JP6757971B2 - 下肢関節運動装置 - Google Patents
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Description
その中でも、加齢による歩行機能の低下は大きな問題であるが、歩行機能の低下を誘発する主たる原因の一つは、代謝および収縮特性の変化を伴った筋萎縮と運動神経による筋活動制御機構の乱れ等を誘発する長期間にわたる抗重力筋活動の抑制である。そこで、歩行機能の改善のために、一般的には、ウォーキングやジョギングが推奨されている。これらは、歩行可能な人におけるロコモーティブシンドロームの予防法としては有効である。しかしながら、すでに歩行困難である人や寝たきりの人にとっては、ジョギングはおろかウォーキングですら容易なことではない。
したがって、ヒラメ筋筋線維の萎縮を改善し、踵着地を可能とする下肢運動装置が望まれている。
自然な下肢の屈伸運動が行われる場合には、膝関節の屈曲・伸展運動及び足関節の背屈・底屈運動と同時に、足指関節の屈曲・伸展運動が行われるのが通常である。したがって、理想的なリハビリテーションを実現するためには、膝関節の屈曲・伸展運動、足関節の背屈・底屈運動及び足指の関節の屈曲・伸展運動が行われるような動きが実現される必要がある。
しかしながら、上記特許文献3に開示された足関節駆動装置では、膝関節の屈曲・伸展運動については考慮されておらず、下肢機能の改善を図るための運動装置としては、充分なものとはいえない。
1)足指裏を面で支える足指保持部
足指保持部は、5本の足指を面で支えるものである。足指保持部の面は、平面に限らず曲面であってもよく、足指を包み込んで支える立体的な曲面形状にすることもできる。
2)足底を面で支える足底保持部
足底保持部は、足底を面で支えるものである。足底保持部の面は、内アーチおよび外アーチに膨らみがあり、土踏まずを盛り上がった凸部にしてもよい。
3)踵を面で支える踵保持部
踵保持部は、踵を面で支えるものである。踵保持部の面は、平面に限らず曲面であってもよく、踵を包み込んで支える立体的な曲面形状にすることもできる。なお、踵保持部が足底保持部と一体化されても構わない。
4)下腿の内側面及び/または外側面に沿って下腿を支持する下腿支持部
具体的には、下腿支持部は、下腿の側面に沿う板状部材である。
5)大腿の内側面及び/または外側面に沿って大腿を支持する大腿支持部
具体的には、大腿支持部は、下腿の側面に沿う板状部材である。
6)ガイドレールを有するベース部
7)ガイドレールを摺動する台車部
台車部は、車輪を有してガイドレールを摺動するものや、台車部の一部がガイドレールと嵌合し、レールに沿ってスライドするものを用いることができる。
8)足指保持部と下腿支持部とを連結する第1の伸縮機構
伸縮機構は、連続的他動的運動で足関節を屈伸させるために、電動アクチュエーターなどのように電気により自動で伸縮する機構が備わっている。また、自動的運動で足関節を屈伸する場合、伸縮機構は屈伸の負荷として機能することができる。
9)下腿支持部と台車部の何れかとベース部とを連結する第2の伸縮機構
第2の伸縮機構は、下腿支持部とベース部とを連結するか、又は、台車部とベース部とを連結する。
b)の足底保持部と踵保持部の少なくとも一方と下腿支持部が関節軸を介して連結されるとは、足底保持部と下腿支持部が関節軸を介して連結される、又は、踵保持部と下腿支持部が関節軸を介して連結される、又は、足底保持部と踵保持部と下腿支持部の3体が関節軸を介して連結されるということである。
同様に、e)の足底保持部と踵保持部の少なくとも一方と台車部が関節軸を介して連結されるとは、足底保持部と台車部が関節軸を介して連結される、又は、踵保持部と台車部が関節軸を介して連結される、又は、足底保持部と踵保持部と台車部の3体が関節軸を介して連結されるということである。
かかるセンサーが設けられることにより、例えば、一定量以上の圧力を検知した場合には、自動的な運動を行うモードが選択され、一定量未満の圧力を検知した場合には、他動的な運動を行うモードが選択されるといった構成も可能である。
ここで、付勢手段とは、例えば、空気により膨張・収縮を行う袋体である。
また、自力での関節運動が可能となった後は、次第に屈伸運動の負荷を高めて行くことも可能であり、自力での踵着地歩行能の再獲得が可能であるといった効果がある。
なお、本発明は、以下の実施例に示す下肢関節運動装置だけで使用するわけではなく、図示しないが、電動アクチュエーターを制御するコントローラーが別途存在し、下肢関節運動装置とコントローラーを接続して使用することもできる。
また、ブーツ部7は、足指保持部21、足底保持部22、踵保持部23及び下腿支持部24に固定されている。ブーツ部7の底部や足首部は柔軟な素材で形成されており、足関節の背屈・底屈運動や足指関節の屈曲・伸展運動を容易にしている。
ガイドレール53の一端には、固定部52が固定され、ベース部を形成している。台車部51は踵保持部23に固定され、ガイドレール53上を摺動できるように設けられている。
電動アクチュエーター31は、足指保持部21と下腿支持部24を繋ぐように設けられ、電動アクチュエーター32は、台車部51と固定部52を繋ぐように設けられている。
実施例1の下肢関節運動装置1では、5kg以上の圧力を検知した場合には、“負荷モード”が選択され、5kg未満の圧力を検知した場合には、“ほぐしモード”が選択される構成となっている。モード選択は随時可能であり、例えば、“ほぐしモード”中に、5kg以上の圧力を検知した場合には、自動的に“負荷モード”に切り替わる構成にすることも可能である。
本実施例では、まず、膝関節運動は行わず、足関節運動を行う場合について説明する。ここで、足関節運動には、足関節だけではなく、足指の関節運動も含まれる。足関節運動を行うためには、足指の関節を同時に動かすことが効果的だからである。
また、実施例1と同様に、本実施例においても圧力センサー及び角度センサーが設けられており、負荷量の制御や、“負荷モード”と“ほぐしモード”の切り替えが可能となっているが、コントローラーを使用して、いずれかのモードのみを設定して行うことも可能である。以下では、他動的運動である“ほぐしモード”のみが設定されたとして、装置の説明を行う。
図4は、実施例2の安静時のイメージ図を示している。
図4に示すように、下肢関節運動装置11は、ブーツ部7、足指保持部21、足底保持部22、踵保持部23、下腿支持部24、大腿支持部25、電動アクチュエーター(31,32)、台車部51、固定部52及びガイドレール53から成る。以下の図4〜6、8〜10において、ブーツ部7は点線で示している。
また、電動アクチュエーター31のケース側の端部31dは、下腿支持部24と接続され、ロッド側の端部31eは、足指保持部21と接続されている。電動アクチュエーター31が伸縮することにより、関節機構(41〜44)の角度が調整される。
なお、使用時のユーザーの体勢としては、必ずしも水平仰臥位である必要はなく、頭部を少し上に持ち上げた状態であってもよい。
図4に示すような、安静時の状態の各部位の位置を、定常位置として以下、説明する。
図3に示すように、下肢関節運動装置を下肢に装着する(S01)。運動が開始すると、まず、足関節を底屈する(S02)。次に、足関節を背屈する(S03)。両足の場合は、片方の足関節を底屈し背屈した後で、他方の足関節を底屈し背屈する。いずれも一定時間底屈又は背屈状態を維持した後に次の動きを始める。運動回数は、予め設定しておくことができ、既定の回数が終了していない場合には、もう一度、足関節の底屈及び背屈を行う(S04)。既定の回数が終了した場合は、足首を定常位置へ移動させ(S05)、足関節運動は終了する。
図5に示すように、足関節を底屈する場合は、電動アクチュエーター31を伸展させる。電動アクチュエーター31を伸展させると、ロッド側の端部31eに接続された足指保持部21が、図中の矢印のように向かって左方へと移動し、足指保持部21と連結された足底保持部22も左方へと移動し、足関節を底屈させる。
関節機構42が設けられたことにより、足関節の底屈が可能となっているが、それだけではなく、関節機構41が設けられたことにより、同時に足指の関節の屈曲が可能となっており、自然な関節運動を実現している。
図6に示すように、足関節を背屈する場合は、電動アクチュエーター31を短縮させる。電動アクチュエーター31を短縮させると、ロッド側の端部31eに接続された足指保持部21が、図中の矢印のように向かって右方へと移動し、足指保持部21と連結された足底保持部22も右方へと移動し、足関節を背屈させる。ここでも、関節機構41が設けられたことにより、同時に足指の関節の伸展が可能となっており、自然な関節運動を実現している。
次に、下肢関節運動、すなわち膝関節運動と足関節運動を同時に行う場合について説明する。なお、ここでも、下肢関節運動には、膝関節と足関節だけではなく、足指の関節運動も含まれる。
図7に示すように、下肢関節運動装置を下肢に装着する(S11)。運動が開始すると、まず、足関節を底屈するが、膝関節は動かさない(S12)。次に、足関節を背屈しながら、膝関節を屈曲する(S13)。足関節を背屈したまま、膝関節を伸展する(S14)。この体勢は、ヒラメ筋筋線維がストレッチされ、萎縮が最も緩和されやすい体勢であるため、他の体勢よりも長い時間維持される。次に、膝関節を伸展したまま、足関節を底屈する(S15)。一定時間経過後、下肢を定常位置へ移動させる(S16)。両足の場合は、これらの一連の運動を左右交互に行う。ここまでで、1セットの運動が終了する。足関節運動の場合と同様に、運動回数は、予め設定しておくことができ、既定の回数が終了していない場合には、再度、運動を行う(S17)。既定の回数が終了した場合は、下肢関節運動は終了する。
図5に示すように、足関節を底屈し、膝関節は不動の状態にするために、電動アクチュエーター31を伸展させる。
前述したように、電動アクチュエーター31を伸展させると、足関節を底屈させることができる。
前述したように、電動アクチュエーター31を短縮させると、足関節を背屈させることができる。また、電動アクチュエーター32を短縮させると、下腿支持部24と大腿支持部25を、関節機構43を支点として屈曲させることができる。
図9に示すように、足関節を底屈させながら、膝関節を伸展させた状態にするためには、電動アクチュエーター31を伸展させ、電動アクチュエーター32も伸展させる。
また、電動アクチュエーター32を伸展させると、図8に示す場合とは逆に、台車部51が、向かって左方へとガイドレール53上を移動する。これにより、下腿支持部24と大腿支持部25を、関節機構43を支点として伸展させることができる。
カフ(71〜75)が設けられることにより、下肢を下肢関節運動装置12にしっかりと固定することができ、リハビリテーション効果を向上させることができる。
3,31,32 電動アクチュエーター
3a,32a ケース
3b,32b ロッド
3c,32c モーター
3d,3e,32d,32e 端部
7 ブーツ部
21 足指保持部
22 足底保持部
23 踵保持部
24 下腿支持部
25 大腿支持部
41〜44 関節機構
51 台車部
52 固定部
53 ガイドレール
54 車輪
61 足指
62 足底
63 踵
64 下腿
65 大腿
66 上肢
71〜75 カフ
Claims (10)
- 足関節、足指関節及び膝関節を含む下肢関節を、連続的他動的または自動的運動で屈伸させ、下肢機能の低下を改善するための運動装置であって、
足指裏を面で支える足指保持部と、
足底を面で支える足底保持部と、
踵を面で支える踵保持部と、
下腿の内側面及び/または外側面に沿って下腿を支持する下腿支持部と、
大腿の内側面及び/または外側面に沿って大腿を支持する大腿支持部と、
ガイドレールを有するベース部と、
前記ガイドレールを摺動する台車部と、
前記足指保持部と前記下腿支持部とを連結する第1の伸縮機構と、
前記下腿支持部と前記台車部の何れかと前記ベース部とを連結する第2の伸縮機構、
から成り、
前記足指保持部と前記足底保持部、前記足底保持部と前記踵保持部との少なくとも何れかと前記下腿支持部、前記下腿支持部と前記大腿支持部、前記大腿支持部と前記ベース部、及び、前記足底保持部と前記踵保持部との少なくとも何れかと前記台車部とは、それぞれ関節軸を介して連結された、
ことを特徴とする下肢関節運動装置。 - 前記伸縮機構は、ユーザーによる自動的な屈伸運動に対し負荷をかけ得ることを特徴とする請求項1に記載の下肢関節運動装置。
- 前記足指保持部、前記足底保持部、前記踵保持部、前記下腿支持部及び前記大腿支持部の少なくとも何れかには、装置の使用時に、ユーザーの下肢を固定するための固定部材が設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載の下肢関節運動装置。
- 前記伸縮機構は、電動アクチュエーターであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の下肢関節運動装置。
- 前記足指保持部と前記踵保持部の少なくとも何れかには、圧力センサーが設けられ、
前記関節軸には、角度センサーが設けられ、
前記圧力センサー及び前記角度センサーの出力信号により、
運動負荷量の制御が行われる、
又は、連続的他動運動を行うモードと、自動的な屈伸運動に対し負荷をかけるモードを、自動的に切替える、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の下肢関節運動装置。 - 前記下腿支持部と前記大腿支持部の少なくとも何れかには、長さ調整が可能な機構が設けられたことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の下肢関節運動装置。
- 前記足底保持部には、足底に圧力を付勢する手段がさらに設けられたことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の下肢関節運動装置。
- 前記足底保持部には、足底の内側土踏まず側への傾斜または外側土踏まず側への傾斜を調節する傾斜調節手段が設けられたことを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の下肢
関節運動装置。 - 第1の伸縮機構及び第2の伸縮機構と有線又は無線でデータ通信可能なコントローラーが更に設けられ、
前記コントローラーは、第1の伸縮機構と第2の伸縮機構に信号を送り、伸縮タイミング及び伸縮速度を制御することを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の下肢関節運動装置。 - 請求項9の下肢関節運動装置が左下肢用と右下肢用の一対設けられたシステムであって、
前記コントローラーが共通とされ、
前記コントローラーは、
左下肢と右下肢が、交互又は同時に、屈姿勢と伸姿勢になる連続的他動的または自動的運動の屈伸運動を行うように、左下肢用と右下肢用の第1の伸縮機構と第2の伸縮機構に信号が送られる、ことを特徴とする下肢関節運動システム。
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