機能的電気刺激による麻痺肢制御法の最適化のための基礎研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08780815
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡邊 高志 東北大学, 工学部, 助手 (90250696)
• Keywords: 機能的電気刺激 / FES / 運動機能再建 / 筋モデル / 刺激周波数 / 骨格モデル / 神経活動電位 / 尿失禁

Research Abstract

機能的電気刺激(FES)による麻痺肢の運動機能再建の臨床的実用性をさらに向上させるために、臨床におけるFESシステムの生体工学的基礎を確立する事を目的とし、以下の研究を進めた。
1.速筋・遅筋といった異なる特性を有する筋の刺激周波数-張力特性を解析し、筋・腱系の基本的な電気刺激応答モデルとして、刺激強度及び刺激周波数を入力とする筋・腱モデルを構築した。ここでは、先に得られた速筋・遅筋といった筋の異なる特性を、電気刺激による筋活動レベルの刺激周波数依存性に反映させた。
2.3リンク骨格モデルを構築し、簡略化した筋・腱系のモデルを用いて、筋・骨格系の運動モデルを構築した。また、等尺性条件下での筋張力について、構築した筋・骨格モデルによるシミュレーション結果と、健常者での刺激実験による結果とを比較し、筋腱系-骨格系の結合形態に関する検討を加えた。
3.FES制御のためのフィードバック情報等を神経活動電位から検出する事を目的として、外的な機械的刺激により発生した神経インパルス群を計測し、それらを誘発する刺激の種類をそれらの神経インパルス波形から推定する方法について検討した。本研究ではクラスタリング手法を採用し、計測した神経インパルス波形から、与えた機械的刺激を推定可能であることを確認した。
4.尿失禁をFESにより防止することを目的として、閉ループ制御を考慮した新たな刺激方式の検討を行った。尿道閉鎖に関与する筋は、左右の陰部神経による両側性の神経支配があるので、各神経束に印加する刺激パルスの位相をπずらす刺激方法を検討し、超神経束を同位相で刺激する場合に比べて短時間の高尿道収縮力を得る場合に適している事を示唆した。また、長時間の低尿道収縮力を維持する場合には、各神経束を交互に単独刺激する方法が有効である事を示唆する実験結果を得た。

Research Products

• [Publications] 渡辺高志,他: "FESシミュレータのための筋・腱モデルの基礎検討" 医用電子と生体工学. 34(特). 166 (1996)
• [Publications] 嚴光文,他: "対麻痺者の運動機能再建のためのFESシミュレータに関する基礎研究" 医用電子と生体工学. 34(特). 167 (1996)
• [Publications] T. Watanabe, et al.: "A Modification Method of Stimulation Patterns for FES Control" Proc. 1st Ann. Conf. Inf. FES Soc.44 (1996)
• [Publications] 黒沢健至,他: "FESにおける刺激パターン修正方式に関する検討" 医用電子と生体工学. 34(2). 1-8 (1996)
• [Publications] 野澤,庸之,他: "FESシミュレータのための筋・腱モデルの検討-リクルートメント特性を考慮したモデル化のための基礎実験-" 第5回日本FES研究会・学術講演会予稿集. 18 (1996)
• [Publications] 中谷裕教,他: "FESにおける求心性神経情報を用いた閉ループ制御の基礎的検討" 第5回日本FES研究会・学術講演会予稿集. 17 (1996)
• [Publications] G. Eom, et al.: "FES Simulator for Restoring Motor Functions of SCI Patients - A Basic System Using a Simplified Musculoskeletol Model-" 7th Korea - Japan FES Symposium. 9 (1996)
• [Publications] T. Watanabe, et al.: "A Stimulus Frequency - Controlled Muscle Model for FES Simulator" Proc. 18th Ann. Int. Conf. IEEE Eng. Med. and Biol. Soc.2, 8, 1-10 (1996)
• [Publications] T. Watanabe, et al.: "Basic Studies on FES Simulator : Stimulus Frequency Control of Muscle Model" 7th Korea - Japan FES Symposium. 8 (1996)
• [Publications] 嚴光文,他: "麻痺者の運動機能再建のためのFESシミュレーター簡略化した筋・骨格モデルを用いた基本システムの検討-" 第11回生体・生理工学シンポジウム論文集. 17-20 (1996)
• [Publications] 渡辺高志,他: "FESシミュレータへの適用を考慮した筋・腱モデルの検討" 第11回生体・生理工学シンポジウム論文集. 13-16 (1996)
• [Publications] 西澤正毅,他: "FESによる尿失禁防止のための長時間制御に関する基礎的検討" 第30回日本FEM学会東北支部大会講演論文集. 11 (1996)
• [Publications] 西澤正毅,他: "FESによる尿失禁防止のための刺激方式に関する基礎検討" 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). 96(印刷中). (1997)