JPH0852230A - 電気刺激装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 個々の患者に最適な再建アルゴリズムを柔軟
かつ迅速に生成し実行することができる電気刺激装置を
提供する。 【構成】 制御部６は、メモリ５に予め格納した各種パ
ラメータを読み出し、これら各種パラメータに基づい
て、メモリ５に予め用意されている標準的なプログラム
リストを変更することにより新たなプログラムリストを
生成し、このプログラムリストに基づいてコンパイル処
理を行うことにより、実際に制御部６により実行可能な
再建アルゴリズムを生成してメモリ５に格納する。その
後、患者からの刺激開始指示に応じて制御入力装置１０
の信号処理部１２から出力される制御信号を信号入力部
２を介して検出し、これに対応する再建アルゴリズムを
メモリ５から読み出して実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気刺激装置に関し、
特に所定の再建アルゴリズムを実行することにより、患
者の生体の麻痺した部分を電気的に刺激し生体機能を再
建するための電気刺激信号を出力する電気刺激装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、重度に四肢が麻痺した運動神経麻
痺患者の筋電図、脳波、顎、肩、首などの機械的変位や
音声などの随意的生体信号などを動作命令信号源とし、
これら各部に取り付けた検出手段（センサ）からの信号
を機能的電気刺激（Functionalelectrical stimulatio
n:以下、ＦＥＳという）コンピュータを用いて処理し、
神経または筋近傍に埋め込まれた電極にＦＥＳコンピュ
ータでプログラムされた所定の刺激パターンに基づいて
電気的な刺激を与え、これによって引き起こされた筋収
縮により患者が意図するように四肢を動作させる刺激装
置が提案されている（例えば、特開昭５９−１６０４５
５号公報など）。

【０００３】また、刺激パターン生成装置を設けて、前
述の刺激装置により患者の個々の筋を刺激するととも
に、その刺激レベルを変化させることにより患者の個々
の筋のスレッシュホールドレベルを検出し、検出された
スレッシュホールドレベルに応じて刺激パターン生成装
置内にある標準刺激パターンを修正し、その患者に適応
した刺激パターンを生成することにより、症状の異なる
個々の患者に最適な刺激パターンにより電気的な刺激を
与えるようにしたものが提案されている（例えば、実願
昭６２−１８２７４５号など）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、このよう
な従来の電気刺激装置では、個々の患者の症状に適応し
た各種動作に対応する刺激パターンが生成されるもの
の、実際に患者が自身の機械的変位や音声などの随意的
生体信号などにより、これら刺激パターンを選択して実
行させる場合の制御入力方法、あるいは刺激パターンの
出力速度やタイミングなどの電気刺激信号の出力制御方
法を規定する再建アルゴリズムについては、その患者の
症状や好みなどに応じて、個々の患者ごとに個別にプロ
グラムを記述し作成する必要があり、患者に最適な再建
アルゴリズムを生成するためには膨大な手間と時間が必
要となり、迅速な対応が困難であった。本発明はこのよ
うな課題を解決するためのものであり、個々の患者に最
適な再建アルゴリズムを柔軟かつ迅速に生成することが
できる電気刺激装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による電気刺激装置は、電気刺激信号
の出力制御情報として各種パラメータを個々の患者の症
状や好みに応じて設定するパラメータ設定手段と、個々
の動作を示す複数のフェーズから構成されるとともに、
アドレスを動作の時間軸として各アドレスに刺激強度が
格納されている刺激パターンと、制御入力装置からの所
定の制御信号に応じて、パラメータ設定手段により設定
された各パラメータおよび刺激パターンに基づいて再建
アルゴリズムを実行する制御手段とを備えるものであ
る。また、パラメータとして、刺激の開始／停止を示す
指示動作に対応するスイッチの操作回数、スイッチの応
答時間、刺激パターンを複数のフェーズに分割する場合
の分割アドレス、各フェーズの選択回数、各フェーズを
開始する場合のタイムラグ時間、各フェーズの走査制御
方法、各フェーズの走査速度、各フェーズの最終アドレ
スにおける処理、および複数種の指示動作による刺激の
開始／停止制御の選択のうちのいずれかを含むようにし
たものである。

【０００６】

【作用】したがって、パラメータ設定手段により、電気
刺激信号の出力制御情報として各種パラメータが個々の
患者の症状や好みに応じて設定され、制御手段により、
制御入力装置からの所定の制御信号に応じて、パラメー
タ設定手段により設定された各パラメータおよび刺激パ
ターンに基づいて再建アルゴリズムが実行される。

【０００７】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例である電気刺激装置のブロ
ック図であり、同図において、１は所定の再建アルゴリ
ズムに基づいて電気刺激信号を出力する電気刺激装置、
１０は患者の残存機能の機械的変位や随意的生体信号を
検出し電気刺激装置に対して所定の制御信号を出力する
制御入力装置である。制御入力装置１０において、１１
は患者の筋電図、脳波、顎、肩、首などの機械的変位や
音声などの随意的生体信号などを検出する複数のセン
サ、１２は内部にスイッチを有し各センサ１１からの検
出信号に応じてスイッチを操作するとともに、その操作
回数に応じて所定の制御信号を出力する信号処理部であ
る。

【０００８】電気刺激装置１において、２は制御入力装
置１０からの制御信号を受信する信号入力部、３は各種
の情報を表示する表示部、４は電気刺激装置１の制御指
示を入力するキー入力部、９は再建アルゴリズムに関す
る各種パラメータを設定するパラメータ設定部、５はパ
ラメータ設定部９により設定された各種パラメータや複
数の再建アルゴリズムを記憶するメモリ、６はパラメー
タ設定部９により設定されたパラメータをメモリに格納
し、あるいは信号入力部２を介して受信した制御信号に
応じて所定の再建アルゴリズムを実行する制御部、７は
制御部６からの指示に応じて患者の四肢の神経または筋
近傍に埋め込まれた電極８に所定の電気刺激信号を出力
する信号出力部である。

【０００９】ここで、図２を参照して、再建アルゴリズ
ムについて説明する。図２は起立・着席動作に対応する
再建アルゴリズムを示す説明図であり、（ａ）は所定の
電極に対応する刺激パターン、（ｂ）は（ａ）に示した
刺激パターンおよび各種パラメータに基づく再建アルゴ
リズムにより実際に所定の電極８に対して出力される電
気刺激信号をそれぞれ示している。図２（ａ）におい
て、２１は刺激パターンであり、標準的あるいはある程
度患者の症状に適応させたものである。縦軸は刺激の強
さ（０〜２５０）、横軸は時間軸となるアドレスを示し
ており、起立動作に対応する部分すなわちフェーズ１が
１〜１２４のアドレスで構成され、着席動作に対応する
部分すなわちフェーズ２が１２５〜２４９のアドレスで
構成されている。図２（ｂ）において、２２は再建アル
ゴリズムに基づいて実際に所定の電極８に出力される電
気刺激信号である。

【００１０】実際に、患者が自身の残存機能を用いて起
立・着席動作に対応する電気刺激信号を出力させる場
合、起立・着席動作に対応する刺激パターンだけではな
く、その患者の症状や好みに応じて再建アルゴリズムを
生成する必要がある。例えば、時刻Ｔ0 ，Ｔ3 において
患者から起立・着席動作を制御する指示を出力する場
合、患者の残存機能による動作、例えば肩の上下を何回
行えば起立・着席動作に対応する刺激を開始するのか、
あるいは時刻Ｔ1 〜Ｔ2 における起立動作、時刻Ｔ4 〜
Ｔ5 における着席動作をどれくらいの時間をかけて行う
のかなどを患者に合わせて詳細に設定する必要がある。
本発明は、このような患者の症状や好みに対応して異な
る電気刺激信号の出力制御情報を各種パラメータとして
入力することにより、個々の患者に最適な再建アルゴリ
ズムを生成し実行するものである。

【００１１】次に、本発明の動作について、図３を参照
して説明する。図３は、電気刺激装置１の制御部６の動
作を示すフローチャートであり、特に各種パラメータに
基づいて予め再建アルゴリズムを生成するようにした場
合を示している。まず、電気刺激装置１のパラメータ設
定部９を操作することにより、個々の患者の症状や好み
に応じて各種パラメータを設定する（ステップ３１）。

【００１２】パラメータとしては、以下に説明するよう
な種類の値が用意されている。まず、患者が自身の残存
機能による指示動作、例えば肩の上下により制御入力装
置１０内のスイッチを操作し、これにより刺激の開始／
停止を制御する場合には、そのスイッチの操作回数、お
よびスイッチの応答時間を設定する。また、刺激パター
ンを複数のフェーズに分割する場合の分割アドレス、各
フェーズを選択し実行する選択回数、および各フェーズ
を開始する場合のタイムラグ（遅延）時間をそれぞれ設
定するとともに、各フェーズの走査制御方法としてアド
レスが自動的に増加するアドレス自動増加あるいは患者
の吐く息の強さなど制御入力装置１０からの制御信号に
比例して増減する制御入力比例増減のいずれかを設定す
る。

【００１３】さらに、各フェーズの走査速度として開始
から終了までの操作時間を設定し、各フェーズの最終ア
ドレスにおける処理として、刺激保持、次フェーズへ移
行あるいは刺激停止のいずれかを設定し、また、刺激の
開始／停止を患者による複数種の指示動作すなわち複数
種の制御信号により制御するか否かを選択設定する。な
お、これらのパラメータは必要に応じていずれかのみ、
あるいは組み合わせて設定するようにしてもよいし、こ
れら以外のパラメータを設定するようにしてもよい。

【００１４】前述の起立・着席動作に対応する再建アル
ゴリズム（図２参照）の場合には、スイッチ操作回数と
して「１回」、フェーズ分割アドレスとして「１２
４」、フェーズ選択回数として「各１回」、各フェーズ
開始のタイムラグとしてフェーズ１は「２秒」、フェー
ズ２は「３秒」、各フェーズの走査制御方法として「ア
ドレス自動増加」、アドレスの走査速度としてフェーズ
１は「３秒」、フェーズ２は「２秒」、各フェーズのエ
ンドアドレスの処理としてフェーズ１は「刺激保持」、
フェーズ２は「刺激停止」がそれぞれ設定されたもので
ある。

【００１５】制御部６は、パラメータ設定部９により設
定された各種パラメータを順次読み込み、メモリ５に格
納する。次に、制御部６は、メモリ５に格納した各種パ
ラメータを読み出し（ステップ３２）、これら各種パラ
メータに基づいて、同じくメモリ５内に予め用意されて
いる標準的なプログラムリストを修正することにより、
患者に対応した新たなプログラムリストを生成し（ステ
ップ３３）、このプログラムリストに基づいてコンパイ
ル処理を行うことにより、実際に制御部６により実行可
能な再建アルゴリズムを生成して、メモリ５に格納し
（ステップ３４）、このような一連の再建アルゴリズム
生成処理を必要に応じて繰り返し実施することにより、
各種動作に対応した複数種の再建アルゴリズムを生成す
る。

【００１６】再建アルゴリズムを生成した後、実際に再
建アルゴリズムを実行する場合、制御部６は、信号入力
部２を介して制御入力装置１０からの制御信号を検出し
（ステップ３５：ＹＥＳ）、その制御信号に対応する再
建アルゴリズムをメモリ５から読み出して（ステップ３
６）、実行する（ステップ３７）。これにより、信号出
力部７を介して任意の電極８から、図２（ｂ）に示した
ような電気刺激信号２２が出力されるものとなる。今、
患者が肩の上下動作を１回実施した場合、これが制御入
力装置１０のセンサ１により検出されて信号処理部１２
からスイッチ操作回数（ＯＮ／ＯＦＦ）「１回」を示す
制御信号が出力される。

【００１７】電気刺激装置１の制御部６は、信号入力部
２を介してこの制御信号を検出し、これに応じて起立・
着席動作に関する再建アルゴリズムをメモリ５から読み
出すとともに、この制御信号を開始指示として再建アル
ゴリズムの実行を開始する。まず、フェーズ１のタイム
ラグとして時刻Ｔ0 の開始指示から２秒間待機し、その
後の時刻Ｔ1 からフェーズ１すなわち起立動作に対応す
る電気刺激信号２２の出力を開始する。この場合、フェ
ーズ１として刺激パターン２１のアドレス１からアドレ
ス１２４を走査するとともに、これを３秒かかって実行
し、時刻Ｔ2 においてフェーズ１の実行が終了した時点
の電気刺激信号２２の出力を保持する。

【００１８】その後、時刻Ｔ3 において、患者が肩の上
下動作を１回実施した場合、これが制御入力装置１０の
センサ１により検出されて信号処理部１２からスイッチ
操作回数（ＯＮ／ＯＦＦ）「１回」に応じた制御信号が
出力され、電気刺激装置１の信号入力部２を介して制御
部６により検出され、フェーズ２に対する開始指示と判
断される。これにより、フェーズ２のタイムラグとして
時刻Ｔ3 の開始指示から３秒間待機し、その後の時刻Ｔ
4 からフェーズ２すなわち着席動作に対応する電気刺激
信号２２の出力を開始する。

【００１９】この場合、フェーズ２として刺激パターン
２１のアドレス１２５からアドレス２４９を走査すると
ともに、これを２秒かかって実行し、時刻Ｔ5 において
この再建アルゴリズムの実行を停止し終了する。制御部
６の処理は、ステップ３５に戻って制御入力装置１０か
らの刺激開始指示を検出する。ここで、キー入力部４よ
りパラメータ変更の指示があった場合には（ステップ３
８：ＹＥＳ）、ステップ３１に戻って再度パラメータを
設定し、これに基づく再建アルゴリズムを生成する。ま
た、キー入力部４による終了の指示に応じて（ステップ
３９：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

【００２０】このように、再建アルゴリズムを構成する
各種制御変数を各種パラメータとして入力設定するパラ
メータ設定部４を設けて、患者の症状や好みに対応して
異なる電気刺激信号の出力制御情報として各種パラメー
タを入力するとともに、これら各種パラメータに基づい
て再建アルゴリズムを実行するようにしたので、個々の
患者の症状や好みに柔軟に対応するとともに、従来と比
較して短時間で、個々の患者に最適な電気刺激出力を実
施することが可能となる。

【００２１】また、パラメータとして、刺激の開始／停
止を示す指示動作に対応するスイッチの操作回数、スイ
ッチの応答時間、刺激パターンを複数のフェーズに分割
する場合の分割アドレス、各フェーズの選択回数、各フ
ェーズを開始する場合のタイムラグ時間、各フェーズの
走査制御方法、各フェーズの走査速度、各フェーズの最
終アドレスにおける処理、および複数種の指示動作によ
る刺激の開始／停止制御の選択のうちのいずれかを含む
ようにしたので、より詳細にパラメータを設定すること
が可能となり、患者の症状や好みに応じた最適な再建ア
ルゴリズムを生成することができる。さらに、設定され
た各種パラメータに基づいて再建アルゴリズムを生成
し、患者による開始指示に応じて再建アルゴリズムを読
み出して実行するようにしたので、実際に患者が複数の
再建アルゴリズムを使い分ける場合、患者による刺激開
始指示に応じて即座に任意の再建アルゴリズムを実行す
ることが可能となり、操作時における応答性能のよい電
気刺激装置を実現することが可能となる。

【００２２】次に、本発明の第２の実施例について、図
４を参照して説明する。前述の説明（図３）では、各種
パラメータに基づいて予め再建アルゴリズムを生成して
おき、患者からの指示に応じてこれを実行するようにし
た場合について説明したが、再建アルゴリズムの実行に
応じて必要なパラメータを読み出し、そのパラメータに
基づいて電気刺激信号を出力するようにしてもよい。図
４は、電気刺激装置１の制御部６の動作を示す他のフロ
ーチャートであり、特に再建アルゴリズムの実行に応じ
てパラメータを読み出し、これに基づいて電気刺激信号
を出力するようにした場合を示している。

【００２３】まず、パラメータ設定部９を操作すること
により患者の症状や好みに応じて各種パラメータを設定
し、制御部６によりメモリ５に格納する（ステップ４
１）。これらパラメータは、前述と同様に、必要に応じ
ていずれかのみ、あるいは組み合わせて設定するように
してもよいし、これら以外のパラメータを設定するよう
にしてもよい。次に、電気刺激装置１の制御部６は、信
号入力部２を介して制御入力装置１０からの制御信号を
検出し（ステップ４２：ＹＥＳ）、その制御信号に対応
する標準的な再建アルゴリズムをメモリ５から読み出す
とともに（ステップ４３）、読み出した再建アルゴリズ
ムに必要なパラメータをメモリ５から読み出し（ステッ
プ４４）、これらパラメータに基づいて再建アルゴリズ
ムを実行する（ステップ４５）。

【００２４】この場合の再建アルゴリズムは、パラメー
タにより電気刺激信号２２の出力を変更する部分につい
ては、必要に応じて逐次パラメータを参照し、その設定
値に基づいて電気刺激信号２２を制御するものとなる。
したがって、前述の図２（ｂ）では、例えば時刻Ｔ0 に
おいてフェーズ１開始時のタイムラグを示すパラメータ
を参照し、その設定値「２秒」に基づいて２秒間待機し
た後、時刻Ｔ1 からフェーズ１の実行を開始するものと
なる。

【００２５】再建アルゴリズムの実行が終了した場合、
制御部６の処理は、ステップ４２に戻って制御入力装置
１０からの次の刺激開始指示を検出する。ここで、キー
入力部４よりパラメータ変更の指示があった場合には
（ステップ４６：ＹＥＳ）、ステップ４１に戻って再度
パラメータを設定する。また、キー入力部４による終了
の指示に応じて（ステップ４７：ＹＥＳ）、一連の処理
を終了する。

【００２６】このように、患者の症状や好みに対応して
異なる電気刺激信号２２の出力制御情報として各種パラ
メータを予め入力しておき、患者からの刺激開始時に応
じて、対応する再建アルゴリズムを読み出すとともに、
必要なパラメータを読み出して実行し、パラメータによ
り電気刺激信号２２の出力を変更する部分については、
必要に応じて逐次パラメータを参照し、その設定値に基
づいて電気刺激信号２２を制御するようにしたので、予
め再建アルゴリズムを生成して記憶しておく必要がな
く、各種パラメータの設定後、すぐに個々の患者の症状
や好みに最適な電気刺激を出力することが可能となる。

【００２７】なお、以上の説明において、各種パラメー
タを設定する手段として、スイッチを有するパラメータ
設定部９を設けて、このパラメータ設定部９により個々
の患者の症状や好みに応じたパラメータを設定するよう
にした場合について説明したが、このパラメータ設定部
９の代わりに前述のキー入力部４および表示部３を用い
て各種パラメータを設定するようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電気刺
激信号の出力制御情報として各種パラメータを個々の患
者の症状や好みに応じて設定するパラメータ設定手段を
設けて、制御手段により、各パラメータおよび刺激パタ
ーンに基づいて再建アルゴリズムを実行するようにした
ので、個々の患者の症状や好みに柔軟に対応するととも
に、従来と比較して短時間で、個々の患者に最適な電気
刺激を出力することが可能となる。

【００２９】また、パラメータとして、刺激の開始／停
止を示す指示動作に対応するスイッチの操作回数、スイ
ッチの応答時間、刺激パターンを複数のフェーズに分割
する場合の分割アドレス、各フェーズの選択回数、各フ
ェーズを開始する場合のタイムラグ時間、各フェーズの
走査制御方法、各フェーズの走査速度、各フェーズの最
終アドレスにおける処理、および複数種の指示動作によ
る刺激の開始／停止制御の選択のうちのいずれかを含む
ようにしたので、より詳細にパラメータを設定すること
が可能となり、患者の症状や好みに応じた最適な再建ア
ルゴリズムを実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による電気刺激装置のブロ
ック図である。

【図２】 起立・着席動作を示す再建アルゴリズムを示
す説明図である。

【図３】 制御部における処理動作を示すフローチャー
トである。

【図４】 制御部における処理動作を示す他のフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１…電気刺激装置、２…信号入力部、３…表示部、４…
キー入力部、５…メモリ、６…制御部、７…信号出力
部、８…電極、９…パラメータ設定部、１０…制御入力
装置、１１…センサ、１２…信号処理部。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１０月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】このように、再建アルゴリズムを構成する
各種制御変数を各種パラメータとして入力設定するパラ
メータ設定部９を設けて、患者の症状や好みに対応して
異なる電気刺激信号の出力制御情報として各種パラメー
タを入力するとともに、これら各種パラメータに基づい
て再建アルゴリズムを実行するようにしたので、個々の
患者の症状や好みに柔軟に対応するとともに、従来と比
較して短時間で、個々の患者に最適な電気刺激出力を実
施することが可能となる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】このように、患者の症状や好みに対応して
異なる電気刺激信号２２の出力制御情報として各種パラ
メータを予め入力しておき、患者からの刺激開始時に応
じて、対応する再建アルゴリズムを読み出すとともに、
必要なパラメータを読み出して実行し、パラメータによ
り電気刺激信号２２の出力を変更する部分については、
必要に応じて逐次パラメータを参照し、その設定値に基
づいて電気刺激信号２２を制御するようにしたものであ
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】したがって、予め再建アルゴリズムを生成
して記憶しておく必要がなく、各種パラメータの設定
後、すぐに個々の患者の症状や好みに最適な電気刺激を
出力することが可能となる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 患者の残存機能による指示動作に基づい
   てスイッチが操作されるとともに、このスイッチの操作
   に応じた制御信号を出力する制御入力装置を有し、この
   制御入力装置からの前記制御信号に応じて所定の再建ア
   ルゴリズムを実行することにより、患者の生体の麻痺し
   た部分を電気的に刺激し生体機能を再建するための電気
   刺激信号を出力する電気刺激装置において、 前記電気刺激信号の出力制御情報として各種パラメータ
   を個々の患者の症状や好みに応じて設定するパラメータ
   設定手段と、 個々の動作を示す複数のフェーズから構成されるととも
   に、アドレスを動作の時間軸として各アドレスに刺激強
   度が格納されている刺激パターンと、 前記制御入力装置からの所定の制御信号に応じて、前記
   パラメータ設定手段により設定された各パラメータおよ
   び前記刺激パターンに基づいて再建アルゴリズムを実行
   する制御手段とを備えることを特徴とする電気刺激装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気刺激装置において、 前記パラメータは、 刺激の開始／停止を示す指示動作に対応する前記スイッ
   チの操作回数、 前記スイッチの応答時間、 前記刺激パターンを複数のフェーズに分割する場合の分
   割アドレス、 前記各フェーズの選択回数、 前記各フェーズを開始する場合のタイムラグ時間、 前記各フェーズの走査制御方法、 前記各フェーズの走査速度、 前記各フェーズの最終アドレスにおける処理、 および複数種の指示動作による刺激の開始／停止制御の
   選択のうちのいずれかを含むことを特徴とする電気刺激
   装置。