JPH08511448A - 運動調整バイオフィードバック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 面の組み合わせ体上の患者が運動、特に、ステップアップ、ステップダウン、階段の登り降り、着座状態から起立したり、座ったりする運動を行う間に、バランス保つ上で重要な調和、力、及び速度の技量を評価し、バイオ（生化学的）フィードバック訓練を行う装置と方法を提供する。装置は力検出プレート（１２）を有する。力検出プレート（１２）はその検出区域、すなわちその頂面に印加される力を測定し、その測定値を表す出力信号を伝達する。複数個の支持面（１１）が力検出プレート（１２）の検出区域に関して特定の位置に取り付けられていて、患者が支持面に及ぼした実質的に全ての力が検出区域に伝達されるようになっている。その複数個の支持面（１１）は、ステップ、階段やシートを形成する。データプロセッサー（１４）が力検出プレート（１２）からの出力信号を受信し、患者が支持面（１１）に及ぼした力の位置と規模の量を計算する。バイオフィードバック訓練を行うために、計算装置が計算した力の位置と規模の量と、運動目標に関する付加的な量をディスプレーするディスプレー装置が設けられ、それによって患者は運動課題を遂行しながらそれらの量を見ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 運動調整バイオフィードバック装置 技術背景 本発明は歩行したり、階段を登ったり、座ったり、或いは着座位置から起立す る際に必要な脚の平衡感覚（バランス）の調整をし、脚の力量、錬成度を評価す るための装置と方法に関する。 発明の背景 （1）バランスのバイオフィードバック訓練での力板（forceplate）の使用 立っている人の脚が及ぼす力、これらの力とその人の平衡感覚の関係を測定す るために力板（forceplate）が設計され、使用されていることは公知技術に多く 記載されている。これらの先行技術の例としては、ナシュナー・Ｌ．Ｍ．の「人 間の姿勢をコントロールする感覚フィードバッツク」（マサチューセッツ工科大 学レポートＭＶＴ−７０−３（１９７０）、及びブラック・Ｆ．Ｏ．等の「人の 前庭脊椎組織のコンピュータによる選別方法」（耳鼻咽喉学年鑑、第８７巻、７ ８３−７８９頁１９８７年）に記載されている。更にペドッチの米国特許第４， １３６，６８２号は人が歩くようになっている力板と、その人の運動に関する情 報を処理する方法を開示している。 立っている患者のバランスは、支持面上の脚の位置に関して脚が支持面に及ぼ す力の中心位置の力の量に特徴的に表れる。しかし単一の力板上に立っている人 が及ぼす力の規模と力の中心点は、力板の支持面の座標によって決定される。し かし、単一の力板上に立っている人が及ぼす力の規模と力の中心位置は力板の支 持面上の座標によって決定される。単一の力板上に立っている患者のバランスに 関する量を計算するためには、力板に関する２本の脚の位置を知らなければなら ない。患者が片足ずつを別々の力板上載せて立つと、バランスに関する量を計算 するためには、２個の力板相互間の位置情報が付加的に必要となる。 （2）直立バランスの生化学的フィードバックの訓練 直立バランスの生化学的フィードバックの訓練を行う最も古い方法と装置は、 １９６７年にロンドン、チャーチル会社発行の「筋内感覚、筋内知覚、内耳前庭 のメカニズムに関するシバ（ＣＩＢＡ）基礎構造シンポジウム」（８０−１０１ 頁１９６７）にデラック Ａ．Ｖ．Ｓ．が編集した「揺動姿勢に関する諸問題」 に報告されている。 ベグビー医師の研究では立っている間の揺動姿勢をモニターするために柔軟な プラットホームが用いられている。立っている患者が前方に、後方に、或いは側 方に揺動すると、脚とプラットホーム支持面間の反力が支持面を患者の揺動する 方向に撓ませた。この撓みを電位差計で測定すると、患者の揺動の方向と範囲に 関する信号の出力がが得られた。しかし、ベグビー医師が説明した測定方法と生 化学的フィードバック装置は、患者が脚を固定位置に置いた状態て行う点に限定 された。 ベグビー医師の報告によれば、プラットホーム装置で生化学的フィードバック を用い、それによればオッシロスコープが患者の二つの量を表示するようになっ ている。第１の量はプラットホームの撓みの程度を表示し、これによって患者は 自分自身の揺れの方向と範囲を見ることができる。第２の量は目標となる揺れ位 置で、この位置は患者に揺れの目的地点を与えるものである。報告ではプラット ホームと生化学的フィードバック表示が内耳前庭（vestbule）のバランス障害を もった患者がともすれば不正常な揺動姿勢をとるものであるが、それをを実質的 に減少し得たことができた点を記載している。 立っている患者の２本の脚間の重量分布を修正するように患者を訓練する方法 と装置は、「神経組織と関連の補綴術」マイアミ、シンポジア スペシアリスト （フィールズ、Ｗ．Ｓ．編集）１９７−２１５頁（１９７３年）で、１９７３年 にハーマン、Ｒが「脚の運動制御における感覚増大フィードバック」に記載され ている。 ハーマンのレポートは各脚の垂直な負荷をモニターするための数種の独立した 形態の力測定装置を述べている。更にレポートは患者に負荷の分布状態を聴覚的 にかつ視覚的に表示する方法を記載している。この生化学的フィードバック負荷 表示装置は周波数変調音声信号と個別に制御可能な信号光線のアレー（配列）を 具えている。オーディオ生化学的フィードバックによって音の周波数は、選択し た脚の荷重が増大し、或いは減少するのに応じて増大し、或いは減少した。照射 される光線のパターンは脚の荷重の信号の変化に変化された。ベグビーの装置と 方法の場合と同様に、生化学的フィードバック負荷訓練は、患者が両足を支持面 上の固定位置に置いて起立した状態で行われた。 クーマンのレポートは更に脚の荷重の臨床訓練に関する装置と方法を記載して いる。それによれば、筋肉・骨格と神経学上の障害をもった患者は、聴覚、又は 視覚のフィードバック信号を特定のターゲット範囲にもたらすことによって、任 意の脚に所望の荷重をかけるようにして訓練される。 ツチヤ等の米国特許第４，１２２，８４０号「人体の平衡機能分析装置」は、 フィードバックを用いて、立っている患者の２本の脚間の荷重の分布状態を訓練 する方法と装置を記載している。この装置は両足に加えられる荷重を測定する独 立した複数個の垂直な荷重検出器と、特定のターゲット荷重信号に関する実際の 荷重を視覚的に表示するための発光ダイオードのアレーとからなる。力の測定方 法とディスプレー技術に僅かな相違点があることを除けば、先のベグビーとハー マンの測定と生化学的フィードバックの方法と非常に類似している。ベグビーと ハーマンの装置と方法と同様に、ツチヤとオオニシの特許は脚を支持面上の固定 位置に置いた状態にして患者を立たせるように限定されている。 （3）バランスと運動を測定するその他の技術 力検出面に加えて、立っている患者の運動を行う間に関する量を測定し表示す るために利用可能な技術が幾つかある。いくつかの製造業者は視覚をベースにし た運動分析装置を販売している。それによれば、間どゃの脚を力検出面上に置く ことなく患者の運動を測定するようにナッツ手いる。二つの例として、カリフォ ルニア、サンタロサのモーションアナリシス社のエクスパートビジョン装置と、 英国オックスフォードシアのオックスフォード・メディログ・システム社のバイ コン装置戸が挙げられる。しかし、これらの技術は力検出面よりも実質的に遥か に高価である。これらの視覚をベースにした運動分析技術は日常的な臨床訓練に は不適当である。なぜなら、これらの運動分析技術はかなりの時間が掛かるし、 身体が位置するターゲットを計算するには専門的な知識を必要とするからである 。 立っている人の運動量を測定する今一つの可能な技術は、力検出装置を靴に取 り付ける方法である。その装置の一つの例は、オランダ、ツバーガンのインフォ トロニック・メディカル・エンジニアリングが販売しているコンピュータ・ダイ ノ・グラフ（ＣＤＧ）である。この種の装置も、日常的な臨床使用では身体を載 せるハードウエアと測定装置を必要とする欠点をもっている。加えて、この種の 装置は力検出靴の位置を連続的に検出する装置をもっていないので、かんしじゃ のバランスに関する量を測定するためには使用できない。 （4）ベグビーとハーマンが記載した原初的な概念に基づいて、かなりの研究 レポートがバランス訓練装置の臨床的適応について述べている。バランス訓練は 卒中患者を対称的に立たせるために行われる。ワントテッド、Ｇ．Ｔ．等による 「身体治療」（第５８巻、５５３−５５９頁）の「対称的な起立を達成するため に感覚フィードバックを増大差せる方法」参照。同様な装置は大脳麻痺をもつ幼 児を訓練するために用いられている。シーガ、Ｂ．Ｒ．等による「身体薬品とリ ハビリテーション文庫」（第６４巻、１６０−１６２頁、１９８３）の「半身不 随の大脳麻痺もつ幼児に対称的な歩態をし実現する生化学的フィードバック治療 法」参照。その他二つの研究では、半身不随の患者のスタンスと歩態の安定性を 再構築するバランス生化学的フィードバック治療が用いられている。シャムウエ ー−クック等による「身体薬品とリハビリテーション文庫」（第６９巻、３９５ −４００頁、１９８８）の「姿勢揺動生化学的フィードバック：半身不随の患者 のスタンスと歩態のスタンスの安定性を再構築する効果」、ウインスタインＣ． Ｊ．等による「身体薬品とリハビリテーション文庫」（第７０巻、７５５−７６ ２頁、１９８９）の「起立状態のバランス訓練：半身不随の成人のバランスと運 動の効果」参照。立っている患者の生化学的フィードバックで訓練するためのそ の他の研究として次のものが挙げられる。クラークＡ．Ｈ．等による「姿勢と歩 態の障害」（ブラント、Ｔ．、等の編集）（シュツットガート、ジョージ・チー ム・ベーラグ）（２８１−２８４頁、１９９０）に記載されている「感覚フィー ドバックによる姿勢学−前庭訓練への有用なアプローチではないか？」、ジョブ ストＵ．、による「姿勢と歩態の障害」（ブラント、Ｔ．、等の編集）（シュツ ットガート、ジョージ・チーム・ベーラグ）（２７７−３００頁）に記載されて いる「姿勢学の生化学的フィードバック訓練上のパターンと戦略」、ハーマン、 Ｋ．Ｆ．等による「姿勢と歩態の障害」（ブラント、Ｔ．、等の編集）（シ ュツットガート、ジョージ・チーム・ベーラグ）（２９５−２９８頁、１９９０ ｍ）に記載されている「姿勢学の臨床応用：身体のトラッキングと生化学的フィ ードバック訓練」、及びハーマン、Ｒ．Ｇ．、等による「身体薬品とリハビリテ ーション文庫」（第７３巻、７３４−７４４頁、１９９２）の「視覚フィードバ ックを用いて連続的にバランス訓練の治療を反復する間の訓練効果」である。 最も最近の臨床的研究は、サックレー、Ｃ．Ｍ．、等による「卒中後の体重を 支え体重を分散させる治療においてバランス運動モニターを用いる方法」（「身 体治療法」第７８巻、野９０７−９１３頁、１９９２）に示されている。この記 事は患者がフットプレート上の定位置に立ち、椅子からフットプレートに立上が り、２個のフットプレートの間で体重を分散しさせ、片方の脚を床のレベルに置 き、他方の脚をそれよりも高い面に置いて行う訓練方法を記載している。 サックレー等の記事によれば、体重を種々の脚の高さで分散する間に、及び椅 子から立ち上がる間に脚に加わる荷重の情報の測定と生化学的フィードバックデ ィスプレーについて最初に記載しているるが、そこに開示されている装置と方法 は、患者がそのような運動を行う間の患者のバランス量を測定しディスプレーす ることはできない。それはこの装置は２本の脚の位置に関する力の中心位置を計 算する装置を具えていないからである。特に、ディスプレレー量の計算に導く操 作では、フットプレート上の両脚の位置や、フットプレートの位置を考慮にいれ るようにはなっていない。 サックレー等の装置と方法は、酢掘った状態から立ち上がる運動を行う間のバ ランスに関する運動量を計算し、生化学的フィードバックディスプレーを行うこ とができないようになっている。臀部が椅子の表面に及ぼす力を測定する装置を 具得ていないので、患者の体重の一部分が椅子の表面に支持されていると患者の バランスの量は測定できない。加えて、表示された量の計算に導く操作は、椅子 の表面に関するフットプレートの位置を考慮しないようになっている。 （5）バランスの生化学的フィードバックと運動訓練を行うための器具 かなりの製造業者は日常生活を機能的に行い得るようにするために、立った運 動を患者に訓練させる器具を販売している。この種の臨床器具は、段差や階段を 登る訓練を行うための高さ調節可能なステップを含む。例えば、ニューヨーク、 マウント・バーノンのフラグハウス・インクが販売している「ザ・ステップ」型 番号４２２７Ｅ、「スーパーステップ」型番号８３６２Ｅ、「ワンサイド・チェ アー」型番号５６３８Ｅが挙げられる。しかし最近市販されている、生活上で立 っている状態を実現できるように訓練する製品は、患者のバランス運動や、患者 に運動目標を測定し、運動量をディスプレーする装置を具えていない。 いくつかの製造業者は患者の両脚を支持面上の固定位置に置かせて立たせ、体 重に耐えてバランスを保つように評価し、生化学的フィードバック訓練を行わせ る装置を販売している。例えば、米国ではオレゴン、クノラッカマスのニューロ コム・インタナショナル・インクが製造している「バランスマスター」装置は、 力板を用いて患者の身体の両足に加えられる重心（ＣＯＧ）を力板からの新語に よって測定する。このＣＯＧは臨床医の選択した１個、又は複数個のターゲット 位置とともにビデオモニターに表示される。訓練モードで操作する場合は、患者 はＣＯＧを１個、又は複数個の連続したターゲット位置に移動するように指示さ れる。評価のモードでは患者がＣＯＧをターゲット位置に移動する場合の速度と 性格性が測定される。 テネシー、チャタヌガのチャタヌガ・コーポレーションのチャテックス・ディ ビジョンが製造している「バランス・システム」は、４枚の垂直な力測定プレー トを用いて各脚の前部と後部に加わる体重のパーセンテージを測定する。この装 置のフィードバックディスブレーと訓練操作は、両足四に関する体重の位置を表 示する単一のターゲットがその他のターゲットに関してビデオモニターにディス ブレーされる点でニューロコムの装置に類似している。 英国のエセックス、ＣＭ５ＴＬのＳＭＳヘルスケアは、「バランス・パーフォ ーマンス・モニター」（ＢＰＭ）を製造している。この装置は２個のフットプレ ートと１個の視覚ディスブレーをもっている。各フットプレートは全体重と体重 の前後配分を計算するようになっている。両フットプレートは可動で、種々の位 置に、或いは種々の高さの面上に配置できる。しかしコンピュータ装置は、２個 のフットプレートの位置とは独立して２個のフットプレート間の体重の分布状態 のみを測定する。従ってこの装置は、患者が種々の運動を行う間の監視蛇のバラ ンスを測定し、その量をディスブレーするようにはなっていない。 かなりの製造業者は、両腕の任意の関節、両脚の任意の関節の周辺の力と運動 範囲をを評価し、訓練する装置を販売している。ニューヨーク、ロッコンコマの ルメックス・シインクのシベックス・ディビジョンが製造している「シベックス ・イクストリミティ・システム」は、足首、膝、及び腰ちをち含むいくつかの四 肢の関節が及ぼす患者のねじり力を測定してディスプレーする。患者が力を不動 の負荷（ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ＝等大の）に対して加え、関節をが定速で運動させ る場合にその力を測定できるようになっている。同様な四肢の力の訓練装置がテ ネシー、ヒクソンのチャタヌガ・グループ・インクによって、「キントロン・マ ルチジョイント・システム」として、カリフォルニア、ウエスト・サクラメント の「リデオ・アクティブ・マルチジョイント」として、ニューヨーク、シャーリ ーのバイオデックス・メディカル・システムズ・インクによって「バイオデック ス・マルチジョイント・ストレンス・トレーニング・チシステム」として販売さ れている。これらの全ての装置は、活動的な運動を行う間に、四肢の関節の力を 評価し、訓練するようになっているが、いずれの装置も立った状態で体重に耐え る課題を評価し、訓練するようにはなっていない。そしていずれの装置もバラン スに関する調和と力の技術を評価し、訓練するようにはなっていない。 かなりの研究レポートは、椅子に座ったりし椅子から立ち上がったりすること に関連する力の量を測定する力測定装置を具えた椅子に関して記載している。知 られている最も古い研究レポートでは、立上がり運動をぉこなう間に、膝の力を 分析するために力板を使用している。「エンジニチアリング・メディスン」第８ 巻、３３−４０頁、１９７９に記載されているエリス、Ｍ．Ｉ．等による「通常 の椅子、モータ付きの椅子から立ち上がる間の膝関節における力」参照。最も最 近のレポートは、椅子と床の両方に力板を配置し、全ての力と運動の特徴を分析 する運動分析装置も具えている。例えば、「ジャーナル・オブ・シェロントロジ カル・メディスン」第４６巻、９１−９８頁、１９９１に記載されているチアレ クサンダーＮ．Ｂ．、等にによる「椅子から起立する：生化学的運動における年 齢と機能能力の効果」参照。しかし、これらのレポートによる装置は、椅子のに 座っている状態から立ち上がる際の患者の運動を生化学的フィードバックするよ うには設計されていない。 （6）力測定面を用いて、両足を固定位置に置いて立っている間に、支持基盤 に関して両足が及ぼす力の分布状態を測定し、その測定量を生化学的フィードバ ックディスプレーをして、バランス状態を訓練することは公知技術として確立さ れている。この公知技術は次の２点を含む。 （ア） 生化学的フィードバックによってバランス訓練に適応させる数多 くの臨床研究 （イ） いくつかの製造業者が製造した患者を定位置に立たせてバランス の生化学的フィードバック訓練を行う装置 しかし、現在の技術で利用可能な力板測定装置をベースにした生化学的フィー ドバック訓練装置は、主として、患者が両足を固定位置に置いて患者が運動を行 う場合に有用である。両足を固定位置に置くことなく、段差を登ったり、階段を 登ったり、椅子に座ったり、椅子から立ち上がったりする場合のように、起立運 動課題を遂行する間に、患者のバランスに関する量を計算するために、視覚運動 分析技術を用いることは可能である。しかし、これらの視覚運動分析技術は、高 価であり、しかも非常高度の技術的装備と測定手順を必要とし、それらは主流の 臨床訓練の応用に使用するには非常に複雑である。 現在の技術では生化学的フィードバック訓練装置は、実際に四肢の運動を行う 間に四肢の力を評価するためにも利用できる。しかし、これらの装置はいずれも 立って脚に体重を加えた状態で調和と力の技量を評価することはできない。そし てこれらの装置はバランスに関してこれらの技量を訓練することはできない。 発明の説明 本発明は支持面の組み合わせ体上にいる患者が運動を行う間に、バランスを保 つことに関して重要な運動調和、力、速度の技量を評価し、生化学的フィードバ ック訓練を行う装置と方法に関する。本装置は、例えば力検出プレートのような 力検出装置を有する。力検出プレートは主としてその頂面である検出区域に加え られる力を検出し、測定した力を示す出力信号を伝達する。患者が複数個の支持 面に及ぼす実質的に全ての力が力検出プレートの検出区域に伝達されるように、 検出区域に関して複数個の支持面が特定の位置に取り付けられている。データプ ロセサーが力検出プレートからの出力信号を受け、患者が支持面に加えた力の位 置と規模に関する量を計算する。生化学的フィードバック訓練が行い得るように 、計算装置によって計算された位置と規模の量をディスプレーし、運動目標に関 する付加的な量をディスプレーする装置が設けられ、よって患者は運動課題を遂 行しながら患者はこれらの量を見ることができる。 本発明の好ましい実施例では、患者が脚の一部分を置くための好ましい位置を 示すために支持面にはマークが付されている。一実施例では、複数個の支持面は 力板の頂面と共平面をなす単一面、及び力板の頂面の区域の一部分を含み、これ によって単一のステップやシートが形成される。他の実施例では、複数個の支持 面は一連の相互に重なり合わない階段状の面を有し、これらの面は相互に共平面 をなすとともに力板の頂面とも共平面をなして、力板の頂面から上方に漸進的に 距離が大きくなるように設けられている。 患者はその身体の一部、又はそれ以上の部分を支持面に接触させた初期位置に 置かれ、続いて訓練台を用いて運動を行うように指示される。この場合、支持面 に接触している身体部分は訓練台によって上昇され、、続いてその身体部分は一 方の支持面の別の位置に置かれる。患者が支持面に及ぼす力の位置と規模に関す る１個、又はそれ以上の計算された量を連続的にディスプレーし、同時に運動目 標に関する１個、又はそれ以上の量をディスプレーすることによって、患者は生 化学的フィードバックを用いて運動訓練を行うことができる。 本発明は日常の臨床使用のためになされたものであり、従って視覚運動分析や １個以上の力板を使用することによって及ぼされる費用と複雑な操作上の要求を 回避している。 図面の説明 図１は本発明の好ましい実施例の基本的な要素を示す図。 図２は二つの高さの表面間を登ったり降りたりしながら、バランス技量を評価 し、訓練するために用いる本発明の好ましい実施例を示す図。 図３は図２に示す実施例に従った患者前向きのステップアップ訓練台を示す図 。 図４は図３に示した訓練台に用いられる生化学的フィードバックディスプレー 装置を示す図。 図５は図３に示す訓練台での運動目標をディスプレーしている状態を示す図。 図６は図２に示した実施例に従った患者横向きの訓練台を示す図。 図７は図６に示した患者横向きの訓練台に用いられる生化学的フィードバック ディスプレー装置を示す図。 図８は図６に示した患者横向きの訓練台での運動目標のディスプレー装置を示 す図。 図９は取り外し可能な付属階段を用いた本発明の今一つの実施例を示す図。 図１０は図９に示す実施例に応じた患者前向きのステップアップ訓練台を示す 図。 図１１は図１０に示す患者前向きのステップアップ訓練台に用いられる運動目 標をディスプレーしている状態を示す図。 図１２は図１０に示す患者前向きのステップアップ訓練台での運動目標をディ スプレーしている状態を示す図。 図１３は患者横向きの訓練台での運動目標をディスプレーしている状態を示す 図。 図１４は取り外し可能な付属シート面を用いた本発明の更に今一つの実施例を 示す図。 図１５は図１４の実施例に応じて使用する着座位置から立ち上がるための訓練 台を示す図。 図１６は図１５に示す訓練台に使用する生化学的フィードバックディスプレー 装置を示す図。 図１７は図１５に示す訓練台における運動目標を表示するディスプレー装置を 示す図。 図１８は患者が前向きのステップアップ訓練台で訓練されている間の主要な脚 の力と運動速度の量を生化学的フィードバックディスプレー装置を示す図。 図１９は患者前向きのステップアップ訓練台での力と速度の運動目標の運動デ ィスプレー装置を示す図。 図２０は階段を登る訓練を行っている間に、主要な脚によって、続いて後続の 脚によって得られた二つの連続する力の軌跡を生化学的フィードバックディスプ レーをしている図。 図２１は階段を登る訓練を行っている間に、主要な脚によって、続いて後続の 脚によって得られた力と速度の運動目標の運動ディスプレーしている状態を示す 図。 実施例の説明 本発明の実施例によれば、患者がステップや階段を登ったり、椅子に座ったり 、椅子から立ち上がったりするようなバランス運動と、運動課題を遂行する間に 、バランスに関する調和、力、及び運度速度の技量を評価し、生化学的フィード バック訓練する装置が与えられる。好ましい実施例では複数個の表面をもった構 造によって患者はバランスと運動の課題を遂行することができる。患者の運動は 測定されてディスプレーされ、患者に生化学的フィードバック情報を提供する。 患者の調和、力、及び運動速度に関する運動とその量を測定するために、これら の測定をリアルタイムで行うことができる。患者に有用な生化学的フィードバッ ク情報を提供するために、バランス運動目標に関してディスプレーすることがで きる。 図１は本発明の好ましい実施例の全てに共通する諸要素を示している。図１に 示されているように、１個、又は複数個の支持面１１からなるアクセサリが力検 出プレート１２（すなわち、力板）の頂面（検出区域）に取り付けられている。 患者は支持面１１の上で立ち、足踏みしたり座ったりする。位置固定子１３がア クセサリ表面を力検出プレート１２に固定する。アクセサリ表面１１に印加され た力は力検出プレート１２に伝達される。患者に彼の脚を置くべき場所、又はあ る実施例では患者が座るべき場所を明確にするために、アクセサリ表面１１と力 検出プレート１２にマークを付すことができる。（いかに記載する実施例では、 マークはアクセサリ表面１１と力検出プレート１２の両方に記入されている。ア クセサリ表面１１は力検出プレート１２の全面を覆うようにすることもでき、場 合によっては、患者が力検出プレート１２に直接ステップしないでよいようにす ることもできる。このような構成は以下の実施例と同様に付与することができる 。すなわち、アクセサリ表面を再下位の力検出プレートと同等なものと考えれば よい。） データプロセサー１４が、先行技術に関して述べた計算方法のように、力検出 プレート１２から力の情報である信号を受けて、両足を力検出プレート１２とア クセサリ表面１１に支持されて立っている患者によって力検出プレート１２に印 加される位置と力の規模に関する量を連続的に計算する。ディスプレー装置１５ が上述の位置と力の規模に関する計算された量をディスプレーするとともに、運 動目標に関する付加的な量をディスプレーする。 力検出プレート１２に対するアクセサリ表面１１の位置、及び力検出プレート １２とアクセサリ表面１１のマークの位置はデータプロセサー１４に入力されて 、データプロセサー１４は力検出プレートとアクセサリ表面上のマークに対する 力の中心位置に関する付加的な量と、各足によって及ぼされた力の規模を計算す る。 ディスプレー装置１５は、患者の身体の力検出プレート１２とアクセサリ表面 １１に接触している部分によって及ぼされる力に関する１個、又はそれ以上の量 をディスプレーする。ディスプレー装置１５は、運動目標に関する付加的な１個 、又はそれ以上の量をディスプレーする。 Ａ セットアップ（組み立て）とセットダウン（取り外し） 本発明の一つの好ましい実施例は、２個の高さの異なる面に間を上昇したり、 下降したりする間に、バランスに関する調和技量を評価し、生化学的フィードバ ック訓練を行わせる点にある。ず２に示すように、取り外し可能な段差のあるア クセサリ表面１１が力検出プレート１２上に取り付けられている。力板の面上の 特定位置に位置固定子１３が取り付けられる。力板２４とアクセサリ２５の表面 特定位置に付されたマークが足の好ましい配置位置を表示する。 図２の実施例に従ったセッアップされた患者前向きの訓練台が図３に示されて いる。患者は両足を前向きにして力板の支持面のマークに関して好ましい位置で ある初期位置（第１位置）３１に立つ。患者が先に踏み出す足（左足）を力板支 持面から上げて、アクセサリ表面のマークの位置に置くと、患者は第２位置３２ に位置することになる。患者が次の足（右足）を力板支持面から上げて、アクセ サリ表面のマークの位置に置くと、患者は第３位置３３に位置することになる。 訓練台を別の態様で使用する場合には、第１位置３４と第２位置３５は上述の状 態と同一である。患者は左足で立ち第３位置３６を保つ。 図４に示すディスプレー装置は力板の面上の位置に関する力の中心位置に関す るカーソル量をディスプレーする。力板１２、アクセサリ表面１１、及びマーク の位置がディスプレー上に概略的に表示されている。点４３は左足を上げる前の 典型的な患者のカーソルの位置を示すものである。Ｚ型の線４４は左足を力板の 面から上げた時間から、右足もアクセサリ表面上に置くまでのカーソルの軌跡を 表している。点４５は、次の足をステップ面に置いたときのカーソルの位置を示 す。もし図３に示すステップアップ訓練台を別の態様で使用する場合には、カー ソルは中心位置に戻ることなく、むしろ軌跡はカーソルを左足マークの中心に置 いて終了する。 図５に示すディスプレー装置は前向きのステップアップ運動を行うときのバラ ンス運動目標をディスプレーする。Ｚ型の区域５１は典型的で通常の調和され、 バランスのとれた前向きのステップアップ運動を行うときのカーソル軌跡に基ず いている。好ましいＺ型のバランス運動目標の大きさは患者のバランス運動の特 定の要素を訓練するために調節できる。例えば、Ｚ型区域５２の横方向寸法を減 少すると、ステップアップする間に両足の横方向間隔を減少させながら患者がバ ランスを維持し得るように患者を訓練することになる。これに対して、Ｚ型区域 の縦方向寸法５３を増大すると、患者の歩幅を増大するように患者を訓練するこ とになる。Ｚ型区域の幅５４を減少すると、ステップアップする間に患者の横方 向バランスの精度を高めることになる。もし別のステップアップ態様をとるなら ばＺ型区域の頂部の水平部分は除かれるであろう。 図２の実施例とともに使用可能な別の横方向ステップアップ訓練の方法を図６ に示されている。患者は力板上のマークに対して好ましい位置両足を横方向に間 隔を保って初期の第１位置６１で立つ。患者は、左足を力板の面から上げ、アク セサリ面のマークの位置に置くと、患者は第２位置６２に位置する。患者は、次 の足、すなわち右足を力板の面から上げ、アクセサリ面のマークに関して第２の 位置に置くと、患者は第３位置６３に位置する。以下に説明するように、患者の 横方向向きを反対向きにすると、右足は左足に相当するようになる。 図７に示すディスプレー装置は、典型的な通常の患者が横向きのステップアッ プ運動を行う間に得られたカーソルの軌跡をディスプレーする。力板１２、アク セサリ表面区域１１、及びマーク７２がディスプレー上に概略的に表示されてい る。点７３は横向きのステップアップ運動を開始する前のカーソルの位置を示す 。線７４は左足を力板の面から上げたときから、その足をアクセサリ表面上に置 くまでのカーソルの軌跡を表している。点７５は、次の足をアクセサリステップ 面に置いた後のカーソルの位置を示す。 図８に示すディスプレー装置は横向きのステップアップ運動を行うときの運動 目標をディスプレーする。Ｉ型の区域８１は典型的で通常の調和され、バランス のとれた横向きのステップアップ運動によって得られた力の軌跡の中心に基づい ている。好ましいＩ型の区域は、患者の運動の特定の要素を訓練するために調節 できる。例えば、Ｉ型区域の縦方向寸法８２を大きくすると、患者のステップ幅 が広くなるように患者を訓練することになり、これに対して、Ｉ型区域の幅８３ を減少すると、患者がステップアップ運動を行う間に前方−後方バランスの精度 を高めるように患者を訓練することになる。 図３、図６にそれぞれ示す前向き、横向きのステップアップ運動を行う間の一 連のうんどうスケシジュールを逆転することによって、図２の実施例に応じた前 向き、横向きのステップダウン運動を行う間の調和とバランスの技量を評価し、 生化学的フィードバック訓練を行なうことが可能になる。ステップダウン運動に 関して言えば、生化学的フィードバックのカーソル、運動目標区域、及び好まし い脚の位置はステップアップ運動を行う場合に使用したものに類似する。ステッ プダウン時のバランス技量を訓練するには、患者はアクセサリ面１１上の好まし い位置から運動を開始し、続いて力板面１２上の好ましい位置へとステップダウ ンする。 アクセサリステップ面を力板の表面と共平面ではない位置に配置することも可 能である。アクセサリ面を力板の表面に関して傾斜させると、患者はバランス装 置に対して更に挑戦意欲を起こすであろう。従って、アクセサリ面を傾斜させる ことは訓練課題の困難性をを増大したり、減少したりするために使用することの できる別の形態が得られる。力板とアクセサリ面上のマークの位置、患者の足に よって加えられた力に関する測定量、及びこれらの測定量を運動目標に関連づけ てディスプレーする点は、共平面の、及び傾斜平面のアクセサリ面の場合に類似 する。 Ｂ 階段上昇下降運動 図９に示す本発明の別の実施例は、階段を昇降する間のハバランスに関する調 和の技量を評価し、訓練する目的のものである。取り外し可能な３段型のアクセ サリ階段１１は力板面１２上に取り付けられる。アクセサリ階段の面の四つの角 に設けられた支柱１３が力板の面の特定位置に取り付けられ、もってアクセサリ の面を力板面上に固定的に配置する。力板９４、階段の第１レベル９５、第２レ ベル９６、及び第３レベル９７に表示されたマークは、患者が階段の昇降運動を 行うときの足の好ましい置き場所を示すものである。他の好ましい実施例では、 アクセサリ階段は上述のレベル数よりも少なくともなくしたり、多くしたりする ことができるが、最低限２個の段数は必要であり、最大限度は装置の大きさと重 量の実用的限界によってのみ制限される。 図９の実施例に使用する前向きの階段登り訓練を図１０に図示する。患者は力 板の表面のマークの好ましい位置に両足を前向きにして初期の第１位置１０１に 立つ。患者は、左足を力板の支持面から上げ、階段の第１レベルに置くと、第２ 位置１０２の位置をとる。患者は、次の足、すなわち右足を力板の支持面から上 げ、階段の第２レベルに置くと、患者は第３位置１０３に位置する。患者は、左 足を階段の第１レベルから上げ、階段の第３レベルに置くと、第４位置１０４の 位置をとる。患者は、次の足を階段の第２レベルから上げ、階段の第３レベルに 置くと、第５の最終位置１０５の位置をとる。 図１１に示すディスプレー装置は、力板の面上の力の中心位置を連続的に計算 したことに関する移動中のカーソルの量ディスプレーする。力板１２、アクセサ リ表面１１、及びマーク１１２の位置がディスプレー上に概略的に表示されてい る。点１１３は典型的な通常の患者が階段を登る前に、患者が第１位置を問って いる場合のカーソルの位置を示す。線１１４は左足を力板の面から上げて、それ を階段の第１レベルに置くまでの時間のカーソルの軌跡を表す。線１１５は次の 足、すなわち右足を力板の面から上げて、それを階段の第２レベルの面に置くま での時間のカーソルの軌跡を表す。線１１６は左足を次の足、すなわち右足を階 段の第１レベルの面から上げて、それを階段の第３レベルの面に置くまでの時間 のカーソルの軌跡を表す。点１１７は階段上昇運動を終了したときのカーソルの 位置を示す。 図１２に示すディスプレー装置は前向きの階段上昇運動を行うとき好ましい運 動目標をディスプレーする。ジグザグ型の区域１２１は典型的で通常の調和され 、バランスのとれた前向きの階段上昇運動を行うときに得られた力軌跡の中心に 基ずいている。好ましいジグザグ型の運動目標の大きさは患者の階段上昇運動を 行うときの運動の特定の要素を訓練するために調節できる。例えば、ジグザグ区 域の横方向寸法を減少すると、階段上昇運動時に両足の横方向間隔を減少させた 状態で、患者がバランスを維持し得るように患者を訓練することになる。これに 対してジグザグ区域１２３の各部分の縦方向寸法を増大すると、患者の歩幅を増 大するように患者を訓練することになる。最後に、ジグザグ区域の幅１２４を減 少すると、階段上昇運動中の患者の横方向バランスの精度を高めることになる。 患者横向きの装置と方法を図９の実施例の訓練台に従って実施することができ る。まず患者は両足を横向きにして力板の支持面のマークの好ましい位置に立つ 。最初の運動段階では、先行足（ステップに最も近い方の足）を力板支持面から 上げて、階段の第１レベルに置く。第２の運動段階では、次の足を力板から上げ てアクセサリ表面のマークの位置に置くと、患者は第２位置３２に位置すること になる。患者が次の足（右足）を力板支持面から上げて、階段の第１レベルに置 く。階段の第１レベルから階段の第２レベルに、更に階段の第２レベルから階段 の第３レベルに登るために、最初の足を上げて新たなレベルに置き、次の足を最 初のレベルに置くシーケンスが反復される。患者の位置方向を逆転すると、左脚 又は右脚を先行脚とすることは可能である。 通常の患者が横方向階段上昇運動を行うときは、単一横方向ステップアップ運 動の場合と同様にカーソルは直線状の軌跡を進む。しかし、一つの運動態様で全 ての距離を移動するよりは、軌跡はその各部分が一つの階段のレベルに相当する ようにいくつかの部分に分割される。従って、３段レベルの横方向階段上昇運動 を行うときの好ましい運動目標は図１３のディスプレー装置に示されているよう に、３個のＩ型区域にすることである。 上述の階段上昇運動課題のシーケンスを逆転することによって、前向き、横向 きのステップダウン運動を行う間に運動を評価し、生化学的フィードバック訓練 を行なうことが可能になる。階段下降（ステップダウン）運動に関して言えば、 生化学的フィードバックのカーソル、運動目標区域、及び好ましい脚の位置は階 段上昇運動を行う場合に使用したものに類似する。患者は今では第１位置の第３ レベル上の初期位置にあって、階段の第２レベル、第１レベルから力板のレベル へと降りる。 アクセサリ階段レベル面を力板の表面と共平面ではない位置に配置することも 可能である。アクセサリ階段面を力板の表面に関して傾斜させると、患者はバラ ンス装置に対して更に挑戦意欲を起こすであろう。従って、面を傾斜させること によって訓練課題の困難性をを増大したり、減少したりするために使用すること のできる別の形態が得られる。力板とアクセサリ面上のマークを付す方法、患者 の足によって加えられた力に関する測定量の測定方法、及びこれらの測定量を運 動目標に関連づけてディスプレーする点は、共平面の、及び傾斜したアクセサリ 面の場合に類似する。 Ｃ 椅子に座り、椅子から立ち上がること 図１４に示す本発明実施例は椅子の表面に座ってから立ち上がる間のバランス に関する調和の技量を評価し、訓練するためのものである。取り外し可能なアク セサリのシート面１１が支柱１３によって力板支持面１２上に取り付けられる。 力板１４４とシート１４５の所定位置に付されたマークは、患者が座ったり、足 ったりする運動を行う場合に、脚と臀部を置く好ましい位置を表示している。 図１４の実施例に応じた着座位置から起立する訓練方法を図１５に示す。患者 は第１位置１５１では、臀部と脚をシートと力板の表面のマークの好ましい位置 に置く。患者が規律運動を行った後は、第２位置１５２に位置する。 図１６に示すディスプレー装置は、力板の面上の力の中心位置を連続的に計算 したことに関する移動中のカーソルの量ディスプレーする。力板１２、アクセサ リシート表面１１、及びマーク１６２の位置がディスプレー上に概略的に表示さ れている。点１６３は典型的な通常の患者がシート面んから起立する前のカーソ ルの位置を示す。線１６４は、患者が起立運動を開始して直立した起立位置に達 する時間までのカーソルの軌跡を表す。点１６５は起立運動を終了したときのカ ーソルの位置を示す。 図１７に示すディスプレー装置は、起立運動のための好ましい運動目標をディ スプレーする。区域１７１は典型的で通常の調和され、バランスのとれた起立運 動を行うときに得られた力軌跡の中心に基ずいたＩ型の好ましい運動目標を示す 。好ましいＩ型区域の大きさは患者が椅子から起立する運動を行うときの特定の 要素を訓練するために調節できる。例えば、Ｉ型区域の縦方向寸法１７２を大き くすると、患者がその脚を臀部に対して一層前方に置くと、患者は起立すること の訓練をされ、Ｉ型区域の幅１７３を小さくすると、起立運動中の横方向バラン スの精度を高めることになる。 図１５に図示する起立運動課題のシーケンスを逆転すると、図１４の実施例に 応じた着座運動を評価し、生化学的フィードバック訓練を行なうことが可能にな る。着座運動に関して言えば、生化学的フィードバックのカーソル、運動目標区 域、及び脚と臀部の位置は、起立運動を行う場合に用いたものに類似する。別の 着座運動では、患者は最初に力板上で直立した起立位置をとり、続いてシート面 に着座する。 Ｄ 力と速度 上述の実施例はバランスに関する調和技量の評価と生化学的フィードバック訓 練の方法と装置を説明している。これらの装置と方法とともに付加的なディスプ レー方法を用いて患者が上述の種々の運動課題を遂行する場合に、患者の力と速 度を評価し、訓練することができる。特に、以下に記載の付加的なディスプレー 方法は、ステップ、階段登り、シートアクセサリ（図２、図９、図１４）、及び これらの各アクセサリ（図３、図１０、図１５）に関連する運動のために使用し ようとするものである。 図１８に示すディスプレー装置は、患者の脚が及ぼす力と速度に関する量を時 間の関数としてディスプレーする。垂直軸１８１は一本の脚が及ぼす力に関する 量を、水平軸１８２は力が加えられる時間をディスプレーしている。ディスプレ ー装置の好ましい実施例では、垂直軸は力を患者の全体重のパーセンテージとし て、水平軸は時間を秒単位で表示する。 図１８に示すディスプレー装置は、図３に図示するステップアップ訓練を行う 間に先行脚がもっている力の規模に関する量の軌跡を示している。時間０のとき は先行脚がアクセサリステップ面に接触した瞬間に、この脚の力は体重の０％と して出発する。先行脚がアクセサリステップ面に対して身体を上方、前方に加速 すると、先行脚の力は体重の１００％以上に増大し、次の脚がアクセサリステッ プ面に接触して体重の１／２を負担すると、体重の５０％に低下する。 患者が先行脚でその全体重を支え、他の脚がアクセサリステップ面に接触して いない場合のように、別の態様のステップアップ運動を行うときには、先行脚が 及ぼす力は体重の５０％ではなく、１００％に低下する。 図１９に示すディスプレー装置は、通常の典型的な運動課題に基づいた好まし いアーチ型の力と速度の運動目標１９１をディスプレーする。アーチ型の運動目 標区域の大きさは患者がステップアップ運動を行うときに特定の要素を訓練し得 るように調節することができる。例えば、アーチ１９１の高さ１９２を増大する と、患者はその先行脚の上向きの力の規模を増大するように訓練される。アーチ １９１の横方向寸法を減少すると、患者は速度を増大する（時間の短縮）ように 訓練され、アーチ型区域の「円曲」部分を増大すると、足の力が滑らかになるよ うに患者は訓練される。運動目標区域の幅１９４を減少すると、目標に到達する ことが一層困難になる。 図２０に示すディスプレー装置は、図１０に示す階段登りの運動を行う間に、 交互にステップアップする運動を時間の関数として、先行脚２０１と後続脚２０ ２が有する力の規模に関する量の軌跡をディスプレーする。好ましい実施例であ る３段レベルの階段を用いる場合、先行脚２０３と後続脚２０４はそれぞれ第２ の重なり合った力の軌跡が生じる。その他の好ましい実施例では、各脚の重なり 合った力の軌跡の数は、階段のレベル数に応じて１、又は２以上となる。 図２１に示すディスプレー装置は、階段登りの訓練を受けている間の、左脚、 右脚好ましい力と速度の運動目標をディスプレーする。アーチ型区域２１１、２ １２は典型的な通常の患者の先行脚と後続脚によって得られた所望の交互の力の 軌跡に基づいている。図２１の運動目標区域の高さ２１３、横方向寸法２１４、 幅２１５、及び「円曲」部分を調節すると、ステップアップ運動時の先行脚に関 して説明した内容と同様に、患者の先行脚と後続脚の力のレベル、速度、反復性 、及び円滑さを修正するように、患者を訓練することができる。 図１５に示すように、着座−起立運動を行う間に典型的な通常の患者の２本の 脚の各々が発揮する力の量の軌跡をディスプレーするために図２０に示したもの と同様なディスプレー装置を用いることが可能である。この場合、２本の脚の力 を交互に出す代わりに、同時に発揮される。加えて、登り運動を行う間に体重の １００％を超える力を出すのではなく、登り運動を行う間に各脚が及ぼす力は体 重の５０％を超え、続いて登り運動を完了すると５０％に低下する。 図２０に示すディスプレー装置に類似する運動目標ディスプレー装置を用いて 、着座−起立運動を行う間に２本の脚の各々が及ぼす力に関する運動目標をディ スプレーすることができる。アーチ型の運動目標区域は、典型的な通常の患者が 着座−起立運動を行う間に得られた軌跡に基づくことができる。従って、各脚は 力０から出発し、体重の５０％よりも大きいレベルに達し、続いて体重の５０％ に低下する。 生化学的フィードバックディスプレー装置を用いたその他の好ましい実施例で は、ステップダウン、階段下り、及び着座運動行う間に、力、速度の技量を訓練 することも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 は運動課題を遂行しながらそれらの量を見ることができ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 面の組み合わせ体上の患者が運動を行う間に、バランス保つ上で重要な調 和、力、及び速度の技量を評価し、バイオ（生化学的）フィードバック訓練を行 う、運動調整訓練バイオ（生化学的）フィードバック装置において、 検出区域を有し、前記検出区域に及ぼされた力を測定し、その測定値を表 す出力信号を伝達する力検出装置、 前記検出区域に関して特定位置に取り付けられる複数個の支持面であって 、患者によって前記支持面及にぼされる実質的に全ての力を前記検出区域に伝達 するようにする支持面、 前記力検出装置からの出力信号を受信して、前記支持面上の患者が及ぼした 力の位置と規模の量を計算する計算装置、及び 前記計算装置が計算した力の位置と規模をディスプレーするとともに運動 目標に関する付加的な量をディスプレーするディスプレー装置を癌の有すること を特徴とする運動調整訓練バイオフィードバック装置。 ２ 請求の範囲１記載の運動調整訓練バイオフィードバック装置において、前 記支持面には患者がその身体の一部分を置くべき位置を表示するためにマークが 付されていることを特徴とする運動調整訓練バイオフィードバック装置。 ３ 請求の範囲１記載の運動調整訓練バイオフィードバック装置において、前 記力検出装置は力板であり、前記複数個の支持面は前記力板の頂面と、前記力板 の頂面の区域の一部分と共平面をなす単一面を有することを特徴とする運動調整 訓練バイオフィードバック装置。 ４ 請求の範囲１記載の運動調整訓練バイオフィードバック装置において、前 記力検出装置は力板であり、前記複数個の支持面は相互に重なり合わない一連の 階段状の面であり、前記面は互いにかつ前記力板の頂面と共平面内に置かれ、前 記面は前記力板の頂面から上方に向けてその距離が漸進的に大きくなっていくこ とを特徴とする運動調整訓練バイオフィードバック装置。 ５ 面の組み合わせ体上の患者が運動を行う間に、バランス保つ上で重要な調 和、力、及び速度の技量を評価する運動評価装置において、 検出区域を有し、前記検出区域に及ぼされた力を測定し、その測定値を表 す出力信号を発出する力検出装置、 前記検出区域に関して特定位置に取り付けられる複数個の支持面であって 、患者によって前記支持面及にぼされる実質的に全ての力を前記検出区域に伝達 するようにする支持面、及び 前記力検出装置からの出力信号を受信して、前記支持面上の患者が及ぼし た力の位置と規模の量を計算する計算装置を含有する事を特徴とする運動評価装 置。 ６ 複数個の支持面上の患者が運動を行う間に、バランス保つ上で重要な調和 、力、及び速度の技量を評価する運動評価方法において、 複数個の支持面にして前記支持面に及ぼされた力を測定し、その測定値を 表す出力信号を伝達する支持面を提供する段階、 前記測定値を表す出力信号を伝達する段階、 患者の身体の一部、又はそれ以上の部分を少なくとも前記支持面の１個に 接触させた初期位置に患者を位置させる段階、 前記支持面に接触させている身体の部分を上昇させて、同部分を前記支持 面中の他の支持面上に置く運動を行うように患者を訓練する段階、 前記運動を行う間に前記力板から連続的に送信されてくる出力信号を受信 する段階、及び 前記出力信号を連続的に処理して、前記支持面に接触させている患者の身 体の部分が及ぼす力の量を測定する段階を含有することを特徴とする運動評価方 法。 ７ 複数個の支持面上の患者が運動を行う間に、バランス保つ上で重要な調和 、力、及び速度の技量を評価し、バイオ（生化学的）フィードバック訓練を行う 、運動訓練方法において、 力板上に取り付けられた複数個の支持面にして前記支持面に及ぼされた力 を測定し、その測定値を表す出力信号を伝達する支持面を提供する段階、 前記測定値を表す出力信号を伝達する段階、 患者の身体の一部、又はそれ以上の部分を少なくとも前記支持面の１個に 接触させた初期位置に患者を位置させる段階、 前記支持面に接触させている身体の部分を上昇させて、同部分を前記支持 面中の他の支持面上に置く運動を行うように患者を訓練する段階、 前記運動を行う間に前記力板から連続的に送信されてくる出力信号を受信 する段階、 前記出力信号を連続的に処理して、前記支持面に接触させている患者の身 体の部分が及ぼす力の量を測定する段階、 測定された量中の１個、又はそれ以上の量を連続的にディスプレーする段 階、及び 運動目標に関する１個、又はそれ以上の量をディスプレーする段階を含有 することを特徴とする運動評価方法。