JP2015100477A - Rehabilitation support device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脚の不自由な患者がリハビリ用として使用することのできるリハビリ支援装置に関するものである。 The present invention relates to a rehabilitation support device that can be used by a patient with reduced mobility for rehabilitation.
従来、歩行障害を有する患者がリハビリ用として使用することのできる装置として、立位状態の患者の重心を検出できるようにした装置が提案されている(特許文献1、2など参照)。このような装置は、例えば、足を置くことができるプレートと、そのプレートに置かれた足に掛かる荷重を検出する荷重検出センサーとを備えてなるものであって、これらの荷重検出センサーから体幹の重心位置などを検出できるようにしたものである。このような装置を用いれば、リハビリを行う患者の重心位置を検出して、健常者と同じように立位状態を保てるか否かを判断することができるようになる。
Conventionally, as an apparatus that can be used for rehabilitation by a patient having a walking disorder, an apparatus that can detect the center of gravity of a standing patient has been proposed (see
しかしながら、このような装置を用いて、例えば、脚に震えを有している患者や、脚をなかなか一歩前へ踏み出せないような患者をリハビリさせることを考えた場合、次に示すような問題がある。 However, using such a device, for example, when considering rehabilitation of patients who have tremors in their legs or who cannot easily step their legs one step forward, the following problems may occur: is there.
すなわち、脚に震えを有している患者は、通常、何らかの原因で重心が前方に移動してしまった場合に、反射的に重心を大きく後方に移動させようと筋肉を動かすが、この筋肉の働きが原因となって、今度は反射的に前方へと重心を移動させるように筋肉が反応してしまい、結果として、脚に震えを生じてしまう。しかしながら、このように脚に震えを有している患者をリハビリさせることを考えた場合、上述のような装置で重心移動を検出したとしても、脚の震えによる重心の移動を検出するだけであって、根本的なリハビリにはつながらない。 In other words, patients with trembling legs usually move their muscles to reflexively move the center of gravity backward when the center of gravity moves forward for some reason. Due to the work, this time the muscles react to reflexively move the center of gravity forward, resulting in trembling of the legs. However, when considering rehabilitation of a patient who has trembling on the leg in this way, even if the movement of the center of gravity is detected by the device as described above, it only detects the movement of the center of gravity due to the trembling of the leg. It does not lead to fundamental rehabilitation.
また、脚をなかなか一歩前に踏み出せないような患者は、重心が前に移動した場合に、反射的にその重心を元の位置に戻そうと筋肉が反応してしまうが、このように重心を元の位置に戻すように筋肉が反応すると脚を一歩前に出させることができない。このような患者をリハビリさせる場合、上述のような装置を用いたとしても、重心移動を検出するだけであって、脚を一歩前へ踏み出させるための補助にはならない。 In addition, patients who cannot easily step their legs one step forward, when the center of gravity moves forward, the muscles react to return the center of gravity reflectively to the original position. If the muscles react to return to the original position, the legs cannot be moved forward one step. When such a patient is rehabilitated, even if the apparatus as described above is used, only the movement of the center of gravity is detected, and it does not help to step the leg forward.
また、上記特許文献1に示すように、フォースプレートを突発的に移動させて姿勢バランスを検出できるようにした装置も提案されているが、このようにフォースプレートを突発的に移動させると、脚に震えを有する患者の震えを余計に助長してしまい、また、一歩前へ脚を踏み出せない患者に対しては、余計にその重心移動を元に戻させようとしてしまう。このため、このように突発的にフォースプレートを移動させる装置は、到底リハビリに使用することができない。
In addition, as shown in the above-mentioned
そこで、本発明は脚の不自由な患者が、リハビリとして使用できるようにしたリハビリ支援装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rehabilitation support apparatus that can be used as a rehabilitation by a patient with reduced mobility.
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、被験者が立つことのできるフォースプレートと、当該フォースプレートにかかる荷重を検出する荷重検出センサーと、当該荷重検出センサーに掛かる荷重から被験者の重心位置を検出する重心位置検出手段とを備え、被験者の重心位置の移動に伴ってフォースプレートを水平方向に移動させる駆動手段を備えるようにしたものである。 That is, in order to solve the above-described problem, the present invention provides a force plate on which the subject can stand, a load detection sensor that detects a load applied to the force plate, and a gravity center position of the subject from the load applied to the load detection sensor. And a drive means for moving the force plate in the horizontal direction as the subject's center of gravity moves.
このようにすれば、被験者の重心移動による脚の筋肉の反応をフォースプレートの移動で緩和させたり、あるいは、補助させたりすることができるようになる。 In this way, the reaction of the leg muscles due to the movement of the center of gravity of the subject can be relaxed or assisted by the movement of the force plate.
このような発明の一実施の態様として、被験者の重心の移動方向にフォースプレートを移動させるようにする。 As one embodiment of such an invention, the force plate is moved in the moving direction of the subject's center of gravity.
このようにすれば、脚に震えを有する患者が前方へ重心を移動させた際、フォースプレートが前方へ移動するので、荷重重心を体幹中心の位置に戻すことができ、後方へ重心を移動させようとする患者の反射的な筋肉の反応を抑制することができる。 In this way, when a patient with trembling legs moves the center of gravity forward, the force plate moves forward, so that the center of gravity of the load can be returned to the position of the trunk center, and the center of gravity moves backward. It is possible to suppress the reflex muscle reaction of the patient to be let go.
また、別の実施の態様として、被験者の重心の移動方向と逆方向にフォースプレートを移動させる。 As another embodiment, the force plate is moved in the direction opposite to the moving direction of the center of gravity of the subject.
このようにすれば、脚をなかなか一歩前へ踏み出せないような患者が使用する場合、前方への重心移動に伴ってフォースプレートが後方に移動するので、強制的に重心をもっと前に移動させることができ、これに伴って脚を一歩前に出させるための反射的な動きを補助することができる。 In this way, if the patient is unable to step forward one step forward, the force plate will move backward as the center of gravity moves forward, so the center of gravity must be moved further forward. Accordingly, it is possible to assist a reflexive movement for moving the leg forward one step.
本発明によれば、被験者が立つことのできるフォースプレートと、当該フォースプレートにかかる荷重を検出する荷重検出センサーと、当該荷重検出センサーに掛かる荷重から被験者の重心位置を検出する重心位置検出手段とを備え、被験者の重心位置の移動に伴ってフォースプレートを水平方向に移動させる駆動手段を備えるようにしたので、被験者の重心移動による脚の筋肉の反応をフォースプレートの移動で緩和させたり、あるいは、補助させたりすることができるようになる。 According to the present invention, a force plate on which a subject can stand, a load detection sensor that detects a load applied to the force plate, and a centroid position detection unit that detects a centroid position of the subject from the load applied to the load detection sensor. With the drive means for moving the force plate in the horizontal direction as the subject's center of gravity moves, the leg muscle reaction due to the subject's center of gravity movement can be mitigated by the movement of the force plate, or , You will be able to help.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施の形態におけるリハビリ支援装置1は、脚に震えを有する患者や、脚をなかなか一歩前に踏み出せない患者などがリハビリ用として使用できるようにしたものであって、図1から図4に示すように、患者である被験者が立つことのできるフォースプレート2と、そのフォースプレート2に立った被験者の荷重を計測することのできる荷重検出センサー3(図2参照)と、その荷重検出センサー3からの出力値に基づいて被験者の重心を計測する重心位置検出手段5とを備えている。そして、特徴的に、そのフォースプレート2を水平方向に移動させる駆動手段6を備え、被験者の重心が移動した際に、その移動方向やもしくは逆方向に一定の距離・速度でフォースプレート2を移動させるようにしたものである。以下、本実施の形態におけるリハビリ支援装置1の構成について詳細に説明する。
The
まず、このフォースプレート2は、図3に示すように、被験者が立つことのできるようにした一枚の矩形状の金属製板材で構成されるものであって、ボックス状の筐体20の上側にスライド可能に支持される。このフォースプレート2の下方には、荷重検出センサー3やベースプレート4、駆動機構6aなどが設けられる。
First, as shown in FIG. 3, the
フォースプレート2に立った被験者の荷重を検出する荷重検出センサー3は、図2に示すように、鉛直方向軸(z軸)にかかる被験者の荷重を検出するものであって、例えば、ひずみゲージを備えたロードセルなどによって構成される。この荷重検出センサー3は、下方に設けられたベースプレート4の上面に取り付けられており、さらに、その上端部分をフォースプレート2の四隅近傍に固着させ、こられ4つの荷重検出センサー3によって被験者の荷重を検出する。なお、ここでは荷重検出センサー3として、四隅に設けられたロードセルを例に挙げて説明しているが、荷重を測定できるようなセンサーであればどのようなものであってもよく、例えば、ピエゾフィルムを利用したセンサーや、圧縮素子を利用したセンサー、変位センサーなどを用いてもよい。
As shown in FIG. 2, the
一方、この荷重検出センサー3を支持するベースプレート4の下方には、フォースプレート2を移動させるための駆動手段6の一部を構成する駆動機構6aが設けられる。この駆動機構6aは、前後方向にフォースプレート2を移動させるようにしたものであって、ウォームギアを備えた機構や、ラック・ピニオンを備えた機構、その他、回転運動を直線運動に変換させるための機構などが使用される。このとき、好ましくは、被験者による大きな体重がかかった場合であっても、フォースプレート2を正確かつ迅速にスライドさせることができるような機構を用いる。ここでは、図1や図3に示すように、前後方向にウォームギア61を設けた機構を用い、ベースプレート4の下面にウォームギア61に螺着するナット部材62を溶着させておき、そのウォームギア61の端部に設けられたモーター63を回転させてベースプレート4をスライドさせるようにしている。このとき、ウォームギア61は、フォースプレート2の中心位置近傍に設けるようにしておき、これによって、フォースプレート2のスライド時に駆動部分と重心位置との間にモーメントを発生させないようにしている。そして、このような駆動機構6aをコンピューターに格納された制御部である駆動手段6によって駆動制御させるようになっている。
On the other hand, below the
重心位置検出手段5は、このフォースプレート2にかかった被験者の荷重から、その被験者の重心位置を検出する。この重心位置を検出する場合、右前方の荷重検出センサー3の出力値をPFR、左前方の荷重検出センサー3の出力値をPFL、右後方の荷重検出センサー3の出力値をPBR、左後方の荷重検出センサー3の出力値をPRLとした場合、モーメントの釣り合い式から重心位置(Gx,Gy)は次式によって算出される。
The center-of-gravity position detection means 5 detects the position of the center of gravity of the subject from the load of the subject on the
<式1>
Gx=(PFR+PBR)×Lx/(PFR+PFL+PBR+PBL)
Gy=(PFR+PFL)×Ly/(PFR+PFL+PBR+PBL)
<
Gx = (PFR + PBR) × Lx / (PFR + PFL + PBR + PBL)
Gy = (PFR + PFL) × Ly / (PFR + PFL + PBR + PBL)
なお、ここで(Gx、Gy)はフォースプレート2の左後方の荷重検出センサー3の位置を原点とするx、y軸方向の座標を示すものである。また、Lxはフォースプレート2のx軸方向の長さ、Lyはフォースプレート2のy軸方向の長さを示すものである。
Here, (Gx, Gy) represents coordinates in the x and y axis directions with the position of the
これらの重心位置の検出は、小刻みに振動する被験者の重心移動を検出できるようにすべく、10msec〜30msecの範囲内で検出できるようにサンプリング時間を設定しておく。 In order to detect these center-of-gravity positions so that the subject's center-of-gravity movement that vibrates in small increments can be detected, the sampling time is set so that it can be detected within the range of 10 to 30 msec.
このような構成のもと、脚に震えを有する患者がリハビリとして使用する場合の動作例について図5のフローチャートを用いて説明する。 With reference to the flowchart of FIG. 5, an operation example in the case where a patient having a trembling leg is used for rehabilitation under such a configuration will be described.
まず、使用に先立ち、フォースプレート2に載っていない状態で、各荷重検出センサー3の出力値をゼロに設定し、その状態で、被験者にフォースプレート2に載ってもらい、4つの荷重検出センサー3の合計から被験者の全荷重を測定する。この測定された全荷重が、上記式1の分母の値となる。また、初期設定として、フォースプレート2をスライドさせるための距離や速度などを設定しておく。この「距離」としては、重心移動距離dに対するフォースプレート2の移動距離として、d×a(a=割合係数)として設定され、また、「速度」としては、重心移動速度vに対するフォースプレート2の移動速度として、v×b(b=割合係数)を設定する。これらの割合係数(a,b)としては、好ましくは「1」以下となるように設定しておく。
First, prior to use, the output value of each
このように初期設定が終わった後、被験者のリハビリを開始する。リハビリを開始するための信号が入力されると、荷重検出センサー3が被験者の荷重を検出し(ステップS1)、その出力値から荷重重心を算出し(ステップS2)、変位距離や速度を算出する。この変位距離の算出は、サンプリング時間毎に重心位置を求め、先のサンプリング時間と今回のサンプリング時間の重心位置の差から前後方向の距離を算出し、また、速度の算出は、当該算出された変位距離をサンプリング時間で除した値として算出する。そして、この算出された(距離、速度)=(Δd,Δv)に対して、先に初期設定された割合係数(a,b)を積算し、「Δd×a」の距離を「Δv×b」の速度でフォースプレート2を移動させるようにモーター63を回転させる。
Thus, after the initial setting is completed, the subject's rehabilitation is started. When a signal for starting rehabilitation is input, the
このとき、例えば、被験者の重心が前方に移動すると(ステップS4:前方)、被験者はその重心の移動に伴って反射的に重心を元の位置に戻そうとする筋肉を働かせようとするが、このときフォースプレート2が前方に移動するために(ステップS5)、その反射的な筋肉の動きを抑制することができる。また、今度は逆に、被験者の重心が後方に移動した場合(ステップS4:後方)、その重心の移動に伴ってフォースプレート2が後方に移動するため(ステップS6)、被験者が反射的に重心を前方へ戻そうとする筋肉の動きを抑制することができる。これにより、過敏な反射に基づく脚の震えを防止することができる。このとき、フォースプレート2を移動させる距離や速度を割合係数(a,b)で設定するようにしているので、筋肉の反射の程度に応じてフォースプレート2の動きを設定することができ、被験者の症状の度合いに応じてリハビリを行わせることができるようになる。
At this time, for example, if the subject's center of gravity moves forward (step S4: forward), the subject tries to work muscles that reflexively return the center of gravity to the original position as the center of gravity moves. At this time, since the
次に、脚をなかなか前へ踏み出すことができない被験者をリハビリさせる場合について図6のフローチャートを用いて説明する。なお、このリハビリにおいても、同様に、被験者にフォースプレート2に立ってもらい、全荷重を計測するとともに、フォースプレート2の移動距離や速度の割合係数(a,b)などを設定しておくものとする。
Next, a case where a subject who cannot easily step forward with his / her leg is rehabilitated will be described with reference to the flowchart of FIG. Similarly, in this rehabilitation, the subject is asked to stand on the
このような被験者をリハビリさせる際、被験者がフォースプレート2に立つことによって、各荷重検出センサー3が被験者の荷重を検出し(ステップT1)、4つの荷重検出センサー3の出力値から重心位置を算出するとともに(ステップT2)、サンプリング時間から重心位置の変位や速度などを算出する(ステップT3)。そして、被験者の重心が前方に移動した場合(ステップT4:前方)、その重心の移動に伴ってフォースプレート2を駆動手段6によって後方へと移動させる(ステップT7)。すると、このフォースプレート2が強制的に後方に移動するため、被験者は、本来反射的に重心位置を元の体幹中心位置に戻そうとする筋肉の働きから、転倒を防止するための反射的な筋肉を動かすようになり、脚を一歩前に踏み出させるようにすることができる。また、逆に、被験者の重心が後方に移動した場合(ステップT4:後方)、その重心の移動に伴ってフォースプレート2を前方に移動させる(ステップT6)。すると、被験者は、強制的にフォースプレート2が前方に移動することになるので、本来反射的に重心位置を元の体幹中心位置に戻そうとする筋肉の働きから、転倒を防止するために反射的に筋肉を動かすことができ、一歩後方に脚を出させることについての補助を行うことができるようになる。
When such a subject is rehabilitated, when the subject stands on the
なお、このようにフォースプレート2を重心の移動方向と逆方向に移動させる場合、初期設定される際の(a,b)の値を負の値として設定しておけば、フォースプレート2を逆方向に移動させることができるようになる。
When the
このように上記実施の形態によれば、被験者が立つことのできるフォースプレート2と、当該フォースプレート2にかかる荷重を検出する荷重検出センサー3と、当該荷重検出センサー3に掛かる荷重から被験者の重心位置を検出する重心位置検出手段5とを備え、被験者の重心位置の移動に伴ってフォースプレート2を水平方向に移動させる駆動手段6を備えるようにしたので、被験者の重心移動による脚の筋肉の反応をフォースプレート2の移動で緩和させたり、あるいは、補助させたりすることができるようになる。
As described above, according to the embodiment, the
また、被験者の重心の移動方向にフォースプレート2を移動させるようにした場合は、被験者が前方へ重心を移動させた際、フォースプレート2が前方へ移動するので、荷重重心を体幹中心に戻すことができ、後方へ重心を移動させようとする患者の反射的な反応を抑制することができる。
In addition, when the
さらに、被験者の重心の移動方向と逆方向にフォースプレート2を移動させるようにすれば、脚をなかなか一歩前へ踏み出せないような患者が使用する場合、前方への重心移動に伴ってフォースプレート2が後方に移動するので、強制的に重心をもっと前に移動させることができ、これに伴って脚を一歩前に出させるための反射的な動きを補助することができるようになる。
Further, if the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in a various aspect.
例えば、上記実施の形態では、フォースプレート2を前後方向にのみ移動させるようにしたが、重心移動の方向に沿って二次元平面内で前後左右方向に移動させるようにしてもよい。このとき、駆動手段6として、直交する二本のウォームギア61を設け、それぞれのウォームギア61を回転させてx軸方向およびy軸方向にフォースプレート2を移動させるようにするとよい。ただし、この場合、重心移動の距離や速度を斜め方向の距離で算出すると、直交するウォームギア61の回転によって斜め方向の距離や速度に対応させることが難しくなるため、重心移動の距離や速度をx軸方向およびy軸方向の距離や速度として算出し、その軸方向の成分に対応するようにウォームギア61を回転させるようにするとよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、距離や速度を算出してフォースプレート2をスライドさせるようにしたが、距離や加速度を算出して、その加速度に対応する加速度でフォースプレート2を移動させるようにしてもよい。このような加速度を算出する場合は、算出された前後の速度の差をサンプリング時間で除することによって加速度を算出すればよい。
In the above embodiment, the distance and speed are calculated and the
さらに、上記実施の形態では、重心移動に伴ってフォースプレート2を移動させるようにしたが、この重心移動やフォースプレート2の移動などの履歴をコンピューターに記憶させておき、事後的にどの程度フォースプレート2を移動させれば重心移動がどの範囲内に収まるか否かを判断できるようにしておいてもよい。このようにすれば、リハビリの効果を事後的に確認することができ、その後、フォースプレート2の移動距離の割合や速度の割合などを設定し直すことができるようになる。
Furthermore, in the above embodiment, the
1・・・リハビリ支援装置
2・・・フォースプレート
20・・・筐体
3・・・荷重検出センサー
4・・・ベースプレート
5・・・重心位置検出手段
6・・・駆動手段
61・・・ウォームギア
62・・・ナット部材
63・・・モーター
DESCRIPTION OF
Claims (3)
当該フォースプレートにかかる荷重を検出する荷重検出センサーと、
当該荷重検出センサーに掛かる荷重から被験者の重心位置を検出する重心位置検出手段とを備え、
被験者の重心位置の移動に伴ってフォースプレートを水平方向に移動させる駆動手段を備えたことを特徴とするリハビリ支援装置。 A force plate on which the subject can stand,
A load detection sensor for detecting a load applied to the force plate;
A center-of-gravity position detection means for detecting the position of the center of gravity of the subject from the load applied to the load detection sensor,
A rehabilitation support apparatus comprising driving means for moving a force plate in a horizontal direction as the subject's center of gravity moves.
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