JP5928851B2 - リハビリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、脳卒中の後遺症などにより身体の一部が麻痺した患者のリハビリのための装置に係り、特に、左右何れか一方の手が健常な健常手であり他方の手が麻痺して不自由な麻痺手であるとき、麻痺手を健常手と同様に動かす訓練を行うためのリハビリ装置に関する。

従来、この種のリハビリ装置としては、例えば、特許第４６１８７９５号公報（特許文献１）に掲載された技術が知られている。図１４に示すように、このリハビリ装置Ｔａは、健常手ＨＡにその運動を検出する運動検出器１００を装着し、この運動検出器１００により例えば手指の関節角，位置や角速度などを検出する。一方、麻痺手ＨＢには、制御部１０１の制御により、運動検出部１００が検出した健常手ＨＡの運動と略同等の運動が行われるように助力を付与する助力付与器１０２を装着する。また、患者には健常手ＨＡの運動を予め撮像した正画像ＧＡ及び正画像ＧＡを鏡面対象に反転させた反転画像ＧＢを表示するディスプレイ１０３を装着する。このディスプレイ１０３に表示される画像は、予め、患者の健常手ＨＡの運動を、患者の視点よりデジタルビデオで撮影して準備する。それから、この画像を、ＰＣなどに取り込み、健常側を、左右反転させ、麻痺側の映像として合成する編集をする。これにより、患者は、ディスプレイ１０３に表示された正画像ＧＡ及び反転画像ＧＢを視認しながら健常手ＨＡ及び麻痺手ＨＢを同様に動かしての運動を行なう。この場合、麻痺手ＨＢは助力付与器１０２により助力が付与されるので、麻痺手ＨＢの運動を確実に行うことができるようになる。また、患者は、健常手ＨＡも麻痺手ＨＢも共に滑らかに動いているような映像を見ることになるので、それだけ、麻痺手ＨＢの運動を支援する作用が生じ、リハビリ効果を増長させることができるというものである。

また、従来においては、上記のリハビリ装置のようにディスプレイに健常手の正画像及び反転画像を表示することは行わないが、例えば、特許第４００２９７４号公報（特許文献２）に掲載された技術も知られている。これは、上記と同様に、健常手にその運動を検出する運動検出器を装着し、この運動検出器により例えば手指の関節角度を検出する一方、麻痺手には、制御部の制御により運動検出部が検出した健常手の運動と略同等の運動が行われるように助力を付与する助力付与器を装着する。これにより、患者は、健常手及び麻痺手を同様に動かしての運動を行なうが、麻痺手は助力付与器により助力が付与されるので、麻痺手の運動を確実に行うことができるようになる。

特許第４６１８７９５号公報 特許第４００２９７４号公報

しかしながら、図１４に示す前者のリハビリ装置Ｔａにあっては、
（イ）健常手ＨＡにその運動を検出する運動検出器１００を装着しているので、これが抵抗になって負荷がかかり、健常手ＨＡの動きが必ずしもスムーズに行われない。
（ロ）そのため、助力付与器１０２の助力付与が不安定になりやすい。
（ハ)また、ディスプレイ１０３に表示される正画像ＧＡ及び反転画像ＧＢは、予め、患者の健常手ＨＡの運動をデジタルビデオで撮影して準備したものなので、実際の健常手ＨＡの運動と正画像ＧＡの運動とが合わないときがあり、健常手ＨＡと麻痺手ＨＢの動きのタイミングを取りにくい。
等の問題があった。
また、後者のリハビリ装置にあっても、上記と同様、（イ），（ロ）記載の問題があるとともに、ディスプレイに健常手の正画像及び反転画像を表示することは行わないので、視覚入力による麻痺手の運動支援を行うことができないという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、健常手に運動検知の負荷をかけないように健常手の運動を検出して麻痺手に安定した助力を付与できるようにするとともに、健常手の運動をリアルタイムで正画像及び反転画像に反映できるようにして健常手と麻痺手との動きのタイミングを取り易いようにし、装置の性能を向上させて信頼性の向上を図ったリハビリ装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明のリハビリ装置は、左右何れか一方の手が健常な健常手であり他方の手が麻痺して不自由な麻痺手であるとき、上記麻痺手を健常手と同様に動かす訓練を行うためのリハビリ装置であって、健常手の運動を検出する運動検出部と、麻痺手に上記運動検出部が検出した健常手の運動と略同等の運動が行われるように助力を付与する助力付与部と、健常手の運動を撮像した正画像及び該正画像を鏡面対象に反転させた反転画像を表示するディスプレイとを備え、該ディスプレイに表示された正画像及び反転画像を視認しながら麻痺手の運動を行なわせるリハビリ装置において、
上記運動検出部を、健常手の所定の動きを撮像するカメラで構成し、該カメラが健常手の運動をリアルタイムで撮像した画像データに基づいて上記ディスプレイに該カメラが健常手の運動をリアルタイムで撮像した正画像及び該正画像を鏡面対象に反転させた反転画像を表示させながら上記助力付与部の制御を行う制御部を設けた構成としている。

これにより、麻痺手の訓練を行うときは、患者は、ディスプレイに表示された正画像及び反転画像を視認しながら健常手及び麻痺手を同様に動かしての運動を行なう。この際、麻痺手は助力付与部により助力が付与されるので、麻痺手の運動を確実に行うことができるようになる。また、患者は、健常手も麻痺手も共に滑らかに動いているような映像を見ることになり、そのため、この視覚入力が脳に刺激を与え、麻痺のある麻痺手を患者自身がスムーズに動かしているという感覚をもつので、それだけ、麻痺手の運動を支援する作用が生じ、高いリハビリ効果を得ることができる。

この場合、運動検出部をカメラで構成し、このカメラによる健常手の撮像によりその運動を検出するので、健常手には負荷がかからないことから、健常手の動きをスムーズに行わせることができる。そのため、制御部は、このスムーズな動きを行う健常手の画像データに基づいて助力付与部を制御するので、助力付与部の助力付与を安定化することができる。また、ディスプレイに表示される正画像及び反転画像は、健常手の運動をカメラによりリアルタイムで撮影した画像によるので、健常手と麻痺手の動きのタイミングを取りやすくすることができ、確実に視覚入力による麻痺手の運動支援を行うことができる。

より具体的には、上記健常手に予め定めた所定の動作を行うことが可能に該健常手を特定の姿勢で支持する健常手支持部を備え、上記助力付与部を、上記健常手支持部に並設され上記麻痺手を上記健常手と鏡面対象の姿勢で支持する麻痺手支持部と、該麻痺手支持部に支持された麻痺手に付帯して移動させられ該麻痺手に助力を付与する可動部と、該可動部を駆動する駆動部とを備えて構成し、
上記制御部は、上記カメラの撮像に係る正画像を鏡面反転させた反転画像を生成して上記ディスプレイに表示する反転画像生成表示手段と、上記カメラが撮像した撮像データに基づいて上記健常手の所定部位の移動位置を検知する移動位置検知手段と、該移動位置検知手段が検知した移動位置に対応して該助力付与部の可動部を移動させるように駆動部を制御する駆動制御部とを備えた構成としている。これにより、健常手の移動位置に応じて、助力付与部の可動部を移動させるので、麻痺手を確実に運動させることができる。

そして、必要に応じ、上記可動部に作用する麻痺手からの反力を検知する反力検知手段を備え、上記制御部は、上記反力検知手段が検知した反力が予め定めた所定反力以上になったとき異常信号を送出する異常信号送出手段を備えた構成としている。これにより、麻痺手が、健常手に追従できずに動きが停滞し、無理な負荷がかかったときには、反力検知手段がこれを検知して、異常信号送出手段により異常信号を送出できるので、健常手の運動を調整するなどして、麻痺手に負荷がかかる事態を防止することができる。

この場合、上記制御部は、上記異常信号送出手段からの異常信号に基づいて駆動部を強制停止させる強制停止手段を備えた構成とすることができる。麻痺手に負荷がかかる事態を確実に防止することができる。

また、必要に応じ、上記制御部は、上記健常手の所定部位の運動開始位置及び運動終了位置を登録する開始終了位置登録手段と、上記移動位置検知手段が検知した健常手の所定部位が運動開始位置から運動終了位置に至ったとき麻痺手の運動が成功したとして成功信号を送出する成功信号送出手段とを備えた構成としている。成功信号により、例えば、スピーカから患者を誉める言葉を発したり、ゲーム性を付与すること等に利用でき、患者の意欲を増進させることができる。この場合、健常手の動きを持って、成功とみなすので、仮に麻痺手の追従が多少スムーズでなくても、成功したことになるので、患者の意欲の増進効果を促進できる。

あるいはまた、上記可動部の位置を検知する可動部位置検知手段を備え、上記制御部は、上記可動部の運動始端及び運動終端を登録する始端終端登録手段と、上記可動部位置検知手段が検知した可動部が運動始端から運動終端に至ったとき麻痺手の運動が成功したとして成功信号を送出する成功信号送出手段とを備えた構成とすることもできる。この場合、可動部の動きを持って、成功とみなすので、仮に麻痺手の追従が多少スムーズでなくても、成功したことになるので、患者の意欲の増進効果を促進できる。

更に、必要に応じ、上記健常手及び麻痺手の運動は、親指に対してその他の４指がＭＰ関節から曲げられて該親指に近接するツマミ動作であり、上記制御部に、上記ディスプレイが表示する反転画面に親指と人差し指とで挾持して摘むことのできるツマミ体を表示するツマミ体表示手段と、上記成功信号送出手段からの成功信号があったとき、上記ツマミ体表示手段が表示したツマミ体を上記ディスプレイの別に設けた表示エリアに積層して表示するツマミ体積層表示手段とを備えた構成としている。ツマミ体を親指と人差し指とで摘む（掴む）ようにするので、麻痺手の運動支援を確実に行うことができるとともに、ゲーム性が生じるので、患者の意欲の増進効果を促進できる。

更にまた、必要に応じ、上記制御部に、上記成功信号送出手段からの成功信号が所定時間内にいくつ有るかをカウントする成功数カウント手段と、該成功数カウント手段のカウント結果を上記ディスプレイに表示する成功数表示手段とを備えた構成としている。成功数が表示されるので、目標ができ、より一層、患者の意欲の増進効果を促進できる。

また、必要に応じ、上記移動位置検知手段が検知した上記健常手の所定部位の移動位置に基づいて該健常手の所定部位の移動軌跡を経時的に算出する健常手移動軌跡算出手段と、上記可動部の位置を検知する可動部位置検知手段と、該可動部位置検知手段が検知した可動部の移動軌跡を経時的に算出する可動部移動軌跡算出手段と、上記健常手移動軌跡算出手段が算出した健常手の所定部位の移動軌跡及び上記可動部移動軌跡算出手段が算出した可動部の移動軌跡を記録する移動軌跡記録手段と、該移動軌跡記録手段が記録する健常手の所定部位の移動軌跡及び可動部の移動軌跡を対比して表示させる移動軌跡表示手段とを備えた構成としている。

本発明では、制御部は、駆動制御部により助力付与部の可動部を、移動位置検知手段が検知した移動位置に対応して移動させるように制御するが、麻痺手の抵抗により必ずしも可動部は予定の移動を行うとは限らない。そのため、移動位置検知手段が検知し健常手移動軌跡算出手段により算出された健常手の移動軌跡と、可動部位置検知手段が検知し可動部移動軌跡算出手段により算出された可動部の移動軌跡とが、異なる場合があるが、移動軌跡表示手段が、健常手の所定部位の移動軌跡及び可動部の移動軌跡を対比して表示させるので、その表示を見て麻痺手の回復具合を知ることができ、リハビリや治療の参考にすることができる。また、移動軌跡記録手段が、健常手の移動軌跡及び可動部の移動軌跡を記録するので、過去の記録と現在の記録とを比較することができ、リハビリの進捗状況や効果等を知ることができる。

そしてまた、必要に応じ、上記健常手支持部を、健常手の親指に対してその他の４指がＭＰ関節から曲げられて該親指に近接するツマミ動作を行うことが可能なように該健常手の親指を上にしてその手首側を支承する健常手支承台と、該健常手支承台に対して所定位置に立設され健常手の親指が接触する外側面及びその他の４指が対向する内側面を有した立設板とを備えて構成し、上記麻痺手支持部を、麻痺手の親指に対してその他の４指がＭＰ関節から曲げられて該親指に近接するツマミ動作を行うことが可能なように該麻痺手の親指を上にしてその手首側を支承する麻痺手支承台と、該麻痺手支承台に対して麻痺手の親指を拘束する親指拘束部とを備えて構成し、上記可動部を、麻痺手のその他の４指をこれらの内側及び外側から挟んで拘束する一対の拘束板と、該拘束板を支持するとともに回動させられて該拘束板により他の４指がＭＰ関節から曲がるように押圧する回転盤とを備えて構成している。ツマミ動作を確実に行わせることができる。

この構成において、必要に応じ、上記カメラを健常手支承台に支持された健常手の人差し指側から撮像するように配置し、
上記制御部の上記移動位置検知手段は、上記カメラが撮像した撮像データに基づいて上記健常手の所定部位としての人差し指の先端部の移動位置を検知する機能を備えて構成し、
上記制御部に、上記健常手の所定部位としての人差し指の先端部が親指から適宜離間した運動開始位置及び親指に適宜近接した運動終了位置を登録する開始終了位置を登録する開始終了位置登録手段と、上記回転盤の上記拘束板が親指に近接した所定の回転角度を基準として親指から適宜離間した最大の回転角度である運動始端及び親指に近接した所定の回転角度を基準として親指に近接した最小の回転角度である運動終端を登録する始端終端登録手段と、上記移動位置検知手段が検知した移動位置に基づいて、上記開始終了位置登録手段に登録された運動開始位置及び運動終了位置，上記始端終端登録手段に登録された運動始端としての最大の回転角度及び運動終端としての最小の回転角度から、上記回転盤の回動すべき角度を線形補完により算出する回動角度算出手段とを備え、
上記制御部の駆動制御部は、上記回動角度算出手段が算出した回動角度分上記回転盤を回動させるように上記駆動部を制御する機能を備えた構成としている。

これにより、回転盤の回動すべき角度を回動角度算出手段により線形補完により算出して、回転盤を回動させるようにするので、麻痺手にできるだけ無理を与えないようにして助力を付与することができる。即ち、運動始端と運動終端の回転角度の差である麻痺手の開閉角度を、例えば医学療法士などの助言を得て麻痺手の開閉能力に応じて定め、一般には、麻痺手の能力は健常手の能力よりも劣るので運動開始位置と運動終了位置とから求められる健常手の開閉角度よりも小さい角度に設定することができる。そのため、麻痺手に負担がかからないようにして訓練を行うことができる。

本発明によれば、麻痺手の訓練を行うときは、患者は、ディスプレイに表示された正画像及び反転画像を視認しながら健常手及び麻痺手を同様に動かしての運動を行なうが、麻痺手は助力付与部により助力が付与されるので、麻痺手の運動を確実に行うことができるようになる。また、患者は、健常手も麻痺手も共に滑らかに動いているような映像を見ることになり、そのため、この視覚入力が脳に刺激を与え、麻痺のある麻痺手を患者自身がスムーズに動かしているという感覚をもつので、それだけ、麻痺手の運動を支援する作用が生じ、高いリハビリ効果を得ることができる。この場合、カメラによる健常手の撮像によりその運動を検出するので、健常手には負荷がかからないことから、健常手の動きをスムーズに行わせることができる。そのため、制御部は、このスムーズな動きを行う健常手の画像データに基づいて助力付与部を制御するので、助力付与部の助力付与を安定化することができる。また、ディスプレイに表示される正画像及び反転画像は、健常手の運動をカメラによりリアルタイムで撮影した画像によるので、健常手と麻痺手の動きのタイミングを取りやすくすることができ、確実に視覚入力による麻痺手の運動支援を行うことができ、装置の性能を向上させて信頼性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るリハビリ装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の要部を示し、（ａ）は健常手支持部及び麻痺手支持部の構成を示す斜視図、（ｂ）はこれらに健常手及び麻痺手を支持した状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の要部を示し、（ａ）は健常手支持部及び麻痺手支持部の構成を示す平面図、（ｂ）はこれらに健常手及び麻痺手を支持した状態を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の設定画面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の正画像及び反転画像の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置のカメラの撮像座標系と可動部の座標系との関係を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の制御部の処理工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の使用中の表示画面（ａ）（ｂ）（ｃ）を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の使用中の表示画面（ｄ）（ｅ）（ｆ）を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の使用中の表示画面（ｇ）（ｈ）（ｉ）を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリハビリ装置の健常手の移動軌跡及び可動部の移動軌跡を経時的に対比して表示した画面を示す図である。 従来のリハビリ装置の一例を示す図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係るリハビリ装置について詳細に説明する。
図１乃至図４に示すように、本発明の実施の形態に係るリハビリ装置Ｔは、対象とする患者の左右何れか一方の手が健常な健常手ＨＡ（実施の形態では右手でありＭａｓｔｅｒとも表記する）であり他方の手が麻痺して不自由な麻痺手ＨＢ（実施の形態では左手でありＳｌａｖｅとも表記する）であるとき、麻痺手ＨＢを健常手ＨＡと同様に動かす訓練を行うためのものである。実施の形態では、健常手ＨＡ及び麻痺手ＨＢの運動は、親指に対してその他の４指がＭＰ関節ａから曲げられて親指に近接するツマミ動作（対立運動）である。

リハビリ装置Ｔは、患者が椅子（図示せず）に着座して健常手ＨＡ及び麻痺手ＨＢのある肘から先の腕を略平行にして無理なく伸ばして載せることができる高さのテーブル１と、テーブル１に設けられ健常手ＨＡ及び麻痺手ＨＢを収容する矩形状の収容ボックス２と、収容ボックス２上に設置され患者が視認可能なディスプレイ３と、各種制御を行う制御部４０とを備えている。収容ボックス２内には、健常手ＨＡに予め定めた所定の動作（ツマミ運動）を行うことが可能に健常手ＨＡを特定の姿勢で支持する健常手支持部１０と、この健常手ＨＡの運動を検出する運動検出部と、麻痺手ＨＢに運動検出部が検出した健常手ＨＡの運動と略同等の運動が行われるように助力を付与する助力付与部２０とが設けられている。

運動検出部は、健常手ＨＡの所定の動きを撮像するカメラ５で構成されており、カメラ５が撮像した画像データに基づいてディスプレイ３に所要の表示を行わせながら制御部４０により助力付与部２０の制御を行う。ディスプレイ３には、カメラ５が健常手ＨＡの運動をリアルタイムで撮像した正画像ＧＡ及びこの正画像ＧＡを鏡面対象に反転させた反転画像ＧＢを表示し、患者はこのディスプレイ３に表示された正画像ＧＡ及び反転画像ＧＢを視認しながら麻痺手ＨＢの運動を行なわせることができる。

詳しくは、健常手支持部１０は、健常手ＨＡの親指に対してその他の４指がＭＰ関節ａから曲げられて親指に近接するツマミ動作を行うことが可能なように健常手ＨＡの親指を上にしてその手首側を支承する健常手支承台１１と、健常手支承台１１に対して所定位置に立設され健常手ＨＡの親指が接触する外側面及びその他の４指が対向する内側面を有した立設板１２とを備えて構成されている。

助力付与部２０は、健常手支持部１０に並設され麻痺手ＨＢを健常手ＨＡと鏡面対象の姿勢で支持する麻痺手支持部２１と、麻痺手支持部２１に支持された麻痺手ＨＢに付帯して移動させられ麻痺手ＨＢに助力を付与する可動部２２と、可動部２２を駆動する駆動部２３とを備えて構成されている。
麻痺手支持部２１は、麻痺手ＨＢの親指に対してその他の４指がＭＰ関節ａから曲げられて親指に近接するツマミ動作を行うことが可能なように麻痺手ＨＢの親指を上にしてその手首側を支承する麻痺手支承台２４と、麻痺手支承台２４に対して麻痺手ＨＢの親指を拘束する親指拘束部２５とを備えて構成されている。親指拘束部２５は、親指が差し込まれる可撓性のリング状部材であり、その基端が麻痺手支承台２４に固定されている。

可動部２２は、麻痺手ＨＢのその他の４指をこれらの内側及び外側から挟んで拘束する一対の拘束板２６と、これらの拘束板２６を立設させて支持するとともに回動させられて拘束板２６により他の４指がＭＰ関節ａから曲がるように押圧する回転盤２７とを備えて構成されている。
駆動部２３は、電動のサーボモータ２８とサーボモータ２８の回転を回転盤２７に伝達して回転盤２７を回転させるギヤ機構２９とを備えて構成されている。

可動部２２には、可動部２２に作用する麻痺手ＨＢからの反力を検知する反力検知手段３０が備えられている。反力検知手段３０は、図２（ａ）に示すように、一対の拘束板２６の内側に夫々１対ずつ付設された感圧センサ３１で構成されている。また、図４に示すように、例えば、拘束板２６の所定位置の麻痺手支承台２４を基準にした回転盤２７の回転角度を検出するエンコーダ３２若しくは位置センサ３３が備えられている。

運動検出部としてのカメラ５は、例えば、ＣＣＤカメラで構成され、位置調整可能な可撓性の支持スタンド６の先端に設けられ、健常手支承台１１に支持された健常手ＨＡの人差し指側から撮像するように配置されている。

制御部４０は、図４に示すように、カメラ５からの撮像データをハブ４１を介して処理するとともに、ディスプレイ３の表示処理を行うシングルボードコンピュータ４２を備えている。ハブ４１には外部入力手段としてのキーボード４３及びマウス４４が接続されている。また、制御部４０は、ラインドライバ４５を介してシングルボードコンピュータ４２と連携されたＣＰＵ４６を備えており、ＣＰＵ４６は、記憶部としてのＰＯＭ４７及びＲＡＭ４８、サーボモータ２８に接続されたモーターコントロールインターフェース４９及びモータドライバー５０、感圧センサ３１及び位置センサ３３のアンプ５１及びＡＤ変換器５２に連携されている。

詳しくは、制御部４０は、図５に示すように、カメラ５の撮像に係る正画像ＧＡを鏡面反転させた反転画像ＧＢを生成してディスプレイに表示する反転画像生成表示手段６０と、カメラ５が撮像した撮像データに基づいて健常手ＨＡの所定部位の移動位置を検知する移動位置検知手段６１とを備えている。この移動位置検知手段６１は、カメラ５が撮像した撮像データに基づいて健常手ＨＡの所定部位としての人差し指の先端部Ｐの移動位置を検知する機能を備えて構成されている。図６に示す設定画面において、人差し指の先端部Ｐの輝度（白い部分が最も強い）を、即ち、そのコントラスト値を入力設定する（図６中白色）ようになっており、制御部４０は、画像データを２値化して、設定したコントラスト値の画素を認識し、図７に示すように、二次元座標平面において、水平軸方向をＸ軸、垂直軸方向をＹ軸とし、左上を原点として、人差し指の先端部Ｐの位置座標を算出する。位置座標は、反転画像ＧＢ側の座標系で出力され、ディスプレイ３にも表示される。

また、制御部４０は、移動位置検知手段６１が検知した移動位置に対応して助力付与部２０の可動部２２を移動させるように駆動部２３を制御する駆動制御部６２を備えている。駆動制御部６２は、後述の回動角度算出手段６５が算出した回動角度分、回転盤２７を回動させるように駆動部２３を制御する機能を備えている。

更に、制御部４０は、健常手ＨＡの所定部位としての人差し指の先端部Ｐが親指から適宜離間した運動開始位置（Ｏｐｅｎ）及び親指に適宜近接した運動終了位置（Ｃｌｏｓｅ）を登録する開始終了位置登録手段６３を備えている。図６に示す設定画面において、健常手ＨＡの閉じたとき（Ｃｌｏｓｅ）の人差し指の先端部Ｐの位置座標（運動終了位置）と、開いたとき（Ｏｐｅｎ）の人差し指の先端部Ｐの位置座標（運動開始位置）を入力して登録するようにしている。図７に示すように、ディスプレイ３に表示された反転画像ＧＢ側の座標系での位置座標を入力する。

また、制御部４０は、回転盤２７の拘束板２６が親指に近接した所定の回転角度を基準として親指から適宜離間した最大の回転角度（ＭＡＸ）である運動始端及び親指に近接した所定の回転角度を基準として親指に近接した最小の回転角度（ＭＩＮ）である運動終端を登録する始端終端登録手段６４を備えている。図６に示す設定画面において、麻痺手ＨＢ側の回転角度（ＭＡＸ）及び回転角度（ＭＩＮ）を入力して登録する。この運動始端の回転角度（ＭＡＸ）と運動終端の回転角度（ＭＩＮ）の差である麻痺手ＨＢの開閉角度は、例えば医学療法士などの助言を得て麻痺手ＨＢの開閉能力に応じて定められ、上記の運動開始位置（Ｏｐｅｎ）と運動終了位置（Ｃｌｏｓｅ）とから求められる健常手ＨＡの開閉角度θ（図７（ａ））とは、同じでも良く、また、異なっていても良い。一般には、麻痺手ＨＢの能力は健常手ＨＡの能力よりも劣るので上記の角度θよりは小さい角度に設定される。

そして、制御部４０は、移動位置検知手段６１が検知した移動位置に基づいて、開始終了位置登録手段６３に登録された運動開始位置及び運動終了位置，始端終端登録手段６４に登録された運動始端としての最大の回転角度（ＭＡＸ）及び運動終端としての最小の回転角度（ＭＩＮ）から、回転盤２７の回動すべき角度を線形補完により算出する回動角度算出手段６５を備えている。図８に示すように、カメラ座標系とモータ座標系（回転盤２７の回転角度）とを線形補完により対応付け、制御部４０の駆動制御部６２は、上記回動角度算出手段６５が算出した回動角度分上記回転盤２７を駆動部２３を介して回動させる。

更に、制御部４０は、反力検知手段３０が検知した反力が予め定めた所定反力以上になったとき異常信号を送出する異常信号送出手段６６と、異常信号送出手段６６からの異常信号に基づいて駆動部２３を強制停止させる強制停止手段６７とを備えている。

更にまた、制御部４０は、移動位置検知手段６１が検知した健常手ＨＡの所定部位が運動開始位置から運動終了位置に至ったとき麻痺手ＨＢの運動が成功したとして成功信号を送出する成功信号送出手段７０を備えている。そして、制御部４０は、ディスプレイ３が表示する反転画面に親指と人差し指とで挾持して摘むことのできるツマミ体Ｍ（図１，図１０乃至図１２）を表示するツマミ体表示手段７１と、成功信号送出手段７０からの成功信号があったとき、ツマミ体表示手段７１が表示したツマミ体Ｍをディスプレイ３の別に設けた表示エリアに積層して表示するツマミ体積層表示手段７２とを備えている。実施の形態では、表示するツマミ体Ｍとしては、図１０乃至図１２に示すように、大豆やソラマメを擬人化（顔）にしており、反転画面に親指と人差し指とで挾持して摘むことのできるように表示するとともに、成功すると画面中央のエリアにツマミ体Ｍを積層表示する。

また、制御部４０は、成功信号送出手段７０からの成功信号が所定時間内にいくつ有るかをカウントする成功数カウント手段７３と、成功数カウント手段７３のカウント結果をディスプレイ３に表示する成功数表示手段７４とを備えている。図１０乃至図１２に示すように、画面右に、ツマミ体Ｍを摘んで成功した数字が表示される。実施の形態では、所定時間（３分）を１セットとして、この１セット間に、成功した数を「今回の達成値」として表示する。また、制御部４０は、異なる患者ごとに、データを蓄積して記憶する機能を備え、「今日の最高値」，過去の成績である「今までの最高値」として、そのカウント値を表示可能にしている。

また、制御部４０は、移動位置検知手段６１が検知した健常手ＨＡの所定部位の移動位置に基づいて健常手ＨＡの所定部位（実施の形態では人差し指）の移動軌跡を経時的に算出する健常手移動軌跡算出手段８０と、上記のエンコーダ３２若しくは位置センサ３３によって可動部２２の位置を検知する可動部位置検知手段８１と、可動部位置検知手段８１が検知した可動部２２の移動軌跡を経時的に算出する可動部移動軌跡算出手段８２と、健常手移動軌跡算出手段８０が算出した健常手ＨＡの所定部位の移動軌跡及び可動部移動軌跡算出手段８２が算出した可動部２２の移動軌跡を記録する移動軌跡記録手段８３と、移動軌跡記録手段８３が記録する健常手ＨＡの所定部位の移動軌跡及び可動部２２の移動軌跡を対比してディスプレイ３に表示させる移動軌跡表示手段８４とを備えている。実施の形態では、図１３に示すように、移動軌跡は、健常手ＨＡの人差し指の角度変移ＲＡと、可動部２２の角度変移ＲＢとを連続的に表示可能にしており、また、特定の時間における移動軌跡の状態を拡大して表示できるようにしている。

従って、実施の形態に係るリハビリ装置Ｔを用いて、患者がリハビリを行うときは、以下のようになる。予め、患者の補助者などによって、初期設定画面（図示せず）で患者名などの初期設定を行うとともに、図６に示すように、健常手ＨＡの人差し指の先端部Ｐの輝度値（白色）、健常手ＨＡの閉じたとき（Ｃｌｏｓｅ）の人差し指の先端部Ｐの位置座標（運動終了位置）、開いたとき（Ｏｐｅｎ）の人差し指の先端部Ｐの位置座標（運動開始位置）、麻痺手ＨＢ側の運動始端の回転角度（ＭＡＸ）と運動終端の回転角度（ＭＩＮ）を入力して登録する。

そして、３分間でどれだけの摘み動作を行うことができるかを競う。即ち、患者は、図１に示すように、ディスプレイ３に表示された正画像ＧＡ及び反転画像ＧＢを視認しながら健常手ＨＡ及び麻痺手ＨＢを同様に動かしての運動を行なう。図９に示すフローチャートを参照し、スタートにより、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、ツマミ体Ｍが反転画像ＧＢ上に表示され、この状態で健常手ＨＡを開く。制御部４０は、健常手ＨＡが最大開度以上か否かを判断し（Ｓ１）、最大開度以上と判断すると（Ｓ１Ｙｅｓ）、図１０（ｃ）に示すように、ツマミ体Ｍが反転画像ＧＢの親指の点に表示させられる。この状態で、図１０（ｃ）に示すように、健常手ＨＡを閉じていく。制御部４０は、健常手ＨＡが最小開度以下か否かを判断し（Ｓ３，Ｓ４）、最小開度以下と判断すると（Ｓ３Ｙｅｓ）、図１１（ｄ）に示すように、ツマミ体Ｍの摘みが成功したとして、ツマミ体Ｍを画面中央のエリアに積層させるとともにカウントしてその値を画面右上に表示する（Ｓ５）。その後、乱数によるツマミ体Ｍの種類（大豆やソラマメ）が選定され（Ｓ６）、図１１（ｄ）に示すように、再び、選定されたツマミ体Ｍが反転画像ＧＢ上に表示される（Ｓ７）。

その後、制御部４０は、健常手ＨＡが最大開度以上か否かを判断し（Ｓ１）、最大開度以上と判断すると（Ｓ１Ｙｅｓ）、図１１（ｅ）に示すように、ツマミ体Ｍが反転画像ＧＢの親指の点に表示させられる。この状態で、図１１（ｆ）に示すように、健常手ＨＡを閉じて、制御部４０が、健常手ＨＡが最小開度以下か否かを判断し（Ｓ３，Ｓ４）、最小開度以下と判断すると（Ｓ３Ｙｅｓ）、図１１（ｆ）に示すように、ツマミ体Ｍの摘みが成功したとして、ツマミ体Ｍを画面中央のエリアに積層させるとともにカウントしてその値を画面右上に表示する（Ｓ５）。その後も、同様の操作を行い、図１２（ｇ）〜図１２（ｉ）に示すように、３分終了するまで（Ｓ４，Ｓ８）、同様の操作が行われる。３分終了すると（Ｓ４Ｙｅｓ，Ｓ８Ｙｅｓ）、集計され（Ｓ９）、リセット処理される（Ｓ１０）。

この麻痺手ＨＢの訓練においては、麻痺手ＨＢは助力付与部２０により助力が付与されるので、麻痺手ＨＢの運動を確実に行うことができるようになる。また、患者は、健常手ＨＡも麻痺手ＨＢも共に滑らかに動いているような映像を見ることになり、そのため、この視覚入力が脳に刺激を与え、麻痺のある麻痺手ＨＢを患者自身がスムーズに動かしているという感覚をもつので、それだけ、麻痺手ＨＢの運動を支援する作用が生じ、高いリハビリ効果を得ることができる。

この場合、運動検出部をカメラ５で構成し、このカメラ５による健常手ＨＡの撮像によりその運動を検出するので、健常手ＨＡには負荷がかからないことから、健常手ＨＡの動きをスムーズに行わせることができる。そのため、制御部４０は、このスムーズな動きを行う健常手ＨＡの画像データに基づいて助力付与部２０を制御するので、助力付与部２０の助力付与を安定化することができる。また、ディスプレイ３に表示される正画像ＧＡ及び反転画像ＧＢは、健常手ＨＡの運動をカメラ５によりリアルタイムで撮影した画像によるので、健常手ＨＡと麻痺手ＨＢの動きのタイミングを取りやすくすることができ、確実に視覚入力による麻痺手ＨＢの運動支援を行うことができる。

また、麻痺手ＨＢの訓練においては、反力検知手段３０が麻痺手ＨＢからの反力を検知しており、麻痺手ＨＢが、健常手ＨＡに追従できずに動きが停滞し、無理な負荷がかかったときには、反力検知手段３０がこれを検知して、異常信号送出手段６６により異常信号を送出し、強制停止手段６７により駆動部２３を強制停止させる。このため、麻痺手ＨＢに負荷がかかる事態を防止することができる。

そしてまた、上記の通り、麻痺手ＨＢの訓練においては、ツマミ体Ｍを親指と人差し指とで摘む（掴む）ようにするので、麻痺手ＨＢの運動支援を確実に行うことができるとともに、ゲーム性が生じるので、患者の意欲の増進効果を促進できる。また、成功数が表示されるので、目標ができ、より一層、患者の意欲の増進効果を促進できる。また、成功信号は、健常手ＨＡの動きを持って送出され、成功とみなすので、仮に麻痺手ＨＢの追従が多少スムーズでなくても、成功したことになるので、この点でも、患者の意欲の増進効果を促進できる。

更に、実施の形態では、移動軌跡記録手段８３が、健常手移動軌跡算出手段８０が算出した健常手ＨＡの所定部位の移動軌跡及び可動部移動軌跡算出手段８２が算出した可動部２２の移動軌跡を記録するとともに、移動軌跡表示手段８４により、ディスプレイ３に移動軌跡記録手段８３が記録する健常手ＨＡの所定部位の移動軌跡及び可動部２２の移動軌跡を対比して表示させることができる。制御部４０は、駆動制御部６２により助力付与部２０の可動部２２を、移動位置検知手段６１が検知した移動位置に対応して移動させるように制御するが、麻痺手ＨＢの抵抗により必ずしも可動部２２は予定の移動を行うとは限らない。そのため、移動位置検知手段６１が検知し健常手移動軌跡算出手段８０により算出された健常手ＨＡの移動軌跡と、可動部位置検知手段８１が検知し可動部移動軌跡算出手段８２により算出された可動部２２の移動軌跡とが、異なる場合があるが、移動軌跡表示手段８４が、健常手ＨＡの所定部位の移動軌跡及び可動部２２の移動軌跡を対比して表示させる。そのため、その表示を見て麻痺手ＨＢの回復具合を知ることができ、リハビリや治療の参考にすることができる。また、移動軌跡記録手段８３が、健常手ＨＡの移動軌跡及び可動部２２の移動軌跡を記録するので、過去の記録と現在の記録とを比較することができ、リハビリの進捗状況や効果等を知ることができる。

尚、上記実施の形態において、成功信号送出手段７０は、成功信号を、健常手ＨＡの所定部位（人差し指）が運動開始位置から運動終了位置に至ったとき送出するようにしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、成功信号送出手段７０を、可動部位置検知手段８１が検知した可動部２２が運動始端から運動終端に至ったとき麻痺手ＨＢの運動が成功したとして成功信号を送出する構成とすることもできる。この場合、可動部２２の動きを持って、成功とみなすので、仮に麻痺手ＨＢの追従が多少スムーズでなくても、成功したことになるので、患者の意欲の増進効果を促進できる。また、上記実施の形態では、成功信号により、ツマミ体Ｍを積層する構成にしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、スピーカから患者を誉める言葉を発したりするなど、どのように用いても良い。更に、麻痺手支持部２１等手が触れるつまみなどの部分は、麻痺手の稼働をスムーズに行わせるため加温できる工夫を凝らしても良い。また、使い捨て手袋などを適宜かぶせることで、清潔に取り扱えるような工夫を凝らすことなど含めても良い。リハビリを行う患者が複数人いた場合にも清潔が保たれる。

また、上記実施の形態では、健常手ＨＡが右手，麻痺手ＨＢが左手の場合に対応できるように装置を構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、逆に構成しても良く、適宜変更してよい。更に、上記実施の形態は、ツマミ動作のリハビリ用のものであるが、握り動作など他の手の動作に対応できるように構成しても良いことは勿論である。

Ｔ リハビリ装置
ＨＡ 健常手
ＨＢ 麻痺手
ａ ＭＰ関節
１ テーブル
２ 収容ボックス
３ ディスプレイ
５ カメラ（運動検出部）
ＧＡ 正画像
ＧＢ 反転画像
１０ 健常手支持部
１１ 健常手支承台
１２ 立設板
２０ 助力付与部
２１ 麻痺手支持部
２２ 可動部
２３ 駆動部
２４ 麻痺手支承台
２５ 親指拘束部
２６ 拘束板
２７ 回転盤
３０ 反力検知手段
３２ エンコーダ
３３ 位置センサ
４０ 制御部
６０ 反転画像生成表示手段
６１ 移動位置検知手段
Ｐ 人差し指の先端部
６２ 駆動制御部
６３ 開始終了位置登録手段
６４ 始端終端登録手段
６５ 回動角度算出手段
６６ 異常信号送出手段
６７ 強制停止手段
７０ 成功信号送出手段
７１ ツマミ体表示手段
Ｍ ツマミ体
７２ ツマミ体積層表示手段
７３ 成功数カウント手段
７４ 成功数表示手段
８０ 健常手移動軌跡算出手段
８１ 可動部位置検知手段
８２ 可動部移動軌跡算出手段
８３ 移動軌跡記録手段
８４ 移動軌跡表示手段
ＲＡ 健常手の人差し指の角度変移
ＲＢ 可動部の角度変移

Claims (11)

1. 左右何れか一方の手が健常な健常手であり他方の手が麻痺して不自由な麻痺手であるとき、上記麻痺手を健常手と同様に動かす訓練を行うためのリハビリ装置であって、
   健常手の運動を検出する運動検出部と、麻痺手に上記運動検出部が検出した健常手の運動と略同等の運動が行われるように助力を付与する助力付与部と、健常手の運動を撮像した正画像及び該正画像を鏡面対象に反転させた反転画像を表示するディスプレイとを備え、該ディスプレイに表示された正画像及び反転画像を視認しながら麻痺手の運動を行なわせるリハビリ装置において、
   上記運動検出部を、健常手の所定の動きを撮像するカメラで構成し、該カメラが健常手の運動をリアルタイムで撮像した画像データに基づいて上記ディスプレイに該カメラが健常手の運動をリアルタイムで撮像した正画像及び該正画像を鏡面対象に反転させた反転画像を表示させながら上記助力付与部の制御を行う制御部を設けたことを特徴とするリハビリ装置。
2. 上記健常手に予め定めた所定の動作を行うことが可能に該健常手を特定の姿勢で支持する健常手支持部を備え、上記助力付与部を、上記健常手支持部に並設され上記麻痺手を上記健常手と鏡面対象の姿勢で支持する麻痺手支持部と、該麻痺手支持部に支持された麻痺手に付帯して移動させられ該麻痺手に助力を付与する可動部と、該可動部を駆動する駆動部とを備えて構成し、
   上記制御部は、上記カメラの撮像に係る正画像を鏡面反転させた反転画像を生成して上記ディスプレイに表示する反転画像生成表示手段と、上記カメラが撮像した撮像データに基づいて上記健常手の所定部位の移動位置を検知する移動位置検知手段と、該移動位置検知手段が検知した移動位置に対応して該助力付与部の可動部を移動させるように駆動部を制御する駆動制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のリハビリ装置。
3. 上記可動部に作用する麻痺手からの反力を検知する反力検知手段を備え、上記制御部は、上記反力検知手段が検知した反力が予め定めた所定反力以上になったとき異常信号を送出する異常信号送出手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のリハビリ装置。
4. 上記制御部は、上記異常信号送出手段からの異常信号に基づいて駆動部を強制停止させる強制停止手段を備えたことを特徴とする請求項３記載のリハビリ装置。
5. 上記制御部は、上記健常手の所定部位の運動開始位置及び運動終了位置を登録する開始終了位置登録手段と、上記移動位置検知手段が検知した健常手の所定部位が運動開始位置から運動終了位置に至ったとき麻痺手の運動が成功したとして成功信号を送出する成功信号送出手段とを備えたことを特徴とする請求項２乃至４何れかに記載のリハビリ装置。
6. 上記可動部の位置を検知する可動部位置検知手段を備え、
   上記制御部は、上記可動部の運動始端及び運動終端を登録する始端終端登録手段と、上記可動部位置検知手段が検知した可動部が運動始端から運動終端に至ったとき麻痺手の運動が成功したとして成功信号を送出する成功信号送出手段とを備えたことを特徴とする請求項２乃至４何れかに記載のリハビリ装置。
7. 上記健常手及び麻痺手の運動は、親指に対してその他の４指がＭＰ関節から曲げられて該親指に近接するツマミ動作であり、
   上記制御部に、
   上記ディスプレイが表示する反転画面に親指と人差し指とで挾持して摘むことのできるツマミ体を表示するツマミ体表示手段と、
   上記成功信号送出手段からの成功信号があったとき、上記ツマミ体表示手段が表示したツマミ体を上記ディスプレイの別に設けた表示エリアに積層して表示するツマミ体積層表示手段とを備えたことを特徴とする請求項５または６記載のリハビリ装置。
8. 上記制御部に、
   上記成功信号送出手段からの成功信号が所定時間内にいくつ有るかをカウントする成功数カウント手段と、
   該成功数カウント手段のカウント結果を上記ディスプレイに表示する成功数表示手段とを備えたことを特徴とする請求項５乃至７何れかに記載のリハビリ装置。
9. 上記移動位置検知手段が検知した上記健常手の所定部位の移動位置に基づいて該健常手の所定部位の移動軌跡を経時的に算出する健常手移動軌跡算出手段と、上記可動部の位置を検知する可動部位置検知手段と、該可動部位置検知手段が検知した可動部の移動軌跡を経時的に算出する可動部移動軌跡算出手段と、上記健常手移動軌跡算出手段が算出した健常手の所定部位の移動軌跡及び上記可動部移動軌跡算出手段が算出した可動部の移動軌跡を記録する移動軌跡記録手段と、該移動軌跡記録手段が記録する健常手の所定部位の移動軌跡及び可動部の移動軌跡を対比して表示させる移動軌跡表示手段とを備えたことを特徴とする請求項２乃至８何れかに記載のリハビリ装置。
10. 上記健常手支持部を、健常手の親指に対してその他の４指がＭＰ関節から曲げられて該親指に近接するツマミ動作を行うことが可能なように該健常手の親指を上にしてその手首側を支承する健常手支承台と、該健常手支承台に対して所定位置に立設され健常手の親指が接触する外側面及びその他の４指が対向する内側面を有した立設板とを備えて構成し、
    上記麻痺手支持部を、麻痺手の親指に対してその他の４指がＭＰ関節から曲げられて該親指に近接するツマミ動作を行うことが可能なように該麻痺手の親指を上にしてその手首側を支承する麻痺手支承台と、該麻痺手支承台に対して麻痺手の親指を拘束する親指拘束部とを備えて構成し、
    上記可動部を、麻痺手のその他の４指をこれらの内側及び外側から挟んで拘束する一対の拘束板と、該拘束板を支持するとともに回動させられて該拘束板により他の４指がＭＰ関節から曲がるように押圧する回転盤とを備えて構成したことを特徴とする請求項２乃至９何れかに記載のリハビリ装置。
11. 上記カメラを健常手支承台に支持された健常手の人差し指側から撮像するように配置し、
    上記制御部の上記移動位置検知手段は、上記カメラが撮像した撮像データに基づいて上記健常手の所定部位としての人差し指の先端部の移動位置を検知する機能を備えて構成し、
    上記制御部に、
    上記健常手の所定部位としての人差し指の先端部が親指から適宜離間した運動開始位置及び親指に適宜近接した運動終了位置を登録する開始終了位置登録手段と、
    上記回転盤の上記拘束板が親指に近接した所定の回転角度を基準として親指から適宜離間した最大の回転角度（ＭＡＸ）である運動始端及び親指に近接した所定の回転角度を基準として親指に近接した最小の回転角度（ＭＩＮ）である運動終端を登録する始端終端登録手段と、
    上記移動位置検知手段が検知した移動位置に基づいて、上記開始終了位置登録手段に登録された運動開始位置及び運動終了位置，上記始端終端登録手段に登録された運動始端としての最大の回転角度（ＭＡＸ）及び運動終端としての最小の回転角度（ＭＩＮ）から、上記回転盤の回動すべき角度を線形補完により算出する回動角度算出手段とを備え、
    上記制御部の駆動制御部は、上記回動角度算出手段が算出した回動角度分上記回転盤を回動させるように上記駆動部を制御する機能を備えたことを特徴とする請求項１０記載のリハビリ装置。

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