Title
機能性流体を用いた上肢・下肢リハビリテーションシ
ステムに関する基礎研究
Author(s)
小澤, 拓也
Citation
Issue Date
Text Version ETD
URL
http://hdl.handle.net/11094/828
DOI
博士学位論文
機能性流体を用いた
上肢・下肢リハビリテーションシステム
に関する基礎研究
平成２２年１月
小澤 拓也
機能性流体を用いた
上肢・下肢リハビリテーションシステム
に関する基礎研究
1
目次
第 １ 章 緒 言 ... 9 1.1 研 究 背 景 ... 9 1.2 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の 現 状 ... 11 1.3 体 重 免 荷 型 ト レ ッ ド ミ ル 歩 行 訓 練 の 現 状 ... 15 1.4 本 研 究 の 目 的 ... 16 1.5 本 論 文 の 構 成 ... 18 参 考 文 献 ... 20 第 ２ 章 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に 関 す る 基 礎 知 識 ... 22 2.1 緒 言 ... 22 2.2 障 害 と リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ... 22 2.2.1 障 害 の 構 造 ... 22 2.2.2 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 基 本 的 ア プ ロ ー チ ... 23 2.2.3 本 研 究 で 対 象 と す る 範 囲 ... 24 2.3 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ... 25 2.3.1 中 枢 性 麻 痺 特 有 の 回 復 過 程 ... 25 2.3.2 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 注 意 点 ... 26 2.4 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 評 価 法 ... 272.4.1 Brunnstrom Recovery Stage（ BRS） ... 27
2.4.2 Fugl-Meyer Assessment（ FMA） ... 27
2.4.3 脳 卒 中 機 能 障 害 評 価 法 （ SIAS） ... 29 2.4.4 簡 易 上 肢 機 能 検 査 （ STEF） ... 31 参 考 文 献 ... 33 第 ３ 章 脳 卒 中 片 麻 痺 の 臨 床 評 価 に 基 づ く 上 肢 リ ハ ビ リ 支 援 シ ス テ ム PLEMO-P3 の 研 究 開 発 ... 34 3.1 緒 言 ... 34 3.2 PLEMO-P3 ... 35 3.3 脳 卒 中 の 共 同 運 動 ... 38 3.3.1 共 同 運 動 ... 38 3.3.2 リ ー チ ン グ 機 能 ... 39 3.4 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 従 来 評 価 と PLEMO-P3 の 定 量 評 価 ... 40 3.4.1 ソ フ ト ウ ェ ア ... 40 3.4.2 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 医 学 で の 評 価 ... 41 3.5 臨 床 評 価 ... 42 3.5.1 臨 床 評 価 方 法 ... 42 3.5.2 リ ー チ ン グ テ ス ト の 手 順 ... 42
2 3.5.3 臨 床 評 価 の 結 果 ... 43 3.6 臨 床 評 価 の 考 察 ... 46 3.7 結 言 ... 46 参 考 文 献 ... 47 第 ４ 章 PLEMO-P3 に よ る 脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 の 運 動 機 能 評 価 の 有 用 性 と 臨 床 的 解 釈 に つ い て ... 49 4.1 緒 言 ... 49 4.2 共 同 運 動 と リ ー チ ン グ 機 能 ... 50 4.3 準 3 次 元 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム ... 52 4.4 セ ン サ グ リ ッ プ の 基 本 構 造 と 性 能 ... 53 4.4.1 開 発 の 動 機 ... 53 4.4.2 基 本 構 造 と 性 能 ... 54 4.5 リ ー チ ン グ テ ス ト に お け る 脳 卒 中 患 者 の 評 価 ... 56 4.5.1 ソ フ ト ウ ェ ア ... 56 4.5.2 方 法 ... 57 4.6 結 果 お よ び 議 論 ... 59 4.6.1 運 動 の 正 確 性 ... 59 4.6.2 押 付 け 力 の 平 均 値 お よ び 最 大 値 ... 60 4.6.3 手 関 節 の 可 動 域 ... 62 4.6.4 そ の 他 ... 62 4.6.5 総 括 ... 63 4.7 結 語 ... 64 参 考 文 献 ... 65 第 ５ 章 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム PLEMO-P3 の 脳 卒 中 片 麻 痺 に 対 応 し た 訓 練 ソ フ ト の 提 案 お よ び 訓 練 効 果 に 関 す る 臨 床 評 価 ... 68 5.1 緒 言 ... 68 5.2 上 肢 に お け る リ ー チ ン グ 運 動 獲 得 の 必 要 性 ... 69 5.3 準 3 次 元 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム ... 70 5.4 PLEMO-P3 に よ る 訓 練 ... 73 5.4.1 訓 練 法 の 提 案 ... 73 5.4.2 ソ フ ト ウ ェ ア ... 74 5.4.2.1 Spacing ... 74 5.4.2.2 Timing ... 75 5.4.2.3 Grading ... 75 5.4.2.4 Muscle endurance ... 76 5.5 臨 床 評 価 ... 76 5.5.1 臨 床 評 価 方 法 ... 76 5.5.2 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 評 価 方 法 ... 77
3 5.5.3 PLEMO-P3 の 評 価 方 法 ... 77 5.5.4 デ ー タ の 算 出 方 法 お よ び 比 較 方 法 ... 77 5.6 臨 床 評 価 の 結 果 ... 78 5.6.1 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 評 価 ... 78 5.6.2 PLEMO-P3 評 価 ... 79 5.7 臨 床 評 価 の 考 察 ... 84 5.8 結 言 ... 84 参 考 文 献 ... 85 第 ６ 章 脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 に 対 す る 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム PLEMO-P3 の 研 究 開 発 ... 87 6.1 緒言 ... 87 6.2 上肢リハ支援システム PLEMO-P3 ... 87 6.2.1 PLEMO-P3 の ER 流体ブレーキおよび機構 ... 87 6.2.2 センサグリップ ... 88 6.3 評価方法およびソフトウェア ... 89 6.4 PLEMO-P3 による評価とリハビリテーション医学評価との相関 ... 91 6.4.1 運動の正確性 ... 91 6.4.2 押付力，把持力および手関節可動域 ... 92 6.4.3 手関節可動域と押付力の関係 ... 93 6.4.4 PLEMO-P3 の評価機としての考察 ... 93 6.5 PLEMO-P3 による訓練法の提案 ... 94 6.5.1 訓練法の提案 ... 94 6.5.2 ソフトウェア ... 94 6.6 リハビリテーション訓練システムとしての臨床評価 ... 95 6.6.1 臨床評価方法 ... 95 6.6.2 臨床評価におけるデータ例 ... 96 6.6.3 評価項目ならびに比較方法 ... 97 6.6.4 臨床評価の結果 ... 97 6.7 結言 ... 98 参 考 文 献 ... 99 第 ７ 章 冗 長 個 数 の ER 流 体 ブ レ ー キ を 用 い た 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム Redundant-PLEMO-Prototype の 研 究 開 発 ... 100 7.1 緒 言 ... 100 7.2 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム に 要 求 さ れ る 機 能 と 訓 練 手 法 の 提 案 ... 101 7.2.1 上 肢 運 動 機 能 不 全 に 対 す る 理 学 療 法 の 手 法 ... 101 7.2.2 Redundant-PLEMO-Prototype に よ る 訓 練 手 法 ... 102 7.3 パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム の 性 質 ... 102
4 7.3.1 パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム の 持 つ 問 題 点 ... 102 7.3.2 冗 長 性 の 導 入 ... 104 7.3.3 冗 長 性 と リ ン ク 姿 勢 ... 105 7.3.4 F3，F4を 発 生 さ せ る た め の ブ レ ー キ 機 構 ... 106 7.4 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の デ ザ イ ン ... 106 7.4.1 既 存 の シ ス テ ム の 問 題 点 ... 106 7.4.2 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 性 能 と 冗 長 ブ レ ー キ の 関 係 ... 107 7.5 Redundant-PLEMO-Prototype の 機 構 概 要 ... 109 7.5.1 Redundant-PLEMO-Prototype ... 109 7.5.2 ER 流 体 ブ レ ー キ ... 110 7.6 Redundant-PLEMO-Prototype の 性 能 評 価 ... 112 7.7 基 礎 特 性 実 験 ... 115 7.8 結 言 ... 117 参 考 文 献 ... 118 第 ８ 章 身 体 重 心 制 御 機 構 を 搭 載 し た 体 重 免 荷 型 ト レ ッ ド ミ ル の 開 発 ... 120 8.1 緒 言 ... 120 8.2 MR 流 体 ア ク チ ュ エ ー タ と 支 持 点 制 御 を 有 し た WBSTT シ ス テ ム の 設 計 121 8.2.1 MR 流 体 ア ク チ ュ エ ー タ ... 121 8.2.2 体 重 免 荷 機 構 の 設 計 ... 122 8.2.3 重 心 移 動 機 構 の 設 計 ... 122 8.2.4 全 体 設 計 と 安 全 性 ... 123 8.3 基 礎 試 験 ... 124 8.3.1 測 定 条 件 ... 124 8.3.2 測 定 結 果 ... 125 8.3.2.1 免 荷 機 構 の 評 価 ... 125 8.3.2.2 重 心 移 動 機 構 の 評 価 ... 126 8.3.3 筋 電 図 評 価 ... 127 8.3.3.1 評 価 方 法 ... 127 8.3.3.2 EMG 分 析 結 果 ... 127 8.3.3.2.1 歩 行 速 度 3.5Km， 立 脚 期 ... 127 8.3.3.2.2 歩 行 速 度 3.5Km， 遊 脚 期 ... 128 8.3.3.2.3 歩 行 速 度 2.4Km， 立 脚 期 ... 129 8.3.3.2.4 歩 行 速 度 2.4Km， 遊 脚 期 ... 129 8.3.3.2.5 ま と め ... 130 8.4 結 言 ... 131 参 考 文 献 ... 132 第 ９ 章 結 言 ... 133
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図目次
図 1-1 MIT-NUTUS ... 11図 1-2 Haptic Rehab System ... 12
図 1-3 MINE ... 12
図 1-4 ACT3D ... 12
図 1-5 EMUL ... 13
図 1-6 Serafy ... 13
図 1-7 2-DOF Passive System ... 14
図 1-8 Outline of PLEMO System ... 14
図 1-9 Parallel Bar ... 15
図 1-10 LOCOMAT ... 16
図 1-11 New Weight ... 16
図 1-12 Externals of PLEMO-P3 ... 17
図 2-13 Composition of Disturbance ... 23
図 2-14 Flexor and Extensor Synergy Movement Pattern ... 25
図 2-15 Recovery Process of Stroke and Bruunstrom Recovery Stage 26 図 2-16 Fugl-Meyer Assessment １ ... 28
図 2-17 Fugl-Meyer Assessment ２ ... 29
図 2-18 Evaluation Items of SIAS ... 30
図 2-19 Appearance of Clinical Evaluation ... 31
図 2-20 Apparatus of Evaluation ... 31
図 2-21 Example of Evaluating STEF ... 32
図 3-22 Example of Software of PLEMO-P1 ... 35
図 3-23 Abnormal Flexion of Wrist joint ... 36
図 3-24 ER Brake : Sectional View and Picture ... 36
図 3-25 Sensor Grip Device ... 37
図 3-26 Synergy Movement of Upper Limb ... 39
図 3-27 Reaching Software ... 41
図 3-28 Recovery Process of Stroke and Brunnstrom Recovery Stage 41 図 3-29 Apparatus of Evaluation ... 42
図 3-30 Positions of Targets ... 42
図 3-31 Targets used for Evaluation and Position ... 43
図 3-32 Result of Reaction Force ... 43
図 3-33 Result of Grip Force ... 44
図 3-34 Result of Wrist joint Angle ... 44
図 3-35 Wrist joint Angle ... 45
6
図 4-37 Synergy Movement of Upper Limb ... 51
図 4-38 Quasi-3-DOF Rehabilitation System “ PLEMO” ... 52
図 4-39 ER Brake : Sectional View and Picture ... 53
図 4-40 Abnormal Flexion of Wrist joint ... 54
図 4-41 Sensor Grip Device ... 54
図 4-42 Reaching Software ... 56
図 4-43 Apparatus of Evaluation ... 57
図 4-44 Positions of Targets ... 58
図 5-45 Synergy Movement of Upper Limb ... 69
図 5-46 ER Brake : Sectional View and Picture ... 71
図 5-47 PLEMO System ... 71
図 5-48 Sensor Grip Device ... 72
図 5-49 Reaching Software ... 74
図 5-50 Positions of Targets ... 74
図 5-51 Tracking Software ... 75
図 5-52 Virtual Sanding Software ... 76
図 6-53 ER Brake: Sectional View ... 88
図 6-54 Characteristics of ER fluid Brake ... 88
図 6-55 Sensor Grip Device ... 89
図 6-56 Reaching Software ... 90
図 6-57 Positions of Targets ... 90
図 6-58 Tracking Software ... 95
図 6-59 Virtual Sanding Software ... 95
図 6-60 Results of Sanding ... 96
図 6-61 Results of Tracking ... 97
図 7-62 Linkage System ... 103
図 7-63 Example of Bad Posture and Orientation ... 103
図 7-64 Area enable to Display Force ... 104
図 7-65 Merit of adding the Additional Brake Force ... 104
図 7-66 Direction of the Force ... 105
図 7-67 Area enable to Display the inverse Resistance Force .... 107
図 7-68 Trajectory of Reaching Training ... 108
図 7-69 Area enable to Display the Force of Reaching Training .. 108
図 7-70 Rehabilitation System for Upper Limbs ... 109
図 7-71 Structure of Previous ER fluid Brake ... 111
図 7-72 Structure of Novel ER fluid Brake ... 111
図 7-73 Characteristics of ER fluid Brake ... 112
7 図 7-75 Angle graph of α1, α2 ... 113 図 7-76 Angle graph ... 114 図 7-77 Angle graph ... 114 図 7-78 Angle graph ... 114 図 7-79 Angle graph ... 115
図 7-80 Example of effect by Additional Brake ... 116
図 7-81 Results of Experiment; Magnitude of Force ... 116
図 7-82 Results of Experiment; Direction of Force ... 116
図 8-83 Problem in Canventional BWSTT System ... 121
図 8-84 BWS Mechanism with MRFs actuator ... 122
図 8-85 Movable Mechanism ... 123
図 8-86 BWSTT System ... 124
図 8-87 Result of Measurement with Body-Weight Support ... 125
図 8-88 Result of Control of Movable Mechanism ... 125
図 8-89 Result of Control of Movable Mechanism ... 126
8
表目次
表 2-1 Synergy Movement 25表 2-2 Brunnstrom Recovery Stage 26
表 3-3 Specifications of CURRENT HANDLE 38
表 3-4 Synergy Movement of Upper Limb 39
表 3-5 Brunnstrom Recovery Stage 41
表 4-6 Synergy Movement of Upper Limb 51
表 4-7 Specifications of CURRENT HANDLE 55
表 4-8 Brunnstrom Recovery Stage 57
表 4-9 Correlation in Error 59
表 4-10 Correlation in Average of Reaction Force 60
表 4-11 Correlation in Maximum of Reaction Force 60
表 4-12 Correlation in Wrist joint Angle 62
表 5-13 Synergy Movement of Upper Limb 70
表 5-14 Specifications of CURRENT HANDLE 73
表 5-15 Estimation Procedure by Crossover Study 77
表 5-16 Result of BRS and STEF 78
表 5-17 Result of SIAS 78
表 5-18 Result of FMA 79
表 5-19 Result of Reaching test 1 80
表 5-20 Result of Reaching test 2 81
表 5-21 Result of Pulling test 1 82
表 5-22 Result of Pulling test 2 83
表 6-23 Specifications of HANDLE 89
表 6-24 Correlation in Error 92
表 6-25 Correlation in Average of reaction force 92
表 6-26 Correlation in Wrist joint angle 93
表 6-27 Correlation between Wrist angle and Reaction Force 93
表 6-28 Clinical Assessment for Crossover Study 96
表 6-29 Result of FMA 98
表 8-30 Result of EMG in Stance phase, 3.5km (%FWB) 128
表 8-31 Result of EMG in Swing phase, 3.5km (%FWB) 128
表 8-32 Result of EMG in Stance phase, 2.4km (%FWB) 129
9
第１章
緒言
1.1 研究背景
近 年 ， 社 会 の 高 齢 化 に 伴 い 脳 卒 中 患 者 は 増 加 す る 傾 向 に あ り ， 2006 年 度 の 厚 生 労 働 省 の 調 べ に よ る と 脳 卒 中 有 病 者 数 は 今 後 も 増 え 続 け ，ピ ー ク 時 の 2020 年 に は 現 在 よ り 15 万 人 多 い 288 万 人 に も 達 す る と 推 測 さ れ て い る ．そ の 多 く は 後 遺 症 と し て 運 動 障 害 を 発 症 し て お り ，理 学 療 法 士 ，作 業 療 法 士 等 に よ る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 重 要 度 は 増 す 一 方 で あ る ． 従 来 ， 脳 卒 中 に 伴 う 運 動 機 能 障 害 の 回 復 は 約 ６ ヶ 月 で プ ラ ト ー （ 頭 打 ち ） に 達 す る [1]と 言 わ れ て き た ． し か し な が ら ， 近 年 の ニ ュ ー ロ リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 研 究 に お い て ，慢 性 期 の 患 者 に お い て も 脳 の 可 塑 性 に よ っ て 運 動 機 能 等 の 回 復 が 可 能 で あ る こ と が 証 明 さ れ た [2,3].ま た ,運 動 機 能 の 回 復 と ADL(Activities of Daily Living)の 改 善 に は 相 関 が 大 き い こ と な ど を 受 け [4]， 今 後 は リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 質 ， お よ び 継 続 の 重 要 性 は ま す ま す 増 加 し て い く こ と が 考 え ら れ る ． こ の よ う に リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 重 要 性 が 増 す 一 方 で ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 継 続 す る に あ た っ て の 不 安 要 素 も 多 く 存 在 す る ． ま ず 診 療 報 酬 改 定 に よ り 保 険 診 療 が 発 症 後 180 日 に 限 定 さ れ た こ と で あ る ．厚 生 労 働 省 は こ れ ら の 診 療 報 酬 改 定 で ，病 院 に リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 質 向 上 を 促 す こ と で 長 期 入 院 を 減 ら し ，膨 張 す る 医 療 費 を 抑 制 す る こ と を 狙 い に し て い る ． 以 下 の 文 は 厚 生 労 働 省 告 示 第 59 号 ： 診 療 報 酬 の 算 定 方 法 か ら の 一 部 抜 粋 文 で あ る [5]．「 発 症 ，手 術 又 は ，急 性 増 悪 か ら 180 日 以 内 に 限 り 所 定 点 数 を 算 定 す る ．た だ し ，別 に 厚 生 労 働 省 が 定 め る 患 者 で あ っ て ，治 療 を 継 続 す る こ と に よ り 状 態 の 改 善 が 期 待 で き る と ，医 学 的 に 判 断 さ れ る 場 合 ，そ の 他 の 別 に 厚 生 労 働 大 臣 が 定 め る 場 合 に は ，180 日 を 越 え て 所 定 点 数 を 算 定 す る こ と が で き る 」． こ の 診 療 報 酬 改 定 は 病 院 側 に リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 質 向 上 を 強 く 促 す も の で あ る 一 方 で ，継 続 し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に よ っ て 運 動 機 能 回 復 の 可 能 性 が あ る 患 者 に 対 し て ，保 険 診 療 の 期 間 が 切 れ る こ と に よ っ て 回 復 の 道 を 絶 た れ る 可 能 性 も 懸 念 さ れ て い る ． ま た 入 院 が 長 期 で あ る こ と や 高 齢 等 の た め 体 力 お よ び 気 力 が 低 下 し た 人 々 に と っ て は ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お け る 長 期 間 の 機 能 回 復 訓 練 は 肉 体 的・精 神 的 に 苦 痛 が 伴 う も の で あ り ，継 続 し て 訓 練 を 行 う こ と は 努 力 を 要 す る ．特 に ，病 院 や 施 設 な ど か ら の 退 院 後 は ，訓 練 を 怠 り や す い と 言 わ れ て い10 る ．リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 行 う 理 学 療 法 士 や 作 業 療 法 士 は 1 人 で 多 く の 患 者 の 治 療 に あ た る の が 現 状 で あ り [6]， 退 院 後 の 軽 度 の 患 者 や 在 宅 で 通 院 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 行 っ て い る 患 者 へ の 十 分 な 対 応 は 困 難 で あ る ． こ の よ う な 状 況 に お い て 近 年 ， ロ ボ ッ ト 技 術 ， VR 技 術 を 応 用 し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン・福 祉 機 器 が 提 案 さ れ ，同 分 野 に お け る 問 題 解 決 の 一 役 を 担 う こ と が 期 待 さ れ て い る ． リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お い て ， ロ ボ ッ ト 技 術 ・ VR 技 術 を 応 用 し た 機 器 を 用 い る こ と は ， 次 の 利 点 が 考 え ら れ る ． 1.定 量 的 評 価 現 在 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お け る 患 者 の 評 価 は 療 法 士 の 主 観 に 依 存 す る 部 分 が 多 い こ と が 問 題 と な っ て い る が ，ロ ボ ッ ト 技 術 を 用 い る こ と に よ り 患 者 の 回 復 度 合 い を 定 量 的 に 評 価 す る こ と が 可 能 と な る ． 2.訓 練 の 質 向 上 ロ ボ ッ ト 技 術 を 利 用 し て ，再 現 性 の あ る 訓 練 を 提 供 す る こ と に よ り ，患 者 が 苦 痛 を 伴 う こ と な く ，効 果 的 な 訓 練 を 提 供 す る こ と で ，患 者 自 身 の 「 体 を 動 か す 」と い う 意 欲 を 高 め る ．訓 練 に 対 す る 患 者 の モ チ ベ ー シ ョ ン を 高 め る こ と に よ り ，疾 患 の 急 性 期 か ら 回 復 期 ，あ る い は 維 持 期 に お い て も ，機 能 回 復 を 促 進 さ せ る こ と が 可 能 と 考 え ら れ る ．ま た ，定 量 的 評 価 に 基 づ い て ，訓 練 内 容 を 構 成 す る こ と に よ り ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 質 の 向 上 に も つ な が る こ と が 期 待 さ れ る ． 3.訓 練 の 継 続 性 向 上 身 体 的 介 助 や ゲ ー ム 性 を 持 た せ る こ と に よ っ て ，訓 練 中 の 患 者 の 苦 痛 を 和 ら げ ，訓 練 時 間 や 回 数 の 増 加 に つ な が る と 考 え ら れ る ．ま た ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム が リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 専 門 病 院 以 外 の 施 設 に も 普 及 す れ ば ，こ れ ま で 手 薄 に な り が ち で あ っ た 退 院 後 の 患 者 へ の ケ ア を 手 厚 く す る こ と が で き る ． 4.療 法 士 の 訓 練 補 助 ロ ボ ッ ト 技 術 を 用 い て ， 訓 練 の 自 動 化 ， 半 自 動 化 を 図 る ． そ れ に よ り ， 理 学 療 法 士 や 作 業 療 法 士 の 身 体 的 負 担 を 軽 減 し ，療 法 士 は 治 療 や 訓 練 の 評 価 に よ り 専 念 す る こ と が で き る ． 5.新 し い 訓 練 の 提 案 従 来 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 手 法 と ロ ボ ッ ト 技 術 ， VR 技 術 を 組 み 合 わ せ る こ と に よ り ，現 行 の 訓 練 に は な い ，新 た な 訓 練 方 法 を 行 え る よ う に な り ， 訓 練 の 幅 が 広 が る ． こ こ で ，こ う い っ た 装 置 は 一 種 の 人 間 共 存 型 ロ ボ ッ ト で あ り ，安 全 性 は も ち ろ ん の こ と ，患 者 の 認 知 機 能 ，運 動 機 能 の 特 性 を 考 慮 し た 設 計 が 必 要 で あ る こ と を 追 記 し て お く ．
11
1.2 上肢リハビリテーション支援システムの現状
上 肢 の 運 動 は 神 経 学 的 に も 筋 組 織 学 的 に も 複 雑 で あ り ，そ の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ア プ ロ ー チ も 多 岐 に 亘 っ て い る ．ま た ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 現 場 に ロ ボ ッ ト シ ス テ ム を 導 入 す る 場 合 ，シ ス テ ム の 安 全 性 や 信 頼 性 に 対 す る 要 求 も 厳 し い ．そ の た め 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の 普 及 は 世 界 的 に 見 て も 遅 れ て い る の が 現 状 で あ る が ，研 究 レ ベ ル で は す で に い く つ も の シ ス テ ム が 提 案 さ れ て お り ， 中 に は 臨 床 評 価 を 行 っ て い る も の も あ る ． 例 え ば ， Krebs ら は 2 次 元 平 面 の 力 覚 提 示 シ ス テ ム （ MIT-MANUS） を 脳 卒 中 患 者 の 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に 応 用 し ，従 来 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 手 法 よ り も 優 れ た 訓 練 効 果 を 得 た と 報 告 し て い る（ 図 1-1）［ 7・8］．ま た ，三 菱 プ レ シ ジ ョ ン と 芝 浦 工 大 は 共 同 で ，同 じ く 2 次 元 平 面 の 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の 研 究 開 発 を 行 な っ て い る （ 図 1-2） [9]． 上 肢 を ３ 次 元 的 に 動 か す 訓 練 に 対 応 し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム と し て は ， Burgar ら が 開 発 し た MIME（ 図 1-3）， Sukal ら の ACT-3D（ 図 1-4） な ど が あ る ． MIME は 産 業 用 ロ ボ ッ ト Puma-560 を 使 用 し た シ ス テ ム で あ り ， ACT-3D で は FCS-MOOG 社 の 力 覚 提 示 シ ス テ ム HapticMaster を 使 用 し て い る ．こ れ ら は い ず れ も サ ー ボ モ ー タ を 用 い た 力 覚 提 示 シ ス テ ム で あ る ．12
図 1-2 Haptic Rehab System
図 1-3 MINE (VA center & Stanford Univ., USA)
図 1-4 ACT3D (North Western Univ., USA)
こ れ に 対 し ， 筆 者 の 所 属 す る 大 阪 大 学 の 古 荘 研 究 室 で は ， 粒 子 系 ER （ Electro-Rheological） 流 体 を 用 い た ブ レ ー キ ， ア ク チ ュ エ ー タ （ 以 後 ， ER ブ レ ー キ ， ER ア ク チ ュ エ ー タ ） を 開 発 し ， 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム に 応 用 し て い る ． EMUL（ 図 1-5） [10]は ER ア ク チ ュ エ ー タ を 駆 動 機 構 に 使 用 し て お り ， ロ ボ ッ ト ア ー ム の 最 大 速 度 を 機 構 的 に 制 限 で き る た め 高 い 安 全 性 を 確 保 し て
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い る ．ま た EMUL，セ ラ フ ィ（ 図 1-6）[11]を 用 い た 臨 床 試 験 で は ，脳 卒 中 片 麻 痺 に 対 す る 回 復 効 果 が 確 認 さ れ て い る ．し か し な が ら ，３ 次 元 で 大 き な 作 業 空 間 の 力 覚 提 示 を 実 現 す る た め に シ ス テ ム が 肥 大 と な り ，専 門 施 設 に よ る 研 究 用 途 を 対 象 と し た シ ス テ ム と な っ て い る ．
図 1-5 EMUL （ Osaka Univ.and Asahi kasei corp.,Japan）
図 1-6 Serafy （ Osaka Univ., Japan）
図 1-7 は ER ブ レ ー キ を 駆 動 機 構 に 使 用 し て い る ア ク チ ュ エ ー タ 非 搭 載 型 の 2 次 元 パ ッ シ ブ 型 シ ス テ ム で あ る ．モ ー タ ー を 用 い た ア ク テ ィ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム に 比 べ ，パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム は 提 示 可 能 な 力 覚 の 種 類 は 制 限 さ れ る が ，そ の 一 方 で ，モ ー タ ー を 用 い な い の で シ ス テ ム 全 体 を コ ン パ ク ト か つ 安 価 に す る こ と が で き る ． ま た ， パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム は ， 操 作 者 の 運 動 に 対 し て 抵 抗 を 提 示 す る シ ス テ ム で あ る の で ，何 ら か の 異 常 が あ っ て も ハ ン ド ル や ア ー ム が 自 ら 動 く こ と は な く ，本 質 的 に 安 全 で あ る ．ボ ー ル の 衝 突 感 や 粘 性 抵 抗 な ど は ブ レ ー キ シ ス テ ム で も 十 分 に 実 現 す る こ と が で き ，パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム を リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に 応 用 す る こ と は 大 き な 効 果 が 期 待 で き る ． パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム の 先 行 研 究 で は ， 駆 動 機 構 に 電 磁 ブ レ ー キ ，パ ウ ダ ー ブ レ ー キ を 用 い た パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム が 提 案 さ れ て き た が ， ブ レ ー キ の 応 答 速 度 な ど の 問 題 を 抱 え て い る ．
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一 方 で 本 研 究 に 使 用 す る 粒 子 系 ER 流 体 を 用 い た ブ レ ー キ は 高 速 か つ 正 確 に ブ レ ー キ 力 を 制 御 可 能 で あ る た め ，従 来 の 電 磁 ブ レ ー キ ，パ ウ ダ ー ブ レ ー キ を 用 い た パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム に 比 べ て 非 常 に 高 性 能 な 力 覚 提 示 を 実 現 し て い る ．
図 1-7 2-DOF Passive System （ Osaka Univ., Japan）
こ れ ま で に 我 々 は 独 自 に ，PLEMO-P-series (PLEMO-P-Prototype, PLEMO-P1, PLEMO-P2)の 開 発 を 行 っ て き た ．こ こ で 本 研 究 に て 開 発 し た PLEMO-P3 の 前 機 種 で あ る PLEMO-P1[12]の 機 構 に つ い て 概 説 す る（ PLEMO-P2 は PLEMO-P1 の 実 用 化 機 で あ る ）． 訓 練 者 は 椅 子 に 座 っ た 状 態 で ロ ボ ッ ト の ア ー ム 先 端（ ハ ン ド ル 部 ）を に ぎ り ，デ ィ ス プ レ イ に 映 さ れ た 仮 想 平 面 の 中 で 訓 練 や ゲ ー ム な ど を 行 う ．PLEMO シ ス テ ム は 力 覚 提 示 装 置 で あ る の で ，物 を 押 す 感 覚 や 速 度 に 比 例 す る 抵 抗 感 覚 な ど を 提 示 で き る ． 作 業 範 囲 は 600mm(W)×500mm(D)と し ， 手 先 発 生 力 は 作 業 範 囲 内 に お い て 4kg で あ る ．作 業 平 面 の 可 変 角 度 は -30～ 90deg で あ り ， 作 業 平 面 の 傾 斜 角 を 変 え る こ と に よ り 準 ３ 次 元 空 間 で の 訓 練 が 可 能 と な る ．
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1.3 体重免荷型トレッドミル歩行訓練の現状
リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 現 場 で は ， 歩 行 機 能 の 再 獲 得 は 重 要 な 課 題 で あ り ， 従 来 の 歩 行 訓 練 で は 下 肢 へ の 負 担 を 軽 減 す る た め に プ ー ル や 平 行 棒 （ 図 1-9） が 利 用 さ れ て い る ． し か し ， プ ー ル 等 を 使 用 し た 方 法 で は 患 者 一 人 で 訓 練 を 行 う こ と が 困 難 で あ り ，ま た 水 の 衛 生 管 理 も 問 題 と な り や す い ．最 も 安 価 な 平 行 棒 に よ る 方 法 は ，体 幹 の 支 持 性 低 下 や 平 衡 機 能 障 害 の あ る 人 に は リ ス ク が 高 い 上 に ， 患 者 の 客 観 的 な 評 価 が 難 し い な ど の 問 題 が 生 じ て い る ． そ こ で 医 療 現 場 で は 介 助 者 の 負 担 が 増 加 す る な ど の 問 題 が あ り ，患 者 が 安 全 に 歩 行 訓 練 を 行 え る 歩 行 支 援 シ ス テ ム が 求 め ら れ て い る ． 歩 行 は ，重 力 下 で の 動 作 で あ る こ と か ら そ の 訓 練 に お い て は ，患 者 自 身 の 体 重 が 大 き な 負 担 と な り ，介 助 者 に と っ て も そ の 負 担 が 大 き い と い う 問 題 が あ る ．そ こ で 患 者 が 安 全 に 歩 行 訓 練 を 行 え る 体 重 免 荷 装 置 を 用 い た ト レ ッ ド ミ ル 歩 行 訓 練 （ Body Weight Supported Treadmill Training： BWSTT） が 注 目 さ れ て い る ．BWSTT は ，脊 髄 不 全 損 傷 患 者 や 脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 の 歩 行 機 能 改 善 を 目 的 に 開 発 さ れ た 歩 行 訓 練 法 で あ り ，上 方 か ら ハ ー ネ ス を 用 い て 身 体 を 持 ち 上 げ ，下 肢 に か か る 荷 重 量 を 減 少 さ せ た 状 態 で ト レ ッ ド ミ ル 上 を 歩 行 さ せ る も の で ， 通 常 の 歩 行 訓 練 よ り 低 負 荷 で 歩 行 を 実 施 で き る も の で あ る ． 現 在 で は ，ス イ ス の Hocoma 工 学 社 の LOKOMAT（ 図 1-10），イ ン タ ー リ ハ 株 式 会 社 （ IRC） の ニ ュ ー ウ ェ イ ト （ 図 1-11）， (株 )フ ァ テ ッ ク の 歩 行 器 式 フ ロ ー ラ 等 が 体 重 免 荷 型 歩 行 支 援 装 置 と し て 商 品 化 さ れ て い る ．し か し ，こ れ ら の 体 重 免 荷 装 置 に は ，免 荷 量 が 一 定 に 保 持 で き な い こ と や ，重 心 の 水 平 移 動 が 妨 げ ら れ る こ と に よ っ て 歩 行 訓 練 が 阻 害 さ れ る と い う 問 題 が あ る ． 我 々 は ， こ れ ら の 問 題 を 解 決 す る た め に ， MR 流 体 ア ク チ ュ エ ー タ お よ び ロ ボ ッ ト ア ー ム の 開 発 に よ り ，定 常 的 な 体 重 免 荷 量 を 保 ち ，水 平 面 運 動 に つ い て は ， 自 由 に 移 動 可 能 な 機 構 を 搭 載 し た BWSTT シ ス テ ム を 開 発 し て い る ． 図 1-9 Parallel Bar16 図 1-10 LOCOMAT 図 1-11 New Weight
1.4 本研究の目的
こ の よ う な リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン お よ び リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の 現 状 を 受 け て ，本 研 究 で は 脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 を 対 象 と し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 実 用 段 階 に お け る 訓 練 機 器 と し て PLEMO-P3 お よ び BWSTT シ ス テ ム の 開 発 を 行 な っ て き た ． PLEMO-P3 は ER ブ レ ー キ の み を 用 い た パ ッ シ ブ 型 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム で あ り ，在 宅 や 介 護 保 険 施 設 等 で も 使 用 で き る よ う 安 全 性 を 重 視 し て い る ．最 大 限 に 操 作 者 の 安 全 を 保 障 で き る パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム を ベ ー ス と し て い る の で ，医 療 機 器 認 定 獲 得 を 容 易 に し ，製 造 者 責 任 に 対 す る 配 慮 の 軽 減 ，コ ス ト 低 減 ，コ ン パ ク ト 化 等 に 有 効 で あ る ．PLEMO シ ス テ17 ム と し て ，こ れ ま で に 我 々 は 独 自 に ，PLEMO-P-series (PLEMO-P-Prototype, PLEMO-P1, PLEMO-P2) ， ア ク テ ィ ブ ・ パ ッ シ ブ の 切 り 替 え 機 能 を 有 す る Hybrid-PLEMO の 開 発 を 行 っ て き た ． し か し ， こ れ ら の シ ス テ ム で は ， 訓 練 中 に お け る 脳 卒 中 患 者 の 共 同 運 動 パ タ ー ン の 検 出 が 十 分 で な く ，脳 卒 中 患 者 の 評 価 な ら び に 治 療 へ の 効 果 を 更 に 高 め る た め に ， 新 た に PLEMO-P3 の 開 発 が 必 要 と な っ た ．こ こ で い う 共 同 運 動 パ タ ー ン と は ，中 枢 性 麻 痺 に お い て 回 復 の 途 上 で 見 ら れ る 正 常 と は 質 的 に 異 な っ た「 異 常 」な 運 動 パ タ ー ン の こ と で あ る ．こ れ は 麻 痺 か ら の 回 復 過 程 で 見 ら れ る 原 始 的 な 脊 髄 レ ベ ル の 運 動 統 合 の 表 出 と 考 え ら れ て お り ，わ ず か な 随 意 運 動 が 可 能 に な っ た 時 点 か ら ，自 ら の 意 志 に よ っ て 引 き 起 こ す こ と が で き る 一 定 の 固 定 し た パ タ ー ン に よ る 半 随 意 的 ・ 半 不 随 意 的 運 動 で あ る [1]． 共 同 運 動 パ タ ー ン が 出 現 し て い る 患 者 は 分 離 運 動 の 獲 得 を 目 指 す こ と に よ り ，上 肢 の 実 用 度 を 上 げ る こ と が で き る [13]．損 傷 脳 に お い て ，損 傷 を 免 れ た 神 経 細 胞 が 損 傷 さ れ た 神 経 細 胞 の 役 割 を 代 行 す る 可 塑 性 が あ り ，こ の 可 塑 性 の 発 現 は 使 用 頻 度 依 存 的 で あ る こ と [14]， ま た ,麻 痺 を 効 率 的 に 回 復 さ せ る た め に は 何 ら か の 方 法 を 用 い て 患 者 が 意 図 し た 運 動 を 実 現 さ せ ，そ れ ら を 反 復 す る こ と に よ っ て 神 経 路 を 強 化 す る こ と が 有 効 で あ る こ と ,そ し て 麻 痺 の 回 復 初 期 に は 運 動 に よ り 多 く の 中 枢 の 神 経 細 胞 を 動 員 し て い る が ，麻 痺 回 復 に つ れ て よ り 少 数 の 神 経 細 胞 で そ れ が 可 能 に な る こ と か ら ，分 離 運 動 を 目 指 し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン が 有 効 と 考 え ら れ て い る [15]． 本 研 究 で は リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 現 場 に 上 肢・下 肢 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム を 導 入 す る こ と に よ っ て ，効 果 的 な 評 価 や 訓 練 方 法 を 提 示 す る こ と を 目 的 と し て い る ． 図 1-12 Externals of PLEMO-P3 そ の た め ，上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム に お い て は ，客 観 的 に 共 同 運 動 を 含 め た 脳 卒 中 片 麻 痺 の 症 候 を 検 出 す る た め の 新 規 グ リ ッ プ を 搭 載
18 し た PLEMO-P3（ 図 1－ 12 参 照 ） を 開 発 し ， 従 来 か ら 用 い ら れ て い る 運 動 機 能 評 価 方 法 と の 相 関 関 係 の 検 証 を 行 な う ．こ れ に て ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 現 場 に リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム を 導 入 す る 際 に 必 要 と な る 客 観 的 な 評 価 指 標 を 作 成 す る こ と が 可 能 と な る ．ま た ，脳 卒 中 片 麻 痺 の 特 徴 に 応 じ た 訓 練 方 法 を 提 案 す る こ と ，そ し て 臨 床 実 験 か ら そ の 訓 練 効 果 に つ い て の 検 討 も 行 な う ．更 に ，パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム 特 有 の 欠 点 で あ る 正 確 な 力 覚 提 示 方 向 の 制 御 を 補 完 す る た め に ， 冗 長 個 数 の ブ レ ー キ を 搭 載 し た Reduntan PLEMO-Prototype の 開 発 を 行 い 、 パ ッ シ ブ 型 力 覚 提 示 シ ス テ ム を 用 い た ，上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の 実 用 化 へ 向 け た 基 礎 的 な 研 究 を 行 な う ． 下 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム に つ い て は ，先 述 の 問 題 点 を 解 決 す る た め に ， MR 流 体 ア ク チ ュ エ ー タ を 利 用 し ， 新 た に 開 発 し た ロ ボ ッ ト ア ー ム を 搭 載 し た 体 重 免 荷 型 ト レ ッ ド ミ ル 歩 行 訓 練 シ ス テ ム を 開 発 す る ．こ れ に て ，定 常 的 な 体 重 免 荷 量 を 行 い ，水 平 面 運 動 に つ い て は ，自 由 に 移 動 可 能 な 機 構 の 体 重 免 荷 型 ト レ ッ ド ミ ル 歩 行 訓 練 シ ス テ ム を 開 発 を 行 い ， 報 告 す る ．
1.5 本論文の構成
本 論 文 は 9 章 か ら 成 っ て お り ， 各 章 の 概 要 は 以 下 の よ う に な っ て い る ． 第 2 章 で は ，本 研 究 の 基 礎 知 識 と し て ，本 研 究 で 使 用 す る 装 置 と 工 学 的 な 類 似 点 の 多 い 研 究 な ら び に ， 本 研 究 に て 開 発 す る PLEMO-P3 の 前 機 種 で あ る PLEMO-P1 の 基 本 機 構 に つ い て 紹 介 す る ． ま た ，障 害 の 分 類 と 各 障 害 に 対 す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 概 要 ，脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 特 徴 を 述 べ た 後 に ，本 研 究 で 用 い る 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 評 価 手 法 に つ い て 述 べ る ． 第 3 章 で は ，脳 卒 中 患 者 の 異 常 運 動 で あ る 共 同 運 動 の 症 候 を 客 観 的 に 検 出 す る た め に 開 発 し た PLEMO-P3 と そ の 臨 床 評 価 と し て ， 脳 卒 中 患 者 と 健 常 者 の 評 価 結 果 に つ い て 述 べ る ． 第 4 章 で は ， PLEMO-P3 の 臨 床 評 価 の 有 効 性 を 検 証 す る た め の 詳 細 な 臨 床 評 価 ， つ ま り ， PLEMO-P3 の 評 価 結 果 と 従 来 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 評 価 結 果 に つ い て の 相 関 性 を 統 計 学 的 に 検 討 し た 内 容 に つ い て 述 べ る ． 第 5 章 で は ，脳 卒 中 の 運 動 麻 痺 の 症 候 に 基 づ き 開 発 を 行 っ た 訓 練 ソ フ ト を PLEMO-P3 に 搭 載 し ， こ れ ら の 訓 練 プ ロ グ ラ ム の 効 果 を 検 証 す る た め に 実 施 し た 実 験 の 結 果 に つ い て 述 べ る ． 第 6 章 で は ， PLEMO-P3 の 訓 練 効 果 の 有 効 性 に つ い て 対 象 者 を 増 や し た 再 検 証 の 結 果 ， な ら び に PLEMO-P3 自 体 の 評 価 結 果 に お け る ， 項 目 間 の 相 関 性 を 検 討 し ， 実 用 化 機 （ PLEMO-P4） 開 発 の 可 能 性 に つ い て 述 べ る ． 第 7 章 で は ，相 対 角 度 に 対 し て は た ら く 冗 長 ブ レ ー キ を 搭 載 し た ，2 自 由19 度 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム Redundant-PLEMO-Prototype に つ い て 述 べ る ．加 え て ，2 自 由 度 力 覚 提 示 シ ス テ ム の 新 た な 評 価 方 法 ，そ し て 本 シ ス テ ム の 力 覚 提 示 実 験 の 結 果 に つ い て も 述 べ る ． 第 8 章 で は ， MR 流 体 ア ク チ ュ エ ー タ に よ る 免 荷 機 構 と 重 心 移 動 機 構 を 有 す る ，新 規 に 開 発 を 行 っ た 体 重 免 荷 装 置 を 用 い た ト レ ッ ド ミ ル（ Body Weight Supported Treadmill Training： BWSTT） シ ス テ ム に つ い て 述 べ る ．
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参 考 文 献
[1]上 田 敏 ： 目 で み る 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ． 東 京 大 学 出 版 会 ， 2000. [2]宮 井 一 郎：“ リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 医 学 の 新 し い 流 れ ”，先 端 医 療 シ リ ー ズ ，36： 94－ 99， 2005． [3]久 保 田 競 ， 宮 井 一 郎 編 集 ： 脳 か ら み た リ ハ ビ リ 治 療 ． ブ ル ー バ ッ ク ス ， 講 談 社 ， 2005． [4]首 藤 貴 ： 上 肢 動 作 の 運 動 パ タ ー ン と 機 能 － 特 に 障 害 手 に よ る 食 事 動 作 を 中 心 に － ． 総 合 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ， 11(8)： 667-674， 1983． [5]厚 生 労 働 省 告 示 92 号（ 平 成 18 年 03 月 06 日 ）“ 診 療 報 酬 の 算 定 方 法 ”，H001， 厚 生 労 働 省 法 令 等 デ ー タ ベ ー ス シ ス テ ム ． http://wwwhourei.mhlw.go.jp/hourei/. [6]特 集 ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 専 門 職 種 の 現 状 と 問 題 点 ．総 合 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ， 27(4)： 301-336， 1999.[7] Krebs, H.I., Volpe, B.T., Aisen, M.L. and Horgan, N.: “ Increasing productivity and quality of care: Robot-aided neuro-rehabilitation,” Journal of Rehabilitation Research and Development, 37(6): 639-652, 2000.
[8] Krebs, H.I., Dipietro, L., Levy-Tzedek, S., Fasoli, S.E., Rykman-Berland, A., Zipse, J., Fawcett, J.A., Stein, J., Poizner, H., Albert, C.LO., Volpe, V.T. and Hogan, N.: A Paradigm Shift for Rehabilitation Robotics. IEEE In Engineering in Medicine and Biology Magazine, 27(4): 61-70, 2008.
[9] Takahashi, Y., Terade, T., Andy. Ito, K. I., Lee, H., and Komeda, T.: Upper-Limbs Rehabilitation Exercises Using Haptic Device System. International Journal of Human-friendly Welfare Robotics Systems,4(2): 18-22, 2003. [10]古 荘 純 次 ， 小 柳 健 一 ， 片 岡 次 郎 ， 笠 潮 ， 井 上 昭 夫 ， 竹 中 重 和 ： 三 次 元 上 肢 リ ハ ビ リ 訓 練 シ ス テ ム の 開 発（ 第 1 報：ER ア ク チ ュ エ ー タ を 用 い た 機 構 お よ び シ ス テ ム 全 体 の 開 発 ） .日 本 ロ ボ ッ ト 学 会 誌 ， 23(5)： 123-130， 2005． [11]古 荘 純 次 ， 志 智 直 人 ： 高 い 安 全 性 を 有 す る ６ 自 由 度 上 肢 リ ハ ビ リ 支 援 ロ ボ ッ ト ． 日 本 生 活 支 援 工 学 会 誌 , 5（ 2）： 4 ， 2006. [12]菊 池 武 士 , 古 荘 純 次 , 金 英 , 胡 星 皓 , 福 島 一 樹 , 井 上 昭 夫 ： 準 ３ 次 元 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 訓 練 支 援 シ ス テ ム「 Ｐ Ｌ Ｅ Ｍ Ｏ（ プ レ モ ）」の 開 発 に 関 す る 基 礎 研 究 ． 日 本 Ｖ Ｒ 医 学 会 誌 ， 5（ 1）： 24-31， 2007. [13]藤 原 俊 之 ： 上 肢 機 能 障 害 へ の ア プ ロ ー チ 脳 卒 中 片 麻 痺 ． 総 合 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ， 35(11)： 1303-1308， 2007． [14]川 平 和 美 , 田 中 信 行 ： 脳 に お け る 情 報 処 理 と 可 塑 性 の 神 経 生 理 学 的 背 景 に つ い て ． リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 医 学 ， 32(10)： 670-678， 1995.
21 [15]川 平 和 美：リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 最 前 線 － 麻 痺 回 復 へ の 挑 戦 と 戦 略 － ．鹿
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第 ２ 章
脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン
に関する基礎知識
2.1 緒言
本 研 究 で は 脳 卒 中 患 者 を 対 象 と し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の 開 発 を 行 う た め ， 現 行 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に 関 す る 知 識 が 不 可 欠 で あ る ． そ こ で 本 章 で は ま ず 障 害 の 分 類 と 各 障 害 に 対 す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に つ い て 述 べ ，本 研 究 で 対 象 と す る 範 囲 を 明 確 に す る ．さ ら に 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 特 徴 に つ い て 解 説 し ，本 研 究 と 関 連 の あ る 評 価 手 法 お よ び 訓 練 手 法 を 紹 介 す る ．2.2 障害とリハビリテーション
2.2.1 障 害 の 構 造
障 害 と は 疾 患（ 外 傷 や 一 時 的 な 異 常 を 含 む ）の 結 果 起 こ っ た「 生 活 上 の 困 難 ・ 不 自 由 ・ 不 利 益 」 で あ る ． 障 害 は 以 下 の よ う に 分 類 さ れ ， 図 2-13 の よ う に 複 雑 な 構 造 を も っ て い る ．リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 正 し く 進 め て い く た め に は ， こ れ ら を 正 し く 把 握 す る こ と が 不 可 欠 で あ る ． 1.機 能 ・ 形 態 障 害 生 物 レ ベ ル で と ら え た 障 害 で ，麻 痺 ，失 語・失 行・失 認 な ど が こ れ に 当 た る ． 疾 患 か ら 直 接 起 こ っ て く る 障 害 で あ る と い え る ． 2.能 力 障 害 個 人 レ ベ ル で と ら え た 障 害 で ， 歩 行 障 害 ， 日 常 生 活 動 作 （ ADL） 障 害 ， 職 業 能 力 障 害 な ど で あ る ．機 能・形 態 障 害 が 原 因 と な っ て 起 こ る ．機 能・形 態 障 害 の 回 復 に 限 界 が あ っ て も ， 補 助 手 段 の 利 用 な ど で 相 当 に 改 善 さ せ う る ． 3.社 会 的 不 利 社 会 的 存 在 と し て の 人 間 の レ ベ ル で と ら え た 障 害 で ，能 力 障 害 だ け で な く ， 疾 患 や 機 能 ・ 形 態 障 害 も 含 め ， こ れ ら と 環 境 の 「 積 」 と し て 起 こ っ て く る ． 失 職 ， 職 場 ・ 家 庭 で の 役 割 の 喪 失 ， 経 済 的 困 難 等 で あ る ．23 4.体 験 と し て の 障 害 上 記 の 客 観 的 障 害 に 対 し て ，こ れ は 主 観 的 障 害 で あ る ．自 分 が 生 き る 価 値 の な い 人 間 に な っ た と い う「 価 値 の 喪 失 」を 中 核 と し て お り ，そ れ は「 障 害 者 は 価 値 の 低 い も の 」と い う 偏 見 が 本 人 自 身 の 心 ま で を も 支 配 し て い る た め に ほ か な ら な い ． 図 2-13 Composition of Disturbance
2.2.2 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 基 本 的 ア プ ロ ー チ
機 能・形 態 障 害 の「 治 療 」は 重 要 で あ る ．回 復 の メ カ ニ ズ ム を 研 究 し ，そ れ に 基 づ い た 効 果 的 な 技 法 を 開 発 し て い く 努 力 は 確 実 に 続 け ら れ て お り ，そ の 進 歩 も 著 し い ．し か し ，機 能・形 態 障 害 の 回 復 の 結 果 と し て 能 力 障 害 が 改 善 す る こ と だ け に 期 待 す る の で は な く ，直 接 能 力 障 害 の「 代 償 」を は か る こ と も 重 要 で あ り ， そ の 有 用 性 は 極 め て 高 い ． 社 会 的 不 利 の 改 善 も 本 人 の 能 力 障 害 改 善 だ け が 唯 一 の 方 法 で は な く ，環 境 を 変 え る こ と で 直 接 社 会 的 不 利 を 改 善 す る こ と も で き る ．以 下 に 各 障 害 に 対 す る 基 本 的 な ア プ ロ ー チ を ま と め る [1]． 直 接 機 能 ・ 形 態 障 害 レ ベ ル に 対 す る 「 治 療 」 的 ア プ ロ ー チ 1.麻 痺 （ 末 梢 性 ・ 中 枢 性 ）， 失 調 症 ， そ の 他 の 身 体 的 障 害 の 回 復 促 進 2.二 次 的 合 併 症 ， 特 に 廃 用 症 候 群 （ 体 力 低 下 を 含 む ） の 予 防 と 治 療 3.失 語 ・ 失 行 ・ 失 認 な ど の 高 次 脳 機 能 障 害 の 回 復 促 進 直 接 能 力 障 害 レ ベ ル に 対 す る 「 代 償 」 的 ア プ ロ ー チ 1.健 常 部・健 常 機 能 の 強 化 と 開 発 に よ る 能 力 回 復（ 非 利 き 手 に よ る 書 字 ， 対 麻 痺 の 上 肢 筋 力 強 化 に よ る 移 動 能 力 の 向 上 な ど ） 2.義 肢 ・ 装 具 ， 杖 ， 車 椅 子 ， コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン エ イ ド そ の 他 の 機 器 ， 補 助 具 に よ る 能 力 の 拡 大24 3.行 為 の 新 し い 手 順 の 学 習 ・ 習 熟 に よ る 日 常 生 活 動 作 （ ADL）， 社 会 生 活 行 為 ， 職 業 上 必 要 な 能 力 ， そ の 他 生 活 上 必 要 な 能 力 の 向 上 4.社 会 生 活 技 能 訓 練 な ど に よ る 対 人 関 係 技 能 の 開 発 ・ 向 上 直 接 社 会 的 不 利 レ ベ ル に 対 す る 「 環 境 改 善 」 的 ア プ ロ ー チ 1.家 屋 の 改 造 の 指 導 2.家 族 指 導 （「 自 立 を 目 指 し た 介 助 」 の 技 法 の 指 導 な ど ） 3.職 業 復 帰 の 促 進 （ 会 社 へ の 働 き か け ， 職 業 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン サ ー ビ ス へ の 紹 介 な ど ） 4.趣 味 ，ス ポ ー ツ ，旅 行 ，レ ク リ エ ー シ ョ ン ，そ の 他 人 生 の 質（ QOL）の 向 上 に つ な が る 社 会 的 サ ー ビ ス へ の 紹 介 5.（ 子 供 の 場 合 ） 適 切 な 教 育 を 受 け る 機 会 が 得 ら れ る よ う 関 係 機 関 （ 普 通 学 校 ま た は 養 護 学 校 ） へ の 働 き か け 6.（ 重 度 者 の 場 合 ） 介 護 者 の 確 保 ， 家 族 の 負 担 軽 減 の た め の 福 祉 的 サ ー ビ ス へ の 紹 介 7.所 得 補 償 制 度（ 障 害 年 金 ，手 当 な ど ），家 屋 改 造 費 用 の 公 的 負 担 そ の 他 の 福 祉 的 諸 制 度 の 利 用 の 援 助 直 接 体 験 と し て の 障 害 の レ ベ ル に 対 す る 「 心 理 」 的 ア プ ロ ー チ 1.患 者 教 育 － 「 障 害 と 共 に 生 き る 」 こ と の 心 構 え と 実 際 的 知 識 の 指 導 2.家 族 指 導 － 障 害 の あ る 人 と し て の 患 者 を 受 容 す る こ と の 指 導 3.以 上 を 通 じ て の「 障 害 の 受 容 」（ 障 害 に 関 す る 価 値 観 の 転 換 ）達 成 に 向 け て の 援 助 こ こ で 挙 げ た ア プ ロ ー チ 以 外 に ，例 え ば 歩 行 用 装 具 の 使 用 が 麻 痺 の 回 復 を 促 進 す る ，ADL 能 力 の 向 上 が 生 活 の 活 性 化 に 役 立 ち ，そ の 結 果 廃 用 症 候 群 が 改 善 す る な ど ， 異 な っ た レ ベ ル 間 の 相 互 作 用 も 重 要 で あ る ．
2.2.3 本 研 究 で 対 象 と す る 範 囲
前 章 で 述 べ た よ う に ，本 研 究 は 脳 卒 中 患 者 を 対 象 と し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム の 開 発 を 目 的 と し て い る ．脳 卒 中 患 者 の 60%以 上 は ，運 動 麻 痺 ，言 語 障 害 ，視 野 障 害 ，あ る い は 記 憶 障 害 や 情 緒 障 害 等 ，様 々 な 後 遺 症 が 残 る ．こ れ ら の 後 遺 症 の う ち 本 研 究 で は 主 に 運 動 麻 痺 を 扱 う ．ま た ，前 述 の よ う な 障 害 の 分 類 と い う 観 点 で は 主 に 機 能 障 害 に 焦 点 を 当 て ，機 能 障 害 の 評 価 や 機 能 回 復 訓 練 を 支 援 す る シ ス テ ム の 開 発 を 目 指 す ．25
2.3 脳卒中リハビリテーション
2.3.1 中 枢 性 麻 痺 特 有 の 回 復 過 程
脳 卒 中 ，脳 性 麻 痺 ，そ の 他 脳 脊 髄 疾 患 に 見 ら れ る 麻 痺 は ，末 梢 神 経 の 異 常 に よ る 末 梢 性 麻 痺 と は 根 本 的 に 異 な っ た も の で あ り ，中 枢 性 麻 痺 と 呼 ば れ る ． 中 枢 性 麻 痺 は そ の 回 復 途 上 に「 共 同 運 動 」と 呼 ば れ る 質 的 に 異 常 な 運 動 が 出 現 し ，さ ら に 回 復 が 進 め ば 正 常 な 状 態 に 戻 る ．共 同 運 動 と は ，複 数 の 関 節 を あ る 一 定 の パ タ ー ン に 沿 っ て し か 動 か せ な い 運 動 で あ る ．上 肢 の 共 同 運 動 の パ タ ー ン と し て は 屈 筋 共 同 運 動 パ タ ー ン ， 伸 筋 共 同 運 動 パ タ ー ン が あ る ． こ れ ら の 運 動 パ タ ー ン は ， 図 2-14 に 示 す よ う な 上 肢 の 動 作 が 表 2-1 の よ う に 組 み 合 わ さ っ た も の で あ る ． た だ し 手 関 節 の パ タ ー ン は 個 人 差 が 大 き く ， こ こ で は 比 較 的 多 い 型 を 示 し て い る ．共 同 運 動 が 支 配 的 な 状 態 で は こ れ ら の パ タ ー ン か ら は ず れ た 運 動 は 不 可 能 で あ る ．図 2-14 Flexor and Extensor Synergy Movement Pattern
表 2-1 Synergy Movement 上 肢 屈 曲 共 同 運 動 肩 甲 帯 の 後 退 、 肩 外 転 ・ 外 旋 、 肘 屈 曲 、 前 腕 回 外 上 肢 伸 展 共 同 運 動 肩 甲 帯 固 定 、 肩 内 転 ・ 内 旋 、 肘 伸 展 、 前 腕 回 内 下 肢 屈 曲 共 同 運 動 股 関 節 屈 曲 ・ 外 転 ・ 外 旋 、 膝 屈 曲 、 足 背 屈 ・ 内 反 下 肢 伸 展 共 同 運 動 股 関 節 伸 展 ・ 内 転 ・ 内 旋 、 膝 伸 展 、 足 底 屈 ・ 内 反 末 梢 性 麻 痺 の 回 復 は 筋 出 力 と 量 的 に 相 関 す る こ と に 対 し 、 中 枢 性 麻 痺 の 回 復 過 程 は 質 的 変 化 で あ り ， 筋 出 力 の み で は な く ， 表 2-2 に 示 す Brunnstrom Recovery Stage Ⅰ ～ Ⅵ に 分 類 さ れ る よ う な 運 動 パ タ ー ン の 変 化 を 伴 う ． こ の
26 回 復 過 程 は ま ず ， 完 全 麻 痺 （ Stage Ⅰ ） か ら は じ ま っ て ， 回 復 初 期 に は 質 的 に 異 常 な 諸 種 の 現 象 が 出 現 し （ Stage Ⅱ ）， そ れ が 頂 点 に 達 す る （ Stage Ⅲ ）． や が て 次 第 に そ れ が 弱 ま っ て （ Stage Ⅳ お よ び Ⅴ ）， 質 的 に 正 常 な 状 態 に 戻 る （ Stage Ⅵ ） [1]（ 図 2-15）．
表 2-2 Brunnstrom Recovery Stage Stage Ⅰ 完 全 弛 緩 性 麻 痺 Stage Ⅱ 痙 縮 ・ 連 合 反 応 の 出 現 Stage Ⅲ 痙 縮 亢 進 ・ 共 同 運 動 の 出 現 Stage Ⅳ 痙 縮 減 少 ・ 中 枢 部 の 分 離 運 動 出 現 Stage Ⅴ 痙 縮 減 少 ・ 末 梢 部 の 分 離 運 の 出 現 Stage Ⅵ 筋 緊 張 ・ 運 動 パ タ ー ン の 正 常 化
図 2-15 Recovery Process of Stroke and Brunnstrom Recovery Stage こ の よ う に 中 枢 性 麻 痺 の 回 復 段 階 に は 共 同 運 動 が 深 く 関 わ っ て お り ，脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 の 回 復 状 態 を 評 価 す る 際 は ，共 同 運 動 の 有 無 や 程 度 を 正 し く 評 価 す る こ と が 不 可 欠 と な る ．
2.3.2 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 注 意 点
全 て の 中 枢 性 麻 痺 の 例 が 前 節 で 述 べ た 回 復 過 程 を 順 調 に た ど っ て 完 全 回 復 ま で 到 達 で き る わ け で は な く ，脳 病 変 そ の も の に よ る 限 界 が あ る ．し か し ， 脳 病 変 に よ る 限 界 と は 別 に ， 本 来 の 正 し い 回 復 過 程 を は ず れ ， 図 2-15 に 示 す よ う な「 袋 小 路 」へ 入 り 込 ん で し ま う こ と が あ る ．こ れ は 誤 っ た 訓 練 等 に よ り か え っ て 異 常 な 運 動 パ タ ー ン を 再 学 習 す る こ と で ，そ れ ら か ら の 離 脱 を ま す ま す 困 難 に し て い る と い っ た 現 象 で あ る ．例 え ば 自 己 流 の 訓 練 に よ り 屈27 筋 群 の み を 強 化 し て し ま い ，伸 筋 群 の 機 能 回 復 が 妨 げ ら れ た り ，共 同 運 動 の み を 利 用 す る 訓 練 を 続 け た た め に 共 同 運 動 の パ タ ー ン か ら 脱 却 で き な く な る な ど と い っ た 場 合 で あ る ．現 行 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン と 同 様 に ，ロ ボ ッ ト を 導 入 し た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 行 う 際 に も ，上 記 の よ う な 現 象 に 注 意 す る こ と が 必 要 で あ る ．
2.4 脳卒中リハビリテーション評価法
リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お け る 運 動 機 能 障 害 の 評 価 法 に は ，評 価 す る 内 容 が 機 能 障 害 の 本 質 に 合 っ て い る こ と（ 妥 当 性 ）と そ の 結 果 が リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 目 標 設 定 や プ ロ グ ラ ム の 立 案 に 役 立 つ こ と（ 実 用 性 ）が 求 め ら れ る ．本 研 究 で は 従 来 の 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 評 価 手 法 の 中 か ら ，妥 当 か つ 実 用 的 だ と だ と 思 わ れ る 評 価 手 法 を 取 り 入 れ て 臨 床 試 験 ，臨 床 評 価 を 行 な っ て い る ． 本 節 で は 本 研 究 で 使 用 す る 以 下 の 評 価 手 法 に つ い て 紹 介 す る ．2.4.1
Brunnstrom Recovery Stage（ BRS）
Brunnstrom Recovery Stage (以 下 ， BRS） は 臨 床 的 観 点 か ら ， 脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 に 共 通 し て み ら れ る 定 型 的 運 動 要 素 で あ る 共 同 運 動 を 中 心 概 念 と し て ，片 麻 痺 の 回 復 過 程 を 6 段 階 に 順 位 付 け し た も の で あ る [2]．日 本 の 理 学・ 作 業 療 法 士 の 間 で は 最 も 使 用 さ れ て い る 臨 床 的 評 価 法 の 1 つ で あ る ．BRS の 各 ス テ ー ジ に お け る 共 同 運 動 の 特 徴 に 関 し て は 表 2-2，中 枢 性 麻 痺 の 回 復 過 程 と BRS と の 関 係 は 図 2-15 を 参 照 ．
2.4.2 Fugl-Meyer Assessment（ FMA）
Fugl-Meyer
Assessment
(以 下 ， FMA） は 上 肢 ， 下 肢 の 運 動 機 能 に つ い て 片 麻 痺 の 回 復 に 沿 っ た 5 段 階 で 条 件 を 付 与 し ，さ ら に 手 関 節 ，手 指 機 能 と 協 調 性 を 含 め た 運 動 機 能 の 0，1，2 点 の 配 点 評 価 を 行 な っ て い る [3]．そ の 他 ， バ ラ ン ス ，感 覚 機 能 ，他 動 的 関 節 可 動 域 ，関 節 の 運 動 時 痛 に つ い て も 同 じ く 評 価 し ，運 動 機 能 の 項 目 の 合 計 が 100 点 満 点 ，そ の 他 を 含 め て 226 点 満 点 と な る 評 価 法 で あ る （ 図 2-16,17）． 他 の 評 価 法 に 比 べ る と そ の 内 容 は 詳 細 で は あ る が ， 逆 に 検 査 に 時 間 を 要 す る こ と が 難 点 で あ る .28
29
図 2-17 Fugl-Meyer Assessment ２
2.4.3 脳 卒 中 機 能 障 害 評 価 法 （ SIAS）
脳 卒 中 機 能 障 害 評 価 法 （ Stroke Impairment Assessment Set:以 下 ， SIAS） は 脳 卒 中 患 者 の 総 合 的 な 評 価 法 で ，そ の 中 の 一 部 と し て 上 肢（ 2 項 目 ）の 麻 痺 側 運 動 機 能 評 価 項 目 が あ る [4]． 各 測 定 項 目 と も 共 通 し て 0 か ら 5 点 の 6 段 階 の 評 定 で ，各 運 動 課 題 を 非 麻 痺 側 と 同 様 な 筋 力 と 協 調 性 で 実 施 で き る こ と が 最 高 点 の 基 準 と な っ て い る ． 0 か ら 3 ま で は 徒 手 筋 力 検 査 （ MMT） に 順
30 じ た 基 準 ，3 か ら 5 ま で は 協 調 性 の 視 点 が 加 わ っ て お り ，筋 出 力 と 協 調 性 の 両 面 か ら 脳 卒 中 患 者 の 運 動 機 能 を 捉 え て い る ．図 2-18 は SIAS の 上 肢 に 関 す る 評 価 項 目 で あ る ． SIAS は 共 同 運 動 と い う 視 点 は な い が ， 筋 出 力 ・ 協 調 性 の 低 下 と い っ た 中 枢 性 運 動 麻 痺 に 重 要 な 特 性 を 捉 え て お り ，簡 便 に 運 動 麻 痺 の 全 体 像 を つ か む 上 で は 使 用 し や す い 評 価 法 で あ る ．
31
2.4.4 簡 易 上 肢 機 能 検 査 （ STEF）
簡 易 上 肢 機 能 検 査 （ Simple Test for Evaluating Hand Function:STEF） は 上 肢 の 動 作 能 力 ，特 に 動 き の 早 さ を 客 観 的 に ，し か も 簡 単 に 短 時 間 に 把 握 す る 目 的 で 開 発 さ れ た も の で あ る ．こ の 検 査 を 実 施 す る こ と に よ っ て 主 に 以 下 の ３ 点 を 確 認 す る こ と が で き る [5,6]． 療 法 士 が 傍 に つ い た 状 態 で ，検 査 用 具 を 用 い て 上 肢 の 動 作 能 力 を 測 定 す る （ 図 2-19）．健 側 ，麻 痺 側 を 交 互 に 測 定 す る ．た だ し ，両 肢 に 麻 痺 が あ る 場 合 ，麻 痺 の 軽 い ほ う か ら 測 定 を 行 う ．す べ て の 測 定 項 目 に 制 限 時 間 が 設 け て あ り ，測 定 中 ，検 者 は 訓 練 の 所 要 時 間 を 計 る の み な ら ず ，検 査 中 の 被 験 者 を 観 察 し ， 動 き の 制 限 が 何 に 起 因 す る の か を 分 析 す る こ と が 求 め ら れ る ．
図 2-19 Appearance of Clinical Evaluation
検 査 用 具 に 対 象 物 を 配 置 し ，特 定 の 場 所 か ら 別 の 場 所 へ 対 象 物 を 制 限 時 間 内 に 移 動 さ せ る こ と が 求 め ら れ る（ 測 定 器 具：図 2-20 参 照 ）．対 象 物 の 大 き さ や ，形 ，ま た 対 象 物 を 配 置 す る 初 期 位 置 ，移 動 先 の 位 置 な ど は 測 定 項 目 に よ っ て 異 な っ て い る ． 全 部 で 10 の 検 査 項 目 が あ り ， そ れ ぞ れ の 検 査 項 目 に 評 価 指 標 が 設 け ら れ て お り ， 評 価 指 標 に 基 づ い て 評 価 を 行 う ． 図 2-20 Apparatus of Evaluation
32 健 側 ，麻 痺 側 と も に 測 定 を 行 い ，得 点 を 算 出 す る（ 図 2-21 参 照 ）．各 検 査 項 目 ご と に 健 常 者 デ ー タ に よ り 算 出 さ れ た 10 段 階 の 評 点 基 準 が 設 定 さ れ て い る ． 運 搬 所 要 時 間 は 10 点 か ら 1 点 に 区 分 さ れ ， 総 計 100 点 満 点 と な っ て い る ．ま た ，各 検 査 の 合 計 得 点 は 別 に 表 示 さ れ て い る 年 齢 区 分 ご と の 得 点 値 と 対 比 す る こ と で ，障 害 の 程 度 が 精 査 さ れ る ．こ の 検 査 は 障 害 の 有 無 を 問 わ ず 利 用 が 可 能 で あ り ，上 肢 の 動 作 能 力 の 程 度 を 主 と し て 速 度 の 面 か ら 把 握 す る こ と が 特 徴 で あ る ．
33
参 考 文 献
[1]上 田 敏 ： 目 で み る 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ． 東 京 大 学 出 版 会 ， 2000.
[2] Brunnstrom, S.: Movement therapy in hemiplegia. Harper and Row, 1970.
[3] Fugl-Meyer, A.R., Jääskö, L., Leyman, I., Olsson, S., Steglind, S.: The post-stroke hemiplegic patient. 1. a method for evaluation of physical performance. Scandinavian journal of rehabilitation medicine, 7(1): 13-31, 1975.
[4]道 免 和 久 ,才 藤 栄 一 ,園 田 茂 ,千 野 直 一 ,木 村 彰 男 ,里 宇 明 元 ,野 田 幸 男 ,大 塚 友 吉 ： 脳 卒 中 機 能 障 害 評 価 セ ッ ト , Stroke Impairment Assessment Set(SIAS):(2)麻 痺 側 運 動 機 能 評 価 項 目 の 信 頼 性 と 妥 当 性 の 検 討 ． リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 医 学 ， 30(5)： 310-314， 1993．
[5]寺 田 千 秀 ： 簡 易 上 肢 機 能 検 査 (STEF)． 作 業 療 法 ジ ャ ー ナ ル ， 38(7)： 681 － 686， 2004．
[6]金 子 翼：簡 易 上 肢 機 能 検 査（ Simple Test for Evaluating Hand Function） 手 引 書 ， 酒 井 医 療 株 式 会 社 ．
34
第 ３ 章
脳 卒 中 片 麻 痺 の 臨 床 評 価 に 基 づ く
上肢リハビリ支援システム PLEMO-P3
の研究開発
—Burunnstrom Recovery Stage を用いた
評価システムの検討—
3.1 緒言
脳 卒 中 患 者 の 多 く が リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 医 療 の 対 象 と な り ，後 遺 症 に 悩 む 患 者 数 は 約 170 万 人 と 推 計 さ れ て い る [1]． し か し ， 脳 卒 中 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 治 療 法 ， 訓 練 法 な ど は 臨 床 経 験 に 基 づ い て 行 わ れ て き た 側 面 が 多 く ， Evidence の 面 か ら は 妥 当 性 が 十 分 と は い え な い [2]．リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 行 う セ ラ ピ ス ト は 患 者 の 評 価 に 基 づ い た 最 適 な プ ロ グ ラ ム を 実 施 す る が ，そ の 評 価・治 療 方 法 は セ ラ ピ ス ト の 主 観 や 経 験 に 基 づ い て い る こ と か ら ，客 観 的 な 技 術 と し て 確 立 さ せ る こ と は 困 難 な 現 状 に あ る ．し か し 近 年 ，リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 医 学 に お い て も Evidence Based Medicine が 求 め ら れ て お り [3]， リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ロ ボ ッ ト に よ る 客 観 的 な デ ー タ の 提 供 が こ の 要 求 に 応 え る も の と 考 え て い る ． リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン ロ ボ ッ ト の う ち ，上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム は ，非 装 着 型 と 装 着 型 に 分 け ら れ る ．非 装 着 型 で は ，例 え ば ，MIT で 開 発 さ れ た「 MIT-MANUS」[4,5]や ，芝 浦 工 業 大 学 ，三 菱 プ リ シ ジ ョ ン お よ び 首 都 大 学 東 京 で 開 発 さ れ た リ ハ ビ リ 支 援 シ ス テ ム [6]，Tsinghua 大 学 で 開 発 さ れ た リ ハ ビ リ 支 援 シ ス テ ム [7]な ど ，2 次 元 平 面 内 の 訓 練 を 行 う も の が あ る ．3 次 元 空 間 内 の 訓 練 を 行 う も の と し て ， Haptic Master を 用 い た Reading 大 学 の 研 究 [8]や ，大 阪 大 学 お よ び 旭 化 成 グ ル ー プ が NEDO プ ロ ジ ェ ク ト「 身 体 機 能 リ ハ ビ リ 支 援 シ ス テ ム (1999 年 度 ～ 2003 年 度 )」 に お い て 開 発 し た 上 肢 リ ハ ビ リ 訓 練 シ ス テ ム 「 EMUL」 [9]な ど が 挙 げ ら れ る ． こ れ ら の 研 究 で は ， ロ ボ ッ ト を 用 い た リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン が 脳 卒 中 後 の 上 肢 機 能 回 復 に 有 用 で あ る こ と が 示 さ れ て い る ． こ の よ う に ，近 年 の 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム に 関 す る 報 告 は 多 い も の の ，脳 卒 中 患 者 の 共 同 運 動 な ど ，患 者 の 異 常 運 動 の 症 候 を 検 出 で き る シ ス テ ム の 研 究 は み ら れ な い [4-9]． 古 荘 研 究 室 で は ， 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー35 シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム と し て PLEMO-P シ ス テ ム を 開 発 し て き た [10-11]． そ し て 新 た に ，共 同 運 動 パ タ ー ン の 症 候 を 検 出 で き る 新 し い セ ン サ グ リ ッ プ と 評 価 プ ロ グ ラ ム を 搭 載 し た PLEMO-P3 を 開 発 し た ． 新 し い グ リ ッ プ は 把 持 力 セ ン サ ，テ ー ブ ル 押 付 力 セ ン サ ，お よ び 手 関 節 の 角 度 セ ン サ を 備 え て お り ，脳 卒 中 患 者 の 異 常 運 動 を 客 観 的 に 評 価 で き る シ ス テ ム と な っ て い る ．本 章 で は セ ン サ グ リ ッ プ 装 置 の 基 本 構 造 ，お よ び セ ン サ グ リ ッ プ 装 置 と リ ー チ ン グ ソ フ ト を 搭 載 し た PLEMO-P3 に て 実 施 し た 臨 床 評 価 結 果 か ら ， 本 シ ス テ ム に お け る 共 同 運 動 の 評 価 機 能 の 妥 当 性 を 検 討 す る ．
3.2 PLEMO-P3
古 荘 研 究 室 で は 手 関 節 を 含 む 上 肢 全 体 の 訓 練 が 可 能 な 6 自 由 度 上 肢 リ ハ ビ リ 支 援 シ ス テ ム「 セ ラ フ ィ 」（ 英 語 名 "Serafy"）[12]を NEDO の 次 世 代 ロ ボ ッ ト 実 用 化 プ ロ ジ ェ ク ト (プ ロ ト タ イ プ 開 発 支 援 事 業 )の 支 援 を 受 け て 開 発 し ， 2005 年 の 「 愛 ・ 地 球 博 」 の プ ロ ト タ イ プ ロ ボ ッ ト 展 で 展 示 を 行 っ た ． 上 述 の EMUL， セ ラ フ ィ は 3 次 元 の 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム で あ り ，高 価 か つ ，運 用 面 に お い て も 注 意 を 要 す る こ と か ら ，そ の 用 途 は 研 究 用 を 中 心 と し て い る ．そ こ で ，我 々 は 簡 易 で 安 全 に ，し か も リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 専 門 職 が い な い 状 況 下 で も 使 用 で き る 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム と し て PLEMO-P シ ス テ ム を 開 発 し て い る ． PLEMO-P シ ス テ ム は PLEMO-P-prototype[10] の 開 発 を 基 に ， PLEMO-P1[11] （ 図 3-22 ）， お よ び PLEMO-P1 の 実 用 機 と し て ， PLEMO-P2 を 開 発 し ， よ り 実 用 性 を 高 め る た め の 研 究 を 継 続 し て き た ．36 そ し て こ の PLEMO-P シ ス テ ム の 臨 床 試 験 を 行 な う 中 で ，脳 卒 中 患 者 の 特 徴 で あ る 共 同 運 動（ 後 述 ）を 観 察 す る 機 会 を 得 た ．共 同 運 動 を 視 覚 的 に 分 析 す る と 手 を 強 く 握 り こ み ，手 関 節 を 強 く 掌 屈 さ せ（ 図 3-23），さ ら に 上 肢 全 体 で テ ー ブ ル を 強 く 押 す よ う な 異 常 な 動 作 が 見 ら れ ，こ の 特 徴 的 な 異 常 運 動 を 計 測 す る こ と で ，脳 卒 中 の 症 候 で あ る 共 同 運 動 を 客 観 的 に 評 価 す る こ と が で き る と 考 え た ．
図 3-23 Abnormal Flexion of Wrist joint
し か し ，従 来 の PLEMO-P シ ス テ ム で は ，こ れ ら の 異 常 運 動 を 検 出 す る 機 能 が な い た め ， 新 た な セ ン サ グ リ ッ プ デ バ イ ス と ソ フ ト ウ ェ ア を 搭 載 し た PLEMO-P3 を 開 発 し た ． PLEMO-P3 は 原 則 的 に は 2 次 元 平 面 内 （ テ ー ブ ル 平 面 内 ） で あ る が ， テ ー ブ ル の 傾 斜 を 調 整 す る こ と で 準 ３ 次 元 の 訓 練 ス ペ ー ス が 確 保 で き る ，準 ３ 次 元 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム で あ る ．ま た PLEMO-P3 は ，ER 流 体 ブ レ ー キ （ 図 3-24） の み を 用 い た パ ッ シ ブ 型 ハ プ テ ィ ッ ク デ バ イ ス で あ り [10]，ア ク チ ュ エ ー タ を 用 い な い た め に 安 全 性 に 優 れ て お り ，小 型 で 兼 価 に 開 発 が で き る ．こ の シ ス テ ム は ロ ボ ッ ト 技 術 と バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ 技 術 の 両 方 （ ハ プ テ ィ ッ ク コ ン ト ロ ー ル ） を 使 用 し ， ブ レ ー キ ト ル ク は 0.0kV/mm か ら 3.0kV/mm の 電 場 に て ， そ れ ぞ れ 0.1Nm か ら 4.0Nm に 制 御 で き る ．
