(57)【要約】【課題】リハビリ用ウォーキングマシンの制御方法を提供する。【解決手段】リハビリ用ウォーキングマシンの制御方法のステップは下記のとおりである。まずリハビリ用ウォーキングマシンの下肢支持フレームを患者の下肢に装着する。続いてリハビリ用ウォーキングマシンのモーターを起動し、モーターが下肢支持フレームを駆動することによって患者に下肢のリハビリを行う。続いて一定時間内にモーターの出力に伴って生じたトルクの変化に基づいて分布状態のデータを統計し、そののち分布状態の統計データに基づいてしきい値を算出する。続いてリハビリ過程においてモーターの出力に伴って生じたトルクがしきい値より大きいか否かを判断する。しきい値より大きい場合、患者に痙攣現象が発生していると判断される。このときモーターの回転を即時中断する。上述した手段により、設備コストを効果的に削減することができる。【選択図】  図１
2017189305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リハビリ用ウォーキングマシンの下肢支持フレームを下肢に装着するステップａ）と、
前記リハビリ用ウォーキングマシンのモーターを起動し、前記モーターが前記下肢支持フレームを駆動するステップｂ）と、
一定時間内に前記モーターの出力に伴って生じたトルクの変化に基づいて分布状態のデータを統計し、前記分布状態の統計データに基づいてしきい値を算出するステップｃ）と、
前記モーターの出力に伴って生じた前記トルクが前記しきい値より大きいか否かを判断し、前記しきい値より大きいと判断されると前記モーターの回転を即時中断するステップｄ）と、
を含むことを特徴とするリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法。
【請求項２】
【数１】
2017189305.tif 000013
【数２】
2017189305.tif 000014
前記分布状態の前記統計データは、正の半周期および負の半周期に区分されており、
前記正の半周期のしきい値は数１で定義されており、
前記負の半周期のしきい値は数２で定義されており、
前記数１および前記数２において、ＴＨupは前記正の半周期の前記しきい値であり、μupは前記正の半周期の平均値であり、σupは前記正の半周期の標準偏差であり、ＴＨdownは前記負の半周期のしきい値であり、μdownは前記負の半周期の平均値であり、σdownは前記負の半周期の標準偏差であることを特徴とする請求項１に記載のリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法。
【請求項３】
【数３】
2017189305.tif 000015
【数４】
2017189305.tif 000016
前記正の半周期の前記しきい値は数３で定義されており、
前記負の半周期の前記しきい値は数４で定義されており、
前記数３および前記数４において、Ｓｖは補正パラメータであり、前記補正パラメータは前記モーターの出力に伴って生じた前記トルクおよび前記患者の歩幅に対応し、カーブフィッティングによって算出されることを特徴とする請求項２に記載のリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法。
【請求項４】
【数５】
2017189305.tif 000017
【数６】
2017189305.tif 000018
前記正の半周期の前記しきい値は数５で定義されており、
前記負の半周期の前記しきい値は数６で定義されており、
前記数５および前記数６において、ＳωupおよびＳωdownは前記リハビリ用ウォーキングマシンの痙攣検知感度パラメータであることを特徴とする請求項３に記載のリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法。
【請求項５】
【数７】
2017189305.tif 000019
【数８】
2017189305.tif 000020
痙攣検知感度パラメータＳωupは数７を満たし、
痙攣検知感度パラメータＳωdownは数８を満たし、
前記数７および前記数８において、μdataは前記分布状態の前記統計データの総平均値であり、ω即ちウェイトは０から１の間であり、前記ウェイトが０である場合、感度が最も高く、前記ウェイトが１である場合、感度が最も低いことを特徴とする請求項４に記載のリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下肢リハビリ方法、特にリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脊髄損傷、脳梗塞、神経損傷などが原因で下半身が不自由な患者にとって、移動、身体固定およびリハビリの際にそれに対応できる医療補助器具や補助装置が日常生活に欠かせない。リハビリを行う際、筋肉疲労または別の要素によって患者の下半身に痙攣現象が発生するとリハビリを即時中断する。患者に十分に休憩を取らせないと、リハビリを継続できない。
【０００３】
それに関連する従来の技術において、特許文献１はひずみゲージおよび電位によって痙攣症状の生じた瞬間信号を検知することである。特許文献２は正常状態下で複数回の運動を行うことによって角度、角速度および筋電信号を求め、続いて筋電信号、一定したしきい値および予め記録した角度と角速度との関係に基づいてリハビリ過程において痙攣現象が発生するか否かを検知することである。しかしながら、前述の二つの特許案は効果を達成するためにセンサーを別途使用することが必要である。従って設備コストを高騰させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開２０１４／０３４３４５９号公報
【特許文献２】米国特許公開２００８／０３１２５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、センサーを別途使用する必要なく、モーターに生じたトルク信号に基づいて判断できるだけでなく、設備コストを効果的に削減できるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、リハビリ用ウォーキングマシンの制御方法のステップは下記のとおりである。まずリハビリ用ウォーキングマシンの下肢支持フレームを下肢に装着する。続いてリハビリ用ウォーキングマシンのモーターを起動し、モーターが下肢支持フレームを駆動する。続いて一定時間内にモーターの出力に伴って生じたトルクの変化に基づいて分布状態のデータを統計し、そののち分布状態の統計データに基づいてしきい値を算出する。続いてモーターの出力に伴って生じたトルクがしきい値より大きいか否かを判断する。しきい値より大きい場合、痙攣現象が発生していると判断される。このときモーターの回転を即時中断する。そうでない場合、異常がないと判断される。このときモーターに回転を継続させてもよい。
【０００７】
【数１】
2017189305.tif 000003
【数２】
2017189305.tif 000004
【０００８】
本発明の実施形態において、分布状態の統計データは正の半周期および負の半周期に区分される。正の半周期のしきい値は数１で定義される。負の半周期のしきい値は数２で定義される。数１および数２において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。一方、モーターの回転速度、患者の歩幅の大きさおよびリハビリ用ウォーキングマシンの検知感度に基づいて数１および数２を調整すれば、異なる患者のニーズに応じることができる。
【０００９】
本発明によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法の詳細なステップまたは特徴は、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。また、以下の詳細な説明および本発明により提示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかわる領域において常識がある人ならば理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法を示すプロセスである。
【図２】本発明に適用される下肢トレーニングマシンの構造を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法においてのモーターのトルクと時間との関係および座標を示すグラフである。
【図４】図３に基づいて患者に痙攣現象が発生している状態を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法において補正パラメータに応じて曲面を校正する際の座標を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法において補正パラメータをしきい値に加えた後のモーターのトルクと時間との関係および座標を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法において感度パラメータをしきい値に加えた後のモーターのトルクと時間との関係および座標を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１に示すように、本発明の一実施形態によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法は下記のステップを含む。
【００１２】
ステップａ）は、図２に示すようにリハビリ用ウォーキングマシン１０の下肢支持フレーム１２を患者の下肢に装着する。
【００１３】
ステップｂ）は、リハビリ用ウォーキングマシン１０のモーター１４を起動し、モーター１４が下肢支持フレーム１２を駆動することによって患者に下肢のリハビリを行う。
【００１４】
ステップｃ）は、一定時間内にモーター１４の出力に伴って生じたトルクの変化に基づいて分布状態のデータを統計し、そののち分布状態の統計データに基づいてしきい値を算出する。
【００１５】
【数１】
2017189305.tif 000005
【数２】
2017189305.tif 000006
【００１６】
図３に示すように、分布状態の統計データは正の半周期および負の半周期に区分される。正の半周期および負の半周期はそれぞれＹ軸に投影し、正規分布曲線のグラフを形成する。正常信号は正規分布曲線内に位置する。続いて、信頼区間の概念に基づいて測定点のデータは正常信号に対応するか否かを判断する。測定点のデータが正常信号に対応すると判断される場合、測定点のデータは正の半周期および負の半周期の平均値±三つの標準偏差の範囲内である。上述したとおり、ステップｃ）において、まず正の半周期の平均値および標準偏差と、負の半周期の平均値および標準偏差とを計算する。続いて信頼区間の概念に基づいて正の半周期のしきい値および負の半周期のしきい値を定義し、数１および数２を成立させる。数１および数２において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。
【００１７】
ステップｄ）は、リハビリ過程においてモーター１４の出力に伴って生じたトルクがしきい値より大きいか否かを判断する。図４中のＰ１に示すように、しきい値より大きい場合、患者に痙攣現象が発生していると判断される。このときモーター１４の回転を即時中断する。そうでない場合、患者には異常がないと判断される。このときモーター１４に回転を継続させてもよい。
【００１８】
【数３】
2017189305.tif 000007
【数４】
2017189305.tif 000008
【００１９】
一方、患者によって歩幅が異なる。設定したモーター１４の回転速度も患者のニーズによって異なる。それに対し、図５に示すように、本発明はカーブフィッティング方式によってモーター１４の回転速度および患者の歩幅の大きさに対応する補正パラメータを算出し、補正パラメータによって正の半周期のしきい値および負の半周期のしきい値を補正する。補正した正の半周期のしきい値は数３で表示される。補正した負の半周期のしきい値は数４で表示される。その結果、図６中のＰ２に示すように、３００秒になる際、モーター１４の回転速度が変わればしきい値が自動的に補正されるため、校正し直す必要がない。数３および数４において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。Ｓｖは補正パラメータである。
【００２０】
【数５】
2017189305.tif 000009
【数６】
2017189305.tif 000010
【数７】
2017189305.tif 000011
【数８】
2017189305.tif 000012
【００２１】
本発明は、さらに感度パラメータによって正の半周期のしきい値および負の半周期のしきい値を補正する。補正した正の半周期のしきい値は数５で表示される。補正した負の半周期のしきい値は数６で表示される。数５および数６において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。Ｓｖは補正パラメータである。ＳωupおよびＳωdownはリハビリ用ウォーキングマシン１０の痙攣検知感度パラメータである。Ｓωupは数７を満たす。Ｓωdownは数８を満たす。数７および数８において、μdataは分布状態の統計データの総平均値である。ω即ちウェイトは０から１の間である。ウェイトが０である場合、感度が最も高い。ウェイトが１である場合、感度が最も低い。従って、図７に示すように、患者は感度パラメータに基づいて自ら体の具合に対応するしきい値を調整することによって検知感度を変更することができる。
【００２２】
本発明によるリハビリ用ウォーキングマシンの制御方法は、センサーを別途使用する必要なく、モーター１４の出力に伴って生じたトルク、即ち信号源に基づいてリハビリ過程において患者に痙攣現象が発生するか否かを検知するため、設備コストを効果的に削減することができる。上述したとおり、本発明により、リハビリ過程において患者は速度を任意に調整しても校正し直す必要がないし、体の具合によって検知感度を調整できるため、使用上の利便性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０：リハビリ用ウォーキングマシン、
１２：下肢支持フレーム、
１４：モーター
【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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