JP6099082B2 - Training system - Google Patents
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Description
本発明は装着式動作補助装置を用いた訓練システムに関する。 The present invention relates to a training system using a wearable movement assist device.
運動系の機能疾患の主たる原因は、脳卒中などの脳血管障害であり、その症状に応じて様々な運動機能障害があらわれる。近年、脳・神経系の疾患に関しては、関節や筋肉に対するリハビリテーションというよりもニューロリハビリテーションという観点からの治療が重要であることが認識されつつある。 The main cause of functional disorders of the motor system is cerebrovascular disorders such as stroke, and various motor dysfunctions appear depending on the symptoms. In recent years, regarding brain and nervous system diseases, it has been recognized that treatment from the viewpoint of neurorehabilitation is more important than rehabilitation of joints and muscles.
例えば、脳卒中などにより手あるいは脚が麻痺している被訓練者のニューロリハビリテーションを行う訓練システムとしては、装着式動作補助装置を用いて被訓練者の運動機能回復のための訓練を行うことが検討されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, as a training system for neurorehabilitation of trainees whose hands or legs are paralyzed due to stroke, etc., it is considered to use a wearable motion assist device to train the trainee to restore motor function (For example, refer to Patent Document 1).
この装着式動作補助装置は、当該被訓練者が筋肉を動かす際に発生する生体信号(電位信号)を検出し、この検出された生体信号に基づいてモータの駆動トルクを制御して当該被訓練者の腕あるいは脚に伝達するように構成されている。そのため、腕あるいは脚が麻痺している被訓練者の場合でも、当該被訓練者から生体信号が検出できれば、本人の意思に基づいて装着式動作補助装置を動作させて麻痺した腕や脚のニューロリハビリテーションを効果的に行うことが可能になる。 The wearable movement assist device detects a biological signal (potential signal) generated when the trainee moves the muscle, and controls the driving torque of the motor based on the detected biological signal to perform the training. It is comprised so that it may transmit to a person's arm or leg. Therefore, even in the case of a trainee with paralyzed arms or legs, if a biological signal can be detected from the trainee, the neurological function of the paralyzed arm or leg can be determined by operating the wearable motion assist device based on the intention of the person. Rehabilitation can be performed effectively.
また、被訓練者の麻痺による症状は、個人差があり、且つその日の気温や湿度などの環境の変化、被訓練者自身の体調の変化などによっても変動する。そのため、被訓練者のニューロリハビリテーションを行う場合、当該被訓練者を診察した医師又は理学療法士による指示に従って訓練を行うことになる。 In addition, symptoms due to paralysis of the trainee vary among individuals, and also vary due to changes in the environment such as temperature and humidity of the day, changes in the physical condition of the trainee himself, and the like. Therefore, when performing the neurorehabilitation of the trainee, the training is performed in accordance with an instruction from a doctor or a physical therapist who examines the trainee.
しかしながら、被訓練者に痙性(痙縮)が発生している場合、例えば生体電位が検出されても被訓練者の手又は脚の関節が硬くなっていて装着式動作補助装置によるニューロリハビリテーションの訓練を行えなかったり、あるいは被訓練者の痙攣によって生体電位が変動して正確に検出できず、装着式動作補助装置を用いた訓練を行うことが難しくなるという問題があった。 However, if spasticity (spasticity) occurs in the trainee, for example, even if a bioelectric potential is detected, the joint of the trainee's hand or leg is stiff and training in neurorehabilitation using the wearable motion assist device There is a problem that bioelectric potential fluctuates due to convulsions of the trainee and cannot be accurately detected due to convulsions of the trainee, making it difficult to perform training using the wearable motion assist device.
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した訓練システムの提供を目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a training system that solves the above problems.
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
本発明は、被訓練者に締結される伝達部材と、前記伝達部材を駆動する駆動部と、前記被訓練者の動きに応じた生体信号を検出する生体信号検出センサと、前記生体信号検出センサから出力された生体信号に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、を有する装着式動作補助装置と、
前記被訓練者に発生した痙性を緩和するための薬剤が貯蔵された薬剤貯蔵部と、事前の診断結果により指定された前記被訓練者に対する前記薬剤の投与量が設定される薬剤投与量設定部と、を有する痙性緩和装置と、
を備え、
前記痙性緩和装置には、前記被訓練者への前記薬剤の投与完了後からの待機時間が、前記薬剤の種類、前記薬剤の投与量に応じて設定されており、
前記制御部は、前記待機時間が経過し、且つ前記被訓練者の筋肉が弛緩状態である痙性緩和の効果が得られる期間内に、前記生体信号検出センサから出力された生体信号に応じて前記駆動部を制御して前記伝達部材を動作させることにより、前記被訓練者の運動機能回復訓練を行うことを特徴とする。
The present invention includes a transmission member fastened to a trainee, a drive unit that drives the transmission member, a biological signal detection sensor that detects a biological signal according to the movement of the trainee, and the biological signal detection sensor A control unit that controls the drive unit based on a biological signal output from the wearable movement assist device;
A drug storage unit in which a drug for relieving spasticity generated in the trainee is stored, and a drug dose setting unit in which the dose of the drug to the trainee designated by a prior diagnosis result is set And a spasticity relief device comprising:
With
In the spasticity alleviating device, the waiting time after the completion of the administration of the drug to the trainee is set according to the type of the drug and the dose of the drug,
The control unit, according to a biological signal output from the biological signal detection sensor, within a period in which the waiting time has elapsed and the effect of spasticity relaxation in which the muscle of the trainee is in a relaxed state is obtained. The exercise function recovery training of the trainee is performed by controlling the drive unit to operate the transmission member .
本発明によれば、被訓練者に痙性が発生した場合に当該痙性を緩和することにより装着式動作補助装置を用いたニューロリハビリテーションの訓練を効果的に行うことが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the spasticity generate | occur | produces in a trainee, it becomes possible to perform the neurorehabilitation training using a wearable movement assistance apparatus effectively by relieving the said spasticity.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〔訓練システムの構成〕
図1は本発明による訓練システムの一実施形態のシステム構成を示すブロック図である。
図1に示されるように、訓練システム10は、被訓練者Aに装着される装着式動作補助装置B(以下「動作補助装置」と言う)と、痙性緩和装置Cとを有する。被訓練者Aは、例えば脳卒中慢性期の症状と診断されており、脳(上位中枢)からの運動指令が末梢神経を経由して筋肉に正常に送られてこない場合が想定される。そのため、被訓練者Aは、左右の脚を前後方向に動かして歩行しようと思っても脚が動かないため、歩行動作が行えなかったり、あるいは腕を動かそうとしても腕が動かない状況にある。
[Configuration of the training system]
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an embodiment of a training system according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the
図1において、被訓練者Aの体の一部での脳から筋肉へ送られる信号の伝送経路が模式的に示してあり、脳A1からの指令信号は、脊髄A2、神経A3、筋紡錘A4、筋肉A5に伝達されると、筋肉A5の力で関節A6が回動動作する。その際、神経A3においては、生体信号としての神経系生体信号が生体信号センサB1により検出される。また、筋肉A5においては、生体信号としての筋電位信号が生体信号センサB1により検出される。尚、関節A6は、膝関節、股関節、肩関節、肘関節、手首関節などの四肢の各関節に相当する。 In FIG. 1, a transmission path of a signal sent from the brain to the muscle in a part of the body of the trainee A is schematically shown. The command signals from the brain A1 are the spinal cord A2, the nerve A3, and the muscle spindle A4. When transmitted to the muscle A5, the joint A6 rotates by the force of the muscle A5. At that time, in the nerve A3, a nervous system biological signal as a biological signal is detected by the biological signal sensor B1. In the muscle A5, a myoelectric potential signal as a biological signal is detected by the biological signal sensor B1. The joint A6 corresponds to each joint of the extremities such as a knee joint, a hip joint, a shoulder joint, an elbow joint, and a wrist joint.
また、被訓練者Aが脳卒中等により腕又は脚が麻痺している場合、神経A3と脊髄A2との間の信号の伝達経路において、信号が伝わらない状態になる。そのため、上位中枢からの動作意思を反映した神経信号が届かなくなり、生体信号センサB1でも検出できない。 Further, when the trainee A has a paralyzed arm or leg due to a stroke or the like, the signal is not transmitted in the signal transmission path between the nerve A3 and the spinal cord A2. For this reason, a nerve signal reflecting the intention of operation from the upper center does not reach and cannot be detected by the biological signal sensor B1.
また、動作補助装置Bは、概略、被訓練者Aの生体信号(電位信号)を検出する生体信号検出センサB1と、角度センサB2と、データ格納部B3と、制御装置B4と、電力増幅部B5と、駆動部B6と、無線通信機B7とを有する。生体信号検出センサB1により検出された生体信号及び角度センサB2により検出された関節A6の回動角度の検出値は、データ格納部B3に格納されて制御装置B4に入力される。制御装置B4は、後述するように演算処理を行って生体信号に応じたモータトルクが得られるように制御信号を生成し、電力増幅部B5で増幅された電気信号を駆動部B6のモータに印加する。駆動部B6は、駆動力を被訓練者Aの関節A6に伝達し、被訓練者Aの関節A6を回動させる。このように動作補助装置Bは、被訓練者Aから検出された生体信号、すなわち被訓練者Aの意思に基づいてリハビリテーション(運動機能回復訓練)を行うことができる。 Further, the motion assisting device B is roughly composed of a biological signal detection sensor B1 that detects a biological signal (potential signal) of the trainee A, an angle sensor B2, a data storage unit B3, a control device B4, and a power amplification unit. B5, a drive unit B6, and a wireless communication device B7. The biological signal detected by the biological signal detection sensor B1 and the detected value of the rotation angle of the joint A6 detected by the angle sensor B2 are stored in the data storage unit B3 and input to the control device B4. As will be described later, the control device B4 generates a control signal so as to obtain a motor torque corresponding to the biological signal, and applies the electric signal amplified by the power amplification unit B5 to the motor of the drive unit B6. To do. The driving unit B6 transmits the driving force to the joint A6 of the trainee A, and rotates the joint A6 of the trainee A. As described above, the motion assisting device B can perform rehabilitation (motor function recovery training) based on the biological signal detected from the trainee A, that is, the intention of the trainee A.
痙性緩和装置Cは、痙性緩和手段C1と、制御部C2と、無線通信機C3とを有する。被訓練者Aで痙性(痙縮)が発生した場合、被訓練者Aは痙性のため関節A6を意思通りに動かすことができなくなる。痙性緩和手段C1は、被訓練者Aの痙性を緩和するための手段であり、制御部C2の指令により動作補助装置Bによるリハビリテーションを行う前、あるいは直前に対象となる当該被訓練者Aに対して痙性緩和処置を行う。また、制御部C2は、痙性緩和手段C1による痙性緩和処置が行われると、痙性緩和効果を確認して無線通信機C3より動作補助装置Bに対してニューロリハビリテーション許可信号を送信する。そして、動作補助装置Bは、痙性緩和装置Cから送信されるニューロリハビリテーション許可信号を受信した場合にニューロリハビリテーションを開始する。 The spasticity alleviating device C includes spasticity alleviating means C1, a control unit C2, and a wireless communication device C3. When spasticity (spasticity) occurs in the trainee A, the trainee A cannot move the joint A6 as intended because of spasticity. The spasticity alleviating means C1 is means for relieving the spasticity of the trainee A. For the trainee A who is the subject before or just before the rehabilitation by the motion assisting device B according to the command of the control unit C2. To relieve spasticity. Further, when the spasticity alleviating treatment is performed by the spasticity alleviating means C1, the control unit C2 confirms the spasticity alleviating effect and transmits a neurorehabilitation permission signal from the wireless communication device C3 to the operation assisting device B. And the movement assistance apparatus B starts neurorehabilitation, when the neurorehabilitation permission signal transmitted from the spasticity alleviation apparatus C is received.
ここで、ニューロリハビリテーションについて説明する。従来、身体を中心としたリハビリテーションの手法にロボット技術を加えたものとして、ハーネスに体を固定し、脚に駆動部分を拘束することで歩行運動を機械的に行わせる繰り返し動作補助装置がある。この種の動作補助装置は、被訓練者の脚を動かすという作業を、理学療法士に代わって行うに過ぎない。このような単純なロボット技術のみでは、繰り返し動作によって身体を動かすリハビリテーション支援を行うことができるが、脳・神経系から末梢神経に至る神経機能回復にまで及ぶニューロリハビリテーション支援を行うには限界がある。このようなリハビリテーションの限界を超えるには、人・機械・情報系の融合複合分野であるサイバニクスを駆使することが有効である。サイバニクスとは、Cybernetics,Mechatronics,Informaticsを中心に脳・神経科学、心理学、社会科学、倫理、法律などを融合複合した新学術領域である。 Here, neurorehabilitation will be described. Conventionally, as a rehabilitation technique centered on the body, there is a repetitive motion assisting device that mechanically performs walking motion by fixing a body to a harness and restraining a driving portion on a leg. This type of motion assist device simply performs the task of moving the trainee's leg on behalf of the physical therapist. Such simple robot technology alone can provide rehabilitation support that moves the body through repeated movements, but there is a limit to providing neurorehabilitation support that extends to the recovery of nerve functions from the brain and nervous system to peripheral nerves. . In order to exceed the limits of such rehabilitation, it is effective to make full use of cybernics, which is a combined field of human, machine and information systems. Cybernics is a new academic field that fuses and combines brain / neuroscience, psychology, social science, ethics, law, etc. with a focus on Cybernetics, Mechatronics, and Informatics.
サイバニクスの観点からニューロリハビリテーションを考えると、生体内の生科学反応によって生じる微弱な生体信号(筋電位、神経活動電位、心電位、脳波など)、筋骨格系の物理的な運動や床面との相互作用、筋紡錘におけるγニューロンからの信号の働き、被訓練者Aと動作補助装置Bとの相互作用、動作補助装置Bに求められる各種機能など、総合的な視点で脳・神経系から身体(筋骨格系)に至る機能改善・機能維持を推進することが期待できる。 Considering neurorehabilitation from the viewpoint of cybernics, weak biological signals (myoelectric potential, nerve action potential, cardiac potential, brain wave, etc.) generated by bioscience reaction in the living body, physical movement of the musculoskeletal system and the floor surface The body from the brain and nervous system from a comprehensive point of view, such as the interaction, the function of the signal from the γ neuron in the muscle spindle, the interaction between the trainee A and the motion assist device B, and various functions required for the motion assist device B It can be expected to promote functional improvement and functional maintenance up to (musculoskeletal).
ニューロリハビリテーションを積極的に推進するためには、本発明の動作補助装置Bのように脳・神経系由来の神経筋活動情報としての生体電位信号(bioelectrical signal:BES)を活用したHAL(Hybrid Assistive Limbs)の技術が必要であり、脳・神経系と被訓練者Aの身体とを一体として捉えるサイバニクスを駆使した動作補助装置Bの開発が重要である。 In order to actively promote neurorehabilitation, HAL (Hybrid Assistive) using bioelectrical signal (BES) as neuromuscular activity information derived from the brain / nervous system like the motion assisting device B of the present invention. Limbs) technology is required, and it is important to develop a motion assisting device B that makes full use of cybernics that captures the brain / nervous system and the body of the trainee A together.
また、被訓練者Aの症状としては、脳卒中等による脳損傷に伴う中枢神経系疾病(片麻痺など)に限らず、例えば脊髄損傷による対麻痺、脳性麻痺による身体運動系の障害、上位中枢から末梢までの上位/下位ニューロンの進行性の広範な運動系障害(ALS)、ポリオウイルスの感染による運動神経障害(ポリオ)、末梢神経系の障害(主に運動神経系・下肢筋萎縮、軽度の感覚障害)による神経難病(シャルコー・マリー・トゥース病)、進行性の筋萎縮による筋力低下を伴う筋疾患(筋ジストフィー)などに対しても、ニューロリハビリテーションによる脳・神経系と筋骨格系のトータルな機能改善、機能維持、悪化抑制が期待される。 The symptoms of the trainee A are not limited to central nervous system diseases (hemiplegia, etc.) associated with brain damage caused by stroke, etc., for example, paraplegia due to spinal cord injury, physical motor system disorders due to cerebral palsy, Progressive motor disorders (ALS) of upper / lower neurons to the periphery, motor neuropathy (polio) due to poliovirus infection, peripheral nervous system disorders (mainly motor nervous system / limb muscle atrophy, mild Total neuro-rehabilitation brain / nervous system and musculoskeletal system for intractable neuropathy (Charcot-Marie-Tooth disease) due to sensory disorder and muscular disease (muscular dystrophy) with muscle weakness due to progressive muscle atrophy It is expected to improve functions, maintain functions, and suppress deterioration.
また、強い痙性(痙縮)を伴う慢性期の脳卒中患者に対して麻痺対象筋群への薬剤投与などによる痙性緩和療法と共に動作補助装置Bによるリハビリテーションを行うことで、過剰な筋緊張を緩和するだけでなく、筋紡錘におけるγニューロンの働きやαニューロン−γニューロン関連の機序を含むニューロンの多シナプス性の働き等を考慮したニューロリハビリテーションが可能になる。本発明による訓練システムでは、脳・神経系から末梢神経への運動意思を反映した生体信号を検出しながら被訓練者Aの身体動作を支援することができるので、ニューロリハビリテーションを効果的に行える。 In addition, by rehabilitating the motion assisting device B together with spastic relaxation therapy such as drug administration to the paralyzed muscle group for chronic stroke patients with strong spasticity (spasticity), alleviating excessive muscle tone In addition, neurorehabilitation that considers the action of γ neurons in the muscle spindle and the action of multisynaptic functions of neurons including the mechanism related to α neurons-γ neurons becomes possible. In the training system according to the present invention, the body movement of the trainee A can be supported while detecting the biological signal reflecting the motor intention from the brain / nervous system to the peripheral nerve, so that the neurorehabilitation can be effectively performed.
〔痙性緩和装置Cの構成〕
ここで、痙性緩和装置Cの一実施形態の構成について詳細に説明する。
[Configuration of Spasticity Relief Device C]
Here, the configuration of one embodiment of the spasticity alleviating device C will be described in detail.
図2は痙性緩和装置Cの一実施形態を示すブロック図である。図2に示されるように、痙性緩和装置Cは、薬剤貯蔵部C1−1と、薬剤計量部C1−2と、薬剤注入部C1−3と、入力操作部C4と、認証・薬剤投与量設定部C5と、タイマC6とを有する。 FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the spasticity alleviating device C. As shown in FIG. 2, the spasticity alleviating device C includes a drug storage unit C1-1, a drug metering unit C1-2, a drug injection unit C1-3, an input operation unit C4, and an authentication / drug dose setting. A section C5 and a timer C6 are included.
薬剤貯蔵部C1−1は、痙性を緩和するための薬剤が貯蔵されており、薬剤としては例えば筋肉の硬直(過緊張状態)を緩和する筋弛緩剤がある。また、筋弛緩成分としては、ボツリヌス毒素があり、ボツリヌス毒素を麻痺対象筋肉へ投与するボツリヌス療法を用いることで痙性(痙縮)を緩和する効果が得られる。筋弛緩剤の投与量は、医師による診断結果から適量が指定され、入力操作部C4により指定された当該適量を入力して設定する。また、上記入力された投与量と共に、入力操作部C4により入力された当該操作者の認証データ(ID・パスワード)が認証・薬剤投与量設定部C5に入力されると、制御部C2は後述する痙性緩和制御処理1を実行する。尚、操作者の認証を得る方法としては、ID・パスワード等の認証データを入力する方法以外の認証方法、例えば操作者自身の手の平や指先の静脈パターン(生体認証)を認証データとして読み取る方法でも良い。
The drug storage unit C1-1 stores a drug for relieving spasticity. As the drug, for example, there is a muscle relaxant that relieves muscle stiffness (over-strained state). Moreover, there exists a botulinum toxin as a muscle relaxation component, and the effect which relieves spasticity (spasticity) is acquired by using the botulinum therapy which administers a botulinum toxin to the paralysis object muscle. The dose of the muscle relaxant is set by inputting an appropriate amount designated by the input operation unit C4, based on the diagnosis result by the doctor. When the authentication data (ID / password) of the operator input by the input operation unit C4 is input to the authentication / drug setting unit C5 together with the input dose, the control unit C2 will be described later. The spasticity
当該操作者の認証データ(ID・パスワード)が予め登録されたものと合致した場合、制御部C2の指令により、薬剤の投与が行われる。すなわち、薬剤計量部C1−2は、薬剤貯蔵部C1−1から液状の薬剤を抽出し、認証・薬剤投与量設定部C5に設定された所定の投与量を計量し、当該投与を薬剤注入部C1−3に供給する。そして、薬剤注入部C1−3は、注射器と同様なピストン・シリンダ機構からなり、制御部C2からの指令により、ピストンを駆動してシリンダ内の筋弛緩剤(適量)を被訓練者Aの麻痺対象筋肉に注入する。尚、薬剤注入位置は、医師の指示により麻痺対象筋肉の位置に調整される。また、痙性緩和手段C1としては、制御部C2からの指令により薬剤を投与しても良いし、あるいは薬剤注入部C1−3の代わりに医師が注射器を用いて投与しても良い。 When the authentication data (ID / password) of the operator matches that registered in advance, the medicine is administered according to a command from the control unit C2. That is, the drug measuring unit C1-2 extracts a liquid drug from the drug storage unit C1-1, measures a predetermined dose set in the authentication / drug dose setting unit C5, and performs the administration on the drug injection unit. Supply to C1-3. The drug injection unit C1-3 includes a piston / cylinder mechanism similar to that of a syringe. The piston is driven by an instruction from the control unit C2, and the muscle relaxant (appropriate amount) in the cylinder is paralyzed by the trainee A. Inject into the target muscle. The drug injection position is adjusted to the position of the paralysis target muscle according to the doctor's instruction. Further, as the spasticity alleviating means C1, a drug may be administered according to a command from the control unit C2, or a doctor may administer using a syringe instead of the drug injecting unit C1-3.
〔痙性緩和装置Cの制御処理〕
図3は痙性緩和制御処理1のフローチャートである。図3に示されるように、制御部C2は、S11において、入力操作部C4により薬剤投与の許可信号が入力されたか否かを判定しており、許可信号の入力が確認された場合(YESの場合)には、S12の処理に進む。
S12では、入力操作部C4により入力された薬剤投与量が設定され、続いて、S13において、当該入力操作を行った操作者(医師)の認証データ(ID・パスワード)を読み込み、データベースの登録認証データと照合する。そして、S14では、入力された認証データが予め登録されたデータベースの登録認証データと照合されて合致するか否かを判定する。
[Control processing of spasticity alleviation device C]
FIG. 3 is a flowchart of the spasticity
In S12, the drug dosage input by the input operation unit C4 is set. Subsequently, in S13, authentication data (ID / password) of the operator (doctor) who performed the input operation is read, and registration authentication of the database is performed. Match data. In S14, it is determined whether or not the input authentication data matches with the registered authentication data in the database registered in advance.
S14において、入力された認証データがデータベースの登録認証データと異なる場合(NOの場合)には、S15に進み、エラーを報知してS13に戻り、認証データの再入力を促す。尚、エラー回数が所定回数(例えば3回)になった場合には、この痙性緩和制御処理1をキャンセルするようにしても良い。
In S14, when the input authentication data is different from the registration authentication data in the database (in the case of NO), the process proceeds to S15, an error is notified, and the process returns to S13 to prompt the input of the authentication data again. Note that when the number of errors reaches a predetermined number (for example, 3 times), the spasticity
また、上記S14において、入力された認証データが登録認証データと合致した場合(YESの場合)は、S16に進み、被訓練者Aに対する薬剤投与を開始するための指令を痙性緩和手段C1を構成する薬剤貯蔵部C1−1、薬剤計量部C1−2、薬剤注入部C1−3に出力する。これにより、薬剤計量部C1−2は、薬剤貯蔵部C1−1から液状の薬剤を抽出し、認証・薬剤投与量設定部C5に設定された所定の投与量を計量し、当該投与を薬剤注入部C1−3に供給する。そして、薬剤注入部C1−3は、制御部C2からの指令により、設定された所定の投与量の薬剤を被訓練者Aの麻痺対象筋肉に注入する。 In S14, if the input authentication data matches the registration authentication data (in the case of YES), the process proceeds to S16, and a command for starting drug administration to the trainee A is configured in the spasticity alleviating means C1. To the medicine storage unit C1-1, the medicine metering unit C1-2, and the medicine injection unit C1-3. Thereby, the medicine measuring unit C1-2 extracts the liquid medicine from the medicine storage unit C1-1, measures the predetermined dose set in the authentication / drug dosage setting unit C5, and injects the administration into the medicine. Part C1-3. Then, the drug injection unit C1-3 injects a set predetermined dose of drug into the paralysis target muscle of the trainee A according to a command from the control unit C2.
S17では、設定された所定の投与量の薬剤が投与されたことを確認しており、薬剤注入部C1−3による薬剤注入完了と判定した場合(YESの場合)、S18に進み、タイマC6の計時をスタートさせる。S19では、被訓練者Aに投与された薬剤による筋弛緩効果が得られるまでの所定時間経過を待つ待機時間T1が経過したか否かを判定する。尚、待機時間T1は、使用する薬剤の種類、投与量に応じて医師により予め設定されている。 In S17, it is confirmed that the predetermined dose of the drug has been administered, and when it is determined that the drug injection by the drug injection unit C1-3 has been completed (in the case of YES), the process proceeds to S18, and the timer C6 Start timing. In S <b> 19, it is determined whether or not a waiting time T <b> 1 for waiting for a predetermined time until the muscle relaxation effect by the drug administered to the trainee A is obtained has elapsed. Note that the waiting time T1 is set in advance by a doctor in accordance with the type and dose of the medicine to be used.
S19において、待機時間T1が経過した場合(YESの場合)、S20に進み、生体信号検出センサB1により検出された生体信号を読み込む。尚、生体信号検出センサB1は、被訓練者Aの麻痺対象筋肉付近の皮膚に貼り付けられ、筋肉の動きに応じた筋電位を検出する。生体信号検出センサB1によって検出された生体信号(筋電位)は、動作補助装置Bの無線通信機B7より送信されて痙性緩和装置Cの無線通信機C3により受信される。 In S19, when the standby time T1 has elapsed (in the case of YES), the process proceeds to S20, and the biological signal detected by the biological signal detection sensor B1 is read. The biological signal detection sensor B1 is attached to the skin near the target muscle of the trainee A and detects a myoelectric potential corresponding to the movement of the muscle. The biological signal (myoelectric potential) detected by the biological signal detection sensor B1 is transmitted from the wireless communication device B7 of the motion assisting device B and received by the wireless communication device C3 of the spasticity alleviating device C.
続いて、S21に進み、生体信号検出センサB1によって検出された生体信号(BES)の電位レベルが予め設定された閾値X1未満か否かを判定する。尚、薬剤による筋弛緩効果があらわれると、被訓練者Aの筋肉は、緊張が緩和されているため、筋電位が殆どゼロに近くなる。そのため、上記閾値X1は、筋電位の低下を想定した任意の低い値が設定される。 Subsequently, the process proceeds to S21, in which it is determined whether or not the potential level of the biological signal (BES) detected by the biological signal detection sensor B1 is less than a preset threshold value X1. In addition, when the muscle relaxation effect by a chemical | medical agent appears, since the tension | tensile_strength of the to-be-trained person's A muscle is relieve | moderated, a myoelectric potential will almost become zero. Therefore, the threshold value X1 is set to an arbitrarily low value that assumes a decrease in myoelectric potential.
S21において、生体信号検出センサB1によって検出された生体信号の電位レベルが予め設定された閾値X1以上の場合(NOの場合)は、薬剤投与による筋弛緩効果がまだ十分でないと判断し、S20に戻り、再度生体信号検出センサB1により検出された生体信号を読み込む。また、上記S21において、生体信号検出センサB1によって検出された生体信号の電位レベルが予め設定された閾値X1未満の場合(YESの場合)は、薬剤投与による筋弛緩効果が十分に得られると判断してS22に進み、体信号検出センサB1によって検出された生体信号の電位レベルが予め設定された閾値X1未満となった回数が予め設定されたN回に達したか否かを判定する。尚、N回は、任意の回数であるが、筋弛緩効果の信頼性を高めるために複数回とすることが望ましい。 In S21, when the potential level of the biological signal detected by the biological signal detection sensor B1 is equal to or higher than the preset threshold value X1 (in the case of NO), it is determined that the muscle relaxation effect due to the drug administration is not yet sufficient, and the process proceeds to S20. Returning, the biological signal detected by the biological signal detection sensor B1 is read again. In S21, when the potential level of the biological signal detected by the biological signal detection sensor B1 is less than the preset threshold value X1 (in the case of YES), it is determined that the muscle relaxation effect by the drug administration can be sufficiently obtained. Then, the process proceeds to S22, in which it is determined whether or not the number of times that the potential level of the biological signal detected by the body signal detection sensor B1 is less than the preset threshold value X1 has reached the preset N times. The N times is an arbitrary number, but it is desirable to make it a plurality of times in order to increase the reliability of the muscle relaxation effect.
S22において、薬剤投与後の生体信号の電位レベルが予め設定された閾値X1未満となった回数がN回に達した場合(YESの場合)、S23に進み、薬剤投与された被訓練者Aの痙性が緩和されたものと判定し、その判定結果を報知する。そして、S24では、動作補助装置Bに対してニューロリハビリテーションの許可信号を無線通信機C3より送信する。尚、当該制御処理(薬剤投与許可〜ニューロリハビリテーション許可信号を送信まで)の全体を、医師や理学療法士の診察/処方/リハビリテーションで差し替えることも可能である。 In S22, when the number of times that the potential level of the biological signal after the drug administration becomes less than the preset threshold value X1 has reached N times (in the case of YES), the process proceeds to S23, and the trainee A who has received the drug It is determined that spasticity has been alleviated, and the determination result is notified. In S24, a neurorehabilitation permission signal is transmitted from the wireless communication device C3 to the motion assisting device B. In addition, it is also possible to replace the entire control process (from drug administration permission to neurorehabilitation permission signal transmission) by a doctor / physical therapist's examination / prescription / rehabilitation.
〔動作補助装置Bの構成〕
ここで、動作補助装置Bについて詳細に説明する。
[Configuration of Motion Aid Device B]
Here, the motion assisting device B will be described in detail.
図4は装着式動作補助装置Bの制御系のシステム構成を示すブロック図である。図4に示されるように、動作補助装置Bの制御系システムは、被訓練者Aに対してアシスト力を付与する駆動部B6と、被訓練者Aの動作に応じた関節角度(物理現象)を検出する物理現象検出部142と、被訓練者Aの生体電位等を含む生体信号を検出する生体信号検出部144とを備えている。尚、上記駆動部B6は、駆動ユニット20のモータ30からなり、複数の駆動ユニット20が装着された場合には、複数のモータ30が含まれる。物理現象検出部142は、上記関節回動角度を検出する角度センサB2、および足底又は靴底の床反力センサ260(図13(A)(B)参照)からなる。生体信号検出部144は、生体信号検出センサB1及び後述する生体信号検出センサ110,112からなる。
FIG. 4 is a block diagram showing the system configuration of the control system of the wearable motion assisting apparatus B. As shown in FIG. 4, the control system of the motion assisting device B includes a drive unit B6 that applies assist force to the trainee A, and a joint angle (physical phenomenon) according to the motion of the trainee A. A physical
データ格納部B3には、基準パラメータデータベース148と、指令信号データベース150とが格納されている。また、生体信号検出部144により検出された生体信号は、基準パラメータデータベース148に格納され、さらに無線通信機B7より痙性緩和装置Cへ送信される。
The data storage unit B3 stores a
随意的制御部154は、生体信号検出部144の検出信号に応じた指令信号を電力増幅部B5に供給する。随意的制御部154は、生体信号検出部144に所定の指令関数f(t)またはゲインPを適用して指令信号を生成する。このゲインPは予め設定された値又は関数でも良く、ゲイン変更部156を介して調整される。
The
また、生体信号検出部144からの生体信号の入力が得られない場合、物理現象検出部142の角度センサにより検出された膝関節の角度データに基づいてモータ30の駆動トルク(トルクの大きさ及び回動角度)を制御する方法を選択することも可能である。
Further, when the input of the biological signal from the biological
物理現象検出部142の角度センサによって検出された関節角度(θknee,θhip)および床反力センサ260によって検出された荷重のデータは、基準パラメータデータベース148に入力される。フェーズ特定部152では、物理現象検出部142の角度センサにより検出された関節角度ならびに床反力センサ260により検出された荷重を基準パラメータデータベース148に格納された基準パラメータの関節角度と荷重と比較することにより、被訓練者Aの動作のフェーズを特定する。
The joint angle (θknee, θhip) detected by the angle sensor of the physical
そして、自律的制御部160では、フェーズ特定部152により特定されたフェーズの制御データを得ると、このフェーズの制御データに応じた指令信号を生成し、この動力を駆動部B6に発生させるための指令信号を電力増幅部B5に供給する。また、自律的制御部160は、前述したゲイン変更部156により調整されたゲインが入力されており、このゲインに応じた指令信号を生成し、電力増幅部B5に出力する。電力増幅部B5は、駆動部B6のモータ30を駆動する電流を制御してモータ30のトルクの大きさ及び回動角度を制御して当該被訓練者Aにモータ30によるアシスト力を付与する。尚、モータ30は、前述した角度センサB2が内蔵されており、角度センサB2により関節の動作角度θを検出可能な構成になっている。
When the autonomous control unit 160 obtains the control data of the phase specified by the
このように、動作補助装置Bは、被訓練者Aの左脚に貼り付けられた生体信号検出センサ110,112(図6参照)によって検出された検出信号に基づいて、モータ30を制御する制御信号が電力増幅部B5によって増幅されて駆動部B6を構成する駆動ユニット20のモータ30に供給され、被訓練者Aにモータ30のトルクがアシスト力として伝達される。
As described above, the motion assisting device B controls the
また、動作補助装置Bでは、生体信号検出部144の検出信号に応じた制御信号を生成する随意的制御系と、物理現象検出部142の角度センサによって検出された関節角度及び床反力センサ260により検出された荷重の移動(重心位置)に基づくフェーズの制御データに応じた制御信号を生成する自律的制御系とが併用されたサイバニックハイブリット制御(cybernic hybrid control)が行われる。すなわち、被訓練者Aが身体を動かそうとした場合、その運動意思は、微弱なイオン電流として、図1に示す脳A1から脊髄A2、神経A3、筋紡錘A4、筋肉A5へ伝達されて関節A6を有する筋骨格系が動くことになる。その際、微弱な生体信号が被訓練者Aの皮膚表面から検出されると、随意的制御部154がモータ30を制御して被訓練者Aの意思に応じて関節A6を動作させる。そして、動作補助装置Bは、被訓練者Aの腕、脚(生体部位)などに密着した状態で締結されているため、モータ30の駆動力は、関節A6を回動させる補助力として被訓練者Aに伝達される。
In the motion assisting device B, an optional control system that generates a control signal according to the detection signal of the biological
そのため、被訓練者Aの身体が動作補助装置Bのアシスト力によって動くことにより筋紡錘A4からIa求心性ニューロンの信号が神経A3、脊髄A2を経て脳A1に戻る。これにより、被訓練者Aと、脳A1と、動作補助装置Bとの間では、「脳A1→脊髄A2→神経A3→筋紡錘A4→筋肉A5→関節A6→動作補助装置B」という信号伝達系と、「動作補助装置B→関節A6→筋肉A5→筋紡錘A4→神経A3→脊髄A2→脳A1」という信号伝達系というバイオフィードバックが構成される。これが双方向のサイバニック随意制御であり、ニューロリハビリテーションによる神経系の機能回復訓練の効果をより高めることが可能になる。 Therefore, when the body of the trainee A moves by the assist force of the motion assisting device B, the signal from the muscle spindle A4 returns to the brain A1 via the nerve A3 and the spinal cord A2. Thereby, between the trainee A, the brain A1, and the motion assisting device B, the signal transmission of “brain A1, spinal cord A2, nerve A3, muscle spindle A4, muscle A5, joint A6, motion assisting device B”. The system and biofeedback of a signal transmission system of “motion assisting device B → joint A6 → muscle A5 → muscle spindle A4 → nerve A3 → spinal cord A2 → brain A1” are configured. This is bi-directional cybernic voluntary control, and it is possible to further enhance the effect of neurological function recovery training by neurorehabilitation.
このように、動作補助装置Bは、運動に関する意思決定後の脳から末梢への生体信号をセンシングしてモータ制御に活用する構成であるが、脳活動に対応した生体信号を末梢である筋肉活動から捉えようとしたものである。そして、末梢でセンシングされた脳・神経系にリアルタイムにフィードバックさせることが可能になる。よって、被訓練者Aに動作補助装置Bを装着した状態でリハビリテーションを行うことで双方向の信号伝達系における機能回復を促進することができる。 As described above, the motion assisting device B is configured to sense a biological signal from the brain to the periphery after making a decision regarding exercise and use it for motor control, but the biological signal corresponding to the brain activity is a peripheral muscle activity. I tried to capture from. It is possible to feed back to the brain / nervous system sensed in the periphery in real time. Therefore, functional recovery in the bidirectional signal transmission system can be promoted by performing rehabilitation with the movement assisting device B attached to the trainee A.
また、重度の運動機能障害を呈する場合、生体信号が検出できないような状態では、随意制御が機能しないため、人間の基本運動パターンや動作メカニズムの解析結果を元にフェーズ毎の制御プログラムによってモータ30を制御するサイバニック自律制御が機能するように制御モードが切り替わる。このような随意制御系と自律制御系とが共存するサイバニックハイブリット制御方式では、例えば完全に身体が麻痺した状態、あるいは神経・筋難病疾患における進行過程でも、身体の運動機能の状態に応じて生体信号の振幅や信号特性なども変化するため、これらの症状に対してもリハビリテーションを有効に行える。
In addition, when a severe motor dysfunction is present, voluntary control does not function in a state in which a biological signal cannot be detected. Therefore, the
〔動作補助装置Bの構成〕
図5は装着式動作補助装置Bの一実施形態を示す斜視図である。尚、図5においては、被訓練者Aの左脚に装着される動作補助装置Bの構成を図示しているが、被訓練者Aの右脚にも同様な駆動ユニット20(図5中、一点鎖線で示す)が装着されており、右脚の動作補助装置Bの図示は省略する。
[Configuration of Motion Aid Device B]
FIG. 5 is a perspective view showing one embodiment of the wearable movement assist device B. FIG. In FIG. 5, the configuration of the motion assisting device B to be worn on the left leg of the trainee A is illustrated, but the same drive unit 20 (in FIG. 5, (Shown by an alternate long and short dash line) is attached, and illustration of the movement assisting device B for the right leg is omitted.
図5に示されるように、動作補助装置Bは、例えば被訓練者Aの腰に装着された腰ベルト60の支持部62に連結されることで左脚の膝関節に駆動ユニット20が装着される場合について説明する。また、腰ベルト60の後側には、駆動ユニット20を制御する制御装置B4及びバッテリ102が装着されている。
As shown in FIG. 5, the motion assisting device B is connected to the
駆動ユニット20は、モータ30と、第1の伝達部材40と、第2の伝達部材50とを有する。モータ30は、被訓練者Aの左膝関節の側方に配置される。第1の伝達部材40は、被訓練者Aの左大腿部に締結部材80、82を介して締結され、第2の伝達部材50は被訓練者Aの左脛に締結部材90、92を介して締結される。尚、締結部材80、82及び90、92は、夫々布製のベルト等からなり、各伝達部材40、50が挿通される挿通部81、83及び91、93を有する。
The
尚、駆動ユニット20は、腕及び脚の各関節のうち任意の関節の動作を補助するように選択的の装着することが可能である。また、駆動ユニット20は、同一の被訓練者Aの複数の関節を補助するように組み合わせることも可能であり、腕及び脚の各関節のうち被訓練者Aが希望する任意の関節を適宜補助するように装着することができる。
The
動作補助装置Bは、被訓練者Aの左膝関節のみでも装着することが可能であるので、例えば、左膝関節の治療または手術を受けた後の運動機能回復訓練(リハビリテーション)を行うことができる。また、被訓練者Aがベッドで寝た状態、あるいは被訓練者Aが椅子に座った状態でも動作補助装置Bを用いた運動機能回復訓練を行うことができるので、被訓練者Aに無理な負担を掛けずに運動機能回復訓練を適宜行うことが可能である。 Since the motion assisting device B can be attached only to the left knee joint of the trainee A, for example, exercise function recovery training (rehabilitation) after receiving treatment or surgery for the left knee joint can be performed. it can. In addition, since the exercise function recovery training using the motion assisting device B can be performed even when the trainee A is sleeping on the bed or the trainee A is sitting on the chair, it is impossible for the trainee A. It is possible to appropriately perform exercise function recovery training without imposing a burden.
〔動作補助装置Bを用いた運動機能回復訓練〕
図6は装着式動作補助装置が装着者の左脚に装着された場合の動作状態を示す側面図である。図7は装着式動作補助装置が装着者の左脚に装着された場合の動作状態を示す背面図である。
[Motor function recovery training using motion assist device B]
FIG. 6 is a side view showing an operation state when the wearable movement assist device is worn on the left leg of the wearer. FIG. 7 is a rear view showing an operation state when the wearable movement assist device is worn on the left leg of the wearer.
図6及び図7に示されるように、被訓練者Aの左膝関節の運動機能回復訓練を行う場合、動作補助装置Bを左脚の膝関節に装着する。また、モータ30の第1の結合部36に結合された第1の伝達部材40は、締結部材80、82によりカフ72、74を密着させた状態で被訓練者Aの左脚大腿部に締結され、被訓練者Aの左脚大腿部と一体化される。さらに、第1の伝達部材40は、ベルト84、86(図5参照)により締結部材80、82と共に強固に保持される。
As shown in FIGS. 6 and 7, when performing exercise function recovery training of the left knee joint of the trainee A, the motion assisting device B is attached to the knee joint of the left leg. In addition, the
また、第2の伝達部材50は、締結部材90を介して被訓練者Aの脛外周と一体化され、締結部材92を介して被訓練者Aの足首にも一体化される。そのため、各伝達部材40、50は、被訓練者Aの左脚にかかる体重を支えることが可能になり、例え痙性緩和装置Cによって被訓練者Aの左脚の筋力が低下していても被訓練者Aが歩行訓練を行うことができる。
Further, the
また、動作補助装置Bの装着状態において、被訓練者Aが椅子に座った姿勢で大腿部及び第1の伝達部材40が動かないように固定して膝から下を前方又は後方に曲げようとすると、前述した痙性緩和装置Cの作用により筋肉は動作しないため、筋電位は検出されないが、被訓練者Aの脳A1から神経A3に伝達される神経伝達系生体信号が生体信号検出センサ110、112(B1)により検出される。そして、生体信号検出センサ110、112により検出された検出信号に基づいて制御されたモータ30のトルク(駆動力)が第2の伝達部材50に伝達されて膝関節の角度を180度から120度に曲げることが可能になる。また、被訓練者Aの左右両脚に動作補助装置Bを装着して両脚の運動機能回復訓練を行うため、右脚も左脚と同様に、各生体信号センサ(図示せず)が貼り付けられる。
Further, in a state where the motion assisting device B is worn, the thigh and the
このとき、モータ30の制御は、制御装置B4によって生成された制御信号に基づいて行われる。また、制御装置B4は、左脚の大腿部の前側と後側に貼り付けられた生体信号検出センサ110、112によって検出された生体信号(生体電位)に基づいてモータ制御処理(制御プログラム)を実行する。
At this time, the control of the
従って、被訓練者Aは、膝関節の状態を自分自身で感じ取りながら、脳A1からの神経伝達系生体信号及び筋肉の動きに伴う運動系生体信号(筋電位)によりモータ30のトルク及び回動角を調整することが可能になり、膝関節に無理な力を掛けないように運動機能回復訓練(リハビリテーション)を行うことができる。
Accordingly, the trainee A senses the state of the knee joint by himself / herself, and the torque and rotation of the
また、被訓練者Aが例えば病院のベッドで寝た状態でも任意の関節に対応するように駆動ユニット20を適宜装着できるので、当該被訓練者Aが希望する関節の動作を補助しながら運動機能回復訓練を効率良く行うことができる。
Further, since the
また、被訓練者Aが立ち上がった姿勢になれば、動作補助装置Bを用いて歩行訓練を行うことも可能である。 Moreover, if the trainee A is in a standing posture, walking training can be performed using the motion assisting device B.
〔ニューロリハビリテーションの制御処理〕
図8は装着式動作補助装置Bのスタンバイモード(制御モード1)のフローチャートである。図8に示されるように、動作補助装置Bの制御装置B4は、S31において、電源スイッチがオンに操作されると、S32に進み、スタンバイモードを設定する。このスタンバイモードは、ニューロリハビリテーションの許可信号を送信するための制御処理であり、リハビリテーションモードに移行する前段階の制御モードである。
[Control processing of neurorehabilitation]
FIG. 8 is a flowchart of the standby mode (control mode 1) of the wearable motion assisting apparatus B. As shown in FIG. 8, when the power switch is turned on in S31, the control device B4 of the motion assisting device B proceeds to S32 and sets the standby mode. This standby mode is a control process for transmitting a neurorehabilitation permission signal, and is a control mode at a stage before transition to the rehabilitation mode.
S33では、生体信号検出センサ110、112により検出された生体信号を読み込む。このときの生体信号は、薬剤(筋弛緩剤)の作用により被訓練者Aの意思で筋肉を動作させることができないため、筋電位による生体信号は、殆どゼロに近いレベルに低下している。尚、被訓練者Aが身体を動作させる意思がなければ、被訓練者Aの脳A1から神経A3に伝達される神経伝達系生体信号も低レベルである。
In S33, the biological signal detected by the biological
次のS34では、生体信号検出センサ110、112により検出された低レベルの生体信号を無線送信機B7より痙性緩和装置Cに送信する。続いて、S35に進み、ニューロリハビリテーション許可信号の要求を痙性緩和装置Cに送信する。
In the next S34, the low-level biological signal detected by the biological
次のS36では、痙性緩和装置Cからのニューロリハビリテーション許可信号を受信したか否かを判定する。S36において、ニューロリハビリテーション許可信号を受信できない場合(NOの場合)、S37に進み、受信不可回数が予め設定された所定回数であるN回目か否かを判定する。S37において、受信不可回数がN回目未満の場合(NOの場合)、上記S33に戻り、再度、生体信号を読込み、S33〜S36の制御処理を繰り返す。 In next S36, it is determined whether or not a neurorehabilitation permission signal from the spasticity alleviating device C has been received. In S36, when the neurorehabilitation permission signal cannot be received (in the case of NO), the process proceeds to S37, in which it is determined whether or not the number of unreceivable times is the Nth time which is a predetermined number. In S37, when the number of unreceivable times is less than the Nth time (in the case of NO), the process returns to S33, the biological signal is read again, and the control processing of S33 to S36 is repeated.
また、上記S36において、痙性緩和装置Cからのニューロリハビリテーション許可信号を受信した場合(YESの場合)、S39に進み、制御モードをリハビリモードに設定する。この場合、薬剤投与された被訓練者Aの痙性が緩和された弛緩状態であるものと判断されるため、動作補助装置Bを用いたニューロリハビリテーションを行う。 In S36, when the neurorehabilitation permission signal is received from the spasticity alleviating device C (YES), the process proceeds to S39, and the control mode is set to the rehabilitation mode. In this case, since it is determined that the spasticity of the trainee A administered with the drug is in a relaxed state, neurorehabilitation using the motion assisting device B is performed.
また、上記S37において、受信不可回数がN回目に達した場合(YESの場合)、S40に進み、痙性緩和装置Cからのニューロリハビリテーション許可信号が送信されないものと判断してリハビリテーション不可を報知する。この場合、薬剤投与された被訓練者Aの痙性が緩和されていないものと判断されるため、動作補助装置Bを用いたニューロリハビリテーションは、行わない。 In S37, if the number of unreceivable times reaches the Nth time (in the case of YES), the process proceeds to S40, where it is determined that the neurorehabilitation permission signal from the spasticity alleviating device C is not transmitted, and the rehabilitation impossible is notified. In this case, since it is determined that the spasticity of the trainee A who has been administered the drug is not alleviated, the neurorehabilitation using the motion assisting device B is not performed.
図9は装着式動作補助装置のリハビリモード(制御モード2)のフローチャートである。図9に示されるように、制御装置B4は、S41でリハビリモードが設定されたか否かを判定しており、前述したS39でリハビリモードが設定されている場合(YESの場合)、S42に進み、制御モードをリハビリモードに切り替える。続いて、S43では、生体信号検出センサ110、112により検出された生体信号を読み込む。このときは、被訓練者Aが身体を動作させる意思があるので、被訓練者Aの脳A1から神経A3に伝達される神経伝達系生体信号の検出レベルが上昇する。
FIG. 9 is a flowchart of the rehabilitation mode (control mode 2) of the wearable motion assist device. As shown in FIG. 9, the control device B4 determines whether or not the rehabilitation mode is set in S41. If the rehabilitation mode is set in S39 described above (YES), the process proceeds to S42. The control mode is switched to the rehabilitation mode. Subsequently, in S43, the biological signal detected by the biological
次のS44では、生体信号検出センサ110、112により検出された生体信号が予め設定された閾値X2より大きい値か否かを判定する。S44において、検出された生体信号が予め設定された閾値X2より小さい値の場合(NOの場合)、S45に進み、モータトルクが小さくなるため、電力増幅部B5の増幅率を所定%上昇させる。また、S44において、検出された生体信号が予め設定された閾値X2より大きい値の場合(YESの場合)は、S46に進み、モータ30の制御量(制御信号)を演算する。尚、閾値X2は、被訓練者Aの症状や投与された薬剤による痙性緩和効果の効き具合によって、薬剤を使用しない場合よりも生体信号レベルが低下するおそれもあるので、被訓練者Aの様子をみながら適宜調整する。
In next S44, it is determined whether or not the biological signal detected by the biological
次のS47では、上記S46で演算された制御信号を出力してモータ30の駆動制御を開始する。これにより、動作補助装置Bによるニューロリハビリテーションが開始され、被訓練者Aの左脚の膝関節を動作させる。このときのモータトルクは、被訓練者Aの神経伝達系生体信号に基づくため、被訓練者A自身が膝関節の状態に応じて調整することが可能になり、開始当初はゆっくりと動作させ、動作回数により加減しながら徐々にピッチを上げることも可能である。そのため、被訓練者Aは、動作補助装置Bを装着しても身体の負担が小さくて済み、痙性緩和効果により筋力を出すことができない状況でも安心してリハビリテーションを行える。
In the next S47, the control signal calculated in S46 is output and the drive control of the
次のS48では、角度センサB2により検出された関節の動作角度θを読み込む。続いて、S49に進み、角度センサB2により検出された関節の動作角度θが予め設定された目標動作角度θ1に達したか否かを判定する。S49において、関節の動作角度θが目標動作角度θ1に達していない場合(NOの場合)、上記S46に戻り、S46〜S49の処理を繰り返す。尚、上記目標動作角度θ1は、当該被訓練者Aの症状に応じて任意の角度に設定する。 In next S48, the joint operating angle θ detected by the angle sensor B2 is read. Subsequently, the process proceeds to S49, in which it is determined whether or not the joint operation angle θ detected by the angle sensor B2 has reached a preset target operation angle θ1. In S49, when the joint operation angle θ does not reach the target operation angle θ1 (in the case of NO), the process returns to S46, and the processes of S46 to S49 are repeated. The target operation angle θ1 is set to an arbitrary angle according to the symptom of the trainee A.
また、S49において、関節の動作角度θが目標動作角度θ1に達した場合(YESの場合)、S50に進み、モータ30を停止させる。続いて、S51では、モータ30を逆回転させる。これにより、被訓練者Aの関節が目標動作角度θ1より初期状態の角度に復帰する。
In S49, when the joint operating angle θ reaches the target operating angle θ1 (in the case of YES), the process proceeds to S50 and the
そして、S52では、角度センサB2により検出された関節の動作角度θを読み込み、関節の戻り具合を確認して、S53において、関節の動作角度θがリハビリ前の初期値に戻ったか否かを判定する。S53で関節の動作角度θがリハビリ前の初期値になると、S54に進み、モータ30を停止させる。
In S52, the joint operation angle θ detected by the angle sensor B2 is read to check the return of the joint. In S53, it is determined whether or not the joint operation angle θ has returned to the initial value before rehabilitation. To do. When the joint operating angle θ reaches the initial value before rehabilitation in S53, the process proceeds to S54 and the
続いて、S55において、リハビリ回数nに1を加算する。S56では、リハビリ回数が予め設定された目標回数nmaxに達していない場合(NOの場合)、上記S43に戻り、S43〜S56の処理を繰り返す。また、S56において、リハビリ回数が予め設定された目標回数nmaxに達した場合(YESの場合)、今回のニューロリハビリテーションを終了する。尚、上記目標回数nmaxは、当該被訓練者Aの症状に応じて任意の回数に設定する。 Subsequently, in S55, 1 is added to the number of rehabilitations n. In S56, when the number of rehabilitations does not reach the preset target number nmax (in the case of NO), the process returns to S43, and the processes of S43 to S56 are repeated. In S56, when the number of rehabilitations reaches a preset target number nmax (in the case of YES), the current neurorehabilitation is terminated. The target number of times nmax is set to an arbitrary number according to the symptom of the trainee A.
〔ニューロリハビリテーションによる神経系統の回復過程について〕
図10はニューロリハビリテーションによる神経系統の回復過程を模式的に示す図である。例えば脳卒中急性期の場合、上位中枢からの運動指令が正常に送れない場合があり、以下にその回復過程の機序について説明する。
[Recovery process of nervous system by neurorehabilitation]
FIG. 10 is a diagram schematically showing the recovery process of the nervous system by neurorehabilitation. For example, in the case of acute stroke, there is a case where the motion command from the upper center cannot be sent normally, and the mechanism of the recovery process will be described below.
〔回復過程1〕
図10(A)に示されるように、神経A3と錐外筋A5−1との間には、脳A1からの信号を伝達する筋紡錐A4が形成されている。筋紡錐A4としては、α運動ニューロン170と、γ運動ニューロン172と、求心性Ia群繊維174と、求心性II群繊維176とを有する。γ運動ニューロン172、求心性Ia群繊維174、求心性II群繊維176の基端は、それぞれ錐外筋A5−1に形成された核鎖線維(錐内筋)178、核袋線維(錐内筋)180に接続されている。また、核鎖線維(錐内筋)178、核袋線維(錐内筋)180は、感覚神経終末182を有する。
[Recovery process 1]
As shown in FIG. 10A, a muscle spindle A4 that transmits a signal from the brain A1 is formed between the nerve A3 and the extrapyramidal muscle A5-1. The muscle spindle A4 includes an
〔回復過程2〕
脳卒中急性期から慢性期においては、伸張反射の亢進により痙性(痙縮)が発生する。この痙性(痙縮)が発生する機序としては、図10(B)に示されるように、中枢神経系の障害により上位中枢からの抑制が働かなくなるため、α運動ニューロン170が神経A3から離れて求心性Ia群繊維174と繋がりローカルループを形成することによって筋緊張が亢進され、痙性(痙縮)が発生すると考えられる。また、核袋線維(錐内筋)180を収縮させるγ運動ニューロン172の働きを抑制する上位中枢からの指令が外れて求心性Ia群繊維174が活性化され続けることによって神経終末のシナプスで化学伝達物質(アセチリコリン)の放出によりα運動ニューロン170と求心性Ia群繊維174とを繋ぐローカルループが強化される。
[Recovery process 2]
From the acute phase to the chronic phase of stroke, spasticity (spasticity) occurs due to increased stretch reflex. As shown in FIG. 10 (B), the mechanism of this spasticity (spasticity) occurs because the inhibition of the central nervous system does not work due to a disorder of the central nervous system, so that the
〔回復過程3〕
脳卒中慢性期においては、例えば痙性緩和手段としての薬剤(筋弛緩剤)の投与により、伸張反射の亢進を抑制して痙性(痙縮)を緩和させる。すなわち、図10(C)に例示されるように、脳卒中慢性期に薬剤(筋弛緩剤)の投与を行うと、痙性(痙縮)に伴う慢性期に薬剤(筋弛緩剤)の投与を実施すると、神経終末のシナプスで化学伝達物質(アセチリコリン)の放出が阻害され、α運動ニューロン170、γ運動ニューロン172を介した伸張反射の亢進現象が抑制される。これにより、α運動ニューロン170と求心性Ia群繊維174とを繋ぐローカルループが切断される。尚、本発明では、薬剤投与による痙性緩和手段に限らず、後述する機能的電気刺激もしくは治療的電気刺激により筋収縮を起して痙性を緩和する痙性緩和手段を選択的に用いることが可能である。
[Recovery process 3]
In the chronic stroke phase, for example, administration of a drug (muscle relaxant) as a spasticity alleviating means suppresses the enhancement of stretch reflex and relieves spasticity (spasticity). That is, as illustrated in FIG. 10C, when a drug (muscle relaxant) is administered during the stroke chronic phase, the drug (muscle relaxant) is administered during the chronic phase associated with spasticity (spasticity). In addition, the synapse of nerve endings inhibits the release of chemical mediators (acetylcholine) and suppresses the phenomenon of enhanced stretch reflex through
〔回復過程4〕
このように、脳卒中慢性期においては、薬剤(筋弛緩剤)の投与によりα運動ニューロン170、γ運動ニューロン172を介した伸張反射の亢進現象が抑制された状態、すなわち筋肉の筋力が低下した状態で、動作補助装置Bの随意制御による運動訓練が可能であり、薬物投与による痙性緩和と共に動作補助装置Bのアシスト力が被訓練者Aに付与されて運動することで神経系の繋がりが回復される。すなわち、図10(D)に示されるように、薬剤投与に伴う痙性緩和効果により当該被訓練者Aの痙性(痙縮)が緩和されるが、筋力の低下も伴うため、この痙性緩和の効果が得られる期間内に動作補助装置Bを用いたニューロリハビリテーションを行うことで、α運動ニューロン170が求心性Ia群繊維174から離れて神経A4に繋がるため、被訓練者Aの運動機能の回復が可能となる。この運動機能回復は、薬剤投与に伴う痙性緩和効果と共に、前述した動作補助装置Bを用いたバイオフィードバックを有する双方向のサイバニック随意制御により実現可能となる。
[Recovery process 4]
Thus, in the stroke chronic phase, administration of a drug (muscle relaxant) suppresses the phenomenon of enhanced stretch reflex through the
〔痙性緩和装置の変形例〕
図11は痙性緩和装置の変形例を示すブロック図である。図11に示されるように、変形例の痙性緩和装置C'は、被訓練者Aの麻痺対象部位(痙性箇所)の末梢神経に機能的電気刺激(FES:Functional Electrical Stimulation)もしくは治療的電気刺激(TES:Therapeutic Electric Stimulation)を付与するための物理療法手段であり、認証・電気刺激条件設定部C7と、痙性緩和手段C8とを有する。
[Modified example of spasticity relief device]
FIG. 11 is a block diagram showing a modification of the spasticity alleviating device. As shown in FIG. 11, the spasticity alleviating device C ′ according to the modified example has functional electrical stimulation (FES) or therapeutic electrical stimulation on the peripheral nerve of the paralysis target site (spastic site) of the trainee A. It is a physical therapy means for imparting (TES: Therapeutic Electric Stimulation), and includes an authentication / electric stimulation condition setting unit C7 and a spasticity alleviation means C8.
認証・電気刺激条件設定部C7は、入力操作部C4の操作により入力された医師又は理学療法士の認証データ(ID・パスワード)、及び医師又は理学療法士の診断に基づいて入力された電気刺激条件(刺激周波数、パルス幅、パルス波形・変調、電圧などの条件)を設定する。 The authentication / electrical stimulation condition setting unit C7 is an electrical stimulation input based on the authentication data (ID / password) of the doctor or the physical therapist input by the operation of the input operation unit C4 and the diagnosis of the doctor or the physical therapist. Set conditions (conditions such as stimulation frequency, pulse width, pulse waveform / modulation, voltage, etc.).
また、痙性緩和手段C8は、電気刺激により筋収縮を起して痙性を緩和する手段であり、刺激周波数調整部C8−1と、パルス幅調整部C8−2と、パルス波形・変調調整部C8−3と、電圧調整部C8−4と、電気刺激信号生成部C8−5と、電極C8−6とを有する。刺激周波数調整部C8−1は、電気刺激の刺激周波数を認証・電気刺激条件設定部C7により設定された周波数に調整する。パルス幅調整部C8−2は、電気刺激のパルス幅を認証・電気刺激条件設定部C7により設定されたパルス幅に調整する。パルス波形・変調調整部C8−3は、電気刺激のパルス波形を認証・電気刺激条件設定部C7により設定されたパルス波形に調整する。電圧調整部C8−4は、電気刺激の電圧を認証・電気刺激条件設定部C7により設定された任意の電圧に調整する。 The spasticity alleviating means C8 is means for relieving spasticity by causing muscle contraction by electrical stimulation, and includes a stimulation frequency adjusting unit C8-1, a pulse width adjusting unit C8-2, and a pulse waveform / modulation adjusting unit C8. -3, a voltage adjustment unit C8-4, an electrical stimulation signal generation unit C8-5, and an electrode C8-6. The stimulation frequency adjustment unit C8-1 adjusts the stimulation frequency of the electrical stimulation to the frequency set by the authentication / electrical stimulation condition setting unit C7. The pulse width adjustment unit C8-2 adjusts the pulse width of the electrical stimulation to the pulse width set by the authentication / electric stimulation condition setting unit C7. The pulse waveform / modulation adjustment unit C8-3 adjusts the pulse waveform of the electrical stimulation to the pulse waveform set by the authentication / electric stimulation condition setting unit C7. The voltage adjustment unit C8-4 adjusts the voltage of the electrical stimulation to an arbitrary voltage set by the authentication / electrical stimulation condition setting unit C7.
電気刺激信号生成部C8−5は、刺激周波数調整部C8−1、パルス幅調整部C8−2、パルス波形・変調調整部C8−3、電圧調整部C8−4により刺激周波数、パルス幅、パルス波形・変調、電圧を調整された電気信号を電極C8−6に出力する。電極C8−6は、被訓練者Aの麻痺対象部位の皮膚に貼り付けられており、痙性(痙縮)が発生しているものと思われる筋肉に電気刺激を印加する。これにより、被訓練者Aの麻痺による痙性を緩和すると共に、痙性(痙縮)の発症に伴う痙攣の症状も緩和されるため、生体信号検出センサ110、112による生体信号の検出精度が向上する。また、電極C8−6は皮膚に貼り付けるものに限らず、体外から皮膚を貫通し、刺激する神経近くまで伸ばすものや、神経近くに埋め込んだ素子に、体外からの非接触操作に応じて刺激を印加させるものなど、複数の方法から選定することができる。
The electrical stimulation signal generation unit C8-5 includes a stimulation frequency adjustment unit C8-1, a pulse width adjustment unit C8-2, a pulse waveform / modulation adjustment unit C8-3, and a voltage adjustment unit C8-4. An electric signal whose waveform, modulation, and voltage are adjusted is output to the electrode C8-6. The electrode C8-6 is affixed to the skin of the part to be paralyzed of the trainee A, and applies electrical stimulation to muscles that are considered to have spasticity (spasticity). Thereby, the spasticity due to the paralysis of the trainee A is relieved, and the symptoms of convulsions associated with the onset of spasticity (spasticity) are also relieved, so that the biosignal detection accuracy by the
〔痙性緩和装置の変形例による痙性緩和制御処理2〕
図12は痙性緩和制御処理2のフローチャートである。図12に示されるように、変形例の制御部C2は、S61において、医師又は理学療法士による機能的電気刺激(FES)もしくは治療的電気刺激(TES)の許可信号が入力されたか否かを判定しており、許可信号が入力された場合(YESの場合)、S62に進む。S62では、入力操作部C4の操作により設定された電気刺激の条件(刺激周波数、パルス幅、パルス波形・変調、電圧などの条件)を認証・電気刺激条件設定部C7から読み込む。
[Spasticity alleviation control process 2 by modification of spasticity alleviation device]
FIG. 12 is a flowchart of the spasticity relaxation control process 2. As shown in FIG. 12, the control unit C2 of the modified example determines whether or not a permission signal for functional electrical stimulation (FES) or therapeutic electrical stimulation (TES) by a doctor or a physical therapist is input in S61. If it is determined and the permission signal is input (in the case of YES), the process proceeds to S62. In S62, the electrical stimulation conditions (stimulation frequency, pulse width, pulse waveform / modulation, voltage, and other conditions) set by operating the input operation unit C4 are read from the authentication / electric stimulation condition setting unit C7.
続いて、S63に進み、入力操作部C4の操作により入力された認証データ(ID・パスワード)を読み込み、データベースの登録認証データと照合する。次のS64では、入力された認証データがデータベースの登録認証データと合致するか否かを判定する。S64において、入力された認証データがデータベースの登録認証データと合致しないと判定された場合(NOの場合)、当該操作者が予め登録されていない無資格者と判断してS65に進み、認証データエラーを報知する。そして、S63に戻り、認証データの再入力を行う。 Subsequently, the process proceeds to S63, in which the authentication data (ID / password) input by the operation of the input operation unit C4 is read and collated with the registered authentication data in the database. In the next S64, it is determined whether or not the input authentication data matches the registration authentication data in the database. If it is determined in S64 that the input authentication data does not match the registration authentication data in the database (in the case of NO), it is determined that the operator is an unqualified person who has not been registered in advance, and the process proceeds to S65. An error is reported. Then, the process returns to S63, and authentication data is re-input.
また、上記S64において、入力された認証データがデータベースの登録認証データと合致したと判定された場合(YESの場合)、当該操作者が予め登録された有資格者と判断してS66に進み、電気刺激の条件(刺激周波数、パルス幅、パルス波形・変調、電圧などの条件)を刺激周波数調整部C8−1、パルス幅調整部C8−2、パルス波形・変調調整部C8−3、電圧調整部C8−4に出力して電気刺激を開始する。すなわち、電気刺激信号生成部C8−5から、刺激周波数調整部C8−1、パルス幅調整部C8−2、パルス波形・変調調整部C8−3、電圧調整部C8−4により調整された刺激周波数、パルス幅、パルス波形・変調、電圧の電気信号が電極C8−6に出力される。この電気刺激により、被訓練者Aの麻痺による痙性を緩和すると共に、痙性(痙縮)の発症に伴う痙攣の症状も緩和される。 If it is determined in S64 that the input authentication data matches the registration authentication data in the database (in the case of YES), the operator is determined to be a qualified person registered in advance, and the process proceeds to S66. Conditions for electrical stimulation (conditions such as stimulation frequency, pulse width, pulse waveform / modulation, voltage, etc.) are set to stimulation frequency adjustment unit C8-1, pulse width adjustment unit C8-2, pulse waveform / modulation adjustment unit C8-3, voltage adjustment. Output to part C8-4 to start electrical stimulation. That is, the stimulation frequency adjusted by the stimulation frequency adjustment unit C8-1, the pulse width adjustment unit C8-2, the pulse waveform / modulation adjustment unit C8-3, and the voltage adjustment unit C8-4 from the electrical stimulation signal generation unit C8-5. , Electrical signals of pulse width, pulse waveform / modulation, and voltage are output to the electrode C8-6. This electrical stimulation relieves spasticity caused by paralysis of the trainee A, and also relieves symptoms of convulsions associated with the onset of spasticity (spasticity).
次のS67では、タイマTによる計時がスタートし、S68において、タイマTのカウント値Tが予め設定された任意の時間T2(例えば、数秒〜数十秒)に達したか否かを判定する。S68において、タイマTのカウント値Tが時間T2に達した場合(YESの場合)、S69に進み、電気刺激を停止する。尚、時間T2は、電気刺激の印加時間であり、予め医師又は理学療法士の診断に基づいて設定される。 In the next S67, the time measurement by the timer T is started, and in S68, it is determined whether or not the count value T of the timer T has reached a predetermined time T2 (for example, several seconds to several tens of seconds). In S68, when the count value T of the timer T reaches the time T2 (in the case of YES), the process proceeds to S69, and the electrical stimulation is stopped. The time T2 is an application time of electrical stimulation, and is set in advance based on a diagnosis of a doctor or a physical therapist.
続いて、S70では、生体信号検出センサ110、112に検出された生体信号を読み込み、S71において、生体信号(BES)のレベルが閾値X3より小さい値か否かを判定する。電気刺激が電極C8−6から被訓練者Aの麻痺部位に印加されて痙性(痙縮)が緩和されて痙攣が抑制された場合、生体信号の検出レベルが低下する。そのため、S71において、生体信号のレベルが閾値X3より大きい値の場合(NOの場合)、上記S66に戻り、電気刺激の印加を再度実行する。
Subsequently, in S70, the biological signal detected by the biological
また、S71において、生体信号のレベルが閾値X3より小さい値の場合(YESの場合)、S72に進み、予め設定された所定回数Nに達したか否かをチェックする。S72において、生体信号のレベルが閾値X3より小さい値の回数が所定回数Nに達していない場合(NOの場合)、上記S66に戻り、S66〜S72の処理を繰り返す。 In S71, when the level of the biological signal is smaller than the threshold value X3 (in the case of YES), the process proceeds to S72, and it is checked whether or not a predetermined number of times N has been reached. In S72, when the number of times that the level of the biological signal is smaller than the threshold value X3 has not reached the predetermined number N (in the case of NO), the process returns to S66 and the processes of S66 to S72 are repeated.
また、上記S72において、生体信号のレベルが閾値X3より小さい値の回数が所定回数Nに達した場合(YESの場合)、S73に進み、電気刺激により痙性緩和の効果が得られた判定する。続いて、S74に進み、動作補助装置Bに対してニューロリハビリテーションの許可信号を無線通信機C3より送信する。 In S72, when the number of times that the level of the biological signal is smaller than the threshold value X3 reaches the predetermined number N (in the case of YES), the process proceeds to S73, where it is determined that the effect of reducing spasticity is obtained by electrical stimulation. Then, it progresses to S74 and transmits the permission signal of neurorehabilitation from the radio | wireless communication apparatus C3 with respect to the movement assistance apparatus B. FIG.
このように、電気刺激により痙性を緩和させながら動作補助装置Bによるニューロリハビリテーションを行うことで、前述した図10(A)〜(D)に示す筋紡錐A4における運動機能回復が可能となる。 As described above, by performing neurorehabilitation by the motion assisting device B while reducing spasticity by electrical stimulation, it is possible to recover the motor function in the muscle spindle A4 shown in FIGS. 10 (A) to 10 (D).
〔装着式動作補助装置の変形例1〕
図13(A)(B)は装着式動作補助装置の変形例1の装着状態を示す斜視図である。図13(A)に示されるように、変形例1の動作補助装置200は、第1の駆動ユニット20と、第2の駆動ユニット220とを組み合わせた構成である。第1の駆動ユニット20は、前述した実施例の場合と同様に膝関節駆動用であり、第2の駆動ユニット220は、股関節駆動用である。図13(A)において、被訓練者Aの左脚に装着される動作補助装置200の構成を図示しているが、被訓練者Aの右脚にも同様な駆動ユニット20(図5中、一点鎖線で示す)が装着されることもある。なお、右脚の動作補助装置の図示は省略する。また、動作補助装置200は、被訓練者Aの歩行訓練を行うことが可能であり、両脚の筋力が低下している場合でも各伝達部材が被装着者Aの体重を支えることが可能なため、被訓練者Aが歩行訓練中にバランスを崩さないように補助することができる。
[
FIGS. 13A and 13B are perspective views showing a mounting state of the first modification of the mounting-type motion assisting device. As illustrated in FIG. 13A, the
第2の駆動ユニット220は、左股関節の側方に配されたモータ30Aと、腰ベルト60の左側に設けられた挿通部64に挿通される第3の伝達部材230と、第1の伝達部材40に連結された第4の伝達部材240とを有する。第2の駆動ユニット220のモータ30Aは、第1の駆動ユニット20のモータ30と共通である。
The
第3の伝達部材230は、例えばステンレス等の金属またはカーボンファイバ(炭素繊維)などにより形成されており、全長が当該被訓練者Aの股関節の高さ位置に応じた寸法のものが選択される。また、第3の伝達部材230は、下端がモータ30Aの第1の結合部36に結合され、上端が腰ベルト60の挿通部64に保持される。従って、第3の伝達部材230は、被訓練者Aの腰(第1の身体部位)にモータ30Aのトルクを伝達するように取り付けられている。
The
第4の伝達部材240は、例えばステンレス等の金属またはカーボンファイバ(炭素繊維)などにより細長い板状に形成され、上端にはモータ30Aの第2の結合部38に結合される。また、第4の伝達部材240の下端は、第1の伝達部材40の連結部材48に連結される。すなわち、第4の伝達部材240は、被訓練者Aの左大腿部(第2の身体部位)にモータ30Aのトルクを伝達するように取り付けられている。
The
変形例1の動作補助装置200は、膝関節駆動用の第1の駆動ユニット20と、股関節駆動用の第2の駆動ユニット220とを第1の伝達部材40及び第4の伝達部材240により結合した構成であり、複数のモータ30、30Aが各関節をアシストするように駆動制御することが可能になる。尚、変形例1の場合、左膝関節の動作をアシストするための生体信号検出センサ110、112を被訓練者Aの左大腿部の皮膚に貼り付けると共に、左股関節の動作をアシストするための生体信号検出センサ114、116を左股関節の前後の部位にも貼り付ける。また、右脚も左脚と同様に、各生体信号センサ(図示せず)が貼り付けられる。
In the
これにより、第1の駆動ユニット20のモータ30は、生体信号検出センサ110,112により検出された生体電位(生体信号)の検出信号に基づいてトルクの大きさ及び回動角度を制御される。また、第2の駆動ユニット220のモータ30Aは、左股関節の前後に貼り付けられた生体信号検出センサ114、116により検出された生体電位(生体信号)の検出信号に基づいてトルクの大きさ及び回動角度を制御される。
Thereby, the
このように、動作補助装置200は、被訓練者Aの意思に応じて複数の駆動ユニット20、220を連結する構成とすることで、モータ30、30Aのトルク(アシスト力)による左膝関節と左股関節の運動機能回復訓練を行うことが可能となる。
As described above, the
さらに、運動機能回復訓練に用いる制御情報として足の裏に作用する荷重及び重心位置を用いることもできる。図13(A)に示されるように、足首に装着される締結部材92の床面に接する足の裏側(足底側)に設けられた床反力センサ260、又は図13(B)に示されるように、専用靴250の靴底に設けられた一対の床反力センサ260により検出された荷重検出信号、及び各荷重検出信号に基づく重心位置のデータがデータ格納部146の基準パラメータデータベース148に格納される。そして、フェーズ特定部152では、基準パラメータデータベース148から取得した基準パラメータの関節角度と荷重とを比較することにより、被訓練者Aの動作のフェーズを特定する。
Furthermore, the load and the gravity center position which act on a sole can also be used as control information used for motor function recovery training. As shown in FIG. 13A, a floor
また、専用靴250を用いて歩行訓練を行う場合、第2の伝達部材50は下端に形成された被保持部58が専用靴250の側面連結部252に上方から挿入されて専用靴250に連結させる。そして、床反力センサ260により検出された床反力検出信号は、有線あるいは無線にて制御装置B4に送信する。
Further, when walking training is performed using the
従って、変形例1では、上記動作補助装置200を被訓練者Aに装着すると共に、前述した痙性緩和装置C、C'により被訓練者Aの痙性を緩和することにより、前述した実施形態と同様にニューロリハビリテーションを行うことが可能になる。すなわち、痙性緩和装置C、C'により痙性を緩和させながら動作補助装置200によるニューロリハビリテーションを行うことで、前述した図10(A)〜(D)に示す筋紡錐A4における神経機能回復が可能となる。
Therefore, in the first modification, the movement assist
尚、変形例1の動作補助装置200を用いた場合も、前述した実施形態と同様に、図1,図2に示す制御系により図3、図8、図9に示す制御処理、あるいは図11に示す制御系により図12に示す制御処理を実行する。
Even in the case where the
〔装着式動作補助装置の変形例2〕
図14は装着式動作補助装置の変形例2の装着状態を示す斜視図である。図14は変形例2の装着状態を示す斜視図である。図16に示されるように、変形例2の動作補助装置300は、被訓練者Aの右腕の肘関節をアシストする駆動ユニット310を有する。駆動ユニット310は、右肘関節の側方に配置されたモータ30と、右肘関節より上方の上腕に沿うように配された第1の伝達部材40と、右肘関節より下方の下腕に沿うように配された第2の伝達部材50とを有する。モータ30は、前述した実施形態及び変形例1のモータと同じ構成であり、共通化が図られている。
[Variation 2 of Wearable Movement Aid Device]
FIG. 14 is a perspective view showing a wearing state of the second modification of the wearing type movement assist device. FIG. 14 is a perspective view showing a mounting state of the second modification. As illustrated in FIG. 16, the
第1の伝達部材40は、被訓練者Aの右上腕(第1の身体部位)に締結部材80、82を介して締結され、第2の伝達部材50は被訓練者Aの右下腕(第2の身体部位)に締結部材90、92を介して締結される。また、第1の伝達部材40及び第2の伝達部材50は、前述した実施例と同じ構成のものであり、全長が当該被訓練者Aの腕の長さに応じた寸法に形成されている。
The
被訓練者Aの上腕の前側及び後側には、生体信号検出センサ118、119が貼り付けられている。そのため、被訓練者Aが右肘関節を回動させようとすると、生体信号検出センサ118,119が上腕の生体電位(生体信号)の検出信号を出力する。そして、駆動ユニット310のモータ30は、前述した駆動ユニット20と同様に、制御装置B4により生体信号検出センサ118,119により検出された上腕の生体電位(生体信号)の検出信号に基づいてトルクの大きさ及び回動角度を制御される。
Biological
このように、動作補助装置300は、被訓練者Aの意思に応じて駆動ユニット310のモータ30のトルク(アシスト力)による右腕の肘関節の運動機能回復訓練を行うことが可能となる。駆動ユニット310は、前述した他の駆動ユニット20、220と基本的に同じ構成であり、モータ30が共通化されている。そのため、当該被訓練者Aの腕の長さに合わせて第1の伝達部材40及び第2の伝達部材50の全長を適宜選択すれば良い。
In this manner, the
また、変形例2の動作補助装置300は、肘関節を駆動する駆動ユニット310を有する構成であるが、さらに被訓練者Aの肩関節を駆動する駆動ユニットを連結することも可能である。また、被訓練者Aの左右両腕に動作補助装置300を装着して両腕の運動機能回復訓練を行うことも可能である。
In addition, the
従って、変形例2では、上記動作補助装置300を被訓練者Aに装着すると共に、前述した痙性緩和装置C、C'により被訓練者Aの痙性を緩和することにより、前述した実施形態と同様にニューロリハビリテーションを行うことが可能になる。すなわち、痙性緩和装置C、C'により痙性を緩和させながら動作補助装置300によるニューロリハビリテーションを行うことで、前述した図10(A)〜(D)に示す筋紡錐A4における神経機能回復が可能となる。
Therefore, in the modified example 2, while attaching the said
尚、変形例2の動作補助装置300を用いた場合も、前述した実施形態と同様に、図1,図2に示す制御系により図3、図8、図9に示す制御処理、あるいは図11に示す制御系により図12に示す制御処理を実行する。
Even in the case where the
〔装着式動作補助装置の変形例3〕
図15は装着式動作補助装置の変形例3を示す斜視図である。図15に示されるように、動作補助装置400は、左右脚に装着される各伝達部材が一体に形成された一体型であり、被訓練者Aの腰に装着される腰支持体430と、腰支持体430の右側から下方に設けられた右脚補助伝達部454と、腰支持体430の左側から下方に設けられた左脚補助伝達部455とを有する。尚、動作補助装置400は、腰支持体430と、右脚補助伝達部454と、左脚補助伝達部455とが一体な構成であるので、被訓練者Aが両脚の筋力が低下している場合でも各伝達部454、455が被装着者Aの体重を支えることが可能なため、被訓練者Aが歩行訓練中にバランスを崩さないように補助することができる。また、装着者の片脚が健常である場合などには、左右いずれか一方の脚のみに装着するタイプの、いわば変形例3の片脚型を用いることもできる。具体的には、いずれかの脚部(腰部連結機構500から下方の第3の伝達部材462まで)の部分一式が除かれた状態のものである。
[
FIG. 15 is a perspective view showing a third modification of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 15, the
腰支持体430は、例えば剛性を有するジュラルミンやアルミ合金などの金属材により形成された腰サポート部410を有しており、その背面内側には、被訓練者Aの腰背面側との隙間をなくして密着するフィッティング部431が取り付けられている。そして、フィッティング部431は、スポンジ又は低反発樹脂材などからなり、被訓練者Aの腰背面側に当接して被訓練者Aの腰を保護する。
The
右脚補助伝達部454と左脚補助伝達部455とは、左右対称に配置されており、腰支持体430に連結された腰部連結機構500と、腰部連結機構500より下方に延在し被訓練者Aの腿側方に沿うように形成された第1の伝達部材458と、第1の伝達部材458より下方に延在し被訓練者Aの脛側方に沿うように形成された第2の伝達部材460と、被訓練者Aの脚の裏(靴を履く場合には、靴底)が載置される第3の伝達部材462とを有する。
The right leg
腰部連結機構500の下端と第1の伝達部材458の上端との間には、軸受構造とされた第1関節464が介在しており、腰部連結機構500と第1の伝達部材458とを回動可能に連結している。この第1関節464は、股関節と一致する高さ位置に設けられており、腰部連結機構500が第1関節464の支持側に締結され、第1の伝達部材458が第1関節64の回動側に締結されている。また、第1関節464は、駆動モータ420,422が内蔵されたモータユニットを構成しており、第1関節64と駆動モータ420,422とは外観上一体化されている。
Between the lower end of the
また、第1の伝達部材458の下端と第2の伝達部材460の上端との間には、軸受構造とされた第2関節466が介在しており、第1の伝達部材458と第2の伝達部材460とを回動可能に連結している。この第2関節466は、膝関節と一致する高さ位置に設けられており、第1の伝達部材458が第2関節466の支持側に締結され、第2の伝達部材460が第2関節466の回動側に締結されている。また、第2関節466には、駆動モータ424,426が内蔵されたモータユニットを構成しており、第2関節466と駆動モータ424,426とは外観上一体化されている。
Further, a second joint 466 having a bearing structure is interposed between the lower end of the
また、第2の伝達部材460の下端と第3の伝達部材462の上端との間には、軸受構造とされた第3関節468が介在しており、第2の伝達部材460と第3の伝達部材462とを回動可能に連結している。そして、第3の伝達部材462の内側には、被訓練者Aの足を装着する靴484が固定されている。
Further, a third joint 468 having a bearing structure is interposed between the lower end of the
従って、第1の伝達部材458及び第2の伝達部材460は、腰支持体430に固定された腰部連結機構500に対して第1関節464及び第2関節466を回動支点とする歩行動作を行えるように取り付けられている。すなわち、第1の伝達部材458及び第2の伝達部材460は、被訓練者Aの脚と同じ動作を行えるように構成されている。また、第3関節468は、被訓練者Aの足首の側方に位置するように設けられている。そのため、靴484は、第3関節468の回動動作により歩行動作に応じて被訓練者Aの足首と同じように床面(または地面)に対する角度が変化する。
Accordingly, the
また、第1関節464及び第2関節466は、駆動モータ420,422,424,426の回転軸が、ギヤを介して被駆動側となる第1の伝達部材458、第2の伝達部材460に駆動トルクを伝達するように構成されている。
Further, the first joint 464 and the second joint 466 are connected to the
さらに、駆動モータ420,422,424,426は、関節回動角度を検出する角度センサ(図示せず)を有する。この角度センサは、例えば、第1関節464及び第2関節466の関節角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダなどからなり、関節回動角度に応じたパルス数に対応した電気信号をセンサ出力として出力する。
Further, the
第1関節464の角度センサは、被訓練者Aの股関節の関節角度に相当する腰支持体430と第1の伝達部材458との間の回動角度を検出する。また、第2関節466の角度センサは、被訓練者Aの膝関節の関節角度に相当する第1の伝達部材458の下端と第2の伝達部材460との間の回動角度を検出する。
The angle sensor of the first joint 464 detects the rotation angle between the
また、第1の伝達部材58の長手方向の中間位置には、被訓練者Aの腿に締結されるベルト状の腿締結部材478が取り付けられている。腿締結部材478の内面側には、被訓練者Aの腿との隙間をなくして密着するフィッティング部479が取り付けられている。
A belt-like
また、第2の伝達部材460の長手方向の中間位置には、被訓練者Aの膝下の脛に締結されるベルト状の脛締結部材480が取り付けられている。脛締結部材480の内面側には、被訓練者Aの脛との隙間をなくして密着するフィッティング部481が取り付けられている。
Further, a belt-shaped
従って、駆動モータ420,422,424,426で発生された駆動トルクは、ギヤを介して第1の伝達部材458、第2の伝達部材460に伝達され、さらに腿締結部材478、脛締結部材480を介して被訓練者Aの脚にアシスト力として伝達される。
Accordingly, the drive torque generated by the
また、第2の伝達部材460の下端には、第3関節468を介して靴484が回動可能に連結されている。尚、第1の伝達部材458及び第2の伝達部材460は、被訓練者Aの脚の長さに応じた長さに調整されている。
A
各伝達部材458,460,462は、夫々ジュラルミン等の軽量化された金属材の周囲を弾性を有する樹脂材で覆うように構成されており、被訓練者Aの体重及び腰支持体430、バッテリ、制御ユニット(共に図示せず)等の質量を支えることができる。すなわち、動作補助装置400は、腰支持体430、バッテリ、制御ユニットの質量が被訓練者Aに作用しないように構成されている。
Each
腰支持体430は、内周面中央に被訓練者Aの腰後部(背面)に当接するフィッティング部431を有する金属材からなる腰サポート部410と、腰サポート部410の両端にヒンジを介して連結されたベルト520,521と、一方のベルト520の端部に取り付けられたバックル522と、他方のベルト521の端部に取り付けられた係止用金具524とを有する。
The
腰支持体430を被訓練者Aの腰に装着する際は、腰サポート部410の内側に設けられたフィッティング部431に腰の背面側を当接させた状態でバックル522の挿入口に係止用金具524を挿入して係止させる。そして、ベルト520,521の長さを被訓練者Aのお腹の大きさに応じた長さに調整する。これにより、腰支持体430は、被訓練者Aの腰回りの外周にほぼ密着した保持状態となる。また、バックル522は、自動車のシートベルトと同様な構成になっており、係止解除部を操作することにより係止用金具524の係止を解除することができるように構成されている。
When the
従って、変形例3では、上記動作補助装置400を被訓練者Aに装着すると共に、前述した痙性緩和装置C、C'により被訓練者Aの痙性を緩和することにより、前述した実施形態と同様にニューロリハビリテーションを行うことが可能になる。すなわち、痙性緩和装置C、C'により痙性を緩和させながら動作補助装置400によるニューロリハビリテーションを行うことで、前述した図10(A)〜(D)に示す筋紡錐A4における神経機能回復が可能となる。
Therefore, in the third modification, the
尚、変形例3の動作補助装置400を用いた場合も、前述した実施形態と同様に、図1,図2に示す制御系により図3、図8、図9に示す制御処理、あるいは図11に示す制御系により図12に示す制御処理を実行する。
Even in the case where the
A 被訓練者
A1 脳
A2 脊髄
A3 神経
A4 筋紡錘
A5 筋肉
A5−1 錐外筋
A6 関節
B 装着式動作補助装置
B1 生体信号検出センサ
B2 角度センサ
B3 データ格納部
B4 制御装置
B5 電力増幅部
B6 駆動部
B7 無線通信機
C、C' 痙性緩和装置
C1 痙性緩和手段
C1−1 薬剤貯蔵部
C1−2 薬剤計量部
C1−3 薬剤注入部
C2 制御部
C3 無線通信機
C4 入力操作部
C5 認証・薬剤投与量設定部
C6 タイマ
C7 認証・電気刺激条件設定部
C8 痙性緩和手段
C8−1 刺激周波数調整部
C8−2 パルス幅調整部
C8−3 パルス波形・変調調整部
C8−4 電圧調整部
C8−5 電気刺激信号生成部
C8−6 電極
10 訓練システム
20 駆動ユニット
30、30A モータ
36 第1の結合部
38 第2の結合部
40 第1の伝達部材
50 第2の伝達部材
60 腰ベルト
62 支持部
72、74 カフ
80、82、90、92 締結部材
81、83、91、93 挿通部
84、86 ベルト
102 バッテリ
110、112、114、116、118、119 生体信号検出センサ
142 物理現象検出部
144 生体信号検出部
148 基準パラメータデータベース
150 指令信号データベース
152 フェーズ特定部
154 随意的制御部
156 ゲイン変更部
160 自律的制御部
170 α運動ニューロン
172 γ運動ニューロン
174 求心性Ia群繊維
176 求心性II群繊維
178 核鎖線維(錐内筋)
180 核袋線維(錐内筋)
182 感覚神経終末
200、300、400 動作補助装置
220 第2の駆動ユニット
230 第3の伝達部材
240 第4の伝達部材
250 専用靴
260 床反力センサ
310 駆動ユニット
410 腰サポート部
420、422、424、426 駆動モータ
430 腰支持体
431 フィッティング部
454 右脚補助伝達部
455 左脚補助伝達部
458 第1の伝達部材
460 第2の伝達部材
462 第3の伝達部材
464 第1関節
466 第2関節
468 第3関節
478 腿締結部材
479、481 フィッティング部
480 脛締結部材
484 靴
500 腰部連結機構
A Trainee A1 Brain A2 Spinal cord A3 Nerve A4 Muscle spindle A5 Muscle A5-1 Extrapyramidal muscle A6 Joint B Wearable motion assisting device B1 Biological signal detection sensor B2 Angle sensor B3 Data storage unit B4 Control unit B5 Power amplification unit B6 Drive Part B7 Wireless communication device C, C ′ Spasticity alleviation device C1 Spasticity alleviation means C1-1 Drug storage unit C1-2 Drug measurement unit C1-3 Drug injection unit C2 Control unit C3 Wireless communication device C4 Input operation unit C5 Authentication / drug administration Quantity setting unit C6 Timer C7 Authentication / electric stimulation condition setting unit C8 Spasticity alleviation means C8-1 Stimulation frequency adjustment unit C8-2 Pulse width adjustment unit C8-3 Pulse waveform / modulation adjustment unit C8-4 Voltage adjustment unit C8-5 Electricity Stimulus signal generation unit C8-6 Electrode 10 Training system 20 Drive unit 30, 30A Motor 36 First coupling unit 38 Second coupling unit 40 First transmission member 50 First Transmission member 60 Waist belt 62 Support part 72, 74 Cuff 80, 82, 90, 92 Fastening member 81, 83, 91, 93 Insertion part 84, 86 Belt 102 Battery 110, 112, 114, 116, 118, 119 Biological signal Detection Sensor 142 Physical Phenomenon Detection Unit 144 Biological Signal Detection Unit 148 Reference Parameter Database 150 Command Signal Database 152 Phase Identification Unit 154 Optional Control Unit 156 Gain Change Unit 160 Autonomous Control Unit 170 α Motor Neuron 172 γ Motor Neuron 174 Centripetal Ia Group fiber 176 afferent group II fiber 178 nucleus fiber (conical muscle)
180 Nuclear bladder fibers (intrapyramidal muscle)
182
Claims (7)
前記被訓練者に発生した痙性を緩和するための薬剤が貯蔵された薬剤貯蔵部と、事前の診断結果により指定された前記被訓練者に対する前記薬剤の投与量が設定される薬剤投与量設定部と、を有する痙性緩和装置と、
を備え、
前記痙性緩和装置には、前記被訓練者への前記薬剤の投与完了後からの待機時間が、前記薬剤の種類、前記薬剤の投与量に応じて設定されており、
前記制御部は、前記待機時間が経過し、且つ前記被訓練者の筋肉が弛緩状態である痙性緩和の効果が得られる期間内に、前記生体信号検出センサから出力された生体信号に応じて前記駆動部を制御して前記伝達部材を動作させることにより、前記被訓練者の運動機能回復訓練を行うことを特徴とする訓練システム。 A transmission member fastened to the trainee, a drive unit that drives the transmission member, a biological signal detection sensor that detects a biological signal according to the movement of the trainee, and the biological signal detection sensor A control unit that controls the drive unit based on a biological signal ;
A drug storage unit in which a drug for relieving spasticity generated in the trainee is stored, and a drug dose setting unit in which the dose of the drug to the trainee designated by a prior diagnosis result is set And a spasticity relief device comprising:
With
In the spasticity alleviating device, the waiting time after the completion of the administration of the drug to the trainee is set according to the type of the drug and the dose of the drug,
The control unit, according to a biological signal output from the biological signal detection sensor, within a period in which the waiting time has elapsed and the effect of spasticity relaxation in which the muscle of the trainee is in a relaxed state is obtained. A training system for performing exercise function recovery training of the trainee by controlling the drive unit to operate the transmission member .
前記制御部は、前記角度センサにより検出された前記関節の動作角度が前記被訓練者の症状に応じて設定された目標動作角度に達したか否かを判断し、当該目標動作角度に達した場合に前記駆動部を停止させた後、前記関節の動作角度が初期状態の角度に復帰するように当該駆動部を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の訓練システム。 The wearable movement assist device has an angle sensor that detects an operation angle of the joint of the trainee,
The control unit determines whether the operation angle of the joint detected by the angle sensor has reached a target operation angle set according to the symptom of the trainee, and has reached the target operation angle 3. The training system according to claim 1 , wherein the drive unit is controlled so that the operation angle of the joint returns to an initial angle after stopping the drive unit .
事前の診断結果に基づいて前記被訓練者に対して電気刺激により筋収縮を起こして痙性を緩和するための電気刺激条件を設定する条件設定部と、当該電気刺激条件に調整された電気信号を生成して前記被訓練者の痙性箇所に電極を介して印加する痙性緩和手段と、を有する物理療法手段としての痙性緩和装置と、
を備え、
前記痙性緩和装置には、前記事前の診断結果に基づいて前記電気刺激の印加時間が設定されており、
前記制御部は、前記印加時間が経過し、且つ前記被訓練者の筋肉が弛緩状態である痙性緩和の効果が得られる期間内に、前記生体信号検出センサから出力された生体信号に応じて前記駆動部を制御して前記伝達部材を動作させることにより、前記被訓練者の運動機能回復訓練を行うことを特徴とする訓練システム。 A transmission member fastened to the trainee, a drive unit that drives the transmission member, a biological signal detection sensor that detects a biological signal according to the movement of the trainee, and the biological signal detection sensor A control unit that controls the drive unit based on a biological signal;
A condition setting unit for setting an electrical stimulation condition for relaxing the spasticity by causing muscle contraction by electrical stimulation to the trainee based on a prior diagnosis result, and an electrical signal adjusted to the electrical stimulation condition Spasticity alleviation device as a physical therapy means, having spasticity alleviation means to generate and apply via an electrode to the spastic part of the trainee,
With
In the spasticity alleviation device, the application time of the electrical stimulation is set based on the previous diagnosis result,
The control unit is responsive to a biological signal output from the biological signal detection sensor within a period in which the application time has elapsed and a spasticity alleviating effect in which the muscle of the trainee is in a relaxed state is obtained. training system by operating the transmission member by controlling the drive unit, you and performs the trainee motor rehabilitation.
前記制御部は、前記角度センサにより検出された前記関節の動作角度が前記被訓練者の症状に応じて設定された目標動作角度に達したか否かを判断し、当該目標動作角度に達した場合に前記駆動部を停止させた後、前記関節の動作角度が初期状態の角度に復帰するように当該駆動部を制御することを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の訓練システム。 The wearable movement assist device has an angle sensor that detects an operation angle of the joint of the trainee,
The control unit determines whether the operation angle of the joint detected by the angle sensor has reached a target operation angle set according to the symptom of the trainee, and has reached the target operation angle 7. The drive unit according to claim 4 , wherein the drive unit is controlled so that the operation angle of the joint returns to an initial state angle after the drive unit is stopped . Training system.
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