前額面上および水平面上での歩容改善機能を有する義足パーツの開発
Developmentof a new functional prosthetic
component effective on frontal and horizontal plane
松原裕幸
中川昭夫
赤澤康史
中村俊哉
MATSUBARA Hiroyuki, NAKAGAWA Akio, AKAZAWA Yasushi, NAKAMURA Toshiya
青山 孝
日比野文昭（株式会社松本義肢製作所）
AOYAMA Takashi, HIBINO Fumiaki（MATSUMOTO PROSTHETICS AND ORTHOTICS MANUFACTURING
CO.LTD）

キーワード：

義足、前額面、体幹の側屈
Keywords:
Lower limb prostheses, Frontal plane,
Lateral trunk bending
Abstract:
It is difficult to load the body weight on thelower limb prostheses for amputees. Therefore
amputees bend their trunks on prosthetic side.
We aim to develop some new prosthetic
component which prevents amputees frombending their trunks laterally and make theirwalk comfortable .
First of all, we make some experiments in orderto get basic data to develop the new component.
We put two new functional prosthetic
components on one trans-femoral amputee andone trans-tibial amputee. The results of thesetrails are described in this report.
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可能になってきている。しかし、これらのパーツは全て矢状面での性能を研究し開発されてきたものである。
これに対し、高機能なパーツが開発された今日でも義足を用いての歩行獲得において問題となるのが前額面上での問題である。特に、義足使用者が義足に体重を負荷する動作の獲得は非常に困難であり、熟練を要する。このため義足使用者は義足側で立つ度に、上半身を義足側に傾ける動作(以下体幹の側屈)を伴う異常歩行、あるいは上半身を常に義足側にずらす異常歩行がみられる。この結果、脊柱の変形が生じることがる。

はじめに義足を用いての歩行獲得を支援するために、義足に用いるパーツに関して非常に多くの研究開発が行われてきた。特に近年の義足パーツの研究開
図１ 体幹の側屈発には目を見張るものがあり、膝関節の代わりに
Fig.1 Lateral trunk bending
用いる膝継手においては膝折れを防ぐだけでなく、コンピュータが内蔵され歩行速度に追従して膝継また、下腿義足(膝と足首の間での切断者が使用手の屈曲抵抗を調整するなど、より細かな制御がする義足)特有の問題として義足に体重を負荷す

平成 16 年度 兵庫県立福祉のまちづくり工学研究所報告集 158

る度に膝関節に左右動揺(ラテラルスラスト以下ＬＳ)がみられることがある。
これらの問題に対し、前額面上および水平面上で必要とされる機能を明らかにし、その機能を有する義足パーツを開発することにより、義足への体重負荷を補助し、歩容改善を行なうことを本研究の目的とする。
すでに既存のパーツを流用することによって、前額面上での機能の付加により義足使用者の歩行に影響をおよぼすことが可能である事は確認できている。
2 身体の基本面
図 2 に身体の運動を規定する 3 つの面を示す。
・矢状面(sagittal plane)
身体を前から後ろに通り、左右に分割する垂直面
・前額面(frontal plane)
身体を前後に分割する垂直面
・水平面(horizontal plane)
身体を上下に分割する面

このため、今回開発するパーツは平行移動のみを起こすパーツ(以下スライド機構)と角度変化のみを起こすパーツ(以下ティルト機構)の 2 種類を開発することとした。
3.2 仕様スライド機構のスライド量およびティルト機構のティルト量を決定するにあたり、健常者歩行の骨盤移動量を参考にした。健常者は歩行時に骨盤を約 30〜50ｍｍ左右にシフトする。片側の義足使用者の場合、義足側のみの骨盤シフト量を考えれば15〜25ｍｍとなるが、効果の有無やソケットと断端の間で吸収される量等を考慮し、スライド機構のスライド量は最大 30ｍｍとした。ティルト機構はソケット直下にパーツを取り付けた際、短いソケットであってもスライド機構同様に骨盤レベルでの 30ｍｍのスライド量を得るため、ティルト量を最大 15 度とした。
以下に上記以外の仕様を示す。
・既存のモジュラー式義足と共通の方式で取り付けが可能であること
・下腿義足および大腿義足に取り付け、歩行中に破損の恐れがないこと
・それぞれの変化量が調節可能であること・パーツの重量が１Ｋｇ以下であること
以上の仕様より図 3,4 のような設計とし試作を行った。

図２ 身体の基本面
Fig.2 Cardinal plane of the human body
3 義足パーツの開発
3.1 設計コンセプト
今回開発する義足パーツでは体重負荷の状態により前額面上のアライメントを変化させることにより、骨盤のシフトが起こりやすくなると考え設計を行った。
義足のアライメントには平行移動と角度変化の 2種類がある。以前流用した既存パーツでは、平行移動と角度変化が同時に起こるパーツであり、どちらの影響が大きいか不明であった。

図３ スライド機構
Fig.3 Slide system

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試用評価

試作したパーツを大腿義足使用者と下腿義足使用者に装着し試用評価を行った。
4.1 対象者
・大腿義足使用者
24 歳 女性 左大腿切断 断端長 20ｃｍ
12 歳で受傷し、歩行訓練を受けなかったこともあり体幹の側屈が非常に大きく、義足再製作の際、当病院の理学療法の歩行訓練を外来で受ける。
図４ ティルト機構
Fig.4 Tilt system
3.3 試作品試作を行った結果、スライド機構が約 960ｇ、ティルト機構が約 570ｇとなった。スライド機構
はスライド量 30ｍｍを得るために、上下の沈み込む量も大きくなり、最大沈み込み量が 15ｍｍになった。これは、通常義足長を調整する際に 5ｍｍ以下の差は感じないという基準を大きく超える値であり、今後の検討項目と考える。

4.1.1 試用評価条件：大腿義足
日常的には、膝継手はナブテスコ社製インテリジェント義足の単軸を使用しているが、試作したパーツを装着するために Otto Bock 社製 3R95=1を使用した。膝継手の遊脚相制御方式が空圧から油圧に変わるため十分に歩行練習を行ってから試用評価を行った。試作したパーツは両方ともソケットと膝継手の間に装着した。
4.1.2 結果：スライド機構
義足に体重を負荷すると足部に対しソケットが外側にスライドするように装着し、歩行を行った。目視ではあるがリンクが最大まで沈み込み、仕様通りの性能を発揮した。しかし、体幹の側屈の減少または骨盤のシフトは見られなかった。
・主観的評価アライメントが変化しているのは感じない。ソケット内での圧力の加わり方が変わった。

図５ スライド機構
Fig.5 Slide system

図６ ティルト機構Fig.6 Tilt system

図７ 大腿義足使用者(スライド機構)
Fig.7 Trans‑femoral amputee(slide system)
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4.1.3 結果：ティルト機構
義足に体重を負荷するとソケット内転角が増加するように装着し、試歩行したがティルト機構が働かなければ歩行出来たが、ティルト機構が働くと歩行が困難であった。
4.2 対象者
・下腿義足使用者
53 歳 男性 右下腿切断 断端長 17ｃｍ
糖尿病による切断で、義足側の膝にＬＳがみられる。また、既往歴に頚椎症があり健側片脚立位能力も低い。
4.2.1 試用評価条件：下腿義足
日常的には、足部は Flex Foot 社製 Sure Flex
Ⅲを使用しているが、長さの問題で試作したパーツが装着できないため Otto Bock 社製 1D25 を使用した。
4.2.2 結果：スライド機構
足部に対しソケットが内側にスライドするように装着した場合は、ＬＳの減少が見られた。しかし、主 観的評価としては通常使用している義足に比べ力が床に伝わらず逃げる感覚があり、歩行しにくいとのことであった。
足部に対しソケットが外側にスライドするように装着した場合は、ＬＳの減少は見られなかった。しかし、主観的評価としては通常使用している義足に比べ歩行しやすいとのことであった。
両条件ともスムーズにスライドし、またスライド量もアジャスタで微調整が可能であった。
4.2.3 結果：ティルト機構
ソケット内転角が減少するように装着した場合は、ＬＳの減少が見られた。しかし、主観的評
価としては、通常使用している義足に比べ義足が左右に揺れる感覚があり、歩行しにくいとのことであった。
ソケット内転角が増加するように装着した場合は、ＬＳの減少は見られなかった。しかし、主観的評価としては通常使用している義足に比べ歩行しやすいとのことであった。
ティルト機構は働いたが、スライド機構に比べ、ティルト機構が働くアライメントと働かないアライメントの差が僅かであり、アライメントを慎重に設定する必要があった。ただし、設定が決まった後はスムーズに働き、アジャスタによる微調整も可能であった。

図８ 下腿義足使用者(ティルト機構)
Fig.8 Trans‑tibial amputee(tilt system)
5. 考察および検討課題以前流用した既存パーツでは、平行移動と角度変化が同時に起こるパーツであり、どちらの影響が大きいか不明であった。このため、今回の実験ではパーツの機能を平行移動と角度変化に分割し検証を試みた。
しかし、大腿義足使用者に装着したケースにおいてはパーツの効果は認められなかった。このことから、アライメントを変化させる方法を再検討する必要があると思われた。
下腿義足においてはスライド機構、ティルト機構ともＬＳの減少も見られた。
特にスライド機構では、ＬＳは減少し、膝関節部のみを観察すると非常に安定していた。しかし、主観的評価とは一致しなかった。
以上のことから、下腿義足においては現象としてＬＳの減少および膝の安定が見られたため、角度変化に比べ平行移動の影響が大きいという結果が得られた。しかし、ＬＳの生じる原因や機序は不明であり、主観的評価との関係も不明である。また、ＬＳの現象自体も客観的に捉えられていない。そこで今後は、断端長や膝の筋力、靭帯の状態等の身体情報と、ＬＳのスラスト量や股・膝・足の各関節の矢状面と前額面での角度の関係や、各関節の前額面上でのモーメント等の客観的データを計測し相互の関係を調べたいと考えている。

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