特許 7454803 固有感覚機能の治療機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-14

(45)【発行日】2024-03-25

(54)【発明の名称】固有感覚機能の治療機器

(51)【国際特許分類】

   A61H 1/00 20060101AFI20240315BHJP

   A61B 5/11 20060101ALI20240315BHJP

【ＦＩ】

A61H1/00 311Z

A61B5/11 210

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020083931

(22)【出願日】2020-05-12

(65)【公開番号】P2021177876

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-04-25

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 〔ウェブサイトのアドレス〕 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｄｐｉ．ｃｏｍ／２０７６－３４１７／９／２３／４９８８ 〔ウェブサイトの掲載日〕 令和元年１１月２０日

(73)【特許権者】

【識別番号】510108858

【氏名又は名称】国立研究開発法人国立長寿医療研究センター

(73)【特許権者】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】有原 幸一

(72)【発明者】

【氏名】酒井 義人

(72)【発明者】

【氏名】森田 良文

(72)【発明者】

【氏名】西尾 玲哉

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 陽平

【審査官】岡本 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１１７９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９７５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７６１７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｈ １／００

Ａ６１Ｂ ５／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者の固有感覚機能を提供する複数の固有受容器の呼応周波数を含む周波数帯を掃引し、前記周波数帯の各周波数の振動刺激信号を発生させる信号発生器と、
前記患者の所定の部位に配置され、前記信号発生器から前記振動刺激信号を受信し、前記振動刺激信号に応じた振動刺激を前記部位に付与する振動刺激デバイスと
を備える、固有感覚機能の治療機器。

【請求項2】

前記患者が取り組むべき課題の内容が表示されるモニタと、
前記課題に取り組んでいる前記患者の立位バランスを計測する重心動揺計及びモーションセンサの少なくとも一方と
をさらに備える、請求項１に記載の固有感覚機能の治療機器。

【請求項3】

請求項１に記載の固有感覚機能の治療機器と、
前記振動刺激デバイスにより振動刺激が付与されている前記患者の立位バランスを測定する重心動揺計及びモーションセンサの少なくとも一方と、
前記重心動揺計の測定結果に基づいて前記患者の固有感覚機能を診断する診断部と
を備える、固有感覚機能の診断治療機器。

【請求項4】

前記患者が取り組むべき課題の内容が表示されるモニタをさらに備え、
前記重心動揺計及びモーションセンサの少なくとも一方が、前記課題に取り組んでいる前記患者の立位バランスを計測する、
請求項３に記載の固有感覚機能の診断治療機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は固有感覚機能の治療機器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、脳梗塞などの脳障害による筋緊張症状を持つ患者に対するリハビリテーションを行うための筋振動刺激装置及びその有効性を評価するための筋振動刺激評価システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６３０７６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

固有感覚機能を提供する固有受容器は複数あり、各固有受容器によって、呼応する振動刺激の周波数が異なる。本発明は、複数の固有受容器がそれぞれ提供する複数の固有感覚機能を効率的に治療することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の目的を達成するために、本発明に係る固有感覚機能の治療機器は、患者の固有感覚機能を提供する複数の固有受容器の呼応周波数を含む周波数帯を掃引し、前記周波数帯の各周波数の振動刺激信号を発生させる信号発生器と、前記患者の所定の部位に配置され、前記信号発生器から前記振動刺激信号を受信し、前記振動刺激信号に応じた振動刺激を前記部位に付与する振動刺激デバイスとを備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、複数の固有受容器がそれぞれ提供する複数の固有感覚機能を効率的に治療することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】固有感覚機能の診断治療機器を示す説明図である。

【図2】振動刺激信号の周波数の時間変化と、前後方向重心移動量の時間変化とを示すグラフである。

【図3】別の実施形態に係る診断治療機器を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

【0009】

固有感覚とは、外部刺激の感知、身体の位置覚、動作や姿勢の把握である深部感覚機能である。この固有感覚機能の低下は、神経と運動器との協調機能の破綻をきたし、運動機能に大きな影響を与える。従来、この固有感覚機能の低下と易転倒性との関連が指摘されており、近年では腰痛への影響に関する研究報告も散見される。

【0010】

固有感覚機能を提供する器官は、固有受容器と呼ばれ、筋や腱に多数存在する。固有受容器には、筋紡錘、パチニ小体、メルケル小体、マイスナー小体などがある。各固有受容器は、振動刺激に呼応する周波数帯すなわち呼応周波数帯が異なり、呼応周波数帯に応じた外部からの振動刺激に対して高い反応を示すことが知られている。

【0011】

本願に開示する固有感覚機能の治療機器は、呼応周波数帯が異なる複数の固有受容器がそれぞれ提供する固有感覚機能の治療を効率的に行うためのものである。

【0012】

図１に示すように、固有感覚機能の治療機器１０は、パーソナルコンピュータ（「ＰＣ」とも呼ぶ。）１と、信号発生器２と、信号増幅器３と、４個の振動刺激デバイス４ａ～４ｄとを備えている。固有感覚機能の診断治療機器２０は、上記治療機器１０と重心動揺計５とを備えている。なお、振動刺激デバイスの数は４個に限られず、任意の数とすることができる。

【0013】

パーソナルコンピュータ１は、患者Ｐの固有感覚機能の診断あるいは治療に必要な振動刺激周波数（例えば５Ｈｚ～２５０Ｈｚ）と振動刺激付与部位（腰部又は下腿部）とを選択するユーザインタフェースを有する。パーソナルコンピュータ１は、医療従事者であるユーザにより選択された振動刺激周波数及び振動刺激付与部位に関する指令信号を信号発生器２に送る。

【0014】

患者Ｐは、固有感覚機能が低下してその機能の改善が必要な者である。一例として、患者Ｐは腰痛者である。

【0015】

なお、パーソナルコンピュータ１は、ハードウェア構成として、プロセッサと、記憶装置と、液晶ディスプレイなどの表示装置と、キーボード及びマウスなどの入力装置と、外部との通信のためのインタフェース装置と、記憶媒体を読み込むためのドライブ装置とを備えている。

【0016】

信号発生器２は、パーソナルコンピュータ１からの指令信号に基づいて振動刺激信号（正弦波）を発生させ、その振動刺激信号を信号増幅器３に送る。

【0017】

信号増幅器３は、信号発生器２から受けた振動刺激信号を増幅し、増幅された振動刺激信号を振動刺激デバイス４ａ～４ｄに送る。このように、信号増幅器３は、診断あるいは治療の必要がある振動刺激付与部位に置かれている振動刺激デバイス４ａ～４ｄを駆動するための信号を振動刺激デバイス４ａ～４ｄへ供給する。

【0018】

図１には患者Ｐの背面から見た姿を示している。振動刺激デバイス４ａ～４ｄは、前述のとおり４個ある。振動刺激デバイス４ａは患者Ｐの腰部左側に固定され、振動刺激デバイス４ｂは患者Ｐの腰部右側に固定される。また、振動刺激デバイス４ｃは患者Ｐの左下腿に固定され、振動刺激デバイス４ｄは患者Ｐの右下腿に固定される。振動刺激デバイス４ａ～４ｄは、信号増幅器３からの振動刺激信号に応じて、診断あるいは治療のための振動刺激を患者Ｐに付与する。

【0019】

重心動揺計５は、振動刺激付与時における患者Ｐの体重心の揺らぎを測定し、その測定結果をパーソナルコンピュータ１に送る。パーソナルコンピュータ１は、重心動揺計５の測定結果に基づいて、患者Ｐの固有感覚機能が低下しているかどうかの診断を行う。診断結果は、パーソナルコンピュータ１の表示装置に表示される。

【0020】

図２に、一例として、信号増幅器３から振動刺激デバイス４ａ～４ｄに送られる増幅後の振動刺激信号の波形の周波数と、重心動揺計５の測定結果とを示す。同図（ａ）の横軸及び同図（ｂ）の横軸はいずれも、重心動揺計５の測定時間（単位：秒）である。同図（ａ）の縦軸は、重心動揺計５により得られる前後方向重心移動量（単位：ｃｍ）であり、同図（ｂ）の縦軸は、振動刺激信号の周波数（単位：Ｈｚ）である。

【0021】

同図（ｂ）に示すように、測定を開始してから１５秒間は患者Ｐに対して振動刺激が付与されない。１５秒から７５秒までは、振動刺激デバイス４ａ～４ｄによる振動刺激が患者Ｐに付与される。振動刺激信号の周波数は時間とともに増加する。すなわち、１５秒時点の周波数２７Ｈｚを開始周波数とし、７５秒時点の周波数２７２Ｈｚを停止周波数として周波数掃引が行われる。この周波数掃引は信号発生器２により行われる。なお、開始周波数及び停止周波数の値は一例に過ぎない。開始周波数が２７２Ｈｚであり、停止周波数が２７Ｈｚであってもよい。複数の固有受容器の呼応周波数を含む周波数帯が掃引されればよい。

【0022】

同図（ａ）に示すように、周波数掃引により時間とともに周波数が変化する振動刺激信号に応じて、患者Ｐの前後方向重心移動量が変化する。

【0023】

パーソナルコンピュータ１は、固有受容器の呼応周波数帯に対応する区間ごとに前後方向重心移動量の平均値（前後方向平均重心移動量）を求める。パーソナルコンピュータ１はさらに、区間ごとの前後方向平均重心移動量を、非腰痛者の標準データと比較することで、患者Ｐの固有感覚機能が正常か低下しているかを判断する。例えば、非腰痛者の前後方向平均重心移動量の標準データを用いて、患者ＰのＺ得点を求め、そのＺ得点に基づいて固有感覚機能を定量的に評価する。固有感覚機能が低下している場合、前後方向重心移動量が小さくなることがわかっているため、これを前提としてＺ得点に基づき評価が行われる。

【0024】

各固有受容器の、振動に呼応する周波数帯（呼応周波数帯）を以下に示す。
（１）筋紡錘 ２０～１００Ｈｚ
（２）パチニ小体 １２８～２５０Ｈｚ
（３）メルケル小体 ５～１５Ｈｚ
（４）マイスナー小体 ５～４０Ｈｚ

【0025】

そして、各固有受容器の呼応周波数帯に対応する上記区間の一例は、以下のとおりである。
（ア）筋紡錘 ３０～４３Ｈｚ（低周波数帯）
４９～７１Ｈｚ（高周波数帯）
（イ）パチニ小体 １６８～２４７Ｈｚ

【0026】

以上のような治療機器１０によれば、低周波数帯から高周波数帯までを連続的にスイープしながら、各周波数の振動刺激が患者に付与される。そのため、呼応周波数が異なる複数の固有受容器がそれぞれ提供する固有感覚機能を効率的に治療することができる。

【0027】

同様に、診断治療機器２０によれば、呼応周波数が異なる複数の固有受容器がそれぞれ提供する固有感覚機能を効率的に診断及び治療することができる。診断治療機器２０においては、重心動揺計５とパーソナルコンピュータ１とをリンクすることにより、機能低下している周波数帯を個別に評価することができる。また、診断治療機器２０を用いて、機能が低下していると診断された周波数帯と同一周波数帯の振動刺激を付与することで、生体反応が即時的に改善されることを発明者は見いだすことができた。診断治療機器２０は、固有感覚機能の診断及び治療の両面において有用である。

【0028】

発明者は、特に高齢者では種々の周波数帯が障害されるという点と、このことにより多様な病態が生じるという点とを見いだしている。これに照らして、発明者は、人体が感知しうる全ての周波数帯（一例として、３０～２４０Ｈｚ）に対する固有感覚機能の評価が必要であるとの考えに至り、その考えを治療機器１０及び診断治療機器２０として具現化した。

【0029】

また、発明者はこれまでの研究から、全ての周波数帯を網羅的に適切な刺激時間で行いうる基礎実験データを有している。この基礎実験データと診断治療機器２０とから、人体の固有感覚機能の正確な評価を行うことができる。

【0030】

これまでに、診断治療機器２０を用いて、高齢者、サルコペニア患者、腰痛患者において評価を試みている。本機器を使用した研究により、高齢者の慢性腰痛患者において５７％に固有感覚機能の低下が認められ、慢性腰痛のない高齢者においては１３％であったことが認められた。すなわち、高齢者の慢性腰痛患者と慢性腰痛のない高齢者との間で、統計学的有意差が認められた。また、サルコペニア患者、すなわち下肢骨格筋量の減少した高齢者では、サルコペニアのない高齢者に比べて、下肢における固有感覚機能が有意に低下しているという研究結果も得られた。

【0031】

さらに、治療機器１０及び診断治療機器２０はいずれも持ち運び可能であり、いかなる施設でも計測可能であるよう設計されている。かかる機器を用いて、固有感覚機能の即時的改善のほか、筋力、筋量をはじめ易転倒性や腰痛の改善も見込まれる。

【0032】

固有感覚機能低下のもたらす身体への影響として、高齢者の転倒および腰痛発生への関連が考えられている。また高齢者の腰痛に関しても、我が国の国民有訴率では腰痛が男性で第一位、女性で第二位となっている。整形外科ではロコモティブシンドロームという概念を提唱し、介護予防のための指針を掲げているが、骨折や変形性関節症はこのロコモティブシンドロームを構成する主要疾患とされている。診断治療機器２０を用いて非侵襲的に固有感覚機能を改善することで、転倒に伴う骨折や加齢に伴う腰痛を予防、治療することが可能となることも見込まれる。

【0033】

診断治療機器２０により診断にかかる時間を一人あたり１７分程度から８分程度へと短縮することができる。それだけではなく、機能低下を自動的に数値化することで、体幹及び下肢における周波数帯別の固有感覚機能について、障害された固有受容器を、生体に対して非侵襲的に診断することができる。障害周波数帯が鑑別できれば、機能低下した固有受容器を標的として、呼応する特定周波数の振動刺激を付与することにより、固有受容器の機能改善が期待できる。

【0034】

障害周波数帯の振動刺激を付与した状態（付与しない状態も含む）で、患者がモニタを見ながらトレーニングを行う治療機器、あるいは患者がモニタを見ながら評価課題を行う診断機器も考えられる。以下に説明する。

【0035】

図３に、患者Ｐがモニタを見ながらトレーニングを行う治療機器、あるいは患者Ｐがモニタを見ながら評価課題を行う診断機器の構成を示す。図１と同じ要素には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

【0036】

図示しているように、パーソナルコンピュータ１には、重心動揺計５に加えて外部モニタ６及びモーションセンサ７が接続されている。外部モニタ６は、患者Ｐが見るためのものであって、パーソナルコンピュータ１が備えるユーザ（医療従事者）用のモニタ（不図示）とは別のモニタである。モーションセンサ７は、患者Ｐの体の動きや重心動揺を測定するためのセンサである。

【0037】

患者Ｐは立位で、外部モニタ６に映し出された立位バランスの状態を見ながら、バランスをとるトレーニング、あるいはバランスをとる評価課題を行う。

【0038】

患者Ｐは立位あるいは座位で、外部モニタ６に映し出された、例えば足を動かすといった追従課題あるいは評価課題を行う。

【0039】

立位バランスの状態（例えば、重心位置）や足の動き（例えば、床面における足の位置）の計測は、重心動揺計５やモーションセンサ７を用いる。モーションセンサ７の例として、ＲＧＢ－Ｄカメラのような非接触型センサと、３軸加速度３軸ジャイロセンサのような装着型センサとが挙げられる。
患者Ｐの立位バランスの状態、あるいは足の動きを、外部モニタ６を介して患者Ｐに見せるといったバイオフィードバックによるトレーニングを行うことで、機能の回復効果を高めることが期待できる。
障害周波数帯の振動刺激を付与することで、固有感覚機能を賦活化させながらトレーニングを行い、固有感覚機能の回復効果を高めることが期待できる。
患者Ｐの立位バランスの状態、あるいは足の動きに対応して付与する振動刺激の周波数を変化させながら上記トレーニングを行うことで、機能の回復効果を高めることが期待できる。
重心動揺計５に代えてモーションセンサ７を用いるか、あるいは重心動揺計５とモーションセンサ７とを併用することで、固有感覚機能の診断も可能となる。

【0040】

表１に、考えられる各種の治療機器及び診断治療機器の構成を示す。

【表1】

【0041】

表１の治療機器Ａは、信号発生器２と、信号増幅器３と、振動刺激デバイス４ａ～４ｄとを備えている。

【0042】

治療機器Ｂ－１～Ｂ－３はいずれも、ＰＣ１と、信号発生器２と、信号増幅器３と、振動刺激デバイス４ａ～４ｄと、外部モニタ６とを備えている。治療機器Ｂ－１は重心動揺計５をも備えている。治療機器Ｂ－２は、外部モニタ６及びモーションセンサ７をも備えている。治療機器Ｂ－３は、重心動揺計５、外部モニタ６及びモーションセンサ７をも備えている。このように、治療機器Ｂ－１～Ｂ－３はいずれも、ＰＣ１と、信号発生器２と、信号増幅器３と、振動刺激デバイス４ａ～４ｄと、外部モニタ６と、重心動揺計５及びモーションセンサ７の少なくとも一方とを備えている。

【0043】

診断治療機器Ｃは、ＰＣ１と、信号発生器２と、信号増幅器３と、振動刺激デバイス４ａ～４ｄと、重心動揺計５とを備えている。この診断治療機器Ｃは、図１に示した診断治療機器２０と同じ構成である。

【0044】

診断治療機器Ｄ－１及びＤ－２はいずれも、ＰＣ１と、信号発生器２と、信号増幅器３と、振動刺激デバイス４ａ～４ｄと、重心動揺計５と、外部モニタ６とを備えている。診断治療機器Ｄ－２はモーションセンサ７をも備えている。

【0045】

治療機器Ｂ－１と診断治療機器Ｄ－１とを比較すると、前者は固有感覚機能の治療のためのものであって、パーソナルコンピュータ１は診断機能を有していない。これに対し、後者は固有感覚機能の診断及び治療のためのものであって、パーソナルコンピュータ１は診断機能をも有している。これと同様のことが、治療機器Ｂ－３及び診断治療機器Ｄ－２についてもいえる。

【0046】

これまでに述べたように、パーソナルコンピュータ１は、信号発生器２に対して指令信号を出力する指令信号出力機能と、重心動揺計の測定結果に基づく診断機能とを有するものとすることができる。
パーソナルコンピュータ１の指令信号出力機能と信号増幅器３の機能とを、信号発生器２へ統合することができる。
また、パーソナルコンピュータ１の診断機能と重心動揺計５及びモーションセンサ7の少なくとも一方とを統合して診断部を構成することができる。

【0047】

これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
［付記１］
患者の固有感覚機能を提供する複数の固有受容器の呼応周波数を含む周波数帯を掃引し、前記周波数帯の各周波数の振動刺激信号を発生させる信号発生器と、
前記患者の所定の部位に配置され、前記信号発生器から前記振動刺激信号を受信し、前記振動刺激信号に応じた振動刺激を前記部位に付与する振動刺激デバイスと
を備える、固有感覚機能の治療機器。
［付記２］
前記患者が取り組むべき課題の内容が表示されるモニタと、
前記課題に取り組んでいる前記患者の立位バランスを計測する重心動揺計及びモーションセンサの少なくとも一方と
をさらに備える、付記１に記載の固有感覚機能の治療機器。
［付記３］
付記１に記載の固有感覚機能の治療機器と、
前記振動刺激デバイスにより振動刺激が付与されている前記患者の立位バランスを測定する重心動揺計及びモーションセンサの少なくとも一方と、
前記重心動揺計の測定結果に基づいて前記患者の固有感覚機能を診断する診断部と
を備える、固有感覚機能の診断治療機器。
［付記４］
前記患者が取り組むべき課題の内容が表示されるモニタをさらに備え、
前記重心動揺計及びモーションセンサの少なくとも一方が、前記課題に取り組んでいる前記患者の立位バランスを計測する、
付記３に記載の固有感覚機能の診断治療機器。

【0048】

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0049】

１ パーソナルコンピュータ
２ 信号発生器
３ 信号増幅器
４ａ～４ｄ 振動刺激デバイス
５ 重心動揺計
１０ 治療機器
２０ 診断治療機器

【図1】

【図2】

【図3】