JP2617942B2 - 皮膚貼着型電気刺激装置キット - Google Patents

皮膚貼着型電気刺激装置キット

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JP2617942B2
JP2617942B2 JP62153475A JP15347587A JP2617942B2 JP 2617942 B2 JP2617942 B2 JP 2617942B2 JP 62153475 A JP62153475 A JP 62153475A JP 15347587 A JP15347587 A JP 15347587A JP 2617942 B2 JP2617942 B2 JP 2617942B2
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佐々木  実
光 後藤
三了 竹内
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生体に貼着し得る程度に小型化された低周
波治療器に関する。
生体に貼着し得る程度に小型化された低周波治療器
は、幅広い使用態様を得ることができ、又常時貼着使用
可能でもある。
しかしながら、超小型化された故に、強度の変化、各
種刺激パターンの変化等の機能操作を行う為の操作入力
面積が非常に限られる為、その機能を充分に発揮できな
いのが現況である。又、たとえ少数ながらその機能操作
を行う為のスイッチ等を装置表面に発現できたとして
も、背中あるいは仕事時間中の使用等、きわめて不便な
部位及び状況における操作は事実上不可能であった。
係るに本発明の目的は、使用目的及び要求に応じ、生
体における不便な部位あるいは不便な状況であっても、
操作使用可能な皮膚貼着型の電気刺激装置キットを提供
することにある。
本発明は入力手段、及び電気刺激パルス出力手段によ
り構成されている。即ち人体が皮膚に貼着して使用する
低周波治療器の動作を、外部に設けた入力手段によって
操作することに特徴がある。入力手段は電気刺激パルス
出力手段の動作開始及び停止、あるいは出力モードの設
定、変更、選択等を示す情報信号を出力し、この出力信
号を電波、超音波、光、磁気、赤外線等の無線手段、あ
るいは導電性を有するリード線等の有線手段に示す伝達
手段によって電気刺激パルス出力手段に変調送信し、電
気刺激パルス出力手段はこの情報信号を受信復調し、こ
れに従って動作を行うものである。
更に入力手段は、電気刺激パルス出力手段の電源部に
電気エネルギィも供給し得る(これ以降、入力手段が電
気刺激パルス出力手段に供給する電気エネルギィをエネ
ルギィ信号とする)。
以上が本発明の実施例の概要であるが、より詳しく説
明する為に、第1図を参照して第1の実施例を説明す
る。
入力手段(1)は、情報信号(IF−1)及び/又はエ
ネルギィ信号(PW−1)を出力する。入力手段(1)に
は、人為的操作を行う為のスイッチ群が必要に応じて設
けてある。
変換出力手段(2−1)は、入力手段(1)の情報信
号(IF−1)を所定の伝達媒体に応じた信号に変換出力
する為の手段である。入力復元手段(2−2)は、この
変換出力された情報信号(IF−1)を元の信号に変換
し、電気刺激パルス出力手段(A)に入力する手段であ
る。
電気刺激パルス出力手段(A)は、次のような具体的
構成を有する。
(4)は信号処理器で、所定のアルゴリズムに基づい
てパルス幅及び/又はパルス間隔が変化するドライブパ
ルス(DP−C)(DP−D)を出力する部分である。これ
は例えば、全体の大きさが数mm2〜数十mm2,厚さ数mmの
マイクロチップICであり、例えばプログラムを記憶する
為のROM,CPUを内蔵するマイコン、上記プログラム即ち
アルゴリズムをPLD,ゲートアレイ、スタンダードセルに
よって表してなるASIC及び/又は予めドライブパルスの
パルス波形情報を記憶素子に記憶させておき、出力する
際記憶素子の記憶された波形情報を出力するLUTシステ
ム、マイクロプログラム化したアルゴリズムによってド
ライブパルスを生成するマイクロプログラムシーケンサ
等を示すものである。
(A5)は電源で、例えばボタン型電池、シート型電池
等の小型電池で、更に充電機能も併有する2次電池が適
当である。上記電源(A5)の一端はコイル(A7)の一端
に接続され、コイル(A7)の他端はトランジスタ(A6)
のコレクタ及びダイオード(A8)のカソード接続されて
いる。トランジスタ(A6)のベースは、信号処理器
(4)から出力されるドライブパルス(DP−C)の出力
端が接続されている。ダイオード(A8)のアノードは、
他端が接地したコンデンサ(A9)の一端及びトランジス
タ(A10)のコレクタに接続されている。
トランジスタ(A10)のベースは、信号処理器(4)
から出力されるドライブパルス(DP−D)の出力端が接
続されている。トランジスタ(A10)のエミッタは、人
体に低周波刺激パルスを通電する為の出力端(a)及び
他端が接地した脱分極手段(A11)の一端に接続されて
いる。脱分極手段(A11)の他端は、人体に電気刺激パ
ルスを通電する為の出力端(b)に接続されている。
脱分極手段(A11)とは、電気刺激を生体に印加した
際に生ずる分極電荷を中和せしめる手段であり、例えば
印加パルスの休止期間に出力端(a)及び出力端(b)
間を短絡せしめれば、分極状態は極性的に中和状態とな
る。この短絡する手段は、抵抗器又は印加パルスの休止
期間にONするスイッチングトランジスタ等を関導子及び
不関導子間に接続すること等を示すものでもある。
又、脱分極部(A11)を第1図に示す部分に設定する
だけでなく、脱分極を行う際、出力端(a)を電源部
(A5)に接続することによって分極電荷を中和せしめて
もよい。
即ち本発明に於ける電源は、ボタン電池、シート電池
等の通称マイクロバッテリを使用してなるものである。
故に内部インピーダンスは極めて小さく、しかも出力電
圧は1.5〜3Vであるから、低周波刺激パルスとして関導
子−不関導子間に出力される50〜100Vの電圧に比べ近似
的に“0"となり、電源は短絡した状態に等しい。
尚、電源(A5)で脱分極を行う際、電池を2次電池と
すれば、脱分極時に流れる電流が回収され、再び使用す
ることができる。以上様々な形態を持つ脱分極部(A1
1)は、使用状況に応じ適宜的に選択されるものであ
る。
以上角構成について分説したが、全体の動作について
説明する。
入力手段(1)で生成された情報信号(IF−1)は、
変換出力手段(2−1)で情報信号(IF−2)に変換さ
れる。この情報信号(IF−2)は、入力復元手段(2−
2)で信号処理器(4)に適当な情報信号(IF−3)に
変換され、低周波刺激パルス出力手段(A)の信号処理
器(4)に入力される。
信号処理器(4)に入力された情報信号(IF−3)
は、所定のアルゴリズム等として処理され、信号処理器
(4)は、これに対応したドライブパルス(DP−C)及
び(DP−D)を出力する。
信号処理器(4)から出力されるドライブパルス(DP
−C)(第2図(i))がトランジスタ(A6)に入力さ
れ、トランジスタ(A6)がオンオフの動作を行うと、電
源(A5)からコイル(A7)へ流れる励磁電流が断続さ
れ、昇圧パルスが発生する(第2図(ii))。昇圧パル
スは、ダイオード(A8)を介してコンデンサ(A9)に蓄
積される。信号処理器(4)から出力されるドライブパ
ルス(DP−D)が立ち上がる(第2図(iv))と、トラ
ンジスタ(A10)はオンし、コンデンサ(A9)に蓄積さ
れた蓄積エネルギィが刺激パルス(第2図(v)として
出力端(a)から人体負荷(RZ)に印加される。ドライ
ブパルス(DP−D)が立ち下がるとトランジスタ(A1
0)はオフし、人体負荷(RZ)に分極して残存する電荷
が脱分極手段(A11)を介して中和される。
一方、入力手段(1)から変換出力手段(2−1)、
入力復元手段(2−2)を経て低周波刺激パルス出力手
段(A)に入力されたエネルギィ信号(PW−3)は、電
源(A5)に入力供給される。
第3図乃至第5図は、信号処理器(4)から出力され
るドライブパルスと出力端(a)及び(b)から出力さ
れる低周波刺激パルスの出力モードとの関係を示した波
形図である。
第3図で(3−i)はドライブパルス(DP−D)の出
力波形図である。ドライブパルスを等間隔で間欠した場
合、刺激パルス出力モード(3−ii)も同様に間欠す
る。
第4図は、ドライブパルス(DP−D)のパルス幅を経
時的に変化せしめた場合(4−i)、刺激パルス出力モ
ード(4−ii)も同様にパルス幅が変化する図である。
人体は刺激の強弱を感応する。
第5図は、ドライブパルス(DP−D)のパルス周期を
経時的に変化せしめた場合(5−i)、刺激パルス出力
モード(5−ii)も同様にパルス周期が変化する(5−
ii)ことを示した図である。
上述した動作波形図は例示したものであるが、他にド
ライブパルス(DP−C)のパルス幅を変化させることに
より、刺激パルス出力の強度も変化させることができ
る。又、ドライブパルス(DP−C)のパルス間隔を可変
させても、刺激パルス出力の可変は容易に実施可能であ
る。
伝達手段を具体的に示した実施例を6図に示した。伝
達手段はをFM無線としたものである。
入力部(1)は所定のアルゴリズムを電気信号に変換
する部分であり、後段に設けた変調送信部(21)でFM波
に変調され送信される。送信されたFM波は、空間を伝達
し低周波出力キット(A)内部の復調入力部(23)で受
信され、元の電気信号に戻される。更にフィルタ(24)
で雑音が濾波される。濾波された電気信号は、信号処理
部(25)に入力され、所定のアルゴリズムとして動作
し、ドライブパルス(DP−C)(DP−D)が生成され
る。
又、他の伝達手段を具体的に示した実施例を第7図に
示した。第7図は有線による伝達手段を示したものであ
る。
(32)はリード線で、樹脂で被覆された複数の導線が
束になったもの、あるいは同心円状のもの等が挙げられ
る。
入力手段(31)から出力される情報信号は、前記無線
伝達による実施例と同様、パルスパターンの選択を行わ
せる為の選択アルゴリズム、あるいは新規パルスパター
ンを生成する為の新規アルゴリズム、又は低周波刺激パ
ルス出力部(A)の動作を開始あるいは所定時間後停止
させる為のアルゴリズム等を出力する部分である他に、
電源(A5)へエネルギィを供給する為のエネルギィ信
号、例えば直流電圧を出力する部分でもある。
(33)は接続手段で、コネクタあるいは導電性面状フ
ァスナー、スナップファスナー等の導電性係合部材を用
いたもの、あるいは導電材と係合材を分離構成したもの
等で構成される。
即ち、入力手段(31)で生成された情報信号及びエネ
ルギィの信号は、リード線(32)、接続手段(33)を介
して低周波刺激パルス出力部(A)に入力されるもので
ある。その他は第6図と同じ構成機能を有するものであ
ることから、その説明は省略した。
以上、有線、無線による伝達手段を具体的に例示した
が、この他にも調音波、磁界、光、赤外線等が利用可能
である。又、伝達される信号は、デジタル信号あるいは
アナログ信号の何れでも実施可能である。
尚、エネルギィ信号を伝達する伝達手段は有線のみに
限らず、例えば入力手段で高周波電流を流す為のコイル
を設け、このコイルを流れる高周波電流によって生ずる
磁界で、低周波刺激パルス出力部(A)内に設けたコイ
ルに誘導起電力を生じせしめることで、エネルギィ信号
の伝達が可能である。
第8図に信号処理器の具体的構造を示した。
(81)は変換器で、入力部(IN)から入力された信号
を濾波した後、デジタル信号に変換する部分である。
(83)は選択器で、変換器(81)から入力される信号
を判読し、その信号に基づき、基準発振器(82)と、4
対の群に分けられた分周器群(85aと86a,85bと86b,85c
と86c,85dと86dとが1対の群となっている)との接続を
切り換えたり、その接続を閉じたり開いたりする機能を
有する。又、選択器(83)は記憶手段(84)からの信号
を読み出し、この記憶手段(84)の記憶に従って選択動
作を行う場合もある。
基準発振器(82)は、一定の周波数を有するパルスを
発振する。記憶手段(84)は、変換器(81)と接続され
ており、変換された情報信号を一時的に記憶するメモリ
である。
(85a,85b,85c,85d)はドライブパルス(DP−C)を
出力する為の各々異なった周波数で基準発振器(82)か
ら出力される基準パルスを分周する分周変換器である。
(86a,86b,86c,86d)は、ドライブパルス(DP−D)
を出力する為の各々異なった周波数、又はパルス幅で基
準発振器(82)から出力される基準パルスを分周する分
周器である。
動作は次の通りである。
入力端(IF)から入力された情報信号は、変換器(8
1)でデジタル信号等に変換された後、選択器(83)及
び記憶手段(84)に入力される。記憶手段(84)はこの
信号を記憶し、選択器(83)は、この信号に基づいて1
対の分周器群を選択し、基準発波器(82)と1対の分周
器群とを接続する。
基準発波器(82)の出力パルスは、選択された分周器
によって分周され、ドライブパルス(DP−C)(DP−
D)が出力される。
次に信号処理器を汎用マイコンとした場合について説
明する。
汎用マイコンとは、中央処理装置、ROM,RAM等で構成
され、従って入力手段で生成出力される情報信号は、プ
ログラムの形態を取る。このプログラム例を第9図にフ
ローチャートとして示した。
フローチャートの内容は、ドライブパルスのパルス幅
の制御ルーチン、ドライブパルスのパルス間隔の制御ル
ーチンを行う場合を示した。又、他には極***換ルーチ
ンやパルス間隔を増加ないし減少させるルーチン等の機
能ルーチンがある。
各々パルス幅及び間隔の制御を行う為のパラメータ
は、予めROMに記憶されている。ここでは以下のように
パラメータを設定した。M1:ドライブパルス(c)のパ
ルス幅、M2:ドライブパルス(c)のパルス間隔、M3:ド
ライブパルス(d)のパルス間隔。又、マイコンに内蔵
されているメモリ(レジスタ)をr1,r2,r3,r4とした。
1) スタートSWをONし、r1にM1をr3にM3の値をセット
する。ドライブパルス(c)及びドライブパルス(d)
は“1",即ちハイレベルが出力される。
2) r3の値が“0"であるかを判定し、“0"でなければ
r3の値を“1"だけ引き、r4にMの値をセットしてに進
む。
3) r3の値が“0"の時、ドライブパルス(d)は“0"
となりローレベルが出力される。次にr4の値が“0"であ
るかどうかを判定し、“0"でない場合はr4の値が1だけ
引かれてに進む。r4が“0"の場合はドライブパルス
(d)は“1"となりハイレベルが出力され、r3にM3の値
がストアされてに進む。
4) クロックパルスφ(第1図に示すクロックパルス
発生部(10)からの出力パルス)のパルスを確認した
後、r1の値が“0"であるかを判定する。r1の値が“0"の
時、ドライブパルス(c)が“0"となり、ローレベルが
出力される。次にr2の値が“0"であるかを判定する。r2
の値が“0"でない場合はr2の値がだけ引かれてに進
む。r2の値が“0"の場合は、ドライブパルス(c)は
“1"の状態となり、ハイレベルが出力され、r1にM1の値
がストアされてに進む。
5) r1の値が“0"でない場合、r1の値を1だけ引い
て、r2にM2の値をセットし、に進む。
以上のようにしてパラメータM1,M2,M3,M4に従い、ド
ライブパルス(c)及び(d)が所望のパルス幅、パル
ス間隔となって出力される。
尚、上記プログラム例は、入力手段で新たに生成され
るものである他、このプログラムが予め低周波刺激パル
ス出力部(A)の信号処理手段(4)にストアされてお
り、入力手段からは、パルス幅、パルス間隔を決定する
パラメータM1,M2,M3,M4を出力するような形態、あるい
はルーチンの選択手段を出力するような形態も取り得る
ものである。
次に本発明の全体構成を示す第1の実施例を第10図、
第11図に示し、その構成、動作について説明する。
第10図に示す実施例は、伝達媒体として無線を利用し
た時の入力手段と低周波刺激パルス出力端末の具体的形
状を示す。
(121)は入力手段で、硬質樹脂で成型した筐体(12
3)の上面に操作ボタン(122)を備え、筐体(123)内
部には、操作ボタン(122)を押すことにより情報信号
が生成される為の電気回路等が設けられている。筐体
(123)末端には、例えば伝達媒体が無線電波である場
合、これを空中へ発射する為の送信用アンテナ(124)
が設けられている。
(A)は刺激パルス出力端末で、受信用アンテナ(12
6)が上部表面に装着され、底部には導電性と粘着性と
を備えるか、又はそれらの組み合わせよりなる界面部材
(129)(132)が皮膚に接着する部分として位置し、更
にその内部には低周波刺激パルスを発生させるパワーサ
プライユニットを内蔵する。
第10図(I−I′)の切断面を第12図に示す。
(133)は底部シート部材で、合成樹脂よりなり、そ
の下面長方向両側には、互いに絶縁性を保ちながら、導
電性シート(130)(132)が付設され、導電性シート
(130)(132)下面には、導電性粘着性を有する界面部
材(129)(132)が独自の粘着力により貼着固定されて
いる。
底部シート部材(133)上面長方向片側には、第1図
電気刺激パルス出力手段(A)に示した小型電池及び電
子回路が一体的にセットされたパワーサプライユニット
(128)が配置され、更にパワーサプライユニット(12
8)は、絶縁性を有するシート状の固定部材(134)で被
覆固定されている。
固定部材(134)上面には、無線電池を受信する為の
受信アンテナが付設され、受信アンテナ(126)を除く
部分を柔軟性合成樹脂によってシート状に形成されたバ
ッキング部材(127)が被覆している。
尚、バッキング部材(127)、固定部材(134)、底部
シート部材(133)等は、片面あるいは両面に接着剤等
が塗布され、その粘着力により互いに積層固定されてい
る。
次に上記実施例の使用方法及び作用を説明する。
生体治療部に刺激パルス出力端末(125)の界面部材
(129)(132)を当接、若干の押圧を行い生体表面に貼
着させる。
次に入力手段(121)の操作ボタン(122)を押して、
刺激パルスのスタート命令、及びパルスパターンの選択
を行う。
スタート命令とモードの選択は、各々情報信号として
無線電波を介して刺激パルス出力端末(125)の受信ア
ンテナ(126)に入力、内部信号処理において処理実行
され、低周波刺激パルスが界面部材(129)(132)を介
して人体に印加される。
更に第2の生体構成を示す第2の実施例を第13図、第
14図に示し、その構成、動作について説明する。
低周波刺激パルス出力端末(125)は、関導子(125
K)と不関導子(125F)に分離構成したもので、入力手
段(121)と低周波刺激パルス出力端末(125)との間を
導電線を樹脂で被覆したリード線によって連結するもの
とした。
入力手段(121)は、筐体(123)表面に情報信号を設
定すべく設けられた操作ボタン(122)の他に、出力ボ
タン(141)を設けた。入力手段(121)の筐体(123)
内部には、情報信号を生成する回路の他、乾電池、バッ
テリー等の直流電源が具備されている。
リード線(141)は、情報信号を伝達する部分と入力
手段(121)から出力される直流電圧を伝達する部分が
電気的に区分けされた配置構成をとる。低周波刺激パル
ス出力端末(125)を、II−II′で切断した時の断面図
を第13図に示した。
(145)は接続手段で、互いに着脱を機械的に行うよ
うなコネクタ状の係合部材(154H)と(154G)とで構成
されている。係合部材(154H)は、接続手段(145)に
付設され、リード線(141)と電気的に接続している。
係合部材(154G)は、関導子(125K)に付設され、そ
の周辺を硬質性樹脂等よりなるカバー部材(143)が囲
繞、カバー部材(143)内面には、低周波刺激パルスを
生成する為のチップサーキット(153)が底部シート部
材(152)に挟み込まれるように配置固定され、底部シ
ート部材(152)下面には、チタン等よりなる導電性部
材(148)が内設されている。導電性部材(148)下面に
は粘着性導電性を有する界面部材(150)が独自の粘着
性により貼着している。
底部シート部材(152)とカバー部材(143)は嵌合形
成されている。チップサーキット(153)の出力は導電
伝達材(151F)を介して導電性部材(148)に接続し、
更にチップサーキット(153)の他の出力は、導電伝達
材(151E)及び(151D)を介して不関導子部(125F)の
導電性部材(151G)に接続され、更に不関導子部(125
F)に配置したボタン電池、シート電池等のマイクロバ
ッテリー(156)と導電伝達材(151E)を介して電気的
に接続されている。
不関導子部(125F)は、チップサーキット(153)の
代わりにマイクロバッテリー(156)が接着されている
他は、関導子部(125K)と同様の配置構成をとるもので
あるから、その説明は省略する。
次にその動作を説明する。
関導子部(125K)と不関導子(125F)を治療部位に貼
着させる。接続手段(135)の係合部材(154G)と(154
H)とを係合させる。係合させた後、操作ボタン(122)
と(151)を操作し情報信号及びエネルギィ信号をリー
ド線(131)を介して関導子部(125K)のチップサーキ
ット(153)に入力させる。入力が終了した後、接続手
段(135)を取り外す。
低周波刺激パルス出力端末(125)は、入力手段(12
1)から与えられた情報信号に従い低周波刺激パルスを
生成する。このパルスが導電性部材、界面部材を介して
生体に印加される。
本発明の界面部材としては、例えば、特開昭52年9589
5号,同 54年77489号 同 55年52742号,同 55年81635号 同 55年129035号,同 56年15728号 同 56年36939号,同 56年36940号 同 56年60534号,同 56年89270号 同 56年143141号,同 57年28505号 同 57年49431号,同 57年52463号 同 57年55131号,同 57年131428号 同 57年160439号,同 57年164064号 同 57年166142号,同 57年168675号 同 57年4569号,同 58年10066号 実開昭54年80689号,同 56年135706号 同 56年138603号,同 57年93305号 同 57年179413号,同 57年185309号 等々に開示されているものを好適に使用し得る。
上記例は、例えばカラヤガム、トラガカントガム、ザ
ンサンガム等の天然樹脂多糖類又はポリビニルアルコー
ル部分ケン化物、ポリビニルホルマール、ポリビニルメ
チルエーテル及びそのコーポリマ、ポリビニルピロリド
ン、ポリビニルメタクリレート等のビニル系樹脂、ポリ
アクリル酸及びそのナトリウム塩、ポリアクリルアミド
及びその部分加水分解物、ポリアクリル酸エステル部分
ケン化物、ポリ(アクリル酸−アクリルアミド)等のア
クリル系樹脂など、親水性を有する各種天然又は合成樹
脂等を水及び/又はエチレングリコール、グリセリン等
のアルコール類で柔軟可塑化して自己保形性、皮膚接着
性を有する柔軟フィルム乃至シート状ゲルとして提供さ
れる導電性ゲルの調製例につき詳細に開示している。
以上詳述の如く、本発明は人体に貼着使用する電気刺
激装置に対し、使用する人の意志に応じてその刺激を変
化させたり、その動作を開始、停止させたりすることが
可能となる等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すブロック図、第2図は第
1図に示したブロック図の各部波形図、第3図乃至第5
図は、第1図に第1図に示したブロック図の出力波形
図、第6図、第7図は、本発明の他の実施例を示すブロ
ック図、第8図は本発明の信号処理器を示すブロック
図、第9図は本発明の信号処理器の動作を示すフローチ
ャート、第10図、第12図は、本発明の全体構成を示す
図、第11図は第10図のI−I′間に於ける断面図、第13
図は第12図のII−II′間に於ける断面図である。 1……入力手段、2−1……変換出力手段、 2−2……入力復元手段、4……信号処理器、 A5……電源、A6,A10……トランジスタ、 A7……コイル、A8……ダイオード、 A9……コンデンサ、A11……脱分極手段、 a,b……出力端、 DP−C,DP−D……ドライブパルス出力部、 A……電気刺激パルス出力手段。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部から出力制御信号乃至電気エネルギー
    を送信する送信手段、送信された出力制御信号乃至電気
    エネルギーを受信し該出力制御信号乃至電気エネルギー
    に基づき自走的に低周波刺激パルスを出力する小型電気
    刺激デバイス及び皮膚貼着性導子を一体化した皮膚貼着
    型電気刺激出力手段よりなる皮膚貼着型電気刺激装置キ
    ット。
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