JPH067723Y2 - 刺激装置における生体信号検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、運動麻痺患者の残存する機能動作に基いて患
者の神経等を刺激して麻痺部分を働かせるための刺激装
置における上記患者の残存する機能動作を検出するため
の生体信号検出装置に関する。

〔考案の概要〕

本考案は、麻痺患者の残存する機能動作を検出してディ
ジタル化した制御信号を機能的電気刺激コンピュータに
供給し、該制御信号により該機能的電気刺激コンピュー
タ内の記憶手段に格納した刺激データを出力して該麻痺
患者に埋込まれた複数の電極を刺激して麻痺機能を働か
せるための刺激装置における上記麻痺患者の残存する機
能動作を検出するための生体信号検出装置において、複
数個のスイッチを有し、四肢のうち少くとも軽度の麻痺
状態を有する肢の関節近傍に着脱自在に装着され、上記
肢が上記関節に対して所定角度に達したとき上記刺激装
置に対し、所定の刺激データを上記肢に埋込まれた複数
の電極に出力させるようにすることにより、簡単な操作
でスムーズな四肢の動きを実現させ、運動麻痺患者に与
える精神的、肉体的負担を抑えるようにしたものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の刺激装置における生体信号検出装置は、筋電図，
脳波，顎，肩，首等の機械的変位及び音声等の随意的生
体信号をコード等を介して刺激装置の機械的電気刺激
（Functional electrical stimulation：以下ＦＥＳと
記す）コンピュータに供給するようにしている。

尚、刺激装置においては、上述の検出信号に基く刺激デ
ータをコンピュータ内の記憶手段から読出して神経又は
筋近傍に埋め込まれた電極に出力するようにしている。

〔考案が解決しようとする課題〕

一般に、四肢のうち、日常生活において頻繁に使われる
のは手指であることが確認され、特に、コップ，紙及び
鍵の３種の把持ができれば日常生活には困らないという
ことが知られている。

しかしながら、従来の生体信号検出装置においては、重
度の麻痺患者（例えば脊髄損傷により麻痺患者等）を対
象としたものであり、上述したように、手指に直接関係
のない別系統、例えば肩，首などの随意運動を検出し、
その検出信号に基づいて手指を動かすようにするという
一種の遠隔操作であるため、自然の動きに近い状態で手
指を動かすことが困難であり、物を持たせるようにする
までに長期間の訓練が必要である。この従来の生体信号
検出装置は、重度の麻痺患者にとっては好都合なのであ
るが、例えば脳卒中又はその他の原因で身体に運動性麻
痺を来した患者、特に手首関節，肘関節，膝関節等が随
意に動かせる比較的軽度の麻痺患者にとっては、従来の
生体信号検出装置を使うことは、非常にめんどうであ
り、また、せっかく動かせる関節を無視した従来の生体
信号検出装置に対し不合理さを感じていた。

本考案は、このような点に鑑み成されたもので、その目
的とするところは、手首関節等が随意に動かせる比較的
軽度の麻痺患者を対象とし、例えば手指を動かす場合、
手首関節の近傍に着脱自在に装着することによって、従
来のような遠隔操作的な手法を廃し、手指の動きを容易
にかつスムーズに行なわせることができる刺激装置にお
ける生体信号検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の生体信号検出装置（Ａ）は、麻痺患者(15)の残
存する機能動作を検出してディジタル化した制御信号を
機能的電気刺激コンピュータ(11)に供給し、該制御信号
により該機能的電気刺激コンピュータ(11)内の記憶手段
(12)に格納した刺激データを出力して該麻痺患者(15)に
埋込まれた複数の電極(18a)……(18m)を刺激して麻痺機
能を働かせるための刺激装置（Ｂ）における上記麻痺患
者(15)の残存する機能動作を検出するための生体信号検
出装置であって、複数個のスイッチ(S₁),(S₂)(S₃)を有
し、四肢のうち少くとも軽度の麻痺状態を有する肢の関
節近傍に着脱自在に装着され、上記肢が上記関節に対し
て所定角度に達したとき上記刺激装置（Ｂ）に対し、所
定の刺激データを上記肢に埋込まれた複数の電極(18a)
……(18m)に出力させるようにしたものである。

〔作用〕

上述の本考案の構成によれば、生体信号検出装置（Ａ）
を患者に装着させる場合、従来では、監視者がいちいち
患者から服を脱がして肩等に取付ける必要があったが、
本考案ではそのような作業をする必要がなく、例えば手
指を動かす場合には、手首関節の近傍に取付けるだけで
よいので、取付けが非常に簡単で、監視者のみならず患
者にとっても取付けの際のわずらわしさが緩衝される。

また、操作方法においても、例えば手指を動かす場合、
患者が随意に動かせる例えば手首関節を利用するので、
従来のような遠隔操作的なめんどうさがないと共に無理
な運動を行なう必要がなく、患者にとっては、随意に手
指を動かしているような感覚で行うことができると共に
操作が非常に楽であるため、患者に与える精神的，肉体
的負担を抑えることができる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第９図を参照しながら本考案の実施例を
説明する。

本実施例に係る生体信号検出装置（Ａ）は、第１図に示
すように、本体(1)にベルト(2)が装着された腕時計型の
外形を有する。そしてこの生体信号検出装置（Ａ）に
は、３つのスイッチ(S₁),(S₂),(S₃)が配されている。

スイッチ(S₁)は本体(1)の側壁部に設けられ、例えば第
２図に示すように、この生体信号検出装置（Ａ）を手首
に取付けたとき、スイッチ(S₁)の可動部が手の甲(H₁)側
に突出するような位置関係になされる。スイッチ(S₂)
は、ベルト(2)に設けられ、例えば第３図に示すよう
に、この生体信号検出装置（Ａ）を手首に取付けたと
き、スイッチ(S₂)の可動部が掌(H₂)側に突出するような
位置関係になされる。スイッチ(S₃)は選択スイッチであ
り、本体(1)の前面に設けられている。そしてスイッチ
(S₁),(S₂)及び(S₃)からの信号は、コード(4)を介して後
述する刺激装置（Ｂ）に供給するようになっている。

本実施例に係る生体信号検出装置（Ａ）を手首に取付け
る場合には、通常の腕時計を手首に装着するような方法
で行なえばよい。即ち、第２図に示すように手首の茎状
突起(5)近傍に装着して、手の甲(H₁)と茎状突起(5)で生
体信号検出装置（Ａ）を挾持させるようにする。このよ
うにすれば、生体信号検出装置（Ａ）が、手首から外れ
て下腕部(a)にすべり落ちることを防止することができ
る。

次に、上記生体信号検出装置（Ａ）の使用方法の一例を
説明するが、その前に生体信号検出装置（Ａ）からの信
号に基づいて運動麻痺患者の神経等を刺激して麻痺部分
を働かせる刺激装置（Ｂ）の一例を説明する。

刺激装置（Ｂ）は、第４図に示すように麻痺した運動機
能に関与する複数の神経，筋群を電気的に刺激する刺激
パルスを取り出すＦＥＳコンピュータ(11)を有する刺激
装置本体(B₁)と、ＦＥＳコンピュータ(11)の記憶手段(1
2)に記憶する少くとも麻痺患者の個々の刺激パターンデ
ータを生成する刺激パターン生成用コンピュータ(13)と
を有する生成装置(B₂)とを具備し、刺激装置本体(B₁)内
のＦＥＳコンピュータ(11)と、生成装置(B₂)内の刺激パ
ターン生成用コンピュータ(13)間を結ぶデータバス(14)
を介して少くとも生成刺激パターンデータをＦＥＳコン
ピュータ(11)に伝送した後にデータバス(14)をはずし
て、刺激装置本体(B₁)単独で麻痺患者(15)に刺激パルス
を与える様にしたものである。

即ち、生体信号検出装置（Ａ）からの信号を複数の増幅
器及びアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）より構成さ
れた信号処理手段(16)に供給し、Ａ／Ｄに供給された１
つの検出信号をデジタル化して制御信号とし、この制御
信号をＦＥＳコンピュータ(11)に供給する。このＦＥＳ
コンピュータの記憶手段(12)、例えばＲＡＭの刺激デー
タ領域(12a),(12b),(12c)には例えば第６図に示すよう
な代表的な３つの動作（コップの把持，紙の把持、鍵の
把持）に関する刺激データが個別に記憶され、更に動作
プログラムデータ領域(12d),(12e),(12f)には３つの動
作に関する動作プログラムデータ等も記憶されている。

また、刺激データ領域(12a),(12b),(12c)はそれぞれ所
定アドレスを境にしてそれぞれ２つに分けられ、コップ
の把持の動作データが記憶されている(12a)について
は、例えば第６図Ａに示す手をにぎる動作のデータが(1
2a₁)に、同図Ｂに示す手を開く動作のデータが(12a₂)に
それぞれチャンネル毎（例えば１〜ｍチャンネル）に記
憶されている。紙の把持の動作データが記憶されている
(12b)については、例えば同図Ｃに示す親指を閉じる動
作のデータが(12b₁)に、同図Ｄに示す親指を開く動作の
データが(12b₂)にそれぞれチャンネル毎に記憶されてい
る。鍵の把持の動作データが記憶されている(12c)につ
いては、例えば同図Ｅに示す親指を曲げる動作のデータ
が(12c₁)に、同図Ｆに示す親指を立てる動作のデータが
(12c₂)にそれぞれチャンネル毎に記憶されている。この
様な刺激データの読み出しはＡ／Ｄから出力される制御
信号で刺激データのアドレスを指定することで得られ
る。例えばｍチャンネルの刺激データが複数のデジタル
−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）及びアイソレータで構成さ
れる信号出力手段(17)からアナログ信号の刺激パルス列
として麻痺患者(15)の生体内に埋込まれた電極(18a),(1
8b)……(18m)に供給される。電極(18a),(18b)……(18m)
は神経，筋群に関連し、これらを刺激して麻痺部分を働
かせる様になされている。

一方、個々の麻痺患者(15)の刺激パターンデータを生成
する刺激パターン生成用コンピュータ(13)と、ＲＡＭ等
のコンピュータ中に含まれる記憶手段(19)と、並びに外
部記憶装置(20)等から成る生成装置(B₂)は、刺激装置本
体(B₁)とは切り離されていて、ＦＥＳコンピュータ(11)
と刺激パターン生成用コンピュータ(13)間をデータバス
(14)を介して連絡する。尚、ＦＥＳコンピュータ(11)と
刺激パターン生成コンピュータ(13)との連結はデータバ
スに限らずテレメータ，赤外線、電磁的結合手段等を介
して行なってもよい。

次に、刺激パターン生成用コンピュータ(13)内での刺激
パターンデータ生成手順を第５図で説明すると、先ずス
タート（ＳＴ₀）の次のステップでは生成装置(B₂)内の
外部記憶装置(20)にフロッピディスクに書き込まれた標
準刺激パターンをロードする（ＳＴ₁）。この標準刺激
パターンは健常者（麻痺していない正常者）の関節，筋
肉変位等を検出した筋電図波形をエンベローブ検波し、
このエンベローブ波形をサンプリングしたパルス列を得
て、このパルス列の各パルスの電圧振幅又はパルス幅を
デジタル値とした刺激パターンデータが記録されてい
る。この刺激パターンデータは、例えば、３つの動作、
即ち手でコップを把持する、手で紙を把持する、手で鍵
を把持するすべての動作に対応したデータが記憶されて
いる。次のステップ（ＳＴ₂）では生成装置(B₂)と刺激
装置本体(B₁)並に麻痺患者(15)間を接続するために信号
出力手段(17)と個々の麻痺患者(15)に埋込まれた複数電
極(18a)〜(18m)間を接続すると共にＦＥＳコンピュータ
(11)と刺激パターン生成用コンピュータ(13)間をデータ
バス(14)で連絡する。次のステップ（ＳＴ₃）では生成
装置(B₂)をコントロールして刺激装置本体(B₁)のＦＥＳ
コンピュータ(11)を介して麻痺患者(15)の個々の筋群を
刺激する。次のステップ（ＳＴ₄）では刺激パルスの振
幅又はパルス幅を変化させて、個々の筋群のスレッシュ
ホールドレベルを健常者の筋群のスレッシュホールドレ
ベルを基準にして見つけだす。この時、上記３つの動作
に対して個別に行なう。次のステップ（ＳＴ₅）では見
つけだした上記３つの動作に対するそぞれのスレッシュ
ホールドレベルに合せて記憶手段(19)に記憶した標準刺
激パターンレベルを患者個人に適合したパターンに修正
する。次のステップ（ＳＴ₆）では記憶手段(19)の刺激
データ領域(19a),(19b),(19c)と動作プログラムデータ
領域(19d),(19e),(19f)に修正して格納したデータをデ
ータバス(14)を通じてＦＥＳコンピュータ(11)の記憶手
段(12)の刺激データ領域(12a),(12b),(12c)と動作プロ
グラム領域(12d),(12e),(12f)に転送する。この場合動
作プログラムデータも一緒に転送したが、刺激パターン
データのみ転送させてもよい。次のステップ（ＳＴ₇）
では生成装置(B₂)と刺激装置本体(B₁)との間のデータバ
ス(14)を切り離す。次のステップ（ＳＴ₈）では記憶手
段(12)内の記憶内容は、刺激パターンデータの修正又は
設定が行なわれたので特定の麻痺患者(15)に刺激パルス
を供給し、例えば手の把持動作等を刺激装置単独で行な
いエンド（ＳＴ₉）に至る。上述の実施例ではすべての
刺激パターンデータを設定して移し変えた場合を説明し
たが、修正した部分の刺激パターンデータのみ転送して
もよく、或は動作プログラムデータの一部を生成装置(B
₂)内で修正し、修正部分だけデータバス(14)を通じてＦ
ＥＳコンピュータ(11)の記憶手段(12)の動作プログラム
データ領域(12d),(12e),(12f)に書き込む様にしてもよ
い。

そして、上記生体信号検出装置（Ａ）及び刺激装置
（Ｂ）を使用するときは、まず生体信号検出装置（Ａ）
を第２図に示すように手首の茎状突起(5)近傍に取付け
たのち、選択スイッチ(S₃)にて上記３つの動作の内、１
つの動作を選択する。この選択方法は、例えば１回押し
たときは、コップの把持、２回押したときは紙の把持、
３回押したときは鍵の把持とする。

説明簡略化のため、コップの把持の動作についてのみ説
明し、他の２つの動作については、同様に行なえるので
省略する。

まず選択スイッチ(S₃)を１回だけ押すと、その信号(s₃)
が刺激装置（Ｂ）内のＦＥＳコンピュータ(11)に供給さ
れ、記憶手段(12)のフラグ領域(21)にコップの把持を示
す例えば“１”というデータがセットされる。このデー
タは、他の動作への選択があるまでホールドされる。ま
たこのデータは刺激データ領域(12a),(12b),(12c)及び
動作プログラムデータ領域(12d),(12e),(12f)のインデ
ックスとして機能する。即ち、上記の例では刺激データ
領域(12a),(12b),(12c)については(12a)を、動作プログ
ラムデータ領域(12d),(12e),(12f)については(12d)を読
出すためのインデックスとして機能する。

その後、手首を例えば上方向、即ち第７図に示すよう
に、手の甲(H₁)と下腕部(a)とのなす角αが小となる方
向に動かす（手首関節背屈）。そして、ある所定角度
（例えばα≒130°）のとき、手の甲(H₁)が生体信号検
出装置（Ａ）のスイッチ(S₁)をＯＮにし、そのＯＮ信号
(s₁)が刺激装置（Ｂ）内において信号処理手段(16)を介
してＦＥＳコンピュータ(11)に供給される。ＦＥＳコン
ピュータ(11)は動作プログラムデータ領域(12d),(12e),
(12f)のうち、フラグ領域(21)内のデータに対応するア
ドレス、即ち(12d)からプログラムを読出すと共に、刺
激データ領域(12a),(12b),(12c)のうち、フラグ領域(2
1)内のデータ及びスイッチ(S₁)のＯＮ信号(s₁)に対応す
るアドレス、即ち領域(12a)の内の(12a₁)から刺激デー
タを読出したのち、該刺激データを信号出力手段(17)を
介して麻痺患者(15)の手に埋込まれた電極(18a)〜(18m)
に供給して第８図に示すように手をにぎるように働かせ
る。このとき、患者(15)にコップ等をにぎらせるように
する。

今度は、手首を下方向、即ち第７図に示すように、手の
甲(H₁)と下腕部(a)とのなす角αが大となる方向に動か
す（手首関節掌屈）。このとき、スイッチ(S₁)はＯＦＦ
されるが、にぎった状態に保持される。そして、ある所
定角度（例えばα≒220°）で今度は掌(H₂)がスイッチ
(S₂)をＯＮにする。このＯＮ信号(s₂)は、再び刺激装置
（Ｂ）内において信号処理手段(16)を介してＦＥＳコン
ピュータ(11)に供給され、上記と同様に、動作プログラ
ムデータ領域(12d),(12e),(12f)のうち、(12d)からプロ
グラムを読出すと共に、刺激データ領域(12a),(12b),(1
2c)のうち、フラグ領域(21)内のデータ及びスイッチ
(S₂)のＯＮ信号(s₂)に対応するアドレス、即ち領域(12
a)の内の(12a₂)から刺激データを読出したのち、該刺激
データを信号出力手段(17)を介して麻痺患者(15)の手に
埋込まれた電極(18a)〜(18m)に供給して、今度は第９図
に示すように手を開くように働かせる。

以上の動作は、他の２つの動作、即ち紙の把持及び鍵の
把持にも適用される。

上述の如く本例によれば、生体信号検出装置（Ａ）を腕
時計型としたため、麻痺患者が例えば手指を動かす場
合、手首に取付けるだけでよく、また、取付けた状態に
違和感がない。

また、例えば上記のように手指を動かす場合、手首関節
の動きを利用して行なうため、麻痺患者は直接自分の手
を動作させているような感覚で一連の動作を行うことが
でき、従来のような遠隔操作的な操作方法と比してその
操作方法は非常に簡単である。従って、麻痺患者に与え
る精神的，肉体的負担を軽減させることができる。

尚、上記実施例は時計本体(1)の側壁部にスイッチ(S₁)
を１つ設けるようにしたが、その他第10図に示すよう
に、本体(1)の側壁部にスイッチ(S₁)を数個設けるよう
にして、上述のような手首の上げ下げに加えて、手首の
回内，回外によって手指の動きを制御するようにしても
よい。

また、上述の実施例は、生体信号検出装置（Ａ）を手首
に装着して手指の動作を制御するようにしたが、その
他、肘関節近傍に装着して下腕部のその延長線を軸とす
る回動を制御するようにしてもよいし、膝関節近傍に装
着して足首の動きを制御するようにしてもよい。

〔考案の効果〕

本考案は、叙上の如く構成させたので、麻痺患者の残存
する機能、特に手首関節、肘関節、膝関節などの動きを
利用して、簡単な操作によりスムーズな四肢の動きを実
現させることができ、比較的軽度の麻痺患者に与える精
神的，肉体的負担を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る生体信号検出装置を示す平面
図、第２図は生体信号検出装置を手首に装着した状態を
手の甲側から示す図、第３図は生体信号検出装置を手首
に装着した状態を掌側から示す図、第４図は刺激装置の
構成を示すブロック図、第５図は刺激装置へのデータ登
録を示すフローチャート例、第６図は手指の代表的な３
つの動作を示す説明図、第７図は手首の動きを示す説明
図、第８図は手をにぎった状態を示す斜視図、第９図は
手を開いた状態を示す斜視図、第10図は他の実施例を示
す平面図である。 （Ａ）は生体信号検出装置、(1)は本体、(2)はベルト、
(S₁),(S₂),(S₃)はスイッチ、(4)はコード、(H₁)は手の
甲、(H₂)は掌、(a)は下腕部、(5)は茎状突起、（Ｂ）は
刺激装置である。

フロントページの続き (72)考案者 半田 康延 宮城県仙台市大和町２―１―９ (72)考案者 星宮 望 宮城県仙台市川内（無番地） 川内住宅11 ―106 (72)考案者 石川 清一 東京都小平市天神町１―57 日本電気三栄 株式会社東京工場内 (72)考案者 久本 隆 東京都小平市天神町１―57 日本電気三栄 株式会社東京工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】麻痺患者の残存する機能動作を検出してデ
   ィジタル化した制御信号を機能的電気刺激コンピュータ
   に供給し、該制御信号により該機能的電気刺激コンピュ
   ータ内の記憶手段に格納した刺激データを出力して該麻
   痺患者に埋込まれた複数の電極を刺激して麻痺機能を働
   かせるための刺激装置における上記麻痺患者の残存する
   機能動作を検出するための生体信号検出装置において、 複数個のスイッチを有し、四肢のうち少くとも軽度の麻
   痺状態を有する肢の関節近傍に着脱自在に装着され、 上記肢が上記関節に対して所定角度に達したとき上記刺
   激装置に対し、所定の刺激データを上記肢に埋込まれた
   複数の電極に出力させるようにすることを特徴とする刺
   激装置における生体信号検出装置。