JP5291581B2 - 片麻痺指機能回復訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、片方の手の指が麻痺した患者の前記指を回復訓練させる片麻痺指機能回復訓練装置に関する。

脳卒中を発症すると片麻痺が残ることが少なくない。この片麻痺には、リハビリテーションにより、指の機能を回復させることが可能である。このリハビリテーションは、熟練した医師や療養士の手で実施されるが、訓練が長時間、長期間に亘るため、医師や療養士の身体的な負担が大きい。
この負担を解消することを目的に、従来、訓練装置が提案されている（例えば、特許文献１（図１５）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４は従来の技術の基本原理を説明する図であり、この訓練装置１００では、想像線で示される手１０１を支える第２支持本体１０２からリンク１０３〜１０６が延びており、リンク１０４とリンク１５５との連結部に第５装着部１０７が設けられ、リンク１０６の先端に第４装着部１０８が設けられている。

特許文献１段落番号［００７８］に記載されているように、上記の構成により、第２指から第５指用の指動作支援機構は、患側上肢手指を種々の態様に変位させることができる。

第４装着部１０８や第５装着部１０７で、指１０９に外から力を加えて屈曲させることを、他動的屈曲と呼ぶことにする。また、指１０９に外力を加えて伸張させることを、他動的伸張と呼ぶ。一方、外力を加えないで、患者の力により指１０９を伸張させることを自力的伸張と呼ぶことにする。

指１０９に、他動的屈曲と他動的伸張とを交互に繰り返す従来の訓練装置では、患者自身の力が反映されているか否かが不明である。患者自身の力が反映されていなければ、訓練の効果が小さく、訓練が長期化する。
そのため、自力的伸張を促すことができる訓練装置が望まれる。

特開２００８−６７８５２公報

本発明は、自力的伸張を促すことが可能な訓練装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、片方の手の指が麻痺した患者の前記指を回復訓練させる片麻痺指機能回復訓練装置であって、
この片麻痺指機能回復訓練装置は、手を載せる手載せ台と、この手載せ台に載せられた手の指の一本を押し下げて屈曲させ、屈曲された指が元に戻ろうとする伸張動作は妨げない指屈曲機構と、この指屈曲機構で押し下げられた前記指の付け根を叩いて前記伸張動作を促す指叩き機構と、からなり、
前記指屈曲機構は、前記手載せ台の下方に設けられている第１軸から前記手載せ台にほぼ沿って延び、前記第１軸を中心に上下に旋回する第１アームと、この第１アームを上下に旋回させる第１サーボモータと、前記第１アームに加わるトルクを検出する第１トルク計測機構と、前記手載せ台の上方に設けられている第２軸から前記第１アームに交差するように延ばされ、前記第２軸を中心に上下に旋回する第２アームと、この第２アームを上下に旋回させる第２サーボモータと、前記第２アームに加わるトルクを検出する第２トルク計測機構と、前記第１アームと第２アームとの交点に配置され、前記第１アームの軸方向に移動自在に前記第１アームに取付けられると共に前記第２アームの軸方向に移動自在に前記第２アームに取付けられるスライダと、このスライダに取付けられ前記指を押し下げる指押し部と、前記第１・第２トルク計測機構からトルク情報を取得し前記第１サーボモータ及び第２サーボモータを制御する制御部と、からなることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、手載せ台は、手の手首の近傍を揺動支点として上下に往復動することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、片方の手の指が麻痺した患者の前記指を回復訓練させる片麻痺指機能回復訓練装置であって、
この片麻痺指機能回復訓練装置は、
手を載せる手載せ台と、
この手載せ台に載せられた手の指の一本を押し下げて屈曲させ、屈曲された指が元に戻ろうとする伸張動作は妨げない指屈曲機構と、
この指屈曲機構で押し下げられた前記指の付け根を叩き、引き続いて前記指の上面を前記指の根元方向へ摺り上げて前記伸張動作を促す指叩き機構と、からなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、指叩き機構で、屈曲後の指の付け根を叩く。すると、患者の運動神経が刺激され、指が元に戻ろうとし自力的伸張が期待される。
すなわち、本発明によれば、自力的伸張を促すことが可能な訓練装置が提供される。
加えて、請求項１に係る発明では、患者の指に他動的屈曲と自力的伸張とを行わせる訓練装置において、患者の指を移動させる機構を、互いに交差する第１アーム及び第２アームと、これらの交点に配置したスライダと、このスライダに設けた指押し部で構成した。
第１アームを第１サーボモータで駆動し、第２アームを第２サーボモータで駆動する。
第１サーボモータの出力と第２サーボモータの出力とを制御することにより、スライダ及び指押し部を任意の位置に保持させることができ、任意の移動軌跡上を移動させることができる。
カム機構でも上記移動軌跡を得ることができるが、移動軌跡を修正する必要が起こると、カムを交換しなければならず、修正が難しい。この点、本発明によれば、モータ出力を変更するだけで対応させることができ、極めて容易に移動軌跡が修正できる。
したがって、多様の患者の訓練を１台の訓練装置に担わせることでき、訓練装置の稼働率を高めることができる。

請求項２に係る発明では、手載せ台により患者の手首を揺動させる。指の自力的伸張動作に手首の背屈動作を加えることができ、指だけの訓練に比較して、回復訓練の効果を高めることができる。

請求項３に係る発明では、片麻痺指機能回復訓練装置は、指屈曲機構で押し下げられた指の付け根を叩き、引き続いて指の上面を指の根元方向へ摺り上げて伸張動作を促す指叩き機構を備える。指叩き機構で、指の上面を指の根元方向へ摺り上げることにより、指の自力的伸張を促すことが期待できる。

本発明に係る片麻痺指機能を回復させる訓練の様子を説明する図である。 本発明に係る片麻痺指機能回復訓練装置の斜視図である。 片麻痺指機能回復訓練装置の断面図である。 スライダの構造を説明する図である。 図３の５−５線断面図である。 屈曲機構の原理を説明するための三角形図である。 屈曲機構の作動原理を説明する図である。 指の他動的屈曲開始から屈曲途中までを説明する作用図である。 指の他動的屈曲終了から自力的伸張を説明する作用図である。 指叩き機構の変更実施例を説明する図である。 図１０の指叩き機構が指を叩く動作を説明する図である。 図１０の指叩き機構が指を刷り上げる動作を説明する図である。 トルク計測機構の斜視図である。 従来の片麻痺指機能回復訓練装置の基本構成を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明が目指す訓練の内容を、図１に基づいて説明する。
図１（ａ）において、患者の手１０の人指し指１１に、介助者が力Ｆ１を加え、矢印（１）のように、指の屈曲動作を開始する。同時に、介助者は屈曲している手首１２を背屈させる（矢印（２）。

そして、（ｂ）に示すように力Ｆ２により、指１１が継続して屈曲される（矢印（３））。
さらに（ｃ）に示すように力Ｆ３により、指１１が継続して屈曲され（矢印（４））、手首１２が屈曲される（矢印（５））。
（ａ）〜（ｃ）にて、指１１が介助者の力Ｆで屈曲されることを、他動的屈曲という。

次に、（ｄ）にて、指１１の付け根１３を、介助者が、矢印（６）のように軽く叩く（打つ）。軽く叩くことで、患者の運動神経が刺激され、指１１が（ｅ）に示すように伸張し（矢印（７））、（ａ）に戻る。このときに、介助者の指１５、１６が患者の指１１の上面に添えられ、指１１の伸張動作に追従して、介助者の指１５、１６が上げられる。
（ｄ）〜（ｅ）〜（ａ）にて、指１１は、外力なしで自力で伸張する。このことを、自力的伸張という。

以上に説明した他動的屈曲及び自力的伸張を、行わせることができる訓練装置の好しい実施例を、図面に基づいて説明する。
図２に示すように、片麻痺指機構回復訓練装置２０（以下、訓練装置２０と略記する。）は、矩形のベース板２１と、このベース板２１に垂直に且つ並行に立てた縦壁部２２、２２と、これらの縦壁部２２、２２の斜辺に渡され患者の腕２４を支える斜面部２５と、縦壁部２２、２２に渡した揺動軸２６に支えられ患者の手２７を支える手載せ台２８と、この手載せ台２８の前部から上方へ延ばされた門型又は箱形ブラケット２９と、このブラケット２９に取付けられ例えば人指し指１１を押し下げる指屈曲機構４０とを、含む。

図３に示すように、指屈曲機構４０は、手載せ台２８の下方に設けられている第１軸４１から手載せ台２８にほぼ沿って延び、第１軸４１を中心に上下に旋回する第１アーム４２と、手載せ台２８から下へ延ばされたＬ字形のサブブラケット４３に支持され第１アーム４２を上下に旋回させる第１サーボモータ４４と、門型又は箱形ブラケット２９上に設けられている第２軸４５から第１アーム４２に交差するように延ばされ、第２軸４５を中心に上下に旋回する第２アーム４６と、ブラケット２９上に設けられ第２アーム４６を上下に旋回させる第２サーボモータ４７と、第１アーム４２と第２アーム４６との交点４８に配置され、第１アーム４２の軸方向に移動自在に第１アームに取付けられると共に第２アーム４６の軸方向に移動自在に第２アーム４６に取付けられるスライダ４９と、このスライダ４９に取付けられ指（図２、符号１１）を押し下げる指押し部５１と、第１サーボモータ４４の回転角度を監視する第１エンコーダ５２、及び第２サーボモータ４７の回転角度を監視する第２エンコーダ５３からの回転角度情報を取得し第１サーボモータ４４及び第２サーボモータ４７を制御する制御部５４と、からなる。

なお、第１アーム４２の駆動トルク（Ｔａｒｍ１）を計測することができる特殊な第１トルク計測機構９０を、第１アーム４２に根元に備え、トルク情報を制御部５４に送る。同様に、第２アーム４６の駆動トルク（Ｔａｒｍ２）を計測することができる特殊な第２トルク計測機構９５を、第２アーム４６に根元に備え、トルク情報を制御部５４に送る。

トルクは歪（ひずみ）ゲージで歪を計測し、この歪を換算することで求められる。そのための歪ゲージを第１アーム４２に直接貼付けることが考えられる。ただし、第１アーム４２に発生する歪が微少である場合には、誤差の影響が顕著となり、計測の信頼性が低下する。対策として、本実施例では、歪を拡大（増幅）させることができる特殊なトルク計測機構９０、９５を採用する。

先ず、第１トルク計測機構９０を、図１３で説明する。
図１３において、第１軸４１に、回転自在に支持ブロック９１が取付けられ、この支持ブロック９１に第１アーム４２が固定されている。このままでは、第１軸４１からの駆動トルクが第１アーム４２に伝わらない。
そこで、第１軸４１に、駆動板９２を固定し、この駆動板９２の途中にくびれ部９３を設け、このくびれ部９３に歪ゲージ９４を貼り付け（又は内蔵し）、駆動板９２の先端を第１アーム４２に連結するようにした。

このような構造の第１トルク計測機構９０によれば、第１軸４１からの駆動トルクは駆動板９２を介して第１アーム４２に伝えられる。このときにくびれ部９３は他の部位より大きく撓むため、歪が拡大される。
第２アーム４６に付属する第２トルク計測機構９５も同構造であるため、説明を省略する。

図３に戻って、手載せ台２８上に設けられた第３サーボモータ５５、この第３サーボモータ５５の回転角度を監視する第３エンコーダ５６及び第３サーボモータ５５で上下に旋回されるパンチ５７とからなり、患者の指の付け根を叩く指叩き機構５８を、訓練装置２０に含む。

好ましくは、縦壁部２２に設けられ揺動軸２６を揺動（回転）させる第４サーボモータ５９、及びこの第４サーボモータ５９の回転角度を監視する第４エンコーダ６１からなり、手載せ台２８を上下に往復動させる手首屈伸機構６２を、訓練装置２０に含む。

制御部５４は、第１・第２エンコーダ５２、５３に加えて、第３・第４エンコーダ５６、６１からの回転角度情報を取得し、第１・第２サーボモータ４７に加えて、第３・第４サーボモータ５５、５９をも総合的に制御する。

次に、第１アーム４２と第２アーム４６との交点４８に配置されるスライダ４９の構造を説明する。
図４に示すように、スライダ４９は、上下に延びるスライダ本体６４と、このスライダ本体６４の上部に回転自在に取付けられ第１アーム４２の上面に沿って自由に回転する第１コロ６５と、スライダ本体６４の下部に回転自在に取付けられ第１アーム４２の下面に沿って自由に回転する第２コロ６６と、スライダ本体６４から第１アーム４２に沿って延ばされる突起部６７と、この突起部６７上に回転自在に取付けられ第１アーム４２の側面（外側の面）に沿って自由に回転する第３コロ６８と、突起部６７下に回転自在に取付けられ第１アーム４２の側面（外側の面）に沿って自由に回転する第４コロ６９とからなる。

図５は図３の５−５線断面図であり、２個のスライダ４９、４９が、１本の支軸７１で繋がれている。この支軸７１は、第１アーム４２及び第２アーム４６を貫通しており、中央に円筒状で表面に面ファスナー７２が貼り付けられている指押し部５１が回転自在に設けられ、第５コロ７３、７３を介して第２アーム４６に沿って移動する。
すなわち、支軸７１は、第１アーム４２並びに第２アーム４６に沿って移動する。

指１１に面ファスナー７４を巻き付け、この面ファスナー７４を支軸７１側の面ファスナー７２に結合する。以降、指１１が指押し部５１と離れることなく一緒に移動する。

図３において、第１軸４１の中心をＡ、第２軸４５の中心をＯ、交点４８をＢとすると、図６に示す三角形ＯＡＢを描くことができる。辺ＯＡは一定長さであり、その他の辺ＡＢ及び辺ＯＢは可変長さとなる。

図６に示す三角形ＯＡＢにおいて、辺ＯＡを通る軸をｘ軸、点Ｏ（原点）を通りｘ軸に直交する軸をｙ軸、辺０Ａの長さをＬ（一定値）、辺ＯＢの長さをＬ１（変動値）、角Ｏをθ１、角（外角）Ａをθ２とする。
角Ｏ＋角Ｂ＝角Ａから、角Ｂ＝角Ａ−角Ｏ＝θ２−θ１と変形し、角Ｂは（θ２−θ１）となる。内角Ａは（２π−θ２）となる。

点Ｂの座標を（ｘ，ｙ）とすると、ｘ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１、ｙ＝Ｌ１・ｓｉｎθ１となる。
また、正弦定理から、Ｌ／ｓｉｎ（θ２−θ１）＝Ｌ１／ｓｉｎ（２π−θ２）。
ここで、ｓｉｎ（２π−θ２）＝ｓｉｎθ２。Ｌ／ｓｉｎ（θ２−θ１）＝Ｌ１／ｓｉｎθ２をＬ１について整理すると、Ｌ１＝Ｌ・ｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２−θ１）となる。このＬ１を、ｘ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１とｙ＝Ｌ１・ｓｉｎθ１に代入する。
ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ１・ｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２−θ１）
ｙ＝Ｌ・ｓｉｎθ１・ｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２−θ１）

θ１、θ２により点Ｂ、すなわち指押し部の位置が唯一決定され、指押し部は２次元平面上で制御可能となる。点Ｂに係る速度（手先速度）及び力（手先外力）の関係式は次のように表すことができる。

点Ｂの軌跡を別の簡便な方法で説明することができる。
図７（ａ）において、第１アーム４２は非回転状態に保たれ、第２アーム４６が駆動トルクＴａｒｍ２で時計回りに回されると仮定する。すると、点Ｂは、矢印（１１）のように、第１アーム４２に沿って移動する。

また、（ｂ）において、第２アーム４６は非回転状態に保たれ、第１アーム４２が駆動トルクＴａｒｍ１で時計回りに回されると仮定する。すると、点Ｂは、矢印（１２）のように、第２アーム４６に沿って移動する。

また、（ｃ）において、第１アーム４２が駆動トルクＴａｒｍ１で時計回りに回され、第２アーム４６が駆動トルクＴａｒｍ２で時計回りに回されると、点Ｂは、矢印（１３）のように移動する。この移動軌跡は、Ｔａｒｍ２とＴａｒｍ１とを変更することにより、任意に描くことができる。
したがって、図３において、第１サーボモータ４４と第２サーボモータ４７の駆動トルク及び、回転方向、回転速度などを変更することにより、指押し部５１の位置、移動方向、速度、力を任意に制御することができる。

以上に述べた訓練装置１０の作用を次に説明する。
図８（ａ）に示すように、手載せ台２８に、手２７を載せ、面ファスナー７４が巻かれている指１１を指押し部５１の下に挿入する。そして、訓練装置（図２、符号２０）を始動する。すると、指押し部５１が矢印のように下降し始める。手載せ台２８と斜面部２５との角度はαである。

続いて、（ｂ）に示すように、手載せ台２８を図反時計方向（矢印（１１））に回転し、手載せ台２８と斜面部２５との角度をβに増大する（角度α＜角度β）。これで手首１２の背屈が行われる。
この背屈に並行して、指１１の下降は継続される（矢印（１２））。

図９（ａ）において、指１１の他動的屈曲が終了し、この状態でパンチ５７で指１１の付け根１３が叩かれる（矢印（１３））。そしてパンチ５７は戻される。
同時に、指押し部５１を、指１１が戻る速度で、図反時計方向へ移動する（矢印（１４））。指押し部５１は、指１１に外力を加えないで、添える程度となり、指１１の自力的伸張を妨げない。同時に、手載せ台２８を反時計方向に回す（矢印（１５））。これで、手首１２の屈曲が行われる。
（ｂ）に示すように、指１１が自力的に伸張し（矢印（１６））、図８（ａ）に戻る。

以上により、指１１の他動的屈伸と自力的伸張とが繰り替えされる。加えて、手首１２の屈曲と背屈とが繰り返される。図１で述べた訓練と同等の訓練が、本発明の訓練装置１０により施されるため、従来、訓練に従事してきた医師や療法士の負担を大幅に軽減することができる。

次に、指叩き機構の変更例を説明する。
図１０に示すように、変更された指叩き機構８０は、クランク形（又はＺ形）ブラケット８１と、このクランク形ブラケット８１の下部に取付けられた第３サーボモータ５５と、この第３サーボモータ５５のモータ軸８２に固定された矩形ピース８３と、この矩形ピース８３を移動可能に収納する溝８４を有するパンチ５７と、溝８４に嵌っている矩形ピース８３を、パンチ５７の先端に向かって押す圧縮ばね８５と、パンチ５７の後端に設けたフリーローラ８６と、このフリーローラ８６を案内するためにクランク形ブラケット８１の上部に固定されるカムプレート８７と、からなる。

好ましくは、パンチ５７の先端下面に、軟質材からなる突起８９を付設する。この突起８９は介助者の指先を模した柔らかさ及び形状とした。

カムプレート８７の直線部は、パンチ５７の長手軸８８と、γの角度（γは０を含まない正の数）をなす。モータ軸８２の位置とカムプレート８７の位置は不変であるが、パンチ５７が移動するため、γは変化する。この点に付いて以下説明する。

図１１（ａ）において、パンチ５７の先端の位置（ポジション）をＰａとする。この状態から、モータ軸８２を図時計回りに回転させる。すると、パンチ５７が図時計回りに回転しようとする。

結果、（ｂ）に示すように、フリーローラ８６がカムプレート８７に沿って回転し始める（矢印（２１））。そして、モータ軸８２で支持される矩形ピース８３が僅かに時計回りに回転しながら、パンチ５７の移動を許容するため、パンチ５７は図右下へ移動（前進）する。圧縮ばね８５は縮む。図におけるパンチ５７の先端の位置をＰｂとする。

さらに、（ｃ）に示すように、フリーローラ８６がカムプレート８７に沿って回転を続ける（矢印（２２））。パンチ５７はさらに図右下へ移動し、突起８９が指１１の第２関節を叩く。圧縮ばね８５はさらに縮む。図におけるパンチ５７の先端の位置をＰｃとする。
すなわち、モータ軸８２を正転させたことで、パンチ５７の先端は、Ｐａ→Ｐｂ→Ｐｃのように移動して、指１１の第２関節を叩く。

叩いたら、素早く、モータ軸８２を反転、すなわち図反時計方向へ回す。すると、パンチ５７の先端は、Ｐｃ→Ｐｂ→Ｐａのように戻る。この動作を詳しく説明する。
図１２（ａ）に示すように、指１１は自力的伸張により矢印（２３）のように戻る。この動作に追従したように、パンチ５７の先端がＰｂに戻る。この際に、パンチ５７は単純に上昇するだけでなく、矢印（２４）のように後退し、指１１の上面を摺り上げる。すると、指１１の自力的伸張がさらに促される。
続いて、（ｂ）に示すように、指１１は自力的伸張により矢印（２５）のように戻る。この指１１の動作に追従したように、パンチ５７の先端がＰａに戻る。

すなわち、図１１（ｃ）〜図１２（ｂ）において、Ｐａ→Ｐｂ→Ｐｃのように移動するパンチ５７が指１１の上面を摺り上げて、指１１の自力的伸張を促すことが期待できる。

また、請求項１では、手載せ台は、上下に往復動できるようにする他、往復動不能にしてもよい。そうすれば、訓練装置の構造が簡単になり、安価に製造することができる。

本発明は、片麻痺指の機能回復訓練に供する訓練装置に好適である。

１０、２７…患者の手、１１…指（人差し指）、１２…手首、１３…指の付け根、１５、１６…介助者の指、２０…片麻痺指機構回復訓練装置、２８…手載せ台、４０…指屈曲機能、４１…第１軸、４２…第１アーム、４４…第１サーボモータ、４５…第２軸、２６…第２アーム、２７…第２サーボモータ、２８…交点、２９…スライダ、５１…指押し部、５４…制御部、５８、８０…指叩き機構、６２…手首屈曲機構、９０…第１トルク計測機構、９５…第２トルク計測機構。

Claims (3)

1. 片方の手の指が麻痺した患者の前記指を回復訓練させる片麻痺指機能回復訓練装置であって、
   この片麻痺指機能回復訓練装置は、
   手を載せる手載せ台と、
   この手載せ台に載せられた手の指の一本を押し下げて屈曲させ、屈曲された指が元に戻ろうとする伸張動作は妨げない指屈曲機構と、
   この指屈曲機構で押し下げられた前記指の付け根を叩いて前記伸張動作を促す指叩き機構と、からなり、
   前記指屈曲機構は、
   前記手載せ台の下方に設けられている第１軸から前記手載せ台にほぼ沿って延び、前記第１軸を中心に上下に旋回する第１アームと、
   この第１アームを上下に旋回させる第１サーボモータと、
   前記第１アームに加わるトルクを検出する第１トルク計測機構と、
   前記手載せ台の上方に設けられている第２軸から前記第１アームに交差するように延ばされ、前記第２軸を中心に上下に旋回する第２アームと、
   この第２アームを上下に旋回させる第２サーボモータと、
   前記第２アームに加わるトルクを検出する第２トルク計測機構と、
   前記第１アームと第２アームとの交点に配置され、前記第１アームの軸方向に移動自在に前記第１アームに取付けられると共に前記第２アームの軸方向に移動自在に前記第２アームに取付けられるスライダと、
   このスライダに取付けられ前記指を押し下げる指押し部と、
   前記第１・第２トルク計測機構からトルク情報を取得し前記第１サーボモータ及び第２サーボモータを制御する制御部と、からなることを特徴とする片麻痺指機能回復訓練装置。
2. 前記手載せ台は、前記手の手首の近傍を揺動支点として上下に往復動することを特徴とする請求項１記載の片麻痺指機能回復訓練装置。
3. 片方の手の指が麻痺した患者の前記指を回復訓練させる片麻痺指機能回復訓練装置であって、
   この片麻痺指機能回復訓練装置は、
   手を載せる手載せ台と、
   この手載せ台に載せられた手の指の一本を押し下げて屈曲させ、屈曲された指が元に戻ろうとする伸張動作は妨げない指屈曲機構と、
   この指屈曲機構で押し下げられた前記指の付け根を叩き、引き続いて前記指の上面を前記指の根元方向へ摺り上げて前記伸張動作を促す指叩き機構と、からなることを特徴とする片麻痺指機能回復訓練装置。

Images