立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第32号) 2023

［ 研究助成 (C) ］

脳卒中片麻痺患者の歩行リハビリテーションにおけるBKP マーカーによるロボット介入
Robotic intervention with BKP markers in gait rehabilitation of stroke hemiplegic patients2217005

研究代表者

関西医科大学
リハビリテーション医学講座専攻生

久保峰鳴[研究の内容，成果][研 究 の 目 的]
二足歩行では，足関節を中心に身体重心を前研究概要

方へ移動する際に，身体を動的に支えながら，脳卒中片麻痺患者のロボットによる歩行練習

身体重心に推進力を供給する必要がある。しかは，より多い反復練習や，左右対称の動作を誘し片麻痺歩行では，十分な推進力を麻痺肢から導でき，歩行能力の改善を促す効果的な手段で得ることが困難となり，これを非麻痺肢によるある (Hidler et al. 2009)。その一方，Hornby代償によって補う必要がある。よって，片麻痺ら (2008) は，ロボットとセラピストによる歩歩行において，非麻痺肢による代償を用いずに行練習の効果は，セラピストの方がより改善が片麻痺歩行を最適化することはできないが，リ得られることを報告しており，一定の見解を得

ハビリテーションにおいては，いかに麻痺肢のられていない。そこで，「麻痺脚の機能を健常能力を向上させ，非麻痺肢への依存を減少させ脚が過剰に代替する歩行」が，正常な歩行を阻るかが重要である。

害しロボットリハビリテーションの効果を阻害

近年，ロボットを歩行リハビリテーションに応用し，歩行の改善を促す試みがなされている。

しているという仮説に基づき，仮説について運動学的に検証することとした。

脳卒中片麻痺患者のロボットを用いた歩行リハ
ビリテーション治療においては，治療効果が高第一研究：BKP マーカーの探索

い 症 例 (Responder) と，低 い 症 例 (Non-1．研究目的

Responder) が存在する。従来の臨床研究の群

本研究における仮説である，「麻痺脚の機能間比較では，なぜ Non-Responder が存在するを健常脚が過剰に代替する歩行」の証明に必要か，という基本問題は十分に検討されていない。

なマーカーを探索するため，足関節ロボットに本研究では，Responder と，Non-Responderよる歩行練習を行った対象者から，Responderを区別するマーカーの探索と，そのマーカーをと Non-Responder を分けた上で，それらの健用いた歩行練習による効果を検証し，麻痺側の常脚の特徴を探索した。

機能回復を実現するロボットリハビリテーショ

2．研究対象者

ンの臨床的介入手法を開発することで，全ての医師により脳卒中片麻痺の診断を受けた者

患者を Responder にするための人間と機械の22 例 (平均 60 歳) を対象とした。整形外科的調和促進に必要な原理解明を目的としている。

疾患の既往を有する者，少なくとも杖を用いた― 1 ―立石科学技術振興財団

自立歩行が不可能な症例は除外した。
3．研究方法

治療者が対象者に対して任意の歩行タイミン
グで足関節底屈および背屈のアシストが可能な
空 気 圧 人 工 筋 肉 付 き 足 関 節 ロ ボ ッ ト (ATR製) を用いたトレッドミル歩行練習を週 2 回以上，30 分間を 15 回実施した (図 1)。
練習前と練習後で 12 台の赤外線カメラを用いた三次元動作解析装置 (アニマ社製；MA3000) と床反力計(アニマ社製；MG-1120)を図3用いた歩行解析を実施した (図 2)。歩行は至採用したマーカー位置

適歩行速度で平地にて実施した。
歩行解析では，肩峰，上前腸骨棘，上後腸骨棘，大転子，内側上顆，外側上顆，内果，外果，第 2 中足骨，第 5 中足骨，踵骨隆起に反射マーカーを貼付して実施した (図 3)。
取得したマーカーと床反力情報から，下肢関節 (股関節，膝関節，足関節) 角度，歩行推進力，Trailing limb angle (TLA)，足 関 節 底 屈

図4

Trailing limb angle

モーメントを算出した。TLA は大転子と第 5中足骨を結んだ線と垂直線がなす角度とした。
麻 痺 側 に お け る 歩 行 推 進 力，Trailing limbangle (TLA)，足関節底屈モーメントについて，立脚期の最大値を算出した。健側において，下肢関節角度について，踵接地および足先離地時，立脚期前半および後半における最大値を算出した。
図1

足関節ロボットによる歩行練習風景

Campanini ら (2009) が 報 告 し た smallest
real difference (SRD) の基準を参考に，平地での最大歩行推進力が 1.8%BW 以上増加した
対 象 者 を Responder 群，そ れ 以 外 を NonResponder 群とした。
統計解析は，歩行推進力とその他の項目の増加量についてスピアマンの相関係数を算出した。
有意水準は 5 % とした。
4．研究結果Responder お よ び Non-Responder 群 は 各
11 例 で あ っ た。Responder お よ び Non図2

三次元動作解析装置

Responder 群における歩行推進力を図 5 に示し― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation

TLA の増加に依存していた。足関節底屈モーメントと TLA の増加は，歩行推進力の向上に寄与し，寄与率は TLA がその約 2 倍であると
報 告 さ れ て い る (Hsiao, et al. 2016)。Responder 群は足関節ロボットを用いて TLA を増加させることができ，歩行推進力が向上する。
Non-Responder 群において，踵接地時膝関節屈曲角度が大きい程，歩行推進力の変化量が小さいことがわかった。ヒトの歩行において，踵接地時に膝関節を伸展させて，ステップ長を確保することは歩行速度を向上させるために必須である。しかし，Non-Responder 群においては麻痺側で蹴り出しを行い，健側によるステップ長を伸ばすという過程において，健側膝図5

各群におけるロボット前後の歩行推進力関節を屈曲した状態で早期に接地し，患側を代償することを学習した結果，健側の Bucklingknee pattern (BKP) を呈しているという可能性が示唆された。また，その評価項目として，健側踵接地時の膝関節屈曲角度を BKP マーカーとして，定義した (図 7)。

図6

Non-Responder 群における健側膝屈曲角度と患側歩行推進力の変化量の関係た。各群の改善量は，それぞれ 4.0±2.1%BW，−0.4±1.6 %BW であった。
Responder 群は歩行推進力と TLA の増加量に有意な相関関係 (r=0.673, p=0.023)，NonResponder 群は歩行推進力と底屈モーメントの

図7

Buckling knee パターンの歩行増加量に有意な相関関係 (r=0.745, p=0.008)を認めた。

第二研究：BKP マーカーを用いたロボット介入

また，Non-Responder 群において，健側踵

1．研究目的

接地時の健側膝関節屈曲角度と麻痺側歩行推進

第一研究で Non-Responder として抽出され力の変化量に有意な相関関係を認めた (図 6)

た対象者 1 名に，セラピストが BKP マーカー

(r=−0.55, p<0.01)。

を低下させるための介入を行った後，再度ロ5．考察

ボット歩行練習を行い得られる歩行の変化を，群間で練習効果に違いがみられたことから，
先 行 研 究 の 報 告 通 り，Responder と Non-検証することとした。
2．研究対象者

Responder が存在することを示唆した。また，第一研究で Non-Responder と判断された 50

歩行推進力の向上について，Responder 群は歳代女性の脳出血右麻痺患者一名とした (体重― 3 ―立石科学技術振興財団

51.2 kg)。対象者は疾患罹患後，16ヶ月時点で

表1

ロボット前後の時間空間的因子

歩行率
歩行速度
右ステップ長 左ステップ長 右立脚時間 左立脚時間(m/s) (steps/min)
(m)
(m)
(%)
(%)

あった。
3．研究方法

第一研究で定義した BKP マーカーすなわち，

Pre

0.64

128.40

0.32

0.27

0.61

0.64

Post

0.78

117.980.38

0.40

0.640.72

健側踵接地時の膝関節角度について，伸展を促が認められた。

すよう口頭指示を与えながら，トレッドミル歩5．考察

行練習を週 2 回以上，30 分間を 15 回実施した。

セラピストによる介入により，健側踵接地時

その後，第一研究と同様の方法にて，治療者がの 膝 関 節 屈 曲 角 度 が 減 少 し た。す な わ ち，対象者に対して任意の歩行タイミングで足関節BKP マーカーを減少させることができた。そ底屈および背屈のアシストが可能な空気圧人工れに伴い，ロボット歩行練習を再度実施した際

筋肉付き足関節ロボットを用いたトレッドミルに，健側ステップ長，麻痺側による歩行推進力

歩行練習を週 2 回以上，30 分間を 15 回実施し増加に繋がったと考える。

た。評価に関しても，セラピストによる歩行練

足関節ロボットによる歩行練習は，患側足関習後とロボット歩行練習後に，第一研究と同様節の底屈および背屈アシストに伴い，足関節のの方法にて三次元歩行解析を行った。

動きを学習させることができる。しかし患側に4．研究結果

おいて，立脚中期から終期の蹴り出しが行われセラピストによる歩行練習後，健側踵接地時ている時期に，早期に健側下肢を接地すると身の膝関節角度は，25.10°から 13.44°に減少した

体重心を前方に推進することが困難となる。

(図 8)。

よって，健側による患側機能の代替が癖づいてまた，再度実施したロボット歩行練習後，最大 歩 行 推 進 力 が 3.08 kg か ら 4.74 kg ま で 増

い る 場 合，そ の 効 果 を 低 下 さ せ，NonResponder になってしまう可能性がある。

加 し た (図 9)。こ の 結 果 は，Campanini ら

本研究では，BKP マーカーを指標に，セラ(2009) が報告した SRD の基準を上回っていた。

ピストによる歩行練習を事前に行うことで，歩行の時間空間的因子は，表 1 のように変化その後のロボット練習効果が増加した。これ
らより，健側踵接地時の膝関節角度は NonResponder となる要素の一つで，このようなロボット練習の効果を阻害し得る状態を改善するための事前準備を行うことで，Responder に変化させることが可能であることを示唆した。
[今後の研究の方向，課題]

図8

セラピストによる歩行練習前後の立脚期膝関節角度

本研究では，「麻痺脚の機能を健常脚が過剰に代替する歩行」が，正常な歩行を阻害しているという仮説に基づき本研究を行った。第一研
究 で は，麻 痺 側 立 脚 時 の 膝 関 節 屈 曲 角 度 をBKP マーカーとして用いることができることを示した。また，第二研究では，実際に BKPマーカーをもとにセラピストが口頭指示にて健図9

ロボット練習前後の歩行推進力常脚の過剰な代替を抑制するための介入を行っ― 4 ―Tateisi Science and Technology Foundation

たところ，より大きな歩行推進力の改善が認められた。

[成果の発表，論文等]
久保峰鳴，森 拓也，桑原嵩幸，桑原嵩幸，野田智之，

今後はさらに被験者を増やした上で，ロボッ長谷公隆：ロボットおよびセラピストによる歩行練

ト歩行練習開始前より評価可能な，Responder

習が脳卒中片麻痺患者の歩行に与える影響 ―― 1と Non-Responder を見分けるマーカーの開発，治療アルゴリズムの構築が求められる。

症例による検討 ――，第 58 回日本リハビリテーション医学会学術集会，2021 年 6 月 10 日-13 日，
京都
久保峰鳴，間野直人，桑原嵩幸，中條雄太，森 公彦，
森 拓也，寺前達也，野田智之，長谷公隆：空気圧
人工筋肉付き足関節ロボットを用いた歩行練習が片麻痺歩行に与える影響，日本臨床神経生理学会第52 回学術大会 2022 年 11 月 24 日-26 日，京都

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