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関連出願本出願は、「運動装置及び技術」（EXERCISE AND TECHNIQUE)に関して1993年7月9日付けで出願された、米国特許出願第08/089,852号の一部継続出願である。
発明の背景本発明は、制御された運動及び支持力を付与する装置及び方法に関する。
脚及び大腿、又は腕及び前腕のような関節接続による解剖学的肢体部分の固定器（brace）は公知である。 これらの固定器は、例えば、膝を中心とする大腿に関する脚の動作、臀部を中心とする大腿及び体幹部分の動作、肩を中心とする腕及び体幹部分の動作、及び肘を中心とする前腕及び腕の動作といった、肢体部分の動作を許容す継手部分を有している。 かかる固定器は、動作を制限するストッパを備えることが出来る。
一つの種類の動作装置において、運動装置の一部である固定器状の構造体に、又は、固定器状の定着手段に運動装置を取り付けるための措置が講じられている。 この型式の固定器状装置は、肢体部分に取り付けられて、固定された部分の運動を許容して、例えば、膝を中心とする脚及び大腿の動作、及び肘を中心とする腕及び前腕の動作を許容したり、又は制限する。
従来技術の運動技術は、従来、アイソメトリック（isometric）、アイソトニック（isotonic）、及びアイソカイネティック（isokinetic）として分類される。 更に、個別的な動力学可変抵抗（individual dynamic variable resistance）と呼ばれる第四の分類が最近、採用されている。 アイソメトリックを除いて、これら技術の全ては、肢体の動作を利用して、損傷した筋肉の矯正又は治療を行い、また、これら全ての技術には、その技術に関連した対応する運動装置がある。
従来技術の一つの型式のアイソメトリック技術及び、それに対応する運動装置は、機械作動式のものである。 患者は動いて、モータの制御により所定の範囲に亙って関節を曲げ、また、患者は、その患者の動作速度に比例する力でその動作に抵抗する。 この種類の装置は、高価であり、また、ある状況のときは、その装置が床のような固定した面に配置されるため、その運動部分の位置に適した、制御された程度の筋肉運動を行うことが出来ないという不利益がある。
アイソトニック運動装置は、重りと、その重りを解剖学的な部分に付与して、患者がその重りに抗して力を作用させ得るようにする機構とを備えている。 この型式の従来技術の運動装置は、（１）運動する肢体の位置に関係なく、程度が等しい抵抗力を不断に付与すること、（２）重りが持ち上げられている場合、患者の動作が停止しても力の付与が続くこと、（３）同心状の方向（筋肉を短くする方向）に向けて単一の方向にしか作用しないという不利益がある。
運動に関したより新規な型式の従来技術の運動装置及び技術として、個別的な動力学的可変抵抗がある。 この装置は肢体の強度性能をアイソカイネティク的に測定して、モータの性能曲線を設定する。 この曲線は、動作の程度及び範囲と、その動作に対する抵抗との関係である。 運動中、その曲線により設定された最大値の一定の百分率として、動作範囲に対応する距離に亘ってこの抵抗力が付与される。 抵抗力は、この曲線に従うが、その最大値の１／４といったような所定の程度に止まる。
この技術を利用する装置において、その曲線を測定し且つ記録し、次に、運動中、フィードバック機構がこの位置を検出し、その位置に対応する抵抗力の比率に対応する信号を得る。 この信号が肢体に取り付けられた磁石粒子ブレーキを介して付与される力の程度を制御する。 この技術を利用する装置は、1989年9月26日付けで付与された米国特許第4,869,497号に開示されている。
この技術は、特定の状況下では、次のような、不利益な点がある。 即ち、（１）動作が停止した後でも抵抗力が続くこと、（２）開動力学的チェーン（open kinetic chain）運動にしか適用出来ないこと、（３）適正な抵抗力を提供するためには、ある程度、動作速度を制御しなければならないこと、（４）使用するとき、装置は、特定の箇所に対して、及び患者に固定しなければならないこと、（５）装置は大形であり、一つの場所から別の場所に容易に移動出来ないこと、（６）患者が座ったり、又は立ったりする装置に取り付けられ、又は地面に取り付けられた装置に関して筋肉を容易に絶縁させることが出来ないから、患者が身体の別の部分によりてこ力を作用させる可能性があるため、運動パターンを変更するとき、ユーザは、誤って別の筋肉を使用する可能性がある。 また、この技術は、自由度に欠け、このため、速い単収縮（twitch）筋肉、又は遅い単収縮筋肉を個別に強化し、又は、モータの性能曲線と異なる方法にて特定の筋肉を鍛錬するために肢体の特定の位置に対応すべく、作成した抵抗力プログラムに対応し得ない。
発明の概要本発明の一つの目的は、新規な運動装置及び技術を提供することである。
本発明の別の目的は、肢体の下端部固定器、又は上端部固定器のような既存の固定器又は特別設計による運動固定器に取り付けることが出来、また、その固定器を装用する人間の制御された運動を提供する運動装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、肢体の端部又は関節、或いはその他の身体部分が損傷した人間に対して、制御された抵抗力による治療を可能にする経済的で且つ容易に採用可能な技術を提供することである。
本発明の更に別の目的は、予め制御された方法にて、運動される部分の位置に関連した、動作に対する抵抗力を付与する新規な運動装置及び技術を提供することである。
本発明の更に別の目的は、予め制御された方法にて、運動される部分の位置に関連しているが、速度と独立的に、動作に対する抵抗力を付与する運動装置及び技術を提供することである。
本発明の更に別の目的は、主として、速い単収縮（twitch）筋肉、又は遅い単収縮筋肉を強化し、若しくは損傷した筋肉の特定の部分だけを強化するといった種々の目的のため、特別に作成した運動プログラムの採用を可能にする新規な運動装置及び技術を提供することである。
本発明の更に別の目的は、位置に関係する動作に対する抵抗力を付与する抵抗プログラムに従ってユーザが速度を変化させることが出来る、動作を利用する新規な運動装置及び技術を提供することである。
本発明の更に別の目的は、運動中の人間がその動きを停止させようとするときに力を付与しないが、その運動をする人間の動作速度から独立している新規な運動技術及び装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、患者に取り付けられるだけの装置であり、その上に患者が座ったり、又はその上に立ったりするためのものではないから、特定の筋肉を絶縁することを可能にする新規な運動技術及び装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、ユーザが検出された状況と筋肉の動作とを相関させ得るようにするため、像又はその他の検出されたプログラムに結合された、新規な運動装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、損傷を与える可能性が少ないように制御された方向に抵抗力を伴ってスキーブーツ等のような装置が有効な程度の動作を行うことも可能にする装置及び方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、運動される部分の位置に対応するが、動作範囲の全体に亙る平均的なモータの性能曲線とは必ずしも比例せず、しかも、特別の目的に合うように療法士がプログラム化した方法にて、動作に対する抵抗力が関係付けられるようにした、新規な運動装置及び技術を提供することである。
本発明の更に別の目的は、開動力学的チェーン運動又は閉動力学的チェーン運動の何れにも便宜に適用可能である、汎用型の運動装置を提供することである。
本発明の別の目的は、動かされる部分の位置に対して予め制御された方法で関係付けられた、動作に対する抵抗力と筋肉の電気的な刺激とを組み合わせて、動作を補助し、又は望まない動作を防止し得るようにする、技術及び装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、動かされる部分の位置に対して所定の方法で関係付けられた動作に対する抵抗力を付与し且つ／又は少なくとも一部分が電気的な筋運動記録図（myography（ＥＭＧ））及び／又はその他のバイオフィードバック測定法（例えば、力付与プレート）により筋肉を電気的に刺激する運動装置及び技術を提供することである。
本発明の上記及びその他の目的によれば、運動装置の一つの実施例は、身体部分の固定器の一部であり、又はその固定器に取り付けることが可能である。 運動装置は、その運動装置を肢体の固定器、又は身体の他の部分の固定器に定着し、固定器を取り付けた肢体の端部、肢体又は、その他の身体部分を関節を中心として曲げたり、伸長させるために必要とされる力の程度を制御する手段を備えている。 好適な実施例において、力の程度を制御する手段は、動作に対する所望の抵抗力を付与すべく従来の固定器に着脱可能に取り付けられる、一又は複数の摩擦抵抗部材を備えている。
この摩擦抵抗部材は次の何れかを備えている。 即ち、（１）一方向に自由に動き得るように解放し、その反対方向には、力に抗する抵抗力を伴って動く機構、又は（２）一方向又は両方向に制御された可変の又は一定の抵抗力を付与する機構である。 動作の程度又は動作範囲を制御する可調節型のストッパ、又は制御部材を設けることも可能である。 抵抗力は、ばね又はモータ、或いは延伸可能な部材、又は空気圧シリンダ等のような力付与部材により付与することが出来る。
動作に対する抵抗力の程度を制御すべく摩擦力を利用する機構は、（１）異なる程度の抵抗力が得られるように、比較的容易に調節可能であること、又（２）運動する肢体の動作に抵抗する力以外の力は付与しないことのため、好適な実施例においては、動作に対する摩擦力を付与し得るように共に作用する摩擦部材及び圧力部材が使用される。 抵抗力の程度を調節する一つの技術は、互いに関して移動する摩擦面に対して直角方向に加わる圧力を調節することである。 患者の動作が停止し、又は動作するために患者が加える力が停止したときに、抵抗力が停止し、また、その装置を使用する人間による動作に対する抵抗力が付与されるとき以外に、運動装置が動いたり、又は力を付与することはない。
一つの実施例において、膝固定器、又は肘固定器は枢着点にて接続された第一及び第二の部分を備えている。 一つの使用例において、第一の部分は、第一の接続手段によって脚部（脛骨及び腓骨）に取り付け可能である一方、第二の部分は第二の接続手段により股（大腿部）に接続可能である。 別の使用例において、第一の部分は、第一の接続手段によって前腕（橈骨及び尺骨）に取り付け可能である一方、第二の部分は、第二の接続手段により腕（上腕骨）に接続可能である。 その何れの使用例の場合でも、第一の部分における第一のレバーは、第一の接続手段に着脱可能にスナップ嵌めし、また、第二の部分における第二のレバーは、第二の接続手段に着脱可能にスナップ嵌めし、これら二つのレバーは、枢着点に中心がある摩擦制御モジュールに接続される。 この摩擦制御モジュールは、第一及び第二の接続手段が抗して動く摩擦又は抵抗力の程度を制御する。
ある実施例の場合、摩擦部材は二つのレバーが動くとき互いに関して動く。 その摩擦量は、次のようにして制御される。 即ち、（１）一部の実施例において、動作方向及び／又はレバーの互いに関する位置に従って、ラチェット、傾斜路等のような機械的手段により制御され、（２）また、他の実施例においては、マイクロプロセッサ制御による圧力装置が基本的な全体圧力又は最小圧力、及び圧力の変動を制御して、異なる動作方向への動作に対する抵抗力を変化させる。 二つの摩擦部材間に直角方向の圧力を付与する締付け機構により、全体的な偏倚圧力を設定することが出来る。
一部の実施例において、摩擦部材は、水平で且つ平坦なディスクであり、その他の実施例においては、ディスクは、運動装置が動く間に、異なる位置にて異なる摩擦量を付与し得るような形状をしている。 更に別の実施例において、摩擦部材は、ディスクではなく、同心状の球面を有するその他の幾何学的形状をしている。 屈曲及び伸長（又は反時計方向、時計方向）の摩擦部材は、同心状リング内で隣接し、又は互いに反対側にあり、或いは一方が他方の下方に位置し、或いは一方が他方の内側に入るような構成にすることが出来る。
一つの実施例において、摩擦部材は、既存の市販の固定器の一部であるスプリントに容易に接続可能にされている。 これらの摩擦部材は、該部材から伸長するレバーを有する制御モジュール内に収容されている。 これらのレバーは、固定器の標準的なスプリントに交換可能に取り付けられている。
この構成において、制御モジュールは、その固定器を装用する人間により固定器に取り付けられ、固定器に取り付けてている間に使用され、また、運動後は、固定器を取り外さずに、固定器から取り外すことが出来る。 しかしながら、運動装置は、固定器に固定する必要はなく、その他の力付与装置の代替品として、運動椅子の一部とするか、又は、より大型の運動ユニットの一部として、任意の方向への動作に対する、幾つかの関節における抵抗力を制御するようにすることが可能である。
更に別の実施例において、磁力により又は回転可能なスクリュードライブ手段又は液圧プランジャ手段により、或いは摩擦板間の力を変化させるその他の手段により、所定のプログラムに従って、摩擦板を共に圧縮することにより、摩擦力を付与することが可能である。 このプログラムは、制御モジュールに組み込み又は制御モジュール内で交換可能な機械式とし、或いは、電動式とし、恒久的に記録し又は互換可能に、即ち制御モジュールの外部から直接、記録するようにしてもよい。
この基本的モジュールは、スキーブーツ等のようなその他の型式の装置と関連して使用し、抵抗力を伴う制御された程度の動作を提供し、これにより、非可撓性のスキーブーツの場合に生じるような損傷を防止することが出来る。 同様に、かかる装置は、例えば、クロスカントリー・スキーを模擬して運動装置を使用する間の地形の像のような、人間が運動している間における視覚像、又はその他の知覚像を形成するセンサを備えることが出来る。 同様に、筋関節回復・強化装置は、全体的、又は相対的に完全な運動状況を提供する措置を講ずることが出来、又は、現在、アイソトニック運動を行うため、重りを備えるその他のより簡単な装置は、運動をしている解剖学的部分の位置に従って制御された抵抗力を付与し得る制御モジュールを備えることが出来る。 この装置は、電気的な筋肉の刺激、及び電気的な筋肉の刺激のタイミングを設定し且つ／又はこれに応じて抵抗力を変化させるべくフィードバック装置で使用される、緊張性又は段階的な筋肉収縮を電気的筋運動記録図により測定するといった筋刺激装置と関連して使用し、又はかかる装置と協働させ、或いは該装置のの一部とすることが出来る。
上記の説明から、本発明の運動装置は、（１）両方向への動作に抗する制御された抵抗力を付与することが出来ること、（２）高価な装置を必要とせずに、既存の固定器に容易にスナップ止めして、制御された治療プログラムを提供し得ること、（３）肢体の位置に対応して制御され且つ加減された抵抗力を付与することが出来ること、（４）制御された抵抗力プログラムを個人個人に適合させ且つ運動装置内に挿入することで制御することが出来ること、（５）抵抗力が動作速度から独立していること、（６）ユーザが運動しようとしないとき、装置からユーザに加えられる力がなく、反動力のみが付与されること、（７）仮想現実、筋肉刺激及びバイオフォードバック装置における一つの構成要素として機能し得ること、といった幾つかの有利な点があることが理解出来る。
図面の概要本発明の上記及びその他の特徴は、添付図面と共に、以下の詳細な説明を読むことにより一層、よく理解されよう。 添付図面において、
図１は、本発明は一実施例による、固定器が取り付けられた人間の大腿及び脚に取り付けられた運動組立体の部分斜視図、
図２は、固定器に取り付けられた図１に示す運動組立体の一部分解図とした斜視図、
図３は、本発明の一実施例に従い、動作に抵抗すべく摩擦ディスクを使用する運動組立体の一実施例の部分分解斜視図、
図４は、図３の実施例に使用される摩擦ディスクの代替的な実施例を含む運動組立体の一部の簡略化した部分斜視図、
図５は、運動組立体のもう一つの実施例の一部断面図とした、簡略化した部分平面図、
図６は、図５の実施例の分解斜視図、
図７は、図６の線７−７に沿った図５の実施例の部分の断面図、
図８は、制御モジュール、及び本発明の一実施例による固定器に制御モジュールを取り付ける定着具の部分平面図、
図９は、図８の定着具及び固定器の部分断面図とした断面図、
図１０は、本発明の更に別の実施例の一部切り欠き部分平面図、
図１１は、図１０の実施例の分解斜視図、
図１２は、図１１の線１２−１２の方向に見た図１０及び図１１の実施例の一部の斜視図、
図１３は、図１１の線１３−１３の方向に見た図１０及び図１１の実施例の更に別の部分の斜視図、
図１４は、図１１の線１４−１４の方向に見た図１０及び図１１の実施例の更に別の部分の斜視図、
図１５は、本発明の更に別の実施例の一部分解図とした平面図、
図１６は、一部切り欠き且つ断面図とした図１５の実施例の分解斜視図、
図１７は、図１６の実施例の一部の平面図、
図１８は、図１７の平面図に示した、図１５及び図１６の実施例における部分の側面図、
図１９は、図１５及び図１６の実施例における別の部分の平面図、
図２０は、図１９に示した図１５及び図１６の実施例における部分の側面図、
図２１は、図１５及び図１６の実施例における別の部分の平面図、
図２２は、図２１に示した図１５及び図１６の実施例における部分の側面図、
図２３は、図１５及び図１６の実施例における更に別の部分の平面図、
図２４は、図２３に示した図１５、図１６の実施例における一部の側面図、
図２５は、図１５及び図１６の実施例における更に別の部分の平面図、
図２６は、図２５に示した図１５及び図１６の実施例における一部の側面図、
図２７は、図１５及び図１６の実施例の部分断面図、
図２８は、本発明の更に別の実施例の一部分解図とした断面図、
図２９は、図２８の実施例の分解斜視図、
図３０は、図２８の実施例に使用されるプログラム・ディスクの平面図、
図３１は、図３０のプログラム・ディスクの側面図、
図３２は、図２８の実施例の一部であるリフター・プレートの平面図、
図３３は、図３２のリフター・プレートの側面図、
図３４は、図２８の実施例に使用されるリフター・プレート基部の平面図、
図３５は、図３４のリフター・プレートの側面図、
図３６は、図３４のリフター・プレートの一部の断面図、
図３７は、図２８の実施例のハウジング部分の後側面図、
図３８は、図３７のハウジングの右側面図、
図３９は、図２８の実施例のローラ・リーダ・プレートの平面図、
図４０は、図３８のプレートの側面図、
図４１は、図２８の実施例に使用する調節ナットの側面図、
図４２は、図４１の調節ナットの平面図、
図４３は、図２８の実施例に使用されるボルトの断面図、
図４４は、図２８の実施例に使用されるハウジングの後側面図、
図４５は、図４４のハウジングの右側面図、
図４６は、図１乃至図４５の前の実施例に加えて、固定器の一つの実施例を含む簡略化した部分斜視図、
図４７は、図４６の実施例の一部の側面図、
図４８は、図４７の一部の平面図、
図４９は、図４８の線４９−４９の断面、
図５０は、図４８の実施例の一部の平面図、
図５１は、図５０の線５１−５１に沿った断面図、
図５２は、本発明の更に別の実施例の部分分解斜視図、
図５３は、図５０の実施例の一部の斜視図、
図５４は、図５２の実施例に使用可能な制御装置のブロック図、
図５５は、図５４の実施例の一部のブロック図、
図５６は、レバーアームの別の実施例の側面図、
図５７は、図５６の実施例の部分分解断面図、
図５８は、図５６のレバーと協働する別のレバーの側面図、
図５９は、図５８の線５９−５９の方向から見た図５８のレバーアームの斜視図、
図６０は、図５６のレバーアームの平面図、
図６１は、図５８のレバーアームの平面図、
図６２は、図５６のハンドルクランプの可動部分の側面図、
図６３は、図６２の線６３−６３の方向に見たハンドルクランプの部分の側面図、
図６４は、図５８のハンドルクランプの可動部分の側面図、
図６５は、図６４の線６５−６５に沿ったハンドルクランプの部分の側面図、
図６６は、肘に本発明を適用する場合を示す本発明の別の実施例の斜視図、
図６７は、本発明の一つの実施例に従って設計されたスキーブーツの平面図、
図６８は、本発明の一つの実施例に従って設計されたスキーブーツの別の実施例の平面図、
図６９は、本発明に基づいて設計された別の実施例のスキーブーツの平面図、
図７０は、多数面運動装置の一部切り欠き概略図、
図７１は、図７０の運動装置の一部を形成するプログラム・ユニットのハウジングの断面平面図、
図７２は、図７１のハウジングの断面図、
図７３は、図７０に示した運動装置の実施例に使用される制御モジュールの一部の平面図、
図７４は、図７３の制御モジュールのハウジングの一部の端面図、
図７５は、運動する人間の肢体を受け入れる、開放位置にある図７０の運動装置の一部の簡略化した断面図、
図７６は、図７３の多数面制御ユニットを使用する運動装置組立体の部分平面図、
図７７は、運動装置の更に別の実施例の概略図的な側面図、
図７８は、図７７の運動装置の実施例の正面図、
図７９は、単一面制御モジュールの一つの実施例の簡略化した断面側面図、
図８０は、図７９の制御モジュールの断面図、
図８１は、図７９及び図８０の制御モジュールを使用する運動装置の更に別の実施例の図、
図８２は、図８１の運動装置の正面図、
図８３は、図８１及び図８２に示した型式の一組の運動装置の平面図、
図８４は、大腿に関する脚の動作に対する抵抗力を変化させる、電気的に制御可能なモジュールを示す膝固定器の斜視図、
図８５は、図８４の制御モジュールの一部の簡略化した分解斜視図、
図８６は、図８４のモジュールの別の部分の斜視図、
図８７は、車椅子に使用し得るようにした運動装置の斜視図、
図８８は、スノー・ボードに使用される、抵抗力が制御された支持体を利用する緊締装置の斜視図、
図８９は、ある型式の運動装置の斜視図、
図９０は、本発明の一つの実施例に有用な脛骨支持体の部分分解斜視図、
図９１は、図９０の脛骨支持体の一部の平面図、
図９２は、図９０の脛骨支持体の別の部分の平面図、
図９３は、図９０の脛骨支持体の更に別の部分の平面図、
図９４は、図９０の脛骨支持体の更に別の部分の平面図、
図９５は、図９０の脛骨支持体の更に別の部分の平面図、
図９６は、図９０の脛骨支持体の更に別の部分の平面図、
図９７は、図９０の脛骨支持体の更に別の部分の平面図、
図９８は、取り付け方法を示す、固定器に取り付けられた制御モジュールの一部の部分平面図、
図９９は、本発明の実施例に使用可能なマイクロプロセッサ制御システムのブロック図、
図１００は、本発明の実施に使用可能なフロー図、
図１０１は、本発明の実施に使用可能な別のフロー図、
図１０２は、本発明の実施に使用可能な更に別のフロー図、
図１０３は、本発明の実施に使用可能な更に別のフロー図、
図１０４は、本発明の実施に使用可能な更に別のフロー図、
図１０５は、本発明の別の実施例を示す斜視図、
図１０６は、本発明の一実施例に使用される電極の可能な配置状態を示す概略図である。
詳細な説明図１は、肢体１２に取り付けられた運動組立体１０を一部分解図で示す部分斜視図である。 該運動組立体１０は、肢体固定器部分１４と、該肢体固定器部分１４の各側部に一つずつ設けられた第一及び第二の運動モジュール１６Ａ、１６Ｂ（図１には１６Ａのみ図示）とを備えている。 好適な実施例において、肢体固定器１４は、運動モジュール１６Ａ、１６Ｂのような一又は複数の着脱可能な運動モジュールと協働する点を除いて、それ自体は本発明の一部ではない標準的な固定器である。
該着脱可能な運動モジュール１６Ａ、１６Ｂは、肢体固定器部分１４に取り付けられ、該肢体固定器部分は、この実施例において、膝を中心として制限された動きを為し得るように固定器部分１４を動かすのに肢体１２が必要とする抵抗力を制御する脚及び大腿の固定器である。 好適な実施例において、運動に対する抵抗力は、摩擦抵抗力により付与される。
肢体固定器１４は、第一の支持手段２０と、第二の支持手段２２と、二つの枢着継手２４Ａ、２４Ｂ（図１に２４Ａのみ図示）とを備えており、第一の支持手段は、大腿に定着される一方、第二の支持手段は、人間の脚に定着される。 該第一の支持手段の二つの側部（スプリント）の各々は、二つの枢着継手２４Ａ、２４Ｂの異なる一方により、第二の支持手段の両側部の該当する一方に接続されて、膝筋肉の制御の下で、制限された動きを為し得るようにされる。
運動モジュール１６Ａは、制御モジュール３０Ａと、第一のレバー組立体３２Ａと、第二のレバー組立体３４Ａとを備えている。 これらの第一及び第二のレバー組立体３２Ａ、３４Ａは、その両側部にて制御モジュール３０Ａに定着され、第一のレバー組立体３２Ａは、人間の大腿と共に動き得るように、第一の支持手段２０に定着可能にしてある一方、第二のレバー組立体は、人間の脚と共に動き得るように、第二の支持手段２２に定着可能にしてある。 運動モジュール１６Ａ、１６Ｂは、基本的に同一で、また、レバー組立体３２Ａ、３４Ａも基本的に同一であるから、本明細書では、運動モジュール１６Ａ及びレバー組立体３４Ａに関してのみ説明する。
レバー組立体３４Ａは、第一の固定部材３３Ａと、第二のスナップ止め部材３５Ａと、第一の定着具３７Ａと、第二の定着具３９Ａとを備えている。 この固定部材３３Ａは、制御モジュール３０Ａの一部に恒久的に取り付けられており、下方支持手段２２のスプリント部材をその溝内に受け入れ得るようにした開放部分を備え、また、第二のスナップ止め部分３５Ａは、スプリント部材の反対側に嵌まって、定着具３７Ａ、３９Ａが両部材、３３Ａ、３５Ａを貫通して伸長し、これら部材を共に保持する。
この配置において、第一及び第二のレバー組立体の固定された部材は、制御モジュール３０Ａが継手２４Ａの上に位置する状態にて、支持手段２０、２２の異なる一方の対応する部分の上方を亙って摺動することが出来る。 符号３５Ａで示すようなスナップ止め部分及び符号３２Ａで示すようなレバーのその対応する部分が反対側側部の上方を亙って摺動し、符号３７Ａ、３９Ａで示すような定着具により固定部材３３Ａに定着され、支持手段２０、２２の対応する部分でレバーアームを保持することが出来る。 これらの定着具３７Ａ、３９Ａは、ボルト、ねじ、スナップ止めピン、又はその他の任意の適当な定着具とすることが出来る。
制御組立体３０Ａは、例えば、図１に図示しない摩擦ディスクのような力抵抗部材と、異なる程度の抵抗力に設定可能である図１の実施例の較正ダイヤル４１とを備えている。 これらのレバー組立体３２Ａ、３４Ａは、制御モジュール３０Ａの異なる可動部分に定着され、予めプログラム化した力によってのみ互いに関して可動であり、その結果、運動モジュール１６Ａは、患者が膝の関節動作をするときに抵抗する力を制御することが可能である。
この構成において、制御モジュール３０Ａは、第一及び第二のレバー組立体の動作を制限する一方、これらのレバー組立体は、人間の膝の筋肉が脚を大腿に関して動かすのに必要とされる力の程度を制御する。 これら二つの制御モジュール１６Ａ、１６Ｂは、固定器内の所定位置に容易にスナップ嵌め可能であり、患者は、便宜なスケジュールに従って運動することが出来る。 制御モジュールにおける抵抗力の程度は、担当する医師が以下に説明する方法にて、制御モジュールに入力することで設定することが出来る。
図２には、互いに略平行で且つ膝の両側部に配置され得るようにした第一及び第二の枢着継手２４Ａ、２４Ｂを有する右脚用の固定器を示すために、一部切り欠いた肢体固定器部分及び着脱可能な運動モジュール１６Ａ、１６Ｂを有する運動組立体１０の斜視図が示してあり、これらの各々は、運動モジュール１６Ａ、１６Ｂの対応する一つのモジュールと協働する。 枢着継手２４Ａ、２４Ｂの各々は、平行な二つの大腿スプリント部材２６Ａ、２６Ｂの異なる一方の部材を対応する対の脚部スプリント部材２８Ａ、２８Ｂに接続する。
外側枢着継手２４Ａにて、制御モジュール３０Ａは、関節の上に位置し、第一のレバー組立体３２Ａは、大腿スプリント部材２６Ａと共に動き得るように定着される一方、第二のレバー組立体３４Ａは、脚スプリント部材２８Ａにスナップ嵌めされている。 これらのスプリント部材は、柔軟なフレーム構造体及びストラップにより共に接続されており、該フレーム構造体及びストラップは、スプリント部材がそれぞれ大腿及び脚の骨と共に動き得るように、脚部の周りできつく曲げられる。 枢着点は、位置決め可能な有孔板２７Ａ（図２に図示せず）を備えており、該有孔板は、伸長時及び屈曲時の双方にて、固定器部材の最大の移動範囲を設定し得るように配置された、符号２９Ａで示すピン（図２には、図示せず）を有する基部に関して位置決め可能である。
固定器自体は、通常の使用時に、前十字形靭帯が過度に回転したり、又は伸びないように保護するため、大腿の動きを制御することを目的とする。 定期的に、運動装置は、所定位置にスナップ嵌めして、制御されたプログラムに従って、筋肉の回復のために運動させることが出来る。 このプログラムは、医師、又は身体療法士が設定するが、所定の計画に従って、患者は、運動プログラムを一日に何回も容易に実行することが可能である。 摩擦量は、脚の伸長及び屈曲に応じて異なるように調節可能であり、ある実施例では、運動に必要とされる所望の力に適合するように、力プロファイルを装置内にプログラム化することも可能である。 これらのプログラム及び摩擦量は、当然に、二つの運動モジュール１６Ａ、１６Ｂにおいて等しくなるように設定する必要がある。
図２に示すように、レバー組立体３４Ａの部材３３Ａのような取り付けた部材は、多くの異なる型式の膝固定器のスプリント部材をゆるく受け入れる大きい開口を有している。 きつく嵌まり得るようにすべく、スナップ嵌め部材３５Ａは、多くの異なる寸法で出来ており、取り付けた部材の上方及び下方部分の内部に嵌入し、これにより、プラスチック製の支持部材がこのルーズなスペースを充填し且つ多数の異なる固定器とともに、標準的な運動モジュールを使用することを可能にする。
使用時、制御モジュール３０Ａは、二つのレバー組立体３２Ａ、３４Ａの間に所定の程度の抵抗力を付与して、運動中、動作に対して所定の程度の抵抗力が付与されるように設定することが可能である。 予めプログラム化した抵抗力を選択するため、制御モジュール３０Ａは、方向検出型の抵抗モード・セレクタ手段を備えており、該抵抗モード・セレクタ手段は、膝を曲げたようなとき、第一及び第二のレバーが共に動く際に一つの抵抗プログラムを選択し、また、脚を伸長させて、レバーがその反対方向に動くようにしたとき、別の抵抗プログラムを選択する。 好適な実施例において、方向検出型抵抗モード・セレクタは、レバーが一方の方向に動くときに一つの抵抗摩擦プログラムを選択し、また、レバーがその反対方向に動くとき、別の抵抗プログラムを選択する。
ある実施例において、これら二つの運動モジュール１６Ａ、１６Ｂは、その各々が固定器に定着されるが、互いには定着されていない。 固定器の両側部に加わる力は、固定器自体の設けられたベルトにより均等にされる。 しかしなら、その他の実施例においては、これら二つのモジュールは、剛性な部材で接続するか、又は、固定器が剛性な部材を備えて、両側部同士を接続し、下肢の両側部に加わる力が不均一になり、そのような不均一な力に起因する有害な捩れが生じるのを防止し、以下に説明する脛骨支持ベルトを提供するようにしてもよい。 かかる剛性な部材は、レバー組立体３４Ａ、３４Ｂ上の開口部内にスナップ嵌めし得るように配置されている。 多数の持続具を使用することが出来、また、レバーアーム３２Ａ、３２Ｂに対し、及び固定器自体に接続することが可能である。
図３には、レバー組立体３２Ａ、３４Ａに接続された制御モジュール３０Ａの一つの実施例が示してある。 このモジュールは、手の運動装置に倣って多少の変更を加えたパターンとしてある。 この手の運動装置は、その開示内容を引用して本明細書の一部に加えた、米国特許第4,869,492号に開示されている。
この運動装置は、固定器を取り付けた肢体が図１及び図２に関して説明した方法にて、関節を中心とする屈曲動作に対する抵抗力を制御すべく、レバー組立体を肢固定器に定着する手段を備えている。 抵抗力を制御する手段は、標準的な固定器に着脱可能に取り付け可能であり、また、一方向に自由に動き得るように解放するが、その反対方向には、力に対する抵抗力を伴ってのみ動く機構とすることが出来、また、この機構は、その一方向、又は両方向に対し制御された抵抗力を付与するようにしてもよい。 一般に、動作に対する限界点が設定される。 肢体の関節は、当該技術分野で公知の単一中心の固定器、又は多数中心の固定器とすることが出来るが、多数中心を有する固定器の場合には、その運動モジュールの枢着点は、多数の中心があるものとすることが出来る。 多数の中心がある枢動点を形成する公知の機構の任意のものを使用することが可能である。
図３に示した実施例において、制御モジュール３０Ａは、関節が動く一方向には略何ら抵抗力を付与しないが、反対方向には、摩擦部材のような力付与部材に係合して、制御された抵抗力を付与する一方向機構、又は、ラチェット機構を備えている。 図３の実施例においては、力に抗するために摩擦部材が使用されるが、ばね、延伸部材又は空気圧シリンダ等のような他の動作抵抗装置を使用することも可能である。 共に作用して、動作に対する摩擦力を付与する摩擦部材及び圧力部材によって力の程度が制御されるようにすることが好ましい。 摩擦部材は、摩擦面間の圧力を調節することにより、力に抗する動作を調節することが容易であるから、この摩擦部材を使用することが好ましい。
この実施例において、速度から独立した、動作に対するプログラム化された抵抗力が単一面で単一方向の一定の範囲で提供される。 ワン・ウェイ・クラッチ、又はラチェット機構の使用により、この実施例は、二つの可能な方向の何れか一方への動作に対し所定の抵抗力を発生させる一方、プログラム化した抵抗力の方向と反対方向へは、全ての抵抗力を解消する。 この全体的な抵抗力は、可変であり、使用前に予め設定され、このため、選択した二つの方向の何れか一方への動作の全範囲に亙り、動作速度の影響を受けずに、所定の値のままである。 動作が為されず、又は動こうとしないならば、抵抗力は発生されない。 この装置は寸法が比較的小形であるから、従来の固定システムを通じて関節の全体に抵抗力を付与することが可能である。
アイソトニック抵抗装置と異なり、この実施例は、動作が停止すると直ちに解消され、より安全な運動装置を形成する抵抗力を発生させる。 アイソカイネティック装置は、可変トルクモータ又は液圧／空気圧を使用する抵抗機械に対応するため、これと同一の安全保護機能を持っているが、その動作速度がユーザに加えられる抵抗力の程度に影響を与え、このことは、動作速度が所定の抵抗力に何ら影響を与えないこの実施例の場合と異なる点である。 このことは、患者にとって、予定の運動速度を遅くすることにより、痛み又は弱い部分に対応する必要がないことを意味し、さもなければ、動作範囲の最も弱い部分に対する抵抗力を小さくすべく動作速度を遅くすることは、実際には、特別にこれらの弱い部分を強化するために設計したプログラムの効率を低下させることになる。
更に、この装置によって付与される抵抗力は、同時に一方向に絶縁させることが出来る。 臨床的な適用例において、伸長動作（外科手術後６週間、経過する迄、安全ではない）ではなく、屈折動作のみ（外科手術後、２−３週間後に完全となる）、安全且つ適正に運動することが出来るから、このことは、膝靭帯の損傷を回復しつつある患者がより早期に運動することを可能にする。
この装置のもう一つの有利な点は、その寸法が比較的小さい点である。 このことは、臨床医が定着取付具を追加することにより、従来の固定器を通じて関節の全体に抵抗力を加えることが初めて可能にするものである。 このことは、臨床医が患者の自宅で、また、医療機関の外部にて患者に対して適当な抵抗力の安全なパターンについて教えたり、その実施を容易にすることを可能にする。 また、このようにして抵抗力を付与することは、開動力学的チェーン運動（抵抗装置が床に取り付けられる状態）ではなくて、閉動力学的チェーン運動（抵抗装置が患者に取り付けられる状態）にて患者に抵抗力が付与されるから、神経と筋肉との調和の促進、共役拮抗筋の発達を可能にするものである。
図３の実施例において、制御モジュール３０Ａは、ラチェット組立体１３０と、第一の摩擦組立体１３２と、第二の摩擦組立体１３４と、圧力調節組立体１３６とを備えている。 ラチェット組立体１３０、第一の摩擦装置１３２、及び第二の摩擦装置１３４は、肢体の一方向への動きに抵抗し、また、ラチェット組立体は、肢体が実質的に全く抵抗を伴わずにその反対方向に回転することを可能にする。
この目的のため、摩擦装置１３２、１３４は、二つの摩擦ディスクを圧搾する四つの金属面を有し、その金属面の二つは、一方のハンドルと共に動き、また、他の二つの金属面は、もう一方のハンドルと共に動く。 これら二つの摩擦ディスクは、異なる対の金属面の間で挟持され、各対の金属面の一方の金属ディスクは、一方のハンドルで動く摩擦ディスク及びその他方のハンドルで動く他方の金属ディスクとの間の挟持部分を形成する。 これらの金属ディスクは、図３の実施例では四つの金属製座金であるが、二つの座金、及びレバー組立体３４Ａの一部の面としてもよい。
第一及び第二のレバー組立体３２Ａ、３４Ａが一方向に動くのを容易にすべく、ラチェット組立体１３０は、ラチェット歯車１４２と、回転軸１４４と、穴１０１内に設けられた成形歯止め１０７とを備えている。 該回転軸１４４は、一端に螺着部分１５０を有し、又、その他端にラチェット歯車１４２を有している。 円筒状穴１４７及び方形の係止ボス穴１４５は、止めねじ１５２により保持されている。 カラー１４８は、円筒状ボス１４７に嵌まる。 歯止め１０７は、穴１０１内に恒久的に取り付けられ、この位置にて、該歯止めは、ラチェット穴１０３内に伸長して、ラチェット歯車１４２と接触し、このため、回転軸１４４は、ラチェット穴１０３内で一方向に回転自在であるが、その反対方向には回転せず、このため、摩擦ディスク１６４が一方向には自由に回転するが、その反対方向には回転しないことが可能となる。 ピン１０９が歯止め１０７を所定位置に保持する。
二つのレバー組立体を反対方向に回転可能に解放する一方で、その二つのレバー組立体が一方向に動くのに抵抗する摩擦量を調節可能にすべく、第一の摩擦組立体１３２は、革製摩擦ディスク１６４の各側部に、第一及び第二の金属製座金１６０、１６２を備えている。 これらの金属座金１６０、革製摩擦ディスク１６４及び金属製座金１６２は、環状の形状をしている。 金属製座金１６２は、革製摩擦ディスク１６４の円筒状の中央穴、及び第二のレバー組立体３４Ａの円筒状の中央孔１４０と整合させた方形の中央孔を有している。
ラチェット組立体１３０のシャフト１４４は、全ての穴を貫通する位置に設けられ、また、次のものを備えている。 即ち、（１）方形のボス１４５。 この方形のボスは、金属製座金１６２がシャフト１４４と共に回転し、また、中央の摩擦ディスクの一側部に対して位置するように、第一の摩擦組立体１３２の座金１６２に形成された方形穴に適合する。 （２）平坦部分１５１。 この平坦部分は、座金１７２がシャフト１４４と共に回転するように、第二の摩擦組立体１３４の座金１７２の平坦な側部に係合する、シャフトの端部に設けられている。 摩擦ディスク１６４、１７４の反対側部に設けられた座金１６０、１７０は、レバー組立体３４Ａにより回転する。 この構成の場合、第一及び第二の摩擦装置１３２、１３４は、第一及び第二のレバー組立体３２Ａ、３４Ａを互いに関して動かすべく、制御された力を必要とするようにされている。
第一及び第二のレバー組立体３２Ａ、３４Ａが互いに引き寄せられる圧力、従って摩擦力を調節するため、圧力調節部分１３６は、回転軸１４４のねじ部分１５０に螺着し得るように整合させた内部のタップ穴を有する端部材１７６を備えており、したがって、第二のレバー組立体３４Ａ、及び中央摩擦ディスク１６４、１７４の摩擦面に加わる第一及び第二の摩擦装置１３２、１３４の圧力を制御する。 穴１８０が形成されており、この穴にシャフトを挿入して締め付けることが出来る。 この構成により、ユーザは圧力の調節及び解放を容易に行い得る。
ラチェット組立体が設けられず、このため、シャフト１４４がレバー組立体により両方向に回転されるならば、両方向への抵抗力が生ずる。 さらに、図４に示した摩擦ディスクに代えて、ばねを使用することにより、摩擦ディスクではなくて、外部のばねにより、正の力又は負の力を加えることが可能となる。
図４に最も良く示すように、座金１６２Ａ、１６０Ａは図３の座金１６２、１６０と略同一であり、同一の方法でシャフト１４４に取り付けることが出来る。 しかしながら、その間に摩擦ディスク１６４を設けることに代えて、シリンダ１６１が、枢着ピン１６３によって、ディスク１６２の一側部に取り付けられており、このシリンダは、ピストン１６７に取り付け得るようにされた圧縮ばねをその内部に備えている。 このピストン・ロッドは、枢着ピン１６９により座金１６２Ａの対応する側を向いた座金１６０Ａの側部に取り付けられており、このロッドは、シリンダ１６１内に嵌り、このため、ディスク１６２Ａ、１６４Ａの間で周方向に、動作に抗する圧縮力が加えられる。
この構成において、図３の実施例で使用される摩擦ディスクに代えて、ピストンを使用して、動作に対する所定の抵抗力を付与することが出来る。 ピストンの位置は、二つの座金に関して何れかの方向にかかる力を付与するように選択することが出来、また、ピストンは、その他の力抵抗装置及び同一型式の他のピストンと共に使用することが出来る。 同様に、シリンダ１６１は、ピストンの引き抜きを防止する抗力を付与して、圧力の逃げを防止し、これにより、摩擦ディスクと同様の効果を付与する空気圧型としてもよい。 同様に、摩擦ディスク１６４に代えて、捩ればねを使用してもよい。 その他の同等の機構を摩擦ディスクに代えて使用し、動作に対する抵抗力を付与し、又は、場合によっては、一方向又は反対方向への動きを付勢する確実な力を提供し、又は、制御モジュール及び固定器による直角方向への最初の抵抗力及び摩擦抵抗力に反作用する力を提供することも可能である。
図５には、制御モジュール３０Ｃと、該制御モジュールに接続された第一及び第二のレバー組立体３２Ｃ、３４Ｃとを有する着脱可能なモジュールの別の実施例１６Ｃの概略図的な部分断面図とした平面図が示してある。 この図に示すように、制御モジュール３０Ｃは、第一のレバー組立体３２Ｃに接続された上方部分４０Ｃと、第二のレバー組立体３４Ｃに接続された下方部分４２Ｃと、上方部分又は外側部分を下方部分に接続する接続部分４４Ｃとを備えている。
制御モジュール３０Ｃの上方部分４０Ｃ及び下方部分４２Ｃは、接続部分４４Ｃと協働して第一及び第二のレバー組立体３２Ｃ、３４Ｃ間の摩擦力を制御し、このため、第一及び第二のレバー組立体間の摩擦力は、これらレバー組立体が互いに動く動作方向に対応し且つこれら二つのレバー組立体の互いに関する位置に対応して変化する。
第一のレバー組立体３２Ｃは、第一のクランプ組立体に接続可能にした第一のアーム５０Ｃを備えており、また、第二のレバー組立体３４Ｃは、第二のクランプ組立体に接続可能にした第二のアーム５４Ｃを備えている。 例えば、該第一のクランプ組立体は、大腿と共に動き得るように大腿スプリントに便宜に且つ迅速に定着することが出来、また、第二のクランプ組立体は、図１及び図２に関して説明するように、脚部スプリントと共に動き得るように、脚部スプリントに迅速且つ容易に定着し得るようにしてある。 この構成により、制御モジュール、第一及び第二のレバー組立体は、患者が装用する膝固定器に迅速に所定位置でスナップ嵌めして、患者が所定位置で便宜に運動し、その後に、膝固定器を所定位置に正常に支持しつつ、着脱可能な運動組立体を取り外すことが出来る。
係合傾斜路基部の駆動部材６６Ｃ、６４Ｃ及び係合傾斜路の被動部材７１Ｃ、７３Ｃは、外方に伸長し、又は内方に後退する傾斜路を有する。 回転方向に対応して、これらの部材は、抵抗力を付与するように係合し、又は抵抗力を解除するように非係合状態となる。 図５の実施例において、一方のアームは、上方又は下方部分の何れか一方にて、ボルト、又はシャフト７４Ｃと共に回転し得るように定着されており、また、該レバーは、その反対方向には、シャフト７４Ｃと共に回転可能に取り付けられていない。
この構成において、摩擦ディスクの双方は、選択された伸長、又は屈曲の何れか一方に摩擦力を提供し、次に、その選択した方向と反対方向への摩擦力を解消する。 その選択された方向に動くことにより、全体的な摩擦機構に係合したときに、ディスク９０Ｃのようなプログラム・ディスクが、プログラム・リーダ・ディスク８０Ｃと共に、運動範囲に亙る全体的な抵抗力を変化させる。
該制御モジュール３０Ｃは、レバーアーム５０Ｃ、５４Ｃの互いに関する位置に対応して、動作に対する異なる範囲の抵抗動作プログラムを提供する、符号９０Ｃで示すようなプログラム化した摩擦ディスクを利用し得るようにしてある。 本明細書の全体を通じて、レバーアーム間により急峻な角度を形成する方向への動きは屈曲と称し、より鈍角な角度を形成する方向への動きは伸長と称する。
動作方向に従って互いに異なる抵抗力を有する二つの方向の何れかへの動作の抵抗力を付与すべく、上方部分は、第一の環状摩擦ディスク６０Ｃを備える一方、下方部分は、第二の環状の摩擦ディスク６２Ｃを備え、上方部分は、シャフト７４Ｃと共に動くが、該シャフト７４Ｃには取り付けられていない第一の係止板６５Ｃを備え、また、下方部分は、シャフト７４Ｃと共に動くが、該シャフトには取り付けられていない係止板６７Ｃを備えている。 第一、第二及び第三のリーダ・ローラ８２Ｃ、８４Ｃ、８６Ｃを備え、円形路を形成し且つ同様の数の上昇した勾配面又は湾曲した傾斜路面９１Ｃ、９３Ｃ、９５Ｃを有するプログラム・ディスク９０Ｃと係合するプログラム・リーダ８０Ｃがハンドル５０Ｃ、５４Ｃの間に設けられており、上記傾斜路面の上をローラが移動する。 プログラム・ディスク及びプログラム・リーダは、符号９２Ｃ、９４Ｃ、９６Ｃ、９８Ｃで示すようなねじ付きスタッドによりそれぞれ下方部分及び上方部分に取り付けられている。
上方部分及び下方部分を共に保持するため、接続部分４４Ｃは、底部ボルト頭７７Ｃを受け入れ得るように一端にねじが形成された中央シャフト７４Ｃと、頂部板７０Ｃに取り付けられたアームとを備えており、該頂部板は、上方部分４０Ｃ及び下方部分４２Ｃを共に圧縮することを可能にする。 第一及び第二のレバー組立体を互いに関して動かすのに必要な摩擦力を決定する圧力である、上方及び下方部分を共に保持する圧力は、ナットに設けたゲージを使用して、設定することが出来る。
この構成によれば、第一及び第二のレバー組立体が益々急峻な角度を形成する方向に動かされたとき、符号８２Ｃ、８４Ｃ、８８Ｃで示すようなプログラム・リーダがリフター・プレート９０Ｃに設けられたプログラム・リーダの傾斜路９５Ｃ、９１Ｃ、９３Ｃの側部を上昇し、摩擦係合したとき、動作範囲に亙って抵抗力を変化させる。
図６には、それぞれ上方レバーアーム５０Ｃが上方部分４０Ｃにあり、又、下方レバーアーム５４Ｃが下方部分４２Ｃ内にある、略円筒状の上方部分４０Ｃ、下方部分４２Ｃを示す制御モジュール３０Ｃの分解斜視図が示してあり、脚部又はその他の身体部分が屈曲し且つ伸長して、レバーアームを互いに関して動かすことを可能にする。 ねじボルト７４Ｃは、装置４０Ｃ、４２Ｃの各々を貫通して伸長する中央開口部を貫通している。
この図面に最も良く図示するように、プログラム傾斜路９１Ｃ、９３Ｃ、９５Ｃは、プレート８８の反対側の下側部に設けられたローラ（図６に図示せず）と協働して、係合した方向への抵抗力の範囲を変化させる。
全体として、摩擦要素６０Ｃ、６２Ｃは、座金として形成されており、ポリウレタン又は同様の材料で出来ているが、任意のその他の形状とすることが可能である。 摩擦ディスク６０Ｃは、係止板６５Ｃと係合傾斜路スラスタ７１Ｃとの間で圧搾され、摩擦ディスク６２Ｃは、係止板６７Ｃと係合傾斜路スラスタ７３Ｃとの間で圧縮される。
図７には、図６の動作抵抗プログラム傾斜路９１Ｃ、９３Ｃ、９５Ｃの範囲に係合するその半径方向を示す、プログラム・リーダ（ローラ）６２Ｃ、６４Ｃ、６６Ｃの性質を示すために、図６の線７−７に沿った断面図が示してある。 リーダを設けることにより、ボルト７４Ｃの軸方向のスラスト力が釣合い、これにより、摩擦力が一層良く、制御可能となる。
図５乃至図７の実施例において、速度から独立した、予めプログラム化した抵抗力を付与する単一面の単一方向の可変の動作範囲が提供される。 該実施例は、ワンウェイ・クラッチ、又はラチェットに代えて傾斜路係合装置を備えている。 これは、選択された方向への動作範囲を通じて抵抗力を変化させ、同時に全てではなくて、漸進時に抵抗力に係合する機能を提供することが出来る。 また、この装置は、革製パッドではなくて、人工的な摩擦パッドを提供して、円滑で正確な抵抗力を付与する。
ワンウェイ・クラッチ、又はラチェット機構に代えて、傾斜路係合装置を使用するため、その反対方向への全ての抵抗力が解消される一方で、一方向への抵抗力のプログラムをその動作範囲に亙って変化させることが可能となる。 このことは、臨床医が患者の動作範囲の強度の弱い箇所を絶縁し、次に、その絶縁された強度範囲に対し、「安全」な方法で且つ患者の自宅にて適当な一定の抵抗力を付与することを可能にする。 また、このことは、より弱い動作範囲にて付与される抵抗力に対して患者がより迅速に対応することを可能にする。 更に、固定器を通じて関節全体に異なる範囲の動作の抵抗力を付与することが可能であるから、ユーザの肢体の長さに対する関節の角度の相違に起因して、ユーザ間で付与される力が不均一になることが解決される。 ユーザに特有の動作範囲のプログラムを臨床医が提供することが可能となる。
また、係合傾斜路は、ユーザが急激な引張り動作を回避するために所定の抵抗力を利用させ易くする。 このことは、臨床への適用例において、修復し、又は再構成された関節構造体に外科手術による創傷を与える危険性が軽減されることを意味する。
また、このシステムは、革に代わるべき人工的な抵抗材料を提供するものであり、この材料は、許容公差が大きく、これにより、現在の抵抗力のプログラムから望ましくなく偏倚することを無くす。 このことは、不確実な原因で妨害されることなく、患者が一定の状態で日々の運動を行い得ることを意味する。
図８には、中央ナット７４Ｃ（図８に図示せず）に可動に固定された力抵抗動作部分を調節するダイヤル３１を備えるクランプ部材３２、３４の一実施例に接続されたモジュール３０が示してあり、該ナットは、締め付けて零点を設定することが出来、また、零点設定のための標識に設定するダイヤル針３３が設けられている。 こうした設定後に、ナットを動かして低圧にすると、付与すべき圧力又は抵抗力が針に関して等級印の標識３３で表示される。
この実施例において、クランプ手段３２Ａ、３４Ａは、同一であり、固定器に形成した対応する四つの穴と整合された、部材３２Ａ、３４Ａの各々に形成した四つの穴から成っている。 図８において、これらの四つの穴は、符号１８０乃至１８６で示してあり、定着具で閉じられ、クランプ部材３２、３４を固定器部材に定着し、また、これら四つの穴は、定着具を備えずに示してあるが、実際に使用するときには、ボルト及びナット組合体のような定着具を含むことになる。
図９において、固定器２２と、整合した穴１８８、１９０を有するクランプ部材３２Ａの一端の断面図が示してあり、該穴が定着具を受け入れて、固定器２２及びクランプ部材３２Ａを共に保持する。 固定器及びクランプ部材を共に保持する定着具は、ボルト及びナット、機械ねじ、ばね偏倚式プランジャ、又はより迅速な接続を可能にするその他の任意の型式の装置とすることが出来る。 図９に最も良く示すように、クランプ部材は、固定器の一部の周りに適合可能に嵌まり得るように底部に形成された開放部分を備えている。
図１０において、摩擦トラック、又はプログラムを利用するが、図３、図５乃至図７の実施例のモードと著しく異なるモードにて、摩擦型プログラムを利用しない、別の実施例の制御モジュール３０Ｅが一部切り欠き部分平面図で示してある。
図３、図５乃至図７の実施例は、力に抗する摩擦ディスクを備えており、この摩擦力は、カム、カム従動子の機構の制御の下、ディスクの表面の摩擦を増すことによって制御される。 多数のディスクを有する実施例において、ディスクは、一方がその他方の下に位置するように配置され、また、該ディスクは、カム、カム従動子機構におけるカムとして、また、歯止め及びラチェット組合せ体のラチェット部材として機能するリフター・プレートを備えている。 動作方向に対応して、個々のディスクが別個のプログラム化した摩擦力を付与するようにした実施例において、該リフター・プレートは、対応する摩擦ディスクと協働作用可能なカム従動子又は駆動体を選択する。
図１０乃至図１４の実施例は、湾曲した二つの摩擦部分と協働してプログラムを提供する、カム、カム従動子機構におけるレバー機構を備えている。 該レバーは、動作方向に対応して動作に抗する抵抗力を制御するカム従動子及び摩擦部分を選択する。 このプログラム部分は、図３及び図５乃至図７の実施例におけるように、一方がその他方の下になるのではなくて、略同一の面に位置している。
図１０の実施例において、制御モジュール３０Ｅは、その主要部分として次のものを備えている。 即ち、（１）上方及び下方レバー組立体３２Ｅ、３４Ｅ、（２）調節ナット７０Ｅ、（３）摩擦部分２０８、２１０、（４）リフター・プレート９０Ｅ及びライザー・プレート２１６、２１８で形成されたカム、（５）レバー２１２、２１４で形成されたカム従動子、（６）カム従動子が乗り上げる面で形成されたプログラム６０Ｅ、６２Ｅである。
この構成によれば、（１）カム及びカム従動子は、レバー組立体３２Ｅ、３４Ｅの互いに関する方向に対応して、動作に抗する抵抗力を制御するプログラム（摩擦部分の一部）を選択し、（２）調節ナット７０Ｅは、基本的な抵抗力レベルを設定し、（３）カム従動子とプログラムとの協働により、伸長し又は屈曲する脚の位置に対応して抵抗力の変化の程度が設定される。
一方がその他方の下になる異なる面、又は一方がその他方の中に入り互いに同心状となる同一面において、ディスク上に平行な摩擦部分を有する実施例と異なり、一つの摩擦ディスクが使用され、図１０の実施例のレバー組立体と共に、カム、カム従動子、及びプログラム（摩擦ディスクの異なる部分は別個のプログラムを有する）によって、抵抗力が選択される。 図３及び図５乃至図７の実施例におけるように、特定の摩擦ディスクを選択することに代えて、レバー組立体３２Ｅ、３４Ｅが互いに関して動くことにより、レバーがその間に益々小さい角度を形成する屈曲方向に動くことに従い、又は、その間に益々大きい角度を形成する伸長方向に動くことにより、二つのカム及びカム従動子要素２１４、２１８、又は２１２、２１６の一方が選択される。 これら摩擦の選択の各々は、異なるプログラム６２Ｅ又は６０Ｅを有しており、このため、屈曲角度が伸長角度と相違するに伴い、摩擦力は増大する。
この目的のため、制御モジュール３０Ｅの主要部分は、図５乃至図７の実施例と同様の方法にて、ボルト７４Ｅの上で共に保持される。 図１１乃至図１４に関してより詳細に説明するように、リフター・プレートは、その動作方向に対応してライザー・プレート２１６又は２１８の一方を持ち上げる一方、該ライザー・プレートは、レバー２１２又は２１４の一方を持ち上げて、駆動体２１０の摩擦トラック内で且つその内部の摩擦プログラムに対する位置にする。 例えば、図１０には、リフター・傾斜路９１Ｅにより上方にカム動作され、レバーアーム２１２を上方に付勢してプログラム６０Ｅ及び摩擦駆動体２１０内に入れる、リフター・プレート２１６の一つが示してある。
図１１の分解図に最も良く示すように、レバー組立体３２Ｅ、３４Ｅが互いに関して回転するときの角度は、座金７１Ｅの底部に取り付けられた部材２０２であって、スロット２０６を通じて同様の部材（図１１に図示せず）に嵌まり得る位置に配置された当該部材２０２のような下方に伸長するポスト部材により、及びスロット２０４に嵌まる同様の部材により制限される。 スロットの長さに関してレバー組立体の回転量を制限するため、一つのスロットではなくて、二つの異なるスロットを使用することで釣合いがとれる。
レバー組立体３２Ａの下方には、その内部に摩擦プログラム・トラック６２Ｅ、６０Ｅ（図１１に図示せず）を有する環状ボス２２０（図１２に一層良く図示）がある。 摩擦プログラム・トラック６２Ｅ、６０Ｅは、レバー組立体３２Ｅ、３４Ｅ間の動作方向に対応して、それぞれ摩擦選択部分２００のレバー２１２、２１４の対応する部分を選択的に受け入れて、伸長及び屈曲時の組立体３４Ｅに関する組立体３２Ｅの移動に対するプログラム化した抵抗力を付与する。 ナット７０Ｅを締め付けることにより、上述の実施例の場合におけると同様の方法で、ボルト７４Ｅを中心とする全体的な摩擦力が制御される。 摩擦座金２０８は、スペーサとして環状部材２２０内に嵌まり、また、該座金は、中央穴２２４を備え、該中央穴は、レバー組立体３２Ｅの摩擦力選択部分２００、２２８に形成された穴２２６、及び較正座金７１Ｅ、ナット７０Ｅに形成された穴２３０、２３２と整合される。
摩擦力を付与するため、該摩擦力選択部分２００は、（１）環状部材２２０、レバー２１２、２１４及びリフター・プレート２１６、２１８に嵌まる摩擦駆動体２１０と、（２）リフター・プレート９０Ｅを有するカムとを備えている。 該リフター・プレート９０Ｅは、レバー組立体３４Ｅと共に動き得るように取り付けられ、該リフターが回転するとき、リフター及びレバー２１２、又は２１４を持ち上げて、摩擦トラックと係合させる。
カムの従動動作を付与すべく、駆動体２１０は、穴２２８と整合された中央穴２２６と、ボルト７４Ｅを受け入れ得るようにレバー２１２、２１４により形成され、該レバーと可動に嵌め得る寸法とされた穴とを備えている。 摩擦駆動体２１０は、底面を直径方向に横断して伸長する溝２３４をその底面に備えており、該溝は、レバー２１２、２１４の部分を受け入れて、該レバーとの整合状態を保つ。 該レバーアーム２１２は、ボルト７４Ｅのシャフトの半体に、及び一側部で上方に伸長する摩擦突起２４６を有する基部分２４４に外接し得るようにした半円形の穴２４２と、上方伸長突起部２５０、２５２とを備え、該突起部２５０、２５２は、該穴２４２の一側部の枢着点にて下方に伸長し且つ穴２４２の直径方向に対向する側部に設けられて溝２３４に嵌まる。 同様に、レバーアーム２１４は、本体部分２５４と、穴２４２と共に貫通穴を形成し得るようにボルト７４Ｅの軸を横断して途中に嵌まり得る寸法とした半円形の穴２５６とを備えており、ボルト７４Ｅの軸部が該貫通穴を貫通して伸長する。
この構成において、上方に伸長する突起部材２６０、２６２は、溝２３４内で突起部材２５０、２５２に隣接する位置に取り付けられ、また、下方に伸長する枢着バー２６４は、穴２５６の反対側部で枢着バー２８４から伸長している。 上方に伸長する摩擦部材２６６が、レバー組立体３２Ｅ内で、環状部材２２０のプログラム６２Ｅ（図１１には図示せず）に対して嵌まり、このため、該摩擦部材が所定位置に枢着されたとき、該部材は、動作に抗する抵抗力を制御する。
リフター・プレート２１６、２１８は、略半円形の断面形状をしており、共に、カムのリフター・プレート９０Ｅ上に静止し且つ該リフター・プレートと共に回転する完全なディスクを形成し、上述の実施例の場合と同様に、レバーアームが動く方向に応じて、リフター・プレートの表面に設けられたカム部材によって、上方又は下方に動かされる。 リフター・プレート２１８は、その係合面に、半円形の穴２７０を有する一方、リフター・プレート２１６は、半円形の穴２７２を備え、これらの穴は、リフター・プレート及び内側組立体３４Ｅの同様の寸法の穴２７４と整合されたシャフト７４Ｅの周りに適合可能に嵌まる円筒体と、レバー２１２、２１４の半円形の穴２５６、２４２により形成される円筒体とを備えている。
リフター・プレート２１６、２１８とレバー２１２、２１４とを協働させるため、下方に伸長する枢着バー２４８は、リフター・プレート２１８のスロット２８６に嵌まり、また、下方に伸長する枢着バー２６４は、リフター・プレート２１６に形成された同様の穴２７８に嵌まり、このため、レバー２１２に対する枢着バーは、ボルト７４Ｅに対する整合穴の一側部でリフター板２１８に取り付けられる一方、レバー２１４のレバーバー２４６は、ボルト７４Ｅの反対側部の同様の穴２７６に嵌入する。
この構成において、一方又はもう一方のリフター・プレートを上方にカム動作させてその対応するレバーを動かすことが出来る。 ディスクは相互にかみ合い、また、この目的のため、これらのディスクは、リフター・プレート２１８に形成された相互にかみ合う穴２９０、２９２と、リフター・プレート２１６に形成された穴２９４、２９６を備えており、これら二つのプレートは相互に係止して、上方又は下方への動きしか許容しない。
図１２に最も良く示すように、組立体３２Ｅは、ボルト７４Ｅ（図１２に図示せず）用の円形の穴２２８を有する下方に伸長する円筒体２２０を有し、該ボルトは、摩擦座金２０８（図１１）及び摩擦駆動体２１０（図１１）用の凹所部分が形成された円筒体により囲繞されている。 下方に伸長する円筒体２２０は、その外縁に凹状に形成されたプログラム・トラック６２Ｅ、６０Ｅを有しており、このため、リフター・プレートが対応するレバーを上方に持ち上げると、符号２６０、２６２で示す、レバー２１４の突起部材と、スロット２３４（図１１）内のレバー２１２（図１１）の突起部材２５２、２５０とがその対応する突起を動かして、摩擦トラック６０Ｅ、６２Ｅの選択した一つに係合させる。
このようにして、図１０に示すように、リフター・アーム２１８が上方に持ち上げられると、枢着バー２４８は、上方に動かされて、突起２４６をトラック６０Ｅ（図１２）内に入れ、また、リフター・プレート２１６が上方に動いて枢着バー２６４をその凹所２７８内で上方に動かすとき、突起部材２６０、２６２は固定されたままであり、レバーアーム２１４の上方に伸長する突起２６６は、プログラム面６２Ｅに対して動いて、摩擦力を制御する。
図１３において、中央孔２２６及び溝２３４を有する摩擦駆動体２１０の斜視図が示してある。 図１１に最も良く示すように、上方に伸長する突起部材２６２、２６０、２５２、２５０は、溝２３４に嵌入して、リフター・プレート９０Ｅの回転に伴って摩擦ディスク２１０及びリフター・プレート２１６、２１８と共に回転し、これにより、レバーの枢着バーと同一寸法の突起がこれらの部材を中心として回転するようにする。
図１４において、リフター・プレート２１６、２１８の斜視図が示してある。 この図に最も良く示すように、リフター・プレート２１６、２１８は共に嵌合して、円筒穴を形成し、その相互にかみ合う部分が相互に係止された状態にある。 底面はカム部材８２Ｅ、８４Ｅ、８０Ｅを備えており、カム部材は、リフター・プレート９０Ｅ（図１１）のカム部材９１Ｅ、９３Ｅ、９５Ｅと協働して、ハンドル部材の回転方向に対応して、対応するレバーを上方に持ち上げる。
図１１乃至図１４の実施例において、速度から独立的な単一面の双方向への動作に対するプログラム化した可変範囲の抵抗力が付与される。 この実施例は、図１及び図３乃至図１０の実施例の全ての機能を持っている。 この実施例は、二つの別個の機械的プログラムを使用することで、同時に、独立的な二方向への動作範囲に亙って可変の抵抗力を付与することが出来る。 この実施例は、寸法が新たに設定されているため、抵抗力プログラムの変更がより容易であり、また、固定器から突出する部分も少ない。
所定の抵抗力からの偏倚が少ないことに対応して、この実施例は、小径の二つの片ではなくて、摩擦材料で出来た一つの幅の広い片を使用する。
これで、この実施例は、両方向に（屈曲及び伸び）独立的に所定の全体的な抵抗力を変化させる二つの別個の動作範囲のプログラムを通じて抵抗力を付与することが出来る。 このことは、運動装置を装用している間に、閉動力学的チェーン運動を行うとき、ユーザは、所定の抵抗力パターンによる有利な利点を享受することが出来ることを意味する。 例えば、この装置を装用して閉動力学的チェーン運動を行う間、患者は、ゲートの「旋回」相において、膝を伸長させるときに適当な抵抗力を感じ、又、同一の膝におけるゲートの「ステップ・スルー」又は「押し出し」動作中、膝の屈曲させるときの適当な抵抗力を感じることが出来る。 また、プログラムでパターン化された抵抗力は、診療所ではなくて、患者の家で安全に保護され且つ適正な方法で関節の全体に付与することが出来る。 更に、両方向に変化する抵抗力を固定器に通して付与することにより、ユーザは、体重を支承する状況にて偏心状の収縮を増したり、少なくすることが出来る。
プログラムが装置内にあるため、プログラムを変更することは容易となる。 このことは、プログラムを変更する人にとって益々便利なことであり、また、使用中の装置の作動不良の原因となるプログラム変更後の組立てを間違う可能性が軽減されることを意味する。
装置が固定器から突出する程度が少ないため、患者は、装置を運動のためにだけ取り付ける場合と異なり、日常の歩行のためにこの固定器を使用することが可能となる。 このことは、患者が早期の歩行中に傾斜したプログラムを使用して、固定器に設定された動作範囲の停止点まで容易に動くことが可能となる。
図１５には、その主要部品として、調節ナット７０Ｆと、プログラム・ディスク６２Ｆ、６０Ｆと、内側及び外側リフター・プレート８０Ｆ、８２Ｆと、傾斜路９０Ｆと、内側レバー組立体３２Ｆと、外側レバー組立体３４Ｆとを備える制御モジュール３０Ｆのもう一つの実施例が示してある。 これらの部品は、上述の実施例にて説明した方法と同様の方法にて、シャフト、又はボルト７４Ｆの周りで上記の順序にて配置されている。 記録器とリフター・プレートとの間にウレタン・ディスク３００が配置されており、革製ディスク３０２が、外側レバー組立体３２Ｆ及び内側レバー組立体３４Ｆを隔離している。
図１６により明確に示すように、調節ナット７０Ｆは、大きく調節すべく他の構成要素に圧力を付与し得るように、シャフト、又はボルト７４Ｆに螺着されている。 環状ディスク３０４が調節ナット７０Ｆの周りで回転可能であり且つ該調節ナットと同心状であり、該調節ナット及びダイヤル３０４の双方がその上面に標識を有している。
この構成において、ナット７０Ｆは、その最大限界点まで締め付けることが出来、また、ダイヤル３０４は持ち上げて、ダイヤル３０４の外周に沿って周方向に等間隔で配置された下方に伸長するポスト３０８を持ち上げて、外側記録器６０Ｆに形成された、対応する数にて等間隔に周方向に離間した開孔３０６との係合から解除する。 持ち上げられる間に零標識が整合され、次に、ダイヤルが記録器に係合したままで、ナットは、零位置から所定の調節力まで緩めることが出来る。 ダイヤルとナットとの間の標識は、調節ナットの緩み程度を表示し、このため、プログラム摩擦ディスクと記録器との間の一定量の圧力が表示される。
動作に対するプログラム化された抵抗力を付与するため、シャフト又はボルト７０Ｆは、内側レバー組立体３４Ｆと回転可能に定着されており、該シャフト又はボルトが、その最上端に楕円形断面部分３１０を有する、一部、平坦とした部分を形成する切欠き部分を備えている。 内側記録器のディスク、及びポリウレタン・ディスク３００に形成された開孔は、楕円形であり、円筒状シャフトの一部を除去することにより形成されたシャフト７４Ｆの頂部の対応する楕円形部分に係合し、これにより、シャフト及び内側レバーと共に動く。 内側及び外側記録器は、テーパーの異なる面を有し、異なる厚さを提供し、また、シャフトに沿って上下に移動自在であり、互いに関して回転し且つこれらのテーパー付き部分の下方に位置する面に対し異なる程度の摩擦力を提供する。
指状体により相互に検出された外側記録器６０Ｆ、又は内側記録器６２Ｆの何れか一方を摩擦動作させるため、該内側レバー組立体が下方に伸長するポスト３１０をその穴３１２内に受け入れるから、内側レバー組立体３２Ｆ（図１１）が傾斜路部材９０Ｆと共に回転可能に取り付けられており、又、前の実施例と同様の方法にて内側レバー組立体３２Ｆがディスク３１２により分離されるから、内側レバー組立体３２Ｆが内側レバー組立体３４Ｆ（図１６）に関して移動する。 ハンドル傾斜路９０Ｆは、内側リフター・プレート８０Ｆ及び外側リフター・プレート８２Ｆに係合した、周方向に離間した複数の傾斜路部材９１Ｆ、９３Ｆ、９５Ｆ、９７Ｆ、９９Ｆ、１０１Ｆを備えている。 これらのリフター・プレートは、その底面に傾斜路を備えており、該傾斜路が傾斜路９０Ｆに選択可能に係合して、リフター・プレート８０Ｆの底部と傾斜路板９０Ｆとの間のかみ合い面の方向に対応して、内側リフター・プレート、又は外側リフター・プレートを持ち上げる。
外側プレート８０Ｆが一方向に持ち上げられると、リフター・プレートが外側組立体３２Ｆと共に回転するとき、ポリウレタン・ディスク３００が該ディスクと外側記録器６０Ｆとの間で押し付けられて、摩擦力を発生させる。 同様に、内側リフター・プレートが持ち上げられた場合、該リフター・プレートがウレタン・ディスク３１２を更に内方に押して且つ内側プログラム６２Ｆに対して更に押し、そのため、リフター・プレート８０Ｆ及び内側記憶器６２Ｆのそれぞれの一つを支承しつつ、組立体３２Ｆ、３４Ｆが互いに関して移動する。
このように、傾斜路板９０Ｆの傾斜路が外側リフター・プレート８０Ｆ、又は内側リフター・プレート８２Ｆの何れかに係合して、該プレートを移動させる一方、もう一方のプレートは、ポリウレタン・ディスク３００に関して移動せず、また、下方ハンドル３２Ｆと共に移動する内側プログラム・ディスク６０Ｆ及び外側プログラム・ディスク６２Ｆのそれぞれの一つに関して移動せず、シャフト又はボルト７４Ｆの頂部にて楕円形の断面部分３１０により拘束される。
図１７には、常にシャフト又は、ボルト７４Ｆ（図１６）の楕円形部分３１０（図１６）と係合している略楕円形部分３１６を示す内側プログラム・ディスク又は記録器６２Ｆの平面図が示してある。 内方に伸長する穴３１８は、以下に説明する方法にて、外側プログラム・ディスク、又は記録器６０Ｆ（図１６）に係合してこれらを動かす働きをする。
図１８に最も良く示すように、内側プログラム・ディスク、又は記録器６２Ｆは、符号３２０Ｆで示すような凸状部分と、凹状部分３２２Ｆとを備えており、このため、内側リフター・プレート８２Ｆ（図１８に図示せず）に関して回転するとき、典型的に遅い速度から開始して、ピーク値まで増して、次に減速するように摩擦力が変化する、制御可能なプログラムを提供する。 このプログラムは、容易に変更可能であり、肢体が伸長する間に適正な運動を為し得るように、療法士の選択により作成することが出来る。
図１９には、外側プログラム・リング６０Ｆの平面図が示してあり、該プログラム・リングは、内側プログラム・ディスク６２Ｆ（図１７）に形成された半径方向に伸長する切欠き３１８（図１７）に係合し得るようにした、内方に伸長する部材３２４を有する部分のような環状リングを備えている。 この構成により、外側プログラムが内側プログラム・ディスクと共に回転し、該内側プログラム・ディスクは、シャフト、又はボルト７４の頂部と共に回転するから、外側プログラム・ディスクが、内側レバー組立体３４Ｆ（図１６）と共に回転する。
図２０に最も良く図示するように、外側プログラム・ディスク、又は記録器６０Ｆは、符号３２８で示すような凸状部分と、符号３３０で示すような凹状部分とを有する凹凸面を備えており、該これら応答部分は、内側プログラム・ディスクの場合のように、数千分の１インチだけ異なり、脚の屈曲中に、外側プログラムディスクを選択したとき、圧力を変化させる。 リフター板、傾斜路、内側プログラム及び外側プログラムは、内側プログラムのディスクが屈曲を制御し、外側プログラムが伸びを制御し得るように、逆の配置としてもよい。 同様に、プログラムは、上面に記録する必要がなく、下面に記録したり、また、協働する部材に係合し得るように上下動する円錐形面に記録するようにしてもよい。
図２１には、同様に、以下に説明する方法にて、内側リフター・プレートから持ち上げることの出来る、内方に伸長する部材を備える外側リフター・プレート８０Ｆの平面図が示してある。 図２２の平面図に最も良く示すように、リフター・プレートは、その上面に形成されて、傾斜路板９０Ｆ（図２５）に係合し得るようにした傾斜路３５２、３５４、３５６のような傾斜路を備えている。 リフター・プレートの底面には、ウレタン・ディスク３００に係合し得るようにした複数の凸状突起３６０が設けられている。 好適な実施例において、屈曲状態である時計方向又は反時計方向の一方に傾斜路板９０Ｆが回転されると、外側リフター・プレートは、上昇して、傾斜路板９０Ｆが、該リフター・プレートに関して動くのを許容する。 このように、一方向への動作により、ウレタン層３００に摩擦力及び圧力が付与される一方、その反対方向に動くときは、これらの摩擦力及び圧力は加えられない。
図２３には、シャフト又はボルト７４Ｆを受け入れて、該シャフト、又はボルトに関して回転し得るようにした内側円形孔３５８を有する内側リフター・プレート８２Ｆの平面図が示してあり、該内側リフター・プレートは、その外面に穴３６０、３６２、３６４を有し、これらの穴は、外側部材が持ち上げられて分離しない限り、内方に伸長する部材３５０、３５２、３５６に係合して、外側部材を回転させる。
図２４に最も良く図示するように、内側リフター・プレートは、ハンドル傾斜路９０Ｆに係合し得るように、上方に伸長する複数の傾斜路３７０、３７２、３７４と、ウレタン・ディスク３００に係合し得るように下方に伸長する複数の突起３８０、３８２、３８４とを備えている。 これらの突起は、内側リングが動作する間にウレタン層３００に圧力を加えて、選択的に所定の圧力を生じさせる。
図１５乃至図２４の実施例において、単一面の双方向可変範囲の動作に対する速度から独立的なプログラム化した抵抗力が提供される。 この実施例は、図３及び図１０乃至図１４の実施例の特徴を持っているが、また、新たにハンドルが設けられているため、より安定性に優れ、また、該ハンドルは安全性をより確実なものとする。 これらのハンドルは、身体の他の部分との妨害がはるかに軽減された状態で動かされる。 これにより、より小型であり、突出する部分の少ない装置となり、より広範囲への適用が可能となる。 装置は、その他の関節に適用することが可能である。 取り付け機構は、患者へのより迅速な取り付け及びより容易な適用を可能にする。
この装置には、幾つかの有利な点がある。 例えば、両方のハンドルが、固定器に隣接しており、このため、装置の固定器への取り付けが、一層、安定化する。 患者は、一方向から別の方向に変更するとき、「遊び」が少ないという利点が得られる。 更に、プログラムが装置内にあるため、該プログラムの変更が容易である。 このことは、プログラムを変更する人にとって益々、便利なことであり、また、使用中の装置の作動不良の原因となる、プログラム変更後の組み立ての間違いが軽減されることを意味する。 内側及び外側摩擦制御装置のため、装置は、より安定化する。 半円ではなくて、完全な円にて摩擦制御するように変更することにより、装置は、従来のように180°の円弧に沿ってではなく、完全な360°の円に沿って力を配分する。 このため、所定のプログラムからの偏倚を軽減することにより、装置は、一層、安定化することが可能となる。 患者にとって、このことは、損傷の可能性のある、推奨されるプログラムからの逸脱が生じないことを意味する。
図２５には、シャフト７４Ｆ（図１６）、内円にて形成された周方向に離間した複数の傾斜路９１Ｆ、９３Ｆ、９５Ｆ、９７Ｆ、９９Ｆ、１０１Ｆ、及び外円にて形成された複数の傾斜路１０３Ｆ、１０５Ｆ、１０７Ｆ、１０９Ｆ、１１１Ｆ、１１３Ｆを受け入れる中央開口部３７０を有する傾斜路ディスク９０Ｆの平面図が示されており、内円にて形成された傾斜路は、外円に形成された傾斜路の反対方向を向いており、このため、外円に形成された傾斜路は、外側リフター・プレート８０Ｆを持ち上げ、内円に形成された傾斜路は、内側プレート８２Ｆに形成された傾斜路に係合する。 図２６に最も良く示すように、ハンドル傾斜路９０Ｆは、図２６に示した複数のポスト３７０、３７２により、外側ハンドル３２Ｆに取り付けられている。 これらのポストは、外側ハンドル組立体３２Ｆに周方向に離間して形成された同様の穴に係合して、外側ハンドル組立体及び傾斜路ディスク９０Ｆが共に動く。
この構成において、ハンドル及び傾斜路ディスク９０Ｆを共に一方向に回転させることにより、傾斜路９７Ｆは、内側リフター・プレート８２Ｆに係合し、また、これらのプレートが相互に係止されているため、内側プレート及び外側プレートを共に駆動する。 しかしながら、これにより、外側リフター・プレートは、内側傾斜路が駆動可能に係合すると同時に外側傾斜路に上方に乗り上げるから、内側プレートは持ち上げられず、外側リフターが持ち上げられる。
図２７には、図２５の断面図が示してある。 即ち、（１）傾斜路９７Ｆを傾斜路の内側リング内に位置決めし、また、傾斜路１０９Ｆを傾斜路の外側リング内に位置決めする状態、（２）傾斜路の外側リングにおける符号３７６Ｆで示すような勾配、及び傾斜路の内側リングにおける勾配３７８Ｆの差、（３）各傾斜路の頂部における平坦部分が示してある。 この構造体により、リフター・プレートは、傾斜路に乗り上げ、次に、安定位置に停止し、この位置にて、その傾斜路が安定的な平坦な部分にある内側又は外側リフター・プレートのもう一方によって保持されて、下方位置に駆動される。
図２８には図１５乃至図２７の実施例と同様の制御モジュール３０Ｇの別の実施例の一部分、分解図とした断面図が示してあり、この実施例は、その主要部品として、内側及び外側レバー組立体３２Ｇ、３４Ｇと、中央に配置された、相嵌合する二つのボルト又はシャフト４４Ｇ、４７Ｇと、ディスク４５Ｇを分離させるレバーと、第一及び第二の調節ナット７０Ｇ、７１Ｇと、第一及び第二のプログラム・ディスク６０Ｇ、６２Ｇと、第一及び第二のリーダ・プレート６３Ｇ、６５Ｇと、第一及び第二のリフター・プレートと、基部とを備えている。 第一のカムは、リフター基部８２Ｇと、リフター・プレート６１０Ｇとを備える一方、第二のカムは、リフター基部８１Ｇと、リフター・プレート６１２Ｇとを備えている。
カム及びカム従動子をともに保持し且つその動作を制御するため、ボルト４４Ｇ、４７Ｇ、及び対応するハウジング６２０Ｇ、６２１Ｇが協働する。 外側レバー組立体３４Ｇは、内側ハウジング６２０Ｇからポストに係合し得るようにその底部に形成された四つ穴６２３Ｇ（図２８には図示せず）を有している。 回転する要素間の基部分の摩擦は、調節ナット７１Ｇ、７０Ｇにより設定され、その少なくとも一つがボルト４４Ｇ、４７Ｇに螺着可能である。 プログラム・ディスク６０Ｇ、６２Ｇは、ボルト４４Ｇ、４７Ｇ、レバー組立体３２Ｇ、カムリフター・プレート８２Ｇ、８１Ｇ、リフター・プレート６１０Ｇ、６１２Ｇと共に回転する。 リーダプレート６０８Ｇ、６０９Ｇは、ハウジング６２０Ｇ、６２４Ｇ、及び外側レバー組立体３４Ｇと共に回転する。 これにより、リフター・プレートが係合し、レバー組立体が互いに関して動くとき、摩擦板３１３、３１０に摩擦力が加わる。
この構成により、プログラム・ディスク、又は摩擦ディスクは、リーダ・プログラムに係合するリフター・プレート（カム）及びリフター・プレート（カム従動子部材）と共に、一方が他方の下にある状態にて配置される。 レバーが一方向に動くとき、下方組みのリフター・プレートのような組みのプレートが係合し、また、その反対方向に動くとき、もう一方の組みのリフター・プレートが係合する。 プログラム・ディスクは、容易に挿入し得るようにハウジングの内部に便宜に取り付けられている。 ディスク３１２Ｇ、３１０（図１６）は、ポリウレタン製の部材とし、また、制御された摩擦力の付与を許容する別の材料で形成してもよい。
図２８の実施例において、ハウジングは、（１）ハウジングのカプラー６２２と、（２）図２８に示すように共に螺合するか、又は共にスナップ嵌めすることの出来る外側ハウジング６２４という、二つの部分から成っており、その中央位置にてこれら二つの部分を含むように分割されている。
ボルト４４Ｇ、４７Ｇは、制御モジュールの中心付近にて、その一方がその他方の内部に嵌入し得るようにしてある。 二つの調節ナット７１Ｇ、７０Ｇは、ハウジングが開放する箇所である外面に配置されている。 モジュールの二つの部分が分離しているとき、調節ナットは、個々に調節して、各ハウジング半体及びプログラム・ディスク６０Ｇ、６２Ｇ上で摩擦力を設定するようにし、また、ナットは、容易に交換可能であるようにしてある。 更に、一方向のみへの力が所望であるならば、頂部分は、省略しても差し支えない。
この実施例において、モジュールの二つの部分は、その部分の配列順序が互いに逆であり、このため、二組みのリフター基部、リフター・プレート、プログラム・ディスク及び調節ナットは、一方がその他方の逆に配置されている。 このことは、製造を簡略化するが、より重要なことは、調節ナットに対する回転止め部分、又はねじ山を有する二つのハウジングを分離させて、別個のプログラム・ディスクの較正が迅速に行い且つ挿入を容易に行うことが可能となる点である。 プログラム・ディスクの挿入を容易にすべく、プログラム・ディスクは、二つの部分の各々にて調節ナットの隣りに配置し、また、モジュールの部分の各々が屈曲及び伸長方向の内、別の一方向への動作に対する抵抗力を制御する。
リフター・プレート８２Ｇを平面図で示す点を除いて、底部の分解斜視図である図２９により明確に示すように、調節ナット７０Ｇは、シャフト、又はボルト４４Ｇに螺着される一方、調節ナット７１Ｇは、上方部分及び下方部分のシャフト、又はボルト４７Ｇに螺着されて、大きい較正調節として、他の要素に圧力を加えることを可能にする。 シャフト、又はボルト４４Ｇは、二つのボルトを係合させ且つ共に回転させる雄型の平行六面体部分を受け入れる雌型スロットを有する。 ナットは、二つの部分を個々に較正することを許容し、プログラム・ディスク６２Ｇ、６０Ｇのようなハウジング又は他方の部材に設けられた標識と協働する標識を有している。
ディスク６２Ｇ、６０Ｇは、ナット７１Ｇ、７０Ｇの部分をそれぞれ受け入れて、これらの部分を所定位置に係止する穴を有する一方、ディスク６２Ｇ、６０Ｇは、ボルト４７Ｇ、４４Ｇの同様の形状の部分をそれぞれ受け入れる細長いスロットを有しており、これらのディスク６２Ｇ、６０Ｇはそのボルトと共に回転する。 調節ナット７０Ｇ、７１Ｇ及びダイアルは、共にその位置を表示する標識をその上面に有している。
この配置により、ナット７０Ｇ、７１Ｇはその最大限度まで締め付け、次に、緩めて、対応する下方に伸長する止め具３０８、３０９を非係合状態にし、記録器ディスクの外周に沿って等間隔で周方向に配置された穴に入れる。 代替例において、等間隔で周方向に配置されたこれらの穴は、図１６乃至図２５の実施例に符号３０８で示した対応するダイアル３０４に形成してもよく、このダイアルは、回転自在であり、また、対応する記録器、又はプログラム・ディスク６２Ｇ、６０Ｇではなくて、ナットから部品をその内部に挿入することで、固定可能である。 かかるダイアル３０４（図１６）が持ち上げられている間、零標識を整合させ、次に、ダイアルが依然として記録器に係合している状態のとき、ナットは、零位置から所定の調節力に緩めることが出来る。 ダイアルとナットとの間の標識は、調節ナットの緩み程度を表示し、従って、摩擦ディスクと記録器、又はプログラム・ディスクとの間の所定の圧力の程度を表示する。
動作に抗するプログラム化した抵抗力を付与するためには、シャフト、又はボルト４４Ｇ及び／又は４７Ｇは、内側レバー組立体３２Ｇと共に回転可能に定着し、また、これらのボルト等は、略楕円形の断面を形成し得るように平坦な側部を有する切欠き部分をその上端に備えている。 プログラム・ディスク６０Ｇ、６２Ｇ及びリフター基部８２Ｇ、８１Ｇに形成された穴は、平坦な側部を有する略楕円形の側部を有し、対応するシャフト４７Ｇ、４４Ｇの頂部にて略楕円形の部分（平坦な側部分）上に静止している。 内側及び外側記録器、又はプログラム・ディスク６２Ｇ、６０Ｇは、テーパーの異なる面を有して厚さが異なり、その他の点では、楕円形部分上で上下動して、その結果、互いに回転し、これらのテーパー付き面の下方に位置する表面に対して異なる程度の摩擦力を付与する。
リフター・プレート６１０Ｇ、６１２Ｇの各々は、周方向に離間された異なる複数の傾斜路部材（３５０、３５２、３５４、３５６、３５８、３６０は、板６１０Ｇ上に示してある）を備えており、これらの傾斜路部材は、リフター基部８１Ｇ、８２Ｇ（リフター基部８２Ｇは、斜視図上面から示してある）の傾斜路（９１Ｇ乃至１０１Ｇは、リフター基部８２Ｇに示してある）に係合し得るように配置されている。 これらのリフター・プレートは、リフター基部の穴３１３に入る部分３１１を有している。 これらのポストは、リフター・プレートがリフター基部に関して回転するのを防止して、傾斜路を係合した状態に保つ。 この回転が為されると、リフター・プレートは、傾斜路９１Ｇ−１０１Ｇに沿って移動する傾斜路３５０−３６０により持ち上げられる。
外側リフター・プレート６１２Ｇが一方向に持ち上げられると、ポリウレタン製ディスク３１０は、ディスクと外側リーダ６０９Ｇとの間に押し付けられて、リフター・プレートがレバー外側組立体３２Ｇと共に回転し、また、リーダがレバー組立体３４Ｇと間に回転するときに、摩擦力を生じさせる。 同様に、内側リフター・プレート６１０Ｇが持ち上げられると、該リフター・プレートは、内側リーダ６０８Ｇと反対側にてウレタン製ディスク３１２に押し付けられ、このため、レバー組立体３２Ｇ、３４Ｇは、ウレタン製の摩擦ディスクに関して動く。 このように、外側リフター・プレート６１２Ｇ、又は内側リフター・プレート６１０Ｇの何れか一方には、リフター・プレートの基部に設けられた傾斜路が係合して該リフター・プレートを動かす一方、そのもう一方は、ポリウレタン製ディスク３００、３１２のそれぞれ一方に関して静止している。 内側プログラム・ディスク６０Ｇ及び外側プログラム・ディスク６２Ｇのそれぞれの一方は、下方ハンドル３２Ｇと共に回転する。
図３０には、対応するシャフト又はボルト４４Ｇ、或いはボルト４７Ｇ（図３０に図示せず）の相補的な略楕円形部分と常時、係合している略平坦な側部を有する楕円形部分３１６が示してある。
図３１に最も良く示すように、内側プログラム・ディスク、又は記録器６２Ｇは凸状の傾斜路部分、及び凹状部分という二列の部分を備えており、図面には、その凸状部分３２０Ｇが示してあり、このため、該凸状部分がリフター・プレート８２Ｇ、８１Ｇ（図３１に図示せず）に関して回転するとき、典型的に、小さく開始して、ピーク値に増大し、次に、減少するように摩擦力が変化する制御可能なプログラムを提供する。 このプログラムは、容易に変更可能であり、肢体が伸長する間に、適当な運動の変更のため、療法士の選択により作成することが出来る。 各プログラム・ディスクには、例えば、符号３２１Ｇで示すような、張力を保つための三つの板ばねが設けられている。
図３２には、図２９の外側リフター・プレート８１Ｇの平面図が示してあり、この外側リフター・プレートは、また、以下に説明する方法にて分離し且つリフター基部８１Ｇ（図３４及び図３５）から離れて、内方に伸長することの出来る部材を備えている。 図３３の平面図に最も良く示すように、該リフター・プレート（６１２Ｇ又は６１０Ｇ）は、その上面に傾斜路３５２、３５３、３５４、３５５、３５６のような傾斜路を備えており、これらの傾斜路は、リフター・プレート基部８１Ｇ（図３４）上に形成された対応する傾斜路に係合し得るようにしてある。
好適な実施例において屈曲方向である時計方向、又は反時計方向の何れか一方に傾斜路板が回転すると、リフター・プレート６１２Ｇは、リフター基部８１Ｇの方向に下降し、又は、移動して、また、その反対方向に回転すると、リフター・プレート６１２Ｇは、上方に乗り上げて、リフター基部８１Ｇの上方に亙って動くのを許容し、リーダ板６０９Ｇがポリエチレン製ディスク３１０（図２９）に圧力を加えることを可能にする。 このようにして、一方向への動作時、ウレタン層３１０に摩擦及び圧力が加わり、その反対方向に回転するときは、摩擦及び圧力は加えられない。 その他の部分において、傾斜路は、リフター・ディスク６１０Ｇ上で反転されて、同様の方向でその反対方向に回転する。
図３４には、平面図が示してある一方、図３５には、シャフト７４Ｇ（図１６）及び周方向に離間した複数の傾斜路９１Ｆ、９３Ｆ、９５Ｆ、９７Ｆ、９９Ｆ、１０１Ｆ、１０３Ｆ、１０５Ｆ、１０７Ｆ、１０９Ｆ、１１１Ｆ、１１３Ｆ（図３４）を受け入れる中央穴３７０を有するリフター基部８１Ｇの平面図が示してある。 この構成の場合、基部傾斜路ディスク８１Ｇが共に一方向に回転すると、傾斜路９１Ｆ乃至１１３Ｆは、内側リフター・プレート６１２Ｇ（図２９）に係合して、これにより、リフター・プレートを上方に持ち上げてウレタン製ディスク３１２に入れる。
図３６には、図３４の線３６−３６に沿って、（１）傾斜路の位置、（２）符号１０４Ｃで示すような異なる勾配、（３）各傾斜路の底部における平坦部分３７６の断面図が示してある。 この構造体において、リフター・プレートは、傾斜路に乗り上げ、次に、安定部分で停止し、その安定的な平坦部分にて傾斜路の内側又は外側リングの何れか一方により保持され、高方位置又は下方位置の何れか一方に付勢される。
図３７及び図３８には、ボルト４７Ｇ（図２８）を中央穴に受け入れ得るようにした上方ハウジング部材６２４（図２９）の左側平面図及び右側平面図に（１）リーダ板６０９Ｇ（図４０）から突起７０１乃至７０４を受け入れるための内側切欠き、（２）ハウジング６２２（図２９）の外側切欠き７０８に適合し得るようにした切欠き７０Ｇが示してある。 図３９及び図４０に示すように、リーダ板６０９Ｇ、６０８Ｇの各々は、四つの異なる耳状体７０１乃至７０４を有しており、これらの耳状体は、ハウジング６２４に形成された内側切欠き７０１乃至７０４に係合して、該切欠きにより回転しないように保持される。 ローラ８００、８０１、８０２、８０３は、外側トラック、及び内側トラックのプログラムの凹凸部分３２０Ｇ、３２１Ｇ（図３０及び図３１）に乗り上げ、これにより、ローラ板の後部を付勢して、ポリウレタン製ディスク３１０、３１２をリフター・プレート６１０、６１２に押し付けて、リフター基部プレート８１Ｇ、８０Ｇが動くときプログラム化して動作させる。 内側及び外側トラック３２０Ｇ乃至３２１Ｇ（図３０及び図３１）は、ロッター８００乃至８０３に対面し、そのロッターのうちの二つ（８００及び８０２）は、外側トラック３２０Ｇと整合し、又、他の二つ（８０１、８０３）は、内側トラック３２３Ｇと整合されている。 その一方がプログラム・ディスク６０Ｇ（図１６）から切り欠いた状態で示した二つのプラスチック製ディスク３００、及びもう一方のディスク６２Ｇは、四つのローラを覆い、また、これらのローラに隣接するプラスチック製ディスクの張力を絶縁することを許容するスロットを備えている。 これら二つのローラ及び二つのトラックは、伸長及び屈曲といった別個の四方への動きが可能である。
図４１及び図４２には、対応する雌ねじ付き穴８０６、８０８を有する平坦な張力調節ナット７０Ｇ、７１Ｇの一方の側面図及び平面図が示してある。 これらのナットは、その端部４７Ｇ、４４Ｇ（図２８）にかみ合い且つ係合する相補的なスロット及び楔部分を有している。 図４３に最も良く示すように、これらのボルト４７Ｇ、４４Ｇは、係合してボルト同士を係止する、相互に係合する部分９００、９０２を有する一方、制御モジュールの頂部及び底部分を引き離して分離させることを許容する。 かみ合うカバー９０１は、図４４及び図４５にそれぞれ平面図、及び断面図で示してある。 雄ねじが個々の調節ナットを受け入れることにより、摩擦力を制御することを可能にする。 一方の側部しか使用しない場合には、二つの部分を閉じるため図３３および図４５の別個のカバーを使用することが出来る。 カバー９０１は、図３７および図３８の底部分の対応する部品に適合する切欠き９０５によって分離された、下方に伸長する回転止め９０３を有している。
図４６には、固定器の右側部分および左側部分を共に係止する、例えば、脛骨支持体としてよい二つの側部支持体９０４を有する、本発明による固定器の部分斜視図が示してある。 この目的のため、二つの側部を有する支持体９０４は、相互に係止する剛性な固定器部分９０６と、クッション部分９０８とを備えている。 該固定器部分９０６は右側部分９１２Ａ及び左側部分９１２Ｂを互いに関して所定位置に保持する一方、クッション部分９０８は、脛骨、又は他の身体部分を所定位置に保つ。 剛性部分９０６は、中央に設けられた可調節ロック９１０と、脚の固定器に係止するための側部９１２Ａ、９１２Ｂに対する対応する定着具とを備えている。 クッション部分は、脚に対してきつく引き付ける得るように調節可能である。
図４７に最も良く示すように、係止部分９１０は、支持体の側部９１８に形成された一連の穴９１６の任意のものに嵌まるピン９１４を備えている。 ピン９１４を受け入れる整合した穴９１６を選択することで、剛性な固定器部分９０６（図４６）の頂部分の長さが決める。 クッションは、穴９２２、９２４の別の一つの穴を貫通し且つ固定器の頂部の上方を互って伸長する他端を有し、ベルクロ９２６、９２８にて、それぞれ定着されている。 図４８乃至図５１に最も良く示すように、側部９１８、９２０は、（１）共に便宜に摺動し得るように穴を有する、相互に係合する頂部分と、（２）クッション９０８（図４７）に対するベルクロ・フック・ループ締結具の一部とを備えている。
図２５乃至図５１の実施例は単一面の双方向性の可変範囲の動作を提供し、また、図３及び図１０乃至図１４の実施例の機能を持った、速度から独立的な予めプログラム化した抵抗力とを提供し、この実施例は、更に、次のことを特徴とする。 即ち、（１）新たな材料及び寸法の採用に伴って全体的な重量が軽減されること、（２）上方への抵抗力を増大させることが可能であること、（３）より大きい表面積の摩擦パッドの使用により完全に係合する確実性が増すこと、（４）屈曲又は伸長システムの構成要素が分離しているシステムとなり、屈曲又は伸長の一方のときにのみユーザが抵抗力プログラムを使用して運動を行うことを可能にすること、（５）システムの寸法及び重量が軽減されることである。
また、新たな材料および寸法の摩擦パットの使用によって、（１）より表面積が大きく、上方への抵抗力が大となること、（２）上方への抵抗力が増すこと、（３）より大きい表面積の摩擦パッドの使用により、完全に係合する確実性が増すこと、（４）屈曲及び伸長システムの構成部品が分離しているシステムとなり、これにより、屈曲及び伸長時の双方にのとき、屈曲のみのとき、又は、伸長時のときにのみ、ユーザが抵抗プログラムを使用して運動することが可能となること、また、（５）システムの寸法及び重量が軽減されるという利点がある。
より表面積の大きい摩擦パッドの使用により、上方への抵抗力が増し、また、完全に係合する確実性が増す。 このことは、必要なときに、患者が確実なレベルで、またより大きいレベルで運動することを可能にする。 また、このことは、装置の有効な治療寿命を引き延ばすことになる。 屈曲及び伸長システムの構成部品は分離している。 このことは、ユーザが一方向に又は両方向に運動可能であることを意味する。 例えば、後方十字形靭帯の再生を行った患者の手術後のリハビリ期間中、臨床医は、最初の６乃至９週間のリハビリ期間中、屈曲側しか使用出来ない。 臨床医が安全であると判断するならば、伸長側を追加するか、又は、屈曲側と完全に交換出来る。 屈曲側又は伸長側のみを使用することにより、装置の寸法及び重量が軽減され、使用中の一層の効率化が図れる。
図５２には、シャフト又はボルト７４Ｈ、内側レバー３４Ｈ、中央摩擦ディスク３８０Ｈ、上方ハンドル組立体３２Ｈ、電子プログラム・モジュール３８２Ｈを有する、別の制御モジュール３０Ｈの斜視図が示してある。 この実施例において、摩擦ディスク３８０Ｈは、下方ハンドル組立体３４Ｈに確実に取り付けられ且つ電気的に持続されており、上方ハンドル組立体３２Ｈに関して回転し、また該上方ハンドル組立体３２Ｈと電気的に間欠的に接続されて、電気プログラミング部分３８２Ｈと摩擦組立体とを電気的に接続し、また、該摩擦組立体は、上方及び下方ハンドル組立体と、この機構に対する摩擦ディスク３８０Ｈとを備えており、ハンドル組立体と摩擦ディスクとの間の圧力は、屈曲及び伸長中、プログラム部分３８２Ｈによって制御される。 摩擦ディスクは、ある実施例にように、独立したディスクではなくて、内側又は外側ハンドルの一部とすることも可能である。
この実施例において、シャフト又はボルト７４Ｈは、内側ハンドル組立体３４Ｈ、摩擦ディスク３８０Ｈ、及び外側ハンドル組立体３２Ｈに形成された整合穴３８４、３８６Ｈ、３８８を通じて螺着され、そのユニットを共に保持する。 電子プログラム制御装置３８２Ｈは、上方ハンドル組立体３２Ｈと共に回転し得るように定着され且つ該上方ハンドル組立体３２Ｈと電気的に接続されている。
一つの実施例において、下方ハンドル組立体３４Ｈは、磁性があり且つ可変の磁力によって内方に引張り得るようにした表面３８５Ｈを備えている。 外側の導電性バンド３８７は、摩擦ディスク３８０Ｈの電気的部分と選択的に係合し得るようにされており、互いに周方向に離間され且つ摩擦ディスク３８０Ｈの下方に位置する複数の穴３９８Ｈが貫通する導体と接続して導電路を形成し、この導電路は、通常、ディスク３８０Ｈを貫通して頂部から底部まで伸長する全ての導体を相互に接続している。 別の実施例において、モータ４２６は、ボルト７４Ｈをその出力シャフトに係合させて、該ボルトをボール・スクリューの方法で駆動し、また、下方板、又は内側板は、その中央穴に形成された、協働するねじ部分を有し、このねじ部分は、ボール・スクリュー及びナットの方法でボルトのねじ部分に係合し、モータの回転に伴って二つのレバーを互いに離れる方向に且つ接近する方向に動かす。
摩擦力を発生させるとき、摩擦ディスク３８０Ｈと協働するため、上方組立体３２Ｈは、その外周に沿って離間された複数の導体４００Ｈを備えており、これらの導体は、摩擦ディスク３８０Ｈの表面を貫通して伸長する導体の異なる一つに電気的に接触し得るようにされている。 その底面の外周は、摩擦ディスク３８０Ｈの上面に係合する。 周方向導体４００Ｈは、電気制御モジュール３８２Ｈに電気的に接続され且つ離間されており、このため、これらの導体は、摩擦ディスク３８０Ｈを貫通して伸長する導体４０２Ｈのリングと電気的に接続され、該導体４０２Ｈは、底部組立体３４Ｈに設けられた導電性バンド３８６Ｈに接続し且つ該バンドにより励起される。 この構成において、導体４００Ｈの特定の一つに印加されるクロック・パルスは、下方組立体内の導電性バンドを励起して、タイミング・パルスを発生させ、このタイミング・パルスは、電子制御盤３８２Ｈによりクロックパルスが印加される時間、及び外側及び内側レバー組立体３２Ｈ、３４Ｈ間の間隔による影響を受ける。
電子圧力制御モジュール３８２Ｈは、その下面にて強力な磁石コイルに電気に接続されており、この磁石コイルは、下方レバー組立体３４Ｈの磁石部分３８２Ｈを引き寄せて、これにより、コンピュータ・モジュールによってそのコイルを通じて送られる電流に応じて、その増大し、又は二つの減少する力により二つの組立体３２Ｈ、３４Ｈを共に引き寄せる機能を持っている。 このようにして、この電子圧力制御モジュールは、屈曲及び伸長動作に対する摩擦力及び抵抗力を制御し、また、動作を停止させるか、又は部材を解放して自由に動かす電子ブレーキ装置として機能する。
上方レバー組立体３２Ｈの底部まで伸長する導体の選択された一つを通じてクロック・パルスが付与され、また、選択した位置にて導体４０２Ｈを通じて伝達されるクロック・パルスにより励起されたとき、導電性バンドを通じて電気信号が下方組立体３４Ｈから戻る。 このようにして、上方レバー組立体３２Ｈにおける導体の間隔により、クロック・パルスの伝達が決定され、また、上方組立体を貫通して伸長する導体の間隔が不規則であるため、上方及び下方レバー組立体３２Ｈ、３４Ｈの位置に関するクロック・パルスを受け取るタイミングが決定される。 このようにして、上方及び下方レバー組立体の互いに関する間隔に関して、また、以下に説明する電子制御組立体内のプログラムに関する間隔に関して、上方電子組立体３８２Ｈに付与されるコードが発生される。
勿論、図５２の実施例のコードは、移動する部材が電気的に接続することにより発生されるが、標識を検出する磁気式又は光学式リーダのようなその他の機構を使用することも出来、これらの磁気又は光学式リーダは、上方ハンドル組立体内にある一方、標識は、下方レバー組立体内にある。 更に、当該技術分野で周知のその他の多くの技術を利用して、電子制御モジュール３８２Ｈに対してコード化された信号を付与することが可能である。 同様に、動作モジュール３８２Ｈに対する電子的な抵抗により多くの異なる機構を利用して、動作に抗するときに付与される力の程度を制御することが出来、これには、ソレノイドに対する圧力を制御すること、又は上方及び下方レバー組立体と共に付勢し、又は緩めるソレノイドの形態による機械的装置を締め付けたり、又は緩めることが含まれる。 例えば、下方組立体に直接、磁力を加える代わりに、シャフト７４Ｈは、ソレノイド・コイルを通じて下方に伸長させ、動作に対する抵抗力に比例してばねの偏倚力に抗して引張り、又は解放させるようにしてもよく、又は液圧或いは空気圧による制御を採用してもよい。
図５３には、外側ハンドル組立体３２Ｈと、複数の位置にてモジュール３８２Ｈ（図５２）に対する電気的接続部を貫通して伸長し且つ該接続部に係合し得るようにされた複数の導体４００Ｈとを示す、図５２の線５３−５３に沿った図面が示してある。 該モジュール３８２Ｈは、レバー組立体３２Ｈに定着され且つ該レバー組立体と共に動き、貫通する導体４００Ｈに対し恒久的な電気的接続を可能にし、また、電気抵抗プログラムがこうした導体の一部を励起させ且つこうした導体の他方から信号を受け取るようにすることを選択的に行うことが可能である。
図５４には、入力解読器４１２と、出力解読器４１４と、緩衝された並列・直列変換器４１６と、緩衝された直列・並列変換器４１８と、マイクロ・プロセッサ４２０と、タイミング・パルス出力４２２と、相互接続したドライバ４２４と、磁気ブレーキコイル及び／又はモータ４２６とを有する抵抗プログラム・モジュール３８２Ｈのブロック図が示してある。 該マイクロプロセッサ４２０は、緩衝した直列・並列変換器４１８を通じて、解読器４１４を介して外側レバー組立体３２Ｈ（図５２）における出力導体にコード化した信号を印加する。
コード化した信号は、摩擦ディスク３８０Ｈ（図５２）上における導体を通じて相互作用し、内側レバー組立体３４Ｈの導電性縁部を通じて相互に接続され、該導電性縁部に対して一連のコード化した信号を提供する。 これらの信号は、摩擦ディスク３８０Ｈに形成された他の導体４０２Ｈを通じて、緩衝された並列・直流交換器４１６内の解読器４１２を介してマイクロプロセッサ４２０に戻されて、外側レバー組立体３２Ｈ及び内側レバー組立体３４Ｈの位置を表示する。 この位置は、記憶させたプログラムの値と比較され、このプログラムが相互接続面のドライバ４２４に信号を送り、この信号が磁気ブレーキコイル及び／又はモータ４２６を制御して、次の結果を生じさせる。 即ち、（１）一つの実施例において、磁気力ブレーキコイル４２６に印加される電流が変化し、プログラムに従って、外側及び内側レバー組立体３２Ｈ、３４Ｈにおける吸引力を変化させ、または、（２）別の実施例において、一定時間、一定の電流がモータに加えられ、ボルト７４Ｈがモータの出力シャフトに螺入されて、ボルトがモータから離れ、又はモータに接近するに伴い、摩擦面を締め付けたり、又は緩めることで圧力を変化させる。 磁界により提供される表面内の吸引力が不十分であるとき、モータが使用される。
一つの実施例において、モニタ上で解析するため、位置を表示するディスプレイ４２３が設けられ、また、第二のディスプレイ４２５が一定のプログラムから患者に像を提供する。 この後者のディスプレイは、スキー・スロープのような相互作用プログラムを含み、患者が固定器を動かすに伴う摩擦率の変化により、その像及び動作に対する抵抗力が提供されるようにすることが出来る、更に、二つの異なるディスプレイをその一方が他方の上になるように使用して、立体像及び第二の通しイヤホーンを提供することにより、仮想現実が得られる。 フィードバック信号を利用して、ユーザの動きに応答して像及び音のプログラムを選択することが出来、また、そのプログラムに従って、摩擦力を変化させることも可能である。
図５５には、比較器４５０と、クロック４５２と、直列の記憶装置４５４と、プログラム記憶装置４５６と、デジタル・アナログ変換器４５８とを備えるマイクロプロセッサ４２０の関係する機能を示すブロック線図が示してある。 比較器４５０は、緩衝された並列・直列交換器を通じて解読器４１２（図５４）から信号を受け取り、その信号をクロック４５０の制御の下、記憶装置４５４に記憶させた信号と比較する。 その比較における適合する信号を認識する結果、信号が比較器４５０によりプログラム記憶装置４５６に加えられる一方、該プログラム記憶装置は、デジタル・アナログ変換器４５８に信号を送って、導体４６０におけるアナログ信号を変化させる。 クロック４５２は、出力導体４２２を通じて緩衝された直列・並列変換器４１８（図５４）にクロック信号を送り、解読器４１４（図５４）内で解読し、また、外側レバー組立体３２Ｈ（図５２）内の導体４１０（図５４）に印加する。
この構成の場合、コード化した信号は、伝達され且つ外側及び内側レバー組立体の位置と相関されて、レバー・アーム組立体の位置、及びその移動方向を表示する。 これは、一方でその位置と相関された記憶プログラムを読み取り、磁力ブレーキコイルを制御し、これにより、動作に抗する抵抗力を制御する。
この位置コードは各位置について均一に離間された摩擦ディスク内の導体をの接続して、異なる直線距離に離間され、また、外側レバー組立体３２Ｈにおけると同様の間隔にて協働する組み合わせが得られるようにすることで提供される。 この動作方向は、ノギスと同様の方法で導体に付与された数字の順序で示されており、このため増分動作することは、一方向への動作順序を意味し、また、その反対方向に増分動作することは、同一の導体を逆の順序で励起させることを意味する。 これは、均一な間隔に配置した導体を僅かに異なる間隔で配置した導体と組み合わせることにより、実現される。
図５２乃至図５５の実施例は、（１）単一面、双方向の可変範囲の動作に対する電磁速度から独立的な予めプログラム化した抵抗力と、（２）図３及び図１０乃至図５１の実施例の全ての特徴とを提供し、（３）更に、ソレノイド、ステッパ・モータ、又はその他の方法を使用して、各方向についてコンピュータにより発生されたプログラムに基づいてマイクロ・プロセッサ制御装置によりリーダ・プレートを作動させて、摩擦パッドに出入りさせる。 この実施例は、次のような幾つかの有利な点がある。 即ち、（１）コンピュータにより発生されたプログラムは、臨床医又はユーザが迅速に任意の特別製のプログラムを形成することを可能にし、このことは、無限の数のプログラムの選択を可能にし、このため、患者は、その特別の状況に合うように特別に作成された特別のプログラムを直ちに使用することが出来ること、（２）臨床医が臨床的用途、診断又は評価に基づいて具体的なプログラムを変更し得ること、および（３）抵抗力の容量が増す結果、固定装置に加えて、大形の独立型機械内に装置を取り付けることが可能になること、（４）予め設定したプログラムに従って抵抗力が付与されているか否かをセンサで判断し、また、その予め設定したプログラムを遵守する確実性を増し得るように、任意の調節が可能であることである。
図５６には、ディスク部分５００と、ステップ・ダウン部分５０２と、クランプ部分５０４とを有する外側レバー組立体３２Ｈの一実施例の側面図が示してある。 ディスク部分５００は、シャフト７４Ｆ（図１６）を受け入れる中央穴と、傾斜路ディスク９０Ｆ（図１６）からポストを受け入れて、上方レバー組立体３２Ｆを図１６に符号９０Ｆで示すように傾斜路ディスクに対して保持する、該中央穴を囲繞する四つの穴３１３とを有するディスク状の形状をしている。
クランプ装置５０４は、固定器に迅速に締め付け得るようにされており、この目的のため、外方に伸長する（図５６の図面に）ポスト５０６、５０８と、上方壁５１０と、該上方壁に向けて途中まで伸長して、略Ｃ字形の形態を形成する下方壁５１２とを備えている。 遷移部分５０２は、内側レバー組立体３４Ｆ（図１６）の上方にて外側レバー組立体３２Ｆ（図１６）を受け入れ得る角度にてディスク部分５００及びクランプ部分５０４を接続する。
図５７には、図５６の線５７−５７の方向に見て一部分、分解図とした斜視図の端面図が示してあり、Ｃ字形部分５３０と、クランプを形成する、対面状の逆Ｃ字形部分５２６とを備えている。 このＣ字形部分５３０は、頂部５１０と、固定器の一側部に沿って滑動する内方伸長部分５２２とを有しており、また、逆Ｃ字形部分５２６は、頂部と、固定器の反対側部を受け入れる内方伸長部分５２４とを備えている。
Ｃ字形部分５２６は、この第一の部分と係合し、また、該Ｃ字形部分は、ポスト５０６を受け入れ得るようにした穴５２０と、ポスト５０８（図５７）を受け入れて、その二つの部材が共にスナップ嵌め可能であるようにする、上記の穴に対して平行な同様の穴とを有している。 実際には、ポスト５０６は、穴５２０の張出し部に嵌入するリテーナをその一端に有しており、このため、ポストは、完全に引込むことが出来ず、固定器を受け入れるためにだけ開放している。 完全に挿入したとき、ばね偏倚式止め具５２０は、溝にスナップ嵌めされ、この溝から下方に押すことにより、取り外すことが出来る。 一般に、穴５２０は、Ｌ字形の形状をしており、このため、ポスト５０６を下端から把持し、ばね偏倚式ピン５２０を下方に押すことにより取り外すことが出来る。
図５８には、外側レバー組立体ではなくて、内側レバー組立体に適応し得るように逆にした点を除いて、クランプ止め機構５０４と同一であるクランプ止め機構５３０を備える点以外は、組立体３４Ｆと同様である内側レバー組立体３４Ｈの側面図が示してある。 しかしながら、遷移部分５３２は、内側レバー組立体３４Ｈのディスク部分５３４から下方に段を付ける必要はないから、比較的水平である。
図５９には、レバー・アーム３２Ｈの作用と同様に、ボルト５０９が端部材５１１をクランプ止めして、その上に端部材を保持する、図５８の線５９−５９の方向に見た一部分斜視図とした端面の斜視図が示してある。
図６０乃至図６４には、第一のレバー３２Ｈの平面図、第二のレバー３４Ｈの平面図、第一のレバー３２Ｈ用のクランプ止め機構の側面図、第一のレバー３２Ｈ用のクランプ止め機構の底面図、第二のレバー３４Ｈ用のクランプ止め機構の側面図、及び第二のレバー３４Ｈ用のクランプ止め機構の底面図が示してある。 これらの部分は、本発明のモジュールを脚の固定器に容易にクランプ止めすることを可能にする。
図６２、図６３に示した第二のクランプ止め部分は、図６０のレバー機構に係合し、両側部が共に動き且つ固定器にクランプ止め可能であるようにすることが出来る。 同様に、図６４及び図６５の第二の部分は、図６１のレバー組立体と協働して、これらが別個に且つ共に摺動して、固定器にクランプ止めされるようにする。
第一のレバー３２Ｈは、クランプ止め部分５２６に嵌合すると共に、クランプ止め部分及びレバー組立体が共にねじ５１９、５２５により許容される範囲内を共に摺動するのを許容するポスト５２１、５２３を備えている。 同様に、第二のレバー部分は、図６４、図６５に示すように、クランプ止め部分とレバー自体との間を伸長するポスト５１５、５１７を備えると共に、固定器に沿って嵌まり且つ共にスナップ止めされるように両者が摺動動作することを許容する。
図６６には、運動組立体１０（図１）の脚固定器と同様であり且つ制御モジュール３０を受け入れ得るようにされた、腕固定器を備える設計とされた運動組立体１０Ａの斜視図が示してあり、該制御モジュールは、同様の方法にて、腕固定器を取り外さずに、腕１２Ａの運動を許容し得るように所定位置にスナップ止めすることが出来る。 この腕固定器は、あらゆる点で脚固定器と同一であるが、運動範囲の設定方法が異なり、また、膝の損傷ではなくて、肘の損傷の性質に対応し得るように運動抵抗力のプログラムが変更されている点が異なる。 この場合のように、レバー組立体が接近するように動かすか、又は離れるように動かし、また、これらの面が両方向への摩擦量を変更可能な凹凸状にされているか否かに応じて、異なる摩擦面を選択することが可能である。
図６７には、つま先部分１００２と、踵部分１００８と、後方部分１００４と、くるぶしの付近にてそのレバー・アームがつま先部分及び後方部分に接続されたモジュール３０とを有するスキーブーツ１０００の平面図が示してある。
この実施例において、つま先部分１００６及び後方部分１００４は剛性であるが、その一方がその他方に関して可動であり、また、踵部分１００８は、硬い踵座部の間に可撓性材料を有しており、このため、ブーツ部分１００４は、前後に動くことが出来る。 モジュール３０を中心とする動きに対応するため、レバー・アームは、空所１００５、１００７の間を摺動する。
図６８には、図６６の実施例と同様のスキーブーツ１０００Ａの別の実施例が示してあるが、単一のモジュール３０Ｂが、剛性な後方部分１００４Ａと踵部分との間にスペースが形成されるようにして比較的剛性な踵部分１００８Ａに取り付けられている点が異なる。 通常のクランプによって踵部分にクランプ止めされた剛性なつま先部分１００６Ａは、前後方向への動きが可能であるように、可撓性の材料部分１００７により剛性な後方部分から分離されている。 モジュール３０Ｂの単一のレバー・アームは摺動部分１００５Ａ内まで上方に伸長し、又、モジュール自体もその第二の部分が踵１００８Ａに堅固に取り付けられている。
図６９には、図６７の実施例と同様であるが、二つのモジュール３０Ａ、３０Ｂを有するスキーブーツ１０００Ｃの更に別の実施例が示されており、これらのモジュールは、単一のアームによって共に接続され、ブーツの剛性部分１００４Ｂが剛性な底部分１００８Ｂに関して動く動作を更に変化させることが出来、また、これらの部分は、可撓性材料によって接続されている。 これらの実施例の各々において、モジュール３０Ａは、仮想像を形成するためにコンピュータ機構に電気的に接続することの出来るフィードバック・センサを備える型式のものとしてもよい。
図１乃至図６５の運動装置の実施例は、下端固定器、又は上端固定器のような既存の固定器に取り付けて、固定器を装用する人間の運動を制御するか、又は抵抗力が制御された別個の装置をすることが出来る。 これらは、肢体又は関節或いははその他の身体部分が損傷した人間に対し抵抗力制御による治療を可能にし、その抵抗力は、運動する部分の位置に対して予め制御された方法にて関係する動作である。 これらは、運動をする部分の位置に対して予めプログラム化した方法で関係しているが、速度とは独立的に付与される、動作に抗する抵抗力を提供する運動装置及び技術が得られる。
この実施例は、主として、速い単収縮筋肉又は遅い単収縮筋肉を強化するか、又は損傷した筋肉の一部のみを強化するといった各種の目的に応じた特別に作成した運動プログラムを可能にする。 ユーザは、抵抗力プログラムに沿って速度を変化させ、また、このプログラムは、位置に関係した、動作に関する抵抗力を提供するが、外力は発生させず、このため、ユーザが力を加えない限り装置によって抵抗力は加えられず、機構は解放される。
別の実施例において、該運動装置は、像又はその他の検出されたプログラムに接続され、このため、ユーザは、筋肉の活動をその検出された状況に相関させることが出来る。 この構成において、ユーザは、頭に取り付けるユニットのような陰極線管にて、スキーをするときの動作の像を形成することが出来、また、スクリーンは、地形を表示し、これにより、ユーザは、それに応じてこの位置を調節することが出来る。 センサは、この動作の結果を表示し、また、この動作に関係した制御された抵抗力を提供する。 スキーブーツ等のようなある種の装置には、運動装置を使用してプログラム化した抵抗力が付与され、制御された方向に保護作用があり且つ有効な程度の抵抗力が付与される。
運動中の動作に対する抵抗力は、予め制御された方法にて運動する部分に関係付けられるが、その位置と抵抗力との間の関係は、モータの平均的な性能曲線に比例せず、特別な目的に合うように形成される。 この運動装置は、開動力学的チェーン運動又は閉動力学的チェーン運動の何れか一方にて便宜に使用することが出来る。
好適な実施例において、この力の程度を制御する手段は、一又は複数の摩擦抵抗力部材を備えており、これらの摩擦抵抗部材は、従来の固定器、又はその他の定着具に着脱可能に取り付けられて、動作に抗する所望の抵抗力を付与する。 この摩擦抵抗部材は、次の何れかを含むことが出来る。 即ち、（１）一方向に自由動作し得るように解放するが、その反対方向には、力に抗する抵抗力を伴ってのみ動くようにする機構、又は、（２）一方向に又は両方向に制御された可変、又は一定の抵抗力を付与する機構である。 一般に、動作の量又は程度を制御する調節可能なストッパ又は制限部材が設けられる。 しかしながら、ばね、又はモータ、或いは延伸部材、若しくは空気圧シリンダ等のような力付与部材によって、抵抗力を付与することが可能である。
摩擦力を使用して、運動に抗する抵抗力の程度を制御する機構は、互いに関して動く摩擦面に対して直角方向への圧力を調節することにより、異なる程度の抵抗力について比較的容易に調節可能であるから、好適な実施例において、共に協働して、動作に抗する抵抗力を付与する摩擦部材及び圧力部材が使用される。
好適な実施例において、膝固定器又は肘固定器は、枢着点にて接続された第一及び第二の部分を備えている。 一方の使用のためには、第一の部分を第一の接続手段により脚（脛骨及び腓骨）に取り付けることが出来、また、第二の部分は、第二の接続手段により太股（大腿）に接続される。 別の使用のためには、第一の部分は、第一の接続手段により前腕（橈骨及び尺骨）に取り付け可能であり、また、第二の部分は、第二の接続手段により腕（上腕骨）に接続される。 両方の使用の場合、第一の部分における第一のレバーは、第一の接続手段に着脱可能にスナップ嵌めし、また、第二の部分における第二のレバーは、第二の接続手段に着脱可能にスナップ嵌めされ、これら二つのレバーは、枢着点に中心がある摩擦制御モジュールに接続される。 該摩擦制御モジュールは、第一及び第二の接続手段が抗して動く摩擦力の程度を制御する。
好適な実施例において、これらの摩擦部材は、二つのレバーが動くのに伴って互いに関して動く。 摩擦力の程度は、次のように制御される。 即ち（１）一つの実施例において、ラチェット部材が二つのディスクを互いに関して一方向に付勢させるが、反対方向には分離するように解放する。 （２）別の実施例においては、傾斜路機構がディスクに係合して、該ディスクを一つの動作方向に押し、別方向に動くと、二つの部材は、その一方が傾斜路上を下方に摺動することによって分離されるようにする。 （３）更に別の実施例において、マイクロプロセッサ制御の圧力装置が基本的な全体圧力又は最小圧力、及び圧力の変化の双方を制御して、異なる運動方向への動作に抗する抵抗力を変化させる。 二つの摩擦部材の間に直角方向への圧力を付与する締付け機構によって、全体の偏倚圧力を設定することが出来る。
ある実施例においては、摩擦ディスクは、水平で且つ平坦であり、また、別の実施例では、装置が動くとき、異なる箇所では異なる摩擦量を提供し得るように、凹凸が付けられている。 屈曲及び伸長摩擦部材は、偏心状リング内で互いに隣接するようにし、又は、互いに対向側に設けるか、又はその一方がその他方の下方に位置するようにすることが出来る。
好適な実施例において、摩擦部材は、既存の市販の固定器の一部であるスプリントに容易に接続可能なようにされている。 これらの摩擦部材は、外方に伸長するレバーを有する制御モジュール内に収容される。 これらのレバーは、固定器の標準的なスプリントに着脱可能に取り付けられる。 この構成において、制御モジュールが固定器に取り付けられている間に、固定器を装用する人間に制御モジュールを取り付けることが出来る一方、運動後は、固定器を取り外さずに、制御モジュールを固定器から取り外すことが出来る。
別の実施例において、摩擦力は、磁力により、又は回転可能なスクリュー・ドライバ手段又は液圧プランジャ手段、又は摩擦板の間の力を変化させるその他の手段によって、所定のプログラムに従って摩擦板を共に圧縮することにより付与することが出来る。
また、この基本的なモジュールは、スキーブーツ等のようなその他の型式の装置と共に使用して、制御された程度の動作及び抵抗力を付与し、これにより、非可撓性のスキーブーツの場合に生じる可能性のある損傷を防止することが可能となる。 同様に、かかる装置は、人間が運動する間に、視覚像、又はその他のセンサ像を形成するセンサを備えることが出来、かかる像は、例えば、クロス・カントリー・スキーを模擬して、人間が運動装置を装用する間の地形を表現する像とすることが出来る。 筋肉・関節回復・強化装置には、全体的な、又は相対的に完全な運動環境を提供する機構を設けることが出来、又は、アイソトニック運動を提供すべく、現在、重りが設けられているその他のより簡単な装置には、制御モジュールを取り付けて、運動をする解剖学的部分の位置に従って制御された抵抗力が付与されるようにしてもよい。
図７０には、その主要部品として第一のレバーアーム及びホルダ組立体１０５２と、第二のレバー・アーム及びホルダ組立体１０５４と、制御モジュール１０６０とを含む多数面運動装置１０５０の簡略化した一部、断面図とした部分平面図が示してある。 該制御モジュール１０６０は第一及び第二のレバー及びホルダ組立体１０５２、１０５４を、図３及び図１０乃至図６９の実施例と同様の方法で接続し、又、図７０の運動装置は、その関節を動かすのに必要とされる力の程度を制御すべく肢体の両側部にて、身体部分に定着され得るようにしてある。
上述の実施例は、単一面における枢動動作のみを制御する一方、運動装置１０５０は、多数の異なる面及び方向における動作を制御し、一つの身体部分が別の部分に関する回転動作及び多数の異なる面における枢動動作、及び身体部分間の枢動動作を可能にする。 これは、図３及び図１０乃至図６９の上述の実施例と同様の方法にて、速度と独立的に制御される抵抗力を付与し、また、プログラマの選択によって、時間、又は位置を関数として、或いは速度を関数として、抵抗力を変化させ得るようにプログラム化することが可能である。
第一及び第二のレバー・アーム及びホルダ組立体１０５２、１０５４は、その各々が、二つのホルダ１０５６Ａ、１０５６Ｂの異なる一方のホルダ、及び対応する第一のレバーアーム組立体１０５２及び第二のレバー・アーム組立体１０６２の異なる一方の組立体を備えている。 ホルダ１０５６Ａは、レバー・アーム組立体１０５８に定着され、関節の一例部に対して身体部分を保持し得る形状及び形態とされており、該関節は、第二の身体部分に関して動き、また、ホルダ１０５６Ｂは、レバーアーム組立体１０６２と共に動き得るように定着され且つ関節を中心として動く第二の身体部分を保持し得る寸法及び形状とされている。
第一及び第二のレバーアーム及びホルダ組立体１０５２、１０５４を接続するモジュール１０６０は、互いに関して動く二つの身体部分を接続する身体の関節又は部分の接続部分と並置されている。 本明細書において、関節という語は、肘等のような従来の関節のみならず、身体部分の別の部分に関する関節運動を許容し又は制御するその他の身体部分をも含むものとする。 このように、図６９には、肘、又は膝に最も適したホルダが示してある一方、異なる形状及び寸法のホルダをレバー・アーム組立体に定着し、また、その他の身体部分に接続され得るようにして、首、又は、背中を中心とする関節動作が制御されるようにすることが出来る。
第一及び第二のホルダ１０５６Ａ、１０５６Ｂは同様であり、また、本明細書において、それぞれの接尾辞Ａ、Ｂを付する点を除いて同様である。 このため、その一方のみ、即ち、略ホルダ１０５６Ｂについてのみ説明する。
ホルダ１０５６Ｂは、管状のスリーブ壁１０６４Ｂと、ホルダ開放部１０６６Ｂと、ヒンジ１０６８Ｂと、三つのラッチ部材１０７０Ｂ、１０７２Ｂ、１０７４Ｂとを備えている。 該スリーブ壁１０６４Ｂは、ヒンジ１０６８Ｂを中心として枢動することにより、スリーブの穴１０６６Ｂの周りで開放し得るようにしてある。 閉じたとき、ラッチ部材１０７０Ｂ、１０７２Ｂ、１０７４Ｂは、ホルダを閉じた状態に保つ。 これらの部材は、フック及びループ繊地ホルダ、又は任意の型式の機械式ラッチとすることが出来る。
この構成において、二つのホルダ１０５６Ａ、１０５６Ｂは、関節動作を制御する関節、又は身体のその他の部分の異なる側に取り付けて、時間、位置又は速度に対応して摩擦力を変化させるべきとき、制御モジュール１０６０及び適当なプログラムの制御の下、各種の面内での動作を許容する。
第一のレバー・アーム１０５８は、第一のレバー本体１０７６と、プログラムユニット１０７８とを備えている。 該第一のレバー本体１０７６は、ホルダ１０５６Ａに締結し且つプログラム部分１０７８を堅固に取り付け得るようにした支持体であり、この支持体は、図７０に示す管状の形状のような任意の形状とすることが出来るが、平坦な形状、又は円形の形状とし、或いはその他の任意の適当な形状としてもよい。
プログラム・ユニット１０７８は、第一の摩擦面１０８０と、駆動ユニット１０８２と、保持ユニット１０８８とを備えている。 該プログラム・ユニットは、制御ユニット１０６０の一部分である自在継手及び摩擦面と協働し得るように取り付けられる。 この構成において、駆動ユニット１０８２は、プログラムの制御の下に、第一の摩擦面１０８６に力を加え、該摩擦面は、自在継手１０８４の摩擦面１０８６と係合して、二つのレバー・アームとホルダ組立体１０５２、１０５４との間で加えられる力に抗する抵抗力を変化させる。 この駆動ユニットの制御は、空気圧又は電気式とし、また、コンピュータの制御の下、ステッピング・ソレノイド、又は空気圧又は液圧ピストンの方法にて、駆動ユニット１０８２を作動させることが出来る。
自在継手１０８４は、摩擦面１０６０を有するシリンダを備えており、該継手は、摩擦面が完全な円に沿って摩擦面１０８０に係合した状態にてプログラム・ユニット１０７８内で拘束状態に保持される。 摩擦面間の圧力を最終的に変化させる実施例において、摩擦面は、均一とすることが出来るが、他方、厚さ又は摩擦率の何れかの一方の点にて摩擦面を変化させ、第一のレバー・アーム及びホルダ組立体１０５２と第二のレバー・アーム及びホルダ組立体１０５４との間の角度が異なる状態で抵抗力をプログラム化することが出来る。
制御モジュール１０６０及び第一のレバーアーム組立体と協働するため、第二のレバー・アーム組立体１０６２は、第二のレバー本体１１００と、自在継手ユニット１１０２とを備えている。 本体部分１１００は管状であり、スリーブ１０５６と共に動き得るように該スリーブに定着され、また、その一端にて自在継手ユニット１１０２に接続されている。
自在継手ユニット１１０２は、自在継手の軸部１００６と、ばね１１０４と、リテーナ・リング１１０８と、止め部材１１０６とを有する制御ユニット１０６０の一部分に対するハウジングを備えている。 止め具１１１０は、軸部１１０６に設けられており、自在継手ユニット１１００の端部におけるリテーナ・リング１１０８に対し上方に押し付けられ、このため、ばねが軸部１１０２を偏倚させる。 軸部１１０２の他端は、第一のレバーアーム１０５８により保持された自在継手ユニット１０７８内で自在継手のボールに定着されている。 この構成において、軸部１１０６は、多少の裕度を有し、ばね１１０４の力に抗して内方に偏倚させることが出来るが、これにも拘らず摩擦ディスク１０８０に接触しており、自在継手部材１０７８内に拘束される。
制御モジュール１０６０は、自在継手１０８４の一部分を形成する端部ボールを有する。 該ボールの径は、自在継手ユニット１０７８の端部に形成された穴よりも大きく、第一のレバー・アーム１０５８の一部として拘束されるが、該ボールは、止め具１００６内に伸長し且つ該止め具及び第二のレバーアーム１０６２のリテーナリング１１０８により保持された軸部１１０６に接続されている。 この構成において、駆動ユニット１０８２により圧縮される摩擦面１０８０は、制御されたプログラムに従って、二つのレバーを動かして分離させようにする力に抗する抵抗力を制御する。
ハウジング１０９４から伸長する自在継手の球状部分の頂部には、複数の標識１０９２が設けられており、ユニットの端部には、該標識を検出して導体１０９１に信号を提供する、センサ１０９０が取り付けられている。 該センサは、第一のレバー・アーム及びホルダ組立体、及び第二のレバー・アーム及びホルダ組立体の互いに関する位置を表示する信号を導体１０９１に発生させる。 この信号は、コンピュータに供給することが出来る一方、該コンピュータは、駆動ユニット１０８２に対して、その位置にて付与すべき圧力、従って摩擦抵抗力を制御する信号を供給する。
制御モジュール１０６０は、駆動装置１０８２、第一の摩擦面１０８０、第二の摩擦面１０８６、自在継手１０８４、保持ユニット１０８８、センサ１０９０、標識１０９２、及び軸部１１０６を備え且つこれらと協働する。 この構成において、制御モジュール１０６０は、第一のレバー・アーム及びホルダ組立体と第二のレバーアーム及びホルダ組立体とを相互に接続して、その位置に対応して、また、ある実施例では、動作時間及び速度に対応して、力に抗する抵抗力の程度を制御すると共に、第二のレバーアーム及びホルダ組立体に関する第一のレバーアーム及びホルダ組立体の位置に関する情報を中央制御装置に提供する。
図７１及び図７２には、ハウジング外壁１１２０と、円筒状ブッシュ１１２２と、リテーナ・リング１１２４と、雄ねじ付きのリテーナ・ナット１１２６とを有する運動装置１０５０（図７０）により発生される摩擦抵抗力の程度を制御すべく制御モジュール１０６０（図６９）と協働するハウジング１０９４の縦断面図及び端面図がそれぞれ示してある。 リテーナ・リング１１２４は、壁１１２０を閉じ得る寸法にしてあり、また、湾曲した内部と、自在継手１０８６の球状部分を回転可能に拘束し得るようにされた開口部とを有している。 リテーナ・ナット１１２６は、壁１１２０に設けられた内ねじ１１２８と協働して、リテーナ・リングを所定位置に保持して、自在継手１０８６の円筒状部分を回転可能に拘束して、該円筒状部分を摩擦面と協働させる。 この摩擦面は、図７０に符号１０８０で示した球と相補的な形状している。 ブッシュは、駆動ユニット１０８２（図７０）を受け入れ且つ拘束し得るようにしてある一方、該駆動ユニットは、摩擦面１０８０により加えられる外方の圧力を制御するソレノイドを保持している。
図７３及び図７４には、駆動ユニット１０８２と、第一の摩擦面１０８０と、自在継手１０８４と、自在継手の軸部１１０６と、リテーナ・リング１１０８と有する制御モジュール１０６０のそれぞれ縦断面図及び端面図が示されている。 ソレノイド１１３０は、漸進的に作用して、第一の摩擦面１０８０を自在継手１０８４における摩擦面１０８６に押し付ける。
軸部１１０６は、第二のレバー・アーム及びハウジング１０５４（図７０）に対する継手を提供するが、この実施例において、枢動方向又は円周方向への動作に対する抵抗力は、第一の摩擦面１０８４と第二の摩擦面１０８６との間の相互接続により提供される。
ソレノイド１１３０から離れ且つ第二のアーム組立体を越えて伸長するボール継手の側には、複数の標識１０９２を設けることが出来、これらの標識は、物理的なセンサによって検出される物理的な突起とし、又は光セル機構により検出される光学的標識とし、第一及び第二のレバー・アーム及び、ホルダ組立体１０５２、１０５４の互いに関する位置の信号を伝達することが出来る。 軸部１１０６は、軸部を第二のレバーアーム組立体１０６２内に保持し得るように該軸部の動きを制限するリテーナ・リング１１０８を備えている。
図７５には、互いに取り付けられた第一のレバー本体１０７６と第一のホルダ１０５６Ａとを有する第一のレバーアーム及びホルダ組立体１０５２の端面図が示してある。 自在継手１０８４及び軸部１１０６は、レバーアーム組立体１０７６から伸長している。 ホルダ１０５６Ａは、符号１０７０Ａで示したラッチ部材を備えており、このラッチ部材は、開口部の線１０６６Ａにてその係合するラッチ部材内にスナップ嵌めし、また、該ホルダは、身体部分を中心として互いにスナップ嵌めするヒンジ１０６８Ａと、二つの半体の管状シリンダ部材とを備えている。 この構造において、ホルダ１０５６Ａは、例えば、大腿のような身体部分の上方を亙って開放させ、スナップ嵌めし、また、制御モジュールが、例えば膝関節のような関節に嵌まり、また、第二のホルダが開放し且つ所定位置にスナップ嵌めし、第一及び第二のレバーアームが関節の反対側にて身体部分に取り付けられて、その動作に対する抵抗力を制御するようにする。
図７０〜図７５の実施例は、図３及び図１０乃至図６９の利点を備えており、更に、多数面、多数方向、可変範囲で電磁気的速度から独立的な予めプログラム化した抵抗力を付与する。 また、この実施例は、ソレノイド、ステッパモータ、電気圧シリンダ、液圧シリンダ、ボール・スクリュー機構、又は、湾曲したリーダ板を作動させて湾曲したボール継手に対して出入りさせるボール・スクリュー機構を使用する。 湾曲したボール継手は、該ボール継手とその湾曲した板との間の摩擦又は電磁界を使用して、一方のレバーアームのその他方に関する多数方向で多数面の動作に抗して変化する抵抗力を付与する一方、予めコンピュータ化されたプログラムにより制御されるハウジングに関する装置のシャフトの動きを保ち、このプログラムは、任意の方向と独立的に、立体的な三次元的動作範囲に沿って各角度における抵抗力を設定する図７０乃至図７５の実施例の場合、臀部又は肩部のような多数面の関節にて接続された部品に対する多数面の抵抗力が付与される。 また、例えば、左頸椎脊椎が事故によって機能不全となった麻痺患者に対するように、片側で抑制する動作を付与し、立っている間、座ってする間、又は横になっている間に、基端の関節（左側臀部のような）が抑制され、また、左側臀部の外転、屈曲、伸長又は回転時における多数方向への動作中、機能不全を補い且つ右側肢体の感覚、運動性及び強さを補うことが出来る。 然し乍ら、例えば、臀部が伸長する間における膝の痙性伸長を少なくし得るように肢体が完全な動作をする間に、神経筋肉のタイミングを通じて、その他の末端の関節、多数方向の動作パターンを促進したり、又は抑制することが可能である。
図７６には、対応する複数の関節における複数の個々の運動ユニット１０５０Ａ乃至１０５０Ｆを有する更に別の運動装置１２００が示してある。 これら運動ユニット１０５０Ａ乃至１０５０Ｆの各々は、全体として、図７０のユニット１０５０に対応し、また、このようにして作用し、また、制御モジュール１０６０Ａ乃至１０６０Ｆのレバーアーム・ホルダ組立体１０５２Ａ乃至１０５２Ｆ及び１０５４Ａ乃至１０５４Ｅの該当する一つの組立体を備えている。 これらのユニットは、該ユニットが取り付けられる肩部、肘及び背中を中心としてユーザが加える力に抗する抵抗力を制御するが、首のようなその他の関節をも制御する。 この構成において、各関節は、運動の目的に合うように制御することが可能である。 図５４及び図５５に関して説明したようなスポーツを模擬する相互作用装置における像を提供するため、スクリーン１２０２を使用することが可能である。
図７７には、支持基部１１４６と、空気圧ピストンのような伸長可能なピストン１１４４と、１１４８Ａ乃至１１４８Ｍのような身体部分のホルダと、運動中に動く関節に設けられた、制御モジュール１１４２Ａ乃至１１４２Ｆのような、本明細書に説明した実施例による制御モジュールとを備える、運動装置の概略図的な側面図が示してある。 ピストン１１４４は、上方又は下方に伸長し且つ制御モジュール１１４２Ｄを通じて背もたれ及びシート座部と連通する型式のスイベルにより基部１１４６に取り付けられている。 関節を中心とする動作を許容するため、（１）背もたれは、制御モジュール１１４２Ｃにて、肩部静止部と連通し、また、制御モジュール１１４２を通じてヘッドレストと連通している。 （２）上方アーム支持体の末端は、制御モジュール１１４２を通じて下方アーム支持体と連通し、また、（３）シート座部は、制御モジュール１１４２Ｅを通じて下方脚と連通し、また、制御モジュール１１４２を通じて足載せ部と連通している。 この構成は、身体の主要な関節の各々にて制御された圧力に対する制御された関節動作を許容する。
使用時、背もたれホルダ１１４Ａ、シート座部ホルダ１１４８Ｆ、１１４８Ｇ、下方脚部載せ部ホルダ１１４８Ｅ、１１４８Ｄ、足載せ部ホルダ１１４８Ｃ、１１４８Ｂを通じて患者を所定位置に定着させることが出来る。 頭部、肩部及び肘掛け部は、ホルダ１１４８Ｌ、ホルダ１１４８Ｋ、ホルダ１１４８Ｇ、ホルダ１１４８Ｉ及びホルダ１１４８Ｈを通じて、患者に定着される。 図７８に図示するように、運動装置１１４０は、ピストン１１４４により持ち上げ、患者が直立位置にて所定位置に定着され得るようにする。 何れの位置においても、関節の位置は、図７０乃至図７５の実施例に関して説明したように固着され、また、力に抗する抵抗力が制御される。
図７９及び図８０には、ハウジング１１５２と、ステッパモータ１１５４、１１５６と、摩擦制御シャフト１１５８と、リテーナ板１１６２と、摩擦パッド１１６０とを有する別の実施例の制御モジュール１１５０の縦断面図及び端面図が示してある。 この構成の場合、摩擦部材１１５８は、一方のホルダに定着して、該ホルダの摩擦動作を制御する一方、ステッパモータ１１５２は、プログラマーに関して所定位置に取り付けられている。 従って、中央ユニットは、関節における摩擦力を制御して、運動に抗する制御された抵抗力を付与する。 また、図７０乃至図７８の実施例におけるように、該制御モジュールを使用して、自在継手の二つの係合部分間の圧力を制御することも出来る。
図８１には、固定ユニット１１６６に椅子１１６４と並置状態に取り付けられた制御モジュール１１５０が示してあり、制御モジュール１１５０はシート１１６３と下方脚支持体１１６１とを接続する継手１１６２を制御し、患者がモジュール１１５０の制御の下、膝の関節運動を為し得るようにしてある。 図８１には、脚載せ部１１６１の周りにあるが、符号１１７４で示すように、より高方の位置にある握り部に加わて、握り部を示す椅子１１６４の側面図が示してある。 該ユニットは、腕の運動に使用することが出来、また、下方ユニットを脚の運動に使用することが出来る。
図８３には、周方向に離間した四つの制御ユニット１１６６Ａ乃至１１６６Ｄと、隣接する椅子１１６４Ａ乃至１１６４Ｄとを備え、脚の運動、又は腕の運動等をするときに個々の患者に対応し得るように単一の中央制御コンピュータ１１７２より、幾つかのモジュールを制御することが可能な中央制御コンソールが示してある。
図７０乃至図７８の実施例において、多数関節、多数面、多数方向、可変範囲の電磁速度から独立的な予めプログラム化した抵抗運動が可能である。 全体として、その他の実施例の利点に加えて、この利点は、関係するその他の関節に関する関節の運動範囲の各組み合わせについて、各関節に付与される所定の抵抗値に基づいて、多数の関節に対するコンピュータ制御による抵抗力を付与することが可能である。 これらは、予め設定し且つ各々に対する適当な抵抗力により広い範囲に亙って屈曲及び伸長動作を可能にするものである。 また、これらは、仮想現実の視界による運動の実施例、及びテレビ像又は模擬した動作を伴い、又は伴わない身体の全体的な運動に特に有用である。
図７０乃至図７８の実施例は、立ち上がり又は座るときの多数関節、多数面、多数方向、可変範囲の電磁速度から独立的な予めプログラム化した抵抗力、仮想現実のヘルメットを着用する動作を提供する一方、図８１乃至図８３の実施例は、所望であれば、単一面、多数方向、可変範囲の速度から独立的な予めプログラム化した動作に対する仮想現実的な制御を可能にする。 コンピュータ像を利用するヘルメット、又は眼鏡は、プログラムのコンピュータによるモニタリングと調和された像を提供して、上述したような各関節に対する所定の多数関節の抵抗力を変化させる。 各関節に対する動作範囲は、（１）選択した関節の動作位置の範囲、及び所定の関節に関するその他の全ての関節の動作位置の範囲、（２）所定の関節に接続された肢体が動く方向、及びその他の肢体が所定の関節に関して動く方向、（３）仮想現実のビデオテープの立体座標に基づいて、抵抗値を設定する多数のプログラムの一つにより予め設定される。 運動をする者は、機能的に閉動力学的チェーン運動の像を人為的に発生させることの出来る視覚装置を使用して、ハイキング、又は運動する時におけるその他の周囲の状況を見ることが出来、また、その抵抗力は、模擬したハイキング、又はボート漕ぎ動作、或いはスキー等における運動する者の動作に対応して調節することが可能である。
図８４には、固定器部分１４Ｂと右側及び左側運動モジュール１６Ｃ、１６Ｄとをそれぞれ備える、更に別の運動組立体１０Ｅが示してある。 図１及び図２の実施例におけるように、制御モジュール１６Ｃ、１６Ｄは、保護し且つ／又は運動すべき関節を中心とする固定器の二つの部分を相互に接続する。 図８４の実施例におけるように、運動組立体１０Ｅは、膝固定器１４Ｂに適合し得るようにしてあるが、運動モジュール１６Ｃ、１６Ｄは、制御された抵抗力を二つの方向に提供する、肘固定器等のようなその他の型式の固定具と共に使用することが出来る。
固定器１４Ｂは、多数の標準的な固定器の任意のものとすることが出来、又、この固定器自体は、本発明の一部ではない。 該固定器は、膝固定器に典型的な方法にて、第一の支持手段２０Ｅと、第二の支持手段２２Ｅとを備えており、これらの支持手段は、当該技術分野で公知の方法にて、枢動継手２４Ｅ、２４Ｆにより共に接続されている。 制御モジュール１６Ｃ、１６Ｄの各々は、枢動継手２４Ｅ、２４Ｆのそれぞれ一方の上で各々相互に接続され得るようにしてある。 右側及び左側の運動モジュール１６Ｃ、１６Ｄは同一であるから、モジュール１６Ｃについてのみ説明する。
制御モジュール１６Ｃは、制御モジュール３０Ｊと、第一のレバー組立体３２Ｊと、第二のレバー組立体３４Ｊとを備えている。 これらの第一及び第二のレバー組立体３２Ｊ、３４Ｊは、その両側部にて制御モジュール３０Ｊに定着されており、第一のレバー組立体３２Ｊは、人間の大腿と共に動き得るように第一の支持手段２０Ｅに定着し、また、第二のレバー組立体は、人間の足と共に動き得るように第二の支持手段２２Ｅに定着されるようにしてある。
第一のレバー組立体３２Ｊは、第一のレバーアーム１３８４と、該第一のレバーアームに形成されたスロット１３８６と、位置決めボルト１３８８と、位置センサ１３９０とを備えている。 該スロット１３８６は、第一の支持手段２０Ｅに形成された同様のスロットと整合させて、該スロットに関して位置決めし且つ位置決めボルト１３８８により所定位置に可動状態に定着することが出来る。 位置決めセンサ１３９０は、第一のアーム１３８４に取り付けられ、また、固定器の第一の支持部分２０Ｅから第二の支持部分２２Ｅまでの距離、従って、肢体又は身体部分がその関節を中心とする伸長又は屈曲する程度を検出する。
同様に、第二のレバー組立体３４は、第二のアーム１３９２と、スロット１３９４と、位置決めボルト１３９６と、アクチュエータ１３９８とを備えている。 この構成において、第二のアームは、そのスロット１３９４が第二の支持部材２２Ｅに形成された同様のスロットと整合されて、ナット１３９６により可動状態に定着されて、アクチュエータ１３９８が制御モジュール３０Ｊに対面し且つ反対側のセンサ１３９０と直線状で且つ直径方向に対向するように接触する。 アクチュエータ１３９８は、圧力を調節し、センサ１３９０は、関節を囲繞する部材間の角度を検出する。
制御モジュール３０Ｊは、シャフト７０Ｊと、第一の摩擦ディスク及びパッド１４００と、第二の摩擦ディスク及びパッド１４０２とを備えている。 アクチュエータがパッドを摩擦ディスクに押し付けて、該摩擦ディスクとパッドとの間の力を変化させ、これにより、又は肢体又はその他の身体部分の関節を中心とする動作に抗する抵抗力を変化させる。 スロット及びボルト機構は、アクチュエータ、センサ及びモジュールが単一体として動くことを許容し、屈曲及び伸長中における関節の偏心動作を調節することが出来る。
図８５には、第一のレバーアーム１３８４と、該レバーアームに形成された第一のスロット１３８６とを備える、第一のレバー組立体３２Ｊの一部及び制御モジュール３０Ｊの一部が示してある。 この図に示すように、制御モジュール３０Ｊは、摩擦ディスク１４０６と、シャフト７４Ｊと、シャフトヘッド１４０８と、シャフトナット１４１０と、第一のアームの基部材１４１２とを備えている。 シャフトヘッド１４０８は、円筒状シャフト７４Ｊの径よりも大きい側部を有する正平行六面体である。 該シャフト７４Ｊは、シャフト端部のナット１４１０の中央タップ穴のねじに係合して、摩擦ディスク１４０６を基部１４１２に保持するねじ付き端部１４１４を備えている。 シャフト７４Ｊの径に略等しい寸法の整合穴が摩擦ディスク及び基部１４１２を貫通して伸長しており、シャフトが貫通する整合穴を提供し、ナット１４１０をそのねじ付き端部に螺着することにより、締め付ける。 平行六面体の形状の穴１４１６は、頭部１４０８を受け入れて、摩擦ディスク１４０６をアーム１３８４と共に回転させ得る寸法としてある。
図８６には、第二のレバーアーム１３９２と、アクチュエータ１３９８（図８４）用のホルダ１４１０と、第二の支持手段２２Ｅに定着するスロット１３９４とを備える、内側レバー３４Ｊの部分斜視図が示してある。 制御モジュール３０Ｇが環状の支持リング１１７４と、摩擦基部及びパッド１４００とを備えている。 アクチュエータ１３９８は、電気的に制御されるプログラムに従い、摩擦基部及びパッド１４０２（図８４）を摩擦ディスク１４０６及びパッド１４００に押し付けて、第一及び第二のレバー３４Ｊ、３２Ｊが互いに関して動くことに対する摩擦抵抗力の程度を予めプログラム化した方法で変化させる。
センサ１３９０のような、位置信号を検出するのに適した光学式センサは、バージニア州24060−3100のブラックスバーグのノース・メイン・ストリート1213のリットン・インダストリーズ（Litton Industries）のポリ・サイエンティフック事業部（Poly-scientific Division）から、部品No.F03573−2として販売されているようなセンサ１３９０である。 この線形センサは、コンピュータ（図８４に図示せず）に接続して戻すことの出来るデジタル信号を提供する。 アクチュエータ１３９８として使用されるような適当なアクチュエータは、アイオワ州50010のノース・ループ・ドライブ2500のエッジ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド（EDGE Technologies, Inc.）の子会社であるエテレマ・プロダクツ・インコーポレーテッド（ETREMA Products, Inc.）からカタログNo.50／6ｍとして販売されているようなものを採用してよい。
図８７には、四つの車輪１４２２Ａ乃至１４２２Ｄ、背もたれ部１４２６、及び従来の方法にてフレームに支持され、人間が水平方向支持体１４２４に座ることを可能にするシート１４２４とを備え、人間がフレームにより四つの車輪で支持され、また、背もたれ部１４２６に対して後方に寄りかかる車椅子１４２０の斜視図が図示されている。 符号１４４２Ａ及び１４４２Ｂで示すような肘掛けが各側部に設けられている。
車椅子１４２０は、また、第一対の右側及び左側制御モジュール１４３８Ａ、１３４８Ｂを有する腕運動装置と、対応する対の運動シャフト１４３６Ａ、１４３６Ｂと、対応する対の握り部１４３４Ａ、１４３４Ｂとを備えている。 制御モジュール１４４０Ａ、１４４０Ｂは、車椅子フレームの両側部に取り付けられており、また、予めプログラム化した方法にて水平軸線に沿って動作に抗する抵抗力を付与し得るようにフレームに取り付けられている。 これらは、その他の任意の制御モジュールの方法で、又は図８４乃至図８６の制御モジュールの方法にて設計することが出来る。
制御モジュール１４３８Ａ、１４３８Ｂは、車椅子の両側部で車椅子のフレームの間に取り付けられて、右腕及び左腕の双方を受け入れ、モジュール１４３８Ａが右腕による横方向外方への動作に対応し、モジュール１４３８Ｂは、左腕による外方への動作に対応し得るように配置されている。 これら二つのモジュールは、垂直軸線を有し、また、水平方向腕運動シャフト１４３６Ａ、１４３６Ｂの該当する一方を腕シャフトの一端にてフレームに接続する。 握り部１４３４Ａ、１４３４Ｂは、対応する腕運動シャフトに取り付けられて、車椅子に座る人間に対する便宜な握り部を提供して、制御モジュールを中心とする制御された腕の運動を行わせる。
手が横方向外方に動くことに従って、プログラム化した程度の抵抗力を付与することが出来る。 更にモジュール１４３８Ａ、１４３８Ｂを同様の構造体であるが、独立的にプログラム化可能である対応する制御モジュールに取り付けることが出来、この後者の制御モジュールは、水平方向で且つモジュール１４３８Ａ、１４３８Ｂの軸線に直交する軸線を有している。 一方、こうしたモジュールは、腕運動シャフト１４３６Ａ、１４３６Ｂの対応する一方に接続し、こうした腕運動シャフトを所定の抵抗力パターンにてモジュール１４３６Ａ、１４３６Ｂの対応する一方の制御の下、外方に動かし、また、別のモジュールの制御の下、垂直方向に動かして、運動する者に対し二種類の異なる程度の動作を付与することが出来る。 このように、単一面、直径方向制御モジュールを二つ接続して、三次元的な多数の運動動作を実現することが可能である。
同様の方法にて、背もたれ１４２６は、背もたれの各側部に一つずつ設けられた二つのモジュール１４４０Ａ、１４４０Ｂによりフレームに接続される。 こうした二つのモジュールは、車椅子フレームと背もたれ１４２６との間の接続部を形成して、背もたれ１４２６を後方に付勢して、腰を中心とする運動を可能にする制御された抵抗力を実現可能にする。
脚の運動を為し得るようにするため、制御モジュール１４２８Ａ、１４２８Ｂは、水平軸線を有する両側部にてフレームに取り付けられ、脚支持シャフト１４３２Ａ、１４３２Ｂの該当する一方をフレームに接続して、その間に制御された抵抗力を提供する。 足載せ部１４３０Ａ、１４３０Ｂは、対応する足支持シャフト１４３０Ａ、１４３０Ｂの両端に接続されて、人間の脚を制御モジュール１４２８Ａ、１４２８Ｂの対応する一方により提供される抵抗力に抗して上方に旋回させることにより、その脚の運動を可能にする。
車椅子に関し多数の肢体について運動機構を説明したが、こうした運動機構は直立姿勢にある人間を支持する通常の椅子、ベッド又は骨組み体のようなその他の型式の人間支持構造体に利用することが出来る。 こうしたあらゆる型式の構造体において、運動のための一方向又は両方向への動作パターンは、枢着点にて制御モジュールにより提供し、制御モジュール内のプログラムに従って動作に対する抵抗力を付与することが可能である。
図８８には、基部１４５２と、ブーツラッチ１４５４と、脚ラッチ１４５６を有する、上述の制御モジュールを使用するスノーボード緊締装置１４５０の斜視図が示してある。 基部１４５２は、固定位置にてスノーボードに取り付けて、ブーツラッチ１４５４を支持し得るようにしてある一方、該ブーツラッチは、ブーツの前面部分にヒンジ止めされ且つ該前面部分を基部１４５２に対して所定位置で定着し得るようにしてある。 脚の定着具１４５６は、取り付け具１４６０、１４６２を互いに調節可能に接続するシャフト１４５８により、ブーツの定着具１４５４に取り付けられている。
取り付け具１４６０は、脚ラッチ１４５６に堅固に固定される一方、取り付け具１４６２は、ブーツの定着具１４５４に堅固に接続されている。 シャフト１４５８は、取り付け具１４６０を中心として垂直軸線に沿って摺動し得るように配置され、また、その下端には、三次元的制御モジュール１４６４を備え、シャフト１４５８と主部分１４５４との間にて、予めプログラム化した制御された抵抗力を伴う自在継手の動作を生じさせる。 このように、シャフト１４５８は、制御モジュール１４６４内である点を中心として任意の方向に摺動して、使用中に、身体がスノーボードに関して動くことを可能にすることが出来る。
モジュール１４６４は、図７３のモジュール１０６０の同一の方法で設計されている。 その代替例において、該モジュールは、互いに直角に取り付けられた、図８４乃至図８６に関して開示した制御モジュールのような二次元的な制御モジュールを二つ備えるようにしてもよく、その制御モジュールの一方がｘ軸線を中心として枢動動作する一方、その他方が交差するｙ軸線を中心とする枢動動作を為し得るようにする。 該枢動動作は、上述の方法にて、所定の程度の抵抗力による抵抗を受け、動作を許容する一方で事故の可能性を軽減する。 この抵抗力は、ボードの上で体重を移動させることを許容する一方で、ある場所では、延伸するように堅固な支持体を提供して、損傷を回避し得るように調節することが可能である。
図８９には、上述の制御モジュールを使用し、静止フレームを有する立ち上がり運動機械１４７０が示してあり、該運動機械は、床に着座し得るようにした静止部材１４７２Ａ、１４７２Ｂと、部材１４７１を有する枢動フレームを、肩及び背もたれフレーム１４７６とを備えている。 該枢動フレーム部材１４７１は、方形断面の鋼管であり、静止フレーム１４７２及び肩及び背もたれフレーム１４７６に枢動可能に接続される矩形部分を形成し得る寸法にしてある。
肩及び背もたれフレーム１４７６は、背もたれ１４８６と、平坦なパネル状背もたれ１４８６の頂部に取り付けられた右側及び左側肩フック１４８４Ａ、１４８４Ｂとを備えている。 この構成において、運動する人間は、その背中を平坦なパネル状背もたれ１４８６に寄りかかり、肩支持体１４８４Ａ、１４８４Ｂがそれぞれ右側及び左側肩の上方を湾曲状に伸長し、このため、背もたれ及び肩支持体１４７６が運動する人と共に動くことが出来るようにしてある。 背もたれ１４７６は、垂直方向寸法が152.4ｍｍ（6インチ）乃至152.4ｃｍ（5フィート）の範囲と比較的小さく、そのため、背もたれは、背中と共に曲がることが出来、したがって、その通常の姿勢にあるときに垂直に立ち上がった際に床に接触することはない。
捻り動作を許容すべく、肩及び背もたれ１４７６は、制御モジュール１４７４により枢動フレーム１４７１に取り付けられている。 該制御モジュール１４７４は、背もたれ及び肩寄せを保持し且つ上半身を捻る人間に対しフレームが枢動動作する間に、予めプログラム化した抵抗力を異なる角度にて作用させる抵抗プログラムを提供することが出来る。
一つの運動としての腰の曲げを許容すべく、枢動可能なフレーム１４７１は、制御フレーム１４７８Ａ、１４７８Ｂにより、それぞれ腰の周りの中央位置にて静止フレーム１４７２Ａ、１４７２Ｂまで高方に枢動可能に取り付けられており、肩寄せ１４８４Ａ、１４８４Ｂを保持する人間がつま先に触れるような動作をするときに、体を曲げることを可能にする。
腕の運動を許容すべき、握り機構１４７８Ａ、１４７８Ｂが右手及び左手に対して配置されており、また、制御モジュール１４８０Ａ、１４８０Ｂにより肩及び背もたれに取り付けられ、このため、人はその腕を上方及び下方に枢動させることでその腕の運動を為すことが出来る。
スクワット動作を行うべく、捻りフレームは、レール１４７５Ａ、１４７５Ｂで形成されている。 これらのフレームは、その該当する各側部にてスリーブにより背もたれ及び肩支持体に取り付けられ、また、制御モジュール１４７４Ａ、１４７４Ｂ、１４７６Ａ、１４７６Ｂにより取り付けられており、機構内に立つ人間が膝を曲げて上方及び下方にスクワット動作をする間に、背もたれ及び肩寄せ１４７６が下方に動くのを許容する。 制御モジュールは、制御された運動パターンを提供し得るようにその全体を調節することが可能である。
図９０には、例えば、固定器の右側及び左側を共に接続する、図４６の脛骨支持体と同様の脛骨支持体とすることも出来る二つの側部支持体９０４Ａを備える本発明による固定具が、概略図的な分解斜視図で示してある。 この目的のため、二つの側部支持体９０４Ａは、相互に係止された堅固な固定器部分９０６Ａと、クッション部分９０８Ａと、右側部分９１３Ａと、左側部分９１３Ｂとを備えている。
固定器部分９０６Ａは、右側部９１３Ａ及び左側部９１３Ｂを互いに関して所定位置にて接続し、クッション部分９０８Ａが、例えば、脛骨のような身体部分を支持する所定の位置に配置することを可能にする。 この目的のため、堅固な部分９０６Ａは、摺動可能な定着具９１０Ａと、二つのねじ付きロックリング９１５Ａ、９１５Ｂと、割型フェルール１５０９と、雌ねじ付きの受け入れソケット９１７と、縮径シャフト部分１５１２と、中空のねじ付き基部分９０６Ａとを備えている。 縮径シャフト部分１５１２は、中空のねじ付き基部分９０６Ａ内に嵌まり、受け入れソケット９１７が基部分９０６Ａに螺着されたときに、フェルール１５０９をその間に付勢する。 摺動可能な定着具９１０は、クッション部分９０８Ａを配置位置に動かし、ねじ付きロックリング９１５Ａ、９１５Ｂにより所定位置に係止することが出来る。
クッション部分９０８Ａは、ロック９１０の下方伸長部分に取り付けられて、ロック９１０Ａにより一方の位置から別の位置まで動かし脛骨の上方に配置することが出来る。 クッション部分は、底部のクッション部分１５００と、頂部支持体１５０２とを備えており、該頂部支持体は、クッション１５００が患者の皮膚に押し付けられた状態で身体部分を所定位置に保持するのに十分、堅固である。 堅固な支持体１５０２から上方に伸長するソケット１５０４は、係止部材９１０Ａからボール継手を受け入れる。 ボール継手は、その周りで枢動可能であるが、横方向及び長手方向に所定位置に保持されている。 ねじ１５０７は、固定器に取り付けるべくアダプタ３２Ｌに形成された、符号１５０６で示すような内部のタップ穴を貫通して部材９１３Ａ、９１３Ｂに付勢させることが出来る。
図９１には、雄ねじが設けられた第一のタブ１５０８を有する左側支持体９１３Ｂと、接続部分１５１０と、縮小径の固定器部分１５１２とを有する左側支持体９１３Ｂの側面図が示してある。 ねじ付き端部１５０８は、固定器に対するアダプタに形成された穴に嵌まり得るようにされており、該端部は、ねじにより該位置に保持され、外方に伸長し且つ内方に湾曲して固定器部分を形成する接続部分１５１０を支持している。
縮小径部分１５１２は、中空の外ねじ付きの固定器部分９１９内に嵌まって、固定器の堅固な中央部分９０６Ａに対する、相互に係合する接続具を形成し得るようにしてある。 内ねじ付きの受け入れソケット９１７は、縮径シャフト部分１５０２と接続部分１５１０との間で右側部材９１３Ｂに設けられており、また、該ソケットは、基部分９０６Ａの外ねじ部分９１９の端部を受け入れる内ねじ付き凹所１５１４と、フェルール１５０９の端部に係合して縮径部分１５１２と中空部分９１９の内壁との間にて該端部を付勢して、受け入れソケット９１７を中空部分９１９の外ねじに螺着したとき、それら部分を係止する縮径凹所とを備えている。
図９２には、左側部材１９１３Ａに形成された対応する寸法の穴に嵌まって堅固な中央部分９０６Ａを形成し、その他端にソケット９１７が設けられた、中央の円筒状シャフト１５０２を示す、右側支持体９１３Ｂの正面図が示してある。
図９３には、外ねじ付きシャフト９０６Ａと、該シャフト部分９０６Ａの中央軸線を長手方向に貫通して伸長する内部穴１５２０と、側部材９１３Ａの面に対して垂直な面内に位置する、その一方を符号１５２２で示した一対のスロットと、接続部分１５２４と、ねじ付き端部を有する端部取り付け部分１５２６とを有する左側部材９１３Ａの平面図が示してある。 取り付け部分１５２６のねじ付き端部は、アダプタ内に挿入されて、端部１５０８に対し平行に上方に伸長し、接続部分が垂直方向に伸長する端部１０６Ａに対する接続部を提供する。 外ねじ部分９０６間の距離は、シャフト１５０２と内部穴１５２２との間にてフェルール１５２６を押圧して、シャフトを穴１５２０内の固定位置に堅固に保持することにより、側部９１３Ａ、９１３Ｂの間の距離を調節する内ねじ付きシリンダ９１７に係合可能な寸法としてある。
図９４には、部材９０６Ａに嵌まり且つ該部材の上を可動の円筒状スリーブ部材１５３０と、下方に伸長するシャフト１５３２と、ボール１５３４とを有する位置決め部材９１０Ａが示してある。 該ボール１５３４は、下方に伸長する堅固な部材１５３２によりスリーブ１５３０に定着され、また、緩衝された脛骨支持体９０８Ａ内に着座する。
図９５には、ボール１５３４を可動状態に受け入れて、スライド１５３０を動かすことにより、部材９０６Ａに沿って横方向にスリーブ９０８Ａを調節し得るようにされたソケット１５０４を有する位置決め部材９０８Ａの平面図が示してある。
図９７には、その頂部を通じて圧力により挿入し、所定位置に係止することの出来るボール１５３４を受け入れるソケット１５０４を示す、脛骨支持体９０８Ａの平面図が示してある。 図９６には、リング９１５Ｂと同一であるリング９１５Ａの内ねじ付きリングが示してある。 これらの狭小なリングは、該リングを螺着することにより、シャフト９０６Ａに沿って動かすことが出来る。 これらのリングは、スリーブ１５３０を緊密に拘束することを目的とする。
この機構によれば、図９０に特に示すように二つの側部９１３Ａ、９１３Ｂはアダプタ３２Ｌ、３４Ｌに形成された孔に挿入して、止め具がアダプタを押圧することにより所定位置に保持される。 スリーブ９１０は、クッション１５００が適正に配置される迄、二つのリング９１５Ａ、９１５Ｂを螺着することにより、患者に対し適正に配置することが出来る。 これら二つの部材９１３Ａ、９１３Ｂは、穴１５２０内でシャフト１５０２により強固に定着することが出来る。 この長さは調節可能であり、また、フェルール１５１４がシャフト１５０２の外側と穴１５２０の内壁との間に緊密な摩擦シールを形成する迄、その二つはシャフト９０６Ａのねじ部分の上で内ねじ付きスリーブ９１７を螺着させることにより、堅固に引き付けることが出来、これにより、二つの側部１５２６、１５１０が互いに平行な状態でアダプタ３２Ｌ、３４Ｌ間の距離に適した位置になるように、シャフト１５０２を穴内で堅固に保持することが可能となる。
図９８には、膝固定器の第一及び第二の部分２６Ｋ、２８Ｋにそれぞれ定着された第一のレバーアーム３２Ｋ及び第二のレバーアーム３４Ｋが示してある。 これら二つのレバーアーム３２Ｋ、３４Ｋは、それぞれの中央ディスク１５３０、１５３２が互いに重なり合い且つ膝関節の上方で制御モジュールに相互に接続されている。 制御モジュール７４Ｋのボルトは、部分的な形態で示してある。
レバー部分は、図５６乃至図５９に関して説明した方法と同様の方法にて、固定器部分の上方にスナップ嵌め可能であるようにされているが、単一のボルトがレバーの二つのスナップ止め部分を相互に保持し、ボルト１５３４が固定器部分の上方で第二の部分にスナップ嵌めされた第一の部分を保持し、該第二の部分は、レバーアーム３２Ｋのディスク部分と、レバーアーム３４Ａの二つの部分を固定器の上方で相互に保持するボルト１５３６とを備えている。 また、二対のロック１５０６の一方が端部分９１３Ａ（図９０）に係合して、二つの側部支持体９０４Ａ（図９０）の一方の側部を所定位置に保持する状態で示してある。
図９９には、マイクロプロセッサ１５４０と、組み合わせた陰極線管及びキーボード１５４２と、プリンタ１５４４と、モデム１５４６と、複数のセンサ１５４８Ａ乃至１５４８Ｆと、複数の作動装置１５５０Ａ乃至１５５０Ｇとを備えるマイクロプロセッサの制御システム１５３８のブロック図が示してある。 ＣＲＴ及びキーボード組み合わせ体１５４２、プリンタ１５４４、モデムとのコンピュータ相互接続部１５４６は、全てマイクロプロセッサに電気的に接続されており、マイクロプロセッサ内への情報の伝達を許容し、また、ローカル・ステーション又は遠方のステーションのユーザの何れかに、該マイクロプロセッサから情報を読み出すことを可能にする。 センサ１５４８Ａ乃至１５４８Ｆは、（１）関節を中心とする肢体、又はその他の身体部分の位置、（２）筋緊張性の電気的活性で表現されるような筋肉の状態、及び／又は（３）床を打つ足、又は身体部分の特定量の加速度又は環境からの温度等を含む外部トランスデューサからの信号のような運動のタイミングを表す信号をマイクロプロセッサに送る。
作動装置１５５０Ａ乃至１５５０Ｇは、（１）ユーザが使用する制御モジュール内の異なる記憶されたプログラム及びユーザの位置に従って抵抗力を変化させること、又は（２）電気的に接続されたマイクロプロセッサ１５４０内のデータと相俟って電気的な筋運動記録図の信号又は超音波信号、或いは熱等を付与することを行うことが出来る。 センサ１５４８Ａ乃至１５４８Ｆは、マイクロプロセッサ１５４０に信号を供給し、また、該マイクロプロセッサは、データのアクセスするために使用することが出来る一方、該データは、時間、又は大きさ等の点にてアクチュエータの制御に使用することが出来る。
マイクロプロセッサと操作者との連通を可能にするため、ローカル・ステーションには、ディスプレイ手段及び入力手段の双方が設けられている。 例えば、陰極線管は、マイクロプロセッサからのデータを表示し、また、データは、操作者がキーボードを通じて入力することが出来るが、該データは、テープ又はその他の任意の手段で入力することも可能である。 代替例において、マイクロプロセッサは、プリンタ１５４４に印刷情報を送るようにする。 データを印刷し又は視覚化し、或いは別のマイクロプロセッサ等に伝達すべく、モデムに電気的に接続して、運動又は治療法等をユーザに提供するときに関係する機能の一部を遠方のユーザが利用可能であるようにすることが出来る。
好適な実施例において、マイクロプロセッサ１５４０は、二つの直列ポートを有する、モトローラ（Motorola）6800周辺インターフェース・ドライブ、バス・コネクタ、時間／日付クロック、監視タイマー及び停電検出器を備えるＺ−ワールド・エンジニアリングＺ−180マイクロプロセッサを利用する、スマート・ブロック・マイクロプロセッサ・コア・モジュールと呼ばれるマイクロプロセッサを備えている。 該マイクロプロセッサは、カリフォルニア州95616、デービス、ピカソ・アベニュー1724のＺワールド・エンジニアリング（Z-world Engineering）から購入可能である。
所定の時点にて筋肉の動作を強化するため、筋肉に刺激を与えるべく、ＥＭＳアクチュエータ１５５０Ａは、当該技術分野で公知の方法にて、特定の筋肉を刺激し得るよう、一又は複数の位置にて皮膚に対して保持することの出来る電極を備えている。 この筋肉の刺激は、筋肉を強化するため、又は脛骨のような身体部分の二つの側部にて強さが等しくない筋肉の調子を等しくするために利用することが出来る。 このようにして、患者は、不均一な強さの筋肉で脚を捻ったりすることなく運動が可能であり、又は固定器を装着して歩行することが出来る。
筋肉の刺激は、単独で使用することが出来、また、この筋肉の刺激は、歩行し得ない患者を歩行可能にすることが出来る。 特定の状況下で、膝が屈曲し易い患者は、適当な時点で信号を付与して膝の屈曲を回避することが出来る。 幾つかの筋肉をタイミングを合わせた順序で刺激し、その順序は、踵が床を打つことで形成される種類の測定可能な衝撃、又は固定器に設けられた制御モジュール等により固定器に付与される特定量の応力のような力により、タイミングを合わせることが出来る。 この刺激のための信号は、複数の供給源により制御することが出来、この供給源としては、例えば、関節を曲げる特定の位置として、その関節に加わる力を利用し、又はそれ自体、或いは力、若しく角度位置と相俟って発生される特定の筋緊張性の電気的動作とし、或いはその他の何れかの検出技術とすることが可能である。
上述したように、制御モジュールの抵抗力を変化させることと相俟って、筋肉を刺激することが可能である。 このように、特定の力の程度又は筋緊張性の動作及び関節の位置にて、抵抗力を変化させて膝固定器内の制御モジュールの抵抗力を増すといった更なる支持体を提供して、特定の状態下での膝の屈曲を回避することが可能であり、これは、刺激を通じて更なる筋肉繊維を発生させる手段、若しくは筋肉自体から受け取った信号に基づいて筋肉を強化するという代替的な手段と共に採用可能である。
このように、筋肉を曲げるのに必要な力、外部トランスデューサに加えられる体重のような条件、足が地面を打撃するといった特定の衝撃時後の時間、及び筋肉の運動により発生される信号に基づいて、マイクロプロセッサは、センサ及びアクチュエータと共に、モジュール内の抵抗力を制御することが出来る。 この抵抗力は、膝の屈曲に抗する支持力を提供し、又は運動のための制御された抵抗曲線を提供するために利用することが出来る。 この抵抗力は、機械的にプログラム化するか、又はマイクロプロセッサの検索表内に記憶させたり、トランスデューサからの信号により読み出し、又は計算が必要なある種の簡単な曲線の場合、マイクロプロセッサにより計算することが可能である。
特定の筋肉に電気的刺激を与えるトランスデューサは、その他の市販の装置も使用可能であるが、例えば、米国ミネソタ州55432、ミネアポリス、セントラル・アベニューNE7000のメドトロニック・インコーポレーテッド（Medtronic Inc.）が製造し、同社から入手可能なレスポンド（RESPOND）IIのような幾つかの市販の任意の装置とすることが出来る。 運動のため、又は、運動機能に障害のある人間の援助のための何れかとして筋肉を電気的に刺激する技術は、1983年7月のフィジカル・セラピー（PHYSICAL THERAPY） 、volume 63、n７におけるバジョットその他（Bajd, et al）による「麻痺患者に対する歩行支援としての四チャンネル電気刺激装置の使用（The Use of a Four Channel Electrical Stimulator as an Ambulatory Aid For Paraplegic Patients）」の1116−11120頁；1988年1月のフィジカル・セラピー 、volume 63、n１におけるデリットその他（Delitto, et al）による「人体手術後の大腿筋肉の電気的刺激による同時収縮（Electrically Elecitated Co-Contraction of Thigh Musculature After Anterior Cruciate Ligment Surgery）」の45−50頁；1983年6月のフィジカル・セラピー 、volume63、n６におけるコリアその他（Corrier, et al）による「健康な人間における電気的刺激による筋肉の強化（Muscular Strength Development by Electrical Stimulation in Healthy Individuals）」の915−920頁に記載されている。 適用例の詳細は、バージニア州22314−1488、アレキサンドリア、ノース・フェアファックス・ストリート111のアメリカン・フィジカル・セラピー・アソシエーションの米国身体治療協会（American Physical Therapy Association）から入手可能な米国身体治療協会ISBN・No.912452−77−3の臨床的電気生理学に関する部分における「身体治療における電気治療技術の用語集（Electrotherapeutic Terminology in physical Therapy）」に詳細に記載されている。
電極は、約101.6ｍｍ×50.8ｍｍ（約4インチ×2インチ）の可撓性の織地材料に入れて筋肉上に略配置され、これらの電極は底面から突出している。 これらの電極は、ストラップのようなその他の任意の適当な手段により固縛するか、又は固定器に取り付けることにより所定位置に保持することが出来る。 パルス持続時間は状況に応じて異なるが、略、0.5マイクロ秒乃至750マイクロ秒の範囲とする。 この周期は、直流電流間で750パルス／秒の周期まで変化させ、電流が１乃至50ミリアンペアの範囲とし、電圧は50乃至300ボルトの範囲とする。 この特別な好適な電圧及び電流は、全体として身体療法士又は外科医が設定するが、典型的な値は、電気治療用語集の上述の説明書に記載されている。
バイオフィードバック・トランスデューサは、ニューヨーク州12992、ウェスト・チェージィNo.380、RR・No.１Rt.9Nのソート・テクノロジー・リミテッド（Thought Technology Ltd.）が販売するマイオトラック・ラピック・スキャン・トランスデューサ（Myotrac Rapic Scan Transducers）、又は、マサチューセッツ州02135、ボストン、ウェスト・アベニュー342のサイボーグ・コーポレーション（Cyborg Corporation）から入手可能な、モデルNo.J53二重ポータブル型ＥＭＧ及びJ33ポータブル型ＥＭＧとして販売されているサイボーグ・ＥＭＧのような、幾つかの公知の既存の任意の装置とすることが出来る。
バイオフィードバック・トランスデューサ１５４８ＡとＥＭＳ装置１５５０Ａとを隔離するため、二位置リレー・スイッチ１５５２が導体１５５４の制御信号を通じてマイクロプロセッサにより制御され、リレー接点を電子筋肉装置に対する導体１５５６に対して接続し、マイクロプロセッサ１５４０で表示する時点にて所定の周期及び電力による高電圧の信号を印加する。 導体１５５４に制御信号が存在しないとき、バイオフィードバック１５４８Ａの装置からのバイオフィードバック信号は、導体１５５８及びリレー・スイッチ１５５２のノーマル閉接点を通じて導体１５６０を介してマイクロプロセッサに伝達される。
この構成において、筋肉の収縮状態がその最大限であることをバイオフィードバック信号が表示するときのの如き所定の時点にて、筋肉を刺激すべく、筋肉に信号を周期的に印加して、制御モジュールの抵抗力に抗して肢体が完全に作用可能にすることが出来、又は筋肉を刺激して歩行を続け、支持体が制御モジュールから反対方向に作用し、又は制御モジュールからの更なる抵抗力に抗して作用するようにすることが可能である。
運動又は治療が行われている間に、外部の音響／視覚装置１５５０Ｆは、療法士が観察すべきモニタとすることが出来る。 これらは、患者の背中、又はベルトに取り付けたスクリーンとし、或いは、図７６に符号１２０２で示すような仮想現実ヘッドマスクに接続して、運動又は訓練と調和すべき音及び立体像を提供するようにすることが出来る。 仮想現実ディスプレイを使用するため作成するのに使用可能である装置の適当な説明は、英国、アルダーショットのＪＥＴ出版社からのジェレミー・トンプソン（Jeremy Tompson）編集による、国際研究プロジェクトの要覧（International Directory of Research Projects）ISBN・0-88736-862-Xにおける「仮想現実（Virtual Reality）」の欄に記載されている。
図１００には、零設定点を確保すべく最大の工程数だけ力を弱くする開始段階１５６０と、コンピュータの記憶装置内のデータ検索表から適当なデータを入手する段階１５６２と、所望の電位に達するために制御モジュールにパルスを送る段階１５６４とを含む、単一面の制御モジュールを制御するソフトウェア・プログラムのブロック図１５６１が示してある。 図５２乃至図５５及び図８４乃至図８６に示すような電気的に制御された制御モジュールの任意のものを使用することが可能である。
マイクロプロセッサ１５４０（図１００）からデータを得るため、一連の段階１５６２は、入力データ・ポートを読み取る段階１５６６と、有効なデータであるか否かをチェックする段階１５６８と、データが変更されたか否かを判断する段階１５７０と、新たな角度に必要とされる増分値を得るためにデータ表を計算し又は測定する段階１５７２とを含むサブ・ルーチンを備えている。 段階１５６６は、モジュールの制御装置から単一面のモジュールの位置を問い合わせる。 この読み取り値は、決定段階１５６８において、予想値の範囲と比較され、その値が適正でないならば、プログラムは段階１５６６に戻る。 適性な値であれは、次に、決定ブロック１５７０は、データを受け取り、そのデータを最後の測定値と比較する。 同一の値であれば、プログラムは、再度、段階１５６６に再循環して戻る。 相違がある場合、その新たなアドレスを使用してデータ表を読み取り、制御モジュール内の抵抗力を変更する値を付与し、その値を一連の段階１５６４に伝達する。
適正な値を選択するためには、サブルーチン１５６２の段階により要求された増分的変更は、決定段階１５７４に付与され、該段階がその抵抗力が大きいか又は小さいかを判断する。 抵抗力がより大きいならば、適正なレベルに達するための増加パルス数を計算すべく信号が段階１５７６に送られる。 これらの信号は、段階１５７８にて使用され、アクチュエータ内のステッピングモータを新たな位置に動かし、これにより、制御モジュール内で動作に対する新たな抵抗力を付与する。 他方、抵抗力を低下させる場合、適正なレベルに達するのに必要なパルスを計算すべく信号が段階１５８０に送られる。 この値は、出力低下パルスに付与され、段階１５８２にて終了して、レバーアームを新たな位置に動かし、これにより、ユーザの動作に対する抵抗力を低下させる。
図１０１には、右側又は左側の膝の位置センサを読み取る段階１５８６と、踵の圧力を測定する段階１５８８と、右側又は左側位置センサの一方を検出する段階１５９０と、段階１５８６、１５８８、１５９０から受け取った測定値を使用して、マイクロプロセッサ１５４０内の検索表から信号を得る段階１５９２と、マイクロプロセッサからの信号を受け取り且つ左側抵抗値を変化させる段階１５９４と、その信号を受け取り且つ右側抵抗力を変化させる段階１５９６と、筋肉を電気信号で刺激し、その後にループを反復して、その段階を続行し、所定の周期で反復的に筋肉が刺激されるようにする段階１５９８とを含む、ブロック線図１５８４が示してある。 この検索表は、ある値に対し、その伝達された命令に零バイトを提供して、右側又は左側抵抗モジュールが変化されないようにするか、又はこれらのモジュールの各々が異なる値にて変化するようにし、或いは、筋肉が刺激され、又は刺激されないようにすることが可能である。
例えば、患者によっては、その膝の筋肉がより強い強さまで電気的に刺激することの出来ない者もある。 かかる場合、検索表から伝達された命令は、ＥＭＳ刺激値が零である一方、右側及び左側抵抗力の値は、膝固定器の各側部の二つの抵抗力を等しくするが、膝の屈曲を防止するのに十分に大きい値である。 他方、その他の患者には、筋肉の刺激信号しか付与されないことがある。 利用すべき特定の値は、療法士が設定し、予定時間よりも先に患者を試験して、コンピュータに予めプログラム化することが出来る。
図１０２には、ＥＭＧ信号及び踵の圧力信号に応答して抵抗力を変化させ、歩行動作中の最大収縮のような筋肉状態を検出するためのプログラム１６００が示してある。 次に、このプログラムは、検索表から使用すべき抵抗力又は刺激の値を判断することが出来る。
プログラム１６００は、踵の圧力を測定する段階１６０２と、電気筋運動記録図による運動を測定する段階１６０４と、段階１６０２、１６０４からの測定値に基づいて制御命令又は一連の命令を検索すると共に、段階１６０８に示した右側又は左側抵抗力の一方を変化させる段階１６０６と、右側又は左側抵抗力のもう一方を変化させる段階１６１０と、筋肉を刺激する段階１６０２とを含んでいる。 同様に、選択された制御命令は、変化すべき任意の抵抗力の値、または、療法士が提供する予め記憶させた情報に従って付与すべき筋肉の刺激電気信号が零である。 このように、このプログラムは、患者の歩行が不可能であるとき、その患者の歩行を可能にする運動ルーチンに使用することが出来る。 このシステムは、最大値を示す筋肉からの信号に応答して、及び患者が現在、実行中の段階の部分を表示する圧力トランスデューサからのタイミング位置に応答して、刺激信号を付与するタイミングを設定することが出来る。
図１０３には、（１）踵の圧力又は身体部分の動作の加速度のような身体部分に加わる圧力又はその他の関連する、感知された力を検出する段階と、（２）それに応答して信号を付与する段階とを行う段階１６１６を含むプログラム１６１４が示してある。 該プログラムは、更に、（１）制御モジュールにより加えられた時間−抵抗パターンを制御して、適正であれば、筋肉を刺激する電気信号を付与する時間を制御する段階１６１８を含む。
この構成において、刺激信号の抵抗力及びタイミングの双方は、膝に付与される圧力の程度、動作を表現する、踵等に付与される圧力により制御することが出来る。 このように、弱体化した筋肉を刺激することにより、各側部に等しい圧力を付与し且つ／又は抵抗力を変化させることで、膝蓋が弱体化した患者の動作のような捻り動作を検出し且つ矯正することが可能である。
筋肉の刺激の程度及び抵抗力を変化させるタイミングを制御する制御命令を得るべく、プログラム段階１６１６のグループは、膝のような身体部分の一側部の位置を検出する段階１６２２と、身体部分の他の側部の位置を検出する段階１６２６と、踵の圧力を検出する段階１６２４と、身体部分の両側部の一方に加わる圧力を検出する段階１６２０と、二つの身体部分の他方に加わる圧力を検出する段階１６２８とを含む。 これと同一の構成を使用して、両脚のような二つの身体部分の状態を検出することも出来るが、追加的な踵センサを含めることが必要とされよう。
この情報は、段階１６１８のグループに付与される一方、該グループは、制御命令に応答して、筋肉を刺激し且つ／又は制御モジュールの適当な抵抗力を変化させる。 この目的のため、階段の１６１８のグループは、（１）マイクロプロセッサ１５４０の内部記憶装置内に予め記憶された検索表から療法士が要求し且つ予めプログラム化した制御命令を検索し、その制御命令を連続的に制御モジュールに付与する段階１６３０と、（２）右側又は左側の何れかに加わる抵抗力の程度及び付与すべき筋肉の刺激の性質を設定する一連の段階１６３２、１６３４、１６３６とを含む。
図１０４には、筋肉の電気的運動、踵に加わる圧力及び膝固定器に加わる圧力からのバイオフィードバックに基づいて、抵抗力の程度、その変化タイミング及び筋肉の刺激を制御するプログラム１６３８のブロック図が示してある。 この目的上、プログラム１６３８は、適当な測定を行うプログラム段階１６４８と、抵抗力の必要な変化を設定し、抵抗力を変化させ且つ筋肉を刺激する段階１６５０のグループを含む。
適正な測定データを提供すべく、段階１６４８のグループは、踵に加わる圧力を測定する段階１６４２と、筋肉の電気的運動を測定する段階１６４４と、一側部において膝に加わる圧力を測定する段階１６４０と、反対側における膝に加わるトルク圧力を測定する段階１６４６とを含む。 これらの信号は、段階１６５０のグループに付与されて、適当な補正を為す。
段階１６５０のグループは、電気的筋運動記録図の値及び圧力値に基づいて、制御表中の制御命令を検索し、固定器の右側又は左側における抵抗力を変化させるべくそれらの信号を印加し、また、段階１６５４、１６５６、１６５８の順序で示すように、筋肉を刺激する段階１６５２を含む。
図１０５には、継手１６Ｎ、１６Ｍにて接続されて膝固定器のような固定器の両側部を形成する上方固定器部分２６Ｃ、及び下方固定器部分２８Ｃを有する運動装置、又は固定装置１０Ａの斜視図が示してある。 固定器の両側部は、図９０に示したものと同様の脛骨支持体９０４Ｂにより相互に接続されている。 足の上に配置すべく固定器の底部には、歩行を表示する信号を付与する図９９に示すようなトランスデューサ１５４８Ｆが設けられている。 該トランスデューサは、比較的柔軟なクッション材料中に埋め込んだ圧力トランスデューサでよい。 このトランスデューサ自体については、図９９に関して説明する。
図１０６には測定及び刺激のために脚に設けられた電極１５５２、１５５４、１５５６、１５５８、１５６０を有する脚足１５５０の部分的な概略図が示してある。 これらの位置及び電極自体は、従来通りであり、全体として、ピン接続具用のソケットがその頂部面に設けられており、電極１５５２は、大腿部神経の上方を亙って刺激するのに使用される負の電位を印加する一つのソケットを備え、電極１５５４は、電気的筋運動記録図の信号を測定する三つのソケットを備え、電極１５５６は、広い内側の斜め筋肉（vastus medialis oblique）と股の皺との中間に配置されて、刺激に使用される正電位用の二つのソケットを備え、電極１５５８は、電極１５５４と協働して電気的筋運動記録図の信号を測定する三つのソケットを備え、電極１５６０は、正電極１５５６及びその他の負電極１５５２と協働して広い内側の斜め筋肉の上方に亙って負電位を付与する一つのソケットを備えている。
上記の説明から、本発明の運動装置は次の有利な点があることが理解される。 即ち、（１）両方向への動作にタイミングが合うように制御された抵抗力を付与することが出来る。 （２）既存の固定器に容易にスナップ嵌めして、高価な装置を必要とせずに制御された治療プログラムを提供することが出来る。 （３）肢体の位置に応じて、制御され且つ加減した抵抗力を付与することが出来る。 （４）制御された抵抗力プログラムは、個人個人に合うように調節することか出来、また、運動装置内にを挿入することで制御することが可能である。
本発明の好適な実施例に関して多少具体的に説明したが、本発明から逸脱せずに、好適な実施例の多数の応用例及び変更が可能である。 故に、請求の範囲に記載した事項の範囲内で、本発明は、具体的に説明した以外の形態で実施が可能であることが理解される。 |
