特殊治療

手指機能を改善するための表面刺激電極装置の開発に関する研究

主任研究者 小山 浩永 関東労災病院リハビリテーション科部長

はじめに
1960年初頭、Libersonらが緋骨神経を電気刺激し、片まひ患者の歩容改善を試みた。その後Peckhamらは、経皮的埋め込み電極を利用して、手指機能の再建を試みている。また、表面電極による試みは、Nathan(1990)Prockazka(1997)らによって行われている。本邦では、ワイヤー電極を利用した半田(1989)らの刺激装置から、山本が多チャンネル表面電極型刺激装置を開発した。電気刺激装置を含む、全体のシステムは、リハビリテーション訓練において、回復過程や多様な障害レベルに対応した脳卒中の手指機能改善を可能にすると共に、地域や在宅での機能維持や向上に役立つことが考えられ、訓練の質を高めることは、職業復帰やQOL獲得にもつながるものと思われる。

[研究目的]
脳卒中などが原因で片まひになった患者の手指機能を改善させるため、いくつかのリハビリテーションが行われている。その中で、表面電極型刺激装置による機能的電気刺激療法(以下FES)を施行するにあたり、手指を独立させて動かす筋は前腕に多数存在するため、他の筋に影響しないように筋を特定して刺激電極を貼り、機能的電気刺激を行うには訓練や経験、手間が必要とされる。そのため、患者自身が在宅などで機能的電気刺激を用いて訓練するためには、簡便で正確な刺激筋の特定方法が必要である。 本課題は、指と手関節の伸展や屈曲のリハビリテーションに注目し、脳卒中などが原因で手指の機能が低下した患者を対象に、電極貼付が簡便かつ正確に再現可能な装具を開発することを目的とする。その成果は、対象者の手指機能を改善して機能の維持向上に多いに役立ち、日常生活の質を向上させることが期待できる。

[調査研究の対象と調査方法]
脳卒中(脳梗塞、脳出血、くも膜下出血などによる片まひ患者)性別、年齢は特に制限はなく、痴呆などなく指示が入る協力理解の可能な、発症から3カ月を超えた対象、麻痺の程度はBrunmstrumブルムストルウムのステージ分類(以下ステージ)、けい縮はAshworthアシュワースの改訂スケール(以下スケール)で判定。握力、1指と2指のピンチスピード(以下ピンチスピード)、パワーグリップの安定(木槌、包丁使い)箸使い、書字、STEFFなどで機能の評価は判定する。

前段階として、電気刺激装置刺激部位探索を行うために、誘発電位刺激装置(Neuropack、日本光電)試作刺激装置FESⅡ8chを用いる。FESⅡの基本刺激波形は二相性正弦波、周波数は5.0KHz(最大刺激電流は、50mA以内)刺激時間は2~3mA、刺激周波数は20~100Hz、刺激強度は電圧0~80V、などの基本刺激パラメータが調整可能。組み合わせ筋群の選択など刺激パターンの調整が可能な装置である。
刺激強度は、電圧を徐々に上昇させ刺激時の不快感の訴えがなく、手指の運動動作が得られる強度を探索し用いる。刺激筋は、とう側手根伸筋(以下ECR),総指伸筋(以下ED)、示指伸筋(以下EI)、手内筋(以下IO)などを選択し(屈筋群も一連に刺激する場合には浅指屈筋(以下FDS),深指屈筋(以下FDP)なども選択する)、前述条件で刺激実験を行い、刺激表面電極の貼付部位を選定する。

前腕部を中心に、回内位でギブスにて採型し、ベルクロ式に伸側、屈側をはさみ留める装具を作成する。装具の内側に選定された刺激部位に合致するように、表面電極を貼付し固定する。1つの筋肉に対し、陰極、陽極の2つの皿電極が貼付されている。
ECR,ED,EIなどを刺激するための、表面電極刺激装置が完成される。

手指の機能的電気刺激治療

手指の機能的電気刺激治療の様子

[調査結果]
今回、58歳男性、左脳出血後3カ月、右手指ステージⅤの初期、握力の低下、パワーグリップ力の低下、しびれ感、1指と2指のピンチスピードの低下などで、木槌を打てない、包丁をうまく使用できない、書字が強く、早くできない、ペットボトルの蓋が開けられない電卓が早く打てないなど復職や独居生活に今後問題のある症例を選び、前述の方法に倣い、写真3のような表面電極刺激装置を作成し、約1カ月半にわたり、ECR、ED、EIへの伸展刺激を不快と思わない最大刺激まで収縮させ伸展し、その後随意的に最大に握る動作を反復し、週5日程度、1回20分の刺激訓練を施行したところ、FES開始前は、ステージⅤの初期、スケール2、握力15kg、1指と2指のピンチスピードは10秒間に10回のピンチスピード、木槌が強くにぎれず使用できない、ペットボトルのふたが開けられない、缶コーヒーの蓋が開けられない、書字が強く早く書けない、しびれがが強く位置覚8/10程度、STEFF54/124の評価であったが、FES開始直後から、握力20kg以上の増大、けい縮の改善Ashスケール2以上1+程度へ改善、ピンチスピードが10秒間に16回のピンチスピード、しびれの消失、位置覚の改善など、機能の改善を認めたが、1日経過すると元に戻ってしまった。しかし、FESを同条件で2から3週間継続すると、握力は26kgを超える測定を呈し、Ashスケール1+とけい縮の改善、ピンチスピード26/10秒程度などスピードの改善を呈するようになった。木槌や包丁などのパワーグリップの安定も得られ、ペットボトルや缶コーヒーの蓋も開けられるようになった。しびれについては、FES直後には消失し、位置覚の改善も認められるが、1日たつと元に戻ることが繰り返された。STEFF74/124まで改善された。約1カ月半が、経過すると、握力は30kgまで改善、Br.ステージⅥ、ピンチスピードも30回/10秒、けい縮もAshスケール1-程度、木槌や包丁などの握り(パワーグリップ)も改善、書字の筆圧や持続性なども満足がいくように改善した。そのため、日常生活関連動作の著しい改善と、復職のための手指機能に多いに貢献できると考えられた。しびれについても、持続した改善は約1カ月を経過した時点から得られた。
今回、表面電極刺激装置を用いた、FES訓練では、機能改善に良好な改善が認められた。表面刺激装置の作成および使用は、大変有効な方法であることが判断できた。

[考察]
脳卒中後の、けい性麻痺の患者の手指機能の向上目的に、FES表面電極刺激装置を用いた。通常の筋力増強訓練では、けい性の増強などで、返って機能低下をもたらす場合も多く、その方法には、CI、経頭蓋磁気刺激装置を用いた方法などとともに同法が選択される。同刺激装置作成にあたっては、刺激部位の選定に、電気刺激装置を用いてECR,ED,EIなどの運動点を探索し、最大収縮点を中心に2×3センチ四方程度までの刺激範囲を決め、刺激装置内に組み込んだ(写真3)。その際電極と皮膚との接面などが不十分だと、刺激が十分伝わらず収縮が得られにくいことが多かった。患者ごとに、運動点も異なるため、その作業は慎重に十分に行う必要があった。
脳卒中後の上肢手指では、通常屈筋群のけい性が強くなる傾向がある。そのため、握力を強くするために、グリッピングの訓練などを施行すれば、一方的に屈筋群のけい性が増強する可能性が高い。今回のように、伸筋群の収縮、促通を行うと、相反抑制のため屈筋群の緊張は低下する。その上での随意的な握り動作訓練は、筋緊張を増大させることなく握力を15㎏以上増大させるために非常に有効であったと考えられる。さらに、非常に筋力の低下した屈筋群の増強のためには、けい性を強めない範囲で屈筋群の刺激電極を併用することも有効と推測される。 伸筋群促通を施行し、相反抑制のための、屈筋群のけい性低下は、ピンチスピードの増大、改善にも結び付いた。患者は治療後の指の動きの軽快さを訴えた。このことは、巧緻性の改善にも結び付くものと考える。

[結論]
今回はステージⅤからⅥへの改善目的に、同訓練を施行し有効であった。16kgから31kgへと握力の15kg増大、ピンチスピードの10回/10秒から30回/10秒への改善、けい性Ashスケール2から1-への改善、木槌や包丁などの握りパワーグリップの安定、ペットボトルや缶コーヒの蓋が開けられる、電卓打ちが速くなる、書字の筆圧の安定、スピードの増大などが得られ、日常生活関連動作の著しい改善や復職に多いに役立つ機能改善が得られた。今後、もう少し機能の低い症例の機能改善など、色々なステージの症例に対し、機能改善目的に使用可能と考える。その際、フェノールやボツリヌス毒素などのブロックを併用して、屈筋群のけい性を抑制しながら、同訓練を施行することはさらに有効な方法と考える。また、経頭蓋磁気刺激療法との、併用する治療は、さらなる改善を期待できるものと推察する。今後同方法の併用を施行し研究を継続する。

[倫理面への配慮]
被験者の身体への侵襲に伴うものは、特にない。
被験者の身体への物理的負荷を加えるもの、環境的負荷を加えるもの、一定空間での拘束、一定時間での拘束などと、神経学的、整形外科的疾患などがないことを確認するとともに、電気刺激については、過敏な皮膚感覚のある人は聞き取り調査の段階で中止すると共に、十分に試用テストを行う。実験中に事故が起きた場合は、安全マニュアルに沿って対応する。被験者が、安心して参加できるように配慮すると共に、疲労なども起こさないようにする。
ヒトとしての尊厳が問題になる可能性のあるもの、データの収集、解析、分析では、被験者の個人情報(氏名、年齢、性別、職業等のプライバシー)が特定できないように匿名化を行う。学会、論文などで公表される場合にも、同様に個人が特定できないように配慮する。
被験者には、研究協力願い、研究の意義、目的などについて口頭をもって十分に説明し、同意を得る。
この度我々は、表面電極刺激装置、機能的電気刺激装置8chFESⅡを用いて、脳卒中患者の麻痺筋、手指に対し、握力、スピード、木槌や包丁などのパワーグリップ、ペットボトルや缶コーヒーの蓋の開閉、書字の筆圧やスピードなど、機能的な改善と生活関連動作や復職のための手指機能の改善に成功した。
まず、前腕部を回内位にしてギブスにて型を採り、伸筋側と屈筋側をベルクロにてつなぎ留める前腕部の表面電極刺激装置を作成する。その内側には、電気刺激にて求めたECR,ED,EI,FDS,FDPなどの刺激ポイントに表面電極を貼りつけ、表面電極刺激装置を完成させた。
発症3カ月脳卒中の症例で、ECR,ED,EIに対する刺激装置を作成し、前腕伸筋群を不快に思わない程度の最大刺激で収縮させ、手関節、手指を背屈伸展させ、その後刺激がoffになった時点で自動運動で最大に、手指を屈曲させ握りこむ運動を20分間繰り返した。週5日1か月半継続したところ、訓練開始前、Br.ステージⅤの初期がⅥ、Ash.改訂スケール2が1-、握力15kgが31㎏、ピンチスピード10回/10秒が30回/秒、STEFF54/124が80/124,木槌や包丁の握りなどパワーグリップの改善、書字の筆圧やスピードの改善、ペットボトルや缶コーヒの蓋の開閉、電卓の早打ちなど、機能的な改善と、生活関連動作や復職のための手指機能の改善に至った。前腕屈筋群のけい性が増強することなくむしろ緊張が低下し、握力などのパワーの増大、ピンチスピードなどの向上は巧緻性、スピードの改善にも繋がり、復職のための技能獲得に多いに有効な治療手段と考える。

手指の機能的電気刺激治療

手指の機能的電気刺激治療の様子

嚥下の機能的電気刺激治療

嚥下の機能的電気刺激治療の様子

嚥下造影と嚥下内視鏡機器

嚥下造影と嚥下内視鏡機器

ご不明な点などのお問い合わせは、リハビリ科医師小山までお願い致します。

経頭蓋磁気刺激による片まひの回復

  1. 人間の運動機能とその障害を評価する手段として、1985年から脳を皮膚の上から磁気で刺激する技術(以下経頭蓋磁気刺激TMS)が使用するに至ったが、脳卒中を始め多くの疾患や症状の治療に応用している。
  2. 同意書を頂いた上で、患者様を安楽に腰掛けて頂く、陳旧性脳卒中患者様の全身状態、使用薬物内容、アルコール依存、体内金属の有無、シャント術の有無、脊髄手術の有無、失神の既往の有無、妊娠の確認は必要である、
  3. 頭、手指、腕など必要に応じて、その筋肉をピックアップ、テンドンベリー方式に則り電極を貼る
  4. 8字型の刺激装置を患者の頭部に密着させ、刺激を行う。
  5. 刺激時にカチッと音がし、頭の皮膚をつねられたような感じがする。音が気になるようであれば耳栓をする。
  6. マグスティム高頻度刺激システム、日本光電製筋電図検査装置を用い、それぞれの用途に応じた機能設定を使用し、単発刺激システムを利用し、運動誘発電位を測定し、その運動域値を設定する。
  7. 頭部刺激部位は運動野(M1)を中心に刺激し、域値設定については、静的状態、運動時での測定など、患者様の機能や目的に合わせて測定を行う。
  8. 域値が決定されたら、その90%の刺激強度で、5Hz、10パルスを患側半球、または1Hz、健側半球に1000発の刺激などを行う。1週間3000発~4000発程度とする。
  9. 副作用として、痙攣、頭痛、脳波への影響、聴力低下など挙げられているが、実際にはこの刺激強度では、生じたことはない。
  10. 評価は、Br.ステージ、フーゲルマイヤー法、STEFFなどと、運動誘発電位の振幅と潜時、静止期などで評価する。またOT療法でCI療法に準じた方法、FESの併用を施行する。
  11. 1か月をワンクールとし、入院で行い、月、火、水、木、金の午前7時頃、1時間程度、さらに日曜日の施行を考えている。
  12. 当科で事前に診察後、適応がある方に限り入院加療を開始する
  13. 事前処置として、ボトックス、MAB、キシロカインブロック、機能的電気刺激治療(FES)などを施行することは多くある。
  14. さらに、適応範囲として、失語症、高次脳機能障害、嚥下障害、慢性疼痛なども考えられている。
経頭蓋磁気刺激治療

経頭蓋磁気刺激治療の様子

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モーターポイントブロック、ボトックス治療などについて

1運動点ブロック、その周辺の神経筋接合部ブロックともいう。
脳血管障害、脳性まひ、脊髄損傷などの中枢神経疾患に見られるけい縮spasticityや固縮rigidity、特にけい縮がリハビリテーションを遂行する上で妨げとなる。(下肢支持性の向上のためには、けい縮は重要な機能の補助となる場合もある)ブロックの目的は、けい縮を改善させ、内反や尖足、槌指、股関節内転の改善で歩行の改善、股関節屈曲の改善で座位バランスや移乗動作の安定、座位でのADL動作の改善、手指屈曲拘縮の改善から手指分離を促し手指機能やADL動作、巧緻性などの改善を獲得することを目的とする。

2運動点とは
神経幹→神経束→神経枝→1本のニューロン→筋肉内神経枝→筋線維→筋紡錘
と図のようにニューロンが枝分かれして筋肉繊維1本ずつ、計5から6本を支配して各筋紡錘に分布する。
神経枝やニューロンの密度の集束している点を運動点という。
電気刺激で運動点を探索し、さらにポール針という先端のみ通電可能な絶縁針をその中には刺入、最少通電で最大収縮の得られるポイントを探索する。

3けい縮の神経生理
①けい縮は錐体路、固縮は錐体外路の障害と言われる。
②筋肉細胞内の筋紡錘の模式図を表す
筋紡錘内動的ガンマ繊維の障害をけい縮
筋紡錘内静的ガンマ繊維の障害を固縮
ガンマ繊維は筋緊張
ブロックは動的ガンマ繊維の興奮を抑制する目的に行う
アルファ繊維は直接運動に関わるため、抑制はできるだけ避けたいが現実には抑制は避けられない。(筋力低下を防止するためにも)
フェノールが同繊維にタンパク変性を起こし、抑制する。効果は3カ月から1年
2次的感覚神経反射の抑制も得られる
ボトックスは神経筋接合部ブロックともいい、運動点周辺の筋肉内に注入する。

4けい縮抑制のための他の治療
ストレッチング(持続伸張法を用いる。ガンマ繊維を抑制し、けい縮を軽減する。早い動作で行うと返って緊張は増強される。)

温熱(38から40度、疼痛緩和やリラクゼーションにより緊張低下が得られる。)
寒冷(皮膚温を10度以下にアイシングなど行うと抑制され、筋緊張が低下する。)

装具(けい縮が抑制される肢位に固定し緊張低下をはかる。例えば足関節では0度や5度背屈位にする、手関節屈曲には0度や若干の背屈位など改善肢位に固定するなど。)

手術
神経切除
バクロヘン髄腔注入
機能的腱延長術

ブロック
フェノールモーターポイントブロック
ボツリヌス毒素
感覚神経ブロック(MAB)

薬物療法
ジアゼチアム 脊髄シナプス前抑制
バクロフェン脊髄脳関門を通過し、シナプス前後抑制する
ダントリウム筋小胞体からのカルシウムイオン放出抑制する、肝障害など副作用に注意
ミオナールは中枢神経可塑性の抑制はないが効果は低いが使いやすい

5実際の手技
① 目的
脳血管障害、脳性まひ、脊髄損傷などの中枢神経疾患に見られるけい縮spasticityや固縮rigidity、特にけい縮がリハビリテーションを遂行する上で妨げとなる。(下肢支持性の向上のためには、けい縮は重要な機能の補助となる場合もある)ブロックの目的は、けい縮を改善させ、内反や尖足、槌指、股関節内転の改善で歩行の改善、股関節屈曲の改善で座位バランスや移乗動作の安定、座位でのADL動作の改善、手指屈曲拘縮の改善から手指分離を促し手指機能やADL動作、巧緻性などの改善を獲得することを目的とする。

② 目的筋
内反尖足(下腿三頭筋、後脛骨筋)
槌指(長拇指屈筋、長指屈筋)
股関節屈曲けい縮(腸腰筋)
股関節内転けい縮(閉鎖神経、大内転筋)
手指屈曲けい縮(浅指屈筋、深指屈筋、長拇指屈筋)
手関節屈曲けい縮(とう側、尺側手根屈筋) 肩関節内転けい縮(肩甲下筋)

③ 方法
クロナキシメーターを用い、電気刺激端子にて運動点を探索する
目的被検筋の収縮動作を確認しながら最少刺激点、運動点を決定する。
数か所に印をつける。ここから縫合セットを開き清潔操作にする。ピンク針で針穴をつくり、ポール針を挿入、さらに最少刺激で最も強い収縮の得られる運動点を探索し、5%フェノール液を0.1mlずつ注入し収縮が抑制されるまで、注入を最大5mlまで行う。数回同操作を行う。
ボトックスについては、生理食塩水2mlに溶解し、上肢上限240単位、下肢上限300単位を上限とし、上記方法に倣い、運動点近くに、0.1mlずつ注入する。専用刺激装置、刺激針を使用する。
場合によっては、エコーを併用する。

MABは、1%キシロカインに1%の割合で無水アルコールを溶解した溶液を目的筋に注入する。

④ 評価
出血の有無
感染の有無
疼痛VAS
関節可動域
改訂Ashworthけい縮スケール
クローヌスの減弱や程度
精神症状
機能的動作、基本動作で評価
ADL評価
当日は入浴なしで、疼痛に応じた安静度での生活から開始する

ボトックスについては、
ショック、アナフィラキラシー様症状
血清病
呼吸障害、嚥下障害
痙攣発作
耐性などが副作用

ボトックス刺激装置と超音波治療

ボトックス刺激装置と超音波治療

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