(57)【要約】【課題】理学療法の時間を効率化するために運動療法と物理療法を同時に実施できる方法を提供する。【解決手段】人の肢体の一部を保持する肢体受架と、肢体受架と結合し肢体に倣うリンクと、リンクを駆動して人の関節を動かすアクチュエータと、関節角度や関節駆動トルクを検出するセンサーと、人の体に温熱刺激を与える熱供給手段と、人の筋肉に圧力刺激や振動刺激を与える刺激供給手段とを備えた運動療法装置の制御方法において、熱供給時間と刺激供給時間、及び前記センサーの出力信号を用いてアクチュエータと熱供給手段と刺激供給手段を同時に制御する【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の肢体の一部を保持する肢体受架と、肢体受架と結合し肢体に倣うリンクと、リンクを駆動して人の関節を動かすアクチュエータと、関節角度や関節駆動トルクを検出するセンサーと、人の体に温熱刺激を与える熱供給手段と、人の筋肉に圧力刺激や振動刺激を与える刺激供給手段とを備えた運動療法装置の制御方法において、
熱供給時間と刺激供給時間、及び前記センサーの出力信号を用いてアクチュエータと熱供給手段と刺激供給手段を同時に制御することを特徴とする運動療法と物理療法の同時併用装置の制御方法。
【請求項２】
足を保持して固定するホールド部と、ホールド部の動きを足関節の動きに合わせるリンクと、リンクを駆動して足関節を底背屈させるアクチュエータと、足関節の角度を検出するエンコーダと、足関節トルクを検出するトルクセンサーと、ふくらはぎをマッサージするローリング機構と、ローリング機構に内蔵されふくらはぎを暖める温熱ヒーターと、前記アクチュエータの動作制御と前記ローリング機構をＯＮ／ＯＦＦするクラッチ制御と前記温熱ヒーターの温度制御を行う制御装置を備えた足関節訓練装置の制御方法において、
ローリング時間と温熱時間を監視し前記エンコーダ信号と前記トルクセンサーの信号を用いて前記アクチュエータと前記ローリング機構と前記温熱ヒーターを制御することを特徴とする運動療法と物理療法の同時併用装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、手術前後に用いられる連続他動運動装置、肢体の機能を回復するために用いられるリハビリテーション支援装置、トレーニング装置等の肢体駆動装置及び、マッサージ機や温熱療法装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、整形外科では、変形性膝関節症による人工関節置換術やリウマチ患者の滑膜切除術等の手術直後からＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍｏｔｉｏｎ（以下ＣＰＭ）と呼ばれる装置を用いて関節可動域訓練を行っている。（例えば、特許文献１参照）。
また理学診療（リハビリテーション）科では、理学療法士が手技やリハビリテーション装置を用いて関節可動域訓練を行っている（例えば、特許文献２参照）。
このような関節可動域訓練に際しては、ホットパック等による温熱効果やマッサージ等の刺激により、関節を動かす筋肉をやわらかくするなど、文字通りウォーミングアップを行い、関節可動域訓練効果を高めていた。
【０００３】
【特許文献１】
特公平８−３２２７１
【特許文献２】
特開２０００−１８９４７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
運動療法の主目的である関節可動域拡大には、十分な時間と継続的な実施が必要である。運動療法とホットパック等の物理療法を含めた理学療法は、平成１４年度の医療保険制度の診療報酬規定では、一人あたり１単位２０分で３単位以内すなわち６０分以内が１日の理学療法の時間と定められている。決められた時間内では、運動療法と物理療法をシリアルに実施する場合には、それぞれ十分な時間を取ることができなかった。運動療法の継続的実施に対しては、物理療法が持つリラクゼーション効果は有効である。リラクゼーション効果が得られるまで十分に物理療法を実施すると運動療法の時間が十分でなく、リラクゼーション効果が得られないまま運動療法を実施するとモチベーションが低下して継続的に実施できなくなるといった問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、理学療法の時間を効率化するために運動療法と物理療法を同時に実施できる方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、人の肢体の一部を保持する肢体受架と、肢体受架と結合し肢体に倣うリンクと、リンクを駆動して人の関節を動かすアクチュエータと、関節角度や関節駆動トルクを検出するセンサーと、人の体に温熱刺激を与える熱供給手段と、人の筋肉に圧力刺激や振動刺激を与える刺激供給手段とを備えた運動療法装置の制御方法において、熱供給時間と刺激供給時間、及び前記センサーの出力信号を用いてアクチュエータと熱供給手段と刺激供給手段を同時に制御することを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、足を保持して固定するホールド部と、ホールド部の動きを足関節の動きに合わせるリンクと、リンクを駆動して足関節を底背屈させるアクチュエータと、足関節の角度を検出するエンコーダと、足関節トルクを検出するトルクセンサーと、ふくらはぎをマッサージするローリング機構と、ローリング機構に内蔵されふくらはぎを暖める温熱ヒーターと、前記アクチュエータの動作制御と前記ローリング機構をＯＮ／ＯＦＦするクラッチ制御と前記温熱ヒーターの温度制御を行う制御装置を備えた足関節訓練装置の制御方法において、ローリング時間と温熱時間を監視し前記エンコーダ信号と前記トルクセンサーの信号を用いて前記アクチュエータと前記ローリング機構と前記温熱ヒーターを制御することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明である運動療法と物理療法の同時併用装置の制御方法について、足関節の訓練装置を例に説明する。図１は、運動療法と物理療法の同時併用装置の制御方法を適用した足関節訓練装置の構成図である。ホールド部１は、ベルトで足を装置に固定する。リンク２は、ホールド部の動きを足関節の動きに合わせるように配置している。アクチュエータ３は、リンク２を駆動して足関節を底背屈させる。アクチュエータ３には、エンコーダ４が結合しており、足関節の角度を検出する。またアクチュエータ３とリンク２の動力伝達部には、トルクセンサー５が結合しており、足関節の駆動トルクを検出する。ローリング機構６は、複数のローラで構成されており、ふくらはぎ全体をカバーするように配置している。ローラの軸７には、アクチュエータ３からの動力伝達機構の一部からクラッチ１１を介して、ベルトで動力伝達しており、ローリングする場合は、足関節の動きと同期する。クラッチ１１は、制御装置１０からの制御信号で動力を接続／切断する。温熱ヒーター９は、ローラの軸７を取り巻くように挿入されており、対象者のふくらはぎに発熱源が直接触れないようにクッション材８が巻いてある。制御装置１０は、エンコーダ４からの足関節角度、トルクセンサー５からのトルク信号、制御装置１０内部に持つタイマー１２からのタイマー信号を入力値として、アクチュエータ３へのパワーとローリング機構４への動力伝達を制御するクラッチ電圧、及び温熱ヒータへのパワーを供給する。
【０００７】
本発明によるソフトウェアは、制御装置１０内部のメモリに格納されており、状態監視ブロック５０と、足関節角度制御ブロック５１、クラッチ制御ブロック５２、温熱ヒータ制御ブロック５３、タイムスケジュール設定ブロック５４から構成されている。状態監視ブロック５０内で、タイマー信号をもとにローリング時間、温熱時間を監視しながら、エンコーダ４からの足関節角度やトルクセンサー５からの足関節トルクをもとに、アクチュエータ３、ローリング機構４、温熱ヒータ９を制御する。
【０００８】
図２は、本発明のソフトウェアブロック図である。状態監視ブロック５０には、タイマー信号１００、エンコーダからの足関節角度１０１、トルクセンサーからの足関節トルク信号１０２が入力されて、ローリング時間１１０、温熱時間１１１、足関節角度１１２、足関節トルク１１３、クラッチ接続時間１１４、クラッチ切断時間１１５、温熱ヒーターＯＮ時間１１６、温熱ヒーターＯＦＦ時間１１７、クラッチ状態１１８、ヒーター状態１１９をソフトウェアが状態監視のために保存し、角度指令信号１２０、クラッチ制御信号１２１、温熱ヒーター制御信号１２２を出力する。足関節角度制御ブロック５１には、状態監視ブロック５０からの角度指令信号１２０と足関節角度１１２が入力され、位置制御を行い、アクチュエータ３へパワーを供給する図示しないドライバーにトルク指令信号を出力する。
【０００９】
クラッチ制御ブロック５２へは、状態監視ブロック５０からのクラッチ制御信号１２１が入力される。クラッチ制御信号１２１はクラッチを切断するか、接続するかの信号であり、クラッチ制御信号１２１を受けて、クラッチ制御ブロック５２は、クラッチの接続・切断を制御する図示しないＤＣソレノイドの電圧を制御する。温熱ヒーター制御ブロック５３には、状態監視ブロック５０からの温熱ヒーター制御信号１２２に含まれている温熱ヒーター番号とＯＮ／ＯＦＦ信号により、該当する温熱ヒーターへのパワー供給を制御する。
ここで、足関節角度制御ブロック５１、クラッチ制御ブロック５２、温熱ヒーター制御ブロック５３への入力信号の生成方法について説明する。まず角度指令信号１２０は、装置使用者の操作により入力された動作角度、設定速度から生成される。
【００１０】
次に、状態監視ブロック５０がどのようにクラッチ制御信号１２１を生成するのか説明する。図３は、ローリング機構４の動作／休止時間とクラッチ接続・切断のタイムスケジュールを表している。図３のようにクラッチ接続時間１１４の間クラッチが接続され、クラッチ切断時間１１５の間切断されるよう制御される。状態監視ブロック５０では、現在のクラッチ状態１１８を確認して、接続状態であれば、まず図４左側の処理フローに従い、現在のローリング時間１１０とクラッチ接続時間１１４を比較する。次にローリング時間１１０がクラッチ接続時間１１４以上になると、ローリング時間１１０をゼロリセットして、クラッチ制御信号１２１に切断指令を設定する。その後クラッチ制御ブロック５２から切断完了を受けてクラッチ状態１１８を切断状態に変更する。現在のクラッチ状態１１８が切断状態であれば、図４右側のフローに従い同様に処理される。
【００１１】
次に、温熱ヒーター制御信号１２２をどのように生成するのか説明する。図５は、ｉ番目のローラ内の温熱ヒーターとその隣にあるｉ＋１番目のローラ内の温熱ヒーターのスイッチングスケジュールと温熱ヒーターの温度変化を示している。このようにローラは、一度に全体が加温されるのではなく加温される部分が移動するのである。温熱ヒーター制御ブロック５３では、各ローラについて現在のヒーター状態１１９を確認して、ＯＮ状態であれば、まず図６左側の処理フローに従い、現在の温熱時間１１１と温熱ヒーターＯＮ時間１１６を比較する。次に温熱時間１１１が温熱ヒーターＯＮ時間１１６以上になると、温熱時間１１１をゼロリセットして、温熱ヒーター制御信号１２２にローラ番号とＯＦＦ指令を設定する。その後、温熱ヒーター制御ブロック５３からＯＦＦ完了を受けてヒーター状態１１９をＯＦＦ状態に変更する。現在のヒーター状態１１９がＯＦＦ状態であれば、図６右側のフローに従い同様に処理される。
【００１２】
最後に、タイムスケジュール設定ブロック５４について説明する。タイムスケジュール設定ブロック５４は、対象者の足関節角度１１２と足関節トルク１１３を入力として、また温熱ヒーターの時間管理のために低温やけどに関する情報テーブルを内部データとして、クラッチ接続時間１１４、クラッチ切断時間１１５、温熱ヒーターＯＮ時間１１６、温熱ヒーターＯＦＦ時間１１７を管理設定する。具体的に説明する。関節拘縮や筋肉に痙性のある対象者は、訓練のはじめから関節角度を大きくすることができない。また大きな力をかけると重大な障害をもたらすこともある。そこで、運動療法としては、初めは危険な状態にならない程度の力で制限をかけて、一定の動作角度を繰り返す。次第に関節トルクが下がってくるので、徐々に動作角度の範囲を拡げるといったプログラミングを行う。足関節角度制御ブロック５１にこのようなプログラムを準備しておき、タイムスケジュール設定ブロック５４では、クラッチ接続時間１１４、クラッチ切断時間１１５、温熱ヒーターＯＮ時間１１６、温熱ヒーターＯＦＦ時間１１７をコントロールしてローリング機構によるマッサージ効果や温熱ヒーターによる温熱効果を併用し、関節可動域の拡大の効果を高めて訓練時間を短縮する。
【００１３】
クラッチ接続時間１１４と温熱ヒーターＯＮ時間１１６の設定方法の一例としては、初期値は長めに設定しておき、図７に示すような足関節トルク１１３のピーク値の減少率を監視しながら、短くしてゆく。クラッチ切断時間１１５の設定方法の一例としては、初期値は０としておき、動作角度の範囲が拡大するに従い、長くしてゆき、最終的には、クラッチ接続時間１１４を０にするという方法がある。足関節温熱ヒーターＯＦＦ時間１１７の設定方法の一例としては、初期値を温熱ヒーターＯＮ時間１１６と同じに設定し、足関節トルク１１３のピーク値と動作角度の範囲を監視しながら、足関節温熱ヒーターＯＦＦ時間１１７と温熱ヒーターＯＮ時間１１６のバランスを変えてゆく方法がある。なお、温熱効果については、低温やけどの問題があるため、図８のような低温やけどに関する情報テーブルを持ち、温熱ヒーターＯＮ時間１１６を監視している。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、運動療法で得られる関節角度や関節トルクなどの情報に基づき、物理療法で与えるマッサージ効果や温熱効果をコントロールすることで、安全かつ効果的に運動療法と物理療法を併用することができ、その結果、全体的な理学療法の時間を短縮して理学療法に要する時間を確保しやすくするとともに、物理療法のリラクゼーション効果により、モチベーションを上げることができ、これまで課題であった運動療法の積極的な継続実施を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を適用した足関節訓練装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例であるソフトウェアブロックである。
【図３】ローリング機構のスイッチングスケジュール説明図である。
【図４】クラッチ制御信号の生成フローチャートである。
【図５】温熱ヒーターのスイッチングスケジュール説明図である。
【図６】温熱ヒーター制御信号の生成フローチャートである。
【図７】足関節角度−トルク計測データのグラフである。
【図８】低温やけどに関する情報テーブル
【符号の説明】
１  ホールド部
２  リンク
３  アクチュエータ
４  エンコーダ
５  トルクセンサー
６  ローリング機構
７  ローラの軸
８  クッション材
９  温熱ヒーター
１０  制御装置
１１  クラッチ
１２  タイマー
５０  状態監視ブロック
５１  足関節角度制御ブロック
５２  クラッチ制御ブロック
５３  温熱ヒーター制御ブロック
５４  タイムスケジュール設定ブロック
１００  タイマー信号
１０１  足関節角度
１０２  トルク信号
１１０  ローリング時間
１１１  温熱時間
１１２  足関節角度
１１３  足関節トルク
１１４  クラッチ接続時間
１１５  クラッチ切断時間
１１６  温熱ヒーターＯＮ時間
１１７  温熱ヒーターＯＦＦ時間
１１８  クラッチ状態
１１９  ヒーター状態
１２０  角度指令信号
１２１  クラッチ制御信号
１２２  温熱ヒーター制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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