JP5552010B2 - 可動域訓練システム - Google Patents

Description

本発明は、四肢等の身体の特定部位の可動域を正常範囲に戻したり正常範囲に維持したりするための可動域訓練に用いられる可動域訓練システムに関する。

たとえばリハビリテーションの分野において、病気や怪我により、患者の四肢等の動く範囲（可動域）が制限されることを予防したり改善したりすることを目的として、可動域訓練が一般的に取り入れられている。可動域訓練は、患者の訓練対象とする特定部位を継続的に（たとえば毎日）動かすことにより、四肢等の身体の特定部位の可動域を正常範囲に戻したり正常範囲に維持したりするために行われる。

可動域訓練においては、通常、患者の特定部位の可動域が測定され、測定結果は障害の程度や訓練の効果（回復度）の判定などに用いられている。特定部位の可動域を測定する方法としては、たとえば患者が腕を上げた際の腕の高さや、肘関節を曲げた際の上腕と前腕との間の相対角度を、巻尺や角度測定器を用いて測定する方法が一般的である。

この種の測定に用いられる角度測定器として、アームに対する重力方向を特定する傾斜角度計を備え、測定者が鉛直方向に対する上腕や前腕の傾斜角を導き出せるように構成された角度測定器が提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載の角度測定器によれば、たとえば上腕および前腕の相対角度の測定に当たって人体全体と上腕や前腕との相対角度がさらに規定されるので、リハビリテーションの分野で利用者の回復度が定量的にきめ細かく判定可能となる。

特許第４４４５４６８号公報（第００３３〜００３５段落）

しかし、上述したような可動域訓練では、患者は、可動域の測定結果（角度など）を知ることができるだけであって、療法士等の専門家に測定結果から特定部位の可動域を評価してもらわなければ、測定結果がどのような意味を持つのか十分に認識できない。たとえば、腕が何センチの高さまで上がったかという測定結果が得られた場合、患者自身では、その測定結果から、可動域がどの程度回復し或いはどの程度悪化しているのかを理解することができず、可動域訓練の必要性や効果を十分に理解することができない。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、利用者に対して身体の特定部位の可動域の評価結果を提示することができる可動域訓練システムを提供することを目的とする。

本発明の可動域訓練システムは、利用者の正面に配置され前記利用者と向き合う表示面に映像を表示する表示装置と、前記利用者の動作に伴って変化する前記利用者の身体の特定部位の位置を検出する位置検出部と、前記特定部位の少なくとも一部の位置に対応する前記表示面上の位置に指標を設定する指標設定部と、前記指標の位置が重なると所定の処理を実行するように当該処理と関連付けられた図像を生成して前記表示装置に表示させる映像生成部と、前記位置検出部で検出された前記特定部位の位置の変化から求まる評価対象を所定の評価基準と対比して前記特定部位の可動域を評価する評価部と、前記評価部での評価結果を提示する提示部とを備え、前記映像生成部は、所定の訓練時間に前記図像を前記表示装置に表示させるように構成され、前記評価部は、前記訓練時間中における前記特定部位の位置の変化から前記評価対象を求めるように構成され、前記提示部は、前記訓練時間の終了後に前記評価結果を提示するように構成されていることを特徴とする。

この可動域訓練システムにおいて、前記評価対象の履歴を時系列に履歴情報として記憶する履歴記憶部をさらに備え、前記評価部は、前記履歴情報を前記評価基準として前記可動域を評価することが望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記評価対象の標準を示す標準情報を記憶する標準記憶部をさらに備え、前記評価部は、前記標準情報を前記評価基準として前記可動域を評価することがより望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記評価部は、前記表示面上に沿う平面内において前記特定部位が通った領域の面積を前記評価対象に含むことがより望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記評価部は、所定の一方向における前記特定部位の可動範囲を前記評価対象に含むことがより望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記評価部は、前記特定部位が所定の動作に要した時間を前記評価対象に含むことがより望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記位置検出部は三次元センサの出力から三次元空間内での前記特定部位の位置を検出し、前記評価部は、前記三次元空間において前記特定部位が通った領域の体積を前記評価対象に含むことがより望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記評価部は、前記特定部位の軌跡を前記評価対象に含むことがより望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記表示面に対して前記利用者側に配置され前記表示装置に表示された映像を透過させるハーフミラーをさらに備え、前記指標設定部は、前記表示面において前記ハーフミラーに映る前記利用者の鏡像のうち前記特定部位の鏡像に重なる位置に前記指標を設定することがより望ましい。

この可動域訓練システムにおいて、前記利用者の前方に配置され前記利用者の映像を撮像する撮像装置をさらに備え、前記映像生成部は、前記撮像装置で撮像された前記利用者の映像を左右反転させた反転映像を前記図像と共に前記表示装置に表示させ、前記指標設定部は、前記表示面において前記反転映像のうち前記特定部位の映像に重なる位置に前記指標を設定することがより望ましい。

本発明は、利用者に対して身体の特定部位の可動域の評価結果を提示することができるという利点がある。

実施形態１の可動域訓練システムのシステム構成を示す概略図である。 同上の表示装置の表示例を示す説明図である。

以下の実施形態では、病気や怪我により患者の四肢等の動く範囲（可動域）が制限されることを予防したり改善したりすることを目的とするリハビリテーションに使用される可動域訓練システムについて説明する。ただし、以下の実施形態の記載は可動域訓練システムの用途を限定する趣旨ではなく、たとえば健常者が四肢の可動域を拡大するためのトレーニングや、経年的に四肢の可動域が制限されていくことの予防などに可動域訓練システムを用いてもよい。なお、以下では、利用者が立った姿勢で可動域訓練システムを利用する例を示すが、これに限らず、利用者は椅子などに座った姿勢で可動域訓練システムを利用してもよい。

（実施形態１）
本実施形態の可動域訓練システム１は、図１に示すように、利用者（患者）２の正面に配置され利用者２と向き合う表示面３０に映像を映す表示装置３と、距離画像を生成する距離画像センサ４と、表示装置３等の動作を制御する制御装置５とを備えている。表示装置３および距離画像センサ４は、いずれも制御装置５に対して接続されている。

また、この可動域訓練システム１は、表示装置３の表示面３０の手前（利用者２側）に配置されたハーフミラー６をさらに備えている。ハーフミラー６は、その前面（鏡面）が利用者２と向き合うように、表示装置３と利用者２との間に垂直に立てて配置されており、背後の表示装置３に表示された映像を利用者２側に透過させる。

表示装置３は、ここではプラズマディスプレイからなり、ハーフミラー６の背面側に取り付けられている。図１では、ハーフミラー６を支持する構造や、表示装置３の取付構造の図示を省略しているが、適宜選択される構造で、ハーフミラー６および表示装置３は十分な強度をもって定位置に固定される。なお、表示装置３はプラズマディスプレイに限らず、液晶ディスプレイ等、他のディスプレイ装置であってもよい。また、ディスプレイ装置の代わりに、ハーフミラー６の背面に貼り付けられる拡散シート（図示せず）と、ハーフミラー６の後方（利用者２とは反対側）から拡散シートに映像を投影する投影装置（図示せず）とで構成される表示装置を用いることも考えられる。

本実施形態においては、ハーフミラー６は、前面が縦長の長方形状であって、利用者２の全身を映す姿見として機能する大きさに形成されている。ハーフミラー６の透過率は、ハーフミラー６を鏡として利用でき、且つ利用者２がハーフミラー６を通して表示装置３に表示される映像を視認できるように設計される。ハーフミラー６は、ガラスや合成樹脂の透明な基材の少なくとも一表面に、金属膜などによる鏡面コーティングが施されることにより形成されている。

ここでは、表示装置３は、ハーフミラー６の背面に表示面３０が接するように配置されている。表示装置３の高さ位置は、下端縁がハーフミラー６の下端から所定の間隔を空けて位置し、且つ上端縁がハーフミラー６の上端から所定の間隔を空けて位置するように決められている。ここで、表示装置３はハーフミラー６の中心よりもやや上方寄りに配置されている。また、表示装置３に表示される映像をハーフミラー６の前面に高輝度で表示できるよう、ハーフミラー６と表示面３０との間には、屈折率を調節して反射を防止する透明材料が充填されていてもよい。

上記構成によれば、ハーフミラー６の前面は、鏡として利用者２の鏡像を映し出すとともに、表示装置３の表示面３０に表示された映像を映し出すように機能する。つまり、ハーフミラー６の正面に利用者２が居れば、利用者２の鏡像がハーフミラー６の前面に映るとともに、表示装置３に表示される映像がハーフミラー６を透過してハーフミラー６の前面に映し出されることになる。詳しくは後述するが、表示装置３に表示される映像は制御装置５によって生成される。

距離画像センサ４は、強度変調光を用いタイムオブフライト法の原理で、画素値が距離値となる距離画像を生成する。ただし、距離画像センサ４は、距離画像を生成する構成であればよく、タイムオブフライト法を用いる距離画像センサに限らない。この距離画像センサ４は、センシング領域内に存在する検出対象までの距離を検出し、三次元空間内での検出対象の位置を距離画像として検出する。

ここでは、距離画像センサ４は、表示装置３と重ならないように表示装置３の上方に配置され、ハーフミラー６の正面に居る利用者２の距離画像を生成する。距離画像センサ４は、表示装置３の上方であって左右方向の略中央に位置決めされ、利用者２を斜め上前方から見下ろすように上下方向の向き（チルト角）が決められている。

さらに、距離画像センサ４は、その視野内に利用者２の全身が含まれ、且つ利用者２が直立した状態で利用者２の身体の左右方向における中心線が距離画像の左右方向の中心線に一致するように、左右方向の向き（パン角）が調節されている。

なお、距離画像センサ４は、上記配置に限らずたとえばカメラスタンド等を利用してハーフミラー６の正面側（利用者２側）における利用者２の目の高さ位置に設置されていてもよい。

上述したような距離画像センサ４の位置および向きの調節は、利用者２の位置および姿勢が決定してから初期設定として行われる。これにより、距離画像センサ４では、利用者２の全身を映した距離画像の動画が生成されることになる。

ところで、本実施形態の可動域訓練システム１では、距離画像センサ４で生成された利用者２の距離画像は、制御装置５に出力され、利用者２の身体の特定部位の位置を検出する処理に用いられる。

具体的に説明すると、制御装置５はコンピュータからなり、距離画像を距離画像センサ４から取得する取得部５１と、取得した距離画像を用いて特定部位の位置を検出する位置検出部５２とを有している。さらに、本実施形態の可動域訓練システム１は、位置検出部５２で検出された利用者２の身体の特定部位の位置に対応する表示面３０上の位置に指標を設定する指標設定部５３と、図像を生成して表示装置３に表示させる映像生成部５４とを制御装置５に有している。

位置検出部５２は、画像認識技術によって、距離画像中の利用者２の身体の特定部位の位置を検出する。ここでは利用者２の腕部を特定部位とする場合を例示するが、特定部位は、利用者２の身体の特定の部位であればよく、たとえば脚部、頭部などであってもよい。距離画像センサ４で生成される利用者２の距離画像は利用者２の動きに合わせて随時変化する動画であるので、位置検出部５２は、距離画像の各フレームから特定部位の位置を検出することにより、随時変化する特定部位の位置をリアルタイムで検出できる。

本実施形態では、位置検出部５２は、利用者２の関節の位置を検出し、関節同士を直線で結ぶことにより、三次元空間における特定部位の位置を表す身体モデルを生成する。すなわち、位置検出部５２は、たとえば特定部位として利用者２の右腕の位置を検出する場合、利用者の右肩関節、右肘関節、右手首の位置をそれぞれ検出し、これらの関節同士を直線で結ぶことにより、利用者２の右腕に相当する身体モデルを生成する。位置検出部５２は、このような身体モデルを用いることにより、三次元センサとしての距離画像センサ４の出力から三次元空間内での利用者２の特定部位の位置を検出する。

指標設定部５３は、特定部位の少なくとも一部の位置を、距離画像センサ４で得られる距離画像について規定された撮像座標系の座標位置から、表示面３０について規定された表示座標系の座標位置へと座標変換して求まる位置に指標を設定する。ここでいう表示座標系は、表示装置３の表示面３０の左右方向、上下方向をそれぞれ座標軸とする二次元直交座標系である。

つまり、指標設定部５３は、所定の変換式を用いて、距離画像センサ４が基準となる極座標系から二次元直交座標系へと、特定部位の少なくとも一部の位置を座標変換して求まる表示面３０上の位置に指標を設定する。これにより、位置検出部５２で検出された特定部位の位置に対応する表示面３０上の位置に、指標が設定されることになる。

本実施形態では、特定部位は腕部全体であるのに対し、指標設定部５３が指標を設定するのは、特定部位（腕部）の一部である手首の位置に対応する表示面３０上の位置である。ただし、指標設定部５３は、特定部位の少なくとも一部に対応する表示面３０上の位置に指標を設定する構成であればよく、特定部位の全体に対応する表示面３０上の位置に指標を設定する構成であってもよい。

つまり、本実施形態のように特定部位が腕部全体である場合には、指標設定部５３は、腕部全体の位置に対応する表示面３０上の位置に指標を設定してもよい。この場合、特定部位としての腕部がある程度の大きさを持つので、指標は表示面３０上の一定の範囲に設定されることになる。

また、本実施形態における指標設定部５３は、表示面３０においてハーフミラー６に映る利用者２の鏡像のうち特定部位の鏡像に重なる位置に指標が設定されるように、指標の位置を校正する機能を有している。すなわち、ハーフミラー６と利用者２との位置関係によって、利用者２から見てハーフミラー６に映る自身の鏡像の位置は変わるので、指標設定部５３は、上述した座標変換によって求まる位置に適宜のオフセットを与えることにより指標の位置を校正する。

具体的には、ハーフミラー６と利用者２との位置関係に応じて表示面３０における指標の位置が校正される。ハーフミラー６と利用者２との位置関係は、ハーフミラー６の正面中央部に利用者２が立つように予め定められていればよい。或いは、利用者２の重心位置を検出する圧力センサ（図示せず）が付加され、圧力センサの検出結果からハーフミラー６と利用者２との位置関係が求められるようにしてもよい。

次に、簡易に指標の位置を校正する方法について説明する。制御装置５は、利用者２の身長として予め一律（たとえば１７０ｃｍ）の値が登録されている身長登録部（図示せず）を備える。なお、身長登録部に登録される身長は、利用者２によって直接入力されるようにしてもよい。

ハーフミラー６と利用者２との位置関係が特定されていれば、指標設定部５３は、利用者２の身長に基づいた位置に指標を校正することで、利用者２の視点から見て自身の鏡像の特定部位と重なる位置に指標を設定することが可能となる。

さらに別の方法について説明する。身長登録部に利用者２の身長が登録されていなくても、距離画像カメラ４の位置および向きと、距離画像より検出される利用者２の立ち位置および頭頂部の位置とから、ハーフミラー６に映る鏡像の特定部位（たとえば頭部）の位置が判断されてもよい。したがって、指標設定部５３は、利用者２の視点から見て自身の鏡像の特定部位と重なる位置に指標の位置を校正することが可能となる。

なお、指標の位置の校正は、初期設定時に手動で行われてもよいし、自動化されていてもよい。

映像生成部５４は、指標設定部５３で設定された指標の位置が重なると所定の処理を実行するように、当該処理と関連付けられた図像を生成して表示装置３に表示させる。すなわち、映像生成部５４は、適宜の図像を表示装置３に表示させておき、当該図像に実行すべき処理を関連付けておくことにより、当該図像に指標設定部５３で指定された指標の位置が重なったときに、図像に関連付けた処理を実行させることができる。

具体的には、映像生成部５４は、図２（ａ）に示すように風船の絵柄を表した図像３１を表示面３０上の所定範囲内に略等間隔で多数個表示させる。これにより、ハーフミラー６の前面には、利用者２の鏡像が映るとともに、映像生成部５４にて生成された図像３１がハーフミラー６を透過して映し出されることになる。

ここでは、図像３１は風船の静止画ではなく、空中を漂っているように揺らぐ風船の動画からなる。この図像３１には、指標の位置が重なったときには風船が破裂するようなアニメーションを伴って風船の絵柄が消滅する処理が関連付けられている。また、図像３１には、指標の位置が重なったときに、たとえば風船が破裂する破裂音など絵柄の変化に対応した音を制御装置５のスピーカ（図示せず）から発生させるような処理が関連付けられていてもよい。なお、図像３１には、風船の色をランダムに虹色に変化させるような処理が関連付けられていてもよい。

なお、利用者２から見て、ハーフミラー６に映る鏡像と表示装置３に表示される図像３１との見え方に大差が生じないように、可動域訓練システム１の使用時には、表示装置３の輝度や室内の明るさが適宜調節されていることが望ましい。

ここで、指標設定部５３で設定される指標の位置は制御装置５の内部処理（図像３１の処理）でのみ用いられていればよく、表示装置３に指標そのものが表示されることは必須ではない。ただし、映像生成部５４にて、図２（ｂ）に示すように指標が設定された位置に適宜形状（たとえば円形）のマーク３２を表示装置３に表示させるようにしてもよく、この場合、利用者２に指標の位置を確実に認識させることができる。

上述した構成の可動域訓練システム１を用いれば、利用者２は、ハーフミラー６に映る自身の鏡像を見ながら、特定部位（ここでは腕部）を動かすことによって、表示面３０上の指標を動かすことができる。表示面３０上で指標が動くと、この指標の位置と重なった図像３１で風船が破裂する処理が実行されるので、利用者２は、表示面３０に表示されている図像３１を見ることにより特定部位の移動した範囲を、視覚的に認識することができる。本実施形態では特定部位は腕部であるから、利用者２は、自身の腕がどの程度まで上がっているのかを視覚的に認識することができる。

すなわち、利用者２は、映像生成部５４が表示装置３に図像３１を表示させている間に、特定部位を動かして、四肢等の身体の特定部位の可動域が制限されることを予防したり改善したりする可動域訓練を行うことができる。映像生成部５４が表示装置３に図像３１を表示させる期間は、制御装置５の入力インタフェース（図示せず）に対し可動域訓練を開始する所定の操作が為されてから、タイマ（図示せず）にて計時される所定の訓練時間の間である。ここで、訓練時間の残り時間は、映像生成部５４によって表示装置３の表示面３０上に表示させることにより、利用者２に提示されることが望ましい。

ところで、本実施形態の可動域訓練システム１は、特定部位の位置の変化から求まる評価対象を所定の評価基準と対比して特定部位の可動域を評価する評価部５５と、評価部５５での評価結果を提示する提示部５６とを制御装置５にさらに有している。

評価部５５は、映像生成部５４が表示装置３に図像３１を表示させる期間（訓練時間）中に、位置検出部５２で検出される利用者２の特定部位が実際に動いた範囲に基づいて、特定部位の可動域を評価する。具体的に説明すると、表示面３０に表示される図像３１には予め点数が対応付けられており、評価部５５は、指標の位置が重なって風船が破裂する処理が実行された図像３１に対応する点数を算出し、この点数を腕部（特定部位）の可動域として評価する。

ここにおいて、利用者２の腕部の上がる高さは腕部の可動域に直接関係しており、腕部が高く上がるほど腕部の可動域は広いと評価することができる。そこで、本実施形態では、表示面３０における表示位置が高い図像３１ほど点数が高くなるように、表示面３０における図像３１の位置によって点数が割り当てられており、獲得された点数のうちで最高の点数が利用者２の得点とされる。これにより、利用者２が腕部（特定部位）の先端部を床面から高く上げるほど、獲得できる点数が高くなる。言い換えれば、評価部５５は、床面からの腕部の高さを評価対象として、腕部の可動域を得点という形式で評価する。

各図像３１に対する点数の割り当ては制御装置５の記憶部５７に記憶されており、評価部５５は、記憶部５７から読み出した点数の割り当てに従って、各図像３１の点数を計算する。ここでは、健常者が獲得可能な標準的な点数が１００点となるように、表示面３０の最も高い位置に表示される図像３１に１００点が割り当てられ、表示面３０の最も低い位置に表示される図像３１に２０点が割り当てられている。つまり、標準記憶部としての記憶部５７には、評価部５５の評価対象（腕部の高さ）の標準を示す標準情報として、図像３１に対する点数の割り当てが記憶され、評価部５５は評価対象を標準情報と対比することにより腕部の可動域を標準に対して相対的に評価する。

記憶部５７には、たとえば年齢や性別や身長ごとに標準情報が記憶されていてもよく、この場合、評価部５５は評価対象と対比する標準情報を、利用者２の年齢や性別、身長に応じて選択する。すなわち、利用者２の年齢や性別、身長によって図像３１に対する点数の割り当てが変化する。

評価部５５が所定の一方向における特定部位の可動範囲を評価対象とする方法としては、上述したように床面からの利用者２の特定部位の高さに応じた得点をつける方法に限らず、たとえばある方向における利用者２の特定部位の移動距離を計測する方法などもある。具体的には、特定部位が腕部であれば、評価部５５は、利用者２が腕部を下ろした状態での腕部の先端部の位置（初期位置）から腕部を上げた状態での腕部の先端部の位置までの上下方向の距離を計測し、この距離を評価対象としてもよい。この場合、評価部５５は、計測された距離が大きくなる程、腕部の可動域が広いと評価することができるので、初期位置から離れた図像３１ほど点数が高くなるように点数が割り当てられていればよい。さらに、体幹の中心線から特定部位（たとえば右腕）の先端部までの水平方向（左右方向）の距離を評価対象とすることも考えられる。

また、他の例として、評価部５５は、表示面３０に沿う平面（二次元空間）内において特定部位が通った領域の面積を評価対象として、特定部位の可動域を評価する構成であってもよい。具体的には、指標設定部５３が特定部位（腕部）の全体に対応する表示面３０上の位置に指標を設定し、評価部５５は、表示面３０に沿う平面内において指標が通った領域の面積を評価対象とする。要するに、評価部５５は、指標の位置が重なって風船が破裂する処理が実行された図像３１の合計点数を算出し、この点数を特定部位の可動域として評価する。この場合でも、健常者が獲得可能な標準的な点数が１００点となるように、各図像３１に点数が割り当てられ、評価部５５は、評価対象を標準情報と対比することにより腕部の可動域を標準に対して相対的に評価する。

或いは、位置検出部５２が三次元センサである距離画像センサ４の出力から三次元空間内での特定部位の位置を検出している構成では、評価部５５は、三次元空間において特定部位が通った領域の体積を評価対象に含んでいてもよい。すなわち、評価部５５は、三次元空間内において数値化される体積に基づいて、当該体積が大きいほど特定部位の可動域が広いと評価する。この場合、評価部５５は、記憶部５７内の標準情報に基づいて体積をたとえば１００点満点の点数に換算し、健常者が獲得可能な標準的な点数が１００点となるように、評価対象を標準情報と対比することにより特定部位の可動域を標準に対して相対的に評価する。

さらにまた、評価部５５は、たとえば特定部位としての腕部が上下方向に一往復する動作など、特定部位が所定の動作に要した時間を評価対象に含んでいてもよい。つまり、初期位置（たとえば腕部を下ろした状態での先端部位置）からある目標位置（たとえば腕部を最大限上げた状態での先端部位置）までの距離を移動時間で除算することで特定部位の動作速度を求め、この動作速度を回復度合いの指標とすることもできる。そこで、評価部５５は、特定部位が所定の動作に要した時間に基づいて、当該時間が短いほど特定部位の可動域が広いと評価する。この場合、評価部５５は、記憶部５７内の標準情報に基づいて時間をたとえば１００点満点の点数に換算し、健常者が獲得可能な標準的な点数が１００点となるように、評価対象を標準情報と対比することにより特定部位の可動域を標準に対して相対的に評価する。

その他にも、評価部５５は、特定部位としての腕部が移動した軌跡（二次元空間内、三次元空間内の両方を含む）を評価対象に含んでいてもよい。この場合、記憶部５７には、健常者の標準的な腕部の移動経路が標準情報として複数パターン記憶され、評価部５５は、評価対象の標準情報からの偏差をたとえば１００点満点の点数に換算する。

提示部５６は、このようにして評価部５５で為された特定部位の可動域の評価結果を利用者２に提示する。具体的には、提示部５６は、評価部５５の評価結果を音声や光等で利用者２に提示する。あるいは、映像生成部５４からの指示により評価部５５の評価結果を表示装置３に表示させる構成とし、表示装置３が提示部として兼用されてもよい。表示装置３が提示部として兼用される場合、訓練時間の終了後、表示面３０にはたとえば図２（ｃ）に示すように評価結果を示すメッセージ３３が表示される。

提示部５６が提示する内容は、特定部位の可動域の評価結果のみであってもよいし、評価結果に加えて評価対象とされた高さ（距離）、面積や体積、時間や軌跡などを定量的に示す数値を含んでいてもよい。たとえば、評価部５５が上述のように風船の図像３１によって床からの利用者２の腕部の高さに応じた得点をつけている場合、提示部５６は獲得された得点のみを提示してもよいし、利用者２の腕部の高さを表す数値や破裂した風船の個数なども併せて提示してもよい。

また、提示部５６は、評価部５５での評価に用いられた評価対象と評価基準（標準情報）とを一緒に提示したり、両者の偏差を提示したりしてもよい。これにより、利用者２においては、評価結果だけでなく、評価対象の標準的な値や標準的な値からの偏差を知ることができ、今後の可動域訓練の目標とすることができる。

以上説明した本実施形態の可動域訓練システム１によれば、評価部５５は、特定部位の位置の変化から求まる評価対象を所定の評価基準と対比して特定部位の可動域を評価するので、その評価結果が提示部５６から利用者２にフィードバックされる。したがって、利用者２は、自身の特定部位の可動域の測定結果を知るだけではなく、測定結果がどのような意味を持つのか理解することが可能となる。すなわち、利用者２は、たとえば腕が何センチの高さまで上がったかという測定結果だけでなく、可動域が１００点中、何点と評価されるのかを知ることができ、可動域訓練の必要性や効果を十分に理解することができる。

しかも、利用者２は、高得点を目指すことにより、特に意識しなくても可動域の範囲内で特定部位を極力大きく動かすことになるので、ゲームを楽しんでいるような感覚で身体を動かすことにより十分な可動域訓練の効果を享受できる。なお、特定部位が腕部である場合、利用者２がたとえば体幹を傾けたりすると、腕部の可動域を正確に評価することができないので、特定部位以外の部位（たとえば体幹）が移動した場合には評価を無効にするなどの処理が行われてもよい。

また、本実施形態では、評価部５５は、評価対象の標準を示す標準情報を評価基準として、評価対象を評価基準と対比し特定部位の可動域を評価するので、利用者２の特定部位の可動域を標準的な可動域に対して相対的に評価することができる。したがって、病気や怪我により特定部位の可動域が制限された利用者２にあっては、標準的な可動域を目標にして可動域訓練を行うことができる。

また、評価部５５が、所定の一方向における特定部位の可動範囲や平面上の移動領域の面積を評価対象とする構成では、特定部位の位置を三次元的に特定する必要はない。そのため、距離画像センサ４に代えてＣＣＤ（Charge CoupledDevice）カメラなどの二次元カメラを用いることができ、位置検出部５２の処理速度も向上するという利点がある。さらに、一次元的な距離等を計測するだけであれば、距離画像センサ４に代えてレーザ、超音波などを用いた物体検知センサを用いることもできる。

評価部５５が、特定部位の移動領域の体積や移動軌跡を評価対象に含む構成では、前後方向への動きも含めて利用者２の特定部位の可動域を詳細に評価することができる。また、評価部５５が、特定部位が所定の動作に要する時間を評価対象に含む構成では、特定部位がどの程度スムーズに動くのかについても評価することができるという利点がある。

ところで、本実施形態では、記憶部５７は、評価対象の標準（標準情報）を記憶する標準記憶部として用いられているが、この構成に限らず、評価対象の履歴を履歴情報として記憶する履歴記憶部として記憶部５７が用いられていてもよい。ここでいう履歴情報は、利用者２の特定部位の位置の変化から求められた高さ（距離）、面積や体積、時間や軌跡などの比較対象が、利用者２ごとに時系列にまとめられた情報である。

この場合、評価部５５は、記憶部５７に記憶された履歴情報を評価基準として、評価対象を評価基準と対比して特定部位の可動域を評価する。すなわち、評価部５５は、過去に利用者２が可動域訓練を行った際の比較対象を評価基準として、現在、利用者２が行っている可動域訓練における評価対象と対比することにより、特定部位の可動域を評価する。これにより、評価部５５では、同一の利用者２について、特定部位の可動域が従来に比べてどうなったのかを評価でき、可動域訓練の進捗度を評価することができる。

（実施形態２）
本実施形態の可動域訓練システム１は、ハーフミラーを備えていない点が実施形態１の可動域訓練システム１と相違する。また、本実施形態では、利用者２の前方に配置され利用者２を前方から撮像する向きにレンズが向けられた撮像装置（図示せず）が設けられている。

撮像装置は、たとえばカメラスタンド等を利用して表示装置３の正面側（利用者２側）における利用者２の目の高さ位置に設置されている。さらに、撮像装置は、その視野内に利用者２の全身が含まれ、且つ利用者２が直立した状態で利用者２の身体の左右方向における中心線が撮像した映像の左右方向の中心線に一致するように、チルト角およびパン角が調節されている。

上述したような撮像装置の位置および向きの調節は、利用者２の立ち位置、目線の高さ等が決定してから初期設定として行われる。これにより、撮像装置では、利用者２の全身を映した動画像（以下、「全身映像」という）が撮像されることになる。

制御装置５は、表示装置３と撮像装置との両方に接続されており、撮像装置で撮像された映像を加工して表示装置３に表示させる機能を持つ。具体的には、制御装置５は、全身映像を撮像装置から取得部５１で取得し、取得した全身映像を左右反転させて反転映像を生成する反転処理部（図示せず）を有する。さらに、制御装置５は、反転映像の左右方向の中心線が表示面３０の左右方向の中心線に一致するように、映像生成部５４にて反転映像を表示装置３に表示させる。これにより、表示装置３の表示面３０には、利用者２の全身の映像が、鏡に映った鏡像のように左右反転されて表示されることになる。

すなわち、撮像装置で撮像される映像は、何の加工も施されなければ、鏡像のように左右が反転されることはなく、表示面３０に正対する利用者２から見た左右と、表示面３０に表示される映像における左右とは反対になる。要するに、撮像装置で撮像された利用者２の全身の映像が、何の加工も施されずに、利用者２と正対する表示装置３の表示面３０に表示されると、表示面３０上では右側に利用者２の左半身が映り、左側に利用者２の右半身が映ることになる。

これに対して、反転映像は全身映像を左右反転させた映像であるから、表示装置３は、表示面３０上では右側に利用者２の右半身が映り、左側に利用者２の左半身が映るように反転映像を表示する。その結果、表示装置３は、表示面３０に映る反転映像を利用者２に視認させることにより、利用者２に対して、反転映像を自らの全身の鏡像と錯覚させることができる。

ここで、制御装置５は、撮像装置から入力される映像をリアルタイム（１秒間に１５〜３０フレーム程度）で加工（反転）して、表示装置３に映像信号を出力する。表示装置３は、制御装置５からの映像信号を受け、リアルタイムで反転映像を表示する。そのため、表示装置３の表示面３０には、実際の利用者２の動きに合わせて動く動画像が反転映像として表示されることになる。たとえば、利用者２が右腕を上げると、その動きに合わせて表示面３０に表示される反転映像においても利用者２から見て右側の腕が上がることになる。

すなわち、本実施形態の可動域訓練システム１は、光学的に形成される鏡像を提示することはなく、表示装置３に表示された反転映像を利用者２に視認させ、利用者２に対して、反転映像を自身の鏡像と錯覚させることができる。

さらに、映像生成部５４は、反転処理部で生成された反転映像と共に、図像３１を表示装置３に表示させる。指標設定部５３は、表示面３０において反転映像のうち特定部位の映像と重なるように、指標の位置を設定する。ここでは、特定部位は腕部全体であり、指標は腕部の一部である手首の位置に対応する位置に設定されるので、指標設定部５３は、表示面３０上で反転映像中の腕部の手首の映像と重なる位置に指標を設定する。

以上説明した本実施形態の可動域訓練システム１によれば、ハーフミラーを省略した分だけ、実施形態１のシステムに比べて構成を簡略化できるという利点がある。しかも、本実施形態の構成では、比較的大型の画面を備えるディスプレイが予め備わっていれば、専用のディスプレイを新設しなくても、既存のディスプレイを表示装置３として用いることが可能であるため、システムの導入コストを低減できる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

１ 可動域訓練システム
２ 利用者
３ 表示装置
４ 距離画像センサ
５ 制御装置
６ ハーフミラー
３０ 表示面
５２ 位置検出部
５３ 指標設定部
５４ 製造生成部
５５ 評価部
５６ 提示部
５７ 記憶部（標準記憶部、履歴記憶部）

Claims (10)

1. 利用者の正面に配置され前記利用者と向き合う表示面に映像を表示する表示装置と、前記利用者の動作に伴って変化する前記利用者の身体の特定部位の位置を検出する位置検出部と、前記特定部位の少なくとも一部の位置に対応する前記表示面上の位置に指標を設定する指標設定部と、前記指標の位置が重なると所定の処理を実行するように当該処理と関連付けられた図像を生成して前記表示装置に表示させる映像生成部と、前記位置検出部で検出された前記特定部位の位置の変化から求まる評価対象を所定の評価基準と対比して前記特定部位の可動域を評価する評価部と、前記評価部での評価結果を提示する提示部とを備え、
   前記映像生成部は、所定の訓練時間に前記図像を前記表示装置に表示させるように構成され、
   前記評価部は、前記訓練時間中における前記特定部位の位置の変化から前記評価対象を求めるように構成され、
   前記提示部は、前記訓練時間の終了後に前記評価結果を提示するように構成されている
   ことを特徴とする可動域訓練システム。
2. 前記評価対象の履歴を時系列に履歴情報として記憶する履歴記憶部をさらに備え、前記評価部は、前記履歴情報を前記評価基準として前記可動域を評価することを特徴とする請求項１記載の可動域訓練システム。
3. 前記評価対象の標準を示す標準情報を記憶する標準記憶部をさらに備え、前記評価部は、前記標準情報を前記評価基準として前記可動域を評価することを特徴とする請求項１記載の可動域訓練システム。
4. 前記評価部は、前記表示面上に沿う平面内において前記特定部位が通った領域の面積を前記評価対象に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の可動域訓練システム。
5. 前記評価部は、所定の一方向における前記特定部位の可動範囲を前記評価対象に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の可動域訓練システム。
6. 前記評価部は、前記特定部位が所定の動作に要した時間を前記評価対象に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の可動域訓練システム。
7. 前記位置検出部は三次元センサの出力から三次元空間内での前記特定部位の位置を検出し、前記評価部は、前記三次元空間において前記特定部位が通った領域の体積を前記評価対象に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の可動域訓練システム。
8. 前記評価部は、前記特定部位の軌跡を前記評価対象に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の可動域訓練システム。
9. 前記表示面に対して前記利用者側に配置され前記表示装置に表示された映像を透過させるハーフミラーをさらに備え、前記指標設定部は、前記表示面において前記ハーフミラーに映る前記利用者の鏡像のうち前記特定部位の鏡像に重なる位置に前記指標を設定することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の可動域訓練システム。
10. 前記利用者の前方に配置され前記利用者の映像を撮像する撮像装置をさらに備え、前記映像生成部は、前記撮像装置で撮像された前記利用者の映像を左右反転させた反転映像を前記図像と共に前記表示装置に表示させ、前記指標設定部は、前記表示面において前記反転映像のうち前記特定部位の映像に重なる位置に前記指標を設定することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の可動域訓練システム。

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