JP2022530416A - 装着可能補助デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、装着可能補助デバイスに関する。一実施形態において、装着可能補助デバイスは、第１および第２の部品を備え、第１および第２の部品は、それぞれ、四肢関節の近位および遠位に装着可能であり、第１および第２の部品は、関節運動式相互接続部と、テンドン相互接続部とを有し、テンドン相互接続部は、第１の部品から第２の部品に誘導され、引っ張られると、補助力を四肢関節に及ぼすように適合され、関節運動式相互接続部は、四肢関節の外方側において片側だけに提供され、テンドン相互接続部は、四肢関節の外方側において片側だけに提供されている。

Description

本発明は、装着可能補助デバイスに関する。

装着可能補助デバイスは、周知である。それらは、例えば、疾患、事故に起因してユーザが障害を負っている場合、または、著しく高い負荷がユーザによって移動されることになる場合、ユーザが移動することに役立つ。

装着可能補助デバイスは、完全受動補助デバイスとして、または能動的補助デバイスとして実装されることができ、能動的補助デバイスは、モータ、モータのためのバッテリ、制御、センサ等の能動的構成要素を有するのみならず、四肢に取り付けられるテンドン、リガメント等の受動構成要素も有し、受動構成要素は、必要に応じて、四肢を移動または安定させることに役立つ力を及ぼすことによって、移動を支援する。

装着可能補助デバイスが、患者によって使用される場合、多くの場合、ユーザが通常の社会的活動に参加することを可能にするように、長期間にわたって装着され得ることが望ましいと考えられる。

少数のユーザ、特に、スキーまたは他のスポーツ活動中に事故に遭遇した彼らは、特に、屈強で、リスクを恐れないことの証として、補助デバイスを装着することに誇りを持ちさえし得るが、大部分のユーザは、補助デバイスが目立たないことを好むであろう。これは、特に、デバイスを日々必要とする長期ユーザに該当する。移動を補助するために必要とされる、モータおよびバッテリのサイズ、および機械的配置のサイズを所与として、使用時、装着可能補助デバイスを隠すことは、補助デバイスが能動的デバイスである場合、特に問題となる。例えば、典型的装着可能補助デバイスは、関節の近位および遠位において四肢に取り付けられ、そして、移動を補助するように作動させられるであろういくつかの部品を有する。

動的矯正用膝伸長補助デバイスの一実施例は、第ＵＳ４，１００，９１８号から公知である。公知の動的矯正用膝伸長補助デバイスは、対麻痺患者およびそのようなデバイスを必要とする他者のために意図される。患者の大腿部に固定されるように適合されたカフが、膝の下方の患者の脚部に固定されるように適合された搭載手段とともに提供される。細長い弾性部材が、所定の張力においてその各端部をカフ手段に除去可能に搭載するための手段を具備する。また、その端部の中間の弾性手段を搭載手段に旋回可能に固定するための手段も提供される。外方膝ブレースが、カフと搭載手段との間に堅く配置される。弾性部材は、患者が座っているとき、屈曲モーメントを提供する。患者が、立ち上がるにつれて、屈曲モーメントは、徐々に減少し、次いで、患者が立ち上がり続けるにつれて、徐々に増加する伸長モーメントに変わる。示される膝ブレースは、長期間にわたって補助デバイスを使用するとき、不快感をユーザに引き起こすことが予期され、示される補助デバイスは、他の人物によって気付かれる可能性も非常に高い。

弾性ツールと、弾性係数を制御する制御ユニットとを含むことが可能である弾性係数変化を使用した膝関節補助デバイスおよびそれを使用した歩行エネルギーの最適化された方法が、第ＫＲ１０２０１２００６２３７５Ａ号から公知である。

第ＥＰ０２０５７８５Ｂ１号から、膝関節が、大腿部部品上で関節運動させられ、膝の伸張位置において制動される下腿部品を有することが公知であり、その制動デバイスは、下腿部品内に配置され、相互係止要素を伴い、下腿部品の輪郭を越えて上向きに延びている大腿部部品の陥凹の中に突出し、制動は、下腿部品内に搭載されるロッカを介して下腿部品の中に導入される、ボーデン駆動部を用いて解放可能であり、該ロッカの第１のアームは、相互係止要素の位置を決定し、その第２のアームは、ボーデン駆動部に接続され、下腿部品の中に挿入されるアセンブリブロックが、アセンブリブロック内に保持されたばねを用いて、制動位置に押勢され、ロッカをその底部側に運ぶ相互係止要素としての役割を果たすピンを誘導することと、保持することとの両方を行い、その第１のアームは、ピンの下側端に接続される。この制動可能膝関節は、人工補綴物を有する患者によって使用され、人工補綴物を用いて歩行するときに安心感をもたらすことになる。これは、移動中、天然四肢を補助する役割を果たすであろう。公知のデバイスの機械的配置が、容易に適合され得る人工補綴物と共に使用されることになるので、通常の脚部の解剖学的側面によって制限されないことも理解されたい。

第ＥＰ０５６４７３４Ａ１号から、第１のアームを第１の本体部分に解放可能に取り付けるためのカフをその外側端部に伴う第１のアームと、第２のアームを第２の本体部分に解放可能に取り付けるためのカフをその外側端部に伴う第２のアームとを含む第１および第２の比較的に旋回可能な本体部分間で関節を移動させることによって、組織を伸長するための調節可能装具が、公知である。本書は、療法時、筋肉を強化する前に、最初に、ある運動範囲を発達させなければならず、最も困難なエリアが、運動の極限に作用することになり、これが、１日数回行われるべきであることを示唆する。デバイスは、目立たないと見なされ得るものではなく、関節の周囲の組織のみを伸長するのではなく、運動を補助する、または体勢もしく姿勢を安定させることのいかなる指示もない。

第ＵＳ６６３５０２４Ｂ２号から、その中で対向する係止可能膝関節アセンブリが、大腿部および脛骨連結部を連合させ、選択的に、装着者が、立つ、または別様に、体重を足にかけるとき、装着者の膝関節の相対的回転を阻止するように係止可能であり、かつそのような体重が解放されると、膝関節の関節運動を可能にするように解放可能である関節運動式膝ブレースが、公知である。公知のブレースは、膝関節の外方および内方にある、脚部の両側に配置される、構成要素を有する。特に、関節運動式膝支持体が、膝の両方のために必要とされる場合、左および右ブレースの内方部品が、互いに触れ、特に、虚弱なユーザに関して、歩行するとき、追加の難点をもたらし、特に、その四肢に対して低制御性を有するユーザ、または非平衡等の追加の医療条件に悩まされるユーザに関して、問題が、生じ得る。

第ＵＳ９５９７２１７Ｂ２号から、連結部に接続されるケーブルによって、経路の周りで移動可能である移動可能連結部と、ケーブル経路設定要素を有する移動可能支持部材とを伴うケーブル駆動式アクチュエータが、公知である。支持部材は、連結部に作用し、関節に加えられるトルクを制御するケーブルのモーメントアームを変化させるように、移動可能である。モーメントアームの変化を可能にするために、デバイスは、かなり大サイズを有する必要がある。また、配置は、支援されるべき関節とかなり精密に整列させられる必要がある。故に、使用によって生じる装具のわずかな不整列さえ、患者に不快となり得る。

第ＷＯ２０１５／１５７７３１号（特許文献１）から、関節を含む、四肢の２つの部分を結合するための剛体部材と、剛体部材に結合し、動力要素まで延びているケーブルとを含む整形外科デバイスが、公知である。整形外科デバイスは、剛体部材およびケーブルを使用して、有益な力を生産するように構成され、有益な力は、装着者に伝達される。制御システムが、動力要素を制御するための制御信号を発生させる。文書は、標準的膝ブレースが、概して、身体の前頭面において、膝を支援するであろうが、それらが、運動および身体の矢状面に対して膝を支援および緩衝するために有用ではないであろうことを述べている。公知のデバイスは、ボーデンケーブルと、大モーメントアームとを利用して、跨がれた関節の周囲に力を発生させる。力の伝達は、円形経路の中心が関節軸と整列させられる跨がれた関節の前の円形経路上の２つの遠位点の距離を低減させる力伝達機構に起因して、モーメントアームの長さのみに依拠するので、そのような設計は、突出する部材に起因して、衣服下に装着されるとき、特に不利である。ボーデンケーブルは、堅いシース上での力伝達に依拠するので、不利な力成分の発生を防止することに役立つが、ボーデンケーブルをＤＣモータ等の駆動アクチュエータに誘導することは、不快感をユーザに生じさせ得る。さらに、堅いシースへのその依拠に起因して、ボーデンケーブルの長さは、異なる身長および体型に容易に調節されることができず、座屈する傾向にあり、かつある場合、特に、デバイスを衣服の下方に隠すように意図され、ユーザが、歩行、着席、臥位等を伴う通常活動の範囲に従事する場合、移動に抵抗さえし得る。

第ＷＯ２０１８０２３１０９Ａ１号（特許文献２）から、一緒に結合され、第１および第２のアーム間で相対的旋回を可能にする第１のアームおよび第２のアームであって、第１および第２のアーム間の相対的旋回が、患者の天然膝旋回軸に近接する軸まわりであるように、第１のアームは、患者の上腿部分に結合されるように構成され、第２のアームは、患者の下腿部品に結合されるように構成されている、第１のアームおよび第２のアームと、第１および第２のアームに結合され、トルクを第１および第２のアーム間に印加し、第１および第２のアーム間の相対的旋回を押勢するように動作可能であるトルクアプリケータと、第１および第２のアームに加えられるトルクの大きさを測定するトルクセンサと、第１および第２のアーム間の相対的角度位置を測定する角度センサと、患者の足と接地表面の接触を測定する足センサと、足センサ、角度センサ、およびトルクセンサのうちの１つ以上のものからの信号に基づいて、患者の脚部の患者の歩行サイクルの段階を決定し、患者の歩行サイクルの決定された段階に基づいて、トルクアプリケータに、補助または抵抗トルクを第１および第２のアーム間に加えさせ、患者の歩行サイクルの選択された出力段階中、患者の随意膝筋肉出力を補助するように、またはそれに抵抗するようにプログラムされるコントローラとを備えている動力歩行補助システムが、公知である。公知のデバイスは、足まで延びている剛体フレームを使用する。アームは、かなり堅いので、それらは、膝関節に対して適切に整列させられるべきであり、示される配置は、気付かれないものとはならないであろう。第１および第２のアーム間の相対的旋回は、患者の天然膝旋回軸に近接する軸まわりである必要があるので、デバイス全体の正しい向きが、十分に強ブレース等によって維持されなければならず、ユーザにとっての快適性を低減させる。

第ＷＯ２０１８／１２２１０６Ａ１号（特許文献３）から、軟質装着可能筋肉補助デバイスが、公知である。公知の筋肉補助デバイスは、脚部を伸長することを補助するために使用されることができると述べられている。必要に応じて、繰り出される、または巻き取られるテンドンを使用することが、提案されている。膝に沿って、２つの部品、すなわち、膝関節の左側に沿った第１の部品と、膝の右側に沿った他方のテンドン部品内に、テンドンを誘導することが、提案されている。これは、肘に関しても行われることができる。伸長バンドを膝の正面および腰部の背後に提供することも、提案されている。公知のデバイスは、軟質装着可能デバイスであるが、ケーブルが、膝の正面における所定の距離内で滑動するものとされる場合、緊張機構が、提案されている。故に、テンドンを膝の正面に誘導することは、通常、膝からある距離を保つことを余儀なくするので、これも、システムを拡大させる。故に、ある事例では、あまり目立たない装着可能補助デバイス、特に、あまり目立たない能動的装着可能補助デバイスを有することが、好ましくあり得る。

さらに装着可能補助デバイスは、第ＵＳ２０１０／０５６９７０Ａ１号、第ＵＳ２００６／２０６０４３Ａ１号、および第ＵＳ２０１８／０００６２３Ａ１号からも公知である。

国際公開第２０１５／１５７７３１号公報 国際公開第２０１８／０２３１０９号公報 国際公開第２０１８／１２２１０６号公報

本発明の目的は、公知のデバイスの不利点を克服する、改良された装着可能補助デバイスを提供することである。

本目的は、独立様式における特許請求の範囲の特徴によって達成される。

いくつかの好ましい実施形態が、従属請求項に見出されることができる。さらに好ましい実施形態は、以降の説明に見出されることができる。

故に、本発明は、それぞれ、四肢関節の近位および遠位に装着可能であり、関節運動式相互接続部と、第１の部品から第２の部品に誘導され、引っ張られると、補助力を四肢関節に及ぼすように適合されるテンドン相互接続部とを有する、２つ、すなわち、第１および第２の部品を備え、関節運動式相互接続部は、好ましくは、四肢関節の外方側において片側だけに提供され、テンドン相互接続部は、好ましくは、四肢関節の外方側において片側だけに提供され、テンドン相互接続部を引っ張ると、第１および第２の装着可能部品のねじりに対抗する力を発生させるように適合されるねじり防止手段が、提供される、装着可能補助デバイスを提案する。好ましくは、ねじり防止手段によって発生させられる力は、テンドン相互接続部を引っ張ると、四肢に対する第１および第２の装着可能部品のねじりに対抗する。

換言すると、本発明は、関節運動式相互接続部が、テンドンと共に使用され、関節運動式相互接続部およびテンドン相互接続部の両方は、片側性であり、したがって、とりわけ、左脚部の相互接続部手段が右脚部のそれらに干渉する危険を低減させることを示唆する。

さらに、ユーザが、片方のみの脚部のための能動的補助を必要とする場合でも、本発明のデバイスが、通常の衣服の下方に装着されるために十分に目立たなくされ得るので、利点が、両（外方および内方）側に相互接続されるブレース配置に優って、得られる。

数時間または１日にわたる長期使用も、本発明のねじり防止手段が、そうでなければテンドン相互接続部が引っ張られるときに生じるであろう、装着可能部品のねじりに対抗する力を発生させるので、可能となる。これは、デバイスを取り付けるために必要な力を低減させることを可能にする。

さらに詳細に、片側性関節運動式相互接続部が、片側性テンドンによって作動させられる場合、装着可能部品が、ある程度の力を四肢上に及ぼすであろうから、装着可能部品のねじりが、容易に生じ得ることが、認識されている。これが、片側のみで行われる場合、装着可能部品のある形態のよじりおよび相対的ねじりが、予期されねばならない。これは、特に、テンドンが、例えば、直接、四肢に取り付けられるが、四肢から離れるようにより遠くに取り付けられるモータによって、直接、四肢上で作動させられず、それが、複数の関節、例えば、胴体に及ぶ場合、該当する。したがって、そのような状況では、堅いシースを通した力伝達に依拠するボーデンケーブルの使用は、上記に述べられた不利点を前提として、回避されるべきである。直接取り付けられるモータに関しても、ボーデンケーブルは、任意の利点をもたらさず、したがって、テンドン相互接続部の代わりのボーデンケーブルの使用が、同様に回避されるべきであることも理解されたい。これは、２つの装着可能部品が、四肢を完全に包囲する２つの剛体部品を備えていない場合にも該当する。そのような配置は、装着が煩わしいであろうことに留意されたい。典型的に、本発明の装着可能近位および遠位部品は、四肢上への過度の圧力を防止するために必要とされるある程度の許容度を提供する軟質構成要素を備えているであろう。

故に、それぞれ、四肢関節の近位および遠位に装着可能である少なくとも１つ、好ましくは、２つの部品を有し、四肢に取り付けるための少なくとも１つの軟質構成要素を有する配置のテンドンを引っ張るとき、片側性テンドン相互接続部を引っ張ると、ねじりが、生じ、以前は、ユーザ快適性を低減させるであろう。しかしながら、ここで、そのようなよじりおよび／またはねじりに対抗する力を発生させることによって、ユーザの快適性は、増加させられることができ、もはや、四肢上への高圧力、および／または、補助が必要とされない段階中にさえ、単に部品を固定するために剪断力を及ぼす必要がない。

したがって、本発明のねじり防止配置は、能動的装着可能補助デバイスのユーザの快適性を増加させる一方、同時に、システムの安定性を増加させる。

好ましくは、テンドンは、電気モータ、特に、ＤＣモータが、十分な力を提供し、十分な電力を供給し、良好な時間的応答を有し得ることが見出されているので、ＤＣモータによって作動させられるであろう。

装着可能補助デバイスは、独立請求項に明示的に述べられたいくつかの部品を備えているが、モータ、制御、センサ、バッテリ等の追加の部品を備え得ることも理解されたい。装着可能補助デバイスが、左および右膝等の右および左四肢の両方上の１つの単一四肢関節または同一関節のみを補助しないこともあることにも留意されたい。むしろ、補助は、いくつかの関節に提供され得る。

各関節は、別個に補助され得る。代替として、補助は、１つおよび同一テンドンによって、いくつかの関節に提供され得る。特定の場合、左または右側に、同一モータおよび／またはテンドンによって、一緒に補助が提供される状況さえ、考えられ得る。

例えば、関節運動式相互接続部と、テンドン相互接続部とを有する２つの部品を有し、関節運動式相互接続部およびテンドン相互接続部の各々が、片側だけに提供され、膝を補助するが、テンドンが引っ張られる場合、補助が、同一脚部および／または足の腰部に提供されるようなねじり防止手段を具備する装着可能補助デバイスを設計することが可能であろう。

故に、請求項は、装着可能補助デバイスが、明示的に述べられたそれらの部品のみを備えていることを含意するものと解釈されるべきではない。

好ましくは、テンドン相互接続部を引っ張るように適合されるモータは、胴体に提供されることができ、テンドンは、次いで、胴体から２つの部品のうちの第１のものに誘導される。モータを胴体の近くに配置することは、周知であり、本出願人によって設計され、もたらされる複数の装着可能補助デバイスと共に使用されている。このことから、特に、ボーデンケーブルのように共線の力を伝達するために使用されない軟質可撓性シースを使用して、身体に沿って、テンドン相互接続部をモータから２つの部品のうちの第１のものに誘導する方法が、公知である。好ましい実施形態では、テンドンは、補助を膝に提供するように、腰部を横断して膝に誘導され得ることを理解されたい。

好ましくは、デバイスの緊張は、姿勢を安定させる方法で、および／または四肢の伸張、特に、膝の伸張を支援するように、制御装置によって制御される。制御装置は、剛体プレート内に統合され、異なる加速および角度速度を検出し、これらの信号からのフィルタ処理された角度と組み合わせられ、人物が、現在は、足を持ち上げているか、またはしっかりと足をついて立っているか、もしくは歩行、階段昇降、または着席等の日々の生活の活動を実施しているかを示す制御プログラムを実行し、センサ信号、例えば、慣性測定値ユニット（ＩＭＵ）に関連する入力を処理する、マイクロコントローラを備え得る。

さらにおよび／または代替として、１つ以上の足圧力センサ、ロードセル、筋電図センサ、超音波センサ、歪みゲージ、またはエンコーダのような角度測定の他の手段が、単独で、またはＩＭＵと組み合わせて、補助されるべき四肢もしくは四肢のいくつかの部分および／または対応する他の四肢（そのような他の四肢が、現在、支援を必要としない場合でも）に取り付けられることができる。２つの四肢からのセンサ信号が、１つのみの四肢が支援されるべきである場合でも、検出および評価されることができ、これは、歩行相および／または現在の姿勢もしくは現在の姿勢の変化を検出することに役立つ。歩行相、歩行特性、姿勢、および／または姿勢の変化を検出することは、当技術分野において周知である。しかしながら、本発明の装着可能能動的補助デバイスは、特に好ましい実施形態では、特に、起立している（ある医療条件に悩まされる人物にとって困難であり得る）間、および／または膝の伸張を支援するように、膝を所与の姿勢に安定させるために使用されるが、本発明の可変補助デバイスはまた、例えば、肘もしく肩部を伸長し、および／または足首を屈曲もしくは直線化するために使用され得る。

好ましくは、四肢関節の近位および遠位に装着可能な２つの部品のうちの少なくとも１つ、好ましくは、両方は、使用時、四肢に寄り添わせられように適合される固体プレートと、プレートを四肢上に取り付けるための１つ以上のストラップを備えているストラップ配置とを備えている。好ましくは、プレートは、パッド類付きであろう。その構造および発生させられる回転点に起因して、跨がれた関節（ｓｐａｎｎｅｄ ｊｏｉｎｔ）に近い近位および遠位部品上のパッド類は、ユーザ快適性を増加させるために、特に有用である。プレートは、ユーザの四肢と整列させられ、前述の回転点の周囲の回転を防止するためのモーメントアームとしての機能を果たすので、プレートは、十分な長さを有するべきであって、好ましくは、プレートの特定の部品のみがユーザと接触する必要があり、パッド類を要求するので、その一部のみが、パッド類付きであり、それは、構造全体の通気性を改良する。

固体プレートとストラップ配置の組み合わせを使用することによって、より軟質のストラップ配置によって、ユーザの高快適性を維持しながら、関節運動式相互接続部の十分な安定性を提供することが可能である。加えて、この構成は、関節と完璧に整列させられない、または関節と完璧に整列させられたまま留まらない、若干シフトした、またはシフトする回転中心さえ伴って、確実な力伝達を可能にする。

好ましくは、ストラップ配置は、少なくとも１つのストラップが、プレートの片側から、四肢の後部を周って、プレートの反対側に延びているであろうように、プレートを四肢上に取り付けるために適合される。故に、プレートは、前方に装着されるであろう一方、ストラップは、後方に提供される。これは、特に、脛において有利であり、固体プレートは、脛骨前縁に近く、故に、ヒラメ筋の活動によって殆ど影響されない。ストラップは、使用される場合、これらの筋肉の変化する形状に容易に適応することができ、したがって、快適性は、高くなるであろう。これは、好ましくは、上側ストラップを、腓腹筋の上方に、下側ストラップを、その直上に、アキレス腱が、典型的に、可視である、筋付着部の下方に経路設定することによって達成される。同様に、ユーザが、大抵の場合、より軟質ストラップが配置され得る大腿部の内側（内方）部分および／または大腿部の背面により敏感であるため、ユーザの快適性を増加させるように、固体プレートを大腿部の正面に提供することが、好ましい。

好ましくは、ストラップ配置は、少なくとも１つのストラップが自己緊張であるように、プレートを四肢上に取り付けるために適合される。使用時、ストラップを緊張することは、よじりまたはねじりに対抗し、故に、自己緊張ストラップまたは自己緊張ストラップ配置は、ねじり防止手段の一実施形態を実装する。好ましくは、複数のストラップ、特に、プレート毎に２つのストラップが、使用される。いくつかの別個のストラップを使用することは、しわに起因する不快感を防止し、移動を低減させ、発汗に起因する不快感を防止すること等になる。

いくつかの、特に、４つのストラップが、２つの部品のために使用される場合、自己緊張は、好ましくは、少なくとも、１つのストラップ、特に、最近位ストラップのために実装される。これは、特に、最近位大腿部ストラップに該当する。

好ましくは、少なくとも１つの自己緊張ストラップは、プレートの片側から、四肢の後部を周って、プレートの反対側に、およびテンドン相互接続部に誘導されるように適合される。好ましくは、使用中、テンドン相互接続部を引っ張ると、自己緊張ストラップ内で発生させられた張力は、固体プレートを介して四肢に作用するねじり防止モーメントを発生させる。

使用時のストラップの緊張に関して、自己緊張配置が、特に、自己緊張の参照に関して、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる第ＷＯ２０１８／１２２１０６号に説明されていることに留意されたい。この公知の従来技術では、自己緊締機構に関してもまた参照されることに留意されたい。特に、例えば、交差またはジグザグ構造が提供される場合、力が加えられると、自動的に緊密するある構造が、提供され得ることが述べられていることに留意されたい。必要に応じて、直接、構造に接続されるための能動的テンドンも、提案されている。剛性が、堅い接合を形成することによって、例えば、圧縮されないとき可撓性であり、圧縮されると、高摩擦係数、したがって、堅い低接着力を有するシートによって、増加させられ得ることが述べられている。要求される圧縮力は、構造自体を通して、空気圧式に、および／または静電付着を通して達成可能であり、基部層が体型に合わせて硬化する作用を果たすことを可能にすることが開示されている。人体との接触面積の増加ならびに接触面積の増加および最適化が、低法線および剪断応力をもたらすであろうことが述べられている。増加させられる堅度は、剛性であるとき、力をその構造内に分散させる円形構造を通して、圧縮力を低減させることが開示されている。同様に、完全円形構造が使用されないが、プレートと対応する自己緊張ストラップの組み合わせが使用される場合でも、本出願人によって従来技術に開示されるような同一利点が、取得されることができることに留意されたい。

好ましくは、テンドン相互接続部のテンドンは、固体プレートのそれより高いが、テンドンのそれより低い可撓性を有し、誘導部材を、ストラップ、特に、大腿部ストラップ、特に、近位大腿部ストラップに固定して取り付けるように、誘導部材を通して誘導される。そのような誘導部材も、ねじり防止手段として寄与し、ある場合、充足さえするであろう。

好ましくは、補助されるべき関節は、膝であり、プレートのうちの１つは、特に、使用時、脛プレートの前部が、脛骨結節の周囲のエリアを覆うであろうように、使用時、脛の近位の前側および側方側に位置付けられるように適合される。「脛骨結節の周囲」等の用語は、プレートが、脛骨結節の近くのユーザの四肢上に常駐し、脛骨結節に沿って延び、必ずしもではないが、それを包囲することを意味するように解釈されるべきであることを理解されたい。典型的に、脛プレートと脛骨結節との間の数ミリメートルまたはさらに最大１ｃｍ～２ｃｍの距離は、重要ではないであろうことに留意されたい。典型的に、脛プレートの縁は、適宜、脛骨結節に近いように位置付けられるであろうことに留意されたい。

同様に、膝補助装着可能能動的デバイスに関して、プレートのうちの１つは、大腿部の遠位の前側および側方側に装着されるように適合され、好ましい実施形態では、対応するプレートは、使用時、大腿部プレートが、四頭筋の前部、特に、四頭筋テンドンの直上に置かれるように、装着されるであろう。

プレートは、軽量、衛生的、安価であり、かつ皮膚の炎症を引き起こさないであろうから、プラスチック材料から作製された基部部品を有し得る。カーボンファイバ、カーボンファイバ補強樹脂、ＡＢＳ、テフロン（登録商標）、ポリアミド、ならびにカーボンファイバまたはガラスビーズ補強ポリカーボネートである、ポリアミド等、種々のプラスチック材料が、使用されることができることが当業者によって理解されるであろう。実践的実施形態では、ＰＡ１２－プラスチック材料が、マルチジェット融合プロセスにおいてプレートを生産するために使用されている。本実践的実施形態におけるプレートのＥ－モジュールは、２ＭＰａであり、引張強度は、４９ＭＰａであり、破断伸びは、２０％である。

典型的に、清浄、取り扱い、取り付け、および／または使用中、プレートの破壊を回避するように、破断の前にある程度の伸びを可能にすることが好ましい。ある程度の伸びを可能にすることは、異なる四肢形状および／またはサイズに適応することに役立ち、これは、特に、大腿部のために有用である。異なるサイズおよび／または形状への適応を可能にするプレートを有することは、患者毎にプレートをカスタマイズする必要があるのではなく、既製プレートを使用することを可能にする。パッド類が、容易なように、既製プレートを患者に適合させるために使用されることができることに留意されたい。同様に、要素は、両場合において、力の伝達が損なわれ得るので、あまりに堅くあるべきでも、非常に軟質であるべきでもない。平均的当業者は、実践的実施形態の材料に関して示されるパラメータが、パラメータの可能なセットの指針を与え得るものであって、限定することを意図するものでは全くないことを理解するであろう。－５０％～＋１００％またはそれを上回る示されるものの変動を有することも容易に可能である。また、プレートの幾何学的性質およびトポロジは、耐久性、剛性等の影響を及ぼすであろうことを理解されたい。

装着可能補助デバイスが、関節運動式相互接続部が膝関節の外方側に提供される、実施形態として使用される場合、膝関節のものと少なくともほぼ整列させられる回転中心を有するヒンジ関節が、使用されることが好ましい。ヒンジ関節の整列は、完璧である必要はない。特に、任意の偏差が、依然として、使用時、デバイスの圧縮および／またはユーザの組織の圧縮によって補償され得るような程度のみまで、おおよその整列が達成される場合、十分である。

２つの部品が、互いに対して関節運動される必要があるが、単一の明確に定義された回転軸を有するヒンジ関節を有することは、必須ではないことに留意されたい。典型的に、例えば、中空シリンダが、隙間が非常に小さい状態で、旋回軸を格納するために提供されるので、軸は、明確に定義されるが、より大きい隙間が取得されるように、旋回軸より幾分大きい孔または貫通孔を有することも可能である。さらに、一連の相互接続されるヒンジが、使用される場合もある。しかしながら、小隙間および十分に低摩擦を有する単一ヒンジ関節を使用することが、好ましい。

ヒンジ関節の部品は、特に、プラスチック材料から作製される基部部品が、使用される場合、それぞれのプレートと一体型に作製され得るが、別個の部品も、特に、ヒンジ関節のよりロバストな軸受を有するように、および／またはより低い摩擦を達成するために、使用され得ることにも留意されたい。特に、装着可能補助デバイスおよび／またはプレートを清浄するとき、または取り扱うとき、ユーザが外方力をデバイスに印加する状況が、生じ得るので、特定の頑丈な関節を有することも好ましくあり得る。故に、プレートのもの以外の材料の使用が、好ましくあり得る。

好ましくは、ヒンジ関節はまた、テンドンを誘導するように適合され、矢状面において視認されると、大腿部または脛から関節軸の半分まで前方に延びているであろう。

本文脈では、プレートのうちの１つ上に取り付けられ、関節を横断して誘導され、他側上で巻き取られるテンドンを使用することは、力を補助されるべき関節上に及ぼすであろうことを理解されたい。特に、補助されるべき関節の角度を変化させることが、経路を変化させるとき、それに応じて、テンドンの長さが変化することを認識することが重要である。逆も同様に、テンドンの長さが変化する場合、関節の角度は、対応して、追従する。故に、テンドンを短縮させることが、関節角度が、変化し、故に、力が、及ぼされる場合、可能となる。これは、テンドンが平面内に走っていない場合でも該当する。故に、最初に、テンドンを関節軸と垂直な平面に経路設定するが、次いで、テンドンを、この平面から離れるように、特に、近位プレートの前中心点に向かってより近い位置に向かって外方ヒンジ関節から離れるように誘導することが可能である。このように、テンドンが、膝関節の外方縁に対して共線に、かつヒンジ関節の軸と略平行に開始する場合、共線の経路に対する角度βが、取得される。

このように、力成分が、テンドンが近位プレート上に提供される誘導手段によって誘導される場合、上側プレートに対して下側プレート上に及ぼされる。

より一般的に、第１および第２の部品の各々は、使用時、四肢に寄り添わせられように適合される固体プレートを備えていることが好ましく、経路設定手段が、テンドン相互接続部を２つのプレート間のヒンジ関節から近位プレートの前中心点に向かって経路設定するために提供される。好ましくは、テンドン相互接続部は、テンドンが、特に、５°～４５°、好ましくは、５°～２５°の角度βにおいて、例えば、膝関節（または別の関節）の下方の遠位位置から外方に、例えば、膝関節（または別の関節）の近位のより内方の位置に誘導されるように経路を設定されるように適合される。故に、これは、ねじりに対抗し、ねじり防止手段の別の実施形態を実装する。

好ましくは、複数の誘導手段が、角度βの変動を可能にするように、プレートに提供される。これは、次に、ねじり防止手段を所与の患者の特定の解剖学的構造に調節することを可能にする。好ましい実施形態では、少なくとも、５～２５°、好ましくは、１～３０°の角度βが、選択されることができる。

好ましくは、角度βの変動が、可能であり、好ましくは、少なくとも２つの異なる角度（共線形配置以外）、好ましくは、少なくとも３つまたは４つの異なる角度が、選択されることができる。

本発明は、ここで、非限定的実施例としての図面を参照して開示されるであろう。

図１は、正面図、側面図、および背面図において、それに対して装着可能補助デバイスが取り付けられる脚部を示す。 図２は、テンドンを伴わない、かつストラップを伴わない下側プレートを示す。 図３は、図１において使用される大腿部プレートを示す。 図４は、１自由度を伴うヒトの脚部の簡略化された図解を示す。 図５は、仮想仕事分析において使用可能なモデルを示す。 図６は、膝角度と膝モーメントとの間の関係を示す。 図７は、腰部モーメントと膝角度との間の関係を示す。 図８は、弾力的な弾性要素としてのばねが、テンドンと直列に提供され、次に、四肢に取り付けられるプレートに固定される装着可能補助デバイスの好ましい詳細を解説する。 図９は、断面、矢状、および前頭面を表示するために、本発明の好ましい実施形態による、装着可能デバイスの大腿部ブレースの正面図を示す。 図１０は、自己緊張ストラップを伴わない横断面内で発生させられたモーメントを図式的に示す。 図１１は、自己緊張ストラップの好ましい実施形態を伴う横断面横断面内で発生させられたモーメントを図式的に示す。

図１によると、装着可能補助デバイス１は、四肢関節４の近位（部品２参照）および遠位（部品３参照）の２つの装着可能な部品２、３を備え、関節運動式相互接続部５（また、図３参照）とテンドン相互接続部６とを有し、テンドン相互接続部６は、第１の部品から第２の部品に誘導され、Ｆ_{ｔｅｎｄｏｎ}によって示されるように引っ張られると、四肢関節４に補助力Ｆ_{ｒｅａｃｔｉｏｎ}を及ぼし、関節運動式相互接続部５は、片側に提供され、テンドン相互接続部６は、片側に提供され、テンドン相互接続部の引っ張り時の装着可能部品２、３のねじりに対抗する力を発生させるように適合されたねじり防止手段７が、提供されている。

図１に示される実施形態では、装着可能補助デバイスは、脚部補助デバイスであり、四肢関節４は、膝である。装着可能補助デバイス１は、能動的装着可能補助デバイスであり、テンドン相互接続部５のテンドンは、ユーザの胴体上の胸当てまたは背当て（図示せず）に提供されるＤＣモータによって作動させられる。テンドンは、腰部を横断して、モータまで経路を設定される。

膝の近位および遠位に装着可能な２つの部品は、プレート２および３を備え、各プレートは、それぞれ、２つのストラップ２ａ、２ｂおよび３ａ、３ｂを用いて、脚部に取り付け可能である。

図１に示される３つの図から推定され得るように、脚部に取り付けられる装着可能補助デバイスの構成要素は、脚部から遠く離れるように延びておらず、したがって、装着可能補助デバイスのこれらの部品は、ズボン等の真下に装着されることができる。故に、装着可能補助デバイスは、目立たない。

図３に示されるような大腿部プレート２は、蒸散作用を低減させ、ユーザの快適性を増加させるための複数の孔を有する正面部品を有する。大腿部プレート２は、ストラップが、２つの位置、すなわち、近位およびより遠位位置において、プレートの左側から右側に後方に延びた状態で、前方に装着されるように形状およびサイズを決定される。大腿部部品が（Ｒ１）として指定される堅い旋回支持部を提供し、腓腹部品も（Ｒ２）として指定される堅い旋回支持部を提供することに留意されたい。

プレート２に取り付けられる２つのストラップ間の大きい距離（同様に、プレート３に取り付けられる２つのストラップ３ａ、３ｂ間の大きい距離）が、テンドン相互接続部を引っ張ることによって力を及ぼすとき、脚部に対するプレートの回転または他の移動を防止することに役立つことに留意されたい。ストラップ２ａ、２ｂは、快適であるために十分に可撓性であるが、大きな移動を伴わずに、依然として、プレートをそれらの位置に保つために十分にきつい。プレート２、同様に、プレート３は、ユーザの快適性を増加させるためにパッド類付きであろうことを理解されたい。パッド類は、通気性を増加させるように拡散を可能にし得る。パッド類を伴うプレートの内側エリア全体を覆わず、１つ以上のカットアウトを残すことも好ましい。特に、パッド類は、大きい中心開口部を有することができる。同様のパッド類が、プレート３のために提供される。軽量配置では、プレート２および３が中心カットアウトも有し得ることにも留意されたい。

図１から分かるように（背面図参照）、大腿部上の最近位ストラップである上側ストラップ２ａは、アンカストラップ２ｃを有し、テンドンは、テンドンが引っ張られると、ストラップがユーザの皮膚に対してより高い程度で押し付けられるように、アンカストラップ２ｃを通して誘導されている。故に、ストラップは、自己緊張であり、ストラップの自己緊張は、使用時、よじりまたはねじりに対抗し、それによって、アンカストラップ２ｃは、ねじり防止手段と見なされ得る。そのような自己緊張に基づく、ねじり防止手段は、下記の図９－１１をさらに参照してさらに詳細に解説されるであろう。

ストラップは、ある程度の可撓性を有し、それらは、好ましくは、容易に交換され得ることに留意されたい。故に、プレートへのＶｅｌｃｒｏ（登録商標）のようなアタッチメントが、プレートの少なくとも１つの側において好ましい。

テンドン６は、プレートの縁に沿って、溝状構造２ｄ内で誘導される。さらに、プレートの正面側上の貫通孔は、通気性を増加させる役割を果たすだけでなく、スタッド、ねじ、または他の構造を挿入するためにも使用され得、それらは、膝頭により近い脚部の中心向かって横向きにテンドンを誘導することを可能にする。これのために好適な貫通孔は、２ｅ１、２ｅ２、２ｅ３として示される。

図１に見られるであろうように、テンドン６は、関節５と膝頭の外方縁とを含む平面に対するテンドンの角度βにつながるように経路を設定される。角度βは、テンドンを引っ張るときの上側プレートと下側プレートとの間の相対的なよじりまたはねじりの任意の傾向を低減させることに役立ち、故に、ねじり防止手段としての役割を果たす。これは、所与のユーザがテンドン偏向スタッドを挿入するために好適な貫通孔２ｅ１、２ｅ２、または２ｅ３を選択する態様でなされることができる。

プレート２は、プラスチック材料から作製され、例えば、実践的実施形態では、ポリアミドから作製されるが、関節５は、金属から作製され、別個に生産され、ねじ等を用いて、プレート２に取り付けられる。プレート３も、プラスチック材料から作製されることに留意されたい。

プレート２は、既製プレートがユーザ毎のカスタマイズを伴わずに使用され得るように、ある程度の変形を可能にする厚さおよび形状を有することを理解されたい。同じことが、明らかに、プレート３にも該当する。

ストラップは、当技術分野において一般に公知の緊張機構を示す参照番号２ｆによって示されるように、好適な緊張機構によって引っ張られ得ることに留意されたい。しかしながら、そのような緊張機構は、必須と見なされるものではない。

関節５は、平均ユーザに関して、関節５の軸が膝関節移動の軸と共線であるように配置される。大腿部の解剖学的形状（膝により近い円周と比較して、腰部により近い大きい円周を有する）を前提とし、かつ腓腹の解剖学的形態を前提として、関節５の部品は、大腿部および腓腹の最外部分に接する一般的輪郭を越えて外方に延びている必要がないであろうことに留意されたい。故に、装着可能補助デバイスは、特に、堅いシースを要求しない軟質テンドン６が使用され得るという事実に照らして、通常の衣服の下に装着されることができる。

３ｃｍを下回る最小曲率半径を有するテンドンが、非常に好ましいことを理解されたい。好ましい実施形態は、Ｄｙｎｅｅｍａテンドンを使用し得る。

プレート３に関して、ストラップ３ａおよび３ｂは、上側ストラップが、腓腹筋の上方に経路を設定され、下側ストラップが、筋付着部の下方（アキレス腱が典型的に見える場所の直上）に経路を設定されるように配置される。腓腹の解剖学的形態は、そのようなストラップ配置を使用して、下側プレートを位置付け、下側プレートが正しく位置付けられた状態に保つことに役立つことに留意されたい。

さらに、図２から分かるように、脛プレート３は、テンドンガイド要素３ｃを備え、それは、使用時、関節軸５の前方に延びている。しかしながら、ガイド３ｃは、破線３ｄによって示されるように分割された下側プレート３の正面を越えて延びている必要はない。

ガイド３ｃは、ガイドプレートと一体型であって、したがって、プラスチック材料から構築されることに留意されたい。同じことは、ヒンジ５を覆うヒンジカバーにも該当し、ヒンジの移動中、装着可能補助デバイスの上に装着された衣服からの織物材料は、挟まれず、関節の移動を妨げない。テンドンは、カバーの外側周界上で誘導され、それは、しかしながら、脚部の前方に延びない。下記の分析から、十分な支援が、この小寸法にもかかわらず、脚部に提供されることができることを理解されたい。

テンドンを定着させるために、貫通孔３ｅが、プレート３の下側部分に提供され、貫通孔３ｅを通してテンドンが、誘導されることができ、テンドンが、結び目を使用して貫通孔３ｅに固定されることができる。

好ましい実施形態では、弾力的な弾性要素をテンドンと直列に提供し、次いで、弾力的な弾性要素を貫通孔３ｅに固定することが可能である。これは、図８を参照して下記に説明されるであろう。さらに詳細に、透明モードを有し、および／または他の利点を提供する、好ましい実施形態を実装することが可能である。さらに詳細に、本明細書では、第ＤＥ１０２０１８２１５１６３．６号および／またはその優先権を主張する任意の対応特許を組み込む。図８は、第ＤＥ１０２０１８２１５１６３．６号から導出されていることに留意されたい。第ＤＥ１０２０１８２１５１６３．６号では、装着可能能動的補助デバイスが、力伝達要素の伸びが複数のセンサ信号に基づいて導出されるモデルに従って緊密に制御されるように、通常、四肢を補助する、モータを作動させることによって、ゼロ四肢補助に近づき得る選択可能最小補助度を有するように提案されている。これは、アクチュエータ、モータ等をテンドンから結合解除せずに、最小補助を選択することを可能にする。特に、最小四肢補助度が、装着可能能動的補助デバイスを装着するユーザ自身によってではなく、特に、患者が気付くことさえなく、物理的療法士、理学療法士、医師等によって、選択されることが可能である。モータが、少なくとも１つの力伝達要素を長くすることまたは短くすることを続けるにつれて、実際の支援が提供されていない場合でも、モータ音を聞いているユーザは、支援されているという印象を有するであろう。したがって、装着可能能動的補助デバイスのプラセボ効果が、特に、患者が自身の筋肉における自信を再構築する必要がある場合、容易に試験されることができる。さらに、伸びをモデル化することによって、かつ少なくとも１つの力伝達要素を短くすることおよび／または長くすることによって、補助が、理学療法士等の期待にもかかわらず、依然として、ある移動のために提供されなければならないことが明らかになる場合、補助が、可能であり、直ちに利用可能となるであろう。本発明の目的のために、四肢補助度選択入力が、切り替えられるユニットを用いて、少なくとも２つの異なる支援度が、選択可能であるように適合され、最小四肢補助度は、この最小度がゼロ補助に対応する場合でも、これら選択可能度のうちの１つであることに留意されたい。

本明細書に組み込まれる文書では、装着可能能動的補助デバイスが、単一ユーザ毎に専用物理的パラメータを過度に正確に決定せずに使用され得ることを可能にすることが非常に好ましいことも、提案されている。同じことは、本発明にも該当する。組み込まれる参考文献に開示される、非常に好ましい実施形態では、四肢とモータとの間に、弾力的な要素が、長くまたは短くされるべき力伝達要素と直列に提供される。そのような弾力的な要素、例えば、コイルばねを使用することは、現時点でユーザに検出可能でないままである必要がある力伝達要素の伸びまたは短縮の決定においてわずかな誤差を可能にする。これは、本願でも同様に行われることができる。故に、本発明の好ましい実施形態では、弾力的な要素の伸びを限定または制限し、例えば、ばねの伸びを最大可能伸びに制限し、そうでなければ、そのさらなる伸びを可能にせずに、ばねまたは他の弾力的な要素に加えられる任意の追加の力を吸収する制限器が、提供されることが好ましい。例えば、特定の長さのコードまたはワイヤが、コイルばね内に提供され得る。コードは、ばねの端部と同じ点に取り付けられ得、それによって、制限器も、四肢と、作動させられると四肢を補助するために使用されるモータとの間に設置されるであろ。ばねコイルが伸長されない限り、ロープがばねコイルより長いであろうことを前提として、力伝達要素上に及ぼされる全ての力（例えば、モデルとユーザとの間の不整列に起因する）は、ある程度のばねの伸長につながるであろう。対応する実施例は、図８に示される。図８では、閉鎖されたリング状構造として描かれるカフが、四肢に取り付けられるであろうように示されるが、実践的実施形態では、カフは、当然ながら、図１に示されるプレート／ストラップ配置によって置換されるであろうことに留意されたい。

図８に示される配置では、ばね（コイルばねとして示される）の伸長は、小さいままである間、力は、コイル内に走る中心ワイヤとして示される制限器によって吸収されない。しかしながら、ばねが、許容される最大値まで伸長されると、任意の追加の力は、制限器によって吸収され、したがって、弾力的なばねのさらなる伸長を可能にしないであろう。換言すると、制限器は、特に、実際の支援または補助が提供される場合、伸びを許容される特定の最大値に制限する。弾力的なばね要素の適正な最大可能伸びおよび好適な弾性エネルギー係数を適切に選択することによって、モデルと特定のユーザに実際に必要とされる伸長との間の任意の偏差が、実際の補助中、この装着可能能動的補助デバイスの意図される挙動を損なわせることも、透明モード中、デバイスを敏感にすることもないであろうように配慮され得る。

好ましい実施形態では、弾力的な要素は、選択された最小四肢補助度において容認可能な最大残留力に関して、弾力的な要素が、標準化モデルと所与のユーザのために正しい伸長との間の最大可能偏差以下だけ引き伸ばされるように弾性エネルギー係数を有する。

この文脈では、ユーザの非常に精密な尺度を求める必要がないにもかかわらず、弾力性と最大可能長との両方において異なる複数の弾力的な要素を提供することが可能であり、かつ好ましいことが明白であろう。典型的状況では、最大可能偏差は、数センチメートル、例えば、１～７ｃｍであり得る。この距離は、標準的モータ速度を前提として、四肢補助の緊急変更の場合でも、容易に克服されることができる。好ましい、これらの最大許容可能長は、次に、弾力的な要素の伸長に起因する残留力が、モデルとミスマッチであるとき、ユーザによってほとんど検出可能でないことを可能にし、大部分または全ての時間において、ミスマッチが検出されないままであることを確実にするであろう。

上記に示されるように、識別された現在の移動における相を決定し、モデル化された伸びに応答して、モータ作動信号を出力することが可能である。実際の伸長を予測することが可能であろうが、しかしながら、本発明による、装着可能能動的補助デバイスによって提供される透明モードに関して、作動プロファイルが事前に定義されないので、例えば、歩行相の知識は、必要とされず、または、システムは、正確な歩行サイクルにも依拠しないことに留意されたい。特に、特定の歩行相に依拠する代わりに、膝角度等に応じた持続的力スケーリング等の他のパラメータが、使用されることができることに留意されたい。

しかしながら、それにもかかわらず、制御装置は、歩行、起立、上りまたは下り歩行、階段の昇降等のある活動を識別するように適合され得る。上記に示されるように、透明モード自体の制御は、精密な現在の活動の決定に依拠する必要はない場合でも、デバイスの安全性は、増加させられることができる。

故に、好ましい実施形態では、一般的パラメータを使用して、透明モードが実装され得るように、モード中、ばねが完全に伸長されないような精度にまでのみ、テンドンを伸び縮みさせるように、図８に関して解説されるような弾力的な要素を使用することが望ましいことが分かる。例えば、患者が疲労したので実際の補助が必要とされるときのみ、テンドンは、ばねコイル内の中心の要素がもはや緩んでいないように短縮されるであろう。テンドンが巻き上げられる必要がある距離は、そのような透明モード中、著しく小さいので、能動的補助は、衝撃または急な動きを支援される四肢に引き起こさずに、ほぼ直ちに提供されることができる。

したがって、１つの可能な実施形態は、使用時、四肢補助を提供し、アクチュエータによって伸長または短縮されるべき少なくとも１つの力伝達要素を介して能動的に補助されるべき四肢に結合されるアクチュエータ；複数のセンサからの信号のための入力と、複数のセンサからの入力信号を処理するための信号処理段階と、処理されたセンサ信号に従って、モータ作動信号を出力するための出力段階とを有する制御装置を備えている装着可能能動的補助デバイスであることができ、制御装置は、四肢補助の程度を選択するための四肢補助度選択入力をさらに有し、信号プロセッサ段階は、複数のセンサによって現在検出されている移動または姿勢に対応する、伸長または短縮されるべき少なくとも１つの力伝達要素の伸びを持続的にモデル化し、伸長または短縮されるべき少なくとも１つの力伝達要素のモデル化された伸びに従って、かつ選択された最小四肢補助度に応答して、持続的アクチュエータ作動信号を出力するように適合されることに留意されたい。換言すると、好ましい実施形態のデバイスは、透明モードにおいて使用されることができる。

本発明の装着可能補助デバイスは、１つ以上のモータと、制御装置と、いくつかのセンサとを有する能動的装着可能補助デバイスであり、センサは、必要に応じて、制御装置がモータに通電し、補助をユーザに提供することを可能にすることを理解されたい。

モータ、制御装置、およびセンサは、高度に可撓性のテンドンが、例えば、ユーザの胴体に取り付け可能な公知の配置を使用することを可能にするので、示されない。しかしながら、制御装置は、要求されるレベルの補助を提供するように適合されなければならない。この目的を達成するために、能動的装着可能補助デバイスは、概して、現在の姿勢、歩行相、および予期または検出された移動に照らして、テンドンの必要な伸長または短縮をモデル化することが、すでに提案されている。モデルが、テンドンの必要な伸長または短縮を予測すると、制御装置は、対応して、モータに通電することが可能である。能動的装着可能補助デバイスに関して、制御装置は、このように実装されることができることを理解されたい。この目的を達成するために、可能なモデルが、以降、図４－７に関して開示される。

このモデルに関して、以下に、留意されたい。以前、膝モーメントアーム（ＫＭＡ）の重要性は、膝関節のまわりで生産されるモーメントに帰すとされていた。そのような以前のモデルでは、腰部および足首関節の周囲のモーメントは、無視されていた。さらに、以前、二重振子揺動モデルが、システムのために使用された。そのような場合、膝のまわりで発生させられたモーメントは、膝伸長の重要な成分である。

しかしながら、本発明は、立脚相における状況が、二重振子システムの配置を変化させ、足首および股関節を係止することを認識している。膝関節の伸長は、したがって、腰部および足首関節のまわりで発生させられた補助モーメントの結果となる。

このモデルに関して、装着可能補助デバイスの能動的部分の補助は、立脚相中にのみ提供されると仮定される。そのような場合、ＫＭＡのサイズは、以下の分析に照らして、もはや腰部および足首関節のまわりで発生させられたにモーメントに対して重要ではないことが見出されている。

分析の目的のために、人体が、図４に示されるように、１ＤＯＦフレームに簡略化された。

図４では、Ａは、足首関節（Ｘ－Ｙ支持されている）であり、Ｈは、股関節（Ｘ支持されている）であり、Ｋは、膝関節である。ＫＦは、膝モーメントアームである。ＴｈｉｐおよびＴｓｈａｎｋは、それぞれ、膝モーメントアームＫＭＡの上方および下方のテンドンである。ｘおよびｙの添字は、それぞれのテンドンのｘおよびｙ成分に関するものである。

本専門用語を使用して、仮想仕事方法が、分析のために使用されることができる。さらに詳細に、図５に示される仮想仕事モデルが、使用された。

このアプローチを使用すると、Ｋまわりの腰部および大腿部テンドン力の和によって誘発されるＨ系の運動学的変化に抵抗するために発生させられる必要があるモーメントが、決定されることができる。

ｄｘおよびｄｙが、Ｍｈｉｐによってなされる仕事に対応する系における無限小の変形に起因するＫの移動を示すと考える。Ｍｈｉｐは、次いで、以下に等しい仕事を実施するであろう。
Ｕ＝Ｍｈｉｐ^＊ｄ（ａＨＫＡ）
式中、ａＨＫＡは、膝角度であり、ｄ（ａＨＫＡ）は、膝角度の変化である。系への外部仕事を実施するであろう他の力は、以下のようなＫのまわりのテンドン力の垂直および水平成分：
（Ｔｓｈａｎｋ，ｘ＋Ｔｈｉｐ，ｘ）^＊ｄｘ、および（Ｔｓｈａｎｋ，ｙ＋Ｔｈｉｐ，ｙ）^＊ｄｙ
であろう。故に、総仮想仕事式は、以下になるように示され得る。

腰部モーメントの前の負の符号は、そのモーメントによってなされる仕事が負であること、換言すると、系に仕事をしているからであることに留意されたい。垂直腰部力の負の符号は、力の負の方向に起因する。

総仕事式が確立されると、式のｄ（ｙ）およびｄ（ｘ）部分が、膝角度（ｄ（ａＨＫＡ））を使用して表され得、故に、共通偏微分係数を有することで、式は、Ｍｈｉｐに関して解決され得る。

ＫＭＡのサイズが、図６および７に示されるように、腰部のまわりで発生させられるモーメントに影響を及ぼすことが推測され得、図６および７は、それぞれ、異なる膝角度で発生させられる膝モーメント対膝角度を表し、異なるモーメントアームに関する異なるモーメントアームおよび腰部モーメント対膝角度の影響を示す。

装着可能補助デバイスは、特に、多数のユーザのために有用である様式において補助する。これを理解するために、歩行時、異なる相、すなわち、立脚または遊脚相が、最適支援をユーザに提供するように分化され得ることを認識することが重要である。立脚相中、脚部は、ユーザの体重を運び、閉鎖された運動学的鎖が生成される。足が、接地面から持ち上げられ、脚部が、前方に振り出されると、それは、股関節および膝関節のまわりで揺動する振子のように動作する。対照的に、遊脚相中、利用可能な固定部が存在せず、膝の伸張支援は、主に、膝関節の前方のモーメントアームに依存する。

また、足が接地面上にしっかりとついた状態での移動中、人体内の筋肉は、体質量全体を移動させる、伸長モーメントを発生させる（例えば、歩行、階段昇降、椅子からの起立）。伸長パターンは、テンドン（Ｆｔ）の経路設定に起因して、反力Ｆｒｅａｃｔｉｏｎ（図１参照）によって支援されることができる。

示される配置では、膝は、後方に「押」され、膝関節の前方にある人工モーメントアームではなく、脛および大腿部セグメントの長さに依存する、モーメントを発生させる。これらのモーメントアームは、非常に大きいので、それらは、脛および大腿部要素の長さ＝約０．２４５^＊身長を前提として、移動または姿勢に大きな影響を及ぼす。

これは、人工膝モーメントアームの長さが、日常生活のシナリオにおける実行可能性の制限要因であるため、有用である。本発明では、任意の人工モーメントアームは、脚部伸長を支援することにおける影響が小さいので、最小化されることができる。

より大きく膝が曲げられているほど、より多くの力がユーザの伸長移動を補助するために典型的に必要とされるが、人物が脚部を真っ直ぐにした状態で立っており、テンドン角度がより大きいとき、支援は、通常、殆ど必要とされない。

本発明では、膝が曲げられた状態の身体位置は、膝のまわりの鋭いテンドン角度に起因して、Ｆｒｅａｃｔｉｏｎを増加させる。これは、発生させられた膝モーメントに見られ得る。特に、脚部が、曲げられるとき、より大きいモーメントが、より小さいモーメントアームで発生させられる。

脚部が、ほぼ直線であるときのみ、大きいモーメントアームを伴う構成が、より大きい膝モーメントを発生させるが、これは、より高いテンドン力によって補償されることができる。対照的に、起立中、要求される支援モーメントは、体重が安定構成において平衡を保たれているので、低い。

これに照らして、図１は、Ｆｒｅａｃｔｉｏｎが、ある実施形態では、膝伸長を支援するために使用され得る方法を示す。反力を生成することによって、大腿部および脛に取り付けられる剛体要素は、Ｒ１およびＲ２のまわりで回転する。ストラップ３および４は、発生させられた力に対抗し、これらの力をユーザの四肢のセグメントに伝達する。ストラップ１および２は、円錐形四肢形状を利用して、機械的構造の上向きおよび下向きシフトを防止する。

ここで、力は、外方にのみ伝達されるので、全体的構造は、Ｆｒｅａｃｔｉｏｎおよびｒｒｏｔ（図１）に起因して、垂直四肢軸のまわりで回転する傾向にあるであろう。本発明は、これが、好適なねじり防止手段、例えば、滑り嵌め（例えば、自己緊張大腿部ストラップによって誘発される）によって、またはｒｒｏｔが最小化（角度β）されるようにテンドン経路設定を変化させることによって、防止され得ることを示唆する。

加力は、好適な制御機構（例えば、上記に説明されるようなモデルを実装する制御機構）を適切に使用して、容易にタイミングを合わせられ得るので、加力されると、ユーザの膝関節に対するいくつかの利点、すなわち、歩行サイクルの初期立脚相中または着位／立位遷移中の少なくとも伸長の補助（同心膝伸長移動中、事実上、追加の外部筋肉となる）、および歩行サイクルの中間立脚相中または起立中の膝安定化（膝が崩れることを防止する）が、実装されることができる。

膝伸長の支援は、大腿部の遠位外方および前側に位置付けられる構成要素と、脛の近位の前側および側方側に位置付けられる、類似構成要素とが、提供されるように、実装されることができる。より具体的に、前大腿部構成要素は、四頭筋テンドンの直上の四頭筋の後部上に置かれるであろう。同様に、脛部片の前部は、脛骨結節の周囲のエリアを覆うであろう。部片が脚部セグメントに取り付けられたままにするために、ストラップシステムが、使用されるであろう。ストラップは、２つの構成要素の前部品から延び、堅い構造の後外方側上の取り付け点を伴って、セグメントの周囲に巻き付くであろう。

開示されるように、２つの前述の構造は、ヒンジ関節によって、横に接続され、その回転中心は、概して、膝関節のそれと整列し、そのような一般的整列は、おおよそであることのみ必要であることに留意されたい。ヒンジ関節の２つの区分は、上記に説明されるように、機構の２つの脚部セグメント部品から延びている（わずかにのみ）。ヒンジ関節は、テンドンを経路を定め、矢状面において視認されると、大腿部から関節軸の半分まで前方に延びているわずかのみの突出部を有する。テンドンは、次いで、ヒンジ関節から、大腿部構造にわたって外方に、そこから大腿部にわたって後方に継続し（大腿部ストラップ上に着席する構造を通して）、好適な制御装置からの制御信号に従って通電されるモータ等の力生産デバイスに取り付けられる。

力の流のいくつかの法則が、好ましくは、有益な安定化力のみを系内に誘発するために、膝関節のまわりで従われることに留意されたい。前頭面において視認されると、力伝達部材の経路は、好ましくは、膝関節の外方縁と共線状にある。これは、構造の回転が前頭面において生じないことを確実にする。大腿部プレートの緊密な衝合によって、これは、容易に保証される（図１、アンカストラップ参照）。加えて、および／または代替として、経路設定の変化は、力の補償に役立つように実装されることができる（図１、βを使用した代替経路参照）

さらに、一方、説明されているように、多種多様なユーザサイズが、単一機構またはごく少数の部品によって適応され得ることを確実にするために、大腿部および脛前構成要素におけるある程度の可撓性が、典型的に、提供される。これが、引っ張り力がテンドンに加えられるとき、機構の脛および大腿部部品間に生じる相対的ねじり変形である、２つの半体の前旋回点と膝整列関節との間のモーメントアームに起因して、ねじりにつながり得るという事実に照らして、力伝達部材としてのテンドンは、典型的に、好ましくは、ヒンジ関節から堅い大腿部構成要素の前中心点に向かって経路を設定される。

後の経路設定も、好ましくは、大腿部ストラップに固定された様式で取り付けられる半剛体部材を通して、大腿部エリアの周囲に誘導される。これは、前頭面において視認されるとき、力が、肩関節と一直線に伝達されることを確実にし、腰部外転モーメントが誘発されないことを確実にする。

故に、機械的配置およびその制御に起因して、要求されるモーメントアームは、閉鎖された運動学的鎖を利用し、したがって、本発明のデバイスは、特に、衣服の真下に装着される。

高接線力は、小さいモーメントアームと旋回点Ｒ１およびＲ２とによって防止される。対抗する垂直力または圧力が、対応するストラップ（図１）によって発生させられ、構造が上向きに滑動することも防止する。四肢セグメント構成要素の長さは、好ましくは、回転中心（ＣｏＲ）までのテンドンの距離の少なくとも４倍大きいことに留意されたい。これは、ストラップによって生成される圧力を低減させる。加えて、ｙ－軸まわりの回転は、とりわけ、自己緊張機構（図１のアンカストラップ参照）および角度βを使用してｒｒｏｔを最小化する追加の力経路設定に起因して、防止されることができる。

高力の伝達にもかかわらず、本発明の一方向膝関節は、公知の他のデバイスと対照的に、運動学的鎖が開放される（例えば、足が接地面から持ち上げられる）と、跨がれた関節をそれ以上係止しないので、固有の安全性を提供することに留意されたい。

したがって、上記の文章から分かるように、本発明の配置は、膝関節（例えば、外骨格）とほぼ完璧な整列を要求する設計と比較して、有利である。

一実施例として、本発明による、ねじり防止手段のための自己緊張ストラップの作用原理が、ここで、図９－１１を参照してさらに詳細に解説されるであろう。ねじり防止機構および自己緊張機構の機能性を視覚的に表示するために、力が、ユーザの内方腰部領域から大腿部ブレースの近位外方側に経路を設定される（そこから、次いで、膝モーメントアーム機構にわたってブレースの脛部片にさらに経路を設定され得る）、実施例を検討する。

図９は、断面、矢状、および前頭面を表示するために、本発明の好ましい実施形態による、装着可能デバイスの固体プレート２を有するそのような大腿部ブレースの正面図を示す。

図１０は、自己緊張ストラップを伴わない横断面（ユーザの大腿部８の断面を通して）内で発生させられるモーメントを図式的に示す。ねじり防止手段が、提供されない場合、モーメントＭａは、ユーザの大腿部８の中心Ａまわりで横断面内で発生させられる。このモーメントＭａは、テンドン６において発生させられた張力Ｔ１×横断面におけるユーザの大腿部８の中心Ａからの距離ｄ１：Ｍａ＝ｄ１^＊Ｔ１の観点から表され得る。

図１０に示される大腿部ブレースにおいて、堅いブレース構造２、すなわち、固体プレート２の第１の定着点Ｓ１から、固体プレート２内の第２の定着点Ｓ２まで延びている近位大腿部ストラップ２ｃが、次いで、第２の定着点Ｓ２からさらに伸長され、界面または接続部９において引っ張られたテンドン６に接続する（プーリとしての機能を果たすために）と、ループ状ストラップ２ｃが、形成され、図１１に示される略図が、発生させられ得る。

テンドン６内の張力が、増加させられるにつれて、結果として生じる張力成分が、ループ状ストラップ２ｃ内で発生させられる。この力は、近位大腿部ストラップ２ｃのための「自己緊張」機構を提供する。テンドン６内の張力が高いほど、その内部張力（Ｔ３）がテンドン６の張力に線形に比例するので、大腿部近位ストラップ２ｃ内の「自己緊張」は、より明白となる。ループ状ストラップ２ｃが、ここで、ユーザの大腿部８の中心Ａの周囲にねじり防止モーメントを発生させる。横断面における点Ａのまわりの正味モーメントは、次いで、
Ｍａ＝ｄ２^＊Ｔ２－ｄ３^＊Ｔ３
のように計算され得る。

Claims (20)

1. 装着可能補助デバイスであって、前記装着可能補助デバイスは、第１および第２の部品を備え、
   前記第１および第２の部品は、それぞれ、四肢関節の近位および遠位に装着可能であり、前記第１および第２の部品は、
   関節運動式相互接続部と、
   テンドン相互接続部と
   を有し、
   前記テンドン相互接続部は、前記第１の部品から前記第２の部品に誘導され、引っ張られると、補助力を前記四肢関節に及ぼすように適合され、
   前記関節運動式相互接続部は、前記四肢関節の外方側において片側だけに提供され、
   前記テンドン相互接続部は、前記四肢関節の外方側において片側だけに提供され、
   ねじり防止手段が、提供されており、
   前記ねじり防止手段は、前記テンドン相互接続部を引っ張ると、前記四肢に対する前記第１および第２の装着可能部品のねじりに対抗する力を発生させるように適合されている、装着可能補助デバイス。
2. 前記テンドン相互接続部を引っ張るように適合されたモータ、特に、ＤＣモータが、提供されている、請求項１に記載の装着可能補助デバイス。
3. 前記テンドン相互接続部を引っ張るように適合された前記モータは、胴体に提供され、前記テンドンは、特に、少なくとも１つの追加の関節を横断して、特に、前記腰部を横断して、前記胴体から前記２つの部品のうちの第１のものに誘導されている、請求項１－２のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
4. 制御装置が、姿勢を安定させる方法で、および／または、前記四肢の伸張を支援する方法で、前記テンドンを引っ張るために提供されている、請求項１－３のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
5. 前記第１および第２の部品は、膝関節の近位および遠位に装着可能であるように適合され、
   前記補助デバイスは、体勢安定化および／または脚部伸長を補助するように適合されている、請求項１－４のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
6. 前記第１および第２の部品のうちの少なくとも１つ、好ましくは、両方は、
   使用時、前記四肢に寄り添わせられように適合された固体プレートと、
   前記プレートを前記四肢上に取り付けるために適合された１つ以上のストラップを備えているストラップ配置と
   を備えている、請求項１－５のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
7. 前記ストラップ配置は、前記プレートを前記四肢上に取り付けるために適合され、少なくとも１つのストラップが、前記プレートの片側から、前記四肢の後部を周って、前記プレートの反対側に延びている、請求項６に記載の装着可能補助デバイス。
8. 前記ストラップ配置は、前記プレートを前記四肢上に取り付けるために適合され、少なくとも１つのストラップが、ねじり防止手段を実装するように自己緊張である、請求項６または７に記載の装着可能補助デバイス。
9. 前記少なくとも１つの自己緊張ストラップは、前記プレートの片側から、前記四肢の後部を周って、前記プレートの反対側に、かつ前記テンドン相互接続部に誘導されるように適合されている、請求項８に記載の装着可能補助デバイス。
10. 使用中、前記テンドン相互接続部を引っ張ると、前記自己緊張ストラップ内で発生させられた張力は、前記固体プレートを介して前記四肢に作用するねじり防止モーメントを発生させる、請求項９に記載の装着可能補助デバイス。
11. 前記テンドン相互接続部のテンドンは、前記プレートのそれより高いが、前記テンドンのそれより低い可撓性を有する誘導部材を通して誘導され、前記誘導部材は、前記ストラップ配置のストラップに、特に、近位大腿部ストラップに固定して取り付けられている、請求項６－１０のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
12. 前記プレートのうちの１つは、特に、使用時、脛プレートの前部が、脛骨結節の周囲のエリアを覆うように、使用時、脛の近位の前側および側方側に位置付けられるように適合されている、請求項６－１１のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
13. 前記プレートのうちの１つは、特に、使用時、前記大腿部プレートが、四頭筋の上部、特に、四頭筋テンドンの直上に置かれるように、前記大腿部の遠位の前側および側方側に装着されるように適合されている、請求項６－１２のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
14. 前記プレートは、プラスチック材料、特に、ナイロン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、またはポリウレタン樹脂から作製された基部部品を有し、好ましくは、前記プレートは、パッド類付きであり、および／または、好ましくは、既製プレートが、使用されている、請求項６－１３のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
15. 前記関節運動式相互接続部は、膝関節の外方側に提供されている、請求項１－１４のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
16. 前記関節運動式相互接続部は、回転中心を有するヒンジ関節の形態において提供され、前記回転中心は、使用時、少なくとも前記膝関節のそれとほぼ整列させられ、特に、使用時、前記デバイスの圧縮によって、および／または、前記ユーザの組織の圧縮によって任意の偏差が補償されるような程度まで、整列させられている、請求項１－１５のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
17. 前記ヒンジ関節は、第１および第２のプレートに接続され、前記最遠位プレートは、前記テンドン相互接続部のテンドンを誘導するように適合され、矢状面において視認されると、前記関節軸から前方に延びている、請求項１－１６に記載の装着可能補助デバイス。
18. 前記テンドン相互接続部は、リボンまたは非ボーデンケーブルを備え、特に、１ｃｍより小さい、好ましくは、５ｍｍより小さい曲率半径を有する、請求項１－１７のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
19. 前記第１および第２の部品の各々は、固体プレートを備え、前記固体プレートは、使用時、前記四肢に寄り添わせられように適合され、
    経路設定手段が、前記テンドン相互接続部を前記２つのプレート間のヒンジ関節から前記近位プレートの前中心点に向かって経路設定するために提供されている、請求項１－１８のいずれかに記載の装着可能補助デバイス。
20. 前記テンドン相互接続部は、ねじり防止手段を実装するように、前記テンドンが前記膝関節の下方の遠位位置から外方に、特に、共線の経路に対して、５°～４５°、好ましくは、５°～２５°の角度βにおいて、前記膝関節の近位のより内方位置に誘導されるように、経路を設定されるように適合されている、請求項１９に記載の装着可能補助デバイス。

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