(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感覚が聴覚によって置換されることによって、触れた対象物の表面及び形状が知覚される型式の人工感覚装置であって、
手、指、又は他の体部、
人工補装具、
あるいは前記手、指、又は他の体部、又は人工補装具に適用されるグローブ、
からなる支持体に組み込み又は付設される複数の、マイクロフォン、又は同等の特性を有する他のセンサ、
ステレオ増幅器、
少なくとも２個のイヤホーン又は他の形式の聴覚刺激装置、
を有すること；
前記支持体の前記対象物への接触による摩擦により放出される振動触覚刺激が前記マイクロフォン又は同等の特性を有する他のセンサによって記録され、そして前記ステレオ増幅器によって両耳に配されたか、又は両耳と連携するようにされた、前記少なくとも２個の、イヤホーン又は他の形式の聴覚刺激装置に伝えられ、それによって前記振動触覚刺激は音響として知覚されること；及び
前記支持体に組み込まれ又は付設される前記マイクロフォン又は同等の特性を有する他のセンサによって伝えられる振動触角刺激はステレオ増幅器でステレオ知覚され、そして個々分離された空間位置へ投射され、それによってマイクロフォン又は同等の特性を有する他のセンサが設けられた支持体の位置が音響信号により個々に識別され、且つ互いに分離されること、
を特徴とする人口感覚装置。
【請求項２】
音響信号が外部刺激装置により又は骨内インプラントにより頭蓋骨に直接印加される構成を特徴とする請求項１に記載の人工感覚装置。
【請求項３】
振動触覚刺激を片耳、両耳又は頭蓋骨に無線で伝送する構成の請求項１又は２に記載の人工感覚装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、感覚置換（失われた感覚機能を代替感覚により置換すること）による人工感覚能の新規な原理に関する。主目的は、聴覚を用いて手の補綴に感覚を創生することである。目的はまた、結果として手、手の部分、足又は他の体部の部分の感覚喪失又は感覚障害に到った神経損傷或いは他の損傷又は病気により喪失された感覚を置換することにある。この原理を用いることにより、患者は「聴覚で感じる」ことができ、聴覚を用いて接触されるものの面、組織、密度及び形状を見当をつけそして識別することができる。
発明の背景
人間の手は、良好な把握能力並びに卓抜な運動性の精密移動能力により特徴付けられる把握器官である。手はまた、極めて良好に発達した感覚機能をもつ感覚器官でもある。手の感覚能には、圧力、触覚、振動、温度、変化等を感じる能力だけでなく、視覚なしに、手が触れるものの形状、面及び組織を感知する能力、触覚認知能力と呼ばれる能力もある。手の機能が、この感覚フィードバックシステムに大きく依存していること−「感覚能の無い手は機能の無い手である」ことは良く知られている。
感覚能の欠如が手のある機能に対して大きな妨げとなり、ある種の人工感覚能が重要となる状況は数多くある。以下、多数のかかる状況に付いて検討する。
１．手補綴
前腕−又は上腕位に切断に及ぶ怪我を負った患者は、「義手」、即ち切断手に置き代わる手の補綴を利用することができる。かかる手補綴を切断端に固定するのに、スリーブを用いて前腕の残部（切断端）を囲繞するか、チタン取付具（ブレネマルク氏による）を骨格にインプラントする。かかる補綴には運動能力の無い美容的なものも、能動的な随意運動能力の有る機能的なものも有る。後者のものは、筋肉制御筋電気型補綴と呼ばれる。これ等の補綴は、切断端に残留する筋肉内の電気的活動により制御される。切断端を囲繞するスリーブ内の表面電極により、伸筋又は屈筋内のインパルスを記録でき、これを補綴に内蔵されるモーターの制御に用いて、手補綴を開閉できる。
筋電気型手補綴は極めて有用であり得るが、利用者の多くは自分の補綴を限られた程度までしか、或いは全く用いていない。直接の理由は、補綴には感覚能が無いので、システムにフィードバック機能が無いためである。利用者の多くは、感覚能が無いのを或程度補うため、補綴内の各運動の目視に頼っている。このような手補綴に真の感覚能を与えるシステムが有れば、その機能は劇的に改善されよう。
２．神経傷害
腕又は手の過酷な離断又は挫傷は通常、一つ又は数個の神経幹の損傷をも含む。例えば、手首の掌側部に有る手神経管の一つが離断するとその結果、手の大部分に全感覚喪失が生じる。感覚喪失により手の機能は極めて大きく損なわれるので、かかる傷害は重度の不能を引き起す。神経の外科的修復の結果、新しい繊維が手の中に成長するが、神経繊維の誤配向と不完全な神経支配のため感覚能は障害のまま手に残ることが多い。手首位の神経幹の損傷と修復後、手に何らかの有用な感覚回復が起こるまでに６ヶ月を要する。この間、完全な感覚喪失がある場合、患者は感覚フィードバックが全く無いので、手を働かせるのに極めて難儀する。この期間に人工感覚能システムが使えれば、術後訓練が極めて容易になり、結果として、より速やかなリハビリテーションができよう。
３．神経疾患
大多数の神経疾患は、手に感覚障害又は全感覚喪失を生ずる。多発性神経障害では、腕及び手を含む体の多くの部分に、かかる神経障害が起こることがある。かかる神経障害は、例えば糖尿病、アルコール乱用症又は腎臓機能障害で現れることがある。感覚障害はまた、多発性硬化症や脳卒中でも問題となり得る。産業社会では、手持ち振動工具の長期間使用は大問題となっている。包括的視点で眺めると、感覚障害が、手の機能障害をのみならず、手指、足指及び他の体部の自然切断に到ることのある傷害や感染を、どのようにもたらすかを示す極めて自明な例としてハンセン病がある。
これ等の状況では、手及び他の体部内の感覚の復元は機能の改善と云う意味で大きな利点であり、体への損傷の予防を助成することにもなる。
４．感覚喪失、神経障害及び下肢の切断
以上述べた説明は、主として手及び上肢を扱った。下肢でも、感覚喪失は大きな問題をもたらすことがある。糖尿病においては、足の感覚喪失が創傷、感染、壊死や切断手術に到ることがある。切断損傷では、補綴は極めて有用であるが、補綴に感覚が無いため、使用が制限される。
人工感覚能
人工感覚能は、失われた、或いは損なわれた感覚を感覚フィードバックの代替システムにより置き換える場合の原理である。この目的を達成するには、以下が必要とされる。１）感覚刺激の検出、例えば圧力又は振動の検出、２）かかる刺激から結果として生ずる信号の処理と伝送、３）伝送信号に基づく何らかの感知。
刺激の記録には、何らかのセンサが必要となる。圧力の検出のためには、圧電抵抗膜が、例えば工業ロボットの把握器官部に用いられている。また人間を対象とする実験では、手補綴又は神経除去手に適用された圧電抵抗膜が用いられている。このような膜に圧力が印加されると、印加圧力に比例する電気信号が発生する。
かかる電気信号は、体の同じ肢又は他の何れかの部分にあって、より近位にある無傷の感知可能な皮膚へ電気的又は振動触覚的刺激を付加するのに、処理され用いられる。しかしながら、この原理には、例えば皮膚がかかる刺激に急速に適応させられるため、大きな欠陥がある。加えて、かかる原理は「非生理学的」刺激を与えるもので、触れられる面又は構造の識別には用いられない。
発明の目的
本発明の目的は、「聴覚で感じる」、即ち振動触覚的刺激を音響感覚で置き換える可能性を創ることである。本発明は、聴覚を用い、被接触面及び組織（構造）を識別し、これにより記述機能的な感覚的知覚を達成する可能性を創生する。本発明は、感覚置換、即ち喪失感覚を置き換える代替的感覚を用いることに基づく人工感覚能の新規な原理に基づくものである。
日常生活には、種々の型の感覚置換が存する。例えば、盲人は指先を用いて点字で読むことができる。聾人は相手の唇の動きを読み（聴覚が視覚で置き換えられる）、また相手の喉頭の振動を感じそして用いる（聴覚がこの感覚能で置き換えられる）ことができる。
本発明においては、喪失された感覚能が聴覚により置換される。聴覚は極めて良好に発達しており、この点において知覚感覚に似る。知覚感覚は聴覚と同様、振動刺激の検出と解釈に大きく基づくもので、従って、喪失した感覚を聞くことで置き換えることは生物学的に健全な原理である。
閾値、温度等の変化を記録、感知できるだけでなく、非接触面及び組織の性質を見当づけかつ感知でき、これにより人の手を特徴付ける記述機能的感覚能に置換できる原理を用いようとするものである。
発明の概要
本発明の主原理は、手補綴、手又は他の体部の失われた感覚能を代替感覚−聴覚を用いて置き換え、これにより聴覚の特質を用いて、失われた感覚能に置き換えることである。面又はものが普通に触れられると、手の振動により弱い摩擦音が何時でも生ずる。この摩擦音は各場合毎に、触れられる面や組織の特性を表す。この音は通常弱い。しかしながら、感覚能が失われているか、無い場合に、本発明はこれ等の音の刺激を利用、増幅且つ処理して、特性が偽造されたものでない、自然の「接触音」の増大した知覚の対象を表す音響刺激とする。音調等で特徴付けられる偽造の非生理学的音響ではない。
この信号がステレオ増幅器で処理され、両耳（或いは頭蓋の両側の骨伝導）が利用される場合、手指を空間内の異なる空間位置に「広げる」（交響楽団の諸部門のように）ようにして、どの指が触れたかを患者（利用者）が識別できるようにする。この原理は、触感、温度等の変化を見当づけかつ感知する他のシステムと組み合わせることもできる。
このシステムが必要とするものは、接触位置のセンサシステム、処理及び増幅部と並びに、聴覚、即ち頭蓋の骨伝導システムを刺激する装置とを設けることである。
本発明におけるセンサは、ものが触れられると何時でも放出され、その面、組織、そして場合によっては形状や密度を特徴付ける「摩擦音」（振動触覚的刺激）を記録できる小型のマイクロフォン又は同等の装置である。「接触音」（何時でも微かに聞こえる）は色々なもの、例えば金属、ガラス、スポンジゴム、リンネル、蜜柑や林檎が触れられるとき、皆異なる。感覚が損傷又は喪失した手に付いては、損傷した手にはめた手袋に、この又はこれ等のセンサを組み込むことができる。また、センサを爪又は皮膚に付けても良く、手術で指先の柔らかい組織に埋め込んでも良い。指毎に識別できるようにするため、センサを多数の指に付けることが勿論重要である。
手や義手が面に触れたり、面上を滑るときセンサが記録する振動触覚的刺激は、立体音響型のものでも良い増幅システムにより処理される。信号は導線により、又は無線手段を介して、片耳又は両耳に付けられたイヤフォンに伝送される。かかる補聴器は小型のものでよい。また、例えば外耳の後ろに設置した刺激器を介して信号が直接頭蓋骨に伝達されるようにしても良い。或いは、頭蓋骨に埋め込まれたインプラントを介して、信号が直接頭蓋骨に伝達されるようにしても良い。