JPH0221273B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、不全麻痺筋の訓練治療装置に関し、
特に長時間訓練可能な埋め込み電極を使用し、低
周波電気刺激を行なう電気刺激訓練治療装置に関
する。

〔技術の背景と問題点〕

脳卒中や脊髄損傷などの上位運動神経障害は、
その障害部位に応じて、片麻痺や対麻痺あるいは
四肢麻痺を引き起こすが、その麻痺の程度は、障
害の程度に応じて、日常生活にほとんど支障のな
い軽度の不全麻痺から、24時間完全看護を必要と
する重度の完全麻痺まで種々雑多である。このう
ち、大部分の不全麻痺では、四肢の個々の筋の随
意的収縮力の低下もさることながら、中枢神経系
の運動統御機構の障害、ことに筋の張力（緊張
度）を自動的に調整する錐体外路系の乱れによ
り、筋の張力が異常に亢進する筋の痙性が出現
し、四肢の協調動作が著しくそこなわれているこ
とが多い。例えば、指を伸して手を開こうとする
場合、同時に指を屈曲させる筋肉（これを本来収
縮させようとする筋に対し正反対の作用をする筋
という意味で拮抗筋という）が収縮してしまい、
結果的に手がうまく開かないということが生じ
る。

近年、リハビリテーシヨン医学の発達に伴な
い、強い痙性を伴なつた不全麻痺への機能訓練が
重視され、早期からの体系的な訓練によりかなり
の障害の改善が得られるようになつてきている。
しかし、それらの最新の機能訓練法によつても本
質的に筋の痙性を取り去ることはむずかしく、患
肢の充分な機能回復が得られないままに訓練効果
がそれ以上得られないプラトウの状態になること
が少なくない。

一方、不全麻痺の筋を支配する神経に低周波
（20Hz前後）の電気刺激を与えると、その中の運
動神経の刺激によつて筋が収縮すると共に、筋肉
からくる知覚神経（gIa線維）の刺激により拮抗
筋を支配する脊髄内運動神経細胞に抑制的信号が
伝達され、拮抗筋の痙性が低下することが知られ
ている。先に述べた例で説明すると、指を伸ばす
筋へ行く神経の刺激によつて、指を屈曲させる筋
の収縮が抑制され（痙性の低下）、比較的容易に
手が開くことになる。しかも、この痙性の低下
は、刺激停止後もしばらく残存し（これをキヤ
リ・オーバーという）、かつ、電気刺激訓練を毎
日行うことによつて、このキヤリ・オーバーの持
続時間を長くすることが可能である。我々の経験
では、１日３時間の刺激訓練を開始後５、６ケ月
で、24時間拮抗筋の痙性がほとんど消失するのを
確めている。また、毎日の刺激訓練によつて、直
接収縮する筋の筋力も著明に増加する。我々の例
では、訓練２ケ月で約２倍、６ケ月で約４倍の筋
力増加を認めた。この際、筋の容積も著明に増大
するのが認められた。したがつて、この低周波刺
激法による訓練で、刺激された神経が支配する筋
の筋力が増加すると同時に、その拮抗筋の痙性が
低下するので、不全麻痺の改善に一石二鳥の効果
が得られる。

この低周波電気刺激療法は、実際多くのリハビ
リテーシヨン施設で行われている。しかし、以下
に述べる理由で本来得られるべき効果がほとんど
得られていないのが現状である。

第１の理由として、刺激電極に表面電極を用い
ていることがあげられる。これは皮膚表面より皮
膚直下にある筋・神経を刺激するので、解剖学的
知識をもつた専門家が毎回電極の装着を行う必要
があるとともに、深部の筋・神経を刺激すること
が極めて困難であるという欠点を持つ。

また、皮膚の高い絶縁性のため、刺激に要する
エネルギーは極めて大きく、電圧にして50Vから
200V前後のパルス波を実際上使用している。こ
のため、大部分の患者は、不快感や疼痛を訴え
る。また、電極と皮膚の間の抵抗が大きくなると
熱傷を起こす危険性もある。

これらの事より、この電気療法は、１日数十分
程度しか行われていないのが現状である。しか
し、前記の効果を得るには、最低１日３時間は訓
練する必要がある。このことからいうと、従来の
低周波刺激装置では、痙性の強い不全麻痺に対し
て充分な治療効果を期待することができないと言
えよう。

〔発明の目的および構成〕

本発明の目的は、長時間の刺激訓練を容易にす
る改良された低周波刺激装置を提供することにあ
る。そのため、生理的作用の異なる15Hz乃至30Hz
と数百Hz乃至数ＫHzの高低２種類の周波数の低周
波刺激信号をそれぞれ発生する第１と第２の低周
波刺激信号発生手段と、該第１と第２の低周波刺
激信号発生手段の各出力を一定周期で交互に選択
出力する複数の選択出力手段であつて、そのうち
の少なくとも１つの選択出力手段は他のものと相
反的な選択出力動作を行うものと、前記各手段を
任意の設定された時間だけ動作させるタイマ手段
をそなえた低周波刺激装置と、該低周波刺激装置
に結合され、低周波刺激信号を供給される埋め込
み電極と、該埋め込み電極を生体内に挿入するた
めの案内となるガイド針とにより構成されたこと
を特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の詳細を実施例にしたがつて説明
する。

第１図は、本発明の実施例による電気刺激訓練
治療装置とその使用態様の概要を示したもので、
図中の符号１は麻痺筋、２は神経、３は埋め込み
電極、４はガイド針、５はコネクタ、６はリード
線、７は低周波刺激装置を表わしている。

埋め込み電極３は、ガイド針４を利用すること
により皮膚を貫通させて麻痺筋１の神経２の近傍
に留置される。なお、ガイド針４は使用後に抜き
取られ、埋め込み電極３だけが残される（埋め込
み電極３は、以後、電極を略称する）。このよう
に、上記電極３を一旦留置すると２〜３ケ月以上
埋め込んだまま放置しておくことができる。この
間、電極−神経間の距離や抵抗値はほとんど変化
せず、常に一定の条件で刺激が可能である。ま
た、1Vから15Vくらいの電圧で充分な刺激効果
があり、その上、電極−組織間の接触抵抗が非常
に低いので、熱傷の危険性は全くなく、安全であ
る。また、筋肉に分布する神経だけを選択的に刺
激するので、不快感や疼痛もほとんどない。した
がつて、１日数時間の刺激訓練を安全に遂行する
ことができ、目的とする電気刺激の効果が期待で
きる。

次に、低周波刺激装置７より電極３へ供給され
る刺激信号と刺激訓練法について述べる。電極は
一つの動作を行なう筋を支配する神経と、その拮
抗筋を支配する神経の近傍に各々留置し、これを
電極の１単位とする。この１単位への電気刺激が
基本であるので、これについて肘関節の屈伸動作
に対する訓練を例として述べる。（ただし、肘関
節の屈筋・伸筋いずれも複数あるので、１単位が
必ずしも２チヤンネルの出力ではなく、それ以上
のチヤンネル数を必要とすることもしばしばであ
る。） まず、屈筋を支配する神経を15Hz乃至30Hz、た
とえば20Hzで刺激する。これによつて、屈筋が収
縮し肘関節が屈曲しようとすると同時に、拮抗筋
（この場合伸筋）を支配する運動神経細胞（脊髄
内にある）へ抑制的信号が送られ、拮抗筋の痙性
が低下する。また、屈筋への神経を20Hzで刺激し
ている間、伸筋を支配している神経に数百Hz乃至
数ＫHz、たとえば500Hzのパルス波を与える。こ
の高周波のパルス波は神経のインパルスを直接遮
断する作用があるので、脊髄から拮抗筋へ行く神
経インパルスの伝達がブロツクされ、拮抗筋の痙
性が完全に消失する。ただし、500Hzの高周波刺
激は、単に神経の伝導をブロツクするもので、脊
髄への影響はほとんどないため、キヤリ・オーバ
ーがなく、単独では20Hz刺激のような治療効果は
期待できない。しかし、直接的に痙性を消失させ
るため、20Hz刺激の効果を高め、病的に狭められ
た関節の可動域を拡げる効果を持つ。これによつ
て、筋や関節の拘縮を予防改善する。この低周波
屈筋刺激、高周波伸筋刺激を数〜数十秒間行つた
後、次に高周波屈筋刺激、低周波屈筋刺激に切り
換え、これも数〜数十秒間行なう。これを１周期
として、１回約30分から１時間の訓練を行い、こ
れを１日数回行う。

実際に、上記の方法で訓練を行つた結果、患者
において著明な筋力の増強、痙性の軽減を認め、
これによつて随意動作の改善が得られ、初期の目
的をほぼ達成することができた。

次に、本発明の各構成要素において、具体的な
実施例を、(1)電極、(2)ガイド針、(3)低周波刺激装
置の順に説明する。

(1) 電極 第２図は電極３の１実施例の構成図である。図
ａは全体構成を示し、図ｂは電極の断面図、図ｃ
は電極先端部の外観図である。図中、８は電極先
端部、９はプラグ、１０はステンレス線、１１は
絶縁被覆である。電極３は、たとえば直径が0.2
mm位の細い316型ステンレス線１０を７〜20本撚
に合わせ、電極先端部８を除いてテフロンまたは
シリコン樹脂で被覆したものであり、また使用時
に電極が移動あるいは脱落するのを防止するとと
もに柔軟性を高めるため、全体をコイル状に形成
してある。さらに図ｃに示すように、電極先端部
８は、ステンレス線１０をループ状に形成するこ
とにより、生体の損傷を少なくし、また生体組織
がループ状に入り込むことから先端の固定性を良
くして安定した刺激を行うことを可能にする。

第３図は、電極３の芯線としてステンレス線の
代りにカーボンフアイバを用いた他の実施例の外
観図である。図中、１２はカーボンフアイバ、１
３，１３′は結び目、１４は電極先端部、１５は
絶縁被覆である。本実施例の電極３は、カーボン
フアイバ１２を30〜40本撚り合わせテフロンまた
はシリコン樹脂の絶縁被覆１５を設けたものであ
る。電極先端部１４のシリコン部に孔１４′をあ
け、さらにケーブルの途中に結び目１３，１３′
を適当個数形成し電極の移動を防止するようにし
ている。

カーボンフアイバは、弾力性に富み、引つ張り
に対する強度が極めて大きいという利点を持つ
が、反面鋭角に折り曲げると容易に断裂する性質
を持つている。そこで鋭角に折り曲げることのな
いようにカーボンフアイバー電極を全長に亘つ
て、テフロンあるいはシリコン樹脂で被い、断裂
を防ぐようにしている。刺激電圧は電極先端部の
横にあけた窓１４″を通してカーボンフアイバー
から目的とする神経に与えられる。

カーボンフアイバーは、ステンレス電極に比べ
て組織親和性がよく、腐蝕の心配がなく、鋭
角に折り曲げることさえなければ弾力性に富み強
度も大きいので細くつくることができる、などの
点で利点があり、良好な結果が得られている。

(2) ガイド針 第４図は、ガイド針４の１実施例の断面図であ
る。図中、１６は電極を通す入口部、１７は絶縁
被覆を示す。ガイド針４は、電極３を、皮膚を貫
通させて目的とする神経近傍に留置するために使
用される補助具である。図示のガイド針の１つの
特徴は、入口部１６をラツパ状に拡げてあり、第
２図に示したコイル状ステンレス電極あるいは第
３図に示したカーボンフアイバ電極のように、細
くて柔軟な構造の細状体を挿入し易くしてあるこ
とにあり、他の１つの特徴は、ガイド針の側面を
テフロンあるいはシリコン樹脂のような絶縁被覆
１７で電気的に絶縁し、電極の留置位置の探索を
容易にしていることにある。後者は、電極を神経
近傍に持つていく場合、通常2V前後のパルスを
電極に印加しながら、最も強くその神経の支配筋
が収縮する部位を探す方法がとられていることか
ら、ガイド針の表面からの電流漏洩をなくすこと
により、電極の留置部位の決定を容易かつ確実に
するものである。

(3) 低周波刺激装置 第５図は、低周波刺激装置７の１実施例のブロ
ツク構成図である。図中、１８は機械式タイマ、
１９は第１刺激回路、２０は第１変調回路、２１
は第２刺激回路、２２は第２変調回路、２３はク
ロツク発生回路、２４は計数回路、２５は振幅変
調波形発生回路、２６はフリツプフロツプ、２７
はリレー駆動回路、２８はリレー、２９および３
０はアイソレータ、３１は電源、３２は出力端子
を示す。

なお、本図では簡単化のため、出力端子３２か
ら取り出される刺激出力をCH₁、CH₂の２チヤン
ネルにしてあるが、実際の装置では10〜16チヤン
ネルの出力端子を設け、多数の神経に刺激波形を
印加できるようにする。

機械式タイマ１８は、その作動中１９乃至２３
の回路に電源電圧を供給するものであり、その作
動時間は、30分から１時間の間の範囲で任意に設
定することができる。このタイマ１８の目的は、
１回の訓練時間をセツトすることにあり、タイマ
１８の作動中１９乃至２３の回路がON状態をな
つて刺激信号が発生され、自動的に刺激訓練が行
われることになる。

第１および第２の刺激回路１９，２１は、各々
15〜〜30Hzと数百〜数ＫHzの負性矩形波を発生す
る非安定マルチバイブレータで構成される。ここ
では、機械式タイマ１８が作動中、常時、各々の
周波数のパルスを発生している。なお、パルス幅
はいずれの周波数でも0.2ｍsecとする。

第１および第２の変調回路は、第１および第２
の刺激回路１９，２１から印加されるパルス波と
振幅変調波形発生回路２５から印加される包絡線
電圧を各々乗算して、パルス波の振幅変調を行う
ものである。パルス波を変調することによつて、
ゆるやかな立上りの神経刺激が実施され、滑らか
な屈伸運動が行われることになる。

クロツク発生回路２３と計数回路２４は、振幅
変調波形発生回路２５に信号を送ると同時に、フ
リツプ・フロツプ２６を介してリレー駆動回路２
７に信号を送り、30秒毎にリレーを動作させる役
割をもつ。これによつて、第６図に示すように、
一つの電極に１分を１周期として各刺激波形が交
互に印加される。

アイソレータ２９，３０は、電源３１と出力端
子３２との間の直流的な結合を遮断し、電源３１
から生体へ電流が流れ込むことを防いで感電事故
の危険性をなくすことと、刺激波の直流成分をカ
ツトして電極と生体との界面に生じる電気化学的
変化を最小にして、組織（特に神経）への影響を
極力減らし、かつ電極自身の電解を防いで電極の
消耗を極力抑えるのに役立つ。

〔発明の効果〕

本発明の装置を用いた場合、一旦医師によつて
電極が生体内に留置された後は、患者もしくはそ
の附添人が訓練時間をセツトし、スイツチを入れ
るだけで、自動的に１回の訓練が行われる。しか
も安全性が充分確保されているので、専門家（医
師、療法士）が常に監視する必要がなく、患者に
時間的余裕がある時はいつでも訓練を行うことが
できる。なお、電極と刺激装置本体との接続は、
単純なさし込み式のコネクタあるいはワニ口クリ
ツプでよいので、訓練終了後は接続を簡単にはず
すことができる。

以上の事により、１日数時間の訓練は可能であ
り、この訓練によつて充分な不全麻痺の改善が期
待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の全体を示す概要
図、第２図ａ，ｂ，ｃは埋め込み電極の１実施例
を示す図、第３図は埋め込み電極の他の１実施例
を示す外観図、第４図はガイド針の１実施例の断
面図、第５図は低周波刺激装置本体の１実施例の
ブロツク構成図、第６図は刺激信号の出力波形図
である。 図中、１は麻痺筋、２は神経、３は埋め込み電
極、４はガイド針、５はコネクタ、６はリード
線、７は低周波刺激装置本体、８は電極先端部、
１０はステンレス線、１１は絶縁被覆、１２はカ
ーボンフアイバ、１３は結び目、１６は入口部、
１７は絶縁被覆、１８は機械式タイマ、１９は第
１刺激回路、２０は第１変調回路、２１は第２刺
激回路、２２は第２変調回路、２３はクロツク発
生回路、２４は計数回路、２５は振幅変調波形発
生回路、２６はフリツプフロツプ、２７はリレー
駆動回路、２８はリレー、２９および３０はアイ
ソレータ、３１は電源、３２は出力端子を表わ
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生理的作用の異なる15Hz乃至30Hzと数百Hz乃
   至数ＫHzの高低２種類の周波数の低周波刺激信号
   をそれぞれ発生する第１と第２の低周波刺激信号
   発生手段と、該第１と第２の低周波刺激信号発生
   手段の各出力を一定周期で交互に選択出力する複
   数の選択出力手段であつて、そのうちの少なくと
   も１つの選択出力手段は他のものと相反的な選択
   出力動作を行うものと、前記各手段を任意の設定
   された時間だけ動作させるタイマ手段をそなえた
   低周波刺激装置と、該低周波刺激装置に結合さ
   れ、低周波刺激信号を供給される埋め込み電極
   と、該埋め込み電極を生体内に挿入するための案
   内となるガイド針とにより構成されたことを特徴
   とする電気刺激訓練治療装置。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の発明におい
   て、埋め込み電極は、先端をループ状となし、全
   体をコイル状に形成して絶縁被覆を施した多重ス
   テンレス線埋め込み電極であることを特徴とする
   電気刺激訓練治療装置。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載の発明におい
   て、埋め込み電極は、先端をループ状となし、途
   中に複数個の結び目を設けて絶縁被覆を施した多
   重カーボンフアイバ埋め込み電極であることを特
   徴とする電気刺激訓練治療装置。 ４ 前記第１項乃至第３項記載の発明において、
   ガイド針は、入口部を拡げ、側面に絶縁被覆を設
   けたガイド針であることを特徴とする電気刺激訓
   練治療装置。