【手続補正書】
【提出日】平成19年5月22日(2007.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】                      明細書
【発明の名称】                  筋電信号測定機能付き電気刺激装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気刺激波形の生成や装置全体の制御等をおこなう制御部（１）と制御部（１）で生成した電気刺激信号を必要量まで増幅する出力部（２）と、出力部（２）の出力を生体に供給する刺激電極（３）と、筋電信号を測定する測定部（４）と、筋電信号測定用の測定電極（５）と、制御部（１）で制御され、測定部（４）のアース端子と刺激電極（３）とを接続又は切断するスイッチ（６）を有し、
筋電信号の測定をおこなう筋電信号測定モードでは刺激電極（３）と測定部（４）のアース端子とをスイッチ（６）で接続し、刺激電極（３）を筋電位測定部（４）のアースとして用いて筋電信号を測定し、
電気刺激をおこなう電気刺激モードでは刺激電極（３）と測定部（４）のアース端子とをスイッチ（６）で切り離し、生体を電気刺激するようにし、
この2つのモードを自動的に又はマニュアルで切り替えて、筋電信号測定と電気刺激を続けておこなうことができるようにした、筋電信号測定機能付き電気刺激装置。
【請求項２】
電気刺激モードで筋肉を刺激した後、筋電信号測定モードにし、筋電信号をモニタしながら筋力増強バイオフィードバック訓練をおこなうことができるようにした、請求項1記載の筋電信号測定機能付き電気刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気刺激（筋肉収縮訓練）と筋電信号測定が可能で、筋肉収縮訓練時に筋電信号が検出されたとき生体を電気刺激する、筋電信号測定機能付き電気刺激装置に関するものであり、特に、使用する電極数を少なくし、測定と刺激を正確にすることを主目的とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば脳卒中後の患者は、中枢神経がダメージを受け、筋肉は正常であっても、筋肉の制御がうまくできず、四肢を動かせないことが多い。事故その他の中枢障害でも同様である。しかし中枢に正常な部位が残存しておれば、治療・訓練により中枢に代償回路が再構築され、正常に近い制御が可能になることがある。これを中枢の再教育という。
【０００３】
筋電信号測定機能付き電気刺激装置はこのような患者の訓練に使用するもので、中枢からの微弱な信号を筋肉で検出し、その筋肉を電気刺激し、正常であれば生じるであろう筋収縮を生じさせ、中枢の再教育をおこなうもので、特開昭６１−２６５１５１にその技術が開示されている。この先願発明の装置は、図２に示すように、制御部２１、電気刺激の出力部２２、電気刺激用の刺激電極２３、筋電信号検出部２４，筋電信号測定電極２５，アース電極２６、装置の筐体２７等で構成される。この装置で訓練するときは、訓練前に、まず患者の訓練をおこないたい麻痺筋のモーターポイント近傍に刺激電極２３を、筋腹近傍に測定電極２５を、それらの近傍にアース電極２６を装着し、筋電信号測定モードにする。
【０００４】
モーターポイントは、筋肉を電気刺激するとき、最も効率よく筋肉を収縮させることができる点である。刺激点がこの点から離れるに従って刺激効率は低下するので、必要以上の刺激強度が必要になり、刺激時の不快感も増加する。このため、電気刺激はモーターポイントを刺激する。また、筋電信号は各筋線維から出て、表面電極ではその総和を検出するので、筋電信号は筋腹で最も強くなり、この点から外れるにほど急激に弱くなる。このため、これらの電極は所定の位置に貼る必要がある。
【０００５】
訓練では、まず、筋電信号測定モードにして、麻痺した筋肉を動かすように患者に努力させる。筋電信号が検出されると、自動的に電気刺激モードになり、検出された筋電信号を基に制御部２１で刺激信号を作成し、出力部２２で必要な強さに増幅して、刺激電極２３を介して、麻痺した筋肉を電気刺激する。この訓練により、脳から僅かに出される正常な信号を検出し、正常と同様の筋肉収縮を生じさせることで、中枢の再教育ができ、患者は筋収縮のコツを掴むことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、筋電信号測定機能付き電気刺激装置を用いた中枢の再教育は効果的である。しかし、特開昭６１−２６５１５１に示される先願技術では、目的の筋肉のモーターポイントに２枚の刺激電極２３と、筋腹に２枚の測定電極２５と、アース電極２６との合計５枚の電極を貼付しなければならない。このため、訓練の準備に手間がかかるという問題がある。しかも、通常の筋肉はモーターポイントは筋腹の近傍にあるため、５枚の電極全てを所定の位置に貼付することは、スペース的に困難である。このため、微弱な筋電信号の検出を優先して測定電極を筋腹に貼付すると、刺激用電極がモーターポイントから外れ、適切な刺激ができなくなり、このため必要な刺激をおこなおうとすると、必要以上に刺激強度を上げなければならず、不快な刺激感が増加する。逆に、刺激電極をモーターポイントに貼ると、測定用電極を所定の位置に正しく貼ることはできなくなり、微弱な筋電信号を検出することができなくなる。
【０００７】
このように、先願技術の装置は、電極装着が面倒で、効果的な訓練が困難なことがあるという問題を有する。また、５枚の電極を使用するので、装置の価格も高くなり、故障の頻度も高くなる。さらに、筋電信号検出用のアース電極は、接触抵抗を小さくして使用しないとノイズが乗るので、十分に水に浸して使用しなければならないという、使用上の煩わしさもある。
また、電気刺激をおこなった後は麻痺筋も少しは自力で収縮させることができる例があり、臨床的に応用されている。しかし、これを効果的におこなう装置は無かった。
本発明はこれらの問題を解決し、医師等施療者の労力を省力化し、正確で効率的な測定と刺激を可能にし、しかもコストと故障頻度を低減し、より効果的な新たな訓練を可能にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
これらの課題を解決するために、請求項１記載の発明では、電気刺激波形の生成や装置全体の制御等をおこなう制御部１と制御部１で生成した電気刺激信号を必要量まで増幅する出力部２と、出力部２の出力を生体に供給する刺激電極３と、筋電信号を測定する測定部４と、筋電信号測定用の測定電極５と、制御部１で制御され測定部４のアース端子と刺激電極３とを接続又は切断するスイッチ６とを有し、筋電信号測定モードでは刺激電極３と測定部４のアース端子とをスイッチ６で接続し、刺激電極３を筋電位測定部４のアースとして用いて筋電信号を測定し、電気刺激モードでは刺激電極３と測定部４のアース端子とをスイッチ６で切り離し、生体を電気刺激するようにし、筋電信号測定モードと筋電信号測定モードを、自動的に又はマニュアルで切り替えることができるようにした。
請求項2記載の発明では、電気刺激モードで筋肉を刺激した後、筋電信号測定モードにし、筋電信号をモニタしながら筋力増強バイオフィードバック訓練をおこなうことができるようにした。
【０００９】
【作用】
請求項１記載の発明により、筋電信号測定モードにすると、制御部１でスイッチ６を制御し、刺激電極３と測定部４のアース端子をスイッチ６で接続し、刺激電極３を測定用アース電極として使用できるので、安定した筋電信号を測定することができる。このため、専用のアース電極を必要とせず、電極装着の省力化ができ、コストと故障の頻度を低減することができる。また、電気刺激モードにすると、スイッチ６をオフにして測定部４と刺激電極３とを切り離し、制御部１で発生させた刺激信号を出力部２で必要量に増幅し、刺激電極３を介して、生体を電気刺激することができる。
また、この2つのモードを組み合わせて使用することで、効果的な中枢の再教育が可能になる。
請求項2記載の発明により、電気刺激を刺激おこなって麻痺筋の自力収縮を引き出した後、筋電信号測定モードにし、筋電信号をモニタしながら筋力増強バイオフィードバック訓練をおこなうことができるので、より効果的な中枢の再教育と筋力増強訓練が可能になる。
【００１０】
先願の特開昭６１−２６５１５１は、前述のように、測定モードで筋電信号を検出し、筋電信号が得られたとき、自動的に刺激モードに切り替え、得られた筋電信号を元にして刺激信号を作成し、これを増幅して生体を刺激するようにしたものである。これとは逆に、麻痺した筋肉を電気刺激すると、一時的に随意収縮が可能になる、という現象も見いだされている。本発明は、この現象を利用し、まず麻痺筋を電気刺激し、一時的に随意収縮が可能になったとき、筋電信号をモニタしながら筋収縮訓練をおこなう、という訓練をおこなうこともできる。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例を図１に示す。図１の１は制御部、２は電気刺激の出力部、３は刺激電極、４は筋電信号の測定部、５は筋電信号を測定する測定電極、６はスイッチ、７は装置の筐体である。
【００１２】
制御部１は装置全体の制御をおこない、測定モードと刺激モードの切り替え、スイッチ６の切り替え、刺激信号の発生等をおこなう。刺激信号は、測定された筋電信号を元にして作成することもできるし、筋電信号とは別に内部で発生することもできる。電気刺激の出力部２は、出力トランス等で構成され、制御部１で発生させた刺激信号を必要量に増幅する。刺激電極３は、刺激モードでは刺激電極として出力部２の出力を生体に供給し、測定モードではスイッチ６を介して測定部４のアース端子と接続され、アース電極として作用する。
【００１３】
測定部４は、測定電極で検出された筋電信号を測定し、必要に応じてデータ処理をおこない、制御部１に信号を送る。測定電極５は生体の筋電位を導出し測定部に伝送する。スイッチ６は刺激電極３と測定部４のアース端子との間に配置され、制御部１で制御される。測定モードでは、スイッチ６で刺激電極３と測定部４のアース端子とを接続し、刺激電極３をアース電極として使用し、筋電信号を測定するようにしている。一方、刺激モードでは、スイッチ６で刺激電極３と測定部４のアース端子とを切り離し、刺激電極３で生体を刺激するようにしている。以下に装置の動作を説明する。
【００１４】
本発明の装置の代表的な使用法は、筋電信号をモニタしながら自力で筋肉を収縮させる訓練をおこない、筋電信号が検出されたとき又は設定域値以上になったとき、生体を電気刺激するという方法である。電気刺激信号は、装置内部で独自に発生させる方法と、検出した筋電信号をそのまま又は成形して使用する方法とがあるが、どちらを用いてもよい。この訓練では、まず刺激電極３をモーターポイントに、測定電極５を筋腹に、それぞれ貼付する。筋電信号測定用のアース電極を使用する必要は無い。
【００１５】
訓練をスタートすると筋電信号測定モードに入り、制御部１でスイッチ６を制御し、刺激電極３と測定部４のアース端子とを接続し、刺激電極３をアース電極として使用し、筋電信号を測定する。患者に筋肉が収縮するように努力を行わせ、筋電信号が測定されると、信号は測定部４で信号処理されて制御部１に送られ、これが設定した閾値を超えると、スイッチ６を切り替えて筋電信号測定部４と刺激電極３とを切り離し、自動的に刺激モードになる。測定された筋電信号が設定閾値を超えたかどうかという判断は、測定部４でおこなってもよいし、制御部１でおこなってもよい。また、閾値を設定しないで（ゼロにして）、筋電信号が得られたかどうかを判断してもよい。
【００１６】
電気刺激モードでは、測定された筋電信号を元にして、制御部１で刺激信号を作成し、出力部２で増幅して、刺激電極３を介して生体を刺激する。刺激信号は検出された筋電信号を元にして作成するとしたが、筋電信号とは独立して制御部で発生させてもよい。本発明によると、特開昭６１−２６５１５１等の先願技術と同様に、脳卒中等の中枢を再教育することができ、効果的なリハビリテーションを行うことができる。本発明では、筋電信号測定モードと電気刺激モードを有し、一方のモードから他方のモードに、自動的に又はマニュアルで移行できるようにしている。筋電信号測定モードから刺激モードへは、前述のように、筋電信号が得られたとき自動的に移行できる。マニュアルでは、任意の時点で移行できる。
【００１７】
これに対し、電気刺激モードから筋電信号測定モードへは、ある時間刺激をおこなった後、自動的に移行するようにすることができる。マニュアルモードでは、任意の時点で移行できる。以下に、このモードの説明をおこなう。前述のように、電気刺激をおこなうと、麻痺筋でも一時的に随意収縮を起こすことができるという性質を利用し、まず電気刺激をおこない、随意収縮が見られるようになったとき、電気刺激を中止し、患者に随意収縮をおこなわせ、筋電信号を指標にしてバイオフィードバック訓練をおこなうこともできる。これは従来の技術では不可能であった訓練法である。しかも、先願技術（特開昭６１−２６５１５１）に比し、使用する電極の数を減らすことができたので、装着の労力を省力化ですることができる。また、より妥当な位置に電極を貼付できるので、従来の装置よりも微弱な筋電信号を検出することができ、また、効率の良い、不快な刺激感の少ない電気刺激をおこなうことができる。さらに、電極は少なくなった分、故障の頻度が低くなり、コストを低減することができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によると、発明の装置は従来必要としていたアース電極を無くすことができるので、電極装着の作業をを減らすことができ、しかも水に濡らして接触抵抗を低くして装着するというアース電極特有の装着の煩わしさを無くすことができたので、術者の省力化になっている。また、部品が少なくなるので、価格の低減になり、しかも故障の頻度を減らすことができる。
【００１９】
さらに、電極数が少なくなり、患部のスペースに余裕ができたため、刺激電極はモーターポイント（筋腹の近傍）に、測定電極は筋腹にといった、本来望ましい位置に貼ることができるようになった。このため、より微弱な筋電信号を測定することができるので、より重症の患者も使用することができ、しかも、より確実な刺激ができるので、少ない刺激量で効率的な刺激が可能になり、刺激による痛みや不快感も少なくなる。刺激部位がモーターポイントからずれればずれるほど、刺激効率は低下し、同じ筋収縮を得るのに余分に多くの刺激量が必要になり、刺激量を上げれば、不快な刺激感や痛みが多くなるためである。
【００２０】
請求項2記載の発明によると、従来の訓練法とは逆に、まず刺激モードで電気刺激をおこない、随意収縮が可能になった時点で、筋電信号をモニタしながら筋収縮訓練をおこなうという筋電バイオフィードバック訓練も可能である。これは、従来は存在しなかった訓練法であり、より効果的な訓練が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例のブロック図である。
【図２】従来の筋電信号測定機能付き電気刺激装置のブロック図である。
【符号の説明】
１、２１・・・制御部         ２、２２・・・出力部
３、２３・・・刺激電極       ４、２４・・・測定部
５、２５・・・測定電極       ２６・・・・・アース電極
６・・・スイッチ             ７、２７・・・装置の筐体