JP5561688B2 - 底屈制動部材およびこれを用いた短下肢装具 - Google Patents

Description

本発明は底屈制動部材およびこれを用いた短下肢装具に関する。

脳卒中等で足首関節を自己の意思で自由に動かすことができないという障害を生じることがある。このような障害を負った患者は、つま先が下に垂れ下がる（下垂足、尖足）ため、歩行の際に円滑な体重移動を行えず、また、爪先が床に引っ掛かる等して上手く歩けないことから、一般的に補助器具として短下肢装具が用いられている。

従来の短下肢装具は、足首をほぼ９０°に曲げた状態に固定するタイプの固定型装具が主流であった。しかし、このような固定型の短下肢装具では、底屈動作（足先が垂れ下がる方向に曲げる動作）及び背屈動作（足先が持ち上がる方向に曲げる動作）が不可能であるため、スムーズな歩行を妨げていた。このため、最近では歩行時における足首の底屈動作や背屈動作を可能とする短下肢装具が提案されている。

特許文献１では、足載置体と脛添体とを接続する継ぎ手にスプリングを組み込んで、底屈動作及び背屈動作を可能とした短下肢装具が開示されている。

特許文献２では、足載置体と脹ら脛支持体とを接続する継ぎ手に所謂油圧式ダンパーを組み込んで、底屈動作及び背屈動作を可能とした短下肢装具が開示されている。

特開平９−１０３４４３号公報 特開２００４−１６６８１１号公報

特許文献１の短下肢装具は、スプリングがアキレス腱の後方に張り出して設置されているので、階段を降りる際にスプリングが引っかかり、転倒のおそれがある。

特許文献２の短下肢装具は、油圧式ダンパーが用いられているため、コストが高いという課題を有する。また、人が歩く際、踵着地時には凡そ０．０２秒間に体重の６０％もの大きな荷重が加わるが、この荷重を支えて適度な底屈を制動するためには、大きな油圧式ダンパーが要求される。大きな油圧式ダンパーを組み込んだ場合、短下肢装具の重量が重くなり歩行の妨げになってしまう。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、底屈が可能で自然な状態で歩行できる簡易な構造の底屈制動部材及びこれを用いた短下肢装具を提供することにある。

本発明に係る底屈制動部材は、
足底を載せるための足載置体と下腿を支持する下腿支持体とがそれぞれの踝部で接続される短下肢装具の前記足載置体のアキレス腱部或いは前記下腿支持体のアキレス腱部に取り付けられる底屈制動部材であって、
前記底屈制動部材は圧縮変形可能な柔軟性弾性材料から構成されるとともに半円柱状に形成され、前記下腿支持体のアキレス腱部と前記足載置体のアキレス腱部とで押圧されて所定量圧縮し、足首関節を所定角度底屈させ、
前記底屈制動部材は、前記足載置体のアキレス腱部或いは前記下腿支持体のアキレス腱部に接触して取り付けられる一方の底面を除いて露出して取り付けられ、足首の３次元的な傾きに応じて３次元的に圧縮変形する、
ことを特徴とする。

また、前記底屈制動部材は足首関節を２〜１２°底屈させることが好ましい。

また、前記柔軟性弾性材料がスポンジ材であることが好ましい。

また、硬さの異なる複数の前記柔軟性弾性材料が組み合わされて構成されていてもよい。

本発明に係る短下肢装具は、
足底を載せるための足載置体と、
下腿を支持する下腿支持体と、
前記足載置体の踝部と前記下腿支持体の踝部とを接続する継ぎ手と、
前記足載置体のアキレス腱部或いは前記下腿支持体のアキレス腱部に設置される上記いずれかに記載の底屈制動部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る底屈制動部材は、圧縮変形可能な柔軟性弾性材料から構成されており、短下肢装具の足載置体或いは下腿支持体いずれかのアキレス腱部に設置される。この短下肢装具を装着して歩行をすれば、着地時に底屈制動部材が足載置体及び下腿支持体の両アキレス腱部で押圧され、所定量圧縮変形する。この変形により、足首関節が所定角度底屈するので、着地時の衝撃が吸収されてスムーズな歩行が実現される。

短下肢装具の斜視図である 短下肢装具の背面図である。 短下肢装具の側面図である。 底屈制動部材の斜視図である。 短下肢装具を装着して歩行する様子を示す図である。 短下肢装具を装着して歩行する様子を示す図である。 短下肢装具を装着して歩行する様子を示す図である。 短下肢装具を装着して歩行する様子を示す図である。 他の底屈制動部材の斜視図である。 図９のＡ−Ａ’断面図である。 他の底屈制動部材の断面図である。 他の底屈制動部材の断面図である。 他の底屈制動部材の断面図である。 他の底屈制動部材の平面図である。 他の底屈制動部材の断面図である。 他の底屈制動部材の断面図である。 他の底屈制動部材の平面図である。

以下、図を参照しつつ、本実施の形態に係る底屈制動部材、及び、これを用いた短下肢装具について説明する。

短下肢装具１は、図１の斜視図、図２の背面図、及び、図３の側面図に示すように、主として下腿支持体１１、足載置体２１、継ぎ手３１、底屈制動部材４１から構成される。なお、ここでは左足用の短下肢装具１について説明する。

足載置体２１は、患者の足底が載せられるパーツである。また、下腿支持体１１は、患者の脹ら脛にあてがわれて、下腿を支持するパーツである。足載置体２１及び下腿支持体１１は個々の患者の足に合わせて、プラスチック等の合成樹脂から形成されている。

下腿支持体１１の両側の踝部１３と足載置体２１の両側の踝部２３とは、継ぎ手３１を介してそれぞれ接続されている。継ぎ手３１は、復元力に富む変形可能な弾性素材から構成されている。下腿支持体１１と足載置体２１とは、患者が装着した際に、足首関節が凡そ９０°の角度に保たれるよう構成されている。

そして、継ぎ手３１は屈曲可能な弾性素材であるので、背屈が自由に行えるとともに、背屈した後、継ぎ手３１の復元力によって元の状態に戻る。このように継ぎ手３１は主として背屈制動を司るパーツである。

短下肢装具１に設けられている各ベルト１４、１５、２４はそれぞれ、装着された患者の足の各部を固定する機能を果たす。

下腿支持体１１のアキレス腱部１２、及び、足載置体２１のアキレス腱部２２は、いずれも後方（踵側）に張り出しており、下腿支持体１１のアキレス腱部１２の下方に底屈制動部材４１が設置されている。

底屈制動部材４１は、図４に示すように、半円柱状に形成されている。底屈制動部材４１には、貫通孔４２が穿たれている。底屈制動部材４１は、この貫通孔４２を介し、ネジ４３等の留め具によって、下腿支持体１１のアキレス腱部１２に固定されている。なお、ネジ４３と足載置体２１のアキレス腱部２２とが干渉しないよう、アキレス腱部２２にはネジ４３の頭部よりも大きい孔２５が穿たれている。

底屈制動部材４１は、圧縮されて所定量変形可能であり、且つ、復元力を有する柔軟性弾性材料から構成されている。柔軟性弾性材料として、海綿状のゴムまたは樹脂である種々のスポンジ材であることが好ましい。例えば、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ゴムスポンジ等が挙げられる。

底屈制動部材４１は、人の歩行中、踵が着地した際に、足載置体２１のアキレス腱部２２と下腿支持体１１のアキレス腱部１２とで狭持され、双方のアキレス腱部１２、２２により押圧される。そして、底屈制動部材４１が圧縮変形することにより、患者の踝を支点にして所定角度ほど足首関節を底屈させる機能を有する。

一般的に、人が歩行する際、踵着地から反対側の足が地面から離れるまでの間（荷重応答期）の際に１０°程度の底屈が生じることによって、足首関節による衝撃吸収が行われスムーズな歩行が可能となる。なお、荷重応答期における足首関節の底屈角度には個人差があり、５°前後の場合や２〜３°の場合等、およそ２〜１２°の範囲で人によって異なる。このため、底屈制動部材４１は、圧縮変形することにより、２〜１２°足首関節を底屈させ得るものが好ましい。

続いて、図５〜８を参照しつつ、左足５１に短下肢装具１を装着した際の歩行動作について説明する。まず、歩行周期は、立脚期と遊脚期に分けられる。立脚期は、歩行周期中の足が地面についている時期をいい、初期接地（イニシャルコンタクト）で始まる。そして、遊脚期は、歩行周期中の足が地面から離れていて、スイングにより脚が前に運ばれている時期をいい、イニシャルスイング、即ち足が地面から離れたとき（つま先離地）に始まる。ここでは、主として左足の立脚期における歩行動作について説明する。

まず、図５では左足５１が地面に着地、即ち初期接地の状態を示しているが、左足５１の足首関節は短下肢装具１によって凡そ９０°に支持されているので、つま先から着地することなく、踵から地面５２に着地する。

立脚期の初期には一般的に０．０２秒間に体重の６０％が一気に加わるので、その衝撃吸収が必要となる。本来であれば足首関節の底屈、膝関節の屈曲、及び、股関節の屈曲で衝撃を吸収することになるが、足首関節の底屈が制限されている場合、衝撃吸収が十分に行われず、下腿支持体１１によって膝関節が前に押し出される形となり、歩きにくくなる。

しかしながら、短下肢装具１を装着している場合、図６に示すように、踵が着地した後、下腿支持体１１のアキレス腱部１２と足載置体２１のアキレス腱部２２とで底屈制動部材４１が押圧され、圧縮変形することにより、足首関節の底屈動作が行われる。底屈制動部材４１は、柔軟性弾性材料から構成されているので、負荷に応じて除々に反力が増す特性を備えている。このため、踵が着地したときに、一気に足首関節が所定の角度まで底屈するのではなく、歩行時の体重移動に伴う左足５１の前方への動きに追従するように、除々に所定の角度まで底屈することになる。これにより、立脚期の初期における衝撃吸収が行われ、スムーズな歩行が実現される。

その後、歩行動作が進行すると、図７に示すように、底屈制動部材４１が復元することとなり、足底全面が地面５２に接地する。足首関節は短下肢装具１によっておよそ９０°に支持されるので、左足５１のみによる安定な単脚支持が実現される。

そして、継ぎ手３１が屈曲可能であるため、図８に示すように、左足５１の前方への移動に追従して足首関節が背屈し、つま先による蹴り出しもスムーズに行える。

その後、継ぎ手３１の復元力によって、足首関節が凡そ９０°に戻り、遊脚期に移行する。そして、遊脚期を経て、再度初期接地へと進み、以後、この一連の動きが繰り返される。短下肢装具１の背屈及び底屈制動によって、上記の一連の歩行動作がスムーズに行われる。

底屈制動部材４１は、上記のように簡易な構成であるので、コストが安いとともに、形状等を変更することにより種々の短下肢装具にも設置できる利点がある。

底屈制動部材４１の厚みは、底屈制動部材４１が設置される短下肢装具のアキレス腱部の隙間に応じて適宜設定される。また、底屈制動部材４１の材料は、使用する患者の体重等の体格に応じて、患者の足首関節が上記の範囲で底屈するよう適宜設定される。

上記では、下腿支持体１１のアキレス腱部１２に底屈制動部材４１が設置されている形態について説明したが、足載置体２１のアキレス腱部２２に設置されていてもよい。

また、底屈制動部材４１と下腿支持体１１のアキレス腱部１２、或いは、底屈制動部材４１と足載置体２１のアキレス腱部２２との固定は、ネジ４３による固定のほか、接着剤等による固定等、種々の固定方法が用いられる。

また、上記では下腿支持体１１のアキレス腱部１２、及び、足載置体２１のアキレス腱部２２の形状に対応した半円柱状の底屈制動部材４１について説明したが、設置する短下肢装具の形状に応じて適宜形状を変更してもよい。

また、歩行の際には足首は３次元的に内側や外側に傾くことになる。しかし、底屈制動部材４１は足の左右方向に十分な幅を有するので、このような３次元的な動きにも柔軟に対応でき、スムーズな歩行が可能である。

また、硬さが異なり、且つ、その硬さの度合いを数段階とした複数個の底屈制動部材４１を用意しておき、実際に短下肢装具１を用いる人の適正に応じた硬さの底屈制動部材４１を選択できるようにしておくとよい。

また、底屈制動部材４１は、硬さの異なる複数の柔軟性弾性材料から構成されていてもよい。例えば、図９の斜視図、図１０の断面図に示すように、硬さの異なる複数の柔軟性弾性材料４１ａ、４１ｂ、４１ｃが上下方向に積層されたものであってもよい。また、図１１の断面図に示すように、硬さの異なる複数の柔軟性弾性材料４１ａ、４１ｂ、４１ｃが左右方向に積層されたものであってもよい。

また、患者が回内足（外反）或いは回外足（内反）である場合、以下のように構成することで、スムーズな歩行及び関節等の保護の一助となり得る。回内足とは正常とされる範囲を超えて、踵骨もしくは前足部が外がえしの状態の足を指す。ある程度の回内は、踵が接地したときの衝撃をやわらげ、歩行の中期でのバランスを取るために必要であるが、回内が過度になると、強い圧力が足の骨格だけでなく、その周辺の筋肉や靭帯、腱などの組織にかかることになり、足の障害の大きな原因となる。

このような回内足の患者の場合では、図１２の断面図に示すように、外側（ｏｕｔｓｉｄｅ）の柔軟性弾性材料４１ａよりも硬い柔軟性弾性材料４１ｂを内側（ｉｎｓｉｄｅ）に配置して構成するとよい。外側の柔軟性弾性材料４１ａの方が柔らかく、圧縮変形するので、足首関節の過度の回内を抑止することができ、スムーズな歩行を実現できる。

また、図１３の断面図に示すように、内側上部に柔軟性弾性材料４１ｂを、外側下部に柔軟性弾性材料４１ａを対角線上に配置した構成でもよい。底屈制動部材４１の外側が相対的に柔らかく、変形しやすいので、上記同様に足首関節の過度の回内を抑止できる。また、内側下部に柔軟性弾性材料４１ｂを、外側上部に柔軟性弾性材料４１ａを対角線上に配置した構成でも、上記同様の効果が得られる。また、図１４の平面図に示すように、外側に孔４４が形成された底屈制動部材４１であってもよい。孔４４によって底屈制動部材４１の外側が内側よりも圧縮変形しやすいので、上記と同様の効果が得られる。なお、孔４４の大きさ、配置箇所、数は、患者に合わせて任意に設定すればよく、孔４４は貫通していてもしていなくてもよい。

一方、回外足とは回内足の反対で、正常とされる範囲を超えて、踵骨もしくは前足部が内がえしの状態の足を指す。正常な回外状態では足がより安定し、つま先が接地面を蹴る力を増加させるが、しかし、回外が過度になると、下肢の外側の筋肉を引っ張るために足首が外側にずれてしまい、足首の障害の原因となる。また、脳卒中後には、全身の関節が次第に固くなって（痙性が高まって）、麻痺のある足関節は内反・尖足という異常肢位を呈することが多い。このような場合、初期接地で踵を接地させることが出来ず、いきなり足底全体で接地してしまい、膝は過度に伸展（過伸展）し、腰は後方に引けて効率の悪い歩行になり、関節を痛める原因になる。

このような回外足の患者の場合では図１５の断面図に示すように、外側（ｏｕｔｓｉｄｅ）の柔軟性弾性材料４１ｂよりも柔らかい柔軟性弾性材料４１ａを内側（ｉｎｓｉｄｅ）に配置して構成するとよい。内側の柔軟性弾性材料４１ａの方が柔らかく、圧縮変形しやすいので、足首関節の過度の回外を抑止することができ、スムーズな歩行を実現できる。

また、図１６の断面図に示すように、内側下部に柔軟性弾性材料４１ａを、外側上部に柔軟性弾性材料４１ｂを対角線上に配置した構成でもよい。底屈制動部材４１の内側が相対的に柔らかく、変形しやすいので、上記同様に足首関節の過度の回外を抑止できる。また、内側上部に柔軟性弾性材料４１ａを、外側下部に柔軟性弾性材料４１ｂを対角線上に配置した構成でも、上記同様の効果が得られる。また、図１７の平面図に示すように、内側に孔４４が形成された底屈制動部材４１であってもよい。孔４４によって底屈制動部材４１の内側が外側よりも圧縮変形しやすいので、上記と同様の効果が得られる。なお、孔４４の大きさ、配置箇所、数は、患者に合わせて任意に設定すればよく、孔４４は貫通していてもしていなくてもよい。

（検証例）
被験者として健常者５人、及び、脳卒中患者１人に本実施の形態に係る短下肢装具１を装着して歩行してもらい、歩きやすさの官能試験を行った。また、参考として、特許文献２の油圧ダンパーが設置された短下肢装具を装着して歩行してもらった。

その結果、被験者の全員が本実施の形態に係る短下肢装具１を装着して歩行した方が、油圧ダンパーが設置された短下肢装具を装着して歩行するよりも、自然な歩行ができるとの感想を得た。

短下肢装具１を装着して歩行を行った場合では、踵が着地した後、足が前方に移動する動きに追従して、徐々に足首関節が底屈するので、自然な歩行動作ができるとの感想であった。

一方、油圧ダンパーが設置された短下肢装具では、油圧ダンパーによる底屈制動が弱く、踵が着地した際に、適度な負荷を感じることなく、すぐさま最大底屈角度まで底屈してしまい、安定した歩行が難しいという感想であった。

底屈制動部材は圧縮変形可能な柔軟性弾性材料から構成されており、短下肢装具の足載置体或いは下腿支持体いずれかのアキレス腱部に設置される。この短下肢装具を装着して歩行をすれば、着地時に底屈制動部材が足載置体及び下腿支持体の両アキレス腱部で押圧され、所定量圧縮変形する。この変形により、足首関節が所定角度底屈するので、着地時の衝撃が吸収されてスムーズな歩行が実現される。したがって、脳卒中等で足首関節を自己の意思で自由に動かすことができない障害をもった患者等の補助器具或いはリハビリ器具として利用可能である。

１ 短下肢装具
１１ 下腿支持体
１２ アキレス腱部
１３ 踝部
１４ ベルト
１５ ベルト
２１ 足載置体
２２ アキレス腱部
２３ 踝部
２４ ベルト
２５ 孔
３１ 継ぎ手
４１ 底屈制動部材
４１ａ 柔軟性弾性材料
４１ｂ 柔軟性弾性材料
４１ｃ 柔軟性弾性材料
４２ 貫通孔
４３ ネジ
４４ 孔
５１ 左足
５２ 地面

Claims (5)

1. 足底を載せるための足載置体と下腿を支持する下腿支持体とがそれぞれの踝部で接続される短下肢装具の前記足載置体のアキレス腱部或いは前記下腿支持体のアキレス腱部に取り付けられる底屈制動部材であって、
   前記底屈制動部材は圧縮変形可能な柔軟性弾性材料から構成されるとともに半円柱状に形成され、前記下腿支持体のアキレス腱部と前記足載置体のアキレス腱部とで押圧されて所定量圧縮し、足首関節を所定角度底屈させ、
   前記底屈制動部材は、前記足載置体のアキレス腱部或いは前記下腿支持体のアキレス腱部に接触して取り付けられる一方の底面を除いて露出して取り付けられ、足首の３次元的な傾きに応じて３次元的に圧縮変形する、
   ことを特徴とする底屈制動部材。
2. 前記底屈制動部材は足首関節を２〜１２°底屈させることを特徴とする請求項１に記載の底屈制動部材。
3. 前記柔軟性弾性材料がスポンジ材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の底屈制動部材。
4. 硬さの異なる複数の前記柔軟性弾性材料が組み合わされて構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の底屈制動部材。
5. 足底を載せるための足載置体と、
   下腿を支持する下腿支持体と、
   前記足載置体の踝部と前記下腿支持体の踝部とを接続する継ぎ手と、
   前記足載置体のアキレス腱部或いは前記下腿支持体のアキレス腱部に設置される請求項１乃至４のいずれかに記載の底屈制動部材と、を備えることを特徴とする短下肢装具。

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