(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽度屈曲させた下肢の膝窩部を載置させる荷重受部と、前記荷重受部にかかる荷重を検出するセンサと、訓練用プログラムを設定するための制御部とを備えた大腿筋訓練装置。
【請求項２】
前記荷重受部が鞍状に形成されている請求項１記載の大腿筋訓練装置。
【請求項３】
前記センサがスイッチとして構成されている請求項１記載の大腿筋訓練装置。
【請求項４】
前記センサが圧力センサとして構成されている請求項１記載の大腿筋訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膝の疾患を有する患者が大腿筋を鍛えるための訓練装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
靭帯損傷、変形性膝関節症等の疾患に伴い大腿筋、即ち大腿四頭筋（大腿直筋、外側広筋、中間広筋）、ハムストリング（大腿の後側の筋、大腿二頭筋、半腱様筋、半膜様筋）が衰えた場合には、大腿筋を鍛える必要がある。大腿筋は下肢の伸展又は屈曲筋として大きな役割を占めると同時に膝関節の安定性にも大きく関与するものと考えられており、又下肢筋肉の中で大きな筋肉であり、筋力低下による他組織への影響が大きいものである。その為筋力低下時の筋力増強を行うことは疾病等による膝関節への負担を軽減する効果がある。従来行われている大腿筋訓練法は、主として以下の４つである。第１は下肢の挙上訓練と称するもので、下肢を重力に逆らうように上方へ挙げることを繰り返し行う方法であり、第２はスクワットと称し膝を屈伸させる方法であり、第３は座位にての下肢の蹴り出し運動であり、第４は歩行である。第１、第２、第４の方法は大腿四頭筋及びハムストリングの両方の筋力に対して増強の効果があり、第３の方法は大腿四頭筋を中心とした訓練方法である。第１の方法に対しては足首に錘を付けて負荷の増強を図り、第２の方法に対しては上体に錘を載せることにより負荷の増強を行い、第３の方法に対しては座位で足に錘を付けたり、足首等にゴム等の弾性体を付けて引張ることにより負荷の増強を図り、第４の方法に対しては体に錘をつけたり、坂道歩行により負荷を強めるようにし、それぞれの手段に対応した装置が存在している。以上述べた従来の方法は、いずれも重力方向と逆に運動することによって大腿筋を鍛える方法であり、基本的に下腿部が力点又は支点となることで大腿筋を鍛えるものである。これは力点が膝関節より遠位にあるため、膝に対し余計な負担が大きく、また訓練を定量的に把握、管理することが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、膝関節にかかる負担を少なくしながら大腿筋を鍛え、訓練条件（負荷、時間、回数）を定量的に管理でき、かつ訓練状態を使用者が認識することができる訓練装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明においては、軽度屈曲させた下肢の膝窩部を載置させる荷重受部と、荷重受部にかかる荷重を検出するセンサと、訓練用プログラムを設定するための制御部とを備える。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明においては、底板の上方に上下方向に移動可能に配置した荷重受部と、底板の上部に上下方向に調整可能に配置した調整板と、調整板と荷重受部との間に挿入した負荷発生部と、荷重受部の変位を検出するセンサとを備え、荷重受部上に軽度屈曲させた下肢の膝窩部を載せ、荷重受部に押し付けて、制御部により予め設定された訓練用プログラムに従い大腿筋の強化訓練を行い得るようにするのが好ましい。
【０００６】
調整板に調整部を取り付け、この調整部を操作することにより調整板を上下に移動し、調整板と荷重受部との距離を変化させることにより両者間に挿入された負荷発生部の設定負荷値を調整可能なようにし、使用者の症状に合わせて適切な負荷値を選択することができる。
【０００７】
底板の上方に上下方向に移動可能に配置した荷重受部と、底板の上部に上下方向に調整可能に配置した調整部と、底板と荷重受部との間に挿入した負荷発生部と、調整部の端部に配置し荷重受部の変位を検出するセンサとを備え、調整部を操作することによりセンサと荷重受部との距離を変化させ、負荷発生部の設定負荷値を調整可能なようにし、使用者の症状に合わせて適切な負荷値を選択することができる。
【０００８】
底板の上方に上下方向に移動可能に配置した荷重受部と、底板上に荷重受部と対向するように圧力センサとを備え、荷重受部にかかる荷重を直接検出するようにし、予め設定した訓練用プログラムに従い使用者が荷重をかけるようにしてもよい。
【０００９】
荷重受部は鞍状に形成し、膝窩部が安定して載置されるようにするのがよい。荷重受部の表面には、使用するときの感触をよくするためにクッション材を、摩擦を少なくするために表面の滑りのよい素材を設置するとよい。又、荷重受部はスライダーとスライダーを案内するリニアレールとにより上下方向に移動可能に底板上に支持することができる。
【００１０】
負荷発生部は例えばばねにより構成することができる。
【００１１】
センサは、スイッチ、圧力センサ、又はポテンショメータとして構成することができる。
【００１２】
訓練用プログラムとしては、下肢により訓練装置に加えるべき負荷の大きさ、負荷を継続して加えるべき時間、負荷を加える繰返し回数、負荷状態の表示等がある。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面について説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例を示し、ａは概略斜視図、ｂは縦断正面図である。なお図のａは内部構造を分かり易くするため荷重受部を透明な形で示してある。１は全体を支える底板、２は底板１の上方に置かれ負荷を調整するための調整板、３は鞍状に形成された荷重受部、４は荷重受部３の膝窩部を載せる天板、５は調整板２の上に設けられ荷重受部３との間に挿入されたばね等で構成した負荷発生部、６は荷重受部３の両側の側壁に設けられた中空筒状のスライダー、７はスライダー６を貫通しスライダー６を上下方向に移動案内するリニアレール、８は調整板２の位置を上下方向に調整し調整板２と荷重受部３との間隙を変化させて負荷発生部の負荷値を調整するための調整部、９は底板１の一端に荷重受部３と対向して置かれ荷重受部３の変位を検出して信号を送出するセンサ、１０は制御部である。センサ９としては、所定の変位位置でスイッチング動作するスイッチ、荷重受部の変位、或は負荷発生部にばねを使用した場合にはばねの変位を電気抵抗により電気信号に変換するポテンショメータ、荷重受部から伝達される力を検出する圧力センサ等を使用することができる。制御部１０は訓練用のプログラムに必要な種々の負荷条件、即ち下肢が訓練装置に加えるべき負荷の大きさ、その継続時間、繰返し回数等を設定すると共に、設定された目標の負荷状態に達したか否かを視覚的又は聴覚的に表示する機能を有している。
【００１５】
図２は図１に示す訓練装置の使用方法の説明図である。使用者は座位又は仰臥の姿勢をとり、下肢２１の膝窩部２２が荷重受部３の天板４上に位置するように訓練装置の上に下肢２１を乗せ、荷重受部３を負荷発生部５により上向きに生ぜしめられる押上げ力に抗して下方に押し込むように下肢に所定時間持続して力をかけることを所定回数繰り返すことにより大腿筋の強化訓練を行う。その下肢が加えるべき力、継続時間、回数は制御部１０に予め設定したプログラムに従う。
【００１６】
図３は本発明の訓練装置を使用して行う訓練全体のフローチャートの一例で、センサとしてポテンショメータを用いた場合について示したものである。Ａは制御部１０に対し訓練用プログラムに従い種々の設定を行うためのフローチャート、Ｂは訓練に対するフローチャートである。前述のよう下肢を訓練装置の荷重受部３の天板４上に乗せると、荷重受部３に脚の重量が負荷される（ステップＳ１）。その重量は被使用者の脚の重量、脚の乗せ方によって異なり、例えば０〜２０ｋｇの範囲にある。この重量がポテンショメータ９によって検出され、例えば０〜１０ｍｍの範囲で変位する（ステップＳ２）。脚の重量の相違による負荷値の差を補償して較正するため、ポテンショメータの初期値を基準値０に設定する（ステップＳ３）。次いで負荷値を例えば５ｋｇ、１０ｋｇ、１５ｋｇ、２０ｋｇに設定する（ステップＳ４）。これは調整部８を操作し、調整板２を上下に移動してポテンショメータの変位量を設定することによって行われる。また、タイマー時間を例えば５秒、１０秒、１５秒、２０秒に設定する（ステップＳ５）。訓練を開始し、脚で訓練装置を押し込み（ステップＳ６）、先に設定された負荷値（５、１０、１５又は２０ｋｇ）を越えると（ステップＳ７）、制御部１０のブザーが鳴り（ステップＳ８）、一方タイマーがスタートし（ステップＳ９）、設定時間になるとブザーが止まる（ステップＳ１０）。それにより脚を挙げると負荷値が０ｋｇとなり（ステップＳ１１）、訓練装置の変位が０となる（ステップＳ１２）。その回数のカウントが行われ（ステップＳ１３）、タイマーが０秒に戻り（ステップＳ１４）、以上の操作が所定回数行われカウント数が設定値になったとき訓練が終了する。
【００１７】
図４はセンサとしてポテンショメータを使用する場合のフローチャートの詳細図である。図３のフローチャートで説明したように、脚を訓練装置の荷重受部３に載せる（ステップＳ１）と脚の重量により荷重受部３の天板４が下方に変位するが（ステップＳ２）、ここで制御部に設けたＳＷ３をＯＮに操作する（ステップＳ３）ことによって最初載せた膝の重量によるポテンショメータの出力信号を消去するような信号が加えられて較正が行われ（ステップＳ４）、基準値０に設定される。次いで膝裏で訓練装置の荷重受部３を押すと（ステップＳ５）、荷重受部３の天板が下方へ変位する（ステップＳ６）。変位が設定値の５ｍｍ以上か否かが判断され（ステップＳ７）、５ｍｍ以上の場合には制御部１０内に設けた音声発生装置がメロディーを鳴らし始める（ステップＳ８）。次いで時間計測が起動し（ステップＳ９）、変位が５ｍｍ以上を維持しているか否かが判断され（ステップＳ１０）、維持している場合には時間が計測され（ステップＳ１１）、変位が５ｍｍより低下した場合には制御部１０は警告音を鳴らし（ステップＳ１２）、計測は停止する（ステップＳ１３）。計測された時間は積算され（ステップＳ１４）、例えば設定した１０秒が経過すると制御部１０のメロディーが止まり（ステップＳ１５）、１回カウントする（ステップＳ１６）。そこでカウント数が設定された回数の例えば１０回に達しているか否かが判断され（ステップＳ１７）、１０回に達していなければ積算時間はリセットされ（ステップＳ１８）、  一旦膝を装置から離すか力を抜く（ステップＳ１９）。再び膝を訓練装置の上に載せ（ステップＳ１）、膝裏で装置を押し込む（ステップＳ５）。なお、この両ステップ間には最初の場合のような較正のためのステップＳ２、Ｓ３は必要としない。以後ステップＳ６以降と同様の運動をし、その結果のカウントが順次積算されステップＳ１７において設定された１０回に達すると、制御部１０はブザーを鳴らす（ステップＳ２０）。この状態で下肢を挙げ（ステップＳ２１）、訓練は完全に終了する（ステップＳ２２）。制御部１０内に設けたスイッチＳＷ２が遮断され（ステップＳ２３）、積算時間がリセットされる（ステップＳ２４）。ステップＳ１４において積算時間が１０秒に満たなかったときは再びステップＳ１０に戻る。なお時間計測については、上述の例では積算時間を計測するものについて説明した。即ち訓練の途中で設定負荷より実際の荷重が低下した場合でもその後更に荷重を増加させることを許容し、設定値を越えた時間を積算するものである。しかしこのような訓練方法では効果が薄いと考えられる場合には、一旦訓練を始めて途中で設定値を下回ったときにはそれまでの時間を０とし、荷重が連続して設定値を超える時間のみを計測し得るように連続時間を設定することもできる。
【００１８】
図５は圧力センサを使用した場合のフローチャートの詳細図である。圧力センサは負荷発生部に発生した反力を検出し、その値を電気信号として制御部１０に送る。この場合も図４に示すフローチャートとほぼ同様の流れで訓練が行われ、同等部分には同符号が付されている。この場合は脚を荷重受部３に脚を載せると荷重受部の天板が変位し、負荷発生部により発生された反力を圧力センサが直接検出し、設定した負荷値例えば１０ｋｇ以上になったか否かを判断し（ステップＳ７）、反力が設定した負荷値以上を維持しているか否かが判断される（ステップＳ１０）。
【００１９】
図６はセンサとしてスイッチを使用する場合のフローチャートの詳細図で、図４に示すポテンショメータを使用する場合とほぼ同様の流れで訓練が行われ、各ステップは図４と同等の符号が付されている。この場合の最初膝を乗せたときの膝の重量による変位の較正は、図４の場合と異なりセンサとしてのスイッチと荷重受部３との間隙を変化させることによって行われる。膝を乗せた後力を加えた結果荷重受部３の天板が変位したとき（ステップＳ６）、所定値以上の変位があるとスイッチＳＷ１がＯＮし（ステップＳ７）、ステップＳ１０においてなおスイッチＳＷ１がＯＮ状態を持続しているときは時間を計測し（ステップＳ１１）、ＳＷ１がＯＦＦ状態のときは図４のフローチャートと異なりメロディーが停止し（ステップＳ２４）、計測が停止され（ステップＳ２５）、スイッチがＯＮ状態を維持しているか否かが判断され（ステップS２６）、ＯＮ状態が維持されていればメロディーが再開し（ステップＳ２７）、時間の計測が行われる（ステップＳ１１）。ステップＳ２６において０Ｎ状態が維持されていなければ、即ちＯＦＦの状態であれば再びメロディーは停止する（ステップＳ２４）、という動作を繰り返す。また、ステップS１４において積算時間が所定値になったときはメロディーが停止すると共に警告音が所定時間鳴り（ステップS１５）、カウントする点も図４のフローチャートと相違している。なお、ステップＳ２３において遮断されるスイッチＳＷ２はステップＳ７、ステップＳ１０で動作するセンサとしてのスイッチＳＷ１とは別のスイッチである。このフローチャートにおいても上述の相違点について図４、図５に示すフローチャートと同様の動作を行わせることもできるし、また図４、図５に示すフローチャートの一部を変更して図６のフローチャートの上述の動作を行わせることも可能である。
【００２０】
図７は本発明の異なる実施例の、ａは縦断正面図、ｂは一部切欠側面図である。図１と同等部分には同符号が付されている。この実施例においては、図１の実施例と異なり、負荷発生部の負荷値を調整する調整板は存在せず、底板１の中心部に設けられた調整部８の上にセンサ９が配置され、このセンサ９は荷重受部３の内側に設けた突出部７１と対向し、調整部８を調整することによりセンサ９と突出部７１との間の距離を変化させることにより負荷値を調整するようになっている。鞍状に形成された荷重受部３の内側両端に設けられた中空筒状のスライダー６と底板１上に植立されスライダー６を案内するリニアレール７とから構成される支持部が底板１と荷重受部３との間の左右両側にそれぞれ１基ずつ配置され、この各支持部の両側に、ばね等から構成された負荷発生部５が設けられている。制御部１０は底板１の上に置かれている。この訓練装置の動作については図１に示す実施例とほぼ同様である。即ち、荷重受部３の天板４上に膝窩部が置かれ力が加えられると、荷重受部３が沈み、その内側の突出部７１とセンサ９とが作用し合い、荷重受部３の変位ないし負荷発生部の反力が検出される。
【００２１】
図８は更に本発明の異なる実施例の使用状態の説明図である。図１の実施例と同等部分には同符号が付されている。この実施例では、底板１が鞍状に形成され、その天板８１の下部に下肢８２を挿入できるように構成されており、底板１の天板８１上に調整板２が置かれ、荷重受部３にベルト８３が掛けられている点が図１の実施例と異なっている。この訓練装置においては、下肢８２を底板１の天板４の下方に挿入し、膝窩部８４の上側、下側をベルト８３で支持し、下肢に力を入れると、ベルト８３を介して荷重受部３が下方に移動する。
【００２２】
上述の各実施例においては負荷発生部を備えることにより、使用者が下肢に負荷を加えたことを明確に認識することができ、訓練に対する積極姿勢を助長すると共に満足感を得る効果がある。
【００２３】
図９は負荷発生部を持たない別の実施例の、ａは縦断正面図、ｂは一部切欠側面図で、図１と同等部分には同符号が付されている。この実施例においては、図１の実施例と異なり、負荷発生部を備えず、従って調整板も備えていない。底板１の中心部に突出部９１を有し、この突出部９１の上に圧力センサ９２が荷重受部３の天板４の内面９３と若干の間隙９４を介して対向するように配置されている。底板１は更に両側にそれぞれ２個の支持部９５を有し、荷重受部３の内側の両側にそれぞれ２個設けられた突起９６との間にばね９７が挿入されている。このばねは図１の負荷発生部としてのばねとは異なり、荷重受部に対する負荷を発生せしめるものではなく、荷重受部の支持と、使用者が荷重受部３に膝を置き力を入れたとき、ばねによる僅かな抵抗を感じて訓練しているという感覚を味わい得るようにするためのものである。この訓練装置においては、使用者が力を加え荷重受部３が沈み込み、圧力センサ９２に当たり力が作用すると、圧力センサ９２はその力を検出し、予め制御部１０により設定されている訓練用プログラムに従い訓練を実施することができる。この実施例による訓練装置は、極めて簡単な構成で小型に形成することができる。
【００２４】
本発明の訓練装置は、通常座位又は仰臥の姿勢で使用するものであるが、その他、横臥の姿勢でもよく、更に上述の装置の天地を逆にして伏臥の姿勢で使用することも、患者の症状により座位や仰臥の姿勢をとることが困難な場合には可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、膝関節や足関節にあまり負担をかけることなく大腿筋の強化訓練を行うことができるから、これらの関節に負担をかけにくい状態の症状においても大腿筋の訓練を実施でき、早期リハビリテーションも可能になり、また制御部を使用することにより、症状に応じて適切な負荷値、負荷時間を設定し、顕著に筋力低下した大腿筋に対して適度の訓練を実施することができ、筋力増強としての効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の、ａは概略斜視図、ｂは縦断正面図である。
【図２】図１に示す実施例の使用方法の説明図である。
【図３】本発明の実施例の訓練全体のフローチャートである。
【図４】本発明のセンサとしてポテンショメータを使用した場合のフローチャートである。
【図５】本発明のセンサとして圧力センサを使用した場合のフローチャートである。
【図６】本発明のセンサとしてスイッチを使用した場合のフローチャートである。
【図７】本発明の異なる実施例の、ａは縦断正面図、ｂは一部切欠側面図である。
【図８】本発明の更に異なる実施例の使用状態の説明図である。
【図９】本発明の更に異なる実施例の、ａは縦断正面図、ｂは一部切欠側面図である。
【符号の説明】
１  底板
２  調整板
３  荷重受部
４  荷重受部の天板
５  負荷発生部
６  スライダー
７  リニアレール
８  調整部
９  センサ
１０  制御部
２１  下肢
２２  膝窩部
７１  突出部
８１  底板の天板
８２  下肢
８３  ベルト
８４  膝窩部
９１  突出部
９２  圧力センサ
９３  荷重受部
９４  間隙
９５  支持部
９６  突起
９７  ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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