JPH05300947A - 電気刺激装置の刺激制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】刺激制御を行いながら動きの異なる一連の生体
の運動機能の再建を安全、確実に行う。 【構成】区分動作を組み合わせた所要とする１連の再建
動作を設定し、残存する生体運動機能により制御入力信
号を入力し、この制御入力信号の入力に基づいて各区分
動作に対応する刺激パターンの刺激データを読み出し、
この刺激データに対応する刺激信号を出力すると共に、
動きの異なる区分動作へ移行する際は、現在の区分動作
の刺激信号のレベル及び移行する区分動作の刺激信号の
レベルを同一にして出力するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマヒした生体運動機能を
再建するため、マヒ部位に刺激を与える電気刺激装置の
刺激制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、脊髄損傷或は脳卒中等により足等
の生体運動機能のマヒした部位の機能再建或は回復訓練
を行うため、機能的電気刺激（Ｆunctional Ｅlectrica
l Ｓtimulation；以下ＦＥＳと云う）コンピュータを用
いた電気刺激装置が実用化されている。図４は斯かる電
気刺激装置の概略構成を示すものである。斯かる装置に
おいて、１a は残存する関節、筋肉変位、例えば肩の上
下の動きを検出する、例えば感圧センサ或はスイッチ等
により構成される第１の関節・筋肉変位検出センサ、１
b は１a と同様の他の残存機能、例えば指の動きを検出
する第２の関節・筋肉変位検出センサ、１n は脳波、筋
電図等の生体電位を検出する電極等の生体電位検出セン
サである。これらセンサ１a 〜１n より検出された生体
信号は、マルチプレクサ２により切換えられて順次取り
込まれ、信号処理部３により増幅、デジタル変換等の処
理が施され、例えば第１の関節・筋肉変位検出センサ１
a の出力を刺激データを制御するための制御入力信号、
第２の関節・筋肉変位検出センサ１b の出力を所要の再
建動作を選択する動作選択信号及び生体電位検出センサ
１n の出力を刺激部位の刺激状態を検出するための生体
信号としてＦＥＳコンピュータ４に入力される。この場
合、関節・筋肉変位検出センサ１a 〜生体電位検出セン
サ１n は、患者や残存機能或は再建動作等の状態に応じ
てその数は適宜変更出来るようになっている。このた
め、関節・筋肉変位検出センサ１a を１つのみ使用した
場合はマルチプレクサ２は不要となる。ＦＥＳコンピュ
ータ４は入力された生体信号データから運動機能の変位
や生体電位の大きさ等を認識すると共に、第２の関節・
筋肉変位検出センサ１b で設定される再建動作に基づ
き、ＲＯＭ及びＲＡＭ等で構成されるメモリ５に予め格
納されている各種の再建動作に対応する刺激パターンの
刺激データから、所要の再建動作の刺激パターンの刺激
データを読み出して刺激信号出力部６へ転送する。この
刺激信号出力部６は刺激パターンの刺激データをアナロ
グ信号（以下刺激信号と云う）に変換し、刺激信号とし
て出力する。デマルチプレクサ７は、刺激信号出力部６
より直列に送られてくる刺激信号を所要のタイミングで
順次切換え、複数の刺激部位Ｇ₁ ・・・ Ｇn に埋め込まれ
た夫々の複数の電極へ出力する。電極数は刺激部位或は
患者に応じて変更される。

【０００３】斯かる電気刺激装置においては、第２の関
節・筋肉変位検出センサ１b より所要の再建動作を選択
して動作選択信号を入力し、また、第１の関節・筋肉変
位検出センサ１a より制御入力信号を入力する。ＦＥＳ
コンピュータ４は入力された動作選択信号及び制御入力
信号に基づき、メモリ５より例えば起立・着席動作の刺
激パターンの刺激データを読み出して刺激信号出力部６
より刺激信号を出力する。更に、この刺激信号をデマル
チプレクサ７を介して、例えば下腿部、大腿部等の複数
の刺激部位に埋め込まれた複数の電極に出力することに
より、マヒした生体部位の機能再建を行うことが出来
る。この電気刺激装置は、患者の衣服或は車椅子等に装
着出来るように構成されている。

【０００４】また、斯かる電気刺激装置において、ある
動作の刺激出力中に動きの異なる他の動作に変更する場
合、３通りの方法が取られていた。１つは現在動作中の
刺激パターンの刺激信号出力を患者が一旦停止させ、他
の所要の再建動作の刺激パターンを選択して刺激信号を
出力するようにしていた。２つ目の方法は次のように行
われる。例えば起立・着席動作を行う場合、図５に示す
ような刺激パターンの刺激信号を出力するものとする。
この場合、縦軸は刺激の強さを示し、横軸は例えば２５
０のアドレスに分割した再建する動作状態を示す。図で
は０アドレス〜１２５アドレスまでを起立動作、１２６
〜２４９アドレスを着席動作としている。水平部分は起
立動作を維持している期間を示すものである。例えば起
立動作から着席動作へ移行する場合、患者は着席動作へ
の変わり目を自身の目視により判断して制御入力信号を
入力し、着席動作に移行させる。また、３つ目の方法は
以下のように行われる。この場合、図５と同様に再建動
作の刺激パターンを２５０のアドレスに分割して、図６
に示す３種の動作を行う刺激パターンの刺激信号を出力
する。３種の動作は、例えばＡを起立動作、Ｂを起立保
持動作及びＣを着席動作とする。例えばＡの起立動作か
らＣの着席動作へ移行したい場合、患者が制御入力信号
を入力すると、Ａ、Ｂ、Ｃの連続した刺激パターンの刺
激信号が出力され、Ｂの起立保持動作を介してＣの着席
動作へ移行するようにしていた。

【０００５】このようにＦＥＳコンピュータを用いた電
気刺激装置により、生体のマヒ部分に最適な刺激を付与
し、ＦＥＳコンピュータの制御に基づいてマヒした部位
の運動機能を再建することが出来るようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電気刺激装置においては、異なる区分の再建動
作へ移行する場合、１つ目の方法は、現在動作中の刺激
パターンの刺激信号出力を停止させなければならず、目
的とする区分の再建動作に移行するまでに時間を要する
と共に、連続した動作の機能再建が出来ない。また、２
つ目の方法は、現在の区分の再建動作から次の区分の再
建動作へ移行する際、動作の変わり目を患者自身が注意
して判断しなければならず、動作が行き過ぎる場合には
再度制御入力信号を入力し直す必要があり、操作に慣れ
るまである程度の訓練期間を要する不都合があった。更
に、３つ目の方法は、３種以上の連続した再建動作を設
定した際に一つ或は複数おいた区分の再建動作に移行す
る場合、１連の刺激パターンが出力されて目的とする区
分の再建動作に達するまで不要な区分の再建動作が行わ
れる煩わしさが有った。従って、本発明は、再建動作を
動作区分毎に制御し得ると共に、一連の再建動作を行う
場合において、任意の区分動作に容易に移行できる電気
刺激装置の刺激制御方式を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電気刺激装置の
刺激制御方式は、例えば図３に示す如く、区分動作を組
み合わせた所要とする１連の再建動作を設定し、残存す
る生体運動機能により制御入力信号を入力し、この制御
入力信号の入力に基づいて各区分動作に対応する刺激パ
ターンの刺激データを読み出し、この刺激データに対応
する刺激信号を出力すると共に、動きの異なる区分動作
へ移行する際は、現在の区分動作の刺激信号のレベル及
び移行する区分動作の刺激信号のレベルを同一にして出
力するようにしたものである。

【０００８】

【作用】区分動作を組み合わせた所要の１連の再建動作
を設定し、この１連の再建動作に対し残存する生体運動
機能により制御入力信号を入力して、各区分動作毎に刺
激信号を出力すると共に、他の区分動作に移行する場合
には、再度制御入力信号を入力することにより容易に切
り換えることが出来る。また、一連の再建動作を行って
いる際、動きの異なる区分動作へ移行する場合には、現
在の区分動作の刺激信号の刺激強度と、移行先の区分動
作の刺激信号の刺激強度を同一とすることにより、任意
の区分動作へ移行できる。従って、マヒした生体機能の
動作を円滑に、安全且つ確実に再建することが可能とな
る。

【０００９】

【実施例】以下図１〜図４により本発明の電気刺激装置
の刺激制御方式の一実施例について説明する。本発明が
図４の従来例と異なる点は、本例においては設定される
１連の再建動作に対し、刺激パターンを異なった区分動
作（以下フェーズと云う）毎に、制御入力信号の入力に
基づいて刺激信号を出力し、異なるフェーズであっても
任意に移行できる点である。装置構成は図４の従来例と
変わらないため、これを援用する。

【００１０】図１は本発明の電気刺激装置の刺激制御方
式の一実施例の処理動作を示すフローチャートである。

【００１１】本例においては、図２に示す刺激パターン
を制御入力信号によって自動的に出力する場合について
説明する。この場合、例えば第１フェーズを起立動作
（０〜１２５アドレス）とし、第２フェーズを着席動作
（１２６〜２４９アドレス）とする。この起立・着席の
刺激パターンは、メモリ５に１ブロックとして記憶され
ている。また、動作状態を示すアドレスは、再建する動
作により区分動作が更に多くなる場合には、アドレスを
２５０以上に割り当てることが出来、状況に応じて変更
すれば良い。

【００１２】電気刺激装置の電源をオンにしてスタート
させる。次に第２の関節・筋肉変位検出センサ１b よ
り、所要の再建動作、即ちこの場合は起立・着席動作を
選択し入力する（ステップＳ1 ）。更に、例えばスイッ
チ等の第１の関節・筋肉変位検出センサ１a を押下して
制御入力信号を入力する（ステップＳ2 ）。設定された
再建動作及び入力された制御入力信号に基づき、ＦＥＳ
コンピュータ４はメモリ５に予め記憶保持されている各
種の再建動作に対応する刺激パターンの刺激データから
起立・着席動作に対応する刺激パターンの刺激データを
読み出す。この時、最初に第１フェーズ、例えば０〜１
２５アドレスの起立動作に対応する刺激パターンの刺激
データを読み出す。この刺激データを刺激信号出力部６
及びデマルチプレクサ７を介して刺激信号として出力
し、所定の設定値例えば最後のアドレス（１２５）の刺
激強度に保持する（ステップＳ3 ）。次の第２フェーズ
へ移行する場合、第１の関節・筋肉変位検出センサ１ａ
から再度制御入力信号を入力すると（ステップＳ4 ）第
２フェーズへ移行され、第１フェーズと同様に、メモリ
５から例えば１２６〜２４９アドレスの着席動作の刺激
パターンの刺激データが読み出されて刺激信号出力部６
及びデルチプレクサ７を介して刺激信号が出力され、所
定の設定値、例えば２４９アドレスの刺激強度に保持さ
れる（ステップＳ5 ）。患者は起立・着席動作の継続或
は停止を判断し（ステップＳ6 ）、停止する場合（Ｎ
Ｏ）は終了し、継続する場合（ＹＥＳ）はステップＳ2
に戻りステップＳ2 〜ステップＳ6 の処理を繰り返す。

【００１３】斯かる動作の停止或は継続を行う場合、第
１の関節・筋肉変位検出センサ１aより制御入力信号を
例えば３回連続して入力した時には停止し、４回連続し
たときには継続するように予めメモリ５内にプログラム
しておくことにより達成出来る。或は停止・継続スイッ
チ等を別に設けてこのスイッチの切換えによって行うよ
うにしても良い。

【００１４】図３は、起立・歩行・着席動作の３つのフ
ェーズを組み合わせた刺激パターンを示すものである。
例えば０アドレス〜１００アドレスを起立動作の第１フ
ェーズ、１０１アドレス〜１５０アドレスを歩行動作の
第２フェーズ及び１５１アドレス〜２４９アドレスを着
席動作の第３フェーズとする。第２フェーズは、第１フ
ェーズの起立動作を保持しながら左右いずれかの足を前
に出す状態を示している。

【００１５】斯かる３つのフェーズから成る再建動作を
行う場合、各フェーズの切換え点における刺激強度を同
一となるようにする。これは動きの異なる動作に移行し
た場合、刺激強度が急変するとこれに伴って患者の刺激
部位の動作も急激に変化して患者が転倒する等の危険な
動作状態となるので、これを防止するためである。例え
ば第１フェーズの起立動作から第３フェーズの着席動作
に移行する場合、第１フェーズの起立状態を保持してお
き、第２フェーズを飛ばして第３フェーズの着席動作に
移行する。この時第１フェーズのａ点と第３フェーズの
ｃ点の刺激強度レベルを同一にすることにより、再建動
作が急激に変化することなく円滑に移行される。また、
第２フェーズから第３フェーズへ移行する際、例えば足
を前に出した状態の刺激強度のｄ点と、次の第３フェー
ズの着席動作の開始点であるｃ点とは不連続となってい
るが、この場合、刺激強度を一旦歩行開始点ｂまで戻し
てから、同一刺激強度の第３フェーズの着席動作の開始
点ｃへ移行させる。

【００１６】このように、各フェーズの切換え点の刺激
強度を同一にすることにより、不要なフェーズの動作を
行うことなく、意図するフェーズの動作に移行すること
が出来、円滑な機能動作の再建が可能となる。

【００１７】図１及び図２は、各フェーズ動作の刺激パ
ターンを制御入力信号の入力により自動的に読み出すよ
うにしたものであるが、患者がマニュアルで異なるフェ
ーズの動作を制御することも出来る。この場合、患者は
第２の関節・筋肉変位検出センサ１b より所要の再建動
作を設定し、例えばスイッチ等の制御レバー（図示せ
ず）を設け、この制御レバーを例えば手で操作すること
により、図２に示すような起立・着席動作の再建が可能
となる。この制御レバーは図４のマルチプレクサ２に接
続して使用することが出来る。即ち、第２の関節・筋肉
変位検出センサ１b より起立・再建動作を設定し、制御
レバーを操作して起立動作の刺激パターンの刺激データ
を徐々に出力して（０→１２５アドレス）起立動作の再
建を行い、ここで第１の関節・筋肉変位検出センサ１a
より制御入力信号を入力すると着席動作に移行するの
で、再び制御レバーを操作して着席動作の刺激パターン
の刺激データを徐々に出力して（１２６→２４９アドレ
ス）着席動作を行う。このようにすれば、患者はマニュ
アルで所望とする動作の再建が可能となる。

【００１８】尚、本発明は上述の実施例に限ることなく
本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を
取り得ることは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、設
定される１連の再建動作を、制御入力信号によって区分
動作毎に刺激制御すると共に、動きの異なる不連続の区
分動作へ移行する場合には、現在の区分動作の刺激信号
の刺激強度と、移行先の区分動作の刺激信号の刺激強度
を同一となるようにしたので、異なる区分動作への移行
を円滑に行うことが出来るため、マヒした生体機能の動
作を安全且つ確実に再建することが可能となる利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図 １】本発明の電気刺激装置の制御方式の一実施例
の処理動作を示すフローチャートである。

【図 ２】図１の実施例における刺激パターンの説明図
である。

【図 ３】図１の実施例における他の刺激パターンの説
明図である。

【図 ４】電気刺激装置の構成を示す図である。

【図 ５】従来の刺激パターンを示す説明図である。

【図 ６】従来の他の刺激パターンを示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１a 、１b 第１及び第２の関節・筋肉変位検出センサ ４ ＦＥＳコンピュータ ５ メモリ ６ 刺激信号出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 肇 宮城県仙台市太白区八木山松波町８−28 メゾンペルセ202号 (72)発明者 星宮 望 宮城県仙台市若林区南小泉２−２−15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】区分動作を組み合わせた所要とする１連の
   再建動作を設定し、残存する生体運動機能により制御入
   力信号を入力し、この制御入力信号の入力に基づいて各
   上記区分動作に対応する刺激パターンの刺激データを読
   み出し、この刺激データに対応する刺激信号を出力する
   と共に、動きの異なる上記区分動作へ移行する際は、現
   在の上記区分動作の上記刺激信号のレベル及び移行する
   上記区分動作の上記刺激信号のレベルを同一にして出力
   するようにしたことを特徴とする電気刺激装置の刺激制
   御方式。