神経・筋系の電子的外的制御

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452444
• 研究種目: 一般研究(B)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 星宮 望 東北大学, 工学部, 教授 (50005394)
• 研究分担者: 半田 康延 東北大学, 大学院・医学系研究科, 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)
• キーワード: 機能的電気刺激 / FES / 生体電子工学 / 神経筋骨格系 / 運動機能再建

研究概要

1.機能的電気刺激(FES)における神経筋骨格系のモデル化を進める上で必要となる知見を得るために、電気刺激による系の応答特性(非線形性、時変性等)を動物実験を通して計測した。特に、臨床的に重要であるにもかかわらず、従来ほとんど解析されてこなかった拮抗筋同時刺激時の系の応答について定量的に評価した。そして、その発生機序として脊髄反射系の関与について検討し、簡略化した反射系で実験結果をある程度説明可能であることを明らかにした。
2.目的とする運動機能を生起する刺激パターンを生成するために、健常被験者の動作中の筋活動電位の解析を行い、この結果を用いて実際に動作再建を行った。また、生体は一般に時変性を有することから、刺激パターンを容易に適合することのできる修正方式を考案した。そして、試作システムを用いた実験から、操作者の意図した通りに刺激パターンの修正が行えることを明らかにした。
3.FESシステムの操作性向上を目的として、制御命令を得るためのマン・マシン・インタフェースの検討を行った。ここでは特に拘束条件の厳しい頚髄損傷四肢麻痺者を想定して、頭部の残存機能に着目した。後耳介筋の筋活動電位を制御命令として用いる場合の、動作の獲得法、外乱の影響、信号の応答特性について評価し、本手法の実現可能性を確認した。また、舌の動きを頬部皮膚上から計測する方式についても検討を加え、試作システムにより評価を行った。

研究成果

• [文献書誌] 星宮 望・他: "機能的電気刺激による運動の制御" 計測と制御. 33. 310-315 (1994)
• [文献書誌] 大庭茂男・他: "FES用経皮的埋め込み電極の評価法" 医用電子と生体工学. 32(特). 191- (1994)
• [文献書誌] 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自由度での実験" 医用電子と生体工学. 32(特). 217- (1994)
• [文献書誌] 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). 218- (1994)
• [文献書誌] 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). 219- (1994)
• [文献書誌] 安井 正・他: "準台形波刺激による神経興奮の伝導ブロックに関する基礎的検討" 医用電子と生体工学. 32. 91-96 (1994)
• [文献書誌] 真狩 弘夫・他: "機能的電気刺激(FES)システムの制御命令としての耳介動作の検討" 医用電子と生体工学. 32. 121-128 (1994)
• [文献書誌] 黒沢 健至・他: "刺激パターン修正機能を有する機能的電気刺激(FES)システムの基礎的検討" 第9回リハ工学カンファレンス講演論文集. 315-318 (1994)
• [文献書誌] 山下 直孝・他: "FES立体保持中の膝関節制御のための膝蓋靱帯緊張度の利用" 医用電子と生体工学. 32. 212-218 (1994)
• [文献書誌] 村上 肇・他: "機能的電気刺激(FES)による体幹制御のための刺激パターン生成に関する基礎的検討" 医用電子と生体工学. 32(秋特). 124- (1994)
• [文献書誌] 村上 肇・他: "既知の刺激パターンからの補間に基づく機能的電気刺激(FES)による運動機能再建に関する基礎的検討" 第15回バイオメカニズム学術講演会予稿集. 69-72 (1994)
• [文献書誌] T.Watanabe et al.: "A Basic Study on Simultaneous Stimulation to the Antagonistic Muscle Pair by FES." Proc.IEEE/EMBS. 16. 440-441 (1994)
• [文献書誌] 渡辺高志・他: "機能的電気刺激(FES)における拮抗筋同時刺激に関する基礎的検討" 電気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). 94. 89-96 (1994)
• [文献書誌] 星宮 望: "機能的電気刺激による神経・筋系制御に関する研究の展開" 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). 94. 121-128 (1994)
• [文献書誌] 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4報.2自由度運動での試作システムの評価" 第9回生体・生理シンポジウム論文集. 83-86 (1994)
• [文献書誌] 半田 康延: "FESの最近の進歩" 臨床整形外科. 30. 155-162 (1995)
• [文献書誌] 亀山順一・他: "FESによる上肢の運動制御" 臨床整形外科. 30. 173-181 (1995)
• [文献書誌] 星宮 望: "FES機器の将来展望" 臨床整形外科. 30. 193-196 (1995)