JPWO2006040861A1 - 持続的他動運動装置 - Google Patents

Abstract

持続的他動運動装置は、ベース、ベースに第１の回動軸を中心として回動可能に連結されているリンク体、リンク体に第２の回動軸を中心として回動可能に連結されている下腿保持部、及びリンク体及び下腿保持部を屈伸させる駆動手段を有している。ベースには、股関節を位置決めするための第１の位置決め部が設けられている。第２の回動軸の近傍には、膝関節を位置決めするための第２の位置決め部が設けられている。第１及び第２の回動軸は、それぞれ第１及び第２の位置決め部に対して同方向へオフセットされている。

Description

この発明は、股関節及び膝関節を持続的に運動させることにより拘縮を予防するＣＰＭ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｍｏｔｉｏｎ）装置、即ち持続的他動運動装置に関するものである。

従来の持続的他動運動装置では、大腿駆動装置のアームの先端に設けられた保持具を患者の大腿部に装着するとともに、下腿駆動装置のアームの先端に設けられた保持具を患者の下腿部に装着した状態で、大腿駆動装置及び下腿駆動装置が駆動され、患者の股関節や膝関節が屈伸される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−５１２９７号公報

上記のような従来の持続的他動運動装置では、大腿部及び下腿部のみの動きが規制されているため、例えば患者の腰の位置がずれたりすると、股関節や膝関節に所望の運動をさせることができなくなる恐れがある。これに対して、駆動機構の回転中心を関節の回転中心と一致させようとした場合、膝関節であれば関節の両側に駆動機構の回転中心を配置できるが、股関節では、関節が体内に位置するため、関節の片側（体側）にしか駆動機構の回転中心を配置できない。このため、足を支えるのに十分な強度が得られず、安定した運動を実施できなくなる可能性があった。また、左右どちらの足を運動させるかによって、装置を組み替えたり他の装置を用いたりする必要があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成により、関節の回転中心を中心として股関節及び膝関節をより安定して運動させることができる持続的他動運動装置を得ることを目的とする。

この発明による持続的他動運動装置は、臀部が載置されるベース、ベースに第１の回動軸を中心として回動可能に連結されているリンク体、上記リンク体に第２の回動軸を中心として回動可能に連結され、下腿部を保持する下腿保持部、及び第２の回動軸が第１の回動軸を中心とした円弧に沿って変位するようにリンク体及び下腿保持部を屈伸させる駆動手段を備え、ベースには、股関節を位置決めするための第１の位置決め部が設けられており、第２の回動軸の近傍には、膝関節を位置決めするための第２の位置決め部が設けられており、第１及び第２の回動軸は、リンク体及び下腿保持部を伸展させたとき、それぞれ第１及び第２の位置決め部に対して同方向へずらされているように配置されている。

この発明の一実施形態による持続的他動運動装置を示す斜視図である。 図１の持続的他動運動装置の最短時における伸展状態を示す概略の構成図である。 図１の持続的他動運動装置の最短時における屈曲状態を示す概略の構成図である。 図１の持続的他動運動装置の最長時における伸展状態を示す概略の構成図である。 図１の持続的他動運動装置の最長時における屈曲状態を示す概略の構成図である。 図１の持続的他動運動装置の最短時における動作軌跡を示す説明図である。 図１の持続的他動運動装置の最長時における動作軌跡を示す説明図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はこの発明の一実施形態による持続的他動運動装置を示す斜視図である。図において、患者の臀部が載置される平板状のベース１には、患者の股関節を位置決めするための第１の位置決め部２が設けられている。第１の位置決め部２には、ベース１の中央に描かれた目印線３と、ベース１の幅方向両端部に固定された円柱状の一対の目印部材４とが含まれている。目印部材４は、目印線３の延長線上に配置されている。目印線３及び目印部材４は、ベース１とは異なる色に着色されている。

ベース１の一端部には、円筒状の軸保持部材５が接続されている。軸保持部材５には、第１の回動軸６が回動自在に挿通されている。第１の回動軸６の両端部には、リンク体７が接続されている。即ち、リンク体７は、ベース１に第１の回動軸６を中心として回動可能に連結されている。

また、リンク体７は、第１の回動軸６の軸方向（ベース１の幅方向）に互いに間隔をおいて配置された第１及び第２のアーム８，９と、第１の回動軸６と平行にアーム８，９間に固定された補強部材１０とを有している。各アーム８，９は、アーム本体１１と、アーム本体１１に伸縮可能に挿入された挿入部１２と、アーム本体１１からの挿入部１２の引き出し量をロックするための第１のロック機構１３とを有している。第１のロック機構１３は、アーム本体１１の第１の回動軸６側の端部に設けられている。また、リンク体７には、大腿部をより確実に保持するためのベルト等の保持具を設けることができる。

第１のロック機構１３のロック状態を解除することにより、アーム本体１１からの挿入部１２の引き出し量は変更可能となっている。これにより、第１の回動軸６に対して直角方向へのリンク体７の全長は調整可能となっている。リンク体７の全長を調整することで、患者の身長の高い人から低い人まで本装置が対応できるようになっている。アーム本体１１から引き出された挿入部１２の端部は、第１の回動軸６に接続されている。また、アーム本体１１の中間部は、第１の回動軸６とは反対側の端部が第１の回動軸６側の端部よりも上方に位置するように湾曲（又は屈曲）されている。

アーム本体１１の第１の回動軸６とは反対側の端部には、患者の下腿部を保持する下腿保持部１４が第２の回動軸１５を中心として回動可能に連結されている。第２の回動軸１５は、第１の回動軸６に平行である。下腿保持部１４は、保持部本体１６と、保持部本体１６の長さ方向へスライド可能な踵受け部１７と、保持部本体１６に対する踵受け部１７の変位をロックする第２のロック機構１８と、保持部本体１６のリンク体７とは反対側の端部に設けられた一対のローラ１９とを有している。踵受け部１７を保持部本体１６の長さ方向へスライド可能に設けることで、患者の身長の違いに本装置が対応可能となっている。また、一対のローラ１９は、リンク体７と下腿保持部１４とが屈曲するときに側壁部２１，２２の下端側となる部分がスムーズに移動できるようにするためのものである。

下腿保持部１４の第２の回動軸１５の近傍には、患者の膝関節を位置決めするための第２の位置決め部２０が設けられている。保持部本体１６は、互いに平行な第１及び第２の側壁部２１，２２を有している。第２の位置決め部２０は、第１及び第２の側壁部２１，２２の互いに対向する内壁面のベース１側端部に設けられている。アーム本体１１は、保持部本体１６の外側から第１及び第２の側壁部２１，２２に連結されている。ローラ１９の回転軸は、第１及び第２の回動軸６，１５と平行である。第１及び第２の側壁部２１，２２の内側の第２の回動軸１５に対応した位置には、一対の保持具２８が互いに対向するように配置されている。側壁部２１，２２間には、これらの保持具２８によって、下腿部をより確実に保持するためのベルト、例えば布製のベルト２９が設けられている。ベルト２９は、柔軟性を有し、回動軸１５のほぼ背後の位置で下腿部を支持する。

リンク体７及び下腿保持部１４を伸展させたとき（図１の状態）、第１及び第２の回動軸６，１５は、第１及び第２の位置決め部２，２０に対してそれぞれ同方向へオフセットして設けられている。即ち、この持続的他動運動装置の使用状態では、ベース１に対するリンク体７の回転中心の位置が股関節の回転中心の位置からオフセットして設けられているとともに、リンク体７に対する下腿保持部１４の回転中心の位置が膝関節の回転中心の位置からオフセットして設けられている。

また、第１の位置決め部２から第１の回動軸６までのオフセット寸法（例えば約１００ｍｍ）は、第２の位置決め部２０から第２の回動軸１５までのオフセット寸法（例えば約８０ｍｍ）とは異なっている。さらに、第２の回動軸１５と第２の位置決め部２０との間の間隔は固定されている。さらにまた、リンク体７の全長を変化させることにより、第１の回動軸６と第２の回動軸１５との間の間隔は調整可能になっている。

図２は図１の持続的他動運動装置の最短時における伸展状態を示す概略の構成図、図３は図１の持続的他動運動装置の最短時における屈曲状態を示す概略の構成図、図４は図１の持続的他動運動装置の最長時における伸展状態を示す概略の構成図、図５は図１の持続的他動運動装置の最長時における屈曲状態を示す概略の構成図である。

第１の側壁部２１内には、第２の回動軸１５が第１の回動軸６を中心とした円弧に沿って変位するようにリンク体７及び下腿保持部１４を屈伸させる駆動手段２３が収容されている。駆動手段２３は、第２の回動軸１５と同軸に固定された駆動プーリ２４、駆動プーリ２４に巻かれた駆動ワイヤ２５、駆動ワイヤ２５の一端部と第１の側壁部２１の内部との間に接続された第１のチューブ形エアアクチュエータ２６、及び駆動ワイヤ２５の他端部と第１の側壁部２１の内部との間に接続された第２のチューブ形エアアクチュエータ２７を有している。駆動プーリ２４は、第１の側壁部２１に対して第２の回動軸１５及びアーム本体１１と一体に回動される。

チューブ形エアアクチュエータ２６，２７は、インナチューブと、インナチューブの外周を覆うメッシュスリーブ（網状被覆体）とを有している。インナチューブは、例えばブチルゴム等の弾性体により構成されている。また、インナチューブの長さ方向の一端部には、インナチューブ内に対して空気を供給・排出するための空気給排ユニットが給排管を介して接続されている。インナチューブの長さ方向の他端部には、ブッシュが挿入されて気密に閉じられているとともに、駆動ワイヤ２５が接続されている。

メッシュスリーブは、例えば伸縮性を持たない高張力繊維等の線材により構成されている。メッシュスリーブの長さ方向の両端部は、締め付け具により締め付けられており、これによりインナチューブの両端部に対して固定されている。

インナチューブは、内部に空気が供給されることにより膨張する。このとき、メッシュスリーブを構成する線材は伸縮性を持たないため、インナチューブの膨張はアクチュエータ全体の長さの縮小に変換される。即ち、チューブ形エアアクチュエータ２６，２７は、空気が供給されると、径が拡大されつつ長さが縮小される。この長さの縮小により、チューブ形エアアクチュエータ２６，２７は駆動力（引張力）を発生する。

チューブ形エアアクチュエータ２６，２７で発生した駆動力は、駆動ワイヤ２５を介して駆動プーリ２４に伝達され、これにより駆動プーリ２４、第２の回動軸１５及びアーム本体１１が回動される。

図２及び図４の状態から、第１のチューブ形エアアクチュエータ２６内の空気を排出しつつ第２のチューブ形エアアクチュエータ２７内に空気を供給することにより、第２のチューブ形エアアクチュエータ２７の長さが縮小されるとともに第１のチューブ形エアアクチュエータ２６の長さが伸ばされ、駆動プーリ２４が図の時計方向に回動される。これにより、アーム本体１１が時計方向に回動され、装置全体は図３及び図５に示すような屈曲状態に変態される。逆に、図３及び図５の状態から、第２のチューブ形エアアクチュエータ２７内の空気を排出しつつ第１のチューブ形エアアクチュエータ２６内に空気を供給することにより、逆に装置全体は伸展状態に戻される。

次に、動作について説明する。図６は図１の持続的他動運動装置の最短時における動作軌跡を示す説明図、図７は図１の持続的他動運動装置の最長時における動作軌跡を示す説明図である。図６及び図７では、装置の伸展状態を実線、屈曲状態を２点鎖線、中間状態を１点鎖線で示している。

リンク体７の全長は、患者の股関節から膝関節までの長さに応じて調整される。即ち、リンク体７の全長は、股関節が第１の位置決め部２のほぼ真上に位置するように患者が横たわったときに、膝関節が第２の位置決め部２０のほぼ真横に位置するように調整される。股関節の位置は、例えば大転子の位置から推測することができる。また、大転子の位置を第１の位置決め部２に合わせれば股関節が所定の位置に位置するように、第１の位置決め部２の位置を予め設定してもよい。さらに、踵受け部１７の位置は、患者の下腿部の長さに応じて調整される。

装置の使用時には、図６及び図７に示すように、ベース１上に臀部を載せ、下腿保持部１４上に下腿部を載せた状態で、装置が伸展状態と屈曲状態との間で繰り返し変態される。装置が屈曲状態となることにより、膝関節が屈曲されながら上方へ持ち上げられる。また、装置が伸展状態に戻されることにより、膝関節は伸展されながら下降される。このようにして、股関節及び膝関節の角度が繰り返し変化される。また、関節角度の変化幅や変化速度は、空気給排ユニットを制御することにより任意に設定可能である。

このような使用状態において、第２の回動軸１５は、第１の回動軸６を中心とした円弧状の軌道Ｌ１に沿って変位される。一方、膝関節は、股関節の回動中心Ｃを中心として円弧状の軌道Ｌ２に沿って変位される。図６及び図７では、軌道Ｌ１，Ｌ２が互いに交差しているが、膝関節と第２の回動軸１５との間には常に間隔が保持されており、軌道Ｌ１，Ｌ２の交点を膝関節と第２の回動軸１５とが同時に通過することはない。このように、第２の回動軸１５と膝関節とは、それぞれの支点を中心として独立して円運動することができる。

上記のような持続的他動運動装置では、股関節を位置決めするための第１の位置決め部２がベース１に設けられ、膝関節を位置決めするための第２の位置決め部２０が第２の回動軸１５の近傍に設けられ、リンク体７及び下腿保持部１４を伸展させたとき、第１及び第２の回動軸６，１５は、第１及び第２の位置決め部２，２０に対してそれぞれ同方向へオフセットして設けられているので、膝関節を股関節の回転中心を中心として変位させることができ、膝関節に無理な力がかからず、股関節及び膝関節をより安定して運動させることができる。

即ち、第１及び第２の位置決め部２，２０の位置を機構の回動中心からオフセットさせることにより、患者の大腿部をその両側で支持する構造を採用することが可能となっているとともに、股関節、膝関節及び踵の位置が実質的に規定される３点式の装置とすることができる。このため、十分な装置強度を確保することができるとともに、膝関節及び踵の位置のみが規定される２点式の装置に比べて、股関節及び膝関節をより安定して運動させることができる。

また、リンク体７は、第１の回動軸６の軸方向に互いに間隔をおいて配置された第１及び第２のアーム８，９を有し、第１及び第２のアーム８，９の基端部は、第１の回動軸６を中心として回動可能にベース１に連結されているので、大腿部の荷重を大腿部の両側で安定して支持することができ、装置の動作をより安定させることができる。

さらに、駆動手段２３は、第１及び第２のチューブ形エアアクチュエータ２６，２７を有しているので、装置全体の軽量化を図ることができる。

なお、上記の例では、駆動手段の駆動源としてチューブ形エアアクチュエータを使用したが、他の流体を用いた流体圧式アクチュエータを使用してもよい。また、上記の例ではチューブ形のアクチュエータを用いたが、シリンダ形のアクチュエータであってもよい。さらに、電動モータ等を駆動源として用いてもよい。
また、上記の例では、下腿保持部１４にローラ１９が設けられているローラ形の装置を示したが、下腿保持部のリンク体とは反対側の端部をレールに沿って案内するスライド形の装置にも、この発明は適用できる。
さらに、上記の例では、下腿保持部１４側に駆動手段２３を設けたが、駆動手段はリンク体側に設けることもできる。

Claims (16)

1. 臀部が載置されるベース、
   上記ベースに第１の回動軸を中心として回動可能に連結されているリンク体、
   上記リンク体に第２の回動軸を中心として回動可能に連結され、下腿部を保持する下腿保持部、及び
   上記第２の回動軸が上記第１の回動軸を中心とした円弧に沿って変位するように上記リンク体及び上記下腿保持部を屈伸させる駆動手段
   を備え、
   上記ベースには、股関節を位置決めするための第１の位置決め部が設けられており、
   上記第２の回動軸の近傍には、膝関節を位置決めするための第２の位置決め部が設けられており、
   上記第１及び第２の回動軸は、上記リンク体及び上記下腿保持部を伸展させたとき、それぞれ上記第１及び第２の位置決め部に対して同方向へオフセットした位置へ配置されている持続的他動運動装置。
2. 上記第２の回動軸と上記第２の位置決め部との間の間隔は固定されており、上記第１の回動軸と上記第２の回動軸との間の間隔は調整可能になっている請求項１記載の持続的他動運動装置。
3. 上記リンク体は、上記第１の回動軸の軸方向に互いに間隔をおいて配置された第１及び第２のアームを有し、上記第１及び第２のアームの基端部は、上記第１の回動軸を中心として回動可能に上記ベースに連結されている請求項１記載の持続的他動運動装置。
4. 上記第１及び第２のアームは、アーム本体と、上記アーム本体に挿入された挿入部と、上記アーム本体からの上記挿入部の引き出し量をロックするための第１のロック機構とを有し、上記アーム本体からの上記挿入部の引き出し量を変更することにより、上記第１の回動軸に対して直角の方向への上記リンク体の全長が調整可能になっている請求項３記載の持続的他動運動装置。
5. 上記下腿保持部は、保持部本体と、上記保持部本体の長さ方向へスライド可能な踵受け部とを有している請求項１記載の持続的他動運動装置。
6. 上記下腿保持部は、上記保持部本体に対する上記踵受け部の変位をロックする第２のロック機構をさらに有している請求項５記載の持続的他動運動装置。
7. 上記挿入部の端部は、上記第１の回動軸に接続されており、上記アーム本体の中間部は、上記第１の回動軸とは反対側の端部が上記第１の回動軸側の端部よりも上方に位置するように湾曲されている請求項４記載の持続的他動運動装置。
8. 上記第１の位置決め部は、上記ベースの中央に付された目印線を含む請求項１記載の持続的他動運動装置。
9. 上記第１の位置決め部は、上記ベースの幅方向端部に固定された目印部材を含む請求項１記載の持続的他動運動装置。
10. 上記保持部本体は、互いに平行な第１及び第２の側壁部を有している請求項５記載の持続的他動運動装置。
11. 上記第２の位置決め部は、上記第１及び第２の側壁部の互いに対向する内壁面の上記ベース側端部に設けられている請求項１０記載の持続的他動運動装置。
12. 上記駆動手段は、上記第１の側壁部内に収容されている請求項１０記載の持続的他動運動装置。
13. 上記駆動手段は、上記第２の回動軸と同軸に設けられた駆動プーリ、上記駆動プーリに巻かれた駆動ワイヤ、上記駆動ワイヤの一端部と上記第１の側壁部の内部との間に接続された第１のチューブ形エアアクチュエータ、及び上記駆動ワイヤの他端部と上記第１の側壁部の内部との間に接続された第２のチューブ形エアアクチュエータを有し、
    上記チューブ形エアアクチュエータは、空気を供給・排出することにより長さが縮小・伸長されて駆動力を発生する請求項１２記載の持続的他動運動装置。
14. 上記駆動手段は、空気を供給・排出することにより長さが縮小・伸長されて駆動力を発生するチューブ形エアアクチュエータである請求項１記載の持続的他動運動装置。
15. 上記下腿保持部の上記リンク体とは反対側の端部には、ローラが設けられている請求項１記載の持続的他動運動装置。
16. 上記第１及び第２の側壁部の内側の上記第２の回動軸に対応した位置には、一対の保持具が設けられており、上記第１及び第２の側壁部間には、柔軟性を有したベルトが上記保持具によって設けられている請求項１０記載の持続的他動運動装置。
    

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