CN107405249B - 步行训练用脊髓电刺激装置 - Google Patents

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Abstract

用于因偏瘫而行走困难的人的步行训练的步行训练用脊髓电刺激装置包括：被佩戴在步行训练受训者身上的第一电极和第二电极；对步行训练受训者的与步行相关的身体活动进行检测的检测部；以及根据检测部的检测结果生成电刺激的感觉神经电刺激生成部，以便能够容易且有效地进行高难度的步行训练，其中，该电刺激通过所述第一电极和所述第二电极被施加到与脊髓连接的感觉神经的神经根上。

Description

步行训练用脊髓电刺激装置
技术领域
本发明涉及一种步行训练用脊髓电刺激装置，该步行训练用脊髓电刺激装置用于因偏瘫而行走困难的人的步行训练等。
背景技术
近年来，每年脑卒中发病人数超过11万人，年患病人数有176万人。其中许多都患有后遗症，造成日常生活活动(ADL)上的障碍。需要护理的老人中，大约有30％的人是脑卒中发病所导致的。脳卒中发病后患有偏瘫的患者中，20～30％左右的患者受过后续的康复训练但仍然难以恢复步行能力。此外，即使恢复了步行能力，也存在因步行速度降低、步态不稳定而摔倒的危险较大的情况，因此能够在户外行走的患者为50％以下。于是，一种能够进行有效的步行训练的训练装置便备受期待。
一直以来，作为将电刺激施加给受训者来进行用于改进步行运动的训练的电刺激装置，利用低频电刺激对个别的末梢神经和肌肉进行刺激来控制单关节的装置广为人知。然而，通过这种对单关节的控制难以进行高难度的步行训练，这种对单关节的控制只能用于轻度瘫痪的受训者的训练。
于是，有人提出了一种技术，生成类型和模式较复杂的电刺激而将该电刺激施加给受训者(例如参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2014－514043号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在如上所述那样生成复杂的电刺激而进行步行训练的情况下，如果步行时的肌肉活动的时间出现误差等，则存在摔倒的危险，在康复治疗现场中的普及有困难。因此，难以用于重度瘫痪的受训者的训练等。
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：能够容易且有效地进行高难度的步行训练。
用以解决技术问题的技术方案
第一方面的发明是一种步行训练用脊髓电刺激装置，其用于由于偏瘫而难以步行的人的步行训练，
所述步行训练用脊髓电刺激装置的特征在于：包括：
被佩戴在步行训练受训者身上的第一电极和第二电极；
对步行训练受训者的与步行相关的身体活动进行检测的检测部；以及
根据检测部的检测结果生成电刺激的感觉神经电刺激生成部，其中，该电刺激通过所述第一电极和所述第二电极被施加到与脊髓连接的感觉神经的神经根上。
由此，利用无创且较弱的电刺激，能够诱发类似于步行的肌肉活动，辅助瘫痪侧的下肢摆动或瘫痪侧的下肢站立运动等，从而能够提高步行训练的效果。
第二方面的发明是这样的，在第一方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述步行训练用脊髓电刺激装置构成为：所述第一电极被佩戴在步行训练受训者的从下胸椎到上腰椎的这一段位置上，
所述第二电极被佩戴在步行训练受训者的腹部。
由此，能够容易诱发如上所述的类似于步行的肌肉活动，从而能够提高步行训练的效果。
第三方面的发明是这样的，在第一或第二方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述感觉神经电刺激生成部生成的电刺激是50mA以下，并且50Hz以上且100Hz以下的电信号。
由此，因为利用较弱的刺激进行步行训练，所以能够减轻步行训练受训者的负担。
第四方面的发明是这样的，在第一到第三方面中任一方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述检测部构成为：
对伴随着步行训练受训者的步行而活动的肌肉的肌电位、
伴随着步行训练受训者的步行而活动的关节的角度、以及
伴随着步行训练受训者的步行而产生的脑电波中的至少一者进行检测。
由此，能够根据步行训练受训者的状态进行检测，从而能够进行灵活的训练。
第五方面的发明是这样的，在第四方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述检测部构成为：对由步行训练受训者活动带动的小腿三头肌或胫骨前肌的肌肉活动产生的肌电位进行检测。
由此，能够容易进行检测并提高步行训练的可靠性。
第六方面的发明是这样的，在第一到第五方面中任一方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述步行训练用脊髓电刺激装置还包括：
被佩戴在步行训练受训者身上的第三电极；以及
根据检测部的检测结果生成电刺激的运动神经电刺激生成部，其中，该电刺激通过所述第三电极被施加到运动神经上。
由此，能够在步行训练受训者处于站立期时将电刺激施加到髋关节的伸肌上来进一步促进步行运动，从而能够进一步提高训练效果。
第七方面的发明是这样的，在第六方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述运动神经电刺激生成部生成的电刺激是50mA以下，并且30Hz以下的电信号。
由此，能够进一步提高训练效果。
第八方面的发明是这样的，在第七方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述运动神经电刺激生成部生成的电刺激为用于施加到步行训练受训者的臀部的电刺激。
由此，能够进一步提高训练效果。
第九方面的发明是这样的，在第一到第八方面中任一方面的发明中的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于：
所述感觉神经电刺激生成部和所述运动神经电刺激生成部中的至少一者构成为：能够将下述延迟时间设定为可变，所述延迟时间为：从由所述检测部检测出步行训练受训者的身体动作后到生成所述电刺激为止的时间。
由此，能够按照受训者的状态进行训练，从而能够个别地提高训练效果。
发明的效果
根据本发明，能够容易且有效地进行高难度的步行训练。
附图说明
图1是示出步行训练用脊髓电刺激装置的电路结构的方框图。
图2是示出步行训练用脊髓电刺激装置的使用状态之例的说明图。
图3是示出电刺激触发检测部250的佩戴状态之例的说明图。
图4是示出腹部电极220和背部电极230的佩戴状态之例的说明图。
图5是示出臀部电极240的佩戴状态之例的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
(步行训练用脊髓电刺激装置的结构)
如图1所示，本发明的实施方式中的步行训练用脊髓电刺激装置包括电刺激触发检测部250、电刺激控制部310和电刺激生成部210而构成。如图2、图3所示，电刺激触发检测部250例如被佩戴在步行训练受训者100的非瘫痪侧的小腿上。如图2、图4、图5所示，电刺激生成部210例如用皮带等被固定在步行训练受训者100的腰部。电刺激控制部310布置在步行训练受训者100的附近。
所述电刺激触发检测部250包括：检测肌电位的肌电位检测电极251；放大检测出的肌电位的前置放大器252；以及利用电波发送已放大的信号的发送部253，所述电刺激触发检测部250对步行训练受训者100的非瘫痪侧的小腿三头肌、非瘫痪侧的胫骨前肌的肌肉活动进行检测。
电刺激控制部310包括：接收来自电刺激触发检测部250的电波的接收部311；根据接收到的信号生成电刺激指示信号的处理部312；以及利用电波发送所述电刺激指示信号的发送部313。电刺激控制部310还包括：输入部314，对肌肉活动的判断阈值、在生成电刺激信号之际的延迟时间、电刺激信号的频率和电流等刺激强度等规定的设定值输入到该输入部314内；以及输出部315，其用于对电刺激控制部310的动作状态进行监测等。该电刺激控制部310检测出由电刺激触发检测部250检测到的肌电位的振幅大于等于输入到输入部314等内的规定阈值后，将电刺激指示信号向电刺激生成部210输出。
电刺激生成部210包括：接收来自所述电刺激控制部310的电波的接收部211；以及生成例如50mA以下，并且50Hz以上且100Hz以下的第一电刺激信号以及50mA以下并且30Hz以下的第二电刺激信号的驱动部212。所述第一电刺激信号被向腹部电极220(例如负侧电极)和背部电极230(例如正侧电极)输出。如图4所示，所述腹部电极220作为表面电极被佩戴在步行训练受训者100的腹部，另一方面，背部电极230作为表面电极被佩戴在步行训练受训者100的从下胸椎到上腰椎的这一段位置上，第一电刺激被施加到与脊髓连接的感觉神经的神经根上。此外，所述第二电刺激信号被向臀部电极240(例如，负侧电极以及正侧电极。需要说明的是，也可以根据需要设置用来检测肌电位的电极。)输出。如图5所示，所述臀部电极240也作为表面电极被佩戴在步行训练受训者100的臀部，从而第二电刺激被施加到髋关节的伸肌上。
(动作例)
使用如上所述的步行训练用脊髓电刺激装置的步行训练按照以下方法进行。
如果步行训练受训者100的非瘫痪侧的小腿三头肌、非瘫痪侧的胫骨前肌进行活动，则与随之产生的肌电位相应的信号被从电刺激触发检测部250向电刺激控制部310发送。电刺激控制部310如果检测出所述肌电位的振幅大于等于预先设定的规定振幅，则向电刺激生成部210发送电刺激指示信号。电刺激生成部210根据所述电刺激指示信号将第一电刺激信号向腹部电极220和背部电极230输出，并将第二电刺激信号向臀部电极240输出。
在此，如上所述，所述腹部电极220被佩戴在步行训练受训者100的腹部，背部电极230被佩戴在步行训练受训者100的从下胸椎到上腰椎的这一段位置上，由此，利用第一电刺激，高频刺激作为对感觉神经的刺激，经皮且无创地被施加到脊髓神经根上。也就是说，利用对下胸髓的电刺激，诱发脊髓反射引起的类似于步行的肌肉活动，重建步行所需要的下肢运动模式，辅助瘫痪侧下肢摆动或瘫痪侧下肢站立运动。此外，臀部电极240被佩戴在步行训练受训者100的臀部，在站立期第二电刺激被施加到髋关节的伸肌上，从而进一步促进步行运动。由此，对从重度到中度的瘫痪的步行训练受训者100也能够有效地进行步行训练。
与对个别的末梢神经或肌肉进行的刺激不同，如上所述的对脊髓神经根的感觉神经进行的刺激能够辅助一系列的生理学上的步行运动，也就是说，能够刺激多关节运动，利用脊髓反射能够重现步行运动中的腿部摆动、脚跟离地、站立等各种动作。而且，能够以比刺激运动神经本身时的刺激强度更弱的刺激强度进行刺激。
如上所述，通过与步行的时机同步刺激步行所需要的脊髓反射电路，从而促进利用脊髓刺激所进行的生理学上的步行运动，此外，通过结合对髋关节伸肌群的电刺激，从而能够加强步行所需要的神经电路，可预期因瘫痪而有步行障碍的步行训练受训者100的步行功能将得到改善，其中，所述对髋关节伸展肌群的电刺激是为了使触发步行运动的髋关节伸展而进行的。
具体而言，例如，在发病后经过了两年以上的慢性期脑卒中患者作为步行训练受训者100进行如上所述的康复训练(共五次)后，观察到了脊髓交互抑制的改善。此外，也观察到了步行10m的速度从15秒提高到12秒。而且，康复训练结束后，上述效果持续了六个月。
如上所述，刺激装置小型轻量，刺激强度也是感觉阈值的两倍左右的较弱刺激且是经皮刺激，也没有疼痛，因此，易于在康复医疗的现场进行使用。因为电刺激是在康复医疗的现场经常使用的，所以训练师也能够容易使用该刺激装置。
此外，因为用贴纸粘贴电极、肌电电极，所以刺激装置大约在十分钟以内就能设置好。而且，该刺激装置能够使用于通常的步行训练中，并不需要大型装置，因此可在康复训练室内进行使用。
(变形例)
需要说明的是，在上述示例中，作为电刺激的触发条件示出了检测到非瘫痪侧的小腿三头肌、非瘫痪侧的胫骨前肌的肌肉活动的例子，但不限于此，也可以将与步行训练受训者100步行的时机相关的各种变化作为触发条件。具体而言，例如，也可以对伴随着步行训练受训者的步行而活动的其它肌肉的肌电位、伴随着步行训练受训者的步行而活动的关节的角度、伴随着步行训练受训者的步行而产生的脑电波等进行检测。也可以将它们中的一个以上组合起来，以提高检测精度和可靠性。
此外，对下述延迟时间能够进行各种设定，该延迟时间也可以设定为根据步行训练受训者100、步行训练的进展情况等可变，所述延迟时间为：从检测出如上所述的与步行训练受训者100的动作相关的变化后到感觉神经电刺激、运动神经电刺激被施加给步行训练受训者100为止的时间。
在上述示例中，示出了电刺激触发检测部250、电刺激控制部310和电刺激生成部210通过无线通信收发信号的例子，但不限于此。例如，这些构成要素也可以均以有线方式连接，或者构成为一个单元而与传感器、电极连接等。在此情况下，监测电刺激施加状況的信号也可以以无线方式传递到对步行训练进行监测、分析、记录的装置等。
附图标记说明
100 步行训练受训者
210 电刺激生成部
211 接收部
212 驱动部
220 腹部电极
230 背部电极
240 臀部电极
250 电刺激触发检测部
251 肌电位检测电极
252 前置放大器
253 发送部
310 电刺激控制部
311 接收部
312 处理部
313 发送部
314 输入部
315 输出部

Claims (4)

1.一种步行训练用脊髓电刺激装置，其用于由于偏瘫而难以步行的人的步行训练，
所述步行训练用脊髓电刺激装置的特征在于，包括：
被佩戴在步行训练受训者身上的第一电极和第二电极；
对步行训练受训者的与步行相关的身体活动进行检测的检测部；以及
通过与检测部的检测结果相应的触发而生成电刺激的感觉神经电刺激生成部，其中，该电刺激通过所述第一电极和所述第二电极被施加到与脊髓连接的感觉神经的神经根上，
所述步行训练用脊髓电刺激装置构成为：
所述第一电极被佩戴在步行训练受训者的从下胸椎到上腰椎的这一段位置上，
所述第二电极被佩戴在步行训练受训者的腹部，
所述感觉神经电刺激生成部生成的电刺激是50mA以下，并且50Hz以上且100Hz以下的电信号，
所述步行训练用脊髓电刺激装置还包括：
被佩戴在步行训练受训者身上的第三电极；以及
根据检测部的检测结果生成电刺激的运动神经电刺激生成部，其中，该电刺激通过所述第三电极被施加到运动神经上，
所述运动神经电刺激生成部生成的电刺激是50mA以下，并且30Hz以下的电信号，
所述运动神经电刺激生成部生成的电刺激为用于施加到步行训练受训者的臀部的电刺激。
2.根据权利要求1所述的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于，
所述检测部构成为：
对伴随着步行训练受训者的步行而活动的肌肉的肌电位、
伴随着步行训练受训者的步行而活动的关节的角度、以及
伴随着步行训练受训者的步行而产生的脑电波中的至少一者进行检测。
3.根据权利要求2所述的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于，
所述检测部构成为：对由步行训练受训者活动带动的小腿三头肌或胫骨前肌的肌肉活动产生的肌电位进行检测。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的步行训练用脊髓电刺激装置，其特征在于，
所述感觉神经电刺激生成部和所述运动神经电刺激生成部中的至少一者构成为：能够将下述延迟时间设定为可变，所述延迟时间为：从由所述检测部检测出步行训练受训者的身体动作后到生成所述电刺激为止的时间。
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