JPH0363385B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電気的に筋肉を刺激する装置及び肢を
動かすための装置に関し、詳細には筋肉の動きを
監視し、かつ制御されかつ持続する等運動収縮を
与える電気刺激を調整するコンピユーター制御装
置に関する。より詳細には、本発明は複数の筋肉
の整合した動きを指示しかつまひの治療の際に治
療上の用途を有する特別の訓練ルーチンによつて
それらの筋肉を運動させる装置に関する。 本発明は背髄の損傷によつて生じた重大な傷害
を有する人々の治療に特別の価値を有している。
この種の損傷はしばしば、背髄の損傷点より下の
点から制御される筋肉の部分的あるいは全体的な
まひを発生する。次に、被害者は、本来活動的で
あるべき筋肉のかなりの不活動及び退歩した生活
に直面する。本発明によつて、このような筋肉が
これまで不可能と考えられていた訓練プログラム
に組み込むために刺激できることがわかつた。更
に、このような訓練は、筋肉が不活動になつて数
年後でさえも正常な筋肉の緊張に回復できる。 1791年のGalvaniの業績以来、電気が筋肉の収
縮を生じさせるために使用できることがわかつ
た。最近、筋肉の治療に電気刺激の価値に対する
意識が増して来ている。 数多くの装置及び技術が筋肉刺激の治療計画の
一部分として電気パルスを与えるために開発され
た。これらのいくつかの例は特許文献に見い出す
ことができる。Radwanの米国特許第3387147号
（1968）は、かなり高い電圧−幅比及び急峻な上
昇波形を有するパルス信号を与えるように設計さ
れた筋肉刺激パルス発生器を開示している。 Maurerの米国特許第3817254号（1974）は、痛
み治療に伴なうものとして知られているちくちく
痛む知覚を低減しようとする努力において別々に
触覚−痛み神経線維を刺激するように設計された
痛みを鎮めるために使用する経皮性刺激器を開示
している。Maurerは電気刺激に対する神経の応
答の差が選択的に別の神経を刺激するために使用
できることに気付いていた。Maurerによれば、
神経線維はそれらの大きさ及び伝導速度によつて
区別される。筋肉の応答を引き出すために必要な
電気刺激の振幅は線維の大きさが減ると増加する
ことが知られている。 Nawracaj他の米国特許第4071033号（1978年）
は、別の痛みのある筋肉と低周波刺激を発生しか
つ低周波数で筋肉を収縮及び弛緩させるヘテロダ
イン効果を用いた電気刺激装置を開示している。 Wyss他の米国特許第4148321号（1979年）は、
ある点ではNawracaj他と同様の筋肉治療を開示
している。ここでは、筋肉は、１Hzより低い低周
波電流で3000Hzと100000Hzとの間の中間周波数電
流を変調することによつて誘導される極低周波数
でリズミカルに収縮及び弛緩させられる。１つの
実施例では、Wyss他は変調された出力電流を三
相電流に変形する位相器を使用している。この三
層電流は深い均一な刺激を与えるために肢のまわ
りに角度的に配置された３あの電極に送られる。 Kofskey他の米国特許第4177819号（1979年）
は、40ないし50Hzで変調された2000ないし3000Hz
信号を用いて２ないし50秒間隔で、２ないし20秒
間筋肉を刺激する装置を示唆している。１実施例
では、筋肉刺激波形がマイクロプロセツサによつ
て制御されこのマイクロプロセツサが各パルスの
始端及び終端で刺激振幅を徐々に増加してそして
減少する。マイクロプロセツサは、無負荷／過負
荷センサからの信号及び手動制御利得設定信号に
応答する。 前述特許で具体化された努力は、治療剤として
刺激自体に焦点をあてており、主要な目的として
治療効果を増すために刺激の強度、持続時間及び
周波数を最適化することがあつた。開示された治
療において、筋肉は負荷に対して刺激されない。
これらの従来の装置は滑らかな同じ大きさの収縮
を与えかつこれらの従来の装置における筋肉の動
きに対する筋肉の動きの応答に答える。 筋肉を訓練し物理的に強くするために、筋肉の
強さに実質的比例して力強い、持続した等運動の
収縮を発生しながら負荷に対して筋肉を動かすこ
とが必要である。等運動の収縮は前述の治療にお
いては延長された時間周期間維持できない。これ
は正常な生理的な周波数より極めて高い周波数に
同期して筋肉が刺激されるからである。これは筋
肉を急速に疲れさせ、筋の張力を保持することを
不可能にする。 Petrofskyの「まひした筋肉におけるマイクロ
プロセツサ制御刺激（Microprocessor
Controlled Stimulation in Paralyzed
Muscle）」（IEEE、1979年８月）は、猫の腓腹筋
における運動ユニツトの通常の非同期補充
（recruitment）及び点弧速度制御を模倣するコン
ピユータ制御刺激システムを概説している。コン
ピユータは、筋肉の疲労を検知した時に、運動単
位の補充の順を設定するようにプログラムされて
いる。これは直列電極スリーブと共に陽極ブロツ
ク電極を使用することによつて実現される。電極
スリーブは筋肉に対して運動神経のまわりに配置
され、神経中の３つのグループのニユーロンを交
互に刺激するように形成されている。陽極ブロツ
ク電極は筋肉の中心に近い方に配置されている。
筋肉の疲労は筋肉の一方の端部に取付けられたバ
ー上に設けられたストレインゲージトランスジユ
ーサにより検知される。 Petrofskyの論文は、電気刺激が筋肉中に等大
の収縮を発生させるという方法でマイクロプロセ
ツサにより制御できることを教えている。しかし
滑らかな、自然な等運動量の収縮を発生させるい
かなる方法及び装置の開示もない。また、
petrofskyの方法は人間には適用できない。 本発明の目的は筋肉を電気的に刺激し、フイー
ドバツク制御に基づいた特別の訓練ルーチンによ
つて筋肉を訓練する装置を提供することである。 本発明の別の目的は、動的負荷に対して収縮す
るように人間の筋肉を刺激する装置を提供するこ
とである。 本発明の実に別の目的は、人間の筋肉の収縮を
刺激する改良された装置を提供することである。 本発明のこれらの及び他の目的は、刺激エネル
ギを有する交互に発生されるパルスから成る１対
の刺激信号を発生する刺激装置を使用することに
よつて実現される。刺激信号は、好適には刺激さ
れるべき筋肉のすぐ上の皮膚に付着された１対の
電極間に印加される。この刺激信号は人間に植え
込まれた電極対に印加することもできる。 好適実施例では、刺激装置は、デジタル−アナ
ログ変換器を介してデジタル制御されるマイクロ
プロセツサにより制御される。刺激された筋肉に
より動かされる肢は、筋肉の動きに抵抗する動的
負荷に対して固定されている。フイードバツクセ
ンサは肢によつて実際に行なわれた動きを検知し
アナログ−デジタル変換器を介してマイクロプロ
セツサに指示を送信する。 本発明の訓練ルーチンにおいては、複数の経皮
刺激器が、訓練すべき肢を動かすために接続され
た筋肉を刺激するパターンで被検者の皮膚に付着
される。刺激器は次に、筋肉を収縮させ肢の所定
の動きを発生させる波形を有する複数の刺激信号
により附勢される。肢が収縮している間、抵抗力
がこれに加えられ、その収縮中筋肉の仕事を生じ
させる。肢の動きが検知され、対応するフイード
バツク信号が発生される。フイードバツク信号は
いつ所定の動きが達成されたか決定するために監
視される。所定の動きが達成された後、刺激信号
は肢がその当初の位置まで戻ることができるよう
に変えられる。このプロセスは訓練ルーチンを発
生するために繰り返される。 以下に実施例を参照して本発明について詳細に
説明する。 第１図は本発明の訓練装置１０を示している。
この訓練装置は支持フレーム１１上に取付けられ
た椅子１６を備えている。椅子１６は支持板３０
上に置かれ、第２図に示すように締金２８により
正しい位置に締めつけられている。締金２８は、
例えば回転ハンドル及びねじ構造２９等の任意の
手段により支持板３０の下側表面に対して上向き
に押上げられている。締金２８が解かれた時に椅
子１６が矢印４５で示されているように支持板３
０の表面に沿つて移動される。これは椅子１６に
着座している人の左足あるいは右足のどちらに対
して訓練ルーチンを調整する椅子１６の位置決め
を可能にする。 訓練装置１０は椅子１６にその人を固定するシ
ートベルト１８及び脚３１の下側部分を握る脚ひ
も１９も備えている。脚ひも１９はVELCRO（商
標）としてニユーヨークをVelcroU.S.A.により
販売されている形式のフツク及びループ固定布２
０，２０の相互固定片を備えている。このように
脚ひも１９は任意の大きさの脚のまわりに容易に
かつしつかりと固定される。 脚ひも１９は、１対のはさみ形アイレツトフア
スナー２１，２２の１対あるいは他方に取付けら
れる鋼製アイレツトを備えている。フアスナー２
１及び２２はそれぞれ１対のケーブル３３，３４
に取付けられている。ケーブルは垂直の板２４を
通つてのびている。 ケーブル３３及び３４は、１対の偏心案内溝
（図示せず）を有するローラー２３により案内さ
れている。ケーブル３３はローラー２３から後方
にローラー３６のまわりにのび次に歯付ベルト３
５に取付けるために上方にのびている。ケーブル
３４はローラー２３のまわりに巻かれ、第３図に
最も良く示されているフレーム部材３９上に支持
されたかなりかたい曲げ腕２５に固定するために
上方にのびている。 歯付ベルト３５は第４図に最も良く示されてい
る１対の支持板４１ａ及び４１ｂ間に取付けられ
た１対の歯付ローラー３７及び３８のまわりにの
びている。支持板４１ａ及び４１ｂはフレーム部
材４０により固く支持されている。このフレーム
部材４０はフレーム部材３９により支持されてい
る。 ベルト３５は皿４２上に置かれた一組の重しを
保持している。脚３１が矢印４６によつて示され
るように弧状に動く時、重し２７は上昇あるいは
下降される。この構成は、脚３１の動きに抵抗す
るがこの動きを妨げない動的負荷を与える。 脚３１が上方にのびケーブル３３及びベルト３
５を引つぱつた時に、その動きは結合装置４４に
よりローラー３８に取付けられたポテンシヨメー
タ１７（第４図）によつて測定される。ポテンシ
ヨメータ１７用のハウジングは第４図に示されて
いるように上側支持板４１に固定された支持腕４
３により支持されている。 脚３１が動いてローラー３８に巻かれたベルト
３５を引くと、ポテンシヨメータ１７がフイード
バツク信号をＡ／Ｄ変換器１２に送る。Ａ／Ｄ変
換器１２は以下に詳細に述べるようにフイードバ
ツク信号をコンピユータ１３による処理のために
デジタル型式に変換する。コンピユータ１３はデ
ジタル制御信号をＤ／Ａ変換器１４に送ることに
よつてフイードバツク信号に応答する。Ｄ／Ａ変
換器１４は次に刺激器５０へのアナログ刺激信号
を発生する。刺激器５０は１対の刺激信号を発生
するためにＤ／Ａ変換器１４からの制御信号を使
用する。刺激信号は電極１５ａ，１５ｂ及び１５
ｃ間に印加される。電極１５ａ，１５ｂ及び１５
ｃはMedtronic Inc.により販売されている
MEDTRONICモデル3793等の市販の経皮電極で
ある。 次項に述べるような訓練のために、電極は、第
２図に一般的に示されているように、１方の脚の
大腿四頭筋上に間隔をおいた位置に配置される。
電極は低アレルギーテープあるいは弾性の絆創膏
によつて被検者の脚に付着される。電極を付着す
る前に皮膚がきよめられ乾燥される。電極が被検
者の皮膚上に配置される前にやはり
MedtronicInc.により販売されているTENS電極
ゲル等の電極ゲルが電極に塗布される。 刺激器５０からの刺激信号が電極１５ａ，１５
ｂ及び１５ｃに印加された時に、被検者の大腿四
頭筋が刺激され前述したようにケーブル３３の動
的抵抗にさからつて収縮し脚３１を上昇させる。
脚ひも１９はケーブル３４に接続され、脚３１が
曲げ腕２５に対して等大に引つ張る。これは曲げ
腕２５の頂部に取付けられたストレインゲージ３
２から出力信号を発生する。ストレインゲージ３
２は、任意の位置に取付けることができるメータ
２６に負荷信号を与えるために接続されている。
このメータ２６は以降に詳細に説明されているよ
うに訓練手順において使用される「強さ
（strength）」の指示を与える。 電極１５ａ，１５ｂ及び１５ｃに印加される刺
激信号は第７図及び第８図に図示されている。刺
激器５０は、第８図の頂部の線により示された第
１の信号３０１及び第８図の底部の線により示さ
れた第２の信号３０２を発生する。信号３０１は
端子１５ａ及び１５ｃ間に印加され、信号３０２
は端子１５ｂ及び１５ｃ間に印加される。端子１
５ｃは第５図を参照して以降に説明されるように
高電圧接地に接続されている。 各信号３０１及び３０２は第７図の線３００上
に上昇している三角形の突起３０３により一般的
に示されている包絡線を有している。この信号は
交互のそれぞれ略６秒の刺激及び休止周期により
特徴ずけられる。刺激周期中には、略55Hzから65
Hzの範囲の周波数、好適にはおよそ60Hzの周波数
で脈動される。このように発生されたパルスは０
に近い値から255ボルトよりも幾分小さい最大値
まで徐々に増大するピーク値を有している。この
最大値は刺激されている筋肉あるいは筋肉群から
最大の努力を生じさせる。その後パルス振幅は０
に近い値まで徐々に減少し、筋肉が休止される。
最大電圧値は筋肉の疲労の状態と必要とされる努
力に応じて決定される。筋肉が疲れた時には、同
じ努力を発生するためにはより大きい刺激電圧が
要求される。一般に、略255ボルトという最大電
圧は全ての運動単位の補充を行ない、かつ筋肉に
よる最大の努力をもたらす。 第８図に示されているように、信号３０１は一
連のパルス３０４を含み、一方信号３０２は別の
一連のパルス３０５を含んでいる。パルス３０４
及び３０５はそれぞれ60Hzの周波数で交互に発生
される。このように実効合成周波数は120Hzであ
る。パルス３０４及び３０５は第７図の信号包絡
線に一致するピーク値を有している。これらのパ
ルスは隆500マイクロ秒の持続時間を有しており、
そのため各信号３０１及び３０２が0.03デユーテ
イ・サイクルを有している。パルス幅が増大され
た場合には刺激電圧が減少され、その逆も成り立
つことがわかつた。 信号３０１及び３０２を発生する回路は第５図
に示されている。関連のフイードバツク及び制御
回路は第６図に示されている。この回路は表に
示された集積回路及び表に示された要素を含ん
でいる。表は表に挙げられた主要な集積回路
用の重要なピン番号の指定を示している。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 第５図を参照して刺激器５０の動作について説
明する。この図は同じ構成の３つの集積回路１０
１，１０２及び１０３を示している。これらはシ
グネテツクス（Signetics）555タイマー等のタイ
ミング回路である。IC１０１は60Hz自走マルチ
バイブレータとして動作するように接続されてい
る。IC１０１からの出力はトランジスタ１０４
を介してIC１０２及び１０３の入力ピン２に印
加される。IC１０２及び１０３は、それぞれト
ランジスタ１０５及び１０６のコレクタ端子に印
加される各60Hzの周波数の交流500マイクロ秒の
パルスを発生する。パルス幅は、集積回路１０２
及び１０３用の製造者のデータシートに示されて
いるように、抵抗Ｒ１１６及びＲ１２４の抵抗値
及びコンデンサ１１７及び１２５の容量値を適当
に選択することにより設定される。集積回路１０
２及び１０３により発生されるパルス間のフエー
スは抵抗１１３及び１１４の抵抗値を適当に選択
することによつて設定される。 刺激パルスに対する所望の包絡線を表わすアナ
ログ電圧は入力線１９７に印加される。入力線１
９７トランジスタ１０５及び１０６のベース端子
に接続されている。尚、IC１０２のピン３及び
IC１０３のピン３からの出力パルスはそれぞれ
トランジスタ１０６及び１０５のコレクタに印加
されている。その結果、トランジスタ１０６及び
１０５は抵抗１３０と１２７との間にエミツタ電
流を発生し、第７図及び第８図に示された全体形
状の電圧波形を与える。これらの電圧はトランジ
スタ１０８及び１０７のベース端子に印加され
る。これによつて、変圧器１１０及び１０９の１
次巻線間に０ないし12ボルトの範囲の対応する電
圧パルスが発生される。 変圧器１１０及び１０９の１次巻線間の電圧パ
ルスは変圧器１１０及び１０９の２次巻線間に０
ないし255ボルトの小電流、高電圧パルスを発生
する。変圧器１１０及び１０９の２次巻線は、１
次巻線に用いられた接地とは異なる高電圧接地に
接続された一方の端部を有している。２次巻線か
らの出力パルスはこれによりRF絶縁され、訓練
手順の被検者の安全を維持する。 変圧器１１０及び１０９からの出力電圧パルス
がそれぞれトランジスタ１１２及び１１１のベー
ス端子に印加される。トランジスタ１１２及び１
１１は端子対１５ａ−１５ｃ及び１５ｂ−１５ｃ
間に印加するために使用できる大電流、高電圧及
び低デユーテイサイクルのパルスを有するように
電流利得を与える。線１９７に表われたアナログ
ドライブ信号が第６図に示された制御装置回路に
より発生される。 制御装置の心臓部はコンピユータ１３であり、
この実施例ではアツプルコンピユータ社（Apple
Computer Inc.）により販売されているAPPLE
コンピユータである。APPLEコンピユータ
は注文の周辺装置用プラグコネクタがその中にあ
る幾つかのスロツトを備えている。この装置はス
ロツト番号３にプラグインされている。これは第
６図に点線で示されているコネクタ２００を備え
ている。コンピユータはデコーダ／デマルチプレ
クサ２０１を介してＡ／Ｄ変換器１２及びＤ／Ａ
コンピユータ１３をアドレス指定する。周辺板は
コンピユータによりメモリーロケーシヨンC100
ないしC1FF（16進法）にアドレス指定される。
コネクタ２００のピン番号１はコンピユータの入
力／出力選択線からの信号を与える。この線は、
メモリロケーシヨンC1FFないしC100のうちの１
つがメモリ読出しあるいは書込み動作のために選
択された時にはアクテブになる。ピン番号１は
IC２０１つまりSN74LS138集積回路のピン番号
５に結合される。ピン番号５はIC２０１のG2入
力である。この端子の信号は、IC２０１が、コ
ンピユータに与えられた８ビツトアドレスと３つ
の高次ビツト（A7、A6及びA5）を復号するのを
可能にする。これらの３ビツトはそれぞれコネク
タ２００のピン番号９、８及び７に現われる。 IC２０１は８つの復合出力を発生するために
設計されたが、これらの出力のうちの３つだけが
使用される。これらの出力はピン番号14、12及び
10に現われ、それぞれＡ／Ｄ変換器１２を読出
し、Ｄ／Ａ変換器１４をストローブしそしてＡ／
Ｄ変換器１２をストローブする。Ａ／Ｄ変換器１
２はADC0808としてナシヨナル・セミコンダク
タ社により販売されている８チヤンネルデバイス
である。Ａ／Ｄ変換器１２はコネクタ２００のピ
ン番号４０上にシステムクロツクからクロツクを
受ける。 ストローブ信号がIC２０１のピン番号12に現
われた時、Ａ／Ｄ変換器１２が８つのアナログ入
力ポート（このうちの２つだけが使用されてい
る）のうちのどれか１つに現われたアナログ信号
を読取りデジタル化するために使用可能にされ
る。２つのアナログ入力ポートはＡ／Ｄ変換器１
２のピン番号25、24及び23に現われた３ビツトア
ドレスによりアドレス指定される。３つのアドレ
スビツトはコンピユータ１３により発生された８
ビツトアドレスの３つの最下位ビツトである。こ
れらの３ビツトはコネクタ２００のピン番号２、
３及び４に現われる（３つの最上位ビツトは前述
のようにピン番号７、５及び９に現われ、ピン番
号３及び４は使用されない）。 コンピユータ１３は、コンピユータのメモリア
ドレスロケーシヨン50080ないし50087（10進法）
のどれか１つがストローブされた時には前述の８
ビツトアドレスが発生される。このストローブは
関連の８ビツトアドレスを発生するばかりでな
く、前述のようにIC２０１の出力ピン１２にス
トローブ信号を発生させることによりＡ／Ｄ変換
器１２を使用可能にする。メモリロケーシヨン
50080ないし50087は、例えばコンピユータプログ
ラムの線番号1450に現われる命令「POKE50080、
０」等の「POKE」命令を実行することによりス
トローブされる。 前述したように、この実施例はＡ／Ｄ変換器１
２によりデジタル化するために２つのアナログ入
力信号だけを供給する。これらの２つの信号は
Ａ／Ｄ変換器１２のピン番号３及び28に現われそ
れぞれ「POKING」メモリロケーシヨン50080及
び50082によりアドレス指定される。得られたデ
ジタル化表示はＡ／Ｄ変換器１２のピン番号17、
14、15、８、18、19、20及び21に８ビツト形式で
現われる。これらの８ビツトは、「PEEK」命令
の実行によつてメモリロケーシヨン49952（10進
法）に読込まれる。 従つて、メモリアドレス50080ないし50087がス
トローブされた時にコンピユータが、Ａ／Ｄ変換
器１２中に多重化されるべきアナログチヤンネル
を選択することがわかつた。この選択と同時に、
Ａ／Ｄ変換器１２はアナログ信号をデジタル形式
に変換することを開始するようにストローブされ
る。アナログ−デジタル変換のためには最大で
100マイクロ秒が要求され、この後コンピユータ
は通常のメモリ読取りサイクルを実行でき、これ
によりデジタル化データはデータバス上に転送さ
れ、メモリロケーシヨン49952内に記憶される。
Ａ／Ｄ変換器１２の出力は、０ないし５ボルトの
アナログ入力電圧に対して０ないし255（10進）の
値にわたる８ビツト２進信号であることがわか
る。 Ａ／Ｄ変換器１２のピン番号３に与えられるア
ナログ信号は三角電圧波形を有し、波形発生回路
２０２により発生される。この回路２０２はIC
２０４、増幅器２０９、コンデンサ２１９及び２
２０、及び抵抗２１９〜２２３から成つている。
IC２０４が1/6Hzで矩形波を発生し、これがコン
デンサ２１９及び抵抗２２１により三角傾斜波に
変換され、増幅器２０９によりバツフアされてい
る。このように発生された三角形電圧波形は、被
検者の脚が上昇及び下降するように刺激されてい
る時にポテンシヨメータ１７からの所望の応答を
表わしている。 ポテンシヨメータ１７の出力は第６図に示され
たようにＡ／Ｄ変換器１２のピン番号28に印加さ
れる。ポテンシヨメータ１７からの５ボルト出力
は360°の軸回転角度を表わしている。ローラー３
８の直径は、１回転がその初期垂直位置から約
70°の脚の動きに対応するように選択されている。 線１９７に現われるアナログ刺激信号の振幅は
Ｄ／Ａ変換器１４、つまりナシヨナルセミコンダ
クタにより販売されているDAC0831ICにより制
御される。Ｄ／Ａ変換器１４はピン１９にストロ
ーブ信号を印加することにより動作のために選択
される。書込み信号（論理LO）が、データを
Ｄ／Ａ変換器１４の内部ラツチレジスタに転送さ
せるために、入力端子１及び２に印加される。転
送されたデータはＤ／Ａ変換器１３の端子13、
14、15、16、４、５、６及び７に現われる８ビツ
ト刺激命令コードである。Ｄ／Ａ変換器１４の出
力がバツフアされ増幅され、その後刺激器５０の
入力線１９７に印加される。 コンピユータ１３は、適当なROKE命令を実
行することにより、０なしい255の範囲の刺激命
令電圧の８ビツト２進表示を発生する。０ないし
255の所望の刺激電圧はメモリロケーシヨン50016
（10進）中に入力される。このメモリロケーシヨ
ンが入力された時にコンピユータは、出力ピン１
２をLOにさせるIC２０１へのアドレスを発生す
る。このLO出力信号はインバータ２０５により
反転され、Ｄ／Ａ変換器１４への前述のストロー
ブ信号を発生する。 前述の動作を発生するためのコンピユータプロ
グラムリストはプログラムに記載されている。こ
のプログラムは周知のBASIC言語のAPPLEソフ
トバリエーシヨンによりソースコードで書かれて
いる。このプログラムは当業者には自明であり、
必要な短かいコメントだけしか行なわない。 このプログラムは線２２０で始まる等運動量強
さ測定ルーチン、及び線１０００で始まる主制御
プログラムを含んでいる。主制御プログラムは線
１２５０で始まるスタートサイクル、及び線１４
３２で始まる筋肉刺激ルーチンを含んでいる。ス
タートサイクルは波形発生器２０２により発生さ
れる傾斜波の始めに一致する。 等運動測定ルーチンの間に、コンピユータは１
から17まで変数Ｙを増分し（線２９０）、値10Y
をメモリロケーシヨン50016中に入力される。こ
れは値10Yに等しい電圧を有する刺激パルスを発
生させる。筋肉が張力を加え始めた時に、テスト
監督者はコンピユータ制御板上のエスケープキー
を押す。この動作がASCIIコード155をメモリロ
ケーシヨン49152中にロードする。コンピユータ
は、線３２９のメモリロケーシヨンをチエツク
し、もしエスケープキーが押されていたならば線
４００にジヤンプする。コンピユータはスレシホ
ールド電圧として10Yの電流値を変数Ｚに割当て
る。 スレシホールド電圧が確立された後に、コンピ
ユータは等運動量の訓練により筋肉の最大強さを
決定するために主制御プログラムに入る。このル
ーチンの間に、コンピユータは刺激電圧を10ボル
トきざみで、値Ｚから255ボルトまでステツプす
る（線１０４５及び１０６０）。この周期中で、
脚は第３図に示されたようにケーブル３４に取り
付けられている。強さが安定になつたことを強さ
計36が示した時に試験監督者は再びエスケープキ
ーを押す。コンピユータは各電圧ステツプの間１
度メモリロケーシヨン49152をチエツクし（線１
１０５）、エスケープキーが押されている場合に
は線１１２０に進む。 最大強さが決定された後、コンピユータはサイ
クルのスタートを探す（線１２５０）。 等運動量訓練ルーチンは線１４３２で始まる。
このルーチンの間に、コンピユータが変数Z9に
対するステツプ変数を発生し、Z9の値をメモリ
ロケーシヨン50016に入力する。各新しい値のZ9
が対応する刺激電圧を発生するために使用された
後に、コンピユータはZ9が255（最大刺激電圧）
に等しい値を有しているか否かみるためにチエツ
クする。この値がわかつた後に、等運動量訓練ル
ーチンが終端される。そうでなかつた場合には、
コンピユータは線１４５０の命令を実行するよう
に進み、この命令が波形発生器２０２及びポテン
シヨメータ１７により発生されたアナログ電圧を
読取らせる。これらの電圧はデジタル化され、そ
れぞれ変数A8及びA9の値を決定するために利用
される。 A8がA9より大きい場合には、コンピユータ
は、脚が本来上昇されるべき程度だけ上昇されな
かつたことを知り、そしてZ9の値が増大される。
これが、次にコンピユータにより発生される刺激
電圧命令を増大する。逆に、A8がA9より小さい
場合には、Z9及び刺激命令が減少される。A8が
サイクルの終りを示している値まで減少された時
に、脚は、ほゞ６秒間続く計数ループの持続時間
の間休止される。 本発明による筋肉の応答は経皮刺激器の使用に
のみ限定されない。本発明の一般形の刺激信号は
Petrofskyの論文に説明されている運動性ノイロ
ンを取り囲む移植スリーブ電極に（非常に低減し
た電圧レベルで）印加できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の訓練装置のブロツク図、第２
図は訓練椅子の側面図、第３図は人間の脚により
発生された等運動量負荷を示す手段を示す図、第
４図は第２図の線４−４に沿つてとられた図、第
５図は刺激装置の電気回路図、第６図は第５図の
刺激装置用制御装置の電気回路図、第７図は刺激
信号の波形図、第８図は２つの交互のパルス刺激
信号の一部分を示す拡大図である。 １０：訓練装置、１２：Ａ／Ｄ変換器、１３：
コンピユータ、１４：Ｄ／Ａ変換器、１５：電
極、１６：椅子、１９：脚ひも、２０：固定布、
３１：脚、５０：刺激器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ デジタル命令を発生するデジタル処理手段
   と、 前記デジタル命令をアナログ命令信号に変換す
   るデジタル−アナログ変換手段と、 前記アナログ命令信号に応答して、交互に発生
   されたパルスを含む１対の刺激信号を発生する信
   号処理手段であつて、前記パルスは前記アナログ
   制御信号の振幅に対応する振幅を有している、信
   号処理手段と、 前記刺激信号を前記筋肉に印加する電極手段
   と、 前記筋肉の動きにしなやかに抵抗する動的負荷
   手段と、 前記刺激信号及び前記動的負荷の結合効果に対
   する前記筋肉の応答を表わすアナログフイードバ
   ツク信号を発生する検知手段と、 前記アナログフイードバツク信号をデジタルフ
   イードバツク信号に変換するアナログ−デジタル
   変換手段と、 を有し、 前記デジタル処理手段は、前記デジタルフイー
   ドバツク信号を読取り、前記筋肉の所望の応答に
   対する応答を比較し、そして、このようになされ
   た比較に基づいて前記デジタル命令を修正する手
   段を、含んでいる ことを特徴とする筋肉を制御する装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記刺激信
   号がそれぞれ略55ないし65Hzの間の周波数で脈動
   され、前記パルスが略500マイクロ秒の持続時間
   を有していることを特徴とする筋肉を制御する装
   置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記電極手
   段が、前記刺激信号を受信するために対で接続さ
   れた３つの電極から成ることを特徴とする筋肉を
   制御する装置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記電極の
   １方が共通の接地として機能し、前記刺激信号の
   １方が前記共通電極と前記電極のうちの第２の電
   極との間に印加され、前記刺激信号の他方が前記
   共通電極と前記電極のうちの第３の電極との間に
   印加されていることを特徴とする筋肉を制御する
   装置。 ５ 特許請求の範囲第４項において、更に、前記
   筋肉を覆う皮膚の領域に前記電極を付着する手段
   を備えることを特徴とする筋肉を制御する装置。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記パルス
   が、前記皮膚領域にある各電極対間で測定された
   時略０ないし255ボルト間の振幅を有することを
   特徴とする筋肉を制御する装置。 ７ 特許請求の範囲第１ないし６項の１つにおい
   て、更に、前記所望の応答を表わす波形を有する
   基準信号を発生する波形発生手段と、前記基準信
   号を前記アナログ−デジタル変換手段に印加する
   手段とを有することを特徴とする筋肉を制御する
   装置。 ８ 特許請求の範囲第１ないし７項のうちの１つ
   において、１対の交互に脈動される同期化信号を
   発生するパルス発生手段と、前記アナログ命令信
   号に応じて、前記同期化信号を増幅する増幅手段
   と、前記増幅された同期化信号に応答して前記刺
   激信号を発生する変圧器手段とを有することを特
   徴とする筋肉を制御する装置。 ９ 肢の動きに関連する筋肉上の皮膚に所定のパ
   ターンで配置される少なくとも３つの経皮電極
   と、 交互に発生される刺激エネルギパルスを有する
   １対の絶縁された刺激信号を発生する手段と、 前記電極の対の間に前記刺激信号を印加する手
   段と、 を有し、 前記刺激信号はそれぞれ略55ないし65Hzの間の
   周波数で脈動され、 前記パルスは、約500マイクロ秒の持続時間と、
   約０ないし255ボルトの間で変化する振幅と、を
   有する ことを特徴とする肢を動かすための装置。