JPS6134340B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は身体障害者の運動訓練に係り、特にま
ひした患部より検出した筋電圧をトリガー信号に
して被訓練者の意志的な筋運動を積極的に利用す
ることにより能動的な他動運動が行なえる運動訓
練装置に関するものである。

上肢又は下肢を自力では完全に動かすことがで
きない身体障害者にも徒手筋力検査法による (1) 筋収縮が起らず筋電も検出されないもの―
「ゼロ」（Zero） (2) 全体的には動かないが、局部的には筋が収縮
するのが視診または触診でわかるもの―「不
可」（Trace） (3) 重力に抗さなければ動かせるもの―「可」
（Poor） の分類段階があるが、不可とゼロとの中間に筋収
縮の気配は感じられないが筋電が検出されるもの
がある。自力では動かせないまひ患者の多くは不
可とゼロとの中間以上でゼロの完全まひは全体的
に見れば割合に少なく、ほとんどの者は意識的に
動かそうと努力すると、患部は見た目には動かな
くてもその部分から低レベルながら筋電が検出さ
れ、微々たる状態ながらまひ筋に収縮状態が起こ
つていることがわかる。

まひした患部は放置すれば筋は廃用性萎縮をお
こし、関節は拘縮してしまうので、変形拘縮を予
防し関節可動域を維持するためには他動運動訓練
が欠かせず、かつ長期間継続して行なわれなけれ
ば意味がない。

拘縮した関節を動かすにはかなりの力が必要で
あるが、従来理学療法士の徒手で行なう以外に適
切な方法がなく、これを徒手で実施する理学療法
士の負担は非常に大である。しかし患者の自律的
な運動意志が伴わない受動的な他動運動だけで
は、変形拘縮防止と関節可動域の維持は一応はで
きても、有効的な機能回復は期待できない。たと
え微弱でも患者自身の意識的力が働いた能動的な
他動運動すなわち自律的な運動意志と介助動作と
の一致が訓練効果の高揚につながることは言うま
でもないことであるが、実施するのは容易なこと
ではない。

また自動運動が可能なものについては、末梢性
まひは量的変化に過ぎないので特に問題はない
が、中枢性まひは質的変化で、その運動動作には
異常パターンや、ごまかし動作（トリツクムーブ
メント）を含んでおり、そのまゝ自動運動をさせ
たのでは量的な訓練をいくらくり返してもかえつ
てくり返しによつて異常パターンが、強化されて
しまうような好ましくない現象が起りやすい。し
たがつて中枢性まひの患者に対して自動運動訓練
を行なわせる場合には、一旦基本的訓練に立戻つ
て異常の根源を矯正して、病的に亢進しがちな筋
緊張を抑制し、分離独立した正しい動作ができる
ように動作を介助し再教育しながら自動運動を行
なわせる必要がある。これが自動介助運動で、中
枢性まひ患者にとつては最も重要な訓練である。
いまゝでこれらの他動運動や自動介助運動は理学
療法士の徒手による訓練以外にこれに変るべき方
法がなく、しかも現在は理学療法士が手不足で、
徒手訓練でさえも充分に手が回りかねているのが
実情である。

そこでまひして動かない患部からでも筋電が検
出される事実に基づき、まひした部位の作用筋よ
り検出された低レベルの筋電圧をトリガー信号と
して利用し、他動的に患部を動かすことによつて
自律的な運動意志と介助動作（機械的な動き）と
が連動的に一致して行なわれるようにしようとす
るのが本発明の目的である。

機器の操作に筋電をトリガー信号として使用す
ることは既に電動義手で公知のことであるが、こ
の場合にはいくつかのモジユールに分解された電
動義手の動作と肢体の残存部位から適宜に選択さ
れた力の入れやすい（筋電の取りやすい）いくつ
かの箇所の動きとを約束ごとによつて結びつけ学
習訓練によつて操作できるようにしたもので、物
理的に欠落した部位の代替機能を果すための電動
義手の動作とトリガー信号にするための身体の部
位や力の入れ方との間には直接の相関関係はな
い。筋電以外の身体の動き（例えば首や背中や脇
腹の動きとか呼気等による操作）でスイツチを直
接ONできるようにしても電動義手は全く同じ動
作をする。しかも身体の残存部位はまひしておら
ず検出される筋電は正常レベルで、筋の動きその
ものもはつきり検出できるので、電動義手の操作
がどうしても筋電でなければならないという必然
性は見当たらず、筋電を利用することはひとつの
手段に過ぎない。

これに対して人体の上肢または下肢の運動では
筋の種類と収縮の度合により手足の動作が決定さ
れるのが人間本来の動きである。本装置はまひし
た患部そのものに正しい筋収縮と正しい動作をさ
せて、ごまかし動作や異常パターンをなくすため
の再教育や機能回復をはかろうとするのが目的な
ので、まひした手や足を動かそうと意識的に努力
した時に筋電が検出される作用筋と、その結果と
しての人間本来の動きとの密接な相関関係が重要
な条件で、電動義手の場合のように相関関係のな
い部位からの筋電トリガー信号で手足が動いたの
では単なる他動運動に過ぎず全く意味がなくなつ
てしまうばかりでなく、かえつてごまかし動作や
異常パターンを増強してしまうような好ましくな
い状態になりかねない。また検出される筋電は低
レベルでその部位には筋の動きがないか、あるい
はあつても非常に微々たるものなので、筋の動き
そのもので直接スイツチをONすることは不可能
である。すなわち機械を動かすトリガー信号とし
ては患部から検出される低レベルの筋電圧が唯一
の手段である。

本発明は以上の点にかんがみ、患部作用筋より
検出された筋電圧をトリガー信号として利用する
ことにより、本人が意識的に働きかけない時や、
ごまかし動作をした時には機械が動かず、少しで
も動かそうと意識的に働きかけ、かつ正しい力の
人れ方をした時のみ機械が応答するようにして、
従来理学療法士の徒手訓練でしか対応することが
できなかつたまひして自動運動のできないものに
対して、一生けんめい患部を動かそうとする本人
の自律的働きかけによつて、まひした上肢または
下肢があたかも自力で動かしているかのごとくに
動かされるような能動的な他動運動が行なえ、ま
た自動介助運動が必要なものに対して、作用筋か
ら筋電圧が検出された時にのみ機械が作動し、誤
つた自動運動動作（ごまかし動作）では機械が作
動しないように設定することによつて、基本的な
正しい動作を再教育するような自動介助運動が行
なえるような訓練装置で、単一の機械で単なる他
動運動から、能動的な他動運動、自動介助運動、
幅広い適応範囲を有する運動訓練装置を提供しよ
うとするものである。

以下本発明を一実施例について説明する。

第１図は全体の斜視図、第２図は操作パネルの
詳細図、第３図は本体内部機構の構成図、第４図
はブロツクダイヤグラムである。

本装置は出力用の主軸２とその駆動源が電磁継
手１４を介して連結され、主軸２を駆動源で動か
して安定した他動運動が行なえるようにしたもの
で、電磁継手がある設定値を越えると空転する滑
り装置になるような構造になつている。

本装置は本体１と操作部３０とからなり、本体
１の頭部筐体３は一側面より主軸２が突出してお
り、その面の両脇面を受金具９により回動自在に
軸支されている。受金具９は架台５のついた外筒
６の中に伸縮自在に挿入された内筒７の上部先端
に固着されている。内筒７は止ねじ８で固定され
る。受金具９に軸支された頭部筐体３は主軸２が
水平から垂直になるまで90゜回転し、ストツパー
１０により任意の角度で固定できる。本体筐体の
内部のモータ１１の出力軸、電磁ブレーキ１２・
減速機１３・電磁継手１４・トルクメータ１７の
入出力軸、ベベルギヤ１８の入力軸１９はそれぞ
れ軸継手２０，２１，２２，２３，２４で連結さ
れている。ベベルギヤ１８の出力軸の片側は本体
筐体外に主軸２として突出し、反対側にはギヤ２
５，２６を介してロータリーエンコーダ２７が連
接され主軸２の回転角度及び回転方向を検出する
ことができるようになつている。主軸の回転角度
は目盛４で読むこともできる。電磁継手１４は励
磁電流を変えることにより入力軸１５と出力軸１
６との滑り率を自由に調節することができる。操
作部３０の操作パネル３２には電源スイツチ３
３、始動ボタン３４、停止ボタン３５、モータ１
１の速度を調節するための回転数指示つまみ３
６、電磁継手の励磁電流を調節するための電磁継
手トルク指示つまみ３７、他動運動か筋電位をト
リガー信号とした他動運動かを指示する運動方法
指示スイツチ３８、筋電位をトリガー信号として
他動運動を行なう時に一発の筋電信号によつて起
動された主軸の往復回転運動を一往復だけで止め
るか、数往復させるか、あるいは連続して行なわ
せるかを指示するための筋電動作指示スイツチ３
９、主軸の回転角度と回転方向を指示する時ロー
タリーエンコーダ２７のパルス出力をメモリーす
るためのメモリー指示スイツチ４０、トルクメー
タ１７で検出された主軸にかゝる運動時の筋トル
クを表示するための筋トルク表示器４１、筋電の
レベルメータ４２、筋電電極用端子４３が設けら
れている。本体１と操作部３０とは電線３１で連
結されている。

このように構成した本実施例の使用方法および
動作について説明する。

本装置は本体のセツテイング（主軸の向き、角
度、高さ、アタツチメントの選択）と運動者のポ
ジシヨニングにより、手指、足指を除くほとんど
の関節の運動が可能で、運動者は訓練台の上に臥
床しても、また椅子にすわつてもできる。また立
位でも行なうことができるが、関節の望ましい運
動を効果的に行なわせるためには適当な肢位や四
肢、体幹の固定が必要である。第５図、第６図、
第７図、第８図は各関節における本体のセツテイ
ングと運動者のポジシヨニングの例である。まず
運動部位に合わせて適切なアタツチメント４６を
選択し主軸２に固定する。次に運動者の関節軸と
本体の主軸２が一線上にそろうように本体をセツ
テイングし、運動者の位置姿勢を直し、運動肢を
アタツチメントに固定する。他動運動はアタツチ
メントに固定された上肢または下肢がモーターで
動かされることによつて行なう。まず運動方法指
示スイツチを「他動運動」（モータ１１は通電可
能に、ブレーキ１２は開放状態になる）に、電磁
継手トルク指示つまみを「０」（トルクが０にな
り空転の状態）にそれぞれセツトする。次に術者
がアタツチメントに固定された運動者の上肢また
は下肢を動かして、関節の状態を見ながら必要に
して無理のない運動域を判定し決定する。その状
態のまゝメモリー指示スイツチを「メモリー」に
セツトして、決定した運動域いつぱい運動者の手
や足を動かすと、主軸２の回転により歯車２５，
２６を介してロータリーエンコーダが回転し、パ
ルス信号により回転方向と回転角度が検出され、
それがメモリーされる。すなわちその時術者が運
動者の条件に合わせて動かしてメモリーした運動
域がそのまゝ他動運動の設定可動域になるので、
主軸２の回転につれて送られるロータリーエンコ
ーダ２７からのパルス信号と、先にメモリーされ
た信号との一致が検出されるとモータ１１は逆転
し運動方向は反転する。このようにして設定運動
域をくり返し反転しながら他動運動が行なわれ
る。停止ボタン３５か運動者用停止ボタン４５を
押せば停止する。電磁継手の設定トルク以上の力
が主軸にかゝると電磁継手がスリツプして運動が
止まるので痙性のある患者でも安全である。筋肉
の粘弾性や関節のこわばりによつて生ずる他動運
動時の機械に対する抵抗はトルクメータ１７によ
り検出され、筋トルク表示器４１に表示される。
次にメモリー指示スイツチ４０を「読取」に、電
磁継手トルク指示つまみと回転数指示つまみ３６
をそれぞれ運動者の状態に合わせて適切な値にそ
れぞれセツトし、始動ボタン３４を押すとモータ
１１が始動し他動運動が行なわれる。

患部の作用筋から検出した筋電圧をトリガー信
号にして他動運動を行なうには、まず普通の他動
運動の場合と全く同じに本体のセツテイング、運
動者のポジシヨニング、各指示スイツチの指示を
して運動域を設定する。次に端子４３に筋電用電
極コードを接続し、これから運動を行なおうとす
る患部の作用筋に電極４４を装着する。次に運動
方法指示スイツチ３８を「筋電運動」に、筋電動
作指示スイツチ３９を「」「」「」のどれか
にセツトする。「」は筋電が検出される毎に一
往復だけ動く、「」は一回筋電が検出されると
数往復して止まる、「」は一回でも筋電が検出
されると停止ボタン３５，４５で止めるまで動き
続ける設定方法で運動者の能力に応じて指示す
る。運動者がまひした患部を動かそうと力を入れ
て筋電が検出されると主軸は筋電動作指示スイツ
チ３９の指示どおり往復をくり返えすと自動停止
する。「」にセツトした場合は必要時間運動し
たら停止ボタン３５，４５で止める。

このようにして独力で手足を動かせないまひ患
者でも筋電圧をトリガー信号にして自律的な運動
意志により機械をコントロールして能動的な他動
運動を行なうことができるようになつた。同様に
筋力はあるが異常パターンを有するまひ患者に対
しても筋電圧をトリガー信号にして、作用筋以外
の筋に力を入れたのでは主軸２は全く動かず、作
用筋から筋電が検出された時のみ主軸が起動する
ようにし、電磁継手の滑り率を大きく設定した他
動運動で運動の方向と筋力を僅かに補助してやる
ことによつて正しい力の入れ方と動作を把握させ
ることができる。これにより徒手以外の方法では
じめて自動介助運動が可能になつた。

以上述べたように本発明の装置は (1) 患部の作用筋から検出した筋電圧をトリガー
信号としてモータをスイツチONすることによ
り ・自動運動ができないものには、一生けんめい
患部を動かそうとする本人の自律的な意志に
よつて、あたかも自分が動かしているかのご
とき感じで、上肢または下肢が動かされる
「能動的な他動運動」が、 ・自動介助運動が必要なものに対しては、ごま
かし運動（トリツクムーブメント）では始動
せず正しい運動で筋電が作用した時のみ、低
トルクに設定した他動運動で運動方向と筋力
を補助し、異常パターンを抑制して自動運動
を行なう時の正しい力の入れ方と動作が把握
できるような「自動介助運動」が簡単に行な
える。

(2) 電磁継手の定トルク性を利用することにより ・安全な「他動運動」が行なえる。

などの特徴を有し、中枢性まひ、筋ジストロフ
イー、脳性まひ等の自動運動以前の他動運動が必
要でも、今まで理学療法士の徒手でしか対応のし
ようのなかつた対象に対しても筋電位をトリガー
信号にする運動装置により単なる他動運動よりは
るかに有意義な自律的意志による積極的で能動的
な他動運動と、自動運動を行なう時の正しい力の
入れ方と動作を把握させるための自動介助運動
が、はじめて可能になり痙性のある筋力「不可」
の身体障害者でも機械を利用した運動訓練ができ
るようになつて、理学療法士の負担を大いに軽減
し、メデイカルリハビリテイシヨンに大きく貢献
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明運動訓練装置の全体の斜視図、
第２図はその操作パネル部の詳細図、第３図は本
体内部機構の構成図、第４図はブロツクダイヤグ
ラム、第５図、第６図、第７図、第８図は、運動
者の運動部位の各関節における本体のセツテイン
グと運動者のポジシヨニングの例を示す。 １……本体部、２……人体を駆動するための主
軸、３……本体の頭部筐体、９……頭部筐体受金
具、１０……任意の角度に固定するストツパ、１
１……モータ、１２……電磁ブレーキ、１３……
減速機、１４……電磁継手、１７……トルクメー
タ、１８……ベベルギヤ、２７……ロータリーエ
ンコーダ、３２……操作パネル、４０……メモリ
ー指示スイツチ、４１……筋トルク表示器、４２
……筋電圧のレベルメータ、４４……筋電圧取り
出し電極導子、４６……運動肢を固定するアタツ
チメント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ まひした部位を動かそうとしてその作用筋よ
   り筋電圧を取り出すための電極導子と、その取り
   出した筋電圧を増幅してトリガー信号にするため
   の回路部と、電磁継手を介して駆動源に連結され
   た主軸と、前記回路部からのトリガー信号によつ
   て前記駆動源を起動させる制御部とよりなるまひ
   した部位の作用筋より取り出した筋電圧をトリガ
   ー信号源とする運動訓練装置。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の運動訓練装
   置において、主軸の回転方向及び回転角度の検出
   部と、該検出出力のメモリー部と、該メモリー部
   のメモリー出力と回転方向及び回転角度の検出出
   力の一致検出回路を有し、あらかじめ運動域に沿
   つて手動で動かした時にメモリーした回転方向及
   び回転角度の検出出力と、他動運動時の回転方向
   及び回転角度の検出出力との一致検出により、他
   動運動時の可動域を制御することを特徴とするま
   ひした部位の作動筋より取り出した筋電圧をトリ
   ガー信号源とする運動訓練装置。