JP2002331007A - Motion assisting apparatus - Google Patents

Motion assisting apparatus

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JP2002331007A
JP2002331007A JP2001137371A JP2001137371A JP2002331007A JP 2002331007 A JP2002331007 A JP 2002331007A JP 2001137371 A JP2001137371 A JP 2001137371A JP 2001137371 A JP2001137371 A JP 2001137371A JP 2002331007 A JP2002331007 A JP 2002331007A
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JP
Japan
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electrode
electrical stimulation
assisting device
electrodes
exercise assisting
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JP2001137371A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Tomita
豊 富田
Yutoku Kamono
有徳 加茂野
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Keio University
Original Assignee
Keio University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized and simply handleable motion assisting apparatus due to FES suitable for a foot-drop patient. SOLUTION: Electrodes 11A and 11B are applied to the skin and the voltage applied across the electrodes 11A and 11B is amplified by an amplifier 12. An analogue signal is converted to a digital signal by an A/D converter and a signal showing the magnitude of voluntary myogenic electricity is sent to an electrical stimulation part 15 by a CPU 14 and the electric signal corresponding to the magnitude of voluntary myogenic electricity is generated in the electrical stimulation part 15 to electrically stimulate a deep fibular nerve through a relay 16, the electrodes 11A and 11B and the skin.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【発明の属する技術分野】本発明は、下垂足患者などの
ために好適な運動補助装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exercise assisting device suitable for, for example, a patient with a foot drop.

【従来の技術】脳血管障害による片麻痺の後遺症に、下
垂足と呼ばれるものがある。下垂足患者においては、足
関節の背屈筋群の弛緩、底屈筋群の亢進により、足関節
の背屈が困難になっている。そのため歩行遊脚時に、健
常者では背屈筋群の収縮により足関節が背屈しスムーズ
に脚が振り出されているのに対し、下垂足患者では、足
関節が背屈せず爪先が接地してしまう。この「引きずり
歩行」のために患者の歩行は困難なものになっている。
このような患者のための運動補助装具として、靴べら
(shoehorn)型の短下肢装具が知られている。この短下
肢装具は、足底からふくらはぎにかけて足部全体を覆っ
て、足関節を直角に固定するプラスチック製のものであ
る。また図3は、従来知られている機能的電気刺激の原
理を説明する図である。麻痺肢の機能再建法として、機
能的電気刺激(Functional Electrical Stimulation:F
ES)が知られている。FESは、歩行位相を検出するため
のスイッチを健側の足底に取り付けて歩行位相を検出す
る歩行位相検出部51と、検出された歩行位相に基づい
て脳卒中や脊髄損傷による麻痺患者の中枢神経系から下
行する信号に代替する制御信号を発生する制御信号発生
部52と、この制御信号に基づいて麻痺筋の支配神経に
電気刺激を与えるFESシステム53とからなり、麻痺肢
の機能を再建する治療法である。このFESを用いた運動
補助装具も開発されており、短下肢装具と比較して装着
時の外観が簡素化するばかりでなく、患者の機能回復の
助けとなるといった利点がある。
2. Description of the Related Art One of the sequelae of hemiplegia due to cerebrovascular disorders is called a drop foot. In patients with drop foot, dorsiflexion of the ankle joint becomes difficult due to relaxation of the dorsiflexor muscle group of the ankle joint and enhancement of the plantar flexor muscle group. For this reason, while walking, the ankle joint dorsiflexes due to the contraction of the dorsiflexor muscles and the leg swings out smoothly in a healthy person, while the ankle joint does not dorsiflex and the toe touches the ground in a drop foot patient . This “drag walking” makes it difficult for the patient to walk.
As an exercise assistive device for such a patient, a shoehorn-type short leg device is known. This ankle brace is made of plastic that covers the entire foot from the sole to the calf and fixes the ankle joint at a right angle. FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of a conventionally known functional electrical stimulation. Functional Electrical Stimulation (F)
ES) is known. The FES includes a gait phase detection unit 51 that detects a gait phase by attaching a switch for detecting the gait phase to the sole of the unaffected side, and a central nervous system of a patient with a stroke or spinal cord injury based on the detected gait phase. A control signal generator 52 for generating a control signal that substitutes for a signal descending from the system, and an FES system 53 for providing electrical stimulation to the nerves of the paralyzed muscle based on the control signal, reconstruct the function of the paralyzed limb. It is a cure. Exercise assistive braces using this FES have also been developed, and have the advantage of not only simplifying the appearance when worn compared to short leg orthoses, but also helping patients to recover their functions.

【発明が解決しようとする課題】しかし、靴べら型の短
下肢装具では、装着した状態で使用する靴が大型になる
など、装具を使用する患者の負担が大きい。また、機能
的電気刺激では、歩行位相を検出するためのスイッチを
健側の足底に取り付けて使用することもあり、刺激装置
と合わせて装置の装着が複数箇所に及ぶなど、患者にと
っては使用しにくいものとなっているのが現状である。
本発明は、上記問題点に鑑み、小型で取り扱いの簡易な
FESによる運動補助装置を提供することを目的とする。
However, in the case of a shoehorn-type short leg limb, the burden on the patient who uses the limb is large, such as the size of the shoes used when worn. In functional electrical stimulation, a switch for detecting the gait phase may be used by attaching it to the sole of the unaffected side. It is difficult at present.
The present invention has been made in view of the above problems, and is small in size and easy to handle.
An object of the present invention is to provide an exercise assist device by FES.

【課題を解決するための手段】本発明の運動補助装置
は、筋電を検出する第1の電極と、該第1の電極によっ
て検出された筋電の大きさに応じた制御信号を発生する
制御手段と、該制御手段によって制御されて電気刺激を
発生する電気刺激手段と、該電気刺激手段によって発生
された電気刺激を印加する第2の電極とを備える。ま
た、前記第1の電極と第2の電極とが兼用のものである
ことで、装置の装着をコンパクトにすることができる。
また、前記電気刺激手段と前記電極との間に設けられ、
筋電を検出する時にオフされるスイッチをさらに備える
ことで、刺激アーティファクトの混入を防ぐことができ
る。また、前記制御手段は、筋電が所定の閾値を超えた
ときに前記制御信号を発生することで、歩行位相の中で
刺激を行う適切なタイミングを検出することができる。
また、前記電気刺激手段はパルス幅変調方式の電気刺激
パルスを発生することで、デジタル技術を適用するのに
好適である。
An exercise assisting device according to the present invention generates a first electrode for detecting myoelectricity and a control signal corresponding to the magnitude of the myoelectricity detected by the first electrode. Control means, electrical stimulation means controlled by the control means to generate electrical stimulation, and second electrodes for applying the electrical stimulation generated by the electrical stimulation means. In addition, since the first electrode and the second electrode are shared, the mounting of the device can be made compact.
Further, provided between the electrical stimulation means and the electrode,
By further providing a switch that is turned off when detecting myoelectricity, it is possible to prevent stimulus artifacts from being mixed. Further, the control means can generate a control signal when the myoelectric potential exceeds a predetermined threshold value, thereby detecting an appropriate timing for performing a stimulus in a walking phase.
Further, the electric stimulation means generates an electric stimulation pulse of a pulse width modulation system, which is suitable for applying digital technology.

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図1
は、本発明の一実施の形態による運動補助装置の構成を
説明するブロック図である。皮膚に電極11A、11B
をあてがい、各電極11A、11B間の電圧を増幅器1
2で増幅し、A/D変換器13でアナログ信号をデジタ
ル信号に変換し、CPU(中央処理装置、すなわち、マ
イクロコンピュータ)14で随意筋電の大きさを表す信
号を電気刺激部15に送り、電気刺激部15ではその随
意筋電の大きさに応じた電気信号を発生して、リレー1
6、及び電極11A、11B、更に皮膚を介して深腓骨
神経を電気刺激する。電極11A、11Bは、導電性の
ゼリー状のもので、名刺大の大きさである。前脛骨筋の
随意筋電を検出し、麻痺肢の足関節の背屈筋群(前脛骨
筋、長趾伸筋、長母趾伸筋など)の支配神経である深腓
骨神経を電気刺激するのに適する位置にあてがう。増幅
器12は、微弱な随意筋電を信号処理に適する電圧に増
幅する。ここでは5000〜50000倍の可変増幅とし、通過
帯域は300〜500Hzとした。A/D変換器13は、アナロ
グ電圧をCPU14で処理するためにデジタル信号に変
換する。ここではサンプリング周波数10kHzで振幅を取
り込んだ。CPU14は、随意筋電の振幅に対して閾値
を設定し、振幅が閾値を越えたときにのみ刺激を与える
ように電気刺激部15を制御する。すなわち、CPU1
4は、歩行位相の中で刺激を行うタイミングを検出して
いる。これは、歩行遊脚期および立脚初期のかかと接地
(heel contact)において背屈筋群が強く収縮するため
である。また、筋電検出時に電気刺激部15と電極11
A、11Bを絶縁するようにリレー16を制御する。以
上のような制御をここではマイクロコンピュータ(PIC16
C711:Microchip)により行った。電気刺激部15は、C
PU14に制御されて、前脛骨筋の随意筋電の振幅に応
じて100〜500μsの範囲においてパルス幅変調方式で周
波数15Hz、電圧100Vの双極性の刺激パルスを出力す
る。リレー16は、CPU14に制御されるスイッチで
あり、筋電検出時に電気刺激部15と電極11A、11
Bを絶縁して刺激アーティファクトの混入を防ぐ。ここ
ではPhoto-MOSリレーを用いた。図2は、試作した本実
施の形態の運動補助装置の外観図である。CPU14を
含む回路20の部分が7×7cmで、膝関節用のサポータ
40の膝裏部分に固定した。電源は、9Vの乾電池30
(006P)を2個使用し、サポータ40の内側部に固定し
た。また、電極11A、11Bは、患足の前脛骨筋−深
腓骨神経上、サポータ40の裏側に当たる位置にあらか
じめ取り付けた。本試作装置の評価実験を行ったとこ
ろ、前脛骨筋の随意筋電の振幅が閾値以下のときは刺激
は出力されず、閾値を越えたときに筋電の振幅に応じた
パルス幅の刺激が出力されることが確認された。なお、
本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上
記実施の形態ではパルス幅変調を用いたが、信号の実効
電圧を変えることができれば良く、これに代えて、パル
ス周波数変調やパルス振幅変調でも良い。また、駆動は
電圧駆動でも電流駆動でも良い。また、上記の実施の形
態では下垂足に対してのものであったが、筋電を検出し
て信号を印加するのであるから、腕など他の筋肉に対し
て用いるものであっても良い。また、電極は針電極であ
っても良い。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG.
1 is a block diagram illustrating a configuration of an exercise assisting device according to an embodiment of the present invention. Electrodes 11A, 11B on skin
And the voltage between the electrodes 11A and 11B is
2, the analog signal is converted into a digital signal by the A / D converter 13, and a signal representing the magnitude of voluntary myoelectricity is sent to the electrical stimulating unit 15 by the CPU (central processing unit, ie, microcomputer) 14, The electrical stimulation unit 15 generates an electrical signal corresponding to the magnitude of the voluntary myoelectric potential, and
6, and electrical stimulation of the deep peroneal nerve through the electrodes 11A and 11B and further through the skin. The electrodes 11A and 11B are conductive jelly-like and have a size of a business card. Detects voluntary myoelectricity of the tibialis anterior muscle and electrically stimulates the deep peroneal nerve, the innervating nerve of the dorsiflexors of the ankle joint of the paralyzed limb (tibialis anterior, extensor extensor longus, extensor longus longus, etc.) Apply to a suitable location. The amplifier 12 amplifies a weak voluntary electromyogram to a voltage suitable for signal processing. Here, a variable amplification of 5000 to 50000 times and a pass band of 300 to 500 Hz were used. The A / D converter 13 converts an analog voltage into a digital signal for processing by the CPU 14. Here, the amplitude was captured at a sampling frequency of 10 kHz. The CPU 14 sets a threshold value for the amplitude of the voluntary myoelectricity, and controls the electrical stimulation unit 15 so as to apply a stimulus only when the amplitude exceeds the threshold value. That is, CPU1
No. 4 detects the timing of stimulating in the walking phase. This is because the dorsiflexors contract strongly during the heel contact (heel contact) during the walking swing phase and the early standing phase. In addition, when the electromyogram is detected, the electric stimulating unit 15 and the electrode 11 are used.
The relay 16 is controlled so that A and 11B are insulated. The above control is performed here by a microcomputer (PIC16
C711: Microchip). The electrical stimulation unit 15
Under the control of the PU 14, a bipolar stimulation pulse having a frequency of 15 Hz and a voltage of 100 V is output by a pulse width modulation method in a range of 100 to 500 μs according to the amplitude of the voluntary myoelectricity of the tibialis anterior muscle. The relay 16 is a switch controlled by the CPU 14, and detects the electric stimulating unit 15 and the electrodes 11A and 11A when the myoelectricity is detected.
Insulate B to prevent the introduction of stimulating artifacts. Here, a Photo-MOS relay was used. FIG. 2 is an external view of a prototype of the exercise assisting device according to the present embodiment. The portion of the circuit 20 including the CPU 14 is 7 × 7 cm, and is fixed to the back of the knee of the knee joint supporter 40. The power supply is a 9V battery 30
Two (006P) were used and fixed to the inside of the supporter 40. In addition, the electrodes 11A and 11B were previously attached to positions on the tibialis anterior muscle-deep peroneal nerve of the affected foot on the back side of the supporter 40. When an evaluation experiment of this prototype device was performed, no stimulation was output when the amplitude of the voluntary myoelectricity of the tibialis anterior muscle was below the threshold, and when the amplitude exceeded the threshold, a stimulation with a pulse width corresponding to the amplitude of the myoelectricity was output. It was confirmed that it would be. In addition,
The present invention is not limited to the above embodiment. Although the pulse width modulation is used in the above embodiment, it is sufficient that the effective voltage of the signal can be changed, and instead, pulse frequency modulation or pulse amplitude modulation may be used. The drive may be voltage drive or current drive. In the above-described embodiment, the present invention is applied to a drop foot. However, since a signal is applied by detecting myoelectricity, the present invention may be applied to other muscles such as an arm. Further, the electrode may be a needle electrode.

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、健常者
の歩行に近い背屈筋群の収縮及び足関節の背屈が得られ
る。また、本発明の運動補助装置の使用を通して背屈筋
群の収縮の随意性が向上するといった治療的な効果が期
待できる。そして、筋電を刺激出力のトリガとすること
により、従来のFES装置で用いられていた足底スイッチ
が不要となる。さらに、刺激電極と筋電検出電極とを同
一化することで、装置の装着がコンパクトになるととも
に筋電を検出した筋肉に正確に電気刺激を与えることが
できる。
As described above, according to the present invention, the contraction of the dorsiflexors and the dorsiflexion of the ankle joint, which are similar to walking of a healthy person, can be obtained. In addition, a therapeutic effect such as improvement of voluntary contraction of the dorsiflexor muscle group can be expected through use of the exercise assisting device of the present invention. By using myoelectricity as a trigger for stimulus output, the sole switch used in the conventional FES device becomes unnecessary. Further, by using the same stimulating electrode and myoelectric detection electrode, the device can be compactly mounted and electrical stimulation can be accurately applied to the muscles that have detected myoelectricity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態による運動補助装置の構
成を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an exercise assisting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】試作した本実施の形態の運動補助装置の外観図
である。
FIG. 2 is an external view of a prototype of the exercise assisting device of the present embodiment.

【図3】従来知られている機能的電気刺激の原理を説明
する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of a conventionally known functional electrical stimulation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11A、11B 電極 12 増幅器 13 変換器 14 CPU 15 電気刺激部 16 リレー 20 回路 30 乾電池 40 サポータ 51 歩行位相検出部 52 制御信号発生部 53 FESシステム 11A, 11B Electrode 12 Amplifier 13 Converter 14 CPU 15 Electrical stimulation unit 16 Relay 20 circuit 30 Dry battery 40 Supporter 51 Walking phase detection unit 52 Control signal generation unit 53 FES system

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

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年1月22日(2002.1.2
2)
[Submission date] January 22, 2002 (2002.1.2
2)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Correction target item name] Detailed description of the invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、下垂足患者などの
ために好適な運動補助装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exercise assisting device suitable for, for example, a patient with a foot drop.

【0002】[0002]

【従来の技術】脳血管障害による片麻痺の後遺症に、下
垂足と呼ばれるものがある。下垂足患者においては、足
関節の背屈筋群の弛緩、底屈筋群の亢進により、足関節
の背屈が困難になっている。そのため歩行遊脚時に、健
常者では背屈筋群の収縮により足関節が背屈しスムーズ
に脚が振り出されているのに対し、下垂足患者では、足
関節が背屈せず爪先が接地してしまう。この「引きずり
歩行」のために患者の歩行は困難なものになっている。
2. Description of the Related Art One of the sequelae of hemiplegia due to cerebrovascular disorders is called a drop foot. In patients with drop foot, dorsiflexion of the ankle joint becomes difficult due to relaxation of the dorsiflexor muscle group of the ankle joint and enhancement of the plantar flexor muscle group. For this reason, while walking, the ankle joint dorsiflexes due to the contraction of the dorsiflexor muscles and the leg swings out smoothly in a healthy person, while the ankle joint does not dorsiflex and the toe touches the ground in a drop foot patient . This “drag walking” makes it difficult for the patient to walk.

【0003】 このような患者のための運動補助装具とし
て、靴べら(shoehorn)型の短下肢装具が知られてい
る。この短下肢装具は、足底からふくらはぎにかけて足
部全体を覆って、足関節を直角に固定するプラスチック
製のものである。
[0003] As an exercise assistive device for such patients, a shoehorn-type short leg device is known. This ankle brace is made of plastic that covers the entire foot from the sole to the calf and fixes the ankle joint at a right angle.

【0004】 また図3は、従来知られている機能的電気
刺激の原理を説明する図である。麻痺肢の機能再建法と
して、機能的電気刺激(Functional Electrical Stimul
ation:FES)が知られている。FESは、歩行位相を検出
するためのスイッチを健側の足底に取り付けて歩行位相
を検出する歩行位相検出部51と、検出された歩行位相
に基づいて脳卒中や脊髄損傷による麻痺患者の中枢神経
系から下行する信号に代替する制御信号を発生する制御
信号発生部52と、この制御信号に基づいて麻痺筋の支
配神経に電気刺激を与えるFESシステム53とからな
り、麻痺肢の機能を再建する治療法である。このFESを
用いた運動補助装具も開発されており、短下肢装具と比
較して装着時の外観が簡素化するばかりでなく、患者の
機能回復の助けとなるといった利点がある。
FIG . 3 is a view for explaining the principle of a conventionally known functional electrical stimulation. Functional Electrical Stimul is a method for reconstructing the function of paralyzed limbs.
ation: FES) is known. The FES includes a gait phase detection unit 51 that detects a gait phase by attaching a switch for detecting the gait phase to the sole of the unaffected side, and a central nervous system of a patient with a stroke or spinal cord injury based on the detected gait phase. A control signal generator 52 for generating a control signal that substitutes for a signal descending from the system, and an FES system 53 for providing electrical stimulation to the nerves of the paralyzed muscle based on the control signal, reconstruct the function of the paralyzed limb. It is a cure. Exercise assistive braces using this FES have also been developed, and have the advantage of not only simplifying the appearance when worn compared to short leg orthoses, but also helping patients to recover their functions.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、靴べら型の短
下肢装具では、装着した状態で使用する靴が大型になる
など、装具を使用する患者の負担が大きい。
However, in the case of a shoehorn-type short leg limb, the burden on the patient who uses the limb is large, such as the size of the shoes used when worn.

【0006】 また、機能的電気刺激では、歩行位相を検
出するためのスイッチを健側の足底に取り付けて使用す
ることもあり、刺激装置と合わせて装置の装着が複数箇
所に及ぶなど、患者にとっては使用しにくいものとなっ
ているのが現状である。
[0006] In functional electrical stimulation, a switch for detecting a walking phase may be used by attaching it to the sole of the unaffected side. It is currently difficult to use.

【0007】 本発明は、上記問題点に鑑み、小型で取り
扱いの簡易なFESによる運動補助装置を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a small and easy-to-handle FES exercise assisting device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の運動補助装置
は、筋電を検出する第1の電極と、該第1の電極によっ
て検出された筋電の大きさに応じた制御信号を発生する
制御手段と、該制御手段によって制御されて電気刺激を
発生する電気刺激手段と、該電気刺激手段によって発生
された電気刺激を印加する第2の電極とを備える。
An exercise assisting device according to the present invention generates a first electrode for detecting myoelectricity and a control signal corresponding to the magnitude of the myoelectricity detected by the first electrode. Control means, electrical stimulation means controlled by the control means to generate electrical stimulation, and second electrodes for applying the electrical stimulation generated by the electrical stimulation means.

【0009】 また、前記第1の電極と第2の電極とが兼
用のものであることで、装置の装着をコンパクトにする
ことができる。
Further , since the first electrode and the second electrode are shared, the mounting of the device can be made compact.

【0010】 また、前記電気刺激手段と前記電極との間
に設けられ、筋電を検出する時にオフされるスイッチを
さらに備えることで、刺激アーティファクトの混入を防
ぐことができる。
[0010] Further, a switch provided between the electric stimulating means and the electrode and turned off when detecting myoelectricity is further provided, thereby preventing the stimulus artifact from being mixed.

【0011】 また、前記制御手段は、筋電が所定の閾値
を超えたときに前記制御信号を発生することで、歩行位
相の中で刺激を行う適切なタイミングを検出することが
できる。
[0011] Further , the control means generates the control signal when the myoelectricity exceeds a predetermined threshold value, so that it is possible to detect an appropriate timing for stimulating in the walking phase.

【0012】 また、前記電気刺激手段はパルス幅変調方
式の電気刺激パルスを発生することで、デジタル技術を
適用するのに好適である。
Further , the electric stimulation means generates an electric stimulation pulse of a pulse width modulation system, which is suitable for applying digital technology.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0014】 図1は、本発明の一実施の形態による運動
補助装置の構成を説明するブロック図である。皮膚に電
極11A、11Bをあてがい、各電極11A、11B間
の電圧を増幅器12で増幅し、A/D変換器13でアナ
ログ信号をデジタル信号に変換し、CPU(中央処理装
置、すなわち、マイクロコンピュータ)14で随意筋電
の大きさを表す信号を電気刺激部15に送り、電気刺激
部15ではその随意筋電の大きさに応じた電気信号を発
生して、リレー16、及び電極11A、11B、更に皮
膚を介して深腓骨神経を電気刺激する。
FIG . 1 is a block diagram for explaining the structure of an exercise assisting device according to one embodiment of the present invention. The electrodes 11A and 11B are applied to the skin, the voltage between the electrodes 11A and 11B is amplified by the amplifier 12, the analog signal is converted to the digital signal by the A / D converter 13, and the CPU (central processing unit, ie, microcomputer) ) At 14, a signal representing the magnitude of the voluntary myoelectricity is sent to the electric stimulating unit 15, and the electric stimulating unit 15 generates an electric signal according to the magnitude of the voluntary myoelectricity, and the relay 16, the electrodes 11 </ b> A, 11 </ b> B, and Electrical stimulation of the deep peroneal nerve through the skin.

【0015】 電極11A、11Bは、導電性のゼリー状
のもので、名刺大の大きさである。前脛骨筋の随意筋電
を検出し、麻痺肢の足関節の背屈筋群(前脛骨筋、長趾
伸筋、長母趾伸筋など)の支配神経である深腓骨神経を
電気刺激するのに適する位置にあてがう。
The electrodes 11A and 11B are in the form of a conductive jelly and have the size of a business card. Detects voluntary myoelectricity of the tibialis anterior muscle and electrically stimulates the deep peroneal nerve, the innervating nerve of the dorsiflexors of the ankle joint of the paralyzed limb (tibialis anterior, extensor extensor longus, extensor longus longus, etc.) Apply to a suitable location.

【0016】 増幅器12は、微弱な随意筋電を信号処理
に適する電圧に増幅する。ここでは5000〜50000倍の可
変増幅とし、通過帯域は300〜500Hzとした。
The amplifier 12 amplifies a weak voluntary electromyogram to a voltage suitable for signal processing. Here, a variable amplification of 5000 to 50000 times and a pass band of 300 to 500 Hz were used.

【0017】 A/D変換器13は、アナログ電圧をCP
U14で処理するためにデジタル信号に変換する。ここ
ではサンプリング周波数10kHzで振幅を取り込んだ。
The A / D converter 13 converts the analog voltage into a CP
It is converted to a digital signal for processing in U14. Here, the amplitude was captured at a sampling frequency of 10 kHz.

【0018】 CPU14は、随意筋電の振幅に対して閾
値を設定し、振幅が閾値を越えたときにのみ刺激を与え
るように電気刺激部15を制御する。すなわち、CPU
14は、歩行位相の中で刺激を行うタイミングを検出し
ている。これは、歩行遊脚期および立脚初期のかかと接
地(heel contact)において背屈筋群が強く収縮するた
めである。また、筋電検出時に電気刺激部15と電極1
1A、11Bを絶縁するようにリレー16を制御する。
以上のような制御をここではマイクロコンピュータ(PIC
16C711:Microchip)により行った。
The CPU 14 sets a threshold value for the amplitude of the voluntary myoelectricity, and controls the electrical stimulation unit 15 so as to apply a stimulus only when the amplitude exceeds the threshold value. That is, CPU
Numeral 14 detects the timing of stimulating in the walking phase. This is because the dorsiflexors contract strongly during the heel contact (heel contact) during the walking swing phase and the early standing phase. In addition, the electric stimulating unit 15 and the electrode
The relay 16 is controlled so as to insulate the relays 1A and 11B.
The above control is performed here by a microcomputer (PIC
16C711: Microchip).

【0019】 電気刺激部15は、CPU14に制御され
て、前脛骨筋の随意筋電の振幅に応じて100〜500μsの
範囲においてパルス幅変調方式で周波数15Hz、電圧100
Vの双極性の刺激パルスを出力する。
The electrical stimulating unit 15 is controlled by the CPU 14 to control the frequency of 15 Hz and the voltage of 100 by pulse width modulation in the range of 100 to 500 μs according to the amplitude of the voluntary electromyography of the tibialis anterior muscle.
Output a V bipolar stimulus pulse.

【0020】 リレー16は、CPU14に制御されるス
イッチであり、筋電検出時に電気刺激部15と電極11
A、11Bを絶縁して刺激アーティファクトの混入を防
ぐ。ここではPhoto-MOSリレーを用いた。
The relay 16 is a switch controlled by the CPU 14. The relay 16 and the electrode 11
A, 11B are insulated to prevent the introduction of stimulating artifacts. Here, a Photo-MOS relay was used.

【0021】 図2は、試作した本実施の形態の運動補助
装置の外観図である。CPU14を含む回路20の部分
が7×7cmで、膝関節用のサポータ40の膝裏部分に固
定した。電源は、9Vの乾電池30(006P)を2個使用
し、サポータ40の内側部に固定した。また、電極11
A、11Bは、患足の前脛骨筋−深腓骨神経上、サポー
タ40の裏側に当たる位置にあらかじめ取り付けた。
FIG . 2 is an external view of a prototype of the exercise assisting device of the present embodiment. The portion of the circuit 20 including the CPU 14 is 7 × 7 cm, and is fixed to the back of the knee of the knee joint supporter 40. The power supply used two 9 V dry batteries 30 (006P) and was fixed to the inside of the supporter 40. The electrode 11
A and 11B were previously attached to positions on the tibialis anterior muscle-deep peroneal nerve of the affected foot that hit the back of the supporter 40.

【0022】 本試作装置の評価実験を行ったところ、前
脛骨筋の随意筋電の振幅が閾値以下のときは刺激は出力
されず、閾値を越えたときに筋電の振幅に応じたパルス
幅の刺激が出力されることが確認された。
When an evaluation experiment was conducted on the prototype device, no stimulation was output when the amplitude of the voluntary myoelectricity of the tibialis anterior muscle was below the threshold, and when the amplitude exceeded the threshold, the pulse width corresponding to the amplitude of the myoelectric potential was increased. It was confirmed that the stimulus was output.

【0023】 なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。
The present invention is not limited to the above embodiment.

【0024】 上記実施の形態ではパルス幅変調を用いた
が、信号の実効電圧を変えることができれば良く、これ
に代えて、パルス周波数変調やパルス振幅変調でも良
い。また、駆動は電圧駆動でも電流駆動でも良い。
In the above embodiment, the pulse width modulation is used, but it is sufficient that the effective voltage of the signal can be changed, and instead, pulse frequency modulation or pulse amplitude modulation may be used. The drive may be voltage drive or current drive.

【0025】 また、上記の実施の形態では下垂足に対し
てのものであったが、筋電を検出して信号を印加するの
であるから、腕など他の筋肉に対して用いるものであっ
ても良い。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a drop foot. However, since a signal is applied by detecting myoelectricity, it is used for other muscles such as an arm. Is also good.

【0026】 また、電極は針電極であっても良い。 The electrodes may be needle electrodes.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、健常者
の歩行に近い背屈筋群の収縮及び足関節の背屈が得られ
る。
As described above, according to the present invention, the contraction of the dorsiflexors and the dorsiflexion of the ankle joint, which are similar to walking of a healthy person, can be obtained.

【0028】 また、本発明の運動補助装置の使用を通し
て背屈筋群の収縮の随意性が向上するといった治療的な
効果が期待できる。
In addition, a therapeutic effect such as improvement in voluntary contraction of the dorsiflexors can be expected through use of the exercise assisting device of the present invention.

【0029】 そして、筋電を刺激出力のトリガとするこ
とにより、従来のFES装置で用いられていた足底スイッ
チが不要となる。
By using myoelectricity as a trigger for stimulus output, the sole switch used in the conventional FES device becomes unnecessary.

【0030】 さらに、刺激電極と筋電検出電極とを同一
化することで、装置の装着がコンパクトになるとともに
筋電を検出した筋肉に正確に電気刺激を与えることがで
きる。
Furthermore, by identification with the stimulation electrode and the myoelectric detection electrode can provide accurate electrical stimulation to muscles mounting the device detects myoelectric with made compact.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 筋電を検出する第1の電極と、 該第1の電極によって検出された筋電の大きさに応じた
制御信号を発生する制御手段と、 該制御手段によって制御されて電気刺激を発生する電気
刺激手段と、 該電気刺激手段によって発生された電気刺激を印加する
第2の電極とを備えることを特徴とする運動補助装置。
A first electrode for detecting a myoelectric potential; a control means for generating a control signal corresponding to a magnitude of the myoelectric potential detected by the first electrode; and an electric power controlled by the control means. An exercise assisting device comprising: an electric stimulus unit that generates a stimulus; and a second electrode that applies an electric stimulus generated by the electric stimulus unit.
【請求項2】 前記第1の電極と第2の電極とが兼用の
ものであることを特徴とする請求項1記載の運動補助装
置。
2. The exercise assisting device according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are shared.
【請求項3】 前記電気刺激手段と前記電極との間に設
けられ、筋電を検出する時にオフされるスイッチをさら
に備えることを特徴とする請求項2記載の運動補助装
置。
3. The exercise assisting device according to claim 2, further comprising a switch provided between the electric stimulation unit and the electrode and turned off when a myoelectricity is detected.
【請求項4】 前記制御手段は、筋電が所定の閾値を超
えたときに前記制御信号を発生することを特徴とする請
求項1乃至3いずれかに記載の運動補助装置。
4. The exercise assisting device according to claim 1, wherein the control unit generates the control signal when the electromyogram exceeds a predetermined threshold.
【請求項5】 前記電気刺激手段はパルス幅変調方式の
電気刺激パルスを発生することを特徴とする請求項1乃
至4いずれかに記載の運動補助装置。
5. The exercise assisting device according to claim 1, wherein said electrical stimulation means generates a pulse width modulation type electrical stimulation pulse.
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