JP6656151B2 - リハビリテーション支援装置及びリハビリテーション支援装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、患者の上肢及び下肢等のリハビリテーションを支援するリハビリテーション支援装置及びリハビリテーション支援装置の制御プログラムに関する。

脳卒中などの患者の片麻痺した上肢や下肢の運動機能回復を目的とするリハビリテーション及びリハビリテーションの過程における運動機能評価は、一般に、理学療法士や作業療法士（以下、まとめて「療法士」という。）により労働集約的に行われる。したがって、療法士によるリハビリテーション及び運動機能評価において、効率化を図るには限界がある。

例えば、上肢のリハビリテーションでは、主には麻痺した上肢の正確な動作を、現状の関節可動域よりわずかに広い動作範囲で、他動的又は能動的に、可能な限り反復することが求められる。すなわち、療法士は、患者に正確な動作を教授し、手技により、主には患者の麻痺した上肢に他動的な負荷を加え、又は、患者の能動的な動作を誘導して、適切な動作範囲での反復動作を患者に行わせ、それによって運動機能回復を図っている。

かかるリハビリテーションでは、療法士の疲労や医療保険制度上のリハビリテーション時間の上限によって、療法士が運動機能回復に充てる動作の反復回数や運動機能評価に充てる時間が制限される。また、リハビリテーションは、療法士と患者とによって一対一で行われることから、療法士の経験や熟練度によって、リハビリテーションの医学的な質、つまりは運動機能回復の程度についても差やばらつきが生ずる可能性がある。したがって、療法士による訓練を補助し、医学的な質を標準化するためのリハビリテーション支援装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

特許文献１及び特許文献２に記載のリハビリテーション支援装置は、例えば、患者の片麻痺した上肢の前腕部が固定されるロボットアームと、ロボットアームの動きを駆動し且つ制御する駆動制御部とを有する。リハビリテーションは、療法士の指示にしたがって、ロボットアームに固定された患者の上肢を動かすことによって行われる。患者の上肢の動作は、ロボットアームに設けられたセンサにより検知される。駆動制御部は、予め療法士によって設定された訓練プログラムに基づき、上肢の動作を誘導するようにロボットアームを駆動したり、上肢の動作に負荷を加えるようにロボットアームを駆動したり、又は、これらの駆動方法を時間や訓練回数に応じて切り替えたりする。リハビリテーション支援装置は、このように動作することによって、療法士によるリハビリテーションの訓練を支援することができる。リハビリテーション支援装置は、主に病院等の医療施設に設置され、療法士の指導の下で、入院患者や通院患者により使用される。

特開２００７−０５０２４９号公報 特開２００９−１３１６４７号公報

一方で、保険診療において、リハビリテーションの実施は療法士と患者による一対一を基本としているので、高齢人口の増加に伴い、リハビリテーションを必要とする患者数の増加に対し、療法士の数が不足することが予想される。上述したようなリハビリテーション支援装置をリハビリテーションの効率化の手段として用いたとしても、結局はリハビリテーション支援装置の使用が療法士の指導の下で行われるため、療法士の効率化の点で寄与しない可能性が考えられる。

上述したようなリハビリテーション支援装置は、主には医師、療法士等の医療者の指示の下で病院等の医療施設において使われることを想定して開発されていることが殆どである。そのため、リハビリテーション支援装置の訓練プログラムの設定は、担当する医療者の判断に完全に委ねられている。また、多種多様な患者の病態に対応する最適なリハビリテーションを実現するような訓練プログラムの設定は、非常に複雑である。したがって、医療者においても、患者の運動機能回復のためにリハビリテーション支援装置を適切に使いこなすことは難しい。

また、退院後の運動機能回復や機能維持を目的としてリハビリテーションを継続したい患者、種々の事情で通院が困難な患者等にも、リハビリテーションを継続的且つ十分な時間行うことが求められる。よって、患者がこのようなリハビリテーション支援装置を使用してリハビリテーションを行う場合に、医療者の指導や管理の下でなくても又は医療者がいなくても、患者が、自主的に又は家族等の助けを借りて実施可能なリハビリテーション支援装置が求められている。

さらには、リハビリテーションにおける運動機能評価は、各評価項目で定められた判断基準に対して、医療者が評価者となって主観的に判断するため、評価者によって、その評価結果についても差やばらつきが生じる。さらに、評価内容が多く且つ煩雑であることから、運動機能評価に時間がかかるという問題もある。

本発明は、一態様において、医療者及び患者にとって運動機能回復の程度が分かり易く且つ客観的なデータ指標を提示するリハビリテーション支援装置を提供する。本発明は、別の態様において、客観的なデータ指標を利用し、患者の病態に応じて、半自動的又は自動的に適切な訓練プログラムを選択するリハビリテーション支援装置を提供する。

本発明によれば、使用者の上肢又は下肢の一部を保持する保持部を有し、該保持部を移動可能に支持するアーム部と、訓練情報を記憶する記憶部であって、予め定められた第１の訓練情報を記憶する記憶部と、前記保持部の移動に伴う運動情報を取得する運動情報取得部であって、前記第１の訓練情報に基づいて移動される前記保持部の第１の運動情報を取得する運動情報取得部と、前記運動情報を評価した評価情報を生成する運動評価部であって、前記第１の運動情報を評価して、第１の評価情報を生成する運動評価部と、前記訓練情報、前記運動情報及び前記評価情報の少なくとも１つを表示する表示部と、を具備することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

第１の訓練情報、第１の運動情報、第１の評価情報とは、患者がリハビリテーション支援装置を使用して訓練するときに、医療者が設定し、患者のリハビリテーションの実施結果に基づいて作成される情報である。

また、本発明によれば、前記運動評価部が、前記第１の訓練情報と前記第１の運動情報との比較に基づいて、前記第１の評価情報を生成することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、前記評価情報に基づいて、次回の訓練情報を生成し且つ該訓練情報を前記記憶部に記憶する訓練情報設定部をさらに具備し、該訓練情報設定部が、前記第１の評価情報に基づいて、第２の訓練情報を生成し且つ該第２の訓練情報を前記記憶部に記憶することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。第２の訓練情報とは、第１の訓練情報を更新して、本発明のリハビリテーション支援装置によるリハビリテーションを行うときの訓練情報をいう。

さらに、本発明によれば、前記運動情報取得部が、前記第２の訓練情報に基づいて移動される前記保持部の第２の運動情報を取得し、前記運動評価部が、前記第２の運動情報を評価して、第２の評価情報を生成し、前記訓練情報設定部が、前記第１の評価情報及び／又は前記第２の評価情報に基づいて、第２の訓練情報を生成することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

第２の運動情報とは、第２の訓練情報に基づいて移動した保持部の運動情報であって、第２の評価情報とは、第２の運動情報を評価して生成させる評価情報である。また、第２の訓練情報に基づいて運動した後に生成される第２の訓練情報は、第１の評価情報、全ての評価情報（第１の評価情報及び第２の評価情報）、いくつかの第２の評価情報（例えば直近数回の第２の評価情報）、又は直前の第２の評価情報等に基づいて生成される。

さらに、本発明によれば、前記訓練情報設定部による前記訓練情報の生成が、前記記憶部に予め定められた複数の前記訓練情報の中から選択することによって行われることを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、使用者の運動機能の初期の評価情報を入力するインターフェース部をさらに具備し、前記訓練情報設定部が、前記初期の評価情報に基づいて前記第１の訓練情報を生成し且つ該第１の訓練情報を前記記憶部に記憶することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、前記表示部が、前記保持部の移動に応じて前記運動情報をリアルタイムに表示することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

また、本発明によれば、前記アーム部が、一端に支点を有し、該支点に対して少なくとも１自由度で移動可能であることを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、前記訓練情報及び前記運動情報が、前記保持部の位置、前記保持部の移動時間、前記保持部の速度、前記保持部の加速度、及び、前記保持部に加わる力のうち少なくとも１つを含むことを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、使用者の複数の前記評価情報に基づいて、該使用者の将来的に到達する評価情報を予測して予測評価情報を生成する評価情報予測部をさらに具備することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、前記表示部が、前記訓練情報、前記評価情報、及び前記予測評価情報のいずれか一つを表示することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、前記評価情報を対応する別の評価情報に変換するか又は前記対応する別の評価情報を前記評価情報に変換する評価情報変換部をさらに具備することを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、前記別の評価情報が、Ｆｕｇｌ−Ｍｅｙｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔなどによるリハビリテーションにおいて一般的に使用される評価項目で示されることを特徴とするリハビリテーション支援装置が提供される。

さらに、本発明によれば、使用者の上肢又は下肢の一部を保持する保持部を有し、該保持部を移動可能に支持するアーム部を具備するリハビリテーション支援装置の制御プログラムであって、訓練情報を記憶するステップであって、予め定められた訓練情報を記憶するステップと、前記保持部の移動に伴う運動情報を取得するステップであって、前記訓練情報に基づいて移動される前記保持部の運動情報を取得するステップと、前記運動情報を評価した評価情報を生成するステップであって、前記運動情報を評価して、評価情報を生成するステップと、前記訓練情報、前記運動情報及び前記評価情報の少なくとも１つを表示するステップと、をリハビリテーション支援装置に実行させることを特徴とする制御プログラムが提供される。

本発明によれば、医療者及び患者にとって運動機能回復の程度が分かり易く且つ客観的なデータ指標を提示するリハビリテーション支援装置を提供するという共通の効果を奏する。また、客観的なデータ指標を利用し、患者の病態に応じて、半自動的又は自動的に適切な訓練プログラムを選択するリハビリテーション支援装置を提供するという効果を奏する。

本発明の実施形態によるリハビリテーション支援装置の斜視図である。 リハビリテーション支援装置の概略構成を示すブロック図である。 使用状態の保持部の斜視図である。 保持部の取付アダプタの斜視図である。 保持部の動作を示す図である。 別の使用状態の保持部の斜視図である。 アーム部の斜視図である。 アーム部の駆動部の拡大斜視図である。 アーム部の第１回転駆動ユニットの拡大斜視図である。 端末用アプリケーションプログラムによる画面の一例を示す図である。 端末用アプリケーションプログラムによる画面の別の例を示す図である。 ８方向空中保持の訓練図である。 ８方向リーチ（左回り）の訓練図である。 ジグザグ軌跡の訓練図である。 円軌跡の訓練図である。 多角軌跡１の訓練図である。 多角軌跡２の訓練図である。 前方リーチの訓練図である。 回旋リーチの訓練図である。 外転リーチ（２次元）の訓練図である。 放射リーチ（２次元）の訓練図である。 放射リーチ（３次元）の訓練図である。 放射リーチ（上方）の訓練図である。 放射リーチ（下方）の訓練図である。 模擬リーチ（口元）の訓練図である。 模擬リーチ（肩）の訓練図である。 模擬リーチ（頭部）の訓練図である。 装置用アプリケーションプログラムによる画面の一例を示す図である。 患者が訓練する様子を示す図である。 通信システムの概略構成の一例を示す図である。 特定の患者に対して、週毎に訓練モード毎の訓練回数をまとめた実施例のグラフである。 特定の患者に対して、週毎に訓練パターン毎の訓練回数をまとめた実施例のグラフである。 本発明の実施形態によるリハビリテーション支援装置の使用方法のフローチャートである。 運動評価処理のフローチャートである。 訓練情報設定処理のフローチャートである。 評価情報予測処理のフローチャートである。 評価情報変換処理のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明の範囲はこれらの実施形態によっていかなる意味においても制限されるものではない。

図１は、本発明の実施形態によるリハビリテーション支援装置１の斜視図であり、図２は、リハビリテーション支援装置１の概略構成を示すブロック図である。本実施形態によるリハビリテーション支援装置１は、上肢片麻痺の患者を対象として構成されている。

リハビリテーション支援装置１は、患者用の椅子２と共に使用される。また、リハビリテーション支援装置１の設定等を行うためのパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である医療者用端末３と、リハビリテーション支援装置１と医療者用端末３との間の情報のやり取りを行うためのＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の携帯型記憶装置である医療者キー４及び患者キー５とが、使用される。なお、本発明に係るリハビリテーション支援装置１は、医療者用端末３、医療者キー４及び患者キー５も含み、この場合、リハビリテーション支援システムともいう。

リハビリテーション支援装置１は、装置本体１０と、保持部２０と、アーム部３０と、表示部であるディスプレイ４０と、駆動部５０とを有している。また、リハビリテーション支援装置１は、入出力部６０と、中央処理部７０と、記憶部８０とを有している。

装置本体１０は、リハビリテーション支援装置１の状態を示す各種ランプ及び緊急停止ボタンを備えたフロントパネル１１と、患者が使用するコントローラ１２と、運搬用のハンドル１３及びキャスタ１４とを有している。また、装置本体１０は、携帯型記憶装置用のインターフェース部として、医療者キー及び患者キー（ＵＳＢメモリ）を挿入するためのＵＳＢスロット（図示せず）を有している。

右腕の訓練を行う場合には、図１に示されるように、椅子２及びディスプレイ４０を患者の正面に配置するために、リハビリテーション支援装置１に対して左側に配置する。他方、左腕の訓練を行う場合には、椅子２及びディスプレイ４０をリハビリテーション支援装置１に対して右側に配置する。右腕の訓練を行う場合、椅子２に着座した患者は、右手の掌を下に向けて保持部２０に対して固定する。

図３は、使用状態の保持部２０の斜視図であり、図４は、保持部２０の取付アダプタ２１の斜視図であり、図５は、保持部２０の動作を示す図である。保持部２０は、取付アダプタ２１と、把持部材２２と、必要に応じて前腕支持部材２３とを有している。

取付アダプタ２１は、取付部２１ａと、半円弧状の第１揺動部材２１ｂと、半円弧状の第２揺動部材２１ｃとを有している。取付部２１ａは、アーム部３０の中心軸線と一致する軸線α１周りに回転可能にアーム部３０の上端に取り付けられる。第１揺動部材２１ｂは、その円弧の軌跡に沿って、すなわち円弧を含む円の中心を通る軸線α２周りに、揺動可能に取付部２１ａの上面に取り付けられている。第２揺動部材２１ｃは、第１揺動部材２１ｂの円弧の内側、すなわち上側に配置されている。第２揺動部材２１ｃは、その円弧の両端が第１揺動部材２１ｂの円弧の両端に回転可能に取り付けられている。したがって、第２揺動部材２１ｃは、その両端を結ぶ軸線α３周りに揺動可能に第１揺動部材２１ｂに取り付けられている。

把持部材２２は、患者の手を支持するプレート状の部材であり、患者が把持する図示しないグリップと、患者の手を固定する固定バンド２２ａとを有している。前腕支持部材２３は、前腕を支持するプレート状の部材であり、患者の状態又は体格に応じて前腕の長さ方向に伸縮自在に構成されている。前腕支持部材２３は、患者の前腕を固定する固定バンド２３ａを有している。前腕支持部材２３の端部には、把持部材２２を着脱可能に取り付けることができる。

把持部材２２及び前腕支持部材２３は、取付アダプタ２１の第２揺動部材２１ｃに取り付けられる。したがって、把持部材２２及び前腕支持部材２３は、図５（ａ）に示されるような軸線α１周りの回転と、図５（ｂ）に示されるような軸線α２周りの揺動と、図５（ｃ）に示されるような軸線α３周りの揺動とが可能となる。その結果、保持部２０は、患者の動きに応じて受動的に動作し、患者の動きを阻害することがない。

なお、図６は、別の使用状態の保持部２０の斜視図であり、患者の状態に応じて、前腕支持部材２３を使用することなく、把持部材２２のみを取付アダプタ２１に取り付けて使用してもよい。

図７は、アーム部３０の斜視図であり、図８は、アーム部３０の駆動部５０の拡大斜視図であり、図９は、アーム部３０の第１回転駆動ユニット５２の拡大斜視図である。なお、図７において、上述した保持部２０とは異なるボール形状の保持部２０が取り付けられている。

アーム部３０は、円柱状又は棒状の機構であり、未使用時には、その軸線方向が鉛直方向と平行になるように配置される。アーム部３０は、下方に配置された固定アーム３１と、上方に配置された可動アーム３２とを有している。アーム部３０の下端、すなわち固定アーム３１の下端は、装置本体１０内に配置された駆動部５０によって支持されている。アーム部３０の上端、すなわち可動アーム３２の上端には、上述したように、保持部２０が着脱可能に取り付けられている。

駆動部５０は、直進駆動ユニット５１と、第１回転駆動ユニット５２と、第２回転駆動ユニット５３と、第１アームフレーム５４と、第２アームフレーム５５とを有している。

直進駆動ユニット５１は、ＤＣサーボモータ（図示せず）と、ＤＣサーボモータに接続されてアーム部３０内に延びる直動機構（図示せず）とを有している。直進駆動ユニット５１によって、アーム部３０は、その長手方向の長さ又は高さＺが調節可能となっている。すなわち、直進駆動ユニット５１は、ＤＣサーボモータによって直動機構を伸縮させ、直動機構に取り付けられたナット又はハウジングを介して、可動アーム３２を長手方向に沿って移動させる。

第１回転駆動ユニット５２と第２回転駆動ユニット５３とは、同一の構成を有している。したがって、図９を参照しながら、第１回転駆動ユニット５２について説明する。第１回転駆動ユニット５２は、ＤＣサーボモータ５２ａと、より径の小さい小プーリー５２ｂと、より径の大きい大プーリー５２ｃと、小プーリー５２ｂ及び大プーリー５２ｃを接続するベルト５２ｄと、ギヤ機構５２ｅと、エンコーダ５２ｆとを有している。

ＤＣサーボモータ５２ａによる回転は、小プーリー５２ｂと大プーリー５２ｃとベルト５２ｄとを介して、回転速度を減少させながら、ギヤ機構５２ｅに伝達される。ギヤ機構５２ｅは、内部に図示しないウォームギヤを有している。伝達されたＤＣサーボモータ５２ａによる回転は、ＤＣサーボモータ５２ａと平行な回転軸線を有するウォームを回転させ、ウォームと噛合するウォームホイールを軸線β１周りに回転させる。ＤＣサーボモータ５２ａの回転角度は、エンコーダ５２ｆによって検出される。同様に、第２回転駆動ユニット５３は、ウォームホイールを軸線β２周りに回転させる。

アーム部３０は、第２アームフレーム５５に取り付けられている。第２アームフレーム５５は、第２回転駆動ユニット５３を介して第１アームフレーム５４に取り付けられている。第１アームフレーム５４は、第１回転駆動ユニット５２を介して装置本体１０の固定フレーム１５に取り付けられている。すなわち、駆動部５０は、装置本体１０の固定フレーム１５に対して固定されることによって、装置本体１０に取り付けられている。

アーム部３０及び駆動部５０が上述した構成を有することによって、アーム部３０は、その下端が自在継手によって装置本体１０に取り付けられているかのように動作可能となる。すなわち、アーム部３０は、第１回転駆動ユニット５２によって、軸線β１周りに揺動可能であり、第２回転駆動ユニット５３によって、軸線β２周りに揺動可能であり、これらの揺動運動は、独立して行うことができる。その結果、アーム部３０、特に保持部２０を、所定の角度範囲内で球面上の任意の経路に沿って移動させることが可能となる。言い換えると、保持部２０を、図７に示されるような球面座標系において、角度θ及び角度φの両方向についてそれぞれ独立に所定の角度範囲内で移動させることが可能となる。なお、角度φの範囲は０度から３６０度である。

さらに、上述したように、アーム部３０の長手方向の長さＺを調節することができることから、保持部２０を、角度θの角度範囲内であってアーム部３０の長さＺ範囲内の空間上の任意の位置に配置することが可能である。したがって、本実施形態によるリハビリテーション支援装置１は、３次元（３自由度の運動）でリハビリテーションの訓練を行うことが可能である。

リハビリテーション支援装置１は、第１回転駆動ユニット５２及び第２回転駆動ユニット５３のエンコーダ５２ｆ以外にもポテンショメータ５６や、その他各種センサをさらに有し、位置、角度、力及び圧力、時間等を検出可能である。例えば、ポテンショメータ５６は、アーム部３０の軸線β１及び軸線β２周りの揺動の負荷を間接的に検出する。具体的には、回転角を検出し、予め線型近似された回転角と対応する負荷の関係から、実際の負荷を算出する。その結果に基づいて、第１回転駆動ユニット５２及び第２回転駆動ユニット５３を制御することによって、アーム部３０の揺動を補助するようにアーム部３０を移動させることができ、又は、アーム部３０の揺動に抵抗するように、すなわち患者の感じる負荷を増大させるようにアーム部３０を移動させることができる。また、アーム部３０の下端は、図示しない弾性部材によって包囲されており、それによって、全方向におけるアーム部３０の移動に対する所定の負荷を生成している。

図２を参照しながら、リハビリテーション支援装置１の入出力部６０と、中央処理部７０と、記憶部８０とについて説明する。

入出力部６０は、上述した、保持部２０とアーム部３０とディスプレイ４０と、駆動部５０と、運動情報取得部６１と、インターフェース部６２とを有している。運動情報取得部６１は、上述したエンコーダ５２ｆ及びポテンショメータ５６を含む各種センサを有している。インターフェース部６２は、医療者キー及び患者キー等のＵＳＢメモリ内の情報を読み込み又はＵＳＢメモリに書き込みをするためのインターフェース回路を有している。なお、入出力部６０は、キーボードやマウス等の入力デバイスを有していてもよい。

中央処理部７０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。中央処理部７０は、リハビリテーション支援装置１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。中央処理部７０は、予め記憶部８０に記憶されているコンピュータプログラムに基づいて処理を行う。中央処理部７０は、制御部７１と、運動評価部７２と、訓練情報設定部７３と、評価情報予測部７４と、評価情報変換部７５とを有している。中央処理部７０が有するこれらの各部は、中央処理部７０が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。その実行される処理の際に、中央処理部７０は、入出力部６０から信号を受信し、信号を送信する。例えば、中央処理部７０は、駆動部５０に対しては、制御信号を送信すると共にそのフィードバック信号や各種センサからの信号を受信する。なお、医療者用端末３が、運動評価部７２と、訓練情報設定部７３と、評価情報予測部７４と、評価情報変換部７５とを有していてもよい。

記憶部８０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ装置又はハードディスク等の固定ディスク装置を有している。記憶部８０には、リハビリテーション支援装置１の各種処理に用いられる制御プログラム等のコンピュータプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）、データベース及びテーブル等が記憶されている。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部８０にインストールされてもよい。

次に、リハビリテーション支援装置１を使用するための訓練アプリケーションプログラムについて説明する。

訓練アプリケーションプログラムは、リハビリテーション支援装置１上で動作する装置用アプリケーションプログラム１００と、医療者用端末３上で動作する端末用アプリケーションプログラム２００とからなる。装置用アプリケーションプログラム１００は、予め記憶部８０に記憶されている。端末用アプリケーションプログラム２００は、上述したような公知のセットアッププログラム等を用いて、医療者用端末３にインストールして使用する。

まず、端末用アプリケーションプログラム２００について説明する。図１０は、端末用アプリケーションプログラム２００による画面の一例を示す図であり、ログイン後のメインメニュー画面２０１である。端末用アプリケーションプログラム２００による画面は、医療者用端末３が有するディスプレイ３ａ（図１）に表示される。

図１０を参照すると、メインメニュー画面２０１の左上には、患者名欄２１０が配置されている。患者名欄２１０には、訓練の設定又は編集をしようとしている患者名が表示される。また、メインメニュー画面２０１の右上には、ログインユーザー情報欄２１１が配置されている。ログインユーザー情報欄２１１には、ログインしているユーザー名、例えば医療者名と、病院名とが表示される。さらに、メインメニュー画面２０１には、使用者の編集ボタン２１２と、病院名の編集ボタン２１３と、キー（医療者キー４及び患者キー５）の編集ボタン２１４と、訓練記録ボタン２１５と、グラフボタン２１６と、医療者の変更ボタン２１７と、ログアウトボタン２１８とが、配置されている。

使用者の編集ボタン２１２をクリックすると、医療者の登録、並びに、患者の登録、削除及び編集を行う画面が表示される。医療者の登録を行うことによって、端末用アプリケーションプログラム２００上の医療者リストに登録される。医療者が医療者リストに登録されることで、当該登録された医療者の医療者キー４を作成することができる。患者の登録をすることによって、端末用アプリケーションプログラム２００上の患者リストに登録される。患者が患者リストに登録されることで、当該登録された患者の患者キー５を作成することができる。なお、患者の登録、削除及び編集を行う画面では、患者名や性別、生年月日の入力に加え、麻痺の側、すなわち左麻痺、右麻痺又は両麻痺の中から選択できるようになっている。

病院名の編集ボタン２１３をクリックすると、病院名の登録を行う画面が表示される。医療者用端末３で初めて端末用アプリケーションプログラム２００を起動したときには、まずは病院名を登録する。

キーの編集ボタン２１４をクリックすると、医療者キー４及び患者キー５の作成及び変更を行う画面が表示される。医療者キー４を医療者用端末３に接続し、医療者キー４の作成を行うことよって、登録された医療者の中から選択された医療者の情報のみが、医療者キー４に記憶される。また、医療者キー４の変更を行うことよって、登録された医療者の中から選択された別の医療者の情報のみが、医療者キー４に上書き記憶される。すなわち、医療者キー４に記憶可能な医療者の情報は１人分である。同様に、患者キー５を医療者用端末３に接続し、患者キー５の作成を行うことよって、登録された患者の中から選択された患者の情報が、患者キー５に記憶される。また、患者キー５の変更を行うことによって、登録された患者の中から選択された別の患者の情報が、患者キー５に上書き記憶される。すなわち、患者キー５に記憶可能な患者の情報は１人分である。さらに、患者キー５の作成及び変更を行う画面では、患者の状態に応じた訓練プログラム又は訓練内容、すなわち訓練プログラムを複数保存したセッションの内容の登録、編集及び確認ができる。

訓練記録ボタン２１５及びグラフボタン２１６は、後述するように、患者の実施した訓練の記録、すなわち訓練結果を時系列及び訓練内容で整理されたデータで確認し、これらが視覚的に分かりやすいようにグラフ表示にして確認する場合にクリックされる。なお、医療者の変更ボタン２１７は、ログインしている医療者を変更する際にクリックされる。

メインメニュー画面２０１は、ログインしたユーザーによって、すなわち医療者かシステム管理者かによって、又は、患者キー５が医療者用端末３に接続されているか否かによって、操作可能なボタンが変化する。例えば、訓練記録ボタン２１５及びグラフボタン２１６は、訓練結果が記憶された患者キー５が医療者用端末３に接続されている場合にのみクリックすることができる。

図１１は、端末用アプリケーションプログラム２００による画面の別の例を示す図であり、訓練内容の登録、編集及び確認を行うための訓練内容調整画面２０２である。訓練内容調整画面２０２の左上の患者名欄２１０及びログインユーザー情報欄２１１は、メインメニュー画面２０１と同様に表示される。訓練内容調整画面２０２の患者名欄２１０の下には、セッション名欄２２０が配置されている。

訓練内容調整画面２０２は、主に左右の２つの領域に分かれていて、左の領域はさらに上下２つの領域に分かれている。訓練内容調整画面２０２の左の領域において、上方には、ライブラリ欄２２１が配置され、下方には、セッション内容欄２２２が配置され、右の領域には、訓練内容欄２２３が配置されている。ライブラリ欄２２１とセッション内容欄２２２との間には、追加ボタン２２４が配置されている。セッション内容欄２２２の下には、削除ボタン２２５と取消ボタン２２６と確定ボタン２２７とが配置されている。訓練内容調整画面２０２の右下には、戻るボタン２２８と取消ボタン２２９と保存ボタン２３０とが配置されている。

ライブラリ欄２２１には、プルダウンメニュー欄２２１ａと訓練表示欄２２１ｂとが配置されている。プルダウンメニュー欄２２１ａから選択されたメニュー内容に応じて、訓練表示欄２２１ｂに表示される訓練パターンが変化する。ライブラリ欄２２１のプルダウンメニュー欄２２１ａでは、「基本訓練パターン」、「セッション履歴」及び「訓練履歴」が選択可能である。基本訓練パターンを選択すると、後述するように、予め設定されている複数の基本的な訓練パターンの一覧が訓練表示欄２２１ｂに表示される。セッション履歴を選択すると、接続された患者キー５の患者に対して過去に作成したことのあるセッションの履歴が訓練表示欄２２１ｂに表示され、訓練履歴を選択すると、接続された患者キー５の患者が過去に実施したことのある訓練パターンの履歴が訓練表示欄２２１ｂに表示される。

ここで、セッションとは、患者の状態に合わせて調整された同一種類又は異なる種類の複数の訓練パターンの組み合わせであり、その実施の順序を定めた訓練計画のことをいい、訓練情報ともいう。セッションの内容は、患者の状態の変化、すなわち通常は回復の状態に応じて、変更され、最適化されるべきものである。したがって、患者キー５には、１つのセッションのみ記憶可能である。

１つのセッションは、ライブラリ欄２２１の訓練表示欄２２１ｂに表示された訓練パターンを選択して追加ボタン２２４をクリックし、それがセッション内容欄２２２に追加されることによって、作成される。リハビリテーションの訓練は、セッション内容欄２２２に表示された訓練パターンを上から下へと順番に行われる。セッション内容欄２２２に表示された訓練パターンの順番は、マウス等のポインティングデバイスによるドラッグ・アンド・ドロップ操作等によって変更可能である。また、削除ボタン２２５をクリックすると、セッション内容欄２２２において選択された訓練パターンが削除される。取消ボタン２２６をクリックすると、セッション内容欄２２２にある訓練パターンのすべてが削除される。

訓練内容欄２２３には、セッション内容欄２２２において選択されている訓練パターンの設定が表示される。訓練内容欄２２３では、表示されている訓練パターンの調整が行われる。訓練内容欄２２３には、負荷欄２３１と、訓練座標欄２３２と、訓練回数欄２３３と、倍率欄２３４と、速度欄２３５と、ランダム欄２３６と、確認機能欄２３７と、訓練モード欄２３８と、訓練図欄２３９とが、配置されている。

負荷欄２３１では、患者がアーム部３０を動かす際に感じる負荷の程度を、「重い」、「中間」及び「軽い」の中から選択する。訓練座標欄２３２では、アーム部３０の移動範囲を、「２次元」又は「３次元」のいずれかから選択する。訓練座標欄２３２は、セッション内容欄２２２において選択されている訓練パターンによっては表示されない場合もある。訓練回数欄２３３では、訓練パターンを繰り返す回数を患者の状態にあわせて、変更する。倍率欄２３４では、初期値として予めプログラム上決められた動作範囲を基準として、患者の状態にあわせて、動作範囲を拡大又は縮小するように、数値を変更する。速度欄２３５では、訓練パターンでのアーム部３０の移動速度を患者の状態にあわせて、変更する。ランダム欄２３６では、保持部２０の到達すべき目標点の順序をランダムに設定する。確認機能欄２３７では、保持部２０が目標点に到達したときに、コントローラ１２を操作し、患者が確認しながら訓練を行えるように設定する。それによって、患者が惰性的に訓練を行うことを防止し、よりインタラクティブな訓練を行うことができる。

訓練モード欄２３８では、後述するように、予め設定されている複数の基本的な訓練モードの一覧が表示され、択一的に選択可能になっている。訓練図欄２３９には、選択された訓練パターンの軌跡が表示される。最後に、確定ボタン２２７をクリックすることによって、訓練内容の調整が完了する。また、患者キー５には、患者の情報と共にセッションの内容が記憶される。

次に、基本訓練パターンについて説明する。基本訓練パターンは、「８方向空中保持」、「８方向リーチ（左回り）」、「８方向リーチ（右回り）」、「ジグザグ軌跡」、「円軌跡」、「多角軌跡１」、「多角軌跡２」、「前方リーチ」、「回旋リーチ」、「外転リーチ（２次元）」、「放射リーチ（２次元）」、「放射リーチ（３次元）」、「放射リーチ（上方）」、「放射リーチ（下方）」、「模擬リーチ（口元）」、「模擬リーチ（肩）」及び「模擬リーチ（頭部）」の１７パターンを含む。しかしながら、その他の訓練パターンを基本訓練パターンとして含むようにしてもよい。

図１２から図２６は、訓練図欄２３９に表示される各基本訓練パターンの訓練図である。訓練図には、アーム部３０の開始点からアーム部３０を動作させるべき方向、位置、角度及び順番等が、目標点として示されている。言い換えると、アーム部３０の動作を示すことによって、患者の行うべき訓練の動作を示している。丸印は目標点を表し、目標点が複数ある場合には、丸印の横に付した数字の順番にアーム部３０を動作させる。点Ａは、基本位置、すなわち初期位置である。目標点及び基本位置を結ぶ線は、辿るべき経路を示している。なお、上述したランダム欄２３６にチェックを入れると、この数字の順番がランダムに設定される。

図１２は、８方向空中保持の訓練図である。８方向空中保持の訓練は、中心点と８方向の目標点から構成されている。患者は、肩関節外転７０度且つ肘関節屈曲９０度のように、胸の高さから訓練を開始し、目標点に向かって力を加える。目標点に到達すると、目標点の色が赤から黄に変化するので、患者は、黄色の状態を維持するように数秒間、アーム部３０を保持する。

図１３は、８方向リーチ（左回り）の訓練図であり、図１４は、ジグザグ軌跡の訓練図であり、図１５は、円軌跡の訓練図であり、図１６は、多角軌跡１の訓練図であり、図１７は、多角軌跡２の訓練図である。８方向リーチ（右回り）の訓練は、図１３に示された数字とは逆の順に動作を行う。患者は、肩関節外転７０度且つ肘関節屈曲９０度の肢位から訓練を開始する。

図１８は、前方リーチの訓練図である。この訓練を行う際、患者は、肩関節外転８０度から９０度且つ肘関節屈曲９０°の肢位から訓練を開始し、アーム部３０を前方へ押し出す。図１９は、回旋リーチの訓練図である。患者は、肩関節外転０度且つ肘関節屈曲９０度の肢位から訓練を開始し、アーム部３０を前外側方向へワイピングする。図２０は、外転リーチ（２次元）の訓練図である。患者は、肩関節外転８０度から９０度且つ肘関節屈曲９０度の肢位から訓練を開始し、アーム部３０を前方だけでなく外側への放射状に動かす。

図２１は、放射リーチ（２次元）の訓練図である。患者は、肩関節外転０度且つ肘関節屈曲９０度の肢位から訓練を開始し、アーム部３０を前方へ放射状に押し出す。図２２は、放射リーチ（３次元）の訓練図である。患者は、肩関節外転０度且つ肘関節屈曲９０度の肢位から訓練を開始し、アーム部３０を３次元的に上方へも動かす。図２３は、放射リーチ（上方）の訓練図である。患者は、肩関節外転０度且つ肘関節屈曲９０度の肢位から訓練を開始し、アーム部３０を３次元的に上方向へ向かって前方に放射状で押し出す。図２４は、放射リーチ（下方）の訓練図である。患者は、肩関節外転０度且つ肘関節屈曲９０度の肢位から訓練を開始し、アーム部３０を３次元的に下方向へ向かって前方に放射状で押し出す。

図２５は、模擬リーチ（口元）の訓練図である。この訓練では、机上に置かれたカップを口元まで運ぶ動作の訓練で、日常生活の一部を模擬した動作を訓練することができる。図２６は、模擬リーチ（肩）の訓練図である。この訓練では、肩関節外転０度且つ肘関節屈曲４５度の肢位から、肘関節が完全に屈曲するまで、肩甲骨を内転させながら、上肢を引き上げる動作を訓練することができる。図２７は、模擬リーチ（頭部）の訓練図である。この訓練では、上肢を腰の位置から頭部に向かって拳上する動作を訓練することができる。

次に、訓練モードについて説明する。訓練モードは、患者の訓練動作をリハビリテーション支援装置１がどのように支援するかに応じて異なる、「全介助運動」、「自動介助（初動時負荷）」、「自動介助（段階的）」、「自動運動（軌道アシスト）」及び「自動運動」の５つのモードを含む。訓練モードは、この記載した順番で、より高度な訓練モードとなり、症状に応じて訓練モードを選択できる。すなわち症状が重度であれば、より容易な訓練モードを、症状が軽度であれば、より高度な訓練モードを選択する。しかしながら、その他の訓練モードを含むようにしてもよい。

全介助運動モードでは、アーム部３０がセッションの訓練パターンの軌道に沿って自動的に動作する。すなわち、全介助運動モードでは、患者が能動的に動作させることはなく、アーム部３０は、リハビリテーション支援装置１によって他動的に動作する。全介助運動モードは、介助によって随意運動を促す徒手療法と同様の訓練に相当する。

自動介助（初動時負荷）モードでは、患者が、アーム部３０の初動時においてセッションの訓練パターンに応じた正しい方向に力を加えることで、アーム部３０が、訓練パターンの軌道に沿って自動的に動作する。したがって、自動介助（初動時負荷）モードは、目標点まで到達する筋力のない患者に対して随意運動を促し、目標点への到達を補助する。

自動介助（段階的）モードでは、セッションの訓練パターンの軌道が、複数のセグメントに分割される。患者は、各セグメントでのアーム部３０の初動時において正しい方向に力を加えることで、アーム部３０が訓練パターンの軌道に沿って自動的に動作する。患者が、各セグメントの終点、すなわち次のセグメントの始点において、正しい方向に力を加えないと、アーム部３０は停止する。したがって、患者は間欠的に随意的に上肢を動かさなければならず、自動介助（初動時負荷）モードよりも高度な訓練モードである。

自動運動（軌道アシスト）モードでは、アーム部３０が、セッションの訓練パターンの軌道に沿って自動的に動作する。患者は、その動作にしたがって、随意的に力を加える。その際に、患者が、軌道に沿った正しい方向に力を加えるとアーム部３０は加速し、軌道から外れた方向に力を加えるとアーム部３０は減速する。自動運動（軌道アシスト）モードでは、一定の方向のみへの随意運動を学習できる。

自動運動モードでは、アーム部３０は自動的には動作せず、また、訓練パターンの軌道に沿って動作させるような支援も行われない。患者がアーム部３０に力を加えると、加えた力の強さに応じて速度及び加速度が変化し、患者が加えた力の方向へアーム部３０が移動する。患者は、アーム部３０の動作範囲内において、保持部２０を自在に移動させることができる。自動運動モードでは、上肢の動きに対して動作する筋肉の協調運動などを学習できる。

次に、装置用アプリケーションプログラム１００について説明する。図２８は、装置用アプリケーションプログラム１００による画面の一例を示す図であり、訓練前の初期設定をすべて完了した後の訓練画面１０１である。装置用アプリケーションプログラム１００による画面は、ディスプレイ４０に表示される。

図２８を参照すると、訓練画面１０１の上部の表示バーには、患者名欄１１０と、実施している訓練パターン欄１１１と、医療者名欄１１２と、病院名欄１１３とが配置されている。訓練画面１０１の下部の表示バーには、訓練パターン欄１１１に表示された訓練パターンの設定内容が表示されている。訓練パターン欄１１１には、予め作成されたセッションの内容に応じて、訓練パターンが順次表示される。訓練画面１０１の中央には、アーム部３０の状態がリアルタイムで表示される訓練図欄１１４が配置されている。訓練図欄１１４の左には、コントローラ１２の操作によって訓練図欄１１４を拡大又は縮小する際の目安となる拡大バー１１５が配置されている。また、訓練図欄１１４の右には、コントローラ１２の操作によって訓練の「開始」、「中断」又は「停止」等を行う際に、リハビリテーション支援装置１に送信するコマンドに対応するコントローラ１２に配置されたボタンのイメージを示す操作表示部１１６が配置されている。さらに訓練画面１０１には、セッションの経過時間を示すセッション経過時間欄１１７と、訓練パターンの経過時間を示す訓練パターン経過時間欄１１８とが、配置されている。

訓練図欄１１４には、例えば図１２から図２７に示されるような訓練パターンに応じて、アーム部３０の基本位置Ａからアーム部３０を動作させるべき方向、位置、角度及び順番等が、アーム部３０のリアルタイムな状態と共に示されている。また、各種センサによって検出された信号に基づいて算出された、アーム部３０に加わる力の方向が矢印で示されている。

リハビリテーション支援装置１に医療者キー４が接続されている場合には、医療者用端末３で作成されたセッションの内容を変更することができる。すなわち、装置用アプリケーションプログラム１００は、端末用アプリケーションプログラム２００の訓練内容調整画面２０２に相当する画面及び機能を有している。そのため、装置用アプリケーションプログラム１００及び端末用アプリケーションプログラム２００は、実質的に同一のプログラムであってもよい。

初めてリハビリテーション支援装置１を使用する場合には、まず、医療者キー４をリハビリテーション支援装置１に接続して、医療者キー４に記憶された病院名を、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０に記憶させる。次いで、患者キー５をリハビリテーション支援装置１に接続して、患者キー５に記憶された患者の情報及びセッションの内容を、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０に記憶させる。なお、接続された医療者キー４及び患者キー５を、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０の一部としてみなしてもよい。

例えば右腕の訓練を行う患者は、椅子２に着座し、アーム部３０の保持部２０に対して右手を固定する。保持部２０は、訓練を行う患者の身長に応じた最適な高さになるように椅子２の座面高さを変更するなどして調整される。次いで、患者が安全に効果的な訓練を行うことができるように、装置用アプリケーションプログラム１００を用いて、患者の動作範囲を、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０及びリハビリテーション支援装置１に接続された患者キー５に記憶させる。この場合、全介助運動モードを用いた強制的な動作範囲及び自動運動モードを用いた主体的な動作範囲の両方を記憶させる。

図２９は、患者が訓練する様子を示す図である。患者は、ディスプレイ４０に表示された訓練画面１０１、特に訓練図欄１１４を見ながら訓練を行う。訓練を行ったセッション及び訓練パターンの履歴は、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０及びリハビリテーション支援装置１に接続されている患者キー５に記憶される。また、各種センサによって検出された位置、角度、力及び圧力、時間等に基づき、様々な訓練ログが、同様に、記憶部８０及び患者キー５に記憶される。

訓練ログは、例えば、保持部２０の速度及び加速度、関節の可動域、訓練時移動距離、理想軌道との距離の差、訓練実施時間（ルート到達時間）及び空間での荷重ベクトル等が挙げられる。ここで、訓練ログに加えて、これに対応するセッションの内容、すなわち訓練モード及び訓練パターン及び最初に登録した年齢や性別等を含む情報を、運動情報と称する。すなわち、訓練終了後の記憶部８０及び患者キー５には、訓練開始前から記憶されているセッションの内容と共に訓練ログを含む運動情報が記憶されている。

次に、行った訓練のセッションの内容とその結果に基づいて、訓練の評価を行う運動評価部７２について説明する。すなわち、運動評価部７２は、訓練情報及び運動情報に基づいて評価情報を生成する。

運動評価部７２は、例えば、運動情報、特に訓練ログから算出される「抵抗の割合」、「随意運動の割合」、「介助運動の可動域」、「開始点から目標点までの時間」、「自動運動の可動域」、「力の方向正確性」、「運動軌跡の正確性」及び「運動の滑らかさ」といった評価情報を生成する。訓練記録ボタン２１５及びグラフボタン２１６をクリックすると、これら評価情報を訓練記録及びグラフの２種類で表示し、印刷することができる。また、グラフデータはファイルに出力することができる。

抵抗の割合とは、訓練中に正しい方向に力を加えなかった時間の割合を示す。運動機能が改善されると０％に近くなる。

随意運動の割合とは、全介助運動モードでの動作範囲と自動運動モードでの動作範囲との割合を示す。運動機能が改善されると１００％に近くなる。

介助運動の可動域とは、開始点から目標点までの直線距離と介助運動による動作範囲（距離）との割合を示す。ここで介助運動とは、自動運動モード以外のすべての訓練モードをいう。運動機能が改善されると１００％に近くなる。

開始点から目標点までの時間とは、開始点から目標点に到達するまでの時間を示す。すべての開始点から目標点までの時間の平均値である。運動機能が改善されると０に近くなる。

自動運動の可動域とは、訓練で設定された距離と訓練で辿った軌道の距離との割合を示す。運動機能が改善されると１００％に近くなる。

力の方向正確性とは、目標点の方向に正しく力を加えた時間の割合を示す。運動機能が改善されると１００％に近くなる。

運動軌跡の正確性とは、開始点から目標点までの直線距離と実際に辿った軌道の距離との割合を示す。運動機能が改善されると１００％に近くなる。

運動の滑らかさとは、開始点から目標点までの速度のピーク数と実際のピーク数との割合を示す。理想的な速度のピーク数は、１である。運動機能が改善されると１００％に近くなる。

評価情報をグラフで表示させる場合、訓練モードの特徴の違いから、表示させる訓練モードに応じて、表示されるグラフの種類が変化する。全介助運動モードの結果では、抵抗の割合、随意運動の割合及び介助運動の可動域のグラフが表示される。自動介助（初動時負荷）モードの結果では、抵抗の割合、開始点から目標点までの時間及び介助運動の可動域のグラフが表示される。自動介助（段階的）モードでは、開始点から目標点までの時間及び自動運動の可動域のグラフが表示される。自動運動（軌道アシスト）モードでは、力の方向正確性のグラフが表示される。自動運動モードでは、運動軌道の正確性、運動の滑らかさ、力の方向正確性及び自動運動の可動域のグラフが表示される。

なお、評価情報は、運動情報に加え、他の情報と併せて訓練ログから算出される情報を評価情報としてもよく、算出された定量的データの他に、理想軌道と実際の軌道とが描く視覚的な図形であってもよい。

次に、患者に応じた最適なセッションを生成する訓練情報設定部７３について説明する。訓練情報設定部７３は、セッションの内容、すなわち訓練情報と、その内容による訓練の評価情報とに基づいて、新たな訓練情報を生成する。

リハビリテーションの訓練の基本的な考え方として、患者が容易に行えるような運動を繰り返し行っても効果は低く、また、患者の限界を大きく超えるような運動は、むしろ回復の妨げになる。関節可動域や負荷等に関して患者の限界を少し超えた運動を行うことが重要である。

したがって、訓練情報設定部７３は、抵抗の割合や力の方向正確性といった各項目の評価情報の分析を行う。訓練情報設定部７３は、これら各項目が、所定の評価以上の場合に対応する訓練のレベル（すなわち難易度）を上げ、所定の評価以下の場合に対応する訓練のレベルを下げるように、新たな訓練情報を生成し、現在の訓練情報を更新する。訓練情報設定部７３は、分析の結果、訓練情報が所定の評価以上でも以下でもない場合には、新たな訓練情報を生成せずに、前回の訓練情報を次の訓練時に使う。

また、訓練情報設定部７３は、訓練の際の体調等、一時的な要因を考慮し、所定の評価が所定回数続いた場合に、訓練のレベルを上げるように又は下げるようにしてもよい。例えば、随意運動の割合は、上述したように、運動機能が改善されると１００％に近くなることから、９０％が３回連続した場合に、訓練のレベルを上げ、６０％が３回連続した場合に、訓練のレベルを下げるようにしてもよい。

訓練のレベルの調整は、上述したような訓練モード及び訓練パターンの変更であってもよく、訓練内容調整画面２０２に含まれるその他の項目、例えば負荷欄２３１や倍率欄２３４等の調整であってもよく、又は、より細かい調整であってもよい。例えば、最初は全介助運動モードで訓練を行っていたが、それを自動介助（初動時負荷）モードに切り替えることによって訓練のレベルを上げることができる。また、一連の訓練パターン、例えば図２１に示されるような放射リーチ（２次元）であっても、患者が得意とする方向、例えば目標点１へ向かう方向の訓練の回数を減らし、患者が苦手とする方向、例えば目標点５へ向かう方向の訓練の回数を増やすようにしてもよい。同様に、訓練内容調整画面２０２の負荷欄２３１において、患者が得意とする方向の負荷を高くし、患者が苦手とする方向の負荷を軽くしてもよい。また、訓練内容調整画面２０２の倍率欄２３４において、動作範囲を拡大又は縮小するようにしてもよい。

訓練情報設定部７３は、新たな訓練情報を生成する際に、予め定められた標準セッションの中から選択するようにしてもよい。標準セッションは、例えば、「反射」から始まり、「共同運動」、「分離運動」及び「個別関節運動」を順次含み、すなわち、より重度な患者が行うセッションを基準としている。

反射セッションでは、訓練パターンは患者の状態に応じた適切な訓練パターンが選択され、訓練モードは全介助運動モードである。共同運動セッションでは、訓練パターンは患者の状態に応じた適切な訓練パターンから選択可能であり、訓練モードは全介助運動モード及び自動介助（初動時負荷）モードのいずれか一方である。分離運動セッションでは、訓練パターンは前方リーチ、外転リーチ（２次元）、放射リーチ（２次元）及び回旋リーチから選択可能であり、訓練モードは全介助運動モード、自動介助（初動時負荷）モード、自動介助（段階的）モード及び自動（軌道アシスト）モードから選択可能である。個別関節運動セッションでは、訓練パターンは前方リーチ、外転リーチ（２次元）、放射リーチ（２次元）、回旋リーチ及び放射リーチ（３次元）から選択可能であり、訓練モードは全介助運動モード、自動介助（初動時負荷）モード、自動介助（段階的）モード、自動運動（軌道アシスト）モード及び自動運動モードから選択可能である。

訓練情報設定部７３は、１つのセッションによる訓練の評価情報と、その結果生成された新たなセッションによる訓練の評価情報とに基づいて、さらに別の新たな訓練情報を生成してもよい。すなわち、訓練情報設定部７３によって生成された新たな訓練情報に基づく訓練を行い、それに対する評価情報を検証することによって、生成された訓練情報の評価を行うことができる。言い換えると、訓練情報設定部７３が生成した訓練情報をフィードバックし、次回の訓練情報の生成に適用することができる。訓練情報設定部７３は、生成した訓練情報に基づく患者の運動情報の結果をフィードバックすることによって、より効率的且つ効果的な訓練情報を生成することが可能となる。

訓練情報設定部７３による訓練情報の生成の際又は生成された訓練情報のフィードバックの際に、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０に記憶されている他の患者の評価情報及び訓練情報を参照し、利用するようにしてもよい。すなわち、部分的にでも類似する状態の患者の評価情報及び訓練情報があれば、それに基づいてより効率的且つ効果的な訓練情報を生成することが可能となる。こうした評価情報及び訓練情報を、ＵＳＢメモリ等の携帯型記憶装置を介して、他のリハビリテーション支援装置１との間で共有するようにしてもよい。

例えば、１人の重症の患者の運動情報、評価情報及び訓練情報を、回復に至るまで長期に亘り蓄積する。同様に、同程度の症状の患者や麻痺の部位の異なる患者等、複数の患者に関しても同様にこれらの情報を蓄積する。蓄積された情報を基に、訓練実績データベースを構築する。訓練実績データベースは、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０又は医療者用端末３の記憶部に記憶される。訓練情報設定部７３は、訓練実績データベースを参照してマッチング処理をすることにより、当該患者に類似した評価情報及び訓練情報を抽出し、新たな訓練情報を生成してもよい。

次に、患者の現時点における評価情報に基づいて、将来的な予測の評価情報、すなわち予測評価情報を生成する評価情報予測部７４について説明する。評価情報予測部７４は、リハビリテーション支援装置１の記憶部８０に記憶されている他の患者の評価情報の変遷、又は、予めリハビリテーション支援装置１の記憶部８０に一般的な情報として記憶された患者の回復曲線など、すなわち時系列的な変化を参照しながら、患者の現時点における評価情報に基づいて、将来的な予測評価情報を生成する。

例えば、評価情報予測部７４の予測の際に、上述した訓練実績データベースを利用してもよい。評価情報予測部７４は、訓練実績データベースを参照してマッチング処理をすることにより、当該患者に類似した評価情報及び訓練情報を抽出し、予測評価情報を生成してもよい。患者に対して予測評価情報を提示することによって、患者の訓練に対するモチベーションを維持させることができる。

図３０は、通信システム３００の概略構成の一例を示す図である。通信システム３００は、運動情報、評価情報及び訓練情報を有するリハビリテーション支援装置１及び医療者用端末３と、管理サーバ３０１とを有する。リハビリテーション支援装置１及び医療者用端末３は、インターネット３０２を介して接続されている。図３０では、２つのリハビリテーション支援装置１及び１つの医療者用端末３がインターネット３０２に接続されているが、図示するための便宜上のものであって、インターネット３０２で接続されるリハビリテーション支援装置１及び医療者用端末３の数は、これに限定されない。管理サーバ３０１は、上述した訓練実績データベースを有していてもよい。すなわち、インターネット３０２を介して接続されたリハビリテーション支援装置１及び医療者用端末３は、運動情報、評価情報及び訓練情報を、管理サーバ３０１に送信し、管理サーバ３０１内に訓練実績データベースを構築し、それを共有化する。それによって、より多くの情報を集約することができるようになる。

リハビリテーション支援装置１又は医療者用端末３の訓練情報設定部７３又は評価情報予測部７４は、管理サーバ３０１の訓練実績データベースを参照し、利用することができる。それによって、患者にとってより最適な訓練情報を生成することが可能となり、より正確な評価情報の予測を行うことが可能となる。なお、管理サーバ３０１が、訓練情報設定部７３又は評価情報予測部７４を有し、リハビリテーション支援装置１又は医療者用端末３は、管理サーバ３０１にその結果を照会するようにしてもよい。

次に、リハビリテーション支援装置１による訓練の効果を確認しながら、リハビリテーション支援装置１の評価情報を、対応する別の評価情報に変換し又はその逆の変換を行う評価情報変換部７５について説明する。

患者の状態及び回復度合いを評価する方法、すなわち運動機能評価の方法として様々な手法があるが、本明細書では、Ｆｕｇｅｌ−Ｍｅｙｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（以下、「ＦＭＡ」という。）を用いる。当然のことながら、他の評価方法に対しても本発明を適用することができる。

ＦＭＡは、３３の評価項目を有し、評価結果は、麻痺評価点として数値化される。ＦＭＡでは、各評価項目に対して０点、１点又は２点の中から選択され、最高で６６点である。評価項目の例として、屈筋共同運動は、座位で麻痺側の耳まで手を挙上する運動である。当該運動によれば、肘関節の屈曲、前腕の回外、肩甲骨の伸展及び挙上、並びに、肩関節の外転及び外旋が評価される。別の例として、伸筋共同運動は、座位で非麻痺側の膝に触れる運動である。当該運動によれば、肩関節の内転及び内旋、肘関節の伸展、並びに、前腕の回内が評価される。

まず、リハビリテーション支援装置１を用いて行った臨床試験について説明する。臨床試験は、複数の医療者に対して、最適なセッションの作成に関する説明をすることなく、各医療者が担当する上肢麻痺の患者用にセッションを作成してもらう。対象となる患者は、臨床試験を開始する前に、ＦＭＡで運動機能評価がされ、その後、医療者が独自に判断して作成したセッションに基づいて、リハビリテーション支援装置１を使用した訓練を行ってもらった。訓練期間は、６週間であり、医療者は、患者の状態に合わせて適宜新たなセッションを作成し、患者は、その新たなセッションに基づいて訓練を行った。訓練期間終了後、患者は、再度ＦＭＡで運動機能評価がされた。

図３１は、特定の患者に対して、訓練モード毎の訓練回数をまとめた実施例のグラフである。図３１のグラフにおいて、横軸は、訓練を開始してからの週を示し、縦軸は訓練回数を示す。当然のことながら、医療者が作成したセッションに応じて、週毎の訓練モード毎の訓練回数は、患者毎に異なる。３０人の患者のこのような臨床試験データをさらにまとめたのが表１から表３である。

表１は、各訓練モードによる訓練回数のデータにクラスター分析を適用して層別化を行った結果である。患者をＡ群とＢ群の２つに層別化し、これらの比較を行う。Ａ群には１７人の患者が分類され、Ｂ群には１３人の患者が分類された。Ａ群は、全介助運動モードと自動介助（初動時負荷）モードの２種類が約９９％を占める低負荷群であり、Ｂ群は、全介助運動モードから自動運動モードまでのすべてのモードを含む高負荷群である。

表２及び表３は、表１においてＡ群及びＢ群に層別化されたそれぞれの患者を、ＦＭＡの麻痺評価点が３０点未満か又は３０点以上かで分類した結果である。麻痺評価点が３０点とは、リハビリテーション支援装置１を使用した訓練に関し、分類のための境界条件として、一般的に重症とされる患者の基準点として判断された点数である。表２は、ＦＭＡの麻痺評価点が３０点未満の患者がリハビリテーション支援装置１を使用した訓練期間前後のＦＭＡの麻痺評価点である。ＦＭＡの麻痺評価点が３０点未満の患者は、上述したように相対的に重症である。表３は、ＦＭＡの麻痺評価点が３０点以上の患者がリハビリテーション支援装置１を使用した訓練期間前後のＦＭＡの麻痺評価点である。ＦＭＡの麻痺評価点が３０点以上の患者は、相対的に軽症である。

重症例の表２を参照すると、重症例でＡ群に分類される患者は、１２人であり、重症例でＢ群に分類される患者は、５人である。低負荷群であるＡ群の患者の麻痺評価点の変化量が、１２．６点であるのに対し、高負荷群であるＢ群の患者の麻痺評価点の変化量は、８．０点である。すなわち、重症の患者に対しては、全介助運動モードのような低負荷の訓練モードを行う方が、回復が良好である。

他方、軽症例の表３を参照すると、軽症例でＡ群に分類される患者は、５人であり、軽症例でＢ群に分類される患者は、８人である。低負荷群であるＡ群の患者の麻痺評価点の変化量が、３．８点であるのに対し、高負荷群であるＢ群の患者の麻痺評価点の変化量は、９．３点である。すなわち、軽症の患者に対しては、自動運動モードのような高負荷の訓練モードを行う方が、回復が良好である。

図３２は、特定の患者に対して、訓練パターン毎の訓練回数をまとめた実施例のグラフである。図３２のグラフにおいて、横軸は、訓練を開始してからの週を示し、縦軸は訓練回数を示す。当然のことながら、医療者が作成したセッションに応じて、週毎の訓練パターン毎の訓練回数は、患者毎に異なる。３０人の患者のこのような臨床試験データをさらにまとめたのが表４から表６である。

表４は、表１の場合と同様に、各訓練パターンによる訓練回数のデータにクラスター分析を適用して層別化を行った結果である。Ｃ群には１０人の患者が分類され、Ｄ群には２０人の患者が分類された。Ｃ群は、放射リーチ（２次元）を中心に訓練が行われた非多彩群であり、Ｄ群は、５種類の訓練パターンによって訓練が行われた多彩群である。

表５及び表６は、表４においてＣ群及びＤ群に層別化されたそれぞれの患者を、ＦＭＡの麻痺評価点が３０点未満か又は３０点以上かで分類した結果である。表５は、ＦＭＡの麻痺評価点が３０点未満の患者がリハビリテーション支援装置１を使用した訓練期間前後のＦＭＡの麻痺評価点である。表３は、ＦＭＡの麻痺評価点が３０点以上の患者がリハビリテーション支援装置１を使用した訓練期間前後のＦＭＡの麻痺評価点である。

重症例の表５を参照すると、重症例でＣ群に分類される患者は、６人であり、重症例でＤ群に分類される患者は、１１人である。非多彩群であるＣ群の患者の麻痺評価点の変化量が、１１．９点であるのに対し、多彩群であるＤ群の患者の麻痺評価点の変化量は、１１．０点である。すなわち、重症の患者に対しては、非多彩（単純）な訓練パターンを行う方が、回復が良好である。

他方、軽症例の表６を参照すると、軽症例でＣ群に分類される患者は、４人であり、軽症例でＤ群に分類される患者は、９人である。非多彩群であるＣ群の患者の麻痺評価点の変化量が、４．８点であるのに対し、多彩群であるＤ群の患者の麻痺評価点の変化量は、８．２点である。すなわち、軽症の患者に対しては、多彩な訓練パターンを行う方が、回復が良好である。

上述した実施例によれば、軽症又は重症等の患者の状態に応じた最適な訓練モード及び訓練パターンの傾向が明らかになった。

こうした臨床試験を繰り返し、且つ、応用することによって、ＦＭＡの各評価項目の点数と、リハビリテーション支援装置１における評価情報とを対応させることが可能となる。すなわち、中央処理部７０の評価情報変換部７５では、ＦＭＡによる評価情報とリハビリテーション支援装置１による評価情報とを相互に変換可能である。そのため、記憶部８０には、評価情報変換部７５が参照するために、計算式又はパラメータ又はマップの形式の変換情報が記憶されている。

なお、キーボード等によるインターフェース部６２を介してＦＭＡによる初期の評価情報を入力し、評価情報変換部７５によって変換した評価情報に基づいて、訓練情報設定部７３によって、最初のセッションを生成するようにしてもよい。

図３３は、本発明の実施形態によるリハビリテーション支援装置１の使用方法のフローチャートである。

図３３を参照すると、まずステップＳ１において、訓練を開始する前に、初期設定が済んでいるか否か判定される。初期設定が済んでいる場合には、ステップＳ３に進む。一方、初期設定が済んでいない場合には、ステップＳ２に進んで初期設定が行われる。初期設定は、リハビリテーション支援装置１に対する病院名の記憶や患者の動作範囲の記憶等である。

次いで、ステップＳ３において、記憶部８０からの訓練情報の読み込みと、読み込んだ訓練情報のディスプレイ４０への表示が行われる。表示された訓練情報に基づいて、患者は訓練を行う。次いで、ステップＳ４において、表示された訓練情報に基づいて患者によって移動されるアーム部３０の保持部２０の運動情報を記憶部８０に記憶すると共に運動情報をリアルタイムにディスプレイ４０に表示する。したがって、患者に対して、理想軌道と実際の軌道とが描く図形が、訓練の評価情報として視覚的にフィードバックされる。

次いで、ステップＳ５において、訓練がすべて終了したか否か判定される。訓練がすべて終了していない場合には、ステップＳ３へ進んで、再び訓練が行われる。訓練がすべて終了している場合には、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０において、運動評価処理が実行される。次いで、ステップＳ２０において、訓練情報設定処理が実行され、処理を終了する。

図３４は、運動評価処理のフローチャートである。運動評価処理は、中央処理部７０の運動評価部７２によって実行される。

図３４を参照すると、まずステップＳ１１において、訓練情報の読み込みが行われる。次いで、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で読み込まれた訓練情報に基づいて行われた訓練における運動情報の読み込みが行われる。次いで、ステップＳ１３において、読み込まれた訓練情報及び運動情報の比較が行われる。次いで、ステップＳ１４において、ステップＳ１３における比較結果に基づき、評価情報の生成が行われ、処理を終了する。

図３５は、訓練情報設定処理のフローチャートである。訓練情報設定処理は、中央処理部７０の訓練情報設定部７３によって実行される。

図３５を参照すると、まずステップＳ２１において、評価情報の読み込みが行われる。次いで、ステップＳ２２において、評価情報の分析が行われる。次いで、ステップＳ２３において、訓練情報の更新が必要か否か判定される。訓練情報の更新が必要ない場合には、処理を終了する。一方、訓練情報の更新が必要な場合には、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４において、訓練情報の生成及び記憶、すなわち更新が行われ、処理を終了する。

図３６は、評価情報予測処理のフローチャートである。評価情報予測処理は、中央処理部７０の評価情報予測部７４によって実行される。

図３６を参照すると、まずステップＳ３１において、患者の現時点における評価情報の読み込みが行われる。次いで、ステップＳ３２において、訓練実績データベースの読み込みが行われる。次いで、ステップＳ３３において、評価情報のマッチングが行われる。次いで、ステップＳ３４において、予測評価情報の生成が行われ、処理を終了する。

図３７は、評価情報変換処理のフローチャートである。評価情報変換処理は、中央処理部７０の評価情報変換部７５によって実行される。

図３７を参照すると、まずステップＳ４１において、評価情報の読み込みが行われる。次いで、ステップＳ４２において、評価情報の変換が行われる。次いで、ステップＳ４３において、別の評価情報の生成が行われ、処理を終了する。

本発明に係るリハビリテーション支援装置１によれば、療法士の疲労や医療保険制度上のリハビリテーション時間の上限に制限を受けることなく、正しい動作を正確に且つ安全に、十分量、反復した訓練を行うことができる。その結果、療法士の負担が軽減し、療法士はより巧緻な訓練に集中することが可能となる。また、１人の療法士が多数の患者に対応することが可能となる。

また、訓練モードを使い分けることにより、患者の状態にかかわらず軽症の患者も重症の患者も、１台のリハビリテーション支援装置１を用いて訓練を行うことが可能となる。また、その際の設定及び設定の変更も容易である。また、療法士の経験や熟練度によらず、訓練内容を標準化できることから、リハビリテーションの医学的な質も標準化することができ、患者の運動機能回復の程度についても均一化できる。

また、リハビリテーション支援装置１によれば、訓練中に運動機能評価も同時に行うことができ、且つ、運動機能評価を客観的且つばらつきなく行うことができる。また、運動機能評価をグラフ等で随時確認できることから、患者のモチベーションを維持させることができる。さらに、リハビリテーション支援装置１は、医療者が近くにいなくても訓練を行えることから、患者の都合に合わせて自主的に訓練を行うことができる。さらに、リハビリテーション支援装置１によれば、患者の状態に応じて、半自動的又は自動的に適切な訓練プログラムを選択することが可能となる。

上述した実施形態では、リハビリテーション支援装置１を上肢麻痺の患者を対象として構成したが、下肢麻痺の患者を対象とするように、アーム部を構成してもよい。さらに、リハビリテーション支援装置１を、腕以外にも手首、肘、肩又は膝等を対象とするようにアーム部を構成してもよい。

また、本発明に係るリハビリテーション支援装置１は、その他様々な訓練用途に適用してもよく、例えば、上肢の関節の癒着及び拘縮の予防及び関節可動域の改善だけでなく、疼痛の軽減、筋緊張の軽減、座位バランスの向上、運動認知の改善及び上肢の筋力強化等に適用可能である。

１ リハビリテーション支援装置
２０ 保持部
３０ アーム部
４０ 表示部
６１ 運動情報取得部
７２ 運動評価部
８０ 記憶部

Claims (13)

1. 使用者の上肢又は下肢の一部を保持する保持部を有し、前記保持部を移動可能に支持するアーム部と、
   訓練情報を記憶する記憶部であって、予め定められた第１の訓練情報を記憶する記憶部と、
   前記保持部の移動に伴う運動情報を取得する運動情報取得部であって、前記第１の訓練情報に基づいて移動される前記保持部の第１の運動情報を取得する運動情報取得部と、
   前記運動情報を評価した評価情報を生成する運動評価部であって、前記第１の運動情報を評価して、第１の評価情報を生成する運動評価部と、
   前記訓練情報、前記運動情報及び前記評価情報の少なくとも１つを表示する表示部と、
   を具備し、
   複数の他の使用者の前記評価情報に基づいて、前記使用者の評価情報を予測して予測評価情報を生成する評価情報予測部をさらに具備し、
   前記第１の評価情報が、前記使用者の運動の可動域及び／又は運動の正確性であり、
   前記表示部が、前記予測評価情報を表示することを特徴とするリハビリテーション支援装置。
2. 前記運動評価部が、前記第１の訓練情報と前記第１の運動情報との比較に基づいて、前記第１の評価情報を生成することを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション支援装置。
3. 前記評価情報に基づいて、次回の訓練情報を生成し且つ前記訓練情報を前記記憶部に記憶する訓練情報設定部をさらに具備し、
   前記訓練情報設定部が、前記第１の評価情報に基づいて、第２の訓練情報を生成し且つ前記第２の訓練情報を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項１又は２に記載のリハビリテーション支援装置。
4. 前記運動情報取得部が、前記第２の訓練情報に基づいて移動される前記保持部の第２の運動情報を取得し、前記運動評価部が、前記第２の運動情報を評価して、第２の評価情報を生成し、前記訓練情報設定部が、前記第１の評価情報及び／又は前記第２の評価情報に基づいて、前記第２の訓練情報を生成することを特徴とする請求項３に記載のリハビリテーション支援装置。
5. 前記訓練情報設定部による前記訓練情報の生成が、前記記憶部に予め定められた複数の前記訓練情報の中から選択することによって行われることを特徴とする請求項３又は４に記載のリハビリテーション支援装置。
6. 使用者の運動機能の初期の評価情報を入力するインターフェース部をさらに具備し、前記訓練情報設定部が、前記初期の評価情報に基づいて前記第１の訓練情報を生成し且つ前記第１の訓練情報を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援装置。
7. 前記表示部が、前記保持部の移動に応じて前記運動情報をリアルタイムに表示することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援装置。
8. 前記アーム部が、一端に支点を有し、前記支点に対して少なくとも１自由度で移動可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援装置。
9. 前記訓練情報及び前記運動情報が、前記保持部の位置、前記保持部の移動時間、前記保持部の速度、前記保持部の加速度、及び、前記保持部に加わる力のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援装置。
10. 前記表示部が、前記訓練情報及び前記評価情報のいずれか一つを表示することを特徴とする請求項９に記載のリハビリテーション支援装置。
11. 前記評価情報を対応する別の評価情報に変換するか又は前記対応する別の評価情報を前記評価情報に変換する評価情報変換部をさらに具備することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援装置。
12. 前記別の評価情報が、Ｆｕｇｌ−Ｍｅｙｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔによる評価項目で示されることを特徴とする請求項１１に記載のリハビリテーション支援装置。
13. 使用者の上肢又は下肢の一部を保持する保持部を有し、前記保持部を移動可能に支持するアーム部を具備するリハビリテーション支援装置の制御プログラムであって、
    訓練情報を記憶するステップであって、予め定められた訓練情報を記憶するステップと、
    前記保持部の移動に伴う運動情報を取得するステップであって、前記訓練情報に基づいて移動される前記保持部の運動情報を取得するステップと、
    前記運動情報を評価した評価情報を生成するステップであって、前記運動情報を評価して、評価情報を生成するステップと、
    前記訓練情報、前記運動情報及び前記評価情報の少なくとも１つを表示するステップと、
    複数の他の使用者の前記評価情報に基づいて、前記使用者の評価情報を予測して予測評価情報を生成するステップと、
    をリハビリテーション支援装置に実行させ、
    前記評価情報が、前記使用者の運動の可動域及び／又は運動の正確性であり、
    前記表示するステップが、前記予測評価情報を表示することを含むことを特徴とする制御プログラム。

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