JP2004129699A

JP2004129699A - 多チャンネル表面機能的電気刺激装置

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Publication number: JP2004129699A
Application number: JP2002294643A
Authority: JP
Inventors: Toru Fujii; 藤居　徹; Yasunobu Handa; 半田　康延; Michio Fukuda; 福田　理夫
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】適正な部位に適切な電気刺激を与えることができる多チャンネル表面機能的電気刺激装置を提供する。
【解決手段】多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、刺激パルス発生装置１と、この刺激パルス発生装置１に接続される分配制御装置２と、この分配制御装置２に接続される複数の刺激用表面電極４を配置してなる電極装着部材３とを備え、刺激パルスの付与が予定される箇所に前記電極装着部材３を装着し、前記複数の刺激用表面電極４により刺激パルスによる刺激部位を計測し、この刺激部位に対応する刺激用表面電極４を選択して刺激パルスを付与する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多チャンネル表面機能的電気刺激装置に係り、特に、人体の部位に刺激パルスを付与して、リハビリテーションや機能回復治療を行うための電気刺激装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の表面電極ＦＥＳ装置（例えば、下記特許文献１）は、１または２チャンネルのものが多く、体の部位の粗大運動の再建は可能であるが、体の手指の分離運動などの巧緻運動の再建には難があった。そのため、巧緻運動の再建はもっぱら埋め込み電極（例えば、下記特許文献２）によって行われてきた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２００１０４号公報（第３頁　図１）
【特許文献２】
特開平７−２９９１４９号公報（第３−５頁　図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
刺激しょうとする部位は体表から見ると狭い範囲にあるため、表面電極ＦＥＳ装置を最適位置に貼り付けることは困難であり、使用者は貼り直しを何度も行ったり、大きな電極を貼付して不必要な部位も刺激してしまったりする。また、電極の貼付位置の調整を行っても、使用後に電極をはがせば、再度貼付するときにもまた同じ問題が生じるため、再現性が非常に悪い。その点、埋め込み電極を使用した場合は、電極の移動がないため比較的再現性を高くすることができる。
【０００５】
しかしながら、埋め込み電極を用いる場合は、埋め込み手術を行う必要があるため、手術が困難な患者には適用できないという問題がある。
【０００６】
また、表面電極を最適位置に貼付できたとしても、体に多数の電極を貼付すると、刺激装置と電極間に多数の電線が必要となるため、歩行時などに邪魔になり、機動性にも問題が生じる。また、それに加えて、体表にセンサーを取り付けるとさらに電線が増加するため、見た目も良くない。
【０００７】
さらに、電極チャンネル数が増加すると刺激装置本体の接続ポート数が増加するため、刺激装置本体の大きさが不必要に大きくなってしまう。
【０００８】
ところで、定電流刺激は筋収縮の再現性は良いが、表面電極が皮膚からはがれそうになるときなどの突然の皮膚インピーダンスの増加時にやけどの危険性がある。
【０００９】
一方、やけど防止のためには定電圧刺激が望ましいが、皮膚インピーダンスが異なると刺激強度が異なってしまうため、筋収縮の再現性に乏しい。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みて、適正な部位に適切な電気刺激を与えることができる多チャンネル表面機能的電気刺激装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、刺激パルス発生装置と、この刺激パルス発生装置に接続される分配制御装置と、この分配制御装置に接続される複数の刺激用表面電極を配置してなる電極装着部材とを備え、刺激パルスの付与が予定される箇所に前記電極装着部材を装着し、前記複数の刺激用表面電極を用いてインピーダンスを測定することにより刺激部位を計測し、この刺激部位に対応する刺激用表面電極を選択して刺激パルスを付与することを特徴とする。
【００１２】
〔２〕上記〔１〕記載の多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、前記複数の刺激用表面電極はマトリックス状に配置されることを特徴とする。
【００１３】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、更に前記刺激用表面電極に対応した箇所にセンサーを実装することを特徴とする。
【００１４】
〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、前記電極装着部材を複数箇所に配置可能にし、各電極装着部材に分岐分配制御装置を介して刺激パルスを付与することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図であり、図１（ａ）はその全体構成図、図１（ｂ）はその分配制御装置の構成図、図２はその多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の模式図である。
【００１７】
これらの図において、１，１′は刺激パルス発生装置、２，２′はその刺激パルス発生装置１に接続される分配制御装置（インピーダンス測定機能付き）であり、ＣＰＵ（中央処理装置）２Ａ、メモリ２Ｂ、入力インタフェース２Ｃ、測定用インタフェース２Ｄ、測定装置２Ｅ、出力インタフェース２Ｆからなり、インピーダンス測定手法は、例えば、上記した特許文献２に開示される手法を用いることができる。つまり、刺激を付与する部位に参照電極（図示なし）を設定し、後述する刺激用表面電極と参照電極間に順次微小な正弦波信号を測定装置２Ｅから供給して、刺激用表面電極と参照電極間のインピーダンスをそれぞれ測定することができる。
【００１８】
更に、３，３′は電極装着部材、４，４′はその電極装着部材３，３′に実装される複数の刺激用表面電極である。
【００１９】
なお、複数の刺激用表面電極４，４′は、１枚の不電導素材である電極装着部材３，３′上に複数個の小さな電極が規則的に配置されており、各電極４，４′の大きさと形状および配置規則性は複数の刺激用表面電極４，４′を貼付する身体部位に応じて適宜決定される。
【００２０】
複数の刺激用表面電極４，４′のチャンネル数は、最大５１２チャンネルまで可能である。（通信速度が上がれば、さらに増加可能である。）
例えば、手指の分離運動を回復させるための多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の場合、図２に示すように、上腕から手首部にかけて電極装着部材３′を装着して、その電極装着部材３′に実装された複数の刺激用表面電極４′によってインピーダンス測定を行い、刺激部位を決定し、刺激する。
【００２１】
図３は本発明の第２実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図である。
【００２２】
この図において、１１は刺激パルス発生装置、１２は分岐分配制御装置（インピーダンス測定機能付き）、１３はセンサーおよび電極装着部材、１４はセンサー（例えば、加速度センサー）、１５はそのセンサー１４および電極装着部材１３に実装される複数の刺激用表面電極（マトリックス状の表面電極）である。
【００２３】
図４は本発明の第３実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図、図５はその多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の模式図である。
【００２４】
これらの図において、２１は刺激パルス発生装置、２２は第１の分岐分配制御装置、２３は加速度センサー、２４は第１の分岐分配制御装置２２に接続される刺激用表面電極、２５は第２の分岐分配制御装置、２６は第２の分岐分配制御装置２５に接続される複数の刺激用表面電極である。
【００２５】
図５に示すように、例えば、電極装着部材３１に実装される電極をマトリックス状にイメージして、各電極のインピーダンスを測定して、刺激部位を求める。ここでは、電極１ａ，１ｂ，３ｂはインピーダンスが高く（刺激を要する部位）、電極１ｃ，３ｃはインピーダンスが低い（刺激を要しない部位）ことが測定できると、電極１ａ，１ｂ，３ｂに、刺激パルス発生装置２１からの刺激パルスを電極１ａ，１ｂ，３ｂに印加して電気刺激を行うことができる。
【００２６】
なお、図４に示すように、第１の分岐分配制御装置２２に更に第２の分岐分配制御装置を接続することにより、電極装着部材２６をさらに配置することが出来る。つまり、複数箇所に分岐分配制御装置を増設して配置可能にし、複数の電極装着部材に分岐分配制御装置を介して刺激パルスを付与することができる。
【００２７】
図６は本発明の第４実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図、図７はその多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の模式図である。
【００２８】
この実施例では、図７に示すように、腰から足にかけた刺激部位４１に６枚の電極装着部材４２〜４７を６本のケーブル４８〜５３で設定し、更に、センサー（例えば、加速度センサー）５４〜５９を電極装着部材４２〜４７に搭載して、センサー５４，５５により骨盤、センサー５６，５７により大腿、センサー５８，５９により下腿の動きを計測する。そして、骨盤、大腿、下腿の動きを計測することにより、電気刺激の効果を確認することができる。
【００２９】
また、例えば、図８に示すように、刺激したい部位（電極装着部材部位）６１が狭い範囲である、つまり、最適刺激部位６２は、電極２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂのみを刺激パルスによって刺激する。
【００３０】
したがって、刺激が必要な部位のみに刺激パルスを付与すみようにしたので、少ない電流で有効な刺激が可能となり、省力化を図ることができる。
【００３１】
本発明によれば、刺激パルス発生装置本体と刺激用表面電極（インテリジェント電極）および通信ケーブルから構成され、手指の巧緻運動や歩行動作回復が可能になるなど、従来の埋め込み電極を使用したＦＥＳ装置に匹敵する表面ＦＥＳ装置を得ることができる。特に、この装置の中心となる刺激用表面電極は、分配パルス制御装置、センサー、多数のマトリックス状の小電極より構成され、貼付部位により独特の形状と大きさを構築することができ、適用範囲の拡大を担うことができる。
【００３２】
また、分配制御装置は、インピーダンス測定機能を持ち、皮膚インピーダンス分布を測定することにより、最適な刺激部位を自動的に検出することができる。
【００３３】
本発明によれば、医療福祉分野および健康増進分野の機能的電気刺激分野のさらなる適応拡大が期待される。
【００３４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下に示すような効果を奏することができる。
【００３６】
（Ａ）狭い範囲にある多数の刺激部位を分離して刺激できるので、手指などの分離運動の再建が可能になる。
【００３７】
これにより、表面電極ＦＥＳ装置でありながら、埋め込み電極を使用したときに匹敵する再建が可能であり、埋め込み手術を必要としないので、手術が困難であった患者への適用の拡大が見込める。また、脊髄損傷患者への受傷後早期から応用が可能なため、長期の安静状態によるによる二次的な骨萎縮の防止効果が期待できる。
【００３８】
（Ｂ）インピーダンス測定により、被測定者の皮膚インピーダンス値の体表マップとデータベース化された既知の体表マップを比較することにより、最適刺激位置を自動的に探し出すことができる。
【００３９】
これにより、埋め込み電極を使用した場合に近い程度まで動作再建の再現性を高めることができる。
【００４０】
さらに、皮膚インピーダンスから、必要な刺激電流から刺激電圧を決定できるため、定電圧刺激であっても定電流刺激のような再現性を得ることができる。
【００４１】
（Ｃ）刺激用表面電極がインテリジェント電極として一体化しているために、使用者が貼付する手間が大幅に減少し、技術的にも容易になる。また、同様に本来２本が必要であったが一体化することにより、通信ケーブル１本で接続が可能になるため、使用者の負担が大幅に減少する。
【００４２】
（Ｄ）マトリックス電極の種類を選択するだけで、電極の形状が貼付位置の特徴に最適化しているため、使用者の技術的な負担を低減することができる。
【００４３】
（Ｅ）刺激したい部位を追加したり、刺激部位の組み合わせの変更、およびセンサーの変更などはインテリジェント電極の再設計のみで可能であり、刺激装置本体のハードウエア変更は必要がないため、開発者側から見ると機能拡張を容易に行うことができる。また、刺激装置本体の大きさを小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の模式図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の模式図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の構成図である。
【図７】本発明の第４実施例を示す多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の模式図である。
【図８】本発明の第４実施例を示す他の多チャンネル表面機能的電気刺激装置の適用例の模式図である。
【符号の説明】
１，１′，１１，２１　　刺激パルス発生装置
２，２′　　分配制御装置（インピーダンス測定機能付き）
２Ａ　　ＣＰＵ（中央処理装置）
２Ｂ　　メモリ
２Ｃ　　入力インタフェース
２Ｄ　　測定用インタフェース
２Ｅ　　測定装置
２Ｆ　　出力インタフェース
３，３′，３１，４２〜４７　　電極装着部材
４，４′，１５，２４，２６　　刺激用表面電極
１２　　分岐分配制御装置（インピーダンス測定機能付き）
１３　　センサーおよび電極装着部材
１４，５４〜５９　　センサー（例えば、加速度センサ）
２２　　第１の分岐分配制御装置
２３　　加速度センサー
２５　　第２の分岐分配制御装置
４１　　腰から足にかけた刺激部位
４８〜５３　　ケーブル
６１　　刺激したい部位（電極装着部材部位）
６２　　最適刺激部位

Claims

（ａ）刺激パルス発生装置と、
（ｂ）該刺激パルス発生装置に接続される分配制御装置と、
（ｃ）該分配制御装置に接続される複数の刺激用表面電極を配置してなる電極装着部材とを備え、
（ｄ）刺激パルスの付与が予定される箇所に前記電極装着部材を装着し、前記複数の刺激用表面電極を用いてインピーダンスを測定することにより刺激部位を計測し、該刺激部位に対応する刺激用表面電極を選択して刺激パルスを付与することを特徴とする多チャンネル表面機能的電気刺激装置。
請求項１記載の多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、前記複数の刺激用表面電極はマトリックス状に配置されることを特徴とする多チャンネル表面機能的電気刺激装置。
請求項１又は２記載の多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、更に前記刺激用表面電極に対応した箇所にセンサーを実装することを特徴とする多チャンネル表面機能的電気刺激装置。
請求項１又は２記載の多チャンネル表面機能的電気刺激装置において、前記電極装着部材を複数箇所に配置可能にし、各電極装着部材に分岐分配制御装置を介して刺激パルスを付与することを特徴とする多チャンネル表面機能的電気刺激装置。