JP4623614B2

JP4623614B2 - 平衡機能訓練装置

Info

Publication number: JP4623614B2
Application number: JP2000359131A
Authority: JP
Inventors: 青木健郎
Original assignee: Minato Medical Science Co Ltd
Current assignee: Minato Medical Science Co Ltd
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP2002159541A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、動力装置によって駆動される、平衡機能評価訓練装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
平衡機能訓練装置として、動力装置を具備し、患者を乗せる盤状部材に周期的または非周期的な不安定運動を起こさせて、盤状部材上に患者を乗せ、平衡を維持させる自律訓練をおこなう装置は既に公知であり、それらのうち本発明と特に関係する周期的な揺動運動を起こさせる装置として、特開平８−２９９４９６、特開平８−８９５９７、特開平９−１４９９５１がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−２９９４９６はベースと直角に直立し、モーターによって回転駆動され頂上に回転盤を有する回転軸を設け、その回転盤上に、足載せ体を、先の回転軸と偏心し、かつ所定角度で傾斜させて回転自在に取り付けた装置であり、足載せ体は上面を傾斜させて円運動（歳差回転運動）するので、足載せ体上の患者はそこから落ちないように努力することにより、足腰の筋肉を鍛え、平衡感覚を涵養することができるとされる。
【０００４】
特開平８−８９５９７、特開平９−１４９９５１はモーターを内装した中空台座の上面に円形レールと溝車もしくは扁平リングと複数の転子からなる回転芯出し部材を介して、回転リングを平設し、さらにその回転リングの傾斜上面に同じく回転芯出し部材を介して揺動盤を斜設し、台座と揺動盤のそれぞれの中心を自在継ぎ手によって結合し、回転リングを内装モーターによって回転駆動する装置である。患者の足首を多方向に万遍なく傾動させて、足腰を鍛えるための装置であることは従来技術１と同じである。
【０００５】
患者に対する負荷の強度は回転周期および揺動盤の傾斜角度によって規定されるものである。したがってこれら回転周期および揺動盤の傾斜角度の値は患者の傷病の程度に応じて最適値に設定されるべきである。
上記３例はともにモーターの回転数を変える操作により、回転周期を調節する事が可能である、しかし揺動盤の傾斜角度についてはその装置について固定であり、変更は部品とりかえによってのみ可能であり、訓練の状況に応じて、迅速に最適値に調節することができない。これが第１の問題である。
【０００６】
また、上記３例とも利用者に対し身体的負荷を与え、鍛錬するのみで、それら訓練した結果、患者に対して効果が有ったのか無かったのか、具体的に計測評価する手段を持たない。これが第二の問題である。
また、上記３例とも機械の上に乗って患者はひたすら時間を過ごすのみであるため、退屈となり、訓練が長続きしにくいという第３の問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、請求項１では回転台（１）、傾動台（２）、傾動体（３）、揺動盤（４）、ラジアル荷重、スラスト荷重およびモーメント荷重を同時に支持可能なベアリング（５）、自在継ぎ手（６）、傾動角度調節機構（７）から成り、傾動台（２）は回転台（１）の上に固定され、傾動体（３）は傾動台（２）のアームに傾転自在に軸止され、傾動体本体と傾動体ヘッド部は、ラジアル荷重、スラスト荷重およびモーメント荷重を同時に支持可能なベアリング（５）によって旋回自在に結合され、回転台（１）のセンター軸と傾動体のヘッド部の中心とを自在継ぎ手（６）にて結合し、傾動体（３）の旋回軸と傾動軸との交点に自在継ぎ手の中心を一致させ、
リンク（７１）と、リンク（７２）と、ネジ（７３）を有し、リンク（７１）傾動台（２）に止め、リンク（７２）を傾動体（３）に止め、ネジ（７３）を回して傾動体（３）の傾斜角度を変更設定することができるようにした傾動角度調節機構（７）を設けた。
【０００８】
また、請求項２では、請求項１記載の傾動角度調節機能付き平衡機能訓練装置の揺動盤（４）とヘッド部（３４）の間の３箇所に荷重測定部（８）を取り付け、前記荷重測定部（８）の信号から揺動盤（４）に乗った患者の重心位置を求めて表示用スクリーン上に表示し、重心動揺を評価するようにした。
【０００９】
さらに、請求項３では、請求項３における表示用スクリーン上に、重心移動指示のための模範となるパターン図を描画し、被訓練者の重心を能動的に移動する訓練をおこなうことができるようにした。
【００１０】
これまで、この種の訓練は患者にとって単純運動の繰り返しのため、「無味乾燥で、あきやすく、長続きしない」ものであった。本発明は訓練中の患者の重心位置の状態を時々刻々表示することにより、患者自身の目で現状を確かめ、示された目標に意欲を持って取り組めるようにする意図のもとになされたものである。
【００１１】
【作用】
回転台（１）は底盤（１１）、プーリー（１３）、回転盤（１４）、センター固定軸（１５）から成る。センター固定軸（１５）は底盤（１１）に固定され、プーリ（１３）とセンター固定軸（１５）はベアリング（５１）によって旋回自在に結合される。
プーリー（１３）は外周にベルト溝を有し、ベルト駆動のときに採用する。歯車駆動のときは外周に所定の歯形を刻んだ円筒体とする。
傾動台（２）は傾動台基盤（２１）、傾動体を回転可能に支持するためのアーム（２２）から成り、回転台上に取り付け固定される。アーム（２２）にて傾動体（３）を傾動可能に支承する。
【００１２】
傾動体（３）は傾動体本体（３１）、傾動軸（３３）、ヘッド部（３４）、軸（３５）、上盤（３６）から成り、傾動体本体とヘッド部はベアリング（５２）によって旋回自在に結合され、軸（３５）はベアリング（５２）の旋回中心の位置に合わせて置かれ、その旋回軸と傾動軸（３３）が直交関係になるようにする。
揺動盤（４）は患者を乗せて揺動する円盤である。
滑り止めとして、表面に凹凸をつけたゴム板等の板材を張り付ける。
【００１３】
ベアリング（５１）はラジアル荷重とスラスト荷重およびモーメント荷重を負荷できる性能が必要である。これに用いるベアリングとしては２個のアンギュラー型軸受け、もしくは、一個で三種の荷重を同時に負荷できるクロスローラー型軸受け等が使用しうる。
ベアリング（５２）はベアリング（５１）と異なり、スペースを取れない制約があるため、一個でラジアル荷重とスラスト荷重およびモーメント荷重を負荷できる性能が必要であり、クロスローラー型軸受け等が使用しうる。
ここで三種の荷重を同時に負荷する性能が必要な理由は、揺動盤の直径に対してベアリングの直径がかなり小さく、ベアリングの外径より外側に荷重が加わることも起こりうるので、３力に対処する必要があるためである。
【００１４】
自在継ぎ手（６）は、回転台のセンター軸（１２）と傾動体ヘッド部（３４）の軸（３５）とを結合する。
この継ぎ手が無い場合、傾動体ヘッド部（３４）は回転台の回転とともに旋回（歳差回転運動）するが、この継ぎ手があるとヘッド部の旋回を阻止するので、傾動体ヘッド部（３４）は歳差揺動運動をすることになる。
自在継ぎ手（６）の中心が傾動体（３）の旋回軸と傾動軸との交点と一致していない場合は傾動体ヘッド部の運動が円滑に行かなくなる。したがってこの問題を避けるため、自在継ぎ手（６）の中心と傾動体（３）の旋回軸と傾動軸との交点を一致させる。
【００１５】
角度調節機構（７）はリンク（７１）、（７２）とネジ（７３）およびネジを回すためのノブ（７５）から成る。リンク（71）の一端は傾動台（2）の傾動台基盤（２１）に取り付けられ、リンク（72）の一端は傾動体（3）の傾動体本体（３１）に取り付けられる。傾動体本体の取り付け位置は、傾動体の旋回軸および傾動軸の二軸に直交する軸と傾動体本体（３１）の外周との交点とするのがもっとも効率がよい。
傾動体（３）は傾動軸（３２）によって傾動可能に支承され、また一端を傾動角度調節機構（７）のリンク機構によって傾動台から支持されているため、リンク機構をネジで調節することにより、傾動体の傾斜角度を自由に変更設定することができる。
【００１６】
荷重測定部（８）は揺動盤（４）の上に乗って訓練を受ける患者の重心点の動揺状況を経時的に測定するためのものである。したがって荷重に応じて変形する部材とその変形に伴って生じた変位を正確に測定する手段である、いわゆるロードセルはどのタイプのものでも利用できる。
そのなかでは、起歪板に歪みゲージを張り付けたタイプのものは薄くできるため、高さの制約される本発明の装置にもっとも適したものである。
【００１７】
荷重測定部材の曲げ剛性を利用する方式では、荷重測定部材（８１）をおおよそ矩形とし、そのほぼ中央部の両側をえぐって最小断面部を作る。こうすると、この最小断面の部分がもっとも剛性が弱くなって、もっとも大きな歪みが生ずるので、ここの表裏に歪みゲージ（８２）を貼れば計測上好都合である。
荷重は荷重伝達軸（８５）に載荷し、モーメント荷重を避けるため、球面ベアリング（８３）を介して荷重測定部材（８１）に伝達する方式が推奨される。
荷重は歪み測定器によって電気的に連続的に計測し、データーを、インターフェースを介して計算機演算部に送って計算により求める。
【００１８】
測定された３点の荷重から、以下のように重心位置を求めることができる。
図２（Ｃ）のように上盤（３６）の中心を原点として、１番の荷重測定部の載荷点を通る直線をＸ軸とし、原点を通り、これと直交する直線をＹ軸とする。原点から３個の荷重測定部の載荷点までの距離は等しくＲとする。また２番、３番の載荷点とＸ軸のなす角度は等しくＡ（度）とする。１、２、３の載荷点に加わる荷重をそれぞれ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３（ｋｇ）とすると、重心位置（Ｘｇ、Ｙｇ）の計算式は下式（１、２）のようになる。
Xg = （F3-F2）*R*COS（A）/（F1+F2+F3）
（1）
Yg = {F1*R −（F2+F3）*R*SIN（A）}/（F1+F2+F3）
（2）
【００１９】
本装置は足元の不如意な患者が乗って訓練するものであるので、これに乗り降りするのにはなるべく低いほうがよく、その全体高さを極力低くする配慮が望まれる。
また訓練途中において患者が不意に揺動して転倒しないよう、適当な手すりを設けることが望ましい。
【００２０】
操作および表示は以下のようにしておこなう。
（１）歳差揺動周期
歳差揺動周期の設定はモーターの回転数を所定値に設定しておこなう。
（２）歳差揺動角度
歳差揺動角度の設定は傾動角度調節機構のノブを回すことにより、揺動盤（４）
の傾動角度を設定して行う。
（３）訓練中における患者の重心位置の経時軌跡表示
荷重測定部の計測データに基づき、時々刻々患者の重心位置を計算によって求め、この結果をスクリーン上に軌跡として表示する。この目的のためには計測信号処理モジュールおよびデーター処理コンピュータなどの電子機器を使用する。
【００２１】
患者が装置に乗る前の無負荷状態の重心指示点を原点とし、この点を中心として、患者が目標とすべき重心動揺許容範囲をスクリーン上に円にて描画しておく。訓練する患者はこの目標円に重心の動揺が収まるように努力をする。こうすることで患者は自分の現状を的確に把握でき、かつ努力目標に近づけるための訓練意欲を増進することができる。
また一訓練ごとに重心動揺の軌跡をもとに、計算によってトータルの評価を数値として出す。重心動揺の軌跡のデーターから、ピークの最大包絡円、ピークによって形成される多角形の面積、または軌跡の全長等の指標を用いて訓練結果を数値評価することができる。
揺動盤（４）を水平にして重心揺動軌跡を記録すると、重心動揺の軌跡長、面積、中心位置、ロンベルグ率等の重心動揺検査も可能である。
【００２２】
こうすることにより、訓練の回数と訓練の成果との相関関係を数値的に的確に知ることができ、訓練者にとっては今後の訓練の方針を立てる上で良い指針となり、被訓練者にとっては訓練の効果の有無を的確に知ることができて、リハビリの意欲向上に著しい効果が期待できる。
【００２３】
訓練法と模範パターン図は以下のとおりである。
（１）重心位置維持訓練
前項に述べた訓練法である。患者を揺動盤（４）上に立たせ、揺動盤（４）を揺動させて、患者になるべく重心位置を保たせる様に促すものである。
このために、スクリーン上に動揺範囲の限界レベルを示す同心円を描いておき、患者の努力目標とする。
【００２４】
（２）重心移動訓練
スクリーン上にあらかじめ模範となる重心移動のパターン図を描いておく。患者は揺動する盤上で両足の踏み位置を維持したままで、自分の重心移動の軌跡がこのパターン図に沿うように、積極的に姿勢を変化させる訓練法である。患者は、自分の目で軌跡を追いつつ、かつ模範のパターンに合わせて、身体（主に下半身）を運動させなければならないため、感覚と運動の神経を常に活動させる必要があり、高度なバランスの感覚神経、運動神経および足腰各部の筋肉の増強等、重心位置維持訓練よりも、更に大きな回復訓練効果を得ることが出来る。
スクリーンに示した領域に重心が入るようにする方法でもよい。
模範パターン図としては単純な幾何学的図形あるいはその組み合わせ、または専門のセラピストによって特別に調製された図形等が使用される。
【００２５】
【実施例】
実施例につき図面によって説明する。
図１は本発明装置の実施の態様を示す全体図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上平面図、（Ｃ）はスクリーン部を省略した正面図である。
第２図は本発明の周期的歳差揺動運動機構の構造を示す詳細図で、（Ａ）は機構部の正面図、（Ｂ）は傾動角度調節機構を示す側面図、（Ｃ）は上面図である。
【００２６】
第３図は荷重測定部の詳細図、第４図は測定された重心動揺の軌跡の例である。
周期的歳差揺動運動機構は、第２図に示すように、円形の底盤（１１）の中心にセンター軸（１５）がネジ止めされ、その中心軸の上部には自在継ぎ手（６）が取り付けられ、さらに自在継ぎ手の上は傾動体のヘッド部（３４）に軸（３５）でつながれている。したがってこの状態では傾動体のヘッド部（３４）は自在継ぎ手（６）の中心をナックルとして３６０度方向に屈曲運動は可能であるが、旋回運動はできない。
【００２７】
センター軸（１５）にはその下部において、ベアリング（５１）を介してプーリー（１３）が取り付けられ、プーリーはセンター固定軸（１５）を軸として自由に旋回することができる。
プーリー（１３）の上に傾動台（２）がボルトによって取り付けられ、傾動台のアーム（２２）には傾動体（３）が傾動軸（３３）によって傾動自在に取り付けられている。
【００２８】
傾動体（３）は傾動体本体（３１）とヘッド部（３４）とから成り、両者はベアリング（５２）により旋回自在に組み立てられている。なお本例では回転盤（１４）と傾動台基盤（２１）は共通とした。
ここにおいて、傾動体の旋回軸と傾動軸の交点に先の自在継ぎ手（６）の中心が一致するような位置関係になるよう作られている。
【００２９】
傾動角度調節機構（7）は図2に示すようにリンク（７１）、リンク（７２）とネジ（７３）を組み合わせた機構であり、ネジ（７３）を回して、リンクの開度を変えることができる。
リンク（７１）の一端は傾動台に取り付けられ、リンク（７２）の一端は傾動体に取り付けられている。その取り付け位置は傾動体の旋回軸および傾動軸に直交する軸と傾動体の外周の交点とである。
これにより、ノブ（７５）を回すとネジ（７３）が回ってリンク（７１、７２）の開度が変化し、傾動体（３）の傾斜角度を変更設定することができる。
この実施例では手動で角度調節をおこなうようにしているが、電動モータ等を用いてネジの回転を自動化してもよい。
【００３０】
このような状態でプーリー（１３）を回転運動させると、その上の傾動台（２）および傾動体本体（３１）も回転運動をする。しかし傾動体ヘッド部（３４）は固定された底盤（１１）に繋がれているため回転運動はせず、傾動体の傾斜角度をもって歳差揺動運動を行う。
プーリーはＶベルトで駆動する例を示しているが、歯車又はチェンソースプロケット駆動でもよい。
傾動体のヘッド部（３４）には円形の上盤（３６）がネジ止めされ、その周縁の３カ所には、ａ、ｂ、ｃの位置には荷重測定部（８）が取り付けられ、揺動盤（４）は荷重測定部（８）の載荷点に３点支持される。
【００３１】
荷重測定部は板材の曲げ剛性を利用するものであり、その詳細を図3に示す。
荷重測定部材８１はおおよそ矩形とし、ほぼ中央部の両側をえぐって最小断面部を作り、ここの表裏に歪みゲージ（８２）を貼った。
荷重は荷重伝達軸（８５）に載荷し、球面ベアリング（８３）を介して荷重測定部材（８１）に伝達させた。
３点の荷重は電気式歪み測定器によって連続的に計測し、データーをインターフェースを介して計算機演算部に送って前記（１）、（２）式により重心位置を計算により求めた。
【００３２】
つぎに訓練の手順を追って説明する。
図１において、Ｇ１は周期的歳差揺動運動機構、Ｇ２はベース、Ｇ３は手すり、Ｇ４はモーター、Ｇ５はＶベルト、Ｇ６はスクリーンＧ７と操作ボタンＧ８をもった操作パネルである。
定位置として図１（Ａ）のように揺動盤（４）が手すりの開口側に向くような位置に停止させるようにする。こうするのは、足元の不如意な患者の乗り降りが楽に出来るようにするためである。訓練を受ける患者は揺動盤（４）の上に乗った後、操作パネルのスタートボタンが押されると、揺動が始まり、訓練が開始される。
【００３３】
操作パネル上のスクリーンには前記（１）、（２）式によって３組の荷重計測値から求められた重心位置が制御盤Ｇ６のスクリーンＧ７上に図４のように、時々刻々グラフィック表示される。図４の原点Ｃ０は無負荷時の重心位置である。円Ｃ１、Ｃ２は目標として示された重心動揺の許容範囲である。
訓練は重心位置Ｃ６からスタートし、Ｃ７を経て、現在Ｃ８に至っている。
【００３４】
患者はこのスクリーンを直接目で見ることにより、自分の状態を確認し、目標範囲に入るよう意欲的に努力することができる。
図５は患者の重心移動訓練に使用する模範パターンの例である。このようなパターンをスクリーンに表示しておき、患者は揺動盤（４）の揺動に抗して、自分の重心の軌跡を自ら積極的、能動的に身体を動かして、このパターン図にできるだけ沿うように勉めるのである。
【００３５】
【発明の効果】
患者の傷病程度に応じて足腰にかかる負担を、揺動の周期だけでなく、傾斜角度をも最適値に設定できるので、より患者にマッチした処方が可能になった。
いままでは単純で退屈しやすいものに成りがちなリハビリ訓練であるが、訓練中の患者の重心動揺の状況を患者自身の目で確認できるようにしたことにより、意欲を持って訓練に励むことが出来るため、訓練の効率が高まり、快復を早める効果が得られる。
また訓練の成果を定量的に評価することが可能となったので、患者自身の訓練に取り組む意欲の向上のみでなく、訓練者の訓練計画策定の重要な指針を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】装置の全体図で、（Ａ）は装置全体の側面図、（Ｂ）はその上面平面図、（Ｃ）は患者を乗せた状態の正面図（スクリーンを省略）である。
【図２】歳差傾斜運動機構の図で、（Ａ）は歳差傾斜運動機構上面図、（Ｂ）は歳差傾斜運動機構詳細側面図、（Ｃ）は歳差傾斜運動機構の傾動した状態の図である。
【図３】荷重測定部の詳細図（側面）である。
【図４】重心移動軌跡記録図の例である。
【図５】重心移動訓練用模範パターン図の例である。
【符号の説明】
Ｇ１歳差傾斜運動機構Ｇ２基盤Ｇ３手すり
Ｇ４モーターＧ５ベルトＧ６制御盤
Ｇ７表示スクリーンＧ８操作ボタン
ａ、ｂ、ｃ荷重測定部の取り付け位置
１回転台１１底盤
１２センター固定軸１３プーリー１４回転盤
２傾動台２１傾動台基盤
２２傾動アーム
３傾動体３１傾動体本体
３２ベアリング押さえ３３傾動軸
３４ヘッド部３５軸３６上盤
４揺動盤
５ベアリング５１ベアリング
５２ベアリング
６自在継ぎ手
７傾動角度調節機構７１リンク７２リンク
７３ネジ７５ノブ
８荷重測定部８１荷重測定部材
８２歪みゲージ８３球面ベアリング
８４ベアリング押さえ８５荷重伝達軸
Ｃ０原点Ｃ１目標円Ｃ２目標円Ｃ４Ｘ軸
Ｃ５Ｙ軸Ｃ６開始点Ｃ７軌跡Ｃ８終点

Claims

回転台（１）、傾動台（２）、傾動体（３）、揺動盤（４）、ラジアル荷重、スラスト荷重およびモーメント荷重を同時に支持可能なベアリング（５）、自在継ぎ手（６）、傾動角度調節機構（７）から成り、
傾動台（２）は回転台（１）の上に固定され、
傾動体（３）は傾動台（２）のアームに傾転自在に軸止され、
傾動体本体と傾動体ヘッド部は、ラジアル荷重、スラスト荷重およびモーメント荷重を同時に支持可能なベアリング（５）によって旋回自在に結合され、
回転台（１）のセンター軸と傾動体のヘッド部の中心とを自在継ぎ手（６）にて結合し、
傾動体（３）の旋回軸と傾動軸との交点に自在継ぎ手の中心を一致させ、
リンク（７１）と、リンク（７２）と、ネジ（７３）を有し、リンク（７１）傾動台（２）に止め、リンク（７２）を傾動体（３）に止め、ネジ（７３）を回して傾動体（３）の傾斜角度を変更設定することができるようにした傾動角度調節機構（７）を設けた、傾動角度調節機能付き平衡機能訓練装置。
請求項１記載の傾動角度調節機能付き平衡機能訓練装置の揺動盤（４）とヘッド部（３４）の間の３箇所に荷重測定部（８）を取り付け、前記荷重測定部（８）の信号から揺動盤（４）に乗った患者の重心位置を求めて表示用スクリーン上に表示し、重心動揺を評価するようにしたことを特徴とする、請求項１記載の平衡機能訓練装置。
請求項２における表示用スクリーン上に、重心移動指示のための模範となるパターン図を描画し、重心移動訓練をおこなえるようにしたことを特徴とする、請求項２記載の平衡機能訓練装置。