(57)【要約】  装置(40)は、電気刺激を人間または動物の体に一対の電極(50)を介して加えるための手段(402)を含む。本装置はさらに、その対の電極(50)間でのその体のインピーダンスを測定するための手段(406、410)を含む。インピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスに基づいて前記電気刺激を制御するための手段をさらに含む。前記電気刺激を制御するための前記手段は、前記体に加えられる前記電気刺激の振幅を調節する働きをする。前記電気刺激を制御するための前記手段は、インピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスの変化を補償するように前記体に加えられる前記電気刺激の前記振幅を調節する働きをする。
2014533160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気刺激を人間または動物の体に一対の電極を介して加えるための手段と、
前記一対の電極間での前記体のインピーダンスを測定するための手段とを含む装置。
【請求項２】
インピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスに基づいて前記電気刺激を制御するための手段をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記電気刺激を制御するための前記手段は、前記体に加えられる前記電気刺激の振幅を調節する働きをする、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記電気刺激を制御するための前記手段は、インピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスの変化を補償するように前記体に加えられる前記電気刺激の前記振幅を調節する働きをする、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記電気刺激を制御するための前記手段は、もしインピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスが、第1のしきいインピーダンス値よりも小さいならば、電気刺激が前記体に加えられるのを停止する働きをする、請求項2から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記電気刺激を制御するための前記手段は、もしインピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスが、第2のしきいインピーダンス値よりも大きいならば、電気刺激が前記体に加えられるのを停止する働きをする、請求項2から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記装置はさらに、前記体に配置するためのパッドを含み、前記パッドは、前記一対の電極を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
インピーダンスを測定するための前記手段は、電圧を測定するための第1の手段を含み、電圧を測定するための前記第1の手段は、前記一対の電極間の電圧を測定する働きをする、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
インピーダンスを測定するための前記手段は、電流を測定するための手段を含み、電流を測定するための前記手段は、前記電極を通る電流を測定する働きをする、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
電流を測定するための前記手段は、
前記電極と直列に接続されるように配列された抵抗器と、
電圧を測定するための第2の手段とを含み、電圧を測定するための前記第2の手段は、前記抵抗器両端の電圧を測定する働きをする、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
インピーダンスを測定するための前記手段は、電圧を測定するための前記第1および第2の手段によって測定される前記電圧を使用してインピーダンスを計算するための手段を含む、請求項8に従属する場合の請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
電流を測定するための前記手段は、電気刺激を加えるための前記手段が、電気刺激を前記体に加えている間に、前記電極を通る電流を測定する働きをする、請求項9から11のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
インピーダンスを測定するための前記手段は、測定信号を前記体に印加するための手段を含み、インピーダンスを測定するための前記手段は、前記測定信号が印加されている間に前記体のインピーダンスを測定する働きをする、請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記測定信号の振幅は、筋肉収縮を防止するように選択される、請求項13に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気刺激を人間または動物の体に加えるための装置に関する。本装置はまた、人間または動物の体のインピーダンスを測定することもできる。
【背景技術】
【０００２】
様々な治療用途について、電気刺激、温熱療法および温度刺激を含むいくつかの治療法が、当技術分野で現在知られている。
【０００３】
電気刺激は、皮膚に一時的に付着される1つまたは複数の刺激パッドを通じて単一筋肉または筋肉群に電流を印加することを含む。結果として生じる筋肉収縮は、損傷した筋肉を強化することおよび浮腫を低減することから痛みを軽減することおよび治癒を促進することまで様々な効果を生じさせることができる。パッドは、通常極めて小さく、典型的には電池で電力を供給される。このことは、少量の電力の印加および結果として生じる電場の浅い治療深さをもたらす。従来の電気刺激システムによって発生する電場の浅い深さは、性能および患者の利益を制限する。いくつかのシステムは、しばしば配線(line)または本線(mains)の供給源から、より多くの電流を印加することによってこの制限に対処しようと試みた。しかしながら、従来の電気刺激パッドの小さなサイズは、より大量の電力の印加、すなわちより高い電流の使用に対して、患者がしばしば痛みまたは不快感の経験を報告するようなサイズである。
【０００４】
温熱療法は、体に熱を加えることを含む。温熱療法は、筋肉のけいれんの緩和および治癒を促進する血流の増加などの多くの効果を有するので非常に有用である。しかしながら、併用療法、すなわちマッサージ、超音波および/または電気刺激などの他の治療法の相乗的使用は、温熱療法単独よりも効果的であることが見いだされている。
【０００５】
温度刺激は、温熱療法および電気刺激の使用を同時に含む1つのそのような併用療法である。温度刺激に関して、熱の治癒効用は、電気刺激の強化、調整、痛み軽減および治癒の効用と一緒に提供される。その上、熱を加えることは、患者がより高い電流に耐えることを可能にするという点で効果的であることが見いだされている。このことは、より高い電場強度、侵入のより大きな深さ、従って熱なしでの電気刺激で達成されることもあり得るよりも肯定的な結果をもたらす。温度刺激は、皮膚に一時的に付着されるパッドを使用して行われることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】WO2011/064527
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、電気刺激または温度刺激のための改善された装置を提供する必要性を確認した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、電気刺激を人間または動物の体に一対の電極を介して加えるための手段と、その一対の電極間でのその体のインピーダンスを測定するための手段とを含む装置が、提供される。
【０００９】
電気刺激を加えるためおよび体のインピーダンスを測定するために同じ対の電極を使用することは、小型でかつ製造するのが簡単な装置をもたらす。さらに、このことはまた、小型でかつ製造するのが簡単な刺激パッドももたらす。さらになお、このことは、電気刺激およびインピーダンス測定を可能にするために別個の組の電極を体に適用する必要性を回避することによって、装置の使用を簡略化する。
【００１０】
本装置は好ましくは、インピーダンスを測定するための手段によって測定されるインピーダンスに基づいて電気刺激を制御するための手段を含む。電気刺激を加えるためおよび体のインピーダンスを測定するために同じ対の電極を使用することは、刺激が加えられる体の正確にその領域での局所的インピーダンスに基づいて電気刺激が制御されることを可能にする。好ましくは、電気刺激を制御するための手段は、体に加えられる電気刺激の振幅を調節する働きをする。より好ましくは、電気刺激を制御するための手段は、インピーダンスを測定するための手段によって測定されるインピーダンスの変化を補償するように体に加えられる電気刺激の振幅を調節する働きをする。好ましくは、電気刺激を制御するための手段は、もしインピーダンスを測定するための手段によって測定されるインピーダンスが、第1のしきいインピーダンス値よりも小さいまたは第2のしきいインピーダンス値よりも大きいならば、電気刺激が体に加えられるのを停止する働きをする。
【００１１】
本装置は好ましくは、体に配置するためのパッドをさらに含み、パッドは、一対の電極を含む。単一パッドに一対の電極を提供することは、そのパッドを体に配置することだけが、電気刺激を加えかつインピーダンスを測定するために必要とされるので、刺激装置の使用を簡略化する。それ故に、特にインピーダンスを測定するために別個のデバイスを体に適用する必要性は、回避される。
【００１２】
インピーダンスを測定するための手段は好ましくは、電圧を測定するための第1の手段を含み、電圧を測定するための第1の手段は、一対の電極間の電圧を測定する働きをする。インピーダンスを測定するための手段は好ましくは、電流を測定するための手段をさらに含み、電流を測定するための手段は、電極を通る電流を測定する働きをする。電流を測定するための手段は、電極と直列に接続されるように配列された抵抗器と、電圧を測定するための第2の手段とを含み、電圧を測定するための第2の手段は、抵抗器両端の電圧を測定する働きをする。インピーダンスを測定するための手段は好ましくは、電圧を測定するための第1および第2の手段によって測定される電圧を使用してインピーダンスを計算するための手段をさらに含む。電流を測定するための手段は好ましくは、電気刺激を加えるための手段が、電気刺激を体に加えている間に、電極を通る電流を測定する働きをする。インピーダンスを測定するための手段は好ましくは、測定信号を体に印加するための手段を含み、インピーダンスを測定するための手段は、測定信号が印加されている間に体のインピーダンスを測定する働きをする。好ましくは、測定信号の振幅は、筋肉収縮を防止するように選択される。
【００１３】
本発明の好ましい特徴は、純粋に例として、同様の要素が同様の参照符号を使用して示される添付の図面を参照して今から述べられることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】刺激システムの概略図である。
【図２】図1の刺激システムで使用するための刺激パッドの分解図である。
【図３】図2の刺激パッドで使用するための回路の上面図である。
【図４】図3で示される回路の底面図である。
【図５】図3で示される回路のためのコネクタの概略図である。
【図６】図3で示される回路のための加熱素子の回路図である。
【図７】図1の刺激システムで使用するための刺激回路の概略図である。
【図８Ａ】信号発生器の回路図である。
【図８Ｂ】信号発生器の回路図である。
【図９】電気刺激を加えかつインピーダンスを測定するための図1の刺激システムの使用の例を示す電圧対時間のグラフである。
【図１０】電気刺激を加えかつインピーダンスを測定するための図1の刺激システムの使用の別の例を示す電圧対時間のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図1は、刺激システム10を示す。刺激システム10は、コンソール20および刺激パッド30を含む。コンソール20は、刺激回路40を含む。刺激パッド30は、ケーブル60によって刺激回路40に電気的に接続される(好ましくは、取り外し可能に接続される)。刺激パッドは、1つまたは複数の電極50a、50bを含む。使用時には、刺激パッドは、人間または動物の体に配置される。刺激回路40は、刺激パッド30での電極50を介して電気刺激を体に加える働きをする。刺激回路40はまた、同じ電極間での体のインピーダンスを測定する働きもする。
【００１６】
刺激回路40を介して電気刺激を体に加えることのほかに、刺激システム10はまた、熱を体に加えることができることもある。すなわち、刺激システム10は、温度刺激システムとすることができる。そのような温度刺激システムは好ましくは、熱および電気刺激を体に同時にまたは互いに独立して加える働きをする。
【００１７】
簡潔さのために、本発明は、2つの電極50を含む刺激パッド30の例を参照して述べられることになる。適切な刺激パッドの例は、本出願人の先の特許出願WO2011/064527で開示され、その全内容が、参照により本明細書に組み込まれる。WO2011/064527は、好ましくは炭素充填(carbon-loaded)シリコーンからそれぞれ成形される、電気刺激のための2つの細長い実質的に平行な電極を有する刺激パッドを述べる。電極は次いで、電極を互いに対して適所に保持するためにオーバーモールドされ(over-moulded)、それによって単一成形アセンブリを提供する。加熱素子は、成形アセンブリに位置決めされ、シリコーンの層で適所に保持される。
【００１８】
適切なパッドの別の例は、図2から図6を参照して以下で述べられる新規パッドである。この例では、刺激パッド30は、保護用ケーシング内に封入された回路を含む。図2は、刺激パッド30の分解図を示す。回路51は、ケーシング本体100にぴったり収まる。ケーシング本体100は、プラスチック材料から成形されてもよい。ケーシング本体100は、導電性材料101のエリア101a、101bを含む。導電性材料101のエリアは、グラファイトと混合されたポリマーを含んでもよい。回路51が収められるとき、回路51の第1の表面53は、ケーシング本体100の方へ向き、各電極514a、514b(図4で示される)がそれぞれの導電性エリア101a、101bと電気的接触するように位置合わせされる。カバー200は、ケーシング本体100の上に提供され、それによって回路51を封入する。ケーシング本体100およびカバー200は、回路51を故障させることもあり得る水の侵入から回路51を保護する。使用時には、刺激パッド30は、使用者の体に配置される。導電性エリア101は、電流を電極514から使用者の体に伝導する。
【００１９】
図3は、図2で示される刺激パッド30の回路51の上面図である。図4は、回路51の底面図である。図3および図4で示されるように、回路51は、基板500を含む。基板500は、第1の表面53(図4で示される)および第2の表面52(図3で示される)を有し、第1の表面53は、第2の表面52と逆の向きを有する。回路51はさらに、加熱素子502および1つまたは複数の電極514を含む。回路51はさらに、温度センサ510、視覚インジケータ505およびコネクタ507を含む電子部品を含むことができる。
【００２０】
電気導体511、512は、回路51の部品間の電気的接続を形成するために基板500の各表面52、53にパターン形成される。本明細書で使用されるように、用語「パターン形成される」は好ましくは、所定の形状を有する導電性領域がそれによって基板500の表面に形成されるプロセスの結果を述べると理解される。導体は、図3および図4では灰色の陰影付きエリアによって例示される。第1の表面53での導体は、図4で参照数字511によって示され、一方第2の表面52での導体は、図3で参照数字512によって示される。1つまたは複数の電極514もまた、基板500の第1の表面53にパターン形成される。電極514は好ましくは、導体511と同じ導電性材料から形成されるので、電極514もまた、図4では灰色の陰影付きエリアによって例示される。導体を含まない絶縁領域は、図3および図4で参照数字513によって示される陰影のないエリアによって例示される。
【００２１】
電子部品502、505、507、510、導体511、512および電極514は、基板500の両方の表面52、53に提供される。電極514は、第1の表面53に形成され、一方加熱素子502は、第2の表面52に形成される。使用時には、加熱素子502は、使用者の皮膚から外方へ向き、電極514は、皮膚の方へ向く。温度センサ510、視覚インジケータ505およびコネクタ507もまた、好ましくは第2の表面52に提供される。電子部品502、505、507、510、導体511、512および電極514は、基板500の両方の表面に提供されるので、基板500は、異なる表面での部品と導体との間の不要な電気伝導を防止するために電気絶縁特性を有するべきである。
【００２２】
回路51は、回路がケーブル60(図1で示される)に電気的に接続され、それによってコンソール20(また図1でも示される)に接続されることを可能にするためにコネクタ507を含む。コネクタ507は好ましくは、第2の表面52に提供される。コネクタ507は好ましくは、表面実装コネクタである。コネクタ507は、接続ピンを含み、それは、ケーブル60での対応するコネクタに接続されてもよい。一例では、コネクタ507は、図5で例示されるように、6つの接続ピンを含む。「Heat+」および「Heat-」とラベル表示されるピンは、加熱素子502に接続される。「Temp+」および「Temp-」とラベル表示されるピンは、温度センサ510に接続される。「EM1」および「EM2」とラベル表示されるピンは、電極514に接続される。
【００２３】
加熱素子502は好ましくは、複数の抵抗器503および1つまたは複数の導体512を含む。抵抗器503は、基板500の第2の表面52にわたって分配される。明瞭さのために、3つの抵抗器503だけが、図3でラベル表示されるが、しかしながら回路は、さらに多くの抵抗器を含み、そのそれぞれは、図3では小さな黒い長方形として例示されることがわかる。抵抗器503は、導体512によって互いに電気的に接続される。図3で示される例では、使用時に、導体512aが、負電圧供給レールとして動作するように、導体512aは、コネクタ507の「Heat-」ピンに接続される。同様に、使用時に、導体512bが、正電圧供給レールとして動作するように、導体512bは、コネクタ507の「Heat+」ピンに接続される。
【００２４】
電圧が、抵抗器503を横切って印加されると、電力は、熱として散逸される。正および負の供給電圧は、コネクタ507で「Heat+」および「Heat-」とそれぞれラベル表示されるピンによって抵抗器503に供給される。抵抗器503は、導体512にはんだ付けされ、それによってコネクタ507に電気的に接続される。各抵抗器503によって散逸される電力は、
P  =  I2R    (1)
と定義され、ただしPは、散逸される電力(ワット単位で測定される)であり、Iは、抵抗器を通る電流(アンペア単位で測定される)であり、Rは、抵抗器の抵抗(オーム単位で測定される)である。
【００２５】
一例では、30個の抵抗器503が、第2の表面52のエリアにわたって分配される。図6は、この例の回路図である。抵抗器503の抵抗値は、局部的なエリアが周囲の領域よりも多くの熱を発生させるのを回避するために3.3キロオームから6.8キロオームに及ぶ。図6は、抵抗器503が並列に接続されることを示すが、しかしそれらはまた、直列でまたは直列および並列接続の組合せで接続されることもあり得ると理解されることになる。一例では、24ボルトの直流入力電圧が、抵抗器503を横切って印加される。本発明は、どんな特定の入力電圧または抵抗値にも限定されない。
【００２６】
温度センサ510は、表面実装技術を使用して、基板500の第2の表面52に取り付けられる。温度センサ510は好ましくは、電極514a、514b間での等距離の点に取り付けられる。このことは、電気刺激が加えられる領域の近くでの温度の表示を与えるためであるが、温度センサ510は、第2の表面52での任意の他の適切な点に配置されることもあり得る。温度センサ510のための正および負の供給電圧は、コネクタ507で「Temp+」および「Temp-」とそれぞれラベル表示されるピンによって供給される。温度センサ510は、基板500の第1の表面53にパターン形成される導体511によってコネクタ507に結合される。基板500を通るビアは、第1の表面53での導体511を第2の表面52に取り付けられる温度センサ510およびコネクタ507に接続する。温度センサ510は、抵抗温度計または熱電対とすることができる。温度センサは好ましくは、白金抵抗温度計(PRT)であり、より好ましくはPt1000素子である。Pt1000素子は、その高精度のために望ましい。
【００２７】
電気刺激電流は、「EM1」および「EM2」とそれぞれラベル表示されるコネクタ507のピンによってコンソール20から電極514a、514bに送られる。電極514は、第1の表面53にパターン形成される導体511によってコネクタ507に結合される。基板500を通るビアは、第1の表面53での導体511を第2の表面52に取り付けられるコネクタ507に接続する。
【００２８】
他の電子部品が、基板500に取り付けられ、好ましくは基板の第2の表面52に取り付けられることもあり得る。例えば、プログラム可能な論理デバイス、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラなどの論理部品が、基板500に取り付けられることもあり得る。そのような論理部品は、使用者に加えられる熱および/または電気刺激を制御するために使用されることもあり得る。別の例として、1つまたは複数のセンサが、温度センサ510に加えて、基板500に取り付けられることもあり得る。図3で示されるように、視覚インジケータ505は、基板500の第2の表面52に取り付けられてもよい。視覚インジケータ505は好ましくは、発光ダイオードである。
【００２９】
前に述べたように、使用時には、加熱素子502は、使用者の皮膚から外方へ向き、電極514は、皮膚の方へ向く。それ故に、第2の表面52での加熱素子502で発生する熱は、基板500を通って第1の表面53に伝導され、その後刺激パッド30のケーシング本体100を通って使用者の体に伝導される。
【００３０】
図2から図6を参照して上で述べられる刺激パッド30の例は、以下で述べられる本発明の刺激回路40とともに使用するのに適している刺激パッドの例を示すことを純粋に目的とする。刺激回路40は、他の適切な刺激パッドとともに使用されてもよい。
【００３１】
図7は、刺激パッド30の電極50に接続される刺激回路40の概略図を示す。刺激回路40は、コントローラ400、信号発生器402、電圧を測定するための第1の手段410および電流を測定するための手段406を含む。刺激回路40はさらに、接続ワイヤ414a、414bを介して刺激パッド30のそれぞれの電極50a、50bと電気的接続するための2つの端子412a、412bを含む。接続ワイヤ414a、414bは、ケーブル60(図1で示される)内に含有される。端子412a、412bは好ましくは、ケーブル60およびパッド30が刺激回路40から取り外されることを可能にし、その結果刺激回路40およびパッド30は、別々に供給されてもよい。
【００３２】
信号発生器402は、増幅器403およびフィルタ404を含むことができる。図8Ａおよび８Ｂは、信号発生器402の好ましい実施形態の回路図である。図8Ａおよび８Ｂで示される回路では、信号発生器402は、D級増幅器およびノッチフィルタ404を含む。D級増幅器は、その高電力効率のために望ましく、すなわちパッド30を介して体に送られる電力は、比較的高く、増幅器で散逸される熱は、比較的低い。D級増幅器を使用することのさらなる利点は、D級増幅器がパルス幅変調デジタル入力信号をコントローラ400から受け取ることができ、そのことで、増幅の前にコントローラ400の出力をデジタル領域からアナログ領域に変換する必要性を回避することである。D級増幅器は好ましくは、一対のハーフブリッジドライバ450a、450bおよび4つの電界効果トランジスタ452a、452b、452c、452dを含む。図8Ａおよび８Ｂで示されるように、D級増幅器は、Micrel,  Inc.によって製造される一対のMIC4102ハーフブリッジMOSFETドライバ集積回路、および4つのSI7464  MOSFET集積回路を含む。フィルタ404は、受動フィルタであり、それは、1つまたは複数の抵抗器、1つまたは複数のコンデンサおよび1つまたは複数のインダクタを含む。刺激回路40が任意の他の適切な信号発生器402を含むこともあり得ることは、本教示の助けを借りて理解されることになる。特に、増幅器および/またはフィルタ404は、図8Ａおよび８Ｂで示されるそれらと異なる部品を含むこともあり得る。
【００３３】
図7に戻ると、コントローラ400は、信号(それは、本明細書では「入力信号」405と呼ばれる)を信号発生器402に供給する働きをする。もし信号発生器402の増幅器403が、図8Ａおよび８Ｂで示されるようにD級増幅器を含むならば、入力信号405は、パルス幅変調二値信号とすることができる。別法として、もし信号発生器402の増幅器403が、パルス幅変調信号を受け取るのに適していないならば、入力信号405は、アナログ信号とすることができ、それは、コントローラ400からのデジタル値をデジタル/アナログ変換器(図7で示されず)に提供することによって発生されてもよい。増幅器403は、信号415(それは、本明細書では「増幅された信号」415と呼ばれる)を発生させるために入力信号405を増幅する働きをする。増幅された信号415の電力、電圧および/または電流は好ましくは、増幅器403によって行われる増幅の結果として入力信号405のそれよりも大きい。フィルタ404は、増幅された信号415の1つまたは複数の周波数成分を減衰させる働きをする。フィルタ404の出力(それは、本明細書では「出力信号」416と呼ばれる)は、端子412を介して電極50に提供される。図7で示されるように、信号発生器402は、2つの出力端子を有し、出力信号416は、信号発生器402の2つの出力端子間の電圧差である。
【００３４】
電圧を測定するための第1の手段410は、端子412aおよび412bに接続される。電圧を測定するための第1の手段410はそれによって、電極50aと電極50bとの間の電圧(すなわち、電位差)を測定する働きをする。
【００３５】
電流を測定するための手段406は、抵抗器407および電圧を測定するための第2の手段408を含む。抵抗器407の抵抗は、正確に知られている。抵抗器407は、信号発生器402の出力と第1の端子412aとの間に直列に接続される。それ故に、抵抗器407は、電極50と直列である。使用時には、抵抗器407は、電極50が接続される人間または動物の体と直列である。電圧を測定するための第2の手段408は、抵抗器407両端の電圧を測定する働きをする。信号発生器402が、出力信号416を発生させると、電流422、424は、抵抗器407、電極50および体を通って流れる。抵抗器407を通る電流は、オームの法則、
I  =  V/R    (2)
によって定義され、ただしIは、電流(アンペア単位で測定される)であり、Vは、抵抗器407両端の電圧(ボルト単位で測定される)であり、Rは、抵抗器407の既知の抵抗(オーム単位で測定される)である。それ故に、電流を測定するための手段は、抵抗器407両端の電圧の測定値および既知の抵抗を使用して抵抗407を通る電流を測定する働きをする。抵抗器407は、電極50および体と直列に接続されるので、抵抗器407を通る電流は、体を通る電流に等しい。
【００３６】
電圧を測定するための第1および第2の手段410、408はそれぞれ、好ましくはそれぞれのアナログ/デジタル変換器(ADC)を含む。各アナログ/デジタル変換器は、アナログ入力電圧をコントローラ400に入力されるのに適したデジタル値に変換する働きをする。それ故に、電圧を測定するための第1の手段410は、第1のデジタル値をコントローラ400に提供する働きをし、第1のデジタル値は、電極50aと電極50bとの間の電圧を表す。電圧を測定するための第2の手段408は、第2のデジタル値をコントローラ400に提供する働きをし、第2のデジタル値は、電極50a、50bを通る電流を表す。2つのアナログ/デジタル変換器を使用することによって、電流および電圧は、同時に測定されてもよい。電圧を測定するための第1および第2の手段410、408は、それぞれのバス418、420によってコントローラ400に接続される。別法として、各アナログ/デジタル変換器およびコントローラ400は、単一集積回路で提供されてもよい。
【００３７】
好ましくは、コントローラ400は、適切にプログラムされたマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含む。別法として、コントローラ400は、プログラム可能な論理、個別論理ゲートまたは適切なアナログ回路をさえ使用して実施されることもあり得る。コントローラ400は、刺激パッド30が使用中であるときに電極50間での体のインピーダンスを計算する働きをする。
【００３８】
インピーダンスを測定するための刺激回路40の動作が、今から述べられることになる。下記では、刺激パッド30の電極50a、50bは、体に電気的に接続されていると仮定される。入力信号405は、コントローラ400によって信号発生器402に供給される。入力信号405に応答して、信号発生器402は、出力信号416を発生させる。出力信号416は、電流(それは、本明細書では「測定電流」422と呼ばれる)が流れるようにする。測定電流422は、信号発生器402を出発し、抵抗器407を通って流れ、次いで電極50aを通り、次いで体を通り、次いで電極50bを通り、最後に信号発生器402に戻る。
【００３９】
体を通る電流は、電流を測定するための手段406によって測定される。より具体的には、体を通る電流は、方程式(2)に従って電流測定値を提供するために、電圧を測定するための第2の手段408を使って抵抗器407両端の電圧を測定し、その電圧を抵抗器407の既知の抵抗で割ることによって測定される。電極50間での体の電圧は、電圧を測定するための第1の手段410によって測定される。コントローラ400は、測定された電流および電圧を使用して電極50の領域での体のインピーダンスを計算する。
【００４０】
インピーダンスを計算するためにコントローラ400によって使用される方程式が、今から述べられることになる。測定電流422は、交流電流かまたは直流信号とすることができる。もし交流電流が、使用されるならば、インピーダンスは、
【００４１】
【数１】
2014533160.tif 000003
【００４２】
と定義され、ただしZは、電極50a、50b間での体のインピーダンス(オーム単位で測定される)であり、Vは、電極50a、50b間の電圧(ボルト単位で測定される)であり、Iは、体を通る電流(アンペア単位で測定される)であり、φIは、電流の位相であり、φVは、電圧の位相であり、jは、虚数であり、|x|は、変数xの振幅を示す。それ故に、コントローラ400は、体を通る電流の測定値、電極50間での体の電圧の測定値、電流と電圧との間の位相差の測定値、および方程式(3)で定義される関係を使用して体のインピーダンスを計算することができる。
【００４３】
もし直流が、使用されるならば、φIおよびφVは、ゼロに等しく、それ故にインピーダンスは、オームの法則、
R  =  V/I    (4)
によって定義される抵抗と同等であり、ただしRは、電極50a、50b間での人間または動物の体の抵抗(オーム単位で測定される)であり、Vは、電極50a、50b間の電圧(ボルト単位で測定される)であり、Iは、体を通る電流(アンペア単位で測定される)である。それ故に、コントローラ400は、体を通る電流の測定値、電極50間での体の電圧の測定値、および方程式(4)で定義される関係を使用して体のインピーダンスを計算することができる。
【００４４】
インピーダンス測定値は、電極50に局在する体の領域のインピーダンスを表す。それ故に、インピーダンス測定値は、電極に局在する領域での状態についての情報を提供するが、しかし体全体についてではない。もし必要ならば、体の全体的インピーダンスは、いくつかの体の場所で取得される局所的インピーダンス測定値を組み合わせることによって推定されてもよい。
【００４５】
電気刺激を加えるための刺激回路40の動作が、今から述べられることになる。下記では、刺激パッド30の電極50a、50bは、体に電気的に接続されていると仮定される。入力信号405は、コントローラ400によって信号発生器402に供給される。入力信号405に応答して、信号発生器402は、出力信号416を発生させる。出力信号416は、電流(それは、本明細書では「刺激電流」424と呼ばれる)が流れるようにする。刺激電流424は、信号発生器402を出発し、抵抗器407を通って流れ、次いで電極50aを通り、次いで体を通り、次いで電極50bを通り、最後に信号発生器402に戻る。
【００４６】
電気刺激を体に加えるとき、コントローラ400は好ましくは、体の測定されるインピーダンスに基づいて出力信号416を制御する働きをする。例えば、入力信号405の振幅および/または継続時間を制御することによって、コントローラ400は、出力信号416の振幅および/または継続時間を制御することができる。コントローラ400はまた、出力信号416を発生させるのを停止し、それによって電気刺激を体に加えるのを停止するために、入力信号405を信号発生器402に供給することを停止することもできる。
【００４７】
測定されるインピーダンスは、汗および/またはパッド30の不適切な配置に起因して変わることもある。汗の存在は、使用者の皮膚の表面を横切って低インピーダンス伝導経路を作り出す可能性があり、そのことは、測定されるインピーダンスを減少させることになる。パッド30の不適切な配置は、パッド30の電極50と体との間の不十分な電気接触をもたらす可能性があり、そのことは、測定されるインピーダンスを増加させることになる。筋肉の血液容量の増加などの、生理学的効果がまた、測定されるインピーダンスに小さな変化を引き起こすこともある。コントローラ400は、測定されるインピーダンスの変化を補償するように電気刺激の振幅を調節することができる。例えば、コントローラ400は、実際に体に送られる電気刺激のレベルが一定のままであることを確実にするために出力信号416の電圧の振幅(または刺激電流424の振幅)を増加させるまたは減少させることができる。
【００４８】
体のインピーダンスを測定する主な理由は、電気刺激中の使用者の安全を確保するためである。例えば、もし汗が、パッドの電極50間のインピーダンスを減少させることになり、一方出力信号416の電圧が、一定のままであるならば、体に印加される刺激電流424は、増加することになる。使用者にとって有害となり得るレベルまで刺激電流424が増加するのを防止するために、コントローラ400は、もし体のインピーダンスが第1のしきい値を下回って減少するならば、出力信号416を発生させるのを停止することができる。別の例として、電極50と体との間の電気接触が不十分な場合には電気刺激を加えるのを回避するために、コントローラ400は、もし体のインピーダンスが第2のしきい値を上回って増加するならば、出力信号416を発生させるのを停止することができる。コントローラ400はまた、もしインピーダンスが第1のしきい値を下回って減少するまたは第2のしきい値を上回って増加するならば、警報(可聴警報および/または可視警報などの)を発生させることもできる。
【００４９】
図9は、電気刺激を加えるためおよび体のインピーダンスを測定するための刺激回路の使用を例示する。図9は、縦軸に体に印加される電圧、および横軸に時間を示すグラフ(一定の縮尺で描かれない)である。電気刺激パルスの第1の列902は、時間間隔t1の間に体に印加される。測定電圧信号904は、時間t2に印加され、体のインピーダンスは、測定電圧信号904が印加されている間に測定される。測定電圧信号904の振幅は、電気刺激パルスの第1の列902での各パルスの振幅よりも小さい。電気刺激パルスの第2の列906は、時間間隔t3の間に体に印加される。電気刺激パルスの第2の列906は好ましくは、測定されるインピーダンスに基づいて制御される。図9で示されるように、電気刺激パルスの第2の列906での各パルスの振幅は、電気刺激パルスの第1の列902での各パルスの振幅よりも大きい。さらなる測定電圧信号908は、時間t4に印加され、体のインピーダンスは、さらなる測定電圧信号908が印加されている間に測定される。
【００５０】
体のインピーダンスが、測定されているとき、出力信号416の振幅は、神経刺激を引き起こすには小さすぎるように選択される。このことは、インピーダンスが測定されている間の筋肉収縮を防止し、それによってインピーダンス測定の精度を改善する。出力信号416に適した振幅は、経験的に決定されてもよい。それ故に、図9で示されるように、各測定電圧信号904、908の振幅は、電気刺激パルス902、906の振幅よりも小さい。
【００５１】
図9は、電気刺激が、体のインピーダンスが測定される時間と異なる時間に加えられることを例示する。しかしながら、本明細書で述べられる刺激回路40はまた、電気刺激が加えられるのと同じ時間にインピーダンスが測定されることも可能にする。電気刺激を加え、同時にインピーダンスを測定するために、電流を測定するための手段406は、刺激電流424が体に印加されている間に体を通る電流を測定し、電圧を測定するための第1の手段410は、刺激電流424が体に印加されている間に電極50間での体の電圧を測定し、別個の測定電流422の必要性はない。
【００５２】
図10は、電気刺激を加え、同時にインピーダンスを測定するための刺激回路の使用を例示する。図10は、縦軸に体に印加される電圧、および横軸に時間を示すグラフ(一定の縮尺で描かれない)である。電気刺激パルスの第1の列1002は、時間間隔t5の間に体に印加される。体のインピーダンスは、パルスの第1の列1002の最後のパルス1004の間の時間t6に測定される。電気刺激パルスの第2の列1006は、時間間隔t7の間に体に印加される。電気刺激パルスの第2の列1006は好ましくは、測定されるインピーダンスに基づいて制御される。図10で示されるように、電気刺激パルスの第2の列1006での各パルスの振幅は、電気刺激パルスの第1の列1002での各パルスの振幅よりも大きい。体のインピーダンスは、パルスの第2の列1006の最後のパルス1008の間の時間t8に再度測定される。電気刺激が加えられるのと同じ時間にインピーダンスを測定することによって、別個の測定電圧信号(図9で参照符号904および908によって示されるような)の必要性が、排除され、そのことは有利には、電気刺激がインピーダンスを測定するために中断されることを回避する。
【００５３】
上で述べたように、電気刺激は、体のインピーダンスを測定するために使用されるのと同じ電極50を使用して体に加えられる。単一対の電極50の共用は、電気刺激が加えられる体の領域でインピーダンスが測定されることを可能にするので有利である。特に、このことは、汗によって引き起こされる望ましくない低インピーダンス伝導経路の検出を可能にし、それらの伝導経路が、安全でないレベルの電気刺激が体に加えられる原因となるのを防止するために、行動が取られることを可能にする。単一対の電極の共用はまた、電極と体との間の電気接触の質が決定されることも可能にし、もし電気接触の質が不十分であるならば、行動が取られることも可能にする。単一対の電極の共用はまた、刺激が加えられる体の正確にその領域での局所的インピーダンスに基づいて電気刺激が制御されることも可能にする。加えて、単一対の電極50の共用は、インピーダンスを測定し、電気刺激を加えるための別個の組の電極の必要性を排除する。このことは、刺激回路40を簡略化し、小型でかつ製造するのが簡単な刺激パッド30をもたらす。さらに、単一対の電極の共用は、電気刺激およびインピーダンス測定を行うために別個の組の電極を体に適用する必要性を回避することによって、刺激システムをより使いやすくする。
【００５４】
もしパッド30が、加熱素子を含むならば、コントローラは好ましくは、体の測定されるインピーダンスに基づいて加熱素子の温度を制御することができる。このことはまた、使用者の体がどのように治療に応答しているかに基づいて治療処置が適合されることを可能にする利点も有する。加熱素子の温度は、測定されるインピーダンスに基づいて増加され、減少されまたはその現在のレベルに保たれてもよい。
【００５５】
刺激回路40は、コンソール20の部品であるとして上で述べられたが、刺激回路40の機能のいくつかまたはすべてを刺激パッド30に含むこともまた、可能である。例えば、刺激パッド30は、電流を測定するための手段406、電圧を測定するための第1の手段410およびインピーダンスを計算するための手段を含むこともあり得る。この例では、刺激パッド30は、体のインピーダンスを表すデジタルまたはアナログ値をコンソール20にケーブル60を介して伝えることもあり得る。本発明は好ましくは、刺激回路40の機能のいくつかまたはすべてが刺激パッド30で実施される配列を包含する。
【００５６】
本発明が、純粋に例として上で述べられ、詳細の変更が、本発明の範囲内でなされてもよいことは、理解されるであろう。
【符号の説明】
【００５７】
10  刺激システム
20  コンソール
30  刺激パッド
40  刺激回路
50  電極
50a  電極
50b  電極
51  回路
52  第2の表面
53  第1の表面
60  ケーブル
100  ケーシング本体
101  導電性材料、導電性エリア
101a  導電性エリア
101b  導電性エリア
200  カバー
400  コントローラ
402  信号発生器
403  増幅器
404  フィルタ
405  入力信号
406  電流を測定するための手段
407  抵抗器
408  電圧を測定するための第2の手段
410  電圧を測定するための第1の手段
412  端子
412a  端子
412b  端子
414a  接続ワイヤ
414b  接続ワイヤ
415  増幅された信号
416  出力信号
418  バス
420  バス
422  電流、測定電流
424  電流、刺激電流
450a  ハーフブリッジドライバ
450b  ハーフブリッジドライバ
452a  電界効果トランジスタ
452b  電界効果トランジスタ
452c  電界効果トランジスタ
452d  電界効果トランジスタ
500  基板
502  加熱素子、電子部品
503  抵抗器
505  視覚インジケータ、電子部品
507  コネクタ、電子部品
510  温度センサ、電子部品
511  導体
512  導体
512a  導体
512b  導体
513  絶縁領域
514  電極
514a  電極
514b  電極
902  電気刺激パルスの第1の列
904  測定電圧信号
906  電気刺激パルスの第2の列
908  測定電圧信号
1002  電気刺激パルスの第1の列
1004  最後のパルス
1006  電気刺激パルスの第2の列
1008  最後のパルス
【図１】
2014533160.tif 000004
【図２】
2014533160.tif 000005
【図３】
2014533160.tif 000006
【図４】
2014533160.tif 000007
【図５】
2014533160.tif 000008
【図６】
2014533160.tif 000009
【図７】
2014533160.tif 000010
【図８Ａ】
2014533160.tif 000011
【図８Ｂ】
2014533160.tif 000012
【図９】
2014533160.tif 000013
【図１０】
2014533160.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月15日(2014.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気刺激を人間または動物の体に、前記体の皮膚上に配置される一対の電極を介して加えるための手段と、
前記一対の電極間での前記体のインピーダンスを測定するための手段と、
インピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスに基づき前記電気刺激を制御するための手段と
を含み、
前記電気刺激を制御するための前記手段は、もしインピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスが汗によって第１のしきいインピーダンス値を下回って減少するならば、前記体に加えられている電気刺激を停止する働きをする、装置。
【請求項２】
前記電気刺激を制御するための前記手段は、前記体に加えられる前記電気刺激の振幅を調節する働きをする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気刺激を制御するための前記手段は、インピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスの変化を補償するように前記体に加えられる前記電気刺激の前記振幅を調節する働きをする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電気刺激を制御するための前記手段は、もしインピーダンスを測定するための前記手段によって測定される前記インピーダンスが、第２のしきいインピーダンス値よりも大きいならば、電気刺激が前記体に加えられるのを停止する働きをする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記装置はさらに、前記体に配置するためのパッドを含み、前記パッドは、前記一対の電極を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
インピーダンスを測定するための前記手段は、電圧を測定するための第１の手段を含み、電圧を測定するための前記第１の手段は、前記一対の電極間の電圧を測定する働きをする、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
インピーダンスを測定するための前記手段は、電流を測定するための手段を含み、電流を測定するための前記手段は、前記電極を通る電流を測定する働きをする、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
電流を測定するための前記手段は、
前記電極と直列に接続されるように配列された抵抗器と、
電圧を測定するための第２の手段と
を含み、
電圧を測定するための前記第２の手段は、前記抵抗器両端の電圧を測定する働きをする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
インピーダンスを測定するための前記手段は、電圧を測定するための前記第１および第２の手段によって測定される前記電圧を使用してインピーダンスを計算するための手段を含む、請求項６に従属する場合の請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
電流を測定するための前記手段は、電気刺激を加えるための前記手段が、電気刺激を前記体に加えている間に、前記電極を通る電流を測定する働きをする、請求項７から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
インピーダンスを測定するための前記手段は、測定信号を前記体に印加するための手段を含み、インピーダンスを測定するための前記手段は、前記測定信号が印加されている間に前記体のインピーダンスを測定する働きをする、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記測定信号の振幅は、筋肉収縮を防止するように選択される、請求項１１に記載の装置。
【国際調査報告】
2014533160.tif 000015
2014533160.tif 000016