訓練裝置的製作方法
2023-05-22 11:30:01
專利名稱：訓練裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及訓練裝置，尤其涉及使用刺激信號的訓練裝置。
背景技術：
以往，例如，公知有日本特開2009 - 45236號公報所公開的這樣的各種訓練裝置。在進行訓練時，根據其目的，在大多的情況下使用各種訓練裝置(訓練設備)。實施訓練的狀況多種多樣，在包含健康者和運動選手的肌力訓練、高齡者護理預防或者病後康復等的各種情況中，為了達到各種目的而實施訓練。為了改善其訓練效果，優選使訓練裝置構築為根據目的以及實際的訓練狀況來提供合適的功能。例如，在肌力訓練情況中，優選能夠根據需要細微地調節訓練對象部位的負荷的大小。在這一點上，上述現有技術的訓練裝置，在使用負荷槓鈴來進行腕、腿等的肌力增強的訓練裝置中，通過改善負荷槓鈴的切換功能，提高了變更負荷時的便利性。另外，近年，關於用於腦神經麻痺等障礙所引起的步行困難者的步行輔助系統，正在進行使用電刺激來激發肌肉活動等的研究，在腦機接口(BMI)和神經康復這樣的研究領域非常活躍。作為相關技術文獻，例如有橫井浩史與其他人合作的「歩行運動補助
反射運動系O電気刺激裝置開発」，BRAIN and NERVE—神経研究O進歩、2010年11月號特集，vol. 62, No. 11，「歩行O異常」。在這些領域的研究成果的實用化中，為了使患者能夠恢復到可回歸日常生活的程度，需要一定程度地正確地(平穩地)進行步行及其它動作的訓練、以及恢復其肌力的訓練。[在先技術文獻][專利文獻][專利文獻I]日本特開2009 - 45236號公報[專利文獻2]日本特開2011 - 67319號公報[非專利文獻][非專利文獻I]橫井浩史及其他，「歩行運動補助O & * O反射運動系O電気刺激裝置開発」，BRAIN and NERVE —神経研究乃進歩、2010年11月號特集，vol. 62，No. 11「歩行i子Q
異常」
發明內容
發明所要解決的課題本申請發明者構想了這樣的技術思路在訓練實施者進行訓練動作時，對該訓練實施者的訓練動作所涉及的部位施加刺激信號。以下，在記為「訓練」的情況中，包含高齡者或者病後康復等的各種訓練。
具體地說，刺激信號是為了對訓練實施者(用戶)以特定的強度(在電信號中為電壓等)和特定的頻率等施加規定的刺激而生成的信號。通過接收刺激信號，對訓練實施者的身體(患部)施加刺激，能夠適當地進行該刺激信號的生成和賦予，從而改善訓練效果。在復原等的情況中，能夠與基於刺激信號的復原等一起，進行基於訓練動作的肌力恢復、維持
坐寸ο但是，在進行使用刺激信號的訓練的情況下，與訓練中的動作等無關，只是單純地一律持續施加相同的刺激信號，有時會從開始就不適應實際的個別具體的狀況(例如，訓練的內容、行進狀況、效果、各用戶的個性、症狀等)，或者當個別具體的狀況在事後改變時，不能進行符合實際情況的、合適的處理。因此，存在難以充分得到訓練效果的問題。本發明是為了解決上述這樣課題而完成的，目的在於提供一種適合於進行使用刺激信號的訓練的訓練裝置。用於解決課題的手段為了達成上述目的，第I發明是一種訓練裝置，該訓練裝置具備訓練機、檢測部、信號生成部、控制部。訓練機具備隨著訓練動作而進行位移的位移部。檢測部檢測所述位移部的位移或者與所述訓練動作對應的訓練實施者的訓練對象部位的位移。信號生成部生成在進行所述訓練時施加給訓練實施者的刺激信號。控制部根據所述檢測部的位移檢測結果，對所述信號生成部的與刺激信號相關的處理的內容進行校正。此外，第2發明的特徵在於在第I發明所涉及的訓練裝置中，所述刺激信號是刺激為了進行所述訓練動作而激活的腦的特定部位的信號。此外，關於第3發明，在第I或者第2發明所涉及的訓練裝置中，具備存儲部。存儲部存儲不同的多個刺激信號，或者存儲刺激參數，其中，所述刺激參數作為用於生成不同的多個刺激信號的刺激信號條件而被決定。所述控制部基於由所述檢測部檢測出的位移，從所述存儲部存儲的所述多個刺激信號或者能夠根據所述刺激參數生成的多個刺激信號中，指定應施加給訓練實施者的刺激信號。此外，關於第4發明，在第I至4的發明中的任意一個所涉及的訓練裝置中，所述控制部具備評價部和比較校正部。評價部根據由所述檢測部檢測出的位移以及規定的基準信息，進行所述訓練的評價。比較校正部根據所述評價部的結果，對所述信號生成部的與刺激信號的生成相關的處理的內容進行校正。此外，關於第5發明，在第4發明所涉及的訓練裝置中，所述基準信息包含在訓練動作中位移的距離、訓練的持續時間、位移的速度、訓練中的位移的流暢度、訓練動作中的一次往返的位移的對稱性、訓練動作的位移的軌跡、訓練動作的加速度中的至少一個。此外，關於第6發明，在第I至5的發明的任意一個所涉及的訓練裝置中，具備負荷調整部。負荷調整部調整所述訓練機中的所述位移部的負荷。所述控制部包含負荷控制部。負荷控制部根據由所述檢測部檢測出的位移，對所述負荷調整部中的與負荷相關的處理的內容進行校正。為了達成上述目的，第7發明是一種訓練裝置，所述訓練裝置具備檢測單元、刺激單元、校正單元。檢測單元檢測訓練機的與訓練動作對應的位移或者訓練實施者的訓練對象部位的與所述訓練動作對應的位移。刺激單元在進行所述訓練時對訓練實施者施加刺激信號。校正單元根據所述檢測單元的位移檢測結果，對所述刺激信號的內容進行校正。
發明效果根據第I發明，能夠將訓練中用戶實際動作時的結果反饋給與刺激信號相關的處理。由此，提供一種能夠將用戶的動作的結果反映到刺激信號的內容中、適合於進行使用刺激信號的訓練的訓練裝置。根據第2發明，通過使用「刺激為了進行訓練動作而激活的腦的特定部位的刺激信號」，能夠將訓練動作的結果反饋到刺激信號的內容中，同時可靠地進行肌力訓練，該肌力訓練在「具有因神經系統的損傷而導致的運動障礙的障礙者的、用於恢復運動功能的康復」中是必要的。根據第3發明，能夠將用於生成刺激信號的信息存儲在存儲部中，從這些存儲的信息中，根據檢測部的檢測結果，適當地選擇刺激信號。根據第4發明，能夠使用通過與規定的基準信息的比較而得到的訓練評價結果，對與刺激信號相關的處理內容進行校正。根據第5發明，能夠使用在訓練動作中位移的距離、訓練的持續時間、位移的速度、訓練中的位移的流暢度、訓練動作中的一個往返的位移的對稱性、訓練動作的位移的軌跡、訓練動作的加速度這些表示訓練動作的具體指標中的至少一個，評價訓練動作。根據第6發明，能夠與刺激信號一起，進行負荷的調整，將用戶實際動作時的結果反饋到訓練中。根據第7發明，提供一種能夠將訓練中用戶實際動作時的結果反饋到刺激信號的內容中、適合於進行使用刺激信號的訓練的訓練裝置。
圖1是示出本發明的實施方式所涉及的訓練裝置的結構的圖。圖2是用於說明本發明的實施方式所涉及的、基於運動狀況的刺激信號的控制技術的圖。圖3是用於說明本發明的實施方式所涉及的、基於運動狀況的刺激信號的控制技術的圖。圖4是用於說明本發明的實施方式所涉及的，基於運動狀況的刺激信號的控制技術說明的圖。圖5是用於說明本發明實施方式中的刺激信號生成的技術的圖。圖6是示出本發明的實施方式中用於建成刺激信號參數的資料庫的建成方法的步驟的流程圖，是示出由CPU執行的子程序的流程圖。圖7是在本發明的實施方式所涉及的訓練裝置中CPU所執行的子程序的流程圖。圖8是在本發明的實施方式所涉及的訓練裝置中CPU所執行的子程序的流程圖。
具體實施例方式實施方式.[實施方式的結構]圖1是示出本發明的實施方式所涉及的訓練裝置的結構的圖。在圖1中，實施訓練的用戶2也一起被示出。本實施方式所涉及的訓練裝置10具備肌力訓練機12。肌力訓練機12能夠進行所謂的腿部推舉、具備在腿部推舉時用戶2放置腿的運動部16。腿部推舉是伸展膝部的運動，能夠強化下肢整體的肌力，改善站立、行走、坐下等基本動作所需要的肌力。訓練裝置10具備CPU (中央運算處理裝置)20。CPU20與運動狀況檢測器22、刺激信號生成器24以及運動負荷變更裝置28連接，並且還與資料庫26連接。運動狀況檢測器22檢測用戶2在肌力訓練機12進行訓練時的、用戶2的訓練動作的狀況。具體地說，在肌力訓練機12中，設置有用於檢測運動部16的位置的傳感器。運動狀況檢測器22能夠接收來自該傳感器的電信號，檢測運動部16的移動所涉及的信息(以圖1的紙面左右方向為軸的位置、位移、位移速度等)。另外，運動狀況檢測器22可以利用日本特開2011 - 67319號公報所記載的、肌力訓練機械的運動狀況檢測裝置所涉及的結構。刺激信號生成器24與刺激電極14 (刺激電極14a、14b)連接。如圖1所示，在本實施方式中，刺激電極14設置於用戶2的腿(大腿和小腿部分)上。經由刺激電極14，將刺激信號生成器24所生成的刺激信號施加到用戶2的腿。刺激信號生成器24能夠根據資料庫26中存儲的數據，生成該數據指定的電壓和頻率的電信號，輸出到刺激電極14。在資料庫26中，存儲有刺激信號參數，該刺激信號參數作為用於在刺激信號生成器24生成多個不同的刺激信號的條件而使用。該刺激信號參數包含振幅、頻率、突發頻率、佔空比、載波頻率、模式，這些信息進行資料庫化後成為資料庫26。突發頻率是指信號的突發波的頻率，該信號激活用於特定運動(動作)的腦的部位，載波頻率是指沒有數據的、只是作為承載波的信號的載波的頻率，載波信號由矩形波形成，該矩形波的頻率高於突發信號的頻率。這些突發波和載波疊加後，能夠用作刺激信號，能夠通過佔空比來調節刺激強度。運動負荷變更裝置28能夠將來自資料庫26的刺激信號參數的信息作為輸入值，根據該輸入值，將電壓和頻率等不同的多個種類的刺激信號輸出到刺激電極14。關於基於刺激信號生成器24的、刺激信號的生成以及資料庫26的數據的內容等的詳細情況，將在後面說明。運動負荷變更裝置28能夠調節肌力訓練機12中的腿部推舉動作的負荷(具體地說是實施訓練時妨礙運動部16的位移的負荷)。在運動負荷變更裝置28中，搭載有多個負荷槓鈴(可具備多個相同的負荷槓鈴，也可以各具備規定數量的、重量不同的負荷槓鈴)。運動負荷變更裝置28根據配合所指示的負荷的大小而預先決定的負荷槓鈴的選擇模式，組合這些多個負荷槓鈴，使得實現來自CPU20的控制信號所指定的負荷。由此，用戶2和其它輔助者不需要進行負荷調節作業，能夠通過CPU20的控制自動進行負荷調節。另外，優選的是，運動負荷變更裝置28可以搭載日本特開2009 - 45236號公報所記載的肌力訓練用負荷賦予裝置所涉及的結構。[實施方式的動作]以下，對本發明的實施方式所涉及的訓練裝置10中的動作(控制動作)進行說明。在具備使用圖1說明的結構的訓練裝置10中，實現了下述(I) (3)所涉及的動作。( I)本實施方式中的激活腦所涉及的刺激信號在本實施方式中，刺激用戶2的神經、腦和肌肉，通過刺激信號生成器24生成進行運動動作的信號作為刺激信號，並進行利用。即，在本實施方式中，作為刺激信號，對於因腦神經的麻痺和感覺運動系統的疾病導致的麻痺等、中樞神經系統的損傷導致的運動障礙而使得日常生活中所需的動作變得困難的人，在與為了使關節動作而激活的腦的特定部位所對應的神經上，使用為了激活該特定部位而施加的電信號。作為刺激信號的條件而使用的刺激信號參數，使用後面說明的「刺激信號生成所涉及的技術」而預先確定，存儲在資料庫26中。CPU20控制運動負荷變更裝置28，根據資料庫26中存儲的刺激信號參數，使運動負荷變更裝置28生成刺激信號，將該刺激信號輸出到刺激電極14。通過生成的刺激信號，刺激神經、腦、肌肉，輔助運動。(2)基於運動狀況的刺激信號的控制圖2至圖4是用於說明本發明的實施方式所涉及的、基於運動狀況的刺激信號的控制技術的圖。如上所述，本實施方式所涉及的訓練裝置10是用於進行腿部推舉的裝置。如圖2所示，訓練裝置10的用戶2反覆進行伸展腿(時間Tl)、收縮腿(時間T2)這樣的動作。圖3是示出運動狀況檢測器22檢測出的、用戶2伸展腿的距離I與時間之間的關係的圖。圖4是示出實現了理想的運動(平穩運動)的情況下的圖。圖3以及圖4記載了在用戶2接收刺激信號並且根據自己的意願希望移動腿的狀態下，推測的運動狀況檢測器22檢測的距離I與時間之間的關係。運動狀況檢測器22通過檢測運動狀況，如圖3所示，將到腿所伸展到的前端為止的距離I作為頂點(拐點)，從開始到時間T1，距離增大，並且，從拐點的時刻(腿從伸展動作切換到收縮動作的時機)到時間T2，距離減小。此處，推測為在沒有障礙的健康者的腿部推舉中，如圖3的虛線所示那樣，經過時間T1，距離線性地增大到了距離1，從拐點經過時間T2，距離線性地減小。但是，在用戶2進行腿部推舉動作時，在身體具有某些困難的情況下，不會得到這樣理想的線性的特性。具體地說，例如，假定用戶2具有某些障礙(具體地說，腦神經的麻痺和感覺運動系統的疾病導致的麻痺、中樞神經系統的損傷導致的運動障礙等)的情況。在這樣的情況下，如圖3的實線所示那樣，距離出現階梯狀地增大、減小這樣的區別。如果比較虛線與實線，則在變化是否平穩(流暢)這方面上是不同的。在實施方式所涉及的訓練裝置10中，CPU20在通過運動狀況檢測器22檢測到如圖3那樣的運動狀況情況下，將該運動狀況的檢測結果反饋給刺激信號生成器24，對刺激信號的處理內容進行校正，使得檢測出的運動狀況從階梯狀變為接近平穩(流暢)。即，CPU20在當前時間點，將運動狀況檢測器22使用的刺激信號參數改寫成資料庫26中優選的其它刺激信號參數(接近作為目標的運動動作的刺激信號參數)。通過一定程度重複這樣的控制，能夠最終從資料庫26內的刺激信號參數中，選擇出適合用戶2的個別具體狀況的、用於生成最優的刺激信號的刺激信號參數。由此，能夠使用戶2的運動狀況接近理想的狀態(圖4)。其結果是，在進行使用刺激信號的訓練的情況下，能夠抑制這種情況在當初並不適合實際的個別具體的狀況(例如，訓練的內容、行進狀態、效果、各用戶的個性、症狀等)的情況下，或者在個別具體的狀況事後發生變化時，不能進行符合實際情況的、合適的處理。關於運動狀況的檢測所涉及的拐點，可以自動識別(例如，確定距離I從增大轉換為減小的時機)，或者也可以設定為預先規定的條件。此外，在本實施方式所涉及的訓練裝置10中，CPU20使上述運動狀況變得平穩，並且根據運動狀況的檢測結果對刺激信號生成器24的處理內容進行校正，使得用戶2的運動距離也達到規定的距離。關於作為目標的運動動作，例如可以選擇下述的I個或者多個。CPU20根據檢測出的運動狀況，對刺激信號生成器24與刺激信號相關的處理的內容進行校正，使得滿足從下述的目標運動動作中選擇出的I個以上的條件。具體地說，選擇能夠使選擇出的I個以上的目標運動動作實現的刺激信號參數。例如，優先設定平穩運動的刺激信號參數，優先設定動作距離為最長的刺激信號參數。1.平穩運動2.動作距離長3.對稱性(在圖3中，以拐點為界的、增大和減小的斜度的對稱性)4.從無負荷逐漸增大負荷5.動作時間Tl、T2短(動作速度變快)在進行康復的情況下，訓練可以不是最初就施加負荷，而是首先在無負荷的狀態下，進行使用訓練裝置10的訓練，直到使上述目標運動動作中的1、2、3以及5中的I個或者多個動作成為幾乎理想的動作(與作為基準的特性幾乎一致的動作)。然後，可以在增大負荷的狀態下，判定是否再次達成目標運動動作。這樣，可以通過反覆達成目標運動動作以及增大負荷，逐漸推進負荷增大。另外，關於「動作距離是否長」的判定，例如在認識到動作距離和訓練時間的相關性的狀況下，可以方便地通過I次的訓練的持續時間等來進行評價。(3)基於運動菜單的負荷增大本實施方式所涉及的訓練裝置10能夠根據規定的程序來進行使用刺激信號的肌力訓練。通過上述的「基於運動狀況的刺激信號的控制」的動作，在訓練裝置10中，CPU20進行最優的刺激信號的選擇(刺激信號參數的選擇)，使得用戶2的訓練動作滿足平穩運動等的規定條件。通過這樣的刺激信號參數的優化，在用戶2的動作變為良好後，出於用戶2的肌力訓練的觀點，進一步增大負荷。即使通過上述的刺激信號來刺激腦、神經以及肌肉，使得具有障礙的人能夠達到進行運動、步行的狀態，實際上，為了進行日常生活，一定程度的肌力仍是必不可缺的。特別是，在由於障礙而存在更長時間的、缺乏運動的期間的情況下，為了充分恢復和增強衰弱的肌力，需要有計劃的訓練。關於這一點，如上述那樣，訓練裝置10具有運動負荷變更裝置28，CPU20根據由運動狀況檢測器22檢測出的運動狀況，增加該運動負荷變更裝置28中的負荷的大小。此時，出於適當地增大負荷的觀點，根據預先製成的規定的運動菜單，一點一點地增加負荷。該運動菜單例如可以使用基於東京都老人綜合研究所研究的護理預防綜合高齡者運動訓練(Comprehensive Geriatic Training, CGT)方法的運動菜單。根據實現在上述(I) (3)中說明的動作的、本實施方式所涉及的訓練裝置10，在與刺激信號相關的處理中，能夠將用戶2實際動作時的結果反饋到訓練中。由此，能夠將用戶2的動作的結果反映到刺激信號的內容中。[刺激信號生成所涉及的技術]圖5是用於說明本發明的實施方式中、刺激信號生成所涉及的技術的圖。具體地說，在圖5中，示出了實施方式的刺激信號生成系統50。使用該刺激信號生成系統50、通過以下所述的技術取得刺激信號參數的信息，將取得的刺激信號參數存儲在資料庫26中。運動負荷變更裝置28將來自資料庫26的刺激信號參數的信息作為輸入值，將與該輸入值對應的刺激信號輸出到刺激電極14。刺激信號生成系統50具備腦激活數據圖像取得部54、關節角度數據取得部56、肌肉活動數據取得部58、刺激信號生成部60，並且，具備與它們連接的CPU (中央運算處理裝置)62。在腿52 (受測者的腿)上，設置有角度傳感器70、71、肌電位傳感器68、69、刺激電極 66、67。關節角度數據取得部56與角度傳感器70、71連接。該角度傳感器70、71是加速度傳感器，根據隨著腿52的運動而檢測出的加速度，關節角度數據取得部56計算角度。同樣，肌肉活動數據取得部58根據肌電位傳感器68、69的輸出值，取得肌肉活動數據。腦激活數據圖像取得部54是測定腦的激活的裝置，經由例如MRI (magneticreasonance imaging:核磁共振成像)裝置、腦波計、近紅外線腦測量裝置等裝置，取得作為腦激活數據的圖像數據的圖像數據53。在本實施方式中，配置有MRI等各種腦激活測定裝置(未圖示)，用於測定具有腿52的受測者的腦的激活，使腦激活數據圖像取得部54連接該裝置，經由腦激活數據圖像取得部54取得圖5中扼要地示出的圖像數據53。通過刺激信號生成部60產生刺激信號，通過規定的方法，在刺激要激活的腦的特定部位的神經部位的位置，取得此時的腦激活圖像、關節角度以及肌肉活動數據。CPU62與資料庫64連接，將應存儲到圖1的資料庫26中的信息被生成的結果記錄到該資料庫64中。圖6是示出本發明的實施方式中，用於建成刺激信號參數的資料庫的建成方法的步驟的流程圖，是示出由CPU62執行的子程序的流程圖。作為執行該流程圖的前提，預先製成多個不同的刺激信號參數的列表。關於預先決定的這些多個刺激信號參數的每一個，如下述這樣，通過對受測者施加刺激信號以及收集與此對應的各種數據，最終，完成刺激信號參數的資料庫的建立。本實施方式中，形成包含多個(例如100個左右)刺激信號參數(Pl P100)在內的刺激信號參數組的資料庫，使得能夠應對多個不同的用戶、多個不同的利用情況(康復、訓練的進展狀況、時期)以及其它的多個個別具體的情況。在圖6的流程圖中，首先，CPU62控制刺激信號生成部60，以規定的刺激信號參數生成刺激信號(步驟S80)。在該步驟中，選擇I個預定的刺激信號參數(第一次時為列表的第I個，第η次時為列表的第η個的參數值)，根據選擇出的刺激信號參數，進行刺激信號的生成。接下來，CPU62執行對刺激電極66、67輸出生成的刺激信號的處理(步驟S82)。接下來，CPU62執行取得圖像數據、關節角度數據、肌力數據(肌肉活動數據)的處理(步驟S84)。在該步驟中，在CPU62側，接收與上述刺激信號的輸出對應的、腦激活數據圖像取得部54、關節角度數據取得部56、肌肉活動數據取得部58的各種取得數據，作為輸入值。接下來，CPU62執行判定是否得到必要圖像數據的處理(步驟S86)。圖像數據53是通過腦激活數據圖像取得部54得到的數據，能夠作為用於確定腦激活的圖像信息來使用。步驟S86中的、是否得到必要圖像數據的判定是這樣的判定:在當前時間點已取得的圖像數據個數，是否達到在下一步驟進行的顯著性差異檢驗所需要的規定的個數。接下來，CPU62執行處理，該處理進行顯著性差異檢驗、關節角度估計、肌肉活動估計(步驟S88)。例如優選:在為了輔助腿的動作，對用戶施加刺激信號時，在對應該刺激信號而取得的圖像數據53中，只有腦中的與該腿對應的位置被活性化(激活程度最高)。相反，下述情況是不優選的:在為了輔助腿的動作而對用戶施加刺激信號時，在對應該刺激信號而取得的圖像數據53中，腦中的與該腿對應的位置以外的位置也被活性化(激活程度高)。步驟S88的處理是這樣使用顯著性差異檢驗方法來檢驗「是否只有腦中的與目標對應的位置被活性化」的處理。作為顯著性差異檢驗的具體的方法，例如存在有t檢驗和Z檢驗，可以使用公知的檢驗方法。接下來，CPU62執行判定是否全部的條件已結束的處理(步驟S90)。在該步驟中，使用預定的條件(多個刺激信號參數)的刺激信號，分別判定上述S80至S88的一系列的處理是否已被執行。在全部的條件尚未結束的情況下，使處理返回步驟S80，對剩餘的條件執行步驟S80至S88的處理。在步驟S90中判定為全部的條件已結束的情況下，CPU62執行決定最優參數的處理(步驟S92)。在該步驟中，將在上述步驟S88中的顯著性差異檢驗中示出高值(t檢驗時為t值)的刺激信號參數條件決定為最優參數。接下來，CPU62執行寫入最優參數的處理(步驟S94)。在該步驟中，將在步驟92中決定的最優參數寫入資料庫64。接下來，CPU62執行存儲激活數據(資料庫化)的處理(步驟S96)。能夠根據需要將這樣製成的包含刺激信號參數的數據複製到訓練裝置10中的資料庫26 (即，記錄裝置)。[實施方式的具體的處理]圖7以及圖8是本發明的實施方式所涉及的訓練裝置102中、CPU20所執行的子程序的流程圖。在圖7以及圖8所示的子程序中，首先，CPU20執行從資料庫26取出刺激信號參數的數據的處理(步驟S100)。接下來，CPU20執行用於使刺激信號生成器24產生刺激信號的處理(步驟S102)，CPU20執行由運動狀況檢測器22檢測運動狀況的處理(步驟S104)。接下來，CPU20根據檢測出的運動狀況，執行判定是否已到達訓練動作的拐點(圖3參照)的處理(步驟S108)。在步驟S108中，在判定為存在拐點的情況下，接下來，CPU20執行將該位置設定為拐點的處理(步驟S106)。通過該步驟的拐點設定，由於能夠如圖3所示的那樣確定拐點的位置，所以能夠確定時間T1以及時間T2。接下來，CPU20執行用於使刺激信號生成器24產生刺激信號的處理(步驟S110)，CPU20執行由運動狀況檢測器22檢測運動狀況的處理(步驟S112)。接下來，CPU20執行平穩判定、即用於判定在上述步驟SI 12中檢測出的運動狀況是否是平穩運動的處理(步驟S114)。在該步驟中，CPU20執行判定如圖3的實線所示的高度差是否小到規定的程度的判定處理，其中，所述高度差因訓練動作未平穩地進行而產生。關於高度差是否小於規定的程度的判定，可以適當地採用各種評價方法，例如也可以判定平穩的基準直線(圖3的虛線)與實際檢測出的高度差的凹凸的各頂點之間的偏差的大小是否小於規定值等。在當前的刺激信號下，在因用戶2的動作輔助未充分進行等情況而不能進行平穩判定或者在平穩的程度低於規定的基準的情況下，該步驟的條件設為不成立(否)，處理返回步驟S110，變更刺激信號參數後，反覆進行處理。接下來，CPU20執行設定平穩參數的處理(步驟S116)。在該步驟中，根據平穩判定的結果，從存儲在資料庫26中的刺激信號參數中，選擇根據達成最平穩的運動的觀點而成為最優的刺激信號參數。也就是說，在該步驟中，根據在步驟S114中的平穩判定的結果，執行將實現了最平穩的動作的刺激信號參數設定為最優的刺激信號參數的處理。
接下來，CPU20執行用於使刺激信號生成器24產生刺激信號的處理(步驟S118)，CPU20執行由運動狀況檢測器22檢測運動狀況的處理(步驟S120)。接下來，CPU20執行判定動作距離的處理(步驟S122)。該動作距離的判定可以通過將如下所述的值與規定的基準(例如同一用戶的過去的訓練成績、歷史)進行比較來進行，其中上述值是合計了每I套訓練中用戶2因腿部推舉的腿伸縮動作而位移的距離後的值。在當前的刺激信號下，根據用戶2的動作輔助未充分進行等情況而不能進行動作距離的判定或者在動作距離與規定的基準相比沒有延長的情況下，該步驟的條件設為不成立(否)，處理返回步驟S118，變更刺激信號參數後，反覆進行處理。在步驟S122的條件被認為成立(是)的情況下，CPU20執行設定動作距離參數的處理(步驟S124)。在該步驟中，根據在步驟S122中的動作距離的判定處理的結果，執行將實現了最長動作距離的刺激信號參數設定為最優的刺激信號參數的處理。接下來，CPU20執行用於使刺激信號生成器24產生刺激信號的處理(步驟S126)，CPU20執行由運動狀況檢測器22檢測運動狀況的處理(步驟S128)。接下來，CPU20執行進行對稱性判定的處理(步驟S130)。步驟S130是這樣的處理在根據運動狀況檢測器22的檢測結果而得到的時間與距離之間的關係(圖3參照)中，以拐點為基準，判定訓練動作(位移)是否滿足對稱性。在該處理中，可以以拐點為界，比較時間T1與時間T2的各自的區間的檢測結果，根據該差分是否大於規定的判定值來判定對稱性。在當前的刺激信號下，在根據用戶2的動作輔助未充分進行等情況而不能進行對稱性的判定或者在對稱性低於規定的基準的情況下，該步驟的條件設為不成立(否)，處理返回步驟S126，變更刺激信號參數後，反覆進行處理。接下來，CPU20執行設定對稱性參數的處理(步驟S132)。在該步驟中，根據步驟S126中的對稱性的判定處理的結果，執行將實現了最高對稱性的刺激信號參數設定為最優的刺激信號參數的處理。接下來，從圖7到圖8的流程圖進一步推進處理，CPU20執行用於使刺激信號生成器24產生刺激信號的處理(步驟S134)，CPU20執行由運動狀況檢測器22檢測運動狀況的處理(步驟S136)。接下來，CPU20執行判定負荷狀況的處理(步驟S138)，CPU20執行由運動狀況檢測器22檢測運動狀況的處理(步驟S140)。接下來，CPU20基於CGT理論來變更負荷，執行用於進行指定的訓練的處理(步驟S142)。在該步驟中，根據「基於CGT理論的運動菜單」進行負荷的變更，其中，所述「基於CGT理論的運動菜單」是針對使用訓練裝置10的多個用戶而預先製成的，存儲在資料庫26(或者其它存儲裝置)中。具體地說，CPU20控制運動負荷變更裝置28，使得實現所存儲的「根據運動菜單來指定的負荷」。另外，隨著負荷的變更，在變更後的負荷下，檢測用戶2是否能夠正常進行訓練動作(腿部推舉)，該檢測結果作為歷史數據而被保留。另一方面，對於變更後的負荷，在用戶2不能進行訓練動作的情況下，將「在該負荷下不活動」這樣的情況作為歷史數據記錄下來，前進到下一步驟。接下來，CPU20執行建成基於刺激信號的肌力訓練的資料庫的處理(步驟S144)。在該步驟中，本次子程序的結果(例如，針對各用戶的刺激信號參數的設定值、變更歷史、負荷的大小、訓練動作的歷史、運動狀況檢測結果的歷史等)被用於資料庫26內的信息的更新。然後，本次的子程序結束，處理返回。根據以上的處理，能夠將訓練中用戶2實際動作時的結果反饋給CPU20以及刺激信號生成器24中的刺激信號相關的處理(具體地說，刺激信號參數的值)。由此，提供一種能夠將用戶2的動作的結果反映到刺激信號的內容中，適合於進行使用刺激信號的訓練的訓練裝置10。通過這樣的反饋控制，由於實際的運動狀況的檢測結果被自動地反映到刺激信號參數以及負荷控制中，因此能夠減輕訓練(特別是康復)的情況下的醫師、護士、物理治療師等專業的從業者的負擔。另外，在上述的實施方式中，肌力訓練機12相當於所述第I發明中的「訓練機」，運動狀況檢測器22相當於所述第I發明中的「檢測部」，刺激信號生成器24相當於所述第I發明中的「信號生成部」，CPU20相當於所述第I發明中的「控制部」。此外，在上述的實施方式中，資料庫26相當於所述第3發明中的「存儲部」。此外，在上述的實施方式中，關於目標運動動作，用於已確定的步驟S114、S122、S130的判定處理的判定的值，相當於所述第4發明中的「規定的基準信息」。此外，在上述的實施方式中，運動負荷變更裝置28相當於所述第6發明中的「負荷調整部」。此外，在上述的實施方式中，在圖7以及圖8的子程序中，通過CPU20執行步驟S104、S112、S120、S128以及S136的處理，實現了所述第7發明中的「檢測單元」，通過0 似0執行步驟3102、5110、5118、5126以及S134的處理，實現了所述第7發明中的「刺激單元」，通過CPU20執行步驟SI 16、S124、S132的處理，實現了所述第7發明中的「校正單元」。另外，在實施方式中，使用刺激信號生成系統50建成資料庫，使用該資料庫，生成「在與為了使關節動作而激活的腦的特定部位對應的神經上施加的、用於激活該特定部位的電信號」作為刺激信號。但是，本發明並非僅限於這樣的使用刺激信號生成系統50的刺激信號生成技術，使用本實施方式所涉及的刺激信號生成所涉及的技術以外的技術，也可以製成、資料庫化以及生成用於刺激或者輔助訓練中的用戶的動作的信號(規定了規定電壓、頻率、佔空比其它的條件的電信號等)，也可以替代刺激信號生成器24而使用生成該信號作為刺激信號的設備。此時，也可以將決定刺激信號的條件的表等存儲在資料庫26中，使得能夠輸出多種刺激信號，與上述實施方式相同地，在CPU20側指定刺激信號的切換。另外，在實施方式中，作為通過訓練裝置10實施的訓練動作，選擇了腿部推舉。但是，本發明並不限定於此。例如，本發明也可以應用於髖關節外展、划動、前腿肌伸展這樣的各種訓練動作的訓練裝置。本發明也可以應用於這樣的訓練裝置:在鍛鍊上半身肌力的各種訓練以及因腦神經的麻痺和感覺運動系統的疾病等情況而造成的四肢運動的運動功能障礙的康復中，實施使臂、肩、肘、手腕、指、其它上半身、下半身的各種部位活動的訓練。在這些各種訓練中，只要能夠與上述實施方式所說明的一樣，在包含CPU20、訓練裝置10、運動狀況檢測器22、刺激信號生成器24、資料庫26、運動負荷變更裝置28的、圖1的硬體結構上實現刺激信號的生成以及賦予、基於運動狀況的刺激信號的控制、以及基於運動菜單的負荷增大這些處理即可。即 ，只要按如下所述即可:使用刺激信號的生成所涉及的技術來建成資料庫，並且，檢測這些各種訓練的運動狀態以及評價與目標動作的偏離，根據其結果，對CPU中的與刺激信號和負荷調節相關的控制內容進行校正(反饋)。對於用於檢測用戶的訓練動作的傳感器的結構，可以使用檢測位置、位移、速度、加速度、角速度、角加速度以及其它物理量作為電子、機械的其它各種物理信息的各種感測技術。例如，為了平穩判定、對稱性判定等，可以使用加速度傳感器。另外，關於運動狀況的檢測，在肌力訓練機12中，可以檢測訓練中位移的部位(位移部)的位移，也可以檢測訓練實施者(用戶2)的訓練對象部位(在實施方式中為腿的角度或伸展的長度等)的與訓練動作對應的位移。另外，在運動狀況的檢測中，也可以使用加速度傳感器來檢測訓練動作的加速度。具體地說，可以在隨著訓練動作而發生位移的身體部位(臂、肩、肘、手腕、指、其它上半身、下半身的各種部位)上設置加速度傳感器，進行加速度的測定。此外，也可以通過使用例如運動傳感器等各種傳感器的感測技術來檢測訓練動作的位移軌跡(具體地說，為二維軌跡即平面上的軌跡、三維軌跡即三維空間的軌跡)。可以通過將這些檢測數據與規定的基準數據(基準值和基準模式)進行比較，計算實際訓練動作與規定動作(在現階段預定的動作，或者標準的或理想的動作)之間的偏離(差異)的大小，將該計算結果用於「基於運動狀況的刺激信號的控制」。另外，在記載於圖7以及圖8的流程圖中，以依次直列地推進的方式完成以下處理與拐點設定相關的處理、與平穩判定相關的處理、與動作距離判定相關的處理、與對稱性判定相關的處理、與負荷狀況判定相關的處理、與基於CGT理論的負荷調整等相關的處理、與資料庫建成相關的處理。但是，本發明並不限定於此。上述列舉的各個處理並不一定限定於上述實施方式所涉及的圖7以及圖8中記載的順序，可以適當地變更順序。此外，本發明並不一定如圖7以及圖8那樣限定於各處理直列地依次進行的形態。也可以並列地執行幾個處理。標號說明10訓練裝置12肌力訓練機14、14a、14b 電極16運動部22運動狀況檢測器24刺激信號生成器26資料庫28運動負荷變更裝置50刺激信號生成系統52 腿53圖像數據54腦激活數據圖像取得部56關節角度數據取得部58肌肉活動數據取得部60刺激信號生成部64資料庫66、67刺激電極
68、69肌電位傳感器70、71角度傳感器
權利要求
1.一種訓練裝置，其特徵在於，該訓練裝置具備: 訓練機，其具備隨著訓練動作而位移的位移部； 檢測部，其檢測所述位移部的位移或者訓練實施者的訓練對象部位的與所述訓練動作對應的位移； 信號生成部，其生成在所述訓練時施加給訓練實施者的刺激信號；以及控制部，其根據所述檢測部的位移檢測結果，對所述信號生成部的與刺激信號相關的處理的內容進行校正。
2.根據權利要求1所述的訓練裝置，其特徵在於， 所述刺激信號是刺激為了進行所述訓練動作而激活的腦的特定部位的信號。
3.根據權利要求1或者2所述的訓練裝置，其特徵在於， 所述訓練裝置具有存儲部，該存儲部存儲不同的多個刺激信號，或者存儲刺激參數，其中，所述刺激參數是作為用於生成不同的多個刺激信號的刺激信號條件而確定的， 所述控制部根據由所述檢測部檢測出的位移，從由所述存儲部存儲的所述多個刺激信號或者能夠根據所述刺激參數生成的多個刺激信號中，指定待施加給訓練實施者的刺激信號。
4.根據權利要求1至3中的任意一項所述的訓練裝置，其特徵在於， 所述控制部具備: 評價部，其根據由所述檢測部檢測出的位移以及規定的基準信息，進行所述訓練的評價；以及 比較校正部，其根據所述評價部的結果，對所述信號生成部的與刺激信號的生成相關的處理的內容進行校正。
5.根據權利要求4所述的訓練裝置，其特徵在於， 所述基準信息包括在訓練動作中位移的距離、訓練的持續時間、位移的速度、訓練中的位移的流暢度、訓練動作中的一個往返的位移的對稱性、訓練動作的位移的軌跡、訓練動作的加速度中的至少I個。
6.根據權利要求1至5中的任意一項所述的訓練裝置，其特徵在於， 所述訓練裝置具備負荷調整部，所述負荷調整部調整所述訓練機中的所述位移部的負荷， 所述控制部包括負荷控制部，所述負荷控制部根據由所述檢測部檢測出的位移，對所述負荷調整部中的與負荷相關的處理的內容進行校正。
7.一種訓練裝置，其特徵在於，該訓練裝置具備: 檢測單元，其檢測訓練機的與訓練動作對應的位移或者訓練實施者的訓練對象部位的與所述訓練動作對應的位移； 刺激單元，其在所述訓練時對訓練實施者施加刺激信號；以及 校正單元，其根據所述檢測單元的位移檢測結果，對所述刺激信號的內容進行校正。
全文摘要
一種訓練裝置，其具備訓練機、檢測部、信號生成部、控制部。訓練機具備隨著訓練動作而位移的位移部。檢測部檢測位移部的位移或者訓練實施者的訓練對象部位的與訓練動作對應的位移。信號生成部生成在訓練時施加給訓練實施者的刺激信號。控制部根據檢測部的位移檢測結果，對信號生成部的與刺激信號相關的處理的內容進行校正。
文檔編號A63B23/10GK103079649SQ20118003965
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月6日 優先權日2011年6月6日
發明者濱田和幸, 秋場猛, 橫井浩史 申請人:電子系統股份有限公司