(57)【要約】  本発明に係る装置は、訓練をする人、例えば、片側不全まひ、即ち、半身の筋肉の疾患を患っている患者、又は運動選手の一対の腕又は脚によって及ぼされる力のベクトルの差を評価し表示する装置であって、一対の肢、即ち、腕又は脚と関与する好ましくは二つの手段（２）を備えたハウジング（１）を備え、前記手段（２）が、個々の訓練において治療する一対の肢が適切に関与することを可能にすることを目的として様々な方法で設計され、前記手段（２）がハウジング（１）内にあるベアリング（３）上に配置され、  さらに、該装置は、マイクロコントローラ（８）、任意のコンピュータ（１３）及びエキスパートセンタ（１５）に接続するためのインターネット（１４）を備えている。各手段（２）は、力（F)を測定するための手段（４）に接続される。本発明による装置は、さらに、空間におけるその位置及び方向を測定するための加速度計（５）、ジャイロスコープ（６）及び磁力計（７）を備え、前記手段（４）、前記加速度計（５）、前記ジャイロスコープ（６）及び前記磁力計（７）からの全てのデータが、それらをモデル及びアルゴリズムを用いて評価する前記マイクロコントローラ（８）によって集められ、前記データが連続的にディスプレイ（９）、モニター又はTVスクリーン上に表示され、訓練をする人に訓練状態を表示し、次のステップを提示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
訓練をする人、例えば、片側不全まひ、即ち、半身の筋肉の疾患を患っている患者、又は運動選手の一対の腕又は脚によって及ぼされる力のベクトルの差を評価し表示する装置であって、
装置が、一対の肢、即ち、腕又は脚と関与する好ましくは二つの手段（２）を備えたハウジング（１）を備え、
前記手段（２）が、個々の訓練において治療する一対の肢が適切に関与することを可能にすることを目的として様々な方法で設計され、
前記手段（２）がハウジング（１）内にあるベアリング（３）上に配置され、
さらに、前記装置が、マイクロコントローラ（８）、任意のコンピュータ（１３）及びエキスパートセンタ（１５）に接続するためのインターネット（１４）を備えた
装置において、
各手段（２）が、力（F)を測定するための手段（４）に接続され、
空間におけるその位置及び方向を測定するための加速度計（５）、ジャイロスコープ（６）及び磁力計（７）のような公知の手段を備え、
前記手段（４）、前記加速度計（５）、前記ジャイロスコープ（６）及び前記磁力計（７）からの全てのデータが、それらをモデル及びアルゴリズムを用いて評価する前記マイクロコントローラ（８）によって集められ、
前記データが連続的にディスプレイ（９）、モニター又はTVスクリーン上に表示され、訓練をする人に訓練状態を表示し、次のステップを提示する
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
選択された固定取り付け具（１２）に装置を連結することを目的とした要素（１１）が加えられ、
要素（１１）を介した取り付け具（１２）への装置の前記連結が弾性特性を有し、場合によっては調整可能な剛性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記要素（１１）がコンピュータプログラムによって操作されるロボット型であり、制御された複雑な動きを指示及び監視し、各訓練による訓練をする人への指示に従って反作用力の変更を加える
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
コンピュータマイクロコントローラ（８）が、装置の調整された動作用に設定され、
前記マイクロコントローラ（８）が前記力のセンサ、加速度計並びに装置の空間位置及びその動作方向を評価する手段によって送られる値を入力し、それらを評価し、記録し、かつ、それらを訓練又は治療を指示する専門家によって選択された所定の値と比較する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
手段（２）が、訓練をする人の治療する肢の状態に合わせるために交換可能である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
一つの肢、特に、手を訓練するのに適合し、
一つの肢、例えば手が、
その部分の一部、例えば、指によって一つの手段（２）に作用し、
他の部分、例えば、手のひらによって別の手段（２）に作用する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の目的は、一対の腕又は脚によって及ぼされた力のベクトルの差を評価し表示する装置を提供することにある。その装置は、好ましくは、筋骨格や神経系の損傷（例えば、片側不全麻痺)に苦しむ患者の腕や脚を運動させることを対象とする。同じ装置が、同じ対の手足の強さ、速度、及び調整された機能の観点からの予測される潜在能力を獲得するために、一対の腕又は脚の訓練用にアマチュアの運動選手やプロの運動選手によって使用され得る。さらに、本発明の装置は、コンピュータゲームをプレイするために使用され得、その中で、新しい要素、プレイヤーによって実際に生み出された、単なるシミュレーションではない力ベクトルが加えられる。
【発明の概要】
【０００２】
本発明によって解決される技術的問題は、例えば、患者や運動選手のような人が、トレーナーや理学療法士の存在なしで専門施設の外で訓練することを可能にするような、骨格、筋肉、および間接的に神経系を訓練する装置を設計することにある。その装置は、治療またはスポーツの原理を考慮したような訓練を提供するべきである。個々の訓練のステップ、訓練又は全訓練期間の成功基準は、一定であるべきであり、一方の腕又は脚の能力を、他の肢、即ち、訓練をする人の他の肢、又は、他の人、例えば、適切な強度で専門的に適切に訓練を実行するためにサポートするセラピストやトレーナーの他の肢の同じ能力と規則的に比較するべきである。装置は、規則正しく、上記した原理に追従し、訓練をする人に成功について通知し、どのように進めるかのアドバイスを提供するべきである。患者の治療の場合、装置は、健康状態及び治療する肢の継続評価を提供するべきであり、比較をし、訓練をする人に次の訓練ステップについてのアドバイスを与えるべきである。さらに、装置は、これらのデータを専門的評価のために専門家に送るべきであり、専門家は、訓練をする人に、詳細な指示を与えるべきである。また、専門家は、多数の訓練をする人から受け取ったこのような情報に基づいて、専門的な研究のためにこれらのデータを使うこともできる。
【０００３】
このタイプの装置は、リハビリテーションの分野で公知である。このような装置は、患者に、病気を患っている肢に対する様々な訓練の可能性を提供するが、今までのところは、訓練中に健康な肢の能力が病気を患っている肢の能力と比較されたことはなく、患者に対して別の訓練が提案されたこともない。このような目的のための治療は、セラピストの監視の下で実行され、セラピストは、治療の進み具体に対する自身の評価に基づいて訓練の変更を提案する。
【０００４】
健康な肢を同時に訓練すると病気を患っている肢の訓練や治療がより効果的になるという生理学的特性の認識に基づく働きの別の装置が必要になる。同じ対の健康な肢と病気を患った肢を同時に訓練することにより、病気を患った肢の筋肉及び神経系が、健康な肢の筋肉及び神経系の状態と比べて調和のとれた発達をし、健康な肢が、病気を患っている肢の強化のための継続の尺度となる。訓練の間、健康な肢は、病気を患った肢の動作を支持するマニピュレータであり得る。最終結果は、筋肉及び神経組織が相互にバランスがとれた状態となり、その結果として、健康な肢と同じ対の治癒した肢とが全体としてバランスのとれた状態になる。健康な肢と病気を患った肢の前記訓練では、セラピストやトレーナーが、自身の健康な肢を訓練に参加させるために、そして、患者の病気を患った肢の訓練を、訓練をする人がセラピストやトレーナーの肢の動作を感じ、可能なかぎり正確に強くその動作を繰り返すようにする方法で管理するために必要となる。
【０００５】
上記した技術的な問題は、本発明の装置によって解決される。その構造的な特徴及び新規性は、構造物が、訓練をする人にそのような訓練を提案し、訓練する人が、これらの原理を習熟する必要が全くない方法で、上記した訓練原理を実現したことにある。本発明の装置は、同じ対の両方の肢、例えば、健康な肢と病気を患っている肢の両方を同時に訓練することを可能にすることによって適切な訓練を提案して補償し、そして、絶えず、両方の肢によって装置に加えられた力の強さ及び方向を比較し、これらのデータを評価し、そして、訓練する人に次のステップで訓練をするためのさらなる支持を与える。上述したものと同様に、適切なセラピスト又はトレーナーの肢が使用される。さらに、論理的知識及び訓練をする人に適切な動作及び適切な強度のデモンストレーションを提供するセラピストの経験が用いられる。本発明の装置は、訓練に関する様々なデータを絶えず入力し、その結果、装置のその後に続く自動運転により、専門家及び外部の専門施設の監視なしに、かつ、間違った又は危険な方法で訓練をすることなく、前記入力データを考慮した上で訓練をする人が訓練をすることが可能になる。訓練の間、装置は、訓練をする人に、患者が、何の事前知識もなしに、その訓練に指示を含めることができるような内容の指示を視聴覚の形態で提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第一実施例に係る装置の断面図である。
【図２】本発明の第二実施例に係る装置の概略図である。
【図３】本発明の第三実施例に係る装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
訓練をする人、例えば、片側不全まひ、即ち、半身の筋肉の疾患を患っている患者、筋骨格系にダメージを負った人、又は運動選手の一対の腕又は脚によって及ぼされる力のベクトルの差を評価し表示する装置は、一対の肢、即ち、不図示の一対の腕又は脚と関与する手段２を備えたハウジング１を有する。患者は、片側不全まひによる影響を受けた一方の肢のみを乗せるために支持される。手段２は、個人訓練において治療される一対の肢が適切に関与することを可能にする目的で、さまざまな方法で、設計される。従って、手段２が交換可能であることが予測される。手段２の最も普通の設計は、訓練をする人が一方の手でつかむハンドルである。問題となっている病気に冒された肢が手段２をつかむ能力がない場合には、手段２は、肢における物理療法上適当な部分に公知の要素によって装着可能にされることが予測される。脚用の手段２は、異なる設計である。手段２の詳細な設計は、本発明の主題ではない。
【０００８】
手段２はハウジング１の中のベアリング３上に配置される。各手段２は、力の測定をするための手段４に接続される。手段４は、曲げ動作のように観測可能な、手段２上で訓練される一つの肢の様々な動きの結果として表れる力Fを測定する。もし、両方の腕又は脚が同じ能力なら、それらは、訓練において同じ結果を達成でき、力の差は０になり、これは、このような治療や訓練のゴールであり得る。健康状態が異なる時に、様々な訓練をする人の能力に従って、訓練を評価する唯一の適切な方法は、同じ訓練において健康な肢の能力と病気を患っている肢の能力とを比較することである。従って、健康な肢がマニピュレータとなり、両方の肢の間の協働が測定される。
【０００９】
一方の肢の効果を同じ対の他方の肢の効果と比較することによって、その効果が測定される個々の肢のそれらの動きとは別として、訓練も、両方の肢の協調的な動きを必要とするそれらの動きを含む。治療が完了した時に、病気を患っている肢が十分に強くなり、健康な肢と理想的に同じなるまで、治療の最初は、健康な肢が病気を患っている肢を補助し、そしてガイドすると予測される。このような訓練は、本発明の全装置が指示した方向に両方の肢によって動かされるべきであることを必要とする。
【００１０】
本発明の装置には、訓練をする人が、空間内で装置を動かし、そして、移動速度を同時に変更した時に、これらの訓練を監視して評価するために位置センサ及び方位センサが設けられる。
【００１１】
力Fの方向を測定するために、加速度計５、ジャイロスコープ６及び磁力計７が用いられる。加速度計５、ジャイロスコープ６及び磁力計７は一緒に、選択した座標システムに関して空間内の装置の現在の方位を評価する。この組立体の詳細は、本発明の主題ではない。
【００１２】
装置の方位を測定することは別として、その位置は、空間における装置の位置を推定するために測定されるべき必要がある。大まかな推定位置は、加速度計５を用いた計測から得ることができる。装置の位置をより正確に計測するために、位置センサの使用が予測される。これらのセンサは、機械的な原理、例えば、連結具を用いて装置のある機械へ固定すること及び連結位置センサに基づき、光学的原理、例えば、カメラ及びマーカー又はビデオカメラに基づき、超音波原理、例えば、位置の判断のための超音波送信機及び受信機の使用に基づき、及び電磁気原理、例えば、コイルを用いた装置の改良及び制御された電磁場内への装置の配置に基づいている。方位及び位置センサを用いることで、選択した座標システムに関して、空間における装置の位置を正確に測定することが可能である。
【００１３】
手段４、加速度計５、ジャイロスコープ６及び磁力計７からの全てのデータは、本発明の主題ではないモデル及びアルゴリズムを用いて、それらを評価するマイクロコントローラ８によって集められる。データは、ディスプレイ９、モニター又はテレビスクリーン上に連続的に表示され、訓練をする人に訓練状態を通知し、次のステップを提案する。また、ディスプレイ９によって提供される視覚的情報に加えて、情報は、スピーカ１０を介して音声的方法でも与えられ得る。
【００１４】
第二実施例では、本発明による装置を選択された固定取り付け具１２に連結するための要素１１が前記第一実施例に付加されている。要素１１を介した取り付け具１２への本発明の装置の連結部材は、弾性があり、場合によっては、調整可能な堅さが、訓練をしている人に手伝いを提案する。例えば、個々の訓練による要求に応じて、それがアームの重量を補ったり、例えば重力等をシミュレートするカウンター抵抗を提供したりする。固定取り付け具には、位置センサが設けられ得、それは、空間における装置の位置を測定することを可能にし、第一の二つの実施例で説明した装置によって実行される測定を部分的に代りに行う。
【００１５】
第三実施例における要素１１は、コンピュータプログラムによって動かされ、訓練をする人の制御された複雑な動きを指示し、かつ、監視するロボットの目的の範囲内でアップグレードされる。ロボットは、各訓練によって、訓練をする人に指示がされた時に反作用力の変更を加える。このタイプのロボットは、病気を患った肢によって適切な力とその方向を進展させるために、訓練をする人にガイドをすることによって訓練の正確な実行をアシストする。ここで、ロボットは、訓練による要求に従って本発明の装置を動かす一方で、訓練をする人は、訓練による要求に従って、予定の力で予定の方向に、訓練をしている肢の適切な動きでプログラムに追従するか又は応答する。ロボットは、その連結部で位置を測定し、従って、空間における装置の位置を測定する。
【００１６】
第四実施例は、第一実施例の改良として設計される。それは、構造上又は寸法上、一つの肢、特に手の訓練に適合され、ここでは、一つの肢、例えば、手は、その部分の一つ、例えば、指と共に、一つの手段２上で動き、そして、他の部分、例えば、手の平と共に他の手段２まで動く。一つの手段２は、機械的に接地され得、そこで装置は、病気を患った肢のアイソメトリック訓練を可能にする。
【００１７】
前記した全ての実施例では、コンピュータ組立体は、本発明の装置を動作させることを目的としている。前記コンピュータ組立体は、力及び加速度のセンサ、及び装置の特別な位置及びその動き方向を評価する手段からのデータを受け取る。これらのデータは、それらを絶え間なく、訓練又は治療を指示する専門家によって選択された設定値と比較するマイクロコントローラによって処理され記録される。これらの値は、個々の訓練又は全訓練の目標値である。勿論、コンピュータ組立体は、この組立体によって実行される訓練の基礎を作り出す各訓練の予測モデルを含む。訓練をする人の各訓練から集められるデータは、同時に又は続けて専門家によって研究され得る。これらのデータの統計的分析が、個々の訓練の成功の立証に役立ち得る。従って、この装置は、専門家にデータを連続的に送る手段、例えば、インターネット接続又は任意の公知のデータキャリアを介して後に続けてデータを送る手段を有する。次の訓練の指示を提供するために、データは、同じ方法で、連続的に又は後に続けて、装置に戻される。従って、本発明の装置は、個々の訓練をする人のリハビリテーションの速度及び質に基づいて訓練の継続的選択を行うことを可能にする。
【００１８】
訓練の前に及び訓練の間に指示を送ること、そして、実行した各訓練の後に結果を送ることが、パーソナルコンピュータ１３（又は適当なテレビ受信機）及びインターネット１４を用いて実行され、それを介して、エキスパートセンタ（テレリハビリテーション）１５へのリモートアクセスの意義の範囲内で、本発明の装置のマイクロコンピュータ８及び／又は理学療法士がデータを受け取る。訓練をしている人は、エキスパートセンタ１５から適切なメッセージを受け取る。さらに、このエキスパートセンタ１５は、同時に、様々な訓練をしている人からデータを集め、専門的な処理を行う。
【００１９】
既に説明したように、本発明の装置は、病気を患っている人の治療用及び、現在の状態及び要求に関して一対の肢の能力を調和させたい人の訓練用の両方を意図している。これは、特に、訓練中の筋神経組織の成長において望まれていない間違いを経験し得る運動選手、特に、トップアスリートに向いている。これにより、一対の肢の強さ及び反応を調和することが可能になり、調和して同じ強さで作用するようになる。さらに、スポーツブランチは、個々の肢の能力の矯正を要求する。これは全て本発明による装置によって可能な状態にされる。
【００２０】
さらに、本発明の装置は、ゲームインターフェイスとしてコンピュータゲームで使用され得る。現在公知のこのタイプのインターフェイス（例えば、ゲームコンソール又はジョイスティック）は、プレイヤーに、アナログ及び／又はデジタルフォームで様々なコマンドの送信を実行可能にすることを提供し、かつ、ディスプレイに映し出されコンピュータによって形成されたバーチャル空間内での一つ又は複数の対象物のニ方向又は三方向制御を実行可能にすることを提供する。本発明の装置は、別のプレイングディメンションをプレイヤーに付与する、即ち、プレイヤーが本発明の装置で生み出す方向を持った現実の力をプレイヤーに付与する。プレイヤーはこの力を、ゲームのコンピュータプログラムによる予測にしたがって、ゲームのコース上に影響を及ぼすために使用する。
【００２１】
さらに、本発明の上述した装置が、例えば、一人用以上のゲーム用に、又は、例えば、肢の筋神経系における動作だけでなく、身体の他の部分の動作の治療を行うより複雑な治療用に、一対の肢と協働する一対の手段のみでなくそれ以上の手段を備えるように改良され得ることは当業者にとっては自明である。
【００２２】
さらに本発明の装置は、医療関係者が、動きの協調及び範囲、意図した力の強さ及び方向、並びに病理学的指標の判断の観点から訓練をする人の能力を客観的に評価することを可能にする。
【００２３】
上記した説明によって、当業者が特許請求の範囲に限定した発明の特徴から逸脱することなく、さらに別の実施例を設計し得ることは理解され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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