(57)【要約】  リハビリテーション装置は、片方または両方の前腕を支持体の前腕支持領域上に支持し、前腕支持体の前方に視野のある上向きのカメラを取り付けて、前腕支持領域の前方に伸びる手または両手の画像を取得する、ユーザの手の動きを監視するための装置である。これは、ユーザがセンサグローブを着用する必要性を回避しつつ、オーバーヘッドカメラや大きなテーブル配置を必要としないコンパクトなシステムを可能にする。
2021530305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの手の動きを監視するリハビリテーション装置であって、
ディスプレイを取り付けるためのディスプレイマウントを備えるフレームと、
前記フレームに取り付けられる支持部であって、基部及び上部を有し、前記上部が前腕支持領域を備える、支持部と、
前記上部に面する前記基部に取り付けられるカメラと、
を有し、前記カメラの視野が、前記前腕支持領域の前に広がる領域を含む、リハビリテーション装置。
【請求項２】
前記支持部が手支持領域をさらに有する、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項３】
前記手支持領域の少なくとも一部が透明な材料からなる、請求項２に記載のリハビリテーション装置。
【請求項４】
前記手支持領域が手首及び手のひらの一部を支持するためのものであり、前記リハビリテーション装置が、前記手のひらの残りの部分を支持するための第2の手支持領域をさらに有し、前記第2の手支持領域が取り外し可能に取り付けられる、請求項２または請求項３に記載のリハビリテーション装置。
【請求項５】
前記フレームが直立部材を有し、
前記支持部が、調整可能な高さで前記直立部材に取り付けられ、および／または
前記ディスプレイが、前記直立部材に沿った調整可能な高さを有し、および／または
前記支持部が、調整可能な仰角で前記直立部材に取り付けられる、
請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項６】
前記前腕支持領域が、間隔を空けて配置され、前記前面に向かう方向に内方に先細りする２つの前腕支持チャネルを有する、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項７】
前記基部と前記上部とが、１０ｃｍから３０ｃｍの間隔を空けて配置される、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項８】
前記上部が前記基部から取り外し可能である、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項９】
前記基部が、前記基部の前から前方に突き出るタブを有し、前記カメラが前記タブに取り付けられる、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項１０】
前記カメラが３Dカメラを有する、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項１１】
前記ディスプレイマウントに取り付けられたディスプレイを有する、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項１２】
ユーザが特定の手のリハビリテーション運動を実行するための指示を含む表示出力を生成し、
ユーザの手または両手の動きを分析し、
前記手のリハビリテーション運動の実行における成功レベルを示す出力を生成する、
ように適応されたコントローラを有する、請求項１に記載のリハビリテーション装置。
【請求項１３】
リハビリテーションシステムのユーザの手の動きを監視する方法であって、
前記ユーザの腕が支持部に置かれているときに前記ユーザの手または両手の画像を取得し、前記支持部が基部および上部を有し、前記上部が前腕支持領域を備え、前記ユーザの手または両手が前記前腕支持領域の前に伸び、
前記画像が、前記上部に面する前記基部に取り付けられたカメラを使用して取得され、前記カメラの視野が、前記ユーザの手が存在する前記前腕支持領域の前に広がる領域を含む、方法。
【請求項１４】
前記画像の取得が、３D画像を取得することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ユーザが特定の手のリハビリテーション運動を実行するための指示を含む表示出力を生成し、
請求項１３に記載の方法を用いて手の動きを監視し、
前記手の動きを分析し、
前記手のリハビリテーション運動の実行における成功レベルを示す出力を生成する、リハビリテーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リハビリテーション装置に関するものであり、特に、ユーザの手の動きを監視する手のリハビリテーション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
運動療法は、運動制御が低下した患者のリハビリテーションに用いられ、例えば、手の制御が低下した脳卒中患者には運動療法が適している。リハビリテーション装置は、運動療法を容易にするために使用される。これらの装置は、患者がどのように運動を行うかをガイドし、監視し、測定し、運動の品質に関するフィードバックを与え、患者が訓練計画を遵守するよう動機づけることができる。
【０００３】
リハビリテーション装置の中には、ユーザの手の動きを追跡するためにビデオカメラを使用するものもあるが、他のリハビリテーション装置は、手の動きを検出するためにアクティブセンサを使用するものもある。アクティブセンサリハビリテーション装置は、一般に、ビデオカメラリハビリテーション装置よりも高価である。さらに、アクティブセンサシステムは、典型的には、ユーザが着用する手袋を必要とし、これは、治療されている負傷の結果として不快である可能性がある。
【０００４】
カメラベースのシステムの場合、RGB色場内の手の動きを捕捉するためのビデオカメラと、奥行き情報を得るための奥行きセンサとを含む追跡システムが使用されてもよい。ビデオカメラは患者の手の画像を記録し、これが処理されて、画像中の手の位置を特定し、画像の背景から手を区分して、患者の手の位置を追跡する。皮膚の色は画像の背景と容易に区別できるため、色に基づいてセグメンテーションを行うことができる。患者は、検出の精度を向上させるために、着色されたマーカを着用することがある。他の3Dカメラ設計も知られている。
【０００５】
カメラベースのシステムの問題は、多くのスペースを占め、簡単に持ち運びできないことである。例えば、カメラは、典型的には、ユーザの前腕のためのサポートを有するテーブルの上部のフレーム上に取り付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、よりコンパクトで携帯可能な改善された手のリハビリテーション装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、請求項によって規定される。
【０００８】
本発明の態様に従った実施例によれば、ユーザの手の動きを監視するためのリハビリテーション装置が提供され、当該装置は、
ディスプレイの取り付けるためのディスプレイマウントを有するフレームと、
フレームに取り付けられた支持体であって、基部および上部を有し、前記上部が前腕支持領域を有する、支持体と、前記上部に面した前記基部に取り付けられたカメラとを有し、前記カメラの視野が前腕支持領域の前に広がる領域を含む。
【０００９】
この装置は、前腕支持領域の末端から突出させるように手または両手を配置ことにより、ユーザの手を画像化するコンパクトな態様を提供する。手は前腕支持領域の前の領域に突き出し、したがってカメラの視野内に突出する。この装置は、下からの手または両手の撮像を提供する。それは、ユーザがセンサグローブを着用する必要を避けつつ、また、オーバーヘッドカメラや大きなテーブル配置を必要とせずにコンパクトなシステムを可能にする。
【００１０】
カメラは、使用者の手または両手に対して固定位置にあり、比較的接近している。その結果、カメラは大きな視野を必要とせず、その視野はユーザの手が占めるボリュームをわずかに超えてしか広がらなくてもよい。
【００１１】
支持体はさらに、手支持領域を含むことができる。これは、手首と手首付近の手のひらの一部を支えるために用いられることができる。これは、前腕支持のみが提供される場合に手を支持するのに十分な強度を持たないユーザに対して支持を提供することができる。
【００１２】
手の支持領域の少なくとも一部は、透明な材料でできていることが望ましい。これにより、支持体を通して画像を撮ることができる。
【００１３】
前述したように、手の支持領域は手首と手のひらの一部を支持するためのものであってもよい。装置はさらに、手のひらの残りの部分をサポートするための第２の手の支持領域を含み得、ここで、第２の手の支持領域は取り外し可能に取り付けられる。
【００１４】
これは、装置が、手または両手の支持のための異なる要件を有する、異なる使用者のニーズに適合できることを意味する。第2の手の支持領域が無い場合、異なるタイプの動作を行うためにより多くの垂直空間が利用できるので、運動動作を行うためにより多くの自由度が得られる。第２の手の支持領域は、同様に指の支持を提供することにより、手を完全に支持することができる。
【００１５】
フレームは、直立部材を備えることができ、支持体は、高さを調整可能な状態でこの直立部材に取り付けられる。
【００１６】
これにより、ユーザは、最も快適となるように支持体を位置決めすることができる。カメラは、この調整によってカメラの再較正が必要にならないように、支持体に取り付けられている。もちろん、ユーザは、追加的または代替的に、着座している椅子の高さを調整することができる。
【００１７】
支持体は、仰角を調整可能な状態で直立部材に取り付けられることができる。
【００１８】
この角度は、異なる種類のリハビリテーション運動と困難を設定するために使用されることができる。この場合も、カメラは支持体とともに移動するため、カメラの再較正は必要ない。
【００１９】
フレームは、直立部材を含んでもよく、ディスプレイマウントは、直立部材に沿って調整可能な高さを有する。したがって、ディスプレイは、ユーザの最良の快適性のために、調整可能な高さを有し得る。
【００２０】
フレームは、車輪付きトロリーを有することができる。
【００２１】
次に、装置は、任意の場所に車輪で移動することができる携帯型ユニットである。ユーザは、単に装置の前に椅子を持ってきて、リハビリテーション手順を実行するだけである。
【００２２】
前腕支持領域は、2つの前腕支持チャネルを含み、これらは間隔をあけて配置され、前面に向かう方向に内方に先細りする。
【００２３】
これにより、使用者の腕や手のための快適な休息姿勢が得られる。
【００２４】
基部と上部はたとえば10cm~30cmの間隔がある。この間隔は、カメラが、手が占めるボリュームの視野を有するのに十分であるが、コンパクトな装置全体を可能にする。
【００２５】
上部はたとえば、基部から取り外し可能である。清掃のために上部を外すこともできるが、腕の大きさが異なる人や、最も楽な姿勢の腕の角度が異なる人、あるいは、異なる運動のための異なる腕の位置に適した上部がある。
【００２６】
基部は、基部の前方から突き出したタブを有し、カメラはタブ上に載せられる。このようにしてカメラは、（手支持領域によって支持されたまたは支持されていない）突出した手が位置するボリュームに向かって上向きに前腕支持領域の前に取り付けられる。これはコンパクトな構成を提供する。
【００２７】
あるいは、基部はより大きくてもよく、カメラは基部の中央領域に取り付けられる。
【００２８】
カメラは、3Dカメラを備えることができる。Leap Motion (登録商標）カメラなど、市販の適切な奥行き感知カメラがある。
【００２９】
装置は、ディスプレイ取り付け部に取り付けられたディスプレイを有することができる。次に、装置はディスプレイを含む。したがって、この装置は、ユーザが座ることができる椅子以外の、手のリハビリテーションを実施するために必要な全てのユニットを含む。
【００３０】
装置は、好ましくはさらに、
特定の手のリハビリテーション運動を実行するためのユーザに対する指示を含む表示出力を生成し、
ユーザの手または両手の動きを分析し、手のリハビリテーション運動の実施における成功度を示す出力を生成するように適合されたコントローラを有する。
リハビリテーション運動を実施する際のユーザのパフォーマンスを評価することにより、ユーザのモチベーションを改善することができる。
【００３１】
本発明はまた、リハビリテーションシステムのユーザの手の動きを監視する方法を提供し、当該方法は、
ユーザの腕が基部と上部を有する支持体の上に置かれているときに、ユーザの手または両手の画像を取得するステップを有し、上部は前腕支持領域を有し、ユーザの手または両手は前腕支持領域の前に伸び、画像は、上部に面する基部に取り付けられたカメラを使用して取得され、前記カメラの視野は、前記ユーザの手が存在する前記前腕支持領域の前方に広がる領域を含む。
【００３２】
画像を取得することは、3D画像を取得することを含むことがある。
【００３３】
本発明はまた、リハビリテーション方法を提供し、当該方法は、
特定の手のリハビリテーション運動を実行するためのユーザに対する指示を含む表示出力を生成するステップと、
上記の方法を用いて手の動きの監視するステップと、
手の動きを分析し、手のリハビリテーション運動における成功度を示す出力を生成するステップとを有する。
【００３４】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、これを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明をより良く理解し、本発明をどのように実施することができるかをより明確に示すために、単なる例として、添付の図面を参照する。
【図１】実施例によるリハビリテーション装置を示す図。
【図２】図1の装置を使用するときのユーザの姿勢を示す図。
【図３】図1のシステムで使用される支持部の第1の代替設計を示す図。
【図４】図1のシステムで使用される支持部の第2の代替設計を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、図面を参照して説明される。
【００３７】
詳細な説明および特定の例は、装置、システムおよび方法の例示的な実施形態を示しているが、例示のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことを理解されたい。本発明の装置、システムおよび方法のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面からより良く理解されるのであろう。図面は単に概略的なものであり、一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。また、同じ参照番号が、同じまたは類似の部分を示すために、図面全体にわたって使用されることを理解されたい。
【００３８】
本発明は、片方または両方の前腕が支持体の前腕支持領域上に支持され、手または両手の画像を取得するために上向きのカメラが前腕支持体の前方の視野を有するように搭載されている、ユーザの手の動きを監視するためのリハビリテーション装置を提供する。手または両手が前腕支持領域の前に伸びている。これは、ユーザがセンサグローブを着用する必要性を回避しつつ、オーバーヘッドカメラや大きなテーブル配置を必要としないコンパクトなシステムを可能にする。
【００３９】
図1は、ユーザの手の動きを監視するためのリハビリテーション装置10を示す。それは、ディスプレイ16の取り付けのためのディスプレイマウント14を有するフレーム12を有する。ディスプレイ16は、フレーム12に取り付けられた支持体17の前方かつ上方に配置される。支持体17は、基部18および上部20を含む。支持体は棚上に載せてある。
【００４０】
図1は、支持体17の第１の可能なデザインを示す。このデザインでは、支持体の上部20は、上部の前面26で終端する2つの前腕支持チャネル22、24を有する。
【００４１】
2つの前腕支持チャネル 22，24は、間隔をあけて配置され、前面26に向かう方向に内方にテーパが付けられている。これによりユーザの腕と手のための快適な休息姿勢が得られる。
【００４２】
基部と上部はたとえば10cmから30cmの間隔をあけて配置される。この間隔は、カメラが、手が占めるボリュームの視野を有するのに十分であるが、コンパクトな装置全体を可能にする。
【００４３】
フレーム12は、直立部材28を有し、支持体17は、調整可能な高さで直立部材に取り付けられている（すなわち、棚は、調整可能な高さを有することができる）。同様に、ディスプレイ16も、オプションとして、フレーム12上で調整可能な高さを有することができる。
【００４４】
支持体17は、調整可能な仰角で直立部材28に取り付けられることができる（すなわち、棚は調整可能な角度を有することができる）。この角度は、異なる種類のリハビリテーション運動と困難を設定するために使用されることがある。
【００４５】
図示の例では、フレーム12は、下側にローラーを備える4つの足30を有する車輪付きトロリーである（図示せず）。そして、この装置は、任意の場所に車輪で移動することができる携帯型ユニットである。ユーザは、単に椅子を装置の前に持ってきて、リハビリテーション手順を実行するだけである。
【００４６】
図1の例では、カメラ32は、基部18の一部であるタブ34に搭載されている。カメラ32は、カメラの視野40が前面26を越えて前方に広がる領域を含むように、上部を向く。これは、装置を使用する際にユーザの手または両手が位置する場所である。
【００４７】
例えば、水の侵入を防ぐために、カメラの上に透明な材料のカバーを設けることができる。透明な部分はカメラを覆うだけでよく、他の部分の材料は不透明でもよい。
【００４８】
この装置は、支持体17の端から突出させるように手を配置することにより、ユーザの手を画像化するコンパクトな方法を提供する。手はカメラの視野40内に突き出る。
【００４９】
カメラはユーザの手に対して固定された位置にあり、比較的接近している。その結果、カメラは大きな視野40を必要とせず、その視野は、ユーザの手が占めるボリュームをわずかに超えてしか広がらなくてよい。
【００５０】
手のジェスチャ認識を行えるように、手全体の画像をカメラで撮影することが望ましい。
【００５１】
カメラを支持体に取り付け、前腕支持体の調整がカメラの再較正を一切必要としないようにする。
【００５２】
装置は、キャプチャ画像を分析し、リハビリテーションに関連する情報を表示するために使用されるコントローラ42を有する。例えば、コントローラは、ユーザが特定の手のリハビリテーション運動を行うための指示を含む表示出力を生成する。次に、ユーザの手または両手の動きを分析する。次に、手のリハビリテーション運動の実施における成功レベルを示す出力を提供する。
【００５３】
周知のように、この運動は、ユーザのパフォーマンスに依存して修正されることができる。この運動には、経験をより楽しむためのゲームプレイの状況が含まれる。本発明は、リハビリテーション手順自体に関するものではないので、さらなる詳細は提供されない。
【００５４】
図2に装置使用時のユーザの姿勢を示す。図に示すように、ユーザの手44は、支持部17の端面26にオーバーラップし、すなわち、支持部17の端面26を越えて突出する。図2はまた、カメラ32をより明確に示し、基部18の前面から前方に突き出るタブ34を示す。
【００５５】
カメラは、3Dカメラを有することができる。Leap Motion (登録商標）カメラなど、市販の適切な奥行き感知カメラがある。3Dカメラは、赤外線LED のアレイを使用し、フィルタ付きのカメラレンズを備えている。画像処理により、カメラは背景画像から手を区分し、手のジェスチャを認識することができる。
【００５６】
図1および図2は、両前腕を支持するための支持体17の最初の例を示しており、支持体17の全体が前腕支持領域であると考えることができる。
【００５７】
図3は、片手のみのための第2の例を示す。しばしば、患者は身体の片側が麻痺し、片手だけで運動を行う必要がある。もちろん、患者は単に図1の支持部の1つのチャネルを使用するだけでもよいが、図3に示すように片手の支持部も可能である。
【００５８】
さらに、この実施例では、前腕支持領域50および手支持領域52があるように、支持体はさらに前方に伸びる。手支持領域52は、手の支持を提供し、手支持領域52を通して画像を撮影することができるように、硬く透明な材料からなる。手支持領域52は、手首54と、手首側の近くの手掌の一部56を支持する。
【００５９】
上に説明したように、上部20（および上部の一部である手支持領域も）は、基部18よりも一定の高さだけ上にある。カメラ32は、ここでも上方を向き、例えば、手のひら56の中央に向けられる。
【００６０】
手首の一部を含む手全体をカメラの視野に入れて、手のジェスチャ認識を正確にする。手のひらの下部や手首の部分への支持は、筋力の弱い手のリハビリテーションを可能にする。
【００６１】
カメラは、ライン35によって表されるように照明光を上方に投射する赤外線LEDのような、撮像機能のための照明光源を含む。手支持領域は、カメラの赤外線LEDの真上に延びるほど前方には延びていない。このようにして、手支持領域52が照明光をカメラに直接反射させてしまい、したがって手のジェスチャ認識に影響を及ぼすことが防止される。
【００６２】
図示の例では、手支持領域は、カメラの真上にノッチ58を有する。
【００６３】
手支持領域52は、次いで、支持が前腕支持領域50としてのみ提供されるように取り外し可能であってもよい。
【００６４】
図4は、第２の手支持領域60が提供される変形例を示している。これは、第1の手支持領域52と同じ高さで基部18に取り付けることもできる付属品である。手のひらの残りの部分を支え、指も支えている。このように、第２の手支持領域60は取り外し可能に取り付けられ、オプションとして、第１の手支持領域も取り外し可能に取り付けられる。
【００６５】
上述のように直接反射を避けるために、カメラの照明LEDの上に開口部62が設けられている。このようにして、望ましくない直接反射を起こす領域は開いたままにされる。この複合された全体支持ソリューションは、手全体の支持を必要とする衰弱した患者が手のリハビリテーションを行うのに適切である。第２の手支持領域は一部の指の動きを妨げるため、完全な支持は特定の運動を行う能力に影響を及ぼす可能性があるが、衰弱した患者には、完全な支持を用いて、他の影響を受けない運動を行うことができる。
【００６６】
上部20は、例えば、基部18から取り外し可能である。清掃のために上部を外すこともあるが、腕の大きさが違う人や、最も楽な姿勢となる腕の角度が異なる人、あるいは、それぞれの運動によって腕や手の位置が異なる場合に適した上部があるだろう。
【００６７】
開示された実施形態に対する変形例は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求された発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは他のハードウェアと一緒に、またはその一部として供給される光記憶媒体またはソリッドステート媒体などの適切な媒体上に記憶/配布することができるが、インターネットまたは他の有線もしくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で配布することもできる。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2021530305.tif 000003
【図２】
2021530305.tif 000004
【図３】
2021530305.tif 000005
【図４】
2021530305.tif 000006
【国際調査報告】
2021530305.tif 000007
2021530305.tif 000008
2021530305.tif 000009
2021530305.tif 000010
2021530305.tif 000011