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特許7156710寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置および／または動作半径を決定するための測定方法ならびに装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-11
(45)【発行日】2022-10-19
(54)【発明の名称】寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置および／または動作半径を決定するための測定方法ならびに装置
(51)【国際特許分類】
A61H 1/02 20060101AFI20221012BHJP
A61B 5/11 20060101ALI20221012BHJP
【ＦＩ】
A61H1/02 N
A61B5/11 230
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2019567536
(86)(22)【出願日】2018-06-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-09-17
(86)【国際出願番号】 DE2018100587
(87)【国際公開番号】W WO2019001636
(87)【国際公開日】2019-01-03
【審査請求日】2021-06-16
(31)【優先権主張番号】102017114290.8
(32)【優先日】2017-06-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】518093178
【氏名又は名称】リアクティブ ロボティックス ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100091683
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄
(74)【代理人】
【識別番号】100179316
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 寛奈
(72)【発明者】
【氏名】パール，ヘルフリート
(72)【発明者】
【氏名】ツィリヒ，オリバー
(72)【発明者】
【氏名】ジョーンズ，キャスリーン
(72)【発明者】
【氏名】メッツナー，フィリップ
【審査官】菊地 牧子
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－０７６３２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５３１６７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｈ １／０２
Ａ６１Ｂ ５／１１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
股関節部（９８）、膝関節部（９３）、および／または大腿部（９６）といった寝たきり患者（９０）の下肢の長さ条件、位置、および、動作半径のうちの少なくとも１つを決定するための測定方法であって、－リハビリテーション機構（３０）の少なくとも１つの膝モジュール（５０）は、作用点（ＡＰ）を介して前記患者（９０）の脚部（９２）に有効に連結しており、
－測定装置（６８）が、前記リハビリテーション機構（３０）の前記膝モジュール（５０）による前記脚部（９２）の動作中に、単に前記作用点（ＡＰ）のみの軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）を記録および／または決定するために使用され、
－モデル生成手段（６９）は、こうして得られたデータから、前記患者（９０）の前記下肢のうち少なくとも一部の前記長さ条件、前記位置、および／または前記動作半径の運動学的モデルを作成するために使用され、
少なくとも一方法の工程において、決定した２次座標（Ｙ １ ／Ｚ １ 、Ｙ ２ ／Ｚ ２ 、・・・、Ｙ ｎ ／Ｚ ｎ ）または３次座標（Ｙ １ ／Ｚ １ ／ｔ １ ；Ｙ ２ ／Ｚ ２ ／ｔ ２ ；・・・／・・・；Ｙ ｎ ／Ｚ ｎ ／ｔ ｎ ）は、曲線フィッティングによって、回動点（ＤＰ）の位置（Ｙ Ｈ （ｔ）／Ｚ Ｈ （ｔ））、および／または、作用点（ＡＰ）と回動点（ＤＰ）との間の長さ（Ｌ０）、ならびに前記軌道（Ｔ ｎ ；Ｔ ｎ＋１ ）上の２つの点と前記回動点（ＤＰ）との間の角度（θ＿ＤＰ）が決定され、
－モデル関数として、楕円の座標方程式（数１の式）を使用し、
【数1】
－前記楕円の長半径として、作用点（ＡＰ）と回動点（ＤＰ）との間の前記寝たきり患者（９０）の前記長さ（Ｌ ０ ）を使用し、
Ｌ ０ ±ΔＬは、動作中の前記回動点（ＤＰ）の前記位置（Ｙ Ｈ （ｔ）／Ｚ Ｈ （ｔ））の起こり得る移動を表す、測定方法。
【請求項2】
前記作用点（ＡＰ）は、前記患者（９０）の前記膝関節部（９３）である、請求項１に記載の測定方法。
【請求項3】
一方法の工程において、前記脚部（９２）は、膝装具（５１）を用いて、作用点（ＡＰ）を介して、前記膝モジュール（５０）に固定され、前記作用点（ＡＰ）は、前記膝関節部（９３）、前記大腿部（９６）及び下腿部（９７）の１つである、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項4】
一方法の工程において、前記測定装置（６８）は、開始位置（Ｐ０）から進めて、前記脚部（９２）の手動で誘導されおよび／または自動化された動作を、作用点（ＡＰ）の軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）として、２次座標（Ｙ１／Ｚ１、Ｙ２／Ｚ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎ）の形式で、または、経時的な３次座標（Ｙ１／Ｚ１／ｔ１、Ｙ２／Ｚ２／ｔ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎ／ｔｎ）の形式で記録する、請求項１～３のうち一項に記載の測定方法。
【請求項5】
前記測定装置（６８）は、前記作用点（ＡＰ）の軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）を、電動モータによって駆動される、前記膝モジュール（５０）に配置された偏心器（６３；６４）の角度位置から少なくとも２つのセンサ（６８１；６８２）の助けを借りて、２次座標（Ｙ１／Ｚ１、Ｙ２／Ｚ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎ）の前記形式で、または、経時的な３次座標（Ｙ１／Ｚ１／ｔ１、Ｙ２／Ｚ２／ｔ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎ／ｔｎ）の形式で決定する、請求項１に記載の測定方法。
【請求項6】
前記回動点（ＤＰ）の位置（Ｙ
Ｈ
（ｔ）／Ｚ
Ｈ
（ｔ））は、前記寝たきり患者（９０）の前記股関節部（９８）の位置、および／または、
前記作用点（ＡＰ）と前記回動点（ＤＰ）との間の長さ（Ｌ０）は、前記寝たきり患者（９０）の前記大腿部（９６）の前記長さ、である、請求項１に記載の測定方法。
【請求項7】
一方法の工程において、制御モジュール（６０）は、前記膝モジュール（５０）を用いて前記寝たきり患者（９０）の前記脚部（９２）のうち少なくとも関節、筋肉、および腱の計画的なリハビリテーション動作を制御するために提供され、前記制御モジュール（６０）は、
－前記運動学的モデルから生成される患者固有のデータから、軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）を、前記作用点（ＡＰ）に対する患者（９０）の前記脚部（９２）の前記リハビリテーション動作のために決定し、
－これらの軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）に基づいて、前記膝モジュール（５０）を制御する、請求項１に記載の測定方法。
【請求項8】
前記リハビリテーション機構（３０）および／または前記膝モジュール（５０）は、前記脚部（９２）の手動で誘導されおよび／または自動化された動作中に、前記リハビリテーション機構（３０）および／または前記寝たきり患者（９０）の前記脚部（９２）上の前記膝モジュール（５０）を通して、作用点（ＡＰ）および回動点（ＤＰ）によって規定される軸に沿った力（Ｎ２）の影響が回避されるように、前記制御モジュール（６０）の助けを借りて制御される、請求項７に記載の測定方法。
【請求項9】
前記制御モジュール（６０）は、前記作用点（ＡＰ）の算出軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）に基づいて、前記膝モジュール（５０）および／または前記リハビリテーション機構（３０）を、前記作用点（ＡＰ）が、前記膝モジュール（５０）の助けを借りて、これらの新たに修正した軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）に沿って移動するような方法で制御する、請求項７または８に記載の測定方法。
【請求項10】
一方法の工程において、前記脚部（９２）の各々の自動化された動作後に、前記作用点（ＡＰ）の各々の新たな経時的に記録された軌道（Ｔｎ＋１）から、－作用点（ＡＰ）と回動点（ＤＰ）との間の前記長さ（Ｌ０）と、前記回動点ＤＰの前記位置ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ）と、
－前記軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）上の２つの点と前記回動点（ＤＰ）との間の前記角度（θ＿ＤＰ）として、新しい値が計算され、
これらの新しい値はすでに測定された軌道（Ｔｎ）の対応する値と比較される、請求項７～９のうち一項に記載の測定方法。
【請求項11】
一方法の工程において、２つの連続して測定された軌道（Ｔ
ｎ
、Ｔ
ｎ＋１
）における、
－作用点（ＡＰ）と回動点（ＤＰ）との間の前記長さ（Ｌ０）の値と、
－前記回動点の前記位置（ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ））の値と、
－前記軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）上の２の点と前記回動点（ＤＰ）との間の前記角度の値の比較に基づいて、
－作用点（ＡＰ）と回動点（ＤＰ）との間の前記長さ（Ｌ０）の改善された値と、
－前記回動点ＤＰの前記位置（ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ））の改善された値と、
－前記軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）上の前記２つの点と前記回動点（ＤＰ）との間の角度（θ＿ＤＰ）の改善された値を備えた更新モデルが、最適化アルゴリズムを用いて生成される、請求項７～１０のうち一項に記載の測定方法。
【請求項12】
前記最適化アルゴリズムが最小二乗アルゴリズムである、請求項１１に記載の測定方法。
【請求項13】
一方法の工程において、前記更新モデルの値は、前記脚部（９２）のさらなる自動化された動作の基礎として役立つ、請求項１１または１２に記載の測定方法。
【請求項14】
請求項１～１３のうち一項に記載の股関節部（９８）、膝関節部（９３）、および／または大腿部（９６）といった、寝たきり患者（９０）の前記下肢の前記長さ条件、前記位置、および、前記動作半径のうちの少なくとも１つを決定するための測定方法を実行する装置（１）であり、少なくとも、－患者（９０）の脚部（９２）に作用点（ＡＰ）を介して有効に接続することができ、膝モジュール（５０）に配置された少なくとも２つの偏心器（６３；６４）を駆動するための少なくとも１つの電動モータ（６２）を備える少なくとも１つの膝モジュール（５０）を有したリハビリテーション機構（３０）、を備える装置（１）において、
－前記脚部（９２）の前記動作中に、前記作用点（ＡＰ）の軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）を記録および／または決定するための測定装置（６８）と；
－こうして得られたデータから、前記患者（９０）の前記下肢のうち少なくとも一部の前記長さ条件、前記位置、および／または前記動作半径の運動学的モデルを作成するためのモデル生成手段（６９）とを特徴とする装置（１）。
【請求項15】
前記測定装置（６８）は、前記電動モータ（６２）および／または前記偏心器（６３；６３）の軸の角度位置を決定するための少なくとも２つのセンサ（６８１；６８２）を備える、および／または、
前記測定装置（６８）は、前記膝モジュール（５０）を用いて前記寝たきり患者（９０）の前記脚部（９２）のうち少なくとも関節、筋肉、および腱の計画的なリハビリテーション動作を制御するための制御モジュール（６０）を備え、前記制御モジュール（６０）は、前記運動学的モデルから生成される前記患者固有のデータから、軌道（Ｔ ｎ ；Ｔ ｎ＋１ ）、新たに修正した軌道（Ｔ ｎ ；Ｔ ｎ＋１ ）を、前記作用点（ＡＰ）に対する患者（９０）の前記脚部（９２）の前記リハビリテーション動作のために決定して、これらの軌道（Ｔ ｎ ；Ｔ ｎ＋１ ）に基づいて前記膝モジュール（５０）を制御するように構成される、請求項１４に記載の装置（１）。
【請求項16】
前記膝モジュール（５０）は、－前記寝たきり患者（９０）の前記膝関節部（９３）を受け入れる少なくとも１つの膝装具（５１）と；
－前記膝装具（５１）に連結した連結要素（５２）と；前記連結要素（５２９）が固定される延長アーム（５３）と；
－制御モジュール（６０）を用いて駆動することができる機械的装置（６１）とを備え；
前記脚部（９２）の前記関節、筋肉、および腱が、作用箇所（ＡＰ）を介して、計画的なリハビリテーション動作を実行するように、前記機械的装置（６１）は、前記延長アーム（５３）および前記連結要素（５２）を介して、規定の力（Ｎ）を前記膝装具（５１）にもたらすことを特徴とする、請求項１４または１５に記載の装置（１）。
【請求項17】
前記リハビリテーション機構（３０）は、－連結要素（５２）によって前記膝装具（５１）および／または延長アーム（５３）に採用される前記角度を監視する少なくとも１つの角度センサ（５５）；ならびに／または、
－前記延長アーム（５３）および前記連結要素（５２）を介して前記膝装具（５１）にもたらす前記力（Ｎ）を監視する力覚センサを備えることを特徴とする、請求項１６に記載の装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、股関節部、膝関節部、および／または大腿部といった、寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための測定方法、ならびに、そのような方法を実行するための装置に関し、患者の膝関節部に動作可能に連結することができ、少なくとも２つの偏心器を駆動するための少なくとも１つの電動モータを備える少なくとも１つの膝モジュールを有するリハビリテーション機構を少なくとも備える。
【背景技術】
【0002】
寝たきり患者（特に意識があるか意識がないかにかかわらず、医学的理由で、ほんの少しでも単独でベッドから降りることができない患者として以下に理解される）は、定期的な理学療法で利益を得ることが示されている。
【0003】
ベッドへの拘束が長い局面において、理学療法運動は、ほとんどの場合、患者は理学療法において特別に訓練した人の助けを借りて実行し、患者の可動性および筋肉量を維持して、身体を巡る血液の循環を促進することで、例えば、凝固の危険性を低減させることができる。
【0004】
意識のない寝たきり患者の場合には、脚部の動作によって、身体の大きな筋肉群を鍛えることで、より大きな刺激を患者の脳に対して誘発することができるので、下肢の運動療法は有効であることが特に証明されている。したがって、理学療法運動は、脳の損傷領域の治療を加速することさえでき、昏睡から覚醒するのを容易にすることができる。
【0005】
しかしながら、運動療法の広範囲にわたる医学的使用に対して低減している要因には、病院に配置される人員および関連する経済的負担に関する相当なコストが含まれ、これらのコストは、多くの場合、ヘルスケアシステムの法的枠組みの範囲内で満たすことができない。その上、特に昏睡患者にとっては、運動はあまり頻繁には行われず、継続時間があまりに短い。
【0006】
このために、近年、以前から理学療法士によって手動で行われている寝たきり患者の運動療法を次第に自動化する試みがなされている。
【0007】
出願人による特開２００５－３３４３８５号公報（特許文献１）、特開平１０－２５８１０１号公報（特許文献２）、国際公開第００／６１０５９号（特許文献３）、特開２００３－２２５２６４号公報（特許文献４）、さらには国際公開２０１７／０６３６３９号（特許文献５）は、理学療法運動、特に歩行治療を自動化された方法で実行することができる様々なリハビリテーション機構の例を開示している。
【0008】
このような運動療法の過程において、また他の医学的な調査方法および／または治療方法にとっても、得られたデータを活用して特定の患者に使用される検査および／または治療装置に適応させるために、日々の病院の日常業務において、個々の長さ条件、個々の関節の位置、および特定の患者の動作半径を測定することが必要である。通常、このような測定は、独国実用新案第８５１４２４０号明細書（特許文献６）より公知であるように、巻尺を使用するか、または、例えば、横臥の患者の身体部分の周囲および長さを測定する装置を使用して手動で行われ、その場合には、異なる人が、装置の職責に応じてこれらの測定を実行することが多い。不必要な繰り返しの他に、この実行には、異なる人が測定を行うために多くの場合異なる結果になるといった欠点も有し、その結果、特に測定値の平均値が相当な誤差を有し得る。特に治療が成功し、したがってさらなる治療工程の計画が患者の動作半径の変化に依存するようになる場合、誤差に対する測定値の感受性は大きな欠点となる。
【0009】
この問題を解決するために、国際公開第２０１５／１２７３９６号（特許文献７）は、互いに隣接した骨の相対的な向きおよび位置を測定するための方法および装置を開示している。当該方法および当該装置は、特に、整形外科手術中に整形外科インプラントの非常に正確な位置決めを可能にするために、患者の四肢の異なる長さおよび向きのパラメータを手術中に決定することを目的とする。このために、当該方法は、患者の股関節および大腿骨に磁気および／もしくは光学センサならびに／または加速度センサの直接的な（外科的な）取り付けを必要とする。測定することになる骨にセンサを直接固定することは、測定パラメータの比較的高い精度を可能にする。しかしながら、その侵襲的性質のために、それは特定の患者に大きな負担をかけ、このため、手術中の測定に対してのみ適しており、患者の下肢の手術に対する指示がない場合、理学療法的運動療法のための測定値を得ることに対しては適していない。
【0010】
さらに、独国特許出願公開第１００６０４６６号（特許文献８）は、脚の動作を測定し、動作、環境、および地表面のシミュレーションのための装置を開示しており、その装置によって、歩行／走行動作を三次元で決定することができ、シミュレーションのコンテキストで仮想環境に「投影」することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】特開２００５－３３４３８５号公報
【文献】特開平１０－２５８１０１号公報
【文献】国際公開第００／６１０５９号
【文献】特開２００３－２２５２６４号公報
【文献】国際公開２０１７／０６３６３９号
【文献】独国実用新案第８５１４２４０号明細書
【文献】国際公開第２０１５／１２７３９６号
【文献】独国特許出願公開第１００６０４６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
このことから、本発明の目的は、寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための改善された測定方法および改善された装置を利用可能とすることであり、その改善された測定方法および改善された装置は、非侵襲的な方法で患者データを決定し、そのデータは、さらに、そして、特に自動化された運動療法にも、さらには、他の医学的な調査方法および／または治療方法にも使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本目的は、第１に、独立請求項１の特徴を有する、股関節部、膝関節部、および／または大腿部といった、寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための測定方法によって、および、独立請求項１５の特徴を有する、このような測定方法を実行するための装置によって達成される。さらに有利な実施形態および発展形態は、個別または互いに組み合わせて使用することができる、従属請求項の主題である。
【0014】
本発明による測定方法は、リハビリテーション機構の少なくとも１つの膝モジュールが、作用点を介して患者の脚部に動作可能に接続しており；測定装置が、リハビリテーション機構の膝モジュールによって脚部の動作中に単に作用点のみの軌道を記録および／または決定するために使用され；モデル生成手段が、こうして得られたデータから、患者の下肢のうち少なくとも一部の長さ条件、位置、および／または動作半径からなる運動学的モデルを作成するために使用されることを特徴とする。
【0015】
作用点は、有利なことに、患者の膝関節部であることができる。
【0016】
作用点、特に膝関節部からなる単に軌道のみの決定によって、動作中に、特に、療法士によって誘導される第１の動作中、または、自動化された動作中に、有利なことに、決定されたデータから患者の下肢のうち少なくとも一部分の長さ条件、位置、および／または動作半径の運動学的モデルの作成が可能となる。続いて、リハビリテーション機構の膝モジュールが、有利なことに、この軌道に沿って独立して動くことができ、その際に、寝たきり患者の下肢、特に脚部を誘導することができる。したがって、特定の患者の解剖学的健康状態に適した歩行治療が、治療要員の稼働率とは独立して可能である。
【0017】
さらに、第１の動作で生成される運動学的モデルは、有利なことに、患者の解剖学的パラメータ、例えば患者の大腿部の長さ、股関節部の位置、および実際の動作半径を提供する。これらのパラメータを他の治療形態で使用することができるだけなく、他の治療機器を制御するために、特に治療機器（ロボット）を自動的に駆動させるために、それらは、規則的な時間間隔で実施される測定の場合には、治療の過程の監視およびそれぞれの治療動作の適応も可能にする。
【0018】
好ましくは、一方法の工程では、脚部は、膝装具を用いて、作用点を介して、特に膝関節部、大腿部、および／または下腿部を介して、膝モジュールに固定される。脚部を膝モジュールに固定することによって、有利なことに、まず第１に、膝関節部の軌道を測定および／または決定するプロセス中に、脚部の第１の誘導された動作における脚部から膝モジュールへ、したがって測定装置に力の伝達が可能となり、その上、治療中に、治療動作の自動実行における膝モジュールから脚部への力の伝達が可能となる。
【0019】
また、本発明によれば、一方法の工程において、測定装置は、開始位置から進むことで、手動で誘導されおよび／または自動化された脚部の動作を、特に作用点、特に膝関節部の軌道として、２次座標の形式でまたは経時的に３次座標の形式で記録することが好ましい。開始位置は、特定の患者のとり得る動作に基づいて療法士によって手動で確立され、さもなければ、特定の患者の解剖学的健康状態の妥当な推定値に基づいて自動化された手段で確立される。作用点、特に膝関節部の得られる位置は、有利なことに、治療のその後の過程におけるさらなる動作のために基準点を形成することができる。
【0020】
一実施形態では、測定装置が、電動モータによって駆動される偏心器の角度位置から少なくとも２つのセンサの助けを借りて、２次座標の形式でまたは経時的に３次座標の形式で、取り付け箇所、特に膝関節部の軌道を決定することが好都合であると判明している。偏心器の角度位置から、作用点、特に膝関節部の軌道の２次座標または３次座標の座標を決定することによって、有利なことに、他のセンサを不要とすることが可能である。これは、有利なことに、付加的なセンサ技術のためのコスト、ならびに、センサーベースおよび／または手動よる測定のために費やす時間を削減することができ、比較的正確で再現性のある測定結果を同時に提供することができ、さらには、これは寝たきり患者の非常に正確かつ再現性のあるモデルを生成するためにも使用することができる。
【0021】
本発明によれば、少なくとも一方法の工程において、決定された２次座標または３次座標が、座標方程式の形式でモデル関数と比較され、このようにして、曲線フィッティングのコンテキストにおいて、回動点、特に股関節部の位置、および／または、作用点と回動点との間の長さ、特に寝たきり患者の大腿部の長さ、ならびに、軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）の２つの位置と回動点（ＤＰ）との間の角度（θ＿ＤＰ）が、２次または３次座標から決定されることがさらに好ましい。カーブフィッティングは、特にモデル関数またはいわゆるスプライン補間からも始まる測定データの最小自乗の最適化に基づいて、作用点、特に膝関節部のそれぞれ決定された軌道に対して、有利なことに、回動点、特に股関節部の位置の決定が可能になり、さらには、作用点（ＡＰ）と回動点（ＤＰ）との間の長さ、特に大腿部の長さを、単に作用点、特に膝関節部のすでに記録された軌道のみから、手動で誘導されたおよび／または自動化された動作中に決定することが可能となる。この「初期化」動作は必須であり、実際には患者が管理することができる動作半径を決定するために、どんな場合でも療法士によって実行されなければならない。
【0022】
一実施形態では、特に（若い）患者では、ほぼ一定の位置の回動点、特に股関節部によって、モデル関数として、特に円に対して座標方程式（Ｙｎ － ＹＨ）２＋（Ｚｎ － ＺＨ）２＝ＬＯ
２を使用する場合は、都合がよいことが証明されており；円の中心点のパラメータとして、回動点、特に股関節部の位置を使用し、円の半径として、作用点と回動点との間の長さ、特に寝たきり患者の大腿部の長さを使用する。
【0023】
あるいは、一実施形態では、特に（高齢の）患者では、回動点、特に股関節部の「可変的な」位置、すなわち、動作中に変化する回動点の位置によって、モデル関数として、特に楕円に対して座標方程式の式（１）を使用する場合も都合がよいことが証明されており；楕円の中心点のパラメータとして、回動点、特に股関節部の位置に従う関数を使用し、楕円の長半径として、作用点と回動点との間の長さ、特に寝たきり患者の大腿部の長さを使用する。
【0024】
【数1】
【0025】
モデル関数のような円の座標方程式の使用は、有利なことに、回動点、特に股関節部の位置、および、作用点と回動点との間の長さ、特に患者の大腿部の長さを決定する数学的に単純な可能性を提供することができるが、他のより複雑なモデル関数、例えば楕円の座標方程式の使用は、有利なことに、回動点、特に患者の股関節部の位置が脚部の動作中にわずかに変化する（異なる）場合を反映することができる。
【0026】
本発明のさらなる実施形態では、一方法の工程において、制御モジュールが、膝モジュールを用いて少なくとも寝たきり患者の脚部の関節、筋肉、および腱の計画的なリハビリテーション動作を制御するために提供され、当該制御モジュールは、好ましくは、運動学的モデルから生成される患者固有のデータから、軌道、特に新たに修正した軌道を、作用点、特に膝関節部に対する患者の脚部のリハビリテーション動作のために決定し、これらの軌道に基づいて、好ましくは利用者の入力によって膝モジュールを制御する場合は都合がよいことが証明されている。続いて、作用点、特に膝関節部の手動で誘導されたおよび／または自動化された軌道の１回のみの記録の後、すでに記録された軌道が再生され、および／または、新たに修正した軌道に従って修正された動作が、リハビリテーション機構および／または膝モジュールの助けを借りて実行されることが実際の運動療法中に可能である。このようにして、寝たきり患者の運動療法を、医療従事者の稼働率とは独立して実行することができ、いつでも、必要なだけ提供することができる。
【0027】
また、リハビリテーション機構および／または膝モジュールは、脚部の手動で誘導されおよび／または自動化された動作中に、作用点および回動点によって定められる軸に沿った力の影響が、リハビリテーション機構および／または寝たきり患者の脚部上の膝モジュールを通して回避されるといった方法で、制御モジュールの助けを借りて制御される実施形態が有利である。このようにして、療法士によって手動でおよび／または自動化された方法で誘導される第１の動作において、有利なことに、患者の自然な動作に関してリハビリテーション機構の影響および／または膝モジュールによる測定値のずれを回避することが可能になる。さらに、このような制御は、装置の機械的抵抗が療法士によって補正される必要がないので、リハビリテーション機構および／または膝モジュールの操作をより容易に行うことができる。
【0028】
さらに、本発明による測定方法の実施形態は、制御モジュールは、寝たきり患者の作用点、特に膝関節部が、膝モジュールおよび任意の膝装具の助けを借りて、新たに修正した軌道に沿って移動するといった方法で、作用点、特に膝関節部の算出軌道に基づいて、膝モジュールおよび／またはリハビリテーション機構を制御することが好都合であると証明されている。新たな測定が実行されなければならないことはなく、したがって、理学療法運動中の動作シーケンスは、特に変化する患者の動作半径または可動範囲に関して、治療プロファイルに自動的に適応することができる。
【0029】
本発明による好ましい実施形態では、一方法の工程において、脚部の各々の自動化された動作の後に、新たな値が、作用点と回動点との間の長さ、回動点の位置、および軌道上の２つの位置と回動点との間の角度に対して、作用点の各々の新たな経時的に記録された軌道から計算されて、これらの新たな値が、すでに測定された軌道の対応する値と比較される場合は都合がよいことが証明されている。
【0030】
本発明によれば、一方法の工程において、作用点と回動点との間の長さ、回動点の位置、および軌道上の２つの位置と回動点との間の角度に対する値の比較に基づいて、２つの連続して測定された軌道の各々の場合では、作用点と回動点との間の長さ、回動点の位置、および軌道上の２つの位置と回動点との間の角度に対する改良された値によって更新されたモデルが、最適化アルゴリズム、特に最小二乗アルゴリズムを用いて生成されるとすればさらに好ましい。
【0031】
最後に、一実施形態では、一方法の工程において、更新されたモデルの値が、脚部のさらなる自動化された動作の基礎として役立つことが都合よく証明されている。
【0032】
脚部の各自動化された動作の後に、新たな値は、作用点と回動点との間の長さ、回動点の位置、および軌道上の２つの位置と回動点との間の角度に対する作用箇所の各新たな経時的に記録された軌道から計算され、これらの新しい値は、以前のサイクルの測定値と比較され、以前のサイクルの軌道、すなわち患者の脚部の以前の自動化された動作を考慮に入れて最適化され、したがって、作用点と回動点との間の長さ、回動点の位置、および軌道上の２つ点と回動点との間の角度に最適化される値が、脚部の更なる自動化された動作の基礎として使用される場合、リハビリテーション機構によって自動化された方法で誘導される治療動作は、有利なことに、治療中に特定の患者の解剖学的健康状態に適応することができる。このようにして、リハビリテーション機構には、例えば膝装具の滑りおよび／またはリハビリテーション機構に対する患者の全身の移動によるずれに対して、または、他の変化に対して、ほぼ即座に、特に各サイクルの後に、すなわち患者の脚部の自動化された完全な治療動作後に、同様に自動化された方法で反応する可能性を有し、適切な場合には、誤差限界値に基づいて、自動化された治療動作に対する補正を実行する可能性も有する。
【0033】
「機械学習」のこの可能性は、有利なことに、リハビリテーション機構の助けを借りて、提供される誤り補正の可能性によって、装置自体の変化によって生じるか、または、使用中の患者の変化によって生じるかどうかにかかわらず、外部干渉に対して強い運動療法の個別化された形態を患者に提供することを可能にする。
【0034】
問題のタイプの装置と比較して、このような測定方法を実行する本発明による装置は、脚部の動作中に単に作用点、特に膝関節部のみの軌道を記録および／または決定する測定装置；ならびにこうして得られたデータから患者の下肢の少なくとも一部の長さ条件、位置、および／または動作半径の運動学的モデルを作成するモデル生成手段を特徴とする。
【0035】
本発明による装置は、有利なことに、寝たきり患者の脚部の動作中に、単に運動学的動作データのみから、他のセンサ、例えば光学センサを使用することなく、作用点、特に膝関節部の軌道の自動化された記録および／または決定を可能にする。本発明による装置は、有利なことに、こうして得られたデータから、患者の下肢のうち少なくとも一部の長さ条件、位置、および／または動作半径からなる運動学的モデルを作成することも可能にする。
【0036】
装置の好ましい実施形態では、測定装置は、電動モータのおよび／または偏心器の軸の角度位置を決定するための少なくとも２つのセンサを備える。このようにして、サーボモータのロータリエンコーダをセンサをとして使用することができるので、さらなるセンサ技術を必要としないことが有利である。
【0037】
膝モジュールを用いて寝たきり患者の脚部の少なくとも関節、筋肉、および腱の計画的なリハビリテーション動作を制御するのための制御モジュールが設けられており、制御モジュールは、好ましくは、運動学的モデルから生成される患者固有のデータから、軌道、特に新たに修正した軌道を、作用点、特に膝関節部に対する患者の脚部のリハビリテーション動作に対して決定するように、および、これらの軌道に基づいて、好ましくは利用者の入力によって膝モジュールを制御するように構成される場合も有利である。制御モジュールの助けを借りて、リハビリテーション動作がすでに定めた軌道に続くような方法で、リハビリテーション機構および／または膝モジュールを有利に制御することができる。
【0038】
装置のさらなる好ましい実施形態では、膝モジュールは、寝たきり患者の膝関節部を受け入れる少なくとも１つの膝装具；膝装具に連結している連結要素；連結要素が固定される延長アーム；および制御モジュールを用いて駆動することができ、脚部の関節、筋肉、および腱は、作用箇所、特に寝たきり患者のその中に受け入れられた膝関節部を介して、計画的なリハビリテーション動作を実行するといった方法で、延長アームおよび連結要素を介して、規定の力を膝装具にもたらす機械的装置を備える。この種の構成は、有利なことに、膝モジュールに対する膝装具の動作を可能にし、したがって、治療動作の動作の自由度を有利に増加させることができる。
【0039】
最後に、一実施形態によれば、リハビリテーション機構は、連結要素によって膝装具および／または延長アームに採用される角度を監視する少なくとも１つの角度センサ；および／または延長アームおよび連結要素を介して膝装具にもたらす力を監視する力覚センサを備える場合に有利である。膝モジュールに対して可動である膝装具の場合、それは、有利なことに、治療動作のための動作の自由度の数を増加させることができ、角度センサは、センサと組み合わせて、膝関節部の軌道の自動化された記録および／または決定を可能にする。
【0040】
本発明は、有利なことに、患者の少なくとも１つの初期化動作中に、作用点、特に膝関節部の軌道の記録および／または決定のみに基づいて、外科的介入なしに、股関節部、膝関節部、および／または大腿部といった、寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径の決定を可能にする。本発明は、複雑かつ高価なセンサ技術の必要性を排除して、有利なことに、患者の動作半径の運動学的モデルを利用可能とし、その運動学的モデルのパラメータは、運動療法内で新たな治療手法を確立するための基礎として役立つことができ、さらに、他の自動化された治療法および調査方法の開始モデルとしても役立つことができる。「機械学習」機能によって、本発明は、リハビリテーション機構の助けを借りて、提供される誤り補正の可能性により、外部干渉に対して強い個別化された運動療法を患者にも提供することを可能にする。
【0041】
本発明のさらなる詳細および尚一掃の利点は、好ましい例示的実施形態に基づいて、しかしながら本発明がそれに限定されずに、添付の概略図と併せて以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】股関節部、膝関節部、および／または大腿部といった、寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための測定方法の第１のフローチャートを示す。
【図2a】運動療法中に脚部のとり得る動作における寝たきり患者の脚部および胴体を示す。
【図3】膝関節部の軌道の２次座標に、楕円モデル関数を適合したものを示す。
【図4】本発明による方法を実施する装置のリハビリテーション機構からなる膝モジュールの左側伸長アームの斜視図を示す。
【図6】ベッドが垂直位置へ移動する前の従来技術による従来のベッド、特にリハビリテーション機構の適用された膝モジュールおよび足モジュールを備えた集中治療ベッドに固定した寝たきり患者の斜視図を示す。
【図7a】患者の脚部の屈曲または伸展のために、膝装具を介してリハビリテーション機構によって作り出される軌道を示す。
【図7b】患者の脚部の屈曲または伸展のために、膝装具を介してリハビリテーション機構によって作り出される軌道を示す。
【図7c】患者の脚部の屈曲または伸展のために、膝装具を介してリハビリテーション機構によって作り出される軌道を示す。
【図8】適合したモデル関数による患者の大腿部の作用点からなる軌道、ならびに、脚部がリハビリテーション機構および／または膝モジュールによって上昇するときに、作用点を介して患者の脚部に及ぼされる力、さらには、作用点および回転点によって定められる軸に沿った寝たきり患者の脚部上の力の作用を示す。
【図9】軌道上の２つの位置と回転点との間の、ここで具体的には、作用点の最大仰角を有する角度θmaxと作用点の最小仰角を有する角度θｍｉｎとの間のカーブフィッティングの関係において、決定される角度を示す。
【図10a】自動誤り補正および外部干渉への迅速な適応の可能性を備えた、股関節部、膝関節部、および／または大腿部といった寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための本発明による好ましい測定方法からなる第２のフローチャート（２つ図に分けられた）を示す。
【図10b】自動誤り補正および外部干渉への迅速な適応の可能性を備えた、股関節部、膝関節部、および／または大腿部といった寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための本発明による好ましい測定方法からなる第２のフローチャート（２つ図に分けられた）を示す。
【発明を実施するための形態】
【0043】
本発明の好ましい実施形態の以下の説明では、同一の参照符号は、同一または同等の構成要素を示す。
【0044】
図１は、股関節部９８、膝関節部９３、および／または大腿部９６といった、寝たきり患者９０の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための測定方法のフローチャートを示す。
【0045】
第１に、リハビリテーション機構３０の少なくとも１つの膝モジュール５０が、患者９０の膝関節部９３に動作可能に接続している。このために、脚部９２、特に膝関節部９３、大腿部９６、および／または下腿部９７は、例えば膝装具５１を用いて膝モジュール５０に固定させることができる（図４および図６も参照）。
【0046】
続いて、第２の方法の工程では、測定装置６８を用いることで、膝関節部９３の軌道Ｔを、脚部９２の動作中に、特に療法士によって行われる初期化動作中に、リハビリテーション機構３０の膝モジュール５０によって、記録および／または決定することができる。この初期化動作の間、脚部９２の手動で誘導した動作を通じて、リハビリテーション機構３０および／または膝モジュール５０による寝たきり患者９０の脚部９２に及ぼした力Ｎの影響が回避されるというような方法で、リハビリテーション機構３０および／または膝モジュール５０は制御モジュール６０の助けを借りて制御される場合、それは有利であり得る。
【0047】
図１０ａおよび１０ｂは、自動誤り補正および外部干渉への迅速な適応の可能性を備えた股関節部９８、膝関節部９３、および／または大腿部９６といった、寝たきり患者の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための本発明による好ましい測定方法からなる第２のフローチャート（２つ図に分けられている）を示す。モデルの初期化は、図１の第１のフローチャートに示されたそれと同等の方法でもたらされ、測定装置６８は、このときに開始位置Ｐ０から開始して、脚部９２の手動での誘導および／または自動化された動作、特に経時的方法で３次座標Ｙ１／Ｚ１／ｔ１、Ｙ２／Ｚ２／ｔ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎ／ｔｎの形式で作用点ＡＰからなる軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１を記録する。リハビリテーション機構３０の少なくとも１つの膝モジュール５０が患者９０の脚部９２に動作可能に接続している作用点ＡＰとして、膝関節部９３、大腿部９６、もしくは下腿部９７、または、実際は脚部９２のいかなる位置も選択することが可能であることが好ましい。
【0048】
測定装置６８は、作用点ＡＰ、特に膝関節部９３の軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１を、順次、電動モータによって駆動される偏心器６３；６４の角度位置から少なくとも２つのセンサ６８１；６８２の助けを借りて、３次座標Ｙ１／Ｚ１／ｔ１、Ｙ２／Ｚ２／ｔ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎ／ｔｎの形式で決定することができる。
【0049】
３次座標Ｙ１／Ｚ１／ｔ１、Ｙ２／Ｚ２／ｔ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎ／ｔｎの形式で作用点ＡＰからなる軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１の経時的記録は、まず第１に、計測時間ｔ１、ｔ２、…、ｔｎを、測定された２次座標Ｙ１／Ｚ１、・・・、Ｙｎ／Ｚｎに割り当てることによって、有利なことに、脚部９２の上昇動作と下降動作を分けることが可能であるといった利点をもたらす。第２に、このようにして決定することができる測定値のシーケンスを、有利なことに、最適化アルゴリズムを用いて最適化中に考慮することができ、したがって最適化の結果を改善することができる。これは、時間内で互いに隣接して存在している測定値が、測定された軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１上にも隣接しているべきであり、ゆえに同様の物理的特性も有しているべきであるとの理解に基づいている。
【0050】
初期化に続いて、脚部９２の各々が自動化された動作の後に、作用点ＡＰと回動点ＤＰとの間の長さＬ０の新たな値、回動点ＤＰの位置ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ）、および、軌道Ｔｎ＋１上の２つの位置と回動点ＤＰとの間の角度θ＿ＤＰを、各々が新たに経時的に記録された軌道Ｔｎ＋１から計算して、すでに測定された軌道Ｔｎの対応する値と比較することができるようになる。回動点ＤＰの位置ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ）は、例えば回動点ＤＰは患者９０の股関節部９８とすることができ、空間、すなわち実際の回転「位置」におけるＹＨ（ｔ１）＝ＹＨ（ｔ２）＝・・・＝ＹＨ（ｔｎ）およびＺＨ（ｔ１）＝ＺＨ（ｔ２）＝…＝ＺＨ（ｔｎ）を有するおおよその固定位置ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ）とすることができ、または、特に寛骨臼の摩耗のために高齢患者９０での事例ではよくありえることだが、それは、動作中に位置が変化する回動点ＤＰ、特に患者９０の股関節部９８の「可変的な」経時的位置ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ）とすることができる。
【0051】
同時に、作用点ＡＰと回動点ＤＰ間との長さＬ０、回動点ＤＰの位置ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ）、および、軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１上の２つの位置と各場合における２つの連続して測定された軌道Ｔｎ，Ｔｎ＋１の回動点ＤＰとの角度の値との比較に基づいて、最適化アルゴリズム、特に最小二乗アルゴリズムを用いて、作用点ＡＰと回動点Ｄとの間の長さＬ０、回動点ＤＰの位置ＹＨ（ｔ）／ＺＨ（ｔ）、および、軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１上の２つの位置と回動点ＤＰとの間の角度θ＿ＤＰに対する改善された値を備えた更新モデルを生成することが可能であり、更新モデルのその値は、有利なことに、脚部９２のさらなる自動化された動作の基礎としての役目を果たすことができる。
【0052】
したがって、本発明による測定方法は、このような測定方法を実行するための本発明による装置１が、有利なことに、自動動作シーケンス（「周期」）中に治療動作の「機械学習」を経ることができることを意味する。「機械学習」のこの可能性は、有利なことに、リハビリテーション機構３０の助けを借りて、提供された誤り補正の可能性によって、リハビリテーション機構３０自体の変化によって生じるか、または、使用中の患者９０の変化によって生じるかを問わず、外部干渉に対して強い個別形式の運動療法を患者９０に提供することを可能にする。
【0053】
図２ａ～２ｃは、記録および／または決定プロセスを図示する。
【0054】
図２ａは、運動療法中に脚部９２のとり得る動作における寝たきり患者９０の脚部９２および胴体を示す。
【0055】
図２ｂは、この動作から生じる、基準となる座標系中の３つの２次座標Ｙｎ／Ｚｎに基づく膝関節部９３の軌道Ｔ、さらにはカーブフィッティング前のとり得るモデル関数Ｆを示す。開始位置Ｐ０から始まり、手動で誘導される脚部９２の動作中に、膝関節部９３の軌道Ｔを、好ましくは測定装置６８によって、特に２次座標Ｙ１／Ｚ１、Ｙ２／Ｚ２、・・・、Ｙｎ／Ｚｎの形式で記録することができる。２次座標Ｙ１／Ｚ１、Ｙ２／Ｚ２、…、Ｙｎ／Ｚｎの決定には、有利なことに、少なくとも２つのセンサ６８１；６８２を活用して、電動モータによって駆動する偏心器６３；６４の角度位置からもたらせることで可能である（図４、５、７ａ～ｃ参照）。
【0056】
軌道Ｔは、有利なことに、特定された２次座標Ｙ１／Ｚ１；Ｙ２／Ｚ２；…／…；Ｙｎ／Ｚｎを、座標方程式の形式のモデル関数と比較することによって決定される。
【0057】
モデル関数Ｆとして、例えば、股関節部９８の位置ＹＨ／ＺＨを円の中央点として、寝たきり患者９０の大腿部部９６の長さＬ０を円の半径とした円に対して、座標方程式（Ｙｎ－ＹＨ）２＋（Ｚｎ－ＺＨ）２＝Ｌ０
２を使用することができる。
【0058】
図２ｃは、円の座標方程式の形式の適合したモデル関数Ｆによって、図２ｂによる膝関節部９３の軌道Ｔを示し、さらには、適合から生成され、大腿部９６の長さＬ０および股関節部９８の位置ＹＨ／ＺＨに対するパラメータも示す。
【0059】
これに代えて、モデル関数Ｆとして楕円の座標方程式式（１）を使用することもでき、楕円の中心点のパラメータは、ここで、股関節部９８の位置ＹＨ／ＺＨに基づいた関数ＭＹ（ＹＨ）／ＭＺ（ＺＨ）とすることができて、楕円の長半径のパラメータは、寝たきり患者９０の大腿部９６の長さＬ０とすることができる。用語「Ｌ０±ΔＬ」は、動作中の股関節部９８の位置ＹＨ／ＺＨの起こり得る移動を表す。
【0060】
図３は、膝関節部９３の軌道Ｔの２次座標Ｙｎ／Ｚｎに対する楕円のモデル関数Ｆのそのような適合例を示し、股関節部９８の位置ＹＨ／ＺＨの移動から生じる関数ＭＹ（ＹＨ）／ＭＺ（ＺＨ）を、楕円関数と分かるように、しかしモデル楕円の長半径に垂直な長半径によって、同様に表すことができる。
【0061】
最後に、こうして得られたデータから、モデル生成手段６９の助けを借りて、患者９０の下肢のうち少なくとも一部の長さ条件、位置、および／または動作半径からなる運動学的モデルを作成することが可能である。
【0062】
続いて、膝モジュール５０を用いて寝たきり患者９０の脚部９２の少なくとも関節、筋肉、および腱の計画的なリハビリテーション動作を制御するのための制御モジュール６０の助けを借りて、さらなる方法の工程では、好ましくは運動学的モデルから生成される患者固有のデータを使用して、膝関節部９３のリハビリテーション動作のための軌道Ｔ、特に新しい修正した軌道Ｔを決定して、これらの軌道Ｔに基づいて、好ましくは利用者の入力に従って膝モジュール５０を制御することが可能である。膝関節部９３の算出軌道Ｔに基づいて、制御モジュール６０は、膝モジュール５０および任意に膝装具５１の助けを借りて、これらの特に新しくかつ修正した軌道Ｔに沿って、寝たきり患者９０の膝関節部９３を移動するといった方法で、膝モジュール５０および／またはリハビリテーション機構３０を制御することができる。
【0063】
図８は、適合したモデル関数Ｆによって患者９０の大腿部９６上の作用点ＡＰの軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１、ならびに、リハビリテーション機構３０および／または膝モジュール５０によって脚部９２の上昇中に作用点ＡＰを介して患者９０の脚部部９２に及ぼされる力Ｎ１、さらには、作用点ＡＰ－回動点ＤＰ軸に沿った寝たきり患者９０の脚部９２上の力Ｎ２の影響をそれらに応じて示す。
【0064】
図９は、いずれの場合での軌道Ｔｎ；Ｔｎ＋１の２点と回動点ＤＰとの間のカーブフィッティングのコンテキストで決定される２つの角度θ＿ＤＰを一例として示し、ここで具体的には、作用点の最大仰角を有する角度θmaxおよび作用点の最小仰角を有する角度θｍｉｎを示す。
【0065】
角度θｍｉｎおよびθｍａｘの差は、有利なことに、患者９０の可動性、したがって治療によってなされる経過に関して情報を提供する。
【0066】
図４～７ｃは、例として、本発明による測定方法を実施する装置からなる実施形態の様々な図を示す。このようにリハビリテーション機構３０および膝モジュール５０の機械的機能に関しては、出願人による国際公開第２０１７／０６３６３９号（特許文献５）の全体を参照されたい。
【0067】
図４および５（国際公開第２０１７／０６３６３９号（特許文献５）の図３および１２に対応）は、例として、本発明による測定方法を実施するための装置のリハビリテーション機構３０の膝モジュール５０の左延長アーム５３を、斜視図（図４）および拡大側面図（図５）にて示す。
【0068】
図６（国際公開第２０１７／０６３６３９号（特許文献５）の図４に対応）は、従来技術による従来のベッド、特に集中治療ベッドに固定される寝たきり患者９０の斜視側面図を示し、ベッドが垂直姿勢へ移動する前のリハビリテーション機構３０の取り付けられた膝モジュール５０および足モジュール４０を備えたベッドである。
【0069】
測定方法を実行するための本発明による装置は、患者９０の膝関節部９３に動作可能に接続することができる少なくとも１つの膝モジュール５０を有する少なくとも１つのリハビリテーション機構３０を備え、少なくとも１つの電動モータ６２、または、図４に示すように、少なくとも２つの偏心器６３；６４を駆動するための少なくとも２つの電動モータ６２を備える。
【0070】
本発明による装置は、脚部９２の動作中に膝関節部９３の軌道Ｔを記録しておよび／または決定するための測定装置６８をさらに備え、測定装置６８は、好ましくは、１つまたは複数の電動モータ６２および／または偏心器６３；６３の軸の角度位置を決定するための少なくとも２つのセンサ６８１；６８２を備えることができる。
【0071】
さらに、本発明による装置１は、脚部９２の動作中に膝関節部９３の軌道Ｔを記録および／または決定する測定装置６８によって得られたデータから、患者９０の下肢のうち少なくとも一部の長さ条件、位置、および／または動作半径の運動学的モデルを作成するためのモデル生成手段６９を備える。
【0072】
図６は、膝モジュール５０を用いて、寝たきり患者９０の脚部９２の少なくとも関節、筋肉、および腱の計画的なリハビリテーション動作を制御するための制御モジュール６０をさらに示し、計画的なリハビリテーション動作は、制御モジュール６０を、好ましくは、運動学的モデルから生成される患者固有のデータから、膝関節部９３のリハビリテーション動作に対する軌道Ｔ、特に新たな修正した軌道Ｔを決定して、これらの軌道Ｔに基づいて、好ましくは利用者の入力に従って膝モジュール５０を制御するように構成することができる。
【0073】
膝モジュール５０は、好ましくは、寝たきり患者９０の膝関節部９３を受け入れる少なくとも１つの膝装具５１、膝装具５１に連結した連結要素５２、連結要素５２が固定される延長アーム５３、および、制御モジュール６０を用いて制御されることができ、延長アーム５３および連結要素５２を介して、脚部９２の関節、筋肉、および腱が、寝たきり患者９０の膝関節部９３を介して計画的なリハビリテーション動作を実行するといった方法で、規定の力Ｎを膝装具５１にもたらす機械的装置６１を備える。
【0074】
図７ａ～７ｃは、患者９０の脚部９２の屈曲および伸展のために、膝装具５１を介してリハビリテーション機構３０によって生成される軌道Ｔを図示する。連結要素５２を経由して、膝装具５１は、延長アーム５３に堅く連結することもできるか、または、ここで分かるように、それは延長アーム５３に可動に関節で連なることもできる。延長アーム５３に可動に関節で連なる場合には、すなわち可動関節および関連するより大きな自由度の場合には、さらなる測定装置６８を、特に角度センサ５５の形態で、膝関節部９３の軌道Ｔの正確な記録および／または決定のために提供できることが好ましい。
【0075】
最後に、図５は、膝装具５１および／または延長アーム５３への連結要素５２によって採用される角度を監視する角度センサ５５を備えたリハビリテーション機構３０の実施例を示す。これに代えてまたはこれに加えて、延長アーム５３および連結要素５２を介して膝装具５１にもたらす力Ｎを監視する力覚センサ５６を設けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0076】
本発明は、寝たきり患者９０の下肢の長さ条件、位置、および／または動作半径を決定するための測定方法、ならびに、このような方法を実行するための装置１に関し、装置１では、リハビリテーション機構３０の少なくとも１つの膝モジュール５０が、患者９０の膝関節部９３に動作可能に接続しており、測定装置６８が、リハビリテーション機構３０の膝モジュール５０によって脚部９２の動作中に膝関節部９３の軌道Ｔを記録および／または決定するため使用され、こうして得られたデータから、運動学的モデルが、モデル生成手段６９によって作成される。これによって、有利なことに、少なくとも１つの初期化動作中に外科的介入なしに長さ条件、位置、および／または動作半径の決定が可能になる。高価なセンサ技術を必要とすることなく、本発明は、有利なことに、患者９０の動作半径の運動学的モデルを利用可能とし、そのモデルパラメータは、運動療法内で新たな治療手法を確立するための基礎として、さらに、自動化された治療法および調査方法の開始モデルとして役立つことができる。
【符号の説明】
【0077】
１０ ベッド、特に介護ベッド、医療ベッド、病院ベッド、または集中治療ベッド
１１ ベッドフレーム
１２ 長手方向側面
１３ 横方向側面
１４ 長手方向の柵
１５ 横方向の柵
１６ キャスタ
１７ マットレス
２１マットレスフレーム
３０ リハビリテーション機構
３２ ベッドフレーム１１またはマットレスフレーム２１に固定可能な、リハビリテーション機構３０用支持プレート
４０ 足モジュール
４１ 固定手段
４２ 踏み面
４３ 固定ストラップ
５０ 膝モジュール
５１ 膝装具
５２ 連結要素
５３ 延長アーム
５３１ 延長アーム５３の遠位部分
５３２ 延長アーム５３の近位部分
５３３ 延長アーム５３の中間部分
５４ 受け入れ位置
５５ 角度センサ
５６ 力覚センサ
５７ 蝶ナット
６０ 制御モジュール
６１ 機械的装置
６２ 電動モータ
６３ 第１の偏心器
６３１ 第１の偏心器６３の偏心軸
６３２ 第１の偏心器６３の偏心ディスク
６３３ 第１の偏心器６３の制御ピン
６４ 第２の偏心器
６４１ 第２の偏心器６４の偏心軸
６４２ 第２の偏心器６４の偏心ディスク
６４３ 第２の偏心器６４の制御ピン
６５ ラジアル軸受
６６ すべり軸受
６７ スライドブロック
６８ 測定装置
６８１ 第１の偏心器６３のセンサ
６８２ 第２の偏心器６４のセンサ
６９ モデル生成手段
７０ 調整機構
８０ 安定化機構
９０ 患者
９１ 胸部－心臓／肺
９２ 脚部
９３ 膝関節部
９４ 足部
９５ 足底部
９６ 大腿部
９７ 下腿部
９８ 股関節部
Ｆ モデル関数
Ｎ１ 作用点ＡＰを介して患者９０の脚部９２に及ぼされる力
Ｎ２ 軸：作用点ＡＰ－回動点ＤＰに沿った力
Ｔｎ；ＴＮ＋１ 軌道
Ｌ0 大腿部９６の長さ
ＹＮ 膝関節部９３の軌道ＴのＹ座標
Ｚｎ 膝関節部９３の軌道ＴのＺ座標
ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎ 測定時間
ＹH／ＺH 寝たきり患者９０の股関節部９８の位置
ＡＰ 作用点
ＤＰ 回動点
θ＿ＤＰ 軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）上の２つの位置と回動点（ＤＰ）との間の角度
１１ ベッドフレーム
１２ 長手方向側面
１３ 横方向側面
１４ 長手方向の柵
１５ 横方向の柵
１６ キャスタ
１７ マットレス
２１マットレスフレーム
３０ リハビリテーション機構
３２ ベッドフレーム１１またはマットレスフレーム２１に固定可能な、リハビリテーション機構３０用支持プレート
４０ 足モジュール
４１ 固定手段
４２ 踏み面
４３ 固定ストラップ
５０ 膝モジュール
５１ 膝装具
５２ 連結要素
５３ 延長アーム
５３１ 延長アーム５３の遠位部分
５３２ 延長アーム５３の近位部分
５３３ 延長アーム５３の中間部分
５４ 受け入れ位置
５５ 角度センサ
５６ 力覚センサ
５７ 蝶ナット
６０ 制御モジュール
６１ 機械的装置
６２ 電動モータ
６３ 第１の偏心器
６３１ 第１の偏心器６３の偏心軸
６３２ 第１の偏心器６３の偏心ディスク
６３３ 第１の偏心器６３の制御ピン
６４ 第２の偏心器
６４１ 第２の偏心器６４の偏心軸
６４２ 第２の偏心器６４の偏心ディスク
６４３ 第２の偏心器６４の制御ピン
６５ ラジアル軸受
６６ すべり軸受
６７ スライドブロック
６８ 測定装置
６８１ 第１の偏心器６３のセンサ
６８２ 第２の偏心器６４のセンサ
６９ モデル生成手段
７０ 調整機構
８０ 安定化機構
９０ 患者
９１ 胸部－心臓／肺
９２ 脚部
９３ 膝関節部
９４ 足部
９５ 足底部
９６ 大腿部
９７ 下腿部
９８ 股関節部
Ｆ モデル関数
Ｎ１ 作用点ＡＰを介して患者９０の脚部９２に及ぼされる力
Ｎ２ 軸：作用点ＡＰ－回動点ＤＰに沿った力
Ｔｎ；ＴＮ＋１ 軌道
Ｌ0 大腿部９６の長さ
ＹＮ 膝関節部９３の軌道ＴのＹ座標
Ｚｎ 膝関節部９３の軌道ＴのＺ座標
ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎ 測定時間
ＹH／ＺH 寝たきり患者９０の股関節部９８の位置
ＡＰ 作用点
ＤＰ 回動点
θ＿ＤＰ 軌道（Ｔｎ；Ｔｎ＋１）上の２つの位置と回動点（ＤＰ）との間の角度
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図8】
【図9】
【図10a】
【図10b】
