JP4274753B2

JP4274753B2 - Rehabilitation equipment

Info

Publication number: JP4274753B2
Application number: JP2002204672A
Authority: JP
Inventors: 尚史寺田; 隆志米田; 良至高橋; 薫井上; 哲笹田
Original assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004041519A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリハビリテーション装置に関し、特に、上肢機能障害及び認知機能障害を有する患者等のリハビリテーションのためのリハビリテーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来では、例えば脳血管障害による片麻痺などで上肢の運動機能に障害を持つ患者は、感覚、認知及び運動能力を向上させるために、サンディングボードを用いて一定の負荷に抗して机上で運動したり、ペグボードを用いて様々な形状及び大きさの物をつかんだり移動させたりする訓練を受けていた。しかしながら、これらの訓練は単調であり、患者は訓練に対するモチベーションを持続させることができず、時としてリハビリテーションの長期化を助長する傾向があるという問題があった。
【０００３】
また、従来では、セラピストが患者の回復状況を適切に評価する方法が確立されていないため、セラピストが患者の回復状況を主観的に評価せざるをえず、この評価が正確でない場合には、適切なリハビリテーションのプログラムを患者に提供することができないということがしばしばあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を鑑み、本発明の目的は、患者が高いモチベーションで訓練を受けることができるリハビリテーション装置を提供することである。また、本発明の別の目的は、患者の障害回復度を客観的に評価するリハビリテーション装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るリハビリテーション装置によれば、患者が把持して移動させうる操作部と、操作部の移動に応じて移動又は変形する仮想物体を表す映像を生成し、かつ操作部に力を伝達しうるように操作部に連結されたコンピュータと、コンピュータに連結されかつ映像を表示する映像表示手段とを備え、コンピュータは、仮想物体の移動方向と逆向きの一定の大きさの第一の力と、仮想物体の移動方向と逆向きの方向の、移動速度に比例した大きさの第二の力と、映像表示手段に表示された目標軌道から仮想物体が逸れた距離に比例した大きさで目標軌道に向かう方向に復元する第三の力を、リハビリテーションプログラムの内容に従って、組み合わせて作られた合力を、第一モータと第二モータにより擬似的に発生させ、合力を操作部に伝達することにより患者に力覚を提示する。これにより、患者は、操作部を移動させるべき方向を映像表示手段の映像で視認し、患者の操作部の移動に応じて操作部に力が伝達されることにより、患者は力覚を提示され、患者自身があたかも仮想物体となって変形又は移動しているかのような現実感を抱き、高いモチベーションで訓練を受けることができる。
【０００６】
請求項２に係るリハビリテーション装置によれば、患者の障害の程度に応じて操作部に伝達する力の方向及び大きさを変えることができる。これにより、本発明のリハビリテーション装置の使用者は、患者の障害回復度を考慮してコンピュータが操作部に伝達する力の方向及び大きさ、すなわちリハビリテーション訓練の内容や難度などを変更することができ、患者に必要なリハビリテーション訓練を効率的に提供することができる。
【０００７】
請求項３に係るリハビリテーション装置によれば、コンピュータは、操作部の移動により映像中で移動又は変形した仮想物体の移動範囲、変形範囲、移動速度及び変形速度の中の少なくとも一つに基づいて患者の障害回復度を算出する障害回復度算出手段を備えている。これにより、本発明のリハビリテーション装置により、患者が操作部を移動させたことにより変化する映像中の仮想物体に基いて、患者の上肢運動機能の障害回復度を客観的に評価することができ、効率的に患者のリハビリテーション訓練を提供することができる。
【０００８】
請求項４に係るリハビリテーション装置によれば、患者の障害回復度に基いて操作部に伝達する力の大きさ及び方向を定める伝達力決定手段を備えている。これにより、本発明のリハビリテーション装置により、客観的に評価された患者の障害回復度に基いてリハビリテーションの訓練の内容や難度などを決定し、効率的に患者のリハビリテーション訓練を提供することができる。
【０００９】
請求項５に係るリハビリテーション装置によれば、コンピュータは、情報解析手段と、情報処理手段と、記憶手段とをさらに備え、患者の障害回復度に関する情報が情報解析手段により解析されかつ情報処理手段により処理され、かつ記憶手段に情報が記憶される。これにより、患者の障害回復度に関する情報をさらに情報解析手段及び情報処理手段で解析、処理することができる。また、患者の障害回復度に関する情報を記憶手段に記憶することができる。
【００１０】
請求項６に係るリハビリテーション装置によれば、障害回復度に関する情報が映像表示手段において表示される。これにより、医師は患者の障害回復度を映像表示手段で容易に視認することができる。
【００１１】
請求項７に係るリハビリテーション装置によれば、請求項１〜６のいずれか１項に係るリハビリテーション装置において、操作部を操作している患者の名前、年齢、症状及び回復度の履歴に関する患者情報が記憶手段にさらに記憶され、患者情報が映像表示手段において表示される。これにより、本発明のリハビリテーション装置の使用者は、映像手段で年齢や症状及び回復度に関する患者情報を映像表示手段で容易に視認することができる。
【００１２】
請求項８に係るリハビリテーション装置によれば、コンピュータは、記憶手段に記憶された患者情報に基いて患者の訓練項目を決定する訓練項目決定手段と、記憶手段に記憶された患者情報に基いて患者の検査項目を確定する検査項目決定手段の少なくとも一つを備えている。これにより、本発明のリハビリテーション装置により、患者のリハビリテーションの訓練内容や検査内容を効率的かつ最適に決定することができる。
【００１３】
請求項９に係るリハビリテーション装置によれば、患者が把持して平板上で移動させうる操作部と、操作部の平板上における移動方向と同じ方向に移動する表示部分を表す映像を生成し、かつ操作部に力を伝達しうるように操作部に連結されたコンピュータと、コンピュータに連結されかつ映像を表示する映像表示手段とを備え、コンピュータは、操作部の位置、移動方向及び移動速度の中の少なくとも一つに応じて定めた方向及び大きさの力を操作部に伝達して患者に力覚を提示する。これにより、本発明のリハビリテーション装置を用いて、患者は、操作部を移動させるべき目標軌道を映像表示手段の映像で視認し、患者の操作部の移動に応じて操作部に力が伝達されることにより、患者は力覚を提示され、患者自身があたかも仮想物体となったかのような現実感を抱き、高いモチベーションで訓練を受けることができる。
【００１４】
また、請求項９に係るリハビリテーション装置によれば、コンピュータに連結された第一モータと、コンピュータに連結された第二モータと、第一モータの軸に連結された、平板とほぼ平行な関節の付いた第一リンクと、第二モータの軸に連結された、平板とほぼ平行な関節の付いた第二リンクとをさらに備え、操作部は、第一リンクの第一モータの反対の端部に連結され、かつ第二リンクの第二モータの反対の端部に連結さており、第一及び第二のモータには、モータの回転角度を検出する手段がそれぞれ取り付けられており、モータの回転角度を検出する手段は、コンピュータに連結されている。これにより、本発明のリハビリテーション装置は、操作部の位置がリンク及びモータを介してコンピュータに伝達され、かつコンピュータでモータを作動させてリンクを介して操作部に力を伝達する構成に限定されている。また、操作部は平面方向のみに移動するので、万が一操作部が誤作動した場合でも、患者は操作部を離せば安全であるという利点を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のリハビリテーション装置の概略構成図である。１００はリハビリテーション装置を全体的に示す。図１に示すように、リハビリテーション装置１００は、患者が把持しうる操作部３４を備えた力覚提示装置３０と、操作部３４の位置に対応した表示部分（以下、仮想物体と呼ぶ）を表す映像を表示するディスプレイ１０と、操作部３４の位置を算出し、かつディスプレイ１０の映像を生成し、かつ予め定めた条件において力覚提示装置３０を制御するコンピュータ２０とで概ね構成されている。これにより、患者がディスプレイ１０で視認したリハビリ訓練又は検査としての目標動作を実現すべく操作部３４を移動させる時に、仮想物体の変形又は移動の状態（又は操作部３４の位置）に応じて操作部３４に力を伝達して患者に力覚を提示するものである。
【００１６】
最初に力覚提示装置３０について説明する。力覚提示装置は、平板３２と、平板３２上に配置されかつ患者が把持しうる把手状の操作部３４と、平板３２上の台３９に取り付けられた、例えばＡＣサーボモータなどの第一モータ３７及び第二モータ３８と、モータ３７、３８の回転角度を検出するための光学式エンコーダ（図示せず）と、操作部３４と第一モータ３７を連結する第一リンク３５と、操作部３４と第二モータ３８を連結する第二リンク３６とで概ね構成されている。さらに、第一リンク３５は、第一モータ３７の軸に連結された上リンク３５ａと、関節３５ｃで上リンク３５ａに連結され、かつ操作部３４に例えばボールジョイントなどで連結された下リンク３５ｂとで構成されており、第一リンク３５は平板３２に平行に移動可能である。また、第二リンク３６は、第一リンク３５と全く同様に、上リンク３６ａと、下リンク３６ｂと、関節３６ｃで構成されている。このような構成により、患者は操作部３４を平板３２上で平板３２に平行に自由に移動させることができ、それと同時に、モータ３７、３８の回転力により操作部３４に平板３２に平行な任意の方向の力を発生させることができる。なお、使用の便宜上、平板３２上で摺動する操作部３４が平板３２の外に出ないように、平板３２の周縁全体に突出部を設けてもよい。また、患者が容易に操作部３４を移動させうるように平板３２の机３１に対する傾斜角度を水平から垂直までの任意の角度に取付具３３で調節することができる。なお、操作部３４を平板３２上で容易に摺動させることができるように、操作部３４の底面にローラ（図示せず）を設けたり、低摩擦材で被覆してもよい。
【００１７】
次に操作部位置算出方法について説明する。平板３２上の操作部３４の位置は、予め定めた計算式に上リンク３５ａ、３６ａの長さと、下リンク３５ｂ、３６ｂの長さと、エンコーダで検出したモータ３７、３８の軸それぞれの検出角度とを入力することによって算出することができる。このような算出手順を有するプログラムを操作部位置算出手段としてコンピュータ２０の中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４において収納する。
【００１８】
次にモータの回転方向及びトルクの決定方法について説明する。第一及び第二モータ３７、３８の回転によって平板３２に平行な任意の方向及び大きさの力Ｆを操作部３４に伝達する場合には、第一モータ３７から操作部３４の直線に直角な力Ｆ_１と、第二モータ３８から操作部３４の直線に直角な力Ｆ_２が力Ｆ_１と力Ｆ_２の合力が力Ｆとなるように力Ｆ_１と力Ｆ_２を決定し、操作部３４から第一モータ３７までの距離に力Ｆ_１を乗じて第一モータ３７を回転させるべき方向及びトルクＴ_１を決定し、操作部３４から第二モータ３８までの距離に力Ｆ_２を乗じて第二モータ３８を回転させるべき方向及びトルクＴ_２を決定することができる。したがって、リハビリテーションでソフトウェアを使用している場合に操作部３４に伝達させるべき力が確定した時、操作部の位置に基いてモータ３７、３８を回転させるべき方向及びトルクを算出する。このような算出手順を有するプログラムをモータ回転決定手段としてＣＰＵ２４において収納する。
【００１９】
図２は本発明のリハビリテーション装置１００のブロック図である。図２に示すように、コンピュータ２０はディスプレイ１０と力覚提示装置３０に連結されている。本実施例では、コンピュータ２０はパーソナルコンピュータであり、ディスプレイ１０として液晶モニタを使用している。コンピュータ２０は、ＣＰＵ２４と、ＣＰＵ２４に接続された記憶装置２３とを有する。このＣＰＵ２４は、モータ３７、３８を制御するためのインターフェイスとして機能するアナログ出力ボード２１と、エンコーダ出力信号を取り込むためインターフェイスとして機能するカウンタボード２２と、ＣＰＵ２４とが連結されている。また、ＣＰＵ２４は、ディスプレイ１０の映像を生成し、かつ操作部３４の位置に対応してディスプレイ１０の映像上に仮想物体を表示する映像表示手段を有する。
【００２０】
次にソフトウェアを用いた時の力覚提示装置３０のメカニズムについて説明する。まず、ＣＰＵ２４にある操作部位置算出手段により操作部３４の位置を算出し、ＣＰＵ２４は、この操作部３４の位置情報に基づいて、平板３２における操作部３４の位置に対応して仮想物体Ｃが位置する映像を生成してディスプレイ１０に表示する。それと同時に、ＣＰＵ２４は、操作部３４の位置に応じて操作部３４に伝達する力の方向及び大きさを決定するソフトウェア中の伝達力決定手段によって決定した伝達力の方向及び大きさを読み取り、モータ回転決定手段はこの読み取った伝達力の方向及び大きさに基いてモータ３７、３８それぞれの回転方向及びトルクを決定し、この回転トルク及び回転方向に関する情報をアナログ出力ボード２１を介してモータ３７、３８に伝達してモータ３７、３８を作動させ、リンク３５、３６を介して操作部３４に伝達され、操作部３４を把持している患者は力を受ける。
【００２１】
次に、本発明のリハビリテーション装置を用いて基本訓練を行うための５つの基本訓練ソフトウェアについて説明する。基本訓練とは、障害の症状が比較的に重い患者が、医師、理学療法士又は作業療法士などのセラピストの指導の下で又は患者単独で視覚で認識し、脳で指令し、手で運動を行うという一連の行為を行う能力を高めるために行われる。
【００２２】
最初に第一の基本訓練ソフトウェアについて図３を参照して説明する。このソフトウェアでは、患者は画面中の目標軌道に沿って仮想物体を移動させるべく平板３２上で操作部３４を短時間かつ短距離で移動させることが求められている。図３に示す例では、画面中に縦３列、横３列の９つの円が間隔をおいて配置され、映像中の９つの円の中から選択された始点である円Ｓと終点である円Ｇが定められた時、患者は、ディスプレイ１０中の仮想物体Ｃを始点Ｓから終点Ｇまでの直線状の目標軌道（図３の例では直線Ｌ_１）に沿って移動させることが求められている。
【００２３】
このソフトウェアでは、操作部３４に伝達させるべき力の方向及び大きさを決定する伝達力決定手段は、操作部３４に伝達させる力Ｆを以下の三つの種類の力の合力に決定する。第一の力は、患者がディスプレイ１０の画面中の仮想物体を移動させる時にあたかも仮想物体に摩擦力が生じているかのような現実感を患者に抱かせる、仮想物体（操作部３４）の移動方向と逆向きの一定の大きさの力（摩擦力とする）である。第二の力は、患者が物体を移動させる時に移動方向と逆向きの方向に移動速度に比例した大きさの力（粘性力と称する）である。これにより、患者の手が多少震えた場合でも操作部３４にはこの震えに抗する力が発生するので、意に反する手の震えによって操作部３４が移動するのを防ぐことができる。また、第三の力は、画面上の仮想物体を目標軌道に沿って移動させるのを補助するために、仮想物体が目標軌道から逸れた距離に比例した大きさで軌道に向かう方向に復元する力（ばね力と称する）である。このばね力は、患者の障害回復度に応じて、具体的には、患者の障害回復度が低い場合において大きく、患者の障害回復度が高い場合において小さく設定し、患者のために最適な訓練を提供することができる。以上のように、このソフトウェアでは、目標軌道Ｌ_１に沿って移動させる訓練又は検査（患者の障害回復度を評価）において、仮想物体Ｃの目標軌道からの逸れを修正するように患者は操作部３４を通して力を受けるので、比較的に障害回復度の低い患者のリハビリテーションを補助することができる。また、患者は操作部３４を移動させる際に力を受けるので、高いモチベーションで訓練又は検査を受けることができる。
【００２４】
第二の基本訓練ソフトウェアは、第一の基本訓練ソフトウェアとほぼ同じであるが、図４に示すように、伝達力決定手段で伝達力を決定する方法が異なっている、具体的には、摩擦力と粘性力とばね力の合力を伝達力として決定している点は同じであるが、ばね力の設定方法のみが異なっている。第一の基本訓練ソフトウェアでは、目標軌道（図３の例では直線Ｌ_１）以外の全ての領域で発生するようにばね力を設定しているが、第二の基本訓練ソフトウェアでは、仮想物体が目標軌道から一定距離にある（図４では、直線Ｌ_２とＬ_３で内側の領域にある）場合では、ばね力を発生させず、仮想物体が目標軌道から一定距離以上逸れた場合にはこの逸れた距離に応じた大きさの目標軌道に向かう力をばね力として発生させるように設定されている。第二の基本訓練ソフトウェアは、患者の操作部３４の移動を補助する領域が制限されているので、第一の基本訓練ソフトウェアよりも難しい。
【００２５】
また、第三の基本訓練ソフトウェアは、第一及び第二の基本訓練ソフトウェアとほぼ同様であるが、図５に示すように、目標軌道は直線状でなく、円状である点で異なっている。例えば、目標軌道が線Ｌ_４と線Ｌ_５で囲まれた領域である場合、第一の基本訓練ソフトウェアと同様に、線Ｌ_４と線Ｌ_５の中間の線から逸れた距離に応じた大きさで中間線に戻る向きのばね力を設定してもよく、また、第二の基本訓練ソフトウェアと同様に、線Ｌ_４と線Ｌ_５で囲まれた領域から逸れた時に領域から逸れた距離に応じた大きさで領域に戻る向きのばね力を設定してもよい。このソフトウェアは、目標軌道に沿って常に方向を変えながら仮想物体を移動させなければならないので、第一及び第二の基本訓練ソフトウェアよりも難しい。
【００２６】
また、第四の基本訓練ソフトウェアは、第一から第三の基本訓練ソフトウェアとほぼ同様であるが、図６に示すように、目標軌道Ｌ_６が波状である点と、ばね力の設定方法が異なっている。ばね力は、始点Ｓから仮想物体Ｃまでの距離に比例した大きさで始点Ｓ方向の力が生じるように設定されている。このソフトウェアは、目標軌道の方向が常に変化していることに加え、目標軌道の位置に応じて異なる力が発生するので、上記基本訓練ソフトウェアよりも難しい。
【００２７】
第五の基本訓練ソフトウェアでは、患者は短時間で広範囲に画面中で分割された複数の区画に仮想物体を通過させるべく操作部３４を移動させることが要求されている。図７に示すように、画面は、一例として縦１２個、横２０個の区画Ｄで分割されていおり、仮想物体Ｃが通過した区画Ｄは変色するように設定されている。この時、画面中央に向かう力を提供するために、このソフトウェアの伝達力決定手段は、上記ソフトウェアと同様な摩擦力及び粘性力と、仮想物体の画面中央Ｏからの距離に比例した大きさで画面中央Ｏに向かう方向のばね力の合力を伝達力として決定している。このソフトウェアにより、患者が通過させた区画の分布から患者の上肢の運動能力及び可動範囲を測定することができる。
【００２８】
次に、本発明のリハビリテーション装置を用いて応用訓練を行うための二つの応用訓練ソフトウェアについて説明する。応用訓練は、基本訓練で平面内で仮想物体を自由に移動させることができる程度の障害の比較的に軽い患者に向けられたものであり、患者が飽きることなく訓練を受けることができるようにより一層ゲーム性を持たせている。
【００２９】
最初に第一の応用訓練ソフトウェアはエアホッケーゲームである。図８はエアホッケーゲームの応用訓練ソフトウェアを使用した場合のディスプレイの画面の一例である。このエアホッケーゲームは、壁Ｗ又はスティックＣで衝突させたパックＰを相手のゴールＧへ入れた数を競うゲームである。ＣＰＵの映像表示手段は、基本訓練ソフトウェアと同様に、画面中の円形のスティックＣが操作部３４の移動と同じ方向に移動するように設定されている。伝達力決定手段は、基本訓練ソフトウェアと同様に、摩擦力及び粘性力と、パックＰがスティックＣに衝突した時にスティックＣを持った操作者があたかも現実に衝撃を受けるかのように現実感を抱かせるための、パックＰの移動方向及び速度と反発係数に基づいて方向及び大きさが決定される衝突力との合力を伝達力として決定している。また、例えば、スティックの移動範囲をゴールに平行な直線方向に制限する場合には、伝達力決定手段は、上記の摩擦力、粘性力及び衝突力と、前記直線から逸れた場合に直線に向かう方向に生じるように設定されたばね力の合力を伝達力として決定する。ソフトウェアの設定は、ゴールの配置を変えたり、スティックＣの移動範囲を広げたり、パックの速度を変えたり、患者の障害の回復度に応じて変更することができる。
【００３０】
次に第二の応用訓練ソフトウェアについて説明する。第二の応用訓練ソフトウェアは迷路である。図９は迷路の応用訓練ソフトウェアを使用した場合の画面の一例である。このソフトウェアでは、患者は、画面中の迷路のスタートからゴールまで仮想物体Ｃを短時間で移動させるべく操作部３４を移動させることが要求されている。伝達力決定手段は、上記ソフトウェアと同様な摩擦力及び粘性力と、画面中で仮想物体が壁を通過させることができないように仮想物体が壁Ｗ上に位置する時に仮想物体の移動方向と逆方向に操作部３４に伝達させるべき力として生じる静止力との合力を伝達力として決定する。
【００３１】
迷路のゲーム性を高めるために、図９の例では、迷路は、地中領域Ｈ、海領域Ｉ、空領域Ｊに分けられており、これらの領域のそれぞれで様々な力覚を患者に提示している。地中領域Ｈでは、あたかも患者自身が土を掘っているかのような現実感を患者が抱くように、伝達力決定手段で決定する伝達力を構成する摩擦力を大きく設定する。また、海領域Ｉでは、あたかも患者が海中で泳いでいるかの現実感を患者が抱くように、伝達力を構成する粘性力を大きく設定する。また、空領域Ｊでは、あたかも患者が空で飛んでいるかのような現実感を患者が抱くように、伝達力を構成する摩擦力及び粘性力を小さく設定する。
【００３２】
ゲーム性をさらに高めるために、迷路中に以下に説明する障害物を設定してもよい。例えば、空領域Ｊにおいて障害物として格子Ｋ、Ｍを設定する。画面中の仮想物体Ｃを格子を通過させる時にあたかも患者が格子に接触してガタガタと振動しているかのような現実感を患者が抱くように、仮想物体Ｃが格子の線を通過する時に生じるように設定したばね力を伝達力に加える。また、障害物として雲を設定してもよい。仮想物体Ｃが雲の領域内に入った時、患者がフワフワとした感覚を抱くように粘性力を大きく設定してもよい。また、障害物として固い障害物を設定してもよい。画面中の仮想物体Ｃをこの固い障害物を通過させることができないように、仮想物体の移動方向と逆方向の大きな力である抗力を加えて伝達力を決定する。あるいは、例えばこの固い障害物に仮想物体を数回衝突させれば障害物を破壊し、仮想物体がこの障害物の抗力を受けなくなるように設定してもよい。また、障害物として軟らかい障害物を設定してもよい。画面中の仮想物体Ｃをこの柔らかい障害物を通過させる時に、あたかも患者が風船を割る時に反発力を受けているかのような現実感を抱かせるように、画面中の仮想物体をこの柔らかい障害物上で通過した距離に比例して大きさで反対方向の力を与え、この通過距離が一定距離を越えた場合に力がなくなるように設定された力を加えて伝達力を決定する。
【００３３】
以上のように、本発明のリハビリテーション装置は、基本訓練ソフトウェアと応用訓練ソフトウェアを使用することにより、ディスプレイで示されている目標動作を行うべく患者が移動させる操作部の移動方向及び速度に応じて伝達力決定手段で決定した伝達力を操作部に伝達して患者に力覚を提供するので、患者自身があたかも仮想物体として変形又は移動しているかのような現実感を抱き、高いモチベーションで訓練を受けることができる。
【００３４】
次に回復度評価ソフトウェアについて説明する。回復度評価ソフトウェアは、障害回復度算出手段として、上記訓練ソフトウェアと併用して患者の障害回復度を評価する（検査する）ために使用される。回復度評価ソフトウェアは、情報処理手段として機能するデータ収集プログラムと、情報解析手段として機能するデータ解析プログラムとで構成される。データ収集プログラムは、第一の基本訓練ソフトウェアの例では、始点から終点までの移動に要した時間や、始点から終点までの移動距離などの情報をコンピュータ２０中のメモリ（図示せず）上で一時的に貯蔵し、パソコン２０のハードディスクなどの記憶装置２３に保存する。データ解析プログラムは、前記時間と、前記距離と、訓練の難度を示す伝達力決定手段で設定したばね力の大きさとに基づいて患者の障害回復度を評価し、評価した患者の障害回復度に関する情報を記憶装置２３に保存する。
【００３５】
第二、第三及び第四の基本訓練ソフトウェアを使用して患者の障害回復度を評価する場合には、移動に要した時間と、目標軌道から逸れた距離と、ばね力の大きさとに基づいて患者の障害回復度を評価する。また、第五の基本訓練ソフトウェアにおいては、一定時間に仮想物体を通過させた区画数と、訓練の難度を示すばね力の大きさとに基づいて障害回復度を評価する。また、仮想物体通過させた区画の分布に基づいて患者の腕の可動範囲を評価する。
【００３６】
応用訓練用ソフトウェアを使用して患者の障害回復度を評価する場合には、エアホッケーのソフトウェアの場合では、例えば、対戦相手のコンピュータに対するスコアを障害回復度として評価する。また、迷路のソフトウェアの場合では、例えば、ゴールへの到達時間を障害回復度として評価する。このように、患者の障害回復度を数値化して客観的に評価することができ、効率的に患者のリハビリテーション訓練を提供することができる。
【００３７】
次に訓練項目決定ソフトウェアについて説明する。訓練項目決定ソフトウェアは、訓練項目を決定する手段として患者の訓練項目を決定するソフトウェアである。このソフトウェアは、患者情報の認識、患者の訓練項目決定、訓練項目設定からなる手順で構成されている。最初の患者情報の認識の段階では、訓練項目決定ソフトウェアは、パソコン２０のキーボード２５を介して入力した患者の名前、年齢及び症状に関する情報と、上記回復度評価ソフトウェアで評価した患者の障害回復度に関する情報とで構成された患者情報としてのファイルをメモリ上で一時的に貯蔵し、この患者情報を記憶装置２３に保存する。なお、この患者情報は、所定の手順でディスプレイ２０に表示されうる。
【００３８】
次の患者の訓練項目の決定の段階では、訓練項目決定ソフトウェアは、この患者情報に基いて次回の患者の訓練項目を決定する。例えば、第一の基本訓練ソフトウェアを用いた場合、患者の障害回復度が向上している場合には、次回の患者の訓練項目として、第一の基本訓練ソフトウェアにおける伝達力決定手段で決定する伝達力を構成するばね力を小さく設定し、難度の高い訓練を決定する。また、患者の障害回復度が著しく向上している場合には、さらに難易の高い他の基本訓練ソフトウェアや応用訓練ソフトウェアを用いた訓練に決定する。
【００３９】
訓練項目設定の段階では、患者が次回訓練を受ける時に（例えばパソコン２０のキーボード２５で患者名を入力した時）、訓練項目決定の段階で決定した訓練項目を自動的に設定する。
【００４０】
また、検査項目決定ソフトウェアは、訓練項目決定ソフトウェアと同様に、患者の情報に基いて次回の患者の検査項目を決定し、患者が次回検査を受ける時に検査項目決定の段階で決定した自動的に設定する。このように、患者の訓練項目及び検査項目を自動的かつ客観的に決定、設定することにより、効率的に患者のリハビリテーション訓練を提供することができる。
【００４１】
また、本発明のリハビリテーション装置は、上肢運動機能の訓練のみならず、交通事故、脳血管障害の疾病等で高次脳機能障害を有する認知機能障害者に対する認知機能回復訓練にも向けられている。また、本発明のリハビリテーション装置は、視覚と触覚の相互作用を高める、すなわち、感覚のモダリティの訓練にも向けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリハビリテーション装置の概略構成図である。
【図２】本発明のリハビリテーション装置のブロック図である。
【図３】第一の基本訓練ソフトウェアの画面を示す図である。
【図４】第二の基本訓練ソフトウェアの画面を示す図である。
【図５】第三の基本訓練ソフトウェアの画面を示す図である。
【図６】第四の基本訓練ソフトウェアの画面を示す図である。
【図７】第五の基本訓練ソフトウェアの画面を示す図である。
【図８】第一の応用訓練ソフトウェアの画面を示す図である。
【図９】第二の応用訓練ソフトウェアの画面を示す図である。
【符号の説明】
１０…映像表示手段
２０…制御手段
３４…操作部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rehabilitation device, and more particularly to a rehabilitation device for rehabilitation of a patient or the like having upper limb dysfunction and cognitive dysfunction.
[0002]
[Prior art]
Traditionally, patients with impaired upper limb motor function, such as hemiplegia due to cerebrovascular disorders, exercised on a desk against a certain load using a sanding board to improve sensory, cognitive and motor skills And trained to grab and move objects of various shapes and sizes using pegboards. However, these exercises are monotonous, and patients have been unable to continue their motivation for training and sometimes have a tendency to promote prolonged rehabilitation.
[0003]
In addition, since the therapist has not established a method for appropriately evaluating the patient's recovery status in the past, the therapist must subjectively evaluate the patient's recovery status, and if this evaluation is not accurate, Often, it was not possible to provide patients with an appropriate rehabilitation program.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rehabilitation device that allows a patient to receive training with high motivation. Another object of the present invention is to provide a rehabilitation device that objectively evaluates the degree of recovery of a patient's failure.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the rehabilitation apparatus according to claim 1 of the present invention, an operation unit that can be grasped and moved by a patient, and a video representing a virtual object that moves or deforms according to the movement of the operation unit are generated, and the operation unit A computer coupled to the operation unit so that force can be transmitted, and video display means coupled to the computer and displaying an image, the computer having a fixed size opposite to the moving direction of the virtual object. Proportional to the distance that the virtual object deviates from the target trajectory displayed on the image display means and the second force that is proportional to the moving speed in the direction opposite to the moving direction of the virtual object. A third to restore in the direction toward the target trajectory Power According to the content of the rehabilitation program ,set The resultant force produced by combining them is generated in a pseudo manner by the first motor and the second motor, and the resultant force is transmitted to the operation unit to present a sense of force to the patient. As a result, the patient visually recognizes the direction in which the operation unit should be moved on the image of the image display means, and the patient is presented with a sense of force by transmitting force to the operation unit according to the movement of the operation unit of the patient. It is possible to receive training with high motivation with a sense of reality as if the patient was deformed or moved as a virtual object.
[0006]
According to the rehabilitation apparatus of the second aspect, the direction and magnitude of the force transmitted to the operation unit can be changed according to the degree of the patient's disorder. As a result, the user of the rehabilitation device of the present invention recovery Considering the degree Computer The direction and magnitude of the force transmitted to the operation unit, that is, the content and difficulty of the rehabilitation training can be changed, and the rehabilitation training necessary for the patient can be efficiently provided.
[0007]
According to the rehabilitation device according to claim 3, Computer Provided is a failure recovery degree calculating means for calculating a failure recovery degree of a patient based on at least one of a movement range, a deformation range, a movement speed and a deformation speed of a virtual object moved or deformed in an image by movement of an operation unit. ing. Thereby, by the rehabilitation device of the present invention, based on the virtual object in the video that changes due to the patient moving the operation unit, it is possible to objectively evaluate the degree of failure recovery of the patient's upper limb motor function, The patient's rehabilitation training can be provided efficiently.
[0008]
According to the rehabilitation apparatus of the fourth aspect of the present invention, the rehabilitation apparatus includes the transmission force determining means that determines the magnitude and direction of the force transmitted to the operation unit based on the degree of recovery from the patient's failure. As a result, the rehabilitation apparatus of the present invention can determine the contents and difficulty level of rehabilitation training based on the objectively evaluated degree of failure recovery of the patient, and efficiently provide the patient's rehabilitation training.
[0009]
According to the rehabilitation device according to claim 5, Computer The information analysis means, the information processing means, and the storage means are further provided. Information relating to the degree of failure recovery of the patient is analyzed by the information analysis means and processed by the information processing means, and the information is stored in the storage means. Thereby, the information regarding the degree of failure recovery of the patient can be further analyzed and processed by the information analysis means and the information processing means. In addition, information relating to the degree of failure recovery of the patient can be stored in the storage means.
[0010]
According to the rehabilitation apparatus of the sixth aspect, the information related to the degree of failure recovery is displayed on the video display means. Thereby, the doctor can easily visually recognize the failure recovery degree of the patient with the video display means.
[0011]
According to the rehabilitation device according to claim 7, in the rehabilitation device according to any one of claims 1 to 6, the patient information regarding the history of the name, age, symptom, and recovery degree of the patient operating the operation unit is provided. Further stored in the storage means, the patient information is displayed on the video display means. Thereby, the user of the rehabilitation apparatus of the present invention can easily visually recognize patient information related to age, symptom, and degree of recovery with the image display means.
[0012]
According to the rehabilitation device according to claim 8, Computer At least one of training item determination means for determining patient training items based on patient information stored in the storage means, and examination item determination means for determining patient inspection items based on patient information stored in the storage means It has. Thereby, the rehabilitation apparatus of this invention can determine the training content and test content of a patient's rehabilitation efficiently and optimally.
[0013]
According to the rehabilitation device according to claim 9, an operation unit that can be grasped and moved on the flat plate by the patient, and an image representing a display portion that moves in the same direction as the movement direction on the flat plate of the operation unit are generated, and A computer connected to the operation unit so that force can be transmitted to the operation unit; and a video display means connected to the computer and displaying an image, wherein the computer has a position, a moving direction, and a moving speed of the operation unit. A force having a direction and magnitude determined according to at least one of the above is transmitted to the operation unit to present a force sense to the patient. Thus, using the rehabilitation device of the present invention, the patient visually recognizes the target trajectory to which the operation unit should be moved on the image display means, and the force is transmitted to the operation unit according to the movement of the patient operation unit. As a result, the patient is presented with a sense of force, can feel the reality as if the patient had become a virtual object, and can receive training with high motivation.
[0014]
Also, Claim 9 According to the rehabilitation apparatus according to the present invention, the first motor connected to the computer, the second motor connected to the computer, and the first link connected to the shaft of the first motor and having a joint substantially parallel to the flat plate. And a second link with a joint substantially parallel to the flat plate connected to the shaft of the second motor, the operating portion being connected to the opposite end of the first motor of the first link, and The second link is connected to the opposite end of the second motor, and means for detecting the rotation angle of the motor is attached to each of the first and second motors, and means for detecting the rotation angle of the motor Is connected to a computer. Accordingly, the rehabilitation device of the present invention is limited to a configuration in which the position of the operation unit is transmitted to the computer via the link and the motor, and the motor is operated by the computer and the force is transmitted to the operation unit via the link. Yes. Further, since the operation unit moves only in the plane direction, even if the operation unit malfunctions, the patient has an advantage that it is safe if the operation unit is separated.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a rehabilitation apparatus according to the present invention. Reference numeral 100 generally denotes a rehabilitation apparatus. As shown in FIG. 1, the rehabilitation device 100 represents a force sense presentation device 30 including an operation unit 34 that can be held by a patient, and a display portion (hereinafter referred to as a virtual object) corresponding to the position of the operation unit 34. The display 10 generally includes a display 10 and a computer 20 that calculates the position of the operation unit 34, generates a video on the display 10, and controls the force sense presentation device 30 under predetermined conditions. As a result, when the operation unit 34 is moved so as to realize the target action as the rehabilitation training or examination visually recognized by the patient on the display 10, the operation is performed according to the state of deformation or movement of the virtual object (or the position of the operation unit 34). Force is transmitted to the unit 34 to present a sense of force to the patient.
[0016]
First, the force sense presentation device 30 will be described. The force sense presentation device includes a flat plate 32, a handle-like operation unit 34 that is disposed on the flat plate 32 and can be gripped by a patient, and a first motor such as an AC servo motor attached to a table 39 on the flat plate 32. 37, the second motor 38, an optical encoder (not shown) for detecting the rotation angle of the motors 37, 38, a first link 35 connecting the operation unit 34 and the first motor 37, and the operation unit 34. And a second link 36 connecting the second motor 38. Further, the first link 35 includes an upper link 35a connected to the shaft of the first motor 37, a lower link 35b connected to the upper link 35a by a joint 35c, and connected to the operation unit 34 by, for example, a ball joint. The first link 35 is movable in parallel with the flat plate 32. The second link 36 includes an upper link 36a, a lower link 36b, and a joint 36c, just like the first link 35. With such a configuration, the patient can freely move the operation unit 34 on the flat plate 32 in parallel with the flat plate 32, and at the same time, the operation unit 34 can be arbitrarily moved in parallel with the flat plate 32 by the rotational force of the motors 37 and 38. The force in the direction can be generated. For convenience of use, a protrusion may be provided on the entire periphery of the flat plate 32 so that the operation unit 34 that slides on the flat plate 32 does not come out of the flat plate 32. In addition, the inclination angle of the flat plate 32 with respect to the desk 31 can be adjusted to an arbitrary angle from horizontal to vertical with the fixture 33 so that the patient can easily move the operation unit 34. It should be noted that a roller (not shown) may be provided on the bottom surface of the operation unit 34 or may be covered with a low friction material so that the operation unit 34 can be easily slid on the flat plate 32.
[0017]
Next, the operation part position calculation method will be described. The position of the operation unit 34 on the flat plate 32 is determined by calculating the lengths of the upper links 35a and 36a, the lengths of the lower links 35b and 36b, and the detected angles of the axes of the motors 37 and 38 detected by the encoder. Can be calculated by inputting. A program having such a calculation procedure is stored in the central processing unit (CPU) 24 of the computer 20 as an operation unit position calculation means.
[0018]
Next, a method for determining the motor rotation direction and torque will be described. When the force F having an arbitrary direction and magnitude parallel to the flat plate 32 is transmitted to the operation unit 34 by the rotation of the first and second motors 37 and 38, the first motor 37 is perpendicular to the straight line of the operation unit 34. Force F ₁ And a force F perpendicular to the straight line of the operation unit 34 from the second motor 38. ₂ Is force F ₁ And force F ₂ Force F so that the resultant force becomes force F ₁ And force F ₂ And the force F is applied to the distance from the operation unit 34 to the first motor 37. ₁ The direction in which the first motor 37 should be rotated by multiplying ₁ And the force F to the distance from the operation unit 34 to the second motor 38 is determined. ₂ To rotate the second motor 38 and torque T ₂ Can be determined. Therefore, when the force to be transmitted to the operation unit 34 is determined when software is used in rehabilitation, the direction and torque to rotate the motors 37 and 38 are calculated based on the position of the operation unit. A program having such a calculation procedure is stored in the CPU 24 as motor rotation determining means.
[0019]
FIG. 2 is a block diagram of the rehabilitation apparatus 100 of the present invention. As shown in FIG. 2, the computer 20 is connected to the display 10 and the force sense presentation device 30. In this embodiment, the computer 20 is a personal computer, and a liquid crystal monitor is used as the display 10. The computer 20 includes a CPU 24 and a storage device 23 connected to the CPU 24. The CPU 24 is connected to an analog output board 21 that functions as an interface for controlling the motors 37 and 38, a counter board 22 that functions as an interface for capturing an encoder output signal, and a CPU 24. Further, the CPU 24 has video display means for generating a video on the display 10 and displaying a virtual object on the video on the display 10 corresponding to the position of the operation unit 34.
[0020]
Next, the mechanism of the force sense presentation device 30 when using software will be described. First, the position of the operation unit 34 is calculated by the operation unit position calculation means in the CPU 24, and the CPU 24 determines that the virtual object C corresponds to the position of the operation unit 34 on the flat plate 32 based on the position information of the operation unit 34. A position image is generated and displayed on the display 10. At the same time, the CPU 24 reads the direction and magnitude of the transmission force determined by the transmission force determination means in the software for determining the direction and magnitude of the force transmitted to the operation section 34 according to the position of the operation section 34, and the motor. The rotation determining means determines the rotation direction and torque of each of the motors 37 and 38 based on the direction and magnitude of the read transmission force, and sends information on the rotation torque and rotation direction via the analog output board 21 to the motor 37, 38, the motors 37 and 38 are operated, and transmitted to the operation unit 34 via the links 35 and 36, and the patient holding the operation unit 34 receives force.
[0021]
Next, five basic training software for performing basic training using the rehabilitation apparatus of the present invention will be described. Basic training means that patients with relatively severe symptoms of disability are visually recognized under the guidance of a therapist such as a doctor, physiotherapist or occupational therapist, or the patient alone, commanded by the brain, and exercised by hand. This is done to improve the ability to perform a series of actions.
[0022]
First, the first basic training software will be described with reference to FIG. In this software, the patient is required to move the operation unit 34 on the flat plate 32 in a short time and in a short distance in order to move the virtual object along the target trajectory in the screen. In the example shown in FIG. 3, nine circles in three vertical rows and three horizontal rows are arranged at intervals in the screen, and are a circle S and an end point that are selected from the nine circles in the video. When the circle G is determined, the patient moves the virtual object C in the display 10 to a straight target trajectory from the start point S to the end point G (in the example of FIG. ₁ ).
[0023]
In this software, the transmission force determination means for determining the direction and magnitude of the force to be transmitted to the operation unit 34 determines the force F to be transmitted to the operation unit 34 as a resultant force of the following three types of forces. The first force is the movement of the virtual object (operation unit 34) that makes the patient feel as if the virtual object has frictional force when moving the virtual object in the screen of the display 10. It is a force of constant magnitude opposite to the direction (referred to as frictional force). The second force is a force (referred to as a viscous force) having a magnitude proportional to the moving speed in the direction opposite to the moving direction when the patient moves the object. As a result, even if the patient's hand shakes somewhat, the operation unit 34 generates a force that resists this tremor, so that it is possible to prevent the operation unit 34 from moving due to an unexpected hand tremor. The third force restores the virtual object in the direction toward the trajectory with a magnitude proportional to the distance the virtual object deviates from the target trajectory to assist in moving the virtual object on the screen along the target trajectory. Force (referred to as spring force). This spring force is set according to the patient's degree of failure recovery, specifically, when the patient's degree of failure recovery is low, and small when the patient's level of failure recovery is high, optimal training for the patient Can be provided. As described above, in this software, the target trajectory L ₁ In the training or examination (evaluating the patient's failure recovery degree) that is moved along the path, the patient receives a force through the operation unit 34 to correct the deviation of the virtual object C from the target trajectory. Can assist in rehabilitation of patients with low levels. Moreover, since a patient receives force when moving the operation part 34, he can receive training or a test | inspection with high motivation.
[0024]
The second basic training software is almost the same as the first basic training software, but, as shown in FIG. 4, the method for determining the transmission force by the transmission force determination means is different. The point that the resultant force, the viscous force and the spring force are determined as the transmission force is the same, but only the setting method of the spring force is different. In the first basic training software, the target trajectory (in the example of FIG. ₁ In the second basic training software, the virtual object is at a certain distance from the target trajectory (in FIG. 4, the straight line L ₂ And L ₃ If the virtual object deviates more than a certain distance from the target trajectory, the force toward the target trajectory with a magnitude corresponding to the deviated distance is used as the spring force. It is set to generate. The second basic training software is more difficult than the first basic training software because the area for assisting movement of the operation unit 34 of the patient is limited.
[0025]
The third basic training software is substantially the same as the first and second basic training software, but differs in that the target trajectory is not linear but circular as shown in FIG. . For example, if the target trajectory is line L ₄ And line L ₅ In the same manner as the first basic training software, the line L ₄ And line L ₅ The spring force may be set to return to the intermediate line with a magnitude corresponding to the distance deviated from the intermediate line, and, similarly to the second basic training software, the line L ₄ And line L ₅ The spring force may be set to return to the area with a magnitude corresponding to the distance deviated from the area when deviating from the area surrounded by. This software is more difficult than the first and second basic training software because the virtual object must be moved while constantly changing its direction along the target trajectory.
[0026]
Further, the fourth basic training software is substantially the same as the first to third basic training software, but as shown in FIG. ₆ Is different from the method of setting the spring force. The spring force is set so that a force in the direction of the starting point S is generated with a magnitude proportional to the distance from the starting point S to the virtual object C. This software is more difficult than the basic training software because the direction of the target trajectory is constantly changing and different forces are generated depending on the position of the target trajectory.
[0027]
In the fifth basic training software, the patient is required to move the operation unit 34 to pass the virtual object to a plurality of sections divided in a wide range in a short time. As shown in FIG. 7, the screen is divided into, for example, 12 vertical and 20 horizontal sections D, and the section D through which the virtual object C passes is set to change color. At this time, in order to provide a force toward the center of the screen, the transmission force determining means of this software has a size proportional to the frictional force and the viscous force similar to the above software and the distance of the virtual object from the screen center O. The resultant force of the spring force in the direction toward the screen center O is determined as the transmission force. With this software, it is possible to measure the motor ability and the movable range of the patient's upper limb from the distribution of the sections passed by the patient.
[0028]
Next, two application training software for performing application training using the rehabilitation apparatus of the present invention will be described. Applied training is aimed at patients with relatively light obstacles that can move virtual objects freely in the plane in basic training, so that patients can be trained without getting bored. More gameplay.
[0029]
The first application training software is an air hockey game. FIG. 8 shows an example of a display screen when the application training software for the air hockey game is used. This air hockey game is a game for competing for the number of packs P that have been collided with the wall W or the stick C into the opponent's goal G. The image display means of the CPU is set so that the circular stick C in the screen moves in the same direction as the movement of the operation unit 34, as in the basic training software. Similar to the basic training software, the transmission force determination means provides a sense of reality as if the operator holding the stick C actually receives an impact when the pack P collides with the stick C, as well as the frictional force and the viscous force. The resultant force of the collision force whose direction and magnitude are determined on the basis of the moving direction and speed of the pack P and the coefficient of restitution for holding is determined as the transmission force. In addition, for example, when the movement range of the stick is limited to a linear direction parallel to the goal, the transmission force determining means moves toward the straight line when the frictional force, the viscous force, and the collision force deviate from the straight line. The resultant force of the spring force set to occur in the direction is determined as the transmission force. The software settings can be changed according to the degree of recovery of the patient's injury, changing the placement of the goal, expanding the range of movement of the stick C, changing the speed of the pack.
[0030]
Next, the second applied training software will be described. The second application training software is a maze. FIG. 9 is an example of a screen when using maze application training software. In this software, the patient is required to move the operation unit 34 in order to move the virtual object C in a short time from the start of the maze on the screen to the goal. The transmission force determining means has the same frictional force and viscous force as those of the above software, and reverses the moving direction of the virtual object when the virtual object is positioned on the wall W so that the virtual object cannot pass through the wall in the screen. The resultant force with the static force generated as the force to be transmitted to the operation unit 34 in the direction is determined as the transmission force.
[0031]
In order to improve the game performance of the maze, in the example of FIG. 9, the maze is divided into an underground area H, an ocean area I, and an air area J, and various sensations are presented to the patient in each of these areas. is doing. In the underground region H, the frictional force constituting the transmission force determined by the transmission force determination means is set large so that the patient has a sense of reality as if the patient himself is digging the soil. In the sea region I, the viscous force constituting the transmission force is set to be large so that the patient has a real feeling as if the patient is swimming in the sea. Further, in the empty region J, the frictional force and the viscous force constituting the transmission force are set to be small so that the patient has a sense of reality as if the patient is flying in the sky.
[0032]
In order to further improve the game performance, obstacles described below may be set in the maze. For example, lattices K and M are set as obstacles in the empty region J. When the virtual object C in the screen passes through the grid, the virtual object C passes through the grid line so that the patient feels as if the patient is in contact with the grid and vibrates. The spring force set in this way is added to the transmission force. A cloud may be set as an obstacle. When the virtual object C enters the cloud area, the viscous force may be set large so that the patient feels fluffy. A hard obstacle may be set as the obstacle. In order to prevent the virtual object C in the screen from passing through this hard obstacle, the transmission force is determined by applying a drag that is a large force in the direction opposite to the moving direction of the virtual object. Alternatively, for example, the virtual object may be set so that the virtual object is not subjected to the drag of the obstacle by destroying the obstacle when the virtual object collides with the hard obstacle several times. A soft obstacle may be set as the obstacle. When the virtual object C in the screen is passed through the soft obstacle, the virtual object in the screen is made to feel the reality as if the patient receives a repulsive force when breaking the balloon. A force in the opposite direction is applied in proportion to the distance passed above, and the transmission force is determined by adding a force set so that the force disappears when the passage distance exceeds a certain distance.
[0033]
As described above, the rehabilitation apparatus according to the present invention uses the basic training software and the application training software, according to the moving direction and speed of the operation unit that the patient moves to perform the target movement shown on the display. Since the transmission force determined by the transmission force determination means is transmitted to the operation unit to provide the patient with a sense of force, the patient feels as if they are deforming or moving as a virtual object and trains with high motivation. Can receive.
[0034]
Next, the recovery degree evaluation software will be described. The degree-of-recovery evaluation software is used for evaluating (inspecting) the degree of failure recovery of a patient in combination with the training software as a means for calculating the degree of failure recovery. The degree-of-recovery evaluation software includes a data collection program that functions as information processing means, and a data analysis program that functions as information analysis means. In the example of the first basic training software, the data collection program stores information such as the time required for movement from the start point to the end point and the movement distance from the start point to the end point on a memory (not shown) in the computer 20. It is temporarily stored and stored in a storage device 23 such as a hard disk of the personal computer 20. The data analysis program evaluates the patient's degree of failure recovery based on the time, the distance, and the magnitude of the spring force set by the transmission force determination means indicating the difficulty of the training, and relates to the degree of failure recovery of the evaluated patient. Information is stored in the storage device 23.
[0035]
When using the second, third, and fourth basic training software to assess the patient's degree of failure recovery, based on the time it took to move, the distance away from the target trajectory, and the magnitude of the spring force To assess the patient's recovery from disability. Further, in the fifth basic training software, the failure recovery degree is evaluated based on the number of sections through which the virtual object is passed in a predetermined time and the magnitude of the spring force indicating the difficulty of the training. The movable range of the patient's arm is evaluated based on the distribution of the sections through which the virtual object is passed.
[0036]
When evaluating the degree of failure recovery of a patient using the application training software, in the case of air hockey software, for example, a score for the opponent's computer is evaluated as the degree of failure recovery. In the case of maze software, for example, the time to reach the goal is evaluated as the degree of failure recovery. In this way, the degree of recovery of a patient's failure can be digitized and evaluated objectively, and the patient's rehabilitation training can be efficiently provided.
[0037]
Next, the training item determination software will be described. The training item determination software is software that determines a training item for a patient as a means for determining a training item. This software is composed of procedures consisting of recognition of patient information, determination of training items for patients, and setting of training items. At the initial stage of recognizing patient information, the training item determination software includes information on the patient name, age and symptoms input via the keyboard 25 of the personal computer 20 and the degree of failure recovery of the patient evaluated by the recovery degree evaluation software. A file as patient information composed of information on the information is temporarily stored on the memory, and the patient information is stored in the storage device 23. The patient information can be displayed on the display 20 in a predetermined procedure.
[0038]
In the stage of determining the next patient training item, the training item determination software determines the next patient training item based on this patient information. For example, when the first basic training software is used and the patient's degree of failure recovery has improved, the transmission determined by the transmission power determination means in the first basic training software is used as the next patient training item. Set the spring force that constitutes the force to a small value, and determine the training with high difficulty. Further, when the patient's degree of failure recovery is remarkably improved, it is decided to perform training using other basic training software and applied training software which are more difficult.
[0039]
In the training item setting stage, when the patient receives the next training (for example, when the patient name is input with the keyboard 25 of the personal computer 20), the training items determined in the training item determination stage are automatically set.
[0040]
Similarly to the training item determination software, the inspection item determination software automatically determines the next patient inspection item based on the patient's information, and automatically determines the inspection item determination stage when the patient receives the next inspection. Set. Thus, by automatically and objectively determining and setting patient training items and examination items, patient rehabilitation training can be efficiently provided.
[0041]
Further, the rehabilitation apparatus of the present invention is directed not only to training of upper limb motor function but also to cognitive function recovery training for persons with cognitive impairment who have higher brain dysfunction due to diseases such as traffic accidents and cerebrovascular disorders. . The rehabilitation device of the present invention is also directed to training visual modality, that is, sensory modality training.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a rehabilitation apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of the rehabilitation apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a screen of first basic training software.
FIG. 4 is a diagram showing a screen of second basic training software.
FIG. 5 is a diagram showing a screen of third basic training software.
FIG. 6 is a diagram showing a screen of fourth basic training software.
FIG. 7 is a diagram showing a screen of fifth basic training software.
FIG. 8 is a diagram showing a screen of first applied training software.
FIG. 9 is a diagram showing a screen of second application training software.
[Explanation of symbols]
10. Image display means
20 ... Control means
34. Operation unit

Claims

An operation unit that the patient can hold and move;
A computer coupled to the operation unit so as to generate a video representing a virtual object that moves or deforms according to the movement of the operation unit, and to transmit force to the operation unit;
Video display means connected to the computer and displaying the video;
The computer
A first force having a constant magnitude opposite to the moving direction of the virtual object; a second force having a magnitude proportional to the moving speed in a direction opposite to the moving direction of the virtual object; a third force to restore the direction toward the target track at a magnitude proportional to the distance it the virtual object from the target trajectory displayed on the display means, in accordance with the contents of the rehabilitation program, made by combining viewed A rehabilitation apparatus characterized in that a resultant force is artificially generated by a first motor and a second motor, and a force sense is presented to the patient by transmitting the resultant force to the operation unit.

The rehabilitation device according to claim 1, wherein the direction and magnitude of the force transmitted to the operation unit can be changed in accordance with the degree of recovery of the disorder of the patient.

The computer calculates a degree of failure recovery of the patient based on at least one of a movement range, a deformation range, a movement speed, and a deformation speed of the virtual object moved or deformed in the image by the movement of the operation unit. The rehabilitation apparatus according to claim 1, further comprising a failure recovery degree calculation unit.

The rehabilitation apparatus according to claim 3, further comprising a transmission force determination unit that determines a magnitude and direction of a force transmitted to the operation unit based on a degree of recovery from the patient's failure.

The computer further includes information analysis means, information processing means, and storage means, information relating to the degree of failure recovery of the patient is analyzed by the information analysis means and processed by the information processing means, and the storage means The rehabilitation apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the information is stored.

6. The rehabilitation apparatus according to claim 5, wherein information relating to the degree of failure recovery is displayed on the video display means.

The patient information related to the name, age, symptom, and recovery history of the patient who is operating the operation unit is further stored in the storage unit, and the patient information is displayed on the video display unit. Item 7. The rehabilitation device according to any one of Items 1 to 6.

The computer includes training item determination means for determining training items for the patient based on the patient information stored in the storage means, and examination items for the patient based on the patient information stored in the storage means. The rehabilitation apparatus according to claim 7, further comprising at least one of examination item determination means to be confirmed.

An operation unit that a patient can hold and move on a flat plate;
A computer coupled to the operation unit so as to generate an image representing a display portion that moves in the same direction as the movement direction of the operation unit on the flat plate, and to transmit a force to the operation unit;
Video display means connected to the computer and displaying the video;
The computer transmits a force of a direction and a magnitude determined according to at least one of the position, moving direction, and moving speed of the operation unit to the operation unit and presents a force sense to the patient .
A first motor coupled to the computer;
A second motor coupled to the computer;
A first link connected to a shaft of the first motor and having a joint substantially parallel to the flat plate;
A second link connected to the shaft of the second motor and having a joint substantially parallel to the flat plate;
The operation portion is connected to an opposite end portion of the first motor of the first link and is connected to an opposite end portion of the second motor of the second link. The rehabilitation apparatus is characterized in that means for detecting the rotation angle of the motor is attached to the motor, and the means for detecting the rotation angle of the motor is connected to the computer.