JP5238917B2 - 下肢機能訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、患者自身が安全に安心して利用でき、尖足拘縮予防あるいは改善や関節可動域拡大を図りうる下肢機能訓練装置に関する。

脳卒中後の片麻痺、アキレス腱の断裂等に起因する下肢筋力の低下、また下肢の骨折等に起因する下肢関節や膝関節の可動域の障害等を有する場合に、これ等の障害をそのまま放置しておくと、足または膝の関節が拘縮し、慢性化した下肢障害を生ずることがあった。そのため、これらの機能障害を回復のための訓練又は運動が必要となる。

ところで、筋力の強さの一例を表す目安として、その筋力に応じた運動を段階毎に区分する下記に述べるようないわゆる５段階の判断基準がある。すなわち、１）強い外力に抵抗し、自らの筋力で重力に打ち勝って完全に運動し得る完全な自動運動。２）全ての運動を障害者自らの意思で幾らか抵抗を加えても行なえる程度に強い筋力を有する自動運動。３）健側の介助を受けながら障害者自らが運動が行なえる程度の筋力を有する自動介助運動。４）介助者の介助を要し障害者が運動する程度の筋力を有する介助運動。５）筋の収縮が起こらず障害者自らの力で運動を制御し得る筋力を全く有せず、介助者の介助によらなければ、運動が行えない他動運動。以上の５段階に区分される。

さらに、この明細書においては、ａ）健側（すなわち、両足の一方が健康で、他方が障害のある場合における健康な足）の介助を受けながら障害者自らが、器具の使用により障害を持つ下肢の運動を行なう自己他動運動、及び、ｂ）本来理学療法士による他動運動が必要であるが、器具の動きによる運動で他動運動を行う自動他動運動、及び、ｃ）筋力増強訓練のために、健側の介助を受けながら障害者自らが、器具の使用により障害を持つ下肢の運動を行なう際に運動時に負荷加える負荷運動に分ける。本出願の発明者などの研究により、自己他動運動とした、この運動概念はこれまでのリハビリテーション医学にあらたな運動概念を提案したものであり英文表記は（MOTIVATIVEXERCISE)と定め学会に論文発表を行った。日本語の自己他動運動の名称については仮称である。

下肢機能の低下、または足関節や膝関節の可動域の障害に対する機能回復には、例えば上記のような障害者の筋力に応じた運動、訓練が必要になる。これには、例えば下肢筋のうち、四頭筋を縮め、前脛骨筋を伸ばし、腓腹筋を縮ませ、アキレス腱を縮ませることによって足首の足関節を介して足先を裏側に屈曲させる底屈運動と、反対に四頭筋を伸ばし、前脛骨筋を縮め、腓腹筋およびアキレス腱を伸ばして足関節を介して足先を上向きに屈曲させる背屈運動とがある。これらの運動は自らに運動の能力がない場合は、理学療法士などによる他動運動、すなわち他者の力により、前記底屈運動及び背屈運動を伸展と屈曲のストレッチ運動として行われていた。

自らの力で椅子座位が可能な筋力を有する障害者の底屈および背屈による機能回復運動、またはその訓練を行う器具としては、実用新案登録第2004587 号の足関節および膝の底屈背屈運動器があった。また、自らの力で椅子座位が可能な筋力を有する障害者の底屈および背屈による機能回復運動、またはその訓練を行う器具としては、意匠登録第997739号の下肢機能訓練具があった。この足関節底屈背屈運動器は、他動運動をいつでも自分の都合の良いときに行うことができる。

また他の従来例としては、介助歩行をすれば歩行が行なえる程度までに下肢筋力および下肢神経等の障害が回復された障害者の歩行の介助を対象とするもので、正面および左右の側面を囲むように立設された支持棚部と、該支持棚部の下面に適宜数個のキャスターを遊動自在に装着させた構造の医療用の歩行器がある。そして、障害者は上半身を前屈みにさせて前記支持棚部に支持させて押すようにしながら、キャスターを遊動して障害者自ら独立的に、または介助者の介助を要しながら歩行の運動および訓練を行うものである。しかしながら、他動運動をいつでも自分の都合の良いときに行うのは、人的な問題もあり困難である。

また上記医療用の歩行器は、上半身を支持棚部に前屈になって支持されるものであっても、障害のある足に体重がかかるので、ある程度、下肢筋力および下肢神経の障害が回復されている者に対しては許されるが、例えば骨折の手術後に体重負荷の許されない者に対して初期の底屈背屈運動またはその訓練に使用するのには不向きである。

ところで、前記実用新案登録第2004587 号の足関節底屈背屈運動器は、両足を載置する足載板の下面に適宜数個のキャスターを遊動自在に設け、該足載板の上面には前記両足を着脱自在に保持する保持手段を設けるという手段を採用したものである。また、意匠登録第997739号の下肢機能訓練具は両足を載置する足載板の下面にバネを設け、該足載板の上面には前記両足を着脱自在に保持する保持手段を設けるという手段を採用したものである。しかしながら上記従来の足関節底屈背屈運動器及び下肢機能訓練具は、家庭に備えて障害者自らが自己の意思にもとずいて足関節の底屈背屈運動を行つたり、訓練を行う場合に、早い回復を期して出来るだけ多く運動し、かえって逆効果を及ぼすことがあった。
また、指導者や介護者が身近にいない場合には、介護者が運動回数を指示しても守らず、何回でも運動の適当量の範囲を超えて、運動をなし、予期される改善を得られなかった。
また、改善が進んだ障害者には筋力増強も訓練の目的になるが、運動時に負荷がかけられず、筋力増強に役立てることは出来なかった。
同時に、障害の程度の重い障害者は、静止状態の運動器を自己の健側の下肢の運動により、前記実用新案登録第2004587 号の足関節底屈背屈運動器を動かす事ができなかった。これらの問題により、前記実用新案登録第2004587 号の足関節底屈背屈運動器は一般に広く利用されるには至らなかった。
さらに、このような患者の状態を知るためには理学療法士が拘縮を持つ四肢の角度をメジャーで計測し、その患者の身体状況を測定していた。この計測のために、理学療法士と患者とが同じ場所にいる必要があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、患者の状態を知ることができる下肢機能訓練装置を提供することを目的とする。

本発明の下肢機能訓練装置は、両足が載置される足載板と、この足載板の上面に設けられた接触センサーとを備え、この接触センサーは、足が足載板の四点に同時に接触したことを検知可能である。

また、両足が載置されるとともに、上下方向に揺動可能な足載板と、足載板の上面に設けられた接触センサーと、足載板に載せられた足の関節の状態のデータを得る足関節データ入手手段とを備え、足が足載板の四点に同時に接触したことを前記接触センサーが検知した際に、前記足関節データ入手手段が、足の関節の状態のデータを得ている場合がある。

そして、足載板の揺動に負荷をかける負荷装置を備えている場合がある。

また、足載板を上下方向に揺動させる駆動装置を備えている場合がある。

さらに、両足が載置されるとともに、上下方向に揺動可能な足載板と、この足載板の揺動の回数を検出する揺動回数検出装置または、足載板の揺動速度を検出する揺動速度検出装置の少なくとも一方とを備え、前記揺動回数検出装置または前記揺動速度検出装置の少なくとも一方の検出データーを外部に出力する場合がある。

そして、両足が載置されるとともに、前後方向に往復動可能な足載板と、この足載板の前後方向の往復動の回数を検出する往復動回数検出装置または、足載板の前後方向の移動速度を検出する移動速度検出装置の少なくとも一方とを備えている場合がある。

また、往復動回数検出装置または前記移動速度検出装置の少なくとも一方の検出データーを外部に出力する場合がある。

なお、この明細書においては、下肢機能訓練装置の前後および左右方向は、下肢機能訓練装置を使用する患者の前後および左右方向と同じ向きに設定されている。

本発明によれば、下肢機能訓練装置が、往復動回数検出装置または前記移動速度検出装置の少なくとも一方の検出データーを外部に出力しているので、患者の運動量の管理や研究のデーターを容易に入手することができる。

さらに、足載板の上面に設けられた接触センサーを備え、この接触センサーは、足が足載板の四点に同時に接触したことを検知可能である場合には、検知した際に、拘縮のある下肢の角度すなわち拘縮の程度を調べることができる。

さらに、足載板の前後方向の往復動の回数を検出する往復動回数検出装置と、足載板の揺動の回数を検出する揺動回数検出装置とを備えている場合には、各種データーを容易に得ることができる。

そして、足載板の前後方向の移動速度を検出する移動速度検出装置と、足載板の揺動速度を検出する揺動速度検出装置とを備えている場合には、各種データーを容易に得ることができる。

また、両足が載置されるとともに、上下方向に揺動可能な足載板と、足載板の上面に設けられた接触センサーと、足載板に載せられた足の関節の状態のデータを得る足関節データ入手手段とを備え、足が足載板の四点に同時に接触したことを前記接触センサーが検知した際に、前記足関節データ入手手段が、足の関節の状態のデータを得ている場合がある。この様な場合には、拘縮のある下肢の角度すなわち拘縮の程度の検知を自動化できる。

そして、足載板の揺動に負荷をかける負荷装置を備えている場合には、適宜運動に負荷を加えることができる。

また、足載板を上下方向に揺動させる駆動装置を備えている場合には、強制運動を行うことができる。

また、両足が載置されるとともに、上下方向に揺動可能な足載板と、この足載板の揺動の回数を検出する揺動回数検出装置または、足載板の揺動速度を検出する揺動速度検出装置の少なくとも一方とを備え、前記往復動回数検出装置または前記移動速度検出装置の少なくとも一方の検出データーを外部に出力する場合がある。この様な場合には、患者の運動量の管理や研究のデーターを容易に入手することができる。

図１は実施の第１の形態の下肢機能訓練装置の斜視図である。 図２は図１の正面図である。 図３は図１の背面図である。 図４は図２の A-A断面図である。 図５は両足をセット固定した使用状態での側面図である。 図６は底屈運動を行う状態を示す側面図である。 図７は制御回路図である。 図８は車輪とモーターとの接続が切られている場合のフローチャートである。 図９は実施の第２の形態の足載板の斜視図である。 図１０は実施の第２の形態の足載板移動台の斜視図である。 図１１は実施の第２の形態の斜視図である。 図１２は実施の第２の形態の側面図である。 図１３は使用状態における実施の第２の形態の斜視図である。 図１4 は実施の第３の形態の下肢機能訓練装置の側面図である。 図１５は図１4 の斜視図である。 図１６は両足をセット固定した使用状態での側面図である。 図１７は実施の第３の形態の変形例の側面図で、（ａ）が第１変形例の図、（ｂ）が第２変形例の図である。 図１８は実施の第４の形態の下肢機能訓練装置の正面である。 図１９は実施の第４の形態の下肢機能訓練装置の側面図である。 図２０は実施の第４の形態の下肢機能訓練装置の平面図である。 図２１は実施の第４の形態の前後移動で利用する使用状態での平面図である。 図２２は実施の第４の形態の説明図で、（ａ）が上下方向の揺動時の上限の図、（ｂ）が上下方向の揺動時の下限の図、（ｃ）が前後方向の往復動時の図である。

次に、本発明における下肢機能訓練装置の実施の第１の形態を図１ないし図８を用いて説明する。図１は実施の第１の形態の下肢機能訓練装置の斜視図である。図２は図１の正面図である。図３は図１の背面図である。図４は図２の A-A断面図である。図５は両足をセット固定した使用状態での側面図である。図６は底屈運動を行う状態を示す側面図である。図７は制御回路図である。図８は車輪とモーターとの接続が切られている場合のフローチャートである。なお、図２において、左右の後輪支持部材の図示は省略されている。また、図３においては、前輪支持部材の図示が省略されている。

足載板１は、木材（または必要に応じてプラスチックなど）によって平面略矩形で中空に形成されている。この足載板１は、両足５１ａ，５１ｂを載せることができる充分な広さの面積（例えば、縦25ｃｍ程度、横20ｃｍ程度の大きさ）を有している。したがって、障害者は椅子などに座した状態で、下肢神経の片麻痺、アキレス腱Ｋの断裂に起因する下肢筋力の低下、また骨折等の足関節ロ、または膝関節イの可動域等の障害のある一方の足５１ａと、障害のない健全な他方の足５１ｂとの両足５１ａ，５１ｂを載せることが出来る。

足載板１の上面には、滑り止め部１ａが必要に応じて設けられている。この滑り止め部１ａは、例えば凹凸を複数有するゴムシートを接着することにより形成されているが、足載板１がプラスチックなどで形成されている場合には、足載板１の上面に一体に形成してもよい。足載板１は中空の構造を成しているが、電線などで構成されている情報伝達経路１４を設置できれば中空でなくとも良い。

踵支持部品４は例えばプラスチック、皮、布等の帯状物で形成され、平面図示略Ｃ字状をしており、足載板１の後部上面に鋲着、釘着や取付ビス等で固定され、足載板１の上面に前記両足５１ａ，５１ｂを揃えて載置させた場合に、両足５１ａ，５１ｂの踵の後方への移動を阻止している。なお、踵支持部品４がプラスチックで形成されている場合には足載板１と一体に形成してもよい。また、この踵支持部品４から前方へ間隔を開けて、かつ、足載板１の長手方向の略中央位置には、左右の端部が足載板１に固着された締付けバンド３が設けられている。この締付けバンド３は、略中央部が取付金具３ｃを用いて足載板１の下面に固着されており、両端部は各々、足載板１の左右側面に各々設置された平面コ字状の誘導金具２ａ，２ｂを通過し、足載板１の上方に延在している。そして、締付けバンド３の左右両端部３ａ，３ｂは、互いに重ね合わされて、ベルベット・ファスナー，スナップ，ホック等の適宜係合手段によって着脱自在に係合される。この締付けバンド3 は１本の締付けバンドにより構成されているが、一端部が足載板１に固定されている２本の締付けバンドで構成されていることも可能である。この締付けバンド３は、両足５１ａ，５１ｂの甲を上側から覆い、両足５１ａ，５１ｂの上方および前方への移動を阻止している。この踵支持部品４および締付けバンド３により、両足５１ａ，５１ｂを足載板１に保持する保持手段３，４が構成されている。この保持手段３，４は、足載板１上に両足５１ａ，５１ｂを載置した状態で保持することができるならば、その構造や材質などは適宜変更可能である。さらに、患者が回復し、両足にそれぞれ力が入れられる状態に於いては、こうした両足に対する保持手段３，４は不要の場合もある。

足載板１の後部下側には、左右に各々後輪支持部材５，６が垂直軸８を揺動中心として揺動自在に取り付けられている。そして、左側の後輪支持部材５には、左側の後輪９が回転可能に取り付けられているとともに、この後輪９の回転速度を検出する移動速度検出装置としての速度センサー１６及び、左側の後輪９の回転にブレーキを掛けて停止させるブレーキ装置としてのブレーキ１７が設けられている。一方、右側の後輪支持部材６には、右側の後輪９が回転可能に取り付けられているとともに、この後輪９の往復動の回数を検出する往復動回数検出装置としての回数検知センサー１８及び、右側の後輪９の回転にブレーキを掛けて停止させるブレーキ１７が設けられている。後輪９は前後方向に回転しながら移動するが、後輪支持部材５，６が左右に揺動することにより、左右に傾斜しながら前後方向に移動可能である。この後輪支持部材５，６の揺動角度は、（たとえば、前後方向を中心として左右へ各10度程度の範囲に）規制されており、真横に移動することはない。

また、足載板１の前部下側には、前輪支持部材７が垂直軸８を揺動中心として揺動自在に取り付けられている。この前輪支持部材７には、左右の前輪１１が回転可能に取り付けられているとともに、この前輪１１を回転駆動するモーター１９及び、前輪１１の回転にブレーキを掛けて停止させるブレーキ１７が設けられている。前輪１１は、前述の後輪９と同様に、前輪支持部材７が左右に揺動することにより、左右に傾斜しながら前後方向に移動可能である。この前輪支持部材７の揺動角度は、（たとえば、前後方向を中心として左右へ各10度程度の範囲に）規制されており、真横に移動することはない。

この様に、前輪１１および後輪９を左右に角度を規制した状態で揺動可能とした理由を説明する。この下肢機能訓練装置は、前後方向の運動を検知し、利用するため、左右方向への動きは制限する必要がある。しかし、障害のある一方の足５１ａと障害のない健全な他方の足５１ｂとの両足を載置するため、健全な他方の足５１ｂの力が強く障害のある一方の足５１ａの方向に運動の進行方向が偏向しがちである。この場合、完全に直進するよう規正すると、自然な運動ではなく矯正運動になってしまい、障害のある一方の足５１ａに大きな負荷が掛かり、訓練や運動の継続が困難になることがあり得る。そこで経験的に、こうした訓練や運動の継続の困難性を排除するために、中心から左右に約１０度程度の角度で斜行することができるように前輪１１および後輪９の左右の揺動角度を規制している。なお、訓練の指導者が必要性を認め、矯正運動（硬縮を起こし異常な形態になっている部位を正常な形になるよう行う矯正を運動をもって行うこと）が必要なときには、車輪１１，９を、左右方向の揺動が不能で、前後方向にのみ動く固定車輪として、矯正運動に利用することが出来る。

そして、下肢機能訓練装置には、マイコンなどで構成されている制御装置２０が設けられ、入力側には情報伝達経路１４を介して速度センサー１６および回数検知センサー１８が接続され、一方、出力側には情報伝達経路１４を介してブレーキ１７、モーター１９および外部出力装置９１が接続されている。なお、外部出力装置９１は必ずしも設ける必要はないが、この外部出力装置９１により、速度センサー１６および回数検知センサー１８の検出値を外部に出力することができる。速度センサー１６は、後輪９の回転速度すなわち、足載板１の移動速度を検出している。足載板１は往復動しており、移動の向きが交互に変更されているが、速度センサー１６は、足載板１の移動速度の絶対値を出力している。制御装置２０にはタイマー２０ａが内蔵されており、速度センサー１６で検出された速度の一定間隔毎（たとえば一定時間毎や、足載板１の前方への移動中）の平均値を算出することができる。さらに、速度設定スイッチ５ｂにより、足載板１の移動速度の平均値の最低値を制御装置２０に設定することができる。また、往復動回数設定６ｂにより、足載板１の往復動の最大値を制御装置２０に設定することができる。

患者の状態に応じて、速度設定スイッチ５ｂにより、最小の１秒間５ｃｍの速度から１秒間３０ｃｍの速度までは５ｃｍ刻みで、１秒間３０ｃｍの速度から１秒間５０ｃｍの速度までは１０ｃｍ刻みで、制御装置２０に設定することができる。そして、速度設定スイッチ５ｂにより設定された速度を、制御装置２０で算出した平均速度が下回った場合は、制御装置２０が全部のブレーキ１７を作動させて後輪９および前輪１１にブレーキを掛けて停止させる。そして、解除スイッチ７ｉを作動させないと、ブレーキ１７は解除せず、再度運動はできない。

回数検知センサー１８は、後輪９の往復動すなわち足載板１の往復動の回数を検出しており、検知した回数を制御装置２０に出力している。この制御装置２０は、回数検知センサー１８からの往復動の回数と、往復動回数設定６ｂにより設定されている設定値とを比較して、回数検知センサー１８の検出値が設定値に達すると、全部のブレーキ１７を作動させて後輪９および前輪１１にブレーキを掛けて停止させる。そして、解除スイッチ７ｉを作動させないと、ブレーキ１７は解除せず、再度運動はできない。往復動回数設定６ｂにより、運動を成すべき回数を最小で10回、最大で50回に10回毎を基準にして制御装置２０に設定している。なお、制御装置の部品の配置や構造は、適宜変更可能であり、速度センサー１６と回数検知センサー１８とを同じユニットに混載して配置することができる。

前輪支持部材７には、電源スイッチ７ｂ、強制移動速度設定スイッチ７ｆ、強制往復動回数設定スイッチ７ｊ、抵抗付加制御スイッチ７ｅおよび全ての制御の解除スイッチ７ｉが前面に配置されている。また、前輪支持部材７の内部には、電源としての電池収納部７ｃおよび、前輪１１の負荷装置および駆動装置としてのモーター１９とが設けられており、この実施の第１の形態の下肢機能訓練装置は自動他動訓練器としての機能を有している。すなわち、強制移動速度設定スイッチ７ｆで制御装置２０に、最小で１秒間５ｃｍの速度から１秒間３０ｃｍの速度までの５ｃｍ刻みの速度（前方に移動する際の最大速度）を設定し、かつ、強制往復動回数設定スイッチ７ｊで制御装置２０に最小で10回から最大で50回までの10回刻みの足載板１の往復動の回数を設定する。すると、制御装置２０はモーター１９を駆動して、足載板１を設定速度で往復動させるとともに、往復動の回数が設定値になると、モーター１９を停止させて足載板１の移動を停止させている。この様にして、自動的に患者に運動を行わしめることができる。なお、前述の自己他動運動を成す場合は、モーター１９と前輪１１との伝達機構は、クラッチなどにより接続が切られており、モーター１９の負荷は伝達されていない。駆動装置はモーター１９となっているが、エンジンなど他の動力源でも良い。また、電池収納部７ｃは、電池による利用となっているが、充電式の電池など他の電源でも良い。

抵抗のない状態から訓練を開始し、患者の機能に改善が見られ、負荷をかけ訓練をする必要が認められる場合は、抵抗付加制御スイッチ７e で0.5 ｋｇ〜2.5
ｋｇまでの0.5 ｋｇ刻みで制御装置２０に設定することができ、制御装置２０は、この設定値に基づいてモーター１９の回転から生まれる負荷などを前輪１１に抵抗として付加する。

実施の第１の形態の下肢機能訓練装置はこの様に構成されているので、例えば脳卒中後の片麻痺、アキレス腱K の断製等の筋力の低下、下肢の骨折等の足関節ロの可動域の障害が一方の足５１ａにある場合には、椅子に座し、この障害のある足５１ａと、障害のない健全な他方の足５１ｂとの両足５１ａ，５１ｂとを備えて踵Ａ１を踵支持部品４に当接させるとともに足先Ａ２を締付けバンド３によって蹄付けて両足５１ａ，５１ｂに履くようにして足載板１に両足５１ａ，５１ｂを揃えてセット固定させる( 図５の実線および破線参照) 。このように両足５１ａ，５１ｂを足載板１にセット固定させるのに、踵Ａ１を踵支持部品４に係止させるとともに、足先Ａ２を締付けバンド３に係止させれば良いので、障害者の足の大小に対応して両足５１ａ，５１ｂを足載板１の上面に揃えて容易にセット固定できる。而して第２図の実線および破線の状態から、健全な足５１ｂによって障害のある他方の足５１ａを介助して過度の負担が加わらないように、障害の程度に応じて自らの動きを制御しながら徐々に力を加えて足載板１を車輪９，１１を回転させて前後方向に水平に移動させ、下肢を伸縮し、下肢筋力を増強させたり、膝関節イおよび足関節口の可動域を広げて足関節ロの底背屈の運動および膝関節イの屈伸運動とを行うとともに訓練を行う。すなわち、両足５１ａ，５１ｂをセット固定させた足載板１を図６に図示の如く、前方向に移動させた場合には、膝関節イは略90度から開いて伸び、下肢筋としての四頭筋Ｌは縮み、前脛骨筋Ｍは伸び、腓腹筋Ｎおよびアキレス腱Ｋは縮んで足関節ロは底屈する。このように膝関節イおよび足関節口の伸縮により足載板１が前後方向に移動した場合に、足載板１はその下面に設けた車輪９，１１の４個によって前後、左右が水平に支持されているから、横揺れがなく、安定に移動するとともに両足５１ａ，５１ｂは保持手段としての踵支持部品４と締付けバンド３とによって締め付けられて足載板１の上に保持されるとともに足載板１の上には滑り止め部１ａが形成されているから、足載板１に対して両足５１ａ，５１ｂは滑動することなく、足載板１と一体に移動し、両足５１ａ，５１ｂのかかる負担は少なくなる。

以上のような運動の効果は、障害の改善につながるが、障害者は、一日も早く回復したいという願いと持ち、何回でも運動の適当量の範囲を超えて、運動をなす事により、予期される改善を得られない事の無いよう、運動を成すべき回数を回数検知センサー１８で検知する（図８のステップ１）とともに、運動を成すべき回数を往復動回数設定６ｂの操作で制御装置２０に最小で10回最大で50回程度をあらかじめ設定することにより、該回数の運動を成した場合（ステップ３）は自動的に停止する（ステップ５）ので障害の改善につながる。
同様に利用時において運動の速度は個人毎に差異はあるが、通常一定の速度から疲労により速度が低下する。そこで、足載板１の移動速度を速度センサー１６で検知し（ステップ２）、速度設定スイッチ５ｂの操作で、最小で１秒間５ｃｍの速度から１秒間３０ｃｍの速度に５ｃｍ刻みの範囲で、あらかじめ制御装置２０に設定することにより、設定速度を下回る平均速度を検知した場合（ステップ４）には疲れが原因と判断し、ブレーキ機構の働きにより停止する（ステップ５）ので障害の改善につながる。

抵抗のない状態から訓練を開始し、患者の機能に改善が見られ、負荷をかけ訓練をする必要が認められる場合行う運動は、抵抗付加制御スイッチ７ｅにより、モーター１９の回転から生まれる負荷を車軸１１に0.5 ｋｇ〜2.5 ｋｇまでの0.5 ｋｇ刻みで抵抗（すなわち負荷）として付加できるよう設定できるのでより一層利用者の範囲が広がり、高い効果が得られる。
さらに障害の程度の重い障害者で静止状態の運動器を自己の健側の下肢の運動により、機器を動かす事ができず、自己他動運動を成し得ない場合でも、自動他動訓練器としての機能が付与されたので、強制移動速度設定スイッチ７ｆで設定した最小で１秒間５ｃｍの速度から１秒間３０ｃｍの速度までの５ｃｍ刻みの速度で自動的に運動を成し、強制往復動回数設定スイッチ７ｊで指定の回数、すなわち最小で10回、最大で50回の10回刻みの回数で設定されて停止する制御機能を持ったことにより、他動運動を代替する機器としての機能を持ち、著しく効用が高まった。

次に、実施の第２の形態について、図９ないし図１３を用いて説明する。図９は実施の第２の形態の足載板の斜視図である。図１０は実施の第２の形態の足載板移動台の斜視図である。図１１は実施の第２の形態の斜視図である。図１２は実施の第２の形態の側面図である。図１３は使用状態における実施の第２の形態の斜視図である。なお、この第２の形態の説明において、前記第１の形態の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

実施の第２の形態は足載板１と、計測機能部としての足載板移動台２２とからなり、足載板１と足載板移動台２２を組み合わせて利用し、実施の第１の形態と同様の機能を実現する。
この実施の形態における足載板１は、実施の第１の形態と同様に、踵支持部品４および締付けバンド３などが設けられている。また、足載板１の下面には適宜数個の車輪２１が左右方向に回転自在に動くように設けられている。本下肢機能訓練器は、前後方向の運動を検知し、利用するため、左右方向への動きは制限する必要がある。しかし、実施の第１の形態と同様に、障害のある一方の足５１ａと障害のない健全な他方の足５１ｂとの両足を足載板１に載置するため、健全な他方の足５１ｂの力が強く障害のある一方の足５１ａの方向に運動の進行方向が偏向しがちである。この場合全く直進するよう規正すると、自然な運動ではなく矯正運動になってしまい、障害のある一方の足５１ａに大きな負荷が掛かり、訓練や運動の継続が困難になることがあり得る。そこで、こうした訓練や運動の継続の困難性を排除するために、足載板１に左右方向へ回転移動する車輪２１を設けた。そして、前側の２個の車輪２１は足載板移動台２２の前側の車輪受け２３ａに、一方、後側の２個の車輪２１は足載板移動台２２の後側の車輪受け２３ｂに嵌め込んで設置する。車輪２１の個数は、左右に動くために有効であれば、適宜選択可能である。また、訓練の指導者が必要性を認め、矯正運動が必要なときには、車輪２１を用いず、矯正運動に利用することが出来る。

足載板移動台２２は、上面が開口している箱体２２ａと、車輪受け２３ａ，２３ｂと、この車輪受け２３ａ，２３ｂが固定されている無端状の前後方向移動ベルト２４と、この移動ベルト２４を案内するとともに箱体２２ａに回転可能に支持されている数個の誘導ローラー２５ｂと、移動ベルト２４を駆動するとともに箱体２２ａに回転可能に支持されている駆動ローラー２５ａと、移動速度検出装置としての速度センサー２６（実施の第１の形態の速度センサー１６に対応）と、往復動回数検出装置としての回数検知センサー２７（実施の第１の形態の回数検知センサー１８に対応）と、移動ベルトブレーキローラー２８ａと、ブレーキ装置としてのブレーキ２８（実施の第１の形態のブレーキ１７に対応）と、負荷装置および駆動装置としてのモーター２９（実施の第１の形態のモーター１９に対応）と、電源スイッチ２９ａと、抵抗付加制御スイッチ２９ｂ（実施の第１の形態の抵抗付加制御スイッチ７ｅに対応）と、強制移動速度設定スイッチ３０ａ（実施の第１の形態の強制移動速度設定スイッチ７ｆに対応）と、強制往復動回数設定スイッチ３１ａ（実施の第１の形態の強制往復動回数設定スイッチ７ｊに対応）と、速度設定スイッチ３２ａ（実施の第１の形態の速度設定スイッチ５ｂに対応）と、速度外部出力装置３２ｂと、往復動回数設定３３ａ（実施の第１の形態の往復動回数設定６ｂに対応）と、往復動回数外部出力装置３３ｂと、電池収納部３４と、全ての制御の解除スイッチ３４ａ（実施の第１の形態の解除スイッチ７ｉに対応）と、外部電源端子３４ｂと、情報伝達経路３５（実施の第１の形態の情報伝達経路１４に対応）と、制御装置２０とからなる。なお、実施の第１の形態の部材と対応する実施の第２の形態の各部材は、同様な作用を奏しており、その作用の詳細については割愛する。

箱体２２ａはプラスチック製であるが、木製又は金属製などでも可能であり、内部にローラー２５などの部品を取り付けることができ、移動や利用の際に内部を保護できる強度があれば何でも良く、略長方形で上方は覆われることなく解放され、略前後1 メートル左右60センチメートル高さ30センチメートルの大きさに形成され、計測機能部を内部に収容する。
移動ベルト２４は、本実施例においては12個の移動ベルト誘導ローラー２５ｂと１個の移動ベルト駆動ローラー２５ｂにより回転自在に動くよう構成され、前後方向移動ベルト２４に設置された車輪受け２３ａ，２３ｂに足載板１を取り付け、前後方向に水平に移動させ、下肢を伸縮し、実施の第１の形態と同様に、健全な他方の足５１ｂの力で、障害のある一方の足５１ａの下肢筋力を増強させたり、膝関節イおよび足関節口の可動域を広げて足関節ロの底背屈の運動および膝関節イの屈伸運動を行うとともに訓練を行う。自己他動運動と自動他動運動と負荷運動を実現する。前後方向移動ベルト２４は耐久性があり、移動ベルト誘導ローラー２５ｂおよび移動ベルト駆動ローラー２５ａが回転することにより自在に動く素材で形成されている。また、移動ベルトブレーキローラー２８ａは、通常は移動ベルト２４に接触していないが、ブレーキをかけるときに移動ベルト２４に接触し、停止させる。移動ベルト２４は、金属を織り込んだ合成繊維であるが、チェーン構造の金属で駆動部を接続しても良い。また、移動ベルト２４は皮革、繊維など摩擦により、回転を移動ベルト誘導ローラー２５ｂと移動ベルト駆動ローラー２５ａとに伝達し、伝達される素材なら何でも良い。

誘導ローラー２５ｂは12個設けられ、足載板１の動きによって動く前後方向移動ベルト２４に追随して回転している。この誘導ローラー２５ｂの１つには速度センサー２６が取り付けられており、また、誘導ローラー２５ｂの内の他の１つには回数検知センサー２７が取り付けられている。さらに、移動ベルトブレーキローラー２８ａは、ブレーキ２８が取り付けられており、ブレーキ２８と移動ベルトブレーキローラー２８ａとでブレーキ装置を構成している。この実施の形態においては、３つのローラーに分けて、速度センサー２６、回数検知センサー２７またはブレーキ２８の何れか１個を設置したが、１個のローラーに速度センサー２６、回数検知センサー２７およびブレーキ２８を取り付けることも可能である。

移動ベルト駆動ローラー２５ａはモーター２９に接続され、モーター２９の稼働により、移動ベルト駆動ローラー２５ａが回転し、この移動ベルト駆動ローラー２５ａの回転に伴って移動ベルト２４や足載板１が前後方向に往復動し、実施の第１の形態と同様に、自動他動運動と負荷運動を実現している。
速度センサー２６は実施の第１の形態の速度センサー１６に対応しており、誘導ローラー２５の回転速度を検知することにより、足載板１の移動速度を検出している。速度外部出力装置３２ｂは速度センサー１６の検出値を外部へ出力するソケットである。この実施の第２の形態においてはDOS/V 用のシリアルポートの構造をなしているが、検出値を外部へ出力できればどのような端子でも良い。

回数検知センサー２７は誘導ローラー２５ｂの１個の動きを検知し、足載板１の往復動の回数を検出している。往復動回数外部出力装置３３ｂは回数検知センサー２７の検出値を外部へ出力するソケットである。この実施の第２の形態においてはDOS/V 用のシリアルポートの構造をなしているが、回数の検知数値を外部へ出力できればどのような端子でも良い。
ブレーキ２８は移動ベルト２４を制動し停止させるためのものであり、解除スイッチ３４ａからの信号により解除される。したがって、ブレーキ２８は解除スイッチ３４ａが操作されない限り、ブレーキ作動が解除されず、患者は再度運動できない。

制御装置２０には、入力側には情報伝達経路３５を介して速度センサー２６および回数検知センサー２７が接続され、一方、出力側には情報伝達経路３５を介してブレーキ２８、モーター２９および外部出力装置３２ｂ，３３ｂが接続されている。また、抵抗付加制御スイッチ２９ｂ、強制移動速度設定スイッチ３０ａ、強制往復動回数設定スイッチ３１ａ、速度設定スイッチ３２ａ、往復動回数設定３３ａおよび解除スイッチ３４ａが制御装置２０に接続されている。そして、足載板１の移動が、実施の第１の形態では車輪９，１１で行われているのに対して、実施の第２の形態では移動ベルト２４で行われている点で相違しているが、同様な作動を行っている。そして、実施の第１の形態と同様に、効果的な自己他動運動、自動他動運動、負荷運動が行えるばかりでなく、前後動の数値の検知に関しては、斜行が検知数値としては制限され、移動ベルト２４の利用により前後動について正確な数値を検出できることから、運動器ばかりでなく、研究用の数値を出力しうる構造になっている。

前述のように、下肢機能訓練装置は、足載板１と、この足載板１の下面に設けられているとともに左右方向に回動しながら移動する車輪２１と、この車輪２１を左右方向に移動可能な状態で受け入れるとともに前後方向に往復動可能な車輪受け２３ａ，２３ｂと、この車輪受け２３ａ，２３ｂの移動速度を検出する速度センサー２６と、この速度センサー２６が検出した前後方向の移動速度の平均値または、一定間隔内の最高速度が設定値よりも小さくなると車輪受け２３ａ，２３ｂの前後方向の移動にブレーキを掛けるブレーキ装置とを備えている。したがって、患者の疲れてくると、足載板１の前後方向の移動にブレーキが掛かり、過度の運動を防止することができる。また、速度センサー２６は車輪受け２３ａ，２３ｂの前後方向の移動を検出しているので、足載板１の左右方向の移動が、速度センサー２６の検出値に影響を与えることを防止できる。その結果、速度センサー２６は車輪受け２３ａ，２３ｂすなわち足載板１の前後方向の移動速度を正確に検出することができる。

次に、本発明における下肢機能訓練装置の実施の第３の形態を図１４ないし図１７を用いて説明する。図１4 は実施の第３の形態の下肢機能訓練装置の側面図である。図１５は図１4 の斜視図である。図１６は両足をセット固定した使用状態での側面図である。図１７は実施の第３の形態の変形例の側面図で、（ａ）が第１変形例の図、（ｂ）が第２変形例の図である。

足載板３０１は、プラスチック（または木材必要に応じてなど）によって平面略矩形で中空に形成されている。この足載板３０１は、図１６に示すように両足を載せることができる充分な広さの面積（例えば、縦25ｃｍ程度、横20ｃｍ程度の大きさ）を有している。したがって、障害者は椅子などに座した状態で、下肢神経の片麻痺、アキレス腱の断裂に起因する下肢筋力の低下、また骨折等の足関節、または膝関節の可動域等の障害のある一方の足と、障害のない健全な他方の足との両足を載せることが出来る。

踵支持部品３０４は足載板３０１と一体で構成されている。図１６に示す両足の踵の後方への移動を阻止している。なお、足載板３０１が木材等で形成されている場合、踵支持部品３０４は足載板３０１と分離して形成してもよい。また、この踵支持部品３０４から前方へ間隔を開けて、かつ、足載板３０１の長手方向の略中央位置には、左右の端部が足載板３０１に固着された締付けバンド３０２が設けられている。この締付けバンド３０２は、足載板３０１の下面を通り、両端部は各々、足載板３０１の左右側面に各々設置された平面コ字状の誘導金具３０３を通過し、足載板３０１の上方に延在している。そして、締付けバンド３０２の左右両端部３０２ａは、互いに重ね合わされて、ベルベット・ファスナー，スナップ，ホック等の適宜係合手段によって着脱自在に係合される。この締付けバンド３０２は、１本の締付けバンドにより構成されているが、一端部が足載板３０１に固定されている２本の締付けバンドで構成されていることも可能である。締付けバンド３０２は、図１６に示すように両足の上方および前方への移動を阻止している。この踵支持部品２０４および締付けバンド３０２により、図１６に示すように両足を足載板３０１に保持する保持手段が構成されている。この保持手段３０２，３０４は、足載板３０１上に図１６に示すように両足を載置した状態で保持することができるならば、その構造や材質などは適宜変更可能である。患者が回復し両足にそれぞれ力が入れられる状態に於いてはこうした両足に対する保持手段は不要の場合もある。

足載板３０１の下側には、負荷装置３０５が取り付けられている。この実施の第３の形態において負荷装置３０５は取り替え可能なバネ材である。この実施の第３の形態に於ける負荷装置３０５の弾性体としてのバネ材は、自己他動運動に適応した、足の重さ（たとえば、約１５kg）と足先に掛かるの力（たとえば、約４ｋｇ）との合計の力程度（たとえば、約２０ｋｇ）で反発する負荷を与える負荷装置である。患者の状況によって、特に自己他動運動ではなく負荷運動そして筋力強化運動の場合は約２０ｋｇを越える負荷でも良い。図１４ないし図１６の負荷装置は圧縮バネであるが、図１７（ａ）の負荷装置は引っ張りバネ３０５ａで、図１７ｂの負荷装置はゴム紐など弾性索３０５ｂであり、足載板３０１を引き上げる負荷装置となっている。

負荷装置３０５は、足載板３０１の下面の略中央に設けられた設置用凹部３０１ａに取付用回転ビス３０６により３箇所で固定される。他方は下肢機能訓練装置カバー３１０に設けられた取付用凸部３１５の上部に設けられた設置用凹部３１４に取付用回転ビス３０６により３箇所で固定される。

傾斜角度確定用保持装置３０７はヒモである。この傾斜角度確定用保持装置３０７により、足載板３０１が水平線となす角度は、自己他動運動に望ましい最大角度３７度〜３８度から最小角度略０度までの範囲となる。そして、足載板３０１はこの範囲で揺動可能となる。傾斜角度確定用保持装置３０７の上部は足載板３０１に糊ずけ固定されている。一方、傾斜角度確定用保持装置３０７の下部は、取付ビス３０８で下肢機能訓練装置カバー３１０に設けられた取付用凸部３１５の上部に固着されており、負荷装置３０５を取付用回転ビス３０６により固定しやすくなっている。

また、足載板３０１は、下肢機能訓練装置カバー３１０の軸受け部３１６とブレーキ収納軸受け３１１とで、足載板３０１の外側に一体に設けられた足載板回転部３０９を中心として揺動自在に保持される。足載板回転部３０９はブレーキ収納軸受け３１１を貫通し、この足載板回転部３０９の端部に加速度検知装置３１２が取り付けている。

そして、下肢機能訓練装置には、マイコンなどで構成されている制御装置３２０が設けられ、この制御装置３２０の入力側には情報伝達経路３１３を介して加速度検知装置３１２が接続され、一方、出力側には情報伝達経路を介してブレーキ３２１、駆動装置としてのモーター３２２、表示装置３２７、アンテナ３３２および外部出力装置３２６などが接続されている。なお、アンテナ３３２および外部出力装置３２６は必ずしも設ける必要はないが、このアンテナ３３２および外部出力装置３２６により、加速度検知装置３１２の検出値などを外部に出力することができる。

加速度検知装置３１２は、足載板３０１が下方に踏み込まれる際の加速度を検知する。検知した加速度はマイコンからなる制御装置３２０へ接続経路３１３を介して伝達される。制御装置３２０では、加速度検知装置３１２から加速度の信号が入力される度にカウントしており、足載板３０１の揺動回数を生成している。そして、制御装置３２０は、加速度検知装置３１２から入力された加速度および足載板３０１の揺動回数を記憶部にデーターとして記憶し、必要に応じて適宜出力する。

また、制御装置３２０は加速度コントロール機能を有しており、加速度検知装置３１２で検出された加速度が、予め設定されている設定値である一定基準（たとえば一定時間毎の最大加速度）またはスイッチ３３１で設定された加速度を越えた場合、警報信号を出力し、警報装置を駆動させる。たとえば、ブザーを鳴らしたり、表示装置３２７を点滅させること又はアンテナ３３２からデーターを発信する事ができる。この警報により、介護者は負荷装置３０５の強さを適宜最適なものに変更することができる。

さらに、制御装置３２０は、前述の様に、足載板３０１の揺動回数をカウントしており、この揺動回数が一定基準（たとえば、約２０回）または設定スイッチ３２９で設定した回数を越えた場合、停止信号をブレーキ３２１に出力する。ブレーキ３２１は、停止信号を受けると、足載板回転部３０９にブレーキを掛け、揺動を停止させる。このブレーキ３２１はこの実施の第３の形態の場合、スイッチ３２１ａを手動で操作して解除する。スイッチを切り替えて利用するのは、患者が容易に継続的に過度な運動をしないような配慮である。ブレーキを解除せずに、再度運動はできない。
この実施の第３の形態における表示装置３２７はデジタル表示画面であるが、揺動回数の表示、加速度の表示や警告などが行えれば、どのような表示装置でも良い。また、外部出力装置３２６はこの実施の第３の形態の場合10ベースＴであるがどのような形態でも良い。アンテナ３３２は入力された加速度と回数を出力するが、リモートコントロールで、ブレーキ３２１をかける際の加速度や揺動回数などを制御装置３２０に設定することもできる。
収納部３２３は電池の収納部を示している。また、外部電力の入力部３２４も設けられている。電池は、充電式でも、非充電式でも可能である。そして、電池が充電式の場合には、外部電力の入力部３２４から充電することが可能とすることができる。
また、モーター３２２により、足載板３０１を強制的に揺動させることも可能である。

実施の第３の形態の下肢機能訓練装置はこの様に構成されているので、例えば、脳卒中後の片麻痺、アキレス腱の断裂等の筋力の低下、下肢の骨折等の足関節の可動域の障害が一方の足にある場合には、椅子に座し、この障害のある足と、障害のない健全な他方の足との両足とを備えて踵を踵支持部品３０４に当接させるとともに足先を締付けバンド３０２によって締めつけ、両足に履くようにして足載板３０１に両足を揃えてセット固定させる( 図１６参照) 。
このように両足を足載板３０１にセット固定させるのに、踵を踵支持部品３０４に係止させるとともに、足先を締付けバンド３０２に係止させれば良いので、障害者の足の大小に対応して両足を足載板３０１の上面に揃えて容易にセット固定できる。而して図１６に図示するように、健全な足によって障害のある他方の足を介助して過度の負担が加わらないように、障害の程度に応じて自らの動きを制御しながら徐々に力を加えて足載板３０１を図１６の矢印で示す方向に揺動させ、下肢を伸縮し、下肢筋力を増強させたり、足関節の可動域を広げて足関節の底背屈の運動を行うとともに訓練を行う。

図１７（ａ）に示す例は、前記負荷装置３０５のバネ材の様に、下方から上方に加重を負荷するのではなく、上方から引き上げる形態で負荷することが可能であることを示している。枠体３１７は下肢訓練装置を内包できる枠体であり、踵部を載置する方向は開放空間であって、自由に利用できる必要がある。また枠体３１７の両サイドカバーに掛け渡されている確保材３１９は負荷装置３０５ａを設置するのに充分な力強度、たとえば、60ｋｇ程度で引いたときに壊れない強度を持っていればよい。
図１７（ｂ）に示す例は踵部付近に柱を設置し、負荷装置３０５ｂを設置し利用することが可能であることを示している。柱３１８は負荷装置３０５ｂを設置し利用するのに充分な強度、たとえば、60ｋｇ程度で引いたときに壊れない強度を持っていれば１本でも２本でもよい。
この実施の第３の形態に於いて、負荷装置３０５はバネ材で有るが油圧、空気圧、ゴムなど負荷をかけることができ、かつ反発力がある部材で有ればどのような部材でも可能である。

以上のような運動の効果は、障害の改善につながる。しかしながら、障害者は、一日も早く回復したいという願いを持ち、何回でも運動を行い、適正量の範囲を超えて、運動をなすことがある。そのため、予期される改善が得られないことがある。このようなことがないよう、運動を成すべき回数を、制御装置３２０でブレーキ３２１を作動させることにより、適正な値に規制している。この回数は、設定スイッチ３２９を操作することにより行われ、この操作により、制御装置３２０に、たとえば、最小で約10回最大で約50回程度をあらかじめ設定することができる。そして、制御装置３２０は設定回数になると、ブレーキ３２１を作動させて、足載板３０１の揺動を停止させている。

次に、実施の第４の形態について、図１８ないし図２２を用いて説明する。
図１８は実施の第４の形態の下肢機能訓練装置の正面である。図１９は実施の第４の形態の下肢機能訓練装置の側面図である。図２０は実施の第４の形態の下肢機能訓練装置の平面図である。図２１は実施の第４の形態の前後移動で利用する使用状態での平面図である。なお、図２１において、接触センサーは省略してある。図２２は実施の第４の形態の説明図で、（ａ）が上下方向の揺動時の上限の図、（ｂ）が上下方向の揺動時の下限の図、（ｃ）が前後方向の往復動時の図である。

足載板４０１は、木材（または必要に応じてプラスチックなど）によって平面略矩形に形成されている。この足載板４０１は、実施の第１の形態から実施の第３の形態に示す足載板と同様である。両足を載せることができる充分な広さの面積（例えば、縦25ｃｍ程度、横20ｃｍ程度の大きさ）を有している。したがって、障害者は椅子などに座した状態で、下肢神経の片麻痺、アキレス腱の断裂に起因する下肢筋力の低下、また骨折等の足関節、または膝関節の可動域等の障害のある一方の足と、障害のない健全な他方の足との両足を載せることが出来る。

踵支持部品４０３は例えばプラスチック、皮、布等の帯状物で形成され、実施の第１の形態から実施の第３の形態踵支持部品と同様である。平面図示略Ｃ字状をしており、足載板４０１の後部上面に鋲着、釘着や取付ビス等で固定され、足載板４０１の上面に前記両足を揃えて載置させた場合に、両足の踵の後方への移動を阻止している。なお、踵支持部品４０３がプラスチックで形成されている場合には足載板４０１と一体に形成してもよい。また、この踵支持部品４０３から前方へ間隔を開けて、かつ、足載板４０１の長手方向の略中央位置には、左右の端部が足載板４０１に固着された締付けバンド４０２が設けられている。この締付けバンド４０２は、足載板４０１の下面を通り、両端部は各々、足載板４０１の左右側面に各々設置された平面コ字状の誘導金具４０２ａを通過し、足載板４０１の上方に延在している。

そして、締付けバンド４０２の左右両端部は、互いに重ね合わされて、ベルベット・ファスナー，スナップ，ホック等の適宜係合手段によって着脱自在に係合される。この締付けバンド４０２は１本の締付けバンドにより構成されているが、一端部が足載板４０１に固定されている２本の締付けバンドで構成されていることも可能である。この締付けバンド４０２は、両足の甲を上側から覆い、両足の上方および前方への移動を阻止している。この踵支持部品４０３および締付けバンド４０２により、両足を足載板４０１に保持する保持手段４０２，４０３が構成されている。この保持手段４０２，４０３は、足載板４０１上に両足を載置した状態で保持することができるならば、その構造や材質などは適宜変更可能である。なお、患者が回復し両足にそれぞれ力が入れられる状態に於いてはこうした両足に対する保持手段は不要の場合もある。

足載板４０１の前部下側には、左右に各々足載板支持部材４０６ａが足載板支持部材確保ビス４０５により設置されている。足載板支持部材４０６ａの下端部は、後保持軸４５７に揺動自在に取り付けられているとともに、引っ張りバネなどからなる負荷装置４０６ｂが取り付けられている。なお、後保持軸４５７は足載板支持部材４０６ａに対して回転することができる。そして、この負荷装置４０６ｂで、足載板支持部材４０６ａの前側が跳ね上がる方向に付勢されている。後保持軸４５７は、左右の軸保持装置452a,452b に設けられたスライド部としての長穴に、回転およびスライド可能に保持されている。この後保持軸４５７は一端が保持軸留め金455bでネジ止めされ保持され、他端が加速度検知装置４５０で抜け止めされている。軸保持装置452a,452b の長孔は下肢機能訓練装置の底面に対し平行に設置される。

この後保持軸４５７は、回転しながら前後方向にスライド可能であるとともに、足載板４０１および足載板支持部材４０６ａが揺動する際の揺動軸となる。患者は、足載板４０１に足を載せ、負荷装置４０６ｂの付勢力に抗して下方に押圧し、ついで、足載板４０１に加えた押圧力を減少させて、負荷装置４０６ｂの付勢力で足載板４０１を上方に移動させている。ついで、再び、負荷装置４０６ｂの付勢力に抗して下方に押圧している。この様にして、上下方向の揺動を繰り返している。また、後保持軸４５７は、足載板４０１が上下方向に揺動するとき、図２０に示す前側の位置から、図２１に示す後側の位置まで前後運動をなす。加速度検知装置４５０は、後保持軸４５７の前後運動の加速度を一方向（前方向または後方向）について検知する。検知した加速度はマイコンからなる制御装置４２９へ接続経路４１２を介して伝達される。制御装置４２９では、加速度検知装置４５０から加速度の信号が入力される度にカウントしており、足載板４０１の往復動回数を生成している。そして、制御装置４２９は、加速度検知装置４５０から入力された加速度および足載板４０１の往復動回数を記憶部にデーターとして記憶し、必要に応じて適宜出力する。また加速度でなく一方向についての速度を検知し、速度と新たな速度が発生した回数を利用することもできる。

また、足載板４０１の前部下側には、足載板支持部材４０６ａの前方に、前保持軸４５６に係脱自在に係合する軸保持部材４０４が設置されている。軸保持部材４０４は前保持軸４５６を回転自在に確保し、足載板４０１に掛けられる荷重に耐え、足載板４０１を水平に確保できる構造である。この実施の第４の形態に於いては、軸保持部材４０４を前保持軸４５６にはめ込んだ後にピン針金等で確保することもできる構造になっているが、荷重に耐え、水平に確保できる構造になっていればどのような構造でも良い。

足載板４０１の上面には、上下左右に各々の接触センサー407a,407b,407c,407d が総計４枚設置され、これらの接触センサー407a,407b,407c,407d は、ものが接触すると検知して、検知信号を出力する。足載板４０１が上方に約40度、この実施の第４の形態に於いては37.5度の角度で上方に向いて設置されているが、健常な足は載置すると上下のセンサーに同時に接触する。しかし、拘縮のある足は同時に接触することが出来ない。足載板４０１の水平となす角度は変化し、拘縮のある足の足先部と踵部の接触が接触センサー407a,407b,407c,407d により検知されると、検知信号が電線コードなどの情報伝達具４１２を介して制御装置４２９に送信される。我々の研究により、足載板４０１は前後方向と上下方向の移動が、足関節底屈37度から始まり、膝関節屈曲118 度まで可能である事を確認した。これにより患者自身の自己他動運動または介助者の他動運動により、前記角度の間の拘縮を持つ患者の関節可動域の評価を行うことができる。

この実施の第４の形態の外構は一体構造であり、透明なプラスチックで構成されている。前面及び後面は運動阻害しないように開放空間となっている。前面下部４１０ａはスイッチ部を設置するため不透明に彩色されている。側面部４１０の右側面部に情報伝達具４１２を安定的に取り付ける情報伝達具安定取付具４１１が設置してある。左側面部にはカメラ４３０と情報伝達経路４３１が設置されている。前面上部に情報を出入力するアンテナ４１０ｂが設置され、このアンテナ４１０ｂは、側面上部前方で両側面部４１０を互いに連結しているので、構造を強化する目的を果たしている。底面下部にはソリ付きのキャスター４１３が四隅にそれぞれ設置されている。

情報伝達具４１２は前後移動する加速度検知装置４５０で検知する信号を伝達するために電線で構成されている。情報伝達具４１２は無線で信号を発信するよう構成してもよい。左側面部に設けられたカメラ４３０は、網膜カメラであり広い領域を同時に撮影すると共に、連続して撮影データを検知することができる。この撮影データは、情報伝達具４３１を介して制御装置４２９に入力されており、制御装置４２９はこの撮影データをそのまま、または加工して、出力することができる。出力は表示装置４１４，４１５，４１６，４１７などに対してなされると共に、外部出力を外部情報出力端子４２７及びアンテナ４１０ｂから行うことができる。この実施の第４の形態において、カメラ４３０は網膜カメラであるが、ccd カメラ、ビデオカメラなど、広い領域を同時に撮影すると共に、連続して撮影データが検知できるカメラなら何でもよい。

前記接触センサー407a,407b,407c,407d が同時に接触を検知し、この検知信号が制御装置４２９に入力されると、制御装置４２９は、左側面部のカメラ４３０に駆動信号を出力する。カメラ４３０は駆動信号を受けると撮影し、撮影データを制御装置４２９に出力する。この実施の第４の形態に於いて利用している網膜カメラは容易にその撮影した物体の外形を認識できるので、制御装置４２９において、その撮影した足載板４０１の角度、および患者の下肢の関節の角度を角度データとして処理して出力できる。この実施の第４の形態に於いて、この角度などを検知する場合は足載板４０１を介護者が手動で動かす。

彩色された外構前面下部には制御装置４２９が設置されている。制御装置４２９が設置されている外構前面下部に、回数表示装置４１４と角度表示装置４１５と加速度表示装置４１６と運動種類表示装置４１７と回数設定スイッチ４１８とリッセットスイッチ４１９と角度調査スイッチ４２０と角度手動切り替えスイッチ４２１と加速度設定スイッチ４２２と運動選択スイッチ４２３と手動カメラシャッタースイッチ４２４と電源スイッチ４２５と外部情報出力端子４２７と外部情報入力端子４２８と電池収納器具４２６が設置されている。制御は制御装置４２９により行う。回数表示装置４１４と角度表示装置４１５と加速度表示装置４１６と運動種類表示装置４１７はデジタル表示装置を用いているが、回転式などデータを表示できれば何でもよい。制御装置４２９はマイコンを利用している。全ての機器は情報伝達経路で結ばれている。

前保持軸４５６は、左右の軸保持装置454a,454b に設けられたスライド部としての長穴に、回転およびスライド可能に保持されている。この前保持軸４５６は両端が保持軸留め金455a、４55b でネジ止めされ保持される。軸保持装置454a,454b の長孔は下肢機能訓練装置の底面に対し平行に設置される。また、前保持軸４５６は、長孔の任意の場所で安定に静止するために静止補助具455cで固定され静止することができる。

前保持軸４５６は、足載板４０１が上下方向に揺動をする時に、足載板４０１が前下りならないよう図２２（ｂ）に示すように、足載板４０１が下限に下がってくると、当接し、足載板４０１の下降を阻止している。この際には、前保持軸４５６は静止補助具455cを用い固定されて静止している。静止した前保持軸４５６は、図２２（ｂ）に示すように、保持軸留め金455a、４55b 以外の位置、すなわち軸保持部材４０４の邪魔にならない位置で、足載板４０１の前部を支持する静止用受け軸の働きをする。

足載板４０１が前後方向の運動をする時は、足載板４０１が下肢機能訓練装置の設置面と略平行に移動運動できるようにするため、図２１と図２２（ｂ）に示す様に、足載板４０１は、前部を前前保持軸４５６で、後部をもう一方の後保持軸４５７で支持されており、この前保持軸４５６および後保持軸４５７が回転しながら、前後方向に略水平にスライドしている。この様にして、患者の自己他動運動により平行移動運動できるようにしている。この前後方向の往復動の場合には、フック４４２は連結部材４０６ｄを開放しており、負荷装置４０６ｂの負荷は加わっていない。（ただし、他の手段で負荷を加えることは可能である。たとえば、別途バネなどの負荷装置を着脱自在に取り付ける。）

軸保持装置454a,454b にリニアモーター駆動装置を設けるとともに、後保持軸４５７に磁場を持たせ、後保持軸４５７をリニアモーター駆動させて、足載板４０１を前後に駆動させることも可能である。また、足載板支持部材４０６ａを後保持軸４５７に対して揺動させる駆動装置としてのモーターを設けることも可能である。この様な場合には負荷装置４０６ｂを省略することができる。後保持軸４５７にリニアモーターで負荷することにより、足載板４０１の前後方向の移動に対して負荷することができる。なお、足載板４０１の前後方向の移動に対して、別途、バネなどの負荷装置を設けることも可能である。足載板支持部材４０６ａの揺動にモーターで負荷することにより、足載板４０１の上下方向の揺動に対して負荷することができる。また、リニアモーター以外でも後保持軸４５７の機械式自走やモーターを利用した電気式自走などで、後保持軸４５７に負荷する事で、負荷運動の訓練機として利用できる。また上下方向の揺動の場合は自己他動運動において足載板４０１が踵部から足先部に向けて上方向略37度程度上向きについていることが必要であり、負荷装置４０６ｂがない場合でも、その実現を図ることができる。この実施の第４の形態においては後保持軸４５７に負荷機能を持たせているが、前保持軸４５６に前後方向の負荷機能を持たせ制御することもできる。足載板４０１が前後方向に運動する場合には、負荷装置下方の後保持軸４５７と上方に位置する前保持軸４５６は高さは異なるが平行移動をする。

足載板支持部材４０６ａはこの実施の第４の形態では鋼鉄製の一体構造であるが、プラスチック等荷重を支持することができる材料なら何でもよい。構造は分離できる構造でもよい。負荷装置４０６ｂは鋼鉄のバネを利用しているが保持軸４５６，４５７に負荷を与えられればバネでなくともよい。分離構造の場合、油圧空気圧等負荷を与えられればなんでもよい。前記リニアモーターなどを利用するときはなくともよい。左右両側の負荷装置４０６ｂの下端部は、互いに連結部材４０６ｄで連結され、この連結部材４０６ｄが上下機構４４３に着脱自在に電動式のフック４４２で取り付けられている。したがって、負荷装置４０６ｂの付勢力は足載板支持部材４０６ａに確実に加えることができる。

上下機構４４３を駆動する駆動機構４４０は下肢機能訓練装置の外構の底面に設置されている。駆動機構４４０は駆動装置であるモーター４４５と動力伝達装置４４６とからなっている。動力伝達装置４４６は組み合わせ歯車機構で構成されている。この動力伝達装置４４６は上下機構４４３を上下動させるためのものであり、チェーン、ベルトなどの動力伝達機構を利用してもよいし、油圧、空気圧などで上下機構４４３を上下してもよい。上下機構４４３に連結部材４０６ｄを取り付ける際には、介護者が手動で左右のフック４４２を作動させ、連結部材４０６ｄの両側部を押さえる。

図２１に示すように足載板４０１は、保持装置454a,454b 及び軸保持装置452a,452b の間の空間に、前保持軸４５６と後保持軸４５７と足載板支持部材４０６ａにより移動自在に保持される。実施の第１の形態および実施の第３の形態のごとく、足載板４０１は前後方向の移動をするときに、左右へ健側の足の力の強さが患側の足の力の強さより強いことから少し動くことを考慮し、左右に10ｃｍ程度の移動幅を設けてある。これにより、自己他動運動は痛みがないことが重要であり、一定方向のみの矯正運動を緩和している。しかしながら負荷運動や矯正運動も重要であり、前後及び上下の負荷運動や矯正運動も、手動やリニアモーター、後保持軸４５７の機械式自走やモーターを利用した電気式自走など後保持軸４５７に負荷する事で可能になる。

実施の第４の形態においても、患者の状態に応じて、運動量を設定するが、設定した運動量を終了した時には再度運動はできないようにするために、加速度計を用い、回数と加速度または速度を検知し利用している。まず、加速度検知装置４５０で検知し、回数は加速度が新たに発生したときに回数１とし、その回数を累積計算して運動量を図るものである。運動回数を設定するためには回数設定スイッチ４１８により設定する。終了後はリッセットスイッチ４１９を利用しないと解除できない構造になっている。回数は10回から50回程度まで設定できればよい。負荷運動については回数を増やしてよい。その場合は数万回でも設定できる。さらにマイコンを利用した制御装置４２９の機能を利用すれば利用時間で設定することも可能である。

加速度を用いて制御する場合には、加速度でも速度でも計測値を利用できるが、速度の場合は実施の第１の形態と同様である。加速度の場合は0 から10Ｇ程度を測定範囲とすることで細かい変位で運動量を規定する。この場合も加速度設定スイッチ４２２で設定し、リッセットスイッチ４１９で再運動を可能にする。

この実施の形態において、運動を停止するために駆動機構４４０およびフック４４２を用いている。運動選択スイッチ４２３で上下運動を選択した場合は、足載板４０１が上下運動をする状態は図２２（ａ）および図２２（ｂ）で示される。後保持軸４５７の位置が図２２（ａ）から図２２（ｂ）へ移動すると、負荷装置４０６ｂは、上端部が軸保持装置452a,452b の長穴に対してスライドしながら、伸び縮じみして、負荷を与える。負荷装置４０６ｂは、図２２（ｂ）に示す様に延びており、常に縮じみ圧力があって、負荷装置４０６ｂの復帰力で自己他動運動を可能にしている。このとき設定された一定の回数または一定の加速度や速度に検出データーが到達したとき、制御装置４２９から電動フック４４２に解除指令がでて、フック４４２が作動し連結部材４０６ｄが開放される。連結部材４０６ｄが開放されると、連結部材４０６ｄの復帰力がなくなり、足載板４０１が上方に戻らずに、下限に落ちた状態となる。また、静止補助具455cで固定されている前保持軸４５６が邪魔になって前後運動も行えない。すなわちブレーキがかかった状態になる。この様に、フック４４２は、連結部材４０６ｄを開放することにより揺動に対してブレーキをかけており、ブレーキの機能を有している。なお、また、フック４４２以外のブレーキ機構を採用することも可能である。

運動選択スイッチ４２３で前後運動を選択した場合は、足載板４０１が前後運動をする状態は図２３（ｃ）で示される。フック４４２は解除されており、連結部材４０６ｄの下端はフリーとなっている。したがって、負荷装置４０６ｂは縮じんだ形態で前後運動とともに軸保持装置452aにあけられた長穴の全長の間前後に動く。前後動は40ｃｍ程度が求められており、軸保持装置452aにあけられた長穴の全長はその動きが実現できる長さになっている。
このとき設定された一定の回数または一定の加速度や速度に検出データーが到達したとき、駆動機構４４０のモーター４４５へ制御装置４２９から上下機構４４３を上昇させる命令がでる。命令により上下機構４４３が上昇すると、上下機構４４３は負荷装置４０６ｂの前後動の邪魔になりほとんど前後動出来なくなる。すなわちブレーキが働くことになる。この様にして上下機構４４３はブレーキの機能を有している。なお、上下機構４４３以外のブレーキ機構を採用することも可能である。

この様に、足載板４０１を上下方向に揺動させる際には、フック４４２は連結部材４０６ｄを係止し、足載板４０１を前後方向に往復動させる際、および、揺動を停止させる際には、フック４４２は連結部材４０６ｄを開放している。また、足載板４０１を上下方向に揺動させる際、および、前後方向の往復動を停止させる際には、上下機構４４３は上昇し、足載板４０１を前後方向に往復動させる際には、上下機構４４３は下降している。

実施の第４の形態の下肢機能訓練装置はこの様に構成されているので、例えば脳卒中後の片麻痺、アキレス腱の断裂等の筋力の低下、下肢の骨折等の足関節の可動域の障害が一方の足にある場合には、椅子に座し、この障害のある足と、障害のない健全な他方の足との両足とを自己他動運動するときに有効である。前後動と上下動の双方を実現する有効な訓練機である。

そして、健側の下肢で患側の下肢を運動訓練する仮称自己他動運動（MOTIVATIVEXERCISE ）を実施するために、これまで前後動のみを行うか、上下動のみを行うそれぞれの訓練器に分かれていた下肢機能に係わる運動訓練器を、狭い家でも積極的に利用できるよう二種類の機器を一台の機械にまとめることが出来た。これにより、扱いやすく、またデータを外部に出力し、遠隔コントロールで健康診断や訓練メニュウの変更が行いやすくなった。

また、従来、患者の状態を知るためには理学療法士が拘縮を持つ四肢の角度をメジャーで計測し、その患者の身体状況を測定していた。そのために計測は必ず理学療法士と患者が同じ場所にいる必要があった。この実施の第４の形態では、接触センサーを用いて拘縮のある下肢の角度を４点が同時に接触するときの足部と脚の関連で測定可能となり、遠隔測定が出来るようになった。同時に目視による曖昧さを排除することが出来るようになった。

そして、ブレーキ装置が、足載板の前後方向の往復動に要する時間が長くなると前記足載板の前後方向の移動にブレーキを掛けている場合には、患者が疲労して、足載板の移動が遅くなると、足載板にブレーキを掛けて運動を中止させることができる。その結果、患者の過度の運動を防止することができる。

また、ブレーキ装置が、足載板保持回転軸の前後方向の往復動に要する時間が長くなると前記足載板の上下方向の移動にブレーキを掛けている場合には、患者が疲労して、足載板の移動が遅くなると、足載板にブレーキを掛けて運動を中止させることができる。その結果、患者の過度の運動を防止することができる。

そして、理学療法士により足載板を手動で動かし、拘縮のある足が足載板に４点で接触したことを検知し、その角度を出力することにより拘縮のある下肢の角度すなわち拘縮の程度の検知を自動化できる。

また、下肢機能訓練装置が、往復動回数検出装置または前記移動速度検出装置または角度検出装置の少なくとも一方の検出データーを外部に出力している場合には、患者の運動量の管理や研究のデーターを容易に入手することができる。

また、下肢機能訓練装置が、段差乗り越えが可能で、臨む位置で確実に静止できるキャスターを利用する場合には、在宅で患者の望む又は患者のいる場所で自由に運動訓練を実施できる。

また、下肢機能訓練装置が、在宅で患者の望む又は患者のいる場所で自由に運動訓練を実施でき、データーを送信できる場合、患者の運動量の管理や日常の運動データーを遠隔コントロールで容易に入手することができる。

また、下肢機能訓練装置が、プラモデル自動車のように移動装置と操縦装置を持ち、猫、子供など人形の形態をなしている場合には、在宅で患者の望む運動訓練を自由に実施できると共に、愛玩品として日常の生活を高めると共に、患者の運動量の管理や日常の運動データーを遠隔コントロールで容易に入手することができる。

以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）前記実施の形態においては、ブレーキを掛ける足載板の速度は、一定間隔毎（たとえば一定時間毎や、足載板の前方への移動中）の平均値で設定されているが、前後移動または揺動の一定間隔毎の最高速度が、設定値以下になるとブレーキを掛けるブレーキ装置を設けることも可能である。この様に、足載板の前後方向の往復動または揺動に要する時間が長くなると、足載板の前後方向の移動または揺動にブレーキを掛けるブレーキ装置が設けられていれば良く、たとえば、速度に代えて、加速度が設定値以下になるとブレーキを作動させる様にすることも可能である。さらに、足載板の揺動速度でブレーキを掛けることも可能である。そして、このブレーキをかける揺動速度は、一定間隔毎（たとえば一定時間毎や、足載板の下方への移動中）の平均値で設定されている。
（２）足載板１の前後の移動構造は適宜変更可能である。たとえば、車輪の配置や数量は適宜変更可能である。ただし、足載板を安定するためには、足載板の下方の前後左右に車輪を配置することが好ましい。
（３）外部出力装置からの出力は、通信ケーブルでも、記憶媒体でも可能である。

（４）足載板１の前後方向の移動に負荷を加える負荷装置は、モーター１９，２９以外の構造でも可能である。たとえば、車輪や移動ベルトに摩擦抵抗を加える装置でも可能である。
（５）速度センサーの構造や形式は、足載板１の速度、特に前方への速度が検出できるならば、適宜変更可能である。たとえば、足載板１の速度を間接的に検出することも可能である。また、足載板の往復動の回数は、速度センサーの検出している速度の向きの変更回数により、算定することも可能である。この場合には、速度センサーは回数検知センサーの機能を兼ねている。
（６）ブザー、ランプなどの警報装置を設け、そして、足載板の往復動の回数や速度が設定値になり、ブレーキ装置を作動させる際に、この警報装置を作動させることも可能である。
（７）足載板を揺動させるモーターなどの駆動装置を設けることも可能である。
（８）加速度検知装置４５０は前後方向の加速度を検出することにより、足載板４０１の前後方向の加速度および揺動方向の加速度を間接的に検出しているが、揺動方向の加速度の検出精度はあまり良くないので、揺動方向の加速度を検出する加速度検知装置を別途設けることも可能である。たとえば、足載板支持部材４０６ａと後保持軸４５７との間に配置したり、足載板４０１に配置したりする。

１ 足載板
１６ 速度センサー（移動速度検出装置）
１７ ブレーキ（ブレーキ装置）
１８ 回数検知センサー（往復動回数検出装置）
１９ モーター（負荷装置、駆動装置）
２６ 速度センサー（移動速度検出装置）
２７ 回数検知センサー（往復動回数検出装置）
２８ ブレーキ（ブレーキ装置）
２９ モーター（負荷装置、駆動装置）

Claims (2)

1. 両足が載置され前後方向往復動可能で、かつ左右方向に移動可能な足載板と、
   前記足載板に載置された両足を前記足載板に保持する保持装置と、
   前記足載板を前後方向に往復動させる駆動装置又は前記足載板の前後方向の往復動に負荷をかける負荷装置の少なくとも一方と、
   前記足載板の往復動の回数を検出する往復動回数検出装置または足載板の往復動速度を検出する往復動速度検出装置の少なくとも一方と、
   前記往復動回数検出装置または前記往復動速度検出装置の少なくとも一方の検出データを外部に出力する出力装置からなる下肢機能訓練装置。
2. 両足が載置され前後方向往復動可能な足載板と、
   前記足載板に載置された両足を前記足載板に保持する保持装置と、
   前記足載板の往復動の回数を検出する往復動回数検出装置または足載板の往復動速度を検出する往復動速度検出装置の少なくとも一方と、
   前記往復動回数検出装置または前記往復動速度検出装置の少なくとも一方の検出データを外部に出力する出力装置と、
   前記足載板の上面に設けられた接触センサーと、
   前記接触センサーのデータを受信する制御装置とを備えていることを特徴とする下肢機能訓練装置。
   

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