JP2015029632A - 空気圧式関節運動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 関節および関節周囲の生体組織にできるだけ軟らかく作用し、間欠的空気加圧により多数時間以上の継続的使用が可能な、空気圧式関節運動装置を提供する。
【解決手段】 空気圧式関節運動装置１は、関節１００を挟んで近位側と遠位側の肢体を包容する可撓性素材で構成された関節包容部２ａ，２ｂと、内腔に空気を給排気するための給排気口５を有する円弧形状に湾曲した可撓性の管体で構成された空気袋４を備え、両端がそれぞれ前記関節包容部２ａ，２ｂの近位側と遠位側に付着し、前記関節の屈曲側が凹となるように前記関節包容部に配置された円弧状空気袋ユニット３を備え、前記円弧状空気袋を間欠的加圧することにより該円弧状空気袋の中心角が変化することによって前記関節の屈曲運動を繰返し生じさせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医療分野、介護福祉分野、健康分野で、関節および関節周囲肢体の循環改善、関節の拘縮予防をはかるために好適に使用される、空気圧式関節運動装置に関する。

非特許文献１〜３に報告されているように、一般人または患者に対して、関節運動によって肢体循環の改善や関節拘縮を予防することが有用であることは、広く知られている。そして、これらを効果的におこなうため、肢体に装着した包容体を介しての空気加圧減圧を反復することで、肢体の血液などの循環を促進する肢体循環改善装置は、例えば、特許文献１〜４に開示されているように広く用いられている。

また、患者の自力運動ではなく外部からの力すなわち他動力による他動的関節運動装置は非特許文献３、特許文献５、６などに開示されている。これらは他動力としてモータなどを用いるものであるが、特許文献７に開示されているように他動力として空気袋に着目し、この膨縮による形状変化を動力源に応用する装置として、空気圧を利用した他動的関節運動装置が特許文献８〜１１に開示されている。また、空気圧アクチュエータによる関節運動装置は特許文献１２〜１５に開示され、空気圧応用の人工筋肉による関節運動装置は特許文献１６、１７に開示されている。

特公昭１２−００１２６７号公報 実開昭５７−１０７５２４号公報 特許第３３８８１５１号公報 特公２００３−３１０６７９号公報 特開２００５−２３７７６２号公報 特開２００４−８９６１６号公報 特開平１１−２７６３２７号公報 特開２０１１−１７７４０６号公報 特開２００５−５８６０１号公報 特公平６−２０４７７号公報 特開２００８−１０４８７２号公報 特表２００２−５１３２９９号公報 特開２００２−３０３３０３号公報 特開２００４−８４４９号公報 特開２００６−３４７号公報 特許第４７１６４５６号公報 特開２００６−３４０８５２号公報

石井政次ほか．静脈血栓塞栓症に対する理学的予防法．骨・関節・靭帯．第２０巻、１２号、１２４７〜１２５４ページ、２００７年 太田覚史ほか．静脈血栓塞栓症に対する各種理学的予防法の静脈血流増加効果についての検討． Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ Ｒｅｓａｒｃｈ．第２５巻、６号、１２０４〜１２０５ページ、２００４年 Ｓ. Fｕｃｈｓ.ｅｔ ａｌ． Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐａｓｓｉｖｅ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ−ｖｅｉｎ ｔｈｒｏｍｂｏｓｉｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｂｏｎｅ ａｎｄ ｊｏｉｎｔ ｓｕｒｇｅｒｙ（Ｂｒｉｔｉｓｈ）, ＶＯＬ．８７−Ｂ， Ｎｏ．８，ＡＵＧＵＳＴ． ｐ１１１７〜１１２２， ２００５

しかし、特許文献１〜４に開示されている装置は、足から下腿を含んで包容するブーツ形状内で加圧して循環改善を促すものであるが、関節運動を生じさせるものではない。

他動的関節運動によって循環改善効果が得られることは、上記の通り、非特許文献１〜３に報告され、また、臥床患者に合併しやすい関節拘縮を予防する効果について、非特許文献１，２に記載されているが、それらは徒手的他動関節運動であり、このための装置については具体的に開示されていない。非特許文献３、特許文献５、６には、他動的足関節運動装置が開示されているが、足、踵あるいは下腿を硬性材料で支持する必要があり、また、足の位置が制限されるため、足、踵皮膚の床ずれや褥瘡発生の可能性などにより、長時間の継続使用には困難を伴うという問題があった。

ここで、特許文献７には、空気袋膨縮による形状変化を生体に軟性的に適合させた装置が開示されているが、関節運動に用いられた装置ではない。特許文献８、９は空気袋膨縮を足関節他動運動に応用しているが、そのうち特許文献８は空気袋と足の位置関係が不安定であり、特許文献９は踵や下腿を支持する硬性材料による褥瘡発生の可能性などにより、いずれもベッド上での長時間の継続使用は困難である。

特許文献１０、１１、１２には、空気袋膨縮による形状変化を上肢関節に軟性的に適合させた装置の開示がある。このうち特許文献１０は、関節伸展側に空気袋ダーツによる膨縮増大効果を応用したものであるが、空気袋面への特殊な加工を要し、空気袋配置が限られ、多層配置や並列配置は困難という問題がある。また、特許文献１１は加圧により形づくられる鈍角的Ｌ字型またはヘ字型袋形状に上肢を沿わせるものであるが、この方法はＬ字型またはヘ字型の非連続的屈曲点に負担が集中しやすく形状保持に問題ある。また文献１２は、空気袋への陰圧負荷による形状変化を利用したものであるが、動作制御が煩雑である。

特許文献１３〜１６には、空気圧式アクチュエータを用いた関節運動装置が開示されている。しかし、空気袋は膨縮するものの、常時的に蛇腹筒状構造であり、関節周囲での装置容積が大きく、空気袋配置が限られ、多層配置や並列配置は困難で、また駆動のための支持材料は硬性の板やフレームを必要とし、患者への長時間装着には困難を伴う。

特許文献１７には、空気圧式の人工筋肉を用いた下肢関節運動装置が開示されているが、関節運動駆動のためには、フレーム構造が必要で、臥床患者への長時間使用は困難である。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、一般人または患者に対して、関節および関節周囲の肢体の循環改善効果、関節拘縮予防効果を得るための、関節および関節周囲の生体組織にできるだけ軟らかく作用し、間欠的空気加圧により多数時間以上の継続的使用が可能な、空気圧式関節運動装置を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の関節運動装置を提供する。

本発明の第１態様によれば、関節を挟んで近位側と遠位側の肢体を包容する可撓性素材で構成された関節包容部と、
内腔に空気を給排気するための給排気口を有する円弧形状に湾曲した可撓性の管体で構成された空気袋を備え、両端がそれぞれ前記関節包容部の近位側と遠位側に付着し、前記関節の屈曲側が凹となるように前記関節包容部に配置された円弧状空気袋ユニットとを備え、
前記円弧状空気袋を加圧減圧することにより該円弧状空気袋の中心角の増減変化を繰返し生じさせることによって前記関節を反復的に屈曲運動を生じさせることを特徴とする、空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記円弧状空気袋ユニットは、長短の半径をもち中心を同側に有する２つの円弧を辺縁にもつ２枚の可撓性フィルムの辺縁同士を接合させて構成されることを特徴とする、第１態様の空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記円弧状空気袋ユニットは、関節の駆動方向に対し内外両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする、第１又は第２態様の空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記円弧状空気袋ユニットは、半径寸法が異なる複数の空気袋を同心円弧状に配置して構成されていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、前記関節包容部は、使用者の下腿以遠の部分に装着可能なブーツ形状に構成され、前記円弧状空気袋ユニットは、前記ブーツ形状の側面構成物内に組み込まれて設けられ、気室内を隔離するＪ字形の室隔壁によって画定されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、前記関節包容部は、装着時に踵が位置する部分に設けられた貫通孔と、踵周囲に加圧膨張部位とを備えることを特徴とする、第１から第５態様のいずれか１つの空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第７態様によれば、前記関節包容部は、装着時に腓骨頭部分に切り欠きが設けられ、腓骨頭周囲に加圧膨張部位を備えることを特徴とする、第１から第６態様のいずれか１つの空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第８態様によれば、前記関節包容部は、装着時にふくらはぎが位置する部分にふくらはぎ集中加圧部位を有することを特徴とする、第１から第７態様のいずれか１つの空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の第９態様によれば、前記関節包容部は、装着時に足裏が位置する部分に足底集中加圧部位を有することを特徴とする、第１から第８態様のいずれか１つの空気圧式関節運動装置を提供する。

本発明の空気圧式関節運動装置によれば、関節を挟んで近位側と遠位側の肢体を包容する可撓性素材で構成された関節包容部の近位側と遠位側に円弧状空気袋ユニットの両端がそれぞれ付着した構成であるため、フレームなどを備える必要がなく、生体組織にできるだけ軟らかく作用して長時間使用を可能とする。また、円弧状空気袋は、減圧時には二重膜状円弧形状であるが空気加圧時には筒状円弧形状となることで円弧中心角が増大し、それによって関節より遠位部が屈曲側近位へ移動するようになり、結果的に関節の屈曲運動を可能とする。よって、給排気装置によって加圧減圧を周期的に繰り返すことにより、関節周囲の筋肉の緊張と弛緩を繰り返し、筋肉内の血液循環は筋ポンプ作用により改善され、また関節拘縮も予防される。

また、円弧状空気袋の加圧に伴う連続的形状変化すなわち円弧中心角の増大運動を利用することによって、形状変化点は連続的であり、関節運動をより効率よく起こさせることができ、関節屈曲角度および形状の保持力も円弧形状の連続点で作用し、有利である。

また、空気圧式関節運動装置は、関節包容部はウレタンフィルムなどの合成樹脂や布などの可撓性素材から成り、空気袋はウレタンフィルムなどの可撓性の素材により構成される。皮膚、生体組織に接する部分には硬性素材を用いる必要はない。そのため、加圧減圧の反復によっても、皮膚、生体組織には軟性的に作用し、長時間の継続使用が可能となる。

また、前記円弧状空気袋ユニットを、関節の内側と外側にそれぞれ備えることによって、関節屈曲運動の内側および外側での動きのバランスを調整することが可能である。なお、内側と外側に設ける円弧状空気袋ユニットは、同じ駆動力を発揮できるものでなくてもよく、両者の駆動力を異ならせてもよい。例えば、一般的に足関節での筋弛緩状態では、足関節は外旋傾向となるが、そうした場合では、中間位に近づけるためには、足関節外側での円弧状空気袋ユニットの作用を大きくする方が大きい効果が得られる。

前記円弧状空気袋を、半径の異なる複数の空気袋を同心円弧状に並列的または多層的に備えることによって、関節運動をより強くすることが可能で、関節および周囲への形状に適合させ関節装具としての装着性を高めることができる。

本発明は足関節用のブーツ形状の装着衣に空気袋を組み込んだ空気圧式関節運動装置とすることで、その空気袋は減圧時には二重膜状円弧形状であるが空気加圧時には筒状円弧形状となり円弧中心角が増大し、それによって足関節より遠位部が背側近位へ移動するようになり、結果的に足関節は背屈運動をする。給排気装置によって加圧減圧を周期的に繰り返すことにより、足関節周囲の筋肉、特に下腿三頭筋はアキレス腱を介して緊張と弛緩を繰り返し、筋肉内の循環は改善され、また足関節拘縮あるいは尖足拘縮も予防できるという効果がある。

本発明によれば、足関節用のブーツ形状の空気圧式関節運動装置とすることによって、装着を容易にすると供に、例えば、踵部分に貫通孔を設けることによって、褥瘡好発部位である踵部の除圧効果をもたらすことが可能である。

本発明によれば、足関節用のブーツ形状の空気圧式関節運動装置とし、その上端の膝裏外側部分に切り欠きを設けることによって、腓骨頭除圧効果をもたらすことができ、臥床患者に起こしやすい合併症としての腓骨神経麻痺の予防が可能である。

本発明によれば、足関節用のブーツ形状の空気圧式関節運動装置とし、その形状にふくらはぎ集中加圧部位を設けることによって、下腿三頭筋への筋ポンプ効果をもたらすことができ、臥床患者に起こしやすい合併症としての深部静脈血栓症の予防効果が期待できる。

本発明は足関節用のブーツ形状の空気圧式関節運動装置とし、その形状に足底集中加圧部位を設けることによって、足底筋への筋ポンプ効果をもたらすことができ、臥床患者に起こしやすい合併症としての深部静脈血栓症の予防効果が期待できる。

本発明の第１実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 図１の空気式関節運動装置の構成を模式的に示す平面図である。 図１の空気式関節運動装置の空気袋が加圧された状態を模式的に示す図である。 図１の空気圧式関節運動装置に備えられる円弧形状空気袋の加圧減圧による円弧中心角増大をもたらす原理を示す模式図であり、（ａ）は空気減圧時での空気袋の状態、（ｂ）は、空気加圧時での中心角が増大した空気袋を示している。 図１の空気圧式関節運動装置の変形例を示す図である。 図１の空気圧式関節運動装置の他の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を模式的に示す正面図である。 図７の空気圧式関節運動装置に備えられる円弧形状空気袋の加圧減圧による円弧中心角増大をもたらす原理を示す模式図であり、（ａ）は空気減圧時での空気袋の状態、（ｂ）は、空気加圧時での中心角が増大した空気袋を示している。 本発明の第３実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 加圧状態における図９の空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 図９の空気式関節運動装置の実施例を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態にかかる加圧前状態における空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第５実施形態にかかる加圧状態における空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第６実施形態にかかる加圧状態における空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第７実施形態にかかる加圧状態における空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第８実施形態にかかる非加圧状態における空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。 加圧状態における図１６の空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の各実施形態に係る空気圧式関節運動装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。図２は図１の空気式関節運動装置の構成を模式的に示す平面図である。図３は空気式関節運動装置の空気袋が加圧された状態を模式的に示す図である。なお、図１は、空気圧式関節運動装置１を備えた状態において、後述する空気袋が減圧状態になっており、足首関節以遠の足趾の自重で足関節が伸展状態になっている状態を示している。

本実施形態にかかる空気式関節運動装置１は、図１及び図２に示すように、足関節１００および足関節周囲肢体すなわち足先１０１，下腿１０２に装着して使用される。空気式関節運動装置１は、合成樹脂や布などの可撓性素材で構成されており、関節を挟んで近位側と遠位側の肢体を包容するように関節に配置される関節包容部２を備える。関節包容部２は、足首の関節を挟んで近位側と遠位側、すなわち足関節より遠位部の肢体である足先１０１を包容する遠位包容部２ａと足関節より近位部の肢体である下腿１０２を包容する近位包容部２ｂとを備え、当該関節の屈曲伸展の動きに追従する。

関節包容部２の内側面及び外側面には、空気袋ユニット３が設けられる。空気袋ユニット３は、円弧状に形成された２つの独立した空気袋４ａ，４ｂから構成されており、給排気装置１０に接続され内部に給排気するための給排気口５を有している。空気袋４ａ，４ｂは、円弧形状に構成されており、足関節包容部の内側面及び外側面に、関節の屈曲側すなわち足首前面部が凹となる向きに、また関節の伸展側すなわち踵部分が凸となる向きに、両端がそれぞれ、関節包容部２の遠位包容部２ａと近位包容部２ｂとに連結されている。一般的に足関節での筋弛緩状態では、足関節は外旋傾向となるが、そうした場合では、内外旋中間位に近づけるためには、足関節での外側空気袋４ｂの作用を内側空気袋４ａの作用より大きくするために、若干大きく構成することも可能である。

空気袋４ａ，４ｂは、長短の半径をもち中心を同側に有する２つの円弧を辺縁にもつ合成樹脂などの気密性のある可撓性素材の２枚のフィルムの辺縁同士を接合させて筒状に構成されている。なお、空気袋４ａ，４ｂを構成するフィルムは非伸縮性のものであることが好ましい。給排気口５は、導管１１を介して給排気装置１０と接続されており、給排気装置１０から送られる空気により空気袋４ａ，４ｂが加圧、減圧状態となる。

関節運動装置１の空気袋は、図１に示すように、空気減圧状態では関節以遠の足趾の自重で足関節伸展状態となっている。一方、加圧状態では、円弧形状空気袋４の中心角は増大し、図３に示すように、関節運動すなわち足関節屈曲いいかえれば背屈をもたらす。給排気装置１０によって空気袋４ａ，４ｂの加圧、減圧を交互に繰り返すことで、足首関節の関節運動を行うことができる。また、空気袋４ａ，４ｂのそれぞれの加圧強度、加圧時間に差をつけることによって、足関節運動を変化させることも可能である。

図４は、本実施形態の空気圧式関節運動装置に備えられる円弧形状空気袋４の加圧減圧による円弧中心角増大をもたらす原理を示す図である。一例として、図４（ａ）に示すような内周半径Ａで幅Ｂの２重膜の円弧シートの辺縁を接合させた円弧形状空気袋４を空気加圧して膨らまし、（ｂ）のような直径Ｄの筒状の円弧になった場合を想定して説明する。積層された平面状フィルムの幅寸法が加圧により膨張して直径Ｄの円周になると仮定すると、２Ｂ＝π・Ｄが成り立つから、Ｂ／Ｄ＝π／２＝１．５７となる（（１））。

そして、外周として、減圧時の角度αで半径（Ａ＋Ｂ）の円弧は、加圧時の角度βで半径（Ｃ＋Ｄ）の円弧の長さが等しいため、（α／３６０）・２π・（Ａ＋Ｂ）＝（β／３６０）・２π・（Ｃ＋Ｄ）となり、α・（Ａ＋Ｂ）＝β・（Ｃ＋Ｄ）が成り立つ。したがって、（Ａ＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ）＝β／αとなる（（２））。

また、内周として、減圧時の角度αで半径Ａの円弧は、加圧時の角度βで半径Ｃの円弧の長さが等しいため（α／３６０）・２π・Ａ＝（β／３６０）・２π・Ｃであり、これにより、α・Ａ＝β・Ｃ。よって、Ａ／Ｃ＝β／αとなる（（３））。

（２）及び（３）より、（Ａ＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ）＝Ａ／Ｃ＝β／αであるから、（Ａ＋Ｂ）／Ａ＝（Ｃ＋Ｄ）／Ｃであり、１＋Ｂ／Ａ＝１＋Ｄ／Ｃとなり、Ｂ／Ａ＝Ｄ／Ｃの関係が成り立つから、Ｂ／Ｄ＝Ａ／Ｃとなる（（４））。

（１）及び（４）より、β／α＝Ａ／Ｃ＝Ｂ／Ｄ＝π／２＝１．５７となる。すなわち、例としてＡ＝１０，Ｂ＝８と仮定すれば，空気袋を加圧状態にすることによって、Ｃ＝６．４、Ｄ＝５．１となる。ただし、Ａ，Ｂの寸法に関係はなく、理論上は加圧後の中心角βは加圧前の中心角αの１．５７倍に増大し、空気袋４ａ，４ｂは円弧中心角度を増して丸くなることになる。

以上のように、本実施形態にかかる空気袋ユニットを構成する空気袋４ａ，４ｂに加圧及び減圧を繰り返し行うことで、空気袋４ａ，４ｂの中心角に変化を与え、この動きを利用して足関節の屈伸運動を反復的に行う。したがって、空気圧式関節運動装置を簡単に構成することができる。

なお、本実施形態にかかる空気圧式関節運動装置の変形例として、空気袋ユニットを構成する空気袋４ａ，４ｂの数が限定されるものではなく、図５に示すように、足首の外側にのみ１つの空気袋４ａを備えるように構成されていてもよい。また、本実施形態にかかる空気圧式関節運動装置は、足関節の運動を生じさせるように構成されているが、例えば、図６に示すように、肘関節などの運動にも用いることができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態にかかる空気圧式関節運動装置２０は、第１実施形態にかかる空気圧式関節運動装置１と空気袋ユニット２２の構成以外は共通しているので、以下、空気袋ユニット２２の構成を中心に説明する。

空気袋ユニット２２は、関節包容部２１の側方にそれぞれ設けられた空気袋２２ａから構成されており、空気袋２２ａの両端が関節包容部２１の遠位包容部２１ａと近位包容部２１ｂに連結され、踵部分が凸となる向きにそれぞれ固定されている。関節包容部２１の側方にそれぞれ設けられる空気袋２２ａは、複数個の半径の異なる円弧状空気袋２３，２４を同心的な内外側に並列または多層的に配列して構成されており、同心的に内側空気袋２４の外周縁２４ａと外側空気袋２３の内周縁２３ａとが連結する。

外側空気袋２３及び内側空気袋２４は、同心的にそれぞれ独立した内腔が形成されており、それぞれ給排気口２５を備えている。給排気口２５は、分岐構造になっており、１つの導管１１に接続され、給排気装置１０から送られる空気がそれぞれ外側空気袋２３及び内側空気袋２４に給排気される。

関節運動装置２０の空気袋ユニット２２は、図７に示すように、空気減圧状態では関節以遠の足趾の自重で足関節伸展状態となっている。一方、第１実施形態と同様に、加圧状態では、円弧状空気袋の中心角は増大し、関節運動すなわち足関節屈曲、すなわち背屈をもたらす。

図８は、本実施形態の空気圧式関節運動装置に備えられる円弧形状空気袋の加圧減圧による円弧中心角増大をもたらす原理を示す図である。一例として、図８（ａ）に示すような内周半径Ａで幅Ｂの２重膜の円弧シートの辺縁を接合させた円弧形状の内側空気袋及び内周半径（Ａ＋Ｂ）で幅Ｂの２重膜の円弧シートの辺縁を接合させた円弧形状の外側空気袋を空気加圧して膨らまし、（ｂ）に示すようにそれぞれの空気袋が直径Ｄの筒状の円弧になった場合を想定して説明する。

それぞれの空気袋の積層された平面状フィルムの幅寸法が加圧により膨張して直径Ｄの円周になると仮定すると、２Ｂ＝π・Ｄが成り立つから、Ｂ／Ｄ＝π／２＝１．５７となる（（１１））。

（α／３６０）・２π・Ａ＝（β／３６０）・２π・Ｃ （（１２））
（α／３６０）・２π・（Ａ＋Ｂ）＝（γ／３６０）・２π・（Ｃ＋Ｄ） （（１３））
（α／３６０）・２π・（Ａ＋２・Ｂ）＝（β／３６０）・２π・（Ｃ＋２・Ｄ） （（１４））
（α／３６０）・２π・（Ａ＋２・Ｂ）＝（γ／３６０）・２π・（Ｃ＋２・Ｄ） （（１５））
それぞれが成り立つから、
（１２）より β／α＝Ａ／Ｃ （（１６））
（１４）より β／α＝（Ａ＋２・Ｂ）／（Ｃ＋２・Ｄ） （（１７））となる。
（１６）（１７）より、Ａ／Ｃ＝（Ａ＋２・Ｂ）／（Ｃ＋２・Ｄ）
したがって、（Ｃ＋２・Ｄ）／Ｃ＝（Ａ＋２・Ｂ）／Ａとなり、
１＋２・Ｄ／Ｃ＝１＋２・Ｂ／Ａより、Ａ／Ｃ＝Ｂ／Ｄ （（１８））
（（１５））より、β＝γ （（１９））
（（１８））、（（１９））より
β／α＝γ／α＝Ａ／Ｃ＝Ｂ／Ｄ＝π／２＝１．５７
（（１４））より、β／α＝Ａ／Ｃ＝Ｂ／Ｄ＝π／２＝１．５７となる。

すなわち、Ａ＝１０、Ｂ＝５とすれば、膨らますことによって、Ｃ＝６．４、Ｄ＝３．２となり、β、γともにαの１．５７倍の角度に増大する。例えばα＝１８０°とすれば、β＝γ＝２８２．６°となる。

以上、図５、図６より複数個の半径の異なる円弧状空気袋を同心的配列した場合においても、単一の円弧状空気袋と同様に、減圧状態に比して加圧状態では、理論上は、中心角がπ／２倍に大きくなる。

以上のように、本実施形態にかかる空気袋ユニット２２を構成する空気袋の外側空気袋２３，内側空気袋２４に加圧及び減圧を繰り返し行うことで、空気袋の中心角に変化を与え、この動きを利用して足首関節の屈伸運動を反復的に行うことができる。したがって、空気圧式関節運動装置を簡単に構成することができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を空気袋加圧前すなわち減圧状態において模式的に示す図である。本実施形態に係る空気圧式関節運動装置３０は、近位端と遠位端が開放され、近位端の開放部から順次に足先、足関節、下腿を挿入して装着するブーツ形状の筒状体瘡着衣として構成された関節包容部３１を有し、その側面に略Ｊ字形の空気袋ユニット３２が組み込まれるように構成されている。空気袋ユニット３２の足関節１００を覆う部分が空気袋円弧状部３２ａとして構成されている。空気袋円弧状部３２ａの両端方向、すなわち足先方向と下腿方向には、それぞれ空気袋遠位側延長部３３と空気袋近位側延長部３４が空気袋円弧状部３２ａに連通して設けられており、連続した空気袋として、必ずしも円弧形状でない肢体に沿うような形状としたものである。図１０は、このような構成の空気圧式関節運動装置３０を、空気袋加圧した状態を示す摸式図である。空気袋を加圧することにより、足関節１００に対して遠位に位置する足先１０１を包容する空気袋遠位側延長部３３と近位に位置する下腿部１０２を包容する空気袋近位側延長部３４が、それぞれ足先と下腿部の形状により密着して包容性を確保させると同時にそれぞれの保持性を高め、さらに、空気袋円弧状部３２ａの中心角増大効果による関節運動を、より効率的に促すように構成することができる。

空気袋ユニット３２は、長短の半径をもち中心を同側に有する複数個の円弧を有する気室隔壁３５によって画定され、側面構成物内に組み込まれている。また、空気袋円弧状部３２ａは、足関節の内側方及び外側方に関節の屈曲側すなわち足首前面部が凹となる向きに、また関節の伸展側すなわち踵部分が凸となる向きの形状に構成されている。

空気袋３１は、図９に示すように、空気減圧状態では関節以遠の足趾の自重で足関節伸展状態となっている。一方、図１０に示すように加圧状態では、円弧状空気袋の中心角は増大し、関節運動すなわち足関節屈曲いいかえれば背屈をもたらす。給排気装置１０によって空気袋ユニット３２の加圧、減圧を交互に繰り返すことで、足首関節の関節運動を反復的に行うことができる。

（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態にかかる加圧状態における空気圧式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。以下に説明する第４実施形態から第７実施形態は、第３実施形態にかかる空気圧式関節運動装置３０の変形例であり、図９及び図１０に示す構成の空気袋を採用したうえで、足から下腿部が全体的に空気袋で包容され、下肢運動障害者に伴う、種々の問題を解消するために空気袋の構成を部分的に変更したものである。以下、変更部分を中心として説明を進める。

第４実施形態に係る空気圧式関節運動装置３０ａは、空気袋３１の装着時に踵があたる部分に孔３７を設けることで空気非可圧部位とするとともに、ふくらはぎの部分に加圧膨張部位３８とを設けることによって、褥瘡好発部位である踵部１０３の除圧効果をもたせたものである。すなわち、踵の部分に孔３７を設け、踵の圧力が高くならないようにすると共に、踵部およびふくらはぎ部分を床から浮き上がらせるようにすることにより、踵の部分の圧力の分散を図り、褥瘡を防止するものである。

（第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態にかかる加圧状態における空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態に係る空気圧式関節運動装置３０ｂは、空気袋３１の近位端側の膝裏外側部位すなわち腓骨頭に相当する部位に切り欠き部位３９を設け、腓骨頭１０４の除圧効果をはかるものである。また、切り欠き部位の周囲は加圧膨張部位４０とすることにより、空気袋による下腿部位の包容を確実とすると同時に、腓骨頭を床面から浮き上がらせることで、腓骨頭裏側を走行する腓骨神経１０５を除圧し、臥床患者で腓骨神経１０５の圧迫により起こしやすい合併症としての腓骨神経麻痺の予防が可能である。

（第６実施形態）
図１３は、本発明の第６実施形態にかかる加圧状態における空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態に係る空気圧式関節運動装置３０ｃは、空気袋３１の形状にふくらはぎ集中加圧部位４１を備えている。ふくらはぎ集中加圧部位４１を設けることによって、下腿三頭筋への筋ポンプ効果をもたらすことができ、臥床患者に起こしやすい合併症としての深部静脈血栓症の予防効果を期待することができる。

（第７実施形態）
図１４は、本発明の第７実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を空気袋加圧状態において模式的に示す図である。本実施形態に係る空気圧式関節運動装置３０ｄは、空気袋３１の装着時に足裏に相当する部位に足底集中加圧部位４２を設けている。足底集中加圧部位４２を設けることによって、足底筋への筋ポンプ効果をもたらすことができ、臥床患者に起こしやすい合併症としての深部静脈血栓症の予防効果を期待することができる。

（第８実施形態）
図１５及び図１６は、本発明の第８実施形態にかかる空気式関節運動装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態にかかる空気式関節運動装置５０は、肘関節に適応したものであり、図１５は、空気袋加圧前すなわち減圧状態を、図１６は、空気袋加圧後すなわち加圧状態を模式的に示している。

本実施形態に係る空気圧式関節運動装置５０は、近位端と遠位端が開放され、近位端開放部より手指、前腕、肘関節、上腕を順次に挿入して装着する可撓性の筒状体瘡着衣で構成された関節包容部５１を有し、その側面に略Ｕ字形の空気袋ユニット５２が組み込まれる。空気袋ユニット５２は、気室隔壁５５によって長短の半径をもち中心を同側に有する複数個の円弧に画定され、側面構成物内に組み込まれている。

なお、気室隔壁５５は、空気袋の長手方向に沿った状態に空気袋辺縁にまで達しない構造に構成されており、空気袋円弧状部５２ａの中心角増大効果をより効果的にし、関節および肢体への装着適合性を高めると同時に、空気袋が多層並列に配列されていても単一の空気室とすることによって、１個の給排気口５６での加圧減圧が可能となっている。

空気袋ユニット５２の肘関節を覆う部分が中心角αの空気袋円弧状部５２ａとして構成されている。空気袋円弧状部５２ａの両端方向、すなわち前腕方向と上腕方向には、それぞれ空気袋遠位側延長部５３と空気袋近位側延長部５４が空気袋円弧状部５２ａに連通して設けられており、連続した空気袋として、必ずしも円弧形状でない肢体に沿うような形状としたものである。

この構成の空気圧式関節運動装置５０の空気袋ユニット５２を加圧した状態とすると、図１６に示すように、肘関節に対して遠位に位置する前腕を包容する空気袋遠位側延長部５３と近位に位置する上腕部を包容する空気袋近位側延長部５４が、それぞれ前腕と上腕の形状により密着して包容性を確保させると同時にそれぞれの保持性を高め、さらに、空気袋円弧状部５２ａの中心角の増大効果すなわちβ＝π／２×αとなることによって、肘関節屈曲運動を、より効率的に促すように構成することができる。

以上説明したように、本発明の各実施形態にかかる関節運動装置によれば、関節を挟んで近位側と遠位側の肢体を包容する可撓性素材で構成された関節包容部の近位側と遠位側に円弧状空気袋ユニットの両端がそれぞれ付着した構成であるため、フレームなどを備える必要がなく、生体組織にできるだけ軟らかく作用して長時間使用を可能とする。また、円弧状空気袋は、減圧時には二重膜状円弧形状であるが空気加圧時には筒状円弧形状となることで円弧中心角が増大し、それによって関節より遠位部が屈曲側近位へ移動するようになり、結果的に関節の屈曲運動を可能とする。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

本発明は、関節を自ら動かすことのできない患者の他動的関節運動を促し、関節拘縮予防や関節周囲の肢体循環改善効果を応用して、医療産業に利用される可能性や、一般人の疲労した関節への可動域改善や筋肉循環改善効果を応用して、健康産業に利用される可能性が考えられる。

１，２０，３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，５０ 空気圧式関節運動装置
２，２１，３１，５１ 関節包容部
２ａ，２１ａ 遠位包容部
２ｂ，２１ｂ 近位包容部
３，２２，３２，５２ 空気袋ユニット
４ 円弧形状空気袋
４ａ，４ｂ 空気袋
５，２５ 給排気口
１０ 給排気装置
１１ 導管
２３ 外側空気袋
２４ 内側空気袋
３１ 空気袋
３２ａ，５２ａ 円弧状部
３３，５３ 遠位側延長部
３４，５４ 近位側延長部
３５ 気室隔壁
３６ 給排気口
３７ 孔
３８ ふくらはぎ部加圧膨張部位
３９ 切り欠き部位
４０ 加圧部位
４１ ふくらはぎ集中加圧部位
４２ 足底集中加圧部位
１００ 足関節
１０１ 足先
１０２ 下腿
１０３ 踵部
１０４ 腓骨頭
１０５ 腓骨神経
１０６ 前腕
１０７ 上腕

Claims (9)

1. 関節を挟んで近位側と遠位側の肢体を包容する可撓性素材で構成された関節包容部と、
   内腔に空気を給排気するための給排気口を有する円弧形状に湾曲した可撓性の管体で構成された空気袋を備え、両端がそれぞれ前記関節包容部の近位側と遠位側に付着し、前記関節の屈曲側が凹となるように前記関節包容部に配置された円弧状空気袋ユニットとを備え、
   前記円弧状空気袋を加圧減圧することにより該円弧状空気袋の中心角の増減変化を繰り返し生じさせることによって前記関節を反復的に屈曲運動させることを特徴とする、空気圧式関節運動装置。
2. 前記円弧状空気袋ユニットは、長短の半径をもち中心を同側に有する２つの円弧を辺縁にもつ２枚の可撓性フィルムの辺縁同士を接合させて構成されることを特徴とする、請求項１に記載の空気圧式関節運動装置。
3. 前記円弧状空気袋ユニットは、関節の駆動方向に対し内外両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の空気圧式関節運動装置。
4. 前記円弧状空気袋ユニットは、半径寸法が異なる複数の空気袋を同心円弧状に配置して構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の空気圧式関節運動装置。
5. 前記関節包容部は、使用者の下腿以遠の部分に装着可能なブーツ形状に構成され、前記円弧状空気袋ユニットは、前記ブーツ形状の側面構成物内に組み込まれてＪ字形の室隔壁によって画定されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の空気圧式関節運動装置。
6. 前記関節包容部は、装着時に踵が位置する部分に設けられた貫通孔と、踵周囲に加圧膨張部位とを備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の空気圧式関節運動装置。
7. 前記関節包容部は、装着時に腓骨頭部分に切り欠きが設けられ、腓骨頭周囲に加圧膨張部位を備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の空気圧式関節運動装置。
8. 前記関節包容部は、装着時にふくらはぎが位置する部分にふくらはぎ集中加圧部位を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の空気圧式関節運動装置。
9. 前記関節包容部は、装着時に足裏が位置する部分に足底集中加圧部位を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の空気圧式関節運動装置。
   
   
   
   

Images