装具

脳性麻痺や外傷性脳損傷により歩行能力に異常がある患者では、装具に必要な機能を決定するために、身体検査の一環として歩行パターンが分析される。 ^{[ 21 ] [ 22 ]}

歩行を分類する方法の一つに、「アムステルダム歩行分類」があり、これは5つの歩行タイプを記述しています。歩行パターンを評価するために、患者は評価対象の脚側から直接、またはビデオ録画を通して観察されます。脚が立脚 期の中間にある時点で、膝の角度と足と地面との接触が評価されます。^{[ 21 ]} 5つの歩行タイプは次のとおりです。

1. タイプ1では、膝の角度は正常で、足の接地は完全です。
2. タイプ2では、膝の角度が過伸展しており、足が完全に接地している。
3. タイプ3では、膝の角度が過伸展しており、足の接地が不完全（前足部のみ）である。
4. タイプ4では、膝の角度が屈曲しており、足の接地が不完全です（前足部のみで接地）。
5. タイプ5では、膝の角度が屈曲し、足が完全に接地します。これはしゃがみ歩行とも呼ばれます。

脳性麻痺や外傷性脳損傷による麻痺患者は、通常、足首装具（AFO）で治療されます。これらの患者では筋肉は麻痺していませんが、脳から誤ったインパルスが送られています。装具に使用される機能要素は、両グループで同じです。代償歩行は、立っているときや歩いているときの安定性の欠如に対する無意識の反応であり、通常は加齢とともに悪化します。^{[ 20 ]}これを打ち消し、生理的な可動性を維持するために適切な機能要素が装具に組み込まれると、新しい脳の接続を作成するために適切な運動インパルスが送られます。^{[ 23 ]}装具の目標は、生理的な歩行パターンを可能な限り近似することです。^{[ 24 ]}

脳卒中後の麻痺の場合、装具による迅速なケアが必要です。多くの場合、筋骨格系を制御する「プログラム」を含む脳の領域が影響を受けます。^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}装具の助けを借りて、生理的な立位と歩行を再学習し、異常な歩行パターンによって引き起こされる長期的な健康への影響を防ぐことができます。^{[ 28 ]}ウラジミール・ジャンダによると、装具を構成する際には、筋肉群が麻痺しているのではなく、脳によって誤ったインパルスで制御されていることを理解することが重要です。そのため、筋機能テストでは、立位と歩行能力を評価する際に誤った結果につながる可能性があります。

歩行能力を取り戻すための重要な基本要件は、患者が早期に両足で安全かつバランスよく立つ訓練を行うことです。立位および歩行時のバランスと安全性をサポートする機能要素を備えた装具は、最初の立位運動から理学療法に組み込むことができ、これにより早期段階での患者の可動化が容易になります。生理学的可動性を維持し、立位および歩行時に安全性を提供する適切な機能要素があれば、新しい脳の接続を形成するために必要な運動インパルスが発生する可能性があります。^{[ 23 ]}臨床研究は、脳卒中リハビリテーションにおける装具の重要性を確認しています。^{[ 29 ]}

脳卒中後の麻痺患者は、足関節装具（AFO）で治療されることが多い。脳卒中後、中枢神経系から背屈筋にのみ誤ったインパルスが送られると、つまずきが生じることがある。これにより、歩行の遊脚期に足が十分に持ち上げられなくなることがあり、このような場合、背屈筋をサポートする機能要素のみを備えた装具が役立つことがある。このような装具は、ドロップフット装具とも呼ばれる。足上げ装具を構成する際には、抵抗を設定するための調整可能な機能要素を含めることができ、これにより、荷重応答時の背屈筋の遠心性運動に合わせて前足部の受動的な下降（底屈）を調整することができる。^{[ 12 ] [ 13 ]}

足底屈筋群に中枢神経系から誤ったインパルスが送られ、立位や歩行時に不安定になる場合、無意識の代償歩行が生じる可能性がある。^{[ 20 ]}このような場合、立位や歩行時の安全性を回復できる機能要素を備えた装具を設計する必要がある。足上げ装具は、背屈筋の筋力低下による機能的逸脱を補償するだけなので適していない。

脳卒中後の麻痺があり歩行可能な患者は、装具の最適な機能を決定するために歩行パターンを分析する選択肢があります。評価方法の1つは、理学療法治療概念である「NAP歩行分類」による分類です。^{[ 30 ]}この分類によると、歩行パターンは立脚中期に評価され、4つの可能な歩行タイプの1つとして記述されます。

この評価は2段階のプロセスです。最初のステップでは、評価対象の脚の側面から患者を直接、またはビデオ録画で観察します。歩行タイプ1では膝の角度が過伸展し、タイプ2では膝の角度が屈曲します。2番目のステップでは、患者を正面から観察し、足が内反しているかどうかを判断します。内反している場合は、歩行に「a」が追加されます。これは膝の内反変形に関連しています。一方、患者が足の内側縁で立っている場合（外反）、これは膝の外反変形に関連しており、歩行タイプに「b」が追加されます。このようにして、患者は歩行タイプ1a、1b、2a、または2bに分類されます。歩行可能な患者に対する装具装着の目標は、生理的な歩行パターンを可能な限り近似することです。

多発性硬化症による麻痺の場合、脊髄/末梢神経系の疾患や損傷の場合と同様に、装具に必要な機能を決定するために、身体検査の一環として、患肢の6つの主要な筋肉群の筋力の程度を判定する必要があります。しかし、多発性硬化症の患者は、筋疲労も経験する可能性があります。疲労は程度が大小さまざまで、重症度によっては、日常生活にかなりの制限をもたらす可能性があります。歩行などによる持続的なストレスは、筋機能の低下を引き起こし、歩行の空間的および時間的パラメータに大きな影響を与え、たとえば、歩調や歩行速度を大幅に低下させます。^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}疲労は筋力低下として測定できます。患者の病歴の一部として6つの主要な筋肉群の筋力レベルを判定する場合、標準化された6分間歩行テストを使用して疲労を考慮に入れることができます。^{[ 34 ]}ウラジミール・ヤンダによれば、筋機能検査は、以下の手順で6分間歩行テストと組み合わせて実施される。

1. 最初の筋機能検査（筋疲労なし）
2. 6分間歩行テストの直後に
3. 2回目の筋機能検査（筋疲労あり）

この一連の筋機能検査と6分間歩行テストは、筋疲労を誘発できるかどうかを判断するために用いられます。検査で筋疲労が認められた場合、筋力レベルと測定された疲労度は、装具の設計計画および機能要素の決定に考慮されるべきです。

AFOは足首足装具の略で、足首と足を覆う装具の英語名です。^{[ 2 ]}麻痺患者の治療では、主に背屈筋または底屈筋の筋力低下がある場合に使用されます。^{[ 40 ] [ 41 ]}

炭素繊維やアラミド繊維などの最新素材の使用、およびこれらの素材を複合材料に加工する新しい知識により、装具の重量は大幅に軽減されました。重量軽減に加えて、これらの素材と技術により、装具の一部の領域を非常に硬くして弱った筋肉の力を補うことが可能になり（例えば、足首関節から脛の前面接触面への接続部）、同時にサポートをあまり必要としない領域を非常に柔軟に保つことが可能になりました（例えば、前足部の柔軟な部分）。^{[ 42 ]}

装具シェルに必要な剛性と足首のダイナミクスを組み合わせることが可能になり、^{[ 43 ]}これに加えて、他の新しい技術や軽量でありながら剛性のある装具を製造できる可能性により、装具に新たな要求が課せられています。^{[ 44 ] [ 45 ]}

• 必要な剛性は必要だが、装具は足首の可動域を妨げてはならない。
• 装具は必要な剛性を備えているものの、筋肉の機能を阻害するのではなく、むしろ促進するものでなければならない。
• 必要な硬直性は必要だが、拘縮や痙縮を誘発してはならない。

オーダーメイドのAFOは、筋群の機能的偏差を補正することができます。機能と負荷の計算を通して患者のデータに基づいて構成することで、機能的および負荷の要件を満たすように設計する必要があります。AFOの計算または構成においては、足関節の機能要素、足部シェルの剛性、下腿部シェルの形状など、個々の要件に最適なバリエーションが選択されます。これらの構成要素のサイズは、負荷データに対する弾力性を考慮して決定されます。

新技術に基づいた足首関節は、足部シェルと下腿部シェルを接続する部分であり、同時にAFOに必要なすべての調整可能な機能要素を内蔵しています。

足関節の背屈筋または底屈筋の麻痺の程度の組み合わせに応じて、それらの筋力低下を補うためのさまざまな機能要素を足関節に組み込むことができます。両方の筋群が影響を受けている場合は、要素を1つの装具関節に組み込む必要があります。足関節の動きに必要なダイナミクスと抵抗は、装具の足関節にある調整可能な機能要素によって調整でき、筋力低下を補い、立位および歩行時の安全性を確保しつつ、可能な限り可動性を維持できます。たとえば、予圧縮を備えた調整可能なスプリングユニットを使用すると、静的抵抗と動的抵抗の両方を測定された筋力低下の程度に正確に調整できます。研究は、これらの新しい技術の肯定的な効果を示しています。^{[ 12 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 39 ] [ 16 ]}これら2つの機能要素の抵抗を個別に設定できると非常に有利です。^{[ 13 ]}

足底屈筋の筋力低下を補うための機能的な要素を備えたAFOは、膝を支える筋肉群、膝伸筋、股関節伸筋の軽度の筋力低下にも使用できる。

ドロップフット装具は、足関節背屈筋の弱さを補うために前足部を持ち上げる機能要素が1つしかないAFOです。^{[ 46 ]}足底屈筋などの他の筋肉群が弱い場合は、追加の機能要素を考慮する必要があり、ドロップフット装具は他の筋肉群が弱い患者には適していません。

2006年、これらの新技術が利用可能になる前に、国際赤十字委員会は、世界中の障害者に高品質で近代的、耐久性があり経済的な装具を製造するための標準化されたプロセスを提供することを目的として、2006年の足首装具製造ガイドラインを発表しました。^{[ 47 ]}

新しい技術が広く普及していないため、AFOはポリプロピレンをベースとしたプラスチックで作られることが多く、形状は主に連続した「L」字型で、上側がふくらはぎの後ろ、下側が足の裏に位置しますが、これは素材の剛性しか提供しません。ポリプロピレン製のAFOは今でも「DAFO」（動的足首装具）、「SAFO」（固体足首装具）、または「ヒンジ付きAFO」と呼ばれています。DAFOは、立ったり歩いたりする際に弱い底屈筋のバランスを取るために必要な大きな力を伝達するのに十分な安定性がなく、SAFOは足首関節の可動性を制限します。「ヒンジ付きAFO」は、当時の装具関節で達成できる補償しか可能にしませんでした。たとえば、関節が筋肉のずれを補償するために必要な大きな力を伝達しながら必要なダイナミクスも提供できないため、底屈を一般的に制限します。

臨床現場ではデザインの異なる多数のAFOが存在したが、デザインや製造に使用される材料に関する詳細が明らかに不足していたため、EddisonとChockalingamは用語の新たな標準化を求めた。^{[ 48 ] [ 49 ]}脳性麻痺児のケアに焦点を当て、ポリプロピレン製の装具の設計と製造による歩行パターンの改善の可能性を調査することが推奨されている。^{[ 50 ]}一方、ポリプロピレン製の装具シェルは高力を伝達できないか、柔らかすぎるため、ポリプロピレンを使用した古い技術の製造に最新の機能要素を備えた装具ジョイントを統合することは一般的ではない。

新しい研究では、新しい技術によって歩行パターンを改善できる可能性が高まっていることが示されています。^{[ 12 ] [ 15 ] [ 39 ] [ 16 ] [ 13 ]}

国際赤十字委員会は2006年に足首装具の製造ガイドラインを発表しましたが、残念ながら今日の用語は依然としてそのガイドラインに基づいているため、特に高度な説明が必要となります。^{[ 47 ]}その目的は、世界中の障害者に高品質で現代的、耐久性があり経済的な装具を製造するための標準化された手順を提供することでした。しかし、新しい技術が利用可能になったため、今日では前述の主なタイプは改訂が必要となっています。

KAFOは、膝、足首、足を覆う膝足装具の略称です。^{[ 51 ]}麻痺患者の治療では、膝または股関節伸筋の筋力低下がある場合にKAFOが使用されます。 ^{[ 17 ] [ 40 ] [ 41 ]} KAFOには、足と下腿シェル間の足首関節と下腿シェルと大腿シェル間の膝関節という2つの装具関節があります。

KAFOは、機械式膝関節がロックされているか、ロック解除されているか、またはロックとロック解除の両方が可能なかによって、大きく3つの種類に分類できます。

膝関節が固定されたKAFO：必要な安定性を確保するため、機械式の膝関節は、立っているときも歩いているとき（立脚期と遊脚期の両方）も固定されます。座るときは、膝関節のロックを解除できます。膝関節が固定された状態で歩くと、足を前に振り出すのが難しく、つまずかないように、足を円弧状に前方に振り出す（回旋）か、硬直した足を振り出すために股関節を不自然に持ち上げる必要があります。これらの不適切な歩行パターンは、骨や筋肉系の二次的な疾患につながる可能性があり、このような代償的な動作パターンは、歩行時のエネルギー消費量の増加につながります。映画「フォレスト・ガンプ」では、主人公フォレスト・ガンプがこのような装具によって、動きたいという欲求がさらに阻害されている様子が印象的に描かれています。何世紀にもわたり、KAFOは麻痺した足の膝を固定する機械式の膝関節で作られており、今日でもこのような装具は一般的です。膝関節を固定するKAFOの一般的な名称としては、「スイスロック付きKAFO」または「ドロップロックロック付きKAFO」などが挙げられる。

膝関節ロック解除型KAFO：膝関節ロック解除型KAFOは、立位時および歩行時、立脚期および遊脚期ともに自由に動かすことができます。脚がよろめくことなく振り抜けるように、膝関節の屈曲角度は約60°まで許容されます。座る際に膝関節ロックを解除する必要はありません。膝関節ロック解除型KAFOは、立位時および歩行時の麻痺による問題に対してわずかな補償しか提供できないため、安全性を高めるために、支点を後方に移動させた装具用膝関節を取り付けることができます。ただし、この場合でも、膝関節ロック解除型KAFOは、膝および股関節伸筋の軽度の麻痺の場合にのみ使用すべきです。これらの筋群の麻痺がより重度で筋力が低い場合は、転倒のリスクが著しく高くなります。膝関節ロック解除型KAFOの一般的な名称としては、「運動制御用膝関節付きKAFO」などがあります。

膝関節のロックとアンロック機能を備えたKAFO：膝関節のロックとアンロック機能を備えたKAFOの機械式膝関節は、立脚期に歩行するとロックされ、^{[ 52 ]}使用者に必要な安定性と安全性が確保されます。その後、膝関節は遊脚期に自動的にアンロックされ、つまずくことなく脚を振り出すことができます。つまずくことなく、また補償機構なしで効率的に歩行できるようにするには、関節は遊脚期に約60°の膝屈曲を可能にする必要があります。自動膝関節、または立脚期ロック膝関節の最初の有望な開発は1990年代に現れました。当初はロックとアンロックを引き継ぐ自動機械構造がありましたが、現在では、立位と歩行をより安全かつ快適にする自動電気機械式および自動電気油圧式システムが利用可能です。膝関節のロックとアンロック機能を備えたKAFOにはさまざまな用語が使用されています。一般的な名称は、「自動膝関節を備えたKAFO」または「立脚期制御膝関節を備えたKAFO」です。科学論文では、「stance control orthosis」（SCO）という英語の用語がよく使われますが、この用語はICSの分類とは異なるため、最初の2つの用語のいずれかを使用する方が望ましいです。

足関節装具には、2 つの筋群の麻痺の程度に応じて、背屈筋または底屈筋の弱さを補うためのさまざまな機能要素を組み込むことができます。これらの 2 つの機能要素の抵抗を個別に設定できると非常に有利です。^{[ 13 ]}膝関節および股関節伸筋の膝関節固定筋群の麻痺を補うための機能要素は、膝関節固定機能要素を介して装具の膝関節に組み込まれています。KAFO は、足部シェルの剛性のさまざまなバリエーション、動的足関節の機能要素のさまざまなバリエーション、下腿シェルの形状のバリエーション、および膝関節の機能要素のさまざまな組み合わせを使用して、使用者の制限を補うことができます。^{[ 41 ]}

HKAFOは、股関節、膝、足首、足を覆う装具の英語名であるhip-knee-ankle-foot orthosesの略です。^{[ 51 ]}麻痺患者の治療では、骨盤を安定させる体幹筋が弱い場合にHKAFOが使用されます。^{[ 41 ]}