FESによる拮抗筋同時刺激法とその神経筋骨格系におけるモデリングに関する基礎研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452306
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 星宮 望 東北大学, 工学部, 教授 (50005394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 欣也 岩手大学, 工学部, 助教授 (30209051) ; 半田 康延 東北大学, 医学部, 教授 (00111790) ; 渡辺 高志 東北大学, 工学部, 助手 (90250696) ; 村上 肇 東北大学, 工学部, 助手 (80219899) ; 二見 亮弘 東北大学, 工学部, 助教授 (20156938)
• Keywords: 機能的電気刺激 / FES / 拮抗筋同時刺激 / 神経筋骨格系 / 拮抗筋 / 等尺性張力 / 刺激波形 / モデル

Research Abstract

機能的電気刺激(FES)による麻痺肢の運動機能再建において、電気刺激に対する筋骨格系の応答の非線形性は、滑らかで巧緻な動作の実現を困難にする一つの要因である。ここで、目的とする動作の再建において、主動筋と同時に拮抗筋を活動させることが筋骨格系の応答の非線形性を改善する可能性を有していることから、拮抗筋同時刺激法によって、FESシステムの制御性が向上し、より巧緻な動作の実現が期待される。本研究は、この手法を確立するために拮抗筋同時刺激による筋骨格系の応答を明らかにし、さらに、神経筋骨格系の電気刺激に対する応答のモデルを構築するための知見を得ることを目的としており、本年度は以下の成果を得た。
1.拮抗筋同時刺激による応答として、等尺性条件下での筋張力を筋長を変化させて測定し、刺激-張力特性の立ち上がり初期の急峻な部分と、その後の部分とについて各々傾きの変化の評価を行なった。その結果、筋の長さが各部分での同時刺激の効果に影響することが示唆され、拮抗筋同時刺激時の応答に対する神経筋系の働きに関する基礎的知見を得た。
2.刺激波形生成アルゴリズムの一つとして、動作を、基本となる「単位運動」に分解し、単位運動再建の刺激波形を組み合わせて元の動作の刺激波形を作成する手法を考案し、動作筋電図解析を通して、本手法による刺激波形作成の原理的可能性を確認した。同時に、刺激波形作成、及び筋骨格系のモデル化の際に考慮すべき重力の影響についての知見を得た。
3.刺激波形作成は、臨床の場で最終的な微調整が行なわれ完了する。従って、刺激波形の修正を容易に行なえるシステムを開発することは重要である。そのために、システムの制御命令入力装置、刺激波形修正アルゴリズムの検討を行ない、それらの有効性を確認し、臨床用システム構築のための基礎的知見を得た。

Research Products

• [Publications] 星宮望: "機能的電気刺激(FES)の現状と将来像" バイオメカニズム学会誌. 17. 48-54 (1993)
• [Publications] 渡辺高志 他: "機能的電気刺激による拮抗筋同時刺激の検討-第3報:神経束電気刺激による筋張力の評価-" 医用電子と生体工学. 31(特). 187 (1993)
• [Publications] 村上肇 他: "機能的電気刺激(FES)による体幹制御の基礎的検討 第4報:動作パターンの類別化に関する考察" 第14回バイオメカニズム学術講演会予稿集. 85-88 (1993)
• [Publications] 真狩弘夫 他: "FESシステムの制御命令としての随意的耳介動作の検討" 第8回生体生理工学シンポジウム論文集. 143-148 (1993)
• [Publications] 山下直孝 他: "FES立位保持中の膝関節制御のための膝蓋靭帯張力の推定法" 第8回生体生理工学シンポジウム論文集. 137-142 (1993)
• [Publications] 松下之憲 他: "機能的電気刺激(FES)による体幹制御の基礎的検討 第5報:連続動作の単位運動分解手法に基づく体幹筋電図の解析" 第8回生体生理工学シンポジウム論文集. 149-154 (1993)
• [Publications] 森田健司 他: "FESシステムの制御命令源としての舌動作の計測方式の基礎的検討" 電子情報通信学会技術研究報告〔MEとバイオサイバネティックス〕. 93. 69-75 (1993)
• [Publications] 渡辺高志 他: "機能的電気刺激による拮抗筋同時刺激の検討-第4報:筋骨格系の応答の計測-" 医用電子と生体工学. 32(特)(発表予定). (1994)
• [Publications] 森田健司 他: "FESシステムの制御命令源としての舌動作の経皮的検出に関する検討" 医用電子と生体工学. 32(特)(発表予定). (1994)
• [Publications] 黒沢健至 他: "FESにおける対話型刺激パターン修正方式に関する基礎的検討-第3報手関節2自由度運動での実験-" 医用電子と生体工学. 32(特)(発表予定). (1994)
• [Publications] 星宮望 他: "筋運動制御系" 昭晃堂, 163 (1993)