硬めのインソールは、リハビリテーションで使用されるボーデンケーブル駆動型義肢装具の不可欠な機械的基盤として機能します。主に足側のアンカーポイントとして機能し、ケーブルからの生の張力を制御された足首の動きに変換します。特定の硬さレベルを利用することで、これらのインソールは、患者の安定性を損なうことなく、義肢装具によって生成された力が効果的に足に適用され、歩行異常を矯正することを保証します。
硬めのインソールの主な機能は、伝達媒体として機能することです。ケーブルの引張力を効果的な地面反力に変換し、過度の圧力から足を保護しながら、足垂れや内反を正確に矯正することを可能にします。
力の伝達の仕組み
重要なアンカーポイントとしての機能
ボーデンケーブルシステムが機能するためには、ケーブルには確実な終端が必要です。硬めのインソールは、このアンカーを提供し、ケーブルが滑ったり靴の構造を変形させたりすることなく、大きな引張力を及ぼすことを可能にします。
この特定の剛性がなければ、ケーブルからの張力は、関節を動かすのではなく、材料の伸びによって失われてしまいます。
双方向の動きを可能にする
これらのインソールは、背屈（足を上げる）と底屈（足を下げる）の2つの異なる方向への力の伝達をサポートします。
インソールは足の全長にわたり、その形状を維持しているため、義肢装具は歩行サイクルの両方のフェーズで足首の角度を正確に操作できます。
補助力の変換
義肢装具の最終的な目標は、患者を推進または安定させるための地面反力（GRF）を生成することです。
インソールは、モーターによって提供される補助力が、柔らかくクッション性のある靴のインサートによって消費されるのではなく、足の構造を通して地面に効果的に伝達されることを保証します。
片麻痺の歩行パターンの矯正
足垂れの対処
片麻痺患者は、足の前面が引きずる足垂れに苦しむことがよくあります。インソールの硬さは、ケーブルが引き上げられたときに、前足全体が均一に持ち上がることを保証します。
柔らかすぎるインソールは、つま先で丸まるだけで、実際の足の重さを持ち上げることはできません。
足の内反の矯正
単に持ち上げるだけでなく、これらのインソールは足の内反（足が内側に転がる）を矯正するのに役立ちます。
安定した硬めのプラットフォームを提供することで、システムは足首を正確に整列させるためのトルクを適用でき、転倒につながる側方不安定性を防ぎます。
トレードオフの理解
剛性と快適性のバランス
システムの有効性は、材料の特定の剛性に依存します。
インソールが硬すぎると、着用者にとって不快になり、圧力点が発生したり、自然な感覚フィードバックが制限されたりする可能性があります。
効率とエネルギー損失
インソールが柔らかすぎると、システムは効率を失います。ケーブルは引かれますが、エネルギーは足首を動かすのではなく、ゴムのインソールを曲げることで浪費されます。
「硬め」という指定は、計算された妥協を表しています。力を伝達するのに十分な硬さでありながら、長時間の着用に十分な柔軟性があります。
患者の成果の最適化
片麻痺患者のインターフェースを選択または設計する際の目標は、コンプライアンスを維持しながら力伝達を最大化することです。
- 歩行矯正が主な焦点の場合：重度の足垂れや内反を矯正するために最大のトルクが適用されることを保証するために、インソールの剛性を高くすることを優先してください。
- 長時間の使用が主な焦点の場合：疲労や圧力点を軽減するために、わずかにコンプライアンスの高いインソールを選択し、力伝達効率のわずかな低下を受け入れてください。
成功は、インソールがロボットの動力と患者の解剖学的構造の間のシームレスな架け橋として機能することを保証することにかかっています。
概要表：
| 特徴 | 力伝達における役割 | 片麻痺患者への利点 |
|---|---|---|
| アンカーポイント | 確実なケーブル終端を提供する | 力が靴ではなく関節を動かすことを保証する |
| 材料の剛性 | エネルギー散逸を最小限に抑える | 前足を効果的に持ち上げて足垂れを修正する |
| 安定したプラットフォーム | 正確なトルク適用を可能にする | 足の内反を矯正し、安定性を向上させる |
| 硬めのデザイン | 効率とコンプライアンスのバランスをとる | 長時間の治療のための着用性を向上させる |
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参考文献
- Lizeth H. Sloot, Conor J. Walsh. Effects of a soft robotic exosuit on the quality and speed of overground walking depends on walking ability after stroke. DOI: 10.1186/s12984-023-01231-7
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .
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