JP6512704B2 - Hemiplegia motor function recovery training device and program - Google Patents
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Description
この発明は、片麻痺運動機能回復訓練装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a hemiplegia motor function recovery training apparatus and program.
脳血管疾患を患った患者には、その後遺症として、下肢や上肢に片麻痺が残る場合が少なくない。このような片麻痺には脳の可塑性を利用したリハビリテーションが効果的であり、運動機能の一部を回復させることが可能である。脳の可塑性とは、脳の損傷した部位の機能を他の部位が代替わりすることである。
従来、このような脳の可塑性を利用したリハビリテーションとして、促通反復療法と呼ばれる方法が用いられてきた。この促通反復療法は、促通手技により麻痺した部位の伸長反射を誘発し、運動野の興奮を高めた瞬間に脳からの随意指令を麻痺した部位に送ることで、患者の意図した随意運動を引き起こす訓練である。この訓練を反復することにより脳と筋肉の間の神経回路が再建および強化される。このような促通手技は、目的とする筋に随意運動を引き起こす必要があるため、正確性が要求される。
従来、このようなリハビリテーションを熟練した作業療法士等が行ってきたが、リハビリテーションの効果を十分に得るためには、長時間、長期間にわたって手技を行う必要があるため、作業療法士等の負担が大きくなってしまう。
Patients suffering from cerebrovascular disease often have hemiplegia in the lower and upper limbs as a sequelae. Rehabilitation using the plasticity of the brain is effective for such hemiplegia, and it is possible to restore part of the motor function. Brain plasticity is the replacement of function in the damaged part of the brain by another part.
Heretofore, as rehabilitation using such brain plasticity, a method called forcible repeated therapy has been used. This forced repeated therapy induces the extension reflex of the paralyzed area by the forged technique, and sends the voluntary command from the brain to the paralyzed site at the moment of enhancing the excitement of the motor area, thereby the patient's intended voluntary movement Training that causes Repeating this training rebuilds and strengthens the neural circuit between the brain and muscles. Such a prompting procedure requires accuracy because it is necessary to cause voluntary exercise in the target muscle.
Conventionally, trained occupational therapists have conducted such rehabilitation, but in order to obtain sufficient rehabilitation effects, it is necessary to perform the procedure for a long time and for a long time, so the burden of the occupational therapists etc. Becomes large.
そこで、片麻痺した部位の治療訓練を行うことのできる訓練装置が開発されている(例えば、特許文献1)。また、作業療法士等が行う促通手技をより正確に再現するため、関節を回動させる治療訓練を行うことのできる訓練装置も開発されている(例えば、特許文献2)。 Therefore, a training device capable of performing treatment training on a hemiplegia site has been developed (for example, Patent Document 1). In addition, in order to more accurately reproduce the facilitative procedure performed by the occupational therapist or the like, a training device capable of performing treatment training for rotating the joint has also been developed (for example, Patent Document 2).
しかしながら、上述した特許文献1に開示された技術は、受動的な運動を行うものでしかなく、患者が自発的に運動を行うものではないため、機能回復という観点からすると、リハビリテーション効果の薄いものであった。
また、上述した特許文献2に開示された技術は、関節を回動させることができるため、作業療法士等が行う促通手技をより正確に再現することができるが、このような装置は機器構成が複雑であり、自宅で使用するには不適当である。自宅で使用できないと、長時間、長期間にわたってリハビリテーションを行うことが困難となり、リハビリテーション効果を十分に得ることが困難となってしまうおそれがある。
However, the technology disclosed in
In addition, since the technology disclosed in Patent Document 2 described above can rotate joints, it is possible to more accurately reproduce the facilitation procedure performed by an occupational therapist or the like. The configuration is complicated and unsuitable for use at home. If it can not be used at home, it may be difficult to perform rehabilitation over a long period of time, and it may be difficult to obtain sufficient rehabilitation effect.
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成で効果的なリハビリテーションを行うことができる片麻痺運動機能回復訓練装置およびプログラムを提供することを目的とする。 This invention is made in view of the said situation, and an object of this invention is to provide the hemiplegia motor function recovery training apparatus and program which can perform effective rehabilitation by more simple structure.
本発明の第1の観点に係る片麻痺運動機能回復訓練装置は、片麻痺した患者の下肢または上肢を構成する関節のうち、2関節筋によって連結される関節の屈伸運動を行うための片麻痺運動機能回復訓練装置であって、
前記2関節筋によって連結される関節のうち体幹の近位に位置する第1関節を伸展させるとともに体幹の遠位に位置する第2関節を屈曲させる受動訓練である第1訓練と、前記第1関節を屈曲させるとともに前記第2関節を伸展させる随意運動の訓練である第2訓練とを反復して行うための屈伸機構を備え、
前記屈伸機構は、前記第2訓練の実行時に、前記第1関節を屈曲させる力に対して抵抗力を加えるとともに前記第1関節を屈曲させる力の方向と等しい方向にアシスト力を加える抵抗付随型協働制御を実行し、前記第1訓練の実行時には前記抵抗付随型協働制御を停止する。
A hemiplegia motor function recovery training device according to a first aspect of the present invention is a hemiplegia for performing a flexion-extension movement of a joint connected by a biarticular muscle among joints constituting a lower limb or an upper limb of a hemiplegia patient. A motor function recovery training device,
A first training which is passive training which extends a first joint located proximal to the trunk among the joints connected by the biarticular muscles and flexes a second joint located distal to the trunk; A bending and stretching mechanism for repeatedly performing a second training, which is training of a voluntary movement for bending the first joint and extending the second joint,
The bending and stretching mechanism is a resistance-associated type that applies resistance to a force to bend the first joint and applies an assist force in a direction equal to the direction of force to bend the first joint when performing the second training. The cooperative control is performed, and the resistance-associated cooperative control is stopped when the first training is performed.
この場合、前記屈伸機構は、
水平方向に設置される装置本体と、
前記装置本体に設けられ、足裏または掌が接触するように患者の下肢または上肢が配置される台座と、
前記装置本体に設けられ、前記台座を、下肢または上肢を前記台座に配置した患者の前記第1関節が屈曲するとともに前記第2関節が伸展した状態に対応する第1位置と、前記第1関節が伸展するとともに前記第2関節が屈曲した状態に対応する第2位置との間を直線状に往復移動させる台座駆動部とを備え、
前記台座駆動部は、前記台座を前記第2位置から前記第1位置に移動させる前記第2訓練の実行時に、前記台座を移動させる力に対して抵抗力を加えるとともに前記台座を移動させる力の方向と等しい方向にアシスト力を加える前記抵抗付随型協働制御を実行し、前記台座を前記第1位置から前記第2位置に移動させる前記第1訓練の実行時に、前記抵抗付随型協働制御を停止する、
こととしてもよい。
In this case, the bending and stretching mechanism
A device body installed horizontally,
A pedestal provided on the device body and in which the patient's lower or upper limbs are disposed so as to contact the sole or palm;
A first position corresponding to a state in which the first joint of a patient whose leg or upper limb is disposed on the base is bent and the second joint is extended; And a pedestal driving unit configured to linearly reciprocate between a second position corresponding to a state in which the second joint is bent while the second joint extends.
When performing the second training to move the pedestal from the second position to the first position, the pedestal driving unit applies resistance to the force to move the pedestal and moves the pedestal. Performing said resistance-associated cooperative control that applies an assist force in a direction equal to the direction, and moving said pedestal from said first position to said second position, when performing said first training, said resistance-associated cooperative control To stop,
You may do it.
また、前記台座駆動部は、前記台座を前記第1位置から前記第2位置に移動させる際、前記第1位置から所定の範囲までは第1速度で移動させ、前記所定の範囲を超えると前記第1速度よりも速い第2速度で移動させる、
こととしてもよい。
Further, when moving the base from the first position to the second position, the base driving unit moves the base from the first position to a predetermined range at a first speed, and when the base driving unit exceeds the predetermined range. Move at a second speed faster than the first speed,
You may do it.
また、前記台座に設けられ、患者の動作力を力信号として検出する力センサを備え、
前記抵抗付随型協働制御により前記台座駆動部に加えられる前記アシスト力は、前記力センサにより検出された力信号に応じて設定される、
こととしてもよい。
The base further includes a force sensor provided on the pedestal and detecting a motion signal of the patient as a force signal.
The assist force applied to the pedestal drive unit by the resistance-associated cooperative control is set according to a force signal detected by the force sensor.
You may do it.
本発明の第2の観点に係るプログラムは、片麻痺した患者の下肢または上肢を構成する関節のうち、2関節筋によって連結される関節の屈伸運動を行うため、前記2関節筋によって連結される関節のうち体幹の近位に位置する第1関節を伸展させるとともに体幹の遠位に位置する第2関節を屈曲させる受動訓練である第1訓練と、前記第1関節を屈曲させるとともに前記第2関節を伸展させる随意運動の訓練である第2訓練とを反復して行うための屈伸機構を備える片麻痺運動機能回復訓練装置を制御するコンピュータを、
前記第2訓練の実行時には、前記屈伸機構に、前記第1関節を屈曲させる力に対して抵抗力を加えるとともに前記第1関節を屈曲させる力の方向と等しい方向にアシスト力を加える抵抗付随型協働制御を実行させる実行部、
前記第1訓練の実行時には、前記屈伸機構に、前記抵抗付随型協働制御を停止させる停止部、
として機能させる。
A program according to a second aspect of the present invention is connected by the two joint muscles in order to perform bending and extension exercises of joints connected by the two joint muscles among the joints constituting the lower limbs or the upper limbs of a hemiplegia patient The first training, which is passive training for extending a first joint located proximal to the trunk of the joints and bending a second joint located distal to the trunk, bending the first joint and the first training A computer for controlling a hemiplegic motor function recovery training apparatus comprising a bending and stretching mechanism for repetitively performing a second training which is training of a voluntary movement for extending a second joint,
At the time of execution of the second training, the resistance accompanying type that applies resistance to the bending force of the first joint and applies an assisting force in the same direction as the direction of the bending force of the first joint to the bending and stretching mechanism. An execution unit that executes cooperative control,
A stop unit that causes the bending and stretching mechanism to stop the resistance-associated cooperative control at the time of execution of the first training;
Act as
この発明によれば、第1訓練において、第1関節を伸展させるとともに第2関節を屈曲させることで、2関節筋の伸張反射を効果的に誘発することができる。また、第1訓練を通じて筋を緊張させた状態で、抵抗力およびアシスト力が加えられる第2訓練を開始するため、伸長反射による筋緊張を効果的に維持することができる。このため、より簡易な構成で、効果的なリハビリテーションを行うことができるようになる。 According to the present invention, in the first training, by stretching the first joint and bending the second joint, it is possible to effectively induce the stretching reflex of the biarticular muscle. In addition, muscle tension by stretching reflex can be effectively maintained since the second training in which the resistance and assist force are applied is started in a state in which the muscle is tensioned through the first training. For this reason, effective rehabilitation can be performed with a simpler configuration.
以下、この発明の実施の形態について図1〜図14に従って説明する。
図1には、片麻痺運動機能回復訓練装置100の概略的な構成が示されている。図1に示されるように、片麻痺運動機能回復訓練装置100は、装置フレーム10と、装置フレーム10に内蔵される駆動機構20とを備える。駆動機構20の上部には、使用者の足を固定する台座70が固定されている。なお、図1には特に図示はしていないが、片麻痺運動機能回復訓練装置100は、中央演算処理装置、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリなどの不揮発性記憶装置を備えたいわゆるパーソナルコンピュータ(以下、「PC」)40に接続されており、各種検出値をPC40に送信する。PC40は、各種検出値および以下で説明するプログラムに基づいて、片麻痺運動機能回復訓練装置100の各種制御を実行する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
A schematic configuration of the hemiplegia motor function
図2には、装置フレーム10の概略的な構成が示されている。図2に示されるように、装置フレーム10の底面には、一対の支持レール11および上面に歯を有するラック12が装置フレーム10の長手方向に沿ってほぼ全長に亘って伸びるように設けられている。
A schematic configuration of the
図3には、駆動機構20の概略的な外観が示されている。図3に示されるように、駆動機構20には、支持レール11にスライド可能に固定される脚部23と、駆動部材としてのサーボモータ21が装着されている。サーボモータ21には、プーリ伝達機構29を介してラック12に噛合するピニオン22が回動可能に固定されている。駆動機構20が支持レール11を往復移動する時には、サーボモータ21の回転力がプーリ伝達機構29を介してピニオン22に伝達され、ピニオン22およびラック12を介して駆動機構20が支持レール11の延長方向に往復移動する。
A schematic appearance of the
図4は、図3のA−A線に沿った駆動機構20の断面を図3に示される矢印Bの方向から見た断面図である。図4に示されるように、駆動機構20には、ベース28、ベース28に下端が固定される固定軸25、固定軸25に一端が固定される一対の歪みゲージ24、ベース28の長手方向に沿って伸びる方向に設けられた一対の補助レール27および補助レール27にスライド可能に取り付けられる可動部26が設けられている。
4 is a cross-sectional view of the cross section of the
可動部26は、上端が台座70に固定され、台座70の動きに追従して補助レール27を往復移動する。歪みゲージ24は、歪みを電圧に変換することで片麻痺患者の微弱な力であっても検出可能とする高感度センシング機構であり、上述したように一端が固定軸25に固定され、他端は可動部26に固定されている。台座70がベース28に対して相対的に移動すると、可動部26が台座70に追随して補助レール27を移動する。このように可動部26が補助レール27を移動すると、この可動部26の動きに追従して歪みゲージ24は伸縮する。
The upper end of the
図5(a)に示されるように、歪みゲージ24は検出部24aを備える。上述したように、台座70がベース28に対して相対的に移動すると、図5(a)の状態から図5(b)の状態のように歪みゲージ24の検出部24aが伸縮する。そして、この検出部24aに生じた応力に応じた電気信号が、応力信号として検出部24aからPC40に出力される。
As shown in FIG. 5A, the
図6には、片麻痺運動機能回復訓練装置100のシステム構成が示されている。図6に示されるように、片麻痺運動機能回復訓練装置100は、上述したサーボモータ21並びに歪みゲージ24、各種処理を実行するPC40、歪みゲージ24から出力される応力信号を増幅する演算増幅器46、PC40から出力される信号に基づいてサーボモータ21への給電を制御するモータドライバ45およびサーボモータ21の回転角度を検出してその検出信号をPC40に出力するエンコーダ44を備える。PC40は、エンコーダ44を通じてサーボモータ21の回転角度毎に出力されるパルスをカウントするCNTモジュール41、モータドライバ45にサーボモータ21への給電信号を送信するDAモジュール42、歪みゲージ24から出力され演算増幅器46で増幅された応力信号を受信するADモジュール43を備える。
The system configuration of the hemiplegia motor function
図7には、このような構成を備える片麻痺運動機能回復訓練装置100の使用状態が示されている。図7に示されるように、片麻痺患者(以下、「使用者1」)は、片麻痺運動機能回復訓練装置100に対面して、いす等を用いて座位を保持する。そして、麻痺のある足(以下、「麻痺肢」)を、足裏面が接触するように台座70に固定する。なお、本実施の形態では、2関節筋である大腿二頭筋と腓腹筋を伸張することで、膝関節屈曲の伸張反射を誘発する機能回復訓練について説明する。
FIG. 7 shows the state of use of the hemiplegia motor function
図8には、片麻痺運動機能回復訓練装置100を用いた機能回復訓練の流れを説明するフローチャートが示されている。
A flowchart for explaining the flow of the function recovery training using the hemiplegia motor function
図8に示されるように、この処理が開始されると、まず、初期条件が設定される(ステップS100)。例えば、使用者1が座位を保持するためのいすの高さや、使用者1の足の長さ等が設定される。次に、歪みゲージ24の原点が設定される(ステップS101)。歪みゲージ24は、片麻痺患者の微弱な力も検出可能な高感度センシング機構であるため、使用者1の意図しない足の揺れや床面の振動などといった種々の因子の影響を受けて出力値が変化してしまう。このような不要な変化を抑えるため、ステップS101にて使用者1が台座70に足を固定した状態で原点を設定する。
As shown in FIG. 8, when this process is started, first, initial conditions are set (step S100). For example, the height of a chair for holding the sitting position by the
その後、訓練が開始される(ステップS102)。訓練が開始されると、まず一定の値に予め定められた第1速度で駆動機構20を移動させる第1受動訓練が実行され(ステップS103)、次に第1速度よりも速い第2速度で駆動機構20を移動させる第2受動訓練が実行される(ステップS104)。
Thereafter, training is started (step S102). When the training is started, first passive training is performed to move the
第1受動訓練(ステップS103)および第2受動訓練(ステップS104)について説明する。
図9に示されるように、膝を最大まで伸展させた場合における膝関節の角度を0°とおくと、一般に、膝関節は130°となる位置まで屈曲可能である。上述したように、使用者1は足裏面が接触するように麻痺肢を台座70に固定するため、駆動機構20が支持レール11を移動すると、この駆動機構20の移動に併せて膝関節および足関節の角度は変化する。
図10(a)〜(d)を参照しながら、このような片麻痺運動機能回復訓練装置100を用いた機能回復訓練時における使用者1と駆動機構20の動きについて説明する。駆動機構20が、図10(a)に示される位置から図10(c)に示される位置に移動する場合は、駆動機構20の移動に従って、膝関節は伸展するとともに足関節は屈曲する。なお、図10(c)に示される状態にある場合、膝関節は伸展し、足関節は屈曲していると表現し、図10(a)に示される状態にある場合、膝関節は屈曲し、足関節は伸展していると表現する。これに対して、駆動機構20が図10(c)に示される位置から図10(a)に示される位置に移動する場合は、駆動機構20の移動に従って使用者1の膝関節は屈曲するとともに足関節は伸展する。本実施の形態では、使用者1の膝関節が屈曲するとともに足関節が伸展した状態にある場合に駆動機構20がとる位置を屈曲位置(図10に示す位置A)とし、膝関節が伸展するとともに足関節が屈曲した状態にある場合に駆動機構20がとる位置を伸展位置(図10に示す位置B)とする。なお、駆動機構20の位置と使用者1の膝関節の角度との対応関係は、ステップS100にて初期条件の設定時に設定される。
The first passive training (step S103) and the second passive training (step S104) will be described.
As shown in FIG. 9, when the angle of the knee joint when the knee is extended to the maximum is set to 0 °, the knee joint can generally bend to a position of 130 °. As described above, since the
The movements of the
第1受動訓練(ステップS103)では、図10(a)に示されるように、屈曲位置にある駆動機構20を伸展位置に向けて、伸展位置よりも所定距離Cだけ屈曲位置に近い位置(以下、加速位置)まで、第1速度で移動させる。このような第1受動訓練により、使用者1の膝関節が第1速度にて伸展させられるのと同時に、使用者1の足関節も第1速度にて屈曲させられる。駆動機構20が加速位置に到達すると、第2受動訓練(ステップS104)に移行し、駆動機構20は、第1速度よりも速い第2速度で伸展位置まで移動する(図10(b))。これにより、使用者1の膝関節が第2速度にて伸展させられるのと同時に、使用者1の足関節も第2速度にて屈曲させられる。
上述した第1受動訓練(ステップS103)および第2受動訓練(ステップS104)は、いずれも駆動機構20の駆動力のみを用いて行う受動訓練である。
In the first passive training (step S103), as shown in FIG. 10A, with the
The first passive training (step S103) and the second passive training (step S104) described above are both passive training performed using only the driving force of the
使用者1は、膝関節が完全に伸展させられ、第2受動訓練(ステップS104)が終了した後、膝関節を屈曲する随意運動を開始する。一方、片麻痺運動機能回復訓練装置100は、このような第2訓練(ステップS104)が終了した後、200ミリ秒経過したか否かを判断する(ステップS105)。200ミリ秒経過したと判断する場合(ステップS105;YES)、RACC、すなわち抵抗付随型協働制御を実行する。
After the knee joint is completely extended and the second passive training (step S104) is completed, the
次に、この抵抗付随型協働制御について説明する。抵抗付随型協働制御とは、歪みゲージ24から出力される応力信号に基づいて、駆動機構20を移動させようとする使用者1の力の方向と等しい方向に麻痺肢の動きをアシストするアシスト力を加えるとともに、駆動機構20を移動させようとする使用者1の力に対して抵抗力を加える制御である。すなわち、使用者1は、第2訓練(ステップS104)が終了した後、膝関節を屈曲すべく、図10(c)の位置にある駆動機構20を図10(d)の位置に移動させる方向に力を加える。駆動機構20は、この方向への動きをアシストするとともに抵抗力を加える。
Next, this resistance-associated cooperative control will be described. The resistance-associated cooperative control is an assist that assists the movement of the paralyzed limb in a direction equal to the direction of the force of the
具体的には、歪みゲージ24から出力される応力信号に基づいて、駆動機構20の目標速度を設定し、この目標速度に従って駆動機構20を移動させる制御を示す。まず、力Fに対する駆動機構20におけるインピーダンス式を以下の数1のように表す。
速度の関係式に変換するため、数1を離散化しK=0をおくと、次の数2が得られる。
この数2を用いて算出した目標速度に併せて駆動機構20を移動させることで、使用者1の動きにアシスト力を加えることができる。
なお、M,Cの比は、例えば、麻痺肢の力Fnに「0」および目標角速度に「0」を代入することで求めることができる。このM,Cの比を調整することで、インピーダンス特性を調整することができる。
By moving the
The ratio of M and C can be obtained, for example, by substituting “0” for the force F n of the paralyzed limb and “0” for the target angular velocity. The impedance characteristic can be adjusted by adjusting the ratio of M and C.
そして、Pnの設定時間と、Fnの測定時間との間に時間遅れを設定することで、抵抗力を加えることができる。この時間遅れの大きさは、歪みゲージ24から出力される応力信号の大きさに基づいて設定してもよいし、予め所定の時間に定めておいてもよい。
And resistance can be added by setting a time delay between the setting time of P n and the measurement time of F n . The magnitude of this time delay may be set based on the magnitude of the stress signal output from the
また、数2に示された麻痺肢の力Fnに対して以下の数3に示される仮想力Fcを加えることもできる。
このようなRACCにより、使用者1は、図10(d)に示されるように膝関節を屈曲する随意運動の訓練を行う際、駆動機構20を移動させようとする自身の力に対して抵抗力を得つつ、意図する方向と等しい方向に駆動機構20を移動させようとするアシスト力を得ることができる。
With such RACC, the
上述した第1受動訓練(ステップS103)および第2受動訓練(ステップS104)では、伸長反射を誘発し筋を緊張させることができる。さらに、第1受動訓練(ステップS103)および第2受動訓練(ステップS104)を通じて筋を緊張させた状態で、抵抗力およびアシスト力が付加された随意運動を実行する(ステップS106)ことができるため、伸長反射による筋緊張が効果的に維持される。このため、リハビリテーションを効果的に行うことができるようになる。 In the first passive training (step S103) and the second passive training (step S104) described above, stretching reflex can be induced to tension the muscles. Furthermore, in a state in which the muscles are tensioned through the first passive training (step S103) and the second passive training (step S104), it is possible to execute the voluntary exercise to which the resistance and assist force are added (step S106). , Muscle tone by stretching reflex is effectively maintained. For this reason, rehabilitation can be performed effectively.
ところで、第1受動訓練(ステップS103)および第2受動訓練(ステップS104)による受動訓練が終了してから、RACC(ステップS106)による随意運動に移行するまでの間には、使用者1の伸長反射による動きが発生するためのタイムラグ(約200ミリ秒)が存在する。そのため、本実施の形態では、第2訓練(ステップS104)が終了した後、200ミリ秒経過していないと判断する場合(ステップS105;NO)、200ミリ秒経過するまで待機する。このように200ミリ秒経過するまで待機することにより、使用者1の随意運動やリズムに片麻痺運動機能回復訓練装置100の作動を同調させることができ、訓練効果の向上を図ることができるようになる。
By the way, after the passive training by the first passive training (step S103) and the second passive training (step S104) is completed, the extension of the
RACC(ステップS106)が終了すると、次に、訓練回数が所定の回数を上回ったか否かを判断する(ステップS107)。訓練回数とは、第1受動訓練(ステップS103)、第2受動訓練(ステップS104)およびRACC(ステップS106)からなる機能回復訓練の実行回数を示す。上述した機能回復訓練は、一回行っただけでは十分な効果を得ることはできず、反復することで脳と筋の間の神経回路の再建および強化を図ることができる。そのため、麻痺肢のリハビリテーションを効果的に行うためには、上述した機能回復訓練を所定の回数反復する必要がある。したがって、訓練回数が所定の回数を上回っていないと判断する場合(ステップS107;NO)は、第1受動訓練(ステップS103)に戻り、一連の訓練を再度実行する。一方、訓練回数が所定の回数を上回ったと判断する場合(ステップS107:YES)、本訓練を終了する。 When the RACC (step S106) ends, it is then determined whether the number of times of training exceeds a predetermined number (step S107). The number of times of training indicates the number of times of performance restoration training consisting of the first passive training (step S103), the second passive training (step S104) and the RACC (step S106). The above-mentioned functional recovery training can not achieve a sufficient effect by one operation alone, and can be repeated to rebuild and strengthen the neural circuit between the brain and the muscle. Therefore, in order to perform rehabilitation of the paralyzed limb effectively, it is necessary to repeat the functional recovery training described above a predetermined number of times. Therefore, when it is determined that the number of times of training does not exceed the predetermined number (step S107; NO), the process returns to the first passive training (step S103), and the series of training is performed again. On the other hand, when it is determined that the number of times of training has exceeded the predetermined number of times (step S107: YES), the present training is ended.
図11に、上述した機能回復訓練を実行した場合における駆動機構20の移動速度(左軸)および歪みゲージ24にて検出された力(右軸)の推移を示す。なお、駆動機構20の目標速度は破線にて、駆動機構20の実速度は実線にて、歪みゲージ24にて検出された力は一点鎖線にて示す。
図11に示されるように、本制御が開始されると、駆動機構20は、実際に、まず期間Aにおいて第1速度にて移動した後、期間Bでは第1速度よりも速い第2速度にて移動した。その後、期間Cにおいては、歪みゲージ24にて検出された力に応じた速度で移動した。すなわち、期間Cにおいては、使用者1の随意運動に基づいて、駆動機構20を移動させることができた。
FIG. 11 shows changes in the moving speed (left axis) of the
As shown in FIG. 11, when the control is started, the
次に、膝関節屈曲筋である半腱様筋に表面電極を貼り付けて、片麻痺運動機能回復訓練装置100を用いた機能回復訓練を実行し、表面筋電位の推移を測定した。その結果を図12に示す。表面筋電位(右軸)の推移は実線にて、駆動機構20の実速度(左軸)の推移は破線にて示されている。図12にP1、P2にて示されるように、第2受動訓練(ステップS104)が終了した直後に、筋電位が上昇していた。このことから、片麻痺運動機能回復訓練装置100を用いた訓練により、膝関節屈曲筋の伸長反射が効果的に誘発されたことが示された。
Next, a surface electrode was attached to the semitendinoid muscle which is a knee joint flexion muscle, function recovery training was performed using the hemiplegia motor function
次に、RACCにより麻痺肢にアシスト力が適切に加えられているかを検証した。具体的には、以下の条件1〜3を設定し、片麻痺運動機能回復訓練装置100を用いて機能回復訓練を実行し、図12にて示した測定と同様に、半腱様筋の表面筋電位の推移を測定した。
条件1.片麻痺運動機能回復訓練装置100の電源を落とした状態で機能回復訓練を実行する。
条件2.数1に示されたM,Cの値を適切な値に設定した状態で機能回復訓練を実行する。
条件3.数1に示されたM,Cの値を条件2にて設定した値よりも大きな値(適切でない値)に設定した状態で機能回復訓練を実行する。
その結果を図13に示す。条件1における表面筋電位の推移は一点鎖線にて、条件2における表面筋電位の推移は実線にて、条件3における表面筋電位の推移は破線にて示した。
Next, it was verified whether the assist power was applied to the paralyzed limb appropriately by RACC. Specifically, the following
Condition 2. The function recovery training is performed with the values of M and C shown in
The results are shown in FIG. The transition of the surface myoelectric potential under the
図13に示されるように、条件1での表面筋電位の最大値は0.08mVであり、条件3での表面筋電位の最大値は0.12mVであった。これは、条件3の場合は、仮想質量および仮想粘性が大きくなるため、通常の屈曲時よりも大きな負荷がかかってしまい、膝の屈曲運動に大きな力を要したことが原因である。また、条件2での表面筋電位の最大値は約0.04mVであった。このように、条件2での表面筋電位の最大値は、条件1における表面筋電位の最大値の1/2未満であった。
以上のことから、M,Cの値を適切に設定することにより、小さい力で駆動機構20を移動させることができることが示された。従って、微弱な力しか出すことができない片麻痺患者であっても、RACCによって駆動機構20を動かすことができ、片麻痺運動機能回復訓練装置100を用いた随意運動の訓練を行うことができることが示された。
As shown in FIG. 13, the maximum value of the surface myoelectric potential under the
From the above, it is shown that the
以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、第1受動訓練(ステップS103)および第2受動訓練(ステップS104)で、膝関節の伸展と足関節の屈曲が同時に行われるため、大腿二頭筋および腓腹筋の伸張反射を効果的に誘発することができる。なお、作業療法士等が行う促通手技では、足関節を回動させることにより腓腹筋の伸張反射を誘発するが、本実施の形態では、膝関節の伸展と足関節の屈曲を同時に行うことで、足関節を回動させるのと同等の効果を得ることができる。このため、簡易な構成で、効果的なリハビリテーションを行うことができる。 As described above in detail, according to this embodiment, the knee joint extension and the ankle joint flexion are simultaneously performed in the first passive training (step S103) and the second passive training (step S104). Stretch reflexes of biceps femoris and gastrocnemius can be effectively induced. In addition, in the facilitation technique performed by occupational therapists and the like, stretching reflex of gastrocnemius muscle is induced by rotating the ankle joint, but in the present embodiment, stretching of the knee joint and bending of the ankle joint are simultaneously performed. The same effect as rotating the ankle joint can be obtained. Therefore, effective rehabilitation can be performed with a simple configuration.
また、第1受動訓練(ステップS103)および第2受動訓練(ステップS104)により、膝関節が0°に近い角度にまで伸展された状態になった後、急激に速い速度で0°まで伸展されることとなる。このような動きは、筋紡錘を急激に伸張させ、筋緊張を効果的に高めることができ、ひいては伸張反射をより効果的に誘発することができる。 In addition, after the knee joint is extended to an angle close to 0 ° by the first passive training (step S103) and the second passive training (step S104), the knee joint is rapidly extended to 0 ° at a high speed. The Rukoto. Such movement can cause the muscle spindle to stretch rapidly, effectively increasing muscle tone, and thus more effectively inducing the stretch reflex.
図14には、筋繊維51と筋紡錘52の模式図が示されている。図14に示されるように、筋繊維51と筋紡錘52は並行して結合されている。筋繊維51が伸長されると、筋紡錘52も同時に伸長され、筋紡錘52が伸長の長さや伸長の速度に応じたパルス53を発生する。具体的には、筋繊維51が伸張された場合には図14(a)に示されるような間隔のパルス53を発生し、筋繊維51が素早く動かされた場合には図14(b)に示されるような間隔のパルス53を発生する。このため、筋繊維51が急速に伸長されると、図14(c)に示されるように、図14(a)に示されるパルス53と図14(b)に示されるパルス53の双方が合わさった状態で発生することとなる。すなわち、より大きな活動電位を発生する。本実施の形態では、膝関節を第1速度にて伸展させた後、第1速度よりも速い第2速度で伸展させるため、すなわち膝関節が0°に近い角度にあるときに膝関節を急激に伸展させるため、筋紡錘52により大きな活動電位を発生させることができる。すなわち、より効果的に伸長反射を誘発することができるようになる。
A schematic view of
また、歪みゲージ24から出力される応力信号に基づいて抵抗付随型協働制御を実行するため、使用者1の麻痺肢に、伸張反射を誘発するのに適切な大きさの抵抗力およびアシスト力を加えることができる。
In addition, in order to execute resistance-associated cooperative control based on the stress signal output from the
なお、上記実施の形態では、足を台座70に乗せ、2関節筋である大腿二頭筋と腓腹筋を伸張することで、膝関節屈曲の伸張反射を行う訓練を行うようにしたが、この発明はこれに限られない。例えば、掌を台座70に接触させ、2関節筋である上腕二頭筋を伸張するよう、機能回復訓練を行ってもよい。
In the above embodiment, the foot is placed on the
なお、上記実施の形態では、支持レール11をスライド移動する駆動機構20を備える片麻痺運動機能回復訓練装置100について説明したが、この発明はこれに限られるものではない。例えば、膝関節および足関節にそれぞれ取り付けられ、それぞれの関節を屈伸させることのできるモータを備えるものとしてもよい。
In addition, although the said embodiment demonstrated the hemiplegia motor function
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 The present invention is capable of various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the present invention. In addition, the embodiment described above is for explaining the present invention, and does not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is indicated not by the embodiments but by the claims. And, various modifications applied within the scope of the claims and the meaning of the invention are considered to be within the scope of the present invention.
1 使用者、10 装置フレーム、11 支持レール、12 ラック、20 駆動機構、21 サーボモータ、22 ピニオン、23 脚部、24 歪みゲージ、24a 検出部、25 固定軸、26 可動部、27 補助レール、28 ベース、29 プーリ伝達機構、40 PC、41 CNTモジュール、42 DAモジュール、43 ADモジュール、44 エンコーダ、45 モータドライバ、46 演算増幅器、51 筋繊維、52 筋紡錘、53 パルス、70 台座、100 片麻痺運動機能回復訓練装置
Claims (5)
前記2関節筋によって連結される関節のうち体幹の近位に位置する第1関節を伸展させるとともに体幹の遠位に位置する第2関節を屈曲させる受動訓練である第1訓練と、前記第1関節を屈曲させるとともに前記第2関節を伸展させる随意運動の訓練である第2訓練とを反復して行うための屈伸機構を備え、
前記屈伸機構は、前記第2訓練の実行時に、前記第1関節を屈曲させる力に対して抵抗力を加えるとともに前記第1関節を屈曲させる力の方向と等しい方向にアシスト力を加える抵抗付随型協働制御を実行し、前記第1訓練の実行時には前記抵抗付随型協働制御を停止する、
ことを特徴とする片麻痺運動機能回復訓練装置。 A hemiplegic motor function recovery training device for performing bending and extension movements of a joint connected by two joint muscles among joints constituting a lower limb or an upper limb of a hemiplegia patient,
A first training which is passive training which extends a first joint located proximal to the trunk among the joints connected by the biarticular muscles and flexes a second joint located distal to the trunk; A bending and stretching mechanism for repeatedly performing a second training, which is training of a voluntary movement for bending the first joint and extending the second joint,
The bending and stretching mechanism is a resistance-associated type that applies resistance to a force to bend the first joint and applies an assist force in a direction equal to the direction of force to bend the first joint when performing the second training. Perform cooperative control, and stop the resistance-associated cooperative control at the time of execution of the first training;
A hemiplegia motor function recovery training device characterized in that.
水平方向に設置される装置本体と、
前記装置本体に設けられ、足裏または掌が接触するように患者の下肢または上肢が配置される台座と、
前記装置本体に設けられ、前記台座を、下肢または上肢を前記台座に配置した患者の前記第1関節が屈曲するとともに前記第2関節が伸展した状態に対応する第1位置と、前記第1関節が伸展するとともに前記第2関節が屈曲した状態に対応する第2位置との間を直線状に往復移動させる台座駆動部とを備え、
前記台座駆動部は、前記台座を前記第2位置から前記第1位置に移動させる前記第2訓練の実行時に、前記台座を移動させる力に対して抵抗力を加えるとともに前記台座を移動させる力の方向と等しい方向にアシスト力を加える前記抵抗付随型協働制御を実行し、前記台座を前記第1位置から前記第2位置に移動させる前記第1訓練の実行時に、前記抵抗付随型協働制御を停止する、
ことを特徴とする請求項1に記載の片麻痺運動機能回復訓練装置。 The bending and stretching mechanism
A device body installed horizontally,
A pedestal provided on the device body and in which the patient's lower or upper limbs are disposed so as to contact the sole or palm;
A first position corresponding to a state in which the first joint of a patient whose leg or upper limb is disposed on the base is bent and the second joint is extended; And a pedestal driving unit configured to linearly reciprocate between a second position corresponding to a state in which the second joint is bent while the second joint extends.
When performing the second training to move the pedestal from the second position to the first position, the pedestal driving unit applies resistance to the force to move the pedestal and moves the pedestal. Performing said resistance-associated cooperative control that applies an assist force in a direction equal to the direction, and moving said pedestal from said first position to said second position, when performing said first training, said resistance-associated cooperative control To stop,
The hemiplegia motor function recovery training device according to claim 1 characterized by things.
ことを特徴とする請求項2に記載の片麻痺運動機能回復訓練装置。 When moving the pedestal from the first position to the second position, the pedestal driving unit moves the pedestal from the first position to a predetermined range at a first speed, and when the pedestal driving unit exceeds the predetermined range Move at a second speed faster than the speed,
The hemiplegia motor function recovery training apparatus according to claim 2,
前記抵抗付随型協働制御により前記台座駆動部に加えられる前記アシスト力は、前記力センサにより検出された力信号に応じて設定される、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の片麻痺運動機能回復訓練装置。 The pedestal includes a force sensor provided on the pedestal and detecting a motion signal of the patient as a force signal.
The assist force applied to the pedestal drive unit by the resistance-associated cooperative control is set according to a force signal detected by the force sensor.
The hemiplegia motor function recovery training apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that:
前記第2訓練の実行時には、前記屈伸機構に、前記第1関節を屈曲させる力に対して抵抗力を加えるとともに前記第1関節を屈曲させる力の方向と等しい方向にアシスト力を加える抵抗付随型協働制御を実行させる実行部、
前記第1訓練の実行時には、前記屈伸機構に、前記抵抗付随型協働制御を停止させる停止部、
として機能させる、プログラム。 Of the joints constituting the lower or upper limbs of a hemiplegia patient, the joint connected by the biarticular muscles is located proximal to the trunk of the joints connected by the biarticular muscles, in order to perform bending and extension movements of the joints connected by the biarticular muscles First training, which is passive training for extending one joint and bending a second joint located at the distal end of the trunk, and training of voluntary movement for bending the first joint and extending the second joint A computer for controlling a hemiplegic motor function recovery training apparatus comprising a bending and stretching mechanism for repeating the second training;
At the time of execution of the second training, the resistance accompanying type that applies resistance to the bending force of the first joint and applies an assisting force in the same direction as the direction of the bending force of the first joint to the bending and stretching mechanism. An execution unit that executes cooperative control,
A stop unit that causes the bending and stretching mechanism to stop the resistance-associated cooperative control at the time of execution of the first training;
A program that acts as
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