WO2022230881A1 - リハビリテーション支援システム、プログラム及び制御装置 - Google Patents

リハビリテーション支援システム、プログラム及び制御装置 Download PDF

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support system
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Inventor
鶴夫 松田
純也 金田
Original Assignee
公立大学法人北九州市立大学
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising

Definitions

  • the present invention relates to a rehabilitation support system, program and control device.
  • a hemiplegic person due to a stroke or the like is given rehabilitation by attaching an assist glove or a finger orthosis to the side of the paralyzed hand and moving the fingers.
  • conventional rehabilitation involves repeating monotonous movements regardless of the patient's intention, and the effect of contributing to feedback to the motor cortex, that is, the generation of new paths for movement, was not sufficient. . Therefore, it cannot be said that the efficiency of rehabilitation is necessarily high.
  • This rehabilitation apparatus includes a presentation unit that presents information to the patient's vision, a driving unit that performs an assist operation for assisting the movement of the paralyzed part of the patient's paralyzed body using an external force, and a patient's paralyzed body. a control unit that causes the driving unit to perform an assist operation based on the electroencephalogram.
  • the presenting unit presents an image including at least the target part that is the same part as the paralyzed part and is in a still state.
  • the control unit uses a change in spectral intensity in a predetermined frequency band included in a signal that constitutes an electroencephalogram as a determination item for determining whether or not to cause the driving unit to perform an assist operation.
  • An object of the present invention is to provide a rehabilitation support system, a program and a control device with high therapeutic effects.
  • a rehabilitation support system includes an assist unit that applies force to move a paralyzed site of a partially paralyzed patient, a sensor unit that detects movement of a healthy site corresponding to the paralyzed site, and and a drive control section that controls the assist section based on the movement of the healthy portion detected by the sensor section.
  • a program includes an assist unit that applies force to move a paralyzed part of a partially paralyzed patient, and a sensor part that detects movement of a healthy part corresponding to the paralyzed part.
  • a control device of a rehabilitation support system is caused to function as control means for controlling the assist section based on the movement of the healthy part detected by the sensor section.
  • a control device for a rehabilitation support system includes an assist unit that applies force to move a paralyzed site of a partially paralyzed patient, and a sensor unit that detects movement of a healthy site corresponding to the paralyzed site. and a control device for a rehabilitation support system, which controls the assist section based on the movement of the healthy part detected by the sensor section.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a finger bending degree ⁇ ;
  • a rehabilitation support system 10 is a system for supporting the rehabilitation of a hemiplegic patient who has paralysis in one finger, which is a part of the body.
  • Paralytic cases include, for example, tremor disease in which micro-vibrations appear due to neurotransmitter deficiency or finger contracture. As shown in FIG.
  • the rehabilitation support system 10 includes (1) the sense of motion of the fingers on the healthy side where the function remains, which moves according to the intention of the patient, (2) the sensation of the fingers on the paralyzed side (non-healthy side), and ( 3) Visual feedback from visually recognizing movements of fingers on the healthy side and fingers on the paralyzed side can be fed back to the patient's brain, thereby promoting functional recovery of the fingers on the paralyzed side.
  • the rehabilitation support system 10 includes, as shown in FIG.
  • a glove (an example of an assist part) 12 is attached to a finger on the paralyzed side (an example of a paralyzed part), and can apply force to move the finger.
  • the drive source of the grab 12 is pneumatic. By using air pressure as the drive source, the glove becomes more flexible and lighter than when the drive source is a motor, and the burden on the patient to be treated is reduced.
  • the glove 12 covers the entire back of the hand and each finger and has a bellows (air bladder) 122 and a tube 124 .
  • a total of 15 bellows 122 are provided at positions corresponding to the knuckles on the back side of the hand.
  • the tube 124 extends from a manifold 126 provided on the back side of the wrist to the tip along each finger and forms an air supply path so as to connect three bellows in series for each finger.
  • Each bellows 122 expands or contracts in response to the pressure inside the tube 124, thereby allowing the glove 12 to exert force on the knuckles of the fingers.
  • the glove drive device 13 is a drive source for supplying pneumatic pressure to the glove 12 .
  • Air pressure is supplied to globe 12 through tube 132 extending from manifold 126 .
  • the glove driving device 13 is connected to the control device 16 and can drive the glove 12 by increasing or decreasing the pressure inside the tube 124 via the tube 132 based on a control signal (command signal) output by the control device 16 .
  • the sensor unit 14 has an irradiator (not shown) that irradiates infrared rays and two infrared cameras (not shown).
  • a camera image capturing movement can be acquired as sensor information.
  • This sensor information also includes the spatial coordinates of each finger and palm obtained by processing the camera image inside the sensor unit 14 .
  • the stimulator 15 is an external magnetic device or an electrical stimulator used for medical purposes, and has a plurality of stimulators 152 that are attached to the patient's wrist, forearm, upper arm, and the like to provide stimulation. In addition, in FIG. 2, only the stimulating portion 152 attached to the wrist is shown, and the other stimulating portions are omitted.
  • the stimulator 15 is controlled by the controller 16 and can drive each stimulator 152 via a cable. Upon receiving a trigger signal from the controller 16, the stimulator 15 drives each stimulator 152 to stimulate each attachment site. As a result, the stimulator 15 can apply stimulation to the patient to relieve the contracture of the finger on the affected side.
  • the stimulator 15 can also apply stimulation according to preset patterns.
  • the control device 16 is connected to the glove drive device 13, the sensor unit 14, and the stimulation device 15, controls the operation of the glove 12, displays a predetermined image on the display device 18, and outputs sound from the speaker 20. can do.
  • the control device 16 is, for example, a personal computer, and has an image processing section 161 , a drive control section 162 , a display control section 164 and an audio output control section 166 .
  • the image processing unit 161 can obtain the movements of the fingers on the healthy side and the fingers on the paralyzed side as first data and second data.
  • the first data is at least one of the coordinates of the center of each bone (distal phalanx, middle phalanx, proximal phalanx, and metacarpal bone) and the coordinates of both ends of each bone.
  • the second data is the longitudinal vector of each bone.
  • the drive control unit 162 can output a control signal to the glove driving device 13 based on the movement of the fingers on the healthy side, and can control the operation of the glove 12 .
  • the drive control unit 162 outputs a trigger signal to the stimulation device 15 based on the movement of at least one of the fingers on the healthy side and the fingers on the paralyzed side.
  • the stimulation device 15 can stimulate the patient via the stimulation section 152 and relieve the contracture of the fingers on the paralyzed side.
  • the display control unit 164 Based on the first data and the second data, the display control unit 164 displays a healthy-side finger image (an example of a healthy-side image) and a paralyzed-side finger image representing movements of the patient's healthy-side finger and paralyzed-side finger, respectively.
  • An image (an example of a paralyzed site image) can be generated as a pseudo three-dimensional image and displayed on the display 18 .
  • the display control unit 164 can generate an image of a graph showing the degree of opening and closing of each of the left and right fingers (finger bending degree ⁇ , which will be described later), and display it on the display device 18 .
  • the display control unit 164 exaggerates the motion of the paralyzed finger image and the motion of the graph so as to be larger than the actual motion of the finger on the paralyzed side based on the enlargement ratio, which is a preset parameter.
  • a display on the device 18 is also possible.
  • the display control unit 164 can also display on the display 18 an encouraging message to encourage the patient.
  • the sound output control unit 166 can output to the patient undergoing rehabilitation, via the speaker 20, a voice that encourages the patient and a sound whose characteristics change according to the movement of the finger on the paralyzed side.
  • the image processing unit 161, the drive control unit 162, the display control unit 164, and the sound output control unit 166 described above are each implemented by a program executed by a CPU incorporated in the control device. Further, the control device 16 functions as control means for controlling the glove 12 based on the motion of the healthy finger detected by the sensor unit 14 by the program executed by the control device 16 .
  • the display 18 is, for example, a liquid crystal display or a head-mounted display, and is connected to the control device 16 . While the patient is undergoing rehabilitation, the display 18 displays information such as images generated by the display control section 164 of the control device 16 . Specifically, in the area 182U on the upper side of the screen of the display device 18, the healthy side finger image and the paralyzed side finger image are each displayed as a three-dimensional moving image of a pseudo finger. In a region 182L on the lower side of the screen of the display 18, bar graphs showing the degrees of opening and closing of the left and right fingers (finger bending degrees ⁇ , which will be described later) are displayed side by side. These bar graphs are displayed to increase or decrease according to the opening and closing of the corresponding fingers. The open/closed degree of each left and right finger may be displayed as a numerical value or a time-series chart near the corresponding bar graph. Also, the bar graph may be any chart that is most suitable for the patient.
  • the speaker 20 is connected to the control device 16.
  • the speaker 20 outputs voices and sounds generated by the acoustic output control section 166 of the control device 16 while the patient is undergoing rehabilitation.
  • the rehabilitation support system 10 when the patient moves the finger on the healthy side while wearing the glove 12 on the finger on the paralyzed side, force is released from the glove 12 following the movement of the finger on the healthy side.
  • the hand on the paralyzed side can be moved.
  • the rehabilitation support system 10 is configured such that the reaction time delay from when the patient moves the finger on the healthy side to when the finger on the paralyzed side moves is less than or equal to a predetermined time Td.
  • This predetermined time Td is a time during which the patient receiving the treatment does not feel discomfort, and the shorter the time, the better.
  • the time Td is 1000 ms or less, preferably 500 ms or less, and more preferably 300 ms or less.
  • the rehabilitation support system 10 is used according to the following steps S1 to S4 shown in FIG. 3 to perform patient rehabilitation.
  • steps S1 to S4 shown in FIG. 3 to perform patient rehabilitation.
  • step S2 when step S2 is started, step S3 is started after the above-described delay in reaction time has elapsed. Therefore, steps S2 and S3 are executed as substantial parallel processing rather than complete parallel processing.
  • Step S1 A glove 12 is attached to the patient's paralyzed finger.
  • Step S2 For a predetermined time, within the detection range of the sensor 14, the patient repeats finger movements so that the left and right movements are the same.
  • This finger exercise is a flexion exercise that grips and opens all fingers.
  • Step S3 The movement of the finger on the healthy side that bends is acquired by the image processing unit 161 of the control device 16 via the sensor 14 as the above-mentioned first data and second data, and the drive control unit 162 controls the glove drive device 13, a control signal is output so that the finger on the paralyzed side moves following the movement of the finger on the healthy side. While the patient repeats the exercise, in the display area 182U on the upper side of the screen of the display 18, the movement of the left and right fingers performing the exercise is displayed as a three-dimensional moving image of the pseudo hand, and on the display area 182L on the lower side of the screen.
  • a bar graph indicating the degree of opening and closing of each finger on the left and right (finger bending degree ⁇ , which will be described later) is displayed. Therefore, while watching a pseudo three-dimensional moving image or graph showing repeated flexion movements displayed on the display 18, the patient applies force from the glove 12 so that the fingers on the paralyzed side perform the same flexion movements as the fingers on the healthy side. While being added, the patient exercises his or her fingers while having the intention to move the fingers on the paralyzed side. However, rehabilitation may be performed while watching only the movement of fingers on the healthy side and the paralyzed side without watching the three-dimensional moving images of the pseudo fingers displayed on the display device 18 .
  • step S3 the support message generated by the display control unit 164 is displayed on the display 18, and the patient's motivation for rehabilitation is suppressed.
  • the movements of the fingers on the paralyzed side and the movements of the graphs may differ from those of the actual paralyzed side based on the enlargement ratio preset in the control device. It is displayed exaggerated to be larger than the finger movement of . Therefore, even a patient with severe contracture is given the intention to move the finger on the paralyzed side, and the kinesthetic sensation is fed back to the cerebrum.
  • the stimulation device 15 applies stimulation to the patient, making it easier to move the finger on the paralyzed side.
  • the sound output control unit 166 of the control device 16 When a visually impaired patient undergoes rehabilitation, the sound output control unit 166 of the control device 16 outputs sound whose characteristics (frequency and/or amplitude) change according to the movement of the finger on the paralyzed side. 20 output. Specifically, the acoustic output control unit 166 converts the sound into a sound whose frequency characteristics change within the audible range of 20 Hz to 20 kHz according to changes in the speed or acceleration of the finger on the paralyzed side, so that the patient can You will be able to grasp the state of finger movement by hearing. Note that instead of frequency, amplitude may be used, or both frequency and amplitude may be changed. In addition, the sound output control unit 166 may output synthesized speech that encourages the patient according to the movement of the finger on the paralyzed side. Therefore, even a visually impaired patient can perform rehabilitation without relying on the information displayed on the display 18 .
  • Step S4 The above steps S3 and S4 are repeated until a predetermined time elapses. After the predetermined time has passed, the patient finishes rehabilitation.
  • the rehabilitation method by the rehabilitation support system 10 includes the first step in which the patient moves the finger on the healthy side (step S2 described above), and the auxiliary means attached to the finger on the paralyzed side moves the finger on the healthy side.
  • a second step (the above-mentioned step S3) of applying force to the finger on the paralyzed side so as to imitate, and the patient watching the movement of at least one of the finger on the healthy side and the finger on the paralyzed side and a second step are performed.
  • Such a rehabilitation method provides rehabilitation with a high therapeutic effect.
  • the inventors performed rehabilitation using the rehabilitation support system 10 for about 20 minutes on an incipient stroke patient with paralysis on the right hand side.
  • the state of flexion motion was measured.
  • the glove 12 and the glove driving device 13 of the rehabilitation support system 10 were a power assist hand (manufactured by LAP Corporation), and the sensor unit 14 (hardware) was a Leap Motion Controller (manufactured by Leap Motion).
  • FIGS. 4 and 5 The results are shown in FIGS. 4 and 5.
  • the horizontal axis is time t (ms)
  • the vertical axis is finger bending degree ⁇ (deg).
  • the finger flexion degree .theta. is a supplementary angle of the angle .alpha. Therefore, the finger bending degree ⁇ takes a large value when the finger is bent, and conversely takes a small value when the finger is extended.
  • the mechanism by which the rehabilitation using the rehabilitation support system 10 promotes functional recovery of the fingers on the paralyzed side is presumed to be as follows. (1) When the patient voluntarily tries to move the finger on the healthy side, the target muscle control region of the motor cortex fires (activates). This results in targeted finger movement. (2) The motor state (situation) of the finger on the healthy side is fed back to the sensory area of the cerebral cortex and related areas through the patient's sensory nerves. (3) The glove 12 attached to the finger on the paralyzed side moves toward the finger on the paralyzed side so as to imitate the motion of the finger on the healthy side based on the information on the finger movement on the healthy side detected without contact. add force.
  • the resulting movement state of the fingers on the paralyzed side goes to the cerebrum as information synchronized with the fingers on the healthy side as sensations of the fingers on the paralyzed side.
  • the motion state of both hands at this time is visually observed directly or via the display 18, and is fed back to each part of the brain through the patient's vision.
  • the above situation is realized in a reaction time (time Td or less) that does not make the patient feel uncomfortable.
  • the rehabilitation support system is not limited to functional recovery of fingers.
  • the rehabilitation support system includes an assist unit that can be worn on the toe on the paralyzed side instead of the glove 12, a sensor unit that detects the movement of the healthy part (toe on the healthy side) corresponding to the toe on the paralyzed side, and the healthy part. and a drive control unit that controls the assist unit based on the movement of the toe, it is possible to promote functional recovery of the toe on the paralyzed side.
  • the rehabilitation support system includes an assist unit that can be worn on the paralyzed limb (upper limb or lower limb) instead of the glove 12, and a sensor unit that detects the movement of the healthy part (healthy limb) corresponding to the paralyzed limb. and a drive control unit that controls the assist unit based on the movement of the healthy part, it is possible to promote functional recovery of the limb on the paralyzed side.
  • the rehabilitation support system includes an assist unit that applies force to move the paralyzed site, a sensor unit that detects the movement of the healthy site corresponding to the paralyzed site, and based on the movement of the healthy site detected by the sensor unit, and a drive control section that controls the assist section, functional recovery of the paralyzed site can be promoted.
  • rehabilitation support system 12 glove 13 glove driving device 14 sensor unit 15 stimulation device 16 control device 18 display device 20 speaker 122 bellows 124 tube 126 manifold 132 tube 161 image processing unit 162 drive control unit 164 display control unit 166 sound output control unit 182U Upper region 182L Lower region

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Abstract

治療効果が高いリハビリテーション支援システム、プログラム及び制御装置を提供する。　リハビリテーション支援システム１０は、身体の一部が麻痺した患者の麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部１２と、前記麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部１４と、センサ部１４によって検出された健常部位の動きに基づいて、アシスト部１２を制御する駆動制御部１６２と、を備える。

Description

リハビリテーション支援システム、プログラム及び制御装置
　本発明は、リハビリテーション支援システム、プログラム及び制御装置に関する。
　従来、脳卒中等による片麻痺者に対し、麻痺手側にアシストグラブや手指装具を装着して手指を動かすリハビリテーションが行われている。
　一般に、従来のリハビリテーションは、患者の意思とは無関係に単調な動作を繰り返すものであり、大脳皮質運動野へのフィードバック、すなわち運動のための新たなパスの生成に寄与する効果が十分ではなかった。そのため、リハビリテーションの効率は必ずしも高いとは言えなかった。
　特許文献１には、身体の一部の運動機能が麻痺した患者の運動意思が運動指令となって運動経路を伝達することが困難な場合であっても、運動経路の伝達をさせる運動経路を確立する訓練を行うことができるリハビリテーション装置が記載されている。
　このリハビリテーション装置は、患者の視覚に対して提示を行う提示部と、外力を用いて患者の麻痺した身体の一部である麻痺部を動かす動作を補助するアシスト動作をする駆動部と、患者の脳波に基づいて駆動部にアシスト動作をさせる制御部と、を備える。提示部は、麻痺部と同一な部位である対象部位であって、少なくとも静止した状態の対象部位を含む画像を提示する。制御部は、駆動部にアシスト動作をさせるか否かを判定する判定項目に脳波を構成する信号に含まれる所定の周波数帯域のスペクトル強度の変化を用いる。
特開２０１８－２９７２８号公報
　本発明は、治療効果が高いリハビリテーション支援システム、プログラム及び制御装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係るリハビリテーション支援システムは、身体の一部が麻痺した患者の麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部と、前記麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部と、前記センサ部によって検出された前記健常部位の動きに基づいて、前記アシスト部を制御する駆動制御部と、を備える。
　本発明の一態様に係るプログラムは、身体の一部が麻痺した患者の麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部と、前記麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部と、を備えたリハビリテーション支援システムの制御装置を、前記センサ部によって検出された前記健常部位の動きに基づいて、前記アシスト部を制御する制御手段として機能させる。
　本発明の一態様に係るリハビリテーション支援システムの制御装置は、身体の一部が麻痺した患者の麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部と、前記麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部と、を備えたリハビリテーション支援システムの制御装置であって、前記センサ部によって検出された前記健常部位の動きに基づいて、前記アシスト部を制御する。
　本発明によれば、治療効果が高いリハビリテーション支援システム、プログラム及び制御装置を提供できる。
本発明の一実施の形態に係るリハビリテーション支援システムの説明図である。 同リハビリテーション支援システムの構成図である。 同リハビリテーション支援システムを使用したリハビリ方法を示すフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）は、同リハビリテーション支援システムによるリハビリテーション前のグラフであって、それぞれ、左手（健常側）の運動状態を示すグラフ及び右手（麻痺側）の運動状態を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、同リハビリテーション支援システムによるリハビリテーション後のグラフであって、それぞれ、左手（健常側）の運動状態を示すグラフ及び右手（麻痺側）の運動状態を示すグラフである。 指屈曲度θを示す説明図である。
　続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
　本発明の一実施の形態に係るリハビリテーション支援システム１０は、身体の一部である一方の手指に麻痺症例を有する片麻痺患者のリハビリテーションを支援するためのシステムである。麻痺症例として、例えば、神経伝達物質の欠乏や手指の拘縮により微振動が出現する振戦疾患が挙げられる。
　リハビリテーション支援システム１０は、図１に示すように、（１）患者の意思により動く、機能が残存する健常側の手指の運動感覚、（２）麻痺側（非健常側）の手指の感覚及び（３）健常側の手指及び麻痺側の手指の動きを視認することによる視覚が、それぞれ患者の脳にフィードバックされることにより、麻痺側の手指の機能回復を促進することができる。
　リハビリテーション支援システム１０は、図２に示すように、グラブ１２、グラブ駆動装置１３、センサ部１４、刺激装置１５、制御装置１６並びに表示器１８及びスピーカ２０を備えている。
　グラブ（アシスト部の一例）１２は、麻痺側の手指（麻痺部位の一例）に装着され、手指を動かす力を加えることができる。
　グラブ１２の駆動源は、空圧である。駆動源を空圧とすることにより、駆動源をモータとした場合と比較して、グラブが柔軟かつ軽量となり、治療する患者の負担が軽減される。
　グラブ１２は、手の甲の全体及び各手指を覆い、ベローズ（空気袋）１２２及びチューブ１２４を有している。
　ベローズ１２２は、手の甲側の各指関節に対応する位置に合計で１５個設けられている。
　チューブ１２４は、手首の甲側に設けられたマニホールド１２６から各指に沿って先端まで延び、一本の指につき３つのベローズを直列に接続するように空気の供給経路を形成する。
　各ベローズ１２２は、チューブ１２４の内部の圧力に応じて膨張又は収縮し、これによりグラブ１２が手指関節を屈伸運動する力を加えることができる。
　グラブ駆動装置１３は、グラブ１２に空圧を供給するための駆動源である。空圧は、マニホールド１２６から延びるチューブ１３２を介してグローブ１２に供給される。
　グラブ駆動装置１３は、制御装置１６に接続され、制御装置１６が出力した制御信号（指令信号）に基づいて、チューブ１３２を介してチューブ１２４の内部の圧力を増減させ、グラブ１２を駆動できる。
　センサ部１４は、赤外線を照射する照射器（不図示）及び２つの赤外線カメラ（不図示）を有し、健常側の手指（健常部位の一例）及びグラブ１２が装着された麻痺側の手指の動きを撮像したカメラ画像をセンサ情報として取得できる。このセンサ情報には、センサ部１４の内部にてカメラ画像を処理して求められた、各指や掌の空間座標も含まれる。
　刺激装置１５は、医療用として用いられる外部磁気装置又は電気刺激装置であり、患者の例えば手根部、前腕及び上腕等にそれぞれ装着され、刺激を与える複数の刺激部１５２を有している。なお、図２においては、手根部に装着される刺激部１５２のみを示し、その他の刺激部は割愛している。
　刺激装置１５は、制御装置１６によって制御され、ケーブルを介して各刺激部１５２を駆動できる。
　制御装置１６からトリガ信号を受信すると、刺激装置１５は、各刺激部１５２を駆動し、各装着部位が刺激される。その結果、刺激装置１５は、麻痺側の手指の拘縮を和らげるための刺激を患者に加えることができる。刺激装置１５は、予め設定されたパターンによる刺激を加えることもできる。
　制御装置１６は、グラブ駆動装置１３、センサ部１４及び刺激装置１５が接続され、グラブ１２の動作を制御したり、表示器１８に所定の画像を表示したり、スピーカ２０から音を出力したりすることができる。
　制御装置１６は、例えば、パーソナルコンピュータであり、画像処理部１６１、駆動制御部１６２、表示制御部１６４及び音響出力制御部１６６を有している。
　画像処理部１６１は、センサ部１４から送信されたセンサ情報を処理することで、健常側の手指及び麻痺側の手指の動きを第１のデータ及び第２のデータとして取得できる。
　第１のデータは、手指を構成する各骨（末節骨、中節骨、基節骨及び中手骨）の中心座標及び各骨の両端の座標のうち少なくとも一方である。
　第２のデータは、各骨の長手方向のベクトルである。
　駆動制御部１６２は、健常側の手指の動きに基づいて、グラブ駆動装置１３に対して制御信号を出力し、グラブ１２の動作を制御できる。
　また、駆動制御部１６２は、健常側の手指及び麻痺側の手指のうち少なくとも一方の動きに基づいて、刺激装置１５に対してトリガ信号を出力する。その結果、刺激装置１５が患者に刺激部１５２を介して刺激を与え、麻痺側の手指の拘縮を緩和できる。
　表示制御部１６４は、第１のデータ及び第２のデータに基づいて、患者の健常側の手指及び麻痺側の手指の動きをそれぞれ表す健常側指画像（健常部位画像の一例）及び麻痺側指画像（麻痺部位画像の一例）を擬似的な三次元画像として生成し、表示器１８に表示できる。
　また、表示制御部１６４は、左右の各指の開閉度合い（後述する指屈曲度θ）を示すグラフの画像を生成し、表示器１８に表示できる。
　なお、表示制御部１６４は、予め設定されたパラメータである拡大率に基づいて、麻痺側指画像の動きやグラフの動きを実際の麻痺側の手指の動きよりも大きくなるように誇張して表示器１８に表示することも可能である。
　更に、表示制御部１６４は、患者を励ます応援メッセージを表示器１８に表示することも可能である。
　音響出力制御部１６６は、リハビリテーションを行っている患者に対し、患者を励ます音声や麻痺側の手指の動きに応じて特性が変化する音をスピーカ２０を介して出力できる。
　付言すると、前述の画像処理部１６１、駆動制御部１６２、表示制御部１６４及び音響出力制御部１６６は、それぞれ、制御装置が内蔵するＣＰＵにて実行されるプログラムによって実現される。
　また、制御装置１６は、制御装置１６にて実行されるプログラムによって、センサ部１４によって検出された健常側の手指の動きに基づいて、グラブ１２を制御する制御手段として機能する。
　表示器１８は、例えば液晶表示器やヘッドマウントディスプレイであり、制御装置１６に接続されている。
　患者がリハビリテーションを行っている間、表示器１８には、制御装置１６の表示制御部１６４によって生成された画像等の情報が表示される。
　詳細には、表示器１８の画面上側の領域１８２Ｕには、健常側指画像及び麻痺側指画像が、それぞれ擬似的な手指の三次元動画として表示される。表示器１８の画面下側の領域１８２Ｌには、左右の各指の開閉度合い（後述する指屈曲度θ）を示す棒グラフが並んで表示される。これらの棒グラフは、対応する手指の開閉に伴って増減して表示される。
　なお、左右の各指の開閉度合いは、対応する棒グラフの近傍に、数値又は時系列チャートとして表示されてもよい。また、棒グラフは、患者にとって最適な任意のチャートであればよい。
　スピーカ２０は、制御装置１６に接続されている。スピーカ２０からは、患者がリハビリテーションを行っている間、制御装置１６の音響出力制御部１６６によって生成された音声や音が出力される。
　このようなリハビリテーション支援システム１０によれば、患者は、麻痺側の手指にグラブ１２を装着した状態において健常側の手指を動かすと、この健常側の手指の動きに倣って、グラブ１２から力が加えられ、麻痺側の手指を動かすことができる。
　なお、リハビリテーション支援システム１０は、患者が健常側の手指を動かしてから麻痺側の手指が動くまでの反応時間の遅れが、予め決められた時間Ｔｄ以下となるように構成されている。この予め決められた時間Ｔｄは、治療を受ける患者が違和感を抱かない時間であり、短ければ短いほど好ましい。具体的には、時間Ｔｄは、１０００ｍｓ以下であり、好ましくは５００ｍｓ以下であり、更に好ましくは、３００ｍｓ以下である。
　次に、リハビリテーション支援システム１０の詳細な動作（リハビリテーション方法）について説明する。
　リハビリテーション支援システム１０は、図３に示す以下のステップＳ１～Ｓ４に従って使用され、患者のリハビリテーションが行われる。
　なお、同図３において、ステップＳ２が開始されると、前述の反応時間の遅れが経過した後にステップＳ３が開始される。従って、ステップＳ２及びステップＳ３は、完全な並列処理ではなく実質的な並列処理として実行される。
（ステップＳ１）
　患者の麻痺側の手指にグラブ１２が装着される。
（ステップＳ２）
　予め決められた時間、センサ１４の検出範囲にて、患者が左右で同じ動きをするように手指の運動を繰り返す。この手指の運動（リハビリテーション）は、全ての手指を握ったり開いたりする屈曲運動である。
（ステップＳ３）
　屈曲運動する健常側の手指の動きは、前述の第１のデータ及び第２のデータとして、センサ１４を介して制御装置１６の画像処理部１６１によって取得され、駆動制御部１６２は、グラブ駆動装置１３に対し、健常側の手指の動きに倣って麻痺側の手指が動くように制御信号を出力する。
　患者が運動を繰り返す間、表示器１８の画面上側の表示領域１８２Ｕには、運動を行っている左右の手指の動きが擬似的な手の三次元動画として表示され、画面下側の表示領域１８２Ｌには、左右の各指の開閉度合い（後述する指屈曲度θ）を示す棒グラフが表示される。
　従って、患者は、表示器１８に表示される屈曲運動を繰り返す擬似的な三次元動画やグラフを見ながら、麻痺側の手指が健常側の手指と同じ屈曲運動をするようにグラブ１２から力が加えられるとともに患者自ら麻痺側の手指を動かそうとする意思を持った状態で手指の運動を行う。
　ただし、表示器１８に表示された擬似的な手指の三次元動画を見ることなく、自らの健常側及び麻痺側の手指の動きだけを見ながらリハビリテーションを行ってもよい。
　本ステップＳ３の実行中は、表示器１８に表示制御部１６４が生成した応援メッセージが表示され、患者のリハビリテーションに対する意欲の低下が抑制される。
　拘縮が強く麻痺側の手指を大きく開閉できない患者がリハビリテーションを行う場合には、予め制御装置に設定された拡大率に基づいて、麻痺側指画像の動きやグラフの動きが、実際の麻痺側の手指の動きよりも大きくなるように誇張して表示される。
　従って、拘縮が強い患者であっても、麻痺側の手指を動かそうとする意思を持たせ、その運動感覚が大脳にフィードバックされる。
　また、拘縮が強い患者に対して、刺激装置１５が患者に刺激を加えることで、麻痺側の手指を動かしやすくすることができる。
　視覚に障害を持っている患者がリハビリテーションを行う場合には、制御装置１６の音響出力制御部１６６が、麻痺側の手指の動きに応じて特性（周波数又は／及び振幅）が変化する音をスピーカ２０を介して出力する。
　具体的には、音響出力制御部１６６が、麻痺側の手指の速度又は加速度の変化に応じて、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの可聴域の範囲内で周波数特性が変化する音に変換することで、患者が手指の動きの状態を聴覚にて把握できるようになる。
　なお、周波数に代えて、振幅としてもよいし、周波数及び振幅を変化させてもよい。また、音響出力制御部１６６は、麻痺側の手指の動きに応じて患者を励ます合成音声を出力してもよい。
　従って、視覚に障害を持っている患者であっても、表示器１８に表示される情報に頼ることなく、リハビリテーションを行うことができる。
（ステップＳ４）
　予め決められた時間が経過するまで、前述のステップＳ３及びステップＳ４が繰り返される。
　予め決められた時間が経過した後、患者はリハビリテーションを終える。
　すなわち、リハビリテーション支援システム１０によるリハビリテーション方法は、患者が健常側の手指を動かす第１のステップ（前述のステップＳ２）と、麻痺側の手指に装着された補助手段が、健常側の手指の動きに倣うように麻痺側の手指に力を加える第２のステップ（前述のステップＳ３）と、を含み、患者が、健常側の手指及び麻痺側の手指のうち少なくとも一方の動きを見ながら、第１のステップ及び第２のステップが実施される。
　このようなリハビリテーション方法により、治療効果が高いリハビリテーションが提供される。
　次に、リハビリテーション支援システム１０を用いたリハビリテーションの効果を示し、リハビリテーション支援システム１０について更に説明する。
　発明者らは、右手側に麻痺を有する初発の脳卒中患者に対してリハビリテーション支援システム１０を用いたリハビリテーションを約２０分間行い、リハビリテーションの前後において、それぞれ、全ての手指を握ったり開いたりする１０回の屈曲運動の状態を測定した。
　リハビリテーション支援システム１０のグラブ１２及びグラブ駆動装置１３は、パワーアシストハンド（株式会社エルエーピー製）とし、センサ部１４（ハードウェア）は、Ｌｅａｐ　Ｍｏｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（Ｌｅａｐ　Ｍｏｔｉｏｎ社製）とした。
　図４及び図５にその結果を示す。各図において、横軸は、時間ｔ（ｍｓ）であり、縦軸は、指屈曲度θ（ｄｅｇ）である。
　ここで、指屈曲度θは、図６に示すように、末節骨の長手方向に延びる直線と基節骨の長手方向に延びる直線とがなす角αの補角である。従って、指屈曲度θは、手指を屈曲させると大きい値をとり、反対に手指を伸展させると小さい値をとることになる。
　リハビリテーション前においては、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、右手（麻痺側）には、左手（健常側）の動きに対応するような円滑な屈曲運動は見られなかった。
　一方、リハビリテーション後においては、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、右手（麻痺側）には、左手（健常側）の動きに対応したリズミカルな屈曲運動が発現した。
　すなわち、リハビリテーション支援システム１０を使用したリハビリテーションにより、麻痺側の手指の機能回復が促進されたことが明らかとなった。
　リハビリテーション支援システム１０を使用したリハビリテーションによって、麻痺側の手指の機能回復が促進されるメカニズムは以下の通りであると推察される。
（１）患者が、自発的な意思により、健常側の手指を動かそうとすると、大脳皮質運動野の対象筋支配領域が発火（活動）する。これにより対象とする手指の運動が生じる。
（２）健常側の手指の運動状態（状況）が、患者の感覚神経を通して大脳皮質感覚野や関連領域へフィードバックされる。
（３）麻痺側の手指に装着されたグラブ１２が、非接触で検出された健常側の手指の運動の情報に基づき、この健常側の手指の運動に倣うように麻痺側の手指へ運動する力を加える。これにより生じる麻痺側の手指の運動状態は、麻痺側の手指の感覚として、健常側の手指と同期した情報として大脳へ向かう。
（４）この際の両手の運動状態は、直接目視されるか表示器１８を介して目視され、患者の視覚を通して大脳内の各部位へとフィードバックされる。
（５）以上の状況が、患者が違和感を抱かない反応時間（時間Ｔｄ以下）で実現される。
（６）その結果、健常側の手指の運動に起因する健常側の手指についての運動意思及び感覚情報に対して、麻痺側の手指の感覚情報（わずかに残る運動情報を含む）及び視覚による情報が加わり、最終的には、実際にはグラブ１２の作用により麻痺側の手指が動いているにもかかわらず、麻痺側の手指が動いたという喜び（大脳への強い報酬）が患者に提示される状態が作られる。
　すなわち、麻痺側の手指が自分の意思で動かせるという報酬を伴う錯覚した状態が患者の脳内に構成され、脳内ネットワークの新規構築又は再構成が促される。
　このように、本実施の形態に係るリハビリテーション支援システム１０によれば、麻痺側の手指の機能回復が促進される。
　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
　リハビリテーション支援システムは、手指の機能回復に限定されるものではない。リハビリテーション支援システムが、グラブ１２に代わる麻痺側の足指に装着可能なアシスト部と、麻痺側の足指に対応する健常部位（健常側の足指）の動きを検出するセンサ部と、健常部位の動きに基づいてアシスト部を制御する駆動制御部と、を備えることによって、麻痺側の足指の機能回復を促すことも可能である。
　また、リハビリテーション支援システムが、グラブ１２に代わる麻痺側の肢体（上肢又は下肢）に装着可能なアシスト部と、麻痺側の肢体に対応する健常部位（健常側の肢体）の動きを検出するセンサ部と、健常部位の動きに基づいてアシスト部を制御する駆動制御部と、を備えることによって、麻痺側の肢体の機能回復を促すことも可能である。
　すわなわち、リハビリテーション支援システムは、麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部と、麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部と、センサ部によって検出された健常部位の動きに基づいて、アシスト部を制御する駆動制御部と、を備えることによって、麻痺部位の機能回復を促すことができる。
１０　リハビリテーション支援システム
１２　グラブ
１３　グラブ駆動装置
１４　センサ部
１５　刺激装置
１６　制御装置
１８　表示器
２０　スピーカ
１２２　ベローズ
１２４　チューブ
１２６　マニホールド
１３２　チューブ
１６１　画像処理部
１６２　駆動制御部
１６４　表示制御部
１６６　音響出力制御部
１８２Ｕ　上側の領域
１８２Ｌ　下側の領域
 

Claims (16)

  1. 　身体の一部が麻痺した患者の麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部と、
    　前記麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部と、
    　前記センサ部によって検出された前記健常部位の動きに基づいて、前記アシスト部を制御する駆動制御部と、を備えたリハビリテーション支援システム。
  2. 　請求項１記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記駆動制御部が、前記健常部位の動きに倣って前記麻痺部位が動くように、前記アシスト部を制御するリハビリテーション支援システム。
  3. 　請求項２記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記麻痺部位の拘縮を和らげるための刺激を前記患者に加える刺激装置を更に備えるリハビリテーション支援システム。
  4. 　請求項２記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記アシスト部が、空圧により動作するリハビリテーション支援システム。
  5. 　請求項２記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記麻痺部位の拘縮を和らげるための刺激を前記患者に加える刺激装置を更に備え、
    　前記アシスト部が、空圧により動作するリハビリテーション支援システム。
  6. 　請求項２～５のいずれか１項に記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記麻痺部位の動きを表す麻痺部位画像を表示器に表示する表示制御部を更に備えたリハビリテーション支援システム。
  7. 　請求項２～５のいずれか１項に記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記センサ部が、前記麻痺部位の動きを検出し、
    　前記センサ部によって検出された前記麻痺部位の動きを表す麻痺部位画像を表示器に表示する表示制御部を更に備えたリハビリテーション支援システム。
  8. 　請求項２～５のいずれか１項に記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記センサ部が、前記麻痺部位の動きを検出し、
    　前記センサ部によって検出された前記健常部位の動きを表す健常部位画像及び前記センサ部によって検出された前記麻痺部位の動きを表す麻痺部位画像を表示器に表示する表示制御部を更に備えたリハビリテーション支援システム。
  9. 　請求項６～８のいずれか１項に記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記表示制御部が、前記麻痺部位画像を擬似的な指の三次元動画として表示するリハビリテーション支援システム。
  10. 　請求項９記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記表示制御部が、前記麻痺部位画像の動きを前記麻痺部位の動きよりも大きくなるように表示するリハビリテーション支援システム。
  11. 　請求項１０記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記表示制御部が、前記麻痺部位の動きの大きさを示すグラフ又は数値を前記表示器に表示するリハビリテーション支援システム。
  12. 　請求項１１記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記表示制御部が、前記患者を励ますメッセージを前記表示器に表示するリハビリテーション支援システム。
  13. 　請求項１１記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記患者を励ます音声をスピーカを介して出力する音響出力制御部を更に備えるリハビリテーション支援システム。
  14. 　請求項１３記載のリハビリテーション支援システムにおいて、
    　前記音響出力制御部が、前記麻痺部位の動きに応じて特性が変化する音を出力するリハビリテーション支援システム。
  15. 　身体の一部が麻痺した患者の麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部と、前記麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部と、を備えたリハビリテーション支援システムの制御装置を、
    　前記センサ部によって検出された前記健常部位の動きに基づいて、前記アシスト部を制御する制御手段として機能させるプログラム。
  16. 　身体の一部が麻痺した患者の麻痺部位を動かす力を加えるアシスト部と、前記麻痺部位に対応する健常部位の動きを検出するセンサ部と、を備えたリハビリテーション支援システムの制御装置であって、
    　前記センサ部によって検出された前記健常部位の動きに基づいて、前記アシスト部を制御するリハビリテーション支援システムの制御装置。
     
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