives
A link portion connecting the center of the upper back portion of the subject in the first belt and the output shaft of the drive portion, and a link portion.
The output shaft of the drive unit is provided with a control unit that controls the output torque of the drive unit so as to swing and drive the output shaft of the drive unit alternately in the forward rotation direction and the reverse rotation direction at a desired cycle timing, and the control unit is the drive unit. A gait disturbance support device characterized in that the chest and lumbar region of the subject is alternately laterally bent to the left and right by applying a vibrating force corresponding to the output torque of the portion to the first belt via the link portion. ..
前記駆動部に固定して取り付けられ、前記第2ベルトに対して所定の高さ位置を保つように前記対象者の腰部の上方部位に装着された第3ベルト
を備え、前記駆動部は、前記第2ベルトおよび前記第3ベルトによって前記対象者の下背部中央に固定される
ことを特徴とする請求項1に記載の歩行障害支援装置。
A third belt, which is fixedly attached to the drive unit and attached to an upper portion of the waist of the subject so as to maintain a predetermined height position with respect to the second belt, is provided, and the drive unit is the drive unit. The gait disturbance support device according to claim 1, wherein the subject is fixed to the center of the lower back of the subject by the second belt and the third belt.
前記対象者の左右の足裏面に取り付けられ、当該各足裏面に加わる荷重を測定する足荷重測定部と、
前記足荷重測定部により測定された荷重変化により、前記対象者の左右の足裏面の重心位置をそれぞれ検出する重心位置検出部と
を備え、前記制御部は、前記重心位置検出部により検出された前記対象者の左右の足裏面の重心位置に加わる荷重の左右の切替えタイミングに基づいて、当該対象者の歩行周期の減少を低減させて歩行障害を抑制するように、前記駆動部をフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の歩行障害支援装置。
A foot load measuring unit that is attached to the left and right foot surfaces of the subject and measures the load applied to each foot surface.
The control unit is provided with a center of gravity position detection unit that detects the positions of the center of gravity of the left and right back surfaces of the subject by the load change measured by the foot load measurement unit, and the control unit is detected by the center of gravity position detection unit. Based on the left / right switching timing of the load applied to the positions of the center of gravity of the left and right foot surfaces of the target person, the drive unit is feedback-controlled so as to reduce the decrease in the walking cycle of the target person and suppress the walking obstacle. The walking disorder support device according to claim 1 or 2, characterized in that.
前記制御部は、前記対象者の平衡感覚に所定レベルの負荷が与えられる程度まで当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させるように、前記駆動部の出力トルクを制御する
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の歩行障害支援装置。
The control unit is characterized in that the output torque of the drive unit is controlled so that the chest and lumbar region of the subject is alternately laterally bent to the extent that a predetermined level of load is applied to the sense of balance of the subject. The gait disturbance support device according to any one of claims 1 to 3.
前記リンク部は、前記対象者の体幹の前屈角度が所定範囲内を維持するように、リンク長を設定しておく
ことを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の歩行障害支援装置。
The gait according to any one of claims 1 to 4, wherein the link portion has a link length set so that the forward bending angle of the trunk of the subject is maintained within a predetermined range. Disability support device.
対象者の肩甲骨が内外転可能となるように当該対象者の胸部付近に装着された第1ベルトにおける前記対象者の上背部中央と、前記対象者の腰部に装着された第2ベルトにおける前記対象者の下背部中央に固定して取り付けられた駆動部の出力軸とをリンク部を介して連結しておき、
前記駆動部の前記出力軸を所望の周期タイミングで前記対象者の背面に対する垂直方向を回動中心として正転方向と逆転方向と交互に揺動駆動させるように当該駆動部の出力トルクを制御する第1ステップと、
前記駆動部の出力トルクに応じた加振力を前記リンク部を介して前記第1ベルトに付与することにより、前記対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させる第2ステップと
を備えることを特徴とする歩行障害支援方法。
The center of the upper back of the subject in the first belt attached near the chest of the subject so that the scapula of the subject can be abducted and abducted, and the second belt attached to the waist of the subject. The output shaft of the drive unit fixedly attached to the center of the lower back of the subject is connected via the link portion.
The output torque of the drive unit is controlled so that the output shaft of the drive unit is oscillated alternately in the forward rotation direction and the reverse rotation direction with the direction perpendicular to the back surface of the subject as the center of rotation at a desired cycle timing. The first step and
A second step is provided in which the chest and lumbar portions of the subject are alternately laterally bent to the left and right by applying a vibrating force corresponding to the output torque of the drive unit to the first belt via the link portion. A gait disorder support method characterized by.
前記第1ステップでは、前記対象者の左右の足裏面の重心位置に加わる荷重の左右の切替えタイミングに基づいて、当該対象者の歩行周期の減少を低減させて歩行障害を抑制するように、前記駆動部をフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項6に記載の歩行障害支援方法。
In the first step, the gait disturbance is suppressed by reducing the decrease in the walking cycle of the subject based on the left / right switching timing of the load applied to the positions of the center of gravity of the left and right foot surfaces of the subject. The gait disturbance support method according to claim 6, wherein the drive unit is feedback-controlled.
前記第1ステップでは、前記対象者の平衡感覚に所定レベルの負荷が与えられる程度まで当該対象者の胸腰部を左右交互に側屈動作させるように、前記駆動部の出力トルクを制御する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の歩行障害支援方法。
In the first step, the output torque of the drive unit is controlled so that the chest and lumbar region of the subject is alternately laterally bent to the extent that a predetermined level of load is applied to the sense of balance of the subject. The gait disorder support method according to claim 6 or 7.
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