Equilibrium control by the electrical stimulation -New approach for bilateral vestibular disorder and fall

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K09858
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: 牛尾 宗貴 東邦大学, 医学部, 講師 (70361483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 光也 東邦大学, 医学部, 教授 (50302724)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 平衡障害 / 転倒 / 電気刺激 / ガルバニック刺激 / GBST

Outline of Annual Research Achievements

1．蓄積されたデータを解析して相違点を抽出：すでに蓄積されている健常者、一側・両側末梢前庭機能高度低下症例、中枢障害症例例の平衡機能と重心動揺計と同時に行った足底、モーションキャプチャーを用いた体平衡3D解析の結果を解析した。重心が動揺する際、健常者と末梢前庭機能高度低下症例では、足底圧の変化と重心動揺が生じるタイミングが異なることが明らかになった。
2．静的条件下での平衡コントロール：静的条件下（重心動揺計と足底圧計の上に両脚起立）で健常者、一側または両側末梢前庭機能高度低下症例、中枢障害症例の平衡機能 （冷温交互刺激による温度刺激を含む電気眼振計、前庭誘発筋電位、定量的head impulse test）と体平衡3D解析、足底圧測定を行う。健常者については各種検査が終了している。さらに、8チャンネルの電気刺激装置を用いて健常者の左右の側頭部と耳前部、耳後部、下肢を電気刺激し、一側末梢前庭機能高度低下症例の体平衡、足底圧の再現を健常者で試みた。また、閉眼起立時にふらつかせ、頭部に装着した加速度計からの情報を演算して電気刺激としてフィードバックさせるプログラムを作成した。さらに、電気刺激の波形を複数作成して、より早期に姿勢を正常化できる条件を探った。
3．動的条件下での平衡コントロール：さらに研究が遅れている。
4．次年度には、より理想的な電気刺激を行うためのプログラムの修正と、刺激器の改造、非常に遅れている動的条件下での平衡コントロールを推進するために予算を使用する予定である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

1．蓄積されたデータを解析して相違点を抽出：すでに蓄積されている健常者113例、一側・両側末梢前庭機能高度低下症例、中枢障害症例の平衡機能と重心動揺計と同時に行った足底、モーションキャプチャーを用いた体平衡3D解析の結果を解析した。論文作成中であるが、執筆作業が当初の予定より遅れている。
2．静的条件下での平衡コントロール：静的条件下（重心動揺計と足底圧計の上に両脚起立）で健常者、一側または両側末梢前庭機能高度低下症例、中枢障害症例の平衡機能（冷温交互刺激による温度刺激を含む電気眼振計、前庭誘発筋電位、定量的head impulse test）と体平衡3D解析、足底圧測定を行った。健常者については各種検査が終了している。さらに、8チャンネルの電気刺激装置を用いて健常者の左右の側頭部と耳前部、耳後部、下肢を電気刺激し、一側末梢前庭機能高度低下症例の体平衡、足底圧の再現を健常者で試みた。また、閉眼起立時にふらつかせ、頭部に装着した加速度計からの情報を演算して電気刺激としてフィードバックさせるプログラムを作成した。さらに、電気刺激の波形を複数作成して、より早期に姿勢を正常化できる条件を探った。現時点で設定した（体平衡の破綻により生じた）頭部加速度をトリガーとして電気刺激した場合に生じるタイムラグを解消するための波形は、ひとまず見いだした。
3．動的条件下での平衡コントロール：さらに研究が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

1．蓄積されたデータを解析して相違点を抽出：すでに蓄積されている健常者、一側または両側末梢前庭機能高度低下症例、中枢障害症例の平衡機能と重心動揺計と同時に行った足底、モーションキャプチャーを用いた体平衡3D解析の結果の解析。論文作成中であるが、執筆作業が当初の予定より遅れている。できるだけ早期に投稿する。
2．静的条件下での平衡コントロール：静的条件下で健常者、一側・両側末梢前庭機能高度低下症例、中枢障害症例の平衡機能 （冷温交互刺激による温度刺激を含む電気眼振計、前庭誘発筋電位、定量的head impulse test）と体平衡3D解析、足底圧測定を行った。健常者については各種検査が終了している。さらに、8チャンネルの電気刺激装置を用いて健常者の左右の側頭部と耳前部、耳後部、下肢を電気刺激し、一側末梢前庭機能高度低下症例の体平衡、足底圧の再現を健常者で行っているが、予定の対象数には達していない。また、閉眼起立時にふらつかせ、頭部に装着した加速度計からの情報を演算して電気刺激としてフィードバックさせるプログラムを作成する。さらに、電気刺激の波形を複数作成して、より早期に姿勢を正常化できる条件を探る。現時点で設定した（体平衡の破綻により生じた）頭部加速度をトリガーとして電気刺激した場合、最短でも１秒程度のタイムラグが生じる。このタイムラグを解消するための波形をひとまず見いだしたが、さらに良好な条件となる波形を探る。現在はふらついた後に電流負荷しているが、より生理的な条件とするべく、常に微弱な電流を流し、平衡を破綻させた直後に電流を変化させる。また、刺激する電流として矩形はまたは台形波を用いていたが、パルスを用いるなど試みている。
3．動的条件下での平衡コントロール：静的条件下での刺激条件を確定し、動的条件での平衡コントロールも開始する。

Causes of Carryover

本研究はヒト（健常者ならびに平衡障害患者）を対象として行うものであるが、新型コロナ感染拡大などにより、通常診療以外でヒトを対象として検査などを行うことが困難となったのが、研究の遅れが生じている一因である。歩行や走行など、日常生活の多くの時間は動的条件下にあるが、動的条件は平衡障害をより顕著にする。動的条件下（体平衡3D解析用CCDカメラで撮影できる位置で足踏み）で対象者に検査と電気刺激を行う。これにより、動的条件下で平衡障害を有する症例の頭部と体幹で動揺している部位と程度を健常者と同等にできる電気刺激条件を追求し、動的条件下でリアルタイムかつ持的に平衡をコントロールできる電 刺激の条件を明らかにする。次年度には、より理想的な電気刺激を行うためのプログラムの修正と、刺激器の改造、非常に遅れている動的条件下での平衡コントロールを推進するために予算を使用する予定である。