JP5041345B2 - 生体刺激装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極を内蔵した導子を生体に当接し、この導子から生体に電流を流して刺激を与える生体刺激装置に関する。

従来の生体刺激装置では、ソフトな刺激感を与えることを目的として、導子から生体にパルス電流を流しているものがある（例えば、特許文献１参照）。この生体刺激装置では、生体に導子を当て、この導子から矩形波のパルス群からなる電流を流している。そして、矩形波のパルス群からなる電流の出力期間中において、この矩形波パルス群を構成する複数のオンパルスの密度を可変にしている。

また、矩形波パルス群を出力する毎に矩形波パルスのデューティ比を可変にする構成を採用した生体刺激装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−３４４４４４号公報 特開２００５−２２４３８７号公報

上記特許文献１に開示された発明によれば、密度を可変にした複数のオンパルスを含んだ矩形波パルス群の繰り返し信号が導子から生体に出力される。そうすると、生体はあたかもコンデンサのような特性を有しているため、高い周波数の信号成分であるオンパルスによってそのインピーダンスが低くなり、生体の内部で矩形波パルス群全体の波形が歪んで、全体として低周波の歪み波形となる。そのため、同じ電流および周波数を有する矩形波パルスよりもソフトな刺激感を与えることができる。しかし、矩形波パルス群に複数のオンパルスが含まれているとはいえ、個々の矩形波パルス群は同一パターンから構成されている。そして、一定の休止期間を挿んで同一パターンの矩形波パルス群が繰り返し生体を刺激しているだけであり、休止期間においては生体を刺激しているわけではない。その結果、刺激が単調となり施術に長時間を要するという問題があった。

また、上記特許文献２に開示された発明によれば、矩形波パルス群を出力する毎に矩形波パルスのデューティ比を可変にして、矩形波パルス群の繰り返し信号が導子から生体に出力される。この場合、デューティ比を大きくすれば、強い刺激を与えることができるが、強い刺激は生体にとって痛みに変ずるものであり、無闇にデューティ比を大きくすることはできない。また、痛みを緩和すべく休止期間を長くすると、施術に長時間を要するという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、筋肉の収縮と弛緩を連続的に行う刺激パルスを生体に与えることで、施術時間を短縮し、疼痛緩和、筋疲労の緩和、筋肉強化、新陳代謝促進を図ることが可能な生体刺激装置を提供することを課題とする。

請求項１記載の発明は、生体に導子を当接し、該導子から生体に電流を流して刺激を与える生体刺激装置において、１ｋＨｚ〜数ｋＨｚの低周波のパルス群からなる電圧と、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波のパルス群からなる電圧と、を前記導子間に休止時間を設けることなく交互に出力して生体に刺激を与え、前記低周波のパルス群が出力される時間では筋肉が収縮し、前記高周波のパルス群が出力される時間では筋肉が弛緩することを特徴とする生体刺激装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の生体刺激装置において、前記低周波のパルス群のパルス周波数と前記高周波のパルス群のパルス周波数を、連続的または段階的に変化させて出力することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の生体刺激装置において、前記低周波のパルス群の振幅または継続時間を、前記高周波のパルス群の振幅または継続時間と異なる振幅または継続時間としたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体刺激装置において、前記低周波のパルス群の振幅または継続時間を、パルス群毎に変化させることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、低周波のパルス群が出力される期間では筋肉が収縮し、高周波のパルス群が出力される期間では筋肉が弛緩する。その結果、低周波のパルス群が出力される期間においてしか生体側では刺激を感ぜず、高周波のパルス群が出力される期間では刺激を感じないことになる。しかし、生体が刺激を感じない高周波のパルス群が出力される期間においても、生体にはパルス電流が流れており、生体は刺激されて血行が良くなり代謝が促進されることになる。したがって、疼痛緩和、筋疲労の緩和、筋肉強化、新陳代謝促進を効果的に行うことができる。

また、請求項１記載の発明によれば、生体が刺激を感じない高周波のパルス群が出力される期間においても、生体にはパルス電流が流れており、疼痛緩和等の施術効果が得られる。したがって、施術時間の短縮を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、急激な筋収縮が起こらないことから、ソフトな刺激感が得られ、生体刺激装置の使用者に与える負担を軽減することができる。

請求項３記載の発明によれば、単調な刺激による筋肉運動の慣れを防止でき、リズミカルな刺激を与えることができる。

請求項４記載の発明によれば、生体に個体差があっても、個体差に応じて最適な刺激感を与えることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施例を示す生体刺激装置のブロック図である。図１において、１は交流入力を安定化した状態で直流出力に変換する安定化電源であり、ここではＡＣ１００Ｖの交流電圧を、ＤＣ１５ＶおよびＤＣ５Ｖの直流電圧にそれぞれ変換している。２は、前記安定化電源１からのＤＣ５Ｖの直流電圧と、水晶発信器３からの基準クロック信号とにより動作する制御手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）である。このＣＰＵ２は周知のように、入出力手段，記憶手段および演算処理手段などを内蔵し、記憶手段に記憶された制御シーケンスに従って、所定のパターンの出力電圧指示信号とパルス駆動信号を生体である人体（図示せず）に与えるようになっている。

前記ＣＰＵ２の入力側ポートには、種々の刺激モードのなかから特定の刺激モードを選択するモード選択手段としてのスイッチ４が複数接続されている。これに対応して、ＣＰＵ２の出力側ポートには、どの刺激モードが選択・実行されたのかを示すモード表示手段としてのＬＥＤ５が複数接続されている。その他、ＣＰＵ２の出力側ポートには、刺激時間をカウント表示する時間表示手段としてのセグメントＬＥＤ６が接続されている。なお、本実施例では便宜上一つのセグメントＬＥＤ６だけを図示したが、実際には二つまたはそれ以上のセグメントＬＥＤ６が並設される。また、例えば共通のＬＣＤ表示器などにより、前記ＬＥＤ５とセグメントＬＥＤ６を一体化させて表示させてもよい。

また、ＣＰＵ２の入力側ポートには、設定操作可能な複数の可変抵抗器７からなる設定器が接続されている。これらの可変抵抗器７により、前記刺激モードのパルス周波数、パルス継続時間および振幅を任意の値に可変できるようにされている。一方、ＣＰＵ２の出力側ポートからは、選択された刺激モードおよび可変抵抗器７により設定された値に対応して、出力電圧指示信号およびパルス駆動信号が出力されるようになっている。

出力電圧制御回路８は、安定化電源１からのＤＣ１５Ｖの直流電圧により作動するものであり、ＣＰＵ２から出力される出力電圧指示信号に対応した直流電圧を出力する。すなわち、ＤＣ０ＶからＤＣ１５Ｖの範囲で指示された所定の電圧レベルを有する可変出力信号を刺激発生手段11に供給する。

一方、前記刺激発生手段11は、出力電圧制御回路８からの可変出力信号を矩形波等のパルス群に変換するもので、スイッチ手段たるＦＥＴ13の他に、一次側と二次側とを絶縁したトランス15を備えて構成される。具体的には、トランス15の一次巻線17の一端は、前記出力電圧制御回路８の可変出力信号ラインに接続されるとともに、ソース接地されたＦＥＴ13のドレインには、トランス15の一次巻線17の他端が接続される。また、刺激信号を出力するトランス15の二次巻線19の両端は、出力端子たる一対の導子21に接続される。そして、ＣＰＵ２からのパルス駆動信号が、ＦＥＴ13の制御端子であるゲートに供給されるようになっている。なお、ＦＥＴ13はスイッチ手段の一例であり、トランジスタ等他のスイッチ手段を用いることもできる。

以上のような構成の生体刺激装置において、スイッチ４により特定の刺激モードを選択し、図示しないスタートスイッチを操作すると、ＣＰＵ２によって選択された刺激モードに対応するＬＥＤ５が点灯する。またＣＰＵ２は、この選択された刺激モードに見合う刺激信号が導子21から出力されるように、出力電圧制御回路８やＦＥＴ13を含む刺激発生手段11の各部を制御する。

この一連の制御において、ＣＰＵ２から出力電圧制御回路８に出力電圧指示信号が出力されると、出力電圧制御回路８からは選択された刺激モードのパルス群の振幅に対応する所定の電圧が、所定の継続時間だけ繰り返し出力される。低周波のパルス群と高周波のパルス群の電圧レベルが同じである場合には、結果的に連続した直流電圧が出力されることになる。この出力電圧は、出力電圧制御回路８から刺激発生手段11に供給される。なお、低周波のパルス群に相当する電圧は、前述した可変抵抗器７によりＤＣ０ＶからＤＣ１５Ｖの範囲で適宜可変できるため、使用者は低周波パルス群の電圧を可変抵抗器７の設定変更により異なる振幅にすることができる。

また、ＣＰＵ２は出力電圧制御回路８からの直流電圧を、低周波のパルス群と高周波のパルス群にすべくパルス駆動信号を、スイッチング素子であるＦＥＴ13に出力する。すなわち、出力電圧制御回路８から低周波のパルス群に対応する直流電圧が出力されるときには、低周波のパルス周波数に対応する周期でスイッチングが行われ、出力電圧制御回路８から高周波のパルス群に対応する直流電圧が出力されるときには、高周波のパルス周波数に対応する周期でスイッチングが行われる。

トランス15の一次巻線17には出力電圧制御回路８により制御された直流電圧が印加され、この状態でＣＰＵ２からＦＥＴ13にパルス駆動信号が供給されると、ＦＥＴ13はスイッチングによりターンオンし、一次巻線17の他端側（非ドット側）が接地される。 このＦＥＴ13のスイッチングにより、二次巻線19の一端側（ドット側）に矩形波パルスの電圧が誘起される。したがって、ＦＥＴ13のゲートにオン・オフ信号を供給すると、二次巻線19には所定振幅と所定周波数の刺激信号がパルス状に出力される。そして、この刺激信号は導子21に供給される。

このようにして一対の導子21間には、選択された刺激モードに対応した振幅に比例した電圧レベルで、しかもＦＥＴ13により低周波のパルス群と高周波のパルス群に変調された刺激信号が繰り返し供給される。この刺激信号は、単に振幅と周波数が変化するだけでなく、低周波のパルス群と高周波のパルス群として観察した場合の振幅と周期が変化するパルス群から構成されている。なお、刺激信号が出力される際には、刺激モードが表示されると共に、ＣＰＵ２に内蔵されたタイマ（図示せず）が時間を計測し、その結果をセグメントＬＥＤ６に表示するようになっている。

次に、上記構成に関して、その作用を図２に示す各刺激モードの波形図に基づいて説明する。図２（ａ）に示す刺激モードでは、低周波のパルス群ＬＦからなる電圧と高周波のパルス群ＨＦからなる電圧が導子21間に交互に出力される。ただし、生体はあたかもコンデンサのような特性を有しているため、導子21を生体に当接した状態では生体の内部で矩形波パルスの波形は若干歪むことになる。この刺激モードでは、低周波のパルス群ＬＦがｔ１時間継続して出力された後、高周波のパルス群ＨＦがｔ２時間継続して出力され、さらに続けて低周波のパルス群ＬＦがｔ１時間継続して出力されるというように、低周波のパルス群ＬＦからなる電圧と高周波のパルス群ＨＦからなる電圧が交互に出力される。低周波パルスと高周波パルスの振幅は同じ値Ａとされる。また、低周波のパルス群ＬＦと高周波のパルス群ＨＦの継続時間ｔ１とｔ２は変化することなく周期的に繰り返され、通常はｔ１＝ｔ２とされる。ここで、図２に示すパルスの数は模式的に表したものにすぎず少ないが、実際の生体刺激装置においては、低周波のパルス群ＬＦおよび高周波のパルス群ＨＦとも図示したパルス数より多くのパルスから構成されている。

なお、本発明による生体刺激装置において、低周波とは概ね１ｋＨｚ〜数ｋＨｚの周波数領域を言い、高周波とは概ね数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの周波数領域をいう。すなわち、低周波領域のパルス群ＬＦでは生体の筋肉は刺激により収縮し、高周波領域のパルス群ＨＦでは生体の筋肉は弛緩して刺激に対して無感覚になる特性を有している。

この刺激モードでは、低周波のパルス群ＬＦが出力される時間ｔ１では筋肉が収縮し、高周波のパルス群ＨＦが出力される時間ｔ２では筋肉が弛緩する。その結果、低周波のパルス群ＬＦが出力される時間ｔ１においてしか生体側では刺激を感ぜず、高周波のパルス群ＨＦが出力される時間ｔ２では刺激を感じないことになる。しかし、生体が刺激を感じない高周波のパルス群ＨＦが出力される時間ｔ２においても、生体にはパルス電流が流れており、生体は刺激されて血行が良くなり代謝が促進されることになる。したがって、短い刺激時間で疼痛緩和、筋疲労の緩和、筋肉強化、新陳代謝促進を図ることができ、施術時間の短縮を図ることが可能となる。

図２（ｂ）に示す刺激モードは、図２（ａ）に示す刺激モードに近いものであるが、低周波のパルス群ＬＦからなる電圧と高周波のパルス群ＨＦからなる電圧を、休止時間を設けることなく切り替えて出力する際に、低周波のパルス群ＬＦと高周波のパルス群ＨＦのパルス周波数を連続的に変化させて出力する点において異なる。もちろん、パルス周波数を連続的に変化させる代わりに段階的に変化させるようにすることもできる。

この刺激モードでは、急激な筋収縮が起こらないことから、ソフトな刺激感が得られ、生体刺激装置の使用者に与える負担を軽減することができる。

図２（ｃ）に示す刺激モードは、低周波のパルス群ＬＦの振幅Ａ１または継続時間ｔ３を、高周波のパルス群ＨＦの振幅Ａまたは継続時間ｔ４と異なる振幅または継続時間としたものである。すなわち、低周波のパルス群ＬＦがｔ３時間継続して出力された後、高周波のパルス群ＨＦがｔ４時間継続して出力され、さらに続けて低周波のパルス群ＬＦがｔ３時間継続して出力されるというように、低周波のパルス群ＬＦからなる電圧と高周波のパルス群ＨＦからなる電圧が交互に出力される。低周波のパルス群ＬＦと高周波のパルス群ＨＦが出力される時間ｔ３とｔ４は異なり、通常ｔ３＞ｔ４とされる。

この刺激モードでは、単調な刺激による筋肉運動の慣れを防止でき、リズミカルな刺激を与えることができる。

図２（ｄ）に示す刺激モードは、低周波のパルス群ＬＦの各群の振幅Ａ２,Ａ３,Ａ４または継続時間ｔ５,ｔ７を、パルス群毎に変化させたものである。すなわち、低周波のパルス群ＬＦの継続時間ｔ５,ｔ７はパルス群毎に異なっている。その結果、高周波のパルス群ＨＦの継続時間ｔ６,ｔ８もパルス群毎に異なる。また、高周波のパルス群ＨＦの振幅Ａは一定であるが、低周波のパルス群ＬＦの振幅は、Ａ２,Ａ３,Ａ４というようにパルス群毎に異なる値とされている。

この刺激モードでは、生体に個体差があっても、個体差に応じて最適な刺激感を与えることができる。

図３は、本発明の第二実施例を示す生体刺激装置のブロック図である。第一実施例と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。第一実施例に示す生体刺激装置にあっては、出力電圧制御回路８とＦＥＴ13によって任意の振幅と周波数を有する高周波のパルス群ＨＦと低周波のパルス群ＬＦを発生させているが、高周波のパルス群ＨＦと低周波のパルス群ＬＦを各別の刺激発生手段によって交互に発生させることもできる。

図３に示す生体刺激装置は、高周波のパルス群ＨＦと低周波のパルス群ＬＦを各別の刺激発生手段11，12によって発生させるものである。高周波のパルス群は、出力電圧制御回路８とトランス15とＦＥＴ13とから構成される刺激発生手段11によって発生される。この構成は第一実施例の構成とまったく同一である。すなわち、高周波のパルス群の振幅は、ＣＰＵ２からの出力電圧指示信号に基づいて出力電圧制御回路８によって制御される。また、出力電圧制御回路８からトランス15の一次巻線17に直流電圧が供給されるが、スイッチング素子たるＦＥＴ13はＣＰＵ２からの高周波パルス駆動信号によって駆動されるため、トランス15の一次巻線17には高周波パルス電圧が印加されることになる。その結果、トランス15の二次巻線19には選択された振幅と周波数を有する高周波のパルス群が誘起され、導子21間に出力される。

一方、低周波のパルス群は、出力電圧制御回路９とトランス16とＦＥＴ14とから構成される刺激発生手段12によって発生される。低周波のパルス群の振幅はＣＰＵ２からの出力電圧指示信号に基づいて出力電圧制御回路９によって制御される。また、出力電圧制御回路９からトランス16の一次巻線18に直流電圧が供給されるが、スイッチング素子たるＦＥＴ14は、ＣＰＵ２からの低周波パルス駆動信号によって駆動されるため、トランス16の一次巻線18には低周波パルス電圧が印加されることになる。その結果、トランス16の二次巻線20には選択された振幅と周波数を有する低周波のパルス群が誘起され、導子21間に出力される。

このように本実施例では高周波のパルス群ＨＦと低周波のパルス群ＬＦを各別の刺激発生手段11，12によって交互に発生させている点で第一実施例と異なるが、刺激信号が生体に与える効果については第一実施例と異なるところはない。すなわち、第一実施例について説明した図２の波形が生体に与える効果については、第二実施例についても該当する。

上記各実施例の生体刺激装置によれば、生体が刺激を感じない高周波のパルス群が出力される期間においても、生体にはパルス電流が流れており、生体は刺激されて血行が良くなり代謝が促進されることになる。したがって、疼痛緩和、筋疲労の緩和、筋肉強化、新陳代謝促進を効果的に行うことができる。また、急激な筋収縮が起こらないことから、ソフトな刺激感が得られ、生体刺激装置の使用者に与える負担を軽減することができ、施術時間の短縮を図ることができる。さらに、単調な刺激による筋肉運動の慣れを防止でき、リズミカルな刺激を与えることができると共に、生体の個体差に応じて最適な刺激感を与えることができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば上記実施例においては、低周波のパルス群ＬＦからなる電圧と高周波のパルス群ＨＦからなる電圧を、休止時間を設けることなく切り替えて出力するようにしているが、出力の切り替えに際して実質的に無視できる程度の休止時間を設けてもよい。また、制御手段としてＣＰＵ２に替えてＤＳＰ等、ＣＰＵと同等の機能を有する制御デバイスを用いてもよいし、広帯域アナログアンプと広帯域出力トランスを用いてパルス群をアナログ方式によって発生させることもできる。さらに、上記実施例では、パルス波形として矩形波を用いて説明をしたが、パルス波形は必ずしも矩形波に限定されるものではない。

本発明の第一実施例を示す生体刺激装置のブロック図である。 同上、生体刺激装置の出力波形図である 本発明の第二実施例を示す生体刺激装置のブロック図である。

２１ 導子（出力端子）
ＬＦ 低周波のパルス群
ＨＦ 高周波のパルス群

Claims (4)

1. 生体に導子を当接し、該導子から生体に電流を流して刺激を与える生体刺激装置において、１ｋＨｚ〜数ｋＨｚの低周波のパルス群からなる電圧と、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波のパルス群からなる電圧と、を前記導子間に休止時間を設けることなく交互に出力して生体に刺激を与え、前記低周波のパルス群が出力される時間では筋肉が収縮し、前記高周波のパルス群が出力される時間では筋肉が弛緩することを特徴とする生体刺激装置。
2. 前記低周波のパルス群のパルス周波数と前記高周波のパルス群のパルス周波数を、連続的または段階的に変化させて出力することを特徴とする請求項１記載の生体刺激装置。
3. 前記低周波のパルス群の振幅または継続時間を、前記高周波のパルス群の振幅または継続時間と異なる振幅または継続時間としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体刺激装置。
4. 前記低周波のパルス群の振幅または継続時間を、パルス群毎に変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体刺激装置。

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