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リハビリテーション装置

国内特許コード P170013636
整理番号 (S2015-0407-N0)
掲載日 2017年1月19日
出願番号 特願2016-067266
公開番号 特開2016-198479
出願日 平成28年3月30日(2016.3.30)
公開日 平成28年12月1日(2016.12.1)
優先権データ
  • 特願2015-080917 (2015.4.10) JP
発明者
  • 橋本 泰成
出願人
  • 国立大学法人北見工業大学
発明の名称 リハビリテーション装置
発明の概要 【課題】リハビリ対象者への刺激なしに痛みを抑制する訓練が可能となるリハビリテーション装置を提供する。
【解決手段】リハビリ対象者の脳波を計測して脳波信号を得る脳波計測部と、脳波計測部から得られる脳波信号のパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出手段と、事前にリハビリ対象者の運動イメージ時又はメンタルローテーション時と安静時とにおいて計測した脳波から特徴的な周波数帯を求め、パワースペクトル算出手段から得られるパワースペクトルのうち、上述ごとく求めた特徴的な周波数帯におけるパワースペクトルを脳波の特徴量として算出する特徴量算出手段と、この特徴量算出手段から得られる脳波の特徴量を線形判別関数に代入して皮質興奮性を示す判別結果を算出する線形判別手段と、リハビリ対象者へフィードバックするために、線形判別手段から得られた判別結果を表示画面に表示する表示制御手段とを備えている。
【選択図】図5
従来技術、競合技術の概要


近年、ヒトの脳活動に応じて外部機械を制御する技術であるブレイン・マシン・インタフェース(BMI)が注目されている。この技術は、脳の神経ネットワークを流れる微弱な電流から生じる脳波を検出し、これを解析して電気信号に変換することで情報伝達を行い、外部機器を制御するものである。特に、リハビリテーションや医療工学の分野において、この技術を応用して身体の代替を行わせることにより、肢体不自由者の生活の質を飛躍的に向上できることから大きく期待されている。例えば、四肢切断者においては、身体動作に伴う脳波変化に応じて電動の義手及び義足を操作することによって、移動や把持等の機能を切断以前のように回復させることが可能となる。



このようにBMIは、脊髄損傷患者や筋萎縮性側索硬化症等の重度四肢不自由者をはじめ、脳卒中片麻痺患者を適用対象者としており、これを用いた様々な研究が行われ、開示されている(例えば、特許文献1)。



しかしながら特許文献1が開示している技術を含む従来のBMI技術は、対象者が限られており、より多くの疾患や症状に対してBMI関連技術を適用して、多くの患者がその恩恵を受けられるようにすることが望まれている。



次期BMIの有力な対象は疼痛である。その中でも特に複合性局所疼痛症候群(CRPS)は、感覚過敏・アロディニア・代謝異常・浮腫・腫脹・皮膚温異常・局所的骨粗鬆症など様々な症状が表れ、生活が非常に困難になるものの、そのメカニズムには不明な点が多く、有効な治療方法が無いのが現状である。わかっている部分的なメカニズムは、交感神経求心性線維または遠心性線維から放出される神経伝達物質によって、侵害受容器を直接刺激することに起因するとされる。疼痛により生じる交感神経活性は、求心性C線維を活性化させることがあり、これは二次痛を増大させる。これはさらに交感神経の活性を亢進させ、痛みの悪循環が形成される。このような状態では患者の生活の質は大幅に低下させる。



例えば、CRPSに対して経頭蓋磁気刺激を適用する事例が報告されている(非特許文献1)。この方法は図1に示すように、大脳皮質運動野の手部に対して20Hz、運動閾値の95%の強度で約500回の磁気刺激を与えることにより、痛みを感じる閾値を上昇させることを狙っている。磁気刺激では周波数や強度を調整することにより、皮質の興奮性を上昇させられることがわかっている。

産業上の利用分野


本発明は、疼痛改善を目的とし、外傷や手術の後遺症として発症することがある複合性局所疼痛症候群の症状を改善する訓練に用いられるリハビリテーション装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
リハビリ対象者の脳波を計測して脳波信号を得る脳波計測部と、前記脳波計測部から得られる脳波信号のパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出手段と、前記脳波計測部により事前に前記リハビリ対象者の運動イメージ時又はメンタルローテーション時と安静時とにおいて計測した脳波から特徴的な周波数帯を求め、前記パワースペクトル算出手段から得られるパワースペクトルのうち、前記求めた特徴的な周波数帯におけるパワースペクトルを脳波の特徴量として算出する特徴量算出手段と、該特徴量算出手段から得られる脳波の特徴量を線形判別関数に代入して皮質興奮性を示す判別結果を算出する線形判別手段と、前記リハビリ対象者へフィードバックするために、前記線形判別手段から得られた判別結果を表示画面に表示する表示制御手段とを備えていることを特徴とするリハビリテーション装置。

【請求項2】
前記線形判別手段が、フィッシャーの線形判別法により、下式(ただし、xは国際10-20法のC3に関する脳波の特徴量、xは国際10-20法のC4に関する脳波の特徴量、w、w及びcは事前に設定されたパラメータ)
LDA=w+w+c
から判別結果LDAを算出するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のリハビリテーション装置。

【請求項3】
前記線形判別手段が、教師付学習によって、前記パラメータw、w及びcを事前に計測し計算してラベル付けした特徴量を使って設定するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載のリハビリテーション装置。

【請求項4】
前記表示制御手段が、縦軸が判別結果を、横軸が時間をそれぞれ表す表示画面上に、前記線形判別手段から得られた前記判別結果をマーク表示するように構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のリハビリテーション装置。

【請求項5】
前記パワースペクトル算出手段が、前記脳波計測部から得られる脳波信号を所定時間毎のデータに分割し、該分割したデータをフーリエ変換し、該フーリエ変換後の全データを二乗して平均化することによって前記パワースペクトルを算出するように構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のリハビリテーション装置。

【請求項6】
前記特徴量算出手段が、前記パワースペクトル算出手段から得られる前記パワースペクトルを前記周波数帯のみのパワースペクトルとなるようにバンドパス処理し、該バンドパス処理したパワースペクトルを整流処理し、該整流処理したパワースペクトルを所定の窓幅で移動平均処理して脳波の特徴量を算出するように構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のリハビリテーション装置。

【請求項7】
前記特徴量算出手段が、前記パワースペクトル算出手段から得られる前記パワースペクトルをあらかじめ定めた一定の周波数帯のみのパワースペクトルとなるようにバンドパス処理し、該バンドパス処理したパワースペクトルを整流処理し、該整流処理したパワースペクトルを所定の窓幅で移動平均処理して脳波の特徴量を算出するように構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のリハビリテーション装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 4C046AA13
  • 4C046EE11
  • 4C046EE24
  • 4C046EE25
  • 4C046EE32
  • 4C127AA03
  • 4C127FF01
  • 4C127FF02
  • 4C127GG09
  • 4C127GG11
  • 4C127GG13
  • 4C127HH03
画像

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JP2016067266thum.jpg
出願権利状態 公開


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