[第1の実施形態]
図1は本発明による訓練装置1を示している。後述のように、訓練装置1は装具11、出力ユニット12、制御ユニット13、装具11に取り付けられる電極ベルトR24、電極ベルトR24と出力ユニット12を接続するケーブルA14、出力ユニット12と制御ユニット13を接続するケーブルB15、肘電極17と、肘電極17と出力ユニット12を接続するケーブルC16等を含んでなる。
図2は装具11を示している。図2において、(a)は上面図、(b)は底面図、(c)は正面図、(d)は背面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図を示す。装具11は、ベース21の両端に固定用ベルトA22と固定用ベルトB23を有し、固定用ベルトA22と固定用ベルトA22を、訓練を行う被訓練者の前腕に巻き付けて、装具11を被訓練者の前腕部に固定する。固定用ベルトA22と固定用ベルトB23は、前腕の筋肉の動きやモータポイントの特定や電極の装着を妨げないように手首や手首に極めて近い部分、肘や肘のごく近傍部分に取り付けるのがよい。さらに装具11は位置決め手段である位置決め29を手首側になるベース21の先端に有する。本実施の形態では便宜上、訓練を受ける被訓練者が本訓練装置1を使用する使用者として記載する。
固定用ベルトA22の前腕に対向する面にはクッション28が設けられている。固定用ベルトA22は前腕に巻き付けられて装具11を前腕に固定するために使用されるので、クッション28を設けて前腕に対する負担を軽減している。クッション28としては、スポンジなどの発泡素材がよく、ウレタンやシリコンの他、綿や布、或いはエアバック等でもよい。装具11には後述するような、例えば右手用の電極ベルトR24が固定具R25によって取付部A26に取り付けられる。固定具R25によって取付部A26の任意の位置に電極ベルトA24を固定できる。
電極ベルトR24は一つだけに限らず本発明は、電極ベルトR24と同様な構造を持つ電極ベルトを複数併用する、即ち2以上の電極ベルトを使用する構成でもよい。電極ベルトR24は右手用の電極ベルトであり、電極ベルトR24の代わりに左手用の電極ベルトL27を取り付けることにより装具11を左手に装着して使用することもできる。左手用の電極ベルトL27も右手用の電極ベルトR24と同様の構成でもよく、左手に装着するためにその形状は電極ベルトR24と左右で対称となるように構成とすることもできる。左手用の電極ベルトも複数使用することができる。
図3は電極ベルトR24を示す。図3において、(a)は上面図、(b)は底面図、(c)は正面図、(d)は背面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図を示す。電極ベルトR24はベルト基材31と、ベルト基材31上に形成された電極保持部32と、電極保持部32上に導電性を有する複数の電極部33のほかに、ベルト固定部A34、ベルト固定部B35、ベルト固定部C36、ベルト端部A37、ベルト端部B38などを含んで構成されている。各電極部33はそれぞれ、ベルト基材31内に配置された不図示のハーネスによってケーブルA14を介して出力ユニット12に接続される。電極部33は図3では14個が配置されているが本発明はこの個数に限定するものではなく、13個以下でも15個以上でもよい。
電極ベルトR24は右腕に巻き付けて使用される。まず、図3(a)のように電極ベルトR24のように電極部33が上に向くように配置する。このとき各電極部33には後述の電極体53がそれぞれ配置されている。続けて電極体53と前腕が接触するように腕を置き、ベルト基材31を腕に巻き付けてベルト端部A37とベルト端部B38を近接させて、ベルト固定部A34をベルト端部B38の電極体53と反対側の面に重ねる。ベルト固定部A34とベルト端部B38は面ファスナを構成しておりベルト端部B38とベルト固定部A34が固定されることで、電極ベルトR24は腕に巻き付けられて固定される。電極ベルトR24を取り外すときはベルト固定部A34をベルト端部B38から剥がすのではなく、ベルト固定部B35をベルト固定部C36から外す。
ベルト固定部B35とベルト固定部C36はどちらか一方、例えばベルト固定部B35を磁石とし、他方、例えばベルト固定部C36を磁性体であるステンレス等とすることでベルト固定部B35とベルト固定部C36が簡易的に固定されている。よって、面ファスナを構成しているベルト固定部A34をベルト端部B38から剥がすより、ベルト固定部B35をベルト固定部C36から外す方がはるかに容易で、電極ベルトR24を極めて簡単に腕から外すことができる。ベルト固定部B35とベルト固定部C36の構成は磁石を使用した構成に限らず、例えばスナップボタンのような構成でもよく、面ファスナよりも互いを固定する力が弱ければよい。このようにベルトを前腕に巻き付けて固定する手段を2種類設け、これらの手段の固定する力を変えることで、ベルトの長さを使用者の腕の太さに合わせて容易に調整するとともに、その着脱を極めて容易とすることができる。換言すれば、互いを固定する力の強いほうをベルトの長さの調整に使用し、調整後は固定する力の弱いほうをベルトの着脱に使用することができ、長さの調整と着脱の両方を容易に実現することができる。一方、面ファスナだけの場合は、ベルトの長さを調節することは極めて容易であるがその取り外しが容易ではない場合があり、例えば本装置のように一方の腕を固定する場合は他方の腕だけで面ファスナを取り外さなければならず容易ではない。逆に例えばスナップボタンのみとする場合は長さの調節が極めて困難となる。図3のような構成はこれらを同時に解決できる。
図4は固定具R25による取付部A26への電極ベルトR24の取り付けを簡単に説明するための概念断面を示している。尚、図4では図が煩雑になるので電極ベルトR24の他の構成部分は省略されている。固定具R25の下部には凸部A41が設けられている。左手用の電極ベルトL27にも電極ベルトR24の固定具R25とは左右逆となる位置に凸部B42(不図示)が設けられている。これらの凸部A41や凸部B42が、図4の取付部A26の両側に設けられた縁部A43や縁部B44に嵌合して電極ベルトR24や電極ベルトL27が取付部A26の任意の位置に容易に取り付けられるとともに、訓練中においては簡単に電極ベルトR24や電極ベルトL27が取付部A26から外れないような構成となっている。尚、固定具R25の底面A45には磁石47が装着されており、取付部A26の底面B46は例えばステンレス製であるので固定具R25は取付部A26に磁力によって吸着されるとともに、取付部A26の任意に位置に電極ベルトR24が配置できる。
訓練は毎日或いは定期的に繰り返されるために使用する機器、例えば装具11はその都度、前腕に着脱される。当該装着は毎回、同じ位置に取り付けられることが望ましいが電極体とモータポイントの相対位置は若干でもずれる場合が多い。そこでモータポイントと電極の位置が多少ずれたとしても所望のモータポイントに所望の電流が正しく流れるために電極はある程度大きくすることがよいが、特定の指を動かすモータポイントが別の指を動かすモータポイントと非常に近寄っている場合に、使用する電極が大きすぎると当該特定の指を動かすモータポイントに電流を流した場合に意図せず当該別の指のモータポイントに電流が流れることで当該別の指も動くこととなる。この場合は所望の訓練が効率的に行えない或いはこれらの効率を上げられない原因となる。
一方で、指を個別に動かすことのできるモータポイント、即ち指の訓練に使用できるモータポイントは前腕部の特定の領域、例えば前腕部の肘に近い領域に集中しているのではなく、前腕部の広い領域に分布していることが明らかとなった。
そこで、前腕部の全域でモータポイントを特定して使用できるような構成が望ましい。但し、前腕部全体に電極を配置する、即ち電極数を増やすことは望ましくない。電極数が増えると電極の取り扱いや前腕部への貼付けや取り付け、出力ユニット12との接続のための配線等が煩雑になる問題を引き起こす。
電極数を変えないで前腕全域に電極を配置するために、電極を大きくすることが考えられる。しかし、上記の通りモータポイントに配置する電極を必要以上に大きくすることは避けるべきである。電極数も電極の大きさもあまり変えないで前腕全域に電極を配置すると、電極の間隔が大きくなる。電極の間隔が大きくなると電極と電極の間に存在するモータポイントを特定することも使用することもできなくなり、所望の訓練が効率的に行えない或いは効率を上げられない原因となる。よって本実施の形態ように電極ベルトR24を固定具R25によって取付部A26の任意の位置に取り付けられるような構成が望ましく、モータポイントを適切に検出あるいは特定できない場合には電極ベルトR24を移動させることによって前腕部の全ての位置に電極体53を配置したかの如くモータポイントの検出や特定ができる。すなわち電極体53を移動できるので電極体53を大きくする必要がなく、装具11の構成に依存せず、全てのモータポイントを検出して使用することができ、この構成により訓練の効率を向上させることができる。
固定具R25を取付部A26から取り外すときは、凸部A41がない、縁部B44の側に近い、固定具R25の部分を図4の矢印Aの方向に持ち上げる動作により簡単に取り外しができる。逆に固定具R25を取付部A26に取り付ける場合はまず凸部A41を縁部A43に係合させて、図4の矢印とは逆に固定具R25を押し込むようにすることで固定具R25を取付部A26に取り付けられる。左手用の電極ベルトL27は逆の動作を行う。
図5は電極ベルトR24に取り付けられる電極パッド51を示す。図5において、(a)は上面図、(b)は底面図、(c)は正面図、(d)は背面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図を示す。電極パッド51は電極枠52と電極枠52に取り付けられた電極体53を含む。電極枠52によって各電極体53は隣の電極体53と離間されるとともに各電極体53を一定の間隔で保持する。電極枠52は例えばシリコンやウレタン或いは天然ゴム等でもよい。
電極体53は導電性あるいは極めて低い電気抵抗と弾性力を有する固形ゲルであって、電極部33からの電気信号を前腕部に付与する。電極体53は電極部33と同等の形状で同等のあるいは電極部33より大きく構成され、さらに電極体53が若干の粘着力を有する。電極体53が粘着力を有するので、接着剤や両面テープなどの接着手段を使用しないで電極体53を電極部33に固定できるだけでなく、このように弾性力と共に粘着力を有する電極材料は、人の肌にも良好に密着して、例え電極ベルトを腕に巻き付けた場合であっても生じる、訓練や筋肉の動きによる電極体と肌との離間または接触不良を防止して、当該離間や接触不良による不具合、例えば電流がモータポイントに正しく供給できないことや、接触面積が十分に確保できないために電流路が小さく細くなり、電流密度が上昇することによる痛みや火傷を回避することができる。このような電極体53としては例えば、日産化学社製のアクアジョイント(登録商標第5467295号)が使用可能である。
電極パッド51には電極ベルトR24の電極部33と同数の電極体53、例えば14個の電極体53が、電極ベルトR24の電極部33の配置と同じ位置となるように電極枠52によって配列されている。よって電極パッド51を電極ベルトR24に取り付けることによって各電極部33に電極体53がそれぞれ確実に一度に配置される。このような構成では、電極体53を一つずつ電極部33に配置する面倒やわずらわしさが解消されるだけでなく、電極体53を一つずつ電極部33に配置する時間を削減して訓練の準備に必要な時間を短縮して訓練全体の効率を上げることができる。
図6は電極体53と電極枠52の一つの開口部63の構成の概念を示すための断面を示している。電極パッド51には図6のような構成の電極枠52と電極体53が複数、例えば14個が図5のように配置されている。電極体53は電極ゲルA61と電極ゲルB62で構成されている。電極枠52には電極ベルトR24に配置されている電極部33に対応する位置に、電極体53や電極部33より小さな開口部63を電極部33と同数有している。図6(a)のよう開口部63の両面から電極ゲルA61と電極ゲルB62を合わせるようにして電極体53を構成することで、図6(b)のように電極枠52の周囲64が電極ゲルA61と電極ゲルB62に挟まれることで電極体53が電極枠52に固定されて電極パッド51ができる。尚、図6では電極ゲルA61と電極ゲルB62として同じ形状の電極ゲルを使用しているがこれに限定されず、肌に接触する側と電極部33に接触する側で、電極ゲルの形状や粘着性や弾力或いは硬さなどを適宜変更してもよい。例えば電極部33側に配置される電極ゲルB62の粘着力を前腕の肌に接触される電極ゲルA61の粘着力より大きくすることで、電極ベルトを前腕から取り外す時に、電極体53と肌との粘着力が電極部33と電極体53との粘着力より強くなって、電極パッド51が電極ベルトR24から外れることを防止でき、電極ベルトR24の取り外しを容易にすることができる。本実施の形態では電極ゲルA61と電極ゲルB62は同じ材質を使用して同じ粘着力とし、電極体53の両面の粘着力を初期的に同じとしている。但し実際に使用された場合は、皮脂やほこりなどにより、電極体53の肌に対する粘着力は電極体53の電極部33への粘着力より弱くなり、実質的に電極体53の肌への粘着力を電極部33への粘着力より弱くすることができ、部品の種類を削減できて望ましい。図6(c)は電極ゲルA61の上面図、(d)は左側面図、(e)正面図を示している。電極ゲルA61の上面図と底面図、正面図と背面図、左側面図と右側面図は図面にすると同じ形状となるので底面図と背面図と右側面図は省略している。電極体の形状は電極ベルトを取付部A26にそって移動できる方向に長くすることで、電極ベルトRA81や電極ベルトRAB82の取付部A26への取り付け位置が多少ずれた場合でもモータポイント上に電極体を確実に配置でき、装具11や電極ベルトRA81や電極ベルトRB82を繰り返して着脱してもモータポイントに対して電極体がずれることがなく、訓練の効率を下げない、或いは向上させることができる。
図7は位置決め29の概念図を示す。図7のように位置決め29に手のひら71側の親指72の付け根73をあてがうようにすることで装具11と前腕部の相対的な位置を決定する。その後、固定用ベルトA22を巻きつけて装具11を前腕に固定する。位置決め29を使用することで装具11を繰り返し前腕に着脱しても装具11と前腕の相対的な位置を確実に再現できて望ましい。尚、位置決め29の曲げ具合は使用する個人によって調節されてもよく、さらに同じ使用者であっても訓練の度合いや麻痺や機能の回復具合によって適宜調整されてもよい。
本実施の形態では、位置決め29は初期状態では図2に示すように直線状であるが使用時は図7のように曲げた状態とされる。位置決め29は容易に湾曲させたり伸ばしたり、或いは湾曲具合を調整することが容易であって、装具11の繰り返しの装着や訓練においては容易には変形しない特性を持つものがよく、例えば形状記憶の特性を持つ材質が望ましい。形状記憶特性を持つ材質としては形状記憶樹脂や形状記憶金属が使用可能である。一般的な形状記憶特性を持つ材質としては、例えば45℃から50℃程度の温度で容易に変形できるが、常温では非常に硬くなり容易に変形させることはできない特性を持つ形状記憶樹脂がある。
位置決め29として使用できる他の材質として例えば金属板等が考えられる。金属板を使用した場合は、例えば麻痺した指の訓練に使用するなど、使用者が両手を自由に使えない場合に、金属板の曲げのばしや微妙な調整が困難となる。片手でも金属板の曲げのばしや調節を容易にするために比較的折り曲げやすい金属を使用すると、繰り返しの装具11の着脱などに際し、金属板が容易に変形するので、前腕と装具11の相対的な位置を的確に決定して維持することができない。よって装具11と前腕の相対的な位置を決定するためには本実施の形態のように形状記憶樹脂が望ましく、或いは形状記憶合金やその他の形状記憶特性を持つ材質が望ましい。
図8は装具11を使用者の前腕部に装着した状態を示す。図では電極ベルトR24を2本使用した例を示す。但し本発明はこれに限定されるのではなく、1本の電極ベルトR24を使用しても、3本以上の電極ベルトR24を使用してもよい。図では便宜上、2本の電極ベルトR24を電極ベルトRA81、電極ベルトRB82として示し、電極ベルトRA81に配置された各電極体53、本実施の形態では14個を、電極体AA801、電極体AB802、電極体AC803、・・・電極体AG807、電極体AH808、電極体AJ809、電極体AK810、電極体AL811、電極体AM812、電極体AN813、電極体AP814とし、電極ベルトRB82に配置された各電極体53を、電極体BA821、電極体BB822、電極体BC823、・・・電極体BG827、電極体BH828、電極体BJ829、電極体BK830、電極体BL831、電極体BM832、電極体BN833、電極体BP834とする。図では電極体AG807から電極体AP814、電極体BG827から電極体BP834は図示できない位置、例えば前腕部の手の甲側に配置されているので図示は省略する。尚、電極ベルトRB82は前腕の肘側に巻き付けられる。前腕の肘に近い部分の太さは手首側より太いので電極ベルトRA81より電極枠52は長くなり、電極体BA821、電極体BB822、電極体BC823、・・・電極体BP834の大きさは、電極ベルトRA81の電極体AA801、電極体AB802、電極体AC803・・・電極体AP814より大きくしてもよく、例えば電極体53の幅を30%ほど大きな形状としてもよい。この程度の大きさの違いは、一つの電極で複数のモータポイントに電気信号を与えるリスクと、電極間にモータポイントが存在することによってモータポイントをうまく使用できないリスクを共に最小限にして、訓練全体の効率を向上させることができる。肘に近いほうに装着される電極ベルトに配置される電極体を手首側に装着される電極ベルトに配置される電極体より大きくすることで使用する電極の数を増やすことなくモータポイントを漏らさず特定或いは検出して使用することができ、訓練の効率を下げることなく、或いは向上させることができる。使用する電極体53を極端に大きくすると前述のように意図しないモータポイントに対しても電気信号を付与する可能性があるが本実施の形態のように電極体53の幅を30%程度大きくなるのであればその可能性は最小限に抑えられ望ましい。
続けて肘電極17を肘に貼り付け、ケーブルC16を出力ユニット12に接続する。肘電極17は導電性を有する粘着パッドでよい。出力ユニット12にはケーブルA14によって電極ベルトRA81と電極ベルトRB82が接続される。出力ユニット12はさらにケーブルB15によって制御ユニット13が接続される。出力ユニット12には電源コードによって例えば家庭用コンセントに接続されて電力が供給されてもよい。本実施の形態では例えばACアダプタがコンセントに接続され、当該ACアダプタからのDC12Vが出力ユニット12に供給される。出力ユニット12は供給された電力の一部をケーブルB15によって制御ユニット13にも供給する。但し、別途電源コードによって制御ユニット13にも電力を供給してもよい。このほか、出力ユニット12にはバッテリを配置して、電源コードを使用しない構成でもよい。バッテリとしては乾電池でもよいし、リチウムイオン電池のように充電により繰り返し使用できる二次電池であってもよい。
図9は出力ユニット12の説明図である。図9は出力ユニット12の(a)は上面図、(b)は底面図、(c)は正面図、(d)は背面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図を示す。出力ユニット12は、電源接続部91に電源コードが接続されて、電力が供給される。肘電極接続部92にはケーブルC16が接続され肘電極17と電気的に接続される。制御ユニット接続部A93にはケーブルB15が接続されて、制御ユニット13との通信が可能となる。出力A94と出力B95はそれぞれ1本ずつのケーブルB15が接続されて電極ベルトR24(電極ベルトRA81や電極ベルトRB82)や電極ベルトL27等と接続される。電源ボタンA96により出力ユニット12の電源のON/OFFの制御が行われる。表示部A97には出力ユニット12の設定や出力の状態、或いは制御ユニット13との通信状況その他の訓練装置1の操作に必要な各種情報が表示される。表示部A97は例えば液晶パネルやELパネルを使用した構成でもよい。本実施の形態では表示部A97はタッチパネルとしても機能し、出力ユニット12に対する操作手段を兼ねている。これにより表示部A97を使用して後述する電気信号の設定や訓練時間の設定などが行える。出力ボタンA912を押すと後述される電気信号が供給され、この状態で再度押すと電気信号が停止する。UPボタン98とDOWNボタン99は出力する電気信号の振幅を調節するために使用される。電気信号の出力を上げる時はUPボタン98が使用され、出力を下げる時はDOWNボタン99を操作する。
図10は制御ユニット13を示している。図10は制御ユニット13の(a)は上面図、(b)は底面図、(c)は正面図、(d)は背面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図を示す。表示部B101は出力ユニット12の設定や出力の状態、或いは出力ユニット12との通信状況その他の訓練装置1の操作に必要な各種情報が表示される。表示部B101は例えば液晶パネルやELパネルを使用した構成でもよい。本実施の形態では表示部B101はタッチパネルとしても機能し、制御ユニット13に対する操作手段を兼ねている。これにより表示部B101を使用して後述する電気信号の設定や訓練時間などの各種設定や操作が行える。電源ボタンB102は制御ユニット13の電源のON/OFFの制御を行う。出力ユニット接続部B103はケーブルB15が接続されて出力ユニット12と通信して出力ユニット12が制御される。
図11は出力ユニット12のブロック図を示す。出力ユニット12は制御部A1103、ユーザIF部A1102、波形生成部1101、電源部A1106、ストレージA1107、タイマA1104、通信部A1105等の少なくとも一部またはすべてを含んで構成される。波形生成部1101はCH1からCH14、CH21からCH34の合計28個の出力を持ち、CH1の出力は例えば電極AA801、CH2は電極AB802、CH3は電極AC803、・・・CH14は電極AP814に接続され、同様に、CH21の出力は例えば電極BA821、CH22は電極BB822、CH23は電極BC823、・・・CH34は電極BP834にケーブルB15などを介して接続されて各電極に個別に電気信号を供給できる。
制御部A1103はCPUやメモリの他、各部と接続する為のインターフェース部を内蔵し出力ユニット12の制御を行う。当該メモリには、出力する電気信号に関する周波数やパルス幅などの各種パラメータが記憶されている。本実施の形態では当該メモリは制御部A1103に配置されているものとして記載しているがこれに限定されず制御部402の外部に設けられていてもよい。さらに当該メモリは不揮発性の半導体メモリなどでもよく、或いはSDカードのように着脱可能であるとともに容易に書き換え可能な記憶媒体で構成し、電気信号の各種パラメータを自由に書き換えて使用するような構成でもよい。
出力ユニット12にはストレージA1107が設けられていて、ストレージA1107にも出力ユニット12から出力される電気信号に関する情報、例えば出力する電気信号に関する周波数やパルス幅などの各種パラメータや後述するモータポイントに関する情報や訓練に関する情報のほか、例えば使用者に関する情報が記録されてもよい。本実施の形態ではストレージA1107は出力ユニット12に配置されているものとして記載しているがこれに限定されず出力ユニット12の外部に設けられていてもよい。さらに当該ストレージA1107は不揮発性の半導体メモリなどでもよく、或いはSDカードのように着脱可能であるとともに容易に書き換え可能な記憶媒体で構成し、治療波形の各種パラメータやユーザ情報を自由に書き換えて使用するような構成でもよい。通信部A1105はケーブルB15を介して、各種パラメータなどの電気信号に関する情報や、モータポイントに関する情報、訓練の動作に関する情報或いは使用者に関する情報を制御ユニット13とやり取りする。
ユーザIF部A1102は表示部A97、電源ボタンA96、UPボタン98、DOWNボタン99、出力ボタンA912に接続されていて、使用者がこれらを操作したことを示す情報を取得して、制御部A1103に使用者が操作した内容を通知する。さらにユーザIF部A1102は制御部A1103の指示に従って、表示部A97に必要な情報を使用者に通知するように指示する。
電源部A1106は供給された電力を各部の電源入力仕様に合わせた、例えば5Vや12Vに変換して各部に電力を安定供給する。さらにこれらの電力は制御ユニット13にも供給されてもよいし、これらの電気力の一部、例えば12Vの電力のみが制御ユニット13に供給されてもよい。本実施の形態では制御ユニット13に対して12Vの電力のみが供給されているものとする。
図12は制御ユニット13のブロック図を示す。制御ユニット13は制御部B1203、ユーザIF部B1202、電源部B1206、ストレージB1207、通信部B1205、タイマB1204等の少なくとも一部またはすべてを含んで構成される。
制御部B1203はCPUやメモリの他、各部と接続する為のインターフェース部を内蔵し出力ユニット12の制御を行う。ストレージB1207には、出力ユニット12から出力される電気信号に関する情報、例えば出力する電気信号に関する周波数やパルス幅などの各種パラメータや後述するモータポイントに関する情報や訓練に関する情報が記録される。本実施の形態では当該ストレージB1207は制御ユニット13に配置されているものとして記載しているがこれに限定されず制御ユニット13の外部に設けられてもよい。さらに当該ストレージB1207は不揮発性の半導体メモリなどでもよく、或いはSDカードのように着脱可能であるとともに容易に書き換え可能な記憶媒体で構成し、電気信号の各種パラメータやユーザ情報を自由に書き換えて使用する構成でもよい。
ユーザIF部B1202は表示部B101、電源ボタンB102に接続されていて、使用者がこれらを操作したことを示す情報を取得して、制御部B1203に使用者が操作した内容を通知する。さらにユーザIF部B1202は制御部B1203の指示に従って、表示部B101に必要な情報を使用者に通知するように指示する。電源部B1206はケーブルB15を介して出力ユニット12から供給された電力を各部の電源入力仕様に合わせた、例えば5Vや12Vに変換して各部に電力を安定供給する。通信部B1205はケーブルB15を介して、各種パラメータなどの電気信号に関する情報や、モータポイントの特定に関する情報、或いは使用者に関する情報を出力ユニット12とやり取りする。
図13は人体に供給される電気信号を示している。横軸は時間を示し、縦軸は電流の振幅値を示す。当該電気信号は時間T1で継続する信号であって振幅が大きくなる第1信号と、第1信号に続く信号であって時間T2の間で振幅が一定の第2信号と、第2信号に続く信号であって時間T3の間で振幅が小さくなる第3信号からなる。当該第1信号と第2信号と第3信号からなる電気信号を第4信号と称すると、第4信号は時間T5毎に出力され、結局、時間T5により繰り返して、換言すれば周期T5で繰り返して出力される。第4信号は直ちに繰り返して出力されてもよいが第3信号から時間T4が経過した後に出力されてもよい。この場合はT1からT5までの様子を図13(a)で示している。第4信号をオフ時間であるT4なしに繰り返して出力する場合はT4=0とすればよい。図13は使用する電気信号をわかりやすく説明するためであって各電気信号はそれぞれ数個のパルスで構成されているが、実際は図13より多数のパルスが出力されてもよい。さらに使用される電気信号は図13のように方形パルスに限定されず、三角波、正弦波、階段状波、インパルス列などでもよく周波数と、振幅が大きくなる、振幅が一定、振幅が小さくなるなどの振幅に関する制御が確実にできればよい。尚、図13では縦軸として電流値を示しているがこれに限定されず、電圧値を使用して制御してもよい。
さらに電気信号は、図13(a)のように両極性の電気信号のほかに、図13(b)のように負極性の単極性の電気信号も使用でき、或いは正極性の単極パルスでもよい。本実施の形態では図13(b)のような負極性のパルスが使用される。すなわち、出力ユニット12が出力し、電極ベルトRA81等に配置される電極体AA801他の電極体53を介して人体に供給される電気信号を示している。第1信号や第3信号は図13のように変化することに限らず、時間と共に線形的に一定割合で振幅を変更することでも、非線形的に変更することも、或いは階段状或いはステップ的に制御することでもよい。尚、電気信号は個々の電極体53と肘電極17の間に流れる。
訓練装置1の使用方法を説明する。電極パッド51を例えば電極ベルトRA81や電極ベルトRB82に取り付け、図8のように装具11を前腕に取り付ける。さらに電極ベルトRA81や電極ベルトRB82をケーブルA14により出力ユニット12に接続する。例えば電極ベルトRA81は出力A94に、電極ベルトRB82は出力B95によりそれぞれ出力ユニット12に接続される。肘電極17を肘に貼り付け、さらにケーブルC16により出力ユニット12に接続される。出力ユニット12と制御ユニット13はケーブルB15により互いに接続されている。
電源ボタンB102と電源ボタンA96を押して、制御ユニット13と出力ユニット12の電源を入れるとその情報はそれぞれユーザIF部B1202とユーザIF部A1102により制御部B1203と制御部A1103に送られ、制御部B1203と制御部A1103は表示部B101と表示部A97を点灯して電源が投入されたことを使用者に示す。
使用者はまず、出力ユニット12の表示部B101を操作して使用する電気信号のパラメータを設定する。電気信号のパラメータとしては、図13のT1からT5、パルスの周波数やパルス幅などがあげられる。例えば、T1とT3は0から3秒の値を、T2は0.5秒から30秒、T4は0から30秒の値が設定できる。本実施の形態ではT1は0.5秒、T2は5秒、T3は1秒、T4は4.5秒とし、このほかのパラメータとしてパルス幅は100μsec、周波数100Hz等を使用している。これらのパラメータは使用者の電気信号に関する感度や痛みの感じ方によって適宜変更するのがよい。
図14はモータポイントの特定に使用される制御ユニット13の画面である。本訓練装置1を最初に使用する場合はまず、各指のモータポイントの特定を行う。表示部B101には、図14(a)のように電極番号表示1401、出力表示1402、電極番号変更表示1403、出力変更表示1404、出力制御表示1405、登録表示1406が表示される。
電極番号変更表示1403の「プラス」を押すと電極番号が一つずつ大きくなり、「マイナス」を押すと一つずつ小さくなる。これによってモータポイントの特定に使用する電極体53を一つ選択する。同様に出力変更表示1404の「プラス」を押すと選択された電極体に出力される電流の振幅が1mAずつ大きくなり、「マイナス」を押すと1mAずつ小さくなる。これによってモータポイントの特定に使用する電極体に出力される電流の強度を制御する。出力された電流の振幅値が出力表示1402に表示される。尚、ここで表示される或いは制御される出力とは図13における第2信号の振幅である。
出力制御表示1405が押されると、出力が開始されるが、出力制御表示1405が押された直後の電流値は、初期値である0mA或いはごく微弱な電流値である例えば1mAが設定される。本実施の形態では1mAが初期値として設定されている。出力制御表示1405が押されたことによって出力変更表示1404が有効となって出力の制御が可能となる。再度出力制御表示1405を再度押すと、出力が停止する。尚、出力制御表示1405を押すと一番番号の小さな電極体の番号が表示される。本実施の形態では例えば電極体AA801の801が表示される。電極体AA801から電極体BP834に対して別の番号、例えば通し番号の1から28を対応させて、801の代わりに例えば1、802の代わりに2、803の代わりに3、・・・821の代わりに例えば15、822の代わりに例えば16、・・・834の代わりに例えば28を表示してもよい。
使用者はまず出力制御表示1405を押す。その直後は最も番号の小さい電極体53、例えば電極体AA801が選択されて801が表示されているので、当該電極体AA801に対して出力変更表示1404を制御して出力を徐々に大きくする。ここでいずれの指にも曲がる動作である屈曲や伸びる動作である伸展などの動きが無い場合は電極番号変更表示1403表示の「プラス」を押して次の電極、例えば電極体AB802を選択する。新たな電極体が選択されて電極番号表示1401の表示が変更された場合は、即ち電極体53を選択する手段である電極番号変更表示1403が操作された場合は、出力は上記の初期値1mAが設定されて出力される。
新たな電極、例えば電極体AB802に対して出力変更表示1404によって出力を徐々に大きくしていずれかの指に動きが無いか観察する。例えば出力マイナス10mAで第5指に動き、例えば屈曲が見られた場合、これは、使用した電極、今の場合は電極体AB802の領域に第5指に屈曲を与えるモータポイントが存在することを示している。使用者は登録表示1406を押してこの情報を登録する。
図14(b)はモータポイントの登録に使用する表示である。例えば第5指に対応した第5屈曲表示1410など、各指に対応した表示が表示される。当該表示では第1指用に、第1指屈曲表示1411、第2指用の第2屈曲表示1407、第3指用の第3屈曲表示1408、第4指用の第4屈曲表示1409、第5指用の第5屈曲表示1410、手首指用の手首屈曲表示1412が表示される。モータポイントを登録する場合は各指用の屈曲表示の「屈曲」または「伸展」を押すことによってその電極体がモータポイントに配置されており、屈曲又は伸展を与えることができること及び必要な電気信号の振幅が登録される。上記のような例では、即ち電極体AB802に対してマイナス10mAで第5指が屈曲したので、第5屈曲表示1410の「屈曲」を押すことによって電極体AB802にマイナス10mAを流すことで第5指が屈曲することが登録される。仮に電極体AB802に対してマイナス10mAで第5指が伸展した場合は、第5屈曲表示1410の「伸展」を押すことによって電極体AB802にマイナス10mAを流すことで第5指が伸展することが登録される。第1屈曲表示1411、第2屈曲表示1407、第3屈曲表示1408、第4屈曲表示1409、第5屈曲表示1410の屈曲又は伸展を押すと自動的に画面は図14(a)に戻る。さらに図14(a)の表示に戻ったときに電極番号が自動的に一つ進むような構成でもよく、さらに出力値も初期値とすることでよい。このような自動的に電極体の番号や出力値を初期値に戻す設定は、モータポイントの特定に関する操作を簡略化することができ、結果的に訓練の効率向上となる。このようにモータポイントの特定作業を全電極体である28個について適用することで全指に対するモータポイントが特定される。尚、全指に対するモータポイントの特定が十分にできない場合は、電極ベルトRA81や電極ベルトRB82の位置を前後にずらせて再度モータポイントの特定を試みる。本発明の訓練装置1では電極ベルトRA81等を前後にずらすことによって電極数や電極の大きさを変えることなく前腕部の全域にわたってモータポイントの特定を実現でき、モータポイントを確実に特定して訓練に使用することで訓練の効率向上を実現できる。
図14のような各画面においては、メニュー1414が表示されており、メニュー1414を押すと図14(a)や図14(b)の画面、電気信号のパラメータを設定するための画面或いは後述の訓練に使用する画面に切り替えられることができる。
図15は特定されたモータポイントに関する情報の一例を示す。当該情報は制御ユニット13や出力ユニット12のストレージB1207やストレージA1107に保存される。このようなモータポイントの特定結果は使用者によって、或いは同じ使用者であっても訓練の度合いによって変化しうるので、訓練装置1の使用者が変わるたびに、或いは定期的にモータポイントの特定をやり直す必要がある。尚、本実施の形態では使用する電気信号は図13(b)のように負極性の単極信号であるので、数字はマイナスの振幅を示している。
図16は上記の要領で特定されたモータポイントを使用した訓練に使用する画面を示している。この画面には第1動作表示1601、第2動作表示1602、第3動作表示1603、回数表示部1604、回数設定部1605が表示される。第1動作表示1601、第2動作表示1602、第3動作表示1603にはそれぞれ、ジャンケンのグー、チョキ、パーの動作が割り当てられている。使用者がいずれかを選択して各表示部のいずれかを押すと、押した表示部が反転してその動作が選択されたことが示される。例えばグーが選択された場合、使用者は第1動作表示1601を押すと、第1動作表示1601の色が反転し、グーが選択されたことが示される。第1動作表示1601が押されると回数表示部1604に例えば5が表示される。回数設定部1605のプラスを押すと回数がひとつずつ、つまり、6、7、8、・・・と表示される。当該表示は選択された動作を繰り返す回数を示している。例えば第1動作表示1601の色が反転し、回数表示部1604に7が表示されている場合は、第1動作表示1601に割り当てられているグーの動作が7回繰り返される訓練を行うことを示す。動作と回数が設定されればOKボタン1606を押すと、この情報はストレージA1107、もしくはストレージA1107とストレージB1207に保存される。
図16では動作として3種類の動作を表示しているがこれに限定されず、4種以上の動作を表示して選択するような構成でもよい。さらに動作は1種類だけが設定できるような構成であるがこれに限定されず、2つ以上の動作を選択して設定できるような構成でもよい。
モータポイントの特定と動作の設定が終了すると電源ボタンB102を押して制御ユニット13の電源を切り、ケーブルC16を外して制御ユニット13と出力ユニット12の接続を解除する。当該接続が解除されると出力ユニット12の表示部A97が切り替わる。
図17は切り替わった表示部A97の表示を示す。図17のように、選択された動作が表示される動作表示1701、訓練回数表示1702、訓練時間表示1703が表示される。出力ボタンA912を押すと設定された動作を指に与える電気信号が、選択された電極に出力される。動作表示1701は訓練の動作がなんであるかが表示できればよく、選択された動作が「グー」であれば「グー」の文字が表示されてもよく、或いはグーの画像が表示されてもよく、各指が曲げられてグーの形ができるアニメーションや動画を繰り返して表示してもよい。
図18は選択された動作を与える電気信号に関する情報(訓練の動作に関する情報)であって、各電極体53に出力されるチャネルと電気信号の振幅値を示す。今、グーの動作が設定されているので、波形生成部1101は図15から、各指の屈曲を与える電極の番号と電気刺激の電流値が選択される。各電極に電気信号を付与する波形生成部1101の出力チャネルの番号も電極体が特定されたことによって特定される。例えばグーの動作の為には第1指は屈曲するので、図15から第1指の屈曲を与える電極体BF826が選択され、電極体BF826が接続されているCH26に電流の振幅値マイナス10mAが設定される。同様に各指に屈曲を与えるチャネルと電気信号の振幅が設定され、これらをまとめると図18となる。本実施の形態では制御ユニット13から図15のモータポイントに関する情報と、訓練に使用する動作や回数の情報を受け取った出力ユニット12が、具体的には制御部A1103が図18のような設定を行っている。或いは制御ユニット13が、具体的には制御部B1203が図18のような設定を行って図18の情報を出力ユニット12に送り、その情報に基づいて出力ユニット12が各電極に電気信号を出力するような構成でもよい。
訓練を開始する前は、訓練回数表示1702には、制御ユニット13で設定した訓練回数、例えば7が表示される。訓練回数が設定されると、電気信号はT5毎に出力されるので、T5の設定値に従って訓練時間が決定され、訓練時間表示1703に訓練の全時間が表示される。本実施の形態では、T1は0.5秒、T2は5秒、T3は1秒、T4は4.5秒に設定されているのでT5は12秒となり、これが7回繰り返されるので全訓練時間は84秒が表示される。出力ボタンA912を押すと第4信号があらかじめ設定されたパラメータに従って、図18で設定されたように各チャネルから電極体によって前腕部に出力される。第4信号が一回出力されるたびに訓練回数表示1702に表示される回数がひとつづく減っていくとともに、訓練時間表示1703もT5ずつ短くなっていき、訓練回数と訓練時間がゼロになると出力が停止される。
訓練において、出力される電気信号の強度、即ち出力が弱い、或いは強い場合は、UPボタン98やDOWNボタン99を使用して電気信号の振幅を調整することができる。これらのボタンを1回おすと、0.5mAずつ電気信号の振幅が大きくなる、或いは小さくなる。例えばUPボタン98を1回押すたびに波形生成部1101から出力されている電気信号の第2信号の振幅が0.5mA大きくなり、DOWNボタン99を押すたびに0.5mA小さくなる。
本実施の形態では訓練に使用する動作としてジャンケンのグーを使用したが、訓練の動作をグーから他の動作である、例えばパーに変更する場合は次ようにして行う。まず、制御ユニット13と出力ユニット12をケーブルB15で接続し、電源ボタンB102により制御ユニット13の電源を投入する。続いて出力ユニット12からモータポイントに関する情報である、図15の情報を読み出す。制御ユニット13内に当該情報が保存されている場合はその情報を使用してもよい。続けて図16の表示を利用して制御ユニット13により訓練に使用する動作を選択する。今、動作としてジャンケンのパーを選択する場合は上記と同様に第3動作表示1603を押して、さらに回数を回数設定部1605により設定してOKボタン1606を押して選択された動作に関する情報が出力ユニット12に転送される。図18に一例として示された、選択された動作を与える電気信号に関する情報が出力ユニット12で生成される場合は、制御ユニット13が図15のようなモータポイントに関する情報を出力ユニット12から読み出す必要はなく、選択された動作と回数を出力ユニット12に転送すればよい。一方、制御ユニット13によって選択された動作を与える電気信号に関する情報が生成される場合は、制御ユニット13は出力ユニット12から図15のようなモータポイントに関する情報を読み出し、或いは制御ユニット13がモータポイントに関する情報を保持している場合は当該情報を使用して選択された動作であるパーの動作を与える電気信号に関する情報を生成して出力ユニット12に転送する。その後、上記のよう要領で出力ユニット12によりパーの動作を訓練する。
本実施の形態において使用する電極ベルトRA81や電極ベルトRB82は成人男性にはちょうど良い長さでも使用者が子供や女性の場合は長さが長すぎる場合がある。この場合は電極体AP814や電極体AN813など、電極体53の一部を取り外して電極ベルトR24を使用するような構成、即ち複数の電極体53の一部を使用しない構成でもよい。電極体AP814や電極体AN813を取り外して使用する場合は、モータポイントの特定に、おいて、例えば図14で電極番号変更表示1403を操作しても使用しない電極体AP814や電極体AN813の番号である電極番号813や814が、即ち使用しない電極番号が電極番号変更表示1403を操作しても電極番号表示1401に表示されないような構成でもよい。即ち使用しない電極に対する設定ができないような構成とすることもできる。この場合は使用者が誤って使用しない電極体AP814や電極体AN813に対してモータポイントの特定を実施することがなくなり、訓練全体の効率低下を防止して訓練全体の効率を向上することもできる。
さらにモータポイントの特定に先立って、全電極体に対して使用者が感知することができない微弱な電流、例えば0.5mAを出力し、その時の電圧値が一定以上であれば、電極体と前腕部の接触などに問題があると判断し、当該問題のある電極体を使用しないような構成でもよい。この場合は当該電極に対して例えば図14で電極番号変更表示1403を操作しても問題のある電極体の番号を設定できないような構成とすることもできる。或いは表示部B101や表示部A97に問題の有る電極体53の番号を表示するなどにより、電極ベルトR24のつけなおしや電極パッド51の交換を促すこともできる。
上記の実施の形態では、訓練を実施する時は、一定時間間隔で、例えば周期T5で電気信号が出力されて訓練を実施するが、本発明はこれに限定されず別途出力を開始するスイッチを設けて、当該スイッチを操作することによってスイッチ操作のたびに電気信号が出力されて訓練を実施するような構成でもよい。この構成では使用者のペースで訓練が実施できるのでより望ましい。当該スイッチとしては例えば表示部A97に別途スイッチ表示を表示して当該スイッチ表示を反対の手で操作することでもよい。またはフットスイッチを使用して当該フットスイッチを足で操作するような構成でもよい。また、電気信号の出力の有無を使用者が制御する場合であって、動作表示1701にアニメーションや動画が表示される場合は、当該スイッチの操作に合わせてアニメーションや動画が指の動きを開始する、即ちアニメーションや動画の再生を開始するような構成でもよい。また、制御ユニット13と出力ユニット12を接続したときは、出力ユニット12による電気信号の出力制御ができないようにする、例えば出力ボタンA912やUPボタン98やDOWNボタン99を無効にするような構成、或いは出力ボタンA912のみを無効とする構成でもよく、出力ユニット12の誤操作により、使用者の意図によらず電気信号が出力されることを防止することもできる。
本実施の形態では、訓練に使用する電流値としてモータポイントに関する情報の値がそのまま使用されている。例えば図18のような選択された動作を与える電気信号に関する情報(訓練の動作に関する情報)における電流値について注目すると、第1指に屈曲を与える電流は図15における第1指の屈曲における電極番号826の電流値である10mAをそのまま使用して設定されており、他の指についても同様である。本発明はこれに限定されるのではなく、図18によって例示される訓練の動作に関する情報に使用される電気信号の振幅はモータポイントに関する情報に基づいた決定方法によって決定されてもよい。例えば、モータポイントに関する情報である各指の屈曲または伸展を与える電流値から一定の値、例えば1mAを差し引いて、図18のような訓練の動作に関する情報が作成されてもよい。この場合は、モータポイントに関する情報において、屈曲を与える電流値はそれぞれ、10mA、5mA、11mA、7mA、10mAなので、これらからそれぞれ1mAが減算されて第1指には9mA、第2指には4mA、第3指には10mA、第4指には6mA、第5指には9mAが訓練の動作に関する情報として設定されてもよい。訓練の動作に関する情報の設定方法はこれに限定されず、例えば一定の係数、例えば0.8を使用して決定されてもよい。この場合は、モータポイントに関する情報において、屈曲を与える電流値はそれぞれ、10mA、5mA、11mA、7mA、10mAなので、それぞれに0.8を積算して第1指には8mA、第2指には4mA、第3指には8.8mA、第4指には5.6mA、第5指には8mAが訓練の動作に関する情報として設定されてもよい。さらにこれらの訓練の動作に関する情報は各指について一つの値を使用するのではなく、指によって上記の一定の値や一定の係数を変更してもよい。さらに上記ではモータポイント情報における電流値より訓練の動作に関する情報における電流値を小さくするような決定方法であったが、逆に大きくするような決定方法、例えば一定の値を加算したり、1より小さな係数で除算したり、1より大きな係数を乗算したり等であってもよい。訓練においては、上記のように各指にほとんど同時に電気信号が供給されることで、モータポイントの特定や検出時には感じなかった痛みを生じることもあるので、訓練の動作に関する情報に使用される電気信号の振幅をモータポイントに関する情報における電流値より小さくすることは望ましい。
上記において、制御ユニット13も出力ユニット12も使用者が設定して使用するとして説明しているが本発明はこれに限定されず、例えば制御ユニット13による設定は医師や理学療法士のように有資格者による使用とし、訓練をうける被訓練者が出力ユニット12を使用するような構成でもよい。上記のような構成とすることで、電気信号を訓練に適用する訓練装置1によって効率よく訓練を実施でき、直接的或いは間接的にまたは訓練全体としての効率を向上させることができる。
また、本発明では、ベースと、前記ベースを前腕に対して固定するための1本以上の固定用ベルトと、複数の電極が配置された電極ベルトを有する装具であって、前記電極ベルトは固定具によって前記ベースに取り付けられ、前記ベースは前記固定具を取付ける取付部を有し、前記電極ベルトは前記前腕に対する前記電極ベルトの相対的な位置を前記取付部と前記固定具によって変更できる装具を有することを特徴としている。
さらに、本発明では、前記装具は出力ユニットに接続されており、前記出力ユニットは特定の電極に必要な電気信号を出力することを特徴としている。
さらに、本発明では、前記出力ユニットは制御ユニットに接続されており、前記制御ユニットはモータポイントの特定と、前記モータポイントに供給する前記必要な電気信号の特定をするために、前記電極に電気信号を供給するとともに、所望の訓練に必要な前記特定の電気信号と出力の特定に使用されることを特徴としている。