(57)【要約】 【課題】  立位姿勢維持の能力向上を図ることができるものとする。【解決手段】  使用者が両足を載せて立つ足載せ面を備えるとともに、足載せ面上に立つ使用者の下肢に対して機能的電気刺激を付加して上記足載せ面上での使用者の重心位置を変化させる刺激手段と、この刺激手段の動作を制御する制御手段とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が両足を載せて立つ足載せ面を備えるとともに、足載せ面上に立つ使用者の下肢に対して機能的電気刺激を付加して上記足載せ面上での使用者の重心位置を変化させる刺激手段と、この刺激手段の動作を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする下肢訓練装置。
【請求項２】
足載せ面上に立つ使用者の重心位置を検出する重心位置検出手段を備えており、上記制御手段は上記重心位置検出手段の出力に応じて上記刺激手段が使用者に対して付加する刺激の強度を調整するものであることを特徴とする請求項１記載の下肢訓練装置。
【請求項３】
足載せ面上に立つ使用者の重心位置を検出する重心位置検出手段を備えており、上記制御手段は上記重心位置検出手段の出力に応じて次に動作させる刺激手段を決定するものであることを特徴とする請求項１または２記載の下肢訓練装置。
【請求項４】
足載せ面上に立つ使用者の重心位置を検出する重心位置検出手段と、検出した重心位置を表示する重心位置表示手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の下肢訓練装置。
【請求項５】
上記刺激手段は、左右の足の各爪先側と各踵側とに刺激を選択的に与えるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の下肢訓練装置。
【請求項６】
前記足載せ面上に配されて足載せ面上に立つ使用者の足裏を刺激する刺激手段と、使用者の脚の下腿部に貼り付けられる刺激手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の下肢訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の立位姿勢の維持力の向上を図ることができる下肢訓練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立位状態を保ったり歩行を行う時、足裏の接地圧力や三半規管からの姿勢情報のフィードバックによって姿勢を調節しているが、この機能が低下すれば、ふらついたり転倒したりすることになる。従って、重心位置がずれたことを検知する能力と、ずれた重心位置を戻す姿勢調節能力とを訓練することで上記機能の低下を防ぐとともに上記機能の強化を図ることが重要である。
【０００３】
一方、足裏の接地圧力情報に着目し、その接地圧力情報に加え外部から使用者の足裏に振動による皮膚刺激情報を与えることによって、皮膚刺激情報を与えた部位の接地圧力情報に注意を喚起させて姿勢調節を行わせることで、接地感覚に基づくバランス感覚の向上を図ったものが特許文献１などに示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６８０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に示されたものは、皮膚刺激情報が使用者の実姿勢とは関係なしに足裏における皮膚刺激情報を与える部位を変化させていくとともに、刺激を感じたところに重心がくるように姿勢を調整させるもので、反射的な動きを要求するものではないために、重心位置がずれたことを検知する能力及びずれた重心位置を戻す姿勢調節能力とを高めるという点においては有効な結果を得ることができない。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、立位姿勢維持の能力向上を図ることができる下肢訓練装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、使用者が両足を載せて立つ足載せ面を備えるとともに、足載せ面上に立つ使用者の下肢に対して機能的電気刺激を付加して上記足載せ面上での使用者の重心位置を変化させる刺激手段と、この刺激手段の動作を制御する制御手段とを備えていることに特徴を有している。
【０００８】
足載せ面上に立つ使用者の重心位置を検出する重心位置検出手段を備えており、上記制御手段は上記重心位置検出手段の出力に応じて上記刺激手段が使用者に対して付加する刺激の強度を調整するものであると、重心移動が大きすぎてしまう事態が生じてしまうのを防ぐことができる。
【０００９】
足載せ面上に立つ使用者の重心位置を検出する重心位置検出手段を備えており、上記制御手段は上記重心位置検出手段の出力に応じて次に動作させる刺激手段を決定するものであってもよい。現重心位置から無刺激時重心（基準重心）に対して対称となるところに重心移動が生じるように機能的電気刺激を与えることで重心移動を大きくすることができる。
【００１０】
足載せ面上に立つ使用者の重心位置を検出する重心位置検出手段と、検出した重心位置を表示する重心位置表示手段を備えているものとしてもよい。使用者にしてみれば、刺激に伴う重心移動及び該重心移動に対する自身の重心位置調節動作を明確に認識することができる。 
【００１１】
上記刺激手段としては、左右の足の各爪先側と各踵側とに刺激を選択的に与えるものであることが、前後左右に重心移動を行わせることができる点で好ましい。
【００１２】
また、前記足載せ面上に配されて足載せ面上に立つ使用者の足裏を刺激する刺激手段と、使用者の脚の下腿部に貼り付けられる刺激手段とを備えたものとするのも好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、刺激手段によって使用者の足に加えられた機能的電気的刺激が使用者の下肢を訓練することになる上に、立位姿勢の使用者に対して機能的電気的刺激が加えられたことによって生じる使用者の重心移動が、これに対抗する動きを使用者に誘起させることになって、使用者の姿勢調整能力及び重心位置がずれたことを検知する能力を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の一例におけるブロック図である。
【図２】同上の足置き台を示すもので、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図３】(a)は同上の動作の一例の説明図、(b)はタイムチャートである。
【図４】(a)は同上の動作の他例の説明図、(b)はタイムチャートである。
【図５】他の例を示すもので、(a)は平面図、(b)は刺激手段を貼り付けた下腿部の背面図、(c)は刺激手段を貼り付けた下腿部の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２に本発明に係る下肢訓練装置１を示す。上面が平板状であり、使用者が両足でその上に立つことができる大きさに形成されている図示例の下肢訓練装置１は、床面と接地する四隅に荷重センサーＳ１〜Ｓ４を備えて、これら荷重センサーＳ１〜Ｓ４によって重心動揺計を構成するものであるとともに、上面の使用者の足裏が接する足載せ面１０に、機能的電気刺激を使用者の足裏に対して加える４つの刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を備えている。各刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２は、対の電極によって各々形成され、パルス波が制御手段２によって印加される。なお、ここでは刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を左足爪先側、左足踵側、右足爪先側、右足踵側の４箇所に機能的電気刺激を与えるものとして配置している。
【００１６】
なお、足載せ面１０には、両足を置く位置を示す足形を設けているとともに、この足形は、爪先側が角度α（たとえば２０°）だけ開いて立つことになるように設けている。
【００１７】
図１における重心検知手段３は上記荷重センサーＳ１〜Ｓ４で構成されるものであり、重心位置算出手段４は、重心検知手段３の出力と各荷重センサーＳ１〜Ｓ４の座標とから下肢訓練装置１上に立つ使用者の重心を算出する。すなわち、荷重センサーＳ１〜Ｓ４の座標と検出した荷重を夫々（Ｓｘ１，Ｓｙ１，Ｓｗ１）、（Ｓｘ２，Ｓｙ２，Ｓｗ２）、（Ｓｘ３，Ｓｙ３，Ｓｗ３）、（Ｓｘ４，Ｓｙ４，Ｓｗ４）とする時、使用者の任意の時点の重心位置Ｇｗ（Ｇｗｘ、Ｇｗｙ）は、Ｓｗ１＋Ｓｗ２＋Ｓｗ３＋Ｓｗ４＝Ｗとすると、
【００１８】
【数１】
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【００１９】
で算出する。
【００２０】
図１中の５は算出した重心位置を表示する液晶ディスプレーなどからなる重心位置表示手段、６は算出した重心位置が基準重心位置から所定の閾値を越えた時に警報を報知する警報報知手段、７は刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を動作させる順番及び刺激強度、並びに上記閾値を記憶させた記憶部である。
【００２１】
前記刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２に制御手段２が印加するパルス波は、例えばパルス幅０．２ｍｓ前後、電圧が１７〜４２Ｖ程度のものであり、０．３Ｈｚ〜５０Ｈｚのうちの所定の間隔、もしくはランダムに変化させて数回連続して印加するものとしている。
【００２２】
刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２によって使用者の足裏に与える機能的電気刺激の一例を図３に示す。ここでは左足爪先側（Ｌ１）、右足踵側（Ｒ２）、左足踵側（Ｌ２）、右足爪先側（Ｒ１）の順に１秒〜１．５秒の間隔で刺激を与えている。図４に示すように、左足爪先側（Ｌ１）と右足爪先側（Ｒ１）とに同時にパルス波を印加し、次いで左足踵側（Ｌ２）と右足踵側（Ｒ２）とに同時にパルス波を印加するようにしてもよい。
【００２３】
ここにおいて、刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２によって機能的電気刺激が与えられた使用者の脚は筋の収縮が生じるものであり、下肢訓練装置１上に立つ使用者は、どの刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２によって機能的電気刺激が加えられてどの筋が収縮するかによって、下肢訓練装置１上での重心位置を前後あるいは左右に移動させることになる。しかもこの重心移動に対抗して立位姿勢を維持するために更に筋を働かせることになる。
【００２４】
つまりは機能的電気刺激が筋を動かす上に、この動きによって使用者の重心位置が移動すれば使用者は立位姿勢を保とうとして筋を反射的に動かすわけであり、これ故に、使用者は重心位置がずれたことを検知する能力及びずれた重心位置を戻す姿勢調節能力とを高めることができる。
【００２５】
また、パルス波を印加する刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を前述のように順次切り換えれば、機能的電気刺激による重心移動方向も順次変化していくことから、重心移動に対抗して動かすことになる筋も順次変化していくことになり、立位姿勢の維持に必要な各筋をすべて訓練することができる。
【００２６】
ところで、機能的電気刺激の強度は、皮膚の厚みや部位などによって個人差があるために、各刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２に同じパルス波を印加しても、個人によって反応が異なる上に、どの部位が刺激されるかによっても反応が異なってくる。この点に対しては、予め２点間分別法やワイヤー法などで足裏感覚の計測ができる場合、２点間分別法であれば２点間の距離の比を強度の比として、ワイヤー法では感覚を荷重に直した値を強度の比として用いて強度を設定すればよく、また、各刺激部位の強度設定は、たとえば右足踵部分の足裏感覚を基準とした比で他の部分の強度を設定する。
【００２７】
このほか、各部で刺激強度を漸次変化させて、同じ感覚の強度を使用者が感じたところでスイッチを操作すれば、その強度が選択されるようにしたり、各刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２による刺激付加を順番に強度を変化させて行い、その時の重心移動量が同じ（例えば移動距離が５ｍｍ）になった時の強度を設定するようにしてもよい。
【００２８】
また、刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２による機能的電気刺激を使用者の足裏に加えたことで生じる使用者の重心移動が、予め設定して上記記憶部７に記憶させた閾値を越えたならば、刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２による機能的電気刺激による刺激付加を停止させるとともに警報報知手段６から警報を報知するものとしてある。なお、上記の閾値は、重心位置の移動方向によって夫々設定しておくものとする。特に、使用者が下肢訓練装置１上で前後左右に夫々身体を傾かせて重心を移動させた時の使用者が立位姿勢を保持することができる限界と感じる位置を事前に設定しておき、該限界値の例えば７０％に達した位置を上記閾値とするのが好ましい。
【００２９】
上記刺激強度については、現在の重心位置と上記閾値との差から強度を設定する適応制御によって重心位置が閾値を越えることがないようにすることも好ましい。
【００３０】
また、どの刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２によって機能的電気刺激を使用者の足裏に加えるかについて、予め決定して上記記憶部７に記憶させた順番で行うほか、重心位置算出手段４で算出された重心位置に基づいて制御手段２が決定するようにしてもよい。たとえば、現在の重心位置が後ろ寄りになっている時、前寄りの重心位置になるように前側の刺激手段Ｌ１，Ｒ１で機能的電気刺激を与えるのである。
【００３１】
重心移動後にある設定時間が過ぎると、予め設定した方向に重心移動が生じるような機能的電気刺激を与えたり、次の重心位置が無刺激時重心に対して対称位置にくるように機能的電気刺激を与えたりしてもよい。この場合、重心移動量を大きくとることができるために、重心移動を使用者に明確に認識させることができる。
【００３２】
図５に他例を示す。これは上記下肢訓練装置１に、更に下腿部に貼り付けることができる刺激手段Ｌ３，Ｌ４，Ｒ３，Ｒ４を付加したもので、対の電極からなる各刺激手段Ｌ３，Ｌ４，Ｒ３，Ｒ４を例えば前脛骨筋あるいは腓腹筋に貼り付けることで、下肢に対する機能的電気刺激をより的確に付加することができる。
【００３３】
この場合、前脛骨筋は足部の背屈に関与する筋であり、腓腹筋は足部の底屈に関与する筋であるために、刺激手段Ｌ４で左足の前脛骨筋に機能的電気刺激を付加すれば、左足の前脛骨筋の筋収縮によって左足部が背屈して左前側へ身体が傾斜し、刺激手段Ｒ３で右足の腓腹筋に機能的電気刺激を付加すれば、右足の腓腹筋の筋収縮によって右足部が底屈して右後ろ側へ身体が傾斜するものであり、刺激強度の調節により、傾斜方向及び傾斜角度を変更することができる。このために足裏への刺激と併せることで、より効果的に重心を移動させることができる。
【００３４】
下腿部の前脛骨筋と腓腹筋とに機能的電気刺激を付加する刺激手段Ｌ３，Ｌ４，Ｒ３，Ｒ４のみを有して、足裏への機能的電気刺激の付加のための刺激手段Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を持たないものであってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  下肢訓練装置
２  制御手段
３  重心検知手段
Ｒ１，Ｒ２  刺激手段
Ｌ１，Ｌ２  刺激手段
【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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