JPH06245962A - 生体機能制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】両手の指の屈伸により歩行動作制御を行い歩行
動作の再建を可能とする。 【構成】両手指に装着され、両下肢の歩行動作用の第１
の制御信号を出力する歩行制御用センサ１、２と、いず
れか一方の歩行制御用センサ１、２に取り付けられ、歩
行動作の刺激パターンと他の再建動作の刺激パターンと
を切り換えるための第２の制御信号を出力するスイッチ
ＳＷと、第１の制御信号及び第２の制御信号を入力し
て、歩行動作の刺激パターン及び他の再建動作の刺激パ
ターンに応じた刺激信号を出力する電気刺激装置３とを
具えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば麻痺した下肢の
機能再建或いは機能回復訓練を行う生体機能制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、脳卒中、脊髄損傷等の原因により
四肢等の生体機能のマヒした運動機能に関与する多数の
神経・筋群を電気的に刺激し、機能再建或いは機能回復
訓練を行うＦＥＳと呼ばれる機能的電気刺激（Ｆunctio
nal electrical stimulation）コンピュータを用いた電
気刺激装置が実用化されている。斯かる電気刺激装置は
患者の残存した生体機能の状態を考慮し、使用法が簡単
であり、誤動作が少なく且つ自然な再建動作を行うこと
が要求される。

【０００３】斯かる電気刺激装置において、歩行補助器
に取り付けられ、下肢の麻痺した患者の歩行動作の制御
信号を出力するために使用される操作装置が、本発明の
出願人等により出願されている（実願昭６３ー１５７５
４１）。図７にその概略構成を示す。例えば両下肢の麻
痺した患者Ｍは、パイプ等で構成された歩行補助器６０
に両手をかけて支え、起立状態を維持する。歩行補助器
６０の両手を把持する付近には、押しボタンが取り付け
られた操作装置６１が装着されている。また、歩行補助
器６０の中段部には、操作装置６１が接続される電気刺
激装置６２が設置されている。

【０００４】患者Ｍが歩行動作を開始する場合、操作装
置の押しボタンを例えば２回押すと、電気刺激装置６２
から患者Ｍの麻痺した両下肢に埋め込まれた電極（図示
せず）に歩行動作の刺激パターンに応じた刺激信号が出
力され、患者Ｍはこの刺激信号により歩行動作の再建が
可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の操作装置では、操作装置を歩行補助器に取り付
けて使用するように構成されているため、何らかの事態
により歩行補助器と患者が離れた場合は、患者が操作装
置を操作できなくなり、転倒などの危険が生ずる恐れが
あると共に常に介護者の監視を必要とする煩わしさがあ
った。また、操作装置が取り付けられる歩行補助器がな
ければ歩行動作ができないため、専用の歩行補助器と操
作装置を常に１組用意しておく必要があり、専用の歩行
補助器が故障を起こした場合や手近にない場合には、日
常の活動が極めて困難となる不都合があった。

【０００６】従って、本発明は上記点に鑑み、専用の歩
行補助器を必要とすることなくしかも日常動作の制限を
緩和し得る生体機能制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の生体機能制御装
置は、例えば図１に示す如く、両手指に装着され、両下
肢の歩行動作用の第１の制御信号を出力する歩行制御用
センサ１、２と、いずれか一方の歩行制御用センサ１、
２に取り付けられ、歩行動作の刺激パターンと他の再建
動作の刺激パターンとを切り換えるための第２の制御信
号を出力するスイッチ手段ＳＷと、第１の制御信号及び
第２の制御信号を入力して、歩行動作の刺激パターン及
び他の再建動作の刺激パターンに応じた刺激信号を出力
する電気刺激装置３とを具えるものである。

【０００８】

【作用】両手の例えば人差し指に、指の屈伸によりオン
・オフし、両下肢の歩行動作の制御信号を発生する両下
肢の歩行制御用センサを装着し、更にこれらセンサの一
方に起立・着席動作の制御信号を出力するスイッチを設
ける。これら両下肢の歩行制御用センサ及び起立・着席
動作用のスイッチを操作して制御信号を電気刺激装置に
出力し、電気刺激装置から起立・着席動作及び歩行動作
の刺激パターンに対応した刺激信号が出力される。この
刺激信号により、患者は、着席状態から起立し、更に指
の屈伸に応じて麻痺した両下肢による歩行動作が再建で
きる。

【０００９】

【実施例】以下図１〜図６を参照して本発明の生体機能
制御装置の一実施例について説明する。図１は実施例の
構成を示すブロック図である。図１において、１及び２
は、患者Ｍの麻痺した左及び右足用の後述する歩行制御
用センサで、例えば両手の人差し指に装着され、人差し
指の屈伸により両下肢の歩行動作の制御信号が出力され
る。また、右足用の歩行制御用センサ２には、他の再建
動作、例えば起立・着席動作用の制御信号を発生するス
イッチＳＷ（後述）が設けられている。

【００１０】３は電気刺激装置で、両足（以下両下肢と
云う。）用の歩行制御用センサ１及び２並びに起立・着
席動作の制御用のスイッチＳＷが接続される制御部４、
両下肢の歩行動作及び起立・着席動作の各種刺激パター
ン等を予め記憶保持したメモリ５、メモリ５から読み出
される刺激パターンをアナログ信号に変換し、刺激信号
として増幅出力するＤ／Ａ変換器を含む増幅器６、及び
両下肢に出力する刺激信号を切り換えるデマルチプレク
サ７から構成されている。デマルチプレクサ７は、実際
には両下肢の刺激信号として、例えば夫々１６チャンネ
ルの刺激信号を順次切り換え、リード線を介して両下肢
に埋め込まれた夫々の複数の電極Ｅに送出する。

【００１１】図２は、上記両下肢の歩行制御用センサを
両手の人差し指に装着した状態を示す。図２において、
左及び右足制御用センサ１及び２のリングＲ１、Ｒ２及
びＲ３、Ｒ４は、例えば樹脂或いは皮革等で構成され
る。リングＲ１、Ｒ２及びＲ３、Ｒ４には、指の屈伸に
より電気的なオン・オフ作用を有する、例えば市販され
ている感圧ゴムセンサ等で構成される屈伸センサＳ１及
びＳ２が接着剤等により固定して接続される。また、リ
ングＲ１及びＲ２、並びにリングＲ３及びＲ４の間隔
は、人差し指の第２関節を挟むような間隔とされる。

【００１２】また、右足用の歩行制御用センサ２のリン
グＲ２には、歩行動作以外の動作、例えば起立・着席動
作の制御信号を出力する、押しボタン型等のスイッチＳ
Ｗが設けられている。夫々の歩行制御用センサ１及び２
の後部から、屈伸センサＳ１及びＳ２のリード線Ｌ１、
Ｌ２及び右足用の歩行制御用センサ２に設けられたスイ
ッチＳＷのリード線Ｌ３が引き出され、電気刺激装置３
（図１）に接続される。

【００１３】これら左及び右足用の歩行制御用センサ１
及び２は、構造上、電気的に指を伸ばしたときにオフ、
曲げたときに圧力によりオンとなるが、本発明では、こ
のオン・オフを電気刺激装置３側で反転処理し、指を伸
ばしたときにオン信号として歩行動作の刺激パターンに
おける足の振り出し及び下げを行う制御信号とし、指を
曲げたときはオフ信号として歩行動作の刺激パターンの
起立の静止状態に戻す制御信号となるように設定され
る。

【００１４】また、右足用の歩行制御用センサ２に設け
られたスイッチＳＷの取り付け位置は、親指で操作し易
いようにリングＲ２の上部中央よりやや左側とする。ス
イッチＳＷは、患者Ｍが左利きの場合、左足用の歩行制
御用センサ１に取り付けるようにしてもよい。

【００１５】このように構成された左及び右足用の歩行
制御用センサ１及び２は、人差し指に装着して指の屈伸
及び押下により、歩行動作及び起立・着席動作の刺激パ
ターンを読み出す制御信号発生用のスイッチとして使用
される。

【００１６】図３に前述したメモリ５に格納されている
歩行動作の刺激パターン及び起立・着席動作の刺激パタ
ーン例を示す。図３において、両下肢の歩行動作の刺激
パターンは、起立状態を維持する例えば１２５アドレス
を境にして、左右方向へ順次刺激強度が大きくなるよう
な刺激パターンを有する。例えば１２５ないし１５０ア
ドレスへ向かう場合は両下肢の振り出しを行い、逆に１
５０ないし１２５アドレスに向かう場合は振り出した足
を起立状態に戻す。また、例えば１２５〜１００アドレ
スに向かう場合は、両下肢の下げを行い、１００〜１２
５アドレスに向かう場合は、下げから起立状態への戻し
を行う。図では、両下肢の振り出し動作の最大刺激強度
は、下げ動作の最大刺激強度より大きくなっているが、
これは患者Ｍの麻痺状態に合わせてメモリ交換等により
調整することができる。

【００１７】また、起立・着席動作の刺激パターンは、
刺激強度が例えば０アドレスから９９アドレスまで順次
増加するパターンとなる。起立を行う場合は０〜９９ア
ドレス方向へ、起立から着席へ移行する場合は９９〜０
アドレス方向へ刺激パターンが読み出される。

【００１８】患者Ｍが歩行を開始する場合、右足の歩行
制御用センサ２のスイッチＳＷをオンにすると、０アド
レスから９９アドレスまで、両下肢に順次刺激強度が０
レベルから所定の強度まで増加する刺激パターンが出力
され、患者Ｍは起立することができる。この状態で、再
度スイッチＳＷをオンにすることにより、歩行動作の刺
激パターンに切り換えられ、起立状態となる刺激強度の
９９アドレスから同じ刺激強度の１２５アドレスに移行
する。従って、患者Ｍは１２５アドレスの刺激強度で起
立状態が維持される。

【００１９】患者Ｍが歩行する場合、右足の歩行制御用
センサ２をオンとし、左足の歩行制御用センサ１をオフ
とすると、右足の刺激パターンは、１２５アドレスから
１５０アドレスに向かって順次刺激強度が増加し、右足
が起立状態から振り出される。この時、左足の刺激パタ
ーンは１２５アドレスから１００アドレスに向かって刺
激強度が増加し、左足を後方へ移動させる下げを行う。
従って、患者Ｍの両下肢は前後に開く動作となり患者は
前進することができる。

【００２０】右足の歩行制御用センサ２をオフにする
と、右足の刺激パターンは１５０アドレスから順次起立
状態の１２５アドレスに向かって刺激強度が低下するの
で、振出した右足が元の起立状態に戻る。また、左足の
刺激パターンは１００〜１２５アドレスに向かう戻し動
作となり、右足の戻し動作に伴って左足も起立状態に戻
る。

【００２１】同様に、左足の歩行制御においても、左足
の歩行制御用センサ１をオン及び右足の歩行制御用セン
サ２をオフとすることにより、右足の歩行動作とは逆の
歩行動作を行うことができ、患者Ｍは両下肢による歩行
動作が可能となる。

【００２２】歩行を終了する場合は、両下肢が１２５ア
ドレスの起立状態の刺激強度になった時点で、右足の歩
行制御用センサ２のスイッチＳＷを押下すると、起立・
着席動作の刺激パターンに移行する。即ち、歩行動作の
刺激パターンの起立状態である１２５アドレスから、起
立・着席動作の刺激パターンの起立状態の９９アドレス
に移行し、９９アドレス〜０アドレスに向かって刺激強
度が順次低下する刺激パターンが出力される。従って、
患者Ｍは椅子或いはベッド等に着席することができる。

【００２３】図４のフローチャート、図５及び図６の再
建動作例を参照して上述した生体機能制御装置の歩行動
作制御について説明する。図５（Ａ）は、患者の着席状
態を示し、図５（Ｂ）は、患者が起立した状態を示す。
図６Ａは、患者が起立状態から右足を振り出した状態を
示し、図６Ｂは、右足振り出し後の歩進状態を示してい
る。

【００２４】患者Ｍは電源スイッチ（図示せず）をオン
として、右手の人差し指に装着された右足用の歩行制御
用センサ２に取り付けられたスイッチＳＷを１回押下し
てオンとする（ステップＳ１）。このとき患者Ｍは図５
（Ａ）に示すように、歩行補助器８を両手で支え、例え
ば椅子等に着席した状態とする。

【００２５】制御部４は、スイッチＳＷのオン信号によ
り、メモリ５から起立動作の刺激パターンを読み出し、
増幅器６へ出力する（ステップＳ２）。起立動作の刺激
パターンは、増幅器６でアナログ信号に変換されて増幅
後、デマルチプレクサ７を介して起立動作に応じた刺激
信号として出力される。従って、図５（Ｂ）に示す如
く、患者Ｍは起立動作の刺激信号により歩行補助器８を
両手で支えながら立ち上がり、歩行体制或いは着席体制
をとることができる。

【００２６】患者Ｍは再度スイッチＳＷを押下してオン
信号を制御部４へ出力する。制御部４は、このオン信号
が入力されたか否か判定し、入力されなければオン信号
が入力されるまで待機する（ステップＳ３）。

【００２７】ステップＳ３でスイッチＳＷが再度オンさ
れたことが認識されると、制御部４は、起立動作の刺激
パターンを両下肢の歩行動作の刺激パターンに移行さ
せ、右足の歩行制御用センサ２がオンであるか判定し
（ステップＳ４）、オンであればオン期間、右足振り出
しの刺激パターン及び左足下げの刺激パターンを出力
し、対応した刺激信号が増幅器６及びデマルチプレクサ
７を介して両下肢に出力される（ステップＳ５）。この
右足を振り出す刺激信号により、図６Ａに示すように、
起立状態から右足が振り出される。

【００２８】右足の振り出し動作及び左足の下げ動作に
より患者Ｍが前進すると、再びステップＳ４に戻り、右
手の人差し指を曲げると右足用の歩行制御用センサ２が
オフとなったことが判定される。これにより右足の刺激
パターンの刺激強度及び左足の刺激パターンの刺激強度
が順次下降して起立状態の刺激強度に戻る（ステップＳ
６）。従って、図６Ｂに示す如く、患者Ｍは歩行補助器
８の取っ手を握り、身体を引き付けながら振り出した右
足に体重をかけると、左足が引き付けられて前進するこ
とができる。ここで再び起立状態となり、次の動作の待
機状態となる。

【００２９】ステップＳ６で両下肢が起立状態に戻る
と、左足の歩行制御用センサ１がオンとなったか判定さ
れ（ステップＳ７）、オンである場合にはオンの期間、
左足を振り出す刺激パターン及び右足下げの刺激パター
ンが出力され、対応する刺激信号が増幅器６及びデマル
チプレクサ７を介して両下肢に出力される（ステップＳ
８）。

【００３０】左足の振り出し動作及び右足の下げ動作に
より患者Ｍが前進すると、再びステップＳ４に戻り上記
処理が繰り返される。ステップＳ７で、患者Ｍが人差し
指を曲げ、左足の歩行制御用センサ１をオフにすると、
オフの期間左足の刺激パターンの刺激強度及び右足の刺
激パターンの刺激強度が順次低下して起立状態に戻る
（ステップＳ９）。

【００３１】患者Ｍが歩行を終了する場合は、右足の歩
行制御用センサ２のスイッチＳＷを押下すると（ステッ
プＳ１０）、両下肢の歩行動作の刺激パターンから起立
・着席動作の刺激パターンに移行し、起立状態の刺激強
度が順次下降して着席することができる（ステップＳ１
１）。

【００３２】歩行動作を継続する場合は、ステップＳ９
の起立状態が維持されている状態で右足の歩行制御用セ
ンサ２のスイッチＳＷを押下しなければ、ステップＳ４
に戻り上記処理が繰り返される。

【００３３】このようにして、専用の歩行補助器を使用
することなく、患者Ｍは指の屈伸動作のみにより、歩行
動作の再建を容易に行うことができるので、日常活動の
制限か低減され且つ安全性も向上する。また、起立・着
席動作制御用のスイッチＳＷを、歩行制御用センサ２に
取り付けるようにしたので、起立・着席動作から歩行動
作或いはその逆の動作への移行が円滑になる。

【００３４】上記構成において、両下肢用の歩行制御用
センサ１及び２の屈伸センサＳ１及びＳ２として感圧ゴ
ムセンサを用いたが、代わりに通常の押しボタン型スイ
ッチをリングに複数装着して、指の屈伸ではなくスイッ
チの押下により制御信号を入力することもできる。

【００３５】また、再建の対象とする麻痺部位は下肢に
限らず、一方の麻痺した上肢（腕）を他方の健常な上肢
により制御信号用のセンサ或いはスイッチ類を操作する
ことにより、麻痺した上肢を再建することもできる。

【００３６】また、前述した屈伸センサＳ１及びＳ２
を、例えば両肘の内側に装着し、肘の屈伸を検出して歩
行補助器８につかまりながら、例えば振り出したい足側
の肘を伸ばすことにより歩行動作を再建するようにして
もよい。

【００３７】さらに、両下肢の歩行制御用センサ１，２
及びスイッチＳＷを無線或いは赤外線等の送信器に接続
し、電気刺激装置３側にこれらのオン・オフ信号の受信
部を設けることにより、コードレスの生体機能制御装置
とすることもできる。このようにすれば、健常な残存機
能により制御信号を付与する生体部位のリード線による
拘束がなくなるので、患者の違和感が低減できる。

【００３８】また、本発明は上述の実施例に限ることな
く、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成
を取り得ることは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、両
手の指に麻痺した両下肢の歩行制御用センサ及び歩行動
作に関連した動作制御用のスイッチを設ける構成とした
ので、操作が容易となると共に専用の歩行補助器を用い
ることなく、種々の歩行補助器による歩行動作の再建が
可能となり、日常の活動に制限を受けることが軽減され
る。また、患者が歩行補助器と離れた場合においても麻
痺した両下肢の制御が可能となり、従来の専用の歩行補
助器に取り付ける操作部による制御に比較して、患者の
安全性が向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生体機能制御装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。

【図２】実施例に使用される両下肢の歩行制御用センサ
の装着状態を示す図である。

【図３】実施例の歩行動作及び起立・着席動作の刺激パ
ターンを説明する図である。

【図４】実施例の起立・着席及び歩行動作制御を示すフ
ローチャートである。

【図５】実施例における着席及び起立状態を示す説明図
である。

【図６】実施例おける右足の歩行動作を説明する図であ
る。

【図７】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ 左足の歩行制御用センサ ２ 右足の歩行制御用センサ ３ 電気刺激装置 ＳＷ スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両手指に装着され、両下肢の歩行動作用
   の第１の制御信号を出力する歩行制御用センサと、 いずれか一方の上記歩行制御用センサに取り付けられ、
   上記歩行動作の刺激パターンと他の再建動作の刺激パタ
   ーンとを切り換えるための第２の制御信号を出力するス
   イッチ手段と、 上記第１の制御信号及び上記第２の制御信号を入力し
   て、上記歩行動作の刺激パターン及び上記他の再建動作
   の刺激パターンに応じた刺激信号を出力する電気刺激装
   置とを具えることを特徴とする生体機能制御装置。