JP2005046535A

JP2005046535A - 重心動揺計測装置

Info

Publication number: JP2005046535A
Application number: JP2003284103A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ikenouchi; 健池之内; Masao Otani; 正男大谷
Original assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】術後の患者やリハビリテーションを有する患者がリハビリテーションを行う際に、重心移動を訓練者の習熟度に応じて難易度を選択して練習しその結果を体幹バランス訓練の効果を高めるとともに、各種データを記録して、練習状況を定量的に把握し、訓練者にフィードバックすることができる重心動揺計測装置を提供すること。
【解決手段】体幹の重心位置を検出する重心測定装置と、重心測定装置の出力を演算する演算装置１０と、この演算装置１０の演算結果を表示する表示装置１２と、演算結果を記憶するデータ記憶装置１３とを備え、演算装置１０が、表示装置１２にトレース図形１５を表示するとともに、このトレース図形１５に沿って移動された重心位置（マーク１６）又はその軌跡１７を表示する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高齢者や足腰の不自由な人等のリハビリテーションに適した重心動揺計測装置に関し、特に、立ち上がった後の体幹重心を静止あるいは意識的に移動させるときなどにおいて、訓練者のリハビリテーションの過程での訓練の難易度の選択ができ、訓練の実施データを記録して、練習状況を定量的に把握することができる重心動揺計測装置に関するものである。

体幹移動練習は、高齢者や足腰の不自由な人、脳卒中や糖尿病などを患った人、膝関節の手術後の患者等に対して、日常動作をする上において、また社会復帰を果たすために大変重要である。
このリハビリテーションの過程において、体幹バランスの訓練、体幹の重心移動の訓練を行い、自律が可能になった後、歩行練習器で歩行練習を行い、やがて杖歩行に移行する過程を経る。

この体幹移動練習器の一つとして、床面に左右一対の床反力計を配設し、各床反力計により、左右の足から加えられた力をそれぞれ測定する重心動揺計測装置がある。
この重心動揺計測装置は、一対の床反力計の上に体幹移動した状態で患者を立たせ、左右の足から床に加えられた力を各床反力計で測定することによって重心移動の訓練を行うようになっている。

ところで、上記従来の重心動揺計測装置は、重心移動の結果を測定し分析するものであった。したがって、重心の移動範囲が大きいか少ないかを結果から評価して、リハビリテーションの経過を判定することができるが、積極的に移動できるか否かという判定はできないという制約があった。

本発明は、上記従来の重心動揺計測装置が有する問題点に鑑み、術後の患者やリハビリテーションを有する患者がリハビリテーションを行う際に、重心移動を訓練者の習熟度に応じて難易度を選択して練習しその結果を体幹バランス訓練の効果を高めるとともに、各種データを記録して、練習状況を定量的に把握し、訓練者にフィードバックすることができる重心動揺計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の重心動揺計測装置は、体幹の重心位置を検出する重心測定装置と、該重心測定装置の出力を演算する演算装置と、該演算装置の演算結果を表示する表示装置と、該演算結果を記憶するデータ記憶装置とを備え、前記演算装置が、表示装置にトレース図形を表示するとともに、該トレース図形に沿って移動された重心位置又はその軌跡を表示することを特徴とする。

この場合において、演算装置が、トレース図形を画面上で移動させ、該トレース図形に沿って移動された重心位置又はその軌跡を表示することができる。

本発明の重心動揺計測装置によれば、体幹の重心位置を検出する重心測定装置と、該重心測定装置の出力を演算する演算装置と、該演算装置の演算結果を表示する表示装置と、該演算結果を記憶するデータ記憶装置とを備え、前記演算装置が、表示装置にトレース図形を表示するとともに、該トレース図形に沿って移動された重心位置又はその軌跡を表示することから、体幹移動練習者は、自身では把握できない体幹の重心位置を、表示装置に表示したトレース図形をトレースすることにより具体的に確認することができ、この表示装置を見ながら、自ら体幹の重心移動の範囲や現在の体幹移動状態、又は回復度合いなどを確認し、その結果を自ら体幹移動姿勢にフィードバックすることにより、より高い練習の効果を得ることができる。

また、演算装置が、トレース図形を画面上で移動させ、該トレース図形に沿って移動された重心位置又はその軌跡を表示することにより、練習者は、画面のトレース図形の移動に合わせて体幹の重心位置を移動させることになり、画面に合わせて練習者も移動しているような感覚が得られることから、楽しみながら練習に集中することができる。

以下、本発明の重心動揺計測装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明の重心動揺計測装置の一実施例を示す。
図において、１は体幹移動練習者、２は体幹移動練習器を示し、重心動揺計測装置２は、体幹移動でつかまる左右一対の支持棒３ａ、３ｂと、この支持棒３ａ、３ｂをほぼ水平に支持する２本の支柱４とを備えている。

床反力検知装置６ａ、６ｂは、床部に配設された左右一対の床反力計からなり、この床反力計には、その上面にかかった力を電気信号に変換する荷重検知装置等がそれぞれ配設されるとともに、荷重検知装置の信号は演算装置１０に導かれている。

足位置検知装置（図示省略）は、例えば、床反力検知装置６ａ、６ｂにそれぞれ配設された複数の歪みゲージを備えて構成することができ、所定位置の歪みゲージにかかった力を電気信号に変換して演算装置１０で演算処理することにより、左右の足９ａ、９ｂの位置をそれぞれ検知することができる。

演算装置１０は、床反力検知装置６ａ、６ｂの各出力信号を演算するものであり、本実施例では、各検知装置の演算結果を同期するように演算処理する同期演算処理装置１１と、表示装置１２及びデータ記憶装置１３等とを備えた、例えば、パソコン等により構成されている。

同期演算処理装置１１は、床反力検知装置６ａ、６ｂによる下肢荷重などのアナログ信号を取り込むことができる。これらの取り込んだ信号は、Ａ／Ｄ又はＤ／Ａ変換ボードを介して演算／記録装置に送られ、力の信号などに変換処理が行われる。
また、この同期演算処理装置１１は、各信号又は信号間のデータの演算により、力の統計処理や、力のかかっている向きと大きさのベクトル演算なども実施することができる。

表示装置１２には、同期演算処理装置１１による演算結果が送られ、必要な情報がオペレータの操作によって選択的に表示される。
この表示装置１２では、演算結果の時間的な変動値の表示だけではなく、フレキシブルディスク等の記録媒体から読み出した過去の練習データとの比較表示なども行うことができる。
また、表示装置１２が内蔵するスピーカ等からなる音出力装置１４により、必要に応じて警告音や音声を発生することができる。

データ記憶装置１３は、パソコン等を用いて得られた練習データを、フレキシブルディスク等の記録媒体に記録することができる。
また、このデータ記憶装置１３は、過去の練習結果との比較や再生などを行うことも可能であり、その結果は表示装置１２に送られ表示される。
体幹移動練習者１は、この表示装置１２を見ながら、自らの体幹移動バランスや現在の回復度合い等を確認し、その結果を自らの体幹移動姿勢にフィードバックすることにより、より高い練習の効果を得ることができる。

音出力装置１４からは、床反力検知装置６ａ、６ｂに加えられた力の大きさや、バランス具合等を音声出力することが可能であり、これにより、練習者は、自分の欠点や練習状況を目で確認する以外に、耳で聞きながら練習に励むことができる。

一方、この重心動揺計測装置における体幹の重心位置を表す画像としては、例えば、図３に示すように、体幹の重心位置をリアルタイムでそれぞれ示す座標上のマーク１６又はその軌跡１７を用いることができる。
この場合、重心移動を測定できる範囲で最大に図形を描き、この画面上の図形をマーク１６がトレースするように、練習者は重心移動を行うようにする。
描画する図形の大きさは、図３（ａ）に示すように、両足の位置から、重心の移動範囲を求め（ｘ軸のスケール）、両足より外側に重心位置がはみ出ることはない事実を利用して、画面のｘの最大座標を決める。
また、ｙ軸は測定可能な範囲とする。これは、重心測定装置に依存し、座標の分解度はｘ軸と同じとする。
これにより、両足の距離をＬ１ｍｍとし、画面の横方向をｄドットとした場合、ｘ軸の分解能はｄ／Ｌ１（ドット／ｍｍ）、ｘ軸は−Ｌ１／２〜Ｌ１／２となる。
また、縦方向の測定距離をＬ２ｍｍとし、画面の縦方向をｄドットとした場合、ｙ軸の分解能はｄ／Ｌ２（ドット／ｍｍ）、ｙ軸は−Ｌ２／２〜Ｌ２／２となる。

トレース図形１５は、上記で決定した最大表示範囲に図形の外郭（外側）を描画する。
描くトレース図形１５は、丸や四角、三角、十字などを適宜に選択して表示することができ、例えば、図３（ｂ）に示すように、外郭１５ａと幅ｗを持って内郭（内側）を描画し、外郭１５ａと内郭の幅ｗは練習の難易度（ｒａｎｋ）によって決めるようにする。
ｗ＝ｂｘ×ｒ
ｂｘ：ｘ軸上の外郭交点座標
ｒ：ｒａｎｋ係数

次に、本実施例の重心動揺計測装置を用いた訓練方法を説明する。
重心測定装置上に立つと、表示装置の画面上に重心位置がマーク１６として表示される。
画面には、例えば、図３（ｂ）に示すように、○や△又は十字等のトレース図形１５が表示されているので、その外郭１５ａと内郭１５ｂの間に重心が来るように体を動揺させる。
外郭１５ａと内郭１５ｂの間に重心位置の表示がはいれば、練習者は、以後、重心位置の表示がその範囲より逸脱しないように、体幹の重心を移動させる。

トレースの表示は、重心位置を示すマーク１６等の図が移動すると、その後に軌跡１７が表示される。
この場合、例えば、１周通過した位置より先は、軌跡１７はクリアされるようにする。

判定は、例えば、移動距離ｄ（ｍｍ）やその間の時間ｔ（ｓ）、逸脱した距離ｆ（ｍｍ）により評価することができる。
ちなみに、時間ｔが同じならば、評価指数＝（ｄ−ｆ）／ｄが大きいほど評価は高い。
評価は、多数のデータを採り、例えば、最初は５段階評価票を作成し、さらにデータを蓄積し１０段階評価とする。

なお、この重心動揺計測装置では、画面一杯に図形を表示し見易くし、また、左右の移動に対し、前後の移動は少量であるので、例えば、ｘ軸＝２ドット／ｍｍ、ｙ軸＝４ドット／ｍｍとするなど、図形上のｙ軸移動量を大きくしている。
また、前後方向の測定距離（ｍｍ）やｒａｎｋ毎の外郭１５ａと内郭１５ｂの幅（ｍｍ）、訓練時間（ｓｅｃ）、訓練周回数（回）等を設定変更可能にするとともに、外郭１５ａと内郭１５ｂの間を越えて重心位置を表示しない表示抑制や、過去の累積データよりワンタッチで標準設定を行うパラメータの標準設定を採用するなど、自由度を高くしている。

次に、図１〜図２及び図４〜図５を参照して、本発明の重心動揺計測装置の第２実施例を説明する。
なお、図１〜図２に示すように、第１実施例と同一部材は同一符号を記すことにより、その説明を省略する。

この重心動揺計測装置は、演算装置１０又は同期演算処理装置１１が、床反力検知装置６ａ、６ｂ、足位置検知装置等の出力結果から体幹の重心位置を演算するとともに、表示装置１２にトレース図形１５を表示し、かつトレース図形１５を画面上で移動させて、該トレース図形１５に沿って移動された重心位置（マーク１６）又はその軌跡１７を表示するようにしている。

表示装置１２に表示されるトレース図形１５は、例えば、蛇行する道路とし、練習者は、体幹の重心位置を示すマーク１６がこの道路から逸脱しないように重心を制御し訓練する。
画面上の道路は、可変の速度で一定に移動するようにしたり、図５に示すように、練習者が前傾姿勢をとって重心位置が前になったときに移動するようにしたりすることができる。
また、重心位置が後になったときには、道路を逆方向に移動させることもできる。

この場合、画面上の表示幅を決めておき、例えば、床反力検知装置６ａ、６ｂ（足位置検知装置）上の両足の位置より、分解能を求める。
両足の重心の間隔をＬ１（ｍｍ）とし、ディスプレイ上の表示幅をｄ（ドット）したとき、分解能は次のように求められる。
分解能＝Ｌ１／ｄ（ｍｍ／ドット）

また、画面の表示については、上面から見た道路を２次元でディスプレイに表示するとともに、左右に対する重心位置を、画面上にマーク１６で表示することができ、道路はＳ字、クランク、障害物の有無などあらゆるパターンを表示することができる。

重心移動については、図５に示すように、例えば、横方向の移動はマーク１６を横方向に移動させ、また、縦方向の移動は、画面上の道路の前後方向の移動量に変換することができる。
この場合、Ｌ２（ｍｍ）は最初の両足の立ち位置に対する体幹の重心位置の偏移、ｋは係数（ドット／ｍｍ・ｓｅｃ）で、道路の移動量ｄ２（ドット／ｓｅｃ）は、Ｌ２ｋとなっている。

かくして、本発明の各実施例の重心動揺計測装置は、体幹の重心位置を検出する重心測定装置と、該重心測定装置の出力を演算する演算装置１０と、該演算装置１０の演算結果を表示する表示装置１２と、該演算結果を記憶するデータ記憶装置１３とを備え、前記演算装置１０が、表示装置１２にトレース図形１５を表示するとともに、該トレース図形１５に沿って移動された重心位置１６又はその軌跡１７を表示することから、体幹移動練習者は、自身では把握できない体幹の重心位置を、表示装置１２に表示したトレース図形１５をトレースすることにより具体的に確認することができ、この表示装置１２を見ながら、自ら体幹の重心移動の範囲や現在の体幹移動状態、又は回復度合いなどを確認し、その結果を自ら体幹移動姿勢にフィードバックすることにより、より高い練習の効果を得ることができる。
そして、演算装置１０が、トレース図形１５を画面上で移動させ、該トレース図形１５に沿って移動された重心位置１６又はその軌跡１７を表示することにより、練習者は、画面のトレース図形１５の移動に合わせて体幹の重心位置を移動させることになり、画面に合わせて練習者も移動しているような感覚が得られることから、楽しみながら練習に集中することができる。

以上、本発明の重心動揺計測装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、重心測定装置は特定せず如何なるものも使用可能であるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

以上、本発明の重心動揺計測装置は、表示装置を見ながら、自らの体幹移動バランスや現在の回復度合い等を確認できるという特性を有していることから、その結果を自らの体幹移動姿勢にフィードバックすリハビリテーションより、より高い練習効果のリハビリテーションに好適に用いることができる。

本発明の重心動揺計測装置の一実施例を示す斜視図である。同実施例の各センサと演算装置の構成を示す図である。同実施例の表示装置の表示例を示し、（ａ）は体幹の重心位置と座標の関係を示す図、（ｂ）はトレース図形と重心位置のマークを示す図である。第２実施例の重心動揺計測装置の表示例を示し、（ａ）は体幹の重心位置と座標の関係を示す図、（ｂ）はトレース図形と重心位置のマークを示す図である。同表示例を示し、（ａ）は重心位置が右寄りにある図、（ｂ）は重心位置が前よりになり、画面上の道路が移動した状態を示す図である。

符号の説明

１体幹移動練習者
２重心動揺計測装置
３ａ、３ｂ支持棒
４支柱
５ａ、５ｂ上肢力検知装置
６ａ、６ｂ床反力検知装置（足位置検知装置）
７床部
８ａ、８ｂ手
９ａ、９ｂ足
１０演算装置
１１同期演算処理装置
１２表示装置
１３データ記憶装置
１４音出力装置
１５トレース図形
１５ａ外郭
１５ｂ内郭
１６マーク（重心位置）
１７軌跡

Claims

体幹の重心位置を検出する重心測定装置と、該重心測定装置の出力を演算する演算装置と、該演算装置の演算結果を表示する表示装置と、該演算結果を記憶するデータ記憶装置とを備え、前記演算装置が、表示装置にトレース図形を表示するとともに、該トレース図形に沿って移動された重心位置又はその軌跡を表示することを特徴とする重心動揺計測装置。
演算装置が、トレース図形を画面上で移動させ、該トレース図形に沿って移動された重心位置又はその軌跡を表示することを特徴とする請求項１記載の重心動揺計測装置。