JP5140760B2 - 上肢リハビリテーションのための携帯装置 - Google Patents

Description

本発明は、手を伸ばす作業と持ち上げる作業とを同時に行うのが困難な障害を有する使用者にリハビリを施すための携帯装置に関する。装置は、上肢の神経血管系又は筋骨格系の損傷又は病気の治療のためのリハビリテーション及び／又は理学療法プログラムに用いるのに特に適している。

毎年、数十万の人々が、上肢運動不全により身体障害に陥っている。障害は、脳卒中のような神経系の病気による場合があり（例えば、米国心臓協会及び米国脳卒中協会刊「心臓病及び脳卒中に関する統計２００７年」参照。）、又は筋骨格系損傷による場合もある。いずれの場合にも、この病気は、運動範囲の減少、筋脱力、速度の喪失、及び／又は患肢の協調低下をもたらすことがある。

理学療法が障害の程度を軽減するのに有効であることが知られている（ナンシー・ビル（Nancy Byl）他、「神経リハビリテーションと神経修復」、第１７巻、第３号、１７６頁〜１９１頁（２００３年）、ダーレン・ハーティング（Darlene Herting）、リッピンコット・ウイリアムズ・アンド・ウイルキンス出版（Lippincott Williams and Wilkins publishing）、２００５年）。最近公開された研究活動（リースベット・デ・ウイット（Liesbet De Wit）他、「脳卒中」、２００７；３８；２１０１）は、患者が一日当たりにより多くの治療を長期間受けるケアセンターにおいてリハビリテーションの成果の観点からより良い結果が得られることを確認している。理学療法は、現在、病院又は専門のケアセンターでのみ施されている。理学療法士は、療法士の利用可能性及びコストの理由から回数及び継続期間が通常は制限されるトレーニングセッション中に、一連の反復練習を通して患者に指導する。更に、客観的測定技術の欠如により、治療の開始時に障害の程度を評価し、かつ治療の成果を定量化するのは通常困難である。

ロボット装置は、この状況を改善する可能性を有する。患者の腕と機械的に連結された知能ロボットを用いて、リハビリテーション期間中に患者が訓練を行うのを助け、従って、リハビリのトレーニングに費やす時間を増すことができる。さらに、ロボットのセンサを用いて、治療サイクルの開始時点で障害の程度を評価し、経過をモニタすることができる。

実際に、幾つかのロボット装置が、学術的及び商業上の両方の目的で過去数年間に開発されている。例えば、上肢における力の喪失に関わる機能不全に対処するためのリハビリテーション／補助装置として、７自由度電動上肢外骨格が、米国シアトルのワシントン大学で開発されている。イタリア国ピサの聖アンナ大学院大学の研究者は、脳卒中後における上肢の運動回復のためのＭＥＭＯＳシステムという低コスト２自由度直交座標ロボットを開発した。米国ノースウェスタン大学では、把持及び解放作業中の腕の移動トレーニングのための仮想世界を作り出すためにＡＣＴ ３Ｄシステムが開発されている。

学術環境における研究はまた、少数の市販の装置も創成している。例えば、米国ボストン所在のＭＩＴにおいて学術研究のフレームワークで開発され、その後に特許を取得した（米国特許第５，４６６，２１３号（１９９５年））ＭＩＴ−Ｍａｎｕｓは、現在、肩、肘、及び手首のリハビリテーションに用いるためのインモーション１，２，３（InMotion 1, 2, 3）装置として米国のインタラクティブ・モーション・テクノロジー（Interactive Motion Technology）によって市販されている。

同様に、この分野において幾つかの特許が提出されている。例えば、エルランドソン（Erlandson）（米国特許第４，９３６，２９９号（１９９０年））は、ＣＰＵによって制御されるロボットアームの利点を生かしたリハビリテーションのための器具及び方法を記載している。ベイカー（Baker）（カナダ国特許第２，２４４，３５８号（２０００年））は、手首のリハビリテーションのための治療用手首回転器を記載している。ライケンスメーヤ（Reikensmeyer）他（米国特許第６，６１３，０００号（２００３年））は、ワールド・ワイド・ウェブ上で作動して治療的訓練の個人用プログラムを提供することができる感覚障害を有する患者に腕移動の療法を提供するコンピュータベースのシステムを記載している。ディアズ（Diaz）他（米国特許出願第２００５／０２７３０２２Ａ１号（２００５年））は、連続受動運動による関節リハビリテーションのための携帯型医療装置を記載している。デワルド（dewald）他（米国特許出願公開第２００７／００６６９１８Ａ１号（２００７年））は、脳卒中及び他の神経障害後の重力誘起の肢協調機能障害のリハビリテーションのためのシステムを記載している。

ＭＩＴ−Ｍａｎｕｓのようなロボットを用いて行われた研究及び臨床試験の結果は、ロボット介在手法が安全で患者に広く受け入れられて有用であることを示している（例えば、クレブス（Krebs）他、「テクノロジー・ヘルス・ケア（Technol. Health Care）７、６（１９９９年１２月）、４１９頁〜４２３頁参照）。

しかし、現世代のリハビリテーションロボットは、それを大規模に用いるのを阻む幾つかの未解決の問題を依然として呈している。それらの中でも、コストは重要な問題である。ロボット装置は、ケアセンターによって広く採用されるのに十分に廉価であるべきである。使い易さも、ロボット装置を患者が自宅で使用する必要がある場合は問題になる。「在宅使用」の形態には、装置の携帯性も求められる。

実際には、上述の装置及び／又は特許は、２つのカテゴリ：（１）装置の複合構造に付与された幾つかの異なるリハビリテーションプログラムを実施するのに用いることができる高価で非携帯型の装置と、（２）限定された数のリハビリテーションプログラムに対して用いることができるより簡素でより特化された装置とに大まかに分類することができる。

そのような特化された装置に対して幾つかの特許が付与されている。例えば、米国特許出願２００７／００２１６９２号は、誘導肢移動を行うためのシステムを記載している。位置センサを用いて手又は足の軌道が記録され、肢によって作用された圧力を記録することができる。

国際公開第９９／６１１１０号は、迅速に手を伸ばす動作（フィードフォワード移動）のトレーニングのためのシステムを記載している。このシステムは、位置測定（手、腕、関節）、ＥＭＧ測定、及び使用者へのフィードバックを組み込んでいる。

米国特許第７，３１１，６４３号は、携帯型の上肢及び肩訓練盤を記載している。これは、個別に可変の摩擦係数を有する平面内でハンドルを移動させる手段を提供する。

特開２００７−１８５３２５号公報は、テーブル上で手を伸ばす訓練を行うためのシステムを記載している。このシステムは携帯型であり、かつ被験者によって使用されたグリップの位置を測定し、かつグリップ上への力作用を測定するための手段を提供する。グリップの位置は、腕の構成に関する情報は提供しない。

特開２００２−２７２７９５号公報は、グリップ（搬送装置）上に使用者によって作用された位置及び力の測定とフィードバック手段とを有する上肢リハビリテーション装置を記載している。このシステムは、搬送装置を移動させることができる軌道を備えた計器搭載テーブルを必要とする。

特開２００４−００８６０５号公報は、肢リハビリテーショントレーニング器具を記載している。それは、映像、音、振動のような使用者にフィードバックを提供する手段とともに、固定装置上に肢によって作用される力を測定する手段を提供する。
国際公開第２００８／０５０２９７号は、物理的な障害を有する患者のためのトレーニング装置を記載する。それは、ある表面上で移動することができ、専用ドライブを有する。そのうえ、それは、支持殻を備え、その上に患者の外肢を少なくとも部分的におくことができる。
米国特許第６，１５５，９９３号は、多連結モータのタスクの運動の及び運動学的な変量を測定するための装置を記載し、その装置は、４つのジョイントで連結され得た４つのリンクを有するリンク機構を有し、各ジョイントは軸を中心とした関節を有し、関節の４つの軸は実質的に平行であり、また、その装置は、リムをリンク機構に結合するためのリム結合手段を有し、そのリム結合手段は、リムの２つのジョイントの回転の中心と、リンク機構の２つのジョイントの回転の中心とのアライメントを維持し、また、その装置は、リンク機構の２つのジョイントの少なくとも１つに負荷を与えるための手段と、リンク機構のジョイントの少なくとも１つの角度位置に関するデータを獲得するための手段を有する。

米国特許第５，４６６，２１３号明細書 米国特許第４，９３６，２９９号明細書 カナダ国特許第２，２４４，３５８号明細書 米国特許第６，６１３，０００号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２７３０２２Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００７／００６６９１８Ａ１号明細書 米国特許出願第２００７／００２１６９２号明細書 国際公開第９９／６１１１０号パンフレット 米国特許第７，３１１，６４３号明細書 特開２００７−１８５３２５号公報 特開２００２−２７２７９５号公報 特開２００４−００８６０５号公報 米国心臓協会及び米国脳卒中協会刊「心臓病及び脳卒中に関する統計２００７年」 ナンシー・ビル（Nancy Byl）他、「神経リハビリテーションと神経修復」、第１７巻、第３号、１７６頁〜１９１頁（２００３年）、ダーレン・ハーティング（Darlene Herting）、リッピンコット・ウイリアムズ・アンド・ウイルキンス出版（Lippincott Williams and Wilkins publishing）、２００５ リースベット・デ・ウイット（Liesbet De Wit）他、「脳卒中」、２００７；３８；２１０１ クレブス（Krebs）他、「テクノロジー・ヘルス・ケア（Technol. Health Care）７、６（１９９９年１２月）、４１９頁〜４２３頁 エリス（Ellis）他、「筋肉神経」、２００５年８月；３２（２）、１７０頁〜１７８頁

本発明の目的は、広い作業空間で使用者が手を伸ばす動作を行うことを可能にする簡素かつコスト効果のある装置を提供することである。

それに対して、本発明の一態様により、独立請求項１に記載の携帯装置が提供される。好ましい実施形態は、従属請求項２〜２７に定められている。

手を伸ばす作業と持ち上げる作業とを同時に行うのが困難な障害を有する使用者にリハビリを施すための本発明による携帯装置は、使用者の前腕のためのアームレストと、ある表面上でのアームレストの移動を可能にするための手段とを有する。それは、更に、アームレストの移動、すなわち、その位置／速度／加速度及び向き（すなわち、アームレストの初期位置に関するアームレストの長軸の角度）をモニタするための手段を有する。それは、前腕をアームレストに固定するための固定手段を有する。それは、最後に、使用者の前腕によって表面と直交する方向にアームレスト上に作用された力を感知するための、更に特に使用者の前腕によって作用された持ち上げ力を測定するための手段を有する。

本発明による装置では、設計に簡素化及びコスト低減が導入されている。本装置は、実際には、固定された装置、フレームベースの装置、又はレール又は軌道上を移動する装置ではなく、モバイルロボットである。携帯性は、従って改善される。更に、それは、モジュール方式を用いて特別なリハビリテーション技術の必要性に対処する。

本発明による装置は、上述の従来技術の装置とは異なり、前腕を支持及び固定された状態で使用者が広い作業空間で手を伸ばす動作を行うことを可能にする。前腕が装置に支持及び固定されているという事実は、肩のトレーニング移動のより良い制御を可能にし、ハンドルのみが把持されている場合に可能である肘のレベルでの制御されない軌道を回避する。同時に、前腕が装置に固定されているという事実から、装置の位置及び回転を感知することにより、腕の３次元位置のより良い定量的評価が保証される。

装置は、肘及び肩のトレーニングのために設計されているが、専用モジュールを追加することによって手首及び把持のトレーニングにも用いることができる。トレーニングセッションの回数、持続期間、強度、及び種類は、装置のＣＰＵ上で実行されるソフトウエアによって制御することができる。本発明の好ましい実施形態による装置のネットワーキング機能は、使用者及び理学療法士が同じ場所にいないが、必要な時にはいつでも理学療法士がリハビリテーションプログラムパラメータをモニタして変更することができる遠隔リハビリテーション環境での装置の使用を可能にする。

リハビリテーションの分野において、本発明による装置によって解決される問題のうちの１つは、肢自体の重さによって活性化される肩外転と肘屈曲との異常な相乗作用による上肢機能障害の評価及び治療に関連する。慢性脳卒中患者は、異常なトルクパターンの発生を呈する障害を有する個人の例である。障害を有する被験者が身体から遠く離れたところへ手を伸ばそうとし、かつ肢に作用する重力を完全に補償する必要がある時に、被験者の手を伸ばす動作は、無意識に肘屈曲と連結する。これは、被験者が手を伸ばす動作を自然な形で行うのを妨げる。それにも関わらず、肩及び肘のアクティブ化のより機能的なパターンを取り戻すことを可能にすることができると考えられる運動学習機能は、依然として慢性脳卒中患者に存在することが明らかにされている（エリス（Ellis）他、「筋肉神経」、２００５年８月；３２（２）、１７０頁〜１７８頁）。

本発明により、被験者は、腕を支持された状態で手を伸ばす動作を行うことができ、好ましくは力センサを用いて、被験者が作用することができる持ち上げ力の程度を測定することができる。好ましい実施形態では、被験者には、前腕の位置及び向き、並びに作用した持ち上げ力に関するフィードバックも提供される。次に、被験者は、その正しい肘／肩相乗作用の機能回復をトレーニングするために用いることができる仮想シナリオに示されている一部の作業を達成するために、手を伸ばす及び持ち上げる動作に携わることができる。例えば、持ち上げ力及び位置を用いて、ＬＣＤ画面上に表示されるゲーム様シナリオで２自由度を制御することができる。すなわち、本発明を用いて、リハビリテーショントレーニングの開始時点で被験者の状態を定量的に評価し、かつ有効にトレーニングを提供することができる。更に、この結果は、多関節ロボット又はケーブルで吊された整形器具の使用を回避して達成される。

本発明は、上肢を移動する機能の部分的喪失をもたらす神経障害又は筋骨格障害を有する個人をトレーニング又は／及び自己トレーニングし、かつ補助する装置及びトレーニング及び測定方法を提供する。装置は、好ましくは、異なる程度のシステム複雑性／機能性を達成させるモジュール方式である。

装置は、その実施形態のうちの１つでは、テーブル（又は任意の他の適切な表面）上で作動される軽量かつ小型のモバイルロボットである。ロボットには、球形の車輪又は通常の車輪を有する基部プラットフォームが装備される。使用者が自身の前腕を固定することができるアームレストが、基部プラットフォーム上に装着される。アームレストは、基部に対するその高さを所定値の範囲内で選択することができるようにロボット基部に接続されている。更に、それには、少なくとも垂直軸線に沿って使用者が作用した力を測定して記録することができるように、力／トルクセンサが装備される。モバイル基部には、ロボットのかつそれによってそのアームレストの位置／速度／加速度のモニタリングを可能にする光学追跡センサのようなセンサが装備される。装置は、前腕をアームレストに固定するための固定手段を有し、この固定手段は、単一使用者の前腕形状に合わせたＶｅｌｃｒｏストラップ、空気式ブレスレット、及び３Ｄ印刷ブレスレットの群から選択される。使用者が自身の活動をモニタすることができるように、フィードバックインタフェース、典型的には映像画面（しかし、映像、音声、触覚、又はこれらの組合せを用いることができると考えられる）が設けられる。装置は、処理ユニット、記憶ユニット、及び有線／無線通信ユニットを装備したシステムの一部である。

ロボットは、それを患者が作動させることができるように設計される。ネットワークプロトコルを通じてロボットと遠隔通信する補助システムが設けられる場合がある。この補助システムは、医療スタッフが使用するように設計されており、かつリハビリテーションセッション中にロボットによって収集及び送信されたデータを解析して解釈する適正なソフトウエアと共に、処理手段及びデータ記憶手段を提供する。

障害の初期の程度を確立する目的のために、かつ治療による患者の改善をモニタするために、ある一定の測定方法を実施することができる。この方法は、ロボットのモバイル基部の移動と、使用者によってアームレスト上に加えられる力／トルクとの測定及び記録に依存する。

リハビリテーショントレーニング方法は、モバイルロボットを利用することによって続行される作業について患者に対話形式で命令するソフトウエアを利用する。患者は、一種の対話型ゲームにおける自身の成績に関するフィードバックを連続的に受け取る。

実行される訓練の種類は、ケアセンターのスタッフによって遠隔的に決められ、及び／又は使用者の成績に常に合わせることができる。

完全なシステムは、モジュール方式とすることができ、従って、上述の実施形態は、その機能性を拡張するアドオンによって統合することができる。

一実施形態では、力の場を模擬することができるようにテーブル表面上のモバイルロボットの補助的（使用者が移動を開始し、システムは、使用者がそれを完了するのを助ける）変位又は能動的（システムが、所定の軌道を通って安全に使用者の前腕を後押しする）変位を導入するために、モバイル基部にアクチュエータを追加することができる。しかし、別の実施形態では、携帯装置は、前腕を受動的に支持するのに使用される。

別の実施形態では、モバイルユニットは、車輪を持たないが、パッド上で引きずることができる基部を有する。パッドとモバイルロボット基部の間の摩擦は、それらが製造されている材料を選択することによって変えることができる。例えば、テフロン（登録商標）対テフロン（登録商標）は、０．０４の静止摩擦係数を呈する。

別の実施形態では、適切に開発されたアームレスト装置を用いて、手首回内回外運動又は橈骨尺骨偏位トレーニングを含めることができる。同じ方法で、把持トレーニングを追加することができる。

別の実施形態では、療法を改善するために機能的電気刺激（ＦＥＳ：Functional Electrical Stimulation）をシステムの機能に追加することができる。

別の実施形態では、療法を相応に調節することができるように、筋肉活性化に関するより多くのデータを医療スタッフに提供するために上肢筋のＥＭＧモニタリングを追加することができる。

別の実施形態では、ＥＥＧモニタリングを導入して、リハビリテーション中に脳の活性化パターンに関する情報を医療スタッフに提供することができる。

別の実施形態では、垂直軸線に沿ってアームレストとモバイル装置の間のインタフェースに線形アクチュエータを追加することができる。

別の実施形態では、患者の手首、肘、及び肩の関節を直接モニタするために、関節位置測定システムを装置に統合することができる。

別の実施形態では、患者の手首、肘及び肩の関節を直接モニタするために、３Ｄ位置測定システム（例えば、ファーストラック・ポルヘムス（Fastrak Polhemus）又はパトリオット（Patriot）など）を装置に統合することができる。

別の実施形態では、モバイルロボットを移動させるために要する労力を制御することができるように、球形の車輪に電気制御式ブレーキが装備される。

別の実施形態では、トレーニング移動を定性的及び／又は定量的に（肢の軌道及び／又は角度位置）ビデオモニタするために用いることができる１組のＣＭＯＳカメラ又はＣＣＤカメラが存在する。

別の実施形態では、モバイル装置は、パッド上で使用される。パッドは、異なる高さを有する区域を含むことができる。装置の垂直位置は、パッドの３Ｄソフトウエアマップと共に装置の平面位置によって推定される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明する実施形態から明らかであり、かつそれらを参照して解明されるであろう。

本発明は、本明細書と併せて以下の図面を参照することによって当業者により良く理解され、かつその多くの目的及び利点がより明らかになるであろう。

図面を通して同じ参照番号は同じ要素を意味する。

本発明の実施形態による携帯装置の概略上面図である。 図１に示す装置の長い方の側の概略図である。 図１に示す装置の概略底面図である。 図１に示す装置の短い方の側の概略図である。 図１に示す装置の簡略化した３次元図である。 本発明の実施形態によるリハビリテーションシステムのブロック図である。 図１に示す装置の可能な使用例の概略図である。 同時リハビリテーションの概念のブロック図である。 携帯装置の位置及び向きの計算を示す図である。

ここで図１〜図５を参照し、本発明による携帯装置１０の例示的な実施形態を以下に説明する。この説明でモバイルユニット又はモバイルロボットとも呼ぶ携帯装置は、携帯装置の変位を可能にする正三角形の頂点に配列された３つの球形車輪１６を有するこの説明でモバイルプラットフォームとも呼ぶ装置基部１４から成る。オールウエイゼ（Alwayse）又はオムニトラック（Omnitrack）又は類似の市販のボール移送装置を受動球形車輪として用いることができる。使用者の前腕を固定することができるアームレスト１２は、モバイルプラットフォームに接続される。装置の位置及び向きをそれが移動する間に計算することができるように、光学追跡装置がモバイルプラットフォーム１４に組み込まれる。

光学追跡装置は、２つの光学式マウスセンサ１８から成る。２つのセンサの一方は、モバイルプラットフォームの中心に配置され、他方は、中心から距離Ｌの位置にかつアームレストの長軸方向に配置される。２つのセンサの読取により、相対位置が測定される。このシステムは、それを所定の位置及び向きに置くことにより、使用開始時に較正される。

ここで図９を参照すると、Ｐ≡（Ｘｐ，Ｙｐ）が中心光センサの位置であり、Ｑ≡（Ｘｑ，Ｙｑ）がＰの初期位置Ｐ（Ｐｏ）に中心を有する直交基準座標系に対する別のセンサの位置であり、ＰからＱまでのＸ軸及びＹ軸がテーブル表面から上方を指すＺ軸を有するように配向されている場合、各瞬間における装置の位置は、（Ｘｐ，Ｙｐ）であり、装置の向き（その初期位置に対するアームレストの長軸の角度）は、簡単な三角公式を用いて計算することができる。例えば、（Ｘｑ−Ｘｐ）＞０かつ（Ｙｐ−Ｙｑ）≧０に対して、β＝ａｔａｎ（（Ｙｐ−Ｙｑ）／（Ｘｑ−Ｘｐ））である。全方位空間を網羅するこの公式の拡張又は他の同等の公式は、当業者には明らかである。

図１〜図５に示す携帯装置は、拘束されない平面運動を許容しながら重力に対して受動的又は能動的に肢を支持するのに用いられる携帯装置１０、フィードバック及び計算ユニット３０、及び遠隔制御及び視覚化ユニット６０の３つの主要ユニットから成る図６に示すシステムに有利に用いることができる。更に、携帯装置１０の運動に適する表面を提供するために、パッド（テクスチャド加工のポリマー表面又はポリエステル表面又は同様のもの）を用いることができる。パッドは、モバイル装置を駆動することができる一部の特別に設計された障害物又は経路又は３次元構造体を含むことができる。

モバイルプラットフォーム１４は、アナログ入力拡張部、デジタル入力／出力拡張部、及び有線／無線通信拡張部を有する組込型処理ユニット２６（Ｇｕｍｓｔｉｘ（登録商標）モジュール又は同様なもの）をホストする。アナログ入力拡張部は、アームレスト１２上に作用された力を測定する力／トルクセンサ１３、光センサ（１８）、又は両方から信号を受け取る。

装置の一実施形態では、アームレスト１２には、垂直軸線上の力及び水平表面に平行な平面を特定する２つの軸線上の力をモニタする３自由度力センサが装備されている。力センサは、市販の製品（ＡＴＩ力／トルクセンサなど）で行われているような歪みゲージ又は同様の技術を用いることによって実施することができる。アームレストには、力が垂直軸線上に加えられる際にその垂直軸線上でのアームレストの限定的かつ選択可能な変位を可能にする減衰装置も装備することができる。アームレストには、患者の前腕をモバイル装置に固定するベルクロ（Velcro）ストラップ又は他の類似の手段２０も設けられている。

携帯装置は、モバイル基部の補助的移動又は能動的移動をもたらすためのアクチュエータ２２と、装置基部に対するアームレストの高さ及び／又は鉛直力に対するコンプライアンスを制御するためのアクチュエータ２４と含むことができる。

フィードバック及び計算ユニット３０は、処理ユニット３２と、組込型処理ユニット２６へデータを送信してそこから受信するための送受信機ユニット３４と、記憶ユニット３６と、使用者５０にフィードバックを提供するためのフィードバックインタフェース４０とを有する。

フィードバック及び計算ユニット３０は、携帯装置１０によって支持された障害を有する腕によって患者が仮想シナリオで行動することを可能にする映像及び／又は音響及び／又は触覚によるフィードバックを提供する。一実施形態では、フィードバック及び計算ユニットは、市販のＰＣと通信する画面（ＬＣＤ又は他の市販の画面）及び音声スピーカから成る。ＰＣは、携帯装置１０上に配置されたセンサから又はその環境に又は使用者の身体上に配置されたセンサ又はその両方から無線リンクを通じて送信されるデータを取得することができる。無線送信は、８０２．１１プロトコル又は同様のもの（例えば、ＷＵＳＢ等）を使用することによって実現することができる。ゲーム様ソフトウエアは、ＰＣ上で実行され、使用者は、リハビリテーション作業を実行するためにゲームを行う。ソフトウエアはまた、意図的に書かれたルーチンにより、生データの収集及び使用者の成績統計計算及び収集も行う。更に、ソフトウエアは、標準的なインターネット接続を通じて医療センターにあるサーバにデータを送信する機能を有する。ソフトウエアはまた、医療センターにおける医療スタッフの決定によりリハビリテーション作業を調整するための新たなパラメータのセットを受信することができる。

遠隔制御及び視覚化ユニット６０は、インターネット接続のようなフィードバック及び計算ユニット３０へ及びそこから情報を送信及び受信するための手段６２を有する標準的なＰＣから成る。ＰＣは、自宅で患者が行うリハビリテーション手順をモニタ及び制御するために医療スタッフ８０によって用いられる。このＰＣ上で実行されるソフトウエアは、患者のプライバシーを守るために暗号化接続によって全てのクライアントから情報を集める。情報は、以下に限定するものではないが、ハードディスクのような固定メモリ上に格納される。データバックアップシステム及びＵＰＳシステムも設けることができる。ソフトウエアは、患者のリアルタイムモニタリング（ブロック６４）に用いることができる。ソフトウエアは、幾つかのＧＵＩ７０を用いて情報を表示することができ、かつ医療スタッフがリハビリテーショントレーニング過程をモニタするのに有用なデータの統計及び他の情報を計算して表示することができる（ブロック６６）。医療スタッフは、このソフトウエアを用いて携帯装置のパラメータを設定することができる（ブロック６８）。

ここで、本明細書で上述したシステムの幾つかの例示的な使用例は、本発明のある一定の可能な使用法を明確にするための手段として含められている。これらの使用例は、本発明の制限を表すものではない。

典型的なシナリオでは、本発明のシステムは、片側脳損傷を有する患者の重力誘起の協調機能喪失を低減するための治療を施すために用いることができる。実際に、特別に設計されたトレーニング作業は、慢性脳卒中患者が異常なトルクパターンの発生を有意に低減するのを助け、それによって手を伸ばす領域及び移動軌跡の速度を改善することができることは公知である（エリス（Ellis）他、「筋肉神経」、２００５年８月；３２（２）、１７０頁〜１７８頁）。

このシナリオによれば、患者は、最初に提案のシステムを用いて患者の状態を評価することができるケアセンターにいる。記録された情報は、参照資料として役立つように格納される。評価後、医療スタッフが治療プログラムを選択し、システムソフトウエアを相応に設定する。その後、患者は、システムを適正に使用する方法について指導を受けることができる。医療スタッフはまた、患者がケアセンターで治療を開始すべきか、又は患者を自宅に送って携帯装置を用いて治療を継続することが可能か否かも決める。在宅時に（又はケアセンターにおいてさえも）、患者は、常時の支援の必要なくして訓練を行うことができ、患者の進歩は、患者の状態の改善に応じてトレーニング訓練を調節することができる医療スタッフが遠隔でモニタすることができる。

図７に示すように、装置を使用している間中、使用者５０は、携帯装置１０が置かれたテーブル１１０の前に快適に座っている。実施例によっては、専用パッド１２０を用いることもできる。患者は、装置に設けられたストラップベルト又はあらゆる他の固定システムを用いて障害を有する腕の前腕１４０をアームレストに固定する。システムは、次に、電源を入れることができ、それは、セルフチェックを実行し、かつ較正段階を完了するために簡単な作業を行うよう患者に求めることができる。セルフチェック及び較正を終了した後、システムは、携帯装置の初期位置１３０から開始してトレーニングセッションを開始することになる。

典型的なシナリオでは、フィードバック及び計算ユニット３０は、映像画面（ＬＣＤ又はその他）と、携帯装置１０からデータを受信する処理ユニット３２に接続した音声スピーカとを有する。映像画面及びスピーカは、トレーニング作業を実行するために使用者がゲームを行うべき対話型ゲームを使用者に呈示する。携帯装置１０は、ゲームのための入力装置として作用する。

更に、システムは、集団療法を可能にする特別に設計されたサーバ１００に接続することができると考えられる。このようにして、数人の使用者は、同時にトレーニングを行い、他者の活動に関する情報を受信し、かつトレーニングの一部として競い又は協力することができる。

集団療法は、オンラインＣＲＰＧ（オンライン・コンピュータ・ロール・プレイング・ゲーム： online computer role playing game）又はＭＭＯＲＰＧ（多人数参加型オンライン・ロール・プレイング・ゲーム： massively multiplayer online role-playing game）の形態を取ることができると考えられる。図８に、そのような同時リハビリテーションの概念のブロック図を示している。障害を有する使用者ＩＵ１．．．ｎは、図６に示し、かつ「自宅又はケアセンター」とラベル付けしたシステムの部分を利用する。障害を持たない使用者ＮＵ１．．．ｎは、市販の入力装置（ジョイスティック、キーボード等）を使用する。ケアセンター９０の医療スタッフは、図６に示し、かつ「ケアセンター」とラベル付けしたシステムの部分を使用する。

このようにして、幾つかのトレーニング様式が利用可能になる：
（１）使用者は、「仮想リハビリテーションセンター」（恐らくセカンド・ライフ（Second-Life）又はその他のようなインターネットベースの仮想世界の内部）に接続され、他の使用者と共に療法士の指示に従うことができる；
（２）使用者は、同じくトレーニングを行っている他の使用者とのチームゲームの一部としてリハビリテーション作業を行うことができる；
（３）使用者は、ゲームの中で対話するために従来の入力装置を使用する障害を持たない人々と共にゲームを行うことができる。これら全ての様式は、療法自体の受容度及び成果を改善することができる「娯楽性」又は「楽しみ」の一面をリハビリテーションルーチンに導入する可能性を有する。

典型的な状況では、トレーニングは、腕の持ち上げ（肩の外転）と組み合わされた手を伸ばす動作の軌跡を辿ることを含む。使用者は、自身の前腕を携帯装置１０に固定している。装置は、テーブル表面上で自由に移動する。手を伸ばす動作により、装置は、携帯装置１０及びそれによってアームレスト１２及びそれに固定された前腕の相対的な位置及び向きを記録する位置センサ１８と共にテーブル上を移動する。典型的なケースでは、使用者は、例えば、脳卒中後に発現した異常な相乗作用により、助けなしに肩外転に加えて手を伸ばすことを正しく行うことはできないことになる。それにも関わらず、アームレストの支持は、使用者がアーム重量を持ち上げる義務がないので、使用者がこれらの相乗作用に対抗することを可能にすることになる。

この単純な場合では、アームレスト１２は、等角肩外転トレーニングを可能にするモバイル基部に対する固定位置を有する。前腕によってアームレスト上に作用された力は、アームレストからモバイル基部への接続部に組み込まれた力センサ１３によってモニタされる。従って、使用者は、使用者が力センサによって測定された力の減少を見ることができることになるので、手を伸ばす動作を行いながら腕を持ち上げる機能の自身の進歩を測定することができる。理想的な例では、使用者は、手を伸ばす作業を行いながら自身の腕の重さを完全に支持することができるはずである。

より複雑な場合では、基部に対するアームレストの垂直変位は、より複雑なリハビリテーションパターンを実施することができるように減衰システムによって制御することができ、又は一部のアクチュエータによって補助することができる。

いずれの場合も、位置、向き、及び力の測定は、ゲーム様トレーニングソフトウエアと対話するために用いることができる入力を構成する。ソフトウエアは、２Ｄゲームのような非常に簡素なものとすることができる。例えば、使用者は、前腕の位置及び向きを用いて単純な迷路内を移動する一方、腕を持ち上げようと試みることによって作業を達成する（障害物を克服する、吊されたボーナスポイントまで腕を伸ばす等）。より複雑なシナリオでは、装置を用いてマルチユーザオンラインゲーム及び／又はインターネットベースの仮想世界で他の障害を有する使用者又は健常な使用者と対話することができる。このようにして、リハビリテーショントレーニングに追加された社会的かつ娯楽的次元は、トレーニングの速度を上げ、及び／又はそれをより有効にすることができると考えられる。

本発明を図面及び以上の説明において図示かつ詳細に説明したが、そのような図示及び説明は、例証又は例示のためであって限定的ではないと見なすものとし、すなわち、本発明は、開示した実施形態に限定されない。

開示した実施形態に対する他の変形は、特許請求する本発明を実施する際に、図面、本発明の開示、及び添付の特許請求の範囲から当業者によって理解され、かつ達成することができる。特許請求の範囲において、用語「有する」は、他の要素又は段階を排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙した幾つかの項目の機能を満たすことができる。互いに異なる従属請求項にある一定の手段が列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に用いることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウエアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上に格納／分散させることができるが、「インターネット」又は他の有線又は無線遠隔通信システムを通じてのような他の形態でも分散させることができる。特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、本発明の範囲を限定するように解釈すべきではない。

１０ 携帯装置
１２ アームレスト
１３ 力／トルクセンサ
１４ 装置基部、モバイルプラットフォーム
１６ 球形車輪
１８ 光学式マウスセンサ、光センサ
２２、２４ アクチュエータ
２６ 組込処理ユニット
３０ フィードバック及び計算ユニット
３２ 処理ユニット
３４ 送受信機ユニット
３６ 記憶ユニット
４０ フィードバックインタフェース
５０ 使用者
６０ 遠隔制御及び視覚化ユニット
８０ 医療スタッフ
９０ ケアセンター
１００ サーバ
１１０ テーブル
１２０ 専用パッド
１３０ 初期位置
１４０ 前腕

Claims (27)

1. 手を伸ばす作業と持ち上げる作業を同時に行うのが困難な障害を有する使用者にリハビリを施すための携帯装置（１０）であって、
   使用者の前腕のためのアームレスト（１２）と、
   ある表面上での前記アームレストの移動を可能にするための手段（１６）と、
   前記アームレストの前記移動をモニタするための手段（１８）と、
   前記使用者の前記前腕によって前記表面と直交する方向に作用された力を感知するための手段（１３）と、を有し、
   更に、前記前腕を前記アームレストに固定するための固定手段（２０）を有し、前記力を感知するための前記手段（１３）は、前記使用者の前記前腕によって作用された持ち上げ力を測定するようになっている
   ことを特徴とする装置。
2. 前記アームレストの前記移動を可能にするための前記手段は、球形車輪又は通常の車輪である
   ことを特徴とする請求項１に記載の携帯装置。
3. 前記アームレストの前記移動を可能にするための前記手段は、パッド（１２０）上で引きずることができる平坦な基部から成る
   ことを特徴とする請求項１に記載の携帯装置。
4. 補助的移動又は能動的移動をもたらすための少なくともアクチュエータ（２２）を更に有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の携帯装置。
5. 前記携帯装置は、前記前腕の受動的な支持に使用される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の携帯装置。
6. 前記移動を制御するための少なくともブレーキシステムを有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の携帯装置。
7. 前記使用者の前記腕によって作用された力を感知するための前記手段は、少なくとも力センサを有する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の携帯装置。
8. 前記アームレストの前記移動をモニタするための前記手段は、該アームレストの位置、及び／又は速度、及び／又は加速度、及び／又は向きをモニタするようになっており、前記向きは、前記アームレストの初期位置に関する前記アームレストの長軸の角度として定義され、また、少なくとも１つの位置センサを有する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の携帯装置。
9. 表面上の携帯装置の運動のための手段を提供する基部（１４）を更に有し、前記アームレスト（１２）は、該装置基部に連結される
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の携帯装置。
10. 前記装置基部に対して異なる高さに前記アームレストを固定するための手段を有する
    ことを特徴とする請求項９に記載の携帯装置。
11. 前記アームレストには、前記装置基部に対する該アームレストの高さを制御するための少なくともアクチュエータ（２４）が装備される
    ことを特徴とする請求項９に記載の携帯装置。
12. 前記アームレストは、その主軸に沿って、前腕の回内−回外運動に適合するために、自由に、又は制御されたアクチュエータによって、回転することができる
    ことを特徴とする請求項９に記載の携帯装置。
13. 前記固定手段は、ベルクロ（Ｖｅｌｃｒｏ）ストラップ、空気式ブレスレット、３Ｄ印刷ブレスレット又はクリップ、変形可能な固定クリップの群から選択される
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の携帯装置。
14. 患者の手首、肘、及び肩の関節を直接にモニタするための関節位置測定手段を更に有する
    ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の携帯装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の携帯装置（１０）、及び、
    ＣＰＵ（３２）と、記憶ユニット（３６）と、フィードバックインタフェース（４０）と、有線又は無線通信ユニット（３４）とを有するフィードバック及び計算ユニット（３０）、
    を有することを特徴とするシステム。
16. 前記フィードバック及び計算ユニット（３０）は、視覚又は聴覚又は触覚フィードバック、又はそれらの組合せを実施するために装備される
    ことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 前記フィードバック及び計算ユニット（３０）は、前記使用者に該使用者の前腕が取り付けられた前記携帯装置を用いてトレーニング作業を実行するために行われる対話型ゲームを提供するようになっている
    ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載のシステム。
18. 前記システムは、前記使用者がトレーニング作業で他の使用者と競争し又は協力することができる集団療法に用いられるようになっている
    ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記システムは、マルチユーザオンラインゲーム及び／又はインターネットベース仮想世界と対話するためのゲームサーバ（１００）に接続されるようになっている
    ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
20. 機能的電気刺激（ＦＥＳ：Functional Electrical Stimulation）」を提供するための手段を更に有する
    ことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載のシステム。
21. 前記腕の筋肉のＥＭＧモニタリングのための手段を更に有する
    ことを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
22. リハビリテーション中の脳の活性化パターンのＥＥＧモニタリングのための手段を更に有する
    ことを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか１項に記載のシステム。
23. 前記腕のトレーニング移動を定性的及び／又は定量的にビデオモニタするための１組の低解像度のＣＭＯＳカメラ又はＣＣＤカメラを更に有する
    ことを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のシステム。
24. 異なる高さを有する区域を含むパッドを更に有する
    ことを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか１項に記載のシステム。
25. 前記フィードバック及び計算ユニット（３０）へ又はそこから情報を送信及び受信するための手段（６２）を有するプロセッサを有する患者のリハビリテーション手順をモニタしかつ制御する、医療スタッフ（８０）によって用いられる遠隔制御及び視覚化ユニット（６０）を更に有する
    ことを特徴とする請求項１５〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
26. 前記遠隔制御及び視覚化ユニット（６０）は、携帯装置のパラメータを設定するための手段（６８）を有する
    ことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
27. 前記フィードバック及び計算ユニット（３０）へ及びそこから情報を送信及び受信するための前記手段（６２）は、暗号化された接続を用いる
    ことを特徴とする請求項２５又は２６に記載のシステム。

Images