福祉機器の随意的直接制御のためのヒト体内神経・筋活動電位計測システム

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63850081
• 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 勉 東北大学, 医学部, 助手 (30208699) ; 市江 雅芳 東北大学, 医学部, 助教授 (20193427) ; 半田 康延 東北大学, 医学部, 教授 (00111790) ; 村上 肇 東北大学, 工学部, 助手 (80219899) ; 二見 亮弘 東北大学, 工学部, 助手 (20156938)
• キーワード: 機能的電気刺激 / 多重撚線電極 / 低雑音電極 / 神経インパルス導出 / 生体親和性 / 皮膚貫通端子 / 結晶化ガラス / ステンレススチ-ル

研究概要

交通事故、転落などにより脊髄損傷が生じ、四股の機能を喪失することがある。これら四股の運動機能を回復・再建させる手段として、末梢の変性していない個々の神経・筋系を外部から刺激し制御する「機能的電気刺激(FES)」を導入することにより、簡単な随意的手作業をさせうるが、このような患者一般に(とくに四肢麻痺患者では肩より下位への運動指令が伝達されないために)本人の随意的な制御信号を検出することに大きな問題があり、高機能化を著しく制限している。この難点を解決するために、随意的制御のための信号源としての皮下の神経・筋系の活動電位を長時間安定に取得する「電極〜皮膚貫通端子〜前置増幅器系」を開発することが最終目的であり、本年度は、以下の成果を得た。
(1)昨年度確立した低雑音電極の設計論にしたがい、許容し得る範囲の雑音レベルで、より細くて生体への侵襲が少ない電極として、【○!1】25μmφ×7本(外径75μm)【○!2】15μmφ×7本(外径13μm)、【○!3】15μmφ×7本(外径45μm)を新たに設計・試作した。
(2)上記の電極について、インピ-ダンスと雑音の測定を行った。その結果、25μmφ×7本、(外径75μm)が、実際に用いる時に有利であることが推定された。
(3)皮膚貫通端子用のスキンボタンの構成材料はCaO-P_2O_5-SiO_2(CPS)系、MgO-Al_2O_3-SiO_2系(MAS)、CaO-P_2O_5-SiO_2Al_2O_3(CPSA)結晶化ガラスと補強剤としてのSiCウィスカ-で構成されている。このスキンボタンを家兎に長期的に埋め込む実験を行ったが特に問題はなかった。定量的な報告を行うまでには、もうすこし時間を必要とする。
(4)動物実験、あるいは、ヒトにおける測定は、平成2年度以降も継続的に研究し、早急に臨床応用へ具体化したい。

研究成果

• [文献書誌] 星宮望,半田康延,二宮亮弘ほか2名: "ヒト体内の筋・神経活動電位による機能的電気刺激(FES)の直接制御のための基礎研究-ステンレススチ-ル多重撚線電極の雑音特性-" 第28回日本ME学会大会,3-E-57. 479 (1989)
• [文献書誌] Y.Handa,N.Hoshimiya et.al: "Development of Percutaneous Intramuscular Electrode for Multichannel FES System" IEEE Trans.Biomed.Eng.36. 705-710 (1989)
• [文献書誌] N.Hoshimiya and Y.Handa: "Multi-channel FES System and Supporting Devices for Restoration of Paralyzed Extremity Functions" 2nd IFMBE Pan-Pacific Symposium(Melbourne). 94-95 (1989)
• [文献書誌] 星宮望,半田康延ほか3名: "ヒト体内神経・筋系とのインタ-フェ-シングデバイス-電極と皮膚貫通端子-" 信学技報,MEとバイオサイバネティクス. MBE89. (1990)
• [文献書誌] N.Hoshimiya,S.Ohba,Y.Handa and T.Oda: "Low Noise Electrode for Biological Signal Detection -For Direct Voluntary Control of the FES System-" 11th International Symposium on Biotelemetry. (1990)
• [文献書誌] 半田康延,半田勉,星宮望,井口泰孝: "機能的電気刺激のための極神経皮的埋込み電極の開発とその臨床応用" 日本パラプレジア医学会雑誌2(1). 108-109 (1989)
• [文献書誌] 星宮望: "生体工学" 昭晃堂, 208 (1990)