(57)【要約】【課題】電気刺激による痛みや不快感を無くし、高い周波数による刺激効果と低い周波数による刺激効果とを同時に得ることのできる，安全で効果的な治療をおこなえるパルス式電気刺激装置を提供する。【解決手段】電気刺激装置のパルスの周波数を筋肉の不応期に相当する周波数とし、これを不応期以下の周波数で周波数変調し、不応期の広い範囲でパルスの周波数を変化させ，高い周波数の刺激を行いながら低い周波数の刺激を同時におこなうことができるようにした。また、刺激中の電流をモニタし、電流が所定の範囲を越えて大きくならないように制御し、安全な電気刺激ができるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ｆのパルス式電気刺激装置において、
周波数ｆを筋肉の不応期に相当する周波数とし、これを不応期に相当する周波数以下の周波数δｆで周波数変調し、
不応期の領域の中の低い周波数ｆＬと高い周波数ｆＨの間で周波数ｆを広い範囲で変化するようにし、
高い周波数ｆの刺激をおこないながら、低い周波数δｆで刺激感を出すようにした、パルス電気刺激装置。
【請求項２】
金属性の局所刺激用電極を用いた請求項１記載のパルス電気刺激装置において、刺激開始時の電流値Ｉ０を記憶し、刺激中に電流値をモニタし、開始時の電流Ｉ０と刺激電流とをある時間間隔で比較し、刺激中の電流が刺激開始時の電流Ｉ０よりも所定の範囲を超えて変化しないように出力を制御するようにした、パルス電気刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人体にパルス電流を流して筋肉刺激や疼痛緩和等をおこなうパルス電気刺激装置に関するもので、特に、パルス刺激による鋭い刺激感や痛みが少なく、高い周波数領域で刺激をおこないながら低周波の治療感を得ることのできる、安全な、また、疼痛緩和では、即効性と持続性を同時に得ることのできる、パルス式電気刺激装置を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
パルス式の電気刺激装置は、発振器から出力される低周波のパルス電流を、導子を介して患部に流して刺激を行っており、パルス電流の波形、パルス幅、周波数、通電時間、休止時間、極性などの各種パラメータはモード切り替えスイッチの操作により設定できるようになっている。
パルス幅は、通常、数十から数百μＳ程度のものが多く用いられている。一方、周波数（パルス頻度）は低周波治療器ではゼロ近傍から１０００Ｈｚまで、主に１００Ｈｚ程度以下が使用されている。
【０００３】
周波数が２０〜３０Ｈｚ以下の刺激では、個々のパルスに追従して筋肉は収縮と弛緩を繰返すが、それ以上の周波数になると、筋肉はパルス刺激に追従できず、収縮した状態を維持する。筋肉の反応がパルスに追従しない周期を不応期と呼ぶ。
ここでは、周波数２０〜３０Ｈｚを境界に、これよりも高い周波数を不応期の周波数、又は不応期に相当する周波数とし、これよりも低い周波数を不応期以下の周波数とする。
【０００４】
疼痛緩和では、即効的な効果を得たい場合は数十Ｈｚ以上の高い周波数が、持続的な効果を得たい場合は数Ｈｚの低い周波数が、それぞれ用いられる。
また、疼痛緩和には、筋肉を収縮させる方法と収縮させない弱い刺激法とがあるが、筋肉を収縮させると血流が改善し、疼痛も緩和するという、電流の直接作用以外の間接効果もあるので、通常は筋肉を収縮させながら刺激を行う方法が多用されている。
このため、低周波領域を重点的に刺激するもの、高周波領域を刺激するもの、低周波領域から高周波領域までスイープするもの等がある。
【０００５】
皮膚インピーダンスは周波数に依存し、周波数が高くなるほど、インピーダンスは低くなる。
パルスの周波数が低いと、筋肉は個々のパルスに反応して収縮と弛緩を繰返すので、物理的なショックが生じる。しかもインピーダンスが高いため、出力を高くすると、疼痛や不快な刺激感が生じ、このため大きなエネルギーを供給することは困難である。
これに対して周波数が高いと、不快な刺激は少なく、多くのエネルギーを供給できる。
【０００６】
電気刺激では、出力が過大になって痛みや火傷が生じるという問題もある。出力は導子を介して生体に供給されるが、導子と皮膚の接触が不十分であれば、出力電圧を高くして所望の電流を流すようにして治療を行うことが多い。この状態で刺激を続けるうちに、発汗等によって接触が良くなり、負荷のインピーダンスが低くなると、過大な電流が流れ、痛みや火傷を生じる。特に、金属製局所刺激用電極を用いた電気刺激装置では、乾燥した皮膚に金属電極を接触させて使用するので、この危険性が高い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の低周波領域、つまり不応期以下の周波数による刺激では、ショック様の不快な刺激や痛みなどが生じることがあった。
また、パルスは時系列的に低い頻度で出力されるので、刺激に時間がかかり、効率を良くすることには限界があった。さらに、広域と低域の刺激量の割合によっては治療効果に差異が出ていた。
一方、金属製の局所刺激用電極を用いた電気刺激装置では、皮膚との接触不良が生じやすく、このため、過大な電流が流れて疼痛や火傷が生じるという危険性があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、請求項１記載の発明では、電気刺激装置の出力パルスの周波数ｆを筋肉の不応期に相当する周波数とし、これを不応期以下の周波数δｆで周波数変調し、周波数ｆを不応期の広い範囲で変化するようにし、高い周波数ｆの刺激をおこないながら、低い周波数δｆで刺激感を出すようにした。
また、請求項２記載の発明では、金属製の局所刺激用電極を用いたパルス電気刺激装置において、刺激開始時の電流値Ｉ０を記憶し、刺激中に電流値をモニタし、刺激中の電流が刺激開始時の電流よりも所定の範囲を超えて変化しないように出力を制御するようにした。
【０００９】
【作用】
請求項１記載の発明により、不応期の高い周波数を、不応期以下の低い周波数で周波数変調して生体を刺激するので、高い周波数と低い周波数の両方で生体を同時に刺激することができる。このため、痛みやショック様の不都合な刺激感は少なく、大きなエネルギーを供給することができ、低周波の筋肉刺激効果は十分に得ることができる。また、周波数変化に伴う刺激感覚を得ることができ、疼痛緩和の即時効果と持続効果の両方を同時に得ることができる。
請求項２記載の発明により、刺激中に負荷のインピーダンスが変化しても、出力は大きく変化しないように制御する。このため、痛みや不快な刺激感、火傷等の不具合を防止することができ、安全な刺激をおこなうことができる。
【００１０】
【実施例】
請求項１記載の発明は、刺激装置のパルス周波数ｆを筋肉の不応期に相当する周波数とし、これを不応期以下の周波数δｆで周波数変調し、周波数ｆを不応期の低い周波数ｆＬと高い周波数ｆＨの間で大きく変化するようにし、高い周波数ｆの刺激をおこないながら、同時に低い周波数δｆで刺激感を出すようにしたものである。
【００１１】
図１は本請求項記載の発明の、周波数制御の様子を示す。
この例では、ｆＬを１００Ｈｚ、ｆＨを１ｋＨｚとし、最初は１００Ｈｚと１ｋＨｚの間で１秒かけて直線的に変化させている。次は９００ｍｓで、その次は８００ｍｓで、最後は１００ｍｓで変化させている。つまり、δｆは１Ｈｚから１０Ｈｚまで変化させて周波数変調している。
１００Ｈｚ以上は筋肉の不応期に相当する周波数である。一方、１０Ｈｚ以下は不応期以下の周波数である。このため、不快なショック様刺激や痛みは少なく、十分に低周波の刺激を得ることができ、十分に筋肉を収縮させることができる。高周波刺激を行いながら、同時に低周波刺激をおこなっているので、鎮痛の即時効果と持続効果を同時に得ることができる。
パルスの周波数は１００Ｈｚ以上であるので、従来の１００Ｈｚ以下の刺激よりも皮膚インピーダンスが小さく、このため大きな電気エネルギーを供給することができる。
周波数は１００Ｈｚからその１０倍の１ｋＨｚまで変化させている。この程度の周波数変化を持たせると、刺激感覚の違いを十分に識別できる。この周波数帯では、経験的に、数倍以上の範囲で周波数を変えた方がよい。これにより、電気刺激時の慣れを防止することもできる。
【００１２】
この実施例では、ｆＬを１００Ｈｚに、ｆＨを１ｋＨｚにしたが、本発明はこの値に限定するものではない。筋肉の不応期に対応する周波数であればよいので、ｆＬ　は２０〜３０Ｈｚ程度以上であればよく、ｆＨはｆＬよりも大きければよく１ｋＨｚ以上であってもよい。周波数の変化に伴って刺激感覚の違いを得たいのであれば、ｆＨはｆＬの数倍以上にした方がよい。
また、ｆＬとｆＨは１００Ｈｚと１ｋＨｚ固定の例を示したが、任意に変化するようにしてもよい。これによって、慣れを少なくすることもできる。
この実施例では１００Ｈｚから１ｋＨｚまで直線的に増減する例を述べたが、変化率は任意にしてもよい。
【００１３】
δｆは、実施例では１〜１０Ｈｚに変化させる例を示したが、固定でも、変化させてもよい。変化の幅はより大きくても小さくてもよい。一定の周波数にしてもよい。要は、不応期の周波数以下であればよい。
ここでは周波数δｆを変化させながらパルスの周波数を１００〜１０００Ｈｚの間で変化させ、連続的に刺激する例を示したが、任意のタイミングで任意の時間休止（出力ゼロ）期間を設けてもよい。低周波の１周期毎に、又は複数の周期毎に、休止期間を入れて、断続刺激をするようにしてもよい。この例を図２に示す。図２（Ａ）は、図１の周波数変調をおこないながら、低周波の１周期毎に休止期間を設けた例である。
図２（Ｂ）は図１に示す１０回の刺激を１つの群とし、群刺激の後に休止期間を設けるものである。ただし、１０回の刺激を１つの群とする必要はなく、何回の刺激でも１つの群にすることができる。
【００１４】
低周波治療器では、刺激開始時に電極の接触が不良であれば、負荷のインピーダンスが高いため、通常よりも高い電圧にして、所定の電流にして刺激を行うことになる。すると、刺激中には発汗等によりインピーダンスが低下し、電流が増加するので、過大な電流が流れ、痛みを覚えたり火傷が生じたりすることがある。この危険性は、特に金属製の局所刺激用電極を用いた電気刺激装置において、顕著に現れる。
そこで請求項２記載の発明は、刺激開始時の電流値を記憶し、刺激中に電流値をモニタし、刺激中の電流が刺激開始時の電流よりも所定の範囲以上に変化しないように出力を制御するようにするものである。
【００１５】
本請求項記載の発明の実施例を図３に示す。図は実際に制御したときの電流のグラフである。
出力を設定し刺激を開始するときの電流値Ｉ０をメモリしておく。刺激中、ある時間毎に電流を測定し、Ｉ０と比較し、電流がＩ０よりも許容範囲を超えて大きくなると、電圧を下げて、電流を少なくしている。図３は、このようにして４回、ステップ状に電流が変化している点で電圧を制御して、電流が所定の範囲内に納まるようにした例である。電流が初期値よりも減少するケースも考えられるが、これは、電気刺激では電極が剥がれた場合に生じる現象でもあるので、このような場合に電流を増加するようにすると、火傷の危険があるので、できれば電流を増やす制御は避けたほうがよい。
このようにすることで、電流を刺激開始時の値から所定の範囲内に納まるようにすることができるので、過大な電流が流れることはなく、火傷や痛みの少ない安全な刺激をおこなうことができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、筋肉の不応期に相当する高い周波数で刺激をおこない、これを不応期以下の低い周波数で周波数変調する。このため、筋肉は高頻度の個々のパルスには反応しないで、低い周波数変化に反応する。つまり、高い周波数と低い周波数の刺激を同時に得ることができる。また、パルスの周波数は高いので、皮膚インピーダンスは低く、多くの電気エネルギーを供給することができる。
このため、低周波パルス刺激時の収縮弛緩といった激しい反応は示さず、痛みやショック様の刺激感は少ない。筋肉は低い周波数変化に伴ってゆっくり、しかも確実に収縮するので、十分な筋刺激効果を得ることができる。
しかも、低頻度刺激による鎮痛持続効果と、高頻度刺激による鎮痛の即時効果を同時に得ることができる。
さらに、効率良く、高い治療効果を得ることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明では、刺激開始時の電流値を記憶しておき、治療中に負荷のインピーダンスが大きく変化しても電流は大きくは変化しないようにしたので、過大な電流を供給することは無くなり、痛みや火傷等の不具合が発生しないように防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の電気刺激装置の周波数変調の例。
【図２】請求項１記載の電気刺激装置の周波数変調の別の例。
（Ａ）は周波数変調した刺激波１つを群とし、（Ｂ）は複数の刺激波を１つの群とし、群と群の間に休止期間を設けた例。
【図３】請求項２記載の電気刺激装置の電流制御の例。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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