JP4593612B2 - 運動療法機器のための運動評価装置 - Google Patents

Description

本発明は運動療法機器のための運動評価装置に関するものである。

患者の筋機能や関接機能等の回復訓練のために、負荷を利用した運動療法機器が種々実用化されている。このような運動療法機器では、患者により操作される操作部と、操作部の操作に対して負荷を与える負荷機構とが装備される。

運動療法を効果的に行うための１つの手法として、訓練結果を出力するようにしたものがある。この訓練結果に含まれる要素（評価項目）としては、仕事量、仕事率、最大負荷等、負荷に関するものが少なからず要求され、このため、訓練結果を決定するための運動療法機器に組み込まれたコントロ−ラは、あらかじめ運動療法機器の負荷特性を記憶したものとされている（例えば特許文献１参照）。

運動療法を効果的に行うための別の手法として、経過時間に応じた目標操作量を目標表示部に表示させる一方、目標表示部に隣接させて、操作部の実際の操作量を表示するモニタ表示部を設けて、目標表示部の表示どおりにモニタ表示部の表示が行われるように操作部を操作させるようにすることが既に行われている。この各表示部に対する表示は、例えば、操作量の大きさに応じた長さ分だけ、棒グラフ式に点灯表示する等のことが行われているが、表示態様は、１つの運動療法機器については１通りのものとして設定されている。
特開平８−２５２３４９号公報

ところで、最近では、個々の運動療法機器についてそれぞれ、訓練結果を決定するためのコントロ−ラや、目標表示部とモニタ表示部とを設けると共にその表示制御するコントロ−ラを専用に設けることなく、複数種の運動療法機器に対して汎用性を持たせた運動評価装置というものが望まれるようになっている。とりわけ、比較的簡便な運動療法機器にあっては、それぞれに運動評価装置を別途設けることは大きなコストアップとなってしまう。

訓練結果を複数種の運動療法機器に対応して決定することは、運動療法機器ごとにその負荷特性が異なるために、何等かの対策が必要になる。また、運動療法機器には、その機能目的、特に可動範囲の要求からして、目標表示部とモニタ表示部とでの操作量の好ましい表示態様というものがあり、特に可動範囲の相違によって、ある運動療法機器で適切とされた表示態様が、他の運動療法機器での表示態様として不適切なものとなってしまう場合も応々にして生じることになる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、目標表示部とモニタ表示部とに対する表示態様を、可動範囲の大きさに対応して適切なものとすることができるようにした運動療法機器のための運動評価装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
負荷に抗して患者が操作部を操作するようにされた運動療法機器での運動を評価する運動評価装置であって、
経過時間に応じた前記操作部の目標操作量を表示する目標表示部と、
前記目標表示部と対比されるように設けられ、前記操作部の実際の操作量を表示するモニタ表示部と、
前記目標表示部およびモニタ表示部への表示態様を、運動療法機器における前記操作部の可動範囲の大きさに応じて変更する表示態様変更手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。

請求項１によれば、表示部への表示態様を、複数種の運動療法機器の中から今回の訓練に用いる特定の運動療法機器用として好ましいものとすることができる。また、同一の運動療法機器でも、設定の相違によって操作部材の可動範囲が相違される場合にも、表示部への表示態様を好ましいものとすることができる。

請求項２によれば、点灯表示によって目標操作量表示と実際の操作量表示とを明確に行うことができる。また、ほぼ直線状に多数の点灯手段を配置するだけでよいので、見易くかつ表示部を極力簡単に構成する上で好ましいものとなる。
請求項３によれば、同じ操作位置が再度あらわれる３６０度を越えた操作と、それ以内の操作とを基準として表示態様を変更するので、識別性等の上で好ましいものとなる。

請求項４によれば、３６０度より小さい可動範囲を棒グラフ式に表示して、識別性の上で好ましいものとなる。また、３６０度より大きい正逆回転を、正転方向と逆転方向とを目標表示部での表示で明確に識別させることができる。さらに、３６０度より大きい正逆回転のときに、モニタ表示部の表示を目標表示部と同様に行なった場合には、操作遅れ等を修正するために目標表示部の点灯表示が長くなる方向とは反対方向にモニタ表示部の点灯表示が短くなっていってしまって両表示部の相関関係に誤認を発生させるおそれがあるが、モニタ表示部をカーソル式の表示とすることによってこのような誤認の問題が生じないものとなる。

図１において、１は運動療法機器（訓練器）、２は運動評価装置、３はプリンタである。運動療法機器１は、実施形態では、手首の関節訓練用とされており、ケーシング１１と、ケーシング１１に回転自在に保持された回転軸１２とを有する。回転軸１２の各端部は、ケーシング１１外に延在されて、左右一対の操作部１３とされている。ケーシング１１内には、回転軸１２の回転に対して抵抗つまり負荷を与える負荷機構が装備されている。そして、この負荷の大きさが、ケーシング１１外より操作可能な負荷調整ダイアル１４を操作することにより変更される。なお、このような運動療法機器１は従来からよく知られたものでなの、これ以上の説明は省略する。

ケーシング１１内には、回転軸１２の回転量つまり操作部１３の実際の操作量を検出する例えばロータリエンコーダ等のセンサ１５が装備されている。運動評価装置２は、ケーブル１６を介して、上記センサ１５からの出力信号が入力される。運動評価装置２は、センサ１５からの実際の操作量を示す信号に基いて、後述するような所定の訓練結果（のデータ）を演算する。そして、この得られた訓練結果が、運動評価装置２からケーブル１７を介してプリンタ３へ出力される。運動評価装置２は、訓練器１（のセンサ１５）に対して着脱自在とされて、他の種類の訓練器にも使用できるようにされているが、この点については後述する。

運動評価装置２は、携帯可能な程度の大きさとされたケーシング２１を有し、机上に載置されて、あるいは支柱等に対して固定されて使用される。ケーシング２１の前面には、表示画面（例えば液晶画面）２２と、マニュアル操作される各種スイッチ群２３と、目標表示部としての目標バー２４と、モニタ表示部としてのモニタバー２５とが装備されている。目標バー２４とモニタバー２５とは、それぞれ直線状とされて、互いに近接した状態で、平行かつ同じ長さとなるように設けられており、その長さ方向における各端位置は一致されている。また、ケーシング２１には、音声発生手段としてのスピーカ２６が装備されている。

目標バー２４とモニタバー２５とは、それぞれ、点灯手段としての多数のＬＥＤをその長さ方向に直列に配設することにより構成されているが、点灯時の発光色は、識別性を高めるために互いに異なるようにされている（例えば、目標バー２４は緑色で点灯、モニタバーは赤色で点灯）。

ケーシング２１内には、図２にブロック図的に示すように、マイクロコンピュ−タを利用して構成された制御手段としての制御ユニットが装備されている。この制御ユニットＵは、ＣＰＵと、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭとを有し、制御ユニットＵに対する前記各種機器類の接続関係は図２に示すとおりである。

制御ユニットＵは、訓練結果を演算する（評価する）他、訓練中に、操作部１３をどのように操作するかのガイドを、目標バー２４とモニタバー２５とを利用して患者に示す。すなわち、目標バー２４には、経過時間に応じた操作部の目標操作量が表示される。つまり、訓練開始と共に、目標バー２４には、経過時間に応じた目標操作量が点灯表示されるが、訓練開始直後から、図１下方から順次点灯が行われて、点灯状態の棒グラブが徐々に上方へ長く伸びていくことになり、最大目標操作量となった時点で、目標バー２４がその全長に渡って点灯される。

一方モニタバー２５は、操作部２３の実際の操作量に応じた分だけ、図１下方から点灯されていく。すなわち、訓練開始直後から、図１下方から順次点灯が行われて、点灯状態の棒グラブが徐々に上方へ長く伸びていくことになり、実際の操作量が最大目標操作量にとなった時点で、モニタバー２５がその全長に渡って点灯される。つまり、実際の操作量が目標操作量に常に完全に一致されたときは、目標バー２４とモニタバー２５との点灯上端位置が常に一致され（点灯された棒グラフの長さが同じ）、患者はこの一致が得られるように操作部１３を操作することになる。なお、図２では、ハッチングを付した部分が点灯されている部分を示し、この図２の点灯状態では、実際の操作量が目標操作量よりも若干小さい状態を示している。

次に、目標操作量の設定の仕方について、図３、図４を参照しつつ説明するが、図３（の実線）は従来から行われている数値設定の場合を示し、図４はティーチングによる設定の場合を示す。まず、図３の数値設定の場合について説明すると、最大目標操作量ＭＭが設定され、最大目標操作量ＭＭとするまでの時間（上昇時間）Ｔ１が設定され、最大目標時間となった状態で停止する停止時間Ｔ２が設定され、停止時間Ｔ２経過後に最大目標操作量から元の状態に復帰するまでの時間（下降時間）Ｔ３が設定される。以上が１サイクルの設定であり、次のサイクル開始までの休止時間が、Ｔ４として設定される。なお、時間の変化による目標操作量の変化は、線形的（単位時間当たりの操作量の変化割合が一定）に行われる。

一方、図４のティーチングの場合は、実際に操作部１３を操作して、このときに得られる経過時間と実際の操作量との対応関係に基いて、目標操作量が設定される。したがって、得られる目標操作量は、必ずしも直線を結んだものとはならない（単位時間当たりの操作量の変化割合が微妙に変化する）。ティーチングの場合、図３の休止時間Ｔ４に相当する時間は、別途マニュアル設定するようにしてあるが、この休止時間も含めてティーチングすることもできる（休止時間を含めて１サイクルとする）。なお、図３において、目標操作量に一致するように操作部１３を実際に操作したときの一例が、図３破線で示され、この破線で示される操作量（実際の操作量）が、モニタバー２５に点灯表示されることになる。

次に、図５〜図７のフロ−チャ−トを参照しつつ、制御ユニットＵの制御内容について説明するが、フロ−チャ−トは特にティーチングに関連した内容を重視したものとなっており、その他の制御内容は簡単化して示される。なお、以下の説明でＳはステップを示す。

まず、図５のＳ１において、複数種の訓練器（運動療法機器）の名称が、表示画面２２に表示される。すなわち、運動評価装置２は、図１に示す手首関節訓練用の訓練器１に限らず、他の訓練器にも同様に適用できる汎用性をもたせてあり、現在制御の対象となる訓練器を選択させるためにＳ１が行われる。Ｓ２において、現在適用対象となる訓練器がマニュアル選択されると、Ｓ３において、選択された訓練器（実施形態では手首用訓練器２）の負荷に関する特性が選択される。この特性は、上記複数種の訓練器についての負荷特性を示すものであり、例えばマニュアル設定される負荷レベルの種類（数）、負荷レベルに応じた実際の負荷値、負荷レベルに対応した換算トルク値とされる。勿論、この特性は、制御ユニットＵのＲＯＭに、複数種の訓練器毎にあらかじめ記憶されている。

Ｓ４では、訓練の終了条件となる運動量の設定のメニューが表示画面２２に表示される（例えば、訓練での総仕事量、訓練回数、訓練時間等）。Ｓ５で運動量設定が終了されたことが確認されると、Ｓ６において、ペース設定のメニューが、表示画面２２に表示される。ペース設定は、大別して、目標操作量を、前述したように、数値設定するかティーチング設定するかであり、Ｓ７においてティーチング設定がマニュアル選択されたことが確認されると、Ｓ９において、休止時間の設定のためのメニュー表示が行われる。Ｓ１０において、マニュアル選択により休止時間の設定が行われたことが確認されると、図６のＳ２１へ移行する。

図６のＳ２１において、ティーチングモ−ドのスタートスイッチがＯＮされたことが確認されると、ティーチングを行うことを十分認識させるために、音声により所定時間（例えば３秒）のカウントダウンが行われる。Ｓ２３において、所定時間がカウウトダウンされたことが確認されると、Ｓ２４において、ティーチングを開始するという音声での合図がなされる。この合図を受けて、患者は、操作部１３を実際に操作することになるが、この実際の操作量（回転軸１２の操作角度）が、経過時間との対応関係をもたせつつ、制御ユニットＵのＲＡＭに記憶される。

Ｓ２６では、ティーチングが終了したことを示すマニュアル操作がなされたか否かが判別され、このＳ２６の判別でＮＯのときは、Ｓ２７において、Ｓ２４からの経過時間が、ティーチングに必要な十分な時間として設定された所定時間（例えば３０秒）が経過したか否かが判別される。Ｓ２７の判別でＮＯのときはＳ２５に戻る。Ｓ２７の判別でＹＥＳのときは、所定時間内にティーチングができなかったときであり、このときＮＧとしてＳ２２へ戻って、ティーチングのやり直しが行われる。

Ｓ２６の判別でＹＥＳのときは、Ｓ２９において、ティーチングされた（記憶された）操作量が、その経過時間との対応関係に基いて、目標バー２４に目標操作量として表示される。このＳ２９の処理は、ティーチングの内容を、患者に十分認識させるために行われる。Ｓ２９の後、Ｓ３０において、訓練開始を実行してもよい旨の表示が行われる。Ｓ３１において、訓練実行開始のためのスタートスイッチがマニュアル操作されたことが確認されると、図７のＳ４１へ移行する。

Ｓ４１では、目標バー２４に目標操作量が表示されるが、ティーチングに基づく訓練を行う場合は、ティーチングされた（記憶された）操作量が、その経過時間との対応関係に基いて、目標バー２４に目標操作量として表示される。これと同時に、モニタバー２５に、操作部１３の実際の操作量が表示される。勿論、患者は、モニタバー２５の表示が目標バー２４の表示と一致するように（ティーチングされたとおりの操作となるように）、操作部１３を操作することになる。

Ｓ４２において、図５のＳ４で設定された訓練終了条件となったことが確認されると、Ｓ４３において、訓練結果が表示画面２２に表示される。この訓練結果は、例えば、訓練時間、訓練回数、最大目標操作量への到達回数、最大操作量（最大角度）、総操作距離（総角度）、仕事量、仕事率、アキュラシー（訓練の正確度で、目標操作量と実際の操作量との相違度合を示すもの）等とされる。Ｓ４４において、上記訓練結果をプリンタ出力することが確認されると、Ｓ４５において、訓練結果がプリントアウトされる。

前記Ｓ７の判別でＮＯのときは、Ｓ８において、図３の説明で行ったように上昇時間Ｔ１や下降時間Ｔ２等がマニュアル操作によって数値設定され、この後、図６のＳ３０へ移行する。この場合、Ｓ４１での目標操作量の表示は、数値設定されたものとされる。すなわち、フロ−チャ−トでは簡略化されているが、実際には、Ｓ８の後は、ステップＳ３０〜Ｓに対応した（少なくともＳ４１に対応した）ステップが別途設定されていて、Ｓ４１に対応したステップでは数値入力された目標操作量が表示されることになる。

ここで、目標バー２４とモニタバー２５との表示の仕方の好ましい例について説明するが、基本的に、操作部１３に対する操作が、１回転未満（３６０度未満）となる揺動モ−ドであるか、１回転以上（３６０度以上）の正逆回転モ−ドとなるかで、モニタバー２５の表示の仕方を変えるようにしてある。

まず、揺動モ−ドの場合は、記述のとおりであり、その表示例が、図８〜図１０にも示される。目標バー２４は、目標操作量の大小に応じて、点灯によって得られる棒グラブの長さが比例的に大きくなるようにされる。この場合、棒グラフは、目標操作量が零のときは常に最下端位置（点灯なし）であり、所定の設定最大可動範囲（３６０度）内では、最大目標操作量となったときに目標バー２４が全て点灯されるようにされる（最大目標操作量の大小に応じて、目標バー２４の単位長さ当たりの目標操作量の大きさつまり変化量が変化する）。モニタバー２５の点灯状態は、目標操作量と実際の操作量とが一致したときに、目標バーの長さと一致するように変化される（目標バー２４の点灯上端位置と棒グラフ状に点灯表示されるモニタバー２５の点灯上端位置とが一致）。

前記正逆回転モ−ドのとき、つまり原点位置から正転方向（右方向）へ３６０度を越えて可動され、この後、逆転方向（左方向）へ可動されて原点位置へ復帰するときは、次のような表示態様とされる。まず、目標バー２４は、目標操作量が原点位置では点灯なしであり、正転方向への目標操作量が増大するのに伴って、目標操作量に比例した長さ分だけ下方から点灯されていき（図１２参照）、正転方向への最大目標操作量となったときに、目標バー２４の上端まで点灯される。目標バー２４の上端まで点灯された状態から、逆転の開始時は、目標バー２４が一旦全て消灯される、逆転が進行すると、目標バー２４の上端位置から点灯が順次行われていき（上から下へと伸びる棒グラフ状の点灯表示で、図１１参照））、原点位置復帰で一旦全て消灯される。このように、原点位置と正転方向の最大目標操作量位置となったときに、一旦全て消灯されて、この消灯を境にして、棒グラフ状の点灯表示の方向が、下から上へ伸びる状態と、上から下へ伸びる状態とに切換えられる。

正逆回転モ−ドのとき、モニタバー２５への表示は、その長手方向に極めて短い常に同一長さのカーソル式とされる。このカーソル式とするのは、目標バー２４への棒グラフ状の点灯表示が、正逆方向を明確に示すために下から伸びる場合と上から伸びる場合とがあり、この場合にモニタバー２５の表示を目標バー２４の表示と同じようにしたのでは、目標操作量に対して実際の操作量が遅れたり、進んだりしたときに、違和感を与える場合があるからでり、カーソル式とすることにより、このような問題が解消される。

なお、同一方向への連続回転モ−ドのときは、目標表示部２４への表示を、下から上へ伸びる棒グラフ状として、１回転する毎に一旦全て消灯した後、再度下から棒グラフ状に伸びるような表示態様とするのが好ましい。この場合、目標表示部２５への表示は、適宜設定でき、目標表示部２４と同じような表示態様であってもよく、カーソル式表示であってもよい。

以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば次のような場合をも含むものである。表示部２４、２５は、横長に配設してもよく、また直線状に限らず円弧状等適宜の形状に設定することができる。両表示部２４、２５の隣接配置は、幅方向に互いに小間隔をあけて並置する場合に限らず、目標バー２４の幅を太くする一方、モニタバー２５の幅を狭くして、目標バー４内に（例えば目標バー２４の幅方向中央）に、モニタバー２５を配置するような場合をも含むものである。

本発明の適用対象となる運動療法機器（訓練器）は、負荷に抗して操作部を操作する適宜のものとすることができる。例えば、実施形態に示す手関節、指関節の訓練用（例えば商品名リストロール）の他、前腕の回内回外運動訓練用（例えば商品名リストマシン）、下肢筋肉訓練用（例えば商品名クアドリセップチェア）、肩関節可動域拡大訓練用（例えば商品名ショルダーホイール）等に対して適用できる。特に負荷調整がマニュアル調整される簡易型の運動療法機器に適用して好ましいものとなる。運動評価装置２と運動療法機器１との接続ケーブル１６を介した接続を行う際に、次のようにするのが好ましい。まず、接続ケーブル１６は、運動評価装置２のケーシング２１から延設されて、常にケーシング２１と一体に存在するようにするのが好ましい。また、接続ケーブル１６の先端部に、センサ１５に対して着脱自在に接続される接続コネクタ１６ａ（図１参照）を設けると共に、この接続コネクタ１６ａを、複数種の運動療法機器のセンサ１５に対してそれぞれ着脱自在に接続される共通コネクタとして設定しておくのが好ましい。

接続コネクタ１６ａをセンサ１５に対して接続したときに、接続された運動療法機器に対応した負荷特性が自動的に選択されるように設定することもできる。例えば、運動療法機器に、運動療法機器の種類毎に異なる抵抗値を有する抵抗回路を組み込んでおき、接続コネクタ１６ａをセンサ１５に対して接続したときに上記抵抗回路も合わせて接続コネクタ１６ａに接続されるようにして、運動評価装置２側から抵抗回路に所定電圧を印加したときに、運動評価装置２側で検出される電流値の大きさに応じて接続されている運動療法機器の種類を識別して、識別された運動療法機器に対応した負荷特性を自動選択するようにすればよい。

フロ−チャ−トに示す各ステップあるいはセンサやスイッチ等の各種部材は、その機能の上位表現に手段の名称を付して表現することができる。また、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。さらに、本発明は、制御方法として表現することも可能である。

本発明の一実施形態を示す接続系統図。 図１をブロック図的に示す図。 目標操作量を数値設定する場合の一例を示す図。 目標操作量をティーチングした場合の一例を示す図。 本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。 本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。 本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。 目標表示部とモニタ表示部との表示例を示す図。 目標表示部とモニタ表示部との表示例を示す図。 目標表示部とモニタ表示部との表示例を示す図。 目標表示部とモニタ表示部との表示例を示す図。 目標表示部とモニタ表示部との表示例を示す図。

１：運動療法機器（訓練器）
２：運動評価装置
３：プリンタ
１２：回転軸
１３：操作部
１４：負荷調整ダイアル
２２：表示画面
２３：マニュアルスイッチ群
２４：目標バー（目標表示部）
２５：モニタバー（モニタ表示部）
２６：スピーカ
Ｕ：制御ユニット

Claims (4)

1. 負荷に抗して患者が操作部を操作するようにされた運動療法機器での運動を評価する運動評価装置であって、
   経過時間に応じた前記操作部の目標操作量を表示する目標表示部と、
   前記目標表示部と対比されるように設けられ、前記操作部の実際の操作量を表示するモニタ表示部と、
   前記目標表示部およびモニタ表示部への表示態様を、運動療法機器における前記操作部の可動範囲の大きさに応じて変更する表示態様変更手段と、
   を備えていることを特徴とする運動療法機器のための運動評価装置。
2. 請求項１において、
   前記目標表示部およびモニタ表示部とはそれぞれ、多数の点灯手段をほぼ直線状に細長く配列することによって点灯によって操作量を示すように設定されると共に、互いに近接した状態で平行かつ同じ長さとなるように設けられ、しかもその長さ方向における各端位置が一致するように設定されている、ことを特徴とする運動療法機器のための運動評価装置。
3. 請求項２において、
   前記目標表示部およびモニタ表示部の表示態様が、前記操作部の１回転操作量となる３６０度を境として変更される、ことを特徴とする運動療法機器のための運動評価装置。
4. 請求項２において、
   前記可動範囲が３６０度よりも小さいときは、前記各表示部での点灯表示が、その各一端側から操作量の大きさに対応した長さ分だけ棒グラフ式に行われるようにされ、
   前記可動範囲が３６０度を越えて正逆回転とされるときは、前記目標表示部への点灯表示が、正転のときはその一端側から正転方向への操作量の大きさに対応した長さ分だけ棒グラフ式に行われると共に、逆転のときはその他端側から逆転方向への操作量の大きさに対応した長さ分だけ棒グラフ式に行われ、しかも前記モニタ表示部への点灯表示は実際の操作量位置のみを示すように極めて短くされたカーソル式に行われる、
   ことを特徴とする運動療法機器のための運動評価装置。

Images