(57)【要約】【課題】  市販の各種訓練機器に簡単に設置でき、簡単な操作で、訓練対象者のリハビリ進捗状況を客観的に評価し、リハビリの進捗状況に応じた最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で行えるようにする。【解決手段】  訓練対象者に、所定の動作を行わせる市販の訓練機器に、訓練開始時に押圧されるタッチセンサと、訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、及びこの位置から離れたことをそれぞれ検出するセンサを設置する。そして、タッチセンサが押圧されてから訓練対象者が各動作に対応した位置に達するのに要した時間、訓練対象者が各動作に対応した所定位置に達してから離れるのに要した時間をそれぞれ検出し、各所要時間を記憶する。コンピュータに搭載されたプログラムにより、各所要時間に基づいて各動作を評価し、その評価結果や次のステップのリハビリへの移行を促すようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
訓練対象者に、所定の動作を行わせる訓練機器において、
訓練開始時に押圧されるタッチセンサと、
前記訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、及び該位置から離れたことををそれぞれ検出するセンサとを備え、
前記タッチセンサが押圧されてから前記訓練対象者が各動作に対応した位置に達するのに要した時間、
前記訓練対象者が前記各動作に対応した所定位置に達してから離れるのに要した時間をそれぞれ検出し、各所要時間を記憶する手段と、
該記憶された各所要時間に基づいて各動作を評価する手段とを設けたことを特徴とする訓練機器用簡易式運動モニター装置。
【請求項２】
前記複数の動作のうち、所定の動作を撮影するカメラを設置し、前記センサにより該動作に対応した位置の近傍に到達したことを検出した時点で前記カメラの作動を開始し、該位置から離れたのを検出した時点で、前記カメラの作動を停止させる制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の訓練機器用簡易式運動モニター装置。
【請求項３】
前記各動作に対応した位置の周辺に、前記訓練対象者の動作を規制するスリットを形成する板材を設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の訓練機器用簡易式運動モニター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、脳疾患等により運動機能障害が発症した患者のリハビリ用訓練機器に使用される簡易式運動モニター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳疾患を発症した場合、早期に、そして、運動機能障害の回復状況に合わせて最適なリハビリを行うことが非常に重要である。こうしたリハビリ用機器としては様々なものが開発されているが、きわめて簡易なものとしてペグと呼ばれるものがある。
このリハビリ用機器では、様々な重量、大きさ、形状（円筒状等）ペグを複数用意し、次のような一連の動作により訓練を繰り返し行う。
（１）ペグボードと呼ばれるボードの孔に差し込まれたペグに手を伸ばす。
（２）目標としている特定のペグを掴み、引き抜く。
（３）ペグを持ち上げ、所定の位置に置かれた移動先ボックスに向けて移動させる。
（４）把持したペグを移動先ボックスに設けられた孔に合わせて、ペグボードの目標の孔に差し込む。
【０００３】
上記のような訓練では、運動機能障害が発症した訓練対象者は、運動機能障害の程度、リハビリの進捗度合いによってペグアプローチ（１）、ペグ把持・引き抜き（２）、ペグ移動（３）、ペグ差し込み（４）の円滑度が様々に変化する。
例えば、運動機能障害が重度の場合は、ペグアプローチ（１）にも非常に時間を要し、リハビリが進捗し、ペグアプローチがスムースにできるようになっても、手指の連携が必要なペグ把持・引き抜き（２）、ペグを把持したまま腕によるペグ移動（３）、さらには、腕、手指の連携が必要なペグ差し込み（４）にそれぞれ時間を要することになる。
【０００４】
訓練指導者は、（１）〜（４）それぞれの動作に要した時間、あるいはそれらの時間配分に基づいて訓練対象者の円滑度を評価し、さらに難易度を高め、より重量のあるペグや、小さなペグによる訓練に順次移行させ、訓練対象者に最適な訓練を実施させる。
しかし、こうした判断は熟練した訓練指導者の判断に委ねざるを得ず、自宅での訓練では、運動機能障害の回復状況に合わせて最適な難易度のリハビリへの移行タイミングを逸するおそれがある。
【０００５】
現在、こうした生体動作をモニターする装置として三次元動作解析装置VICON  GIGANET/M（管理医療機器  特定保守管理医療機器    承認番号:22100BZX00957000）が発売されている。これは生体内に赤外線反射マーカーを取り付け、複数のカメラで同期してモニターすることで、3次元動作解析が行えるというものである。
【０００６】
また細かい手指動作の解析を可能にするCyber  Gloveという商品や、下記特許文献１にみられるように、ゴルフスイングの特定の動作をトリガーに、スイング速度やボールの速度・打ち出し角度等を検出し、実施者に視覚的情報提示を行うものなどが開発さている。
【０００７】
一方、下記特許文献２には、人の動きと対人操作機器の動きをそれぞれ検出し、得られた位置、速度、加速度の時系列データを解析することにより、対人操作機器をフィードバックすることにより、利用者の運動能力や体調に合わせた運動を行えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2006-130289公報
【特許文献２】特許4300875公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、こうした運動モニター装置は、非常に高価であり、また、操作も困難であるため、一般家庭への導入は実質的に不可能であり、運動機能障害を有する訓練対象者が、自宅でリハビリの進捗状況に応じて最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で手軽にできないという問題がある。
そこで、本発明は、きわめて低コストで、しかも市販の各種リハビリ用訓練機器に簡単に設置できるとともに、被訓練者のリハビリの進捗状況を客観的に評価して、最適な難易度の訓練内容を提示する運動モニター装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の訓練機器用簡易式運動モニター装置は、次のように構成される。すなわち、
（１）訓練対象者に、所定の動作を行わせる訓練機器において、訓練開始時に押圧されるタッチセンサと、前記訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、及び該位置から離れたことをそれぞれ検出するセンサとを備え、前記タッチセンサが押圧されてから前記訓練対象者が各動作に対応した位置に達するのに要した時間、前記訓練対象者が前記各動作に対応した所定位置に達してから離れるのに要した時間をそれぞれ検出し、各所要時間を記憶する手段と、該記憶された各所要時間に基づいて各動作を評価する手段とを設けたことを特徴とする訓練機器用簡易式運動モニター装置。
【００１１】
（２）前記訓練機器用簡易式運動モニター装置において、前記複数の動作のうち、所定の動作を撮影するカメラを設置し、前記センサにより該動作に対応した位置に到達したことを検出した時点で前記カメラの作動を開始し、該位置から離れたのを検出した時点で、前記カメラの作動を停止させる制御手段を設けた。
【００１２】
（３）前記訓練機器用簡易式運動モニター装置において、前記各動作に対応した位置の周辺に、前記訓練対象者の動作を規制するスリットを形成する板材を設置した。
【発明の効果】
【００１３】
以上の構成により、本発明によれば、タッチセンサ、訓練対象者の手指等を検出する赤外線センサ等、非常に低コストのセンサを、市販の訓練機器の適所に配置するだけで、訓練対象者が各動作に対応した位置に到達したこと、その位置から離れたことを検出して、各動作に対応した所要時間や、各動作の時間割合などを計測することができる。そして、この計測結果を解析することにより、簡単な操作で、訓練対象者のリハビリ進捗状況を客観的に評価することが可能になり、運動機能障害を有する訓練対象者が、自宅でも、リハビリの進捗状況に応じた最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で行うことができ、リハビリ効果を飛躍的に高めることが可能となる。
また、訓練対象者の手指等を検出するセンサの検出値により、カメラを連動させて、その周辺での手指の動きを撮像すれば、訓練動作の評価結果とともに、自らの手指の動きを提示して、改善点を促すことができる。
さらに、各動作に対応した位置の周辺に、前記訓練対象者の動作を規制するスリットを形成する板材を設置して、被訓練対象者の腕、手指の動きを規制することにより、センサによる検出を確実に行い、しかも、被訓練者の肘の開きを規制することで、より効果的な訓練を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例の全体構成を示す図。
【図２】本発明の実施例の配線を示す図。
【図３】計測結果の評価を行うための表示例を示す図。
【図４】訓練対象者の動作を規制するスリットを構成する板材の配置例を示す図。
【図５】訓練対象者の動作を規制するスリットを構成する板材周辺に配置した第３のセンサを示す図。
【図６】デスクに平置した実施例の全体構成を示す図。
【図７】回転動作を必要とするペグの例を示す図。
【図８】押圧動作を必要とするペグの例を示す図。
【図９】押圧動作を必要とするペグに本発明を適用した場合の全体構成を示す図。
【図１０】円錐型のペグを示す図。
【図１１】円錐型のペグに本発明を適用した場合の全体構成を示す図。
【図１２】箸を使用した訓練機の例を示す図。
【図１３】箸を使用した訓練機に本発明を適用した場合の全体構成を示す図。
【図１４】発明の効果を検証するための実験例を示す図。
【図１５】実験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施例の全体構成を示す。テーブル１には、ペグボード２が開閉自在の支持脚により略垂直に設置されており、ペグボード２に設けた孔にペグ３がはめ込まれている。訓練対象者は、ペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３に手を伸ばして、これを把持し、孔から引き抜いた後、右側にあるペグの移動先ボックス４に設けた孔にはめ込むことにより一連の訓練を行う。なおこの実施例では、ペグボード２に設けた孔の両側には、訓練対象者のアプローチ方向を規制するスリットを形成するための板材５が設置されている。この板材５は、訓練対象者の動作を規制することにより、後述するセンサでその動きを確実に検出できるようにするとともに、リハビリの進行度に応じて、両者間の幅や高さなどが選定されるようになっている。
【００１７】
この実施例では、ペグボード２の前方にタッチパネル６、ペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３の先端部分に、赤外線照射プローブ、赤外線受光プローブからなる第１のセンサ７、そして、ペグの移動先ボックス４に設けた孔にペグ３がはめ込まれたとき、そのペグ３のやや上方の上方付近に、同じく、赤外線照射プローブ、赤外線受光プローブからなる第２のセンサ８が設置されている。さらに、ペグボード２には、ペグ３がはめ込まれた孔の周辺を撮像する第１のカメラ９が、ペグの移動ボックス４の周辺には、ペグの移動先４に設けた孔の周辺を撮像する第２のカメラ１０が、それぞれ位置調整可能に設置されている。なお、第１のカメラ９、第２のカメラ１０は、いずれもペグボード２の所定箇所にカメラアングルを調整自在のリンク式アームを介して取り付けられている。
【００１８】
タッチパネル６は、訓練対象者がペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３へのアプローチを開始する際に押圧されるもので、その検出値は、入出力ボード１１に入力されている。
第１のセンサ７は、訓練対象者の手指が、ペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３の先端付近に達したとき、赤外線が遮られたのを検出するとともに、訓練対象者がペグ３を把持して、孔からの引き抜きが終了したとき、赤外線を再び検出することにより、訓練対象者の手指がペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３にアクセスしたタイミング、そして、ペグ３の引き抜きを終了したタイミングを検出することができ、その検出値も入出力ボード１１に入力されている。
【００１９】
一方、第２のセンサ８は、訓練対象者により把持されたペグ３が、ペグの移動先ボックス４に設けた孔に接近したとき、赤外線が遮られたのを検出するとともに、訓練対象者がペグ３を把持して、ペグの移動先４に設けた孔への差し込みが終了し、手指を戻したとき、赤外線を再び検出することにより、訓練対象者により把持されたペグ３がペグの移動先ボックス４に到達したタイミング、そして、ペグ３の移動先ボックス４の孔への差し込みが終了したタイミングを検出することができ、その検出値も入出力ボード１１に入力されている。
なお、ペグの引き抜きや差し込みタイミングを一層正確に検出するため、ペグボード２の孔、移動先ボックス４の孔の底部にマイクロスイッチを配置してもよい。
【００２０】
図２に示されるように、タッチパネル６、第１のセンサ７、第２のセンサ８の検出値は、アナログ入力ボード、ＡＤコンバータなどを備えた入出力ボード１１を介して、ノートＰＣ等のコンピュータ１２に入力され、搭載された演算制御システム（ソフトウエア）により次のような処理がなされる。
（１）タッチパネル６が押圧されたタイミングと、第１のセンサ７が赤外線遮断を検出したタイミングに基づき、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、タッチパネルを押下してから、ペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３へのアプローチが終了するまでに要する時間（アプローチ時間）を意味する。なお、第１のセンサ７が赤外線遮断を検出したタイミングに同期して、図２に示されるように、リレーボードを介して、第１のカメラ９に制御信号を送り、撮像を開始させる。
（２）第１のセンサ７が赤外線遮断を検出したタイミングと、第１のセンサ７が再び赤外線を検出したタイミングから、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、ペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３へのアプローチが終了し、ペグ３を把持し、これを引き抜くまでに要するするまでに要する時間（把持・引き抜き時間）を意味する。なお、第１のセンサ７が再び赤外線を検出したタイミングに同期して、リレーボードを介して、第１のカメラ９に制御信号を送り撮像を停止させる。
（３）第１のセンサ７が再び赤外線を検出したタイミングと、第２のセンサ８が赤外線遮断を検出したタイミングから、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、ペグボード２の孔からペグ３を引き抜き、把持したペグ３が、ペグの移動先４に設けた孔の周辺に移動するのに要する時間（移動時間）を意味する。なお、第２のセンサ８が赤外線遮断を検出したタイミングに同期して、リレーボードを介して、第２のカメラ１０に制御信号を送り撮像を開始させる。
（４）第２のセンサ８が赤外線遮断を検出したタイミングと、第２のセンサ８が再び赤外線を検出したタイミングから、両タイミング間の経過時間を計測する。この経過時間は、訓練対象者が、把持したペグ３を、ペグの移動先４に設けた孔の周辺にアクセスさせてから、この孔に差し込み、底部まで落下させた後、訓練対象者が手指を戻すのに要する時間（差し込み時間）を意味する。なお、第２のセンサ８が再び赤外線を検出したタイミングに同期して、リレーボードを介して、第２のカメラ１０に制御信号を送り撮像を停止させる。
【００２１】
一般に、脳疾患等により運動機能障害が発症した患者の場合、発症初期段階では、ペグボード２の孔にはめ込まれたペグ３へのアプローチ、把持したペグ３の移動先への移動にも非常に時間を要することから、上記（１）で求めたアプローチ時間、上記（３）で求めた移動時間が、及び全体の時間に対するそれらの比率が発症初期段階のリハビリ進捗状況を判断するための主要なパラメータとなる。
さらにリハビリが進行すると、アプローチ時間、移動時間が短縮し、続いて、手指の連携が必要な、上記（４）、（５）で求めたペグ３の把持・引き抜き時間、差し込み時間が徐々に改善されることになる。
【００２２】
そこで、アプローチ時間、移動時間、把持・引き抜き時間、差し込み時間のそれぞれについて、その時間配分や、健常者による所要時間との比較結果や、訓練を継続することにより各所要時間の推移を記録して、目標時間配分と比較して、本人の時間配分にリハビリの進捗状況を評価する。
一連の訓練が終了したとき、コンピュータ１２に搭載された演算制御システムは、計測結果を演算処理し、その訓練の難易度に応じて設定された、それぞれの時間目標値及び時間配分目標と比較し、コンピュータ１２のディスプレイに図３に示されるような表示を行う。
【００２３】
例えば、把持・引き抜計測時間が目標とする時間配分より長い場合は、図３（ａ）に示されるように、パソコン１２のディスプレイ上に、改善目標として、把持・引き抜き時間の改善を促すとともに、第１カメラ９や第２カメラ１０の映像を切り換えて表示する。
すべての計測時間、時間配分が目標値に達したときは、図３（ｂ）〜（ｃ）に示されるように、例えば、ペグの重量を重くして、次のステップの訓練への移行を促したり、ペグをより小さいものにしたり、訓練対象者のアプローチ方向を規制するための板材５を高くしたり、幅を狭くすることにより訓練の難易度を高め、訓練の設定変更を促し、訓練対象者のリハビリの進行状況に合わせて最適なタイミングで最適な訓練を行うことが可能になる。
【００２４】
また、図４に示されるように、訓練対象者のアプローチ方向を規制するための板材５を横向きに配置したり、縦向きにしたり、あるいは、図５に示すように、板材５の外側に第３のセンサ１３を配置して、訓練対象者が麻痺特有の運動パターンである、肘を極端に外に開いたこと等を検出して、これを評価したり、第３のセンサ１３が肘を検知したとき、パソコン１２から警告音や、音声による指導を行うようにしてもよい。
【００２５】
以上の実施例では、略垂直に設置したペグボード２を使用する例を示したが、本発明はさまざまなリハビリ機器に応用することができる、図６は、ペグボードを使用せず、デスク上に水平に設置した例である。
訓練対象者のアプローチ方向を規制するスリットを形成するための板材５をユニット化し、訓練対象者の右側に配置し、移動先ボックス４を訓練対象者の左側に配置する。なお、タッチパネル６、第１のセンサ７、第２のセンサ８、第１カメラ９、第２カメラ１０（図示せず）は、すべてケーブルで入出力ボード１１に接続されているので、これらの配置を自由に変更、調整できる。
【００２６】
図７は、ペグを取り外し、差し込みの際に回転動作を必要とする例であり、図８、図９は、洗濯ばさみのように、ペグを取り外し差し込みの際に、押圧動作を必要とするペグに応用した例である。
【００２７】
図１０、図１１は、麻痺の激しい初期段階で使用されるもので、円錐形のペグを両手で握り、左右に積み上げ直す訓練機器に応用した例であり、図１２、図１３は、リハビリの最終段階で使用されるもので、箸を使って、球をつまみ、左右に移動させる訓練機器に応用した例である。
このように、本発明は、訓練の態様に応じて、タッチパネル、各センサの配置を自由に設置調整でき、また、カメラも市販のものを使用でき、低コストで、非常に多様な訓練機器に適用可能である。
【００２８】
発明者らは、本発明の有効性を確認するため、次のような実験を行った。
すなわち、図１４のように、到達把握運動及び接触動作のモニタリングを、ニホンサルを用いテストした。そして、把握する対象物の大きさの違いで、一連の上肢運動に違いがあることを、本発明の運動モニター装置を用いて評価した。
【００２９】
実験手順は次のとおりである。
（１）サルはスタート地点であるタッチパネルに一秒間手を置く。
（２）一秒後、サルの目の前にあるシャッターが開き、餌の付いた対象物が現れる。ここには赤外センサーが設置してある。
（３）サルは対象物まで手を伸ばし、把握する。
（４）その後口元にそれを運び食べる。口元には赤外センサーが設置してある。
【００３０】
実験結果は、図１５に示されるとおりである。
なお、計測時間の単位はmsecであり、計測を繰り返した場合の標準誤差は、把握物が大のときは、左から順に144.6,  90.4,  112.8、把握物が小のときは、左から順に166.7,  101.6,  165.0であった。
このデータは把握対象物の大きさが異なると、対象物が小さくなるほど取り出しが困難になることから、対象物を取り出す時間に有意差が出ることを示している。
なお、このモニタリングシステムは、数ミリ秒単位で、動作をモニターすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、市販のコンピュータやビデオカメラを利用し、タッチセンサ、訓練対象者の手指等を検出する赤外線センサ等の非常に低コストのセンサを各種訓練機器の適所に配置するだけで、各動作に対応した所要時間や、各動作の時間割合などを計測することができ、これを解析することにより、きわめて低コストで、しかも非常に訓練対象者のリハビリ進捗状況を客観的に評価することが可能になる。
運動機能障害を有する訓練対象者が、自宅でも、リハビリの進捗状況に応じた最適な訓練を、最適なタイミング、頻度で行うことができ、リハビリ効果を飛躍的に高める運動モニター装置として、広く利用されることが期待できる。
【符号の説明】
【００３２】
１      デーブル
２      ペグボード
３      ペグ
４      移動先ボックス
５      板材
６      タッチパネル
７      第１のセンサ
８      第２のセンサ
９      第１のカメラ
１０    第２のカメラ
１１    入出力ボード
１２    コンピュータ
１３    第３のセンサ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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