電刺激信號生成裝置以及肌肉運動代謝促進裝置製造方法

2023-06-04 23:15:06

電刺激信號生成裝置以及肌肉運動代謝促進裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種電刺激信號生成裝置。用於使具備能夠對多個電極輸出各自的電刺激信號的電路的電刺激信號生成裝置小型化，並且抑制電刺激的強度降低。電刺激信號生成裝置具備電源；升壓電路；電容器；控制器；基於從控制器輸出的信號，輸出第一信號的多個電壓生成電路；基於從控制器輸出的信號，輸出第二信號的脈衝生成電路；與電壓生成電路對應設置，基於第二信號將第一信號轉換成脈衝信號並且對其進行放大而輸出的多個脈衝合成電路；以及對從脈衝合成電路輸出的信號進行放大而作為電刺激信號輸出的多個變壓器，其中，電容器對多個脈衝合成電路供給工作電力。
【專利說明】電刺激信號生成裝置以及肌肉運動代謝促進裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及生成對人體賦予的電刺激信號的電刺激信號生成裝置等。
【背景技術】
[0002]作為對糖尿病、肥胖病、高血壓病症等生活習慣病進行改善以及預防的方法，提出了通過在日常生活中採取適度的運動來改善生活習慣的方案。
[0003]在運動中，尤其是有氧運動，以基於能量消耗實現的抗糖尿病效果為代表，由於會引起糖代謝與血清脂質的改善、胰島素感受性的提高、降壓效果、呼吸循環功能改善等各種生理學變化，所以除了生活習慣病的預防、改善之外，成為中高齡者的健康增進運動進程的核心。
[0004]然而，由於慢性的運動不足、過度的肥胖、整形外科的疾病等，存在很多無法充分進行有氧運動的人們。並且，由於糖尿病併發症、心血管系統併發症等臟器障礙，還有很多被判定運動受限制的患者。
[0005]在醫學、體育等業界，為了肌肉增強、失禁的管理、脊椎畸形的管理、痙攣狀態的管理等，公知有一種引發骨骼肌收縮的肌肉電刺激(以下稱為EMS)。
專利文獻I公開了一種如下所述的代謝促進電刺激用佩戴器具:具有將由電信號輸出裝置輸出的電信號傳遞至人體來賦予電刺激的電極組、和安裝上述電極組並佩戴到人體下半身的衣類形狀的電極安裝部件，在上述電極安裝部件的佩戴狀態下，上述電極組由配置於人體的正面側的前側電極單元和配置於人體的背面側的背側電極單元構成，上述前側電極單元由配置在與大腿四頭肌的起始部對應的位置的第一前側電極、和配置在與大腿四頭肌的停止部對應的位置且極性與 上述第一前側電極不同的第二前側電極構成，上述背側電極單元包括:第一背側電極，其被配置在人體的前後方向觀察下的與臀大肌以及腿後腱的邊界線部分對應的位置；第二背側電極，其被配置在腿後腱中與比臀大肌位於下方的部分對應的位置，極性與上述第一背側電極不同；和第三背側電極，其被配置在與臀大肌的起始部對應的位置，極性與上述第一背側電極不同。
[0006]為了獲得與使用者的健康狀態對應的適當效果，需要如專利文獻I公開那樣對多個刺激部位賦予電刺激，為此需要與刺激部位的數量對應地具備電極焊盤。
專利文獻1:日本專利第4480797號說明書 專利文獻2:日本特開2000 - 237331號公報
[0007]這裡，在對電極焊盤(電極體)輸出電信號的電刺激信號生成裝置中設置有輸出脈衝信號的變壓器，該變壓器與各個電極焊盤對應地配備。
[0008]然而，如果對每個變壓器設置電容器，則由於需要與變壓器的個數對應的電容器，所以電刺激信號生成裝置的尺寸變大，成本增大。另外，由於通過電容器被配置在變壓器的次級側來對電容器施加升壓後的電壓，所以為了具有耐壓性而需要增大電容器。因此，電刺激信號生成裝置的尺寸進一步變大。
[0009]另一方面，因為減小電刺激信號生成裝置的尺寸，則有可能無法賦予足夠強度的電刺激。

【發明內容】

[0010]本發明的目的在於，使具備能夠對多個電極體輸出各個電刺激信號的電路的電刺激信號生成裝置小型化，並且抑制電刺激的強度降低。
[0011]為了解決上述課題，(I)本發明涉及的電刺激信號生成裝置具有:電源；升壓電路，其對上述電源的電壓進行升壓；電容器，其基於經由該升壓電路被供給的電力進行蓄電；控制器；多個電壓生成電路，它們分別基於從上述控制器輸出的信號來輸出與電壓值的大小相關的第一信號；脈衝生成電路，其基於從上述控制器輸出的信號來輸出用於將從各上述電壓生成電路輸出的第一信號轉換成脈衝信號的第二信號；多個脈衝合成電路，它們分別與各上述電壓生成電路對應設置，基於從上述脈衝生成電路輸出的第二信號，將從上述電壓生成電路輸出的第一信號轉換成脈衝信號，並且對其進行放大而輸出；以及多個變壓器，它們分別與各上述脈衝合成電路對應設置，對從上述脈衝合成電路輸出的信號進行放大而作為電刺激信號輸出；上述電容器對上述多個脈衝合成電路供給工作電力。
[0012](2)在上述(I)的構成中，可設置基於從上述控制器輸出的信號,來使上述電容器中蓄積的電荷放電的放電電路。根據(2)的構成，能夠防止在將電刺激信號生成裝置的電源切斷後，從電容器對多個脈衝合成電路賦予工作電力。
[0013](3)在上述(I)或者(2)的構成中，上述電容器可設在將上述升壓電路與上述多個脈衝合成電路連接的連接電路。
[0014](4)在上述(I)~(3)的構成中，上述控制器能夠對上述各電壓生成電路輸出不同的信號，上述各電壓生成電路能夠輸出與從上述控制器輸出的信號所對應的電壓值的大小相關的第一信號。
[0015](5)—種肌肉運動代謝促進裝置，具有上述(I)~(4)中任意一項所述的電刺激信號生成裝置；和分別與各上述變壓器對應設置，通過相互配置到人體的不同刺激部位來賦予電刺激的多個電極體。
[0016]根據本發明，可使具備能夠對多個電極體輸出各個電刺激信號的電路的電刺激信號生成裝置小型化，並且抑制電刺激的強度降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是電刺激產生裝置的框圖。
圖2是電刺激產生裝置的一部分的框圖。
圖3示意性地表示了由電壓生成電路輸出的信號。
圖4示意性地表示了由脈衝生成電路輸出的信號。
圖5示意性地表示了由脈衝合成電路輸出的信號。
圖6是放電電路的動作說明圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1是電刺激信號生成裝置的框圖。參照該圖，電刺激信號生成裝置100具有:電源1、升壓電路2、控制器3、第一~第三電壓生成電路4a~4c、第一~第三脈衝生成電路5a~5c、第一~第三脈衝合成電路6a~6c、第一~第三變壓器7a~7c、電容器8以及放電電路9。以下，對各部分的構成詳細進行說明。
[0019]電源I可以是一次電池、二次電池、電容器、燃料電池。二次電池可以通過在電刺激信號生成裝置100的外部設置的充電器來充電。在電源I是二次電池的情況下，電刺激信號生成裝置100具有充電器和與充電器連接的引入線，通過將從外部電源延伸的充電電纜的連接器與上述引入線連結能夠進行充電。該情況下，外部電源也可以是DC5V的商用電源。二次電池也可以通過不需要充電電纜的連接器的所謂非接觸充電來充電。電源的形狀可以是圓筒型形狀、稜型形狀、硬幣型形狀。另外，電源I也可以通過串聯或者並聯連接多個電源元件來構成。對電刺激信號生成裝置100設有未圖示的開關，通過對該開關進行操作，起動電刺激信號生成裝置100。
[0020]升壓電路2將電源I的電壓升壓到目標的電壓值。這裡，目標的電壓值是與第一~第三脈衝合成電路6a~6c的輸出電壓對應的電壓值。控制器3控制由電刺激信號生成裝置100輸出的輸出信號的強度等。這裡，控制器3可以是CPU或MPU，也可以包含以電路的方式執行在這些CPU、MPU中進行的處理的至少一部分的ASIC電路。
[0021]圖2是包括第一電壓生成電路4a、第一脈衝生成電路5a以及第一脈衝合成電路6a的電刺激信號生成裝置100的一部分的框圖。其中，為了簡化附圖，省略了第二~第三電壓生成電路4b~4c、第二~第三脈衝生成電路5b~5c以及第二~第三脈衝合成電路6b ~6c0
[0022]參照該圖，第一電壓生成電路4a包括電阻41a以及電路內電容器42a。如圖3所不，第一電壓生成電路4a將從控制器3輸出的PWM信號轉換成與脈衝寬度對應的電壓信號(與電壓值的大小有關的第一信號)。在圖示的例子中，對應於從控制器3輸出的PWM信號的脈衝寬度在輸出中途變大，電壓信號的電平以近似階梯狀上升。由於第二電壓生成電路4b以及第三電壓生成電路4c的電路構成與第一電壓生成電路4a的電路構成相同，所以省略說明。從控制器3向第一~第三 電壓生成電路4a~4c輸出的PWM信號分別獨立。因此，各第一~第三電壓生成電路4a~4c中生成的各電壓信號的值可被控制器3獨立控制。此外，從控制器3輸出的信號也可以不是PWM信號而是直接輸出電壓信號的D / A轉換信號。該情況下，也可以省略電路內電阻41 a。
[0023]再次參照圖2，第一脈衝生成電路5a由對從控制器3輸出的脈衝信號進行放大，並將控制器3與第一脈衝合成電路6a分離的NPN電晶體構成。NPN電晶體具有基極、集電極、發射極這3個不同的端子。第一脈衝生成電路5a如圖4所示那樣，將從控制器3輸出的脈衝信號轉換成第一脈衝合成電路6a用的脈衝波形並輸出。其中，該輸出信號相當於第二信號。第一脈衝生成電路5a基於從控制器3輸出的脈衝信號，來決定圖4所示的輸出信號的脈衝寬度以及頻率。由於第二脈衝生成電路5b以及第三脈衝生成電路5c的電路構成與第一脈衝生成電路5a的電路構成相同，所以省略說明。如圖1所示，對第一~第三脈衝生成電路5a~5c輸入相同的脈衝信號。
[0024]但是,控制器3也可以對第一~第三脈衝生成電路5a~5c輸入不同的脈衝信號。該情況下，從各第一~第三脈衝生成電路5a~5c輸出不同的脈衝寬度以及頻率的脈衝信號。另外，第一~第三脈衝生成電路5a~5c也可以由一個電晶體構成。
[0025]通過操作設於電刺激信號生成裝置100的未圖示的操作部，能夠經由控制器3來控制第一電壓生成電路4a以及第一脈衝生成電路5a的輸出信號。該操作部可以是選擇刺激模式(例如「捏」、「揉」等)的選擇部以及對刺激的強度進行調整的調整部。選擇部也可以是滑動式的開關。調整部也可以是無級調整電位器。
[0026]第一脈衝合成電路6a包括:上遊側運算放大器61a、電阻62a、反轉放大電路63a以及NPN電晶體64a。上遊側運算放大器61a的正端子與第一電壓生成電路4a連接。對上遊側運算放大器61a的負端子反饋上遊側運算放大器61a的輸出電壓。
[0027]電阻62a位於上遊側運算放大器61a與反轉放大電路63a之間。反轉放大電路63a具有:下遊側運算放大器631a、電阻632a以及電阻632b。下遊側運算放大器631a的正端子與電阻62a連接。電阻632a被設置於反轉放大電路63a的反饋電路。反轉放大電路63a輸出與電阻632a以及電阻632b的電阻比對應的放大信號。
[0028]具體如圖5所不,第一脈衝合成電路6a輸出將從第一電壓生成電路4a輸出的電壓信號與從第一脈衝生成電路5a輸出的脈衝信號合成以及放大後的信號。從第一脈衝合成電路6a輸出的放大信號被輸入至第一變壓器7a的初級側。由於第二脈衝合成電路6b以及第三脈衝合成電路6c的電路構成與第一脈衝合成電路6a的電路構成相同，所以省略說明。
[0029]第一~第三脈衝合成電路6a~6c基於被從電容器8供給電力而動作。這裡，在省略了電容器8的情況下，從第一~第三變壓器7a~7c輸出的信號的強度降低，無法賦予所希望的電刺激。這裡，作為對從第一~第三變壓器7a~7c輸出的信號的強度降低進行抑制的方法，可考慮在各第一~第三變壓器7a~7c的各次級側分別配置電容器的方法。
[0030]然而，在該方法中，由於需要與變壓器的數量對應的多個電容器，所以成本增大。另外，由於變壓器的次級側通過升壓動作而成為高電壓，所以需要增大各電容器的容量(即尺寸)，導致電刺激信號生成 裝置100大型化。
[0031]鑑於此，通過設置針對第一~第三脈衝合成電路6a~6c供給工作電力的電容器8，能夠消除上述的問題。即，由於針對第一~第三脈衝合成電路6a~6c供給工作電力的電容器8僅為一個即可，所以可實現通過減少電容器的個數帶來的低成本化。並且，由於電容器8被配置在第一~第三變壓器7a~7c的初級側，所以與配置於次級側的情況相比，可減小尺寸。由此，可使電刺激信號生成裝置100小型化。
[0032]在第一變壓器7a的次級側設置有正端子以及負端子。這些正端子以及負端子分別經由未圖示的導線與正極焊盤以及負極焊盤連接。由於第二變壓器7b以及第三變壓器7c是與第一變壓器7a相同的構成，所以省略說明。
[0033]如上所述，為了對人體賦予所希望的效果，需要對多個刺激部位給予電刺激。由於因刺激部位增加，使得貼在刺激部位的電極焊盤的數量增加，電路構成也變得複雜，所以電刺激信號生成裝置100 —般會大型化。根據上述的實施方式，能夠抑制電刺激信號生成裝置100的大型化，並且對多個刺激部位賦予電刺激。
[0034]另外，由於在控制器3中能夠分別獨立地控制從各第一~第三變壓器7a~7c輸出的放大信號的強度，所以可對各刺激部位賦予固有的電刺激。
[0035]如圖6所示，放電電路9由電晶體構成。放電電路9基於從控制器3輸出的信號(高信號或者低信號)來開始放電。這裡，在省略了放電電路9的情況下，即使切斷電刺激信號生成裝置100的電源，由於電容器8中充有電荷，所以也不能立即停止電刺激。鑑於此，控制器3在電刺激信號生成裝置100的電源剛被切斷後，控制放電電路9以使充在電容器8中的電荷放電。此外，也可以取代放電電路9而採用在電容器8以及第一~第三脈衝合成電路6a~6c之間設置繼電器的構成。繼電器可以是接點式的繼電器。若電刺激信號生成裝置100的電源被斷開，則控制器3將繼電器切斷。由此，可防止在電刺激信號生成裝置100被切斷後從電容器8對第一~第三脈衝合成電路6a~6c供給工作電力。
[0036]以往，例如在使電刺激信號生成裝置100執行「捏」這一動作的情況下，通過使輸出波形的電壓緩緩地逐漸放大來獲得其刺激感。該電壓的放大通過對將電阻與電容器組合得到的CR電路的時間常數進行控制來進行。因此，只能使輸出電壓線性放大。
[0037]在本實施方式中，由於在控制器3中能夠控制輸出波形，所以還能夠獲得不是線性而具有曲線特性的輸出波形。由此，還可以賦予以往無法實現的獨特的電刺激。
[0038]在將上述的電刺激信號生成裝置100與電極焊盤組合而作為肌肉運動代謝促進裝置使用的情況下，例如可將多個電極焊盤如下述那樣配置。多個電極焊盤由配置於人體的正面側的前側電極單元、和配置於人體的背面側的背側電極單元構成，前側電極單元由配置在與大腿四頭肌的起始部對應的位置的第一前側電極焊盤、和配置在與大腿四頭肌的停止部對應的位置且極性與第一前側電極不同的第二前側電極焊盤構成，背側電極單元包括配置在人體的前後方向觀察下的與臀大肌以及腿後腱的邊界線部分對應的位置的第一背側電極焊盤；配置在與腿後腱中比臀大肌靠下方的部分對應的位置，且極性與第一背側電極不同的第二背側電極焊盤；以及配置在與臀大肌的起始部對應的位置，且極性與第一背側電極不同的第三背側電極焊盤。由此，可期待基於肌肉運動實現的代謝促進。
附圖標記說明:
1-電源；2-升壓電路；3-控制器；
4a~4c_第一~第三電壓生 成電路；
5a~5c_第一~第三脈衝生成電路；
6a~6c_第一~第三脈衝合成電路；
7a~7c_第一~第三電晶體；
8-電容器；9_放電電路；100_電刺激信號生成裝置。
【權利要求】
1.一種電刺激信號生成裝置，其特徵在於，具有: 電源； 升壓電路，其對所述電源的電壓進行升壓； 電容器，其通過經由該升壓電路被供給的電力進行蓄電； 控制器； 多個電壓生成電路，它們分別基於從所述控制器輸出的信號來輸出與電壓值的大小相關的第一信號； 脈衝生成電路，其基於從所述控制器輸出的信號來輸出用於將從各所述電壓生成電路輸出的第一信號轉換成脈衝信號的第二信號； 多個脈衝合成電路，它們分別與各所述電壓生成電路對應設置，基於從所述脈衝生成電路輸出的第二信號，將從所述電壓生成電路輸出的第一信號轉換成脈衝信號並且對該脈衝信號進行放大而輸出；以及 多個變壓器，它們分別與各所述脈衝合成電路對應設置，對從所述脈衝合成電路輸出的信號進行放大而作為電刺激信號輸出； 所述電容器對所述多個脈衝合成電路供給工作電力。
2.根據權利要求1所述的電刺激信號生成裝置，其特徵在於， 具有放電電路，該放電電路基於 從所述控制器輸出的信號來使所述電容器中蓄積的電荷放電。
3.根據權利要求1或2所述的電刺激信號生成裝置，其特徵在於， 所述電容器設置於連接所述升壓電路與所述多個脈衝合成電路的連接電路。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的電刺激信號生成裝置，其特徵在於， 所述控制器能夠對各所述電壓生成電路輸出不同的信號，各所述電壓生成電路能夠輸出與和從所述控制器輸出的信號相對應的電壓值的大小相關的第一信號。
5.一種肌肉運動代謝促進裝置，其特徵在於，具有: 權利要求1至4中任意一項所述的電刺激信號生成裝置；和 多個電極體，它們分別與各所述變壓器對應設置，通過相互配置到人體的不同刺激部位來賦予電刺激。
【文檔編號】A61N1/32GK103547312SQ201180071074
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2011年10月14日 優先權日:2011年10月14日
【發明者】神谷章平, 秋本龍二, 細木力 申請人:株式會社好瑪研究所