JP2018183272A - 訓練装置、訓練システム、プログラム、制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】訓練の習熟度に応じた訓練方法を実現すること。
【解決手段】訓練対象の身体部位である訓練部位をユーザーに視認させるか否かを、訓練の習熟度に応じて決定する決定部と、前記訓練部位をユーザーに視認させると決定された場合は、前記訓練部位と、訓練の手本となる動作を視認させるための手本映像とをユーザーに視認させ、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定された場合は、前記手本映像をユーザーに視認させる表示部と、を備える訓練装置。
【選択図】図6
【解決手段】訓練対象の身体部位である訓練部位をユーザーに視認させるか否かを、訓練の習熟度に応じて決定する決定部と、前記訓練部位をユーザーに視認させると決定された場合は、前記訓練部位と、訓練の手本となる動作を視認させるための手本映像とをユーザーに視認させ、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定された場合は、前記手本映像をユーザーに視認させる表示部と、を備える訓練装置。
【選択図】図6
Description
本開示は、リハビリテーション等の訓練に関する。
特許文献1は、患者の頭部に装着され、当該患者の身体部位を視認可能とされた表示装置と、リハビリテーション(以下、リハビリ)動作の手本となる手本映像を表示装置に表示させる表示制御部とを備えているリハビリ支援システムを開示している。
リハビリは、様々な回復段階の患者が対象になり、重度麻痺の患者も含まれる。重度麻痺の患者の場合、リハビリの対象となる麻痺部位(以下、訓練部位)を殆ど動かすことができない。このため、手本映像と、動かせない訓練部位とを見比べていても回復効果は低い。さらに、ユーザーは、訓練部位が思うようには動かないことを視覚を通じて認識することによって、麻痺が重症であるという自覚が強まり、却って回復効果が減少してしまう可能性がある。
上記の現象は、リハビリに限られず、例えば、スポーツや芸術などの訓練においても同様である。本開示は、上記を踏まえ、訓練の習熟度に応じた訓練方法を実現することを解決課題とする。
本開示の一形態は、訓練対象の身体部位である訓練部位をユーザーに視認させるか否かを、訓練の習熟度に応じて決定する決定部と;前記訓練部位をユーザーに視認させると決定された場合は、前記訓練部位と、訓練の手本となる動作を視認させるための手本映像とをユーザーに視認させ、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定された場合は、前記手本映像をユーザーに視認させる表示部と;を備える訓練装置である。この形態によれば、訓練の習熟度に応じた訓練方法を実現することができる。
上記形態において、前記訓練は、リハビリテーションのための訓練であり;前記習熟度は、障害の回復段階を示す指標で表され;前記決定部は、前記指標が予め定められた基準よりも重度の場合は、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定し、前記指標が前記基準よりも軽度の場合は、前記訓練部位をユーザーに視認させると決定してもよい。この形態によれば、訓練装置をリハビリに用いることができる。
上記形態において、前記手本映像は、所定動作を周期的に繰り返す映像であり;前記手本映像によって前記所定動作が繰り返される回数をユーザーに報知する報知部を更に備えてもよい。この形態によれば、ユーザーは、所定動作を何回、実施するかが分かる。
上記形態において、前記報知部は、前記周期的な動作の周期に合わせて音を発してもよい。この形態によれば、ユーザーは、周期のリズムを把握できる。
上記形態において、前記表示部は、前記習熟度に応じて、前記手本映像における動作速度を決定してもよい。この形態によれば、訓練の習熟度に応じたより適切な訓練方法を実現することができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、方法や、この方法を実現するためのプログラム、このプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。
図1は、HMD10の構成を示す。HMDとは、Head Mounted Displayの頭字語であり、頭部装着型表示装置のことである。HMD10は、後述する訓練処理を実行することによって訓練装置として機能する。本実施形態における訓練は、手のリハビリのために実施される。
HMD10は、ユーザーが、虚像を見ることができると同時に現実空間も見える光学透過型(光学シースルー型)である。
HMD10は、眼鏡のような形状を有する表示装置20と、制御装置70とを備える。表示装置20と制御装置70とが、有線または無線で、通信可能に接続される。本実施形態では、表示装置20と制御装置70とが、有線のケーブル90で接続されている。制御装置70は、表示装置20との間で、ケーブル90を介して、画像の信号(画像信号)や制御の信号(制御信号)を通信する。
表示装置20は、左眼用表示部30Lと、右眼用表示部30Rとを備える。左眼用表示部30Lは、左眼用出力部32Lと、左眼用導光部34L(図2)と、左眼用反射部36Lと、左眼用シェード38Lとを備える。右眼用表示部30Rは、右眼用出力部32Rと、右眼用の導光部と、右眼用反射部36Rと、右眼用シェード38Rとを備える。なお、右眼用の導光部は、左眼用導光部34Lと同様な構成である。
図2は、左眼用表示部30Lの構成を詳細に示す。図2は、左眼用表示部30Lを真上から見た図である。左眼用出力部32Lは、眼鏡のテンプル(つる)の根元部分に配置され、左眼用画像生成部321Lと、左眼用投射光学系322Lとを備える。
左眼用画像生成部321Lは、左眼用バックライト光源BLと、左眼用光変調素子LMとを備える。左眼用バックライト光源BLは、本実施形態では、赤色、緑色および青色といった発光色ごとの光源の集合から構成されている。各光源としては、例えば、発光ダイオード(LED)などを用いることができる。左眼用光変調素子LMは、本実施形態では、表示素子である液晶表示デバイスによって構成されている。
左眼用表示部30Lは、次のように機能する。左眼用画像生成部321Lに、制御装置70(図1)から左眼用の画像信号が入力されると、左眼用バックライト光源BLの各光源が、赤色光、緑色光および青色光を発する。各光源から発せられた赤色光、緑色光および青色光は拡散して、左眼用光変調素子LMに入射する。左眼用光変調素子LMは、制御装置70から左眼用画像生成部321Lに入力された画像信号に応じて、投射された赤色光、緑色光および青色光を空間変調することにより、画像信号に応じた画像光を発する。
左眼用投射光学系322Lは、例えば、投射レンズ群から構成され、左眼用画像生成部321Lの左眼用光変調素子LMから射出された画像光を平行な状態の光束にする。左眼用投射光学系322Lにより平行な状態の光束にされた画像光は、左眼用導光部34Lに入射する。
左眼用導光部34Lは、左眼用投射光学系322Lからの画像光を、左眼用反射部36Lが有する三角プリズムの半透過反射面に導く。半透過反射面の表裏のうち、装着時にユーザーの左眼EYに向く側には、ミラー層などの反射コーティングが施されている。この反射コーティングされた面により、半透過反射面に導かれた画像光は、左眼用反射部36Lの画像取り出しエリアにおいて全反射する。反射した画像光はユーザーの左眼EYに入る。この結果、ユーザーの左眼EYには虚像が見える。本実施形態においては、ユーザーに虚像を知覚させることを、画像を表示するとも表現する。
左眼用反射部36Lに現実空間から入射する光の少なくとも一部は、左眼用反射部36Lに表示されている半透過反射面を透過し、ユーザーの左眼EYに導かれる。これにより、ユーザーには、左眼用出力部32Lにより表示された画像と、現実空間からの光学像とが重なって見える。
図1に示すように、右眼用表示部30Rは、上記構成の左眼用表示部30Lと左右対称の同様な構成を有しており、左眼用表示部30Lと同様に作用する。
このように、ユーザーは、表示装置20の画像取り出しエリアに表示された画像と、現実空間とを同時に見ることができる。このように表示された画像は、ユーザーに拡張現実感(AR:Augmented Reality)を与える。
左眼用シェード38Lは、左眼用導光部34Lのユーザーの左眼EYとは反対側に配置される。本実施形態における左眼用シェード38Lは、取り外し可能である。左眼用シェード38Lは、現実空間から半透過反射面に入射しないように、光を遮る。後述する訓練処理は、左眼用シェード38Lおよび右眼用シェード38Rが取り付けられた状態で実行される。このため、ユーザーは、訓練処理の最中において、現実空間を見ることができない。
表示装置20において、ユーザーが表示装置20を装着した際のユーザーの眉間に対応する位置には、カメラ51が設けられている。そのため、ユーザーが表示装置20を頭部に装着した状態において、カメラ51は、ユーザーが向いている方向の現実空間を撮像する。カメラ51は、単眼カメラである。他の形態におけるカメラ51は、ステレオカメラである。
制御装置70は、表示装置20を制御する。制御装置70は、タッチパッド72と、操作ボタン部74とを備える。タッチパッド72は、タッチパッド72の操作面上での接触操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。タッチパッド72としては、静電式や圧力検出式、光学式といった種々のタッチパッドを採用することができる。操作ボタン部74は、種々の操作ボタンを有し、各操作ボタンの操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。
図3は、HMD10の機能ブロック図である。制御装置70は、CPU80と、記憶部82と、運動モデルデータベース84と、入力情報取得部86と、電源部88とを備え、各部はバス等により相互に接続されている。
記憶部82は、ROM、RAM、DRAM、ハードディスク等によって構成される。記憶部82には、オペレーティングシステム(ОS)をはじめとする種々のプログラム、及び訓練処理用のプログラムが格納されている。
運動モデルデータベース84は、運動モデルを蓄積したデータベースである。運動モデルは、訓練対象部位の運動をモデル化した動画データであり、本実施形態では、左手の運動モデルと、右手の運動モデルが予め蓄積されている。
入力情報取得部86は、先述したタッチパッド72および操作ボタン部74を含む。入力情報取得部86は、タッチパッド72や操作ボタン部74からの検出内容に応じた信号を入力する。電源部88は、制御装置70および表示装置20に備えられた各構成部に給電する。
CPU80は、記憶部82に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、各種の機能を実現する。具体的には、CPU80は、入力情報取得部86から操作の検出内容の入力があった場合に当該検出結果に応じた処理を実行する機能、記憶部82に対してデータの読み書きを行う機能、および電源部88から各構成部への給電を制御する機能を実現する。
CPU80は、記憶部82に格納されている訓練処理用プログラムを読み出して実行することにより、訓練処理を実行する。訓練処理は、ユーザーの訓練を補助するためものである。ユーザーは、訓練を、麻痺した身体部位のリハビリのために実施する。
図4は、ユーザーがHMD10を装着した様子を示す。本実施形態におけるHMD10は、少なくとも一方の手に機能障害がある人をユーザーとして想定している。本実施形態における「手」とは、手首から先の部位の全体を意味する。
以下、機能障害のある指を含む手を「障害手FH」、機能障害がない手を「健常手NH」と呼ぶ。「機能障害がない」とは、リハビリの対象ではないことを意味し、実際には多少の機能障害があってもよい。図4に示したユーザーの場合、右手は健常手NHであり、左手は障害手FHである。
図5は、先述した訓練処理を示すフローチャートである。訓練処理は、操作ボタン部74を介して入力される開始指示を契機に開始される。訓練処理は、操作ボタン部74を介して終了指示が入力されるまで、繰り返し実行される。操作ボタン部74は、ユーザー又は訓練補助者によって操作される。
初めに、CPU80は、患者データを、入力情報取得部86を通じて取得する(S110)。患者データとは、少なくとも、訓練部位(リハビリの対象となる麻痺部位)を示す情報、及びリハビリの習熟度を示す情報を示すデータである。本実施形態においては、リハビリの習熟度を示す情報は、ブルンストロームステージの回復段階を示すステージ1〜6によって表される。ブルンストロームステージの回復段階は、訓練部位の重症度を示す情報であると捉えることもできる。
次に、CPU80は、訓練内容を決定する(S120)。手は様々な動作が可能であるので、リハビリとして実行する動作を、ブルンストロームステージの回復段階や、実際の麻痺症状等に応じて決定する。
次に、CPU80は、運動モデルを読み込む(S130)。具体的には、決定した訓練内容に応じた運動モデルを運動モデルデータベース84から読み込む。
次に、CPU80は、表示決定処理を実行する(S200)。図6は、表示決定処理を示すフローチャートである。まず、CPU80は、回復段階が基準以上かを判定する(S210)。具体的には、ブルンストロームステージの回復段階がステージ4〜6であれば基準以上、ステージ1〜3であれば基準未満と判定する。
回復段階が基準未満の場合(S210,NO)、CPU80は、訓練部位を表示しないことに決定する(S220)。つまり、訓練部位をユーザーに視認させないことに決定する。回復段階が基準未満であることは、重症度で表現する場合は、重症度が基準以上である(より重症な状態である)。
一方、回復段階が基準以上の場合(S210,YES)、CPU80は、訓練部位を表示することに決定する(S230)。つまり、訓練部位をユーザーに視認させることに決定する。回復段階が基準以上であることは、重症度で表現する場合は、重症度が基準未満である(より軽症な状態である)。
S220又はS230の後、回復段階に応じて、運動の速度を決定し(S240)、表示決定処理を終える。
CPU80は、表示決定処理の後、手本映像を作成する(S310)。具体的には、運動モデルデータベース84から読み込んだ運動モデルを用い、決定した運動速度に応じて、手本映像を作成する。
次に、CPU80は、音を出力した後(S320)、手本映像を1周期分、表示する(S330)。S320において出力される音は、手本映像の1周期分が始まったことをユーザーに報知するための報知音である。この報知音は、制御装置70に設けられたスピーカー(図示しない)から出力される。
図7〜図13は、訓練部位を表示する場合において表示される映像から抜粋した画像を示す。図7及び図13は、撮像映像IMGfhを示す。撮像映像IMGfhは、カメラ51を用いて撮像した障害手FHを、ユーザーに視認させるための画像である。図8〜図12は、撮像映像IMGfhと、手本映像IMGexaとを示す。手本映像IMGexaは、S310で作成された手本映像である。
図7〜図13によって例示される訓練の動作は、障害手FHを握った状態から開いて、再び握るまでを1周期とする動作である。
図7に示された撮像映像IMGfhは、1周期の初めの状態として、握られた障害手FHを撮像した画像である。この状態においては、理想的には、撮像映像IMGfhと手本映像IMGexaとが一致する。このため、図7は、手本映像IMGexaを示していない。
図8〜図12は、手本映像IMGexaの動作が、障害手FHの動作よりも先行することによって、手本映像IMGexaと撮像映像IMGfhとにずれが生じている様子を示す。ユーザーは、手本映像IMGexaに撮像映像IMGfhができるだけ近づくように、障害手FHを動作させる。
図13に示された撮像映像IMGfhは、1周期の中間時点の状態として、開かれた障害手FHを撮像した画像である。この状態においては、理想的には、撮像映像IMGfhと手本映像IMGexaとが一致する。このため、図13は、手本映像IMGexaを示していない。この状態から、手本映像IMGexaとして表示される手が握る動作を開始する。手本映像IMGexaとして示された手が握る動作を終えると、手本映像IMGexaの1周期分が終わる。
図7〜図13は、残り回数が5回であることが表示されている様子を示す。1周期分の動作が終わると、残り回数は1回ずつ減る。ユーザーは、この表示によって、残り回数を知ることができる。
図14〜図19は、訓練部位を表示しない場合において表示される映像から抜粋した画像を示す。図14〜図19に示された訓練の内容は、訓練部位を表示する場合と同じである。
訓練部位を表示しない場合、ユーザーは、障害手FHを視認することができない。この場合、ユーザーは、障害手FHの屈伸状態(開き具合)を、主に位置覚によって知覚する。ユーザーは、位置覚によって知覚した障害手FHの屈伸状態が、視認した手本映像IMGexaに一致しているような感覚になるように、障害手FHを動作させる。
以上に説明した実施形態によれば、回復段階が基準未満である場合(つまり、麻痺が重症である場合)は、ユーザーに訓練部位を視認させないことによって、訓練の効果を向上させている。訓練の効果が向上するのは、手本映像IMGexaと撮像映像IMGfhとのずれが大きくなり過ぎて、麻痺症状が重度であるという感覚を与えてしまうことを避けることができるからである。
一方で、麻痺が軽症である場合(つまり習熟度が高い場合)は、ユーザーに訓練部位を視認させることによって、効果的な訓練を実現することができる。
本開示は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
図20は、変形例における表示決定処理を示すフローチャートである。S210〜S240は、実施形態と同じである。変形例においては、S210の前に、回復段階を測定する(S205)。S210以降で用いられる回復段階は、ブルンストロームステージの回復段階ではなく、S205による測定結果である。
回復段階の指標としては、随意運動による可動角度を採用してもよい。例えば、「できるだけ大きく握る開く(グーパー)を10回繰り返して下さい」と音声で指示し、手指の動きを取得して、人差し指第3関節の可動角度を測定する。そして、10回の平均値をとり可動角度の実力値とする。この実力値が基準値(例えば30度)以上であればS210でYESと判定し、この実力値が基準値未満であればS210でNOと判定する。
上記の手指の動きの取得には、カメラ51を用いてもよいし、別途用意したビデオカメラを用いてもよいし、電子ゴニオメーターを用いてもよい。
上記のように手指の動きの取得する場合には、開閉速度の実力値も測定してもよい。開閉速度の実力値を測定した場合、開閉速度の実力値を反映した見本映像を作成してもよい。例えば、開閉速度の実力値よりも少し遅い速度(例えば0.8倍)で動作する映像を作成してもよい。
リハビリの対象とする訓練部位は手に限られず、足など、あらゆる可動部位に適用してもよい。
訓練の目的は、リハビリでなくてもよい。例えば、スポーツの訓練に用いてもよい。習熟度が低い初心者の場合は、訓練部位を視認させないことで、上達が早くなると考えられる。
或いは、芸術の訓練に用いてもよい。例えば、楽器の演奏や、絵画の筆使いなどの訓練に用いてもよい。
シェードを用いなくてもよい。この場合、ユーザーは、現実空間を視認できるので、訓練部位を視認させる場合は、手本映像IMGexaを表示すればよい。一方、訓練部位を視認させない場合は、訓練部位が見えなくなるように、手本映像以外の領域は白色を重ねて表示するようにしてもよい。
没入型のHMDを用いてもよい。この他、表示装置として液晶ディスプレイや、プロジェクター等を用いてもよい。表示装置として液晶ディスプレイやプロジェクター等を用いる場合、制御装置は別体でもよい。この場合、表示装置と制御装置とで、訓練システムを構成する。
手本映像によって同じ動作が繰り返される回数をユーザーに報知する内容は、現状での残り回数でなくてもよい。例えば、訓練の開始直後に、全部で5回繰り返すことを報知するだけでもよいし、残り1回になったらその旨を報知してもよい。報知は、音声によって実現されてもよい。
上記実施形態において、ソフトウエアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウエアによって実現されてもよい。また、ハードウエアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウエアによって実現されてもよい。ハードウエアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いてもよい。
20…表示装置、30L…左眼用表示部、30R…右眼用表示部、32L…左眼用出力部、32R…右眼用出力部、34L…左眼用導光部、36L…左眼用反射部、36R…右眼用反射部、38L…左眼用シェード、38R…右眼用シェード、51…カメラ、70…制御装置、72…タッチパッド、74…操作ボタン部、80…CPU、82…記憶部、84…運動モデルデータベース、86…入力情報取得部、88…電源部、90…ケーブル、321L…左眼用画像生成部、322L…左眼用投射光学系、BL…左眼用バックライト光源、EY…左眼、FH…障害手、IMGexa…手本映像、IMGfh…撮像映像、LM…左眼用光変調素子、NH…健常手
Claims (8)
- 訓練対象の身体部位である訓練部位をユーザーに視認させるか否かを、訓練の習熟度に応じて決定する決定部と、
前記訓練部位をユーザーに視認させると決定された場合は、前記訓練部位と、訓練の手本となる動作を視認させるための手本映像とをユーザーに視認させ、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定された場合は、前記手本映像をユーザーに視認させる表示部と、
を備える訓練装置。 - 前記訓練は、リハビリテーションのための訓練であり、
前記習熟度は、障害の回復段階を示す指標で表され、
前記決定部は、前記指標が予め定められた基準よりも重度の場合は、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定し、前記指標が前記基準よりも軽度の場合は、前記訓練部位をユーザーに視認させると決定する
請求項1に記載の訓練装置。 - 前記手本映像は、所定動作を周期的に繰り返す映像であり、
前記手本映像によって前記所定動作が繰り返される回数をユーザーに報知する報知部を更に備える
請求項1又は請求項2に記載の訓練装置。 - 前記報知部は、前記周期的な動作の周期に合わせて音を発する
請求項3に記載の訓練装置。 - 前記表示部は、前記習熟度に応じて、前記手本映像における動作速度を決定する
請求項1から請求項4までの何れか一項に記載の訓練装置。 - 訓練対象の身体部位である訓練部位をユーザーに視認させるか否かを、訓練の習熟度に応じて決定する決定部と、
前記訓練部位をユーザーに視認させると決定された場合は、前記訓練部位と、訓練の手本となる動作を視認させるための手本映像とをユーザーに視認させ、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定された場合は、前記手本映像をユーザーに視認させる表示部と、
を備える訓練システム。 - 映像をユーザーに視認させる表示装置に実行させるためのプログラムであって、
訓練対象の身体部位である訓練部位をユーザーに視認させるか否かを、訓練の習熟度に応じて決定する決定し、
前記訓練部位をユーザーに視認させると決定した場合は、前記訓練部位と、前記訓練部位についての手本映像とを、ユーザーに視認させ、
前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定した場合は、前記訓練部位についての手本映像を、ユーザーに視認させる
ためのプログラム。 - 映像をユーザーに視認させる表示装置を制御する制御装置であって、
訓練対象の身体部位である訓練部位をユーザーに視認させるか否かを、訓練の習熟度に応じて決定する決定部と、
前記表示装置を制御することによって、前記訓練部位をユーザーに視認させると決定した場合は、前記訓練部位と前記訓練部位についての手本映像とをユーザーに視認させ、前記訓練部位をユーザーに視認させないと決定した場合は、前記訓練部位についての手本映像をユーザーに視認させる表示制御部と、
を備える制御装置。
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JP2017085235A JP2018183272A (ja) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | 訓練装置、訓練システム、プログラム、制御装置 |
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Cited By (1)
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CN111813219A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-10-23 | 合肥科飞康视科技有限公司 | 一种头戴高清显示器 |
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2017
- 2017-04-24 JP JP2017085235A patent/JP2018183272A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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