JP4839163B2 - 電気刺激による脚運動装置 - Google Patents

Description

本発明は、脚への電気刺激により、その脚の筋肉を強制的に動かして運動させる脚運動装置（電気刺激による脚運動装置）に関するものである。

電気刺激により、筋肉を強制的（人工的）に動かし運動させる装置が知られている。この装置は、健常人にあっては、腹筋、上腕、脚等の各部の筋力トレーニングに使用されている。

一方、電気刺激による強制的（人工的）運動は、近年、医療の分野において注目されている。

例えば、糖尿病患者の糖代謝の促進を目的に、脚の筋肉に電気刺激を与え、脚を運動させることで、筋肉内の糖代謝を行わせる研究が行われている。また、寝たきりの患者の脚の筋力維持を目的に、その脚運動に用いることも報告されている（例えば、非特許文献１参照）。

これらは、治療やリハビリテーションの目的で、ベッド等で患者が仰向けに寝た状態で実施されているが、多くの場合、ベッドから膝下部が垂れ下がった状態で、大腿部に電気刺激を与え、この電気刺激で筋肉を動かして膝下部を持ち上げさせる。

ところで、周知のとおり、仰臥状態（仰向けに寝ている状態）において、脚の屈伸運動を行なうのは、非常に難しい。

このため、従来の装置（方法）では、脚の屈伸運動の際、ベッド等から膝下部を垂れ下げる等、患者が起き上がる姿勢をとる必要があり、患者にとって身を起こすことで他の筋肉への負担となっていた。

また、脚の屈伸運動の際は、その脚は、ベッドから膝下部を垂れ下げただけの不安定な状態にあるので、屈伸運動の方向（軌道）が安定せず、屈伸運動を円滑に行なうのは、困難であった。

Taku Hamada et al. J.Appl. Physiol, 94:2107-2112(2003)

本発明の目的は、使用者が仰臥状態で、脚の屈伸運動を、容易かつ円滑に行なうことができる電気刺激による脚運動装置を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（３）の本発明により達成される。
（１） 脚への電気刺激により、該脚の筋肉を強制的に動かして運動させる脚運動装置であって、
使用者の脚に着脱自在に装着される電極を有し、該電極に通電して前記脚に電気刺激を与える電気刺激手段と、
前記使用者が仰臥状態で、該使用者の脚の屈伸運動の方向を規制する運動補助手段とを備え、
前記運動補助手段により、該使用者の脚の屈伸運動の方向を規制しつつ、上記電気刺激手段により、上記電極に通電して前記脚に電気刺激を与え、上記脚の屈伸運動を強制的に行なうよう構成され、
前記運動補助手段は、基台と、
前記基台に対して移動可能に設置され、前記使用者の足を支持する足支持部と、
前記足支持部が移動する際、該足支持部を案内するガイド手段とを有し、
前記足支持部が往復運動することで、前記使用者の脚の屈伸運動の方向が規制されるよう構成され、
前記足支持部が移動する方向は、前記使用者の遠位側が近位側より高くなるように、水平面に対して傾斜しており、
当該脚運動装置は、前記足支持部が移動する方向の水平面に対する傾斜角度を調整する角度調整手段と、
前記足支持部を使用者に接近する方向に付勢し、その付勢力が、前記足支持部が使用者から離間するほど大きくなるよう構成されている付勢手段と、
前記付勢手段の付勢力の大きさを検出する付勢力検出手段と、
前記足支持部の位置を検出する位置検出手段とを有し、
前記電気刺激手段は、前記位置検出手段および前記付勢力検出手段の検出結果に基づいて、前記電極への通電を制御する電気刺激制御手段を有し、
前記電気刺激制御手段は、前記屈伸運動において、前記脚が伸長または屈曲のうちの一方の運動をして、前記付勢力検出手段により、前記付勢手段の付勢力が所定の値に達したことを検知すると、前記電極への通電を中断し、前記脚が伸長または屈曲のうちの他方の運動をして、前記位置検出手段により、前記足支持部が所定の位置まで移動したことを検知すると、前記電極への通電を開始するよう構成されていることを特徴とする電気刺激による脚運動装置。

（２） 前記電気刺激手段は、前記屈伸運動において、前記電極に通電して使用者の脚に電気刺激を与え、前記脚を強制的に伸ばし、前記脚を曲げる際は、前記電極に通電しないよう構成されている上記（１）に記載の電気刺激による脚運動装置。

（３） 前記電気刺激手段は、前記屈伸運動において、前記電極に通電して使用者の脚に電気刺激を与え、前記脚を強制的に曲げ、前記脚を伸ばす際は、前記電極に通電しないよう構成されている上記（１）に記載の電気刺激による脚運動装置。

本発明によれば、使用者の脚に電気刺激を与える電気刺激手段と、使用者が仰臥状態で、その脚の屈伸運動の方向を規制する運動補助手段とを備えているので、使用者は、負担のない仰臥状態で、脚の屈伸運動を、容易かつ円滑に行なうことができる。この場合、使用者が、病床に伏している患者、身体障害者、高齢者等であっても、容易かつ円滑に、脚の屈伸運動を行なうことができる。

以下、本発明の電気刺激による脚運動装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の電気刺激による脚運動装置の第１実施形態を示す側面図、図２は、図１に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。

これらの図に示す電気刺激による脚運動装置（以下、「脚運動装置」と言う）１は、使用者の脚（脚部）１１０への電気刺激により、その脚１１０の筋肉を強制的（人工的）に動かして運動させる（脚１１０の屈伸運動を強制的に行なう）装置である。

図１に示すように、脚運動装置１は、電気刺激装置（電気刺激手段）２と、運動補助装置（運動補助手段）３とを備えている。

電気刺激装置２は、使用者の脚（脚部）１１０に着脱自在に装着される１対の電極パッド（電極）２２を２組、すなわち、右足用の１対の電極パッド２２および左足用の１対の電極パッド２２と、ケーシングを有する電気刺激装置本体２１とを備えている。電気刺激装置本体２１と、各電極パッド２２とは、それぞれ、ケーブル（導線）２３により電気的に接続されており、電気刺激装置２は、電気刺激装置本体２１から各電極パッド２２にそれぞれ通電して（電気信号を流して）、その電極パッド２２から使用者の脚１１０に電気刺激を与えることが可能なように構成されている。

各電極パッド２２は、使用者の脚１１０の大腿部に装着（固定）され、その電極パッド２２から大腿部（例えば、大腿四頭筋：大腿直筋、中間広筋、外側広筋、内側広筋）に電気刺激が与えられる。

一方、運動補助装置３は、使用者が仰臥状態（仰向けに寝ている状態）で、その使用者の脚１１０の屈伸運動を補助、すなわち、脚１１０の屈伸運動の方向を規制する装置（器具）である。

脚運動装置１は、運動補助装置３により、使用者の脚１１０の屈伸運動の方向を規制しつつ、電気刺激装置２により、電極パッド２２に通電して脚１１０に電気刺激を与え、脚１１０の屈伸運動を強制的に行なうように構成されている。以下、各構成要素について順次説明する。

図１に示すように、運動補助装置３は、板状の基台（本体板）３１と、使用者の足１２０を支持する板状の足支持部３２とを備えており、足支持部３２は、基台３１に対して移動可能（スライド可能）に設置されている。

なお、本実施形態における足支持部３２は、使用者の両足１２０を支持する形態のものであり、本実施形態の運動補助装置３は、両脚１１０を同時に屈伸運動させる装置である。

基台３１の上面には、１対のガイドシャフト（ガイド手段）３３が、互いに平行に設置されており（本実施例での説明においては、一方のみが見えており、他方は奥側にあって見えない状態である。）、足支持部３２は、これらガイドシャフト３３に沿って、移動（スライド）し得るようになっている。すなわち、足支持部３２が移動する際は、その足支持部３２は、各ガイドシャフト３３によって案内される。この場合、ガイドシャフト３３と足支持部３２との摩擦を低減させ、足支持部３２がスムーズに移動し得るように、例えば、リニアブッシュやリニアガイド等を用いるのが好ましい。

屈伸運動の際は、足支持部３２が、ガイドシャフト３３に沿って（案内されて）往復運動することで、使用者の脚１１０の屈伸運動の方向が規制される。これにより、屈伸運動の方向（軌道）が安定し、屈伸運動を容易かつ円滑に行なうことができる。

また、足支持部３２には、その足支持部３２に足１２０を固定する固定具（固定手段）３６が１対設置されている。これにより、足支持部３２上に、両足１２０を載置し、その両足１２０を、それぞれ、固定具３６で足支持部３２に固定（保持）することができる。各固定具３６としては、それぞれ、例えば、ベルト（バンド）等で構成されたものを用いることができる。

また、運動補助装置３は、基台３１を、使用者の遠位側（図１中右側）が近位側（図１中左側）より高くなるように、水平面に対して、所定角度、傾斜させる傾斜具（傾斜手段）４を有している。これにより、足支持部３２が移動する方向（足支持部３２の移動方向）は、使用者の遠位側が近位側より高くなるように、水平面（水平方向）に対して、所定角度、傾斜している。この傾斜（落差）により、足支持部３２は、使用者の遠位側の位置から近位側の位置に復帰（移動）することができる。従って、傾斜具４により、復帰手段が構成される。

また、傾斜具４は、鉛直方向に伸縮して、基台３１の水平面に対する傾斜角度、すなわち、足支持部３２の移動方向の水平面に対する傾斜角度（図１中「θ」で示す角度）を調整する角度調整機構（角度調整手段）を有している。この角度調整機構により、使用者の状態（状況）や目的等に応じて、前記傾斜角度を最適な角度に調整することができる。

なお、この角度調整機構は、手動のものであってもよく、また、モータ等の所定の駆動源によって作動するものであってもよい。また、角度調整機構は、前記鉛直方向に伸縮する構造（形態）以外のものであってもよい。

また、復帰手段としては、前記傾斜具４（足支持部３２が移動する方向を傾斜させる手段）に限らず、この他、例えば、ゴム、バネ等の弾性体（足支持部３２を使用者に接近する方向に付勢する付勢手段）や、モータ等の所定の駆動源を有する移動機構等を用いることができる。また、後述する他の実施形態におけるツールバランサーを用いてもよい。

電気刺激装置２の各電極パッド２２は、使用者の脚１１０に着脱自在に装着し得るように構成されている。各電極パッド２２としては、それぞれ、例えば、粘着型電極等、種々の形態のものを用いることができる。

また、図１および図２に示すように、電気刺激装置２の電気刺激装置本体２１は、報知手段である表示部（表示手段）２４と、操作部２５と、制御部（制御手段）２６と、メモリー（記憶手段）２７と、２組の１対の電極パッド２２にそれぞれ通電する電気刺激ドライバー回路（電気刺激出力部）２８と、各部に電力を供給する図示しない電源部とを有している。また、電気刺激装置本体２１には、例えば、プリンター、パーソナルコンピュータ等の外部装置が、着脱自在に電気的に接続し得るようになっている。

制御部２６は、例えば、マイクロコンピュータやＣＰＵ等で構成されており、表示部２４、メモリー２７、電気刺激ドライバー回路２８等、電気刺激装置２全体の駆動（作動）を制御する。この場合、制御部２６は、例えば、電気刺激ドライバー回路２８を介して、各電極パッド２２への通電を制御する。すなわち、各電極パッド２２への通電／切電（電気刺激のＯＮ／ＯＦＦ）の切替、各電極パッド２２へ印加する電圧（電流）、周波数の調整等を行なう。

なお、制御部２６により、各電極パッド２２への通電を制御する電気刺激制御手段の主機能が達成される。

また、メモリー２７は、例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭのような半導体メモリー等で構成される。このメモリー２７には、例えば、電気刺激装置２の制御動作を実行するためのプログラム等の各種プログラムや、各種データ等が記憶（記録）される。これらプログラムやデータは、必要時に、メモリー２７から読み出される。

また、表示部２４は、例えば、液晶表示パネル、ＥＬ表示パネル等で構成される。
また、操作部２５には、例えば、運動の実施をＯＮ（開始）／ＯＦＦ（停止）する運動実施スイッチ等の種々の操作を行なうための各操作スイッチ、種々の設定を行なうための各設定スイッチやダイヤル、が、それぞれ、設けられている。この操作部２５から出力された各信号は、それぞれ、制御部２６に入力され、制御部２６は、それに応じて所定の処理を実行する。

前述したように、電気刺激装置２は、電気刺激装置本体２１の制御部２６の制御により、電気刺激ドライバー回路２８から各電極パッド２２にそれぞれ通電して（電気信号を流して）、その電極パッド２２から使用者の脚１１０に電気刺激を与えるようになっている。この場合、電極パッド２２に、電圧を印加して電流を流すように構成されていてもよく、また、直接、電流を流すように構成されていてもよいが、以下の説明では、代表的に、電圧を印加して電流を流す形態について説明する。

また、印加する電圧は、交流電圧またはパルス電圧が好ましい。なお、直接、電流を流す場合も、その電流は、交流電流またはパルス電流が好ましい。

また、パルス電圧を印加する場合、印加する電圧の周波数は、１０〜２００Ｈｚ程度であるのが好ましく、３０〜８０Ｈｚ程度であるのがより好ましい。また、パルス幅は、０．１〜０．４ｍ秒程度であることが好ましく、０．２〜０．３ｍ秒程度であることがより好ましい。また、デューティーサイクルは、０．１〜２０秒ｏｎ−ｏｆｆであることが好ましく、１〜１０秒ｏｎ−ｏｆｆであることがより好ましい。また、このｏｎ／ｏｆｆの比は、諸条件に応じて、適宜変更することができる。
これにより、使用者に対し、安全かつ確実に、電気刺激を与えることができる。

また、印加する電圧の大きさ（電圧値）は、５〜１００Ｖ程度であるのが好ましく、２０〜８０Ｖ程度であるのがより好ましい。

これにより、電圧値が、５〜１００Ｖ程度の場合は、２．５〜５．０ｍＡ程度の電流が流れ、電圧値が、２０〜８０Ｖ程度の場合は、１０〜４０ｍＡ程度の電流が流れる。

これによって、使用者に対し、安全かつ確実に、必要かつ十分の電気刺激を与えることができる。

なお、直接、定電流印加の場合は、その電流の大きさ（電流値）は、１〜６０ｍＡ程度であるのが好ましく、１０〜４０ｍＡ程度であるのがより好ましい。

また、本実施形態では、脚運動装置１は、電気刺激装置２により、右脚用の電極パッド２２と、左脚用の電極パッド２２とに、同時に通電することで、使用者の右脚と、左脚とに、同時に電気刺激を付与し、両脚を同時に屈伸運動させるようになっている。

次に、脚運動装置１の作用を説明する。
使用者は、その脚１１０の大腿部に、各電極パッド２２を装着（固定）し、足１２０を足支持部３２上に掲置して固定具３６で固定し、仰臥状態をとる。

電気刺激装置２の操作部２５の図示しない運動実施スイッチをオンすると、電気刺激装置２が作動を開始する。

まずは、電気刺激装置２により、各電極パッド２２に通電され、その電極パッド２２から脚１１０の大腿部（例えば、大腿四頭筋：大腿直筋、中間広筋、外側広筋、内側広筋）に電気刺激が与えられる（電流が流れる）。この電気刺激により、脚１１０が強制的に伸長してゆく。

この際、足支持部３２は、ガイドシャフト３３に沿って（案内されて）、使用者から離間する方向（図１中右側）に移動してゆき、これにより、脚１１０の屈伸運動の方向が規制される。

次に、各電極パッド２２への通電が中断（切電）される。これにより、その電極パッド２２から脚１１０の大腿部への電気刺激がなくなり、傾斜により、脚１１０は、屈曲してゆく。

この際、足支持部３２は、ガイドシャフト３３に沿って、使用者に接近する方向（図１中左側）に移動してゆき、これにより、脚１１０の屈伸運動の方向が規制される。

このように、屈伸運動の際は、足支持部３２が往復運動することで、使用者の脚１１０の屈伸運動の方向が規制される。

次に、再び、各電極パッド２２に通電され、その電極パッド２２から脚１１０の大腿部に電気刺激が与えられ、この電気刺激により、脚１１０が強制的に伸長してゆく。以降、前記と同様に、各電極パッド２２への通電と切電とが繰り返し行なわれ、これにより、脚１１０の屈伸運動が繰り返し行なわれる。

そして、操作部２５の運動実施スイッチをオフすると、電気刺激装置２は、作動を停止する。

以上説明したように、この脚運動装置１によれば、電気刺激装置２と、脚１１０の屈伸運動の方向を規制する運動補助装置３とを備えているので、使用者は、負担のない仰臥状態で、脚１１０の屈伸運動を、容易かつ円滑に行なうことができる。特に、使用者が、病床に伏している患者、身体障害者、高齢者等であっても、容易かつ円滑に、脚１１０の屈伸運動を行なうことができる。

なお、本発明では、互いに独立して移動し得る足支持部３２を１対設け、各足支持部３２が、それぞれ、使用者の各足１２０を支持するように構成されていてもよい。

この場合は、右脚用の電極パッド２２と、左脚用の電極パッド２２とに、交互に通電することで、両脚１１０を交互に屈伸運動させることができる。

また、右脚用の電極パッド２２と、左脚用の電極パッド２２とに、同時に通電することで、両脚１１０を同時に屈伸運動させることができる。

すなわち、この場合は、両脚１１０を交互に屈伸運動させる装置と、両脚１１０を同時に屈伸運動させる装置と、また、両脚１１０を交互に屈伸運動させる第１のモードおよび両脚１１０を同時に屈伸運動させる第２のモードを有する装置とを、それぞれ、実現することができる。
また、このような構成は、他の各実施形態にも適用することができる。

また、本実施形態では、電気刺激装置２は、屈伸運動において、電極パッド２２に通電して使用者の脚１１０に電気刺激を与え、脚１１０を強制的に伸ばし、脚１１０を曲げる際は、電極パッド２２に通電しないよう構成されているが、本発明では、前記と逆に、電気刺激装置２は、屈伸運動において、電極パッド２２に通電して使用者の脚１１０に電気刺激を与え、脚１１０を強制的に曲げ、脚１１０を伸ばす際は、電極パッド２２に通電しないよう構成されていてもよい。この場合、例えば、電極パッド２２の装着位置を調整（変更）することで、前記２パターンの方式から所望の一方を選択することができる。これは、他の各実施形態においても同様である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の電気刺激による脚運動装置の第２実施形態について説明する。

図３は、本発明の電気刺激による脚運動装置の第２実施形態における運動補助装置の主要部を示す側面図である。

以下、第２実施形態の電気刺激による脚運動装置１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態の電気刺激による脚運動装置（以下、「脚運動装置」と言う）１は、運動補助装置３の足支持部３２の構造が異なっていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図３に示すように、第２実施形態の脚運動装置１では、足支持部３２は、各ガイドシャフト３３により案内され、基台３１に対して移動可能に設置されたスライド板（被ガイド部）３４と、使用者の足が載置され、その足を支持する足支持部本体３５とを有しており、足支持部本体３５は、回動支持部３７により、スライド板３４に対して回動可能に設置されている。

足支持部本体３５は、略Ｌ字状をなしており、回動支持部３７の一方側は、この足支持部本体３５の図３中下側の角部３５１に設置され、他方側は、スライド板３４の上面に設置されている。回動支持部３７は、足支持部本体３５の角部３５１とスライド板３４の上面とを連結し、スライド板３４に対して足支持部本体３５を回動可能に支持するものである。この回動支持部３７は、例えば、ヒンジ（蝶番）等で構成することができる。

また、足支持部本体３５には、その足支持部本体３５に足１２０を固定する固定具（固定手段）３６が１対設置されている。これにより、足支持部本体３５上に、両足１２０を載置し、その両足１２０を、それぞれ、固定具３６で足支持部本体３５に固定（保持）することができる。各固定具３６としては、それぞれ、例えば、ベルト（バンド）等で構成されたものを用いることができる。

この脚運動装置１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この脚運動装置１では、屈伸運動の際、使用者の足１２０は、足支持部本体３５に固定された状態で、踵を支点として自在に回動することができる。これにより、使用者は、屈伸運動をさらに円滑に行なうことができ、その屈伸運動の際の使用者の負担をさらに軽減することができる。

なお、この第２実施形態は、他の各実施形態にも適用することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の電気刺激による脚運動装置の第３実施形態について説明する。

図４は、本発明の電気刺激による脚運動装置の第３実施形態を示す側面図、図５は、図４に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。

以下、第３実施形態の電気刺激による脚運動装置１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

これらの図に示すように、第３実施形態の電気刺激による脚運動装置（以下、「脚運動装置」と言う）１は、足支持部３２の位置を検出する位置検出手段５を有しており、電気刺激装置２の制御部２６は、その位置検出手段５の検出結果に基づいて、各電極パッド２２への通電をそれぞれ制御するように構成されている。

位置検出手段５としては、例えば、光学式（光学的に検出）、磁気式（磁気的に検出）、電気式（電気的に検出）等の各種のものを用いることができる。

また、位置検出手段５は、足支持部３２の位置を直接、検出するものであってもよく、また、足支持部３２の移動距離（移動量）を検出するもの（間接的に検出するもの）であってもよい。

図示例では、位置検出手段５は、足支持部３２の基準位置に設置された位置基準部５２と、基台３１に設置され、この位置基準部５２の位置を足支持部３２の位置として検出する位置検出センサー５１とで構成されている。そして、位置検出センサー５１と、電気刺激装置本体２１とは、電気的に接続されており、位置検出センサー５１の検出信号（検出結果）は、制御部２６に入力されるようになっている。

また、この脚運動装置１は、屈伸運動における足支持部３２の移動範囲を規制（設定）し得るように構成されている。この場合、その屈伸運動において、使用者の足１１０を最大に伸長させたときの足支持部３２の位置を第１の位置（終点）とし、最大に屈曲させたときの足支持部３２の位置を第２の位置（始点）とする。

そして、この脚運動装置１では、電気刺激装置２は、その制御部２６の制御により、屈伸運動において、使用者の脚１１０が伸長してゆき、位置検出センサー５１（位置検出手段５）によって足支持部３２が第１の位置まで移動したことを検知すると、電極パッド２２への通電を中断（切電）し、脚１１０が屈曲してゆき、位置検出センサー５１（位置検出手段５）によって足支持部３２が第２の位置まで移動したことを検知すると、電極パッド２２への通電を開始するよう構成されている。これにより、屈伸運動１回当りの脚１１０の移動距離（運動量）を規制することができる。なお、この制御では、必要に応じて、各電極パッド２２へ印加する電圧（電流）、周波数の調整を行なう。

また、脚運動装置１は、印加する電気刺激の頻度を調整することで、屈伸運動における足１２０の単位時間当りの運動量を調整することができるようになっている。この場合、周波数を高くすると、足１２０の移動速度は、速くなる。

また、使用者の脚１１０に与える電気刺激の大きさは、一定であってもよく、また、一定でなくてもよい。例えば、電気刺激の大きさを、足支持部３２が第２の位置（始点）に位置したときから徐々に増大させ、足支持部３２が第１の位置（終点）の少し手前に位置したときから徐々に減少させる制御を行なってもよい。これにより、脚１１０への負担をより少なくすることができる。なお、脚１１０に与える電気刺激の大きさの調整は、例えば、印加する電圧やその周波数の調整で行なうことができる。

この脚運動装置１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この脚運動装置１では、フィードバック制御を行なうようになっているので、使用者は、より効果的に、脚１１０の屈伸運動を行うことができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の電気刺激による脚運動装置の第４実施形態について説明する。

図６は、本発明の電気刺激による脚運動装置の第４実施形態を示す側面図、図７は、図６に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。

以下、第４実施形態の電気刺激による脚運動装置１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

これらの図に示すように、第４実施形態の電気刺激による脚運動装置（以下、「脚運動装置」と言う）１は、足支持部３２を使用者に接近する方向（図６中の矢印ａの方向）に付勢し（負荷を与え）、その付勢力（負荷）が足支持部３２の位置に応じて変わる付勢手段として、ツールバランサー６を有している。このツールバランサー６は、その付勢力の大きさを検出する付勢力検出センサー（付勢力検出手段）６１を有しており、電気刺激装置２の制御部２６は、その付勢力検出センサー６１の検出結果に基づいて、各電極パッド２２への通電をそれぞれ制御するように構成されている。

ツールバランサー６は、前記付勢力検出センサー６１が内蔵された本体部６２を有しており、その本体部６２は、足支持部３２に固定され、ワイヤー６３の端部は、基台３１の使用者の近位側（図６中左側）の端部に固定されている。このツールバランサー６の付勢力は、足支持部３２（本体部６２）が使用者から離間するほど大きくなるように（漸増するように）なっている。

また、付勢力検出センサー６１と、電気刺激装置本体２１とは、電気的に接続されており、付勢力検出センサー６１の検出信号（検出結果）は、制御部２６に入力されるようになっている。

また、この脚運動装置１は、屈伸運動における足支持部３２の移動範囲を規制（設定）し得るように構成されている。この場合、その屈伸運動において、使用者の足１１０を最大に伸長させたときのツールバランサー６の付勢力を第１の値（終点）とし、最大に屈曲させたときのツールバランサー６の付勢力を第２の値（始点）とする（第１の値＞第２の値）。

そして、この脚運動装置１では、電気刺激装置２は、その制御部２６の制御により、屈伸運動において、使用者の脚１１０が伸長してゆき、付勢力検出センサー６１によってツールバランサー６の付勢力が第１の値に達したことを検知すると、電極パッド２２への通電を中断（切電）し、脚１１０が屈曲してゆき、付勢力検出センサー６１によってツールバランサー６の付勢力が第１の値に達したことを検知すると、電極パッド２２への通電を開始するよう構成されている。これにより、屈伸運動１回当りの脚１１０の移動距離（運動量）や、仕事量（運動負荷量）を規制することができる。なお、この制御では、必要に応じて、各電極パッド２２へ印加する電圧（電流）、周波数の調整を行なう。

また、脚運動装置１は、印加する電気刺激の頻度を調整することで、屈伸運動における足１２０の単位時間当りの運動量や、単位時間当りの仕事量（単位時間当りの運動負荷量）を調整することができるようになっている。この場合、周波数を高くすると、足１２０の移動速度は、速くなる。

また、使用者の脚１１０に与える電気刺激の大きさは、一定であってもよく、また、一定でなくてもよい。例えば、電気刺激の大きさを、ツールバランサー６の付勢力が第２の値（始点）に達したときから徐々に増大させ、ツールバランサー６の付勢力が第１の値（終点）より少し小さい値に達したときから徐々に減少させる制御を行なってもよい。これにより、脚１１０への負担をより少なくすることができる。なお、脚１１０に与える電気刺激の大きさの調整は、例えば、印加する電圧やその周波数の調整で行なうことができる。

この脚運動装置１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この脚運動装置１では、フィードバック制御を行なうようになっているので、使用者は、より効果的に、脚１１０の屈伸運動を行うことができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の電気刺激による脚運動装置の第５実施形態について説明する。

図８は、本発明の電気刺激による脚運動装置の第５実施形態を示す側面図、図９は、図８に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。

以下、第５実施形態の電気刺激による脚運動装置１について、前述した第３実施形態や第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

これらの図に示すように、第５実施形態の電気刺激による脚運動装置（以下、「脚運動装置」と言う）１は、足支持部３２を使用者に接近する方向（図８中の矢印ａの方向）に付勢し（負荷を与え）、その付勢力（負荷）が足支持部３２の位置に応じて変わる付勢手段として、ツールバランサー６を有し、さらに、足支持部３２の位置を検出する位置検出手段５を有している。また、ツールバランサー６は、その付勢力の大きさを検出する付勢力検出センサー（付勢力検出手段）６１を有しており、電気刺激装置２の制御部２６は、位置検出手段５および付勢力検出センサー６１の検出結果に基づいて、各電極パッド２２への通電をそれぞれ制御するように構成されている。

なお、位置検出手段５およびツールバランサー６については、それぞれ、前述した第３実施形態および第４実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

この脚運動装置１は、屈伸運動における足支持部３２の移動範囲を規制（設定）し得るように構成されている。この場合、その屈伸運動において、使用者の足１１０を最大に伸長させたときのツールバランサー６の付勢力を目標値（所定の値、終点）とし、最大に屈曲させたときの足支持部３２の位置を目標位置（所定の位置、始点）とする。

そして、この脚運動装置１では、電気刺激装置２は、その制御部２６の制御により、屈伸運動において、使用者の脚１１０が伸長してゆき、付勢力検出センサー６１によってツールバランサー６の付勢力が前記目標値に達したことを検知すると、電極パッド２２への通電を中断（切電）し、脚１１０が屈曲してゆき、位置検出センサー５１（位置検出手段５）によって足支持部３２が前記目標位置まで移動したことを検知すると、電極パッド２２への通電を開始するよう構成されている。これにより、屈伸運動１回当りの脚１１０の移動距離（運動量）や、仕事量（運動負荷量）を規制することができる。なお、この制御では、必要に応じて、各電極パッド２２へ印加する電圧（電流）、周波数の調整を行なう。

また、脚運動装置１は、印加する電気刺激の頻度を調整することで、屈伸運動における足１２０の単位時間当りの運動量や、単位時間当りの仕事量（単位時間当りの運動負荷量）を調整することができるようになっている。この場合、周波数を高くすると、足１２０の移動速度は、速くなる。

また、使用者の脚１１０に与える電気刺激の大きさは、一定であってもよく、また、一定でなくてもよい。例えば、電気刺激の大きさを、足支持部３２が第２の位置（始点）に位置したときから徐々に増大させ、ツールバランサー６の付勢力が第１の値（終点）より少し小さい値に達したときから徐々に減少させる制御を行なってもよい。これにより、脚１１０への負担をより少なくすることができる。なお、脚１１０に与える電気刺激の大きさの調整は、例えば、印加する電圧やその周波数の調整で行なうことができる。

この脚運動装置１によれば、前述した第３実施形態や第４実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明では、位置検出手段５および付勢力検出センサー（付勢力検出手段）６１の検出結果に基づいて、電極パッド２２への通電を中断（切電）するよう構成されていてもよい。

また、本発明では、位置検出手段５および付勢力検出センサー（付勢力検出手段）６１の検出結果に基づいて、電極パッド２２への通電を開始するよう構成されていてもよい。

以上、本発明の電気刺激による脚運動装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、本発明の電気刺激による脚運動装置の用途は、特に限定されないが、例えば、病床に伏している患者、身体障害者、高齢者等の、脚力の維持や回復、リハビリテーション、治療等が挙げられる。

本発明の電気刺激による脚運動装置の第１実施形態を示す側面図である。 図１に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。 本発明の電気刺激による脚運動装置の第２実施形態における運動補助手段の主要部を示す側面図である。 本発明の電気刺激による脚運動装置の第３実施形態を示す側面図である。 図４に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。 本発明の電気刺激による脚運動装置の第４実施形態を示す側面図である。 図６に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。 本発明の電気刺激による脚運動装置の第５実施形態を示す側面図である。 図８に示す電気刺激による脚運動装置の電気刺激装置のブロック図である。

符号の説明

１ 脚運動装置
２ 電気刺激装置
２１ 電気刺激装置本体
２２ 電極パッド
２３ ケーブル
２４ 表示部
２５ 操作部
２６ 制御部
２７ メモリー
２８ 電気刺激ドライバー回路
３ 運動補助装置
３１ 基台
３２ 足支持部
３３ ガイドシャフト
３４ スライド板
３５ 足支持部本体
３５１ 角部
３６ 固定具
３７ 回動支持部
４ 傾斜具
５ 位置検出手段
５１ 位置検出手センサー
５２ 位置基準部
６ ツールバランサー
６１ 付勢力検出手センサー
６２ 本体部
６３ ワイヤー
１１０ 脚
１２０ 足

Claims (3)

1. 脚への電気刺激により、該脚の筋肉を強制的に動かして運動させる脚運動装置であって、
   使用者の脚に着脱自在に装着される電極を有し、該電極に通電して前記脚に電気刺激を与える電気刺激手段と、
   前記使用者が仰臥状態で、該使用者の脚の屈伸運動の方向を規制する運動補助手段とを備え、
   前記運動補助手段により、該使用者の脚の屈伸運動の方向を規制しつつ、上記電気刺激手段により、上記電極に通電して前記脚に電気刺激を与え、上記脚の屈伸運動を強制的に行なうよう構成され、
   前記運動補助手段は、基台と、
   前記基台に対して移動可能に設置され、前記使用者の足を支持する足支持部と、
   前記足支持部が移動する際、該足支持部を案内するガイド手段とを有し、
   前記足支持部が往復運動することで、前記使用者の脚の屈伸運動の方向が規制されるよう構成され、
   前記足支持部が移動する方向は、前記使用者の遠位側が近位側より高くなるように、水平面に対して傾斜しており、
   当該脚運動装置は、前記足支持部が移動する方向の水平面に対する傾斜角度を調整する角度調整手段と、
   前記足支持部を使用者に接近する方向に付勢し、その付勢力が、前記足支持部が使用者から離間するほど大きくなるよう構成されている付勢手段と、
   前記付勢手段の付勢力の大きさを検出する付勢力検出手段と、
   前記足支持部の位置を検出する位置検出手段とを有し、
   前記電気刺激手段は、前記位置検出手段および前記付勢力検出手段の検出結果に基づいて、前記電極への通電を制御する電気刺激制御手段を有し、
   前記電気刺激制御手段は、前記屈伸運動において、前記脚が伸長または屈曲のうちの一方の運動をして、前記付勢力検出手段により、前記付勢手段の付勢力が所定の値に達したことを検知すると、前記電極への通電を中断し、前記脚が伸長または屈曲のうちの他方の運動をして、前記位置検出手段により、前記足支持部が所定の位置まで移動したことを検知すると、前記電極への通電を開始するよう構成されていることを特徴とする電気刺激による脚運動装置。
2. 前記電気刺激手段は、前記屈伸運動において、前記電極に通電して使用者の脚に電気刺激を与え、前記脚を強制的に伸ばし、前記脚を曲げる際は、前記電極に通電しないよう構成されている請求項１に記載の電気刺激による脚運動装置。
3. 前記電気刺激手段は、前記屈伸運動において、前記電極に通電して使用者の脚に電気刺激を与え、前記脚を強制的に曲げ、前記脚を伸ばす際は、前記電極に通電しないよう構成されている請求項１に記載の電気刺激による脚運動装置。

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