(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも３つの水平な踏み面のセット；
（ｂ）踏み面の前記セットと機械的に接続され、異なる蹴上高さの範囲で一定ピッチを備える階段のセットを形成するように、隣接する前記踏み面間の蹴上高さを調節するための、少なくとも２つの前記踏み面を垂直方向に移動させるように構成された駆動システム；
（ｃ）階段の前記セットを使用して実行される理学療法と関連するパラメータを測定するために配置された少なくとも１つのセンサを含むセンサセット；および
（ｄ）少なくとも１つのプロセッサと不揮発性のデータ記憶手段とを含むコンピュータシステムであって、少なくとも１つのパラメータを受信するために前記センサセットと通信しているコンピュータシステム、
を含むシステムであって、
前記少なくとも１つのセンサが、隣接する前記踏み面間の現在の蹴上高さを示すパラメータを測定するために配置されたセンサを含み、
前記駆動システムが、前記踏み面を単なる垂直方向に移動させるように構成され、移動可能な踏み面各々は、異なる蹴上高さの範囲内の位置で閉じた階段のセットを形成するように隣接した蹴込面を有し、
および前記少なくとも１つのセンサは、前記踏み面に付与される負荷を測定するために配置された複数のロードセルを含み、コンピュータシステムが、患者が踏み面のうちの１つから別の踏み面へ移動するのに要する時間を決定するために、前記ロードセルからの信号を処理するように構成される、システム。
【請求項２】
前記コンピュータシステムは、治療を受ける患者の同一性を示す入力を受信するように構成されたユーザインタフェースを含み、前記コンピュータシステムは、各患者に対する複数の治療セッションの記録を保存し、前記記録は現在の蹴上高さを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コンピュータシステムは、患者に対する階段昇降能力測定値を生成するように構成され、階段昇降能力測定値は、患者が階段を登るための現在の能力と、現在の能力の進歩の割合とを示す、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのセンサが、階段の前記セット上の患者の心拍数を示すパラメータを測定するために配置された少なくとも１つの心拍数センサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムが、階段の前記セットの少なくとも一方側に沿って伸びる手すりをさらに含み、前記少なくとも１つの心拍数センサは前記手すりに統合されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムが、階段の前記セットの少なくとも一方側に沿って伸びる手すりをさらに含み、前記の少なくとも１つのセンサは、階段の前記セットを使用する患者が把持している前記手すりの位置を示す出力を生成するために配置された少なくとも１つの接触センサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムが、階段の前記セットの少なくとも一方側に沿って伸びる手すりをさらに含み、前記コンピュータシステムは、
（ａ）前記複数のロードセルによって測定される負荷の合計をモニタし；
（ｂ）階段の前記セット上の患者の体重を全負荷の時間的変化から決定し；
（ｃ）前記手すり上の現在の患者の負荷を決定するために前記体重から前記負荷の現在の合計を減算し；および
（ｄ）前記手すり上の現在の患者の負荷が、この患者の前記体重の所定の比率を超過したならば、警告信号を発生する
ように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コンピュータシステムは、前記ロードセルからの信号を処理して、階段使用中の患者の動作の強度及び安定性を示す総合運動技能コントロールの少なくとも１つの測定値を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも１つのロードセルが、踏み面当たりの少なくとも２つのロードセルとして実装され、前記少なくとも２つのロードセルが、前記踏み面各々の長さに対する負荷位置の決定を可能にする信号を生成するために配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コンピュータシステムは、患者による各階段移動に対して、患者が右脚または左脚のいずれを前に出したかを決定するとともに、両脚または片脚の使用の表示を生成するように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数のロードセルのセットは、前記踏み面各々の二次元的な負荷位置の決定を可能にする信号を生成するために、各踏み面を支持する３つ以上の非共線形のロードセルを配置した、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンピュータシステムは、踏み面の負荷が、前記踏み面の前縁の負荷を超過したことを同定する条件を満たしたときに警告信号を生成するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コンピュータシステムは、前記駆動システムと機能的に相互連結され、前記コンピュータシステムは、前記データ記憶手段またはリモートデータ記憶装置から、所定の患者に対する少なくとも１つの過去の治療セッションに関連するデータを検索するように構成され、前記コンピュータシステムは、次の治療セッションのために、階段の前記セットを初期蹴上高さに設定するために前記駆動システムを起動させるように構成され、前記初期蹴上高さは、前記データから少なくとも一部がもたらされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記駆動システムは、０ｃｍから１８ｃｍまでの範囲の大部分に実質的に及ぶ複数の蹴上高さを備える階段の前記セットを形成するために前記踏み面を移動させるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記駆動システムはさらに、前記複数の踏み面すべてが連続的な平坦面として並置されるように、前記踏み面を移動させるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コンピュータシステムは、有線または無線ネットワークに接続するための通信コンポーネントをさらに含み、前記コンピュータシステムは、前記ネットワークを通じて、患者の治療セッションに関連するデータを含むレポートを転送するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、理学療法装置に関し、詳しくは、理学療法用階段システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
統合されたセンサセットに関連づけられたコンピュータシステムの使用によって、治療が増強され及び／又は文書化される。
【０００３】
多くの患者が、様々な理由で生理学的リハビリテーションを必要とする。これらには、例えば、交通事故の犠牲者、心臓発作を経験した、または心臓の医学的処置を受けた患者とともに、大脳性の発症、侵襲的医学的処置、または暴力などにより被った負傷を有している個人が含まれる。これらの患者は、規則的な生活への段階的な復帰のために、様々な機関のリハビリテーション病棟での、または専門の理学療法士による理学的治療を受ける必要がある。
【０００４】
歩行や階段の昇降の練習が、リハビリテーション処置の中心部分である。階段を昇降する能力は、患者がリハビリテーション施設からその人の自宅へ退院できるかどうかを決定する際に、医療スタッフによって実行される評価手順における不可欠な要素である。
【０００５】
階段の昇降を練習するための適切な装置の一例が、米国特許第５，９０１，８１３号に記載されると共に、Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｔａｉｒ  Ｔｒａｉｎｅｒ  （ＤＳＴ）という名称で、ＤＰＥ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｌｔｄ．（イスラエル）から、市販されている。この装置は、対象となる患者の必要性および能力に応じて、その高さを同時に変更することが可能な複数の階段から構成される。
【０００６】
階段昇降のための理学療法で使用される階段練習機は、好ましくは、一定ピッチでの使用の間、静止しており、従来の階段のルックアンドフィール（ｌｏｏｋ  ａｎｄ  ｆｅｅｌ）をシミュレートする。同様に、高さの調節は単なる垂直方向の動作を通じて行われ、各階段の踏み面の深さを変更しないこと、および、この階段が、閉塞された蹴込面を有し、階段間の重なり合いがなく、躓きの危険を最小化していることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このタイプの既存の階段練習機は、階段運動性治療における進歩の評価や分析を容易にするための統合された手段を提供しない。
【０００８】
したがって、統合センサセットに関連づけられたコンピュータシステムの使用によって、治療が増強され及び／又は文書化される理学療法的階段システムに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、統合センサセットと関連したコンピュータシステムの使用によって、治療が増強され及び／又は文書化される理学療法的階段システムである。
【００１０】
本発明の一実施形態の教示にしたがって、以下を含むシステムが提供される：
（ａ）１セットの少なくとも３つの水平な踏み面；
（ｂ）踏み面のセットに機械的にリンクされ、少なくとも２つの踏み面を垂直方向に移動させることによって、異なる蹴上高さの範囲に対し一定ピッチを備えた１セットの階段を形成するような方式で、隣接する踏み面間の蹴上高さを調節するように構成される駆動システム；
（ｃ）階段のセットを使用して実行される理学療法に関連するパラメーターの測定のために配置された少なくとも１つのセンサを含むセンサセット；および
（ｄ）少なくとも１つのプロセッサーおよび不揮発性のデータ記憶手段を含むコンピュータシステムであって、センサセットと関連づけられ、少なくとも１つのパラメーターを受信するコンピュータシステム。
【００１１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つのセンサは、隣接する踏み面間の現時点の蹴上高さを示すパラメーターを測定するために配置されたセンサを含む。
【００１２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、治療を受ける患者の同一性を示す入力を受信するように構成されたユーザインターフェースを含み、このコンピュータシステムは、各患者のために複数の治療セッションの記録を保存し、この記録は現時点の蹴上高さを含む。
【００１３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、患者に対する階段昇降能力の測定値を生成するように構成され、階段昇降能力の測定値は、患者が階段を昇る現時点の能力と、現時点の能力の進歩の比率とを示す。
【００１４】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つのセンサは、階段のセットにおける患者の心拍数を示すパラメーターを測定するために配置された少なくとも１つの心拍数センサを含む。
【００１５】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、このシステムはさらに階段のセットの少なくとも一方側に沿って伸びる手すりを含み、少なくとも１つの心拍数センサが、手すりに統合される。
【００１６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、このシステムはさらに、階段のセットの少なくとも一方側に沿って伸びる手すりを含み、少なくとも１つのセンサが、階段のセットを使用する患者が手すりを把持している位置を示す出力を生成するために配置された少なくとも１つの接触センサ含む。
【００１７】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つのセンサが、踏み面の各々に付与される負荷を測定するために配置された少なくとも１つのロードセルを含む。
【００１８】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、以下を行うように構成される：
（ａ）複数のロードセルによって測定された負荷の合計をモニターし；および
（ｂ）階段のセット上の患者の現在の体重を決定する。
【００１９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、システムはさらに、階段のセットの少なくとも一方側に沿って伸びる手すり含み、コンピュータシステムはさらに、現在の体重から現在の負荷の合計を減算して、手すり上の現在の患者の負荷を決定するように構成される。
【００２０】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムはさらに、手すりの上の現在の患者の負荷が、患者の現在の体重のあらかじめ定められた比率を超過したならば、警告信号を生成するように構成される。
【００２１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、階段使用中の総合運動技能コントロールの少なくとも１つの測定値を決定するために、ロードセルからの信号を処理するように構成される。
【００２２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、患者が踏み面のうちの１つから別の踏み面へ移動するのに要する時間を決定するために、ロードセルからの信号を処理するように構成される。
【００２３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つのロードセルは、踏み面の各々の長さに対する負荷位置の決定を可能にする信号を生成するように配置された少なくとも２つのロードセルとして実装される。
【００２４】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、患者による各階段の移行に対し、患者が右脚または左脚のいずれを前に出したかを決定すると共に、両脚または片脚の使用の表示を生成するように構成される。
【００２５】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つのロードセルは、踏み面の各々に対する二次元的な負荷位置の決定を可能にする信号を生成するように配置された少なくとも１セットのロードセルとして実装される。
【００２６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、踏み面の負荷が、踏み面前縁の負荷の超過を同定する条件を満たすときに、警告信号を生成するように構成される。
【００２７】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムは、駆動システムと機能的に相互接続され、このコンピュータシステムは、データ記憶手段または遠隔のデータ記憶装置から、所定の患者のための少なくとも１つの過去の治療セッションに関連するデータを検索するように構成され、このコンピュータシステムは、駆動システムを起動させて、次の治療セッションのために、階段のセットを初期蹴上高さにするように構成され、初期蹴上高さは、少なくとも一部が前記データからもたらされる。
【００２８】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、駆動システムは、０ｃｍから１８ｃｍまでの範囲の大部分に実質的に及ぶ複数の蹴上高さを備える階段のセットを形成するために踏み面を移動させるように構成される。
【００２９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、駆動システムはさらに、複数の踏み面のすべてが連続的な平坦面として並置されるように、踏み面を移動させるように構成される。
【００３０】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、駆動システムは、踏み面を単なる垂直方向に移動させるように構成され、複数の踏み面各々は関連づけられた垂直の蹴込面を有する。
【００３１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、コンピュータシステムはさらに、有線または無線ネットワークと接続するための通信コンポーネントを含み、コンピュータシステムは、ネットワークを通じて、患者の治療セッションに関連するデータを含むレポートを転送するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明は、本明細書において、例示としてのみ、添付図面を参照して記述される。
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に従って構築され動作する理学療法的階段システムを等角図法で示す図面であって、中間の蹴上高さ位置に配置されたシステムを示す。
【図２】図１の理学療法的階段システムのブロックダイアグラムを示す図である。
【図３】３Ａおよび３Ｂは、図１の理学療法的階段システムを等角図法で示す図であって、最大の蹴上高さ位置および平行棒間の歩行の治療に有用な０の蹴上高さ位置にそれぞれ配置されたシステムを示す。
【図４】最大高さに配置された図１の理学療法的階段システムの背面側を等角図法で示す図であって、駆動システムの構成要素を明らかにするために裏カバーを取り外したものである。
【図５】図１の理学療法的階段システムの階段ユニットを拡大して等角図法で示す図である。
【図６】図１の理学療法的階段システムの手すりの一部の概略を等角図法で示す図であって、センサ要素の好適な配置を図示するものである。
【図７】７Ａおよび７Ｂは、図１の理学療法的階段システム上の総合負荷の変化を図式的に示すグラフであって、普通の使用状態下の場合、および、手すりに過大負荷が適用された場合をそれぞれ示すものである。
【図８】図１の理学療法的階段システムの使用中に、連続する踏み面それぞれ上の負荷変化を図式的に示すグラフである。
【図９】９Ａおよび９Ｂは、安定性が普通の、および、安定性が低い患者それぞれの場合における、図８のグラフの領域を拡大した図である。
【図１０】１０Ａおよび１０Ｂは、右足を繰り返し前に出す患者の場合における、図８に類似するが、各踏み面の左側および右側それぞれに付与された負荷に分解したものを図式的に示すグラフである。
【図１１】１１Ａおよび１１Ｂは、両脚を交互に前に出す患者に対する、図１０Ａおよび１０Ｂに類似する図式的なグラフである。
【図１２】１２Ａおよび１２Ｂは、普通の使用状態下と、階段の縁部に足を置いた危険な位置のときそれぞれにおける、所定の踏み面に対する正面―背面負荷バランスを図式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、統合センサセットと関連づけられたコンピュータシステムの使用によって治療が増強され及び／又は文書化される理学療法的階段システム、および、およびそのようなデバイスを使用して治療を管理及び／又は評価するための、対応する方法である。
【００３５】
本発明に従う階段システムの原理および作用は、図面および後続の記載を参照して、より良く理解されるであろう。
【００３６】
ここで図面を参照すると、図１−６は、通常１０で示される、本発明の特に好ましい実施形態に従って構成され作用する理学療法的階段トレーニングシステムの様々な全体図または部分図を示す。
【００３７】
機械的構造
この特に好ましい実施例に従うシステム１０の構造的基礎は、ＤＰＥ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｌｔｄ（イスラエル）から市販されている前述のＤｙｎａｍｉｃ  Ｓｔａｉｒ  Ｔｒａｉｎｅｒ  （ＤＳＴ）の実施品と非常に類似する。デバイスは、少なくとも３つ、本例で示すのは４つの水平の踏み面のセットを有し、それぞれＴＲ０、ＴＲ１、ＴＲ２およびＴＲ３と呼ぶ。駆動システム１４は、踏み面のセット１２に機械的にリンクされ、異なる蹴上高さの範囲に対し一定ピッチを備える階段１２の１セットを形成するような方式で、隣接する踏み面間の蹴上高さを調節するために、踏み面ＴＲ１−ＴＲ３の少なくとも２つを垂直に移動させるように構成される。
【００３８】
好適であるが限定的でない駆動システム１４の実施例が、図４に最良に示される。各踏み面の下には、各踏み面の各側面を支持するように、好ましくは２重になされたはさみ機構１６を有し、それによって、踏み面が、床と平行なままであることを保証しつつ、垂直方向に移動することを可能にする。本例においてスクリューアクチュエーター１８の形状で示される直線駆動装置は、トップ踏み面ＴＲ３の背後のカラム２０内に配置されるとともに、踏み面ＴＲ３を垂直に移動させるために配置される。水圧または空気式アクチュエータのような他のタイプのアクチュエータが使用されてもよい。２つのサイドレール２２が、トップ踏み面ＴＲ３に回転可能に連結され、トップ踏み面が上昇するに従って、１方の端部が持ち上げられる。他の踏み面各々は、軌道としてレール２２と係合する側方突出部２４（図５を参照）を有し、それによって、トップ面の上昇に比例して各踏み面を持ち上げるとともに、階段１２の１セットを、一定ピッチに維持する。
【００３９】
ちなみに図面は、機構の様々な構成要素を明らかにするために、様々なカバーおよび保護スカートを取り外した状態で、本発明のシステムを示していることに注意すべきである。
【００４０】
階段治療にとって、階段は閉じた階段であること、つまり、閉止された蹴込面を有し、その結果、患者のつま先が、階段の下側に引っかからないことが重要である。この目的のために、各踏み面（ＴＲ０以外）は、通常、蹴込面２６と一体的に形成され、階段構造を形成する。駆動システム１４は、好ましくは、たとえば前述のはさみ機構１６によって、単なる垂直方向の運動で踏み面を移動させるように構成される。
【００４１】
図５に図示される特に好ましい場合において、各階段は、伸縮自在の拡張部分２８を含み、それは、システムがより高い上昇位置において、蹴込面２６に、図３Ａに示されるような拡張部分を提供する。伸縮自在な拡張部分の使用は、システムが、完全に降下した状態（図３Ｂ）であると想定させることを可能にし、その状態において、床からの間隔は、完全に上昇した状態の階段１２のセットの最大の蹴上高さ未満である。
【００４２】
システムは、好ましくは、階段１２のセットに沿って伸びる少なくとも１つの手すりを含む。ここで示す実施例において、高さ調整可能な手すり３０は、階段１２のセットの各側部に設置されるとともに、トップ踏み面の周囲に伸びる手すり部分３２によって補充され、上昇と下降との間で回転することを容易にするための上部のプラットホームを形成するために、ここで拡張される。手すりは、水平姿勢において、左右のレール間の間隔の調節を可能にするために、追加的に、または選択的に、調整可能であってもよい。
【００４３】
駆動システム１４は好ましくは、踏み面を移動させて、０ｃｍから１８ｃｍまでの範囲の大部分に実質的に及ぶ複数の蹴上高さを備える階段１２のセットを形成するように構成される。本明細書における「実質的に及ぶ」とは、連続的な調節、または、２ｃｍ未満、より典型的には１ｃｍ以下の刻みで間隔が空けられた複数の段階的位置、のいずれかを提供する調整可能性に関連する。特に好ましい実施例において、システムは、少なくとも０−１８ｃｍの範囲の全体に実質的に及ぶ調節性を提供し、それによって、すべての通常の階段高さの訓練を容易にする。
【００４４】
システムは好ましくは、図３Ｂに図示されるような、完全に平らである（０ステップ）状態が想定される。この段階において、複数の踏み面は連続的な平面として並置され、それは歩行の平行棒治療に役立つ。
【００４５】
前述の構成要素に加えて、本発明は、少なくとも１つのプロセッサー３６と、不揮発性のデータ記憶手段３８と、典型的には有線または無線ネットワークに接続するためのネットワークコンポーネント４０とを共に含むコンピュータシステム３４に特色を有する。コンピュータシステム３４は、限定されるものではないが、適切なオペレーティングシステム下で適切なソフトウェアを実行する汎用コンピューター、および、必要とされる各種機能を実行するための適切なハードウェア、ソフトウェア及び／又はファームウェアによって構成された専用コンピュータシステムを含む、任意のタイプの適切なコンピューターであってもよい。いくつかの実施例において、コンピュータシステム３４は、たとえば適切なソフトウェアを操作し、システムの様々な他の構成要素と無線通信するスマートフォンのようなモバイル電子デバイスを使用して実施されてもよい。
【００４６】
コンピュータシステム３４は、１つ以上のユーザー入力装置４２およびディスプレイ４４と、好ましくは関連づけられ、可能ならば統合される。図１に概略的に図示されるように、１つの好ましい例において、全コンピュータシステム３４は、入力装置とディスプレイの両方として役立つタッチスクリーンを備える「タブレット」構造に統合される。
【００４７】
駆動システム１４の昇／降動作の制御は、駆動システム１４に関連づけられたコントローラー４６上の昇／降ボタンを直接押すことにより、達成されてもよい。付加的に、あるいは代替的に、駆動システム１４の制御は、コンピュータシステム３４のユーザインターフェースを通じて達成されてもよい。
【００４８】
コンピュータシステム３４は、階段１２のセットを使用して実行される理学療法に関連するパラメーターを測定するために配置された少なくとも１つのセンサを含むセンサセット４８に関連づけられる。センサの好ましい実施例、および対応するシステムの動作モードは、以下に記載される。
【００４９】
センサセット
センサセット４８は、階段１２のセットを使用して実行される理学療法に関連する様々なパラメーターを検知するための広範囲のセンサを含んでもよい。これらのパラメーターは、階段のセット自体の現在状況、または、患者が階段のセットを使用する態様に関連してもよい。下記の各センサは、単独で使用された時に有用である。ある種の特に好ましい実施例は、多数のタイプのセンサを含み、追加情報を引き出すために、様々なセンサからのデータを組み合わせてもよい。ここに記載された特定センサは、典型的であって、網羅的なリストではない。
【００５０】
ある実施形態において、本発明は、隣接する踏み面間の現在の蹴上高さを示すパラメーターを測定するために配置されたセンサ５０を提供する。センサ５０は、様々な形状をとることができ、限定的ではなく、次のものを含む：トッププラットホームＴＲ３とシステムの基部との間の距離を測定するために配置されるレーザーまたは他の距離計；駆動システムの回転数を計数するためにスクリュー駆動機構に関連づけられた光学式または磁気式エンコーダ；および、はさみ機構のうちの１つの機構部品と関連づけられた角度エンコーダ。この出力は、任意のオフセットで修正され、階段数により割り算された後、階段１２のセットの現在のピッチを直接的に表示する。
【００５１】
ある実施形態において、本発明は、階段の昇降の前、途中、及び／又は後で、階段１２のセット上の患者の心拍数を示すパラメーターを測定するために配置された少なくとも１つの心拍数センサ５２を提供する。１つの好ましい実施例によれば、心拍数検知は、一般に利用可能なテクノロジーを使用して、手すり３０及び／又は３２上に配置された、および、多くのランニングマシンのハンドグリップ中や他のエアロビクス体操デバイスに実装された電極を通じて、実行される。このテクノロジーは公知であり、本明細書では詳細には記載しない。ある例では、心拍数モニタリング用電極は、昇降の前後における心拍数を検知するために、ボトムステップグリップおよびトップステップグリップに対応する位置のみに設けられてもよい。
【００５２】
本発明のある好ましい実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つの接触センサ５４が、階段１２のセットを使用する患者が把持している手すりの位置を示す出力を生成するために配置される。図６に概略的に示すように、手すり把持位置センサは典型的には、手すりに沿って間隔を空けて配置された一連の静電容量式または導電性センサとして実施される支援回路は、手すりに沿ったどの位置をユーザーが現在把持しているかを決定することを可能にする。特に、導電性のセンサの場合、把持位置センサは、同じ導電性電極を通じた心拍数検知に有利に統合されてもよい。
【００５３】
本発明のある好ましい実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つのロードセル５６は、踏み面の各々に付与される負荷を測定するために配置される。図５の特に好ましい実施例において、各踏み面の上部プレートは、各コーナに１つずつの、４つのロードセルによって支持され、それらは、安定性を提供するとともに、踏み面の表面上におけるリアルタイムの体重配分の詳細な分析を可能にする。類似の構造が子供用ゲームの分野で知られており、また例えば、Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．による米国特許第８１００７７０号などの文献に記載されている。
【００５４】
作用
コンピュータシステム３４と連携するセンサセット４８の様々なセンサは、治療セッションを記録するための機能性の範囲を提供し、より安全な治療自体を増強及び／又は提供し、患者の進歩を分析し、それらは以前には、理学療法的階段トレーニングまたはリハビリテーションの情況において利用可能ではなかった。
【００５５】
例えば、コンピュータシステムは好ましくは、患者の治療セッションを、ローカルのデータ記憶装置、またはネットワークアクセスを通じて遠隔データベースへのいずれかに記録し、少なくとも、ユーザー入力４２によって入力され又は選択されたときの患者の同一性、前回の治療セッションの日付、および、各セッションで到達した最大の蹴上高さの記録を保存する。蹴上高さは好ましくは、システムにより、蹴上高さセンサ５０から直接的に得るものとし、随意に付加的に、患者がその高さの階段を乗り越えたことを確認するためのロードセル５６からの入力を用いる。このデータは、階段の昇降における患者の能力および進歩の割合の正確な評価を可能にする。
【００５６】
このデータは好ましくは、「Ｓｔａｉｒ  Ｆａｃｔｏｒ  ｏｆ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ」またはＳＦＰとも呼ばれる患者の階段昇降能力測定値を生成するためのコンピュータシステム３４の基礎として使用される。階段昇降能力測定値は、患者が階段を昇る現在の能力と、現在の能力の進歩の割合とを示す。これは、例えば、患者が現在乗り越えることができる最も高い蹴上高さに対応するセンチメートルで表した数字と、進歩の割合を示す文字（蹴上高さ対日付のグラフの変化率の範囲に対応する）を加えたものとで構成してもよく、例えば「ａ」は，蹴上高さの範囲についての飛躍的進歩または十分な能力を示すと考えられ、「ｂ」は、中程度の割合の進歩を示し、および、「ｃ」は遅いまたは無視できる進歩を示す。従って、例えば（４−ａ）のＳＦＰとは、現在の限界が４ｃｍの段差であるが、進歩の割合が急速であることを示し、他方、（８−ｃ）は、８ｃｍの段差を昇降できる能力を有するが、その地点を超える進歩は現在は遅いと予測されることを示している。このＳＦＰは、システム１０によって好ましくは自動的に生成される、標準化されたパラメーターになると共に、患者の能力および進歩に関する医療スタッフとの間のコミュニケーションを大いに促進する。この階段昇降能力測定値及び／又は個々の治療セッションに関する他のデータ、または、治療セッションの全シーケンスは、ネットワークを通じてコンピュータシステム３４によって、医学の専門家または権限を与えられた他の受取人へ提供することができる。
【００５７】
システム１０の追加的な好ましい特徴は、理学療法セッションの開始時の正確な初期蹴上高さに、階段のセットを自動調整することである。
詳しくは、コンピュータシステム３４が好ましくは、データ記憶手段３８または遠隔のデータ記憶装置から、所定の患者に対する少なくとも１つの過去の治療セッションに関するデータを検索するように構成され、コンピュータシステムは、駆動システム１４を起動させて、階段のセット１２を、次の治療セッションのために初期蹴上高さに設定し、初期蹴上高さは、過去の治療に関するデータから少なくとも一部がもたらされる。
例えば、治療セッションは、前回のセッションで到達した最大値より５ｃｍ低い蹴上高さの段差から開始してもよく、したがって、そのユーザーのための新しい治療セッションが一旦選択されれば、自動的に段差が適切な高さに設定される。
【００５８】
ここで図７Ａ−１２Ｂを見ると、ロードセル５６からの出力を使用するアプリケーションの範囲が示される。主として階段トレーニングの状況において記載されるが、下記に述べるほとんどの機能は、システムが蹴上高さが０であり、歩行用の平行棒システムとして機能する時に実施される歩行治療にも適用可能であることが理解されるであろう。
【００５９】
図７Ａおよび７Ｂを最初に参照すると、踏み面に付与された負荷の合計によって、階段のセットに付与された全負荷の測定値を生成し、したがって階段のセット上の患者の現在の体重を決定することが可能であることが理解される。図７Ａおよび７Ｂは、システムの使用中における、この全負荷の時間的変化を示す。患者の足が階段から階段に移動され、身体が上昇または降下するとともに、体重が手すりにも転送されるので、（わずかな垂直方向の加速により）摂動を受けるため、体重が一定ではないことが注目される。しかしながら、全負荷の時間的変化は、典型的には明確な最頻値（すなわち最も頻繁に生じる値）を示し、これは、摂動が生じる付近の基線を規定する。最頻値は、図７Ａにおいて、破線６０により示される。この値は、単純な処理テクニックによってコンピュータシステム３４によって容易に抽出することができ、好ましくは、次に、追加機能性を提供するために使用される。
【００６０】
実施例によって、一旦患者の現在の体重が決定されたならば、コンピュータシステム３４は、好ましくは、手すり上に対する現在の患者の負荷を決定するために、この現在の体重から、現在の負荷の合計を減算するように構成される。随意に、安全限度は、例えば、現在の体重のあらかじめ定められた割合（例えば１５％）で設定することができる。またコンピュータシステム３４は、もし、手すり上の現在の患者の負荷が、その患者の現在の体重のあらかじめ定められた比率を超過したならば、警告信号を、例えば音の出るブザーに対し、生成するように構成されてもよい。図７Ｂにおいて、警戒基準は破線６２によって表わされ、点６４は、手すり上の体重が許容限度を超えた事象を表わし（総測定負荷に対応する減少としてここに示される）、結果として警報を発生させる。
【００６１】
ここで図８、９Ａおよび９Ｂを見ると、これらは、各踏み面上で測定された負荷を別々に図示するものであり、各曲線は、対応する踏み面のラベル：ＴＲ０、ＴＲ１、ＴＲ２およびＴＲ３によってラベル付けされている。これらの曲線、および踏み面間の負荷移動のタイミングの分析は、患者が階段を乗り越える能力に関する重要な情報を提供する。
【００６２】
例えば、図８を参照すると、コンピュータシステム３４は好ましくは、ロードセル５６からの信号を処理して、階段のセットを昇るのに患者が要する時間間隔を決定するように構成され、随意的に、１階段当たりの時間または１分間あたりの階段数として計算される。各階段の移動通過時間は、種々に規定することができる。ここに示される図において、直前の階段からの足の持ち上げが、階段移動時間間隔を測定する際の標準基準点になされる。
【００６３】
速度に加えて、ロードセル信号出力の形状も、階段使用中における総合運動技能コントロールを示す、患者の動作の強度及び安定性に関する有意義な情報を提供するために使用することができる。したがって、図９Ａおよび９Ｂの拡大図において、図９Ａの滑らかな信号は、よく制御された連続動作を示すのに対し、図９Ｂの不安定な信号は、運動中の筋肉制御不足及び／又は不安定性の問題を示す。コンピュータシステム３４は好ましくは、ロードセル５６からの信号を処理して、階段使用中の総合運動技能コントロールの少なくとも１つの測定値を決定するように構成される。単なる実施例において、これは、信号のフーリエ変換における低周波および高周波成分の相対負荷によって決定される、信号の「平滑性」の測定値でもよい。階段間の体重移動方向の反転を識別するような、他の形態の処理が、有意義な付加的または代替的な情報を提供してもよい。
【００６４】
図８のようなプロットによって表示されるデータは、把持位置センサ５４の出力を利用するために使用されてもよく、それによって、踏み面上の患者の体重の現在の重心に比較して、把持位置が標準の位置範囲内にあるかどうかを識別する。これによりシステムは、安定のためだけの手すりの通常の使用法と比較して、患者が次の階段まで足を引きずるために前方に達しているかどうかを識別することを可能にする。
【００６５】
ここまでに記載した各種機能は、各階段を支持するために配置される単一のロードセルを使用して実施することが可能であることに注意される。２つ以上、好ましくは４つのロードセルが各階段を支持する特に好ましい実施例は、ここで議論されるように、追加の機能が見込まれる。
【００６６】
図１０Ａ−１１Ｂは、ロードセルの配置が、踏み面各々の長さに対する負荷位置、すなわち負荷が階段の中央、右側または左側かどうかの決定を可能にする場合に利用できる追加機能を図示する。これは、１つのセルが階段の各端部を支持する、２つのロードセルの使用によって、または、４つのロードセルの使用によって、すなわち各階段の右側および左側の出力を合計することによって、達成することができる。
【００６７】
図１０Ａおよび１０Ｂは、時間に対する連続する階段上の負荷のプロットを図示するものであり、図８のものに類似するが、各階段上の負荷は、階段の左側の負荷（図１０Ａ）および階段の右側の負荷（図１０Ｂ）の別々の測定値に分解されている。ここで破線６０’は現在の患者の体重の５０％に対応し、これは、患者が、階段の左右間の長さに沿って自分の体重を均等に分配した状態で単一の階段上に立っている場合に予想される負荷である。
【００６８】
このデータを使用して、コンピュータシステム３４は好ましくは、患者による各階段移動に対し、患者が右脚または左脚のいずれを前に出したかを決定するとともに、両脚または片脚の使用の表示を生成するように構成される。したがって、図１０Ａおよび１０Ｂの実施例においては、各階段の時間に対する負荷変化のプロットは、右側へ向かう最初のバイアス、および、足を上げる前の左側へ向かう最後のバイアスを示している。これは、患者が（上昇中に）右足を繰り返し前に出していることを示す。下降中においては、患者が反対方向を向いている場合、極性が反転する。
【００６９】
図１１Ａおよび１１Ｂは、プロットの同様の組のさらなる実施例であって、ここでは、踏み面ＴＲ１の右側への最初および最後のバイアスと、踏み面ＴＲ２の左側への最初および最後のバイアスとを示している。これは交互に足を出していることを示す。
【００７０】
左右の負荷の平均が必ずしも階段の中央ではないこと、および、図１０Ａ−１１Ｂのプロットに対する負荷の最頻値は必ずしも線６０’の上に位置しないことが注意される。左右バランスからのオフセットは、患者が、自分の身体を一方の手すりに他方よりも近くに保持していることを表示する。この情報は、記録するのが有益でもある。ユーザーが前に出している足は、一方側への一貫した傾向がある場合でさえも、左右間の負荷の相対変位によって、さらに容易に決定することができる。
【００７１】
最後に図１２Ａおよび１２Ｂを見ると、各踏み面を支持する３つ以上の非共線形のロードセルを配置する場合、各踏み面のロードセルのセットは好ましくは、踏み面各々の二次元的負荷位置の決定を可能にする信号を生成する。これは、階段の前後の縁部に対する足の位置の評価を可能にし、および特に、患者が、階段の前縁を踏み重ねている足に負荷を移動させるという、潜在的に危険な予想される展開の同定を可能にする。この目的のために、コンピュータシステム３４は好ましくは、踏み面の負荷が、踏み面の前縁の負荷を超過したことを同定する条件を満たしたときに、警告信号を生成するように構成される。図１２Ａおよび１２Ｂは、所定の階段の前後方向に沿った負荷中心の位置を、時間の関数として示す。図１２Ａは通常の変位を示す。体重は最初、例えば患者のかかとが階段上に置かれるとき、階段の正面へ向かって瞬間的に変位し、つま先が最後に押し離されるときに、階段の後方側へ大きく移動する。したがって、階段上の一時的な前方向のバイアスは、問題であるとは考えられない。
【００７２】
図１２Ｂは、体重の前方へのバイアスが、長時間、閾値より上に維持され、危険な足の位置であることを表示する場合を示す。この場合、システムは好ましくは、典型的にはブザーや他の音の出る警報を鳴らすことにより、警告を生成する。
【００７３】
前述の記載は、実施例として単に役立てることを意図していること、および、多くの他の実施形態が、添付の請求項で規定される本発明の範囲内において可能であることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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