JPH03133454A - 手足を再教育するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は医療的または獣医学的装置セクターに関し、さ
らに詳しくは形状記憶合金中にモーター要素を含む手足
を再教育するための装置に関する。

この装置は特に事故、長期間動けない状態あるいは同様
の事態の後に、手足の関節および／または筋肉の機能を
再確立することを目的としている。

この明細書においては、１手足”　という用語は筋肉お
よび／または関節を有する人体または動物体の任意の部
分を指すものと理解ナベきである。

〔従来の技術〕

外傷を受けたり、長い間動かさなかった手足の関節また
は筋肉の機能を回復させるためには手足に特定の運動の
プログラムを課することによって手足の再教育を試みる
ことが必要なことはよく知られている。

一般に、この再教育は開業医の参加あるいはこの再教育
に特有の機械的装置の利用よシなる自立的または補助的
な二つの方法で実施することができる。

しかしながら、どちらの場合にもまだ回復途上の患者が
予約した時間に開業医ま九は前記の再教育のための装置
が置かれてｂる施設をひんばんに訪関しなければならな
い。

このため、一方では患者が疲労し、他方では職業的な活
動に都合の悪いことが多い時間的な拘束を受けるという
結果になる。

その上、通常使用される機械的な再教育装置は、比較的
コストが高くて患者が１人で操作することが容易でない
よう表大規模な構造の複雑な装置であるという特徴があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、本発明の目的は簡単で、軽くて、コストが
安く、患者が自分１人で容易に操作できるような手足を
再教育するための装置を提供することによって前述のよ
うに分析された欠点を克服することである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明は、形状記憶合金に
よって構成された少なくとも一つのモーター要素を含み
、このモーター要素は特定の形状に対応する少なくとも
一つの形状記憶状態と、モーター要素を前記形状記憶状
態に導くための制御手段と、モーター要素の少なくとも
一部を再教育すべき手足の一部に固定する機械的結合手
段とを備えた手足を再教育するための装置と提供するも
のである。

好ましい実施態様によれば、このような結合手段は再教
育されるべき手足の少なくとも一部に適合しモーター要
素を収容する外皮を含んでいる。

この外皮は特に包帯のように布よシなる被覆またはベル
トによって形成されている。

形状記憶合金はオーステナイト型（高温度ＨＴ）の第１
の結晶状態からマルテンサイト型（低温度り、Ｔ）の第
２の結晶相状態への可逆的な転移を受ける能力を有し、
このためある条件の下で形状記憶状態または記憶状態と
呼ばれる形状をとるように教育される能力を有する特性
を持っていることが知られている。

別の言葉で言えば、例えばこのような合金で構成された
物体がオーステナイト相状態（ＨＴ）における形状を記
憶するように教育されて、次にこの物体がマルテンサイ
ト相状態にある間に変形されるならば、この物体はその
変形した形状に維持される。この物体が次にその相状態
がオーステナイ）（ＨＴ）であるときの温度にまで加熱
されると、その非変形形状、すなわち記憶された状態に
対応する形状を次第に取戻そうとする。

このような合金を使用すれば、一つの相状態からもう一
つの相状態への転移がある温度領域内において他方にお
いてと同じように一つの方向に起る０合金が加熱される
ときにオーステナイト相が現われ始める温度はＴＡｓと
呼ばれ、この相の生成が完結する温度はＴｈｔ　（ＴＡ
ｆ）　ＴＡｓ　）と呼ばれる。同様にして、合金が冷却
されるときにマルテンサイト相転移の始めと終υの温度
はそれぞれＴＭｓおよびＴＭｔ（ＴＭｆ＞ＴＭａ）と呼
ばれる。

一般的には、ＴＭ、およびＴＭｔはそれぞれＴＡ４およ
びＴＡａよシもかなシ低く、（ＴＡ、とＴＡｆ）および
（ＴＭ、とＴＪ）の温度領域は合金の組成によって制御
されることが特記されなければならない。

これらの合金の中では、ＴＩとＮｌ、ＴＩとＮｉとＸｌ
およびＣｕとＭとＸの合金が特に注目されておシ、Ｘは
金属ドーピング添加済よシなる群の一つであることも特
記されるべきである。

これらの合金およびそれらの教育手順は特に１９７２年
に出版されたＮＡＳＡの論文５Ｐ５１１０　において、
”ＮｌＴｌＮ０Ｌ５５、記憶を有する合金：その物理的
冶金特性および応用”という題名で記載されている。

形状記憶合金によって構成された少なくとも一つのモー
ター要素と、例えば再教育されるべき手足に密着させる
ようにした包帯中に組み込んで、この要素が加熱と冷却
を交互に受けるようにすると、手足の再教育のために手
足にある特定の運動を行わせることができる。合金の導
電特性がジュール効果によるモーター要素の加熱を起さ
せるのに利用され、制御手段はモーター要素が接続され
る端子への簡単な電圧源によって形成されることが好ま
しい。

〔実施態様〕

以下、本発明の利点と特徴を更に明らかＫするために図
面を参照して本発明を指の関節の再教育に応用した状況
の下で本発明の詳細な説明するが、本発明は記載または
考察された実施態様に限定されるものではない。特に本
発明による装置は他の手足の再教育を促進するために利
用されてもよく、このような場合には装置はそれが取付
けられる手足の形状に適合させるような異なる形状を持
ったものであってもよい。

まず第１図乃至第３図を参照すると、本発明による手足
の再教育のための装置の第１の実施態様が全体に参照番
号１を付して描かれている。

指２に取付けられているこの装置は再教育すべき指の実
質的に全体を包み込む被覆４を備えている。

この被［４は例えば識られた素材から構成され、制御手
段を形成する回路８に接続された形状記憶合金よシなる
モーター要素６を包含している。

モーター要素６は一方向効果を持つように教育された形
状記憶合金よりなるワイヤーによって構成されておシ、
その記憶された形状は第２図に示されるようなモーター
要素６の真直ぐな形状である。

環状の横断面を有するモーター要素はシリコーンなどの
電気的および熱的な絶縁材料１０（第３図）中に包み込
まれている。

８１図乃至第３図において明瞭に見られるように、モー
ター要素６は被覆４の壁の内部に包み込まれて被覆の長
さ方向全体にわたって実質的にその長袖に対して平行に
延在している。

もちろん、一つの実施態様によればモーター要素は例え
ば自己接着性テープなどによって被覆の外面に置いても
結合してもよい。

図示され九実施態様においては、装置が指に接して置か
れるときにはモーター要素は指の頂部に配置されるが、
被覆４中に位置するモーター要素の教育とこの要素の断
面の形状によって、装置はモーター要素が指の下方にあ
るいは側面に配置するように置かれてもよい。

さらに１モーター要素６は２個の通常の電気コネクター
１６．１８によって制御回路８にそれぞれ接続された基
部１４および末端部１４を有する。

電気コネクター１６および１８は同様に電気絶縁性の材
料が塗布されておル、この材料はモーター要素６を被覆
しているものと同じ材料であることが好ましい。

制御手段を形成する回路８は直Ｒ’ｄｔ源２０．スイッ
チ２２、回路中で電圧循環の強さを変化させる装［２４
および回路遮断手段２６を直列に有している。回路８は
またスイッチ２２および装置２４に平行に接続された監
視手段２８も有する。

駆動回路８は商業的に入手可能な集積回路（ＩＣ）部品
を使用して構成されることは有利であシ、監視装置２８
は特にプログラム可能なメモリーと結合されたマイクロ
プロセッサ−を含んでいることは有利である。一つの実
施態様においては監視手段２８は再教育サイクル分自動
的にプログラム化および／または監視するだめのタイミ
ング手段を含んでいる。

本発明による装置の操作は以下のように行われる。

まず、前述の装置は一方向効果の教育を受けたモーター
要素を有する”能動的”　再教育と呼ばれるものだけを
許容することは特記すべきである。

”能動的″　再教育とは、いかなる外部からの援助もな
しに運動を行おうと試みなければならない患者の側の努
力を必要とする再教育を意味する。記述されている実施
例においては、能動的再教育は指を曲げるように要求さ
れた患者について指の関節を再教育することを含んでい
る。

指２は、例えば伸長された位ｆ（第２図）に対応する位
置にある被ｆｆ１４に包み込まれておシ、図示された実
例においてはモーター要素６の記憶され丸形状を有する
。モーター要素はこの瞬５１５にはマルテンサイト結晶
相状態（低温すなわちＴ（ＴＭｌｌ　）にある。患者は
指を第１図に示される位置に導くように曲げ、同時にモ
ーター要素６を変形させる。指が曲げられてモーター要
素が変形されると、患者はすぐにスイッチ２２によって
制御回路８を閉じる。この閉止によってモーター要素に
電流が流され、その結果としてジュール効果によってモ
ーター要素が加熱され、このためモーター要素の温度が
上昇する。この温度がＴＡ、すなわちオーステナイト結
晶相（高温）が生成し始める温度を超えるとすぐに、モ
ーター要素６は実質的にＴＡｆ以上の温度に到達すると
すぐに徐々に変形してその記憶された状態（第２図）を
取戻す。

このとき、制御回路は患者によって、必要が起れば監視
手段によってスイッチを切ることができ、その結果モー
ター要素は冷却されてその結晶状態はオーステナイト状
態から当初のマルテンサイト状態に移行する。このとき
、新しいサイクルを始めることができる。

したがって、第１の相においては患者は自分の指を曲げ
ようと努力し、第２の相においては被覆４を有するモー
ター要素６の固体が指を真直ぐな位置に強制する。

このサイクルを多数回繰返すことにより患者が外部から
の助けを借シずに、容易にそして自分に適した速度で自
分の病的な手足の再教育を行うことが可能になる。

第１図乃至第３図に示された実施態様においては５０−
５０型のＴｌ−Ｎ１合金よりなるワイヤーが使用されて
きたが、ワイヤーは直径が約２■であ多回路は約３ボル
トの電源によって起動力を付与される。このことによｊ
ｌ）３．５Ｎのオーダーの起動力Ｆ、が得られた。

使用された合金についての情報として下記の相転移温度
が得られる：ＴＡ、＝６０℃、ＴＡｆ＝９０℃、ＴＭ、
＝６０℃、ＴＭｆ＝４０℃もちろん、モーター要素によ
って再教育すべき手足に加えられる力は再教育したい手
足に応じて様々に変えることができ、この点ではこの起
動力は使用されるモーター要素の大きさ（寸法）に実質
的に比例することを特記すべきである。したがって同じ
起動力を得るためには単一のモーター要素をよシ小さい
寸法で同じ作動をする幾つかのモーター要素によって置
き換えることが可能である。

モーター要素が熱くなって温度が上シ過ぎる結果として
患者に不快感を与えるのを防止するために、モーター要
素と被覆との間に断熱材料で造られた層（図示しない）
を追加することができる。

次に第４図乃至第６図を参照すると、本発明による装置
の第２の実施態様が示されておシ、この装置においては
前述の要素と同じ要素には同じ参照番号が付与されてい
る。

この第２の実施態様において、装置１は形状記憶合金に
よって構成され実質的に四角形の横断面を有するストリ
ップ状に造られた二つのモーター要素を備えている。電
気的および熱的な絶縁体中に包み込まれたこれらの二つ
のモーター要素は被覆４の直径方向に対向し九壁体中に
包含されてお）、この壁体はそれぞれ指の下側および上
側に配置されるように指に接して置かれている。第１の
冥施態様においてずでに説明されたように５各モーター
要素４０および４２は電気コネクターを仲介して制御回
路４４に接続されている。

この制御回路４４はモーター要素４０および４２に交互
にエネルギーを付与するための手段４６を有することに
おいて、第１図および第２図に関連して記述された回路
と異なる。

これらの手段４６は一方では電源２０に他方では各モー
ター要素の電気コネクター１８に接続されたフリップ・
フロップによって構成されておシ、ロッカースイッチ４
６はさらに監視手段２８に接続されている。

二つのモーター要素４０および４２は、この場合は一方
向効果の教育を受けておシ、例えばモーター要素４０の
記憶形状（高温またはオーステナイト相）が曲げられる
か、または１屈曲して”いる（第４図）のに対して、モ
ーター要素４２の記憶形状は真直ぐである（第３図）と
いう意味において異なる記憶形状を持っている。

モーター要素４０および４２に交互にエネルギーが付与
されるときには、これらの要素は指の曲げられた位置（
第３図）と伸張された位置との間の指の交互の運動を行
うことができるように互いに逆の方向に作動する。

このように装置を適切に制御すると、１受動的″と呼ば
れる、すなわち患者がこれらの運Ｕを開始するための何
等の努力も行わない再教育を容易に企てることができる
。

この場合には、監視手段２８はモーター要素４゜および
４２が、決して同時にではなく相次いで計動的にエネル
ギーを付与されるようにプログラム化される。

これらの監視手段２８は各患者に適合した再教育サイク
ルを実施するための第１〜３図に関連して記載されたよ
うなタイミング手段を含んでいる。

もちろん、このような装置の助けを借シた受動的再教育
は、二つの一方向効果教育を受は九モーター喪素４０お
よび４２１を二方向効果の教育を受けた形状記憶を有す
る合金よシなる単一のモーター要素で置き換えることに
よって実施することができる。

最後に第７図および第８図を参照すると、本発明による
装置の第３の実施態様が示されておシ、この装置におい
て唯一つのモーター要素６が細長い織物４８中に包含さ
れておシ、織物４８はその片面に包帯のように接着性材
料５０を備えている。

モーター要Ｘ６はもちろん第１図乃至第３図に関して記
載され九種類の制御回路（図示しない）に接続されてい
る。

一つの実施態様によれは、接着材料５０は再教育すべき
手足に結合される他の手段によって、例えば特にバック
ルファスナーを有するストラップ、ペルクロ貿め具を有
するストラップなどによって置き換えることができる。

このような実施態様は形状、寸法およびセクションの異
なる手足に適合する同じ装置を可能くするのは有利であ
ることを％記すべきである。

前述のすべての実施態様においては制御回路は、装置中
で起る短絡（ショート）の事故に対する回路遮断手段２
６を形成するヒユーズを有することが好ましいことを特
記すべきである。

最後に、このような装置は、洩立して、すなわち建物な
どの特定の間合せ場所に全く関係なく、そして再教育す
べき手足の位置にかかわシなく使用できるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御手段を備え、第１の位置の指に接触され九
本発明による装置の第１の実施態様を図示し九縦断面図
、第２図は制御手段が省略されて指が第２の位置にある
ときの第１図と同様の図、第３図は第２図の１−１線に
沿った横断面図、第４図は再び制御手段を備えて第１の
位置の指に接触された本発明による装置の第２の実施態
様を図示した縦断面図、第５図は本発明による装置を第
２の位置において部分的に示す第４図と同様の図、第６
図は第５図のＶｌ−ＶＩ線に沿った横断面図、第７図は
制御回路なしで本発明による装置の第３の実施態様を図
示する平面図であり、第８図は第７図のＶＩ−ＶｌｌＭ
に沿った横断面図である。 ２・・・・指＝４・・−・被覆＝６・・・・モーター要
素：１６．１８・・・・電気コネクター；２０・・・・
直流電源＝２８・・・・監視手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 形状記憶合金によつて構成された少なくとも一つのモー
   ター要素を有する手足を教育するための装置において、
   前記モーター要素がある特定の形状に対応する少なくと
   も一つの形状記憶状態と、モーター要素を前記形状記憶
   状態に導くための制御手段と、モーター要素の少なくと
   も一部を再教育すべき手足の一部に固定するための機械
   的結合手段とを備えたことを特徴とする手足を再教育す
   るための装置。