JP4934805B2

JP4934805B2 - 口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置

Info

Publication number: JP4934805B2
Application number: JP2005349518A
Authority: JP
Inventors: 康延半田; 和則関; 隆英小倉; 幸聖三橋; 尚志佐藤
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: JP2007151747A

Description

本発明は、口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置に係り、特に、頸部の両側舌骨上部を表面電極により電気刺激し、摂食障害、嚥下障害、構音障害、発声障害、呼吸障害を引き起こす口腔、咽頭、喉頭機能障害を予防治療する頸部表面電気刺激装置に関するものである。

摂食・嚥下障害、発声障害、構音障害の治療法としては、運動訓練が主体でありこれに加えて氷刺激、氷水刺激などの反射誘発法が行われている。また、嚥下機能改善のための電気刺激装置が米国で開発されているが、これは前頸部正中に表面電極を縦に並べ刺激するものであり、舌や咽頭・喉頭を直接刺激するものではない。
したがって、嚥下障害以外の機能障害や疾病を予防治療するものではない。

また、本願発明者は、各種の電気刺激装置を開発しており、既に、骨盤部表面刺激電極装置及びその電極装置装着用下着（特許文献１参照）、肩訓練治療のための電気刺激装置（特許文献２参照）や、腹筋・背筋強化のための電気刺激装置（特許文献３参照）および、不妊症、疼痛性骨盤内臓疾患治療のための電気刺激装置及び骨盤内臓機能不全・疼痛治療装置（特許文献４）を提案している。
特開２００２−２００１７８号公報特開２００３−０１９２１３号公報特開２００３−０１９２１６号公報特願２００５−２６６１９７号公報

しかしながら、頸部はきわめて狭い範囲に数多くの主要な神経、血管、筋肉などが存在するため、刺激部位が多少ずれても予期したものとは別の影響が現れる可能性が高い。また、刺激強度も強すぎると近隣組織をいたずらに刺激して実用性がないか望ましくない反応が生じてしまう可能性がある。
舌を含む口腔、口蓋、咽頭、喉頭の顔面頸部諸器官に関与する複数の神経、筋系に遠心性、求心性の電気刺激を与えることによりはじめて、それら諸器官の機能障害の予防治療が実現できるものである。

しかし、舌を含む口腔、口蓋、咽頭、喉頭の顔面頸部諸器官の機能に関連する神経・筋を選択的に、かつ確実に刺激する電気刺激装置は見当たらず、そのための電気刺激装置が求められていた。
本発明は、上記状況に鑑みて、頸部の特定部位を刺激するための表面電極アレイを具備した装具を用い、口腔、咽頭、喉頭機能に関連した舌下神経および迷走神経、舌咽神経の運動枝、知覚枝を刺激し、舌、舌骨上筋群、咽頭筋、喉頭筋の収縮訓練を行うと共に、知覚枝を介した中枢神経系への求心性入力による神経調節効果を得るような口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置において、電気刺激の搬送波として、周波数２ｋＨｚから５ｋＨｚの正弦波を用い、これを両方向性の三角波あるいは釣鐘状波でその幅を１００μｓｅｃから５００μｓｅｃとして、１Ｈｚから５０Ｈｚまでの繰り返し周波数の刺激波とし、かつ頸部の両側舌骨上部の左右の表面電極間のみに電流が流れるように双極性最大刺激電圧を４０Ｖに制限して前記表面電極に出力するとともに、前頸部正中線の左右外側方向で、左右の舌骨上筋群の位置に合わせて前記表面電極を貼り付け、安全かつ確実に目的部位を刺激できる装具を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、頸部の両側舌骨上部を表面電極により電気刺激し、摂食障害、嚥下障害、構音障害、発声障害、呼吸障害を引き起こす口腔、咽頭、喉頭の機能障害を予防治療することができる。

本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置は、電気刺激の搬送波として、周波数２ｋＨｚから５ｋＨｚの正弦波を用い、これを両方向性の三角波あるいは釣鐘状波でその幅を１００μｓｅｃから５００μｓｅｃとして、１Ｈｚから５０Ｈｚまでの繰り返し周波数の刺激波とし、かつ頸部の両側舌骨上部の左右の表面電極間のみに電流が流れるように双極性最大刺激電圧を４０Ｖに制限して前記表面電極に出力するとともに、前頸部正中線の左右外側方向で、左右の舌骨上筋群の位置に合わせて前記表面電極を貼り付け、安全かつ確実に目的部位を刺激できる装具を具備した。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置の刺激波（２ｋＨｚから５ｋＨｚの正弦波を搬送波とする刺激波）の一例を示す図である。
ここでは、電気刺激の搬送波として、周波数２ｋＨｚから５ｋＨｚの正弦波を用い、これを両方向性の三角波あるいは釣鐘状波でその幅を１００μｓｅｃから５００μｓｅｃとして、１Ｈｚから５０Ｈｚまでの繰り返し周波数の刺激波とする。この場合は５秒前後の通電、５秒前後の通電休止を繰り返すｃｙｃｌｉｃ刺激を５分から２０分程度行う。

図２は本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置を用いた頸部電極装着具を装着した状態を示す正面図、図３はその側面図である。
この実施例では、図２および図３に示すような、下顎骨５下面と舌骨４の間の頸部両側皮膚に貼付されるものであり、これによって咽頭・喉頭の運動に関わる舌骨上筋群とその深部にある舌下神経および迷走神経・舌咽神経の運動枝および知覚枝を刺激することができる。この際、目的部位に的確に電極を貼付するため、ネックカラー型装着具１の内面に表面電極２，３を貼付する。なお、６は口である。

口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置を上記した頸部電極装着具に接続して電気刺激することにより、口腔、咽頭、喉頭機能に関連した舌下神経および迷走神経、舌咽神経の運動枝、知覚枝を刺激し、舌、舌骨上筋群、咽頭筋、喉頭筋の収縮訓練を行うと共に、知覚枝を介した中枢神経系への求心性入力による神経調節効果を得ることができる。

以下に具体的な疾患における実施例について説明する。
（１）刺激部位の確認と急性効果
健常者および摂食・嚥下障害を有する患者において、当該部位を刺激すると、刺激周波数に一致して舌骨の挙上、舌根の挙上、咽頭の挙上がＸ線ｃｉｎｅで認められ、１５分間の間歇刺激では、舌根の挙上と舌の後方変移がＭＲＩ（核磁気共鳴イメージング装置）で確認されている。また、摂食・嚥下障害を有する患者では、嚥下時の喉頭挙上が刺激前微弱なものであったのが、刺激後、明確かつ挙上距離および速度が健常状態に近づくことが確認されている。
（２）摂食嚥下障害患者での刺激訓練効果
脳卒中後摂食嚥下障害を有する複数の症例で、１日ないしは２日に１回、１５分の訓練刺激で、嚥下反射、咽頭反射が明確に誘発され常食をむせることなく完全に食べ終えるようになったのが認められている。したがって、嚥下障害に伴う誤嚥が防がれ、誤嚥性肺炎の予防も可能となっている。
（３）睡眠時過呼吸症候群での刺激効果
本発明の効果として舌根が上昇することが認められているため治療効果が出る蓋然性は高い。また、いびきにも有効と思われる。

口腔（舌を含む）、咽頭、喉頭の機能は、摂食・嚥下・発語・構音・呼吸・発声に関連するものであり、その障害には、摂食・嚥下障害、構音障害、発語・発声障害などがあり、睡眠時のいびき、睡眠時無呼吸症候群にも関連している。また、口腔（舌を含む）、咽頭、喉頭の機能障害は、嚥下反射などに代表される反射機能の低下と麻痺などのための筋萎縮、筋力低下などに起因することが多い。そこで、これらの障害を予防治療するため、本発明では咽頭・喉頭の運動に関わる舌骨上筋群とその深部にある舌下神経および迷走神経・舌咽神経の運動枝および知覚枝を刺激し、筋萎縮改善、筋力増強、運動能力向上を図るとともに反射機能の向上を図ることができる。

事実、健常者および摂食・嚥下障害を有する患者において、当該部位を刺激すると、刺激周波数に一致して舌骨の挙上、舌根の挙上、咽頭の挙上がＸ線ｃｉｎｅで認められ、１５分間の間歇刺激では、舌根の挙上と舌の後方変移がＭＲＩ上確認されている。摂食・嚥下障害を有する患者では、喉頭反射の改善と摂食嚥下機能の著明な改善が認められている。

この際、左右の舌骨上筋群を確実に刺激するための電極貼付の位置決めが重要であり、そのため頸部装具が必要となってくる。また、頸部は知覚が敏感であり電気刺激による疼痛が出やすいため、１０Ｈｚ以上の刺激周波数では深部の神経に到達する刺激電圧を得ることができない。そこで、刺激周波数を０．５Ｈｚから８Ｈｚと低くすることによって同一刺激電圧でも痛みの出ない刺激が可能であり、より深部に到達し得る刺激出力を得ることができる。しかし、電圧を強くしすぎると頸部という狭い領域では他の神経・筋・血管領域を刺激する可能性が高くなり、不必要もしくは侵害的な刺激効果が現れる恐れが出てくる。そこで、最大刺激電圧を４０Ｖに制限することにより、そのような恐れを最小限に留めることができる。

次に、本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置の構成について説明する。
図４は本発明にかかるコンピュータ制御電気刺激装置の構成図である。
この図において、１０はコンピュータ制御電気刺激装置、１１はコンピュータ制御部、１２は電気刺激部、１３はＣＰＵ（中央処理装置）、１４はメモリ、１５は入出力装置、１６は入力インターフェース（Ａ／Ｄ変換器を含む）、１７は信号処理装置、１８は制御入力装置、１９は出力装置、２０はコネクタ、２１は頸部電極装着具、２２は頸部、２３は表面電極、２４は感温センサー、２５は感圧センサーである。なお、感温センサー２４と、感圧センサー２５は、口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置による利用者の保護のために用いる。

このコンピュータ制御電気刺激装置１０は大別するとコンピュータ制御部１１と電気刺激部１２からなっている。そのコンピュータ制御部１１は、ＣＰＵ１３、メモリ１４、入出力装置１５、入力インターフェース（Ａ／Ｄ変換器を含む）１６から構成されている。
また、電気刺激部１２は、ＣＰＵ１３に接続される信号処理装置１７、制御入力装置１８、出力装置１９、コネクタ２０からなる。

更に、そのコネクタ２０に接続される頸部電極装着具２１が設けられ、その頸部電極装着具２１は、複数のチャンネルの表面電極２３を有する。更に、必須構成ではないが、感温センサー２４、感圧センサー２５を付設することができる。なお、２２は頸部である。
そこで、この口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置により、図１に示すような電気刺激波を発生させて、電気刺激することにより、口腔、咽頭、喉頭機能に関連した舌下神経および迷走神経、舌咽神経の運動枝、知覚枝を刺激し、舌、舌骨上筋群、咽頭筋、喉頭筋の収縮訓練を行うと共に、知覚枝を介した中枢神経系への求心性入力による神経調節効果を得ることができる。

図５は本発明にかかるコンピュータ制御電気刺激装置のパターン信号発生装置の構成図、図６はその主メモリの構成図である。
これらの図に示すように、このコンピュータ制御電気刺激装置のパターン信号発生装置３０は、主メモリ３１、主メモリのコマンド部３１ａ、主メモリのオペランド部３１ｂ、主メモリのパターンファイル部３１ｃ、プログラムカウンタ３２、第１レジスタ３３、第２レジスタ３４、主メモリの固定部４１、主メモリの変数部４２を備える。ａ〜ｇはアドレス、ＳＴＰはセットスタックポインタ命令、ＪＳＰは変数パターン読出指令、ＲＳＰはリターン指令である。

このコンピュータ制御電気刺激装置のパターン信号発生装置３０は、主メモリ３１、プログラムカウンタ３２、第１のレジスタ３３、第２のレジスタ３４を設け、その主メモリ３１は、図６に示すように、固定部４１と変数部４２を設けるようにしている。
そこで、主メモリ３１の固定部４１と変数部４２を個別に記憶し、固定部４１を所定のプログラムに従って読み出して所定パターンを出力させるとともに、固定部４１の所望のアドレス位置に変数パターン読出指令ＪＳＰを記憶させ、この変数パターン読出指令ＪＳＰが読み出される毎に第１レジスタ３３に記憶したアドレスの変数パターンを読み出すようにする。このようにして、固定部４１と変数部４２とを組み合わせることにより、パターン信号を発生させるようにしている。

そして、各刺激チャンネルの刺激波は、時間軸上あるいはコンピュータ制御式電気刺激装置のメモリーアドレス上に自由に設定できるようにすることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置は、口腔、咽頭、喉頭などの機能障害予防治療装置に好適である。

本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置から出力される刺激波（２ｋＨｚから５ｋＨｚの正弦波を搬送波とする刺激波）の一例を示す図である。本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置を用いた頸部電極装着具を装着した状態を示す正面図である。本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置を用いた頸部電極装着具を装着した状態を示す側面図である。本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置のブロック図である。本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置のパターン信号発生装置の構成図である。本発明の口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置のパターン信号発生装置の主メモリの構成図である。

１ネックカラー型装着具
２，３，２３表面電極
４舌骨
５下顎骨
６口
１０コンピュータ制御電気刺激装置
１１コンピュータ制御部
１２電気刺激部
１３ＣＰＵ（中央処理装置）
１４メモリ
１５入出力装置
１６入力インターフェース（Ａ／Ｄ変換器を含む）
１７信号処理装置
１８制御入力装置
１９出力装置
２０コネクタ
２１頸部電極装着具
２２頸部
２４感温センサー
２５感圧センサー
３０コンピュータ制御電気刺激装置のパターン信号発生装置
３１主メモリ
３１ａ主メモリのコマンド部
３１ｂ主メモリのオペランド部
３１ｃ主メモリのパターンファイル部
３２プログラムカウンタ
３３第１レジスタ
３４第２レジスタ
４１主メモリの固定部
４２主メモリの変数部
ａ〜ｇアドレス
ＳＴＰセットスタックポインタ命令
ＪＳＰ変数パターン読出指令
ＲＳＰリターン指令

Claims

電気刺激の搬送波として、周波数２ｋＨｚから５ｋＨｚの正弦波を用い、これを両方向性の三角波あるいは釣鐘状波でその幅を１００μｓｅｃから５００μｓｅｃとして、１Ｈｚから５０Ｈｚまでの繰り返し周波数の刺激波とし、かつ頸部の両側舌骨上部の左右の表面電極間のみに電流が流れるように双極性最大刺激電圧を４０Ｖに制限して前記表面電極に出力するとともに、前頸部正中線の左右外側方向で、左右の舌骨上筋群の位置に合わせて前記表面電極を貼り付け、安全かつ確実に目的部位を刺激できる装具を具備したことを特徴とする口腔、咽頭、喉頭機能障害予防治療用電気刺激装置。