JP5549979B2 - 空間透明型触覚提示装置および道具操作支援システム - Google Patents
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指の両側面を走る2本の求心性神経の各々に沿って当接される2個の刺激電極と、
前記2個の刺激電極よりも掌側に当接される1個のアース電極と、
前記刺激電極の各々に、前記刺激電極端子の各々に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極の各々に前記電気信号を与えることにより、前記2本の求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置である。
前記刺激電極が、指の関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項1に記載の空間透明型触覚提示装置である。
前記刺激電極が、指の第1関節と第2関節間の指節の第2関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空間透明型触覚提示装置である。
前記電気信号は、負電圧のパルス信号であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の空間透明型触覚提示装置である。
前記パルス信号は、波高が一定で周波数が制御されたパルス信号であることを特徴とする請求項4に記載の空間透明型触覚提示装置である。
前記パルス信号は、電圧が−100〜−300V、周波数が0〜100Hz、幅が100〜200μsのパルス信号であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の空間透明型触覚提示装置である。
前記2個の刺激電極および1個のアース電極が2組用意されており、
1組が親指に、他の1組が人差し指に装着されるものである
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の空間透明型触覚提示装置である。
指の両側面を走る求心性神経に沿って当接される少なくとも1個の刺激電極と、
前記刺激電極よりも掌側に当接される1個のアース電極と、
前記刺激電極に、前記刺激電極端子に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極に前記電気信号を与えることにより、前記求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置である。
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の空間透明型触覚提示装置を用いていることを特徴とする道具操作支援システムである。
前記道具操作支援システムが、手術支援システムであることを特徴とする請求項9に記載の道具操作支援システムである。
(1)全体の構成
最初に、本実施の形態の空間透明型触覚提示装置の全体構成を、図1を参照しつつ説明する。図1は、本実施の形態における空間透明型触覚提示装置の全体構成図である。
次に、図1に示す空間透明型触覚提示装置の全体の制御について、図2を参照しつつ説明する。図2は、本実施の形態における電気刺激による触覚生成の処理の流れを示す図である。
次に、電気信号による刺激で指に多自由度の触覚を発生させることに関して説明する。
電気刺激の位置と触覚の発生位置及び両位置の関係について、図3を参照しつつ説明する。図3は、指に電気的な刺激を与えた際に、刺激位置と知覚位置が分離されている様子を示す図である。図3の(a)は、手の平を上向きにし、さらに水平にした状態における人差し指を上方から見た図であり、(b)は人差し指の一部を表している。図3において、200は指であり、210は末節であり、220は中節であり、230は基節であり、241は左の求心性神経であり、242は右の求心性神経である。また、261は左の電気刺激付与箇所であり、262は右の電気刺激付与箇所であり、250は触覚発生箇所であり、263はGND(アース)電極である。なお、上記において、右、左は、手の甲から見た方向を示している。
健康な男性9名を被験者として、電気刺激を与える箇所とその刺激により触覚が発生する箇所のズレについて、実験を行った。
次に、多重的な触覚の発生について説明する。これは、2部位を同時に刺激すると、両方の刺激点の間に刺激像を生じる現象(感覚の移動、ファントムセンセーション、Phantom Sensation)を利用して、特定の箇所に触覚を生じさせるものである。
指による道具の把持は、道具にもよるが、一般的には親指と人差し指の先端の腹部と中指の右側面(右利きの人)で保持され、親指と人差し指の先端の腹部の触覚が利用され、中指の側面は保持に利用される。従って、このことを考慮して、一般的には、親指と人差し指の先端の腹部に触覚を発生させることとなる。
感覚の移動を生じさせるためには、皮膚の浅い箇所の神経を刺激する必要があるため、陽極電流でなく陰極電流で刺激する。しかし、刺激位置にも触覚(押圧)の受容器が存在しているため、末節に伸びる深部の神経を刺激しないような微弱な刺激の場合、刺激位置の受容器のみが選択的に刺激される。このため、感覚の移動(ズレ)を確実に生じさせるためには、ある程度の刺激量、経験的には200V程度の刺激量が必要となる。
111 親指用のGND電極取付け用バンドの電極
120 親指用の刺激電極取付用バンド
121、122 親指用の刺激電極取付け用バンドの電極
130 人差し指用のGND電極取付用バンド
140 人差し指用の刺激電極取付用バンド
200 指
210 末節
220 中節
230 基節
241 左の求心性神経
242 右の求心性神経
250、255 触覚発生箇所
261 左の電気刺激付与箇所
262 右の電気刺激付与箇所
263 GND電極
810 パソコン
811 位置計測手段
812 位置合せ手段
813 反力生成計算手段
814 刺激への変換手段
820 メモリ
821 3次元形状データ
830 電気触覚発生装置
831 親指の刺激電流用の接続線
832 人差し指の刺激電流用の接続線
835 親指用の電気触覚発生部
840 医師
850 センサ
851 センサからの信号線
890 手術道具
900 臓器
901 腫瘍
920 神経
Claims (10)
- 指の両側面を走る2本の求心性神経の各々に沿って当接される2個の刺激電極と、
前記2個の刺激電極よりも掌側に当接される1個のアース電極と、
前記刺激電極の各々に、前記刺激電極端子の各々に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極の各々に前記電気信号を与えることにより、前記2本の求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置。
- 前記刺激電極が、指の関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項1に記載の空間透明型触覚提示装置。
- 前記刺激電極が、指の第1関節と第2関節間の指節の第2関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空間透明型触覚提示装置。
- 前記電気信号は、負電圧のパルス信号であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の空間透明型触覚提示装置。
- 前記パルス信号は、波高が一定で周波数が制御されたパルス信号であることを特徴とする請求項4に記載の空間透明型触覚提示装置。
- 前記パルス信号は、電圧が−100〜−300V、周波数が0〜100Hz、幅が100〜200μsのパルス信号であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の空間透明型触覚提示装置。
- 前記2個の刺激電極および1個のアース電極が2組用意されており、
1組が親指に、他の1組が人差し指に装着されるものである
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の空間透明型触覚提示装置。 - 指の両側面を走る求心性神経に沿って当接される少なくとも1個の刺激電極と、
前記刺激電極よりも掌側に当接される1個のアース電極と、
前記刺激電極に、前記刺激電極端子に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極に前記電気信号を与えることにより、前記求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の空間透明型触覚提示装置を用いていることを特徴とする道具操作支援システム。
- 前記道具操作支援システムが、手術支援システムであることを特徴とする請求項9に記載の道具操作支援システム。
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