JP5185458B1

JP5185458B1 - 変形性膝関節症矯正兼歩行補助具

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Publication number: JP5185458B1
Application number: JP2012147527A
Authority: JP
Inventors: 恒子望月
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP2014008262A

Abstract

【課題】膝を内側・外側に押し出そうと働く曲げモーメント対応でき、歩行の際の脚の曲げ伸ばしに支障が少ない、変形性膝関節症矯正兼歩行補助具を提供する。
【解決手段】膝関節部分に作用する曲げモーメントに対応すべく、上腿部装着部品１０と下腿部装着部品２０を挟持し相互に滑動・回転可能にする回転機構に「はとめ型回転機構３０」を採用した。また、はとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内側空間を利用して鍔付き円筒を取替可能に嵌合して、はとめ型回転機構の回転とは別個の動きを可能にし、鍔付き円筒の鍔部分で膝関節側部を押えることにした。さらに、はとめ内側板状部分と鍔付き円筒の鍔との間隙に取替自在な間隔保持部品を設け、矯正が進んでも間隔保持部品を交換するだけで補助具がそのまま継続使用できるようにした。また、膝関節の転がり回転する回転系に対処すべく、はとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内径相当の形状を長円等の形状とした。
【選択図】図２

Description

本願発明は、変形性膝関節症の進行を抑え矯正に役立つとともに、歩行を補助する器具に関する。

変形性膝関節症には、内側型（内反膝）と外側型（外反膝）とがあり、前者は、内側型変形性膝関節症（通称Ｏ脚、以下「Ｏ脚」という。）と言い、後者は外側型変形性膝関節症（通称Ｘ脚）と言われ、圧倒的に多いのは前者である。

変形性膝関節症の状態を示す計測量としては、大腿脛骨の角（Femoral Tibial Angle, 以下「FTA」と称する（図３））、Ｑ角およびミクリッツ線等が用いられていて、正常の場合は FTA でいうと 174度ないし 179度と言われている。

膝関節は、大腿骨と脛骨それぞれが関節軟骨で被われ、関節軟骨は痛みを発生しないことから、この関節軟骨が歩行時に生ずる衝撃を抑え、かつ円滑な運動を支えている。
しかし、加齢や変形性膝関節症の進行等によって関節軟骨がすり減り、骨どうしの隙間が狭くなって膝関節は変形し、膝関節は衝撃に耐えられず、膝関節に痛みが発生する。
具合の悪いことに、すり減った関節軟骨は再生しないことから、治療が厄介である。

Ｘ線で確認できる変形性膝関節症の該当者は日本では推定2400万人と言われ、５０代以上で痛みがある患者数は男性210万人、女性610万人の計820万人と推定されているという。
また、関節軟骨には女性ホルモンのエストロゲン受容体があり、女性ホルモンの働きが悪くなると関節軟骨はダメージを受けやすいと言われていることもあって、変形性膝関節症の患者には高齢の女性が多い（毎日新聞、平成２４年５月２８日、１４面）。
事実、巷間で見かける変形性膝関節症の人は、圧倒的に高齢女性が多い。

脚および腰から膝に掛る力は、力学的に見ると、FTAによって、膝を外側あるいは内側に押し出そうと働く曲げモーメント（以下「押出し曲げモーメント」という。）に変化する。
一旦変形性膝関節症になりはじめると、それにつれて押出し曲げモーメントが増大してくるから、変形性膝関節症は進行し、特に高齢者になると脚部筋力の衰えにつれて、変形性膝関節症の進行は顕著となる。

したがって、変形性膝関節症への対処は、まず、膝関節の内側あるいは外側に掛る負荷を軽減することが有効であり、このために従来から使用されてきているもので膝関節を覆う形式のものとしては、布製のサポーターと言われる程度のものや、脚の所定部位を外部から締め上げる方式のタイツスタイルのものがある。
しかし、膝に作用する上記押出し曲げモーメントに対して、曲げモーメントに無力な布・布相当物から成るサポーターやタイツでは対抗することはできないことから、従来の布製のサポーターでは効果が無く、タイツスタイルのものでも効果は期待しがたい。
太ももの筋肉（大腿四頭筋）を鍛えるのも効果があるとされているが、高齢者には効果は望めない。
また、外部から強く締めつけ・締め上げる方式のものは、腓骨神経等を圧迫しかねないことから長時間着用すると支障が生じる怖れがある。
上記の事情の下では、特に、重度の変形性膝関節症の人の歩行に有効かつ適切な補助具は見あたらず、ましてや進行を押え・矯正に役立つと言える程の補助具は見当たらない。

歩行補助具としては、特許文献１に開示されているような物があるが、歩行の補助に留まり、変形性膝関節症の矯正を目的としたものではなく、着脱が容易とは言えないものである。

特開２００４-１６７１７５号公報

本願発明は、上記のような事情のもとで考えだされた変形性膝関節症矯正兼歩行補助具に関するものである。
脚および腰から膝に掛る力は、FTAによって、膝を外側あるいは内側に押し出そうと働く押出し曲げモーメントになるが、本願補助具は、垂直成分の力はもとより、押出し曲げモーメントに対応でき、かつ、歩行の際の脚の曲げ伸ばしに支障が少なく、変形性膝関節症の矯正機能を有し、また、着脱が簡単かつ容易にでき、装着時に補助具の締めつけ具合を容易に認識・コントロールでき、さらに、装着していることが他人に認識されにくい補助具を提供することを課題とする。

また、膝関節は、一軸を中心として回転する軸回転系ではなく、転がり回転も有する回転系であることから、これに対処して、円滑な歩行を確保することを課題とする。

以下、Ｏ脚あるいはＸ脚と特記無き場合は、両者を含めた変形性膝関節症に関するものとする。

曲げモーメントに無力な布・布相当物から成る従来のサポーターやタイツでは押出し曲げモーメントに対抗することはできないことから、補助具全体またその部品も、押出し曲げモーメントに対抗できる強度かつ剛性のあるものでなければならない。
本願発明においては、上腿部に装着される部品と下腿部に装着される部品に曲げモーメントに耐えうる強度・剛性のある素材を使用し、かつ、両者を挟持し両者相互を滑動・回転可能に保持する回転機構に「はとめ型回転機構」（後述）を採用して、脚の屈伸時にも押出し曲げモーメントに対応し得る物とした。

はとめ（鳩目）とは、「靴や紙ばさみなどの、ひもを通す丸いあな。また、それに打ちつける環状の金具」（広辞苑、第二版）をいうが、複数の板状の物、例えば皮・布、を一体化するためにも使用されており、本願はこれに着目し、環状の金具の固定力を弱めれば、金具を中心として複数の板状の物が相互に滑動・回転し得ること、また、環状部分の鍔部分を大きくすれば（径を大きくすれば）、複数の板状の物に掛る曲げモーメントに対抗できることを見いだし、これを「はとめ型回転機構」と称して、本願発明の骨子とした。

また、はとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内側に大きな径の空間が存在することから、この空間を利用して鍔付き円筒を設け、はとめ型回転機構に取替可能に嵌合して、はとめ型回転機構の回転とは別個の動きを可能にし、加えて、鍔付き円筒の鍔部分で膝関節側部を押圧することにした。

さらに、変形性膝関節症が矯正されるにつれて、補助具を取替える必要性が生ずるが、本願発明においては、その必要性を無くするため、あるいは、少なくするため、はとめ型回転機構のはとめ内側板状部分と鍔付き円筒の鍔との間隙に間隔保持部品を設け、変形性膝関節症の矯正具合に応じて間隔保持部品を取替え可能なものにした。

また、膝関節の転がり回転を有する回転系に対処すべく、はとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内径相当の形状を長円とし、さらに、円の中心の軌跡が曲線となる長円類似の図形とした。

押出し曲げモーメントに対しては、充分な強度・剛性のある部品と剛性のある「はとめ型回転機構」を採用したことから、変形性膝関節症の特徴である膝関節の内側あるいは外側に偏って作用する負荷を均等化でき、よって、歩行時の痛みを軽減でき、変形性膝関節症の進行を遅くすること、さらに、変形性膝関節症の矯正が可能となる。

上腿部装着部品から膝に掛る負荷と下腿部装着部品から膝に掛る負荷の双方は、はとめ型回転機構のはとめ筒状部分に作用することになる。
したがって、はとめ筒状部分の内側に存在する大きな径の空間を利用して鍔付き円筒を回転可能に嵌合した構造は、鍔付き円筒には上述の負荷が作用しない構造となる。
よって、鍔付き円筒は、はとめ型回転機構とは無関係に回転することが可能である。

上記のはとめ型回転機構および鍔付き円筒の構造は、鍔付き円筒の鍔部分の外径を大きくすることにより充分に広い接触面積で膝関節側部と接触ができ，長時間使用しても皮膚に炎症を生じる等の傷害が発生することは極めて少ない。
また、鍔付き円筒の鍔部分の形状を、膝関節側部の凹凸形状に合わせることもできる。

さらに、変形性膝関節症が矯正されるにつれて、それまで使用してきた補助具は、一般にはそれ相応のFTAに対応する補助具に取替える必要が生じるが、特にＯ脚の場合、本願発明では、はとめ型回転機構のはとめ内側板状部分と鍔付き円筒の鍔との間隙に間隔保持部品を設け、Ｏ脚の矯正具合に応じて取替可能な間隔保持部品を薄い物から厚い物に取替えることにより、新たな補助具に取替える必要性を無くするか、あるいは著しく減ずることができ、また、取替えによって必要とされる個々人へのフィッティングの必要性も激減し、治療に掛る手間・治療費を大幅に節減できる。
なお、間隔保持部品は、Ｘ脚の場合でも、事情によっては使用可能なものである。

膝関節は、一点を中心とした軸回転をするのではなく、回転中心が移動する複雑な転がり回転をする回転系であるが、はとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内径相当の形状を長円とすることにより、複雑な回転系に相応の対応が可能となり、径の大きな鍔付き円筒を採用したことと相まって、膝関節の回転中心が複雑に移動しても、広範囲で追従できる。
さらに、はとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内径相当の形状を、円の中心の軌跡が膝関節の回転中心の移動に合わせた曲線となる長円類似の図形としたことから、複雑な膝関節の回転系に一層優れた対応が可能となる。

はとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内側に存在する空間を利用して、本願発明の変形性膝関節症矯正兼歩行補助具を装着後、膝関節の複雑な膝関節の回転系を計測でき、はとめ筒状部分の内径相当の形状を、個々人の膝関節の動きに応じた形状にすることができる。

鍔付き円筒によって膝関節側部を押圧するに際しては、膝関節位置を考慮した最適押圧部位が存在し、医師等によって最適押圧部位が膝関節側部にマークされても、鍔付き円筒は内側が空間であるから、外部から該マークを目視で確認できる。手鏡を使えば補助具の使用者自らが確認することもできる。

折り返し用に矩形固定具を設け、鉤止部材付きファスナー（マジックテープ（登録商標）が相当）の端部を矩形固定具に通し、折り返して、ファスナーに押着するだけで、適度の絞め具合で、補助具を装着できることから、使用者自身で着脱が簡単かつ容易にできる。

装着時に補助具の締めつけ具合を設定し易くするため、折り返し形式の鉤止部材付きファスナーに目盛り等の目印となるものを付けたことから、装着時に補助具の締めつけ具合を容易に認識・コントロールできる。

鉤止部材付きファスナーを折り返し形式にして内側部に向けて曲げて押着できるようしたことから、外部から目立たないものとなり、また、はとめ型回転機構に支持されて相互に滑動する部品間に、摩擦抵抗の少ない素材・薄膜等を使用して円滑な動きを確保するとともに、歩行の際に音を発生させないようにしたことから、使用に際し、他人に認識されにくいものである。

人生の大半の時間は、睡眠に使用されるが、長時間の圧迫により悪影響を与える部分（例、腓骨神経部分）を抑え付けないように、上腿部成型部分・下腿部成型部分で覆うように構成することにより、睡眠中の保存療法が可能となる。

本願発明（右脚用外側の屈曲時）を示す側面図である。本願発明（右脚用外側）を示す側面図である。本願発明（右脚用）を示す正面図である。本願発明（右脚用）を示すＡ矢視断面図である。本願発明（右脚用）を示すＢ矢視断面図である。本願発明（右脚用）を示すＣ矢視断面図である。本願発明（右脚用）のはとめ型回転機構を示すＣ矢視相当の断面図である。本願発明（右脚用）のはとめ型回転機構のはとめ筒状部分の内径相当の断面形状を、円の中心の軌跡が膝関節の回転中心の移動に合わせた曲線となる長円類似の図形としたことを示す側面図である（右脚用外側の屈曲時）。

本願発明の補助具は、変形性膝関節症に対応できるものであるが、以下、Ｏ脚に関する内側型変形性膝関節症矯正兼歩行補助具を主として説明する。
また、膝関節の片側の矯正兼歩行補助具について説明するが、膝関節の内外両側に一体化して適用できるものである。
本願発明の補助具は、図２に示すようなもので、大きく分けると、上腿部装着部品１０、下腿部装着部品２０および両者を挟持し両者相互を滑動・回転可能に保持するはとめ型回転機構３０で構成されていて、上腿部成型部分１１および下腿部成型部分２１に作用する力は、垂直成分の力および押出し曲げモーメントとなって、両者を接続するはとめ回転機構に作用することになる。
滑動を一層円滑にしかつ一層の強度・剛性を持たせるため、上腿部成型部分に補強材１２を付加することもできる（図７）。
下腿部成型部分２１においても同様である。

はとめ型回転機構３０の具体例を、図７に示す。
はとめ型回転機構ははとめ外側板状部分３１とはとめ内側板状部分３２とで、上腿部成型部分１１および下腿部成型部分２１を挟持し、上腿部装着部品１０と下腿部装着部品２０が自在に滑動できる程度の余裕を持たせて、はとめ筒状部分３３で固定する。
上腿部成型部分と下腿部成型部分とはどちらが外側であってもよい。
また、はとめ外側板状部分とはとめ内側板状部分の形状は、円形である必要はなく、楕円弧を繋ぎ合わせた閉曲線図形でもよい（図８）。
なお、はとめ筒状部分３３で強固に固定するには、はとめ筒状部分を２分し、相互をねじ止め・溶着等によって強固に固定する。
また、はとめ筒状部分を筒状体と止め輪３４に分割し、筒状体・止め輪・はとめ外側板状部分・はとめ内側板状部分・止め輪を溶着等によって強固に固定してもよい。
さらに、はとめ筒状部分を鍔付き筒状体（図示省略）と止め輪３４に分割し、鍔付き筒状体・はとめ外側板状部分・はとめ内側板状部分・止め輪を溶着等によって強固に固定してもよい。

はとめ型回転機構３０は、脚の屈伸に応じて、円滑に滑動する必要があり、はとめ外側板状部分３１・はとめ内側板状部分３２・上腿部成型部分１１および下腿部成型部分２１の素材が摩擦抵抗の少ない合成樹脂、例えばポリプロピレン板、の場合は、摩擦を少なくするための薄膜物を介在させる必要性は少ないが、一層良好な円滑な回転を求める場合には、はとめ外側板状部分３１・上腿部成型部分１１・下腿部成型部分２１およびはとめ内側板状部分３２の相互の間隙に、摩擦抵抗の少ない薄い膜状物３５（例えば、テフロン（登録商標）薄膜）を挟持させてもよく、隙間を構成する部分の面に摩擦抵抗の少ない物質をコーティングさせてもよい。
もっとも、他の方法、例えばボールベアリング３８（図７）や潤滑剤（図示省略、例えば、二硫化モリブデン）を用いてもよい。

はとめ型回転機構３０のはとめ筒状部分３３の内側に存在する大きな径の空間を利用して設けた鍔付き円筒５０は、はとめ型回転機構に着脱可能・回転可能に嵌合されており、また、円筒端部の外径を少し大きくして、容易には脱落しないようになっている（図７）。
鍔付き円筒の鍔部分の外径の大きさを適宜加減することにより適度の接触面積で膝関節側部と接触することができ、また、鍔付き円筒の鍔部分の形状を、膝関節側部の凹凸形状に合わせることもできる（図示省略）。

間隔保持部品６０は、鍔付き円筒５０の鍔部分とはとめ内側板状部分３２とで、挟持されるようになっている（図７）。
なお、この間隔保持部品は、Ｏ脚には特に有効であるが、Ｘ脚の場合でも、事情によっては使用可能なものである。
間隔保持部品は、交換しやすいように、２分割し、各々どうしが嵌合して円状に一体化される構造としてもよい（図示省略）。
また、はとめ内側板状部分・間隔保持部品・鍔付き円筒の鍔部分の相互の隙間に摩擦抵抗の少ない薄い膜状物を挟持させてもよく、隙間を構成する部分の面に摩擦抵抗の少ない物質をコーティングさせてもよい。

膝関節の回転中心が移動する複雑な転がり回転する回転系に対して、補助具を装着しても膝関節の屈伸が円滑に行えるように、はとめ型回転機構３０のはとめ筒状部分の内径相当の形状を長円、さらに、円の中心の軌跡が膝関節の回転中心の移動に合わせた曲線となる長円類似の図形とした（図８）。

上腿部装着部品１０と下腿部装着部品２０とは、同様な構造をしており、ここでは、下腿部装着部品を取り上げて説明する（２図）。
下腿部装着部品は、下腿部成型部分２１と固定バンド４０から成り、両者は複数箇所で固定されている（図示省略）。
また、固定バンドは通常複数本、図２の例では２本、使用され、上部の固定バンドには脚からの負荷を担う役割も持たせている。

図５に示すように、補助具と脚との固定に使われる固定バンド４０は、幅広バンド４１、折り返し形式の鉤止部材付きファスナー４２、および矩形固定具４３とから成り、幅広バンドの端部には、矩形固定具が回転可能に取付けられている。
装着する時には、鉤止部材付きファスナーの部分の端部を矩形固定具に通し、折り返して、ファスナーに押着するだけで、適度の絞め具合で、補助具は脚に装着される。

装着時に補助具の締めつけ度合を容易に認識・コントロールできるように、折り返し形式の鉤止部材付きファスナーに目盛りが付けられている（図示省略）。目盛りは５ｍｍ程度の間隔で設けられ、色・文字・数字等で識別できるものであれば一層好都合である。

本願補助具は、主として装着の対象となる人の脚の長さ・脚の太さに合わせて、適宜のサイズのものが製作される。
上腿部成型部分１１と下腿部成型部分２１には、低発泡ポリスチレン板・ポリエチレン板・塩化ビニール板・ポリエチレンテレフタレート板・ＡＢＳ板等の種々の合成樹脂が使用できるが、特に、型成型性を有し、強度・剛性の高い材料、例えばスキー靴の素材として使用されている硬度 80-90程度のポリウレタン、が用いられる。さらに、この素材ポリウレタンは熱可塑性・熱成型性を有し、熱風を用いて、各人の脚形状に合わせて形状の修正が可能であることから、最適素材の一つである。
はとめ型回転機構に挟持される部分の厚さは、１.５ｍｍないし３ｍｍ程度である。

下腿部成型部分２１および上腿部成型部分１１の素材に上下方向に溝状の凹凸（波型）を設けて、曲げモーメントに強くするとともに、脚形状に添わせ易くすることができる（図示省略）。

上腿部成型部分１１と下腿部成型部分２１の脚肌と接触する部分には、インナー・ライニング等を施すことが望まれる。
その素材には、洗浄が容易かつ断熱性のある素材、例えばポリエステルの布・薄スポンジ、シリコンスポンジ、が着脱容易に取付けられる（図示省略）。

上腿部成型部分１１と下腿部成型部分２１のはとめ型回転機構３０との部分は、大きな押出し曲げモーメントを受けることから、補強材１２を付加することもある（図７）。補強材の素材としては、強度・剛性の高い合成樹脂材、例えばアクリル、や、強度・剛性が高く軽量な金属素材、例えばアルミ合金材（２０００系、６０００系、７０００系）が使用される（図７）。

はとめ型回転機構３０は、上腿部成型部分１１・下腿部成型部分２１と滑動し、且つ大きな押出し曲げモーメントを受けることから、この場合も強度・剛性が高く軽量な素材、例えばアクリル等の合成樹脂材やアルミ合金材（２０００系、６０００系、７０００系）、が使用される。
はとめ型回転機構のはとめ外側板状部分３１・はとめ内側板状部分３２は、閉曲線図形の最大径相当で５０ｍｍないし９０ｍｍ程度であり、内径は２０ｍｍないし５０ｍｍ程度、厚さは１.５ｍｍないし３ｍｍ程度である。

鍔付き円筒５０の内径は、補助具のサイズによって異なるが、Φ１０ｍｍないし Φ４０ｍｍ程度である。
鍔の外径は、鍔付き円筒の内径に、３０ｍｍないし５０ｍｍ程度加算したものが使用される。
鍔付き円筒の素材としては、例えば硬質の塩化ビニール・ポリウレタン、が使用でき、膝関節側部と接触する部分の形状は膝関節側部の凹凸形状に合わせることもでき、さらに脚肌と接触する部分には脚肌を損なう怖れが少ないスポンジ状の柔らかい・耐久性にすぐれた素材、例えばシリコンスポンジ・ＥＶＡスポンジ、が使用される（図示省略）。

間隔保持部品６０には、型成型性のよい合成樹脂材、例えば塩化ビニール・ポリウレタン、が用いられる。

固定バンド４０を構成する幅広バンド４１は、幅２０ないし４０ｍｍ程度の合成樹脂・天然繊維製の布バンドが使用され、適度の伸縮性を有するものが望ましく、伸縮性を持たせるため、ゴムを折り込んだバンドを一部に使用してもよい（図示省略）。
折り返し形式の鉤止部材付きファスナー４２には、合成樹脂を素材としたものが使用される。
矩形固定具４３には、合成樹脂製や金属製のものが使用される。

１０上腿部装着部品
１１上腿部成型部分
１２補強材
２０下腿部装着部品
２１下腿部成型部分、
３０はとめ型回転機構
３１はとめ外側板状部分
３２はとめ内側板状部分
３３はとめ筒状部分
３４止め輪
３５薄い膜状物
３８ボールベアリング
４０固定バンド
４１幅広バンド
４２鉤止部材付きファスナー
４３矩形固定具
５０鍔付き円筒
６０間隔保持部品

Claims

上腿部に装着される部品、下腿部に装着される部品および両者を挟持し両者相互を滑動・回転可能に保持する回転機構から成る変形性膝関節症の矯正補助具かつ歩行補助具であって、該回転機構がはとめ類似の機構即ちはとめ外側板状部分・はとめ内側板状部分および両者を連結するはとめ筒状部分から成る機構であり、はとめ外側板状部分およびはとめ内側板状部分は、該円の径または該閉曲線図形の最大径相当は５０ｍｍないし９０ｍｍ程度であり、該内径は２０ｍｍないし５０ｍｍ程度であること、を特徴とする補助具。
請求項１記載の発明において、はとめ筒状部分の内側空間に、鍔付き円筒を回転可能に嵌合したこと、を特徴とする補助具。
請求項２記載の発明において、はとめ内側板状部分と鍔付き円筒の鍔との間隙に、取替自在な間隔保持部品を設けたこと、を特徴とする補助具。
請求項２および請求項３記載の発明において、はとめ筒状部分の内径相当の形状が長円であること、または、円の中心の軌跡が曲線となる長円類似の図形であること、を特徴とする補助具。