CN112236190A - 电刺激装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种电刺激装置，安装作业容易，在电刺激时不会产生过度的疼痛。电刺激装置的特征在于，包括：第一带状电极，安装于人体的右腿的膝盖上方；第二带状电极，安装于人体的左腿的膝盖上方；以及控制部，交替地执行第一模式和第二模式，在所述第一模式中，将所述第一带状电极和所述第二带状电极中的一个电极作为正极、将另一个电极作为负极而进行电刺激，在所述第二模式中，将所述另一个电极作为正极、将所述一个电极作为负极而进行电刺激，所述第一模式通过使第一刺激模式和第二刺激模式连续而构成，在所述第一刺激模式中，使电刺激脉冲信号的电压值逐渐增加，在所述第二刺激模式中，将电刺激脉冲信号的电压值维持为目标电压值，各所述电刺激脉冲信号由对方形波进行平滑以使电压值逐渐接近预定电压值的平滑方形波构成，所述第二模式通过使所述第一模式中的各电刺激脉冲信号正反反转的波形的信号构成。
Description
技术领域
本发明涉及电刺激装置的控制方法。
背景技术
以往，在医学、体育运动等行业中，为了肌肉增强、失禁管理、脊椎畸形管理、痉挛管理等，进行诱导骨骼肌收缩的电肌肉刺激(以下，称为EMS)。
在专利文献1中公开了一种电刺激用安装工具，使用从输出电信号的电信号输出装置输出的电信号对人体施加电刺激，其特征在于，包括第一电极安装部件、第二电极安装部件和第三电极安装部件，所述第一电极安装部件包括：第一电极，将从所述电信号输出装置输出的电信号施加到人体；第二电极，将从所述电信号输出装置输出的电信号施加到人体；以及第一电极保持部，以分离的状态保持所述第一电极和所述第二电极，使所述第一电极位于人体的躯干部中的一侧面侧，使所述第二电极位于人体的躯干部中的另一侧面侧，并且以包围躯干部的方式安装，所述第二电极安装部件包括：第三电极，将从所述电信号输出装置输出的电信号施加到人体，具有与所述第一电极不同的极性，与所述第一电极成对；以及第二电极保持部，保持所述第三电极，安装于包围所述第一电极所处的一侧的一个膝盖部的位置，所述第三电极安装部件包括：第四电极，将从所述电信号输出装置输出的电信号施加到人体，具有与所述第二电极不同的极性，与所述第二电极成对；以及第三电极保持部，保持所述第四电极，安装于包围所述第二电极所处的一侧的另一个膝盖部的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实用新型登记第3194492号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
上述专利文献1中公开的电刺激用安装工具需要在躯干部、右腿的膝盖部以及左腿的膝盖部这三个位置卷绕带状电极，因此安装作业非常繁杂。另外，当进行电刺激时，需要设计波形以免对人体造成过度的疼痛。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明的电刺激装置是(1)一种电刺激装置，其特征在于，包括：第一带状电极，安装于人体的右腿的膝盖上方；第二带状电极，安装于人体的左腿的膝盖上方；以及控制部，交替地执行第一模式和第二模式，在所述第一模式中，将所述第一带状电极和所述第二带状电极中的一个电极作为正极、将另一个电极作为负极而进行电刺激，在所述第二模式中，将所述另一个电极作为正极、将所述一个电极作为负极而进行电刺激，所述第一模式通过使第一刺激模式和第二刺激模式连续而构成，在所述第一刺激模式中，使电刺激脉冲信号的电压值逐渐增加，在所述第二刺激模式中，将电刺激脉冲信号的电压值维持为目标电压值，各所述电刺激脉冲信号由对方形波进行平滑以使电压值逐渐接近预定电压值的平滑方形波构成，所述第二模式通过使所述第一模式中的各电刺激脉冲信号正反反转的波形的信号构成。
(2)在上述(1)所记载的电刺激装置中，其特征在于，当从所述第一模式和所述第二模式中的一个模式切换为另一个模式时，存在将所述电刺激脉冲信号的电压值设为0的刺激停止时间。
(3)在上述(1)或(2)所记载的电刺激装置中，其特征在于，当将所述第二刺激模式的所述平滑方形波的面积设为S1、将成为所述第二刺激模式的基础的所述方形波的面积设为S2时，作为所述S1与所述S2的差分的差分面积ΔS是所述S2的10％以上。
(4)在上述(1)至(3)中任一个所记载的电刺激装置中，其特征在于，所述第二刺激模式中的所述平滑方形波的脉冲宽度的始端部的电压值大于0，在脉冲宽度的所述始端部与脉冲宽度的末端部之间的预定位置达到所述目标电压值。
(5)在上述(1)至(4)中任一个所记载的电刺激装置中，其特征在于，所述第一模式的刺激时间为2秒～6秒。
发明效果
根据本申请发明，通过采用极性反转，电极的配置部位仅需要两处即可，因此容易进行电极的安装作业。另外，设置在紧接着切换极性之后逐渐增加刺激强度的时间，并且对各脉冲信号的波形进行平滑处理，因此能够抑制因对人体施加急剧的电刺激而引起的疼痛的产生。
附图说明
图1是电刺激装置的立体图。
图2示出带状电极的安装位置，(A)是人体的正面图，(B)是人体的后视图。
图3是右腿电极安装部件和左腿电极安装部件的俯视图，示出与电极所处的面相反侧的面。
图4是电信号输出装置的功能框图。
图5是示出输出电压生成电路中的处理前的信号(图5的(a))和处理后的信号(图5的(b))的波形图。
图6是示出输出电压生成电路中的处理前的信号(图6的(a))和处理后的信号(图6的(b))的波形图。
图7是由控制器生成的基本脉冲信号的波形图。
图8是用于说明输出合成电路所进行的处理的波形图。
图9是由输出合成电路合成的平滑合成信号的波形图。
图10示出由输出放大电路放大的平滑合成信号的极性反转前的波形。
图11示出由输出放大电路放大的平滑合成信号的极性反转后的波形。
图12是对放大平滑脉冲信号的波形进行了放大的放大图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照附图对本发明的一个实施方式涉及的电刺激装置1进行说明。图1是电刺激装置的立体图。图2示出带状电极的安装位置，(A)是人体的正面图，(B)是人体的后视图。
电刺激装置1包括电信号输出装置20(相当于控制部)、右腿电极安装部件21(相当于第一带状电极)、以及左腿电极安装部件22(相当于第二带状电极)。右腿电极安装部件21安装于人体右腿的膝盖上方。左腿电极安装部件22安装于人体左腿的膝盖上方。这里，膝盖上方是相当于大腿四头肌的末端部的位置。
右腿电极安装部件21包括右腿带21a、右腿电极21b、右腿电极容纳部21c以及右腿带状导电部21d。右腿带21a呈带状延伸，由在长边方向上自由伸缩的材料构成，并具有超过人体膝盖上方周长的长度。左腿电极安装部件22包括左腿带22a、左腿电极22b、左腿电极容纳部22c以及左腿带状导电部22d。左腿带22a呈带状延伸，由在长边方向上自由伸缩的材料构成，并具有超过人体膝盖上方周长的长度。
右腿电极容纳部21c通过将形成为网眼状的右腿带状导电部21d的外缘部分缝合到右腿带21a，在右腿带21a与右腿带状导电部21d之间形成用于容纳右腿电极21b的空间。左腿电极容纳部22c通过将形成为网眼状的左腿带状导电部22d的外缘部分缝合到左腿带22a，在左腿带22a与左腿带状导电部22d之间形成用于容纳左腿电极22b的空间。
这里，也可以通过不将右腿带状导电部21d的外缘部分中的一部分缝合到右腿带21a，在右腿电极容纳部21c形成狭缝。经由该狭缝，能够使右腿电极21b滑入右腿电极容纳部21c的内部，或者取出容纳于右腿电极容纳部21c的右腿电极21b。关于左腿带状导电部22d，同样也可以形成用于使左腿电极22b滑入的狭缝。
这里，右腿带状导电部21d(左腿带状导电部22d)能够使用具有防水性的针织材料、纺织品、无纺布等。在安装右腿电极安装部件21(左腿电极安装部件22)时，右腿带状导电部21d(左腿带状导电部22d)与人体的膝盖上方接触。通过使水等液体浸渍于右腿带状导电部21d(左腿带状导电部22d)，对人体的通电变得容易。
右腿带21a(左腿带22a)能够由具有防水性的材料构成。由此，能够防止从右腿带状导电部21d(左腿带状导电部22d)渗出的液体渗透右腿带21a(左腿带22a)而流出。
此外，可以对右腿带状导电部21d(左腿带状导电部22d)的表面实施防水加工。由此，能够防止从右腿带状导电部21d(左腿带状导电部22d)流出右腿带状导电部21d(左腿带状导电部22d)中所含的液体。
图3是右腿电极安装部件21和左腿电极安装部件22的俯视图，示出与电极所处的面相反侧的面(即，图1所示的右腿电极安装部件21和左腿电极安装部件22的背面)。参照同一图，在右腿电极安装部件21上设置有触点110A。从电信号输出装置20延伸的导电线201A与触点110A连接。触点110A例如能够由导电性金属制成的外扣和内扣中的一个扣构成。另一方面，与触点110A连接的导电线201A的前端能够由外扣和内扣中的另一个扣构成。
在左腿电极安装部件22设置有触点110B。从电信号输出装置20延伸的导电线201B与触点110B连接。触点110B例如能够由导电性金属制成的外扣和内扣中的一个扣构成。另一方面，与触点110B连接的导电线201B的前端能够由外扣和内扣中的另一个扣构成。
在将导电线201A与右腿电极安装部件21的触点110A连接、且将导电线201B与左腿电极安装部件22的触点110B连接的状态下，使电信号输出装置20工作，由此能够施加预定的电刺激。
这里，参照图1和图3，在右腿电极安装部件21中的右腿电极21b所处的一侧的面设置有凸状的面粘扣件211，在相反侧的面(换句话说，触点110A所处的一侧的面)设置有母状的面粘扣件212。面粘扣件211设置于右腿电极安装部件21的长边方向上的一端侧，面粘扣件212设置于右腿电极安装部件21的长边方向上的另一端侧。
当右腿电极安装部件21缠绕在右腿的鼠蹊部时，这些面粘扣件211、212的纤维彼此缠绕在一起，由此右腿电极安装部件21被固定。与右腿电极安装部件21同样地，在左腿电极安装部件22设置有面粘扣件221、222，但省略细节。
接着，对电信号输出装置20的结构进行详细说明。图4是电信号输出装置的功能框图。参照同一图，电信号输出装置20包括控制器201、输出电压生成电路202、输出合成电路204、极性切换电路205、输出放大电路206、输出检测电路207、输出端子208以及输出调整器209。
输出调整器209为了调节输出电平(换句话说，所输出的脉冲波形的电压值)而***作，例如能够使用可变电阻、旋转编码器。控制器201控制电信号输出装置20整体，例如能够使用CPU(central processing unit，中央处理器)。控制器201对从输出调整器209接收到的输入信号进行运算处理而生成用于决定输出电平的输出电平决定信号。例如，在输出调整器209由旋转编码器构成的情况下，控制器201对由旋转编码器生成的数字信号进行运算处理，生成作为输出电平决定信号的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。另外，在输出调整器209由可变电阻构成的情况下，控制器201对由可变电阻生成的模拟信号进行运算处理，生成作为输出电平决定信号的数字信号。
以往，在输出的最终级(具体而言，输出放大电路206的后级)进行输出电平的调整。但是，由于输出电压变高(具体而言，100V以上)，因此需要将输出调整器大型化以提高耐压性。另一方面，通过将输出调整器209配置在最前级(即，控制器201的前级)，能够减小所需的耐压电平(具体而言，几V左右)，因此能够将输出调整器209小型化。其结果是，能够通过编码器等输出数字信号的部件来构成输出调整器209。
另外，控制器201生成连续的脉冲信号(以下，将从控制器201输出的脉冲信号称为基本脉冲信号)，将该脉冲信号输出到输出合成电路204。基本脉冲信号的频率没有特别限制，例如能够设为3Hz以上且100Hz以下。基本脉冲信号是对矩形波的上升进行了平滑处理的平滑信号(参照图7)。
输出电压生成电路202将从控制器201输出的输出电平决定信号(数字信号)转换成模拟信号(以下，称为模拟电压信号)。图5的(a)示出作为输出电平决定信号的PWM信号，图5的(b)示出对所述PWM信号进行了模拟转换的模拟电压信号。图6的(a)示出对由所述的可变电阻生成的模拟信号进行了运算处理的输出电平决定信号(数字信号)，图6的(b)示出对该输出电平决定信号进行了模拟转换的模拟电压信号。
输出电压生成电路202例如能够使用电压跟随电路。
输出合成电路204使用从输出电压生成电路202输出的模拟电压信号来校正控制器201所生成的基本脉冲信号的电压电平。即，输出合成电路204将基本脉冲信号和模拟电压信号如图8所示那样进行合成，生成图9所示的平滑合成信号。
也可以在输出合成电路204的后级设置运算放大器。在该情况下，平滑合成信号在由运算放大器放大之后，输出到输出放大电路206。极性切换电路205输出用于对输出放大电路206指示信号的放大方向的指示信号。
输出放大电路206是用于将从输出合成电路204输出的平滑合成信号放大成输出电压(治疗输出)的电路，按照从极性切换电路205输出的极性方向，放大平滑合成信号。对于输出放大电路206，例如能够使用变压器。由输出放大电路206放大后的平滑合成信号(以下，有时称为放大平滑脉冲信号)经由与输出端子208连接的导电线201A、201B输出到人体。此外，该放大平滑脉冲信号相当于权利要求书中记载的电刺激脉冲信号。
输出检测电路207检测从输出端子208输出的放大平滑脉冲信号以何种程度在负载(人体)中流动，并将该检测结果输出到控制器201。这里，在检测值未达到期望的电平的情况下，控制器201能够进行输出通知电极的安装不良的通知信号或者停止电刺激的控制。通知信号可以是声音输出信号、图像信号。
这里，图5～图9所示的信号的波形是用于说明信号的处理方法的示例，并不构成本发明的实施方式。
对本发明的实施方式的信号波形进行详细说明。图10示出由输出放大电路206放大后的放大平滑脉冲信号的极性反转前的波形，图11示出由输出放大电路206放大后的放大平滑脉冲信号的极性反转后的波形(以下，有时称为电刺激脉冲信号)。但是，图10和图11是概略图，在实际的电刺激中，根据设定时间，第一模式和第二模式交替地连续多次。
参照图11，电刺激脉冲信号例如能够进行设计模式以使得极性以7秒周期切换。即，极性切换电路205能够对输出放大电路206输出极性信号，以使得极性以7秒周期交替地切换。
在右腿电极21b为正极性、且左腿电极22b为负极性的情况下，主要对右腿施加电刺激，在左腿电极22b为正电极、且右腿电极21b为负极性的情况下，主要对左腿施加电刺激。这里，本实施方式的电刺激通过将第一模式和第二模式以中间隔着刺激停止时间的方式交替地反复而构成。
第一模式通过使第一刺激模式和第二刺激模式连续而构成。第一刺激模式是一边使电压值向目标电压值逐渐增加一边连续输出放大平滑脉冲信号的刺激模式。即，第一刺激模式构成为，输出预定频率的放大平滑脉冲信号，相邻的两个放大平滑脉冲信号中的位于后级的放大平滑脉冲信号的电压值大于位于前级的放大平滑脉冲信号的电压值。第二刺激模式通过使第一刺激模式中所含的放大平滑脉冲信号正反反转而构成。目标电压值例如能够设为50～100V。对于其理由将在后面叙述。
第一模式(第二模式)的刺激时间优选为2秒～6秒，更优选为3秒或5秒。刺激停止时间优选为1～3秒，更优选为2秒。
构成第一模式(第二模式)的第一刺激模式和第二刺激模式的时间比例根据频率而变动，没有特别限制。
图12是对第二刺激模式中的放大平滑脉冲信号(即，达到目标电压值的放大平滑脉冲信号)的波形进行了放大的放大图，还示出了未进行平滑处理的情况下的波形。为了便于说明，将未进行平滑处理的情况下的脉冲信号称为方形波，将进行了平滑处理的情况下的脉冲信号称为平滑方形波。另外，将脉冲波开始的位置定义为脉冲宽度始端部，并将脉冲波结束的位置定义为脉冲宽度末端部。
方形波呈矩形，平滑方形波呈对方形波的脉冲宽度始端部上端进行了倒角的倒角形状。即，平滑方形波描绘脉冲宽度始端部处的电压值V1高于0、从电压值V1朝向目标电压值的电压曲线的斜率逐渐减小的曲线。另外，电压曲线的末端部位于比脉冲宽度末端部靠脉冲宽度始端部侧的位置(换句话说，目标电压值持续预定时间)。此外，与电压曲线的末端部相当的位置相当于权利要求书中记载的预定位置。
这里，当将方形波的面积设为100％时，优选以倒角部分的面积(换句话说，方形波与平滑方形波的面积差即差分面积)ΔS至少为10％以上的方式生成信号。换句话说，当将第二刺激模式中的平滑方形波的面积设为S1、且将成为第二刺激模式的基础的方形波的面积设为S2时，优选以面积比S1/S2优选为0.9以下的方式生成信号。
关于第一刺激模式中所含的放大平滑脉冲信号，也将方形波平滑与所述ΔS相当的面积的量。
这里，在执行了交替地切换两个电极的极性的极性反转的情况下，有时由于极性反转前后的电压差(换句话说，反向脉冲)而使人体感到疼痛。即，如果是专利文献1所示的双信道结构，则不需要进行极性反转，因此不会产生由于反向脉冲而引起的问题，但在如本发明那样采用以极性反转为前提的单信道结构的情况下，由于反向脉冲而引起的问题变得显著。因此，在本实施方式中，设置在紧接着切换极性之后逐次增大刺激强度的时间，并且对脉冲信号的波形进行平滑，由此抑制由于对人体施加急剧的电刺激而引起的疼痛的产生。
这里，如上所述，通过以ΔS至少为10％以上的方式进行平滑处理，能够更可靠地缓和对人体造成的疼痛。ΔS的上限值没有特别限制，但如果过度平滑，则刺激强度会变得不充分。因此，优选将ΔS的上限值设定为，至少第二刺激模式中的放大平滑脉冲信号维持目标电压值的时间为脉冲宽度的1/5以上。
由此，在本实施方式中，构成为能够交替地切换右腿电极21b和左腿电极22b的极性，交替地电刺激左右两腿。因此，无需如专利文献1那样需要腰与右腿、腰与左腿的双信道结构，因此能够容易进行电极的安装作业。
(变形例1)
在上述的实施方式中，将刺激停止时间中的脉冲波形的电压值设为0，但本发明不限于此，也能够设定为比目标电压值足够小的0以上的低电压值。
(变形例2)
上述电信号输出装置20的电路结构是例示，本发明不限于此。例如，也可以将输出调整器209配置在输出放大电路206的后级。
示出实施例，对本发明进行具体说明。
(实施例1)
使用上述实施方式的电刺激装置，对受验者A至C进行了各种电刺激。电刺激时间设为20分钟，评价了由于电刺激而引起的疼痛的有无。关于受验者A至C，以平时不积极参加训练或体育运动等的社会成员为对象。在几乎感觉不到疼痛的情况下，评价为“非常好(very good)”，在疼痛较弱且不伴随痛苦的情况下，评价为“好(good)”，在疼痛较强且伴随痛苦的情况下，评价为“差(poor)”。
将目标电压设为50V或70V。将频率设为10Hz或20Hz。在编号1、2、4、5、7、8中，对方形波进行了平滑处理。在编号3、6、9中，没有对方形波进行平滑处理。如上所述，控制器201进行了平滑处理。将刺激时间(即，第一模式(第二模式)的时间)设定为5秒。将刺激停止时间设定为2秒。
[表1]
在编号1、4、7中，方形波与平滑方形波的面积差即ΔS为10％以上，因此评价为“非常好”。在编号2、5中，方形波与平滑方形波的面积差即ΔS小于10％，因此评价为“好”。在编号3、6、9中，由于是因方形波而引起的电刺激，因此评价为“差”。在编号8中，虽然ΔS小于10％，但目标电压小，因此被推测为受验者B的评价为“非常好”。
在编号3中，当将目标电压下降到40V并进行电刺激时，所有受验者评价为疼痛少的电刺激。这里，电刺激所带来的效果(肌肉肥大等)与对电刺激时在人体流动的电流进行累计的电流累计量大致成比例。即，电流累计量越多，则电刺激越有效。因此，在理论上，即使目标电压为40V，只要延长电刺激时间，就能够呈现肌肉肥大等效果。但是，当电刺激时间变长时，使用者的负担变大，因此无法过度地降低目标电压。一次的电刺激时间的极限根据用户而不同，但根据调查结果，适当的电刺激时间优选为40分钟以内，更优选为30分钟以内。
如上所述，由于电刺激时间有限制，所以优选将目标电压设为50V以上。但是，当将目标电压提高到50V以上时，如上述试验结果所述那样，在保持方形波的状态下，在电刺激时产生过度的疼痛。本发明以提高目标电压并在比较短的时间内进行疼痛少的电刺激为目的，为了达成该目的而对方形波进行平滑。
符号说明
1：电刺激装置；
20：电信号输出装置；
21：右腿电极安装部件；
21b：右腿电极；
21c：右腿电极容纳部；
21d：右腿带状导电部；
22：左腿电极安装部件；
22b：左腿电极；
22c：左腿电极容纳部；
22d：左腿带状导电部；
201：控制器；
202：输出电压生成电路；
204：输出合成电路；
205：极性切换电路；
206：输出放大电路；
207：输出检测电路；
208：输出端子。
Claims (5)
1.一种电刺激装置，其特征在于，包括：
第一带状电极，安装于人体的右腿的膝盖上方；
第二带状电极，安装于人体的左腿的膝盖上方；以及
控制部，交替地执行第一模式和第二模式，在所述第一模式中，将所述第一带状电极和所述第二带状电极中的一个电极作为正极、将另一个电极作为负极而进行电刺激，在所述第二模式中，将所述另一个电极作为正极、将所述一个电极作为负极而进行电刺激，
所述第一模式通过使第一刺激模式和第二刺激模式连续来构成，在所述第一刺激模式中，使电刺激脉冲信号的电压值逐渐增加，在所述第二刺激模式中，将电刺激脉冲信号的电压值维持为目标电压值，各所述电刺激脉冲信号由对方形波进行平滑以使电压值逐渐接近预定电压值的平滑方形波构成，
所述第二模式通过使所述第一模式中的各电刺激脉冲信号正反反转的波形的信号构成。
2.根据权利要求1所述的电刺激装置，其特征在于，
当从所述第一模式和所述第二模式中的一个模式切换为另一个模式时，存在将所述电刺激脉冲信号的电压值设为0的刺激停止时间。
3.根据权利要求1或2所述的电刺激装置，其特征在于，
当将所述第二刺激模式的所述平滑方形波的面积设为S1、将成为所述第二刺激模式的基础的所述方形波的面积设为S2时，
作为所述S1与所述S2的差分的差分面积ΔS为所述S2的10％以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电刺激装置，其特征在于，
所述第二刺激模式中的所述平滑方形波的脉冲宽度的始端部的电压值大于0，在脉冲宽度的所述始端部与脉冲宽度的末端部之间的预定位置达到所述目标电压值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电刺激装置，其特征在于，
所述第一模式的刺激时间为2秒～6秒。
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