JP4002974B2 - 上肢手指リハビリテーションシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上肢手指リハビリテーションシステムに関するものであり、特に、正常な運動機能を有する健側の上肢手指の動きに対応させて、運動機能の回復訓練を要する患側の上肢手指を他動的に運動させ、リハビリテーションを行うことが可能な上肢手指リハビリテーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、三大成人病の一つとして数えられる脳卒中などの脳外科系疾患や、災害や交通事故などの人体に対して激しい衝撃が加わったことによる脊髄損傷などにより、身体（主に手足）の少なくとも一部の運動機能が著しく低下し、若しくは麻痺などによって損なわれることがある。
【０００３】
この場合、特に脳卒中などの脳外科系疾患の場合、全身の運動機能の全てが損なわれることはなく、いずれか一方の半身（左半身若しくは右半身）の運動機能が損なわれることが一般的である。なお、正常な運動機能を有する半身側を「健側（健常側）」、一方、運動機能が低下し、機能回復訓練等が必要な半身側を「患側」と呼称することが、医療関係者の間に一般的に定義されており、本明細書中においても係る定義に基づいて以下の説明を行うものとする。
【０００４】
一般に、いずれか一方の半身の運動機能が低下した患者は、身体の運動機能の回復を行うために、種々のリハビリテーション等の機能回復訓練を行うことがある。このとき、リハビリテーションはリハビリテーション専門医或いは理学療法士などの専門的技術を有する医療スタッフの在籍する医療施設で行われることが多い。そして、係る医療スタッフによって各患者の運動機能の回復状況に応じて適切にプランニングされたリハビリテーションプログラム（メニュー）に則って、上述のリハビリテーションが行われている。
【０００５】
以上の従来技術は、当業者において当然として行われているものであり、出願人は、この従来技術が記載された文献等を本願出願時において特に知見していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したように、患者はリハビリテーションを受けるために、医療スタッフのいる専用の医療施設まで通院する必要があった。ところが、リハビリテーションを行うために患者が医療施設まで毎日通院することは、時間的及び経済的な側面から制約されることが多く、医療施設に継続して通うことは困難となることがあり、運動機能の回復が当初の見込みに対して遅延するなどの問題を生じていた。
【０００７】
一方、医療施設においても、患者の数に応じて多くの医療スタッフを備える必要があり、人件費等の問題から充分な人数の医療スタッフを揃えることができず、一人の医療スタッフが患者一人当たりに対応することができる指導時間が限られてしまうことがあった。その結果、適切なリハビリテーションの指導が受けられないこととがあり、前述と同様に運動機能の回復が遅れることがあった。
【０００８】
また、現在においては、リハビリテーションをより簡便に行うために、種々の機器（ＣＰＭ機器など）が多く開発されており、特に、肩、肘、手首、及び指などの上肢・手指の機能回復を目的としたものが多かった。ところが、これらの従来の機器は、運動機能が低下し、動かなくなった関節に屈曲及び伸展の運動を強制的に繰返えさせるものに過ぎなかった。また、手指の機能回復を目的とする機器は、五本（若しくは親指を除く四本）の指を、一度にまとめて屈曲・伸展運動させるものが多く、個々の指に対して独立した運動を行わせることはできなかった。
【０００９】
ここで、人間の手指は、人体を構成する部位の中で、特に複雑でかつ精細な動きをすることができる箇所であり、上述のような屈曲及び伸展を単純に繰返すような運動を行わせるだけでは、ある程度運動機能が回復した段階では、それ以上の訓練効果が望めないことがあった。その結果、本来の手指が備える複雑でかつ細やかな運動機能を回復させるための訓練機器が望まれていた。
【００１０】
さらに、上述の従来の機器は、上肢や手指の可動する関節を予め設定した可動範囲で他動的に運動させるようプログラムされたものが多かった。その結果、患者の運動機能の回復状況によっては、回復訓練を行う関節の可動範囲よりも、前述の機器による可動範囲の方が広く設定されていることがあった。そのため、機器を用いた回復訓練によって関節に強い力や負荷がかかり、かえって機能回復の効果を損なう結果がもたらされるケースもあった。
【００１１】
加えて、一般にリハビリテーションは、機能低下した関節等を単純に他動的に運動させるだけでは十分な効果を得ることができず、患者自身が積極的（能動的）に患側の上肢及び手指を動かそうとする意志等を伴うことによって、機能回復が速やかに進むことが知られている。ところが、上述した機器には、係る点を考慮して開発されたものが皆無であった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記実情に鑑み、正常に機能する健側上肢手指を患者の意志によって能動的に動かし、健側上肢手指の動きに左右対称に対応させて運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指を運動させ、リハビリテーションを行うことが可能な上肢手指リハビリテーションシステムの提供を課題するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる上肢手指リハビリテーションシステムは、「正常な運動機能を有する健側上肢手指の五本の指に各々独立して装着され、患者の意志に基づいて能動的に動かされる前記健側上肢手指の運動を検出可能な運動検出装置と、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指の五本の指に各々独立して装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる回復訓練装置と、前記運動検出装置及び前記回復訓練装置に接続され、前記健側上肢手指の運動に対応させて前記回復訓練装置による前記患側上肢手指の運動を制御する制御装置とを具備し、前記運動検出装置は、前記健側上肢手指の関節の関節角度を予め設定した単位時間毎に検知する角度検知手段と、前記角度検知手段によって検知された前記関節角度を角度データとして、前記制御装置に送出する角度データ送出手段とをさらに有し、前記制御装置は、前記運動検出装置から送出された前記角度データを受付ける角度データ受付手段と、受付けた前記角度データに基づいて前記患側上肢手指を他動的に運動させるための制御データを生成する制御データ生成手段と、生成された前記制御データを前記回復訓練装置に対して送出する制御データ送出手段とをさらに有し、前記回復訓練装置は、前記制御装置から送出された前記制御データを受付ける制御データ受付手段と、前記回復訓練装置の装着された前記患側上肢手指を前記健側上肢手指の能動的な動きに合わせて左右対称になるように他動的に運動させ、運動機能の回復訓練を行う訓練手段と、前記訓練手段にしたがって前記患側上肢手指を他動的に運動させることによって生じる力を検出する力検出手段と、検出された前記力に係る力覚データを前記制御装置に送出する力覚データ送出手段とを具備し、前記制御装置は、前記回復訓練装置から送出された前記力覚データを受付ける力覚データ受付手段と、受付けた前記力覚データに基づいて、前記患側上肢手指の患側関節角度の可動範囲を規制する可動規制手段とをさらに有し、前記制御データ及び前記訓練手段に基づいて、単位時間毎に検知された前記健側上肢手指の前記関節角度に対応させて前記患者が動かす関節及び動作速度を意識しながら前記患側上肢手指の五本の指の第一関節、第二関節、及び第三関節の患側関節角度を左右対称にそれぞれ独立して変位させる」ものとして主に構成されている。
【００１４】
ここで、本発明の上肢手指リハビリテーションシステム（以下、単に「上肢手指リハビリシステム」と称す）は、患者の意志に基づいて能動的に動かされる健側上肢手指の動きに対応して、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手段を他動的に運動させるものであり、健側上肢手指に装着可能な運動検出装置と、患側上肢手指に装着される回復訓練装置と、運動検出装置及び回復訓練装置と接続された制御装置とから主に構成されている。
【００１５】
また、患側上肢手指とは、例えば、脳卒中などの後遺症として左半身若しくは右半身のいずれか一方が麻痺やしびれ、或いは一時的な運動機能の低下を生じた場合において、”運動機能等の低下した半身側の肩から指の先までの部分を総称して示すもの”であり、一方、健側上肢手指とは、”正常な運動機能を有する半身側の肩から指先までを総称して示すもの”と本明細書中において定義する。ここで、健側及び患側のいずれの上肢手指においても、肩関節、肘関節、手首関節、及び手指関節等の複数の関節に従って可動することが可能である。
【００１６】
さらに、健側上肢手指に装着される運動検出装置の具体的な例について説明すると、運動検出装置は、上述した各関節（肩関節、指の第一関節等）などの可動（回動）可能な上肢手指のそれぞれの関節角度を検知可能なものである。このとき、関節角度を検知する頻度及びタイミングは、特に限定されないが、例えば、所定の単位時間毎（例えば、０．１ｓ間隔など）に関節角度を検知することにより、関節角度の変位角量や変位速度などが算出され、健側上肢手指の連続的な動きを把握することが可能となる。
【００１７】
一方、回復訓練装置は、患側上肢手指を他動的に運動させることが可能なものであり、具体的な構成として、例えば、複数のアームをジョイント（連結部）を利用して連結し、組合わされたリンク機構によって形成され、各々の関節を他動的に動かすための可動力を供給する複数の関節可動用の可動モータなどを備えるものから構成される。また、制御装置は、運動検出装置から送出された角度データに基づいて回復訓練装置の装着された患側上肢手指を他動的に運動させるための制御を行う制御データを生成可能なものであり、市販のパーソナルコンピュータなどの情報処理機器を利用し、上述の作用を奏させるように情報処理機器を機能させるプログラム（ソフトウェア）を実行させることにより、運動検出装置に対応して患側上肢手指を動かす制御が行えるようになる。
【００１８】
上記に示した構成により、例えば、右半身側の健側上肢手指の小指を患者の意志によって能動的に動かすことにより、この動きに対応して健側上肢手指の小指の第一関節、第二関節、及び第三関節の関節角度がそれぞれ変化する。そして、この関節角度の変位がフレキシブル関節センサなど周知のセンサ技術を利用して検知される。これにより、患者の意志に基づく能動的な健側上肢手指の運動が、検出信号を電気的に変換することにより角度データとされ、運動検出装置と接続した制御装置に対して送出される。
【００１９】
制御装置は、運動検出装置から送出されたこの角度データを受付け、角度データに基づいて回復訓練装置を制御するための指令値に相当する制御データを生成し、生成された制御データを回復訓練装置に対して送出する。このとき、回復訓練装置は、制御データから送付された制御データを受付け、制御データに従って訓練手段に含まれる関節可動用の可動モータを作動させ、健側上肢手指の関節角度に左右対称となるように対応させて患側上肢手指の各関節の患側関節角度を変位させる。これにより、訓練手段にしたがって患側上肢手指を他動的（換言すれば、強制的）に運動させることが可能となる。
【００２０】
以上のように、本発明の上肢手指リハビリシステムによれば、健側上肢手指の能動的な動きに対応させて、患側上肢手指を動かすことが可能となる。これにより、患者は自らの運動機能の回復状況に合わせて、動かす関節及び動作速度を意識しながら決定し、運動機能の回復訓練を行うことが可能となる。すなわち、従来の機器のように、単純に各関節を他動的に屈曲及び伸展させるものでなく、患者の意志を伴ったリハビリテーションを行うことが可能となる。その結果、リハビリテーションによる機能回復効果がより高いものとなる。加えて、各関節の可動範囲が健側上肢手指の動きによって決定されるため、患側上肢手指に無理な負担がかかることがない。そのため、患側上肢手指の運動機能を逆に阻害するような運動が行われる可能性がほとんどなく、安全な状態で運動機能の回復に係るリハビリテーションを行える。
【００２１】
また、本発明の上肢手指リハビリシステムは、患側上肢手指の各関節を独立して動かすことも可能となる。すなわち、従来の「ＣＰＭ機器」は、前述したように手指の指をまとめて屈曲等の運動をさせるものがほとんどであり、独立して五本の指を動かすことができなかった。ところが、運動機能の回復がある程度まで進行すると、上述の全ての指をまとめて動かす動作によっては、それ以上の機能回復があまり見込まれないことがある。そこで、本発明の上肢手指リハビリシステムにおける回復訓練装置を利用し、健側上肢手指の各関節の動き、換言すれば、各指のそれぞれの動きを独立して動かすことにより、各指の動きをより複雑なものとすることが可能となる。その結果、患側上肢手指の運動機能の回復がより速やかとなり、回復に要する時間の短縮が期待され、日常生活等の各場面においてそれぞれ対応することができるようになるまで運動機能を回復させられる。ここで、患側上肢手指の関節の可動範囲が、機能低下によって健側上肢手指の関節の可動範囲よりも小さい場合、健側上肢手指と同じ可動範囲で患側上肢手指を動かそうとすると、患側上肢手指の関節を無理に動かすこととなり、過剰な負荷が生じることがある。その結果、関節の機能をかえって損なうことにもなる。そこで、患側上肢手指の動きに伴って発生する力を力覚センサなどの力検出手段によって検出し、力覚データとして制御装置に送出することを行う。そして、制御装置は受付けた力覚データに基づいて、患側上肢手指の関節の可動範囲を規制し、上述した無理な負荷が関節に加わらないようにするための制御データの補正が行われる。これにより、患側上肢手指の運動機能の回復訓練をより安全のものとすることができる。
【００２２】
本発明の上肢手指リハビリテーションシステムは、上記の構成に加え、「前記回復訓練装置は、前記患側上肢手指の前記患側関節角度を検知する患側角度検知手段と、検知された前記患側関節角度を患側角度データとして前記制御装置に送出する患側角度データ送出手段とをさらに備え、前記制御装置は、前記回復訓練装置から送出された前記患側角度データを受付ける患側角度データ受付手段と、受付けた前記患側角度データ及び前記運動検出装置から送出された前記角度データを比較し、前記健側上肢手指の前記関節角度に対する前記患側関節角度の誤差を把握し、前記誤差を解消し、前記健側上肢手指及び前記患側上肢手指を左右対称とするための角度補正データを生成する角度補正データ生成手段と、前記角度補正データに基づいて、生成された前記制御データを補正する補正手段と」をさらに有する構成であっても構わない。
【００２３】
上記構成により、健側上肢手指の動きに対応して運動する患側上肢手指の各関節の患側関節角度が回復訓練装置によって検知される。ここで、制御装置によって生成される制御データは、健側上肢手指の関節角度と患側上肢手指の患側関節角度を略一致させようとするためのものである。しかしながら、各可動モータの作動タイミング、制御装置における処理時間、及び健側上肢手指の急激な動作などの種々の要因によって、関節角度（健側）と患側関節角度とは必ずしもリアルタイムで完全に一致するものではない。そこで、本発明の構成に示すように、患側上肢手指の患側関節角度を検知し、健側上肢手指の関節角度との誤差（ずれ）を把握し、患側関節角度の患側角度データ（実測値に相当）を角度データ（目標値に相当）に近づけるような角度補正データを生成し、制御データを補正する、換言すればフィードバック機能を持たせることが行われる。これにより、健側上肢手指及び患側上肢手指の各関節角度をほぼ左右対称にさせることができる。なお、上述の角度補正データの生成は、把握された誤差を微積分処理することによって求めることができる。
【００２４】
本発明の上肢手指リハビリシステムは、上記の構成に加え、「前記回復訓練装置は、前記患側上肢手指の運動によって生じる力を検出する力検出手段と、検出された前記力に係る力覚データを前記制御装置に送出する力覚データ送出手段とをさらに有し、前記制御装置は、送出された前記力覚データを受付ける力覚データ受付手段と、受付けた前記力覚データに基づいて、前記患側上肢手指の前記患側関節角度の可動範囲を規制する可動規制手段と」をさらに有するものであってもよい。
【００２７】
本発明の上肢手指リハビリシステムは、「前記回復訓練装置は、前記患側上肢手指の患側手指の少なくともいずれか一つの指に装着可能に形成され、前記患側上肢手指を支持する支持本体と、前記指の第一関節及び第二関節の間に装着される第一装着部と、前記指の前記第二関節及び第三関節の間に装着される第二装着部と、前記第一装着部及び前記第二装着部と互いに回動自在に連結され、略中央に設けられた第一曲折部によって曲折自在に形成される第一リンクアーム部と、前記第一リンクアーム部の一端と接続し、前記第一リンクアーム部及び前記第一装着部を介して前記指の前記第二関節を可動させる第一可動モータと、前記第二装着部及び前記支持本体と互いに回動自在に連結され、略中央に設けられた第二曲折部によって曲折自在に形成される第二リンクアーム部と、前記第二リンクアーム部の一端と接続し、前記第二リンクアーム部及び前記第二装着部を介して前記指の前記第三関節を可動させる第二可動モータと」を具備している。
【００２８】
ここで、第一リンクアーム部及び第二リンクアーム部は、前述したように複数のアームをジョイントで連結し、ジョイントを回動軸としてアームを回動可能に形成したものであり、患側上肢手指の各関節の可動範囲に合わせて回動させることにより、患側上肢手指の指の部分を他動的に運動させることができる。これにより、各装着部を介して装着された指の第二関節及び第三関節を、可動モータの可動力を利用して他動的に可動させ、患側上肢手指の運動機能の回復訓練が行える。その結果、上述した本発明の上肢手指リハビリテーションシステムにおける優れた作用を奏することとなる。
【００２９】
本発明の上肢手指リハビリシステムは、上記構成に加え、「前記回復訓練装置は、前記第二リンクアーム部の一端と接続され、前記第二リンクアーム部を左右方向に揺動可能な揺動連結部と、前記揺動連結部を介して連結された前記第二リンクアーム部を左右方向に揺動させる第三可動モータと」をさらに具備するものであってもよい。
【００３０】
したがって、本発明の上肢手指リハビリシステムによれば、第三可動モータを利用して、第二リンクアーム部を左右方向に揺動可能な揺動連結部を有している。ここで、実際の手指の第三関節は、手を握ったり、伸ばしたりする動作に加え、指と指との間を互いに左右方向に拡げる動作を行うことがある。そこで、本発明の上肢手指リハビリシステムによれば、上述した揺動連結部及び第三可動モータを含んだ構成を採用することにより、患側上肢手指の関節を屈曲及び展開させる運動に加え、指と指との間を開く動作を行わせることが可能となり、より複雑な動きを患側上肢手指に行わせられるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の上肢手指リハビリシステム１を具現化した一実施形態について、図１乃至図９に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態の上肢手指リハビリシステム１の概略構成を示す説明図であり、図２は上肢手指リハビリシステム１における運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの機能的構成を示すブロック図であり、図３は上肢手指リハビリシステム１の指訓練部２８の構成を示す斜視図であり、図４乃至図６は指訓練部２８の構成及び変位の態様を示す側面図であり、図７は指訓練部２８における各関節の可動を模式的に説明する模式図であり、図８及び図９は上肢手指リハビリシステム１における運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４における処理の流れを示すフローチャートである。
【００３２】
本実施形態の上肢手指リハビリシステム１は、患者ＣＫの正常な運動機能を有する肩から指先までの健側上肢手指６を被覆するように装着され、患者ＣＫの意志に基づいて能動的に動かされる健側上肢手指６の動きを検出可能な運動検出装置２と、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指５に装着され、患側上肢手指５を他動的に運動させる回復訓練装置４と、運動検出装置２及び回復訓練装置４と電気的に接続され、健側上肢手指６の動きに対応させて、患側上肢手指５の動きを制御する制御装置３とを有している。ここで、図１は本発明の上肢手指リハビリシステム１の概略構成の一例を示したものであり、各構成要素（運動検出装置２、制御装置３、回復訓練装置４）の形状及び構造等を特に限定するものではない。また、図１に示すように、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１を適用し、電子楽器Ｅの鍵盤Ｋを健側上肢手指６及び患側上肢手指５によってそれぞれ押す（叩く）動作を行わせ、患側上肢手指５の動きに目的若しくは目標を持たせるようにして、運動機能の回復を行わせるものであってもよい。
【００３３】
さらに、図２に基づいて、運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの機能的構成について説明すると、運動検出装置２は、装着された健側上肢手指６の肩、肘、手首、及び指などの可動する各々の関節の関節角度を検知する角度検知センサ７を含んで構成される角度検知手段８と、角度検知手段８によって検知された関節角度を信号変換処理し、角度データ９として制御装置３に対して送出する角度データ送出手段１０とを有して主に構成されている。
【００３４】
ここで、運動検出装置２は、例えば、健側上肢手指６の肩から先の部位を被覆することができるような略グローブ形状のもので構成されたものが利用可能である。そして、健側上肢手指６の関節角度を角度検知センサ７によって検知することにより、健側上肢手指６の動きを認識することができる。なお、角度検知センサ７を含む角度検知手段８は、健側上肢手指６の各関節の関節角度を予め設定した単位時間毎（例えば、０．１ｓ間隔など）に検知するものであり、角度データ送出手段１０は、検知した結果を逐次、制御装置３に対して角度データ９として送出するものである。これにより、単位時間当たりの関節角度の変位量及び変位方向を認識することが可能となり、健側上肢手指６の連続的な動きを運動検出装置２は捉えることができる。
【００３５】
また、制御装置３は、その機能的構成として、運動検出装置２から送出された角度データ９を受付ける角度データ受付手段１１と、受付けた角度データ９に基づいて患側上肢手指５を運動させるための制御データ１２を生成する制御データ生成手段１３と、生成された制御データ１２を回復訓練装置４に対して送出する制御データ送出手段１４と、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５の患側関節角度Θ１等に対応する患側角度データ１５を受付ける患側角度データ受付手段１６と、受付けた患側角度データ１５により、健側上肢手指６の各関節角度と対応する患側上肢手指５の各患側関節角度Θ１等との間の誤差を検出し、角度補正データ１７を生成する角度補正データ生成手段１８と、生成された角度補正データ１７及び力覚データ２０（後述する）に基づいて制御データ１２の補正を行う補正手段１９と、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５の運動によって生じる力を示す力覚データ２０を受付ける力覚データ受付手段２１とから主に構成されている。ここで、補正手段１９は本発明における可動規制手段の機能を兼備しているものである。
【００３６】
さらに、回復訓練装置４は、その機能的構成として、制御装置３から送出された制御データ１２を受付ける制御データ受付手段２２と、受付けた制御データ１２に基づいて患側上肢手指５を他動的に動かして訓練を行う訓練手段２３と、訓練手段２３に基づいて変位する患側関節角度Θ１等を検知する患側角度検知手段２４と、訓練手段２３によって動く患側上肢手指５に生じる力を検知する力検出手段２５と、検知した患側関節角度Θ１等に係る患側角度データ１５を、制御装置３に対して送出する患側角度データ送出手段２６と、検知した力に係る力覚データ２０を制御装置３に対して送出する力覚データ送出手段２７から主に構成されている。
【００３７】
次に、患側上肢手指５を他動的に動かすための回復訓練装置４における訓練手段２３の具体的構成について、図３乃至図７に基づいて説明する。なお、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１の訓練手段２３として、患側上肢手指５の指Ｆの第二関節ＰＩＰ、及び第三関節ＭＰをそれぞれ可動させ、各指Ｆの運動機能の回復訓練を実施することができる指訓練部２８について例示している。
【００３８】
指訓練部２８は、図３乃至図７に示すように、患者ＣＫの指Ｆ（例えば、人差し指）に装着されるものであり、患側上肢手指５の手首（図示しない）から先の部位を支持し、患側上肢手指５を訓練の間、所定の高さに保持することが可能な支持本体２９と、指Ｆの第一関節ＤＩＰ及び第二関節ＰＩＰの間に面ファスナー（図示しない）等の周知の固定手段を介して装着される第一装着部３０と、指Ｆの第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰの間に同様の固定手段を介して装着される第二装着部３１と、第一装着部３０及び第二装着部３１と互いに回動自在に連結され、略中央近傍に位置する第一曲折部３２によって曲折自在に形成された第一リンクアーム部３３と、第一リンクアーム部３３の一端（但し、第一装着部３０と連結される側と相対する側）と接続し、第一リンクアーム部３３及び第一装着部３０を介して指Ｆの第二関節ＰＩＰを可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する第一可動モータ３４と、第二装着部３１及び支持本体２９と互いに回動自在に連結され、略中央近傍に位置する第二曲折部３５によって曲折自在に形成される第二リンクアーム部３６と、第二リンクアーム部３６と接続し、第二リンクアーム部３６及び第二装着部３１を介して指Ｆの第三関節ＭＰを可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する第二可動モータ３７とを有して主に構成されている。
【００３９】
ここで、図３乃至図６に示すように、第一可動モータ３４は、第二リンクアーム部３６の一部に内包された状態で収容され、第一リンクアーム部３３と係る第一可動モータ３４との間には、第一可動モータ３４による軸回転運動を、第一リンクアーム部３３を所定の可動範囲（図４乃至図６における矢印αに相当）で運動させるために変換して伝達する平歯車３８などの伝達部材を含んで構成される第一伝達機構Ｍ１が形成されている。また、第二可動モータ３７は、支持本体２９に内包された状態で形成され、第二リンクアーム部３６と係る第二可動モータ３７との間には、第二可動モータ３７による軸回転運動を、第二リンクアーム部３６を所定の可動範囲（図４乃至図６における矢印βに相当）で運動させるために変換して伝達する第二伝達機構Ｍ２が形成されている。
【００４０】
さらに、指訓練部２８は、その他の構成として、第二リンクアーム部３６の一端に接続して設けられ、第二リンクアーム部３６を左右方向に揺動させるための揺動連結部３９と、揺動連結部３９を介して第二リンクアーム部３６を揺動させ、第一装着部３０及び第二装着部３１が装着された指Ｆを、第三関節ＭＰを回動軸として左右方向に揺動させるための揺動力を供給する第三可動モータ４０とを有している。ここで、第三可動モータ４０は、図４乃至図６に示すように、第二可動モータ３７と同様に支持本体２９に内包された状態で配設されている。
【００４１】
加えて、第一装着部３０及び第二装着部３１のそれぞれには、指Ｆの各関節ＰＩＰ，ＭＰの動きによって生じる力を検知し、力覚データ２０として認識する力覚センサ４１が内設されている。
【００４２】
ここで、図３乃至図６に示した指訓練部２８は、説明を簡略化するため、係る指訓練部２８に付設されるその他の訓練手段２３及び回復訓練装置４の構成を省略している。これらには、制御データ１２に基づいて各々の可動モータ３４，３７，４０をモータ駆動させるための電流を供給するモータドライバや、力覚センサ４１及び患側角度検知手段２４によって検知され、信号変換処理によって生成された力覚データ２０及び患側角度データ１５を制御装置３に対して送出する際の、係るデータ１５，２０の信号を増幅する信号増幅器、及びそれらを接続する複数のケーブル等が含まれている。
【００４３】
また、指訓練部２８は、患側上肢手指５の手首から先の部位を所定の高さ及び位置に訓練の間に固定して支持するための一対の固定板４２及び二つの固定用ボルト４３が、支持本体２９に取付けられている。
【００４４】
上記構成により、指訓練部２８は、図４乃至図６に示すように種々の態様に変位させることができる。これにより、患側上肢手指５の指Ｆを第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰのそれぞれの関節に沿って他動的に運動させることができる。ここで、本実施形態の指訓練部２８によれば、指Ｆの関節の可動範囲は、指をまっすぐに伸ばした状態にしたときを基準とし、第二関節ＰＩＰの患側関節角度Θ１が「０°（伸展状態）〜１００°（屈曲状態）」の可動範囲となり、第三関節ＭＰの患側関節角度Θ２が「−４５°（伸展状態）〜９０°（屈曲状態）」の可動範囲でそれぞれ動かすことができるように設計されている。
【００４５】
ここで、図４は”Θ１＝０°／Θ２＝０°”、図５は”Θ１＝３０°／Θ２＝０°”、図６は”Θ１＝０°／Θ２＝４５°”の状態を示している。さらに、図７に示すように、指訓練部２８の第一装着部３０及び第二装着部３１を指Ｆにそれぞれ装着することにより、二点鎖線で示される四角形を成す閉リンク機構Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ形成されることとなる。そして、第二関節ＰＩＰの患側関節角度Θ１を変位させる場合は、第二リンクアーム部３６に対する第一リンクアーム部３３の連結角度θ５を第一可動モータ３４（図３等参照）を利用して変位させることにより、各々の連結角度θ６，θ７が変位し、閉リンク機構Ｌ１の四角形状が変化する。これにより、第二関節ＰＩＰの患側関節角度Θ１の値が変化することとなる。一方、第三関節ＭＰの患側関節角度Θ２を変位させる場合は、第二伝達機構Ｍ２を介して連結された第二リンクアーム部３６の連結角度θ１を第二可動モータ３７（図３等参照）を利用して変位させることにより、各々の連結角度θ２，θ３が変位し、閉リンク機構Ｌ２の四角形状が変化する。これにより、第三関節ＭＰの患側関節角度Θ２の値が変化することとなる。
【００４６】
さらに、指訓練部２８は、第二リンクアーム部３６の一端と揺動連結部３９を介して接続され、揺動力を供給可能な第三可動モータ４０によって、第一リンクアーム部３３及び第二リンクアーム部３６を左右方向（図３における矢印γに相当）に揺動させることができる。したがって、本実施形態において示した回復訓練装置４の指訓練部２８は、自由度が３に設定されている。
【００４７】
次に、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１における運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの処理について、図８及び図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００４８】
まず、運動検出装置２は、装着された健側上肢手指６の動きを検出する（ステップＳ１）。ここで、患者ＣＫの健側上肢手指６は、正常な運動機能を保有し、患者ＣＫの意志に基づいて能動的に動かすことができる。そこで、患者ＣＫは、健側上肢手指６を動かす。そして、運動機能の回復訓練を行うために指訓練部２８が取付けられた患側上肢手指５の指Ｆ（例えば、左手の人差し指）と左右対称に位置する健側上肢手指６の指（例えば、右手人差し指）を意識的に動かす。そして、運動検出装置２は、係る動きを検出する場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、動きに伴って変位する健側上肢手指６の関節の関節角度を検知し、角度データ９として制御装置３に対して送出する（ステップＳ２）。一方、健側上肢手指６の動きを検出しない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、ステップＳ１の処理を継続し、運動検出装置２によって動きが検出されるまで待機する。
【００４９】
さらに、運動検出装置２は、ステップＳ２において角度データ９の送出を行った後は、継続して健側上肢手指６の動きを検出するか否かの指示の有無を検出し（ステップＳ３）、継続して検出を行う指示が有る場合（ステップＳ３においてＮＯ）、ステップＳ１の処理に戻り、健側上肢手指６の動きを繰返し、検出する。これにより、健側上肢手指６の動きを経時的に把握することができる。一方、検出を継続して行わない場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、検出の処理を終了する（ステップＳ４）。
【００５０】
一方、制御装置３は、初期状態においては、運動検出装置２からの角度データ９の送出の有無を検出する（ステップＴ１）。ここで、運動検出装置２から角度データ９の送出が検出されると（ステップＴ１においてＹＥＳ）、係る角度データ９を受付ける（ステップＴ２）。一方、角度データ９の送出が検出されない場合（ステップＴ１においてＮＯ）、ステップＴ１の処理を継続して行う。
【００５１】
そして、受付けた角度データ９に基づいて、制御装置３は回復訓練装置４の指訓練部２８を制御するための制御データ１２を生成する（ステップＴ３）。ここで、制御データ１２には、上述した指訓練部２８のそれぞれの可動モータ３５等によって患側関節角度Θ１，Θ２の変位量や可動モータ３５をそれぞれ可動させるタイミングなどに係る情報が含まれ、健側上肢手指６の動きに左右対称にして患側上肢手指５を動かすことができるようになっている。そして、生成した制御データ１２を回復訓練装置４に対して送出する（ステップＴ４）。
【００５２】
回復訓練装置４は、制御装置３から送出される制御データ１２の送出有無を検出する（ステップＵ１）。そして、制御装置３から制御データ１２の送出が検出されると（ステップＵ１においてＹＥＳ）、回復訓練装置４は係る制御データ１２を受付け（ステップＵ２）、制御データ１２に基づいて指訓練部２８の各可動モータ３５，３７，４０の可動量及び可動タイミングを制御し、第一リンクアーム部３３に接続された第一装着部３０及び第二リンクアーム部３６に接続された第二装着部３１を介して、指Ｆの第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰをそれぞれ可動させる（ステップＵ３）。このとき、指Ｆの第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰの各々の患側関節角度Θ１，Θ２が検出される（ステップＵ４）。
【００５３】
さらに、仮に運動機能の低下によって指Ｆの各関節ＰＩＰ，ＭＰの可動範囲が制御データ１２によって指示される可動範囲よりも小さい場合、関節ＰＩＰ，ＭＰを強制的に動かそうとする負荷が働く。このとき、指訓練部２８の力覚センサ４１によって指Ｆに係る力が検出される（ステップＵ５）。そして、検知された患側関節角度Θ１，Θ２に係る患側角度データ１５及び検出された力に対応する力覚データ２０を制御装置３に対して送出する（ステップＵ６）。その後、制御装置３から送出される制御データ２の検出を継続する場合（ステップＵ７においてＮＯ）、ステップＵ１の処理に戻る。一方、制御データ２の検出をしない場合（ステップＵ７においてＹＥＳ）、回復訓練装置４の処理を終了する（ステップＵ８）。
【００５４】
一方、制御装置３は、回復訓練装置４から前述した患側角度データ１５及び力覚データ２０の送出を検出すると（ステップＴ５においてＹＥＳ）、この患側角度データ１５及び力覚データ２０を受付ける（ステップＴ６、ステップＴ７）。そして、患側角度データ１５と運動検出装置２から受付け、制御データ１２の生成の基礎となった角度データ９とを比較する。ここで、運動検出装置２から受付けた角度データ９は、患側上肢手指５を健側上肢手指６と左右対称にして各関節を可動させるものであり、いわば「目標値」に相当する。一方、制御データ１２に基づいて制御された患側上肢手指５に係る患側角度データ１５は、目標値に対する実測値に相当する。
【００５５】
実際には、第一可動モータ３４等の作動タイミングや、健側上肢手指６の急激な動作等に追動することができず、患側上肢手指５の患側関節角度Θ１，Θ２は必ずしもリアルタイムで完全に一致することはない。そこで、実測値である患側角度データ１５を制御装置３は受付け、目標値である角度データ９との比較を行い、誤差（ずれ）を検出する（ステップＴ８）。誤差が検出される場合（ステップＴ８においてＹＥＳ）、誤差を補正するための角度補正データ１７を生成（ステップＴ９）し、Ｆ＝１を与える（ステップＴ１０）。一方、誤差が検出されない場合（ステップＴ８においてＮＯ）、すなわち、患側角度データ１５と角度データ９が一致する場合は、以降のステップＴ９及びステップＴ１０の処理をキャンセルする。
【００５６】
その後、受付けた力覚データ２０の値を判断する（ステップＴ１１）。このとき、力覚データ２０によって指Ｆに予め設定した基準範囲以上に無理な力がかかっていると判断される場合（ステップＴ１１においてＹＥＳ）、Ｆの値を判定する（ステップＴ１２）。ここで、Ｆ＝１の場合（ステップＴ１２においてＹＥＳ）、すなわち、ステップＴ９において角度補正データ１７が生成されている場合は、係る角度補正データ１７をさらに補正し、関節ＰＩＰ，ＭＰが無理なく可動できる可動範囲に規制した制御データ１２の補正を行う（ステップＴ１３）。一方、Ｆ≠１の場合（ステップＴ１２においてＮＯ）、角度補正データ１７の生成が成されていないため、力覚データ２０に基づいて制御データ１２の補正を行う（ステップＴ１４）。そして、ステップＴ１３またはステップＴ１４のいずれかによって補正された制御データ１２を再び回復訓練装置４に対して送出する（ステップＴ１５）。ここで、指Ｆに無理な力がかかっていないと判断される場合（ステップＴ１１においてＮＯ）、上述のステップＴ１２からステップＴ１５の処理がキャンセルされる。その後、制御装置３の処理を終了する指示がない場合（ステップＴ１６においてＮＯ）、ステップＴ１の処理に移行する。一方、制御装置３の処理を終了する指示が有る場合（ステップＴ１６においてＹＥＳ）、制御装置３における処理を終了する（ステップＴ１７）。
【００５７】
これにより、患者ＣＫの意志に基づく健側上肢手指６の動きに左右対称となる患側上肢手指５の他動的な動きが創出されるため、患者ＣＫが自ら目的とする運動を認識しながら、運動機能の回復訓練を行うことができる。そのため、従来のＣＰＭ機器と比べ、患者ＣＫの運動機能の回復訓練にかける積極的な意志によって、回復に係る効率が良くなることが期待される。
【００５８】
さらに、実測値に相当する患側角度データ１５に基づいて制御データ１２の補正を行うことにより、健側上肢手指６及び患側上肢手指５のそれぞれの関節を左右対称にするように近づけることができる。また、指訓練部２８の力覚センサ４１によって指Ｆの運動によって生じる力を検出し、力覚データ２０によって制御データ１２を補正することにより、関節ＰＩＰの可動範囲が規制され、運動機能が低下し、可動範囲が狭くなった指Ｆの関節ＰＩＰ等に可動範囲を超えて無理に可動させるようにすることがない。そのため、回復訓練によって逆に患側上肢手指５の関節ＰＩＰ等を傷めるようなことがなくなり、安全に本システムを利用することができる。
【００５９】
加えて、間接的にではあるが、自らの意志によって患側上肢手指５を動かすことができるため、運動機能の回復訓練に伴って、痛みなどを感じるのではないかといった、患者ＣＫの精神的な不安や恐怖心を和らげることもできる。
【００６０】
また、上述した指訓練部２８を患側上肢手指５のそれぞれの指Ｆに対して装着することにより、各指Ｆを独立して運動させることができる（図１０参照）。ここで、図１０は、説明を簡略化するため、患側上肢手指５の親指及び人差し指（いずれも図示しない）の二本の指をそれぞれ独立して運動させることが可能な指訓練部２８ａ，２８ｂを有する回復訓練装置４ａの一例を示している。各指訓練部２８ａ，２８ｂは固定板４２及び固定用ボルト４３を介して指訓練部支持台４４に配設されている。なお、図１０の指訓練部２８ａ，２８ｂにおいて、図３等で示した指訓練部２８と同一の機能及び構成を有するものは、同一番号を付し、ここでは詳細な説明を省略している。
【００６１】
これにより、従来のように、五本の指をまとめて運動させるような単純な動きだけでなく、手の指Ｆが本来行うことのできる複雑な動きを患側上肢手指５に他動的に再現させることができるため、指Ｆの繊細でかつ器用な動きが可能なように運動機能を回復させることができる。なお、指訓練部２８ａ等は、各指Ｆにそれぞれ対応させたものを形成することも可能であるが、各指Ｆの関節間の長さをそれぞれ調整可能に形成し、親指から小指まで全ての指Ｆに対して適応可能なようにしても構わない。
【００６２】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００６３】
すなわち、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１において、訓練手段２３の一例として指Ｆの運動機能の回復訓練を目的とする指訓練部２８を例示し、説明したがこれに限定されるものではなく、患側上肢手指５の肩から先の部位（肩関節、肘関節、手関節（手首）等の各々の関節についても他動的に運動させ、回復訓練を行うものに適用することも可能である。なお、係る場合は、各関節に沿って可動させるための肩訓練部、肘訓練部、手首訓練部などを、指訓練部２８と同様に複数のリンクアーム部及び可動モータ等を組合せたリンク機構を形成する必要がある。また、これらは個々に構成する場合であっても、或いは全ての訓練部を統合し、患側上肢手指５の各関節の運動を総合させたものであっても良い。
【００６４】
さらに、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１において、指訓練部２８の構成を複数のリンクアーム部３３，３６及び可動モータ３５，３７，４０によって構成する代表的な形状の例を図３乃至図６等に示したが、係る形状に限定されるものではなく、運動検出装置２から送出される角度データ９に基づいて、患側上肢手指５の関節を滑らかに可動させることができるものであれば、特に指訓練部２８の構成等に限定されるものではない。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の上肢手指リハビリシステムは、患者の意志に基づく健側上肢手指の能動的な動きに対応させ、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指を左右対称にして他動的に動かすことができる。これにより、従来の単純な機能回復運動に比べ、複雑な動きを患側上肢手指に課すことができるため、運動機能の回復がより効率的に行われる。また、角度補正データ及び力覚データに基づいて制御データの補正が行われるため、健側上肢手指及び患側上肢手指の関節の角度を略一致させることができ、また無理な力が患側の関節に加わることがない。その結果、安全に患側上肢手指のリハビリテーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の上肢手指リハビリシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】上肢手指リハビリシステムにおける運動検出装置、制御装置、回復訓練装置のそれぞれの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】上肢手指リハビリシステムの指訓練部の構成を示す斜視図である。
【図４】指訓練部の構成及び変位の態様を示す側面図である。
【図５】指訓練部の構成及び変位の態様を示す側面図である。
【図６】指訓練部の構成及び変位の態様を示す側面図である。
【図７】指訓練部の各関節の可動を模式的に説明する模式図である。
【図８】上肢手指リハビリシステムにおける運動検出装置、制御装置、及び回復訓練装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】上肢手指リハビリシステムにおける運動検出装置、制御装置、及び回復訓練装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の上肢手指リハビリシステムにおける回転訓練装置の別例構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 上肢手指リハビリシステム（上肢手指リハビリテーションシステム）
２ 運動検出装置
３ 制御装置
４ 回復訓練装置
５ 患側上肢手指
６ 健側上肢手指
８ 角度検知手段
９ 角度データ
１０ 角度データ送出手段
１１ 角度データ受付手段
１２ 制御データ
１３ 制御データ生成手段
１４ 制御データ送出手段
１５ 患側角度データ
１６ 患側角度データ受付手段
１７ 角度補正データ
１８ 角度補正データ生成手段
１９ 補正手段（可動規制手段）
２０ 力覚データ
２１ 力覚データ受付手段
２２ 制御データ受付手段
２３ 訓練手段
２４ 患側角度検知手段
２６ 患側角度データ送出手段
２８ 指訓練部（訓練手段）
２９ 支持本体
３０ 第一装着部
３１ 第二装着部
３２ 第一曲折部
３３ 第一リンクアーム部
３４ 第二曲折部
３５ 第一可動モータ
３６ 第二リンクアーム部
３７ 第二可動モータ
３９ 揺動連結部
４０ 第三可動モータ
４１ 力覚センサ（力検出手段）
ＣＫ 患者
ＤＩＰ 第一関節
Ｆ 指
ＭＰ 第三関節
ＰＩＰ 第二関節
Θ１，Θ２ 患側関節角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、上肢手指リハビリテーションシステムに関するものであり、特に、正常な運動機能を有する健側の上肢手指の動きに対応させて、運動機能の回復訓練を要する患側の上肢手指を他動的に運動させ、リハビリテーションを行うことが可能な上肢手指リハビリテーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、三大成人病の一つとして数えられる脳卒中などの脳外科系疾患や、災害や交通事故などの人体に対して激しい衝撃が加わったことによる脊髄損傷などにより、身体（主に手足）の少なくとも一部の運動機能が著しく低下し、若しくは麻痺などによって損なわれることがある。
【０００３】
この場合、特に脳卒中などの脳外科系疾患の場合、全身の運動機能の全てが損なわれることはなく、いずれか一方の半身（左半身若しくは右半身）の運動機能が損なわれることが一般的である。なお、正常な運動機能を有する半身側を「健側（健常側）」、一方、運動機能が低下し、機能回復訓練等が必要な半身側を「患側」と呼称することが、医療関係者の間に一般的に定義されており、本明細書中においても係る定義に基づいて以下の説明を行うものとする。
【０００４】
一般に、いずれか一方の半身の運動機能が低下した患者は、身体の運動機能の回復を行うために、種々のリハビリテーション等の機能回復訓練を行うことがある。このとき、リハビリテーションはリハビリテーション専門医或いは理学療法士などの専門的技術を有する医療スタッフの在籍する医療施設で行われることが多い。そして、係る医療スタッフによって各患者の運動機能の回復状況に応じて適切にプランニングされたリハビリテーションプログラム（メニュー）に則って、上述のリハビリテーションが行われている。
【０００５】
以上の従来技術は、当業者において当然として行われているものであり、出願人は、この従来技術が記載された文献等を本願出願時において特に知見していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したように、患者はリハビリテーションを受けるために、医療スタッフのいる専用の医療施設まで通院する必要があった。ところが、リハビリテーションを行うために患者が医療施設まで毎日通院することは、時間的及び経済的な側面から制約されることが多く、医療施設に継続して通うことは困難となることがあり、運動機能の回復が当初の見込みに対して遅延するなどの問題を生じていた。
【０００７】
一方、医療施設においても、患者の数に応じて多くの医療スタッフを備える必要があり、人件費等の問題から充分な人数の医療スタッフを揃えることができず、一人の医療スタッフが患者一人当たりに対応することができる指導時間が限られてしまうことがあった。その結果、適切なリハビリテーションの指導が受けられないこととがあり、前述と同様に運動機能の回復が遅れることがあった。
【０００８】
また、現在においては、リハビリテーションをより簡便に行うために、種々の機器（ＣＰＭ機器など）が多く開発されており、特に、肩、肘、手首、及び指などの上肢・手指の機能回復を目的としたものが多かった。ところが、これらの従来の機器は、運動機能が低下し、動かなくなった関節に屈曲及び伸展の運動を強制的に繰返えさせるものに過ぎなかった。また、手指の機能回復を目的とする機器は、五本（若しくは親指を除く四本）の指を、一度にまとめて屈曲・伸展運動させるものが多く、個々の指に対して独立した運動を行わせることはできなかった。
【０００９】
ここで、人間の手指は、人体を構成する部位の中で、特に複雑でかつ精細な動きをすることができる箇所であり、上述のような屈曲及び伸展を単純に繰返すような運動を行わせるだけでは、ある程度運動機能が回復した段階では、それ以上の訓練効果が望めないことがあった。その結果、本来の手指が備える複雑でかつ細やかな運動機能を回復させるための訓練機器が望まれていた。
【００１０】
さらに、上述の従来の機器は、上肢や手指の可動する関節を予め設定した可動範囲で他動的に運動させるようプログラムされたものが多かった。その結果、患者の運動機能の回復状況によっては、回復訓練を行う関節の可動範囲よりも、前述の機器による可動範囲の方が広く設定されていることがあった。そのため、機器を用いた回復訓練によって関節に強い力や負荷がかかり、かえって機能回復の効果を損なう結果がもたらされるケースもあった。
【００１１】
加えて、一般にリハビリテーションは、機能低下した関節等を単純に他動的に運動させるだけでは十分な効果を得ることができず、患者自身が積極的（能動的）に患側の上肢及び手指を動かそうとする意志等を伴うことによって、機能回復が速やかに進むことが知られている。ところが、上述した機器には、係る点を考慮して開発されたものが皆無であった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記実情に鑑み、正常に機能する健側上肢手指を患者の意志によって能動的に動かし、健側上肢手指の動きに左右対称に対応させて運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指を運動させ、リハビリテーションを行うことが可能な上肢手指リハビリテーションシステムの提供を課題するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる上肢手指リハビリテーションシステムは、「正常な運動機能を有する健側上肢手指の五本の指に各々独立して装着され、患者の意志に基づいて能動的に動かされる前記健側上肢手指の運動を検出可能な運動検出装置と、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指の五本の指に各々独立して装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる回復訓練装置と、前記運動検出装置及び前記回復訓練装置に接続され、前記健側上肢手指の運動に対応させて前記回復訓練装置による前記患側上肢手指の運動を制御する制御装置とを具備し、前記運動検出装置は、前記健側上肢手指の関節の関節角度を予め設定した単位時間毎に検知する角度検知手段と、前記角度検知手段によって検知された前記関節角度を角度データとして、前記制御装置に送出する角度データ送出手段とをさらに有し、前記制御装置は、前記運動検出装置から送出された前記角度データを受付ける角度データ受付手段と、受付けた前記角度データに基づいて前記患側上肢手指を他動的に運動させるための制御データを生成する制御データ生成手段と、生成された前記制御データを前記回復訓練装置に対して送出する制御データ送出手段とをさらに有し、前記回復訓練装置は、前記制御装置から送出された前記制御データを受付ける制御データ受付手段と、前記回復訓練装置の装着された前記患側上肢手指を前記健側上肢手指の能動的な動きに合わせて左右対称になるように他動的に運動させ、運動機能の回復訓練を行う訓練手段と、前記訓練手段にしたがって前記患側上肢手指を他動的に運動させることによって生じる力を検出する力検出手段と、検出された前記力に係る力覚データを前記制御装置に送出する力覚データ送出手段とを具備し、前記制御装置は、前記回復訓練装置から送出された前記力覚データを受付ける力覚データ受付手段と、受付けた前記力覚データに基づいて、前記患側上肢手指の患側関節角度の可動範囲を規制する可動規制手段とをさらに有し、前記制御データ及び前記訓練手段に基づいて、単位時間毎に検知された前記健側上肢手指の前記関節角度に対応させて前記患者が動かす関節及び動作速度を意識しながら前記患側上肢手指の五本の指の第一関節、第二関節、及び第三関節の患側関節角度を左右対称にそれぞれ独立して変位させる」ものとして主に構成されている。
【００１４】
ここで、本発明の上肢手指リハビリテーションシステム（以下、単に「上肢手指リハビリシステム」と称す）は、患者の意志に基づいて能動的に動かされる健側上肢手指の動きに対応して、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手段を他動的に運動させるものであり、健側上肢手指に装着可能な運動検出装置と、患側上肢手指に装着される回復訓練装置と、運動検出装置及び回復訓練装置と接続された制御装置とから主に構成されている。
【００１５】
また、患側上肢手指とは、例えば、脳卒中などの後遺症として左半身若しくは右半身のいずれか一方が麻痺やしびれ、或いは一時的な運動機能の低下を生じた場合において、”運動機能等の低下した半身側の肩から指の先までの部分を総称して示すもの”であり、一方、健側上肢手指とは、”正常な運動機能を有する半身側の肩から指先までを総称して示すもの”と本明細書中において定義する。ここで、健側及び患側のいずれの上肢手指においても、肩関節、肘関節、手首関節、及び手指関節等の複数の関節に従って可動することが可能である。
【００１６】
さらに、健側上肢手指に装着される運動検出装置の具体的な例について説明すると、運動検出装置は、上述した各関節（肩関節、指の第一関節等）などの可動（回動）可能な上肢手指のそれぞれの関節角度を検知可能なものである。このとき、関節角度を検知する頻度及びタイミングは、特に限定されないが、例えば、所定の単位時間毎（例えば、０．１ｓ間隔など）に関節角度を検知することにより、関節角度の変位角量や変位速度などが算出され、健側上肢手指の連続的な動きを把握することが可能となる。
【００１７】
一方、回復訓練装置は、患側上肢手指を他動的に運動させることが可能なものであり、具体的な構成として、例えば、複数のアームをジョイント（連結部）を利用して連結し、組合わされたリンク機構によって形成され、各々の関節を他動的に動かすための可動力を供給する複数の関節可動用の可動モータなどを備えるものから構成される。また、制御装置は、運動検出装置から送出された角度データに基づいて回復訓練装置の装着された患側上肢手指を他動的に運動させるための制御を行う制御データを生成可能なものであり、市販のパーソナルコンピュータなどの情報処理機器を利用し、上述の作用を奏させるように情報処理機器を機能させるプログラム（ソフトウェア）を実行させることにより、運動検出装置に対応して患側上肢手指を動かす制御が行えるようになる。
【００１８】
上記に示した構成により、例えば、右半身側の健側上肢手指の小指を患者の意志によって能動的に動かすことにより、この動きに対応して健側上肢手指の小指の第一関節、第二関節、及び第三関節の関節角度がそれぞれ変化する。そして、この関節角度の変位がフレキシブル関節センサなど周知のセンサ技術を利用して検知される。これにより、患者の意志に基づく能動的な健側上肢手指の運動が、検出信号を電気的に変換することにより角度データとされ、運動検出装置と接続した制御装置に対して送出される。
【００１９】
制御装置は、運動検出装置から送出されたこの角度データを受付け、角度データに基づいて回復訓練装置を制御するための指令値に相当する制御データを生成し、生成された制御データを回復訓練装置に対して送出する。このとき、回復訓練装置は、制御データから送付された制御データを受付け、制御データに従って訓練手段に含まれる関節可動用の可動モータを作動させ、健側上肢手指の関節角度に左右対称となるように対応させて患側上肢手指の各関節の患側関節角度を変位させる。これにより、訓練手段にしたがって患側上肢手指を他動的（換言すれば、強制的）に運動させることが可能となる。
【００２０】
以上のように、本発明の上肢手指リハビリシステムによれば、健側上肢手指の能動的な動きに対応させて、患側上肢手指を動かすことが可能となる。これにより、患者は自らの運動機能の回復状況に合わせて、動かす関節及び動作速度を意識しながら決定し、運動機能の回復訓練を行うことが可能となる。すなわち、従来の機器のように、単純に各関節を他動的に屈曲及び伸展させるものでなく、患者の意志を伴ったリハビリテーションを行うことが可能となる。その結果、リハビリテーションによる機能回復効果がより高いものとなる。加えて、各関節の可動範囲が健側上肢手指の動きによって決定されるため、患側上肢手指に無理な負担がかかることがない。そのため、患側上肢手指の運動機能を逆に阻害するような運動が行われる可能性がほとんどなく、安全な状態で運動機能の回復に係るリハビリテーションを行える。
【００２１】
また、本発明の上肢手指リハビリシステムは、患側上肢手指の各関節を独立して動かすことも可能となる。すなわち、従来の「ＣＰＭ機器」は、前述したように手指の指をまとめて屈曲等の運動をさせるものがほとんどであり、独立して五本の指を動かすことができなかった。ところが、運動機能の回復がある程度まで進行すると、上述の全ての指をまとめて動かす動作によっては、それ以上の機能回復があまり見込まれないことがある。そこで、本発明の上肢手指リハビリシステムにおける回復訓練装置を利用し、健側上肢手指の各関節の動き、換言すれば、各指のそれぞれの動きを独立して動かすことにより、各指の動きをより複雑なものとすることが可能となる。その結果、患側上肢手指の運動機能の回復がより速やかとなり、回復に要する時間の短縮が期待され、日常生活等の各場面においてそれぞれ対応することができるようになるまで運動機能を回復させられる。ここで、患側上肢手指の関節の可動範囲が、機能低下によって健側上肢手指の関節の可動範囲よりも小さい場合、健側上肢手指と同じ可動範囲で患側上肢手指を動かそうとすると、患側上肢手指の関節を無理に動かすこととなり、過剰な負荷が生じることがある。その結果、関節の機能をかえって損なうことにもなる。そこで、患側上肢手指の動きに伴って発生する力を力覚センサなどの力検出手段によって検出し、力覚データとして制御装置に送出することを行う。そして、制御装置は受付けた力覚データに基づいて、患側上肢手指の関節の可動範囲を規制し、上述した無理な負荷が関節に加わらないようにするための制御データの補正が行われる。これにより、患側上肢手指の運動機能の回復訓練をより安全のものとすることができる。
【００２２】
本発明の上肢手指リハビリテーションシステムは、上記の構成に加え、「前記回復訓練装置は、前記患側上肢手指の前記患側関節角度を検知する患側角度検知手段と、検知された前記患側関節角度を患側角度データとして前記制御装置に送出する患側角度データ送出手段とをさらに備え、前記制御装置は、前記回復訓練装置から送出された前記患側角度データを受付ける患側角度データ受付手段と、受付けた前記患側角度データ及び前記運動検出装置から送出された前記角度データを比較し、前記健側上肢手指の前記関節角度に対する前記患側関節角度の誤差を把握し、前記誤差を解消し、前記健側上肢手指及び前記患側上肢手指を左右対称とするための角度補正データを生成する角度補正データ生成手段と、前記角度補正データに基づいて、生成された前記制御データを補正する補正手段と」をさらに有する構成であっても構わない。
【００２３】
上記構成により、健側上肢手指の動きに対応して運動する患側上肢手指の各関節の患側関節角度が回復訓練装置によって検知される。ここで、制御装置によって生成される制御データは、健側上肢手指の関節角度と患側上肢手指の患側関節角度を略一致させようとするためのものである。しかしながら、各可動モータの作動タイミング、制御装置における処理時間、及び健側上肢手指の急激な動作などの種々の要因によって、関節角度（健側）と患側関節角度とは必ずしもリアルタイムで完全に一致するものではない。そこで、本発明の構成に示すように、患側上肢手指の患側関節角度を検知し、健側上肢手指の関節角度との誤差（ずれ）を把握し、患側関節角度の患側角度データ（実測値に相当）を角度データ（目標値に相当）に近づけるような角度補正データを生成し、制御データを補正する、換言すればフィードバック機能を持たせることが行われる。これにより、健側上肢手指及び患側上肢手指の各関節角度をほぼ左右対称にさせることができる。なお、上述の角度補正データの生成は、把握された誤差を微積分処理することによって求めることができる。
【００２４】
本発明の上肢手指リハビリシステムは、上記の構成に加え、「前記回復訓練装置は、前記患側上肢手指の運動によって生じる力を検出する力検出手段と、検出された前記力に係る力覚データを前記制御装置に送出する力覚データ送出手段とをさらに有し、前記制御装置は、送出された前記力覚データを受付ける力覚データ受付手段と、受付けた前記力覚データに基づいて、前記患側上肢手指の前記患側関節角度の可動範囲を規制する可動規制手段と」をさらに有するものであってもよい。
【００２７】
本発明の上肢手指リハビリシステムは、「前記回復訓練装置は、前記患側上肢手指の患側手指の少なくともいずれか一つの指に装着可能に形成され、前記患側上肢手指を支持する支持本体と、前記指の第一関節及び第二関節の間に装着される第一装着部と、前記指の前記第二関節及び第三関節の間に装着される第二装着部と、前記第一装着部及び前記第二装着部と互いに回動自在に連結され、略中央に設けられた第一曲折部によって曲折自在に形成される第一リンクアーム部と、前記第一リンクアーム部の一端と接続し、前記第一リンクアーム部及び前記第一装着部を介して前記指の前記第二関節を可動させる第一可動モータと、前記第二装着部及び前記支持本体と互いに回動自在に連結され、略中央に設けられた第二曲折部によって曲折自在に形成される第二リンクアーム部と、前記第二リンクアーム部の一端と接続し、前記第二リンクアーム部及び前記第二装着部を介して前記指の前記第三関節を可動させる第二可動モータと」を具備している。
【００２８】
ここで、第一リンクアーム部及び第二リンクアーム部は、前述したように複数のアームをジョイントで連結し、ジョイントを回動軸としてアームを回動可能に形成したものであり、患側上肢手指の各関節の可動範囲に合わせて回動させることにより、患側上肢手指の指の部分を他動的に運動させることができる。これにより、各装着部を介して装着された指の第二関節及び第三関節を、可動モータの可動力を利用して他動的に可動させ、患側上肢手指の運動機能の回復訓練が行える。その結果、上述した本発明の上肢手指リハビリテーションシステムにおける優れた作用を奏することとなる。
【００２９】
本発明の上肢手指リハビリシステムは、上記構成に加え、「前記回復訓練装置は、前記第二リンクアーム部の一端と接続され、前記第二リンクアーム部を左右方向に揺動可能な揺動連結部と、前記揺動連結部を介して連結された前記第二リンクアーム部を左右方向に揺動させる第三可動モータと」をさらに具備するものであってもよい。
【００３０】
したがって、本発明の上肢手指リハビリシステムによれば、第三可動モータを利用して、第二リンクアーム部を左右方向に揺動可能な揺動連結部を有している。ここで、実際の手指の第三関節は、手を握ったり、伸ばしたりする動作に加え、指と指との間を互いに左右方向に拡げる動作を行うことがある。そこで、本発明の上肢手指リハビリシステムによれば、上述した揺動連結部及び第三可動モータを含んだ構成を採用することにより、患側上肢手指の関節を屈曲及び展開させる運動に加え、指と指との間を開く動作を行わせることが可能となり、より複雑な動きを患側上肢手指に行わせられるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の上肢手指リハビリシステム１を具現化した一実施形態について、図１乃至図９に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態の上肢手指リハビリシステム１の概略構成を示す説明図であり、図２は上肢手指リハビリシステム１における運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの機能的構成を示すブロック図であり、図３は上肢手指リハビリシステム１の指訓練部２８の構成を示す斜視図であり、図４乃至図６は指訓練部２８の構成及び変位の態様を示す側面図であり、図７は指訓練部２８における各関節の可動を模式的に説明する模式図であり、図８及び図９は上肢手指リハビリシステム１における運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４における処理の流れを示すフローチャートである。
【００３２】
本実施形態の上肢手指リハビリシステム１は、患者ＣＫの正常な運動機能を有する肩から指先までの健側上肢手指６を被覆するように装着され、患者ＣＫの意志に基づいて能動的に動かされる健側上肢手指６の動きを検出可能な運動検出装置２と、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指５に装着され、患側上肢手指５を他動的に運動させる回復訓練装置４と、運動検出装置２及び回復訓練装置４と電気的に接続され、健側上肢手指６の動きに対応させて、患側上肢手指５の動きを制御する制御装置３とを有している。ここで、図１は本発明の上肢手指リハビリシステム１の概略構成の一例を示したものであり、各構成要素（運動検出装置２、制御装置３、回復訓練装置４）の形状及び構造等を特に限定するものではない。また、図１に示すように、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１を適用し、電子楽器Ｅの鍵盤Ｋを健側上肢手指６及び患側上肢手指５によってそれぞれ押す（叩く）動作を行わせ、患側上肢手指５の動きに目的若しくは目標を持たせるようにして、運動機能の回復を行わせるものであってもよい。
【００３３】
さらに、図２に基づいて、運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの機能的構成について説明すると、運動検出装置２は、装着された健側上肢手指６の肩、肘、手首、及び指などの可動する各々の関節の関節角度を検知する角度検知センサ７を含んで構成される角度検知手段８と、角度検知手段８によって検知された関節角度を信号変換処理し、角度データ９として制御装置３に対して送出する角度データ送出手段１０とを有して主に構成されている。
【００３４】
ここで、運動検出装置２は、例えば、健側上肢手指６の肩から先の部位を被覆することができるような略グローブ形状のもので構成されたものが利用可能である。そして、健側上肢手指６の関節角度を角度検知センサ７によって検知することにより、健側上肢手指６の動きを認識することができる。なお、角度検知センサ７を含む角度検知手段８は、健側上肢手指６の各関節の関節角度を予め設定した単位時間毎（例えば、０．１ｓ間隔など）に検知するものであり、角度データ送出手段１０は、検知した結果を逐次、制御装置３に対して角度データ９として送出するものである。これにより、単位時間当たりの関節角度の変位量及び変位方向を認識することが可能となり、健側上肢手指６の連続的な動きを運動検出装置２は捉えることができる。
【００３５】
また、制御装置３は、その機能的構成として、運動検出装置２から送出された角度データ９を受付ける角度データ受付手段１１と、受付けた角度データ９に基づいて患側上肢手指５を運動させるための制御データ１２を生成する制御データ生成手段１３と、生成された制御データ１２を回復訓練装置４に対して送出する制御データ送出手段１４と、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５の患側関節角度Θ１等に対応する患側角度データ１５を受付ける患側角度データ受付手段１６と、受付けた患側角度データ１５により、健側上肢手指６の各関節角度と対応する患側上肢手指５の各患側関節角度Θ１等との間の誤差を検出し、角度補正データ１７を生成する角度補正データ生成手段１８と、生成された角度補正データ１７及び力覚データ２０（後述する）に基づいて制御データ１２の補正を行う補正手段１９と、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５の運動によって生じる力を示す力覚データ２０を受付ける力覚データ受付手段２１とから主に構成されている。ここで、補正手段１９は本発明における可動規制手段の機能を兼備しているものである。
【００３６】
さらに、回復訓練装置４は、その機能的構成として、制御装置３から送出された制御データ１２を受付ける制御データ受付手段２２と、受付けた制御データ１２に基づいて患側上肢手指５を他動的に動かして訓練を行う訓練手段２３と、訓練手段２３に基づいて変位する患側関節角度Θ１等を検知する患側角度検知手段２４と、訓練手段２３によって動く患側上肢手指５に生じる力を検知する力検出手段２５と、検知した患側関節角度Θ１等に係る患側角度データ１５を、制御装置３に対して送出する患側角度データ送出手段２６と、検知した力に係る力覚データ２０を制御装置３に対して送出する力覚データ送出手段２７から主に構成されている。
【００３７】
次に、患側上肢手指５を他動的に動かすための回復訓練装置４における訓練手段２３の具体的構成について、図３乃至図７に基づいて説明する。なお、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１の訓練手段２３として、患側上肢手指５の指Ｆの第二関節ＰＩＰ、及び第三関節ＭＰをそれぞれ可動させ、各指Ｆの運動機能の回復訓練を実施することができる指訓練部２８について例示している。
【００３８】
指訓練部２８は、図３乃至図７に示すように、患者ＣＫの指Ｆ（例えば、人差し指）に装着されるものであり、患側上肢手指５の手首（図示しない）から先の部位を支持し、患側上肢手指５を訓練の間、所定の高さに保持することが可能な支持本体２９と、指Ｆの第一関節ＤＩＰ及び第二関節ＰＩＰの間に面ファスナー（図示しない）等の周知の固定手段を介して装着される第一装着部３０と、指Ｆの第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰの間に同様の固定手段を介して装着される第二装着部３１と、第一装着部３０及び第二装着部３１と互いに回動自在に連結され、略中央近傍に位置する第一曲折部３２によって曲折自在に形成された第一リンクアーム部３３と、第一リンクアーム部３３の一端（但し、第一装着部３０と連結される側と相対する側）と接続し、第一リンクアーム部３３及び第一装着部３０を介して指Ｆの第二関節ＰＩＰを可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する第一可動モータ３４と、第二装着部３１及び支持本体２９と互いに回動自在に連結され、略中央近傍に位置する第二曲折部３５によって曲折自在に形成される第二リンクアーム部３６と、第二リンクアーム部３６と接続し、第二リンクアーム部３６及び第二装着部３１を介して指Ｆの第三関節ＭＰを可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する第二可動モータ３７とを有して主に構成されている。
【００３９】
ここで、図３乃至図６に示すように、第一可動モータ３４は、第二リンクアーム部３６の一部に内包された状態で収容され、第一リンクアーム部３３と係る第一可動モータ３４との間には、第一可動モータ３４による軸回転運動を、第一リンクアーム部３３を所定の可動範囲（図４乃至図６における矢印αに相当）で運動させるために変換して伝達する平歯車３８などの伝達部材を含んで構成される第一伝達機構Ｍ１が形成されている。また、第二可動モータ３７は、支持本体２９に内包された状態で形成され、第二リンクアーム部３６と係る第二可動モータ３７との間には、第二可動モータ３７による軸回転運動を、第二リンクアーム部３６を所定の可動範囲（図４乃至図６における矢印βに相当）で運動させるために変換して伝達する第二伝達機構Ｍ２が形成されている。
【００４０】
さらに、指訓練部２８は、その他の構成として、第二リンクアーム部３６の一端に接続して設けられ、第二リンクアーム部３６を左右方向に揺動させるための揺動連結部３９と、揺動連結部３９を介して第二リンクアーム部３６を揺動させ、第一装着部３０及び第二装着部３１が装着された指Ｆを、第三関節ＭＰを回動軸として左右方向に揺動させるための揺動力を供給する第三可動モータ４０とを有している。ここで、第三可動モータ４０は、図４乃至図６に示すように、第二可動モータ３７と同様に支持本体２９に内包された状態で配設されている。
【００４１】
加えて、第一装着部３０及び第二装着部３１のそれぞれには、指Ｆの各関節ＰＩＰ，ＭＰの動きによって生じる力を検知し、力覚データ２０として認識する力覚センサ４１が内設されている。
【００４２】
ここで、図３乃至図６に示した指訓練部２８は、説明を簡略化するため、係る指訓練部２８に付設されるその他の訓練手段２３及び回復訓練装置４の構成を省略している。これらには、制御データ１２に基づいて各々の可動モータ３４，３７，４０をモータ駆動させるための電流を供給するモータドライバや、力覚センサ４１及び患側角度検知手段２４によって検知され、信号変換処理によって生成された力覚データ２０及び患側角度データ１５を制御装置３に対して送出する際の、係るデータ１５，２０の信号を増幅する信号増幅器、及びそれらを接続する複数のケーブル等が含まれている。
【００４３】
また、指訓練部２８は、患側上肢手指５の手首から先の部位を所定の高さ及び位置に訓練の間に固定して支持するための一対の固定板４２及び二つの固定用ボルト４３が、支持本体２９に取付けられている。
【００４４】
上記構成により、指訓練部２８は、図４乃至図６に示すように種々の態様に変位させることができる。これにより、患側上肢手指５の指Ｆを第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰのそれぞれの関節に沿って他動的に運動させることができる。ここで、本実施形態の指訓練部２８によれば、指Ｆの関節の可動範囲は、指をまっすぐに伸ばした状態にしたときを基準とし、第二関節ＰＩＰの患側関節角度Θ１が「０°（伸展状態）〜１００°（屈曲状態）」の可動範囲となり、第三関節ＭＰの患側関節角度Θ２が「−４５°（伸展状態）〜９０°（屈曲状態）」の可動範囲でそれぞれ動かすことができるように設計されている。
【００４５】
ここで、図４は”Θ１＝０°／Θ２＝０°”、図５は”Θ１＝３０°／Θ２＝０°”、図６は”Θ１＝０°／Θ２＝４５°”の状態を示している。さらに、図７に示すように、指訓練部２８の第一装着部３０及び第二装着部３１を指Ｆにそれぞれ装着することにより、二点鎖線で示される四角形を成す閉リンク機構Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ形成されることとなる。そして、第二関節ＰＩＰの患側関節角度Θ１を変位させる場合は、第二リンクアーム部３６に対する第一リンクアーム部３３の連結角度θ５を第一可動モータ３４（図３等参照）を利用して変位させることにより、各々の連結角度θ６，θ７が変位し、閉リンク機構Ｌ１の四角形状が変化する。これにより、第二関節ＰＩＰの患側関節角度Θ１の値が変化することとなる。一方、第三関節ＭＰの患側関節角度Θ２を変位させる場合は、第二伝達機構Ｍ２を介して連結された第二リンクアーム部３６の連結角度θ１を第二可動モータ３７（図３等参照）を利用して変位させることにより、各々の連結角度θ２，θ３が変位し、閉リンク機構Ｌ２の四角形状が変化する。これにより、第三関節ＭＰの患側関節角度Θ２の値が変化することとなる。
【００４６】
さらに、指訓練部２８は、第二リンクアーム部３６の一端と揺動連結部３９を介して接続され、揺動力を供給可能な第三可動モータ４０によって、第一リンクアーム部３３及び第二リンクアーム部３６を左右方向（図３における矢印γに相当）に揺動させることができる。したがって、本実施形態において示した回復訓練装置４の指訓練部２８は、自由度が３に設定されている。
【００４７】
次に、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１における運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの処理について、図８及び図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００４８】
まず、運動検出装置２は、装着された健側上肢手指６の動きを検出する（ステップＳ１）。ここで、患者ＣＫの健側上肢手指６は、正常な運動機能を保有し、患者ＣＫの意志に基づいて能動的に動かすことができる。そこで、患者ＣＫは、健側上肢手指６を動かす。そして、運動機能の回復訓練を行うために指訓練部２８が取付けられた患側上肢手指５の指Ｆ（例えば、左手の人差し指）と左右対称に位置する健側上肢手指６の指（例えば、右手人差し指）を意識的に動かす。そして、運動検出装置２は、係る動きを検出する場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、動きに伴って変位する健側上肢手指６の関節の関節角度を検知し、角度データ９として制御装置３に対して送出する（ステップＳ２）。一方、健側上肢手指６の動きを検出しない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、ステップＳ１の処理を継続し、運動検出装置２によって動きが検出されるまで待機する。
【００４９】
さらに、運動検出装置２は、ステップＳ２において角度データ９の送出を行った後は、継続して健側上肢手指６の動きを検出するか否かの指示の有無を検出し（ステップＳ３）、継続して検出を行う指示が有る場合（ステップＳ３においてＮＯ）、ステップＳ１の処理に戻り、健側上肢手指６の動きを繰返し、検出する。これにより、健側上肢手指６の動きを経時的に把握することができる。一方、検出を継続して行わない場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、検出の処理を終了する（ステップＳ４）。
【００５０】
一方、制御装置３は、初期状態においては、運動検出装置２からの角度データ９の送出の有無を検出する（ステップＴ１）。ここで、運動検出装置２から角度データ９の送出が検出されると（ステップＴ１においてＹＥＳ）、係る角度データ９を受付ける（ステップＴ２）。一方、角度データ９の送出が検出されない場合（ステップＴ１においてＮＯ）、ステップＴ１の処理を継続して行う。
【００５１】
そして、受付けた角度データ９に基づいて、制御装置３は回復訓練装置４の指訓練部２８を制御するための制御データ１２を生成する（ステップＴ３）。ここで、制御データ１２には、上述した指訓練部２８のそれぞれの可動モータ３５等によって患側関節角度Θ１，Θ２の変位量や可動モータ３５をそれぞれ可動させるタイミングなどに係る情報が含まれ、健側上肢手指６の動きに左右対称にして患側上肢手指５を動かすことができるようになっている。そして、生成した制御データ１２を回復訓練装置４に対して送出する（ステップＴ４）。
【００５２】
回復訓練装置４は、制御装置３から送出される制御データ１２の送出有無を検出する（ステップＵ１）。そして、制御装置３から制御データ１２の送出が検出されると（ステップＵ１においてＹＥＳ）、回復訓練装置４は係る制御データ１２を受付け（ステップＵ２）、制御データ１２に基づいて指訓練部２８の各可動モータ３５，３７，４０の可動量及び可動タイミングを制御し、第一リンクアーム部３３に接続された第一装着部３０及び第二リンクアーム部３６に接続された第二装着部３１を介して、指Ｆの第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰをそれぞれ可動させる（ステップＵ３）。このとき、指Ｆの第二関節ＰＩＰ及び第三関節ＭＰの各々の患側関節角度Θ１，Θ２が検出される（ステップＵ４）。
【００５３】
さらに、仮に運動機能の低下によって指Ｆの各関節ＰＩＰ，ＭＰの可動範囲が制御データ１２によって指示される可動範囲よりも小さい場合、関節ＰＩＰ，ＭＰを強制的に動かそうとする負荷が働く。このとき、指訓練部２８の力覚センサ４１によって指Ｆに係る力が検出される（ステップＵ５）。そして、検知された患側関節角度Θ１，Θ２に係る患側角度データ１５及び検出された力に対応する力覚データ２０を制御装置３に対して送出する（ステップＵ６）。その後、制御装置３から送出される制御データ２の検出を継続する場合（ステップＵ７においてＮＯ）、ステップＵ１の処理に戻る。一方、制御データ２の検出をしない場合（ステップＵ７においてＹＥＳ）、回復訓練装置４の処理を終了する（ステップＵ８）。
【００５４】
一方、制御装置３は、回復訓練装置４から前述した患側角度データ１５及び力覚データ２０の送出を検出すると（ステップＴ５においてＹＥＳ）、この患側角度データ１５及び力覚データ２０を受付ける（ステップＴ６、ステップＴ７）。そして、患側角度データ１５と運動検出装置２から受付け、制御データ１２の生成の基礎となった角度データ９とを比較する。ここで、運動検出装置２から受付けた角度データ９は、患側上肢手指５を健側上肢手指６と左右対称にして各関節を可動させるものであり、いわば「目標値」に相当する。一方、制御データ１２に基づいて制御された患側上肢手指５に係る患側角度データ１５は、目標値に対する実測値に相当する。
【００５５】
実際には、第一可動モータ３４等の作動タイミングや、健側上肢手指６の急激な動作等に追動することができず、患側上肢手指５の患側関節角度Θ１，Θ２は必ずしもリアルタイムで完全に一致することはない。そこで、実測値である患側角度データ１５を制御装置３は受付け、目標値である角度データ９との比較を行い、誤差（ずれ）を検出する（ステップＴ８）。誤差が検出される場合（ステップＴ８においてＹＥＳ）、誤差を補正するための角度補正データ１７を生成（ステップＴ９）し、Ｆ＝１を与える（ステップＴ１０）。一方、誤差が検出されない場合（ステップＴ８においてＮＯ）、すなわち、患側角度データ１５と角度データ９が一致する場合は、以降のステップＴ９及びステップＴ１０の処理をキャンセルする。
【００５６】
その後、受付けた力覚データ２０の値を判断する（ステップＴ１１）。このとき、力覚データ２０によって指Ｆに予め設定した基準範囲以上に無理な力がかかっていると判断される場合（ステップＴ１１においてＹＥＳ）、Ｆの値を判定する（ステップＴ１２）。ここで、Ｆ＝１の場合（ステップＴ１２においてＹＥＳ）、すなわち、ステップＴ９において角度補正データ１７が生成されている場合は、係る角度補正データ１７をさらに補正し、関節ＰＩＰ，ＭＰが無理なく可動できる可動範囲に規制した制御データ１２の補正を行う（ステップＴ１３）。一方、Ｆ≠１の場合（ステップＴ１２においてＮＯ）、角度補正データ１７の生成が成されていないため、力覚データ２０に基づいて制御データ１２の補正を行う（ステップＴ１４）。そして、ステップＴ１３またはステップＴ１４のいずれかによって補正された制御データ１２を再び回復訓練装置４に対して送出する（ステップＴ１５）。ここで、指Ｆに無理な力がかかっていないと判断される場合（ステップＴ１１においてＮＯ）、上述のステップＴ１２からステップＴ１５の処理がキャンセルされる。その後、制御装置３の処理を終了する指示がない場合（ステップＴ１６においてＮＯ）、ステップＴ１の処理に移行する。一方、制御装置３の処理を終了する指示が有る場合（ステップＴ１６においてＹＥＳ）、制御装置３における処理を終了する（ステップＴ１７）。
【００５７】
これにより、患者ＣＫの意志に基づく健側上肢手指６の動きに左右対称となる患側上肢手指５の他動的な動きが創出されるため、患者ＣＫが自ら目的とする運動を認識しながら、運動機能の回復訓練を行うことができる。そのため、従来のＣＰＭ機器と比べ、患者ＣＫの運動機能の回復訓練にかける積極的な意志によって、回復に係る効率が良くなることが期待される。
【００５８】
さらに、実測値に相当する患側角度データ１５に基づいて制御データ１２の補正を行うことにより、健側上肢手指６及び患側上肢手指５のそれぞれの関節を左右対称にするように近づけることができる。また、指訓練部２８の力覚センサ４１によって指Ｆの運動によって生じる力を検出し、力覚データ２０によって制御データ１２を補正することにより、関節ＰＩＰの可動範囲が規制され、運動機能が低下し、可動範囲が狭くなった指Ｆの関節ＰＩＰ等に可動範囲を超えて無理に可動させるようにすることがない。そのため、回復訓練によって逆に患側上肢手指５の関節ＰＩＰ等を傷めるようなことがなくなり、安全に本システムを利用することができる。
【００５９】
加えて、間接的にではあるが、自らの意志によって患側上肢手指５を動かすことができるため、運動機能の回復訓練に伴って、痛みなどを感じるのではないかといった、患者ＣＫの精神的な不安や恐怖心を和らげることもできる。
【００６０】
また、上述した指訓練部２８を患側上肢手指５のそれぞれの指Ｆに対して装着することにより、各指Ｆを独立して運動させることができる（図１０参照）。ここで、図１０は、説明を簡略化するため、患側上肢手指５の親指及び人差し指（いずれも図示しない）の二本の指をそれぞれ独立して運動させることが可能な指訓練部２８ａ，２８ｂを有する回復訓練装置４ａの一例を示している。各指訓練部２８ａ，２８ｂは固定板４２及び固定用ボルト４３を介して指訓練部支持台４４に配設されている。なお、図１０の指訓練部２８ａ，２８ｂにおいて、図３等で示した指訓練部２８と同一の機能及び構成を有するものは、同一番号を付し、ここでは詳細な説明を省略している。
【００６１】
これにより、従来のように、五本の指をまとめて運動させるような単純な動きだけでなく、手の指Ｆが本来行うことのできる複雑な動きを患側上肢手指５に他動的に再現させることができるため、指Ｆの繊細でかつ器用な動きが可能なように運動機能を回復させることができる。なお、指訓練部２８ａ等は、各指Ｆにそれぞれ対応させたものを形成することも可能であるが、各指Ｆの関節間の長さをそれぞれ調整可能に形成し、親指から小指まで全ての指Ｆに対して適応可能なようにしても構わない。
【００６２】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００６３】
すなわち、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１において、訓練手段２３の一例として指Ｆの運動機能の回復訓練を目的とする指訓練部２８を例示し、説明したがこれに限定されるものではなく、患側上肢手指５の肩から先の部位（肩関節、肘関節、手関節（手首）等の各々の関節についても他動的に運動させ、回復訓練を行うものに適用することも可能である。なお、係る場合は、各関節に沿って可動させるための肩訓練部、肘訓練部、手首訓練部などを、指訓練部２８と同様に複数のリンクアーム部及び可動モータ等を組合せたリンク機構を形成する必要がある。また、これらは個々に構成する場合であっても、或いは全ての訓練部を統合し、患側上肢手指５の各関節の運動を総合させたものであっても良い。
【００６４】
さらに、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１において、指訓練部２８の構成を複数のリンクアーム部３３，３６及び可動モータ３５，３７，４０によって構成する代表的な形状の例を図３乃至図６等に示したが、係る形状に限定されるものではなく、運動検出装置２から送出される角度データ９に基づいて、患側上肢手指５の関節を滑らかに可動させることができるものであれば、特に指訓練部２８の構成等に限定されるものではない。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の上肢手指リハビリシステムは、患者の意志に基づく健側上肢手指の能動的な動きに対応させ、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指を左右対称にして他動的に動かすことができる。これにより、従来の単純な機能回復運動に比べ、複雑な動きを患側上肢手指に課すことができるため、運動機能の回復がより効率的に行われる。また、角度補正データ及び力覚データに基づいて制御データの補正が行われるため、健側上肢手指及び患側上肢手指の関節の角度を略一致させることができ、また無理な力が患側の関節に加わることがない。その結果、安全に患側上肢手指のリハビリテーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の上肢手指リハビリシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】上肢手指リハビリシステムにおける運動検出装置、制御装置、回復訓練装置のそれぞれの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】上肢手指リハビリシステムの指訓練部の構成を示す斜視図である。
【図４】指訓練部の構成及び変位の態様を示す側面図である。
【図５】指訓練部の構成及び変位の態様を示す側面図である。
【図６】指訓練部の構成及び変位の態様を示す側面図である。
【図７】指訓練部の各関節の可動を模式的に説明する模式図である。
【図８】上肢手指リハビリシステムにおける運動検出装置、制御装置、及び回復訓練装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】上肢手指リハビリシステムにおける運動検出装置、制御装置、及び回復訓練装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の上肢手指リハビリシステムにおける回転訓練装置の別例構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 上肢手指リハビリシステム（上肢手指リハビリテーションシステム）
２ 運動検出装置
３ 制御装置
４ 回復訓練装置
５ 患側上肢手指
６ 健側上肢手指
８ 角度検知手段
９ 角度データ
１０ 角度データ送出手段
１１ 角度データ受付手段
１２ 制御データ
１３ 制御データ生成手段
１４ 制御データ送出手段
１５ 患側角度データ
１６ 患側角度データ受付手段
１７ 角度補正データ
１８ 角度補正データ生成手段
１９ 補正手段（可動規制手段）
２０ 力覚データ
２１ 力覚データ受付手段
２２ 制御データ受付手段
２３ 訓練手段
２４ 患側角度検知手段
２６ 患側角度データ送出手段
２８ 指訓練部（訓練手段）
２９ 支持本体
３０ 第一装着部
３１ 第二装着部
３２ 第一曲折部
３３ 第一リンクアーム部
３４ 第二曲折部
３５ 第一可動モータ
３６ 第二リンクアーム部
３７ 第二可動モータ
３９ 揺動連結部
４０ 第三可動モータ
４１ 力覚センサ（力検出手段）
ＣＫ 患者
ＤＩＰ 第一関節
Ｆ 指
ＭＰ 第三関節
ＰＩＰ 第二関節
Θ１，Θ２ 患側関節角度
Claims (4)
- 正常な運動機能を有する健側上肢手指の五本の指に各々独立して装着され、患者の意志に基づいて能動的に動かされる前記健側上肢手指の運動を検出可能な運動検出装置と、
運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指の五本の指に各々独立して装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる回復訓練装置と、
前記運動検出装置及び前記回復訓練装置に接続され、前記健側上肢手指の運動に対応させて前記回復訓練装置による前記患側上肢手指の運動を制御する制御装置とを具備し、
前記運動検出装置は、
前記健側上肢手指の関節の関節角度を予め設定した単位時間毎に検知する角度検知手段と、
前記角度検知手段によって検知された前記関節角度を角度データとして、前記制御装置に送出する角度データ送出手段とをさらに有し、
前記制御装置は、
前記運動検出装置から送出された前記角度データを受付ける角度データ受付手段と、
受付けた前記角度データに基づいて前記患側上肢手指を他動的に運動させるための制御データを生成する制御データ生成手段と、
生成された前記制御データを前記回復訓練装置に対して送出する制御データ送出手段とをさらに有し、
前記回復訓練装置は、
前記制御装置から送出された前記制御データを受付ける制御データ受付手段と、
前記回復訓練装置の装着された前記患側上肢手指を前記健側上肢手指の能動的な動きに合わせて左右対称になるように他動的に運動させ、運動機能の回復訓練を行う訓練手段と、
前記訓練手段にしたがって前記患側上肢手指を他動的に運動させることによって生じる力を検出する力検出手段と、
検出された前記力に係る力覚データを前記制御装置に送出する力覚データ送出手段と
を具備し、
前記制御装置は、
前記回復訓練装置から送出された前記力覚データを受付ける力覚データ受付手段と、
受付けた前記力覚データに基づいて、前記患側上肢手指の患側関節角度の可動範囲を規制する可動規制手段とをさらに有し、
前記制御データ及び前記訓練手段に基づいて、単位時間毎に検知された前記健側上肢手指の前記関節角度に対応させて前記患者が動かす関節及び動作速度を意識しながら前記患側上肢手指の五本の指の第一関節、第二関節、及び第三関節の患側関節角度を左右対称にそれぞれ独立して変位させることを特徴とする上肢手指リハビリテーションシステム。 - 前記回復訓練装置は、
前記患側上肢手指の前記患側関節角度を検知する患側角度検知手段と、
検知された前記患側関節角度を患側角度データとして前記制御装置に送出する患側角度データ送出手段とをさらに備え、
前記制御装置は、
前記回復訓練装置から送出された前記患側角度データを受付ける患側角度データ受付手段と、
受付けた前記患側角度データ及び前記運動検出装置から送出された前記角度データを比較し、前記健側上肢手指の前記関節角度に対する前記患側関節角度の誤差を把握し、前記誤差を解消し、前記健側上肢手指及び前記患側上肢手指を左右対称とするための角度補正データを生成する角度補正データ生成手段と、
前記角度補正データに基づいて、生成された前記制御データを補正する補正手段と
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の上肢手指リハビリテーションシステム。 - 前記回復訓練装置は、
前記患側上肢手指を支持する支持本体と、
前記指の第一関節及び第二関節の間に装着される第一装着部と、
前記指の前記第二関節及び第三関節の間に装着される第二装着部と、
前記第一装着部及び前記第二装着部と互いに回動自在に連結され、略中央に設けられた第一曲折部によって曲折自在に形成される第一リンクアーム部と、
前記第一リンクアーム部の一端と接続し、前記第一リンクアーム部及び前記第一装着部を介して前記指の前記第二関節を可動させる第一可動モータと、
前記第二装着部及び前記支持本体と互いに回動自在に連結され、略中央に設けられた第二曲折部によって曲折自在に形成される第二リンクアーム部と、
前記第二リンクアーム部の一端と接続し、前記第二リンクアーム部及び前記第二装着部を介して前記指の前記第三関節を可動させる第二可動モータと
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の上肢手指リハビリテーションシステム。 - 前記回復訓練装置は、
前記第二リンクアーム部の一端と接続され、前記第二リンクアーム部を左右方向に揺動可能な揺動連結部と、
前記揺動連結部を介して連結された前記第二リンクアーム部を左右方向に揺動させる第三可動モータと
をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の上肢手指リハビリテーションシステム。
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