(57)【要約】【課題】対象部位に適した電気刺激の強度を設定することに寄与する電気刺激装置およびその制御装置を提供する。【解決手段】電気刺激装置の制御装置は、身体の対象部位である大腿に電気刺激を付与可能な電極を備える電気刺激装置に用いられる。この制御装置は、大腿に適した電気刺激の強度を設定するために電極から出力される電気刺激の強度である出力強度を漸増させる過程において、大腿における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上となるように出力強度を所定の速度以下の速度により漸増させ、その漸増速度により出力強度を漸増させているときの酸素濃度Ｘに基づいて、大腿に適した電気刺激の強度を設定する電気刺激制御部を含む。【選択図】図６
2017140233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体の対象部位に電気刺激を付与可能な電極を備える電気刺激装置に用いられる制御装置であって、
前記対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために前記電極から出力される電気刺激の強度である出力強度を漸増させる過程において、前記対象部位における酸素濃度の低下率が所定の低下率以上となるように前記出力強度を所定の速度以下の速度により漸増させ、その漸増速度により前記出力強度を漸増させているときの前記酸素濃度に基づいて、前記対象部位に適した電気刺激の強度を設定する制御部を含む
電気刺激装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力強度を漸増させる過程の第１の段階において第１の速度により前記出力強度を漸増させ、前記出力強度を漸増させる過程の第２の段階において前記第１の速度よりも低く、かつ、前記所定の速度以下の速度である第２の速度により前記出力強度を漸増させる
請求項１に記載の電気刺激装置の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記対象部位の酸素濃度および筋収縮の少なくとも一方に基づいて、前記出力強度を漸増させる速度を前記第１の速度から前記第２の速度に変更する
請求項２に記載の電気刺激装置の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記対象部位に電気刺激が与えられたことにより前記対象部位の酸素濃度が低下し始めたこと、および、前記対象部位に電気刺激が与えられたことにより前記対象部位が筋収縮し始めたことの少なくとも一方が検出されたことに基づいて、前記出力強度を漸増させる速度を前記第１の速度から前記第２の速度に変更する
請求項３に記載の電気刺激装置の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は前記出力強度を漸増させる過程における前記出力強度の初期値を、ユーザーが前記対象部位に弱い電気刺激が与えられていることを感じる程度の大きさに設定する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気刺激装置の制御装置。
【請求項６】
前記電極と、
前記対象部位の酸素濃度を測定可能な測定部と、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置とを備える
電気刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は身体に電気刺激を付与可能な電気刺激装置およびその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
身体の対象部位に電気刺激を与え、その部位の筋肉を収縮させることにより筋肉を鍛錬または筋肉の動作を補助する電気刺激装置が知られている。一般に、電気刺激装置のユーザーまたはその補助者（以下では「ユーザー等」）は、電気刺激装置を用いて筋肉を鍛錬または筋肉の動作を補助する前に、ユーザーの対象部位に適した電気刺激の強度を設定する。これは主に、電気刺激装置による筋肉を鍛錬する効果または筋肉の動作を補助する効果を高めるために実施される。なお、特許文献１は従来の電気刺激装置の一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７９５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
対象部位に適した電気刺激の強度を設定する方法として、電極が対象部位に取り付けられた状態において、ユーザー等がコントローラーを操作することにより電極により出力される電気刺激の強度を漸増させる方法が挙げられる。電気刺激の強度が弱い強度から次第に漸増することにともないユーザーが対象部位に痛みを感じはじめ、電気刺激の強度がさらに漸増することによりユーザーが感じる痛みが限界に達する。ユーザー等はそのときの電気刺激の強度を基準に対象部位に適した電気刺激の強度を設定した後、筋肉を鍛錬または筋肉の動作を補助するために電気刺激装置を動作させる。
【０００５】
この方法では、設定される電気刺激の強度はユーザーの主観の影響を強く受ける。このため、ユーザーが感じる痛みが限界に達した場合における電気刺激の強度が測定毎に異なり、対象部位に適した電気刺激の強度が設定されないおそれがある。例えば、ある状況においてユーザーが感じた限界の痛みが、別の状況においてユーザーが感じる限界の痛みよりも弱いことがある。この場合、前者の状況においては、対象部位の鍛錬または補助のために設定される電気刺激の強度が後者の状況において設定可能な電気刺激の強度よりも弱くなり、十分な鍛錬または補助の効果が得られにくい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従う電気刺激装置の制御装置の一形態は、身体の対象部位に電気刺激を付与可能な電極を備える電気刺激装置に用いられる制御装置であって、前記対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために前記電極から出力される電気刺激の強度である出力強度を漸増させる過程において、前記対象部位における酸素濃度の低下率が所定の低下率以上となるように前記出力強度を所定の速度以下の速度により漸増させ、その漸増速度により前記出力強度を漸増させているときの前記酸素濃度に基づいて、前記対象部位に適した電気刺激の強度を設定する制御部を含む。
【０００７】
本発明に従う電気刺激装置の一形態は、前記電極と、前記対象部位の酸素濃度を測定可能な測定部と、制御装置とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記電気刺激装置およびその制御装置によれば、対象部位に付与する電気刺激の強度が適切に設定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の電気刺激装置の使用状態の一例を示す模式図。
【図２】図１の電気刺激装置のブロック図。
【図３】図１の光電センサーの正面図。
【図４】図１の光電センサーの発光タイミングの一例を示す図。
【図５】酸素濃度と出力強度との関係の一例を示すグラフ。
【図６】図１の電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャート。
【図７】実施の形態２の電気刺激装置のブロック図。
【図８】図７の電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャート。
【図９】実施の形態３の電気刺激装置の使用状況の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（電気刺激装置およびその制御装置が取り得る形態の一例）
〔１〕本発明に従う電気刺激装置の制御装置の一形態は、身体の対象部位に電気刺激を付与可能な電極を備える電気刺激装置に用いられる制御装置であって、前記対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために前記電極から出力される電気刺激の強度である出力強度を漸増させる過程において、前記対象部位における酸素濃度の低下率が所定の低下率以上となるように前記出力強度を所定の速度以下の速度により漸増させ、その漸増速度により前記出力強度を漸増させているときの前記酸素濃度に基づいて、前記対象部位に適した電気刺激の強度を設定する制御部を含む。
【００１１】
酸素濃度は酸素供給と酸素消費とのバランスによってその増減が決められる。例えば、筋収縮による筋内圧の上昇にともない血流が制限されて酸素供給が低下した場合、酸素供給に対して酸素消費が相対的に大きくなり、酸素濃度が低下して低酸素状態となる。低酸素状態は期待する筋肉の鍛錬の効果または筋肉の動作の補助の効果が得られやすい状態である。このため、出力強度を漸増させる過程において低酸素状態となる出力強度以上の強度が対象部位に適した電気刺激の強度として設定されることにより、筋肉の鍛錬の効果または筋肉の動作の補助の効果が高められる。上記電気刺激装置の制御装置によれば、出力強度を漸増させているときの酸素濃度に基づいて対象部位に適した電気刺激の強度が設定されるため、対象部位に付与する電気刺激の強度が適切に設定される。また、ユーザーが感じる痛みに影響を及ぼすユーザーの主観の影響を受けにくいため、対象部位に付与する電気刺激の強度がより適切に設定される。
【００１２】
ただし、電気刺激に対する筋肉の反応が低下している場合、対象部位に電気刺激が与えられても酸素濃度の変化が現れにくい。このため、実際には対象部位に与えられた電気刺激の強度が筋肉の鍛錬または筋肉の動作の補助に適した強度に達しているにもかかわらず、それが酸素濃度に反映されないことがある。この場合、対象部位に与えられている電気刺激の強度と酸素濃度との関係が、筋肉が電気刺激に対して正常に反応する場合とずれているため、対象部位に適した電気刺激の強度を酸素濃度に基づいて適切に設定することができない。なお、電気刺激に対する筋肉の反応が低下する現象は、主にユーザーが循環系に障害を持つ場合によく観察される。
【００１３】
本願発明者が検証したところ、電気刺激が与えられたタイミングと筋肉がその電気刺激に反応するタイミングとのずれ（以下では「反応のずれ」）は、電気刺激の強度の漸増速度の影響を受けることが確認された。具体的には、単位時間あたりに消費する酸素の量には限りがあり、十分な量の酸素を消費するためには実質的に一定の電気刺激の強度を対象部位に所定の時間以上与える必要があることが確認された。このことから、電気刺激に対する筋肉の反応が低下している場合であっても、漸増速度を調節することにより反応のずれを小さくできると考えられる。例えば、反応のずれが小さくなる酸素濃度の低下率の範囲を予め把握し、その範囲を規定する閾値である所定の低下率を設定し、酸素濃度の低下率が所定の低下率以上の範囲に含まれるように電気刺激を漸増させることにより、反応のずれを小さくできる。上記〔１〕に記載の電気刺激装置の制御装置は、この測定方法が反映された構成を含むため、電気刺激に対する筋肉の反応が低下している場合であっても、電気刺激の強度と筋肉の収縮の状態との関係が酸素濃度に反映されやすい。このため、対象部位に付与する電気刺激の強度を適切に設定できる。
【００１４】
〔２〕前記電気刺激装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記出力強度を漸増させる過程の第１の段階において第１の速度により前記出力強度を漸増させ、前記出力強度を漸増させる過程の第２の段階において前記第１の速度よりも低く、かつ、前記所定の速度以下の速度である第２の速度により前記出力強度を漸増させる。
【００１５】
出力強度の漸増速度が高くなるにつれて、その出力強度が対象部位に適した電気刺激の強度に到達するまでに要する時間が短くなる。上記電気刺激装置の制御装置によれば、出力強度を漸増させる過程における漸増速度に第１の速度が含まれるため、第２の速度だけで出力強度を漸増させる場合よりも対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために要する時間が短縮される。
【００１６】
〔３〕前記電気刺激装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記対象部位の酸素濃度および筋収縮の少なくとも一方に基づいて、前記出力強度を漸増させる速度を前記第１の速度から前記第２の速度に変更する。
【００１７】
対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために要する時間を短縮するためには、第１の速度により出力強度を漸増させる時間を長くすることが好ましい。一方、出力強度が対象部位に適した電気刺激の強度として設定される可能性が高い強度に第１の速度で到達した場合、反応のずれの影響により対象部位に付与する電気刺激の強度が適切に設定されないおそれがある。上記電気刺激装置の制御装置によれば、出力強度と相関を有する対象部位の酸素濃度および筋収縮の少なくとも一方が出力強度を漸増させる速度を変更するために用いられるため、出力強度の漸増速度が適切なタイミングで変更されやすい。
【００１８】
〔４〕前記電気刺激装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記対象部位に電気刺激が与えられたことにより前記対象部位の酸素濃度が低下し始めたこと、および、前記対象部位に電気刺激が与えられたことにより前記対象部位が筋収縮し始めたことの少なくとも一方が検出されたことに基づいて、前記出力強度を漸増させる速度を前記第１の速度から前記第２の速度に変更する。
【００１９】
出力強度を漸増させる過程において、その出力強度が対象部位に適した電気刺激の強度に到達するまでの間に対象部位の酸素濃度が低下し始め、対象部位が筋収縮し始める。すなわち、出力強度が漸増する過程において対象部位の酸素濃度が低下し始める前、または、対象部位が筋収縮し始める前までは、その出力強度が対象部位に適した電気刺激の強度に到達しない。このため、上記電気刺激装置の制御装置によれば、出力強度の漸増速度が一層適切なタイミングで変更されやすい。
【００２０】
〔５〕前記電気刺激装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は前記出力強度を漸増させる過程における前記出力強度の初期値を、ユーザーが前記対象部位に弱い電気刺激が与えられていることを感じる程度の大きさに設定する。
【００２１】
出力強度の初期値が高い場合、対象部位に急激に強い電気刺激が与えられるため、ユーザーが不快感を覚えるおそれがある。一方、出力強度の初期値が、ユーザーが痛みを全く感じない程度に低い場合、出力強度を漸増させることにともない対象部位に適した電気刺激の強度に到達するまでに要する時間が長くなる。このため、上記〔５〕に記載されるように出力強度の初期値が設定されることにより、ユーザーに不快感を与えるおそれが低く、かつ、対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために要する時間が短縮される。
【００２２】
〔６〕本発明に従う電気刺激装置の一形態は、前記電極と、前記対象部位の酸素濃度を測定可能な測定部と、上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の制御装置とを備える。
上記電気刺激装置によれば、上記〔１〕〜〔５〕の電気刺激装置の制御装置により得られる効果と実質的に同じ効果が得られる。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は電気刺激装置１の使用状態の一例を示す。電気刺激装置１は、一対のサポーター１０、第１の電極１１、第２の電極１２、および、測定部である光電センサー１３を備える。一対のサポーター１０は例えば身体の脚に装着される。各サポーター１０は身体の正中面に対して左右対称の関係を有する。第１の電極１１、第２の電極１２、および、光電センサー１３は各サポーター１０の内面に取り付けられる。
【００２４】
各電極１１、１２の機能は身体の対象部位の一例である大腿１００の筋肉に電気刺激を付与することである。サポーター１０における各電極１１、１２の位置は、例えばサポーター１０が脚に装着された場合に大腿１００と対向する位置である。図１に示される例では、各電極１１、１２は大腿四頭筋と対向するサポーター１０の内面に取り付けられる。各電極１１、１２の一方から他方に向けて電気が流れることにより、大腿１００の筋肉に電気刺激が付与される。
【００２５】
光電センサー１３の機能は大腿１００を流れる血液の酸素濃度を測定し、その酸素濃度が反映された測定信号を出力することである。サポーター１０における光電センサー１３の位置は、例えばサポーター１０が脚に装着された場合に大腿１００と対向する位置である。図１に示される例では、光電センサー１３は大腿四頭筋と対向するサポーター１０の内面において、第１の電極１１と第２の電極１２との間に取り付けられる。
【００２６】
電気刺激装置１はさらにコントローラー２０およびケーブル７０を備える。コントローラー２０は電気刺激装置１を構成する複数の電気的な要素を含む。コントローラー２０の機能は、各電極１１、１２から出力される電気刺激の強度である出力強度を制御することである。出力強度は第１の電極１１と第２の電極１２との間の電圧である出力電圧Ｖの大きさによって決められる。出力電圧Ｖが高くなるにつれて大腿１００に付与される電気刺激の強度が大きくなり、出力電圧Ｖが低くなるにつれて大腿１００に付与される電気刺激の強度が小さくなる。ケーブル７０の機能はコントローラー２０と各電極１１、１２および光電センサー１３とを電気的に接続することである。
【００２７】
図２は電気刺激装置１の電気的な接続関係を示す。コントローラー２０は、制御装置３０、電圧供給部４０、入出力装置５０、および、電源６０を含む。入出力装置５０は、例えば電気刺激装置１の動作に関する情報を入力する機能、および、制御装置３０から得られた情報を出力する機能を含む。入出力装置５０の一例はタッチパネルディスプレイである。電源６０の機能は電気刺激装置１を構成する電気的な要素に電力を供給することである。電源６０の一例は一次電池または二次電池である。入出力装置５０の操作に基づいて電気刺激装置１が駆動することにより、各電極１１、１２、光電センサー１３、制御装置３０、および、電圧供給部４０等に電源６０の電力が供給される。
【００２８】
制御装置３０の機能は、光電センサー１３から入力された測定信号等に基づいて出力強度を制御することである。制御装置３０は、酸素濃度算出部３１、判定部３２、および、電気刺激制御部３３を含む。酸素濃度算出部３１の機能は、光電センサー１３から入力された測定信号に基づいて大腿１００（図１参照）を流れる血液の酸素濃度Ｘを算出することである。酸素濃度算出部３１は算出した酸素濃度Ｘに関する情報を判定部３２に出力する。なお、酸素濃度算出部３１は酸素濃度Ｘに関する情報を入出力装置５０に出力することもできる。
【００２９】
判定部３２の機能は、酸素濃度算出部３１から入力された酸素濃度Ｘと各種の閾値との関係を判定することである。判定部３２はその判定結果に関する情報を電気刺激制御部３３に出力する。なお、判定部３２は判定結果に関する情報を入出力装置５０に出力することもできる。
【００３０】
電気刺激制御部３３の機能は、判定部３２から入力された判定結果に関する情報に基づいて大腿１００に適した電気刺激の強度を設定することである。電気刺激制御部３３は出力強度に関する情報を含む指令信号を電圧供給部４０に出力する。電圧供給部４０の機能は、電気刺激制御部３３から入力された指令信号に基づいて、指令信号により指定される出力電圧Ｖを各電極１１、１２間に発生させることである。各電極１１、１２間に電圧が発生することにより大腿１００に電流が流れ、電気刺激が与えられる。
【００３１】
図３は光電センサー１３の構成を示す。光電センサー１３は発光部１３Ａおよび受光部１３Ｂを含む。発光部１３Ａの機能は近赤外光を出力することである。発光部１３Ａの一例はＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。発光部１３Ａから出力された光は大腿１００（図１参照）の生体組織を通過し、その一部が大腿１００を流れる血液により反射される。受光部１３Ｂの機能は血液により反射された光を検出することである。受光部１３Ｂの一例は近赤外光に対して高い感度を有するフォトダイオードである。発光部１３Ａと受光部１３Ｂとの間隔は例えば３０ｍｍである。
【００３２】
発光部１３Ａは波長が異なる３種類の近赤外光を選択的に出力する。一例では、３種類の近赤外光は７６０ｎｍの波長を有する近赤外光Ａ、８０５ｎｍの波長を有する近赤外光Ｂ、および、８４０ｎｍの波長を有する近赤外光Ｃである。図４に示されるとおり、発光部１３Ａ（図３参照）は３種類の近赤外光を所定の時間間隔毎に予め決められた順番で出力する。図４に示される例では、発光部１３Ａは３種類の近赤外光を近赤外光Ａ、近赤外光Ｂ、および、近赤外光Ｃの順番で周期的に出力する。出力される近赤外光の発光量は予め定められている。受光部１３Ｂ（図３参照）は発光部１３Ａの発光タイミングに基づいて各近赤外光Ａ〜Ｃの受光量を検出する。各光電センサー１３（図２参照）は受光部１３Ｂにより検出された受光量に関する情報を含む測定信号を酸素濃度算出部３１（図２参照）に出力する。
【００３３】
図２に示される酸素濃度算出部３１は、各近赤外光Ａ〜Ｃの発光量および受光量から各近赤外光に関する吸光度を演算し、所定の推定式に基づいて酸素濃度Ｘを算出する。酸素濃度Ｘは例えば一方の大腿１００（図１参照）の酸素濃度と他方の大腿１００の酸素濃度との平均値である。所定の推定式は例えば吸光度の線形結合により表される。酸素濃度はいわゆる酸素飽和度であり、血液中のヘモグロビンのうちの実際に酸素を運んでいるヘモグロビンである酸素化ヘモグロビンの割合を示す。酸素濃度算出部３１は光電センサー１３から継続的に入力される測定信号から酸素濃度の時系列データを生成する。近赤外光の吸光度は血液中のヘモグロビンが体内で酸素と結合するか否かに応じて変化する。酸素濃度算出部３１はその吸光度の違いに基づいて大腿１００を流れる血液の酸素濃度Ｘを算出できる。酸素濃度算出部３１は吸光度に基づいて算出した酸素濃度Ｘに関する情報を判定部３２に出力する。
【００３４】
電気刺激制御部３３は例えば次のように電気刺激の強度を設定する。
電気刺激制御部３３は、対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために出力強度を所定の速度以下の速度により漸増させ、その漸増速度により出力強度を漸増させているときの酸素濃度Ｘに基づいて対象部位に適した電気刺激の強度を設定する。所定の速度は、対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために出力強度を漸増させる過程において、対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上となるように予め設定される。対象部位における酸素濃度Ｘの低下率は安静状態の酸素濃度Ｘから低下した割合である。安静状態は対象部位に電気刺激が付与される前の状態である。対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上を取る場合、期待する筋肉の鍛錬の効果または筋肉の動作の補助の効果が得られる電気刺激が対象部位に付与されやすい。電気刺激制御部３３は、例えば出力強度を漸増させる過程における出力強度の初期値を、ユーザーが対象部位に弱い電気刺激が与えられていることを感じる程度の大きさに設定する。
【００３５】
具体的には、電気刺激制御部３３は例えば、大腿１００に適した電気刺激の強度を設定するために出力強度を漸増させる過程の第１の段階において第１の速度により出力強度を漸増させる。次に、電気刺激制御部３３は大腿１００の酸素濃度Ｘに基づいて出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。一例では、電気刺激制御部３３は大腿１００に電気刺激が与えられたことにより大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始めたことが判定部３２により判定されたことに基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。次に、電気刺激制御部３３は出力強度を漸増させる過程の第２の段階において、第１の速度よりも低く、かつ、所定の速度以下の速度である第２の速度により出力強度を漸増させる。そして、電気刺激制御部３３は第２の速度により出力強度を漸増させているときの判定部３２による判定結果に基づいて、大腿１００に適した電気刺激の強度を設定する。
【００３６】
図５は各種の漸増速度における酸素濃度Ｘの変化と出力強度との関係の一例を示す。なお、図５に示される閾値ＴＸは対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上となったことを判定するために用いられる閾値である。
【００３７】
図５に示される例では、１Ｖ／２．０ｓｅｃの漸増速度により出力強度を漸増させた場合、対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上を取ることが測定された。また、１Ｖ／１．０ｓｅｃの漸増速度により出力強度を漸増させた場合、対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上を取ることが測定された。一方、１Ｖ／０．５ｓｅｃの漸増速度により出力強度を漸増させた場合、対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率よりも低い値を取ることが測定された。これは、対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上を取る前に、ユーザーが感じる痛みが限界に達することが示唆される。
【００３８】
このように、出力強度の漸増速度が１Ｖ／１．０ｓｅｃ以下である場合に対象部位における酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上を取るため、第２の速度は１Ｖ／１．０ｓｅｃ以下の速度に設定されることが好ましい。第２の速度の一例は１Ｖ／２．０ｓｅｃである。また、第１の速度は対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために要する時間の短縮化の観点から、１Ｖ／１．０ｓｅｃよりも高い速度に設定されることが好ましい。第１の速度の一例は１Ｖ／０．５ｓｅｃである。
【００３９】
図６を参照して、電気刺激の強度の具体的な設定方法について説明する。
時刻ｔ１１において、酸素濃度算出部３１は光電センサー１３から入力された測定信号に基づいて大腿１００を流れる血液の酸素濃度Ｘの算出を開始する。判定部３２は、酸素濃度算出部３１から入力された安静状態の酸素濃度Ｘを基準として第１の閾値ＴＡおよび第２の閾値ＴＢを設定する。第１の閾値ＴＡは、大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始めたことを判定するために用いられる閾値である。第２の閾値ＴＢは、大腿１００の酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率よりも低い値から所定の低下率以上の値に変化したことを判定するために用いられる閾値である。第１の閾値ＴＡは安静状態における大腿１００の酸素濃度よりも低く、第２の閾値ＴＢよりも高い。
【００４０】
時刻ｔ１２において、電気刺激制御部３３は出力強度を漸増させる過程における初期値の出力強度が大腿１００に付与されるように電圧供給部４０を制御し、その出力強度が漸増するように電圧供給部４０を制御する。具体的には、電気刺激制御部３３は初期値の出力強度が第１の速度により漸増するように指令信号を電圧供給部４０に出力する。そして、電圧供給部４０は電気刺激制御部３３から入力された指令信号に基づいて、初期値の出力強度に応じた第１の出力電圧Ｖ１が各電極１１、１２から出力される。
【００４１】
時刻ｔ１３において、電気刺激制御部３３は大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始めたことが検出されたことに基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。具体的には、判定部３２は大腿１００の酸素濃度Ｘと第１の閾値ＴＡとの関係に基づいて大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始めたことを判定し、その判定結果に関する情報を電気刺激制御部３３に出力する。そして、電気刺激制御部３３は判定部３２から入力された判定結果に関する情報に基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。時刻ｔ１３における出力強度に応じた出力電圧Ｖの一例は第２の出力電圧Ｖ２である。
【００４２】
時刻ｔ１４において、電気刺激制御部３３は大腿１００の酸素濃度Ｘが所定の低下率以上に変化したことに基づいて、大腿１００に適した電気刺激の強度を設定する。具体的には、判定部３２は大腿１００の酸素濃度Ｘと第２の閾値ＴＢとの関係に基づいて大腿１００の酸素濃度Ｘが所定の低下率以上に変化したことを判定し、その判定結果に関する情報を電気刺激制御部３３に出力する。そして、電気刺激制御部３３は判定部３２から入力された判定結果に関する情報に基づいて、時刻ｔ１３における出力強度から時刻ｔ１４における出力強度までのいずれかの出力強度を大腿１００に適した電気刺激の強度として設定する。一例では、電気刺激制御部３３は時刻ｔ１４における出力強度を大腿１００に適した電気刺激の強度に設定する。時刻ｔ１４における出力強度に応じた出力電圧Ｖの一例は第３の出力電圧Ｖ３である。そして、電圧供給部４０は大腿１００に適した電気刺激の強度として設定された第３の出力電圧Ｖ３を各電極１１、１２から出力させる。このように、大腿１００に適した電気刺激の強度が設定され、大腿１００に適切な電気刺激が付与される。
【００４３】
実施の形態１によれば、以下の作用および効果が得られる。
酸素濃度Ｘは酸素供給と酸素消費とのバランスによってその増減が決められる。例えば、筋収縮による筋内圧の上昇にともない血流が制限されて酸素供給が低下した場合、酸素供給に対して酸素消費が相対的に大きくなり、酸素濃度Ｘが低下して低酸素状態となる。低酸素状態は期待する筋肉の鍛錬の効果または筋肉の動作の補助の効果が得られやすい状態である。このため、出力強度を漸増させる過程において低酸素状態となる出力強度以上の強度が大腿１００に適した電気刺激の強度として設定されることにより、筋肉の鍛錬の効果または筋肉の動作の補助の効果が高められる。電気刺激装置１の制御装置３０によれば、出力強度を漸増させているときの酸素濃度Ｘに基づいて大腿１００に適した電気刺激の強度が設定されるため、大腿１００に付与する電気刺激の強度が適切に設定される。また、ユーザーが感じる痛みに影響を及ぼすユーザーの主観の影響を受けにくいため、大腿１００に付与する電気刺激の強度がより適切に設定される。
【００４４】
ただし、電気刺激に対する筋肉の反応が低下している場合、大腿１００に電気刺激が与えられても酸素濃度Ｘの変化が現れにくい。このため、実際には大腿１００に与えられた電気刺激の強度が筋肉の鍛錬または筋肉の動作の補助に適した強度に達しているにもかかわらず、それが酸素濃度Ｘに反映されないことがある。この場合、大腿１００に与えられている電気刺激の強度と酸素濃度Ｘとの関係が、筋肉が電気刺激に対して正常に反応する場合とずれているため、大腿１００に適した電気刺激の強度を酸素濃度に基づいて適切に設定することができない。なお、電気刺激に対する筋肉の反応が低下する現象は、主にユーザーが循環系に障害を持つ場合によく観察される。
【００４５】
本願発明者が検証したところ、電気刺激が与えられたタイミングと筋肉がその電気刺激に反応するタイミングとのずれ（以下では「反応のずれ」）は、電気刺激の強度の漸増速度の影響を受けることが確認された。具体的には、単位時間あたりに消費する酸素の量には限りがあり、十分な量の酸素を消費するためには実質的に一定の電気刺激の強度を対象部位に所定の時間以上与える必要があることが確認された。このことから、電気刺激に対する筋肉の反応が低下している場合であっても、漸増速度を調節することにより反応のずれを小さくできると考えられる。例えば、反応のずれが小さくなる酸素濃度Ｘの低下率の範囲を予め把握し、その範囲を規定する閾値である所定の低下率を設定し、酸素濃度Ｘの低下率が所定の低下率以上の範囲に含まれるように電気刺激を漸増させることにより、反応のずれを小さくできる。電気刺激装置１の制御装置３０は、この測定方法が反映された構成を含むため、電気刺激に対する筋肉の反応が低下している場合であっても、電気刺激の強度と筋肉の収縮の状態との関係が酸素濃度Ｘに反映されやすい。このため、大腿１００に付与する電気刺激の強度を適切に設定できる。
【００４６】
実施の形態１によれば、さらに以下の作用および効果が得られる。
出力強度の漸増速度が高くなるにつれて、その出力強度が大腿１００に適した電気刺激の強度に到達するまでに要する時間が短くなる。電気刺激装置１の制御装置３０によれば、出力強度を漸増させる過程における漸増速度に第１の速度が含まれるため、第２の速度だけで出力強度を漸増させる場合よりも大腿１００に適した電気刺激の強度を設定するために要する時間が短縮される。
【００４７】
また、大腿１００に適した電気刺激の強度を設定するために要する時間を短縮するためには、第１の速度により出力強度を漸増させる時間を長くすることが好ましい。一方、出力強度が大腿１００に適した電気刺激の強度として設定される可能性が高い強度に第１の速度で到達した場合、反応のずれの影響により大腿１００に付与する電気刺激の強度が適切に設定されないおそれがある。電気刺激装置１の制御装置３０によれば、出力強度と相関を有する大腿１００の酸素濃度Ｘが出力強度を漸増させる速度を変更するために用いられるため、出力強度の漸増速度が適切なタイミングで変更されやすい。
【００４８】
また、出力強度を漸増させる過程において、その出力強度が大腿１００に適した電気刺激の強度に到達するまでの間に大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始め、大腿１００が筋収縮し始める。すなわち、出力強度が漸増する過程において大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始める前、または、大腿１００が筋収縮し始める前までは、その出力強度が大腿１００に適した電気刺激の強度に到達しない。このため、電気刺激装置１の制御装置３０によれば、出力強度の漸増速度が一層適切なタイミングで変更されやすい。
【００４９】
また、出力強度の初期値が高い場合、大腿１００に急激に強い電気刺激が与えられるため、ユーザーが不快感を覚えるおそれがある。一方、出力強度の初期値が、ユーザーが痛みを全く感じない程度に低い場合、出力強度を漸増させることにともない大腿１００に適した電気刺激の強度に到達するまでに要する時間が長くなる。電気刺激装置１の制御装置は、出力強度の初期値をユーザーが大腿１００に弱い電気刺激が与えられていることを感じる程度の大きさに設定する。このため、ユーザーに不快感を与えるおそれが低く、かつ、大腿１００に適した電気刺激の強度を設定するために要する時間が短縮される。
【００５０】
（実施の形態２）
実施の形態２の電気刺激装置１の制御装置３０は以下に説明する点において実施の形態１の制御装置３０と相違し、その他の点において実施の形態１の制御装置３０と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態２の制御装置３０の説明は実施の形態１の制御装置３０と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
【００５１】
図７は電気刺激装置１の電気的な接続関係を示す。
電気刺激装置１は加速度センサー８０をさらに備える。加速度センサー８０の機能は対象部位の筋収縮を測定し、その測定結果に関する情報を制御装置３０に出力することである。サポーター１０における加速度センサー８０の位置は、例えばサポーター１０が脚に装着された場合に大腿１００と対向する位置である。一例では、加速度センサー８０は大腿四頭筋と対向するサポーター１０の内面に取り付けられる。加速度センサー８０はコントローラー２０と電気的に接続される。
【００５２】
電気刺激制御部３３は大腿１００の筋収縮に基づいて出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。一例では、電気刺激制御部３３は大腿１００が筋収縮し始めたことに基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。大腿１００が筋収縮する度合は大腿１００の酸素濃度Ｘが低下する度合と相関を有する。このため、大腿１００が筋収縮し始めた場合、大腿１００の酸素濃度が低下し始めたことが示唆される。
【００５３】
図８を参照して、電気刺激の強度の具体的な設定方法について説明する。
時刻ｔ２１において、酸素濃度算出部３１は光電センサー１３から入力された測定信号に基づいて大腿１００を流れる血液の酸素濃度Ｘの算出を開始する。判定部３２は、酸素濃度算出部３１から入力された安静状態の酸素濃度Ｘを基準として第２の閾値ＴＢを設定する。
【００５４】
時刻ｔ２２において、電気刺激制御部３３は出力強度を漸増させる過程における初期値の出力強度が大腿１００に付与されるように電圧供給部４０を制御し、その出力強度が漸増するように電圧供給部４０を制御する。具体的には、電気刺激制御部３３は初期値の出力強度が第１の速度により漸増するように指令信号を電圧供給部４０に出力する。そして、電圧供給部４０は電気刺激制御部３３から入力された指令信号に基づいて、初期値の出力強度に応じた第１の出力電圧Ｖ１が各電極１１、１２から出力される。
【００５５】
時刻ｔ２３において、電気刺激制御部３３は大腿１００が筋収縮し始めたことが検出されたことに基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。具体的には、加速度センサー８０は大腿１００が筋収縮し始めたことを検出し、その測定結果に関する情報を電気刺激制御部３３に出力する。そして、電気刺激制御部３３は加速度センサー８０から入力された情報に基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。時刻ｔ２３における出力強度に応じた出力電圧Ｖの一例は第２の出力電圧Ｖ２である。なお、電気刺激制御部３３は大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始めたこと、および、大腿１００が筋収縮し始めたことの一方または両方が検出されたことに基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更してもよい。
【００５６】
時刻ｔ２４において、電気刺激制御部３３は大腿１００の酸素濃度Ｘが所定の低下率以上に変化したことに基づいて、大腿１００に適した電気刺激の強度を設定する。具体的には、判定部３２は大腿１００の酸素濃度Ｘと第２の閾値ＴＢとの関係に基づいて大腿１００の酸素濃度Ｘが所定の低下率以上に変化したことを判定し、その判定結果に関する情報を電気刺激制御部３３に出力する。そして、電気刺激制御部３３は判定部３２から入力された判定結果に関する情報に基づいて、時刻ｔ２３における出力強度から時刻ｔ２４における出力強度までのいずれかの出力強度を大腿１００に適した電気刺激の強度として設定する。一例では、電気刺激制御部３３は時刻ｔ２４における出力強度を大腿１００に適した電気刺激の強度に設定する。時刻ｔ２４における出力強度に応じた出力電圧Ｖの一例は第３の出力電圧Ｖ３である。そして、電圧供給部４０は大腿１００に適した電気刺激の強度として設定された第３の出力電圧Ｖ３を各電極１１、１２から出力させる。このように、大腿１００に適した電気刺激の強度が設定され、大腿１００に適切な電気刺激が付与される。
【００５７】
実施の形態２によれば、以下の作用および効果が得られる。
電気刺激装置１の制御装置３０によれば、出力強度の漸増速度を変更するタイミングが加速度センサー８０の測定結果に基づいて決められる。このため、ユーザー等が大腿１００の筋収縮を主観的に判断して漸増速度を変更する場合と比較して、出力強度の漸増速度が適切なタイミングで変更されやすい。なお、実施の形態２の制御装置３０によれば、実施の形態１により得られる作用および効果と実質的に同じ作用および効果も得られる。
【００５８】
（実施の形態３）
実施の形態３の電気刺激装置１の制御装置３０は以下に説明する点において実施の形態１の制御装置３０と相違し、その他の点において実施の形態１の制御装置３０と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態３の制御装置３０の説明は実施の形態１の制御装置３０と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
【００５９】
図９を参照して、電気刺激の強度の具体的な設定方法について説明する。
実施の形態３の電気刺激制御部３３は、対象部位に適した電気刺激の強度を設定するために所定の速度以下の速度である第２の速度だけで出力強度を漸増させ、その漸増速度により出力強度を漸増させているときの酸素濃度Ｘに基づいて対象部位に適した電気刺激の強度を設定する。
【００６０】
時刻ｔ３１において、酸素濃度算出部３１は光電センサー１３から入力された測定信号に基づいて大腿１００を流れる血液の酸素濃度Ｘの算出を開始する。判定部３２は、酸素濃度算出部３１から入力された安静状態の酸素濃度Ｘを基準として第１の閾値ＴＡおよび第２の閾値ＴＢを設定する。
【００６１】
時刻ｔ３２において、電気刺激制御部３３は出力強度を漸増させる過程における初期値の出力強度が大腿１００に付与されるように電圧供給部４０を制御し、その出力強度が漸増するように電圧供給部４０を制御する。具体的には、電気刺激制御部３３は初期値の出力強度が第２の速度により漸増するように指令信号を電圧供給部４０に出力する。そして、電圧供給部４０は電気刺激制御部３３から入力された指令信号に基づいて、初期値の出力強度に応じた第１の出力電圧Ｖ１が各電極１１、１２から出力される。
【００６２】
時刻ｔ３３において、判定部３２は大腿１００の酸素濃度Ｘと第１の閾値ＴＡとの関係に基づいて大腿１００の酸素濃度Ｘが低下し始めたことを判定し、その判定結果に関する情報を電気刺激制御部３３に出力する。時刻ｔ３３における出力強度に応じた出力電圧Ｖは第２の出力電圧Ｖ２である。
【００６３】
時刻ｔ３４において、電気刺激制御部３３は大腿１００の酸素濃度Ｘが所定の低下率以上に変化したことに基づいて、大腿１００に適した電気刺激の強度を設定する。具体的には、判定部３２は大腿１００の酸素濃度Ｘと第２の閾値ＴＢとの関係に基づいて大腿１００の酸素濃度Ｘが所定の低下率以上に変化したことを判定し、その判定結果に関する情報を電気刺激制御部３３に出力する。電気刺激制御部３３は判定部３２から入力された判定結果に関する情報に基づいて、時刻ｔ３３における出力強度から時刻ｔ３４における出力強度までのいずれかの出力強度を大腿１００に適した電気刺激の強度として設定する。一例では、電気刺激制御部３３は時刻ｔ３４における出力強度を大腿１００に適した電気刺激の強度に設定する。時刻ｔ３４における出力強度に応じた出力電圧Ｖは第３の出力電圧Ｖ３である。そして、電圧供給部４０は大腿１００に適した電気刺激の強度として設定された第３の出力電圧Ｖ３を各電極１１、１２から出力させる。このように、大腿１００に適した電気刺激の強度が設定され、大腿１００に適切な電気刺激が付与される。なお、実施の形態３の制御装置３０によれば、実施の形態１により得られる作用および効果の一部と実質的に同じ作用および効果も得られる。
【００６４】
（変形例）
上記各実施の形態に関する説明は本発明に従う電気刺激装置およびその制御装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う発明電気刺激装置およびその制御装置は上記各実施の形態以外に例えば以下に示される各実施の形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
【００６５】
・実施の形態２の変形例の電気刺激制御部３３は、ユーザー等により大腿１００の筋収縮が検出されたことに基づいて出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。一例では、ユーザー等は大腿１００が筋収縮したことを目視または感覚等により検出したとき入出力装置５０を操作する。入出力装置５０はその操作に関する情報を含む操作信号を電気刺激制御部３３に出力する。電気刺激制御部３３は入出力装置５０から入力された操作信号に基づいて、出力強度を漸増させる速度を第１の速度から第２の速度に変更する。なお、この変形例の電気刺激装置１は加速度センサー８０を省略した形態を取り得る。
【００６６】
・電気刺激制御部３３が出力強度を漸増させる過程における出力強度の初期値は任意に変更可能である。第１の例では、出力強度の初期値は０である。第２の例では、出力強度の初期値は第１の出力電圧Ｖ１に応じた出力強度から第２の出力電圧Ｖ２に応じた出力強度までのいずれかの出力強度である。
【００６７】
・電気刺激制御部３３が出力強度を漸増させる第２の速度は任意に変更可能である。第１の例では、第２の速度は１Ｖ／２．０ｓｅｃよりも低い速度に設定される。第２の例では、第２の速度は１Ｖ／１．０ｓｅｃ以下の速度、かつ、１Ｖ／２．０ｓｅｃよりも高い速度に設定される。第３の例では、第２の速度は１Ｖ／０．５ｓｅｃよりも低い速度、かつ、１Ｖ／１．０ｓｅｃよりも高い速度に設定される。
【００６８】
・電気刺激制御部３３が出力強度を漸増させる第１の速度は任意に変更可能である。一例では、第１の速度は１Ｖ／０．５ｓｅｃよりも低い速度、かつ、第２の速度よりも高い速度に設定される。
【００６９】
・各サポーター１０が身体の脚に装着されるか否かは任意に変更可能である。一例では、各サポーター１０は身体の腕に装着される。この変形例によれば、各電極１１、１２および光電センサー１３は大腿１００とは別の対象部位である上腕に取り付けられる。なお、各サポーター１０が身体のうちの脚とは別の部位に装着される場合、サポーター１０はその部位の形状に応じた形状を有する。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に従う電気刺激装置およびその制御装置は家庭用および業務用をはじめとする各種の電気刺激装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１    ：電気刺激装置
１１  ：第１の電極（電極）
１２  ：第２の電極（電極）
１３  ：光電センサー（測定部）
３０  ：制御装置
３３  ：電気刺激制御部（制御部）
１００：大腿（対象部位）
Ｘ    ：酸素濃度
【図１】
2017140233.tif 000003
【図２】
2017140233.tif 000004
【図３】
2017140233.tif 000005
【図４】
2017140233.tif 000006
【図５】
2017140233.tif 000007
【図６】
2017140233.tif 000008
【図７】
2017140233.tif 000009
【図８】
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【図９】
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