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装具の機械的分析とバイオメカニクスの観点から 装具選択の一手を考える

神経系専門理学療法士

脳卒中認定理学療法士

梅 田 匡 純 京丹後市立弥栄病院リハビリテーション科

平成２８年１０月２日（日） 土佐リハビリテーションカレッジ

理学療法士講習会（応用編）「脳卒中の歩行問題分析と解決手段」

（Kirsten Gotz‐Neumann）

脳卒中に対する理学療法の変遷

20世紀 前半

1940～1960

伝統的理学療法 損傷した中枢神経は再生がないため残存機能、代償手段の獲得に主眼 筋力や変形、筋量が極端に少ないなど量的な概念

漸増負荷練習 伸張運動 起居移動動作練習 装具療法

20世紀 半ば

1960頃～

神経生理学的アプローチ 痙性麻痺には筋力概念のみでは対応できず、神経性学的研究成果を基盤にした方法が台頭する

Bobath 法 Brunnstrom法 PNF

20世紀 後半

科学的知見に基づく機能障害へのリハビリテーション 脳の可塑性を活かしたアプローチ

CI療法 電気刺激療法 rTMS BWSTT ロボット療法 装具療法

①患者－セラピストシステムの結果のみ ②能動的参加が不足し学習機会が少ない ③特殊な技能を持っているセラピストに限る ④ゴールのない長期治療 ⑤異常の抑制で正常機能の獲得が可能か ⑥基本的動作パターンだけで患者は般化できるのか ⑦問題志向型である ⑧セラピストの関与が不定であり練習量と成果の関連が不明確（半田.2010）

下肢装具の効果（才藤、2010）

自由度制約※を通した運動の単純化により難易度調整を行い、課題を適切なものとして運動学習過程をスムーズにする

※ヒトの一側下肢は、基本的に股関節3、膝関節1、足関節3の合計7自由度を持つ

脳卒中ガイドライン2015では、推奨グレードＡまたはＢである

長下肢装具は固定要素が強く、運動学習には適さない

短下肢装具と長下肢装具トレードオフの関係性にある（才藤）

この関係を崩すには膝を遊動できることが必要であり、中間関節の膝関節は、大腿義足と同じように、足関節と股関節で制御が可能である

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従来の下肢装具による歩行練習（才藤、2016） Kyotangocity Yasaka Hospital

長下肢装具 立脚は

安定するが

振出しが困難

短下肢装具 振出しは

楽だが

膝折れのリスクあり

立脚／遊脚トレード・オフ※の関係

遊脚問題 立脚問題

※一方を追求すれば他方を犠牲にせざるを得ないという状態・関係のことである。トレードオフのある状況では具体的な選択肢の長所と短所をすべて考慮したうえで決定を行うことが求められる。（Wikipediaより）

大腿義足歩行の立脚期制御 Kyotangocity Yasaka Hospital

（臨床歩行分析研究会編；関節モーメントによる歩行分析,p115‐116，1999）

• 内的な股関節伸展モーメントが長時間必要

• ヒール部が硬すぎない（足底屈制動が強すぎない）

日本神経理学療法学会 サテライトカンファレンスより抜粋（2014/11/1開催）

発症後4か月程度まで使用し、その後は生活を意識したリハに転換する

筋活動を促すにはよいが、長期間の使用は筋活動を低下させる

膝の機能が得られない

生活場面を考えると非実用的である

Forefoot Rocker機能は難しく、Ankle Rocker のタイミングが早すぎると股関節が前方に行き、荷重が困難

股関節伸展のイメージが強すぎる

麻痺側Swingを非麻痺側を沈めることで可能としているが、骨盤位置がどんどん下がり、ますますswingが困難となる

足関節の可動を補償しながら、股関節の動的支持機構を引き出すことができる

装具と従来の理学療法の併用が必要である

体幹が伸展位に保て、このことは姿勢制御に大切なことである

肯定的な意見 課 題

介助と補助 Kyotangocity Yasaka Hospital

人の「介助」 介助者が制御する過程（介助のしやすさなどの課題特性）

学習者が受動的になりやすい

導入時のみ使用されてよい手法でそれ以上の有用性は疑問

⇒passive guidance

装具の「補助」 能動的な患者にとって「安定した環境」のひとつとして働く

⇒active guidance

患者自身の中に制御系を構築するには介助は好ましくない（才藤；2010）

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維持期症例の歩行再建

58.0㎝ 49.0㎝

３７歳 脳出血右片麻痺（発症後５年経過）

維持期症例の歩行再建

ご本人・ご家族のご意向により、あえて画像の処理を行っておりません

片麻痺➡四点杖３動作前型歩行 10m歩行：スピード41.5秒、33歩 耐久性：室内

維持期症例の歩行再建

フリーハンド歩行 セラピスト・フリー歩行

2週間後(立脚相の構築)

「介助」と「補助」その間の転移性は？

維持期症例の歩行再建 Kyotangocity Yasaka Hospital

ロフストランド杖２動作前型歩行 10m歩行：スピード9.7秒、19歩 耐久性：屋外

2ヶ月後

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装具の概念と機能

①体重の支持 ②変形の予防 ③変形の矯正 ④不随意運動のコントロール

（Deaver，1967）

固定的要素

CKC OKC

4点固定 ➡過剰

３点固定

自由度制約が行える

運動学習過程を円滑

今日の本題

• 下肢装具の種類

• 継手の調整

運動学習過程の下肢装具の適応を

制御工学的分析から明らかにする

長下肢装具の機能適応を

正常歩行の床反力分析から検証する

京丹後市立弥栄病院リハビリテーション科

梅 田 匡 純

床反力 関節モーメント

（筋骨格系のキネシオロジー）

（江原義弘、山本澄子：ボディダイナミクス入門）

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P.K

AFO

（FR

AP技研

AD

.PKA

FO）

膝フリー 足フリー B 膝フリー 足背屈制動 SVA ０° C 膝伸展制動－10° 足フリー D 膝伸展制動－10° 足背屈制動 SVA ０° E

装具なし A

条件設定

M.K

AFO

（パシフィックサプライ

GS

.KA

FO）

膝屈曲フリー 足フリー F 膝屈曲フリー 足背屈制限 SVA ０° G 膝伸展固定 足フリー H 膝伸展固定 足背屈制限 SVA ０° I

条件

条件

条件

条件

条件

条件

条件

条件

条件

制動：ブレーキをかけながら動く 制限：ある角度から動かない（山本ら） SVA（Shank to Vertical Angle）：床面からみた下腿前傾角度 GS.KAFOの油圧制動：全条件で３の設定

※

Ｐ.ＫＡＦＯの条件設定

条件Ｂ 膝フリー 足背屈制動－

条件Ｃ 膝フリー 足背屈制動＋

条件Ｄ 膝伸展制動＋ 足背屈制動－

条件Ｅ 膝伸展制動＋ 足背屈制動＋

M.ＫＡＦＯの条件設定

条件Ｆ 膝フリー 足背屈制限－

条件Ｇ 膝フリー 足背屈制限＋

条件Ｈ 膝伸展固定 足背屈制限－

条件Ｉ 膝伸展固定 足背屈制限＋

年齢（歳） 32.5±6.5（22～43）

身長（cm） 161.0±7.7

体重（Kg） 55.1±8.3

ＢＭＩ（Kg/m2） 21.2±2.1

対 象

健常男性2名・女性11名

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AMTI社製 OR6-7型歩行用フォースプレート

ビデオ式動画解析システムToMoCo-Lite（東総）

荷重圧解析システムToMoCo-FPm（東総）

ビデオカメラ1台

矢状面における2次元解析

測定条件 ６ｍ歩行路（右図）の快適速度で歩行

定常歩行になる４歩目の右足床反力を計測

マーカーは臨床歩行研究会「10点マーカー法」に準じ貼付

２種類の長下肢装具の測定順は無作為に実施

長下肢装具を各条件に設定後は５分程度の歩行練習を行う

施行回数は各条件を３回とし安定しているものを採用した

Forceplate

６ｍ歩行路

VideoCamera

４ｍ

レンズ高 床から900mm

方 法 【マーカー位置】 肩峰 股関節 膝関節 足関節 第5中足骨骨頭

統計処理：IBM SPSS ver.23.0 有意水準：5%未満

Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ

Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ

Ａ

立脚中期の谷の静止画

床反力特性（一般的な条件設定）

装具なし P.KAFO M.KAFO 膝伸展制動 足背屈制動

膝固定 足フリー

①急激な立脚中期 ②第２峰が小さい ③前方ピークが小さい

Ｈ Ｅ Ａ

M.KAFO：足背屈フリー、膝固定（一般的な条件Ｈ） FP

0.5

0.7

0.9

1.1

A B C D E F G H I垂直分力の第１峰に対する第２峰の割合

第1峰と立脚中期の谷との時間

**

0

10

20

30

40

A B C D E F G H I

0

50

100

150

200

A B C D E F G H I前後分力の前方ピーク値（前方への蹴りだし）

**

** **

(N)

(％)

【利点】荷重応答期に推進力は得られる

立脚中期を早く迎える

【課題】推進力に耐えられる下腿三頭筋活動

立脚終期の推進力が乏しい

【代償】非麻痺側の過剰な代償運動

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非麻痺側での代償

過剰な代償運動を必要としている課題からは、麻痺肢の機能回復は期待できない（才藤）

背屈

足関節を中心とした円軌道

①底屈パワー 発生

③実効長の延長

中足指節間関節を中心とした円軌道

②支点の移動（FR）

④重心の急激な 下降を避ける

重心の高さ 重心の高さ

足関節背屈制動

Ankle Rocker～Forefoot Rocker

Ankle Rocker～Forefoot Rocker

股関節伸展と足関節背屈のズレ

（近藤崇史；アキレス腱炎、足底筋膜炎から見た歩行の運動連鎖．PTジャーナル．47（2）：153‐159．2013）

立脚終期に脛骨を前進させる力は、足関節背屈よりも踵の上昇によるところが大きい

（J.Perry；歩行分析 原著第2版，p35，2014）

下腿三頭筋活動の活動を補助する

「足背屈制動」 について検証する

（Kirsten Gotz‐Neumann）

足背屈制動の効果検証 底屈制動 背屈制動 底屈補助 背屈補助

底屈制動 足背屈筋により下腿を前方回転させ推進力を与える

➡多くの研究家により、支持されている（山本、大畑ら）

背屈制動 足底屈筋により下腿の前方回転を制御し膝の安定を得る

➡膝折れに有効（Lehmann、岡村、小山、岡田） ➡推進力を制限し蹴りだしを補助する役割を果たさない（櫻井、Thilmann）

（江原義弘、山本澄子：臨床歩行計測入門）

これらすべてはＡＦＯでの検証結果である

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M.KAFOを装着して計測

条件Ｆ：膝屈曲フリー、足フリー 条件Ｇ：膝屈曲フリー、足背屈制限ＳＶＡ０°

床反力の作用による外的モーメント ①床反力垂直分力から立脚中期の谷（立脚中期）を特定する。

②その時点の足・膝・股関節モーメント（体重で除した%BW値）を算出し条件間の比較を行った。

床反力前後成分（Fy） ①前向きピーク値の体重比を算出し各条件間の比較を行った。

足背屈制動の効果検証

※P.KAFOの推進力が有意に大きい（p＜0.05）

足背屈制動は、床反力の影響が大きい（p＜0.01）

下腿の前方回転を制御

膝の求心性伸展（p＜0.01）

脛骨に対する大腿骨の前方回転

股関節の進行方向への推進力を制限しない

足背屈制動の効果検証

長下肢装具（以下；KAFO）はモーメントアームが長いため足背屈制動を付加した場合でも進行方向への推進力により、慣性力は維持されやすい。

生体との親和性が高いＰ.ＫＡＦＯでは、この傾向が著明であった。

背屈制動 背屈制動

慣性力

慣性力

進行方向への推進力 進行方向への推進力

モーメント

アーム

モーメントアーム

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足背屈制動の効果検証

（筋骨格系のキネシオロジー） （Kirsten Gotz‐Neumann）

Jumping Jack モデル（VIS，1987）

（熊本水頼：二関節筋、2006）

Power transfer 効果※

※有蹄類・食肉類の大腿二頭筋の腱の一部は枝分かれして下降し踵骨に付き大腿二頭筋の収縮パワーを直接有効に足先に伝達している。またヒトの腓腹筋の場合は跳躍時の大腿部拮抗筋群による強力な脚伸展力を重心の方向へ修正して重心回りの回転エネルギーになるのを抑制して有効な跳躍パワーを得るのに貢献している。このように単独に在る二関節筋あるいは多関節筋が筋収縮パワーの有効な伝達に貢献している効果をいう。

有蹄類の下肢の筋配列（熊本水頼：2006）

自由度制約による課題の単純化 背屈制動による膝折れ抑制

足底屈を強める

右側下腿の動きに

注目してください

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受動歩行ロボット

Ｂｌｕｅ ｂｉｐｅｄ

円弧型足部 ヒト足型足部

ヒト足型受動歩行ロボットの背屈制動機構 （名古屋工業大学佐野教授より資料提供）

プラスチック製長下肢装具（Ｐ.ＫＡＦＯ）

倒立振り子（ＫＡＦＯとしての機能） 二重振り子（ＡＦＯとしての機能） Heel rocker Ankle rocker Forefoot rocker Trailing position Pre swing Mid swing Terminal swing

全歩行周期で課題設定が可能

（石井慎一郎：動作分析－バイオメカニクスに基づく臨床推論の実践）

歩行相における装具の適応を考える

立脚初期

Initial Contact

荷重応答期

Loading Response

立脚中期

Mid Stance

立脚終期

Terminal Stance

前遊脚期

Pre Swing

遊脚初期

Initial Swing

遊脚中期

Mid Swing

遊脚終期

Terminal Swing

立脚期 遊脚期

荷重の受け継ぎ 単脚支持期 遊脚下肢の前進

(Perry)

Ｍ.ＫＡＦＯ 底屈制動

重心の高さ 3.2±0.8㎝の

上下

戦略① 股伸展をつくる

Ｍ.ＫＡＦＯ Ｐ.ＫＡＦＯ 背屈制動

Ｐ.ＫＡＦＯ 背屈制動

Ｐ.ＫＡＦＯ 膝の遊動

戦略② 足底屈をつくる 戦略③ 重心位置を維持する

①非麻痺側立脚の構築 ②非麻痺側補高 ③摩擦抵抗の軽減

足背屈制動なし 足背屈制動あり

ＫＡＦＯからＡＦＯへのカットダウン

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11

0

30

60

90

120

ＫＡＦＯからＡＦＯへのカットダウン （Nm/kg）

-20

-10

0

10

20

30

40-10

0

10

20

30

40

KAFO－ P.KAFO M.KAFO

＊ ＊＊

＊＊ ＊＊

＊＊

＊

Hip

Fle

x.

Kn

ee E

xt.

An

kle

Df.

＊：p<0.05 ＊＊：p＜0.01

①底屈制動を緩める

②背屈制動を強める

③膝を遊動化する

当院で行う標準的な下肢装具適応

M.KAFO P.AFO SHB Ortop-LH P.KAFO

外在的フィードバックと内在的フィードバック Kyotangocity Yasaka Hospital

（長谷公隆；運動学習理論に基づくリハビリテーションの実践,医歯薬出版、2008、改変）

体制感覚 視覚

前庭感覚

課題を 行うための 運動指令

運動記憶の形成

潜在的処理／顕在的処理

筋活動 ↓

出力 ↓

運動（軌跡）

修正／強化情報の顕在化

顕在的処理

パフォーマンス

学習者自身によって解釈される

運動関連情報

学習者自身によって解釈される

運動関連情報

セラピストによって焦点化された 運動関連情報

視覚／聴覚 運動感覚

筋電信号 力学的信号 運動学的信号

セラピストによる

言語教示 ハンドリング

言語的ＦＢ／視空間的ＦＢ モデリング／ビデオ

同時フィードバック

最終フィードバック

内在的 フィードバック

外在的 フィードバック

課題目標の焦点化

➡ 2

➡ 13.6秒 22歩

➡ 0°

生活期症例

症例A（54歳男性） 右被殻出血（発症後11ヶ月経過）

下肢Br.Stage：Ⅲ-1

Modified Ashworth Scale ：3 足クローヌス++

10m最速歩行：65.0秒 47歩

足背屈ROM：－15°

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋

ﾌｯﾄｽｲｯﾁ

Noraxon Telemyo G2

大殿筋

外側広筋

半腱様筋

前脛骨筋

腓腹筋

ヒラメ筋

ﾌｯﾄｽｲｯﾁ

この間２か月

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介入前

リハビリテーション医療に関する診療報酬制度の変遷

年度 主な内容

2000 廃用症候群をリハ適応に追加 回復期リハビリテーション病棟入院料の新設

介護保険法施行

2002 複雑・簡単（30分・15分） ⇒ 個別・集団（1単位20分）

2006 ＰＴ・ＯＴ・ＳＴ施設基準 ⇒ 疾患別リハ料の施設基準 算定日数上限の設定 患者1人1日あたり6単位 ⇒ 9単位の評価

2008 算定日数上限超の13単位の評価 早期リハ加算の新設 回復期リハ病棟の質の評価（２区分）

2010 がん患者リハ料の新設 回復期リハ病棟の質の評価（休日加算・充実加算）

2012 初期リハ加算の新設 回復期リハ病棟の質の評価（３区分）

2014 ＡＤＬ維持向上等体制加算の新設 回復期リハ病棟の質の評価（体制強化加算により実質４区分）

2016 ＡＤＬ維持向上等体制加算の見直し 廃用症候群リハ料の新設 回復期リハ病棟のアウトカム評価（ＦＩＭ利得）

理学療法士の特長

理学療法の職域拡大と技術の高度化

専門職の多様化 介護福祉士、介護支援専門員、福祉用具専門相談員、健康運動指導士、呼吸療法認定士、心臓リハビリテーション指導士 専門領域

病院の機能分化 急性期（DPC対象）、回復期、療養型 など

制度による誘導 質の高いリハビリテーションの評価等、ＦＩＭ利得、在宅復帰率、加算・逓減（目標設定等支援管理料） など

オールマイティな理学療法士・・・

「二本の脚で歩きたい」という声に応えてくれるのは 理学療法士だけかもしれない…

ご清聴ありがとうございました 梅田