JP2005211328A

JP2005211328A - 歩行訓練装置

Info

Publication number: JP2005211328A
Application number: JP2004022059A
Authority: JP
Inventors: Ryokichi Hirata; 亮吉平田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】歩行の位相に応じ患者１３の股・膝・足関節を協調運動を実施できる歩行訓練装置を提供する。
【解決手段】患者１３の大腿を駆動する大腿駆動部７と患者１３の下腿を駆動する下腿駆動部８を備えて、患者１３の下肢に所定の歩行パターンに沿った受動運動を行なわせる歩行訓練装置１において、下腿駆動部８と機械的に連結された足関節駆動部９を備え、大腿駆動部７と下腿駆動部８および足関節駆動部９を連動させて、患者１３の股関節、膝関節および足関節を協調させて動作させる
【選択図】図１

Description

本発明は、下肢の運動機能に傷害を持つ患者の下肢を所定の歩行パターンに沿って受動運動させて、下肢の運動機能の回復を図る歩行訓練装置に関するものである。

下肢の運動機能に傷害を持つ患者の下肢を所定の歩行パターンに沿って受動運動させて、下肢の運動機能の回復を図る歩行訓練装置が各種提案されている。
(従来例１)特許文献１には図６に示すような、全体機構ベース部１０１と、その上に設けられた体幹支持機構回転機構ベース部１０２と体幹支持機構回転機構１０３を備えて、患者１０９の体幹を任意の傾斜角度で支持することができる体幹支持機構１０６と、体幹支持機構１０６に連結された下肢駆動機構ベース回転機構１０４と下肢駆動機構１０５と、全体機構ベース部１０１に設けられ、前記下肢の環境を提示することができる下肢環境提示機構１０８とから構成される歩行機能回復用肢体駆動装置が開示されている。

（従来例２）特許文献２には図７に示すような足関節受動運動訓練装置が開示されている。この足関節受動運動訓練装置は駆動部２０１と、足関節部を中心として屈曲と伸展（たとえば背屈と底屈）を得るべく往復揺動運動する回転アーム２０２を備えており、駆動部２０１は足首に対する装具２０３に固定され、回転アーム２０２のスライド部２０２ｃには足部に対する装具２０５が取付けられている。
特開２００３−０６２０２０号公報特開平９−２７１４９６号公報

従来例１の歩行機能回復用肢体駆動装置は、大腿部と下腿部の協調動作による受動運動が出来るが、足関節の運動については考慮されていなかった。また従来例２の足関節受動運動訓練装置は足関節の受動運動を行なうが、大腿部、下腿部および足関節の協調動作は考慮されていなかった。そのため、従来の歩行訓練装置では、歩行の位相に応じ股・膝・足関節を協調動作させる訓練ができないという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、歩行の位相に応じ訓練者の股・膝・足関節の協調運動を実施できる歩行訓練装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、患者の大腿を駆動する大腿駆動部と前記患者の下腿を駆動する下腿駆動部を備えて、前記患者の下肢に所定の歩行パターンに沿った受動運動を行なわせる歩行訓練装置において、前記下腿駆動部と機械的に連結された足関節駆動部を備え、前記大腿駆動部と前記下腿駆動部および前記足関節駆動部を連動させて、前記患者の股関節、膝関節および足関節を協調させて動作させるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記下腿駆動部と前記足関節駆動部の機械的連結はプーリおよびワイヤを用いるものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記歩行パターンの歩幅及び足関節の底屈・背屈角度の可動域を調整する歩幅変更スイッチを備えるものである。
また、請求項４に記載の発明は、画像または音または振動のいずれかを用いて、前記患者に運動のタイミングを提示するものである。

請求項１および請求項２に記載の発明によると、患者が股・膝・足関節の協調運動を実施できるため、患者の歩容が改善され、歩行訓練の効果が向上するという効果がある。また、請求項３に記載の発明によると、歩行パターンの歩幅を調整することで、患者の障害レベル（Brunnstrom Stage等）に応じた歩幅及び足関節の底屈・背屈角度の可動域で訓練を実施することができるので、歩行訓練の効果が向上するという効果がある。さらに、請求項４に記載の発明によると、運動のタイミングを提示することで、患者が歩行周期に応じ股・膝・足関節を協調させて動作させるタイミングを習得することができるので、歩行訓練の効果が向上するという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を示す歩行訓練装置のシステム構成図であり、図２は、前記歩行訓練装置の駆動部の構成を示す概念図である。図において、1は歩行訓練装置である。２は歩行訓練装置１のコントローラであり、コントローラ２は歩行パターン生成部３と歩行パターンデータ記憶部４を備えている。歩行パターン生成部３は歩行パターンデータ記憶部4に記憶された歩行パターン１２（つまり患者１３の大腿長、下腿長、歩行分析における股・膝関節角度データを基にした下腿駆動機構部先端の軌跡）を基にパターンを生成する演算部である。５は患者１３の発生する力を検出する力センサであり、６は大腿駆動部７、下腿駆動部８、足関節駆動部９の角度を検出する角度センサである。大腿駆動部７は患者１３の大腿１３ａを駆動する駆動部であり、７ａは大腿駆動部７を駆動するモータである。８は患者１３の下腿１３ｂを駆動する下腿駆動部であり、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄはプーリであり、８ｅはワイヤである。９は患者１３の足関節を駆動する足関節駆動部であり、９ａはプーリ、９ｂはワイヤである。１０は患者１３の大腿１３ａを装着する大腿装着部であり、１１は患者１３の下腿１３ｂを装着する下腿装着部である。１４は操作パネルであり、１５は足で蹴ることで動く歩行面である。
この歩行訓練装置の特徴は、歩行パターン１２にあわせて大腿駆動部７及び下腿駆動部８を駆動し、下腿駆動部８の第１軸と連動する足関節駆動部９を正転・逆転することで、歩行の位相に応じ患者１３の股・膝・足関節の協調運動を実施することである。

次に、下腿駆動部８の第１軸と連動する足関節駆動部９の駆動方法について図２を参照して説明する。プーリ８ａは下腿駆動部８の第１軸に取付けられている。まず、下腿駆動部８の第１軸が反時計方向に回転すると、ワイヤ８ｄも反時計方向に回転しプーリ８ｂが反時計方向に回転する。また、プーリ８ｂが反時計方向に回転すると、ワイヤ８ｅも反時計方向に回転しプーリ８ｃが反時計方向に回転する。さらに、プーリ８ｃが反時計方向に回転すると、ワイヤ９ｂも反時計方向に回転しプーリ９ａが反時計方向すなわち背屈方向に回転する。

下腿駆動部８の第１軸が時計方向に回転すると、ワイヤ８ｄも時計方向に回転しプーリ８ｂが時計方向に回転する。また、プーリ８ｂが時計方向に回転すると、ワイヤ８ｅも時計方向に回転しプーリ８ｃが時計方向に回転する。さらに、プーリ８ｃが時計方向に回転すると、ワイヤ９ｂも時計方向に回転しプーリ９ａが時計方向すなわち底屈方向に回転する。なお、プーリ８ａ、プーリ８ｂ、プーリ８ｃおよびプーリ９ａの減速比は、歩行１周期で訓練者の足関節角度の可動域が底屈１０°〜背屈２０°になるように調整されている。

図３は、歩行周期と股・膝・足関節角度の関係と足関節の駆動方法を示す図である。歩行周期の位相は、(1)踵接地、(2)足底接地、(3)立脚中期、(4)踵離地、(5)足尖離地、(6)遊脚初期、および(7)遊脚後期から構成され、各位相に応じて股関節、膝関節、足関節の屈曲・伸展運動が繰り返される。
(1)踵接地
・股関節最大屈曲位となり以後伸展していく
・膝関節ほぼ完全に伸展し以後屈曲していく
・足関節背屈位から底屈していく
(2)足底接地
・股関節伸展していく
・膝関節屈曲していく
・足関節底屈位（約１０°）となる
(3)立脚中期
・股関節伸展していく
・膝関節立脚期での最大屈曲位（約２０°）となる
・足関節背屈していく
(4)踵離地
・股関節最大伸展位（約１０°）となる
・膝関節伸展から屈曲していく
・足関節最大底屈位（約１０°）となり以後は底屈していく
(5)足尖離地
・股関節屈曲していく
・膝関節屈曲していく
・足関節最大底屈位（約２０°）となる
(6)遊脚初期
・股関節加速しながら屈曲していく
・膝関節最大約６０°まで屈曲していく
・足関節背屈していく
(7)遊脚後期
・股関節減速しながら屈曲していく
・膝関節伸展していく
・足関節背屈位を保つ

歩行訓練を実施する場合、歩行パターン生成部３がコントローラ２に動作指令を与えることで、歩行パターンに沿って大腿駆動部７、下腿駆動部８を駆動させる。これにより、(2)足底接地、(3)立脚中期、(4)踵離地、(5)足尖離地において、下腿駆動部８の第１軸が反時計方向に回転するため、下腿駆動部８の第１軸の反時計方向への回転角度に応じ足関節駆動部９が反時計方向（背屈方向）に回転する。また、(6)遊脚初期、(7)遊脚後期、(1)踵接地において、下腿駆動部８の第１軸が時計方向に回転するため、下腿駆動部８の第１軸の時計方向への回転角度に応じ足関節駆動部９が時計方向（底屈方向）に回転する。

以上より、歩行パターン生成部３がコントローラ２に動作指令を与えることで、歩行パターンにあわせて大腿駆動部７及び下腿駆動部８を駆動し、下腿駆動部８の第１軸と連動する足関節駆動部９を正転・逆転することで、歩行の位相に応じ患者１３の股・膝・足関節の協調運動を実施することができるのである。

図４は、本発明の第２の実施例を示すの形態の歩行訓練装置のシステム構成図である。歩行訓練装置１の基本的な構成は図１に示した第１の実施例のものと同一なので、説明を省略する。歩幅変更スイッチ１６を備えたことが本実施例の特徴である。
歩行訓練前に、医師や理学療法士が患者１３の障害レベル（Brunnstrom Stage等）に応じ歩幅変更スイッチ１６を用いて歩幅を設定すると、歩行パターン生成部３は歩行パターンデータ記憶部４に記憶された歩行パターン１２を基に歩幅を変更し、第１の実施の形態と同様にして、歩行パターンにあわせて大腿駆動部７及び下腿駆動部８を駆動し、下腿駆動部８の第１軸と連動する足関節駆動部９を正転・逆転することで、歩行の位相に応じ患者１３の股・膝・足関節の協調運動を実施することができる。歩幅を狭く設定すると、下腿駆動部８の第１軸が可動する範囲が狭くなるため、下腿駆動部８の第１軸と連動する足関節駆動部９が可動する範囲も狭くなり、患者１３の底屈・背屈角度の可動域が狭くなる。このように、患者１３の障害レベルに応じた歩幅及び足関節の底屈・背屈角度の可動域で訓練を実施することができる。

図５は、本発明の第３の実施例を示す歩行訓練装置のシステム構成図である。歩行訓練装置１の基本的な構成は図１に示した第１の実施例のものと同一なので、説明を省略するが、コントローラ２内部に訓練状況判断部１７を備えること、視覚提示手段１８を操作パネル１４の上に取り付けたこと、聴覚提示手段１９を患者１３の頭の後方に配置したこと、および振動提示手段２０を患者１３に装着したことが特徴である。
歩行訓練装置１は、前述の第１の実施例の場合と同様に、歩行の位相に応じて患者１３の股・膝・足関節の協調運動を実施することができる。そして、患者１３の下肢の動作に応じて、訓練状況判断部１７が、視覚提示手段１８で提示する画像、聴覚提示手段１９で提示する音、あるいは振動提示手段２０で提示する振動のいずれかあるいは組み合わせて、患者１３に運動のタイミングを提示する。例えば、踵接地において踵からの接地を促すタイミング、立脚中期において膝関節の伸展を促すタイミング、および踵離地において下肢振出しのタイミング等を前記画像、音あるいは振動で患者１３に知らせるので、患者１３は歩行周期に応じ股・膝・足関節を協調させて動作させるタイミングを習得することができる。

本発明は、下肢の運動機能に傷害を持つ患者の下肢を所定の歩行パターンに沿って受動運動させて、下肢の運動機能の回復を図る歩行訓練装置として有用である。

本発明の第１の実施例を示す歩行訓練装置のシステム構成図である。前記歩行訓練装置の駆動部の構成を示す概念図である。歩行周期と股・膝・足関節角度の関係と足関節の駆動方法を示す図である。本発明の第２の実施例を示す歩行訓練装置のシステム構成図である。本発明の第３の実施例を示す歩行訓練装置のシステム構成図である。従来例１の歩行機能回復用肢体駆動装置の主要部構成図である。従来例２の足関節連続運動訓練装置の使用状態を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

１歩行訓練装置、２コントローラ、３歩行パターン生成部、４歩行パターンデータ記憶部、５力センサ、６角度センサ、７大腿駆動部、７ａモータ、８下腿駆動部、８ａプーリ、８ｂプーリ、８ｃプーリ、８ｄプーリ、８ｅワイヤ、９足関節駆動部、９ａプーリ、９b ワイヤ、１０大腿装着部、１１下腿装着部、１２歩行パターン、１３患者、１３ａ大腿、１３ｂ下腿、１４操作パネル、１５歩行面、１６歩幅変更スイッチ、１７訓練状況判断部、１８視覚提示手段、１９聴覚提示手段、２０振動提示手段

Claims

患者の大腿を駆動する大腿駆動部と前記患者の下腿を駆動する下腿駆動部を備えて、前記患者の下肢に所定の歩行パターンに沿った受動運動を行なわせる歩行訓練装置において、
前記下腿駆動部と機械的に連結された足関節駆動部を備え、前記大腿駆動部と前記下腿駆動部および前記足関節駆動部を連動させて、前記患者の股関節、膝関節および足関節を協調させて動作させることを特徴とする歩行訓練装置。
前記下腿駆動部と前記足関節駆動部の機械的連結はプーリおよびワイヤを用いるものであることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練装置。
前記歩行パターンの歩幅及び足関節の底屈・背屈角度の可動域を調整する歩幅変更スイッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練装置。
画像または音または振動のいずれかを用いて、前記患者に運動のタイミングを提示することを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練装置。