JP2020510497A - 能動的な手の装具 - Google Patents

Abstract

手の神経関連又は痙攣性の不全麻痺/完全麻痺の罹患者用の能動的な手の装具(20)は、複数の支持要素(30)と、該支持要素(30)を連結する、形状記憶材料を含んだ、複数の可動要素(40)とを備え、さらに制御システム(22)と、形状記憶材料の変態とそれによる可動要素(40)の変形を誘導する活性化信号を発生させるための電気回路要素(50)及び電源(60)とを備える。前記可動要素(40)は手首関節可動要素(44)、少なくとも1つの指可動要素(46)、及び親指可動要素(48)から構成され、そして前腕((10)に装着された状態で前記支持要素(30)は、前腕(10)の下面側を支持して手首関節(11)を自由にする前腕スプリント(32)、手首関節可動要素(44)により前腕スプリント(32)に連結されていて、親指(14)に対向可能な指(15)の近位端に設けられている手掌支持部(34)、少なくとも1つの指可動要素(46)により手掌支持部(34)に連結されていて、親指(14)に対向可能な指(15)の中節骨に配置されている少なくとも1つの指支持部(36)、及び親指可動要素(48)により前腕スプリント(32)に連結されていて、手掌(13)において親指(14)の近位端から親指(14)の下方の骨にまで達している親指支持部(38)から構成される。

Description

本発明の対象は、神経関連の不全麻痺／完全麻痺に罹患した人、及び手の痙攣性不全麻痺／完全麻痺に罹患した人、のための能動的な手の装具（active hand orthosis）に関する。

装具とは、身体の特定部位を保護し、固定し、又はそれらの部位を支えるか、若しくは負荷を軽減する材料、器具、又は装置である。そのような装具は、事故の後又は活動的なスポーツを行っている間もしくはその後に、或いは末梢神経系疾患又は筋骨格の障害を受けた場合に必要となることがある。能動的装具とは、受動的な保護、固定、支持などを行うばかりでなく、罹患した部位の動きを能動的に促すことも行う器具である。

本発明の対象は、手首や指の動きを代替でき、それにより、生まれつき、事故の結果、又は脳卒中のために、末梢又は中枢神経系、或いは他の神経の損傷を受けて、手及び／又は指を使うことができないか、或いは限られた範囲でしか使うことができない人たちの手（指）のつかみ−放し（grasp-release）の機能を容易にすることができる、能動的装具に関する。特に、本発明の対象は、屈筋緊張亢進（flexor hypertonia）のため手の痙攣性不全麻痺／完全麻痺に罹患した人たちの指及び手首の動きを容易にする、抗痙攣性（anti-spastic）の手の装具（手首と指の装具）である。ここに、「指」なる用語は親指をも包含しうるが、親指以外の指を意味するときには、親指に向かい合わせにできる（親指に対向可能な）指と称する。

筋肉の緊張の高まり（痙攣性の筋緊張亢進）の結果として、手の痙攣性の不全麻痺／完全麻痺に罹患した人の手首及び指は、痙攣したり、曲がったり、変形した状態となり、患者は典型的には、手を機能的なつかみ位置（把持位置）にすることができず、そのために、罹患した手は、物をつかんだり、さわることができない。

機械的な張力付与要素を利用して指と手首を曲がっていない状態にひきもどす、外骨格型の受動的な手の装具は市販されている。これにより、患者は、機械的張力付与要素に抗して屈筋を意図的に伸ばすことにより物をつかむことができるようになる。そのような解決策は、例えば、商品名「SaeboFlex」として販売されている手の装具により提供されている。この販売品の解決策の欠点は、これらの器具では、自分の筋肉を自発的に曲げることがまったくできない患者には何の助けにもならないことである。

この後者の問題点は、手の背面（甲）側から指に接続され、それらを能動的に動かす外骨格型ロボットシステムを備えた装具を用いることで克服される。市販されているこのロボット型装具は、がっしりしていて、日常の生活では装着することができず、また非常に多くのエネルギーを消費する。例えば、ベルリン工科大学により開発された「パワード・ハンド・エクソスケルトン（Powered Hand Exoskeleton）」(http://pdv.cs.tu-belrin.de/HandExoskeleton/HandExoIntro.html）などのほとんどの解決策は、指の骨の動きを促すだけであって、触れたり感じたりするときに使われる重要な領域（たとえば指先）が自由なままであることは保証されず、しかも手首がその機能的な把持位置に戻ることも保証されない。別の欠点は、患者が、これらのグローブのような器具を介助なしには装着することができないことである。

この堅牢な構造に対する解決策の代表例は、米国特許第９,３８７,１１２号に記載の矯正用グローブであり、この場合には、関節の動きは形状記憶合金（ＳＭＡ, shape memory alloy）を使用することで達成される。形状記憶合金は、手の背面側（手の甲）で関節をおおっていて、指にはめたリングと手をとりまくブレスレットとを連結している。この装具の寸法は、ロボット型張力付与要素を廃止することで大幅に小さくなっているが、この解決策にはまだ多くの難点がある。患者はやはり介助なしではこのグローブ装具を装着することができず、そのため、この装具では自立した生活を支えることができない。

ＷＯ２０１０／０８３３８９Ａ１も手の装具を開示しており、この例では指は上側から、つまり手の甲の側から動かされる。

米国特許第９,３８７,１１２号 ＷＯ２０１０／０８３３８９Ａ１

http://pdv.cs.tu-belrin.de/HandExoskeleton/HandExoIntro.html

本発明者らの知見によれば、上側から（手の甲側から）の指や手首の引張り／伸長は、痙攣性の麻痺した／弱った筋肉の場合には損傷を及ぼす作用がある。弛緩性麻痺の場合は、手の指や手首を上側から動かすのが有利である。こうすると、手のひら（手掌）が自由になるからである。しかし、痙攣性の完全麻痺又は不全麻痺（弱体化）の場合には、その固有の痙攣状態の補正に起因して、関節には絶えず引っ張り負荷がかかり、短時間であっても引っ張りは関節に損傷を及ぼす。この作用のため、公知の装具は、麻痺の原因が筋緊張の病的な低下にある弛緩性麻痺の場合にのみ推奨される。この場合には、装具により加わる引張り／伸長はより弱くなり、かつ恒常的な性質のものではないからである。屈筋では、打ち消さなければならない不随意の痙攣性筋収縮がない。手の筋肉痙攣の場合、中手指節間関節（ＭＣＰ、metacarpophalengeal joint）を支持しなければならないことを本発明者は知見した。このことは、従来技術の解決策では考慮されることがなかった。

リングの内部で指を固定することが不利であることもまた本発明者は知見した。神経が指の内側及び外側に沿って通っており、上側から引っ張られらリングによって神経が圧迫されかねない。このリングの引っ張りはまた、指の微小循環系を制限し、これも損傷をもたらす。

本発明の目的は、神経に関連する手の不全麻痺／完全麻痺に罹患した人、及び手の痙攣性不全麻痺／完全麻痺に罹患した人のための、従来の解決策の難点が解消された能動的な手の装具を提供することである。

本発明者は、指をリングの内側に入れたり、上側から引張り／緊張させるのではなく、手掌（手のひら）側から支持して持ち上げると、上述した難点を克服しうることを見出した。手掌側の指のクッション作用により、支持が神経を圧迫したり微小循環系妨げることが確実になくなる。

以上の知見事項に基づいて、本発明の目的は、請求項１に記載の能動的な手の装具及び請求項１８に記載の方法を提供することにより達成された。

本発明の好適態様は特許請求の範囲の従属請求項に提示されている。
本発明の詳細は、添付図面を参照した以下の例証的な態様の説明から理解されよう。

前腕に装着した本発明に係る能動的手の装具の第一の態様の模式的底面図。 前腕に装着した図１の装具の模式的平面図（上面図）。 前腕に装着した図１の装具の模式的側面図。 前腕に装着した本発明に係る能動的手の装具の第二の態様の模式的底面図。 前腕に装着した図４の装具の模式的平面図。 前腕に装着した図４の装具の模式的側面図。 本発明に係る能動的手の装具の電気系統の模式的ブロック図。

図１〜３は、本発明に係る能動的な手の装具２０の第一の態様の模式図を示す。理解を容易にするため、装具２０はユーザの腕の前腕１０に装着した状態で示してある。この装具２０は、ユーザの前腕１０と、手首関節１１を介して前腕１０につながっているユーザの手１２の手掌１３と、親指１４と、親指１４に対向可能な（４本の）指１５と、にそれぞれ当接している、複数の支持要素３０を備えている。これらの支持要素３０は、形状記憶材料を含んでいる複数の可動要素４０によって互いに連結されている。

本態様の場合、可動要素４０は、手首関節可動要素４４と、４つの指の可動要素４６と、親指の可動要素４８とを含んでいる。

支持要素３０は、下記の４部分を備える：
−前腕１０の下面側（手掌１３の側）を支持して、手首の関節１１を自由にする前腕スプリント（副子、当て物）３２、
−親指１４に対向可能な指１５の近位端部、つまり中手指節間間接（ＭＣＰ）において、手首関節可動要素４４を介して前腕スプリント３２に連結された手掌支持部３４、
−４本の指用に設けられた、１つの共通の指支持部３６、この共通指支持部３６は、指可動要素４６を介して手掌支持部３４に連結されていて、親指１４に対向可能な指１５の中節骨（middle bone）に、つまり近位指節間（ＰＩＰ）関節と遠位指節間（ＤＩＰ）関節との間に配置されている、及び
−親指の可動要素４８を介して前腕スプリント３２に連結されていて、手掌１３において親指１４の近位端から親指１４の下側の骨にまで達している親指支持部３８。

前腕スプリント３２は、好ましくは、前腕１０を取り巻いた曲げ開き型の（fold-out）ストラップ部材３２ａを備えており、このストラップ部材３２ａには、前腕スプリント３２を所定の前腕１０を取り巻く位置にしっかり留め付ける固定システム、好ましくは磁石式の固定具を設けることが好ましい。磁石式固定具は、好ましくは、ロック位置において互いに重なるように、ストラップ部材３２ａの両端で対に統合させた磁石３３であり、ストラップ部材の両端は、重なりあった位置にある時には互いに引きつけあうように配置されている。もちろん、スナップ留め、面ファスナーなどの他の種類の固定システムの利用も考えられる。

１つの共通の指支持部３６を設けた態様では、これに連結する指可動要素４６はより少ない数でも十分であって、１つだけでもよいが、好ましくは装具２０は、外側の２本の指１５のそれぞれに一つずつ、少なくとも２つの指可動要素４６を備えている。

図４〜６に示すように、各指１５が、それぞれ別個の指支持部３６と別個の指可動要素４６とを備えているような態様も考えられる。

図示例において、親指可動要素４８は、親指の鞍関節（手根中手関節）に沿って配置されており、この関節を介して親指１４を動かせる。しかし、親指支持部３８が、親指１４でＭＣＰ関節を動かせるようにするための追加の可動要素４０（図示せず）を含みうるような態様も考えられる。そのような場合、親指支持部３８は、この追加の可動要素４０により連結された２つの部分から構成される。上記の説明は、無論、この可能性をも包含しうるものである。

同様に、指１５の基節骨にさらなる追加の支持要素３０を配置してもよく、その場合には、指可動要素４６は別々のＭＣＰ関節可動部材とＰＩＰ関節可動部材とから構成され、それらはこの追加の支持要素３０によって一緒に連結される。上記の説明は、無論、この可能性をも包含しうるものである。

同様に、ＤＩＰ関節も、さらなる追加の支持要素３０及び可動要素４０を用いて別々に動かすことができる。

装具２０はさらに、形状記憶材料を含んでいる可動要素４０を制御するように作用する制御システム２２を備えている。形状記憶材料の変態を開始させる活性化（作動）信号は、可動要素４０の変形（形状の変化）を達成し、それによって可動要素４０に連結された支持要素３０の互いに対する動きを達成するように作用する。そのような活性化信号は、形状記憶材料を加熱し、場合によっては冷却することにより発生させうる温度信号であってもよく、又は電界を形成することにより発生させうる電気信号であってもよい。光（光子）、磁気信号、又は或る種の化学信号といった他の種類の活性化信号も考えられる。

形状記憶材料は、その一時的に変化させた形状を、所定温度（いわゆる遷移温度、transit temperature）で、又は電気信号若しくは他の環境信号の効果によって取り戻す性質をもった、金属合金、セラミック、高分子（ポリマー）、又は高分子ゲル（或いはひょっとすると他の材料）である。

温度信号で活性化させることができる形状記憶材料の場合、これは、形状記憶材料をその遷移温度より低温に冷却すると、再び変形可能になることを意味する。痙攣性の手の場合、ユーザの意思にかかわらず曲がる側の筋緊張の増大によって曲げが発生するため、確保しなければならないのは筋伸長（tensioning）である。したがって、好ましいのは、形状記憶材料が、熱信号の結果としてユーザの指関節及び手首関節を機能的位置（開いた位置）にするような形状になるようにすることである。場合によって受動的及び／又は積極的な冷却の結果、熱信号が停止すると、上記の状態から、筋肉の痙攣性緊縮により関節は曲がった状態に戻り、それによって形状記憶材料もその最初の状態（把持位置）に戻るように変形し、その結果、ユーザは目的とする物体をつかむことができる。

更なる可能性は、２方向性形状記憶材料の利用である。２方向性形状記憶効果の場合、形状記憶材料は二つの異なった形状、即ち、より低い温度（低位温度）に属する第１の形状と、より高い温度（高位温度）に属する第２の形状、を記憶する。そのような形状記憶材料は、低位温度に冷却されると、その温度に付随する形状をとり、一方、高位温度に加熱されると、その温度に付随した形状となる。換言すると、温度を変化させるだけで（機械的作用を何ら加えずに）、その形状が二つの状態の間で変化する。２方向性形状記憶材料の使用により、弛緩性麻痺を伴う手／前腕の場合にも装具２０を使用することが可能となる。弛緩性麻痺の場合は、その本来の筋緊張は、形状記憶材料をその最初の状態に戻るように再変形させる（即ち、物体を確実につかむ）ことができないのが普通である。２方向性形状記憶材料を使用する場合、冷却（クールダウン）過程が十分に早くなるよう冷却システムも使用することが好ましい。指が開いた機能的状態は、２方向性形状記憶材料の高位温度状態と低位温度状態のいずれに属していてもよく、指が閉じた把持状態はもう一方の状態に属することになる。

電気信号によって活性化される形状記憶材料の場合、電界の変化（例えば、スイッチのオン及びオフ）により、形状記憶材料をその所定の形状をとるようにすることができる。これは、形状記憶材料を電気回路の一部に用いることによって達成することが好ましく、この電気回路を介して形状記憶材料への電流（又は電圧）の切り替えを行う。

光、磁界等の他の活性化信号も考えられる。
本発明に係る装具２０に使用できるのは固体の形状記憶材料だけではないことに留意すべきである。ゲル状の形状記憶材料（主に高分子ゲル）も存在する。これは、活性化信号によって架橋結合され、その結果として、事前設定された形状をとることになる。例えば、粘土鉱物（Laponite XLG及びXLS）で架橋させたポリ（Ｎ−イソプロピル−アクリルアミド）「PNIPAAm」系のナノ複合体ヒドロゲルは、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）を持つ、即ち、ＬＣＳＴ（約３４℃）の近傍でその物理的性質が急激に変化する、温度応答性ポリマーである。この種のゲルは、PNIPAAm Laponite系で確立された物理的架橋と前述の温度応答性のために、形状記憶挙動を示す。

形状記憶高分子ゲルを使用する場合、高分子ゲルは、可動要素４０内部の密閉された可撓性ポーチに封入するのが好ましく、それにより、架橋（固体）状態において、手１２の機能的位置に適合した形状を取ることが可能となる。

一般に、形状記憶材料の活性化された形状変換によって、可動要素を、手１２の機能的位置に相当する位置にもたらすことができると言える。(手の)機能的位置とは、各国の文献で容認され、既知であり、かつ採用されている概念であって、この位置では、親指１４と残り４本の指は互いに向かいあっているが、親指１４は他の指１５から離れていて、従って、親指１４と他の指１５との間には、つかむべき物体を入れるためのスペースができている。機能的位置では、他の指１５のＭＣＰ関節は約４５〜７０°の角度で曲げられ、ＤＩＰ関節は約１０〜３０°の角度で曲げられている。手首の関節１１も約０〜３０°の角度で曲げられていることがある。これらの角度範囲は厳密な値ではないことに注意すべきである。

把持位置では、向かいあう親指１４と他の指１５とで物体を掴んでいるので、それらは互いに、その物体の厚さに依存した程度まで近づくことになる。この掴みは、主に指１５の近位端でＭＣＰ関節をさらに曲げることにより実現される。

支持要素３０の素材は、市販品であるPrimePart PLUS（PA2221）のような軟質ポリアミド複合体であるのが好ましい。これはＳＬＳ（選択的レーザ焼結）３Ｄプリント技術で用いるのに適していて、従って、支持要素３０を３Ｄプリント技術を用いて簡単に製作でき、このようにして、どの製品も、特定のユーザの前腕１０と手１２の個々の形状に合わせて調整できる。好適態様においては、装具２０は３Ｄ印刷技術で製作され、それにより、ユーザの前腕１０に合わせて設計された、あつらえ寸法の装具２０を製作することが著しく容易になる。

装具２０は、防水性かつ電気絶縁性で、好ましくは断熱性も備えた被覆（カバー材料）を備えていることが好ましく、この被覆は、例えば、やはり３Ｄプリント技術により塗布された可撓性セラミック・コーティング、又はシリコーン塗料コーティングでよい。

制御システム２２は、好ましくは、プロセッサ、チップ、マイクロコントローラ、又はミニコンピュータであって、好ましくは外部源から発する命令を入力するためのキーボード２４及び／又は無線通信ユニット２６、並びに情報を表示するためのディスプレイ２８を備える（図２参照）。キーボード２４は、ただ一つの単一の作動用押ボタン２５（図７参照）を備えたものであってもよく、それによりユーザは反対側の手で装具２０を作動させる、換言すると、つかむ準備となる機能的位置を作り出す、ことができる。二つの状態をとる形状記憶材料の場合、二つの状態のそれぞれのための別々の制御用押ボタン２５を設けてもよい。もちろん、１または２以上の押ボタン２５の代わりに、回転スイッチ、タッチスクリーンなどの他の入力インタフェースを使用することも考えられる。タッチスクリーンの場合、キーボード２４とディスプレイ２８とを一体化させてもよい。

無線通信ユニット２６は、ヘルスケアの指示規定に適合した、ブルートゥース（登録商標）、ジグビー（zigbee）その他の任意の無線技術規格を介してユーザのスマートフォン１００のような外部機器と通信する任意の公知のユニットでよい。外部機器には、装具２０と通信するためにソフトウエアをインストールしておく必要がある。各種の機器及びアクチュエータの遠隔操作は当業者には周知であるので、装具２０の遠隔操作は自明の方法で行うことができる。

遠隔操作される制御システム２２又はディスプレイ２８を備えない制御システム２２を前腕スプリント３２の下側に装着してもよい。この場合、前腕スプリント３２の上側（即ち、手首関節１１の側）には、腕時計、特にスマートウオッチを収容するための場所を設けてもよい。

本発明に係る装具２０は、活性化信号を形状記憶材料に伝え、それにより可動要素４０の変形を誘導するために、電気回路要素５０と電源６０とをさらに備える。制御システム２２は、これらの部材を用いて可動要素４０を制御する
電源６０は、無線チャージャ６２を有するバッテリ６４を含んでいることが好ましい。無線充電の利点は、その使用が便利である上、装具２０がスキン・センサ又は刺激電極を含んでいない場合には、無線チャージャによって、装具２０の外面に防水性で電気絶縁性の被覆（カバー）を使用することが可能となり、そのため、ユーザは、雨中でも、或いはシャワーや入浴時にも、また水泳時にも本装具を安全に使用しうる。

電気回路要素５０は、ケーブル５２、スイッチ５４（回路５１を開いたり閉じたりするのに使用される）などの、回路５１（加熱回路のような）を作りだすのに使用される通常の要素であるが、それら以外にも、レジスタ、キャパシタ、コイル、トランジスタ、光源、電磁石等を備えていてもよい。所望の回路５１を作り出すためのこれらの部品の使用は当業者には自明である。

以下には、活性化信号が温度信号であって、その信号が形状記憶材料の加熱（若しくは場合により冷却）により付与される態様について開示する。

形状記憶材料がNiTinol合金のような形状記憶合金（ＳＭＡ）である場合、その形状記憶合金は電気回路要素５０を介して電源６０に連結されていてもよい。換言すると、形状記憶合金それ自体が、図７に示すように、回路５１の一部分を構成していてもよい。スイッチ５４を閉じることにより、電流が回路５１に流れはじめ、形状記憶合金の温度は、それに電流が流れる結果として上昇する。

熱で活性化される形状記憶材料が、例えばセラミック材料のように電気を通さないか、又は電界に曝すことが好ましくない材料である態様も考えられる。そのような場合には、別の回路要素となる加熱用フィラメント（図示せず）をもう一方の電気回路要素５０（ケーブル５２及びスイッチ５４など）を介して電源６０に接続し、これらの加熱用フィラメントを当該形状記憶材料に沿わせて可動要素４０内に配置し、加熱用フィラメントを通って流れる電流により形状記憶材料を加熱する。

形状記憶材料は、高位温度である遷移温度より低い温度にまで冷却された時だけに、それ以前の状態に戻ることができる。加熱を止めると形状記憶材料は受動的に冷えるが、この冷却は、表面の周りに配置された（印刷された）可撓性の冷却リブシステムにより促進させてもよい。別の可能性は、形状記憶材料それ自体を、大表面のリブ付きプレートとして形成することであり、このプレートは可動要素４０内に設けられる。

本発明に係る能動的装具２０には、受動冷却の可能性に加えて、積極的な冷却システムも設けることが好ましい。こうすると、開いた機能的状態及び閉じた把持状態を確立する間に必要な待ち時間を短縮することができる。この積極的冷却システムはペルチェ・セル（Peltier cell）５６を含むことが好ましく、このセルは形状記憶材料の近傍に配置され、電気回路要素５０（ケーブル５２及びスイッチ５４など）を介して電源６０に接続される。

図４〜６に示す第２の実施態様の場合のように、個々の指可動要素４６がそれぞれ別々の指支持部３６を有する場合には、個々の指可動要素４６は、互いに独立して制御される、換言すると、独立して加熱され、冷却システムを使用する場合には独立して冷却される、ことが好ましい。これは、加熱要素（形状記憶材料それ自体若しくは加熱用フィラメント）が、１つの共通回路５１に並列で接続されるか、又は別々の回路５１を経由して電源６０に接続されることを意味する。同様に、冷却システムのペルチェ・セル５６も、好ましくは別々に制御され、そのためには、１つの共通回路５１に並列で接続されるか、又は別々の回路５１を経て電源６０に接続される。

好ましくは、前腕伸筋群の電気的筋活動度を計測するセンサ、好ましくは筋電計（ＥＭＧ）センサ７０を、前腕１０の上側で前腕スプリント３２内に配置する。装具２０に組み込まれたセンサ７０は、まだ残存して動作している神経経路内、さらには使用されていない任意の神経経路内の神経（ＥＭＧ）信号も計測することができる。

ＥＭＧセンサ７０は、前腕伸筋群の電気的筋活動度を計測する少なくとも二つの電極７１及び７２と、好ましくは別の参照電極７３とを備える。筋活動度は電極７１と７２の間の電位差から求めることができる。参照電極７３は擬似信号（雑音）をすべて除去するのを助ける。

これに加えて、前腕スプリント３２には、前腕伸筋群を電気的に筋刺激するように作用する電気刺激電極８１及び８２を備えた電気刺激装置８０を配置することが好ましい。場合により、この電気刺激電極８１及び８２は、電気的筋活動度を計測する電極７１及び７２を兼ねていてもよい。

センサ７０と電気刺激装置８０も、それらの動力は電源６０から、直接又は制御システム２２を介して得ているが、この点に関しては、図７のブロック図は明確にはなっていない。

電気信号で活性化される形状記憶材料の場合、形状記憶材料それ自体が回路５１の一部であることが好ましく、活性化のために、制御システム２２を用いて電流（又は電圧）が形状記憶材料中へと切り替えられる。

光で活性化される形状記憶材料の場合、形状記憶材料は、所望の形状を達成するために、回路要素５０として光源を用いて可動要素４０の内部で光が照射される。

磁界によって活性化される形状記憶材料（強磁性形状記憶合金）を用いる場合、磁界を形成するために低出力電磁石を回路要素５０として使用することが好ましい。

本発明に係る装具２０の使用は以下のように行われる。以下の実施例においては、装具２０の動作は温度信号によって活性化されるが、無論、他の活性化信号が必要なときには、それに対応する種類の活性化信号を生じさせる。

装具２０を動かすための活性化指令が制御システム２２により受信される。この活性化指令は、例えばユーザが反対側の手で活性化用の押ボタン２５を押すことで、キーボード２４を経由して到着しうる。別の可能性は、制御システム２２が、例えばユーザのスマートフォン１００から、無線通信ユニット２６を介して活性化指令を受信することである。活性化指令を送るには、装具２０と通信するのに必要なソフトウェアを予めインストールしたその他の任意の機器を使用してもよいことは当然である。

活性化指令の結果、制御システム２２は活性化信号を出し、これは本例の場合、形状記憶材料の加熱である。活性化信号の結果、可動要素４０はそれらの形状が変化するように誘導され、それにより、形状記憶材料によって、ユーザの指関節及び手首関節は活性化信号に対応する位置にされる。第一の活性化信号に相当する位置は、把持の準備段階となる指及び手首の関節の機能的位置でよい。

好ましくは、第二の活性化信号は把持を生じさせる作用をする。第一の活性化信号と連続している場合には、それは第一の活性化信号の終了であってもよい。第二の活性化信号を発するための第二の活性化指令は、キーボード２４又は無線接続を介して受信されてもよい。第一及び第二の活性化指令は、同じ押ボタン２５で入力されてもよい。例えば、押ボタン２５を最初に押すと機能的位置を誘導するように作用し、その次に押した時には、制御システム２２は、把持位置を活性化（作動）させる第二の指令であると理解する。

第二の活性化指令（第一の活性化指令の終了である場合も含む）の結果として、形状記憶子材料の加熱が制御システム２２により停止されるが、場合により、装具２０が積極的冷却システムを備えていれば、積極的な冷却が行われる。後者の場合、形状記憶材料の冷却は、制御システム２２によって、形状記憶材料が指及び手首の関節の把持位置に対応する形状をとるように調節される。

一方向性の形状記憶効果を示す形状記憶材料の場合、形状記憶材料の冷却により、麻痺により曲がっている筋肉のために、親指１４に対向可能な指１５は不随意的に近づき、把持状態を生じさせる。

二方向性の形状記憶効果を備えた形状記憶材料の場合には、筋緊張がなくても、形状記憶材料の冷却によりこの材料が結果として下位遷移温度に対応する曲がった状態をとることにより、親指１４に対向可能な指１５は能動的に近づけられ、それによりやはり把持状態が生じることになる。

ＥＭＧセンサ７０を備えた態様の場合、センサ７０を用いてユーザの前腕の伸筋群の電気的筋活動度を計測し、手首及び指の関節を伸ばす目的で筋活動度を計測する場合には、制御システム２２は、筋活動度を示す信号を活性化指令と解し、その結果として、形状記憶材料に活性化信号を送る。本例の場合、これは、可動要素４０の形状変化を誘導することにより形状記憶材料がユーザの指及び手首の関節を把持の準備をする機能的位置にもたらすように、制御システム２２により形状記憶材料の加熱が制御されることを意味する。従って、そのような場合、ユーザの筋活動度（というよりはＥＭＧセンサ７０の信号）は、活性化指令として、機能位置への変換（形状変化）を誘起させる。

装具が、センサ７０のほかに、前腕伸筋群の電気的筋刺激用の電気刺激装置８０も前腕スプリント３２に組み込んで備えているなら、手首及び指の関節を伸ばす目的で筋活動度を計測する場合には、電気刺激用電極８１及び８２がをユーザの現存する個人の筋活動を増幅する方向に筋活動を刺激するように、制御システム２２がこれらの電極を制御する。好ましくは、形状記憶材料の加熱／冷却によって誘導される形状変換もこの場合に同時に実現される。ユーザ個人の筋活動と刺激された筋活動の双方が、所望位置を達成するのに役立つからである。

二方向性の形状記憶効果を持つ形状記憶材料を用いる場合は、手首及び指の関節を曲げる筋活動度を同じように計測し、刺激された筋活動によりそれを増幅することができる。

ユーザの筋活動度の計測と筋活動の補助的な刺激は、リハビリの助けとなる上、装具２０の使用をより容易なものとする。なぜなら、外部からの活性化指令の入力が必要なくなり、従って、反対側の手による相互作用も不必要となるからである。

以上に開示した実施の形態については、特許請求の範囲によって定められる保護範囲から逸脱することなく、多くの変更例が当業者には明らかであろう。

Claims (20)

1. 複数の支持要素（３０）と、該支持要素（３０）を連結する、形状記憶材料を含んだ、複数の可動要素（４０）とを備え、さらに、制御システム（２２）と、形状記憶材料の変態及びそれによる可動要素（４０）の変形を誘導する活性化信号を発生させるための電気回路要素（５０）及び電源（６０）とを備えている、神経関連の手の不全麻痺／完全麻痺に罹患した人及び手の痙攣性不全麻痺／完全麻痺に罹患した人のための能動的な手の装具（２０）であって、
   前記可動要素（４０）が下記から構成され：
   −手首関節可動要素（４４）、
   −少なくとも１つの指可動要素（４６）、及び
   −親指可動要素（４８）、そして
   前腕（１０）に装着された状態で前記支持要素（３０）が下記から構成される：
   −前腕（１０）の下面側を支持して手首関節（１１）を自由にする前腕スプリント（３２）、
   −手首関節可動要素（４４）により前腕スプリント（３２）に連結されていて、親指（１４）に対向可能な指（１５）の近位端に設けられている手掌支持部（３４）、
   −少なくとも１つの指可動要素（４６）により手掌支持部（３４）に連結されていて、親指（１４）に対向可能な指（１５）の中節骨に配置されている、少なくとも１つの指支持部（３６）、及び
   −親指可動要素（４８）により前腕スプリント（３２）に連結されていて、手掌（１３）において親指（１４）の近位端から親指（１４）の下方の骨にまで達している親指支持部（３８）、
   ことを特徴とする、能動的な手の装具。
2. 前記前腕スプリント（３２）が、前腕（１０）に装着された時に前腕（１０）を取り巻く、折り開き型のストラップ部材（３２ａ）を備え、このストラップ部材（３２ａ）には、前腕スプリント（３２）をこれが前腕（１０）を取り巻いている位置に固定するための固定システム、好ましくは磁石式固定具が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の能動的装具（２０）。
3. 親指（１４）に対向可能な指（１５）のために、単一要素として設けた１つの共通指支持部（３６）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の能動的装具（２０）。
4. 親指（１４）に対向可能な指（１５）のそれぞれに対して１つずつの指支持部（３６）を有し、そのそれぞれが、互いから独立して制御可能な指可動要素（４６）によって第一の掌支持部（３４）に連結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の能動的装具（２０）。
5. 制御システム（２２）が、プロセッサ、チップ、マイクロコントローラ、及びミニコンピュータよりなる群から選んだ要素を含んでいることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の能動的装具（２０）。
6. 制御システム（２２）が、外部からの指令を入力するためのキーボード（２４）及び／又は通信ユニット（２６）を備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の能動的装具（２０）。
7. 支持要素（３０）の素材が軟質ポリアミド複合体であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の能動的装具（２０）。
8. 防水性、断熱性、かつ電気絶縁性の被覆、好ましくは可撓性セラミック・コーティング又はシリコンーン塗料コーティング、を備えることを特徴とする、請求１〜７のいずれか
   １項に記載の能動的装具（２０）。
9. 支持要素（３０）が３Ｄプリント技術で製作されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の能動的装具（２０）。
10. 前腕伸筋群の電気的筋活動度を計測するためのセンサ（７０）、好ましくは筋電計（ＥＭＧ）センサ、が前腕スプリント（３２）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の能動的装具（２０）。
11. 前腕伸筋群の電気的筋刺激のために電気刺激電極（８１，８２）が前腕スプリント（３２）に配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の能動的装具（２０）。
12. 活性化信号が温度信号であって、電気回路要素（５０）を介して電源（６０）に接続された加熱用フィラメントが、形状記憶材料を加熱するために装具（２０）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の能動的装具（２０）。
13. 形状記憶材料を冷却するように作用する冷却システム、好ましくはペルチェ・セル（５６）を含んでいる冷却システムを備え、これが形状記憶材料に隣接して配置され、電気回路要素（５０）を介して電源（６０）に接続されていることを特徴とする、請求項１２に記載の能動的装具（２０）。
14. 活性化信号が電気信号であって、形状記憶材料が電気回路要素（５０）を介して電源（６０）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の能動的装具（２０）。
15. 形状記憶材料はが、形状記憶金属、形状記憶セラミックス、形状記憶ポリマー、及び形状記憶高分子ゲルよりなる群から選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の能動的装具（２０）。
16. 制御システム（２２）によリ活性化指令を受けとり、この活性化指令の結果として形状記憶材料の変態を誘導する活性化信号を電源（６０）及び電気回路要素（５０）により発生させ、それにより可動要素（４０）の変形を通してユーザの指及び手首の関節（１１）を活性化信号に従った位置にもたらすことを特徴とする、請求項１に記載の能動的手の装具（２０）の使用方法。
17. 活性化信号に従った位置が、指及び手首の関節（１１）の機能的位置であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 活性化信号が温度信号であって、形状記憶材料を加熱及び／又は冷却することにより活性化信号を付与することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前腕伸筋群の電気的筋活動度を計測するためのセンサ（７０）、好ましくは筋電計（ＥＭＧ）センサを前腕スプリント（３２）に設け、それでユーザの前腕伸筋群の電気的活動度を計測し、そして手首及び指の関節（１１）を伸ばすための筋活動度のセンサ（７０）の指令を活性化指令として制御システム（２２）により受け取ることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前腕伸筋群の電気的筋刺激のために電気刺激電極（８１，８２）を前腕スプリント（３２）に設け、活性化指令を受けたときに刺激された筋活動がユーザ個人の筋活動を増幅するように制御システム（２２）によって電気刺激電極（８１，８２）を制御することを特徴とする、請求項１９に記載の方法。

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