(57)【要約】【課題】促通反復療法を実現する片麻痺運動機能回復訓練装置を用いて指や前腕の麻痺改善を目指した訓練結果の定量的な評価を実現して訓練効果の改善を可能にする。【解決手段】片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、当該訓練を所定回数繰り返して片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置１０を用いた訓練効果評価演算装置３０による評価方法であって、訓練効果評価演算装置３０は、訓練機構の検知運動情報から得られた片麻痺した部位の伸張反射による自動運動（伸張反射による運動とさらに続く随意的な運動を含む）の速度とサンプリングの時間との積和演算を行ない、数値による定量評価を促す。【選択図】図１
2015000245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、前記訓練を所定回数分繰り返して前記片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置を用いた訓練効果評価演算装置による評価方法であって、
前記訓練機構の検知運動情報から得られる前記片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリング時間とを積和演算する第１のステップ、
を有することを特徴とする訓練効果評価方法。
【請求項２】
前記伸張反射による自動運動の最大速度を求める第２のステップ、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の訓練効果評価方法。
【請求項３】
前記所定回数分の前記積和演算の結果の各々と前記積和演算の結果の平均値との比較演算を行う第３のステップ、
を更に有することを特徴とする請求項１または２記載の訓練効果評価方法。
【請求項４】
前記積和演算の結果、前記伸張反射による自動運動の最大速度、および前記比較演算の結果の少なくとも一つを表示装置に表示して前記麻痺運動機能回復の程度の評価を促す第４のステップ、
を更に有することを特徴とする請求項２に従属する請求項３記載の訓練効果評価方法。
【請求項５】
前記伸張反射による自動運動の最大値、最小値、第１分位、第２分位、および第３分位を演算により求めて箱ひげ図を表現する出力情報を生成して出力装置に出力することにより前記片麻痺運動機能回復の程度の評価を促す第５のステップ、
を更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の訓練効果評価方法。
【請求項６】
片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、前記訓練を所定回数分繰り返して前記片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置を用い、前記片麻痺した部位の運動機能回復の程度を評価する訓練効果評価演算装置であって、
前記訓練機構の検知運動情報から得られる前記片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリング時間とを積和演算する演算処理部と、
前記演算処理部が算出した前記積和演算の結果を出力する出力部と、
を有することを特徴とする訓練効果評価演算装置。
【請求項７】
前記訓練機構は、
装置ベースと、
前記装置ベースに載せられた手の手首近傍を揺動支点として上下に往復動する手載せ台と、
前記手載せ台に載せられた手の指の１本を押し下げて屈曲させ、屈曲された指が元に戻ろうとする伸張動作は妨げない指屈伸機構と、
前記指屈伸機構を駆動する第１のサーボモータと、
前記第１のサーボモータの回転角を計測する第１のエンコーダと、
前記指屈伸機構で押し下げられた前記指の根本を叩いて前記伸張動作を誘発する前記手載せ台に設けられた指叩き機構と、
前記指叩き機構を駆動する第２のサーボモータと、
前記第２のサーボモータの回転角を計測する第２のエンコーダと、
機構制御部とを備え、
前記機構制御部は、
前記第１のエンコーダと前記第２のエンコーダとから前記回転角の情報を取得し、前記指の屈曲終了時、前記指叩き機構による叩く操作により前記指に刺激を与え前記指の伸張反射を誘発する制御と、前記指の伸張反射時に前記指に接触し続けることで更なる刺激を与えるとともに、前記伸張反射に伴い前記指叩き機構が指の根元に移動するなぞり動作により持続的指自動伸展を可能にする制御とを所定の訓練反復回数だけ繰り返し行うことを特徴とする請求項６記載の訓練効果評価演算装置。
【請求項８】
前記訓練機構は、
装置ベースと、
前記装置ベースに水平軸廻りに回転可能に支持され上面が開放されている半割筒体と、
前記半割筒体内に設けられ前腕部の指を添える又は指で握ることができるスティックと、
前記半割筒体内に設けられ手首を支える手首支持部と、
一端が前記半割筒体に連結され水平に延びる駆動軸と、
前記装置ベースに設けられ前記駆動軸を駆動するサーボモータと、
前記サーボモータに設けられモータ軸の回転角を計測するエンコーダと、機構制御部とを有し、
前記機構制御部は、
前記エンコーダから回転角情報を取得し前記半割筒体を正転させ、停止させ、逆転させ、停止させる動作を繰り返し、前記正転では機能回復を図る筋の緊張で筋の伸張反射を起こして神経細胞を興奮させるために第１角速度と急加速度と前記第１角速度より高速の第２角速度で筋の刺激を与える速度を制御し、前記逆転では筋の刺激を持続して筋緊張を維持するために抵抗力を付与する動作により持続的前腕自動回転を可能にする制御とを所定の訓練回数だけ繰り返し行うことを特徴とする請求項６記載の訓練効果評価演算装置。
【請求項９】
コンピュータによって制御され、片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、前記訓練を所定回数分繰り返して前記片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置を用いて前記片麻痺した部位の運動機能回復の程度を評価する訓練効果評価演算装置のプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記訓練機構の検知運動情報から得られた前記片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリングの時間との積和演算を行う手順と、
前記積和演算した結果を出力する手順と、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左又は右半身が麻痺（以下、片麻痺という）した患者を対象に、指や前腕等の麻痺している部位を訓練して運動機能回復を促す、片麻痺運動機能回復訓練装置を用いた訓練効果評価方法、および訓練効果評価演算装置、ならびにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
脳卒中を発症すると片麻痺が残ることが少なくない。この片麻痺は、リハビリテーションにより、運動機能の一部を回復させることが可能である。脳の可塑性を発見し得る効果的なリハビリテーションとして、従来、促通反復療法と呼ばれる方法がある。この方法は、訓練に麻痺した部位の自動伸展（以下、伸張反射という）を誘発し、随意運動を引き起こすことで促通効果を高め、患者の意図した随意的な自動運動を実現している。現状のリハビリテーションは、熟練した医師や療養士の手で施されるが、訓練が長時間、長期間にわたるため、医師や作業療法士の身体的な負担が大きい。
【０００３】
このため、例えば、特許文献１には、上肢部の治療訓練を、機械を使用することにより自動的に行うことのできる訓練装置が、また、例えば、特許文献２には、四肢、首、腰等の運動効果器の運動機能が麻痺した患者に運動感覚を生成させる訓練装置が、更に、例えば、特許文献３には、麻痺した部位の運動技能を向上させるとともに、運動技能の評価を行う運動技能評価装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ／１３１３４０号パンフレット
【特許文献２】特開２００９−８２２０９号公報
【特許文献３】特開２００８−７９７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記した特許文献１〜３に開示された技術は、いずれも訓練装置の作動を制御する方法や運動能力を評価する技術に関するものであって、麻痺した部位の訓練による運動機能回復効果を評価するものではない。出願人は、脳卒中患者の指や前腕等の部位の麻痺を改善するために、強化を目指す特定の神経路の興奮、つまり、指に対して目標の伸展、前腕の回外（または回内）への伸張反射を頻回に誘発して随意運動を引き起こす方法および装置を開発し、麻痺した部位の回復促進に良好な成果を得、特許出願している（例えば、特開２０１１−５６０７９号、特開２０１２−５０７２８号）。しかしながら、訓練途中と訓練後において、未だに麻痺した部位の訓練による運動機能回復効果を定量的に評価する方法を確立するには至っていない。
【０００６】
本発明は上記した課題を解決するためになされたもので、促通反復療法を実現する片麻痺運動機能回復訓練装置を用いて指や前腕の麻痺改善を目指した結果の定量的な評価を実現して訓練効果の改善が可能な、片麻痺運動機能回復訓練装置を用いた訓練効果評価方法、および訓練効果評価演算装置、ならびにプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、前記訓練を所定回数分繰り返して前記片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置を用いた訓練効果評価方法であって、前記訓練機構の検知運動情報から得られる前記片麻痺した部位の伸張反射による自動運動（伸張反射による運動とさらに続く随意的な運動を含む）の速度と所定のサンプリング時間とを積和演算する第１のステップ、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の訓練効果評価方法において、前記伸張反射による自動運動の最大速度を求める第２のステップ、を更に有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の訓練効果評価方法において、前記所定回数分の前記積和演算の結果の各々と前記積和演算の結果の平均値との比較演算を行う第３のステップ、を更に有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項２に従属する請求項３記載の訓練効果評価方法において、前記積和演算の結果、前記伸張反射による自動運動の最大速度、および前記比較演算の結果の少なくとも一つを表示装置に表示して前記麻痺運動機能回復の程度の評価を促す第４のステップ、を更に有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の訓練効果評価方法において、前記伸張反射による自動運動の最大値、最小値、第１分位、第２分位、および第３分位を演算により求めて箱ひげ図を表現する出力情報を生成して出力装置に出力することにより前記片麻痺運動機能回復の程度の評価を促す第５のステップ、を更に有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、前記訓練を所定回数分繰り返して前記片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置を用い、前記片麻痺した部位の運動機能回復の程度を評価する訓練効果評価演算装置であって、前記訓練機構の検知運動情報から得られる前記片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリング時間とを積和演算する演算処理部と、前記演算処理部が算出した前記積和演算の結果を出力する出力部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項６記載の訓練効果評価演算装置において、前記訓練機構は、装置ベースと、前記装置ベースに載せられた手の手首近傍を揺動支点として上下に往復動する手載せ台と、前記手載せ台に載せられた手の指の１本を押し下げて屈曲させ、屈曲された指が元に戻ろうとする伸張動作は妨げない指屈伸機構と、前記指屈伸機構を駆動する第１のサーボモータと、前記第１のサーボモータの回転角を計測する第１のエンコーダと、前記指屈伸機構で押し下げられた前記指の根本を叩いて前記伸張動作を誘発する前記手載せ台に設けられた指叩き機構と、前記指叩き機構を駆動する第２のサーボモータと、前記第２のサーボモータの回転角を計測する第２のエンコーダと、機構制御部とを備え、前記機構制御部は、前記第１のエンコーダと前記第２のエンコーダとから前記回転角の情報を取得し、前記指の屈曲終了時、前記指叩き機構による叩く操作により前記指に刺激を与え前記指の伸張反射を誘発する制御と、前記指の伸張反射時に前記指に接触し続けることで更なる刺激を与えるとともに、前記伸張反射に伴い前記指叩き機構が指の根元に移動するなぞり動作により持続的指自動（自力）伸展を可能にする制御とを所定の訓練反復回数だけ繰り返し行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項６記載の訓練効果評価演算装置において、前記訓練機構は、装置ベースと、前記装置ベースに水平軸廻りに回転可能に支持され上面が開放されている半割筒体と、前記半割筒体内に設けられ前腕部の指を添える又は指で握ることができるスティックと、前記半割筒体内に設けられ手首を支える手首支持部と、一端が前記半割筒体に連結され水平に延びる駆動軸と、前記装置ベースに設けられ前記駆動軸を駆動するサーボモータと、前記サーボモータに設けられモータ軸の回転角を計測するエンコーダと、機構制御部とを有し、前記機構制御部は、前記エンコーダから回転角情報を取得し前記半割筒体を正転させ、停止させ、逆転させ、停止させる動作を繰り返し、前記正転では機能回復を図る筋の緊張で筋の伸張反射を起こして神経細胞を興奮させるために第１角速度と急加速度と前記第１角速度より高速の第２角速度で筋の刺激を与える速度を制御し、前記逆転では筋の刺激を持続して筋緊張を維持するために抵抗力を付与する動作により持続的前腕自動（自力）回転を可能にする制御とを所定の訓練反復回数だけ繰り返し行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明は、コンピュータによって制御され、片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、前記訓練を所定回数分繰り返して前記片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置を用いて前記片麻痺した部位の運動機能回復の程度を評価する訓練効果評価演算装置のプログラムであって、前記コンピュータに、前記訓練機構の検知運動情報から得られた前記片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリングの時間との積和演算を行う手順と、前記積和演算した結果を出力する手順と、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、訓練機構の検知運動情報から得られた片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリングの時間とを積和演算して得られる値により、片麻痺した部位の運動機能回復の程度を定量的に評価することができるため、訓練効果の改善を実現することができる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、伸張反射による自動運動の最大速度を求め、その値により伸張反射によってどれだけの刺激効果があったかを定量的に評価できるため訓練効果の改善を実現できる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、積和演算の結果の各々と積和演算の結果の平均値との比較演算を行ない、その値により訓練効果のばらつきの度合いを定量的に評価でき、したがって、訓練効果の改善を実現できる。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、積和演算の結果、伸張反射による自動運動の最大速度、および比較演算の結果の少なくとも一つを表示装置に表示することにより、医師や作業療法士の目視による片麻痺した部位の運動機能回復の程度の評価が可能になる。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、最大値、最小値、第１分位、第２分位、および第３分位を演算により求めて箱ひげ図を表示することで、箱ひげ図による評価が可能になり、平均値による評価に比べて誤差の少ない片麻痺運動機能回復の程度の評価が可能になる。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、演算処理部が、訓練機構の検知運動情報から得られた片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリングの時間との積和演算を行ない、出力部が、算出した積和演算の結果を出力することにより運動機能回復の程度を定量的に評価することができ、訓練効果の改善を実現する訓練効果評価演算装置を提供することができる。
【００２２】
請求項７に係る発明によれば、エンコーダから回転角の情報を取得して、指の屈曲終了時、叩く操作により指に刺激を与え指の伸張反射を誘発する制御と、指の伸張反射時に指に接触し続けることで更なる刺激を与えるとともに、伸張反射に伴い指の根元に移動するなぞり動作により持続的伸展を可能にする制御とを自動的に行う片麻痺指機能回復訓練装置を用い、片麻痺した指部位の伸展運動機能回復の評価を行う。したがって、熟練した医師や療養士の徒手による患者の片麻痺指の促進反復療法の実施を不要とするため医師や作業療法士の身体的な負担を軽減する他、数字による定量的な評価を可能にするため評価する側の負担も軽減される。
【００２３】
請求項８に係る発明によれば、エンコーダから回転角情報を取得して半割筒体を正転させ、停止させ、逆転させ、停止させる動作を繰り返す。そのとき、正転では機能回復を図る筋の緊張で筋の伸張反射を起こして神経細胞を興奮させるために第１角速度と急加速度と第１角速度より高速の第２角速度で筋の刺激を与える速度を制御し、逆転では、筋の刺激を持続して筋緊張を維持するために抵抗力を付与する一連の制御を行う片麻痺前腕機能回復訓練装置を用いて片麻痺した前腕部位の回内回外運動機能回復の評価を行う。したがって、熟練した医師や療養士の徒手による患者の片麻痺した前腕の促通反復療法の実施を不要にするため、医師や療養士の身体的な負担を軽減することができる他に、定量的な評価により機能回復の程度を知ることができるため、評価する側の負担も軽減される。
【００２４】
請求項９に係る発明によれば、コンピュータに、訓練機構の検知運動情報から片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリングの時間との積和演算する手順を実行させ、得られる結果について、例えば表示することで、運動機能回復の程度を定量的に評価することができ、訓練効果の改善を実現するプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る訓練効果評価演算装置を含む片麻痺運動機能回復訓練システムの構成を示すブロック図である。
【図２】片麻痺指伸展機能を回復させる訓練の様子を説明するために引用した図である。
【図３】実施例１で使用される片麻痺機能回復訓練装置の断面構造を示す図である。
【図４】実施例１の指屈伸機構の斜視図である。
【図５】実施例１の指屈伸機構における指先位置の座標を示す図である。
【図６】実施例１の指叩き機構の断面図である。
【図７】実施例１の訓練効果評価演算装置の構成を示すブロック図である。
【図８】実施例１の訓練効果評価処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】実施例１の伸張反射による自動運動速度の計算処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施例１の積和演算処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施例１のタッピングの時間調整を説明するために引用したグラフである。
【図１２】実施例１の指の伸張反射による自動運動のデータの一例を示す図である。
【図１３】実施例１において、タッピング刺激が無い場合とある場合の指先の伸張反射を筋電位により計測したデータの一例を示す図である。
【図１４】実施例１において、タッピングパターン１で刺激したときの指先の伸展軌跡と伸展時における指先の合力と速度を示した図である。
【図１５】実施例１において、タッピングパターン２で刺激したときの指先の伸展軌跡と伸展時における指先の合力と速度を示した図である。
【図１６】実施例１における評価指標（指自動伸展度評価）を示す図である。
【図１７】実施例１における評価指標（指自動伸展俊敏さ評価）を示す図である。
【図１８】実施例１における評価指標（反復訓練時の効果達成度）を示す図である。
【図１９】実施例１の具体的事例を示す図である。
【図２０】実施例１において、タッピング刺激の他に、電気刺激、振動刺激の組み合わせを付与した場合の指の伸張反射による指自動伸展運動の一例を示す。
【図２１】実施例１の平均値による指自動伸展度評価例を示す。
【図２２】実施例１の箱ひげ図による指自動伸展度評価例を示す。
【図２３】実施例１の箱ひげ図による指自動伸展俊敏さ評価例を示す。
【図２４】実施例１の箱ひげ図による反復訓練時の同効果達成度評価例を示す。
【図２５】実施例２で使用される片麻痺前腕機能回復訓練装置の断面図である。
【図２６】実施例２で使用される片麻痺前腕機能回復訓練装置の斜視図である。
【図２７】実施例２の半割筒体の作用図である。
【図２８】実施例２の他動的回転運動を説明する図である。
【図２９】実施例２のトルク検出機構の正面図である。
【図３０】実施例２のトルク検出機構の原理を説明する図である。
【図３１】実施例２の機構制御部の動作を説明した図である。
【図３２】実施例２の訓練での他動的回内運動や自動的回外運動等を示す図である。
【図３３】実施例２において、筋電位により回外への伸張反射を測定したグラフである。
【図３４】実施例２において、訓練パターン別に伸張反射を筋電位で測定したグラフである。
【図３５】実施例２の角速度を示す図である。
【図３６】実施例２の最大回転角を示す図である。
【図３７】実施例２の最大回転数を示す図である。
【図３８】実施例２における伸張反射による自動運動の計算処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図３９】実施例２における積和演算処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図４０】実施例２において、それぞれの訓練パターンによる検証結果を示す図である。
【図４１】図４０の一部時間領域の拡大図である。
【図４２】実施例２の箱ひげ図による前腕自動回転度評価例を示す。
【図４３】実施例２の箱ひげ図による前腕自動回転俊敏さ評価例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態（以下、本実施形態という）に係る訓練効果評価方法について詳細に説明する。
【００２７】
図１に示されるように、片麻痺指機能回復訓練システム１は、片麻痺指機能回復訓練装置１０と、本実施形態に係る訓練効果評価演算装置３０とを含み構成される。片麻痺指機能回復訓練装置１０は、機構制御部２０により制御され、麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、訓練を所定回数繰り返して麻痺した部位の運動機能回復を促す。機構制御部２０による片麻痺指機能回復訓練装置１０の一部運動情報（運動速度）は、訓練効果評価演算装置３０に出力される。
【００２８】
訓練効果評価演算装置３０は、得られた麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリング時間との積和演算を行ない、その結果得られる値をグラフ等に加工して表示又は印刷し、麻痺した部位の運動機能回復の程度の定量評価を促すか、あるいは自身で評価する。詳細は後述する。
【００２９】
以下、片麻痺した指を訓練する片麻痺指機能回復訓練装置１０Ａを実施例１，片麻痺した前腕を訓練する片麻痺前腕機能回復訓練装置１０Ｂを実施例２とし、訓練効果評価演算装置３０によるそれぞれの訓練効果評価方法について説明する。
【実施例１】
【００３０】
先ず、実施例１の片麻痺指機能回復訓練装置１０Ａ（以下、単に訓練装置１０Ａという）が目指す訓練の内容を、図２に基づいて説明する。図２（ａ）において、患者の手Ｈａの人指し指１１に、介助者が力Ｆ１を加え、矢印（１）のように、指の屈曲動作を開始する。同時に、介助者は屈曲している手首１２を背屈させる（矢印（２））。
【００３１】
そして、（ｂ）に示すように力Ｆ２により、指１１が継続して屈曲される（矢印（３））。さらに（ｃ）に示すように力Ｆ３により、指１１が継続して屈曲され（矢印（４））、手首１２が屈曲される（矢印（５））。（ａ）〜（ｃ）にて、指１１が介助者の力Ｆで屈曲されることを、他動的屈曲という。
【００３２】
次に、（ｄ）にて、指１１の付け根１３を、介助者が、矢印（６）のように軽く叩く（打つ）。軽く叩くことで、患者の運動神経が刺激され、指１１が（ｅ）に示すように伸張反射し（矢印（７））、（ａ）に戻る。このときに、介助者の指１５、１６が患者の指１１の上面に添えられ、指１１の伸張動作に追従しながら抵抗を軽く加えて指１１の筋緊張を維持する。（ｄ）〜（ｅ）〜（ａ）にて、指１１は、外力なしで自力で伸展する。このことを、自動的伸展という。
【００３３】
以上に説明した他動的屈曲及び自動的伸展を、行わせることができる訓練装置１０Ａの構造について図３〜図６を使用して簡単に説明する。図３に示すように、訓練装置１０Ａは、矩形のベース板２１と、このベース板２１に垂直に且つ平行に立てた縦壁部１０１、１０１（奥側の１枚のみ表示）と、これらの縦壁部１０１、１０１の斜辺に渡され患者の腕を支える斜面部２５と、縦壁部１０１、１０１に渡した揺動軸２６に支えられ患者の手を支える手載せ台１０２と、この手載せ台１０２の側方に取付けられ手載せ台１０２と共に揺動可能な側板１０３、１０３（奥側の１枚のみ表示）と、これらの側板１０３、１０３の間に架けられた支持板１０４の先端で支持され指を押し下げる指屈伸機構１０５と、支持板１０４の近傍に設けられ第３アーム１０７を進退させることで指を叩く指叩き機構１０８と、手載せ台１０２の下方に設けられ手載せ台の往復動の範囲を規定するストッパ機構１０９とを、含む。更に、指屈伸機構１０５と指叩き機構１０８とを制御する機構制御部１５０（図１の機構制御部２０）を有する。
【００３４】
図４に示すように、指屈伸機構１０５は、第１軸４１に第１トルク機構９０を介して支持される第１アーム１１１と、この第１アーム１１１上を移動可能に設けられる第１スライダ１１２と、第２軸４５に第２トルク機構９５を介して支持される第２アーム１１３と、この第２アーム１１３上を移動可能に設けられる第２スライダ１１４と、第１スライダ１１２から上方に向かって延ばされる第１延長部１１６及び第２スライダから第１延長部１１６に向かって延ばされる第２延長部１１７との交点Ｃに設けられ指を押し下げる指押し部１１８とからなる。
【００３５】
図３に戻って、訓練装置１０Ａは、以下のようにいうことができる。患者の指に他動的屈曲と自動的伸展とを行わせる訓練装置１０Ａにおいて、患者の指を移動させる機構（指屈伸機構１０５）を、第１アーム１１１及び第２アーム１１３と、これらの第１アーム１１１及び第２アーム１１３を駆動する第１サーボモータ４４及び第２サーボモータ４７と、第１スライダ１１２及び第２スライダ１１４から延長される第１、第２延長部１１６、１１７同士の交点Ｃに配置した指先押し部１１８で構成した。第１アーム１１１を第１サーボモータ４４で駆動し、第２アーム１１３を第２サーボモータ４７で駆動する。
【００３６】
第１サーボモータ４４の出力と第２サーボモータ４７の出力とを機構制御部１５０（図１の符号２０）で制御することにより、指先押し部１１８を任意の位置に保持させることができ、任意の移動軌跡上を移動させることができる。なお、手載せ台１０２上に設けられた第１サーボモータ４４、第２サーボモータ４７には、モータ軸の回転角を監視する第１エンコーダ５２、第２エンコーダ５３がそれぞれ設けられている。機構制御部１５０は、この第１エンコーダと第２エンコーダからの回転角情報を取得することにより第１サーボモータ４４、第２サーボモータ４５を総合的に制御する。
【００３７】
なお、訓練装置１０Ａは、第１アーム１１１の駆動トルク（Ｔａｒｍ１）を計測することができる特殊な第１トルク計測機構９０を、第１アーム１１１の根元に備え、トルク情報を図示省略した機構制御部に送る。同様に、第２アーム１１３の駆動トルク（Ｔａｒｍ２）を計測することができる特殊な第２トルク計測機構９５を、第２アーム１１３の根元に備え、トルク情報をここでは図示省略した機構制御部（図１の符号２０）に送る。トルクは歪（ひずみ）ゲージで歪を計測し、この歪を換算することで求められる。そのための歪ゲージを第１アーム１１１に直接貼付けることが考えられる。ただし、第１アーム１１１に発生する歪が微少である場合には、誤差の影響が顕著となり、計測の信頼性が低下する。対策として、本実施例では、歪を拡大（増幅）させることができる特殊なトルク計測機構９０、９５が採用されている。
【００３８】
図３において、第１軸４１の中心をＡ、第２軸４５の中心をＯ、交点１１８をＣとすると、図５に示す三角形ＯＡＣを描くことができる。辺ＯＡは一定長さであり、その他の辺ＡＣ及び辺ＯＣは可変長さとなる。
【００３９】
図５に示す三角形ＯＡＣにおいて、辺ＯＡを通る軸をｘ軸、点Ｏ（原点）を通りｘ軸に直交する軸をｙ軸、辺ＯＡの長さをＬ（一定値）、辺ＯＣの長さをＬ１（変動値）、角Ｏをθ１（第２アーム１１３の第２サーボモータ４７に設けられたエンコーダ５３により計測される）、角（外角）Ａをθ２（第１アーム１１１の第１サーボモータ４４に設けられたエンコーダ５２により計測される）とする。角Ｏ＋角Ｃ＝角Ａから、角Ｃ＝角Ａ−角Ｏ＝θ２−θ１と変形し、角Ｃは（θ２−θ１）となる。内角Ａは（２π−θ２）となる。
【００４０】
点Ｃの座標を（ｘ，ｙ）とすると、ｘ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１、ｙ＝Ｌ１・ｓｉｎθ１となる。また、正弦定理から、Ｌ／ｓｉｎ（θ２−θ１）＝Ｌ１／ｓｉｎ（２π−θ２）。ここで、ｓｉｎ（２π−θ２）＝ｓｉｎθ２。Ｌ／ｓｉｎ（θ２−θ１）＝Ｌ１／ｓｉｎθ２をＬ１について整理すると、Ｌ１＝Ｌ・ｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２−θ１）となる。このＬ１を、ｘ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１とｙ＝Ｌ１・ｓｉｎθ１に代入する。
ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ１・ｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２−θ１）
ｙ＝Ｌ・ｓｉｎθ１・ｓｉｎθ２／ｓｉｎ（θ２−θ１）
【００４１】
第２アーム１１３と第１アーム１１１のエンコーダ５３，５２により計測されたθ１、θ２により点Ｃ、すなわち指先押し部１１８の位置が唯一決定され、指先押し部１１８は２次元平面上で制御可能となる。このため、点Ｃに係る速度（指先速度）及び力（指先外力）の関係式は次のように表すことができる。
【００４２】
【数１】
2015000245.tif 000003
【００４３】
図６に示す指叩き機構（図３の符号１０８）は、下部レール１５２及び上部レール１５３からなるレール部材１５４（図３）と、上下のレール１５２、１５３の間に配置されレール部材１５４を走行する移動体１５５と、この移動体１５５の軸部材１５６を介して揺動自在に支持される第３アーム１０７と、この第３アーム１０７の先端に軸部材１５７を介して回転可能に設けられ指の付け根を叩く指叩きローラ１５８とを含む。
【００４４】
上下のレール１５２、１５３は、矩形板状の部材である。第３アーム１０７が揺動できるよう、移動体１５５の移動方向に沿って図示省略した切欠き部を有する。レール部材１５４、移動体１５５及び第３アーム１０７は、汎用品を用いて製造することができる。移動体１５５は、軸部材１５６と、この軸部材１５６の両端に設けられる板体１６１、１６１と、これらの板体１６１、１６１にそれぞれ回転可能に支持される複数（この場合、合計で８個）のコロ部材１６２とからなる。
【００４５】
第３アーム１０７は、基部が移動体１５５の軸部材１５６に揺動可能に支持される２本の第３アーム部１６３、１６３を有し、これらの第３アーム部１６３、１６３の先端部を繋ぐように設けられ指叩きローラ１５８を支持する軸部材１５７とからなる。なお、指叩きローラ１５８は、ウレタン樹脂やウレタンゴムを素材に用いることが望ましい。
【００４６】
指叩き機構１０８は、上部レール１５３の上面に第３サーボモータ５５が設けられる。この第３サーボモータ５５に、プーリ１６４、１６５及びベルト１６６を介して、第３軸１６７は回転可能に設けられる。第３サーボモータ５５の力を伝え第３アーム１０７を進退させる伝達部材１６８は、第３軸１６７上に設けられる。
【００４７】
伝達部材１６８は、第３軸１６７上に取付けられ第３軸１６７と共に回動可能な第３トルク計測機構１７１と、この第３トルク計測機構１７１と共に第３軸１６７上に設けられ第３軸１６７が内部を空回りする基部１７２と、この基部１７２に接続される箱体１７３と、この箱体１７３内に複数設けられ第３アーム部１６３の上下面にそれぞれ接するコロ部材１７４とからなる。なお、第３トルク機構１７１の基本的構成は、図４に示した第１トルク機構９０、第２トルク機構９５と同様である。
【００４８】
なお、ここでは図示省略した機構制御部（図１の符号２０）は、指の屈曲終了時、指叩き機構１０８による叩く操作により指に刺激を与え、指の伸張反射を誘発する制御を行う。また、機構制御部２０は、指の伸張反射時に指に接触し続けることで更なる刺激を与えるとともに、指の伸張反射に伴い指叩き機構１０８が指の根元に移動するなぞり動作により持続的伸展を可能にする制御を行う。この２種類の制御は、機構制御部２０による制御の下で所定（１０回程度）の訓練反復回数だけ繰り返し行なわれる。
【００４９】
上記訓練装置１０Ａの構造は、本出願人が平成２２年９月２日に出願し、平成２４年３月１５日に公開された特開２０１２−５０７２８号公報に実施例２として詳細に開示されているため、重複を回避する意味でこれ以上の説明を省略する。
【００５０】
図７に、図１の訓練効果評価演算装置３０の構成が示されている。図７によれば、訓練効果評価演算装置３０は、演算処理部３００と、記憶部３０１と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器３０２，３０３と、通信部３０４と、出力部３０５とを含み構成される。
【００５１】
演算処理部３００は、例えば、マイクロプロセッサであり、内蔵するまたは外付けされる記憶部３０１に格納されたプログラムを逐次読み出し実行することにより、訓練装置１０Ａの検知運動情報から得られた片麻痺した指部位の伸張反射による自動伸展運動の速度と所定のサンプリングの時間との積和演算を行ない、結果を出力部３０５に出力し表示又は印刷する処理を行う。
【００５２】
演算処理部３００は、伸張反射による自動伸展運動の最大速度を求めてもよい。また、演算処理部３００は、所定回数分の積和演算の結果の各々と積和演算の結果の平均値との比較演算を行なってもよい。演算処理部３００は、積和演算の結果、伸張反射による自動伸展運動の最大速度、および比較演算の結果の少なくとも一つを出力部３０５に出力する。
【００５３】
記憶部３０１は、プログラム領域と作業領域が割り当てられ、プログラム領域には本発明の実施形態に係るプログラムが、作業領域には、所定のサンプリング間隔で算出される伸張反射による自動伸展運動の速度に関するデータが時系列に格納される。記憶部３０１には、ＤＲＡＭ、あるいはＳＲＡＭ等の半導体記憶素子が実装される。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換器３０２は、力覚センサ４０によって検出される患者の指の伸張反射による自動伸展運動時の接触力のセンシング情報を所定のサンプリング間隔で取り込み、デジタル信号に変換して演算処理部３００へ出力する。このとき、アナログ量であるセンシング情報を分解能にしたがいｎ分割することによりそれぞれのデジタル値に変換する。Ａ／Ｄ変換器３０３は、ＥＭＧセンサ５０によって検出される患者の筋電位のセンシング情報を所定のサンプリング間隔で取り込み、デジタル信号に変換して演算処理部３００へ出力する。
【００５５】
通信部３０４は、演算処理部３００と機構制御部２０との間で行われるプロセッサ間通信を制御するもので、例えば、演算処理部３００から機構制御部２０に対し、後述するタッピングのパターンを示すパラメータが送信され、機構制御部２０から演算処理部３００に対しそのパラメータにしたがい片麻痺指機能回復装置１０Ａを駆動した結果取得されるセンシング情報が送信される。
【００５６】
出力部３０５は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Device）、ＯＬＥＤ（Organic Electro-Luminescence）等の表示デバイスからなり、演算処理部３００により生成される積和演算の結果、伸張反射による自動伸展運動の最大速度、および比較演算の結果の少なくとも一つ、あるいは、伸張反射による自動伸展運動の最大値、最小値、第１分位、第２分位、および第３分位から箱ひげ図を表現する表示情報を生成して上記した表示デバイスに表示して麻痺運動機能回復の程度の評価を促すユーザインタフェースとしての役割を持つ。なお、出力部３０５は、表示デバイスに代わったプロッタでもよく、また、その組み合わせでもよい
【００５７】
以下、図８〜図１０のフローチャート、ならびに図１１〜図２４に示すグラフを参照しながら、図１，図７に示す訓練効果評価演算装置３０の動作について詳細に説明する。
【００５８】
ところで、促通反復療法は、タッピング刺激によって伸張反射を起こし、自動伸展を促すことが重要である。この伸張反射を起こすための刺激は個人差が考えられるため、患者に柔軟に対応できるように訓練装置１０Ａを制御する必要がある。このため、タッピング手先の速さと接触時間とをパラメータとする複数のタッピング刺激パターンを用意した。
【００５９】
訓練効果評価演算装置３０（演算処理部３００）は、まず、機構制御部２０との協調制御により、予め用意された複数の筋刺激パターンの中から患者に最適なパターンを選択し、その筋刺激パターンにしたがい麻痺した部位を刺激する（ステップＳ１０）。具体的に、機構制御部２０は、指叩き機構１０８によるタッピング手先（指叩きローラ１５８）が叩く速度（以下、タッピング手先速度という）を調整する。タッピング手先速度が早くなるにつれ患者に与える刺激量は強くなる。この刺激量が過大になると自動伸展がうまく促されることなく他動運動になる。片麻痺からの回復には他動運動ではなく自動運動が必要不可欠になるため、適切な量のタッピング刺激を与えることが重要である。
【００６０】
次に、機構制御部２０は、タッピング（指屈曲）の際に、タッピング手先が第２指関節に接触してからタッピング（伸展）に移行するまでの時間を調整する。この時間を接触時間という。この時間を麻痺の度合いに応じて調整することで力刺激の大きく差を制御することとする。但し、タッピング手先が麻痺した指の根元に接触したことを直接センシングする手段がないため、ここでは、モータの角速度に着目することによって接触を判定することにした。具体的には、目標角速度に対して現在の角速度が指根元の抵抗により減速した時刻を接触開始時刻（タッピングスタート）とし計測することにしている。接触時間が過大になると指の伸展を阻害することになるため、接触時間の上限を設け、接触時間を０．２ｓで設定した場合の例が図１１にグラフで示されている。図１１では、横方向を時間軸とし、縦方向に目標及び現在角速度［ｒａｄ／ｓ］を目盛って、経過時間毎の角速度の変化を示す。
【００６１】
実施例１では、上記したタッピング手先速度と接触時間とを設定することでタッピング刺激の大きさを制御することにした。この２つのパラメータの組み合わせは、無限に存在するが、ここで４個のパターンを作成して被検者に適用した。ここでは、機構制御部２０は、訓練装置１０Ａを制御して選択された１つのパターンを用い、被検者の指の屈曲、伸展動作を１０回繰り返す（ステップＳ１０）。そして、訓練効果評価演算装置３０（演算処理部３００）は、所定のサンプリング間隔でエンコーダ５２，５３から回転角の情報を取り込み、都度、指の伸展時の軌跡と指先力、指先速さを測定して記憶部３０１に時系列に保存する（ステップＳ２０）。図１２に、１０回の訓練において統計上比較的正確なデータが得られるとされている３〜７回目のデータを抽出して示してある。ここで得られるデータは、出力部３０５に出力して表示又は印刷してもよい。図１２では、横方向を時間軸とし、縦方向に指先力（Ｆｏｕｒｃｅ［Ｎ］）と指先速さ（Ｓｐｅｅｄ［ｍ／ｓ］）とを目盛って、指先力と指先速さの時系列変化を示している。
【００６２】
なお、図１２のグラフでは、指先速さの速度変化のどの部分が伸張反射による効果であるか不明である。したがって、ここではＥＭＧを用いて確認することとした。すなわち、訓練効果評価演算装置３０（演算処理部３００）は、機構制御部２０との協調制御により、訓練装置１０Ａを使用した訓練を行い、そのときの患者の筋電位を測定する。ここでは、被験者を健常者とし、タッピングを行う場合と行わない場合とで比較することとした。但し、どちらも随意運動は行わないこととし、これによりタッピング刺激により無意識的な伸張反射が発生しているか否かを確認することとした。図１３（ａ）にタッピング刺激が無い場合、図１３（ｂ）にタッピング刺激がある場合の指先の伸展速度による伸張反射の効果確認のためのグラフが示されている。
【００６３】
図１３（ａ）から明らかなように、タッピング刺激が無い場合ＥＭＧは一定になっている。図１３（ｂ）に示すように、タッピング刺激がある場合、タッピング開始から約１００［ｍｓ］後にＥＭＧの上昇を確認することができる。ここでは、随意運動を行わせていないため、ＥＭＧの上昇は伸張反射によるものであることが判明する。伸張反射には、脊髄までの伸張反射と脳まで達する伸張反射とが存在する。前者は、刺激から数十［ｍｓ］、後者は、数百［ｍｓ］の時間を要することがわかっているため、タッピング開始から約１００［ｍｓ］後にＥＭＧが上昇したということは、後者の脳まで達している伸張反射であることがわかる。さらに、ＥＭＧの変化に指先の速度の変化が対応していることから、指先の速度により訓練効果の評価を行うものとする。
【００６４】
図１４に刺激パターン１（タッピングの速度が１１０［ｍｍ／ｓ］、接触時間０．１５［ｓ］）にしたがいタッピングを行ったときの、指の自動伸展運動（伸張反射による伸展運動とそれに続く随意的な伸展運動を含む）における指先の伸展軌跡（図１４（ａ））、伸展時における指先の合力（Ｆｏｒｃｅ［Ｎ］）と速度（Ｓｐｅｅｄ［ｍ／ｓ］）が示されている（図１４（ｂ））。また、図１５に刺激パターン２（タッピングの速度が１１０［ｍｍ／ｓ］、接触時間０．２［ｓ］）にしたがいタッピングを行ったときの、指先の伸展軌跡（図１５（ａ））、伸展時における指先の合力（Ｆｏｒｃｅ［Ｎ］）と速度（Ｓｐｅｅｄ［ｍ／ｓ］）が示されている（図１５（ｂ））。いずれも被験者は片麻痺患者であり、１０回の訓練の内、３〜７回目のデータを抽出したものである。
【００６５】
ここで、フローチャートの説明に戻る。図９に、図８に示した基本動作フローの自動伸展運動速度の検知処理（ステップＳ２０）のための詳細手順が示されている。なお、伸張反射による自動伸展運動速度の計算に先立ち、演算処理部３００は、不図示の内蔵レジスタに、１回の訓練における指先速度の最小値「Ｖｍｉｎｉ」，所定の訓練回数における指先速度の最小値「Ｖｍｉｎｊ」，所定の訓練回数における指先速度の最大値「Ｖｍａｘｊ」を割り当てる。但し、ｊは訓練回数（例えば、１０回）である。
【００６６】
図９において、演算処理部３００は、常時、内蔵タイマによりタッピング手先の接触時間を監視している（ステップＳ３０１）。設定した接触時間０．２秒に達すると（ステップＳ３０１”ＹＥＳ”）、演算処理部３００はそのときのＶｉをレジスタＶｍｉｎｉに設定する（ステップＳ３０２）。そして、ＶｍｉｎｊとＶｉとの比較を行なう（ステップＳ３０３）。ここで、Ｖｍｉｎｊがその時点での指先速度Ｖｉ以上になっていれば（ステップＳ３０３”ＹＥＳ”）、演算処理部３００は、Ｖｍｉｎｊに指先速度Ｖｉを設定する（ステップＳ３０４）。Ｖｍｉｎｊが指先速度Ｖｉ未満であれば（ステップＳ３０３”ＮＯ”）、ステップＳ３０３の処理を繰り返す。
【００６７】
次に、演算処理部３００は、ＶｍａｘｊとＶｉとを比較する（ステップＳ３０５）。ここで、ＶｍａｘｊがＶｉ未満であれば（ステップＳ３０５”ＹＥＳ”）、演算処理部３００は、そのときのＶｉをＶｍａｘｊに設定し（ステップＳ３０６）、ＶｍａｘｊがＶｉ未満でなければ（ステップＳ３０５”ＮＯ”）、指先速度Ｖｉが正か負かを判定する（ステップＳ３０７）。続いて、Ｖｉが正であれば（ステップＳ３０７”ＮＯ”）、ステップＳ３０３移行の処理を繰り返し実行し、Ｖｉが負であれば（ステップＳ３０７”ＹＥＳ”）、ｊを＋１更新する（ステップＳ３０８）。以上の処理は、ｊが例えば、”１０”をカウントする（ステップＳ３０９”ＹＥＳ”）まで繰り返し実行される。
【００６８】
説明を図８に戻す。上記により算出される指先自動伸展速度に基づき訓練効果の評価を行うことができる。まず、第１に重要な評価は、指自動伸展度評価である。指自動伸展度評価は、伸張反射によって指の自動伸展がどれだけ行われたかを表す指標である。このため、一組の訓練結果における指先速度の変化を計算すれば指自動伸展度の評価が可能である。具体的に、伸張反射による自動伸展運動時において、各サンプリングタイムにおける指先の速度にサンプリングタイム８［ｍｓ］を積和演算すれば面積Ｓｉが算出され、この時間領域における面積Ｓｉによって指の自動伸展度を評価することができる。詳細は後述する。
【００６９】
図１０に、図８の自動伸展運動速度とサンプリング時間との積和演算処理（ステップＳ３０）のための詳細手順が示されている。図１０によれば、演算処理部３００は、常時、内蔵タイマにより指先との接触時間を監視している（ステップＳ４０１）。設定した接触時間０．２秒に達すると（ステップＳ４０１”ＹＥＳ”）、演算処理部３００はそのときのＶｉをレジスタＶｍｉｎｉにセットする（ステップＳ４０２）。そして、ＶｍｉｎｊとＶｉとの比較を行なう（ステップＳ４０３）。ここで、ＶｍｉｎｊがＶｉ以上になっていれば（ステップＳ４０３”ＹＥＳ”）、演算処理部３００は、ＶｍｉｎｊにそのときのＶｉを設定する（ステップＳ４０４）。ＶｍｉｎｊがＶｉ未満の場合は（ステップＳ４０３”ＮＯ”）、ステップＳ４０３の処理を繰り返す。
【００７０】
次に、演算処理部３００は、各サンプリングタイムにおけるＶｉにサンプリングタイムΔｔを積和演算して面積Ｓｉを算出する（ステップＳ４０５）。図１６に、時間軸上に指先速度を目盛り、そのときに算出される面積Ｓｉとの関係が示されている。続いて、演算処理部３００は、Ｖｉが正か負かを判定する（ステップＳ４０６）。Ｖｉが正であれば（ステップＳ４０６”ＮＯ”）、ステップＳ４０３以降の処理を繰り返し実行し、Ｖｉが負であれば（ステップＳ４０６”ＹＥＳ”）、ｊを＋１更新する（ステップＳ４０７）。以上の処理は、ｊが、例えば”１０”をカウントする（ステップＳ４０８”ＹＥＳ”）まで繰り返し実行される。
【００７１】
説明を図８の基本動作フローに戻す。上述した指先自動伸展速度の計算処理（ステップＳ２０）、および指先自動伸展速度とサンプリング時間との積和演算処理（ステップＳ３０）は、訓練反復回数分繰り返し実行され（ステップＳ４０）、演算処理部３００は、更にその平均値を計算する（ステップＳ５０）。続いて、演算処理部３００は、その結果をグラフ化して表示情報を生成し、出力部３０５に出力して評価を促す（ステップＳ７０）。
【００７２】
なお、最も重要な評価は、指自動伸展度（指の自動伸展の程度）である。麻痺の度合いが大きい患者ほど指の自動伸展運動能力は弱くなる。具体的には、図１６に示すように、ハッチング表記した伸張反射時間領域における伸張反射領域の面積Ｓｉにより指の自動伸展度を評価する。また、指の自動伸展度評価の他に、自動伸展時における最大指先速度を使用して伸張反射によりどれだけの随意運動を引き起こす効果があったかを示す指自動伸展俊敏さの評価も可能である。具体的には、図１７に示すように、ハッチング表記した伸張反射による自動伸展運動時間領域における最大指先速度Ｖｍａｘにより指自動伸展俊敏さの評価を行う。
【００７３】
なお、各自動伸展時における指先速度の変化曲線（速度変化）と当該速度変化の中央値曲線から訓練効果のばらつきの度合い（同効果達成度）を評価することもできる。具体的には、図１８に示すように、ハッチング表記した伸張反射時間領域における伸張反射領域の面積Ｓｉを都度求め、以下の演算式により反復訓練時の同効果達成度評価を行なう。Ｈが１に近いほど各訓練のばらつきが小さくなる。
【００７４】
【数２】
2015000245.tif 000004
【００７５】
すなわち、各伸張反射における面積Ｓｉとその中央値Ｓｍとの差分（Ｓｍ−Ｓｉ）を求め、その差分と中央値の比（Ｓｍ−Ｓｉ／Ｓｍ）を求め、その比を１から減算する。図１９（ａ）（ｂ）に具体的事例を示しているが、この場合、同効果達成度は、Ｈａ＞Ｈｂである。上記した指自動伸展度と指自動伸展俊敏さの評価が良く、同効果達成度が高ければ、毎回一定の伸張反射が促され、同様の効果が達成されているということが言える。
【００７６】
なお、タッピング刺激だけでなく、患者の麻痺の度合いによって、指伸筋に電気刺激および振動刺激を補助的に併用した場合の被験者Ａの訓練結果が図２０（ａ）〜（ｆ）に示されている。電気刺激とは、体表面に貼付した電極を介してパルス電流を流すことで筋ではなく、筋を支配する閾値のはるかに小さい運動神経が刺激され、神経の興奮が筋に伝わって筋が収縮するものである。このような電気刺激の補助により、関節運動閾値をより低くして、すなわち、伸張反射の感度を高くすることでタッピング刺激による伸張反射を効果的に引き起こしやすいようにしている。
【００７７】
また、振動刺激は、深覚部に直接作用することにより、振動覚受容器を通ってその刺激電位を、タッピング刺激による刺激電位に加重でき、伸張反射の感度を補助的に高める刺激である。この手法は安全性が高く、タッピング刺激による伸張反射も効果的に引き起こしやすくなる。図２０（ａ）にタッピング刺激無し、図２０（ｂ）にタッピング刺激のみ、図２０（ｃ）にタッピング刺激と電気刺激、図２０（ｄ）にタッピング刺激と振動刺激、図２０（ｅ）にタッピング刺激と電気刺激と振動刺激を併用、図２０（ｆ）に訓練後のタッピング刺激なしの場合の訓練による被験者Ａの検証結果を示した。
【００７８】
図２１に、平均値を用いた指自動伸展度の評価結果が示されている。この平均値での評価は、訓練装置１０Ａのオンラインでの制御の場合に有効である。すなわち、訓練効果評価演算装置３０（演算処理部３００）は、訓練装置１０Ａを使用して、タッピング刺激なしの場合、ありの場合、タッピング刺激と電気刺激を併用した場合、タッピング刺激と振動刺激を併用した場合、タッピング刺激と電気刺激と振動刺激を併用した場合、訓練後のタッピング刺激のみの場合の、それぞれにおける１セット１０回分の訓練結果の平均値を求め、出力部３０５に出力（例えば、表示）する。
【００７９】
図２１の評価結果によれば、タッピング刺激を行わない場合よりも行った方が良好な結果が得られている。これは訓練装置１０Ａが持つタッピング機構の有用性を示すものである。また、指自動伸展俊敏さの評価については、タッピング刺激と電気刺激を併用した場合が他の場合に比べて良好な結果が得られた。タッピング刺激を行わない場合は明らかに指自動伸展俊敏さが劣るという結果になった。また、タッピング刺激、電気刺激、振動刺激の全てを用いた場合が反復訓練時の同効果達成評価度が高いことから、安定して効果が得られていることが理解できる。
【００８０】
次に、箱ひげ図による評価について図２２、図２３、図２４を用いて説明する。ここでも図２０（ａ）〜（ｆ）に示した組み合わせを使用して評価したものである。図２２は指自動伸展度評価、図２３は指自動伸展俊敏さ評価、図２４は反復訓練時の同効果達成度評価を示す。ここに示す箱ひげ図も平均値の場合と同様、訓練装置１０Ａを使用した被験者Ａの、タッピング刺激なしの場合、ありの場合、タッピング刺激と電気刺激を併用した場合、タッピング刺激と振動刺激を併用した場合、タッピング刺激と電気刺激と振動刺激を併用した場合の、それぞれにおける１セット１０回分の訓練結果の平均値を求め、出力部３０５に出力（例えば、表示）することにより実現される。
【００８１】
図２２，図２３に示すように、被験者Ａは、指自動伸展度評価と指自動伸展俊敏さ評価において、タッピング刺激無しの場合よりタッピング刺激を含む訓練の方が良好な結果が得られたことが理解できる。特に、タッピング刺激、電気刺激、振動刺激の３つを併用した場合に、ばらつきが少なく、安定して訓練が行えていることが理解できる。これは、図２４に示す反復訓練時の同効果達成度評価からも確認することができる。また、訓練前後にタッピング刺激無しの訓練を行い比較することにより、指自動伸展度評価と指自動伸展俊敏さ評価で効果向上を確認することができる。
【００８２】
上述した実施例１の訓練効果評価方法によれば、膨大な時間と労力を要する徒手の選択的運動促通訓練の代わりに、訓練装置１０Ａを制御してその運動覚情報と力覚情報をセンシングして促通手技を行うときの訓練効果を定量的に評価し、随意指伸展の運動の促通と反復による指の麻痺改善を実現したものである。この訓練効果評価方法によるプログラムを訓練効果評価演算装置３０に移植し、この訓練効果評価演算装置３０が、訓練効果評価により、訓練方法を調整し、適応化して訓練効果を最大限に活用することで、医師や作業療法士の代わりに片麻痺指機能回復が促進され、労力の軽減と医療効果の向上を実現することができる。また、訓練装置１０Ａの運動覚情報と力覚情報を利用して促通手技を行うときの運動と力の変化を定量的に解析し評価することができるため、その評価結果を訓練装置１０Ａにフィードバックして訓練のパターンを変更する等により更なる訓練効果の改善を実現することができる。
【００８３】
なお、実施例１に係る訓練効果評価演算装置３０によれば、演算処理部３００が、訓練機構（訓練装置１０Ａ）の検知運動情報から得られた片麻痺した部位の伸張反射による自動伸展運動の速度と所定のサンプリングの時間との積和演算を行ない、出力部３０５へ出力することで、医師や作業療法士に定量評価を促すこととしたが、例えば、訓練装置１０Ａを使用した被験者の訓練結果に基づく定量評価の結果を大量にデータベース化しておき、その平均と比較することで被験者の訓練効果をビジュアル化して改善結果の進捗状況を表示する等、も含めて訓練効果評価演算装置３０で実現することも可能である。
【実施例２】
【００８４】
次に、実施例１の指に代わり、前腕を訓練対象とした本実施形態に係る訓練効果評価方法を実施例２として説明する。
【００８５】
図２５に、片麻痺前腕機能回復訓練装置（以下、単に訓練装置１０Ｂという）の構造が示されている。図２５に示すように、訓練装置１０Ｂは、キャスター（自在車輪）２１１を備える移動台２１２と、この移動台２１２上の一端に設けられる前腕載せ台２１３と、移動台２１２上に設けられる装置ベース２１４と、この装置ベース２１４に水平軸廻りに回転可能に支持され上面が開放されている半割筒体２１５と、この半割筒体２１５内に設けられるスティック２１６と、半割筒体２１５内に設けられる手首支持部２１７と、一端が半割筒体２１５に連結され水平軸に沿って延びる駆動軸２１８と、装置ベース２１４に設けられ駆動軸２１８を回転自在に支える軸受台２１９、２１９と、装置ベース２１４に設けられ駆動軸２１８を駆動するサーボモータ２２１と、このサーボモータ２２１に設けられモータ軸２２２の回転角を計測するエンコーダ２２３と、このエンコーダ２２３から回転角情報を取得し半割筒体２１５を左右の一方向に正転させ、停止させ、逆転させ、停止させることを繰り返し、正転では回転運動機能回復を図る筋の緊張で筋の伸張反射を起こして神経細胞を興奮させるために第１角速度と急加速度と前記第１角速度より高速の第２角速度で筋の刺激を与える速度を制御し、逆転では筋の刺激を持続して筋緊張を維持するために抵抗力を付与する、一連の制御をなす制御部２２４と、スティック２１６に加えられるトルクを演算し機構制御部２２４へ送るトルク換算部２２５とからなる。
【００８６】
なお、キャスター２１１の一部は、普通の車輪（非自在車輪）であってもよい。また、キャスター２１１を省いてもよい。この場合は、移動台２１２は、単なる台となる。台であれば、適当なテーブルや机を台の替わりにすることができるため、移動台２１２を装置ベース２１４の下に配置するか否かは任意である。ただし、サーボモータ２２１やエンコーダ２２３は重いため、人的負担を軽減する上で、本実施例のように装置ベース２１４と移動台２１２を一体化することが推奨される。
【００８７】
また、半割筒体２１５は、筒体の一部が切り欠いてあればよく、切り欠き率は５０％に限定されるものではない。さらには、半割筒体２１５は、半割円筒を原則とするが、多角形筒であってもよい。
【００８８】
半割筒体２１５と駆動軸２１８との間に、トルク検出機構２６０が設けられる。このトルク検出機構２６０の構成及び作用は後述する。
【００８９】
図２６は、訓練装置１０Ｂの斜視図、図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、半割筒体２１５の作用図、図２８は、他動的回転運動を示す図である。例えば、図２６に示すように、患者は、例えば左手に訓練を施す必要があり、手首２５６を手首支持部２１７に載せ、前腕部２５８を前腕載せ台２１３に載せる。患者から見て左の手首２５６を、矢印（ａ）のように身体の中心へ回すことを「回内運動」と呼び、矢印（ｂ）のように外側へ回すことを「回外運動」と呼ぶ。
【００９０】
矢印（ａ）と矢印（ｂ）へ自分の意志で回す運動を「自動的回転運動」と呼ぶ。この自動的回転運動をより大きく引き起こすために、外部から力を与えて他方へ回転させる運動を「他動的回転運動」と呼ぶ。例えば、矢印（ａ）の方向へ「他動的回転運動」を行うことで、矢印（ｂ）の方向へ「自動的回転運動」を引き起こすことができる。
【００９１】
図２７（ａ）には、図面が煩雑になるため手首は記載していないが、中立状態にあり、この状態から訓練が始められる。図２７（ｂ）に示すように、サーボモータ２２１により他動的回転運動を行う。具体的には、図２８に示すように、先ず、第１角速度で他動的回転運動を行い、急加速度を行い、第２角速度で他動的回転運動を行う。例えば、第１角速度は２．５ラジアン／秒であり、第２角速度は１１．０ラジアン／秒である。すなわち、第２角速度は第１角速度の２倍〜５倍程度にする。
【００９２】
急加速度は、サーボモータ２２１が出し得る最大の加速度に設定する。例えば、０．０１秒で、第１角速度から第２角速度へ移行させる。このとき角加速度は、（１１．０−２．５）／０．０１＝約１０００ラジアン／秒とする。すなわち、第１角速度による一定の回転後に、急加速度及び第２角速度で素早く回転させ機能回復を図る筋の緊張を高める。すると、筋緊張により伸張反射が励起される。この伸張反射により、筋の収縮が促され、図２７（ｃ）に示すように、患者の意志で自動的回転運動が行われる。ただし、サーボモータ２２１で筋の刺激を持続して筋緊張を維持するために、軽い抵抗力を発生させる。
【００９３】
軽い抵抗力をサーボモータ２２１で発生させるには、患者が自動的回転時に発生するトルクを知る必要がある。すなわち、トルクが大きければ抵抗力（抵抗トルク）を高め、トルクが小さければ抵抗力を小さくすることで、患者の負担にならないようにする。そのためのトルク検出機構を備える。なお、軸トルクは、駆動軸２１８に歪ゲージを貼ることで検出可能である。ただし、駆動軸２１８の外径が小さいときには、軸のねじれ量（図３０、符号θａ参照）が小さいため、測定が難しいと共に測定誤差が大きくなる。このため、次に述べるように、測定精度が良好なトルク検出機構を採用した。
【００９４】
図２９に示すように、トルク検出機構２６０は、円板２４２の外周部に図面表へ延びるように立てたピン２６１と、このピン２６１に一端が嵌り円板２４２の回転中心へ延びる棒状部材２３８と、この棒状部材２３８の途中に設けたくびれ部２６２と、このくびれ部２６２に貼り付けた歪ケージ２６３と、この歪ケージ２６３で得た歪情報をトルクに換算するトルク換算部２２５とからなる。
【００９５】
棒状部材２３８の一端は、棒状部材２３８の長手方向へ延びる長穴２６４を介してピン２６１に嵌めることで、ピン２６１に対する棒状部材２３８の移動を許容するようにした。また、棒状部材２３８の他端は、フランジ２６５、２６６で駆動軸２１８の別の角軸部２６７に挟めるようにした。棒状部材２３８は、帯板の他、丸棒、角棒であってもよく、形状は任意である。ただし、帯板であれば、両端の幅が大きいため、この幅を利用して一端を円板２４２に容易に取付けることができると共に他端を駆動軸２１８に容易に取付けることができる。
【００９６】
このような構成のトルク検出機構２６０の作用を次に述べる。図３０（ａ）に示すように、自動的回転運動により、スティック２１６を介してトルクＴｍが円板２４２に加えられる。このトルクＴｍは、駆動軸２１８に直接伝えられると共に棒状部材２３８を介しても駆動軸２１８に間接的に伝えられる。直接伝えられるトルクをＴａ、間接的に伝えられるトルクをＴｓとすると、Ｔｍ＝Ｔａ＋Ｔｓとなる。歪ケージ２６３は棒状部材２３８だけに設けられている。
【００９７】
図３０（ｂ）に示すように、トルクＴｓにより、棒状部材２３８はくびれ部２６２を折曲点にして、くの字に曲がる。トルクＴｓが大きいほど曲がりが大きくなる。この規則性により、トルクＴｓは構造力学的に算出することができる。ここで、折曲点から駆動軸２１８までの長さをＬ１、折曲点からピン２６１までの長さをＬ２、くびれ部２６２の長さをＬｘ、くびれ部２６２の幅をｂとする。図には記入しないが、くびれ部２６２の厚さ（図面表裏寸法）をｈとする。また、くびれ部２６２の縦弾性係数（ヤング率）をＥとする。
【００９８】
図３０（ｃ）に示すように、駆動軸２１８にトルクＴａが作用すると、僅かにねじれる。図中の角度θａは、トルクＴａが大きいほど大きくなる。この規則性により、トルクＴａも構造力学的に算出することができる。ここで、駆動軸２１８の長さをＬＬ、直径をＲとする。また、駆動軸２１８の横弾性係数をＧとする。詳しい説明は省略するが、トルクＴａは、次に示すように、Ｔｓの関数になる。
【００９９】
【数３】
2015000245.tif 000005
【０１００】
トルクＴｓは、歪ゲージ２６３で求めることができるため、歪ゲージ２６３で得た歪情報に基づいて、トルク換算部２２５でトルクＴｍを求める。このトルクＴｍに応じて、サーボモータ２２１で抵抗トルクを発生させる。この抵抗トルクの詳細は後述する。自動的回転運動の際に、適度な大きさの抵抗力を付与すると、患者の前腕は刺激を持続して筋緊張を維持し、より大きく回転することができる。
【０１０１】
なお、図３０（ｂ）において、くびれ部２６２の幅ｂが小さいほど、棒状部材２３８は大きく折り曲がり、くびれ部２６２に大きな歪が発生する。この様なくびれ部２６２に歪ゲージ２６３を貼り付けたので、トルクＴｍは精度よく求まる。すなわち、図３０（ｃ）に示す駆動軸２１８に歪ゲージを直接貼り付けるよりは、格段に高い精度でトルクを検出することができる。
【０１０２】
次に、抵抗トルクの求め方を、説明する。サーボモータ２２１の現在の角度をθ、仮想慣性をＩ、仮想粘性をＣ、仮想弾性をＫとしたときに、センシングされたトルクＴｍに対するインピーダンス式は次式になる。
【０１０３】
【数４】
2015000245.tif 000006
【０１０４】
等速時において、Ｃの値を調整することで抵抗力の大きさを決定する。加速・減速時において、Ｋ１、Ｋ２を調整することで抵抗トルクを決定できる。特に、時間の遅れを低減させたい場合は、Ｃを決定した後にＩの値をＫ２＝０に近づくように設定すればよい。以上により、抵抗トルクＴｎが適当な値に設定される。
【０１０５】
図２８に示したように、第１角速度、急加速度、第２角速度を設定し、上記の抵抗トルクを設定した上で、次に述べるサイクルで訓練を実施する。なお、図３１では他動的回動運動をマイナス（−）領域とした。図３１に示すように、機構制御部２２４は、訓練装置１０Ｂを制御して、第１角速度、急加速度、第２角速度からなる他動的回動運動を実施する。すなわち、サーボモータ２２１により、患者の前腕部を回転させる。このときに、急加速度及び第２角速度により、筋の緊張が高まる。
【０１０６】
点Ｐ１で、サーボモータ２２１による駆動を止める。すると、腕部を逆方向に回す伸張反射が誘発され、それに続いて被訓練者は、自己の意志で前腕部を逆方向に随意的に回そうとする（伸張反射による自動的回転運動に相当）。ただし、点Ｐ１以降はサーボモータで軽い抵抗を付与する。点Ｐ１では、それまでの慣性により、角速度は−（マイナス）であるが、逆方向の回転により角速度は急減し、＋（プラス）に転じる。逆方向の回転末期において回転が遅くなり、ついには角速度がゼロになる。機構制御部（図２５の符号２２４）は、正転時の他動的回転運動と、逆転時の自動的回転運動とを１サイクルとして、このサイクルを数十回繰り返す。
【０１０７】
以下に、幾つかの訓練パターンを用いて，健常者を対象とした筋電位測定を行い効果の高い訓練パターンを確立する。そして、片麻痺患者を対象とした検証実験を行い、その有効性を検証することとする。実験の目的は，訓練を行う前腕に筋電位センサを貼り幾分かの加速度で目標速度に到達するよりも加速度無限大で目標速度に到達した方が伸張反射をより誘発できることを筋電位測定により確認するためである。また、決定した訓練パターンを用いて各パターンでの筋電位の反応を比較し、効果的に伸張反射が誘発されているかを確認するためである。
【０１０８】
実験方法としては、回外運動での筋の反応を確認するために、回外筋に筋電位センサを貼り付けて変化を測定する。但し、いずれの回外運動も意識的な随意運動は行わせないこととする。訓練回数は２０回とし、最大訓練時間は６０秒とする。
【０１０９】
図３２は、訓練での他動的回転運動や自動的回転運動等を示している。他動的回転は、速度区間１で低速運転し、速度区間２で高速回転する。その後、自動回転運動が行われている。他動的回転運動では、訓練装置１０Ｂが患者の前腕を操作しているため、速度区間１の部分では筋電位が低くなり、速度区間２になったときに訓練装置１０Ｂの速度変化により筋緊張が高まるため筋電位は急激に増加する。この反応が伸張反射になる。
【０１１０】
図３３（ａ）は、加速度無限大での訓練結果を示し、図３３（ｂ）は、有限加速度での訓練結果を示している。図３３（ａ）と図３３（ｂ）とを比較すれば、他動運動から自動運動での筋電位の最小点から最大点への変化（伸張反射の大きさ）は、図３３（ｂ）の方が大きい。ここで、効果的な訓練として、前腕の伸張反射をより誘発することが求められる。したがって、目標速度へ加速度無限大で加速する訓練方法を選択する。
【０１１１】
以上の結果から決定したパターンでの筋電位の反応を比較した図が、図３４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されている。図３４（ａ）はパターン１，図３４（ｂ）はパターン２， 図３４（ｃ）はパターン３による実験結果を示す。図３４（ａ）（ｂ）（ｃ）によれば、パターン１からパターン３まで速度区間１から速度区間２への加速度変化が大きくなっており，それに伴い筋電位の変化も大きくなっている。そのため、３つのパターンにおいて自動的回転運動での回転速度と横軸間の時間領域の面積を比較すると，パターン３が最も大きくなっており、パターン１が最も小さくなっていることがわかる。以上により，最も訓練効果が小さいのがパターン１であり，最も効果が大きいのがパターン３であり，パターン１と３の中間の効果が得られるものがパターン２であることが確認された。
【０１１２】
○第１実験：
実験装置：訓練装置１０Ｂ
実験条件：第１角速度、急加速度、第２角速度
結果：図３５（ａ）に示すグラフ。
【０１１３】
第１実験の結果によれば、図３４（ａ）に示すように、第１角速度、急加速度、第２角速度からなる他動的回転運動の後に、伸張反射による自動的回転運動（伸張反射による回転運動とそれに続く随意的な回転運動を含む）が引起こされる。自動的回転運動での最大角速度θａ・ｍａｘは、約６ラジアン／秒であった。また、角速度と時間の積が角度になるため、積分値、すなわち、曲線と時間軸とで囲われる面積Ｓａが回転角になる。
【０１１４】
○第２実験（比較例）：
実験装置：訓練装置１０Ｂ
実験条件：第１角速度のみ（急加速度、第２角速度なし）
結果：図３５（ｂ）に示すグラフ。比較のために図３４（ａ）の曲線の一部を想像線で示す。
【０１１５】
比較例では、図３５（ｂ）に示すように、第１角速度のみからなる他動的回転運動の後に、伸張反射による自動的回転運動が引起こされる。自動的回転運動での最大角速度θｂ・ｍａｘは、約３ラジアン／秒であった。曲線と時間軸とで囲われる面積Ｓｂが回転角になる。
【０１１６】
上記２つの実験を所定回数（２０回）繰り返した。すると、図３６に示すように、実施例での最大角速度θａ・ｍａｘは、４．５〜７．０ラジアン／秒であり、比較例での最大角速度θｂ・ｍａｘは、２．５〜５．２ラジアン／秒であった。また、図３６に示すように、実施例での最大回転角Ｓａは、１．９〜２．０ラジアンであり、比較例での最大回転角Ｓｂは、１．６５〜１．７５ラジアンであった。
【０１１７】
伸張反射による自動的回転運動において、最大回転角が大きいほど、筋の収縮が大きい。すなわち、図３４（ａ）に示すように、急加速度を含む他動的回転を実施することで、図３７に示すように、回転角が大きくなり、大きな伸張反射が得られることが確認できた。
【０１１８】
ここで、実施例２の訓練効果評価演算装置３０について説明する。実施例２の訓練効果評価演算装置３０は、訓練装置１０Ｂの構造を除き、図７に示した実施例１と同様であり、また、その基本動作についても図８に示す実施例１と同様である。図３８に、前腕の伸張反射による自動回転速度の計算処理（図８のステップＳ２０）のための詳細手順が、図３９に、前腕の回転速度による自動回転運動速度とサンプリング時間との積和演算処理（図８のステップＳ３０）のための詳細手順が示されている。
【０１１９】
実施例１同様、伸張反射による自動回転運動速度（回転角速度）の計算処理に先立ち、演算処理部３００は、不図示の内蔵レジスタに、現行の伸張反射による自動回転運動速度「Ｖｍｉｎｉ」を，所定の訓練回数における最小速度（回転角速度）「Ｖｍｉｎｊ」を，所定の訓練回数における最大速度（回転角速度）「Ｖｍａｘｊ」をそれぞれ割り当てる。但し、ｊは訓練回数とする。
【０１２０】
図３８において、まず、演算処理部３００は、Ｖｉ（回転角速度）が正か負かを判定する（ステップＳ３１１）。Ｖｉが正であれば（ステップＳ３１１”ＹＥＳ”）、演算処理部３００は更にＶｍａｘｊとＶｉとを比較し（ステップＳ３１２）、Ｖｍａｘｊ＜Ｖｉであれば（ステップＳ３１２”ＹＥＳ”）、Ｖｍａｘｊに現行のＶｉを設定し（ステップＳ３１３）、Ｖｍａｘｊ＜Ｖｉでなければ（ステップＳ３１２”ＮＯ”）、ステップＳ３１１の処理に戻って伸張反射による自動回転運動の最大速度を求める。
【０１２１】
一方、ステップＳ３１１でＶｉが０又は負であると判定されると（ステップＳ３１１”ＮＯ”）、演算処理部３００は、Ｖｉが正か負かを判定し、未だ負であれば（ステップＳ３１４”ＮＯ”）、ステップＳ３１１以降の処理を繰り返し実行して前腕の最大自動回転速度を求め、０または正になれば（ステップＳ３１４”ＹＥＳ”）、訓練回数を示すｊを＋１更新する（ステップＳ３１５）。以上の処理は、例えば、訓練回数ｊが”２０”をカウントする（ステップＳ３１６”ＹＥＳ”）まで繰り返し実行される。
【０１２２】
図３９に前腕の回転速度とサンプリング時間との積和演算処理（図８のステップＳ４０）のための詳細手順が示されている。図３９によれば、演算処理部３００は、Ｖｉ（回転角速度）が正か負かを判定する（ステップＳ４１１）。Ｖｉが正であれば（ステップＳ４１１”ＹＥＳ”）、演算処理部３００は、各サンプリングタイムにおける自動回転運動時の前腕回転角速度ＶｉにサンプリングタイムΔｔを積和演算して図３４の面積Ｓｉを算出する（ステップＳ４１２）。図３４に、時間軸上に角速度を目盛り、そのときに算出される面積Ｓｉとの関係が示されている。
【０１２３】
演算処理部３００は、Ｖｉが正の場合に限り上記した積和演算を繰り返し、０または負になったタイミングで（ステップＳ４１１”ＮＯ”）、自動回転運動における前腕速度Ｖ（ｉ−Ｎ）が正か負かを判定する（ステップＳ４１３）。正でなければ（ステップＳ４１３”ＮＯ”）、ステップＳ４１１以降の処理を繰り返し実行し、０または正になれば（ステップＳ４１３”ＹＥＳ”）、訓練回数を示すｊを＋１更新する（ステップＳ４１４）。以上の処理は、例えば、訓練回数ｊが”２０”をカウントする（ステップＳ４１５”ＹＥＳ”）まで繰り返し実行される。  
【０１２４】
説明を図８の基本動作フローに戻すと、前腕の自動回転速度の計算処理（ステップＳ２０）、自動回転速度とサンプリング時間との積和演算処理（ステップＳ３０）は、訓練反復回数分繰り返し実行され（ステップＳ４０）、演算処理部３００は、更にその平均値、あるいは箱ひげ図に必要な各値を計算する（ステップＳ５０）。続いて、演算処理部３００は、その結果をグラフ化して表示情報を生成し、出力部３０５に表示して評価を促す（ステップＳ６０）。
【０１２５】
上記した実験は、筋電位測定により効果が確認された３つのパターンを用いて片麻痺患者を対象に訓練を行う、訓練効果に関わる伸張反射の発生の違いを評価するためである。訓練対象とした麻痺患者の目的とする回転運動は回外運動である。但し、回外運動には伸張反射による運動と伸張反射から引き起こした随意運動を含んでいる。このため、訓練回数は２０回とし、最大訓練時間は６０秒とした。
【０１２６】
今回実験を行った患者は、初期地点まで戻ることができなかったため、外部からの補助を加えた。以下に示す結果ではその力や速度を０にした。図４０は、実験結果の他動的回転運動や自動的回転運動等を示している。筋電位を用いた検証実験により、自動回転運動での回転数と時間軸の面積を比較することで、患者の伸張反射がより誘発されているかを判断することができる。そのため、自動回転運動での回転速度と時間軸との面積を比較することとした。
【０１２７】
図４０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上記したパターン１、パターン２，パターン３を用いた実証実験での結果の一部を示したグラフである。いずれも横軸に時間軸を目盛り縦軸に回転速度を目盛っている。パターン１とパターン２での自動回転運動での回転速度と時間軸との面積を比較すれば、パターン２の方の面積が大きいことがわかる。同様に、パターン２とパターン３での回転速度と時間軸との面積を比較すると、パターン３の方が大きいことがわかる。このことにより、訓練パターンを変更することで片麻痺患者の伸張反射より効果的に誘発することができる。
【０１２８】
図４１に、図４０の一部時間領域の拡大図を示す。実施例２では上記したように図４１のハッチング表記した伸張反射による自動回転運動時間領域の面積Ｓｉにより前腕の自動回転度合を評価する。また、前腕の自動回転度合いの評価の他に、自動回転時における最大速度Ｖｍａｘを使用して伸張反射によりどれだけの随意運動を引き起こす効果があったかを示す自動回転俊敏さの評価も可能である。すなわち、図４１に示すように、ハッチング表記した伸張反射による自動回転運動時間領域における最大速度Ｖｍａｘにより自動回転俊敏さの評価を行う。
【０１２９】
図４２に箱ひげ図による前腕自動回転度評価の一例が、図４３に箱ひげ図による前腕自動回転俊敏さ評価の一例が示されている。図４２，図４３ともに、訓練毎（促通（練習）あり、促通無し（訓練前）、促通と電気刺激を併用、促通と振動刺激を併用、促通と振動刺激と電気刺激を併用、促通なし（訓練前）、促通のみ）回転角［ｒａｄ］が示されている。図４２，図４３によれば、被験者の前腕自動回転度評価と前腕自動回転俊敏さ評価において、促通無しの場合より促通を含む訓練の方が良好な結果が得られたことが理解できる。特に、電気刺激、振動刺激を併用した場合に、ばらつきが少なく安定して訓練が行えていることが理解できる。また、訓練前後に促通無しの訓練を行い比較することにより、前腕自動回転度合評価と前腕自動回転俊敏さ評価で効果向上を確認することができる。
【０１３０】
上記の評価は、実施例１同様、演算処理部３００が、伸張反射による自動回転運動の速度の平均値を求め、あるいは、伸張反射による自動回転運動の最大値、最小値、第１分位、第２分位、および第３分位を演算により求め、例えば、箱ひげ図を表現するために必要な出力情報を生成し、出力装置３０５に出力することにより実現される。
【０１３１】
以上説明のように実施例２の訓練効果評価方法によれば、膨大な時間と労力を要する徒手の選択的運動促通訓練の代わりに、訓練装置１０Ｂを制御してその運動覚情報と力覚情報をセンシングして促通手技を行うときの訓練効果を定量的に評価し、随意前腕伸展の運動の促通と反復による前腕の麻痺改善を実現したものである。この訓練効果評価方法によるプログラムを訓練効果評価演算装置３０に移植し、この訓練効果評価演算装置３０が、訓練効果の評価結果により訓練方法を調整し、適応化して訓練効果を最大限に活用することで、医師や作業療法士の代わりに片麻痺前腕機能回復が促進され、労力の軽減と医療効果の向上を実現することができる。
【０１３２】
また、実施例２の訓練効果評価方法によれば、訓練装置１０Ｂの運動覚情報と力覚情報を利用して促通手技を行うときの運動と力の変化を定量的に解析し評価することができるため、その評価結果を訓練装置１０Ｂにフィードバックして訓練のパターンを変更する等により、更なる訓練効果の改善を実現することができる。
【０１３３】
なお、本実施形態に係るプログラムは、例えば、図１において、コンピュータ（訓練効果評価演算装置３０）によって実行され、片麻痺した部位の筋を刺激して伸張反射を誘発する訓練を行う訓練機構を備え、前記訓練を所定回数分繰り返して前記片麻痺した部位の運動機能回復を促す片麻痺運動機能回復訓練装置１０を用いて前記片麻痺した部位の運動機能回復の程度を評価する訓練効果評価演算装置３０のプログラムである。そしてそのプログラムは、例えば、図８に示すように、コンピュータに、前記訓練機構の検知運動情報から得られた前記片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリング時間との積和演算を行う手順（ステップＳ１０〜Ｓ５０）と、前記積和演算した結果を出力する手順（ステップＳ６０）と、を実行させるものである。
【０１３４】
本実施形態に係るプログラムによれば、訓練効果評価演算装置３０に、訓練機構の検知運動情報から得られた片麻痺した部位の伸張反射による自動運動の速度と所定のサンプリング時間とを積和演算する処理を実行させることにより、得られる結果を出力装置に、例えば表示して評価を促すことで、医師あるいは作業療法士は、片麻痺患者の麻痺した部位の運動機能回復の程度を定量的に評価することができ、結果的に訓練効果の改善を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、左又は右半身が麻痺した患者の指または前腕部を訓練して運動機能回復を促す訓練装置を使用した訓練の運動機能回復の評価に用いて好適な効果が得られる。
【符号の説明】
【０１３６】
１…片麻痺運動機能回復訓練システム、１０…片麻痺運動機能回復訓練装置（１０Ａ，１０Ｂ：訓練装置）、２０，１５０，２２４…機構制御部、２１，２１４…装置ベース、３０…訓練効果評価演算装置、４１，４７，２２１…サーボモータ、５２，５３，２２３…エンコーダ、１０５…指屈伸機構、１０８…指叩き機構、２１５…半割筒体、２１６…スティック、３００…演算処理部、３０１…記憶部、３０２，３０３…Ａ／Ｄ変換器、３０４…通信部、３０５…出力部
【図１】
2015000245.tif 000007
【図２】
2015000245.tif 000008
【図３】
2015000245.tif 000009
【図４】
2015000245.tif 000010
【図５】
2015000245.tif 000011
【図６】
2015000245.tif 000012
【図７】
2015000245.tif 000013
【図８】
2015000245.tif 000014
【図９】
2015000245.tif 000015
【図１０】
2015000245.tif 000016
【図１１】
2015000245.tif 000017
【図１２】
2015000245.tif 000018
【図１３】
2015000245.tif 000019
【図１４】
2015000245.tif 000020
【図１５】
2015000245.tif 000021
【図１６】
2015000245.tif 000022
【図１７】
2015000245.tif 000023
【図１８】
2015000245.tif 000024
【図１９】
2015000245.tif 000025
【図２０】
2015000245.tif 000026
【図２１】
2015000245.tif 000027
【図２２】
2015000245.tif 000028
【図２３】
2015000245.tif 000029
【図２４】
2015000245.tif 000030
【図２５】
2015000245.tif 000031
【図２６】
2015000245.tif 000032
【図２７】
2015000245.tif 000033
【図２８】
2015000245.tif 000034
【図２９】
2015000245.tif 000035
【図３０】
2015000245.tif 000036
【図３１】
2015000245.tif 000037
【図３２】
2015000245.tif 000038
【図３３】
2015000245.tif 000039
【図３４】
2015000245.tif 000040
【図３５】
2015000245.tif 000041
【図３６】
2015000245.tif 000042
【図３７】
2015000245.tif 000043
【図３８】
2015000245.tif 000044
【図３９】
2015000245.tif 000045
【図４０】
2015000245.tif 000046
【図４１】
2015000245.tif 000047
【図４２】
2015000245.tif 000048
【図４３】
2015000245.tif 000049