(57)【要約】【課題】本発明は、本発明は、動物実験により脳の可塑的変化を誘導することが知られている知見を応用した指運動のためのリハビリテーション訓練装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、ボードにくぼみを設け、該くぼみに小寸法の物体を収納し、くぼみ内の小寸法の物体を把握することにより指運動の訓練を行うことを特徴とする。  また、本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、くぼみを複数設け、該くぼみの開口面積及び深さが異なるものであることを特徴とする。  また、本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、ボードを円板形とするとともに該ボードを中心軸回りに回転自在なように本体部で支持するとともに、開口面積及び深さの異なる複数のくぼみをボードの中心軸回りに配置することを特徴とする。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボードにくぼみを設け、該くぼみに収納可能な大きさの小寸法の物体を収納し、くぼみ内の物体を指で把握することにより指運動の訓練を行うことを特徴とする指運動のためのリハビリテーション訓練装置。
【請求項２】
くぼみを複数設け、各々のくぼみの開口面積及び深さを異ならせることを特徴とする請求項１記載の指運動のためのリハビリテーション訓練装置。
【請求項３】
ボードを円板形とするとともに該ボードを中心軸回りに回転自在なように本体部で支持し、開口面積及び深さの異なる複数のくぼみをボードの中心軸回りに配置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の指運動のためのリハビリテーション訓練装置。
【請求項４】
ボードを支持する本体部に、訓練位置にあるくぼみに向けてカメラを設置することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の指運動のためのリハビリテーション訓練装置。
【請求項５】
カメラで撮影された指の動きを解析する解析手段を設けることを特徴とする請求項４記載の指運動のためのリハビリテーション訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指運動のためのリハビリテーション訓練装置に関し、特に、段階的にリハビリテーション訓練を行うようにした訓練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、指の機能回復を目指したリハビリテーション装置はいくつか存在する。これらは指を受動的に伸展または 屈曲させる器具（例えば、特許文献１、２、３参照。）と、指の筋力をつけるもの（例えば、特許文献４参照。）に大別できる。
【特許文献１】特開２００５−８０８７２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９８５７３号公報
【特許文献３】特開２００２−９５７７１号公報
【特許文献４】特開２００１−３４６８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
脳卒中等の後遺症に苦しむ患者数は１５０万人をこえる。特に指運動の機能回復は難しく、障害のある側の手を使用することを諦めてしまうことも少なくない。現在、指の機能回復のためのリハビリテーション器具として上記した特許文献１乃至４に記載のものが提唱されているが、いずれも科学的根拠に乏しく、また訓練の進行度合いを定量的に評価することができないなど、多くの問題があった。
【０００４】
指運動の機能回復を目指すためには、脳の残された領域の可塑性（柔軟性）を最大限に利用し、指運動のための神経回路を再建する必要がある。
本発明は、動物実験により脳の可塑的変化を誘導することが知られている知見を応用した指運動のためのリハビリテーション訓練装置であって、
（１）難易度の異なるくぼみを複数用意することにより、段階的にリハビリテーション訓練を行う、
（２）日々の課題成績を定量化することで、指運動の機能回復を評価する、
（３）くぼみの付いたボードにカメラを設置することで、指運動を至近距離で撮影し、カメラで撮影された指の動きを解析し、機能回復の指標とする、
ことが可能な指運動のためのリハビリテーション訓練装置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】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、ボードにくぼみを設け、該くぼみに収納可能な大きさの小寸法の物体を収納し、くぼみ内の物体を指で把握することにより指運動の訓練を行うことを特徴とする。
また、本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、くぼみを複数設け、各々のくぼみの開口面積及び深さを異ならせることを特徴とする。
また、本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、ボードを円板形とするとともに該ボードを中心軸回りに回転自在なように本体部で支持し、開口面積及び深さの異なる複数のくぼみをボードの中心軸回りに配置することを特徴とする。
また、本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、ボードを支持する本体部に、訓練位置にあるくぼみに向けてカメラを設置することを特徴とする。
また、本発明の指運動のためのリハビリテーション訓練装置は、カメラで撮影された指の動きを解析する解析手段を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）本装置は科学的な知見に基づいたリハビリテーション訓練装置であり、くぼみの開口面積及び深さを変更することにより課題の難易度を自由に調整できるため、回復の初期から後期に至るまで一貫した訓練が可能である。
（２）各くぼみにおける小寸法の物体の取り出し課題の成功率により、機能回復の進捗状況を把握できる。これは、患者本人にとっても理解しやすい指標である。
（３）装置に小型カメラを設置し、指の動きの撮影画像を解析することにより、指運動の変化を詳細に解析することができ、訓練の進行度合い又は機能が回復の度合いを定量的に評価することができる。
（４）本装置を用いることで、指の独立した動きが困難なため手掌全体の動きを用いた代償的な把握のみが可能な回復の前期から、指の独立した動きが可能となる回復の後期に至るまで一貫したリハビリテーション訓練を行うことが可能である。
（５）本装置を用いたリハビリテーション訓練により、脳の機能が回復することが動物実験により明らかにされている。科学的な裏づけがあるため、患者は安心して訓練を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る指運動のためのリハビリテーション訓練装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。  
【実施例】
【０００８】
図１は、指運動のためのリハビリテーション訓練装置の外観を示す斜視図である。
基盤１及び基盤１から立設した支持枠２からなる本体部３には、円板形のボード５が中心軸４回りに回転自在なように支持されている。
円板形のボード５には、開口面積及び深さの異なるくぼみ（以下、「ウェル」ということもある。）６を設ける。図１では直径及び深さの異なる複数の円筒形のくぼみを示しているが、各くぼみの形状は円筒形に限らず円筒部の下部を円錐形にしたすり鉢形、横断面が楕円形をした楕円筒形、直方体形、直方体の下部を下方に膨出させたコンベックス形等、種々の形状を採用することができる。また、ウエル６の数は７個に限らず、訓練の内容に応じて適宜設定する。  
円板形のボード５は、留め金１６を外すことにより本体部３から取り外し可能であり、工作用ドリルを用いることで、患者の状態や指の長さに合ったウェル６を簡単に設けることができる。円板形のボード５は、本体部３に支持されている状態においてつまみ７を引くことにより、固定が解除され自由に回転できる。また、つまみ７を離すと、いずれかのウェル６が１１で示す訓練位置に来た段階でボード５の回転方向の動きが固定されるようになっている。
【０００９】
患者は、訓練位置１１にあるウェル６に予め収容されている小寸法（最大でも手掌全体で把握可能な寸法）の物体８を取り出す課題を行うことにより、指を用いたリハビリテーション訓練を行うものである。小寸法の物体８としては金属製、セラミックス製あるいは合成樹脂製等からなるパチンコ玉のようなウエル６に収容可能な小さな球状、小豆形状、コンペイトー形状、円筒形状あるいは砕石形状のものが用いられる。場合によっては、物体８として食品を用いることによって、リハビリ意欲の低下した患者のやる気を引き出すことができると考えられる。なお、図１では、小寸法の物体８として小球状のものを示している。
指の機能回復過程では、手掌全体を用いた把握から、親指と人差し指を対立させたつまみ把握（以下、「精密把握」ということがある。）への変化が起こることが多い。そのため、ウェル６の大きさの最大のものは手掌全体で小球を把握可能であることが望ましく、また、ウェル６の大きさの最小のものは精密把握を用いた把握が必要であるものが望ましい。さらに、その中間の大きさのウェル６を設置し、段階的に小さいウェルを用いた訓練を行うことで、精密把握の回復を目指すことができる。
【００１０】
課題遂行中の指の動きを至近距離から撮影するために、装置には小型のカメラ９が設置されている。装置とカメラ９を一体型にすることによって、課題遂行中は、訓練位置１１に存在する指と、カメラとの距離は常に一定となる。このことにより、撮影の日時が異なっても常に同じ位置から指を撮影することになるので、機能回復時における指の動きの変化を詳細に比較することが可能になる。カメラ９には投光器１０が設置してあり、手の影になって暗くなりがちな撮影領域を照らすことができ、より鮮明な画像が得られる。円形のボード５とカメラ９、投光器１０を一体型にし、装置全体を小型化することによって、持ち運びが用意になり、例えば車椅子に乗りながら、またはベッドの上でも簡便に訓練を行うことができる。患者は右手を用いた訓練を行う場合と左手を用いた訓練を行う場合が考えられるため、装置の反対側１２にもカメラ取り付け部を設け、カメラ位置の切り替えができるようにする。
【００１１】
また必要に応じて、カメラを２つ用いて異なった角度から撮影し、画像の３次元再構成を行うことで、より詳細な指の動きの変化を捕らえることが可能になる。図２に２台のカメラ９、９を装置に設置した場合の模式図を示す。２台のカメラ９、９はいずれも訓練位置１１に焦点があっている。それぞれのカメラ９、９は画像記録用機器１３に接続されていて、必要な動画像は記録し、画像解析を行うことができる。
【００１２】
訓練の順序としては、まず最大のウェル６を用いて一日１時間程度の訓練を行い、一定個数の小寸法の物体、例えば一日に１０００個把握することが出来たら翌日は次の大きさのウェル６に移り、同様の訓練を行う。図１及び２において、１４は予備のウェル１５（一点鎖線）を設置するための位置を示す下孔であり、予め形成されているウェル６の大きさが急に小さくなることで訓練が停滞した時には、さらに中間の大きさのウェル１５を設け、複数の大きさのウェルで交互に訓練を行うことにより、機能回復の進展を促す。また、それぞれのウェル６において毎日１０回程度のテスト課題を行うことで、回復の程度を定量的に示すことができる。下孔１４の位置に予備のウエル１５を形成するには、ボード５を取り外し、下孔１４を利用して予備のウエル１５を形成すればよい。なお、予備のウエル１５は、他のウエル６と同様に予め形成しておくことも可能である。その場合、ウエルの総数は８個になる。
【００１３】
図３にモデル動物を用いて本装置の効果を確認した実験の結果を示す。モデル動物として、人に近い指の運動特性を持つニホンザルを用いた。上段には本装置を用いて行った課題成績の変化を示す。最大の大きさのウェルにおける課題成績を実線で、最小の大きさのウェルにおける課題成績の変化を破線で示す。横軸は損傷後の日数（Ｄａｙｓ  ａｆｔｅｒ  ｌｅｓｉｏｎ）を示し、縦軸には各ウェルに対して一日にそれぞれ１０回の施行をテスト課題として行い、その中で何回把握することが出来たかという課題の成功率を示している。ニホンザルの運動皮質に人工的脳損傷を作成すると、上肢の運動麻痺が生じ、損傷後最初の約１０日間は課題を行うことができなかった。これは、人間の場合において、脳硬塞等により運動を司る部分が損傷してしまった状態に相当する。損傷後１０日目以降、課題成績は上昇と下降を繰り返しながら次第に上昇し、損傷後４５日で損傷前（ｐｒｅｌｅｓｉｏｎ  ｔｒａｉｎｉｎｇ）と同じ程度に課題成績は改善した。下段には本装置によって撮影された、損傷前と損傷後の指の動きの連続写真を示す。撮影された動画を画像処理し、指の各関節を結んだ線を写真に重ねて示した。損傷前（Ｂｅｆｏｒｅ  ｌｅｓｉｏｎ）には親指と人差し指を対立させて小寸法の物体を摘みとる、いわゆる精密把握による把握が見られた。損傷後２１日では一時的な課題成績の上昇が見られたが、この時には人差し指の屈曲とともに親指も屈曲してしまい、人差し指の先端部と親指の付け根の外側部付近で挟み込むようにして小寸法の物体を把握していた。損傷後４５日目にはそれぞれの指の独立した動きが可能になり、親指と人差し指の先端での把握が再び見られるようになった。  
【００１４】
図４には小寸法の物体を把握した時の把握の方法を、小寸法の物体と親指との関係によって分類したものである。上段と中段の図に示すように、把握方法を、１．人差し指先端と親指のＩＰ関節以遠での把握、２．人差し指先端と親指のＩＰ関節上での把握、３．人差し指先端と親指の貴節骨内側面上での把握、４．人差し指先端と親指のＩＰ関節とＭＰ関節の間での把握、５．人差し指先端と親指のＭＰ関節上での把握、の５つに分類した。また下段には各実験日において、５種類の把握方法の割合の経時変化を示す。  損傷前は１００％が１番の把握方法であり、親指の先端部で把握を行っていた。損傷後２１日目は、親指のＭＰ関節（指先から数えて二つ目の関節、図４の４．５．）付近で把握し、３１日目では親指のＩＰ関節（指先から数えて一つ目の関節、図４の２．３．）付近で把握していたことが分かった。損傷後４５日目には損傷前と同じく親指の先端を用いた把握が１００％を占めていた。
【００１５】
図５は、１回の把握において親指と人差し指のなす角度の時間変化を調べたものである。横軸は時間（ミリ秒）であり、縦軸が親指と人差し指のなす角度を示す。損傷前は親指と人差し指のなす角度は安定して９０度以内であるのに対して、損傷後２１日目、または、３１日目では親指と人差し指のなす角度が経時的に大きくなっていた。物体把握時の角度は１６０度、または、２２０度程度であった。損傷後４５日目の角度変化は損傷前と全く同じではないものの、小球把握時の角度は９０度以内であり、損傷前に近付いたと言える。
【００１６】
図６に本装置を用いたリハビリテーション訓練を行ったモデル動物による行動実験の結果を模式的に示す。本装置によって、実験的脳損傷を作成したサルの精密把握の回復が見られた。また回復の過程では、一時的に親指関節付近での代償的な把握が見られ、その後親指先端を用いた精密把握が可能になった。
【００１７】
図７は、２頭のニホンザルの脳における運動皮質に、同程度の損傷を作成した後、本装置を用いた訓練を行った個体（訓練個体）と本装置を用いた訓練を行わなかった個体（非訓練個体）の課題成績の変化を示したものである。図３と同じく、最大の大きさのウェルにおける課題成績を実線で、最小の大きさのウェルにおける課題成績の変化を破線で示す。横軸は損傷後の日数（  Ｄａｙｓ  ａｆｔｅｒ  ｌｅｓｉｏｎ）を示し、縦軸は課題の成功率を示している。非訓練個体では小さいウェルにおける課題成績の改善がほとんど見られなかった。
【００１８】
図８に訓練個体と非訓練個体の指の動きの違いを模式的に示す。訓練個体では損傷後４５日目で指の独立した動きが見られたのに対し、非訓練個体では指の独立した動きが見られず、精密把握も不可能であった。この結果から、本装置を用いたリハビリテーション訓練が指の独立した動きの回復を促進する可能性が考えられる。
【００１９】
図９は、本装置による訓練を行った機能回復個体において、脳内遺伝子変化を調べた図である。機能回復個体では通常個体に比べて、とくに運動前野と呼ばれる脳領域で、ＧＡＰ・４３という遺伝子の発現が亢進していた。この分子は脳の神経回路の変化に伴って発現量が増加することが知られており、したがって本装置による訓練に伴って、失われた脳領域の機能を代償するような神経回路の再構成が脳内で起こっている可能性を示唆する。これまでに提案されたリハビリ装置のなかで、脳内神経回路の再構成を誘導することが知られているものは皆無である。他の装置による訓練でも神経回路の再構成が起きる可能性は否定できないが、本装置を用いた課題のように科学的裏づけのある課題を用いることは、長く苦しいリハビリ生活において患者のリハビリ意欲を向上するのに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る指運動のためのリハビリテーション訓練装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る指運動のためのリハビリテーション訓練装置において２台のカメラを設置した場合の外観を示す斜視図である。
【図３】モデル動物を用いて本発明の実施の形態に係る指運動のためのリハビリテーション訓練装置の効果を確認した実験の結果を示すものである。
【図４】小寸法の物体を把握した時の把握の方法を、小寸法の物体と親指との関係によって分類したものである。
【図５】１回の把握において親指と人差し指のなす角度の時間変化を調べたものである。
【図６】本発明の実施の形態に係る装置を用いてリハビリテーション訓練を行ったモデル動物による行動実験の結果を模式的に示したものである。
【図７】２頭のニホンザルの脳における運動皮質に、同程度の損傷を作成した後、本発明の実施の形態に係る装置を用いた訓練を行った個体（訓練個体）と本発明の実施の形態に係る装置を用いた訓練を行わなかった個体（非訓練個体）の課題成績の変化を示したものである。
【図８】訓練個体と非訓練個体の指の動きの違いを模式的に示したものである。
【図９】本発明の実施の形態に係る装置による訓練を行った機能回復個体において、脳内遺伝子変化を調べた図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    基盤
２    支持枠
３    本体部
４    中心軸
５    ボード
６    くぼみ（ウエル）
７    つまみ
８    小寸法の物体
９    カメラ
１０  投光器
１１  訓練位置
１３  画像記録用機器
１４  予備のウェルの下孔
１５  予備のウェル
１６  留め金
【図１】
2007044160.tif 000003
【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007044160.tif 000007
【図３】
2007044160.tif 000008
【図４】
2007044160.tif 000009
【図５】
2007044160.tif 000010
【図９】
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