運動機能再建のための埋め込み形刺激装置の開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555423
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 高橋 幸郎 埼玉大学, 工学部, 教授 (10124596)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 清一 日本電気(株), 医療機器事業部, 課長 ; 半田 康延 東北大学, 医学部, 教授 (00111790) ; 星宮 望 東北大学, 工学部, 教授 (50005394)
• Keywords: 機能的電気刺激 / FES / 運動機能再建 / 埋め込み装置 / MCM / FPGA / 体外電力供給

Research Abstract

脊椎損傷などによる四肢麻痺患者の運動機能再建のための完全埋め込み形機能的電気刺激装置の開発において以下の様な成果が得られた。
(1)埋め込み形FES装置への電力供給方式として、アモルファス磁性線を装着した直径40mm、厚さ0.9mmの平面形ループコイルを用いた高効率の電磁結合方式を採用した。また体外制御装置と埋め込み刺激装置間に双方向性情報伝送能力を持たせることにより、埋め込み装置の受電状態や、刺激電流チェックおよび情報伝送誤り検出が可能になり、安全性の高いシステムが実現できた。
(2)FPGA(Field Programable Gate Array)を採用することにより、デジタル回路部分のワンチップ化を行い、またアナログ回路部分には、複数の低消費電力の高性能半導体チップを高密度実装するMCM(Multi-Chip Module)法を取り入れ、集積回路部分の小型化を実現した。
(3)情報伝送用コイルとして厚さ0.15mmのフレキシルブル両面プリント基板による薄型8の字型コイルを導入し、電力伝送波からの干渉を防ぐと共に、磁束密度分布が均一になるようなコイル形状にすることにより、コイル間の位置ずれ許容範囲を改善した。
(4)刺激用電子回路をFPGA、MCMおよび表面実装部品を用いて、45x45mmの両面基板に実装した。さらにこの両面基板と受信コイルおよび埋め込み装置と刺激電極とを接続するための超小型の防水形コネクタを、50x65x11mmのパッケージに収納し、実用的なサイズの埋め込み型刺激装置を実現した。
(5)以上の結果から、国内初の臨床応用をめざした埋め込み形機能的電気刺激装置の開発目標を達成することができた。

Research Products

• [Publications] 西原慶一、高橋幸郎: "FPGAを用いた埋め込み形FES装置の開発" 第35回日本ME学会大会論文集. 34. 168- (1996)
• [Publications] 高橋幸郎、星宮望他: "運動機能再建のための多チャンネル埋め込み型機能的電気刺激装置" 第11回生体・生理工学シンポジウム論文集. 5-8 (1996)
• [Publications] 高橋幸郎、星宮望他: "マルチチップモジュール方式による埋め込み形機能的電気刺激装置の開発" 第36回日本ME学会大会論文集. 35(発表予定). (1997)