JP7708038B2 - 膝装具 - Google Patents

Description

本開示は膝装具に関する。

膝関節の運動の一つに、屈伸運動がある。膝の屈曲運動では、始めに脛骨上端面に大腿骨の下端部が転がる転がり運動が生じ、さらに膝関節を曲げると大腿骨が後方に移動する滑り運動が生じる複合運動、いわゆるロールバック運動が発生する。したがって、膝関節の中心軸の軌跡は一定のものではなく、移動する性質を持つ。

膝装具は、日常の歩行動作や、リハビリ等のために歩行訓練を行うユーザの下肢に装着され用いられる。特許文献１には、ロールバック運動に近い運動を再現するために、移動歯車の回転軸が起立姿勢の装着者の膝関節の回転軸に概ね一致するように装着され、ユーザが膝を屈伸した際に移動歯車が回転軸を中心として回転しつつ、案内溝に沿って移動可能な膝関節補助装置が開示されている。

特開２０２１―０２９５９６号公報

発明者は、以下の課題を見出した。膝関節のロールバック運動には個人差がある。膝装具の回転軸とユーザの膝関節のロールバック運動の動きとの位置ずれが生じることで、膝装具の装着時や装着後の歩行時において、膝装具の装着位置の位置ずれが生じるという問題がある。

本開示は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ロールバック運動の個人差に応じて、膝装具の装着位置の位置ずれを抑制可能な膝装具を提供するものである。

本開示に係る膝装具は、
ユーザの下肢に装着する膝装具であって、
前記下肢の下腿側および上腿側の一方側に第１サポータを介し固定される第１リンクと、
前記下肢の下腿側および上腿側の他方側に第２サポータを介し固定される固定フレームと、
前記固定フレームに固定可能な第２リンクと、
前記固定フレームに設けられた、前記第２リンクの変位をガイドするガイド部材と、
前記第１リンクと前記第２リンクとを回転可能に連結するジョイントと、を備え、
前記第２リンクは前記ガイド部材に沿いつつ、前記ユーザの膝関節の動きに追従してスライド可能である。

本開示に係る膝装具では、第２リンクはガイド部材に沿いつつ、ユーザの膝関節の動きに追従してスライド可能である。したがって、あらかじめ想定されたロールバック運動の範囲ではなく、ユーザの膝関節のロールバック運動の個人差に応じて、膝装具の装着位置の位置ずれを抑制可能な膝装具を提供できる。

ガイド部材は、レール状に形成され、第２リンクと係合した状態でスライド可能であってもよい。位置ずれが生じ得る方向が一方向の場合は、このような構成によって、膝装具の装着位置の位置ずれを抑制可能な膝装具を提供できる。

ユーザの下肢への装着時に第２リンクはガイド部材に沿いつつユーザの膝関節の動きに追従してスライド可能であり、ユーザの歩行時に第２リンクは固定フレームに固定されてもよい。このような構成によって、ユーザの下肢への装着時の位置ずれを抑制することができる。

第１リンクは下腿側に配置され、第２リンクは上腿側に配置されてもよい。このような構成によって、ユーザが立位姿勢になった際にユーザに膝装具を装着する者は第２リンクが下腿側に配置された場合に比べより高い位置で第２リンクの位置調整を行うことができる。よって、第２リンクが下腿側に配置された場合に比べ第２リンクの固定が容易となり、膝装具の装着時間を短縮できる。

本開示により、ロールバック運動の個人差に応じて、膝装具の装着位置の位置ずれを抑制可能な膝装具を提供できる。

実施の形態１に係る膝装具をユーザの下肢に装着した状態を示す側面図である。 実施の形態１に係る膝装具をユーザの下肢に装着した状態を示す背面図である。 実施の形態１に係る膝装具をユーザの下肢へ装着する一連の流れを示す側面図である。 実施の形態１に係る膝装具をユーザの下肢へ装着する一連の流れを示す側面図である。 実施の形態１に係る膝装具をユーザの下肢へ装着する一連の流れを示す側面図である。 実施の形態２に係る膝装具を示す背面図である。 実施の形態３に係る膝装具を示す背面図である。

以下、本開示の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、図に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。特に言及のない限り、ｚ軸プラス向きが鉛直上向きである。また、ｘｙ平面が水平面である。

＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る膝装具は、ユーザの下肢に装着する膝装具であり、例えば、リハビリ等のために歩行訓練を行う訓練者に装着される。ユーザである訓練者が歩行補助装置を装着した状態で歩行訓練を行う。例えば、一方の下肢に麻痺を患う片麻痺患者である訓練者が、麻痺側の脚部である患脚に歩行補助装置を装着してもよい。なお、膝装具は、歩行訓練時に限らず、日常の歩行時や、病院内での歩行時や屋外等での歩行時において、使用されてもよい。

まず、図１及び図２を参照して、実施の形態１に係る膝装具１０の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る膝装具１０をユーザの下肢Ｌに装着した状態を示す側面図である。図２は、実施の形態１に係る膝装具１０をユーザの下肢Ｌに装着した状態を示す背面図である。各図面における下肢Ｌとは、ｚ軸負側から順に足（不図示）、下腿Ｌ１および上腿Ｌ２を指す。下腿Ｌ１は、足首関節から膝関節Ｎまでの部分を示す。上腿Ｌ２は、膝関節Ｎから股関節までの部分を示す。なお、本実施の形態では一例として右側の下肢Ｌに膝装具１０を装着した例を説明するが、左右対称の構成を備える膝装具を左側の下肢に装着してもよく、両側の下肢に装着してもよい。

図１及び図２に示すように、膝装具１０は、第１サポータ１１、第２サポータ２１、第１リンク１２、第２リンク２２、固定フレーム２３、ガイド部材２３ａ、固定部１３、固定部２４及びジョイント３１を備える。

図１に示すように、第１サポータ１１及び第２サポータ２１は、膝装具１０が備える各構成をユーザの下肢Ｌの側部に固定する。第１サポータ１１及び第２サポータ２１は、伸縮可能な弾性体、樹脂材料、線維材料等により形成されたベルト状等の構造を備える。以下、一例として、下腿Ｌ１側に第１リンク１２が第１サポータ１１を介し固定される場合と、上腿Ｌ２側に固定フレーム２３が第２サポータ２１を介し固定される場合について説明する。

一旦図２を参照する。図２に示すように、第１サポータ１１はユーザの下腿Ｌ１への装着に用いる面ファスナ１１ａを下腿Ｌ１の前側（ｘ軸正側）にさらに備えてもよく、第２サポータ２１はユーザの上腿Ｌ２への装着に用いる面ファスナ２１ａ上腿Ｌ２の前側（ｘ軸正側）にさらに備えてもよい。第１サポータ１１は、ユーザの下腿Ｌ１に後側（ｘ軸負側）から接触させて下腿Ｌ１に巻き回し、下腿Ｌ１の前側（ｘ軸正側）で着脱可能に固定される。同様に、第２サポータ２１は、ユーザの上腿Ｌ２に後側（ｘ軸負側）から接触させて上腿Ｌ２に巻き回し、上腿Ｌ２の前側（ｘ軸正側）で着脱可能に固定される。面ファスナ１１ａ，２１ａを用いることで、ユーザは膝装具１０を容易に着脱できる。

図１に戻る。図１に示すように、第１リンク１２はｘｚ平面上に脛骨に沿って延在する矩形状の板状部材である。第１リンク１２は、固定部１３によって第１サポータ１１の側部に固定されている。固定部１３における第１リンク１２の第１サポータ１１への固定には、例えばボルト等を用いてもよい。第２リンク２２はｘｚ平面上に大腿骨に沿って延在する矩形状の板状部材である。

図１に示すように、固定フレーム２３はｘｚ平面上に大腿骨に沿って延在する矩形状の板状部材である。固定フレーム２３は、不図示の固定部によって第２サポータ２１の側部に固定されている。固定フレーム２３の第２サポータの固定には、例えばボルト等を用いてもよい。

図１に示すように、固定フレーム２３にはガイド部材２３ａが設けられている。第２リンク２２が固定フレーム２３に固定されていないとき、第２リンク２２はガイド部材２３ａに沿いつつ、ユーザの膝関節Ｎの動きに追従してスライド可能である。ガイド部材２３ａは、固定フレーム２３のｙ軸正側のｘｚ平面に配置される。ガイド部材２３ａは図１に示すようにＵ字状の形状を有してもよい。上腿Ｌ２側に固定フレーム２３が第２サポータ２１を介し固定される場合、ガイド部材２３ａのＵ字形状の開口側がｚ軸負側に向くように配置する。第２リンク２２の幅をＷ１、ガイド部材２３ａのＵ字状の内側の幅をＷ２としたとき、Ｗ１≦Ｗ２となるように配置することが好ましい。このような幅にすることによって、第２リンク２２はガイド部材２３ａに沿いつつ、ユーザの膝関節Ｎの動きに追従してスライド可能である。ユーザの下肢Ｌへの膝装具１０の装着時に生じる第２リンク２２の変位の詳細について、図３～図５を用いて後述する。

第２リンク２２は、固定部２４によって固定フレーム２３にユーザの必要に応じて固定可能である。なお、図１では第２リンク２２はガイド部材２３ａに沿いつつ、ユーザの膝関節Ｎの動きに追従してスライド可能な状態、すなわち固定フレーム２３に固定されていない状態を示している。固定部２４における第２リンク２２の固定には、例えばボルト、ピン、面ファスナ、クランプ等を用いてもよい。ピンを用いる場合は、固定フレーム２３に所定の間隔で孔を設けておき、当該孔にピンを刺す方法などで固定してもよい。

図１に示すように、ジョイント３１は、第１リンク１２の上端部（ｚ軸正側の端部）と第２リンク２２の下端部（ｚ軸負側の端部）とを回転軸Ａｘ（図２参照）周りに回転可能に連結している。第１リンク１２と第２リンク２２はジョイント３１の回転軸Ａｘ周りに回転可能なリンク機構を構成する。ジョイント３１の回転軸Ａｘと膝関節Ｎの位置とが一致するように、ジョイント３１は膝関節Ｎの高さに配置される。ジョイント３１はさらにロータリーダンパなどのダンパを備えてもよい。

なお、各構成の配置は上下逆であってもよい。すなわち、第１サポータ１１を上腿Ｌ２側に配置し、第２サポータ２１を下腿Ｌ１側に配置してもよい。各サポータがこのような配置の場合、下腿Ｌ１側に固定フレーム２３が第２サポータ２１を介し固定されてもよく、上腿Ｌ２側に第１リンク１２が第１サポータ１１を介し固定されてもよい。また、第１サポータ１１は下腿Ｌ１側、第２サポータ２１は上腿Ｌ２側に配置し、第１リンク１２と固定フレーム２３の配置を上下逆にしてもよい。

なお、第１サポータ１１及び第２サポータ２１が備える面ファスナ１１ａ，２１ａは、面ファスナ以外の着脱可能な構成であってもよい。例えば、ボタン、ピン、バンド、ボルト、クランプ等の固定手段を用いてもよい。また、膝装具１０の下側にさらに短下肢装具を取り付けてもよい。

なお、第２リンク２２がガイド部材２３ａに沿いつつスライド可能であればよいため、ガイド部材２３ａはＵ字形状の底部を有さない形状であってもよい。例えば、固定フレーム２３のｘ軸正側及び負側の各端部においてｚ軸方向に延在する棒状の形状を有してもよく、それぞれ対向するように配置されてもよい。

以下、図３～図５を参照し、ユーザの下肢Ｌへ膝装具１０を装着する一連の流れを説明する。図３～図５は、実施の形態１に係る膝装具１０をユーザの下肢Ｌへ装着する一連の流れを示す側面図である。

図３は、座位姿勢のユーザの右側の下肢Ｌの膝関節Ｎを伸展させた状態で、下腿Ｌ１側の右側部に第１サポータ１１を介して第１リンク１２を下肢Ｌに装着し、上腿Ｌ２側の下腿Ｌ１と同側である右側部に第２サポータ２１を介して固定フレーム２３を下肢Ｌに装着した状態を示す。第２リンク２２は固定フレーム２３に固定されておらず、ガイド部材２３ａに沿いつつ、ユーザの膝関節Ｎの動きに追従してスライド可能な状態である。

図４は、ユーザが図３の膝関節Ｎを伸展させた座位姿勢から、膝関節Ｎを屈曲させ立位姿勢に移行する途中の状態を示す。上述の通り、第２リンク２２は固定フレーム２３に固定されていない状態である。したがって、膝関節Ｎの屈曲運動に伴い、第２リンク２２は第１サポータ１１に固定された第１リンク１２にジョイント３１を介して引っ張られ変位する。第２リンク２２は、図４の一点鎖線で示すようにガイド部材２３ａの内側の面に沿いつつ、ユーザの膝関節Ｎのロールバック運動の動きに追従してスライド可能である。

座位姿勢から立位姿勢への移行時に生じる膝関節の屈曲は、膝装具を用いた歩行時に生じる膝関節の屈曲に比べて大きい。本実施の形態の膝装具は、第２リンクが固定されていないことによって、座位姿勢から立位姿勢への移行時に、膝装具の装着位置の位置ずれを抑制できる。

図５は、立位姿勢に移行したユーザの膝関節Ｎが伸展した状態で、第２リンク２２を固定フレーム２３の固定部２４に固定した状態を示す。図４で膝関節Ｎが屈曲した際に変位した第２リンク２２は、立位姿勢に移行したことで、図３で下腿Ｌ１側の側部に第１サポータ１１を装着し、上腿Ｌ２側の側部に第２サポータ２１を装着したときの位置に戻っている。したがって、図３の座位姿勢で装着した第１サポータ１１及び第２サポータ２１の装着位置を維持しつつ、ユーザの必要に応じて、適切な位置で第２リンク２２を固定することもできる。

発明者は、以下の問題を見出した。膝関節のロールバック運動には個人差がある。膝装具の回転軸とユーザの膝関節のロールバック運動の動きとの位置ずれが生じることで、膝装具の装着時や装着後の歩行時において、膝装具の装着位置の位置ずれが生じるという問題があった。

これに対し、本実施の形態に係る膝装具は、下肢の下腿側および上腿側の一方側に第１サポータを介し固定される第１リンクと、下肢の下腿側および上腿側の他方側に第２サポータを介し固定される固定フレームと、固定フレームに固定可能な第２リンクと、固定フレームに設けられた、第２リンクの変位をガイドするガイド部材と、第１リンクと前記第２リンクとを回転可能に連結するジョイントと、を備える。

本実施の形態に係る膝装具では、第２リンクはガイド部材に沿いつつ、ユーザの膝関節の動きに追従してスライド可能である。したがって、あらかじめ想定されたロールバック運動の範囲ではなく、ユーザの膝関節のロールバック運動の個人差に応じて、膝装具の装着位置の位置ずれを抑制可能な膝装具を提供できる。

また、従来は膝装具の装着位置の位置ずれを抑制するために、座位姿勢でサポータの仮固定を行い、立位姿勢に移行後にサポータを巻き直す等の作業を含む本固定を行って膝装具を装着する場合もあった。しかし、立位姿勢でサポータを装着し直すことは、体幹が弱いユーザの場合には転倒の危険が伴うものであった。これに対し、本実施の形態に係る膝装具は、各サポータは座位姿勢で固定されている一方で、座位姿勢から立位姿勢へ移行する際に第２リンクが固定されていない。したがって、座位姿勢から立位姿勢に移行した場合に、第１サポータ及び第２サポータの装着位置の位置ずれが抑制されるため、立位姿勢で各サポータを巻き直す必要がない。したがって、本実施の形態に係る膝装具は、装着時のユーザの転倒の危険性を低減し、より安全に装着することができる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る膝装具が実施の形態１と異なる点は、固定フレームが備えるガイド部材がレール状に形成され、第２リンクが係合している点である。他の構成は実施の形態１と同様である。したがって、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図６は、実施の形態２に係る膝装具２０を示す背面図である。図６に示すように、本実施の形態における膝装具２０が備える固定フレーム４３は、ｙ軸負側のｘｙ平面にガイド部材４３ａを備える。固定フレーム４３はｘｚ平面上に延在する矩形状の板状部材であり、不図示のボルト等の固定部材によって第２サポータ２１に固定されている。ガイド部材４３ａはレール状に形成されており、当該レール状の形状に係合する構造を備える第２リンク４２が係合している。

第２リンク４２はレール形状のガイド部材４３ａに係合し、当該ガイド部材４３ａに沿ってスライド可能である。図６の右図の一点鎖線と両向き黒矢印で示すように、第２リンク４２はユーザの膝関節の屈伸運動に伴いスライドする。

立位姿勢に移行したユーザの膝関節が伸展した状態で、第２リンク４２を固定フレーム４３に固定する。本実施の形態に係る膝装具２０は、第２リンクの上下方向の位置決めのみを行えばよいため、ユーザが立位姿勢になった際に第２リンクの固定が容易となり、装着時間を短縮できる。なお、実施の形態１と同様、各構成の配置は上下逆であってもよい。

＜実施の形態３＞
図７は、実施の形態３に係る膝装具を示す背面図である。本実施の形態に係る膝装具が実施の形態１と異なる点は、第１リンク１２、第２リンク２２、固定フレーム２３、ガイド部材２３ａ、固定部１３、固定部２４及びジョイント３１を、下肢Ｌの両側部に備える点であり、各構成は実施の形態１と同様である。したがって、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７に示すように、第１リンク１２、第２リンク２２、固定フレーム２３、ガイド部材２３ａ、固定部１３、固定部２４及びジョイント３１を下肢Ｌの両側部備えることにより、ユーザは歩行時により安定した歩行を行うことができる。

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０，２０ 膝装具、１１ 第１サポータ、１１ａ 面ファスナ、１２ 第１リンク、１３ 固定部、２１ 第２サポータ、２１ａ 面ファスナ、２２ 第２リンク、２３ 固定フレーム、２３ａ ガイド部材、２４ 固定部、３１ ジョイント、４２ 第２リンク、４３ 固定フレーム、４３ａ ガイド部材、Ｌ 下肢、Ｌ１ 下腿、Ｌ２ 上腿、Ｎ 膝関節

Claims (3)

1. ユーザの下肢に装着する膝装具であって、
   前記下肢の下腿側および上腿側の一方側に第１サポータを介し固定される第１リンクと、
   前記下肢の下腿側および上腿側の他方側に第２サポータを介し固定される固定フレームと、
   前記固定フレームに固定可能な第２リンクと、
   前記固定フレームに設けられた、前記第２リンクの変位をガイドするガイド部材と、
   前記第１リンクと前記第２リンクとを同一の回転軸周りに回転可能に連結するジョイントと、を備え、
   前記第２リンクは前記ガイド部材に沿いつつ、前記ユーザの膝関節の動きに追従してスライド可能である、
   膝装具。
2. 前記ガイド部材がレール状に形成され、前記第２リンクと係合した状態でスライド可能である、請求項１に記載の膝装具。
3. 前記第１リンクは前記下腿側に配置され、前記第２リンクは前記上腿側に配置される、請求項１又は２に記載の膝装具。