(57)【要約】【課題】上下肢運動機能回復用機器を提供すること。【解決手段】本機器は、コンパクトで、携帯可能で、軽量で、持ち運びが容易である上、１台の患者肢体遠端のための装置、１台のロボットアーム、１つのギアシステム、２台のモーター、１つの仮想及び／又は拡張現実のソフトウェア、１つの管理制御システムが含まれていることにより、３次元空間で運動と訓練が実行できるようになる。そのため、ニューロパチー性、筋骨格性、筋肉性、リウマチ性、運動器性及び／又は認知性の疾患あるいは障害を持っている患者、並びに、手術後の回復中患者、も訓練ができ、上肢及び／又は下肢の動きが回復できるようになる。その上、本機器は体力トレーニング及びフィットネスにも利用される。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下肢運動機能回復用機器において、３次元空間内で曲線軌道で運動及び訓練の実行が可能であることと、
重力の影響により患者の肢体が空中に浮いている様子で、当該肢体を肢体遠端部のみで前記機器に結び付けることと、並びに、
（Ａ）１台の患者肢体遠端に接続する装置、
（Ｂ）１台のロボットアーム、
（Ｃ）１つのギアシステム（２台の対立ギアと１台のスパイダーギアと１つの接続要素で形成される）、
（Ｄ）２台のモーター、
（Ｅ）好適には２台の減速箱、
（Ｆ）１台又は２台のデバイスドライバ、
（Ｇ）１つの仮想および／または拡張現実ソフトウェア、
（Ｈ）１つの管理・制御システム、及び、
（Ｉ）１台のテレビ画面、コンピューターのモニター、プロジェクター、あるいは患者が前記仮想および／または拡張現実ソフトウェアを視認可能とする他手段
を有すること、を特徴とする機器。
【請求項２】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、上肢遠端に接続する装置は、球形、患者の指や手にフィットする解剖学的な形、ハンドル形、ジョイスティック形、あるいは、患者の手がしっかり把持できるような他形状、を有することを特徴とする機器。
【請求項３】
請求項２に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記上肢遠端に接続する装置は、球形又は患者の指や手にフィットする解剖学的な形を有することを特徴とする機器。
【請求項４】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記肢体遠端に接続する装置は、患者が前記装置を握ったり押したりして、仮想および／または拡張現実ソフトウェアから視覚的か音響的か他のタイプの刺激を得ることを可能とする感知器を有することを特徴とする機器。
【請求項５】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、下肢遠端に接続する装置は、球形、楕円体形、ボード形、ペダル形、あるいは、足の配置を可能にする他の形状、を有することを特徴とする機器。
【請求項６】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、患者肢体遠端と前記装置の接続は、手袋又は靴下、ないしは、面ファスナーテープ又は面ファスナーベルト、で行われることを特徴とする機器。
【請求項７】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記装置は、シリコン、プラスチック、ポリマー、エラストマー、ポリエチレンフォーム、木材、金属、あるいは他素材で造られ、表面コーティング、テクスチュア、あるいはエンボス加工が現存してもしなくてもよいことを特徴とする機器。
【請求項８】
請求項７に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記装置は、シリコンで造られることを特徴とする機器。
【請求項９】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記装置とロボットアームとの接続は、固定接続、それとも、ベアリングシステム, ユニバーサルジョイントあるいは球面ジョイントによって行われることを特徴とする機器。
【請求項１０】
請求項９に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記装置と前記ロボットアームとの接続は、ベアリングシステム、ユニバーサルジョイントあるいは球面ジョイントを利用することを特徴とする機器。
【請求項１１】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記ロボットアームは、１ｃｍ〜１００ｃｍの長さの長ロッドと５ｃｍ〜５０ｃｍの長さの短ロッドとを有することを特徴とする機器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記ロボットアームの前記長いロッドと前記短いロッドは、ストレート又は曲がっている形状を有して、前記ロッド間の結合は、任意の角度を形成することを特徴とする機器。
【請求項１３】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記ロボットアームは、１本だけのロッドを有して、前記ロッドは、５ｃｍ〜１００ｃｍの長さを有して、ストレート又は曲がっている形状を有することを特徴とする機器。
【請求項１４】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記ロボットアームは、金属、プラスチック、木材、ポリマー、あるいは他素材で造られ、表面コーティング、エンボス加工、あるいはテクスチュアが現存してもしなくてもよいことを特徴とする機器。
【請求項１５】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記ロボットアームは、そのコアが、金属、プラスチック、木材、ポリマー、あるいは他素材で造られ、表面コーティング、エンボス加工、あるいはテクスチュアが前記素材で造られていることを特徴とする機器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記ロボットアームは、金属で造られるコアと、プラスチックでの表面コーティングと、を有することを特徴とする機器。
【請求項１７】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記ロボットアームは、前記スパイダーギアに、ネジ、ピン、接着剤、のり、あるいは他固定方法などで接着されることを特徴とする機器。
【請求項１８】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記対向ギアは、それぞれの前記モーターに半軸及び／又はブシュで接続されることを特徴とする機器。
【請求項１９】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記スパイダーギアは、前記接続要素に固定用ピンで接続され、前記対向ギアに垂直に位置していることを特徴とする機器。
【請求項２０】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記全ギアは、円錐形又は半球状の形状であり、直歯又は螺旋歯を有し、緩み又はバックラッシュ防止機構を有しても有しなくてもよいことを特徴とする機器。
【請求項２１】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記接続要素は、角柱状又は円柱状のようなプリズム型、球形、または、多面体状の形状、を有することを特徴とする機器。
【請求項２２】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記各対向ギアとそれぞれの前記モーターの間に１台の減速箱を有することを特徴とする機器。
【請求項２３】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記モーターは、０．０５Ｎｍ〜５０Ｎｍのトルクと、位置感知器と、を有することを特徴とする機器。
【請求項２４】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記モーターは、ぞれぞれの前記対向ギアに整列されるか、あるいはそれらに垂直に位置決めされることを特徴とする機器。
【請求項２５】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記デバイスドライバは、前記管理・制御システムより論理信号を受信し、前記論理信号を電気信号に変換し、前記モーターへ前記電気信号を送信することを特徴とする機器。
【請求項２６】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記仮想および/または拡張現実ソフトウェアは、親しみやすく、遊び心があって、意欲を起させるグラフィカルインターフェースを有し、人々の日常生活場面をシミュレーションするために映像、色彩、音響を持つゲーム、シナリオ、環境を含み、患者の動作を表示し、患者の動作修正も表示し、シングルユーザー用又はマルチプレイヤー用であることを特徴とする機器。
【請求項２７】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記仮想および／または拡張現実ソフトウェアは、そのデータベースに、運動機能回復用又は体力トレーニング及びフィットネス用の訓練に関する情報やデータを保存することを特徴とする機器。
【請求項２８】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記管理・制御システムは、患者の各動作実行からできた軌道、力及び加速度を計算し、前記デバイスドライバに論理信号を送信し、受けたフィードバックに応じて前記患者動作の軌道、力及び加速度を再計算し、患者の動作修正用信号を送信し、動作修正を画面に表示するべく前記仮想および／または拡張現実ソフトウェアに論理信号を送信することを特徴とする機器。
【請求項２９】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、ＵＳＢ、ＶＧＡ、ＨＤＭＩ及び／又はＤＶＩのような業界標準フォーマットのビデオポートを有することを特徴とする機器。
【請求項３０】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、当該機器の制御インターフェース機能へのアクセスのために、タブレットのようなタッチスクリーンデバイス、又はキーボード及びマウスのような外部デバイス、を有することを特徴とする機器。
【請求項３１】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、コンパクトで、携帯可能で、軽量で、持ち運びが容易で、利用の際に格別の適合設備は必要がないことを特徴とする機器。
【請求項３２】
請求項１に記載の上下肢運動機能回復用機器において、前記仮想および／または拡張現実ソフトウェアのゲーム、シナリオ、及び環境を視認できるための眼鏡を利用してもよいし利用しなくてもよいことを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下肢運動機能回復用機器に関する。本発明機器は、コンパクト、携帯用、軽量で持ち運びが容易である。さらに患者肢体遠端のための装置、ロボティックアーム、ギアシステム、２台のモーター、患者と相互に作用する仮想および／または拡張現実 のソフトウェアと管理および制御システムを備えていることにより３次元空間で運動と訓練が実行できるようになり、そのため神経疾患または神経傷害、筋骨格性、筋肉性、リウマチ性、運動器性および/または認知性の疾患あるいは障害を持っている患者および手術後の回復中の患者が運動して、上肢および/または下肢の動きが回復できるようになる上、さらに体力トレーニングやフィットネスの人々のためにも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
神経疾患または神経傷害、筋骨格性、筋肉性、リウマチ性、運動器性および/または認知性の疾患は、人々の生活に大きな障害を発生し、日常生活の活動を無能力にする。それは、物をつかむことのような最も単純な活動から、ケアと個人衛生や機器の取り扱いなどのような複雑な活動まで、社会生活または家族や仕事に干渉する。
【０００３】
上記傷害は通常、事故、身体的外傷、変性疾患または脳卒中からの結果であるが、場合によっては、手術後の患者が自分の通常活動を再開するために運動リハビリーを必要とする。
【０００４】
患者の回復を支援するために、理学療法士のパーソナル仕事がある。理学療法士は、今まで知られているこの分野で開発された技術を使用し、患者ごとに個別の運動を行う。
【０００５】
上記専門家の仕事は、患者のリハビリのために重要であるが、治療と回復には時間がかかる。なぜなら、理学療法セッションは、理学療法士の物理的な参加を必要とし、上記理学療法士は患者と一緒に運動をしなければならない。このように、患者の運動時間は、理学療法士とのセッションの期間に限定される。また、運動は理学療法士の身体的努力によるので、理学療法士の疲労と物理的ストレスを生じ、治療の質に影響を与える。その理由は、いくつかのセッション後、疲れにより患者に同じようなやり方と力で運動を行えないからである。
【０００６】
他の欠点は、理学療法士は、患者の力、運動能力および進化の主観的な監視または評価を一つしか出来ず、客観的な数値データにより、評価または定量的なモニタリングを行うことができず、特定の患者に不正確な診断および不十分な設定治療が生じる可能性がある。さらに、評価およびモニタリングの主観性により、二人またはそれ以上の理学療法士の間で異なる意見が起ることもある。
【０００７】
患者の運動機能回復と理学療法士の仕事を支援するための試みとして、上下肢の運動機能回復のための様々な種類の機器が開発されている。上記機器は現在の技術水準に含まれており、以下に記載のとおりである。
【０００８】
米国特許第８，１７７，６８８号は、下肢の運動機能回復のための大規模な機器を提供する。上記機器は、操作のために特別な設備を必要とし、持ち運びも困難である上、治療は患者が立ったまま運動をするため、傷害の程度に応じてストラップ、ロープや他の締結要素によってサポートされることを必要とする。
【０００９】
米国特許第５，７０４，８８１号は、別の大規模な機器を提供する。当該特許によると、患者は一組のケーブルによって吊るされる。
【００１０】
米国特許第６，６６６，８３１号は、下肢の運動機能回復のための大規模な機器を提供する。当該特許によると、患者は胴体に繋がれているケーブルにより吊るされ、各脚は二本の機械式ロッドに繋げられ、脚を上げたり下げたりする動きをする。
【００１１】
米国特許出願第２０１５／０３４２８１７号は、下肢の運動機能回復のための機器を提供する。当該機器は水平面での動きをし、下肢を保持台の上に置き、患者の運動機能回復を果たす。
【００１２】
特許第ＰＩ１０００９６０−４号は、下肢の運動機能回復のための機器を提供する。当該特許によると、患者はケーブルによって吊るされ、下肢は上下に動かせられ、運動機能回復を果たす。
【００１３】
特許第ＷＯ２０１４／０８５８１０号は、手の運動機能回復のための装置を提供する。当該装置は一つのスプリングシステム、ピニオン（小歯車）、ラック、および一台のモーターを使用し、回内および回外運動または屈曲および伸展運動を水平面において一つずつされる。
【００１４】
米国特許第７，３６７，９５８号において、筋電センサーを有する装具を患者の腕および前腕に接続し、上肢の動きを刺激することを目的とする。
【００１５】
米国特許第５，９５１，４９９号は、腕、前腕および手の運動機能回復のための装置を提供する。当該装置は肢の回内外の動きのみを実行し、機械に上肢を収容するのに時間がかかる。
【００１６】
米国特許出願第２０１６／００００６３３号は、２次元平面において一つずつ運動を行うことが出来るリハビリ機器を提供する。当該機器は、アクチュエータ、関節アーム、および関節アームの動きを可能にするシステムを使用し、運動機能回復の運動を実行する。
【００１７】
米国特許第５，４６６，２１３号は、上肢の運動機能回復のための大規模な装置を提供する。当該装置は関節アームから構成され、２次元平面上で一つずつ運動を行うことが出来る。当該装置により、患者は屈曲および伸展運動、そして回内外運動、それから横の動きの運動、を別々にすることが出来る。機械の大きさは持ち運びを困難にする。
【００１８】
米国特許第７，６１８，３８１号は、上肢の運動機能回復のための装置を提供する。当該装置は患者の前腕と手首を台の上に載せ、手首の運動をする。この運動は２次元平面上において行われる。手首を運動する装置の部分は、その動きをするために三つのモーターを有し、手首以外の上肢運動をするためには、二つのモーターに接続されているいくつかの関節アームも有し、患者の腕は一つの台に載せられる。当該特性のため、当該装置は輸送が困難になる寸法を有し、装置内への患者肢の位置決めには時間がかかる上、上肢動きは水平面において行われ、サポートされており、一度に1つずつ行われる。
【００１９】
特許第ＷＯ２０１４／０５７４１０号は、下肢の運動機能回復と動きのための外骨格を提供する。
【００２０】
特許第ＷＯ２０１２／１７６２００号は、上肢の運動機能回復のための装置を提供する。当該装置はリハビリを必要とする肢のために運動を生成するセンサーシステム、アクチュエータ機構、および健全な肢情報を取得するためのデータ処理モジュールを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上記全装置は、患者の上肢または下肢の運動リハビリにおいて画期的な役割を果たしたが、上記現在の技術水準の装置は、いくつかの不利な点およびいくつかの欠点も有する。
【００２２】
欠点の1つは、リハビリ装置のサイズである。サイズが大きく、輸送が難しく、設置準備および使用施設を必要とする。これにより、患者は、装置が設置された場所まで移動する必要があり、運動は、この場所の利用可能スケジュールに限定され、患者が行うことができる運動の量を制限し、回復時間を増加させる。
【００２３】
もう一つの欠点は、患者の肢を装置に置くのに必要な時間に関連する。大部分の装置は、肢が支持部または支持装置によって支持されることを必要とするか、または、患者がケーブルによって吊るされることを必要とするので、理学療法セッションのかなりの時間が患者の位置決め活動に費やされ、運動セッション時間を減少させる。
【００２４】
上記現在の技術水準の装置によって実行される動きおよび運動は、患者の日常生活活動（Activities of daily living, ADL）で行われる運動と類似していないことを述べることもできる。なぜなら、運動および動きの間、患者の肢は、支持部および支持装置上に置かれ、または、ケーブルによって吊るされた状態にされる。それは、日常的な状況と類似しない。なぜなら、日常生活においては、手足の関節のため、人々は３次元空間において主に曲線的な動きを行うからである。
【００２５】
さらに、上記全装置は、運動を一度に1つずつ実行するように設計されており、動きの間の統合も無く、上記動きは人が日常的に行う動きと似ていない。
【００２６】
上記現在の技術水準の装置の別の欠点は、水平面において運動を行う準備ができていることであり、それゆえ脳の部分的な刺激を生成する。なぜなら、水平面での動きでは、垂直方向および下方への方向を有する重力が肢の動きに影響を与えず、結果として患者のリハビリがはるかに遅くなり、効果も少なくなる。
【００２７】
運動の実行中に患者と相互作用するために装置に統合されたソフトウェアを使用する少数の装置が、現在の最先端技術に存在する。しかし、上記ソフトウェアは患者にとってほとんど刺激的ではなく、動機付けもない。なぜなら、動きの出発ポイントおよび移動先ポイントのみを示し、患者の日常生活における運動および動きを文脈化するための仮想的な設定は無く、人の日常生活活動（ADL）としての類似性や絆を作ることも無い。さらに、現在の技術水準のソフトウェアは、ルディックでは無く、リハビリセッション中に患者の認知刺激を目的とする聴覚的および視覚的なデザインを有していない。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本特許出願の主題である本発明は、上肢および下肢の運動機能回復を支援するように、新規・独創的・創造的な方法で開発され、現在の知識を外挿し、人間の知識分野に大きな革新をもたらす革新的な解決策を用いる。
【００２９】
本機器は、脳卒中を起こした患者のようなニューロパチー性、筋骨格性、筋肉性、リウマチ性、運動器性および/または認知症性、あるいはパーキンソン病やアルツハイマー病の後期の患者または事故や身体的外傷を患っている患者に運動を行うために使用することができる。また、手術後回復中の患者も使用ができ、さらに上記疾患の進行を予防するように、運動を矯正または再学習し、予防訓練を必要とする患者のためにも使用することができる。
【００３０】
患者の運動機能回復におけるその性能に加えて、本発明機器は、個人の体力トレーニングやフィットネスにおいて、非常に効果的に使用されることが出来る。
【００３１】
本発明機器は、3次元空間における動きおよび運動を行い、患者が日常生活活動（ADL）で行う動きと非常によく似た動きを行うための優れた条件を提供する。例を挙げるとすると、物をある場所から別の場所へ移動させること、物を拾い上げテーブルに置くこと、食器で食べ物を口に運ぶこと、ドアを開けること、朝食を出すこと、果物を採ること、パンを手に取り電子レンジやオーブンに入れること、ボールを蹴ること、車を加速すること、はしごに登ること、身体活動やフィットネス訓練をすること、スポーツをすること、などのような活動がある。
【００３２】
到達運動、クロス運動、同側運動および対側運動のような３次元空間における上記動きは、特に水平面で行われる動きおよび肢の支持部を使用する動きと比較して、より大きな筋肉活性化を必要とし、さらに脳のより大きな刺激を促進し、より多くの筋肉群を動かす必要があり、脳は運動を行うためにより多くの神経回路を募集する必要がある。
【００３３】
本発明機器に肢が接続される方法のため、肢は空中に吊り下げられ、動きは重力の影響を受けることになる。それで人々の日常生活の動きと非常によく似た運動となり、上記動きを調整するために筋肉努力および脳の仕事を増加し、運動機能回復過程の加速を容易にする。
【００３４】
また、人の日常生活活動（ＡＤＬ）で行われる動きは、主に曲線軌道を持つ。これが、本発明機器で再現され運動される。
【００３５】
上記特徴により、本発明機器は、個人の能力のより迅速かつ効果的なリハビリを提供し、多くの点で、脳刺激が少ない平面的かつ支持された動きでその人の日常生活活動（ADL）にあまり似ていない運動を作る現在の技術水準の機器を上回ることが可能である。
【００３６】
本発明機器では、アクティブモードにあるとき、患者がロボティックアームを動かすと、本機器は画面上でその動きを表す。
【００３７】
アクティブ・アシストモードでは、本発明機器は、個々のニーズおよび各患者のリハビリ計画に従って、運動を実行することと、力の調節、移動、速度および加速度を調節することと、を支援する。これは、例えば、肢の不規則な動きを伴う脳卒中（ＣＶＡ） 患者の運動機能回復のために非常に有用である。なぜなら、本機器は、所望の軌道を維持するように、動きの偏差をスムーズに追従し、矯正するからである。
【００３８】
上記アクティブ・アシストモードでは、患者の動きに抵抗するように、本発明機器をプログラムすることも出来る。これは、体力トレーニングやフィットネス訓練に特に役立つ。
【００３９】
パッシブモードの場合、本発明機器は、確立されたリハビリ計画に従って、患者の動きを駆動する。
【００４０】
上記軌道は、患者のために定義されたリハビリ治療、または体力トレーニングやフィットネス計画に応じて、移動、速度および加速度を伴う運動および治療的機能訓練を含む。
【００４１】
上記応用に加えて、本発明機器は、患者の運動障害およびその回復を評価したり、監視したり、診断したりするように使用することができ、その力、空間軌道、速度、精度および他の診断やモニタリング変数を測り、より徹底した評価と、より効果的かつ迅速なリハビリ計画の策定のために、客観的で正確な数値を得ることが可能となる。
【００４２】
本リハビリ機器は、コンパクト、携帯用、軽量、持ち運びが容易で、専用の施設を必要としないため、患者の家庭、リハビリクリニック、理学療法クリニック、診療所、病院などにおいても使用でき、さらに体力トレーニングやフィットネスの場合にはスポーツセンターにおいでも使用できる。
【００４３】
本発明機器は、患者の上下肢に接続する肢体遠端のための装置、１台のロボティックアーム、１つのギアシステム、2台のモーター、１つまたは２つのドライバ、１つの仮想および／または拡張現実 のソフトウェア、および１つの管理および制御システムを有する。
【００４４】
患者の肢体遠端を本運動機能回復用機器に接続することを可能にする装置は、患者の手と足のいずれに接続されるかとか、リハビリに適用される運動のタイプや、患者が発症した後遺症の種類等によって、様々な形状を有することが出来る。
【００４５】
上肢リハビリの場合、手との接続装置は、好ましくは、球形または患者の指や手の解剖学的形状の形を有することができるが、レバー、ジョイスティックまたは他の形状を使用し、患者の手の把持を可能にする別の形状でもよい。
【００４６】
上記装置は、その中にセンサーを含むことができる。患者が自分の手または足で当該センサーを押して、仮想および/または拡張現実ソフトウェアの画面上に視覚的、聴覚的または他の効果を得ることができる。それは、患者にさらに大きな刺激を与えることができる。なぜなら、脳の認知部分も運動部分と一緒に運動するからである。
【００４７】
下肢リハビリの場合、上記装置は、ボール、楕円体、厚板、ペダル、または足の位置決めを可能にする他の形状、であってもよい。
【００４８】
両方の場合において、上記装置と手または足の接続は、面ファスナーを備えたテープまたはストラップで行うのが好ましく、それは患者と機器への接続活動を容易かつ迅速にする。この作業では、手や足を上記装置に置き、面ファスナーを備えたテープまたはストラップで締めるだけで作業が簡単になり、作業が大幅に合理化され、運動を行うための時間が長くなる。
【００４９】
上記装置は、シリコーン製であるのが好ましいが、プラスチック、ポリマー、エラストマー、発泡体、木材、金属または他の材料を使用することができ、表面コーティング、テクスチャまたはレリーフの有無にかかわらず、それらは患者との接続を容易にし、または肢の先端の触覚的側面または感受性を刺激する。
【００５０】
上記装置は、ロボティックアームに取り付けられてもよく、または当該ロボティックアームに対して可動性を可能にするために、内部にユニバーサルジョイント、ベアリングシステムまたはボールジョイントを含んでもよい。
【００５１】
出来れば、ベアリングシステム、ユニバーサルジョイントまたはボールジョイントが使用されるのが好ましい。なぜなら、上記ロボティックアームに対する上記装置の回転動きが、患者の手首および肢のより多くの共役（組合せ）動きを可能にし、その回復を助け、本発明機器の汎用性を高めるためである。
【００５２】
一例として、しつこいようであるが、上肢のリハビリにおいて、ベアリングシステムまたはユニバーサルジョイントまたはボールジョイントの使用は、もう既に形成された前腕、腕および肩のための運動とともに患者に手首を回転させることを可能とする。 リハビリが下肢の場合、足首は、膝、脚および腰への動きとともに回転動きを有することが出来る。
【００５３】
本発明機器では、患者の肢と本機器との接続の唯一点は、上記装置によって行われることに留意すべきである。 これにより、患者の肢全体が、支持部または支持装置なしで、空中に吊り下げられ、重力を受け、3次元空間内を自由に動かすことができ、動きおよびリハビリ運動が日常生活でしている動きに非常に似ている。
【００５４】
さらに、３次元空間における動きと相まって、このような接続形態は、動きをより複雑にし、肢のすべての部分および関節に対して統合運動および同時運動を提供し、患者の筋肉に大きな労力を要し、脳に大きな刺激を与え、曲線軌道での運動を行うことを可能とし、患者に利益をもたらし、運動機能回復を加速させることができる。
【００５５】
体力トレーニングやフィットネス訓練の場合、特定の筋肉努力を必要としたり、その努力量を調整したりすることで、より速く効果的な結果が得られる。
【００５６】
ロボティックアームは、好ましくは、１ｃｍ〜１００ｃｍm間の長さの１本の長ロッド、および５ｃｍ〜５０ｃｍ間の長さの１本の短ロッドによって構成され、上記２本のロッドの接合は任意の角度を形成することができる。
【００５７】
上記ロッドはまっすぐであっても、何らかの湾曲を有していてもよい。また、直線または何らかの湾曲を有する５ｃｍ〜１００ｃｍの長さの短ロッドのみを用いたロボットアームも可能である。
【００５８】
上記ロボットアームは、表面コーティング、レリーフまたはテクスチャの有無にかかわらず、金属、プラスチック、木材、ポリマーまたは他の材料で作ることができる。
【００５９】
上記材料で上記アームのコアを製造し、同じく上記材料で表面コーティングまたは仕上げ材料、レリーフやテクスチャを施すことも可能である。好ましい構成では、上記ロボティックアームは、金属コアで出来てプラスチックコーティングを有する。
【００６０】
一方の端部において、上記ロボットアームは、患者の手または足のための装置に取り付けられ、 他端部では、衛星配置のギアシステムに接続し、上記ギアシステムへの接続はネジ、ピン、接着剤、のりまたは他の固定要素を介して行われる。
【００６１】
ギアシステムは、２つの対向ギア、１つのスパイダー歯車、およびそれらの間に配置された接続要素で構成され得る。
【００６２】
上記対向ギアは、半軸および/またはブッシングを介してモーターに接続され、上記スパイダー歯車は、ロボットアームに接続され、上記対向ギアに対して垂直に配置される。
【００６３】
上記全歯車は、円錐形または半球形であり、直線状またはらせん状の歯を有してもよく、バックラッシュまたは隙間を防止する機構を含んでも含まなくてもよい。
【００６４】
上記歯車間の接続要素は、多角形または円形ベースのプリズム、球体、または多面体、の形態であってもよい。
【００６５】
上記接続要素は、ピンを介してスパイダー歯車に接続され、対向ギアと接触する。 上記接続要素は、3つの歯車の間の接続を維持する役割を果たす。
【００６６】
モーターは、トルクと回転を上記対向ギアに伝達し、それらは上記スパイダー歯車の動きを引き起こし、上記ロボットアームの動きを生じ、患者の肢が３次元空間を所与の軌道、力及び加速度で移動することになる。上記の動きは、人生の日常生活の中で健全な人々によって行われる運動と非常に似ていることに留意すべきである。
【００６７】
上記ギアシステムの動作と、その結果としての上記ロボットアームの動作とを例示するために、歯車のいくつかのタイプの回転を挙げることができる。
【００６８】
上記２つの対向ギアが共通軸を中心に同じ大きさで同じ方向に回転する場合には、接続要素及びスパイダー歯車は、上記対向ギアの水平軸に垂直な平面で曲線軌道を辿り、ロボットアームおよび患者の肢に、上記同じ垂直平面内で同じような動きを辿らせる。
【００６９】
上肢を扱う場合、手、前腕、腕および肩が屈曲および伸展運動をする。 手の接続装置がベアリングシステムまたはユニバーサルジョイントまたはボールジョイントを有する場合、手首は、肢の残り部分の屈曲および伸展動きと連動して回転動きを行う。
【００７０】
上記運動が下肢に適用される場合、足、脚、大腿および腰に屈曲および伸展動きが行われ、足首はさらに回転動きを行う。
【００７１】
上記２つの対向ギアが共通軸を中心に反対方向の回転であるが同じ大きさを有する場合、スパイダー歯車は自己の中心軸上で回転し、接続要素は停止し、ロボットアームは、スパイダー歯車の軸に垂直な平面において曲線軌道で動きを辿る。
【００７２】
この結果、上肢の場合には、肢はこの平面において曲線軌道で移動し、肢の筋肉および関節の共同運動および統合運動を生じさせる。 下肢の場合には、足の外転および反転、足首関節の伸展および屈曲、膝の屈曲、伸展および回転が生じる。なぜなら、患者は着座していて、膝が運動を行うために屈曲しているからである。
【００７３】
上記対向ギアの両歯車が同じまたは反対方向で回転の大きさが異なっているとの仮定では、または、一方の歯車が回転する間に他方の歯車が停止している状況では、接続要素およびスパイダー歯車の動きが上記対向ギアの軸を横断する水平面に対する斜面で行われ、ロボットアームおよび患者の上肢に3次元空間における斜めの曲線軌道での動きを行う。上記軌道に沿って出来る動きは、到達運動、クロス運動、同側運動、対側運動、回内および回外運動、屈曲および伸展運動、内転および外転運動を含む。下肢の場合、動きは、膝の内外回転に対応する回内と回外の動きを除いて類似している。上記動きは、より大きな筋肉活性化および脳のより大きな刺激を必要とする。なぜなら、より多くの筋肉群を動かす必要があり、さらに脳は運動を行うためにより多くの神経回路を募集する必要があり、患者により迅速かつ効果的なリハビリを提供する。
【００７４】
このようにして、上記歯車の動きが3次元空間内で非常に多様な軌道を生成し、様々な動きおよびリハビリの訓練、体力トレーニングやフィットネスの達成を可能にすることを観察することが出来る。
【００７５】
本発明機器の特有の重要な特徴は、患者の肢に適用される運動が統合され、同時にいくつかの筋肉群を運動させ、３次元空間内における曲線軌道を辿って重力の下で行われ、 健康的な人によって日々行われる動きに近いことである。
【００７６】
このように、ギアシステムによって生成される動きは、空中に吊り下げられた肢の位置決めとともに、同時に、ロボットアームの同じ変位軌跡を利用して肢のためのいくつかの機能的なリハビリ運動を実現することを可能にする。例えば、サイドサイド、クロス、同側、対側、外転および逆転、内転および外転、屈曲および伸展、回内および回外などの運動訓練を含む。これらは、患者の肢が支持部上に配置されて平面の軌道で一度に1つずつ運動を行う現在の技術水準の機器を上回る。
【００７７】
上記の各対向ギアは、半軸および/またはブッシングによってモーターに接続され、歯車とモーターとの間の減速箱は、あってもなくてもよい。
【００７８】
上記モーターは０．０５Ｎｍ〜５０Ｎｍのトルクを有し、管理および制御システムに情報を送信する位置センサーを備え得る。
【００７９】
上記モーターは、それぞれの対向ギアと整列されていてもよいし、または上記対向ギアに垂直に配置されていてもよい。この場合、上記モーターから上記歯車への動きの伝達には、「L」形のコネクターまたは減速機が用いられる。
【００８０】
本発明機器の好ましい構成では、上記の各モーターは、論理信号を電気信号に変換する変換器であるドライバーに接続され、データ同期のために上記機器の２つの上記ドライバーの間に接続がある。 ただし、両方のモーターに対応する１つのみの上記ドライバーが存在していてもよい。
【００８１】
上記ドライバーは、管理および制御システムから来る論理信号を受信し、上記論理信号を電気信号に変換し、回転およびトルクを発生するようにモーターに送る機能を有する。
【００８２】
上記管理および制御システムは、仮想および/または拡張現実 のソフトウェアから情報を受け取り、上記ソフトウェア、ドライバー、そしてモーターの間のデータ伝送をリアルタイムで管理して制御し、歯車の動き、ロボットアームおよび手足をインタラクティブに制御する。
【００８３】
上記仮想および／または拡張現実 のソフトウェアは、患者と視覚的なやりとりをし、運動機能回復の訓練または体力トレーニングやフィットネス訓練に適用される動きの情報およびデータを含む。
【００８４】
上記仮想および／または拡張現実 のソフトウェアから受信したデータを用いて、上記管理および制御システムは、運動の力および加速度に加えて、患者によって実行されるべき軌道を計算し、ドライバーに論理信号を送る。上記ドライバーは論理信号を電気信号に変換し、モーターの動きを起こし、歯車に回転およびトルクを発生させる。その結果、ある種の力および加速度で歯車、ロボットアーム、患者の肢の動きを一定の軌道に得ることが出来る。
【００８５】
データを送信するのと同時に、上記管理および制御システムは、患者の動きに関する情報のフィードバックを受け取り、上記仮想および/または拡張現実 のソフトウェアから受け取った情報と比較し、軌道を再計算し、患者の動きの軌道、力および加速度を補正するような回転およびトルクをもたらすべく、モーターに信号を送信する。 同時に、上記情報を上記仮想および/または拡張現実 のソフトウェアに送信し、動き補正を画面またはモニターに表示する。
【００８６】
患者と相互作用する上記仮想および/または拡張現実 のソフトウェアは、親しみやすく、遊び心があり、やる気を起こさせるグラフィックインターフェイスを備えており、絵、色や音があるゲーム、シナリオ、および環境を有し、人々の日常生活の状況をシミュレートする。例えば、ある物をある場所から別の場所へ移動させること、 棚にある物を持ちテーブルに置くこと、ドアを開けること、朝食を出すこと、フルーツボウルから果物を取りお皿に置くこと、果物を採ること、パンを手に取り電子レンジやオーブンに入れること、身体活動やフィットネス訓練をすること、スポーツをすること、車を加速すること、ボールを蹴ること、はしごを登ること、などのような活動状況をシミュレートする。
【００８７】
上記のすべての状況において、患者の手または足の３次元図形が常に画面またはモニター上に表示され、この態様で肢の対応する機能的な動きをシミュレートする。それゆえ、患者は、治療中に影響を受けた肢を使い、想像で実際のシーンのダイナミクスを喚起することができ、運動の動きに対応する損傷した脳領域を活性化し、回復させる。
【００８８】
上記仮想および／または拡張現実 のソフトウェアは、患者の手または足に対応するロボットアーム先端の動きを表示し、上記動きをバーチャルシナリオまたはゲームに配置する。それゆえ、患者は、仮想環境に挿入されたと感じ、３次元空間内における手または足の動きの軌道のビジョンおよび動きを実行する動機を持つ。
【００８９】
上記仮想および／または拡張現実 のソフトウェアによる機器と患者との間の上記相互作用は、運動機能回復過程にとって非常に重要である。なぜなら、患者が心地よくシミュレートされたシナリオにおいて、自分の肢の動きを視覚的にフィードバックすることができるからである。それに加え、３次元空間での動きがリハビリ運動やフィットネス訓練のために計画された動きと異なる場合、肢にかかる本機器の力、ないし、位置、軌道、力および加速度の補正を感じることができるからである。
【００９０】
これにより、患者の運動および筋肉のみでなく、その認知機能の開発およびリハビリも行われる。
【００９１】
上記仮想および／または拡張現実のソフトウェアは、テレビスクリーン、コンピューターモニター、プロジェクター、または患者が見ることができる任意の手段によって表示されることができる。
【００９２】
ゲームおよび仮想シナリオを備えた上記仮想および／または拡張現実のソフトウェアは、追加の構成要素なしで動作することができるが、ゲームまたはバーチャルシナリオにおける患者のイマージョンを改善し、認知刺激を増幅するために、仮想および/または拡張現実 感眼鏡を使用することが出来る。
【００９３】
本発明機器は、VGA、HDMI(登録商標)および/またはDVIのような標準フォーマットのビデオポートを有する。
【００９４】
上記仮想および／または拡張現実 のソフトウェアのもう一つの特徴は、それがマルチプレイヤー用であり得ることである。すなわち、異なる機器に2人以上の患者が同じゲーム、環境または仮想シナリオで相互作用することができ、運動を健康的な人々による日常生活活動（ADL）により似ている用にする。
【００９５】
上記仮想および／または拡張現実 のソフトウェアは、各患者の特定のニーズに合わせてプログラムすることができ、上記プログラミングの後、患者は、理学療法士の個人的かつ対面的な監視を必要とせずに練習を行うことができる。
【００９６】
コンパクトで、携帯用で、軽量で、持ち運びが容易であるという本発明機器の上記特徴を組み合わせることにより、患者は自宅で何度も訓練をすることができ、それはリハビリ過程または体力トレーニングやフィットネスを合理化する。
【００９７】
これはまた、理学療法士の仕事を容易にする。なぜなら、上記機器がある場所において、または遠隔の手段によって、複数の患者の運動に同時に参加し、監視することができるからである。
【００９８】
各患者の運動計画は、上記仮想および／または拡張現実 のソフトウェアに格納され、それはこれらの情報のデータベースを有し、パスワードまたはバイオメトリックコントロールによってアクセスできる。
【００９９】
また、本発明機器は、機器制御機能にアクセスするように、タブレットなどのタッチスクリーン装置、またはキーボードおよびマウスなどの他の外部装置を備えている。 これにより、理学療法士または患者は、リハビリまたは体力フィットネス訓練のパラメーターにアクセスすることができる。
【０１００】
本発明の理解を容易にするために、以下の概略図を提示する。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】は、上下肢運動機能回復用機器の斜視図を示している。この図において、機器（１）、緊急ボタン（２）、タブレット（３）、バイオメトリックリーダー（４）、上肢先端部のための球形装置（５）、およびロボットアーム（６）を観察することができる。
【０１０２】
【図２】は、上下肢運動機能回復用機器の斜視図を示している。この図において、機器（１）、緊急ボタン（２）、タブレット（３）、上肢先端部のための解剖学的形状の装置（７）、およびロボットアーム（６）を観察することができる。
【０１０３】
【図３】は、上下肢運動機能回復用機器の斜視図を示している。この図において、機器（１）、緊急ボタン（２）、タブレット（３）、下肢先端部のためのぺダル形状の装置（８）、およびロボットアーム（６）を観察することができる。
【０１０４】
【図４】は、キャリングケース（９）内の機器（１）を示している。
【０１０５】
【図５】は、球形装置（５）、ユニバーサルジョイント（１０）、センサー（４５）、長ロッド（１１）、短ロッド（１２）を有するロボットアームの図を示している。この図において、長ロッドおよび短ロッドはコア（１３）および表面コーティング（１４）  を有していることを観察することが出来る。
【０１０６】
【図６】は、ロボットアーム（６）、球形装置（５）、対向ギアで構成しているギアシステム（１５）、接続要素（１６）およびスパイダー歯車（１７）、  モーター（１９）に上記の各対向ギアを相互接続するブッシング（１８）、および減速箱（２０）を示している。
【０１０７】
【図７】は、対向ギア（１５）、接続要素（１６）、スパイダー歯車（１７）、スパイダー歯車を接続要素に取り付けるピン（２１）、ロボットアームの短ロッド（１２）とスパイダー歯車との間の固定ネジ（２２）、長ロッド（１１）およびブッシング（１８）を表示するために、ギアシステムの断面図を示している。
【０１０８】
【図８】は、対向ギアの水平軸に対して垂直に配置されたモーターを備えた外付け構成での機器（１）を示し、さらに、球形装置（５）、ロボットアーム（６）、タブレット（３）、およびバイオメトリックリーダー（４）をも示している。
【０１０９】
【図９】は、仮想および／または拡張現実  のソフトウェア（２３）と、管理および制御システム（２４）と、ドライバー（２５）と、モーター（１９）と、対向ギア（１５）と、スパイダー歯車（１７）と、ロボットアーム（６）と、患者の肢（２６）との関係の概略図を示す。  また、図には情報送出経路（２７）およびフィードバック経路（２８）をも示されている。
【０１１０】
【図１０】は、仮想および／または拡張現実  のソフトウェア（２３）のゲーム、シナリオおよび仮想環境を表示するモニター（２９）を備えた機器（１）を示しており、両方ともテーブル（３０）上に配置されている。
【０１１１】
【図１１】は、患者（４７）が上肢（３１）および手（３２）を装置（５）に接続した状態を示している。この図において、患者の肢が３次元空間に吊り下げられ、装置（５）のみによって機器に接続されていることを示している。
【０１１２】
【図１２】は、ベルクロテープ（登録商標）（３３）によって装置に接続された患者の手（３２）を示している。
【０１１３】
【図１３】は、ベルクロテープ（登録商標）（３３）によって足装置（８）に接続された患者の足（３４）を示している。この図において、脚（３５）が３次元空間に吊り下げられ、機器（１）が床に置かれていることを観察することができる。
【０１１４】
【図１４】は、共通軸を中心に同じ大きさで同じ方向に回転する対向ギアを示している（３６ａおよび３６ｂ）。
【０１１５】
【図１５】は、図１４に示された回転（３６ａおよび３６ｂ）によって生成されるロボットアーム（６）の動きの軌道（３７）を示す。上記回転において、ロボットアーム（６）は、対向ギアの水平軸に垂直な平面で曲線的な動きをする。図では、明るい色調はロボットアームの初期位置（４８ａ）を、暗い色調はロボットアームの終期位置（４８ｂ）を示している。
【０１１６】
【図１６】は、共通軸を中心に同じ大きさであるが、反対方向に回転する対向ギアを示している（３８ａおよび３８ｂ）。
【０１１７】
【図１７】は、図１６に示された回転（３８ａおよび３８ｂ）によって生成されるロボットアーム（６）の動きの軌道（３９）を示す。上記回転において、ロボットアーム（６）は、スパイダー歯車の軸に垂直な平面において曲線軌道で動きをする。図では、明るい色調はロボットアームの初期位置（４９ａ）を、暗い色調はロボットアームの終期位置（４９ｂ）を示している。
【０１１８】
【図１８】は、異なる大きさ、および反対方向の回転を有する対向ギアを示している（４０ａおよび４０ｂ）。
【０１１９】
【図１９】は、図１８に示された回転（４０ａおよび４０ｂ）によって生成されるロボットアーム（６）の動きの軌道（４１）を示す。上記回転において、ロボットアーム（６）は、３次元空間において、対向ギアの軸を横断する水平面に対して斜めの曲線軌道での動きをする。図では、明るい色調はロボットアームの初期位置（５０ａ）を、暗い色調はロボットアームの終期位置（５０ｂ）を示している。装置は斜視図である。
【０１２０】
【図２０】は、仮想および／または拡張現実のソフトウェアによって表示されるロボットアーム（６）の動きの軌道（３７）および上記動きのその軌道（４２）を示す。図では、明るい色調はロボティックアームの初期位置（４８ａ）を、暗い色調はロボットアームの終期位置（４８ｂ）を示している。また、ソフトウェアが画面上に表示する仮想手（４６）は、患者の手を虚像に関連付ける役目を果たす。仮想および／または拡張現実のソフトウェア画面の色は、色の使用、シナリオの遊び心のある特徴、意欲を起させる環境、を示すために維持された。それは、患者の日常生活の現実と同様である。
【０１２１】
【図２１】は、仮想および／または拡張現実のソフトウェアによって表示されるロボットアーム（６）の動きの軌道（３９）および上記動きのその軌道（４３）を示す。図では、明るい色調はロボットアームの初期位置（４９ａ）を、暗い色調はロボットアームの終期位置（４９ｂ）を示している。また、ソフトウェアが画面上に表示する仮想手（４６）は、患者の手を虚像に関連付ける役目を果たす。仮想および／または拡張現実のソフトウェア画面の色は、色の使用、シナリオの遊び心のある特徴、意欲を起させる環境、を示すために維持された。それは、患者の日常生活の現実と同様である。
【０１２２】
【図２２】は、仮想および／または拡張現実のソフトウェアによって表示されるロボットアーム（６）の動きの軌道（４１）および上記動きのその軌道（４４）を示す。図では、明るい色調はロボットアームの初期位置（５０ａ）を、暗い色調はロボットアームの終期位置（５０ｂ）を示している。また、ソフトウェアが画面上に表示する仮想手（４６）は、患者の手を虚像に関連付ける役目を果たす。仮想および／または拡張現実のソフトウェア画面の色は、色の使用、シナリオの遊び心のある特徴、意欲を起させる環境、を示すために維持された。それは、患者の日常生活の現実と同様である。この図２２は、正面図で当該装置を示しており、図１９に示された斜視図での動きと同じ動きを行うことを示している。
【０１２３】
【図２３】は、臨床試験において、運動機能回復治療のために本発明機器を使用する前の慢性患者の５つの運動軌道の範囲を示す。
【０１２４】
【図２４】は、臨床試験において、１８セッションで本発明機器を使用した後の上記同じ慢性患者の５つの運動軌道の範囲を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１２５】
本発明機器に関するより多くの情報をもたらすために、以下図面に基づいてプレゼンテーションを行う。
【０１２６】
本発明機器（１）は、神経疾患または神経傷害、筋骨格性、筋肉性、リウマチ性、運動器性および／または認知性の疾患あるいは障害を有する患者、事故や身体外傷を患っている患者、手術後回復中の患者、  運動を矯正または再学習する必要がある患者、上記疾患の進行を避けるための予防訓練を受ける必要がある患者、さらに体力トレーニングやフィットネスを求めている方によって使用することができる。
【０１２７】
本機器（１）は、３次元空間での動きおよび運動を行う。上記運動において空中に吊り下げられた肢は重力の影響を受ける。  また、上記動きは曲線軌道を持っている。
【０１２８】
これにより、動きおよび運動はより複雑で統合されるようになり、人々が日常生活活動（ＡＤＬ）で行う運動に非常によく似ており、より大きな筋肉の活性化を必要とし、より多くの筋肉群および肢の関節を動かし、脳のより大きな刺激を促進し、運動を行うためにより多くの神経回路を募集する必要があり、個人の能力のより完全、迅速かつ効果的なリハビリを提供する。
【０１２９】
本機器（１）は、患者のリハビリの評価、診断およびモニタリングにも有効に使用することができる。なぜなら、その力、空間軌道、速度、精度および他の診断およびモニタリング変数を測定することを許容するため、より徹底した評価、およびより効果的かつ迅速なリハビリ計画の策定のために、客観的で正確な数値を得ることを可能とするからである。
【０１３０】
体力トレーニングやフィットネスの場合、本機器は、個人のより迅速かつ効果的な発達を目標とする訓練や動きを行うことを可能にし、色、音、ゲームなどを含む遊び心のある動機づけのある仮想環境に上記訓練を配置する。
【０１３１】
本機器は、非常にコンパクトで軽量で持ち運びが容易であり、固定のために準備された設備を必要としない。その上、キャリングケース（９）内で輸送することができるため、患者の家庭、リハビリクリニック、理学療法クリニック、診療所、病院およびスポーツセンターにおいて使用することを可能にする。
【０１３２】
本機器を使用するには、上肢の運動訓練の場合はテーブル上に置き、下肢の運動訓練の場合は床に置く。その次、患者は座った状態または立った状態で本機器の前に位置する。それから、手（３２）または足（３４）をベルクロ付きのテープまたはストラップ（３３）によって装置（５，７または８）に接続する。
【０１３３】
上肢リハビリの場合、上記装置は、患者の指または手のためには、球形（５）または解剖学的形状（７）を有するのが好ましいが、レバー、ジョイスティックまたは手の把持を可能にする他の形状でもよい。
【０１３４】
下肢リハビリの場合、上記装置は、好ましくは、ボール、楕円体、厚板、ペダル（８）、または足の位置決めを可能にする他の形状、を有する。
【０１３５】
材料に関しては、上記装置（５，７または８）は、シリコーン製であるのが好ましいが、プラスチック、ポリマー、エラストマー、発泡体、木材、金属または他の材料を用いてもよい。さらに表面コーティング、テクスチャまたはレリーフの有無にかかわらず、  それらは、患者遠位端との接続を容易し、または個人の触覚的側面または感受性を刺激する。
【０１３６】
患者の肢と本機器との接続の唯一点は、上記装置によって行われることに留意すべきである。これにより、肢は支持部または支持装置なしで、空中に吊り下げられ、重力を受け、３次元空間内を自由に動かすことができるため、運動およびリハビリ動きはその人が日常生活活動（ＡＤＬ）で行う動きに非常によく似ており、より速くより効果的な結果が得られる。
【０１３７】
上記装置（５，７または８）は、ロボットアーム（６）に取り付けられてもよく、またはロボットアーム（６）に対して運動性を可能にするために、内部にユニバーサルジョイント、ベアリングシステムまたはボールジョイント（１０）を含んでもよい。ベアリングシステム、ユニバーサルジョイントまたはボールジョイントが使用されるのが好ましい。ロボットアームに対する上記装置の回転動きを可能にし、患者の肢のより多くの動きを助長するためである。
【０１３８】
上記装置はその中にセンサ（４５）をその中に含むことができる。患者がそれを押し、仮想および／または拡張現実  のソフトウェアの画面上で視覚的、聴覚的または他の効果を得ることができる。それは個人の運動部分を運動するとともに、脳の認知部分も刺激するためである。
【０１３９】
図５に示されたロボットアーム（６）は、好ましくは、１ｃｍ〜１００ｃｍ間の長さの１本の長ロッド（１１）、および５ｃｍ〜５０ｃｍ間の長さの１本の短ロッド（１２）によって構成されている。
【０１４０】
上記ロッドは、まっすぐであっても、何らかの湾曲を有していてもよく、上記ロッド間の接合は、任意の角度を形成することができる。
【０１４１】
また、直線または何らかの湾曲を有する５ｃｍ〜１００ｃｍの長さの短ロッドのみを用いたロボットアームも可能である。
【０１４２】
ロボットアーム（６）は、中空でなくてもよく、表面コーティング、レリーフまたはテクスチャの有無にかかわらず、金属、プラスチック、木材、ポリマーまたは他の材料でできていてもよい。  また、上記材料で作られたコアを用いて製造することができ、上述した材料で表面コーティング、レリーフまたはテクスチャーを有することができる。  好ましい構成では、上記ロボットアームは、金属コア（１３）およびプラスチックコーティング（１４）を有する。
【０１４３】
一方の端部において、ロボットアーム（６）は、患者の手または足のための装置に取り付けられ、他端部では、衛星配置によるギアシステムに接続し、上記ギアシステムへの接続は、ネジ（２２）、ピン、接着剤、のりまたは他の固定要素によって行われる。
【０１４４】
ギアシステムは、２つの対向ギア（１５）と、１つのスパイダ歯車（１７）と、それらの間に配置された接続要素（１６）と、で構成されている。
【０１４５】
上記全歯車は、円錐形または半球形であり、直線状またはらせん状の歯を有してもよく、バックラッシュまたは隙間を防止する機構を含んでも含まなくてもよい。
【０１４６】
接続要素（１６）は、多角形または円形ベースのプリズム、または、球体または多面体のような形態であってもよい。上記接続要素は、固定ピン（２１）を介してスパイダー歯車（１７）に接続され、対向ギア（１５）と接触し、３つの歯車の間の接続を維持している。
【０１４７】
スパイダ歯車（１７）は、ロボットアーム（６）に接続し、対向ギア（１５）に対して垂直に配置される。
【０１４８】
各対向ギアは、半軸および／またはブッシング（１８）によってモーター（１９）に接続され、対向ギア（１５）と対応モーター（１９）との間に減速箱（２０）があってもなくてもよい。
【０１４９】
上記歯車の動きの組み合わせは、３次元空間におけるロボットアームおよび患者の肢のための広範な軌道を生成し、様々な動き、リハビリ訓練、体力トレーニングやフィットネスを行うことを可能にする。
【０１５０】
しつこういようであるが、歯車の上記動きのいくつかの組合せ、また、ロボットアームおよび肢の軌道におけるそれらの結果を説明する目的で、発明者は以下の例を提示する。
【０１５１】
２つの対向ギア（１５）が共通軸を中心に同じ大きさで同じ方向に回転するとき（３６ａおよび３６ｂ）、接続要素（１６）およびスパイダー歯車（１７）は、上記対向ギアの水平軸に垂直な平面内で曲線軌道を記述し、ロボットアームおよび患者の肢に、同じ垂直平面内の曲線軌道（３７）を記述させ、ロボットアームを位置（４８ａ）から位置（４８ｂ）へ移動させる。それは図１４および図１５に示している。
【０１５２】
２つの対向ギア（１５）が共通軸を中心に同じ大きさであるが反対方向に回転する場合（３８ａおよび３８ｂ）、スパイダー歯車（１７）は自己の中心軸上で回転し、接続要素は停止し、ロボットアームおよび  患者の肢はスパイダー歯車の軸に垂直な平面において曲線軌道での動き（３９）を記述し、ロボットアームを初期位置（４９ａ）から終期位置（４９ｂ）に移動させる。それは図１６および図１７に示している。
【０１５３】
２つの対向ギアが異なる大きさおよび反対方向の回転を有する場合（４０ａおよび４０ｂ）、接続要素（１６）およびスパイダー歯車（１７）は、上記対向ギアの軸を横断する水平面に対する斜面上で移動し、３次元空間（４１）における斜めの曲線軌道でロボットアームおよびと患者の肢を動かす。図１８および図１９は、上記に記載した状況を示している。図１９は、本発明機器の斜視図およびロボットアームの初期位置（５０ａ）および斜めの曲線軌道（４１）を有する移動の終わりの終期位置（５０ｂ）を示している。
【０１５４】
モータ（１９）は、０．０５Ｎｍ〜５０Ｎｍのトルクを有し、管理および制御システムに情報を送信する位置センサを備えている。
【０１５５】
上記モーターは、それぞれの対向ギアと整列していてもよいし、または上記対向ギアに垂直に配置されていてもよい。この場合、上記モーターから上記歯車への動きの伝達には「Ｌ」形のコネクターまたは減速機が用いられる。
【０１５６】
好ましくは、上記の各モーター（１９）は、論理信号を電気信号に変換する変換器であるドライバー（２５）に接続され、データ同期のために本機器の２つの上記ドライバーの間に接続がある。ただし、両方のモーターに対応する１つのみの上記ドライバーが存在してもよい。
【０１５７】
上記ドライバーは、管理および制御システム（２４）から来る論理信号を受信し、上記論理信号を電気信号に変換し、歯車において回転およびトルクを発生するように、上記信号をモーター（１９）に送る。
【０１５８】
上記管理および制御システム（２４）は、仮想および／または拡張現実のソフトウェア（２３）から情報（２７）を受け取り、上記ソフトウェア（２３）、ドライバー（２５）、モーター（１９）間のデータ伝送をリアルタイムで管理して制御し、それによって歯車の動き（１５および１７）、ロボットアーム（６）および患者の肢を制御する。
【０１５９】
仮想および／または拡張現実ソフトウェア（２３）は、内部的に、運動機能回復の訓練または体力トレーニングやフィットネス訓練に適用される動きの情報およびデータを記憶し、上記情報を（２７）管理および制御システム（２４）に伝達する。上記管理および制御システムは、運動の力および加速度に加えて、患者によって実行されるべき軌道を計算し、ドライバー（２５）に論理信号を送る。上記ドライバーは、論理信号を電気信号に変換し、モーター（１９）の動きを起こし、歯車に回転およびトルクを発生させる。
【０１６０】
これにより、ある種の力および加速度で、歯車、ロボットアーム、患者の肢の動きを一定の軌道に得ることが出来る。
【０１６１】
上記管理および制御システム（２４）も、患者の動きに関する情報のフィードバック（２８）を受け取り、仮想および／または拡張現実ソフトウェアから受け取った情報と比較し、軌道を再計算し、患者の動きの軌道、力および加速度を補正するような回転およびトルクをもたらすべく、モーターに信号を送信する。
【０１６２】
患者との視覚的相互作用において、仮想および／または拡張現実ソフトウェア（２３）は、コンピューターモニター（２９）上で、テレビスクリーン、プロジェクター、または他の視覚媒体で人々の日常生活の状況をシミュレートするための絵、色や音があるゲーム、シナリオおよび環境を提示し、楽しい、遊び心のある、やる気を起こすグラフィックインターフェイスを患者に提示する。
【０１６３】
ゲームおよび仮想シナリオにおける患者の浸漬を改善し、認知刺激を増幅するために、仮想および／または拡張現実感眼鏡を使用することができる。しかし、仮想および／または拡張現実感ソフトウェアは、眼鏡を使わなくても正常に動作する。
【０１６４】
上下肢運動機能回復用機器の様々な構成要素間の相互作用を説明するために、本発明の網羅的または限定的なものと見なされるべきではないいくつかのさらなる例が提示される。
【０１６５】
図２０に見られるように、テーブル上にある物をピックアップして、３次元空間における曲線軌道で、その物を前方キャビネット内に配置することからなる上肢リハビリ運動（４２）を考えると、仮想および／または拡張現実ソフトウェアは、上記運動の情報およびデータ（４２）を管理および制御システムに送信し、上記管理および制御システムは、上記運動の軌道、力および加速度を計算する。その情報または論理信号は、ドライバーに伝送され、電気信号に変換され、モーターに伝達され、そして、回転およびトルクを対向ギアに伝達する。それにより、接続要素およびスパイダー歯車を移動し、患者の肢を動かすロボットアーム（３７）を動かす。患者の肢に伝達された動きが画面上に表示され、患者は仮想手（４６）を視覚化し、人の運動部分に加えて認知部分の刺激も可能にする。
【０１６６】
上記運動の仮想軌道（４２）は、３次元球面内に直線状の軌道（３７）を有する。これは、対向ギアが共通軸を中心に同じ大きさ（３６ａおよび３６ｂ）および同じ方向の回転を有するために可能である。  これにより、接続要素、スパイダー歯車、ロボットアームおよび患者の肢は、対向ギアの軸に垂直な平面内に曲線軌道（３７）を記述する。
【０１６７】
患者が計画された運動に反する何らかの力をする場合、または訓練のために予想された軌道から逸脱する場合、管理および制御システムは上記フィードバックを受け、軌道、力および／または加速度を再計算し、上記データを論理信号の形でドライバーに送る。そして、患者の動きの軌道、力および／または加速度を補正する目的で、上記ドライバーは、モーターが歯車に回転およびトルクを伝達するべく、上記モーターに電気信号を送る。同時に、管理および制御システムは、仮想および／または拡張現実ソフトウェアに論理信号を送り、上肢または下肢先端部の軌道補正を画面またはモニター上に表示する。
【０１６８】
患者の訓練に所望される動き（４３）が、一定の環境においてある物を水平面に動かすことである場合、情報伝達シーケンスは同じであるが、対向ギアの動きは、共通軸を中心に反対方向の回転、および同じ大きさを有する。これにより、スパイダー歯車は自己の中心軸上で回転し、接続要素は停止し、ロボットアームおよび患者の肢は、スパイダー歯車の軸に垂直な平面において曲線軌道を有する動きを記述する。結果として、患者は、仮想および／または拡張現実ソフトウェアの画面上に動き（４３）および仮想手（４６）を見ることが出来、本機器は、ロボットアームを（４９ａ）から（４９ｂ）の位置へ移動させ曲線軌道（３９）を記述する。
【０１６９】
別の状況では、図２２に見られるように、運動がテーブル上の皿の果物を取ってその果物の初期位置の右側で上の場所にあるフルーツボウル上に置くことであれば、仮想および／または拡張現実ソフトウェアは、上記動きの情報を管理および制御システムに送信し、上記管理および制御システムは、上記動きの軌道、力および加速度を計算し、これらのデータをドライバーに送り、上記ドライバーは、上記情報を回転およびトルクを発生させるモーターに送信する。これにより、対向ギアは共通軸に対して異なる大きさで反対方向に回転するため、接続要素、スパイダー歯車、ロボットアームおよび患者の肢は、対向ギアの軸を横断する水平面に対して斜めの曲線軌道で３次元空間における動き（４１）を記述させる。患者は、画面上に、仮想手（４６）とともに上記動き（４４）を視覚化し、ロボットアームは（５０ａ）から（５０ｂ）の位置への軌道（４１）を記述する。
【０１７０】
本発明機器は、リハビリ訓練への応用に加えて、体力トレーニングやフィットネスにも使用することができる。  この場合、本機器は主にアクティブ・アシストモードで働き、人が行おうとする動きに抵抗し、その努力がより強く指揮され、より迅速かつ効率的な体力フィットネスを提供する。
【０１７１】
本明細書に提示された機器の開発中に、発明者らは多数の臨床試験を行い、優れた結果を得て、リハビリ訓練の有効性を高め、患者の反応を改善し、治療に患者を巻き込んだ。
【０１７２】
臨床試験の１つで、脳卒中に起因する病変および後遺症を有する８人の患者の動きの力、軌道、速度および精度を評価して、各症例の初期状況を確定し、適用するリハビリ計画を定義した。上記患者は、従来の運動尺度によって慢性とみなされる。
【０１７３】
その後、１８回のリハビリセッションを１時間ずつ行い、各患者は、負傷した肢について１セッション当たり６９０〜９００回の到達運動を行った。上記運動は、肩の屈曲、伸展、外転および内転の動き、肘の伸展および屈曲の動き、手首の屈曲、伸展、外転および内転の動き、そして同側の動きおよび対側の動きを生じさせた。
【０１７４】
１８回のリハビリセッションの後、上記患者の新たな評価が行われ、患者の肢の運動能力および機能的能力が改善されたことを確認した。上記改善には、肩、肘、手首の動きの範囲の広がり、肢の屈曲、伸展、内外回転、外転および内転の改善、動きの軌道の精度の高まり、そして動きの力及び速度の向上が含まれた。
【０１７５】
上記訓練が、本発明機器を使用せずに理学療法士によって行われた場合、患者はセッション当たり８０〜１００回の運動しか行わず、回復がはるかに遅くなり、効果が少なくなるであろうことに留意すべきである。
【０１７６】
他の実験は、重力に対して垂直運動を困難にした病変を有する慢性患者に適用された。
【０１７７】
本機器は、患者の初期状態および最終状態を評価するために使用され、上記患者の訓練にも使用された。
【０１７８】
上記訓練を行うために、仮想および／または拡張現実ソフトウェアは、テーブル上の材料を取って食器棚内に置くというシナリオを提示し、他の４つの材料への上記運動を繰り返した。したがって、各患者は、３次元空間における５つの異なる軌道で運動を行わなければならなかった。
【０１７９】
本発明機器での訓練の前、患者は、食器棚内に材料を入れる垂直動きを行うことができなかったが、本機器での１８回のリハビリセッションの後、上記の慢性患者は、テーブル上の材料を拾い上げて食器棚に置くことが出来た。
【０１８０】
患者に適用されたこの典型的な例の視覚化を容易にするために、図２３は、本発明機器を使用する前の５つの軌道のそれぞれにおける３次元到達運動の２次元平面における投影を示し、図２４は、リハビリ治療後の５つの軌道における上記到達運動の上記同じ投影を示している。
【０１８１】
図２３および図２４を見ると、患者が本発明の運動機能回復用機器で治療した後に、より大きな振幅および伸張を伴う動きを行うことができたことを確認することが可能である。
【０１８２】
本発明機器は、現在の技術水準の問題を解決することができ、人間の知識のこの分野の拡大に貢献することができ、上下肢の運動機能回復および人の体力トレーニングやフィットネス訓練のための治療的な動きおよび運動を実行する新しくて独創的な方法を提示する。
【０１８３】
曲線軌道を伴い、重力の影響下で吊り下げられている肢の３次元空間における動きおよび運動の実行は、大きな利点である。なぜなら、運動がより複雑で統合されるようになり、人の日常生活活動（ＡＤＬ）で行われる動きに非常によく似ており、より大きな筋肉活性化を必要とし、より多くの筋肉群および肢の関節を動かし、患者の脳により大きな刺激を引き起こし、個人の能力のより迅速で効果的なリハビリを提供するからである。
【０１８４】
本発明機器の別の利点は、仮想および／または拡張現実ソフトウェアの使用に関連する。上記ソフトウェアは、楽しい、遊び心のある、やる気を起こすグラフィックインターフェイスを備えており、絵、色や音があるゲーム、シナリオ、および環境を有し、人々の日常生活の状況によく似ている。これにより、患者は運動の有用性を理解し、自分自身のリハビリまたはトレーニングをもっと忠実に感じることができ、個人の運動部分と併せて認知部分を刺激するので、運動を行う意欲がさらに高まる。
【０１８５】
もう１つの利点は、本機器がコンパクトで、携帯用で、軽量で、持ち運びが容易である上、設置および使用のための特別な設備を必要としないことである。なぜなら、患者が自宅に本機器を持ち帰り、できるかぎり頻繁にリハビリ運動を行うことができ、回復速度が向上するからである。体力トレーニングやフィットネスのために本機器を使用している人であれば、本機器をどこに持っていても１日に何回も運動を行うことができるので、上記利点を引き続き利用できる。
【０１８６】
各患者のための運動のプログラミングの可能性は、本発明機器のもう一つの利点である。なぜなら、患者が本機器と相互作用し、そのリハビリのために計画された運動を行うからである。このようにして、理学療法士は訓練を監視し、同じ期間に他の患者の世話をするのは自由である。
【０１８７】
ギアシステムの構成は、もう一つの利点である。なぜなら、単純、コンパクト、および機能的であり、そして２台のモーターのみを使用して３次元空間での動きおよび運動の実行を可能にすることにより、本機器はコンパクト、軽量、持ち運びが容易になり、製造コストを低減することができる。
【０１８８】
したがって、本発明機器は、患者がリハビリ訓練を行うのを助け、人々がより良好かつ迅速な体力を得るのを助ける。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【外国語明細書】
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