(57)【要約】  身体的制約、障害あるいは慢性疾患を持つ人が、自分の筋力のリハビリや、関節の柔軟性の改善、心臓血管の健康維持の強化のためにマシンを利用できるようにするための改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンが提供される。本装置の実施形態には、フレームワーク、第１および第２クランクアーム、第１および第２ハンドルバー、第１および第２フットペダル、モータと滑車とから成るアセンブリ、第１および第２カップラリンク、および速度ノブを有するモータコントローラを備える。
2013507224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リハビリテーション兼エクササイズマシンであって、
床面によって支持されるように構成されたフレームワークと、
前記フレームワークと動作可能に接続され、かつ、回転可能なフライホイールと動作可能にさらに接続された第１および第２のクランクアームと、
第１および第２の可動ハンドルバーと、
第１および第２のフットペダルと、
前記回転可能なフライホイールと動作可能に接続され、かつ、前記回転可能なフライホイールを作動させるように構成されると共に、前記モータと滑車とから成るアセンブリは可変速度で動作する能力を備え、それによって、可変速度で前記回転可能なフライホイールを作動させるように為すモータと滑車とから成るアセンブリと、
第１の端部および第２の端部を各々有する第１および第２のカプラリンクであって、前記第１のカプラリンクの第１の端部は前記第１のクランクアームと動作可能に接続され、かつ、前記第１のカプラリンクの第２の端部は前記第１の可動ハンドルバーと動作可能に接続され、前記第２のカプラリンクの第１の端部は前記第２のクランクアームと動作可能に接続され、かつ、前記第２のカプラリンクの第２の端部は前記第２の可動なハンドルバーと動作可能に接続され、かつ、前記第１のフットペダルは前記第１のカプラリンクと第２のカプラを介して動作可能に接続され、かつ、前記第２のフットペダルは前記第２のカプラリンクと動作可能に接続されるようになっている前記第１および第２のカプラリンクと、
速度ノブを備えたモータコントローラであって、前記モータと滑車とから成るアセンブリと動作可能に接続され、かつ、前記モータと滑車とから成るアセンブリの可変速度を制御する能力を備えているモータコントローラと、を備えることを特徴とするリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項２】
前記モータコントローラと動作可能に接続され、かつ、前記モータコントローラの速度ノブを制御するように動作するマイクロコントロールユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項３】
前記モータと滑車とから成るアセンブリのモータは、前記モータと滑車とから成るアセンブリを前記回転可能なフライホイールから切り離すことを可能にするオーバーランするクラッチを備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項４】
前記フレームワークの周りに構成される壇であって、該壇は、少なくとも１個の段を備え、該少なくとも１個の段は前記マシンのユーザが該ユーザの両足を前記フットペダル上に載せるための補助を行うようになっている壇をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項５】
前記壇は、前記マシンのユーザが該ユーザの両足を前記フットペダル上に置くための補助を行うようになっている少なくとも１つの傾斜領域をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項６】
前記壇は、該壇に取り付けられた調整可能な手摺りをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項７】
前記壇は該壇に取り付けられた調整可能な手摺りをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項８】
前記マシンを使用しながら、前記マシンのユーザが座れるようになっている、前記マシンと結合された調整可能なベンチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項９】
前記マイクロコントロールユニットが接続された計算デバイスであって、コンピュータにより測定可能なデータを計算デバイスへ送信する手段を備えた計算デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１０】
前記第１および第２のフットペダルは、前記ユーザの両足が前記フットペダル上にある間、前記マシンのユーザの足が気ままな動きをしないようにするホルスタおよびストラップ構成を備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１１】
前記モータと滑車とから成るアセンブリの前記モータの速度を遠隔制御するための遠隔制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１２】
前記モータと滑車とから成るアセンブリのモータを停止させるための停止機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１３】
前記第１および第２の可動ハンドルバーは、取っ手を備えることを特徴とする請求項１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１４】
前記マイクロコントロールユニットは、前記モータと滑車とから成るアセンブリのモータ、前記フライホイールおよび前記取っ手とに複数のセンサを介して動作可能に接続されることを特徴とする請求項１３に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１５】
前記複数のセンサは、前記複数の電気信号をコンピュータ測定可能データに変換する手段を備えた前記マイクロコントロールユニットへ複数の電気信号を送信する手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１６】
計算デバイスをさらに備え、前記マイクロコントロールユニットは前記計算デバイスに接続され、かつ、前記複数のセンサは、前記マイクロコントロールユニットへ前記複数の電気信号を送信する手段を備え、前記マイクロコントロールユニットは、前記複数の電気信号をコンピュータ測定可能データに変換し、かつ、さらに、前記データを前記計算デバイスへ送信する手段を備えることを特徴とする請求項１５に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１７】
前記計算デバイスは、前記コンピュータ測定可能データを復号化するためのプログラムをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１８】
前記計算デバイスは、前記コンピュータ測定可能データを復号化するための前記プログラムにより復号化されたデータを複数の電気制御信号に変換するためのプログラムをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項１９】
前記計算デバイスは、前記復号化データから変換された前記複数の電気制御信号を前記マイクロコントロールユニットへ送信する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項２０】
前記マイクロコントロールユニットはプログラム可能なプロセッサをさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項２１】
前記プログラム可能なプロセッサは、前記コンピュータ測定可能データを復号化するためのプログラムを備えることを特徴とする請求項２０に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【請求項２２】
前記プログラム可能なプロセッサは、前記コンピュータ測定可能データを復号化するための前記プログラムによって復号化されたデータを複数の電気制御信号に変換するためのプログラムをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のリハビリテーション兼エクササイズマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年１０月１２日に出願された米国出願第６１／２５０，７１８号に対する優先権および該出願の利益を主張するものである。なお、この出願の明細書はその全体が引用により組み入れられるものとする。
【０００２】
米連邦政府の後援による研究または開発である旨の陳述
本発明は「国立障害・リハビリテーション研究所（ＮＩＤＲＲ）」により与えられた政府助成金Ｎｏ．Ｈ１３３Ｇ０７０２０９を受けてなされたものである。政府は本発明に一定の権利を有している。
【０００３】
本発明は、改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンに関し、特に、身体的制約、障害あるいは慢性疾患を持つ人が自分の筋力のリハビリを行うと共に、関節の柔軟性の改善と、心臓血管の健康維持の強化のためのマシンを利用できるようにするためのリハビリテーション兼エクササイズマシンに関する。
【背景技術】
【０００４】
米国に住んでいる約５，３００万人にある種の慢性疾患や障害があり、そのうちの推定１，５００万人の成人が歩行困難に悩んでいる。従来、人々の歩行や移動の再学習および人々の健康全般の改善を支援するための多数の革新的な治療法が開発されている。これに関して、開発されたのが体重免荷トレッドミル歩行トレーニング（ＢＷＳＴＴ）であり、これは、患者が、自分の体重を、歩行中に各脚が支えなければならない負荷を軽減するためのボディハーネスによって部分的に支持されながら、トレッドミルの上を歩行する、というものである。体力と運動調節が改善されるにつれて、ハーネスが支持する度合いは徐々に減じられる。この技術により歩行の改善が図られるので、患者予後は、従来の治療から生じる効果をしのぐ。
【０００５】
しかしながら、ＢＷＳＴＴは、トレーニングセッション中に脚や体幹の動きを指導するための２〜３名の療法士や臨床医および／またはフィジカルトレーナを使った場合に付随する費用のため、利用できない状況が多い。さらに、補助は、臨床医にとって肉体的に非常に困難な場合があり、怪我のリスクをもたらす。その結果、施設や臨床医は、従来の地上の歩行訓練治療に妥協することが多く、それゆえ、多くの患者が有望な治療介入を利用することができなくなっている。
【０００６】
最近、機械による歩行再訓練用装置（ロボットを含む）が一部出現して、ＢＷＳＴＴに関連する課題に取り組むようになってきている。しかし、これらの装置は主として、研究提携施設および大都市圏において使用されている。これらの装置の費用（約１００，０００〜２７５，０００ドル）のために、多くの診療所、病院および／または医療センタが装置の購入を差し控えている。そのため、多くの農村部で介護を受けている人々に適切なリハビリ技術を利用する機会が十分に得られない場合が多い。
【０００７】
十分な難易度でエクササイズを行えないという理由も手伝って、障害および慢性疾患を持つ人々の方が、障害のない人に比べてさらなる内科的疾患を発現するリスクが高くなる。ほとんどの都市に利用可能な健康センタおよびフィットネスセンタが多数あるにもかかわらず、活動制限を持つ多くの人々は、これらの施設を利用することができない。利用可能な施設が利用されない共通の要因として、利用しにくい機器、ならびに、慢性疾患を持つ人々向けのフィットネスプログラムを安全に開発し、かつ、実施する方法に関するスタッフの専門的知識の不足がある。使用可能な機器の不足は残念なことである。なぜなら、適度の持続的エクササイズに関わることによって他の慢性疾患の発現を防いだり、遅らせたりすることに役立つからである。さらに、廃用と不活動とに関連するさらなる機能の低下が運動により防止されたり、低減されたりする。不適切な機器の１例としてエリプティカル・トレーナ（クロストレーナとも呼ばれる）がある。これらのエリプティカル・トレーナは一般に、歩行、ジョギングおよびクライミング運動をシミュレートするための楕円形状のカーブに沿って両足を導くようになっている。非常に多くのエリプティカル・トレーナが特許文献に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５２７，２４６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５２９，５５５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５４０，６３７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５４９，５２６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５７３，４８０号明細書
【特許文献６】米国特許第５，５９１，１０７号明細書
【特許文献７】米国特許第５，５９３，３７１号明細書
【特許文献８】米国特許第５，５９３，３７２号明細書
【特許文献９】米国特許第５，５９５，５５３号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，６１１，７５７号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，６３７，０５８号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，６５３，６６２号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，７４３，８３４号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，５１８，４７３号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，５６２，５７４号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，６１１，７５６号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，５１８，４７３号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，５６２，５７４号明細書
【特許文献１９】米国特許第５，５７７，９８５号明細書
【特許文献２０】米国特許第５，７５５，６４２号明細書
【特許文献２１】米国特許第５，７８８，６０９号明細書
【特許文献２２】米国特許第５，２４２，３４３号明細書
【特許文献２３】米国特許第５，３８３，８２９号明細書
【特許文献２４】米国特許第５，５１８，４７３号明細書
【特許文献２５】米国特許第５，７５５，６４２号明細書
【特許文献２６】米国特許第５，５７７，９８５号明細書
【特許文献２７】米国特許第５，６１１，７５６号明細書
【特許文献２８】米国特許第５，９１１，６４９号明細書
【特許文献２９】米国特許第６，０４５，４８７号明細書
【特許文献３０】米国特許第６，３９８，６９５号明細書
【特許文献３１】米国特許第５，９１３，７５１号明細書
【特許文献３２】米国特許第５，９１６，０６４号明細書
【特許文献３３】米国特許第５，９２１，８９４号明細書
【特許文献３４】米国特許第５，９９３，３５９号明細書
【特許文献３５】米国特許第６，０２４，６７６号明細書
【特許文献３６】米国特許第６，０４２，５１２号明細書
【特許文献３７】米国特許第６，０４５，４８８号明細書
【特許文献３８】米国特許第６，０７７，１９６号明細書
【特許文献３９】米国特許第６，０７７，１９８号明細書
【特許文献４０】米国特許第６，０９０，０１３号明細書
【特許文献４１】米国特許第６，０９０，０１４号明細書
【特許文献４２】米国特許第６，１４２，９１５号明細書
【特許文献４３】米国特許第６，１６８，５５２号明細書
【特許文献４４】米国特許第６，２１０，３０５号明細書
【特許文献４５】米国特許第６，３６１，４７６号明細書
【特許文献４６】米国特許第６，４０９，６３２号明細書
【特許文献４７】米国特許第６，４２２，９７６号明細書
【特許文献４８】米国特許第６，４２２，９７７号明細書
【特許文献４９】米国特許第６，４３６，００７号明細書
【特許文献５０】米国特許第６，４４０，０４２号明細書
【特許文献５１】米国特許第６，４８２，１３２号明細書
【特許文献５２】米国特許第６，６１２，９６９号明細書
【０００９】
Ｒｏｇｅｒｓ，Ｊｒは、特許文献１〜特許文献１３において，種々の往復運動部材およびギア付きの連携システムによるエリプティカル・ペダルモーションを示している。また、Ｍｉｌｌｅｒも特許文献１４〜特許文献２１において，ペダルの角度を決定するための制御リンクを備えた周期的に振動するガイドリンクと共に、往復運動部材および種々のリンク機構を用いる楕円形のペダル運動を示している。エリプティカル・トレーナは、多くの場合、ペダルの方向変更の際に補助する慣性を与えて、エクササイズを円滑かつ快適にするものである（Ｍｉｌｌｅｒの特許文献２２〜特許文献３０およびＥｓｃｈｅｎｂａｃｈの特許文献３１〜特許文献５２などを参照のこと）。
【００１０】
エリプティカル・トレーナは、多くの医療の場や家庭の場のみならず、フィットネスセンタにおいても広く利用可能である。現在設計されているエリプティカル・トレーナをみると、体力／耐久力をさらに増強しようと努力している人々の運動に対して適切な強さで抵抗するようになっている。しかし、エリプティカル・トレーナには、脱力、関節の痛みあるいは運動開始障害のある人々の運動に適応する能力ならびにその運動を支援する能力を備えていない。身体的制約を持つ人におけるこの制約の影響は明らかである。脳卒中、パーキンソン病、関節炎を患っていたり、（廃用による脱力を伴う）関節全置換術を受けた多くの人々には、臨床医がペダルを動かしてやったりする身体的補助を与えなければ、エリプティカル・トレーナ上でエクササイズを開始したり持続したりすることができない。ひとたび必要な補助が与えられれば、エクササイズと歩行との類似性や、動きの滑らかさや、体幹と腕とを活動の中に一体化する機会が得られるという理由によって、エクササイズは多くの人々に好まれている。歩行の運動パターンと、エリプティカル・トレーナ上でのエクササイズ中の筋力の要求との類似性によって、エリプティカル・トレーニングが、エクササイズツールとして機能を果たす以上に、人々の歩行に必要な体力と柔軟性の回復に役立ち得るものであることが示唆されている。例えば、体力が減退した老齢の成人および脳卒中の経験がある人に共通して見られるふくらはぎの衰弱は、適切な歩幅で足を運ぶ自分の能力を下げることにより歩行速度を制限するものとなる。エリプティカル・トレーナは、特に、脚を引きずる状態に入るとき、下肢を安定化するためにふくらはぎの筋肉の活動を必要とする。股関節変形性関節症を患っている人あるいは１日の多くを車椅子に座って過ごしている人の関節および筋肉の緊張は、過度に曲がった（湾曲した）姿勢を歩行中にもたらす原因となり、この姿勢が筋力の要求を増加させ、歩行速度を緩慢にする。歩幅を調整可能なエリプティカル・トレーナであれば、トレーニング中の臀部の緊張した筋肉に穏やかな反復ストレッチを与えるようにして治療に利用することが可能となる。エリプティカル・トレーニングと歩行との間の顕著な相違点として、エリプティカル・トレーニング中には下肢の両方が支持体表面と接触したままになるのに対して、歩行の場合、体重が片方の脚により免荷される時間が生じるという点がある。エリプティカル・トレーニング中に支持体表面と両足とが絶え間なく接触することによって、歩行中一歩を踏み出す度に繰り返し下肢にかかる負荷に関連して生じる不快な力が軽減されることになる。関節に痛みを持つ人にとってこの軽減は有益なものとなり得る。
【００１１】
身体的制約のあるユーザやリハビリ中のユーザは、エリプティカル・トレーナに近づく間、ならびに、エリプティカル・トレーナ上に自分の体を置いている間、複数の困難に悩むことになる。潜在的筋萎縮、関節硬直、およびバランス感覚と調整力全般の喪失に起因して障害を受けているリハビリ中の多くの人々が上記複数の困難に直面している。そのため、患者たちは時折、エリプティカル・トレーナのようなトレーニング装置上での自分の姿勢と体位の維持が困難になることがある。障害のある人々が臨床の場で自分の歩行機能の回復に役立つツールを求める要望に加えて、治療プログラムから解放された後、心臓血管機能プログラムおよび歩行機能に対処するための、利用し易くかつ適切にやる気をそそるエクササイズ機器を求める要望も存在する。
【発明の概要】
【００１２】
身体的制約や身体的障害のある人が、自分の筋力、関節の柔軟性、および心臓血管の健康維持のリハビリを行うためにマシンを利用できるようにする改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンが本明細書に開示されている。このマシンは、より簡単に利用し易い複数の特徴、ならびに、フットペダルを補助する能力、あるいは、フットペダルを自力で回転させる能力を有するモータ、ならびに、マシン上に設けられた連携システムを備えてもよい。また、より広い範囲にわたるリハビリトレーニングプログラムの一部として、改良型マシンを利用する新たな方法も開示されている。開示したマシンの最終的目標は、従来のエリプティカル・マシンの利用し易さを高め、障害のある人々が、最適の健康状態、生活の質の促進および自立を最大化できるようにするための有効な治療エクササイズプログラムならびに歩行プログラムに従事できるようにすることである。入院および通院状況において、フィットネスセンタおよび家庭においてこのマシンを利用して、脳卒中、脳損傷、切断（ａｍｐｕｔａｔｉｏｎ）あるいは不完全脊髄損傷のような深刻な医療事象の後に人々が自分の歩行能力の改善に役立てるだけでなく、脳性麻痺、多発性硬化症、パーキンソン病、関節炎、関節全置換術、股関節部の骨折あるいは糖尿病のような慢性疾患をかかえて生活している人々の歩行技術の保持を促進することが可能となる。また、本発明によって、トレーニング用の労働集約的でないツールが提供されると共に、肉体労働を伴う歩行訓練技法から生じる可能性のある従業員への累積的負傷をもたらすリスクが低減されるので、リハビリテーション環境は利益をもたらされるものとなる。設計上の特徴が通常の運動機能を持つ人による利用を妨げないので、本マシンは障害のない人にも利用が可能である。
【００１３】
本明細書に記載の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンは以下の図面を参照して最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の原理に基づいて構成される改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンの等角図である。
【図２】当業ですでに公知のエリプティカル・マシンの等角図である。
【図３】図１の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン用のモータコントローラおよびマイクロコントロールユニットを示す図である。
【図４】図１の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン用の停止機構を示す図である。
【図５】図１の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン用のモータ兼滑車アセンブリおよびクラッチを示す図である。
【図６】図１の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンに接続された、一対のフットペダルのホルスタおよびストラップアセンブリを示す等角図である。
【図７】図１の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００に取り付けた高さ調整が可能な壇を備えた右手側立面図である。
【図８】図１の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００の制御システムを示す図である。
【図９】図１の改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００において使用するリモート心拍モニタを示す図である。
【００１５】
当業者であれば、これらの図の要素が単純化および明確化のために示され、必ずしも一定の縮尺で描かれる必要はないことを理解するであろう。例えば、図の要素のうちのいくつかの要素の寸法は、本発明の態様および例としての実施形態の理解をよりよくするために他の要素に対して誇張されたものである場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書において開示され、記載される改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンの特徴は新規のものであると確信し、添付の特許請求の範囲において詳細に記載されている。種々の実施形態についての以下の詳細な説明は本発明を理解するためである。理解されるように、本発明は本明細書で説明する特定の実施形態に限定されるわけではなく、種々の修正、再構成および代替を行うことが可能である。このことは本発明の範囲から逸脱することなく、すぐに当業者に明らかになる。したがって、以下の請求項は本発明の精神と範囲に属する全てのかかる修正および変更をカバーするものであることが意図される。
【００１７】
代替実施形態において、システム、プロセス、装置は、追加の構成要素、より少数の構成要素、あるいは異なる構成要素を備えてもよい。さらに、個々の構成要素は、代替実施形態において本発明の動作要件に追加できる追加モジュール、ソフトウェア、およびインタフェース装置を備えるものであってもよい。
【００１８】
ここで単数として示す用語「ａ」または「ａｎ」は、１または複数を意味するものとする。ここで用いる「他の」という用語は、少なくとも第２またはそれ以上を指すものとする。ここで用いる「含む」および／または「有する」といった用語は、「備える（すなわち、オープンな「開放的移行（ｏｐｅｎ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）」）」を意味する。ここで用いる「結合された」または「動作可能に結合された」という用語は、「接続された」を意味し、必ずしも直接の接続に限定されず、また、必ずしも機械的な接続を意味しない。
【００１９】
図１を参照してわかるように、改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は標準的後輪駆動のエリプティカル・マシンを備える。標準的後輪駆動のエリプティカル・マシンは床面に対してマシンを支持するためのフレームワークを備える。フレームワークの後部に第１および第２のクランクアーム（図示せず）が取り付けられている。第１のクランクアームは、第１および第２の端部を有する第１のカプラリンク１０９の第１の端部に接続され、かつ、第２のクランクアームは、第１および第２の端部を有する第２のカプラリンク１０９の第１の端部に接続される。フットペダル１０４が第１および第２のカプラリンク１０９の各々の上に存在する。第１のカプラリンク１０９の第２の端部は第１の可動ハンドルバー１０７に枢動可能に接続され、かつ、第２のカプラリンク１０９の第２の端部は第２の可動ハンドルバー１０７に枢動可能に接続される。ベルトおよび滑車構成を備えたフライホイール１２２が第１および第２のクランクアームの各々に動作可能に接続される。可動ハンドルバー１０７のプッシュおよびプルの動きによって生成される力はカプラリンク１０９を介してクランクアームへ、次いで、動作可能に接続されたフライホイール１２２へ転送される。この転送された力はクランクアームおよび動作可能に接続されたフライホイール１２２の回転運動を作動させる。クランクアームおよび動作可能に接続されたフライホイール１２２の回転運動は、フットペダル１０４の楕円運動を作動させる。
【００２０】
図１は、標準的後輪駆動のエリプティカル・マシンの欠点に対処するいくつかの構成要素を示している。この開示した改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、身体的障害や身体的制約を持つ人々がマシン１００を利用できるようにするものである。一実施形態では、ユーザは、開示したリハビリテーション兼エクササイズマシンの患者、個人および／またはユーザであってもよい。
【００２１】
改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、マシン１００のフレームワークの周りに構成された壇１０１であって、車椅子のユーザおよび歩行可能なユーザがマシン１００に乗ることができるようにするための段１０１ａ、１０１ｂおよび傾斜部１０１ｃを備えてもよく、および／または壇１０１の端面と平行のレッジ１０１ｄを備えてもよく、これらはリハビリテーション兼エクササイズマシン１００が作動中、ユーザおよび／または臨床医が何らかの負傷を負わないようにその安全の保護を意図するものである。ユーザがリハビリテーション兼エクササイズマシン１００に乗るのにさらなる補助を行う一対の安全ハンドル１２１を、改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００内に備えることができる。この改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンは高さ調整が可能な上へ上げられた壇１１３をさらに備えてもよい。改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、マシン１００の後端部と結合されたベンチ１０２、および、壇１０１に取り付けた一対の高さ調整が可能な手摺り１０３をさらに備えてもよい。改良型マシン１００は、フライホイール１２２を介して第１および第２のクランクアームへ外力を与えるためのモータと滑車とから成るアセンブリ１１０をさらに備えてもよい。この改良型マシンは、プッシュスイッチ１１１ａおよび／またはコネクタ１１１ｃを備えたプルスイッチ１１１ｂを含む停止機構１１１をさらに備えてもよく、この停止機構はモータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータの停止を意図するものである。改良型リハビリテーション兼エクササイズマシンは、臨床医がモータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータを制御できるようにするための遠隔制御装置１１４をさらに備えてもよい。改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、所望の体重バランスのサポートをマシン１００のユーザに与える体重免荷システム１１５、ハーネス支持部１１６および体重免荷システム１１５の動作を制御するための制御機構１１７をさらに備えてもよい。改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、マシン１００のいたる所に配置された様々なセンサから収集されるデータの受信および処理を行い、次いで、復号化、表示、格納および／またはさらなる処理のためにかかるデータを計算デバイス１２０へ送信するように構成されたマイクロコントロールユニット１１９をさらに備えてもよい。マイクロコントローラとも呼ばれるマイクロコントロールユニット１１９はまた、ユーザ入力に基づいて計算デバイス１２０からの命令の受信および処理を行い、次いで、かかる命令をモータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータへ送信して、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータの速度を制御するように構成されてもよい。
【００２２】
一実施形態では、段１０１ａ、１０１ｂ、および／または傾斜部１０１ｃは地表面から、一対のフットペダル１０４が配置されている高さまでの範囲にわたるようにしてもよい。段１０１ａ、１０１ｂおよび／または傾斜部１０１ｃの構成は、前回、地表面からフットペダル１０４上への足の踏み出しが困難であったユーザのために、ユーザがフットペダル１０４と同じ高さになるまで快適に上ることを今回は可能にするものである。別の実施形態では、レッジ１０１ｄは、臨床医および／またはユーザがフットペダル１０４と基体部１０１との間で彼らの足がトラップ状態にならないようにするものである。
【００２３】
当業技術で公知のエリプティカル・トレーナは、筋肉の脱力、調整疾患および／またはバランス不全（ｂａｌａｎｃｅ  ｄｅｆｉｃｉｔ）を持つユーザにとって乗りにくい場合が多い。その理由として、ペダルが地表からかなり高く、かつ、可動であるという点がある。一実施形態では、高いベンチ１０２がマシン１００の後端部に配置されている場合がある。ユーザは、一対のフットペダル１０４の上に自分の足を置く前にベンチ１０２に座ることができる。この時、ユーザの体がマシン１００にまたがって中央に位置するようになるまでユーザはベンチ１０２にまたがって法線方向にスライドすることができる。一実施形態では、ベンチ１０２を垂直方向または水平方向に動かすことが可能であり、異なるサイズと寸法のユーザに適応することができる。段１０１ａと１０１ｂ、ならびに、傾斜部１０１ｃとベンチ１０２の組み合わせにより、身体的障害や身体的制約を持つユーザがマシン１００の上へ乗ることを可能にする。ベンチ１０２はバランス不全および／または高度の脱力障害のあるユーザが座位からトレーニング運動を行うことを可能にする。座位で行われるエリプティカル・トレーニングは、ユーザが立位でエリプティカル・トレーニング運動を行うためのバランス感覚および体力を得ることを可能にする。一実施形態では、ベンチ１０２のサイズ、寸法および位置により、全く障害のないユーザによるマシン１００の操作が可能となる。一実施形態では、段１０１ａ、１０１ｂおよび傾斜部１０１ｃを備える壇１０１のみならず、ベンチ１０２のサイズ、寸法および位置により、臨床医、理学療法士、作業療法士、物理療法士、フィジカルトレーナ、レクリエーションセラピスト、医療言語聴覚士、フィットネストレーナ、エクササイズ運動療法士、看護師、介護者および／または以後臨床医と呼ぶ医師が、両脚、体幹、腕およびユーザの他の身体部分の正常な動きを治療的にさらに容易にするために、楕円回転運動によるエクササイズ中、ユーザの後ろに座るか、立つかのいずれかを行うことが可能となる。
【００２４】
当業技術で公知のエリプティカル・トレーナのフットペダルは、身体的制約のあるユーザやリハビリ中のユーザにとって足全体の安全で完全な接触状態の持続が困難となる場合が多い。異常な筋活動や筋肉の緊張によって、ペダル上で足を上げられたり、ねじられたりされる可能性があり、エリプティカル・トレーナのフットペダルの利用が危険でかつ非効率なものになる。一実施形態では、開示したマシン１００は、フットペダル１０４の各々の前方部分の頂部にわたって延伸可能なフットホルスタ１０５を有する図６に図示のような一対のフットペダル１０４を備えてもよい。そのような場合、フットペダル１０４の各々の上へ足の各々を置く場合、ユーザは、フットペダル１０４の各々の前方部分に配置された備え付けのホルスタ１０５の下に足をスライドさせることができる。フットペダル１０４の前方部分の各々におけるホルスタ１０５の本構成によって、ユーザの足が主として上方向に不意に動かないようにすることが可能となる。さらに、ホルスタ１０５は、ユーザの足が一対のフットペダル１０４から自然に落ちることがないようにすることができる。一実施形態では、筋肉のアンバランスや足の無感覚に悩むユーザとして本明細書で引用される人々（但しこれらの人々に限定されない）のためにホルスタ１０５の構成を構築することができる。一実施形態では、ホルスタ１０５は任意の材料あるいは材料の組み合わせから作成し得るが、本実施形態を理解するために、ホルスタ１０５はプラスチックから作成されるものとする。ホルスタ１０５は、フットペダル１０４から足が外れないようにするための任意の代替材料あるいは材料の組み合わせから作成することができる。さらに、開示したマシン１００は、フットペダル１０４の各々の後方部分上に配置できるフットストラップ１０６をさらに備えてもよい。フットストラップの構成１０６は、フットストラップ１０６の端部がフットペダル１０４の各々に取り付けた状態で、ユーザの踵の後ろの周りに巻きつけるものであってもよい。一実施形態では、ホルスタ１０５およびストラップ１０６の構成は、ユーザの足が後方へスライドして、フットペダル１０４から外へ出ないように防止できるものであってもよい。作動中でないとき、ストラップ１０６は、一対のフットペダル１０４の各々の後ろで締め付けることができる。本実施形態では、個々のストラップ１０６を所望の位置で締め付けるためのフックループシステムを使用してもよい。しかし、当業者であれば理解できるように、作動中か作動中でないかに関わらずストラップを締め付ける種々の他の方法が存在する。フットペダル１０４の各々はフットペダル１０４の各々の足置き領域に沿ったパッドをさらに含む。フットペダル１０４の各々の足置き領域に沿って設けられたパッドは、エリプティカル・トレーニング機器などの任意のトレーニング機器の反復使用から生じ得る足部潰瘍ならびに足圧に関連する負傷の防止に役立つ。一実施形態では、負傷や疾患を持つユーザや、普通のユーザが感じる痛みを感知できないユーザの場合、一対のフットペダル１０４の各々の上に設けられたパッドは役立つものになり得る。
【００２５】
図２に示されているような標準的後輪駆動のエリプティカル・トレーナ２００は一般に、楕円回転運動と共に補助を行いながら、ユーザが可動ハンドルバー２０２を掴み、バー２０２上でプッシュおよびプルを行うことを可能とする取っ手２０３を有する一対の可動ハンドルバー２０２を備えている。この楕円回転運動は、ユーザが上肢および下肢双方の訓練および運動を行うことを可能にして、踏み板およびこの踏み板につながる連携システム２０１の回転を実現可能にする。一実施形態では、一対の可動ハンドルバー２０２により、ユーザは、図２に開示のようなエリプティカル・トレーニング機器２００上で動作しながらバランスを維持することが可能となる。しかし、一対の可動ハンドルバー２０２の本構成および機能は、身体的制約や障害のあるユーザが、自分の脚を同時に動かすと共に、かつ、踏み板および連携システム２０１に対して足場を維持しながら、動いている可動ハンドルバー２０２のグリップの維持を補助するものではない。さらに、身体的制約、障害およびバランス不全を持つユーザにとっては、もっと広い支持壇を備えた支持要素体の方を高く評価するであろう。
【００２６】
したがって、図１に示されているような開示した改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、上方へ垂直方向に、および／または、水平方向に前方に、および／または、後方へマシン１００の両側において延伸可能な、一対の高さ調整が可能な手摺り１０３を備えることができる。この一対の高さ調整が可能な手摺り１０３を用いて、様々な体重と身長を持つユーザが、マシン１００を動作しながらおよび／またはマシン１００のオン／オフを行いながら、身体のバランスを維持できるように補助することが可能となる。一実施形態では、一対の高さ調整が可能な手摺り１０３をマシン１００の壇１０１に取り付けることができる。別の実施形態では、一対の高さ調整が可能な手摺り１０３をマシン１００のフレームワークに直接取り付けることができる。
【００２７】
改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、身体的障害とバランス不全を持つユーザのリハビリおよびエクササイズ用として設計されたものである。かかる１つの障害として、安全でかつ治療効果のある運動療法の実現のために心拍数の監視を必要とする心臓疾患を挙げることができる。そのため、取っ手１１２付きの一対の可動ハンドルバー１０７は、ユーザが、開示マシン１００を操作しているときのユーザの心拍数を測定できるセンサを備えることが望ましい。理想的な位置で、マシン上で操作中のユーザの両手は取っ手１１２との接触が可能である。これらのセンサは金属プレートを介して取っ手１１２内に一体化される。センサは、ユーザの心拍と調和して電気パルスを生成する。これらのパルスは処理および表示のために電気信号の形で装置へ転送される。しかし、筋肉の脱力や運動調節疾患を持つユーザのなかには、取っ手１１２内の心拍センサを通じて正確な心拍数の記録を行うのに必要な持続性のあるグリップを維持できない人もいる。この局面では、開示したマシン１００は、ユーザの両手が取っ手１１２と接触していないとき、ユーザの心拍数の測定を容易に行うことができる図９に示されているようなリモート心拍モニタシステムを備えることができる。最も好ましい実施形態では、リモート心拍モニタシステムは、帯電防止付き手首用ストラップ１２３内に一体化された少なくとも１個の心拍センサ１１８を備える。手首用ストラップ１２３内の心拍センサ１１８は回線の一方の端部と動作可能に接続され、この回線の他方の端部は標準規格のバナナプラグに接続されている。バナナプラグは導電材料からつくられた電極柱内へ挿入される。この電極柱は金属クランプの基体部に取り付けられている。この金属クランプは、一対の取っ手１１２のうちの少なくとも一方の取っ手１１２の金属プレート内の心拍センサと接触できるように構成される。上記リモート心拍モニタシステムは、ユーザの手と、一対の取っ手１１２のうちの少なくとも一方の取っ手１１２上に設けられた少なくとも１個の心拍センサ１１８との間で直接的接触を行うことなくユーザの心拍数の測定を可能にする。
【００２８】
改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００と連携した身体トレーニングやリハビリを受けているユーザは、リハビリ中のユーザの運動療法の指示および監督を行う臨床医による支援と監督とを受けている場合が多い。一実施形態では、これらの臨床医を補助するために、開示したマシン１００は、マシン１００の前部周りを半円方向に延伸できる高さ調整が可能な上へ上げられた壇１１３（図７）を有してもよい。理想的には、可動壇の高さは臨床医がユーザの目と同じ高さにいることができるようにするのがよい。こうすることによって、臨床医は、高さ調整が可能な上へ上げられた壇１１３の上に立ちながら、マシン１００を使用しているユーザを監督するか、そうでない場合には、リハビリ活動に当たっているユーザと協力するかのいずれかを行うことが可能となる。
【００２９】
図２の標準的後輪駆動のエリプティカル・トレーナ２００は、抵抗する性質を有する踏み板兼連携システム２０１を備えている。さらに、エリプティカル・トレーナ２００は、一対の可動ハンドルバー２０２と、可動ハンドルバー２０２に取り付けた一対の取っ手２０３とを備える。一対の可動ハンドルバー２０２は、クランクおよびフライホイールを備えた踏み板兼連携システム２０１とリンクされている。エリプティカル・トレーナ２００の楕円回転運動は、踏み台兼連携システム２０１または可動ハンドルバー２０２のいずれかを介して力をかけているユーザにより作動され、かつ、持続される。踏み台兼連携システム２０１は、エリプティカル・トレーニングマシン２００の回転運動を作動させるために初動力を必要とする。しかし、リハビリを経験する身体的障害、慢性疾患およびバランス不全を持つユーザにとっては、エリプティカル・トレーニングマシン２００の踏み台兼連携システム２０１の楕円回転運動を自分で開始すること、および／または、この回転を持続することはしばしば困難な作業となる場合がある。
【００３０】
したがって、改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００では、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０を介してフットペダル１０４の補助的楕円運動を提供することが可能となる。この実施形態では、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０は、第１および第２のクランクアームと動作可能に接続された回転可能なフライホイール１２２と動作可能に接続される。作動中、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータは、フライホイール１２２の回転を可能にする外力を提供し、これによって、第１および第２のクランクアームを作動させて、第１および第２のカプラリンク１０９をそれぞれ動かし、一対のフットペダル１０４の同等の回転楕円運動を作動させる。上記一対のフットペダル１０４の各部材は第１および第２のカプラリンク１０９に取り付けられている。フットペダル１０４の楕円回転運動の作動は、ユーザがかけるいずれの力にも依存しない。モータと滑車とから成るアセンブリ１１０はマシン１００上の任意の位置に配置することができる。しかし、好ましい実施形態では、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０はマシン１００の後端部に配置される。モータと滑車とから成るアセンブリ１１０は、開示したマシン１００が毎分０から１００回転の範囲の回転速度で無期限の回転を容易に行うことができる。一実施形態では、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０はオーバーランするローラー傾斜クラッチ１２７を備える。クラッチ１２７は、ユーザがモータと滑車とから成るアセンブリ１１０の目標とするモータ速度よりも高速な速度でトレーニングを行うことを可能にする。この状況では、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０はフライホイール１２２から切り離され、モータによるユーザへの補助が与えられなくなる。一実施形態では、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０によって、身体的障害および／またはバランス不全の程度に関係なく、ユーザによるリハビリテーションプログラムを開始することができる。さらに、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０は、ユーザが通常の必要な力を印加したり、働かせたりすることなく歩行運動および速度のシミュレーションを行うことができる。さらに、開示したリハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、歩行のためにおよび／または必要な歩行運動の実現のために身体の様々な部分が行わなければならない動きをリハビリテーション兼エクササイズマシン１００のユーザが再学習するのに役立つ形で、顕著な治療上の効果ならびにリハビリ上の効果を示す値を提供することができる。リハビリを必要とする負傷や萎縮した筋肉の種類および性質に応じて、ユーザは自分の歩幅で歩くある特定の場合に困難な経験をする場合がある一方で、残りの歩幅による歩行の場合には動き易さを経験する場合がある。ユーザが悩んでいるユーザの歩幅部分の困難を乗り切る際にユーザを補助するために、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータは、動作可能に結合されたフライホイール１２２と、第１および第２のクランクアームとを介して、必要な突発力をカプラリンク１０９に対して与えるように調整することができる。モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータは、動作可能に結合されたフライホイール１２２を介して第１および第２のクランクアームの運動を作動させる能力を備えた当業技術で公知の任意のモータであってもよい。
【００３１】
開示した改良型リハビリテーション兼エクササイズマシン１００は、身体的障害およびバランス不全を持つユーザならびにこれらを持たないユーザによる利用に適したものである。一実施形態では、改良型マシン１００は、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータを停止させる能力を有する停止機構１１１を備えてもよい。マシン１００のユーザがマシン１００上で操作中に事故に遭った場合のような緊急事態が発生したケースでも停止機構１１１の作動は可能である。停止スイッチ１１１ａまたは１１１ｂと接触することによりユーザは停止機構１１１を作動させることができる。別の実施形態では、停止機構１１１はプッシュ型停止スイッチ１１１ａを備える。プッシュ型停止スイッチ１１１ａはプッシュ型停止スイッチ１１１ａを押すことにより作動させることができる。一実施形態では、停止機構１１１はプル型停止スイッチ１１１ｂを備える。プル型停止スイッチ１１１ｂは第１および第２の部分を有するコネクタ１１１ｃを備える。コネクタの第１の部分は、プル型停止スイッチ１１１ｂに取り付けられ、コネクタの第２の部分はユーザに取り付けられている。プル型停止スイッチ１１１ｂのコネクタ１１１ｃにより必要な力が感じられると、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータは停止される。停止機構１１１はマシン１００の領域内に配置することができる。これは、異常な心拍数および／または脈拍数の急増の場合のような、および、マシン１００のユーザに対する何らかの負傷が生じた場合のような緊急事態の場合にマシン１００のユーザの手が停止機構１１１に届き易くするためである。停止機構１１１がトリガされた場合、速度が０にセットされるまで、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータを再起動できないようにするための安全機構を追加することができる。この安全機構の追加によって、マシンの最大速度でのユーザによる偶然の起動が防止される。
【００３２】
モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータ速度は第３者により遠隔地から（例えば臨床医により遠隔制御装置１１４から）制御することができる。一実施形態では、遠隔制御装置１１４は、マシン１００内のおよびマシン１００の周囲の任意の位置に遠隔制御装置１１４を配置するシステムを備えることができる。一実施形態では、遠隔制御装置１１４は、（図１に示すような）マシン１００内部の所望の位置へのデバイスの取り付けを行う磁気システムを備えてもよい。
【００３３】
一実施形態では、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータはモータコントローラ３０１により制御される。モータコントローラ３０１はモータ速度を手動で調整する速度ノブ３０２を備える。また、このモータ速度はマイクロコントロールユニット１１９によっても制御できる。本実施形態では、命令信号が計算デバイス１２０からマイクロコントロールユニット１１９へ出される。図８に示されているように、この信号はマイクロコントロールユニット１１９により処理され、次いで、モータコントローラ３０１の中に一体化されたステッパモータ８０１へ送信される。ステッパモータは速度ノブ３０２に接続されたシャフト８０２を備える。受信した信号は、モータコントローラ３０１の速度ノブ３０２を回転させるステッパモータ８０１のシャフト８０２に双方向の回転を与え、この結果モータ速度の増減がもたらされる。
【００３４】
一実施形態では、体重免荷システム１１５は、直立状態、歩行状態および／または立位状態で自身の体重を支えることに困難を感じる患者のために便宜を図ることを可能にする。一実施形態では、体重免荷システムはハーネス支持部１１６を備えてもよく、このハーネス支持部１１６はマシン１００上で操作を行いながら直立、歩行および／または立位の状態を維持するための所望の支持をユーザに与えることができる。ハーネス支持部１１６は、ある位置にユーザを保持できるか、もしくは、ユーザの体重バランス要件および／またはマシン１００上でユーザが行う身体活動の種類に基づいて垂直方向の作動を行うことができる。別の実施形態では、体重免荷システム１１５は体重免荷システム１１５の動作を制御し、かつ、管理する制御機構１１７を備えてもよい。
【００３５】
図８を再び参照すると、マイクロコントロールユニット１１９は、マシン１００のいたる所に配置された複数のセンサ１１８と動作可能に結合することができる。これら複数のセンサ１１８は、データを捕捉し、次いで、マイクロコントロールユニット１１９へかかるデータを送信して、処理ならびに計算デバイス１２０への送信を行う能力を備え、さらなる復号化、処理、表示および格納を行うようにする。かかる複数のセンサには、可動ハンドルバー１０７の取っ手１１２に配置され、かつ、リモート心拍モニタシステムの手首用ストラップ１２３に配置された心拍センサ１１８と、フライホイール１２２のリム部が交互に並ぶ明暗の縞模様を有して、フライホイール１２４が回転するとき、フライホイールの回転運動を表す明／暗の模様がこれらのセンサ１１８を介して捕捉されるようになっている、フライホイール１２２に面するように構成された光電センサ１１８と、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータの中を流れている電流を測定するモータ電流センサ１１８と、取っ手１１２およびフットペダル１０４を備えた可動ハンドルバー１０７に配置できると共に、ユーザがどのくらいの量の力を取っ手１１２またはフットペダル１０４を介して可動ハンドルバー１０７の各々に印加しているかに基づいて、データを捕捉する力トランスデューサセンサ１１８と、が含まれる。速度関連変数（ＲＰＭなど）を計算するための、ならびに、時間関連処理（１０秒間のさらに高速の一気のトレーニングなど）を容易に行うためのタイマをマイクロコントロールユニット１１９内に設けてもよい。
【００３６】
マイクロコントロールユニット１１９はセンサ１１８と計算デバイス１２０間での基本入出力機能を提供する。マイクロコントロールユニット１１９は、データを電気信号の形でセンサ１１８から受信し、次いで、これらのデータを処理して、計算デバイス１２０が認識できるようにする。計算デバイス１２０上に存在している復号化プログラムが、マイクロコントロールユニット１１９から受信した電気信号の読み出しならびに復号化を行い、次いで、表示のために、あるいは、計算デバイス１２０上で実行中の制御プログラムの中へ入れるデータ入力として、これらの電気信号を実際の数値に変換する。また、制御プログラムは外部データ入力を受信してもよい。本明細書で前述したように、これらのデータ入力に基づいて、計算デバイスは、制御プログラムを通じて、モータと滑車とから成るアセンブリ１１０のモータを制御するための命令をマイクロコントロールユニット１１９へ与えることができる。一実施形態では、計算デバイス１２０上の制御プログラムはビジュアルベーシック６．０のプログラム言語で書かれている。プログラム可能なプロセッサと、このプログラムの基板への格納を可能にするメモリとを備えた、Ｊａｃｋｒａｂｂｉｔ  ＢＬ１８００のようなプログラム言語Ｃを備えたシングルボード・コンピュータをマイクロコントロールユニット１１９と共に利用してもよく、計算デバイス１２０の使用が不要になる。
【００３７】
本明細書に記載の方法およびシステムは、ある状態から他の状態へと、物理的および／または無形のアイテムを変換してよい。本明細書に記載の方法およびシステムは、ある状態から他の状態へと、物理的および／または無形のアイテムを表現するデータを変換してもよい。
【００３８】
図面全体を通してフローチャートおよびブロック図に記載の要素を含み、本明細書に記載されかつ描写される要素は、要素間の論理的境界を暗示する。しかし、ソフトウェアまたはハードウェアエンジニアリングの実践によれば、描写される要素およびその機能を、プロセッサを有するコンピュータ実行可能媒体によりマシン上で実施してよく、該プロセッサは、モノリシックソフトウェア構造として、スタンドアロン・ソフトウェア・モジュールとして、または外部ルーチン、コード、サービス等を利用するモジュールとして、またはこれらのいずれかの組み合わせとして格納される、プログラム命令を実行することが可能である。そして、かかる実施は全て、本願の開示内容に含まれ得る。かかるマシンの例は、これらに限定されるものではないが、携帯情報端末、ラップトップ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、他のハンドヘルド計算デバイス、医療設備、有線または無線の通信デバイス、変換器、チップ、計算機、衛星、タブレットＰＣ、電子書籍、ガジェット、電子デバイス、人工知能を有するデバイス、計算デバイス、ネットワーキング機器、サーバ、またはルータを含んでよい。さらに、フローチャートおよびブロック図に描かれる要素または他のあらゆる論理コンポーネントを、プログラム命令を実行することが可能なマシン上で実施してよい。このように、上述の図面および説明は、開示のシステムの機能的な態様を述べているが、これらの機能的態様を実施するためのソフトウェアの特定の配置については、明示的に述べられているか、あるいは文脈から明らかでないかぎり、これらの説明から推測すべきではない。同様に、上記において特定および記載された様々な工程は、変形可能であり、かつ工程の順番は、本明細書に開示された技術の特定の用途に適合可能であることが理解されるであろう。かかる変形および修正は全て、本開示の範囲内であることが意図される。したがって、様々な工程の順番の描写および／または説明は、特定の用途によって必要とされるか、または明示的に述べられるか、もしくは文脈から明らかでないかぎり、これらの工程の実行の特定の順番を要すると理解されるべきではない。
【００３９】
上記に記載の方法および／または処理、ならびにその工程を、ハードウェア、ソフトウェア、または特定の用途に適したハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにおいて実現してよい。ハードウェアは、汎用コンピュータ、および／または、専用計算デバイス、もしくは特殊な計算デバイス、もしくは特殊な計算デバイスの特定の態様もしくはコンポーネント、を含んでよい。処理を、１もしくはそれ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、組み込みマイクロコントローラ、プログラマブルデジタル信号プロセッサ、またはその他のプログラマブルデバイスにおいて、内部および／または外部メモリと共に実現してよい。処理を、さらに、あるいは代わりに、特定用途向け集積回路、プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラマブル論理アレイ、または、電子信号を処理するように構成可能な他のあらゆるデバイスもしくはデバイスの組み合わせにおいて実体化してもよい。さらに、１もしくはそれ以上の処理を、マシン読取可能媒体上で実行可能なコンピュータ実行可能コードとして実現できることも理解されるであろう。
【００４０】
コンピュータ実行可能コードを、上記のデバイス、ならびに、プロセッサの異種の組み合わせ、プロセッサアーキテクチャ、もしくは異なるハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせ、またはプログラム命令を実行することが可能な他のあらゆるマシン、のいずれか１つにおいて動作すべく格納、編集、または解釈することが可能な、Ｃのような構造化プログラミング言語や、Ｃ＋＋のようなオブジェクト指向プログラミング言語、または他の高水準もしくは低水準プログラミング言語（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、ならびにデータベースプログラミング言語および技術を含む）を用いて生成してよい。
【００４１】
このように、一態様において、上記に記載の各方法およびそれらの組み合わせを、これらの工程を１もしくはそれ以上の計算デバイスの実行の際に行う、コンピュータ実行可能コードにおいて実体化してよい。他の態様において、該方法を、その工程を行うシステムにおいて実体化してよく、数多の方法で、デバイス中に分散してよく、あるいは全ての機能を、専用の独立型（ｓｔａｎｄａｌｏｎｅ）デバイスまたは他のハードウェアに統合してよい。他の態様において、上記に記載の処理に関連付けられた工程を行うための手段は、上記に記載のハードウェアおよび／またはソフトウェアのいずれかを含んでよい。かかる順列および組み合わせの全ては、本願の開示内容の範囲内に含まれることが意図される。
【００４２】
本発明は、図示および詳細に記載された好ましい実施形態に関連して開示されたが、当業者には、様々な修正および改良が容易に明らかとなるであろう。したがって、本発明の精神および範囲は、上述の例に限定されず、法律により可能なかぎり広い意味において理解されるべきである。
【００４３】
実施例
脳損傷、脊髄損傷、脳卒中あるいは変性疾患のような負傷および疾患に起因して移動性を失ってしまった人々は健康機能の回復のために機械化された歩行リハビリテーションに関心を向けてきた。このプロセスは、効果的な歩行に必要な筋力および神経系の処理能力を回復するために標準的な歩行をまねる反復運動の手段を提供するものである。様々なマシンが、標準的な歩行運動および筋肉の活性化パターンを促進させるために開発されてきた。
【００４４】
立位で自身の体重を支えることに困難を感じる患者に適応することを意図して、トレッドミルが部分的体重免荷（ＰＢＷＳ）システムと共に利用されてきた。患者が歩行に要する力を出すことができない場合、理学療法士が手で下肢を導いて歩行様経路（ｇａｉｔ−ｌｉｋｅ  ｐａｔｈ）へ案内する。このプロセスによって、ＰＢＷＳハーネスの結果生じる不快感に悩む患者と、補助のために臨床医が繰り返しとらなければならない窮屈で居心地の悪い姿勢に起因して生じる筋骨格系障害にさらされる臨床医との双方に関する人間工学的問題が生じる可能性がある。別の懸念として、臨床医が所望の動きに近づける補助しか与えることができないことに起因して生じる、実際の歩行サイクルの運動学的精度面での問題がある。
【００４５】
エリプティカル・マシンは、治療トレーニングのための手ごろな価格の、すぐに入手できる装置を患者に提供するという点でトレッドミルおよびロボットシステムとは異なるものである。最低限の力さえ存在すれば、２本の脚と２本の腕を連結することによってヘルス・ケアの専門家は患者の下肢を手で動かす必要性から解放される。さらに、個々の運動サイクル全体で両脚に絶えず接触できることに起因して安定性が高まることになる。
【００４６】
残念なことに、体力、バランス感覚あるいは心臓血管の健康維持における不全状態が深刻な場合、多くの人々はエリプティカル・マシンの利用が困難であると感じてしまう。いったん装置に乗っても、身体的障害のある人々がペダル運動を開始／持続することを難しいと感じるのは稀なことではない。
【００４７】
上述の障壁に対処するために、修正型エリプティカル・トレーナが開発された。その主要目的は、リハビリテーション環境、フィットネス施設および患者の家庭で利用できるような、手ごろな価格の歩行リハビリテーションマシンを開発して、身体的障害のある人々が歩行能力と心臓血管の健康を取り戻すのに役立てることであった。設計上の制約条件は、既存のリハビリテーションマシンに内在する障壁の打開に集中し、患者と臨床スタッフの双方に対する人間工学上かつ専門的技術上の問題点を回避する、使い易い製品を提供すると共に、手ごろな価格でかつ利用し易い機器の提供を意図した。
【００４８】
簡単に述べると、開発段階は、正確な歩行マシンの提供のためにエリプティカル・マシンの能力を検証すること、次いで、障害のある人々によるエリプティカル・マシンの利用し易さ、安全性および使い勝手の良さを高めるために必要な機械的強化の設計に集中した。歩行およびエリプティカル・トレーニング運動のパターンについての経験的比較を行い、歩行の綿密なシミュレーションを行ったエリプティカル・マシンが特定された。具体的には、２０名の障害のない人々が地面の上を歩き、４台の市販のエリプティカル装置上でエクササイズを行っている間、１２台のカメラによる動作分析装置が体全体の動きの録画を行い、表面筋電図検査によって下肢筋肉の活性パターンが記録され、次いで、フットスイッチ・インソール（ｆｏｏｔ  ｓｗｉｔｃｈ  ｉｎｓｏｌｅ）が足と床との接触パターンおよび歩幅特徴を画定した。
【００４９】
分析により明らかになったこととして、ＳｐｏｒｔｓＡｒｔ社のＦｉｔｎｅｓｓ  Ｅ８７０（ＳｐｏｒｔｓＡｒｔ  Ｆｉｔｎｅｓｓ，１９５１０  １４４ｔｈ  Ａｖｅ  ＮＥ，Ｓｕｉｔｅ  Ａ−１，Ｗｏｏｄｉｎｖｉｌｌｅ，ＷＡ  ９８０７２）のエリプティカル・マシンが、運動学的プロファイルにおいて地上歩行と最大の類似性を有することが実証された。筋肉の活性化に関するＥＭＧ分析によって、歩行に要する筋肉の要求を効果的にシミュレートするＳｐｏｒｔｓＡｒｔ社の能力がさらに確認された。
【００５０】
次いで、開発および設計プロセスは、障害のある人々が４台のエリプティカル・マシンを安全かつ快適に利用することを可能にするための、一体型修正一式の開発に集中した。詳細には、（脳卒中、切断、脳損傷、関節炎、糖尿病、パーキンソン病、複数の硬化症、股関節部の骨折、脳性麻痺を含む）多様な疾患と、異なる機能的能力とを持つ２０名の成人が、４台のエリプティカル・マシンの安全性、利用し易さ、使い勝手の良さおよび快適さを評価した。使用状況の改善のために、障壁および解決策が系統的に確認された。段、柵、修正された足元のスペース、ベンチおよび片手用心拍モニタから成る一体型システムを含む原型の修正が展開された。参加者たちは修正型エリプティカル・マシンを再評価した。
【００５１】
未修正のエリプティカル・マシンを試用していたとき参加者たちが当初悩んだ障壁がこの一体型システムにより大幅に減少した。具体的には、参加者たちの少なくとも４分の１が、修正前の個々のエリプティカル・マシンに乗り降りするために身体的補助を必要としたのに対して、修正後にこの程度の補助を必要としたのは一人だけであった。修正前には、自力で個々の装置に乗ることができたのは一人の参加者のみであったが、注目すべき対比として、修正後には、参加者たちのうちの３０〜４０％が個々の装置を自力で利用することが可能となった。さらに、個々のエリプティカル・マシンの未修正の状態では、このマシンに安全に乗り降りするために、参加者たちのほとんど４分の３（６５〜７５％）が２人以上の試験官からの補助を必要としたのに対して、修正後は３０〜３５％のみが同数のアシスタントによる補助を必要とした。
【００５２】
エリプティカル・マシンの修正前に、参加者たちの１５％〜３５％が、異なるエリプティカル・マシンにまたがってペダル運動を開始し、持続するのに補助を必要とした。修正後、参加者たちは、その５％〜２５％がペダルの開始に依然補助を必要としたが、修正後ペダル運動の持続に補助を必要とした人が０〜１５％のみに減少したことからも解るように、短時間の運動の持続時には以前よりも顕著に他人に依存しなくなった。しかし、心臓血管のトレーニングプログラムに求められる長時間にわたるペダル運動については多くの参加者たちが達成できないままであった。
【００５３】
修正前と比べると、修正後のエリプティカル・マシンの参加者の評価は、安全性（目に見えるアナログスコアで５４．７％上昇）、快適さ（４２．９％上昇）、良好なトレーニング達成能力（２３．４％上昇）、および、修正後のエリプティカル・マシン全般の使い勝手の良さ（２３．７％上昇）のそれぞれについて大幅に上昇した。参加者たちに対するさらに大きな有効性は、使用に対する障壁の低減させた一体化した修正パッケージの影響力を反映するものである。
【００５４】
次に、設計プロセスは、エリプティカル・マシンに固有の機能である抵抗力の提供ではなく、補助力の提供に集中した。調整可能なモータ制御が、患者の努力の度合いの変動を許容しながら患者を補助して、標準的な歩行をシミュレートする反復サイクルを実行するために一体化された。次いで、詳細なフィードバックシステムの開発および利用が、コンピュータベースのデータ収集と解析と共に行われ、本システムを利用するための臨床ガイドラインが開発された。
【００５５】
既存のエリプティカル・マシンにモータを利用する具体的な目的は、脱力状態になった人によって、あるいは、モータ制御の不足によって実行できなくなる可能性があるエリプティカル・マシン上でのサイクル運動の開始ならびに持続に要求される外部トルクの提供であった。制御歩行速度の目安の上限値６０ｒｐｍが設定されると共に、トルクの制御が行われ、かつ、スペース上の制約も満たされた。
【００５６】
エリプティカル・マシンの既存のハウジング内に修正点を配置できるように全ての修正点の設計を行うことが当初望まれた。この設計は、組込み型１２Ｖバッテリを再配置すると共に、モータおよび関連する部品の取り付けのために上記スペースを利用して実現されるはずであった。既存のマシン上にモータを配置するために３８０−Ｗ（１／２ｈｐ）ＤＣブラシモータを選択して、大きなトルクおよび限られたスペースという要求を満たすようにした。アナログ入力部およびデジタル入力部の双方ならびに速度制御部（パルス幅変調すなわちＰＷＭ）を備えたクリケットマイクロコントローラが当初モータの制御に使用するための対象とされた。マイクロコントローラの主要タスクは、エンコーダ信号および２つの電位差計アナログ信号を読み出して、速度の制御を行うと共に、トルクの限界を維持することであった。クリケットマイクロコントローラがその単純さ故に選択された。しかし、マイクロコントローラ上で速度を制御するためのＨ−ブリッジ（電力計測および増幅）の１／２は、モータが必要とする電流レベルを管理できなかった。そのため、独立した双方向のデジタルＰＷＭモータ速度コントローラが選択され、このコントローラのＩ／Ｏはマイクロコントローラの交換を必要とした。この交換は種々のデータチャンネルの増加量および多様性への適合を意図するためであった。比較的簡単なアーキテクチャおよびベーシックスタンプＩＩ（Ｂａｓｉｃ  Ｓｔａｍｐ  ＩＩ）マイクロコントローラのプログラミングによって、デバイスは、入力信号をモータドライバへ送信し、かつ、エリプティカル・マシン上に予め一体化された、タコメータ信号から入力を受け取る直角位相デコーダおよびＡＤボードとの接続が可能となった。内蔵エンコーダを備えたモータを用いる実験室での実験が成功し、ＢＳ−ＩＩがエンコーダ信号を読み出すと共に、所望の速度制御が可能であることを示した。しかし、マイクロコントローラがいったんエリプティカル・マシンと接続されると、このマシンの内蔵電子機器がエンコーダ信号に干渉し、かつ、ＢＳ−ＩＩ上での訂正制御の実行を妨げた。そのため、モータドライバを直接制御するためのアナログモードが次に考慮された。
【００５７】
速度コントローラ上でのアナログモードを電位差計と共に用いてトルク制御が行われた。この解決策が被検者をマシン上で継続運動を助けるためのトルクを発生させ得るものであることは証明されたが、上記解決策は患者が完全な停止状態から運動を開始できるほど十分なトルクをまだ提供するものではなかった。これは（低速状態ではなく高速で最適性能がでるように設計された）モータ特性に起因して生じたものであった。
【００５８】
より高い始動トルクを必要としたため、結局上記スペース制約の緩和が図られることになった。さらに大きなモータを使用し、かつ、このモータを取り囲む新たなハウジングの設計が決定された。そのため、次の設計反復は、メーカーがマッチさせた速度コントローラを備えた９０−Ｖ歯車モータに関わるものになった。このモータは速度を良好に制御し、かつ、十分なトルクを与えることができた。しかし、このモータは、ギアが低速にされたため、モータをエリプティカル・マシンと結合するために用いる滑車の直径比率の変更後でも、６０ｒｐｍの出力目標を満たせるほど十分な速度を出すことはなかった。この歯車モータの場合１０ｒｐｍ近くの総最大システム速度が達成された。この特別のモータの別の制約として遭遇した問題点は抵抗量であった。すなわち、速度コントローラをオフにすると、マシンはその受動モードでは変速装置に起因して使用しにくくなった。
【００５９】
次いで、モータは同じ速度コントローラを用いる３／４ｈｐモータに変えられた。この設計は、速度の良好な制御が特に高速時に可能であった。滑車の直径を調整することによって、目標値６０ｒｐｍを上まわる最高速度が結果として得られた。また、所望の場合、ユーザがコントローラの目標速度よりも高速にマシンを駆動できるようにオーバーランするローラー傾斜クラッチも追加された。この修正によってシステム機能全般に対する重要な改善が得られた。
【００６０】
上記滑車システムは、デバイスの内蔵電子機器に電力を供給するための、バッテリの充電を行うエリプティカル・マシンの発電装置を経由してエリプティカル・マシンにモータを結合するように設計された。これらの滑車は、既存の発電装置用滑車の外側に取り付けるスリップ・フィット（ｓｌｉｐ−ｆｉｔ）の位置決めねじ取り付け部品と、モータシャフトへの有鍵の取り付け部品とを用いて設計された。上記滑車の直径は、モータと発電装置のシャフト軸との間の間隔に起因する制約を受けた。この制約の範囲内で、６．０および１０．３ｃｍ（それぞれ駆動された場合および駆動中の場合）として直径が選択され、出力目標の速度値６０ｒｐｍの達成が図られた。
【００６１】
当初、変速装置においてＶベルト滑車システムが採用された。Ｖベルト滑車システムは、モジュラ型Ｖベルトリンクの使用を通じて調節機能を可能にする低コストの解決策であった。また、Ｖベルト滑車システムはいずれの位置ずれに対しても反応しにくかった。しかし、平ベルトシステムと比較した場合の損失の違いによって、結局平ベルト変速装置が採用されることになった。Ｖベルトシステムと同じ効果を持つ直径を使用する特別注文仕様の冠型滑車と共に使用される平ベルトの導入によって、実際、同じ速度設定に関連する臨床評価の点で優れた出力トルクが得られ、この導入が最終設計における仕様となった。
【００６２】
システムの変更についての動的評価は、所望の経路においてフットペダルを維持しながら毎分０〜６０までの歩幅の人々を駆り立てるシステム能力を実証した。課せられた制限には、経路固有の補助力を提供する能力を伴わない元のエリプティカル・マシンの許容可能なユーザの最大体重が３００ポンドであるという点が含まれる。
【００６３】
ＳｐｏｒｔｓＡｒｔフィットネス社のＥ８７０は、良好な生体運動忠実度（ｍｏｔｉｏｎ  ｂｉｏｆｉｄｅｌｉｔｙ）を実現すると共に、調整を維持するための興味深いクランクロッカー機構（ｃｒａｎｋ−ｒｏｃｋｅｒ）の変更例を使用するものである。多くのエリプティカル・マシンの場合のように、クランクは後部に配置され、かつ、長いカプラリンクによって軸回転ハンドル（ロッカー）と結ばれている。このシンプルなクランクロッカー付きエリプティカル・マシンでは、フットペダルはカプラ上に配置される。この変更例では、主要連携のロッカーがサブ連携をしっかり固定した状態で、追加のカプラ型リンクが微小な変位を与えるスライダベースのサブ連携に実際に加わる。この二次カプラは曲線状の輪郭を有し、かつ、フットペダルは、この曲線状の輪郭の小さな部分の上を動くローラー・フォロワー（ｒｏｌｌｅｒ−ｆｏｌｌｏｗｅｒ）上にある。ローラー・フォロワーはモーション経路の微調整を行い、これによって、運動サイクル中の足首のモーションに対する微妙な調整が可能となる。フライホイールが１組のベルトと滑車とを介して後部クランクに取り付けられる。このエリプティカル・システムは（ロッカーの長さを変えることによって）歩長の調整を行うと共に、よりシンプルな４本バーのエリプティカル設計の形状からペダル経路の形状を伸ばす２次連携を備える。減衰（すなわちワークアウト）は、フライホイールに取り付けた交流電源により未修正システムにおいて制御される。補助構成において、交流電源の負荷はその最低負荷で維持され、専らシステム電子機器を実行するための搭載バッテリが充電されるのみである。
【００６４】
安全スイッチがシステムにおいて利用され、必要な場合モータへの電力を迅速に遮断できることが保証された。一対の対向するばね接点プレートを含む特別注文設計のスイッチが当初開発され、原型の形で実装された。最初、２個の導電性ストリップ用の壇を設けるために三角形の基体部がプラスチックで作成された。これらのストリップは、該ストリップが三角形の頂点に合致するように個々の三角形の基体部上に取り付けられた。ストリップ内の曲げ部分によって、プラスチックカードの挿入と、上記ストリップ間での回路が開くことが可能になった。リード線がモータコントローラ上の遮断回路に接続された。接続用導電性ストリップ間への小さなプラスチックカードの挿入によって、回路が開き、モータ・ドライブが電力を受け取ることが可能となった。第２に、ユーザの近傍に安全スイッチを配置するために、アルミニウムブラケットが設計されると共に、製造され、それによって、家庭用エクササイズ機器において見られる安全キーに類似した引き綱をプラスチックカードに着けることができるようにした。第３に、予想外の漏電事象から金属接点を保護するためにカバーの原型がプラスチックで早急に作成された。この原型は、回路を開くためにカードを挿入できるようにしたスロットを頂部に設けた単純なボックス型筺体であった。カバーには、両側に安全スイッチを取り付けるための２個の取り付けタブが設けられた。
【００６５】
この設計により達成されなかった１つの望ましい安全機能として、０を軽く超えた速度設定においてマシンのスイッチオンを防止する機能があった。そのため、遮断回路への任意の割込みを可能にして、電位差計がゼロ位置に戻るまで主要回路を開かせるようにするさらに強固なリレーベースの安全回路が設計された。前回の設計の場合のような中断の終了ではなく、開回路によってシステムのシャットダウンが達成されたため、引き綱の設計をよりシンプルな磁気による取り付けに変更することも可能になった。この磁気部品は、取り付けの際に回路を閉じてモータを作動可能にするものである。磁気の取り外しによってモータ回路が開かれ、電力がシャットダウンされた。安全スイッチのテストによって、広範囲の引っ張り方向を有する引き綱に適当なレベルの張力を印加すると磁石が安全スイッチの壇から首尾よく取り外されることが明らかになった。
【００６６】
その後の設計および微調整処理は、障害のある人々ならびに障害のない人々の能力に対する、エリプティカル・トレーニングへの一体型修正一式の影響を評価することに集中した。その目標は、障害のある人々による使い勝手の良さを保証するだけでなく、修正によって非障害者による使用を妨げないように保証することも意図するものであった。２０名の成人がこのテスト段階に参加した。１０名が慢性疾患または身体的障害（脳卒中、糖尿病、複数の硬化症、外傷性脳損傷、切断、関節炎など）をかかえていた。一方、１０名には認められる身体的障害はなかった。全ての人が自力で歩くことができた。６名が補助器具（杖、歩行器具、片側／両側短下肢装具など）の使用を必要とした。１人が大腿義足を使用していた。そして、１人が大腿下腿義足を必要としていた。
【００６７】
ＳｐｏｒｔｓＡｒｔフィットネス社のＥ８７０エリプティカル・トレーナ上でトレーニング中に見られる関節および筋肉の要求と、歩行中に生じる関節および筋肉の要求との類似性に関する前回の調査結果にかんがみてこのエリプティカル・トレーナが選択され、二段の階段、ベンチ、修正されたフットペダル、柵、片手用心拍モニタ、モータ、滑車、クラッチ兼速度制御システムを設けた完全な一体型システムによる修正が行われた。参加者たちは、修正システムと未修正システムの双方を使用して、修正点の影響に関するフィードバックを提供した。これらの段によって、障害のある人々の１００％および障害のない人々の６０％のデバイス利用能力が改善された。同様に、修正されたフットペダルシステムによって、障害のある１００％の人々および障害のない人々の４０％の使用状況が改善されたのに対して、障害のない人々の１０％のみが使用を妨げられた。様々なユーザの要望にさらに効果的に適応するために、前足および踵の固定機構のさらに大きな調整機能を可能にする後続するペダル設計が展開された。上記モータは、エリプティカル・トレーナを利用する障害のある人々の９０％および障害のない人々の６０％の利用能力を改善した。障害のある１人の参加者が、このモータによって機器の利用が妨げられたことを示した。柵は、障害者ユーザの８０％および非障害者ユーザの５０％の利用を改善したのに対して、障害者ユーザの一人のみが自分の腹囲のために利用が妨げられた。その後の設計によって水平方向および垂直方向へのさらに大幅な手摺りの調整が可能となり、様々な腹囲および身長をそれぞれ持つクライアントのために便宜が図られた。ベンチはエリプティカル・トレーナを利用する障害者の７０％および非障害者ユーザの３０％の利用を改善したが、これに対して利用が妨げられた人は皆無であった。幅広い範囲の身長に対応する必要性がこの段階での評価中に確認され、異なる身体能力および身長を持つクライアントのニーズに適応された。片手用心拍モニタは、障害者ユーザの４０％および非障害者ユーザの２０％に利益を与えたのに対して、利用が妨げられたユーザは皆無であった。心拍モニタを選択した影響は、全ての参加者が片手用心拍モニタの使用を必要とするような機能的障害を必ずしも上肢に有しているわけではないためと予想された。
【００６８】
２つのグループ間での平均（ＶＡＳ（視覚的アナログ尺度）をとると、修正前＝７．０対修正後＝８．８；ｐ＝０．００５）をとると、非障害者の最小利得（修正前＝９．３、修正後＝９．４；相互作用ｐ＝０．００６）と比べて、障害者における、主として修正前から修正後への大幅な効果（修正前＝４．６、修正後＝８．３）に起因して安全性についての認知が一体型修正一式によって大幅に改善された。グループ間での平均（ＶＡＳ（視覚的アナログ尺度）をとると、修正前＝７．１対修正後＝８．５；ｐ＝０．０４５）をとると、これらの修正によって快適さについての認知が大幅に改善された。修正後、非障害者において確認された最低減少幅（修正前＝８．５、修正後＝８．３；相互作用ｐ＝０．０２８）に比べて、修正前から修正後への快適さ（修正前＝５．７、修正後＝８．６）に関して障害者は大幅な増加を経験した。グループ間での平均（ＶＡＳ（視覚的アナログ尺度）をとると、修正前＝７．０対修正後＝９．１；ｐ＝０．０１０）をとると、これらの修正によって使い勝手の良さについての認知が大幅に改善された。非障害者において確認されたささやかな増加幅（修正前＝８．３、修正後＝８．９；相互作用ｐ＝０．０３２）に比べて、障害者は、修正前から修正後への使い勝手の良さ（修正前＝５．６、修正後＝９．５）においてさらに大きな増加があったことがわかった。
【００６９】
総括すると、一体型修正一式によって、エリプティカル・マシンの利用を試みたとき身体的障害を持つ人々が悩んだ障壁が減少しただけでなく、障害のない人々による使い勝手の良さについての認知も改善された。設計プロセスのこの段階によって、さらに多数の人々が「従来の」非障害者ユーザによる使用を妨げることなく装置の利用を可能とすることができる一体型システムの実現が強固なものなった。
【００７０】
上記完全な一体型システムは、その後、治療ガイドラインの微調整を行い、かつ、機能の最大化を図るために、障害のある３０人以上の人々について３つの環境において検査された。具体的には、脳卒中入院患者のための集中的リハビリテーションに参加する１０名の入院患者と、３０分以上の間水中沈んでいたことに起因する重度の脳損傷から回復中の１人の若い女性とが、一体型修正エリプティカル・システム上でトレーニングを受けた。ユーザの多くがまだ歩けなかったため、傾斜アクセスが壇システムに追加された。この傾斜によって、クライアントによる装置のオン／オフ操作を補助する臨床医の能力が増大すると共に、重度の障害を持つクライアントを装置上へ移すことに関連して生じる負傷を負うリスクが減少した。さらに、壇が修正されて、市販の体重免荷システムとの統合化を行うことが可能となった。この統合化は多くのクライアントが自分の深刻な脱力およびバランス不全により自分の体重を自力で支えることができないことに起因するものである。また、壇が装置の前部に追加されて、臨床医が、修正型エリプティカル・マシンを用いてすでに実行している機能トレーニング活動および心臓血管トレーニング活動とともに、言語療法および作業療法の活動とを組み合わせて行えるようにした。この結果生じる二重課題訓練の機会によって、「歩行と会話」とを行わなければならない「実社会」に挑戦するさらに良好な準備が患者に対して与えられることになる。
【００７１】
また、片麻痺、脳幹卒中、不完全脊髄損傷、複数の硬化症、パーキンソン病および変形性関節疾患を含む種々の病気のために通院による理学療法を受ける１０名の人々が、修正型エリプティカル・トレーナ上での１２セッションまでのトレーニングに個々に参加した。最終のテスト環境はフィットネス施設であった。フィットネストレーナたちが、種々の慢性および／または進行性の神経疾患および整形外科上の疾患から生じる身体的障害を持つクライアント向けの自分たちのフィットネストレーニングの中に、修正型エリプティカル・システムおよび治療プログラムを組み入れた。モジュラ型システムは、多様な疾患を持つ人々による利用し易さおよび使い勝手の良さも保証しながら、外来患者向け診療所およびフィットネス環境のスペース上の制約に適応するように構成された。公式のテストが終了した時点で、臨床医、フィットネストレーナ、患者およびクライアントからのフィードバックは肯定的であり、装置を「保持し続けて」欲しいという旨の希望が出された。
【００７２】
総括すると、これらの人間工学的、機械工学的、電子工学的開発活動によって、立証された臨床効果を伴う、いつでも使用可能な歩行リハビリテーションマシンの完成品が提供された。
【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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【国際調査報告】
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