JPH0376951B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電気的に筋肉を刺激する方法及び装置
に関し、詳細には筋肉の動きを監視し、かつ制御
されかつ持続する等運動収縮を与える電気刺激を
調整するコンピユータ制御方法及び装置に関す
る。より詳細には、本発明は複数の筋肉の整合し
た動きを指示しかつまひの治療の際に治療上の用
途を有する特別の訓練ルーチンによつてそれらの
筋肉を運動させる方法及び装置に関する。 本発明は脊髄の損傷によつて生じた重大な傷害
を有する人々の治療に特別の価値を有している。
この種の損傷はしばしば、脊髄の損傷点より下の
点から制御される筋肉の部分的あるいは全体的な
まひを発生する。次に、被害者は、本来活動的で
あるべき筋肉のかなりの不活動及び退歩した生活
に直面する。本発明によつて、このような筋肉
が、これまで不可能と考えられていた訓練プログ
ラムに組み込むために刺激できることがわかつ
た。更に、このような訓練は、筋肉が不活動にな
つて数年後でさえも正常な筋肉の緊張に回復でき
る。 1791年のGalvaniの業績以来、電気が筋肉の収
縮を生じさせるために使用できることがわかつ
た。最近、筋肉を治療に電気刺激の価値に対する
意識が増して来ている。 数多くの装置及び技術が筋肉刺激の治療計画の
一部分として電気パルスを与えるために開発され
た。これらのいくつかの例は特許文献に見い出す
ことができる。Radwanの米国特許第3387147号
（1968）は、かなり高い電圧−幅比及び急峻な上
昇波形を有するパルス信号を与えるように設計さ
れた筋肉刺激パルス発生器を開示している。 Mauserの米国特許第3817254号（1974）は、痛
み治療に伴なうものとして知られている、ちくち
く痛む知覚を低減しようとする努力において、
別々に触覚−痛み神経線維を刺激するように設計
された痛みを鎮めるために使用する経皮性刺激器
を開示している。Mauserは電気刺激に対する神
経の応答の差が選択的に別の神経を刺激するため
に使用できることに気付いていた。Mauserによ
れば、神経線維はそれらの大きさ及び伝導速度に
よつて区別される。筋肉の応答を引き出すために
必要な電気刺激の振幅は線維の大きさが減ると増
加することが知られている。 Nawracaj他の米国特許第4071033号（1978年）
は、別の痛みのある筋肉の低周波刺激を発生しか
つ低周波数で筋肉を収縮及び弛緩させるヘテロダ
イン効果を用いた電気刺激装置を開示している。 Wyss他の米国特許第4148321号（1979年）は、
ある点ではNawracaj他と同様の筋肉治療を開示
している。ここでは、筋肉は、１Hzより低い低周
波電流で、3000Hzと100000Hzとの間の中間周波数
電流を変調することによつて誘導される極低周波
数でリズミカルに収縮及び弛緩させられる。１つ
の実施例では、Wyss他は変調された出力電流を
三相電流に変形する位相器を使用している。この
三相電流は深い均一な刺激を与えるために肢のま
わりに角度的に配置された３つの電極に送られ
る。 Kofskey他の米国特許第4177819号（1979年）
は、40ないし50Hzで変調された2000ないし3000Hz
信号を用いて２ないし50秒間隔で２ないし20秒間
筋肉を刺激する装置を示唆している。１実施例で
は、筋肉刺激波形がマイクロプロセツサによつて
制御され、このマイクロプロセツサが各パルスの
始端及び終端で刺激振幅を徐々に増加しそして減
少する。マイクロプロセツサは、無負荷／過負荷
センサからの信号及び手動制御利得設定信号に応
答する。 前述特許で具体化された努力は、治療剤として
刺激自体に焦点をあてており、主要な目的として
治療効果を増すために刺激の強度、持続時間及び
周波数を最適化することがあつた。開示された治
療において、筋肉は負荷に対して刺激されない。
これらの従来の装置は滑らかな同じ大きさの収縮
を与えかつこれらの従来の装置における筋肉の動
きに対する筋肉を動きの応答に答える。 筋肉を訓練し物理的に強くするために、筋肉の
強さに実質的比例して力強い、持続した等運動の
収縮を発生しながら負荷に対して筋肉を動かすこ
とが必要である。等運動の収縮は前述の治療にお
いては延長された時間周期間維持できない。これ
は正常な生理的な周波数より極めて高い周波数に
同期して筋肉が刺激されるからである。これは筋
肉を急速に疲れさせ、筋の張力を保持することを
不可能にする。 Petrofskyの「まひした筋肉におけるマイクロ
プロセツサ制御刺激（Microprocessor
Controlled Stimulation in Paralyzed
Muscle）」（IEEE、1979年８月）は、猫の腓腹筋
における運動ユニツトの通常の非同期補充
（recruitment）及び点弧速度制御を模倣するコン
ピユータ制御刺激システムを概説している。コン
ピユータは、筋肉の疲労を検知した時、運動単位
の補充の順を設定するようにプログラムされてい
る。これは直列電極スリーブと共に陽極ブロツク
電極を使用することによつて実現される。電極ス
リーブは筋肉に対して運動神経のまわりに配置さ
れ、神経中の３つのグループのニユーロンを交互
に刺激するように形成されている。陽極ブロツク
電極は筋肉の中心に近い方に配置されている。筋
肉の疲労は筋肉の一方の端部に取付けられたバー
上に設けられたストレインゲージトランスジユー
サにより検知される。 Petrofskyの論文は、電気刺激が筋肉中に等大
の収縮を発生させるという方法でマイクロプロセ
ツサにより制御できることを教えている。しか
し、滑らかな、自然な等運動量の収縮を発生させ
るいかなる方法及び装置の開示もない。また、
Petrofskyの方法は人間には適用できない。 本発明の目的は筋肉を電気的に刺激し、フイー
ドバツク制御に基づいて特別の訓練ルーチンによ
つて筋肉を訓練する方法及び装置を提供すること
である。 本発明の別の目的は、動的負荷に対して収縮す
るように人間の筋肉を刺激する方法及び装置を提
供することである。 本発明の更に別の目的は、人間の筋肉の収縮を
刺激する改良された方法及び装置を提供すること
である。 本発明のこれらの及び他の目的は、刺激エネル
ギを有する交互に発生されるパルスから成る１対
の刺激信号を発生する刺激装置を使用することに
よつて実現される。刺激信号は、好適には刺激さ
れるべき筋肉のすぐ上の皮膚に付着された１対の
電極間に印加される。この刺激信号は人間に植え
込まれた電極対に印加することもできる。 好適実施例では、刺激装置は、デジタル−アナ
ログ変換器を介してデジタル制御されるマイクロ
プロセツサにより制御される。刺激された筋肉に
より動かされる肢は、筋肉の動きに対抗する動的
負荷に対して固定されている。フイードバツクセ
ンサは肢によつて実際に行なわれた動きを検知し
アナログ−デジタル変換器を介してマイクロプロ
セツサに指示を送信する。 本発明の訓練ルーチンにおいては、複数の経皮
刺激器が、訓練すべき肢を動かすために接続され
た筋肉を刺激するパターンで被検者の皮膚に付着
される。刺激器は次に、筋肉を収縮させ肢の所定
の動きを発生される波形を有する複数の刺激信号
により附勢される。肢が収縮している間、抵抗力
がこれに加えられ、その収縮中筋肉の仕事を生じ
させる。肢の動きが検知され、対応するフイード
バツク信号が発生される。フイードバツク信号は
いつ所定の動きが達成されたか決定するために監
視される。所定の動きが達成された後、刺激信号
は肢がその当初の位置まで戻ることができるよう
に変えられる。このプロセスは訓練ルーチンを発
生するために繰り返される。 以下に図面を参照して本発明の実施例について
詳細に説明する。 第１図は本発明の訓練装置１０を示している。
この訓練装置は支持フレーム１１上に取付けられ
た椅子１６を備えている。椅子１６は支持板３０
上に置かれ、第２図に示すように締金２８により
正しい位置に締めつけられている。締金２８は、
例えば回転ハンドル及びねじ構造２９等の任意の
手段により支持板３０の下側表面に対して上向き
に押上げられている。締金２８が解かれた時に椅
子１６が矢印４５で示されているように支持板３
０の表面に沿つて移動される。これは椅子１６に
着座している人の左足あるいは右足のどちらに対
して訓練ルーチンを調整する椅子１６の位置決め
を可能にする。 訓練装置１０は椅子１６にその人を固定するシ
ートベルト１８及び脚３１の下側部分に握る脚ひ
も１９も備えている。脚ひも１９はVELCRO（商
標）としてニユーヨークのVelcro U.S.A.により
販売されている形式のフツク及びループ固定布２
０，２０の相互固定片を備えている。このように
脚ひも１９は任意の大きさの脚のまわりに容易に
かつしつかりと固定される。 脚ひも１９は、１対のはさみ形アイレツトフア
スナー２１，２２の１対あるいは他方に取付けら
れる鋼製アイレツトを備えている。フアスナー２
１及び２２はそれぞれ１対のケーブル３３，３４
に取付けられている。ケーブルは垂直の板２４を
通つてのびている。 ケーブル３３及び３４は、１対の偏心案内溝
（図示せず）を有するローラー２３により案内さ
れている。ケーブル３３はローラー２３から後方
にローラー３６のまわりにのび次に歯付ベルト３
５に取付けるために上方にのびている。ケーブル
３４はローラー２３のまわりに巻かれ、第３図に
最も良く示されているフレーム部材３９上に支持
されたかなりかたい曲げ腕２５に固定するために
上方にのびている。 歯付ベルト３５は第４図に最も良く示されてい
る１対の支持板４１ａ及び４１ｂ間に取付けられ
た１対の歯付ローラー３７及び３８のまわりにの
びている。支持板４１ａ及び４１ｂはフレーム部
材４０により固く支持されている。このフレーム
部材４０はフレーム部材３９により支持されてい
る。 ベルト３５は皿４２上に置かれた一組の重しを
保持している。脚３１が矢印４６によつて示され
るように弧状に動く時、重し２７は上昇あるいは
下降される。この構成は、脚３１の動きに抵抗す
るがこの動きを妨げない動的負荷を与える。 脚３１が上方にのびケーブル３３及びベルト３
５を引つぱつた時に、その動きは結合装置４４に
よりローラー３８に取付けられたポテンシヨメー
タ１７（第４図）によつて測定される。ポテンシ
ヨメータ１７用のハウジングは第４図に示されて
いるように上側支持板４１に固定された支持腕４
３により支持されている。 脚３１が動いてローラー３８に巻かれたベルト
３５を引くと、ポテンシヨメータ１７がフイード
バツグ信号をＡ／Ｄ変換器１２に送る。Ａ／Ｄ変
換器１２は以下に詳細に述べるようにフイードバ
ツク信号をコンピユータ１３による処理のために
デジタル形式に変換する。コンピユータ１３はデ
ジタル制御信号をＤ／Ａ変換器１４に送ることに
よつてフイードバツク信号に応答する。Ｄ／Ａ変
換器１４は次に刺激器５０へのアナログ刺激信号
を発生する。刺激器５０は１対の刺激信号を発生
するためにＤ／Ａ変換器１４からの制御信号を使
用する。刺激信号は電極１５ａ，１５ｂ及び１５
ｃ間に印加される。電極１５ａ，１５ｂ及び１５
ｃはMedtronic Inc.により販売されている
MEDTRONICモデル3793等に市販の経皮電極で
ある。 次降に述べるような訓練のために、電極は、第
２図に一般的に示されているように、１方の脚の
大腿四頭筋上に間隔をおいた位置に配置される。
電極は低アレルギーテープあるいは弾性の絆創膏
によつて被検者の脚に付着される。電極を付着す
る前に、皮膚がきよめられ乾燥される。電極が被
検者の皮膚上に配置される前にやはりmedtronic
Inc.により販売されているTENS電極ゲル等の電
極ゲルが電極に塗布される。 刺激器５０からの刺激信号が電極１５ａ，１５
ｂ及び１５ｃに印加された時に、被検者の大腿四
頭筋が刺激され前述したようにケーブル３３の動
的抵抗にさからつて収縮し脚３１を上昇させる。
脚ひも１９はケーブル３４に接続され、脚３１が
曲げ腕２５に対して等大に引つ張る。これは曲げ
腕２５の頂部に取付けられたストレインゲージ３
２から出力信号を発生する。ストレインゲージ３
２は、任意の位置に取付けることができるメータ
２６に負荷信号を与えるために接続されている。
このメータ２６は以降に詳細に説明されているよ
うに訓練手順において使用される「強さ
（strength）」の指示を与える。 電極１５ａ，１５ｂ及び１５ｃに印加される刺
激信号は第７図及び第８図に図示されている。刺
激器５０は、第８図の頂部の線により示された第
１の信号３０１及び第８図の底部の線により示さ
れた第２の信号３０２を発生する。信号３０１は
端子１５ａ及び１５ｃ間に印加され、信号３０２
は端子１５ｂ及び１５ｃ間に印加される。端子１
５ｃは第５図を参照して以降に説明されるように
高電圧接地に接続されている。 各信号３０１及び３０２は第７図の線３００上
に上昇している三角形の突起３０３により一般的
に示される包絡線を有している。この信号は交互
のそれぞれ略６秒の刺激及び休止周期により特徴
ずけられる。刺激周期中には、略55Hzから65Hzの
範囲の周波数、好適にはおよそ60Hzの周波数で脈
動される。このように発生されたパルスは０に近
い値から255ボルトよりも幾分小さい最大値まで
徐々に増大するピーク値を有している。この最大
値は刺激されている筋肉あるいは筋肉群から最大
の努力を生じさせる。その後、パルス振幅は０に
近い値まで徐々に減少し、筋肉が休止される。最
大電圧値は筋肉の疲労の状態と必要とされる努力
に応じて決定される。筋肉が疲れた時には、同じ
努力を発生するためにはより大きい刺激電圧が要
求される。一般に、略255ボルトという最大電圧
は、全ての運動単位の補充を行ない、かつ筋肉に
よる最大の努力をもたらす。 第８図に示されているように、信号３０１は一
連のパルス３０４を含み、一方信号３０２は別の
一連のパルス３０５を含んでいる。パルス３０４
及び３０５はそれぞれ60Hzの周波数で交互に発生
される。このように実効合成周波数は120Hzであ
る。パルス３０４及び３０５は第７図の信号包絡
線に一致するピーク値を有している。これらのパ
ルスは略500マイクロ秒の持続時間を有しており、
そのため各信号３０１及び３０２が0.03デユーテ
イ・サイクルを有している。パルス幅が増大され
た場合には刺激電圧が減少され、その逆も成り立
つことがわかつた。 信号３０１及び３０２を発生する回路は第５図
に示されている。関連のフイードバツク及び制御
回路は第６図に示されている。この回路は表に
示された集積回路及び表に示された要素を含ん
でいる。表は表に挙げられた主要な集積回路
用の重要なピン番号の指定を示している。

【表】

【表】

【表】

【表】 書込み信号

【表】

【表】 第５図を参照して刺激器５０の動作について説
明する。この図は同じ構成の３つの集積回路１０
１，１０２及び１０３を示している。これらはシ
グネテツクス（Signetics）555タイマー等のタイ
ミング回路である。IC１０１は60Hz自走マルチ
バイブレータとして動作するように接続されてい
るIC１０１からの出力はトランジスタ１０４を
介してIC１０２及び１０３の入力ピン２に印加
される。IC１０２及び１０３は、それぞれトラ
ンジスタ１０５及び１０６のコレクタ端子に印加
される各60Hzの周波数の交流500マイクロ秒のパ
ルスを発生する。パルス幅は、集積回路１０２及
び１０３用の製造者のデータシートに示されてい
るように、抵抗Ｒ１１６及びＲ１２４の抵抗値及
びコンデンサ１１７及び１２５の容量値を適当に
選択することにより設定される。集積回路１０２
及び１０３により発生されるパルス間のフエース
は、抵抗１１３及び１１４の抵抗値を適当に選択
することによつて設定される。 刺激パルスに対する所望の包絡線を表わすアナ
ログ電圧は入力線１９７に印加される。入力線１
９７はトランジスタ１０５及び１０６のベース端
子に接続されている。尚、IC１０２のピン３及
びIC１０３のピン３からの出力パルスはそれぞ
れトランジスタ１０６及び１０５のコレクタに印
加されている。その結果、トランジスタ１０６及
び１０５は抵抗１３０と１２７との間にエミツタ
電流を発生し、第４図及び第８図に示された全体
形状の電圧波形を与える。これらの電圧はトラン
ジスタ１０８及び１０７のベース端子に印加され
る。これによつて、変圧器１１０及び１０９の１
次巻線間に０ないし12ボルトの範囲の対応する電
圧パルスが発生する。 変圧器１１０及び１０９の１次巻線間の電圧パ
ルスは変圧器１１０及び１０９の２次巻線間に０
ないし255ボルトの小電流、高電流パルスを発生
する。変圧器１１０及び１０９の２次巻線は、１
次巻線に用いられた接地とは異なる高電圧接地に
接続された一方の端部を有している。２次巻線か
らの出力パルスはこれによりRF絶縁され、訓練
手順の被検者の安全を維持する。 変圧器１１０及び１０９からの出力電圧パルス
がそれぞれトランジスタ１１２及び１１１のベー
ス端子に印加される。トランジスタ１１２及び１
１１は端子対１５ａ−１５ｃ及び１５ｂ−１５ｃ
間に印加するために使用できる大電流、高電圧及
び低デユーテイサイクルのパルスを有するように
電流利得を与える。線１９７に表われたアナログ
ドライブ信号が第６図に示された制御装置回路に
より発生される。 制御装置の心臓部はコンピユータ１３であり、
この実施例ではアツプルコンピユータ社（Apple
Computal Inc.）により販売されているAPPLE
コンピユータである。APPLEコンピユータ
は、注文の周辺装置用プラグコネクタがその中に
ある幾つかのスロツトを備えている。この装置は
スロツト番号３にプラグインされている。これは
第６図に点線で示されているコネクタ２００を備
えている。コンピユータはデコーダ／デマルチプ
レクサ２０１を介してＡ／Ｄ変換器１２及びＤ／
Ａコンピユータ１３をアドレス指定する。周辺板
はコンピユータによりメモリーロケーシヨンＣ１
００ないしC1FF（16進法）にアドレス指定され
る。コネクタ２００のピン番号１はコンピユータ
の入力／出力選択線からの信号を与える。この線
は、メモリロメーシヨンC1FFないしＣ１００の
うちの１つがメモリ読出しあるいは書込み動作の
ために選択された時には能動になる。ピン番号１
はIC２０１つまりSN74S138集積回路のピン番号
５に結合されている。ビン番号５はIC２０１の
Ｇ２入力である。この端子の信号は、IC２０１
が、コンピユータに与えられた８ビツトアドレス
の３つの高次ビツト（Ａ７，Ａ６及びＡ５）を復
号するのを可能にする。これらの３ビツトはそれ
ぞれコネクタ２００のピン番号９、８及び７に現
われる。 IC２０１は８つの復号出力を発生するために
設計されたが、これらの出力のうち３つだけが使
用される。これらの出力はピン番号14、12及び10
に現われ、それぞれＡ／Ｄ変換器１２を読出し、
Ｄ／Ａ変換器１４をストローブしそしてＡ／Ｄ変
換器１２をストローブする。Ａ／Ｄ変換器１２は
ADC0808としてナシヨナル・セミコンダクタ社
により販売されている８チヤンネルデバイスであ
る。Ａ／Ｄ変換器１２はコネクタ２００のピン番
号40上にシステムクロツクからクロツクを受け
る。 ストローブ信号がIC２０１のピン番号12に現
われた時、Ａ／Ｄ変換器１２が８つのアナログ入
力ポート（このうちの２つだけが使用されてい
る）のうちのどれか１つに現われたアナログ信号
を読取りデジタル化するために使用可能にされ
る。２つのアナログ入力ポートはＡ／Ｄ変換器１
２のピン番号25、24及び23に現われた３ビツトア
ドレスによりアドレス指定される。３つのアドレ
スビツトはコンピユータ１３により発生された８
ビツトアドレスの３つの最下位ビツトである。こ
れらの３ビツトはコネクタ２００のピン番号２、
３及び４に現われる（３つの最上位ビツトは前述
のようにピン番号７、８及び９に現われ、ピン番
号３及び４は使用されない）。 コンピユータ１３は、コンピユータのメモリア
ドレスロケーシヨン50080ないし50087（10進法）
のどれか１つがストローブされた時には前述の８
ビツトアドレスが発生される。このストローブは
関連の８ビツトアドレスを発生するばかりでな
く、前述のようにIC２０１の出力ピン１２にス
トローブ信号を発生させることによりＡ／Ｄ変換
器１２を使用可能にする。メモリロケーシヨン
50080ないし50087は、例えばコンピユータプログ
ラムの線番号1450に現われる命令「POKE50080、
０」等の「POKE」命令を実行することによりス
トローブされる。 前述したように、この実施例はＡ／Ｄ変換器１
２によりデジタル化するために２つのアナログ入
力信号だけを供給する。これらの２つの信号は
Ａ／Ｄ変換器１２のピン番号13及び28に現われ、
それぞれ「POKING」メモリロケーシヨン50080
及び50082によりアドレス指定される。得られた
デジタル化表示はＡ／Ｄ変換器１２のピン番号
17、14、15、８、18、19、20及び21に８ビツト形
式で現われる。これらの８ビツトは、「PEEK」
命令の実行によつてメモリロケーシヨン49952（10
進法）に読込まれる。 従つて、メモリアドレス50080ないし50087がス
トローブされた時にコンピユータが、Ａ／Ｄ変換
器１２中に多重化されるべきアナログチヤンネル
を選択することがわかつた。この選択と同時に、
Ａ／Ｄ変換器１２はアナログ信号をデジタル形式
に変換することを開始するようにストローブされ
る。アナログ−デジタル変換のためには最大で
100マイクロ秒が要求され、この後コンピユータ
は通常のメモリ読取りサイクルを実行でき、これ
によりデジタル化データはデータバス上に転送さ
れ、メモリロケーシヨン49952内に記憶される。
Ａ／Ｄ変換器１２の出力は、０ないし５ボルトの
アナログ入力電圧に対して０ないし255（10進法）
の値にわたる８ビツト２進信号であることがわか
る。 Ａ／Ｄ変換器１２のピン番号３にあたえられる
アナログ信号は三角電圧波形を有し、波形発生回
路２０２により発生される。この回路２０２は
IC２０４、増幅器２０９、コンデンサ２１９及
び２２０、及び抵抗２１９〜２２３から成つてい
る。IC２０４が1/6Hzで矩形波を発生し、これが
コンデンサ２１９及び抵抗２２１により三角傾斜
波に変換され、増幅器２０９によりバツフアされ
ている。このように発生された三角形電圧波形
は、被検者の脚が上昇及び下降するように刺激さ
れている時にポテンシヨメータ１７からの所望の
応答を表わしている。 ポテンシヨメータ１７の出力は第６図に示され
たようにＡ／Ｄ変換器１２のピン番号２８に印加
される。ポテンシヨメータ１７からの５ボルト出
力は360°の軸回転角度を表わしている。ローラー
３８の直径は、１回転がその初期垂直位置から約
70°の脚の動きに対応するように選択されている。 線１９７に現われるアナログ刺激信号の振幅は
Ｄ／Ａ変換器１４、つまりナシヨナルセミコンダ
クタにより販売されているDAC0831ICにより制
御される。Ｄ／Ａ変換器１４はピン１９にストロ
ーブ信号を印加することにより動作のために選択
される。書込み信号（論理LO）が、データを
Ｄ／Ａ変換器１４の内部ラツチレジスタに転送さ
せるために、入力端子１及び２に印加される。転
送されたテータはＡ／Ｄ変換器１３の端子13、
14、15、16、４、５、６及び７に現われる８ビツ
ト刺激命令コードである。Ｄ／Ａ変換器１４の出
力がバツフアされ増幅され、その後刺激器５０の
入力線１９７に印加される。 コンピユータ１３は、適当なPOKE命令を実行
することにより、０ないし255の範囲の刺激命令
電圧の８ビツト２進表示を発生する。０ないし
255の範囲の刺激電圧はメモリロケーシヨン50016
（10進法）中に入力される。このメモリロケーシ
ヨンが入力された時にコンピユータは、出力ピン
１２をLOにさせるIC２０１へのアドレスを発生
する。このLO出力信号はインバータ２０５によ
り反転され、Ｄ／Ａ変換器１４への前述のストロ
ーブ信号を発生する。 前述の動作を発生するためのコンピユータプロ
グラムはプログラムリストに記載されている。こ
のプログラムは周知のBASIC言語のAPPLEソフ
トバリエーシヨンによりソースコードで書かれて
いる。このプログラムは当業者には自明であり、
必要な短かいコメントだけしか行なわない。 このプログラムは線２２０で始まる等運動量強
さ測定ルーチン、及び線1000で始まる主制御プロ
グラムを含んでいる。主制御プログラムは線1250
で始まるスタートサイクル、及び線1432で始まる
筋肉刺激ルーチンを含んでいる。スタートサイク
ルは波形発生器２０２により発生される傾斜波の
始めに一致する。 等運動測定ルーチンの間に、コンピユータは１
から17まで変数Ｙを増分し（線290）、値10Yをメ
モリロケーシヨン50016中に入力される。これは
値10Yに等しい電圧を有する刺激パルスを発生さ
せる。筋肉が張力を加え始めた時に、テスト監督
者はコンピユータ制御板上のエスケープキーを押
す。この動作がASCIIコード１５５をメモリロケ
ーシヨン49152中にロードする。コンピユータは、
線３２９のメモリロケーシンヨンをチエツクし、
もしエスケープキーが押されていたならば線４０
０にジヤンプする。コンピユータはスレシホール
ド電圧として10Yの電流値を変数Ｚに割当てる。 スレシホールド電圧が確立された後に、コンピ
ユータは等運動量の訓練により筋肉の最大強さを
決定するために主制御プログラムに入る。このル
ーチンの間に、コンピユータは刺激電圧を10ボル
トきざみで、値Ｚから255ボルトまでステツプす
る（線1045及び1060）。この周期中で、脚は第３
図に示されたようにケーブル３４に取り付けられ
ている。強さが安定になつたことを強さ計３６が
示した時に試験監督者は再びエスケープキーを押
す。コンピユータは各電圧ステツプの間１度メモ
リロケーシヨン49152をチエツクし（線1105）、エ
スケープキーが押されている場合には線1120に進
む。 最大強さが決定された後、コンピユータはサイ
クルのスタートを探す（線1250）。 等運動量訓練ルーチンは線1432で始まる。この
ルーチンの間に、コンピユータが変数Ｚ９に対す
るステツプ変数を発生し、Ｚ９の値をメモリロケ
ーシヨン50016に入力する。各新しい値のＺ９が
対応する刺激電圧を発生するために使用された後
に、コンピユータはＺ９が255（最大刺激電圧）に
等しい値を有しているか否かみるためにチエツク
する。この値がわかつた後に、等運動量訓練ルー
チンが終端される。そうでなかつた場合には、コ
ンピユータは線1450の命令を実行するように進
み、この命令が波形発生器２０２及びポテンシヨ
メータ１７により発生されたアナログ電圧を読取
らせる。これらの電圧はデジタル化され、それぞ
れ変数Ａ８及びＡ９の値を決定するために利用さ
れる。 Ａ８がＡ９より大きい場合には、コンピユータ
は脚が本来上昇されるべき程度だけ上昇されなか
つたことを知り、そしてＺ９の値が増大される。
これが、次にコンピユータにより発生される刺激
電圧命令を増大する。逆に、Ａ８がＡ９より小さ
い場合には、Ｚ９及び刺激命令が減少される。Ａ
８がサイクルの終りを示している値まで減少され
た時に、脚は、ほぼ６秒間続く計数ループの持続
時間の間休止される。 従つて、完全な訓練手順は以下のステツプを含
んでいることがわかる。つまり、 (1) 電極を被検者に付着すること。 (2) コンピユータ１３をオンにすること。 (3) 試験ケーブル３４を強くするために脚ひも１
９をフツクすること。 (4) 脚ひも１９を被検者の脚に固定すること。 (5) 高電圧線を電極１５ｃに接続した状態で電気
リード線を電極１５ａ，１５ｂ及び１５ｃに接
続すること。 (6) 「GO」をコンピユータに入力し、これによ
り電極対１５ａ−１５ｃ及び１５ｂ−１５ｃに
刺激電圧を印加するためにコンピユータに信号
を発生させること。このステツプは10ボルトか
ら170ボルト最大まで10ボルトきざみである。 (7) 筋肉の収縮をみつけ出すこと、筋肉の収縮が
わかつた時に、コンピユータのエスケープキー
を押し、これによりコンピユータにスレシホー
ルド電圧を記憶させること。 (8) 「GO」をコンピユータ中にタイプすること
により筋肉の強さを決定し、これによりスレシ
ホールド電圧から255ボルトの最大まで10ボル
トステツプで刺激電圧を発生するためにコンピ
ユータに命令を発生させること。 (9) 強さ計を観察すること。強さが安定した時に
コンピユータのキーボード上のエスケープキー
を押し、これにより刺激信号を被検者に印加す
ることを中断すること。 (10) 脚ひも１９を動的訓練ケーブル３３に付着す
ること。 (11) 重し２７を重し皿４２上に置くこと。負荷
の重さは前述の最大強さの所定の割合、典型的
には1/3あるいは2/3である。 (12) 「GO」をコンピユータ中にタイプするこ
とにより等運動量訓練を開始すること。この命
令は第７図及び第８図に示されているような刺
激電圧波形を発生させる。脚は、上昇、下降及
び休止のサイルクを繰り返すことによりこの電
圧波形に応答する。 (13) 訓練ルーチンが完了された時（筋肉は疲労
しておらずかつ自動遮断を生じるものとすれ
ば）、コンピユータをオフにすることによりル
ーチンを中断すること。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の訓練装置のブロツク図、第２
図は訓練椅子の側面図、第３図は人間の脚により
発生された等運動量負荷を示す手段を示す図、第
４図は第２図の線４−４に沿つてとられた図、第
５図は刺激装置の電気回路図、第６図は第５図の
刺激装置用制御装置の電気回路図、第７図は刺激
信号の波形図、第８図は２つの交互のパルス刺激
信号の一部分を示す拡大図である。 １０：訓練装置、１２：Ａ／Ｄ変換器、１３：
コンピユータ、１４：Ｄ／Ａ変換器、１５：電
極、１６：椅子、１９：脚ひも、２０：固定布、
３１：脚、５０：刺激器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ あるパターンで筋肉上の人間の皮膚に複数の
   経皮刺激器を取り付けること、 前記筋肉を収縮させこれに接続された肢を動か
   すような波形を有する複数の刺激信号を前記刺激
   器に印加すること、 前記の動きの間前記筋肉の努力を生じさせるた
   めに前記肢に抵抗力を加えること、 前記の動きを検出し、これに対応したフイード
   バツク信号を発生すること、 所定の応答がいつ達成されたか決定するために
   前記フイードバツク信号を監視すること、 前記所定の応答が達成された後、前記刺激を変
   更し、前記筋肉を弛緩させること、及び、 訓練ルーチンを発生するために前述のステツプ
   を繰返すこと、 の各ステツプから成る人間の筋肉を訓練する方
   法。 ２ (a) 少なくとも１つの筋肉を選択的に刺激す
   るためにあるパターンで皮膚の部分に複数の経
   皮刺激電極を取り付けること、 (b) 前記筋肉により動く肢の動きを制限するこ
   と、 (c) 前記刺激電極に一連の増大する厳しい等運動
   量の刺激信号を印加すること、 (d) 前記運動量刺激信号による刺激の間前記肢に
   より発生された運動力を測定すること、 (e) 等運動量刺激の間前記肢により発生された最
   大張力を記録すること、 (f) 前記等運動量刺激信号を断続すること、 (g) 前記肢の動きを自由にすること、 (h) 前記肢の初期の動きに対して前記刺激電極に
   一連の動的刺激信号を印加すること、 (i) 前記肢に、前記最大張力の所定の一部の振幅
   を有する運動抵抗力を加えること、 (j) 前記肢の動きを検出し、これに対応するフイ
   ードバツク信号を発生すること、 (k) 所定の方法で前記肢の動きを生御するため
   に、前記フイードバツク信号に応答して前記刺
   激信号を調整すること、 (l) 前記筋肉を弛緩させるために前記動的刺激信
   号を中断すること、及び (m) 訓練シーケンスを発生するために前述の(g)な
   いし(l)の各ステツプを繰り返すこと、 の各ステツプから成る訓練方法。 ３ 特許請求の範囲第２項において、更に、前記
   フイードバツク信号が前記動的刺激信号を筋肉疲
   労を示すあるレベルに到達させた時に前記訓練ル
   ーチンを中断することのステツプを備える訓練方
   法。 ４ 特許請求の範囲第３項において、更に、最初
   に筋肉の応答を発生する等運動量刺激信号レベル
   を記録すること、及び前記等運動量刺激信号レベ
   ルに等しい前記動的刺激信号の初期値を設定する
   ことの各ステツプを備える訓練方法。 ５ 特許請求の範囲第１ないし４項のうちの１つ
   において、前記刺激信号がパルス状である訓練方
   法。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記刺激信
   号が２対の前記電極間に印加され、前記電極対の
   各々間の信号が略55ないし65Hz間の周波数で脈動
   され、別の電極対間のパルスが交代される訓練方
   法。 ７ 特許請求の範囲第６項において、前記パルス
   が略500マイクロ秒の勾配を有している訓練方法。 ８ シートを備える椅子、 脚をつかむために前記シートの下に設けられた
   脚ひも、 前記ひもに接続するケーブル手段、 前記ケーブル手段に張力を加える負荷手段、 前記ケーブルの動きに対応したフイードバツク
   信号を発生するフイードバツク手段、及び 前記フイードバツク信号に応答して、前記脚へ
   の筋肉刺激信号を発生する刺激手段、 から成るまひした脚を訓練する装置。 ９ 特許請求の範囲第８項において、更に、前記
   ひもの動きを制限する解放可能な制限手段、及び
   前記筋肉が刺激され前記ひもが制限された時に前
   記ひもに対して前記脚によつてなされた力の指示
   を与える力指示手段を備えるまひした脚を訓練す
   る装置。 １０ 特許請求の範囲第８項において、前記負荷
   手段が、複数の選択された重しを懸垂する垂直支
   持手段と、前記重しの総合重力を前記ケーブル手
   段に送る手段とから成るまひした脚を訓練する装
   置。 １１ 特許請求の範囲第１０項において、前記フ
   イードバツク手段が前記ケーブル手段の動きによ
   つて附勢するように取付けられたポテンシヨメー
   タから成るまひした脚を訓練する装置。 １２ 特許請求の範囲第８ないし１１項の１つに
   おいて、前記椅子が、該椅子に着座している人の
   どちらかの脚に前記ひもを取り付けることを可能
   にするために前記ひもに対して動くことができ
   る、まひした脚を訓練する装置。 １３ シートを有する椅子、 該椅子に着座している人の脚を刺激し、その中
   に制御された筋肉の動きを発生する刺激手段、 刺激された時に前記脚の動きに従順に抵抗する
   動的負荷手段、及び 前記脚の動きに応答して前記刺激手段の動きを
   調整する刺激制御手段、 から成るまひした脚を訓練する装置。 １４ 特許請求の範囲第１３項において、更に、
   その動きを妨げるように前記脚に係合する等運動
   量負荷手段、及び 前記負荷手段により係合され前述のように刺激
   された時に前記脚の等運動量の強さを検出する強
   さ検出手段、 を備えるまひした脚を訓練する装置。