6分力計を用いた義足足部の静的材料特性評価

理 学

療

法 学

　

a9

　

29

巻 第

6

号



218

〜

224

頁 （2002 年 ）

報 　 　告

6

分 力

計

を用

い

た

義 足 足 部

の

静 的材 料 特 性 評 価

＊

原

　

和 彦

1）

田

口

孝 行

1）

細 田

多

穂

1）

細

田

昌 孝

2）

　

磯 崎 弘

司

1）

久保

田

章仁

1）

　

西 原

　　

賢

1）

野

本

　

彰

3

）

　

葛

山

智 弘

3

）

　　　　

亀

田

貞 夫

5）

井 上 和 久

1）

丸 岡

　

弘

1）

高 久

田

和 夫

4）

要 旨

　

本 研 究

は

現 有 す

る

多 種 多 様

な

義 足

足

部

の特 性 を 明 ら か に し， 足

部 性 能

の

客 観 評 価 指 標

につ い て

検 討 す

る と と

も

に

，

足

部

の 開

発

に

関 す

る

基 礎 的 検 討

を 行

う

こ と を 目 的 と す る

。

対

象

は

従 来 型 足 部

6

種 類

とエ

_ネ

ル

ギ

蓄 積

（

ES

；energy 　storing

） 型 足 部

16

種 類

の

計

22

種

類であ る

。

方 法 は 材 料 試 験

機

INSTRONll85

に

6

分

力 計 （

pylon

　

load

　cel互；

PLC

） を取 り付 け

て

足 部

に

対 す

る

荷

重

試 験

を

行

い

，

_荷

重 と 変 位の

履

歴

（

ヒス テ リ

シ ス

）

か ら 得 た 足

部

の

各

エ

_ネ

ル ギ

（

蓄 積

，

放 出

，

吸 収

エ _ネル ギ

）

と

PLC

か ら

得

ら れ る 足

関 節

周

り

のモ

ー

メ ン ト

（

以 下 ；足 部モ

ー

メ ン ト と

略 す ）

を 比

較

した。 その

結 果

，

走

行

な どの パ フォ

ー

マ ン ス の高い

ES

型

足 部 （

RE −Flex

　

VSP ，

　

Flex

　

Foot

　

Walk

　

il

）

の

放 出

エ

ネ

ル

ギ

は

中 等 度

で

あ

っ た が

，

底 屈 方 向

の

足 部

モ

ー

メ ン ト は

大

き かっ た

。

この こ と は

，

足 部エ ネル ギ に 比べ て 足 部モ

ー

メ ン トの ほ

う

が

踏 切 期

の

足 部 駆 動 性 能

との

関 係

が

深

い こ と を

示 唆

して いた

。

足

部

モ

ー

メ ン ト計 測 を 可

能

と

す

る

PLC

を

応

用 した

静 的 足 部 材 料 特 性 評

価

は

動 的 な足 部 性 能

を

予 測 す

る 上 で 有 用 な 評 価

方

法 で あ る と

考 え

ら れ た。

ま

た

今 後

の

研 究 課 題

と

し

て

，

さ

らに

6

分 力 計

を

応 用

し た

動 的

な

歩 行 分 析

を 行い

，

足 部の違いが 歩 行 に お よ ぼ す

影 響

につ い て 明 ら か に

す

る こ と が

必 要

に

な

る と

考 え

ら れ た。

キ

ー

ワ

ー

ド

　 義 足 足 部

，

材 料 試 験

，

6

分 力 計

緒

言

　近 年

，

義 肢

パ

ー

ツ

開

発の な か で も 足 部 は 軽 量 化

，ES

（

エ

_ネ

ルギ

蓄 積 ） 型 化

，

高 機 能

型

化

な ど

年

々改

良

が 進 み， 寧 _EvaLuation

　

of 　the



Materiat　 and



Mechanical　 Properties



of

　 Prosthetlc　Feet

，

　by　Means 　of　the　Six　Degree

・

of

−

freedom　Pylon

　 Load　Ce］t

1）埼玉県立 大 学 保 健 医 療 福 祉 学 部 理学 療 法 学 科

　 （〒 343

−

8540 埼 玉 県 越 谷 市 三 野 宮820番 地 ）

　 Kazuhiko　Hara

．

　RPT

．

　PhD

，

　Kouji　Isozaki

，

　RPT

，

　MS

，

　Kazuhisa 　 Inoue

，

　RPT

．

　Takayuki　Taguchi

，

　RPT

，

　Akihito　Kubota

．

　RPT

．

　Ken 　 Nishihara

，

　RPT

、

　Hiroshi　Maruoka

，

　RPT

，

　PhD

，

　Kazuho　Hosoda

，

　 RPT

_，

　PhD：Department　of　Physical　Therapy

，

　Schoo且of　Health 　 and　

Social

　Services

．

　Saitama　Prefectural　University

2 ） 東 京 都 立 保 健 科 学大 学保健 科学 部理学 療法学科

　 Masataka　Hesoda

，

　RPT

，

　MS ：

School

　of　Physical　Therapy

．

　Faculty 　 of　Health　Sciences

，

　Tokyo 　Metropolitan　University　of 　Health

　 Sciences

3） 東 京 医 科 歯 科 大 学 医 学 部 附 属 病 院 理 学 療 法 部

　 Akira　Nemoto

，

　RPT

、

　Tomohiro　Katsuyarna

，

　RPT ：Department 　 of　Rehabilitatien　Medicine

，

　Tokyo　Medical＆

Den

ヒal　

University

4） 東 京医科 歯 科 大 学 生 体 材 料 工 学 研 究所

　 Kazuo　Takakuda

，

　 ME

，

　 PhD： Instituteof　Biomaterialsand

　 Bioengineering

．

　Tokyo　Medicat＆ Denta1　University

5）啓 愛 義 肢 材料 販売 所

　 Sadao　Kameda

，

　RTPO ：Keiai　Orthopedic　Appliance　CO

．

，

　LTD

．

　 （受 付日　2001年10月 17日 ／受理 日　2002年8月22日）

各 社

よ

り多 様

な 足

部

が

市

販

化

さ れてい る

。

特 に

ES

型 足

部

1）に おい て は

現 在

30

種

を

超

えて

，

そ

の

性 能

の

客 観 的

評

価

に

基

づ

く情 報

が

乏

しい の が

現 状

で

あ

る。

　 義

足 足

部

の

歩 容

に お よ ぼ

す 影 響

と して は

，

足

部

の

底 背

屈の 剛

性

，

前

足

部

，

踵 部

の

変 形 特 性

，

動 的

ア ラ

イ

メ ン ト な ど が 考 え ら れ る が

，

セ ラ ピス ト は そ れ ら

を個

々 の

切 断

者

に

合

わ せて調 整 し

，

主 に 立 脚 相の

安 定 性

の

調 整

や

活 動

度

を

あ げ

る よ

う関 与 す

る こ と が

不

可 欠 で あ る

。

し か し

，

現 在

の

臨 床

におい て

切 断 者

の

特

性 に 応 じ た 足 部の適 応 を

考 慮 す

る

際

の工

学 的評 価 指 標

は

未

だ

明

ら か に さ れ てい る と は

言

い

難 く

，

そ

の

選 択

は セ ラピス トの

経

験 や

切 断

者の

主 観 評 価

に

負 う

とこ ろが

多

い 。

　 義

足 足

部

の

性 能 評 価

につ い て は

，

これ

ま

で に

数 多 く

の

先 行 研 究 報 告 が あ り

2

−

S）

，

江 原

9

！

大 橋

ら10）は

，

動 的

な

歩

行 時の

角 度

と関

節

モ

ー

メ ン ト の

関 係

か ら

足 部

エ _ネルギ を

算

出 し，

蓄 積

・

放 出

エ

ネ

ル ギの

効 率 を

14

種 類

の

足 部

につ いて

評 価

し てい る

。

　

ま

た

，

材 料 試

験 の

_{方 法}

に は

JIS

−T9212

の 繰 り

返

し

試

験

11）や

耐 久 強 度 試

験

ISO

　

_1032812

＞ _{な どの 方 法 が あ る}

。

500N

（

Z

）

糊

＿ ＿ ＿ 一

＿ 一

一

一

一

一

一

一

一

＿ 一

＿

ぐ

＿ ＿

増 荷

重 か ら減

荷 重

へ の

折

り

鰻

　

返 し

点

目

・

増 碓

時

の翻 エネルギ

皿

］

・・減

樋

時

の

放

出エネ’畊

　 　

C＝ _{吸 収}エ

_ネ

ル

ギ

（ヒ ステ リシス

・

　 　

C

＝

A

−

B

足 部

エネ ル

ギ

は

荷

重 と

変 位

の

履 歴 曲

変 位 （m ） 下 方 領 垓の面

積

に

相 当す

る エネルギ（

J

；

jeule

）r

荷

重 （

N

）

・

変 位 （m） 図 1



材 料 試験における荷 重 変 位 履歴 曲線と各エ _ネルギ

筆 者 ら

は

第

32

回 本 学 会 13＞で

静 的 材 料 試 験 を

14

種 類

の 足

部

につ い て 行い

，

前 足

部

，

踵

部

の

荷 重

・

変 位

の

_履

歴

特

性

か ら

得

ら れ た

蓄 積

，

放 出

，

吸 収

の

各

エ

_ネ

ルギ や ば ね

定

数

の特 性の比

較

を

行

っ た。

な

お

本 稿

での

吸 収

エ ネル ギ と は

JIS

工

業 用 語 匚

K

　

6200

］

で はヒス テ リ シス

_{損 失}

_（

hys

−

teresis

　

loss

） と 同 義 語

で あ

り

14）

，

こ れ は ゴ ム に

変 形

，

回復

のサ イク ル

を 与 え

る と き

，

変 形 過 程で

加

えら れ るエ ネル ギ と 回

復

過 程 で

放

出

す

るエ

_ネ

ル

ギ

との

差

の こ

と

を 示

し

てい る

。

ま

た

弾 性 材 料

の

力

と

変 位

は

比 例

の

関 係

に

あ

り

，

力 を

F ，

変 位

をx と

す

る と

，

F

＝

kx

の関 係 が 成 り 立つ

。

この 比 例

定 数

k

を ば ね

定 数

とい

う

。 ふつ

う

のば ね は

，

ば ね

定

数

が

一

定

の

線 形

ば

ね

で

あ

る が

，

多 く

の

義

足 足

部

の ば ね

特 性

は

変 位

と と

も

に ばね

定

数 が 変 化 す る

非 線 形

ば ねの

特 性

を

持

つ

_（

_図

1

_）

。

　

切 断 者

の

協 力 を得

て

行 う

足

部 性 能

比

較

は

，

非 常

に

多

く の

足 部 を装 着

し な お し て 数

種

類の

歩 行

を

す

る た め に，

切

断 者

の

体 力 的

な 問 題 が あ る

場 合

は

，

客 観 評 価 を行

い が た い 。

ま

た

，

足 部の

画

一

された

性 能 指 標

が 確 立 さ れてい な い 現 状 で は

，

各 研 究 者 間

の デ

ー

タ の

_{共 有 化}

が

難

しい

_な

ど の 問 題 が

あ

る。

　

そこ で

本 研 究

は

，

静

的 な 足 部 材 料 特 性 評 価に用い る

荷

重

・

変 位 履 歴

か ら

足 部

エ

_ネ

ルギ を

測 定 す

る

方 法

に

加 え

て

，

義 足

バ _イロ ンに

PLcl5

）16）を 組 み 込 み

，

バ

_イ

ロ ンに か か る

直 交

3

軸 方 向の 力 とモ

ー

メ ン ト を

計 測

し，

各

足

部

間

の

特 性 評 価

結

果

が

義 足 歩 行

に

お

よぼ

す 影 響

につ い て

検

討 を 行

っ た

。

方

表

1

　対象足 部 対

象

足部 名 称 略 称 タ イ プ

法

ユ）

　

Carbon

　

Copy

　

21ight

2）College　

Park

　

Institute

3_）



CQnventional _（

Otto

_）

4

）

Conventional

（

KI

）

5

＞

Dynamic

　

Plus

　ID25

6

）

Greissinger

　Foot

7

）

Greissinger

　

Plus

8

）

Quantum

　

Foot

9｝Fj　Foot

IO）

Flex

　Foot　Walk 　

II

U ）

HF

　Foot

l2

_）

_J・

Foot

　

4LS

13）

J

−

FQot

　

4LM

14｝

J

・

Foot

　

4LH

15）Multi

−

Axial

　

Foot

l6_）Multi

−

_Flex

　

Foot

17

）

Multi

−

Flex

　

Foot

（ES

−

type）

18

）

RE

−

Flex

　

VSP

19

）

SACH

（

KD

20

）

SAFE

　

II

21

）

Seattle

　

Natural

　Foot

22）

Sure

−

Flex

−

Foot

     

鄂

器

評

 

畏

刷

鼎

胛

論

鑒

訓 田 ○

●

○

○

○

○

○

○

○

●

○

○

○

●

○

○

○

●

○

○

○

○

1．

対

象

　

対

象

足

部

（

表

1

）

は入

手

可

能

で

あ

っ た

従 来 型 足 部

6

種

類

と

ES

型 足 部

16

種

類の

計

22

種 類

で

あ

る。

2

．

実 験 機

器

　

材 料

試

験

で

使 用 した 実 験 機 器

の

構 成

は

1

） 材

料 試

験 機

Instron

　

ll85

，

2

） 義 肢

バ _イロ ン

6

分

力

計 ；共 和 電

業 社 製

○

は蓄 積型

，

●

は蓄 積 高 活 動 型

，

○

は従 来 型 足 部 足

部

タ イ プ の分 類は臨 床 的 にい わ ゆ る 従 来 型

，

蓄

積

型

，

ス ポ

ー

ツ適応 足 部として認め ら れ てい る 足 部 を 蓄 積 高 活 動型 と し た

，

PLC

（

型

式

LSM

−

150KESA61

）

3

）

設 備 デ

ー

タ 収

録 器

ボ ック ス

型

A

／

D

変 換

器，

4

）

動 ひ

ず

み 測

定 器 （

DPM

・

700

）

，

5

） 解 析 用

マ イコ ンであ る

。

3．

実 験 方

法

　

荷 重

試 験 は

Instron

　

1

］

85

の ジグ に

PLC

を 組

み 込ん だ バ イロ ン に

義 足 足 部 を取 り付 け

て

，

前 足 部

と

踵

部

か ら

斜

度

20

度

の

床 面

に

対 し

て

垂 直 方 向

に

各

3

回の

増 減 荷

重 を

加

え た

（

図

2

）

。 ま た

Instron

の

荷

重 変 位の移 動 距

離

は

毎

秒

2mm

で

行

い ，

増

減荷

重

の

折 り返

し は

600N

で

行 う

よ

う

に コ ン ピュ

ー

タ

_{制 御}

し た

。

Instron

か らの

変 位

デ

ー

タ と

，

PLC

か ら 得 ら れる

各 分 力 （

垂

直 分 力

；

Fz

，

左 右

分

力

；

Fx

，

前 後 分 力

；

Fx

，

直 交

三

軸 方 向

の モ

ー

メ ン ト；

220

理 学 療 法 学　 第

29

巻 第

6

号

A

B

　 　 図

2

　 荷 重 試 験 方 法

A

；前足 部荷 重

，

B

；踵 部荷 重

Mz

，

　

Mx

，

　

My

） （

図

3

） を

サン プ リン グ

周 波 数

10

　

Hz

に て

解 析 用

コ ンピュ

ー

タ に

同 期 収 録 し

た。

4．

解 析 項

目

　

以 下の

解 析 項 目 を 算 出 し

，

各 足 部

の

特 性 を比 較 し

た。

1

）

荷 重 と

変 位

の

履

歴

曲 線

（

図

1

）

か ら

得

ら れ る

蓄 積

・

　

放 出

・

吸

収

の

各

エ _ネルギ

（

J

）

2）PLC

か ら

得

ら れ る

各 分 力

，

曲 げ

モ

ー

メ ン トか ら

算 出

　

し た 足 部モ

ー

メ ン ト （

Nm

） （

図

3

）

　 　

6

分 力 計

か ら 垂

直

に

L

（

m

）

離 れ た 足 関 節 に あ た る

　

部 分

の モ

ー

メ ン ト を

M

と し

，

ま た その

部

分 に

加

わ る

　

Y

軸 方 向

の

力

を

Fy

と

す

る と

，

6

分

力 計

で測

定

さ れ る

　

値

My

は

，

式

（

1

）

で

表 す

こ と が で

き

る。

ま

た

M

は

　

足 部

（

底 背

屈

）

モ

ー

メ ン ト で

あ り

，

式

（

2

）

よ

り算 出

　 で き る。

　　 MY

二

M

＋

FYxL



_（

1

_）

　　

M

≡My − FyxL



（

2

）

　 　 M

：

_足

_{部 （}

底 背

屈

）

モ

ー

メ ン ト

　　

Mv

：

PLC

左 右

（

Y

） 軸

へ の

曲

げモ

ー

メ ン ト

　　

Fy

：

PLC

に か か る 矢 状 水 平 方 向へ _{の剪 断}

_力

　 　

L

：

PLC

か ら 足

部 関 節 中

心

（

足

底

か ら

6cm

高 ）

　 　 　 　 ま

での距 離

材 料

試 験 機

lnstron

　

1185

李

1

馬

，

　

’

　

”

　　一閣

PLC

一

一一一

つ 二

＿

FY

ぐ

＿

瑕

講

　 　 　

，

　

”

　 　 ’

（

_弘

■

一

一

．

一

　 　 　 　 1 斜 度 面 台 θ

＝

20壌　θ 　

L

　− 一

胚

IM2

　 　 　 　

図

3

　

6

分力計

（

PLC

）の取 り付け位 置

　 義

足バ イロ ン に は め 込 ん だ PLC は義足 に作用する 圧縮 力

，

剪 断 力

，

曲 げモ

ー

メ ン ト

．

トル ク な どの すべて の 力 成 分 （

6

分 力 ；Fx

，

　Fy

，

　Fz

，

　Mx

，

　Myt 　Mz ）を ｝則 定 す る こ と が 可 能 で あ る

．

結

果

L

前 足 部

の

履 歴 曲 線

　 前 足 部

の

荷 重 試 験

に よる

履 歴 曲 線

の

代 表 例 を図

4

に

示

す

。

図 中の

AB

，

　

C

（

A

；

J

−

Foot

　

4LS

_，　

B

_；

J

−

Foot

　

4LM

，

C

；

J

−Foot

　

4LH

）

は 同

様

の

構 造 を持

つ _{同 ブ ラ}ン ド

足 部

で あ り

，

前

足 部 にカ

ー

ボン

素 材 を 使

用 し てい る

。

ま

た その

硬 度

をsoft

，

　medium

，

　

hard

と

_変

えて い る た め に 硬い 材

質

ほ ど

，

ば ね

定 数

は

大

き

く

，

荷

重 と

変

位の

関 係

を し め す 曲

線

の傾 き は 大 き く なっ てい た

。

ま た 増

・

減 荷 重 時に生 じ る

吸 収

エ

_ネ

ルギ が

少 な く

，

かつ

_そ

の

履

歴 は

600N

まで

直

線 的

で

あ

っ た。 こ の こと は

荷 重

と

変 位

が 比

例 的 な 純 粋

な

弾 性 材

に

近

い カ

ー

ボ ン

素 材

の

特 性

が あ ら わ れて い る と

考

え

ら れ た。

2．

前 足 部の蓄 積

，

放 出エ _ネルギの関

係

　

こ れ らの

履

歴 曲

線

の下

方

領 域 で あ る

各

エ

_ネ

ルギ

を算 出

し

，

縦

軸

に放 出エ _ネル ギ

，

横 軸

に

蓄 積

エ

ネ

ル ギ で

各 足 部

の配

置 （

図

5

）

を み る と

，

右 上 に 位 置 す る 足 部 は 高エ ネ ルギ

型

の

足 部

と して

把 握

で

き

る。 その

結 果

，

JFS

は

最

も

大 き

い エ

_ネ

ル ギを

有

し て いた。 ま た

点 線 斜 線 部

はエ ネル ギ

復

元

率

100

％

の ラインを しめ し

，

吸 収

エ _ネルギの

多

い

足 部

は その ラ インか

ら

下

方

に

位 置 す

る。

3．

足

部

モ

ー

メ ン ト と

放 出

エ

_ネ

ルギ との関

係

　

足 部モ

ー

メ ン トと

放

出エ

ネ

ルギ

と

の 関

係 を

み る

と図

6

の よ

う

に各 足 部の配 置 が 変 化 す る

。

その 中 で もメ

ー

カ側 か ら

低 活 動 者 向 け

の

適

応 足

部

と し て

市 販 化

さ れ てい る

JFS

は

最

も

高

エ _ネル ギ 足

部

で あ っ た が

，

底 屈

方 向

の足

部

モ

ー

メ ン ト は 小 さ

く

，

低 活 動

型 足

部

群に近い位 置 関 係 に なっ てい た。

一

方

，

多 く

の フィ

ー

ル ドテ ス ト上

，

ス ポ

ー

700600

500

2400

繭

怛

300200100

700

600500

2400

画

担

300200100

0

卩

111

0

　

51015202530354045

JFS20T

変 位 （mm ）

A

0

　

0

　5　

1015202530354045

　 　 　 変

位（mm ）

CV20T

　 　 　

D

700

600500

2400

画

但

300200100

O

　

O

　

5

　

1015202530354045

　 　 　 変

位 （mm ）

JFM20T

　 　 　 　

B

700

600500

2400

睡

但 300

200100

0

　

051015202530354045

　 　 　 変

位 （mm ）

KS20T

　 A：

JFS

　

U

−

Foot　4LS）

D

；

CV

（

Conventiona1

（

Otto

））

E

700

600

5002400

顧

滓

300200

100

0

700600

500

2400

画

褌

300200

100

0

　

5

　

1015202530354045

　 　 　 　 変 位 （mm ） JFH20T 　 　 　

C

0 　 0　51015202530354045

　 　 　 変 位

（mm ）

RFF20T

　 　 　

F

図4



荷 重 変 位 履 歴の例 （前足部 荷 重 時

）

　 　 　 B；

JFM

（

J−

Foot

　

4LM

｝

C

：

JFH

（∫

−

Foot

　4LH ）

　 　 　 　 　

E

；

KS

〔

SACH

（

KI

））



F

；

RFF

（

RE

−

Flex

　

VSP

_）

エ

ネルギ復元 率 100％のラ イン

　

10

「

’

　 　

．



：



…

　　

_{／ 1}

　　

1

　 　　

1

　　　

，

　 　　

i

　

，

／

　

1

、

1

…＿

．

．

．

｝

．

＿

_盲．

扇

_，、ギ 群

一．

闢

ン

ニ

ニ

朔

醤

織

lll

　 　 　 2 　 　　　　　　4　 　　　　　　6　 　　　　　　 8 　　　　　　 　 10 　 　 　 蓄積エネ ルギ 【J ｝

　

図5

　各

エ _ネルギの分 布によ る足 部 特 性 （前 足 部 荷 重 時 ）

　 各

マ

ー

ク の大 き さは吸 収エ ネルギ （ヒ ス テ リ シス

・

ロス）に 比 例する

．

点

線

斜 線はエ ネルギ 復 元 率100％ ラ インを 示 す

．

ッ

義 足

と

し

て

認

め ら れて い る

RFF

はエ ネル ギよ

り も

モ

ー

_{メ ン トが}

_大

_{き く} ，

22

種

の

足 部

の

中

で は

最 大

の モ

ー

メ ン ト

を

示 し，

他

の蓄

積 高 活 動

型において

も従 来 型 足 部

に

対

し て

足 部

モ

ー

メ ン トは

大 き

かっ た。

　

この こと か ら

走 行 な

どの

高

い

_{活 動}

_に

_{適 応 す}

_{る 足}

_部

_{ほ ど}

右

辺 に

位 置

し

，

従 来 型 足 部 な ど

は

足 部 底

屈モ

ー

メ ン トが

低

く

，

左 辺に

位 置 す

る

傾 向 を

示 し

，

これ ら 足 部の 配 置 を

見

るこ とで

足 部

の

特 徴 を あ

る

程 度

把 握

す

る こ と が

可 能

と

な

る。

4，

踵 部 荷 重 時

の 足

部

モ

ー

メ ン ト

　

踵 部 荷 重

時の 足 部モ

ー

メ ン ト

（

図

7

）

は

踵 接

地 時の

膝

の

安 定

性 に 大 き く 関 与

す

るパ ラ メ

ー

タ と して

考 え

ら れ， 背 屈モ

ー

メ ン トの大 きい

足 部

は

左 辺

に

位 置

し ていた。 こ れ らの足

部

使

用 下で は

，

踵 接 地 時

に

義

足 下 腿 部 が 前 方 回 転 力 を 生 じて

，

踏み 返 しの

良

い

_{足 部}

と して予 想 さ れ る

。

222

理学療 法 学　第29 巻 第 6号 10 8 6 4

冖

「

］

皆 ミ 晉 H ヨ 2

！ i

」FSO 

1・

・

_{1 　 ！}

丶

，

、

　 　 　 JF閉 　 　 　 　Q

囀

嚢

1

040

1

冫

_黶

廴

二

　 　

〇C

’

−1、

一

＿「

，

足 部

　

低mukm 足

　 　　 　

●FFW

　 　

’

・

RFF

．

．

．

．

鬻

？

ド

．

『

「

”

警

門

＿

f

_写

_〜

₁

−．

一

一

一

．

．

一

．

．

一

．

．

．

_｝

．

．

．

．

．

．

．

．

₄

−．

．

一

50　 　 　 　60　 　 　 　70 　 　 　足部モ

ー

メ ント［開m ］ 80 90

擘

曼

。 ，〈

：津

＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝

：

〉

擘

曼

． 、 が 小 さい　 　 　 が 大 きい

［

ユ

9

作 曵 輪 H ヨ 越   ；従 来 型 図

6

Q ；蓄 積 型 　 　 ● ；蓄 積 高 活 動 型 　 　 　 前 足 部 荷 重 時の足 部モ

ー

メ ン トの比較 　 各マ

ー

クの大 きさ は吸 収エ ネルギ （ヒ ス テ リ シ ス

・

ロ ス）に 比 例 す る

．

一

25　 　 　 　

−

20　 　 　 　

−

15　 　 　 　

−

10 　 　 　 足関 節まわりの モ

ー

メン ト［Nm ］

響

． 、く

：

一

畢

聾

． 、が 　 が大 き い　 　 　 　小 さ い 　 　 　 Q ；従来型　 　0 ；蓄 積 型　● ；高活 動 型 　 　 　 　 図 7 踵 部 荷 重 時の足 部モ

ー

メン トの 比 較

　各

マ

ー

クの大き さ は吸 収エ _ネル ギ （ヒス テ リ シス

・

ロ _ス）に 比例 する

．

逆に右 辺 に位 置 す る 足 部 は 背 屈モ

ー

メ ン トが 小 さ く

，

対

局

に

あ

る

足 部

と して と ら え るこ と が で き る

。

ま た 図 中 で は

吸 収

エ

_ネ

ルギの

大 き

さ に 比

例

し た

円

マ

ー

_{ク を プ}ロ ッ ト し て い る の で

各 足 部

の

特 性

を

多

元 的に

表 現

してい る

。

　 踵 部 吸 収

エ

_ネ

ル

ギ

の

大 き さ

は

，

踵 接 地 時

の

衝 撃 吸 収

の

程 度 を 示 す

と

考 え

ら れ

，

これ ら 踵

部 特 性

の足

部

モ

ー

メ ン トと足 部エ _ネルギの 二つ の 因 子は

足 部

を

把 握 す

る上で重

要

なパ _{ラ メ}

ー

_{タ で}

_あ

_る

_{と考 え られ}

_る。

例 え

ば

踵 部

の モ

ー

メ ン ト

と放 出

エ

ネ

ルギ が

小

さ

く

，

かつ

吸 収

エ

_ネ

ルギの

大

きい足

部

は

，

踵 接 地 か ら 立 脚 中

期

まで の

膝

の

安 定 性

が

高

い と

推 察

さ れ る

。

こ れ ら の

踵 部

の

特 性

は

各 足 部

の

底 屈

バ ンパ や踵 部 材

質

，

足 部

構 造

の

違

い に よ

り多 様 な分 布 を 示

し

てい た と

考

え ら れ た

。

考

察

　

サ イム

切 断

よ

り高 位

で の

下 肢 切 断 者

が

義 足 歩 行

を

行 う

場 合

に

は

，

足 部 処 方 が 必 要

と

な り

，

ま

た

そ

の

足 部

が

義 足

歩

行 感

に お よ ぼ

す 影 響

が

大 き

い こ とは

周 知

の ことで

あ

る

。

ま た

義

足 足 部 は

正 常

の足 関

節

，

足 部

の

機 能

や

運 動 を

で き る だ け

代 償

で

き

るこ

と

が

望 ま

しい。 し か

し大 部 分

の 市 販 製 品 は 距 腿 関 節 と 中 足 指 節 関 節の 動 き に 似せ た

底 背

屈 運 動

がで

き

るに

す

ぎ ない

。

ま た

，

大 腿

義

足の よ

う

に

膝

継 手

と

組

み合 わ せ た 場 合

，

足 関

節

・

足 部の

矢 状 面

の

動 き

は

，

膝 関 節

の 立 脚 相 に お け る 安 定 性 に 影 響 を お よ ぼ

す

17）18）こ と は

臨 床 的

に

も 良 く知

ら れ てい る

。

　

本

研

究

は足

部

が

義 足 歩 行

にお よぼ

す 影 響

につ いて の

力

学 的 な

検 索

の中で

も

，

特

に

足 部

の

矢

状

面

で の

動

きに対 し て

，

その

特 性 を推 定 す

べ

_く

，

_{材 料 試 験 機 を用}

い て

足 部

の 機 能 評 価 を 行 っ た

。

　

義

足

歩

行 時の足

部

エ ネル ギ 量の

計

測］9）20）は_，

歩 行 時

の 関

節

モ

ー

メ ント を

身 体 運 動

の

拘 束

が

な

い

標 点 位 置 計 測

と

床

反

力 計

測 か ら，

角 度 変 位

とモ

ー

メ ン トが な

す 仕 事 量

を

間

接

的 に

割 り出 す 手 法

が

多 く採

用 さ れ てい る。 これ に 対 して

，

本 研 究 は 材 料 試 験 機 に

PLC

を 取 り付 けて

，

足

部

エ ネルギ

計

測 を

行

う

と と も に

義

足バ イロ ンに

伝

達 さ れ る

各

種

の力 を

PLC

よ り 直

接

的 に 計 測 す る た め に

，

精 度

の 高い 足

部

モ

ー

メ ン ト計 測 が 可 能で あっ た と 考 え ら れ る。

　 実 験 結 果

のな かで

，JFS

の

前

足

部

エ _ネル ギ が

最

も 大 き か っ た こ とは

荷

重 と

変 位

の

履

歴 が

直 線 的

で

，

柔

ら かい バ

ネ特 性 を持

つ

_{足 部}

で

あ

る こ と

を 意 味 し

て い る。

し

か

し

，

同 足 部

の

底 屈

モ

ー

メ ン ト は

小 さ

かっ た。

一

方

，

最 も大 き

い モ

ー

メ ン ト

を

示 した の は

RFF

で

あ

っ た。

　

以 上 のこ

と

か ら，

走 行 な ど

の

足 部

パ フ ォ

ー

_{マ ン ス の}

_性

能

は

，

エ

ネ

ル ギ よ

り も足 部 底 屈

モ

ー

メ ン ト との

関 係

が

深

い と

予 想

さ れ た

。

ま た

，

前 足

部

の性 能 と しては， 吸 収エ ネルギの

程 度

も

歩 行

感

に

与

え る

影響

を 示 す と

考

え

ら れ る の で

，

足

部 性

能 を 把 握 する には 足 部モ

ー

メ ン ト と

各

エ ネ ル

ギ

の

大 き さ

，

履 歴

の パ タ

ー

ン

_{分 析}

か ら

総 合 的

に

捉

え る こ と が

望 ま

しい と

考

え ら れ た。

　 踵 部

のエ ネル ギ とモ

ー

メ ン ト の

結 果

か ら は踵

接

地

期

か ら

立 脚 中 期

に

起 き

る

足 部

の

踏

み

か え し

に

作 用 す

る

力

との 関

係

が

深

い と

考 え

ら れ

，

特

に

吸 収

エ

_ネ

ル

ギ

の

程 度

は

踵 接

地 時の 衝 撃 吸 収

，

足 部

背

屈モ

ー

メ ン トの

大

小は

踵 接

地

期

の 下 腿 の

前 方

回

転 作

用

と

の 関

係

が

深

い

と考 え

ら れ る。

　

これ ら 足

部

モ

ー

メ ン トは

，

吸 収

エ

ネ

ル ギの

大 小 と と も

に義 足 立 脚 相 制 御 力 に 影 響 す る 因 子 と し て 考 慮 す る 点 で

あ

る と

考

え ら れ た。 ま た 足

部

モ

ー

メン ト は

斜

面 上 で の 立

位 保 持

や坂 道

歩 行

時に感 じ る 断 端 肢の バイロ ン制 御の た め の

力

との関

係

が あ る と

考

え ら れ た

。

　 臨 床

で の

Flex

社 製

の

RFF ，

　

FFW

_{は 前 足 部}

の

硬 度

の 選

択

に おいて は_， 体

重

と

義

足 装

着 時

の活 動 量の

程 度

に よ る カ テゴ _リ

ー

_{分 け に よ}

_り

_その材

_質

_{を 決}

_定

_{し て}い る

。

し か し

，

その 他の足

部

につ いて は

，

Flex

社の カ テ ゴ リ

ー

を

利 用 す

ること は

出 来 な

い。

ま

た

，

踵 材 質

や

足 継 手

の

曲 げ

剛 性

につ _いて は

，

各 社

によ

りそ

の

硬 度

の

選 択 可 能 な も

の が

多 く

なっ て い る

。

　

こ の

混 迷

し た 足 部

性 能

の 情

報

下 で， 本 研

究

の

前

足

部

や

踵 部

の

特 性

の

_各

エ

ネ

ル ギ や

，

モ

ー

メ ン トでの

_表

示

は

，

セ ラ ピス トが 切 断 者の 身 体 条 件 と 足 部 特 性 との適 応 を

考

え る

際

に

，

一

つ の

客 観 指 標

と して

有 用

で

あ

る と

考 え

ら

れ

た。

　

し か し

，

本 研 究 方 法

が

歩 行 時

に

行 う

よ

う

な

動 的 評 価

で

な

い ため に _，

今 後

，

PLC

と

角 度 変 位 計 測

か ら

動 的

なモ

ー

_{メ ン トの}

_{比 較 を 行}

_い

_，

_{先 行 研 究 結 果 と}

_{の 関}

_係

_{につ い て} 検 証 し てい く必 要 が あ る と 考 え ら れ る

。

ま た 各 種 メ

ー

カ か ら は

多様

な 足

部

が

多

く市 販 化

さ れてい る

今

日

，

足 部 特

性

の

規 格 化

さ れ た

表 示

や

規 格 性 能

の

情 報 開 示

が

一

日

も早

く行

える将 来 が

待

た れる

。

文 　 　 献

1）Wing 　DC

，

　Hittenberger　DA ：Energy 　storing 　_prosthetic

　

feet

．

　

Arch

　

Phys

　

Med

　

Rehabi168

；

330

−

335

，

1989

．

2）Powers 　

CM

，

　Torburn 　

L

，

　

Perry

　

J，

　

Ayyappa

　

E

：

Infiuence

　 of　prothetic　

foot

　

design

　on　sound 　

limb

　

leading

　

in

　adults

　 with 　unilateral 　

below

−

knee

　amputations

，

　

Arch

　

Phys

　

Med

　

Rehabil

　75_（7

_）

：825

−

829

．

1994

．

3

）tl・池誉士 憲 ：_義足 足部選 択のた めの支 援マ ニ ュ ア ル の作 成

．

　

PO

ジャ

ー

_ナル

3

（

3

）：176

−

183

，

1995

，

4） 舌 間 秀 雄

・

他 ：TSB 式 両 側 下 腿 義 足の足 部 選 択

一

単 軸 足 　 と

Seattle

　

foot

の比 較

．

総 合 リハ 22_（

7

_）：

577

−

582

，

1994

．

5

） 鈴 木 堅二 ：

Otto

　Bock 多 軸 足とLAPOC 足の機 能 評 価

，

日

　 　 本 義肢 装具 学 会 誌 5（3）：209

−

216

，

1989

．

6

） 水 野 直 樹

・

他 1_{歩 行 分 析による義 足 足 部 機 能}の客 観 的 評 価

，

　 　日本 義 肢 装 具 学 会 誌

7

（特別号 〉：

137

−

137

，

1991

．

7

） 原

　

和 彦

・

他：エ ネルギ 蓄 積 型 足 部の歩 行 分 析

（

第

2

報

）： 　 　フ レ ッ クス フ ッ ト と サッ チフッ ト使 用 下 での比較

．

第16

　 　

回国 立 大

学

理

学療法

士

学

会

誌

16

：

5

−

8

，

1994

．

8

）原　和 彦

・

他 ： エ ネルギ 蓄 積 型 足部と 従来型足 部における

　　

下 腿

義

足

歩行

の 比較

．

日本

義

肢 装 具 学

会

誌

12

（

4

）：

294

−

301

，

　 　 1996

．

9

）江 原義 弘

・

他 ：エ ネルギ蓄 積 型足部の評 価

．

神 奈 川リハ セ 　 　ン タ

ー

紀 要 17：7

−

12

，

1991

．

10） 大 橋

　

洋

・

他 ：足 部の選 択

一

いわ ゆる エネルギ

蓄積

型 足 部 　 　の性 能 比 較

．

総 合リハ

23

（

11

）：

951

−

957

，

1995

．

ll

）日本 規 格 協 会 ：「福 祉リハ ビリ テ

ー

シ ョ ン 関 連 機 器 1999⊥

　 　

JIS

ハ ン ドブッ ク

66

：

2001

，

　_pp　

296

−

302

．

12

）青 山 孝 ：

3

．

義 足 ；義 足の構 造 と 部 品

，

「義 肢 装 具の チ ェ

　 　

ッ ク ポ イ ン ト

第

5

版

」

，

日本 整 形 外 科 学 会

，

日 本 リハ ビリ

　 　

テ

ー

ショ ン医 学 会 （監修 ）

，

医 学 書 院

，

1999

_，

_pp　ll8

−

133

．

13） 原 　 和 彦

・

他 ；足 部 評 価 特 性 評 価 につ いての

一

考 察

．

理 学 　 　 療 法 学 24（学 会 特 別 号 ）：435

，

1997

．

14

）

JIS

工 業 用 用 語 大 辞 典

，

（財 ）日本 規 格 協 会 ：

1982

，

　_p　

998

．

15

） 森 本 正 治：義足 

，

臨 床 歩 行 分 析入 門

．

土 屋 和 夫 （監 修 ）

，

　 　

臨 床 歩 行 分 析 懇 談 会

（

編

）

，

医 歯 薬 出 版

，

1998

，

pp　

163

−

　 　

174

．

16

）森 本

正

治

，

山 下

保

．

他

：_{移 動}型

義

足 歩

行

機 能 計 測 評 価シ

　 　

ス テ ムに よ る

各

種

歩

行路 に おける

義

足の足部

・

足継 手 部の 　 　機 能 評 価

，

バイ オメカニ ズム 10：185

−

193

，

1990

．

17） 澤 村 誠 志 ：切 断と義 肢

．

第3版

．

医 歯 薬 出 版

，

1992

．

pp　1

−

　 　502

，

18）三上 真 弘 （編 ）：下 肢 切 断 者 リハ ビリテ

ー

ショ ン

，

医 歯 薬

　 　

出 版

，

1995

_．

_pp　

63

−

84

．

19

）

Ebara

　

Y

，

　

Beppu

　

M

，

　

Nolnura

　

S

，

　

Kunimi

　

Y

．

　

Takahashi

　

S

：

　 　

Energy

　storing 　property　of　s〔レcalled 　energy

−

storing

　 　

prothetic　

feet

．

　

Arch

　

Phys

　

Med

　

Rehabil

　

74

_（

1

_）

：

68

−

72

．

1993

．

20

）

Schneider

　

K

，

　

Hart

　

T

，

　

Zernicke

　

Rf

，

　

Seteguti

　

Y

，

　

Oppenheim

　 　

W

：

Dynamics

　of　

below

−

knee

　child　amputee 　gait：

SACH

224

pa#asza\

_ag29tseg6e

<Abstract>

Evaluation

,on

the

Material

and

Mechanical

Properties

of

Prosthetic

Feet,

by

Means

of

the

Six

Degree-offreedom

Pylon

Load

Cell

Kazuhiko

HARA,

RPT,

PhD,

Kouji

ISOZAKI,

RPT,

MS,

Kazuhisa

INOUE

RPT,

Takayuki

TAGUCHI,

RPT,

Akihito

KUBOTA,

RPT.

Ken

NISHIHARA,

RPT,

Hiroshi

MARUOKA,

RPT,

PhD.

Kazuho

HOSODA,

RPT,

PhD

Department

of

Pdysical

TheraFry,

School

of

Hlealth

and

Social

Services.

Saitama

Prefectural

University

Masataka

HOSODA,

RPT,

MS

Sehool

of

Plrysical

Therqgry,

Flzculty

of

Hbalth

Scienees.

Ibdyo

Mletrqpolitan

U)ziversity

of

Hlealth

Sciences

Akira

NOMOTO,

RPT,

Tomohiro

KATSUYAMA,

RPT

Department

of

Rehabilitation

Mbelicine,

7bdyo

Mbdical

&

Dental

University

Kazuo

TAKAKUDA

ME,

PhD

Institute

of

Biomaterials

and

Bioengineering

Tbdyo

Atfedical

&

Dental

University

Sadao

KAMEDA,

RTPO

Kbiai

Orthopedic

!ippliance

Co,,

Ltd.

The

objectives of

this

study were

to

clarify

the

characteristics of various types of conventional

prosthetic

feet

to

standardize

the

objective assessment of

their

performance,

and to obtain

fundamental

data

for

the

deve}opment

of

higher-perforrnance

prosthetic

ieet.

The

prosthetic

feet

studied were

6

conventional prosthetic

feet

and

16

energy-storing prosthetic

feet

(ESPF).

The

foot

energies

(stored,

released and absorbed) estimated

from

the

hysteresis

obtained

by

the

loading

test

using

Instron

1185

with a six

degree-offreedom

pylon

}oad

cell

(PLC)

were compared with

the

momentum around

the

foot

joint,

calculated

from

PLC.

ES-type

models with

high

walking

performance

such as

RE-fiex,

VSP,

Flex

Foot

Walk

n

showed a moderate released energy

but

they

had

a

large

plantar

flexion

momentum, suggesting

that

the

foot

momentum

is

_greater

than

the

energy required

for

a

launch-off

step.

These

results suggest

that

the

evaluation of

the

static

_properties

of

_prosthetic

feet

by

using

the

PLC

enabling us to measure the

foot

joint

momentum

is

useful

for

predicting

the

dynamic

performance

of

_prosthetic

feet.

It

is

thought necessary

to

further

analyze

the

walk

dynarnics

using

a six

degree-of-freedom

_pylon

load

cell

to

clarify

how

the

walking

performance

is

affected

by