JPH02195968A - 刺激装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、運動麻痺患者の残存する機能動作に基いて患
者の神経等を刺激して麻痺部分を働かせるための刺激装
置に関する。

［発明の概要］ 本発明は、麻痺患者の残存する機能動作を検出してデジ
タル化した制御信号を機能的電気刺激コンピュータに供
給し、該制御信号により該機能的電気刺激コンピュータ
内の記憶手段に格納した刺激データを出力して該麻痺患
者に埋込ま杵た複数の電極を刺激して麻痺機能を働かせ
るための刺激装置において、上記記憶手段に、連続に変
化する刺激データのうち少なくとも刺激出力の変化量が
変化する点のデータを、アドレスと刺激出力との座標系
データとして格納しく刺激データを圧縮して格納）、刺
激データ出力時、該座標系データを連続に変化する刺激
データに変換して出力するように成すことにより、大量
の刺激データに対する管理の簡略化、刺激データを記憶
するのに必要な領域の縮小による刺激装置の小型化、刺
激データに関する処理（データ転送等）の高速化を実現
させるものである。

〔従来の技術〕

従来、重度四肢の麻痺した運動麻痺患者の麻痺四肢を回
復させるために、筋電図、脳波、顎、肩。

首等の機械的変位及び音声等の随意的生体信号等を動作
命令信号源とし、上記各部に取付けた検出手段（センサ
）からの信号を機能的電気刺激（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ　：
以下ＦＥＳと記す）コンピュータを用いて処理し、神経
又は部近傍に埋込まれた電極に上述のＦＥＳコンピュー
タでプログラムされた電気的な刺激を与え、それによっ
て引き起された筋収縮で患者の意図する四肢の動作を行
なう様にした刺激装置が特開昭５９−１．６０４５５号
公報に開示されている。この様なＦＥＳコンピュータに
よる刺激装置は四肢のみならず呼吸筋、’］ｌ幹筋、泌
尿生殖器等の運動機能を働かせることが可能で、特に脳
卒中やを髄損傷等で生じた運動麻痺で生ずる筋萎縮、筋
の短縮、筋及び関節の拘縮、骨萎縮、筋の痙性そして循
環障害等の治療効果が顕著である。この様な刺激装置は
種々の構成のものが提案されているが、第４図に示す様
な刺激装置（２１）が知られている。第４図で（２２ａ
）〜（２２ｎ）は運動麻痺患者の残存する音声、関節、
筋肉変位、呼吸、生体電位（脳波、筋電図。

生体活動電位）、姿勢、その他の生体より得られる各種
生体信号を検出する検出手段であり、これら検出手段（
２２ａ）〜（２２ｎ）からの検出信号は信号処理手段（
２３）を構成するアナログ−デジタル変換回路等で検出
信号をデジタル化した制御信号とし゛ζＦＥＳコンピュ
ータ（２４）に供給する。ＦＥＳコンピュータ（２４）
は各制御信号毎の刺激データをコンピュータ（２４）内
の記憶手段（２５）内に格納していて、信号処理手段（
２３）で人力された各種の制御信号を認識して記憶手段
（２５）に格納された刺激データを選択する。この記憶
手段（２５）に格納する刺激データば患晋毎に刺激装置
（２１）とは別に設けた生成装置（２６）で作成される
。ごの生成装置の刺激データは大型の刺激パターン生成
用コンピュータ（２７）で作成される。即ち、ＲＯＭラ
イタ（２８）でＲＯＭに刺激データが書き込まれたもの
をＦＥＳコンピュータ（２４）の記憶手段（２５）に差
し込む様に成されている。上述のＦＥＳコンピュータ（
２４）で選択された刺激データに基づいて刺激パルス列
を作って生体に埋込まれた複数の電極（２９）を刺激す
ることで麻痺部分を働かせる様にしている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の刺激装置においては、時間の経過
に伴って出力が連続して変化する刺激データ全てを順次
にアドレス割当てして記１．α手段（２５）に格納する
ようにしているため、１つの動作に関する刺激データの
格納にかなりの量の領域が必要であった。従って、格納
できる刺激データの量や動作種類の数が限定され、その
結果、動作種類の選択性に欠けるなどの不都合があった
。この不都合を解消するためには、従来の刺激装置の場
合、記憶手段（２５）を大容量化（大型化）又は記憶手
段（２５）の他に大型の外部記憶手段等を接続してその
外部記憶手段内に刺激データを格納する方法しかなく、
刺激装置の大型化を招来させ実用化に欠けるという不都
合がある。

また、例えばデータの修正時、個々のアドレスのデータ
を１つ１つチエツクあるいは修正しなければならないな
ど、データの管理が非常にめんどうである。

また、データ量が多いため、装置間（例えば刺激装置（
２１）と生成装置（２６）間）のデータ転送に時間がか
かり、刺激装置（２１）が使用可能になるまでに長時間
待たなければならないという不都合さもあった。

本発明はこのような点に鑑み成されたもので、その目的
とするところは刺激データを圧縮してデータ点数を少な
くして扱うことにより、大量の刺激データに対する管理
の簡略化、刺激装置の小型化、刺激データに関する処理
の高速化を実現することができる刺激装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の刺激装置は、麻痺患者（２）の残存する機能動
作を検出してデジタル化した制御信号（■）をＦＥＳコ
ンピュータ（４）に供給し、制御信号（■）によりＦＥ
Ｓコンピュータ（４）内の記憶手段（６）に格納した刺
激データを出力して麻痺患者（２）に埋込まれた複数の
電極（５ａ）　、　（５ｂ）・・・・（５ｎ）を刺激し
て麻痺機能を働かせるための刺激装置（Ａ）において、
上記記憶手段（６）に、連続に変化する刺激データ（ｄ
）のうち少なくとも刺激出力の変化量が変化する点のデ
ータを、アドレスと刺激出力との座標系データ（Ｃ）と
して格納し、刺激データ出力時、該座標系データ（Ｃ）
を連続に変化する刺激データ（ｄ）に変換して出力する
ように構成する。

の小型化をも実現させることができ、さらに刺激装置の
実用化をも図ることができる。

また、刺激データ（ｄ）を修正する場合、座標系データ
（Ｃ）のみを修正すれば、刺激データ出力時に、自動的
に刺激データ（ｄ）が修正されて出力されるため、デー
タ（ｄ）の修正に手間がかからず、またデータ（Ｃ）の
量も少ないことから刺激データ（ｄ）に対する管理も簡
略化される。

さらに、データ転送等の刺激データに関する処理の高速
化をも図ることができる。

〔作用〕

本発明の構成によれば、時間の経過に伴って出力が連続
して変化する刺激データ（ｄ）を、出力の変化量が変化
する点のデータ即ら°７ドレスと出力との座標系データ
（Ｃ）に圧縮して記憶手段（６）に格納するようにした
ので、１つの動作に関する刺激データの格納領域を大幅
に削減させることができ、その結果、記憶手段（６）に
格納できる動作種類の数も大幅に増加させることができ
ると共に、刺激装置〔実施例〕 以下、第１図〜第３図を参照しながら本発明の詳細な説
明する。

第１図は本実施例に係る刺激装置（Ａ）の構成を示すブ
ロック図である。この図において（１）は、運動麻痺患
者（２）の残存する機能動作を検出する手段であり、音
声検出手段（ｌａ）　、関節・筋肉変位検出手段（ｌｂ
）、呼吸検出手段（Ｉｃ）、生体電位検出手段（ｉｎ）
等の検出手段を有する。

（３）は、複数の増幅器及びアナログ−デジタル変換器
（Ａ／Ｄ）より構成された信号処理手段であり、検出手
段（１）からの入力信号（Ｓａ）、　（Ｓｂ）、　（Ｓ
ｃ）・・・・（Ｓｎ）をデジタル化した制御信号（■）
にするためのものである。

（４）は、信号処理手段（３）からの制御信号（■）に
基いて患者（２）の刺激部位に埋込まれた電極（５ａ）
、　（５ｂ）・・・・（５ｎ）に刺激データを転送する
ＦＥＳコンピュータである。

このＦＥＳコンピュータ（４）の記憶手段（６）、特に
刺激データ領域（６ａ）には、第２図Ａに示すような時
間の経過即ち続出アドレスの更新に伴って出力が連続的
に変化する刺激データ（ｄ）が圧縮されて格納されてい
る。即ち、刺激データ（ｄ）を順次にアドレス割当てし
て格納していくと、刺激データ領域（６ａ）としては、
割当てしたアドレス数分の格納領域が必要となる。例え
ば、刺激データ（ｄ）を２５０個のアドレスに割当てす
る場合、２５０個分の格納領域を必要とする。従って、
複数の動作種類に関する刺激データを格納させる場合、
記憶手段（６）を大容量化（大型化）又は別途に外部記
憶手段を設けなくてはならず、その結果、刺激装置（Ａ
）の大型化につながり実用性に欠ける。そのため、本実
施例では刺激データ（ｄ）を圧縮して刺激データ（ｄ）
のデータ点数を少なくする。例えば同図Ｂに示すように
、刺激出力の変化量が変化する点、即ち点Ａ（ａ＋＋ｄ
＋）。

点Ｂ（”２＋　ｄｚ）　＋点Ｃ（ａｓ＋ｄ＊）＋点Ｄ（
ａ４＋ｄ４Ｌ点Ｅ（ａ５゜ｄ、）と始点０（０，０）、
終点Ｆ　（ａ６．ａＪを（アドレス。

刺激出力）という座標系データ（Ｃ）にして刺激データ
領域（６ａ）に格納するようにする。このようにすれば
、データ点数がこの場合７個で済み、上記のデータ点数
２５０個の場合と比べて大幅に格納領域が削減される。

従って、多数の動作種類に関する刺激データを座標系デ
ータとして刺激データ領域（６ａ）に格納することが可
能となり、刺激部位に種々のパターンの動作を行なわせ
ることができる。

そして、刺激データ（ｄ）を出力するときには、動作プ
ログラムデータ領域（６ｂ）内から刺激データ変換プロ
グラムを読出し、刺激データ領域（６ａ）内の座標系デ
ータ（Ｃ）に基いて刺激データ作成用ワークエリア（６
ｃ）に刺激データ（ｄ）を作成したのち、複数のデジタ
ル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）及びアイソレータで構成
される信号出力手段（７）からアナログ信号の刺激パル
ス列として麻痺患者（２）の生体内に埋込まれた電極（
５ａＬ　（５ｂ）・・・・（５ｎ）に供給される。電極
（５ａ）、　（５ｂ）・・・・（５ｎ）は神経、筋電に
関連し、これらを刺激して麻痺部分を働かせる様になさ
れている。

一方、個々の麻痺患者（２）に対する座標系データ（Ｃ
）を生成する座標系データ生成用コンピュータ（８）と
、ＲＡＭ等のコンピュータ中に含まれる記憶手段（９）
並に外部記憶装置（１０）等から成る生成装置（Ｂ）は
、通常は刺激装置（Ａ）とは切り離されていて、゛座標
系データの生成時又は修正時にＦＥＳコンピュータ（４
）と座標系データ生成用コンピュータ（８）間をデータ
バス（１１）等の伝送路を介して連絡する。この伝送路
はデータバス（１１）によらずテレメータ、赤外線、電
磁的結合手段等を介して行なってもよい。

次に、座標系データ生成用コンピュータ（８）内での座
標系データ生成手順を第３図で説明する。

先ずスター１−　（ＳＴＯ）の次のステップ（ｓ’ｒ”
＋）では生成装置（Ｂ）内の外部記憶装置（１０）にフ
ロッピディスクに書き込まれた標準刺激データをロード
する。この標準刺激データは健常者（麻痺していない正
常者）の関節、筋肉変位等を検出した筋電図波形をエン
ヘロープ検波し、このエンヘロープ波形をサンプリング
したパルス列を得て、このパルス列の各パルスの電圧振
幅又はパルス幅をデジタル値とした刺激データが記録さ
れている。この刺激データは、例えば、手でコツプを把
持するすべての動作に対応したデータが記録されている
。

尚、上記データを座標系データ生成用コンピュータ（８
）を介して記憶手段（９）内の刺激データ領域（９ａ）
に格納する際、−担ワークエリア（９Ｃ）に格納し、次
いで動作プログラムデータ領域（９ｂ）内から座標系デ
ータ変換プログラムを読出し、エリア（９Ｃ）内のデー
タのアドレス間の刺激出力変化量を演算して、その演算
結果に基いて標準座標系データを作成して格納する。そ
の他、予め標準座標系データに変換したものを外部記憶
装置（１０）及び座標系データ生成相コンピュータ（８
）を介して刺激データ領域（９ａ）に格納するようにし
てもよい。この場合、ステップ（ＳＴ１）の後段の処理
は省略される。

次のステップ（ＳＴ２）では生成装置（Ｂ）と刺激装置
（Ａ）並に麻痺患者（２）間を接続するために信号出力
手段（７）と個々の麻痺患者（２）に埋込まれた複数電
極（５ａ）〜（５ｎ）間を接続すると共にＦＥＳコンピ
ュータ（４）と座標系データ生成用コンピュータ（８）
間をデータバス（１１）で連絡する。次のステップ（Ｓ
Ｔ３）では生成装置（Ｂ）をコントロールして刺激装置
（Ａ）のＦＥＳコンピュータ（４）を介して麻痺患者（
２）の個々の筋電を刺激する。次のステップ（ｓ’ｒ、
）では刺激パルスの振幅又はパルス幅を変化させて、個
々の筋電のスレッシュホールドレベルを健常者の筋電の
スレッシュホールドレベルを基準にして見つけだす。次
のステップ（ＳＴｓ）では、動作プログラムデータ領域
（９ｂ）から修正用プログラムを読出し、見つけ出した
スレッシュホールドレベルに係る刺激出力に基いて標準
座標系データを患者個人に適合した座標系データに修正
する。次のステップ（ＳＴ６）では記憶手段（９）の刺
激データ領域（９ａ）と動作プログラムデータ領域（９
ｂ）に修正して格納した座標系データをデータバス（１
１）を通じてＦＥＳコンピュータ（４）の記憶手段（６
）の刺激データ領域（６ａ）と動作プログラム領域（６
ｂ）に転送する。この場合動作プログラムデータも一緒
に転送したが、座標系データのみ転送させてもよい。次
のステップ（３Ｔ７　）では生成装置（Ｂ）と刺激装置
（Ａ）との間のデータバス（１１）を切り離す。次のス
テップ（ＳＴ８　）では記憶手段（６）内の記憶内容は
、データの修正又は設定が行われたので特定の麻痺患者
（２）に刺激パルスを供給し例えば、手の把持動作等を
刺激装置単独で行ないエンド（ＳＴ９）に至る。上述の
実施例ではすべての座標系データを設定して移し変えた
場合を説明したが、修正した部分の座標系データのみ転
送してもよく、或は動作プログラムデータの一部を生成
装置内で修正し、修正部分だけデータバス（１１）を通
じてＦＥＳコンピュータ（４）の記憶手段（６）の動作
プログラムデータ領域（６ｂ）に書き込む様にしてもよ
い。

上述の如く本例によれば出力が連続的に変化する刺激デ
ータ（ｄ）を、出力の変化量が変化する点のデータ即ち
、アドレスと出力との座標系データ（Ｃ）に圧縮して記
憶手段（６）内の刺激データ領域（６ａ）に格納するよ
うにしたので、１つの動作に関する刺激データの格納領
域を大幅に削減することができる。従って、刺激データ
領域（６ａ）に格納できる動作種類の数も大幅に増やす
ことができると共に刺激データ領域（６ａ）の縮小化に
伴って、刺激装置の小型化が可能となる。

また、データ点数が少ないことから、刺激データに対す
る修正、チエツクなどのデータ管理を簡略化できると共
にデータ転送等のアクセス処理の高速化をも図ることが
できる。

尚、上記実施例では座標系データ（Ｃ）を刺激データに
変換する際、第２図Ａに示すような直線的な刺激データ
（ｄ）に変換するようにしたが、曲線的なデータに変換
することも可能である。この曲線的なデータの変換の方
法としては、例えば所定のパラメータにより数種の曲線
パターンデータを生成するアルゴルズムを刺激データ変
換プログラムに登録しておき、そして、刺激データ作成
時、刺激部位の種類又は座標系データ内の二点間の勾配
等に合わせて曲線パターンを選出すると共に、座標系デ
ータ内のそれぞれの二点間のデータを該曲線パターンに
基いて作成する。この変換方法はあくまでも一例であっ
てこの他にも種々の方法が考えられる。

〔発明の効果〕

本発明は、斜上の如く構成させたので、大量の刺激デー
タに対する管理の簡略化、刺激データを記憶するのに必
要な領域の縮小による刺激装置の小型化、データ転送等
の刺激データに関する処理の高速化を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る刺激装置の構成を示すブロック
図、第２図は刺激データのパターン例と座標系データの
格納例を示す説明図、第３図は座標系データの生成手順
を示すフローチャート例、第４図は従来例を示すブロッ
ク図である。 （Ａ）は刺激装置、（１）は検出手段、（２）は麻痺患
者、（３）は信号処理手段、（４）はＦＥＳコンピュー
タ、（５）は電極、（６）は記憶手段、（７）は信号出
力手段、ＣＢ）は生成装置、（８）は座標系データ生成
用コンピュータ、（９）は記憶手段、（１０）は外部記
憶装置、（ｄ）は刺激データ、（Ｃ）は座標系データで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 麻痺患者の残存する機能動作を検出してデジタル化した
   制御信号を機能的電気刺激コンピュータに供給し、該制
   御信号により該機能的電気刺激コンピュータ内の記憶手
   段に格納した刺激データを出力して該麻痺患者に埋込ま
   れた複数の電極を刺激して麻痺機能を働かせるための刺
   激装置において、 上記記憶手段に、連続に変化する刺激データのうち少な
   くとも刺激出力の変化量が変化する点のデータを、アド
   レスと刺激出力との座標系データとして格納し、刺激デ
   ータ出力時、該座標系データを連続に変化する刺激デー
   タに変換して出力するようにしたことを特徴とする刺激
   装置。