JP2022030477A

JP2022030477A - 電気刺激装置および歩行促進装置

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Publication number: JP2022030477A
Application number: JP2020134549A
Authority: JP
Inventors: 康延半田; Yasunobu Handa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-18

Abstract

【課題】歩行機能の改善効果をさらに高めることができる電気刺激装置および歩行促進装置を提供する。【解決手段】１対の第１電極１１が、対象者１の仙骨部の直上皮膚に取付可能に設けられている。１対の第２電極１２が、対象者１の第１１胸椎（Ｔ１１）の直上皮膚に取付可能に設けられている。装置本体１３が、第１電極１１および第２電極１２に接続され、第１電極１１および第２電極１２から対象者１に電気刺激を与えるよう、第１電極１１および第２電極１２に電力を供給可能に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電気刺激装置および歩行促進装置に関する。

従来、対象者に電気刺激を与えて、歩行運動を誘発したり活性化させたりすることにより、対象者の歩行機能を改善するものとして、対象者の仙骨中央両側の直上皮膚部に電極を貼り付けて電気刺激を与える装置が、本発明者により開発されている（例えば、特許文献１参照）。この装置によれば、電気刺激により、歩行速度、歩容（歩行の仕方）、歩幅、下肢関節角度および歩行周期（一定時間での歩数）を適切に調節して歩行を効率よく促進させることにより、歩行障害者や歩行困難者などの歩行機能を改善することができる。

また、Ｔ１１（第１１胸椎）－Ｔ１２（第１２胸椎）の傍らに電極を配置して、対象者に電気刺激を与える装置も開発されている（例えば、特許文献２参照）。この装置によれば、電気刺激により、対象者の脊髄に内在している中枢パターン発生器（ＣＰＧ）を刺激して歩行運動回路の活性化を誘発し、脊髄損傷などの障害や病気を患っている対象者の歩行運動の回復を促進することができる。

特開２０１５－１７７９２７号公報特表２０１４－５３３１８３号公報

特許文献１および２に記載の装置によれば、対象者の歩行機能をある程度改善することができるが、さらに歩行機能の改善効果が高い装置の登場が期待されている。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、歩行機能の改善効果をさらに高めることができる電気刺激装置および歩行促進装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電気刺激装置は、対象者の仙骨部の直上皮膚に取付可能に設けられた１対の第１電極と、前記対象者の第１１胸椎（Ｔ１１）の直上皮膚に取付可能に設けられた１対の第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に接続され、前記第１電極および前記第２電極から前記対象者に電気刺激を与えるよう、前記第１電極および前記第２電極に電力を供給可能に設けられた装置本体とを、有することを特徴とする。

本発明に係る電気刺激装置は、対象者の仙骨部の直上皮膚に１対の第１電極を取り付け、対象者の第１１胸椎（Ｔ１１）の直上皮膚に１対の第２電極を取り付けて使用される。本発明に係る電気刺激装置は、装置本体により、第１電極から対象者に電気刺激を与えることにより、歩行速度、歩容（歩行の仕方）、歩幅、下肢関節角度および歩行周期（一定時間での歩数）を適切に調節して、歩行を効率よく促進させることができる。また、装置本体により、第２電極から対象者に電気刺激を与えることにより、ＣＰＧを刺激して歩行運動回路の活性化を誘発することができる。このように、第１電極および第２電極から電気刺激を与えることにより、歩行機能を改善することができる。

また、本発明に係る電気刺激装置は、第１電極および第２電極に同時に電気刺激を与えることによる相乗効果が得られ、歩行機能の改善効果をさらに高めることができる。本発明に係る電気刺激装置は、歩行機能の改善効果として、例えば、歩行速度が早くなったり、ＴＵＧ（Timed Up & Go）テストの所要時間が短くなったりする効果が得られ、歩行を促進することができる。

本発明に係る電気刺激装置で、前記装置本体は、前記電気刺激として、一定の振幅を有する単極性または双極性の電圧信号を、０．０２秒～０．２秒の時間間隔で与えるよう設けられていることが好ましい。この場合、優れた歩行機能の改善効果を得ることができる。また、電気刺激として、一定の振幅を有する単極性または双極性の電圧信号を与えるものであるため、例えば、対象者の皮膚抵抗が変化して電流が変化しても、電流制御を行う必要がなく、装置本体を比較的簡単な構成にすることができる。

本発明に係る電気刺激装置で、前記電圧信号は、１周期または複数周期の単極性または双極性の矩形波から成り、前記矩形波は、１ｋＨｚ～１０ｋＨｚであることが好ましい。また、電圧信号は、振幅が２０Ｖ～１００Ｖであることが好ましい。これらの場合にも、優れた歩行機能の改善効果を得ることができる。

本発明に係る歩行促進装置は、本発明に係る電気刺激装置を有し、前記対象者の歩行を促進可能に、前記対象者に前記電気刺激を与えるよう構成されていることを特徴とする。

本発明に係る歩行促進装置は、本発明に係る電気刺激装置を有するため、対象者に電気刺激を与えることにより、歩行機能の改善効果をさらに高めることができ、対象者の歩行を促進することができる。

本発明によれば、歩行機能の改善効果をさらに高めることができる電気刺激装置および歩行促進装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の電気刺激装置の、使用状態を示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。本発明の実施の形態の電気刺激装置の、各第１電極および各第２電極から与える電気刺激を示す（ａ）電圧波形、（ｂ）（ａ）の電圧信号を拡大した波形である。本発明の実施の形態の電気刺激装置により、仙骨部の直上皮膚およびＴ１１の直上皮膚から電気刺激を与えた場合（Ｔ－ＳＥＳ）、仙骨部の直上皮膚からのみ電気刺激を与えた場合（ＳＥＳ）、Ｔ１１の直上皮膚からのみ電気刺激を与えた場合（Ｔ１１ＥＳ）、および電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）の、最大歩行速度を示すグラフである。（ａ）図３に示す最大歩行速度の、電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）を基準としたときの、Ｔ－ＳＥＳ、ＳＥＳ、Ｔ１１ＥＳの場合の比率を示すグラフ、（ｂ）（ａ）の電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）に対して、ＳＥＳの歩行速度の増加割合と、Ｔ１１ＥＳの歩行速度の増加割合とを加えた値と、Ｔ－ＳＥＳの場合の比率とを示すグラフである。本発明の実施の形態の電気刺激装置に関し、腰仙角および仙骨前傾角を示す脊柱の側面図である。本発明の実施の形態の電気刺激装置の、Ｔ－ＳＥＳ、ＳＥＳ、Ｔ１１ＥＳ、ｎｏＥＳの場合の（ａ）腰仙角、（ｂ）仙骨前傾角を示すグラフである。本発明の実施の形態の電気刺激装置の、Ｔ－ＳＥＳ、ＳＥＳ、ｎｏＥＳの場合の（ａ）ある被験者、（ｂ）他の被験者の、ＴＵＧ（Timed Up & Go）テストの所要時間を示すグラフである。本発明の実施の形態の電気刺激装置により、３ヶ月の歩行訓練を行ったときの、（ａ）ある被験者、（ｂ）他の被験者の、訓練前後のＴＵＧテストの所要時間を示すグラフである。

以下、図面および実施例に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態の電気刺激装置を示している。
図１に示すように、電気刺激装置１０は、１対の第１電極１１と１対の第２電極１２と装置本体１３とを有している。

１対の第１電極１１は、対象者１の仙骨部の直上皮膚に取付可能に設けられている。１対の第２電極１２は、対象者１の第１１胸椎（Ｔ１１）の棘突起の直上皮膚に取付可能に設けられている。各第１電極１１および各第２電極１２は、導電性の粘着パットにより、皮膚に貼付可能になっている。

装置本体１３は、各第１電極１１および各第２電極１２に接続されている。装置本体１３は、対象者１に貼り付けられた各第１電極１１および各第２電極１２から同時に対象者１に電気刺激を与えるよう、各第１電極１１および各第２電極１２に電力を供給可能に設けられている。図２に示すように、装置本体１３は、電気刺激として、±８０Ｖの一定の振幅を有する双極性の電圧信号を、３３ｍｓの時間間隔、すなわち３０Ｈｚで与えるよう設けられている。また、３３ｍｓごとの各電圧信号は、継続時間が１ｍｓであり、５ｋＨｚの双極性の矩形波の５周期分から成っている。なお、図２に示す電気刺激は双極性であるが、単極性であってもよい。また、装置本体１３は、粘着パットにより、対象者１の皮膚に貼付可能であってもよい。

次に、作用について説明する。
電気刺激装置１０は、対象者１の仙骨部の直上皮膚に各第１電極１１を貼り付け、対象者１の第１１胸椎（Ｔ１１）の直上皮膚に各第２電極１２を貼り付けて使用される。電気刺激装置１０は、装置本体１３により、各第１電極１１から対象者１に電気刺激を与えることにより、歩行速度、歩容（歩行の仕方）、歩幅、下肢関節角度および歩行周期（一定時間での歩数）を適切に調節して、歩行を効率よく促進させることができる。これは、各第１電極１１からの電気刺激が、後仙骨孔を通して仙骨管内の仙骨神経根を刺激するためであると考えられる。また、電気刺激装置１０は、装置本体１３により、第２電極１２から対象者１に電気刺激を与えることにより、ＣＰＧを刺激して歩行運動回路の活性化を誘発することができる。このように、第１電極１１および第２電極１２から電気刺激を与えることにより、歩行機能を改善することができる。

また、電気刺激装置１０は、第１電極１１および第２電極１２から同時に電気刺激を与えることによる相乗効果が得られ、歩行機能の改善効果をさらに高めることができる。このように、電気刺激装置１０は、歩行機能の改善効果が高く、対象者１の歩行を促進することができるため、歩行促進装置として使用することができる。

また、電気刺激装置１０は、電気刺激として、一定の振幅を有する電圧信号を与えるものであるため、例えば、対象者１の皮膚抵抗が変化して電流が変化しても、電流制御を行う必要がなく、装置本体１３を比較的簡単な構成にすることができる。

電気刺激装置１０を使用して、歩行速度の測定実験を行った。被験者は１３名の健常者（歩行が困難でない者）とした。歩行速度は、１０ｍの測定区間を各被験者が歩いて通過する時間を測定して算出した。実験では、ストップウォッチで通過時間の測定を行うと共に、歩行の様子をビデオ撮影して、測定時間の検証を行った。各被験者には、スタートラインの３ｍ手前から歩き始め、ゴールラインの３ｍ先まで歩くよう指示した。また、各被験者には、できる限りの早足で歩くよう指示した。

実験では、歩行中に、電気刺激装置１０を使用して、仙骨部の直上皮膚およびＴ１１の直上皮膚から電気刺激を与えた場合（図１の「Ｔ－ＳＥＳ」）、仙骨部の直上皮膚からのみ電気刺激を与えた場合（図１の「ＳＥＳ」）、Ｔ１１の直上皮膚からのみ電気刺激を与えた場合（図１の「Ｔ１１ＥＳ」）、電気刺激を全く与えない場合（以下、「ｎｏＥＳ」）の４通りについて、測定を行った。測定後、それぞれの場合について、全被験者の歩行速度の平均値を求め、最大歩行速度とした。なお、仙骨部に電気刺激を与えた場合（ＳＥＳ）には、傍脊柱や臀部に電気刺激を与えたときよりも、歩行速度が速くなることが既に知られている。

測定の結果を、図３に示す。なお、図中には、分散分析（Two-way ANOVA）の結果も示している。図３に示すように、電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）と比べて、電気刺激を与えたＴ－ＳＥＳ、ＳＥＳ、Ｔ１１ＥＳの３通りの場合には、歩行速度が有意に速くなっていることが確認された。また、歩行速度が速い順に、Ｔ－ＳＥＳ、ＳＥＳ、Ｔ１１ＥＳであることが確認された。

電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）を基準としたときの、他の３通りの場合の歩行速度の比率を求め、図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示すように、Ｔ－ＳＥＳでは約７％、ＳＥＳでは約４％、Ｔ１１ＥＳでは約１％、歩行速度が速くなっていることが確認された。

各被験者について、電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）に対して、ＳＥＳの歩行速度の増加割合と、Ｔ１１ＥＳの歩行速度の増加割合とを加えた値を求め、その値の全被験者の平均値を求めた。求められた平均値と、Ｔ－ＳＥＳの歩行速度の比率とを並べて、図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、ＳＥＳの歩行速度の増加割合と、Ｔ１１ＥＳの歩行速度の増加割合とを単純に加えたものに比べて、Ｔ－ＳＥＳの歩行速度の増加割合の方が大きくなっていることが確認された。このことから、仙骨部およびＴ１１に同時に電気刺激を与えることにより、仙骨部およびＴ１１に別々に電気刺激を与えたときに想定される効果を超える相乗効果が得られているといえる。

次に、５名の被験者について、Ｔ－ＳＥＳ、ＳＥＳ、Ｔ１１ＥＳの３通りの場合について、電気刺激を与えながら脊柱をＣＴ撮影し、そのＣＴ画像から腰仙角および仙骨（骨盤）前傾角の測定を行った。また、電気刺激を全く与えない状態（ｎｏＥＳ）の腰仙角および仙骨前傾角も、同様に測定した。なお、腰仙角および仙骨前傾角は、図５に示す角度であり、これらの角度が大きくなると、歩行速度が速くなることがわかっている。

腰仙角および仙骨前傾角の測定結果を、それぞれ図６（ａ）および（ｂ）に示す。なお、図中には、分散分析（Two-way ANOVA）の結果も示している。図６（ａ）に示すように、電気刺激を全く与えない状態（ｎｏＥＳ）と比べて、ＳＥＳおよびＴ１１ＥＳでは、腰仙角はほとんど変化していないが、Ｔ－ＳＥＳでは腰仙角が大きくなっていることが確認された。また、図６（ｂ）に示すように、電気刺激を全く与えない状態（ｎｏＥＳ）と比べて、Ｔ－ＳＥＳ、ＳＥＳ、およびＴ１１ＥＳで、仙骨前傾角が大きくなっていることが確認された。また、仙骨前傾角が大きい順に、Ｔ－ＳＥＳ、Ｔ１１ＥＳ、ＳＥＳであることが確認された。これらの結果から、Ｔ－ＳＥＳが、最も歩行速度が速くなると考えられる。このように、Ｔ－ＳＥＳでは、腰仙角および仙骨前傾角がｎｏＥＳよりも有意に大きいことが確認された。

電気刺激装置１０を使用して、ＴＵＧ（Timed Up & Go）テストを行った。なお、ＴＵＧテストは、歩行能力や動的バランス、敏捷性などの日常生活機能との関連性が高く、高齢者などの身体機能評価として広く用いられているものである。ＴＵＧテストでは、背もたれのある椅子に軽くもたれかけ、手を大腿部の上に置いた姿勢からスタートし、椅子から立ち上がり、３ｍ先の目印を回って、再び元の状態で椅子に座るまでの時間を測定する。測定にはストップウォッチを用い、被験者には、測定者の掛け声に従ってスタートし、一連の動作を、できる限りの早足で行うよう指示した。被験者は、脊髄小脳変性症の２名の患者とした。

まず、仙骨部の直上皮膚およびＴ１１の直上皮膚から電気刺激を与えた場合（Ｔ－ＳＥＳ）、仙骨部の直上皮膚からのみ電気刺激を与えた場合（ＳＥＳ）、電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）の３通りについて、ＴＵＧテストの所要時間の測定を行った。各被験者の測定結果を、それぞれ図７（ａ）および（ｂ）に示す。図７に示すように、いずれの被験者でも、電気刺激を全く与えない場合（ｎｏＥＳ）と比べて、電気刺激を与えたＴ－ＳＥＳおよびＳＥＳの場合には、所要時間が短くなっていることが確認された。また、Ｔ－ＳＥＳの方が、ＳＥＳよりも所要時間が短いことが確認された。

次に、各被験者に対して、電気刺激装置１０を用いて、Ｔ－ＳＥＳを１日１５分、週２回で３ヶ月与えて歩行訓練を行った。各被験者の、歩行訓練前のＴＵＧテストの所要時間と、３ヶ月歩行訓練を行った後のＴＵＧテストの所要時間とを並べて、それぞれ図８（ａ）および（ｂ）に示す。なお、ＴＵＧテストは、電気刺激を全く与えない状態で行っており、図８（ａ）および（ｂ）の歩行訓練前（０ヶ月）の結果は、それぞれ図７（ａ）および（ｂ）のｎｏＥＳの結果と同じものである。

図８（ａ）および（ｂ）に示すように、いずれの被験者でも、電気刺激装置１０を用いた３ヶ月の訓練により、ＴＵＧテストの所要時間が、１０～２０％程度短くなっていることが確認された。どちらの被験者も、以前に電気刺激無しで訓練したときには、ＴＵＧテストの所要時間の短縮は認められなかったことから、電気刺激装置１０のＴ－ＳＥＳによる歩行訓練により、歩行速度および椅子からの立ち上がり、着座時間がトータルとして速くなっており、歩行機能の改善効果が得られているといえる。

１対象者
１０電気刺激装置
１１第１電極
１２第２電極
１３装置本体

Claims

対象者の仙骨部の直上皮膚に取付可能に設けられた１対の第１電極と、
前記対象者の第１１胸椎（Ｔ１１）の直上皮膚に取付可能に設けられた１対の第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に接続され、前記第１電極および前記第２電極から前記対象者に電気刺激を与えるよう、前記第１電極および前記第２電極に電力を供給可能に設けられた装置本体とを、
有することを特徴とする電気刺激装置。
前記装置本体は、前記電気刺激として、一定の振幅を有する単極性または双極性の電圧信号を、０．０２秒～０．２秒の時間間隔で与えるよう設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気刺激装置。
前記電圧信号は、１周期または複数周期の単極性または双極性の矩形波から成り、前記矩形波は、１ｋＨｚ～１０ｋＨｚであることを特徴とする請求項２記載の電気刺激装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気刺激装置を有し、
前記対象者の歩行を促進可能に、前記対象者に前記電気刺激を与えるよう構成されていることを
特徴とする歩行促進装置。