JP2845758B2 - Motor function support system by electrical stimulation - Google Patents
Motor function support system by electrical stimulationInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電気刺激による運動機
能介助システムに関し、特に生体に電気刺激を与えて運
動機能の回復や改善を行う電気刺激装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor function assisting system using electrical stimulation, and more particularly to an electrical stimulation apparatus for recovering and improving motor function by applying electrical stimulation to a living body.
【0002】[0002]
【従来の技術】生体に電気刺激を与えて運動機能の回復
や改善を行う運動機能介助システムの従来例を図6に示
す。この従来の運動機能介助システムは、経皮的埋め込
み電極方式であって、脳卒中や脊髄損傷等により麻痺し
た手足の神経・筋に刺激装置103から、皮膚201を
経て生体内200に埋め込んだ複数個の電極17を通し
て電気刺激することによって、麻痺した手足の生体機能
を回復あるいは改善するための装置である。2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a conventional example of a motor function assisting system for recovering or improving a motor function by applying electrical stimulation to a living body. This conventional motor function assisting system is a percutaneous implanted electrode system, in which nerves and muscles of the limbs paralyzed by a stroke or spinal cord injury are implanted into the living body 200 from the stimulator 103 via the skin 201 through the skin 201. This is a device for recovering or improving the biological functions of paralyzed limbs by electrically stimulating through the electrodes 17.
【0003】刺激パターンや刺激の与え方のプログラム
はメモリ12に蓄えられており、刺激を与える命令は患
者の残存機能を活用した制御入力手段8で行い、これら
を信号処理手段11に与えて電気刺激信号を出力手段1
8により出力し、電極17を通して神経・筋に電気刺激
を与える。通常は、患者が刺激装置103を携帯して使
用する。電極17と出力手段18はコネクタ19により
着脱できる。A stimulus pattern and a program for giving a stimulus are stored in a memory 12, and a command for giving a stimulus is given by a control input unit 8 utilizing a remaining function of a patient. Stimulus signal output means 1
8 to provide electrical stimulation to nerves and muscles through the electrodes 17. Normally, the patient carries and uses the stimulator 103. The electrode 17 and the output means 18 are detachable by a connector 19.
【0004】刺激信号の基となる情報は、図7に示すよ
うな刺激パターンとしてそれぞれの神経・筋毎にメモリ
12に蓄えられている。例えば、指を開いたり握ったり
する一連の動作が行えるようにそれぞれの動作に必要な
刺激の強さが得られるデータをメモリ12に順番(メモ
リアドレス)に蓄えたものである。刺激パターンは、予
め基本刺激パターン(点線)として、後述するシステム
コントローラのフロッピィディスク等の外部メモリに準
備されているが、患者毎に刺激の閾値や最大値あるいは
刺激パターンが異なるので、実際に使用するときは、そ
れぞれの患者に最適な刺激を与えるためには、これらを
調整することが必要である。このような最適化調整は、
一般に医師によって行われる。[0004] Information serving as the basis of a stimulus signal is stored in a memory 12 for each nerve / muscle as a stimulus pattern as shown in FIG. For example, data in which the strength of a stimulus necessary for each operation is obtained in the memory 12 in order (memory address) so that a series of operations of opening and holding a finger can be performed. The stimulus pattern is prepared in advance as a basic stimulus pattern (dotted line) in an external memory such as a floppy disk of a system controller, which will be described later. In order to provide optimal stimulation to each patient, it is necessary to adjust these. Such optimization adjustments
Generally performed by a physician.
【0005】この最適化調整は、図6に示すようにシス
テムコントローラ100と刺激装置103を通信回線1
0で接続してシステムコントローラ100で最適化調整
を行い、そのデータを刺激装置103に転送した後に、
刺激装置自身により刺激しながら刺激の適否をチェック
する方法で行われている。システムコントローラ100
は、各種の信号処理を行うCPU1、CRTディスプレ
イ等の表示器2、刺激パターンや信号処理プログラム等
を蓄えておくメモリ3、キーボード4、基本刺激パター
ン,動作プログラム等の情報をフロッピィディスク等に
入出力する外部メモリ5で構成されている。[0005] This optimization adjustment is performed by connecting the system controller 100 and the stimulator 103 to the communication line 1 as shown in FIG.
0, perform optimization adjustment in the system controller 100, and transfer the data to the stimulator 103.
This is performed by a method of checking the suitability of a stimulus while stimulating with the stimulator itself. System controller 100
A CPU 1 for performing various signal processing, a display 2 such as a CRT display, a memory 3 for storing a stimulus pattern and a signal processing program, a keyboard 4, a basic stimulus pattern, and information such as an operation program are stored in a floppy disk or the like. It comprises an external memory 5 for outputting.
【0006】次に、最適化調整の方法について図8をも
参照して説明する。なお図8は、個々の患者に最適な刺
激を与えるための刺激パターンの最適化調整のフローチ
ャートである。Next, a method of optimization adjustment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart of stimulus pattern optimization adjustment for giving an optimal stimulus to each patient.
【0007】調整者(例えば医師)は、システムコント
ローラ100を通信回線10を経て刺激装置103に接
続する。調整は、各電極に対応する各チャネル毎に行
う。先ず、刺激装置103を操作して、調整するチャネ
ルを選択し(ステップS1)、刺激の強さを0から徐々
に上げながら目視あるいは触診で筋肉がわずかに反応す
るところを閾値として設定し、更に徐々に刺激強度を上
げて同様な方法で反応が最大になったところを最大値と
して設定する(ステップS2)。例えば、図7の実線の
ように調整される。これを全てのチャネルについて順次
行う。全てのチャネルの調整が終了したならば(ステッ
プS3)、刺激パターンのデータを通信回線10を経て
刺激装置103に転送し、メモリ12に記憶させる(ス
テップS4)。次に、全チャネルあるいは単チャネルな
どを選択しながら(ステップS5)、刺激装置103に
より刺激して実際の手足の動作状態を見ながら刺激の適
否をチェックする(ステップS6,S7)。再調整が必
要な場合は、最初に戻り、再調整の必要なチャネルのみ
を前記と同様に調整し、これを繰り返して最適化調整を
完了する(ステップS8)。[0007] The coordinator (eg, a doctor) connects the system controller 100 to the stimulator 103 via the communication line 10. The adjustment is performed for each channel corresponding to each electrode. First, the stimulator 103 is operated to select a channel to be adjusted (step S1), and the threshold at which the muscle slightly responds visually or by palpation while gradually increasing the stimulus intensity from 0 is set. The stimulus intensity is gradually increased, and the point where the response becomes maximum is set as the maximum value in the same manner (step S2). For example, the adjustment is performed as shown by the solid line in FIG. This is sequentially performed for all the channels. When the adjustment of all the channels is completed (step S3), the stimulus pattern data is transferred to the stimulator 103 via the communication line 10 and stored in the memory 12 (step S4). Next, while selecting all channels or a single channel (step S5), the stimulating device 103 stimulates the limb to check whether the stimulus is appropriate while checking the actual operating state of the limbs (steps S6 and S7). If readjustment is required, the process returns to the beginning, and only the channels that need readjustment are adjusted in the same manner as described above, and this is repeated to complete the optimization adjustment (step S8).
【0008】以上のような最適化調整は、システムコン
トローラ100のソフトウェアで対応できる。The above-described optimization adjustment can be handled by software of the system controller 100.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】個々の患者に最適な刺
激を与えることは、電気刺激にとって最も重要なものの
一つであり、同一のハードウェアを用いながら、これら
がソフトウェアで対応できることは大きな特徴である。
この最適化調整は、最初に適応するときは勿論である
が、使用中に筋力の改善等による状況の変化に対応して
何度も最適化調整が必要である。しかし従来の技術で
は、刺激装置を介して行っているため、閾値や最大値の
調整が人の感に頼っているという問題点がある。また、
再調整する度に刺激データを転送しなければならないの
で、オフラインによる調整で長時間かかり、医師や患者
の負担が大きいという問題点がある。さらに、携帯型の
刺激装置を介して調整しているので細かい操作ができず
細かいチェックができない等の問題点があった。Providing optimal stimulation to individual patients is one of the most important things for electrical stimulation, and it is a great feature that they can be handled by software while using the same hardware. It is.
This optimization adjustment is, of course, the first adjustment, but it is necessary to perform the optimization adjustment many times during use in response to a change in the situation due to improvement in muscle strength or the like. However, in the related art, since the adjustment is performed via the stimulator, there is a problem that the adjustment of the threshold value or the maximum value depends on human feeling. Also,
Since the stimulus data must be transferred every time readjustment is performed, it takes a long time to perform offline adjustment, and there is a problem that the burden on doctors and patients is large. Further, since adjustment is performed via a portable stimulator, there is a problem that a fine operation cannot be performed and a fine check cannot be performed.
【0010】本発明の目的は、最適化調整をシステムコ
ントローラのみで、すなわちオンラインで行うことので
きる運動機能介助システムを提供することにある。An object of the present invention is to provide a motor function assisting system in which optimization adjustment can be performed only by a system controller, that is, online.
【0011】本発明の他の目的は、取扱いが容易で、高
速処理の可能な運動機能介助システムを提供することに
ある。Another object of the present invention is to provide a motor function assisting system that is easy to handle and that can perform high-speed processing.
【0012】本発明のさらに他の目的は、刺激に対する
生体反応のフィードバックが可能となり、閾値や最大値
等の調整を定量的に行える運動機能介助システムを提供
することにある。Still another object of the present invention is to provide a motor function assisting system which enables feedback of a biological response to a stimulus and can quantitatively adjust a threshold value, a maximum value, and the like.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の電気刺激による
運動機能介助システムは、患者の体内に埋め込まれた、
受信機およびこの受信機に接続された複数個の電極と、
前記受信機に電気刺激信号を送信し、前記電極により生
体の一部に電気刺激を与える患者が携帯可能な送信機
と、前記送信機に通信回線を介して接続でき、個々の患
者に最適な電気刺激を与えるように刺激パターンを最適
化調整し、そのデータを前記送信機に転送・記憶させる
システムコントローラと、を備え、前記電気刺激により
生体機能の回復あるいは改善を行うことを特徴とする。The system for assisting motor function by electrical stimulation according to the present invention is embedded in a patient's body.
A receiver and a plurality of electrodes connected to the receiver;
An electric stimulation signal is transmitted to the receiver, and a patient-provided transmitter that applies electric stimulation to a part of a living body by the electrode can be connected to the transmitter via a communication line, and is optimal for each patient. And a system controller that optimizes and adjusts a stimulation pattern so as to give an electrical stimulus, and transfers and stores the data to the transmitter, wherein the electrical stimulus restores or improves a biological function.
【0014】前記送信機は、患者が刺激を命令する制御
入力手段と、前記システムコントローラから通信回線を
経て刺激データを受け取り、信号処理手段を介して刺激
パターンや動作プログラムを蓄えるメモリと、前記刺激
データを前記メモリに蓄えるために信号処理し、前記制
御入力手段からの命令により前記メモリから刺激データ
を読み出して電気刺激信号に変換する信号処理手段と、
前記電気刺激信号を受けると電磁波を放射する送信手段
及び送信アンテナコイルとを有し、前記受信機は、前記
送信機から放射された電磁波を誘導する受信アンテナコ
イルと、誘導された電磁波を受信機の電源及び電気刺激
信号に変換する受信手段と、電気刺激信号を前記電極に
与える出力手段とを有し、前記システムコントローラ
は、各種の信号処理を行うCPU、表示器、メモリ、キ
ーボード、外部メモリの他に、前記受信機を直接に制御
できる送信手段及び送信アンテナコイルと、刺激による
生体反応を検出してCPUにフィードバックする生体反
応検出手段と、刺激を命令できる制御入力手段とを有し
ている。The transmitter includes a control input means for instructing a stimulus by a patient, a memory for receiving stimulus data from the system controller via a communication line, and storing a stimulus pattern and an operation program via a signal processing means; Signal processing means for performing signal processing for storing data in the memory, reading stimulus data from the memory by an instruction from the control input means, and converting the stimulus data into an electrical stimulus signal;
A transmitting means and a transmitting antenna coil for radiating an electromagnetic wave when receiving the electric stimulation signal, wherein the receiver includes a receiving antenna coil for inducing an electromagnetic wave radiated from the transmitter, and a receiver for receiving the induced electromagnetic wave. Power supply and receiving means for converting the signal to an electric stimulus signal, and output means for applying an electric stimulus signal to the electrode, wherein the system controller performs various kinds of signal processing, a CPU, a display, a memory, a keyboard, and an external memory. In addition, a transmitting means and a transmitting antenna coil capable of directly controlling the receiver, a biological response detecting means for detecting a biological response due to the stimulus and feeding it back to the CPU, and a control input means capable of instructing the stimulus I have.
【0015】[0015]
【作用】本発明の運動機能介助システムは、最適化調整
に際しシステムコントローラで直接に受信機が制御でき
るので取扱いが容易である。またCPUで直接にシステ
ムコントローラの送信手段を制御しているので高速処理
が可能となり、刺激パターンの修正、刺激の保持あるい
は刺激パターンのメモリアドレス制御等がオンラインで
でき、システムコントローラの制御入力手段により実際
に送信機を使用しているのと同じ命令が与えられるな
ど、刺激の適否のチェックが正確且つ短時間にできる。
また、キーボード、表示器、外部メモリなどが使用でき
るので最適化調整時の操作性もよい。さらに、刺激に対
する生体反応のフィードバックが可能となり閾値や最大
値等の調整が定量的に行える。これらにより、短時間
に、正確に最適化調整ができるので患者,医師共に負担
が軽減され、安全性も確保できる。The motor function assisting system according to the present invention is easy to handle because the receiver can be directly controlled by the system controller in the optimization adjustment. In addition, since the transmission means of the system controller is directly controlled by the CPU, high-speed processing is possible, and stimulus pattern correction, stimulus holding or memory address control of the stimulus pattern can be performed on-line, and the control input means of the system controller can be used. Checking the suitability of the stimulus can be performed accurately and in a short time, for example, by giving the same command as when actually using the transmitter.
In addition, since a keyboard, a display, an external memory, and the like can be used, operability at the time of optimization adjustment is good. Further, the feedback of the biological response to the stimulus can be performed, and the threshold value, the maximum value, and the like can be adjusted quantitatively. As a result, the optimization and adjustment can be performed accurately in a short time, so that the burden on both the patient and the doctor can be reduced, and safety can be ensured.
【0016】[0016]
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0017】図1は本発明の一実施例の構成図である。
生体内200に埋め込まれる受信機102と複数個の電
極17、受信機を体外から電磁誘導により制御する、患
者が携帯して使用する送信機101、刺激パターンの最
適化調整や動作プログラムなどをソフトウェアで対応す
るシステムコントローラ100により構成されている。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
A receiver 102 and a plurality of electrodes 17 to be implanted in the living body 200, a transmitter 101 for controlling the receiver by electromagnetic induction from outside the body, a transmitter 101 to be carried and used by a patient, optimization of a stimulus pattern and software for operating programs And a system controller 100 corresponding thereto.
【0018】受信機102は、受信アンテナコイル1
4、受信手段15、出力手段16により構成され、出力
手段16には複数個の電極17が接続されている。これ
ら受信機102及び複数個の電極17は、生体内200
に埋め込まれる。The receiver 102 includes a receiving antenna coil 1
4, a receiving means 15 and an output means 16. A plurality of electrodes 17 are connected to the output means 16. The receiver 102 and the plurality of electrodes 17
Embedded in
【0019】システムコントローラ100の送信アンテ
ナコイルまたは送信機101の送信アンテナコイルは、
電磁波を放射する。放射された電磁波は受信アンテナコ
イル14に誘導され、受信手段15に入力される。受信
手段15は、電磁波を受信機の電源及び電気刺激信号に
変換し、出力手段16に入力する。出力手段16は電極
17に電気刺激信号を与え、生体に電気刺激を与える。The transmitting antenna coil of the system controller 100 or the transmitting antenna coil of the transmitter 101 is
Emit electromagnetic waves. The radiated electromagnetic wave is guided to the receiving antenna coil 14 and input to the receiving means 15. The receiving unit 15 converts the electromagnetic wave into a power source of the receiver and an electric stimulus signal, and inputs the signal to the output unit 16. The output means 16 supplies an electrical stimulation signal to the electrode 17 to provide electrical stimulation to the living body.
【0020】送信機101は、制御入力手段8b、信号
処理手段11、メモリ12、送信手段6b、生体の皮膚
201上に貼り付けることができる送信アンテナコイル
7bより構成されている。制御入力手段8b、信号処理
手段11、メモリ12は、図6の刺激装置103におけ
るものと同じである。すなわち、メモリ12は刺激パタ
ーンや刺激の与え方のプログラムを蓄える。制御入力手
段8bは、患者の残存機能を活用して、刺激を与える命
令を出力する。信号処理手段11は、刺激を与える命令
を受けると、メモリ12に蓄えられた刺激パターンに基
づき電気刺激信号を送信手段6bに供給する。電気刺激
信号は、送信アンテナコイル7bを経て送信される。The transmitter 101 comprises a control input unit 8b, a signal processing unit 11, a memory 12, a transmitting unit 6b, and a transmitting antenna coil 7b that can be attached on the skin 201 of a living body. The control input unit 8b, the signal processing unit 11, and the memory 12 are the same as those in the stimulator 103 of FIG. That is, the memory 12 stores a stimulus pattern and a program for giving a stimulus. The control input unit 8b outputs a command for giving a stimulus by utilizing the remaining function of the patient. Upon receiving the stimulus instruction, the signal processing unit 11 supplies an electrical stimulus signal to the transmission unit 6b based on the stimulus pattern stored in the memory 12. The electrical stimulus signal is transmitted via the transmitting antenna coil 7b.
【0021】システムコントローラ100は、各種の信
号処理を行うCPU1、CRTディスプレイ等の表示器
2、刺激パターンや信号処理プログラムを蓄えておくメ
モリ3、キーボード4、基本刺激パターン,動作プログ
ラム等の情報をフロッピィディスク等に入出力する外部
メモリ5など従来の構成の他に、生体内に埋め込んだ受
信機102を直接に制御できる送信手段6a及び送信ア
ンテナコイル7a、刺激に対する生体の反応をフィード
バックできる生体反応検出手段(生体反応センサ)9、
及び実際に送信機101を使用しているときと同じ命令
ができる制御入力手段8aを備えている。The system controller 100 stores information such as a CPU 1 for performing various signal processing, a display 2 such as a CRT display, a memory 3 for storing a stimulus pattern and a signal processing program, a keyboard 4, a basic stimulus pattern, and an operation program. In addition to the conventional configuration such as an external memory 5 for inputting and outputting to a floppy disk and the like, a transmitting means 6a and a transmitting antenna coil 7a capable of directly controlling the receiver 102 embedded in the living body, and a biological reaction capable of feeding back the reaction of the living body to the stimulus Detection means (biological reaction sensor) 9,
And a control input means 8a capable of issuing the same command as when the transmitter 101 is actually used.
【0022】送信機101は、通常は患者が携帯して使
用する。メモリ12に蓄えられた刺激パターンや動作プ
ログラムと、制御入力手段8bの命令とにより信号処理
手段11で刺激信号を送信手段6bに与えて皮膚201
に貼り付けた送信アンテナコイル7bから電磁波を放射
する。放射された電磁波は、生体内に埋め込まれた受信
機102の受信アンテナコイル14に誘導され、受信手
段15で電力や刺激信号に変換して出力手段16より、
それぞれの電極17を通して神経・筋に電気刺激を与え
る。The transmitter 101 is usually carried by a patient. According to the stimulus pattern and the operation program stored in the memory 12 and the command of the control input means 8b, the signal processing means 11 gives a stimulus signal to the transmission means 6b and the skin 201
An electromagnetic wave is radiated from the transmission antenna coil 7b attached to the transmission antenna coil 7b. The radiated electromagnetic wave is guided to the receiving antenna coil 14 of the receiver 102 embedded in the living body, converted into electric power or a stimulus signal by the receiving unit 15, and output from the output unit 16.
Electrical stimulation is applied to nerves and muscles through the respective electrodes 17.
【0023】メモリ12に蓄えられている刺激パターン
や動作プログラムなどは、最適化調整の度にシステムコ
ントローラ100から通信回線10を介して転送され新
しいデータに書き換えられる。The stimulus patterns and operation programs stored in the memory 12 are transferred from the system controller 100 via the communication line 10 and rewritten with new data every time the optimization is adjusted.
【0024】本実施例における最適化調整の方法を、図
2をも参照して説明する。なお図2は、最適化調整の一
例のフローチャートである。The method of optimization adjustment in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of an example of the optimization adjustment.
【0025】最適化調整は、システムコントローラ10
0を操作する医師のところへ患者が出向いて行われる。
医師は、送信アンテナコイル7aを、患者の受信機10
2の埋め込まれた付近の皮膚201上に貼り付け、生体
反応検出手段(生体反応センサ)9を、回復または改善
しようとする生体部分に取り付ける。The optimization adjustment is performed by the system controller 10.
This is performed by the patient going to the doctor who operates the “0”.
The doctor attaches the transmitting antenna coil 7a to the receiver 10 of the patient.
2 is attached to the skin 201 near the embedded area, and the biological reaction detection means (biological response sensor) 9 is attached to the biological part to be recovered or improved.
【0026】医師はシステムコントローラ100を操作
して、先ず最初に、チャネルを選択し(ステップS
1)、閾値と最大値を調整する(ステップS2)。全て
のチャネルを調整後に(ステップS3)、制御入力手段
8aの命令によりCPU1は送信手段6aに刺激信号を
与え、送信アンテナコイル7aにより電磁波を放射す
る。The physician operates the system controller 100 to first select a channel (step S).
1) Adjust the threshold value and the maximum value (step S2). After adjusting all the channels (step S3), the CPU 1 gives a stimulus signal to the transmitting means 6a according to a command from the control input means 8a, and emits an electromagnetic wave by the transmitting antenna coil 7a.
【0027】患者の体内に埋め込まれた受信アンテナコ
イル14に電磁波が誘導され、受信手段15で電気刺激
信号に変換されて、出力手段16により電極17を経て
刺激を与え、生体反応検出手段9により刺激に対する生
体の反応を検出し、刺激の適否をチェックする(ステッ
プS6)。また、刺激をしながらチャネル選択、メモリ
アドレス制御あるいは刺激パターンの修正等(ステップ
S5)の設定変更を行う(ステップS4)。Electromagnetic waves are induced in the receiving antenna coil 14 embedded in the patient's body, converted into an electrical stimulus signal by the receiving means 15, and stimulated by the output means 16 via the electrode 17. The response of the living body to the stimulus is detected, and the suitability of the stimulus is checked (step S6). In addition, setting change such as channel selection, memory address control, or modification of stimulus pattern (step S5) is performed while stimulating (step S4).
【0028】全ての最適化調整が終了した後に(ステッ
プS7)、そのデータを通信回線10を介して送信機1
02のメモリ12に転送・記憶させる(ステップS
8)。その後は、通信回線10を外して、送信機101
を患者が携帯して使用する。After all optimization adjustments have been completed (step S7), the data is transmitted to the transmitter 1 via the communication line 10.
02 is transferred and stored in the memory 12 (step S
8). Thereafter, the communication line 10 is disconnected and the transmitter 101 is disconnected.
Is carried and used by the patient.
【0029】以上のように、本実施例によれば、システ
ムコントローラ100から送信機101へのデータの転
送は1回の最適化調整で1回限りでよい。CPU1で直
接に送信手段6を制御しているので高速処理ができる。
また、システムコントローラ100は、表示器2,メモ
リ3,キーボード4及び外部メモリ5を活用できるので
制御の操作性が非常によいので、刺激をしながらチャネ
ル選択、メモリアドレス制御あるいは刺激パターンの修
正等の設定変更ができる。また、各種の刺激が容易にで
き、刺激の適否の診断が容易になり、診断が正確に且つ
短時間にできるようになる。As described above, according to the present embodiment, the data transfer from the system controller 100 to the transmitter 101 may be performed only once by one optimization adjustment. Since the transmission means 6 is directly controlled by the CPU 1, high-speed processing can be performed.
In addition, the system controller 100 can utilize the display 2, the memory 3, the keyboard 4, and the external memory 5 so that the control operability is very good. Therefore, while stimulating, channel selection, memory address control, stimulus pattern correction, etc. Can be changed. In addition, various kinds of stimuli can be easily made, and it is easy to determine whether or not the stimulus is appropriate, and the diagnosis can be made accurately and in a short time.
【0030】次に、フィードバック方式による刺激パタ
ーンの閾値及び最大値の定量的な調整方法の一例につい
て説明する。刺激パターンの閾値及び最大値の調整の一
例を図3に示す。これは図2のステップS1〜S3に相
当する処理である。その動作の補足説明用として図4に
刺激パターンを示す。Next, an example of a method of quantitatively adjusting the threshold value and the maximum value of the stimulus pattern by the feedback method will be described. FIG. 3 shows an example of the adjustment of the threshold value and the maximum value of the stimulation pattern. This is a process corresponding to steps S1 to S3 in FIG. FIG. 4 shows a stimulus pattern for supplementary explanation of the operation.
【0031】医師はシステムコントローラ100を操作
して調整するチャネルを選択し(ステップS1)、刺激
の強さを0から徐々に強くし(ステップS2)、生体反
応検出手段(生体反応センサ)9に反応が現れたときの
刺激の強さを記憶し(ステップS3)、いったん刺激の
強さを少し下げて(ステップS4)、再び、刺激を徐々
に強くし、同じことを数回繰り返して(ステップS
5)、記憶した平均値を図4に示すようにそのチャネル
の閾値としてメモリ3に蓄える(ステップS6)。その
後、さらに刺激を強くし(ステップS7)、反応が最大
になる刺激の強さを最大値として記憶し(ステップS
8)、いったん刺激の強さを下げて(ステップS9)、
再び、数回、同様に繰り返した(ステップS10)後
に、平均値をそのチャネルの最大値としてメモリ3に蓄
え(ステップS11)、直ちに、刺激を0にする(ステ
ップS12)。全てのチャネルについて同様に行った後
に処理を終了する(ステップS13)。The doctor operates the system controller 100 to select a channel to be adjusted (step S1), gradually increases the intensity of the stimulus from 0 (step S2), and sends the signal to the biological response detecting means (biological response sensor) 9. The intensity of the stimulus at the time when the reaction appears is stored (step S3), the intensity of the stimulus is reduced once (step S4), the stimulus is gradually increased again, and the same is repeated several times (step S3). S
5) The stored average value is stored in the memory 3 as a threshold value of the channel as shown in FIG. 4 (step S6). Thereafter, the stimulus is further increased (step S7), and the stimulus intensity at which the response is maximized is stored as the maximum value (step S7).
8) Once reduce the intensity of the stimulus (step S9),
After repeating the same operation several times (step S10), the average value is stored in the memory 3 as the maximum value of the channel (step S11), and the stimulus is immediately set to 0 (step S12). After the same process is performed for all the channels, the process ends (step S13).
【0032】次に、指定したチャネルのみ、動作を保持
させて、刺激の適否のチェックを容易にする一例につい
て説明する。図5にその一例のフローチャートを示す。
これは図2のステップS4〜S7の処理に相当する。Next, an example will be described in which the operation of only the designated channel is held to facilitate the check of the suitability of the stimulus. FIG. 5 shows a flowchart of one example.
This corresponds to the processing of steps S4 to S7 in FIG.
【0033】医師はシステムコントローラ100を操作
して保持させる単チャネルあるいは複数のチャネルを選
択し(ステップS1)、刺激パターンのメモリアドレス
を制御しながら(ステップS2)刺激する。例えば、メ
モリアドレスを減少して(ステップS3)指を開いた
り、逆に、メモリアドレスを増加して(ステップS4)
指を握らせながら、親指だけをある状態に保持したいと
きに、キーボード4の保持スイッチをONにすると、選
択されたチャネルのアドレスADRHがそのときのアド
レスADRに固定され、他の指は動いても親指だけはそ
のときの状態を保持したままになる(ステップS6)。
チャネル保持の解除は、保持スイッチをOFFにした後
に、メモリアドレスADRを保持されたメモリアドレス
ADRHと等しくなるように制御し(ステップS7)、
等しくなったときに解除される(ステップS8)。これ
は他のチャネルと同期した時点で解除を行うことにより
筋肉等への衝撃をやわらげるためであるが、この方式そ
のものは公知である。保持している間はチャネル変更は
できないが(ステップS9)、保持解除後は保持するチ
ャネルを変更することができる(ステップS10)。刺
激しながら任意のチャネルが選択できる。The physician operates the system controller 100 to select a single channel or a plurality of channels to be held (step S1), and stimulates while controlling the memory address of the stimulus pattern (step S2). For example, the finger is opened by decreasing the memory address (step S3), or conversely, the memory address is increased (step S4).
When it is desired to hold only the thumb while holding the finger, the holding switch of the keyboard 4 is turned ON, and the address ADRH of the selected channel is fixed at the address ADR at that time, and the other fingers move. Also, only the thumb remains in the state at that time (step S6).
The release of the channel holding is controlled so that the memory address ADR becomes equal to the held memory address ADRH after the holding switch is turned off (step S7).
It is released when they become equal (step S8). The reason for this is to release shocks at the time of synchronization with another channel to reduce the impact on muscles and the like, but this method itself is known. While the channel is held, the channel cannot be changed (step S9), but after the holding is released, the channel to be held can be changed (step S10). Any channel can be selected while stimulating.
【0034】このように、部分的にチャネルの保持・解
除ができ、それぞれの筋運動の相関等が容易に解明で
き、正確且つ短時間の最適化調整が可能になった。As described above, the channel can be partially held and released, the correlation between the respective muscle movements can be easily clarified, and the optimization adjustment can be performed accurately and in a short time.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、電気刺激
による運動機能介助システムにおいて、システムコント
ローラに送信手段、生体反応検出手段及び制御入力手段
を備えることにより、送信機を用いずにシステムコント
ローラのみで送信アンテナコイルを皮膚上に貼り付ける
だけで体内に埋め込んだ受信機を直接に制御できるの
で、取扱いが容易になる。また、高速処理ができるので
オンラインで各種の設定ができる。また、制御入力手段
により送信機と同じ刺激ができるなど、刺激の適否のチ
ェックが容易となり正確且つ短時間に行え、安全性も確
保できる。このように、電気刺激として最も重要なもの
の一つである、個々の患者に最適な刺激を与える最適化
調整に、大きな効果が得られる。As described above, according to the present invention, in a motor function assisting system by electrical stimulation, a system controller is provided with a transmitting means, a biological reaction detecting means and a control input means, so that the system controller can be used without using a transmitter. By simply attaching the transmitting antenna coil to the skin with only the receiver, the receiver embedded in the body can be directly controlled, so that handling becomes easy. In addition, since high-speed processing can be performed, various settings can be made online. Further, it is easy to check whether or not the stimulus is appropriate, for example, the same stimulus as that of the transmitter can be generated by the control input means, so that it can be performed accurately and in a short time, and safety can be secured. As described above, a great effect can be obtained in the optimization adjustment which is one of the most important electrical stimuli, that is, provides an optimal stimulus to an individual patient.
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】図1の運動機能介助システムの動作を説明する
フローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating the operation of the motor function assistance system in FIG. 1;
【図3】図1の運動機能介助システムの動作を説明する
フローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating the operation of the motor function assistance system in FIG. 1;
【図4】刺激パターンの閾値及び最大値の設定を説明す
るための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining setting of a threshold value and a maximum value of a stimulation pattern.
【図5】図1の運動機能介助システムの動作を説明する
フローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the motor function assistance system in FIG. 1;
【図6】従来のシステムコントローラを示す構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional system controller.
【図7】刺激パターンを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a stimulation pattern.
【図8】従来のシステムコントローラの動作を説明する
フローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation of a conventional system controller.
1 CPU 2 表示器 3 メモリ 4 キーボード 5 外部メモリ 6,6a,6b 送信手段 7,7a,7b 送信アンテナコイル 8,8a,8b 制御入力手段 9 生体反応検出手段 10 通信回線 11 信号処理手段 12 メモリ 14 受信アンテナコイル 15 受信手段 16 出力手段 17 電極 100 システムコントローラ 101 送信機 102 受信機 103 刺激装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CPU 2 Display 3 Memory 4 Keyboard 5 External memory 6, 6a, 6b Transmission means 7, 7a, 7b Transmission antenna coil 8, 8a, 8b Control input means 9 Biological reaction detection means 10 Communication line 11 Signal processing means 12 Memory 14 Receiving antenna coil 15 receiving means 16 output means 17 electrode 100 system controller 101 transmitter 102 receiver 103 stimulator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星宮 望 宮城県仙台市若林区南小泉2−2−15 (72)発明者 半田 康延 宮城県仙台市泉区高森6−37−8 (56)参考文献 特開 昭58−41570(JP,A) 特開 平1−145077(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61N 1/36 A61N 1/32──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Nozomu Hoshimiya 2-2-15 Minami Koizumi, Wakabayashi-ku, Sendai-shi, Miyagi (72) Inventor Yasunori Handa 6-37-8, Takamori, Izumi-ku, Sendai, Miyagi (56) References JP-A-58-41570 (JP, A) JP-A-1-145077 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) A61N 1/36 A61N 1/32
Claims (5)
この受信機に接続された複数個の電極と、前記受信機に
電気刺激信号を送信し、前記電極により生体の一部に電
気刺激を与える、患者が携帯可能な送信機と、前記送信
機に通信回線を介して接続でき、個々の患者に最適な電
気刺激を与えるように刺激パターンを最適化調整し、そ
のデータを前記送信機に転送・記憶させるシステムコン
トローラとを備え、前記電気刺激により生体機能の回復
あるいは改善を行う電気刺激による運動機能介助システ
ムにおいて、 前記送信機は、患者が刺激を命令する制御入力手段と、
前記システムコントローラから通信回線を経て刺激デー
タを受け取り、信号処理手段を介して刺激パターンや動
作プログラムを蓄えるメモリと、前記刺激データを前記
メモリに蓄えるために信号処理し、前記制御入力手段か
らの命令により前記メモリから刺激データを読み出して
電気刺激信号に変換する信号処理手段と、前記電気刺激
信号を受けると電磁波を放射する送信手段及び送信アン
テナコイルとを有し、 前記受信機は、前記送信機から放射された電磁波を誘導
する受信アンテナコイルと、誘導された電磁波を受信機
の電源及び電気刺激信号に変換する受信手段と、電気刺
激信号を前記電極に与える出力手段とを有し、 前記システムコントローラは、各種の信号処理を行うC
PU、表示器、メモリ、キーボード、外部メモリの他
に、前記受信機を直接に制御できる送信手段及び送信ア
ンテナコイルと、刺激による生体反応を検出してCPU
にフィードバックする生体反応検出手段と、刺激を命令
できる制御入力手段とを有する、 ことを特徴とする電気刺激による運動機能介助システ
ム。1. A receiver implanted in a patient and a plurality of electrodes connected to the receiver, and an electrical stimulation signal is transmitted to the receiver, and the electrodes are used to electrically stimulate a part of a living body. And a transmitter which can be connected to the transmitter via a communication line, and optimizes and adjusts a stimulation pattern so as to give an optimal electric stimulation to an individual patient, and transmits the data to the transmitter. In the motor function assisting system by electrical stimulation for recovering or improving the biological function by the electrical stimulation, the transmitter, the control input means to instruct the patient to stimulate,
A memory for receiving stimulus data from the system controller via a communication line, storing a stimulus pattern or an operation program via a signal processing unit, performing signal processing for storing the stimulus data in the memory, and executing a command from the control input unit. A signal processing unit that reads out stimulus data from the memory and converts the stimulus data into an electric stimulus signal; a transmitting unit that radiates an electromagnetic wave when the electric stimulus signal is received; and a transmitting antenna coil; A receiving antenna coil for inducing electromagnetic waves radiated from the antenna, receiving means for converting the induced electromagnetic waves into a power source of a receiver and an electrical stimulation signal, and output means for providing an electrical stimulation signal to the electrode, the system comprising: The controller performs C for various signal processing.
In addition to a PU, a display, a memory, a keyboard, and an external memory, a transmitting means and a transmitting antenna coil that can directly control the receiver, and a CPU that detects a biological reaction due to a stimulus
A motor function assisting system using electrical stimulation, comprising: a biological reaction detection unit that feeds back to the robot; and a control input unit that can instruct a stimulus.
及び前記送信アンテナコイルにより、体内に埋め込まれ
た受信機をシステムコントローラで直接に制御して最適
化調整を行うことを特徴とする請求項1記載の電気刺激
による運動機能介助システム。2. The system according to claim 1, wherein the transmitter and the transmitting antenna coil of the system controller directly control the receiver implanted in the body by the system controller to perform optimization adjustment. Motor function support system by electrical stimulation.
整において、刺激パターンの修正、電極に対応するチャ
ネルの選択、メモリアドレスの制御、電気刺激の保持を
設定することを特徴とする請求項2記載の電気刺激によ
る運動機能介助システム。3. The electric system according to claim 2, wherein in the optimization adjustment by the system controller, correction of a stimulus pattern, selection of a channel corresponding to an electrode, control of a memory address, and holding of an electric stimulus are set. Motor function support system by stimulation.
整において、前記生体反応検出手段により電気刺激によ
る生体の反応をフィードバックして閾値、最大値あるい
は刺激の強度等を定量的に最適化調整することを特徴と
する請求項2または3記載の電気刺激による運動機能介
助システム。4. In the optimization adjustment by the system controller, the biological response by the electrical stimulation is fed back by the biological response detecting means to quantitatively optimize and adjust a threshold value, a maximum value, or a stimulus intensity. The motor function assisting system by electrical stimulation according to claim 2 or 3.
おいて、選択したチャネルのみを任意の動作状態に保持
したまま、他のチャネルを動作させて最適化調整を行う
ことを特徴とする請求項2、3または4記載の電気刺激
による運動機能介助システム。5. The optimization adjustment of the system controller, wherein the optimization adjustment is performed by operating another channel while keeping only the selected channel in an arbitrary operation state. Or the motor function assistance system by electrical stimulation of 4.
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| JPH0852229A JPH0852229A (en) | 1996-02-27 |
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