CN106659891B - 电刺激装置及训练装置 - Google Patents

Abstract

一种电刺激装置，具有第1～第4电极、和对第1～第4电极分别提供电刺激信号的电刺激生成部。电刺激生成部按照第1刺激模式对第1、第2电极提供电刺激信号，按照第2刺激模式对第3、第4电极提供电刺激信号。将第1刺激模式设定成使对第1电极提供刺激强度按照第1波形变化的电刺激信号，对第2电极提供刺激强度按照第2波形变化的电刺激信号，并且第2波形与第1波形联动地增减。将第2刺激模式设定成使对第3电极提供刺激强度按照第3波形变化的电刺激信号，对第4电极提供刺激强度按照第4波形变化的电刺激信号，并且第4波形与第3波形联动地增减。电刺激生成部交替地进行第1、第2刺激模式的电刺激。

Description

电刺激装置及训练装置

技术领域

本发明涉及电刺激装置、训练装置及电刺激方法。

背景技术

肌肉虚弱者或者脑血管患者等难以靠自己训练步行等动作所需的肌肉力量。以往，例如已知有下述的专利文献1、2所公开的进行基于电刺激的运动辅助的训练装置。在专利文献1的第0075段记载了屈伸运动与电刺激装置的通电之间的关系。在该专利文献1的第0106段也记载了电刺激的大小可以不固定的内容。在专利文献2的第0018段记载了对肌肉施加电刺激使肌肉收缩的内容，在该文献的第0020段记载了在股屈肌和股四头肌安装电刺激装置的电极的内容。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008－67917号公报

专利文献2：日本特开2004－209040号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，上述专利文献所公开的技术是在大腿部安装电极使腿单纯地屈曲伸展用的电刺激方法。从进行在日常生活中进行的例如步行等复杂的动作所需的肌肉力量训练的观点考虑，现有技术还有改善的余地。

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供能够进行实用的肌肉力量训练的电刺激装置、训练装置及电刺激方法。

用于解决问题的手段

第一发明的电刺激装置具有第1电极、第2电极、第3电极及第4电极和电刺激生成部。电刺激生成部对所述第1电极、所述第2电极、所述第3电极及所述第4电极分别提供电刺激信号，以使得通过所述第1电极～所述第4电极中的两个电极实现的电刺激与通过所述第1电极～所述第4电极中的另两个电极实现的电刺激交替地进行。将所述两个电极作为第1电极组，将所述另两个电极作为第2电极组。设定成所述第1电极组中的一个电极被提供刺激强度依照第1波形而变化的电刺激信号，所述第1电极组中的另一个电极被提供刺激强度依照第2波形而变化的电刺激信号。设定成所述第2电极组中的一个电极被提供刺激强度依照第3波形而变化的电刺激信号，所述第2电极组中的另一个电极被提供刺激强度依照第4波形而变化的电刺激信号。以在所述第1波形达到峰值后所述第2波形达到峰值的方式，使所述第1波形及所述第2波形增大，以在所述第3波形达到峰值后所述第4波形达到峰值的方式，使所述第3波形及所述第4波形增大。

第二发明的电刺激装置具有多个电极和对所述多个电极提供电刺激信号的电刺激生成部。所述多个电极包括第1电极和第2电极。所述电刺激生成部对所述第1电极提供刺激强度依照第1波形而变化的电刺激信号，对所述第2电极提供刺激强度依照第2波形而变化的电刺激信号。所述第1波形随着振幅的增大而达到第1峰值，当在所述第1峰值经过预先设定的第1区间后减小。所述第2波形是以在所述第1波形达到所述第1峰值后达到第2峰值的方式生成的，并在达到所述第2峰值后减小。所述第2波形与所述第1波形的增大同步地开始增大且相比所述第1波形平缓地增大，由此具有在所述第1波形达到所述第1峰值后仍持续增大的区间。

第三发明是训练装置，具有检测运动状况的运动检测部以及第一发明或者第二发明的电刺激装置。电刺激装置具有多个电极和对所述电极提供电刺激信号的电刺激生成部。所述训练装置在所述运动状况与预先设定的运动状态一致时，将所述运动检测部的输出信号反馈给所述电刺激生成部，以调整所述电刺激生成部的输出。

发明效果

根据本发明，能够进行实用的肌肉力量训练。

本发明的其它目的、其它特征及其他效果，根据下面的说明将更加明确。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的训练装置的立体图。

图2是示出本发明的实施方式的训练装置的立体图。

图3是示出本发明的实施方式的运动装置的踏板部的图。

图4是示出本发明的实施方式的运动装置的踏板部的图。

图5是示出本发明的实施方式的运动装置的动作的图。

图6是示出本发明的实施方式的电刺激器的图。

图7是说明本发明的实施方式的电刺激方法的示意图。

图8是说明本发明的实施方式的电刺激方法的示意图。

图9是说明本发明的实施方式的电刺激方法的示意图。

图10是说明本发明的实施方式的电刺激方法的示意图。

图11是说明本发明的实施方式的电刺激方法的示意图。

图12是说明本发明的实施方式的电刺激方法的示意图。

图13是本发明的实施方式的电刺激信号的波形图。

图14是本发明的实施方式的电刺激信号的波形图。

图15是本发明的实施方式的电刺激信号的波形图。

图16是本发明的实施方式的电刺激信号的波形图。

图17是本发明的实施方式的训练装置的控制流程图。

图18是本发明的实施方式的训练装置的控制流程图。

图19是本发明的实施方式的训练装置的控制流程图。

图20是本发明的实施方式的训练装置的控制流程图。

图21是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图22是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图23是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图24是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图25是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图26是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图27是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图28是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

图29是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图。

具体实施方式

脑血管患者或者肌肉虚弱者难以靠自己训练站起来、坐下、蹲下、站立、步行及跑步等动作所需要的肌肉力量。本实施方式的训练装置1适合用于以这些人员为对象，增强进行动作所需要的肌肉力量。在本实施方式中，在运动实施者2躺在床上等的状态下，对腿3实施电刺激，并且在不施加负荷或者施加较轻负荷的状态下进行腿部按压(leg press)。训练装置1具有运动装置10和电刺激器100，运动装置10适合于上述的腿部按压。但是，本发明不限于使用该运动装置10的实施方式，也可以使用进行腿部按压以外的其它训练的器具。

实施方式的训练装置的结构

[训练装置的整体结构]

图1是示出本发明的实施方式的训练装置1的立体图。在图1中也示出了XYZ正交坐标系。优选Z轴与铅直方向一致，XY平面与水平面一致。图2示出训练装置1的使用状况。训练装置1具有运动装置10和电刺激器100。运动装置10具有运动检测部20。运动检测部20具有能够实施腿部按压的踏板部21和检测踏板部21的位置的编码器26。踏板部21相当于能够往复移动的移位部，编码器26相当于检测移位部的运动状况的传感器。

[运动装置的结构及动作]

图1示出了本发明的实施方式的运动装置10。运动装置10具有支承体30、运动检测部20、负荷生成部40和传递线24。支承体30是形成运动装置10的构架的结构体。运动装置10所具备的运动检测部20及负荷生成部40等这些各构成要素被一体化在支承体30上。运动检测部20能够检测踏板部21的移动距离，而检测出运动状况。负荷生成部40能够以不妨碍踏板部21的移动的方式施加负荷，传递线24传递该负荷。

(支承体)

支承体30是多个框架31、32、33、34、35、36及37组合成梯子状而构成的，这些框架优选使用例如铝等质量轻的金属材料。长尺寸的框架31、33、37以沿Y轴方向延伸的方式平行排列。支承体30具有宽W及长L的外形尺寸。

(运动检测部)

运动检测部20具有第1导轨23、踏板部21及编码器26，它们被收纳在外壳25中。外壳25通过外壳安装部件27被可插拔地安装于支承体30。在外壳25安装有护罩22。在护罩22设有具备长度d的两个缝隙22a。踏板部21能够在第1导轨23上往复移动，长度d是最大移动距离。另外，如图2所示，在护罩22的旁边能够安装顶板29。外壳安装部件27能够在支承体30的沿着宽度W方向的多个位置处安装外壳25。由此，能够应对运动实施者2的左右两条腿。踏板部21安装于第1导轨23，并能够在第1导轨23上面沿长度L方向(在图1中正好是X轴方向)往复移动。第1导轨23从放置脚4的踏板部21直线延伸，因而能够限制运动方向，能够进行再现性较高的直线运动。在本实施方式中，作为位置传感器的一例而使用的编码器26检测踏板部21在第1导轨23上面的位置，能够使用公知的各种旋转编码器。也可以使用速度传感器或者加速度传感器替代位置传感器，检测踏板部21的运动。

图3及图4是示出运动装置10的踏板部21的图。踏板部21具有踏板主体21a、移动部件21b和旋转轴21e。踏板主体21a具有用于放置脚4的脚掌侧的垫子21ca及用于放置脚后跟的垫子21cb、在表面固定有这些垫子21ca及21cb的垫板21f、和在垫板21f的背面设置的配件21d。踏板主体21a能够以旋转轴21e为中心旋转，踏板主体21a相对于第1导轨23的行进方向轴的角度θ是可变的。另外，也可以在踏板部21设置压力传感器，或者也可以在踏板部21设置检测角度θ的角度传感器。也可以在踏板部21设置加速度传感器，检测踏板部21的位置、速度及加速度。另外，也可以使用例如日本特开2004-209040号公报所记载的肌肉电位传感器，来取代编码器26而构成运动检测部20，或者与该编码器26一并使用而构成运动检测部20。也可以使用肌肉电位计检测在股四头肌及股曲肌等产生的肌肉电位的值，单独了解股四头肌及股曲肌等各肌肉的收缩状态。这些各种传感器的信号被提供给控制装置28。

(负荷生成部)

运动装置10具有以妨碍踏板部21的移动的方式施加负荷的负荷生成部40。能够用重物44调节负荷生成部40的负荷，在本实施方式中设为不放置重物44的无负荷状态。负荷生成部40具有第2导轨42、框部41和固定部件43。第2导轨42以沿Z轴方向延伸的方式固定于支承体30的宽度W方向侧端部即框架37的一端。框部41以可移动的方式安装于第2导轨42。在框部41能够收纳一片以上的较薄的平面块体即重物44。固定部件43连接第2导轨42和支承体30，能够变更第2导轨42相对于支承体30的安装位置。另外，在实施方式中，将第2导轨42固定于支承体30的宽度W方向侧的端部，但除此以外也可以固定于长度L方向侧的端部。并且，也可以不在端部，而在俯视观察时的支承体30的面内的任何位置，例如在支承体30的W×L平面的中央附近，设置相当于第2导轨42的升降框式的负荷生成部。

(传递线)

如图1所示，运动装置10具有传递线24。在图1中，为了方便起见，用较粗的虚线图示出传递线24。传递线24是在踏板部21和框部41之间传递力的传递手段的一例，与在第1导轨23上面的踏板的移动联动地，使框部41在第2导轨42上移位。传递线24与踏板部21连接，并绕挂在设于第1导轨23的侧方的未图示的滑轮上。传递线24的一个端部与踏板部21连接，另一个端部与框部41连接。传递线24在图1的位置R1和位置R2通过未图示的辊而转换方向。在框架37的上部设有护罩45。另外，也可以使用例如带或者齿轮等动力传递要素部件取代传递线24。

在图2中示出了将运动装置10安装于床200上，运动实施者2进行腿部按压的状态。仰卧的运动实施者2将其脚4放置在运动装置10的踏板部21上。运动实施者2使腿3屈伸进行腿部按压运动。支承体30通过作为安装单元的一例的安装带50被固定在床200上。安装单元例如可以是配件等。

图5是示出运动装置10的动作的图。图5是使踏板部21在第1导轨23上仅行进了d1的图。在踏板部21移动了d1时，与其联动，框部41移动。重物44收纳在框部41中，因而框部41借助重力的作用向铅直下方施力。该施力成为负荷并通过传递线24被传递，由此踏板部21向d1方向的移动受到阻碍。

另外，在本实施方式中，也可以仅实施无负荷状态的腿部按压。在这种情况下，不需要对踏板部21施加负荷，因而运动装置10也可以不具有负荷生成部40和传递线24。

(控制装置)

在运动装置10内部安装有内置了处理器、存储器等的控制装置28。控制装置28与编码器26连接，能够以规定时间间隔记录编码器26及其它各种传感器的输出。运动装置10也可以通过线缆61或者其它的USB线缆等与外部的个人计算机连接。由此，能够实现在个人计算机中保存各人的多次的电子数据等的信息管理。在运动实施者2是多个人的情况下，也能够将个人信息数据库化。另外，也可以在控制装置28中搭载数据库功能等。

[电刺激器的结构及动作]

图6是示出本发明的实施方式的电刺激器100的图。电刺激器100具有分别具备正极及负极的多个电极垫110、和对多个电极垫110分别提供电刺激信号的电刺激生成部120。电极垫110包括4个电极垫110a、110b、110c及110d。电极垫110a～110d和电刺激生成部120分别通过布线相连接。如图6所示，对电极垫110a～110d分配了4个信道Ch1～Ch4。

电刺激生成部120具有：功率电路130，其输出对电极垫110a～110d的电刺激信号；调整电路140，其调节功率电路130的输出；存储器152，其存储了电刺激信号的波形等的信息；输入输出电路154，其与电刺激生成部120的外部之间进行数据的输入及输出；控制器150，其控制调整电路140，使得依照从存储器152读出的电刺激信号波形改变刺激强度。功率电路130包括与电极垫110a～110d分别连接的功率电路部130a～130d，能够使每个电极垫110a～110d产生单独的电刺激。调整电路140包括与功率电路部130a～130d分别连接的调整电路部140a～140d，能够针对每个电极垫110a～110d调节电刺激。电刺激的调节具体地讲包括刺激的强弱即刺激强度的调节。刺激强度的调节可以根据已经公知的各种电刺激技术进行，具体而言，可以调节施加给电极垫110a～110d的电压值或者电流值。例如，如在日本特开2008-67917号公报中公开的那样，既可以使用交流电压、脉冲电压，也可以使用交流电流、脉冲电流。对于频率、周期、占空比等，适当选定优选的范围即可。

在存储器152中存储有后述的电刺激信号的波形等的控制程序。具体而言，存储器152存储第1刺激模式A1～A4的信息、第2刺激模式B1～B4的信息、以及为了生成属于各刺激模式的多个波形所需的信息。电刺激生成部120依照第1刺激模式A1～A4对电极垫110a及110b提供Ch1、Ch2的电刺激信号，依照第2刺激模式B1～B4对电极垫110c及110d提供Ch3、Ch4的电刺激信号。预先将第1刺激模式A1～A4设定成，对电极垫110a提供Ch1、对电极垫110b提供Ch2。预先将第2刺激模式B1～B4设定成，对电极垫110c提供Ch3、对电极垫110d提供Ch4。

在本实施方式中，在运动装置10的外部另外设置电刺激器100，但本发明不限于此。也可以将电刺激器100收纳在运动装置10的内部即外壳25内，并将电极垫110a～电极垫110d引出到外部。并且，在本实施方式中，将控制装置28和电刺激器100作为不同的硬件进行了说明，但这仅是一个例子，本发明不限于此。例如，也可以在控制装置28和电刺激器100之间共用处理器、存储器等。

使用了实施方式的电刺激方法的肌肉力量训练

图7～图12是用于说明使用了本发明的实施方式的电刺激方法的肌肉力量训练的示意图。在图7中示出了运动实施者2的腿3。腿3具有大腿部3a、小腿部3b、膝盖3c、脚4及脚踝4a。通过利用电极垫110a对股四头肌5a施加Ch1的刺激，由此刺激股四头肌5a使得膝盖3c伸展。通过利用电极垫110b对胫骨前肌5b施加Ch2的刺激，由此刺激胫骨前肌5b使得脚踝4a背屈。通过利用电极垫110c对股二头肌5c施加Ch3的刺激，由此刺激股二头肌5c使得膝盖3c屈曲。通过利用电极垫110d对腓骨长肌5d施加Ch4的刺激，由此刺激腓骨长肌5d使得脚踝4a跖屈。以使腿3屈曲的方式促使运动，与屈曲联动地对腿肚子(腓骨长肌)施加Ch4的刺激，由此使腿3跖屈。在屈曲之后，以使腿3伸展的方式促使运动，与伸展联动地对胫部(胫骨前肌)施加Ch2的刺激，由此使腿3背屈。本实施方式的电刺激方法是交替地进行屈曲及跖屈用的Ch3及Ch4的电刺激、和伸展及背屈用的Ch1及Ch2的电刺激。另外，关于先进行Ch3及Ch4的电刺激和Ch1及Ch2的电刺激中的哪一方，可以根据将初始状态设定为状态S1和状态S2中的哪一方而任意设定。

图8是说明原地踏步时的膝盖3c及脚踝4a的运动的图。状态S1是将腿3伸展而直立的状态。从状态S1使膝盖慢慢屈曲、使脚踝慢慢跖屈，由此到达状态S2。状态S2是在踏步时将膝盖抬起到峰值位置的状态。从状态S2使膝盖3c慢慢伸展、使脚踝4a慢慢背屈，由此到达状态S3。状态S3是将腿3伸展到最大而再次返回到直立的状态。

图9～图12示出用于实现图8的踏步动作的电刺激方法。图9示出状态S1。对电极垫110c提供Ch3的电刺激信号，由此使膝盖3c屈曲，对电极垫110d提供Ch4的电刺激信号，由此使脚踝4a跖屈。由此，进入图10的状态S2。接着，在图11的状态S2，对电极垫110a提供Ch1的电刺激信号，由此使膝盖3c伸展，对电极垫110b提供Ch2的电刺激信号，由此使脚踝4a背屈。由此，成为如图12所示的状态S3。为了这样反复进行状态S1、S2、S3、S1、S2、S3…的动作，分别提供Ch1～Ch4的电刺激信号即可。

实施方式的电刺激信号的波形

图13～图16是本发明的实施方式的电刺激器100生成的电刺激信号的波形图。在各图中图示了第1刺激模式A1～A4及第2刺激模式B1～B4。在各个信道Ch1～Ch4中都是横轴表示时间，纵轴表示刺激强度。在图14～图16中，在波形图的纸面上方示意性地图示了步行状态。训练装置1依照图13～图16所示的波形，利用Ch1～Ch4的电刺激信号使运动实施者2进行肌肉力量训练。如图13～图16所示，Ch1～Ch4的刺激强度分别依照波形161～175而变化。Ch2的波形与Ch1的波形联动地增减，Ch4的波形与Ch3的波形联动地增减。

电刺激器100如图13～图16所示交替地进行第1刺激模式A1～A4的电刺激和第2刺激模式B1～B4的电刺激。由此，电刺激器100能够交替地进行基于Ch1及Ch2的电刺激和基于Ch3及Ch4的电刺激。此处所讲的“交替地进行的电刺激”不限于反复各个图13～图16的刺激模式的方式。例如，也可以是在连续进行在第1刺激模式A1～A4中的任意选择的两种以上的刺激模式后出现第2刺激模式B1～B4中的至少一种刺激模式，也可以是在连续进行从第2刺激模式B1～B4中任意选择的两种以上的刺激模式后出现第1刺激模式A1～A4中的至少一种刺激模式，还可以是连续地或者间隔规定的停止期间反复产生这些刺激模式。

优选不同时施加Ch1及Ch2的电刺激和Ch3及Ch4的电刺激，优选依照第1刺激模式A1～A4及第2刺激模式B1～B4彼此排他地施加Ch1及Ch2的电刺激和Ch3及Ch4的电刺激。也可以在第1刺激模式A1～A4的电刺激和第2刺激模式B1～B4的电刺激之间设置休息时间，由此减轻运动实施者2的负担，并确保排他性的电刺激的施加。但是，本发明不限于此，此处所讲的“交替地进行的电刺激”也可以包括如下的电刺激的表现方式：在时间上错开并交替地产生第1刺激模式A1～A4的电刺激和第2刺激模式B1～B4的电刺激，并使这些电刺激的一部分重叠。

图13是用于实现图9～图12所示的踏步动作的电刺激信号的波形。在图13所示的一例中，Ch1、Ch3的波形161、163是梯形波，Ch2、Ch4的波形162、164是三角波，Ch2、Ch4的三角波具有减小部分比增大部分陡峭的斜率，增大期间比减小期间长。为了从状态S1进入状态S2，Ch3、Ch4分别处于刺激开启，在到达状态S2时Ch3、Ch4处于刺激关闭，Ch1、Ch2处于刺激开启。在从状态S2到达状态S3时，Ch1、Ch2处于刺激关闭，腿部按压的一次往复动作完成。

图14～图16是用于实现步行时的动作的电刺激信号的波形。图14示出了在使一条腿向前迈出的动作用的肌肉力量训练中使用的波形。在图14中，通过在Ch1～Ch4中流过波形165～168的电刺激信号，腿3的状态进入状态SW1～SW6。状态SW1是初始状态。状态SW1是为使腿3向前迈出而开始屈曲时的腿3的状态，相当于在Ch3中波形167开始增大的时刻。状态SW2是为踩踏地面而开始跖屈时的腿3的状态，相当于在Ch3中波形167保持峰值且在Ch4中波形168开始增大的时刻。状态SW3是踩踏地面的脚4离开地面而结束跖屈时的腿3的状态，相当于在Ch4中波形168达到峰值且波形168开始减小的时刻。状态SW4是在规定的位置进行了屈曲并结束屈曲，为使腿3向前迈出而开始伸展和背屈时的腿3的状态。状态SW4相当于在Ch3中波形167开始减小的时刻。状态SW4和状态SW5之间的区间首先是Ch3的波形167下降到零。在Ch3成为零的时刻，Ch1的波形165及Ch2的波形166开始增大。状态SW5是伸展的腿3着地，并慢慢减弱背屈的输出时的腿3的状态。状态SW5相当于在Ch2中波形166从增大转变为减小的时刻。状态SW6是脚4的脚掌着地因而结束伸展及背屈时的腿3的状态。状态SW6是结束状态。从状态SW6起间隔预先设定的“运动停止期间”，使运动实施者2休息。然后，反复上述的从状态SW1起的动作。优选在控制装置28中预先存储各状态SW1～SW6各自的踏板部21的位置等，根据编码器26的输出，检测状态SW1～SW6。也可以利用角度传感器等检测踏板部21的角度θ，更加准确地检测运动状况。

图15是图14的电刺激信号的波形的变形例。图15与图14的不同之处在于：Ch2的波形171是三角波、在Ch1的峰值中Ch2下降、Ch4的波形172是梯形波、以及在Ch1的后半部分存在Ch4的波形173，Ch1和Ch4的开启区间重叠。图16是生成图14及图15之后的步行动作的波形。从状态SW6或者SW16进入状态SW21，步行动作是连续的。

在图16所示的第1刺激模式A4及第2刺激模式B4中，Ch1具有梯形波的波形174，Ch2只有三角波的波形175。Ch3及Ch4维持关闭。从状态SW21到状态SW22的区间长度，与状态SW1(或者SW11)和状态SW6(或者SW16)的区间长度相同。从状态SW22进入状态SW1或者SW11，步行动作是连续的。

电刺激信号的波形能够按照作为目的的运动进行各种设定。对所设定的方面的一例进行说明，电刺激信号的大小与刺激的强度成比例。Ch1～Ch4各自的刺激强度与腿3的位移量即伸展量、背屈量、屈曲量及跖屈量分别具有相关性。并且，电刺激信号的变化率与“使刺激的强弱变化的速度”成比例。如果波形的变化率较大，则产生使腿3快速移动的刺激，如果波形的变化率较小，则产生使腿3缓慢地逐渐移动的刺激。因此，也可以如图14及图15所示，使第1刺激模式A2、A3的刺激的供给期间比第2刺激模式B2、B3长。由此，能够进行接近实际的步行动作的肌肉力量训练。

在此，将属于Ch1或者Ch3的波形161、163、165、167及174称为“第1波形组”，将属于Ch2或者Ch4的波形162、164、166、168、171、172、173及175称为“第2波形组”。第1波形组是进行膝盖3c的伸展和屈曲的电刺激信号的波形。第2波形组是进行脚踝4a的背屈和跖屈的电刺激信号的波形。因此，也可以优选采用下述的一种或者多种关系。也可以如图14～图16所示，以在第1波形组的波形分别达到峰值后使第2波形组的波形分别达到峰值的方式，增大这些波形组的波形。第1波形组的波形的开启区间和第2波形组的波形的开启区间也可以至少一部分重叠。也可以设置在第1波形组的波形维持峰值的期间中第2波形组的波形增大并达到峰值的区间。也可以是，在第1波形组的波形维持峰值的期间中，第2波形组的波形开始减小。也可以使第2波形组的波形中示出峰值的区间比第1波形组的波形中示出峰值的区间短。也可以使第2波形组的波形减小的斜率比增大的斜率陡。也可以如波形166所示，使第2波形组的波形包括值以第1斜率减小的第1减区间、和值以比第1斜率大的第2斜率减小的第2减区间。

另外，也可以使峰值(即振幅)在各个波形161～174之间不同，由此分别调整伸展量、背屈量、屈曲量及跖屈量。也可以按照以下所述设定Ch1～Ch4中的“两个Ch”的波形的关系。在两个Ch的波形之间，既可以使增大时的变化率和减小时的变化率至少一方不同，也可以使增大或者减小呈阶梯状变化或者连续地变化。既可以在两个Ch的波形之间使增区间的长度和减区间的长度的至少一方不同，也可以在两个Ch的波形之间使增大开始时期和减小开始时期中的至少一方不同，还可以在两个Ch的波形之间使增大结束时期和减小结束时期中的至少一方不同。此处所讲的“两个Ch”具体地讲可以设为Ch1和Ch2的组、Ch3和Ch4的组、Ch1和Ch3的组、或者Ch2和Ch4的组。

另外，在各个第1刺激模式A1～A4及第2刺激模式B1～B4中，既可以使属于同一刺激模式的多个波形的开启区间彼此重叠，也可以使各个开启区间不重叠。例如，在图14中属于第2刺激模式B2的波形167、168的开启区间重叠，但也可以使波形167尽快下降、然后开始波形168的增大，由此使这些波形167、168的开启区间不重叠。另外，优选能够彼此独立地设定电极垫110a～110d各自的刺激强度。人的动作存在个人差异，因而优选用户适当调整所有波形的增大、水平和减小。在膝关节稍微疼痛的情况下或者波形的增大较快时比较痛苦的情况下，也可以减缓波形增大的斜率。在将波形维持水平的情况下，优选也能够适当调整该维持区间的长度及维持的强度。也可以减缓波形减小的斜率。同样，优选也能够调整波形的峰值即应该施加的刺激强度的最大值。作为具体的调整方法的一例，在存在多个用户的情况下，也可以对各个用户设定识别编号(ID)，针对每个用户设定上述的参数组。也可以设为能够针对每个用户切换设定参数组。

在电极垫110a及110c的刺激下能够进行膝盖3c的伸展及屈曲，在电极垫110b及110d的刺激下能够进行脚踝4a的背屈及跖屈。脚踝4a与膝盖3c的屈曲联动地进行跖屈，脚踝4a与膝盖3c的伸展联动地进行背屈。这样，通过将屈曲和跖屈设为一组、将伸展和背屈设为一组并交替地进行这些动作，由此实现屈伸、踏步或者步行等动作。如图13～16所示，通过交替地提供第1刺激模式A1～A4和第2刺激模式B1～B4，能够对腿3准确地施加用于引导屈伸、踏步、步行等动作的电刺激。由此，能够进行更加精密且实用的肌肉力量训练。本实施方式是基于腿步按压的肌肉力量训练，作为优选的适用对象，能够将本发明适用于踏步及步行训练，但也能够锻炼用于从原地站起来、坐下、蹲下、站立的动作的肌肉力量。不限于步行，也可以将本发明适用于跑步用的肌肉力量训练。

实施方式的训练装置的具体控制

图17～图20是本发明的实施方式的训练装置1的控制流程图。对在功能上相同或者相当的处理步骤标注相同的标号，并省略说明。该控制利用训练装置1具备的控制单元实施即可，各步骤的处理也可以由控制装置28和控制器150适当分担。另外，如在上述的波形图中示出的那样，在本实施方式中，在刺激的开启和刺激的关闭时，上升沿以规定的增大率上升，下降沿以规定的减小率下降。由此，抑制急剧的刺激变化。但是，本发明不限于此，也可以使波形的上升及下降中的至少一方瞬时变化。

图17示出了实现踏步动作的控制。在图17中，首先在状态S1的步骤S100中，开启Ch3、Ch4的刺激。由此，向电极垫110c及110d输出图13所示的Ch3、Ch4的电刺激信号。接着，在步骤S102中，控制装置28取得编码器26的输出，而取得踏板部21的位置信息。接着，在步骤S104中实施判定处理，在踏板部21到达预先设定的位置时，处理进入步骤S106，否则，处理返回到步骤S102。“预先设定的位置”是指在状态S2下与脚4抬起的位置对应的位置。在步骤S106中是状态S2，在所有的Ch1～Ch4中刺激关闭。接着，在步骤S108中，对预先设定的休息时间进行计数。在步骤S108中的休息时间结束时，接下来在步骤S110中开启Ch1、Ch2的刺激。接着，在步骤S112中取得编码器26的输出，在步骤S114中，控制装置28判定踏板部21是否返回到原来的位置。因为如果踏板部21返回到原来的位置，则与在状态S3脚4着地的状态对应。在步骤S114的条件成立时，处理进入步骤S116，所有刺激关闭，在步骤S118中对休息时间进行计数。然后，在步骤S120中，对累计运动次数计数得到的计数值递增，判定累计运动次数是否达到了预先设定的指定运动次数。反复步骤S100～S120的处理，一直到累计运动次数达到指定运动次数为止，在达到指定运动次数时，图17的流程结束。

图18示出了图17的流程的变形例。在图18的流程中，根据时间计测值切换Ch1～Ch4的开启和关闭。在图18的流程中，首先在步骤S200中开始利用定时器进行的时间计测。接着，与图17一样执行步骤S100的处理。接着，在步骤S204中，计测在执行步骤S100的处理后的经过时间。然后，在步骤S206中，判定经过时间是否达到了预先设定的第1规定时间。该“第1规定时间”是指估计为从步骤S100的刺激开启后进入脚4抬起的状态S2的时间，可以设定为与图13的Ch3的开启期间相同的长度。当在步骤S206中判定为经过时间达到预先设定的时间的情况下，处理进入步骤S106、S108、S110。然后，在步骤S214中取得经过时间，在步骤S216中判定经过时间是否达到了预先设定的第2规定时间。该“第2规定时间”是指估计为从步骤S110的刺激开启后踏板部21返回到初始位置的时间，可以设定为与图13的Ch1的开启期间相同的长度。在步骤S216的条件成立时，与图17的流程一样，进行步骤S116的所有刺激关闭、步骤S118的休息及步骤S120的运动次数的判定，在累计运动次数达到指定运动次数时，流程结束。

图19及图20是依照图14及图16所示的波形图提供刺激信号的控制流程图。在图19的流程中，首先在步骤S300中，在腿3是状态SW1时开启Ch3的刺激，接着在步骤S302中进行取得编码器26的输出的传感器信息取得处理，继而在步骤S304中判定踏板部21是否到达了预先设定的屈曲开始位置。在未判定为踏板部21到达屈曲开始位置时，处理返回到步骤S302。当在步骤S304中判定为踏板部21到达屈曲开始位置时，腿3是状态SW2，接着在步骤S306中开启Ch4的刺激。接着，在步骤S308中进行传感器信息取得处理，在步骤S310中判定踏板部21是否到达了预先设定的跖屈位置。在踏板部21到达跖屈位置时，腿3是状态SW3，在步骤S312中关闭Ch4的刺激。在该时刻Ch3的刺激开启继续，然后在步骤S314中进行传感器信息取得处理，在步骤S316中判定踏板部21是否到达了预先设定的屈曲位置。在判定为踏板部21到达屈曲位置时，腿3是状态SW4，接着在步骤S318中关闭Ch3的刺激，开启Ch1及Ch2的刺激。

接着，处理进入图20的流程中的步骤S320，进行传感器信息取得处理，继而在步骤S322中判定踏板部21是否到达了“与脚跟着地时的脚4的位置对应地预先设定的位置”。在判定为踏板部21到达背屈位置时，腿3是状态SW5，在步骤S324中开始逐渐减弱Ch2的刺激强度。接着，在步骤S326中进行传感器信息取得处理，在步骤S328中判定踏板部21是否到达了“与脚掌着地时的脚踝4a的位置对应地预先设定的位置”。在判定为踏板部21到达跖屈位置时，腿3是状态SW6，接着在步骤S330中关闭所有刺激。此时，如图14所示，在Ch2的刺激成为零后延迟少许，Ch1的刺激成为零。然后，在步骤S332中计数预先设定的休息时间。在经过休息时间后，在腿3是状态SW21时，在步骤S334中开启Ch1及Ch2，以便实现图16所示的波形图。然后，在步骤S336中进行传感器信息取得处理，在步骤S338中判定踏板部21是否到达了预先设定的背屈位置。在判定为踏板部21到达背屈位置时，腿3是状态SW22，在步骤S340中所有刺激关闭。然后，在步骤S342中计数预先设定的休息时间，在经过该时间后，与图17及图18的步骤S120同样，进行运动次数的判定。在累计运动次数比指定运动次数少的情况下，处理返回到图19的步骤S300。在累计运动次数达到指定运动次数的情况下，此次的流程结束。

在图19及图20的流程中，在状态SW1～SW6之后，接着进入SW21、SW22，然后再次从SW1开始反复相同的动作。这可以通过进行基于第2刺激模式B2的电刺激、基于第1刺激模式A2的电刺激、基于第1刺激模式A4的电刺激，将其作为一组反复执行来实现。在这种情况下，按照“基于第2刺激模式(B2)的电刺激”、“基于第1刺激模式(A2及A4)的电刺激”、“基于第2刺激模式(B2)的电刺激”…的顺序，交替地进行第1、第2刺激模式的电刺激。并且，在图20的流程中，与基于编码器26的输出的踏板部21的位置对应地进行刺激开启和关闭及刺激强度调整等，但本发明不限于此。也可以与图18的流程中基于时间计测值的刺激调整同样地，在图20中也根据时间计测值进行刺激开启和关闭及刺激强度调整等。

根据以上说明的实施方式的具体处理，能够将编码器26的输出信号反馈给电刺激器100，使得在运动状况与预先设定的状态SW1～SW22一致时调整电刺激器100的输出。另外，优选应用在踏板部21设置角度传感器等来正确检测脚踝4a的背屈及跖屈的变形例。

另外，在上述的实施方式的记载中对各种变形例及变形的可能性进行了说明，但也可以实施下述的变形。图21～图29是示出本发明的实施方式的电刺激信号的变形例的波形图，在各附图中叠加示出了多种波形。也可以将从以下的波形401～427以及由与这些波形同等形状的波形构成的波形组中选择出的一种波形，应用于分别提供给Ch1～Ch4的电刺激信号。能够应用图21所示的区间宽度不同的梯形波401～403，关于梯形波401～403，能够选择峰值P1～P4。能够应用图22所示的三角波404～408，也可以应用增大率和减小率相等的三角波406，也可以应用增大的斜率小于减小的斜率的三角波407、408或者其倒三角波404、405。如图23所示，也可以应用增大的斜率分两档的波形409、410或者减小的斜率分两档的波形411、412。增大或者减小的斜率的档数不限于两档，也可以是三档以上。梯形波不限于图13～图16所示的等腰梯形的波形，如图24及图25所示，也可以应用梯形的腰的长度不同的非等腰梯形的波形413～419。也可以应用如图26及图27所示的呈阶梯状减小的波形420～422或者呈阶梯状增大的波形423～425。也可以应用如图28所示的整体上近似于梯形波且包括连续地呈曲线状变化的部分的波形426，也可以应用如图29所示的整体上近似于三角波且包括连续地呈曲线状变化的部分的波形427。

另外，在本发明中，也可以将在本实施方式中说明的电刺激处理、控制处理、运算处理、控制处理及其它处理存储在CD-ROM、DVD-ROM等其它程序存储介质中进行提供。并且，也可以作为程序单体进行流通。另外，也可以将上述的实施方式中的电刺激信号的产生方法作为“电刺激方法”来实施。也可以将在上述的实施方式中使用运动装置10进行的控制、分析方法、处理的内容作为“训练方法”的发明来实施。

另外，在实施方式中将本发明应用于腿3的肌肉力量训练，但本发明不限于此。也可以将本发明应用于其它运动例如臂部的肌肉力量训练。具体而言，例如在握持物品时、捡拾物品时、举起物品时等，肘部及手腕联动动作。因此，通过将本发明的电刺激器、训练装置及电刺激方法应用于臂部的肌肉，也可以进行根据肘部的屈曲和伸展反复手腕的掌屈和背屈的动作。例如，也可以使用电刺激器100通过电极垫110a及电极垫110c的刺激进行臂部的伸展及屈曲，通过电极垫110b及电极垫110d的刺激进行手腕的背屈和掌屈。并且，对于运动装置10的运动检测部20，也可以构成为能够将踏板部21安装于手上，沿着与臂部的屈伸对应的手的往复直线运动，改变导轨23的方向及长度。这样，也可以将上述的实施方式的训练装置1具有的所有的结构、动作及控制等及其变形例应用于臂部的肌肉力量训练。

标号说明

1 训练装置；2 运动实施者；3 腿；3a 大腿部；3b 小腿部；3c 膝盖；4 脚；4a 脚踝；5a 股四头肌；5b 胫骨前肌；5c 股二头肌；5d 腓骨长肌；10 运动装置；20 运动检测部；21 踏板部；21a 踏板主体；21b 移动部件；21ca 垫子；21cb 垫子；21d 配件；21e 旋转轴；21f 垫板；22 护罩；22a 缝隙；23 导轨；24 传递线；25 外壳；26 编码器；27 外壳安装部件；28 控制装置；29 顶板；30 支承体；31～37 框架；40 负荷生成部；41 框部；42 导轨；43固定部件；44 重物；45 护罩；50 安装带；61 线缆；100 电刺激器；110、110a～110d 电极垫；120 电刺激生成部；130 功率电路；130a～130d 功率电路部；140 调整电路；140a～140d 调整电路部；150 控制器；152 存储器；154 输入输出电路；200 床；A1～A4、B1～B4刺激模式；Ch1～Ch4 信道。

Claims (11)

1.一种电刺激装置，其中，该电刺激装置具有：

第1电极、第2电极、第3电极及第4电极；以及

电刺激生成部，其对所述第1电极、所述第2电极、所述第3电极及所述第4电极分别提供电刺激信号，以使得通过所述第1电极～所述第4电极中的两个电极实现的电刺激与通过所述第1电极～所述第4电极中的另两个电极实现的电刺激交替地进行，

将所述两个电极作为第1电极组，将所述另两个电极作为第2电极组，

设定成所述第1电极组中的一个电极被提供刺激强度依照第1波形而变化的电刺激信号，所述第1电极组中的另一个电极被提供刺激强度依照第2波形而变化的电刺激信号，

设定成所述第2电极组中的一个电极被提供刺激强度依照第3波形而变化的电刺激信号，所述第2电极组中的另一个电极被提供刺激强度依照第4波形而变化的电刺激信号，

以在所述第1波形达到峰值后所述第2波形达到峰值的方式，使所述第1波形及所述第2波形增大，以在所述第3波形达到峰值后所述第4波形达到峰值的方式，使所述第3波形及所述第4波形增大。

2.根据权利要求1所述的电刺激装置，其中，

所述第1波形的开启区间与所述第2波形的开启区间的至少一部分重叠，所述第3波形的开启区间与所述第4波形的开启区间的至少一部分重叠。

3.根据权利要求1所述的电刺激装置，其中，

所述第2波形中示出峰值的区间比所述第1波形短，所述第4波形中示出峰值的区间比所述第3波形短。

4.根据权利要求1所述的电刺激装置，其中，

所述第2波形和所述第4波形中的至少一方的减小时的斜率比增大时的斜率陡。

5.根据权利要求1所述的电刺激装置，其中，

所述第1电极组的电刺激的刺激供给期间比所述第2电极组的电刺激的刺激供给期间长。

6.根据权利要求1所述的电刺激装置，其中，

所述两个电极中的一个电极被提供第1电刺激信号，所述两个电极中的另一个电极被提供第2电刺激信号，

所述第1电刺激信号和所述第2电刺激信号的刺激强度增大的变化率和刺激强度减小的变化率中的至少一方彼此不同。

7.一种电刺激装置，其中，该电刺激装置具有：

多个电极；以及

电刺激生成部，其对所述多个电极提供电刺激信号，

所述多个电极包括第1电极和第2电极，

所述电刺激生成部对所述第1电极提供刺激强度依照第1波形而变化的电刺激信号，对所述第2电极提供刺激强度依照第2波形而变化的电刺激信号，

所述第1波形随着振幅的增大而达到第1峰值，并在所述第1峰值下经过了预先设定的第1区间后减小，

所述第2波形在所述第1波形达到所述第1峰值后，在所述第1区间的中途达到第2峰值，并在达到所述第2峰值后减小，

所述第2波形与所述第1波形同步地开始增大且相比所述第1波形平缓地增大，由此具有在所述第1波形达到所述第1峰值后仍持续增大的区间。

8.根据权利要求7所述的电刺激装置，其中，

所述第2波形包括值按照第1斜率减小的第1减区间和值按照比所述第1斜率大的第2斜率减小的第2减区间。

9.根据权利要求7所述的电刺激装置，其中，

所述多个电极包括第3电极，

所述第3电极被提供第3波形的电刺激信号，

所述第3波形的刺激强度在所述第2波形的刺激强度的减小结束后开始增大，并在经过了预先设定的第2区间后开始减小，

所述第1波形的刺激强度和所述第3波形的刺激强度同步减小。

10.根据权利要求7所述的电刺激装置，其中，

所述电刺激装置包括检测所述第1区间的经过的区间检测单元，

所述区间检测单元包括通过时间的计测来检测所述第1区间的经过的单元、或者根据来自运动检测单元的信息来检测所述第1区间的经过的单元，其中，所述运动检测单元对由所述多个电极施加刺激的部位的运动状况进行检测。

11.一种训练装置，其中，该训练装置具有：

运动检测部，其检测运动状况；以及

具有多个电极和对所述电极提供电刺激信号的电刺激生成部的权利要求1～10中任意一项所述的电刺激装置，

在所述运动状况与预先设定的运动状态一致时，所述训练装置将所述运动检测部的输出信号反馈给所述电刺激生成部，以调整所述电刺激生成部的输出。