立ち上がるのが困難な場合は、外骨格ロボットが役立ちます

著者：ガオ・ダヨン、チェン・ジバオ;審査委員長：翟華

所属：上海楊志リハビリテーション病院（上海サンシャインリハビリテーションセンター）

このポピュラーサイエンス作品は、「脊髄損傷を恐れる必要はありません。脊髄損傷を予防し、リハビリする方法があります」シリーズのポピュラーサイエンス資料の 1 つです。

「脊髄損傷」や「下半身麻痺」といった言葉は、誰もが、車椅子生活や長期間の寝たきり生活しかできないというイメージを持っている。立ち上がったり歩いたりする能力を回復することも、多くの脊髄損傷患者の期待です。技術の進歩により、脊髄損傷患者にとって立ち上がったり歩いたりすることはもはや不可能な夢ではなくなっており、外骨格ロボットは彼らの夢の実現を助ける武器の一つとなっている。

外骨格ロボットは、人間の機能や能力を拡張、補完、置き換え、強化する技術として考えることができます。これらは、脊髄損傷患者が立ち上がったり歩いたりする能力を取り戻すのに役立つだけでなく、車椅子に長時間座ることによって引き起こされる床ずれのリスクを軽減し、正常な関節可動性を維持し、心臓の健康、筋力、心理状態を改善し、うつ病を軽減することもできます。

開発の歴史

外骨格ロボットの初期の軍事利用

この技術は、米国国防総省が初めて動的「装甲」の概念を提案した 1960 年代初頭にまで遡ります。同時に、コーネル航空研究所は、人間のオペレーターの力を強化するために、人間補助装置（ロボットハンド）の開発を開始しました。 1966 年から 1971 年にかけて、ゼネラル・エレクトリックはハーディマン プロジェクトを通じて人間拡張コンセプトをさらに発展させました。これらは、現在のリハビリテーション外骨格の先祖ともいえます。

外骨格ロボットは通常、電力システムとモーターのトルクを測定するセンサーで構成されています。さらに、筋肉の信号を測定する筋電計 (EMG) や、脳の電気信号を捕捉してコマンド信号に変換する脳波 (EEG) など、生体信号を捕捉するセンサーが搭載されているものもあります。上記のロボットに加えて、現在市場で入手可能な他の医療用外骨格ロボットには、Lokomat、ReWalk、HAL、Ekso GT、Rex、Indego などがあります (図 AF)。

従来の歩行補助装置と比較した外骨格ロボットの利点:
1. 安全性 ユーザーが外骨格を安全に使用できるようにするために、システムによって設定されたエラー防止制御に加えて、2 つの安全対策が講じられています。1 つは、ユーザーの胴体の傾斜角度と角速度をチェックして、重心の移動が良好であることを確認することです。もう 1 つは、スイングしている脚が地面に衝突したり、過度のけいれんにより動けなくなったりした場合に、システムがモーターの電流が閾値を超えているかどうかをチェックし、筋肉の緊張が発生しないようにすることです。また、各脚のサポート部分は、使用者の下肢の周囲長に合わせて調整可能です。この設計により、外骨格ロボットが歩行する際に皮膚の擦り傷を効果的に回避できます。

2. 労力を節約する

胸部脊髄損傷患者は、KAFO を装着して立ち上がったり歩いたりする際に、多大な体力を消費する必要があります。さらに、歩行効率の低さと歩行速度の遅さが、KAFO などの装具の使用率が低い主な要因となっています。下半身麻痺の患者が歩行に前腕松葉杖などの補助器具に頼る場合、バランスを保つために重力をスムーズに移動させながら、上肢に大きく頼って体重を支える必要があります。この動作パターンは非効率的であるだけでなく、肩や手首に大きな負荷がかかるため、スポーツ傷害につながる可能性もあります。従来の KAFO と比較した外骨格の最大の利点は、関節のモーターが機能的な活動に必要な関節伸展トルクを提供することです。その結果、ユーザーは身体に損傷を与える可能性のある代償運動パターンではなく、ほぼ正常の運動パターンを使用して座ったり、立ったり、歩いたりすることができます。

発展の見通し

外骨格ロボットは患者の回復を助けるのに適したツールとなっている。使いやすいだけでなく、セラピストに客観的なデータを提供できるため、より適切なトレーニング プランを作成しやすくなり、より良いトレーニング結果を達成できます。

近年、外骨格は急速に発展しており、モーターの小型化だけでなく、騒音の低減、サイズの小型化、効率の向上も実現しています。近い将来、外骨格はよりスマートで軽量になり、より速く、より安定して、より柔軟に歩くことができるようになるだけでなく、患者がより良い治療結果を得られるようになると信じています。

（この記事の一部の写真はインターネットから引用したものです）

参考文献:

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