JP7276460B2 - リハビリ啓発システムおよび方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リハビリ啓発システムおよび方法に関する。
右半身と左半身の電気信号の比較により、リハビリの必要な部位を特定する技術が知られている。また、電気刺激を補助的に加えることにより、リハビリを助ける技術も知られている。このように、リハビリ分野では、電気刺激治療が鎮痛や筋力強化などの目的で行われている(非特許文献1,非特許文献2,非特許文献3、非特許文献4)。また、リハビリ施設と在宅診療のすみわけもなされ、医療施設内での集中治療から徐々に在宅診療へと移行するシステムも作られている。
G-TES(ジーテスの特長)、筋電気刺激B-SESビーセスを搭載したG-TES紹介、株式会社ホーマーイオン研究所、2019年、[令和元年7月5日検索]、(http://www.homerion.co.jp/products/g-tes.html)。 アイビスプラスGD-611/アイビスGD-612、電気刺激装置 GD-611 IVES/アイビス、オージー技研株式会社、2019年、[令和元年7月5日検索]、(https://www.og-wellness.jp/product/medical/gd611-612)。 バイオモニターME6000(8CH)、株式会社日本メディックス、2019年、[令和元年7月5日検索]、(https://www.nihonmedix.co.jp/products/details/prd_000042.php)。 「筋力・機能評価測定器の用途」、株式会社日本メディックス、2019年、[令和元年7月5日検索]、(https://www.nihonmedix.co.jp/support/04assessment_index.html)。
しかし、高齢者のリハビリでは、本人がリハビリという苦労をしたがらず、主体的にリハビリ活動をせずに寝てばかりという問題がある。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高齢者などのリハビリの促進を目的とする。
ハビリ啓発装置は、筋電位を測定するための複数の電極と、複数の電極が固定されて、複数の電極を対象者の体表面に装着するための布と、複数の電極で発生している電位を各々測定する測定回路と、測定回路により測定された電位が筋電位である電極を特定する特定回路と、特定回路で特定された電極で測定された筋電位、特定回路で特定された電極の識別情報を含む筋電位情報を表示する表示装置とを備える。
本発明に係るリハビリ啓発システムは、上記リハビリ啓発装置とサーバとを備え、サーバは、リハビリ啓発装置の各々から、対象者を識別する対象者識別とともに筋電位情報を取得する取得回路と、取得回路が取得した複数の筋電位情報の中より類似する筋電位情報ごとに、対象者識別に対応づけて分類する処理回路とを備える。
また、本発明に係るリハビリ啓発方法は、対象者の体表面に装着され、筋電位を測定するための複数の電極で発生している電位を各々測定する測定ステップと、測定ステップで筋電位が測定された電極を特定する特定ステップと、特定ステップで特定された電極で測定された筋電位、特定ステップで特定された電極の識別情報を含む筋電位情報を表示する表示ステップとを備え、特定ステップで特定された電極の識別情報に対応する部位を特定する部位特定ステップを備え、筋電位情報は、部位特定ステップが特定した部位を含む
以上説明したことにより、本発明によれば、高齢者などのリハビリが促進できる。
図1は、本発明の実施の形態に係るリハビリ啓発システムの構成を示す構成図である。 図2は、複数の電極101が設けられる衣服111aの構成を示す構成図である。 図3Aは、複数の電極101が設けられる包帯111bの構成を示す斜視図である。 図3Bは、複数の電極101が設けられる包帯111bの一部構成を示す側面図である。 図4は、本発明の実施の形態に係るリハビリ啓発方法を説明するフローチャートである。 図5は、実施例1の制御装置200の構成を示す構成図である。 図6は、実施例1の制御装置200の基本的な動作を説明するフローチャートである。 図7は、実施例3の制御装置200aの構成を示す構成図である。 図8は、実施例3の制御装置200aにおける判定部203の動作を説明するフローチャートである。 図9は、実施例4の判定方法について説明するためのフローチャート。 図10は、実施例5の制御装置200bの構成を示す構成図である。 図11は、本発明の実施例7のサーバ220の構成を示す構成図である。 図12は、本発明の実施例7のサーバ220における他のデータ構成を示す構成図である。 図13は、本発明の実施例7のサーバ220における他のデータ構成を示す構成図である。 図14は、本発明の実施の形態における提示装置100aのハードウエア構成を示す構成図である。
以下、本発明の実施の形態に係るリハビリ啓発システムについて図1を参照して説明する。リハビリ啓発システムは、複数のリハビリ啓発装置100と、サーバ120とを備える。複数のリハビリ啓発装置100と、サーバ120とは、ネットワーク130を介して接続されている。
リハビリ啓発装置100は、提示装置100aと、筋電位を測定するための複数の電極101と、複数の電極101が固定されて、複数の電極101を対象者の体表面に装着するための布111とを備える。
提示装置100aは、測定回路102、特定回路103、表示装置104、時間測定回路106、部位特定回路107、および通信回路108を備える。
測定回路102は、複数の電極101で発生している電位を各々測定する。特定回路103は、測定回路102により測定された電位が筋電位である電極を特定する。特定回路103は、例えば、複数の電極101の中より、設定されている基準値より大きい筋電位が測定された電極を特定することもできる。ここで、特定回路103は、例えば、複数の電極101の各々を識別する識別機能と、測定回路102が測定している電位が、一般的に筋電位とされている値を超えたか否かを、識別機能で識別されている電極ごとに判定する判定機能とより構成することができる。特定回路103が特定した電極の情報(識別情報)、特定された電極で測定された筋電位などの筋電位情報は、記憶回路105に記憶される。
表示装置104は、特定回路103で特定された電極で測定された筋電位、特定回路103で特定された電極の識別情報を含む筋電位情報を表示する。表示装置104は、記憶回路105に記憶されている筋電位情報を表示する。
また、提示装置100aは、特定回路103で特定された電極で筋電位が測定された時間を測定する時間測定回路106を備えることもできる。この場合、筋電位情報は、時間測定回路106が測定した時間を含む。時間測定回路106が測定した時間は、筋電位情報として記憶回路105に記憶される。
また、提示装置100aは、特定回路103で特定された電極の識別情報に対応する部位を特定する部位特定回路107を備えることもできる。この場合、筋電位情報は、部位特定回路107が特定した部位を含む。部位特定回路107が特定した部位は、筋電位情報として記憶回路105に記憶される。
通信回路108は、ネットワーク130を介して受け付けた筋電位情報の送信要求を受け付け、送信要求元に記憶回路105に記憶されている筋電位情報を送信する。また、通信回路108は、自装置に登録されている、対象者を識別する対象者識別とともに、類似情報の送出要求を、サーバ120に送信する。
複数の電極101が設けられている布111で対象者の体表面を覆うことで、複数の電極101を、対象者の体表面に装着することができる。布111は、伸縮性を有し、人体の関節を含めた各部位に装着しやすいものとする。布111は、例えば、図2に示すように、シャツなどの衣服111aである。衣服111aに、複数の電極101を固定し、また、衣服111aに提示装置100aを設置して用いることができる。なお、図2では、提示装置100aと衣服111aの複数の電極101の各々とを接続する配線は省略している。また、布111が覆う部位は、腕関節、足関節に特化させることもできる。布111は手袋状とすることもできる。
複数の電極101は、対象者の体表面の電気刺激を印加する箇所に事前に配置するものではない。対象者の体表面に複数の電極101を装着した後、対象者(人体)の、電気刺激を印加すべき特定回路位に接している電極を特定(指定)することで、電気刺激を印加する人体の部位の選択を簡易にし、柔軟性をもたせることが可能となる。従って、複数の電極101は、衣服111aなど、人体を覆う布に、一定密度で配置されていることが望ましい。
また、布は、図3A、図3Bに示すように、帯状の包帯111bとすることもできる。包帯111bは、面ファースナーなどの着脱部109を備え、人体の装着部位に、着脱可能としている。着脱部109は、スナップボタンから構成することもできる。なお、着脱部109は、面ファースナーなどのように、変形可能であり、接合面の部位を限定しないものとすることが好ましい。包帯111bによれば、布として1つの形状を用意することで、人体のあらゆる部位の計測、電気印加に転用することが可能となり、在庫もすべての部位に共有で持てばよく、製造コストも抑えられるという利点がある。また、包帯111bに、複数の着脱部109を、所定の間隔を開けて設けることで、包帯111b自体の伸縮性を確保しつつ包帯111bの広い領域にわたって、着脱部109を配置することができる。これらの形状の布については、後述する、計測部位や印加部位の特定の工夫が背景にあることでより効果を発揮する。
サーバ120は、取得回路121、処理回路122、通信回路123を備える。
取得回路121は、リハビリ啓発装置100の各々から、対象者を識別する対象者識別とともに筋電位情報を取得する。取得回路121は、ネットワーク130を介し、対象とするリハビリ啓発装置100に筋電位情報の送信要求を送信する。この送信要求に対し、対象とするリハビリ啓発装置100から送信されてきた筋電位情報を取得する。取得した筋電位情報は、記憶回路124に記憶される。
処理回路122は、取得回路121が取得した複数の筋電位情報の中より、類似する筋電位情報ごとに、対象者識別に対応づけて分類する。処理回路122は、記憶回路124に記憶されている筋電位情報を分類する。
また、通信回路123は、いずれかのリハビリ啓発装置100より、対象者識別とともに類似情報の送出要求を受け付け、受け付けた対象者識別が含まれる類似グループに含まれる他の対象者識別を、要求元のリハビリ啓発装置100に送信する。
本実施の形態に係るリハビリ啓発装置100によれば、特定回路103で特定された電極により測定された筋電位を含む筋電位情報が表示されるので、高齢者などのリハビリが促進できるようになる。
次に、本発明の実施の形態に係るリハビリ啓発方法について、図4を参照して説明する。まず、各々のリハビリ啓発装置100において、ステップS101~ステップS105が実施される。まず、ステップS101で、測定回路102が、対象者の体表面に装着され、筋電位を測定するための複数の電極101で発生している電位を各々測定する(測定ステップ)。次に、ステップS102で、特定回路103が、筋電位が測定された電極を特定する(特定ステップ)。
次に、ステップS103で、時間測定回路106が、特定された電極で筋電位が測定された時間を測定する(時間測定ステップ)。次に、ステップS104で、部位特定回路107が、特定された電極の識別情報に対応する部位を特定する(部位特定ステップ)。次に、ステップS105で、表示装置104が、特定された電極で測定された筋電位、特定された電極の識別情報、特定された電極で筋電位が測定された時間、特定された電極の識別情報に対応する部位の情報を含む筋電位情報を表示する(表示ステップ)。
次に、サーバ120において、ステップS106~ステップS110が実施される。まず、ステップS107で、取得回路121が、リハビリ啓発装置100の各々から、対象者を識別する対象者識別とともに筋電位情報を取得する(取得ステップ)。次に、ステップS108で、処理回路122が、取得された複数の筋電位情報の中より類似する筋電位情報ごとに、対象者識別に対応づけて分類する(処理ステップ)。
次に、通信回路123が、いずれかのリハビリ啓発装置100より送信された、対象者識別とともに類似情報の送出要求を受け付けると(ステップS109のyes)、ステップS110で、受け付けた対象者識別が含まれる類似グループに含まれる他の対象者識別を、要求元のリハビリ啓発装置100に送信する。
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。
[実施例1]
はじめに、実施例1について、図5を参照して説明する。実施例1では、リハビリ啓発装置を構成する提示装置である制御装置200について説明する。制御装置200は、複数の電極211で取得した筋電位の処理や蓄積を行い、また、複数の電極211の中より印加電極を特定(選択)して電気の印加を行う処理を行う。制御装置200は、複数の電極211の各々と配線を通じて接続され、入力部(入力回路)202、判定部(判定回路)203、信号発生部(信号発生回路)204、入出力部(入出力回路)205、識別付与部(識別付与回路)206を備える。入力部202、判定部203、入出力部205、識別付与部206により特定回路が構成される。判定部203、信号発生部204、入出力部205により印加回路が構成される。なお、以下では、説明の簡略化のため、1つの電極の処理について説明するが、実際には、筋電位の発生や電極への電圧印加は、複数の電極において同時に行われ、複数の電極に対して処理が並行して行われる。
入力部202は、人体の発生した筋電の情報を電極の識別情報とともに受け付ける部分である。また、入力部202、判定部203、信号発生部204、入出力部205、識別付与部206の各機能ブロックは、制御部201によって制御されて動作する。以下各機能ブロックを制御部201からの制御によって動作させるが、その記載を省略し、各ブロックの動作として説明する。
判定部203は、電極211に対して電気の印加を行うべきか、ないしはどの程度の電圧印加を行うべきかを判定する機能を備えている。信号発生部204は判定部203において電気を印加すべきと判定された識別情報(ID)に対応する電極を選択し、判定部203から受けた命令に応じた電気(電圧および電流)を図示しない外部電力から調達して印加する機能を有する。
入出力部205は,電極に対して出力される電気(信号)と、電極から制御装置200に入力される電気(筋電位)を切り分け、電極から電気が入力される場合に、当該電極に紐づいた配線情報を識別付与部206に渡す役割、および信号発生部204から供給される電流および電圧を、特定された電極に接続している配線に流す役割を担っている。入出力部205は、筋電位を計測する検知モードと、不足する電圧を印加する印加モードとの切り替えを可能とするスイッチがあり、制御部201の制御により、これらのモードを切り替える。
識別付与部206は、配線情報と対応付けて電極のID(電極ID)を記憶しており、入出力部205から配線情報および筋電位データを受け取り、対応する電極IDを付与して入力部202に受け渡す機能を有している。
ここで本実施例の基本的な動作について、図6を参照して説明する。本実施例では、被験者が、例えば、図2を用いて説明した衣服111aを着衣し、または、図3A,図3Bを用いて説明した包帯111bを、自身のリハビリが必要な部位に巻き付ける。この状態で、被験者が動かそうとすることで発生する筋電位をもとに、リハビリの補助が必要な部位を特定し、当該部位に補助的な電圧(電気刺激)を印加する。
まず被験者は、包帯111bを人体の中でリハビリが必要な部位周辺に巻き付ける。包帯111bは伸縮性を持ち、これを巻き付けて着脱部109によって固定することで、一定程度の密着度をもたせて装着することになる。次に、被験者はリハビリの必要な部位を動かそうと試みる。ここで本実施例では、リハビリ対象者の中でも、必要な部位を動かそうとしたときに少しでも筋電位が発生することを前提としている。
被験者が体を動かそうとすると、筋電位が発生し、巻き付けられた包帯111bに設けられている特定の電極211にて筋電位が観測される(ステップS201)。この筋電位は入出力部205に伝えられ、入出力部205は電位の入力モードへと切り替え(ステップS202)、筋電位の情報は配線情報(電極識別情報)とともに識別付与部206に送られる。
識別付与部206では、筋電位情報を検知し(ステップS203)、配線情報から筋電位の発生した電極を特定して対応する電極IDを取り出し、電流、電圧の情報からなる筋電位情報とともに入力部202に送信する。入力部202は、識別付与部206から送られてきた電極IDおよび筋電位情報を判定部203に受け渡す。
次に、判定部203が、電極IDごとに部位を特定し(ステップS204)、入力部202から受け取ったそれぞれの電極IDごとに筋電位情報を確認し、筋電位の電圧振幅が所定の閾値を超えていない場合に、当該電極IDに対応する電極に対して補助的な電圧(補助電圧)を印加すると判定する(ステップS205)。
なお、電極IDに基づく部位特定は、計測前に体の各部位の情報と電極IDを、制御装置200に入力して関連づけることができる。また、後述する実施例4で説明するように、部位を特定するのではなく、体の左右に同じように装着した電極を対応づけ、これら左右の電位の差の情報に基づいて印加すべき電極を特定する構成とすることもできる。特に実施例4によれば、電極の部位を事前に意識することなく、左右に同じように電極布を装着すれば筋電位比較を判定できる点で手軽である。
また、筋電位が閾値を超えるかどうかの判定の例として、以下に、事前に体の各部位と電極IDを紐づけておくことについて説明する。まず、電極に付与されたIDが、体のどの部分に装着されているかを例えば目視で確認しながら、体の各部位と電極IDを紐づけたデータベースを構築する。一方、体の部位ごとに、あらかじめ標準的筋電位のデータベース(筋電位データベース)を作っておく。この筋電位データベースは、体の各部位と標準的筋電位とを対応(関連)づけたデータベースであり、過去の患者の蓄積データの平均で構築して更新することもでき、また、健常者からサンプル提供を受けて平均値をとって構築することもできる。
所定の閾値は、健常者のデータから既知の方法で設定することができる。また、印加する電圧は、リハビリの補助電圧印加に用いられる一般的な値を入力することができる。また、例えば、健常者に必要な電圧と、実際に観測された電圧との間の値を設定することもできる。また、健常者が発生する電圧の8割程度を、印加する電圧(補助電圧)として設定することもできる。リハビリにおいては、実際に必要な電圧より少し足りない程度の電圧を印加することにより、電圧印加が補助的役割を果たすことが知られているからである。なお、閾値を設けずに観測された筋電位を、一定の増幅割合で増幅させ、これを電気刺激として一律で印加することもできる。
次に、入出力部205が、電圧を検出するモードから、電圧印加モードに切り替える(ステップS207)。次に、信号発生部204が、判定部203で判定された電極IDに紐づく配線を選択し、判定部203で判定された必要電圧を当該配線に対して印加する(ステップS208)。入出力部205は、信号発生部204から流れてきた電圧を、特定された配線を通じて特定された電極に対して流す。
このようにすることで、被験者は、動かそうとした部位周辺の電極から補助電圧(電気刺激)を得ることができるので、リハビリにおいて効果的に補助を得ながら回復を促進することが可能となる。
また、被験者は、人体の中で電極を印加すべき部位にあわせてあらかじめ電極を装着しておく必要がなく、まずは、例えば、電極布を人体に巻いて複数の電極を装着した後で、体を動かしたことによって発生する筋電の情報に基づいて、この筋電を補う電力を外から印加することができるので、事前作業を被験者自らが手軽にできる効果もある。
また、本実施例のように構成することで、複数の電極を設けた布(電極布)は、体の特定回路位にあらかじめあわせた形状のものを用意する必要がなく、あらゆる体の形状に巻き付けられる一般的な状態のものでほとんどのリハビリの必要な部位をカバーすることが可能となり、製造コスト低減、在庫リスク低減につなげることも可能となる。
[実施例2]
次に、実施例2について説明する。実施例2は、被験者が補助的印加電圧の必要な部位を電極に付与されたスイッチ等で指定することで明確に被験者が電圧印加を欲する部位に補助電圧を印加することを可能とするものである。例えば、複数の電極211の各々には、図示しないボタン(スイッチ)が付与されており、ボタンを押下することで印加要求情報信号を、配線を通じて入出力部205に送信する機能が付加されている。
電極に付加されるスイッチはどのようなものでもよいが、電極上に押しボタン、感圧センサーのような押下型のスイッチを付加すれば被験者は補助の欲しい部位を押すだけで補助電圧を得ることが可能となるので便利である。
次に本実施例の動作について説明する。まず、被験者は、複数の電極211が取付けられた布(電極布)を人体の中でリハビリが必要な部位周辺に巻き付ける。次に、被験者もしくは医師などの第三者は、巻き付けた電極布に付された電極の中で、電圧を付加すべきと思う部位の電極上のボタンを押下する。押下するボタンの数は1つでも複数でもよい。
ボタンが押された電極では、印加要求情報信号が発信し、入出力部205を通って識別付与部206に送信される。この際、入出力部205では、電極からの電圧を検出し、検知モードに切り替わっている。入出力部205から配線情報を取得した識別付与部206は、対応する電極IDを取り出し、入力部202に受け渡す。
判定部203は、入力部202を介して電極IDに対応する電極に対して所定の電圧印加を決定する。信号発生部204は、判定部203から指示を受け取った電極に対して電圧の印加を行う。この電圧印加において、入出力部205は印加モードに切り替わる。印加する電圧、および時間は、図示しない外部IFから受け取って決定する。すなわち、被験者ないし医師らは、この外部IFを通じて印加すべき電圧の強度や時間を自由に設定可能である。
こうして、信号発生部204から入出力部205を通じて指定された電極、すなわちボタンを押下した電極に対して所定電圧を印加することができ、リハビリの補助を行うことが可能となる。なお、この実施例2は、リハビリを目的とはしているが、本実施例については、肩こり解消などを対象とした低周波治療など、健康増進目的にも用いることが可能である。
[実施例3]
次に、実施例3について、図7を参照して説明する。実施例3では、被験者が、電極布を装着したうえで、あらかじめ補助電圧を印加すべき電極を指定し、さらに、当該電極の筋電位が足りない場合に、補助電圧を印加することを特徴とする。すなわち、実施例2のように電極を特定し、実施例1のように電圧が足りない場合に電圧を印加することとしたものである。このように構成することで、あらかじめ健常で不必要な部位における電極からは、電圧印加をしないという効果がある。
実施例3における制御装置200aは、識別付与部206で決定した電極IDを入力部202が受け取るのではなく、識別記憶部(記憶回路)207で受け取る(記憶する)構成となっている。識別記憶部207は、あらかじめ印加すべき電極IDを記憶する。識別記憶部207に記憶すべき電極IDは、外部接続部(外部接続回路)208を回して受け付ける。
外部接続部208では、例えばID記憶モードと計測・印加モードとの2種類を設け、外部接続部208を介し、被験者がID記憶モードに設定した場合に、被験者が電圧印加を希望する電極のボタンを押すことで、被験者が希望する電極を特定し、識別記憶部207に記憶する。計測・印加モードに設定した場合には、電極211のボタンを押下しても、識別記憶部207には電極IDを記憶しない。外部接続部208は、制御装置200aにインタフェースを設け、直接、被験者が設定する構成とすることができる。また、外部接続部208からさらに外部端末215と無線通信で通信する構成とし、外部端末215から指定ができる構成とすることもできる。外部端末215とは例えば携帯電話端末やスマートホンである。
次に、実施例3における判定部203の動作について、図8を参照して説明する。上述の通り、識別記憶部207には、あらかじめ被験者が印加を希望する電極の電極IDが外部接続部208を通じて指定され、記憶されている。
被験者がリハビリのために体を動かすと、複数の電極211のいずれかにより筋電位が観測され、入出力部205は検知モードとなって、観測された筋電位は、電極IDとともに識別付与部206を通じて識別記憶部207に送られる(ステップS211)。
識別記憶部207では、受け取った電極IDが記憶されているかどうかを判定し(ステップS212)、記憶されている場合には、入力部202に観測された筋電位情報とともに電極IDを送信する。
判定部203は、入力部202を介して筋電位情報および電極IDを受け取り、筋電位の電圧振幅が所定の閾値を超えていない場合に、当該電極IDに対応する電極に対して補助電圧を印加すると判定する(ステップS213)。印加判定したのち、信号発生部204を通じて該当する電極211に対して電圧印加するまでの流れは、実施例1と同様である(ステップS214)。
このように構成することで、被験者としては、まずは電極布を患部周辺に巻いたうえで、不必要な部位への電圧印加の可能性をとり除き、必要な部分を特定したうえで補助電圧印加を得ることができる。
[実施例4]
次に、実施例4について、図7を参照して説明する。実施例4は、リハビリの必要な部位の筋電位が不足しているかどうかの判定方法の一例を詳細にしたものである。筋電位を測定することで補助が必要かどうかの判定をする方法として、体の左右の筋電位を測定する方法が知られている(参考文献1、図6参照)。ここでは、この技術を応用する。
被験者は、複数の電極布を用いるかもしくはウェア型の電極布を装着することで、健常部位とリハビリの必要な部位と両方の筋電位を取得できるようにする。複数の電極布を用いる場合でも制御装置200は同一のものに接続する前提で説明する。本実施例では、左右の筋電位を取得するため、左右で対応する電極をあらかじめ登録しておかなければならない。左右の筋電位とは、体の中心線を軸として線対称の位置にある筋電の組を意味し、例えば手であれば、右腕の筋電と左腕の筋電ということを指す。このため、識別記憶部207はあらかじめ左右の対応すべき電極IDを記憶しておく。
登録には種々の方法が考えられるが、ここでは外部接続部208を通じて指定する方法を説明する。
外部接続部208では、例えばID記憶モードと計測・印加モードの2種類を設け、外部接続部208を通じて被験者がID記憶モードに設定した場合に、外部接続部208は被験者に対して順に2つの組となる電極のボタンの押下を要求する。
被験者がまず右側の電極布の電極211のボタンを押下すると、識別記憶部207では該当の電極211に対応する電極IDを、識別付与部206を通じて受け取る。この時点で、外部接続部208は、被験者に次の対応すべき左側の電極布の電極211のボタンを押下するよう要求する。この要求に対応して被験者が左側の電極布の電極211のボタンを押下すると、同じく識別記憶部207では、識別付与部206を通じて電極IDを受け取り、先ほど受け取った右側の電極布の電極IDと対応付けて、左側の電極布の電極IDを記憶する。
このように構成することで、電極布を被験者がどのように巻いても、被験者の指定に基づいて体の中心線を軸として、各々対象の関係にある電極の対を対応付けることが可能となる。被験者は、補助的な電圧(電気刺激)の印加を希望する周辺電極のすべてについて、上述した電極IDの設定(記憶)動作を繰り返す。必要なすべての電極IDの対応付けが終わったら、外部接続部208をID記憶モードから計測・印加モードに切り替える。
このようにすることで、識別記憶部207にはあらかじめ被験者の左右の電極位置が対応付けて記憶される。なお、この外部接続部208に無線機能をつけ、外部から、例えば外部端末215を用いて対応付け動作をすることもできる。外部端末215を通じて設定を行うことで、外部端末215に搭載したCPUで高速に処理することができ、また、外部端末215の大きな画面のユーザインタフェースを用いることが可能となり、指定作業が容易になる。
例えば、外部端末215の画面に、人体の体の絵を表示し、右側の電極布の電極のボタン押下を要求する。被験者が、右側の電極布の電極211のボタンを押下すると、外部接続部208を通じて外部端末215の画面に表示された人体上に、ボタンを押下した電極211の位置を表示するよう要求する。続けて、外部端末215は、対応する左側の電極布の電極ボタンを押下する要求を提示する。被験者が、左側の電極布の電極211のボタンを押下すると、外部接続部208を通じて外部端末215の画面に表示された人体上にボタンを押下した電極211の位置を表示するよう要求する。このように構成することで、被験者が、外部端末215の画面を通じて、対応する2つの電極の組を簡易に登録可能となる。外部端末215は、上述した被験者の動作を通じて、電極IDとともに患部の部位に関する情報を記憶する。被験者(患部)の部位の活用については後述する、実施例6ないし7にて説明する。
次に、実施例4の動作について図9を用いて説明する。なお、被験者は、事前に体の左右の各々に、電極布を巻き、さらに電気刺激の印加補助を行いたい電極部位について、上述の左右の対応付け作業を終わらせているものとする。被験者はこの事前作業を終わらせたうえで、リハビリとして左右どちらかに治療が必要な部位を変更し、どちらかは健常であるという前提のもと、左右で同じ動作を試みる。すなわち、部位が腕であれば、両腕を同時に上下させるといった動作を行う。
まず識別付与部206は、複数の電極211の中で筋電位の発生を観測した電極のIDを付加し、筋電位情報とともに識別記憶部207に送る(ステップS221)。次に、識別記憶部207は、受信した電極IDが識別記憶部207に記憶されているかどうかを確認する(ステップS222)。識別記憶部207に記憶されていない場合には、この時点で動作を終了する(ステップS222のno)。一方、識別記憶部207に記憶されている場合は(ステップS222のyes)、当該電極IDとともに筋電位情報を入力部202に送信する。
判定部203では、入力部202を介して筋電位の発生している電極IDを受け取る。次に,判定部203では,受け取った電極IDと対になる電極IDを,識別記憶部207から読み出し(ステップS223)、当該2つの電極IDで発生している筋電位の比較を行う(ステップS224)。すなわち、この時点で、仮に複数の電極における筋電位の発生があって、少なくとも2つのID記憶部で互いに対応づいた電極における筋電位の観測がある場合を想定している。
この比較により、左右の筋電位の測定結果の差が、一定の閾値以内であれば以後の動作を行わず終了する(ステップS225のno)。一方、左右の筋電位の測定結果の差が閾値を超えている場合(ステップS225のyes)、電圧の低い電極IDに対応づく電極に対して電圧の印加を指示する(ステップS226)。なお、仮に識別記憶部207に記憶されている電極IDの一方のみで筋電位が発生しているという場合も、この場合に相当する。筋電位の測定結果としては、振幅、パルス幅、位相を用いる(参考文献1,図3参照)。
閾値の設定方法に特に限定はなく、対応づく電極電圧(筋電位)が、一方の半分以下の場合など、適宜設定することができる。また、印加すべき電圧(電気刺激)についても、特に定めなく、一般的にリハビリで用いられる電圧を印加することが望ましい。例えば、一方の電極の筋電位と、他方の電極の筋電位との間で定めることとして、健常者が発生する電圧、すなわち高いほうの電圧の8割程度を設定することができる。リハビリにおいては、実際に必要な電圧より少し足りない程度の電圧を電気刺激として印加することにより、電圧した印加が補助的役割を果たすことが知られているからである。
実施例4によれば、体の中心線を軸として対象の関係にある筋電位を計測することにより必要な印加部位を特定するので、個人差などによる筋電位の発生変化のリスクを排除することができ、また、これを、電極布によって計測、印加することとしたので、人体の大半の部位に同じ製品を用いることが可能となる効果もある。
[実施例5]
次に、実施例5について、図10を参照して説明する。実施例5は電極を通じて筋電位を測定し、これを被験者が体感することで仮に表面上動いていないか少ししか動かない部位であっても筋電位の発生していることを自覚することで筋肉の使い方へのフィードバックを図り、リハビリの促進をねらうものである。図10に示す制御装置200bにおいて、複数の電極211のいずれかから筋電位を取得し、入出力部205を通じて識別付与部206で電極IDを付与するところまでは、前述した実施例と同様である。
識別付与部206は、電極IDとともに計測した筋電位を増幅部(増幅回路)209に送る。増幅部209は、受け取った筋電位の電圧値をもとに電力を増幅し、刺激表示部(刺激表示装置)212が機能する程度の電力を発生させる。切替部(切替回路)210は、増幅部209から電極IDを受け取り、電極IDに対応する刺激表示部212へ、配線を接続する。刺激表示部212は、例えば発光ダイオードから構成することができる。また、刺激表示部212は、音声発信部などの刺激情報を発信する機器から構成することができる。刺激表示部212は、好ましくは電極211と対応した位置に配置されている。
本実施例の動作の一例として、まず、被験者が、電極布を装着してリハビリ活動を行う。リハビリの過程で、被験者としては思うように体が動かない場合もある。しかし、動かそうという意思は、脳から出力されており、わずかに患部に届いていることもある。複数の電極211のいずれかは、この信号を筋電位として受信し、入出力部205を経由して識別付与部206に送信する。識別付与部206では、対応する電極の電極IDを付与し計測した筋電位情報とともに増幅部209に送る。増幅部209では、受信した筋電位情報をもとに、発光ダイオードから構成された刺激表示部212が発光可能な電力を創出し、電極IDとともに切替部210に送信する。切替部210では、電極IDにひもづいた刺激表示部212に向けて受信した電力を受け渡す。
なお、実施例1との組み合わせを考慮すると、識別付与部206では、増幅部209に電極IDおよび筋電位情報を送るとともに、入力部202に対しても同様の情報を送信し、判定部203を通じて電極211に対して、電気刺激の印加を同時にするように構成することもできる。
このようにすることで、リハビリの被験者は、動かなくても動かそうとしている部位に確かに信号が伝わっていることを、視覚を通して自覚することが可能であり、こうした視覚を通じたフィードバックにより、さらにリハビリの促進を期待することが可能である。
[実施例6]
次に、外部端末215上で動作するソフトウェアについて説明する。リハビリの被験者のモチベーションをあげる行為に関するものである。
リハビリの被験者は高齢者も多く、またリハビリ施設においては指導者の下でリハビリが行われるが、自宅での療養に段階が移行すると、リハビリへのモチベーションが低下し、回復が進まなくなるという課題がある。本実施例はこれを補うものである。
実施例3ないし実施例4において、外部端末215では、電気刺激を印加すべき電極の部位、すなわちリハビリの必要な部位を、ユーザインタフェース上で指定している。外部接続部208では、ID記憶モードの際にこの電極の指定を行ったが、本実施例では、計測・印加モードにした場合に、当該電極IDを記憶した電極IDに対応した筋電位を、外部接続部208を通じて外部端末215に送信する。
外部端末215では、リハビリの必要な部位の情報に紐づけて実際の筋電位の情報を受信し、記憶する。実施例3であれば、患部の筋電位の情報を記憶し、実施例4であれば患部の筋電位および患部に対応づけた左右のもう一方の筋電位の情報も記憶する。
データ量圧縮のため、筋電位のすべてではなくサンプリングデータでもよいし、一定計測期間の平均値のみを記憶するようにしてもよい。本実施例ではこうした筋電位情報を評価値として扱う。
これらの患部の位置情報、筋電位情報を計測日時とともに記憶する。本実施例のソフトウェアは、これら情報を時系列で表示する手段(ステップ)を備える。すなわち、こうした筋電位情報を平均化し、計測日時とともに時系列で表示する手段を備える。こうすることで、被験者は、中長期で回復を実感できないという課題を克服し、日々発生する筋電位量が増加することを励みにリハビリ意欲を増進させることを期待できる。
[実施例7]
次に本発明の実施例7について図11を参照して説明する。実施例7は、外部端末215上で動作するソフトウェアと協同して動作するネットワーク上のサーバ220に関するものであり、リハビリの被験者のモチベーションをあげる行為に関するものである。
リハビリの被験者は、高齢者も多く、またリハビリ施設においてはリハビリが強制されるが、自宅での療養に段階が移行すると、リハビリへのモチベーションが低下し、回復が進まなくなるという課題がある。また、高齢者の中には、独居老人も多く、地域社会の人々との交流(コミュニティ)を持たず、リハビリへの意欲がわかないという課題もある。本実施例はこれを補うものである。
実施例5では、外部端末215上にリハビリの時系列変化をリハビリ部位や印加電圧量を表示して時系列による日々の向上、回復を被験者のモチベーション向上につなげるものであったが、実施例7ではさらに、これら情報を用いて他人との状況の共有によるモチベーション向上を期待するものである。
外部端末215は、搭載したソフトウェアを通じてネットワーク上のサーバ220に、リハビリ活動で記憶した計測日時情報、印加電圧、印加部位に関する情報を送信する。この送信行為は、リアルタイムでリハビリ計測時に行う、または、バッチ処理で一日一回行うことができる。また、上述した送信は、被験者が、外部端末215はアプリケーションを立ち上げたときに送信する構成とすることもできる。
サーバ220には、被験者のIDと紐づけてこれら計測日時情報、印加電圧、印加部位の情報を記憶する。被験者の個人情報としてIDのほか、住所、氏名、性別、年齢等の情報もあわせて記憶することができる。年齢や性別の情報は、自分と境遇の似た人間を探すのに、役立たせることができる。サーバ220は、登録した被験者の識別情報と紐づけてこれら時系列情報を記憶する。
次に本実施例のサーバ220の動作について説明する。被験者は外部端末215から自らと境遇の似た人間を検索する要求をサーバ220に送信する。境遇の似た人間とは、例えばリハビリの電圧印加部位が類似した人間である。
サーバ220では、被験者のIDから当該被験者の電圧印加部位情報を取り出し、これと同一もしくは類似の部位の被験者の、リハビリ日時、印加部位、印加電圧に関する情報を抽出し、時系列のグラフを生成する。生成したグラフは、外部端末215に送信され、外部端末215の表示装置に表示される。なお、類似の部位とは、例えば上腕と下腕、ないし下肢全体と足の指といったように近い部位のことである。これらはあらかじめ類似部位の情報としてサーバ220に登録しておき、随時データ照会をかけることで検索できるようにする。
上述したことにより、被験者は、自分と類似の境遇にある人間が日々さぼらずにリハビリに励み、回復している様子を、外部端末215の表示装置に表示されたグラフとして見ることで自分の未来への希望を持つことができる。
さらに、抽出する情報には、年齢や性別情報も検索対象に含めてもよい。年齢や性別によっても回復度合いは異なるため、より親近感をもって他人のデータを励みにできるからである。これら検索は、被験者が希望し、データ提供している他の被験者の同意がとれる場合に限って、検索キーとすることができる。同意取得の方法としては、例えば、データ提供をしている他の被験者に対してサーバ220から、検索結果としてデータ共有してもよいか許諾要求を発信することが考えられる。この際、サーバ220からの許諾要求には、データ共有を要求する被験者の年齢、性別、患部部位等、個人情報の特定にまでは至らないものの、境遇を類推するに必要は情報を含めることもできる。
リハビリにおいては、特に高齢者では孤独感や疎外感からやる気が減衰することもある中、境遇が似たものかどうかという情報によって、データ共有をきっかけとしたリハビリに限らない人生のひろがりのきっかけを得ることにもつながるため、個人情報よりはるかに判断要素として重要という効果がある。
サーバ220では、データ共有を要求されている他の被験者が同意した場合、データ共有要求した被験者と要求された被験者のIDを紐づけて、共有フラグを立てて保存する。この共有フラグは、以後一方の被験者からの検索要求に対する検索結果表示に含めるか否かの判定に用いる。
また、類似の境遇のデータを閲覧した被験者が、サーバ220を経由して類似の境遇を持つ別のリハビリ療養者に対してメッセージを送れる機能を付加することもできる。同じ境遇の者同士が励ましあうことが、また、リハビリのモチベーションを高め、さらに新たなコミュニティ形成のきっかけづくりにもつながることを期待できる。
[実施例8]
次に、本発明の実施例8について説明する。本実施例は、実施例6および実施例7にさらにリハビリの継続意欲を増進させるゲーム要素を加えたものである。図11を用いて説明したサーバ220では、図11に示したデータ構成に加えて、図12に示すように、IDと紐づけて性別、年齢のほか、被験者のログイン日時、リハビリ開始時刻、リハビリ終了時刻の情報を記憶する。リハビリ開始時刻、リハビリ終了時刻は、リハビリ計測日時の最初の時刻を開始時刻として、最後の時刻を終了時刻として記憶する。
また、図13は、被験者のIDと各種アイテムのID(itemID)の情報とを紐づけるテーブルを示している。ここでいう各種アイテムとは、ソフトウェア上で被験者への報償として表現される仮想物品であって、どのようなものでもよいが、例えばメダル、パズルの部品、アバター用の装飾品等のものである。特に、各種アイテムに関連性をもたせ、一定数集めることで1つの集合的意味を持たせると、被験者の収集意欲が増進し、後述する他者との交換意欲にもつながる。
各種アイテムに関連性を持たせる例としては、例えばメダルに各種の色があり、銅を3つ集めると銀に、銀を3つ集めると金に変化するようにアイテム間のランクづけという関連性を持たせたり、アバター用のアイテムとしてサングラス、帽子、ジャケット、スカート等、キャラクターに装着させるものという関連性を持たせたり、もしくはアイテムがパズルの部品であってそれぞれの役割が決まっていて全体でひとつの絵が完成する、といったように1つの目的物に対する関連性を持たせるといったことが考えられる。
被験者がアイテムを保有していることの表現を、図13を用いて説明する。例えば、金メダルのitemIDが1の場合、item1にフラグとして1を立てた状態が、金メダルを1個保有している状態、0を立てた状態が金メダルを保有していない状態である。
次に各種アイテムを保有するまでの動作について説明する。各種アイテムを収集しようとする感情をわき上がらせてリハビリへの取り組みを促進するため、被験者のリハビリ活動の状況をアイテム獲得の契機とする。
このアイテム獲得契機の判定方法は、例えばログインの連続日数に対して与える。リハビリは継続して取り組むことが重要であり、断続的に行うより継続して行う方が、効果が大きいからである。例えば、3日連続のログインに対して、1つのアイテム獲得契機を与える。
また、ログインだけでは、実際のリハビリ活動につながらないため、図12に例示したリハビリ開始時刻とリハビリ終了時刻との差が、一定期間、例えば30分以上のものを1回のリハビリとしてカウントし、一定回数リハビリを行ったことをもって、アイテム獲得契機とすることができる。これは、ある程度の時間、リハビリに取り組むことを継続することがリハビリには重要なためである。
サーバ220は、こうしたアイテム獲得契機判定機能を備え、被験者がアイテム獲得契機の条件を満たしたと判定した場合に、被験者IDに対してアイテムを付与する。すなわち、アイテムIDのいずれかに1を加える。どのアイテムを獲得(提供)するかは、乱数によって決定することができる。また、どのアイテムを獲得するかは、ある程度の偏差をつけて、取得しやすいアイテムと、取得しにくいアイテムとを設けることもできる。このようにして被験者ごとにリハビリの状況に応じてアイテムを提供していく。
サーバ220は、被験者のIDごとに、上述したitemIDのフラグ状況を抽出して、被験者の外部端末215に表示命令を送信する。外部端末215では、各itemIDに対応する画像を、外部端末215の記憶回路もしくはサーバ220から読みだして、外部端末215の画面上に表示する。例えば、各種アイテムがパズルのピースの場合、ひとつの絵の中で被験者が保有している各種アイテムの画像をひとつの絵の特定の場所に表示していく。被験者は、自分が収集した各種アイテムを画面上で確認することで、収集意欲が掻き立てられ、さらなるリハビリへのモチベーションを持つこととなる。
以上の通り、被験者は、リハビリの状況に応じて各種アイテムを獲得することができるが、実施例7と組み合わせることで、さらにリハビリ意欲を増進させることが期待できる。実施例7では同じくリハビリに励む他人とのコミュニティ形成について説明した。一方、実施例8では各種アイテムの収集によるモチベーション向上について説明したが、どのようなアイテムを獲得できるかは、被験者の意志とは無関係に乱数によって決定される例を説明した。このため、被験者にとっては望まないアイテムが獲得され、また、重複して複数同じアイテムが獲得される状況もありうる。
しかし、これが他人にとってはほしいアイテムであることもあるため、このようなコミュニティの中で、アイテムの交換を可能とすることもできる。具体的には、少なくとも2名の被験者間で、互いに通信機能によって意思確認を行った上で、交換対象のアイテムを選択する。通信機能に限定はないが、例えば、実施例7で説明したメッセージを送れる機能を用いてもよい。
選択されたアイテムの交換は、サーバ220において、互いの被験者IDに紐づくitemIDの数を変動させることで実現する。例えば、被験者Aのitem1を1増加させ、被験者Bのitem1を1減少させる。そして、被験者Aのitem2を1減少させ、被験者Bのitem2を1増加させる処理を行うことで、被験者Aのitem2と被験者Bのitem1の交換を実現できる。
以上、8つの実施例を説明したが、これらは本発明の意義を変更することなく適宜変更可能であり、またこれら実施例を組み合わせて実施することを妨げるものではない。
なお、上述した実施の形態に係るリハビリ啓発装置を構成する測定回路、特定回路、表示装置、時間測定回路、部位特定回路、および通信回路は、図14に示すように、CPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)301と主記憶装置302と外部記憶装置303とネットワーク接続装置304となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置302に展開されたプログラムによりCPU301が動作する(プログラムを実行する)ことで、上述した各機能が実現されるようにすることもできる。上記プログラムは、上述した実施の形態で示したリハビリ啓発方法をコンピュータが実行するためのプログラムである。ネットワーク接続装置304は、ネットワーク305に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。
また、上述した実施の形態におけるリハビリ啓発装置は、FPGA(field-programmable gate array)などのプログラマブルロジックデバイス(PLD:Programmable Logic Device)により構成することも可能である。例えば、FPGAのロジックエレメントに、測定回路、記憶回路、特定回路、部位特定回路、時間測定回路、通信回路の各々を備えることで、提示装置100aとして機能させることができる。記憶回路、特定回路、部位特定回路、時間測定回路、通信回路の各々は、所定の書き込み装置を接続してFPGAに書き込むことができる。また、FPGAに書き込まれた上記の各回路は、FPGAに接続した書き込み装置により確認することができる。
以上に説明したように、本発明によれば、特定回路で特定された電極で測定された筋電位および電極の識別情報を含む筋電位情報を表示するので、高齢者などのリハビリが促進できるようになる。また、診療所における開業医が高度なリハビリ知識を持っていない場合であっても、専門リハビリ施設から在宅リハビリへの引渡しが円滑に実施できるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
[参考文献1]:筋電図の臨床応用、(2)表面筋電図による筋活動の評価、[令和元年7月5日検索]、(https://www.sakaimed.co.jp/knowledge/surface-electromyogram/clinical/clinical02/)。
100…リハビリ啓発装置、100a…提示装置、101…複数の電極、102…測定回路、103…特定回路、104…表示装置、105…記憶回路、106…時間測定回路、107…部位特定回路、108…通信回路、111…布、120…サーバ、121…取得回路、122…処理回路、123…通信回路、130…ネットワーク。

Claims (4)

  1. 筋電位を測定するための複数の電極と、
    前記複数の電極が固定されて、前記複数の電極を対象者の体表面に装着するための布と、
    前記複数の電極で発生している電位を各々測定する測定回路と、
    前記測定回路により測定された電位が筋電位である電極を特定する特定回路と、
    前記特定回路で特定された電極で測定された筋電位、前記特定回路で特定された電極の識別情報を含む筋電位情報を表示する表示装置と
    前記特定回路で特定された電極の識別情報に対応する部位を特定する部位特定回路
    を備えるリハビリ啓発装置とサーバとを備え、
    前記サーバは、
    前記リハビリ啓発装置の各々から、前記対象者を識別する対象者識別とともに前記筋電位情報を取得する取得回路と、
    前記取得回路が取得した複数の前記筋電位情報の中より類似する前記筋電位情報毎に、対象者識別に対応づけて分類する処理回路と
    を備え、
    前記筋電位情報は、前記部位特定回路が特定した部位を含む
    リハビリ啓発システム
  2. 請求項1記載のリハビリ啓発システムにおいて、
    前記特定回路で特定された電極で筋電位が測定された時間を測定する時間測定回路を備え、
    前記筋電位情報は、前記時間測定回路が測定した時間を含む
    ことを特徴とするリハビリ啓発システム
  3. 対象者の体表面に装着され、筋電位を測定するための複数の電極で発生している電位を各々測定する測定ステップと、
    前記測定ステップで筋電位が測定された電極を特定する特定ステップと、
    前記特定ステップで特定された電極で測定された筋電位、前記特定ステップで特定された電極の識別情報を含む筋電位情報を表示する表示ステップと
    を備え、
    前記特定ステップで特定された電極の識別情報に対応する部位を特定する部位特定ステップを備え、
    前記対象者を識別する対象者識別を取得するとともに前記筋電位情報を取得する取得ステップと、
    前記取得ステップで取得された複数の前記筋電位情報の中より類似する前記筋電位情報毎に、対象者識別に対応づけて分類する処理ステップと
    を備え、
    前記筋電位情報は、前記部位特定ステップが特定した部位を含むリハビリ啓発方法。
  4. 請求項記載のリハビリ啓発方法において、
    前記特定ステップで特定された電極で筋電位が測定された時間を測定する時間測定ステップを備え、
    前記筋電位情報は、前記時間測定ステップが測定した時間を含む
    ことを特徴とするリハビリ啓発方法。
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