Development of bilateral trans-femoral prosthesis length variable device using air spring

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K13109
• Research Institution: Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology
• Principal Investigator: 柴田 芳幸 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (50614319)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 両側大腿義足 / 義足長 / 空気ばね / 斜面横断 / 斜面立位 / 転倒モーメント

Outline of Annual Research Achievements

糖尿病患者などが両側大腿で切断した場合、下肢のほとんどが義足となり歩行困難な上、斜面を横断する場合では、健側がなく義足によって下肢の長さが一定となるため、転倒の可能性が高く歩行がほぼ不可能となる。そこで本研究は、左右の脚の長さに差を生じさせることのできる義足長可変装置を開発し、斜面横断時の姿勢を安定させて歩行可能にすることを目的とした。
義足長可変機構の動力には、当初の計画通り空気ばね（ブリヂストン製）を使用した。予備実験もなく義足利用者に可変装置を使ってもらうことは危険だと判断したため、健常者の両下肢の自由度を股関節の可動のみに制限することのできる模擬義足を製作し、健常者で歩行実験を行った。模擬義足は、長下肢装具を基本とし、装具部分の足裏に空気ばねを取り付け、さらにピラミッドシステムにより市販の義足と締結できる構造にした。
次に開発した装置よる立位実験を行った。被検者は、健常な男性（19歳、身長170[cm]、体重60[kg]）1名で、両手にロフストランドクラッチ（杖）を使い姿勢維持を行った。床反力計1枚の上に傾斜角4度の斜面を載せ、被検者はその上で立位姿勢をとった。杖は床反力計の外についた。模擬義足の両側に備えた空気ばねについて、斜面に対し谷側の空気ばねの圧力を一定にし、山側の空気ばねの圧力を変えたときの転倒モーメント算出と、立位のしやすさを被検者に聞き取り調査した。その結果、谷側より山側の空気ばねに加える圧力を小さくした試行において転倒モーメントが最大となった。また被検者にとっては、この試行が一番立位しやすかった。このことから、杖にあまり頼らずに義足に体重をのせられたことが考えられる。実験結果より、左右の義足長を変化させることで斜面でも立位しやすくなることが示唆されたが、模擬義足による立位の習熟度が転倒モーメントの増大に大きく影響を与えることがわかった。