特開 2023-103673 電気刺激装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103673

(43)【公開日】2023-07-27

(54)【発明の名称】電気刺激装置

(51)【国際特許分類】

   A61N 1/36 20060101AFI20230720BHJP

【ＦＩ】

A61N1/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022004324

(22)【出願日】2022-01-14

(71)【出願人】

【識別番号】000103471

【氏名又は名称】オージー技研株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】507126487

【氏名又は名称】公立大学法人奈良県立医科大学

(72)【発明者】

【氏名】眞野 智生

(72)【発明者】

【氏名】伍賀 敬祐

【テーマコード（参考）】

4C053

【Ｆターム（参考）】

4C053JJ01

4C053JJ18

4C053JJ24

(57)【要約】      （修正有）

【課題】共同運動を解体することが可能な電気刺激装置を提供する。
【解決手段】被治療者の麻痺部位であって随意収縮の可能な第１の筋に配置される少なくとも一対の第１電極３と、第１電極３を介して第１の筋の筋電位を検出する筋電位検出手段１４と、第１の筋とは異なる第２の筋に配置される少なくとも一対の第２電極４と、第２電極４を介して第２の筋に電気刺激を印加する電気刺激手段１２と、筋電位検出手段１４による筋電位の検出結果に基づいて、第２電極４に電気刺激を出力するよう電気刺激手段１２を制御する制御手段１８と、を備え、電気刺激は第１の筋による運動に伴う共同運動を解体させるものである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被治療者の麻痺部位であって随意収縮の可能な第１の筋に配置される少なくとも一対の第１電極と、
前記第１電極を介して前記第１の筋の筋電位を検出する筋電位検出手段と、
前記第１の筋とは異なる第２の筋に配置される少なくとも一対の第２電極と、
前記第２電極を介して前記第２の筋に電気刺激を印加する電気刺激手段と、
前記筋電位検出手段による前記筋電位の検出結果に基づいて、前記第２電極に前記電気刺激を出力するよう前記電気刺激手段を制御する制御手段と、を備え、
前記電気刺激は前記第１の筋による運動に伴う共同運動を解体させるものである、
ことを特徴とする電気刺激装置。

【請求項2】

前記第２の筋は前記共同運動を引き起こす筋に対する拮抗筋である、ことを特徴とする請求項１に記載の電気刺激装置。

【請求項3】

前記制御手段は、前記筋電位に比例した電気刺激を前記第２電極に出力するよう前記電気刺激手段を制御する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気刺激装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気刺激装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の脳血管障害に対するリハビリテーション治療では、共同運動（１つの運動を行う際に、１つの筋のみを動かすことができず、１肢の伸筋又は屈筋全体が動くこと）の解体ができず残存するため、運動障害が後遺症となるケースが少なくなかった。特許文献１には、リハビリテーション治療に用いられる機能的電気刺激を行う電気刺激装置が記載されており、被治療者の麻痺部位の筋に電気刺激用電極を、被治療者の麻痺部位以外の部位または被治療者以外の者の部位の筋に筋電検出・電気刺激両用電極をそれぞれ貼り付け、筋電検出・電気刺激両用電極で検出された筋電位に応じた強度の電気刺激を電気刺激用電極に出力することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５９２０９１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の電気刺激装置の使用例として、例えば図５に示すように二極電極３ａ及び基準電極３ｂからなる両用電極（筋電検出・電気刺激両用電極）３を被治療者の右腕の前腕（健側部位）の手指伸展筋群Ｍ４の筋腹部上に貼り付け、電極４ａ及び電極４ｂからなる電気刺激用電極４を被治療者の左腕の前腕（麻痺側部位）の手指伸展筋群Ｍ４の筋腹部上に貼り付ける。そして、両用電極３で検出された筋電位に応じた強度の電気刺激を電気刺激用電極４に出力する。なお、図５において符号５、６はそれぞれ、両用電極３、電気刺激用電極４を電気刺激装置の装置本体に接続するケーブルである。このような電気刺激装置では、筋収縮のある筋のみにしか使用できず、共同運動の解体への効能はないという課題があった。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、共同運動を解体することが可能な電気刺激装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に係る本発明の電気刺激装置は、被治療者の麻痺部位であって随意収縮の可能な第１の筋に配置される少なくとも一対の第１電極と、前記第１電極を介して前記第１の筋の筋電位を検出する筋電位検出手段と、前記第１の筋とは異なる第２の筋に配置される少なくとも一対の第２電極と、前記第２電極を介して前記第２の筋に電気刺激を印加する電気刺激手段と、前記筋電位検出手段による前記筋電位の検出結果に基づいて、前記第２電極に前記電気刺激を出力するよう前記電気刺激手段を制御する制御手段と、を備え、前記電気刺激は前記第１の筋による運動に伴う共同運動を解体させるものである、ことを特徴とする。

【0007】

請求項２に係る電気刺激装置は、前記第２の筋は前記共同運動を引き起こす筋に対する拮抗筋である、ことを特徴とする。

【0008】

請求項３に係る電気刺激装置は、前記制御手段は、前記筋電位に比例した電気刺激を前記第２電極に出力するよう前記電気刺激手段を制御する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、共同運動を解体させることが可能な電気刺激装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態による電気刺激装置の構成を示す図である。

【図2】同電気刺激装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】被治療者に電気刺激を行った実験を説明する図である。

【図4】実験結果を示す図であり（ａ）はＦｕｇｌ－Ｍｅｙｅｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ上肢機能（以下「ＦＭＡ」とする）の評価点数を示し、（ｂ）は握力を示す。

【図5】従来の電気刺激装置の使用例による電極の配置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態に係る電気刺激装置について図面を参照して説明する。

【0012】

図１に示すように、本発明の実施の形態による電気刺激装置１は、電気刺激を出力するための電気回路が内部に設けられた装置本体２と、片麻痺等の被治療者の麻痺のある肢体の皮膚表面に配されて筋電位信号の検出及び電気刺激の印加を行う両用電極（第１電極）３と、麻痺のある肢体の皮膚表面に配されて電気刺激の印加を行う電気刺激用電極（第２電極）４と、両用電極３及び電気刺激用電極４の各々を装置本体２に接続する第一ケーブル５及び第二ケーブル６とを主たる構成としている。

【0013】

両用電極３は少なくとも一対の電極であり、一例として二個の電極が非導電性部材によって一体的に構成される二極電極３ａと、一個の基準電極３ｂとから構成されている。二極電極３ａ及び基準電極３ｂは裏面が被治療者の皮膚表面に貼り付ける貼付面とされるホック式のゲル電極になっている。

【0014】

二極電極３ａは対象筋肉の筋腹の皮膚表面に配置され、被治療者の筋活動から発生する微弱な筋電位を二個の電極間で検出するとともに、電気刺激を付与するための電気刺激用電極として機能する。基準電極３ｂは、二極電極３ａの二個の電極間で筋電位を検出するときに基準電位を決める基準電極としても機能する一方、電気刺激を付与したい筋肉の筋腹の皮膚表面に配置され、電気刺激を筋肉に印加するための電気刺激用電極として機能する。

【0015】

二極電極３ａの二個の電極及び基準電極３ｂの各ホックは中途位置で三本に分岐した第一電極ケーブル５の各先端側に係着され、第一電極ケーブル５の基端側の接続プラグ５ａは装置本体２に設けられた第一出力コネクタ７に着脱自在に挿嵌される。

【0016】

電気刺激用電極４は少なくとも一対の電極であり、一例として電極４ａ、電極４ｂの二個一対の電極から構成され、各電極の裏面が被治療者の皮膚表面に貼り付ける貼付面とされるホック式のゲル電極より構成されている。電極４ａ及び電極４ｂの各ホックは中途位置で二本に分岐した第二ケーブル６の各先端側に係着され、第二ケーブル６の基端側の接続プラグ６ａは装置本体２に設けられた第二出力コネクタ８に着脱自在に挿嵌される。

【0017】

装置本体２には、治療条件の設定や変更などを行う操作スイッチ部９、設定された治療条件などの情報を表示する液晶表示部１０、ＬＥＤ表示部１１が設けられている。操作スイッチ部９は、主電源の入切を行う電源スイッチ９ａ、電気刺激の出力を調整する調節摘み９ｂ、液晶表示部１０のカーソルの移動や治療条件の設定値の増減の際に操作する矢印スイッチ９ｃ、治療条件の設定及び変更を行う決定スイッチ９ｄ、電源スイッチ９ａと操作ロックスイッチ９ｅ以外の操作を無効にする操作ロックスイッチ９ｅの各種スイッチ群より構成されている。

【0018】

図２は電気刺激装置１の電気的構成を示すブロック図である。電気刺激装置１は、電気刺激手段１２、出力切替部１３、筋電検出回路（筋電位検出手段）１４、電源回路１５、電池電圧検出回路１６、記憶部１７及び制御部（制御手段）１８を有しており、これらは装置本体２の内部に設けられている。制御部１８は電気刺激手段１２、出力切替部１３、記憶部１７、液晶表示部１０及びＬＥＤ表示部１１を制御するもので、マイクロコントローラ（マイコン）により構成される。記憶部１７は設定された施療条件などを読み出し可能に記憶するもので、例えば不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）で構成される。

【0019】

電気刺激手段１２は、両用電極３及び電気刺激用電極４に電気刺激を供給する手段であり、電池電源１９、電池電源１９の電圧を昇圧し出力用電源として供給するＤＣ－ＤＣコンバータ２０、ＤＣ－ＤＣコンバータ２０から入力された電圧を制御する出力制御回路２１、出力制御回路２１からの出力電圧を昇圧する出力トランス２２、出力トランス２２からの電気刺激（出力電流）を検出する電流検出回路２３から構成されている。電流検出回路２３で検出された出力電流信号は制御部１８に入力され、制御部１８は出力制御回路２１を制御することで、例えば過電流の発生を防止している。

【0020】

電池電源１９として、アルカリなどの乾電池を使用でき、リチウムイオン二次電池などの充電式電池を採用しても構わない。また、電池電源１９の電圧値を検出する電池電圧検出回路１６が設けられており、電池電圧検出回路１６により電池電源１９の電圧値が第一の閾値にまで低下したことが検出されると、制御部１８は電圧値の低下を液晶表示部１０に画像表示して施療者等に報知する。また、電池電源１９の電圧値が第一の閾値より低い第二の閾値に到達すると、制御部１８は電気刺激装置１の電源を切断する。なお、電源回路１５は電池電源１９に接続され制御部１８に制御用電源を供給するための回路である。

【0021】

電気刺激装置１の施療条件としては、施療モード、施療時間、電気刺激の最小強度及び最大強度、筋電検出感度を操作スイッチ部９にて設定することができる。施療モードと施療時間は、矢印スイッチ９ｃを適宜操作して設定する。電気刺激の最大強度及び最小強度は調節摘み９ｂの回転量に応じて増減する。同様に筋電検出感度も調節摘み９ｂの回転量に応じて増減し、調節摘み９ｂを時計回りに回すと感度値が増加し、反時計回りに回すと感度値が下降する。

【0022】

電気刺激装置１の治療モードとして、治療対象部位とは異なる部位の筋活動電位に比例した強度のパルスを治療対象部位に出力する外部アシストモードがある。また、外部アシストモードの他に、設定した刺激条件で電気刺激を出力するノーマルモード、治療対象部位とは異なる部位の筋活動電位が設定閾値に達すると設定した刺激条件で治療対象部位に電気刺激を出力する外部トリガーモード、治療対象部位の筋活動電位に比例した強度のパルスを出力するパワーアシストモード、外部センサ（圧力センサ、角度センサ、加速度センサ等）からの入力によりパルス出力のオン／オフを制御するセンサトリガモード等のうちの１つ又は複数のモードを、電気刺激装置１の治療モードとして設けるようにしてもよい。

【0023】

次に、筋電位検出の構成について説明する。出力トランス２２から所定周波数（例えば２０Ｈｚ）で所定パルス幅（例えば５０μｓ）の双方向性方形波を、三回をひとつの単位として繰返し二極電極３ａと基準電極３ｂ間に出力し、この繰返しの間（例えば８ｍｓ）の筋電位を二極電極３ａの二つの電極間で検出する。検出された筋電位は筋電検出回路１４に入力され、不図示の増幅器等により制御部１８が認識できる程度にまで増幅されて制御部１８に取り込まれる。制御部１８は、信号処理を行って筋電位を算出し、次の電気刺激が、算出した筋電位の強度に比例した強度となるよう出力制御回路２１を制御する。外部アシストモードでは、出力切替部１３によって電気刺激手段１２からの電気刺激が第二出力コネクタ８に出力されるように設定されており、電気刺激用電極４の電極４ａと電極４ｂ間に出力電流が流れ、電気刺激が付与される。筋電位の強度に比例した電気刺激の強度は操作スイッチ部９で設定された最大強度で制限され、それ以上の強度の電気刺激が印加されることはない。

【0024】

また、ＬＥＤ表示部１１の５個のＬＥＤは検出された筋電位の強度に応じて点灯し、筋電位の強度がどのレベルにあるかを施療者や被治療者が視覚的に知ることができる。筋電位強度は零から最大値の範囲で６つの区間に区分し、筋電位強度が最低の強度区分に属するときは５個のＬＥＤは全く点灯せず、筋電位強度が増加し次の区間に属すると最左のＬＥＤが１個だけ点灯し（レベル１）、その次の区分に属すると最左から２個目までの計２個のＬＥＤが点灯する（レベル２）。以下、筋電位強度が属する区間に応じてそれぞれ計３～５個のＬＥＤが点灯（レベル３～５）するようになっている。

【0025】

次に、施療者が電気刺激装置１の外部アシストモードを用いて脳血管障害の被治療者を施療する例を説明する。図３に示すように、施療者は、被治療者の麻痺のある肢体（左上肢）であって、随意収縮の可能な上腕二頭筋（第１の筋）Ｍ１の最大筋腹部に両用電極３を貼り付ける。また、電気刺激用電極４を被治療者の左上肢の短橈側手根伸筋（第２の筋）Ｍ２の最大筋腹部と長橈側手根伸筋（第２の筋）Ｍ３の最大筋腹部に貼り付ける。短橈側手根伸筋Ｍ２と長橈側手根伸筋Ｍ３は、上腕二頭筋Ｍ１による運動に伴う共同運動（単一関節の運動を他関節の運動と独立して行うことができず、常に他と共同し、かつある定まったパターンに従ってのみ運動できない状態。例えば、肘関節の屈曲動作の際に、手関節の屈曲動作と手指の屈曲動作を伴う）を引き起こす筋（橈骨手根屈筋、長掌筋、尺側手根屈筋）に対する拮抗筋である。

【0026】

施療者は、電気刺激装置１の電源スイッチ９ａを入れ、液晶表示部１０の表示を見ながら操作スイッチ部９の各種スイッチを操作して、施療モードを外部アシストモードに設定するほか、施療時間、電気刺激の最小強度及び最大強度、筋電検出感度の諸々の施療条件を設定する。筋電検出感度は前腕に力を入れたときにＬＥＤ表示部１１の筋電位レベルＬＥＤが５個全て点灯し、脱力したときに筋電位レベルＬＥＤが全て消灯するよう調節摘み９ｂにて筋電検出感度値を調節する。力を強く入れても筋電位レベルＬＥＤが全て点灯しないときや施療中に電気刺激の強度が弱いと感じたときは筋電検出感度値が高くなるように調節を行い、一方、脱力しても筋電位レベルＬＥＤが全て消灯しない場合や施療中に電気刺激の強度が強いと感じときは筋電検出感度値が低くなるよう調整を行えばよい。脱力したときに筋電位レベルＬＥＤが全て消灯するように筋電検出感度値を調整するのは、筋電検出回路１４にノイズが侵入すると、筋から筋電位が出ていないにもかかわらず、筋電位が検出されたと誤認識して予期しない電気刺激が出力される可能性があるためである。

【0027】

外部アシストモードでは電気刺激の大きさは両用電極４で検出された筋電位の大きさによって決定されるため、調節摘み９ｂでの出力調整は不要である。前腕に力を入れると、両用電極４で検出された筋電位は筋電検出回路１４に入力され、制御部１８が筋電位量を算出して、その大きさに応じた電気刺激が電気刺激用電極４の電極４ａと電極４ｂとの間に流れ、短橈側手根伸筋Ｍ２や長橈側手根伸筋Ｍ３に電気刺激が印加される。この電気刺激は、上腕二頭筋Ｍ１の収縮時に手関節が背屈する作用を及ぼす。設定した施療時間が経過すると、電気刺激の出力が自動で停止するので、施療を終了する。

【0028】

次に、実施の形態に係る電気刺激装置１としてアイビスプラスＧＤ－６１１（オージー技研株式会社製）を用い、外部アシストモードにより被治療者に電気刺激を行った実験について説明する。被治療者として、脳血管障害の患者６名（男性３名、女性３名）を対象にした。脳血管障害とは、脳の血管が障害を受けることによって生じる疾患の総称で、脳出血（出血性脳血管障害）と脳梗塞（虚血性脳血管障害）の２つに分類され、さらに脳出血は脳内出血とクモ膜下出血、脳梗塞は脳血栓および脳塞栓に分類される。主症状に運動麻痺があり、ほとんどが片側のみが障害される片麻痺である。被治療者６名のうち、脳出血の患者が４名、脳梗塞の患者が２名である。

【0029】

実験では訓練（後述）の実施を月曜日から金曜日の週５回とし（祝日などで実施しない場合もある）、訓練を数日間にわたって行った。訓練では電気刺激装置１を使用し、図３に示すように被治療者の麻痺のある腕の上腕二頭筋（第１の筋）Ｍ１の最大筋腹部に両用電極３を貼り付け、短橈側手根伸筋（第２の筋）Ｍ２の最大筋腹部と長橈側手根伸筋（第２の筋）Ｍ３の最大筋腹部に電気刺激用電極４を貼り付ける。そして、１日２０分間、被治療者のできる範囲で肘関節を屈曲する動き（上腕二頭筋Ｍ１が収縮する動き）を繰り返すとともに、上腕二頭筋Ｍ１の筋電位量に合わせ、短橈側手根伸筋Ｍ２や長橈側手根伸筋Ｍ３に電気刺激を印加した。ここで、電気刺激の出力波形は、パルス幅５０μｓｅｃの双方向性方形波の３回繰り返しを１つの単位として、出力周波数２０Ｈｚで繰り返し出力される波形である。なお、被治療者が脳血管障害を発症してから訓練を開始するまでの期間は６．８±１．９（日）であり、訓練を行った日数は１０．１±７．１（日）である。

【0030】

実験結果として、被治療者の状態をＦＭＡと握力により評価した結果を以下の表１に示す。握力はデジタル握力計（グリップＤ）ＴＫＫ－５４０１（竹井機器工業株式会社製）を用いて測定した。

【表1】

【0031】

表１に記載のｐ値とは、評価したデータ内での分散の比率から算出され、有意差が生じているか否かを判断する指標であり、ｐ値が有意水準よりも低い値であると有意差があると判断される。ここで有意水準とは、ある事象が起こる確率が偶然とは考えにくい（有意である）と判断する基準となる確率であり、通常では５％を使用する。ＦＭＡとしては上肢機能の評価点数と、上肢機能の評価項目である「Ａ．肩／肘／前腕の機能」、「Ｂ．手関節の機能」、「Ｃ．手指の機能」、「Ｄ．協調／俊敏性」の各評価点数を示す。表１において「実施前」は被治療者が最初の訓練を実施する前の状態を評価した評価点数であり、「実施後」は被治療者が数日間にわたる訓練を実施した後の状態を評価した評価点数である。また、上肢機能の評価点数、握力の結果をそれぞれ図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。この実験結果によれば、「Ｃ．手指の機能」及び「Ｄ．協調／俊敏性」については有意に改善していないが、「Ａ．肩／肘／前腕の機能」及び「Ｂ．手関節の機能」が改善することで上肢機能が改善しており、握力についても改善していることがわかる。今回行った実験ではＦＭＡによる評価が改善していることから、電気刺激装置１を使用した訓練を行うことで共同運動の解体が行われ、その結果上肢機能が改善したものと考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0032】

脳血管障害に対するリハビリテーション治療に用いられる電気刺激装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0033】

１ 電気刺激装置
３ 両用電極（第１電極）
３ａ 二極電極
３ｂ 基準電極
４ 電気刺激用電極（第２電極）
４ａ、４ｂ 電極
１２ 電気刺激手段
１４ 筋電検出回路（筋電位検出手段）
１８ 制御部（制御手段）
Ｍ１ 上腕二頭筋（第１の筋）
Ｍ２ 短橈側手根伸筋（第２の筋）
Ｍ３ 長橈側手根伸筋（第２の筋）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】