JPH0360676A - 刺激装置及び環境制御装置 - 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、麻痺患者のための刺激装置及び環境制御装置
に関する。

〔、従来の技術〕

従来、重度に四肢の麻痺した運動麻痺患者の麻痺した四
肢を回復させるために、筋電図、脳波。

顎、肩１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、上述した各部に取付けたセン
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、筋肉
又は神経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
って引き起こ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５９−１６０４５５
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、躯幹筋、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
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。

上述したような刺激装置は種々の構成のものが提案され
ているが、例えば特開昭６１−２１７１７４号公報には
、以下に説明するような刺激装置が開示されている。そ
こで、第６図を参照して、かかる従来の刺激装置につい
て説明する。第６図において、（２８＋）　、　（２８
り　、　（２８３）　、・・・・、　（２８ｎ）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）、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（２８、）〜（２８ｎ）からの検出信号は
信号処理手段（２９）を構成するＡ／Ｄコンバータ・で
検出信号をディジタル化した制御信号としてＦＥＳコン
ピュータ（３０）に供給する。ＦＥＳコンピュータ（３
０）は各制御信号毎の刺激データをコンピュータ内の記
憶手段（３４）に記憶された刺激データを選択する。こ
の記憶手段（３４）に記憶する刺激データは患者毎に大
型の開発用コンピュータ（３２）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（３０）の記
憶手段（３４）に差し込む様に威されている。

上述のＦＥＳコンピュータク３３）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（３１）を刺激することで麻痺部分を活動さ
せる様にしている。

又、本出願人より先に出願された特願昭６２−３０２４
１２号には、以下に説明するような刺激装置が提案され
ている。即ち、かかる刺激装置では、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
形をエンベロープ検波し、このエンベロープ波形をサン
プリングしたパルス列を得、このパルス列の各パルスの
電圧振幅又はパルス幅をディジタル値とした刺激パター
ンデータを記憶手段に記憶しておき、その刺激パターン
データを読出した後、これをＤ／Ａ変換して刺激パルス
を得るようにしている。そして、その刺激パルスを麻痺
患者の残存する機能動作に関連した筋肉又は神経の近傍
に埋込れた刺激用電極に供給すると共に、この刺激パル
スの振幅又はパルス幅を変化させて、個々の滴群のスレ
ッシュホールドレベルを健常者の滴群のスレッシュホー
ルドレベルを参考にして決定し、患者個人に適合したパ
ターンに修正してこれを記憶手段に記憶させることによ
り、その患者に適した刺激パルスを患者の体内に埋め込
まれている刺激用電極に供給するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、上述した刺激装置を用いて、を髄損傷による四肢
麻痺患者が、残存機能を利用して、例えば声を出す等の
動作を行ない、これを音声検出手段に検出させ、これに
基づいて例えば麻痺している手に貼り付けられている電
極に刺激パルスを与え、これによって手を動かしてコツ
プを掴む場合、声を出す動作と、コツプを掴む動作とは
直接関係のない動作であるため、それの習得に時間が掛
り、又、患者に煩しさを感じさせると共に、ある希望す
る動作に対応する他の動作を数種或は数十種類覚えなけ
ればならないという大変な負担が患者にかかる。

従って、患者が身体の動かしたい部分になるべく近い所
に検出手段を取付けることが望ましい。

従って、生体電位検出手段、即ち、患者の表皮に貼り付
けられた電極によって、例えば患者の残存機能が肩であ
れば、肩にその電極を貼り付け、患者が肩を動かしたり
、肩に力を入れたりすると、肩に貼り付けた電極が生体
電位を検出し、これに基づいて手に貼り付けられた電極
に刺激パルスを与えて、手にコツプを掴ませるようにす
れば良い。

しかし、この電極は手の表皮に貼り付けられているので
、貼り付けた電極の皮下にある筋全体の生体電位を検出
することになり、その都度電極の貼り付けが必要である
ため煩雑であり、長期間に亘って安定に生体信号を検出
することが困難と成ると共に、掴む強さを肩に入れた力
で制御すると、仮に、掴むコツプがガラスではなく、紙
で作られたものであれば、コツプを掴り潰してしまうこ
とも考えられる。更に、個々の筋の生体電位を利用する
ことによる麻痺部分の選択的刺激が困難である。

又、神経束にインパルスが存在しても、神経筋接合部の
機能低下で筋活動を行うことのできない重症筋無力症の
患者や重度の四肢麻痺患者が外部の物、或は人とコミュ
ニケーシゴンを行う際に上述した刺激装置を応用するの
は困難である。

かかる点に鑑み、本発明は、麻痺患者の残存機能動作と
関連した筋肉又は神経から、長期間に亘って安定した生
体信号を検出し得、この検出した生体信号に基づいて、
麻痺患者の麻痺筋肉を高選択性を以て、高機能且つ高精
度に刺激することのできる刺激装置を提案しようとする
ものである。

更に、本発明は、麻痺患者の残存機能動作と関連した筋
肉又は神経から、長期間に亘って安定した生体信号を検
出し得、この検出した生体信号に基づいて、被制御機器
を高選択性を以て、容易且つ高精度に制御することので
きる環境制御装置を提案しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１の本発明は、麻痺患者（３）の残存する機能動作に
関連した筋肉（１９）又は神経（１８）の近傍に埋込ま
れる生体信号検出電極（１）と、麻痺患者（３）の麻痺
筋肉刺激用の刺激パルスを記憶する記憶手段（７）と、
その記憶手段（７）から読み出された刺激パルスが供給
される麻痺患者（３）の麻痺筋肉刺激電極（２）とを有
し、生体信号検出電極（１）によって生体信号が検出さ
れたときは、記憶手段（７）から刺激パルスを読み出し
て、麻痺筋肉刺激電極（２）に供給するようにした刺激
装置である。

第２の本発明は、麻痺患者（３）の残存する機能動作に
関連した筋肉（１９）又は神経（１８）の近傍に埋込ま
れる生体信号検出電極（１）と、その生体信号検出電極
（１）からの生体信号に基づいて、麻痺患者（３）が操
作すべき被制御機器（２１１〜２１ｎ）に供給する制御
信号を形成する制御信号形成回路（６，７，８，１０）
とを有するものである。

〔作用］ 第１の本発明によれば、生体信号検出電極（１）によっ
て生体信号が検出されると、記憶手段（７）から刺激パ
ルスを読み出して、麻痺筋肉刺激電極（２）に供給する
。

第２の本発明によれば、麻痺患者（３）の残存する機能
動作に関連した筋肉（１９）又は神経（１８）の近傍に
埋込まれる生体信号検出電極（１）からの生体信号に基
づいて、制御信号形成回路（６，７，８，１０）からの
制御信号を被制御機器（２１１〜２１ｎ）に供給する。

〔実施例〕

以下に、第１図を参照して、本発明の第１の実施例を詳
細に説明しよう。第１図は、本発明の第１の実施例であ
る刺激装置を示し、（３）は麻痺患者、即ち、脳卒中、
を髄損傷１重症筋無力症及びその他の原因で身体に運動
性麻痺をきたした患者である。

（１）は検出電極で、同図に示すように麻痺患者（３）
の肩の筋肉又は神経の近傍、即ち、モーターポイン）（
２０）（第４図参照）に埋込まれ、筋肉又は神経の生体
信号、即ち、活動電位（インパルス）を検出する。（２
）は刺激電極で、麻痺患者（３）の手の筋肉又は神経の
近傍、即ちモーターポインｌ−（２０）（第４図参照）
に埋込まれている。そして検出電極（１）及び刺激電極
（２）は例えば多重撚線を用い、第２図に示されるよう
に、かぎ状固定部（１１）と、螺旋状固定部（１２）と
、生体電位導入又は導出部（１３）から構成される。そ
して、検出電極（１）の生体電位導出部（１３）は、後
述するアイソレーションアンプ（４）の入力端子に接続
され、刺激電極（２）の生体電位導入部（１３）はコン
デンサＣを介して、後述するＤ／Ａコンバータ（８）の
出力端子に接続されている。

上述した各電極（１）及び（２）のかぎ状固定部（１１
）以外の螺旋状固定部（１２）及び生体電位導出又は導
入部（１３）は、第３図の断面図のように、多数、例え
ば１９本のリード線（１４）を撚りあわせて撚線を形威
し、その周囲を絶縁材、例えば、テフロンでコーティン
グする。（１５）はそのコーティング部を示す。

又、電極（１）、　（２）のかぎ状固定部（１１）及び
生体電位導入又は導出部（１３）の部分のみ、コーティ
ング部（１５）が除去されている。又、かぎ状固定部（
１１）は、撚線の先端を単に鋭角に折曲げて形成する。

尚、第３図に示す複数のリード線（１４）から成る撚線
を複数束ね、又はそれを更に撚り、これにテフロン等で
コーティングを施して、上述の電極（１）。

（２）を構成するようにしても良い。

そして、第４図Ａに示すように、検出電極（１）又は刺
激電極（２）は、ベニューラ針（１６）の内部に通され
て身体の所定部位に刺され、神経（１８）と筋（１９）
の接合部であるモーターポイント（図中破線の円で示す
）　（２０）に達すると、同図Ｂに示す如くベニューラ
針（１６）が引き抜かれ、検出電極（１）又は刺激用電
極（２）は麻痺患者（３）の体内に残り、その螺旋状固
定部（１２）は時間の経過と共に、組織と密接に結合さ
れる。

再び第１図に戻って説明するに、（４）はフォトカプラ
を内蔵するアイソレーションアンプで、これに上述した
検出電極（１）の生体電位導出部（１３）が接続される
。（５）はアイソレーション電源で、アイソレーション
アンプ（４）専用の電源である。（６）はＡ／Ｄコンバ
ータで、アイソレーションアンプ（４）カラ供給される
アナログ信号をディジタル信号に変換して、バス（デー
タバス、アドレスバス及びコントロールバスから成る）
　（１１）を介して、メモリ（７）に供給する。メモリ
（７）は例えば「コツプを掴む」等の健常人からサンプ
ルしたデータを麻痺患者（３）に合うように修正された
各種の刺激パターンデータが記憶されている。メモリ（
７）から読み出されたディジタルデータは、データバス
（１１）を介してＤ／Ａコンバータ（８）に供給される
ことによって、アナログ刺激パルスに変換され、コンデ
ンサＣを介して刺激電極（２）に供給される。（９）は
電源で、Ａ／Ｄコンバータ（６）、メモリ（７）、Ｄ／
Ａコンバータ（８）に動作電圧を供給する。ＣＰ　Ｕ　
（１０）はバス（１１）を介して、Ａ／Ｄコンバータ（
６）、メモリ（７）及びＤ／Ａコンバータ（８）を制御
するように威されている。

次に麻痺患者が「コツプを掴む」という動作を行いたい
場合を例にとって、上述した刺激装置の動作を説明する
。尚、「コツプを掴む」という動作に必要な刺激電極（
２）は複数本用いて手の各部に刺すことが必要であるが
、ここでは説明の簡単のため、これを１本で説明する。

先ず、ＣＰ　Ｕ　（１０）の制御の下に、メモリ（７）
に記憶されている、健常人の「コツプを掴む」という動
作に関連した刺激パターンデータがバス（１１）を介し
てＤ／Ａコンバータ（８）に供給されて、その刺激パタ
ーンデータがアナログ信号（刺激パルス）に変換されて
、コンデンサＣを介して麻痺患者（３）の「コツプ掴む
」という動作に関連した筋肉又は神経近傍、即ち、モー
ターポイン）（２０）（第４図参照）に埋込まれている
刺激電極（２）に供給される。

そして、その刺激パルスのレベルを徐々に変化させ（プ
ログラムで）、麻痺患者（３）が正確に「コツプを掴む
」という動作を行った時点での刺激パターンデータをメ
モリ（７）に記憶させる。

次に、麻痺患者（３）で左肩に力を入れるか或は左肩を
動かすか、又はこれらの動作を試みると、モーターポイ
ン１−（２０）（第４図参照）に埋込まれた検出電極（
１）に、筋（１９）や神経（１８）からの生体電圧が供
給される。そして、この生体電圧はアイソレーションア
ンプ（４）に供給されて、所定のレベルに増幅された後
、Ａ／Ｄコンバータ〔６）に供給される。

Ａ／Ｄコンバータ（６）は、アイソレーションアンプ（
４）から生体電圧が供給されると、この生体電圧をディ
ジタルデータに変換してデータバス（１１）を介してＣ
Ｐ　Ｕ　（１０）に供給する。データバス（１１）を介
してＡ／Ｄコンバータからディジタルデータが供給され
たＣ　Ｐ　Ｕ　（１０）は、ディジタルデータに応じた
刺激パルスを刺激電極（２）に供給するように威す。

従って、「コツプを掴む」という動作に関連する筋（１
９）或いはその筋（１９）を掌る神経（１８）が生ずる
電位の強弱を麻痺患者（３）の肩の筋（１９）或はその
筋（１９）を掌る神経（１８）が生ずる電位の強弱と対
応させることによって、麻痺患者（３）は掴むコツプの
材質に応じて肩に入れる力を加減して、例えば祇コツプ
を潰すことなく掴むことができる。

尚、検出電極（１）及び刺激電極（２）の身体に対する
埋込み位置が近い場合は、検出電極（１）からの生体信
号をゲートを用いて取込むようにして、刺激電極（２）
からの刺激パルスの影響を除去するようにする。

次に、第５図を参照して、本発明の第２の実施例を説明
する。第５図は本発明の第２の実施例である環境制御装
置を示すが、第５図において第１図と対応する部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。第５図において
（２１）　（（２１＋）、（２１り。

（２１３）、・・・・、　（２Ｉｎ）　）は被制御装置
で、この被制御装置（２１）は例えば電話器、　ＡＶ　
（Ａ［ＩＤｌ０　ＶＩＳＵＡＬ：オーディオ・ビジュア
ル）機器（例えばステレオ再生装置、テレビ受像機等）
、照明装置、インターホン、ワードプロセッサ、ベツド
等の麻痺患者（３）の生活環境を豊かにするものである
。そして、各被制御装置（２１）は、被制御装置の別、
その制御の態様に応じたＤ／Ａコンバータ（８）から出
力された制御信号によって制御されるようになされる。

この第２の実施例の場合も、第１の実施例と同様の検出
電極（１）が麻痺患者（３）の肩のモーターポイン）　
（２０）に固定されている。

次に、麻痺患者（３）の肩に埋込まれている検出電極（
１）が検出する生体信号によって、被制御機器（２１）
を制御する動作について説明する。

例えば、麻痺患者（３）が肩に入れる力の強さ、力を入
れる肩の左右の別（この場合は、両肩に夫々検出電極を
埋込む必要がある）、所定期間に肩に力を入れた回数等
によって、制御すべき被制御装置（２１）の選択、制御
の態様の選択等を行い、これに応じてＣＰ　Ｕ　（１０
）によって制御すべき被制御装置（２１）の別、制御の
態様に応じた制御信号をＤ／Ａコンバータ（８）から出
力させ、これによって、被制御装置（２１）のいずれか
に制御信号を供給するようにする。

尚、上述した環境制御装置では、麻痺患者（３）が麻痺
患者（３）の左肩に埋込まれた１本の検出電極（１）で
１つの被制御装置（２１）を制御する場合について説明
したが、麻痺患者（３）が自己の身体の複数箇所に埋込
まれた複数の検出電極（１）から検出された生体信号に
基づいて、複数の被制御装置（２１）を制御するように
しても良い。

尚、被制御機器（２Ｉ）に対する制御が簡単な場合は、
ＣＰＵ（１０）、メモリ（７）等を設けずに、検出電極
（１）からの生体信号に基づいて、制御の信号を形成す
る回路を設け、この回路からの制御信号に基づいて被制
御機器を直接制御するようにしても良い。

〔発明の効果〕

上述せる第１の本発明によれば、麻痺患者の残存機能動
作と関連した筋肉又は神経から、長期間に亘って安定し
た生体信号を検出し得、この検出した生体信号に基づい
て、麻痺患者の麻痺筋肉を高選択性を以って、高機能且
つ高精度に刺激することのできる刺激装置を得ることが
できる。

上述せる第２の本発明によれば、麻痺患者の残存機能動
作と関連した筋肉又は神経から、長期間に亘って安定し
た生体信号を検出し得、この検出した生体信号に基づい
て、被制御機器を高選択性を以って容易且つ高精度に制
御することのできる環境制御装置を得ることができる。

尚、外部とのコミュニケーションの可能性の低かった重
症筋無力症の患者の場合、神経束にインパルスが存在し
ても、神経と筋肉との接合部（モータポイント）の機能
低下で筋活動が行なわれないとされているが、本発明に
よる刺激装置及び環境制御装置の場合は神経のインパル
スも検出できるので、これに基づくその患者の麻痺筋肉
の刺激及び被制御機器の制御の可能性が高まり、外部と
のコミュニケーションの可能性が高く成る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の刺激装置を示すブロ
ック線図、第２図は検出電極又は刺激電極を示す線図、
第３図はその検出電極又は刺激電極の断面図、第４図は
その検出電極又は刺激電極を生体へ埋込む方法を示す図
、第５図は本発明による第２の実施例の環境制御装置を
示すブロック線図、第６図は従来の刺激装置を示すブロ
ック線図である。 （１）は検出電極、（２）は刺激電極、（３）は麻痺患
者、（４）はアイソレータアンプ、（５）はアイソレー
タ電源、（６）はＡ／Ｄコンバータ、（７）はメモリ、
（８）はＤ／Ａコンバータ、（９）は電源、（１０）は
ＣＰＵ、（１１）はかぎ状固定部、（１２）は螺旋状固
定部、（１３）は生体電位導出又は導入部、（１４）は
リード線、（１５）はコーティング部、（１６）はベニ
ューラ針、（１７）は皮膚、（１８）は神経、（１９）
は筋、（２０）はモーターポイント、（２１）　（（２
１，）〜（２１ｎ）　）は被制御装置である。 代 理 人 松 隈 秀 盛 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、麻痺患者の残存する機能動作に関連した筋肉又は神
   経の近傍に埋込まれる生体信号検出電極と、 上記麻痺患者の麻痺筋肉刺激用の刺激パルスを記憶する
   記憶手段と、 該記憶手段から読み出された刺激パルスが供給される上
   記麻痺患者の麻痺筋肉刺激電極とを有し、 上記生体信号検出電極によって生体信号が検出されたと
   きは、上記記憶手段から上記刺激パルスを読出して、上
   記麻痺筋肉刺激電極に供給するようにしたことを特徴と
   する刺激装置。 ２、麻痺患者の残存する機能動作に関連した筋肉又は神
   経の近傍に埋込まれる生体信号検出電極と、 該生体信号検出電極からの生体信号に基づいて、上記麻
   痺患者が操作すべき被制御機器に供給する制御信号を形
   成する制御信号形成回路とを有することを特徴とする環
   境制御装置。