WO2017099190A1 - 横臥式リハビリテーション装置 - Google Patents

Abstract

本発明の横臥式リハビリテーション装置は、横臥した施術対象者の身体の下半身を収納できる開口、高さ、及び断面形状を備えた有底の本体１、本体１の開口部と、伸縮性のある素材からなり、本体の開口部を封止するとともに、施術対象者の下腹部から肩部に到るいずれかの箇所で全周にわたり封止する伸縮性の封止部２、真空ポンプ３、真空ポンプ３により気密室に陰圧が印加されたとき、施術対象者の足裏が本体１の底面に接触し、その負荷を検出するセンサの検出値に基づいて、真空ポンプ３の駆動を制御するコントローラ７とにより構成される。これにより、横臥したままの状態でで、自律神経系の血圧調節能力の改善と、筋肉および骨密度の維持増強を同時に図り、施術対象者の自立を促進することができる。

Description

横臥式リハビリテーション装置

　本発明は、リハビリテーション装置に関し、特に、寝たきりの高齢者、障害児、入院患者等、自力で起立することが困難となった対象者に、横臥したままの状態で脚部あるいは全身の筋肉に適度な負荷を掛けて、筋肉量および骨密度の維持、増強を図ることができる横臥式リハビリテーション装置に関する。

　本技術分野の背景技術として、特許文献１には、手足の筋肉を空気袋で被覆し、空気の注入、排出を繰り返すことにより血行促進を図ることが示されている。
　また、非特許文献１には、寝たきりの重症児の下半身を陰圧カプセル部内に入れて、減圧を行うことで、横臥状態のまま立位したときと同じような筋肉収縮状態を作り出し、循環調節能力の低下を防止することが示されている。

特開２００１－２３１８２８号公報

全国重傷心身障害児施設職員研修会講演録「寝たきり状態がもたらす弊害－循環調節障害を中心に－」（愛知県心身障害者コロニー　発達障害研究所治療部門室長　三田勝巳　１９９５年発行）

　特許文献１、非特許文献１に記載されたリハビリテーション装置では、自律神経系の血圧調節能力を改善する観点では有効であるが、施術対象者の筋肉量、骨密度の維持、さらには増強を図るには不十分である。特に非特許文献１に記載されたリハビリテーション装置では、施術対象者は不動の状態で施術を受けることになり、しかも、足裏も固定されていないことから、筋肉には陰圧が負荷されるものの、不動の状態で骨にはなんらの負荷も作用しない。
　そこで本発明では、非特許文献１の陰圧負荷をさらに発展させ、横臥したままで、自律神経系の血圧調節能力の改善と、筋肉および骨密度の維持増強を同時に図り、施術対象者の自立を促進することを目的としている。

　この課題を解決するため、本発明の横臥式リハビリテーション装置は、横臥した施術対象者の身体のうち、少なくとも下半身を収納することができる開口、高さ及び断面形状を備えた有底の本体と、伸縮性及び密着性のある素材からなり、本体の開口部を封止するとともに、施術対象者の下腹部から肩部に到るいずれかの箇所で全周にわたり封止して、内部に気密室を形成する封止部と、本体に接続される真空ポンプと、真空ポンプにより気密室に陰圧が印加されたとき、施術対象者の足裏が本体底面に接触し、該本体底面から受ける負荷を検出するセンサと、前記センサの検出値に基づいて、前記真空ポンプの駆動を制御するコントローラとから構成した。

　本発明のリハビリテーション装置を使用して施術を行うことにより、施術対象者の筋肉に陰圧を負荷することにより、循環調節能力の改善を図りながらとともに、骨に対しても、立位時や歩行時と同様の負荷を連携して負荷することができるので、寝たきりの高齢者、障害児、入院患者等、自力で起立することが困難となった対象者でも、不活動によって生じる筋力および骨密度の低下を効果的に抑制するとともに、さらなる改善を図ることが可能となる。

図１は実施例１の全体構成図である。 図２は実施例１の実験結果を示す図である。 図３は実施例２の全体構成図である。 図４は実施例３の全体構成図である。

　以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

［実施例１］
　図１は、実施例１の全体構成を示す図である。
　本実施例の横臥式リハビリテーション装置は、少なくとも施術対象者の下半身を収納する、一端側に開口部を備えた有底の本体１、封止部２、本体１に接続された真空ポンプ３、圧力センサ４ａ、荷重センサ４ｂ、緊急停止スイッチ５、リハビリプログラム選択スイッチ６、そして、真空ポンプ３を制御するコントローラ７とから構成されている。なお、封止部２は、下端部全周が本体１の開口部外周に沿って密着し、上方部が施術対象者の下腹部を覆うことで、下腹部の周囲と本体１の開口部との間を封止し、本体１の内部に気密室を形成する。
　以下順に、各部を説明する。

　本体１は、台座あるいはベッド８に載置され、少なくとも施術対象者の足裏から脚部までを収容できる断面形状、深さを備え、底部は封止され、他端は開放端となっている。
　なお、断面形状は、様々な体格の施術対象者でも収容可能とするとともに、施術対象者身長に合わせ、開放端に、同一断面形状、開口形状を備えたリング状の深さ調整部材を種々用意し、深さを調整できるようにしてもよい。

　本実施例では、本体１として、標準的な体格、身長の施術対象者を対象にして、径や長さを選定した、塩化ビニルなどの樹脂製円筒体を使用し、その底部を同一素材、同一径の円板により封止し、空気が漏洩しないようしている。
　なお、本体１の一部に透明樹脂をはめ込んだり、本体１自体を透明の樹脂で成形すると、施術者がリハビリの様子を目視することが可能となる。

　後述するように、施術中は、本体１の内部に形成された気密室が周期的に減圧されるので、これに十分に耐える強度が得られるよう、本体１の材質、厚さが選定されている。
　また、本体１の底部には、気密室の減圧に応じて、施術対象者の足裏が接触し、体重に相当する負荷が作用するので、これに耐え得るよう、強度、剛性を備えた板材で構成する。
　なお、本体１の垂直断面形状は円に限らず、施術対象者が横たわる底面を平板状にした断面形状、正方形、長方形などの多角形断面形状でもよい。

　また、施術対象者が足から下腹部に到るまでスムースに入り込むことができ、施術の際にスムースに水平方向に往復動できるよう、本体１の底面は、摩擦係数が小さい滑らかな表面を有するものが好適である。
　台座８についても、特に被施術者の背中が接触する部分は、摩擦係数が小さい表面を備えたものが好ましいが、診察用ベッドなど、沈み込みの少ないベッドであれば問題ない。

　さらに、本体１底部の足裏接触部には、荷重センサ４ｂが設けられており、気密室の減圧に伴い足裏に負荷される荷重を検出する。本体１の底部に、施術対象者の足裏を載せる足載板を別途設け、この足載板に荷重センサ４ｂを設けるとともに、この足載板を、電動モータ等で往復動駆動することで、施術中、被施術者の膝の角度を曲げ伸ばしを行い、膝の屈伸と連動したリハビリを行えるようにすることもできる。荷重センサ４ｂは、体重計を転用してもよいし、市販の重量センサを用いてもよい。

　封止部２の役割は、その下端側で本体１の開口部を密封し、上端側で、施術対象者の腸骨上方の下腹部の全周にわたり密着し、本体１の内部に気密室を形成することにある。
　そして、真空ポンプ３により気密室が減圧されると、ダイアフラムと同じように、施術対象者ともに本体１の底部に向けて水平方向に収縮し、減圧が解除されると、逆方向に復帰するものである。

　したがって、封止部２は、軽量で、ゴム、ポリウレタン等の密着性、気密性、伸縮性に富み、しかも繰り返しの収縮に対し耐久性の高い素材製で、施術対象者の下腹部周囲に密着し、空気の流通を可能な限り遮断するものが好ましい。例えば、ウエットスーツに用いられている、内部に気泡を含むクロロプレンゴム製の生地が好ましく、施術対象者が本体１の内部に下半身を入れ、足載板に足裏を載せた状態で、ファスナーを閉じ、下腹部に密着させるようにすることが好ましい。

　また、封止部２は、施術対象者の体型に合わせて、各所を面ファスナー付きベルトなどで、様々な箇所でサイズ調整できるようにすると、さらに好適である。
　なお、気密室の減圧に伴い、施術対象者の下腹部周辺で密着部が収縮し、減圧の程度のよっては、締め付け感を与えるおそれがある。そこで、密着部周辺を、グラスファイバーや炭素繊維等で補強し、剛性を高めることで、接触部の面積を拡大するとともに、施術対象者に強力な締め付け感の低減と空気の漏れの低減を両立することが可能となる。

　また、繰り返し使用することとなるため、抗菌剤を含有させたり、簡単に交換できる内張を設け、衛生面での保守を簡単に行えるようにすることが好ましい。
　なお、封止部２は、簡単な操作で、上方側を施術対象者の下腹部に密着させるとともに、本体１の開口部全周との間を封止できるよう、その寸法や伸縮性などが、本体１の開口部の径や被施術者の下腹部の径との関係に基づいて最適な値に設定されている。
　封止部２の裾部にベルトを通しておき、バックルなどで締め付けるようにするのも好適である。

　真空ポンプ３は、本体１に接続されるパイプ９を介し、封止部２で開口部を封止された有底円筒体である本体１の内部を減圧する。吸引力は掃除機の吸引力程度でよく、掃除機の吸引機構、駆動モータ及び制御回路を利用することができる。
　なお、パイプ９の開口は、本体１の側面など、横臥した施術対象者の衣服などを吸い込まない位置に設定されている。

　コントローラ７には、圧力センサ４ａ、荷重センサ４ｂ、そして、電源スイッチ、緊急停止スイッチ５、リハビリプログラム選択スイッチ６が接続され、真空ポンプ３をプログラム制御しつつ、気密室圧力値のプログラム制御で設定された目標値にフードバック制御を行う。本体の底部に、水平方向に往復駆動される足載板を配置した場合には、足載板に荷重センサ４ｂを配置するとともに、コントローラ７は、気密室圧力値と連携させて、足載板のストロークやタイミングを制御する。

　次に、本実施例の使用手順について説明する。
　まず、施術対象者は、台座８に座り、足裏が底部の足載板に軽く接触するまで本体１の内部に脚部を差し入れる。施術対象者が上半身を起き上がらせることができない場合には、横臥した状態で施術者等が脚部を持ち上げ、本体１を差し込むようにする。

　以上の準備が終了したら、施術者等は、封止部２のファスナーを閉じ、施術対象者の下腹部周りに密着させ、本体１の開口部を封止する。
　上半身を起こした状態で本体１の内部に進入した場合には、この段階で、上体を倒し、台座８の上で横臥する。

　次に、施術者が、コントローラ７の電源をオンにし、リハビリプログラム選択スイッチ６により被施術者に最適なリハビリプログラムを選定し、施術を開始する。
　コントローラ７からの制御信号により、真空ポンプ３が作動すると、本体１の気密室内部が減圧され、封止部２が収縮する。これに伴い、被施術者には、下腹部周辺の封止部との接触部を介して、本体１の底部に向かう水平方向の牽引力が発生し、下半身の筋肉に負荷を与えることができる。真空ポンプ３を停止すると、パイプ９を介して大気圧が導入され、気密室内の圧力が大気圧に復帰し、施術対象者を初期位置に戻す。
　これを繰り返すことで、施術対象者の脚部に、歩行時と同様の負荷を与えることができる。
　なお、パイプ９の吸込側に逆止弁を設けるとともに、本体１に排出口を設け、その開閉や開度を電磁駆動等により制御することにより、本体１内の圧力変動を制御するようにしてもよい。その際、真空ポンプ３と本体１との間に、アキュムレータを設け、本体１の内部に一定の負圧を供給するのが好ましい。

　圧力センサ４ａは、脚部に作用する負荷を所定値に制御するとともに、本体１の気密室内部に過大な負圧が発生した場合、コントローラ７が真空ポンプ３を停止させたり、リリーフ弁を開放させるために使用する。
　なお、本体１の垂直断面積に、大気圧と負圧室の圧力との差を乗算したものが、施術対象者を本体１の底部に向けて吸引する力となり、施術対象者と本体１や台座との接触面で発生する摩擦力を減じたものが、施術者の足の裏が有底円筒体１の底部から受ける荷重となる。

　コントローラ７が具備するメモリには、リハビリプログラムとして、足裏負荷（Ｎ／ｃｍ）の時系列変化が記憶されており、足裏接触部に取り付けた荷重センサ４ｂの値の目標値を、選択されたリハビリプログラムに基づいて、真空ポンプ３のフィードバック制御を行うことで、リハビリがスタートする。
　足載板をモータ等により往復動させる場合には、膝の屈曲を連動させることで、さらに実際の歩行時の負荷を再現することが可能になる。
　なお、コントローラ７にはディスプレイが接続されており、選択したリハビリプログラム、そして、これに対する荷重センサ４ｂの検出値に対する追随性などがモニターされるようになっている。

　本発明によれば、まず、非特許文献１に記載されているように、下半身に負圧を印加することにより、循環調節能力を高めながら、足裏に起立時、歩行時と同様の負荷をかけることができるので、筋肉量、骨密度の改善を効果的に図ることができる。
　しかも、この負荷は、封止部を介して被施術者に作用するので、脚部に対し、鉛直方向に任意の負荷をかけることが可能となり、被施術者にとって理想的なリハビリテーションを提供することが可能になる。
　また、真空ポンプ３による負圧印加の周期を、与えた負荷に応じて、被施術者の呼吸に合わせるようにすると施術者の負担を軽減することができる。

　本実施例による実験結果を図２に示す。
　各グラフは、横軸を下半身陰圧負荷（ＬＢＮＰ　-mmHgでは、）として、上から順に、心臓一回拍出量（ＳＶ　ml）、心拍数（ＨＲ　bpm）、心拍出量（ＣＯ　ＳＶ×ＨＲ）、平均動脈圧（ＭＡＰ　mmHg）の変化をそれぞれ示している。なお、本実験装置では、下半身陰圧負荷が－２０ｍｍＨｇのとき、おおよそ２０ｋｇ程度の負荷を被施術者に与えたことに相当する。

　心臓一回拍出量（ＳＶ　ml）は、下半身陰圧負荷（ＬＢＮＰ）を漸増していくと漸減し、立位姿勢の際のレベルに近づく。これは、下半身に負荷を与えたことで、下半身に供給される血液量が増加し、その分、心臓に戻る血液量が減少したことを示している。
　人間を含め、生体は一定量の血液（心拍出量）を維持する必要があるので、このＳＶの低下を心拍数（ＨＲ）を増加させるさせることによって代償するため、ＨＲは、ＬＢＮＰの漸増に応じ、徐々に増大し立位姿勢レベルに近づいていることが分かる。
　この結果、ＳＶとＨＲの積である心拍出量（ＣＯ）は、ＬＢＮＰの変化に対し、大きな変動は生じない。

　一方、平均動脈圧（ＭＡＰ）は、交感神経系の賦活により、総末梢血管抵抗（ＴＰＲ）が高められることによって、極度の低下を生じることなく、一定水準に保たれている。
　以上の循環応答は、本実施例を用い、ＬＢＮＰ負荷を制御することによって、仰臥位姿勢のまま、立位姿勢で生じる循環動態に近似し得ることを意味している。

［実施例２］
　本実施例は、図３に示すように、封止部を、施術対象者の肩部を含め、上半身全体を覆う上衣タイプのものとした。その他の構成は、実施例とほぼ同様である。
　上衣タイプの封止部２０の素材は、実施例１と同様、ウエットスーツに用いられている、内部に気泡を含むクロロプレンゴム製の生地が好ましく、長袖タイプ、半袖タイプ、ベストタイプいずれでもよいが、施術対象者が簡単に着衣できるよう、ファスナー式ベストタイプが好ましい。
　施術対象者の体型に合わせて、各所を面ファスナー付きベルトなどで、様々な箇所でサイズ調整できるようにすると、さらに好適である。

　封止部２０の裾部の径は、施術者等により、本体１の開口部全周にわたり引き延ばしながら装着するので、簡単な操作で、しかも、本体１の開口部全周に確実に装着できるよう、封止部２０の収縮性と、本体１の開口部の径との関係で、最適な値に設定されている。
　なお、封止部２０の裾部にベルトを通しておき、バックルなどで締め付けるようにするのも好適である。

　また、本体１の底部にレールを設け、底部に小径のローラーを取り付けた板材をスライド可能に支持し、本体１の外方で、施術対象者が上体を起こした状態でこの板材に座り、下半身を本体１の内方に案内できるようにすると、重症の施術対象者でも簡単に本体１の内部に進入させることが可能となる。

　本実施例によれば、本体１内の気密室が負圧になった際、封止部２０を介して、脚部だけでなく、腹部、胸部、そして肩周り全体を介して被施術者に作用するので、脊椎、頸椎の広範囲にわたり、鉛直方向に任意の負荷をかけることが可能となる。これにより、被施術者にとって理想的なリハビリテーションを提供することが可能になる。

　［実施例３］
　この実施例では、封止部として、機密性の布３０ａ（テント用の布など）と複数本の半円形フレーム３０ｂを使用する。布３０ａは、上下に密着性の高いゴム材が裏打ちされており、下側は本体１の外周に、上側は被施術者の肩回り外周にわたって密着できるようになっている。

　まず、布３０ａは、台座８の上面に敷き、その上に被施術者が横臥したとき、両側に被施術者の上半身を覆える程度の幅（５０ｃｍ程度）を有している。布３０ａの幅方向中心部付近に被施術者を横臥させた後、半円形フレーム３０ｂの一端を本体１の開口部付近に合わせ、他の半円形フレーム３０ｂを被施術者の上半身に沿い肩口付近まで、ほぼ等間隔に配置させる。その上で、布３０ａの左右両側部を互いに半円形フレーム３０ｂの上に載せ、被施術者の上半身の上側で互いに重ね合わせることで、本体１の開口部と被施術者の上半身を包み込み、内部に気密室を形成することができる。

　なお、半円形フレーム３０ｂは、コンパクトに収容できるよう、互いに所定長さのチェーンなどで連結するようにしてもよい。さらに、布３０ａの中心部を、一定間隔毎に半円径フレームに縫い付け、横臥した施術対象者の上側からセットし、半円径フレーム３０ｂの下端から幅方向に延びる布部を、被施術者の腰や背中の下に差し込み、下方部を本体１の開口部に、上方部を施術者の下腹部あるいは肩部に包み込むようにしてもよい。

　以上説明したように本発明によれば、立位が不能になった障害者や高齢者であっても、横臥のまま、脚部を中心に立位時や歩行時と同様の負荷を与えることができるので、リハビリテーションを早期に開始することができ、筋肉や骨強度の低下を効果的に抑制し、早期の自立を実現することが可能となる。

　１；本体
　２；封止部
　３；真空ポンプ
　４ａ；圧力センサ
　４ｂ；荷重センサ
　５；緊急停止スイッチ
　６；リハビリプログラム選択スイッチ
　７；コントローラ
　８；台座あるいはベッド
　９；パイプ
　２０；上衣タイプの封止部
　３０ａ；布
　３０ｂ；半円形フレーム

Claims (6)

1. 　横臥した施術対象者の身体のうち、少なくとも下半身を収納することができる開口、高さ及び断面形状を備えた有底の本体と、
   　伸縮性及び密着性のある素材からなり、前記有底本体の開口部を封止するとともに、施術対象者の下腹部から肩部に到るいずれかの箇所で全周にわたり封止して、内部に気密室を形成する封止部と、
   　前記本体に接続される真空ポンプと、
   　前記真空ポンプにより前記気密室に陰圧が印加されたとき、施術対象者の足裏が前記本体底面に接触し、該本体底面から受ける負荷を検出する荷重センサと、
   　前記センサの検出値に基づいて、前記真空ポンプの駆動を制御するコントローラとを備えることを特徴とする横臥式リハビリテーション装置。
2. 　前記封止部が、下方部が前記本体の開口部全周にわたり密着状態で装着され、上方部が、施術対象者の下腹部周囲を封止することを特徴とする請求項１に記載された横臥式リハビリテーション装置。
3. 　前記封止部が、一端が前記本体の開口部に装着され、他端が、施術対象者の下半身及び肩部を覆う上衣であることを特徴とする請求項１に記載された横臥式リハビリテーション装置。
4. 　前記封止部が、複数の半円径フレームと、この半円径フレームを覆う通気遮断性の布とからなり、前記布が、前記本体の開口部と施術対象者の上半身周りを覆い、前記気密室を形成することを特徴とする請求項１に記載された横臥式リハビリテーション装置。
5. 　前記コントローラが、施術対象者の足裏が、前記有底の本体底面から受ける負荷の目標値をリハビリテーションプログラムとして記憶するメモリを備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された横臥式リハビリテーション装置。
6. 　前記本体の底部に、水平方向に往復駆動される足載板を配置し、この足載板に前記荷重センサを配置するとともに、前記コントローラにより、前記足載板のストロークやタイミングを制御するようにしたことを特徴とする請求項５に記載された横臥式リハビリテーション装置。
    

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