JPS59160455A - Apparatus for restoring paralyzed upper arm function of heavy limb paralyzed patient by upper motion nerve obstacle - Google Patents

Apparatus for restoring paralyzed upper arm function of heavy limb paralyzed patient by upper motion nerve obstacle

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JPS59160455A
JPS59160455A JP58035110A JP3511083A JPS59160455A JP S59160455 A JPS59160455 A JP S59160455A JP 58035110 A JP58035110 A JP 58035110A JP 3511083 A JP3511083 A JP 3511083A JP S59160455 A JPS59160455 A JP S59160455A
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Japan
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function
stimulation
paralyzed
upper limb
voluntary
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JP58035110A
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康延 半田
中土 幸男
八木 了
杉本 良洋
繁 小松
星宮 望
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 従来1重度四肢麻痺患者においては、セルフケアが全く
不可能であり、かつ現有の装具や手術的機能再建法も適
応が極めて困難で、はぼ、24’時間完全な介助を必要
とするという問題があったO この出願の発明は、上記の問題を解決する目的としてな
されたものであり1重度四肢麻痺患者の麻痺上肢の機能
を再建するために、筋電図。
[Detailed Description of the Invention] Previously, self-care was completely impossible for patients with severe quadriplegia, and it was extremely difficult to apply existing braces and surgical functional reconstruction methods, and it was difficult to provide complete 24-hour assistance. The invention of this application was made for the purpose of solving the above-mentioned problems.

脳昶、あご・肩・首の機械的変位および音声などの随”
量的生体信号を動作命令信号源とし、上肢、各部にとり
つけたセンサーからの信号を直接あるいは感覚代行装置
を介してフィードバックさせ、それらを統合処理し、直
接あるいはテレメーター装置を介して神経近傍に埋込ま
れた電極にプログラムされた電気的な刺激出力を与え。
encephalopathy, mechanical displacement of the jaw, shoulders, neck, and speech, etc.”
Quantitative biological signals are used as a motion command signal source, and signals from sensors attached to the upper limbs and other parts are fed back directly or via a sensory substitution device, integrated and processed, and sent directly or via a telemeter device to the vicinity of the nerves. Provides programmed electrical stimulation output to implanted electrodes.

それによって引き起こされた筋収縮で患者の意図する上
肢の協調動作を実行する装置を提供するものである。
The purpose of the present invention is to provide a device that executes the patient's intended coordinated movement of the upper limbs using muscle contractions caused by this.

この出願の発明について、実施例に基づいて詳細に説明
する。
The invention of this application will be described in detail based on examples.

第1図は発明全体の構成図であり、特許請求範囲(1)
−(8)の各装置すべてそなえた場合を示す。
Figure 1 is a block diagram of the entire invention, and claims (1)
- Shows the case where all the devices in (8) are provided.

すなわち、麻痺した手指、肘、肩の動作命令として、顔
面の前頭筋や咬筋の表面筋電図1首や肩(僧帽筋が健存
しているもので肩後方および上方への動きが可能]の変
位、あるいは、脳波などの多チヤンネルの随意的生体信
号を2種々の外乱や雑音の存在下でも誤動作することな
く検出する生体信号検出装置1vcよって検出し。
In other words, as movement commands for paralyzed fingers, elbows, and shoulders, surface electromyograms of the frontalis and masseter muscles of the face (1) of the neck and shoulders (in those with healthy trapezius muscles, shoulders can move backwards and upwards) ] or multi-channel voluntary biosignals such as brain waves are detected by a biosignal detection device 1vc that detects the displacement without malfunctioning even in the presence of various disturbances and noises.

上肢の協調動作の制御に必要な情報を多元信号処理装置
2に与える役割を持つ。具体的実施様態としては1例え
ば、筋電図に、多極表面電極で誘導し、低雑音高弁別比
差動増巾器で増巾後。
It has the role of providing the multi-dimensional signal processing device 2 with information necessary for controlling the coordinated movements of the upper limbs. As a specific embodiment, for example, an electromyogram is induced using a multipolar surface electrode, and after being amplified using a low noise and high discrimination ratio differential amplification device.

半波整流しその時間平均をとることによって制御信号と
する。首や肩の動きは、胸郭呼吸ピックアップ用ゴム管
の伸縮、あるいはカーボンファイバーの伸縮によって生
じる電気抵抗の変化を直流ブリッジ回路と高域通過濾波
器、あるいは交流ブリッジ回路にて検出する。すなわち
A control signal is obtained by half-wave rectification and taking the time average. Movements of the neck and shoulders are detected by a DC bridge circuit and a high-pass filter, or by an AC bridge circuit, using a DC bridge circuit and a high-pass filter, or an AC bridge circuit to detect changes in electrical resistance caused by the expansion and contraction of the rubber tube for thoracic respiratory pickup or the expansion and contraction of carbon fiber. Namely.

対象となる重度四肢麻痺患者では1首およびそれより上
部の運動は完全に正常で、肩の運動は後方および上方に
限って可能であるので、それらの限られた残存機能を可
能な限り利用し、上肢の制御信号とするため考案された
ものであも図1の刺激波形発生装置3は、多元信号処理
装置2の処理結果にもとづき、随意的な上肢運動を発現
させるに必要な神経・筋系を電気的に刺激する多チヤン
ネル刺激パルス列発生装置であ名。具体的な実施様態と
しては、マイクロコンピュータのプログラムによって作
成した波形全り/Aコンバータおよびデマルチプレクサ
を介してアナログの負極性電流パルス列あるいは負極性
電圧パルス列を得る。典型的な波形はパルス幅Q、l 
ms ecで、くり返し周波数/j−2θl−1gのパ
ルス列で、滑らかな筋収縮を得るため、パルス電流ある
いは電圧の振幅を制御信号(随意的生体信号ンによって
変調する方式をとっている。
In patients with severe quadriplegia, the movements of the neck and upper parts of the neck are completely normal, and the shoulders can only move backwards and upwards, so these limited remaining functions should be utilized as much as possible. The stimulation waveform generator 3 shown in FIG. It is famous for its multi-channel stimulation pulse train generator that electrically stimulates the system. In a specific embodiment, an analog negative polarity current pulse train or negative polarity voltage pulse train is obtained through a full waveform/A converter and a demultiplexer created by a microcomputer program. A typical waveform has a pulse width Q, l
In order to obtain smooth muscle contraction using a pulse train with a repetition rate of /j-2θl-1g at msec, a method is adopted in which the amplitude of the pulse current or voltage is modulated by a control signal (optional biological signal).

本発明は2図1の生体信号検出装置1.多元信号処理装
置2.および刺激波形発生装置3により最低限のシステ
ムを構成することが出来もしかし2重度四肢麻痺患者で
随意的動作が可能なのは肩の一部・首・顔面・頭部だけ
であり。
The present invention is based on two biological signal detection apparatuses shown in FIG. Multi-dimensional signal processing device 2. Although it is possible to construct a minimum system using the stimulation waveform generator 3 and the stimulation waveform generator 3, voluntary movements in patients with severe quadriplegia are only possible in part of the shoulders, neck, face, and head.

それらの動作がもたらす情報量には限界があり。There is a limit to the amount of information these movements can provide.

上肢の協調動作を最適に制御するVCは不充分である。VC is insufficient to optimally control coordinated movements of the upper limbs.

これに対し、これらの患者の大多数は。In contrast, the majority of these patients.

言語の発生・聴取に何ら問題を有していないことが多く
、大量の高速情報伝達手段である音声を2手・肘・肩な
どから得られる随意的生体信号と併用することが極めて
重要である。
Many patients do not have any problems with speech generation or hearing, and it is extremely important to use voice, which is a means of transmitting large amounts of high-speed information, in conjunction with voluntary biological signals obtained from the hands, elbows, shoulders, etc. .

比較的簡単な実施様態により音声認識装置4の動作の役
割を説明する。まず手の機能であるが、基本的には、筋
電図あるいは肩・首の機械的変位によって手の開閉を行
うが1把持する対象によって手の把持パターンを音声指
令で選択させる。例えば2手の把持動作の代表例として
key grip (あるいf35ide pi’nc
hともいう:鍵を握るパターン) トgrasp (コ
ツプあるいに棒を持つようなパターン)があり、この二
つの動作によって大体の手の持つ機能を行うことができ
る0この二つの異った把持動作を一つの随意動作(例え
ば肩の上下]だけで行わせるために、2種類の一連の電
気刺激パターン列を作成・登録すると共に、これらを選
択するための2種類の音声を音声認識装置4vC登録し
ておき、それによっていずれか一つの動作を選択できる
ようにするものである。肘、肩いずれにおいても同様の
音声による制御を行いうるものである。この方法は2日
常生活にしばしばくり返し用いられる動作、′例えば食
事動作の如く三次元的にかなり複雑な制御を要する場合
でも、上肢の描く軌跡がほぼ一定の場合[It、基本的
な刺激パターンを音声指令で指定し、それを限られた種
類の随意的生体信号で修正することが出来る。〔特許請
求範囲第2項〕0 本発明の対象となる四肢麻痺患者間には、麻痺の程度1
年令、知能などの種々の個体差があり、使える随意的生
体信号にも差が大きい。そのため、随意的生体信号を誤
って発生させる場合、あるいはあいまいな指令によって
装置が誤動作をおこし本人の意志とは異なる上肢運−が
発現することがある。視覚などによって二のような意図
しない筋の収縮を認知した場合、すみやかに神経・筋系
への電気刺激を停止する必要がある。このような場合i
ce、あらかじめ登録しておく限定した単純な音声を音
声認識装置4で判定した後に1作動中止の指令装置6の
働きにより、多元信号処理装置2の処理を経ないで、刺
激波形発生装置8に割シ込みをかけて停止させることが
出来る〔特許請求範囲第3項〕。
The role of the operation of the speech recognition device 4 will be explained using a relatively simple embodiment. First, regarding hand functions, the hand is basically opened and closed using electromyography or mechanical displacement of the shoulders and neck, but the gripping pattern of the hand is selected by voice command depending on the object to be gripped. For example, a typical example of a two-handed grasping motion is the key grip (or f35ide pi'nc).
There is a ``grasp'' (a pattern similar to holding a tip or a stick), and these two movements allow you to perform most of the hand-holding functions. In order to perform a movement with only one voluntary movement (for example, raising and lowering the shoulder), two types of electric stimulation pattern sequences are created and registered, and two types of voices are used to select them using a voice recognition device 4vC. This method allows users to select one motion by registering the motion.Similar voice control can be performed for both the elbow and shoulder.This method is often used repeatedly in daily life. Even in cases where fairly complex three-dimensional control is required, such as the movement of eating, for example, when the trajectory drawn by the upper limbs is approximately constant [It is possible to specify the basic stimulation pattern with a voice command and control it in a limited manner. [Claim 2] Among the patients with quadriplegia who are the subject of the present invention, the degree of paralysis is 1.
There are various individual differences in age, intelligence, etc., and there are also large differences in the voluntary biological signals that can be used. Therefore, if a voluntary biological signal is erroneously generated, or if an ambiguous command causes the device to malfunction, an arm movement that is different from the patient's will may occur. If an unintentional muscle contraction like the one in 2 is detected visually, it is necessary to immediately stop electrical stimulation to the nervous and muscular systems. In such a case i
ce, after the voice recognition device 4 judges a limited simple voice registered in advance, the command device 6 stops one operation and sends it to the stimulation waveform generator 8 without going through the processing of the multi-dimensional signal processing device 2. It can be stopped by applying an interrupt [Claim 3].

通常、正常人では、危険から身を守るための防御反応が
上肢に認められる。これには、上肢を伸展して躯幹から
危険を遠ざけようとするものと、逆に上肢を屈曲するこ
とにより上肢への侵害刺激から遠ざかろうとするものが
ある。本発明は、視覚的に危機を察知した際音声によっ
て上記の危機回避動作を行わしめるものであもすなわち
、あらかじめ登録しておく限定した単純な音声を音声認
識装置4で判定した後に・この2種の回避動作を生じさ
せる一連の多チヤンネル刺激パターンを、刺激波形発生
装置8に発生するよう指令する危険回避指令装置6をそ
なえる〔特許請求範囲第≠項〕。
Normally, normal people have defensive reactions in their upper extremities to protect themselves from danger. This includes trying to move the danger away from the trunk by extending the upper limbs, and conversely trying to move away from the noxious stimulus to the upper limbs by flexing the upper limbs. The present invention allows the above-mentioned crisis avoidance operation to be performed by voice when a crisis is visually detected.In other words, after the voice recognition device 4 determines a limited simple voice registered in advance, A hazard avoidance command device 6 is provided which instructs a stimulation waveform generator 8 to generate a series of multi-channel stimulation patterns that cause a seed avoidance motion [Claim No. ≠].

四肢麻痺患者の上肢vCU感党がないので、そのままで
は、上肢を電気的刺激によって動かすことが出来ても、
その制御のためには注意深く目で観測しつづけなければ
ならない。患者にとっても最も重要な情報入力装置であ
る視覚系を全くこの制御のために専用することは好まし
くない。この難点は、高度の感覚代行装置5を用いて感
覚フィードバックを常時行うことvcよって解決される
。本装置の詳細な実施様態を図2に示す。本装置の入力
sl’J 、指の先端2手掌部にとりつけた圧センサ−
、および指1手、肘。
Quadriplegic patients do not have upper limb vCU sensitivity, so even if they can move their upper limbs with electrical stimulation,
In order to control it, we must continue to carefully observe it visually. It is not desirable to completely dedicate the visual system, which is the most important information input device for the patient, for this control. This difficulty is solved by providing constant sensory feedback using an advanced sensory substitution device 5. A detailed embodiment of the device is shown in FIG. The input sl'J of this device is the pressure sensor attached to the tip of the finger and the palm of the hand.
, and one finger, elbow.

肩の各関節につけた変位センサーであり、それらの信号
ハ、トランスジューサー用増幅器10で増幅後、信号処
理装置11で処理され、圧電気素子制御装置12VC送
られ、演算処理後圧電素子に対する制御信号を発生せし
める。圧電素子アレイ18は、知覚麻痺のない肩や首に
貼付けられ、圧電素子制御装置12より送られてくる制
御電圧により、振動感覚を上肢の代行感覚として貼付部
の皮l#に与える〔特許請求範囲第5項〕。
These are displacement sensors attached to each joint of the shoulder, and their signals are amplified by a transducer amplifier 10, processed by a signal processing device 11, and sent to a piezoelectric element control device 12VC, and after arithmetic processing, a control signal for the piezoelectric element is generated. to occur. The piezoelectric element array 18 is attached to the shoulder or neck where there is no sensory paralysis, and by means of a control voltage sent from the piezoelectric element control device 12, a vibration sensation is applied to the skin l# of the attachment part as a substitute sensation for the upper limbs. Range Item 5].

神経・筋系を電気刺激するのに刺激電極を皮下に埋込む
。申請人らが臨床的にも使用している刺激電極に、テフ
ロンコーティングしたステンレス線(直径jOμmの線
を撚った線で、全直径約0.2 、、、 ) ’ffi
ffミコイルたものであるが。
Stimulation electrodes are implanted subcutaneously to electrically stimulate the nervous and muscular systems. The stimulation electrodes used clinically by the applicants include Teflon-coated stainless steel wires (stranded wires with a diameter of jOμm, total diameter of approximately 0.2 mm).
Although it was ff Mikoil.

これを目的とする神経近傍に埋込み、刺激電流あるいは
刺激電圧全印加する。刺激振幅、頻度によって収縮力が
変えられる。しかし、長期的に連続的に刺激していると
、電極と生体組織の界面の電気化学的または組織学的変
化、筋の疲労あるいは′it極−神経間の距離の変化な
どにより収縮力が低下することがある。また逆に、あ′
1.9使っていなかった筋が電気的刺激による適度な訓
練によって次第に収縮力が増大することがある。このよ
うな局所的な変化によっても筋の収縮力の効果に大きな
変化がないようにするため、生体組織・電極間特性補正
装置7を用いる。基本的には、刺激中の筋力や各関節の
変位量を上肢にとりつけた圧や、変位の変換器で検知し
、刺激電極の移動、筋の疲労、神経や筋の閾値の変化な
どの微小な変化を自動的に補償し。
For this purpose, it is implanted near the target nerve and the entire stimulation current or stimulation voltage is applied. The contraction force can be changed depending on the stimulation amplitude and frequency. However, when stimulated continuously over a long period of time, the contractile force decreases due to electrochemical or histological changes at the interface between the electrode and living tissue, muscle fatigue, or changes in the distance between the 'it pole and the nerve. There are things to do. On the other hand, a'
1.9 The contractile force of unused muscles may gradually increase through moderate training using electrical stimulation. In order to prevent such local changes from causing large changes in the effect of muscle contraction force, a biological tissue/electrode characteristic correction device 7 is used. Basically, the muscle force and displacement of each joint during stimulation are detected by pressure attached to the upper limb and a displacement transducer, and minute changes such as movement of the stimulation electrode, muscle fatigue, and changes in nerve and muscle thresholds are detected. automatically compensates for changes.

刺激による筋力を常に基準値に保つよう多元信号処理装
置2ヘフイ一ドバツク信号を送るものである〔特許請求
範囲第6項〕。
A back signal is sent to the multi-dimensional signal processing device 2 so that the muscle strength caused by stimulation is always kept at a reference value [Claim 6].

神経・筋系を電気刺激す、る電極は皮下へ埋込ま孔る。Electrodes are implanted under the skin to electrically stimulate the nervous and muscular systems.

これと外部の装置との間を有線によって電気的に接続す
ることt出来るが、感染の恐れも全くないわけではない
ので、無線によって皮膚を介して信号の電力を伝送する
ことが望ましい。また、巧緻な制御をしようとするに従
って刺激電極の数(チャンネル)が増加する。この多数
のチャンネル間の結合や相互干渉を防止するためには各
チャンネルを電気的に絶縁する必要がある。アイソレー
ション兼テレメータ装置8は、この役割をはだす装置で
、無線周波の電磁波あるいは超音波で皮膚の内外の機器
が結合される〔特許請求範囲第7項〕。
Although it is possible to electrically connect this to an external device by wire, there is a risk of infection, so it is desirable to transmit the signal power wirelessly through the skin. Furthermore, the number of stimulating electrodes (channels) increases as more precise control is attempted. In order to prevent coupling and mutual interference between this large number of channels, it is necessary to electrically insulate each channel. The isolation/telemeter device 8 is a device that performs this role, and connects devices inside and outside the skin using radio frequency electromagnetic waves or ultrasonic waves [Claim 7].

図1の随意的生体信号検出装置1と音声認識装置4への
入力により基本的には、四肢麻痺患者の意志に従って対
象物の把持およびそれを発展させた食事などが可能にな
る。しかし、目前に複数の物品があるときには1%定物
品の指定を、眼球運動の電位変化を導出して信号処理し
眼球の注視点を求めるか、あるいに2図3vc示す如く
前頭部の光ビーム照射装置14からのビームの照射位置
を2次元イメージセンサ−15で検知し、対象物指定・
認識装置9にて演算処理することに′よって行わせる。
The inputs to the voluntary biosignal detection device 1 and voice recognition device 4 shown in FIG. 1 basically enable the quadriplegic patient to grasp objects and eat based on the grasping of the objects according to his or her will. However, when there are multiple objects in front of you, it is recommended to specify the 1% constant object by deriving the potential change of eye movement and processing the signal to determine the eye gaze point, or alternatively, as shown in Figure 2, Figure 3vc, the frontal area The irradiation position of the beam from the light beam irradiation device 14 is detected by the two-dimensional image sensor 15, and the target is designated and
The recognition device 9 performs arithmetic processing.

この対象物指定・認識装置t 9 vs、随意的生体信
号による単純な動作命令で、指定された対象物に手を近
づけるという上肢動作の制御4’に実行させるものであ
る〔特許請求範囲第g項〕。
This object designation/recognition device t 9 vs. causes the upper limb movement control 4' to move the hand closer to the specified object with a simple movement command based on a voluntary biological signal [Claim No. g] section].

図表1に5本発明を用いて麻痺上肢を制御した例を示す
。この図は、肩僧帽筋の筋電図を手の把握指令信号とし
た場合の刺激出力と把持力を示したものである。肩の力
の増減によって筋電図の振巾および周波数が変化するが
、それに応じて刺激出力の振幅が増減し、この刺激出力
の振1コに比例して手の握力が変化している。したがっ
て2本発明により、容易に麻痺した上肢機能を再建する
ことができることがわかる。
Figure 1 shows an example of controlling a paralyzed upper limb using the present invention. This figure shows the stimulation output and grasping force when the electromyogram of the trapezius muscle of the shoulder is used as a hand grasping command signal. The amplitude and frequency of the electromyogram change as the shoulder force increases and decreases, and the amplitude of the stimulation output increases and decreases accordingly, and the grip strength of the hand changes in proportion to the amplitude of the stimulation output. Therefore, it can be seen that by the present invention, paralyzed upper limb function can be easily reconstructed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は麻痺した上肢を機能的電気刺激により機能再建
する本発明全体の構成図を示す。第2図は感覚代行装置
の詳細な実施様態を説明するものである。第8図は、光
ビームによる対象物指定認識装置の詳細な実施様態を説
明するものである。 肉 表   1 1秒 第1頁の続き ■出 願 人 星宮望 、札幌市中央区宮の森3条10丁目 36宮の森住宅403−11 手続補正書(自発) 昭和党年9月22日 特許庁長官若杉和夫 殿 /、事件の表示  昭和jr年特許願第33;110号
2、発明の名称  上位運動神経障害による重度四肢麻
痺患者の麻痺した上肢機能を再建する装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所話所) 松本市蟻ケ崎3丁目7番弘号弘代理人 住 所(居所) 氏 名(名称)                  
O9A              。 乙、補正の対象  明細書・発明の詳細な説明および図
面の簡単な説明 々い。この難点に、高度の感覚代行装置5を用いて感覚
フィードバックを常時行うことによって解決される。本
装置の詳細な実施様態を図2を示す。本装置の入力部は
、指の先端2手掌部にとりつけた圧センサー16.およ
び指2手。 肘、肩の各関節につけた変位センター17であり、それ
らの信号ハ、トランスジューサー用増幅器10で増幅後
、信号処理装置11で処理されて、圧電素子制御装置1
2に送られ、演算処理後圧電素子に対する制御信号を発
生せしめる。 圧電素子アレイ13は、知覚麻痺のない肩や首に貼付け
られ、圧電素子制御装置12より送られてくる制御電圧
により、振動感覚を上肢の代行感覚として貼付部の皮膚
に与える。〔特許請求範囲第5項〕。 神経・筋系を電気刺激するのに刺激電極を皮下に埋込む
。申請人らが臨床的にも使用している刺激電極は、テフ
ロンコーティングしたステンレス線(直径jOμmの線
を撚った線で、全直径約0.2 mm ) fコイル状
にしたものであるが。 −ムの照射位置を2次元イメージセンサ−15で検知し
、対象物指定・認識装置9にで演算処理することによっ
て行わせる。この対象物指定・認識装置9は、随意的生
体信号による単純な動作命令で、指定された対象物に手
を近づけるという上肢動作の制御を実行させるものであ
る〔特許請求範囲第g項〕。 第弘図に2本発明を用いて麻痺上肢を制御した例を示す
。この図は、肩僧帽筋の筋電図を手の把握指令信号とし
た場合の刺激出力と把持力を示したものである。肩の力
の増減によって筋電図の振巾および周波数が変化するが
、それに応じて刺激出力の振幅が増減し、この刺激出力
の振巾に比例して手の握力が変化している。したがって
1本発明により、容易に麻痺した上肢機能を再建するこ
とができることがわかる。 仏 図面の簡単な説明 第1図は麻痺した上肢を機能的電気刺激により機能再建
する本発明全体の構成図を示す。第2図は感覚代行装置
の詳細な実施様態を説明するものである。第3図は、光
ビームによる対象物指定認識装置の詳細な実施様態を説
明するものである。第弘図は本発明による麻痺上肢制御
の効果を説明するものである。 手  続  補  正  書 (方式)%式% Z事件の表示  昭和jg年特許願第33110号λ1
発明の名称  上位運動神経障害による重度四肢麻痺患
者の麻痺した上肢機能を再建する装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所し所)松本市蟻ケ崎3丁目7番弘号久代理人 住所何所) 氏名(名称)              ■よ補正命
令の日付 昭和31年5月l1日乙、補正の対象   
図 面   °゛77補正容   内容に変更なしく口
ω4掃零〇別割の誦今−嘴吟畔グ 第弘図 4 カーf−−−しm− /秒
FIG. 1 shows the overall configuration of the present invention for functionally reconstructing a paralyzed upper limb by functional electrical stimulation. FIG. 2 explains a detailed embodiment of the sensory substitution device. FIG. 8 explains a detailed embodiment of the object designation recognition device using a light beam. Meat Table 1 Continuation of 1 second page 1 ■Applicant Nozomi Hoshimiya, 403-11 Miyanomori Jutaku, 3-10-36 Miyanomori, Chuo-ku, Sapporo Procedural amendment (voluntary) September 22, 1999 Kazuo Wakasugi, Commissioner of the Japan Patent Office /, Indication of the case Showa Jr. Patent Application No. 33;110 2, Title of the Invention Device 3 for reconstructing the paralyzed upper limb function of patients with severe quadriplegia due to upper motor nerve disorder, Relationship with the person making corrections case Patent Applicant's address: 3-7, Arigasaki, Matsumoto City, Hiro No. Hiroshi Agent address (residence) Name:
O9A. B. Subject of amendment: Specification/detailed explanation of the invention and brief explanation of the drawings. This difficulty is solved by providing constant sensory feedback using the advanced sensory substitute device 5. A detailed embodiment of this device is shown in FIG. The input section of this device consists of pressure sensors 16 attached to the tips of the fingers and the palm of the hand. and 2 fingers. These are displacement centers 17 attached to each joint of the elbow and shoulder, and their signals are amplified by the transducer amplifier 10, processed by the signal processing device 11, and sent to the piezoelectric element control device 1.
2, and after arithmetic processing, generates a control signal for the piezoelectric element. The piezoelectric element array 13 is applied to the shoulder or neck without paralysis, and a control voltage sent from the piezoelectric element control device 12 gives a vibration sensation to the skin of the applied part as a substitute sensation for the upper limbs. [Claim 5]. Stimulation electrodes are implanted subcutaneously to electrically stimulate the nervous and muscular systems. The stimulation electrode used clinically by the applicants is a coiled Teflon-coated stainless steel wire (a wire with a diameter of JOμm twisted, total diameter of about 0.2 mm). . - The irradiation position of the beam is detected by the two-dimensional image sensor 15, and the object designation/recognition device 9 performs arithmetic processing. This object designation/recognition device 9 controls the movement of the upper limbs by moving the hand closer to the designated object by a simple movement command based on a voluntary biological signal [claim g]. Figure 2 shows an example of controlling a paralyzed upper limb using the present invention. This figure shows the stimulation output and grasping force when the electromyogram of the trapezius muscle of the shoulder is used as a hand grasping command signal. The amplitude and frequency of the electromyogram change as the shoulder force increases or decreases, and the amplitude of the stimulation output increases or decreases accordingly, and the grip strength of the hand changes in proportion to the amplitude of this stimulation output. Therefore, it can be seen that according to the present invention, paralyzed upper limb function can be easily reconstructed. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows the overall configuration of the present invention for functionally reconstructing a paralyzed upper limb by functional electrical stimulation. FIG. 2 explains a detailed embodiment of the sensory substitution device. FIG. 3 explains a detailed embodiment of the object designation recognition device using a light beam. Figure 1 illustrates the effect of controlling a paralyzed upper limb according to the present invention. Procedure Amendment (Method) % Formula % Indication of Z Case Showa JG Patent Application No. 33110 λ1
Title of the invention Device 3 for reconstructing the paralyzed upper limb function of patients with severe quadriplegia due to upper motor nerve disorder Relationship with the case of the person making the correction Patent applicant address Address: 3-7, Arigasaki, Matsumoto City, Hironohisa, Attorney Name (Name) Date of amendment order May 11, 1955 Subject of amendment
Figure surface °゛77 correction capacity No change in content 口ω4 sweep zero 〇 Separate recitation now - 崴吟畟 G 郎 fig. 4 car f --- and m- / second

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)  重度四肢麻痺患者の麻痺上肢と患者自身の意
志に基づいて制御(以下随意的制御と略す)するため1
機能の残存している筋の筋電図。 肩・首などの機械的変位、眼球運動とそれにともなう電
気的活動、脳波などの生体信号以下随意的生体信号と略
す)によって、あるいはこれらと音声との組合せによっ
て、上肢運動に関与する多数の神経・筋群を、必要な時
間順序と必要な強度で電気的に刺激する装置。 (2)  日常頻繁に無意識的に行われる上肢動作を生
起させるための複数の神経・筋群の一連の刺激パターン
を登録し、単純な音声信号のみで実行させうる機能を付
加する前記特許請求の 範囲第1項記載の装置。 (8)  mつた随意的生体信号や音声による指令。 あるいは誤動作に4つて不必要な刺激出力による意図し
ない筋の収縮を停止させる機能を付加する前記特許請求
範囲第1項記載の装置。 (4) 随意的制御を行っている上肢に熱や刃物などに
よる傷害が発生した場合、あるいはそれらが予見される
場合に、緊急の防御回避動作を行わせる機能を付加する
前記特許請求範囲第1項記載の装置。   ″ (5)  四肢麻痺患者0指1手掌部、肘に設置する圧
力と変位の変換器から得られる複数の信号を処理し2首
・肩などの皮膚の知覚正常領域に設置する振動刺激装置
によって代行感覚を生じさせる感覚フィードバック機能
を付加する前売特許請求範囲第1項記載の装置。 (6)  長期的に使用している間に、刺激電極と生体
組織の界面の特性の変化や、筋の疲労などがあっても、
筋の収縮力の効果が変化することがないように電気的な
刺激条件を適応的に調節する機能を付加した特許請求範
囲第1項記載の装置。 (7)  神経・筋系へ電気的刺激を加えるために生体
内に埋込まれる複数の電極のそれぞれに皮膚を介して生
体外から刺激のための°信号と電力を伝送する機能と2
体外の環境からそれぞれの埋込電極全電気的に絶縁する
機能とを兼備する前記特許請求範囲第1項記載の装置。 (8)  視野内の複数の物体中から特定の対象物を指
定して手掌をその対象物近傍まで無意識的に移動させう
る機能を付加する前記特許請求範囲第1項に記載の装置
[Claims] (1) To control the paralyzed upper limb of a severely quadriplegic patient based on the patient's own will (hereinafter abbreviated as voluntary control) 1
Electromyogram of muscles with residual function. A large number of nerves involved in upper limb movement are activated by biological signals such as mechanical displacement of the shoulders and neck, eye movements and accompanying electrical activity, and brain waves (hereinafter referred to as voluntary biological signals), or by a combination of these and sound. -A device that electrically stimulates muscle groups in the required time order and with the required intensity. (2) The above-mentioned patent claim adds a function that registers a series of stimulation patterns of a plurality of nerve and muscle groups to generate upper limb movements that are frequently performed unconsciously in daily life, and can be executed using only a simple audio signal. The device according to scope 1. (8) Commands using voluntary biological signals or voice. Alternatively, the device according to claim 1 has an additional function of stopping unintended muscle contraction due to unnecessary stimulation output in case of malfunction. (4) Claim 1 adds a function to perform an emergency defensive/evasive action when an injury caused by heat or a knife occurs to the upper limb under voluntary control, or when such injury is foreseen. Apparatus described in section. (5) A patient with quadriplegia processes multiple signals obtained from pressure and displacement transducers placed on the fingers, palms, and elbows, and uses a vibration stimulation device placed on areas of normal skin sensation such as the neck and shoulders. The device according to Claim 1 of the Advance Patent Claim which adds a sensory feedback function that produces a vicarious sensation. (6) During long-term use, the characteristics of the interface between the stimulation electrode and the living tissue change, and the Even if you are tired,
2. The device according to claim 1, further comprising a function of adaptively adjusting electrical stimulation conditions so that the effect of muscle contraction force does not change. (7) A function to transmit signals and power for stimulation from outside the body through the skin to each of multiple electrodes implanted in the body to apply electrical stimulation to the nervous and muscular systems;
2. The device according to claim 1, which also has the function of electrically insulating each implanted electrode from the extracorporeal environment. (8) The device according to claim 1, which has a function of specifying a specific object from among a plurality of objects within the visual field and unconsciously moving the palm of the hand to the vicinity of the object.
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