運動介助型電気刺激装置の開発と脳卒中片麻痺患者への使用経験

理学 療 法 学

　

第

31

巻 第1号

　

29

〜

35頁 〔

2004

年 〕

報 　

告

運

動

介 助 型 電気 刺 激 装 置

の

_開

_{発 と脳}

卒

中片 麻 痺 患 者

へ

_の

使

用

経 験

＊

村 岡 慶

裕

1）

　

鈴

木

里

砂

2 ）



島 岡 秀

奉

2）

藤 原 俊

之

3）

　

石 原

　

勉

2）

　

内

田

成 男

2

） 要

旨

　

脳 卒 中

患

者

の

麻 痺 肢

の運

動 機 能 改 善

を 目

的

と して

，

随 意 運 動 介 助 型 電

気 刺 激 装 置 （

EMG

−

TES

）

を

開発

し

，

従 来

の

治療

的 電

気 刺激

（

Passive

−TES

：

p

−TES

） と

臨床 治療 効 果

を 比

較

し た

．

　

EMG −TES

は，

　

・

_対

_の

_刺

激 電極

か ら

刺 激

と

同 時

に随 意 筋 電 を検 出 で き る 装 置 で あ り

，

検 出

した

随 意 筋 電

に比

例

し た

強

度

の電

気 刺 激

を

与 え

る

。

ま た

，

随 意筋 電

の

検 出 さ

れてい

_な

い

_時

は

，

閾値

下

刺 激

を

与

え

，

随 意 収 縮 を促 通 す

る。

脳 卒 中

患

者

10

名 （

SIAS

　

foot

　

_pat

　score　

2

−3

の

症 例 ） を対 象

に

，

　

_p

−

TES

群

5

名

と

EMG −TES

群

5

名

に

無 作 為

に

分 け

，

足 関 節 背 屈

運

動

の

_{治 療}

を

15

分 間 行っ た

．

その

結

果

，

p

−

TES

群

と 比

較

して

，

　

EMG

−

TES

群で有 意 な 背 屈 力

の

増 加

と

自動

ROM

範 囲

の

増 加 傾 向

を

認

め た

。

キ

ー

ワ

ー

ド

　

TES ，

随 意

運

動 介助

，

脳 卒 中

は じ

め

に

　

脳 卒 中 片 麻 痺 患 者

の

麻 痺 肢

に

対

し て は，

痙 性

の

抑 制

，

随 意

運

動

の

促 通

，

筋 萎 縮

の

予 防

，

筋 力 増

強 な ど を 目 的 と し て 治

療

的 電 気 刺 激

〔

Therapeutic

　electrical　stirrlula

−

tion ：以 下

TES

） が

行

わ れ て お

り

，

そ

の

有 用 性

につ い て

も多 く報 告

1

−

9）さ れてい る

／

t その メカニ ズ ムも 次 第 に 明 ら か に さ れ tO）

，

脊 髄

レベ ル 11　T［　／

，

_，

あ

るいは

，

大

脳

運

動 野

14

−

tG）に 可 塑 性 が も た ら さ れ る口_∫

_{能 性}

_が

_{示 唆}

_され て い る。

最 近

で は

，

関節 角 度

】7月8、 や

筋

活 動 竃

位

19） の

変 化

を

ト リガ

ー

と

し

て

電気 刺 激 装 置

に

切 り替

わ り

，

予 め プロ グラ ム さ れ た 電

気 刺激 を筋 電 検 出電 極

な ど か ら

与

える こ と で

，

随

意

収

縮 運

動 も

Ilrl

時

に

行 う手 法

が

試

み

られ

，

電 気

刺 激 単 独 装 置

よ

り

も

有

意 な

改 善

が 認 め ら れ た20

−

23）とい

う報 告

が あ る

。

更

に

，

ト

リガ

ー

型 電気 刺 激 装 置

では

，

随

意 収 縮

の

認

め ら れ ない

患 者

は

学 習

が

不可 能

で

あ

る とい

う

問題 点

を

鑑

み

，

筋 収

縮の

閾

値 ドの電 気

刺 激 を与 え

て

随 意

＊

　Devcloprnent　of 乱P〔〕wcr

一

八ssisled 　

Electrical

　

Stlmtltator

　 and 　Its

　

Ctinicat

　ApPli〔：a 亡i〔，11　t

’

ol

’

Patlenしs 　with 　HemipLegia

D

慶 懲 義 塾 大 学 理 r学部生命情報学 科

　 〔著 著 連 絡 先： 〒410

−

3293 静岡県田方郡天 城 湯ヶ島 町 月ヶ瀬380

−

2

　慶 應 義 塾 大 学 月が 瀬 リハ ビリ テ

ー

ショ ン センタ

ー

村 岡慶 裕〕

　Yoshihiro　Muraoka

、

　PhD：　DcpartmenL　of　Biosciellce　＆

　 Infermatics

，

　Keio　I］nii

，

ersiLy

211回 　 月が 瀬リハ ビ リ テ

ー

ショ ンセン_タ

ー

　Risa　Suzukl

，

　PT

，

　Hidcteino　Shlmaoka

、

　PT

，

　

Tsutomu

　Ishlhara

，

　PT

．

　

Shlgeo　IluhTda

．

　PT：Kei〔，　Tsukigase　Rehabi且

itatien

　Cenしer

3）

1

司　医学 部リハ ビ リ テ

ー

ショ ン医 学 教 室

　Toshiyuki 　Fujiw訐自ra

，

　MD ：1）cpnrtrnent 　of　RehabiliLation　tS

・

t

’

edici”e

，

　 Keio しtiTversity 〔〕f　School　of 　Pt｛edic［nc

　

〔受付日

　

2002年5月7H／ 受 理 日

　

2003年10月11ト

D

運

動

を

促

し な が ら

，

随 意 運 動 練 習 を行 う 閾値 下 電 気 刺 激

法

も

開

発 さ れてお り

，

随 意 収 縮 が 全 く観

察

さ れ な かっ た

患 者

が

，

随 意 収 縮

が

可 能

と

な

っ たこ と も

報 告

24 ）さ れて い るc

　

し か し

，

ト リガ

ー

型 電

気 刺 激 装 置

は

，

収 縮

の

学 習

は 可

能

で

あ

る が

，

随

意

収

縮の強

弱

の コ ン トロ

ー

ルや

，

収 縮 後

の

脱 力

な どの

運 動 学 習

はで き ない とい

_う

問 題 が

あ

る

。

ま

た， ト リ ガ

ー

後

に

患 者

の

意 思

に

関係 な く

　

・

_{定 動 作}

パ タ

ー

ンを 生 成 す るの で

，

実

際の

動 作

に おい て

用

い る こと がで

き

ない とい

_う問

題 点 も あ る

。

更 に

，

閾

値

下 竃

気 刺 激

にお い て

も

，

実 際

の

動作

に

対 応 す

る よ

う

な 十

分

な

収

縮

力

が

得

ら れ ない とい

う

問 題

点

が ある

。

　

今 回

，

我

々 は

，

実 際の

動 作

の

中

で

運 動 学 習

が

行

えるよ

う

に

，

随 意運 動

を

介

助 す る 電

気 刺 激

パ タ

ー

ン

を生 成 す

る

，

随

意

運

動 介 助 型 電 気 刺 激 装 置 （

EMG

−

TES

）

を 開 発 し た

。

本

装

置

は，

促

通 し たい

筋

に

正 確

に

電 気 刺 激

を

与

え る た め に

．

随 意

筋

電

検 出 電 極

か ら

電 気 刺 激 を 与え

る

手法

25）z6丿

を 用

い _た 。

そ

して

，

従

来の 治 療 的 電

気 刺 激 法 （

p

−

TES

） と

治療 効 果

につ い て比

較

・

検

討 を

行

っ た。

随意 運 動 介

助 型 電

気

刺 激 装 置

　

本 装 置

は

，

図

1

に

示 す

よ う に，

一

_{対の 記}

_録

_／

_{刺 激 兼 用}

電 極

，

グ ラ ン ド電

極

，

随 意

筋

電レベ _ル メ

ー

タ

付

コ ン トロ

ー

_{ルボッ ク}スか ら

構

成 さ れてい る

。

随 意 筋 電

が

検

出 さ れ

な

い

時

は

，

筋

の収 縮 閾

値

の

電 気 刺 激

を

与

えて随 意 運 動 を

促

し

，

随 意

筋

電 が

検 出

され ている

時

には

，

随 意

筋

電

量

に 比 例 した電

気

刺

激

（

弛

緩 時に収 縮 閾 値の強 度

，

最大随 意

30

理 学療 法学

　

箒3亅巻 第／号

収 縮 時

に

ト分

な

収

縮 を 得 ら れ る 強 度 ） を 与 える ことで

片

麻 痺 患 者

の不 十 分 な 随 意 運

動

を

介助 す

るtt

そ し

て

，

随 意

　 　 図1　 随 意 運 動 介 助 型 電 気 刺 激 装 置 随 意収縮 が無検出

lr

寺は

，

随 意 収 縮を促 すように 閾値

1

・

．

の弱い_{電 気 刺 激 を与 え}

，

_{随 意 収 縮}が生じ ると

，

その大 きさ に 比 例 し た 強 度の 電 気 刺 激 を 与 えて収 縮 を 介助す る

．

随 意 筋 電 が 生 じ た 筋 に 止

確

に電

気刺

激を行え る ように

，

筋 電 検 出 を行 った 電極か ら電 気刺 激を与 えている

．

刺 激 装 置 本 体のサ イ ズ は

，

⊥50Xl70 ×

85

　（mrn ）である

．

筋

電 量 をレベ ル メ

ー

タ で

表 示

し

，

視 覚 的

に

も

バ _{イ オ}フ ィ

ー

_ドバ ック を

行

う

。

　

刺 激 電

極

と

記 録 電 極 を 兼

川 す る た め に は

，

10mV

以

下

の

筋 電 位

か

ら

，

数

百

V

の 大 き な

刺

激ア

ー

チフ ァ ク

ト

を 除 去

し な け れ ば な ら ない

。

_{今 回我}

々は

，

刺 激 装 置

と

筋

電

ア ンプの

イ

ン タ

ー

フェ

ー

ス回

路 を

⊥

夫

し

筋

電 を

刺

激

電

極 か ら記録 した

。

　

本 装 置 に おいてはユ

80V

電 源

からフ ォ トトラン ジスタ で

電 流

を

制 御 し

た。

刺 激 出力

側 か らの ノイ ズの

混

人 を

防

ぐ

た め

，

図

2

に 示 す よ う に

，

奄 極 と 刺 激 装

置 間

に フ ォ ト モ ス リレ

ー

_（

Sl，

　

S

　

2

；

AQV216

：

Natienal

，

　

Japal1

_＞

_{を 配}

置

し

，

筋 電

ア ンプ と

刺 激 装 置 を分 離

し

た

。

フ

t

トモ ス リ レ

ー

は

高 電

圧

耐

．

久 性

（

600V

）， 即 応 性

（

T

_、，n；

0

．

04

　ms

，

T 。

ff：

0．

04

　nls， スビ

ー

ドア ッ プコ ンデンサ

使 用 時 ）

，

低

ノ イ ズ

（

1

μ

A

）

，

低

oIl

抵 抗

（

70

Ω）

，

高

off

抵 抗

（

1000

　

M

Ω）

を 有 し

，

制 御 信 号

回

路 と

リレ

ー

スイッチ 間 が 光

学

的 に

絶 縁

さ れ てい るの で

，

刺 激

装 概 を

分 離 す

る の に

好 適

で あっ た

、

、

さ ら に

，

刺 激

直

後

，

’

E

極

E

に

電 荷

が

蓄 積 す

る こ と が

原 因

で

，

刺 激

ア

ー

チ フ ァ ク トが

基 線

に

戻

る ま での

時

間 を要

し

，

随 意 筋

電 を 記 録 す る

．

L

で問 題 と なる の で

，

刺

激

パルスが

与

え ら れ た

直 後

の

1ms

の

間

，

電 極 を

S3．

　

S4

を 通 して グラン ド に 短

絡

さ せて

電 極

に

蓄 積 した 電荷 を放

電 し

，

基

線

へ の

復 帰 時 問

を

短 縮

した

．

180V

ま で 上

昇 す

る

端 子 間 竃圧

に

耐 え

，

電 荷 を短

時

間

で

放

電 す る た め に は

，

高 耐

圧で

，

迅

速

なス イッチングと

低

い on

抵 抗 を要 す

る

賜

。

＿

」

一

＿＿

器

s1

，

s2

＿＿

し

＿＿ ＿ ＿ 一 ＿

、，

，

s4

＿

」

−

＿

＿

　 　 　 40 一 s5

_一

蒜

σenem ωr_（S1

〜

S5）

Swi吐chillg じ011tr〔｝1　pしIlseEMG 　level　dis　lay

rb）

　　 十

Rl

ビ

ー

ク ホ

ー

一

ル ド回路 〔切　　　　

S1

s5R3

〔三L） 刺 激 装 置

S3

い

・ S4R2HPFBPFI 　BPF2 　 　 　

LPF

「1

匚

＝

_{30ぴ　　　　3〔，〔｝}

−

_fH匚

＝

300H∠450H ∠450Hz　　　　4501i∠

S2

V

．

皮 膚 靆婁羅毒軽

卑

叮

激

　

’

言己

録

霍雹

極

繍 鱸 鱒 『 冪懸纈

轡

飜 ア

ー

ス 轟　z c

−

「

紬

（b〕ヒ 

．

_ク ホ

ー

ル ド1⊥

’

「路出 力 　 き 華

’

……

　　解

・

　嚢 箋 　籌

篝

〔c〕朿1_」激パ

．

ル ス 碁 晦 壽

d

e

　 　 　 　図

2

　随 意 運動 介 助型 電 気 刺 激 装 置の動作概 要 表而 電 極 刺 激で必 要 と さ れる100V 超の電 気 刺 激パ ル _{ス の}50ms _{の休1L 中に筋電 を検出 す る た め}

，

_高 耐 電圧で高 速ス イッ チ ン グの Photo

−

MOS リ レ

ー

を 用い て

，

筋 電検 出 時に

，

刺 激 装置 を 切 り離して い る

．

電極

．

ヒに蓄 積 した 電 荷 をア

ー

ス電 極ヘ リ レ

ー

で放電 し

，

ア

ー

チフ ァ ク トを瞬 時に復 帰させる

．

筋 電ア ンプ とビ

ー

ク ホ

ー

ル ド回 路で随 意 筋 電の振 幅 を検出 し

，

次の刺 激の 強 度 を 更 新 す る

．

運 動 介 助 型 電 気 刺 激 装 置の開発 と脳 卒中 片 麻痺 患 者へ の使 用 経 験

31

表

1

患 者 症 状 被 検 者 　 年 齢

　 　 　 　 （

歳

）

病 名　 　 発 症 後 　 麻痺側　 　

SIAS

・

　 　 　

冂数（日）

　　　　　　　

Foot　taP P

−

TES

群 1234

匚

J PPPPP −

ρ

D

一

D14 6

卩

−

一

D35 脳 出 血 脳 梗塞 脳 梗 塞 脳 梗 塞 脳 出 血

144132524328

右 左 右 左 右

3232

ウ

一

　 　 　 　

El

　 　 　 　

E2

EMG

−

TES

群 　　 　

E3

　 　 　 　E4 　 　 　 　

E5

784

「

02

觸

4

｛

4726 脳 出血 脳 出血 脳梗 塞 脳梗 塞 脳 梗 塞

2582561584718

右 左 左 左

2

ワ

一

222

SIAS

−

Foot

　tap：背 屈 運 動 能 力 を評 価 する指 標であり

，

O

〜

5まで分類 さ れ る

．

座

位

で踵

部

を

床

につ _けたま ま

，

足 部の背 屈 運 動 を背 屈

・

底 屈をできる だ け速 く 繰 り返 し た と き に

，

背

屈運

動

があ り足

部

は床よりlg，

tt

_{れ るが 十 分では無}い場 合 が 2

_，

足 部 が 床か ら離れ 「分 な

背

屈運

動

が できる が著 明 な ぎこち な さが ある場 合 が

3

，

と定 義 されるt°

．

，

　 　 　 図

3

　運動 評 価 装 置 被 検 者は

，

端 座位に て 底 背 屈 方 向 に 自 由 に 動 作 す るプレ

ー

トの

．

ヒに足 を乗せ る

．

足 関節 軸は固 定であ り

，

24

．

5cm

の足のサ イズを 基 準に設 計 さ れ てい る

．

自動

ROM

範 囲は

，

最 人 背

・

底 屈 時の角度 を 読 み 取 り測定

．

最 大 背 屈 トル ク は

，

角 度 目盛 りの円盤 か ら ダ イ ナモ メ

ー

タ に接 続さ れて い る ワイヤ の張 力を ダ イ ナモ メ

ー

タで測

定

する

．

底 背 屈 平 均 角 速 度は

，

動 作 関節 角 度を 制 限し

，

5

回の底 背 屈 運 動に要 した時 間を司 り算 出す る

，

の で

S3，

　

S4

に もフ ォ トモ ス リレ

ー

を 用いた

。

そ して

，

SW5

を

刺 激

パ ル スが

与

え ら れ てい る 間 に オフ と し

．

グ ラン ド

を導

通 し，

後 段

ア ンプに

出力

さ れ ない よ うに し たe

刺

激

後

約

39−49ms

の

随 意 筋 電

が アン

プ か ら 出 力 さ

れ

（

図

2

（

a

）

）

，

刺 激 後

30ms

後

か らの ピ

ー

ク

値 （

正

方 向

の

筋 電 波 形 振 幅

の

_最

大 値

）

を ピ

ー

ク ホ

ー

ル ド回 路で

検

出

（

図

2

（

b

）

） し

，

その

値

に

応

じ て

刺 激

の

値 を

コ ン トロ

ー

ル した

（

図

2

（

c）

）

。

筋 電 量 と 電 気 刺 激 強 度

との

関 係

は

図

2

（

d

）

の よ う に な る

。

対 象

お よ び

方 法

　SIAS−

Foot

　tap27）_score

₂₋₃

_の脳

卒

中

片

麻

痺

患 者

10

名

を対 象

とし

，

EMG

−

TES

群

と

_p

−

TES

群 に

無作 為

に

分

け た

（

表

1

）

．

な お，

被 検 者

に は

，

予 め

本 研 究

の

目的 お

よ び

内

容

を

説

明 し

，

参加

の 同

意 を得

た

。

1

．

治療 方 法

　

刺 激 波 形 は

，

両

群

とも 単 極

性 矩 形 波

と し

，

その

持 続 時

閊

を

0

．

3ms

，

刺

激

周 波

数 は，

20

　

Hz

に 設

定

し たc

陽 極 電

極 を腓 骨 頭

の下

部

，

陰極 電極

を

前 脛 骨 筋

の

筋 腹

に

配 置

し

，

グ ラン ド電

極

を 下 腿 部の

任 意

の

位 置

に

巻

い た

。

電極

の サ イ ズ は

，

3

，

5

×

3

．

5cm

と し た

。

刺

激

方法

は

，

　_p

−TES

群

に おいて は

，

5

秒 聞

は

十 分 背 屈

の

得

ら れる

強 度

の

刺

激

，

そ の

後

，

15

秒 間 休

IL

の

20

秒

サ

イ

クル と

し

，

被 検 者

に

対 し

ては

，

5

秒

間の

刺 激

に

合

わ せ て

麻 痺 側 足 関 節

の

最 大 随 意

収 縮

を

行 う

よ

う

に

指 示

し た

。EMG −TES

群 に おいて は_，

同 様

に

5

秒 間被 検 者

に

最 大 随 意収 縮

を

行 う

よ

う

指 示

し

，

その

筋 電 量

に

応

じて

電 気 刺 激

が

与

え ら れ たc その

後

，

15

秒 問

は 弛 緩 し， その 間

収 縮

閾

値

ドの

刺 激

が

与 え られ

た。

本 治 療

を

両 群

と も

15

分 問

行

っ た

。

2．

評価 方法

　

図

3

に 示 す よ

う

な

評 価 装 置 を 作 製

し

，

足 関節

の

 

自動

的

ROM

の

_範

_囲

，

  _等

尺

性 背

屈 トル ク_，

  底 背 屈

の

反 復

運

動

速 度 （

協

調 性

）

，

の 測

定

を 実

施

し た。

被 検 者

は

，

端

座 位 にて麻 痺 側 膝 関 節 を

約

45

度

屈

曲

さ せ

，

足

関 節

を 評

価

装

置

の フ ッ トプ レ

ー

ト に

設 置

する

。

等 尺 性 背

1

出 トルク の測

定

は

，

自動

ROM

範 囲

の

巾

心

値

に お け る 最 大

等

尺

性

背 屈 トル クを 測

定

した

。

底 背

屈の反

復

運

動 速 度

の

測 定

は

，

最

大 自動

ROM

範 囲

の

80

％ （自 動

ROM

範

囲の

中

心

値

か ら

底 屈

・

背 屈 方

向 に

各

40

％ と し

，

治 療 前

の

値

を 全

測

定

32

理 学 療 法 学

　第

31

巻第

且

号

0000000

6

尸

D4321

〔

b。 Q で

）

竃

躍

Σ

○ 属

贏

皿

E

死

Lp2

−

P

廷

P4

嘉

95

［

r

− ．

1

】

；

E2

一

颪

一

E4 ‡ E51

70

一 「

一

一

．

＊ ＊一 　 　 　 　

一

．

／

巳

（

日

Z

）

昏

ミ

4 葺

紅

12

⊥

086420

 ’

一 一 ＊ ＊一 　

1007

軸

808

） 

60

翌

週

40

置

20

　 　

0

二 二

二 二

；

_＿

」

F

　　　　t−一一一一

一一一一

→ 　 　 　 　 1

XJ

・ コ ・r ・＝ ＝ ＝ ・

i

L

−

−

t

　 　 　

− 一

」

　　　 　　

前

　 　 　 後 　 　 　 前 　 　 　

後

　　　　　　　

p

−

TES 群

　　　　　　　EMG −TES

群

　 　 　

図

4

　

各 治 療 法による自動 関 節1丁∫動 域

，

最 大

_背屈

_{トル ク}

，

_関

_節角

速

_度

_{の変 化}

各

プロ ッ ト とエ ラ

ー

パ

ー

は

3

回の測 定 値の平 均 値と標 準 偏 差 を小す

．

（榊 ：pく

O

．

OL

　

ANOVA

_） に おいて 使 用 ） で

，

5

回の 底 背 屈 反 復 運 動に要 す る

時 問

を

測 定

し

，

その

_{平 均 角 速 度}

を

算 出

し た。

評価 装 置

に

設 置

さ れてい るス トッ パ

ー

に よ

り角 度 範 囲 を制 限 可 能

で

あ

る の で

，

被 検 者

に は

，

ス トッパ

ー

でつ っ か か る

範

囲 ま で

，

な

るべ

_{く速 く底 背}

_{屈 運}

_動

_を

5

_{回 繰 り返 す よ}

_う

_に

_{教 示}

_し た

。

ま

た

，

評 価 装

置 につ い て は

，

健 常

被

検 者

におい て

，

再 現 性

の

確 認

，

健 常 検 者 問

に

お

いて

，

測 定値

に

ば ら

つ

_き

が

な

いことの

確 認 を 行

っ

た

。

　

評 価

は

，

治

療 前

と

，

治 療 後 と して

，

筋 疲 労の影 響の 減

少

し た

治 療

ユ

0

分 後 に，

各 3

同

ず

つ 測

定

した

。

3

．

解 析 方 法

　

時 聞変 動

（

治 療 効 果 ）

の

有無 を確 認す

る た め に

，

各

治

療 方法

の

各

評 価 値につ _き

，

_治

_{療 時 聞}

_と

_{患 者}

_（

_各

5

_名

） を

要

因 と し

，

繰 り 返 しの あ る

2

元 配

置 分 散 分 析

似 ド

ANOVA

）

を行

っ た

。

　

次に

，

各 治療 方 法

の

改 善

量 を 比 較 するため に

，

治 療 前

か ら 治

療

10

分 後

へ の

各

増

加

量 を 算 出 し

，

治 療 方

法

の違 い による二

_{標 本}

t

検 定 （

以 下

t

−

test

） を

行

っ た

。

結 果

各 患 者の評 価

結 果

を

EMG

−

TES

群と

_p

−

_TES

群に

分

け

図

4

に

示

し た

。

　

各 治 療 方 法

につ

_き

，

_{測 定 値}

_（

_mean ±

SD

_）

， 及 び，

ANOVA

の

結 果 を表

2

に

示

し たc　

ANOVA

の結

果

にお いて

，

p

−

TES

群の

関 節 角 速 度

を

除

い て

全 評 価 項 目

に お いて

有 意 な 時 間 変 動

（

治 療 効 果

） がみ ら れ

た

。

ま

た

，

全

評

価 項

目におい て

，

患 者 個 体

差 が

検

出 さ れ た

。

p

−

TES

群

につ い て は， 治

療

後

，

背 屈

トル ク が

減 少

し た

患 者 も

み ら れ た

。

　 各 治療 方 法

にお

け

る

治療 効 果

を

表

3

に示 した

。

背

屈 ト ル ク

を 除 き

，

治療 群 間

に

治療 効

果の

有 意 差

は

検

出 さ れ な かっ た

。

背 屈 トルク につ い て は

，

EMG

−

TES

群の

方

が

p

−

TES

群 に 比べ

_{有 意}

に

増

大 し た。

考

察

　

今 回

開

発 し た 装

置

は

，

各 刺 激

パ ル ス

間

の

随 意 筋

電の

う

ち

，

最 大 振 幅

値

を

参 照

に

，

刺 激

パルス

（

強 度） を

コ ン ト ロ

ー

ル し た

。

従っ て

，

随 意

筋 電

の

1

波 形

の

影 響

を

受

け や

す

く， 最 大 随 意

収

縮

時

に

，

刺 激

パ ル ス の

変 動

が 大 きい と い

う 問 題 点

が あっ た

。

今 後

，

パ ル ス

問

随

意 筋

竃の

RMS

値 あるい は

，

平 均 値

などを 用い るこ とで

，

ス ム

ー

スな

変

動 に な る よ う 改 善 してい

_く

必

要

がある

。

運動 介助 型 電 気 刺激装 置の開発 と脳 卒 中 片 麻 痺 患者へ の使 用 経験

33

表2 測

定値 （

mean ±

SD

_）

_と

ANOVA

の結 果

　

白動

ROM

範囲 〔

deg

〕

p

−

TES 群 　EMG

・

TES

群

　

背 屈 トル ク〔Nm ）

　　　 　　

関節 角速 度 （

deg

！s）

p

−

TES

群

　

EMG

−

TES

群

　 　

p

−

TES 群

　

EMG

−

TES 群

　 　 前　 　40 ± 15

10

分 後 　 　45 ± 上535 ±

638

± 8

6

．

5

　±

4

．

⊥　　　

4

．

8

± 2

．

9

5

．

4±　

3

．

7　　　　

6

．

6

±

3

，

4

42 ± 3343 ±

2828

± ll33 ± 10 時 間 要 因 〔

df

＝

1）

F

値 　 　 　 P値 個 イ本要 因 （df

＝

4，　F_値

　 　 　 　

P値 交互

作

用 （

df

；

4）

F

値

　 　 　 　

P値

25

．

80

，

00

”

222

．

20

．

00

鱒

6

，

950

．

00

柳

16

．

50

．

0

α

廓

47

．

70

、

00

締

10

．

80

．

00

牌

66

．

60

．

00

軸

722

．

70

．

00

纏

56

．

00

．

00

林

47

．

10

、

00

林

135

．

30

．

GO

林

2

．

360

．

09 0

．

30

、

59284

．

90

．

00

’

＊

1

．

940

．

14

16

．

10

．

00

＃

7520

．

00

榊

3

．

960

．

02

鴎

p

・

TES

群の関節 角 速 度を除い て全項 目に おいて有意 な 時 間 変 動（治療 効果）が 認 め ら れ た

．

全 項 目におい て有 意 な 個 体 差が存 在し

，

SIAS

−

Foot

．

　tap　lest　score 　2

−

3の被 検 者 中で も

，

足関節運 動 能 力 に 個 体 差 が 認 め ら れ た

．

背 屈トルクの

EMG

−

TES

群と 関節 角速 度の p

−

TES

群 以 外の群につ い ては

，

交 互 作 用 が 認め られ

，

治療 効 果に個人差が

存在 す

ること

が示さ れ た

．

背 屈トル クの

EMG

−

TES

群 は

，

交

il

：作用 が無 く

，

有 意 な時 間変 動 を認め たこと か ら

，

どの患者に対し て

も有 効で あっ た こ と を 示 し て お り

，一

方

，

p

−

TES

群の 関節 角 速 度につ い て は

，

交互作用 も時 間 変動 も有 意 差が認め ら

れ なかっ たことから

，

どの患 者におい ても変 化の無かっ たこと が示さ れ た

．

（

’

擧

：p＜

0

．

Ol

，

耶

：p 〈

0

．

05

）

表

3

増

加

量

（

lnean ±

SD

_）

_とr

−

leSt の糸吉果

p

−

TES 群



EMG ！1

’

ES

群

_p

値 （

F

−

test ）

_df

corrcctTon



p値 白動

ROM

範囲 （

deg

）

　　

4

．

8

±

5

、

6

背 屈トル ク

（

Nm

）

　 　　

−

1

．

1

±

2

．

3

関 節 角 速 度 （deg

、

〆_s）



0

．

9± 5

．

3

3

．

5

±

6

、

31

、

8

±

0

．

94

．

5 ± 5

．

0

o

．

410

．

040

．

45

8

　　　

Student

’

s　　　O

．

73

5

，

17

　　　

Welch

’

s　　　　

O

．

04i

8

　　　

Studen

ゼs　　　

O

、

30

背 屈 トル ク におい て

，

EMG

−

TES 群の方が p

−

TES 群に比べ

，

_有

意な

増加

（

治療効

果）が認め ら れた

．

（t ：p ＜

0

．

05

） は

，

p

−

TES

は

，

患

者

の

意 志

に 関

係 無 く

，

前脛 骨 筋

に

ト

分

な

収 縮

が

得

ら れる の に

対

し

，

EMG

−

TES

では

，

患 者 が

前 脛 骨 筋

に

随 意 収 縮 を適 切

に生

じ さ

せ

なけ

れ ば

，

適

量の 電 気 刺 激 を 得 ら れ ない とい

う点

に あ る

。

し か し

，

EMG

−

TES

群

において は

，

背 屈

を

指 示

さ れてい る

5

秒 問続 け

て

最 大 随 意 収 縮 を し

てい る と は

限

ら

ず

，

5

秒 問

十

分

な

刺

激 を

加

え 続 けてい る

_p

−

TES

群

に

比

べ

_{刺 激 量}

が

少 な

い

分

，

電気 刺

激 に よ る

効 果

は 少 ないと

考

え

られ る

。

　 EMG

−

TES

は

，

弱

い 電

気 刺

激 を 皮

膚

の

表

在 感 覚

か ら

与

え

るこ

と

によ

り

，

使 用者

は

収 縮 さ

せ るべ

_{き 目的}

の

筋

を よ り

正 確

に

認 識

が

可 能

で

あ

る。

ま

た

，

弱

い

電 気 刺 激

は

，

目

的

筋

の

筋 紡

錘 か ら

Ia

線 維 を 経 て

前 角

細

胞

に

達

し

，

随 意

運 動 を促 通 し

，

相 反 抑 制

に よ

り拮 抗 筋

の

筋 緊張

を

緩 和

す る

。

目 的

筋

に 対 し

，

適

切 な

収 縮

を

促 す

こと がで き れ ば

，

適

量の

_{電 気 刺}

激 に よ り

適 度

な

運 動

が生じ る。

そ

して

，

視

覚 的

お よ び

固 有 受 容 器

や

皮 膚

か らの

情 報

が

中枢 神 経

にフ ィ

ー

ドバ ッ クさ れ

，

その

情 報

を も と に

，

更 に

，

よ り

適

切 な

収 縮 を促 す

こ

と

がで

き

る、， こ の

過 程

を

繰 り

返 すこと に よ り

，

どの よ

う

に

力 を 入

れ れ ば

背 屈

が

得

ら れ る か を 知 る こと が で き， 正 しい 運

動 学 習

が 卩

∫

能

である

。

　

装 置 問の

相 違 点 を考 慮

し

，

今 回

の

各

装

置

に お け る 治 療 効 果 を

検 討 す

る

。

　

ま

ず

，

自

動

ROM

範

囲につ い ては

，

両 治 療 群 と も改

善

が み られ た が

，

両

治療 群 間

に

有 意

差 は

検

出 さ れ なか っ た。 つ ま

り

，

自動

ROM

の

増

大 は

，

両

群

に

与 え

ら れ た

電 気 刺

激

に よ る

効 果 が 主

で

あ

ること

を 意 味 し

てい る。

今 回

の よ う に 前 脛 骨 筋 に 電

気

刺

激

を 与

え

た

場 合

，

Ia

相

反

抑 制

の

効 果

で

拮 抗 筋

で あ る

底 屈 筋

群の筋

緊 張

が

緩

和 さ れ るの で

，

その

効 果

に よ

り 自動

ROM

範 囲

が

増

大 し た もの と

考

え

ら れ る

。

前

述の と お

り電 気 刺 激 量

は

EMG

−

TES

群

の

方

が 少 ないが

，

前

脛 骨

筋

の

随 意 収 縮

で

底

屈

筋 群

の

活 動

が

抑

制

さ れる の で

，

よ

り

正 しい

_{背 屈}

を 行 うこ とで

_p

−TES

群 に

匹敵 す

る

筋 緊 張 緩 和

の

効 果 を得

た と

推 察 さ

れ る。

　

次

に

，

背 屈

トル クの

増 加

に

関 し

て は

，

EMG

−

TES

群

の

方

が

，

p

−TES

群 に 比べ

_，

よ り正 しい

一

定

の

最 大 随 意 収

縮

が

繰 り

返 し

行

わ れ る

分

，

有

意 に

背 屈

トルク が 増

加

し た

も

の と

思

われ る。

ま

た

，

p

−

TES

を

使 用

し た

際

に

背

屈

ト ルク が

治 療 後

に

減 少

し たこ

と

につ い ては

，

患 者 自身 が 背

屈

運

動

の

学

習 がで きていないた め に

，

評価 毎

に

一

定 し

た

最

大 随 意 収 縮 を 行 うこと が で き ず に

背

屈 トル ク

値

が

一一

定

し

て い

な

い こと や

電 気刺

激 に よ る 筋

疲

労

が 生 じ， 十

分

に 回

復

していなかっ たこと な ど が 原

因

と して

考

え ら れ る

。

　

関

節 角 速 度

つ

_{ま り協 調 性}

において

，

EMG

−

TES

群 に お いて 改

善

は み ら れ た が

，

両治 療 群 問

に

差

は

検 出

さ れ な か っ たの は

，

患 者

に

提 示

し た

課

題の違い にその原 因 が あ る と思わ れ る

。

つ _{ま り}

，

_{今 回 は 患 者 に 対 し}て

，

最 大 随

意 収

縮 を行 う

こ と を

指 示

してお り， これ は

協 調 性 を 高

め るた め に は適

切

でな かっ た と

考 え

ら れる。

本 装 置

を

利 用

し な が ら

，

収 縮の強 弱 や 脱 力 など

協

調

性

を

要 求

するよ う な 課 題 を 与 え るこ とが

協 調性

を

高

め る た め に は 必 要であっ た

34 理 学

療

法 学

　

第31巻 第1号 と

摎

え ら れ る

。

　

以 上の こ と を 総

合

して

判 断 す

る と

，

EMG

−

TES

は

，

1・

リ ガ

ー

型

電 気 刺 激 装 置

と 同

様

に_，

_p

−

TES

で

得

ら れ る

電

気 刺 激

に よ る

効 果

が

得

ら れ るこ と に 加 え

，

運

動 学 習

を

行

え

るこ

と

が

考 え

ら れ

，

さ らに

本

装

置

の

特 徴

で

あ

る

筋 電 を

記 録 す

る

電 極 か ら刺 激 が

で

き

るの で， 目

標 とす

る

筋

に お い て

，

正

しい

運 動 学

習 が 可

能

であ るこ と が

示 唆

された

、

今 後 は

，

協

調

性

な ど 総

合 的

な

能 力

を

高

め る た め に

本 装 置

を用

いた

治 療 方 法 を

工

夫 す

る

と と も

に

，

実 際

の

動 作

の

中

で利 用 で き る よ う に

，

装 着口_{∫能 な 装}

_置

_を

_{開 発 す}

る必

要

が

あ

る。

謝

辞

　

稿 を

終

え る に あ た

り

，

本研 究

に ご

協 力 頂

いた

慶 應 義塾

大

学

理工

学 部

生

命 情 報 学 科 教 授 富

田

豊 先生

，

杏 林

大

学

医

学 部

リハ ビ リ テ

ー

_ショ ン

_科

教

授

岡

島康友

先 生

，

な ら び に

慶 應 義 塾

大 学 月 が 瀬 リハ ビ リ テ

ー

ショ ン セ ン タ

ー

の ス タ ッフ の

方

々 に

深 謝 致

し

ます

。

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．

1979

．

4

）

Vodovnik

　

L

：

Therapeutic

　effecしs　of　

f

廴mcti 〔｝nat 　 electricaI

　 　

stimulation



of　exLrernities

，

　Med



Biot　Eng



Clonlput



19：

　 　470

−

478

．

1981

．

5）Stefanovska　L

，

　Vodovnik



L

，

　et α

1

．

；

FES

　and　sptnsticiしy

，

　 　IEEE　Trans　Biomed 　Eng　

36

：

738

−

745

．

1989

．

6

〕

Levin

　

MF

，

　

Hui

−

Chan

　

CWY

：

Relief

　of　

hemipareiic

　spas

−

　 　

ticity　

by

　

TENS

　

is

　associated 　with 　

impr

〔＞x

・

ement 　in　reflex

　 　

and　volunt／ary



motQr 　fulユctions

．

　Etectroencepha］ogr　

C

［

in

　 　

Neurophysiol

　85：131

−

142

，

1992

．

7）止門 由 久

，

千 野 直

一

：神 経 機 能 障 害の評価と 再 建 プ ラン

　 　

リハ ビ リテ

ー

シ ョ ン医 学の立 場か ら

一．

神

経進歩 401 　 　795

−

804

，

］

996

．

8） 小 池和 幸

，

高橋 守止 ：脳卒中 片 麻 痺 患 者 に対す る電 気 刺激

　 　

療 法の効 果

，

PT

ジャ

ー

ナル 3L　266

−

270

，

1997

．

9

）

Powe

⊥

l

　

J，

　

Padndyan

　

AD

．

　et　al

．

：Electrical　 stim しtlation 　_of

　 　

wrist　extensors 　

in

　poststroke 　

hcmiplegia

．

　

Stroke

　

30

：1384

−

　 　1389

，

　1999

．

10）止門由 久

，

大田哲 生

・

他：

Therapeutic

　etectrical 　_{sti【nu ⊥a}

−

　 　 tion （TES ）

．

リハ _{医 学}

39

_：

81

−

85

，

2002

．

］1）大 田 哲生 ：_{脳 卒 中 方 麻ゴ卑患 者に対}

．

_{する低 周 波 刺 激の効 果の}

　 　

臨 床 的 およ び電 気 生理学的検討

．

リハ 医 学 38：⊥09

−

118

．

　 　

2001

．

12

〕 村岡慶裕

，

正 門II

．

1久

・

他 ：治療 的 電 気 刺 激による脳 卒 中 患

　 　 者

の足関節

筋

群に おける2シナプス性

la

抑 制の変 化

．

リハ 　 　

1

矢勹老_37：

・

_t53

−

₄₅₈

，

₂₀₀₀

．

13）

Crone

　

C

，

　

Nielsen

　

J，

　et α

1

．

：

Dtsynaptic

　reciprocal 　

inhibi

−

　 　tion　of　ankte 　cxしellsors　

in

spnt　stic　patients

．

　BrainH7：

　 　

116

ユ

ー

1168

，

　1994

、

14）

Stefarl

　K

，

　Kunesch 　E

，

　etα

1

．

；

Induction

　of　_pLasLicity　

in

　the

　 　

human

　motor 　cor〔ex　

by

　paired　associative 　stimulation

．

　 　

Bra

［n　

l23

：

572

−

584

，

2000

．

15

）

Ridding

　

MC

，

　

Brouwer



B

，

　et 　al

．

：

CIlanges

　

in

　

musclc

　 　resPonses 　to　stimu ［ation 　of 　the　rnotor 　certex 　

induced

　

by

　 　pcripheral　nerve 　stimulation 　

ill

　

human

　subjects

．

　

Exp

　 　Brain　

Res

　

131

：

135

−

143

，

2000

，

16）Iriki　A

，

　Pavlides　

C

．

　et α

1

．

：

Long

・

tcrm 　_potentiation　

in

　rhe

　 　rnotor 　cortex

．

　

Science

245：⊥385

−

1387

，

1999

，

17

）

Bowma

エl　

BR

，

　

Baker

　

LL

　 e

，

ごα

1

．

：Posi［ional　feedback



_and

　 　 electrical 　stiinulation ：an 　a田omated 　treatmenr　

f

〔）r 　the

　 　hemip⊥egic 　wrist

，

　Arch　Phys　

Med

　

Rehabil

　

60

：

497

−

502

，

　 　

19

．

　

79

．

18

）

WinchesLer

　

P

，

　

Montgomery

　

J，

　et 　at

．

：Effects　of　

feedback

　 　st

．

irnulation　training 　and　cyclical　electrical　stimulation 　on

　 　knee　extension ill　hemiplegic　patients

．

　

Phys

　

Ther

　

63

：

　 　

1096

−

llO3

，

　

1983

．

19

）

Fields

　

RW

：

Elec

吐rolllyography ［ca｝

ly

　

triggered

　

electric

　 　

musc ⊥e　stimutation 　

for

　chrollic　helniplegia

．

　Arcll　Phys

　 　

Med

　

Rehabil

　68：407

−・

114

，

1987

．

20）Kraft　GH

，

　Fitts　

SS

，

　et α

1

．

：

Techniq

しles　ro　

improve

　

func

−

　 　tion 〔〕f　the　arm 　and　hand　ill　chrollic　

hemiptegia

．

　

Arch

　 　

Phys

　

Med

　

Rchabil

　73：

220

−

227

，

1992

．

21

）

Weiss

　

T

．

　

Hansen

　

E

，

　et　al

．

：Mental　practice　of 　motor 　skills

　 　used 　in　_poststroke　rehabilitation 　

has

⊂〕wn 　effects　on　cen

・

　 　tral　nervous 　activation

．

　Neurescience　

78

：⊥

57

・

166

，

1994

，

22

）

Francisco

　

G

，

　

Chae

　

J，

　et α

1

．

：

Electr

〔＞myogram

−

triggered

　 　

neuromuscular 　9

．

　tlmulation 　

for

　

improving

　thc　arm 　func

−

　 　

tion



of　acute



stroke



surviv 〔〕rs：a



randomized



_pi］ot　study

．

　 　

Arch

　Phvs　Med　Rehabil　79：570

−

575

，

1998

，

23）

James

　

C

，

　Kathye　L

，

　et α

1

．

：

Chr

〔mic　motor 　

dysfunction

　 　after stroke rec 〔）vering 　wrist and　

finger

　cXtension 　

by

　 　etectromy 〔＞graphy

−

triggered　neしlromuscular 　stimulation

．

　 　

Stroke

　

31

：

1360

−

1364

．

2DOO

．

24

〕

根

武 谷 島

，

野 平 晴 彦

・

他：片 麻 痺 下 肢 足 関 節にお ける自動 　 　 背 屈 運 動 改 善のた めの電 気 刺 激 法の検 討

．

バイ オメカニ ズ 　 　ム

18

：

229

−

238

，

1994

25）Muraeka 　

Y

，

　

Miyajima



S

，

　et α

1

．

：

EMG

−

con 〔rolled　hand

　 　

epening



systeln



「or



i

［emiplegia

．



Proc



of

　

Vienna

　 　

Internationat

　workshop 　on 　Functional　Electrost

．

imulation

，

　 　

Vienna

，

1998

，

　_pp

．

255

−

258

，

26）Muraoka 　Yr　Developmellt　of　a　new 　elecLrical　stilnula匸

ion

　 　

systen ／



and



its



t

．

herapeutic



application



to



sPastic



_Pa「al

’

　 　ysis

、

　Ph

．

D

　

Thesis

　

Keio

　

UniversTty

，

　

Japnn

，

2000

．

27） 丁

．

野 直

・

〔編）：現代リハ ビリ テ

ー

ショ ン_{医 学}

．

_{金 原 出 版}

，

mawhfismJgetsk"uskxvaa)enittnx"ir-g]H-ft;op,ee.z-Na)ivamM,en

<Abstract>

Development

of a

Power-Assisted

Elechical

Stimulator

and

Its

Clinical

Application

for

Patients

with

Hemiplegia

Yoshihiro

MURAOKA,

PhD

Department

ofBioscienee

&

Informatics.

Kleio

Universit);

Risa

SUZUKI,

PT,

Hidetomo

SIIIMAOKA,

PT,

Tsutomu

ISHIHARA,

PT,

Shigeo

UCHIDA,

PT

Kbio

Tsuhigase

Rehabilitation

Center

Toshiyukl

FUJIWARA,

MD

Dqpartment

ofRehabilitation

Medicine,

Kbio

University

of

School

of

Mkdicine

35

A

power-assisted electrical stimulator was

developed

for

motor

function

improvement

of stroke

patients, and was clinically evaluated.

The

present

stimutator can change

its

stimulation

intensity

in

_proportion

to

the

amplitude of

voluntary

EMG,

and

_give

an electricalstimulation of subthreshold

intensity

during

no voluntary contraction.

A

pair ef electrodes were used

for

both

EMG

detection

and etectrical stimulation,

Thus,

the stimutator can

faci}itate

and amplify weak rnuscle voluntary contractions of stroke

_patients,

It

was expected

that

the

stroke

_patients

might relearn the motor control

through

the

repetitive

contraction with the stimulator.

The

stimulator was apptied to

the

clinical

training

for

15

minutes, and

its

treatmenr

effect was evaluated

in

comparison with the conventional

therapeutic

electrical stimulation

{TES}.

The

effects were examined

in

the active range of motion,

_the

musete strength, and

the

coordination of

the

ankte

joints,

Ten

hemiplegic

patients

(Age:

25-76

years old,

SIAS-M

foot

_pat

seore

2)

_participated

in

this

study, and were randomly

divided

into

two

groups

for

treating

different

TES

programs.

The

treatment

improvements

were observed

in

both

methods.

The

power-assisted stimulator

group showed

_greater

improvements

in

dorsiflexion

strength, eompared with the conventional

TES

group.

There

were no significant

differences

in

the

active range ofmotion and coordination

between

the

groups.

The

power-assisted stimutator was more effective to

facilitate

voluntary contraction

than

the

conventional

TES

in

enhancing

isometric

strength, and was abte to assist

the

patients

in

the

correct recognition and motor

tearning

of

the

target

muscle.