JP2020103647A - 下腿回旋装具 - Google Patents
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Abstract
【課題】下腿部から足部にかけて装着し、歩行動作中の下腿回旋を誘導可能とする新たな装具を提供する。【解決手段】本発明の下腿回旋装具100は、一対の支持側板110を左右縁から上向きに設ける足底板120と、支持側板110の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱130と、下腿支柱130に固定される下腿カフ140と、を備える下腿装具であって、下腿支柱130の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、一方の継手部は、継手部に設けた前後回動軸受により回動可能に支持してなり、他方の継手部は、継手部に設けた3軸回動軸受により支持してなる構成とし、下腿カフ140は、しなりを可能とするための湾曲部141を備え、回動軸受の左右で異なる回動範囲を許容する。【選択図】図1
Description
本発明は、歩行補助器具に関するものであり、詳しくは、歩容改善を目的として下腿部に装着する装具に関するものである。
現在、変形性膝関節症(以下、膝OA(Osteoarthritis of the knee)という。)患者は国内で三千万人を超えると推定されている。膝OAとは、加齢に伴う筋力低下や、肥満、遺伝的因子、靭帯の弛緩などからおこり、膝関節の骨や軟骨がすり減り膝関節が変形する退行性疾患である。膝OAの症状としては、膝の関節や軟骨がすり減ることで膝関節が変形し、膝関節の屈曲および伸展動作によって、痛みが生じる。
膝OAが起こると、今まで適切であった運動が膝関節に多大な負荷を与えることになり、膝の痛みと膝関節位置の変化による歩容の変化や、行動範囲の低下が起こるため、あまり歩かなくなる。それにより筋力が衰え、さらに痛みが増すという悪循環に陥りADL(Activities of Daily Living)や、QOL(Quality of Life)が低下する。特に、膝OA患者には、正常歩行から逸脱した歩容を示す異常歩行が現れやすい。
膝関節は、膝関節軸において屈曲、伸展、回旋運動の2自由度をもつ。この回旋運動は膝関節最終伸展30度の範囲でみられる捻じり運動であり、終末伸展回旋運動と呼ばれる。終末伸展回旋運動は、歩行中の踵接地時の衝撃吸収や全身バランスのとれた歩行、拇指での蹴りだしに役立っており、回旋運動は歩行において必須な運動の1つである。
歩行中に起こる回旋運動に関しては、足関節底屈時、具体的には踵接地から足底接地の間は下腿部が内旋し、足関節背屈時、具体的には足底接地から立脚後期の間は下腿部が外旋する。しかし、膝OA患者の多くはこの膝関節の回旋運動障害を抱えている。
膝OA患者への療法としては、手術療法と保存療法があげられる。保存療法としては、装具の使用や、運動療法、薬物療法などがあげられる。装具を使用する膝OA患者の保存療法としては、3点固定タイプの膝装具、回旋運動を利用した膝装具がある。
3点固定タイプの膝装具は、大腿部、膝および下腿部の3点を支持するもの、大腿部、下腿部、足の3点を支持するものがある。例えば、膝関節の変形を正常なアライメントに矯正する装具(特許文献1)、アクチュエーターの動力による筋力補助を行う装具(特許文献2)がある。回旋運動を利用した膝装具は、膝が伸展するときに、装具が大腿部の回旋運動を補助するように動作するものである。例えば、内側継手と外側継手の軸の移動方向が異なり、大腿部を支持する軟性部材が変形することによって、正しい終末伸展回旋運動を誘発する装具(非特許文献1)、膝の内側に設けた回動機構の規制によって、回動機構が大腿部を内側に回旋させる捻じりモーメントとして作用する装具(特許文献3)がある。
高橋一史,"OAファンタジー膝装具の機能",日本義肢装具学会誌,2008年,Vol.24,No.1,p.1419
上記の例の膝装具は、いずれも大腿部と下腿部においての固定となるため、歩行中に固定部がずれやすい。歩行中の装具のずれは装着者にとって違和感や不快感となるだけでなく、ずれた位置で無理な回旋矯正をかけるおそれがある。また、回旋運動を補助する膝装具においては、下腿ローテーション障害は患者個々によって障害の度合いが異なるにもかかわらず、回旋運動の調整が困難であるという問題点がある。さらには、機構調整も困難であるため、大腿脛骨角(FTA)が異常な患者には、そもそも適用できないといった問題点もある。
そこで、本発明は、下腿部から足部にかけて装着し、歩行動作中の足関節運動と連動して内外に取り付けた支柱の傾動が異なることにより、下腿回旋を誘導可能とする新たな装具を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は前記した目的を達成せんとするもので、請求項1の手段は、下腿回旋装具は、一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、前記継手部に設けた3軸回動軸受により支持してなる構成としたことを特徴とする。
また、請求項2の手段は、下腿回旋装具は、一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、一方の前記継手部は、前記継手部に設けた前後回動軸受により回動可能に支持してなり、および他方の前記継手部は、前記継手部に設けた3軸回動軸受により支持してなる構成としたことを特徴とする。
また、請求項3の手段は、下腿回旋装具は、一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、一方の前記継手部は、前記継手部に設けた前後回動軸受により回動可能に支持してなり、前記前後回動軸受の回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを調節できるよう構成したこと、および他方の前記継手部は、前記継手部に設けた3軸回動軸受により支持してなる構成としたことを特徴とする。
また、請求項4の手段は、前記前後回動軸受の回動範囲は、無段階で調節できることを特徴とする。
また、請求項5の手段は、前記継手部の前方限界位置は、左右で0度より大きくかつ30度以下の差とすることを特徴とする。
また、請求項6の手段は、前記下腿カフは、しなりを可能とするための湾曲部を備え、前記継手部の左右で異なる回動範囲を許容することを特徴とする。
また、請求項7の手段は、前記足底板は、踵当接部の周囲にアッパーを設け、中足骨当接部まで形成することを特徴とする。
請求項1ないし3の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、足関節の底屈および背屈を補助することができ、膝関節の屈曲および伸展動作を制限する保存療法が可能となる。また、膝装具と比較して、足部で固定することができるため、装具のずれの発生が少なく、膝OA患者が重度のO脚であるなど、膝装具の装着が困難な重度のFTA患者に対しても適用することができる。また、少なくとも一方の継手部が3軸回動軸受を備えることによって、下腿支柱の自由回動が可能となり、内旋運動および外旋運動において一方の継手部の回動限界まで下腿支柱が傾倒したときの衝撃を吸収し、膝OA患者の負担を軽減することができる。さらに、3軸回動軸受の自由回動は、他方の継手部が前後回動軸受である場合において、前後回動軸受の回動限界においても、膝OA患者の内旋運動および外旋運動による下腿支柱の動作を補助するため、前後回動軸受の回動範囲の前方限界位置および後方限界位置の調整に幅を持たせることができる。
請求項4の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、下腿内旋異常を有する患者に、内足側に前後回動軸受、外足側に3軸回動軸受を備えた下腿回旋装具を装着した場合、内足側より外足側の回動範囲を大きくし、また、下腿外旋異常を有する患者に、外足側に前後回動軸受、内足側に3軸回動軸受を備えた下腿回旋装具を装着した場合、外足側より内足側の回動範囲を大きくするように設定することができる。
また、請求項5の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、膝OA患者の下腿回旋量を十分に確保することができる。
請求項6の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、左右の下腿の回旋量を膝OA患者個々の症状にあわせて容易に調節すること、および、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることが可能となり、装置のずれによる無理な矯正の心配がない。また、請求項1から3の構成を組み合わせることによって、膝OA患者に対し、下腿の正しい回旋運動に誘導しつつ、踵部中央で接地面に接し、その後、立脚中期にかけて第1、第2中足骨頭中心、外足側中央の順に重心が移動し、立脚後期において拇指で蹴りだし、踵が接地面から離れるといった、正常に近い歩容に矯正することができる。
また、請求項7の構成によって、本発明の下腿回旋装具は、踵部の支持が可能となり、踵接地の促進および足指での蹴り出しを補助し、歩容改善の効果を高めることができる。
以下、本発明について、第1の実施例として実施するための形態を図面にしたがって説明する。
図1は、第1の実施例における下腿回旋装具100の全体の斜視図である。下腿回旋装具100は、一対の支持側板110を左右縁から上向きに設ける足底板120と、支持側板110の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱130と、下腿支柱130に固定される下腿カフ140と、を備える下腿装具である。なお、下腿回旋装具100の下腿への固定は、脛ファスナー150および甲ファスナー160によることが好ましいが、これに限定されるものではない。固定手段の例として、スリッポン型とすること、面ファスナー、バックル、レースを使用することが挙げられる。膝OA患者の半月板に近い脛ファスナー150は、柔らかい素材を用いることが好ましい。
支持側板110は、膝OA患者が下腿回旋装具100を装着するときに、足底板120の左右縁から概ね膝OA患者の両踝のあたりに向かうように、一対に設ける。
図2は、足底板120の側面図である。足底板120は、膝OA患者の足裏が当接する部材であり、踵当接部121の周囲にアッパー122を設け、中足骨当接部123まで、具体的には膝OA患者の中足骨と基節骨を繋ぐ中足指節関節に相当する部分まで形成することが好ましい。
踵当接部121の周囲にアッパー122を設けることは、膝OA患者の歩容改善において重要である。アッパー122を設けることによって、膝OA患者の踵骨のコントロールが可能となる。一般的に、踵骨の安定性は、踵骨と距骨の間にある距骨下関節の運動や変形の反映である。この距骨下関節の正常な回内可動域が阻止されるとストレスが下肢、骨盤および腰椎に加わり、病的状態をもたらす。踵部内外反の運動は足部の回内外と連動し、下腿の内外旋、膝関節の内外反にも影響する。また、アッパー122はインソールのずれの防止にも資する。インソールは、膝OA患者の左右の足の長さの調節、O脚の膝OA患者の膝関節位置の調整、アーチサポートとして膝関節への負荷の軽減のために用いることができる。
また、足底板120は中足骨当接部123までとし、中足指節関節より先を自由にすることにより、膝OA患者の足部先端が靴底、地面等に直接触れることになり、足指での蹴り出しを補助する。
足底板120の素材は、支持側板110を取付け、下腿支柱130、下腿カフ140などを支える必要があるため、強度が求められる。例えば、成形が容易かつ硬度が高い樹脂であるポリプロピレンを5mm厚として用いることが好ましいが、強度がある素材であれば、5mm厚のポリプロピレンに限定されるものではない。
足底板120は、以上の構成とすることで、踵部の支持が可能となり、踵接地の促進および足指での蹴り出しを補助し、歩容改善の効果を高めることができる。
継手部は、支持側板110の上端に形成され、下腿支柱130を支持する。継手部は、下腿支柱130の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、継手部に設けた回動軸受により回動可能に支持する。下腿と足部の間の足関節の底屈(足首を伸ばす動作)および背屈(足首を曲げる動作)は、継手部の回動軸受によって許容される。
本実施例の内足側の継手部の回動軸受は、前後方向に回動可能な前後回動軸受170であり、回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とは、設計段階であらかじめ定められている。また、本実施例の外足側の継手部の回動軸受は、3軸自由度を有する3軸回動軸受180であり、前後方向および内外方向への傾倒、ならびに軸回転を許容するボールジョイント機構を採用する。なお、本実施例において、外足側とは足部の小指側をいい、内足側とは足部の親指側をいう。
本実施例の前後回動軸受170および3軸回動軸受180を有する継手部を備える下腿回旋装具100は、継手部の回動範囲が限定されていることによって、足関節の底屈および背屈を補助することができ、膝関節の屈曲および伸展動作を所定の範囲で制限する保存療法が可能となる。また、前後回動軸受170および3軸回動軸受180を備える下腿回旋装具100は、膝装具と比較して、足部で固定することができるため、装具のずれの発生が少なく、膝OA患者が重度のO脚であるなど、膝装具の装着が困難な重度のFTA患者に対しても適用することができる。
さらに、本実施例のボールジョイント機構を備えた下腿回旋装具100は、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることも可能である。以下、前後回動軸受170および3軸回動軸受180について説明する。
図3は、継手部を拡大した正面図であり、右足に装着する下腿回旋装具100を示す。前後回動軸受170は、支持側板110と、あらかじめ定められた範囲で回動可能に接続されている。
図4は、図3における3軸回動軸受180を拡大した斜視図である。ボールジョイント機構である3軸回動軸受180は、下腿支柱130に接続される受部181と、受部181に延設されるスタッド182と、スタッド182に対して球面接触して回動可能に嵌め合いかつ支持側板110に接続される基部183と、基部183に延設されるソケット184とを備える。
本実施例の3軸回動軸受180は、スタッド182の中心軸が、支持側板110および下腿支柱130の長手方向の中心線とほぼ一致し、ソケット184の内面が、スタッド182の球面と摺動して、下腿支柱130が前後方向および内外方向への傾倒、ならびに軸回転することを許容する。また、3軸回動軸受180は、ソケット184が膝OA患者の脚部に接触しないよう薄型および小型に設計されること好ましい。
図5は、右足に装着する下腿回旋装具100の下腿支柱130の動作を説明する模式図である。図5においては、左支持側板210aおよび右支持側板210bは支持側板110に、平足底板220は足底板120に、左継手部230aおよび右継手部230bは前後回動軸受170および3軸回動軸受180に、左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bは下腿支柱130に、それぞれ相当する。右足に装着するので、膝OA患者から見ると、左側が内足側、右側が外足側である。また、接地面からの垂直方向に対する左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの角度をそれぞれ、内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θとする。
図5(a)の模式図は、踵が接地したときの左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの状態を示す。踵が接地したときとは、足底が接地していない遊脚期から足底が接地する立脚期への移行が起こるときであり、この時点の下腿と足部の間の足関節の角度aを基準とする。ここで、この時点の内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θは、φ=θである。
図5(b)の模式図は、足底全体が接地したときの立脚中期の左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの状態を示す。このとき、足関節は底屈しており、足関節の角度bはaより大きい。健常者であれば、足関節底屈が生じる踵の接地から立脚中期の間、下腿は、内足側に回旋、いわゆる内旋をするため、本発明の下腿回旋装具100は、内旋誘導が生じるように動作させる。ここで、内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θは、進行方向を正としたとき、足関節底屈であるa<bの状態においては、φ<θとなることで、下腿は内旋する。
膝OA患者が下腿内旋異常を有する場合は、外足側が内足側より前方に傾倒するよう、左継手部230aの回動範囲の後方限界位置を右継手部230bの回動範囲より大きくするよう設計すれば、下腿の内旋が誘導される。このように設計することによって、歩行時において、足関節底屈時の内旋運動が矯正される。
図5(c)の模式図は、踵から爪先までが接地面から離れようとする立脚後期の左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの状態を示す。このとき、足関節は背屈しており、足関節の角度cはaより小さい。健常者であれば、足関節背屈が生じる立脚中期から立脚後期の間、下腿は外旋するため、本発明の下腿回旋装具100は、外旋誘導が生じるように動作させる。ここで、内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θは、進行方向を正としたとき、足関節背屈であるc<aの状態においては、θ<φとなることで、下腿は外旋する。
膝OA患者が下腿外旋異常を有する場合は、内足側が外足側より前方に傾倒するよう、左継手部230aの回動範囲の前方限界位置を右継手部230bの回動範囲より大きくするよう設計すれば、下腿の外旋が誘導される。このように設計することによって、歩行時において、足関節底屈時の内旋運動の後、足関節背屈時に外旋運動が矯正される。
図6(a)および(b)は、3軸回動軸受180の設計を説明する模式図である。3軸回動軸受180の前後への回動範囲は、正常歩行における足関節底背屈角度α、および下肢回旋度βから、必要な外側支柱許容角度θmaxを算出し、ボールジョイント機構のスタッド182およびソケット184の形状等を設計する。3軸回動軸受180の設計は、下腿部カフ半径r、支柱の長さl、内側支柱許容角度φmax、内側支柱移動量φdis、および外側支柱移動量θdisが考慮され、θmaxは、内外側支柱の傾動量差による移動差をφdisおよびθdisから求め、必要回旋量γを用いて算出する。
本実施例においては、外足側である右継手部230bが3軸回動軸受180を備える。3軸回動軸受180を備えることによって、右下腿支柱240bの自由回動が可能となり、内旋運動および外旋運動において前後回動軸受170の回動限界まで下腿支柱130が傾倒したときの衝撃を吸収し、膝OA患者の負担を軽減することができる。また、3軸回動軸受180の自由回動は、前後回動軸受170の回動限界においても、膝OA患者の内旋運動および外旋運動による左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの動作を補助するため、前後回動軸受170の回動範囲の前方限界位置および後方限界位置の設定に幅を持たせることができる。
ここで、下腿支柱130および下腿カフ140について詳しく説明する。図1において、下腿支柱130は、継手部に支持され、概ね膝OA患者の脛骨および腓骨に沿って、上方に伸びる。下腿支柱130には、下腿カフ140を取付けることができる。下腿カフ140は、下腿支柱130に固定され、しなりを可能とするための略半円柱形(蒲鉾形)の湾曲部141を備える。湾曲部141は、膝OA患者の下腿に当接し、下腿支柱130の動作を伝達する。
図5においては、左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bに、図1に示すような下腿カフ140を取付けることができる。ここで、下腿回旋装具100が左継手部230aおよび右継手部230bの回動軸受の左右で異なる回動範囲を許容するため、湾曲部141には軟性樹脂素材を用いることが好ましい。湾曲部141がしなりのない剛性素材であるならば、連動する左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bならびに左継手部230aおよび右継手部230bは、左右で異なる動作をすることが困難である。一方で、湾曲部141は、膝OA患者の下腿を支えるだけの強度も必要である。例えば、低密度ポリエチレンを3mm厚として用いることが好ましいが、しなりと強度が両立する素材であれば、3mm厚の低密度ポリエチレンに限定されるものではない。
下腿カフ140を取付けることによって、左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bは連動する。右継手部230bに設けられた3軸回動軸受180および下腿カフ140のしなりによって、左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの傾き差が許容される。このとき、左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bは、左継手部230aの前後回動軸受170による回動、および、右継手部230bの3軸回動軸受180による回動の3軸の自由度を備えることにより、下腿回旋装具100の全体に負荷を掛けることなく、左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの連動性が確保される。
なお、本実施例は、一方を前後回動軸受170、他方を3軸回動軸受180として説明しているが、左継手部230aおよび右継手部230bの双方に3軸回動軸受180を採用することもできる。図7(a)および(b)は、左継手部230aおよび右継手部230bの双方に3軸回動軸受180を採用した場合の、3軸回動軸受180の設計を説明する模式図である。両方の継手部への3軸回動軸受180の採用は、左下腿支柱240aおよび右下腿支柱240bの、特に前後への可動範囲を十分考慮し、また、膝OA患者の下腿回旋量の状態に応じて、適宜決定および設計すればよい。
下腿カフ140を取付けたときにおいて、継手部の回動範囲の前方限界位置は、左右で0度より大きくかつ30度以下の差とすることが好ましく、5度以上かつ30度以下とすることがより好ましい。このような構成とすることによって、本発明の下腿回旋装具100は、膝OA患者の下腿回旋量を十分に確保することができる。
本実施例の構成による下腿回旋装具100は、下腿内旋異常を有する患者に、内足側に前後回動軸受170、外足側に3軸回動軸受180を備えた下腿回旋装具100を装着した場合、内足側より外足側の回動範囲を大きくし、また、下腿外旋異常を有する患者に、外足側に前後回動軸受170、内足側に3軸回動軸受180を備えた下腿回旋装具100を装着した場合、外足側より内足側の回動範囲を大きくするように設定することができ、左右の下腿の回旋量を膝OA患者個々の症状にあわせて容易に設定すること、および、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることが可能となり、装置のずれによる無理な矯正の心配がない。このとき、膝OA患者の下腿回旋量の状態に応じて、前後回動軸受170を3軸回動軸受180として下腿回旋装具100を構成してもよい。
また、下腿回旋装具100は、本実施例の構成とすることで、膝OA患者に対し、下腿の正しい回旋運動に誘導しつつ、踵部中央で接地面に接し、その後、立脚中期にかけて第1、第2中足骨頭中心、外足側中央の順に重心が移動し、立脚後期において拇指で蹴りだし、踵が接地面から離れるといった、正常に近い歩容に矯正することができる。
以下、本発明について、第2の実施例として実施するための形態を図面にしたがって説明する。第2の実施例と、第1の実施例との相違点は、内足側の継手部の回動軸受の可動範囲を調節可能としたものである。
図8は、第2の実施例における下腿回旋装具300の全体の斜視図である。下腿回旋装具300は、一対の支持側板310を左右縁から上向きに設ける足底板320と、支持側板310の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱330と、下腿支柱330に固定される下腿カフ340と、を備える下腿装具である。なお、下腿回旋装具300の下腿への固定は、脛ファスナー350および甲ファスナー360によることが好ましいが、これに限定されるものではない。固定手段の例として、スリッポン型とすること、面ファスナー、バックル、レースを使用することが挙げられる。膝OA患者の半月板に近い脛ファスナー350は、柔らかい素材を用いることが好ましい。
支持側板310は、膝OA患者が下腿回旋装具300を装着するときに、足底板320の左右縁から概ね膝OA患者の両踝のあたりに向かうように、一対に設ける。
図9は、足底板320の側面図である。足底板320は、膝OA患者の足裏が当接する部材であり、踵当接部321の周囲にアッパー322を設け、中足骨当接部323まで、具体的には膝OA患者の中足骨と基節骨を繋ぐ中足指節関節に相当する部分まで形成することが好ましい。
踵当接部321の周囲にアッパー322を設けることは、膝OA患者の歩容改善において重要である。アッパー322を設けることによって、膝OA患者の踵骨のコントロールが可能となる。一般的に、踵骨の安定性は、踵骨と距骨の間にある距骨下関節の運動や変形の反映である。この距骨下関節の正常な回内可動域が阻止されるとストレスが下肢、骨盤および腰椎に加わり、病的状態をもたらす。踵部内外反の運動は足部の回内外と連動し、下腿の内外旋、膝関節の内外反にも影響する。また、アッパー322はインソールのずれの防止にも資する。インソールは、膝OA患者の左右の足の長さの調節、O脚の膝OA患者の膝関節位置の調整、アーチサポートとして膝関節への負荷の軽減のために用いることができる。
また、足底板320は中足骨当接部323までとし、中足指節関節より先を自由にすることにより、膝OA患者の足部先端が靴底、地面等に直接触れることになり、足指での蹴り出しを補助する。
足底板320の素材は、支持側板310を取付け、下腿支柱330、下腿カフ340などを支える必要があるため、強度が求められる。例えば、成形が容易かつ硬度が高い樹脂であるポリプロピレンを5mm厚として用いることが好ましいが、強度がある素材であれば、5mm厚のポリプロピレンに限定されるものではない。
足底板320は、以上の構成とすることで、踵部の支持が可能となり、踵接地の促進および足指での蹴り出しを補助し、歩容改善の効果を高めることができる。
継手部は、支持側板310の上端に形成され、下腿支柱330を支持する。継手部は、下腿支柱330の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、継手部に設けた回動軸受により回動可能に支持する。下腿と足部の間の足関節の底屈(足首を伸ばす動作)および背屈(足首を曲げる動作)は、継手部の回動軸受によって許容される。
本実施例の内足側の継手部の回動軸受は、前後方向に回動可能な前後回動軸受370であり、回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを調節できるよう構成されているダブルクレンザック機構を採用する。また、本実施例の外足側の継手部の回動軸受は、3軸自由度を有する3軸回動軸受380であり、前後方向および内外方向への傾倒、ならびに軸回転を許容するボールジョイント機構を採用する。なお、本実施例において、外足側とは足部の小指側をいい、内足側とは足部の親指側をいう。
ダブルクレンザック機構である前後回動軸受370を有する継手部を備える下腿回旋装具300は、前後回動軸受370の回動範囲を調節することによって、足関節の底屈および背屈を補助することができ、膝関節の屈曲および伸展動作を所定の範囲で調節しながら制限する保存療法が可能となる。また、前後回動軸受370および3軸回動軸受380を備える下腿回旋装具300は、膝装具と比較して、足部で固定することができるため、装具のずれの発生が少なく、膝OA患者が重度のO脚であるなど、膝装具の装着が困難な重度のFTA患者に対しても適用することができる。
さらに、本実施例のボールジョイント機構を備えた下腿回旋装具300は、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることも可能である。以下、前後回動軸受370および3軸回動軸受380について説明する。
図10は、継手部を拡大した正面図であり、右足に装着する下腿回旋装具300を示す。ダブルクレンザック機構である前後回動軸受370は、基部371が支持側板310と回動可能に接続されている。基部371の前後にロッド棒372が内蔵され、ロッド棒372の締め込み深さによって、回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを無段階で調節することが可能である。具体的には、ロッド棒372は回動のストッパーの役目を担っており、締め込みを深くすることで、回動範囲は狭くなり、逆に締め込みを浅くすることで、回動範囲は広くなる。
ロッド棒372は、前後回動軸受370の前方および後方に設けられ、簡易な機構のため調節が容易である。一例として、前方のロッド棒372にスプリングを適用して、回動時の衝撃を緩和してもよい。また、回動時の衝撃の緩和を目的として、前後回動軸受370を油圧または電気による制御としてもよい。
図11は、図10における3軸回動軸受380を拡大した斜視図である。ボールジョイント機構である3軸回動軸受380は、下腿支柱330に接続される受部381と、受部381に延設されるスタッド382と、スタッド382に対して球面接触して回動可能に嵌め合いかつ支持側板310に接続される基部383と、基部383に延設されるソケット384を備える。
本実施例の3軸回動軸受380は、スタッド382の中心軸が、支持側板310および下腿支柱330の長手方向の中心線とほぼ一致し、ソケット384の内面が、スタッド382の球面と摺動して、下腿支柱330が前後方向および内外方向への傾倒、ならびに軸回転することを許容する。また、3軸回動軸受380は、ソケット384が膝OA患者の脚部に接触しないよう薄型および小型に設計されること好ましい。
図12は、右足に装着する下腿回旋装具300の下腿支柱330の動作を説明する模式図である。図12においては、左支持側板410aおよび右支持側板410bは支持側板310に、平足底板420は足底板320に、左継手部430aおよび右継手部430bは前後回動軸受370および3軸回動軸受380に、左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bは下腿支柱330に、それぞれ相当する。右足に装着するので、膝OA患者から見ると、左側が内足側、右側が外足側である。また、接地面からの垂直方向に対する左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bの角度をそれぞれ、内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θとする。
図12(a)の模式図は、踵が接地したときの左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bの状態を示す。踵が接地したときとは、足底が接地していない遊脚期から足底が接地する立脚期への移行が起こるときであり、この時点の下腿と足部の間の足関節の角度aを基準とする。ここで、この時点の内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θは、φ=θである。
図12(b)の模式図は、足底全体が接地したときの立脚中期の左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bの状態を示す。このとき、足関節は底屈しており、足関節の角度bはaより大きい。健常者であれば、足関節底屈が生じる踵の接地から立脚中期の間、下腿は、内足側に回旋、いわゆる内旋をするため、本発明の下腿回旋装具300は、内旋誘導が生じるように動作させる。ここで、内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θは、進行方向を正としたとき、足関節底屈であるa<bの状態においては、φ<θとなることで、下腿は内旋する。
膝OA患者が下腿内旋異常を有する場合は、外足側が内足側より前方に傾倒するよう、左継手部430aの回動範囲の後方限界位置を右継手部430bの回動範囲より大きくするよう調節すれば、下腿の内旋が誘導される。このように調節することによって、歩行時において、足関節底屈時の内旋運動が矯正される。
図12(c)の模式図は、踵から爪先までが接地面から離れようとする立脚後期の左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bの状態を示す。このとき、足関節は背屈しており、足関節の角度cはaより小さい。健常者であれば、足関節背屈が生じる立脚中期から立脚後期の間、下腿は外旋するため、本発明の下腿回旋装具300は、外旋誘導が生じるように動作させる。ここで、内足側支柱傾斜角度φおよび外足側支柱傾斜角度θは、進行方向を正としたとき、足関節背屈であるc<aの状態においては、θ<φとなることで、下腿は外旋する。
膝OA患者が下腿外旋異常を有する場合は、内足側が外足側より前方に傾倒するよう、左継手部430aの回動範囲の前方限界位置を右継手部430bの回動範囲より大きくするよう調節すれば、下腿の外旋が誘導される。このように調節することによって、歩行時において、足関節底屈時の内旋運動の後、足関節背屈時に外旋運動が矯正される。
図13(a)および(b)は、3軸回動軸受380の設計を説明する模式図である。3軸回動軸受380の前後への回動範囲は、正常歩行における足関節底背屈角度α、および下肢回旋度βから、必要な外側支柱許容角度θmaxを算出し、ボールジョイント機構のスタッド382およびソケット384の形状等を設計する。3軸回動軸受380の設計は、下腿部カフ半径r、支柱の長さl、内側支柱許容角度φmax、内側支柱移動量φdis、および外側支柱移動量θdisが考慮され、θmaxは、内外側支柱の傾動量差による移動差をφdisおよびθdisから求め、必要回旋量γを用いて算出する。
本実施例においては、外足側である右継手部430bが3軸回動軸受380を備える。3軸回動軸受380を備えることによって、右下腿支柱440bの自由回動が可能となり、内旋運動および外旋運動において前後回動軸受370の回動限界まで下腿支柱330が傾倒したときの衝撃を吸収し、膝OA患者の負担を軽減することができる。また、3軸回動軸受380の自由回動は、前後回動軸受370の回動限界においても、膝OA患者の内旋運動および外旋運動による左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bの動作を補助するため、前後回動軸受370の回動範囲の前方限界位置および後方限界位置の調整に幅を持たせることができる。
ここで、下腿支柱330および下腿カフ340について詳しく説明する。図8において、下腿支柱330は、継手部に支持され、概ね膝OA患者の脛骨および腓骨に沿って、上方に伸びる。下腿支柱330には、下腿カフ340を取付けることができる。下腿カフ340は、下腿支柱330に固定され、しなりを可能とするための略半円柱形(蒲鉾形)の湾曲部341を備える。湾曲部341は、膝OA患者の下腿に当接し、下腿支柱330の動作を伝達する。
図12においては、左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bに、図8に示すような下腿カフ340を取付けることができる。ここで、下腿回旋装具300が左継手部430aおよび右継手部430bの回動軸受の左右で異なる回動範囲を許容するため、湾曲部341には軟性樹脂素材を用いることが好ましい。湾曲部341がしなりのない剛性素材であるならば、連動する左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bならびに左継手部430aおよび右継手部430bは、左右で異なる動作をすることが困難である。一方で、湾曲部341は、膝OA患者の下腿を支えるだけの強度も必要である。例えば、低密度ポリエチレンを3mm厚として用いることが好ましいが、しなりと強度が両立する素材であれば、3mm厚の低密度ポリエチレンに限定されるものではない。
下腿カフ340を取付けることによって、左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bは連動する。右継手部430bに設けられた3軸回動軸受380および下腿カフ340のしなりによって、左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bの傾き差が許容される。このとき、左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bは、左継手部430aの前後回動軸受370による回動、および、右継手部430bの3軸回動軸受380による回動の3軸の自由度を備えることにより、下腿回旋装具300の全体に負荷を掛けることなく、左下腿支柱440aおよび右下腿支柱440bの連動性が確保される。
下腿カフ340を取付けたときにおいて、継手部の回動範囲の前方限界位置は、左右で0度より大きくかつ30度以下の差とすることが好ましく、5度以上かつ30度以下とすることがより好ましい。このような構成とすることによって、本発明の下腿回旋装具300は、膝OA患者の下腿回旋量を十分に確保することができる。このとき、前後回動軸受370は、前方限界位置および後方限界位置を無段階で調節できるため、左右の下腿支柱330の傾き差も無段階で調節できる。
本実施例の構成による下腿回旋装具300は、下腿内旋異常を有する患者に、内足側に前後回動軸受370、外足側に3軸回動軸受380を備えた下腿回旋装具300を装着した場合、内足側より外足側の回動範囲を大きくし、また、下腿外旋異常を有する患者に、外足側に前後回動軸受370、内足側に3軸回動軸受380を備えた下腿回旋装具300を装着した場合、外足側より内足側の回動範囲を大きくするように設定することができ、左右の下腿の回旋量を膝OA患者個々の症状にあわせて容易に調節および設定すること、および、足関節の底背屈角度によって下腿を回旋させることが可能となり、装置のずれによる無理な矯正の心配がない。
また、下腿回旋装具300は、以上の構成とすることで、膝OA患者に対し、下腿の正しい回旋運動に誘導しつつ、踵部中央で接地面に接し、その後、立脚中期にかけて第1、第2中足骨頭中心、外足側中央の順に重心が移動し、立脚後期において拇指で蹴りだし、踵が接地面から離れるといった、正常に近い歩容に矯正することができる。
100…下腿回旋装具。
110…支持側板。
120…足底板、121…踵当接部、122…アッパー、123…中足骨当接部。
130…下腿支柱。
140…下腿カフ、141…湾曲部。
150…脛ファスナー。
160…甲ファスナー。
170…前後回動軸受。
180…3軸回動軸受、181…受部、182…スタッド、183…基部、184…ソケット。
210a…左支持側板、210b…右支持側板。
220…平足底板。
230a…左継手部、230b…右継手部。
240a…左下腿支柱、240b…右下腿支柱。
300…下腿回旋装具。
310…支持側板。
320…足底板、321…踵当接部、322…アッパー、323…中足骨当接部。
330…下腿支柱。
340…下腿カフ、341…湾曲部。
350…脛ファスナー。
360…甲ファスナー。
370…前後回動軸受、371…基部、372…ロッド棒。
380…3軸回動軸受、381…受部、382…スタッド、383…基部、384…ソケット。
410a…左支持側板、410b…右支持側板。
420…平足底板。
430a…左継手部、430b…右継手部。
440a…左下腿支柱、440b…右下腿支柱。
110…支持側板。
120…足底板、121…踵当接部、122…アッパー、123…中足骨当接部。
130…下腿支柱。
140…下腿カフ、141…湾曲部。
150…脛ファスナー。
160…甲ファスナー。
170…前後回動軸受。
180…3軸回動軸受、181…受部、182…スタッド、183…基部、184…ソケット。
210a…左支持側板、210b…右支持側板。
220…平足底板。
230a…左継手部、230b…右継手部。
240a…左下腿支柱、240b…右下腿支柱。
300…下腿回旋装具。
310…支持側板。
320…足底板、321…踵当接部、322…アッパー、323…中足骨当接部。
330…下腿支柱。
340…下腿カフ、341…湾曲部。
350…脛ファスナー。
360…甲ファスナー。
370…前後回動軸受、371…基部、372…ロッド棒。
380…3軸回動軸受、381…受部、382…スタッド、383…基部、384…ソケット。
410a…左支持側板、410b…右支持側板。
420…平足底板。
430a…左継手部、430b…右継手部。
440a…左下腿支柱、440b…右下腿支柱。
Claims (7)
- 一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、
前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、
前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、
前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、前記継手部に設けた3軸回動軸受により支持してなる構成としたことを特徴とする下腿回旋装具。 - 一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、
前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、
前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、
前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、一方の前記継手部は、前記継手部に設けた前後回動軸受により回動可能に支持してなり、および他方の前記継手部は、前記継手部に設けた3軸回動軸受により支持してなる構成としたことを特徴とする下腿回旋装具。 - 一対の支持側板を左右縁から上向きに設ける足底板と、
前記支持側板の先端に形成される継手部に支持される下腿支柱と、
前記下腿支柱に固定される下腿カフと、を備える下腿装具であって、
前記下腿支柱の下端に設けた結合部材に固着した結合軸を、一方の前記継手部は、前記継手部に設けた前後回動軸受により回動可能に支持してなり、前記前後回動軸受の回動範囲の前方限界位置と後方限界位置とを調節できるよう構成したこと、および他方の前記継手部は、前記継手部に設けた3軸回動軸受により支持してなる構成としたことを特徴とする下腿回旋装具。 - 前記前後回動軸受の回動範囲は、無段階で調節できることを特徴とする請求項3に記載の下腿回旋装具。
- 前記継手部の前方限界位置は、左右で0度より大きくかつ30度以下の差とすることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の下腿回旋装具。
- 前記下腿カフは、しなりを可能とするための湾曲部を備え、前記継手部の左右で異なる回動範囲を許容することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の下腿回旋装具。
- 前記足底板は、踵当接部の周囲にアッパーを設け、中足骨当接部まで形成することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の下腿回旋装具。
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JP2018143572A (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-20 | トヨタ自動車株式会社 | 脚装具 |
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2018
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