JP4926042B2

JP4926042B2 - 神経筋刺激

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Publication number: JP4926042B2
Application number: JP2007510233A
Authority: JP
Inventors: エイナフ・オメル; コレンマン・アーネスト
Original assignee: Motorika Ltd
Current assignee: Motorika Ltd
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: EP1827588A1; JP2007534425A; CA2564997A1

Description

関連出願

本願は、２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１３５、２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１３９、２００４年２月５日に出願された米国仮出願第60/542,022号の119条(e)の下の利益を主張する２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１４２、及び、２００４年４月２９日に出願された米国仮出願第60/566,078号、のＰＣＴ出願の一部継続出願である。これら出願の開示内容は参照によりここに組み込まれるものである。本願はまた、２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１３６、２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１３８、２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１３７、２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１４０、２００５年２月４日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００１４１、のＰＣＴ出願にも関連する。これら出願の開示内容は参照によりここに組み込まれる。

本発明の技術分野は、運動制御障害をもつ患者のリハビリテーション用装置である。

自発的な筋肉の動きは、脳の身体−運動皮質を起源とする電気的刺激によって引き起こされる。身体−運動皮質のニューロンは脊髄の運動ニューロンに電気信号を送り、次いで運動ニューロンが筋繊維の収縮を促して、運動をもたらす電気信号を送る。所定の運動ニューロンによって刺激される筋繊維の全てを「運動単位」と呼ぶ。各筋繊維は細胞膜を横断する電位を示す。この電位は筋収縮時に変化する。

筋電図検査（ＥＭＧ）では、筋肉の中央と末端との間の皮膚表面の電位差が測定される。この電位差は、収縮している筋繊維数の尺度を与える。ＥＭＧは、筋機能に関する研究のために健常者に使用されるだけでなく、患者の様々な病状を診断するために頻繁に使用されている。

身体−運動皮質に損傷を受けた脳卒中患者においては、１つ以上の筋肉又は筋肉の部分に対して電気信号が発生されず、又は、それらの筋肉に信号が到達せず、これらの筋肉の正常な収縮ができない。しばしば、余りのＥＭＧ信号は、筋肉を収縮させるには弱過ぎるか拡散し過ぎており、更には検出できない。

神経筋電気刺激（ＮＭＥＳ：Neuromuscular Electrical Stimulation）は、脳卒中患者では正常に収縮できない筋肉の収縮を引き起こすために使用される。ＮＭＥＳは筋肉の痙縮を止め、筋肉が萎縮するのを防ぐことがある。ただ１つの筋肉のＮＭＥＳを、その筋肉から検出される余りのＥＭＧ信号に応じてオン／オフし、それによって患者の制御の下で筋肉が収縮することを可能にすることも知られている。

例えば、米国特許第5,193,539号、米国特許第5,193,540号、米国特許第5,312,439号、米国特許第5,324,316号、米国特許第5,405,367号、ＰＣＴ公報WO98/37926、WO98/43700、ＰＣＴ公報、WO98/43701 １９９８年１０月８日、米国特許第6,051,017号、米国出願番号第09/077,662号、及び、Cameronらによる論文「麻痺のある筋肉及び体肢の電気刺激を提供するためのマイクロモジュール式インプラント」（IEEE Transactions on Biomedical Engineering、第44巻、第9号、781-790頁）、には埋め込み型無線電気刺激器が記載されている。これら出願の開示内容は参照によりここに組み込まれる。

NESS H200は、リハビリテーション用の、前腕及び手の筋肉を刺激するための体外に装着する刺激装置である。幾つかの詳細な記述が米国特許第6,829,510号に提供されている。その開示内容は参照によりここに組み込まれる。

本発明のいくつかの実施形態の１つの態様は、ＥＭＧの感知及び／又は刺激のための組み合わせた電極の使用、並びに、体肢を動かすためのロボット・アクチュエータに関連する。本発明の１つの例示的な実施形態において、１つ以上の筋肉の活動の刺激及び／又は感知と連動した動作をガイドするために、アクチュエータが使用される。任意選択的に、ガイドされた動作は感知された体肢と同じ及び／又は異なる体肢の動作である。本発明のいくつかの実施形態において、体肢を動かすために、及び／又は、体肢の運動及び／又は力を感知するために、ロボット以外の手段が使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、電極の使用を較正するためにアクチュエータが使用される。代替的に又は付加的に、利用者をトレーニングするために及び／又は電極の使用において装置を制御するために、アクチュエータが使用される。任意選択的に、どれほど多様なＮＭＥＳシーケンスが運動に変換されることが期待されているかを利用者に示すために、アクチュエータが使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、電極は無線式の着用可能な電極である。代替的に又は付加的に、電極は埋込型の電極を含む。任意選択的に、電極は完全埋込型である。

任意選択的に、電極は短期間の使用のために埋め込まれる。代替的に又は付加的に、電極は、その（初期的な及び／又は継続的な）使用がアクチュエータによって容易になる人工器官として提供される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、刺激装置の実際の効果（任意選択的にその効果の長期変化を含む）を検出するために、アクチュエータが使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、アクチュエータを使わずに行われるリハビリテーション及び／又は日常活動を、例えば記録及び再生を利用して支援するために、アクチュエータが使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、ロボット・アクチュエータの効果の表示としてＥＭＧの感知が使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、刺激を補完するために、及び／又は、患者が正しいＥＭＧを発生させる助けとしての機能を果たすために、ロボット・アクチュエータが使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、電極は制御装置を使用して制御される。本発明の１つの例示的な実施形態において、一定のシーケンス及び／又はパワーレベルで、複数の電極を制御するように制御装置はプログラムされている。本発明の１つの例示的な実施形態において、複数の電極が提供される場合に、どの電極を、及び／又は、どのタイミングで、及び／又は、どの出力レベルで使用するかを決定するために、アクチュエータ・ロボットを使用した実際の運動の測定結果が使用される。任意選択的に、複数の電極が複数の筋肉に、各筋肉に１つ以上の電極が、取り付けられる。任意選択的に、電極は同じ筋肉の別々の位置に取り付けられる。任意選択的に、身体の複数の関節に対して、任意選択的に複数の体肢及び／又は体側に対して、電極が提供される。

本発明のいくつかの実施形態の１つの態様は、麻痺のある腕、又は随意筋をもつ他の身体の部分に、所望の動作を起こすには不十分であるように、ＮＭＥＳを印加することに関連する。本発明の１つの例示的な実施形態において、麻痺のある部分を動かし、又は動かすのに役立つアクチュエータによって、所望の動作が提供され、又は支援される。代替的に又は付加的に、患者は（例えば、神経路を経て）必要な追加の神経信号を提供する。いくつかの実施形態において、動作に抵抗するため、及び／又は動作を所望の経路にガイドするために、作動装置が使用される。任意選択的に、複数の所望の動作と、様々な刺激や抵抗レベルに対して期待される患者の応答とを内部に記憶する制御装置が提供される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、それ自身によって動作を起こすには低過ぎるが、患者の運動皮質で発生する神経インパルスを組み合わせることで、腕又はその他の身体部分が動くこと、あるいはＮＭＥＳが無いときよりも効率的に動くことを可能にする強度でＮＭＥＳが提供される。従って、例えば、身体部分を動かすように運動皮質をトレーニングをするのに役立つ筋肉フィードバックを作り出すことによって、このことが実現する。幾つかの実施形態において、こうするために、ＮＭＥＳは非常に強く、又は非常に正確な方向をもつ必要はない。本願が腕に言及する場合にはいつでも、当然のことながら、随意筋をもつ任意の別の身体部分、又は身体部分の組み合わせが代わりに使用されてもよい。任意選択的に、同じ腕、又はその患者の別の腕の対応する筋肉、あるいは他人の腕からのＥＭＧ信号が、ＮＭＥＳのパターン（例えば、タイミング及び／又は強度）を決定するために使用される。

本発明のいくつかの実施形態の１つの態様は、麻痺のある一方の腕に印加するＮＭＥＳのパターンを決定するために、随意動作がなされている他方の腕（任意選択的に正常な腕）からのＥＭＧ信号を利用することに関連する。任意選択的に、少なくともＮＭＥＳのタイミングを決定するために、麻痺のある腕からのＥＭＧ信号も使用される。任意選択的に、正常な腕は患者の別の腕であり、患者は両手を同期させて、鏡面対象で動かそうとする。

任意選択的に、本発明のこれらの実施形態のいずれに対しても、ＥＭＧ及びＮＭＥＳは、単一の筋肉に対してオン又はオフのいずれかのＮＭＥＳを有するのではなく、２つ以上の筋肉の収縮の協調したシーケンス、及び／又はＮＭＥＳのための強度範囲を伴う。

運動感覚を通じて、筋収縮の協調したシーケンスのフィードバックを提供することによって、患者の神経システムは、損傷の無い神経インパルスの代替経路、あるいは運動皮質中の代替位置を利用するように促され、患者は自力でより効果的に腕を動かすことを学ぶ。このことは、ＥＭＧによって測定される、患者が自ら作り出す弱い神経インパルスに、ＮＭＥＳが協調されていれば、特に正しい。

任意選択的に、腕の動きを監視及び表示するロボットアーム等の装置は、麻痺のある腕に対して使用され、任意選択的に正常な腕に対しても使用される場合がある。腕の動きに関する情報は、ＮＭＥＳを制御するためのフィードバックや、患者のリハビリテーションの経過を監視する理学療法士へのフィードバックのみならず、更に患者へのフィードバックを提供することもできる。ロボットアーム又は類似の装置は、別の種類の運動感覚フィードバックを提供することによってＮＭＥＳを補完して、麻痺のある腕を機械的に動かすこともできる。ロボットアームはまた、測定する筋肉に対抗する力を働かせて、腕の強化の経過を評価するためだけではなく、腕を強化する方法を提供することもできる。

本発明の１つの例示的な実施形態により、神経筋刺激（ＮＭＥＳ）信号を身体部分に伝達するのに適した少なくとも１つの電極と、前記少なくとも１つの電極に、刺激信号のシーケンスからなるＮＭＥＳ信号を供給するのに適した少なくとも１つの制御装置と、前記身体部位と鏡像の身体部分との少なくとも１つに結合した機械運動要素と、を備え、前記機械的運動要素は前記少なくとも１つの制御装置に作動するように結合されており、前記少なくとも１つの制御装置は、前記機械運動要素と共に前記ＮＭＥＳ信号を制御する、ことを特徴とする筋肉活性化のための器械が提供される。

任意選択的に、前記機械的運動要素は前記身体部分を動かす。代替的に又は付加的に、前記機械的運動要素は前記身体部分の運動を測定する。この運動は前記ＮＭＥＳシーケンスに従う。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記機械的運動要素は前記身体部分の動作をガイドする。この動作は前記ＮＭＥＳシーケンスに応答したものである。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記機械的運動要素は前記鏡像の身体部分の動作をガイドし、前記動作に応答してＮＭＥＳが生成される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、この器械は、前記電極用のＮＭＥＳシーケンスをプログラムするのに適したプログラム装置を備える。任意選択的に、前記プログラム装置は少なくとも１つの最適化基準に応じてＮＭＥＳシーケンスを修正するシーケンス・オプティマイザを含む。任意選択的に、前記最適化基準は患者の能力を含む。代替的に又は付加的に、前記最適化基準は電極の限定を含む。代替的に又は付加的に、前記最適化基準は、前記機械的運動要素によって測定されるような性質のものを含む。

本発明の１つの例示的な実施形態において、この器械は、ＥＭＧセンサを備えており、前記制御装置は前記センサから感知されたＥＭＧ信号に基づいたＮＭＥＳシーケンスを生成するのに適している、ことを特徴とする。任意選択的に、前記ＥＭＧ信号は鏡像の身体部分から測定される。代替的に又は付加的に、前記ＥＭＧ信号は他人から測定される。代替的に又は付加的に、前記ＥＭＧ信号は同じ身体部分から測定される。任意選択的に、前記制御装置は、ＮＭＥＳが加えられる部位におけるＥＭＧ信号の大きさ及び存在の少なくとも１つに応じてＮＭＥＳ信号を生成する。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記制御装置は、前記少なくとも１つの電極のうちのどの電極を使用するかの指示を生成するのに適している。

本発明の１つの例示的な実施形態において、器械は少なくとも１つの日常活動に関する複数のＮＭＥＳシーケンスをその中に記憶するメモリを備えている。

本発明の１つの例示的な実施形態において、本器械はＮＭＥＳシーケンスを生成するためのユーザ入力を備えている。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記制御装置は、前記身体部分の所望の動作に基づいた前記電極についての使用のためのＮＭＥＳシーケンスを生成するのに適している。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記制御装置は、前記身体部分の所望の動作に基づいた前記電極についての使用のための記憶されたＮＭＥＳシーケンスを修正するのに適している。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記制御装置は、実際のＮＭＥＳシーケンスの効果と所望の前記シーケンスの効果とを比較し、少なくとも１つの差分を検出するのに適している。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記機械的運動要素は、前記ＮＭＥＳに応答して前記身体部分によって加えられる力を測定するのに適している。

本発明の１つの例示的な実施形態において、本器械は、前記部分の動作に関する少なくとも１つのセンサを較正するのに適した較正器を備えている。

本発明の１つの例示的な実施形態において、本器械は電極ＮＭＥＳプログラミングのための対話式ユーザガイドを備えている。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記電極は埋込式である。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記電極はプロテーゼの一部を形成する。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記電極は長期にわたって装着するのに適している。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記電極と、前記少なくとも１つの制御装置の少なくとも１つとは、前記運動要素と独立に作動し、前記運動要素から取り外すのに適している。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記ＮＭＥＳシーケンスは、少なくとも２つの筋肉への適用のためのシーケンスを含む。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記ＮＭＥＳシーケンスは少なくとも２０秒の長さである。

本発明の１つの例示的な実施形態において、前記機械的運動要素はアクチュエータを含む。任意選択的に、前記アクチュエータは、動作の少なくとも３自由度を有するロボット・アクチュエータを含む

また、本発明の例示的な実施形態により、ＮＭＥＳのための電極設定の方法であって、体肢にＮＭＥＳシーケンスを印加することと、前記体肢の動作を測定することと、前記測定された動作に応じて前記ＮＭＥＳシーケンスを修正することと、前記印加と前記測定と前記修正とを反復することと、前記体肢を動かすこと、前記体肢の動作に抵抗すること、及び前記体肢の動作を測定すること、の少なくとも１つを行うために機械的運動要素を使用することと、を含む方法が提供される。

図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態を説明する。図面は概して同じ縮尺ではなく、別の図面における同一または関連する特徴には、同一又は類似の引用符号が使用される。

［ＮＭＥＳを提供するための例示的な装置］
図１は、麻痺のある腕の幾つかの筋肉に、正常な腕の対応する筋肉からのＥＭＧ信号によってガイドされたＮＭＥＳを適用するための装置を示す。麻痺のある腕をもつ患者又は他人のどちらかのものである正常な腕１０２には、その皮膚にＥＭＧ電極が取り付けられている。その腕の持ち主は、特定のパターンで自発的に腕を動かし、その動きが一定の時間に依存するＥＭＧ電圧のパターンを筋肉に発生させる。任意選択的に４つのＥＭＧチャンネルがある。１つのチャンネルは４つの筋肉（二頭筋、三頭筋、屈筋、及び伸筋）の各々からのＥＭＧ信号を測定する。各チャンネルは３つの電極（筋肉の両端付近からの信号を記録する２つの電極と、中央にある１つの参照電極）を使用する。例えば、電極１０４は二頭筋を測定し、電極１０６は三頭筋を測定し、電極１０８は屈筋を測定し、電極１１０は伸筋を測定する。本発明の説明から分かるように、例えば、大胸筋や三角筋対など、別の筋対群に対して任意選択的に類似の配列が施される。腕が自発的に動かされるとき、これらの電極は、その腕の動きを引き起こす筋収縮のパターンに対応するＥＭＧ信号を、ケーブル束１１２、１１４、１１６及び１１８を介して、ＥＭＧ装置１２０へ送出する。ＥＭＧ装置、すなわち分離した制御装置は、ＥＭＧ信号の前処理（例えば、ＥＭＧ信号の増幅、デジタル化、及び／又は記録）を行う。電極はまた、例えば肩、肘、手首といった複数の関節や、任意選択的に腕や脚などの複数の体肢にも提供される。

後述のように、本発明のいくつかの実施形態において、電極はワイヤレス電極であり、例えば、体肢に取り付けられ又は埋め込まれている。任意選択的に、各電極はそれぞれの制御装置をもつ。任意選択的に、各電極はＥＭＧを記録するためのメモリを備える。任意選択的に、多数電極用のワイヤレス制御装置が提供される。代替的な実施形態において、多数電極用のポータブル制御装置が提供される。任意選択的に、制御装置は着用可能であり、過度の干渉無しに患者の日常活動においても使用できる。

次にＥＭＧ信号は、ケーブル１２２を介して、制御装置１２４へ送信される。この制御装置１２４は、例えば、パーソナルコンピュータであり、又は特別な専用のハードウェアを含む。制御装置は任意選択的にＥＭＧ信号を更に処理する。この処理は、例えば、フィルタ処理、修正、スムージング、タイミング変更、又はシーケンスの一部を別の順序に切り貼りすること等である。信号処理は任意選択的に自動的に行われ、あるいは部分的に又は全体的に理学療法士の管理下にある。図２は、１つのチャンネルからの生のＥＭＧ信号２０２をフィルタ処理したもの、整流した信号２０４、整流してスムージングした信号２０６（この場合、時間間隔のシーケンスの各々について、例えば、１０ミリ秒毎に信号の二乗平均が計算される）を示す。スムージングした整流信号は、各筋繊維のポテンシャル変化に関連する高周波雑音を除去してはいるが、そのチャンネルによって測定される筋肉又は筋肉の一部の総体的な収縮度の測定値である。任意選択的に、スムージングした整流ＥＭＧ信号は、同じ運動パターンの多数の繰り返しにわたって平均化される。任意選択的に、ＥＭＧセンサが、筋肉の異なる幾つかの部分から来るＥＭＧ信号を加算または平均するか、又はこれは信号処理によって行われる。信号処理の任意選択的な種類は、例えば、ＥＭＧ信号が所望の運動の結果であることが明らかになるように、正常な体肢のＥＭＧ測定中に体肢の実際の動作を測定することにより、ＥＭＧ信号を検証することである。任意選択的に、信号処理のパラメータの１つ以上が療法士によって管理される。本発明のいくつかの実施形態において、例えば、高い又は低い測定値を考慮せず、残りの測定値を多数の繰り返しにわたって平均化するなどして、特異なＥＭＧ測定値を省くことにより、スムージングした整流ＥＭＧ信号が生成される。幾つかの実施形態において、例えば、多数のＥＭＧ信号を集めて平均化できるように、ＥＭＧが測定されてからＮＭＥＳが、遅れた時間に、加えられる。

制御装置１２４は、ケーブル１２８を経由してＮＭＥＳ装置１２６も制御する。任意選択的に、制御装置１２４は４つのチャンネルの各々にＮＭＥＳ信号を発生するようにＮＭＥＳ装置を制御する。４チャンネルの信号がケーブル１３０、１３２、１３４及び１３６を通って電極１３８、１４０、１４２及び１４４に伝わる。電極はそれぞれ、患者の麻痺のある腕１４６の二頭筋、三頭筋、屈筋、及び伸筋（又は、場合によっては、任意選択的に何れかの別の筋肉対）を刺激する。任意選択的に、各チャンネルのＮＭＥＳ信号には、正常な腕が行うのと同じ動きを麻痺のある腕に引き起こす、時間に依存する振幅が与えられる。これは、例えば、各ＮＭＥＳチャンネルの信号強度を、４つのＥＭＧチャンネルのうちの対応する１つからの処理された信号振幅に依存させることによって、行われる。例えば、ＮＭＥＳ信号は、対応するチャンネルに対して、処理済みＥＭＧ信号振幅に比例するか、又は処理済みＥＭＧ信号振幅の固定した単調関数である。

任意選択的に、ＮＭＥＳ信号は、１つ以上の別のチャンネルからのＥＭＧ信号にも依存する。例えば、二頭筋と三頭筋は互いに反する働きをするため、二頭筋と三頭筋を制御するＮＭＥＳ信号は、二頭筋からのＥＭＧ信号と三頭筋からのＥＭＧ信号との線形結合（三頭筋からのＥＭＧ信号に対して負の係数をもつ）に任意選択的に依存する。もし線形結合が正であれば二頭筋のみが刺激され、もし線形結合が負であれば三頭筋のみが刺激される。同様の方法が、任意の別の主動筋−拮抗筋対（例えば、互いに反対の働きをする屈筋と伸筋など）に対して任意選択的に用いられる。

任意選択的に、ＮＭＥＳ信号は、対応する筋肉からのＥＭＧ信号に直接的には基づかないが、ＥＭＧ信号に関係する動作を何らかの方法で反転した動作を作り出すように変更される。例えば、ＥＭＧ信号が左腕から来て、ＮＭＥＳ信号が右腕に加えられる場合、左腕の動作の鏡像ではなく、２つの腕の対応する筋肉が同時に収縮するときに起こるように、左腕と同じ動作を右腕に作り出すようにＮＭＥＳ信号が任意選択的に変更される。代替的に又は付加的に、２つの腕が左腕と右腕であるか否かに関わらず、正常な腕の動作が周期的な場合、正常な腕の動作から１８０度位相のずれた麻痺のある腕の動作を作り出すようにＮＭＥＳ信号が変更される。そのようなＮＭＥＳ信号の変更は、例えば、歩き方や自転車の乗り方を再学習する必要のある患者の左右の脚に使用するのに役立つ。

任意選択的に、麻痺のある腕に取り付けられたＥＭＧ電極１４８、１５０、１５２及び１５４がある。これらのセンサは、それぞれケーブル１５６、１５８、１６０及び１６２を伝って、ＥＭＧ装置１２０の４つの付加的なチャンネル（従って、ＥＭＧ装置は計８チャンネルをもつ）に信号を送信する。これらの付加的なＥＭＧ信号は、正常な腕１０２からのＥＭＧ信号の処理と同様に、ＥＭＧ装置及び制御装置１２４によって処理される。任意選択的に、麻痺のある腕１４６からのＥＭＧ信号も、制御装置１２４によってＮＭＥＳ信号の制御に使用される。患者の感覚運動皮質は、依然として麻痺のある腕１４６に弱い神経インパルスを発生させることができるため、これら神経インパルスが麻痺のある腕を動かすには弱すぎるとしても、麻痺のある腕１４６のＥＭＧ信号が発生する場合がある。麻痺のある腕の対応するＥＭＧ信号にＮＭＥＳ信号のタイミングを合わせることにより、麻痺のある腕を動かそうとする患者の試みに応答して麻痺のある腕は動くことができ、患者に運動感覚のフィードバックを提供する。代替的に又は付加的に、麻痺のある腕１４６のＥＭＧ信号は、例えば、後で議論するような図３に示されるロボットアームによって、麻痺のある腕１４６を他動的に動かすことによって誘起される。

任意選択的に、制御装置１２４はＮＭＥＳ信号の強度を制御する上での別の情報も使用する。例えば、正常な腕は、例えば肘の屈曲度を測定する歪みセンサ等のセンサ１６４、及び、指の伸展度を測定するセンサ１６６を有する一方で、麻痺のある腕は同様のセンサ１６８及び１７０を有する。腕及び指の屈曲を決定するためにセンサはユニット１７２内に送り込まれ、例えば、ケーブル１７４によって制御装置１２４へこの情報が運ばれる。任意選択的に、ユニット１７２及び制御装置１２４は単一の制御ユニットの一部である。任意選択的に、センサは１つの腕だけに使用される。任意選択的に、特にＥＭＧとＮＭＥＳがさらなる筋肉に使用される場合には、腕および手の位置の他の側面を測定する他のセンサが使用される。他の形式の様々なセンサは、追加的にまたは代替的に、腕又は手の位置を測定するために用いられ、例えば、腕は、以下に記載される図３に示すように、それ自体の状態を測定するためのそのようなセンサを備えたロボットアームに取り付けられる。あるいは、腕と手の所定点（key points）にＬＥＤを取り付けてそれらの位置をビデオカメラを用いて追跡記録し、あるいは、腕と手の所定点に磁場センサを取り付けて外部磁場及び／又は磁場の勾配をかける。体の部分の位置と方向をセンシングする技術分野における当業者にとっては、他の方法は明らかであろう。

麻痺のある腕の位置は、例えば、ＮＭＥＳ信号への負のフィードバックとして使用可能である。リハビリテーションの進行中、患者自身の神経刺激はより強くなり及び／又はより効果的になり、例えば筋肉の拮抗対間をより明確に区別するので、同じ腕の動作を実現するのであっても、ＮＭＥＳ信号を減少させることができる。また、この種のフィードバックは、所定のリハビリテーション・セッション内で使用可能である。例えば、患者が一時的に腕の動作を継続することが困難となれば、患者が再び腕の動作を開始できるまで、一時的にＮＭＥＳの強度を増加させる。選択的に、この場合、コントローラは、例えば麻痺のある腕におけるＥＭＧ信号レベルに注目することによって、患者が単に休憩していることと患者が腕を動かそうとして失敗していることとを区別する。

正常な腕の位置は、例えば、正常な腕における筋肉の収縮具合の１つの指標として、正常な腕からのＥＭＧ信号を補うために用いることができる。代替的に又は付加的に、両腕の位置のデータを用いて、患者のリハビリテーションの進捗状況をモニタすることができる。

［ロボット・アクチュエータ］
図３は、ロボットアーム３００に取り付けられた腕３０２を示す。この腕は、図１における正常な腕であっても麻痺のある腕であってもよい。上腕はホルダ３０４により把持されており、前腕はホルダ３０６により把持されている。上腕ホルダ３０４は、制御可能ボールジョイント３１０に接続された伸縮可能ロッド３０８に取り付けられており、同様に前腕ホルダ３０６は、制御可能ボールジョイント３１４に接続された伸縮可能ロッド３１２に取り付けられている。ボールジョイント３１０および３１４は、剛性コネクタ３１６を用いて互いに接続されている。ボールジョイントと伸縮可能ロッドは、この場合、各ボールジョイントに対し自由度が２、および各伸縮可能ロッドに対し自由度が１である、それら全ての自由度のためのアクチュエータとセンサの双方を含んでいる。センサは腕３０２の肘の曲がり具合を感知可能であり、アクチュエータは肘を曲げるあるいは伸ばす、及び／又は患者による肘の曲げ伸ばしに抵抗する力を加えることができる。任意選択的に、アクチュエータとセンサは、例えばどの筋肉がリハビリ中か等に依存する、より多くの又はより少ない自由度を有しており、また任意選択的に、ロボットアームは、例えば、腕、手、指上の別の位置である、腕３０２上の追加的な位置に取り付けられる。センサからアクチュエータへの信号は、図３に示されていない、ロボットアーム制御ボックスにより処理される。

用語ロボットは、他のロボット・アクチュエータ、例えば、関節アーム等を含む。

ロボットアームは任意選択的に、図１中のセンサ１６４，１６６，１６８，１７０と同じように使用される。さらに、ロボットアームが制御された方法で自力で動作可能であるという事実は、麻痺のある腕に使用される場合であって、患者へ運動感覚のフィードバックを提供する際に、それがＮＭＥＳを補完することができるということを意味する。ロボットアームは、筋肉それ自体の力に基づいて筋肉を収縮させることなく麻痺のある腕を動かすことができるので、ＮＭＥＳが提供するものよりも様々な種類の運動感覚のフィードバックを提供し、場合によってはフィードバックの両方の形式がリハビリテーションに有用である。例えば、ＮＭＥＳは単独では滑らかで精密な動作を実現することができない場合があり、ロボットアームはＮＭＥＳの引き起こす動作を修正及び平滑化するのに役立ち得る。

任意選択的に、ロボットアームの受動及び他動モードの双方は、ＮＭＥＳと併用される。ロボットアームによりもたらされる運動は、ＮＭＥＳによる筋収縮によって支援される。能動的手法で患者がロボットアームを動かすとき、ＮＭＥＳ信号はそれ相応に調整される。

任意選択的に、麻痺のある腕に取り付けられたロボットアームの動作は、正常な腕の動作に関連したＥＭＧの測定値に基づいている。

［例示的なリハビリテーション関連運動］
リハビリテーションを提供する場合、ロボットアームは様々なタイプの動作をサポートすることができる。任意の動作タイプの間にＥＭＧが測定され、及び／又はＮＭＥＳが加えられる。この動作には、例えば次の１つ以上が含まれる。

ａ）他動運動。ロボットアームが動かされて、患者がそれと一緒に動く。

ｂ）抵抗運動。患者はロボットアームを動かして、抵抗を受ける。抵抗は様々な大きさをもち、全ての方向で同じであってもよいし、方向性があってもよい。

ｃ）被支援運動。患者がロボットアームを動かすとき、腕についての正のフィードバックは、患者が動かす方向への動作の力を増加させる。

ｄ）力場運動。患者はロボットアームを動かす。一定の軌道に沿って、ある水準の抵抗（又は無抵抗）を受ける。その軌道からの逸脱は許容されず、逸脱すると抵抗力を受ける。「正しい」軌道に沿った動作は、抵抗力なしで為し得、場合によっては支援を受けることができる。軌道を取り囲む体積（volume）中では、抵抗力の増加が見られる。体積の周囲では、抵抗力のより一層のさらなる増加が見られる。体積の外側では、動作を妨げることができる。本発明の１つの例示的な実施形態において、軌道上にない場合に軌道へ向ける、矯正力ベクトルが適用される。任意選択的に、矯正力に代えて、軌道からの距離の関数として抵抗力を変化させることで、ロボットアームの動作が自然に軌道へ戻される。任意選択的に、その力は、その経路の方向に働く。代替的に、その力は、一定方向だけに作用する抵抗力であってもよい。

この動作形式は所望の動作における患者の訓練に役立つ。

ｅ）鏡映運動（mirrored motion）。ロボットアームの動作は、例えば両手足のリハビリテーションにおいては、異なった要素の動作の軌道を鏡映するよう要求される。

ｆ）自由運動。患者は望み通りの方向にロボットアームを動かし、場合によってはフィードバックを受ける。患者（又は理学療法士又はヘルパー）がロボットアームを動作させている最中、装置は、後で再生するためにそれ（例えば、動作やＥＭＧ）を記録することができる。再生モードにおいて、記録済みの動作（又は経路や任意選択的にＥＭＧ／ＮＥＭＥＳ）は、任意選択的に他のモードで再現される。任意選択的に、記録済みの経路は、例えば自動的に又は手動で修正される（例えば、平滑化など）。

ｇ）全体的な力場（General Force Field）。特定の軌道には関連しない、力場及び／又は支援場（assistance field）が定義される。例えば、ある範囲の軌道、すなわち実際の又はシミュレーションされた仮想の状態（例えば、水中、障害のある場所）が、ユーザの実施を許容するであろう。

ｈ）局所的な力場。力場は、狭い局所にのみ、及び／又は、１次元または２次元にのみ適用される。

ｉ）制限運動。被験者の身体の１つ以上の点が支持され、又は運動が抑制される。任意選択的に、そのような位置と動作位置との間の装置上の角度が測定される。例を挙げれば、肩の動作のみ許容する専用の装着帯で肘を固定する。いくつかの実施形態においては、その制限は部分的であり、及び／又は、可動要素（例えば腕）によって提供される。

ｊ）開始運動。患者が動作を開始すると（例えば、１ｃｍの動作又は１００グラム重量）、ロボットアームが、空間におけるその動作を完結するあるいは患者がその動作を完結するのを手助けする。その完結は、軌道の全てにおけるものであっても、軌道の一部におけるものであってもよい。その完結は、任意選択的にＮＭＥＳを使用した刺激を含む。始動は、任意選択的に、たとえ実際の動作が検出されなくても、検出されたＥＭＧを含む。

ｋ）暗示的運動。ロボットアームが動作を開始し、患者がそれを完結する。ロボットアームは、様々な方法で（例えば、動作開始後、本明細書中に述べるモードのうちの１つに変更することによって）その後の動作を支援する。患者がその動作を逸脱した場合、ロボットアームは例えば音声による合図等の合図を発する。単一の動作軌道のうちの様々な部分には、それぞれ、装置開始の定義付けを持たせることができる。任意選択的に、患者の動作が遅すぎる場合には、ロボットアームは動作を開始する。任意選択的に、被支援運動のＥＭＧが検出され、利用者が遂行した運動のＮＭＥＳを生成するために使用される。任意選択的に、患者の異なる運動の一連のテンプレートが保管され、そのＥＭＧの始めの部分の一致に基づいてテンプレートが選ばれる。

ｌ）合図運動。患者は、例えば異なるモードに従って運動を開始する前に、システムから合図を受け取る。その合図としては、例えば、ロボットアームの振動、皮膚上の刺激パッド、音声又は視覚的な合図等を用いることができる。本発明のいくつかの実施形態においては、合図の強度及び／又はそのタイミング及び／又は他の継続中の活動（例えば、画像表示やゲーム）が、視覚と手の協調関係等の異なった治療法間の連携の訓練を支援するために使用される。動作合図は、運動感覚の訓練に用いることができる。

ｍ）指導モード。ロボットアームは運動を教わる。一例を挙げれば、理学療法士が動作を実行すると、各点（point）における動作パラメータが記録され、その後、運動に利用することができる。そのシステムに学ばせる他の方法は、理学療法士が自身の動作で辿る経路に従うことである。理学療法士は、コントローラを用いて、教えようとする点を示すことができ、または連続的なモードを定義することが可能であり、それにより軌道全体を学習させることができる。任意選択的に、経路と点は再生の前に編集される。任意選択的に、経路に対しては、再生前に、例えば平滑化や動作点の同定等の処理がなされる。任意選択的に、指導は、どのＥＭＧ信号が予想されるか、及び／又はどのＮＭＥＳが加えられるかを指導することを含む。例えば、ＮＭＥＳシーケンスが麻痺のある腕に対して正しく構成されるように、指導中に正常な腕がＮＭＥＳで刺激されることがある。ある例では、患者は指導されたように正常な腕で動作を完了し、ＮＭＥＳは患者が合致すると言うまで修正される。代替的に又は付加的に、患者はＮＭＥＳがそうするように促していると感じる運動を行い、所望の動作が実際に完了した動作に合致するように、任意選択的にスムージング及び／又はその他の処理で修正される。

したがって、本発明のいくつかの実施形態においては、ロボットアームは、等運動性の、同緊張の、均衡の運動のうちの少なくとも１つを提供することができる。

当然のことながら、ロボットアームが追跡する軌道を定義する際には、速度パラメータを含めることが可能である。例えば、利用者はロボットアームを所定の速度で動かすように支援され、又は促され、又は期待される。その速度は、例えば、絶対的ないし相対的である（例えば、均一な速度または不均一なプロファイルに一致する速度を要求している）。ＥＭＧをＮＭＥＳに変換するとき、その変換は動作の減速を含む。任意選択的に、減速は、筋肉への刺激の数、筋肉への刺激の大きさ、及び（同じ位置か別の位置の）同じ及び／又は別の筋肉への刺激の時間間隔、の１つ以上を削減することを含む。任意選択的に、様々な筋肉に対してスピード変換因子が決定されるように、複数の速度において動作が学習される。

任意選択的に、角度の軌道を定義し、ロボットアームの角度方向に対する制限を認識する。いくつかの実施形態においては、その制限は一次元である。他の実施形態においては、それは２又は３次元である。

特定のリハビリテーションのシナリオにおける、速度、角度、及び空間の軌道は、上述の動作タイプのうちの異なるものにそれぞれ所属させることが可能である。例えば、空間の軌道は力場形式とすることができ、一方、速度の軌道は自由又は支援タイプである。また、軌道のタイプ及び／又はそのパラメータは、時間の関数として及び／又は以前のパフォーマンスの関数として、軌道に沿って変化可能である。例えば、軌道の前半部分において適切に（あるいは期待されているよりも良好に）実行された動作のタイプに対しては、軌道の後半部分において提供する支援はより少なくてよい。

軌道は絶対的であってもよく、例えば、ロボットアーム上の休止点又は別の点の関数として定義される。他の実施形態では、軌道は純粋に相対的であり、例えば、開始点にもかかわらず、一直線に腕を動かすよう患者に要求する。他の実施形態では、動作開始直後に、例えば患者が立っているところか座っているところかどうか、またどんな種類の手の動作が期待されているかを示す軌道の出だし等、残りの軌道の形状を決定するという点において、部分的に相対的である。

いくつかの実施形態においては、以下に示すように、多数の点が定義されている場合には、各点の軌道を別々の形式とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、定義されているものは、２つ以上の点の関数としての軌道である。例えば、２つの点を用いて肘の配置（例えば、骨の間の角度）が定義されれば、肘の動作における軌道の制限を定義することができる。そのような動作は、空間中において相対的であって（例えば、２つの位置の比較）、また絶対的でなくてもよい（例えば、装置の参照位置と比較して）。本発明のいくつかの実施形態においては、それらの全てがスカラー量又はベクター量である、速度、力、及び／又は回転に関連づけられ得る、空間中における各点のような、テンソル又はテンソル場が提供されることに留意すべきである。

本発明のいくつかの実施形態においては、軌道の異なる部分に対して又は空間の異なる部分に対して（例えば、特定の腕に対して）、異なるモードが定義される。任意選択的に、モードは、実際のパフォーマンスに基づいて始動する。例えば、動作速度がある閾値以下であれば、より支援型のモードを提供する。同様に、閾値を超える小休止は、より支援型のモードを示唆する。正確な動作は、より低支援型のモードを示唆する。

［麻痺患者のみの処理］
図４は、本発明のその他の例示的な実施形態に記載の配置を示すものであり、麻痺のある腕１４６のみを用いている。図１と同様に、麻痺のある腕の二頭筋、三頭筋、屈筋、伸筋には、各筋肉に対して３つの電極となるように、ＥＭＧ電極１４８，１５０，１５２，１５４をそれぞれ取り付け、ケーブル１５６，１５８，１６０，１６２に沿ってＥＭＧ装置１２０へＥＭＧ信号が伝達され、前処理後、その信号は制御装置１２４へ伝送される。図１と同様に、制御装置１２４は、ＥＭＧ信号を使用して、ＮＭＥＳ装置１２６により送信されるＮＭＥＳ信号の強度とタイミングを決定し、ＮＭＥＳ電極１３８，１４０，１４２，１４４を介して麻痺のある腕１４６の二頭筋、三頭筋、屈筋、伸筋を刺激する。任意選択的に、上部または腕の筋肉の１つの筋肉において検出されたＥＭＧ信号は、別の筋肉／下部の所望の動作（ひいてはＮＭＥＳ）を予想するために使用される。任意選択的に、この情報を含む１つ以上の動作テンプレートが記憶されている。任意選択的に、患者自身の神経信号（ＥＭＧのような小さな遅延で感知される）にＮＭＥＳ信号の印加をより良く同期させるために、そのような予測が使用される。そのような同期は、ＮＭＥＳ信号の早期の印加、例えば、ある動作で検出されたＥＭＧに基づいて、ＥＭＧが感知される前に、後の動作に早期のＥＭＧ信号が印加される。任意選択的に、筋肉及び／又は神経の１つ以上の感受性の相対的閾値を下げるために、ＮＭＥＳ信号が使用される。任意選択的に、そのようなＮＭＥＳ信号はホワイトノイズタイプ信号であり、任意選択的に副閾値である。

本発明の１つの例示的な実施形態において、図４のＮＭＥＳ装置１２６によって送信されたＮＭＥＳ信号は、それ自体、麻痺のある腕１４６を著しく動作させるほど充分な強度を有しておらず、また任意選択的にこれは図１においても当てはまる。しかし、ＮＭＥＳ信号は、患者自身の神経刺激と一緒になれば、その腕を動かすには充分な強度を有する。従って、麻痺のある腕は患者がそれを動作させようとするときにのみ動作し、その動作により与えられる運動感覚のフィードバックは、患者における神経刺激のための代替経路、又は同じ筋肉に神経刺激をもたらすための運動皮質中の代替位置の発達をさらに促進させ、最終的には、患者は自身で麻痺のある腕を動かすことができるようになる。これは、動作が、２つ以上の筋肉の協調的な一連の収縮を必要とする場合に特に有用であろう。任意選択的に、リハビリテーションの進行中、患者が麻痺のある腕を動作させるために必要とされるＮＭＥＳ信号が低くなるにつれて、ＮＭＥＳ信号を低下させる。別の実施形態においては、ＮＭＥＳ信号はそれ自身に十分に強い。任意選択的に、幾つかの成功した動作の後で、ＮＭＥＳ信号の強度が低減される。

任意選択的に、患者の運動皮質からの神経刺激がない場合、ＮＭＥＳ信号は、平均的な健常者又は平均的な麻痺患者に対して動作を生成するのに必要とされる強度の１００％から１２０％であり、あるいは特定の患者に対してはそのレベルが調整される。代替的に、ＮＭＥＳ信号は、これらの人々のいずれに対してもその強度の１２０％から１４０％とされ、または８０％から１００％、または６０％未満とされる。任意選択的に、これらの人々のいずれに対しても、ＮＭＥＳ信号は、動作させようと努力する際に運動皮質から生じる神経刺激の存在下で動作を実現するのに必要とされるレベルの１００％から１２０％であり、または１２０％から１４０％、または１４０％から２００％、または２００％よりも大きい。

任意選択的に、ＮＭＥＳは、平均的な健常者が神経刺激を筋肉の一部分へ自発的に導く際に達成する能力と少なくとも同じくらいの空間的精度で筋肉の一部に狙いを絞り込んでいる。代替的に、ＮＭＥＳは、この高精度よりも低めで狙いを絞り込むが、少なくともこの高い精度の半分、あるいはこの高い精度の半分未満ではあるが、少なくともこの高い精度の４分の１、あるいはこの高い精度の４分の１未満である。例えば、ＮＭＥＳ信号は選択的に特定の筋肉に（任意選択的に１０ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ又はそれ以上の精度で）加えられてもよい。任意選択的に、より良い時間精度を実現するために、埋込型電極が使用される。任意選択的に、そのような埋込型（又は外部）電極は、実際に神経シグナルを受け取る筋肉の領域（例えば、ＥＭＧ信号によって、又は神経シグナルを直接測定することによって証明されるもの）を感知するために使用される。任意選択的に、リハビリテーションは最初に、又は単独で、そこへの皮質経路（cortical pathway）の存在が分かっている、そのような領域に重点的に取り組む。

［実施例と変形］
図１および図４に記載の手順の特徴は、リハビリテーションを容易にするために、患者のニーズに合わせて変更可能である。いくつかの実施形態を以下に示す。

ＥＭＧおよびＮＭＥＳは、図１と図４において使用されており示されている筋肉を４つとも用いる必要はない。任意選択的に、初期には、二頭筋と三頭筋のみが使用される。その後、患者は二頭筋と三頭筋とを効果的に使う能力を幾分得た時点で、屈筋と伸筋がＥＭＧおよびＮＭＥＳチャンネルに追加される。これら４つの筋肉は、胸筋や三角筋等の他の筋肉に加えて、腕の全体制御の基本をなす。その後、精密運動制御を改善するために、個々の指、及び／又はもう一方の手首および手の動作が加えられる。腕以外の体部位のリハビリテーションのためには、当然ながら、他の筋肉群が選択される。

任意選択的に、ＮＭＥＳの強度は、種々のソースからのフィードバックに依存して、およびリハビリテーションプログラムの当面の目標に依存して変更される。前述のように、任意選択的に、患者が神経刺激の生成および自身による筋肉の動作の能力を回復するにつれて、ＮＭＥＳ信号を減少させる。代替的に、当面の目標が退化した筋肉の強化であれば、その筋肉がより強くなるにつれて、任意選択的に、ＮＭＥＳの強度を増加させる、そうするとより激しい運動となり、その運動から恩恵を受けることができる。この場合、任意選択的に、筋肉がより強くなるにつれて増加する抵抗力（例えば錘やロボットアーム等）に逆らって腕を動作させるので、同じ量だけ腕を動作させるためにはＮＭＥＳ信号をより強くする必要がある。

神経刺激の代替経路の発達を促すために運動感覚のフィードバックを用いることに加えて、上述のような、他の種類のフィードバックを任意選択的に用いて、筋肉をより効果的にコントロールする方法を患者が学習できるよう支援する。例えば、ＮＭＥＳ刺激により神経刺激が補完される場合の腕の動作を観察することは、患者が自身の腕を動かすために加える力を調整するのに役立つ。同様に、患者による意識的な学習のためのそのようなフィードバックは、腕の動作を測定及び記録する図３のロボットアーム等の装置により、および処理済みのＥＭＧ信号により提供することができる。例えば、患者は、正常な腕が所望の運動を行っているときに、麻痺のある腕からのＥＭＧ信号を、正常な腕が発生するＥＭＧ信号に更に酷似させようと試みることができ、または、患者は、麻痺のある腕からのＥＭＧ信号を、正常な腕から若しくは同様のリハビリテーションを経験した他の患者の麻痺のある腕から記録されたＥＭＧ信号の調査から恐らくは構築されたいくつかのテンプレートに更に酷似させようと試みることができる。任意選択的に、ロボットは患者及び／又は療法士により可視的にするために、腕の実際の動作を増幅する。

図１に示す配置においては、患者のもう一方の腕が正常な腕として用いられれば、その後、任意選択的に、患者は両腕を鏡像動作で同調して動作させるよう試みる。任意選択的に、正常な腕のＥＭＧ信号に基づくＮＭＥＳ信号は麻痺のある腕を動作させることができ、患者は両腕を同時に動作させようと試みているので、患者は麻痺のある腕から運動感覚のフィードバックを受け取る。このことは神経刺激の代替経路の発達の促進を支援する。本発明のいくつかの実施形態においては、正常な腕の鏡像動作に対応する麻痺のある腕の動作は、部分又は全体において、ロボットアーム３００によって支援される。

任意選択的に、ＮＭＥＳ信号は、麻痺のある腕の能力に適合させられる。例えば、麻痺のある腕の筋肉がＮＭＥＳに対して通常のものと同じくらい迅速に反応する能力がなければ、その後、任意選択的に、ＮＭＥＳ信号は減速され、あるいは高周波成分が低減若しくは除外される。筋肉がより迅速な反応の能力を回復するにつれて、ＮＭＥＳ信号は再び速度が向上される。ＮＭＥＳ信号の速度は、麻痺のある腕の動作に対するセンサデータに応じて自動的に、または、患者を評価するためのそのようなセンサデータを状況に応じて使用する理学療法士により手動で、調整される。麻痺のある腕の動作を支援するためにＮＭＥＳと連携してロボットアームを用いる場合、任意選択的にロボットアームの動作はＮＭＥＳと共に減速する。たとえＮＭＥＳを用いることなく麻痺のある腕の動作を支援するためにロボットアームが使用されたとしても、例えば、ロボットアームが患者自身の神経刺激による動作に対してより大きく貢献するよう患者を支援するであろう場合、またはリハビリテーション中の何らかの他の理由に役立つであろう場合には、ロボットアームの動作は状況に応じて減速する。

図５Ａから５Ｇは、体性運動皮質内の脳卒中に続いてよく起こる問題、すなわち二頭筋と三頭筋あるいは屈筋と伸筋のような拮抗対を形成する２つの筋肉の間を適切に識別するための患者の神経刺激の障害、を抱えている患者にリハビリを施す手順を示している。図５Ａに示すように、患者が自身の手を開閉しようとする際の、伸筋からのＥＭＧ信号４０２、および屈筋からの信号４０４は、しきい値４０６よりも高いので、両筋肉を収縮させるだけの強さがある。しかし、両筋肉が同時に収縮すると、それらは互いに逆に作用するので、手はほとんど動作しない。まず、図５Ｂ，５Ｃ，５Ｄに漸次示すように、患者は、屈筋と伸筋の双方の全体的な活動を、収縮のしきい値以下に低下させることを学ぶ。その後、図５Ｅ，５Ｆ，５Ｇに示すように、患者は、屈筋を緩めた状態を維持しながら、伸筋の活動を増加させるよう教えられる。例えば、これは、患者が伸筋を収縮させよとする場合に運動感覚のフィードバックを増加させて、伸筋にＮＭＥＳを適用することによってなされる。

ＮＭＥＳに代替して又は付加して、電気的な又はその他の刺激（例えば、振動）が患者にフィードバックを提供するために使用されても良い。例えば、振動の振幅及び／又は周波数（例えば、相当する筋肉の表面に加えられるようなもの）が、筋肉の緊張の損傷した運動感覚を補う役割を果たす。任意選択的に、フィードバックは、例えば緊張、ＥＭＧ、及び／又は震せん等の測定されたパラメータに基づいている。代替的に又は付加的に、フィードバックは、動作及び／又は筋収縮が実際に起きているときに、患者が何を感じているのかを示す。

［例示的リハビリテーション方法］
要約のために、本発明のいくつかの実施形態において使用可能なリハビリテーション方法のいくつかを以下に記載した。これらのモードの幾つかに対して、厳密にはロボットは必要ではないことに留意すべきである。任意選択的に、ロボットに代えて又は加えて、位置を測定するためにワイヤレス位置センサが使用される。同様に、任意選択的に一部の動作はロボットに介在されるが、その他の動作は介在されない（例えば、ロボットに接続されていなくても、その動作は一日中行われる）。
１）リアルタイムであるか否かにかかわらず（例えば、遅延のある場合には、多くの測定値の組み合わせとして）、正常な腕におけるＥＭＧを記録し、麻痺のある腕に類似のパターンのＮＭＥＳを加える。任意選択的に、正常な腕から麻痺のある腕に患者が注意を移せるように、例えば１秒ないし１０秒未満の遅延が用いられる。
２）麻痺のある腕におけるＥＭＧで測定されるとおりに、麻痺のある腕における神経刺激を補完するようにＮＭＥＳの強度を調整する。任意選択的に、刺激された筋肉に所望の緊張を得るために、ＮＭＥＳの振幅が選択される。
３）ＥＭＧが弱い場所である麻痺のある腕の部分にＮＭＥＳの狙いを定める。任意選択的に、複数の電極が埋め込まれていても、弱いＥＭＧ領域に対応するものだけに電気が流れる。代替的に又は付加的に、刺激の大きさと、それが副閾値であるか主閾値であるかは、（例えば、正常な腕からのＥＭＧと比較した）ＥＭＧの弱さに依存する。
４）麻痺のある腕の反応時間の低下に合わせてＮＭＥＳを減速させる。
５）正常な腕におけるＥＭＧに基づいてＮＭＥＳを適用しながら、患者に両腕を同時に鏡像で動かしてもらう。
６）正常な腕におけるＥＭＧに基づいて（ただし修正して）ＮＭＥＳを適用しながら、患者に両腕を同時に鏡像でなく、及び／又は１８０度の位相差の循環動作で動かしてもらう。
７）正常な腕による運動の多くの繰返し（例えば、２、３、５、１０又はその中間の又はそれより多い繰り返し）にわたる平均の（又は他の処理後の）ＥＭＧに基づいてＮＭＥＳの基礎を形成する。
８）麻痺のある腕の位置（及び／又はＥＭＧ）を検知し、ＮＭＥＳに対して負のフィードバックを用いる、すなわち、任意選択的に、腕の動作不能と意図的な休止とを区別するために麻痺のある腕のＥＭＧを用いる。
９）ＥＭＧ信号を記録しながら、時間の関数として正常な腕の検出位置を記録し、その後、麻痺のある腕が対応した位置にあるとき、対応するＮＭＥＳを麻痺のある腕に適用する。任意選択的に、記録は動作タイプ、運動タイプ、スピード、及び／又はロボットとの抵抗／相互作用のタイプによって区分される。
１０）ロボットアームを用いて所望のパターンで正常な腕を動作させ、正常な腕において他動的に生成され結果として生じるＥＭＧ信号を検出し、そして、対応する動作を実現するために、麻痺のある腕に適用されるＮＭＥＳの基礎としてそれらを用いる。
１１）ロボットアーム及び／又はＮＭＥＳを用いて麻痺のある腕を動作させ又は動作を支援し、麻痺のある腕を正常な腕の測定された位置にマッチングさせる。任意選択的に、ＮＭＥＳ又はロボット装置による支援の選択、及び／又は支援の手厚さは多様である（例えば、運動ごとに無作為に変えられる）。
１２）ロボットアームを用いて動作に対する麻痺のある腕の抵抗力を測定し、それによって、動作に対する麻痺のある腕の障害が筋肉の収縮の障害によるものであるか、筋肉の拮抗対間の識別の障害であるのかを決定し、任意選択的に、それに応じてＮＭＥＳを調整する。
１３）麻痺のある腕の動作を支援するために、ＮＭＥＳを用いて又は用いずにロボットアームを使用し、麻痺のある腕の能力に合わせてロボットアームを減速させる。
１４）ＮＭＥＳを用いてまたは用いずに、麻痺のある腕の筋肉に逆らって働くようにロボットアームを用い、場合によっては、力を麻痺のある腕の能力に適合させる。
１５）麻痺のある腕のＥＭＧを用い、患者に麻痺のある腕のより良い制御の仕方を教え、任意選択的に、筋肉の拮抗対間をより良く識別することを含む。
１６）筋肉を強化するために、ＮＭＥＳと機械的作動の組み合わせが用いられる。本発明の１つの例示的な実施形態において、筋肉が使用されていることを確認するためにＮＭＥＳが使用される。任意選択的に、ＮＭＥＳが作動する筋肉の部分が運動を実行するには不十分となるように運動が選択される。任意選択的に、筋肉活動を評価するために、１つ以上の緊張センサ又はＥＭＧセンサが使用される。任意選択的に、運動中の動きに抵抗力を加えるために、アクチュエータが使用される。任意選択的に、運動中に使用するための付加的なＮＭＥＳ電極が提供される。任意選択的に、日常活動中に使用されるトリガーモードと比較して、ＮＭＥＳは高出力で、及び／又はしばしば運動中に作動される。

[記録、刺激及び支援に関する特別な実施例]
図６は、本発明の一つの例示的な実施形態による、患者の改善を決定し、任意選択的に評価するためにロボット・アクチュエータを使用する方法のフローチャート６００である。

６０２において、麻痺のある腕（あるいは、他の身体部分）によって実行されるべき運動が、任意選択的に選択される。

６０４において、任意選択的に、ロボットあるいは他の動作を測定する位置センサを用いて、またＥＭＧ測定が行われつつ、患者は、正常な腕でその動作をずっと最後まで行う。任意選択的に、力場または他のフィードバック（例えば、振動パッド）が、動作をガイドするために提供される。任意選択的に、（手動の）訂正の直後のＥＭＧの測定は無視される。例えば、別の繰り返しの測定で、補足あるいは置換される。その動作は、例えば、平均ＥＭＧ信号を生成するために、繰り返され得る。

その動作の終了時に、ＥＭＧシーケンスが任意選択的に生成される。それは、別の筋肉についての別の時間、別の位置で、測定されたＥＭＧ信号（例えば、大きさ）を含む。任意選択的に、測定は、少なくとも３つ、少なくとも４つ、少なくとも６つ、あるいは、少なくとも８つの異なる筋肉あるいは筋肉部分を含む。それらの筋肉には、例えば、少なくとも１つ、少なくとも２つ、少なくとも３つ、あるいはさらに多くの間接を制御するために配列されているものもある。動作の継続時間は、例えば、少なくとも１秒間、少なくとも１０秒間、少なくとも３０秒間、少なくとも６０秒間あるいはさらに長くてもよく、例えば、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも４０、あるいはさらに多くの個々の筋肉の活性化イベントを含み得る。

任意選択的に、動作はロボットとの対話式である。例えば、正しい動作、速度の均一性、所望の休止期間、及び、どの程度の力を加えるべきか、に関するフィードバックを提供するロボットである（麻痺のある腕は、同じ動作を達成するには正常な腕よりも（気持ちの上では）より大きな力を加える必要があることに注意する）。

任意選択的に、動作は、完結した運動の一部分のみを含む。それらは、各動作部分に対して生成されたＮＭＥＳシーケンスを結合することにより統合される。

任意選択的に、６０６において、基準の麻痺患者のＥＭＧが測定されるように、麻痺のある腕が動かされる（あるいは、例えば、患者が動作をしようと試みることでガイドされる）。上でみたように、ＮＭＥＳは、そのある程度残りのＥＭＧ測定がある領域に対し、より強くもより弱くもすることができる。

任意選択的に、力に抵抗することを麻痺のある腕に教えるための信号を生成するために、その動作は正常な腕により抵抗を受ける。任意選択的に、抵抗信号は、変換され（例えば、活性化された筋肉の切り替え）、動作のための信号として使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、麻痺のある腕が正常な腕の代わりに使用される。ある例では、ロボットは、電極の効果を学ぶために使用される。これを行う１つの方法は、ＮＭＥＳ電極を刺激し、結果の動作あるいは動作の部分を測定することである。これは、体系化されていない動作のように見える可能性がある。任意選択的に、例えば、緊張センサを用いて、筋肉を酷使することを防止するために注意が払われる。そのような学習は、任意選択的に、動作ベクトル、加えられた力、最小効果刺激時間、および持続性筋強直を引きおこす強度のうちの１つ以上を含む。任意選択的に、（例えば、基準セットとして定義された）ＮＭＥＳシーケンスを提供することにより、また、実際の影響された動きを決定することにより、ロボットが実験する。患者は、例えば、刺激を無視するように、刺激と戦うように、及び／又はは、刺激をやりすごすように、指示され得る。任意選択的に、動きを改良するように常に修正されるＮＭＥＳシーケンスで、繰り返し強化のプロセスが実行される。例えば、所望の又は可能な最善の動きに近づけるようにである。

学習の結果は、動作セグメントに対応したＮＭＥＳセグメントのセットとなることが可能である。そのセグメントは、さらに複雑なＮＭＥＳシーケンスを生成する場合に、基本要素として使用することができる。

６０８において、ＥＭＧ信号から、および所望の動作パラメータから、ＮＭＥＳシーケンスが生成される。任意選択的に、刺激電極の解像度の能力（例えば、空間的、力的、及び／又は、時間的なもの）を考慮に入れて、ＮＭＥＳシーケンスが修正される（および、任意選択的に、運動も同様に）。任意選択的に、シーケンスが処理される。例えば、平滑化される、及び／又は、あり得るアーチファクトを取り除くなどである。

任意選択的に、大きさ、相対的なタイミング、及び／又は、例えば患者の以前のテストなど他の理由に基づいて選択された対立筋間の関係を用いて、ＮＭＥＳの活性化のシーケンスを選択するために、正常な腕が使用される。

任意選択的に、ＮＭＥＳシーケンスは、タイムラインとトリガー信号を含む。例えば、感知されると、遅延を伴う、一定の（絶対的あるいはパラメトリックに定義された）ＮＭＥＳ信号を引き起こす、ＥＭＧ信号の同定である。

６１０において、１つ以上の関連した刺激電極が、同定され、及び／又は、配置される。例えば、複数の無線電極が埋込まれた場合には、これらの電極のいくつかのみが必要である。別の例では、いくつかの電極が動作しない可能性がある。あるいは、それらに関連した十分な残存ＥＭＧを持たない可能性がある。任意選択的に、ＮＭＥＳシーケンス及び／又は所望の運動は、電極の利用可能性に応答してさらに修正される。

６１２において、テストランが任意選択的に行われる。その結果、ＮＭＥＳシーケンスがさらに修正される可能性がある。

本発明の１つの例示的な実施形態において、最適あるいは最適に近いＮＭＥＳシーケンスが、生成される。最適性は、達成することが困難であり得る。例えば、雑音のため、患者の障害のため、及び／又は、適切な電極がないため及び／又は制御の分解能が足りないため、などである。様々な運動に対して、どれだけ最適に近いことが期待できるかを表現する閾値を提供することができる。任意選択的に、最良の動作（例えば、１０％以内、あるいは、期待できる能力など）が最適に近いと考えられる。

本発明の１つの例示的な実施形態において、良い動作は、滑らかな動作を含む動作として同定される。任意選択的に、その動作は、より少ないＮＭＥＳ／ＥＭＧイベントを含む場合には、より良いと考えられる。任意選択的に、２／３乗則が期待される。任意選択的に、ロボットに作用する、最小及び／又は最大の力及び／又は加速度が検出される。そのような最大値、最小値は、例えば、正常な腕により、あるいは療法士の動作を学習することにより、セットされる。

本発明の１つの例示的な実施形態において、ロボットあるいは他の手段は、患者に作用する力及び／又はその方向を測定するのに用いられる。例えば、コップを持ち上げる日常活動の間に、コップに取り付けられた圧力センサを、握る圧力が小さすぎる（コップが落下する）場合、大きすぎる（コップが壊れるか、傾く）場合に、患者（及びＮＭＥＳシーケンスの制御装置）に示すために使用することができる。

任意選択的に、ＮＭＥＳシーケンスが、他の動作パラメータを維持しながら、電極（１つ以上の電極、任意選択的に電極の組として）の電力消費の削減を試みることにより、さらに、最適化される。この測定は、例えば、軽くつつくことの有効性を評価することを複数繰り返すことなどによって、決定することができる。

６１４において、所望の運動から許容される逸脱の範囲が、任意選択的にセットされる。この範囲は、例えば、軌跡上の位置に依存することができる。適用すべき、少しの逸脱、トリガー状態及び／又は力場もまたセットすることができる。

６１６において、１つ以上の運動が実行される。任意選択的に、運動は、例えば、異なる抵抗あるいは力のプロファイル、異なる速度、及び／又は、異なる空間的位置など、異なるパラメータで、複数回反復される。

６１８において、正しい動作からの逸脱が同定される。

６２０において、運動が反復され及び／又は修正される。任意選択的に、運動は、逸脱が最大であった部分に、焦点を合わせる。代替的に又は付加的に、運動は、正しく実行された部分に、焦点を合わせる。任意選択的に、修正は、ＮＭＥＳパラメータを修正することを含む。例えば、そのパラメータは、振幅、周波数、継続時間、包絡線、トリガーに比較しての遅延、及び／又は順序、のうちの１つ以上である。任意選択的に、患者がうまくやった部分については、少なくともいくつかの繰り返しに対して、ＮＭＥＳを減少され、あるいは取り消す。任意選択的に、期待されたＥＭＧ信号が検出されない場合には、患者に思い出させるために、あるいは、支援するために、軽くつつくモードで刺激が供給される。任意選択的に、埋込型電極の使用により、すぐ近くの領域における刺激と同時に、１つの領域でＥＭＧ信号を測定することができる。任意選択的に、すぐ近くの刺激の効果を取り除くために、ＥＭＧ信号がフィルタされる。

６２２において、運動の結果は、任意選択的に、例えば、ある範囲の刺激シーケンス及び／又は運動パラメータの運動を提供することにより、分析されて患者の現在の能力を決定する。

本発明の１つの例示的な実施形態において、運動は、例えば、コップで飲むこと、注ぐこと、対象を保持すること及びつまみ上げること、対象を置くことなどの、日常活動を含む。任意選択的に、少なくともいくつかのＥＭＧ測定及び／又はＮＭＥＳ刺激は、日常活動への干渉を最低限にする持ち運び可能な装置を用いて、実行される。任意選択的に、利用者は、一定の日常活動が実行されていることを装置に示している。ＥＭＧのロギング及び／又はＮＭＥＳの適切な刺激が加えられる。任意選択的に、異なる身体位置に対して異なるシーケンスが記憶される（及び任意選択的にロボットアクチュエータを用いて徹底的に生成される）。任意選択的に、行為のシーケンスが活動パラメータに適合するように、身体部分上の適切なセンサ（例えば、傾きセンサ）を用いて、身体位置が同定される。任意選択的に、ＮＭＥＳシーケンスが、すぐ近くの教えられた位置間で、補間される。

［無線及び持ち運び可能電極］
上で言及したように、電極は、いくつかの構成で、供給することができる。例えば、（a）ロボットと一体化した電極システム。（b）有線あるいは無線の制御装置及び／又はデータロガーを有する埋込型電極のセット。（c）持ち運び可能制御装置を有する面電極のセット。（d）支援装置の部分としての、例えば、部分的あるいは完全な外骨格。（e）支持プラットフォームの部分としての、例えば、ベッドあるいは椅子。（f）神経のプロテーゼの部分としての、例えば、神経伝導の代わりにあるいは加えて、ＮＭＥＳ信号を印加する上述のNESS H200。

これらの構成のいずれか、あるいは全てにおいて、超閾値ＮＭＥＳに対して使用するのに代替的、又は、追加的に、副閾値に対して、電極が使用可能である。任意選択的に、患者が改善するにつれて、さらなる副閾値及びより少ない超閾値ＮＭＥＳ信号が適用される。任意選択的に、ＮＭＥＳは、軽くつつくために及び／又は患者に動作を思い出させるために使用される。任意選択的に、患者優位が適用される。例えば、ＮＭＥＳを取り消す、あるいは、成熟したＮＭＥＳを強制するなどである。

電極が、しばらくして取り除かれてもよいし、取り除かれなくてもよいことに留意する。例えば、脊柱損傷の場合、神経の経路が無い可能性があり、電極がそのままにされる。脳卒中の犠牲者においては、リハビリテーションは、一般的に、少なくともＮＭＥＳに対して電極が必要なくなる程度まで改善させることが望ましい。

任意選択的に、電極が、脳刺激装置と連結して供給される。例えば、脳刺激を筋肉刺激に（任意選択的に、適切な遅延をもって）同期させること、あるいは、脳刺激装置を用いて、装置からフィードバックをもたらすことを行う。

また、言及したように、１つ以上のフィードバック装置が、供給される可能性がある。利用者に指示を伝えたりフィードバックしたりする、例えば、振動パッド、ディスプレイ、音声出力である。典型的な指示は、「リラックスしなさい。あなたの筋肉は緊張しすぎています。」といったものである。

任意選択的に、１つ以上の利用者入力装置が供給される。例えば、ボタン、ノブあるいはタッチスクリーンである。任意選択的に、ジェスチャ入力が使用される。任意選択的に、利用者及び／又は療法士に個人化されたスピーチ入力が使用される。任意選択的に、別の体肢あるいは身体部分からのＥＭＧ信号が、動作を開始するトリガーとして使用される。上で言及したように、実際の動作は、例えば、身体位置、体肢位置、及び／又は身体部分の相対的位置、に基づいて、修正することができる。任意選択的に、ＢＣＩ（脳−コンピュータインターフェース）、例えば、野球帽あるいは水泳帽に埋め込まれた電極のセット（例えば、ＥＥＧ）が、使用される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、ＢＣＩのシステムをトレーニングするために、ロボットないしアクチュエータが使用される。例えば、ロボットは、生成されたコマンドとその結果との間の逸脱を感知するのに使用することができる。例えば、コマンドが高レベルのコマンドであるＢＣＩシステムにおいて、ここに記載されているように、シーケンス最適化が可能である。例えば、低レベルのモータコマンドが生成されるＢＣＩシステムにおいて、個々のコマンドとＮＭＥＳの小セグメントとの間の対応関係が、生成される。任意選択的に、ＢＣＩの電極の配置及び／又はＢＣＩ信号の処理は、可能なＮＭＥＳシーケンス及び／又は効果を考慮に入れるために修正される。

任意選択的に、装置は、再充電可能バッテリーを含む。任意選択的に、無線あるいは有線（プラグインしたとき）リンクが、供給される。例えば、電話、無線ＬＡＮあるいはＷＡＮ、あるいは携帯電話を介してである。そのリンクは、例えば、遠隔データベースへ、データ監視局へ、及び／又は、生の又は遅延した生のフィードバックを患者に与える介護人へのリンクである。本発明の１つの例示的な実施形態において、患者が日常活動を行い、また、うまく出来たり、出来なかったりした場合に、及び／又は、他のいかなる前もってセットされたトリガー状態に従って、介護人に知らせ、介護人は、フィードバックをすることができる。

任意選択的に、プロテーゼとして機能する場合に、装置は、使用中に、継続しているリハビリテーションを提供するようにプログラムすることができる。例えば、一日のある一定の時間、及び／又は、適切な警告後、患者に、連続した運動を実行するように促すことができる。

本発明の１つの例示的な実施形態において、ロボット・アクチュエータが、動作、動作セット、ＥＭＧ信号及び／又は神経プロテーゼの試験済みＮＭＥＳ信号をプログラムするために、使用される。任意選択的に、複数試行からのエラー信号及び継ぎ合わせ信号を示すための再現性及び能力が、プロテーゼのプログラミングに利用される。任意選択的に、患者が注意深くない場合であっても、ロボット（例えば、運動感覚の神経シグナルの測定用のロボット）を用いて、正確に繰り返される。

［電極の較正、セットアップ、及び／又はメンテナンス］
上に記載されたプロセスは、使用する電極を較正及び／又はセットアップするのに、使用することができる、及び／又は、修正することができる。電極の１つの問題は、組織に対するそれらの実際の効果を事前に確認することが困難であることである。別のあり得る問題は、時として、例えば、線維症、筋肉増強、電極の移動、電極の破損、神経活動の改善（あるいは劣化）、及び／又はマークした位置の移動などによる外部電極配置の困難性、などによって、電極の効果が時間とともに変化し得ることである。

本発明の１つの例示的な実施形態において、ロボット・アクチュエータが、電極制御のセットアップ支援に使用される。ある例では、例えば、ＥＭＧが感知される位置に基づいて、及び／又は、反復される試験運動に対していつＮＭＥＳが最良効果を有するのかに基づいて、電極の位置が選択される。別の例では、例えば、振幅、周波数及び／又は長さなど、電極に印加された信号が、様々なパラメータによる反復実験に基づいて、選択される。別の例では、信号の包絡線が選択される。任意選択的に、同一の包絡線が、複数電極に使用される。本発明の１つの例示的な実施形態において、患者の運動の際、パフォーマンスを測定するために及び電極セットアップを修正するために、ロボットあるいは他のセンサが使用される。任意選択的に、ここで言及するように、正常な体肢からのシーケンスは、麻痺した体肢に使用するために変換される。そうするとすぐに、それらは、ロボット又は他のセンサを用いて、試験され及び／又は最適化され得る。

本発明の１つの例示的な実施形態において、例えば、拮抗筋に対して主動筋を刺激する電極がペアとしてアクティブになった時に、ロボットが作動する。本発明の１つの例示的な実施形態において、ロボットによって、電極対のパフォーマンスを監視する及び／又は厳密に調べることが可能である。例えば、そのロボットは、電極をつけた筋肉が要求されたように反応する（例えば、力、方向）かどうかを確かめるために、体肢に力を及ぼす。任意選択的に、ＮＭＥＳ刺激を用いて患者の参加なしで、筋肉の応答が生成される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、複数の異なる動作が制御装置の中にプログラムされていることを確実にするために、ロボットの反復的な動作が使用される。任意選択的に、プログラムは、プロテーゼ中の１つ以上の位置センサ及び／又は加速度センサ、及び／又は埋め込み可能な電極の較正を含む。無線電極が外部制御装置を使用することができると記載されたが、任意選択的に、各電極あるいは電極のセットは、活性化論理を共有する。ある例では、無線電極は、１つ以上の加速度計を含む。加速度計は、加速条件を、所望の帯電及び／又はロギングに適合するように、プログラムすることができる。複数の知覚刺激あるいは刺激プログラムは、このような無線電極に記憶させることができる。任意選択的に、初期トリガー信号が、実行するべき一般的なコマンドを示すために、複数の無線電極に送信される。また、加速度感知（１、２、３、４、５あるいは６次元の空間的及び／又は方向における）が、刺激が必要であるどうか、及び／又は、どのように刺激を修正するか、を決定するのに使用される。任意選択的に、これは、帯域、電力及び／又は電極からのアドレス要求を減少させる。

本発明の１つの例示的な実施形態において、どの電極をどのシーケンスで、及び、いつアクティブにするか、の個人的なプロファイルが、個人化ファイルとして蓄積される。本発明の１つの例示的な実施形態において、利用者がシステムを使用するにつれて、電極のセットアップが修正される。例えば、コップに注ぐたびに（あるいは、当該活動の前後に同定することができる他の活動）、利用者及び／又はシステムは、動作が受け入れ可能であったか、受け入れ不可能であったのか、より良かったか及び／又はより悪かったか（あるいは他の質の表示）を示すことについての、オプションを有することができる。例えば、システムは、円滑さが考慮され、利用者による入力を許可している。良い及び／又はより良い動作を使用して、異なるＮＭＥＳシーケンスを選択することが可能である。悪い結果は、シーケンスを除外するのに、使用可能である。例えば、神経回路網及びＡI学習アルゴリズムなど、このようなフィードバックに基づくことができる、様々な学習方法及びアルゴリズムが、従来技術において知られている。

本発明の１つの例示的な実施形態において、電極の定期的なメンテナンスが施される。例えば、それらが、まだ、期待されるように動作するかどうかを見るためである。任意選択的に、患者の複数の間違ったパフォーマンスに応答して、このようなメンテナンスが要求される。本発明の１つの例示的な実施形態において、チェックは、利用者が動作を実行するように要求することを含む。その動作は、ロボットを用いて、任意選択的に、埋込型電極を補足するための外部電極を用いて、感知される。任意選択的に、再較正により、まず、移動した電極をチェックし、そして、振幅が間違っている電極をチェックする。

本発明の１つの例示的な実施形態において、例えば、患者の改善に合わせて、いくつかの電極が、取り消される（すなわち、非アクティブとされるか取り除かれる）、あるいは、それらの使用が減らされる。任意選択的に、必要に応じて電極を移動させる。任意選択的に、電極がトリガーされる条件は、患者の変化を考慮に入れるために修正される。

本発明の１つの例示的な実施形態において、電極及びＮＭＥＳが、歩行訓練に使用される。本発明の１つの例示的な実施形態において、麻痺した脚のＮＭＥＳを刺激するために、１つの脚からのＥＭＧ信号が使用される（脚の動作速度及び／又は加速度に依存する可能性がある遅延をもって）。本発明の１つの例示的な実施形態において、ＮＭＥＳとＥＭＧとの組み合わせが、例えば、能力の欠如を補償することにより、及び／又は、体肢間の同期化のタイミングを改善することにより、体肢間の二面的な調整を改良するのに、使用される。任意選択的に、１つの体肢でのＥＭＧイベントが、別の体肢でのＮＭＥＳトリガーとして使用される。例えば、自動的に（例えば、テンプレートに基づいて）、あるいは、例えば、適切なＥＭＧが麻痺した体肢の一定の位置で、一定の時間枠の中で感知された場合においてである。正常な脚もまた、麻痺した脚の活性化及び／又はＥＭＧイベントの所望の時間ないし遅延、所望のシーケンスの供給源として、使用することができる。もし、合わない場合には、ＮＭＥＳイベントを引き起こす。任意選択的に、少なくともいくつかシーケンスが制御装置に記憶される。任意選択的に、制御装置及び／又は電極は、加速度計及び／又は機械的歩行特性を示す位置センサに関連する。なお、いくつかの患者において、正常な脚からの入力が、麻痺した脚に適用される前に修正されなければならないことが、事前に知られ得ることに留意すべきである。例えば、１つの関節が、限定された可動域を有する場合などである。他の場合において、体肢間の適切なマッピングを決定するのに、試行錯誤がなされる。

本発明の１つの例示的な実施形態において、様々な歩行状態及び／又は歩行タイプに対するＮＭＥＳ活性化のシーケンスは、正常な脚から麻痺した脚へコピーされる。任意選択的に、ＥＭＧが感知される麻痺した位置において、ＮＭＥＳは、適用されないか、あるいは小さい大きさで適用される。任意選択的に、他の位置におけるＮＭＥＳは、いくつかの領域での低い筋肉活性化の効果に対抗するために、異なる時間及び／又は大きさで適用される。このような補償は、例えば、ここに記載された電極を用い、効果を測定する実験によって、決定することができる。これは、患者の安全を増進することができる。例えば、転落を防止するなどである。様々な歩行タイプは、トレーニングすることができる。例えば、歩行、登攀、起立及び／又は腰掛け、などである。

本発明の１つの例示的な実施形態において、外部センサが、ＮＭＥＳの効果を評価するのに、使用される。例えば、立っている人のバランスを検出するのに、圧力センサ（足の下の）を使用可能である。傾きセンサが、バランス維持を示すのに、胴に取り付け可能である。このようなセンサからの入力は、シーケンスの最適化プロセスのフィードバックとして、使用することができる。追加のセンサが、使用可能である。例えば、身体部分のイメージを入手する視界センサである。マーカが、同定を支援するのに、身体上に供給可能である。

任意選択的に、較正中に、電力消費の削減が、強調される。任意選択的に、電極が、それらが充電が必要であれば、較正時に再充電される。任意選択的に、電極は、「気が付く」信号を提供することにより、要求された充電の必要性を示す。その信号は、例えば、神経に影響を及ぼすが筋肉には影響を及ぼさない反復的な短い刺激信号あるいは頻繁な刺激あるいはパルスパラメータなどである。

任意選択的に、患者の生理機能及び／又は電極の有効性の変化によって、新しい準最適のシーケンスが発見される。

本発明の一部の例示的な実施形態において、メンテナンスに使用されるロボットは、一定の軌跡に沿わない動きに抵抗することによって、動作をガイドする単純な抵抗ロボットである。代替的に又は付加的に、ロボットの代わりに、１つ以上の位置のセンサのセットが使用される。例えば、コンピュータに読み出される位置センサである。

本発明の１つの例示的な実施形態において、ここに記載された少なくともいくつかの活動が、患者の家庭で実行される。例えば、電極及びＮＭＥＳの有効性の通常の監視、及び、新しいＮＭＥＳシーケンスのトレーニングを、家庭で行うことが可能である。本発明の１つの例示的な実施形態において、ロボットは、対話式ウィザードを含む。ウィザードは、新しい動作を定義するプロセスを通して、利用者（患者/介護人）をガイドする。任意選択的に、動作のライブラリが、開始点としての機能を果たすために、供給される。本発明の１つの例示的な実施形態において、ウィザードは、十分な数の開始点から、及び、十分な数の繰り返しの十分な数の例を供給するために、利用者に指示する。また、任意選択的に、トレーニング結果が満足できるものであるかの表示を提供する。任意選択的に、例えば、オンラインの支援あるいはデータファイルのために、遠隔センター（例えば、リハビリセンター）へのリンクが供給される。任意選択的に、例えば、ロボットのアクチュエータを動かすこと、あるいは、グラフィックのディスプレイを用いて、期待される動作のディスプレイが供給される。

［電極移植方法］
図７は、本発明の１つの例示的な実施形態による、埋込式電極の埋め込み及びプログラミングの方法のフローチャート７００である。

７０２において、例えば、損傷の生理学に基づいて、複数の潜在的な電極位置が選択される。

７０４において、電極の埋め込みに先立って、１つ以上の外部電極をその位置に配置させることができる。これらの電極は、典型的には、低い空間的解像度を有する。

７０６において、外部電極の効果が評価され、外部電極位置が調整可能である。評価は、例えば、ＮＭＥＳにより開始される動きを測定するためのロボットを用いて行う。なお、評価は、小さい動作の部分について行うことが可能であることに留意する。任意選択的に、ロボットを使用して、麻痺した体肢を開始位置にもってくる。その位置で、ＮＭＥＳの効果が測定される。

７０８において、１つ以上の電極が埋込まれる。任意選択的に、これらの電極は無線電極である。

７１０において、これらの電極の効果が、例えば、視界システムあるいはテンション測定など、ロボットあるいは他のセンサを用いて、決定される。

７１２において、１つ以上の電極が、任意選択的に、追加され、あるいは取り除かれる。

７１４において、電極のＮＭＥＳシーケンスが、例えば、上に記載されたように、最適化される。本発明の１つの例示的な実施形態において、ここに記載された最適化は、例えば山登り法、線形プログラム手法、試行錯誤、統計的実験及びショットガンアプローチなど、従来技術で知られている最適化及び探索方法を使用することが可能である。

７１６において、追加の活動及び／又はＮＭＥＳシーケンスは、例えば、患者の家庭で、患者により、プログラム可能である。任意選択的に、ロボットは、無線埋込型電極のプログラム装置を含む。

７１８において、ＮＭＥＳシーケンスは、例えば、周期的に、例えば、上に記載されたように、改定される。

［痛み］
いくつかの例では、埋込型電極あるいは外部電極が、痛みをブロック及び／又は和らげるために、使用される。本発明の１つの例示的な実施形態において、ここに記載された方法が、このような電極の電力使用を最適化するために、あるいは減らすために、使用される。ある例では、ロボットのサポートを受けている動作が、いつ痛みが予想されのかを学習するのに、使用される。無線電極は、次に、例えば、向きを感知するために加速度計を用いて、あるいは、これら又は他の電極のＮＭＥＳシーケンス（あるいはＥＭＧ、あるいは神経感知）の期待効果に基づいて、必要なときにのみ活性化するように、プログラムされる。任意選択的に、プログラムは、局所的であって、例えば、各電極は、その局所の感知及び／又は活動に応答するようにプログラムされる。代替的に又は付加的に、１つの電極が、その行為及び／又は他の電極の感知に反応する。

任意選択的に、ロボットが、痛みが予期される位置、痛みを防止あるいは緩和する信号の程度（及び他の性質）、痛みのトリガーとなるＥＭＧあるいはＮＭＥＳ信号、及び／又は、痛みが予測されるところの速度あるいは加速度、の１つ以上を、（例えば、実験により）決定するのに使用される。

［一般］
本発明の１つの例示的な実施形態において、ＮＭＥＳを適用する方法は、出願人により提出された他の出願の教示と結合されている。

２００４年１２月７日に提出された米国仮出願６０/６３３、４４２号であり、２００５年２月４日にＰＣＴ出願として提出されたＰＣＴ／ＩＬ２００５/０００１３６号は、バランスのリハビリテーションを記述している。発明の例示的な実施形態において、ＮＭＥＳが、患者の身体の２つの側面調整うるのを助けるのに、あるいは、他の部分（例えば、脚）が動くときに（例えば、胴の）バランスに関して身体の一部の筋肉を刺激するのに、使用される。それらの開示は、参照により、ここに組み込まれる。

２００４年４月２９日に提出された米国仮出願６０/５６６、０７９号であり、２００５年２月４日にＰＣＴ出願としてもまた提出されたＰＣＴ／ＩＬ２００５/０００１３９は、精密運動制御のリハビリテーションを記述する。その開示は、参照により、ここに組み込まれる。発明の１つの例示的な実施形態において、ＮＭＥＳが、全体及び微細動作（例えば、大きな筋肉の測定及び小筋肉の刺激、あるいは逆もまた同様である）あるいは、精密運動制御を正常な腕から麻痺のある腕にコピーするのに、患者を助けるように、使用される。

２００４年１２月７日に提出された米国仮出願60/633,428号であり、２００５年２月４日にＰＣＴ出願としてもまた提出されたＰＣＴ／ＩＬ２００５/０００１３８号は、歩行のリハビリテーションを記述する。その開示は、参照により、ここに組み込まれる。本発明の１つの例示的な実施形態において、ＮＭＥＳが、２つの脚の動き及び／又は異なる脚の部分の動作を調整するのに、使用される。例えば、（正常な、あるいは麻痺患者の）大腿部のＥＭＧ測定は、ＮＭＥＳ信号を麻痺した子牛にドライブするのに、使用される。

２００４年２月５日に出願された米国仮出願第60/542,022号であり、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ２００５/０００１４０としても出願された、ＰＣＴ／ＩＬ２００５/０００１４１、及び、２００５年２月４日に出願された「リハビリテーション並びにトレーニングのための方法及び器械」と題するＰＣＴ／ＩＬ２００５/０００１４２（その開示内容は参照によりここに組み込まれる）は、様々な種類のリハビリテーション装置を記載している。本発明の１つの例示的な実施形態において、そのような装置にＮＭＥＳ刺激及び／又はＥＭＧ測定が提供される。

２００４年８月２５日に出願された米国仮出願第60/604,615号（その開示内容は参照によりここに組み込まれる）は、脳可塑性を考慮して、測定等をしながらのリハビリテーションが記載されている。本発明の１つの例示的な実施形態において、ＮＭＥＳ刺激が、麻痺した体肢への神経の信号の生成及び／又は麻痺した体肢からの信号の受信に責任がある脳の中心の活動と調整した方法で、供給される。このような脳の領域は、例えば、用いてＥＥＧあるいはｆＭＲＩ方法で、検出可能である。

２００５年３月２９日に提出された米国仮出願60/666,136号は、リハビリテーションに使用する体操の装置の装備を改良するシステムを記述している。その開示は、参照により、ここに組み込まれる。任意選択的に、このような装備を改良することが、体操の装置をここに記載されたように電極シーケンスのセッティング、あるいはロボット/アクチュエータの代わりに他の使用に有益にするのに、使用される。

２００５年３月２８日に提出された米国仮出願60/665,886号は、特に老年での健康のためのシステムを記載している。その開示は、参照により、ここに組み込まれる。このような健康であることは、体肢の利用を確実にするためのＮＭＥＳ刺激を含むことができる。及び、例えば、ここに記載され方法を利用するような、脳卒中後のリハビリテーション及び負傷後の支援を含むことができる。

ここで使用されているように、腕あるいは別の身体部分の「位置」は、腕あるいは別の身体部分の特定の部分の空間的位置のみを含むのではなく、その空間的状態を特定するのに必要とするいかなる他の情報をも含む。例えば、肘がどのくらい曲げられているか、どのくらい前腕がひねるられているか、どのくらい手首が曲げられているか等を含んでいる。いくつかの実施形態において、部分の速度及び／又は、その向きが、制御される。

本発明は、実施するための最良モードの文脈において記述されている。図面で示された、あるいは、文章に関連して記載された全ての特徴は、本発明のいくつかの実施形態に従って、実際の装置において存在することができる。ここに記載された様々なしきい値及び値可能は、例えば、必要に適合するために個人化するなど、変更することができる。

上に記載されたリハビリテーション及び筋肉活性化の方法が、ステップを省略したり加えたりすること、ステップの順序や使用される装置のタイプを変えることを含めて、いろいろなやり方で変形できることは、認識されるであろう。更に、方法及び装置の両方について種々の特徴の多様性が、記載された。いくつかの実施形態において、主として方法が記述された。しかしながら、方法を実施するのに適した装置もまた本発明の範囲内と考えられる。異なる特徴を、異なるように結合することができることが、認識されるべきである。特に、特定の実施形態において、上に示された全ての特徴が、本発明のすべての同様な実施形態に必要ではない。さらに、上述の特徴の組み合わせもまた、本発明のいくつかの実施形態の範囲内と見なされる。また、本発明の範囲内には、装置のセット、１つ以上の破断ピン、１つ以上のアタッチメント及び／又はソフトウェアを含むキットも、含まれる。また、ハードウェア、ソフトウェア及びコンピュータ読み取り可能メディアの範囲の中には、例えば、腕の位置を制御し、フィードバックを提供するなど、ここに記載されたステップを実行及び／又はガイドに使用される、このようなソフトウェアが含まれる。セクションの見出しが、ナビゲーションの支援のために供給されるが、必ずしもセクションの内容を制限するものと考えるべきではない。請求項において使用される場合には、「備える」、「含む」、「有する」という用語及びそれらの活用形は、「含むが、それに限定されない」ことを意味する。また、装置は、男性及び女性の両方に好適であり、男性代名詞は、便宜のために使用されていることに留意する。

本発明が、ここまでに何が記載されたによって限定されるものではないことは、当業者により認識されるべきものである。むしろ、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。

本発明の例示的な実施形態による、ＥＭＧ電極を付けた正常な腕、ＥＭＧユニット、信号処理ユニット、ＮＭＥＳユニット、およびＮＭＥＳとＥＭＧ電極を付けた麻痺のある腕の概略図である。本発明の例示的な実施形態による、未処理のＥＭＧ信号、整流信号、平滑化ＲＭＳ（二乗平均平方根）信号を示す。本発明の例示的な実施形態による、ロボットアームに取り付けられた腕の概略図である。図１とは別の本発明の例示的な実施形態による、ＮＭＥＳ電極とＥＭＧ電極を備えた麻痺のある腕、脳からの神経信号、および信号処理ユニットの概略図である。本発明の例示的な実施形態による、リハビリテーション中の様々な時点における、屈筋と伸筋からのＥＭＧ信号の時系列のプロットである。本発明の例示的な実施形態による、リハビリテーション中の様々な時点における、屈筋と伸筋からのＥＭＧ信号の時系列のプロットである。本発明の例示的な実施形態による、リハビリテーション中の様々な時点における、屈筋と伸筋からのＥＭＧ信号の時系列のプロットである。本発明の例示的な実施形態による、リハビリテーション中の様々な時点における、屈筋と伸筋からのＥＭＧ信号の時系列のプロットである。本発明の例示的な実施形態による、リハビリテーション中の様々な時点における、屈筋と伸筋からのＥＭＧ信号の時系列のプロットである。本発明の例示的な実施形態による、リハビリテーション中の様々な時点における、屈筋と伸筋からのＥＭＧ信号の時系列のプロットである。本発明の例示的な実施形態による、リハビリテーション中の様々な時点における、屈筋と伸筋からのＥＭＧ信号の時系列のプロットである。本発明の１つの例示的な実施形態による、患者の改善を決定し、任意選択的に評価するためにロボット・アクチュエータを使用する方法のフローチャートである。本発明の１つの例示的な実施形態による、埋込式電極の埋め込み及びプログラミングの方法のフローチャートである。

Claims

正常な第２の身体部分（１０２）の動きに基づいて、該第２の身体部分の鏡像であり、麻痺のある第１の身体部分（１４６）の筋肉活性化をするための器械であって、
神経筋刺激（ＮＭＥＳ）信号を前記第１の身体部分（１４６）に伝達するのに適した少なくとも１つの電極（１３８）と、
前記少なくとも１つの電極（１３８）に、刺激信号のシーケンスからなるＮＭＥＳ信号を供給するのに適した少なくとも１つの制御装置（１２４）と、
前記第１の身体部分（１４６）に結合され、前記少なくとも１つの制御装置（１２４）と動作可能に結合される機械的運動要素（３００）と、
前記第２の身体部分（１０２）に結合された少なくとも一つのＥＭＧセンサ（１０４）と、を備え、
前記少なくとも１つの制御装置（１２４）は、前記機械的運動要素（３００）と連動して前記ＮＭＥＳ信号を制御し、前記少なくとも一つのＥＭＧセンサ（１０４）から感知されたＥＭＧ信号に基づいて前記ＮＭＥＳ信号を発生するものであり、
前記少なくとも１つの制御装置（１２４）は、さらに、前記第１の身体部分（１４６）の所望の動作に基づいた前記電極についての使用のためのＮＭＥＳシーケンスを、前記第２の身体部分（１２４）に前記機械的運動要素（３００）およびＥＭＧセンサ（１０４）を装着して前記所望の動作を行った結果に基づいて生成する、ことを特徴とする器械。
前記機械的運動要素（３００）は前記第１の身体部分を動かす、ことを特徴とする請求項１に記載の器械。
前記機械的運動要素（３００）は前記第１の身体部分の動作を測定し、その動作は前記ＮＭＥＳシーケンスに従ったものである、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の器械。
前記機械的運動要素（３００）は前記第１の身体部分の動作をガイドし、当該動作は前記ＮＭＥＳシーケンスに応じたものである、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の器械。
前記機械的運動要素（３００）は前記第２の身体部分の動作をガイドし、当該ＮＭＥＳシーケンスは前記動作に応じて生成される、ことを特徴とする請求項の１ないし４のいずれかに記載の器械。
前記電極のための前記ＮＭＥＳシーケンスをプログラムするのに適したプログラム装置を備える、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の器械。
前記プログラム装置は、少なくとも１つの最適化基準に応じて前記ＮＭＥＳシーケンスを修正するシーケンス・オプティマイザを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の器械。
前記最適化基準は患者の能力を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の器械。
前記最適化基準は電極の限定を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の器械。
前記最適化基準は、前記機械的運動要素（３００）によって測定される結果品質（ＱｏＲ）を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の器械。
他人からＥＭＧ信号を測定するために他人の鏡像の身体部分（１０２）に結合された少なくとも１つのＥＭＧセンサを更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の器械。
前記制御装置（１２４）は、ＮＭＥＳが加えられる部位におけるＥＭＧ信号の大きさ及び存在の少なくとも１つに応じてＮＭＥＳ信号を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の器械。
前記制御装置（１２４）は、前記少なくとも１つの電極のうちのどの電極を使用するかの指示を生成するのに適している、ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の器械。
少なくとも１つの日常活動に関する複数のＮＭＥＳシーケンスをその中に記憶するメモリを備えている、ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の器械。
ＮＭＥＳシーケンスを生成するためのユーザ入力を備えている、ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の器械。
前記制御装置（１２４）は、前記第１の身体部分（１４６）の所望の動作に基づいた前記電極についての使用のために記憶されたＮＭＥＳシーケンスを修正するのに適している、ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の器械。
前記制御装置（１２４）は、ＮＭＥＳシーケンスの実際の効果と前記シーケンスの所望の効果とを比較し、少なくとも１つの遍位を検出するのに適している、ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の器械。
前記機械的運動要素（３００）は、前記ＮＭＥＳに応答して前記第１の身体部分（１４６）によって加えられる力を測定するのに適している、ことを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の器械。
前記第１の身体部分の動作に関する少なくとも１つのセンサを較正するのに適した較正器を備えている、請求項１ないし１８のいずれかに記載の器械。
電極ＮＭＥＳプログラミングのための対話式ユーザガイドを備えている、請求項１ないし１９のいずれかに記載の器械。
前記電極は埋込式である、ことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれかに記載の器械。
前記電極はプロテーゼの一部を形成する、ことを特徴とする請求項１ないし２１のいずれかに記載の器械。
前記電極は長期にわたって装着するのに適している、ことを特徴とする請求項１ないし２２のいずれかに記載の器械。
前記電極と、前記少なくとも１つの制御装置（１２４）の少なくとも１つとは、前記機械的運動要素（３００）と独立に作動し、前記運動要素から取り外すのに適している、ことを特徴とする請求項１ないし２３のいずれかに記載の器械。
前記ＮＭＥＳシーケンスは、少なくとも２つの筋肉への適用のためのシーケンスを含む、ことを特徴とする請求項１ないし２４のいずれかに記載の器械。
前記ＮＭＥＳシーケンスは少なくとも２０秒の長さである、ことを特徴とする請求項１ないし２５のいずれかに記載の器械。
前記機械的運動要素はアクチュエータを備える、ことを特徴とする請求項１ないし２６のいずれかに記載の器械。
前記アクチュエータは、動作の少なくとも３自由度を有するロボット・アクチュエータを含む、ことを特徴とする請求項２７に記載の器械。