(57)【要約】  電気刺激装置であって、第１〜第４電極と、第１〜４電極それぞれに電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、を備える。電気刺激生成部は、第１、２電極に第１刺激パターンに従って電気刺激信号を供給し、第３、４電極に第２刺激パターンに従って電気刺激信号を供給する。第１刺激パターンは、第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を第１電極に供給し、第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を第２電極に供給するように定められ、第２波形は第１波形と連動して増減する。第２刺激パターンは、第３波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を第３電極に供給し、第４波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を第４電極に供給するように定められ、第４波形は第３波形と連動して増減する。電気刺激生成部は、第１、２刺激パターンの電気刺激を交互に行う。
2016013067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極と、
前記第１電極および前記第２電極による第１電気刺激と前記第３電極および前記第４電極による第２電気刺激とを交互に行うように、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極それぞれに電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、
を備える電気刺激装置。
【請求項２】
前記電気刺激生成部は、前記第１電極と前記第２電極に第１刺激パターンに従って電気刺激信号を供給し、前記第３電極と前記第４電極に第２刺激パターンに従って電気刺激信号を供給し、
前記第１刺激パターンは、第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第１電極に供給し、第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第２電極に供給するように定められ、前記第２波形は前記第１波形と連動して増減し、
前記第２刺激パターンは、第３波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第３電極に供給し、第４波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第４電極に供給するように定められ、前記第４波形は前記第３波形と連動して増減し、
前記第１刺激パターンの電気刺激と前記第２刺激パターンの電気刺激とを交互に行う請求項１に記載の電気刺激装置。
【請求項３】
前記第１波形がピークに達した後に前記第２波形がピークに達するように前記第１波形および前記第２波形を増加させ、前記第３波形がピークに達した後に前記第４波形がピークに達するように前記第３波形および前記第４波形を増加させる請求項２に記載の電気刺激装置。
【請求項４】
前記第１波形のオン区間と前記第２波形のオン区間の少なくとも一部が重複し、前記第３波形のオン区間と前記第４波形のオン区間の少なくとも一部が重複する請求項２または３に記載の電気刺激装置。
【請求項５】
前記第１波形よりも前記第２波形のほうがピーク値を示す区間が短く、前記第３波形よりも前記第４波形のほうがピーク値を示す区間が短い請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項６】
前記２波形と前記第４波形の少なくとも一方は、増加の傾きよりも減少の傾きが急である請求項２〜５のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項７】
前記第１刺激パターンのほうが、前記第２刺激パターンよりも、刺激の供給期間が長い請求項２〜６のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項８】
複数の電極と、
前記複数の電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、
を備え、
前記複数の電極は、第１電極および第２電極を含み、
前記電気刺激生成部は、第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第１電極に供給し、第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第２電極に供給し、
前記第１波形は、振幅の増加により第１ピークに達し、前記第１ピークで予め定めた第１区間が経過した後に減少し、
前記第２波形は、前記第１波形が前記第１ピークに達した後に第２ピークに達し、前記第２ピークに達した後に減少する電気刺激装置。
【請求項９】
前記第２波形は、前記第１波形の増加と同期して増加を開始し、前記第１波形よりも緩やかに増加することで前記第１波形が前記第１ピークに到達した後も増加し続ける区間を有する請求項８に記載の電気刺激装置。
【請求項１０】
前記第２波形は、第１傾きで値が減少する第１減少区間と、前記第１傾きよりも大きな第２傾きで値が減少する第２減少区間と、を含む請求項８または９に記載の電気刺激装置。
【請求項１１】
前記複数の電極は、第３電極を含み、
前記第３電極に、第３波形の電気刺激信号を供給し、
前記第３波形の刺激強度は、前記第２波形の刺激強度が減少を終了した後に増加を開始し、予め定めた第２区間を経過した後に減少を開始し、
前記第１波形の刺激強度と前記第３波形の刺激強度とが同期して減少する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項１２】
前記区間の経過を検知する区間検知手段を含み、
前記区間検知手段は、時間の計測により前記区間の経過を検知する手段、または、前記複数の電極で刺激を与える部位の運動状況を検出する運動検出手段からの情報に基づいて前記区間の経過を検知する手段を含む請求項８〜１１のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項１３】
運動状況を検出する運動検出部と、
複数の電極と、前記電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、を備えた請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気刺激装置と、
を備え、
前記運動状況が予め定めた運動状態に一致したら前記電気刺激生成部の出力を調整するように、前記運動検出部の出力信号を前記電気刺激生成部にフィードバックするトレーニング装置。
【請求項１４】
脚を屈曲させるように運動を促し、
前記屈曲と連動して、足首を底屈させるように下腿部の第１部分に第１電気刺激信号を供給し、
前記屈曲の後に、前記脚を伸展させるように運動を促し、
前記伸展と連動して、前記足首を背屈させるように前記下腿部の第２部分に第２電気刺激信号を供給し、
前記屈曲に伴う前記第１電気刺激信号での電気刺激と、前記伸展に伴う前記第２電気刺激信号での電気刺激とを、交互に行う電気刺激方法。
【請求項１５】
前記脚の大腿部に第３電気刺激信号と第４電気刺激信号を交互に供給することで、前記屈曲と前記伸展を促す請求項１４に記載の電気刺激方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気刺激装置、トレーニング装置、および電気刺激方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
筋肉虚弱者あるいは脳血管障害者などは、歩行などの動作に必要な筋力を自分自身でトレーニングすることが困難である。従来、例えば、下記の特許文献１、２に開示されているように、電気刺激による運動補助を行うトレーニング装置が知られている。特許文献１の段落００７５には、屈伸運動と電気刺激装置の通電との関係が記載されている。同じ特許文献１の段落０１０６には、電気刺激の大きさは一定でなくてもよい旨の記載もある。特許文献２の段落００１８に、筋肉に電気刺激を与え筋肉を収縮させる旨の記載があり、同文献の段落２０には、大腿屈筋と大腿四頭筋に電気刺激装置の導子を装着することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００８−６７９１７号公報
【特許文献２】日本特開２００４−２０９０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献が開示する技術は、大腿部に電極を装着して脚を単純に屈曲伸展させるための電気刺激方法である。日常生活で行われる例えば歩行等の複雑な動作のために必要な筋力トレーニングを行う観点からは、従来の技術には未だ改善の余地が残されていた。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、実用的な筋力トレーニングを行うことができる電気刺激装置、トレーニング装置、および電気刺激方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、電気刺激装置であって、第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極と、電気刺激生成部とを備える。電気刺激生成部は、前記第１電極および前記第２電極による第１電気刺激と前記第３電極および前記第４電極による第２電気刺激とを交互に行うように、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極それぞれに電気刺激信号を供給する。【０００７】
第２の発明は、電気刺激装置であって、複数の電極と、前記複数の電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、を備える。前記複数の電極は、第１電極および第２電極を含む。前記電気刺激生成部は、第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第１電極に供給し、第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第２電極に供給する。前記第１波形は、振幅の増加により第１ピークに達し、前記第１ピークで予め定めた第１区間が経過した後に減少する。前記第２波形は、前記第１波形が前記第１ピークに達した後に第２ピークに達するように生成され、前記第２ピークに達した後に減少する。【０００８】
第３の発明は、トレーニング装置であって、運動状況を検出する運動検出部と、第１の発明または第２の発明にかかる電気刺激装置と、を備える。電気刺激装置は、複数の電極と、前記電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、を備える。前記トレーニング装置は、前記運動状況が予め定めた運動状態に一致したら前記電気刺激生成部の出力を調整するように、前記運動検出部の出力信号を前記電気刺激生成部にフィードバックする。【０００９】
第４の発明は、電気刺激方法であって、脚を屈曲させるように運動を促し、前記屈曲と連動して、足首を底屈させるように下腿部の第１部分に第１電気刺激信号を供給し、前記屈曲の後に、前記脚を伸展させるように運動を促し、前記伸展と連動して、前記足首を背屈させるように前記下腿部の第２部分に第２電気刺激信号を供給する。前記屈曲に伴う前記第１電気刺激信号での電気刺激と、前記伸展に伴う前記第２電気刺激信号での電気刺激とを、交互に行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、実用的な筋力トレーニングを行うことができる。【００１１】
本発明の他の目的、他の特徴、および他の効果は、以下の説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態にかかるトレーニング装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるトレーニング装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる運動装置のペダル部を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる運動装置のペダル部を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる運動装置の動作を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる電気刺激器を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる電気刺激方法を説明する模式図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる電気刺激方法を説明する模式図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる電気刺激方法を説明する模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる電気刺激方法を説明する模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる電気刺激方法を説明する模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる電気刺激方法を説明する模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の波形図である。
【図１５】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の波形図である。
【図１６】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の波形図である。
【図１７】本発明の実施の形態のトレーニング装置の制御フローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態のトレーニング装置の制御フローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態のトレーニング装置の制御フローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態のトレーニング装置の制御フローチャートである。
【図２１】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２２】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２３】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２４】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２５】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２６】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２７】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２８】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【図２９】本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
脳血管障害者あるいは筋肉虚弱者は、立ち上がる、座る、しゃがむ、立っている、歩く、および走るなどの動作に必要な筋力を自分自身でトレーニングすることが困難である。これらの者を対象として、動作に必要な筋力を強化するために、本実施形態のトレーニング装置１が好適に使用される。本実施の形態では、運動実施者２がベッド等に寝た状態で、脚３に電気刺激を付与しつつ、負荷を与えない或いは軽い負荷を与えた状態でのレッグプレスを行う。トレーニング装置１は運動装置１０および電気刺激器１００を備えており、運動装置１０は上記のレッグプレスに好適である。しかし、この運動装置１０を用いる実施の形態に本発明が限定されるものではなく、レッグプレス以外の他のトレーニングを行う器具を使用してもよい。
【００１４】
実施の形態にかかるトレーニング装置の構成．
［トレーニング装置の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかるトレーニング装置１を示す斜視図である。図１には、ＸＹＺ直交座標系も示している。好ましくは、Ｚ軸は鉛直方向と一致し、ＸＹ平面は水平面と一致するものとする。図２は、トレーニング装置１の使用状況を示す。トレーニング装置１は、運動装置１０と電気刺激器１００とを備える。運動装置１０は、運動検出部２０を備える。運動検出部２０は、レッグプレスを実施できるペダル部２１と、ペダル部２１の位置を検出するエンコーダ２６を備える。ペダル部２１は、往復移動可能な変位部に相当し、エンコーダ２６は変位部の運動状況を検出するセンサに相当する。
【００１５】
［運動装置の構成および動作］
図１には、本発明の実施の形態にかかる運動装置１０が示されている。運動装置１０は、支持体３０と、運動検出部２０と、負荷生成部４０と、伝達ワイヤ２４と、を備える。支持体３０は、運動装置１０の骨格を成す構造体である。支持体３０に、運動検出部２０および負荷生成部４０といった運動装置１０が装備する各構成要素が一体化されている。運動検出部２０は、ペダル部２１の移動距離を検出して運動状況を検出できる。負荷生成部４０はペダル部２１の移動を妨げるように負荷を与えることができ、伝達ワイヤ２４はその負荷を伝達する。
【００１６】
（支持体）
支持体３０は、例えばアルミニウムなどの軽量な金属材料が好ましく使用された複数のフレーム３１、３２、３３、３４、３５、３６、および３７が梯子状に組み合わされたものである。長尺のフレーム３１、３３、３７がＹ軸方向に伸びるように平行に並べられている。支持体３０は、その外形寸法として、幅Ｗおよび長さＬを備える。
【００１７】
（運動検出部）
運動検出部２０は、第１レール２３、ペダル部２１およびエンコーダ２６を備えており、これらはケース２５に収納される。ケース２５は、ケース取付具２７によって、支持体３０に着脱可能に取り付けられている。ケース２５には、カバー２２が取り付けられている。カバー２２には、長さｄを備える２つのスリット２２ａが設けられる。ペダル部２１は第１レール２３上を往復移動することができ、長さｄが最大移動距離である。なお、図２に示すように、カバー２２の隣には天板２９が取り付け可能である。ケース取付具２７は、支持体３０の幅Ｗ方向に沿う複数の位置に、ケース２５を取り付け可能である。これにより、運動実施者２の左右両脚に対応できる。ペダル部２１は、第１レール２３に取り付けられ、第１レール２３上で長さＬ方向（図１ではちょうどＸ軸方向）に往復移動が可能である。足４を置くペダル部２１から第１レール２３が直線に伸びるので、運動方向を規制でき、再現性の高い直線運動を行うことができる。本実施形態で位置センサの一例として用いるエンコーダ２６は、第１レール２３上でのペダル部２１の位置を検出するものであり、公知の各種ロータリエンコーダを使用可能である。位置センサの代わりに、速度センサまたは加速度センサでペダル部２１の運動を検知してもよい。
【００１８】
図３および図４は、運動装置１０のペダル部２１を示す図である。ペダル部２１は、ペダル本体２１ａと、移動金具２１ｂと、回転軸２１ｅとを備える。ペダル本体２１ａは、足４の裏側を置くためのマット２１ｃａおよびかかとを置くためのマット２１ｃｂと、表面にこれらのマット２１ｃａおよび２１ｃｂが固定されたプレート２１ｆと、プレート２１ｆの裏面に設けられた金具２１ｄと、を備える。回転軸２１ｅを中心としてペダル本体２１ａが回転可能であり、第１レール２３の進行方向軸に対するペダル本体２１ａの角度θが可変である。なおペダル部２１に圧力センサを設けてもよく、あるいはペダル部２１に角度θを検出する角度センサを設けてもよい。ペダル部２１に加速度センサを設けて、ペダル部２１の位置、速度、および加速度を検出してもよい。さらに、エンコーダ２６に代えて又はこれと併用して、例えば特開２００４−２０９０４０号公報に記載されているような筋電位センサを用いて運動検出部２０を構成してもよい。大腿四頭筋及び大腿屈筋などに発生する筋電位の値を筋電計で検知し、大腿四頭筋及び大腿屈筋などの各筋の収縮状態を個別に知るようにしてもよい。これらの各種センサの信号は制御装置２８に供給される。
【００１９】
（負荷生成部）
運動装置１０は、ペダル部２１の移動を妨げるように負荷を与える負荷生成部４０を備えている。負荷生成部４０の負荷は錘４４で調節が可能であり、本実施形態では錘４４を乗せない無負荷状態とする。負荷生成部４０は、第２レール４２と、かご部４１と、固定具４３とを備える。第２レール４２は、Ｚ軸方向に伸びるように、支持体３０の幅Ｗ方向側端部すなわちフレーム３７の一端に固定されている。かご部４１は、第２レール４２に移動可能に取り付けられている。かご部４１には、薄い平面ブロックである錘４４を一枚以上収納可能である。固定具４３は、第２レール４２と支持体３０とを接続し、支持体３０に対する第２レール４２の取り付け位置を変更可能である。なお、実施の形態では第２レール４２を支持体３０の幅Ｗ方向側の端部に固定したが、他にも、長さＬ方向側の端部に固定してもよい。また、端部ではなく、平面視でみた支持体３０の面内の何れかの位置、例えば支持体３０のＷ×Ｌ平面の中央付近に、第２レール４２に相当するかご昇降式の負荷生成部を設けてもよい。
【００２０】
（伝達ワイヤ）
図１に示すように、運動装置１０は、伝達ワイヤ２４を備える。図１では、便宜上、太い点線で伝達ワイヤ２４を図示している。伝達ワイヤ２４は、ペダル部２１とかご部４１との間で力を伝達する伝達手段の一例であり、第１レール２３上におけるペダルの移動と連動して第２レール４２上でかご部４１を変位させる。伝達ワイヤ２４は、ペダル部２１に接続し、第１レール２３の側方に設けた図示しない滑車に掛けられている。伝達ワイヤ２４は、一方の端部がペダル部２１に接続し、他方の端部がかご部４１に接続している。伝達ワイヤ２４は、図１の位置Ｒ１および位置Ｒ２で、図示しないローラを介して方向転換する。フレーム３７の上部にはカバー４５が設けられる。なお、伝達ワイヤ２４の代わりに、例えばベルトあるいはギヤなどの動力伝達要素部品を用いてもよい。
【００２１】
図２には、運動装置１０をベッド２００に取り付けて、運動実施者２がレッグプレスを行う様子が示されている。仰向けに寝た運動実施者２は、運動装置１０のペダル部２１に、その足４を乗せる。運動実施者２は、脚３を屈伸させてレッグプレス運動を行う。支持体３０が、取付手段の一例である取付ベルト５０を介して、ベッド２００上に固定されている。取付手段は例えば金具等でもよい。
【００２２】
図５は、運動装置１０の動作を示す図である。図５は、ペダル部２１をｄ１だけ第１レール２３上で進ませた図である。ペダル部２１がｄ１だけ移動すると、これに連動してかご部４１が移動する。かご部４１には錘４４が収納されるので、かご部４１は重力の作用により鉛直下方へと付勢されている。この付勢力が負荷となって伝達ワイヤ２４で伝達されて、ペダル部２１のｄ１方向への移動が妨げられる。
【００２３】
なお、本実施形態において、無負荷状態でのレッグプレスのみを実施してもよい。その場合には、ペダル部２１に負荷を与える必要が無いので、運動装置１０が負荷生成部４０および伝達ワイヤ２４を備えなくともよい。
【００２４】
（制御装置）
運動装置１０内部には、プロセッサ、メモリ等を内蔵した制御装置２８が搭載されている。制御装置２８はエンコーダ２６と接続し、エンコーダ２６および他の各種センサの出力を一定時間間隔で記録できる。運動装置１０は、ケーブル６１あるいは他のＵＳＢケーブル等を介して外部のパーソナルコンピュータに接続してもよい。これにより、パーソナルコンピュータに各個人の複数回分の電子データを保存する等の情報管理が可能となる。運動実施者２が複数人である場合に個人情報をデータベース化しておくこともできる。なお、データベース機能等を制御装置２８に搭載してもよい。
【００２５】
［電気刺激器の構成および動作］
図６は、本発明の実施の形態にかかる電気刺激器１００を示す図である。電気刺激器１００は、それぞれプラス極およびマイナス極を備える複数の電極パッド１１０と、複数の電極パッド１１０それぞれに電気刺激信号を供給する電気刺激生成部１２０と、を備える。電極パッド１１０は、４つの電極パッド１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄを含む。電極パッド１１０ａ〜１１０ｄと電気刺激生成部１２０はそれぞれ配線を介して接続している。図６に示すように、電極パッド１１０ａ〜１１０ｄに、４つのチャンネルＣｈ１〜Ｃｈ４が割り当てられている。
【００２６】
電気刺激生成部１２０は、電極パッド１１０ａ〜１１０ｄへの電気刺激信号を出力する電力回路１３０と、電力回路１３０の出力を調節する調整回路１４０と、電気刺激信号の波形などの情報を記憶したメモリ１５２と、電気刺激生成部１２０の外部に対してデータ入出力を行うための入出力回路１５４と、メモリ１５２から読み出された電気刺激信号波形に従って刺激強度を変化させるように調整回路１４０を制御するコントローラ１５０と、を備える。電力回路１３０は、電極パッド１１０ａ〜１１０ｄそれぞれと接続する電力回路部１３０ａ〜１３０ｄを含んでおり、電極パッド１１０ａ〜１１０ｄごとに個別の電気刺激を発生させることができる。調整回路１４０は、電力回路部１３０ａ〜１３０ｄそれぞれと接続する調整回路部１４０ａ〜１４０ｄを含んでおり、電極パッド１１０ａ〜１１０ｄごとに電気刺激を調節可能である。電気刺激の調節は、具体的には、刺激の強弱つまり刺激強度の調節を含む。刺激強度の調節は、既に公知の各種の電気刺激技術に基づいて行えばよいが、具体的には電極パッド１１０ａ〜１１０ｄに印加する電圧値または電流値を調節してもよい。例えば特開２００８−６７９１７号公報に開示されているように、交流電圧、パルス電圧を用いてもよく、交流電流、パルス電流を用いてもよい。周波数、周期、デューティなどについても好ましい範囲を適宜に選定すればよい。
【００２７】
メモリ１５２には、後述する電気刺激信号の波形などの制御プログラムが記憶されている。具体的には、メモリ１５２は、第１刺激パターンＡ１〜Ａ４の情報、第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４の情報、および各刺激パターンに属する複数の波形を生成するために必要な情報を記憶している。電気刺激生成部１２０は、電極パッド１１０ａおよび１１０ｂに第１刺激パターンＡ１〜Ａ４に従ってＣｈ１、Ｃｈ２の電気刺激信号を供給し、電極パッド１１０ｃおよび１１０ｄに第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４に従ってＣｈ３、Ｃｈ４の電気刺激信号を供給する。第１刺激パターンＡ１〜Ａ４は、Ｃｈ１を電極パッド１１０ａに供給し、Ｃｈ２を電極パッド１１０ｂに供給するように予め定められる。第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４は、Ｃｈ３を電極パッド１１０ｃに供給し、Ｃｈ４を電極パッド１１０ｄに供給するように予め定められる。
【００２８】
本実施の形態では運動装置１０の外部に電気刺激器１００を別に設けているが、本発明はこれに限られるものではない。電気刺激器１００を運動装置１０の内部すなわちケース２５内に収納し、電極パッド１１０ａ〜電極パッド１１０ｄを外部に引き出し可能としてもよい。また、本実施の形態では、制御装置２８と電気刺激器１００とを別のハードウェアとして説明しているが、これは一例であり、本発明はこれに限られるものではない。例えば、制御装置２８と電気刺激器１００との間でプロセッサ、メモリ等を共用化してもよい。
【００２９】
実施の形態にかかる電気刺激方法を用いた筋力トレーニング．
図７〜図１２は、本発明の実施の形態にかかる電気刺激方法を用いた筋力トレーニングを説明するための模式図である。図７には、運動実施者２の脚３が示されている。脚３は、大腿部３ａ、下腿部３ｂ、膝３ｃ、足４、および足首４ａを備える。電極パッド１１０ａで大腿四頭筋５ａにＣｈ１の刺激を与えることにより、膝３ｃを伸展させるように大腿四頭筋５ａが刺激される。電極パッド１１０ｂで前脛骨筋５ｂにＣｈ２の刺激を与えることにより、足首４ａを背屈させるように前脛骨筋５ｂが刺激される。電極パッド１１０ｃで大腿二頭筋５ｃにＣｈ３の刺激を与えることにより、膝３ｃを屈曲させるように大腿二頭筋５ｃが刺激される。電極パッド１１０ｄで腓腹筋５ｄにＣｈ４の刺激を与えることにより、足首４ａを底屈させるように腓腹筋５ｄが刺激される。脚３を屈曲させるように運動を促し、屈曲と連動して、ふくらはぎ（腓腹筋）にＣｈ４の刺激を供給することで脚３を底屈させる。屈曲の後に、脚３を伸展させるように運動を促し、伸展と連動して、すね（前脛骨筋）にＣｈ２の刺激を供給することで脚３を背屈させる。本実施形態にかかる電気刺激方法は、屈曲および底屈のためのＣｈ３およびＣｈ４の電気刺激と、伸展および背屈のためのＣｈ１およびＣｈ２の電気刺激とを、交互に行う。なお、Ｃｈ３、Ｃｈ４の電気刺激とＣｈ１、Ｃｈ２の電気刺激のうちどちらを最初に行うかは、初期状態を状態Ｓ１と状態Ｓ２のどちらに設定するかに応じて任意に定めればよい。
【００３０】
図８は、その場で足踏みをする場合の膝３ｃおよび足首４ａの動きを説明する図である。状態Ｓ１は、脚３を伸ばして直立している状態である。状態Ｓ１から徐々に膝が屈曲し、徐々に足首が底屈することで、状態Ｓ２に至る。状態Ｓ２は、足踏み時に膝をピーク位置まで持ち上げた状態である。状態Ｓ２から、徐々に膝３ｃを伸展させ、徐々に足首４ａを背屈させることで、状態Ｓ３に至る。状態Ｓ３は、脚３を伸ばしきって、再び直立に戻った状態である。
【００３１】
図９〜図１２は、図８の足踏み動作を実現するための電気刺激方法を示している。図９は状態Ｓ１を示している。電極パッド１１０ｃにＣｈ３の電気刺激信号を供給することで膝３ｃが屈曲し、電極パッド１１０ｄにＣｈ４の電気刺激信号を供給することで足首４ａが底屈する。これにより、図１０の状態Ｓ２に移行する。続いて、図１１の状態Ｓ２において、電極パッド１１０ａにＣｈ１の電気刺激信号を供給することで膝３ｃが伸展し、電極パッド１１０ｂにＣｈ２の電気刺激信号を供給することで足首４ａが背屈する。これにより、図１２のように状態Ｓ３となる。このように状態Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・という動作を繰り返すように、Ｃｈ１〜Ｃｈ４の電気刺激信号をそれぞれ供給すればよい。
【００３２】
実施の形態にかかる電気刺激信号の波形．
図１３〜図１６は、本発明の実施の形態にかかる電気刺激器１００が生成する電気刺激信号の波形図である。各図には、第１刺激パターンＡ１〜Ａ４および第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４が図示されている。各チャンネルＣｈ１〜Ｃｈ４それぞれにおいて、横軸が時間であり、縦軸が刺激強度である。図１４〜図１６では、波形図の紙面上方に、歩行状態を模式的に図示している。トレーニング装置１は、図１３〜図１６に示す波形に従って、Ｃｈ１〜Ｃｈ４の電気刺激信号を利用して運動実施者２に筋力トレーニングをさせる。図１３〜図１６に示すように、Ｃｈ１〜Ｃｈ４は、それぞれ、波形１６１〜１７５に従って刺激強度が変化する。Ｃｈ２の波形はＣｈ１の波形と連動して増減し、Ｃｈ４の波形はＣｈ３の波形と連動して増減する。
【００３３】
電気刺激器１００は、図１３〜図１６に示すように第１刺激パターンＡ１〜Ａ４の電気刺激と第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４の電気刺激とを交互に行う。これにより、電気刺激器１００は、Ｃｈ１およびＣｈ２による電気刺激と、Ｃｈ３およびＣｈ４による電気刺激とを交互に行うことができる。ここでいう「交互に行う電気刺激」は、図１３〜図１６それぞれの刺激パターンを繰り返す形態に限定されない。例えば、第１刺激パターンＡ１〜Ａ４のうち任意に選択した２つ以上の刺激パターンが続いた後に第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４の少なくとも１つが現われてもよく、第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４から任意に選択した２つ以上の刺激パターンが続いた後に第１刺激パターンＡ１〜Ａ４の少なくとも１つが現われてもよく、これらが連続的あるいは所定の停止期間を置いて繰り返し発生してもよい。
【００３４】
Ｃｈ１およびＣｈ２の電気刺激とＣｈ３およびＣｈ４の電気刺激とが同時に付与されないことが好ましく、第１刺激パターンＡ１〜Ａ４および第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４に従ってＣｈ１およびＣｈ２の電気刺激とＣｈ３およびＣｈ４の電気刺激が互いに排他的に付与されることが好ましい。第１刺激パターンＡ１〜Ａ４による電気刺激と第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４による電気刺激と間に休憩時間を設けることで、運動実施者２の負担を軽減しつつ排他的な電気刺激の付与を確保してもよい。ただし、本発明はこれに限られず、ここでいう「交互に行う電気刺激」には、第１刺激パターンＡ１〜Ａ４の電気刺激と第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４の電気刺激とが時間的にずらされて交互に発生しつつこれらの電気刺激が一部重複しているような電気刺激の現われ方を含んでもよい。
【００３５】
図１３は、図９〜図１２に示した足踏み動作を実現するための電気刺激信号の波形である。図１３に示す一例では、Ｃｈ１、Ｃｈ３の波形１６１、１６３は台形波であり、Ｃｈ２、Ｃｈ４の波形１６２、１６４は三角波であり、Ｃｈ２、Ｃｈ４の三角波は増加よりも減少のほうが急な傾きを有し、減少期間よりも増加期間のほうが長い。状態Ｓ１から状態Ｓ２への移行のためにＣｈ３、Ｃｈ４それぞれが刺激オンとなり、状態Ｓ２への到達時にＣｈ３，Ｃｈ４が刺激オフとなりＣｈ１、Ｃｈ２が刺激オンとなる。状態Ｓ２から状態Ｓ３に到達すると、Ｃｈ１、Ｃｈ２が刺激オフとなり、レッグプレスの一往復動作が完了する。
【００３６】
図１４〜図１６は、歩行時の動作を実現するための電気刺激信号の波形である。図１４は、片脚を前に出す動作のための筋力トレーニングで用いられる波形を示す。図１４では、Ｃｈ１〜Ｃｈ４に波形１６５〜１６８の電気刺激信号を流すことで、状態ＳＷ１〜ＳＷ６まで脚３の状態が移行する。状態ＳＷ１は、初期状態である。状態ＳＷ１は、脚３を前に出すために屈曲を開始するときの脚３の状態であり、Ｃｈ３で波形１６７が増加を開始するタイミングに相当する。状態ＳＷ２は、地面を蹴るために底屈を開始するときの脚３の状態であり、Ｃｈ３で波形１６７がピーク値に保持されてＣｈ４で波形１６８が増加を開始するタイミングに相当する。状態ＳＷ３は、地面を蹴った足４が地面を離れたので底屈を終了するときの脚３の状態であり、Ｃｈ４で波形１６８がピーク値に達して波形１６８が減少を開始するタイミングに相当する。状態ＳＷ４は、所定位置まで屈曲を行ったので屈曲を終了し、脚３を前に出すために伸展と背屈を開始するときの脚３の状態である。状態ＳＷ４は、Ｃｈ３で波形１６７が減少を開始するタイミングに相当する。状態ＳＷ４と状態ＳＷ５の間の区間は、まずＣｈ３の波形１６７がゼロまで立ち下がる。Ｃｈ３がゼロとなった時点で、Ｃｈ１の波形１６５およびＣｈ２の波形１６６が増加を開始する。状態ＳＷ５は、伸展した脚３が地面についたので、背屈の出力を徐々に弱めるときの脚３の状態である。状態ＳＷ５は、Ｃｈ２で波形１６６が増加から減少に転ずるタイミングに相当する。状態ＳＷ６は、足４裏が地面についたので伸展および背屈を終了するときの脚３の状態である。状態ＳＷ６は、終了状態である。状態ＳＷ６から、予め定めた「運動停止期間」を置いて、運動実施者２を休憩させる。その後、上記の状態ＳＷ１以降の動作が繰り返される。制御装置２８に各状態ＳＷ１〜ＳＷ６それぞれのペダル部２１の位置などを記憶しておき、エンコーダ２６の出力に基づいて状態ＳＷ１〜ＳＷ６が検知されることが好ましい。ペダル部２１の角度θを角度センサ等で検知して、より正確に運動状況を検出しても良い。
【００３７】
図１５は、図１４の電気刺激信号の波形の変形例である。図１５が図１４と異なるのは、Ｃｈ２の波形１７１が三角波でありＣｈ１のピーク中にＣｈ２が立ち下がること、Ｃｈ４の波形１７２が台形波であること、Ｃｈ１の後半部分にＣｈ４の波形１７３が存在しておりＣｈ１とＣｈ４でオン区間が重複していることである。図１６は、図１４および図１５の後の歩行動作を生成する波形である。状態ＳＷ６又はＳＷ１６から、状態ＳＷ２１へと歩行動作が繋がる。
【００３８】
図１６に示す第１刺激パターンＡ４および第２刺激パターンＢ４では、Ｃｈ１に台形波の波形１７４があり、Ｃｈ２に三角波の波形１７５があるのみである。Ｃｈ３およびＣｈ４はオフに維持される。状態ＳＷ２１から状態ＳＷ２２までの区間長は、状態ＳＷ１（あるいはＳＷ１１）と状態ＳＷ６（あるいはＳＷ１６）の区間長と同じである。状態ＳＷ２２から、状態ＳＷ１又はＳＷ１１へと歩行動作が繋がる。
【００３９】
電気刺激信号の波形は、目的とする運動に応じて様々に設定することができる。設定する観点の一例を説明すると、電気刺激信号の大きさは刺激の強さに比例する。Ｃｈ１〜Ｃｈ４それぞれの刺激の強さは、脚３の変位量つまり伸展量、背屈量、屈曲量、および底屈量とそれぞれ相関を有する。また、電気刺激信号の変化率は、「刺激の強弱を変化させる速度」に比例する。波形の変化率が大きければ脚３を速く動かす刺激が生じ、波形の変化率が小さければ脚３をゆっくりと徐々に動かす刺激が生じる。そこで、図１４および図１５に示すように、第１刺激パターンＡ２、Ａ３のほうが、第２刺激パターンＢ２、Ｂ３よりも、刺激の供給期間が長くてもよい。これにより現実の歩行動作に近づけた筋力トレーニングが可能である。
【００４０】
ここで、Ｃｈ１またはＣｈ３に属する波形１６１、１６３、１６５、１６７、および１７４を、「第１波形グループ」と称し、Ｃｈ２またはＣｈ４に属する波形１６２、１６４、１６６、１６８、１７１、１７２、１７３、および１７５を、「第２波形グループ」と称する。第１波形グループは、膝３ｃの伸展と屈曲を行う電気刺激信号の波形である。第２波形グループは、足首４ａの背屈と底屈を行う電気刺激信号の波形である。そこで、下記のうち１つまたは複数の関係が好ましく適用されてもよい。図１４〜図１６に示すように、第１波形グループの波形がそれぞれピークに達した後に、第２波形グループの波形がそれぞれピークに達するように、これらの波形を増加させてもよい。第１波形グループの波形のオン区間と第２波形グループの波形のオン区間の少なくとも一部が重複してもよい。第１波形グループの波形がピーク値を維持している間に、第２波形グループの波形が増加してピーク値に達する区間を設けてもよい。第１波形グループの波形がピーク値を維持している間に、第２波形グループの波形が減少を開始してもよい。第１波形グループの波形よりも、第２波形グループの波形のほうが、ピーク値を示す区間が短くともよい。第２波形グループの波形は、増加の傾きよりも減少の傾きが急であってもよい。波形１６６のように、第２波形グループの波形は、第１傾きで値が減少する第１減少区間と、第１傾きよりも大きな第２傾きで値が減少する第２減少区間とを含んでいてもよい。
【００４１】
また、それぞれの波形１６１〜１７４の間でピーク値（つまり振幅）を相違させてもよく、これにより伸展量、背屈量、屈曲量、および底屈量をそれぞれ調整してもよい。Ｃｈ１〜Ｃｈ４のうち「２つのＣｈ」の波形の関係を次のように定めても良い。２つのＣｈの波形の間で増加時の変化率と減少時の変化率の少なくとも一方を相違させてもよく、増加または減少は階段状または連続的に変化させてもよい。２つのＣｈの波形の間で増加区間の長さと減少区間の長さの少なくとも一方を相違させてもよく、２つのＣｈの波形の間で増加開始時期と減少開始時期の少なくとも一方を相違させてもよく、２つのＣｈの波形の間で増加終了時期と減少終了時期の少なくとも一方を相違させてもよい。ここでいう「２つのＣｈ」は、具体的には、Ｃｈ１とＣｈ２の組、Ｃｈ３とＣｈ４の組、Ｃｈ１とＣｈ３の組、あるいはＣｈ２とＣｈ４の組としてもよい。
【００４２】
また、第１刺激パターンＡ１〜Ａ４および第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４それぞれにおいて、同一の刺激パターンに属する複数の波形は、互いにオン区間が重複していても良く、それぞれのオン区間が重複していなくともよい。例えば、図１４で第２刺激パターンＢ２に属する波形１６７、１６８はオン区間が重複しているが、波形１６７を早期に立ち下げて、その後に波形１６８の増加を開始することでこれらの波形１６７、１６８のオン区間を重複させなくともよい。また、電極パッド１１０ａ〜１１０ｄそれぞれの刺激強度は、互いに独立に設定できることが好ましい。人の動作には個人差があるので、全ての波形の増加、水平、減少はユーザ適宜に調整できることが好ましい。膝関節が少し痛む場合、あるいは波形の増加が早いと苦痛である場合には、波形の増加の傾きを緩やかにしてもよい。波形を水平に維持する場合に、その維持区間の長さおよび維持する強度も、適宜に調整できることが好ましい。波形の減少の傾きを緩やかにしてもよい。同様に波形のピーク値、すなわち与えるべき刺激強度の最大値も調整可能であることが好ましい。具体的な調整方法の一例として、複数のユーザがいる場合には各ユーザに識別番号（ＩＤ）を設定し、ユーザごとに上記のパラメータ群を設定できるようにしてもよい。ユーザごとに設定パラメータ群を切替可能としてもよい。
【００４３】
電極パッド１１０ａおよび１１０ｃの刺激で膝３ｃの伸展および屈曲を行い、電極パッド１１０ｂおよび１１０ｄの刺激で足首４ａの背屈および底屈を行うことができる。膝３ｃの屈曲に連動して足首４ａが底屈し、膝３ｃの伸展に連動して足首４ａが背屈する。このように、屈曲と底屈を１セットとし、伸展と背屈を１セットとして、これらを交互に行うことで、屈伸、足踏み、あるいは歩行などの動作が実現される。図１３〜１６で示したように第１刺激パターンＡ１〜Ａ４と第２刺激パターンＢ１〜Ｂ４を交互に供給することにより、屈伸、足踏み、歩行などの動作を誘導する電気刺激を脚３に正確に与えることができる。これにより、より精密かつ実用的な筋力トレーニングを行うことができる。本実施形態はレッグプレスによる筋力トレーニングであり、好ましい適用対象として足踏みおよび歩行トレーニングに本発明を適用できるが、その場から立ち上がる、座る、しゃがむ、立っているという動作を行うための筋力を鍛えることもできる。歩行に限らず、走るための筋力トレーニングに本発明を適用してもよい。
【００４４】
実施の形態にかかるトレーニング装置の具体的制御．
図１７〜図２０は、本発明の実施の形態にかかるトレーニング装置１の制御フローチャートである。機能的に同一あるいは相当する処理ステップには、同一の符号を付して説明を省略する。この制御はトレーニング装置１が備える制御手段で実施されれば良く、各ステップの処理が制御装置２８とコントローラ１５０とで適宜に分担されてもよい。なお、上述した波形図で示されたように、本実施形態では、刺激のオンおよび刺激のオフにおいて、立ち上がりエッジが所定の増加率で立ち上がり、立下りエッジが所定の減少率で立ち下がるようにしている。これにより急激な刺激変化を抑制している。ただし本発明はこれに限られず、波形の立ち上がりおよび立ち下がりの少なくとも一方を瞬時に変化させてもよい。
【００４５】
図１７は足踏み動作を実現する制御を示している。図１７では、まず、状態Ｓ１ステップＳ１００でＣｈ３、Ｃｈ４の刺激をオンする。これにより、図１３に示すＣｈ３、Ｃｈ４の電気刺激信号が電極パッド１１０ｃおよび１１０ｄに出力される。次にステップＳ１０２で制御装置２８がエンコーダ２６の出力を取得し、ペダル部２１の位置情報が取得される。次にステップＳ１０４で判定処理が実施され、予め定めた位置にペダル部２１が達したら処理はステップＳ１０６に進み、そうでない場合は処理はステップＳ１０２に戻る。「予め定めた位置」は、状態Ｓ２において足４が上がった位置と対応する位置である。ステップＳ１０６では状態Ｓ２であり、全てのＣｈ１〜Ｃｈ４で刺激がオフとされる。次に、ステップＳ１０８で、予め定めた休憩時間がカウントされる。ステップＳ１０８の休憩時間が終了すると、次に、ステップＳ１１０でＣｈ１、Ｃｈ２の刺激をオンする。次に、ステップＳ１１２でエンコーダ２６の出力が取得され、ステップＳ１１４で、制御装置２８が、元の位置にペダル部２１が戻ったか否かを判定する。元の位置にペダル部２１が戻ったのであれば、状態Ｓ３で足４が地面についた状態と対応するからである。ステップＳ１１４の条件成立時には処理はステップＳ１１６に進み全刺激がオフされ、ステップＳ１１８で休憩時間がカウントされる。その後、ステップＳ１２０で、積算運動回数を計数する計数値がインクリメントされ、積算運動回数が予め定めた指定運動回数に達したか否かが判定される。積算運動回数が指定運動回数に達するまでステップＳ１００〜Ｓ１２０の処理が繰り返され、指定運動回数に達したら図１７のルーチンが終了する。
【００４６】
図１８は、図１７のルーチンの変形例を示す。図１８のルーチンでは時間計測値に基づいてＣｈ１〜Ｃｈ４のオンオフを切替える。図１８のルーチンでは、まず、ステップＳ２００でタイマーによる時間計測が開始される。次に、図１７と同様にステップＳ１００の処理が実行される。次に、ステップＳ２０４で、ステップＳ１００の処理実行後の経過時間が計測される。次に、ステップＳ２０６で、経過時間が予め定めた第１所定時間に達したか否かが判定される。この「第１所定時間」は、ステップＳ１００での刺激オンがあってから足４が上がった状態Ｓ２に達したと推定する時間であり、図１３のＣｈ３のオン期間と同じ長さに設定すればよい。ステップＳ２０６で経過時間が予め定めた時間に達したと判定された場合には、処理はステップＳ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０へと進む。その後、ステップＳ２１４で経過時間が取得され、ステップＳ２１６で経過時間が予め定めた第２所定時間に達したか否かが判定される。この「第２所定時間」は、ステップＳ１１０での刺激オンがあってから初期の位置にペダル部２１が戻ったと推定する時間であり、図１３のＣｈ１のオン期間と同じ長さに設定すればよい。ステップＳ２１６の条件成立時には、図１７のルーチンと同様に、ステップＳ１１６の全刺激オフ、ステップＳ１１８の休憩、およびステップＳ１２０の運動回数の判定が行われ、積算運動回数が指定運動回数に達したらルーチンが終了する。
【００４７】
図１９および図２０は、図１４および図１６に示す波形図に従って刺激信号を与える制御フローチャートである。図１９のルーチンでは、まずステップＳ３００で脚３が状態ＳＷ１のときにＣｈ３の刺激をオンとし、次にステップＳ３０２でエンコーダ２６の出力を取得するセンサ情報取得処理が行われ、さらにステップＳ３０４でペダル部２１が予め定めた屈曲開始位置に到達したか否かが判定される。ペダル部２１が屈曲開始位置に到達したと判定されない場合には処理はステップＳ３０２に戻る。ステップＳ３０４でペダル部２１が屈曲開始位置に到達したと判定された場合には、脚３が状態ＳＷ２であり、続いてステップＳ３０６でＣｈ４の刺激がオンとなる。続いて、ステップＳ３０８でセンサ情報取得処理が行われ、ステップＳ３１０でペダル部２１が予め定めた底屈位置に到達したか否かの判定が行われる。ペダル部２１が底屈位置に到達した場合には、脚３が状態ＳＷ３であり、ステップＳ３１２でＣｈ４の刺激がオフされる。この時点でＣｈ３の刺激オンは継続しており、その後、ステップＳ３１４でセンサ情報取得処理が行われ、ステップＳ３１６でペダル部２１が予め定めた屈曲位置に到達したか否かが判定される。ペダル部２１が屈曲位置に到達したと判定された場合は、脚３は状態ＳＷ４であり、続くステップＳ３１８においてＣｈ３の刺激はオフ、Ｃｈ１およびＣｈ２の刺激がオンとされる。
【００４８】
次に、処理は図２０のルーチンにおけるステップＳ３２０に進みセンサ情報取得処理が行われ、さらにステップＳ３２２では、「踵が地面に着いたときの足４の位置に対応させて予め定めた位置」にペダル部２１が到達したか否かが判定される。ペダル部２１が背屈位置に到達したと判定されたら、脚３は状態ＳＷ５であり、ステップＳ３２４でＣｈ２の刺激強度を徐々に弱め始める。続いてステップＳ３２６でセンサ情報取得処理が行われ、ステップＳ３２８では、「足裏が地面に着いたときの足首４ａの位置と対応させて予め定めた位置」にペダル部２１が到達したか否かが判定される。ペダル部２１が底屈位置に到達したと判定された場合には、脚３は状態ＳＷ６であり、続くステップＳ３３０で全刺激をオフする。このとき、図１４に示すようにＣｈ２の刺激がゼロになってから若干遅延してＣｈ１の刺激がゼロになる。その後、ステップＳ３３２で予め定めた休憩時間がカウントされる。休憩時間の経過後、図１６に示す波形図を実現するように、脚３が状態ＳＷ２１であるときにステップＳ３３４でＣｈ１およびＣｈ２をオンとする。その後、ステップＳ３３６でセンサ情報取得処理が行われ、ステップＳ３３８でペダル部２１が予め定めた背屈位置に到達したか否かが判定される。ペダル部２１が背屈位置に到達したと判定された場合には、脚３が状態ＳＷ２２であり、ステップＳ３４０で全刺激がオフとされる。その後、ステップＳ３４２で予め定めた休憩時間がカウントされ、その経過後に、図１７および図１８のステップＳ１２０と同じく運動回数の判定が行われる。積算運動回数が指定運動回数よりも少ない場合には、処理は図１９のステップＳ３００に戻る。積算運動回数が指定運動回数に達した場合には、今回のルーチンが終了する。
【００４９】
図１９および図２０のルーチンでは、状態ＳＷ１〜ＳＷ６の後、続いてＳＷ２１、ＳＷ２２に移行し、その後、再度ＳＷ１から同じ動作を繰り返す。これは、第２刺激パターンＢ２による電気刺激、第１刺激パターンＡ２による電気刺激、第１刺激パターンＡ４による電気刺激を行い、これを１セットとして繰り返すことで実現されている。このような場合も、「第２刺激パターン（Ｂ２）による電気刺激」、「第１刺激パターン（Ａ２およびＡ４）による電気刺激」、「第２刺激パターン（Ｂ２）による電気刺激」・・・というように、第１、２刺激パターンの電気刺激を交互に行っている。また、図２０のルーチンではエンコーダ２６の出力に基づくペダル部２１の位置に応じて刺激オンオフおよび刺激強度調整などを行っているが、本発明はこれに限られない。図１８のルーチンの時間計測値に基づく刺激調整と同様に、図２０でも時間計測値に基づいて刺激オンオフおよび刺激強度調整などを行ってもよい。
【００５０】
以上説明した実施の形態にかかる具体的処理によれば、運動状況が予め定めた状態ＳＷ１〜ＳＷ２２に一致したら電気刺激器１００の出力を調整するように、エンコーダ２６の出力信号を電気刺激器１００にフィードバックすることができる。なお、ペダル部２１に角度センサ等を設けて足首４ａの背屈および底屈を正確に検知する変形例が、好ましく適用される。
【００５１】
なお、上述した実施の形態の記載において様々な変形例および変形の可能性について説明してきたが、更に下記の変形が施されてもよい。図２１〜図２９は、本発明の実施の形態にかかる電気刺激信号の変形例を示す波形図であり、各図に複数の波形を重ねて図示している。Ｃｈ１〜Ｃｈ４にそれぞれ供給される電気刺激信号に、以下の波形４０１〜４２７およびこれらと均等な形状の波形からなる群から選択した１つの波形を適用しても良い。図２１に示す区間幅の異なる台形波４０１〜４０３が適用可能であり、台形波４０１〜４０３はピーク値Ｐ１〜Ｐ４を選択できる。図２２に示す三角波４０４〜４０８が適用可能であり、増加率と減少率が等しい三角波４０６を適用してもよく、増加の傾きが減少の傾きより小さい三角波４０７、４０８あるいはその逆の三角波４０４、４０５を適用しても良い。図２３に示すように、増加の傾きが２段階である波形４０９、４１０あるいは減少の傾きが２段階である波形４１１、４１２を適用しても良い。増加あるいは減少の傾きの段数は、２段階に限らず、３段階以上であってもよい。台形波は図１３〜１６に示すように等脚台形の波形に限られず、図２４および図２５に示すように、台形の脚の長さが異なる非等脚台形の台形波４１３〜４１９を適用してもよい。図２６および図２７に示すように、階段状に減少する波形４２０〜４２２あるいは階段状に増加する波形４２３〜４２５を適用してもよい。図２８に示すように、全体として台形波に近似して連続的、曲線的に変化する部分を含む波形４２６を適用しても良く、図２９に示すように全体として三角波に近似して連続的、曲線的に変化する部分を含む波形４２７を適用してもよい。
【００５２】
なお、本発明においては、本実施の形態において説明した電気刺激処理、制御処理、演算処理、判定処理その他の処理が、ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭその他のプログラム記憶媒体に記憶して提供されても良い。また、プログラム単体として流通させても良い。また、上記の実施の形態における電気刺激信号の発生方法が「電気刺激方法」として実施されてもよい。上記の実施の形態で運動装置１０を用いて行った制御、解析方法、処理の内容は「トレーニング方法」の発明として実施されても良い。
【００５３】
なお、実施の形態では、脚３の筋力トレーニングに本発明を適用したが、本発明はこれに限定されない。他の運動、例えば腕の筋力トレーニングに本発明を適用しても良い。具体的には、例えば、物を持つとき、拾うとき、持ち上げるときなどに、肘および手首が連動して動作する。そこで、腕の筋肉に対して本発明にかかる電気刺激器、トレーニング装置、および電気刺激方法を適用することで、肘の屈曲と伸展にあわせて手首の掌屈と背屈を繰り返す動作を行うようにしてもよい。例えば、電気刺激器１００を用いて、電極パッド１１０ａおよび電極パッド１１０ｃの刺激で腕の伸展および屈曲を行い、電極パッド１１０ｂおよび電極パッド１１０ｄの刺激で手首の背屈および掌屈を行うようにしてもよい。また、運動装置１０における運動検出部２０については、ペダル部２１を手に取り付け可能に構成し、腕の屈伸に応じた手の往復直線運動に沿ってレール２３の方向および長さを変形してもよい。このようにして、上述した実施の形態にかかるトレーニング装置１が有する全ての構成、動作、および制御等およびその変形例を、腕の筋力トレーニングに応用してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  トレーニング装置、２  運動実施者、３  脚、３ａ  大腿部、３ｂ  下腿部、３ｃ  膝、４  足、４ａ  足首、５ａ  大腿四頭筋、５ｂ  前脛骨筋、５ｃ  大腿二頭筋、５ｄ  腓腹筋、１０  運動装置、２０  運動検出部、２１  ペダル部、２１ａ  ペダル本体、２１ｂ  移動金具、２１ｃａ  マット、２１ｃｂ  マット、２１ｄ  金具、２１ｅ  回転軸、２１ｆ  プレート、２２  カバー、２２ａ  スリット、２３  レール、２４  伝達ワイヤ、２５  ケース、２６  エンコーダ、２７  ケース取付具、２８  制御装置、２９  天板、３０  支持体、３１〜３７  フレーム、４０  負荷生成部、４１  かご部、４２  レール、４３  固定具、４４  錘、４５  カバー、５０  取付ベルト、６１  ケーブル、１００  電気刺激器、１１０、１１０ａ〜１１０ｄ  電極パッド、１２０  電気刺激生成部、１３０  電力回路、１３０ａ〜１３０ｄ  電力回路部、１４０  調整回路、１４０ａ〜１４０ｄ  調整回路部、１５０  コントローラ、１５２  メモリ、１５４  入出力回路、２００  ベッド、Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４  刺激パターン、Ｃｈ１〜Ｃｈ４  チャンネル
【図１】
2016013067.tif 000003
【図２】
2016013067.tif 000004
【図３】
2016013067.tif 000005
【図４】
2016013067.tif 000006
【図５】
2016013067.tif 000007
【図６】
2016013067.tif 000008
【図７】
2016013067.tif 000009
【図８】
2016013067.tif 000010
【図９】
2016013067.tif 000011
【図１０】
2016013067.tif 000012
【図１１】
2016013067.tif 000013
【図１２】
2016013067.tif 000014
【図１３】
2016013067.tif 000015
【図１４】
2016013067.tif 000016
【図１５】
2016013067.tif 000017
【図１６】
2016013067.tif 000018
【図１７】
2016013067.tif 000019
【図１８】
2016013067.tif 000020
【図１９】
2016013067.tif 000021
【図２０】
2016013067.tif 000022
【図２１】
2016013067.tif 000023
【図２２】
2016013067.tif 000024
【図２３】
2016013067.tif 000025
【図２４】
2016013067.tif 000026
【図２５】
2016013067.tif 000027
【図２６】
2016013067.tif 000028
【図２７】
2016013067.tif 000029
【図２８】
2016013067.tif 000030
【図２９】
2016013067.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月8日(2015.6.8)
【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】
第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極と、
前記第１〜４電極のうち２つの電極による電気刺激強度が連動して増減し、前記第１〜４電極のうち他の２つの電極による電気刺激強度が連動して増減し、かつ前記２つの電極による電気刺激と前記他の２つの電極による電気刺激とを交互に行うように、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極それぞれに電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、
を備える電気刺激装置。
【請求項２】
前記２つの電極を第１電極組とし、前記他の２つの電極を第２電極組とし、
前記第１電極組のうち一方の電極に第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給し、前記第１電極組のうち他方の電極に第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給するように定められ、前記第２波形と前記第１波形とが連動して増減し、
前記第２電極組のうち一方の電極に第３波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給し、前記第２電極組のうち他方の電極に第４波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給するように定められ、前記第４波形と前記第３波形とが連動して増減する請求項１に記載の電気刺激装置。
【請求項３】
前記第１波形がピークに達した後に前記第２波形がピークに達するように前記第１波形および前記第２波形を増加させ、前記第３波形がピークに達した後に前記第４波形がピークに達するように前記第３波形および前記第４波形を増加させる請求項２に記載の電気刺激装置。
【請求項４】
前記第１波形のオン区間と前記第２波形のオン区間の少なくとも一部が重複し、前記第３波形のオン区間と前記第４波形のオン区間の少なくとも一部が重複する請求項２または３に記載の電気刺激装置。
【請求項５】
前記第１波形よりも前記第２波形のほうがピーク値を示す区間が短く、前記第３波形よりも前記第４波形のほうがピーク値を示す区間が短い請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項６】
前記２波形と前記第４波形の少なくとも一方は、増加の傾きよりも減少の傾きが急である請求項２〜５のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項７】
前記第１電極組による電気刺激のほうが、前記第２電極組による電気刺激よりも、刺激の供給期間が長い請求項２〜６のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項８】
前記２つの電極のうち一方の電極に第１電気刺激信号が供給され、前記２つの電極のうち他方の電極に第２電気刺激信号が供給され、
前記第１電気刺激信号と前記第２電気刺激信号は、刺激強度増加の変化率と刺激強度減少の変化率のうち少なくとも一方が互いに異なる請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項９】
複数の電極と、
前記複数の電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、
を備え、
前記複数の電極は、第１電極および第２電極を含み、
前記電気刺激生成部は、第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第１電極に供給し、第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第２電極に供給し、
前記第１波形は、振幅の増加により第１ピークに達し、前記第１ピークで予め定めた第１区間が経過した後に減少し、
前記第２波形は、前記第１波形が前記第１ピークに達した後に前記第１区間の途中で第２ピークに達し、前記第２ピークに達した後に減少する電気刺激装置。
【請求項１０】
前記第２波形は、前記第１波形の増加と同期して増加を開始し、前記第１波形よりも緩やかに増加することで前記第１波形が前記第１ピークに到達した後も増加し続ける区間を有する請求項９に記載の電気刺激装置。
【請求項１１】
前記第２波形は、第１傾きで値が減少する第１減少区間と、前記第１傾きよりも大きな第２傾きで値が減少する第２減少区間と、を含む請求項９または１０に記載の電気刺激装置。
【請求項１２】
前記複数の電極は、第３電極を含み、
前記第３電極に、第３波形の電気刺激信号を供給し、
前記第３波形の刺激強度は、前記第２波形の刺激強度が減少を終了した後に増加を開始し、予め定めた第２区間を経過した後に減少を開始し、
前記第１波形の刺激強度と前記第３波形の刺激強度とが同期して減少する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項１３】
前記第１区間の経過を検知する区間検知手段を含み、
前記区間検知手段は、時間の計測により前記第１区間の経過を検知する手段、または、前記複数の電極で刺激を与える部位の運動状況を検出する運動検出手段からの情報に基づいて前記第１区間の経過を検知する手段を含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項１４】
運動状況を検出する運動検出部と、
複数の電極と、前記電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、を備えた請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気刺激装置と、
を備え、
前記運動状況が予め定めた運動状態に一致したら前記電気刺激生成部の出力を調整するように、前記運動検出部の出力信号を前記電気刺激生成部にフィードバックするトレーニング装置。
【請求項１５】
脚を屈曲させるように運動を促し、
前記屈曲と連動して、足首を底屈させるように下腿部の第１部分に第１電気刺激信号を供給し、
前記屈曲の後に、前記脚を伸展させるように運動を促し、
前記伸展と連動して、前記足首を背屈させるように前記下腿部の第２部分に第２電気刺激信号を供給し、
前記屈曲に伴う前記第１電気刺激信号での電気刺激と、前記伸展に伴う前記第２電気刺激信号での電気刺激とを、交互に行う電気刺激方法。
【請求項１６】
前記脚の大腿部に第３電気刺激信号と第４電気刺激信号を交互に供給することで、前記屈曲と前記伸展を促す請求項１５に記載の電気刺激方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月11日(2016.10.11)
【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】
第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極と、
前記第１〜４電極のうち２つの電極による電気刺激強度が連動して増減し、前記第１〜４電極のうち他の２つの電極による電気刺激強度が連動して増減し、かつ前記２つの電極による電気刺激と前記他の２つの電極による電気刺激とを交互に行うように、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極それぞれに電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、
を備える電気刺激装置。
【請求項２】
前記２つの電極を第１電極組とし、前記他の２つの電極を第２電極組とし、
前記第１電極組のうち一方の電極に第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給し、前記第１電極組のうち他方の電極に第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給するように定められ、前記第２波形と前記第１波形とが連動して増減し、
前記第２電極組のうち一方の電極に第３波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給し、前記第２電極組のうち他方の電極に第４波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を供給するように定められ、前記第４波形と前記第３波形とが連動して増減する請求項１に記載の電気刺激装置。
【請求項３】
前記第１波形がピークに達した後に前記第２波形がピークに達するように前記第１波形および前記第２波形を増加させ、前記第３波形がピークに達した後に前記第４波形がピークに達するように前記第３波形および前記第４波形を増加させる請求項２に記載の電気刺激装置。
【請求項４】
前記第１波形のオン区間と前記第２波形のオン区間の少なくとも一部が重複し、前記第３波形のオン区間と前記第４波形のオン区間の少なくとも一部が重複する請求項２または３に記載の電気刺激装置。
【請求項５】
前記第１波形よりも前記第２波形のほうがピーク値を示す区間が短く、前記第３波形よりも前記第４波形のほうがピーク値を示す区間が短い請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項６】
前記２波形と前記第４波形の少なくとも一方は、増加の傾きよりも減少の傾きが急である請求項２〜５のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項７】
前記第１電極組による電気刺激のほうが、前記第２電極組による電気刺激よりも、刺激の供給期間が長い請求項２〜６のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項８】
前記２つの電極のうち一方の電極に第１電気刺激信号が供給され、前記２つの電極のうち他方の電極に第２電気刺激信号が供給され、
前記第１電気刺激信号と前記第２電気刺激信号は、刺激強度増加の変化率と刺激強度減少の変化率のうち少なくとも一方が互いに異なる請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項９】
複数の電極と、
前記複数の電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、
を備え、
前記複数の電極は、第１電極および第２電極を含み、
前記電気刺激生成部は、第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第１電極に供給し、第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第２電極に供給し、
前記第１波形は、振幅の増加により第１ピークに達し、前記第１ピークで予め定めた第１区間が経過した後に減少し、
前記第２波形は、前記第１波形が前記第１ピークに達した後に前記第１区間の途中で第２ピークに達し、前記第２ピークに達した後に減少する電気刺激装置。
【請求項１０】
前記第２波形は、前記第１波形の増加と同期して増加を開始し、前記第１波形よりも緩やかに増加することで前記第１波形が前記第１ピークに到達した後も増加し続ける区間を有する請求項９に記載の電気刺激装置。
【請求項１１】
前記第２波形は、第１傾きで値が減少する第１減少区間と、前記第１傾きよりも大きな第２傾きで値が減少する第２減少区間と、を含む請求項９または１０に記載の電気刺激装置。
【請求項１２】
前記複数の電極は、第３電極を含み、
前記第３電極に、第３波形の電気刺激信号を供給し、
前記第３波形の刺激強度は、前記第２波形の刺激強度が減少を終了した後に増加を開始し、予め定めた第２区間を経過した後に減少を開始し、
前記第１波形の刺激強度と前記第３波形の刺激強度とが同期して減少する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項１３】
前記第１区間の経過を検知する区間検知手段を含み、
前記区間検知手段は、時間の計測により前記第１区間の経過を検知する手段、または、前記複数の電極で刺激を与える部位の運動状況を検出する運動検出手段からの情報に基づいて前記第１区間の経過を検知する手段を含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の電気刺激装置。
【請求項１４】
運動状況を検出する運動検出部と、
複数の電極と、前記電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、を備えた請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気刺激装置と、
を備え、
前記運動状況が予め定めた運動状態に一致したら前記電気刺激生成部の出力を調整するように、前記運動検出部の出力信号を前記電気刺激生成部にフィードバックするトレーニング装置。
【請求項１５】
脚を屈曲させるように運動を促し、
前記屈曲と連動して、足首を底屈させるように下腿部の第１部分に第１電気刺激信号を供給し、
前記屈曲の後に、前記脚を伸展させるように運動を促し、
前記伸展と連動して、前記足首を背屈させるように前記下腿部の第２部分に第２電気刺激信号を供給し、
前記屈曲に伴う前記第１電気刺激信号での電気刺激と、前記伸展に伴う前記第２電気刺激信号での電気刺激とを、交互に行う電気刺激方法。
【請求項１６】
前記脚の大腿部に第３電気刺激信号と第４電気刺激信号を交互に供給することで、前記屈曲と前記伸展を促す請求項１５に記載の電気刺激方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
第１の発明は、電気刺激装置であって、第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極と、電気刺激生成部とを備える。電気刺激生成部は、前記第１〜４電極のうち２つの電極による電気刺激強度が連動して増減し、前記第１〜４電極のうち他の２つの電極による電気刺激強度が連動して増減し、かつ前記２つの電極による電気刺激と前記他の２つの電極による電気刺激とを交互に行うように、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極それぞれに電気刺激信号を供給する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
第２の発明は、電気刺激装置であって、複数の電極と、前記複数の電極に電気刺激信号を供給する電気刺激生成部と、を備える。前記複数の電極は、第１電極および第２電極を含む。前記電気刺激生成部は、第１波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第１電極に供給し、第２波形に従って刺激強度が変化する電気刺激信号を前記第２電極に供給する。前記第１波形は、振幅の増加により第１ピークに達し、前記第１ピークで予め定めた第１区間が経過した後に減少する。前記第２波形は、前記第１波形が前記第１ピークに達した後に前記第１区間の途中で第２ピークに達するように生成され、前記第２ピークに達した後に減少する。
【国際調査報告】
2016013067.tif 000032
2016013067.tif 000033
2016013067.tif 000034
2016013067.tif 000035
2016013067.tif 000036
2016013067.tif 000037