(57)【要約】【課題】上肢の運動機能が低下した人、あるいは上肢の運動機能に障害をもつ人の上肢運動機能の回復や向上を目的とした、モータや油圧などの強制的な外力に依らず自力で訓練する安全性の高い上肢機能訓練装置を提供するものであり、訓練の対象者や訓練の内容が大幅に広がり、より優れた訓練効果が期待できる。また、新しい上肢機能訓練の手法や療法の道を開くものである。【解決手段】使用者がアーム端部のグリップを握り、画像に連動した力覚を感じながら上肢を動かし上肢を訓練する、力覚がブレーキのみで呈示さる上肢機能訓練装置において、健側上肢で患側上肢をアシストすべく、グリップを患側手だけでなく健側手との両手で握れるように２つ設けた上肢機能訓練装置。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上肢の運動機能が低下した人、あるいは上肢の運動機能に障害をもつ人が、アームのグリップを握り、画像に連動した力覚を感じながら上肢を動かし上肢を訓練する、力覚がブレーキのみで呈示さる上肢機能訓練装置において、健側上肢で患側上肢をアシストすべく、グリップを患側手だけでなく、健側手との健側手との両方の手で握れるよう２つ設けたことを特徴とする上肢機能訓練装置。
【請求項２】
健側手あるいは患側手のグリップのいずれか一方のグリップのグリップ軸が、ハンドル軸と一致することを特徴とする特許請求範囲１の上肢機能訓練装置。
【請求項３】
患側手と健側手の両方のグリップを、グリップ軸がハンドル軸に一致するように、グリップを上下、左右あるいは前後に配置したことを特徴とする特許請求範囲１の上肢機能訓練装置。
【請求項４】
患側手のグリップに肘受けを取り付けたことを特徴とする特許請求１の上肢機能訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、肩、肘、手関節の運動機能が低下した人、あるいは肩、肘、手関節の運動機能に障害がある人が、上肢運動機能の回復や向上のために訓練する装置に関するものであり、モータや油圧などの強制的な外力に依らず自力で訓練する安全性の高い訓練装置であり、上肢運動機能の訓練に新しい手法や療法の道を開くものである。
【背景技術】
【０００２】  高齢化が進む中で、脳卒中や失調症、末梢神経障害などが原因で、肩、肘、手関節などの上肢の運動機能に障害や低下を起こす人が増えている。これに対して、理学療法士や作業療法士の数も増えてはいるが、充足しておらず充分な運動機能の回復や向上のための訓練が行えていない。近年、療法士の不足を補うため、上肢に関しても各種の運動機能訓練装置が開発され、一部では実用化され始めている。【０００３】  上肢運動機能回復訓練に機械装置、いわゆるロボットを用い最初に実用化したのは、米国ＭＩＴのＭＡＮＵＳという装置である。この装置は、脳梗塞による上肢片麻痺患者の運動機能回復を主な目的とするものであり、患者はロボットのアーム端部のグリップを握り、画像の指示に従ってゲーム感覚で、上肢を繰り返し動かす内に、脳内に新しい神経回路が形成され、上肢の運動機能が回復すると言う、ニューロリハビリテーション医学の考えに基づく画期的な装置である。しかし、アームの動きは強力なサーボモータで制御されているため、モータの制御ソフトや訓練ソフトに故障やバグがあると、モータが暴走し患者に異常に大きな力を及ぼし重大な事故を起こす恐れがある。これを防止するため、装置にはいろいろな安全対策が取られており、結果的には非常に高価な装置になっている。【０００４】  本発明者らは長年、機能性流体を用いたブレーキやクラッチの開発を行っており、モータと人間との間にこのクラッチを介在させることで、ロボットの安全性を一段と向上させ、またバーチャルな力覚を上手く呈示できることを見付けて、学会発表や特許を出願してきた。先述のＭＩＴの上肢運動機能訓練装置に対しても、人間（アーム）とモータ（減速器付き）の間に、機能性流体クラッチを介在させることで、高価なサーボモータを使わなくても小型で安価な通常のモータを用い、安全に上肢運動機能訓練のできることを見付け提案（装置名：ＥＭＵＬやＳＥＲＡＦＹ）してきた。【０００５】  しかし、これらはいずれも小型とは言えモータを用いるものであり、人間に他動的に力を及ぼす装置となるため、安全性の面で医療機器の分類としては、より厳しい制約や管理が要求されるクラスに分類される。【０００６】  モータや油空圧などの外力を使わず、バーチャルな力覚を呈示する方法として、機能性流体ブレーキを用いる方法が提案されている。【０００７】  本発明者らは、機能性流体ブレーキを用いた受動（自力）型の上肢運動訓練装置（ＰＬＥＭＯ）を開発して臨床現場に持ち込み、機能回復に効果のあることを学会などで発表してきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００００】
【特許文献１】米国特許５４６６２１３号公報
【特許文献２】特許３５８５４９８号公報
【特許文献３】特開２００５−３４８７７９号公報
【特許文献４】特開２００６−２４７２８０号公報
【特許文献５】特願平１１−１３３９５１号公報
【特許文献６】特開２００７−１８５３２５号公報
【特許文献７】特開平１１−０９０５７３号公報
【特許文献８】特開２００１−０７３０４７号公報
【特許文献９】特開２００１−２４３４３７号公報
【特許文献１０】特開２００１−０７３０４７号公報
【非特許文献】
【００００】
【非特許文献１】日本ＶＲ医学会誌、Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．１，Ｐ２４−３１（２００７）
【非特許文献２】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｖｏｌ．３Ｎｏ．５，５５１−５６０（２００９）．
【非特許文献３】日本機械学会論文集Ｃ偏，Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．７６２，ｐｐ．３２３−３３０（２０１０）
【非特許文献４】日本ＶＲ医学会誌、Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．１，Ｐ２４−３１（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  機能性流体ブレーキを用いた上記の上肢運動機能訓練装置（ＰＬＥＭＯ）は、優れた力覚を呈示でき、使用者はゲーム的感覚で訓練することができ、またコンパクトで安全性も高いが、モータなどの外力を与える手段がないため、上肢を自力では全く動かすことのできない患者には適応が難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記ＰＬＥＭＯを用いた臨床評価を重ねる中で、従来の上肢機能訓練装置（健側の上肢を動かせば、モータや空気圧などの外的な強制力で患側の上肢に同様の動きを伝えるマスタースレーブ型の装置は別）は、患側上肢の訓練だけに注目し、健側上肢には着目せず訓練に寄与させていなかったが、健側上肢で患側上肢を上手くアシストすれば、モータなどの駆動手段を用いなくても、モータなどによるアシストと同様の訓練効果の得られることに気付いた。【００１０】  健側上肢で患側上肢をアシストする方法として、ハンドルのグリップを握った患側手の上に健側手を重ねる方法や患側の上肢の手関節部を健側手で握る方法など、従来装置で種々の方法を検討したが、自由の利かない患側の上肢は意外に重たく、健側手で患側上肢や手関節部を握り動かすには思いの他、大きな力が必要となり、動きもぎごちなく正常なパターンで動かすことが難しく、その結果、異常な運動パターンを学習することになり、訓練が逆にマイナスになることが分かった。更に、体幹が弱化している場合には、健側の上肢に過剰な負荷がかかり、好ましくないことも分かった。【００１１】  そこで、本発明者らは患側上肢を健側上肢でアシストするための、手法を検討し試行した結果、本発明に到達した。【００１２】  すなわち本発明は、上肢の運動機能が低下した人、あるいは上肢の運動機能に障害をもつ人が、アームの端部に取り付けたハンドルのグリップを握り、画像に連動した力覚を感じながら上肢を動かし上肢を訓練する、力覚がブレーキのみで呈示される上肢機能訓練装置において、健側上肢で患側上肢をアシストすべく、グリップを患側手だけでなく健側手との両方の手で握れるよう２つ設けたことを特徴とする上肢機能訓練装置にある。【００１３】  また、本発明は、健側手あるいは患側手のグリップのいずれか一方のグリップのグリップ軸が、ハンドル軸と一致することを特徴とする特許請求範囲１の上肢機能訓練装置にある。【００１４】  また、本発明は、患側手と健側手の両方のグリップを、グリップ軸がハンドル軸に一致するように、グリップを上下、左右あるいは前後に配置したことを特徴とする特許請求範囲１の上肢機能訓練装置にある。【００１５】  また、本発明は、患側のグリップに肘受けを取り付けたことを特徴とする特許請求範囲１の上肢機能訓練装置にある。【００１６】  本発明にいう上肢機能訓練装置とは、上肢の運動機能が低下した人、あるいは上肢の運動機能に障害をもつ人が、訓練の内容や指示が表示される画像（表示パネル）を見ながら、ハンドルのグリップを握り、画像に連動した力覚を感じながら、上肢を自力で動かし訓練するための装置であり、力覚がブレーキのみで呈示される装置である。【００１７】  このような装置の代表は、先述のＰＬＥＭＯであり、図１にそれを用いた訓練の様子をイメージ（椅子や制御部など細部は削除）で示す。従来のＰＬＥＭＯを用いた訓練は、（ａ）のように、グリップ１を患側手２だけで握り、健側手３は机や膝の上に置いた状態で画像４の指示に従い訓練しており、健側手３は訓練に積極的な寄与はしなかったが、本発明装置では、（ｂ）のように、健側手３もグリップ１を握り、患側の上肢の運動をアシストする。【００１８】  本発明のような２つのグリップを用いて健側上肢で患側上肢をアシストする方法は、ＰＬＥＭＯに限らず特許文献６で提案されている装置や、モータや電磁石などの駆動系をブレーキ機構に切り替えれば、先述のＭＩＴのＭＡＮＵＳや本発明者らのＥＭＵＬ、ＳＥＲＡＰＹ、更には特許文献７〜１０などで提案されている多くの上肢運動機能訓練装置にも適応できる。【００１９】  本発明にいう力覚とは、重い／軽い、固い／柔らかい、ツルツル／ザラザラ、ネバネバ／サラサラ、などの仮想現実的な力学的感覚であり、画像に連動した感覚である。【００２０】  本発明の上肢機能訓練装置で力覚を呈示する方法としては、機能性流体ブレーキ（例えば、ＥＲ流体やＭＲ流体、流体にはゲルも含む）、電磁ブレーキ、油空圧ブレーキなど、多くの種類のブレーキが利用できる。中でもＥＲ流体やＭＲ流体などの機能性流体を用いたブレーキは応答速度に優れ、仮想現実感の力覚を呈示する方法として望ましい。画像に連動した力覚は、本質的には辛い訓練をゲーム感覚で楽しく実施でき、訓練の効率や効果も向上させることができる。【００２１】  本発明にいう画像に連動した力覚とは、例えば、ボール打ちゲームの場合、画面上で飛んで来るボールに画面上の手許球（グリップの位置：グリップの動きはハンドルとアームを通してブレーキや制御器に連動）を当てに行き、手許球がボールに当たると瞬間にブレーキがかかり、グリップには手許球やボールの速度に合わせた力が、あたかもボールに当たった感覚として発生し、同時に画像上のボールも跳ね返る。画像には、ゲームだけでなく、サンディングやポイティング、軌道追跡など、理学療法や作業療法で行われる各種の課題（訓練内容）が表示（インストラクト）される。【００２２】  本発明にいうアームとは、ブレーキとハンドルを連結するための棒状物（曲がっていても可）であり、例えば、図２に示す平行リンク方式による力覚呈示の例では、ハンドル５の動きを同芯２軸（ｘ軸用とｙ軸用）型の構造になっているブレーキ６のｘ軸とｙ軸に伝える４本の棒状物（アーム７）であり、ハンドル５は平行リンクにおいてブレーキ６とは対角の位置にあるアーム７の端部に取り付けられている。ハンドル５にはグリップ１が取り付けられている。【００２３】  本発明にいうグリップとはハンドルに取り付けられた握り部分を言う。グリップには、図３（ａ）および（ｂ）に示すようにハンドル５や左右に分岐したハンドル８の両端部にグリップ軸９をハンドル（または分岐したハンドル）軸１０に直交させて設けたタイプ、図４に示すようにハンドル軸１０にグリップ軸９を合わせて垂直に上下に２段に分けて設けたタイプ（図示はされないが、上下ではなく患者側に前後にグリップ１設けたタイプや、アーム７の端部から左右に分かれた水平なハンドル５の両端に、ハンドル軸１０とグリップ軸９を一致させてグリップ１を設けたタイプも同様）、また図５にハンドル５とそのハンドルの途中で分岐したハンドル８のそれぞれの端部に設けたタイプ、などが挙げられる。【００２４】  図３のタイプよりも、図４および図５のタイプのような、少なくとも一方のグリップ１のグリップ軸９がアームに直結するハンドル５（分岐していない側）のハンドル軸１���と軸を同一にしたタイプの方が、楽に患側上肢をアシストできる場合が多く、使用の範囲が広がり好ましい場合が多い。【００２５】  上肢運動の機能障害による症候は、その病態や回復の程度、経過などにより、また個々の患者によっても異なるため、画一的ではない。グリップも、個々の病態や病期に応じて、様々なタイプを備えておくことが、多くの患者に使用してもらうためにも、また訓練の効果を高めためにも好ましい。患者が装置に合わせた訓練を行うのではなく、装置が患者やそのおかれた環境に適応することが望ましい。【００２６】  本発明にいうハンドルとは、アームとグリップを繋ぐ棒状物であり、この途中あるいは端部から、左右あるいは片方に分岐したものもハンドル（この場合、分岐したハンドルと表現する）も含めてハンドルと言う。分岐の角度は必ずしも直角でなくても良い。グリップとアームの距離はできるだけ短い方が操作の際に好ましいことが多い。【００２７】  本発明にいうハンドル軸やグリップ軸とは、ハンドルやグリップが回転する場合の回転軸を言い、回転しない場合には中心軸を言う。【００２８】  本発明にいう肘受けとは、患側の肘を支える補助具であり、図６にその例を示す。【００２９】  なお、健側および患者側のグリップはいずれも、一体として、あるいは独立に、装着方式で取り外し、交換することもできる。【００３０】  ところで、療法学の分野では、運動学習において一方の側への運動刺激が運動をしていない他方の側にも同様の効果を及ぼすことを両側性運動転移と言う。この両側性運動転移の研究によれば、課題（訓練内容）の特性に対応した一定の学習転移の特性が認められており、本発明のように、患側上肢を健側上肢でアシストすれば患側上肢にも一定の学習移転の効果が現れることは療法学的にも大いに期待され、新しい療法や手法の道を開くものと考えられる。
【発明の効果】
【００３１】  力覚がブレーキのみで呈示さる上肢機能訓練装置は、構造が簡単で安全性が高くコンパクトである。しかし、モータなどの駆動手段を持たないことから、患側の上肢に外的な力（例えば誘導力）を与えることが出来ず、装置を適応できる対象者や訓練内容に制限があった。本発明により、訓練の対象者や訓練の内容が大幅に広がり、より優れた訓練装置にすることが可能になった。また、本発明により、上肢機能訓練の方法や療法に新しい道が開けた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、上肢機能訓練装置の訓練状況を示すイメージ図であり、（ａ）は従来の患側手だけでグリップを握っている情況を、（ｂ）は本発明の患側手と健側手の両方の手でグリップを握っている情況を示す。
【図２】図２は、平行リンク方式の力覚提示における、ブレーキ、アーム、ハンドル、グリップ、の概略と配置を示す。
【図３】図３は、本発明のグリップの内、ハンドルの一端が左右に分岐し、それぞれにグリップが設けられた例を示す。（ａ）は２つのグリップのグリップ軸がハンドルに直交して左右に取り付けられたタイプ、（ｂ）は分岐したハンドルの端部に、グリップ軸がハンドル軸に平行となるようにグリップが設けられた例を、（ｃ）は（ｂ）と同じタイプではあるが、グリップの角度が変化できるタイプの例を、（ｄ）は更に（ｃ）のグリップ軸の角度が変化した状態を示す。
【図４】図４は、患側手と健側手のグリップを、グリップ軸がハンドル軸に一致するように、上下２段に重ねて設けた例を示す。
【図５】図５は、２つのグリップの内、一方のグリップ軸だけがハンドル軸と一致するグリップの例を示す。
【図６】図６は、肘受けを設けたグリップとその取り付けの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】  以下、実施例をもって本発明の内容を補足する。上肢運動機能訓練装置の本体は、下記の非特許文献４に詳細が記載されており、図１にそのイメージ図を示す。本実施例では本発明の中心となるグリップ部について述べる。
【実施例１】
【００３４】  患側と健側のグリップ１をアーム７の端部に取り付けたハンドル５の左右に設けた例を図３に示す。（ａ）はアーム７の端部から立ち上げたハンドル５の上部にグリップ軸９をハンドル軸１０に直交させてグリップ３を設けた例であり、グリップ軸９は水平方向になっている。グリップ１およびハンドル５はいずれも回転は制限されており、グリップ１は左右独立に６０度程度、ハンドル５は９０度程度の自由回転になるようにストッパー（図示されず）がそれぞれの内部に設けられている。【００３５】  （ｂ）はアーム７から立ち上げたハンドル５の上部を左右に分岐させ、分岐したハンドル８のそれぞれの端部に左右のグリップ１を設けた例であり、グリップ軸９はハンドル軸１０に平行している例である。ハンドル５の回転は（ａ）と同様に制限されている。【００３６】  （ｃ）は（ｂ）のグリップ１の角度を変更できるタイプの例を示し、（ｄ）３（ｃ）において更にグリップ１が回転できるタイプを示す。（ｃ）および（ｄ）はグリップ１の角度が変化できるタイプではあるが、健側手のグリップ１の角度だけが変化するタイプの方が使い易い場合が多い。使用者の情況により、（ａ）３（ｂ）のグリップ１を組み合わせた、一方のグリップ軸９が水平、もう一方のグリップ軸９が垂直になった混合タイプが望ましい場合もある。【００３７】  脳卒中や中枢神経性の麻痺では、運動パターンの異常や、痙縮と呼ばれる異常な筋緊張の亢進により、特徴的な姿位をとることが多く、運動のバリエーションが少なくなるという特徴がある。また、末梢神経麻痺では特定の筋に選択的な麻痺が生じるため、特徴的な異常姿位をとり、運動パターンが制限される。これらに対して、患者の限られた運動パターン（特に前腕の回内外運動）に対応できるバリエーションの高いグリップを採用することで、訓練対象者が増加すると共に、より使い易い訓練装置となり、訓練時間の増大効果から一層の機能回復も期待できる。【００３８】  図３（ｃ）のグリップは、患者の状態に合わせてグリップの角度が変更できることから、拘縮が生じて関節の可動性に制限のある患者には使用しやすい形態である。
【実施例２】
【００３９】  図４は、アーム７の端部に直角に取り付けたハンドル５のハンドル軸１０にグリップ軸９合わせるように、患側手と健側手の両方のグリップ１を上下に重ねて設置した例を示す。上下のグリップ１は独立に自由回転できる。一般には、患側手が下側のグリップ１を、健側手が上側のグリップ１を握る方法が安定したアシストができ望ましい。両グリップ１の間隔は、長いと健側手への負荷が増大し、過剰な力が必要となり、その結果、姿勢が異常になり、また過剰な緊張から患側上肢に痙縮を助長する恐れがある。グリップの間隔は短い方が望ましく、グリップ自体の長さも、必要以上に長くては好ましくない。【００４０】  図４のタイプのグリップは健側手に要求される力が小さいために、重度の麻痺のある患者や体幹の安定性が乏しい患者でも効果的に訓練を行うことができる。加えて、両上肢が近接するため、他のタイプのグリップに比べて上肢の可動範囲が制限されるが、重度の麻痺のある患者では、患側上肢の関節の安定性が低下しているために、過剰な運動による関節痛の発生を予防する効果もある。
【実施例３】
【００４１】  図５は、アーム７の端部に取り付けたハンドル５と、その途中から分岐したハンドル８のそれぞれのハンドルにグリップ１を設けたタイプの例を示す。画像に表示される訓練の指示に従い、健側手で患側手（および上肢）を正確にアシストするためには、健側手あるいは患側手のいずれか一方のグリップ１のグリップ軸９がハンドル軸１０と一致することが望ましい。グリップ１とハンドル５は共に回転できるが、回転角度は制限されるものが望ましく、更に患者の状態により変化できるものがより望ましい。【００４２】  なお、図５は２つのグリップ１のグリップ軸９が平行しているが、分岐したハンドルにグリップ１を設けた、２つのグリップ１のグリップ軸９が直交するタイプのものも使用し易い。健側手あるいは患側手のどちらがいずれのグリップ１を握るかは、患者の状態に依るが、アーム７に近いハンドル軸１０側を患側手で握る場合が多い。
【実施例４】
【００４３】  図６は、患側手のグリップ１に装着型の肘受け１１を取り付けた例を示す。（ａ）のように、肘受け１１はグリップ１のハンドル５に軸を合わせて被せるように押し込まれ、（ｂ）のように装着される。肘受けは、手首からは肘までの全体を受けるものよりは、前腕部だけを受けるものの方が、また、ある程度柔軟性のある樹脂製のものが望ましい場合が多い。肘は必要に応じて、バンド（図示されず）で肘受けに固定される。【００４４】  麻痺した上肢は重たく、懸垂関節である肩関節は上肢の重みと運動によって、亜脱臼する可能性もある。そのため、上肢の重みを支えて肩関節を保護する目的で、前腕から上肢を支持する肘受けを取り付けることで、不安定となっている肩関節を保護しながら訓練ができる。上肢機能が回復してくれば、肘受けをはずして上肢への負荷を増加させると共に、上肢の運動範囲を拡大させ、より高いレベルでの訓練を実施することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】  本発明の上肢機能訓練装置は、外力（誘導力）にモータや油空圧を用いた装置と異なり自力運動装置であり、安全性が一段と向上するだけでなく、構造が簡単になり、またコンパクトになり、製造コストも低減できる。中央の医療機関だけでなく、地域の医療・介護施設や家庭でも利用できる可能性も高い。
【符号の説明】
【００４６】１：グリップ
２：患側手
３：健側手
４：画像
５：ハンドル
６：ブレーキ
７：アーム
８：分岐したハンドル
９：グリップ軸
１０：ハンドル軸
１１：肘受け
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年9月23日(2010.9.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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