JP7287661B2 - 他動運動装置 - Google Patents

Description

本発明は、他動運動装置に関する。

膝関節の障害を総じて「膝内障」と呼び、軟骨損傷、半月板損傷、前後前十字靭帯損傷、内外側側副靭帯変形性膝関節症等があり、なかでも変形性膝関節症が最も多い。変形性膝関節症は、膝関節の軟骨が消失していく傷害であり、スポーツによって繰り返す膝への負担や、外傷などによる物理的な強い衝撃が加わることにより起こり得る。また、加齢によっても起こり得る。膝関節の軟骨は瞬間的に体重の数倍もの衝撃を受け止めながら、繰り返しの関節運動に耐える滑らかな組織であるものの、一度損傷すると自然修復がほとんど期待できない。また、同じくスポーツ障害や加齢でも起こる半月板損傷、前後前十字靭帯損傷、内外側側副靭帯損傷も同様に自然修復が難しい。

一方、近年では、膝関節への剪断力或いは圧迫力の負荷が軟骨や膝の半月板や靭帯等の軟部組織の修復に寄与することが提唱されてきている。現状、治療やリハビリテーションに用いられる他動運動装置として、例えば、膝の屈伸や、大腿の開脚などを行う種々の他動運動装置がある（例えば、特許文献１）。また、半月板、前後前十字靭帯、内外側側副靭帯の修復にも寄与すると考えられている。

特開２０００－５１２９７号公報

現状、膝の屈伸や、大腿の開脚などを行わせる他動運動装置はあるものの、膝関節に剪断力或いは圧迫力を負荷する他動運動装置がないのが実情である。

本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は膝関節に剪断力或いは圧迫力を負荷することが可能な他動運動装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る他動運動装置は、
人の脚部を保持して運動させ、治療、リハビリテーション、又は、トレーニングに用いられる他動運動装置であって、
人を仰向け状態で支えるベースと、
膝関節下部に取り付けられる膝保持具と、
前記膝保持具を可動させる膝保持具可動機構と、
足部に取り付けられる足保持具と、
駆動源を備え、前記足保持具を可動させる足保持具可動機構と、
駆動源を備え、前記足保持具を旋回させる足保持具旋回機構と、
前記足保持具可動機構、及び、前記足保持具旋回機構の駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記膝保持具可動機構は、第１のスライダ、第１の回転基台、第１のアーム、及び、第１のボールピボットを有し、
前記第１のスライダは、前記ベースに設置されたガイドレールに沿って移動可能であり、
前記第１の回転基台は、前記第１のスライダに回転可能に設置されており、
前記第１のボールピボットは前記膝保持具に設置されており、
前記第１のアームは伸縮可能であり、一端が前記第１の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第１のボールピボットに接続されており、
前記足保持具可動機構は、第２のスライダ、第２の回転基台、第２のアーム、及び、第２のボールピボットを有し、
前記第２のスライダは、前記ガイドレールに沿って移動可能であり、
前記第２の回転基台は、前記第２のスライダに回転可能に設置されており、
前記第２のボールピボットは前記足保持具に設置された前記足保持具旋回機構に設置されており、
前記第２のアームは伸縮可能であり、一端が前記第２の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第２のボールピボットに接続されており、
前記制御装置は、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させ、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させるように、或いは、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させて、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させるように、前記足保持具可動機構及び前記足保持具旋回機構を可動させる、
ことを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る他動運動装置は、
人の脚部を保持して運動させ、治療、リハビリテーション、又は、トレーニングに用いられる他動運動装置であって、
人を仰向け状態で支えるベースと、
膝関節下部に取り付けられる膝保持具と、
前記膝保持具を可動させる膝保持具可動機構と、
足部に取り付けられる足保持具と、
駆動源を備え、前記足保持具を可動させる足保持具可動機構と、
駆動源を備え、前記足保持具を旋回させる足保持具旋回機構と、
前記足保持具可動機構、及び、前記足保持具旋回機構の駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記膝保持具可動機構は、第１のスライダ、第１の回転基台、第１のアーム、及び、第１のボールピボットを有し、
前記第１のスライダは、前記ベースに設置されたガイドレールに沿って移動可能であり、
前記第１の回転基台は、前記第１のスライダに回転可能に設置されており、
前記第１のボールピボットは前記膝保持具に設置されており、
前記第１のアームは伸縮可能であり、一端が前記第１の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第１のボールピボットに接続されており、
前記足保持具可動機構は、第２の回転基台、３本のアームが連接した第２のアーム、及び、第２のボールピボットを有し、
前記第２の回転基台は、前記ベースの背面に回転可能に設置されており、
前記第２のボールピボットは前記足保持具に設置された前記足保持具旋回機構に設置されており、
前記第２のアームは、一端が前記第２の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第２のボールピボットに接続されており、
前記制御装置は、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させ、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させるように、或いは、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させて、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させるように、前記足保持具可動機構及び前記足保持具旋回機構を可動させる、
ことを特徴とする。

本発明に係る他動運動装置は、膝関節に剪断力或いは圧迫力を負荷することが可能である。これにより、膝関節の軟骨損傷、半月板損傷、前後前十字靭帯損傷、内外側側副靭帯損傷の修復につながることが期待できる。

他動運動装置の外観を示す斜視図である。 他動運動装置の上面図である。 他動運動装置の側面図である。 足保持具旋回機構の動作を示す図である。 他動運動装置の動作を示す上面図（図５（Ａ））及び側面図（図５（Ｂ））である。 他動運動装置の動作を示す上面図（図６（Ａ））及び側面図（図６（Ｂ））である。 他動運動装置の動作を示す上面図（図７（Ａ））及び側面図（図７（Ｂ））である。 他動運動装置の動作を示す上面図（図８（Ａ））及び側面図（図８（Ｂ））である。 他動運動装置の動作を示す上面図（図９（Ａ））及び側面図（図９（Ｂ））である。 他動運動装置の動作を示す上面図（図１０（Ａ））及び側面図（図１０（Ｂ））である。 他の形態に係る他動運動装置の斜視図（図１１（Ａ））及び使用状態を示す側面図（図１１（Ｂ））である。 他の形態に係る他動運動装置の斜視図（図１２（Ａ））及び使用状態を示す側面図（図１２（Ｂ））である。 他の形態に係る他動運動装置の外観を示す上面図（図１３（Ａ））及び側面図（図１３（Ｂ））である。

本実施の形態に係る他動運動装置は、人の脚部を保持して運動させ、治療、リハビリテーション、又は、トレーニングに用いられる。以下、図を参照しつつ、本実施の形態に係る他動運動装置について説明する。図１～図３に示すように、他動運動装置１は、ベース１０、膝保持具２０、膝保持具可動機構３０、足保持具４０、足保持具可動機構５０、足保持具旋回機構６０、制御装置７０を備える。なお、ここでは、人の右脚を保持して運動させる他動運動装置１を例にとり説明する。

ベース１０にはガイドレール１１が設置されている。ガイドレール１１には、スライダ３１、５１が設置されており、スライダ３１、５１は、ガイドレール１１に沿って移動可能に構成されている。

膝保持具２０は、人の膝関節の下部に取り付けられる保持具である。膝保持具２０は、例えば、布等で膝の下部を巻き回し、面ファスナー等により固定される形態や、膝関節の下部を左右から狭持して固定する形態などが挙げられ、膝関節の下部を十分に固定可能な形態であればよい。

膝保持具可動機構３０は、スライダ３１、回転基台３２、アーム３３、ボールピボット３４を備える。

スライダ３１は、ガイドレール１１に設置されており、不図示のモータ等の駆動装置によりガイドレール１１に沿ってＸ軸方向に前進、後退可能である。

回転基台３２は、スライダ３１に設置されている。回転基台３２は、スライダ３１に対して、不図示のモータ等の駆動装置により、Ｙ－Ｚ面上を回転可能に構成されている。回転基台３２には、アーム３３が設置されている。アーム３３は、テレスコピック機構によって伸縮可能に構成されている。そして、回転基台３２には、スリット３２ａが形成されており、スリット３２ａを通じてアーム３３が延びている。このスリット３２ａに沿って、アーム３３は回動可能である。アーム３３の回動、伸縮は不図示のモータ等の駆動装置により駆動する。

アーム３３の先端部は、ボールピボット３４を介して膝保持具２０に接続している。これにより、膝保持具２０は、アーム３３に対して回動可能である。

膝保持具２０は、このような膝保持具可動機構３０の構造によって、３次元的な移動が可能に構成されている。

足保持具４０は、人の足に取り付けられる保持具である。ここでは、足保持具４０は、靴型であり、人が足を挿入することで保持される。足保持具４０は面ファスナー、紐、バックルなど、不図示の種々の固定機構を備えており、これにより、挿入された足が中で動かないよう固定される。足保持具４０は、靴底が足保持具旋回機構６０に対向するように、足保持具旋回機構６０に設置されている。

足保持具可動機構５０は、スライダ５１、回転基台５２、アーム５３、ボールピボット５４、足保持具旋回機構６０を備える。

スライダ５１、回転基台５２、アーム５３、ボールピボット５４の構成は、それぞれ上述したスライダ３１、回転基台３２、アーム３３、ボールピボット３４の構成と同様であり、モータ等の駆動装置により動作可能な構成であるため、説明を省略する。

足保持具旋回機構６０は、内部にモータ等の駆動源を有し、歯車等によって足保持具４０に回転力を伝達し、図４に示すように、足保持具４０を旋回させる。足保持具旋回機構６０は、足保持具４０を内旋角度（θ１）が２０°まで、また、外旋角度（θ２）が３０°まで旋回させられればよい。

足保持具４０を旋回させることにより、足保持具４０に固定された足を内旋、外旋させることが可能である。

上述した膝保持具可動機構３０、足保持具可動機構５０、及び、足保持具旋回機構６０それぞれの各機構は、不図示のモータ等の駆動源により、可動するよう構成されている。そして、制御装置７０は、膝保持具可動機構３０、足保持具可動機構５０、及び、足保持具旋回機構６０それぞれの駆動を制御する。

続いて、他動運動装置１の動作について説明する。ここではヒトの左脚のリハビリを行う例について説明する。また、後述の各動作は、制御装置７０の制御に基づく。

まず、ベース１０の上に患者を仰向けに寝かせる。そして、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、患者の右脚の膝の下部に膝保持具２０を取り付けるとともに、足に足保持具４０を取り付ける。

患者に膝保持具２０及び足保持具４０を取り付けた後、他動運動装置１を駆動させる。他動運動装置１は、図５（Ａ）、（Ｂ）～図１０（Ａ）、（Ｂ）の順に示すように、右脚の膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させ、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させるようによう駆動する。

スライダ３１のＸ方向への移動、回転基台３２の回転、アーム３３の回動、及び、アーム３３の収縮がそれぞれ適切に行われる。また、スライダ５１のＸ方向への移動、回転基台５２の回転、アーム５３の回動、及び、アーム５３の収縮がそれぞれ適切に行われる。更に、足保持具旋回機構６０が適切に行われる。

各動作が図５（Ａ）、（Ｂ）～図１０（Ａ）、（Ｂ）に示した順に行われ、一連の動作が繰り返されることにより、患者の膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させ、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させる。これにより、膝関節に剪断力或いは圧迫力が負荷され、膝関節の軟骨の修復が期待できる。

また、上記では、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させ、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させるよう、膝保持具可動機構３０、足保持具可動機構５０及び足保持具旋回機構６０を可動させる例について説明したが、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させて、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させるように可動させてもよい。即ち、上記とは逆の順（図１０（Ａ）、（Ｂ）から図５（Ａ）、（Ｂ）に示す順）に一連の動作を繰り返させるよう、制御装置７０が膝保持具可動機構３０、足保持具可動機構５０及び足保持具旋回機構６０の可動を制御することで実現される。

また、上記では、膝保持具可動機構３０は、スライダ３１等、各々がモータ等の駆動源により可動する形態であるが、これに限られない。スライダ３１等が駆動源により可動せず、足保持具可動機構５０及び足保持具旋回機構６０の可動に従動する形態であってもよい。膝保持具２０が膝関節の下部を保持しつつ、足部を足保持具可動機構５０及び足保持具旋回機構６０が可動すれば、膝保持具２０が従動し、上記で説明した動作を行うことも可能である。

上記では、右脚の運動やリハビリテーションを行う構成を例にして説明したが、左右対称にした構成にすれば、左脚についても行うことができる。

なお、膝関節、足関節を屈曲させながら外旋させ、伸展させながら内旋させること、或いは、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させて、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させて、膝関節に剪断力或いは圧迫力を負荷することが可能であれば、どのような形態であってもよい。

また、上記では、ベース１０にガイドレール１１が配置され、ベース１０上に人が仰向きになって下肢まで着けた状態でトレーニング等を行う構成であったが、これに限られない。例えば、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す形態のように、ベース１０が、不図示の支持部を介してベース支持台１２の上方に配置された形態であってもよい。この場合、ガイドレール１１はベース支持台１２に設置されている。そして、ベース１０の下肢側が二股に分かれた可動ベース１０ａであってもよい。可動ベース１０ａは、ピボットを介して屈曲し、下方に傾斜するよう構成されている。また、可動ベース１０ａが脱着自在な構成であってもよい。

或いは、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す形態のように、ベース１０が腰から上の上肢のみを支える形態であってもよい。この形態においては、リハビリを行わない方の足をベース支持台１２に載せてリハビリを行う。なお、リハビリを行わない脚がベース支持台１２に届かない場合、別途、踏み台等を準備し、踏み台等に足を載せればよい。

図１１、図１２に示した形態では、背部、腰部の接触面を少なくして人体とベース１０との摩擦を少なくしたり、或いは、体幹や四肢の可動性の自由度を上げることにつながる。

また、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す形態のように、足保持具可動機構は、足の裏側から押し引きする形態であってもよい。この足保持具可動機構は、回転基台５５、アーム５６～５８を備えている。回転基台５５は、ベース１０の背面に設置されている。

回転基台５５は、モータ等の駆動源により、Ｘ－Ｙ平面に沿って回転可能に構成されている。アーム５６の一端が回転基台５５に接続しており、アーム５６は回転基台５５の接続部を回転軸にし、モータ等の駆動源により、図１３（Ａ）に示すように、Ｘ－Ｚ平面に沿って回転可能である。また、アーム５６、５７、５８は順に連接しており、アーム５６とアーム５７の接続部、アーム５７とアーム５８の接続部を回転軸にして、それぞれモータ等の駆動源により、図１３（Ｂ）に示すように、Ｘ－Ｙ平面に沿って回転可能である。そして、アーム５８の他端は、ボールピボット５９を介して足保持具旋回機構６０に接続している。その他の構成については、上述した形態と同様である。

制御装置による制御に基づいて、回転基台５５、アーム５６、５７、５８は上記で説明した動作、即ち、膝関節、足関節を屈曲させながら外旋させ、伸展させながら内旋させること、或いは、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させて、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させて、膝関節に剪断力或いは圧迫力を負荷するよう作動させることができる。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

１ 他動運動装置
１０ ベース
１０ａ 可動ベース
１１ ガイドレール
１２ ベース支持台
２０ 膝保持具
３０ 膝保持具可動機構
３１ スライダ
３２ 回転基台
３２ａ スリット
３３ アーム
３４ ボールピボット
４０ 足保持具
５０ 足保持具可動機構
５１ スライダ
５２ 回転基台
５２ａ スリット
５３ アーム
５４ ボールピボット
５５ 回転基台
５６ アーム
５７ アーム
５８ アーム
５９ ボールピボット
６０ 足保持具旋回機構
７０ 制御装置

Claims (2)

1. 人の脚部を保持して運動させ、治療、リハビリテーション、又は、トレーニングに用いられる他動運動装置であって、
   人を仰向け状態で支えるベースと、
   膝関節下部に取り付けられる膝保持具と、
   前記膝保持具を可動させる膝保持具可動機構と、
   足部に取り付けられる足保持具と、
   駆動源を備え、前記足保持具を可動させる足保持具可動機構と、
   駆動源を備え、前記足保持具を旋回させる足保持具旋回機構と、
   前記足保持具可動機構、及び、前記足保持具旋回機構の駆動を制御する制御装置と、を備え、
   前記膝保持具可動機構は、第１のスライダ、第１の回転基台、第１のアーム、及び、第１のボールピボットを有し、
   前記第１のスライダは、前記ベースに設置されたガイドレールに沿って移動可能であり、
   前記第１の回転基台は、前記第１のスライダに回転可能に設置されており、
   前記第１のボールピボットは前記膝保持具に設置されており、
   前記第１のアームは伸縮可能であり、一端が前記第１の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第１のボールピボットに接続されており、
   前記足保持具可動機構は、第２のスライダ、第２の回転基台、第２のアーム、及び、第２のボールピボットを有し、
   前記第２のスライダは、前記ガイドレールに沿って移動可能であり、
   前記第２の回転基台は、前記第２のスライダに回転可能に設置されており、
   前記第２のボールピボットは前記足保持具に設置された前記足保持具旋回機構に設置されており、
   前記第２のアームは伸縮可能であり、一端が前記第２の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第２のボールピボットに接続されており、
   前記制御装置は、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させ、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させるように、或いは、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させて、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させるように、前記足保持具可動機構及び前記足保持具旋回機構を可動させる、
   ことを特徴とする他動運動装置。
2. 人の脚部を保持して運動させ、治療、リハビリテーション、又は、トレーニングに用いられる他動運動装置であって、
   人を仰向け状態で支えるベースと、
   膝関節下部に取り付けられる膝保持具と、
   前記膝保持具を可動させる膝保持具可動機構と、
   足部に取り付けられる足保持具と、
   駆動源を備え、前記足保持具を可動させる足保持具可動機構と、
   駆動源を備え、前記足保持具を旋回させる足保持具旋回機構と、
   前記足保持具可動機構、及び、前記足保持具旋回機構の駆動を制御する制御装置と、を備え、
   前記膝保持具可動機構は、第１のスライダ、第１の回転基台、第１のアーム、及び、第１のボールピボットを有し、
   前記第１のスライダは、前記ベースに設置されたガイドレールに沿って移動可能であり、
   前記第１の回転基台は、前記第１のスライダに回転可能に設置されており、
   前記第１のボールピボットは前記膝保持具に設置されており、
   前記第１のアームは伸縮可能であり、一端が前記第１の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第１のボールピボットに接続されており、
   前記足保持具可動機構は、第２の回転基台、３本のアームが連接した第２のアーム、及び、第２のボールピボットを有し、
   前記第２の回転基台は、前記ベースの背面に回転可能に設置されており、
   前記第２のボールピボットは前記足保持具に設置された前記足保持具旋回機構に設置されており、
   前記第２のアームは、一端が前記第２の回転基台から回動可能に延び、他端が前記第２のボールピボットに接続されており、
   前記制御装置は、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させ、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させるように、或いは、膝を外旋させながら膝関節及び股関節を伸展させて、膝を内旋させながら膝関節及び股関節を屈曲させるように、前記足保持具可動機構及び前記足保持具旋回機構を可動させる、
   ことを特徴とする他動運動装置。

Images