(57)【要約】【課題】  振戦患者が積極的動作を意図する場合だけでなく、消極的動作を意図する場合でも、振戦患者の意図に基づく随意動作のみを確実に支援できる動作支援システムを提供する。【解決手段】  制御装置２０は、センサ１５ａから得た筋電位信号に基づいて、自己相関関数から算出した相関係数を用いて、使用者に振戦が発生しているか否かを判定する第１判定ステップと、振戦が発生していると判定した場合に、自己相関関数から算出した郡化放電の発生周期を用いて、使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定する第２判定ステップを持つ。第２判定ステップで使用者が特定の動作をしていると判定されると、不随意運動の影響を排除してアクチュエータ１２を駆動し、第２判定ステップで使用者が特定の姿勢を維持していると判定されると、アクチュエータ１２を停止させて、体部位の運動を規制する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の関節付近に装着されて、当該関節による体部位の運動を支援可能に動作する装具と、
前記装具による動作を制御する制御装置とを備え、
前記装具は、前記体部位の運動方向のみに動作可能なアームと、当該アームを動作させるアクチュエータと、前記体部位の動作を行う筋肉部分に装着され、前記筋肉部分の筋電位を所定時間単位で取得する生体信号センサとを備えており、
前記アームは、前記アクチュエータの駆動によって、前記使用者が意図する随意運動の方向のみに前記体部位を動作させる一方、前記アクチュエータが停止すると、前記体部位の運動を規制するように固定され、
前記制御装置は、
前記生体信号センサから得た筋電位信号に基づいて、自己相関関数から算出した相関係数を用いて、前記使用者に振戦が発生しているか否かを判定する第１判定ステップと、
振戦が発生していると判定した場合は、前記自己相関関数から算出した郡化放電の発生周期を用いて、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定する第２判定ステップとを有しており、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の動作をしていると判定された場合は、不随意運動の影響を排除して随意運動を支援するように前記アクチュエータを駆動し、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の姿勢を維持していると判定された場合は、前記アクチュエータを停止させて、前記体部位の運動を規制することを特徴とする動作支援システム。
【請求項２】
前記第１判定ステップでの判断をする際に、前記体部位に装着された加速度センサで取得した加速度データが用いられる請求項１に記載の動作支援システム。
【請求項３】
前記第２判定ステップでの判断をする際に、前記関節の関節角度データが使用される請求項１に記載の動作支援システム。
【請求項４】
前記使用者に振戦が発生していない場合の前記相関係数の平均値以上、前記使用者に振戦が発生している場合の前記相関係数の平均値以下の範囲で、閾値が決定されるのが好ましい請求項２に記載の動作支援システム。
【請求項５】
前記郡化放電の発生周期の平均値が算出され、前記使用者が特定の動作をしている場合の前記平均値以上、特定の姿勢を維持している場合の前記平均値以下の範囲で、閾値が決定される請求項３に記載の動作支援システム。
【請求項６】
生体信号センサから得た筋電位信号に基づいて、自己相関関数から算出した相関係数を用いて、前記使用者に振戦が発生しているか否かを判定する第１判定ステップと、
振戦が発生していると判定した場合は、前記自己相関関数から算出した郡化放電の発生周期を用いて、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定する第２判定ステップとを備え、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の動作をしていると判定された場合は、不随意運動の影響を排除して随意運動を支援するように前記アクチュエータを駆動する指令信号を生成し、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の姿勢を維持していると判定された場合は、前記アクチュエータを停止させて、前記体部位の運動を規制する指令信号を生成することを特徴とする随意運動認識装置。
【請求項７】
前記第１判定ステップでの判断をする際に、前記体部位に装着された加速度センサで取得した加速度データが用いられる請求項６に記載の随意運動認識装置。
【請求項８】
前記第２判定ステップでの判断をする際に、前記関節の関節角度データが使用される請求項６に記載の随意運動認識装置。
【請求項９】
前記使用者に振戦が発生していない場合の前記相関係数の平均値以上、前記使用者に振戦が発生している場合の前記相関係数の平均値以下の範囲で、閾値が決定されるのが好ましい請求項７に記載の随意運動認識装置。
【請求項１０】
前記郡化放電の発生周期の平均値が算出され、前記使用者が特定の動作をしている場合の前記平均値以上、特定の姿勢を維持している場合の前記平均値以下の範囲で、閾値が決定される請求項８に記載の随意運動認識装置。
【請求項１１】
生体信号センサから得た筋電位信号に基づいて、自己相関関数から算出した相関係数を用いて、前記使用者に振戦が発生しているか否かを判定する第１判定ステップと、
振戦が発生していると判定した場合は、前記自己相関関数から算出した郡化放電の発生周期を用いて、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定する第２判定ステップとを備え、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の動作をしていると判定された場合は、不随意運動の影響を排除して随意運動を支援するように前記アクチュエータを駆動する指令信号を生成し、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の姿勢を維持していると判定された場合は、前記アクチュエータを停止させて、前記体部位の運動を規制する指令信号を生成するように、コンピュータを機能させることを特徴とする随意運動認識プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作支援システム、随意運動認識装置及び随意運動認識プログラムに関し、さらに言えば、振戦患者が「積極的動作」を意図する場合だけでなく、例えば特定の姿勢の保持といった「消極的動作」を意図する場合にも、振戦患者の意図に基づく随意動作のみを確実に支援することができる動作支援システム、随意運動認識装置及び随意運動認識プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自分の意思に反して手足が振動する「振戦」と呼ばれる神経疾患がある。この「振戦」の一種として、ある動作を行う際やある姿勢を保とうとした場合に周期的に手足などが震える「本態性振戦」がある。「本態性振戦」の患者は、生活に必要な様々な器具を持つ手が震えることで、例えば、筆記しにくい、容器に入った飲料を飲みにくい、食事しにくい等の問題を招来する。このような振戦を抑制するには、β遮断薬などの薬の服用や脳深部刺激法（ＤＢＳ）があるが、副作用をもたらすなど、身体への悪影響という問題がある。
【０００３】
ところで、特許文献１（特開平１１−２５３５０４号公報）には、身体の手作業の動作を補助する「上肢動作補助装置」が開示されている。この「上肢動作補助装置」は、使用者の上肢に装着される装具が設けられた自由端部を有し、装具に加えられた使用者の力情報に基づいて自由端部の軌道制御を行って、上肢の動作を補助するものである。この「上肢動作補助装置」では、使用者の手の震えなどによって発生する本人の意思とは関係ない力ベクトルを検出しないように、力情報が数Ｈｚ程度の低周波数の周期で変化している場合は、前記自由端部の軌道制御を行わないようになっている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の「上肢動作補助装置」では、次のような理由により、本態性振戦患者の上肢の動作を補助することができない。すなわち、本態性振戦患者は、前述したように、自分が意図する動作すなわち随意運動を行おうとした際に、自分の意思とは関係のない体の震えすなわち不随意運動が生じる。このため、特許文献１の「上肢動作補助装置」では、不随意運動による力の周期的な変化を検出した時点で、前記自由端部の動作制御が停止してしまい、随意運動の補助ができないからである。つまり、特許文献１の「上肢動作補助装置」では、随意運動を行う際に不随意運動が混在する本態性振戦患者に対しては、適切な運動支援を行うことができないのである。
【０００５】
特許文献２（特開２０１１−１９３９４１号公報）には、振戦患者に対して、不随意運動の影響を抑制して随意運動を行わせることを可能にする「不随意運動抑制システム」が開示されている。この「不随意運動抑制システム」は、使用者の関節付近に装着され、当該関節による体部位の運動を支援可能に動作する装具と、当該装具による動作を制御する制御装置とを備え、前記装具の動作により、前記使用者が意図しない不随意運動を抑制する不随意運動抑制システムである。前記制御装置は、随意運動の有無を判断するためのデータが記憶されたデータベースと、前記データに基づき、前記筋電位センサからの筋電位の検出時における随意運動の有無を推定する運動推定手段と、当該運動推定手段による推定に応じて前記アクチュエータに動作指令を行う指令手段とを備え、前記指令手段では、前記運動推定手段により前記随意運動が行われていると推定されると、前記アクチュエータを駆動させる一方、前記運動推定手段により前記随意運動が行われていないと推定されると、前記アクチュエータを停止する、というものである。
【０００６】
上記特許文献２の「不随意運動抑制システム」は、振戦患者の筋電位に周期性があることに着目し、当該筋電位に基づき、不随意運動のみと、不随意運動が混在した随意運動とを自動的に識別する信号処理アルゴリズムを利用している。この信号処理アルゴリズムは、振戦患者の筋電位の周期性を利用し、随意運動を自動的に認識するために、筋電位を短時間フーリエ変換で信号処理することで、周波数毎のスペクトルの解析を行っている。上記特許文献２では、このアルゴリズムによれば、振戦患者における随意運動の識別率が約９０％となり、高い有用性をもたらす、とされている。よって、この「不随意運動抑制システム」によれば、随意運動を行う際に不随意運動が混在する本態性振戦患者に対して、適切な運動支援を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２５３５０４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９３９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献２の「不随意運動抑制システム」によれば、随意運動を行う際に不随意運動が混在する本態性振戦患者に対して、適切な運動支援を行うことが可能になるが、この「不随意運動抑制システム」は、振戦患者から得た筋電位データ中に含まれる随意運動を見出すことで、不随意運動（振戦）を抑制するに止まる。
【０００９】
また、本願の出願人は、振戦患者等の筋電データから不随意運動の信号成分を除去し、随意運動の信号成分のみを抽出することができる「筋電データ処理装置」と、それを用いた「動作支援装置」について特許出願している（特願２０１１−１８４３８０）。この「筋電データ処理装置」は、対象者の筋電位に関する筋電データの中から、前記対象者が意図しない不随意運動に対応する信号成分を推定して、前記対象者が意図する随意運動に対応する信号成分を特定する筋電データ処理装置であって、前記不随意運動時の筋電位の経時的変化を表す不随意波形が複数パターン記憶された記憶手段と、前記対象者から取得した前記筋電データの経時的変化を表す取得波形に対し、前記各不随意波形の中で最も近似する最近似波形を選択し、当該最近似波形と前記取得波形との類似度を演算により求める類似度算出手段と、前記最近似波形と前記類似度に基づき、前記筋電データの中で前記不随意運動の信号成分が含まれる割合を表す減衰率を求める減衰率算出手段と、前記減衰率に基づき、取得した前記筋電データを前記各信号成分に分けるフィルタリング手段とを備えている。
【００１０】
上記「筋電データ処理装置」によれば、不随意運動を行う振戦患者等の対象者から取得された筋電データを、随意運動に対応する信号成分と不随意運動に対応する信号成分とに分けることができるから、不随意運動と随意運動が混在する対象者から得られた筋電データについて、前記何れか一方の信号成分を除去し、何れか他方の信号成分のみを抽出することができる。その結果、不随意運動の影響を排除して随意運動のみの運動支援をする装置や、不随意運動を抑制するための運動支援をする装置等の制御に適用することができる。上記「動作支援装置」は、患者の関節付近に装着される装具と、前記装具の動作を制御する制御装置を備えていて、前記制御装置として上記「筋電データ処理装置」が使用されている。この「動作支援装置」を使用する患者が随意運動（例えば、関節の屈曲動作）をする際に、振戦の影響がある場合は、その振戦による不随意運動の影響は上記「筋電データ処理装置」により除去され、随意運動のみが考慮された指令信号に基づいて前記装具のアクチュエータが駆動される。その結果、患者が意図する屈曲動作が支援される。また、患者が随意運動を行わない時の振戦の影響は、上記「筋電データ処理装置」によりほとんど除去され、前記装具のアクチュエータが駆動されない。その結果、患者が意図しない動作が支援されることが防止される。
【００１１】
しかし、振戦患者の日常の動作を考えてみると、随意運動は、特定の「動作」を意図する場合だけでなく、特定の「姿勢の保持」を意図する場合もある。振戦患者の日常の動作として、例えば、肘関節の屈曲や伸張という積極的な「動作」があることは言うまでもないが、肘関節の特定の状態（ある角度での屈曲状態や伸張状態）を維持するという消極的な「動作」もある。しかし、上記「動作支援装置」は、このような積極的な「動作」は的確に支援できるが、消極的な「動作」については的確な支援ができない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、以上述べたような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、振戦患者が特定の「積極的動作」を意図する場合だけでなく、例えば特定の姿勢の保持といった特定の「消極的動作」を意図する場合においても、振戦患者の意図に基づく随意動作のみを確実に支援することができる動作支援システム、随意運動認識装置及び随意運動認識プログラムを提供することである。
【００１３】
ここに明記しない本発明のさらに他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）  本発明の第１の観点では、動作支援システムが提供される。この動作支援システムは、
使用者の関節付近に装着されて、当該関節による体部位の運動を支援可能に動作する装具と、
前記装具による動作を制御する制御装置とを備え、
前記装具は、前記体部位の運動方向のみに動作可能なアームと、当該アームを動作させるアクチュエータと、前記体部位の動作を行う筋肉部分に装着され、前記筋肉部分の筋電位を所定時間単位で取得する生体信号センサとを備えており、
前記アームは、前記アクチュエータの駆動によって、前記使用者が意図する随意運動の方向のみに前記体部位を動作させる一方、前記アクチュエータが停止すると、前記体部位の運動を規制するように固定され、
前記制御装置は、
前記生体信号センサから得た筋電位信号に基づいて、自己相関関数から算出した相関係数を用いて、前記使用者に振戦が発生しているか否かを判定する第１判定ステップと、
振戦が発生していると判定した場合は、前記自己相関関数から算出した郡化放電の発生周期を用いて、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定する第２判定ステップとを有しており、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の動作をしていると判定された場合は、不随意運動の影響を排除して随意運動を支援するように前記アクチュエータを駆動し、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の姿勢を維持していると判定された場合は、前記アクチュエータを停止させて、前記体部位の運動を規制することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第１の観点による動作支援システムは、上記のような構成を有するので、前記第１判定ステップで振戦の発生を認識した後、前記第２判定ステップで、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定してから、前記アクチュエータを駆動し、あるいは停止することができる。よって、振戦患者が特定の「積極的動作」を意図する場合だけでなく、例えば特定の姿勢の保持といった特定の「消極的動作」を意図する場合においても、振戦患者の意図に基づく随意動作のみを確実に支援することができる。
【００１６】
（２）  本発明の第１の観点による動作支援システムの好ましい例では、前記第１判定ステップでの判断をする際に、前記体部位に装着された加速度センサで取得した加速度データが用いられる。この場合、振戦の発生の有無の判定が容易になるという利点がある。
【００１７】
また、この例では、前記使用者に振戦が発生していない場合の前記相関係数の平均値以上、前記使用者に振戦が発生している場合の前記相関係数の平均値以下の範囲で、閾値が決定されるのが好ましい。
【００１８】
本発明の第１の観点による動作支援システムの他の好ましい例では、前記第２判定ステップでの判断をする際に、前記関節の関節角度データが使用される。この場合、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかの判定が容易になる、という利点がある。
【００１９】
また、この例では、前記郡化放電の発生周期の平均値が算出され、前記使用者が特定の動作をしている場合の前記平均値以上、特定の姿勢を維持している場合の前記平均値以下の範囲で、閾値が決定されるのが好ましい。
【００２０】
（３）  本発明の第２の観点では、随意運動認識装置が提供される。この随意運動認識装置は、
生体信号センサから得た筋電位信号に基づいて、自己相関関数から算出した相関係数を用いて、前記使用者に振戦が発生しているか否かを判定する第１判定ステップと、
振戦が発生していると判定した場合は、前記自己相関関数から算出した郡化放電の発生周期を用いて、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定する第２判定ステップとを備え、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の動作をしていると判定された場合は、不随意運動の影響を排除して随意運動を支援するように前記アクチュエータを駆動する指令信号を生成し、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の姿勢を維持していると判定された場合は、前記アクチュエータを停止させて、前記体部位の運動を規制する指令信号を生成することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第２の観点による随意運動認識装置は、上記のような構成を有するので、前記第１判定ステップで振戦の発生を認識した後、前記第２判定ステップで、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定してから、前記アクチュエータを駆動し、あるいは停止することができる。よって、振戦患者が特定の「積極的動作」を意図する場合だけでなく、例えば特定の姿勢の保持といった特定の「消極的動作」を意図する場合においても、振戦患者の意図に基づく随意運動のみを確実に支援することができる。
【００２２】
（４）  本発明の第２の観点による随意運動認識装置の好ましい例では、前記第１判定ステップでの判断をする際に、前記体部位に装着された加速度センサで取得した加速度データが用いられる。この場合、振戦の発生の有無の判定が容易になるという利点がある。
【００２３】
この例では、前記使用者に振戦が発生していない場合の前記相関係数の平均値以上、前記使用者に振戦が発生している場合の前記相関係数の平均値以下の範囲で、閾値が決定されるのが好ましい。
【００２４】
本発明の第２の観点による随意運動認識装置の他の好ましい例では、前記第２判定ステップでの判断をする際に、前記関節の関節角度データが使用される。この場合、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかの判定が容易になる、という利点がある。
【００２５】
この例では、前記郡化放電の発生周期の平均値が算出され、前記使用者が特定の動作をしている場合の前記平均値以上、特定の姿勢を維持している場合の前記平均値以下の範囲で、閾値が決定されるのが好ましい。
【００２６】
（５）  本発明の第３の観点では、随意運動認識プログラムが提供される。この随意運動認識プログラムは、
生体信号センサから得た筋電位信号に基づいて、自己相関関数から算出した相関係数を用いて、前記使用者に振戦が発生しているか否かを判定する第１判定ステップと、
振戦が発生していると判定した場合は、前記自己相関関数から算出した郡化放電の発生周期を用いて、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定する第２判定ステップとを備え、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の動作をしていると判定された場合は、不随意運動の影響を排除して随意運動を支援するように前記アクチュエータを駆動する指令信号を生成し、
前記第２判定ステップで前記使用者が特定の姿勢を維持していると判定された場合は、前記アクチュエータを停止させて、前記体部位の運動を規制する指令信号を生成するように、コンピュータを機能させることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の第３の観点による随意運動認識プログラムは、上記のような構成を有するので、前記第１判定ステップで振戦の発生を認識した後、前記第２判定ステップで、前記使用者が特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定してから、前記アクチュエータを駆動し、あるいは停止することができる。よって、振戦患者が特定の「積極的動作」を意図する場合だけでなく、例えば特定の姿勢の保持といった特定の「消極的動作」を意図する場合においても、振戦患者の意図に基づく随意運動のみを確実に支援することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の第１の観点による動作支援システム、本発明の第２の観点による随意運動認識装置、及び本発明の第３の観点による随意運動認識プログラムによれば、振戦患者が特定の「積極的動作」を意図する場合だけでなく、例えば特定の姿勢の保持といった特定の「消極的動作」を意図する場合においても、振戦患者の意図に基づく随意動作のみを確実に支援することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る動作支援システムの全体構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る動作支援システムの制御装置の動作の概略を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態に係る動作支援システムの制御装置の動作の詳細を示すフローチャートである。
【図４】本態性振戦患者の肘関節の屈曲動作中に生成された筋電位信号波形を示す波形図である。
【図５】振戦が発生している状態と発生していない状態での筋電位を示す波形図である。
【図６】本態性振戦患者の肘関節の動作状態に応じて、振戦を起こす信号の発生周期が変化することを示す説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る動作支援システムにおける、自己相関関数の相関係数を算出する方法を示す説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る動作支援システムにおける、自己相関関数から郡化放電の発生周期を算出する方法を示す説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る動作支援システムで使用される閾値を算出するために実施される、飲む動作の模擬タスクを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００３１】
図１に、本発明の一実施形態に係る動作支援システム１の全体構成を示す。この動作支援システム１は、振戦患者である使用者Ｕの生活動作を支援するものであって、使用者Ｕが意図しない不随意運動の影響を排除し、使用者Ｕが意図する随意運動のみについてパワーアシストする。
【００３２】
この動作支援システム１は、図１に示すように、使用者Ｕの肘関節付近に装着されて、その肘関節による腕の運動、すなわち肘関節の屈曲動作を支援する装具１０と、この装具１０による動作を制御する制御装置２０とを備えている。
【００３３】
この装具１０は、図１のような形態で使用者Ｕの右腕部に装着され、使用者Ｕの肘関節を屈曲する動作方向のみに動作可能なアーム１１と、アーム１１を動作させるアクチュエータ（モータ等）１２と、前記肘を動かす上腕二頭筋の皮膚表面に装着され、この上腕二頭筋の表面筋電位に関する筋電データを取得する生体信号センサ（表面筋電位センサ）１５ａと、前記肘の側の手の甲の皮膚表面に装着され、この手の加速度データを取得する生体信号センサ１５ｂ（加速度センサ）とを備えている。また、図示していないが、前記肘の角度を測定するためのゴニオメータが、前記肘関節に貼り付けてある。
【００３４】
アーム１１は、使用者Ｕの上腕部の外側に沿って配置される上腕側アーム部１１ａと、使用者Ｕの前腕部の外側に沿って配置される前腕側アーム部１１ｂと、上腕側アーム部１１ａと前腕側アーム部１１ｂとを相対回転可能に連結する連結部 １１ｃから構成されている。上腕側アーム部１１ａと前腕側アーム部１１ｂは、連結部 １１ｃの周りに相対回転可能である。
【００３５】
上腕側アーム１１ａの先端（上端）には、上腕側装着部１３が取り付けられ、前腕側アーム１１ｂの先端には、前腕側装着部１３が取り付けられている。上腕側装着部１３を使用者Ｕの上腕部に巻き付けて固定すると共に、前腕側装着部１４を手首に巻き付けて固定することで、アーム１１が右腕外側に装着される。この時、連結部１１ｃが、使用者Ｕの肘関節の付近の外側に配置されるようにする。こうすることで、アーム１１は、右腕に沿ってその外側に装着されると共に、右肘の屈曲に伴って同様に屈曲されることが可能となる。
【００３６】
連結部 １１ｃには、上腕側アーム部１１ａに対する前腕側アーム部１１ｂの回転動作範囲を規制するストッパ (図示せず)が設けられている。このストッパにより、前腕側アーム部１１ｂが回動範囲は、使用者Ｕの右肘の屈曲動作の範囲内に限定される。
【００３７】
上腕側装着部１３は、上腕部を内側に締め付け可能な形状（例えばコ字状や円筒形状、螺旋形状など）に形成されており、締め付けを行う内側部の幅は、使用者Ｕの上腕部の太さに合わせて調整可能である。上腕側装着部１３は、図示しない面ファスナー等で上腕部の所定位置に脱落しないように固定される。
【００３８】
前腕側装着部１４は、上腕側装着部１３と実質的に同一の構成となっており、図示しない面ファスナー等で、手首の所定位置に脱落しないように固定される。
【００３９】
アクチュエータ１２は、例えばモータで、連結部１１ｃに配置されている。アクチュエータ１２の動作時には、上腕側アーム部１１ａに対する前腕側アーム１１ｂの回転動作が行われる。アクチュエータ１２の停止時には、上腕側アーム部１１ａに対する前腕側アーム１１ｂの回転動作がロックされる。この時、使用者Ｕの前腕部もロックされ、自由に移動できなくなる。
【００４０】
なお、本実施形態では、アクチュエータ１２としてモータが使用されており、それによって上腕側アーム部１１ａに対する前腕側アーム部１１ｂの回転動作を行うようになっているが、同様の作用を奏する限りにおいて、モータ以外の任意の構成のアクチュエータを使用可能である。
【００４１】
生体信号センサ（筋電位センサ）１５ａは、使用者Ｕが肘関節を屈曲動作する際に用いる上腕筋のある皮膚表面の箇所、すなわち、前記屈曲動作時の主働筋となる上腕二頭筋がある皮膚表面に取り付けられ、必要に応じて上腕三頭筋など付加的な筋の信号を追加する。これらの筋電位センサでは、所定時間毎 (例えば１ｍｓｅｃ毎)のサンプリング周期で筋電位信号が取得される。取得された筋電位信号は、逐次、制御装置２０に伝送され、装具１０の動作制御に使用される。
【００４２】
生体信号センサ（加速度センサ）１５ｂは、使用者Ｕの右手の動作の加速度を検知するもので、使用者Ｕの右手の甲に取り付けられる。
【００４３】
制御装置２０は、上腕に取り付けられた生体信号センサ（筋電位センサ）１５ａから取得した筋電位信号と、手の甲に取り付けられた生体信号センサ（加速度センサ）１５ｂから取得した加速度信号とを用いて、装具１０のアクチュエータ１２を制御する。
【００４４】
筋電位信号は、振戦患者の動作支援のために使用される。加速度信号は、振戦の発生の有無を知るために使用される。ゴニオメータからの信号は、前記肘の状態（角度）を監視するために使用される。
【００４５】
制御装置２０は、ＣＰＵ等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンビネ一夕によって構成され、このコンピュータを次のように機能させるためのプログラム（随意運動認識プログラム）がインストールされている。
【００４６】
制御装置２０は、図１に示すように、データバッファリング手段２１と、角度変化／姿勢保持判別手段２２と、信号分離手段２３と、動作推定手段２４と、指令手段２５とを備えて構成されている。
【００４７】
データバッファリング手段２１は、生体信号センサ（筋電位センサ）１５ａで所定時間毎 (例えば１ｍｓｅｃ毎)のサンプリング周期で取得されて送られて来る筋電位信号と、同様のサンプリング周期で取得されて送られて来る加速度信号と、ゴニオメータからの肘角度信号を、一時的に保持する作用をする。これにより、振戦患者の運動を検知することができる。これらの信号は、角度変化／姿勢保持判別手段２２と信号分離手段２３に送られる。
【００４８】
角度変化／姿勢保持判別手段２２は、前記筋電位信号と前記加速度信号と前記肘角度信号から、使用者Ｕの右肘の屈曲角度の変化があったか否かを判別する。また、その右肘の姿勢保持（例えば、ある屈曲状態の保持）があったか否かも判別する。判別結果は、信号分離手段２３と指令手段２５に送られる。
【００４９】
信号分離手段２３は、後述のようにして、生体信号センサ（筋電位センサ）１５ａで取得・送信される筋電位信号から、随意運動に対応する信号と不随意運動に対応する信号とを分離する。随意運動に対応する信号は、動作推定手段２４に送られる。
【００５０】
動作推定手段２４は、信号分離手段２３で分離された随意運動に対応する信号に基づいて、使用者Ｕが意図している動作を推定する。推定結果は、指令手段２５に送られる。
【００５１】
指令手段２５は、角度変化／姿勢保持判別手段２２で得られた、使用者Ｕが意図している右肘の角度の変化をするよう、あるいは、使用者Ｕが保持を意図している右肘の姿勢（角度）を保持するよう、アクチュエータ１２に対して指令信号を送出する。また、動作推定手段２４によって推定された、使用者Ｕが意図している動作をするよう、アクチュエータ１２に対して指令信号を送出する。
【００５２】
次に、制御装置２０の動作について説明する。
【００５３】
制御装置２０の動作の概略は、図２に示すとおりである。すなわち、まず、ステップＳ１で、使用者Ｕすなわち振戦患者の運動を検知する。このステップは、データバッファリング手段２１が実行する。
【００５４】
ステップＳ２では、生体信号処理による随意運動と不随意運動の切り分けを行う。このステップは、角度変化／姿勢保持判別手段２２と信号分離手段２３が実行する。
【００５５】
ステップＳ３では、随意運動のみを装具１０のアクチュエータ１２に反映させる。このステップは、動作推定手段２４が実行する。
【００５６】
ステップＳ４では、不随意運動による信号を排除することで、装具１０による不随意運動の抑制をすると同時に、アクチュエータ１２による随意運動（特定動作だけでなく、特定状態の保持も含む）を遂行する。こうして両者を両立させる。
【００５７】
次に、実験例を参考にして、制御装置２０によるアクチュエータ１２の制御動作を詳細に説明する。
【００５８】
図４は、ある本態性振戦患者が、ペットボトル（５５０ｇ）を右手で把持してから、右肘の屈曲動作を行ったときの、肘関節角度と上腕二頭筋における表面筋電位（以下、筋電位ともいう）の波形図である。
【００５９】
本態性振戦患者の筋電位は、振戦の症状が見られる際に「群化放電」という特徴的な波形形状を示すことが知られている。図４の矩形破線で囲まれた領域に示された波形が、「群化放電」の波形形状である。周期的に０Ｖ近傍の振幅を示す状態と、大きな振幅が見られる状態が繰り返されていることが分かる。
【００６０】
近年、筋電位を入力信号として、上述した装具１０のような装着型ロボットを制御する手法が実用化されつつある。ここで、多くの実用化されつつあるロボットは、想定されている使用者が介護者や筋力の衰えた高齢者などであるため、筋電位に群化放電は発生していない。つまり、本態性振戦患者のように意図しない大きな振幅の信号が混入していないため、最低限、高周波のノイズを除けば、動作意図の推定が可能である。他方、本態性振戦患者のように、意図せず大きな振幅の信号が計測されてしまう場合、患者の動作意図（振戦によらず本当はどう動きたいか）を推定することは難しく、装着型ロボットの制御も難しいものとなってしまう。しかし、本実施形態の動作支援システム１によれば、「群化放電」を含む本態性振戦患者の筋電位からでも、患者の行いたい動作状態を推定することが可能である。
【００６１】
本実施形態動作支援システム１では、患者の動作状態を以下の三つに分類する。
【００６２】
（１）振戦が発生していない状態
（２）振戦が発生しており、且つ、特定の動作をしている状態
（３）振戦が発生しており、且つ、特定の姿勢を維持している状態
つまり、振戦が発生しているか発生していないかの判別（判別Ａ）と、振戦が発生している状況で動作をしているのか姿勢を維持しているのかの判別（判別Ｂ）の二つを行っている。判別Ａを行うステップは、本発明の第１判定ステップに対応し、判別Ｂを行うステップは、本発明の第２判定ステップに対応する。
【００６３】
（判別Ａ）（第１判定ステップ）
まず、振戦が発生しているか発生していないかは、筋電位の波形に含まれる周期性の強さの情報から判別する。図５の上段は、筋電位信号を整流後、遮断周波数を３０〜３００Ｈｚに設定したバンドパスフィルタで処理した信号を示している。また、図５の下段は、上段で示した筋電位信号のうち、振戦が発生している時の波形と、振戦が発生していない時の波形を、各々拡大したものである。両者を比較すると、振戦が発生していない時の波形は、あまり周期性がないのに対し、振戦が発生している時の波形は、非常に強い周期性を示している。
【００６４】
そこで、この特徴を踏まえ、波形の「周期性の強さ」を測ることによって、振戦が発生している時と発生していない時の筋電位を分けることができる。周期性の強さは、自己相関関数の相関係数の違いから数値化することができる。振戦が発生している状態と発生していない状態は、その相関係数の大小で切り分けることができる。
【００６５】
（判別Ｂ）（第２判定ステップ）
一方、振戦が発生していると判定された場合に、使用者Ｕが特定の動作をしているか、あるいは特定の姿勢を維持しているかの判断は、「群化放電の発生周期」を用いて行う。図６は、自己相関関数を用いて、「群化放電の発生周期」を解析した結果をまとめたものである。この解析結果から、特定の動作をしている時と特定の姿勢を維持している時とで、群化放電の発生周期が異なっていることが分かる。よって、この特徴を用いて、振戦が発生している際の、特定動作をしている状態と、特定姿勢を維持している状態を切り分けることができる。
【００６６】
本実施形態の動作支援システム１では、以上のようにして状態を切り分けた後は、各状態で以下のように異なる制御を行い、本態性振戦患者の動作遂行を支援する。
【００６７】
（１）振戦が発生していない状態→通常の動作推定（高周波ノイズの除去のみ）
（２）振戦が発生しており、且つ、特定動作をしている状態→不随意運動を排除し、随意運動のみを支援（上述した特願２０１１−１８４３８０の動作支援装置を利用）
（３）振戦が発生しており、且つ、特定姿勢を維持している状態→ブレーキをかけてアクチュエータの動作を停止（特定の姿勢に固定）
続いて、波形の周期と周期性の強さを導出する。
【００６８】
本実施形態の動作支援システム１では、「自己相関関数」という手法を用いて、筋電位信号の波形の周期及び周期性の強さを数値化する。そこで、まず、自己相関関数で波形の周期と周期性の強さを導出する手順を説明する。
【００６９】
まず、筋電データベクトルを作成する。
【００７０】
自己相関関数では、ある時刻tから窓時間κ（例えば２５０ｍｓｅｃ）だけ切り出した離散データ
【数１】
2014121499.tif 000003
と、時刻ｔからある時間幅τずらした時刻（ｔ−τ）から窓時間κだけ切り出した離散データ
【数２】
2014121499.tif 000004
の相関係数を、時間幅τを変更しながら算出する。そのために、まず、筋電のデータベクトルＥｗとＥτｓを準備する。
【００７１】
次に、上記二つのデータベクトルの相関を計算する。ずらし時間τは０〜２５０ｍｓｅｃの範囲で変更し、τ個の相関係数からなるベクトルＣを生成する。
【数３】
2014121499.tif 000005
次に、筋電位信号の波形の周期と周期性の強さを以下のようにして導出する。
【００７２】
相関係数のベクトルＣを、図７のようにグラフ化する。横軸はずらし時間τ、縦軸は相関係数である。波形がある時間Ｔで周期性を持つと仮定したとき、自己相関関数の計算から作成されたグラフは図７のように、ずらし時間がＴの時に第一ピーク（τ＝０の時のピークは除いての第一ピーク）が出現する。これは波形をＴだけずらした時の波形が、他のずらし時間の場合より、ずらす前の波形との類似性が高いことを示している。このようなグラフの特徴から、一般に、この第一ピークを取る時のずらし時間Ｔが、その波形の周期として取り扱われる。また、第一ピークの時の相関係数ＣＴの大きさは、類似度の高さを示すため、周期性の強さを示す指標となる。
【００７３】
以上述べたとおり、本実施形態の動作支援システム１では、判別Ａ（第１判定ステップ）を行うためには、自己相関関数から算出したＣＴの値を判別指標として用い、判別Ｂ（第２判定ステップ）を行うためには、自己相関関数から算出したＴを判別指標として用いるのである。
【００７４】
次に、これらの判別指標を用いた判別方法について説明する。
【００７５】
判別を行う際には、各判別指標（Ｔ、ＣＴ）毎に閾値を設定する必要がある。これらの閾値は、例えば、事前に食事を模擬したタスクにて計測を行い、計測したデータを自己相関関数により解析することで決定すればよい。これは、被験者にヒアリングしたところ、液体を運搬する動き（コップで水を飲む、湯呑みでお茶を飲む、スプーンでスープを飲む等）で震えが問題となる、との意見が寄せられたことを考慮したためである。
【００７６】
ここでは、水を飲む動きを模擬したタスクを設定した。具体的に言えば、図９に示したように、机の上に置かれたペットボトルを把持し、口元まで運搬した後に元の位置に戻すタスクとした。ペットボトルを用いた理由は、キャップを閉めることで内容物がこぼれるのを容易に防止できるためである。
【００７７】
使用した機器は、筋電計、ゴニオメータ、加速度計である。筋電計は、乾式の電極を用い、被験者の上腕二頭筋に貼りつけた。ゴニオメータは、肘の屈伸角度を測るため、肘関節に貼りつけた。加速度計は、動きとして表出した振戦を計測するため、手の甲に貼りつけた。
【００７８】
次に、このようにして取得したデータを自己相関関数で処理した上で、閾値を決定する。以下、判別Ａと判別Ｂに分けて説明する。
【００７９】
（判別Ａ）（第１判定ステップ）
まず、振戦が発生している状態と発生していない状態を切り分ける。その切り分けを行うために、加速度計から読み取った手先加速度の値を用いる。そして、振戦が発生している状態と発生していない状態の各々で、相関係数の平均値を算出し、振戦が発生していない状態の相関係数の平均値以上の閾値と、発生している状態の相関係数の平均値以下の閾値とを決定する。
【００８０】
（判別Ｂ）（第２判定ステップ）
まず、動作をしている状態と姿勢を維持している状態を切り分ける。その切り分けを行うために、ゴニオメータから読み取った肘関節角度を用いる。判別Ａと同様に、切り分けた各々の状態で、周期Ｔの平均値を計算し、動作中の周期の平均値以上の閾値と、姿勢維持時の平均値以下の閾値とを設定する。
【００８１】
この方法を実用する際には、設定した閾値と計測された筋電位から算出した周期Ｔの値、ピークの相関係数ＣＴの値を随時比較することによって、各々判別を行えばよい。
【００８２】
以上のようにして、状態の切り分け（判別Ａ及びＢ）が完了すると、その後は、次のようにして装具１０を制御する。この制御は、図３に示したフローチャートに従って実行される。
【００８３】
（振戦が発生していない状態）
ステップＳ１１で、振戦が発生していないと判断された場合、本態性振戦患者の筋電位は健常者のそれと同じであるため、ステップＳ１４に進み、健常者を対象とした処理を適用することができる。このため、振戦が発生していない場合は、計測した筋電位をバンドパスフィルタ（通波帯：３０Ｈｚ〜３００Ｈｚ）で処理した後に整流し、整流した波形にローパスフィルタ（遮断周波数：１０Ｈｚ）を施して、高周波のノイズを除去する処理を行う。その後、ステップＳ１６に進み、アクチュエータ１２をＯＮ、ＯＦＦすることで、患者の意図する動作を支援する。例えば、「時間遅れニューラルネットワーク」のような公知の学習機械を使用する。
【００８４】
（振戦が発生しており且つ動作をしている状態）
ステップＳ１１で、振戦が発生していると判断された場合、ステップＳ１２に進み、特定の動作中か、特定の姿勢維持中かを判断する。特定の動作中と判断されると、ステップＳ１５に進み、群化放電（すなわち振戦）を取り除く信号処理を行う。これは、振戦により、患者の意図とは異なる群化放電が発生しているためである。この信号処理は、上述した特願２０１１−１８４３８０の動作支援装置の信号処理と同じである。その後、ステップＳ１６に進み、アクチュエータ１２をＯＮ、ＯＦＦすることで、患者の意図する動作を支援する。
【００８５】
（振戦が発生しており且つ姿勢を維持している状態）
ステップＳ１２で、特定の姿勢維持中と判断されると、ステップＳ１３に進む。この場合、患者が真に行いたいことは、特定の姿勢を維持することである。そこで、装具１０のアクチュエータ１２に設けられたブレーキ（図示せず）を作動させて、アクチュエータを固定し、その姿勢を維持するように、つまり、震えている腕を支えるように制御する。
【００８６】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る動作支援システム１では、前記第１判定ステップで振戦の発生を認識した後、前記第２判定ステップで、使用者Ｕが特定の動作をしているか、特定の姿勢を維持しているかを判定してから、アクチュエータ１２を駆動し、あるいは停止することができる。よって、振戦患者が特定の「積極的動作」を意図する場合だけでなく、例えば特定の姿勢の保持といった特定の「消極的動作」を意図する場合においても、振戦患者の意図に基づく随意動作のみを確実に支援することができる。
【００８７】
また、本発明の一実施形態に係る随意運動認識装置は、上記動作支援システム１の制御装置２０に対応するから、上記動作支援システム１と同様の効果が得られることが明らかである。
【００８８】
本発明の一実施形態に係る随意運動認識プログラムは、動作支援システム１の制御装置２０に格納されて動作するから、上記動作支援システム１と同様の効果が得られることが明らかである。
【００８９】
（他の変形例）
上述した実施形態は、本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００９０】
例えば、上述した実施形態では、本発明を振戦患者の肘関節の動作について適用した例を使用しているが、本発明はこれに限定されない。肘関節以外の任意の関節にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１  動作支援システム
１０  装具
１１  アーム
１１ａ  上腕側アーム部
１１ｂ  前腕側アーム部
１１ｃ  連結部
１２  アクチュエータ
１３  上腕側装着部
１４  前腕側装着部
１５ａ、１５ｂ  生体信号センサ
２０  制御装置
２１  データバッファリング手段
２２  角度変化／姿勢保持判別手段
２３  信号分離手段
２４  動作推定手段
２５  指令手段
Ｕ  使用者
【図１】
2014121499.tif 000006
【図２】
2014121499.tif 000007
【図３】
2014121499.tif 000008
【図４】
2014121499.tif 000009
【図５】
2014121499.tif 000010
【図６】
2014121499.tif 000011
【図７】
2014121499.tif 000012
【図８】
2014121499.tif 000013
【図９】
2014121499.tif 000014