JP2015526163A - 患者の少なくとも一の筋肉についての情報の提供に用いる装置 - Google Patents

Abstract

患者（６）の少なくとも一の筋肉（４）についての情報を提供する装置（２）であって、（ｉ）筋肉（４）筋肉に測定許可信号を与える信号提供手段（８）と、（ｉｉ）信号提供手段からの測定許可信号を患者（６）が受け取ることができるようにする第１コンタクト電極（１０）と、（ｉｉｉ）筋肉のパラメータであって、測定許可信号の影響を受ける、また筋肉（４）の運動によって引き起こされる組織インピーダンスの変化を示す少なくとも一の電気特性に関する、筋肉（４）のパラメータを測定する測定手段（１２）と、（ｉｖ）患者（６）の筋肉（４）にかける、セパレートされた導電領域（１８）の配列（１６）を備えるガーメント（１４）とを備え、第１コンタクト電極（１０）が測定パラメータを取得するための所定の正確な位置上にかかるガーメント（１４）のセパレートされた導電領域と接触した状態で、第１コンタクト電極（１０）をガーメント（１４）上の当該所定位置に位置決めできるよう構成される装置（２）を提供する。本装置は、任意で、筋肉（４）に神経筋刺激信号を与える神経筋刺激手段（４６）を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、患者の少なくとも一の筋肉についての情報の提供に用いる装置に関する。本装置は、例えば脳卒中や外科手術によって引き起こされた疾患による運動機能の喪失に苦しむ患者の、筋肉の運動についての情報を提供するものとするものである。また、本装置は、例えば運動選手の場合など、身体的に健全であるが筋肉の運動を向上させることによって成績を上げることを望む患者の、筋肉の運動についての情報の提供に用いることもできる。本発明の装置は、主として人間の患者に対して利用するためのものであるが、患畜に対して用いることもできる。

患者の少なくとも一の筋肉についての情報の提供に用いる既知の装置は、筋肉に測定許可信号を与える信号提供手段と、信号提供手段からの測定許可信号を患者が受け取ることができるようにするコンタクト電極と、筋肉のパラメータを測定する測定手段とを備える。この既知の装置は、関節、例えば足首関節の目安に用いられる。この既知の装置には、コンタクト電極を患者の所要の部位に正確に位置を合わせることが難しいという問題がある。最適位置からプラスマイナス５ｍｍの位置決めの変動は、測定結果に悪影響を及ぼすことがある。

本発明の目的は、上述の問題を低減することにある。

よって、本発明の非限定的な一実施形態において提供される装置は、患者の少なくとも一の筋肉についての情報を提供する装置であって、
（ｉ）前記筋肉に測定許可信号を与える信号提供手段と、
（ｉｉ）前記信号提供手段からの前記測定許可信号を前記患者が受け取ることができるようにする第１コンタクト電極と、
（ｉｉｉ）前記筋肉のパラメータであって、前記測定許可信号の影響を受ける、また前記筋肉の運動によって引き起こされる組織インピーダンスの変化を示す少なくとも一の電気特性に関する、筋肉のパラメータを測定する測定手段と、
（ｉｖ）前記患者の筋肉にかける、セパレートされた導電領域の配列を備えるガーメントとを備え、
前記第１コンタクト電極が前記測定パラメータを取得するための所定の正確な位置上において前記ガーメントのセパレートされた導電領域と接触した状態で、前記第１コンタクト電極を前記ガーメント上の当該所定位置に位置決めできるよう構成される。

本発明の装置は、第１コンタクト電極の正確な位置決めが可能であるという点で好都合である。この正確な位置決めは、個々の患者に対して実現することができる。一旦ガーメント上での第１コンタクト電極の正確な位置が定まると、例えば接着剤などの固定手段を用いて、ガーメント上の適正位置に第１コンタクト電極を固定することができる。接着剤は、硬化前にコンタクト電極を調整し再位置決めすることができる導電性ゲルであってもよい。ガーメント上での第１コンタクト電極の正確な初期位置決めは、臨床医、病院の技師、またはその他の関係者によって行われる。一旦第１電極がガーメントに固定されると、例えば日々の利用などの必要に応じて、ガーメントを使用後に取り外して再度取り付けることができるようになる。患者が、ガーメントの取り付けと取り外しを行う人物であってもよい。第１コンタクト電極がガーメントに固定されているため、第１コンタクト電極は繰り返し確実に正確に位置決めされる。よって、例えば病院の別の場所や家庭から、患者の筋肉の運動を確実に遠隔モニタリングすることが可能となる。

本装置は、ガーメントが伸縮性または適合性のある布製である装置であってもよい。このような布からなるガーメントは、筋肉の運動を示すために、筋肉の測定を必要とする患者の身体部位に合わせることができる。

ガーメントは、患者の部位を通す袖型ガーメントであってもよい。患者の部位とは、例えば腕、脚、指、つま先、胴体、または首であってもよい。袖型ガーメントは、人体の部位にかぶせることができるように伸長する閉鎖ループ袖型ガーメントであってもよい。

必要であれば、ガーメントは患者の部位の周囲にかけるストラップ型ガーメントでもよい。ストラップ型ガーメントは、閉鎖手段によって閉鎖されるオープンループ状であってもよい。閉鎖手段は、プラスチック部材を閉じるプッシュと開くプルのマトリクスを備える留め具であってもよい。好適な留め具としては、ベルクロの登録商標で知られるものがある。例えばバックルなど、その他の閉鎖手段を用いてもよい。

セパレートされた導電領域の配列は、非導電領域によって分割されてもよく、または下層の導電領域によって分割されもよい。横方向の電流の流れを制限するために、下層の導電領域は導電領域よりも薄いことが好ましい。通常、配列された導電領域は、互いに間隔をおいて配される。ただし、その他の導電領域を用いてもよい。導電領域は、ガーメントの横方向に伝導するが、ガーメントの面方向には伝導しない、または実質的に伝導しないように構成されてもよい。よって、導電領域は、トランス導電性の導電領域とみなすことができる。

導電領域は、ガーメントに織り込まれてもよく、またはガーメントに成形または印刷されてもよい。

配列は、任意の適切な大きさおよび形状とすることができる。よって、例えば、モニタされているまたは治療されている筋肉もしくは筋肉群の位置および大きさによって、規則的または不規則な形状の配列であってもよい。

本発明の装置は、筋肉の運動のみを示す測定パラメータを与えるために用いられてもよい。信号提供手段は、独立した信号生成部であってもよい。通常、第１コンタクト電極は２個であるが、必要に応じてそれ以上の数の第１コンタクト電極を用いてもよい。

また、本発明の装置は、筋肉の運動を示す測定パラメータに加えて、示された筋肉の運動によって決定された筋肉の神経筋刺激を与えるために用いられてもよい。この場合、本発明の装置は、筋肉に神経筋刺激信号を与える神経筋刺激手段を備えてもよい。

本発明の装置が神経筋刺激手段を含む場合、信号提供手段と神経筋刺激手段とは単一の要素として設けられてもよい。また、信号提供手段は神経筋刺激手段とは別の要素として設けられてもよい。

本発明の装置が神経筋刺激手段を含む場合、本装置は、筋肉への測定許可信号が筋肉への神経筋刺激信号に重ねられるよう用いられてもよく、またはその逆であってもよい。

必要に応じて、第１コンタクト電極は、神経筋刺激信号を患者が受け取ることができるようにすることもできる。また、本発明の装置は、第１コンタクト電極とは別の、神経筋刺激信号を患者が受け取ることができるようにする第２コンタクト電極を備えてもよく、この第２コンタクト電極は、第２コンタクト電極が神経筋刺激を取得するための所定の位置上においてガーメントのセパレートされた導電領域と接触した状態で、ガーメント内の当該所定位置に位置決めされる。第２コンタクト電極が用いられる場合、普通は２個の第２コンタクト電極が設けられるが、必要に応じてそれ以上の数の第２コンタクト電極を用いることができる。

測定許可信号は、
（ａ）正弦波と、
（ｂ）矩形波と、
（ｃ）三角波と、
（ｄ）任意の波形と、
（ｅ）繰り返される類似または異種波形と、
（ｆ）平均化することができるランダム波形と、
（ｇ）インパルスと、
のうち少なくとも一から選択される波形を有してもよい。

他のタイプの波形を用いることもできる。ランダム波形は雑音特性を有する波形、例えばホワイトノイズであってもよい。

測定手段は、
（ａ）位相シフトと、
（ｂ）振幅と、
（ｃ）スルーレートと、
（ｄ）二乗平均平方根値と、
（ｅ）インパルスと、
のうち少なくとも一から選択される電気特性を用いて筋肉のパラメータを測定するよう構成されてもよい。
必要に応じて、そのほかの電気特性を測定してもよい。

本発明の装置は、ガーメントの電気的に伝導性のある部分を封止する封止手段を備えてもよく、これによりガーメントを洗浄することができる。よって、例えば、ガーメントを繰り返し使用した後にスポンジングで洗浄してもよい。

本発明の装置は、臨床医またはその他の人物によって第１コンタクト電極をセパレートされた導電領域の配列の最適な領域に正確に位置決めされるように、用いることができる。第１コンタクト電極は、ガーメントを将来どのようにも利用できるよう、適切な位置にとどめることができる。また、第１コンタクト電極は、使用後に取り外すことができ、その後再び使用するたびに再度位置決めすることができる。第１コンタクト電極が適切な位置にとどまる場合、本装置の残りの部分に接続するよう構成されてもよい。

本発明の装置は、筋肉の運動を筋肉の長さの変化により引き起こされる運動であるとして用いられてもよい。しかしながら、そのほかの種類の筋肉の運動を用いることもできる。

以下、以下の添付の図面を参照して、本発明の実施形態をほんの一例として説明する。

図１は、患者の少なくとも一の筋肉についての情報を提供し、正確かつ反復可能な電極の位置を保証する第１装置の部分図である。 図２は、図１に示す装置の部分拡大図である。 図３は、図１に示す装置の部分断面図である。 図４は、図３に示す装置の部分拡大図である。 図５〜図１０は、図１に示すものとは異なるセパレートされた導電領域を示す図である。 図１１は、筋肉の運動を示す測定パラメータを与える本発明の第１装置の部分図である。 図１２は、筋肉運動を示す測定手段と、筋肉に神経筋刺激信号を与える神経筋刺激手段とを備える本発明の第２装置の部分図である。 図１３は、筋肉に測定許可信号を与える信号提供手段および筋肉に神経筋刺激信号を与える信号提供手段のいずれもが、神経筋刺激部により形成される本発明の第３装置の部分図である。 図１４は、信号提供手段からの測定許可信号を患者が受け取ることができるようにする第１の電極セットと、神経筋刺激手段から神経筋刺激信号を受信する第２の電極セットとを備える、本発明の第４装置の部分図である。 図１５は、図１２および図１４の装置に示す独立した信号生成部および神経筋刺激部で用いられる測定波形を示す図である。 図１６は、図１３の装置に示す測定許可信号としての神経筋刺激波の要素を用いた測定波形を示す図である。

図１〜図４、および図１１を参照して、患者６の少なくとも一の筋肉４に用いる装置２を示す。装置２は、筋肉４に測定許可信号を与える信号提供手段８を備える。また、装置２は、信号提供手段８からの測定許可信号を患者６が受け取ることができるようにする第１コンタクト電極１０を備える。

また、装置２は、筋肉４のパラメータを測定する測定手段（測定サブシステム）１２を備える。パラメータは、測定許可信号の影響を受ける。パラメータは、筋肉４の運動によって引き起こされる組織インピーダンスの変化を示す少なくとも一の電気特性に関するものである。

また、装置２は、患者６の筋肉４にかけるガーメント１４を備える。ガーメント１４は、非導電領域２０によって分離され、セパレートされた導電領域１８の配列１６を備える。

装置２は、第１コンタクト電極１０が測定パラメータを取得するための所定の正確な位置上においてガーメント１４のセパレートされた導電領域１８と接触した状態で、第１コンタクト電極１０をガーメント１４上の当該所定位置に位置決めできるよう構成されている。

図１に示すように、このガーメントは袖型ガーメントであり、腕２２の前腕２４にガーメント１４がかかるように腕２２を通すものである。ガーメント１４は、伸縮性または適合性のある布製であり、これによってガーメント１４が前腕２４の輪郭にぴったりと合う袖型ガーメントとなる。

図３は、導電領域１８のマトリクス１６が患者６の皮膚２５に接触可能である様子を示す図である。

セパレートされた導電領域１８は、配列１６内で規則的な間隔をおいて配されたセパレートされた導電領域１８である。セパレートされた導電領域１８は、図３および図４からよくわかるように、ガーメントに織り込まれる、またはガーメントに成形または印刷される。

図５〜図１０は、それぞれ配列２６、２８、３０、３２、３４、３６における、６つの種類および／または構成の異なるセパレートされた導電領域１８およびこれを取り巻く非導電領域２０を示す図である。

図１１は、第１装置２において信号提供手段８が独立した信号生成部である様子を示す図である。使用の際、信号生成部８は、第１コンタクト電極１０、導電領域１８、および測定手段（測定サブシステム）１２を介して、患者の体内を通る電気回路４０を形成する測定波形３８を作り出す。測定手段（測定サブシステム）１２は、出力４２を作り出す。よって、出力４２は、筋肉４の運動を示す測定パラメータである。

図１２は、本発明の第２装置４４の部分図である。比較および理解を容易にするために、図１１と類似の部分には、同じ参照符号を付している。装置４４は、筋肉４に神経筋刺激信号を与える神経筋刺激手段４６を含むものである。図１２からわかるように、神経筋刺激手段は、信号提供手段８に追加して使用するものである。よって、装置４４は、まず、筋肉４を測定して筋肉４の運動の目安を得ることができるようにし、次に筋肉４が筋肉４の運動を刺激する神経筋刺激信号を受信できるようにする。その後、筋肉４の運動を示す測定パラメータによって神経筋刺激の効果をモニタすることができ、それに応じて筋肉４に最適な神経筋刺激を与えるよう神経筋刺激信号を調整することができる。装置４４は、信号提供手段８が波形３８を作り出すよう動作する。波形３８は、スイッチ４８によって切り替えられて、電極１０および測定手段（測定サブシステム）１２を介して、患者の体内を通る電気回路４０を形成する。計算は測定手段（測定サブシステム）１２によって行われ、その後、制御コマンド信号５０が神経筋刺激手段４６に送信される。神経筋刺激手段４６は、スイッチ４８を介して第１コンタクト電極１０に接続されており、これによって単数もしくは複数の刺激パルス５２が第１コンタクト電極１０に送られる。その後、このプロセスは必要に応じて適宜繰り返される。

図１３に、第３装置５４を示す。比較および理解を容易にするために、これ以前の図と類似の部分には、同じ参照符号を付している。
装置５４の動作中、神経筋刺激手段４６は、第１コンタクト電極１０に送られる神経筋刺激パルス列５２を作り出す。電気回路４０が測定手段（測定サブシステム）１２により形成される。測定手段（測定サブシステム）１２は、神経筋刺激手段４６に送られる制御信号５０を計算して、パルス列５２を調節する。測定許可信号は、神経筋刺激パルス列５２の要素として形成される。測定許可信号は、図１３には示していないが神経筋刺激手段４６に一体化された要素として形成される信号提供手段８によって生成される。

図１４に、本発明の第４装置５６を示す。比較および理解を容易にするために、これ以前の図と類似の部分には、同じ参照符号を付している。装置５６は、第１コンタクト電極１０と２つの第２コンタクト電極５８とを用いることを除いては、装置４４と同様である。これにより、装置５６は、装置４４で使用されているスイッチ４８なしで済ますことができる。装置５６は、信号提供手段８が測定波形３８を作り出して、第１コンタクト電極１０および測定手段（測定サブシステム）１２を介して患者６の体内を通る電気回路４０を形成するよう動作する。計算は測定手段（測定サブシステム）１２によって行われ、制御コマンド信号５０が神経筋刺激手段４６に送信される。神経筋刺激手段４６は、単数もしくは複数の刺激パルス５２を第２コンタクト電極５８に送る。

図１５は、独立した信号提供手段８および独立した神経筋刺激手段４６で用いられる測定波形であって、例えば図１２および図１４に示すように取得することができる測定波形を示す図である。神経筋刺激パルス５２は定期的に送られる。測定波形３８は、刺激パルス５２の間に印加される。

図１６は、図１３の装置を用いて行われることができる、神経筋刺激波の要素を用いた測定波形の実施を示す図である。測定波形は、単数もしくは複数の神経筋刺激パルス５２とともに送られる変調されたバーストで送られる。

本発明の装置は、例えばまひ状態にある人物の腕の筋肉といった、筋肉に対する電気的な刺激の制御に用いることができ、筋肉を伸ばせるように、しかしながら伸ばしすぎたり筋肉を傷めたりすることがないようにすることができる。各刺激パルス間の１秒以下のポーズ、例えばミリ秒のポーズの間に検出を行うことができるため、上述のように、好ましくは、検出および刺激に同一の電極を用いてもよい。

本発明の装置は、筋肉の運動のモニタリングおよび／または例として以下のような用途に用いることができる。
（ａ）遠隔地の衛生医師によって、患者が適切な運動を行っているかどうかを遠隔チェックすることができるようにする。
（ｂ）練習中の筋肉の運動をモニタすることにより運動選手のトレーニングを支援する。
（ｃ）仮想環境において仮想アバターがコンピュータユーザの動作に一致するようアバターの動作を制御するなどの非光学的なモーションキャプチャシステム。

本発明の装置は、角度計を有するまたは光学的なデータキャプチャを用いる既知の装置に比べて、安価に製造することができる。まひ患者にとっては、角度計やジャイロスコープなどを用いたシステムに比較すると、過伸長を防ぐために本発明の装置を校正する方がはるかに容易であり、また同じく本発明の装置は安価である。スポーツまたは触覚用途における恩恵として、複数のセンサがぴったり合ったガーメント内で一体的かつ妨害することなく設けられることがあり、ここでも本発明の装置は、既知のシステムに比べて安価かつ簡単なものとすることができる。

筋肉繊維は、測定を可能とし刺激を受けると反応するが、これは、分子レベルでは、筋肉繊維が長細く、長細くない繊維に比べてその容量効果が大きいからである。本発明の装置は、例えば電気的な刺激を含む治療の用途に用いることができる。また、本発明の装置は、例えば複数の筋肉群を測定するなど、治療外の用途に用いてもよい。

ガーメントは、導電性ポリマーまたは類似のもので導電性を有するようにしてもよい。複数の筋肉群を同時にモニタすることもできる。１個のガーメントが、いくつかの筋肉群に対する複数のセンサを備えてもよい。校正ステップは、腕または関節を、腕またはほかの身体部位を完全に伸ばした状態の位置まで動かし、自動的に測定された電位変化の所望かつ所定の最大値までの記録をとるという単純なものとすることができる。電極位置が１時間単位または１日単位でわずかに移動し、測定に影響が出るならば、連続的に再校正するアプローチを用いてもよい。同様に、各電極が密集した電極配列である場合、各配列におけるどの電極が最も理想的な位置にあるかを、位相遅れの幅が最大となる当該電極による測定またはなんらかの類似の方法に基づいて、特定するためのコンピュータシステムを採用してもよい。また、刺激を与える実施形態においては、本発明の装置は、どの電極が筋肉または関節をもっとも効率的に活性化するかを検出してもよく、その後、これらの電極を刺激および検出の両方に用いてもよい。

添付の図面を参照して説明した上記の本発明の実施形態はほんの一例であり、変更を行ってもよいことは言うまでもない。よって、例えば、導電領域１８は代替的に導電領域１８よりも下面に位置するより薄い導電領域によって分割されてもよい。装置２、４４、５４、５６は、複数の筋肉または筋肉群で用いてもよい。装置２、４４、５４、５６は、ガーメント１４とともに用いることもできるし、患者の身体の別の部位用の異なる種類のガーメントとともに用いることもできる。患者６は、筋肉の運動機能の損傷に苦しむ人や運動選手を含む、任意のふさわしい患者であってもよい。また、患者６は、例えば犬、猫、競走馬など、動物であってもよい。図に示す個々の要素は、該当の図に示す用途に限定されるものではなく、他の図において用いてもよいし、本発明のすべての様態において用いることができる。

Claims (17)

1. 患者の少なくとも一の筋肉についての情報を提供する装置であって、
   （ｉ）前記筋肉に測定許可信号を与える信号提供手段と、
   （ｉｉ）前記信号提供手段からの前記測定許可信号を前記患者が受け取ることができるようにする第１コンタクト電極と、
   （ｉｉｉ）前記筋肉のパラメータであって、前記測定許可信号の影響を受ける、また前記筋肉の運動によって引き起こされる組織インピーダンスの変化を示す少なくとも一の電気特性に関する、筋肉のパラメータを測定する測定手段と、
   （ｉｖ）前記患者の筋肉にかける、セパレートされた導電領域の配列を備えるガーメントとを備え、
   前記第１コンタクト電極が前記測定パラメータを取得するための所定の正確な位置上にかかる前記ガーメントのセパレートされた導電領域と接触した状態で、前記第１コンタクト電極を前記ガーメント上の当該所定位置に位置決めできるよう構成される装置。
2. 前記ガーメントは伸縮性または適合性のある布製である、請求項１に記載の装置。
3. 前記ガーメントは前記患者の部位を通す袖型ガーメントである、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記ガーメントは人の部位の周囲にかけるストラップ型ガーメントである、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記導電領域はマトリクス状に間隔をおいて配された導電領域である、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記導電領域は、前記ガーメントに織り込まれる、または前記ガーメントに成形または印刷される、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記信号提供手段は独立した信号生成部である、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記筋肉に神経筋刺激信号を与える神経筋刺激手段を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記信号提供手段と前記神経筋刺激手段とは単一の要素として設けられる、請求項８に記載の装置。
10. 前記信号提供手段は前記神経筋刺激手段とは別の要素として設けられる、請求項８に記載の装置。
11. 前記装置は、前記筋肉への前記測定許可信号が前記筋肉への前記神経筋刺激信号に重ねられるよう用いられる、請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記第１コンタクト電極も前記神経筋刺激信号を前記患者が受け取ることができるようにする、請求項８から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記第１コンタクト電極とは別の、前記神経筋刺激信号を前記患者が受け取ることができるようにする第２コンタクト電極を備え、
    前記第２コンタクト電極は、前記第２コンタクト電極が前記神経筋刺激を取得するための所定の位置上にかかる前記ガーメントのセパレートされた導電領域と接触した状態で、前記ガーメント内の当該所定位置に位置決めされる、請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記測定許可信号は、
    （ａ）正弦波と、
    （ｂ）矩形波と、
    （ｃ）三角波と、
    （ｄ）任意の波形と、
    （ｅ）繰り返される類似または異種波形と、
    （ｆ）平均化することができるランダム波形と、
    （ｇ）インパルスと、
    のうち少なくとも一から選択される波形を有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記ランダム波形はホワイトノイズである、請求項１４に記載の装置。
16. 前記測定手段は、
    （ａ）位相シフトと、
    （ｂ）振幅と、
    （ｃ）スルーレートと、
    （ｄ）二乗平均平方根値と、
    （ｅ）インパルスと、
    のうち少なくとも一から選択される電気特性を用いて前記筋肉のパラメータを測定する、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記ガーメントの電気的に伝導性のある部分を封止する封止手段を備え、これにより前記ガーメントを洗浄することができる、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。

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