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JP6512704B2 - Hemiplegia motor function recovery training device and program - Google Patents
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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).

特開2002−119555号公報JP 2002-119555 A 特表2009−536535号公報Japanese Patent Publication 2009-536535

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 Patent Document 1 mentioned above only performs passive exercise, and the patient does not exercise voluntarily, so from the viewpoint of functional recovery, the rehabilitation effect is weak. Met.
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.

この発明の実施の形態に係る片麻痺運動機能回復訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of a hemiplegia motor function recovery training device concerning an embodiment of this invention. 図1の片麻痺運動機能回復訓練装置の装置フレームの概略的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the apparatus frame of the hemiplegia motor function recovery training apparatus of FIG. 図1の片麻痺運動機能回復訓練装置の駆動機構の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the drive mechanism of the hemiplegia motor function recovery training apparatus of FIG. 図1の片麻痺運動機能回復訓練装置の駆動機構の断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-section of the drive mechanism of the hemiplegia motor function recovery training apparatus of FIG. 歪みゲージの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a strain gauge. 片麻痺運動機能回復訓練装置のシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the system configuration of a hemiplegia motor function recovery training device. 片麻痺運動機能回復訓練装置の使用状態を示す図である。It is a figure which shows the use condition of a hemiplegia motor function recovery training apparatus. 片麻痺運動機能回復訓練装置による機能回復訓練の流れを説明するフローチャートである。It is a flow chart explaining a flow of functional recovery training by a hemiplegia motor functional recovery training device. 膝関節の可動域を示す図である。It is a figure showing the range of motion of a knee joint. 機能回復訓練時における片麻痺運動機能回復訓練装置および使用者の動きを示す図である。It is a figure which shows the movement of a hemiplegia motor function recovery training apparatus and a user at the time of function recovery training. 駆動機構の目標速度、駆動機構の実速度および歪みゲージにて測定された力の推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of transition of the target speed of a drive mechanism, the real speed of a drive mechanism, and the force measured with the strain gauge. 駆動機構の速度と表面筋電位の推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of speed of a drive mechanism, and transition of surface myoelectric potential. 片麻痺運動機能回復訓練装置の電源を落とした状態で機能回復訓練を実行した場合、およびM,Cの値を変化させて機能回復訓練を実行した場合における表面筋電位の推移の一例を示す図である。The figure which shows an example of transition of the surface myoelectric potential in the case where function recovery training is performed in the state which turned off the power supply of the hemiplegia motor function recovery training apparatus, and the value of M and C is changed and function recovery training is performed. It is. 筋繊維と筋紡錘の模式図を示す図である。It is a figure which shows the model of a muscle fiber and a muscle spindle.

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 recovery training apparatus 100 is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the hemiplegia motor function recovery training device 100 includes a device frame 10 and a drive mechanism 20 incorporated in the device frame 10. A pedestal 70 for fixing the user's foot is fixed to the upper portion of the drive mechanism 20. Although not particularly shown in FIG. 1, the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 is a so-called personal computer (hereinafter referred to as a personal computer including a central processing unit, a random access memory, a read only memory, etc.). , “PC”) 40, and transmits various detection values to the PC 40. The PC 40 executes various controls of the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 based on various detected values and a program described below.

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 device frame 10 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, on the bottom surface of the device frame 10, a pair of support rails 11 and a rack 12 having teeth on the top surface are provided to extend substantially the entire length of the device frame 10 along the longitudinal direction. There is.

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 drive mechanism 20 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the drive mechanism 20 is provided with a leg 23 slidably fixed to the support rail 11 and a servomotor 21 as a drive member. A pinion 22 engaged with the rack 12 via a pulley transmission mechanism 29 is rotatably fixed to the servo motor 21. When the drive mechanism 20 reciprocates the support rail 11, the rotational force of the servomotor 21 is transmitted to the pinion 22 via the pulley transmission mechanism 29, and the drive mechanism 20 extends the support rail 11 via the pinion 22 and the rack 12. Reciprocate in the direction.

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 drive mechanism 20 taken along line A-A of FIG. 3 as viewed in the direction of arrow B shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the drive mechanism 20, a base 28, a fixed shaft 25 whose lower end is fixed to the base 28, a pair of strain gauges 24 whose one end is fixed to the fixed shaft 25, a longitudinal direction of the base 28 A pair of auxiliary rails 27 provided in a direction extending along the movable portion 26 and a movable portion 26 slidably attached to the auxiliary rails 27 are provided.

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 movable portion 26 is fixed to the pedestal 70, and the auxiliary rail 27 reciprocates by following the movement of the pedestal 70. The strain gauge 24 is a high sensitivity sensing mechanism capable of detecting even a weak force of a hemiplegic patient by converting strain into voltage, one end being fixed to the fixed shaft 25 as described above, and the other end Is fixed to the movable portion 26. When the pedestal 70 moves relative to the base 28, the movable portion 26 moves the auxiliary rail 27 following the pedestal 70. When the movable portion 26 moves the auxiliary rail 27 in this manner, the strain gauge 24 expands and contracts following the movement of the movable portion 26.

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 strain gauge 24 includes a detection unit 24a. As described above, when the pedestal 70 moves relative to the base 28, the detection portion 24a of the strain gauge 24 expands and contracts from the state of FIG. 5A to the state of FIG. 5B. Then, an electrical signal corresponding to the stress generated in the detection unit 24a is output from the detection unit 24a to the PC 40 as a stress signal.

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 recovery training apparatus 100 is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 includes the servomotor 21 and the strain gauge 24 described above, a PC 40 that executes various processes, and an operational amplifier 46 that amplifies a stress signal output from the strain gauge 24. And a motor driver 45 that controls power supply to the servomotor 21 based on a signal output from the PC 40, and an encoder 44 that detects a rotation angle of the servomotor 21 and outputs a detection signal to the PC 40. The PC 40 calculates the pulses output from the CNT module 41 that counts pulses output for each rotation angle of the servo motor 21 through the encoder 44, the DA module 42 that transmits the power supply signal to the servo motor 21 to the motor driver 45, and the strain gauge 24 An AD module 43 that receives the stress signal amplified by the amplifier 46 is provided.

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 recovery training apparatus 100 having such a configuration. As shown in FIG. 7, a hemiplegic patient (hereinafter, “user 1”) faces the hemiplegic motor function recovery training device 100 and holds a sitting position using a chair or the like. Then, the paralyzed foot (hereinafter, "paralyzed limb") is fixed to the pedestal 70 so that the back of the foot is in contact. In the present embodiment, functional recovery training is described in which the stretch reflex of knee joint flexion is induced by stretching biceps femoris muscle and gastrocnemius muscle that are bi-articular muscles.

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 recovery training apparatus 100 is shown in FIG.

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 user 1, the length of the foot of the user 1, and the like are set. Next, the origin of the strain gauge 24 is set (step S101). Since the strain gauge 24 is a high sensitivity sensing mechanism that can detect even weak force of hemiplegic patients, the output value is affected by various factors such as unintended foot swing of the user 1 and floor vibration. It will change. In order to suppress such an unnecessary change, the user 1 sets the origin in a state where the foot is fixed to the pedestal 70 at step S101.

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 drive mechanism 20 at a predetermined first speed to a predetermined value (step S103), and then at a second speed higher than the first speed. The second passive training to move the drive mechanism 20 is executed (step S104).

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 user 1 fixes the paralyzed limb to the pedestal 70 so that the back of the foot contacts, when the drive mechanism 20 moves the support rail 11, the knee joint and the foot are moved together with the movement of the drive mechanism 20. The angles of the joints change.
The movements of the user 1 and the drive mechanism 20 at the time of function recovery training using such a hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (d). When the drive mechanism 20 moves from the position shown in FIG. 10 (a) to the position shown in FIG. 10 (c), the knee joint extends and the ankle joint bends as the drive mechanism 20 moves. In the state shown in FIG. 10 (c), the knee joint is extended and the ankle joint is expressed as being flexed, and in the state shown in FIG. 10 (a), the knee joint is bent and Ankle joints are described as being stretched. On the other hand, when the drive mechanism 20 moves from the position shown in FIG. 10 (c) to the position shown in FIG. 10 (a), the knee joint of the user 1 bends as the drive mechanism 20 moves. Ankle joints extend. In this embodiment, when the knee joint of the user 1 is flexed and the ankle joint is in an extended state, the position taken by the drive mechanism 20 is taken as a flexed position (position A shown in FIG. 10), and the knee joint is extended. The position taken by the drive mechanism 20 when the ankle joint is in a bent state is taken as an extended position (position B shown in FIG. 10). In addition, the correspondence of the position of the drive mechanism 20 and the angle of the knee joint of the user 1 is set at the time of setting of initial conditions in step S100.

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 drive mechanism 20 in the bending position directed to the extension position, a position closer to the bending position by a predetermined distance C than the extension position , Acceleration position) at a first speed. At the same time as the knee joint of the user 1 is extended at the first speed by such first passive training, the ankle joint of the user 1 is also flexed at the first speed. When the drive mechanism 20 reaches the acceleration position, the process shifts to the second passive training (step S104), and the drive mechanism 20 moves to the extended position at a second speed higher than the first speed (FIG. 10 (b)). Thereby, at the same time as the knee joint of the user 1 is extended at the second speed, the ankle joint of the user 1 is flexed at the second speed.
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 drive mechanism 20.

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 user 1 starts a voluntary exercise to bend the knee joint. On the other hand, the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 determines whether or not 200 milliseconds have elapsed after such second training (step S104) is completed (step S105). If it is determined that 200 milliseconds have elapsed (step S105; YES), RACC, that is, resistance-associated cooperative control is executed.

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 user 1 who tries to move the drive mechanism 20 based on the stress signal output from the strain gauge 24. It is control which applies resistance to the force of the user 1 who tries to move the drive mechanism 20 while applying force. That is, the user 1 moves the drive mechanism 20 in the position of FIG. 10C to the position of FIG. 10D to bend the knee joint after the second training (step S104) is finished. Apply power to The drive mechanism 20 assists the movement in this direction and applies resistance.

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。

Figure 0006512704
Specifically, a target velocity of the drive mechanism 20 is set based on a stress signal output from the strain gauge 24, and control for moving the drive mechanism 20 according to the target velocity is shown. First, the impedance equation in the drive mechanism 20 with respect to the force F is expressed as the following equation 1.
Figure 0006512704

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。

Figure 0006512704
In order to convert into the relational expression of velocity, if the equation 1 is discretized and K = 0 is given, the following equation 2 is obtained.
Figure 0006512704

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F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 drive mechanism 20 in accordance with the target speed calculated using the equation 2, an assist force can be applied to the movement of the user 1.
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、Pの設定時間と、F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 strain gauge 24 or may be set in advance to a predetermined time.

また、数2に示された麻痺肢の力Fに対して以下の数3に示される仮想力Fを加えることもできる。

Figure 0006512704
このように、仮想力を加えると、歪みゲージ24の出力のみに基づいて目標速度を設定する場合よりも、より適切に目標速度を設定することができる。すなわち、麻痺肢の力Fが大きくなり駆動機構20が加速される場合には、目標速度をより好適に増大させることができるため、使用者1は先に押されたような加速感をより好適に感じることができる。一方、麻痺肢の力Fが小さくなり、駆動機構20が減速される場合には、目標速度を移動方向と反対方向に遅らせることができるため、より好適に減速感を感じることができる。以上のように、仮想力Fを加えると、運動意図の方向と同じ方向に麻痺肢が押されていると感じることができるようになる。 In addition, an imaginary force F c shown in the following equation 3 can be added to the force F n of the paralyzed limb shown in the equation 2.
Figure 0006512704
Thus, when the virtual force is applied, the target velocity can be set more appropriately than when the target velocity is set based only on the output of the strain gauge 24. That is, when the force F n of the paralyzed limb is increased and the drive mechanism 20 is accelerated, the target speed can be more suitably increased. I can feel suitable. On the other hand, when the force F n of the paralyzed limb becomes small and the drive mechanism 20 is decelerated, the target velocity can be delayed in the direction opposite to the moving direction, so that the feeling of deceleration can be felt more suitably. As described above, when the virtual force F c is applied, it becomes possible to feel that the paralyzed limb is pressed in the same direction as the direction of exercise intention.

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 user 1 resists his own force to move the drive mechanism 20 when performing voluntary exercise training to bend the knee joint as shown in FIG. 10 (d). While obtaining the force, it is possible to obtain an assist force for moving the drive mechanism 20 in the same direction as the intended direction.

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 user 1 is performed until transition to the voluntary exercise by the RACC (step S106). There is a time lag (about 200 milliseconds) for the movement due to reflection to occur. Therefore, in the present embodiment, when it is determined that 200 milliseconds have not elapsed after the second training (step S104) is ended (step S105; NO), the process waits for 200 milliseconds to elapse. Thus, by waiting for 200 milliseconds to elapse, the operation of the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 can be synchronized with the voluntary movement or rhythm of the user 1, so that the training effect can be improved. become.

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 drive mechanism 20 and the force (right axis) detected by the strain gauge 24 when the above-described function recovery training is performed. The target velocity of the drive mechanism 20 is indicated by a broken line, the actual velocity of the drive mechanism 20 is indicated by a solid line, and the force detected by the strain gauge 24 is indicated by an alternate long and short dash line.
As shown in FIG. 11, when the control is started, the drive mechanism 20 actually moves to the first speed in period A, and then to the second speed higher than the first speed in period B. Moved. After that, in period C, it moved at a speed corresponding to the force detected by the strain gauge 24. That is, in the period C, the drive mechanism 20 can be moved based on the voluntary movement of the user 1.

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 recovery training apparatus 100, and transition of the surface myoelectric potential was measured. The results are shown in FIG. The transition of the surface myoelectric potential (right axis) is indicated by a solid line, and the transition of the actual velocity (left axis) of the drive mechanism 20 is indicated by a broken line. As shown by P1 and P2 in FIG. 12, the myoelectric potential was rising immediately after the second passive training (step S104) was completed. From this, it was shown that the training using the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 effectively induced the extension reflex of the knee flexor muscle.

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 conditions 1 to 3 are set, function recovery training is performed using the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100, and the surface of the semitendinoid muscle as in the measurement shown in FIG. The transition of myoelectric potential was measured.
Condition 1. The function recovery training is performed with the power of the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100 turned off.
Condition 2. The function recovery training is performed with the values of M and C shown in Equation 1 set to appropriate values.
Condition 3. The function recovery training is performed in a state in which the values of M and C shown in the equation 1 are set to values (inappropriate values) larger than the values set in the condition 2.
The results are shown in FIG. The transition of the surface myoelectric potential under the condition 1 is indicated by an alternate long and short dash line, the transition of the surface myoelectric potential under the condition 2 is indicated by a solid line, and the transition of the surface myoelectric potential under the condition 3 is indicated by a broken line.

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 condition 1 was 0.08 mV, and the maximum value of the surface myoelectric potential under the condition 3 was 0.12 mV. This is because in the case of Condition 3, the virtual mass and the virtual viscosity increase, so that a larger load is applied than during normal bending, and a large force is required for the knee flexing movement. In addition, the maximum value of the surface myoelectric potential under the condition 2 was about 0.04 mV. Thus, the maximum value of the surface myoelectric potential under the condition 2 was less than 1/2 of the maximum value of the surface myoelectric potential under the condition 1.
From the above, it is shown that the drive mechanism 20 can be moved with a small force by appropriately setting the values of M and C. Therefore, even in the case of a hemiplegic patient who can exert only a weak force, the RACC can move the drive mechanism 20 and can perform voluntary exercise training using the hemiplegia motor function recovery training apparatus 100. Indicated.

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 muscle fibers 51 and muscle spindles 52 is shown in FIG. As shown in FIG. 14, the muscle fibers 51 and the muscle spindles 52 are coupled in parallel. When the muscle fiber 51 is stretched, the muscle spindle 52 is also stretched simultaneously, and the muscle spindle 52 generates a pulse 53 according to the length of extension and the rate of extension. Specifically, when the muscle fiber 51 is stretched, the pulse 53 of the interval as shown in FIG. 14 (a) is generated, and when the muscle fiber 51 is moved quickly, the pulse 53 is shown in FIG. 14 (b). Generate pulses 53 of intervals as shown. For this reason, when the muscle fiber 51 is rapidly stretched, as shown in FIG. 14 (c), both the pulse 53 shown in FIG. 14 (a) and the pulse 53 shown in FIG. 14 (b) are combined. Will occur in the That is, a larger action potential is generated. In this embodiment, after extending the knee joint at the first speed, in order to extend at the second speed higher than the first speed, that is, when the knee joint is at an angle close to 0 °, the knee joint is sharply The muscle spindle 52 can generate a large action potential. That is, it becomes possible to induce the elongating reflex more effectively.

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 strain gauge 24, the user's paralyzed limb has an appropriate amount of resistance and assist force for inducing the stretch reflex. Can be added.

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 pedestal 70, and by performing bi-articular muscle biceps femoris muscle and gastrocnemius muscle, training for extending and reflecting the knee joint flexion is performed. Is not limited to this. For example, functional recovery training may be performed to bring the palm into contact with the pedestal 70 and extend the biceps, which is a biarticular muscle.

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 recovery training apparatus 100 provided with the drive mechanism 20 which carries out the slide movement of the support rail 11, this invention is not limited to this. For example, a motor may be provided which is attached to the knee joint and the ankle joint and capable of bending and extending each joint.

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 Reference Signs List 1 user, 10 apparatus frame, 11 support rails, 12 racks, 20 drive mechanisms, 21 servomotors, 22 pinions, 23 legs, 24 strain gauges, 24a detection units, 25 fixed shafts, 26 movable units, 27 auxiliary rails, 28 base, 29 pulley transmission mechanism, 40 PC, 41 CNT module, 42 DA module, 43 AD module, 44 encoder, 45 motor driver, 46 operational amplifier, 51 muscle fibers, 52 muscle spindles, 53 pulses, 70 pedestals, 100 pieces Paralysis motor function recovery training device

Claims (5)

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、
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.
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.
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:
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、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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