JP2016019603A - 膝装具 - Google Patents

Abstract

【課題】膝の終末伸展時に大腿部を内旋させる矯正効果が得られる膝装具を提供することである。
【解決手段】脚の内側で大腿部Ｄに沿わせる大腿フレーム部１０と下腿部Ｋに沿わせる下腿フレーム部２０との回動可能なジョイント部３０に、膝の終末伸展時に大腿フレーム部１０と下腿フレーム部２０との拡がり方向の回動角度を規制するストッパ部材３２とストッパ３３を設け、大腿装着部４０を大腿フレーム部１０に柔軟性を持たせて取り付け、下腿装着部５０を下腿フレーム部２０に剛性を持たせて取り付けることにより、膝の終末伸展時に、足を踏み出すときの前向きの力が、膝の内側で拡がり方向の回動を規制された大腿フレーム部１０を支点として、着地側の下腿部Ｋに対して大腿部Ｄを内旋させる捻じりモーメントとして作用するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、脚部に装着して膝部の矯正に使用する膝装具に関し、特に、膝の終末伸展時の回旋矯正に好適な膝装具に関する。

膝関節の軟骨が変形、損傷して炎症を起こし、歩行時等に痛みを感じる変形性膝関節症は、加齢とともに増加し、女性に多く見られる。国内では、この変形性膝関節症は、膝が伸展したときにＯ脚型となる内反膝の患者が８割を超すと言われている。内反膝の患者は、膝が伸展して直立したときに、体重が膝の内側に偏ってかかるので、膝関節の内側が圧迫される。

一方、人が膝を伸展させるときに、大腿骨と脛骨は互いに転がり運動と滑り運動の複合運動をするが、完全伸展に至る前の約１５°程度の区間の終末伸展時には、膝内側は滑り運動、膝外側は転がり運動が主体となり、脛骨に対して大腿骨が内旋する。この内旋運動が、健常者ではスムーズに行われるが、変形性膝関節症の患者は、膝の終末伸展時に内旋方向の回旋動作がうまく働かず、膝関節の内側の軟骨が擦り減って変形性膝関節症を進行させる。また、膝部靭帯損傷等の膝部に他の障害がある人も、この終末伸展時の回旋動作がうまく働かない場合が多く、変形性膝関節症に到る予備軍となる。

なお、前記回旋動作とは、膝に対して大腿部や下腿部を脚の回りに捻じる動作である。図８は、健常者の膝の終末伸展時に、大腿部Ｄが下腿部Ｋに対し相対的に内旋する、または、下腿部Ｋが大腿部Ｄに対し相対的に外旋する状態を示す。

上述した変形性膝関節症患者用の膝装具としては、それぞれ脚の内側と外側で大腿部に沿わせる大腿フレーム部と、下腿部に沿わせる下腿フレーム部とを、膝の内側と外側のジョイント部で回動可能に連結し、膝が伸展する方向に回動するときに、膝の内側のジョイント部は大腿フレーム部を下腿フレーム部から離反させ、膝の外側のジョイント部は大腿フレーム部を下腿フレーム部に接近させるようにした膝装具が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。これらの膝装具は、いずれも膝伸展時に、膝内側で大腿骨を脛骨から引き離す方向へ外反矯正を行うことにより、体重が膝の内側に偏ってかかるのを防止する。

特許文献１〜３に記載された膝装具は、いずれも大腿部と下腿部の周りにベルト等で装着する大腿装着部や下腿装着部を、それぞれ内側と外側の大腿フレーム部と下腿フレーム部に取り付けて、膝装具を患者に装着するようにしている。また、ジョイント部での回動時における大腿フレーム部と下腿フレーム部の接近、離反機構には、ラックとギアを噛合させる機構やカム機構を採用している。

特許第３７４０６３８号公報 特開２０１０−６９０５９号公報 特開２０１２−８５７５６号公報

特許文献１〜３に記載された膝装具は、膝伸展時に外反矯正を行うことができるので、内反膝の変形性膝関節症患者には有効であるが、膝の終末伸展時に大腿部を内旋させることはできず、このような回旋機能が欠如する患者には有効でない場合がある。なお、特許文献２等には、膝の内側と外側で大腿フレーム部と下腿フレーム部の接近、離反方向を互いに逆方向とすることにより、回旋動作が促進されるとの記載があるが、内反、外反の傾動作用と、内旋、外旋の捻じり作用とでは、作用する力の形態が全く異なるので、膝の終末伸展時に大腿部を内旋させる矯正効果はあまり期待できない。

そこで、本発明の課題は、膝の終末伸展時に大腿部を内旋させる矯正効果が得られる膝装具を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る膝装具は、脚の内側で大腿部に沿わせる大腿フレーム部と、脚の内側で下腿部に沿わせる下腿フレーム部と、前記大腿フレーム部と前記下腿フレーム部とを膝の内側で回動可能に連結するジョイント部と、前記大腿フレーム部に取り付けられ、大腿部の周りに装着される大腿装着部と、前記下腿フレーム部に取り付けられ、下腿部の周りに装着される下腿装着部とを備え、前記ジョイント部に、膝の終末伸展時に前記大腿フレーム部と下腿フレーム部との拡がり方向の回動角度を規制するストッパ機構を設け、前記大腿装着部を前記大腿フレーム部に柔軟性を持たせて取り付け、前記下腿装着部を前記下腿フレーム部に剛性を持たせて取り付けた構成を採用した。

すなわち、脚の内側で大腿部に沿わせる大腿フレーム部と下腿部に沿わせる下腿フレーム部との回動可能なジョイント部に、膝の終末伸展時に大腿フレーム部と下腿フレーム部との拡がり方向の回動角度を規制するストッパ機構を設け、大腿装着部を大腿フレーム部に柔軟性を持たせて取り付け、下腿装着部を下腿フレーム部に剛性を持たせて取り付けることにより、膝の終末伸展時に、足を踏み出すときの前向きの力が、膝の内側で拡がり方向の回動を規制された大腿フレーム部を支点として、大腿部を内旋させる捻じりモーメントとして作用するようにし、膝伸展時に下腿部に対して大腿部を内旋させる矯正効果が得られるようにした。また、この膝装具は、大腿フレーム部と下腿フレーム部を脚の内側のみに沿わせればよいので、軽量で装着しやすいものとすることができる。

前記大腿装着部を前記大腿フレーム部に柔軟性を持たせて取り付ける手段としては、大腿装着部自体を柔軟性を有する材料で形成してもよいし、大腿装着部は剛性を有する材料で形成し、大腿装着部の大腿フレーム部への取り付け部に柔軟性を持たせてもよく、大腿装着部が脚力で大腿フレーム部に対して変形または変位可能なものであればよい。これに対して、前記下腿装着部を前記下腿フレーム部に剛性を持たせて取り付けるとは、下腿装着部が脚力で下腿フレーム部に対して変形も変位もしないことを意味する。

前記ジョイント部に、前記回動角度が拡がる方向に回動するときに、前記大腿フレーム部を前記下腿フレーム部から離反させる機構を設けることにより、内反膝の変形性膝関節症患者に対して、膝伸展時の外反矯正を行うことができる。

本発明に係る膝装具は、脚の内側で大腿部に沿わせる大腿フレーム部と下腿部に沿わせる下腿フレーム部との回動可能なジョイント部に、膝の終末伸展時に大腿フレーム部と下腿フレーム部との拡がり方向の回動角度を規制するストッパ機構を設け、大腿装着部を大腿フレーム部に柔軟性を持たせて取り付け、下腿装着部を下腿フレーム部に剛性を持たせて取り付けたので、膝の終末伸展時に、着地側の下腿部に対して大腿部を内旋させる矯正効果を得ることができる。また、この膝装具は、大腿フレーム部と下腿フレーム部を脚の内側のみに沿わせればよいので、軽量で装着しやすいものとすることもできる。

本発明に係る膝装具を右脚に装着した状態を示す膝内側からの斜視図 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の大腿部と下腿部における断面図 図１の大腿フレーム部、下腿フレーム部およびジョイント部を示す正面図 図３の側面図 （ａ）、（ｂ）は、図３のジョイント部の回動に伴う大腿フレーム部と下腿フレーム部の接近、離反挙動を説明する正面図 （ａ）は図３の大腿フレーム部の本体と連結部材との連結部を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の平面図 図６（ｃ）のねじり回転部を回転可能とした状態を示す平面図 膝の終末伸展時の回旋動作を説明する概念図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る膝装具１を右脚に装着した状態を示す。この膝装具１は、それぞれ脚の内側で、大腿部Ｄに沿わせる大腿フレーム部１０と、下腿部Ｋに沿わせる下腿フレーム部２０と、大腿フレーム部１０と下腿フレーム部２０とを膝の内側で回動可能に連結するジョイント部３０と、大腿部Ｄの周りに装着される大腿装着部４０と、下腿部Ｋの周りに装着される下腿装着部５０とを備え、大腿装着部４０が大腿フレーム部１０に取り付けられ、下腿装着部５０が下腿フレーム部２０に取り付けられて、脚部に装着される。

図１および図２（ａ）に示すように、前記大腿装着部４０は、周方向の開口部４１ａを有する筒状の大腿カバー４１と、大腿カバー４１の外周に略半周で沿わされたやや厚肉の補強カバー４２と、大腿カバー４１の開口部４１ａに設けられ、大腿カバー４１を上下部で大腿部Ｄに締め付ける上下２本のベルト４３とから成る。大腿部Ｄに装着する入口となる大腿カバー４１の開口部４１ａは外側方向に向けられ、大腿カバー４１と補強カバー４２の周方向中央部がねじ４４で大腿フレーム部１０に取り付けられている。なお、ねじ４４で補強カバー４２のみを大腿フレーム部１０に取り付け、大腿カバー４１は別の箇所、例えば前後部で補強カバー４２に取り付けるようにしてもよい。

前記大腿カバー４１と補強カバー４２は、可撓性を有する樹脂で形成されており、大腿フレーム部１０に柔軟性を持たせて取り付けられている。大腿カバー４１と補強カバー４２は伸縮性を有するゴムで形成することもできる。したがって、図２（ａ）に矢印で示すように、大腿部Ｄは大腿フレーム部１０に回旋可能に支持される。この実施形態では、大腿装着部４０である大腿カバー４１と補強カバー４２を柔軟性（可撓性や伸縮性）を有する材料で形成したが、大腿装着部４０は剛性を有する材料で形成し、大腿フレーム部１０への取り付け部に柔軟性を持たせてもよい。このように、大腿装着部４０を大腿フレーム部１０に柔軟性を持たせて取り付けることにより、後述する大腿フレーム部１０の回動角度θを規制するストッパ機構の作動後に、膝部に回旋動作が誘導される。

図１および図２（ｂ）に示すように、前記下腿装着部５０は、周方向の開口部５１ａを有する筒状の下腿カバー５１と、下腿カバー５１の外周に略半周で沿わされた剛体枠５２と、下腿カバー５１の開口部５１ａに設けられ、下腿カバー５１を上下部で下腿部Ｋに締め付ける上下２本のベルト５３とから成る。下腿部Ｋに装着する入口となる下腿カバー５１の開口部５１ａも外側方向に向けられ、下腿カバー５１と剛体枠５２の周方向中央部がねじ５４で下腿フレーム部２０に取り付けられている。

前記下腿カバー５１は可撓性を有する樹脂で形成され、剛体枠５２はゴムライニングされた剛体のアルミニウムで形成されており、下腿カバー５１は剛体枠５２を介して下腿フレーム部２０に剛性を持たせて取り付けられている。したがって、下腿部Ｋは下腿フレーム部２０にリジッドに支持される。なお、剛体枠５２を形成する材料はアルミニウム等の金属に限定されず、例えば、繊維強化プラスチックス（ＦＲＰ）、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化セラミックス（ＦＲＣ）等の剛性を有する材料としてもよい。

前記大腿カバー４１と下腿カバー５１の各開口部４１ａ、５１ａは、それぞれ大腿部Ｄや下腿部Ｋの太さよりも狭いが、薄肉の大腿カバー４１と下腿カバー５１は十分な可撓性を有するので、大腿部Ｄや下腿部Ｋに装着するときは各開口部４１ａ、５１ａが拡げられる。図示は省略するが、前記大腿カバー４１と下腿カバー５１の内面には滑り止め用のメッシュ布が貼付されている。また、締め付け用のベルト４３、５３は、面ファスナやバックル等の締め具によって、大腿部Ｄや下腿部Ｋの太さに応じて締め付け長さを調節される。

図３および図４に示すように、前記大腿フレーム部１０の本体１１は、大腿部Ｄに沿わせる縦長の外向きコの字断面とされ、上部に大腿カバー４１と補強カバー４２を取り付けるねじ４４を通す複数の孔１２が設けられている。本体１１の下端側には連結部材１３が連結され、後述するように、連結部材１３は継手部材１４によって、本体１１に対する内外方向への傾斜角度αと、ねじり角度βを調節可能に連結されている。

前記下腿フレーム部２０は、下腿部Ｋに沿わせる基部２１と、基部２１の上端から外向きに傾斜する傾斜部２２と、傾斜部２２の上端から上向きに延びる連結部２３とから成り、基部２１に下腿カバー５１と剛体枠５２を取り付けるねじ５４を通す複数の孔２４が設けられている。

前記ジョイント部３０を構成する大腿フレーム部１０の連結部材１３と下腿フレーム部２０の連結部２３は、４節リンク機構を形成する２つのリンク３１ａ、３１ｂで回動可能に連結されている。

図５（ａ）、（ｂ）は、前記ジョイント部３０を構成する連結部材１３と連結部２３が互いに回動するときの挙動を示す。大腿フレーム部１０の連結部材１３は、下腿フレーム部２０の連結部２３に対して真直となる成るときの回動角度θを０°とすると、−１５°〜１３５°の範囲で回動可能となっている。各図中には、この回動範囲での連結部材１３の上端中央点Ｐの軌跡ｐと、回動中心Ｏを中心とする円の軌跡ｃも表示している。

図５（ａ）は、前記回動角度θが９０°（膝が直角に屈曲）のときの状態を示す。この状態では、２つのリンク３１ａ、３１ｂは、回動中心Ｏに重なって略十字状に交差している。回動中心Ｏと連結部材１３の上端中央点Ｐ間の線分ＯＰの長さをＬ１、回動中心Ｏと連結部２３の下端中央点Ｑ間の線分ＯＱの長さをＬ２とする。

図５（ｂ）は、前記回動角度θが０°（膝が真直に伸展）のときの状態を示す。この状態では、２つのリンク３１ａ、３１ｂは、回動中心Ｏから外れて鈍角に交差している。このときの回動中心Ｏを通る連結部材１３の上端中央点Ｐと連結部２３の下端中央点Ｑ間の線分ＰＱの長さをＬ３とすると、Ｌ３＞Ｌ１＋Ｌ２となる。このことは、上端中央点Ｐの軌跡ｐが、回動角度θが９０°から小さくなるにつれて、回動中心Ｏから遠ざかることからも分かる。

この実施形態では、Ｌ３とＬ１＋Ｌ２との差、すなわち、膝を直角に屈曲した状態から真直に伸展したときに、大腿フレーム部１０の連結部材１３が下腿フレーム部２０の連結部２３から離間する距離は約２０ｍｍとされている。したがって、膝伸展時に膝の内側で大腿フレーム部１０に支持された大腿部Ｄの大腿骨を脛骨から引き離し、内反膝の変形性膝関節症患者に対して、膝伸展時の外反矯正を行うことができる。

前記下腿フレーム部２０の連結部２３の前部側にはゴム製リング状のストッパ部材３２が取り付けられ、大腿フレーム部１０の連結部材１３の前部側には段状に張り出すストッパ３３が設けられている。これらのストッパ部材３２とストッパ３３は、膝の終末伸展時に、回動中心の前側で互いに当接され、下腿フレーム部２０に対する大腿フレーム部１０の拡がり方向の回動角度θを規制するストッパ機構となっている。この膝の終末伸展時の回動角度θの規制は、ゴム製のストッパ部材３２の緩衝作用により、膝に急な負担をかけないように行われる。

前記連結部２３にはストッパ部材３２を取り付ける複数の取付け穴３２ａが設けられており、これらの取付け穴３２ａでストッパ部材３２の取り付け位置を変えることにより、装着者の必要性に応じて規制する回動角度θを調節することができる。通常、この規制回動角度θは１５°前後とされる。

図１は、足を踏み出すときに膝が完全伸展に至る前の約１５°程度の終末伸展時の初期を示し、このあとすぐに、膝の前側で前記ストッパ部材３２がストッパ３３に当接され、大腿部Ｄの内側が大腿フレーム部１０を介して伸展を拘束される。前述したように、下腿装着部５０の下腿カバー５１は、剛体枠５２を介して下腿フレーム部２０に剛性を持たせて取り付けられ、大腿装着部４０の大腿カバー４１と補強カバー４２は、大腿フレーム部１０に柔軟性を持たせて取り付けられているので、足を踏み出すときの前向きの力が、膝の内側で拡がり方向の回動を規制された大腿フレーム部１０を支点として、着地側の下腿部Ｋに対して大腿部Ｄを内旋させる捻じりモーメントとして作用する。したがって、膝の終末伸展時に回旋動作がうまく働かない患者に対して、大腿部Ｄを内旋させる矯正効果が得られる。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、前記大腿フレーム部１０の本体１１に連結部材１３を連結する継手部材１４を示す。この継手部材１４は、連結部材１３に結合される基部１４ａと、基部１４ａに対して内外方向へ傾動可能な傾動部１４ｂと、傾動部１４ｂに対してねじり回転可能なねじり回転部１４ｃとからなる。傾動部１４ｂは基部１４ａに蝶番１５で傾動可能に連結され、傾斜角度αを装着者の脚の形に合せてプレート１６ａとねじ１７ａで基部１４ａに固定される。また、ねじり回転部１４ｃは傾動部１４ｂに対して軸１８で回転可能に連結され、プレート１６ｂをねじ１７ｂで締め付けることにより固定される。プレート１６ｂは、傾動部１４ｂに設けた２本のネジ軸１９ａに係止され、ナット１９ｂで傾動部１４ｂに締め付けられる。図示は省略するが、大腿フレーム部１０の本体１１はねじり回転部１４ｃに結合される。

図７は、前記ねじり回転部１４ｃを回転可能とした状態を示す。この状態では、プレート１６ｂの裏面側でネジ軸１９ａにスペーサ１９ｃを介装し、プレート１６ｂと傾動部１４ｂの間に隙間を開けるとともに、ねじ１７ｂを取り外す。したがって、ねじり回転部１４ｃは、どちらか一方のコーナ部がプレート１６ｂに当接されるまで、軸１８の回りに±βの角度範囲でねじり回転可能となる。ねじり角度βの大きさは、装着者に応じてスペーサ１９ｃの厚みで調節される。

上述した実施形態では、大腿フレーム部と下腿フレーム部のジョイント部に４節リンク機構を設けて、回動時に大腿フレーム部と下腿フレーム部が接近、離反するようにしたが、ラックとギアを噛合させる機構やカム機構を設けて接近、離反させるようにしてもよい。また、変形性膝関節症でない患者に装着する場合は、ジョイント部は、大腿フレーム部と下腿フレーム部を単に枢着したものとし、回動のみが可能なようにすることもできる。

上述した実施形態では、膝の終末伸展時の回動角度を規制するストッパ機構を、リング状のストッパ部材と段状に張り出すストッパを当接させるものとしたが、このストッパ機構は実施形態のものに限定されることはなく、膝の終末伸展時に拡がり方向の回動角度を規制するものであればよい。

上述した実施形態では、大腿カバーと下腿カバーの入口となる開口部を外側方向に向けたが、開口部の向きは、内側の大腿フレーム部や下腿フレーム部が存在しない方向であればよく、前方、後方や斜め方向等の方向に向けることもできる。

上述した実施形態では、脚の内側のみに大腿フレーム部と下腿フレーム部を沿わせるようにしたが、脚の外側にも大腿フレーム部と下腿フレーム部を沿わせ、これらの外側の大腿フレーム部や下腿フレーム部にも大腿装着部や下腿装着部を取り付けるようにしてもよい。また、大腿フレーム部と下腿フレーム部のジョイント部に、膝の屈伸をモータ等によってアシストするアシスト機能を設けてもよい。

上述した実施形態では、膝装具を右脚に装着するものとしたが、本発明に係る膝装具は左脚に装着するものとすることもでき、この場合は、膝装具全体を左右逆向きのものとすればよい。

１ 膝装具
１０ 大腿フレーム部
１１ 本体
１２ 孔
１３ 連結部材
１４ 継手部材
１４ａ 基部
１４ｂ 傾動部
１４ｃ ねじり回転部
１５ 蝶番
１６ａ、１６ｂ プレート
１７ａ、１７ｂ ねじ
１８ 軸
１９ａ ネジ軸
１９ｂ ナット
１９ｃ スペーサ
２０ 下腿フレーム部
２１ 基部
２２ 傾斜部
２３ 連結部
２４ 孔
３０ ジョイント部
３１ａ、３１ｂ リンク
３２ ストッパ部材
３２ａ 取付け穴
３３ ストッパ
４０ 大腿装着部
４１ 大腿カバー
４１ａ 開口部
４２ 補強カバー
４３ ベルト
４４ ねじ
５０ 下腿装着部
５１ 下腿カバー
５１ａ 開口部
５２ 剛体枠
５３ ベルト
５４ ねじ

Claims (2)

1. 脚の内側で大腿部に沿わせる大腿フレーム部と、
   脚の内側で下腿部に沿わせる下腿フレーム部と、
   前記大腿フレーム部と前記下腿フレーム部とを膝の内側で回動可能に連結するジョイント部と、
   前記大腿フレーム部に取り付けられ、大腿部の周りに装着される大腿装着部と、
   前記下腿フレーム部に取り付けられ、下腿部の周りに装着される下腿装着部とを備え、
   前記ジョイント部に、膝の終末伸展時に前記大腿フレーム部と下腿フレーム部との拡がり方向の回動角度を規制するストッパ機構を設け、
   前記大腿装着部を前記大腿フレーム部に柔軟性を持たせて取り付け、
   前記下腿装着部を前記下腿フレーム部に剛性を持たせて取り付けた膝装具。
2. 前記ジョイント部に、前記回動角度が拡がる方向に回動するときに、前記大腿フレーム部を前記下腿フレーム部から離反させる機構を設けた請求項１に記載の膝装具。

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