JP6301862B2 - 下股運動装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

筋電位信号。

本発明は、リハビリテーション医療技術に関し、詳しくは下股運動装置およびその制御方法に関するものである。

下肢運動障害患者に下肢運動機能を回復させるには、主に下記二つの要点がある。一つは目標を認識することである。日常生活動作を維持する下肢運動機能を増強するには、日常生活動作を持続的に練習することが必要である。一つは自動訓練を進めることである。患者は自動訓練を徹底的に進めることによって神経回路の再建を促して下肢を回復する。現今の下肢リハビリ方法は下記の二つある。一つは理学療法士の協力のもとに下肢運動を進めることである。しかしながら、理学療法士が不足しているため、すべでの患者の要求に応じることはできない。一つはリハビリ機器によってリハビリを進めることである。従来のリハビリ機器の多くは主に単純な往復運動であるため、筋肉回復に役立つが、神経筋が日常生活の必需性に応じて動作し、神経回路の再建を誘発することはできないため、動作制御機能を回復することが難しい。

上述した問題に対し、特許文献１により提示された外骨格型ロボットは宙吊りになる支持フレームおよび複数の関節から構成された外骨格によって患者の起立をサポートし、複数の異なるセンサーによって下肢と外骨格との間の作用力および作用角を検出し、中央処理装置によってセンサーからの検出信号を転換し、運動制御モジュールに伝送し、運動制御モジュールによって外骨格を制御し、下肢を運動させ、リハビリ効果を果たすものである。しかしながら、該案は複数のセンサーを同時に使用する必要があるため、コストを増加させるだけでなく、信号制御の面および演算方法の構築が複雑である。従って、該案の実用性はあまり好ましくない。

ＣＮ１０１７９１２５５号公報

本発明は、ユーザーの特定動作を進める際に生じた筋電位信号に基づいて外骨格型機械を制御し、それに対応する作動を生じさせることによって自動訓練効果を果たすことができる下股運動装置の制御方法を提供することを主な目的とする。

本発明は、ユーザーの特定動作を行う際に生じた筋電位信号を作動制御モジュールによって読み取って外骨格型機械を制御し、外骨格型機械によって下肢を運動させ、リハビリ効果を果たす下肢運動装置を提供することをもう一つの目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明による下股運動装置の制御方法は下記の五つのステップを含む。ステップｂ）は、起動条件の設定を受け付ける。ステップｃ）は、前記ユーザーの特定部位の筋肉が特定動作を進める際に生じた筋電位信号を、複数の筋電位信号センサーによって検出する。ステップｄ）は、前記ステップｃ）において検出した結果が前記ステップｂ）において設定した起動条件を満たすか否かを判断する。ステップｅ）は、前記ステップｂ）において設定した起動条件が満たされると作動発生機構を起動し、前記作動発生機構から制御機構に制御信号を発信し、前記制御機構によって外骨格型機械を制御し、前記外骨格型機械によってユーザーの下肢に前記ステップｃ）においての特定動作を生じさせ、リハビリ効果を果たす。

好ましい場合、ステップｂ）において、ユーザーの進めたい特定動作をあらかじめ設定し、続いてユーザーの特定動作を進める特定部位の筋肉に複数の筋電位信号センサーを貼り付ける。続いて、ユーザーは進めたい特定動作に基づいてテストを繰り返す。理学療法士はテスト結果に基づいて起動条件を設定する。

好ましい場合、ステップｄ）において、複数の筋電位信号センサーの検出した筋電位信号を信号受信機構によって受信し、続いて、信号受信機構の受信した筋電位信号を信号処理機構によって処理し、処理結果のデータをヒューマンマシンインターフェースに表示する。続いて理学療法士はヒューマンマシンインターフェースに基づいて起動条件が満たされるか否かを判断する。

好ましい場合、ステップｅ）において、事前に設定した条件が満たされなければ作動発生機構が起動されない。次のステップを進めるには、理学療法士に起動条件を設定し直してもらう。

好ましい場合、本発明による下股運動装置の制御方法は、異なるユーザーの能力および需要に基づいてヒューマンマシンインターフェースに訓練パラメータを設定し、設定が完了した後、作動発生機構によって設定した訓練パラメータに対応する制御信号を制御機構に発信し、制御機構によって外骨格型機械を制御し、外骨格型機械によってユーザーの下肢を運動させ、他動訓練を進める。

本発明による下肢運動装置を示す斜視図である。 本発明による下肢運動装置の作動制御モジュールの稼動を示す模式図である。 本発明による下肢運動装置によって自動訓練を進めるステップを示す模式図である。 本発明による下肢運動装置によって別の自動訓練を進めるステップを示す模式図である。 本発明による下肢運動装置によって他動訓練を進めるステップを示す模式図である。

（第１実施形態）
図１に示すように、下肢運動装置１０は、基座２０、支持フレーム３０、伝動装置４０および外骨格型機械５０を備える。支持フレーム３０は基座２０の後側に固定され、ユーザーの人体を支える。伝動装置４０は二つの向かい合う固定部４１と、二つの向かい合う第一可動機構４２および二つの向かい合う第二可動機構４３を有する。固定部４１は基座２０に固定され、二つの相互に平行する横方向ガイド溝４４を有する。第一可動機構４２は固定部４１の横方向ガイド溝４４に装着され、組み立てられるため、基座２０に相対して前進および後退できる。第一可動機構４２は二つの相互に平行する縦方向ガイド溝４５を有する。第二可動機構４３は第一可動機構４２の縦方向ガイド溝４５に装着され、組み立てられるため、基座２０に相対して第一可動機構４２とともに前進および後退できるだけでなく、基座２０に相対して上昇および降下できる。外骨格型機械５０は支持フレーム３０と伝動装置４０の第二可動機構４３に装着され、伝動装置４０の駆動力によってユーザーの下肢を運動させる。下肢運動装置１０はさらに作動制御モジュール６０およびヒューマンマシンインターフェース９０を備える。作動制御モジュール６０は複数の筋電位信号センサー７０およびコントローラ８０を有する。コントローラ８０は基座２０の前側に装着され、信号受信機構８２、信号処理機構８４、作動発生機構８６および制御機構８８を有する。図２に示すように、信号受信機構８２はすべでの筋電位信号センサー７０に電気的に接続される。信号処理機構８４は信号受信機構８２に電気的に接続される。作動発生機構８６は信号処理機構８４に電気的に接続される。制御機構８８は作動発生機構８６および伝動装置４０に電気的に接続される。ヒューマンマシンインターフェース９０は基座２０の前側に装着され、作動制御モジュール６０のコントローラ８０に電気的に接続されることによってユーザーと作動制御モジュール６０との間で情報のやりとりを行う。

図１および図３に示すように、下肢運動装置１０によってユーザーの下肢を回復するリハビリ方法は次のステップを含む。

ステップａ）はユーザーの下肢に外骨格型機械５０を装着し、ユーザーを起立状態に維持したうえで装着を完了させ、続いて支持フレーム３０でユーザーを支え、転倒を防止する。

ステップｂ）はユーザーの進めたい特定動作（例えば歩行または階段上り）を設定し、ユーザーの特定動作を進める特定部位の筋肉に筋電位信号センサー７０を貼り付ける。例えば歩行訓練を設定する場合、連続歩行動作に基づいて膝関節の伸筋および収縮筋と、足関節の伸筋および収縮筋と、膝関節の伸筋および収縮筋と、股関節の伸筋および収縮筋とに筋電位信号センサー７０を貼り付ける。階段上り訓練を設定する場合、連続階段上り動作に基づいて利き足の収縮筋および非利き足の収縮筋に筋電位信号センサー７０を貼り付ける。貼り付けが完了した後、ユーザーは設定した特定動作に基づいてテストを繰り返す。テストが進む際、筋電位信号センサー７０はユーザーの筋電位信号を検出する。続いて、コントローラ８０の信号受信機構８２は筋電位信号センサー７０の検出した筋電位信号を受信する。続いて、信号処理機構８４は信号受信機構８２の受信した筋電位信号を処理し、テスト結果のデータをヒューマンマシンインターフェース９０に表示する。このとき理学療法士はテスト結果のデータに基づいて起動条件を設定する。

ステップｃ）は、ユーザーの選択した特定動作を実施する。実施が始まると、筋電位信号センサー７０はユーザーの筋電位信号を検出する。続いて、コントローラ８０の信号受信機構８２は筋電位信号センサー７０の検出した筋電位信号を受信する。続いて、信号処理機構８４は信号受信機構８２の受信した筋電位信号を処理すると同時に、ステップｂ）において設定した起動条件が満たされるか否かを判断する。

ステップｄ）は、ステップｂ）において設定した起動条件が満たされる際、コントローラ８０の信号処理機構８４はコントローラ８０の作動発生機構８６を起動する。作動発生機構８６はコントローラ８０の制御機構８８に制御信号を発信し、制御機構８８によって伝動装置４０を起動する。このとき外骨格型機械５０は伝動装置４０の駆動力を受け、ユーザーの設定した特定動作によってユーザーの下肢を動作させ、訓練が完了するまで持続させる。一方、コントローラ８０の信号処理機構８４によって判断された結果、ステップｂ）において設定した起動条件が満たされなくなる場合、コントローラ８０の作動発生機構８６は作動しないため、伝動装置４０は外骨格型機械５０を駆動しない。つまり、この状態はステップｂ）において設定した起動条件がユーザーの運動能力を超えている可能性がある。このとき、ステップｃ）に進むには、理学療法士にヒューマンマシンインターフェース９０から起動条件を設定し直してもらう。

（第２実施形態および第３実施形態）
第１実施形態において、本発明による下股運動装置の制御方法は目標を明確にすることが要点である。つまり、ユーザーに階段上り、歩行または別の訓練を設定してもらった後、操作が始まる。それに対し、第２実施形態は特定部位の筋肉を強化することが要点である。図４に示すように、第１実施形態との違いは下記の通りである。操作が始まる前、ユーザーに強化したい特定部位の筋肉（例えば膝関節のあたりの筋肉または股関節のあたりの筋肉）を設定してもらう。続いて設定した特定部位の筋肉に筋電位信号センサー７０を貼り付け、続いて自動訓練を開始する。一方、図５に示すように、第３実施形態において、理学療法士にユーザーの運動能力および需要を参考に、訓練パラメータ（例えば歩行時間、歩幅または歩行速度など）をヒューマンマシンインターフェース９０で設定してもらう。設定が完了した後、コントローラ８０の作動発生機構８６は設定した訓練パラメータに対応する制御信号をコントローラ８０の制御機構８８に発信する。コントローラ８０の制御機構８８は伝動装置４０によって外骨格型機械５０を駆動し、外骨格型機械５０によってユーザーの下肢を運動させ、他動訓練を進める。

上述したとおり、本発明による下股運動装置の制御方法はユーザーの設定した目標または強化したい部位の筋肉に基づいてそれに対応する訓練模式を立て、実施が進む際にユーザーの筋電位信号を受信し、判断することによって自動訓練または他動訓練によるリハビリ効果を果たすことができる。

１０：下肢運動装置、
２０：基座、
３０：支持フレーム、
４０：伝動装置、
４１：固定部、
４２：第一可動機構、
４３：第二可動機構、
４４：横方向ガイド溝、
４５：縦方向ガイド溝、
５０：外骨格型機械、
６０：作動制御モジュール、
７０：筋電位信号センサー、
８０：コントローラ、
８２：信号受信機構、
８４：信号処理機構、
８６：作動発生機構、
８８：制御機構、
９０：ヒューマンマシンインターフェース

Claims (1)

1. 基座に対して動く第一可動機構と前記第一可動機構に対して動く第二可動機構と信号処理機構と作動発生機構と制御機構とを備える下股運動装置の作動方法であって、
   次のステップを含み、
   ステップｂ）は、ユーザーが進めたい特定動作に応じた起動条件の設定を受け付け、
   ステップｃ）は、前記ユーザーの特定部位の筋肉が前記特定動作を進める際に生じた筋電位信号を、複数の筋電位信号センサーによって検出し、
   ステップｄ）は、前記ステップｃ）において検出した結果が前記ステップｂ）において設定した起動条件を満たすか否かを前記信号処理機構が判断し、
   ステップｅ）は、前記ステップｂ）において設定した起動条件が満たされると前記作動発生機構を起動し、前記特定動作に対応する制御信号を前記作動発生機構から前記制御機構に発信し、ユーザーの下肢に前記特定動作が生ずるように前記制御機構によって前記第一可動機構と前記第二可動機構とを制御することを特徴とする下股運動装置の作動方法。

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