(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的関節に連続的受動運動を与えるための装置であって、
関節の一方の側において第１の肢節部に係合可能な第１の支持部材（２２）と、関節の他方の側において第２の肢節部に係合可能な第２の支持部材（８５）と、アクチュエータ（４２）と、先端部と基端部を有するシャフト（５０）と、を備えており、
前記シャフト（５０）がその基端部を介してアクチュエータ（４２）にピボット結合され、前記アクチュエータ（４２）はシャフト（５２）をピボットさせて横向きの運動を与えることができる装置において、
アーチ状トラック（４０）が前記第１の支持部材（２２）に取り付けられていて前記第１の肢節部の周りを少なくとも部分的に囲む大きさであり、
前記アクチュエータ（４２）が前記アーチ状トラック（４０）に調整可能にマウントされることにより、前記アクチュエータ（４２）が前記関節を中心としてアーチを描いて動くことができるようにされており、
前記装置が、前記アクチュエータ（４２）を前記アーチ状トラック（４０）に対して所定の位置に着脱可能にロックするためのロック手段（４８）を備え、
前記第２の支持部材（８５）がシャフト（５０）の先端部に調整可能に取着されていることにより、前記第２の支持部材（８５）の前記シャフト（５０）への取り付け位置が、前記肢節部に対するアクチュエータの周方向位置に応じて調整可能となっていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ（４２）が前記アーチ状トラック（４０）に摺動可能にマウントされており、前記装置に保持された使用者の肢節部および前記アクチュエータ（４２）が前記第１の肢節部の周りに動かされる際、アクチュエータ（４２）に対するシャフト（５０）のピボット結合が、前記第１の肢節部の長手軸に実質的に垂直な面内を動いて前記関節を通過する請求の範囲１記載の連続的受動運動装置。
【請求項３】
前記第２の支持部材（８５）が、アーチ状リング（７０）と、該アーチ状リング（７０）に取り付けられたハンドグリップ部（７６）と、前記シャフト（５０）の先端部に調整可能に取り付けられたブラケット（７２）とを備え、前記アーチ状リング（７０）は前記ブラケット（７２）に調整可能に取り付けられており、前記ブラケット（７２）は前記アーチ状リング（７０）を前記ブラケット（７２）にロックするためのロック手段（７４）を含んでいる請求の範囲１または２記載の連続的受動運動装置。
【請求項４】
前記ブラケット（７２）が弾性付勢手段（６８）を含み、前記リング（７０）が前記弾性付勢手段（６８）に支承されていることにより、前記リング（７０）が前記シャフト（５０）に対し撓み得る請求の範囲３記載の連続的受動運動装置。
【請求項５】
前記第１の支持部材（２２）が、使用者の前腕を該第１の支持部材（２２）に保持するための、スリーブ（２６）を含んでいる請求の範囲３または４記載の連続的受動運動装置。
【請求項６】
前記シャフト（５０）の動作を制御するための制御手段（５４）が前記アクチュエータ（４２）に接続されている請求の範囲１から５のいずれか記載の連続的受動運動装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ（４２）が第１及び第２のリミットスイッチ（５３）を備え、前記第１のリミットスイッチは１方向における前記シャフト（５０）のピボット変位を制限し、前記第２のリミットスイッチは反対方向における前記シャフト（５０）のピボット変位を制限する請求の範囲６記載の連続的受動運動装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ（４２）はハウジング（４４）と、前記ハウジング（４４）にマウントされ前記シャフト（５０）の角度変位を指示する角度計（５７）とを含み、前記第１及び第２のリミットスイッチ（５３）は前記角度計（５７）に対し摺動自在に位置し得る請求の範囲７記載の連続的受動運動装置。
【請求項９】
前記制御手段（５４）は前記アクチュエータ（４２）の動作の間の荷重をモニターするための荷重モニター手段を含み、前記荷重モニター手段は前記荷重が所定の荷重を超えたとき前記シャフト（５０）の運動方向を逆転する請求の範囲６から８のいずれか記載の連続的受動運動装置。
【請求項１０】
前記アーチ状トラック（４０）が半円形であり、前記アーチ状リング（７０）が半円形である請求の範囲１から９のいずれか記載の連続的受動運動装置。
【請求項１１】
前記アーチ状トラックが円形（９２）である請求の範囲１から９のいずれか記載の連続的受動運動装置。
【請求項１２】
足首関節に連続的受動運動を与えるための装置であって、
フレーム（１５２）および、該フレーム（１５２）に取り付けられ下方脚部を支持するための脚支持部材（１７２）と、
前記フレーム（１５２）に取り付けられ、下方脚部の周りに少なくとも部分的に延出する寸法を有するアーチ状トラック（１７０）と、
基端部および先端部を有するシャフト（１８４）と、
使用者の足を受け入れられるように前記シャフト（１８４）の先端部にピボット可能に取り付けられた足支持部材（１５６）と、を備える装置において、
前記脚支持部材（１７２）は前記下方脚部を内部に保持するためのハーネス（１６２）を備え、前記下方脚部が長手軸を画定しており、
アクチュエータ（１８０）が前記アーチ状トラック（１７０）に調整可能にマウントされており、前記下方脚部の周りで、アーチ状トラック（１７０）上の選択された位置にてアクチュエータ（１８０）をロックするためのロック機構（１７８）を備えており、
前記シャフト（１８４）はその基端部において前記アクチュエータ（１８０）にピボット結合されており、前記アクチュエータ（１８０）は前記シャフト（１８４）をピボットさせて横向きの運動を与えることができ、
使用時には前記シャフトのピボット運動が前記足首関節の運動を与える装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータ（１８０）が前記アーチ状トラック（１７０）に摺動可能にマウントされており、使用者の脚部および足が前記連続的受動運動装置に保持され、前記アクチュエータ（１８０）が使用者の下方脚部の周りに動かされる際に、アクチュエータ（１８０）に対するシャフト（１８４）の前記ピボット結合（１８７）が、前記下方脚部の長手軸に実質的に垂直な面内を動いて前記足首関節を通過する請求の範囲１２記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項１４】
前記脚支持部材が足プレート（１９２）にマウントされたシュー（１５６）を含み、該足プレート（１９２）がシャフト（１８４）の前記先端部にピボット可能にマウントされており、前記先端部が前記足プレート（１９２）を該先端部にロックするためのロック手段（１９４）を含んでいる請求の範囲１２または１３記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項１５】
前記シャフト（１８４）の動きを制御するための制御手段（２００）が前記アクチュエータ（１８０）に接続されている請求の範囲１２から１４のいずれか記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータ制御手段（２００）は第１及び第２のリミットスイッチ（２４２，２４４）を含み、前記第１のリミットスイッチ（２４２）は１方向における前記シャフト（１８４）のピボット変位を制限し、前記第２のリミットスイッチ（２４４）は反対方向における前記シャフト（１８４）のピボット変位を制限する請求の範囲１５記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項１７】
前記第１および第２のリミット位置が前記制御手段（２００）に予めプログラムされ、蓄積されている請求の範囲１６記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項１８】
前記制御手段（２００）は前記アクチュエータ（１８０）の動作の間の荷重をモニターするための荷重モニター手段を含み、前記荷重モニター手段は前記荷重が所定の限界荷重を超えたとき前記シャフト（１８４）の運動方向を逆転する請求の範囲１５から１７のいずれか記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項１９】
前記所定の限界荷重は前記制御手段（２００）にプログラムされている請求の範囲１８記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項２０】
前記アクチュエータ（１８０）は前記シャフト（１８０）の角度変位を指示する角度計（２１０）を含む請求の範囲１２から１８のいずれか記載の足首関節連続的受動運動装置。
【請求項２１】
前記アーチ状トラックが半円形トラックである請求の範囲１２から１８のいずれか記載の足首関節連続的受動運動装置。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、関節の運動療法のための連続的受動運動装置に係わり、特に手関節、足関節治療のための連続的受動運動装置に関する。
発明の背景
損傷を受けた関節のリハビリテーション及び治療が関節の連続的受動運動（ＣＰＭ）の採用により促進されることが近年明らかになった。この連続的受動運動により、患者による筋肉協調あるいは制御の必要なくある肢関節部の動きを誘導することができる。多くの研究の結果、種々の関節のＣＰＭにおいて、治癒又は回復時間が加速され、治癒が促進され、さらに重要なことには、治療の過程の最終において関節の十分な動きが保証されることが明らかになった。したがって、連続的受動運動療法を用いた関節のリハビリテーションは損傷を受けた関節の治療の重要な方法となっている。
手首、足首、肘関節の運動のための種々のタイプの装置、器具が知られている。例えば、米国特許第４，５３８，５９５号には手首、足首、肘関節の運動のための幾つかの受動運動装置が開示されている。図１ないし図４は手首運動装置を示すもので、アクチュエータ（作動装置）が前腕装具組立体に取着されている。アクチュエータアームがアクチュエータから手装具部に延び、操作の間において手の伸展（extension）／屈曲（flexion）動作が行われる。図１８、図１９、図２４に示す肘関節の運動装置においては、円周方向のトラックを用いて肘関節の運動の間において上方腕部の長手軸に対する前腕及び手の角度を調整するようにしている。図８ないし図１１に示す足首関節運動装置においては、アクチュエータが上部脚装具組立体に取着され、アクチュエータロッドが足支持部材に取着され、背屈／伸展運動が行われるようになっている。下部脚部の長手軸に対する足の放射方向の位置は図１１に示すようにして調整することができる。
米国特許第４，６５０，１８３号には足及び足首関節のための運動装置が開示されている。この装置は運動のために用いられると共に、足首関節の機能を評価するのにも用いられる。この装置は使用者が使用中に腰掛けるベンチと、ピボット的にマウントされた足ペダルと、足ペダルに取着され、抵抗を与えるようにした油圧シリンダーとからなっている。
米国特許第５，０６７，４７９号には手首関節の治療のためのＣＰＭ装置が開示されている。この装置はベースにピボット的にマウントされたチューブ状シャフト内に摺動自在に設けられた入れ子式ロッドを有する。シャフトの一端は偏心トランスミッションにピボット的に取り付けられ、この偏心トランスミッションは上記ベースに支持されたモーターにより駆動される車輪を具備している。このベースは患者の手首の上部に紐で結び付けられるようになっている。このシャフトの他端は患者が掴まる握り部に接続されている。操作において、上記車輪は回転することにより上記ロッドを入れ子式に延ばし、回動させ、これにより手が手首に向けて動くようになっている。モーター収納アセンブリーの整合を調節することにより異なった種類の手首の運動を行うことができる。
米国特許第５，１７０，７７６号には足の受動関節運動に向けられた装置が開示されている。この装置は種々のガイドロッド、捩子、ベアリング、モーターに連結された足置きと、可動台とを具備している。
米国特許第５，３５２，１８５号には足首運動装置が開示され、これには支持部とシューとを備えたフレームが設けられ、それぞれ使用者の下方脚部と足とを受けるようにしている。この装置は２つのモーター（図１中、８、９）を必要とし、その内の１つは装置の一部を回動させ、足底屈曲／背延びを与えるために用いられ、他の１つは装置の他の部分を回動させ、下方脚部との関連において足の回外／回内を生じさせるようになっている。
生理学的動きの全ての範囲に亘って関節を動かすことのできるＣＰＭ装置があれば非常に有利となる。このような機能は徴候、患者について最大限の可能性に対し適用させることができる。ヒトの殆どの関節は１以上の軸を介して動き、また、ある関節は肩、腰などのように３つの軸を介して動く。公知の多くのＣＰＭ装置の主な欠点は、一度に１つの軸を介して関節が動くように設定することしかできないことである。ＣＰＭ装置において２以上のアクチュエータを利用して一度に２つ以上の軸を介して関節が動くようにすることは、装置の大きさ、重量についての制約のため実用的でない。
したがって、種々の型の関節に対し適用でき、かつ、一度に２つ以上の軸を介して関節を全ての範囲で動かすことのできる関節治療運動装置が求められている。
発明の概要
本発明は解剖学的関節に連続的受動運動（ＣＰＭ）を与えるための装置を提供することを目的とする。
すなわち、この装置は関節の一方の側において第１の肢節部に係合可能な第１の支持部材（２２）と、関節の他方の側において第２の肢節部に係合可能な第２の支持部材（８５）とを具備する。このＣＰＭ装置はアクチュエータ（４２）と、先端部と基端部を有するシャフト（５０）とを備える。該シャフト（５０）がその基端部を介してアクチュエータ（４２）にピボット結合されている。このアクチュエータ（４２）はシャフト（５２）をピボットさせて横向きの運動を与えることができる。この装置は、アーチ状トラック（４０）が前記第１の支持部材（２２）に取り付けられていて前記第１の肢節部の周りを少なくとも部分的に囲む大きさであることを特徴とする。前記アクチュエータ（４２）は前記アーチ状トラック（４０）に調整可能にマウントされることにより、前記アクチュエータ（４２）が前記関節を中心としてアーチを描いて動くことができるようにされている。このＣＰＭ装置は、前記アクチュエータ（４２）を前記アーチ状トラック（４０）に対して所定の位置に着脱可能にロックするためのロック手段（４８）を備える。前記第２の支持部材（８５）がシャフト（５０）の先端部に調整可能に取着されていることにより、前記第２の支持部材（８５）の前記シャフト（５０）への取り付け位置が、前記節部に対するアクチュエータ（４２）の周方向位置に応じて調整可能となっている。
本発明のこの態様において、前記アクチュエータ（４２）が前記アーチ状トラック（４０）に摺動可能にマウントされており、前記ＣＰＭ装置に保持された使用者の肢節部および前記アクチュエータ（４２）が前記第１の肢節部の周りに動かされる際、アクチュエータ（４２）に対するシャフト（５０）のピボット結合が、前記第１の肢節部の長手軸に実質的に垂直な面内を動いて前記関節を通過する。
他の態様として、本発明は足首関節に連続的受動運動を与えるための装置を提供する。この足首ＣＰＭ装置はフレーム（１５２）と、該フレーム（１５２）に取着され使用者の下方脚部を支持するための脚支持部材（１７２）とを具備する。前記脚支持部材（１７２）は前記下方脚部を内部に保持するためのハーネス（１６２）を備える。前記下方脚部は長手軸を画定する。この足首ＣＰＭ装置は、前記フレーム（１５２）に取り付けられて下方脚部の周りに少なくとも部分的に延出する寸法を有するアーチ状トラック（１７０）を備える。アクチュエータ（１８０）が前記アーチ状トラック（１７０）に調整可能にマウントされており、前記下方脚部の周りで、アーチ状トラック（１７０）上の選択された位置にてアクチュエータ（１８０）をロックするためのロック機構（１７８）を備える。この足首ＣＰＭ装置は、基端部および先端部を有するシャフト（１８４）を備える。前記シャフト（１８４）はその基端部において前記アクチュエータ（１８０）にピボット結合されており、前記アクチュエータ（１８０）は前記シャフト（１８４）をピボットさせて横向きの運動を与えることができる。この足首ＣＰＭ装置は、使用者の足を受け入れられるように前記シャフト（１８４）の先端部にピボット可能に取り付けられた足支持部材（１５６）を備える。使用時には前記シャフトのピボット運動が前記足首関節の運動を与える。
【図面の簡単な説明】
以下、本発明に係わる連続的受動運動装置の添付図面を参照して説明するが、これらは単なる例示にすぎない。
図１ａは本発明に従って構成された手首関節の運動のための連続的受動運動（ＣＰＭ）装置の斜視図であって、手と腕が装置に係合されている；
図１ｂは図１ａ中の矢印１ｂから見た平面図；
図２は手首関節の運動のためのＣＰＭ装置の他の例を示す斜視図であって、腕支持手段が欠如されていて、また、該装置が２つの配向で示され、その内、実線は手首関節の尺側（ulnar）偏位／橈骨（radial）偏位を与える配向の装置の状態を示し、破線は手首関節の伸展及び屈曲を与える配向の装置の状態を示している；
図３は図１ａの手首ＣＰＭ装置の平面図であって、手首関節の尺側偏位／橈骨偏位を与える配向の装置に対する手及び手首の骨格構造の相対的位置関係を示している；
図４は図１ａの手首ＣＰＭ装置の側面図であって、手首関節の伸展及び屈曲を与える配向の装置に対する手及び手首の骨格構造の相対的位置関係を示している；
図５は図３中の矢印５の方向から見た前面図であって、骨格構造を覆う肉体及び握りを掴んだ手を示している；
図６は図４中の矢印６の方向から見た前面図であって、骨格構造を覆う肉体及び握りを掴んだ手を示している；
図７は図５、６と同様に手首ＣＰＭ装置を示し、手首関節の伸展／屈曲及び尺側偏位／橈骨偏位の組合せを与える配向の装置の状態を示している；
図８は使用者の手首との関連で手首ＣＰＭ装置の種々の配向を説明するものであって、本発明に係わる周方向トラック上のアクチュエータの配向に依存しつつ、手首関節の伸展／屈曲から偏位に至るまで手首の動きの変化を示している；
図９は本発明に係わる足首ＣＰＭ装置の斜視図であって、足首の屈曲（plantarflexion）／背屈（dorsiflexion）運動を行う場合の方向を示す図；
図１０は図９に示す足首ＣＰＭ装置を部分的分解した状態を示す斜視図であって、シュー組立体の詳細を示す図；
図１０ａは図１０に示す足首ＣＰＭ装置のためのシューの他の例を示す図；
図１１は本発明に係わる足首ＣＰＭ装置の斜視図であって、足首関節の内がえし（inversion）／外がえし（eversion）運動を行う場合の配向を示す図；
図１２はコントローラー形成部品のコントロールパネルを示す平面図；
図１３ａは図９に示す足首ＣＰＭ装置における使用者の脚の図であって、足首関節の内がえし／外がえし運動を行う場合の装置の配向との関連で、足、足首及び下部脚部の骨格構造を示す図；
図１３ｂは、図１２ａと同様に、足首の足底屈曲／背屈運動を与える場合の装置の配向との関連で、足、足首及び下部脚部の骨格構造を示す図；
図１４は本発明に係わるアーチ状トラックにマウントされたアクチュエータの異なる位置についての足首の運動の型を説明する図；
発明の詳細な説明
Ａ）手首ＣＰＭ装置
図１ａを参照すると、手首関節の運動のための連続的受動運動（ＣＰＭ）装置は２０で示されている。この手首ＣＰＭ装置２０は、破線で２４として示される使用者の前腕を受理するための腕支持部材２２を含む。この前腕２４は長手軸を規定している。腕支持部材２２は可撓性スリーブ２６を含み、このスリーブ２６は２つのフック／ループ型固定用ストラップ（紐）２８、３０をフック３２、３４とで前腕の周りに固定されている。
手首ＣＰＭ装置２０は更に支持部材２２を備えたアーチ状トラック４０を含む。この支持部材２２はファスナーとスタンドオフ（図示しない）によりトラック４０の内側表面に固定されている。アーチ状トラック４０は半円形トラックであり、図１ａに示されているものは約２００度の角度の円弧を形成し、患者の前腕の周りに延び得る十分に大きい直径のものとなっている。
手首ＣＰＭ装置２０は更にモーター駆動のアクチュエータ４２を具備し、このアクチュエータ４２はハウジング４４と、このハウジング４４に固着されたスロット付きブラケット４６とを備えている。このブラケット４６はトラック４０上に摺動自在に装着され、アクチュエータ４２がトラック上の任意の位置に位置決めされ得るように調整可能となっている。また、ブラケット４６は位置調整ロック４８を有し、アクチュエータ４２をトラック４０上の任意の位置にてロックし得るようになっている。窪み４９はスロット付きブラケット４６との関連でトラック４０についてのロック位置を規定するものである。トラック４０上のアクチュエータ４２の位置はロック調整部４８と摺動アクチュエータ４２を離脱させ、所望の位置に設定し、係止ロック４８と係合させることによりセットされる。
手首ＣＰＭ装置２０はシャフト５０を含み、このシャフト５０の基端は円形ブラケット５２に取り付けられている。このブラケット５２はアクチュエータ４２にマウントされている。このアクチュエータ４２は操作においてハウジング４４内に収納されたモーター（図示しない）によりピボットするようになっている。コントローラー／電力供給部５４はコード５６を介してアクチュエータ４２に接続され、充電可能な電池及び／又は電力アダプター５８を含むものであってもよい。ハウジング４４内のモーターはハウジング４４との関連でシャフト５０を一方から他方へピポットさせる。
手支持部材８５はブラケット７２に取着された半円形リング７０を具備し、このブラケット７２はシャフト５０の先端に固定されている。このブラケット７２はシャフト５０に沿って摺動自在になっている。リング７０とブラケット７２との間にはゴムパッド又はグロメット６８が設けられ、これはリングとブラケットとの間の可撓性クッションとして作用し、ブラケット７２に対し撓み得るようになっている。ロック捩子７４がブラケット７２に対しリング７０を所望の位置でロックするのに用いられている。したがって、リングがブラケットを摺動することができないが、これらの間に圧着された可撓性パッド６８により前後に撓んだり、揺動し得るようになっている。手支持部材８５はＵ字形横断部材７６を含む。このＵ字形部材７６はその端部を介して一対の支柱７８に取着されている。この支柱７８は半円形リング７０の両端部に接続されている。横断部材７６は掴み部とループを提供し、フック型締付けストラップ（帯）はこの横断部材７６を被覆し、使用者の手８２を横断部材７６に固定させる。
シャフト５０の回動の範囲は、２つの運動範囲（ＲＯＭ）摺動スイッチ５３（図１ｂに示す）を調整することによりセットすることができる。これら摺動スイッチ５３はハウジング４４内に配置された角度計と連動するようにしてスロット５５（図１ａ）内に配置されている。アクチュエータ上の目盛り付マーク５７は運動停止リミットスイッチ５３の位置をセットする場合の参照として用いられる。これらのスイッチ５３は、シャフト５０のピボット運動を制限することによりシャフト５０が移動し得る角度の範囲を決定するものである。
コントローラー５４は３−位置スイッチ５９、すなわち、オン／オフに相当する位置１；フル荷重の５０％に相当する位置２；フル荷重の１００％に相当する位置３、を含むコントロール回路を具備する。このコントローラー５４は更に、参照によってここに含まれる米国特許第４，７１６，８８９号に開示されているモーター電流をモニターするためのリバース・オン・ロード技術を含む。アクチュエータによりピボットするシャフト５０は、予め設定された値の範囲で動作し、その範囲を超えた場合は、モーターが方向を変え、シャフト５０を反対方向に移動させる。もし、患者がシャフト５０の動きに抵抗した場合、モーター電流が増大し、閾値電流を一旦超えると、このユニットは方向を反転する。
図２は手首ＣＰＭ装置９０の他の例を示すもので、腕支持部材は示されていない。この手首ＣＰＭ装置９０は図１ａの例の半円形トラック４０とは対照的に円形形状のトラック９２を含む。窪み９４はスロット付ブラケット４６との関連でのトラック９２をロックするためのロック位置を提供する。図２に実線で示すように、モーターがアクチュエータ４２上のシャフト５０をピボットさせたとき、駆動バーが軸９６の周りにピボットし、破線で示すようにアクチュエータがトラック９０上に再配置されると、駆動バーが軸９８の周りにピボットする。シャフト５０の先端部がトラック９２との関連でピボットする距離は使用者又はオペレータが手首の治療の制限に調和するように調整ないし予めセットし、伸展（extension）、屈曲（flexion）、尺側（ulnar）及び橈骨（radial）偏位についての全範囲又は所定範囲の運動を所望に応じて行うようにする。
ヒトの関節は単一の面内、垂直な面内、又はこれらの面の組合せ内で動かすことができる。本発明による運動範囲（ＲＯＭ）の原則においては、トラックに沿って単一軸駆動が配置され、その中心は操作される関節と同軸であり、関節に対しあらゆる範囲の動きを与えることができる。手首ＣＰＭ装置２０、９０の操作上の原則は同一である。
次に、図２を参照して説明すると、矢印１００はＣＰＭ機構の仮想中心を示している。これは使用時において手首関節の解剖学的中心と一致する。手首ＣＰＭ装置２０の仮想中心も手首関節の解剖学的中心と一致する。使用者はその腕を支持部材２２（図１ａ）に、手首関節がＣＰＭ機構の仮想中心１００と整合するようにして縛り付ける。この場合、手首関節はシャフト５０とアクチュエータ４２の台との間のピボット点あるいは結合と整合している。手首関節とトラックとの相対的位置は固定されたままの状態であり、アクチュエータ４２の位置はトラック９２に沿って変化している。図２はアクチュエータ４２がトラック９２に沿って摺動するとき、手首と仮想中心１００との相対的位置が固定されたままの状態に保たれることを示している。アクチュエータ４２がトラック９２に沿って約９０度の角度変位した後の状態が破線で示されている。シャフト５０のアクチュエータ４２に対するピボット結合は手首関節の周りにアーチを描く方向で、かつ、前腕の長手軸に実質的に垂直な面にのみ移動するよう制限させる。この場合、手首関節はこの面に浮遊し、これにより関節に対する緊張、押圧が軽減される。このようにして、関節の運動範囲全体に亘って、関節の整合が保たれる。
アクチュエータ４２が図２に実線で示す偏位を生じさせる位置から破線で示す屈曲を生じさせる位置へ移動するとき、それはトラック９２に沿って９０度の角度移動することになる。しかし、横断部材７６がブラケット７２に固定されているため、同じ軸を介して横断部材７６も９０度の角度回転することになる。リング７０は逆方向に移動し中立位置に戻され、ここで横断部材７６が使用者により握られる。これは、ノブ７４を緩め、半円形リング７０を回動し元の位置に戻すことにより達成される。したがって、アクチュエータ４２がトラック４０に沿って移動するとき、手支持部材を反対方向に移動させ手首関節を中立位置に保持させることができる。
手支持部材は、リング７０とブラケット７２との間のゴムパッド６８の存在によりアクチュエータのピボット中心に対し浮遊し得るように作製されている。この変位はアクチュエータの同軸ピボット運動と解剖学的関節の同軸ピボット運動との相違を順応させる。この僅かな変位は、関節を予め設定された範囲で移動する間において、解剖学的関節に対する押圧と緊張を軽減させる。したがって、患者がグリップ部材を掴み、関節を種々の型に動作させたとき、このグリップ部材の浮遊作用が関節に対する好ましくないストレスが加わることを防止する。この浮遊性手支持部材は、ハンドグリップが駆動部にしっかりと固着された従来の装置と比較して非常に有利となる。本発明によれば、運動の面を変化させたときでも、解剖学的整合を維持させることができる。
図３、４は図１ａ、２の手首ＣＰＭ機構と手首関節との相対的位置関係をそれぞれ示している。ここで、ＣＰＭ機構の仮想中心１００が手首関節の解剖学的中心と一致していることを示している。図３に示す配向は図１ａの配向に相当し、ここでアクチュエータ４２は手首及び前腕の直下に位置している。ブラケット７２は横断部材７６を握る指の直下に位置している。この位置において、モーターがシャフト５０をピボットさせたとき、手首は矢印１１０で示す方向に強制的に橈骨偏位され、矢印１１２に示す方向に尺側偏位される。図２に破線で示すアクチュエータ４２の位置は手首及び手に対し伸展及び屈曲の動きを与える。この場合、使用者の前腕は図４に示すように装置内にある。この位置において、シャフト５０がピボットしたとき、矢印１１４で示す方向の手首の伸展が達成され、また矢印１１６で示す方向の手首の屈曲が達成される。
図５、６は図３、４においてそれぞれ矢印５、６から見た前面図であり、純粋な尺側偏位／橈骨偏位（図５）及び純粋な伸展／屈曲動作（図６）を与えるための手首に対するアクチュエータ４２の位置決めをそれぞれ示している。図７は純粋な屈曲と偏位のための動作面間に４５度の角度で位置づけられたアクチュエータ４２を示しており、これによりシャフト５０が駆動されたとき、手首は屈曲／伸展と偏位の組合せの動きを行うことになる。図８はトラック９２上のアクチュエータ４２の種々の位置に対応する手首の動きの型を要約して示している。
本発明に係わる手首ＣＰＭ装置は公知のＣＰＭ装置との比較において多くの利点を有する。例えば、屈曲（角度、０ないし８５度）、伸展（角度、０ないし８５度）のための全範囲の動き、手首関節の十分な尺側偏位／橈骨偏位、各動作の調整可能な範囲の動きなどを行うことができる。更にこの装置は単に各純粋な動作のための位置相互間の任意の位置にアクチュエータを位置決めするだけで手首の組合された軸の動作を提供することができ、屈曲から偏位へ変化させるための再組立を必要としない。このような利点は、アクチュエータを肢節と関節の周りに再度位置決めするとき、手首関節をアクチュエータ及びアクチュエータシャフトのピボット点と整合するように維持させるアーチ状のトラックを有するアクチュエータ位置決め機構によって達成される。
Ｂ）足首ＣＰＭ装置
図９ないし１１を参照して説明すると、足首関節の受動運動のためのＣＰＭ装置が１５０で示されている。この足首ＣＰＭ装置１５０はフレーム１５２を含み、これに破線で示された使用者の下方脚部１５８と足１６０を受け入れるための下方脚装具１５４とシュー１５６が取り付けられている。この装具１５４は可撓性スリーブ１６２を含み、このスリーブ１６２はこの装具１５４に下方脚部１５８を固定するための一対のフック／ループ型固定用ストラップ（紐）１６４を備えている。更に、好ましくは半円形のアーチ状トラック１７０が図１１に示すように上端部１７１を介して上記フレーム１５２に取着されている。図１０にのみ示すように、輪郭を型取った脚部支持部材１７２がその一端を介してトラック１７０の内方凹み面に取着され、図１１に示すように脚部支持部材１７２の他端は垂直支柱１７４の頂部に固定されている。この支柱１７４は、下方脚部１５８が装具１５４に固定されたとき、脚部支持部材１７２と下方脚部１５８を支持する。
アクチュエータ１８０にはスロット付きブラケット１８２が設けられ、このブラケット１８２はトラック１７０上に揺動可能にマウントされている。図９、１０に示すように、バネ付勢レバーハンドル１７８が、０ないし９０度の角度範囲に亘って、トラック１７０のエッジ１７３に沿って１０度毎に形成された窪み（図示しない）と係合するようになっていて、アクチュエータをトラック上の任意の位置にロックし得るようになっている。このアクチュエータ１８０は、図１１に１８７で示すピボット結合によってシャフト１８４にピボット結合されたモーター（図示しない）を収納している。アクチュエータが動作しているとき、モーターはＬ形シャフトを矢印Ａ、Ｂで示す方向にピボットさせる。アクチュエータ１８０はモーターのための２つの前方向／逆方向ボタン１８５、１９３を含む。これらボタン１８５、１９３はアクチュエータ・ハウジングの両側に１つずつ配置されている。図９に示すようにボタン１８５は矢印Ａで示す方向にシャフト１８４を上に向けて駆動させ、ボタン１９３は矢印Ｂで示す方向にシャフト１８４を下に向けて駆動させる。アクチュエータ１８０には角度計２１０がマウントされ、アクチュエータとの関連でシャフト１８４のピボット運動の範囲をセットしたりモニターしたりするための参照として機能する。
Ｌ形シャフト１８４は２つのリーブ１８６、１８８を具備し、その間にデスク１９０が介在している。シュー１５６はリーブ１８６、１８８にピボット的に取り付けられた足裏又は足プレート１９２を含む。ロックノブ１９４がリーブ１８６、１８８相互を締付けるために用いられている。このノブ１９４を緩めることによりシャフト１８４に対するシュー１５６の角度を変化させることができ、ノブ１９４を締付けることによりシューを選択された角度にてロックし得るようになっている。図１０の部分拡大図を参照すると、シュー１５６は、突部１５７を孔１５９に一致させ、押圧して嵌合させ、ついでシューを足プレートに対し摺動させることにより装着される。
図１０ａはシュー組立体３００の他の例を示している。シュー３０２は底部３０４を含み、これに一対のボス３０６、３０８が離間して挿入されていて、底部３０４の側方から突出している。このシュー組立体３００は足プレート３１４を含み、これの両側中間部に第１の対のスプリングタブ又はブラケット３１６が鋲止めされている。このタブ３１６には孔３１８が設けられ、これにボス３０６が受け入れられる。他の一対のブラケット３２４が足プレート３１４の裏に設けられ、そのそれぞれにはＬ形スロットを有する垂直延出部が設けられ、これにボス３０８が嵌合するようになっている。矢印はシューと足プレートとの組立を示し、ボス３０８がスロット３２６の垂直部と係合し、ついでシュー３０２を足プレートに対し押し下げスロット３２６の水平部にボス３０８を嵌合させるようにしている。この場合、タブ３１６の孔３１８にボス３０６がピッタリ嵌り込み、その結果、シューと足プレートとが相互にロックされる。シュー３０２を足プレート３１４から取外す場合は、タブ３１６を横方向に引き孔３１８からボス３０６を離脱させ、上記と反対の操作を行えばよい。
アクチュエータ１８０は、手動棒体２０２が設けられたコントローラ２００（図９）に電気的に接続されている。患者により操作される棒体２０２は親指操作ボタン２０４を有し、このユニットをオン／オフし得るようになっている。このコントローラ２００はバッテリーで動作させるようにしてもよいし、又はアダプター２０６を用いて壁ソケットから電力を供給してもよい。コントローラ２００は制御電子機器と充電可能なバッテリー（図示しない）を含む。
図１２はコントローラ２００の好ましい例のフロントパネルを示している。これにはオン／オフボタン２４０、第１のリミットスイッチ２４２、第２のリミットスイッチ２４４並びにそれぞれに関連させた発光ダイオード表示部２４６が設けられている。使用者はスイッチ２０４を押し足首を動かす。スイッチ２０４を離すことによりアクチュエータ１８０が停止し、又は動作範囲をプログラムさせる。図９、１２を参照して説明すると、アクチュエータ１８０のための動作範囲をセットするには、僅か２点のプログラミングを必要とするに過ぎない。すなわち、動作範囲の始点（リミット１）と動作範囲の終点（リミット２）である。この第１の位置又はリミットはボタン１８５をシャフトが第１のリミット１に達するまで押し、ついでボタン１８５を離し、リミットボタン２４２を押すことによりセットされる。第２のリミットはボタン１９３をシャフトが第２のリミット２に達するまで押し、ついでボタン１９３を離し、リミットボタン２４４を押すことによりセットされる。コントローラは患者又は治療者により手動でセットされるこれらの２つのＲＯＭリミットを記憶する。これらリミットの値がプログラム化され、記憶されると、アーム１８４がこの２つの選択されたリミットの間を走行する。このコントローラ２００は上述のようにリバース・オン・ロード技術を利用している。
操作において、使用者は足又は脚を足首ＣＰＭ装置１５０内に固定する。図９に示すように、トラック１７０の右又は左側に上端部を介してアクチュエータ１８０を装着させた状態において、スイッチを入れると、シャフト１８４及びシュー１５６がそれぞれ矢印Ａ及びＢの方向に上下にピボットする。これにより或る範囲の足底屈曲／背屈がもたらされる。特に図１１を参照して説明すると、サブタラ（subtalar）関節複合動作のために、アクチュエータ１８０がトラックの底部に位置される。これにより矢印Ｃ及びＤの方向の足首の或る範囲の内がえし／外がえし動作がもたらされる。シャフト１８４のアクチュエータ１８０へのピボット結合１８７は足首関節の周りにアーチを描く方向で、かつ、下方脚部の長手軸に実質的に垂直な面にのみ移動するよう制限されている。このようにして関節の整合（alignment）が関節の運動範囲全体に亘って維持される。
足首ＣＰＭ装置１５０の動作範囲は、アーチ状トラック１７０に沿うアクチュエータ１８０の位置並びに上述の動作コントローラ２００でセットした動作リミットの範囲に依存する。足首ＣＰＭ装置１５０の動作範囲を屈曲から内がえし／外がえし動作に変更するためには、使用者はアクチュエータ１８０上のレバーハンドル１７８（図９）を押しアクチュエータをトラック１７０に沿って所望の位置にスライドさせる。このレバーハンドル１７８を解放することによりアクチュエータはその位置にてロックされる。アクチュエータがその選択された位置に固定されて状態において、足プレート１９２及びシュー１５６が垂直方向に回転され、ノブ１９４が締付けられる。内がえし／外がえしと屈曲／伸展との組合せからなる足首関節の運動は、アクチュエータ１８０を０ないし９０度の間の或る角度にセットし、足プレートを垂直位置にピボットさせ、シューを垂直位置で固定することにより行うことができる。
図１３ａ及び１３ｂは患者の脚の配置を説明するものであり、アクチュエータ１８０に対する下方脚部２５０、足首関節２５２及び足２５４の相対的配置を示している。図１３ａに示す位置は図１１に相当するもので、足首関節の或る範囲の内がえし／外がえし動作がもたらされ、足首ＣＰＭ装置１５０の仮想中心２６０が足首関節２５２と一致している。この場合、足首関節はシャフト１８４とアクチュエータ１８０との間のピボット結合と整合している。足首の足底屈曲／背曲動作を与えるためのアクチュエータ１８０の図１３ｂに示す位置への移動においても足首関節は依然としてピボット点と整合している。
図１４は足首の運動の１つの型から他の型への移り変わりをアクチュエータ１８０のトラック１７０に対する位置の関数として説明するものである。したがって、上記手首ＣＰＭ装置と同様に、半円形トラックに摺動可能にマウントされたアクチュエータは足首関節の周りに位置するピボット点を維持し、その異なる周方向の位置は足首関節の運動の異なる組合せを提供することになる。
上記の装置は受動運動が２以上の面で有効な他の関節に対しても適用し得ることは当業者にとって自明であろう。したがって、手首、足首関節のためのＣＰＭ装置についてその好ましい態様、変形例を説明したが、本発明の範囲は請求の範囲並びにその均等の範囲の全ての態様を包含すべく規定されるべきものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図８】
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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９】
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【図１０】
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【図１０ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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