JP2014158946A - 関節のある肢に軸方向の振動力を与えるシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】骨及び筋組織を振動刺激することができる筋骨格ローディングシステムを提供する。
【解決手段】システム１０は、互いに間隔をあけて配置され、肢の対向する端部と係合する一対の支持体と、支持体の少なくとも一つと係合し、支持体間の距離を縮めるよう支持体の少なくとも一つを圧縮方向に動かす張力部材と、圧縮方向に垂直な方向の肢の動きを制限する関節規制具２６と、圧縮方向に平行な方向に振動を伝える振動ユニット１６と、を備える。
【選択図】図６

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、参照により本願に盛り込まれる２０１１年２月１５日付けで出願された米国特許仮出願第６１／４４３，０３７号の利益を主張する。

本発明は、骨及び筋組織に刺激を与えるための筋骨格ローディングシステムに関する。

筋骨格組織は、例えば入院中又は長期にわたるベッドでの療養中などの不使用期間中に急速に萎縮する。特許文献１及び特許文献２には、寝たきりの患者、特にそのような振動のために従来使用されるタイプの振動台の上に立つことができない患者への使用に適した骨又は筋肉を機械的に刺激する装置が記載されている。これらの特許文献には、膝及びオプションで腰に取り付けられた規制連結具によって固定された状態で振動台を足裏に押し付けるハーネスシステムが記載されている。後者の実施形態により、関節のある肢の異なる部分に有益な治療をすることが可能となる。

米国特許第７，６６２，１１５ 米国特許出願第２０１０／０２２２７２２

本発明は、骨及び筋組織を刺激するのに使用することができるシステム及び方法を提供する。

したがって、本発明の目的は、患者を治療するために高度に調整可能な振動刺激を与えることである。

前記システムは、軸の周りに回転するよう位置決めされかつ軸の周りの偏心経路に沿って回転するよう構成された偏心部を有するシャフトが設けられた振動ユニットを有してもよい。モータの回転速度を変えることによって振動ユニットにより生成された振動の周波数が変わるよう、モータがシャフトを回転させてもよい。偏心部を装置内の異なる位置に移動させるために軸に対して可動なフォロワーを設けてもよい。振幅を変え易くするために、装置内のフォロワーの（複数の）位置に対応する振幅を有する振動を生成するために、連結具が偏心部によって往復運動される。

さらなる実施形態において、偏心器は、傾斜したシャフトと、シャフト上に搭載された軸受であって、偏心器の回転軸に対して軸受がどれだけ近いかを調整するために傾斜したシャフトに沿って軸方向に可動な軸受と、を有してもよい。これにより、振動ユニットによって生成された振動の振幅を調整するよう、軸受が傾斜したシャフトに沿って軸方向に動くことができる。

さらなる実施形態において、偏心輪を、モータの出力シャフトに中心をずらして搭載してもよい。偏心輪は、患者支持体と係合して患者支持体を直接動かして振動往復運動させてもよく、あるいは患者支持体を動かして振動往復運動させる介在枢動アームと係合してもよい。偏心輪及び患者支持体又は枢動アームの係合位置を動かすことにより、振動の振幅を変化させることができる。

上記目的及び利点は特許請求の範囲内の一部の実施形態にのみ適用され、したがって本発明の範囲を定めるものではない。

下腿の筋骨格刺激のためのシステムの一実施形態上に位置決めされた患者の幻像の一部側面図である。 図１の脚を表わす簡潔化された関連図であり、張力ストラップ及び膝規制具によって与えられる力を示す。 患者の足と腰の間に荷重をかけるための、図１の装置とともに使用するのに適した腰支持体の第一実施形態の斜視図である。 図３と似た図であり、患者の足と腰と肩の間に荷重をかけるための、図３の腰支持体に替わる手段を示す。 図１の実施形態に使用される足台に釣り合い支持を与える機構の簡単な上面図である。 図６ａは下腿の筋骨格刺激のための、本発明のシステムの実施形態に位置決めされた患者の幻像の一部側面図であり、図６ｂは図６ａのシステムの変形例で ある。 図２と似たような図であり、受動運動又は能動運動中に張力を受けた状態で振動を与えるための本発明の動作を示す。 調整可能な偏心機構を与える図１の足支持体に振動を与えるのに適した振動機構の一実施形態の簡単な図である。 図９ａは振動のある振幅及び周波数を与えるための図７の偏心機構の位置を示す図であり、図９ｂは図９ａとは異なる振幅及び周波数を与えるための図７の偏心機構の別の位置を示す図である。 図１の足支持体に振動を与えるのに適した振動機構の別の実施形態の簡単な図である。 図１の足支持体に振動を与えるのに適した振動機構のさらに別の実施形態の簡単な図である。 図１０の振動機構の変形例である。 前記システムの一つの使用を示すフローチャートである。

患者支持体
図１を参照すると、一実施形態において、システム１０は、診察台などのテーブル１４の水平面に横たわる臥位した患者１１の脚に振動を与える。振動は、患者の足から患者の腰まで頭から足の方向の軸(superior-inferior axis)１２に沿って伝わる。

テーブル１４の一端に配置され直線トラック１８上に支持された振動ユニット１６として示される振動装置によって振動が与えられ、振動ユニット１６は、異なる患者に適応するために直線トラック１８によって軸１２に沿った異なる位置に動かされる。患者の下腿２２が実質的に水平となるよう患者の足をテーブル１４の上でわずかに持ち上げた高さで受けるために、患者１１の方に向いた振動ユニット１６の前面が足支持体２０を支持する。足支持体２０は、患者１１、例えば振動を受けるために肢の近位端、とシステム１０との間に第一の支持点又は取付点を与える連結具でもよい。足支持体２０は、振動ユニット１６から患者１１に振動を伝えるよう構成されてもよい。足支持体２０は、振動ユニット１６の振動アーム２１に取り付けられた、患者の足裏に当接する鉛直部を有してもよい。このようにして振動ユニット１６は振動伝達方向に伝えられる振動を与え、該振動伝達方向は、足支持体２０の鉛直部から離れる方向に伸びる方向であって振動アーム２１及び／又は前記軸１２の長手軸にほぼ平行な方向に向いてもよい。足支持体２０は、患者のかかとを下から支持する、鉛直部の下縁から伸びる水平棚をさらに含んでもよい。

関節規制具によって、治療されている患者の肢の先端と基端の間にある関節の軸外運動(out-of-axis movement)を制限してもよい。一実施形態において、膝の下に設けられた（直線トラック１８に固定された）パッド入り支持クッション２４及びストラップ２８によって直線トラック１８に連通下上側パッド入り規制具２６によって、患者の膝が軸１２に垂直な方向に動かないよう規制してもよい。したがって、膝に連結した上腿３０の端部が一定の高さ又は位置に維持されるよう、股関節屈曲又は股関節伸展が妨げられるよう規制してもよい。この規制により、いくらかの軸方向の動きは許容されるが膝の上向き又は下向きの動きはかなり防げられる。これに関して、パッド入り規制具２６は膝を軸整列位置に位置付けしてもよく、この状態では膝の屈伸運動の中心である膝の回転軸が第一方向に向くよう構成され、そして規制具２６は、この軸整列位置の外への膝の動き即ち振動伝達方向から離れる膝の上向き及び下向きの動きを制限してもよい。下腿２２の骨と上腿３０の骨との間の自然な圧縮相互作用を許すよう、パッド入り規制具２６が膝に設けられてもよい。当然ながら、代替的な実施形態ではパッド入り支持クッション２４をテーブル１４に直接取り付けてもよい。

さらに図１を参照すると、患者１１、例えば振動を受けるために肢の遠位端、とシステム１０との間の第二の支持点又は取付点を提供する背中支持体３２上で患者の腰を支持してもよい。背中支持体３２は、テーブル１４に直接取り付けられてもよく、直線トラック１８を調整して振動ユニット１６を動かして脚の長さが異なる患者に適応するようにしてもよい。患者の腰は、単に摩擦及び患者の体重によってあるいは患者１１を背中支持体３２に押し付ける補助的なパッド入りベルト３４を用いて、背中支持体３２によってテーブル１４に対して動かないよう規制されてもよい。背中支持体３２は、患者の腰の動きをさらに規制する、腰の周りで上向きに伸びる羽根３３を含んでもよい。

図２を参照すると、通常、上腿３０の骨と下腿２２の骨が互いに対してわずかに斜めになるよう、腰の位置はわずかに膝の位置の下にくる。

再び図１を参照すると、ケーブル又はストラップなどの張力部材３６の一端（あるいは直線トラック１８の可動面上の任意の点）が振動ユニット１６に取り付けられ、他端が患者の腰に対して固定された点、例えば背中支持体３２の羽根３３（これらが十分堅い場合）又はテーブル１４に取り付けられてもよい。張力部材３６は付勢することによって患者の脚に所定の圧縮予荷重を与えるために使用されてもよく、したがって振動ユニット１６を背中支持体３２に向かって動かし、両支持体が脚の対向両端に係合してほぼ互いの方に向き、これにより互いの間の距離を縮めて振動ユニット１６が動くことができる圧縮方向を定める。注目すべきは、この予荷重又は圧縮は膝の関節を通るものであり、単に上腿３０の骨及び下腿２２の骨にわたるものではない。コントローラ８０（図８及び図１０）のメモリ内に格納することができる又はコンソール８２（図８及び図１０）を用いて設定することができる圧縮又は予荷重の（複数の）量については、以下でより詳細に記載する。

図２に示すように、患者の脚をわずかに曲げることによって、張力部材３６の張力が脚の圧縮に置き換えられ、同時に、力矢印３８によって示される膝の軸外規制によって脚の屈曲（上腿への振動を減少させるようなもの）が防止される。予荷重圧縮は、張力部材３６が完全な振動ユニット１６を背中支持体３２に向かって付勢する即ち動かすことによって達成されてもよい。

この力は、膝をきつく拘束することなく、例えば膝と足の間及び膝と腰の間の個々の張力部材を支持するタイプのカラーを膝に使用することなく、与えることができる。この関節の支持により、患者の足に与えられた振動が、下腿２２及び介在膝関節を通って上腿３０に伝えられる。

張力を示すため、したがって直線トラック１８上を低い摩擦で自由に動くことができる振動ユニット１６を用いて患者の脚に圧縮の所定予荷重を与えるために、張力部材３６は、ばねはかり、ロードセル又は他の測定器を含んでもよい。この目的のために、張力部材３６を短くする又は長くするための送りねじなどの調整機構を使用してもよい。あるいは、直線トラック１８を動かないようロックして、振動ユニット１６と足支持体２０とを連結する送りねじなどに取り付けられたノブ４０などを用いて足支持体２０と振動ユニット１６の間の相対位置を変化させることにより、脚の圧縮を調整してもよい。

振動ユニット１６は、例えば特許文献１に教示された周波数範囲内で振動の所定の振幅を与えてもよい。あるいは、以下に記載するように、制御された振幅を与える振動ユニット１６を用いてもよい。

図３を参照すると、背中支持体３２は、上側パッド入り面が設けられ且つ患者の腰の下に嵌まるよう構成された半剛体でかつ成形された起伏がある背部４４と、上向きにかつ患者の腹部の周囲に湾曲した羽根３３と、を有してもよい。張力部材３６は、背部４４の堅い部分又は羽根に取り付けられてもよい。

あるいは、図４に示すように、さらに別の実施形態では、患者の腰の周囲に適合するベルト５１及び／又は患者の肩の上に適合するサスペンダー５３を使用してもよく、これにより、この力を患者の腰及び肩に伝えるとともに、後者の場合は圧縮予荷重がかけられた患者の腰椎に振動を与えるよう構成された張力部材３６のための終端点が与えられる。取り付けられる材料に応じてさまざまな異なる規制具が考えられる。

図５を参照すると、足支持体は一対の足台２０ａ、２０ｂを有してもよく、水平にのびるレバー５０の何れかの端部に配置された患者の左足及び右足それぞれについての足台２０ａ、２０ｂに振動ユニット１６が取り付けられてもよい。レバー５０は、支点５２において、所望の振動を与える振動ユニット１６の振動アーム２１に取り付けられている。支点５２は、バランスを取るように枢動することによって、振動ユニット１６から足への力６０を均一化する。足関節が屈曲するにもかかわらず足にわたって力を均一化するために、各台２０ａ及び２０ｂが、枢動点６２によってレバー５０の両端に同様に取り付けられてもよい。

図６ａを参照すると、この実施形態ではシステム１０は図１のものと大体同じであるので説明は省略する。図６と図１に示されたシステムの違いの一つは、図６のシステム１０が、図１のように臥位した患者１１ではなく座位の患者１１の脚に振動を与える点である。図６のシステム１０は、振動ユニット支持体１７及び台座支持体１９が設けられたフレーム１５を有する。振動ユニット支持体１７は相互接続管片を有し、該相互接続管片は、その上端で水平管片によって接続された互いに離間した直立管片を含む。振動ユニット支持体１７の水平管片によって直線トラック１８が与えられ、これにより、異なる患者に適応しかつ患者の脚へ圧縮予荷重をかけることを容易にするために振動ユニット１６が長手方向にフレーム１５に対して移動することができる。

さらに図６ａを参照すると、振動ユニット１６は、リニアアクチュエータ型位置ドライブを提供する張力部によって、フレーム１５に沿って長手方向に動くよう構成されてもよい。前記リニアアクチュエータ型位置ドライブは、振動ユニット１６の動きを生むために、固定歯ラック（非図示）と係合する歯車を回転させる又は送りねじ（非図示）などのナットを回転させる電気モータを有してもよい。前述した張力部材３６と同様に、位置決めドライブ３７は、張力を示すため、したがって直線トラック１８上を小さい摩擦で自由に可動な振動ユニット１６を用いて所定の圧縮予荷重を患者の（複数の）脚に加えるために、ばねばかり、ロードセル又は他の測定器を含んでもよく又はこれらと協働してもよい。特定の患者の脚に関する圧縮予荷重の量を規定するために、位置決めドライブ３７を制御ユニット８０及びコンソール８２（図８及び図１０）に操作可能に接続してもよい。

さらに図６ａを参照すると、台座支持体１９は（複数の）前方直立管片を含み、該（複数の）前方直立管片には、台座アセンブリ２３の後部が上下に移動可能となるよう台座アセンブリ２３の前部が枢動可能に連結されている。台座アセンブリ２３は、足支持体２０とほぼ整列するよう配されてもよい即ち足支持具２０とほぼ同じ高さに配されてもよい下台座面２５を有し、これにより座位にある患者１１の足と腰がほぼ同じ高さに位置合わせされる。下台座面２５は、座位にある患者１１を下から支持するとともに、患者の背中を後ろから支持する背もたれ２７を支持する。背もたれ２７は、異なるサイズの患者１１に適応するために、下台座面２５に対して長手方向に可動であってもよい。この実施形態では、パッド入り規制具２６は下台座面２５の前部と整列しており、パッド入り規制具２６の高さは、患者１１の（複数の）膝の軸外の動きを制限するために上方境界を与えると同時に上腿３０の太さが異なる患者１１に適応するために調整可能である。そのようなパッド入り規制具２６の高さの調整機能は、パッド入り規制具２６が取り付けられた柱に設けられた鉛直方向に間隔をあけて配置された複数の穴のうちの一つと、台座支持体１９の前方の鉛直管片に取り付けられた、パッド入り規制具の柱がスライド可能に保持されたカラーの穴と、に挿入されるピンにより与えられる。オプションで、台座支持体１９のどちら側にもパッド入り規制具２６を可逆的に取りつけることができるように、パッド入り規制具の柱を収容する一対のカラーを台座支持体１９の対向側に設けてもよく、患者は、台座支持体１９の他方側のパッド入り規制具２６と下台座面２５との間に画定される空間を通って台座アセンブリに進入してもよい。

さらに図６ａを参照すると、アクチュエータ３１で示される手動又は自動アクチュエータは、前方枢動連結の反対にある台座支持体１９の後部を支持する。アクチュエータ３１は油圧式又は空気式シリンダ、電気作動送りねじなどのリニアアクチュエータを含んでもよい。アクチュエータ３１は、下台座面２５が地面とほぼ平行となる完全に伸長した位置まで作動されてもよく、これによりシステム１０での治療のために患者１１が台座アセンブリ２３に進入することが容易になる。また、アクチュエータ３１は、下台座面２５が傾斜位置となる完全に収縮した位置まで作動されてもよく、この状態では後部が前ヒンジ部よりも地面に比較的近くなる。振動ユニット１６の使用中にアクチュエータ３１を伸長位置と収縮位置の間で動かすことにより、膝関節に受動運動が加えられ、したがって患者１１の努力を必要とすることなく下腿及び上腿２２、３０の間の相対運動が加えられる。これにより、膝が鉛直軸に沿う上下運動に対して制限されるように台座アセンブリ２３の前部と規制具２６との間の距離をほぼ一定に維持しながら患者１１の膝が曲げ伸ばしされるよう、台座アセンブリ２３の後部のアーチ状運動経路(arcuate movement path)が与えられる。システム１０の使用中に患者１１に周期的受動運動のパターンを与えるよう、アクチュエータ３１がコントローラ８０と通信してコントローラ８０によって制御されてもよい。

図６ｂは、図６ａのシステム１０の変形例を示す。この実施形態では、振動支持体１７及び／又は台座支持体１９が互いに近づく方向に可動である。これは、振動支持体１７と台座支持体との間に長手方向に沿ってトラック１８を配置し、振動支持体１７及び／又は台座支持体１９のうち一方又は両方をトラック１８の可動部に搭載することによりなされる。図６ａに関して記載したように、図６ｂのシステム１０は、制御ユニット８０により制御されて振動支持体１７及び／又は台座支持体１９の直線運動を生むリニアアクチュエータ型位置ドライブを提供する張力部を有してもよい。このような張力部は、張力を示すため、したがって特定の患者の脚に関する圧縮予荷重の量を規定するよう振動ユニット１６を用いて患者の（複数の）脚に所定の圧縮予荷重を加えるために、ばねばかり、ロードセル又は他の測定器を含んでもよく又はこれらと協働してもよい。この実施形態のパッド入り規制具２６は、使用者の（複数の）膝の上及び下に係合するよう構成されてもよい、互いに間隔をあけて設けられた二つの部分を有する。振動ユニット１６を水平にのびる軸の周りに枢動させると同時に振動ユニット１６を支持するために、振動支持体１７がヒンジ又は他の枢動結合を与えてもよい。これにより、システム１０を伴って使用者の足関節を手動で曲げ伸ばしすることができ、あるいはアクチュエータ（非図示）を振動ユニト１６内に設けて、振動ユニットの振動枢動運動を与えるよう制御ユニット８０により制御してもよい。このようなアクチュエータは、図６ａに示すアクチュエータ３１と同じように枢動運動を与えるために振動ユニット１６の外部に設けてもよく、複数のアクチュエータ３１を有する実施形態における台座アセンブリ２３の代わりに又はこれに加えて、振動ユニット１６と係合して押して振動ユニット１６を振動させる。

図７を参照すると、関節の軸外規制のみがなされた患者の関節のある肢の全長に沿って振動を付加する能力により、本発明を使用して、図６に示す台座支持体１９の運動を与えるためにアクチュエータ３１を制御することによって、オプションで例えば当該分野で周知のタイプの受動運動機械による肢のエクササイズ又は運動中に肢に振動を与えることができる。そのようなシステムにおいては、張力部材３６（図１）又は位置決めドライブ３７（図６）の長さを、オプションで、肢が動いているときに肢に所定の予荷重が加えられていることを保証するよう肢の動きとあわせて、コントローラ８０により調整してもよい。

振動ユニット
図８、１０、１１を参照すると、一実施形態において、本発明での使用に適した振動ユニット１６は、独立して制御可能な振動の周波数及び制御可能な振動の振幅の両方を提供してもよく、したがって足支持体２０の可変かつ制御された変位を提供してもよい。当然のことながら、制御とは、独立して制御可能な周波数及び力、独立して制御可能な力及び振幅、独立して制御された周波数及び変位、独立して制御された周波数及び加速度などとして表現されてもよく、それぞれ、他を簡単に数学的に変換したものである。

図８を参照すると、一実施形態において、振動ユニット１６は、振動が伝えられる軸１２にほぼ垂直な軸７２の周りに回転する偏心器７０を有してもよい。偏心シャフト７０は、軸７２に沿って整列した、第一モータ７８による回転のために軸方向に整列した軸受７７によって支持された二つの筒状軸受面７４及び７６を有してもよい。モータ７８は、当該分野において周知の制御ユニット８０（図８及び図１０）によって速度が制御されてもよい。軸受面７６は、モータ７８に向かって伸びるスタブシャフトを有してもよく、スタブシャフトには、モータ７８の出力シャフトの端部に位置する対応してスプラインが形成された連結具と係合するスプラインが設けられてもよい。

さらに図８を参照すると、制御ユニット８０（図８及び図１０）は、一以上のプロセッサと、本明細書に記載する動作を提供するためにシステム１０の各種部品の動作特性をモニタリングするとともに対応させて制御するための一以上のプロセッサにより実行されるプログラム命令を有する一以上のメモリ媒体と、を有してもよい。例えば、制御ユニット８０は、治療されている患者１１の組織に予荷重力を与えるために張力部材３６及び／又は位置決めドライブ３７をモニタリング及び制御してもよく、本明細書でより詳細に記載するように振動の周波数を規定する又は変えるためにモータ７８をモニタリング及び制御してもよく、振動の振幅を規定する又は変えるためにモータ９６をモニタリング及び制御してもよい。制御ユニット８０はユーザインターフェースを有するユーザコンソール８２に動作可能に接続されてもよく、以下に記載するように、該ユーザインターフェースは、予荷重、振動の周波数及び振幅、治療されている患者の一連の体組織内の関節角度及び治療されている患者の一連の体組織内の（複数の）関節の受動運動特性を操作するようシステム１０の動作パラメータを入力及び設定するボタンやディスプレイなどである。

さらに図８を参照すると、上記のように構成された軸受面７４及び７６は、一つの軸受面７４の内面であって該内面の縁の近くから第二の軸受面７６の対向内面の軸中心に近いが軸中心からずれたポイントまで通る傾斜シャフト８４によって、連結される。この傾斜シャフト８４は、軸受８６の傾斜孔内に収容されるような略円形断面を有してもよく、該軸受８６は、玉軸受、面軸受又は軸受面を有する他の構造でもよく、偏心器７０の偏心部を画定するものであって、第一位置８９ａ及び第二位置８９ｂで示されている。傾斜シャフト８４及び軸受８６には、軸受８６を傾斜シャフト８４と一致して回転するようロックすると同時に軸受が部分８９ａと８９ｂの間でシャフトに沿う長手方向に移動できるよう構成されたスプライン、キー及びキー溝、オプションで非円形断面などの対応する係合構造が設けられていてもよい。シャフト８４に沿った軸受８６の運動の極端を表わす位置８９ａ又は８９ｂの何れにおいても、軸受８６の外縁が、振動アーム２１に運動を与えるために、軸１２に沿って可動な振動アーム２１に連通した押し板９０と接してもよい。このようにして、傾斜シャフト８４が回転すると、軸受８６が軸７２から径方向に離れているので、軸受８６は周期的に押し板９０に向かって進み及び押し板９０から離れて、押し板９０が軸７２に対する軸受８６の位置に従うにつれて押し板９０に往復運動が与えられる。

さらに図８を参照すると、軸受８６は上心位置で示され、この状態では押し板９０及び振動アーム２１が軸７２から最も遠くに押されている。傾斜シャフト８４が図８の示す位置から１８０度回転されると、軸受８６は下心位置となり、この状態では押し板９０及び振動アーム２１が軸７２に最も近くなる。シャフト８４の軸上の軸受８６の位置は、振動ユニット１６により規定される振動の振幅を決定する。

図８及び図９ａを参照すると、当然のことながら、軸受８６が位置８９ａで軸受面７４に最も近いとき、押し板９０即ち振動アーム２１の振動８７（図９ａに示す）の振幅を大きくするために軸受８６は回転軸７２に対して最も偏心したシャフト８４の部分上に支持される。

図８及び図９ｂを参照すると、軸受８６が位置８９ｂで軸受面７６に最も近いとき、振動８７（図９ｂに示す）の振幅を小さくするために軸受８６は回転軸７２に対して最も偏心していないシャフト８４の部分上に支持される。したがって、軸７２に沿った軸受８６の運動によって、同じ周波数の振動（モータ７８の回転速度によって独立的に決定される）の異なる振幅を得ることができる。軸受８６のこの再位置決めは、軸受８６の縁の対向側又は端面に位置する歯を有するフォーク９２などの、振動ユニット１６内で可動なポジショナーによってなされる。フォーク９２は、リニアアクチュエータを用いて、軸受８６を押し板９０の下面の異なる部分と整列するように動かしてもよく、該リニアアクチュエータは、制御ユニット８０によって制御される第二モータ９６によってフォーク９２を平行移動させるために、送りねじ９４を有してもよい。

したがって、シャフト８４上の軸受８６の位置即ち周波数から独立した振動の振幅を調整するためにモータ９６の制御を使用してもよく、また、振幅から独立した振動の周波数を調整するためにモータ８４の制御を使用してもよい。したがって、モータ９６の制御を、張力部材３６（図１）又は決め位置ドライブ３７（図６）によって与えられる予荷重力の量から独立した軸受８６の位置を調整するために使用してもよい。

さらに図８を参照すると、制御ユニット８０によって力加速度などの制御変数に応じて振幅又は速度の制御をフィードバックするために、振動アーム２１は、制御ユニット８０に動作可能に連結された取り付けられたセンサ１００を有してもよく、該センサは例えば振動アーム２１上の力を検知する歪みゲージ又は加速度計などでもよい。張力部材３６（図１）及び／又は位置決めドライブ３７（図６）における別個のばねばかり、ロードセル又は他の測定装置の代わりに患者１１に加えられる予荷重の値を決定するために、センサ１００は制御ユニット８０によって使用されてもよい。

図１０を参照すると、第二の実施形態において、この実施形態の振動ユニット１６は、互いに独立して、モータ７８を制御して振動の周波数を変えそしてモータ９６を制御して振動の振幅を変えるために、制御ユニット８０を使用してもよい。この場合、偏心器７０全体を振動ユニット１６内で動かすために、ポジショナーを偏心器７０に組み込んでもよい又は偏心器７０自体によってポジショナーを画定してもよい。この実施形態において、モータ７８及び９６は共に動くために連結されてもよい。振動ユニット１６内の両モータ７８及び９６の動き及びしたがって偏心器７０全体の動きによって、振動の振幅が変化する。これについては以下で詳細に説明する。

さらに図１０を参照すると、偏心器７０は偏心輪７１を含んでもよく、該偏心輪７１は、偏心器７０の偏心部を画定し、丸形の外周形状を有し、モータ７８の出力シャフト上に中心をずらして搭載されている。偏心輪７１の外周面は、偏心輪７１と対向する枢動アーム９１の表面と係合する。枢動アーム９１は、ヒンジ結合部９７を画定するために振動ユニット１６のハウジングに固定されたブラケット９５に枢動可能に搭載される外側端９３を有する。枢動アーム９１の反対側の内側端９９は、振動ユニット１６の中心線の比較的に近くに設けられてもよく、アーチ状の移動経路に沿って動くようヒンジ結合部９７の周りに枢動してもよい。偏心輪７１がモータ７８によって駆動されて回転すると、モータ７８の回転軸から径方向に最も離れた所に間隔をおいて位置する偏心輪７１の外周面の部分が枢動アーム９１の表面にわたってスライドし、偏心輪７１によって枢動アームの内側端９９が外向きに周期的に変位する。モータ７８の回転軸から径方向に最も近くに間隔をおいて位置する偏心輪７１の外周面の部分が枢動アーム９１の表面にわたってスライドすると、枢動アーム９１はその静止状態に周期的に戻る。このようにして、偏心輪７１の回転によって、枢動アームの内側端９９がアーチ状の前後運動で振動する。枢動アームの内側端９９は振動アーム２１の端部に枢動可能に接続されており、これによって、枢動アーム内側端９９のアーチ状の前後運動が足支持体２０のほぼ直線的な往復運動に変換される。このようにして、枢動アーム９１は、支点がヒンジ結合部９７の位置で画定される第三種レバーとして作用してもよく、振動アーム２１及び足支持体２０によって荷重が定義され、加える力が偏心輪７１によって与えられる。

さらに図１０を参照すると、偏心器７０全体及びしたがってモータ７８、９６の集合体を枢動アーム９１に対して長手方向に移動させることによって、偏心輪７１によってもたらされた加える力の配置が枢動アーム９１の長さに沿って変化する。これにより、振動の周波数又は治療されている組織の予荷重から独立して、振動の振幅が変化し、したがって振動アーム２１及び足支持体２０の変位が変化する。偏心輪７１は、最大差がモータ７８の出力シャフトの回転軸と該回転軸から最も遠くに間隔をおいて位置した偏心輪７１の外周面の部分との間の径方向の間隔に対応する所定距離だけ、偏心輪７１が係合する枢動アーム９１の部分を変位させることができる。

さらに図１０を参照すると、実線で示される偏心器７０によって図１０に示すようなヒンジ結合部９７から比較的遠くに位置する枢動アーム９１の部分を偏心輪７１が作動させると、枢動アームの内側端９９及び足支持体２０が比較的小さい（複数の）距離だけ変位され、したがって枢動アームの内側端９９のすぐ右の実線の矢印によって示されるようにより小さい振動の（複数の）振幅が与えられる。図１０において実線で示される偏心器７０は、図９ｂに示される小さい振幅の振動８７を与える。点線で示される偏心器７０によって図１０に示すようなヒンジ結合部９７から比較的近くに位置する枢動アーム９１の部分を偏心輪７１が作動させると、枢動アームの内側端９９及び足支持体２０が比較的大きい（複数の）距離だけ変位され、したがって枢動アームの内側端９９の近くの実線の矢印の右にある点線の矢印によって示されるようにより大きい振動の（複数の）振幅が与えられる。図１０において点線で示される偏心器７０は、図９ａに示される振幅の大きい振動８７を与える。

さらに図１０を参照すると、偏心輪７１の係合位置を変えるために、モータ９６と一致して平行移動するとともにモータ９６によって回転されるナットを設けてもよい。このナットは、モータ９６の出力シャフトと共通のハウジング内に保持されてもよく、出力シャフトによって直接又は介在歯車列を用いて駆動されてもよい。ナットを回転させると、回転しないよう固定された送りねじ９４上のねじ山と係合して、ナットの回転方向に応じて偏心器７０を送りねじ９４の長さに沿って前進又は後退させる。オプションで、送りねじ９４をモータ９６と一致して平行移動させ且つモータ９６によって回転されるようにするとともにナットを回転しないよう固定して、モータ９６によって送りねじ９４を回転させることによって、偏心器７０を枢動アーム９１の長さに沿って移動させてもよい。

図１１を参照すると、振動ユニット１６は図１０のものと大体同じであるので説明は省略する。図１０と図１１に示された振動ユニット１６の違いの一つは、図１１の振動ユニット１６が枢動アーム９１を用いていない点である。その代わりに、偏心器７１は足支持体２０自体の表面と係合する。ヒンジ結合部９７は、振動ユニット１６のハウジングに固定されたブラケット９５に枢動可能に取り付けられた足支持体２０の直交部の角部からのびる突出部によって画定される。この実施形態において、偏心器７０は足支持具２０の直立部を駆動するものとして示されるが、この実施形態の変形例では、偏心器７０は、支持体の下方略水平部を駆動するよう構成されてもよい。図１１において実線で示された偏心器７０は、ヒンジ結合部９７の位置で定められる足支持体２０の枢動軸から最も遠い位置で足支持体２０を作動させるので、図９ｂに示された振幅の小さい振動８７を与えてもよい。図１１において点線で示された偏心器７０は、ヒンジ結合部９７の位置で定められる足支持体２０の枢動軸から最も近い位置で足支持体２０を作動させるので、図９ａに示された振幅の大きい振動８７を与えてもよい。

図１２は図１０の振動ユニット１６の変形例を示す。この実施形態では、偏心輪７１は、枢動アーム９１の外面に係合する代わりに、枢動アーム９１に沿う長手方向にのびるスロット９８内に収容される。この構成では、ポジショナーは、スロット９８の長さに沿って偏心輪７１を移動させるために回転可能な送りねじ９４によって定義される。偏心輪７１の他の実施形態では、偏心輪７１は、偏心輪７１の本体に同軸に搭載された面軸受を含んでもよく、該面軸受は偏心輪７１とスロット９８の間に接触面を与える。この実施形態では、偏心輪７１をモータ出力シャフト（図１０及び図１１に示す）上にずらして直接搭載させる代わりに、中間クランクアームでモータ出力シャフトと偏心輪７１を相互接続する。例えば制御ユニット８０と通信するモータ９６（図１０及び図１１）によって送りねじ９４を回転させるなど送りねじ９４の回転を自動化してもよく、あるいは送りねじ９４は手動で回転させてもよい。例えば、モータ７８から離れた位置にある送りねじ９４の端部にハンドル又はノブを接続してもよく、これはユーザが操作できるように振動ユニット１６の筺体の外側に設けてもよい。

振動ユニット１６の実施形態について、同期性両肢荷重及び振動刺激を与える、一対の台２０ａ、２０ｂを有する一つの支持体２０を介して振動を伝える一つの偏心器７０を設けることを記載した。しかしながら、一部の実施形態では、振動ユニット１６は、非同期性荷重及び振動刺激を与えるよう、足支持体２０の各台２０ａ、２０ｂについて制御ユニット８０によって独立して制御される別個の偏心器７０を含んでもよいことが理解される。オプションで、足支持体２０に対して枢動９７を中心に配置するととともに枢動９７を中心にして支持体２０が前後に揺れるように支持体の一端を駆動させるよう偏心器７０を構成することによって、一対の肢に交互に荷重を加えることができる。

図１３を参照すると、システム１０を使用するための一つの適切な技法として、図１３の上の二つのボックスに対応するように、患者１１をシステムに進入させてテーブル１４（図１）又は台座アセンブリ２３（図６）上に位置決めして動かないように規制する。規制の間、対向端において支持された肢の関節が軸外運動しないよう規制される。上腿部及び下腿部が患者の腰及び足において支持されると、上腿の股関節屈曲及び股関節伸展が制限されそしてこれに対応して膝の上下運動が制限されるよう、膝が規制される。図１３の上から三番目及び四番目のボックスに対応するように、圧縮荷重又は予荷重が肢に対してほぼ軸方向又は長手方向に加えられ、刺激が肢の端部の少なくとも一つの端部に与えられる。刺激は、下腿２２、圧縮された膝関節、上腿３０そして股関節へと伝えられる、振動ユニット１６からの振動でもよい。

図１３の下の二列のボックスに対応するように、刺激の個別特性を他とは独立して変えることによって刺激が調整される。張力部材３６及び／又は位置決めドライブ３７を制御することによって、肢全体への圧縮予荷重が振動特性とは独立して調整される。肢への圧縮予荷重は、静的に保持されても、周期的に減少及び増加されても、あるいは他のシステム１０の特性とは独立して変えられてもよい。モータ７８の出力シャフトの回転速度を制御することによって、振動の周波数が他のシステム１０の特性とは独立して制御される。モータ９６の回転を制御することによって、振動の振幅が他のシステム１０の特性とは独立して制御される。アクチュエータ３１を制御することによって、肢が圧縮されたままそして肢が刺激を受けながら、肢を運動範囲にわたって動かすことができる。このようにして、足支持体２０の各変位、足支持体２０の加速、（複数の）肢の圧縮荷重、振動の振幅、振動の周波数、肢部の互いに対する位置が、他とは独立して制御することができ、これにより他を一定状態に維持することができる又は異なる（複数の）率で変えることができる。

当然のことながら、類似の構造を患者の任意の関節のある肢、例えば腕、に用いてもよい。これは、患者の肩を固定し、患者のひじを、対応する手及び固定された肩の間で画定される軸に対して垂直な方向に沿って動かないよう規制し、ひじの対向側の上腕及び下椀に予荷重を加え、そして振動が下椀、ひじ、上腕を介して伝わり圧縮予荷重がかけられた肩へと振動が伝わるよう、手に振動刺激を与えることによってなされる。

本明細書において、いくつかの用語は参照のために用いられ、したがって限定を意図するものではない。例えば、「上」、「下」、「上側」、「下側」などの用語は参照する図面における方向である。「前」、「後」、「後部」、「下」、「側」などの用語は、説明している構成要素を記載する明細書の記載及び関連する図面を参照することにより明確となる、一貫性はあるが任意のフレーム内の構成要素の部分の配向を記載するものである。そのような用語は、特に上記した言葉、その派生語及び同様の意味を有する言葉を含んでもよい。同様に、構造に関する「第一」、「第二」及びその他のそのような数字用語は、特に記載のない限り順番や順序を表わすものではない。

本開示及び実施例の構成要素又は特徴を用いるときに、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「前記」などの冠詞はそのような構成要素又は特徴が一以上あることを意味する。「備える」、「含む」、「有する」などの用語は包括的なものであり、特に記載されたもの以外の追加の構成要素又は特徴があってもよいことを意味する。さらに、本明細書に記載した方法の工程、プロセス及び動作は、実行の順序として具体的に示されていないかぎり、それらの実行が必ずしも記載又は示された特定の順序でなければならないと解釈されるものではない。また、追加及び代替の工程を採用してもよい。

「コントローラ」又は制御ユニットは、システム１０の機能プログラム命令を格納する少なくとも一つのメモリ媒体を含んでもよく又はこれと連結されてもよく、独立型で及び／又は（複数の）分配された環境で通信可能な一以上のコントローラ又はマイクロプロセッサを含むと理解でき、したがって有線又は無線通信を介して他のプロセッサと通信できるよう構成されており、そのような一以上のプロセッサは類似の又は異なる一以上のプロセッサにより制御された装置上で動作するよう構成される。例えば、制御ユニット８０は遠隔プロセッサと通信するために無線（複数）送信機及び（複数）受信機を含んでもよい。そのような遠隔プロセッサの一つは医院にあってもよく、ここで治療をモニタリングできかつ新たな治療計画を無線で制御ユニット８０の受信機に送ることができる。制御ユニット８０は、ユーザ又は情報を視る権限が与えられた別の者によってリアルタイムで又は後でアクセス可能な情報を与えるためにオンラインウェブベース又は他の応用を介して通信を送るよう構成されてもよい。そのような応用はダイエット及びエクササイズ追跡ソフトウェアの一部として使用可能であり、患者にリアルタイムバイオフィードバックを提供するために使用可能であり、あるいはユーザ経験を充実させ患者の成果を向上させるさまざまな他の目的のために使用可能である。さらに、特に記載のないかぎり、メモリに関して、プロセッサにより制御される装置内部に設けることができる、プロセッサにより制御される装置外部に設けることができる及び有線又は無線ネットワークを介してアクセス可能な、一以上のプロセッサによって読取可能及びアクセス可能なメモリ素子及び／又は部品を含むことができる。

本発明は本明細書に含まれる実施形態及び図面に限定されず、特許請求の範囲は、特許請求の範囲内に含まれる、実施形態の一部及び異なる実施形態の構成要素の組合せを含む、上記実施形態の修正された形態を含むことが理解される。本明細書に記載した特許文献及び非特許文献を含む全ての発行物は、その全体が参照により本明細書に盛り込まれる。

Claims (13)

1. 肢に軸方向の振動力を与えるシステムにおいて、
   互いに間隔をあけて配置され、前記肢の対向する端部と係合する一対の支持体と、
   前記支持体の少なくとも一つと係合し、前記支持体間の距離を縮めるよう前記支持体の前記少なくとも一つを圧縮方向に動かす張力部材と、
   前記圧縮方向に垂直な方向の前記肢の動きを制限する関節規制具と、
   前記圧縮方向に平行な方向に振動を伝える振動ユニットと、を備える
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記関節規制具が、前記肢の関節の対向する表面と係合する第一部分及び第二部分を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムが、座位のユーザを支持する台座アセンブリを備え、
   前記関節規制具が、前記台座アセンブリと前記振動ユニットとの間にのびる直線に垂直な方向に可動である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記システムが台座アセンブリを備え、
   前記台座アセンブリには、前記関節規制具の下に位置する前記台座アセンブリの前部に配置された旋回軸が設けられ、これにより、前記旋回軸と前記台座アセンブリの前部との間の距離をほぼ一定に保ったまま前記台座アセンブリの後部が前記旋回軸に対してアーチ状運動経路に沿って動くよう構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
5. 前記システムには、前記台座アセンブリの後部と係合し、前記台座アセンブリの後部を上下に動かすために伸長及び収縮するアクチュエータが設けられたことを特徴とする請求項３又は４に記載のシステム。
6. 前記振動ユニットは足支持体を備え、
   前記足支持体には、前記システムのユーザの足の裏を支持し、前記振動ユニットからの振動が前記システムのユーザに向けられる振動伝達方向を定める第一方向に向いている部分が設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のシステム。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のシステムの作動方法において、
   前記一対の支持体の間に患者の肢の対向する端部が係合した状態で、前記張力部材によって、前記一対の支持体の少なくとも一つを前記一対の支持体の他方に向かって圧縮方向に動かすことにより前記患者の肢を圧縮させる工程と、
   前記関節規制具によって、前記肢の関節を前記圧縮方向に垂直な方向の動きに対して規制する工程と、
   前記振動ユニットによって、前記肢に振動を与える工程と、を含む
   ことを特徴とする方法。
8. 前記肢に振動を与える工程が、前記振動ユニットからの振動を前記肢の端部の少なくとも一つに与える工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記振動ユニットからの振動を前記肢の端部の少なくとも一つに与える工程が、前記圧縮方向に平行な方向に振動を与えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 規制された関節を曲げ伸ばしする工程をさらに含むことを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の方法。
11. 前記患者は座位の状態であり、前記規制された関節を曲げ伸ばしする工程が膝を曲げ伸ばしする工程を含むことを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記膝を曲げ伸ばしする工程が、前記患者を支持する台座アセンブリの後部に係合するアクチュエータを伸長及び収縮させることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記膝を曲げ伸ばしする工程が、アクチュエータを前記圧縮方向に垂直な方向に伸長及び収縮させることを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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