JP2008295991A - 足首固定用補そう具 - Google Patents

Abstract

【課題】 足首固定用補そう具を装着して、松葉杖を用いることなく、階段の昇降および平坦地の歩行を可能とする。
【解決手段】 足首固定用補そう具の底部に、足裏の土踏まず下部での体重支持・不支持切替機構を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、アキレス腱断裂等の治療に用いる、足首固定用補そう具に関するものである。

アキレス腱断裂やアキレス腱損傷の治療方法は大別して、断裂したアキレス腱の縫合手術を行い、その後、足首を補そう具で固定して回復を待つ方法と、前記手術を行わずに足首を補そう具で固定して回復を待つ方法の２方法に分類できる。いずれの方法でも補そう具を用いるが、その目的は、断裂したアキレス腱に張力が作用しないよう、アキレス腱を縮めた状態、つまり足首を伸ばした状態で足首を一定期間固定することにより、損傷部の回復を図ることにある。固定期間は症例によるが、概略８週前後である。

図１に従来の補そう具の一例の概略を示す。図中１０は、つま先のない靴で、下部ステイ１２と固定されて一体を形成する。上部ステイ１１は足首角度設定ジョイント１３を介して、下部ステイ１２々連結している。１５は固定ベルトで、補そう具と足を固定する。足首角度設定ジョイント１３は、くるぶしの脇に位置し、上部ステイ１１と下部ステイ１２との接続角度を任意に設定して固定する。この角度設定により、足首を伸ばした状態、つまりアキレス腱を縮めた状態で固定することができる。通常、２週間程度毎に、つまりアキレス腱の回復に従って、この固定角度を変更することにより、足首を伸ばした状態から、自然な状態、つまり足首を曲げた状態に移行する。１４は、つま先から踵に向かって厚さの増す底敷きで、足首角度設定ジョイント１３の設定角度に応じて、適した高さの底敷き１４を用意することによって、つま先立ちを回避し、患者の起立を可能とする。
図２に従来の補そう具の他の一例の概略を示す。これは図１の上部ステイ１１、下部ステイ１２および足首角度設定ジョイント１３が靴１０と一体化した構造である。この構造では、つま先から踵に向かって厚さの増す中敷き２０を靴底と足の間に敷いて、固定ベルト１５で足首を固定する。中敷き２０の厚さを選定することによって、足首固定角度を任意に設定することができる。
足首固定用補そう具には様々な構造が提案されているが、いずれも基本的には図１もしくは図２で代表される。
これらの補そう具を装着して階段の歩行を試みると、足首を固定されているため両足間の体重移動が困難で、昇降することはできない。この主たる原因は、補そう具をつけた足首が固定されているため、軸足としての蹴りだしが困難なためである。対策として両手に用いた松葉杖で体重を支持して、補そう具をつけた足を浮かせることとなるが、階段の昇降は容易でない。また、足首を固定した状態なため、平坦地の歩行も容易ではない。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、松葉杖を用いることなく階段の昇降を可能とする足首固定用補そう具を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、補そう具の底部、土踏まずの直下に、体重の支持・不支持切り替え機構を設けることを特徴とする。
前記目的を達成するため、請求項２の発明では、補そう具の底部、土踏まずの直下に設けた体重の支持・不支持切り替え機構に、垂直方向に積み重ねた複数個の磁石よりなるアクチュエーター、およびアクチュエーターの座屈を用いることを特徴とする。

本発明によれば、松葉杖を用いることなく、階段の昇降が可能となる。

本発明の請求項１にかかわる具体的な構造について、図３を用いて説明する。図中３０は底板であり、下部ステイ１２を介して靴１０および上部ステイ１１と固定されている。体重は底敷き１４を介して、底板３０に印加される。３２は可動板であり、蝶番３１を軸にして可動する。３３は荷重支持体であり、体重によって蝶番３１を中心として可動板３２に作用するモーメントを、底板３０との間で支持する。
図４を用いて本発明の機能を説明する。
（１）は、底板３０が土踏まずの下部まで長い場合を示す。この場合、患者が直立状態において体重Ｗは底板を介して床に伝達し、体は安定である。しかし足首が固定されているため、階段の昇降は困難である。一方、（２）は底板が短く踵下部だけの場合を示す。直立状態では体重はくるぶしの上方に位置するので、底板周りのモーメントつまり前傾力が発生する。この結果、足首が固定されていても、底板を支点にして回転することが可能で、つま先が着地して親指付け根部分での体重支持および、歩行における蹴りだしが可能となる。このメカニズムにより、階段の昇降も可能となる。
したがって、図３における荷重支持体３３で可動板３２を支持した状態では、図４の（１）の状態に相当し、直立状態において安定である。一方、図３における荷重支持体３３で可動板３２を支持しない状態では、図４の（２）の状態に移行し、蹴りだしによる階段の昇降が可能となる。
次に本発明の請求項２にかかわる荷重支持体３３について図５を用いて詳しく説明する。荷重支持体３３は、鉛直方向に直列に積み重ねた複数個の磁石で構成される磁石柱５３および、磁石柱５３を内包するコイルばね５２によって構成される。磁石柱５３の少なくとも片端は、底板３０もしくは可動板３２に固定されている。さらに、コイルばね５２の中央部分は、ワイヤー５５を介してプランジャー５１と接続されている。
磁石柱５３は直列状態において、体重を支持する機能を有する。一方、電磁石５０に給電することによってプランジャー５１が図中白抜きの矢印方向に牽引されると、ワイヤー５５を介して磁石柱５３の横方向に牽引力が作用する結果、磁石柱５３は座屈する。この結果、磁石柱５３は体重の支持機能を失い、可動板３２は蝶番３１を軸に回転することとなる。なお、磁石柱５３は座屈しても、コイルばね５２に覆われているため、個個の磁石が散逸することはない。なお、コイルばね５２の代替としてゴムチューブ等を用いてもよい。
さらに、電磁石５０への給電を終了すると、コイルばね５２および、ばね５４の復元力および、複数の磁石自体が、Ｎ極Ｓ極間で引き合うことにより、磁石柱５３は座屈状態から、もとの直列状態に回復し、再び体重支持機能を有することとなる。このように荷重支持体３３は、電磁石５０への電源のＯＮ・ＯＦＦによって座屈と回復を繰り返すアクチュエーターとして機能する。
本発明の荷重支持体３３は、このように足裏の土踏まず下部での体重支持・不支持切替機構を構成している。この構造は、体重を支えるに足る十分な耐圧力を有すると同時に、電磁石５３のわずかな牽引力で、体重不支持への切り替えが可能である。特に僅かな電流で駆動できるので、リチウムイオンやリチウムポリマー蓄電池等の携帯電池で長時間駆動することが可能である。さらに構造が単純で信頼性に富むという特長を有し、前例のない機構である。
電磁石５３への電源のＯＮ・ＯＦＦ切り替えはスイッチにより行うが、補そう具を装着した足の筋電信号をスイッチの制御信号として用いることにより、歩行時や階段昇降時の体重支持・不支持切替を自動に行うことができる。

以下の緒言の体重支持・不支持切替機構を市販の補そう具の底部に固定して、本発明を構成した。
底板３０： 踵部高さを２３ｍｍ、長さ１３０ｍｍ、幅１００ｍｍ
可動板３２： 土踏まず下部の長さを５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、２ｍｍ厚ステンレス板を使用。
荷重支持体３３： 直径および高さが３ｍｍの円柱形ネオジウム磁石６個を直列に重ねて、これらを線径０．５ｍｍ、内径５ｍｍ、長さ２５ｍｍのコイルばねに収納。
電磁石５３およびプランジャー５１： オープンフレームソレノイドを使用。
ばね５４：厚さ０．２ｍｍ、幅２０ｍｍの板ばねを２個使用。
体重６５ｋｇの被験者が、この補そう具を右足に装着して足首を伸ばした状態で足首関節を固定後、起立して補そう具をつけた右足に全体重を印加したところ、荷重支持体３３は十分に体重を支持することができた。
次に階段歩行試験結果を順に説明する。
▲１▼ 松葉杖を用いない状態、つまり両手が自由な状態で階段に向かって起立し、補そう具をつけた右足を軸足として左足を上げつつ、オープンフレームソレノイドに約９Ｖの直流電圧を加えて約０．７Ａの電流を流し、約７Ｎ（ニュートン）の牽引力を発生させたところ、６５ｋｇの体重を支持していた荷重支持体３３は座屈した。この状態で右足はつま先荷重による蹴りだしへ移行することが可能となり、左足を階段の一段目へ着地させることができた。
▲２▼ さらに、左足を軸足として右足をあげつつ、電圧印加をスイッチにより切断すると、荷重支持体３３は、もとの直列状態に復帰した。この状態で右足を階段の二段目へ安定に着地させることができた。
▲３▼ ▲１▼と▲２▼の動作を交互に繰り返すことにより、松葉杖を用いずに階段を登ることができた。
階段下りについても、同様のスイッチ操作により、松葉杖を用いることなく歩いて下ることができた。

本発明はアキレス腱断裂者の治療に不可欠な補そう具の利便性を大きく向上させるものであり、整形外科の医療現場での利用可能性は高い。

：従来の足首固定用補そう具の構造を示した図 ：従来の足首固定用補そう具の別の構造を示した図 ：本発明の足首固定用補そう具の構造を示した図 ：本発明の足首固定用補そう具の機能を示した図 ：本発明の荷重支持体の構造を示した図

符号の説明

１０ 靴
１１ 上部ステイ
１２ 下部ステイ
１３ 足首角度設定ジョイント
１４ 底敷き
１５ 固定ベルト
２０ 中敷き
３０ 底板
３１ 蝶番
３２ 可動板
３３ 荷重支持体
５０ 電磁石
５１ プランジャー
５２ コイルばね
５３ 磁石柱
５４ ばね
５５ ワイヤー

Claims (2)

1. 足裏の土踏まず下部での体重支持・不支持切替機構を有することを特徴とする足首固定用補そう具
2. 垂直方向に積み重ねた複数個の磁石よりなるアクチュエーターを体重支持機構、および前記アクチュエーターの座屈を体重不支持切替機構に用いることを特徴とする、請求項１記載の足首固定用補そう具

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