JP2017099450A - 神経刺激装置、生体磁界計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】神経刺激電極選出の正確性を向上した神経刺激装置を提供すること。【解決手段】本神経刺激装置は、体表から神経活動を検出し、刺激を与える神経刺激装置であって、皮膚上に配列される複数の電極と、前記電極に対して電流を供給する電流供給部と、を有し、生体に対して経皮的に電流を送電し、目的とする神経を刺激する刺激装置と、前記刺激装置からの刺激により神経が支配する筋肉の動作、或いは神経自体を計測する計測装置と、前記計測装置から、神経活動の計測結果をフィードバックし、目的とする神経活動が所望値以上の活動を確保できる電極を判断する情報処理装置と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、神経刺激装置、及び生体磁界計測システムに関する。

近年、ＭＲＩ（Magnetic Resonanse Imaging：磁気共鳴画像）等の画像診断装置の進歩によって、圧迫性病変による脊髄や末梢神経の障害部位診断は容易に行えるようになった。しかし、画像上の明らかな圧迫にもかかわらず無症状の症例も数多く存在する等、画像による形態学的情報のみでは脊髄・末梢神経の機能障害部位を真に診断することは不可能であり、電気生理学的手法による神経機能診断法はいまだ不可欠な検査である。

詳細な障害部位診断には神経誘発電位をインチング法で測定するのが最適であるが、体表から深い神経、ことに脊髄では電流が周囲組織の影響を強く受けるため、神経機能を体表から正確に評価することは困難である。このため、術中に脊髄近傍に電極を設置するか、術前に経皮的に硬膜外腔やくも膜下腔にカテーテル電極を挿入することにより、脊髄誘発電位が測定されている。カテーテル電極の挿入は侵襲的かつ熟練を要するため、診断のために気軽に行う検査とは言い難く、非侵襲的で簡便な電気生理学的手法が切望されている。

一方、電流が流れるとその周囲に右ネジの法則に従って磁界が発生する。磁界は骨・軟部組織等の生体組織にはほとんど影響を受けない性質があり、生体磁界計測は電位計測に比べ理論的に高い空間精度を持つことが知られている。生体磁界計測とは、生体の神経や筋肉の活動に伴って発生する微小な磁界を生体の外で計測し、その活動源のふるまいを解析する手法である。超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：Superconducting quantum interference device）を利用した多チャンネルの磁気計測装置を用いた生体磁界計測システムがこれまでに開発され、医療現場への導入が進んでいる。

現在、生体磁界計測は特に脳研究の分野で応用され、脳の活動が高い空間精度で同定されている。又、脊髄や末梢神経等、脳以外の神経系の活動に伴う磁界の計測をすることにより、それらの神経系に障害が生じた場合の神経信号伝播障害を診断するための有効な手法として、生体磁界計測システムは、主として脊椎・脊髄外科、末梢神経外科の医療現場において注目されている。なお、脊髄誘発磁界を測定した実験例を記載した論文がいくつか知られている。

生体の神経磁界を計測するためには、磁気計測装置と同時に、神経刺激装置が必要である。神経刺激装置による刺激電流が末梢神経を刺激し、その刺激による神経活動が発生する磁界が磁気計測装置で計測される。電流刺激と計測磁界との同期をとることによって、測定された磁界が末梢神経及び脊髄を流れる電流由来のものであることが分かる。しかし、末梢神経に安定して刺激電流を印加することは難しく、例えば神経と刺激電極の位置関係が微妙に動くことによって、適切な末梢神経刺激ができなくなり、最適な末梢神経刺激が困難になるという問題がある。

そこで、複数の刺激陰極と、それらのうちの至適な電極を選択する回路を用いることで、神経を適切に刺激する電極を選択し、高効率に、神経を刺激する技術が検討されている（例えば、特許文献１参照）。この技術を用いて、経皮的に最適な刺激神経を検出する神経刺激装置を実現することができる。

しかしながら、上記の神経刺激装置は、直接、生体神経を刺激し難い装置であった。具体的に説明すると、上記の神経刺激装置では、刺激部と検知部が非常に近くに配置され、更に、検知部の検知方式としてインピーダンス計測を用いていた。しかし、インピーダンス計測では、体表・脂肪・神経の合成抵抗を測定するため、刺激部と検知部が近いと、神経以外を流れる信号を拾いやすい。そのため、計測したインピーダンスが本当に神経信号由来であるかどうかは疑わしく、最適な神経刺激電極選出の正確性が低いという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、神経刺激電極選出の正確性を向上した神経刺激装置を提供することを目的とする。

本神経刺激装置は、体表から神経活動を検出し、刺激を与える神経刺激装置であって、皮膚上に配列される複数の電極と、前記電極に対して電流を供給する電流供給部と、を有し、生体に対して経皮的に電流を送電し、目的とする神経を刺激する刺激装置と、前記刺激装置からの刺激により神経が支配する筋肉の動作、或いは神経自体を計測する計測装置と、前記計測装置から、神経活動の計測結果をフィードバックし、目的とする神経活動が所望値以上の活動を確保できる電極を判断する情報処理装置と、を有することを要件とする。

開示の技術によれば、神経刺激電極選出の正確性を向上した神経刺激装置を提供できる。

脊髄誘発磁界計測システムについて説明する図である。 神経刺激装置を例示する図である。 被験者の体の一部分に神経刺激装置の電極を装着した様子を例示する模式図である。 図３の状態における神経刺激装置の動作を説明するフローチャートである。 被験者に取り付ける装着部の構造を例示する図である。 被験者に装着部を装着した状態を例示する断面図である。 立体構造体の具体的な構造を例示する斜視図である。 刺激陰極の配置を例示する平面図である。 可動部の具体的な構造を例示する断面図である。 最大筋電信号の測定結果を例示する図である。 被験者の腕に電気刺激を加えた際の筋電測定と刺激陰極との関係を例示する図である。

以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

（脊髄誘発磁界計測システム）
本実施の形態では、神経刺激装置を、生体磁界計測システムの１つである脊髄誘発磁界計測システムに用いる例を示す。図１は、脊髄誘発磁界計測システムについて説明する図である。

図１を参照するに、脊髄誘発磁界計測システム１は、主要な構成要素として、磁気計測装置１０と、低温容器２０と、神経刺激装置３０とを有している。神経刺激装置３０は、体表から神経を電気刺激する装置である。磁気計測装置１０は、ＳＱＵＩＤセンサアレイ１１と、信号処理部１２とを備えており、神経刺激装置３０の電気刺激により生体に誘発された磁界を計測する装置である。

脊髄誘発磁界計測システム１の一部は磁気シールドルーム１００内に配置されている。磁気シールドルーム１００を利用するのは、生体から発生する微弱な磁界である脊髄誘発磁界を測定するためである。磁気シールドルーム１００は、例えば、高透磁率材料であるパーマロイ等からなる板材と、銅やアルミニウム等の導電体からなる板材の積層により構成することができる。

磁気シールドルーム１００は、例えば、２．５ｍ×３．０ｍ×２．５ｍ程度の大きさの内部空間を有し、装置器具の搬送や、人の出入りを可能とする扉１１０を備えている。扉１１０は、磁気シールドルーム１００の他の部分と同様に、高透磁率材料であるパーマロイ等からなる板材と、銅やアルミニウム等の導電体からなる板材の積層により構成することができる。

なお、本明細書において、高透磁率材料とは、比透磁率が１０００より大きい材料を指す。高透磁率材料としては、パーマロイ以外に鉄、ニッケル、コバルトの単体や、その合金（アモルファス合金や紛体、ナノ粒子を含む）、フェライト等を挙げることができる。

以下、脊髄誘発磁界計測システム１及びその周辺部について、より詳しく説明する。磁気シールドルーム１００内には、テーブル１５０が設置されている。又、磁気シールドルーム１００内には、低温容器２０が設置されており、測定や制御等に用いる信号線６１が、低温容器２０内のＳＱＵＩＤセンサアレイ１１に接続されている。信号線６１は、磁界ノイズを低減するためにツイストケーブル等により構成され、磁気シールドルーム１００に開けられた孔１００１を通して、磁気シールドルーム１００の外へ引き出され、磁気計測装置１０を構成する信号処理部１２と接続されている。

脊髄誘発磁界計測システム１を用いた測定では、磁気シールドルーム１００内に置かれたテーブル１５０に、被験者５００が仰臥位で横たわり、安静な状態で脊髄誘発磁界の測定が行われる。安静な状態で測定が行われることで、被験者５００への負担が少ないのみでなく、被験者５００の不必要な動きによる測定装置との位置ずれや、筋肉の緊張により生じる筋肉からの磁界ノイズ等を低減することができる。

低温容器２０はデュワーとも称され、生体から発生する磁界を検出するＳＱＵＩＤセンサアレイ１１の極低温動作に必要な液体ヘリウムを保持している。低温容器２０は、例えば、脊髄誘発磁界の測定に適する突起部２０１を備えており、突起部２０１の内部にＳＱＵＩＤセンサアレイ１１が設置されている。

仰臥位となった被験者５００の頚椎、或いは腰椎を、内部にＳＱＵＩＤセンサアレイ１１が設置された突起部２０１と接触させた状態で脊髄誘発磁界の測定を行うことができる。

脊髄誘発磁界を測定する際には、電気刺激により意図的に神経活動を誘発する必要がある。そこで、神経刺激装置３０を用いて電気刺激が印加される。具体的には、神経刺激装置３０は、電極３１０を備えており、被験者５００の体の一部分に電極３１０を取り付け、電気刺激が印加される。電極３１０は、刺激陽極と刺激陰極を少なくとも備え、被験者５００の肘関節部の正中神経や膝関節部の腓骨神経等に効率的に電気刺激を印加できる箇所の皮膚上に取り付けられる。

電極３１０には、刺激を送るために信号線６２が取り付けられている。信号線６２は、磁界ノイズを低減するためにツイストケーブル等により構成されている。信号線６２は、磁気シールドルーム１００に開けられた孔１００２を通して、磁気シールドルーム１００の外へ引き出され、磁気シールドルーム１００の外に設置された神経刺激装置３０の本体（電極３１０以外の部分）に接続されている。電極３１０の詳細については、後述する。

被験者５００の神経活動を誘発するために、神経刺激装置３０は、パルス状の電流を電極３１０の刺激陽極−刺激陰極間に流すことができる。脊髄誘発磁界計測時の電気刺激は、例えば、数ｍＡ程度の大きさのパルス電流を数Ｈｚで印加する。この電気刺激で誘発された神経活動を起因とした脊髄からの誘発磁界がＳＱＵＩＤセンサアレイ１１で検出される。

脊髄誘発磁界計測システム１では、電気刺激印加時に電気刺激に用いる電流そのものが磁界ノイズとなる。具体的には、神経刺激装置３０から電極３１０までの信号線６２、及び電極３１０の刺激陽極−刺激陰極間に流れるパルス電流が作る磁界が、ＳＱＵＩＤセンサアレイ１１に入り、磁界ノイズとなる。

信号線６２の作る磁界ノイズは、ツイストケーブル化や光による伝送等により低減が行われているが、電極３１０の刺激陽極−刺激陰極間に流れるパルス電流が作る磁界ノイズに対しては、これらの構造では解決を図ることができない。そこで、電気刺激に用いるパルス電流が作る磁界ノイズを低減し、脊髄誘発磁界をより正確に計測するために、被験者５００の体の一部分に取り付けられた電極３１０の近傍を、パーマロイ等の高透磁率材料により構成された磁気遮蔽カバーで覆う等を実施してもよい。

（神経刺激装置）
［神経刺激装置の概要と動作］
次に、神経刺激装置３０について、詳しく説明する。図２は、神経刺激装置を例示する図（ブロック図）である。図２に示すように、神経刺激装置３０は、電極３１０と、電流供給部３２０と、選択回路３３０と、筋電計３４０と、ＰＣ（Personal Computer）３５０とを有している。

電極３１０は、皮膚上に配列される電極であって、刺激陰極３１１と、刺激陽極３１２と、検出陰極３１３と、検出陽極３１４とを有している。刺激陰極３１１は、電気刺激により神経活動を誘発するための刺激電極のうち陰極側であり、複数個設けられている。刺激陽極３１２は、電気刺激により神経活動を誘発するための刺激電極のうち陽極側である。検出陰極３１３は、筋電計３４０により筋肉の活動電位（筋電図）を測定するための検出電極のうち陰極側である。検出陽極３１４は、筋電計３４０により筋肉の活動電位を測定するための検出電極のうち陽極側である。

電流供給部３２０は、選択回路３３０が選択した刺激陰極３１１の１つに対して刺激電流の供給等を行う回路である。選択回路３３０は、複数の刺激陰極３１１から１つの刺激陰極３１１を選択する回路である。但し、必要に応じて、選択回路３３０は複数の刺激陰極３１１を選択し、電流供給部３２０は選択回路３３０が選択した複数の刺激陰極３１１に対して同時に刺激電流の供給を行ってもよい。

このように、電流供給部３２０、選択回路３３０、刺激陰極３１１、及び刺激陽極３１２により、生体に対して経皮的に神経を電気刺激する刺激装置を実現することができる。

筋電計３４０は、検出陰極３１３と検出陽極３１４との間の活動電位を測定する装置である。但し、上記の刺激装置からの刺激により刺激される神経が支配する筋肉の動作を計測する計測装置であれば、筋電計以外の装置を用いてもよい。例えば、加速度センサやモーションセンサ等がある。又、神経が支配する筋肉の筋活動でなくても、刺激している神経自体の活動電位（神経誘発電位）を体表面から検出電極で計測してもよい。

ＰＣ３５０は、筋電計３４０等の計測装置から、筋肉の動作の計測結果を受け、筋肉の動きが最も大きくなる刺激電極を判断する情報処理装置である。ＰＣ３５０は、電流供給部３２０、選択回路３３０、筋電計３４０との間で命令やデータを送受信することができる。ＰＣ３５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。

この場合、ＰＣ３５０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。ＰＣ３５０のＣＰＵは、必要に応じてＲＡＭからデータを読み出したり、格納したりできる。但し、ＰＣ３５０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、ＰＣ３５０は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。又、ＰＣ３５０は、ハードディスク装置や光ディスク装置等を備えてもよい。

図３は、被験者の体の一部分に神経刺激装置の電極を装着した様子を例示する模式図である。図４は、図３の状態における神経刺激装置の動作を説明するフローチャートである。

図３では、装着部４０（詳細は図５及び図６を参照して後述）に搭載された複数の刺激陰極３１１が被験者５００の皮膚と接して配置され、選択回路３３０と接続されている。又、装着部４０に搭載された刺激陽極３１２が被験者５００の皮膚と接して配置され、電流供給部３２０と接続されている。又、検出陰極３１３及び検出陽極３１４が被験者５００の皮膚と接して配置され、筋電計３４０と接続されている。

図３の状態にした後、図４に示すように、まず、ステップＳ１０１では、ＰＣ３５０は、選択回路３３０に命令を送り、複数の刺激陰極３１１のうちの１つの刺激陰極を最初の刺激陰極として選択する。次に、ステップＳ１０２では、ＰＣ３５０は、電流供給部３２０に命令を送り、選択した刺激陰極３１１の１つと刺激陽極３１２との間に刺激電流を流すことで、神経を電気刺激する。

次に、ステップＳ１０３では、筋電計３４０は、検出陰極３１３と検出陽極３１４との間に発生する筋肉の活動電位を測定する。筋電計３４０が測定した筋肉の活動電位は、ＰＣ３５０に送られる。次に、ステップＳ１０４では、ＰＣ３５０は、選択した刺激陰極の番号と、そのときの測定結果（測定された筋肉の活動電位）とを関連付けてＲＡＭ等に記憶する。次に、ステップＳ１０５では、ＰＣ３５０は、選択回路３３０に命令を送り、複数の刺激陰極３１１のうち、次の刺激陰極を選択する。

次に、ステップＳ１０６では、ＰＣ３５０は、複数の刺激陰極３１１のうち、最後に選択した刺激陰極を用いた最後の測定が終了したか否かを判定する。ステップＳ１０６でＰＣ３５０が最後の測定が終了していないと判定した場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ１０２に戻り上記と同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１０６でＰＣ３５０が最後の測定が終了したと判定した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ１０７に移行する。

次に、ステップＳ１０７では、ＰＣ３５０は、ＲＡＭ等に記憶した、選択した刺激陰極と、そのときに測定された筋肉の活動電位とのデータに基づいて、基準値に達した活動電位を示した刺激陰極を判断する。以降、脊髄誘発磁界を計測する際には、判断された刺激陰極が選択される。但し、必要な場合には、再度図４の処理を行い、刺激陰極を選択し直してもよい。必要な場合の例としては、装着部４０の位置がずれた場合等が挙げられる。

［装着部の構造例］
図５は、被験者に取り付ける装着部の構造を例示する図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は底面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図６は、被験者に装着部を装着した状態を例示する断面図である。なお、断面図以外において、導電性材料３９０の図示は省略されている（以降の図についても同様）。

図５及び図６を参照するに、装着部４０には、神経刺激装置３０を構成する電極３１０の一部が配置されている。図５の例では、７個の刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）及び刺激陽極３１２が配置されているが、刺激陰極３１１の個数はこれに限定されることはなく、適宜必要な個数を配置することができる。

装着部４０は、バンド４１と、バンド４１の表面側に設けられた可動部４２と、可動部４２上に設けられた立体構造体４３とを備えている。なお、表面側とは、生体（被験者の腕等）と接触する側である。

バンド４１は、刺激陰極３１１及び刺激陽極３１２を被験者の腕等に装着及び固定するための部材であり、可撓性を有している。可動部４２は、神経の位置に応じて刺激陰極３１１の位置を変えられるように、立体構造体４３上に配置された刺激陰極３１１を、立体構造体４３と共にバンド４１上の長手方向にスライドさせるユニットである。すなわち、可動部４２は、刺激陰極３１１をバンド４１上でスライドさせ、刺激陰極３１１と刺激陽極３１２との位置関係を可変することができる。但し、可動部４２は、必要に応じて設ければよい。

立体構造体４３は、刺激陰極３１１の底部に設置された被験者の皮膚側に凸である部材であり、装着部４０が被験者の腕等に装着された際に、刺激陰極３１１を皮膚に押し付ける形態となることによって、神経と刺激陰極３１１とを近づける機能を有している。

入力陰極４４は、バンド４１の裏面側に突出している。選択回路３３０は、例えば、バンド４１の表面側に搭載することができる。選択回路３３０の入力は入力陰極４４と接続され、選択回路３３０の出力は各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）と接続される。選択回路３３０は、例えば、リレーや半導体スイッチ等により構成できる。

入力陰極４４は、電流供給部３２０から刺激電流を供給する際、及びＰＣ３５０が選択回路３３０にどの刺激陰極３１１を選択するかを命令する際、外部ケーブルと接続するためのつまみである。つまり、入力陰極４４は、ＰＣ３５０からの命令に基づいて選択回路３３０が選択した刺激陰極３１１と接続される。又、電流供給部３２０からの刺激電流が流れる経路の一部となる。

刺激陽極３１２は、バンド４１の表面側に設けられている。入力陽極４５は、バンド４１の裏面側に突出している。入力陽極４５は、電流供給部３２０から刺激電流を供給する際、ケーブルと接続するためのつまみであり、刺激陽極３１２と電気的に接続されている。複数の刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）のうち、刺激陽極３１２に一番近い刺激陰極３１１と刺激陽極３１２との間隔は、２ｃｍ以上離れていることが好ましい。

なお、刺激陰極３１１及び刺激陽極３１２の被験者の腕等と接する部分に、導電性材料３９０を設けることが好ましい。これにより、刺激陰極３１１及び刺激陽極３１２と生体表面（被験者の腕等の表面）との接触抵抗を下げ、刺激電流を神経に注入しやすくすることができる。導電性材料３９０としては、例えば、導電性ゲルや塩化銀等を用いることができる。

バンド固定テープ４６及び４７は、夫々バンド４１の表面及び裏面に設けられている。バンド固定テープ４６及び４７は、バンド４１を被験者の腕等に巻いて、バンド４１の両端をつなぎ合わせるためのテープである。

なお、立体構造体４３は、図７（ａ）に示すように、断面形状が半円柱型（かまぼこ型）の凸部を有する構造であってもよいし、図７（ｂ）に示すように、円錐台型の凸部を有する構造であってもよいし、その他の形状の凸部を有する構造であってもよい。要は、刺激陰極３１１を皮膚に押し付けることによって、神経と刺激陰極３１１とを近づける機能を発揮できれば、如何なる構造であってもよい。

又、図８に示すように、各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）の平面形状は、例えば、円形とすることができる。この場合、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓは、３ｍｍ未満とすることが好ましい。隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ以上であると、神経選択性が悪化する。

又、各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）の面積は１２ｍｍ^２以上とすることが好ましい。各刺激陰極３１１の平面形状が円形である場合には、各刺激陰極３１１の直径φは４ｍｍ以上とすることが好ましい。各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）の面積が１２ｍｍ^２未満（各刺激陰極３１１の平面形状が円形である場合には、各刺激陰極３１１の直径φが４ｍｍ未満）であると、疼痛が激しくなり、脊髄誘発磁界の計測が困難になるためである。

但し、各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）の平面形状は円形以外としても構わない。各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）の平面形状は、例えば、楕円形や多角形（六角形等）とすることができる。又、各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）の配置は、図８の例に限定されることなく、適宜決定することができる。

図９は、可動部の具体的な構造を例示する断面図である。図９に示す可動部４２は、土台４２１と、ベルト４２２と、ギヤ４２３とを備えている。土台４２１は、バンド４１に可動部を固定するための板状の部材である。ベルト４２２は、上面に刺激陰極３１１が固定されており、ギヤ４２３の回転に応じてスライドする柔軟性のあるフィルム状の部材である。

例えば、ギヤ４２３を回転させる小型のモータを設け、電流供給部３２０からモータに駆動信号を供給してギヤ４２３を回転させ、可動部４２のベルト４２２をスライドさせることができる。これにより、ベルト４２２上の複数の刺激陰極３１１をバンド４１の長手方向にスライドさせることができる。

可動部４２を設けることにより、被験者の腕等の太さの違いに応じて、刺激陰極３１１と刺激陽極３１２との位置関係を任意に変えることができる。その結果、神経の選択精度を高めることが可能となり、的確に神経を刺激することができる。

［測定例］
７個の刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）を図８に示すように配置した。そして、各刺激陰極３１１の直径φを４ｍｍ以上とし、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ以上の場合、３ｍｍ未満の場合の夫々で、約１０ｍｓに現れる信号が最大値を示す刺激陰極３１１における筋電信号（以降、最大筋電信号とする）を取得した。刺激電流は、電流値７ｍＡ、周波数５Ｈｚとした。

又、装着部４０の付け外しを１回の測定毎に行い、各計１００回のデータを取得した。１００回のデータの平均値によると、各刺激陰極３１１の直径φが４ｍｍ以上、かつ、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ以上の場合には、図１０（ａ）に示すように、約１０ｍｓに現れる最大筋電信号の大きさは約０．２５ｍＶであった。

これに対して、各刺激陰極３１１の直径φが４ｍｍ以上、かつ、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ未満の場合には、図１０（ｂ）に示すように、約１０ｍｓに現れる最大筋電信号の大きさは約１．０ｍＶであった。

すなわち、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ以上の場合と、３ｍｍ未満の場合の夫々の最大筋電信号（約１０ｍｓ時）を比較すると、３ｍｍ未満の場合の方が、３ｍｍ以上の場合よりも約４倍大きな筋電信号が得られた。

なお、図１０（ｂ）の筋電図を取得した時には、７個の刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）を図８に示すように配置し、各刺激陰極３１１（３１１Ａ〜３１１Ｇ）の直径φを４ｍｍ、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓを２ｍｍとした。

なお、図８の配置において、各刺激陰極３１１の直径φを４ｍｍ未満とした場合にも筋電信号の測定を試みたが、各刺激陰極３１１の直径φを４ｍｍ未満とした場合、被験者への疼痛が強すぎるために神経刺激ができず、測定不可であった。

図１１は、被験者の腕に電気刺激を加えた際の筋電測定と刺激陰極との関係を例示する図である。上記の測定結果より、刺激陰極３１１の直径φは、疼痛の度合いを決めるといえる。又、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓは、神経選択性の良し悪しを決めるといえる。

そして、図１１の左上側に示すように、刺激陰極３１１の直径φが４ｍｍ以上、かつ、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ未満の場合、疼痛がなく、神経選択性が良好（つまり、刺激陰極３１１の空間分解能が適切）であった。そのため、図１０（ｂ）に示す良好な筋電波形を取得できた。

又、図１１の右上側に示すように、刺激陰極３１１の直径φが４ｍｍ以上、かつ、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ以上の場合、神経選択性が悪かった。そのため、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓが３ｍｍ未満の時よりも筋電信号が弱く、図１０（ａ）に示す筋電波形となった。

又、図１１の左下側及び右下側に示すように、各刺激陰極３１１の直径φを４ｍｍ未満とした場合、隣接する刺激陰極３１１の中心間距離Ｓの大小に関係なく、被験者への疼痛が激しいため、神経刺激ができず、測定不可であった。

このように、本実施の形態に係る神経刺激装置３０では、刺激部（刺激陰極及び刺激陽極）と検知部とを分離構成し、検知部に筋電計を用いている。そして、皮膚上に配列される複数の電極に対して電流を供給し、生体に対して神経を電気刺激する。そして、刺激される神経が支配する筋肉の動作を計測する筋電計から筋肉の動作の計測結果を受け、筋肉の動きが充分に大きくなる電極を判断する。その結果、神経の選択精度を高めることが可能となり、的確に目的とする神経を刺激することができる。すなわち、神経刺激電極検出の正確性を向上した神経刺激装置を実現することができる。

又、刺激部と検知部を分離構成することで、抵抗の低い神経を流れる電流を高純度に検知できる。又、運動神経を流れる電流による筋肉の動きを敏感に検出できる筋電計を用いて的確に神経が刺激されていることを確認することができる。すなわち、的確に神経を刺激するために、高確度に神経を検知することができる。又、被験者への疼痛が強すぎることなく、不快でない測定環境を実現することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施の形態では、本発明に係る神経刺激装置と、磁気計測装置とを備え、脊髄を走行する電流を磁界として検出する脊髄誘発磁界計測システム（脊髄計）を例示したが、これには限定されない。例えば、本発明に係る神経刺激装置と、磁気計測装置とを備えた脳磁計等の生体磁界計測システムを実現することができる。

又、上記の実施の形態では、磁気計測装置において、センサアレイを構成するセンサとしてＳＱＵＩＤセンサを用いる例を示したが、これには限定されない。磁気計測装置において、センサアレイを構成するセンサとしては、例えば、原子磁気センサ（AMM素子）、磁気抵抗素子（MR素子）、磁気インピーダンス素子（MIセンサ）等を用いることができる。

又、本発明に係る神経刺激装置は脊髄誘発磁界計測システムに限定されず、一般的な神経機能検査、例えば、体性感覚誘発電位検査（SEP）や、神経伝導検査（MCV）への適用も可能である。

１ 脊髄誘発磁界計測システム
１０ 磁気計測装置
１１ ＳＱＵＩＤセンサアレイ
１２ 信号処理部
２０ 低温容器
３０ 神経刺激装置
４０ 装着部
４１ バンド
４２ 可動部
４３ 立体構造体
４４ 入力陰極
４５ 入力陽極
４６、４７ バンド固定テープ
６１、６２ 信号線
１００ 磁気シールドルーム
１１０ 扉
１５０ テーブル
２０１ 突起部
３１０ 電極
３１１、３１１Ａ〜３１１Ｇ 刺激陰極
３１２ 刺激陽極
３１３ 検出陰極
３１４ 検出陽極
３２０ 電流供給部
３３０ 選択回路
３４０ 筋電計
３５０ ＰＣ
３９０ 導電性材料
４２１ 土台
４２２ ベルト
４２３ ギヤ
５００ 被験者
１００１、１００２ 孔

特開２００６−２７１６８９号公報

Claims (10)

1. 体表から神経活動を検出し、刺激を与える神経刺激装置であって、
   皮膚上に配列される複数の電極と、
   前記電極に対して電流を供給する電流供給部と、を有し、
   生体に対して経皮的に電流を送電し、目的とする神経を刺激する刺激装置と、
   前記刺激装置からの刺激により神経が支配する筋肉の動作、或いは神経自体を計測する計測装置と、
   前記計測装置から、神経活動の計測結果をフィードバックし、目的とする神経活動が所望値以上の活動を確保できる電極を判断する情報処理装置と、
   を有することを特徴とする神経刺激装置。
2. 前記刺激装置に、選択回路が設けられており、
   前記電流供給部は、前記選択回路が選択した前記電極に対して前記電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の神経刺激装置。
3. 複数の前記電極は、複数の刺激陰極を含み、
   隣接する前記刺激陰極の中心間距離が３ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の神経刺激装置。
4. 夫々の前記刺激陰極の面積が１２ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項３に記載の神経刺激装置。
5. 複数の前記刺激陰極は、前記皮膚側に凸である立体構造体上に配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の神経刺激装置。
6. 前記立体構造体は、半円柱型であることを特徴とする請求項５に記載の神経刺激装置。
7. 前記立体構造体は、円錐台型であることを特徴とする請求項５に記載の神経刺激装置。
8. 前記電極を前記生体に装着及び固定するためのバンドを有し、
   前記バンドの前記生体と接触する側の表面に可動部を備え、
   前記可動部上に複数の前記刺激陰極が配置されていることを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の神経刺激装置。
9. 複数の前記電極は、刺激陽極を含み、
   前記可動部は、複数の前記刺激陰極を前記バンド上でスライドさせ、前記刺激陰極と前記刺激陽極との位置関係を可変することを特徴とする請求項８に記載の神経刺激装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の神経刺激装置と、
    前記神経刺激装置の電気刺激により前記生体に誘発された磁界を計測する磁気計測装置と、
    を有することを特徴とする生体磁界計測システム。

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