理学療法科学 33(2): ,2018 原著 維持期脳血管疾患におけるエンドエフェクター型歩行補助ロボットが歩行に与える影響 Effect of an End Effector Gait Assistance Robot on the Gait of Chronic Stroke Pat

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1 理学療法科学 33(2): ,2018 原著 維持期脳血管疾患におけるエンドエフェクター型歩行補助ロボットが歩行に与える影響 Effect of an End Effector Gait Assistance Robot on the Gait of Chronic Stroke Patients 1) 中村壽志 2) 小貫睦巳 3) 山﨑尚樹 4) 田中一秀 Hisashi NAKAMURA, RPT, MS 1), Mutsumi ONUKI, RPT, PhD 2), Naoki YAMAZAKI, RPT, MS 3), Kazuhide TANAKA, RPT, MS 4) 1) Division of Physical Therapy, Department of Rehabilitation, Faculty of Medical Sciences, Shonan University Medical Sciences: Kamishinano, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa , Japan TEL sums.ac.jp 2) Department of Physical Therapy, Faculty of Health Science, Tokoha University 3) Department of Physical Therapy, Chigasaki Rehabilitation College 4) AwesomeLife, Ltd. Rigakuryoho Kagaku 33(2): , Submitted Aug. 31, Accepted Nov. 15, ABSTRACT: [Purpose] To verify the effects of the use of an end effector gait assistance robot on the gait of chronic stroke patients with gait disorders. [Subjects and Methods] Eleven patients who were able to walk 6 months after stroke with and without the use of the end effector gait assistance robot were compared. The evaluation items were walking speed (m/min), step rate (steps/min), stride length (m), Physical Cost Index (beats/m), Borg Scale and heart rate variation (beats/min). [Results] Patients who used the gait assistance robot had a lower Physical Cost Index and a longer stride length. [Conclusion] Ambulatory exercise was done at a lower load when the end effector gait assistance robot was used, suggesting gait ability would improve through long-term use. Key words: end effector gait assistance robot, chronic stroke, exercise efficiency 要旨 : 目的 脳血管疾患特有の歩行動作に対して, エンドエフェクター型歩行補助ロボット使用による変化を検証した. 対象と方法 対象は, 発症 6 ヵ月以降の自立歩行可能な症例 11 名とした. 歩行補助ロボットの補助の有無による歩行を比較した. 評価項目は, 歩行速度 (m/min), 歩行率 (steps/min), 歩幅 (m),physical Cost Index(beats/ m)( 以下,PCI),Borg Scale, 心拍数変化量とした. 結果 歩行補助ロボットの補助なし歩行と比較して, 補助があると歩幅は有意に広くなり,PCI は有意に低くなった. 結語 歩行補助ロボット使用により PCI が低い結果となり, 低い運動負荷量で歩行練習ができた. また, 歩幅の改善が得られたため歩行能力の改善も示唆された. キーワード : エンドエフェクター型歩行補助ロボット, 維持期脳血管疾患, 運動耐容能 1) 湘南医療大学保健医療学部リハビリテーション学科理学療法学専攻 : 神奈川県横浜市戸塚区上品濃 16-48( ) TEL ) 常葉大学保健医療学部理学療法学科 3) 茅ヶ崎リハビリテーション専門学校理学療法学科 4) 株式会社 AwesomeLife 受付日 2017 年 8 月 31 日受理日 2017 年 11 月 15 日

2 I. はじめにアラブルな歩行補助ロボットは多く活用されている. 回復期リハビリテーション病棟に入院する脳血管疾患症例我が国における高齢化率が上昇するなか, それに応じを対象にした研究では, 歩行補助ロボットによる歩行練た介護の必要性も必然的に高くなるだろう. 人口に対し習を 4 週間実施した結果, 歩行速度の改善が報告されてて高齢者が多くなったことに加えて, 平均寿命が延長しいる 4,5). また, 維持期脳血管疾患症例 8 名を対象に, ていることから老老介護が社会問題になると考えてい歩行補助ロボットによる歩行練習と通常の歩行練習でそる. 厚生労働省による平成 25 年国民生活基礎調査の概れぞれ 4 週間ずつランダム化クロスオーバー比較試験を況では, 要支援 要介護となった原因の 18.5% が脳血実施した研究では,Borg Scale の改善が報告されてい管疾患で次いで認知症 15.8%, 高齢による衰弱 13.4% る 6). これらは, いずれも外骨格型の歩行補助ロボットであった. 要介護認定別で脳血管疾患の割合は, 要支援 ( 図 1) を使用している. 脳血管疾患を起因とした歩行 2 は 14.1%(3 位 ) であるのに対し, 要介護 1 は 13.9%(3 障害は, 運動神経症状および感覚障害症状から様々な歩位 ), 要介護 2 は 18.9%(2 位 ), 要介護 3 は 23.5%(2 位 ), 行動作をしており 7), 発症前とは異なる歩容を獲得する要介護 4 は 30.9%(1 位 ), 要介護 5 は 34.5%(1 位 ) 場合が多い. 外骨格型の歩行補助ロボットは, フレームとなっている 1). これらより, 脳血管疾患による介護をと回転軸で関節運動を補助することで, 運動方向を是正必要とする人は介助量が多く, 介護者の負担は大きいこすることができる反面, それ以外の動きは制御する構造とが推測される. になっている. 脳血管疾患特有の歩行動作に対して外骨昨今, 注目されているのが歩行補助ロボットである. 格型の歩行補助ロボットを使用した場合には, 本人が動ロボット工学分野の発展により, 環境の変化をロボットかしたいと思う運動方向を制限している可能性がある. が感知し, その情報から様々なバリエーションの出力が脳血管疾患発症 6 ヵ月以降の症例に対して, 歩行補助ロ実現可能となっている. 日本脳卒中学会が推奨する脳卒ボットとセラピストの介助の歩行能力改善の是非を比較中治療ガイドライン 2015 では, 歩行補助ロボットを用した報告では, セラピストの介助の方が歩行速度と立脚いた歩行訓練は発症 3 ヵ月以内の歩行不能例に勧められ時間の有意な改善があったとしている 8). しかしながら, る ( グレード B) 2) と歩行障害に対するリハビリテーショ外骨格型の歩行補助ロボットを使用しているため, 脳血ンとして, 歩行補助ロボットの記載が新たに加わった. 管疾患特有の歩行動作を適切に補助できているか確認が歩行補助ロボットの有用性を 23 編の論文から検証しされていない. たメタアナリシスでは, 脳血管疾患症例に対して通常の一方, エンドエフェクター型の歩行補助ロボットは, 理学療法に加えて歩行補助ロボットを使用することで, 回転軸をもたずに身体の末梢部を補助する構造のものを自立歩行になる症例数が多い傾向を示し, 歩行速度と 6 指す. 住友理工製 歩行アシストスーツ A003 号機 分間歩行が有意に改善した. 使用した機器はトレッドミ (Gait Assist Suit: 以下,GAS) は, 下腿に巻いたベルル備え付け式の外骨格型の Lokomat とエンドエフェクトを引き上げることで, 股関節と膝関節の屈曲運動を歩ター型の Gait Trainer GT I が多く, 後者の方が有意に歩行周期に合わせて補助するエンドエフェクター型歩行補行速度を改善させたと報告されている 3). 国内でもウェ助ロボット ( 図 2) である. このような下肢の運動を制 図 1 外骨格型とエンドエフェクター型の歩行補助ロボット ( 左 :HONDA の HP より転載, 右 : 住友理工パンフレットより転載 ) 外骨格型の歩行補助ロボットは運動方向の是正が行いやすい特性を持ち, エンドエフェクター型歩行補助ロボットは運動方向の自由度がある特性を持っている. 左 : 本田技研工業株式会社, 右 : 住友理工株式会社より許可を得て転載

3 303 図 2 GAS の構成 ( 住友理工パンフレットより転載 ) 2 本の肩ベルトと腰ベルトと 2 本の下腿ベルトで身体装着する形状で, 腰ベルト前面にある 2 つのウインチモーターが牽引コードで繋がった下腿ベルトを引き上げることで, 股関節と膝関節の屈曲運動を歩行周期に合わせて補助する. 住友理工株式会社より許可を得て転載. 限しにくい特徴を持っているウェアラブルな歩行補助ロボットを使用した報告は少ない. 今回は, 維持期脳血管疾患の歩行動作に対して GAS 使用による変化を検証することを目的とした. II. 対象と方法 1. 対象対象は,2017 年 1 月から 2017 年 3 月までの期間に通所デイサービス事業所を利用しているすべての脳血管疾患後遺症利用者とし, 以下の取り込み基準に該当し, 除外基準に該当しない者で, 男性 5 名, 女性 6 名の 11 名となった ( 表 1). なお, 取り込み基準に該当した対象者は 11 名で, 除外基準に該当した者はいなかった. 対象者の取り込み基準は, 脳血管疾患に起因する運動機能障害を呈する発症 6 ヵ月以降の者, 歩行補助具の有無に関わらず平地歩行が介助を要さずに時速 1 km/h(0.27 m/s) 以上で行える者, 本研究への参加に同意を得た者とした. 除外基準は,1) 重度の失語や失行, 失認, 認知症を有し指示理解が困難な者,2) 主病巣が小脳であり GAS 使用により転倒リスクが高い者,3) 整形外科的疾患により著しい関節障害を有し疼痛が著明な者,4) 心疾患がある者とした. 今回の研究にあたり, 対象には研究の主旨を十分説明し承諾を得た. また, 本研究は常葉大学研究倫理審査委員会の承認を受けて行った ( 承認番号 H). 2. 方法通常の通所リハビリテーションを実施した後に,GAS 表 1 対象者の属性 年齢 ( 歳 )* ± 6.98 性別 ( 名 ) 男性 :5, 女性 :6 身長 (m)* ± 8.35 体重 (kg)* ± 8.39 BMI(kg/m 2 ) ± 1.95 麻痺側 ( 右 / 左 ) 7/4 罹患期間 ( 日 )* 2899 ± 1869 下肢 BRS の中央値 ( 範囲 ) Ⅱ(Ⅱ Ⅲ) 足 MAS(0/1/1 + /2/3/4) (0/8/1/2/0/0) *: 平均値 ± 標準偏差.BMI:body mass index, BRS:brunnstrom recovery stage,mas:modified Ashworth scale. を装着し電源を入れない補助なし歩行 ( 以下, 補助なし 歩行 ) と GAS を装着し電源を入れた補助あり歩行 ( 以 下,GAS 歩行 ) を実施した. 歩行環境は, 屋内に設置 されたトレッドミル (YAT-1100, ヤマトヒューマン社 製 ) 上とし, 至適歩行速度 (optimal walking speed: OWS) 9) をトレッドミルに設定して, その速度 (2.19 ± 0.96 km/h) を保つように指示した. 至適歩行速度は, GAS を装着せずに予め 10 m 歩行テストにて計測した. 上記歩行環境にて 10 分間の補助なし歩行を実施し,2 分間の休憩を挟んで,10 分間の GAS 歩行を実施した. 歩行能力の評価として, 歩行速度 (m/min), 歩行率 (steps/min), 歩幅 (m) を補助なし歩行の前と GAS 歩 行の後に計測した.10 m の計測区間とその前後に 1 m ずつ予備路を設けた平地の歩行路を歩いた時の測定区間 の歩行時間をストップウォッチで計測したデータより算

4 出した. また, 歩行耐久性の評価として,Physical Cost Index(beats/m)( 以下,PCI), 心拍数変化量,Borg Scale を補助なし歩行と GAS 歩行の 10 分間歩行実施中 に計測した. 歩行時の 1 分ごとの脈拍数を測定すると同 時に疲労度を Borg Scale で確認した.PCI は, MacGregor らによる方法 10) で ( 歩行時心拍数 (beats/ min)- 安静時心拍数 (beats/min))/ 歩行速度 (m/min) にて求めた. 心拍数変化量は, 安静時心拍数に対して歩 行時心拍数の変化量を算出した. 統計処理は, 歩行率, 歩幅,PCI, 心拍数変化量の比 較として, 対応のある t- 検定を用いた. また, 歩行速度, Borg Scale の比較として,Wilcoxon の符号付き順位検 定を用いた. 統計ソフトウェアは IBM SPSS statistics 23 を使用し, 有意水準は 5% とした. III. 結 歩行能力の指標 ( 表 2) において, 歩幅は補助なし歩 行よりも GAS 歩行の方が有意に広い結果となった (p<0.05). また, 歩行時の歩行耐久性の指標 ( 表 3) において,PCI は補助なし歩行よりも GAS 歩行の方が 有意に低値を示し, 歩行効率が高い結果となった (p< 0.05). IV. 考 今回, 維持期脳血管疾患の歩行動作に対してウェアラ ブルなエンドエフェクター型歩行補助ロボットである GAS を使用することで,PCI が有意に低下する結果と なった.PCI が低いことは, 移動距離 1 m あたりの心拍 数増加が少ないことを表しているため,GAS 歩行の方 表 2 果 察 10 分間歩行実施前後の歩行能力比較 評価指標実施前実施後 歩行速度 (m/min) 43.9 ± ± 32.3 歩行率 (steps/min) 84.4 ± ± 29.0 歩幅 (m) 0.48 ± ± 0.19 * 平均値 ± 標準偏差.*:p<0.05. 表 3 10 分間歩行実施中の歩行耐久性比較 評価指標補助なし歩行 GAS 歩行 Physical Cost Index (beats/m) 0.52 ± ± 0.19 * 心拍数変化量 (beats/min) 16.2 ± ± 3.7 Borg Scale 12(12 13) 12(12 13) 平均値 ± 標準偏差, 中央値 ( 四分位範囲 ) を表示. *:p<0.05. が少ない心負荷で歩行をしていると言える.MacGregor らによれば, 健常成人の PCI は 0.11~0.51(beats/m) と報告 10) されている. 補助なし歩行の PCI が 0.52 ± 0.22(beats/m) であったのに対して,GAS 歩行は 0.42 ± 0.19(beats/m) であり,10 分間の歩行で心拍数の上昇は少なく, 歩行速度は速くなった. また, 補助なし歩行の前と GAS 歩行の後で歩幅が有意に長くなっている. GAS は, 下腿ベルトを引き上げる構造により歩行の遊脚初期に運動方向を制限することなく股関節屈曲と膝関節屈曲を補助してくれる. 脳血管疾患特有の歩行動作は, 歩行速度が遅く, 歩行周期が長く, 歩幅が短い 11) とされており, 歩幅の改善は GAS が脳血管疾患特有の歩行動作を適当に補助した結果であると推測できる. しかしながら, 脳血管疾患特有の歩行動作を限定していないために, 全ての維持期脳血管疾患症例に同様の効果が得られない可能性があるため精査が必要である. 今回の結果から,GAS の使用により低負荷で歩行練習を実施できるため, 通常の理学療法と組み合わせることで歩行練習量を多く行える可能性が示唆された. 脳血管疾患を起因とした身体機能障害から歩行能力が低下した場合, 運動耐容能が低下する 12) と言われている. 運動性伝導路の障害により下肢の随意運動が低下し, 歩行速度や歩行率が低下することでエネルギー効率が著しく低下すると考えられる. これにより, 生活の活動範囲が狭くなり, 廃用症候群により身体機能を低下させることも少なくないと感じている. 脳血管疾患に対する運動療法は積極的に行うように勧められている. 通常の理学療法や作業療法に加えて 30 分の歩行練習のような下肢の運動を行うと, 上肢の運動を 30 分加えた群や追加の運動を行わなかった群に比べて,20 週時点で歩行能力がより改善した 13) と報告されている. このような理由から脳血管疾患に対して, 下肢の運動量を多くすることは歩行能力の改善のために強く勧められている 2). このため, 通常の理学療法に加えて GAS 使用による歩行練習を行うことで, 限られた運動耐容能のなかで下肢の運動量を増やすことができれば, 歩行能力の改善も期待できるだろう. 外骨格型とエンドエフェクター型の歩行補助ロボットには, それぞれの特徴があり, 脳血管疾患の発症時期や下肢の麻痺の程度などによる対象者の選定が必要であると考えている. 外骨格型の歩行補助ロボットは, フレームと回転軸で関節運動を補助することで, 運動方向を是正することができるため, 発症早期の脳血管疾患の歩行動作に対する効果が期待できる. これに対して, エンドエフェクター型歩行補助ロボットは, 運動方向を制限することなく身体の末梢部の補助をするため, 維持期の脳血管疾患の歩行動作に対する効果が期待できる. 維持期脳血管疾患に対するウェアラブルなエンドエフェクター型歩行補助ロボット使用の変化としては, 補

5 305 助なし歩行と比較して低い運動負荷量で歩行を実施でき ることがわかった. 身体機能や日常生活動作の改善に向 けた質的な部分に対する理学療法に加えて, 歩行補助ロ ボット使用による運動の量的な側面を担保することがで きれば, より効果的な治療戦略の一助になると考える. また, 高齢者や内部疾患など運動耐容能改善が必要な疾 患での効果も確認することで, 次世代の運動療法の一端 を担うリハビリテーション機器になり得る可能性を秘め ている. 引用文献 1) 厚生労働省 : 平成 25 年国民生活基礎調査の概況. ( 閲覧日 2017 年 2 月 15 日 ). 2) 日本脳卒中学会脳卒中ガイドライン委員会 : 脳卒中治療ガ イドライン 協和企画, 東京,2015,pp ) Mehrholz J, Elsner B, Werner C, et al.: Electromechanicalassisted training for walking after stroke. Cochrane, 2013, 7: ) 有末伊織, 田中直次郎, 藤井靖晃 他 : 歩行アシストロボッ トを用いた回復期脳卒中患者に対する歩行練習の影響 歩行速度による違い. 理学療法科学,2015, 30: ) 渡邊亜紀, 川井康平, 佐藤浩二 他 :HONDA 歩行アシス トの継続使用による脳卒中片麻痺患者の歩行変化. 理学療法学,2016, 43: ) 平野雄三, 本間一成, 後藤恒夫 他 : 生活期脳卒中片麻痺 における歩行支援ロボット仕様による歩行訓練の効果検証. 東北理学療法学,2014, 26: ) 大塚圭, 才藤栄一, 横田元実 他 : 脳卒中の歩行障害に 対する課題指向的アプローチ. 理学療法,2010, 27: ) Hornby TG, Campbell DD, Kahn JH, et al.: Enhanced gait-related improvements after therapist- versus roboticassisted locomotor training in subjects with chronic stroke: a randomized controlled study. Stroke, 2008, 39: ) Kollen B, Kwakkel G, Lindeman E: Time dependency of walking classification in stroke. Phys Ther, 2006, 86: ) MacGregor J: Disability. Macmillan, London, 1979, pp ) 山本澄子 : 脳血管障害の歩行分析. 理学療法科学,2001, 17: ) 平山昌男, 加藤順一, 村上雅仁 他 : 片麻痺患者における運動耐容能と歩行能力の関係. 理学療法科学,2001, 16: ) Kwakkel G, Wagenaar RC, Twisk JW, et al.: Intensity of leg and arm training after primary middle-cerebral-artery stroke: a randomised trial. Lancet, 1999, 354:

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