JPH05137759A - 体重移動訓練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 日常生活に近い状態で、被験者の障害の程度
に応じた訓練を行うことができ、即時に被験者の運動能
力を評価することが可能な体重移動訓練装置を提供す
る。 【構成】 被験者３が立位する床部１内には、床反力計
が組み込まれており、床面は前後左右の傾斜及び水平移
動が可能である。表示部２には、目標とする荷重中心位
置を示すターゲット５と共に被験者３の実際の荷重中心
位置を示すマーク６が表示される。床部１の移動・傾斜
運動及びターゲット５の移動は、所定の訓練プログラム
に従って制御され、荷重中心追跡訓練が行われる。荷重
中心マーク６がターゲット５を捕らえている時間の割合
などを分析することで、即時に被験者３の運動能力が評
価される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、運動機能障害者の平衡
機能等を訓練するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】社会の高齢化が進み、脳卒中等の病気に
よる身体機能の麻痺あるいは機能低下をきたした人口の
増大、あるいは高ストレス社会を反映して壮年層におけ
る脳卒中等による運動機能の障害者の増加、交通事故に
起因する運動機能障害者の増加など、さまざまな要因で
身体機能のうち特に運動機能、平衡機能に障害を持つ人
が増大している。

【０００３】これらの運動機能や平衡機能の障害のうち
軽度の障害においては、訓練によって機能を回復させる
ことが可能であり、機能回復訓練のための各種の装置が
提供されている。従来のこの種の装置は、床面を左右方
向に交互に、又は前後方向にに交互に傾斜させるもの
や、床面を無軌道に連続的に移動させるものであり、安
価ではあるが、日常生活に即した複合運動を単一の装置
で行なえないという欠点があった。

【０００４】一方、被験者の機能回復度を定量的に把握
して、その後の訓練に役立てるということが研究室レベ
ルで行なわれている。即ち、被験者のデータと健常者の
それと比較して、その後の訓練を計画的に行なおうとす
るものである。この場合、主として、立位の被験者の足
を通して荷重中心の軌跡を得る方法が用いられ、検出手
段として、床反力計が使用されている。従来の床反力計
については、水平に安定に設置された場合は良好に作用
するが、傾斜面や移動面においては、荷重検出が不正確
になるという不都合があった。

【０００５】そこで、本願発明者らは、傾斜や移動など
の複合運動を自由に組み合わせて行なうことができ、か
つ、傾斜面や移動面においても荷重中心検出が可能な装
置として、動的平衡機能訓練装置（特願平１−２１６８
４０号）を先に提案した。この装置は、回転可能に固定
枠に係止された外枠と、外枠の回転軸と同一平面で直交
する回転軸をもち回転可能に外枠に係止された内枠を有
し、この内枠内に複数のロードセルを備えた床反力計が
配置されている。そして、この装置は、一端が固定枠に
固定され、他端が内枠（即ち、床反力計）に係止された
複数の伸縮手段を有し、伸縮手段を選択的に伸縮させる
ことによって、任意の傾斜面をつくることが可能となっ
ている。

【０００６】また、本願発明者らは、ロードセルからの
出力信号の解析方法を改善し、正確に被験者の重心（荷
重中心：床面に対して垂直なｚ方向の位置は問題として
いないので本明細書では荷重中心と表現している）を検
出することのできる重心移動検出装置（特願平３−１５
６０２４号）を提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の装置は、被験者の体力や特性に応じてより適確な
訓練を効率的に行うという点では不十分なものであっ
た。又、傾斜面や移動面上で訓練を行いながら、被験者
の平衡機能や予測制御能力を即時に評価することもでき
なかった。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、実際の日常生活に近い状態で、被験者の運動能
力に応じた訓練を行うことができ、訓練しながら被験者
の運動能力を評価することのできる体重移動訓練装置を
提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【０００９】請求項１の発明の体重移動訓練装置は、上
記の課題を達成するために、床面の傾斜及び／又は移動
を行うための駆動手段と、前記床面上の被験者の荷重中
心を検出する荷重中心検出手段と、前記床面内における
目標となる荷重中心位置を表示するターゲット表示手段
と、前記荷重中心検出手段によって検出された前記被験
者の荷重中心と前記ターゲット表示手段によって示され
た目標位置との相対的な位置ずれを検出して表示するフ
ィードバック手段を備えるものである。

【００１０】又、請求項２の発明の装置は、請求項１の
構成に加えて前記ターゲットをあらかじめ定められた経
路に従って、所望の速度で移動させるための制御手段を
備えたものである。

【００１１】更に、請求項３の発明の装置は、前記フィ
ードバック手段として、前記ターゲットの軌跡と前記検
出手段で検出された前記被験者の荷重中心軌跡とを同一
画面に表示する手段を備えたものである。

【００１２】

【作用】本発明においては、被験者が目標とすべき荷重
中心位置を示すターゲットがＣＲＴ（ブラウン管）画面
などに表示される。このターゲットは、被験者の運動能
力に応じてその大きさや移動速度などが調整され、あら
かじめ定められたプログラムに従って、所定の経路を移
動する。又、被験者の実際の荷重中心は、検出手段によ
って検出されて同じくＣＲＴ画面などに示され、被験者
は、表示されたターゲットと合致するように自らの荷重
中心を移動する。

【００１３】この際、被験者が立位している床面は、駆
動手段によって傾斜及び／又は移動される。荷重中心追
跡訓練は、被験者の状況に応じて、床面を静止水平状態
として行っても良いし、静止傾斜状態で行ってもよい。
又、床面を水平移動させながら訓練を行ってもよい。床
面を傾斜させたり移動させたりすることで、日常生活に
近い状況での訓練が可能となる。

【００１４】又、被験者の運動機能の評価は、実際の荷
重中心とターゲットが合致している時間とはずれている
時間の比率、荷重中心のはずれ方、荷重中心の可動域、
はずれの多い象限などを分析することで訓練時に行うこ
とができ、分析結果を即時に訓練に役立てることが可能
である。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１(a),(b) は、本発明実施例による体重移動
訓練装置の外観を示す正面図及び側面図である。図にお
いて、固定台７には、２本のポール４が立設されてお
り、ポール４からは被験者３を支えるためのベルト４ａ
がつるされている。ポール４の高さは、約２メートルと
なっており、ベルト４ａの長さは被験者３の身長に合わ
せて調整される。また、被験者３が立位する床部１は内
部に床反力計が組み込まれ、固定台７上を摺動可能な構
成となっている（詳細後述）。

【００１６】また、被験者３と向き合う位置には、ＣＲ
Ｔなどの表示部２が設けられている。表示部２の画面
は、被験者３が黙視しやすいような高さに調整されてい
る。この表示部２の画面（図１（ｃ）参照）には、被験
者３が目標とする荷重中心位置を示すターゲット５と共
に被験者３の実際の荷重中心位置（荷重中心マーク５）
が表示され、ターゲットの軌跡５ａと実際の荷重中心の
軌跡６ａとが比較できるようになっている。

【００１７】次に、床部の構造について、図２を参照し
て説明する。図２（ａ）は、床部のカバーを切り欠いて
示した床部の正面図であり、図２（ｂ）は同じくカバー
を切り欠いて示した床部の側面図である。図２におい
て、内枠８は、回転軸８ａを中心として回転可能に外枠
９に係止されており、外枠９は内枠８の回転軸８ａと同
一平面にあって内枠８の回転軸８ａと直交する回転軸９
ａを中心として回転可能に固定枠１１に係止されてい
る。内枠８内には、２つの床反力計１０ａ（右足用），
１０ｂ（左足用）が組み込まれており、それぞれ６個の
ロードセル（図示せず）が配置されている。

【００１８】上記のような構造の床部１においては、図
示しない駆動手段によって、内枠８を軸８ａの回りにを
回転させることにより、床面が被験者３の左右方向に傾
斜し、外枠９を軸９ａの回りに内枠８と共に回転させる
ことにより、床面が被験者３の前後方向に傾斜する。ま
た、床部１は、固定枠１１ごと固定台７上を摺動可能と
なっており、これにより床面は水平移動する。床面の傾
斜角θ及び水平移動距離Ｌは、リミットスイッチなどに
よって所定の値に制限されるようになっており、暴走が
防止される。例えば、傾斜角は±１０°、水平移動距離
は±５０ｍｍ程度に制限される。

【００１９】次に、本実施例の装置の制御系について図
３，図４を用いて説明する。まず、図３を参照して、制
御系の全体的な構成について説明する。図３において、
ファイル管理部１２に対して訓練プログラムデータやカ
ルテに記載されたデータなどが理学療法士（phisical t
herapist) や看護婦等によって入力・更新され、必要な
情報が患者マスターファイル１３ａや制御プログラムデ
ータファイル１３ｂなどに記録される。このファイル１
３ａ，１３ｂからの情報は、ＣＰＵ（中央処理装置）１
４に送られる。この他、来歴ファイルに１３ｃ記録され
た過去の訓練結果などの情報もＣＰＵ１４に送られる。
また、ＣＰＵ１４に対しては、あらかじめ用意された個
々の患者別の専用訓練プログラムなどを別途、入力して
起動させることもできるようになっている。

【００２０】ＣＰＵ１４では、各ファイル１３ａ，１３
ｂ，１３ｃから送られてきた情報に基づいて訓練プログ
ラムが選択される。訓練の難易度をつけるためのパラメ
ータとしては、具体的には、次のようなものが挙げられ
る。 １）ターゲット ・ターゲットの直径 ・ターゲットの移動速度 ２）ターゲットの移動軌跡 ・十字 ・円 ・四角形 ・ランダム ３）床面の状態 ・静止水平 ・静止傾斜 ・規則正しいゆるやかな移動

【００２１】ＣＰＵ１４で選択・設定された訓練プログ
ラムに関する情報は、駆動制御部１６に送られる。駆動
制御部１６では、ＣＰＵ１４からの情報に基づいて、機
械部１０に対して制御信号を送る。具体的には、前述し
た床部１の駆動手段に対してサーボモータドライブ信号
やサーボコントロール信号を送り、床部１の水平移動や
内枠８・外枠９の回転による床面の傾斜を制御する。ま
た、床反力計１０ａ，１０ｂに対しても制御信号を送っ
て計測可能状態とし、ＣＲＴ画面（表示部２）にはター
ゲット５を表示させる。

【００２２】機械部１０の床反力計１０ａ，１０ｂで検
出されたデータは、信号処理部１７に送られ、Ａ／Ｄ
（アナログ／デジタル）変換される。信号処理部１７に
おいては、駆動制御部１６からの各軸移動量に関するデ
ータに基づいて、床反力計１０ａ，１０ｂでの検出デー
タについて、慣性力補正や床傾斜時の荷重中心補正など
を行う。前述した床面の傾斜（内枠８・外枠９の回転）
をバネなどの伸縮部材を用いて行なう場合には、減衰振
動の影響を避けるために、各ロードセルからの出力信号
の総和をロードセルの数で割った値を各ロードセルの出
力から減じて、ロードセルの出力を補正することが好ま
しい（特願平３−１５６０２４号に詳しい）。信号処理
部１７で補正されたデジタル情報は、生データファイル
１３ｄに記憶され、適時ＣＰＵ１４に送られる。

【００２３】ＣＰＵ１４では、生データファイル１３ｄ
からのデータに基づいて被験者３の荷重中心位置が算出
される。算出された荷重中心位置に関する情報は、表示
部（フィードバック部）２に出力され、ターゲット５と
共に実際の荷重中心位置を示すマーク６が画面に表示さ
れる（図１（ｃ）参照）。被験者３は、プログラムに従
って駆動される床部１に立位した状態で、ターゲット５
と荷重中心マーク６が合致するように体を動かして荷重
中心移動を行う。この際、必要に応じて、被験者３に対
して角度計や筋電計を取り付け、これらの補器群１８か
らの信号を合わせて信号処理部１７に送るようにしても
良い。

【００２４】ＣＰＵ１４では、例えば、次のような点を
解析して被験者３の運動機能を評価する。 １）被験者３の荷重中心位置（荷重中心マーク６）がタ
ーゲット５を捕らえている時間。 ２）ターゲット５に対する荷重中心マーク６のはずれ方
（オーバーシュートかアンダーシュートか）。 ３）荷重中心マーク６の可動域（ターゲットの軌跡５ａ
が十字の場合）。 ４）平面的にはずれの多い象限（ターゲットの軌跡５ａ
が円や四角形の場合）。

【００２５】ＣＰＵ１４で得られた評価結果は、必要に
応じて、ディスプレイ１５ａへの表示、プリンターから
の出力（印刷）、フロッピーディスク１５ｃへの記録が
可能となっている。また、評価結果は、適時来歴ファイ
ル１３ｃに対しても出力されて記録される。

【００２６】次に、図４を参照して制御系の信号のやり
取りについて更に詳しく説明する。図において、ＣＰＵ
１４には、被験者３の運動能力等に関する情報が記録さ
れたハードディスク１３やフロッピーディスク１３ｆ，
１３ｇと共に出入力手段としてディスプレイ１５ａ、プ
リンタ１５ｂ、キーボード１５ｄが接続されている。ま
た、ＣＰＵ１４は、グラフィックボード（画像用プリン
ト配線板）２ａ、音声ボード（音声用プリント配線板）
２ｂを介して表示部２のディスプレイ２ｃ、スピーカー
２ｄが接続されている。

【００２７】このＣＰＵ１４には、８スロットの入出力
ユニット１４ａが備えられ、バスライン１４ｂを介し
て、Ａ／Ｄ変換モジュール１７ａ，１７ｂ、絶縁型パラ
レル入出力モジュール（ＰＩ／Ｏ）１９ａ、サーボモー
ターコントロールモジュール（ＳＭＣ）１６ａ，１６ｂ
が接続されている。

【００２８】ＰＩ／Ｏ１９ａには、操作スイッチや表示
灯、事故防止のためのインタロック機構（現在処理中の
操作が完了するまで次の操作が開始されないようにする
機構）等を含む操作部１９が接続されている。

【００２９】また、ＰＭＣ１６ａには床面を前後左右に
傾斜させるためのモータＭ１，Ｍ２が、ＰＭＣ１６ｂに
は床部１を水平移動させるためのモータＭ３が、それぞ
れサーボアンプ１６ｃ，１６ｄ，１６ｅを介して接続さ
れている。各モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３には、各々リミッ
トスイッチＬＳが具備され、あらかじめ定められた量以
上に床部（床面）１が移動・傾斜しないようになってい
る。床面の前後左右の傾斜は、内枠８を回転させるモー
タＭ１（左右傾斜）と外枠９を回転させるモータＭ２
（前後傾斜）の同時作動の合成によって行われる。

【００３０】また、Ａ／Ｄ変換モジュール１７ａには右
足床反力計の６個のロードセルの出力端（０〜５チャン
ネル）と左足床反力計の６個のロードセルの出力端（６
〜１１チャンネル）が接続され、Ａ／Ｄ変換モジュール
１７ｂには、補器群（筋電計、角度計）１８の出力端が
接続されている。

【００３１】上記のような制御系において、ＣＰＵ１４
と各モジュールとの間でバスライン１４ｂを介して信号
のやり取りが行われ、訓練プログラムに従って、床部１
の駆動とターゲット５のディスプレイ２ｃ画面上での移
動が実施される。一方、床反力計１０ａ，１０ｂの各ロ
ードセルの出力がＣＰＵ１４に送られ、ＣＰＵ１４では
被験者３の荷重中心が算出される。

【００３２】算出された荷重中心位置は、ターゲット５
と共にディスプレイ２ｃの画面に表示され（必要に応じ
てグラフィックボード２ａからＲＧＢのカラー信号を送
り、ターゲット５と荷重中心マーク６の色を変えるよう
にしても良い）、ターゲット５と荷重中心マーク６の位
置が大きくずれる場合等には、スピーカー２ｄから警告
音が発せられる。

【００３３】被験者３は、表示部２（フィードバック
部）に示される情報に従って、ターゲット５と荷重中心
マーク６が合致するように身体を移動する。訓練中の被
験者３の荷重中心位置などを解析した結果は、必要に応
じてディスプレイ１５ａやプリンタ１５ｂにより出力さ
れる。この評価結果は次回の訓練の際の訓練プログラム
の選択に有効に役立てられる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明の体重移動訓練装
置は、床面を傾斜及び／又は移動するための駆動手段
と、被験者の荷重中心を検出する検出手段と、目標とな
る荷重中心位置を表示するターゲット表示手段と、被験
者の荷重中心と目標位置との相対的な位置ずれを検出し
て表示するフィードバック手段とを備えているので、床
面を適宜傾斜・移動させて日常生活に近い状態で平衡機
能の訓練を行うことができる。また、床面の状態や、タ
ーゲットの移動速度等を適宜選択することにより、被験
者の障害の程度に応じた適切な訓練を行うことが可能で
ある。更に、実際の荷重中心位置とターゲットが合致す
る割合などを分析することで、即時に被験者の運動機能
を評価することができ、評価結果を次の訓練に生かして
効率良く訓練を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（Ｂ）は本発明実施例による体重移動
訓練装置の外観を示す正面図及び側面図、（ｃ）は荷重
中心追跡の様子を説明するための説明図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明実施例による体重移動
訓練装置の床部の構造を示す正面図及び側面図である。

【図３】本発明実施例による体重移動訓練装置における
制御系の全体的な構成を示すブロック図である。

【図４】本発明実施例による体重移動訓練装置の制御系
における信号のやり取りを示すブロック図である。

【符号の説明】

１…床部、２…表示部、２ｃ，１５ａ…ディスプレイ、
２ｄ…スピーカー、３…被験者、４…ポール、４ａ…ベ
ルト、５…ターゲット、６…荷重中心マーク、７…固定
台、８…内枠、９…外枠、１０…機械部、１０ａ、１０
ｂ…床反力計、１１…固定枠、１２…ファイル管理部、
１３ａ…患者マスターファイル、１３ｂ…制御プログラ
ムデータファイル、１３ｃ…来歴ファイル、１３ｄ…生
データファイル、１３ｆ，１３ｇ，１５ｃ…フロッピー
ディスク、１４…ＣＰＵ、１４ａ…Ｉ／Ｏユニット、１
４ｂバスライン、１５ｂプリンター、１５ｄ…キーボー
ド、１６…駆動制御部、１６ａ，１６ｂ…サーボモータ
ーコントロールモジュール、１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ…
サーボアンプ、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…モータ、ＬＳ…リミ
ットスイッチ、１７…信号処理部、１７ａ，１７ｂ…Ａ
／Ｄ変換モジュール、１８…補器群、１９…操作部、１
９ａ…ＰＩ／Ｏモジュール。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 床面の傾斜及び／又は移動を行うための
   駆動手段と、前記床面上の被験者の荷重中心を検出する
   荷重中心検出手段と、前記床面内における目標となる荷
   重中心位置を表示するターゲット表示手段と、前記荷重
   中心検出手段によって検出された前記被験者の荷重中心
   と前記ターゲット表示手段によって示された目標位置と
   の相対的な位置ずれを検出して表示するフィードバック
   手段を備えたことを特徴とする体重移動訓練装置。
2. 【請求項２】 前記ターゲットをあらかじめ定められた
   経路に従って、所望の速度で移動させるための制御手段
   を備えたことを特徴とする請求項１の体重移動訓練装
   置。
3. 【請求項３】 前記フィードバック手段が、前記ターゲ
   ットの軌跡と前記検出手段で検出された前記被験者の荷
   重中心軌跡とを同一画面に表示するものであることを特
   徴とする請求項１の体重移動訓練装置。