(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１生体に取り付けられた第１電極から検出される電気信号の入力を受け付ける信号入力部と、
入力された前記電気信号に基づいて前記第１生体の姿勢パターンを推定する推定部と、  前記推定部が推定した前記姿勢パターンに基づいて、第２生体に取り付けられた第２電極に出力すべき電気信号のパラメータを決定する決定部と、
前記決定部が決定した前記パラメータを有する電気信号を前記第２電極に出力させる信号出力部と
を備える姿勢伝達制御装置。
【請求項２】
前記推定部が、前記姿勢パターンと、前記第１電極が取り付けられた生体が当該姿勢パターンの姿勢をとったときに前記第１電極から検出される電気信号とに基づく機械学習によって得られた推定モデルを用いて、前記第１生体の姿勢パターンを推定する
請求項１に記載の姿勢伝達制御装置。
【請求項３】
前記決定部が、前記姿勢パターンと、前記第２電極に流すことで前記第２生体を当該姿勢パターンの姿勢をとらせる電気信号のパラメータとを関連付けた出力モデルを用いて、前記パラメータを決定する
請求項１または請求項２に記載の姿勢伝達制御装置。
【請求項４】
前記推定部が、前記第１生体の姿勢パターンに加え、前記第１生体の関節の屈曲角度または前記第１生体の筋の収縮の強さのうち少なくとも１つを推定し、
前記決定部が、前記推定部が推定した前記屈曲角度または前記収縮の強さのうち少なくとも１つ、および前記姿勢パターンに基づいて、前記パラメータを決定する
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の姿勢伝達制御装置。
【請求項５】
第１生体に取り付けられる第１電極と、
第２生体に取り付けられ、前記第１電極から検出される電気信号が表す姿勢パターンに応じた電気信号を出力する第２電極と
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の姿勢伝達制御装置と
を備える姿勢伝達装置。
【請求項６】
育成者に取り付けられた第１電極から検出される電気信号の入力を受け付けるステップと、
入力された前記電気信号に基づいて前記育成者の姿勢パターンを推定するステップと、  前記姿勢パターンに基づいて、被育成者に取り付けられた第２電極に出力すべき電気信号のパラメータを決定するステップと、
前記パラメータを有する電気信号を前記第２電極から出力するステップと
を備える姿勢伝達方法。
【請求項７】
コンピュータを、
第１生体に取り付けられた第１電極から検出される電気信号の入力を受け付ける信号入力部、
入力された前記電気信号に基づいて前記第１生体の姿勢パターンを推定する推定部、  前記推定部が推定した前記姿勢パターンに基づいて、第２生体に取り付けられた第２電極に出力すべき電気信号のパラメータを決定する決定部、
前記決定部が決定した前記パラメータを有する電気信号を前記第２電極に出力させる信号出力部
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢伝達制御装置、姿勢伝達装置、姿勢伝達方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
脳卒中や脊髄損傷等による麻痺を伴う患者は、運動機能を回復するために日常的なリハビリテーションを実施する必要がある。リハビリテーションを支援する方法として、筋へ与える電気刺激により筋収縮を誘発し、関節の屈曲、伸展動作を行う方法が考案されている（例えば、非特許文献１を参照）。また、非特許文献２には、複数チャネルの電気刺激を用いて人体の五指の屈曲および伸展などの複雑な動作を制御する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】村岡慶裕、鈴木里砂、島岡秀奉、藤原俊之、石原勉、内田成男、「運動介助型電気刺激装置の開発と脳卒中片麻痺患者への使用経験」、理学療法学、２００４年、第３１巻、第１号、２９−２５頁
【非特許文献２】Emi Tamaki, Takashi Miyaki, Jun Rekimoto,「PossessedHand: techniques for controlling human hands using electrical muscles stimuli」、CHI'11 Proceedings of the SIGCHI Comference on Human Factors in Computing Systems、2011年、543-552頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１、２に記載の技術によれば、電気刺激により人体に所定の姿勢を取らせることができる。しかしながら、リハビリテーションまたはその他の目的のために、電気刺激を用いて生体に所定の姿勢をとらせるには、関節運動時の動作と筋収縮パターンの関連性を正確に評価する必要がある。
本発明の目的は、上述した課題を解決する姿勢伝達制御装置、姿勢伝達装置、姿勢伝達方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、姿勢伝達制御装置は、第１生体に取り付けられた第１電極から検出される電気信号の入力を受け付ける信号入力部と、入力された前記電気信号に基づいて前記第１生体の姿勢パターンを推定する推定部と、前記推定部が推定した前記姿勢パターンに基づいて、第２生体に取り付けられた第２電極に出力すべき電気信号のパラメータを決定する決定部と、前記決定部が決定した前記パラメータを有する電気信号を前記第２電極に出力させる信号出力部とを備える。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る姿勢伝達制御装置は、前記推定部が、前記姿勢パターンと、前記第１電極が取り付けられた生体が当該姿勢パターンの姿勢をとったときに前記第１電極から検出される電気信号とに基づく機械学習によって得られた推定モデルを用いて、前記第１生体の姿勢パターンを推定する。
【０００７】
本発明の第３の態様によれば、第１または第２の態様に係る姿勢伝達制御装置は、前記決定部が、前記姿勢パターンと、前記第２電極に流すことで前記第２生体を当該姿勢パターンの姿勢をとらせる電気信号のパラメータとを関連付けた出力モデルを用いて、前記パラメータを決定する。
【０００８】
本発明の第４の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係る姿勢伝達制御装置は、前記推定部が、前記第１生体の姿勢パターンに加え、前記第１生体の関節の屈曲角度または前記第１生体の筋の収縮の強さのうち少なくとも１つを推定し、前記決定部が、前記推定部が推定した前記屈曲角度または前記収縮の強さのうち少なくとも１つ、および前記姿勢パターンに基づいて、前記パラメータを決定する。
【０００９】
本発明の第５の態様によれば、姿勢伝達装置は、第１生体に取り付けられる第１電極と、第２生体に取り付けられ、前記第１電極から検出される電気信号が表す姿勢パターンに応じた電気信号を出力する第２電極とを備える。
【００１０】
本発明の第６の態様によれば、第５の態様に係る姿勢伝達装置は、第１から第４の何れかの態様に係る姿勢伝達制御装置をさらに備える。
【００１１】
本発明の第７の態様によれば、姿勢伝達方法は、育成者に取り付けられた第１電極から検出される電気信号の入力を受け付けるステップと、入力された前記電気信号に基づいて前記育成者の姿勢パターンを推定するステップと、前記姿勢パターンに基づいて、被育成者に取り付けられた第２電極に出力すべき電気信号のパラメータを決定するステップと、前記パラメータを有する電気信号を前記第２電極から出力するステップとを備える。
【００１２】
本発明の第８の態様によれば、プログラムは、コンピュータを、第１生体に取り付けられた第１電極から検出される電気信号の入力を受け付ける信号入力部、入力された前記電気信号に基づいて前記第１生体の姿勢パターンを推定する推定部、前記推定部が推定した前記姿勢パターンに基づいて、第２生体に取り付けられた第２電極に出力すべき電気信号のパラメータを決定する決定部、前記決定部が決定した前記パラメータを有する電気信号を前記第２電極に出力させる信号出力部として機能させる。
【発明の効果】
【００１３】
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、姿勢伝達制御装置は、第１生体の姿勢に応じた電気信号を、第２生体に取り付けられた第２電極に出力する。これにより、姿勢伝達制御装置は、第２生体に所定の姿勢をとらせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る姿勢伝達装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る姿勢伝達制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】入力導子および出力導子の取り付け位置の例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る推定モデルの生成方法を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態に係る出力モデルの生成方法を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る姿勢伝達方法を示すフローチャートである。
【図７】第３の実施形態に係る推定モデルの生成方法を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施形態に係る出力モデルの生成方法を示すフローチャートである。
【図９】第３の実施形態に係る姿勢伝達方法を示すフローチャートである。
【図１０】少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第１の実施形態》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る姿勢伝達装置の構成を示す概略図である。
第１の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、理学療法士等の医療従事者の姿勢を、麻痺（痙性麻痺または弛緩性麻痺）を伴う患者に伝達させる装置である。なお、本明細書において姿勢とは、筋の収縮によって表れる生体の形状をいい、姿勢パターン、関節の角度および筋の収縮状態を含む。姿勢伝達装置１は、複数の入力導子１１と、姿勢伝達制御装置１２と、信号発生装置１３と、複数の出力導子１４と、入力装置１５と、提示装置１６とを備える。
入力導子１１は、医療従事者のうち、伝達すべき姿勢をとる際に動作する主動作筋の表皮に取り付けられる電極である。医療従事者は第１生体の一例である。入力導子１１は、第１電極の一例である。
姿勢伝達制御装置１２は、入力導子１１から検出される電気信号に基づいて、信号発生装置１３を制御する。
信号発生装置１３は、姿勢伝達制御装置１２の制御に従って、出力導子１４に電気信号を出力する。
出力導子１４は、患者のうち、伝達されるべき姿勢をとる際に動作する主動作筋の表皮に取り付けられる電極である。患者は第２生体の一例である。出力導子１４は、第２電極の一例である。
入力装置１５は、理学療法士による操作を受け付ける。入力装置１５の例としては、キーボードやポインティングデバイスが挙げられる。
提示装置１６は、理学療法士に情報を提示する。提示装置１６の例としては、ディスプレイやスピーカが挙げられる。
なお、図１に示す例では、入力導子１１および出力導子１４の数が何れも６つであるが、入力導子１１および出力導子１４の数はこれに限られない。例えば、入力導子１１および出力導子１４の数は、５つ以下であっても良いし、７つ以上であっても良い。また、入力導子１１および出力導子１４の数は異なっていても良い。
【００１６】
図２は、第１の実施形態に係る姿勢伝達制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
姿勢伝達制御装置１２は、操作入力部１０１、提示部１０２、信号入力部１０３、信号処理部１０４、推定モデル生成部１０５、推定モデル記憶部１０６、推定部１０７、出力モデル生成部１０８、出力モデル記憶部１０９、決定部１１０、信号出力部１１１を備える。
操作入力部１０１は、入力装置１５を介して理学療法士および患者による操作の入力を受け付ける。
提示部１０２は、提示装置１６に情報を提示させる。
信号入力部１０３は、入力導子１１から検出される電気信号の入力を受け付け、電気信号をデジタル信号に変換する。
信号処理部１０４は、信号入力部１０３に入力された電気信号に基づいて、筋収縮の状態の評価に用いる筋収縮データを生成する。具体的には、信号処理部１０４は、信号入力部１０３に入力された電気信号の整流、平滑化および正規化を行うことで、筋収縮データを生成する。また信号処理部１０４は、信号入力部１０３に入力された電気信号の電流量を測定する。
【００１７】
推定モデル生成部１０５は、生体の姿勢パターンと筋収縮データと電流量とに基づいて、姿勢パターンおよび関節の屈曲角度の推定モデルを生成する。姿勢パターンとは、生体がとる姿勢の型をいう。例えば、手首の姿勢パターンとして、掌屈、背屈、尺屈の３パターンが挙げられる。姿勢パターンの推定モデル（以下、姿勢推定モデルという）とは、筋収縮データを入力とし、生体の姿勢パターンの識別情報を出力とする推定モデルである。姿勢推定モデルは、ニューラルネットワーク、サポートベクターマシンまたはその他の教師あり学習により生成される。なお姿勢推定モデルの学習に、ニューラルネットワークの一種であるＬＬＧＭＮ（Log-Linearized Gaussian Mixture Network）を適用することで、生体信号を高精度に識別することができる。関節の屈曲角度の推定モデル（以下、角度推定モデルという）とは、電気信号の電流量と関節の屈曲角度との関係を示す関数である。角度推定モデルは、関節の屈曲角度と電流量とを用いて最小二乗法により関数を推定することで求められる。
推定モデル記憶部１０６は、推定モデル生成部１０５が生成した姿勢推定モデルおよび角度推定モデルを記憶する。
推定部１０７は、筋収縮データと推定モデル記憶部１０６が記憶する姿勢推定モデルとに基づいて、医療従事者の姿勢パターンを推定する。また推定部１０７は、電気信号の電流量と推定モデル記憶部１０６が記憶する角度推定モデルとに基づいて、医療従事者の関節の屈曲角度を推定する。
【００１８】
出力モデル生成部１０８は、生体の姿勢パターンと、出力導子１４から出力する電気信号とに基づいて、姿勢パターンおよび関節の屈曲角度と出力導子１４から出力する電気信号のパラメータとの関係を示す出力モデルを生成する。本実施形態に係る出力モデルは、姿勢パターンごとに、当該姿勢パターンの姿勢をとらせるための電気信号のパラメータと、関節の屈曲角度とパラメータの大きさとの関係を示す関数と、を関連付けて格納する情報である。出力モデル生成部１０８は、出力導子１４に複数パターンの電気信号を出力させ、患者が所定の姿勢パターンの姿勢をとるときの電気信号のパラメータと、当該姿勢パターンとを関連付け、電気信号のパラメータと関節の屈曲角度との関係を特定することで、出力モデルを生成する。なお、電気信号のパラメータの例としては、電流量、電位および周波数などが挙げられる。
出力モデル記憶部１０９は、出力モデル生成部１０８が生成した出力モデルを記憶する。
決定部１１０は、推定部１０７が推定した姿勢パターンと出力モデル記憶部１０９が記憶する出力モデルとに基づいて、出力導子１４に出力すべき電気信号のパラメータを決定する。
信号出力部１１１は、決定部１１０が決定したパラメータを有する電気信号を出力導子１４から出力させるように、信号発生装置１３を制御する。
【００１９】
次に、姿勢伝達装置１を用いた姿勢伝達方法について説明する。
図３は、入力導子および出力導子の取り付け位置の例を示す図である。
まず、医療従事者は、入力導子１１を自身の所定の部位に取り付ける。また医療従事者は、出力導子１４を患者の所定の部位に取り付ける。このとき、入力導子１１および出力導子１４は、伝達すべき姿勢をとる際に動作する主動作筋の表皮に取り付けられる。伝達すべき姿勢が手根の掌屈、背屈および尺屈である場合、入力導子１１および出力導子１４は、例えば図３に示されるように、短橈側手根伸筋、尺側手根屈筋および尺側手根伸筋の手首側の部分および肘側の部分を覆う表皮に取り付けられる。なお、短橈側手根伸筋は、手根の背屈姿勢の主動作筋の一つである。また、尺側手根屈筋は、手根の掌屈姿勢および尺屈姿勢の主動作筋の一つである。また、尺側手根伸筋は、手根の背屈姿勢および尺屈姿勢の主動作筋の一つである。手根の背屈姿勢の主動作筋としては、他に長橈側手根伸筋が挙げられる。また手根の掌屈姿勢の主動作筋としては、他に橈側手根屈筋および長掌筋が挙げられる。また、入力導子１１および出力導子１４の取り付け位置は、主動作筋を覆う表皮に限られない。
次に、姿勢伝達制御装置１２は、推定モデルおよび出力モデルの生成を行う。推定モデルおよび出力モデルの生成の順序は問わない。
【００２０】
図４は、第１の実施形態に係る推定モデルの生成方法を示すフローチャートである。
医療従事者は、入力導子１１を自身に取り付けると、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に推定モデルの生成開始指示を入力する。
姿勢伝達制御装置１２の操作入力部１０１が推定モデルの生成開始指示を受け付けると、提示部１０２は、伝達すべき姿勢パターンの１つを提示する（ステップＳ１１）。提示される姿勢パターンは、複数の姿勢パターンの中から無作為に抽出されたものでも良いし、所定の順序に基づいて選択されたものでも良い。
次に、姿勢伝達装置１の信号入力部１０３は、入力導子１１から電気信号の入力を受け付ける（ステップＳ１２）。また信号処理部１０４は、入力された電気信号に基づいて筋収縮データを生成し、電気信号の電流量を計測する（ステップＳ１３）。例えば信号処理部１０４は、以下の手順で筋収縮データを生成する。まず信号処理部１０４は、入力導子１１それぞれから得られる電気信号を全波整流する。次に信号処理部１０４は、全波整流後の各電気信号を二次のローパスフィルタにより平滑化する。次に信号処理部１０４は、各電気信号を当該電気信号の最大値により正規化する。次に信号処理部１０４は、正規化された各値を要素とする特徴ベクトルを、筋収縮データとして生成する。
次に、操作入力部１０１は、医療従事者から当該姿勢パターンに係る姿勢をとった旨の入力を受け付ける（ステップＳ１４）。
【００２１】
このとき、医療従事者は、提示装置１６に提示された姿勢パターンに係る姿勢をとる。医療従事者は、当該姿勢を保持したまま、入力装置１５を介して提示された姿勢パターンの姿勢をとった旨を入力する。
【００２２】
操作入力部１０１が姿勢パターンに係る姿勢をとった旨の入力を受け付けると、推定モデル生成部１０５は、入力された姿勢パターンの種別と当該入力を受け付けたときに信号処理部１０４が生成した筋収縮データとを、姿勢推定モデルの学習に用いる教師データとして、主記憶装置または補助記憶装置に蓄積する（ステップＳ１５）。また推定モデル生成部１０５は、当該姿勢パターンにおける関節の屈曲角度と当該入力を受け付けたときに信号入力部１０３に入力された信号の電流量とを、角度推定モデルの導出に用いるサンプリングデータとして、主記憶装置または補助記憶装置に蓄積する（ステップＳ１６）。関節の屈曲角度は、例えばモーションキャプチャにより特定される。
【００２３】
次に、推定モデル生成部１０５は、教師データおよびサンプリングデータの蓄積数が所定数（例えば、１００）に達したか否かを判定する（ステップＳ１７）。教師データおよびサンプリングデータの蓄積数が所定数に達していない場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、推定モデル生成部１０５は、ステップＳ１１に処理を戻し、教師データおよびサンプリングデータの蓄積を継続する。他方、教師データおよびサンプリングデータの蓄積数が所定数に達した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、推定モデル生成部１０５は、蓄積した教師データに基づいて姿勢推定モデルを生成し、推定モデル記憶部１０６に記録する（ステップＳ１８）。また推定モデル生成部１０５は、蓄積したサンプリングデータに基づいて角度推定モデルを導出し、推定モデル記憶部１０６に記録する（ステップＳ１９）。なお、角度推定モデルは、「θ（ｔ）＝ａｃｂ（Ｉ（ｔ）−ｃ）＋ｄ」で示される指数関数となる。ここで、θ（ｔ）は、時刻ｔにおける関節の屈曲角度を示し、Ｉ（ｔ）は、時刻ｔにおける電気信号の電流量を示す。また、係数ａ、ｂ、ｃ、ｄは、ステップＳ１９においてサンプリングデータから導出される係数である。なお、本実施形態に係る角度推定モデルが指数関数によって表されるが、これに限られず、他の実施形態に係る角度推定モデルは、他の関数によって表されても良い。
上述した処理により、姿勢伝達装置１は、推定モデルを生成することができる。
【００２４】
図５は、第１の実施形態に係る出力モデルの生成方法を示すフローチャートである。
医療従事者は、入力導子１１を患者に取り付けると、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に出力モデルの生成開始指示を入力する。
姿勢伝達制御装置１２の操作入力部１０１が出力モデルの生成開始指示を受け付けると、姿勢伝達制御装置１２は、出力モデル記憶部１０９が記憶する姿勢パターンを１つずつ選択し、以下に示すステップＳ２２からステップＳ２８の処理を実行する（ステップＳ２１）。
【００２５】
提示部１０２は、ステップＳ２１で選択された姿勢パターンを提示する（ステップＳ２２）。次に、出力モデル生成部１０８は、出力モデル記憶部１０９が記憶する出力モデルから、ステップＳ２１で選択された姿勢パターンに関連付けられた電気信号のパラメータを読み出す（ステップＳ２３）。なお、出力モデル記憶部１０９は、姿勢パターンと当該姿勢パターンの姿勢をとらせるための電気信号の標準的なパラメータとを示す標準出力モデルを予め記憶している。
【００２６】
次に、信号出力部１１１は、出力モデル生成部１０８が読み出したパラメータを有する電気信号の出力指示を、信号発生装置１３に出力する（ステップＳ２４）。これにより信号発生装置１３は、出力導子１４から電気信号を出力する。これにより、患者は何らかの姿勢をとる。
【００２７】
次に、操作入力部１０１は、患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になった旨の入力、または電気信号のパラメータの変更指示の入力を受け付ける（ステップＳ２５）。医療従事者は、現在の患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になっていると判断した場合、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に提示された姿勢パターンに係る姿勢になった旨を入力する。他方、医療従事者は、現在の患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になっていないと判断した場合、入力装置１５を介して電気信号のパラメータの変更指示を入力する。
【００２８】
操作入力部１０１が、電気信号のパラメータの変更指示の入力を受け付けた場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、出力モデル生成部１０８は、出力モデルにおいてステップＳ２１で選択された姿勢パターンに関連付けられたパラメータを、変更指示が示すパラメータに書き換える（ステップＳ２６）。そして、姿勢伝達制御装置１２は、処理をステップＳ２３に戻し、変更後のパラメータの電気信号を出力させる。他方、操作入力部１０１が、患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になった旨の入力を受け付けた場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、信号出力部１１１は、各出力導子１４から出力する電気信号のパラメータの比率を保ちながら、パラメータの値を変更する（ステップＳ２７）。これにより、患者は、提示された姿勢パターンの姿勢を保ちつつ、関節の屈曲角度を変化させる。次に、出力モデル生成部１０８は、患者の関節の屈曲角度を特定し、関節の屈曲角度とパラメータの大きさとの関係を示す関数を導出し（ステップＳ２８）、出力モデルを更新する。
上記処理を全ての動作パターンについて実行することで、姿勢伝達制御装置１２は、出力モデルを生成する。
【００２９】
図６は、第１の実施形態に係る姿勢伝達方法を示すフローチャートである。
姿勢伝達制御装置１２が推定モデルおよび出力モデルを生成すると、医療従事者は、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に伝達開始指示を入力する。
姿勢伝達制御装置１２の操作入力部１０１が伝達開始指示を受け付けると、信号入力部１０３は、入力導子１１から電気信号の入力を受け付ける（ステップＳ３１）。次に、信号処理部１０４は、入力された電気信号の整流、平滑化および正規化を行うことで、筋収縮データを生成する（ステップＳ３２）。このとき、医療従事者は、任意の姿勢パターンに係る姿勢をとる。
【００３０】
次に、推定部１０７は、推定モデル記憶部１０６が記憶する姿勢推定モデルと筋収縮データとに基づいて、医療従事者の姿勢パターンを推定する（ステップＳ３３）。また推定部１０７は、推定モデル記憶部１０６が記憶する角度推定モデルと電気信号の電流量とに基づいて、医療従事者の関節の屈曲角度を推定する（ステップＳ３４）。
【００３１】
次に、決定部１１０は、出力モデル記憶部１０９が記憶する出力モデルにおいて、推定部１０７が推定した姿勢パターンに関連付けられた電気信号のパラメータを読み出す（ステップＳ３５）。次に、決定部１１０は、出力モデル記憶部１０９が記憶する出力モデルにおいて、推定部１０７が推定した姿勢パターンに関連付けられた関数に、推定部１０７が推定した角度を代入することで、パラメータの増幅係数を算出する（ステップＳ３６）。次に、決定部１１０は、ステップＳ３５で読み出したパラメータに、ステップＳ３６で算出した増幅係数を乗算することで、出力導子１４に出力すべき電気信号のパラメータを決定する（ステップＳ３７）。これにより、医療従事者と同じ姿勢パターンかつ医療従事者と同じ関節の屈曲角度になるように患者を制御する電気信号を生成することができる。
信号出力部１１１は、決定部が決定したパラメータを有する電気信号を出力導子１４から出力させる出力指示を、信号発生装置１３に出力する（ステップＳ３８）。これにより、出力導子１４から医療従事者がとった姿勢パターンの姿勢をとらせる電気信号が出力される。そのため、姿勢伝達装置１は、患者に医療従事者がとった姿勢と同じ姿勢をとらせることができる。
【００３２】
次に、操作入力部１０１は、医療従事者より姿勢伝達処理の終了指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ３９）。操作入力部１０１が姿勢伝達処理の終了指示を受け付けていない場合（ステップＳ３９：ＮＯ）、姿勢伝達制御装置１２は、ステップＳ３１に戻り、姿勢伝達処理を継続する。他方、操作入力部１０１が姿勢伝達処理の終了指示を受け付けた場合（ステップＳ３９：ＹＥＳ）、姿勢伝達処理を終了する。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、出力導子１４から出力される電気信号により患者の筋の収縮を誘発し、患者に医療従事者と同じ姿勢をとらせることができる。つまり、本実施形態に係る姿勢伝達装置１を用いることで、医療従事者は、麻痺を伴う患者に、所定の姿勢をとるための適切な力の入れ具合等を細かに伝えることができる。これにより、医療従事者は、患者に対し効果的なリハビリテーションを提供することができる。
【００３４】
また、本実施形態に係る姿勢伝達装置１は、医療従事者から出力される電気信号に基づいて姿勢パターンを推定し、当該姿勢パターンに基づいて患者へ出力する電気信号を生成する。これは、医療従事者と患者との体格の違いによって所定の姿勢をとるときに流れる電気信号のパラメータの相違、および入力導子１１と出力導子１４とが取り付けられる位置の相違によって、入力される電気信号と出力される電気信号とに差が生じるためである。つまり、本実施形態に係る姿勢伝達装置１によれば、医療従事者と患者との体格が異なる場合、および入力導子１１と出力導子１４とが取り付けられる位置にずれがある場合にも、医療従事者の姿勢を患者に伝達することができる。
【００３５】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、麻痺を伴う患者の麻痺を伴わない部位（例えば、右腕）の姿勢を、麻痺を伴う部位（例えば、左腕）に伝達させる装置である。患者は、第１生体および第２生体の一例である。第２の実施形態に係る姿勢伝達装置１の装置構成および姿勢伝達制御装置１２のソフトウェア構成は、第１の実施形態と同じである。
【００３６】
医療従事者は、入力導子１１を患者の麻痺を伴わない部位に取り付ける。また医療従事者は、出力導子１４を患者の麻痺を伴う部位に取り付ける。このとき、入力導子１１および出力導子１４は、伝達すべき姿勢をとる際に動作する主動作筋の表皮に取り付けられる。次に、姿勢伝達制御装置１２は、第１の実施形態と同様の手順により、推定モデルおよび出力モデルの生成を行う。そして、姿勢伝達制御装置１２は、第１の実施形態と同様の手順により、姿勢伝達処理を行う。
【００３７】
このように、本実施形態に係る姿勢伝達装置１を用いることで、麻痺を伴わない部位の動作に連動させて麻痺を伴う部位を動作させ、患者に麻痺を伴う部位の運動イメージを知覚させることができる。これにより、患者の皮質脊髄路の興奮性を効率的に刺激することができ、麻痺を伴う部位の随意性を獲得することが期待される。
【００３８】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、不全麻痺を伴う患者の微弱な動きを増幅させる装置である。患者は、第１生体および第２生体の一例である。第３の実施形態に係る姿勢伝達装置１の装置構成および姿勢伝達制御装置１２のソフトウェア構成は、第１の実施形態と同じである。
【００３９】
医療従事者は、入力導子１１および出力導子１４を患者の不全麻痺を伴う部位に取り付ける。次に、姿勢伝達制御装置１２は、推定モデルおよび出力モデルの生成を行う。
図７は、第３の実施形態に係る推定モデルの生成方法を示すフローチャートである。
医療従事者は、入力導子１１を患者に取り付けると、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に推定モデルの生成開始指示を入力する。
姿勢伝達制御装置１２の操作入力部１０１が推定モデルの生成開始指示を受け付けると、提示部１０２は、伝達すべき姿勢パターンの１つを提示する（ステップＳ１１１）。次に、信号入力部１０３は、入力導子１１から電気信号の入力を受け付ける（ステップＳ１１２）。また信号処理部１０４は、入力された電気信号を整流、平滑化および正規化を行うことで、筋収縮データを生成する（ステップＳ１１３）。次に、操作入力部１０１は、医療従事者から患者が当該姿勢パターンに係る姿勢をとった旨の入力を受け付ける（ステップＳ１１４）。
【００４０】
このとき、患者は、提示装置１６に提示された姿勢パターンに係る姿勢をとることを試みる。患者は、不全麻痺のために提示された姿勢パターンに係る姿勢を完全にはとることができない可能性があるが、医療従事者は、患者が当該姿勢をとることを試みたときに、入力装置１５を介して、患者が提示された姿勢パターンの姿勢をとった旨を入力する。
【００４１】
操作入力部１０１が姿勢パターンに係る姿勢をとった旨の入力を受け付けると、推定モデル生成部１０５は、入力された姿勢パターンの種別と当該入力を受け付けたときに信号処理部１０４が生成した筋収縮データとを、姿勢推定モデルの学習に用いる教師データとして、主記憶装置または補助記憶装置に蓄積する（ステップＳ１１５）。
次に、推定モデル生成部１０５は、教師データの蓄積数が所定数（例えば、１００）に達したか否かを判定する（ステップＳ１１６）。教師データの蓄積数が所定数に達していない場合（ステップＳ１１６：ＮＯ）、推定モデル生成部１０５は、ステップＳ１１１に処理を戻し、教師データの蓄積を継続する。他方、教師データの蓄積数が所定数に達した場合（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）、推定モデル生成部１０５は、蓄積した教師データに基づいて姿勢推定モデルを生成し、推定モデル記憶部１０６に記録する（ステップＳ１１８）。上述した処理により、姿勢伝達装置１は、姿勢推定モデルを生成することができる。
【００４２】
図８は、第３の実施形態に係る出力モデルの生成方法を示すフローチャートである。
医療従事者は、入力導子１１を患者に取り付けると、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に出力モデルの生成開始指示を入力する。
姿勢伝達制御装置１２の操作入力部１０１が出力モデルの生成開始指示を受け付けると、姿勢伝達制御装置１２は、出力モデル記憶部１０９が記憶する姿勢パターンを１つずつ選択し、以下に示すステップＳ１２２からステップＳ１２６の処理を実行する（ステップＳ１２１）。
【００４３】
提示部１０２は、ステップＳ１２１で選択された姿勢パターンを提示する（ステップＳ１２２）。次に、出力モデル生成部１０８は、出力モデル記憶部１０９が記憶する出力モデルから、ステップＳ１２１で選択された姿勢パターンに関連付けられた電気信号のパラメータを読み出す（ステップＳ１２３）。
【００４４】
次に、信号出力部１１１は、出力モデル生成部１０８が読み出したパラメータを有する電気信号の出力指示を、信号発生装置１３に出力する（ステップＳ１２４）。これにより信号発生装置１３は、出力導子１４から電気信号を出力する。これにより、患者は何らかの姿勢をとる。
【００４５】
次に、操作入力部１０１は、患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になった旨の入力、または電気信号のパラメータの変更指示の入力を受け付ける（ステップＳ１２５）。医療従事者は、現在の患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になっており、かつ関節の角度が適切な角度になっていると判断した場合、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に提示された姿勢パターンに係る姿勢になった旨を入力する。他方、医療従事者は、現在の患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になっていないと判断した場合、または関節の角度が適切な角度になっていないと判断した場合、入力装置１５を介して電気信号のパラメータの変更指示を入力する。
【００４６】
操作入力部１０１が、電気信号のパラメータの変更指示の入力を受け付けた場合（ステップＳ１２５：ＹＥＳ）、出力モデル生成部１０８は、出力モデルにおいてステップＳ１２１で選択された姿勢パターンに関連付けられたパラメータを、変更指示が示すパラメータに書き換える（ステップＳ１２６）。そして、姿勢伝達制御装置１２は、処理をステップＳ１２３に戻し、変更後のパラメータの電気信号を出力させる。他方、操作入力部１０１が、患者の姿勢が提示された姿勢パターンに係る姿勢になった旨の入力を受け付けた場合（ステップＳ１２５：ＮＯ）、姿勢伝達制御装置１２は、ステップＳ１２１で提示した姿勢パターンについてのパラメータの更新を完了する。
上記処理を全ての動作パターンについて実行することで、姿勢伝達制御装置１２は、出力モデルを生成する。
【００４７】
図９は、第３の実施形態に係る姿勢伝達方法を示すフローチャートである。
姿勢伝達制御装置１２が推定モデルおよび出力モデルを生成すると、医療従事者は、入力装置１５を介して姿勢伝達制御装置１２に伝達開始指示を入力する。
姿勢伝達制御装置１２の操作入力部１０１が伝達開始指示を受け付けると、信号入力部１０３は、入力導子１１から電気信号の入力を受け付ける（ステップＳ１３１）。次に、信号処理部１０４は、入力された電気信号の整流、平滑化および正規化を行うことで、筋収縮データを生成する（ステップＳ１３２）。このとき、患者は、任意の姿勢パターンに係る姿勢をとることを試みる。
【００４８】
次に、推定部１０７は、推定モデル記憶部１０６が記憶する姿勢推定モデルと筋収縮データとに基づいて、患者が試みている姿勢パターンを推定する（ステップＳ１３３）。次に、決定部１１０は、出力モデル記憶部１０９が記憶する出力モデルにおいて、推定部１０７が推定した姿勢パターンに関連付けられた電気信号のパラメータを読み出し（ステップＳ１３４）、当該パラメータを出力導子１４に出力すべき電気信号のパラメータを決定する。これにより、姿勢伝達制御装置１２は、患者が所定の姿勢パターンの姿勢をとることを試みることで生じる微弱な電気信号に基づいて、当該姿勢パターンの姿勢かつ適切な関節の屈曲角度になるように患者を制御する電気信号を生成することができる。
信号出力部１１１は、決定部１１０が決定したパラメータを有する電気信号を出力導子１４から出力させる出力指示を、信号発生装置１３に出力する（ステップＳ１３５）。これにより、出力導子１４から患者が試みた姿勢パターンの姿勢を、適切な関節の屈曲角度によりとらせる電気信号が出力される。そのため、姿勢伝達装置１は、患者に想定した姿勢をとらせることができる。
【００４９】
次に、操作入力部１０１は、医療従事者より姿勢伝達処理の終了指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１３６）。操作入力部１０１が姿勢伝達処理の終了指示を受け付けていない場合（ステップＳ１３６：ＮＯ）、姿勢伝達制御装置１２は、ステップＳ１３１に戻り、姿勢伝達処理を継続する。他方、操作入力部１０１が姿勢伝達処理の終了指示を受け付けた場合（ステップＳ１３６：ＹＥＳ）、姿勢伝達処理を終了する。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、出力導子１４から出力される電気信号により患者の筋の収縮を誘発し、患者に想定した姿勢をとらせることができる。つまり、本実施形態に係る姿勢伝達装置１を用いることで、不全麻痺を伴う部位の微弱な筋収縮に基づいて当該部位を適切に動作させ、患者に当該部位の運動イメージを知覚させることができる。これにより、患者の皮質脊髄路の興奮性を効率的に刺激することができ、不全麻痺を伴う部位の随意性を獲得することが期待される。
【００５１】
《第４の実施形態》
第４の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、脳波に基づいて、患者が試みている姿勢を当該患者の麻痺を伴う部位に伝達させる装置である。第４の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、出力導子１４の構成が第３の実施形態と異なる。第３の実施形態に係る出力導子１４は、患者の頭皮に取り付けられる電極である。患者は第１生体および第２生体の一例である。出力導子１４は、第２電極の一例である。
また第４の実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、筋収縮データに代えて脳波データを生成し、脳波データに基づいて姿勢推定モデルを生成する。
【００５２】
医療従事者は、入力導子１１を患者の頭皮に取り付ける。また医療従事者は、出力導子１４を患者の麻痺を伴う部位に取り付ける。次に、姿勢伝達制御装置１２は、第３の実施形態と同様の手順により、推定モデルおよび出力モデルの生成を行う。そして、姿勢伝達制御装置１２は、第３の実施形態と同様の手順により、姿勢伝達処理を行う。
【００５３】
このように、本実施形態に係る姿勢伝達装置１を用いることで、患者の脳波に基づいて麻痺を伴う部位を動作させ、患者に麻痺を伴う部位の運動イメージを知覚させることができる。これにより、患者の皮質脊髄路の興奮性を効率的に刺激することができ、麻痺を伴う部位の随意性を獲得することが期待される。
【００５４】
《第５の実施形態》
第１から第４の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、麻痺を伴う患者のリハビリテーションに用いられるが、これに限られない。第５の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、育成者が有する技能を被育成者へ伝承するために用いられる。育成者および被育成者の例としては、エンジニア、職人、医師、手品師などが挙げられる。つまり、第５の実施形態に係る姿勢伝達方法は、医療行為を目的とするものではない。
【００５５】
第５の実施形態に係る姿勢伝達装置１は、育成者の姿勢を被育成者に伝達させる装置である。育成者は、第１生体の一例であり、被育成者は、第２生体の一例である。第５の実施形態に係る姿勢伝達装置１の装置構成および姿勢伝達制御装置１２のソフトウェア構成は、第１の実施形態と同じである。
【００５６】
育成者は、入力導子１１を自身に取り付ける。また被育成者は、出力導子１４を自身に取り付ける。次に、姿勢伝達制御装置１２は、第１の実施形態と同様の手順により、推定モデルおよび出力モデルの生成を行う。そして、姿勢伝達制御装置１２は、第１の実施形態と同様の手順により、姿勢伝達処理を行う。
【００５７】
このように、本実施形態に係る姿勢伝達装置１を用いることで、育成者の動作に連動させて被育成者を動作させ、被育成者に技能を要する作業の運動イメージを知覚させることができる。これにより、育成者は、文章および図によって伝達することが困難な技能を被育成者に容易に伝達することができる。
【００５８】
以上、図面を参照していくつかの実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
上述した実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、電気信号を筋収縮データまたは脳波データに変換し、当該変換されたデータに基づいて姿勢推定モデルを生成するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、入力した電気信号そのものに基づいて姿勢推定モデルを生成しても良い。
【００５９】
また上述した実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、入力導子１１および出力導子１４を取り付けたときに推定モデルおよび出力モデルを生成するが、これに限られない。例えば、他の実施形態において、入力導子１１および出力導子１４の取り付け位置が変わらない場合、姿勢伝達制御装置１２は、予め生成しておいた推定モデルおよび出力モデルを用いて姿勢伝達制御を行っても良い。この場合、姿勢伝達制御装置１２は、推定モデル生成部１０５および出力モデル生成部１０８を備えず、推定モデル記憶部１０６および出力モデル記憶部１０９が他の装置によって学習された推定モデルおよび出力モデルを記憶しても良い。
【００６０】
また上述した実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、医療従事者または育成者の姿勢パターンおよび関節の角度を患者または被育成者に伝達するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、医療従事者または育成者の関節の角度に加え、当該角度を保持しているときの筋の収縮の強さを患者または被育成者に伝達しても良い。この場合、姿勢伝達制御装置１２は、筋収縮データに基づいて、筋の収縮の強さの推定に用いる強度推定モデルを生成する必要がある。姿勢伝達制御装置１２は、例えば図３に示すステップＳ１６において、筋の収縮の強さと電流量の関係を記録しておくことで、学習により強度推定モデルを生成することができる。
【００６１】
また上述した実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、医療従事者または育成者の動作をリアルタイムに患者または被育成者に伝達するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る姿勢伝達制御装置１２は、予め入力導子１１から入力される電気信号の推移を記録しておき、当該記録された電気信号の推移に基づいて、異なるタイミングで患者または被育成者に姿勢を伝達させても良い。
【００６２】
また上述した実施形態に係る姿勢伝達装置１は、生体の電気信号を計測する電極として、非侵襲の入力導子１１および出力導子１４を備えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、医療従事者、患者、育成者または被育成者の体内に埋め込まれた電極を介して、電気信号を入力し、または出力してもよい。
【００６３】
図１０は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、インタフェース９０４を備える。
上述の姿勢伝達制御装置１２は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部の姿勢は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置９０２または補助記憶装置９０３に確保する。
【００６４】
なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置に展開し、上記処理を実行しても良い。
【００６５】
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１  姿勢伝達装置
１１  入力導子
１２  姿勢伝達制御装置
１３  信号発生装置
１４  出力導子
１５  入力装置
１６  提示装置
１０１  操作入力部
１０２  提示部
１０３  信号入力部
１０４  信号処理部
１０５  推定モデル生成部
１０６  推定モデル記憶部
１０７  推定部
１０８  出力モデル生成部
１０９  出力モデル記憶部
１１０  決定部
１１１  信号出力部
【図１】
0006661123.tif 000002
【図２】
0006661123.tif 000003
【図３】
0006661123.tif 000004
【図４】
0006661123.tif 000005
【図５】
0006661123.tif 000006
【図６】
0006661123.tif 000007
【図７】
0006661123.tif 000008
【図８】
0006661123.tif 000009
【図９】
0006661123.tif 000010
【図１０】
0006661123.tif 000011