JP5813981B2 - EEG signal processing device for rehabilitation and rehabilitation system - Google Patents
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Description
本発明は、運動療法によるリハビリテーションの際に、随意運動を補助するために用いられるリハビリテーション用脳波信号処理装置、及びリハビリテーションシステムに関する。 The present invention, during rehabilitation by exercise therapy, rehabilitation electroencephalogram signal processing apparatus used to assist the voluntary movement, and relates to a rehabilitation system.
従来から、脳卒中などの脳疾患や事故等を原因として、身体の一部が麻痺したり、運動機能が低下したりして、随意運動が不能又は低下した場合、その随意運動の機能を回復するために、様々なリハビリテーションが行われる。このリハビリテーションのうち、障害部位を運動させて運動機能の回復を図る方法は運動療法と呼ばれており、広く行われている。 Traditionally, if voluntary movements are impossible or reduced due to paralysis of the body or reduced motor function due to a brain disease such as a stroke or an accident, the function of the voluntary movement is restored. Therefore, various rehabilitation is performed. In this rehabilitation, a method for exercising a damaged part to recover a motor function is called exercise therapy and is widely performed.
この運動療法では、患者自身にて身体を動かすのみの場合と比較して、様々な意識付けや補助の元で身体を動かすほうが効果的であることが知られている。たとえば、片麻痺患者が麻痺側の手を使って物を把持する運動を行う場合は、患者が把持運動を行うとともに、その動きを外部から介助することで、リハビリテーションの効果を上げることができる。 In this exercise therapy, it is known that it is more effective to move the body under various consciousness and assistance, compared to the case where the patient moves the body by himself / herself. For example, when a hemiplegic patient performs an exercise of gripping an object using the hand on the paralyzed side, the patient can perform an exercise of gripping and assist the movement from the outside, thereby improving the rehabilitation effect.
この運動療法は、一般的には、理学療法士などの医療スタッフが患者の傍に付き添い、患者の動きに合わせながらリハビリ対象部位を動かすようにして、患者の動きを介助することにより行われることが多い。近年は、リハビリ装置を用いた運動療法も取り入れられている。 This exercise therapy is generally performed by a medical staff such as a physical therapist accompanying the patient and moving the rehabilitation target part according to the patient's movement to assist the movement of the patient. There are many. In recent years, exercise therapy using a rehabilitation apparatus has also been adopted.
例えば、特許文献1には、複数の装着部の間に懸架されるアクチュエータと、筋肉の動きを検知するセンサを備え、検知した筋肉の動きにもとづいて、アクチュエータを制御する動作支援装置が開示されている。また、特許文献2には、力センサや位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御や位置制御によって動作が制御されるリハビリテーション装置であり、筋硬度計により訓練者の下肢の筋硬度を計測し、計測された筋硬度に応じて股や膝や足関節の最大屈曲角度を変化させるように、下肢駆動部を駆動する技術が開示されている。
For example,
ところで、この介助を伴う運動療法を効果的に行うには、患者の随意運動に合わせてタイミング良く随意運動を補助することが必要である。しかしながら、理学療法士などの人手による補助の場合は、補助者が患者の随意運動の様子を見ながらタイミングを合わせる必要がある。このため、タイミング良く補助を行うには熟練を要し、更に、随意運動が微弱又は不能な重度の患者については、熟練者であってさえ、そのタイミングを図ることは極めて困難な状況にあった。また、上記特許文献1や特許文献2のような装置では、筋肉の動きや硬度を検知して装置を駆動させるため、患者による随意運動が必要であり、随意運動が検知されない程に微弱である場合や、まったく動かないような重度の患者に対しては効果が得られなかった。
By the way, in order to effectively perform this exercise therapy with assistance, it is necessary to assist the voluntary movement with good timing in accordance with the voluntary movement of the patient. However, in the case of manual assistance such as a physical therapist, it is necessary for the assistant to adjust the timing while watching the patient's voluntary movement. For this reason, skill is required to provide assistance in a timely manner. Furthermore, even for a severe patient who is weak or unable to voluntarily exercise, it was extremely difficult to achieve the timing even for the skilled patient. . In addition, in the devices such as
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、随意運動をタイミングよく補助することができ、特に、随意運動が微弱又は不能な重度の患者に対しても、適切なタイミングで随意運動を補助することができ、これにより高いリハビリ効果を得ることが可能となるリハビリテーション用脳波信号処理装置、及びリハビリテーションシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can assist voluntary movement with good timing. In particular, even a severe patient who is weak or unable to voluntarily exercise voluntary movement at an appropriate timing. It is an object of the present invention to provide an electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation and a rehabilitation system that can assist exercise and thereby obtain a high rehabilitation effect.
本願発明者は、運動療法のリハビリテーションにおいて、適切なタイミングで随意運動を補助することが可能な方法を鋭意模索した。その結果、患者が随意運動を行うか、又は、随意運動を想起すると、事象関連脱同期により脳波に変化が生じることから、この変化を検出してリハビリテーション装置を連動させることにより、随意運動をタイミング良く補助することが可能となり、また、脳波は随意運動を行ったときのみならず、想起しただけでも変化が生じることから、特に随意運動が微弱又は不能な重度の患者に対しても、適切なタイミングで運動を補助することが可能となると考えた。そして、発明者等は、更に、実験や検証を重ねた結果、例えば脳全体から採取した脳波を用い、すべての周波数成分を対象として随意運動時の脳波の変化を検出し、リハビリテーション装置を連動させても、リハビリの効果はいっこうに得られないが、例えば左手のリハビリテーションであれば左手運動野付近から脳波を採取するといったように、リハビリ対象部位に対応する運動野付近から脳波を採取し、更にその脳波のうち所定周波数成分に限定して変化を検出し、リハビリテーション装置を連動させると、非常に高いリハビリ効果が得られることを新たに見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventor of the present application eagerly sought a method capable of assisting voluntary movement at an appropriate timing in rehabilitation of exercise therapy. As a result, when the patient performs voluntary movements or recalls voluntary movements, changes in the electroencephalogram occur due to event-related desynchronization, so timing the voluntary movements by detecting this change and linking the rehabilitation device. It is possible to assist well, and the EEG changes not only when voluntary movements are performed, but also when recalled, so it is appropriate even for severe patients with weak or impossible voluntary movements. We thought that it would be possible to assist exercise at the timing. Further, the inventors further conducted experiments and verifications, for example, using electroencephalograms collected from the entire brain, detecting changes in electroencephalograms during voluntary movement for all frequency components, and linking the rehabilitation device. However, the rehabilitation effect is not obtained at all, but for the rehabilitation of the left hand, for example, the brain wave is collected from the vicinity of the motor area corresponding to the rehabilitation target area, such as collecting the brain wave from the vicinity of the left hand motor area, The inventors have newly found that a very high rehabilitation effect can be obtained by detecting a change in the electroencephalogram limited to a predetermined frequency component and interlocking the rehabilitation device, thereby completing the present invention.
本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置は、運動療法によるリハビリテーションのために、脳波信号を処理するリハビリテーション用脳波信号処理装置であって、脳のリハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取された脳波信号について、所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出する検出部と、当該検出部により所定周波数成分の信号強度の時間変化が検出され、前記信号強度が安静時信号強度範囲から随意運動時信号強度範囲に遷移する時間変化が検出されると、身体の随意運動を補助するリハビリテーション用運動補助装置の補助動作をさせるように制御する制御信号を出力し、前記信号強度が随意運動信号強度範囲から安静時信号強度範囲に遷移する時間変化が検出されると前記リハビリテーション用運動補助装置の補助動作を元に戻すように制御する制御信号出力部と、前記脳波信号を採取するために頭部に装着される電極パッドを備え、前記電極パッドは、基台と、前記基台から突出する複数の突起状電極と、分散媒が導電性を有するジェルから構成されることを特徴とする。
本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置は、運動療法によるリハビリテーションのために、脳波信号を処理するリハビリテーション用脳波信号処理装置であって、脳のリハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取された脳波信号について、所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出する検出部と、当該検出部により所定周波数成分の信号強度の時間変化が検出され、前記信号強度が安静時信号強度範囲から随意運動時信号強度範囲に遷移する時間変化が検出されると、身体の随意運動を補助するリハビリテーション用運動補助装置の補助動作をさせるように制御する制御信号を出力し、前記信号強度が随意運動信号強度範囲から安静時信号強度範囲に遷移する時間変化が検出されると前記リハビリテーション用運動補助装置の補助動作を元に戻すように制御する制御信号出力部と、前記脳波信号を採取するために頭部に装着される電極パッドを備え、前記電極パッドは、基台と、前記基台から突出する複数の突起状電極と、保水性を有する柔軟性材料に導電性液体を保持する導電層から構成され、前記導電層は少なくとも前記複数の突起状電極の間を充填するとともに、前記突起状電極の先端が前記導電層に埋没するか、又は、前記導電層の表面と面一であることを特徴とする。
An electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation according to the present invention is an electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation that processes an electroencephalogram signal for rehabilitation by exercise therapy, and an electroencephalogram collected from the vicinity of a motor area corresponding to a rehabilitation target region of the brain. A detection unit that detects a time change in the signal strength of a predetermined frequency component for the signal, and a time change in the signal strength of the predetermined frequency component is detected by the detection unit, and the signal strength is a signal at the time of voluntary exercise from a resting signal strength range When the time change of transition to the intensity range is detected, outputs a control signal for controlling so as to auxiliary operation of rehabilitation exercise assisting device for assisting the voluntary movement of the body, the signal strength from the voluntary movement signal intensity range When a change in the time of transition to the resting signal intensity range is detected, the rehabilitation exercise assisting device A control signal output unit for controlling to return to the original auxiliary operation, comprising an electrode pad to be worn on the head for taking the electroencephalogram signal, the electrode pad has a base, projecting from the base It is characterized by comprising a plurality of protruding electrodes and a gel whose conductivity is conductive.
An electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation according to the present invention is an electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation that processes an electroencephalogram signal for rehabilitation by exercise therapy, and an electroencephalogram collected from the vicinity of a motor area corresponding to a rehabilitation target region of the brain. A detection unit that detects a time change in the signal strength of a predetermined frequency component for the signal, and a time change in the signal strength of the predetermined frequency component is detected by the detection unit, and the signal strength is a signal at the time of voluntary exercise from a resting signal strength range When the time change of transition to the intensity range is detected, outputs a control signal for controlling so as to auxiliary operation of rehabilitation exercise assisting device for assisting the voluntary movement of the body, the signal strength from the voluntary movement signal intensity range When a change in the time of transition to the resting signal intensity range is detected, the rehabilitation exercise assisting device A control signal output unit for controlling to return to the original auxiliary operation, comprising an electrode pad to be worn on the head for taking the electroencephalogram signal, the electrode pad has a base, projecting from the base A plurality of protruding electrodes, and a conductive layer holding a conductive liquid in a flexible material having water retention, and the conductive layer fills at least a space between the plurality of protruding electrodes, The tip is buried in the conductive layer or is flush with the surface of the conductive layer.
また、本発明のリハビリテーションシステムは、前記リハビリテーション用脳波信号処理装置と、身体の随意運動の機能回復のためにその随意運動を補助するリハビリテーション用運動補助装置とを備え、前記リハビリテーション用運動補助装置は、前記リハビリテーション用脳波信号処理装置から出力される前記制御信号により動作が制御されることを特徴とする。 Further, the rehabilitation system of the present invention comprises the rehabilitation electroencephalogram signal processing device and a rehabilitation exercise assisting device for assisting the voluntary exercise for functional recovery of the body's voluntary exercise, the rehabilitation exercise assisting device comprising: The operation is controlled by the control signal output from the electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation.
上述の通り、脳波は随意運動を行ったときや、随意運動を想起したときに変化が生じるが、この発明によれば、使用者から採取する脳波について、所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出し、その時間変化に基づいて、リハビリテーション用運動補助装置の動作が制御される。これにより、随意運動に付随して生じる脳波の変化に合わせてリハビリテーション用補助装置が動作することとなり、随意運動をタイミング良く補助することができる。脳波は随意運動が行われたときのみならず、随意運動を想起したときにも変化が生じることから、特に、随意運動が微弱又は不能な重度の患者に対しても、タイミング良く補助することが可能となる。ここで、脳波信号としては、リハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取された脳波信号を用い、更に、その脳波信号のうち所定周波数成分のみに限定して、時間変化を検出することが非常に重要である。上述したように、例えば、脳全体から採取した脳波信号のすべての周波数成分について時間変化を検出しても、リハビリ効果はいっこうに得られないが、リハビリ対象部位に対応する運動野付近から脳波信号を採取し、更にその脳波信号のうち所定周波数成分に限定して時間変化を検出することで、非常に高いリハビリ効果が得られるためである。これは、発明者等が新たに見出し、初めて装置として実現したものである。 As described above, the electroencephalogram changes when voluntary movement is performed or when voluntary movement is recalled. According to the present invention, with respect to the electroencephalogram collected from the user, the signal intensity of the predetermined frequency component is changed with time. Based on the detected time change, the operation of the rehabilitation exercise assisting device is controlled. Thereby, the auxiliary device for rehabilitation operates according to the change of the electroencephalogram accompanying the voluntary movement, and the voluntary movement can be assisted with good timing. Since EEG changes not only when voluntary movements are performed, but also when recalling voluntary movements, it can be timely assisted, especially for severe patients with weak or impossible voluntary movements. It becomes possible. Here, as the electroencephalogram signal, an electroencephalogram signal collected from the vicinity of the motor area corresponding to the rehabilitation target region is used, and further, it is very limited to detect only a predetermined frequency component in the electroencephalogram signal. Is important to. As described above, for example, even if time changes are detected for all frequency components of an electroencephalogram signal collected from the entire brain, no rehabilitation effect can be obtained, but an electroencephalogram signal from the vicinity of the motor area corresponding to the rehabilitation target region is not obtained. This is because a very high rehabilitation effect can be obtained by detecting a change in time by limiting to a predetermined frequency component in the electroencephalogram signal. This was newly discovered by the inventors and realized as an apparatus for the first time.
例えば、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置は、前記検出部における時間変化の検出対象となる所定周波数成分の周波数の値を設定する周波数設定部を備える。 For example, rehabilitation electroencephalogram signal processing apparatus of the present invention, Ru includes a frequency setting unit that sets the value of the frequency of the predetermined frequency component to be detected in the time change in the detector unit.
随意運動に付随してどの周波数成分が変化するかは、使用者の属性(年齢、性別など)、障害の状態、障害の部位、個人差、その他、個別具体的な様々な要因により異なる。これは、発明者等が実験等により新たに見出した事象であり、それによれば、周波数設定部により検出対象とする所定周波数成分の周波数の値を設定できるため、様々なケースに対応可能となる。 Which frequency component changes in association with voluntary movement depends on the user's attributes (age, sex, etc.), the state of the disorder, the site of the disorder, individual differences, and other individual specific factors. This inventors have Ri event der the newly found through experiments and the like, according to which, since it is possible to set the value of the frequency of the predetermined frequency component to be detected by the frequency setting unit, they can correspond to various cases It becomes.
例えば、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置は、前記検出部における所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出するときの、検出条件を設定する検出条件設定部を備える。 For example, rehabilitation electroencephalogram signal processing apparatus of the present invention, in detecting the temporal change of the signal intensity of a predetermined frequency component in the detector, Ru a detection condition setting unit that sets a detection condition.
随意運動に付随して所定周波数成分の信号強度がどのように変化するかは、使用者の属性(年齢、性別など)、障害の状態、障害の部位、個人差、その他、個別具体的な様々な要因により異なる。これは、発明者等が実験等により新たに見出した事象であり、それによれば、検出条件設定部により検出条件を設定できるため、様々なケースに対応可能となる。 How the signal intensity of a given frequency component changes with voluntary movement depends on the user's attributes (age, gender, etc.), the state of the disorder, the site of the disorder, individual differences, and other specific details. It depends on various factors. This inventors have Ri event der the newly found through experiments and the like, according to which, since it is possible to set the detection condition by the detection condition setting unit, and can cope with various cases.
前記電極パッドは、前記リハビリテーション用脳波信号処理装置とともに用いられ、前記脳波信号を採取するために頭部に装着される電極パッドであり、基台と、前記基台から突出する複数の突起状電極と、分散媒が導電性を有するジェルから構成されるか、又は、保水性を有する柔軟性材料に導電性液体を保持する導電層を備え、前記導電層は少なくとも前記複数の突起状電極の間を充填するとともに、前記突起状電極の先端が前記導電層に埋没するか、又は、前記導電層の表面と面一であることを特徴とする。ここで、ジェルは、高粘性の分散質により流動性を失うことで系全体として固体状となっており、押圧力により分散媒が外部に染み出すものである。 The electrode pad is an electrode pad that is used together with the electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation and is mounted on a head for collecting the electroencephalogram signal, and a base and a plurality of protruding electrodes protruding from the base And the dispersion medium is composed of a conductive gel, or a conductive material holding a conductive liquid in a flexible material having water retention, and the conductive layer is at least between the plurality of protruding electrodes. And the tip of the protruding electrode is buried in the conductive layer or is flush with the surface of the conductive layer. Here, the gel loses its fluidity due to the highly viscous dispersoid and becomes a solid as a whole system, and the dispersion medium exudes to the outside by the pressing force.
前記リハビリテーション用脳波信号処理装置に用いる脳波信号を採取するためには、数マイクロボルトオーダーの電位を増幅できる増幅装置が必要であるが、従来の電極を用いた場合、頭皮―電極間のインピーダンスが数百メガオーム/10Hzのため、有用な脳波信号を採取することは困難であった。このため、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置に有用な脳波信号を採取するためには、頭皮―電極間のインピーダンスを低下させることが重要な課題である。この発明によれば、電極パッドを頭部に押し当てながら動かすと、柔軟性を有する導電層が変形して複数の突起状電極の先端が導電層から突出するとともに、頭髪を掻き分けて頭皮に確実に接触する。このとき、導電層と頭皮との間には頭髪が挟まることから、頭髪の厚みにより導電層の表面が凹状となり、頭部と導電層との間には間隙が生じるが、その間隙には導電層から染み出す導電性分散媒又は導電性液体が充填される。これにより、突起状電極のみならず、導電層及び染み出した導電性分散媒又は導電性液体でも通電可能となり、インピーダンスが低減され、上記リハビリテーション用脳波信号処理装置に有用な脳波信号を採取することができる。 In order to collect an electroencephalogram signal used in the rehabilitation electroencephalogram signal processing apparatus, an amplifying apparatus capable of amplifying a potential of the order of several microvolts is required. However, when a conventional electrode is used, the impedance between the scalp and the electrode is Since it is several hundred megaohms / 10 Hz, it has been difficult to collect useful electroencephalogram signals. For this reason, in order to collect an electroencephalogram signal useful for the electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation of the present invention, it is an important issue to reduce the impedance between the scalp and the electrode. According to the present invention, when the electrode pad is moved while being pressed against the head, the flexible conductive layer is deformed, and the tips of the plurality of protruding electrodes protrude from the conductive layer, and the hair is scraped off and securely attached to the scalp. To touch. At this time, since the hair is sandwiched between the conductive layer and the scalp, the surface of the conductive layer becomes concave due to the thickness of the hair, and there is a gap between the head and the conductive layer. A conductive dispersion medium or conductive liquid that oozes from the layer is filled. As a result, not only the projecting electrodes but also the conductive layer and the conductive dispersion medium or the conductive liquid that has exuded can be energized, the impedance is reduced, and an electroencephalogram signal that is useful for the rehabilitation electroencephalogram signal processing apparatus is collected. Can do.
本発明のリハビリテーション用脳波処理装置とリハビリテーションシステムによれば、脳波信号の所定周波数成分の信号強度の時間変化に合わせてリハビリテーション用補助装置を連動させることができることから、適切なタイミングで随意運動を補助することが可能となる。とくに、随意運動が微弱又は不能な重度の患者の場合は、人手による補助ではタイミングを図ることが極めて困難であり、又、筋肉の動きを検知して動作するような従来の装置では効果が得られないが、本発明によれば、脳波の変化に基づいてリハビリテーション用補助装置を動作させることができるため、このような重度の患者に対しても適切なタイミングで随意運動を補助することができる。そして、本発明では、リハビリ対象部位に対応する運動野から脳波信号を採取し、その脳波信号のうち所定周波数成分に限定して変化を検出することにより、非常に高いリハビリ効果を得ることができる。 According to the rehabilitation electroencephalogram processing apparatus and the rehabilitation system of the present invention, the auxiliary device for rehabilitation can be interlocked according to the time change of the signal intensity of the predetermined frequency component of the electroencephalogram signal, so that the voluntary movement is assisted at an appropriate timing. It becomes possible to do. In particular, in the case of severe patients with weak or impossible voluntary movements, it is extremely difficult to achieve timing with human assistance, and it is effective with conventional devices that operate by detecting muscle movement. However, according to the present invention, since the rehabilitation assisting device can be operated based on the change in the electroencephalogram, it is possible to assist voluntary movement at an appropriate timing even for such a severe patient. . In the present invention, a very high rehabilitation effect can be obtained by collecting an electroencephalogram signal from the motor area corresponding to the rehabilitation target region and detecting a change limited to a predetermined frequency component in the electroencephalogram signal. .
前記電極パッドによれば、突起状電極のみならず、その間に充填される導電層及びその導電層から染み出す導電性分散媒又は導電性液体によっても通電可能となるため、インピーダンスを低減させることができ、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置に用いられる脳波信号を採取するに好適な電極パッドとなる。 According to the electrode pad, not only the protruding electrodes is the same even in the energizable by a conductive dispersant or conductive liquid exuded from the conductive layer and the conductive layer is filled in the meantime, be reduced impedance can, a suitable electrode pad for collecting EEG signals used rehabilitation electroencephalogram signal processing apparatus of the present invention.
<第一の実施の形態>
本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら以下に詳細に説明する。本実施の形態は、脳疾患や事故等を原因として、身体の一部が麻痺したり、随意運動が低下又は不能な患者に対して、運動療法によるリハビリテーションを行うためのリハビリテーションシステムである。ここでは、左手指麻痺により把持運動が困難となった患者のリハビリテーションに用いられるシステムを例に説明するが、これに限られるものではなく、例えば、肩や肘、上腕、腰、下肢、上肢など、身体の随意運動のリハビリテーションに用いられるものであれば良い。
<First embodiment>
Specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail below with reference to the drawings. The present embodiment is a rehabilitation system for performing rehabilitation by exercise therapy for a patient whose body part is paralyzed or voluntary movement is reduced or impossible due to a brain disease or an accident. Here, a system used for rehabilitation of a patient whose gripping movement is difficult due to left finger paralysis will be described as an example, but it is not limited to this, for example, shoulder, elbow, upper arm, waist, lower limb, upper limb, etc. Anything can be used as long as it is used for rehabilitation of voluntary movements of the body.
図1は、本実施の形態のリハビリテーションシステムS1を説明する説明図である。リハビリテーションシステムS1は、リハビリテーション用脳波信号処理装置10と、リハビリテーション用運動補助装置20とを備える。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the rehabilitation system S1 of the present embodiment. The rehabilitation system S1 includes a rehabilitation electroencephalogram
リハビリテーション用脳波信号処理装置10は、検出部11と、制御信号出力部12とを備える。
The electroencephalogram
検出部11は、採取された脳波信号について、所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出する機能を備える。
The
ここで、脳波信号は、リハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取された脳波信号であることが重要である。リハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取した脳波を用いなければ、リハビリ効果が得られないためである。これは、本願発明者が実験等により新たに見出した事象である。本実施の形態では、リハビリ対象部位が左手であるため、左手運動野付近から採取された脳波信号を用いる。 Here, it is important that the electroencephalogram signal is an electroencephalogram signal collected from the vicinity of the motor area corresponding to the rehabilitation target region. This is because the rehabilitation effect cannot be obtained unless an electroencephalogram collected from the vicinity of the motor area corresponding to the rehabilitation target region is used. This is an event newly found by the inventors of the present application through experiments and the like. In the present embodiment, since the rehabilitation target site is the left hand, an electroencephalogram signal collected from the vicinity of the left hand motor area is used.
脳波信号は、使用者の頭部に設置される脳波取得手段により採取される。例えば、直径が1cm程度の大きさからなる銀塩化銀電極等から構成される一般的な脳波信号採取用の電極を用いても良いが、脳波信号を取得できるものであれば、これに限られない。ただし、脳波信号を精度良く取得するためには、後述する本発明の電極パッドを用いることが好ましい。 The electroencephalogram signal is collected by an electroencephalogram acquisition means installed on the user's head. For example, a general electroencephalogram signal collecting electrode composed of a silver-silver chloride electrode having a diameter of about 1 cm may be used, but it is limited to this as long as it can acquire an electroencephalogram signal. Absent. However, in order to acquire an electroencephalogram signal with high accuracy, it is preferable to use the electrode pad of the present invention described later.
この脳波信号は、増幅及びA/D変換され、ディジタルデータとされた脳波信号が周波数解析されて、各周波数成分の信号強度を示す信号強度データ(周波数時間領域のスペクトルデータ)が得られる。この信号強度データは、外部装置として準備されたディジタル脳波計により得られるものを用いても良いし、リハビリテーション用脳波信号処理装置10の内部機能により得られるものを用いても良い。
This electroencephalogram signal is amplified and A / D converted, and the electroencephalogram signal converted into digital data is frequency-analyzed to obtain signal intensity data (frequency time domain spectrum data) indicating the signal intensity of each frequency component. The signal intensity data may be obtained by a digital electroencephalograph prepared as an external device, or may be obtained by an internal function of the rehabilitation electroencephalogram
リハビリテーション用脳波信号処理装置10の内部機能として準備されるときは、使用者の頭部Hに配置された脳波取得手段を介して取得した脳波信号を解析することにより周波数成分の強度を測定する測定部13として実現される。くわしくは、測定部13は、増幅部13aとA/D変換部13bと蓄積部13cと解析部13dを備え、脳波信号が信号処理部13にリアルタイム且つ時系列に入力されると、増幅部13aにより所定の利得で増幅され,この増幅部13aにより増幅されたアナログ形式の脳波信号はA/D変換部13bによりディジタル形式に変換され,A/D変換部13bによりディジタル形式に変換された脳波信号は蓄積部13cに蓄積され、蓄積部13cに蓄積された脳波信号は解析部13dにおいて周波数解析されて各周波数成分の信号強度を示す信号強度データが生成される。この解析部13dでは、蓄積部13cに蓄積されたディジタルデータとしての脳波信号を所定のサンプリング周期で所定時間分だけ読み出し、FFTやMEMなどの周波数解析を行うことにより、周波数成分ごとに時系列にて信号強度を求め、周波数時間領域におけるパワースペクトルデータが生成される。なお、サンプリング周期は、処理のリアルタイム性を確保し且つエイリアジングを生じない程度であれば良い。
When prepared as an internal function of the electroencephalogram
上記測定部13は、外部装置(脳波計)の一部として準備されても良い。この場合は、周波数成分ごとの信号強度を時系列に測定可能な脳波計が用いられ、この脳波計がリハビリ用脳波信号処理装置10に接続されるとともに、脳波計から出力された測定値(周波数時間領域におけるスペクトルデータ)が、リハビリ用脳波信号処理装置10にリアルタイム且つ時系列に入力される。入力された測定値は、メモリなどにより実現される蓄積部に蓄積される。
The measurement unit 13 may be prepared as a part of an external device (electroencephalograph). In this case, an electroencephalograph capable of measuring the signal intensity for each frequency component in time series is used, and the electroencephalograph is connected to the rehabilitation electroencephalogram
このようにして、外部装置として準備された脳波計、又は、リハビリテーション用脳波信号処理装置10の内部機能として準備された測定部13により得られる脳波信号の周波数成分ごとの信号強度のデータは、リアルタイム且つ時系列に検出部11に引き渡される。
Thus, the signal intensity data for each frequency component of the electroencephalogram signal obtained by the electroencephalograph prepared as an external device or the measurement unit 13 prepared as an internal function of the rehabilitation electroencephalogram
検出部11は、引き渡された周波数成分ごとの信号強度のデータを用いて、所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出する機能を備える。ここで、時間変化の検出対象は所定周波数成分に限定されることが重要である。これは、リハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取した脳波信号であり、更に、その脳波信号のうち所定周波数成分に限定しなければ、高いリハビリ効果が得られないためである。これは、本願発明者が新たに見出した事象である。なお、所定周波数成分の周波数の値は、ケースに応じて決定されれば良い。これは、随意運動に付随してどの周波数成分が変化するかは、使用者の属性(年齢、性別など)、障害の状態、障害の部位、個人差、その他、個別具体的な様々な要因により異なるためである。
The
検出部11における検出は、たとえば、次のように行われる。本実施の形態では、使用者が安静状態から把持運動を行うか又は想起すると、所定周波数成分の信号強度は安静時よりも低い値を示し、把持状態を解除して安静状態となると、所定周波数成分の信号強度は把持運動又は把持運動想起時よりも高い値を示す。これは、安静時は左手運動野付近の神経細胞が同期的に活動しているが、把持運動時又は把持運動想起時には非同期に活動し、特定の周波数成分の信号強度が下がるためである。そこで、検出部11は、上記の通りリアルタイム且つ時系列に受け取った信号強度のデータから、所定周波数成分の信号強度を抽出し、その信号強度が随意運動又は随意運動想起時の信号強度の範囲(以下、随意運動時信号強度範囲という。)であるか、安静時の信号強度の範囲(以下、安静時信号強度範囲という。)であるかを常時監視する。そして、検出部11は、その信号強度の安静時信号強度範囲から随意運動時信号強度範囲への変化を、安静状態から随意運動状態に移行したときの信号強度の時間変化として検出し、随意運動時信号強度範囲から安静時信号強度範囲への変化を、随意運動状態から安静状態に移行したときの信号強度の時間変化として検出する。
The detection in the
さらに詳しくは、検出部11は、安静時信号強度範囲と随意運動時信号強度範囲の境界値を閾値とし、信号強度が閾値以下となると、安静状態から随意運動又は随意運動想起状態に変化したときの脳波信号強度の時間変化として検出し、閾値よりも上回ると、随意運動又は随意運動想起状態から安静状態に変化したときの信号強度の時間変化として検出する。なお、閾値は予め定められていても良いし、使用者ごとに適切な閾値を設定可能としても良い。また、閾値は、安静時信号強度を複数回測定して平均値を算出し、平均安静時信号強度に対する随意運動時信号強度の割合(%)としても良い。この場合、記憶部には、自動算出又は人為的な入力により、平均安静時信号強度、及び、閾値(平均安静時信号強度に対する随意運動時信号強度の割合(%))が記憶されることとなる。そして、検出部11は、記憶部に記憶されている平均安静時信号強度と閾値を参照し、信号強度のデータを受け取ると、平均安静時強度信号に対する随意運動時信号強度の割合を算出し、算出した割合と閾値(平均安静時信号強度に対する随意運動時信号強度の割合)と比較することにより、時間変化を検出する。なお、この場合、閾値は通常は5%から30%の間で設定すれば良いが、これに限るものではなく、患者の訓練度合い等に応じて適宜設定すれば良い。また、閾値の設定方法は、これに限るものではなく、パターン認識に使われている様々な方法が使用できる。例えば、線形判別分析(Linear Discriminant Analysis ;LAD)やサポートベクターマシン(Support Vector Machine ;SVM)といった方法でもよいし、信号強度の値を直接設定しても良いし、安静時信号強度範囲と随意運動信号強度範囲との境界を判断可能であればどのようなものでもよい。
More specifically, the
また、所定周波数成分は、単一の周波数成分(例えば10ヘルツ)でも良いし、複数の周波数成分(例えば、10ヘルツと25ヘルツ)でも良いし、所定の周波数帯域に含まれる周波数成分(例えば、5ヘルツから15ヘルツ、及び、20ヘルツから30ヘルツ)でも良いし、時間変化を精度良く検出できる周波数成分を用いれば良い。所定の周波数帯域に含まれる周波数成分の時間変化を検出するときは、例えば、検出部11は、その周波数帯域内のいずれかの周波数成分の信号強度が随意運動時信号強度範囲内となると、安静状態から随意運動又は随意運動想起状態に移行したときの信号強度の時間変化として検出し、すべての周波数成分の信号強度が安静時信号強度範囲内となると、随意運動又は随意運動想起状態から安静状態時に移行したときの信号強度の時間変化として検出する。
The predetermined frequency component may be a single frequency component (for example, 10 hertz), a plurality of frequency components (for example, 10 hertz and 25 hertz), or a frequency component (for example, a predetermined frequency band) 5 to 15 hertz and 20 to 30 hertz) may be used, and a frequency component that can accurately detect a time change may be used. For example, when detecting a time change of a frequency component included in a predetermined frequency band, the
前記信号強度の時間変化は、運動部位や運動の仕方により異なるため、検出部11による検出は、それに応じた検出方法とすれば良い。たとえば、下肢においては、安静状態から随意運動又は随意運動想起を行うと脳波信号の信号強度は低から高に変化し、随意運動を終了して安静状態に戻ると脳波信号の信号強度は高から低に変化するため、検出部11は、周波数成分が閾値以上となると、安静状態から随意運動又は随意運動想起状態に移行したときの信号強度の時間変化として検出し、周波数成分が閾値よりも下回ると、随意運動又は随意運動想起状態から安静状態時に移行したときの信号強度の時間変化として検出すれば良い。
Since the time change of the signal intensity varies depending on the exercise site and the manner of exercise, the detection by the
制御信号出力部12は、検出部11により所定周波数成分の信号強度の時間変化が検出されると、リハビリテーション用運動補助装置20の動作を制御する制御信号を出力する機能を備える。たとえば、制御信号出力部12は、検出部11により、信号強度が安静時信号強度範囲から随意運動時信号強度範囲に遷移する(本実施の形態では閾値以下となる)時間変化が検出されると、リハビリテーション用運動補助装置20を初期姿勢(手掌を開いた状態)から把持姿勢とする制御信号(後述するモータ22a1を所定角度回転させる制御信号)を出力し、検出部11により、信号強度が随意運動時信号強度範囲から安静時信号強度範囲に遷移する(本実施の形態では閾値を上回る)時間変化が検出されると、リハビリテーション用運動補助装置20を把持姿勢から初期姿勢とする制御信号(後述するモータ22a1を所定角度だけ逆回転させる制御信号)を出力する。すなわち、制御信号出力部12は、検出される時間変化に応じて、制御信号を選択的に出力するようになっている。
The control
検出部11及び制御信号出力部12、及び、測定部13がリハビリテーション用脳波信号処理装置10の一部として構成される場合は増幅部13aやA/D変換部13bや解析部13dは、例えば、コンピュータにおけるCPU(Central Processing Unit)やメモリ等のハードウェアを用いて実行可能なプログラムとして実装したり、コンピュータに装着可能な拡張ボードに搭載されたDSP(Digital Signal Processor)等の専用プロセッサを用いて実装したりすることができ、また、蓄積部13cは、検出部11及び制御信号出力部12の機能を実現するコンピュータ等の装置に内蔵又は外付け可能なハードディスクやその他の各種記憶媒体を用いて構成することができる。
When the
リハビリテーション用運動補助装置20は、リハビリ対象部位の随意運動を補助する機能を備えるものであり、例えば、リハビリテーション対象部位に装着される装着部をモータやアクチュエータ等の駆動部により動かすことで関節を屈曲・伸展させることにより、随意運動を補助するものである。その一例を図2に示す。リハビリテーション用運動補助装置20は、把持運動が困難となった患者に用いられ、把持運動の回復訓練を行うためのものであり、装着部21と駆動部22を備える。なお、理解の容易のために、図2にはリハビリテーション補助装置20を手Hnに装着した状態を示す。
The rehabilitation
装着部21は、リハビリ対象部位に装着されるものであり、互いに連結されるとともに連結箇所が可動する複数の部材から構成される。本実施の形態では、手Hnに装着されるものであり、装着部第一部材21aと装着部第二部材21bとを備える。装着部第一部材21aは、手首から手掌を被覆するプレートであり、第1手指が挿入される第1手指用孔21a1が設けられている。なお、手Hnの運動の自由度を高めるために手背側は開口部21a2を有し、手Hnが被覆されない形状となっている。装着部第二部材21bは、第2手指から第5手指を一体的に支持するプレートである。この装着部第二部材21bは、第2手指から第5手指の外周を覆うように略楕円形状に湾曲させたプレートにて構成されており、これら四本の手指を内側に挿入すると、これらの手指を手掌側から支持するとともに、手指先端が外部に突き出る形状となっている。装着部第一部材21aと装着部第二部材21bは、後述する動力伝達部(詳しくは動力伝達部第二部材22b2)を介して互いに接離する方向(すなわち、第1手指に対して第二手指から第5手指が接離するような方向)に可動するように連結されている。なお、装着部第一部材21aは固定手段21cにて手首に固定され、装着部第二部材21bは固定部材21dにて手指に固定されている。固定部材21c,21dは面状テープであるが、その他、ベルト等でも良い。
The mounting
駆動部22は、装着部21の動きの駆動源22aと、その駆動源22aの動力を装着部21に伝達する動力伝達部22bとを備える。
The
駆動源22aは、モータ22a1と、モータ22a1を制御する制御回路22a2とを備える。制御回路22a2は、リハビリテーション用脳波信号処理装置10の制御信号出力部12と有線又は無線により通信可能に接続されており、リハビリテーション用脳波信号処理装置10の制御信号出力部12から発せられる制御信号を受信して、モータ22a1を所定の回転角度で回転動作させる信号を出力し、モータ22a1は、制御回路22a2からの信号を受信するとその回転角度で回転動作する。モータ22a1と制御回路22a2は装着部第一部材21aに取り付けられて固定されている。なお、駆動源22aには、電源と接続する電源ケーブル又はバッテリー、及び、リハビリテーション用脳波信号処理装置10との通信手段(通信ケーブル等)が接続されているが、図2においては省略してある。
The
動力伝達部22bは、動力伝達部第一部材22b1と動力伝達部第二部材22b2とを備える。動力伝達部第一部材22b1は、細長形状のプレートであり、一端側がモータ22a1に連結され、他端側が動力伝達部第二部材22b2に連結されている。動力伝達部第二部材22b2は、略L字形状に屈曲したプレートであり、屈曲部を境に一方側は第2手指に添えるように、他方側は手甲側に突出するような姿勢にて配置され、一方側は装着部第一部材21bに固定されており、屈曲箇所において連結部材(ボルト)22b3により装着部第一部材21bに回動可能に連結されている。
The
上述の通り、本実施の形態は、手の把持運動が困難な患者に対してリハビリテーションを行う場合を例示したものであることから、リハビリテーション用運動補助装置20は手に装着するものであるが、例えば、上腕や下肢などの他の部位の随意運動の機能回復を目的とする場合は、リハビリ対象となる部位の随意運動に応じたリハビリテーション用運動補助装置を用いれば良い。
As described above, the present embodiment exemplifies the case where rehabilitation is performed on a patient who is difficult to grasp the hand, and thus the rehabilitation
また、リハビリテーション用運動補助装置20には、所定動作以外の動作を行わないように、安全装置が付加されていることが好ましい。たとえば、モータ22a1の回転角度を所定角度内に抑制するストッパーを備え、モータ22a1が所定角度の範囲を超えて回転しないようにして、誤動作による危険を防止すれば良い。
Moreover, it is preferable that a safety device is added to the rehabilitation
本実施の形態のリハビリテーションシステムS1の使用態様を以下に説明する。使用者は、リハビリ対象部位にリハビリテーション用運動補助装置20を装着する。くわしくは、使用者は、装着部第一部材21aに手を入れて孔22b3に第1手指を挿入し、第2手指から第5手指は装着部第二部材21bに挿入し、固定部材21c、21dにて固定する。
The usage mode of rehabilitation system S1 of this Embodiment is demonstrated below. The user wears the rehabilitation
また、使用者は、脳波取得手段としての電極を所定箇所に配置して取り付ける。電極は、例えば、国際10−20法に準拠して配置しても良いし、リハビリ対象部位の運動野付近の脳波信号が採取できる位置に配置すれば良い。この状態にて、電極により採取された脳波信号が測定部13に入力され、増幅部13aにて増幅され、A/D変換部13bにてアナログ信号がディジタル信号に変換され、蓄積部13cに時系列に蓄積され、その蓄積部13cに蓄積された脳波信号が解析部14dによる解析により周波数成分ごとに信号強度が求められ、周波数時間領域における信号強度データがリアルタイムに得られる。この信号強度データは、リアルタイムに検出部11に引き渡され、所定の周波数成分の信号強度データに時間変化が現れるか常時監視される状態となる。
Moreover, the user arranges and attaches an electrode as an electroencephalogram acquisition means at a predetermined location. For example, the electrodes may be arranged in accordance with the International 10-20 Law, or may be arranged at a position where an electroencephalogram signal near the motor area of the rehabilitation target site can be collected. In this state, an electroencephalogram signal collected by the electrode is input to the measuring unit 13, amplified by the amplifying unit 13a, an analog signal is converted into a digital signal by the A / D converting unit 13b, and the storage unit 13c The signal intensity is obtained for each frequency component by analyzing the electroencephalogram signals accumulated in the series and accumulated in the accumulation unit 13c by the analysis unit 14d, and signal intensity data in the frequency time domain is obtained in real time. This signal strength data is handed over to the
ここで、随意運動に付随して変化する周波数成分は、使用者の属性(年齢、性別など)、障害の状態、障害の部位、個人差、その他、個別具体的な様々な要因により異なる(なお、上述のように、これは発明者等が新たに見出した事象である。)ため、所定周波数成分をどの周波数成分とするかはケースに応じて決定すれば良い。たとえば、使用者が脳卒中患者の場合、障害部位の随意運動に関連した脳活動を作り出す脳内の回路において、脳波信号に障害が生じ、例えば、健常者であれば10Hzの周波数成分で変化が生じるところ、脳卒中患者の場合はその周波数成分の信号が障害されて、より高い周波数の周波数成分に変化が生じることがあることから、その周波数成分を個別具体的に特定して変化を検出すれば良い。 Here, the frequency component that changes with voluntary movement varies depending on the user's attributes (age, gender, etc.), the state of the disorder, the site of the disorder, individual differences, and other individual specific factors (Note As described above, this is an event newly found by the inventors and the like.) Therefore, what frequency component should be used as the predetermined frequency component may be determined according to the case. For example, when the user is a stroke patient, an electroencephalogram signal is impaired in a circuit in the brain that creates brain activity related to voluntary movement of the disordered part. For example, a healthy person changes at a frequency component of 10 Hz. However, in the case of a stroke patient, the signal of the frequency component may be disturbed, and a change may occur in the frequency component of a higher frequency. Therefore, it is only necessary to specifically identify the frequency component and detect the change. .
次に、使用者はリハビリテーション用運動補助装置20を装着した後、身体を安静状態とする。安静状態を維持したままでは、所定周波数成分の信号強度に変化は現れないため、検出部11において時間変化は検出されない。
Next, after the user wears the rehabilitation
その後に、使用者は、リハビリ対象部位の随意運動を行うか、又は、随意運動を想起する。本実施の形態では、把持運動を一例として説明するため、使用者は第2手指から第5手指を第1手指に接する方向に動かす把持運動を行うか、又は、把持運動を想起する。すると、この随意運動により、リハビリ対象部位の運動野付近で事象関連脱同期(ERD)が起きて脳波信号の所定周波数成分に変化するため、検出部11においてその時間変化が検出される。本実施の形態では、検出部11は、リアルタイムに得られる信号強度データを監視し、所定周波数成分の信号強度が安静時信号強度範囲内の値から随意運動時信号強度範囲内の値に変化すると、この信号強度の変化を安静状態から随意運動(把持運動)を行った又は想起した状態に移行したときの信号強度の時間変化として検出する。ここで、検出部11における検出は、時間変化が検出される方法であれば良いが、本実施の形態では、予め設定されている閾値と所定周波数成分の信号強度とを比較し、信号強度が閾値以下又は閾値より上となる変化により判断している。信号強度が閾値以下に変化すると、随意運動(把持運動)を行うか又は想起したときの信号強度の時間変化として検出し、信号強度が閾値を上回る変化を示すと、随意運動から安静状態に移行したときの信号強度の時間変化として検出する。
Thereafter, the user performs voluntary movement of the rehabilitation target site or recalls voluntary movement. In this embodiment, since the gripping motion is described as an example, the user performs a gripping motion that moves the second finger from the second finger in a direction in contact with the first finger or recalls the gripping motion. Then, due to this voluntary movement, event-related desynchronization (ERD) occurs in the vicinity of the motor area of the rehabilitation target site and changes to a predetermined frequency component of the electroencephalogram signal. In the present embodiment, the
前記信号強度の時間変化が検出部11で検出されると、制御信号出力部12はリハビリテーション用運動補助装置20の動作を制御する制御信号を出力する。ここでは、リハビリテーション用運動補助装置20の駆動部22のモータ22a1を所定角度で回転動作させる信号を出力することとなる。詳細には、検出部11において、信号強度が安静時信号強度範囲から随意運動時信号強度範囲に遷移する変化が検出されると、リハビリテーション用運動補助装置20の駆動部22のモータ22a1を把持状態となる方向に回転動作させる制御信号を出力し、随意運動時信号強度範囲から安静時信号強度範囲に遷移する変化が検出されると、モータ22a1を逆回転させて初期姿勢に戻す制御信号を出力する。
When the time variation of the signal intensity is detected by the
制御信号出力部12によりリハビリテーション用脳波処理装置10から出力された制御信号は、リハビリテーション用運動補助装置20の制御回路22a2に入力される。制御回路22a2は、制御信号を受信すると、その受信した制御信号に基づく動作をモータ22a1に実行させる電気信号を出力する。ここでは、所定の回転角度でモータ22a1を回転動作させる電気信号を出力することとなる。
The control signal output from the rehabilitation
リハビリテーション用運動補助装置20は、制御回路22a2から出力される電気信号に従ってモータ22a1が所定角度に回転動作すると、動力伝達部第一部材22b1が前方(手指先端方向)に押し出されるとともに、動力伝達部第一部材22b1に連結されている動力伝達部第二部材22b2が連結部材22b3を回転軸として所定角度で回転し、装着部第二部材21bが装着部第一部材21aに接する方向(第2手指から第5手指が第1手指に接する方向)に動作する。次の電気信号が入力されるまでモータ22a1はその姿勢を維持し、装着部21は把持の姿勢が継続される。
In the rehabilitation
使用者が随意運動(把持運動)を継続している間、又は、想起している間、信号強度は運動時信号強度範囲内(閾値以下)の値を示すが、随意運動又は想起を終了させ、安静状態に戻ると、信号強度が安静時信号強度範囲内(閾値より上)の値を示し、それが検出部11において信号強度の時間変化として検出される。検出部11にてこの時間変化が検出されると、制御信号出力部12は、モータ22a1を所定の回転角度で逆回転動作をさせることで姿勢を初期姿勢(第2手指から第5手指を第1手指から離して手掌を開いた状態)に戻す制御信号を出力する。
While the user continues voluntary movement (gripping movement) or recalls, the signal strength shows a value within the signal intensity range during exercise (below the threshold), but terminates voluntary movement or recall. When returning to the resting state, the signal intensity indicates a value within the resting signal intensity range (above the threshold value), and this is detected by the
このようにして、装着部第二部材21bを装着している第2手指から第5手指までが第1手指に対して接離する方向に動かされ、把持運動の補助が行われることとなる。これにより、筋肉や皮膚の感覚神経が活動し、その情報が脳に到達することで、神経の再構築が行われ、高いリハビリ効果が得られることとなる。
In this way, the second finger to the fifth finger wearing the mounting part
このように、リハビリテーションシステムS1によれば、使用者が随意運動を行うか、又は、想起すると、リハビリテーション用脳波信号処理装置10にて脳波信号の時間変化が検出されてリハビリテーション用運動補助装置20が動作するため、随意運動を行ったタイミング、又は、想起したタイミングに合わせて、随意運動の補助を行うことが可能となる。脳波信号の信号強度の時間変化に合わせてリハビリテーション用運動補助装置20が動作するため、特に随意運動が極めて微弱又は不能な重度の患者に対してもタイミング良く随意運動を補助することができ、非常に好適である。とくに、脳波信号はリハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取し、更に、その採取された脳波信号のうち、個別具体的なケースに応じて所定周波数成分に限定し、その限定された所定周波数成分について時間変化を検出するため、非常に高いリハビリ効果が得られる。
As described above, according to the rehabilitation system S1, when the user performs voluntary exercise or recalls, the rehabilitation electroencephalogram
<第二の実施の形態>
図3は、本実施の形態のリハビリテーションシステムS2を説明する説明図である。リハビリテーションシステムS2は、上記リハビリテーションシステムS1に機能が追加されたものであり、検出部10の検出対象となる所定周波数成分の周波数の値を設定する周波数設定部14を備える。随意運動に付随してどの周波数成分が変化するかは、使用者の属性、リハビリ対象部位、障害の状態、個人差など、様々な要因により異なる。これは、発明者等が実験等により新たに見出した事象である。そこで、検出対象とする周波数成分の周波数の値を設定可能とすることにより、様々なケースに対応可能とした。なお、上記実施の形態と同一要素については同一の符号を用いて説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the rehabilitation system S2 of the present embodiment. The rehabilitation system S2 has a function added to the rehabilitation system S1 and includes a frequency setting unit 14 that sets a frequency value of a predetermined frequency component to be detected by the
周波数設定部14は、人為的に設定値が入力されても良いし、データ解析により自動設定されても良い。 The frequency setting unit 14 may be manually input with a set value or automatically set by data analysis.
人為的に設定値が入力される場合、リハビリテーション用脳波信号処理装置10は、入力部15から入力された周波数の値を、周波数設定部14が受け付け、その周波数の値を記憶部16に記憶する。入力部15は、キーボードやマウス等により任意に入力可能としても良いし、ダイヤルやボタンにより周波数の値を選択的に設定することにより入力可能としても良い。また、設定値は表示部(図示せず)に表示されるようにしても良い。また、記憶部16は、メモリやハードディスク等の記憶装置により実現されるものであり、周波数設定部14や検出部11や制御信号出力部12を実現するコンピュータに内蔵されても良いし、外部装置として外付けされていても良い。また、周波数の値は、一つのみ設定可能としても良いが、使用者ごと、リハビリ対象部位ごと等、複数の周波数の値を登録可能としても良い。この場合は、周波数の値とそれを一意に特定可能な識別子とを入力させ、これらを関連付けて記憶部16に記憶することとなる。
When the set value is artificially input, the rehabilitation electroencephalogram
一方、自動設定とする場合、周波数設定部14は、測定部13にて安静状態と随意運動を行ったとき又は想起したときの状態の脳波信号の信号強度データをテストデータとして受け取り、安静状態と随意運動時又は想起時状態の脳波信号を比較するなどして、特徴抽出を行い、随意運動時又は想起時に変化が生じる周波数成分を特定する。特定された周波数成分は、検出対象となる所定周波数成分の値として記憶部16に記憶される。このときのテストデータは複数回のテストにより取得された複数のデータであるほうが好ましい。また、特定された周波数成分の周波数の値は、表示部(図示せず)に表示し、入力部15により随時微調整可能とするほうが好ましい。なお、テストデータは外部装置としての脳波計等により別途準備され、リハビリテーション用脳波信号処理装置10に入力されて周波数設定部14に引き渡されても良い。
On the other hand, in the case of automatic setting, the frequency setting unit 14 receives the signal strength data of the electroencephalogram signal when the measurement unit 13 performs a resting state and voluntary movement or recalls it as test data, The feature extraction is performed by comparing the electroencephalogram signals at the time of voluntary movement or recall, and the frequency component that changes at the time of voluntary movement or recall is specified. The identified frequency component is stored in the storage unit 16 as a value of a predetermined frequency component to be detected. The test data at this time is preferably a plurality of data acquired by a plurality of tests. Further, it is preferable that the frequency value of the identified frequency component is displayed on a display unit (not shown) and can be finely adjusted at any time by the
検出部11は、周波数設定部14により周波数の値が設定されると、記憶部16を参照し、記憶部16に記憶されている周波数の値を取得して、その周波数の値に対応する周波数成分の強度の時間変化を検出する。
When the frequency value is set by the frequency setting unit 14, the
本実施の形態のリハビリテーションシステムの使用態様を以下に説明する。まず、初期設定として、補助者又は使用者等は、周波数設定部14により検出対象とする周波数成分の周波数の値を設定する。 The usage aspect of the rehabilitation system of this Embodiment is demonstrated below. First, as an initial setting, an assistant or a user sets a frequency value of a frequency component to be detected by the frequency setting unit 14.
人為的に設定する場合、周波数の値は、補助者の経験則により設定しても良いが、より好ましくは、使用者の随意運動にともなう脳波信号の信号強度の時間変化を監視し、どの周波数成分が変化するかを明らかにすることで決定する。たとえば、使用者がリハビリテーションを行っている間、周波数時間領域における脳波信号のパワースペクトルを取得し、使用者がリハビリ対象部位の随意運動を行うか、又は、想起した時間に、パワースペクトルが変化している周波数成分を特定することにより行う。周波数の値の設定は入力部15に周波数成分の周波数の値を入力することにより行う。たとえば、表示装置に表示されている設定画面にキーボードやマウス等を用いて入力したり、ダイヤルやボタン等により選択したりする。入力部15から入力された周波数の値は、周波数設定部14により受け付けられ、記憶部16に記憶される。
When setting artificially, the frequency value may be set according to the rule of thumb of the assistant, but more preferably, the frequency change of the EEG signal intensity with the voluntary movement of the user is monitored and any frequency is monitored. It is determined by clarifying whether the component changes. For example, while the user is performing rehabilitation, the power spectrum of the electroencephalogram signal in the frequency time domain is acquired, and the power spectrum changes at the time when the user performs voluntary movement of the rehabilitation target part or recalls. This is done by specifying the frequency components that are present. The frequency value is set by inputting the frequency value of the frequency component to the
複数の前記周波数の値を登録可能な場合は、使用者や補助者等は、初期設定として、周波数の値及びそれを一意に特定可能な識別子を入力する。入力された識別子と周波数の値は関連付けて記憶部16に記憶される。 If possible register values of a plurality of the frequencies, such as user or assistant uses as defaults inputs uniquely identifiable identifier frequency value and the same. The input identifier and the frequency value are stored in the storage unit 16 in association with each other.
また、前記周波数の値を自動設定とする場合は、リハビリテーション用脳波信号処理装置10のテストモードのスイッチ(図示せず)をONとし、使用者に安静状態と随意運動を行うか又は想起する状態を繰り返させる。その脳波信号は、測定部13にて測定され、周波数設定部14にて分析されて検出対象とする周波数成分が特定され、その周波数の値が記憶部16に記憶される。なお、テストデータとしては、別途、外部装置としての脳波計にて取得したテストデータを入力しても良い。また、記憶部16に記憶された周波数の値は、必要に応じて入力部15により微調整しても良い。
When the frequency value is set automatically, a test mode switch (not shown) of the electroencephalogram
このようにして前記周波数の値が設定されると、検出部11は、記憶部16を参照し、記憶部16に記憶されている周波数の値を検出対象となる周波数成分の周波数の値とし、脳波信号の信号強度の時間変化を検出する。記憶部16に周波数の値が複数登録されている場合は、リハビリテーション実施前に、使用者や補助者等が、別途設けられる識別子入力部(図示せず)から識別子を入力すると、検出部11は、その識別子に対応する周波数の値を記憶部16から読み出し、その周波数の値を検出対象の周波数成分の周波数の値に設定し、その周波数成分の信号強度の時間変化の検出を行う。
When the value of the frequency this way is set, the
以下、上記実施の形態と同様であるため、説明を省略する。このように、周波数の値を設定可能とすることで、適切な周波数成分を検出対象とすることができる。随意運動に付随して信号強度が変化する周波数成分は使用者の属性、障害の状態や、障害の部位、個人差などの様々な要因により、個々のケースごとに異なるが、これにより、様々なケースに対応可能となる。 Hereinafter, since it is the same as that of the said embodiment, description is abbreviate | omitted. Thus, by making it possible to set the value of the frequency, an appropriate frequency component can be set as a detection target. The frequency component that changes the signal intensity accompanying voluntary movement varies from case to case due to various factors such as the user's attributes, the state of the disorder, the location of the disorder, and individual differences. It becomes possible to deal with cases.
<第三の実施の形態>
図4は、本実施の形態のリハビリテーションシステムS3を説明する説明図である。リハビリテーションシステムS3は、上記リハビリテーションシステムS2に機能が追加されたものであり、検出部11における所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出するときの、検出条件の設定を受け付ける検出条件設定部17を備える。随意運動に付随して所定周波数成分がどのように変化するかは、使用者の属性、リハビリ対象部位、障害の状態、個人差など、様々な要因により異なる。これは、発明者等が実験等により新たに見出した事象である。そこで、検出条件設定部17により検出条件を設定可能として、様々なケースに対応可能とした。なお、上記実施の形態と同一要素については同一の符号を用いて説明を省略する。
<Third embodiment>
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the rehabilitation system S3 of the present embodiment. The rehabilitation system S3 has a function added to the rehabilitation system S2, and includes a detection condition setting unit 17 that receives a setting of a detection condition when detecting a temporal change in signal intensity of a predetermined frequency component in the
検出条件設定部17による検出条件の設定は、人為的に入力されても良いし、データ解析により自動設定されても良い。 The detection condition setting by the detection condition setting unit 17 may be manually input or automatically set by data analysis.
人為的に入力される場合、検出条件設定部17は、入力部15から入力された検出条件を受け付け、その検出条件を記憶部16に記憶する。入力部15は、キーボードやマウス等を用いて周波数の値を入力可能としても良いし、ダイヤルやボタンにより検出条件を選択的に設定することにより入力可能としても良い。検出条件は、表示部(図示せず)に表示させるようにしても良い。また、検出条件は、一つのみ設定可能としても良いが、使用者ごと、リハビリ対象部位ごと等、複数の検出条件を登録可能としても良い。この場合は、検出条件とそれを一意に特定可能な識別子とを入力させ、これらを関連付けて記憶部16に記憶することとなる。なお、この識別子は、上記実施の形態の周波数の値に対応付けられている識別子と共通又は関連性を有するものとしても良い。
In the case of artificial input, the detection condition setting unit 17 receives the detection condition input from the
ここで、入力される検出条件は、所定周波数成分の信号強度の時間変化を検出可能な条件であれば良いが、本実施の形態では、信号強度と閾値とを比較することにより時間変化を検出しているため、検出条件の設定は、この閾値を入力部15から入力することにより行われる。
Here, the input detection condition may be any condition that can detect the time change of the signal intensity of the predetermined frequency component, but in this embodiment, the time change is detected by comparing the signal intensity and the threshold value. Therefore, the detection condition is set by inputting this threshold value from the
一方、自動設定とする場合、検出条件設定部17は、測定部13にて安静状態と随意運動を行ったとき又は想起したときの状態の脳波信号の信号強度データをテストデータとして受け取り、安静状態と随意運動又は想起状態の脳波信号を比較するなどして、特徴抽出を行い、随意運動時又は想起時に所定周波数成分に生じる変化の規則性を導出する。導出された変化の規則性は、検出条件として記憶部16に記憶される。本実施の形態では、検出条件設定部17においては、特徴抽出等により安静時信号強度範囲と随意運動時信号強度範囲を特定する処理が行われ、安静時信号強度範囲の値と随意運動時信号強度の範囲の値、若しくは、その境界となる閾値が記憶部16に記憶される。このときのテストデータは複数であるほうが好ましい。また、記憶部16に記憶された検出条件は、表示部(図示せず)に表示し、入力部15により随時微調整可能とするほうが好ましい。また、テストデータは外部装置としての脳波計により採取されてリハビリテーション用脳波処理装置10に入力されても良い。
On the other hand, in the case of automatic setting, the detection condition setting unit 17 receives the signal intensity data of the electroencephalogram signal when the measurement unit 13 performs a resting state and voluntary movement or recalls it as test data, And the brain wave signal of the voluntary movement or the recall state are compared, and the feature extraction is performed, and the regularity of the change that occurs in the predetermined frequency component during the voluntary movement or the recall is derived. The regularity of the derived change is stored in the storage unit 16 as a detection condition. In the present embodiment, the detection condition setting unit 17 performs processing for specifying the resting signal intensity range and the voluntary movement signal intensity range by feature extraction or the like, and the value of the resting signal intensity range and the voluntary movement signal The value of the intensity range or the threshold value serving as the boundary is stored in the storage unit 16. The test data at this time is preferably plural. The detection conditions stored in the storage unit 16 are preferably displayed on a display unit (not shown) and can be finely adjusted at any time by the
前記テストデータは、先ず周波数設定部14にて周波数の値を特定し、その後に、検出条件設定部17にて周波数設定部14にて特定された周波数の値の変化の規則性を導出するようにしても良い。この場合、周波数設定部14と検出条件設定部17の処理はシームレスに行われても良い。 In the test data, the frequency value is first specified by the frequency setting unit 14, and then the regularity of the change in the frequency value specified by the frequency setting unit 14 is derived by the detection condition setting unit 17. Anyway. In this case, the processing of the frequency setting unit 14 and the detection condition setting unit 17 may be performed seamlessly.
検出部11は、検出条件設定部17により検出条件が設定されると、記憶部16を参照し、記憶部16に記憶されている検出条件を用いて時間変化の検出を行う。
When the detection condition is set by the detection condition setting unit 17, the
本実施の形態のリハビリテーションシステムS3の使用態様を以下に説明する。
まず、初期設定として、使用者又はその補助者等は、検出条件設定部17により閾値を設定する。
The usage mode of rehabilitation system S3 of this Embodiment is demonstrated below.
First, as an initial setting, a user or an assistant thereof sets a threshold value using the detection condition setting unit 17.
人為的に設定する場合、検出条件は、補助者の経験則により設定しても良いが、より好ましくは、使用者の随意運動にともなう脳波信号の信号強度の時間変化を監視し、信号強度がどのように変化するかを明らかにすることで決定する。たとえば、使用者がリハビリテーションを行っている間、周波数時間領域における脳波信号のパワースペクトルを取得し、使用者がリハビリ対象部位の随意運動を行うか、又は、想起した時間に、パワースペクトルが変化している周波数成分を特定し、変化の規則性を導出する。本実施の形態では、その周波数成分の安静時信号強度範囲と随意運動時信号強度範囲を明らかにし、各範囲、又は、その境界となる閾値を入力部15から入力する。入力部15から入力された各範囲又は閾値は、記憶部16に記憶される。
When setting artificially, the detection condition may be set according to the empirical rule of the assistant, but more preferably, the time change of the signal intensity of the electroencephalogram signal accompanying the voluntary movement of the user is monitored, and the signal intensity is Decide by clarifying how it will change. For example, while the user is performing rehabilitation, the power spectrum of the electroencephalogram signal in the frequency time domain is acquired, and the power spectrum changes at the time when the user performs voluntary movement of the rehabilitation target part or recalls. The frequency component is identified and the regularity of the change is derived. In the present embodiment, the resting signal intensity range and the voluntary movement signal intensity range of the frequency component are clarified, and each range or a threshold value serving as a boundary thereof is input from the
複数の前記閾値を登録可能な場合は、使用者や補助者等は、初期設定として、検出条件及びそれを一意に特定可能な識別子を入力する。入力された識別子と閾値は関連付けて記憶部15に記憶される。
When a plurality of the threshold values can be registered, a user, an assistant, or the like inputs a detection condition and an identifier that can uniquely identify it as an initial setting. The input identifier and threshold are stored in the
また、検出条件を自動設定とする場合は、リハビリテーション用脳波信号処理装置10のテストモードのスイッチ(図示せず)をONとし、使用者に安静状態と随意運動を行うか又は想起する状態を繰り返させる。その脳波信号は、測定部13にて測定され、周波数設定部14にて分析されて時間変化の規則性が特定され、その時間変化の規則性が検出条件として記憶部16に記憶される。本実施の形態では、安静時信号強度範囲の値と随意運動時信号強度の範囲の値、若しくは、その境界となる閾値が記憶される。なお、テストデータとしては、別途、外部装置である脳波計により採取したテストデータを入力しても良い。また、記憶部16に記憶された検出条件は、必要に応じて入力部15により微調整しても良い。
When the detection condition is set automatically, the test mode switch (not shown) of the electroencephalogram
このようにして検出条件が設定されると、検出部11は、記憶部16を参照して記憶されている検出条件を取得し、その検出条件に基づいて信号強度の時間変化を検出する。本実施の形態では、記憶部16には閾値が記憶されるため、検出部11は、その閾値を取得し、脳波の信号強度と閾値とを比較して、脳波の信号強度の時間変化を検出する。
When the detection condition is set in this way, the
記憶部16に複数の検出条件が登録されている場合は、使用者や補助者等により別途設けられる識別子入力部(図示せず)から識別子が入力されると、検出部11は、その識別子に対応する検出条件を記憶部16から読み出し、その検出条件を用いて信号強度の時間変化の検出を行う。なお、この識別子は上記第二の実施の形態の識別子と共通としても良い。この場合、記憶部16から識別子に対応する周波数の値及び検出条件を取得し、取得した周波数の値に対応する周波数成分の信号強度について、取得した検出条件に基づき、検出処理を行う。
When a plurality of detection conditions are registered in the storage unit 16, when an identifier is input from an identifier input unit (not shown) separately provided by a user or an assistant, the
以下、上記実施の形態と同様であるため、説明を省略する。このように、検出条件を設定することで、適切な検出条件に基づいて時間変化を検出できる。信号強度がどのように変化するかは、使用者の属性、障害の状態や、障害の部位、個人差などの様々な要因により、個々のケースごとに異なるが、これにより、様々なケースに対応可能となる。 Hereinafter, since it is the same as that of the said embodiment, description is abbreviate | omitted. Thus, by setting the detection condition, it is possible to detect a change in time based on an appropriate detection condition. How the signal strength changes depends on the user's attributes, the state of the failure, the location of the failure, individual differences, and other factors, but this varies from case to case. It becomes possible.
<本発明における電極パッド>
図5は、本発明における電極パッド30を側面の側から説明する説明図である。電極パッド30は、上記実施の形態のリハビリ用脳波信号処理装置10で用いる脳波信号を採取するために用いられるものであり、基台31と、基台31から突出する複数の突起状電極32と導電層33を備える。
<Electrode Pad in the Present Invention>
Figure 5 is an explanatory view for explaining the
基台31と突起状電極32は、一般的な脳波採取用の電極パッドと同様の構成であり、導電性を有する突起状の電極32が平板形状や円柱形状等の基台31に複数配列される構成を有する。突起状電極32の個数は複数であれば良く、限定されるものではない。
The
導電層33は、分散媒が導電性を有するジェル層から構成されるか、又は、保水性を有する柔軟性材料に導電性液体が保持された層にて構成されている。ジェルは、高粘性の分散質により流動性を失うことで系全体として固体状となるものであり、例えば親水性の樹脂マトリックスの中に水や電解質を安定的に保持させたヒドロゲルが挙げられる。また、保水性を有する柔軟性材料としては、例えばスポンジなどが挙げられ、導電性液体としては、例えば水や電解液などが挙げられる。この導電層33は、外部から圧力がかけられると、その圧力の強さに応じて、導電性分散媒や導電性液体を外部に放出する機能を有する。なお、この導電層33は粘着性を有し、頭皮に貼着可能なものであってもよい。また、導電層33は、基台31に貼着等により固定され、突起状電極32の少なくとも先端付近とは固定されていないことが好ましい。
The
導電層33は、複数の突起状電極32,,,32の間に充填されており、突起状電極32,,,32の先端が導電層33に埋没するか(図5(a)参照)、又は、導電層33の表面と面一となっている(図5(b)参照)。
The
電極パッド30の使用状態について以下に説明する。図6(a)は、電極パッド30の使用状態を説明する説明図であり、図6(b)は使用状態における電極パッド30と頭部Hとの接触部分の拡大図である。電極パッド30は、導電層33の側を頭皮に接するようにして頭部Hに配置される。突起状電極32の先端は導電層33に埋没しているか、又は、導電層33の表面と面一であるが、電極パッド30を頭部Hに対して動かしながら押圧して接触させると、柔軟性を有する導電層33が変形して突起状電極32が導電層33から突出するとともに、ブラシと同様の原理によって突起状電極32が毛髪hrを掻き分け(毛髪を整列させて頭皮を露出させ)、頭部Hに確実に接することとなる。このとき、導電層33は毛髪hrの厚みにより押し上げられて凹状態となり、導電層33と頭部Hとの間に間隙aが生じる。この間隙aは、空間のままであると電気抵抗が高く、むしろコンデンサのように脳波信号を蓄電することとなることから、高インピーダンスを示し、脳波信号の採取の妨げになる。この点、電極パッド30は、その間隙aに、導電層33から染み出した導電性分散媒や導電性液体が充填されるため、突起状電極32だけでなく、導電層33及び間隙aの部分でも通電可能となり、インピーダンスを低減することができる。
The usage state of the
ここで、導電層33としては、剥がす作業が容易な粘着性ジェルシートを用いることが好ましい。従来の導電性ペーストを用いる場合と比較すると、導電性ペーストは粘着性が高く、脳波採取後に毛髪や頭皮に残留するため、アルコール等で溶解洗浄したり、洗髪したりするなど、後処理に時間と手間が生じていた。その点、容易に剥がすことができる粘着性保水ジェルシートを用いることにより、頭皮洗浄等が不要となり、取り外し作業の手間と時間の効率化を図ることができる。また、使い捨てとできるため、感染症も防止することができる。
Here, as the
発明者は、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置及びリハビリテーションシステムの有用性を実証するために、以下の実験1と実験2を行った。
The inventor conducted the following
<実験1>
実験1として、健常者における随意運動想起時の脳波を取得した。被験者を成人健常者1名とし、被験者の頭部に、図7に示すように、国際10−20法に準拠したC3,C1,FC3,C5,CP3,C4,C6,FC4,C2,CP4の位置に電極を配置した。電極は、上記実施の形態の電極パッドを用いた。
<
As
実験タスクとして、タスク1:左手を把持運動の想起、タスク2:右手の把持運動の想起、タスク3:足を動作させる随意運動の想起、の三つのタスクを設定し、各タスクを被験者に行わせた。図8に示すように、被験者には、随意運動想起開始時刻を0とすると、−5秒から−2秒の間は安静時間、−2秒から0秒の間を準備時間、0秒から5秒の間を随意運動想起(イメージ)時間、5秒から10秒の間を安静時間とし、タスク1からタスク3の各々について、これらを順次行わせた。
As an experimental task, the following three tasks were set: Task 1: Recalling the gripping motion of the left hand, Task 2: Recalling the gripping motion of the right hand, and Task 3: Recalling the voluntary motion that moves the foot. I let them. As shown in FIG. 8, when the voluntary motion recall start time is 0, the subject has a rest time between -5 seconds and -2 seconds, a preparation time between -2 seconds and 0 seconds, and 0 seconds to 5 seconds. The voluntary motion recall (image) time was defined as seconds, and the rest time was defined as 5 seconds to 10 seconds, and the
実験条件としては、アナログ信号としての脳波からサンプリング周波数を256Hzとして信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換した。また、バンドエリミネーションフィルタ(Notchフィルタ)を用いて、一定の周波数帯域の信号を減衰させ、それ以外の帯域の信号を通過させる処理を行った。これは、商用電源に起因する電磁ノイズの混入を防ぐためである。 As experimental conditions, a signal was sampled from an electroencephalogram as an analog signal at a sampling frequency of 256 Hz and converted into a digital signal. In addition, a band elimination filter (Notch filter) was used to attenuate a signal in a certain frequency band and pass a signal in another band. This is to prevent mixing of electromagnetic noise caused by commercial power.
解析方法は、解析窓幅を1秒とし、解析窓にはハミング窓を使用した。解析窓のオーバーラップは87.5%とした。そして、現在の解析窓に87.5%オーバーラップさせるように解析窓をずらしながら、解析窓ごとにパワースペクトルを算出し、これをすべての周波数成分について行い、周波数時間領域におけるパワースペクトル分布を表すデータを生成した。 In the analysis method, the analysis window width was 1 second, and a Hamming window was used as the analysis window. The overlap of the analysis window was 87.5%. Then, the power spectrum is calculated for each analysis window while shifting the analysis window so that it overlaps the current analysis window by 87.5%, and this is performed for all frequency components to represent the power spectrum distribution in the frequency time domain. Generated data.
図9から図11は、実験1によって得られたパワースペクトル分布を表すデータである。なお、各データは、周波数・信号強度・時間の3要素を2次元で表現するために、縦軸を周波数、横軸を時間とし、パワースペクトルの強度は色で表現している。なお、信号強度が高くなるにつれて黒→青→緑→赤と色が変化する表現となっている。
9 to 11 are data representing the power spectrum distribution obtained by
図9から図11の各データは、(a)が右手運動野付近から採取された脳波信号のデータであり、(b)が左手運動野付近から採取された脳波信号のデータである。また、各データは、図12に示される導出方法により導出されている。図12(a)は図9(a),図10(a),図11(a)に対応し、図12(b)は図9(b),図10(b),図11(b)に対応している。図9を例に説明すると、図9(a)のうち中央のデータ(a−0)は図7に示されるC3,C1,FC3,C5,CP3の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いてラプラシアン導出により導出した信号強度を示すデータであり、その右のデータ(a−1)はC3とC1の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータであり、その上のデータ(a−2)はC3とFC3の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータであり、その左のデータ(a−3)はC3とC5の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータであり、その下のデータ(a−4)はC3とCP3の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータである。また、図9(b)のうちデータ(b−0)は図7に示されるC4,C2,FC4,C6,CP4の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いてラプラシアン導出により導出した信号強度を示すデータであり、その右のデータ(b−1)はC3とC6の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータであり、その上のデータ(b−2)はC3とFC4の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータであり、その左のデータ(b−3)はC4とC2の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータであり、その下のデータ(b−4)はC3とCP4の位置に配置された電極から採取された脳波の信号を用いて双極導出により導出した信号強度を示すデータである。以下、図10、図11についても同様である。 Each data in FIGS. 9 to 11 is data of an electroencephalogram signal collected from the vicinity of the right-hand motor area, and FIG. 9B is data of an electroencephalogram signal collected from the vicinity of the left-hand motor area. Each data is derived by the derivation method shown in FIG. FIG. 12A corresponds to FIG. 9A, FIG. 10A, and FIG. 11A, and FIG. 12B corresponds to FIG. 9B, FIG. 10B, and FIG. It corresponds to. Referring to FIG. 9 as an example, the central data (a-0) in FIG. 9A is an electroencephalogram collected from electrodes arranged at the positions of C3, C1, FC3, C5 and CP3 shown in FIG. The data (a-1) to the right of the data obtained by Laplacian derivation using the above signal is the bipolar derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of C3 and C1. The data (a-2) above shows the signal strength derived by bipolar derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of C3 and FC3. The data (a-3) on the left is data indicating the signal intensity derived by bipolar derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of C3 and C5. Data (a-4) C3 and CP3 using EEG signals collected from the electrode disposed at the position of a data indicating a signal strength derived by bipolar derivation. Further, data (b-0) in FIG. 9B is obtained by Laplacian derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of C4, C2, FC4, C6 and CP4 shown in FIG. This is data indicating the derived signal strength, and the data (b-1) on the right is data indicating the signal strength derived by bipolar derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of C3 and C6. The data (b-2) above is data indicating the signal intensity derived by bipolar derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of C3 and FC4. (B-3) is data indicating the signal intensity derived by bipolar derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of C4 and C2, and the lower data (b-4) is C3. And CP4 Using EEG signals taken from location to electrodes is data indicating the signal strength derived by bipolar derivation. The same applies to FIGS. 10 and 11 below.
タスク1:左手の把持運動の想起
左手運動野付近から採取された図9(b)のデータ(b−0)から(b−4)を参照すると、10Hz付近、及び、25Hz付近の周波数成分にて、随意運動想起時間(0から5秒)に対応して、信号強度が青色を示す程度に低くなっている。この青色箇所が随意運動に伴う事象関連脱同期により信号強度が低くなった箇所である。なお、−2秒から0秒にて信号強度が低くなるのは、−2秒から0秒の準備時間から被験者が早々に随意運動を想起し始めているためである。
Task 1: Recalling gripping motion of left hand Referring to the data (b-0) to (b-4) of FIG. 9 (b) collected from the vicinity of the left hand motor area, frequency components around 10 Hz and 25 Hz are obtained. In response to the voluntary motion recall time (0 to 5 seconds), the signal intensity is low enough to show blue. This blue spot is a spot where the signal intensity is lowered due to event-related desynchronization accompanying voluntary movement. The reason why the signal intensity decreases from -2 seconds to 0 seconds is that the subject starts to recall voluntary movements quickly from the preparation time of -2 seconds to 0 seconds.
なお、右手運動野付近から採取された図9(a)のデータ(a−0)から(a−4)にも、随意運動想起時間に対応して信号強度が低くなる傾向が見られるが、本発明は、左手の把持運動を補助するときは、左手運動野付近の脳波の信号強度のデータ(b−0)から(b−4)を用いるため、これらのデータ(b−0)から(b−4)で時間変化が検出されれば問題はない。 In addition, the data (a-0) to (a-4) of FIG. 9 (a) collected from the vicinity of the right hand motor area also show a tendency that the signal intensity decreases corresponding to the voluntary motor recall time. Since the present invention uses the data (b-0) to (b-4) of the electroencephalogram signal intensity in the vicinity of the left hand motor area when assisting the gripping movement of the left hand, from these data (b-0) ( If a time change is detected in b-4), there is no problem.
タスク2:右手の把持運動の想起
右手運動野付近から採取された図10(a)のデータ(a−0)から(a−4)を参照すると、10Hz付近、及び、25Hz付近にて、随意運動想起時間(0から5秒)に対応して、脳波の信号強度が青色を示す程度に低くなっている。この青色部分が随意運動に伴う事象関連脱同期により信号強度が低くなった部分である。なお、−2秒から0秒にて信号強度が弱くなるのは、−2秒から0秒の準備時間から被験者が早々に随意運動を想起し始めているためである。
Task 2: Recalling gripping motion of the right hand Referring to the data (a-0) to (a-4) of Fig. 10 (a) collected from the vicinity of the right hand motor area, it is optional at around 10Hz and around 25Hz. Corresponding to the motion recall time (0 to 5 seconds), the signal intensity of the electroencephalogram is low enough to show blue. This blue part is the part where the signal intensity is low due to event-related desynchronization accompanying voluntary movement. The reason why the signal intensity decreases from -2 seconds to 0 seconds is that the subject starts to recall voluntary movements quickly from the preparation time of -2 seconds to 0 seconds.
なお、左手運動野付近から採取された図10(b)のデータ(b−0)から(b−4)にも、随意運動想起時間に対応して信号強度が低くなる傾向が見られるが、本発明は、右手の把持運動を補助するときは、右手運動野付近の脳波の信号強度のデータ(a−0)から(a−4)を用いるため、右手運動野付近の脳波の信号強度のデータ(a−0)から(a−4)で時間変化が検出されれば問題はない。 In addition, the data (b-0) to (b-4) in FIG. 10 (b) collected from the vicinity of the left hand motor area also show a tendency that the signal intensity decreases corresponding to the voluntary movement recall time. Since the present invention uses the data (a-0) to (a-4) of the electroencephalogram signal intensity in the vicinity of the right hand motor area when assisting the gripping movement of the right hand, the signal intensity of the electroencephalogram in the vicinity of the right hand motor area is used. There is no problem if a time change is detected from data (a-0) to (a-4).
タスク3:足の随意運動を想起
図11に示されるいずれのデータにもわずかな青色部分が見られるものの、図9(b)や図10(a)に示されるデータほどの特徴は見られない。足の随意運動を想起しても、右手運動野や左手運動野の付近には、脳波の信号強度に大きな時間変化が表れないことから、タスク1,2の信号強度の変化は左手把持運動又は右手把持運動に伴うものであることがわかる。
Task 3: Recalling voluntary movement of the foot Although all the data shown in FIG. 11 have a slight blue color, they are not as characteristic as the data shown in FIG. 9 (b) and FIG. 10 (a). . Recalling voluntary movements of the foot, since there is no significant temporal change in EEG signal intensity in the vicinity of the right-handed motor area or left-handed motor area, changes in signal intensity in
すなわち、図9のデータ(b−0)から(b−4)や図10のデータ(a−0)から(a−4)に表れた青色で示される範囲が上述した随意運動時信号強度範囲に相当し、それ以外が安静時信号強度範囲に相当し、随意運動信号強度範囲と安静時信号強度範囲との境界となる信号強度の値が閾値に相当する。なお、ここでは、閾値を平均安静時信号強度に対する随意運動時信号強度の割合(%)とし、具体的には患者の訓練度合いに応じて5%から30%の間で設定する。この被験者の場合は、閾値を15%とした。これらの結果から、10Hz及び25Hzの周波数成分、好ましくは10Hz以上30Hz以下の周波数帯域に含まれる周波数成分の時間変化を検出することが好ましいことがわかる。そして、これらの周波数成分のうち、いずれかの周波数成分の信号強度が安静時信号強度範囲から随意運動時信号強度範囲に遷移したときに、検出部11で信号強度の時間変化が検出され、リハビリテーション用運動補助装置kに把持姿勢とする制御信号が送られ、信号強度が随意運動時信号強度範囲から安静時信号強度範囲に遷移したときに、検出部11で信号強度の時間変化が検出され、リハビリテーション用運動補助装置に把持姿勢を解除して手掌を開いた初期姿勢とする制御信号が送られることとなる。なお、安静時信号強度範囲や随意運動時信号強度範囲の寸断による誤動作を防止するために、所定時間以下の寸断を時間変化から除外しても良い。すなわち、検出部11は、安静時信号強度範囲又は運動時信号強度範囲が所定時間以上の連続性を有する場合のみ、時間変化として検出するようにしても良い。なお、ここでの閾値の設定については、上記の手段に限られるものではなく、パターン認識に使われている様々な方法が使用できる。例えば、線形判別分析(Linear Discriminant Analysis ;LAD)やサポートベクターマシン(Support Vector Machine ;SVM)といった方法でもよい。
That is, the range shown in blue in the data (b-0) to (b-4) in FIG. 9 and the data (a-0) to (a-4) in FIG. Other than that, the rest corresponds to the resting signal strength range, and the signal strength value that becomes the boundary between the voluntary motion signal strength range and the resting signal strength range corresponds to the threshold value. Here, the threshold value is set as a ratio (%) of the signal intensity during voluntary exercise with respect to the average resting signal intensity, and is specifically set between 5% and 30% depending on the degree of training of the patient. For this subject, the threshold was 15%. From these results, it can be seen that it is preferable to detect temporal changes in the frequency components of 10 Hz and 25 Hz, preferably the frequency components included in the frequency band of 10 Hz to 30 Hz. Of these frequency components, when the signal intensity of any one of the frequency components transitions from the resting signal intensity range to the voluntary movement signal intensity range, a change in the signal intensity over time is detected by the
なお、図9(b)及び図10(a)の各データにおいて、把持運動想起時(−2秒から0秒)において随意運動時信号強度範囲である青色箇所が見られるが、これは、上述したように、被験者が準備時間から把持運動を想起しているためであり、本発明によれば、この時間変化に合わせてリハビリテーション用運動補助装置が連動することとなるため、この点からも本発明が有効性であることがわかる。たとえば、補助者が規定のタイミングに合わせて随意運動を補助するリハビリテーションの場合、被験者が規定外に準備時間から想起しても、補助者は規定の時間で補助動作を行うこととなるため、補助のタイミングにずれが生じることとなるが、本発明によれば、規定のタイミングよりも早く随意運動を想起した場合であっても、その想起のタイミングに合わせて随意運動を補助することとなる。 In addition, in each data of FIG.9 (b) and FIG.10 (a), the blue location which is the signal intensity range at the time of voluntary movement is seen at the time of grasping | collection movement recall (-2 second to 0 second). This is because the subject recalls the gripping motion from the preparation time, and according to the present invention, the rehabilitation exercise assisting device is interlocked with this time change. It can be seen that the invention is effective. For example, in the case of rehabilitation in which an assistant assists voluntary movements in accordance with a prescribed timing, even if the subject recalls from the preparatory time outside the regulation, the assistant will perform an assisting action at the prescribed time. However, according to the present invention, even if the voluntary movement is recalled earlier than the prescribed timing, the voluntary movement is assisted in accordance with the timing of the recall.
以上のことから、本発明によれば、リハビリテーションにおいて、使用者の随意運動又は随意運動の想起に合わせてタイミング良く補助を行うことができることがわかる。 From the above, it can be seen that according to the present invention, in rehabilitation, it is possible to provide assistance with good timing in accordance with the user's voluntary movement or recall of voluntary movement.
<実験2>
脳卒中片麻痺患者における随意運動想起時の脳波を取得した。被験者を左麻痺の脳卒中片麻痺患者1名とし、被験者の頭部に図13に示すように、国際10−20法に準拠したFC1とC1の位置に電極を配置した。電極は上記実施の形態の電極パッドを用いた。
<
The brain wave at the time of voluntary motor recall was obtained in stroke hemiplegic patients. The subject was a left hemiplegic stroke hemiplegic patient, and electrodes were placed on the subject's head at positions FC1 and C1 in accordance with the International 10-20 Act as shown in FIG. As the electrode, the electrode pad of the above embodiment was used.
実験タスクは、麻痺側である左手の把持運動の想起である。図14に示すように、被験者には、随意運動想起開始時刻を0とすると、−10秒から−2秒の間は安静時間、−2秒から0秒の間を準備時間、0秒から5秒の間を随意運動想起(イメージ)時間とし、これらを順次行わせた。実験条件及び解析方法は上記実験1と同じである。
The experimental task is recalling the gripping movement of the left hand, which is the paralyzed side. As shown in FIG. 14, when the voluntary motion recall start time is 0, the subject has a rest time between -10 seconds and -2 seconds, a preparation time between -2 seconds and 0 seconds, and 0 seconds to 5 seconds. The period between seconds was the voluntary movement recall (image) time, and these were performed sequentially. The experimental conditions and analysis method are the same as in
図15に、実験結果を示す。図15(a)は、右手運動野付近から採取された脳波信号の分布を示すデータであり、図15(b)は、左手運動野付近から採取された脳波の信号強度の分布を示すデータである。信号強度は、図15(a)のデータはFC1とC1の位置(図13参照)に配置された電極から採取された脳波信号を用いて双極導出により導出し、図15(b)のデータはFC2とC2の位置(図13参照)に配置された電極から採取された脳波信号を用いて双極導出により導出した。 FIG. 15 shows the experimental results. FIG. 15A is data showing the distribution of the electroencephalogram signal collected from the vicinity of the right hand motor area, and FIG. 15B is the data showing the distribution of the signal intensity of the electroencephalogram collected from the vicinity of the left hand motor area. is there. The signal intensity is derived by bipolar derivation using the electroencephalogram signals collected from the electrodes arranged at the positions of FC1 and C1 (see FIG. 13), and the data in FIG. It derived | led-out by bipolar derivation | leading-out using the electroencephalogram signal extract | collected from the electrode arrange | positioned at the position of FC2 and C2 (refer FIG. 13).
左手運動野付近から採取した脳波の信号強度を示す図15(b)のデータを参照すると、10Hzから20Hzの周波数成分にて、随意運動想起時間(0秒から5秒付近)に対応して、信号強度が青色を示す程度に低くなっている。この青色箇所が随意運動に伴う事象関連脱同期により信号強度が低くなった箇所である。 Referring to the data of FIG. 15 (b) showing the electroencephalogram signal intensity collected from the vicinity of the left hand motor area, the frequency component of 10 Hz to 20 Hz corresponds to the voluntary motor recall time (near 0 seconds to 5 seconds), The signal intensity is low enough to show blue. This blue spot is a spot where the signal intensity is lowered due to event-related desynchronization accompanying voluntary movement.
なお、右手運動野付近の脳波の信号強度のデータ(図15(a))にも、随意運動想起時間に対応して信号強度が低くなる傾向が見られるが、本発明は、左手の把持運動を補助するときは、左手運動野付近の脳波の信号強度のデータ(図15(b))を用いるため、左手運動野付近の信号強度のデータ(図15(b))で時間変化が検出されれば問題はない。 Note that the signal intensity data of the electroencephalogram near the right hand motor area (FIG. 15 (a)) also shows a tendency for the signal intensity to decrease corresponding to the voluntary movement recall time. Is used, the electroencephalogram signal intensity data in the vicinity of the left hand motor area (FIG. 15B) is used. Therefore, the time change is detected in the signal intensity data in the vicinity of the left hand motor area (FIG. 15B). If there is no problem.
すなわち、この被験者の場合は、リハビリテーション用信号処理装置にて10Hz以上20Hz以下の周波数成分の時間変化から、平均安静時信号強度に対する随意運動時信号強度の割合(%)を算出し、予め記憶させておいた閾値と算出した割合とを比較し、算出した割合が閾値よりも低い場合は随意運動想起時と判断して、リハビリテーション用補助装置を動作させることにより、タイミング良く随意運動を補助することが可能となる。なお、閾値は上記実験1と同様に設定する点、及び、安静時信号強度範囲や運動時信号強度範囲の寸断による誤動作を防止するために、安静時信号強度範囲又は運動時信号強度範囲が所定時間以上の連続性を有する場合のみ時間変化として検出するようにしても良い点、閾値の設定にはパターン認識に使用される様々な手段が使用できる点については上記実験1と同じである。
That is, in the case of this test subject, the ratio (%) of the signal intensity during voluntary exercise to the average resting signal intensity is calculated from the time change of the frequency component of 10 Hz or more and 20 Hz or less in the signal processing device for rehabilitation, and stored in advance. Comparing the calculated threshold with the calculated ratio, and if the calculated ratio is lower than the threshold, it is determined that the voluntary movement is recalled and the auxiliary device for rehabilitation is operated to assist the voluntary movement with good timing. Is possible. Note that the threshold value is set in the same manner as in
<実験3,4>
つぎに、発明者等は、本発明の電極パッドの有用性を実証するために、以下の実験3と実験4を行った。
<
Next, the inventors conducted the following
図16(a)(b)に示す電極を用いて比較実験を行った。図16(a)は比較対象の電極パッドE1であり、基台に複数の突起状電極を備え、各突起状電極の間には空間を有するものであり、図16(b)は本発明の電極パッドE2であり、基台に複数の突起状電極を備え、突起状電極の間に導電層として導電性ジェルが充填されているもの、すなわち、電極E1の突起状電極の間に導電性ジェルを充填したものである。 A comparative experiment was performed using the electrodes shown in FIGS. FIG. 16A shows an electrode pad E1 to be compared, which has a plurality of protruding electrodes on the base and has a space between the protruding electrodes. FIG. Electrode pad E2, which has a plurality of protruding electrodes on the base and is filled with conductive gel as a conductive layer between the protruding electrodes, that is, conductive gel between the protruding electrodes of electrode E1 Is filled.
電極パッドE1及び電極パッドE2を被験者の頭部に同一条件にて配置し、インピーダンスを測定した。取り付けに際しては、電極パッドE1,E2を頭髪を掻き分けるようにして左右に10回動かしながら取り付けた。 The electrode pad E1 and the electrode pad E2 were placed on the subject's head under the same conditions, and the impedance was measured. At the time of attachment, the electrode pads E1 and E2 were attached while rotating 10 times to the left and right so as to separate the hair.
実験3として、被験者を高齢者(65歳以上)男性2名とし、各3回ずつインピーダンスを測定した。また、実験4として、被験者を若年者(23歳から25歳)3名とし、各3回ずつインピーダンスを測定した。なお、「−」は100kΩ以上を表す。
In
図17は実験3の結果を示す図であり、図18は実験4の結果を示す図である。ほとんどのケースにおいて、電極パッドE1に比較して電極パッドE2のインピーダンスが低い値を示している。これは、電極パッドE2によると、導電層、及び、導電層と頭皮との間に生じる間隙を充填する導電性分散媒により、突起状電極のみならず、それらの間も導電性を有することとなるためである。したがって、本発明の電極パッドによれば、頭皮と電極間のインピーダンスを低減し、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置に有用な脳波信号を採取することが可能となる。
FIG. 17 is a diagram showing the results of
このように、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置、及び、リハビリテーションシステムによれば、随意運動に伴う脳波の信号強度の時間変化を検出し、その時間変化に合わせてリハビリテーション用運動補助装置を動作させるため、使用者が随意運動を行うか、又は、想起したタイミングに合わせて、その随意運動を補助することが可能となる。とくに、リハビリ対象部位に対応する運動野付近から採取される脳波信号を用い、更にその脳波信号から所定の周波数成分のみに限定して変化を検出するため、随意運動に付随した変化を確実に検出することができ、非常に高いリハビリ効果を得ることが可能となる。また、本発明の電極パッドによれば、頭部と電極間のインピーダンスを低減することが可能となり、本発明のリハビリテーション用脳波信号処理装置に有用な脳波信号を採取することが可能となる。 As described above, according to the rehabilitation electroencephalogram signal processing apparatus and the rehabilitation system of the present invention, the temporal change in the signal intensity of the electroencephalogram accompanying voluntary movement is detected, and the rehabilitation exercise assistance apparatus is operated in accordance with the temporal change. Therefore, it is possible for the user to perform voluntary exercise or assist the voluntary exercise in accordance with the recalled timing. In particular, it uses a brain wave signal collected from the vicinity of the motor area corresponding to the rehabilitation target area, and further detects the change only from a predetermined frequency component from the brain wave signal, so the change associated with voluntary movement is reliably detected. And a very high rehabilitation effect can be obtained. In addition, according to the electrode pad of the present invention, the impedance between the head and the electrode can be reduced, and an electroencephalogram signal useful for the electroencephalogram signal processing apparatus for rehabilitation of the present invention can be collected.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、手の把持運動のリハビリテーションに使用されるものを例に説明したが、上肢、下肢、手指、上肢、その他、身体の部位の随意運動のリハビリテーションに使用されるものであれば良い。この場合は、そのリハビリ部位や随意運動の種類に応じて時間変化を検出し、制御信号を出力すれば良く、上記実施の形態に限定されるものではない。また、リハビリテーション用運動補助装置についても、例えば、膝の屈曲伸展を補助するものや、肘の屈曲伸展を補助するものや、歩行を補助するものや、そのリハビリ部位と随意運動に応じた装置とすれば良く、上記実施の形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described embodiment, the example used for the rehabilitation of the gripping movement of the hand has been described as an example, but the one used for the rehabilitation of the voluntary movement of the upper limb, the lower limb, the finger, the upper limb, and other body parts. If it is good. In this case, what is necessary is just to detect a time change according to the rehabilitation part and the kind of voluntary movement, and to output a control signal, and it is not limited to the said embodiment. As for the rehabilitation exercise assistance device, for example, a device that assists flexion and extension of the knee, a device that assists the flexion and extension of the elbow, a device that assists walking, and a device that responds to the rehabilitation site and voluntary movement. What is necessary is just to be sufficient and it is not limited to the said embodiment.
また、上述した実施の形態では、電極を用いて脳波信号を取得するものとして説明したが、脳波信号を取得可能であれば必ずしも電極を用いる必要はない。ただし、本発明は、非侵襲的に脳波測定を行うのが望ましいことから、電極を用いて脳波信号を取得するのが好適である。この場合、電極が配置されたヘッドセットを用意し、これを観測者の頭部に装着するようにすることにより、容易に脳波信号を取得することが可能となる。さらには、本発明の電極パッドを用いることにより、インピーダンスを抑制できるため、好適である。 In the above-described embodiment, the electroencephalogram signal is acquired using the electrode. However, the electrode is not necessarily used as long as the electroencephalogram signal can be acquired. However, in the present invention, since it is desirable to perform electroencephalogram measurement non-invasively, it is preferable to acquire an electroencephalogram signal using an electrode. In this case, it is possible to easily acquire an electroencephalogram signal by preparing a headset in which electrodes are arranged and attaching the headset to the observer's head. Furthermore, since the impedance can be suppressed by using the electrode pad of the present invention, it is preferable.
さらに、上述した実施の形態では、脳波を測定する測定部における処理については特に詳細には言及していないが、例えば、信号の周波数に応じて解析窓長を変化させたり、任意の解析窓を適用可能であり、使用する解析窓や解析窓長によって解析精度を向上させることが期待できる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the processing in the measurement unit that measures the electroencephalogram is not particularly described in detail. For example, the analysis window length is changed according to the frequency of the signal, or an arbitrary analysis window is set. It can be applied, and it can be expected to improve the analysis accuracy depending on the analysis window used and the analysis window length.
さらに、上記各実施の形態において、筋電信号によりリハビリテーション用運動補助装置を制御する機能を備えるようにしても良い。脳波信号による制御と、筋電信号による制御とを、患者の状態に応じて適宜利用することにより、更なるリハビリ効果が期待できるためである。この場合、電極等の筋電信号採取手段をリハビリ対象部位付近に配置し、リハビリ対象部位の筋電信号を採取する。筋電信号採取手段からの信号は、リハビリテーション用筋電信号処理装置にリアルタイムに入力され、筋電信号が検知されると、リハビリテーション用運動補助装置を動作させる制御信号を出力する。リハビリテーション用運動補助装置はリハビリテーション用筋電信号処理装置から制御信号を受信すると、その制御信号に応じて動作することとなる。脳波信号による制御とするか、筋電信号による制御とするかは、患者の運動麻痺の状態に応じて適宜判断すればよい。なお、リハビリテーション用筋電信号処理装置と本発明のリハビリテーション用脳波処理装置とは、両機能を備えるコンピュータシステムにより実現して一体的に構成しても良いし、各々を独立したコンピュータシステムにより実現して別体として構成しても良い。 Furthermore, in each said embodiment, you may make it provide the function which controls the exercise assistance apparatus for rehabilitation by a myoelectric signal. This is because a further rehabilitation effect can be expected by appropriately using the control based on the electroencephalogram signal and the control based on the myoelectric signal according to the patient's condition. In this case, a myoelectric signal collecting means such as an electrode is arranged in the vicinity of the rehabilitation target site, and a myoelectric signal of the rehabilitation target site is collected. A signal from the myoelectric signal collecting means is input to the rehabilitation myoelectric signal processing device in real time, and when the myoelectric signal is detected, a control signal for operating the rehabilitation exercise assisting device is output. When the rehabilitation exercise assisting device receives a control signal from the rehabilitation myoelectric signal processing device, the rehabilitation exercise assisting device operates in accordance with the control signal. Whether the control is based on the electroencephalogram signal or the control based on the myoelectric signal may be appropriately determined according to the state of the patient's motor paralysis. Note that the rehabilitation myoelectric signal processing apparatus and the rehabilitation electroencephalogram processing apparatus of the present invention may be realized by a computer system having both functions, and may be configured integrally, or each may be realized by an independent computer system. May be configured separately.
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。 Thus, it goes without saying that the present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
S1,S2,S3 リハビリテーションシステム、
10 リハビリテーション用脳波信号処理装置、
11 検出部、
12 制御信号出力部、
13 測定部、
14 周波数設定部、
15 入力部、
16 記憶部、
17 検出条件設定部、
20 リハビリテーション用運動補助装置、
21 装着部、
21a 装着部第一部材、
21b 装着部第二部材、
22 駆動部、
22a 駆動源、
22a1 モータ、
22a2 制御回路、
22b 動力伝達部、
22b1 動力伝達部第一部材、
22b2 動力伝達部第二部材、
30 電極パッド、
31 基台、
32 突起状電極、
33 導電層、
H 頭部、
Hn 手、
hr 毛髪
S1, S2, S3 rehabilitation system,
10 EEG signal processing device for rehabilitation,
11 detector,
12 Control signal output unit,
13 measuring section,
14 Frequency setting part,
15 input section,
16 storage unit,
17 Detection condition setting part,
20 Exercise assistive device for rehabilitation,
21 mounting part,
21a Mounting member first member,
21b Mounting member second member,
22 drive unit,
22a drive source,
22a1 motor,
22a2 control circuit,
22b power transmission part,
22b1 power transmission part first member,
22b2 power transmission part second member,
30 electrode pads,
31 base,
32 protruding electrodes,
33 conductive layer,
H head,
Hn hand,
hr hair
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