JP4610131B2 - 電気刺激装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、搬送波の振幅を低い周波数で変化させて、つまり干渉低周波で生体を刺激する電気刺激装置に関するもので、従来よりも刺激強度の強い装置を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
現在使用されている電気刺激装置は、大別して、パスルを用いたものと、正弦波の搬送波を用いたものとがある。電気刺激信号の周波数が高くなるほど、皮膚の電気的インピーダンスは低くなり、不快な刺激感が少なくなるので、多くのエネルギーを供給できる。
このような性質を利用し、多くの電気エネルギーを供給したい場合は周波数の高い搬送波を用いる。しかし、周波数が高いと筋肉が収縮しにくいので、十分な筋収縮をおこさせたい場合は、搬送波の振幅を低い周波数で変化させて、つまり干渉低周波を使用している。
【０００３】
生体内で搬送波の振幅を変化させるには、装置内で搬送波を振幅変調（内部干渉）して出力する方法と、位相又は周波数が異なる複数の搬送波を生体に供給し、生体内で発生する干渉波（干渉低周波）で生体を刺激する方法がある。両者を組み合わせたものもある。
このように、方法によって装置の出力波形は異なるが、生体内の刺激波形は、搬送波の振幅を低い周波数で変化させるという点で共通している。本発明はこれらすべてを含む。
搬送波を用いた装置には、周波数が２５００Ｈｚ程度の正弦波を装置内で振幅変調して生体に供給する内部干渉低周波型の筋肉増強用電気刺激装置や、周波数が僅かに異なる複数の搬送波を同時に生体に供給し、生体内に生じる干渉低周波で刺激をおこなう干渉低周波治療器（現在は２５００〜５０００Ｈｚ程度の搬送波を使用）、周波数が１１０００Ｈｚ程度の三相交流電気刺激装置などがある。
【０００４】
このような刺激波形例を図3に示す。図3（Ａ）は干渉低周波治療器の干渉波形の例である。干渉低周波治療器は、周波数が僅かに異なる２つの搬送波を同時に生体の供給し、このとき体内で生じる干渉波で生体を刺激するものである。前述のように、位相を制御しても同じ干渉低周波が得られる。例えば、４０００Ｈｚと４１００Ｈｚの搬送波を用いると、周波数が１００Ｈｚの干渉波が発生する。現在の干渉低周波治療器では、搬送波の周波数は、４０００Ｈｚの他、２５００Ｈｚと５０００Ｈｚ等が、また、干渉波の周波数は、０〜２００Ｈｚ程度のものが、それぞれ多く使用されている。従来は２つの搬送波を用いていたが、最近、３つの搬送波を用いるものもある。
【０００５】
図3（Ｂ）は筋力増強用刺激装置の刺激波形の例である。これは周波数が２５００Ｈｚ程度の搬送波を振幅変調して断続波にしたものである。これは、装置内部で搬送波を振幅変調して内部干渉低周波を製作した後、生体に供給するものである。
図3（Ｃ）は三相電流刺激装置の出力を、説明のために単純に表示したもので、１１０００Ｈｚ程度の搬送波を低周波で振幅変調したものである。実際には、３つの搬送波の位相を変えて生体に供給し、生体刺激をおこなうようにしている。この周波数では筋肉の賦活作用が高いとされている。干渉低周波治療器と三相電流刺激装置では、装置内部で搬送波を振幅変調した後、生体に供給する方法もある。
【０００６】
以上に述べたように、これらのタイプの電気刺激装置では、搬送波の周波数は１０００〜１１０００Ｈｚ程度のものが用いられている。搬送波の周波数によって、皮膚表面の電気刺激感覚と筋収縮に伴う刺激強度が異なる。また、生体は電気的特性の異なる組織が層を成しているので、生体の深さ方向にインピーダンスの異なる電気容量成分が分布している。このため、周波数が高くなるほど電流は深部まで到達する。さらに、２５００Ｈｚ近傍は筋力増強に、４０００Ｈｚ近傍は疼痛緩和に、１１０００Ｈｚ近傍は筋肉の賦活に使用されることが多い。つまり、周波数によって、治療効果が異なるとされている。振幅は、０〜２００Ｈｚ程度で変化させることが多い。筋肉の収縮と弛緩を生じさせるためには数十Ｈｚ以下の低い周波数が使用されることが多い。
【０００７】
電気刺激装置では、電極と、装置の出力部と電極を結ぶリード線等を一体にしており、これを導子と呼んでいる。導子には、普通導子、粘着導子、吸着導子等が使用されている。普通導子は、含水させた布等で電極を覆ったもので、これを所定の位置に置き、ベルト等で身体に巻き付けて装着する。粘着導子は、電極に粘着性のゲルを付けたもので、これを患部に粘着させて使用する。吸着導子は、電極をカバーで覆い、カバー内部の空気をポンプで吸引するようにしたもので、導子カバーを体表面に接した後、ポンプでカバー内の空気を吸引して吸着させるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の干渉低周波型、又は、内部干渉低周波型の電気刺激装置では、生体内における干渉低周波の振幅の変化によって刺激強度を得ており、これ以外に刺激強度を変化させることはできなかった。本発明の目的は、搬送波の振幅変化による刺激の他に、搬送波の周波数変調による刺激を組み合わせ、従来よりも強い刺激効果を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１記載の発明では、
搬送波を発生する搬送波発生部と、
前記搬送波発生部で発生した搬送波を所定の大きさに増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力を生体に供給する導子
を有する出力系統を複数個有し、
前記複数の出力系統の搬送波を同時に生体に供給し、そのとき生体内で発生する干渉低周波により生体を刺激する干渉低周波型の電気刺激装置において、
搬送波周波数変調信号発生部を設け、
前記搬送波発生部で発生した複数の搬送波を前記搬送波周波数変調信号発生部に入力し、前記搬送波周波数変調信号発生部に入力した複数の搬送波を加算して干渉低周波を作成し、前記作成した干渉低周波を波形成形して、搬送波周波数変調信号を作成し、
前記搬送波周波数変調信号を前記搬送波発生部の発振周波数制御端子に入力して、前記搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調し、
生体内で発生する干渉低周波の振幅の変化と同期して搬送波の周波数を変化させるようにした。
【００１０】
また、請求項２記載の発明では、
搬送波を発生する搬送波発生部と、
前記搬送波発生部で発生した搬送波の振幅を低周波信号で変調する振幅変調部と、
低周波振幅変調信号を発生して前記振幅変調部を制御する振幅変調信号発生部と、
前記振幅変調部で振幅変調した搬送波を所定の大きさに増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力を生体に供給する導子
を有し、搬送波を低周波で振幅変調して装置内部で内部干渉低周波を発生して、前記内部干渉低周波を生体に供給して生体を刺激する内部干渉低周波型の電気刺激装置において、
搬送波周波数変調信号発生部を設け、
前記振幅変調信号発生部が発生する低周波振幅変調信号を前記搬送波周波数変調信号発生部に入力して波形整形して搬送波周波数変調信号を作成し、
前記搬送波周波数変調信号を前記搬送波発生部の発振周波数制御端子に入力して、前記搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調し、
前記搬送波の振幅の変化と同期して搬送波の周波数を変化させるようにした。
【００１１】
【作用】
請求項1記載の発明により、
複数の搬送波を同時に生体に供給し、生体内で発生する干渉低周波により生体を刺激する干渉低周波型の電気刺激装置において、搬送波周波数変調信号発生部を設け、この搬送波周波数変調信号発生部に前記複数の搬送波を入力し加算して干渉低周波を作成し、前記作成した干渉低周波を波形整形して搬送波周波数変調信号を作成し、前記搬送波周波数変調信号を前記搬送波発生部の発振周波数制御端子に入力して前記搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調する。
このため、体内で発生する干渉低周波の搬送波の振幅の変化に正確に同期させて、搬送波を確実に周波数変調することができ、干渉低周波の振幅の変化と周波数の変化の両方によって生体を刺激することができる。干渉低周波の振幅が最大のとき搬送波の周波数を最低にすることができるので、干渉低周波の振幅と周波数の両方の効果を相乗的に得ることができ、従来よりも強い筋収縮と刺激感を得ることができる。
また、干渉低周波を波形整形して搬送波周波数変調信号を作成するので、図1（C）に示すように、様々な周期の、さまざまな波形の変調信号を生成できるため、多様な刺激効果と刺激感を得ることができる。
【００１２】
請求項2記載の発明により、内部干渉低周波型の電気刺激装置において、
搬送波周波数変調信号発生部25を設け、振幅変調信号発生部Ａｍが発生する低周波振幅変調信号で搬送波の振幅変調をおこなうとともに、前記低周波振幅変調信号を搬送波周波数変調信号発生部25に入力して波形整形し、この波形整形した信号を搬送波変調信号として搬送波発生部21の発振周波数制御端子に入力し、搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調し、振幅の変化と周波数の変化の両方によって生体を刺激する。干渉低周波の振幅が最大のとき搬送波の周波数を最低にすることができるので、干渉低周波の振幅と周波数の両方の効果を相乗的に得ることができ従来よりも強い筋収縮と刺激感を得ることができる。
また、干渉低周波を波形整形して搬送波周波数変調信号を作成するので、図1（C）と同様に、様々な周期の、さまざまな波形の変調信号を生成できるため、多様な刺激効果と刺激感を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
請求項1記載の発明は、
搬送波を発生する搬送波発生部と、
前記搬送波発生部で発生した搬送波を所定の大きさに増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力を生体に供給する導子
を有する出力系統を複数個有し、
前記複数の出力系統の搬送波を同時に生体に供給し、そのとき生体内で発生する干渉低周波により生体を刺激する干渉低周波型の電気刺激装置において、
搬送波周波数変調信号発生部を設け、
前記搬送波発生部で発生した複数の搬送波を前記搬送波周波数変調信号発生部に入力し、前記搬送波周波数変調信号発生部に入力した複数の搬送波を加算して干渉低周波を作成し、前記作成した干渉低周波を波形成形して、搬送波周波数変調信号を作成し、
前記搬送波周波数変調信号を前記搬送波発生部の発振周波数制御端子に入力して、前記搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調し、
生体内で発生する干渉低周波の振幅の変化と同期して搬送波の周波数を変化させるようにしたことを特徴とする、干渉低周波型の電気刺激装置である。
【００１４】
請求項1記載の発明の実施例を図1に示す。図1（Ａ）は本請求項記載の発明のブロック図で、１と２は搬送波発生部、３と４は発生した搬送波を所定の値に増幅する増幅部、Ｄ１、Ｄ１’、Ｄ２、Ｄ２’は本体で発生させた刺激波を生体に供給する導子、５は２つの搬送波から干渉波を作成し、この干渉波と同期した変調信号を発生する搬送波周波数変調信号発生部である。
搬送波発生部１と２から搬送波（中周波領域の正弦波）を発生する。２つの搬送波の周波数は干渉波の周波数だけ異なるように制御される。このため、２つの搬送波を生体に供給すると、生体内で干渉波を発生できる。
【００１５】
搬送波周波数変調信号発生部５の構成例を図1（Ｂ）に示す。図の３３は加算器であり、２つの搬送波を入力して加算し、図1（Ｄ）のａに示すような、生体内で発生するものと同じ干渉低周波を合成する。図1（Ｂ）の３１は変調信号成形部であり、加算器３３で合成した干渉低周波を元に変調信号を作成する。３２は変調度調節部で、変調信号の振幅を調節し、搬送波の周波数変調の変調度を調節する。変調信号は図1（Ｃ）のように、干渉波の位相と振幅をもとに、これと同期した任意の波形を作ることができる。ｐは２つの干渉波の山を１周期とし、その振幅をそのまま利用する方法である。ｑは干渉波の１山を１周期としてとる方法、ｒは振幅が一定値以上になった時矩形波を出力する方法である。どのような変調信号を作るかは目的に応じて決定すればよい。
【００１６】
図1（Ｄ）の、ａは搬送波の出力を加算して得られた干渉波、ｂは干渉波の抱絡線から得た変調信号、ｃは変調信号ｂの振幅を変調度調節部32で調整した調整変調信号、oは本請求項記載の発明で得られた周波数変調した干渉低周波電流の波形、ｋはこの干渉低周波電流で得られる筋収縮（刺激）強度の程度をそれぞれ示す。
ｂの変調信号は、図1（Ｃ）のｐのようにして得た信号を採用している。このようにして得られた周波数変調した干渉低周波の波形は、図1（Ｄ）のoに示すように、干渉波形と同期して、干渉波の１山ごとに搬送波の周波数が蜜の部分と疎の部分が現れる。この波形による筋収縮の強さは、干渉波の振幅と、周波数変調の疎密によるものとの和になり、図1（Ｄ）のｋに示すように、搬送波の周波数が密なｄとｇ領域では通常の干渉波よりも弱く、e領域では通常の干渉波よりも強くなる。この結果、図1（Ｄ）のように周波数変調をした干渉波では、１山毎に、通常の干渉波よりも強い刺激と弱い刺激が交互の出現し、従来よりもメリハリの効いた、強い刺激を得ることができる。
図1（Ｂ）の３２は変調度調節部で、変調信号の振幅を調節し、搬送波の周波数変調の変調度を調節する。この変調度調節部を調節すると、変調の深さを調節することが出来る。変調度調節部３２による減衰を少なくすると、周波数変調度が深くなり、刺激強度のメリハリがより明確になり、筋刺激強度も強くなる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、
搬送波を発生する搬送波発生部と、
前記搬送波発生部で発生した搬送波の振幅を低周波信号で変調する振幅変調部と、
低周波振幅変調信号を発生して前記振幅変調部を制御する振幅変調信号発生部と、
前記振幅変調部で振幅変調した搬送波を所定の大きさに増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力を生体に供給する導子
を有し、搬送波を低周波で振幅変調して装置内部で内部干渉低周波を発生して、前記内部干渉低周波を生体に供給して生体を刺激する内部干渉低周波型の電気刺激装置において、
搬送波周波数変調信号発生部を設け、
前記振幅変調信号発生部が発生する低周波振幅変調信号を前記搬送波周波数変調信号発生部に入力して波形整形して搬送波周波数変調信号を作成し、
前記搬送波周波数変調信号を前記搬送波発生部の発振周波数制御端子に入力して、前記搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調し、
前記搬送波の振幅の変化と同期して搬送波の周波数を変化させるようにしたことを特徴とする、内部干渉低周波型の電気刺激装置である。
【００１８】
図2に請求項2記載の発明の実施例を示す。図2（Ａ）は装置のブロック図であり、21は搬送波を発生する搬送波発生部、Ｍは振幅変調部、23は出力を所定の値に増幅する増幅部、Amは搬送波を振幅変調するための振幅変調信号を発生する振幅変調信号発生部、Ｄ21とＤ21’は導子、25は搬送波の周波数を変調する搬送波周波数変調信号発生部である。
【００１９】
搬送波発生部21は搬送波を発生するが、その発振周波数制御端子を制御することで、発生する搬送波の周波数を変化させることができる。振幅変調波発生部Ａｍも発振周波数が可変で、所定の振幅変調波を発生する。搬送波と振幅変調波を振幅変調部Ｍに入力すると、搬送波が振幅変調される。
請求項2記載の発明によると、振幅変調波発生部Ａｍが発生する振幅変調波は、振幅変調部Mとともに、搬送波周波数変調信号発生部25に入力され、波形整形され、振幅変調信号と同期した周波数変調信号を作成し、これを搬送波発生部21の発振周波数制御端子に入力して、搬送波の発振周波数を、振幅変調信号と同期させて、周波数変調し、さらに振幅変調部Mで振幅変調され、増幅部23で所定値に増幅され、導子を介して、生体に供給される。
【００２０】
搬送波周波数変調信号発生部25で発生する周波数変調信号は、目的に応じて波形整形をおこなうことができる。
図2（B)は、内部干渉低周波の振幅変化と同期させて周波数を変調した例である。
図2（C）は、干渉波の1周期出力し、その次の1周期は出力がゼロになるように振幅変調し、この振幅変調信号で搬送波発生部の搬送波を周波数変調したものである。この周波数変調信号の周波数は、は図1（D）のように、干渉波の2周期分の周期を持つ。
図2（Ｄ）は三相交流電気刺激装置の刺激波形を、振幅の変化に同期させて、周波数変調した例である。
【００２１】
ここでは、実際の振幅変調信号を検出してこれを波形整形し、周波数変調波形を作成し、
搬送波を周波数変調する例を述べたが、波形整形をどのようにするかは問わない。
【００２２】
図2（Ｂ）から（Ｄ）には、振幅が最大の時、搬送波の周波数が少なくなるようにした例を示している。振幅が大きいほど刺激は強くなり、筋肉は強く収縮する。また、搬送波の周波数が低くなるほど、刺激は強くなる。このため、振幅が最大の時、搬送波の周波数が最小になるように同期させると、振幅による刺激よりも強い刺激が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項1及び２記載の発明により、生体内で、搬送波（干渉低周波）の振幅の変化に同期させて、周波数変調をおこなうことができる。このため、搬送波の振幅の変化による刺激強度と、周波数変調によるものとを相乗的に得ることができ、同じエネルギーでも、従来よりも強い刺激を効率的に発生することができる。また、搬送波を周波数変調して出力するので、１つの搬送波だけで筋肉を刺激できる。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項1記載の発明の実施例であり、（Ａ）は回路構成例、（Ｂ）は搬送波周波数変調信号発生部の回路構成例、（Ｃ）は搬送波周波数変調信号発生部で作成した干渉低周波から搬送波周波数変調信号を発生する３つの例、（Ｄ）のaは搬送波周波数変調信号発生部で作成される干渉低周波、ｂはaの干渉低周波から得た搬送波周波数変調信号、ｃはｂの搬送波周波数変調信号を変調度調節した信号、oは生体内で発生する干渉低周波、ｋは筋肉刺激強度の図である。
【図２】請求項2記載の発明の実施例であり、（Ａ）は回路構成例、（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれ内部干渉低周波治療器、筋力増強用刺激装置、三相電流刺激装置の刺激波形の例である。
【図３】従来の、（Ａ）内部干渉低周波治療器の干渉波形の例、（Ｂ）は筋力増強用刺激装置の刺激波形例、（Ｃ）は三相電流刺激装置の刺激波形例である。
【符号の説明】
１、２・・・・搬送波発生部 ３、４・・・増幅部
５・・・・・・搬送波周波数変調信号発生部
Ｄ１、Ｄ１’、Ｄ２、Ｄ２’ ・・導子
ｆ１、ｆ２・・搬送波の周波数
３１・・・・変調信号成形部
３２・・・・・変調度調節部
３３・・・・加算器
２１・・・・・搬送波発生部 ２３・・・・増幅部
２５・・・・・搬送波周波数変調信号発生部
Ｍ・・・・・振幅変調部
Ａｍ・・・・・振幅変調信号発生部 Ｄ２１、Ｄ２１’・・導子

Claims (2)

1. 搬送波を発生する搬送波発生部と、
   前記搬送波発生部で発生した搬送波を所定の大きさに増幅する増幅部と、
   前記増幅部の出力を生体に供給する導子
   を有する出力系統を複数個有し、
   前記複数の出力系統の搬送波を同時に生体に供給し、そのとき生体内で発生する干渉低周波により生体を刺激する干渉低周波型の電気刺激装置において、
   搬送波周波数変調信号発生部を設け、
   前記搬送波発生部で発生した複数の搬送波を前記搬送波周波数変調信号発生部に入力し、前記搬送波周波数変調信号発生部に入力した複数の搬送波を加算して干渉低周波を作成し、前記作成した干渉低周波を波形成形して、搬送波周波数変調信号を作成し、
   前記搬送波周波数変調信号を前記搬送波発生部の発振周波数制御端子に入力して、前記搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調し、
   生体内で発生する干渉低周波の振幅の変化と同期して搬送波の周波数を変化させるようにしたことを特徴とする、干渉低周波型の電気刺激装置。
2. 搬送波を発生する搬送波発生部と、
   前記搬送波発生部で発生した搬送波の振幅を低周波信号で変調する振幅変調部と、
   低周波振幅変調信号を発生して前記振幅変調部を制御する振幅変調信号発生部と、
   前記振幅変調部で振幅変調した搬送波を所定の大きさに増幅する増幅部と、
   前記増幅部の出力を生体に供給する導子
   を有し、搬送波を低周波で振幅変調して装置内部で内部干渉低周波を発生して、前記内部干渉低周波を生体に供給して生体を刺激する内部干渉低周波型の電気刺激装置において、
   搬送波周波数変調信号発生部を設け、
   前記振幅変調信号発生部が発生する低周波振幅変調信号を前記搬送波周波数変調信号発生部に入力して波形整形して搬送波周波数変調信号とし、
   前記搬送波周波数変調信号を前記搬送波発生部の発振周波数制御端子に入力して、前記搬送波発生部で発生する搬送波を周波数変調し、
   前記搬送波の振幅の変化と同期して搬送波の周波数を変化させるようにしたことを特徴とする、内部干渉低周波型の電気刺激装置。